KR101658513B1 - 촉감 전달 장치 및 이를 구비한 사용자 인터페이스 시스템 - Google Patents

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황동현
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Abstract

사용자의 손가락에 촉감을 전달하기 위한 촉감 전달 장치는, 손가락에 끼워지는 링 형의 몸체와, 상기 몸체에 대해 위치 이동 가능하게 형성되는 이동 부재와, 상기 이동 부재에 접하도록 형성되는 복수의 와이어 형 액츄에이터를 포함하고, 상기 와이어 형 액츄에이터는 에너지를 인가하면 길이 변화하는 고체상 액츄에이터이고, 상기 복수의 와이어 형 액츄에이터가 길이 변화함에 따라 상기 이동 부재에 힘을 가하여, 상기 이동 부재가 상기 몸체에 대해 위치 이동하고, 상기 이동 부재의 이동에 따라 상기 이동 부재에 형성된 접촉부가 사용자의 손가락에 접촉하여 촉감을 전달한다.

Description

촉감 전달 장치 및 이를 구비한 사용자 인터페이스 시스템{Tactile transmission device and User interface system having the same}
본 발명은 촉감 전달 장치 및 이를 구비한 사용자 인터페이스 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용자에 손가락에 촉감을 전달하기 위한 착용형 촉감 전달 장치 및 이를 구비한 사용자 인터페이스 시스템에 관한 것이다.
산업 발전에 따라 가상 환경/증강 환경/원격 환경에서 사용자의 의지대로 슬레이브 로봇 또는 가상의 그래픽 등(이하, "아바타"라고 칭함)을 동작시키는 사용자 인터페이스 시스템이 다양하게 개발되고 있다.
사람의 손가락은 정교한 움직임이 가능하고 촉감에 민감하므로, 위와 같은 인터페이스 시스템을 구동하기 위한 수단으로 많이 이용된다.
이러한 인터페이스 시스템에 있어서, 제어의 대상이 되는 아바타와 상기 아바타가 동작하는 환경은 사용자가 직접 체험할 수 없는 공간이므로, 더 사실적이고 정교한 제어를 위해 사용자에게 촉감 피드백을 제공하기 위한 장치가 고안되고 있다.
종래 기술에 따른 촉감 전달 장치는 모터와 같은 구동 발생부(액츄에이터)의 출력을 링크로 전달하고, 링크를 통해 손가락에 끼워진 말단부에 힘을 가하는 방식으로 손가락에 촉감을 형성하는 것이 일반적이다.
하지만, 종래 기술에 따른 촉감 전달 장치는 특허문헌 1과 같이 구동 발생부가 손등 혹은 손목에 위치하고 구동 발생부의 출력을 손가락까지 전달하는 등 손목과 손을 아우르는 외골격 형태를 띠는 경우가 많다.
이와 같은 종래 기술에 구성에 따르면 착용 및 탈거가 용이하지 않아 착용성 및 사용자의 운동성이 좋지 않다. 또한, 장치가 복잡하고 상대적으로 큰 부피와 중량을 가지므로 활용성과 휴대성이 크게 떨어진다.
아울러, 표현할 수 있는 촉감의 종류가 한정적이어서 실감나는 인터페이스 시스템을 구성하는데 한계가 있다.
한국 특허공개 제10-2014-0131175호
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구조가 간편하여 착용성과 운동성이 뛰어나면서도 다양한 종류의 촉감을 제시할 수 있어 활용성이 증대된 촉감 전달 장치 및 이를 구비한 사용자 인터페이스 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 사용자의 손가락에 촉감을 전달하기 위한 촉감 전달 장치로서, 손가락에 끼워지는 링 형의 몸체와, 상기 몸체에 대해 위치 이동 가능하게 형성되는 이동 부재와, 상기 이동 부재에 접하도록 형성되는 복수의 와이어 형 액츄에이터를 포함하고, 상기 와이어 형 액츄에이터는 에너지를 인가하면 길이 변화하는 고체상 액츄에이터이고, 상기 복수의 와이어 형 액츄에이터가 길이 변화함에 따라 상기 이동 부재에 힘을 가하여, 상기 이동 부재가 상기 몸체에 대해 위치 이동하고, 상기 이동 부재의 이동에 따라 상기 이동 부재에 형성된 접촉부가 사용자의 손가락에 접촉하여 촉감을 전달하는 것을 촉감 전달 장치가 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수의 와이어 형 액츄에이터는 적어도 일단이 상기 몸체에 고정되고, 각각의 와이어 형 액츄에이터는 상기 에너지가 인가되면 상기 이동 부재를 당기도록 길이 수축한다.
일 실시예에 따르면, 상기 이동 부재는, 손가락의 피부를 향하는 수직 방향으로 상기 몸체에 대해 이동하는 수직 이동 부재와, 상기 수직 방향과 수직한 수평 방향으로 상기 수직 이동 부재에 대해 이동하는 수평 이동 부재를 포함하고, 상기 접촉부는 상기 손가락과 마주하도록 상기 수평 이동 부재에 형성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 접촉부는 상기 손가락을 향해 돌출되는 돌기 형태로 형성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 몸체는 상기 수직 이동 부재가 최하방으로 이동하였을 때, 상기 접촉부의 상면과 상기 손가락 사이에 간격이 형성되도록 위치 고정된다.
일 실시예에 따르면, 상기 와이어 형 액츄에이터는 양단이 상기 몸체에 고정되고, 길이의 중간부가 상기 수직 이동 부재의 하단을 감싸도록 연장되는 수직 구동 와이어를 포함하고, 에너지를 인가하여 상기 수직 구동 와이어가 수축함에 따라 상기 수직 이동 부재가 상기 손가락으로 접근하는 상방으로 이동한다.
일 실시예에 따르면, 상기 몸체에는 하방으로 힘을 가하는 스프링이 형성되고, 상기 수직 구동 와이어에 인가되는 에너지가 차단되면, 상기 스프링의 힘에 의해 상기 수직 이동 부재가 하방으로 이동한다.
일 실시예에 따르면, 상기 와이어 형 액츄에이터는, 일단이 상기 몸체의 일 측면에 고정되고 타단은 상기 수평 이동 부재의 일 측면에 고정되는 제1 수평 구동 와이어와, 일단이 상기 몸체의 타 측면에 고정되고 타단은 상기 수평 이동 부재의 타 특면에 고정되는 제2 수평 구동 와이어를 포함하고, 상기 제1 수평 구동 와이어와 상기 제2 수평 구동 와이어는 서로 반대 방향으로 상기 수평 이동 부재를 당기도록 배치되고, 에너지를 인가하여 상기 제1 수평 구동 와이어와 상기 제2 수평 구동 와이어를 선택적으로 수축시킴으로써, 상기 수평 이동 부재를 상기 몸체에 대해 수평 방향으로 이동시킨다.
일 실시예에 따르면, 상기 몸체의 측면과 상면에는 상기 제1 수평 구동 와이어와 상기 제2 수평 구동 와이어를 수용할 수 있는 와이어 수용홈이 형성되고, 상기 제1 수평 구동 와이어와 상기 제2 수평 구동 와이어는 상기 와이어 수용홈을 따라 상기 몸체의 측면과 상면을 휘감도록 연장된다.
일 실시예에 따르면, 상기 몸체의 상단에는, 상기 와이어 형 액츄에이터의 길이 변형을 제어하는 제어 장치와, 상기 제어 장치에 전원을 공급하는 배터리와, 외부로부터 전달된 제어 신호를 상기 제어 장치로 전달하는 무선 통신 장치가 구비된다.
일 실시예에 따르면, 상기 몸체는, 상기 손가락의 상단을 감싸는 상부 프레임과, 상기 손가락의 하단을 감싸는 하부 프레임을 포함하고, 손가락의 길이 방향으로 연장되는 상기 상부 프레임의 길이가 상기 하부 프레임의 길이 보다 길다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 손가락의 움직임에 대응해 아바타를 움직이는 사용자 인터페이스 시스템으로서, 상기 촉감 전달 장치와, 상기 아바타와 손가락의 움직임을 연동시키는 컴퓨터를 포함하고, 상기 아바타에 소정의 접촉이 발생하면, 상기 접촉부가 상기 사용자의 손가락에 접촉하여 촉감을 전달하는 사용자 인터페이스 시스템이 제공된다.
일 실시예에 따르면, 사용자 인터페이스 시스템의 촉감 전달 장치는 상기 수직 이동 부재가 상기 손가락에 접촉한 상태에서 상기 수직 이동 부재가 상기 손가락으로 접근하는 상방으로 이동하여 상기 접촉부가 상기 손가락에 압력을 가하고, 상기 수직 이동 부재가 상방 및 하방으로 왕복 이동하여 상기 접촉부가 상기 손가락에 진동을 가한다.
일 실시예에 따르면, 사용자 인터페이스 시스템의 촉감 전달 장치는 상기 접촉부가 상기 손가락에 접촉한 상태에서, 상기 수평 이동 부재가 수평 방향으로 이동하여 상기 접촉부가 상기 손가락에 전단력을 가한다.
일 실시예에 따르면, 사용자 인터페이스 시스템은 손의 손가락마다 또는 손가락의 마디마다 끼워지는 복수의 촉감 전달 장치를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉감 전달 장치의 결합 사시도이다.
도 2는 도 1의 촉감 전달 장치의 분리 사시도이다.
도 3은 도 1의 촉감 전달 장치의 본체의 사시도이다.
도 4는 도 3의 본체의 정면도이다.
도 5는 도 3의 본체의 좌측면도이다.
도 6은 도 3의 본체의 평면도이다.
도 7은 도 3의 본체의 우측면도이다.
도 8은 도 3의 A-A 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 9 및 도 10은 도 1의 촉감 전달 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉감 전달 장치의 개념도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉감 전달 장치의 측면도이다.
도 13은 복수의 촉감 전달 장치가 하나의 손에 착용된 상태를 도시한 것이다.
도 14a 및 도 15a는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 인터페이스 시스템을 도시한 것이다.
도 14b 및 도 15b는 각각 도 14a 및 도 15a에 대응하는 촉감 전달 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용은 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉감 전달 장치(1)의 결합 사시도이고, 도 2는 촉감 전달 장치(1)의 분리 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 촉감 전달 장치(1)는 사용자에게 촉감을 전달하기 위한 본체(10)와, 상기 본체(10)의 전후방에 결합되어 본체(10)가 사용자의 손가락에 위치 고정되도록 하는 전방 클램프(12) 및 후방 클램프(11)를 포함한다.
본체(10)는, 손가락에 끼워지는 링 형의 몸체(100)와, 상기 몸체(100)에 대해 위치 이동 가능하게 형성되는 이동 부재(200) 및, 상기 이동 부재(200)에 접하도록 형성되는 복수의 와이어 형 액츄에이터(410, 420, 430, 440)를 포함한다.
몸체(100)는 대략 "ㄷ"자 형태를 가지는 상부 프레임(110)과, 상기 상부 프레임(110)에 결합되는 하부 프레임(150)을 포함한다.
몸체(100)의 중간에는 원형의 공간(101)이 형성되며, 사용자의 손가락이 상기 공간(101)에 끼워진다.
이동 부재(200)는 하부 프레임(150)에 대해 위치 이동 가능하게 형성된다. 이동 부재(200)에는 공간(101) 내부를 향해 돌출된 접촉부(300)가 형성된다.
본 실시예에 따른 접촉부(300)는 사각 단면을 가지는 평평한 돌기 형태이지만, 반구형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 와이어 형 액츄에이터(410, 420, 430, 440) 각각은 한 가닥의 와이어로 이루어진 고체상 액츄에이터(solid-state actuator)이다. 고체상 액츄에이터는, 외부에서 에너지(전기, 열 등)를 인가하면, 고체상의 재료가 변형되어 힘과 변위 등의 기계적인 에너지를 발생시키는 액츄에이터이다. 예를 들어, 형상기억합금(Shape memory alloy; SMA), 형상기억고분자, 유전성 탄성중합체(dielectric elastomer)가 본 실시예에 따른 와이어 형 액츄에이터로 이용될 수 있다.
본 실시예에 따른 와이어 형 액츄에이터는 SMA 재질로 이루어진 한 가닥의 와이어로서, 에너지를 인가하면 능동적으로 길이가 변화하도록 구성된다.
복수의 와이어 형 액츄에이터(410, 420, 430, 440)가 길이 변화함에 따라 이동 부재(200)에 힘을 가하게 되고, 이에 따라 이동 부재(200)가 몸체(100)에 대해 위치 이동한다. 이동 부재(200)의 이동에 따라 접촉부(300)가 사용자의 손가락에 접촉하여 촉감을 전달하게 된다. 접촉부(300)의 상단에는 손가락과의 접촉 여부를 확인할 수 있는 압력 센서 또는 힘 센서 등이 배치될 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 8을 참조하여, 촉감 전달 장치(1)의 본체(10)의 구성에 대해 더 자세히 설명한다.
도 3은 본 실시예에 따른 본체(10)의 사시도이고, 도 4는 본체(10)의 정면도이며, 도 5는 본체(10)의 좌측면도이고, 도 6은 본체(10)의 평면도이며, 도 7은 본체(10)의 우측면도이다.
도 8은 도 3의 A-A 선을 따라 절개한 단면도이다. 도 8에서는 설명의 편의를 위해 와이어 형 액츄에이터(410, 430, 440)의 고정단을 별도로 분리하여 도시하였다.
도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 몸체(100)는 상부 프레임(110)에 하부 프레임(150)의 일부가 끼워지는 방식으로 형성되어 원형의 공간(101)을 가지는 링 형태를 가진다.
하부 프레임(150)은 상부 프레임(110)의 길이에 맞도록 서로 이격되어 사이에 틈을 가지는 전방 프레임(151, 152)과 후방 프레임(153, 154)을 포함한다. 두 개의 측면 프레임(155, 156)이 전방 프레임(151, 152)과 후방 프레임(153, 154)을 가로질러 연결한다.
이동 부재(200)는 손가락의 피부를 향하는 수직 방향(z 방향)으로 몸체(100)에 대해 이동하는 수직 이동 부재(210)와, 수직 방향과 수직한 수평 방향(본 실시예에서는 y 방향)으로 수직 이동 부재(210)에 대해 이동하는 수평 이동 부재(250)를 포함한다.
수직 이동 부재(210)는 몸체부(211)와 상기 몸체부(211)의 양단에서 연장되는 연장부(213) 및 연장부(213)의 단부에 형성되는 가이드부(214)를 포함한다.
몸체부(211)는 대략 반원 형태를 가지며 전방 프레임(151, 152)과 후방 프레임(153, 154)에 전체적으로 걸쳐지는 길이를 가진다. 몸체부(211)는 내측 공간(101) 안에서 전방 프레임(151, 152)과 후방 프레임(153, 154) 위에 얹어질 수 있도록 배치된다.
연장부(213)는 전방 프레임(151, 152)과 후방 프레임(153, 154) 사이의 틈에 끼워진다.
가이드부(214)는 연장부(213)로부터 측방으로 돌출되며, 전방 프레임(151, 152)과 후방 프레임(153, 154)의 외측에서 두 프레임에 걸쳐지는 길이를 가진다.
가이드 부(214)는 전방 프레임(151, 152)과 후방 프레임(153, 154)의 측면에 밀착하여, 수직 이동 부재(210)가 회전함이 없이 일직선으로 수직 이동하도록 가이드하는 역할을 한다.
몸체부(211)의 중앙에는 사각 단면의 홀이 관통 형성되어 있으며, 상기 홀에는 수평 이동 부재(250)의 이동 몸체(251)가 슬라이드 이동 가능하게 삽입되어 있다. 이동 몸체(251)의 좌우 단부는 상기 홀의 개구(216)를 통해 외부로 노출되어 있다.
몸체부(211)의 상단에는 상기 홀과 연통하는 상단 개구(212)가 형성되어 있다. 접촉부(300)는 상단 개구(212)의 폭 보다 큰 길이를 가지는 머리와 상기 머리에서 상단 개구(212)를 통해 연장되어 이동 몸체(251)에 결합되는 목을 가진다.
수평 이동 부재(250)는 상단 개구(212)의 길이 방향(y 방향)을 따라 수직 이동 부재(210)에 대해 수평 방향으로 이동하게 된다.
본 실시예에 따른 본체(10)는 수직 이동 부재(210)를 수직 이동시키기 위한 두 줄의 와이어 형 액츄에이터(이하, "수직 구동 와이어"라고 함)(410, 420)를 포함한다.
제1 수직 구동 와이어(410)의 양단은 상부 프레임(110)의 상단에 형성된 고정단(411, 412)에서 각각 볼트에 의해 고정된다.
고정단(411, 412)에 양 단부가 고정된 제1 수직 구동 와이어(410)는 상부 프레임(110)의 표면을 따라 연장되어 그 길이의 중간부가 수직 이동 부재(210)의 연장부(213)의 외표면을 거쳐 몸체부(211)의 하단을 감싸도록 연장된다.
상부 프레임(110)의 상면에는 고정단(412)으로부터 상부 프레임(110)의 폭 방향(y 방향)으로 길게 와이어 수용홈(112)이 연장 형성되어 있으며, 상부 프레임(110)의 일 측면에는 수직 하방으로 와이어 수용홈(111)이 형성되어 있다. 또한, 하부 프레임(150)의 측면 프레임(155)에는 수직 하방으로 와이어 수용홈(157)이 형성되어 있으며, 수직 이동 부재(120)의 하단 둘레에는 와이어 수용홈(214)이 형성되어 있다.
하부 프레임(150)의 다른 측면 프레임(156)에는 와이어 수용홈(160)이 형성되어 있으며, 상부 프레임(110)에는 와이어 수용홈(124)과 와이어 수용홈(125)이 형성되어 고정단(411)까지 연장된다.
고정단(412)으로부터 연장된 제1 수직 구동 와이어(410)는 상기 와이어 수용홈들(112, 111, 157, 214, 160, 124, 125)에 수용되는 형태로 고정단(411)까지 연장된다.
제1 수직 구동 와이어(410)는 약간의 탄성을 가지도록 형성되며, 팽팽하게 당겨진 상태로 두 고정단(411, 412)에 양단이 고정된다. 따라서, 제1 수직 구동 와이어(410)는 (전원 인가와 별개로) 길이 수축하려는 상태를 가지게 되고, 그 장력에 의해 전체적으로 본체(10)의 둘레에 가능한 밀착하게 된다.
제2 수직 구동 와이어(420)의 양단은 상부 프레임(110)의 후방측 상단에 형성된 고정단(421, 422)에서 각각 볼트에 의해 고정된다.
고정단(421, 422)에 양 단부가 고정된 제2 수직 구동 와이어(420)는 상부 프레임(110)의 표면을 따라 연장되어 그 길이의 중간부가 수직 이동 부재(210)의 연장부(213)의 외표면을 거쳐 몸체부(211)의 하단을 감싸도록 연장된다.
상부 프레임(110)의 상면에는 고정단(422)으로부터 상부 프레임(110)의 폭 방향(y 방향)으로 길게 와이어 수용홈(120)이 연장 형성되어 있으며, 상부 프레임(110)의 일 측면에는 수직 하방으로 와이어 수용홈(119)이 형성되어 있다. 또한, 하부 프레임(150)의 측면 프레임(155)에는 수직 하방으로 와이어 수용홈(159)이 형성되어 있으며, 수직 이동 부재(120)의 하단 둘레에는 와이어 수용홈(215)이 형성되어 있다.
하부 프레임(150)의 다른 측면 프레임(156)에는 와이어 수용홈(162)이 형성되어 있으며, 상부 프레임(110)에는 와이어 수용홈(121)과 와이어 수용홈(126)이 형성되어 고정단(421)까지 연장된다.
고정단(422)으로부터 연장된 제2 수직 구동 와이어(420)는 상기 와이어 수용홈들(120, 119, 159, 215, 162, 121, 126)에 수용되는 형태로 고정단(421)까지 연장된다.
제2 수직 구동 와이어(420) 역시 약간의 탄성을 가지도록 형성되며, 팽팽하게 당겨진 상태로 두 고정단(421, 422)에 양단이 고정된다. 따라서, 제2 수직 구동 와이어(420)는 (전원 인가와 별개로) 길이 수축하려는 상태를 가지게 되고, 그 장력에 의해 전체적으로 본체(10)의 둘레에 가능한 밀착하게 된다.
도 8에 잘 도시된 바와 같이, 상부 프레임(110)의 하단부에는 코일 스프링(131, 132)이 결합되어 있으며, 코일 스프링(131, 132)의 하단은 두 개의 가이드 부(214)에 각각 접한다.
코일 스프링(131, 132)은 수직 이동 부재(210)가 가장 하방으로 위치한 상태에서도 약간 압축된 상태로 배치되어, 수직 이동 부재(210)를 하방으로 압박하는 힘을 가한다.
제1 수직 구동 와이어(410) 및 제2 수직 구동 와이어(420)가 (전원 인가 없이) 수축하려는 힘과 코일 스프링(131, 132)의 복원력이 서로 균형을 이루어 수직 이동 부재(210)는 능동적 제어를 가하지 않은 상태에서는 위치가 고정된다.
제1 수직 구동 와이어(410) 및 제2 수직 구동 와이어(420)에 전기 에너지를 인가하여 길이 수축시키면, 도 8에 도시된 바와 같이, 수직 구동 와이어의 고정단이 수직 이동 부재(210)의 최하단에 비해 높이 형성되어 있으므로, 수직 이동 부재(210)가 고정단(411, 412) 쪽으로 당겨지며 상방으로 수직 이동하게 된다. 이때, 코일 스프링(131, 132)은 압축되면서 탄성 복원력을 저장하게 된다.
제1 수직 구동 와이어(410) 및 제2 수직 구동 와이어(420)에 가하던 전기 에니저를 차단하면, 두 수직 구동 와이어는 다시 형상이 복원되면서 길이가 늘어나게 된다. 코일 스프링(131, 132)이 다시 원상태로 복귀하면서 수직 이동 부재(210)를 누르게 되고, 이에 따라서 수직 이동 부재(210)가 하방으로 이동하게 된다.
한편, 본 실시예에 따른 본체(10)는 수평 이동 부재(250)를 수평 이동시키기 위한 두 줄의 와이어 형 액츄에이터(이하, "수평 구동 와이어"라고 함)(430, 440)을 포함한다.
제1 수평 구동 와이어(430)의 일단은 상부 프레임(110)의 일 측면에 형성된 고정단(431)에서 볼트에 의해 고정되고, 타단은 수직 이동 부재(210)의 외측으로 돌출된 수평 이동 부재(250)의 이동 몸체(251)의 일측 하단에 형성된 고정단(253)에서 볼트에 의해 고정된다.
고정단(253)과 인접하여 와이어 수용홈(252)이 형성되고, 측면 프레임(155)의 중간에는 수직 방향으로 와이어 수용홈(158)이 형성된다.
상부 프레임(110)의 일 측면에는 고정단(431)을 비켜서 수직 방향으로 와이어 수용홈(118)이 형성되고, 상부 프레임(110)의 상단에는 실질적으로 상부 프레임(110)의 폭 전체에 걸치는 와이어 수용홈(117)이 형성되어 있다.
상부 프레임(110)의 타 측면에는 대략 "U"자 형으로 형성되는 와이어 수용홈(122)이 형성되며, 상부 프레임(110)의 상단에는 와이어 수용홈(117)과 나란하게 와이어 수용홈(116)이 형성된다.
고정단(253)에서 연장된 제1 수평 구동 와이어(430)는 와이어 수용홈(252)에 살짝 걸쳐 와이어 수용홈(158)을 통해 연장되고, 와이어 수용홈(118)과 와이어 수용홈(117)을 거쳐 상부 프레임(110)의 타 측면까지 연장된다.
제1 수평 구동 와이어(430)는 "U"자 형인 와이어 수용홈(122)을 통해 연장되어 상부 프레임(110)의 측면 하방으로 연장되었다가 방향을 바꾸어 상방으로 연장되고, 다시 와이어 수용홈(116)을 거쳐 고정단(253)과 동일한 측에 형성되는 고정단(431)에 연장된다.
제1 수평 구동 와이어(430)를 수축시키는 경우, 고정단(431)을 향해 제1 수평 구동 와이어(430)가 당겨지는데, 이때 와이어 수용홈(122)을 통해 힘의 방향이 바뀌면서 수평 이동 부재(250)의 본체(251)가 고정단(253)이 형성된 단부 측으로 수평 이동하게 된다.
제1 수평 구동 와이어(430)는 약간의 탄성을 가지도록 형성되며, 팽팽하게 당겨져 원래 길이보다 조금 길이가 늘어난 상태로 두 고정단(431, 253)에 양단이 고정된다. 따라서, 제1 수평 구동 와이어(430)는 (전원 인가와 별개로) 길이 수축하려는 상태를 가지게 되고, 그 장력에 의해 전체적으로 본체(10)의 둘레에 가능한 밀착하게 된다.
이와 같은 구성에 따르면, 제1 수평 구동 와이어(430)의 길이 수축이 수평 이동 부재(250)의 이동에 즉각 반영되며, 홈 형태의 와이어 수용홈에 수용된 형태만으로도 본체(10)로부터 이탈하지 않고 길이 전체적으로 고정될 수 있다. 나아가, 제1 수평 구동 와이어(430)가 와이어 수용홈들을 따라 몸체(100)의 측면과 상면을 휘감도록 연장되므로, 수평 이동 부재(250)를 이동시키는데 필요한 제1 수평 구동 와이어(430)의 충분한 길이를 확보할 수 있다(예를 들어, SMA 재질의 와이어의 경우 전체 길이의 약 4%에 해당하는 만큼 길이 신장이 가능하다).
제2 수평 구동 와이어(440)의 일단은 상부 프레임(110)의 일 측면에 형성된 고정단(441)에서 볼트에 의해 고정되고, 타단은 수직 이동 부재(210)의 외측으로 돌출된 수평 이동 부재(250)의 이동 몸체(251)의 타측 하단에 형성된 고정단(255)에서 볼트에 의해 고정된다.
고정단(255)과 인접하여 와이어 수용홈(254)가 형성되고, 측면 프레임(156)의 중간에는 수직 방향으로 와이어 수용홈(161)이 형성된다.
상부 프레임(110)의 일 측면에는 고정단(441)을 비켜서 수직 방향으로 와이어 수용홈(123)이 형성되고, 상부 프레임(110)의 상단에는 실질적으로 상부 프레임(110)의 폭 전체에 걸치는 와이어 수용홈(115)이 형성되어 있다.
상부 프레임(110)의 타 측면에는 대략 "U"자 형으로 형성되는 와이어 수용홈(113)이 형성되며, 상부 프레임(110)의 상단에는 와이어 수용홈(115)과 나란하게 와이어 수용홈(114)이 형성된다.
고정단(255)에서 연장된 제2 수평 구동 와이어(440)는 와이어 수용홈(254)에 살짝 걸쳐 와이어 수용홈(161)을 통해 연장되고, 와이어 수용홈(123)과 와이어 수용홈(114)을 거쳐 상부 프레임(110)의 타 측면까지 연장된다.
제2 수평 구동 와이어(440)는 "U"자 형인 와이어 수용홈(113)을 통해 연장되어 상부 프레임(110)의 측면 하방으로 연장되었다가 방향을 바꾸어 상방으로 연장되고, 다시 와이어 수용홈(115)을 거쳐 고정단(255)과 동일한 측에 형성되는 고정단(441)에 연장된다.
제2 수평 구동 와이어(440)를 수축시키는 경우, 고정단(441)을 향해 제2 수평 구동 와이어(440)가 당겨지는데, 이때 와이어 수용홈(113)을 통해 힘의 방향이 바뀌면서 수평 이동 부재(250)의 본체(251)가 고정단(255)이 형성된 단부 측으로 수평 이동하게 된다.
즉, 제2 수평 구동 와이어(440)는 제1 수평 구동 와이어(430)와 서로 반대 방향으로 수평 이동 부재(250)를 당기도록 배치된다.
제2 수평 구동 와이어(440)는 약간의 탄성을 가지도록 형성되며, 팽팽하게 당겨져 원래 길이보다 조금 길이가 늘어난 상태로 두 고정단(441, 255)에 양단이 고정된다.
다시 도 1 및 2를 참조하면, 전방 클램프(12)는 대략 원 형태로 형성되어 손가락이 끼워질 수 있는 공간(16)을 형성하는 겸자(15)를 구비한다. 겸자(15)는 소정 강도의 탄성을 가지며, 성인의 평균 손가락의 둘레보다 약간 작은 둘레를 정의하는 공간(16)을 형성하도록 되어 있다.
겸자(15)는 손가락의 외부에 밀착되어 탄성을 가지고 손가락을 조임으로써, 본체(10)(후술하는 바와 같이 더 상세하게는 본체(10)의 몸체(100))를 손가락에 대해 견고히 고정시키는 역할을 한다.
후방 클램프(11)는 전방 클램프(12)와 실질적으로 동일한 구조를 가지면, 대략 원 형태로 형성되어 손가락이 끼워질 수 있는 공간(14)을 형성하는 겸자(13)를 구비한다.
본 실시예에 따르면 전방 클램프(12)의 길이가 후방 클램프(11)의 길이에 비해 길게 형성되어 있으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다.
전방 클램프(12)와 후방 클램프(11)의 크기는 사용자의 손가락에 맞춤형으로 형성될 수 있으며, 촉감 전달 장치(1)의 사용 부위에 따라 생략될 수 있다.
예를 들어, 상부 프레임(110)의 공간(101) 형상에 대응하는 탄성의 강성 패드를 형성하여, 손가락에 상부 프레임(110)이 적절한 강도와 자세로 고정되도록 할 수도 있다.
이하에서는 도 9 및 도 10을 참조하여, 촉감 전달 장치(1)의 동작에 대해 설명한다. 도 9 및 도 10에는 도시의 편의를 위해 와이어 형 액츄에이터는 도시 생략되었다.
본 실시예에 따르면, 촉감 전달 장치(1)는 손톱이 위치한 손가락의 맨 끝 마디에 끼워진다. 본체(10)와 클램프를 포함의 촉감 전달 장치(1)의 길이는 손가락의 한 마디를 넘지 않도록 형성된다.
이와 같은 장치의 소형화는 액츄에이터로서 매우 굵기가 가는 와이어 형 액츄에이터를 사용함으로써 가능하다.
클램프(11, 12)에 의해 본체(10)의 몸체(100)는 수직 이동 부재(210)가 최하방으로 이동하였을 때, 접촉부(300)의 상면과 손가락 사이에 소정의 간격(h)이 형성되도록 위치 고정된다.
촉감 전달 장치(1)는 남녀노소의 손가락 마디의 굵기 및 길이에 따라 다양한 크기로 형성될 수 있을 것이다.
수직 이동 부재(210)가 최하방에 위치하는 초기 위치에서, 수직 구동 와이어(410, 420)에 전기 에너지를 인가하면 수직 구동 와이어(410, 420)가 길이 수축하면서 수직 이동 부재(210)를 당겨 수직 이동 부재(210)가 상방으로 이동한다.
이에 따라서, 접촉부(300)가 함께 상방으로 이동하게 되고, 간격(h)만큼 상승한 뒤에는 접촉부(300)가 손가락의 피부에 접촉하게 된다.
수직 구동 와이어(410, 420)의 수축 길이는 전기 에너지의 밀도를 조절하여 제어 가능하며, 접촉부(300)가 손가락의 피부에 접촉한 상태에서 수직 이동 부재(210)를 더 상방으로 이동시키면, 사용자는 손가락에 접촉감에 나아가 소정 강도의 압력을 느끼게 된다.
수직 구동 와이어(410, 420)에 가하는 전기 에너지를 차단하면, 상술한 바와 같이 접촉부(300)가 하강하면서 손가락에 전달되던 압력은 차단된다.
다시 수직 구동 와이어(410, 420)에 전기 에너지를 인가/차단하는 동작을 반복하면, 접촉부(300)가 손가락에 접촉/해제되면서 사용자가 진동을 느낄 수 있게 된다.
본 실시예에 따르면, 수직 이동 부재(210)의 수직 이동을 통해, 사용자에게 접촉, 압박 및 진동의 세 가지 감각을 선택적으로 전달할 수 있다.
한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 접촉부(300)가 손가락의 피부에 접촉/압력을 가한 상태에서, 수평 이동 부재(250)를 이동시킴으로써, 사용자의 손가락에 수평 방향의 전단력을 가할 수 있다.
예를 들어, 제1 수평 구동 와이어(430)에 전기 에너지를 인가하여 수축시키면, 도 8에서 수평 이동 부재(250)가 우측으로 이동하면서 접촉부(300)가 손가락을 쓸어 우측 방향의 전단력을 제공해준다.
이때, 탄성력을 가지는 제2 수평 구동 와이어(440)는 길이가 늘어나면서 탄성 복원력을 저장하게 된다.
제1 수평 구동 와이어(430)에 인가되던 전기 에너지를 차단하면, 제1 수평 구동 와이어(430)는 원 상태로 복귀하게 되고, 제2 수평 구동 와이어(440)가 탄성 복원력에 의해 길이 수축하면서 수평 이동 부재(260)를 좌측으로 당겨 접촉부(300)가 최초 중앙 위치로 복귀하게 된다.
접촉부(300)가 최초 중앙 위치로 복귀하는 순간, 제2 수평 구동 와이어(440)에 전기 에너지를 인가하여 수축시키면, 수평 이동 부재(250)가 좌측으로 이동하면서 접촉부(300)가 손가락을 쓸어 좌측 방향의 전단력을 제공해준다. 이때, 탄성력을 가지는 제1 수평 구동 와이어(430)는 길이가 늘어나면서 탄성 복원력을 저장하게 된다.
제2 수평 구동 와이어(440)에 인가되던 전기 에너지를 차단하면, 제2 수평 구동 와이어(440)는 원 상태로 복귀하게 되고, 제1 수평 구동 와이어(430)가 탄성 복원력에 의해 길이 수축하면서 수평 이동 부재(260)가 우측으로 당겨 접촉부(300)가 최초 중앙 위치로 복귀하게 된다.
본 실시예에 따르면, 각각의 수직 구동 와이어(410, 420)와 수평 구동 와이어(430, 440)는 독립적으로 길이 제어가 가능하며, 위 와이어들을 선택적으로 제어함으로써, 접촉, 압박, 진동 및 전단력 전달의 네 가지 촉감을 사용자에게 전달할 수 있다.
본 실시예에 따른 촉감 전달 장치(1)는 굵기가 매우 얇은 와이어 형 액츄에이터를 구동기로 이용하므로, 중량에 비해 매우 큰 힘을 발휘할 수 있다. 또한, 와이어 형 액츄에이터의 굵기를 살짝 두껍게 형성하는 것만으로도 중량 대비 힘의 증가가 매우 크므로, 장치의 소형화가 매우 용이하다.
또한, 와이어 형 액츄에이터의 길이를 변형시키는데 필요한 에너지가 비교적 적으므로, 촉감 전달 장치(1)를 소형화, 무선화하여 사용자의 착용성을 극대화시킬 수 있다.
도 11은 무선화된 촉감 전달 장치(1)의 개념도이다. 도 11에서는 촉감 전달 장치(1)의 본체(10)만을 도시하였다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본체(10)의 상부 프레임(110) 위에 얇은 패널이 부착되고, 패널 위에는 제어 장치(22)와 소형 배터리(21)가 탑재될 수 있다. 또한, 무선 통신을 위한 무선 통신 장치(23)가 함께 탑재될 수 있다.
소형 배터리(21)는 제어 장치(22)와 와이어 형 액츄에이터의 구동을 위한 전원을 공급한다. 제어 장치(22)는 와이어 형 액츄에이터들에 전기 에너지를 인가하여 길이 변형을 제어한다. 자세히 도시하지는 않았지만, 제어 장치(22)와 각 와이어 형 액츄에이터들은 전기 에너지 인가를 위해 전선을 통해 전기적으로 연결되어 있다.
무선 통신 장치(23)는 외부로부터 전달된 제어 신호를 제어 장치로 무선 통신을 통해 전달한다. 제어 신호는 와이어 형 액츄에이터들의 길이 변형 값을 지정하는 신호일 수도 있고, 단순히 아바타에 대한 접촉 상태에 대한 정보 신호일 수 도 있다. 후자의 경우, 제어 장치(22)는 기탑재된 프로그램을 통해 해당 신호를 와이어 형 액츄에이터들의 길이 변형 값으로 변환하여 액츄에이터의 길이를 제어한다.
도 11에서는 상부 프레임에 별도의 패널을 얹어 제어 장치(22), 배터리(21) 및 무선 통신 장치(23)를 배치하였지만 반드시 이에 한정되지는 않는다.
상술한 실시예와 같이, 상부 프레임(110)과 하부 프레임(150)의 길이가 동일한 경우, 접촉부(300)를 통해 손가락을 압박하였을 때 사용자는 반작용에 의해 상부 프레임(110)이 동일한 힘으로 손가락을 압박하는 느낌을 받을 수 있다.
즉, 사용자는 접촉부(300)가 손가락의 피부를 누르는 느낌이 아니라 몸체(100)가 손가락 둘레를 조이는 느낌을 받을 수 있는 것이다.
도 12는 이러한 현상을 완화하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉감 전달 장치(1)를 도시한 것이다.
본 실시예에 따른 촉감 전달 장치는 본체(10")의 형상이 상이하며, 구체적으로, 상부 프레임(110')의 길이가 하부 프레임(150)이 길이에 비해 길다.
이와 같은 구성에 따르면, 접촉부(300)가 손가락을 누를 때 상부 프레임(110')에 의해 손가락에 가해지는 반작용 힘이 (도 12의 화살표와 같이) 상부 프레임(110')의 비교적 넓은 면적에 걸쳐 분배되어, 사용자가 손가락 둘레를 조이는 느낌을 완화시킬 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상부 프레임(110')의 넓이가 넓어 별도의 패널 등을 설치하지 않고도, 배터리(41), 제어 장치(42) 및 무선 통신 장치(43) 등을 탑재하는 공간을 확보할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 촉감 전달 장치(1)는 크기가 매우 작으므로, 복 수개의 촉감 전달 장치(1)를 손의 손가락마다 및/또는 손가락의 마디마디 마다 끼워 일련의 시스템을 구성하도록 할 수 있다.
도 13은 복수의 촉감 전달 장치(1)가 하나의 손에 착용된 상태를 도시한 것이다. 도 13에서는 도시의 편의를 위해 촉감 전달 장치(1) 중 본체(10)만이 도시되었다.
도 13에 도시된 바와 같이, 복수의 촉감 전달 장치(1)가 손가락의 여러 부위에 끼워질 수 있으며, 하나의 제어 장치(32)에 의해 제어될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제어 장치(32)는 스마트 워치(watch)(30) 등의 소형 컴퓨터의 CPU에 의해 구성될 수 있으며, 전기 에너지 공급을 위한 전원으로 스마트 워치(30)의 배터리(31)가 이용될 수 있다.
본 실시예에 따른 촉감 전달 장치(1)를 이용하면 손가락의 움직임에 대응해 아바타를 움직이는 사용자 인터페이스 시스템을 구성할 수 있다.
도 14a 및 도 15a는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 인터페이스 시스템을 도시한 것이고, 도 14b 및 도 15b는 각각 도 14a 및 도 15a에 대응하는 촉감 전달 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 14a에 도시된 바와 같이, 사용자의 손가락에는 두 개의 촉감 전달 장치(1, 1')가 착용되어 있으며, 모니터(3)에는 각 손가락에 의해 동작하는 그래픽(아바타)(5, 6)이 표시된다. 컴퓨터(미도시)는 모니터(3)에 표시된 그래픽(5, 6)과 사용자의 손가락의 움직임을 연동시킨다. 구체적으로, 캠(7)을 두 손가락(또는 두 촉감 전달 장치)의 위치를 추적하고, 사용자가 손가락을 움직이면 그에 대응해 두 손가락 그래픽(5, 6)이 움직이게 된다.
예를 들어, 사용자가 모니터(3)에 표시된 물체 그래픽(4)을 잡고자 손가락을 오므리는 동작을 취하면, 두 손가락 그래픽(5, 6)이 물체 그래픽(4)에 접근한다.
두 손가락 그래픽(5, 6)이 물체 그래픽(4)에 접촉하면, 그 신호가 촉감 전달 장치의 제어 장치로 전달되고, 촉감 전달 장치의 제어 장치는 도 14a에 도시된 바와 같이, 접촉부를 손가락에 접근시켜 손가락에 접촉감을 전달한다.
사용자가 물체 그래픽(4)을 더 강한 힘으로 잡기 위한 동작을 취하면, 두 촉감 전달 장치의 접촉부는 해당 손가락을 더 압박하여 사용자가 대응하는 압력을 느낄 수 있게 한다.
만약, 물체 그래픽(4)이 진동하는 경우, 그에 대응하여 접촉부가 왕복 운동하면서 손가락에 진동을 전달한다.
한편, 도 15a에 도시된 바와 같이, 물체 그래픽(4')이 소정의 무게를 가지는 것으로 설정될 수 있다.
사용자가 손가락으로 예를 들어 물이 든 컵을 들어올리는 경우 손가락 피부에는 물체와의 접촉에 따른 압력과 함께 컵의 무게에 의해 피부가 아래쪽으로 쏠리는 전단력을 느끼게 된다.
본 실시예에 따르면, 사용자가 손가락을 움직여 두 손가락 그래픽(5, 6)이 물체 그래픽(4')에 접촉한 상태에서 위로 들어올리는 동작을 행하는 경우, 도 15b에 도시된 바와 같이, 수직 이동 부재가 수직 이동하는 동시에 수평 이동 부재가 수평 이동함으로써, 사용자에게 압력(도 15b에서 좌우 화살표 방향)과 전단력(도 15b에서 수직 화살표 방향)을 동시에 제공한다. 사용자는 허공에서 손가락을 동작시키는 것만으로도 물체에 대한 접촉과 무게감을 동시에 느낄 수 있도록 한다.
본 실시예에 따르면, 사용자 인터페이스 시스템이 가상의 그래픽을 동작시키도록 하고 있지만, 이에 한정되지 않는다.
가상현실 및 증강 현실 속에서 대상물을 파지하고 조작할 때 느껴지는 감각을 전달할 필요가 있는 분야, 예를 들어, 게임 및 온라인 쇼핑 등의 엔터테인먼트 분야, 감각재활 의료 분야, 교육 및 여행, 전시 미술 및 박람회 등 다양한 분야에 이용될 수 있다.
또한, 접근이 어려운 공간에서 대상물을 정밀하고 정교하게 조작할 필요가 있는 분야, 예를 들어, 우주 공간 또는 심해 탐사 로봇을 이용한 원격작업 등의 분야에서도 효과적으로 이용될 수 있다.
아울러, 인간과 컴퓨터가 교감하는 차세대 컴퓨터 분야에서 사용자 인터페이스를 제공하는데 이용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 삭제
  2. 사용자의 손가락에 촉감을 전달하기 위한 촉감 전달 장치로서,
    손가락에 끼워지는 링 형의 몸체;
    상기 몸체에 대해 위치 이동 가능하게 형성되는 이동 부재;
    상기 이동 부재에 접하도록 형성되는 복수의 와이어 형 액츄에이터를 포함하고,
    상기 와이어 형 액츄에이터는 에너지를 인가하면 길이 변화하는 고체상 액츄에이터이고,
    상기 복수의 와이어 형 액츄에이터가 길이 변화함에 따라 상기 이동 부재에 힘을 가하여, 상기 이동 부재가 상기 몸체에 대해 위치 이동하고,
    상기 이동 부재의 이동에 따라 상기 이동 부재에 형성된 접촉부가 사용자의 손가락에 접촉하여 촉감을 전달하며,
    상기 복수의 와이어 형 액츄에이터는 적어도 일단이 상기 몸체에 고정되고,
    각각의 와이어 형 액츄에이터는 상기 에너지가 인가되면 상기 이동 부재를 당기도록 길이 수축하는 것을 특징으로 하는 촉감 전달 장치.
  3. 사용자의 손가락에 촉감을 전달하기 위한 촉감 전달 장치로서,
    손가락에 끼워지는 링 형의 몸체;
    상기 몸체에 대해 위치 이동 가능하게 형성되는 이동 부재;
    상기 이동 부재에 접하도록 형성되는 복수의 와이어 형 액츄에이터를 포함하고,
    상기 와이어 형 액츄에이터는 에너지를 인가하면 길이 변화하는 고체상 액츄에이터이고,
    상기 복수의 와이어 형 액츄에이터가 길이 변화함에 따라 상기 이동 부재에 힘을 가하여, 상기 이동 부재가 상기 몸체에 대해 위치 이동하고,
    상기 이동 부재의 이동에 따라 상기 이동 부재에 형성된 접촉부가 사용자의 손가락에 접촉하여 촉감을 전달하며,
    상기 이동 부재는,
    손가락의 피부를 향하는 수직 방향으로 상기 몸체에 대해 이동하는 수직 이동 부재;
    상기 수직 방향과 수직한 수평 방향으로 상기 수직 이동 부재에 대해 이동하는 수평 이동 부재를 포함하고,
    상기 접촉부는 상기 손가락과 마주하도록 상기 수평 이동 부재에 형성되는 것을 특징으로 하는 촉감 전달 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 접촉부는 상기 손가락을 향해 돌출되는 돌기 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 촉감 전달 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 몸체에는 손가락을 죄어 상기 몸체를 상기 손가락에 위치 고정하는 클램프가 결합되고,
    상기 몸체는 상기 수직 이동 부재가 최하방으로 이동하였을 때, 상기 접촉부의 상면과 상기 손가락 사이에 간격이 형성되도록 위치 고정되는 것을 특징으로 하는 촉감 전달 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 와이어 형 액츄에이터는
    양단이 상기 몸체에 고정되고, 길이의 중간부가 상기 수직 이동 부재의 하단을 감싸도록 연장되는 수직 구동 와이어를 포함하고,
    에너지를 인가하여 상기 수직 구동 와이어가 수축함에 따라 상기 수직 이동 부재가 상기 손가락으로 접근하는 상방으로 이동하는 것을 특징으로 하는 촉감 전달 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 몸체에는 하방으로 힘을 가하는 스프링이 형성되고,
    상기 수직 구동 와이어에 인가되는 에너지가 차단되면, 상기 스프링의 힘에 의해 상기 수직 이동 부재가 하방으로 이동하는 것을 특징으로 하는 촉감 전달 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 와이어 형 액츄에이터는,
    일단이 상기 몸체의 일 측면에 고정되고, 타단은 상기 수평 이동 부재의 일 측면에 고정되는 제1 수평 구동 와이어와,
    일단이 상기 몸체의 타 측면에 고정되고, 타단은 상기 수평 이동 부재의 타 특면에 고정되는 제2 수평 구동 와이어를 포함하고,
    상기 제1 수평 구동 와이어와 상기 제2 수평 구동 와이어는 서로 반대 방향으로 상기 수평 이동 부재를 당기도록 배치되고,
    에너지를 인가하여 상기 제1 수평 구동 와이어와 상기 제2 수평 구동 와이어를 선택적으로 수축시킴으로써, 상기 수평 이동 부재를 상기 몸체에 대해 수평 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 촉감 전달 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 몸체의 측면과 상면에는 상기 제1 수평 구동 와이어와 상기 제2 수평 구동 와이어를 수용할 수 있는 와이어 수용홈이 형성되고,
    상기 제1 수평 구동 와이어와 상기 제2 수평 구동 와이어는 상기 와이어 수용홈을 따라 상기 몸체의 측면과 상면을 휘감도록 연장되는 것을 특징으로 하는 촉감 전달 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 몸체의 상단에는,
    상기 와이어 형 액츄에이터의 길이 변형을 제어하는 제어 장치;
    상기 제어 장치에 전원을 공급하는 배터리;
    외부로부터 전달된 제어 신호를 상기 제어 장치로 전달하는 무선 통신 장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 촉감 전달 장치.
  11. 사용자의 손가락에 촉감을 전달하기 위한 촉감 전달 장치로서,
    손가락에 끼워지는 링 형의 몸체;
    상기 몸체에 대해 위치 이동 가능하게 형성되는 이동 부재;
    상기 이동 부재에 접하도록 형성되는 복수의 와이어 형 액츄에이터를 포함하고,
    상기 와이어 형 액츄에이터는 에너지를 인가하면 길이 변화하는 고체상 액츄에이터이고,
    상기 복수의 와이어 형 액츄에이터가 길이 변화함에 따라 상기 이동 부재에 힘을 가하여, 상기 이동 부재가 상기 몸체에 대해 위치 이동하고,
    상기 이동 부재의 이동에 따라 상기 이동 부재에 형성된 접촉부가 사용자의 손가락에 접촉하여 촉감을 전달하며,
    상기 몸체는, 상기 손가락의 상단을 감싸는 상부 프레임과, 상기 손가락의 하단을 감싸는 하부 프레임을 포함하고,
    손가락의 길이 방향으로 연장되는 상기 상부 프레임의 길이가 상기 하부 프레임의 길이 보다 긴 것을 특징으로 하는 촉감 전달 장치.
  12. 손가락의 움직임에 대응해 아바타를 움직이는 사용자 인터페이스 시스템으로서,
    사용자의 손가락에 촉감을 전달하기 위한 촉감 전달 장치;
    상기 아바타와 손가락의 움직임을 연동시키는 컴퓨터를 포함하고,
    상기 촉감 전달 장치는,
    손가락에 끼워지는 링 형의 몸체;
    상기 몸체에 대해 위치 이동 가능하게 형성되는 이동 부재;
    상기 이동 부재에 접하도록 형성되는 복수의 와이어 형 액츄에이터를 포함하고,
    상기 와이어 형 액츄에이터는 에너지를 인가하면 길이 변화하는 고체상 액츄에이터이고,
    상기 복수의 와이어 형 액츄에이터가 길이 변화함에 따라 상기 이동 부재에 힘을 가하여, 상기 이동 부재가 상기 몸체에 대해 위치 이동하고,
    상기 이동 부재의 이동에 따라 상기 이동 부재에 형성된 접촉부가 사용자의 손가락에 접촉하여 촉감을 전달하며,
    상기 아바타에 소정의 접촉이 발생하면, 상기 접촉부가 상기 사용자의 손가락에 접촉하여 촉감을 전달하는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 이동 부재는,
    손가락의 피부를 향하는 수직 방향으로 상기 몸체에 대해 이동하는 수직 이동 부재;
    상기 수직 방향과 수직한 수평 방향으로 상기 수직 이동 부재에 대해 이동하는 수평 이동 부재를 포함하고,
    상기 접촉부는 상기 손가락과 마주하도록 상기 수평 이동 부재에 형성되는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 수직 이동 부재가 상기 손가락에 접촉한 상태에서 상기 수직 이동 부재가 상기 손가락으로 접근하는 상방으로 이동하여 상기 접촉부가 상기 손가락에 압력을 가하고,
    상기 수직 이동 부재가 상방 및 하방으로 왕복 이동하여 상기 접촉부가 상기 손가락에 진동을 가하는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 접촉부가 상기 손가락에 접촉한 상태에서, 상기 수평 이동 부재가 수평 방향으로 이동하여 상기 접촉부가 상기 손가락에 전단력을 가하는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스 시스템.
  16. 제12항에 있어서,
    손의 손가락마다 또는 손가락의 마디마다 끼워지는 복수의 촉감 전달 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스 시스템.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101863183B1 (ko) * 2017-01-16 2018-05-31 한국과학기술원 반지 형태를 갖는 웨어러블 장치 및 그 동작 제어 방법
KR101948079B1 (ko) * 2017-12-04 2019-05-20 한국과학기술연구원 촉감 전달 장치 및 이를 구비한 사용자 인터페이스 시스템
KR20210048940A (ko) * 2019-10-24 2021-05-04 한국기술교육대학교 산학협력단 가상 현실 제공 시스템
JP2021519476A (ja) * 2018-03-23 2021-08-10 ウィアート エッセ．エッレ．エッレ． 触覚リング

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2462716B1 (en) 2009-08-05 2019-10-09 Help/Systems, LLC System and method for extending automated penetration testing to develop an intelligent and cost efficient security strategy
CN108279780B (zh) * 2018-03-01 2020-07-24 京东方科技集团股份有限公司 可穿戴装置及控制方法
EP4034974A4 (en) 2019-09-24 2024-01-03 Arkh, Inc. SMART RING
US11755111B2 (en) * 2020-03-16 2023-09-12 Arkh, Inc. Spatially aware computing hub and environment

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005293512A (ja) * 2004-04-05 2005-10-20 Itsuo Kumazawa 指装着型データ入力装置
KR20140131175A (ko) 2013-05-03 2014-11-12 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 가상 물체와의 상호작용을 위한 손 외골격 링크 구조체
KR20150013017A (ko) * 2013-07-25 2015-02-04 크루셜텍 (주) 형상기억합금 와이어를 이용한 액추에이터

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0864145A4 (en) * 1995-11-30 1998-12-16 Virtual Technologies Inc TACTILE FEEDBACK FOR HUMAN / MACHINE INTERFACE
US6110130A (en) 1997-04-21 2000-08-29 Virtual Technologies, Inc. Exoskeleton device for directly measuring fingertip position and inferring finger joint angle
KR20020027199A (ko) 2000-10-02 2002-04-13 도낀 가부시끼가이샤 생체 전도 액추에이터
JP4288269B2 (ja) 2000-10-02 2009-07-01 株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ 生体伝導アクチュエータ
KR100571428B1 (ko) 2003-12-24 2006-04-17 한국전자통신연구원 착용형 인터페이스 장치
KR100867408B1 (ko) 2005-12-23 2008-11-06 한국과학기술원 촉감과 냉온감을 동시에 전달하는 촉감 디스플레이 장치
US20110155044A1 (en) * 2007-12-21 2011-06-30 David Burch Kinesthetically concordant optical, haptic image sensing device
US9001032B2 (en) 2010-03-30 2015-04-07 Korea Institute Of Science And Technology Tactile transmission system using glove type actuator device and method thereof
FR2962566B1 (fr) 2010-07-06 2013-05-17 Commissariat Energie Atomique Systeme de simulation d'un contact avec une surface par stimulation tactile
JP5472539B2 (ja) 2011-06-22 2014-04-16 株式会社村田製作所 指刺激呈示装置
US9396629B1 (en) * 2014-02-21 2016-07-19 Apple Inc. Haptic modules with independently controllable vertical and horizontal mass movements
EP3026523B1 (en) * 2014-11-28 2019-08-28 Nokia Technologies OY Method and apparatus for contacting skin with sensor equipment

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005293512A (ja) * 2004-04-05 2005-10-20 Itsuo Kumazawa 指装着型データ入力装置
KR20140131175A (ko) 2013-05-03 2014-11-12 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 가상 물체와의 상호작용을 위한 손 외골격 링크 구조체
KR20150013017A (ko) * 2013-07-25 2015-02-04 크루셜텍 (주) 형상기억합금 와이어를 이용한 액추에이터

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101863183B1 (ko) * 2017-01-16 2018-05-31 한국과학기술원 반지 형태를 갖는 웨어러블 장치 및 그 동작 제어 방법
KR101948079B1 (ko) * 2017-12-04 2019-05-20 한국과학기술연구원 촉감 전달 장치 및 이를 구비한 사용자 인터페이스 시스템
US10990177B2 (en) 2017-12-04 2021-04-27 Korea Institute Of Science And Technology Tactile transmission device and user interface system including the same
JP2021519476A (ja) * 2018-03-23 2021-08-10 ウィアート エッセ．エッレ．エッレ． 触覚リング
JP7366117B2 (ja) 2018-03-23 2023-10-20 ウィアート エッセ．エッレ．エッレ． 触覚リング
KR20210048940A (ko) * 2019-10-24 2021-05-04 한국기술교육대학교 산학협력단 가상 현실 제공 시스템
KR102347030B1 (ko) 2019-10-24 2022-01-03 한국기술교육대학교 산학협력단 가상 현실 제공 시스템

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