KR101680265B1 - 촉각 발생 장치 - Google Patents

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KR101680265B1
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유지환
사인 하심란
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한국기술교육대학교 산학협력단
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Abstract

촉각 발생 장치가 개시된다. 본 발명의 제 1 실시예에 따른 촉각 발생 장치는 자기장에 따라 형상이 변화하며 사용자의 신체에 접촉되어 형상 변화에 따라 사용자로 하여금 촉각을 느끼게 하는 자기유변유체 및 상기 자기유변유체에 둘러싸이도록 구비되어 자체의 자기장에 의해 상기 자기유변유체의 변화량을 증가시키며 외부에서 발생된 자기장의 변화에 따라 위치가 변화하는 제 1 자석을 포함하는 촉각발생부, 상기 촉각발생부의 주변에 선택적으로 자기장을 형성하는 자기장 형성부, 상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체가 가상 객체의 표면에 도달하면 상기 자기장 형성부에 자기장을 형성하는 신호를 출력하는 제어부를 포함한다.

Description

촉각 발생 장치{Tactile Generating Apparatus}
본 발명은 촉각 발생 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가상 객체의 표면에 사용자의 신체가 도달하면 사용자의 신체에 촉각을 발생시키는 촉각 발생 장치에 관한 기술이다.
가상 세계(virtual world)는 특정한 환경 및 상황을 컴퓨터를 이용하여 모의실험(simulation)함으로써 사용자가 마치 실제 주변 상황 및 환경과 상호작용을 하고 있는 것처럼 만들어 주는 인간-컴퓨터 간 인터페이스를 의미한다. 이는 인공 현실(artificial reality), 사이버 공간(cyberspace), 가상 현실(virtual reality), 가상환경(virtual environment), 합성 환경(synthetic environment), 인공 환경(artificial environment) 등으로 불리기도 한다.
가상 세계 시스템에서는 사용자와 가상 세계 공간이 하드웨어로 상호 연결된다. 가상 세계 시스템은 가상적인 환경에서 일어나는 일을 참여자가 주로 시각으로 느끼도록 하며, 보조적으로 청각, 촉각 등을 느끼게 할 수도 있다.
이러한 가상 세계 시스템은 사용자의 시점 또는 사용자의 동작 변화를 감지하고, 그에 대응하는 변화를 사용자에게 부여할 수 있다.
기존의 키보드나 터치패드, 마우스, 조이스틱, 데이터 글러브 등은 단순한 입력 장치일 뿐이어서 가상 객체의 정보를 사람에게 전달해줄 수는 없다.
사용자로 하여금 가상 객체에 사용자의 신체가 접촉하였을 때 촉각을 느끼게 할 수 있도록 감각 발생 장치를 신체에 장착하여 사용자의 신체가 가상 객체에 도달하였을 때 감각이 발생하도록 하였으나, 종해의 감각 발생 장치는 대부분 진동에 의해 감각을 느끼도록 하는 것이어서 실제 물체를 만질 때 느끼는 촉각과는 거리가 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다음과 같다.
첫째, 본 발명은 사용자의 신체 중 가상 객체의 표면에 접촉하는 부분에 보다 정확한 촉각을 발생시키는 촉각 발생 장치를 제공하고자 한다.
둘째, 본 발명은 사용자가 보다 정교한 촉각을 느끼게 할 수 있는 촉각 발생 장치를 제공하고자 한다.
셋째, 본 발명은 사용자가 입체적인 촉각을 느끼게 할 수 있는 촉각 발생 장치를 제공하고자 한다.
넷째, 본 발명은 단수의 촉각발생부로 사용자로 하여금 복수의 촉각발생부를 배치하는 것과 유사한 촉각을 느끼게 할 수 있는 촉각 발생 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 출원의 촉각 발생 장치는 촉각발생부, 자기장 형성부 및 제어부를 포함한다.
상기 촉각발생부는 자기장에 따라 형상이 변화하며 사용자의 신체에 접촉되어 형상 변화에 따라 사용자로 하여금 촉각을 느끼게 하는 자기유변유체 및 상기 자기유변유체에 둘러싸이도록 구비되어 자체의 자기장에 의해 상기 자기유변유체의 변화량을 증가시키며, 외부에서 발생된 자기장의 변화에 따라 위치가 변화하는 제 1 자석을 포함한다.
상기 자기장 형성부는 상기 촉각발생부의 주변에 선택적으로 자기장을 형성한다.
상기 제어부는 상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체가 가상 객체의 표면에 도달하면 상기 자기장 형성부에 자기장을 형성하는 신호를 출력한다.
상기 자기장 형성부는 상기 촉각발생부의 외측에서 상기 촉각발생부를 감싸도록 구비되는 제 1 솔레노이드를 포함하고, 상기 제어부는 상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체가 상기 가상 객체의 표면에 도달하면 상기 제 1 솔레노이드에 전류를 인가할 수 있다.
한편, 상기 자기장 형성부는 상기 촉각발생부의 외측에서 상기 촉각발생부를 감싸도록 구비되는 제 2 솔레노이드를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체와 상기 가상 객체의 표면 사이의 거리가 기 설정된 값에 도달하면 상기 제 2 솔레노이드에 전류를 인가할 수 있다.
예를 들면, 제 1 설정값>제 2 설정값>제 3 설정값인 경우, 상기 제어부는 상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체와 상기 가상 객체의 표면 사이의 거리가 제 1 설정값에 도달하면 상기 제 1 솔레노이드에 전류를 인가할 수 있다.
그리고, 상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체와 상기 가상 객체의 표면 사이의 거리가 제 1 설정값에서 제 2 설정값 사이인 경우에는, 상기 제 2 솔레노이드에 상기 제 1 솔레노이드와 반대의 극성을 부여하여 상기 촉각발생부의 변형량을 감소시킬 수 있다.
또는, 상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체와 상기 가상 객체의 표면 사이의 거리가 제 2 설정값에서 제 3 설정값 사이인 경우에는 상기 제 2 솔레노이드에 전류를 차단하여 상기 촉각발생부가 상기 제 1 솔레노이드에 의해 발생된 자기장에 의해서만 변형되도록 할 수 있다.
또는, 상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체와 상기 가상 객체의 표면 사이의 거리가 제 3 설정값 이하인 경우에는, 상기 제 2 솔레노이드에 상기 제 1 솔레노이드와 동일한 극성을 부여하여 상기 촉각발생부의 변형량을 증가시킬 수 있다.
이로써, 상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체와 상기 가상 객체의 표면 사이의 거리가 가까워질수록 상기 촉각발생부의 변형량을 증가시킬 수 있다.
한편, 상기 자기장 형성부는 각각 서로 다른 방향으로 자기장을 발생시키도록 상기 촉각발생부의 주변에 배치되는 복수의 솔레노이드를 포함하며, 상기 제어부는 상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체와 상기 가상 객체의 표면과의 거리 또는 상기 가상 객체의 위치에 따라 상기 솔레노이드에 전류를 인가하여 상기 촉각발생부가 자기장의 방향에 따라 변화할 수 있다.
한편, 상기 촉각발생부는 복수 개가 사용자의 신체에 서로 이격되도록 배치될 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 복수의 상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체가 가상 객체의 표면에 도달하는 순서에 따라 상기 자기장 형성부에 전류를 인가할 수 있다.
또는, 상기 제어부는 복수의 상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체와 가상 객체의 표면과의 거리에 따라 상기 자기장 형성부에 인가되는 전류의 세기를 제어함으로써 상기 촉각발생부의 변형량을 조절할 수 있다.
그리고, 상기 제어부는 복수의 상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체와 가상 객체의 표면과의 거리가 가까울수록 상기 자기장 형성부에 인가되는 전류의 세기를 증가시킬 수 있다.
한편, 본 출원의 촉각 발생 장치는 촉각발생부, 자기장 이동부 및 제어부를 포함한다.
상기 촉각발생부는 자기장에 따라 형상이 변화하며 사용자의 신체에 접촉되어 형상 변화에 따라 사용자로 하여금 촉각을 느끼게 하는 자기유변유체 및 및 상기 자기유변유체에 둘러싸이도록 구비되어 자체의 자기장에 의해 상기 자기유변유체의 변화량을 증가시키며, 외부에서 발생된 자기장의 변화에 따라 위치가 변화하는 제 1 자석을 포함한다.
상기 자기장 이동부는 상기 촉각발생부의 주변에 자기장을 형성하는 제 2 자석을 포함하며, 상기 제 2 자석은 상기 촉각발생부의 일측에서 이동하며 상기 촉각발생부에 가해지는 자기장의 위치를 변화시킨다.
상기 제어부는 상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체가 가상 객체의 표면에 도달하면 상기 제 2 자석을 이동시킨다.
이로써, 상기 자기장 이동부에 의해 자기장이 이동함에 따라 상기 촉각발생부의 형상이 변화하여 촉각을 느끼는 부위를 이동시킨다.
여기서, 상기 제어부는 상기 제 2 자석을 가상 객체의 표면과 가장 가까운 위치로 이동시킨다.
상기 자기장 이동부는 상기 제 2 자석이 고정되는 회전판, 상기 회전판을 회전시키는 모터를 더 포함하여 상기 모터의 회전에 따라 상기 제 2 자석이 회전할 수 있다.
상기 제 2 자석은 전자석이며, 상기 제어부는 상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체가 가상 객체의 표면에 도달하면 상기 제 2 자석에 전원을 인가할 수 있다.
한편, 사용자의 신체에 복수 개의 상기 촉각발생부가 서로 이격되도록 배치될 수도 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 효과에 대하여 설명하면 다음과 같다.
첫째, 본 발명의 실시예들에 따른 촉각 발생 장치에 의하면 사용자의 신체에 접촉된 촉각발생부의 형상이 변형되면서 이와 접촉된 사용자의 신체에 촉각을 느끼게 함으로써 사용자로 하여금 보다 정확한 촉각을 느끼게 할 수 있다.
둘째, 본 발명의 제 2 실시예 및 제 3 실시예에 따른 촉각 발생 장치에 의하면 촉각발생부의 외측에 복수의 솔레노이드를 배치하여 촉각발생부에 가해지는 자기장의 세기 또는 자기장의 방향을 변화시킴으로써 촉각발생부의 변형량 또는 변형 방향을 조절하여 사용자로 하여금 보다 정교하고 입체적인 촉각을 느끼게 할 수 있다.
셋째, 본 발명의 제 4 실시예 및 제 6 실시예에 따른 촉각 발생 장치에 의하면 사용자의 신체에 복수의 촉각발생부가 배치됨으로써 사용자로 하여금 입체적인 촉각을 느끼게 할 수 있다.
넷째, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 촉각 발생 장치에 의하면 촉각발생부가 제 2 자석의 이동에 의하여 형상이 변화함으로써 촉각을 느끼는 부위가 이동될 수 있으며, 이에 따라 하나의 촉각발생부로 복수의 촉각발생부의 효과를 기대할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
아래에서 설명하는 본 출원의 바람직한 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 바람직한 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 촉각발생장치를 나타내는 도면;
도 3 및 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 촉각발생장치를 나타내는 도면;
도 5 내지 도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 촉각 발생 장치를 나타내는 도면;
도 8 및 도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 촉각 발생 장치를 나타내는 도면;
도 10 및 도 11은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 촉각 발생 장치를 나타내는 도면;
도 12 및 도 13은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 촉각 발생 장치를 나타내는 도면이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
그리고, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 동일 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 명칭 및 동일부호를 사용할 뿐 실질적으론 종래기술의 구성요소와 완전히 동일하지 않음을 미리 밝힌다.
또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 가상 객체 형성 장치에서 형성된 가상 객체, 3차원의 공간 상에서 촉각발생장치의 위치를 감지하는 센서, 촉각발생장치가 가상 객체의 표면에 도달하면 촉각발생장치에 촉각을 발생하는 신호를 출력하는 출력부를 포함하는 가상 현실 장치로부터 신호를 받아 촉각 발생 장치와 접촉된 사용자의 신체 부위에 촉각을 발생시키는 촉각 발생 장치에 관한 것으로서, 사용자의 신체 부위 어디에나 장착될 수 있지만, 이하 본 발명의 촉각 발생 장치가 손가락에 장착된 것을 예로 들어 설명한다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 촉각 발생 장치에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 촉각발생장치를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 촉각 발생 장치는 촉각발생부(110), 자기장 형성부(120) 및 제어부(130)를 포함한다.
촉각발생부(110)는 자기유변유체(112) 및 제 1 자석(114)을 포함한다.
여기서, 자기유변유체(112)는 자성유체(Magnetic Fluid)로서, 유체는 미크론 단위 이하인 자성 미립자(페라이트 등)의 입자 표면을 오레인산과 같은 장쇄 불포화 지방산으로 피복하고, 계면 활성제를 사용하여 물이나 기름, 아세톤 같은 용매 속에 분산시킨 연질 자성 재료로, 자기 특성과 액체의 유동성을 가지며, 이에 따라 자기장에 따라 형상이 변화할 수 있다.
예를 들면, 자기유변유체(112)는 유연한 재질로 형성되어 형상 변형이 용이한 막으로 둘러싸일 수 있다. 이로써, 촉각발생부(110)가 사용자의 신체(10)에 접촉되어 자기장에 의해 형상이 변화함에 따라 사용자로 하여금 촉각을 느끼게 한다.
제 1 자석(114)은 상기 자기유변유체(112)에 둘러싸이도록 구비되어 제 1 자석(114) 자체의 자기장에 의해 자기유변유체(112)의 변화량을 증가시켜 사용자로 하여금 더 큰 사용감을 느끼게 할 수 있으며, 외부에서 발생된 자기장 방향의 변화에 따라 위치가 변화한다.
자기장 형성부(120)는 촉각발생부(110)의 주변에 선택적으로 자기장을 형성한다.
본 실시예에서 자기장 형성부(120)는 촉각발생부(110)의 외측에서 촉각발생부(110)를 감싸도록 구비되는 솔레노이드를 포함할 수 있다. 즉, 촉각발생부(110)는 솔레노이드 코일 사이에 위치할 수 있다.
제어부(130)는 촉각발생부(110)가 접촉된 사용자의 신체(10)가 가상 객체(20)의 표면에 도달하면 자기장 형성부(120)에 자기장을 형성하는 신호를 출력한다.
본 실시예에서 제어부(130)는 촉각발생부(110)가 접촉된 사용자의 신체(10)가 가상 객체(20)의 표면에 도달하면 솔레노이드에 전류를 인가할 수 있다.
본 실시예에서, 촉각발생부(110)는 자기장의 영향을 받지 않은 초기 상태에서 구형을 이룰 수 있다.
그리고, 촉각발생부(110)의 일측이 손가락에 접촉될 수 있도록 솔레노이드 코일은 촉각발생장치가 손가락의 지문이 형성된 면과 수직하게 배치될 수 있다.
이로써, 촉각발생부(110)가 가상 객체(20)의 표면에 도달하면 솔레노이드에 전류가 인가되어 솔레노이드의 길이방향으로 자기장이 형성되고, 이에 따라 구형의 촉각발생부(110)가 자기장의 방향으로 길이를 가지는 타원형으로 변형될 수 있다.
따라서, 사용자는 손가락에 접촉된 촉각발생부(110)의 형상 변화에 의해 촉각을 느낄 수 있다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 촉각 발생 장치에 대하여 설명한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 촉각 발생 장치는 촉각발생부(210), 자기장 형성부(220) 및 제어부(230)를 포함한다,
본 실시예의 촉각발생부(210) 및 자기장 형성부(220)의 제 1 솔레노이드(222)는 본 발명의 제 1 실시예와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
다만, 본 실시예에서 자기장 형성부(220)는 제 2 솔레노이드(224)를 포함할 수 있다.
제 2 솔레노이드(224)는 촉각발생부(210)의 외측에서 촉각발생부(210)를 감싸도록 구비될 수 있다. 그리고, 제어부(230)는 촉각발생부(210)가 접촉된 사용자의 신체와 가상 객체(20)의 표면 사이의 거리가 기 설정된 값에 도달하면 제 2 솔레노이드(224)에 전류를 인가할 수 있다.
제 2 솔레노이드(224)에 제 1 솔레노이드(222)와 동일한 극성이 부여되어 제 1 솔레노이드(222)와 제 2 솔레노이드(224)가 동일한 방향의 자기장을 형성하면 자기유변유체(212)의 변형량이 증가하고, 제 2 솔레노이드(224)에 제 1 솔레노이드(222)와 서로 반대의 극성이 부여되어 제 1 솔레노이드(222)와 제 2 솔레노이드(224)가 서로 반대 방향의 자기장을 형성하면 자기유변유체(212)의 변형량이 감소할 수 있다. 이를 이용하여 가상 객체(20)의 표면과 사용자의 신체의 거리에 따라 보다 정밀한 촉각을 제공할 수 있다.
예를 들면, 제 1 설정값>제 2 설정값>제 3 설정값인 경우, 제어부(230)는 촉각발생부(210)가 접촉된 사용자의 신체와 가상 객체(20)의 표면 사이의 거리가 제 1 설정값에 도달하면 제 1 솔레노이드(222)에 전류를 인가할 수 있다.
그리고, 촉각발생부(210)가 접촉된 사용자의 신체와 가상 객체(20)의 표면 사이의 거리가 제 1 설정값에서 제 2 설정값 사이인 경우에는, 제 2 솔레노이드(224)에 제 1 솔레노이드(222)와 반대의 극성을 부여하여 촉각발생부(210)의 변형량을 감소시킬 수 있다.
또는, 촉각발생부(210)가 접촉된 사용자의 신체와 가상 객체(20)의 표면 사이의 거리가 제 2 설정값에서 제 3 설정값 사이인 경우에는 제 2 솔레노이드(224)에 전류를 차단하여 촉각발생부(210)가 제 1 솔레노이드(222)에 의해 발생된 자기장에 의해서만 변형되도록 할 수 있다.
또는, 촉각발생부(210)가 접촉된 사용자의 신체와 가상 객체(20)의 표면 사이의 거리가 제 3 설정값 이하인 경우에는, 제 2 솔레노이드(224)에 제 1 솔레노이드(222)와 동일한 극성을 부여하여 촉각발생부(210)의 변형량을 증가시킬 수 있다.
이로써, 촉각발생부(210)가 접촉된 사용자의 신체와 가상 객체(20)의 표면 사이의 거리가 가까워질수록 촉각발생부(210)의 변형량을 증가시킬 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제 3 실시예에 따른 촉각 발생 장치에 대하여 설명한다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 촉각 발생 장치는 촉각발생부(310), 자기장 형성부(320) 및 제어부를 포함한다,
본 실시예의 촉각발생부(310) 및 자기장 형성부(320)의 제 1 솔레노이드(322)는 본 발명의 제 1 실시예와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
다만, 본 실시예에서 자기장 형성부(320)는 각각 서로 다른 방향으로 자기장을 발생시키도록 촉각발생부(310)의 주변에 배치되는 복수의 솔레노이드를 포함할 수 있다.
제어부는 촉각발생부(310)가 접촉된 사용자의 신체와 가상 객체(20)의 표면과의 거리 또는 가상 객체(20)의 위치에 따라 솔레노이드에 전류를 인가하여, 촉각발생부(310)가 자기장의 방향에 따라 변화할 수 있다.
예를 들면, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 촉각발생부(310)는 제 1 솔레노이드(322), 제 2 솔레노이드(324) 및 제 3 솔레노이드(326)를 포함하고, 제 1 솔레노이드(322), 제 2 솔레노이드(324), 제 3 솔레노이드(326)는 각각 서로 직교하는 3축인 x축, y축, z축 방향으로 자기장을 형성시키도록 배치될 수 있다.
이로써, 가상 객체(20)의 위치에 따라 제 1 솔레노이드(322) 또는 제 2 솔레노이드(324) 또는 제 3 솔레노이드(326)에 전원이 인가되어 자기유변유체(312)가 자기장의 방향에 따라 형상이 변화됨으로써 사용자는 보다 정교하고 입체적인 촉각을 느낄 수 있다.
이하, 도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 제 4 실시예에 따른 촉각 발생 장치에 대하여 설명한다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 촉각발생장치를 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 제 4 실시예에 따른 촉각 발생 장치는 촉각발생부(410), 자기장 형성부(420) 및 제어부(430)를 포함한다.
본 실시예의 촉각발생부(410) 및 자기장 형성부(420)는 본 발명의 일 실시예와 동일하나, 다만 본 실시예에서는 사용자의 신체(10)에 복수 개의 촉각발생부(410)가 서로 이격되도록 배치된다.
그리고, 제어부(430)는 복수의 촉각발생부(410)가 접촉된 사용자의 신체(10)가 가상 객체(20)의 표면에 도달하는 순서에 따라 자기장 형성부(420)에 순자척으로 전류를 인가할 수 있다.
예를 들면, 촉각발생부(410)가 손가락 끝으로부터 손바닥 방향으로 직선으로 복수 개 배치된 상태에서 사용자가 손가락을 이동시켜 손가락 끝부터 가상 객체(20)의 표면에 접촉시키면, 손가락이 가상 객체(20)의 표면에 닿는 순서에 따라 자기장 형성부(420)에 순차적으로 전류가 인가될 수 있다. 이로써, 손가락 끝의 촉각발생부(410)가 가장 먼저 변형되어 촉각을 느끼게 하고, 이와 인접한 촉각발생부(410)가 그 다음으로 변형하는 방식으로 사용자로 하여금 연속적인 촉각을 느끼게 할 수 있다.
또는, 촉각발생부(410)가 손가락 끝으로부터 손바닥 방향으로 직선으로 복수 개 배치된 상태에서 가상 객체(20)가 이동하는 경우에도 상술하는 것과 동일한 방식으로 사용자로 하여금 연속적인 촉각을 느끼게 할 수 있다.
또한, 제어부(430)는 복수의 촉각발생부(410)가 접촉된 사용자의 신체(10)와 가상 객체(20)의 표면과의 거리에 따라 자기장 형성부(420)에 인가되는 전류의 세기를 제어할 수 있다.
예를 들면, 제어부(430)는 복수의 촉각발생부(410)가 접촉된 사용자의 신체(10)와 가상 객체(20)의 표면과의 거리가 가까울수록 자기장 형성부(420)에 인가되는 전류의 세기를 증가시킬 수 있다.
자기장의 세기는 전류의 세기와 비례하므로, 가상 객체(20)의 표면이 곡면으로 형성되는 경우, 가상 객체(20)의 표면과 가장 가까운 촉각발생부(410)가 가장 많이 변형되고, 가상 객체(20)의 표면과 가장 먼 촉각발생부(410)가 가장 적게 변화할 수 있다. 이로써, 사용자로 하여금 보다 정교하고 입체적인 촉각을 느끼게 할 수 있다.
이하, 도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 제 5 실시예에 대하여 설명한다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 촉각발생장치를 나타내는 도면이다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 촉각 발생 장치는 촉각발생부(510), 자기장 이동부(520) 및 제어부(530)를 포함한다.
촉각발생부(510)는 앞서 제 1 실시예에서 설명한 바와 같이 사용자의 신체(10)에 접촉되는 자기유변유체를 포함하여 자기장에 따라 형상이 변화하며 사용자로 하여금 촉각을 느끼게 한다.
자기장 이동부(520)는 촉각발생부(510)의 일측에서 이동하며 촉각발생부(510)에 가해지는 자기장의 위치를 변화시킨다.
예를 들면, 본 실시예에서 자기장 이동부(520)는 자기장을 형성하는 제 2 자석(522), 제 2 자석(522)이 고정되어 제 2 자석(522)을 회전시키는 회전판(524), 회전판(524)을 회전시키는 모터(526)를 포함할 수 있다. 따라서, 모터(526)가 구동되면 회전판(524)에 고정된 제 2 자석(522)이 회전하며 자기장의 위치를 이동시킬 수 있다. 또한, 본 실시예에서 제 2 자석(522)은 전자석일 수 있다.
본 실시예에서는 자기장 이동부(520)가 제 2 자석(522)을 회전시키는 구성인 것을 예로 들어 설명하였으나, 자기장 이동부(520)의 구성을 상술하는 것에 한정되는 것이 아니며, 자기장을 이동시켜 촉각발생부(510)의 형상을 변화시킬 수 있는 것이라면 어떤 식으로든 다양하게 구성될 수 있다.
제어부(330)는 촉각발생부(510)가 접촉된 사용자의 신체(10)가 가상 객체(20)의 표면에 도달하면 자기장을 이동시킨다. 또한, 제어부(530)는 촉각발생부(510)가 접촉된 사용자의 신체(10)가 가상 객체(20)의 표면에 도달하면 제 2 자석(522)에 전원을 인가할 수 있다.
예를 들면, 사용자의 신체(10)와 가상 객체(20)의 표면 사이의 거리가 일정 거리 이하인 경우 제어부(530)는 제 2 자석(522)에 전원을 인가하고, 모터(526)를 구동하여 제 2 자석(522)이 가상 객체(20)의 표면과 가장 가까운 방향으로 이동하여 가상 객체(20)와 가장 가까운 신체(10) 부위에 촉각을 느끼게 할 수 있다.
또는, 신체(10)가 이동하거나 가상 객체(20)가 이동하는 경우 자기장 이동부(520)에 의해 자기장이 이동함에 따라 촉각발생부의 형상이 변화하여 촉각을 느끼는 부위를 이동시킬 수 있다.
이하, 도 12 및 도 13을 참조하여 본 발명의 제 6 실시예에 따른 촉각 발생 장치에 대하여 설명한다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 촉각발생장치를 나타내는 도면이다.
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 6 실시예에 따른 촉각 발생 장치는 촉각발생부(610), 자기장 이동부(620) 및 제어부(630)를 포함한다.
본 실시예의 촉각발생부(610), 자기장 이동부(620) 및 제어부(630)는 본 발명의 제 3 실시예와 동일하므로 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략한다.
다만 본 실시예에서는 사용자의 신체(10)에 복수 개의 촉각발생부(610)가 서로 이격되도록 배치된다.
따라서, 사용자의 신체(10)와 가상 객체(20)의 표면 사이의 거리가 일정 거리 이하인 경우 제어부(630)는 제 2 자석(622)에 전원을 인가하고, 모터(626)를 구동하여 회전판(624)을 회전시킴으로써 제 2 자석(622)이 가상 객체(20)의 표면과 가장 가까운 방향으로 이동하여 가상 객체(20)와 가장 가까운 신체(10) 부위에서 가장 큰 촉각을 느끼고, 가상 객체(20)와 가장 먼 촉각발생부(610)가 접촉된 신체(10)부위에서 가장 작은 촉각을 느끼게 할 수 있다. 특히, 가상 객체(20)가 구형이거나 표면이 곡면으로 형성되는 경우 사용자로 하여금 보다 입체적인 촉각을 느끼게 할 수 있다.
또는, 신체(10)가 이동하거나 가상 객체(20)가 이동하는 경우 자기장 이동부(620)에 의해 자기장이 이동함에 따라 촉각발생부의 형상이 변화하여 촉각을 느끼는 부위를 이동시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
10: 신체 20: 가상 객체
110: 촉각발생부 112: 자기유변유체
114: 제 1 자석 120: 자기장 형성부
122: 제 1 솔레노이드 130: 제어부
210: 촉각발생부 212: 자기유변유체
214: 제 1 자석 220: 자기장 형성부
222: 제 1 솔레노이드 224: 제 2 솔레노이드
230: 제어부 310: 촉각발생부
312: 자기유변유체 314: 제 1 자석
320: 자기장 형성부 322: 제 1 솔레노이드
324: 제 2 솔레노이드 326: 제 3 솔레노이드
330: 제어부 410: 촉각발생부
412: 자기유변유체 414: 제 1 자석
420: 자기장 형성부 422: 제 1 솔레노이드
430: 제어부 510: 촉각발생부
512: 자기유변유체 514: 제 1 자석
520: 자기장 이동부 522: 제 2 자석
524: 회전판 526: 모터
530: 제어부 610: 촉각발생부
612: 자기유변유체 614: 제 1 자석
620: 자기장 이동부 622: 제 2 자석
624: 회전판 626: 모터
630: 제어부

Claims (14)

  1. 자기장에 따라 형상이 변화하며 사용자의 신체에 접촉되어 형상 변화에 따라 사용자로 하여금 촉각을 느끼게 하는 자기유변유체 및 상기 자기유변유체에 둘러싸이도록 구비되어 자체의 자기장에 의해 상기 자기유변유체의 변화량을 증가시키며, 외부에서 발생된 자기장의 변화에 따라 위치가 변화하는 제 1 자석을 포함하는 촉각발생부;
    상기 촉각발생부의 주변에 구비되어 전력이 인가됨에 따라 자기장을 발생시키는 하나 이상의 솔레노이드를 포함하는 자기장 형성부; 및
    상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체가 가상 객체의 표면에 도달하면 상기 자기장 형성부에 자기장을 형성하는 신호를 출력하는 제어부;
    를 포함하는 촉각 발생 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자기장 형성부는,
    상기 촉각발생부의 외측에서 상기 촉각발생부를 감싸도록 구비되는 제 1 솔레노이드를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체가 상기 가상 객체의 표면에 도달하면 상기 제 1 솔레노이드에 전류를 인가하는 촉각 발생 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 자기장 형성부는,
    상기 촉각발생부의 외측에서 상기 촉각발생부를 감싸도록 구비되는 제 2 솔레노이드를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체와 상기 가상 객체의 표면 사이의 거리가 기 설정된 값에 도달하면 상기 제 2 솔레노이드에 전류를 인가하는 촉각 발생 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    제 1 설정값>제 2 설정값>제 3 설정값인 경우,
    상기 제어부는,
    상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체와 상기 가상 객체의 표면 사이의 거리가 제 1 설정값에 도달하면 상기 제 1 솔레노이드에 전류를 인가하고,
    상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체와 상기 가상 객체의 표면 사이의 거리가 제 1 설정값에서 제 2 설정값 사이인 경우에는, 상기 제 2 솔레노이드에 상기 제 1 솔레노이드와 반대의 극성을 부여하여 상기 촉각발생부의 변형량을 감소시키고,
    상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체와 상기 가상 객체의 표면 사이의 거리가 제 2 설정값에서 제 3 설정값 사이인 경우에는 상기 제 2 솔레노이드에 전류를 차단하여 상기 촉각발생부가 상기 제 1 솔레노이드에 의해 발생된 자기장에 의해서만 변형되도록 하고,
    상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체와 상기 가상 객체의 표면 사이의 거리가 제 3 설정값 이하인 경우에는, 상기 제 2 솔레노이드에 상기 제 1 솔레노이드와 동일한 극성을 부여하여 상기 촉각발생부의 변형량을 증가시킴으로써,
    상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체와 상기 가상 객체의 표면 사이의 거리가 가까워질수록 상기 촉각발생부의 변형량을 증가시키는 촉각 발생 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 자기장 형성부는,
    각각 서로 다른 방향으로 자기장을 발생시키도록 상기 촉각발생부의 주변에 배치되는 복수의 솔레노이드를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체와 상기 가상 객체의 표면과의 거리 또는 상기 가상 객체의 위치에 따라 상기 솔레노이드에 전류를 인가하여,
    상기 촉각발생부가 자기장의 방향에 따라 변화하는 촉각 발생 장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    사용자의 신체에 복수 개의 상기 촉각발생부가 서로 이격되도록 배치되는 촉각 발생 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    복수의 상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체가 가상 객체의 표면에 도달하는 순서에 따라 상기 자기장 형성부에 전류를 인가하는 촉각 발생 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    복수의 상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체와 가상 객체의 표면과의 거리에 따라 상기 자기장 형성부에 인가되는 전류의 세기를 제어함으로써 상기 촉각발생부의 변형량을 조절하는 촉각 발생 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    복수의 상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체와 가상 객체의 표면과의 거리가 가까울수록 상기 자기장 형성부에 인가되는 전류의 세기를 증가시키는 촉각 발생 장치.
  10. 자기장에 따라 형상이 변화하며 사용자의 신체에 접촉되어 형상 변화에 따라 사용자로 하여금 촉각을 느끼게 하는 자기유변유체 및 및 상기 자기유변유체에 둘러싸이도록 구비되어 자체의 자기장에 의해 상기 자기유변유체의 변화량을 증가시키며, 외부에서 발생된 자기장의 변화에 따라 위치가 변화하는 제 1 자석을 포함하는 촉각발생부;
    상기 촉각발생부의 주변에 자기장을 형성하는 제 2 자석을 포함하며, 상기 제 2 자석은 상기 촉각발생부의 일측에서 이동하며 상기 촉각발생부에 가해지는 자기장의 위치를 변화시키는 자기장 이동부;
    상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체가 가상 객체의 표면에 도달하면 상기 제 2 자석을 이동시키는 제어부;
    를 포함하여 상기 자기장 이동부에 의해 자기장이 이동함에 따라 상기 촉각발생부의 형상이 변화하여 촉각을 느끼는 부위를 이동시키는 촉각 발생 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 2 자석을 가상 객체의 표면과 가장 가까운 위치로 이동시키는 촉각 발생 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 자기장 이동부는,
    상기 제 2 자석이 고정되는 회전판;
    상기 회전판을 회전시키는 모터;
    를 더 포함하여 상기 모터의 회전에 따라 상기 제 2 자석이 회전하는 촉각 발생 장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 제 2 자석은 전자석이며, 상기 제어부는 상기 촉각발생부가 접촉된 사용자의 신체가 가상 객체의 표면에 도달하면 상기 제 2 자석에 전원을 인가하는 촉각 발생 장치.
  14. 제 10항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    사용자의 신체에 복수 개의 상기 촉각발생부가 서로 이격되도록 배치되는 촉각 발생 장치.
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