KR101881252B1 - 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치 - Google Patents

양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101881252B1
KR101881252B1 KR1020170044112A KR20170044112A KR101881252B1 KR 101881252 B1 KR101881252 B1 KR 101881252B1 KR 1020170044112 A KR1020170044112 A KR 1020170044112A KR 20170044112 A KR20170044112 A KR 20170044112A KR 101881252 B1 KR101881252 B1 KR 101881252B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
unit
tactile
sensor electrode
sensor
driving
Prior art date
Application number
KR1020170044112A
Other languages
English (en)
Inventor
최혁렬
호아 풍
황피디앤
정호상
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 성균관대학교산학협력단 filed Critical 성균관대학교산학협력단
Priority to KR1020170044112A priority Critical patent/KR101881252B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101881252B1 publication Critical patent/KR101881252B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0414—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0414—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position
    • G06F3/04144—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position using an array of force sensing means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers

Abstract

본 발명은 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치는 단위 촉각 액츄에이터 셀이 형성되는 중공이 어레이로 복수 개 배열되는 프레임부, 상기 프레임부의 하부에 판형으로 형성되고 전압을 인가 받아 수축 또는 팽창되는 구동부 및 상기 중공에 형성되고 상기 구동부와 연결되어 상기 구동부의 수축 또는 팽창에 따라서 상기 중공 내에서 상하 운동을 하는 커플링 구동부를 포함하는 촉각 액츄에이터 및 상기 프레임부의 상부에 어레이로 형성되고 압력에 의한 저항의 변화로 압력을 감지하는 촉각 센서부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치{HAPTIC DISPLAY APPARATUS FOR BIDIRECTIONAL TACTILE INTERFACE}
본 발명은 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 촉각을 감지할 뿐만 아니라 촉각 자극을 생성할 수 있어서 다양한 촉각 인터페이스나 양방향 작용이 요구되어지는 환경에 응용될 수 있는 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치에 관한 것이다.
일반적으로 햅틱(Haptic)이란 단어의 사전적인 의미는 "촉감”으로써 물체를 만질 때 사람이 느낄 수 있는 촉각적 감각을 통칭하는 것으로, 피부가 물체 표면에 닿아서 느끼는 촉감(tactile feedback)과 관절과 근육의 움직임이 방해될 때 느껴지는 근 감각적인 힘(kinesthetic force) 모두를 합쳐서 부르는 말이다.
햅틱과 관련된 초창기의 연구들은 대부분 근감각의 전달과 관련된 포스 피드백(force feedback) 기술을 중심으로 연구되어 왔으며, 최근에는 촉각 인터페이스와 관련된 연구가 집중되고 있다. 여기서 촉각 인터페이스(tactile interface) 기술은 촉각 센싱(tactile sensing)과 촉각 제시(tactile display) 기술을 칭한다.
시각과 촉각을 포함하는 인간의 오감은 물체나 환경을 인식하는데 있어서 가장 기본적인 정보를 인간에게 제공하게 되는데, 인간의 감각을 전달하기 위해서는 감각을 인식하기 위한 도구와 이를 인간에게 전달하기 위한 도구를 포함하는 양방향 정보의 전달을 가능하게 하는 도구가 필요하다.
대표적으로 시각 정보와 관련하여 이를 인식하기 위한 카메라와 인간에게 전달하기 위한 모니터와 같은 디스플레이를 들 수가 있다. 최근에 인간의 오감 중에서 시각과 함께 가장 중요한 감각 요소인 촉각에 대해서도 촉각 센싱과 촉각 제시를 포함하는 촉각 인터페이스 기술의 개발이 요구되고 있다.
이러한 촉각 인터페이스 기술은 다른 감각과 함께 원거리 환경 또는 가상 환경의 사실성을 증대시킬 수 있으므로, 네트워크 기반의 환경에서 큰 영향력을 발휘할 수 있다. 따라서, 촉감을 느낄 수 있는 게임, 반력을 느낄 수 있는 자동차나 비행기 시뮬레이터, 가상의 환자를 수술해보는 의료용 시뮬레이터, 각종 물리적 특성을 임의로 변경할 수 있는 환자용 재활 훈련기기 등에 촉각 인터페이스 기술을 적용시키려는 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.
이때, 촉각 센서와 촉각 액츄에이터가 결합된 장치는 "촉각에 의한 반응(Response by Touch)"이 가능한 새로운 형태의 촉각 인터페이스의 실현을 가능하게 할 수 있다는 점에서 그 개발의 중요성이 높다.
대한민국 등록특허 제10-1566775호
본 발명의 목적은 촉각 센서와 촉각 액츄에이터가 통합됨으로써 촉각을 감지할 수 있는 것과 동시에 이에 따라 촉감을 전달할 수 있는 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치를 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 단위 촉각 액츄에이터 셀이 형성되는 중공이 어레이로 복수 개 배열되는 프레임부; 상기 프레임부의 하부에 판형으로 형성되고 전압을 인가 받아 수축 또는 팽창되는 구동부; 및 상기 중공에 형성되고 상기 구동부와 연결되어 상기 구동부의 수축 또는 팽창에 따라서 상기 중공 내에서 상하 운동을 하는 커플링 구동부를 포함하는 촉각 액츄에이터; 및 상기 프레임부의 상부에 어레이로 형성되고 압력에 의한 저항의 변화로 압력을 감지하는 촉각 센서부를 포함하는 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치에 의해 달성될 수가 있다.
여기서, 상기 중공으로 구획되는 촉각 액츄에이터의 어레이 배열과 상기 촉각 센서부의 어레이 배열은 동일한 것이 바람직하다.
여기서, 상기 구동부는 판상의 유전 탄성체; 및 상기 유전 탄성체의 상면과 하면에 상기 중공이 위치하는 부위에 각각 형성되어 전압을 인가시키는 제 1 구동 전극부 및 제 2 구동 전극부를 포함하고, 상기 제 1 구동 전극부와 상기 제 2 구동 전극부 사이의 유전 탄성체는 상기 인가되는 전압에 따라서 팽창 또는 수축할 수가 있다.
여기서, 상기 촉각 센서부는 제 1 방향으로 형성된 복수의 제 1 센서 전극부; 상기 제 1 전극부의 상부에서 상기 제 1 방향과 교차하는 방향으로 형성된 복수의 제 2 센서 전극부; 및 상기 제 1 센서 전극부와 상기 제 2 센서 전극부의 교차 지점에 각각 형성되어 상기 제 1 센서 전극부 및 상기 제 2 센서 전극부와 접촉하는 압저항 소자를 포함할 수가 있다.
여기서, 상기 촉각 센서부는 상기 제 2 센서 전극부의 상부를 덮는 유연 소재의 보호층을 더 포함할 수가 있다.
여기서, 상기 제 1 센서 전극부와 상기 제 2 센서 전극부의 교차 지점에 형성되는 단위 촉각 센서부는 상기 커플링 구동부의 상부에 형성될 수가 있다.
여기서, 상기 제 1 센서 전극부와 상기 제 2 센서 전극부의 교차 지점에 형성되는 단위 촉각 센서부는 단위 촉각 액츄에이터가 형성되는 중공의 사이 공간에 형성될 수가 있다.
여기서, 상기 프레임부는 실리콘으로 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 커플링 구동부가 상승한 경우 상기 커플링 구동부의 상면이 상기 프레임부의 상면에 돌출되도록 형성되어 사용자의 피부에 촉각을 제시할 수가 있다.
여기서, 상기 제 1 센서 전극부와 상기 제 2 센서 전극부는 연성의 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 본 발명의 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치에 따르면 유전 탄성체를 이용하여 부드럽고 신축성이 있는 햅틱 액츄에이터 및 압저항 타입의 촉각 센서를 통합하여 하나의 촉각 셀에서 촉각의 감지에 따른 촉각 자극을 생성(Response by touch)할 수 있으며, 다양한 촉각 인터페이스나 양방향의 작용이 요구되어지는 장치에 응용되어 사용될 수 있다는 장점이 있다.
촉각 센서의 어레이 배열과 촉각 액츄에이터의 어레이 배열을 상하로 일치시키지 않고 인접 위치에 각각 위치하도록 하여 촉감 센서와 촉감 액츄에이터 사이의 간섭에 의한 영향을 최소화 할 수 있다는 장점도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에서의 단위 촉각 셀을 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 2에서의 촉각 액츄에이터와 촉각 센서부를 분리하여 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 액츄에이터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 주파수와 전압 변화에 따른 촉각 액츄에이터의 구동 변위를 측정한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 센서부의 분리 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 센서부의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 센서부에 있어서 인가되는 힘에 따른 압저항 소자의 저항 변화를 실험한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치의 평면도이다.
실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에서의 단위 촉각 셀을 도시하는 사시도이고, 도 3은 도 2에서의 촉각 액츄에이터와 촉각 센서부를 분리하여 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 액츄에이터의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 주파수와 전압 변화에 따른 촉각 액츄에이터의 구동 변위를 측정한 그래프이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 센서부의 분리 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 센서부의 평면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 센서부에 있어서 인가되는 힘에 따른 압저항 소자의 저항 변화를 실험한 그래프이고, 도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치의 평면도이다.
도 1에 도시되어 있는 것과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치(100)는 단위 촉각 셀(200)이 n x m의 어레이 형태로 배열되고, 각 단위 촉각 셀(200)은 도 3에 도시되어 있는 것과 같이 촉각 액츄에이터(110) 및 촉각 센서부(150)로 구성될 수 있다. 따라서, 촉각 액츄에이터(110)의 어레이 배열과 촉각 센서부(150)의 어레이 배열은 동일하게 형성될 수 있다. 이때, 각 단위 촉각 센서부(150)의 셀과 단위 촉각 액츄에이터(110) 셀은 상하로 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 단위 촉각 액츄에이터(110)에 인접한 일측에 단위 촉각 센서부(150)가 형성되는 구조일 수도 있는데, 이에 관해서는 도 9를 참조로 후술하기로 한다.
이때, 촉각 액츄에이터(110)는 프레임부(120), 구동부(130), 및 커플링 구동부(140)를 포함하여 구성될 수가 있다.
프레임부(120)는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치(100)의 메인 프레임 역할을 하는 것으로 판상의 형태에 복수의 원통형 중공(127)이 어레이 형태로 배열 형성되는 형상일 수가 있다. 이때, 중공(127)의 형상은 원통형에 한정되는 것이 아니라 다른 형태로 형성될 수도 있다.
이때, 프레임부(120)는 실리콘과 같은 연성의 재질로 형성될 수가 있으며, 몰드에 의한 성형으로 복수의 중공(127)이 형성된 판상의 형태로 제작될 수가 있다.
구동부(130)는 판형으로 프레임부(120)의 하부에 형성되어 프레임부(120)에 형성된 중공(127)을 마감하며 전압을 인가 받아 수축 또는 팽창된다.
보다 자세히 설명하면, 구동부(130)는 유전 탄성체(134) 및 제 1 구동 전극부(132a)와 제 2 구동 전극부(132b)를 포함하여 구성될 수가 있다.
유전 탄성체(134)는 판상의 형태로 PDMS, 실리콘 또는 합성고무 중 어느 하나일 수가 있는데 이에 한정되는 것은 아니다.
제 1 구동 전극부(132a)와 제 2 구동 전극부(132b)는 유전 탄성체(134)의 상면과 하면에 각각 형성될 수가 있는데, 유전 탄성체(134)의 상면과 하면을 모두 덮도록 형성되는 것이 아니라, 도 2 및 도 3에 도시되어 있는 것과 같이 프레임부(120)의 중공(127)이 위치하는 부위에 원형의 형태로 각각 형성되어 전압을 인가시키도록 한다. 유전 탄성체(134)의 양 측면에 형성되는 제1 구동 전극부(132a)와 제 2 구동 전극부(132b)의 전극은 유연한 전도성 물질로서 카본 입자(carbon particle), 그래핀(grapheme), 탄소나노튜브(CNT), 그래파이트(graphite) 등이 사용될 수가 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다.
유전 탄성체(134)를 사이에 구비한 제 1 구동 전극부(132a)와 제 2 구동 전극부(132b) 사이에 전압이 인가되면 구동 전극부(132a, 132b) 사이에 위치하는 유전 탄성체(134)는 두께 방향으로 압축하게 되고 면 방향으로는 팽창하게 되며, 인가되는 전압이 중지되면 유전 탄성체(134)는 원래의 위치로 복귀하게 된다. 따라서, 유전 탄성체(134)의 변화에 따라서 후술하는 커플링 구동부(140)는 상하로 이동할 수가 있다. 이러한 구동부(130)의 원리는 맥스웰 응력이라고 부르는 정전기력에 의한 압력을 이용하는 공지된 기술이므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
커플링 구동부(140)는 프레임부(120)의 중공(127) 내에 위치하며 전술한 구동부(130)의 상부에 연결 형성되어 구동부(130)의 수축 및 팽창에 따라서 중공(127) 내에서 상하 운동을 한다. 전술한 바와 같이 제 1 구동 전극부(132a)와 제 2 구동 전극부(132b) 사이에 전압이 인가되면 도 4의 (b)에서와 같이 유전 탄성체(134)가 두께 방향으로 압축하게 되고 면 방향으로는 팽창하게 되어 하측을 향하여 늘어나게 되어 상부에 형성된 커플링 구동부(140)가 하강할 수가 있다. 또한, 인가되는 전압이 중지되면 유전 탄성체(134)의 변형이 회복되어 커플링 구동부(140)는 다시 상승하여 최초의 위치로 복귀할 수가 있다.
이때, 커플링 구동부(140)의 상면은 제 1 구동 전극부(132a)와 제 2 구동 전극부(132b)에 전압이 인가되지 않은 상태에서는 프레임부(120)의 상면으로 돌출되도록 형성될 수가 있는데, 전술한 바와 같이 제 1 구동 전극부(132a)와 제 2 구동 전극부(132b)에 전압이 인가되면 커플링 구동부(140)는 하강하여 프레임부(120)의 상면 아래로 이동하도록 할 수가 있다.
도 5는 전술한 촉각 액츄에이터(110)에 있어서 구동 전극부(132a, 132b)에 인가되는 주파수 및 전압 변화에 따른 구동부(130)의 두께 방향의 변위를 도시하는데, 따라서 구동부(130)에 인가되는 전압에 따라서 커플링 구동부(140)의 상하이동 변위를 제어할 수가 있다.
따라서, 본 발명에서는 각 단위 촉각 액츄에이터(110) 셀의 커플링 구동부(140) 상하 위치를 제어하여 원, 사각형과 같이 설정된 모양 또는 문자를 햅틱으로 디스플레이할 수가 있다.
촉각 센서부(150)는 단위 촉각 센서부(150) 셀이 어레이 형태로 프레임부(120)의 상부에 형성되어, 사물이나 신체가 닿을 때의 압력을 측정할 수 있도록 한다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 센서부(150)는 압력에 의한 저항의 변화로 압력을 감지하는 압저항(piezoresistive) 타입의 센서로 형성될 수가 있다.
보다 자세히 설명하면, 촉각 센서부(150)는 도 6에 도시되어 있는 것과 같이 전술한 프레임부(120)의 상부에서 제 1 방향으로 복수 개 배열되는 제 1 센서 전극부(160a), 제 1 센서 전극부(160a)의 상부에서 제 1 센서 전극부(160a)의 방향에 교차하는 방향으로 복수 개 배열되는 제 2 센서 전극부(160b) 및 제 1 센서 전극부(160a)와 제 2 센서 전극부(160b) 사이의 각 교차 지점에 형성되어 하부면과 상부면에 각각 제 1 센서 전극부(160a)와 제 2 센서 전극부(160b)와 접촉하는 압저항 소자(170)를 포함하여 형성될 수가 있다.
이때, 제 1 센서 전극부(160a)와 제 2 센서 전극부(160b)는 외부 힘에 의한 손상이 일어나지 않고 도시되어 있는 것과 같이 압저항 소자(170)의 경계 지점 등에 절곡 부위가 형성되도록 유연 소재로 형성됨이 바람직하다.
압저항 효과는 외부의 힘이 작용하여 소자(170)의 전기 저항이 변화되는 현상을 의미하는 것으로, 따라서 외부에 힘이 인가될 때 압저항 소자(170)의 저항값의 변화를 파악하여 외부 힘의 크기를 감지할 수가 있다. 따라서, 교차하는 제 1 센서 전극부(160a)와 제 2 센서 전극부(160b) 사이에 전기 신호를 보내어서 전기 신호로부터 교차 지점에 위치하는 압저항 소자(170)의 저항값의 변화를 파악함으로써, 외부 힘의 크기를 감지할 수가 있다.
도 8의 그래프에 나타난 것처럼, 인가되는 힘에 따라서 압저항 소자(170)의 저항값이 바뀌는 것을 알 수 있는데, 힘에 따른 압저항 소자(170)의 저항값을 미리 파악하여 저장하고, 이로부터 압저항 소자(170)의 저항값 변화에 따른 힘의 크기를 측정할 수가 있다.
이때, 제 1 센서 전극부(160a)와 제 2 센서 전극부(160b) 사이 교차 지점의 영역을 각 단위 촉각 센서부(150) 셀로 이해할 수가 있다. 이때, 도 2 및 도 3의 실시예에서와 같이 상기 센서 전극부(160a, 160b)의 교차 지점은 프레임부(120)의 중공(127)에 형성된 커플링 구동부(140)의 상부에 형성될 수가 있다.
따라서, 상부의 촉각 센서부(150)에서 외부의 힘을 감지하고, 누름의 강도에 따라 이에 상응하는 피드백으로 아래의 촉각 액츄에이터(110)를 구동시키도록 제어하여 더욱 실감있게 촉각을 전달할 수 있도록 할 수가 있다. 또한, 아래의 촉각 액츄에이터(110)가 구동할 때, 상부의 촉각 센서부(150)에서 촉각 액츄에이터(110)의 구동에 따른 압력 변화를 감지하도록 구성할 수도 있다.
또한, 제 2 센서 전극부(160b)의 상부를 덮어 제 1 센서 전극부(160a), 제 2 센서 전극부(160b) 및 압저항 소자(170)를 외부로부터 보호하도록 하고, 신체와 같은 외부 물체와 직접 접촉하도록 하는 보호층(180)이 형성될 수도 있다. 이때, 보호층(180)은 외부의 힘이 인가되거나 커플링 구동부(140)의 상하 움직임으로 촉각 센서부(150)가 이동하여도 도시된 형상을 유지하도록 탄성의 유연 소재로 형성되는 것이 바람직하다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치를 도시하는데, 도 1 내지 도 8을 기초로 전술한 실시예와 비교하여 각 구성요소에 관한 설명이 동일하기 때문에 이하 설명에서는 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
전술한 실시예에서는 각 단위 촉각 셀(200)에 있어서 촉각 액츄에이터(110)의 상부에 촉각 센서부(150)가 형성되었으나, 도 9의 실시예에서는 촉각 액츄에이터(110)의 상부에 촉각 센서부(150)가 형성되지 않고 단위 촉각 액츄에이터(110)가 형성되는 중공(127)의 사이 공간에 촉각 센서부(150)가 형성되는 것을 특징으로 한다. 보다 상세히 설명하면, 도 9에 도시되어 있는 것과 같이 각 중공(127)의 사이 공간을 지나가도록 하여 제 1 센서 전극부(160a)와 제 2 센서 전극부(160b)가 수직으로 교차하도록 할 수 있는데, 따라서 각 단위 촉각 액츄에이터(110)가 형성되는 중공(127)의 인접하는 대각 위치에 각 단위 촉각 센서부(150)가 형성될 수가 있다.
이 경우 도 4에 도시되어 있는 것과 같이 촉각 액츄에이터(110)에는 프레임부(120)의 중공(127) 내 벽면과 커플링 구동부(140)를 신축성 있게 탄성적으로 연결하는 막부재(145)가 형성될 수가 있다. 참고로, 도 4는 촉각 액츄에이터(110)의 구동을 설명하기 위한 것으로 커플링 구동부(140)의 상부에 전술한 촉각 센서부(150)가 형성되는 것이 아니라 막부재(145)가 형성된 경우를 도시한다.
촉각 액츄에이터(110)의 상부에 촉각 센서부(150)가 형성되는 경우, 촉각 센서부(150)에 외부의 힘이 인가될 때 아래의 촉각 액츄에이터(110)의 위치에 따라서 측정되는 외부 힘에 의한 압력의 값이 달라질 수가 있다. 촉각 액츄에이터(110)의 압력에 의한 영향이 반영될 수가 있기 때문이다. 따라서, 본 실시예에서는 촉각을 감지하는 촉각 센서부(150)와 촉각을 전달하는 촉각 액츄에이터(110)를 인접하는 대각의 위치에 위치하도록 수평 방향으로 분리시키도록 함으로써 이러한 영향을 최소화하도록 할 수가 있다.
전술한 본 발명의 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치(100)는 IT기기, 게임 컨트롤러, 지능로봇, 의학/의료 로봇, 네트워크 기반의 상호작용 등 인간과 기계 사이의 인터페이스에 널리 활용될 수가 있다.
요즘 가장 활발하게 햅틱 기술이 적용되고 있는 IT기기의 경우, 기존의 위치만을 인식하는 기능을 뛰어넘어 누름의 강도를 파악하여 그에 상응하는 피드백으로 촉각을 전달할 수가 있다면 더욱 실감 있는 기능으로 활용될 수가 있다.
또한, 우주항공, 국방, 재난구조 등의 분야에 적용되어 가상 환경 또는 원격지에서 접촉 정보의 센싱을 통해 전달할 수 있도록 함으로써 사람을 대신한 원격의 무인화 기기 또는 가상 기기를 통한 촉각 인식 및 전달로 매우 사실적인 상황을 인지하도록 촉감의 재생성이 가능할 수가 있다.
또한, 의학/의료/보건 분야의 경우 촉각 센싱, 촉각 제시를 이용한 가상 수술 시뮬레이터에 활용되거나 실제 수술도구에 부착되어 환부에 작용하는 힘을 센싱하거나 실제로 피부 조직을 만지는 것과 같은 촉감을 전달하는 목적으로 사용될 수도 있다.
로봇 분야에 있어서는 로봇의 손에 장착하여 물체를 잡는 촉각 인지기술로 활용될 수 있고, 로봇의 팔 등에 코팅하여 사용자의 터치에 따라 반응을 보여주는 어플리케이션 등으로 활용될 수도 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100: 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치
110: 촉각 액츄에이터 120: 프레임부
127: 중공 130: 구동부
132a: 제 1 구동 전극부 132b: 제 2 구동 전극부
134: 유전 탄성체 140: 커플링 구동부
145: 막부재 150: 촉각 센서부
160a: 제 1 센서 전극부 160b: 제 2 센서 전극부
170: 압저항 소자 180: 보호층
200: 촉각 셀

Claims (10)

  1. 단위 촉각 액츄에이터 셀이 형성되는 복수 개의 중공이 어레이로 배열되는 프레임부;
    상기 프레임부의 하부에 판형으로 형성되고 전압을 인가 받아 수축 또는 팽창되는 구동부; 및
    상기 복수 개의 중공에 각각 삽입되어 형성되고 상기 구동부와 연결되어 상기 구동부의 수축 또는 팽창에 따라서 상기 중공 내에서 상하 운동을 하는 복수 개의 커플링 구동부를 포함하는 촉각 액츄에이터; 및
    상기 프레임부의 상부에 어레이로 형성되고 압력에 의한 저항의 변화로 압력을 감지하는 촉각 센서부를 포함하며,
    상기 구동부는 판상의 유전 탄성체, 상기 유전 탄성체의 상면과 하면에 상기 복수 개의 중공이 위치하는 각각의 부위에 형성되어 전압을 인가시키는 제1 구동 전극부 및 제2 구동 전극부를 포함하고, 상기 제1 구동 전극부와 상기 제2 구동 전극부에 인가되는 전압에 따라 팽창 또는 수축하는 상기 유전 탄성체에 따라 상기 복수 개의 커플링 구동부를 개별 운동시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중공으로 구획되는 촉각 액츄에이터의 어레이 배열과 상기 촉각 센서부의 어레이 배열은 동일한 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 촉각 센서부는
    제 1 방향으로 형성된 복수의 제 1 센서 전극부;
    상기 제 1 센서 전극부의 상부에서 상기 제 1 방향과 교차하는 방향으로 형성된 복수의 제 2 센서 전극부; 및
    상기 제 1 센서 전극부와 상기 제 2 센서 전극부의 교차 지점에 각각 형성되어 상기 제 1 센서 전극부 및 상기 제 2 센서 전극부와 접촉하는 압저항 소자를 포함하는 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 촉각 센서부는
    상기 제 2 센서 전극부의 상부를 덮는 유연 소재의 보호층을 더 포함하는 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 센서 전극부와 상기 제 2 센서 전극부의 교차 지점에 형성되는 단위 촉각 센서부는 상기 커플링 구동부의 상부에 형성되는 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 센서 전극부와 상기 제 2 센서 전극부의 교차 지점에 형성되는 단위 촉각 센서부는 단위 촉각 액츄에이터가 형성되는 중공의 사이 공간에 형성되는 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임부는 실리콘으로 형성되는 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    커플링 구동부가 상승한 경우 상기 커플링 구동부의 상면이 상기 프레임부의 상면에 돌출되도록 형성되어 사용자의 피부에 촉각을 제시하는 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 센서 전극부와 상기 제 2 센서 전극부는 연성의 재질로 형성되는 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치.

KR1020170044112A 2017-04-05 2017-04-05 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치 KR101881252B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170044112A KR101881252B1 (ko) 2017-04-05 2017-04-05 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170044112A KR101881252B1 (ko) 2017-04-05 2017-04-05 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101881252B1 true KR101881252B1 (ko) 2018-08-17

Family

ID=63407965

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170044112A KR101881252B1 (ko) 2017-04-05 2017-04-05 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101881252B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210088223A (ko) 2020-01-06 2021-07-14 성균관대학교산학협력단 유전 탄성체 구동기 기반 햅틱 디스플레이
CN113282162A (zh) * 2020-09-22 2021-08-20 苏州索迩电子技术有限公司 一种屏幕多点触控触觉反馈装置
KR102496927B1 (ko) * 2022-11-01 2023-02-07 김태원 촉감을 제공하는 성인 콘텐츠용 vr 장치
KR102526166B1 (ko) * 2023-01-27 2023-04-26 김태원 후각 및 촉각을 제공하는 성인 콘텐츠용 vr 장치

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090048215A (ko) * 2007-11-09 2009-05-13 한국과학기술원 박형 촉감장치
KR20130105101A (ko) * 2012-03-16 2013-09-25 한국표준과학연구원 햅틱피드백 제공모듈, 그 제공모듈을 이용한 햅틱 감성 피드백 제공장치, 그 제공장치가 부착된 휴대용 단말기, 그 제공장치가 부착된 방향제시장치 및 그 제공장치를 이용한 햅틱 감성 피드백 제공방법
JP2013540328A (ja) * 2010-10-20 2013-10-31 ダヴ 触覚フィードバック接触感知式インタフェースモジュール
KR101566775B1 (ko) 2015-02-09 2015-11-09 한국표준과학연구원 어레이형 구조의 액추에이터와 그 제어방법 및 그 제조방법
JP2017041258A (ja) * 2009-08-18 2017-02-23 イマージョン コーポレーションＩｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 複合物圧電アクチュエータを用いた触覚フィードバック
KR101714713B1 (ko) * 2015-09-23 2017-03-09 숭실대학교산학협력단 센서 결합형 액추에이터 햅틱 소자와 그 제작방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090048215A (ko) * 2007-11-09 2009-05-13 한국과학기술원 박형 촉감장치
JP2017041258A (ja) * 2009-08-18 2017-02-23 イマージョン コーポレーションＩｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 複合物圧電アクチュエータを用いた触覚フィードバック
JP2013540328A (ja) * 2010-10-20 2013-10-31 ダヴ 触覚フィードバック接触感知式インタフェースモジュール
KR20130105101A (ko) * 2012-03-16 2013-09-25 한국표준과학연구원 햅틱피드백 제공모듈, 그 제공모듈을 이용한 햅틱 감성 피드백 제공장치, 그 제공장치가 부착된 휴대용 단말기, 그 제공장치가 부착된 방향제시장치 및 그 제공장치를 이용한 햅틱 감성 피드백 제공방법
KR101566775B1 (ko) 2015-02-09 2015-11-09 한국표준과학연구원 어레이형 구조의 액추에이터와 그 제어방법 및 그 제조방법
KR101714713B1 (ko) * 2015-09-23 2017-03-09 숭실대학교산학협력단 센서 결합형 액추에이터 햅틱 소자와 그 제작방법

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210088223A (ko) 2020-01-06 2021-07-14 성균관대학교산학협력단 유전 탄성체 구동기 기반 햅틱 디스플레이
KR102287050B1 (ko) 2020-01-06 2021-08-06 성균관대학교산학협력단 유전 탄성체 구동기 기반 햅틱 디스플레이
CN113282162A (zh) * 2020-09-22 2021-08-20 苏州索迩电子技术有限公司 一种屏幕多点触控触觉反馈装置
CN113282162B (zh) * 2020-09-22 2024-03-19 苏州索迩电子技术有限公司 一种屏幕多点触控触觉反馈装置
KR102496927B1 (ko) * 2022-11-01 2023-02-07 김태원 촉감을 제공하는 성인 콘텐츠용 vr 장치
KR102526166B1 (ko) * 2023-01-27 2023-04-26 김태원 후각 및 촉각을 제공하는 성인 콘텐츠용 vr 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101881252B1 (ko) 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치
Al-Handarish et al. A survey of tactile-sensing systems and their applications in biomedical engineering
Biggs et al. Haptic interfaces
Frediani et al. Wearable wireless tactile display for virtual interactions with soft bodies
US8610548B1 (en) Compact shear tactile feedback device and related methods
JP2004029999A (ja) 力触覚ディスプレイハンドおよびその製造方法
Lee et al. A wearable textile-embedded dielectric elastomer actuator haptic display
Lee et al. Braille display device using soft actuator
JP6594731B2 (ja) 触覚出力装置
JP2012221074A (ja) 操作装置
Boys et al. Soft wearable non-vibratory tactile displays
Culjat et al. Remote tactile sensing glove-based system
JP6504032B2 (ja) 触感提供装置、及び、触感提供システム
KR101089446B1 (ko) 유연한 촉각 인터페이스를 위한 액티브 스킨
JP2006173219A (ja) 高分子アクチュエータとその駆動方法およびそれを用いた力触覚呈示システム
KR20190053623A (ko) 핸드 햅틱 장치
Goethals Tactile feedback for robot assisted minimally invasive surgery: an overview
Zubrycki et al. Novel haptic glove-based interface using jamming principle
Pacchierotti et al. Cutaneous/tactile haptic feedback in robotic teleoperation: Motivation, survey, and perspectives
Khin et al. Soft haptics using soft actuator and soft sensor
Yoo et al. Position controlled pneumatic tactile display for tangential stimulation of a finger pad
US8326462B1 (en) Tactile contact and impact displays and associated methods
Atieh Design, modeling, fabrication and testing of a piezoresistive-based tactile sensor for minimally invasive surgery applications
Shen et al. Fluid Reality: High-Resolution, Untethered Haptic Gloves using Electroosmotic Pump Arrays
US20230263687A1 (en) Fluid-actuated haptic device and methods for using thereof

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant