KR101894951B1 - 촉각 전달 장치 및 촉각 전달 장치의 동작 방법 - Google Patents

촉각 전달 장치 및 촉각 전달 장치의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

촉각 전달 장치 및 촉각 전달 장치의 동작 방법이 제공된다. 촉각 전달 장치는 디스크부를 통해 사용자의 손가락을 접촉하고, 감지기에서 생성되는 신호에 기초하여 상기 디스크부의 지지 높이를 결정하며, 상기 결정된 지지 높이가 되도록 n개의 구동부를 제어하여, 상기 디스크부를 하방으로부터 지지 함으로써, 디스크부에 접촉되는 사용자의 손가락으로 감지기에서 감지된 힘을 제공할 수 있다.

Description

촉각 전달 장치 및 촉각 전달 장치의 동작 방법{TACTILE SENSE FEEDBACK APPARATUS AND METHOD FOR OPERATING TACTILE SENSE FEEDBACK APPARATUS}
감지된 힘을 피드백하여 사용자의 손가락에서 피드백된 힘을 직관적으로 인지할 수 있게 하는 기술에 관한 것이다.
촉각, 힘을 느끼게 하는 기술로서, 햅틱 피드백에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 햅틱 피드백은 예컨대, 원거리의 로봇 또는 가상공간 내의 물체를 직관적으로 조작하기 위해, 사람의 손이나 팔에 실제로 물체를 조작할 때 느껴지는 감각을 인위적으로 생성하여 전달하는 것이다. 일례로, 햅틱 피드백 장치는 사람이 조종간과 같은, 특수하게 설계된 기구를 이용하여 원거리의 로봇이나 가상공간 내의 물체를 조작하면, 기구를 조작할 때 느껴지는 부하(load)의 정도를 조절하는 방식으로 피드백을 제공할 수 있다.
한편, 신체 중 손가락에 촉각이 상대적으로 많이 분포 됨에 따라, 사용자는 손가락을 이용하여 물체를 정교하게 조작할 뿐 아니라, 조작에 따른 힘의 세기를 용이하게 인지할 수 있다. 따라서, 로봇을 이용하여 물체를 정교하게 조작하기 위해서는 로봇의 손가락에 작용하는 힘(또는, 로봇이 물체에 가하는 힘)을 사용자의 손가락에 전달하여, 사용자가 힘을 직관적으로 인지하도록 함으로써, 인지한 힘에 기초하여 조작하는 힘을 정교하게 제어하도록 하는 기술이 필요하다.
사용자의 손가락이 접촉되는 디스크부와, 상기 디스크부를 하방으로부터 지지하는 n개(상기 n은 자연수)의 구동부와, 감지기에서 생성되는 신호에 기초하여 상기 n개의 구동부에 의한 상기 디스크부의 지지 높이를 결정하는 제어부를 포함하는 촉각 전달 장치가 제공된다.
상기 구동부는 공기의 압력에 의해, 상기 디스크부를 지지하는 n개의 공압벌룬 구동부일 수 있다. 이때, 상기 제어부는 상기 신호에 따라, 상기 n개의 공압벌룬 구동부 별로 주입되는 공기의 양을 제어할 수 있다.
상기 n개의 공압벌룬 구동부는 상기 디스크부의 중점을 기준으로 한 n개의 방사 대칭점에 대해, 상기 주입되는 공기의 양에 의거한 각 공기의 압력으로 지지하여, 상기 n개의 방사 대칭점에서의 지지 높이를 조정할 수 있다.
상기 구동부는 펄스를 인가하여 이동시키는 구동축으로, 상기 디스크부를 지지하는 n개의 모터 구동부일 수 있다. 이때, 상기 제어부는 상기 신호에 따라, 상기 n개의 모터 구동부 별로 인가되는 펄스의 양을 제어할 수 있다.
상기 n개의 모터 구동부는 상기 디스크부의 중점을 기준으로 한 n개의 방사 대칭점에 대해, 상기 인가되는 펄스의 양에 의거한 각 구동축의 이동으로, 상기 n개의 방사 대칭점에서의 지지 높이를 조정할 수 있다.
촉각 전달 장치는 상기 디스크부와 상기 구동부 사이에 체결되어, 상기 지지 높이에 따른 상기 디스크부의 기울기를 선정된 범위로 유지하는 디스크 복원부를 더 포함할 수 있다.
촉각 전달 장치는 상기 디스크부에 상기 손가락이 접촉하는 높이 또는 각도를 고정하는 가이드부재를 더 포함할 수 있다.
디스크부를 통해 사용자의 손가락을 접촉하는 단계와, 감지기에서 생성되는 신호에 기초하여 상기 디스크부의 지지 높이를 결정하는 단계와, 상기 결정된 지지 높이가 되도록 n개의 구동부를 제어하여, 상기 디스크부를 하방으로부터 지지하는 단계를 포함하는 촉각 전달 장치의 동작 방법이 제공된다.
촉각 전달 장치는 감지기에서 생성되는 신호에 기초하여 디스크부의 지지 높이를 조정하여, 디스크부의 높이, 기울기 방향 또는 기울기 정도를 조절 함으로써, 디스크부에 접촉되는 사용자의 손가락에서, 감지기에서 감지된 힘을 직관적으로 인지할 수 있다.
이에 따라, 촉각 전달 장치는 수술로봇과 같이, 민감한 조직(예컨대, 인체)이나 물체를 조작하는 로봇에 적용되어, 로봇 말단이 조직과 접촉하는 힘을 사용자에게 전달 함으로써, 전달된 힘에 기초하여 조작하는 힘을 정교하게 제어하도록 하여, 로봇을 이용한 작업의 효율성과 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 촉각 전달 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 촉각 전달 장치에서의 디스크부 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 촉각 전달 장치를 도시한 평면도이다.
도 4는 도 3의 촉각 전달 장치를 도시한 단면도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 촉각 전달 장치를 도시한 평면도이다.
도 6은 도 5의 촉각 전달 장치를 도시한 단면도이다.
도 7은 도 5의 촉각 전달 장치를 도시한 단면도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 촉각 전달 장치를 도시한 사시도이다.
도 9는 도 8의 촉각 전달 장치를 도시한 단면도이다.
도 10은 촉각 전달 장치의 동작 방법을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 촉각 전달 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 촉각 전달 장치(100)는 디스크부(101), 디스크 복원부(103), 탄성부재(109)를 포함하는 구동부(105), 및 제어부(107)를 구비하여 구성한다. 또한, 다른 실시예로서, 촉각 전달 장치(100)는 디스크부(101)의 높이 또는 각도 고정을 위한 가이드부재(111)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
디스크부(101)는 사용자의 손가락이 접촉되는 부분으로서, 촉각 전달 장치(100)의 상면에 위치하고, 예컨대, 플레이트(plate) 형태일 수 있다. 디스크부(101)는 구동부(105)에 의한 방사 대칭점 별 지지 높이 조절에 따라, 높이, 기울기 방향 또는 기울기 정도를 달리 함으로써, 감지기에서 감지된 힘을 접촉된 사용자의 손가락으로 전달할 수 있다. 이때, 디스크부(101)는 x, y, z 방향으로의 회전 또는 이동이 가능 함에 따라, 3자유도 움직임을 지원할 수 있다.
디스크부(101)는 접촉되는 손가락으로의 촉각 전달 효과를 향상시키기 위해, 표면에 다양한 패턴을 형성할 수 있다.
디스크 복원부(103)는 예컨대, 스프링일 수 있으며, 디스크부(101)와 촉각 전달 장치(100)의 상면과 연결될 수 있다. 즉, 디스크 복원부(103)는 디스크부(101)와 구동부(105) 사이에 체결되어, 상기 지지 높이에 따른 디스크부(101)의 기울기를 선정된 범위로 유지하는 역할을 한다.
이러한 디스크 복원부(103)에 의해서는 디스크부(101)의 기울기를 원 상태로 복원하고자 하는 특성으로 인해, 구동부(105)에 의해 디스크부(101)의 지지 높이가 낮게 기울어지고, 이후 구동부(105)의 의한 디스크부(101)의 지지력이 소멸되는 경우, 상기 복원 특성에 따라 디스크부(101)의 기울기를 애초의 것으로 조정하게 된다. 여기서, 디스크 복원부(103)는 금속판재 또는 탄성물질(예컨대, 고무)로 얇게 형성될 수 있으며, 다양한 패턴으로 형성될 수 있다.
구동부(105)는 n개(상기 n은 자연수)일 수 있으며, 디스크부(103)를 하방으로부터 지지한다. 예컨대, 구동부(105)는 공기의 압력에 의해, 디스크부(103)를 지지하는 공압벌룬 구동부일 수 있다. 이때, n개의 공압벌룬 구동부는 디스크부(103)의 중점을 기준으로 한 n개의 방사 대칭점에 대해, 주입되는 공기의 양에 의거한 각 공기의 압력으로 지지하여, n개의 방사 대칭점에서의 지지 높이를 조정할 수 있다.
구동부(105)는 펄스를 인가하여 이동시키는 구동축으로, 디스크부(101)를 예컨대 하방으로부터 지지하는 모터 구동부일 수 있다. 즉, 모터 구동부는 인가되는 펄스의 양에 의거하여, 구동축을 상하 방향으로 이동시켜, 디스크부(101)의 지지 높이를 조정할 수 있다. n개의 모터 구동부는 디스크부(101)의 중점을 기준으로 한 n개의 방사 대칭점에 대해, 상기 인가되는 펄스의 양에 의거한 각 구동축의 이동으로, n개의 방사 대칭점에서의 지지 높이를 조정할 수 있다. 모터 구동부는 예컨대, 솔레노이드 형태의 자기 구동 장치일 수 있다.
다른 일례로서, 모터 구동부는 상기 펄스 인가에 의해 형성된 수평 방향의 푸시 세기를 수직 방향으로 변환하여 상기 구동축에 전달하는 삼각 지지대를 포함할 수 있다. 즉, 모터 구동부는, 인가되는 펄스의 양에 의거하여 상기 삼각 지지대를 좌우 방향(수평 방향)으로 이동시킴으로써, 상기 삼각 지지대와 연결되는 구동축이 상하 방향(수직 방향)으로 이동하면서 디스크부(101)를 예컨대 하방으로부터 지지할 수 있게 한다.
여기서, 삼각 지지대는 인가되는 푸시 세기에 의거하여, 경사면이 구동축과 접촉하는 부분을 조절 함으로써, 구동축을 상하 방향으로 이동시켜, 디스크부(101)의 지지 높이를 조정할 수 있다. 삼각 지지대를 각각 포함하는 n개의 모터 구동부는 디스크부(101)의 중점을 기준으로 한 n개의 방사 대칭점에 대해, 상기 인가되는 푸시 세기에 의거한 각 구동축의 이동으로, n개의 방사 대칭점에서의 지지 높이를 조정할 수 있다.
제어부(107)는 감지기에서 생성되는 신호에 기초하여 n개의 구동부에 의한 디스크부(101)의 지지 높이를 결정한다. 제어부(107)는 n개의 구동부(105)가 공압벌룬 구동부일 경우, 감지기에서 생성되는 신호에 따라, n개의 공압벌룬 구동부 별로 주입되는 공기의 양을 제어하여, 디스크부(101)의 지지 높이를 결정할 수 있다. 제어부(107)는 n개의 구동부(105)가 모터 구동부일 경우, 감지기에서 생성되는 신호에 따라, n개의 모터 구동부 별로 인가되는 펄스의 양을 제어하여, 디스크부(101)의 지지 높이를 결정할 수 있다.
또한, 제어부(107)는 n개의 구동부(105)가 삼각 지지대를 포함할 수 있는 n개의 모터 구동부일 경우, 감지기에서 생성되는 신호에 따라, n개의 모터 구동부 별로 인가되는 푸시 세기를 제어하여, 직접 또는 상기 삼각 지지대를 경유하여 디스크부(101)의 지지 높이를 결정할 수 있다. 즉, 제어부(107)는 n개의 구동부(105)에 의한 디스크부(101)의 지지 높이를 조정 함으로써, 디스크부(101)의 높이 또는 기울기를 조절할 수 있다.
탄성부재(109)는 n개의 구동부(105)에 포함되어, 디스크부(101)와 구동부(105) 사이에서 완충제 역할을 하여, 구동부(105)에 포함되는 공기실로의 공기 유입 또는 공기실로부터의 공기 유출을, 실시 상황에 따라 제어 할 수 있다.
예컨대, 공압벌룬 구동부에 포함된 공기실에 압축 공기가 유입되는 실시 상황에서, 상기 압축 공기가 소정의 공기 유출구를 통해 외부로 빠지지 않게 하여, 공압벌룬 구동부에 의한 디스크부(101)의 지지 높이의 조정이 가능하게 한다. 즉, 탄성부재(109)는 공압벌룬 구동부에 의해 주입되는 공기의 양에 따라 하부에 위치하는, 공기실과 함께, 부풀어 오름으로써, 디스크부(101)의 지지 높이를 증가시키게 된다. 이 때, 탄성부재(109)는 부풀어 오르는 정도를 선정된 범위 내에서 허용하여 디스크부(101)의 최대 지지 높이를 제한할 수 있다.
역으로, 공기실로부터 압축 공기를 유출시켜야 하는 실시 상황에서, 탄성 부재(109)는 공기 유출구를 개방하여, 상기 공기실에서 공기가 누출되도록 한다. 이때, 탄성부재(109)는 상술한 디스크 복원부와 함께 디스크부(101)가 일정 높이 이하로 내려오는 것을 억제하는 기능을 할 수 있다.
가이드부재(111)는 디스크부(101) 주변에 위치하여, 사용자의 손가락이 디스크부(101)에 접촉하면서 안정감 있게 안착되도록 하는 오목한 부분을 포함하도록 형성될 수 있다. 즉, 가이드부재(111)는 디스크부(101)와 접촉하는 부분을 제외한 손가락의 다른 부분에, 최대한 근접하도록 하는 곡선 형태를 포함 함으로써, 손가락과 디스크부(101)의 자연스러운 접촉을 유도할 수 있다.
또한, 가이드부재(111)는 디스크부(101)에 접촉하는 사용자의 손가락에 대한 높이 또는 각도를 고정시킴으로써, 손가락의 움직임으로 인한 디스크부(101)와의 접촉 변화를 제한할 수 있다. 따라서, 가이드부재(111)는 손가락의 고정된 부분(예컨대, 촉각에 민감한 부분으로서의 손가락 끝 부분)에서 디스크부(101)의 변화를 감지할 수 있게 한다.
촉각 전달 장치(100)는 감지기에서 생성되는 신호에 기초하여 디스크부(101)의 지지 높이를 조정하여, 디스크부의 높이, 기울기 방향 또는 기울기 정도를 조절 함으로써, 디스크부에 접촉되는 사용자의 손가락에서, 감지기에서 감지된 힘을 직관적으로 인지할 수 있다. 이에, 촉각 전달 장치(101)는 수술로봇과 같이, 민감한 조직(예컨대, 인체)이나 물체를 조작하는 로봇에 적용되어, 로봇 말단이 조직과 접촉하는 힘을 사용자에게 전달 함으로써, 전달된 힘에 기초하여 조작하는 힘을 정교하게 제어하도록 하여, 로봇을 이용한 작업의 효율성과 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 2는 촉각 전달 장치에서의 디스크부 일례를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 촉각 전달 장치(200)는 구동부가 포함되는 바디(body, 201) 상면에 예컨대, 원판 형태의 디스크부(203)를 포함할 수 있다. 여기서, 디스크부(203)는 제1 중심축(205, 207)을 중심으로, 설정된 범위 내에서 x, y 방향으로의 회전이 가능하고, 설정된 범위 내에서 제2 중심축(209)의 z 방향으로 이동이 가능 함에 따라, 3자유도 움직임을 지원할 수 있다. 이에, 디스크부(203)는 3자유도 움직임을 통해, 다양한 각도로 조절 됨에 따라 접촉되는 손가락으로, 감지된 신호에 대응하는 힘을 용이하게 전달할 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 촉각 전달 장치를 도시한 평면도이다.
도 3을 참조하면, 촉각 전달 장치(200)는 디스크부(203) 하부에 예컨대, 방사 대칭형으로 배치하는 3개의 공압벌룬 구동부(301-1, 301-2, 301-3)를 포함하여 구성할 수 있다. 이때, 3개의 공압벌룬 구동부(301-1, 301-2, 301-3)는 디스크부(203)의 중점을 기준으로 한 3개의 방사 대칭점(p1, p2, p3)에 대해, 주입되는 공기의 양에 의거한 각 공기의 압력으로 지지하여, 3개의 방사 대칭점(p1, p2, p3)에서의 지지 높이를 조정할 수 있다.
3개의 공압벌룬 구동부(301-1, 301-2, 301-3)는 주입되는 공기의 양을 각각 독립적으로 제어하여, 3개의 방사 대칭점(p1, p2, p3)에서 디스크부(203)에 대한 미는 정도를 개별적으로 조정 함으로써, 디스크부(203)에 접촉된 손가락을 자극하는 방향과 힘의 세기를 조절할 수 있다.
또한, 촉각 전달 장치(200)는 디스크부(203)와 바디의 상면(303) 간에 위치하는 디스크 복원부(305)를 포함할 수 있다. 디스크 복원부(305)는 디스크부(203)와 바디의 상면(303) 사이에 연결되어, 디스크부(203)의 기울기를 원 상태로 복원하고자 하는 특성을 갖는다.
도 4는 도 3의 촉각 전달 장치를 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 촉각 전달 장치(200)는 디스크부(203), 기울어진 디스크부(203)를 복원하기 위한 디스크 복원부(305), 디스크부(203)를 하방으로부터 지지하는 공압벌룬 구동부(301-1, 301-2)를 포함하여 구성할 수 있다. 공압벌룬 구동부(301-1, 301-2)는 공기실 (311)과 공기의 주입에 의해 부풀어올라 디스크부(203)에 지지력을 전달하는 탄성부재(307)를 포함하여 구성될 수 있다.
디스크부(203)는 공압벌룬 구동부(301-1, 301-2)에 의한 방사 대칭점(p1, p2) 별 지지 높이 조절에 따라, 높이, 기울기 방향 또는 기울기 정도를 달리 함으로써, 감지기에서 감지된 힘을, 접촉된 사용자의 손가락으로 전달할 수 있다.
제1 공압벌룬 구동부(301-1)는 주입되는 공기의 양에 의거한 공기의 압력으로 디스크부(203)의 제1 방사 대칭점(p1)에 대한 지지 높이를 조정하고, 제2 공압벌룬 구동부(301-2)는 주입되는 공기의 양에 의거한 공기의 압력으로 디스크부(203)의 제2 방사 대칭점(p2)에 대한 지지 높이를 상이하게 조정 함으로써, 전체적으로 디스크부(203)의 기울기가, 감지기에서 생성된 신호에 상응하는 각도로 기울어지게 할 수 있다.
탄성부재(307)는 외부와 연결된 공기주입관(309)을 통해 공기실(311)에 압축공기가 주입되면, 부풀어 오르며 디스크부(203)를 상측으로 밀어낸다. 이때, 탄성부재(307)는 부풀어 오르는 정도를 제어하여, 디스크부(203)가 특정 방향 또는 각도 범위를 벗어나지 않게 할 수 있다.
촉각 전달 장치(200)는 제2 공압벌룬 구동부(301-2)로 주입되는 공기의 양을 제1 공압벌룬 구동부(301-1)로 주입되는 공기의 양 보다 상대적으로 많게 제어하여, 제2 방사 대칭점에 대한 디스크부(203)의 지지 높이를, 제1 방사 대칭점에 대한 디스크부(203)의 지지 높이 보다 높게 조정 함으로써, 디스크부(203)를 좌측으로 기울일 수 있다. 이때, 디스크부(203)의 기울기는 제1,2 방사 대칭점에 대한 지지 높이 차이 정도에 대응할 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 촉각 전달 장치를 도시한 평면도이다.
도 5를 참조하면, 촉각 전달 장치(200)는 디스크부(203) 하부에 예컨대, 방사 대칭형으로 배치하는 3개의 모터 구동부(501-1, 501-2, 503-3)를 포함하여 구성할 수 있다. 이때, 3개의 모터 구동부(501-1, 501-2, 503-3)는 디스크부(203)의 중점을 기준으로 한 3개의 방사 대칭점(p1, p2, p3)에 대해, 인가되는 펄스의 양에 의거한 각 구동축(503-1, 503-2, 503-3)의 이동으로, 3개의 방사 대칭점(p1, p2, p3)에서의 지지 높이를 조정할 수 있다. 3개의 모터 구동부(501-1, 501-2, 503-3)는 주입되는 전원의 양, 즉 펄스의 양을 각각 독립적으로 제어하여, 3개의 방사 대칭점(p1, p2, p3)에서 디스크부(203)에 대한 미는 정도를 개별적으로 조정 함으로써, 디스크부(203)에 접촉된 손가락을 자극하는 방향과 힘의 세기를 조절할 수 있다.
촉각 전달 장치(200)는 디스크부(203)와 바디의 상면(303) 간에 위치하는 디스크 복원부(305)를 포함할 수 있다. 디스크 복원부(305)는 디스크부(203)와 바디의 상면(303) 사이에 연결되어, 디스크부(203)의 기울기를 원 상태로 복원하고자 하는 특성을 갖는다.
도 6은 도 5의 촉각 전달 장치를 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 촉각 전달 장치(200)는 디스크부(203), 기울어진 디스크부(203)를 복원하기 위한 디스크 복원부(305) 및 디스크부(203)를 하방으로부터 지지하는 모터 구동부(501-1, 501-2)를 포함한다.
디스크부(203)는 모터 구동부(501-1, 501-2)에 의한 방사 대칭점 별 지지 높이 조절에 따라, 높이, 기울기 방향 또는 기울기 정도를 달리 함으로써, 감지기에서 감지된 힘을, 접촉된 사용자의 손가락으로 전달할 수 있다.
예컨대, 제1 모터 구동부(501-1)는 인가되는 펄스의 양에 의거한 구동축(503-1)의 이동으로 디스크부(203)의 제1 방사 대칭점(p1)에 대한 지지 높이를 조정하고, 동시에 제2 모터 구동부(501-2)는 인가되는 펄스의 양에 의거한 구동축(503-2)의 이동으로 디스크부(203)의 제2 방사 대칭점(p2)에 대한 지지 높이를, 상기 제1 모터 구동부(501-1)와 상이하게 조정할 수 있다. 여기서, 제1, 2 모터 구동부(501-1, 501-2)는 각 구동축(503-1, 503-2)을 상하 방향으로 직접 이동시켜, 디스크부(203)의 지지 높이를 조정할 수 있다.
도 6에서, 촉각 전달 장치(200)는 제2 모터 구동부(501-2)로 인가되는 펄스의 양에 의거한 구동축(503-1)의 이동을 제1 모터 구동부(501-1)로 인가되는 펄스의 양에 의거한 구동축의 이동 보다 상대적으로 크게 제어하여, 제2 방사 대칭점(p2)에 대한 디스크부(203)의 지지 높이를, 제1 방사 대칭점(p1)에 대한 디스크부(203)의 지지 높이 보다 높게 조정 함으로써, 디스크부(203)를 좌측으로 기울일 수 있다. 이때, 디스크부(203)의 기울기는 제1,2 방사 대칭점에 대한 지지 높이 차이 정도에 대응할 수 있다.
도 7은 도 5의 촉각 전달 장치의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 촉각 전달 장치(200)는 상기 구동부로서 모터 구동부(501-1, 501-2)가 구비되는 상태에서, 모터 구동부(501-1, 501-2) 각각에, 경사면(703-1, 703-2)을 갖는 삼각 지지대(701-1, 701-2)를 포함한다.
여기서 삼각 지지대(701-1, 701-2)는, 모터 구동부(501-1, 501-2)에 의해 생성된 수평 방향의 힘을 이용하여 구동축(503-1, 503-2)가 상하 운동하여, 디스크부(203)를 지지할 수 있게 하는 기능을 한다. 즉, 삼각 지지대(701-1, 701-2)는 모터 구동부(501-1, 501-2)로의 펄스 인가에 의해 형성된 수평 방향의 푸시 세기를 수직 방향으로 변환하여 구동축(503-1, 503-2)에 전달하는 기능을 한다. 이를 위해, 삼각 지지대(701-1, 701-2)에는, 상기 푸시에 따른 수평 이동에 따라, 구동축(503-1, 503-2)이 경사 이동하면서 상하 이동하게 되는 경사면(703-1, 703-2)을 가지고 있다.
예컨대, 제1 삼각 지지대(701-1)는 제1 모터 구동부(501-1)에 의해 형성된 수평 방향의 푸시 세기에 의거한 구동축(503-1)을 경사면(703-1)에서 경사 이동 시킴으로써 구동축(503-1)이 수직 이동으로 디스크부(203)의 제1 방사 대칭점(p1)에 대한 지지 높이를 조정할 수 있게 한다. 유사하게, 제2 삼각 지지대(701-2)는 제2 모터 구동부(501-2)에 의해 형성된 수평 방향의 푸시 세기(예, 상기 제1 모터 구동부(501-1)과는 다른 세기)에 의거한 구동축(503-2)을 경사면(703-2)에서 경사 이동 시킴으로써 구동축(503-1)이 수직 이동으로 디스크부(203)의 제2 방사 대칭점(p2)에 대한 지지 높이를, 상기 제1 방사 대칭점(p1)과 상이하게 조정할 수 있게 한다.
도 7에서는, 제2 삼각 지지대(701-2)를 통해 구동축(503-2)의 상하 이동을, 제1 삼각 지지대(701-1)를 통한 구동축(503-1)의 상하 이동 보다 상대적으로 크게 제어하여, 제2 방사 대칭점(p2)에 대한 디스크부(203)의 지지 높이를, 제1 방사 대칭점(p1)에 대한 디스크부(203)의 지지 높이 보다 높게 조정 함으로써, 디스크부(203)를 좌측으로 기울일 수 있다. 이때, 디스크부(203)의 기울기는 제1,2 방사 대칭점에 대한 지지 높이 차이 정도에 대응할 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 촉각 전달 장치를 도시한 사시도이다.
도 8을 참조하면, 촉각 전달 장치(200)는 바디(201) 상부에 위치하는 가이드부재(801)를 포함할 수 있다.
가이드부재(801)는 디스크부(203) 주변에 위치하여, 사용자의 손가락이 디스크부(203)에 접촉하면서 안정감 있게 안착되도록 하는 오목한 부분(803)을 포함하도록 형성될 수 있다.
도 9는 도 8의 촉각 전달 장치를 도시한 단면도이다.
도 9를 참조하면, 촉각 전달 장치(200)의 가이드부재(801)는 바디(201) 상부에, 디스크부(203)와 접촉하는 부분을 제외한 손가락의 다른 부분에 최대한 근접하도록 하는 곡선 형태(803-1, 803-2)를 포함 함으로써, 손가락과 디스크부(203)의 자연스러운 접촉을 유도할 수 있다.
촉각 전달 장치(200)는 가이드부재(801)를 이용하여, 디스크부(203)에 접촉하는 사용자의 손가락에 대한 높이 또는 각도를 고정시킴으로써, 손가락의 움직임으로 인한 디스크부(203)와의 접촉 변화를 제한할 수 있다. 따라서, 촉각 전달 장치(200)는 손가락의 고정된 부분(예컨대, 촉각에 민감한 부분으로서의 손가락 끝 부분)에서 디스크부(203)의 변화를 감지할 수 있게 한다.
도 10은 촉각 전달 장치의 동작 방법을 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 단계 1001에서, 촉각 전달 장치는 디스크부를 통해 사용자의 손가락을 접촉한다. 디스크부는 예컨대, 플레이트(plate) 형태로서, 구동부에 의한 방사 대칭점 별 지지 높이 조절에 따라, 높이, 기울기 방향 또는 기울기 정도를 달리 함으로써, 감지기에서 감지된 힘을 접촉된 사용자의 손가락으로 전달할 수 있다. 이때, 디스크부는 x, y, z 방향으로의 회전 또는 이동이 가능 함에 따라, 3자유도 움직임을 지원할 수 있다.
단계 1003에서, 촉각 전달 장치는 감지기에서 생성되는 신호에 기초하여 디스크부의 지지 높이를 결정한다.
촉각 전달 장치는 구동부가 공압벌룬 구동부일 경우, n개의 공압벌룬 구동부 별로 주입되는 공기의 양을, 상기 신호에 따라 제어하여 디스크부의 지지 높이를 결정할 수 있다. 구체적으로, 촉각 전달 장치는 디스크부의 중점을 기준으로 한 n개의 방사 대칭점을 지정하고, 지정된 n개의 방사 대칭점에 대해, 주입되는 공기의 양에 의거한 각 공기의 압력으로, n개의 방사 대칭점에서의 지지 높이를 조정할 수 있다.
촉각 전달 장치는 구동부가 모터 구동부일 경우, n개의 모터 구동부 별로 인가되는 펄스의 양을, 상기 신호에 따라 제어하여 디스크부의 지지 높이를 결정할 수 있다. 구체적으로, 촉각 전달 장치는 디스크부의 중점을 기준으로 한 n개의 방사 대칭점을 지정하고, 지정된 n개의 방사 대칭점에 대해, 인가되는 펄스의 양에 의거한 각 구동축의 이동으로, n개의 방사 대칭점에서의 지지 높이를 조정할 수 있다.
또한, 모터 구동부는 상기 펄스 인가에 의해 형성된 수평 방향의 푸시 세기를 수직 방향으로 변환하여 상기 구동축에 전달하는 삼각 지지대를 포함할 수 있다. 즉, 삼각 지지대는 모터 구동부로부터의 수평 방향의 힘을 수직 방향으로 변환하여 구동축이 전달 함으로써, 상기 구동축에 의한 디스크부의 지지 높이를 결정할 수 있다.
다른 실시예로서, 촉각 전달 장치는 탄성부재를 포함 할 수 있다. 이 경우, 촉각 전달 장치는 공압벌룬 구동부에 의해 주입되는 공기의 양에 따라 하부에 위치하는, 공기실과 함께, 탄성부재를 부풀어 오르게 함으로써, 디스크부의 지지 높이를 증가시키되, 부풀어 오르는 정도를 선정된 범위 내에서 허용하여 디스크부의 최대 지지 높이를 제한할 수 있다.
단계 1005에서, 촉각 전달 장치는 결정된 지지 높이가 되도록 n개의 구동부를 제어하여, 디스크부를 하방으로부터 지지한다.
한편, 촉각 전달 장치는 디스크부 주변에 위치하는 가이드부재를 이용하여, 디스크부에 손가락이 접촉하는 높이 또는 각도를 고정시킬 수 있다. 이때, 촉각 전달 장치는 오목한 부분을 포함하는 가이드부재를 이용 함으로써, 손가락을 디스크부에 접촉하면서 안정감 있게 안착시킬 수 있다. 즉, 촉각 전달 장치는 디스크부와 접촉하는 부분을 제외한 손가락의 다른 부분에, 최대한 근접하도록 하는 곡선 형태가 포함된 가이드부재를 이용 함으로써, 손가락과 디스크부의 자연스러운 접촉을 유도할 수 있다.
촉각 전달 장치는 디스크부에 접촉하는 사용자의 손가락에 대한 높이 또는 각도를 고정시킴으로써, 손가락의 움직임으로 인한 디스크부와의 접촉 변화를 제한할 수 있다. 따라서, 촉각 전달 장치는 손가락의 고정된 부분에서 디스크부의 변화를 감지할 수 있게 한다.
촉각 전달 장치는 감지기에서 생성되는 신호에 기초하여 디스크부의 지지 높이를 조정하여, 디스크부의 높이, 기울기 방향 또는 기울기 정도를 조절 함으로써, 디스크부에 접촉되는 사용자의 손가락에서, 감지기에서 감지된 힘을 직관적으로 인지할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 촉각 전달 장치 101: 디스크부
103: 복원부 105: 구동부
107: 제어부 109: 탄성부재
111: 가이드부재

Claims (15)

  1. 사용자의 손가락이 접촉되는 디스크부;
    상기 디스크부를 하방으로부터 지지하는 n개(상기 n은 자연수)의 구동부;
    감지기에서 생성되는 신호에 기초하여 상기 n개의 구동부에 의한 상기 디스크부의 지지 높이를 결정하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 n개의 구동부는 인가되는 펄스에 응답하여 움직이는 구동축을 이용하여 디스크부가 지지되는 높이를 제어하는 n개의 모터 구동부이고,
    상기 제어부는 상기 감지기에서 생성된 신호에 기초하여 상기 n개의 모터 구동부 각각에 인가되는 펄스의 세기를 제어하고,
    상기 n개의 모터 구동부 각각은 상기 펄스가 인가됨에 따라 형성되는 수평 방향의 푸시 세기를 수직 방향으로 변환하여 상기 구동축으로 전달하는 삼각 지지대를 포함하고,
    상기 삼각 지지대는 경사면을 포함하고, 대응하는 모터 구동부에서 형성된 수평 방향의 푸시 세기에 기초하여 상기 구동축을 상기 경사면에 따라 움직이는, 촉각 전달 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 신호에 따라, 상기 n개의 모터 구동부 별로 인가되는 펄스의 양을 제어하는, 촉각 전달 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 n개의 모터 구동부는,
    상기 디스크부의 중점을 기준으로 한 n개의 방사 대칭점에 대해, 상기 인가되는 펄스의 양에 의거한 각 구동축의 이동으로, 상기 n개의 방사 대칭점에서의 지지 높이를 조정하는, 촉각 전달 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 지지 높이에 따른 상기 디스크부의 기울기를 선정된 범위로 유지하는 디스크 복원부
    를 더 포함하는, 촉각 전달 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 디스크부에 상기 손가락이 접촉하는 높이 또는 각도를 고정하는 가이드부재
    를 더 포함하는 촉각 전달 장치.
  9. 촉각 전달 장치에 의해 수행되는 동작 방법에 있어서,
    디스크부에 접촉된 사용자의 손가락을 검출하는 단계;
    감지기에서 생성되는 신호에 기초하여 상기 디스크부의 지지 높이를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 지지 높이가 되도록 n개의 구동부를 제어하여, 상기 디스크부를 하방으로부터 지지하는 단계
    를 포함하고,
    상기 n개의 구동부는 인가되는 펄스에 응답하여 움직이는 구동축을 이용하여 디스크부가 지지되는 높이를 제어하는 n개의 모터 구동부이고,
    제어부는 상기 감지기에서 생성된 신호에 기초하여 상기 n개의 모터 구동부 각각에 인가되는 펄스의 세기를 제어하고,
    상기 n개의 모터 구동부 각각은 상기 펄스가 인가됨에 따라 형성되는 수평 방향의 푸시 세기를 수직 방향으로 변환하여 상기 구동축으로 전달하는 삼각 지지대를 포함하고,
    상기 삼각 지지대는 경사면을 포함하고, 대응하는 모터 구동부에서 형성된 수평 방향의 푸시 세기에 기초하여 상기 구동축을 상기 경사면에 따라 움직이는, 촉각 전달 장치의 동작 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서,
    상기 지지 높이를 결정하는 단계는,
    상기 디스크부의 중점을 기준으로 한 n개의 방사 대칭점을 지정하는 단계; 및
    상기 지정된 n개의 방사 대칭점에 대해, 상기 인가되는 펄스의 양에 의거한 각 구동축의 이동으로, 상기 n개의 방사 대칭점에서의 지지 높이를 조정하는 단계
    를 더 포함하는, 촉각 전달 장치의 동작 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 지지 높이에 따른 상기 디스크부의 기울기를 선정된 범위로 유지하는 단계
    를 더 포함하는, 촉각 전달 장치의 동작 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 디스크부에 상기 손가락이 접촉하는 높이 또는 각도를 고정하는 단계
    를 더 포함하는 촉각 전달 장치의 동작 방법.
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