KR102060338B1 - ３차원 촉각 제공 장치 및 방법 - Google Patents

３차원 촉각 제공 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

3차원 촉각 제공 장치 및 방법이 개시된다. 3차원 촉각 제공 장치는 사용자의 동작에 반응하여 3차원 촉각(tactile)을 제공하는 촉각 제공부; 상기 촉각 제공부의 위치를 측정하는 위치 측정부; 및 상기 촉각 제공부의 위치를 이용하여 상기 촉각 제공부의 움직임을 제어하는 움직임 제어부를 포함할 수 있다.

Description

３차원 촉각 제공 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROVIDING THREE DIMENSIONS TACTILE}
이하의 일실시예들은 3차원 촉각 제공 장치 및 방법에 관한 것으로 사용자에게 정확한 크기와 3차원 촉각을 제공하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
3차원 촉각 제공 장치는 사용자에게 힘의 방향 및 크기, 및 질감을 전달하는 방법이다.
3차원 촉각 제공 장치는 가상 공간 내에서 물체를 직관적으로 조작하거나 원거리에서 로봇을 조작할 경우, 사용자가 실제 동작하는 것과 비슷한 감각을 느끼도록 하기 위하여 인위적으로 감각을 생성하여 전달하는 햅틱 피드백과 관련된 기술이다.
햅틱 피드백은 사용자가 기구를 이용하여 원거리의 로봇이나 가상공간 내의 물체를 조작할 경우, 그 기구를 조작할 때 느껴지는 부하 (load)의 정도를 조절하는 방식으로 피드백을 제공하고 있다.
햅틱 피드백은 사용자가 실제로 해당 물체를 제어할 경우와 로봇이나 가상 공간에서 해당 물체를 제어할 경우의 감각이 유사할수록 효과가 높다. 따라서, 3차원 촉각 제공 장치가 사용자에게 제공하는 촉각의 정밀도가 높을수록 햅틱 피드백의 효과도 증가할 수 있다.
일실시예에 따른 3차원 촉각 제공 장치는 사용자의 동작에 반응하여 3차원 촉각(tactile)을 제공하는 촉각 제공부; 상기 촉각 제공부의 위치를 측정하는 위치 측정부; 및 상기 촉각 제공부의 위치를 이용하여 상기 촉각 제공부의 움직임을 제어하는 움직임 제어부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 3차원 촉각 제공 장치의 움직임 제어부는 상기 촉각 제공부의 움직임을 수평 방향을 구성하는 X축 방향과 Y축 방향에 따라 독립적으로 제어할 수 있다.
일실시예에 따른 3차원 촉각 제공 장치의 위치 측정부는 상기 촉각 제공부의 하면에 근접한 적어도 하나의 센서로 상기 촉각 제공부를 감지하여 상기 촉각 제공부의 수평 방향 위치를 측정할 수 있다.
일실시예에 따른 3차원 촉각 제공 장치의 위치 측정부는 상기 촉각 제공부의 측면에 결합된 센서와, 움직임 제어부의 내측면에 결합된 적어도 하나의 센서로 상기 촉각 제공부의 수평 방향 위치를 측정할 수 있다.
일실시예에 따른 3차원 촉각 제공 장치의 움직임 제어부는 촉각 제공부를 X 축 방향으로 이동하는 제1 이동부; 및 제1 이동부를 Y축 방향으로 이동하는 제2 이동부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 3차원 촉각 제공 장치의 위치 측정부는, 제1 이동부에 결합된 제1 센서로부터 촉각 제공부의 위치를 수신하고, 수신한 촉각 제공부의 위치를 촉각 제공부의 X축 좌표로 측정할 수 있다.
일실시예에 따른 3차원 촉각 제공 장치의 위치 측정부는 제2 이동부에 결합된 제2 센서로부터 제1 이동부의 위치를 수신하고, 수신한 제1 이동부의 위치를 촉각 제공부의 Y축 좌표로 측정할 수 있다.
일실시예에 따른 3차원 촉각 제공 장치의 움직임 제어부는 사용자의 동작에 따라 촉각 제공부가 이동할 위치를 결정하고, 상기 촉각 제공부의 위치가 결정된 위치에 대응하도록 상기 촉각 제공부의 움직임을 제어할 수 있다.
일실시예에 따른 3차원 촉각 제공 장치의 움직임 제어부는 상기 촉각 제공부의 수평 방향 움직임이 결정되면, 상기 촉각 제공부를 수직 방향인 Z축 방향으로 제어할 수 있다.
일실시예에 따른 3차원 촉각 제공 장치의 촉각 제어부는 사용자에게 제공하고자 하는 촉각의 종류에 따라 사용자와 접촉하는 부분의 형상을 변형할 수 있다.
일실시예에 따른 3차원 촉각 제공 방법은 사용자의 동작에 반응하여 3차원 촉각을 제공하는 촉각 제공부의 위치를 측정하는 단계; 및 상기 촉각 제공부의 위치를 이용하여 상기 촉각 제공부의 움직임을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 3차원 촉각 제공 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 3차원 촉각 제공 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 3차원 촉각 장치의 동작을 도시한 단면도이다.
도 4는 제1 실시예에 따른 3차원 촉각 장치의 동작을 도시한 상면도이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 3차원 촉각 장치의 동작을 도시한 상면도이다.
도 6는 일실시예에 따른 촉각 제공부의 동작을 도시한 도면이다.
도 7은 일실시예에 따른 3차원 촉각 제공 방법을 도시한 도면이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일실시예에 따른 3차원 촉각 제공 장치의 동작을 도시한 도면이다.
일실시예에 따른 3차원 촉각 제공 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 사용자에게 촉각을 제공하는 촉각 제공부(110)와 촉각 제공부(110)의 움직임을 제어하는 움직임 제어부(120)로 구성될 수 있다.
3차원 촉각 제공 장치(100)는 사용자의 동작에 따라 움직임 제어부(120)로 사용자와 접촉한 촉각 제공부(110)를 수평 방향을 구성하는 X축 방향과 Y축 방향으로 이동한 후, 수직 방향인 Z축 방향으로 이동 시켜 사용자에게 촉각을 제공할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 로봇이나 기구를 제어하는 동작을 제어 장치에 입력한 경우, 제어 장치는 사용자로부터 입력된 동작에 따라 로봇이나 기구를 동작시킬 수 있다. 이때, 피드백 장치는 로봇이나 기구의 동작을 식별하고, 식별한 로봇이나 기구의 동작에 따라 사용자에게 피드백할 촉각을 결정할 수 있다. 그리고, 3차원 촉각 제공 장치(100)는 피드백 장치가 결정한 촉각을 사용자에게 제공할 수 있다.
이때, 3차원 촉각 제공 장치(100)는 촉각 제공부(110)의 위치를 측정하고, 측정한 위치에 따라 촉각 제공부(110)를 제어한다. 그래서, 사용자에게 제공하고자 하는 촉각의 위치와 실제로 사용자에게 제공하게 되는 촉각의 위치가 다르게 되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 3차원 촉각 제공 장치(100)는 측정한 촉각 제공부(110)의 위치가 사용자에게 제공하고자 하는 촉각의 위치와 다른 경우, 촉각 제공부(110)의 위치를 사용자에게 제공하고자 하는 촉각의 위치에 따라 보정함으로써, 사용자에게 제공하게 되는 정확한 촉각을 제공할 수도 있다.
도 2는 일실시예에 따른 3차원 촉각 제공 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참고하면, 3차원 촉각 제공 장치(100)는 촉각 제공부(210)와 위치 측정부(220), 및 움직임 제어부(230)를 포함한다.
촉각 제공부(210)는 사용자의 동작에 반응하여 3차원 촉각(tactile)을 제공할 수 있다.
구체적으로 촉각 제공부(210)는 사용자와 접촉하여 사용자에게 3차원 촉각을 제공할 수 있다. 이때, 촉각 제공부(210)가 사용자에게 제공하는 3차원 촉각의 방향 및 크기는 움직임 제어부(230), 사용자의 동작에 따라 로봇이나 기구를 제어하는 제어 장치, 및 로봇이나 기구의 동작에 따라 사용자에게 피드백 하는 피드백 장치 중 하나에 의하여 결정될 수 있다.
또한, 촉각 제공부(210)는 사용자에게 제공하고자 하는 촉각의 종류에 따라 사용자와 접촉하는 부분의 형상을 변형할 수 있다.
촉각 제공부(210)의 형상 변형은 이하 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.
위치 측정부(220)는 촉각 제공부(210)의 위치를 측정할 수 있다. 이때, 위치 측정부(220)는 정전용량 방식의 센서, 이미지 센서와 광원, 마그네틱 센서, 선형 인코더(Linear encoder), 및 광학 선형 인코더(optical linear encoder)등을 사용하여 촉각 제공부(210)의 수평 방향 위치를 측정할 수 있다.
일실시예로 위치 측정부(220)는 촉각 제공부(210)에 근접한 적어도 하나의 센서로 촉각 제공부(210)를 감지하여 촉각 제공부(210)의 수평 방향 위치를 측정할 수 있다. 이때, 위치 측정부(220)는 움직임 제어부(230)가 촉각 제공부(210)를 이동시키기 위한 구동 장치와 접촉하지 않는 촉각 제공부(210)의 면 중에서 움직임 제어부(230)에 가장 근접한 면에 센서를 결합할 수도 있다. 또한, 촉각 제공부(210)에서 센서가 결합된 면과 가장 가까운 움직임 제어부(230)의 면에 촉각 제공부(210)를 감지하는 복수의 센서가 결합될 수 있다. 예를 들어, 촉각 제공부(210)가 상자 형상의 움직임 제어부(230)의 상측에 결합되는 경우, 움직임 제어부(230)에서 상자 형상의 내부에 해당하는 내면 중 상면에 촉각 제공부(210)를 감지하는 복수의 센서가 결합될 수 있다.
이때, 위치 측정부(220)는 상기 적어도 하나의 센서 중에서 촉각 제공부(210)를 감지한 센서의 위치에 따라 촉각 제공부(210)의 수평 방향 위치를 측정할 수 있다.
또한, 위치 측정부(220)는 상기 적어도 하나의 센서 중에서 복수의 센서가 촉각 제공부(210)를 감지한 경우, 센서들 각각이 감지한 촉각 제공부(210)의 면적에 따라 촉각 제공부(210)의 수평 방향 위치를 측정할 수도 있다.
위치 측정부(220)가 촉각 제공부(210)의 하면에 근접한 적어도 하나의 센서로 촉각 제공부(210)의 수평 방향 위치를 측정하는 실시예는 이하 도 3과 도 4를 참조하여 상세히 설명한다. 이때, 촉각 제공부(210)의 하면은 촉각 제공부(210)의 외부 밑면이며, 움직임 제어부(230)에 가장 근접한 면일 수 있다.
다른 실시예로, 위치 측정부(220)는 촉각 제공부(210)의 측면에 결합된 센서와, 움직임 제어부(230)의 내측면에 결합된 적어도 하나의 센서로 촉각 제공부의 수평 방향 위치를 측정할 수 있다.
위치 측정부(220)가 촉각 제공부(210)의 측면에 근접한 적어도 하나의 센서로 촉각 제공부(210)의 수평 방향 위치를 측정하는 실시예는 이하 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
움직임 제어부(230)는 위치 측정부(220)가 측정한 촉각 제공부(210)의 위치를 이용하여 촉각 제공부(210)의 움직임을 제어할 수 있다. 이때, 움직임 제어부(230)는 공압, 초음파 모터, 선형(linear) 움직임이 가능한 소형 DC 모터, 피에조 타입(piezo type)의 액츄에이터(actuator) 및 능동 폴리머(elector active polymer)를 중 적어도 하나를 사용하여 촉각 제공부(210)의 수평 움직임을 제어할 수 있다.
이때, 움직임 제어부(230)는, 촉각 제공부(210)의 움직임을 수평 방향을 구성하는 X축 방향과 Y축 방향에 따라 독립적으로 제어할 수 있다. 즉, 움직임 제어부(230)는 촉각 제공부(210)를 X축 방향으로만 이동할 수도 있고, Y축 방향으로만 이동할 수도 있으며, X축 방향과 Y축 방향에 따라 대각선으로 이동할 수도 있다.
또한, 움직임 제어부(230)는 도 5에 도시된 바와 같이 촉각 제공부(210)를 X 축 방향으로 이동하는 제1 이동부; 및 제1 이동부를 Y축 방향으로 이동하는 제2 이동부로 구성될 수도 있다.
이때, 위치 측정부(220)는 제1 이동부에 결합된 제1 센서로부터 촉각 제공부의 위치를 수신하고, 수신한 촉각 제공부의 위치를 촉각 제공부의 X축 좌표로 측정할 수 있다. 또한, 위치 측정부(220)는 제2 이동부에 결합된 제2 센서로부터 제1 이동부의 위치를 수신하고, 수신한 제1 이동부의 위치를 촉각 제공부의 Y축 좌표로 측정할 수 있다.
그리고, 움직임 제어부(230)는 사용자의 동작에 따라 촉각 제공부(210)가 이동할 방향과 위치를 결정하고, 촉각 제공부(210)의 위치가 결정된 방향과 위치에 대응하도록 촉각 제공부(210)의 움직임을 제어할 수 있다.
예를 들어, 움직임 제어부(230)는 촉각 제공부(210)를 결정된 방향으로 이동하면서, 일정 시간 간격, 또는 실시간으로 위치 측정부(220)가 측정한 촉각 제공부(210)의 위치를 수신할 수 있다. 이때, 움직임 제어부(230)는 촉각 제공부(210)의 위치가 결정된 위치와 동일한 경우 촉각 제공부(210)의 이동을 중단함으로써, 촉각 제공부(210)를 정확한 위치까지 이동시킬 수 있다. 또한, 움직임 제어부(230)는 촉각 제공부(210)가 결정된 위치보다 더 멀리 이동한 경우, 결정된 위치에 따라 촉각 제공부(210)의 위치를 보정할 수도 있다. 구체적으로, 움직임 제어부(230)는 촉각 제공부(210)의 위치가 결정된 위치와 동일하도록 촉각 제공부(210)를 이동시킬 수 있다.
또한, 움직임 제어부(230)는, 촉각 제공부(210)의 수평 방향 움직임이 결정되면, 촉각 제공부(210)를 수직 방향인 Z축 방향으로 제어할 수 있다. 구체적으로 움직임 제어부(230)는 촉각 제공부(210)의 위치가 결정된 방향과 위치에 대응하는 경우, 촉각 제공부(210)를 수직 방향으로 이동함으로써, 사용자에게 촉각을 제공할 수 있다.
도 3은 제1 실시예에 따른 3차원 촉각 장치의 동작을 도시한 단면도이다.
제1 실시예는 움직임 제어부(120)가 복수의 구동 액츄에이터(310, 315)을 이용하여 촉각 제공부(110)를 이동시키는 실시예이다.
이때, 위치 측정부(220)는 도 3에 도시된 바와 같이 촉각 제공부(210)의 하면에 결합된 제1 센서(320)와 움직임 제어부(120)의 상면에 결합된 제2 센서(330) 및 제3 센서(335)를 사용하여 촉각 제공부(110)의 위치를 측정할 수 있다. 이때, 제1 센서(320)과 제2 센서(330) 및 제3 센서(335)는 상호간에 접촉한 부분을 감지하는 정전 용량방식의 센서일 수 있다.
예를 들어, 촉각 제공부(110)가 중앙에 있는 경우, 제2 센서(330)와 제3 센서(335)는 제1 센서(320)를 동일한 크기로 감지할 수 있다. 따라서, 위치 측정부(220)는 촉각 제공부(110)의 위치를 제2 센서(330)와 제3 센서(335)의 중간으로 측정할 수 있다.
그리고, 움직임 제어부(120)는 구동 액츄에이터(315)를 팽창시키고, 구동 액츄에이터(310)를 축소하여 촉각 제공부(110)를 왼쪽으로 이동시킬 수 있다(340). 이때, 제1 센서(330)는 제3 센서(335)보다 제2 센서(330)를 더 넓게 감지할 수 있다. 또한, 제2 센서(330)가 제1 센서(320)를 감지하는 크기도 제3 센서(335)가 제1 센서(330)를 감지하는 크기보다 클 수 있다.
따라서, 위치 측정부(220)는 촉각 제공부(110)의 위치가 제2 센서(330)가 있는 방향으로 이동한 것으로 측정할 수 있다. 이때, 위치 측정부(220)는 제1 센서(320)가 감지한 제2 센서(330)의 면적과 위치, 또는 제2 센서(320)가 감지한 제1 센서(320)의 면적과 위치에 따라 촉각 제공부(110)의 정확한 위치를 측정할 수 있다. 구체적으로, 위치 측정부(220)는 제2 센서(330)가 감지한 제1 센서(320)의 좌측 끝에 촉각 제공부(110)의 좌면을 매칭하고, 제3 센서(335)가 감지한 제1 센서(320)의 우측 끝에 촉각 제공부(110)의 우면을 매칭함으로써, 촉각 제공부(110)의 위치를 측정할 수 있다.
도 4는 제1 실시예에 따른 3차원 촉각 장치의 동작을 도시한 상면도이다.
도 4는 제1 실시예에 따른 3차원 촉각 장치에서 촉각 제공부(110)가 좌측이나 대각선으로 이동한 경우를 나타내는 도면이다.
이때, 3차원 촉각 장치가 촉각 제공부(110)를 이동시키는 구동 액츄에이터들은 도 4에 도시된 바와 같이 촉각 제공부(110)의 모든 측면과 접촉할 수 있다. 따라서, 위치 측정부(220)는 움직임 제어부(230)에서 상자 형상의 내부에 해당하는 내면 중 상면에 결합된 복수의 센서들로 촉각 제공부(110)의 위치를 측정할 수 있다.
이때, 위치 측정부(220)는 도 4에 도시된 바와 같이 제1 센서(411), 제2 센서(412), 제3 센서(413), 및 제 4센서(414)를 사용하여 촉각 제공부(110)의 위치를 측정할 수 있다. 이때, 제1 센서(411), 제2 센서(412), 제3 센서(413), 및 제 4센서(414)는 촉각 제공부(110)의 하면에 결합된 제5센서를 감지하는 정전 용량방식의 센서일 수 있다.
예를 들어, 촉각 제공부(110)가 중앙에 있는 경우, 제1 센서(411), 제2 센서(412), 제3 센서(413), 및 제 4센서(414)는 촉각 제공부(110)를 동일한 크기로 감지할 수 있다. 또한, 제1 센서(411)는 우측 하단에서 촉각 제공부(110)를 감지하고, 제2 센서(412)는 좌측 하단에서 촉각 제공부(110)를 감지할 수 있다. 그리고, 제3 센서(413)는 우측 상단에서 촉각 제공부(110)를 감지하고, 및 제 4센서(414)는 좌 상단에서 촉각 제공부(110)를 감지할 수 있다.
따라서, 위치 측정부(220)는 촉각 제공부(110)의 위치를 제1 센서(411), 제2 센서(412), 제3 센서(413), 및 제 4센서(414)의 중앙으로 측정할 수 있다.
그리고, 움직임 제어부(120)는 제2 구동 액츄에이터(422)와 제3 구동 액츄에이터(423)를 팽창시키고, 제1 구동 액츄에이터(421)와 제4 구동 액츄에이터(424)를 축소하여 촉각 제공부(110)를 왼쪽 위로 이동시킬 수 있다(430). 이때, 제1 센서(411)가 촉각 제공부(110)를 감지한 면적은 제2 센서(412), 제3 센서(413), 및 제 4센서(414)보다 넓을 수 있다.
따라서, 위치 측정부(220)는 촉각 제공부(110)가 제1 센서(411)가 설치된 왼쪽 위 방향으로 이동한 것으로 측정할 수 있다. 이때, 위치 측정부(220)는 제1 센서(411), 제2 센서(412), 제3 센서(413), 및 제 4센서(414)가 감지한 촉감 제공부(110)의 면적과 위치에 따라 촉각 제공부(110)의 정확한 위치를 측정할 수 있다.
또한, 움직임 제어부(120)는 제2 구동 액츄에이터(422)를 팽창시키고, 제4 구동 액츄에이터(424)를 축소하며, 제1 구동 액츄에이터(421)와 제3 구동 액츄에이터(423)를 현상 유지하여 촉각 제공부(110)를 왼쪽으로 이동시킬 수 있다(440). 이때, 제1 센서(411)와 제3 센서(413)가 촉각 제공부(110)를 감지한 면적은 제2 센서(412), 및 제 4센서(414)보다 넓을 수 있다.
따라서, 위치 측정부(220)는 촉각 제공부(110)가 제1 센서(411)와 제3 센서(413)가 설치된 왼쪽 방향으로 이동한 것으로 측정할 수 있다. 이때, 위치 측정부(220)는 제1 센서(411), 제2 센서(412), 제3 센서(413), 및 제 4센서(414)가 감지한 촉감 제공부(110)의 면적과 위치에 따라 촉각 제공부(110)의 정확한 위치를 측정할 수 있다.
도 5는 제2 실시예에 따른 3차원 촉각 장치의 동작을 도시한 상면도이다.
제2 실시예는 도 5에 도시된 바와 같이 촉각 제공부(110)를 X 축 방향으로 이동하는 제1 이동부(510); 및 제1 이동부(510)를 Y축 방향으로 이동하는 제2 이동부(520)로 움직임 제어부(120)를 구성한 실시예이다.
이때, 제1 이동부(510)는 제1 액츄에이터(511)와 제2 액츄에이터(512)를 사용하여 촉각 제공부(110)가 제1 이동부(510)의 내부에서 X 축 방향으로 이동하도록 할 수 있다.
이때, 위치 측정부(220)는 제1 이동부(510)에 결합된 제1 센서(531)로부터 촉각 제공부(110)의 위치를 수신하고, 수신한 촉각 제공부(110)의 위치를 촉각 제공부(110)의 X축 좌표로 측정할 수 있다. 이때, 제1 센서(531)는 촉각 제공부(110)의 측면에 결합된 제2 센서(530)를 감지하고, 제2 센서(530)를 감지한 위치를 촉각 제공부(110)의 위치로 설정하여 위치 측정부(220)에 전송할 수 있다.
또한, 제2 이동부(520)는 제3 액츄에이터(521)와 제4 액츄에이터(522)를 사용하여 제1 이동부(510)가 제2 이동부(520)의 내부에서 Y축 방향으로 이동하도록 할 수 있다. 이때, 제1 이동부(510)에 포함된 촉각 제공부(110)도 제1 이동부(510)의 이동에 따라 함께 이동할 수 있다.
그리고, 위치 측정부(220)는 제2 이동부(520)에 결합된 제3 센서(533)로부터 제1 이동부(510)의 위치를 수신하고, 수신한 제1 이동부(510)의 위치를 촉각 제공부(110)의 Y축 좌표로 측정할 수 있다. 이때, 제3 센서(533)는 제1 이동부(510)의 측면에 결합된 제4 센서(532)를 감지하고, 제4 센서(532)를 감지한 위치를 제1 이동부(510)의 위치로 설정하여 위치 측정부(220)에 전송할 수 있다.
다음으로, 움직임 제어부(120)가 촉각 제공부(110)를 오른쪽 아래로 이동시킬 경우의 동작을 설명한다.
먼저, 움직임 제어부(120)는 제2 액츄에이터(512)를 팽창시키고, 제1 액츄에이터(511)를 축소하여 촉각 제공부(110)를 오른쪽으로 이동시킬 수 있다(540). 이때, 제1 센서(531)는 오른쪽으로 이동한 촉각 제공부(110)의 위치를 감지하고, 위치 측정부(220)는 제1 센서(531)가 감지한 촉각 제공부(110)의 위치를 촉각 제공부(110)의 X축 좌표로 측정할 수 있다.
다음으로, 움직임 제어부(120)는 제3 액츄에이터(521)를 팽창시키고, 제4 액츄에이터(522)를 축소하여 촉각 제공부(110)를 아래쪽으로 이동시킬 수 있다(550). 이때, 제3 센서(533)는 아래쪽으로 이동한 제1 이동부(510)의 위치를 감지하고, 위치 측정부(220)는 제3 센서(533)가 감지한 제1 이동부(510)의 위치를 촉각 제공부(110)의 Y축 좌표로 측정할 수 있다.
제2 실시예는 이동 방향에 따라 각각 다른 이동부가 동작하도록 함으로써, 촉각 제공부(110)를 X축 방향과 Y축 방향에 따라 독립적으로 제어할 수 있다.
도 6는 일실시예에 따른 촉각 제공부의 동작을 도시한 도면이다.
일실시예에 따른 촉각 제공부는 사용자에게 제공하고자 하는 촉각의 종류에 따라 사용자와 접촉하는 상면의 형상을 변형할 수 있다.
촉각 제공부(110)에서 사용자와 접촉하는 상면은 도 6에 도시된 바와 같이 복수의 돌기(600)를 포함할 수 있다. 이때, 돌기(600)들은 촉각 제공부(110) 내부로 삽입될 수 있으며, 독립적으로 동작할 수 있다.
예를 들어, 사용자에게 거친 물체를 만지는 듯한 촉각을 제공하고자 하는 경우, 촉각 제공부(110)는 돌기(600)들을 모두 돌출시킴으로써 사용자에게 거친 촉각을 제공할 수 있다(610).
반면, 사용자에게 매끈한 물체를 만지는 듯한 촉각을 제공하고자 하는 경우, 촉각 제공부(110)는 돌기(600)들을 모두 내부로 삽입시킴으로써 사용자에게 미끈한 촉각을 제공할 수도 있다(620).
그리고, 촉각 제공부(110)는 일부 영역(631)의 돌기(600)는 내부로 삽입하고, 다른 영역(632)의 돌기(600)는 돌출 시킴으로써 사용자에게 특정 형상을 만지는 듯한 촉각을 제공할 수도 있다(630). 예를 들어 촉각 제공부(110)는 도 6에서 위쪽과 오른쪽의 돌기(600)들만을 돌출시킴으로써, 사용자에게 'ㄱ'자 형상을 만지는듯한 촉각을 제공할 수 있다.
도 7은 일실시예에 따른 3차원 촉각 제공 방법을 도시한 도면이다.
단계(710)에서 움직임 제어부(230)는 사용자의 동작에 따라 사용자에게 제공할 촉각의 크기, 방향, 및 형태를 결정할 수 있다. 이때, 3차원 촉각 제공 장치(100)는 사용자의 동작에 따라 로봇이나 기구를 제어하는 제어 장치, 및 로봇이나 기구의 동작에 따라 사용자에게 피드백 하는 피드백 장치로부터 사용자에게 제공할 촉각의 크기, 방향, 및 형태와 관련된 정보를 수신할 수도 있다.
그리고, 움직임 제어부(230)는 사용자에게 제공할 촉각의 크기, 방향, 및 형태에 따라 촉각 제공부(210)가 이동해야 하는 위치를 결정할 수 있다.
단계(720)에서 움직임 제어부(230)는 단계(710)에서 결정한 촉각의 방향에 따라 촉각 제공부(210)를 수평 이동할 수 있다. 이때, 움직임 제어부(230)는 단계(710)에서 결정한 방향으로 촉각 제공부(210)가 단계(710)에서 결정한 위치까지 이동할 수 있는 힘을 촉각 제공부(210)에 가할 수 있다. 이때, 촉각 제공부(210)에 다른 힘이 가해질 경우, 촉각 제공부(210)가 단계(710)에서 결정한 위치까지 이동하지 않을 가능성이 발생한다. 예를 들어, 사용자가 Z축 방향에서 촉각 제공부(210)를 누르는 경우, 사용자가 촉각 제공부(210)를 누르는 힘의 크기만큼 촉각 제공부(210)가 이동하는 거리가 짧아질 수 있다.
단계(730)에서 위치 측정부(220)는 단계(720)에서 이동한 촉각 제공부(210)의 위치를 측정할 수 있다.
단계(740)에서 움직임 제어부(230)는 단계(730)에서 측정한 촉각 제공부(210)의 위치가 단계(710)에서 결정한 위치와 동일한지 여부를 확인할 수 있다. 그리고, 움직임 제어부(230)는 단계(730)에서 측정한 촉각 제공부(210)의 위치가 단계(710)에서 결정한 위치와 다른 경우, 다시 단계(720)를 수행할 수 있다. 이때, 움직임 제어부(230)는 촉각 제공부(710)가 단계(730)에서 측정한 촉각 제공부(210)의 위치에서 단계(710)에서 결정한 위치까지 수평 이동하도록 할 수 있다.
단계(750)에서 움직임 제어부(230)는 단계(730)에서 측정한 촉각 제공부(210)의 위치가 단계(710)에서 결정한 위치와 동일한 것으로 판단한 경우, 촉각 제어부(210)를 단계(710)에서 결정한 수직 위치에 따라 수직 이동할 수 있다.
단계(750)에서 수직 이동한 촉각 제공부(210)는 단계(760)에서 사용자에게 촉각을 제공할 수 있다.
이때, 촉각 제공부(210)는 도 6과 같이 사용자에게 제공하고자 하는 촉각의 종류에 따라 사용자와 접촉하는 부분의 형상을 변형할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(ignal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 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 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 3차원 촉각 제공 장치
110: 촉각 제공부
120: 움직임 제어부

Claims (21)

  1. 사용자의 동작에 반응하여 3차원 촉각(tactile)을 제공하는 촉각 제공부;
    상기 촉각 제공부의 위치를 측정하는 위치 측정부; 및
    상기 촉각 제공부의 위치를 이용하여 상기 촉각 제공부의 움직임을 제어하는 움직임 제어부
    를 포함하고,
    상기 촉각 제공부는
    상기 촉각 제공부의 일면에 배치된 적어도 하나의 센서를 포함하고,
    상기 움직임 제어부는,
    상기 촉각 제공부의 수평 방향 움직임이 결정되면, 상기 촉각 제공부를 수직 방향인 Z축 방향으로 제어하는 3차원 촉각 제공 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 움직임 제어부는,
    상기 촉각 제공부의 움직임을 수평 방향을 구성하는 X축 방향과 Y축 방향에 따라 독립적으로 제어하는 3차원 촉각 제공 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위치 측정부는,
    상기 촉각 제공부의 하면에 근접한 적어도 하나의 센서로 상기 촉각 제공부를 감지하여 상기 촉각 제공부의 수평 방향 위치를 측정하는 3차원 촉각 제공 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 위치 측정부는,
    상기 적어도 하나의 센서 중에서 상기 촉각 제공부를 감지한 센서의 위치에 따라 상기 촉각 제공부의 수평 방향 위치를 측정하는 3차원 촉각 제공 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 위치 측정부는,
    복수의 센서가 상기 촉각 제공부를 감지한 경우, 센서들 각각이 감지한 상기 촉각 제공부의 면적에 따라 상기 촉각 제공부의 수평 방향 위치를 측정하는 3차원 촉각 제공 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 위치 측정부는,
    상기 촉각 제공부의 측면에 결합된 센서와, 움직임 제어부의 내측면에 결합된 적어도 하나의 센서로 상기 촉각 제공부의 수평 방향 위치를 측정하는 3차원 촉각 제공 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 움직임 제어부는,
    촉각 제공부를 X 축 방향으로 이동하는 제1 이동부; 및
    제1 이동부를 Y축 방향으로 이동하는 제2 이동부
    를 포함하는 3차원 촉각 제공 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 위치 측정부는,
    제1 이동부에 결합된 제1 센서로부터 촉각 제공부의 위치를 수신하고, 수신한 촉각 제공부의 위치를 촉각 제공부의 X축 좌표로 측정하는 3차원 촉각 제공 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 위치 측정부는,
    제2 이동부에 결합된 제2 센서로부터 제1 이동부의 위치를 수신하고, 수신한 제1 이동부의 위치를 촉각 제공부의 Y축 좌표로 측정하는 3차원 촉각 제공 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 움직임 제어부는,
    사용자의 동작에 따라 촉각 제공부가 이동할 위치를 결정하고, 상기 촉각 제공부의 위치가 결정된 위치에 대응하도록 상기 촉각 제공부의 움직임을 제어하는 3차원 촉각 제공 장치.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 촉각 제공부는,
    사용자에게 제공하고자 하는 촉각의 종류에 따라 사용자와 접촉하는 부분의 형상을 변형하는 3차원 촉각 제공 장치.
  13. 촉각 제공부의 일면에 배치된 적어도 하나의 센서를 이용하여, 사용자의 동작에 반응하여 3차원 촉각을 제공하는 상기 촉각 제공부의 위치를 측정하는 단계; 및
    상기 촉각 제공부의 위치를 이용하여 상기 촉각 제공부의 움직임을 제어하는 단계
    를 포함하고,
    상기 움직임을 제어하는 단계는,
    상기 촉각 제공부의 수평 방향 움직임이 결정되면, 상기 촉각 제공부를 수직 방향인 Z축 방향으로 제어하는 3차원 촉각 제공 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 움직임을 제어하는 단계는,
    상기 촉각 제공부의 움직임을 수평 방향을 구성하는 X축 방향과 Y축 방향에 따라 독립적으로 제어하는 3차원 촉각 제공 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 위치를 측정하는 단계는,
    상기 촉각 제공부의 하면에 근접한 적어도 하나의 센서로 상기 촉각 제공부를 감지하여 상기 촉각 제공부의 수평 방향 위치를 측정하는 3차원 촉각 제공 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 위치를 측정하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 센서 중에서 상기 촉각 제공부를 감지한 센서의 위치에 따라 상기 촉각 제공부의 수평 방향 위치를 측정하는 3차원 촉각 제공 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 위치를 측정하는 단계는,
    복수의 센서가 상기 촉각 제공부를 감지한 경우, 센서들 각각이 감지한 상기 촉각 제공부의 면적에 따라 상기 촉각 제공부의 수평 방향 위치를 측정하는 3차원 촉각 제공 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 움직임을 제어하는 단계는,
    사용자의 동작에 따라 촉각 제공부가 이동할 방향과 위치를 결정하고, 상기 촉각 제공부의 위치가 결정된 방향과 위치에 대응하도록 상기 촉각 제공부의 움직임을 제어하는 3차원 촉각 제공 방법.
  19. 삭제
  20. 제13항에 있어서,
    상기 촉각 제공부가 사용자에게 제공하고자 하는 촉각의 종류에 따라 사용자와 접촉하는 부분의 형상을 변형하는 단계
    를 더 포함하는 3차원 촉각 제공 방법.
  21. 제13항 내지 제18항 및 제20항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
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