KR102188851B1 - 가상 객체와의 상호작용에 따른 손등 촉감 피드백 전달 장치 - Google Patents

가상 객체와의 상호작용에 따른 손등 촉감 피드백 전달 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102188851B1
KR102188851B1 KR1020180132247A KR20180132247A KR102188851B1 KR 102188851 B1 KR102188851 B1 KR 102188851B1 KR 1020180132247 A KR1020180132247 A KR 1020180132247A KR 20180132247 A KR20180132247 A KR 20180132247A KR 102188851 B1 KR102188851 B1 KR 102188851B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
finger
hand
rotating body
contact
bending
Prior art date
Application number
KR1020180132247A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200049244A (ko
Inventor
박재영
최현웅
오용환
Original Assignee
한국과학기술연구원
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 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020180132247A priority Critical patent/KR102188851B1/ko
Publication of KR20200049244A publication Critical patent/KR20200049244A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102188851B1 publication Critical patent/KR102188851B1/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
    • G06F3/011—Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
    • G06F3/014—Hand-worn input/output arrangements, e.g. data gloves

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • User Interface Of Digital Computer (AREA)

Abstract

가상 공간에서 가상 객체와의 상호작용에 따라 사용자의 손에 촉각 자극을 인가하는 촉각 자극 생성 장치는, 손가락의 굽힘을 감지하는 센서, 및 상기 손가락의 굽힘에 따라 손등에 촉각 피드백을 제공하는 하나 이상의 가압 모듈을 포함하고, 상기 하나 이상의 가압 모듈은, 상기 손등에 배치되어 상기 손가락의 굽힘에 따른 회전 구동에 의해 상기 손등을 가압하거나 해제한다.

Description

가상 객체와의 상호작용에 따른 손등 촉감 피드백 전달 장치{APPARATUS FOR PROVIDING HAPTIC FEEDBACK TO DORSUM OF HAND ACCORDING TO INTERACTION WITH VIRTUAL OBJECTS}
본 발명은 가상 객체와의 상호작용에 따른 손등 촉감 피드백 전달 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가상 공간에서 가상 객체와 상호작용에 따라 손등에 피부 당김(skin-stretch) 촉각 자극을 전달하는 장치에 관한 것이다.
가상 환경에서 가상 객체와의 접촉에 따른 촉각 자극을 전달하는 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현실 공간에서 손을 이동시키면 센서를 통해 손의 위치를 감지하고, 감지된 위치를 가상 공간 상의 위치로 반영됨에 따라 현실 공간의 손이 가상 객체와 상호 작용할 수 있다.
가상 객체와의 상호 작용 중에 만지고자 하는 가상 객체와의 접촉 또는 비접촉에 따라 기계적으로 접촉 또는 비접촉 배치로 전환이 가능한 다양한 장치들이 개발되었다.
종래의 촉감 제시 장치는 대부분 손가락에 역감 피드백 혹은 촉각 피드백을 제공하는 착용형 장치로서, 가상 객체와의 상호 작용에 따른 촉각 자극을 손가락에 전달할 수 있었다. 종래의 일반적인 방식은 주로 손가락에 착용하므로 손가락의 사용이 자유롭지 않고, 상대적으로 큰 크기와 무게로 인해 자연스러운 손가락 움직임의 저해가 불가피하다.
이에 대해, 손목의 피부를 당겨서 자극을 전달하는 햅틱 인터페이스를 제공하는 경우도 있으나, 이러한 방식으로 자극을 제공하기 위해서는 손가락의 자세와 연동한 별도의 장치가 필요하다. 또한, 상대적으로 둔감한 손목에 사용자가 지각할 수 있을 만큼 충분한 크기의 촉각 자극을 주기 위해서 장치의 크기와 무게가 증가하는 것을 피하기 어려운 문제가 있다.
Yem, V., Otsuki, M., Kuzuka, H., "Development of Wearable outer-covering haptic display using ball effector for hand motion guidance", AsiaHaptics 2014, LNEE 277, 85-89(2014)
본 발명은 전술한 촉감 자극 제공 장치의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 가상 공간에서 가상 객체와의 상호 작용 시 손가락의 굽힘 동작에 따라 대응하는 손등 영역에 피부 당김(skin-stretch) 촉각 자극을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 가상 공간에서 가상 객체와의 상호작용에 따라 사용자의 손에 촉각 자극을 인가하는 촉각 자극 생성 장치는, 손가락의 굽힘을 감지하는 센서, 및 상기 손가락의 굽힘에 따라 손등에 촉각 피드백을 제공하는 하나 이상의 가압 모듈을 포함하고, 상기 하나 이상의 가압 모듈은, 상기 손등에 배치되어 상기 손가락의 굽힘에 따른 회전 구동에 의해 상기 손등을 가압하거나 해제한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 하나 이상의 가압 모듈 각각은, 제1 회전체, 상기 제1 회전체에 접촉되어, 상기 제1 회전체가 회전 구동되면 회전 각도에 비례하여 반대 방향으로 회전하는 제2 회전체, 및 상기 제2 회전체에 연결되어, 상기 제2 회전체의 회전 이동에 따라 손등 위에서 회전 구동되어 피부 당김(skin-stretch) 자극을 전달하는 접촉부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 회전체의 회전 각도는 상기 센서에 의해 측정된 상기 손가락의 굽힘 정도에 비례하여 산출될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 가상 공간에서 상기 사용자의 손가락과 상기 가상 객체의 접촉이 감지되는 경우, 상기 하나 이상의 가압 모듈 중 상기 접촉이 일어난 손가락에 대응하는 가압 모듈의 제1 회전체의 회전 각도가 상기 접촉이 일어난 손가락의 굽힘 정도에 비례하여 산출될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 회전체 및 상기 제2 회전체는 각각 톱니바퀴 형태로 구성되고, 상기 제1 회전체 및 상기 제2 회전체의 톱니는 서로 맞물려 반대방향으로 회전될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 접촉부는, 회전 운동에 따라 상기 손등의 피부를 당길 때 미끄러짐을 최소화하기 위해 측면에서 보았을 때 비대칭의 곡선 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 접촉부는 측면에서 보았을 때 비대칭 부채꼴 형상을 가지는 기둥 형태이고, 상기 비대칭 부채꼴 형상의 호 부분이 상기 손등에 접촉할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 촉각 자극 생성 장치는, 손가락의 움직임과 연동하여 가상 객체와 접촉할 때 손등에 촉각 피드백 자극을 제공할 수 있다. 또한, 촉각 자극 생성 장치가 복수개의 피드백 모듈을 구비하여 손가락에 대응되는 위치의 피드백 모듈에 의한 피부 당김(skin-stretch) 햅틱 피드백을 제공할 수 있다. 뿐만 아니라, 손등에 피드백 모듈이 위치함에 따라 손가락의 움직임이 자유롭고, 피부 당김 햅틱 피드백을 제공하는 피드백 모듈의 경량화가 가능하다. 이러한 본 발명은 VR/AR, 4D 엔터테인먼트 시스템, 게임, 소형/포켓형 인터페이스, 착용형 장비, 관련 연구 등에 활용될 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 촉각 자극 생성 장치의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 촉각 피드백 모듈의 사시도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 촉각 피드백 모듈의 구동 예를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 접촉부의 사시도를 도시한다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가상 객체와 접촉이 없는 손가락 펼침 상태에서 촉각 피드백 모듈의 구동 상태를 도시한다.
도 6a 내지 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가상 객체와 접촉하고 손가락 굽힘 상태에서 촉각 피드백 모듈의 구동 상태를 도시한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 촉각 자극 생성 장치 및 시스템을 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용은 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 촉각 자극 생성 장치(100)의 개략도를 도시한다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 촉각 자극 생성 장치(100)는 손(10)에 장착되고, 촉각 피드백 모듈(110), 손가락에 장착되는 센서(120) 및 손의 동작을 감지하는 모션 센서(130)를 포함한다.
예를 들어, 촉각 자극 생성 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 글로브(glove) 형태로 제작되어 손(10)에 장착이 용이하도록 제작될 수 있다.
촉각 피드백 모듈(110)은 가상 공간에서 가상 객체와 손가락의 상호 작용에 따라, 손가락의 굽힘이 감지되는 경우 손등에 가압 피드백을 전달하는 장치로서, 회전체(210, 220) 및 접촉부(230)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 손등에 전달하는 피드백은 피부 당김(skin-stretch) 햅틱 피드백일 수 있다. 촉각 피드백 모듈(110)은 손등을 가압하여 피부 당김 피드백을 제공하는 가압 모듈일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따라, 촉각 자극 생성 장치(100)는 하나 이상의 촉각 피드백 모듈(110)을 포함하여 각 손가락에 대응하는 손등 위치에 배치할 수 있고, 각각의 손가락 동작에 따라 대응하는 손등 위치에 햅틱 피드백을 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 촉각 자극 생성 장치(100)는 엄지 손가락 영역에 대응하여 배치된 촉각 피드백 모듈(110)과, 검지 및 중지 손가락 영역에 대응하여 배치된 촉각 피드백 모듈(110)의 복수 개의 촉각 피드백 모듈을 포함할 수 있다. 이 때, 엄지 손가락 영역에 대응하여 배치된 촉각 피드백 모듈(110)은 엄지 손가락에 배치된 센서(120)로부터 측정된 엄지 손가락의 굽힘 정보에 의해 구동될 수 있다. 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 하나의 촉각 피드백 모듈(110)이 복수개의 접촉부 및 이에 연결된 회전체들을 구비하고, 각각의 손가락 동작에 따라 대응하는 손등 위치의 접촉부를 이용하여 햅틱 피드백을 제공할 수 있다. 손가락의 굽힘에 대응하는 손등 영역에 촉각 피드백을 제공하기 위해 촉각 피드백 모듈의 개수 및 형태는 제한되지 않으며, 적용 목적 및 환경에 따라 적절하게 선택되고 다양하게 변형될 수 있다.
센서(120)는 각각의 손가락에 장착되어 손가락의 굽힘 동작을 감지하는 센서이다. 본 발명의 일 실시 예에 따라 센서(120)는 손가락 모두에 각각 장착될 수 있고, 또는 효율적인 촉각 자극 전달을 위해 일부(예: 엄지, 검지, 중지)에만 장착될 수 있다. 예를 들어, 센서(120)는 손가락의 굽힘에 따라 함께 휘어질 수 있는 휨 센서(flex sensor)일 수 있다.
모션 센서(130)는 손(10)의 동작 트래킹을 통해 손(10)의 위치와 자세 등의 측정이 가능하다. 즉, 모션 센서(130)는 손(10)과 손가락의 위치, 방향 등을 측정하고, 측정된 정보를 연결된 제어 장치(미도시)에 전달하여 가상 공간에서 가상 손 위치/형태를 업데이트하도록 할 수 있다. 예를 들어, 모션 센서(130)는 VIVE Tracker와 같은 모션 트래킹 센서일 수 있고, 손과 손가락의 위치와 자세의 측정에 이용될 수 있다.
도 1에 도시되지는 않았으나, 촉각 자극 생성 장치(100) 제어 장치를 더 포함할 수 있다. 제어 장치는 데이터 수집(data acquisition) 및 트래킹부 및 촉각 렌더링(haptic rendering)부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 장치는 하나 이상의 프로세서(processor)를 포함할 수 있고, 데이터 수집 및 트래킹부 및 촉각 렌더링부의 동작들은 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따라, 데이터 수집 및 트래킹부는 촉각 자극 생성 장치(100)에 구비된 하나 이상의 모션 센서(130)를 통해 손(10)의 위치와 자세의 측정이 가능하다. 즉, 데이터 수집 및 트래킹부는 상기 하나 이상의 센서로부터 손(10)과 손가락의 위치, 방향과 같은 정보를 수신하고, 가상 공간에서 가상 손 위치/형태를 업데이트한다. 데이터 수집 및 트래킹부는 센서(120)에 의해 측정된 손가락의 굽힘에 대한 정보(예: 손가락의 굽힘 여부, 관절 각도(joint angle) 등)를 수집하고, 손가락 굽힘 정보를 업데이트할 수 있다. 촉각 렌더링부는 이와 같이 업데이트된 가상 손 위치/형태 정보를 바탕으로 가상 객체와의 접촉 내지 충돌을 감지하고, 충돌이 감지된 경우에 손가락 굽힘 정도에 따라 손등 촉각 피드백 자극을 산출한다. 산출된 손등 촉각 피드백 자극에 따른 제어 신호가 촉각 피드백 모듈(110)로 전달되고, 산출된 손등 촉각 피드백 자극에 따라 각 장치가 구동되어 손등에 촉각 피드백 자극을 제공할 수 있다.
다른 실시 예에서, 별도의 제어 장치 없이 촉각 피드백 모듈(110)이 하나 이상의 프로세서를 포함하고, 하나 이상의 프로세서는 데이터 수집 및 트래킹부 및 촉각 렌더링부의 동작들을 제어할 수 있다. 이 경우, 촉각 피드백 모듈(110)은 하나 이상의 프로세서에 의해 산출된 손등 촉각 피드백 자극 제어 신호에 따라 구동되어 손등에 촉각 피드백 자극을 제공할 수 있다.
가상 공간 상에 가상의 손 모델을 구성할 때, 모션 센서(130)(예: VIVE Tracker)에 의해 트래킹된 손의 자세, 위치, 방향 등의 정보 및 센서(120)에 의한 손가락의 위치, 방향 등의 정보에 기반하여 구성될 수 있다.
가상 공간에서 가상 객체와 손 모델 사이의 충돌 감지는 브로드-페이즈(broad-phase)와 내로우-페이즈(narrow-phase)를 거쳐 제어 장치에 의해 수행될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 브로드-페이즈 충돌 감지를 위해, 경계구(bounding sphere)가 손가락 끝과 손바닥 부분에 위치될 수 있다. 각 경계구내에는 복수 개의 접촉점들을 위치시킬 수 있다. 예를 들어, 만일 경계구와 가상 객체 간의 접촉이 있는 경우, 내로우-페이즈의 충돌 감지가 수행된다. 그러면, 경계구 내에 위치한 접촉점과 가상 객체와의 접촉을 검사하게 된다. 이들 접촉점과의 접촉되는 개수, 위치를 고려하여 촉각 피드백이 산출될 수 있고, 산출된 촉각 피드백 값을 변환하여 촉각 피드백 모듈(110)로 전달할 수 있다. 촉각 피드백 값에 의해 가상 객체와 접촉한 손가락에 대응하는 촉각 피드백 모듈(110)이 결정된다. 해당 촉각 피드백 모듈(110)은 제1 회전체(210)의 회전 각도를 조절하여 제2 회전체(220)의 회전 각도를 조절하고, 그에 따라 회전 이동하는 접촉부(230)의 이동 각도를 조절하여 가압식 햅틱 피드백의 강도를 조절할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 촉각 피드백 모듈(110)의 사시도를 도시한다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 촉각 피드백 모듈(110)은 제1 회전체(210), 제2 회전체(220) 및 접촉부(230)를 포함한다.
촉각 피드백 모듈(110)은 제1 회전체(210)에 연결된 구동부를 포함할 수 있다. 제1 회전체(210)는 제어 신호를 기계적으로 구동하는 동력원인 구동부에 연결되어 회전할 수 있다. 예를 들어, 구동부는 서보모터(servomotor)일 수 있다.
제2 회전체(220)는 제1 회전체(210)에 접촉하여 제1 회전체(210)가 회전함에 따라 그 반대 방향으로 회전하게 된다. 이를 위해, 제1 회전체(210) 및 제2 회전체(220)는 도 2에 도시된 바와 같이 톱니바퀴 형상을 가지고, 서로 맞물려 회전할 수 있다. 예를 들어, 제어 장치로부터 수신한 제어 신호에 의해 구동부가 일정 각도로 제1 회전체(210)를 시계 방향으로 회전 구동시키면, 제1 회전체(210)에 접촉된 제2 회전체(220)는 반시계 방향으로 회전 구동될 수 있다.
접촉부(230)는 제2 회전체(220)에 고정되어, 제2 회전체(220)가 회전하는 방향으로 회전 각도만큼 동시에 회전한다. 접촉부(230)는 사용자의 손등에 배치되며, 제2 회전체(220)가 회전함에 따라 손등을 가압하여 피부 당김 햅틱 피드백을 전달할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 촉각 피드백 모듈(110)의 구동 예를 도시한다.
도 3을 참조하면, 사용자의 손(10)의 손등에 접촉하여 배치된 촉각 피드백 모듈(110)이 도시된다. 가상 공간에서 구성된 사용자의 손(10)이 가상 객체에 접촉하고, 센서(120)에 의해 손가락 굽힘이 감지되면 대응하는 손등 위치에 햅틱 피드백을 전달하기 위해 촉각 피드백 모듈(110)이 구동될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 손가락이 굽혀지면서 손(10)이 가상 객체의 접촉하는 경우, 제어 장치를 통해 손가락이 굽힘 정도에 따라 제1 회전체(210)를 회전 시키는 제어 신호가 구동부에 전달되고, 구동부에 연결된 제1 회전체(210)는 손가락이 굽힘 정도에 따라 시계 방향으로 회전하게 된다. 제1 회전체(210)에 접촉하는 제2 회전체(220)는 구조적 결합(예: 톱니바퀴의 맞물림)에 의해 반시계 방향으로 회전하게 된다. 제2 회전체(220)에 연결된 접촉부 역시 반시계 방향으로 회전하게 되어 접촉된 손등 부위가 도 3에 도시된 바와 같이 손목 방향으로 당김 햅틱 자극을 받게 된다. 이를 통해, 가상 객체에 충돌하는 촉감을 효과적으로 전달할 수 있고, 손등에 배치되므로 손가락 햅틱 피드백 장치보다 손가락 및 전체적인 손의 움직임을 자유롭게 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 접촉부(230)의 사시도를 도시한다.
접촉부(230)는 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 제2 회전체(220)의 회전에 의해 동일방향으로 회전하면서 손등의 접촉 부위에 당김 피드백을 전달하게 된다. 이 때, 접촉부(230)가 손등에서 미끄러지지 않고 효과적으로 피부 당김 햅틱 피드백을 전달하기 위해서 비대칭 형상을 가질 수 있다.
도 4를 참조하면, 접촉부(230)는 측면에서 보았을 때 비대칭의 곡선 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 접촉부(230)는 측면에서 보았을 때 비대칭 부채꼴 형상을 가지는 기둥 형태이고, 비대칭 부채꼴 형상의 호 부분을 이루는 면이 손등에 접촉하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 접촉부(230)는 측면에서 보았을 때 비대칭 부채꼴 형상을 가지는 기둥 형태이고, 비대칭 부채꼴 형상의 호 부분을 이루는 면이 손등에 접촉하도록 배치될 수 있다. 즉, 비대칭 부채꼴 형상의 사이각을 이루는 두 반지름이 같지 않고 한 쪽이 더 길도록 설정될 수 있다. 이 때, 손가락이 펼쳐진 초기 상태에 비대칭 부채꼴의 짧은 반지름 쪽의 말단이 손등과 접촉하고, 긴 반지름 쪽의 말단이 손가락 방향으로 배치되도록 할 수 있다. 이를 통해, 접촉부(230)가 손가락 굽힘 감지에 의해 반시계 방향으로 회전하는 경우, 손등과 더욱 밀착하게 되어 미끄러짐 없이 피부 당김 햅틱 피드백을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따라, 접촉부(230)는 피부에 상처없이 자극을 가할 수 있도록 부드러운 재질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 고무(silicone rubber)와 같은 재질로 제작될 수 있으나 이에 제한되지 않으며, 부드럽고 적당한 탄성을 가지는 어떠한 재료도 활용될 수 있다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가상 객체와 접촉이 없는 손가락 펼침 상태에서 촉각 피드백 모듈(110)의 구동 상태를 도시한다.
도 5a 및 5b를 참조하면, 촉각 피드백 모듈(110)은 손가락이 펼쳐진 상태에서 손등을 가압하지 않는 초기 상태에 위치하게 된다. 즉, 도 5a에 도시된 바와 같이, 촉각 피드백 모듈(110)의 접촉부(230)는 손가락 쪽으로 치우친 형태로 말단이 손등에 접촉하여 위치된다. 이 때에는, 접촉부(230)가 초기 접촉점(11)에서 손등을 가압하지 않고 단순히 접하여 배치된다.
도 6a 내지 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가상 객체와 접촉하고 손가락 굽힘 상태에서 촉각 피드백 모듈(110)의 구동 상태를 도시한다.
도 6a 및 6b를 참조하면, 손가락이 굽혀진 상태에서 가상 객체와 접촉하는 경우, 해당 손가락에 대응하는 촉각 피드백 모듈(110)은 손등을 가압하는 자극 상태에 위치하게 된다. 예를 들어, 도 6b에 도시된 바와 같이, 검지 손가락에 장착된 센서(120)에 의해 검지 손가락이 굽혀진 상태로 가상 공간에서 가상 객체에 접촉하는 것이 감지된다. 이 경우, 도 6a에 도시된 바와 같이, 제1 회전체(210)는 시계 방향으로 회전하고, 이에 맞물려 제2 회전체(220)는 반시계 방향으로 회전하여 접촉부(230)의 손가락에 반대되는 방향으로(손목 방향으로) 손등 피부를 당기는 햅틱 피드백을 전달할 수 있다. 이러한 피부 당김 햅틱 피드백은 사용자가 실제 물건과 접촉하여 손가락을 뻗었을 때 피부에 가해지는 압력(strain)과 같은 자극을 재현할 수 있다. 즉, 접촉이 일어난 손가락 뒤쪽의 피부를 당겨줌으로써 손가락이 강제적으로 펴질 때와 같은 피드백을 전달할 수 있다. 접촉부(230)는 회전에 의해 초기 접촉점(11)으로부터 분리된다.
접촉부(230)가 피부에서 미끄러지는 것을 방지하고 효과적으로 당김 피드백을 전달하기 위해, 접촉부(230)는 비대칭 형상으로 제작될 수 있다. 예를 들어, 접촉부(230)는 측면에서 보았을 때 비대칭 부채꼴 형상을 가지는 기둥 형태이고, 비대칭 부채꼴 형상의 호 부분을 이루는 면이 손등에 접촉하도록 배치될 수 있다. 즉, 비대칭 부채꼴 형상의 사이각을 이루는 두 반지름이 같지 않고 한 쪽이 더 길도록 설정될 수 있다. 이 때, 손가락이 펼쳐진 초기 상태에 비대칭 부채꼴의 짧은 반지름 쪽의 말단이 손등과 접촉하고, 긴 반지름 쪽의 말단이 손가락 방향으로 배치되도록 할 수 있다. 이를 통해, 접촉부(230)가 손가락 굽힘 감지에 의해 반시계 방향으로 회전하는 경우, 손등과 더욱 밀착하게 되어 미끄러짐 없이 피부 당김 햅틱 피드백을 제공할 수 있다.
손가락이 가상 객체와 다시 분리되는 경우 접촉부(230)는 다시 도 5a에 도시된 바와 같은 초기 상태로 되돌아가고, 손등에 대한 햅틱 피드백은 제거된다. 다시 손가락이 굽혀져 가상 객체와 접촉하는 경우, 도 6a에 도시된 바와 같은 접촉부(230)가 회전하여 손목 방향으로 피부 당김 햅틱 피드백을 가하게 되고, 이런 방식으로 가상 객체와의 상호작용에 따른 햅틱 피드백을 손등에 적절하게 제공할 수 있게 된다.
상술한 본 발명에 의하면, 손등에 가상 객체와의 접촉 및 손가락 굽힘에 따른 자극을 제공할 수 있고, 이에 따라 손가락은 자유롭게 동작이 가능하면서도 경량화된 촉각 자극 생성 장치의 제공이 가능하다. 상술한 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 상술한 실시 예들이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 다양한 실시 예들이 내포하는 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 손 100: 촉각 자극 생성 장치
110: 촉각 피드백 모듈 120: 센서
130: 모션 센서 210: 제1 회전체
220: 제2 회전체 230: 접촉부

Claims (7)

  1. 가상 공간에서 가상 객체와의 상호작용에 따라 사용자의 손에 촉각 자극을 인가하는 촉각 자극 생성 장치로서,
    손가락의 굽힘을 감지하는 센서; 및
    상기 손가락의 굽힘에 따라 손등에 촉각 피드백을 제공하는 하나 이상의 가압 모듈을 포함하고,
    상기 하나 이상의 가압 모듈은, 상기 손등에 배치되어 상기 손가락의 굽힘에 따른 회전 구동에 의해 상기 손등을 가압하거나 해제하며,
    상기 하나 이상의 가압 모듈 각각은,
    제1 회전체;
    상기 제1 회전체에 접촉되어, 상기 제1 회전체가 회전 구동되면 회전 각도에 비례하여 반대 방향으로 회전하는 제2 회전체; 및
    상기 제2 회전체에 연결되어, 상기 제2 회전체의 회전 이동에 따라 손등 위에서 회전 구동되어 피부 당김(skin-stretch) 자극을 전달하는 접촉부를 포함하고,
    상기 접촉부는, 회전 운동에 따라 상기 손등의 피부를 당길 때 미끄러짐을 최소화하기 위해 측면에서 보았을 때 비대칭의 곡선 형상을 가지는, 촉각 자극 생성 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 회전체의 회전 각도는 상기 센서에 의해 측정된 상기 손가락의 굽힘 정도에 비례하여 산출되는, 촉각 자극 생성 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 가상 공간에서 상기 사용자의 손가락과 상기 가상 객체의 접촉이 감지되는 경우, 상기 하나 이상의 가압 모듈 중 상기 접촉이 일어난 손가락에 대응하는 가압 모듈의 제1 회전체의 회전 각도가 상기 접촉이 일어난 손가락의 굽힘 정도에 비례하여 산출되는, 촉각 자극 생성 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 회전체 및 상기 제2 회전체는 각각 톱니바퀴 형태로 구성되고,
    상기 제1 회전체 및 상기 제2 회전체의 톱니는 서로 맞물려 반대방향으로 회전하는, 촉각 자극 생성 장치.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 접촉부는 측면에서 보았을 때 비대칭 부채꼴 형상을 가지는 기둥 형태이고, 상기 비대칭 부채꼴 형상의 호 부분이 상기 손등에 접촉하는, 촉각 자극 생성 장치.
KR1020180132247A 2018-10-31 2018-10-31 가상 객체와의 상호작용에 따른 손등 촉감 피드백 전달 장치 KR102188851B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180132247A KR102188851B1 (ko) 2018-10-31 2018-10-31 가상 객체와의 상호작용에 따른 손등 촉감 피드백 전달 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180132247A KR102188851B1 (ko) 2018-10-31 2018-10-31 가상 객체와의 상호작용에 따른 손등 촉감 피드백 전달 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200049244A KR20200049244A (ko) 2020-05-08
KR102188851B1 true KR102188851B1 (ko) 2020-12-11

Family

ID=70677117

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180132247A KR102188851B1 (ko) 2018-10-31 2018-10-31 가상 객체와의 상호작용에 따른 손등 촉감 피드백 전달 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102188851B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102436938B1 (ko) * 2021-01-29 2022-08-29 한국과학기술연구원 사용자에게 3차원 햅틱 피드백을 제공하는 햅틱 시스템

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004029999A (ja) 2002-06-24 2004-01-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 力触覚ディスプレイハンドおよびその製造方法
KR100906576B1 (ko) 2007-12-17 2009-07-10 한국전자통신연구원 핸드 햅틱 인터페이스 장치 및 방법
KR101789696B1 (ko) * 2016-06-14 2017-10-25 울산과학기술원 역감 전달 시스템

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100424675B1 (ko) * 2000-12-26 2004-03-27 한국전자통신연구원 손 재활 훈련을 위한 햅틱 그립프 장치 및 그를 이용한 햅틱 시스템의 환자용 클라이언트/의사용 서버/햅틱 그립프 제어 장치와 재활 훈련 방법
KR101485414B1 (ko) * 2013-05-03 2015-01-26 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 가상 물체와의 상호작용을 위한 손 외골격 링크 구조체
US9600083B2 (en) * 2014-07-15 2017-03-21 Immersion Corporation Systems and methods to generate haptic feedback for skin-mediated interactions

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004029999A (ja) 2002-06-24 2004-01-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 力触覚ディスプレイハンドおよびその製造方法
KR100906576B1 (ko) 2007-12-17 2009-07-10 한국전자통신연구원 핸드 햅틱 인터페이스 장치 및 방법
KR101789696B1 (ko) * 2016-06-14 2017-10-25 울산과학기술원 역감 전달 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200049244A (ko) 2020-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7464762B2 (ja) センサ及び触覚を用いた指装着デバイス
US10176679B2 (en) Systems and methods to generate haptic feedback for skin-mediated interactions
Prattichizzo et al. Towards wearability in fingertip haptics: a 3-dof wearable device for cutaneous force feedback
KR102101483B1 (ko) 가상 객체 조작을 위한 촉각 자극 생성 장치 및 이를 구비한 시스템
CN111638801A (zh) 用于手势辨识的控制器及其手势辨识的方法
US20100277428A1 (en) Touch panel input assisting device, computer operating method using the device, and tactile sense interlocking program
US10928908B2 (en) Haptic device, for interaction with virtual reality or augmented reality systems
RU179301U1 (ru) Перчатка виртуальной реальности
RU187548U1 (ru) Перчатка виртуальной реальности
KR102162922B1 (ko) 촉각 피드백이 가능한 가상현실 기반의 손 재활 시스템
KR102188851B1 (ko) 가상 객체와의 상호작용에 따른 손등 촉감 피드백 전달 장치
CN113508355A (zh) 虚拟现实控制器
KR101688193B1 (ko) 인간-컴퓨터 간 실감 및 제스처 상호작용을 위한 데이터 입력장치 및 그 방법
WO2019224994A1 (ja) 動き検出装置
GB2499019A (en) A pressure applying haptic device for a finger
CN110673733B (zh) 一种虚拟现实动画媒体现实装置
Calvo A body-grounded kinesthetic haptic device for virtual reality
KR20200115014A (ko) 전완부 근육을 이용한 손가락의 제스처 입력 및 실시간 반발력 제공장치
WO2019083405A1 (ru) Перчатка виртуальной реальности

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant