KR102309454B1 - 가상현실용 웨어러블 디바이스 - Google Patents

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Abstract

일 실시 예에 따른 가상현실용 웨어러블 디바이스는, 베이스 프레임; 기둥 형상을 갖고 사용자가 파지 가능한 스틱 바디; 상기 베이스 프레임 및 스틱 바디를 연결함으로써 사용자가 스틱 바디를 파지하지 않은 상태에서 상기 스틱 바디가 상기 베이스 프레임으로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 연결 부재; 및 사용자의 손에 자극을 인가할 수 있는 자극부를 포함할 수 있다.

Description

가상현실용 웨어러블 디바이스{WEARABLE DEVICE FOR VIRTUAL REALITY}
아래의 설명은 가상현실용 웨어러블 디바이스에 관한 것이다.
최근 들어 가상현실(virtual reality, VR) 또는 증강현실(augmented reality, AR) 기술들의 개발과 함께, 이를 위하여 사용되는 다양한 전용 장치들이 개발되고 있다. 가상현실은 인공적인 기술로 만들어낸 실제와 유사하지만 실제가 아닌 어떤 특정한 환경이나 상황 또는 기술 자체를 의미하고, 증강현실은 현실에 기반하여 정보를 추가 제공하는 기술을 의미한다. 가상현실 및 증강현실은 엄밀하게 서로 구별되지만, 반대되는 기재가 없는 이상 양자를 통칭하여 "가상현실"로 지칭하기로 한다. 이와 같이 만들어진 가상의 환경이나 상황 등은 사용자의 오감을 자극하며 실제와 유사한 공간적, 시간적 체험을 하게 함으로써 현실과 상상의 경계를 자유롭게 드나들게 한다. 또한 사용자는 가상현실에 단순히 몰입할 뿐만 아니라 실재하는 디바이스를 이용해 조작이나 명령을 가하는 등 가상현실 속에 구현된 것들과 상호작용이 가능하다. 또한 가상현실은 사용자와 상호작용이 가능하고 사용자의 경험을 창출한다는 점에서 일방적으로 구현된 시뮬레이션과는 구분된다. 위험한 환경에서 근무하는 사람들은 가상현실을 통해 안전 사고를 직접 체험해볼 수 있다.
가상현실과 사용자가 상호작용하기 위해서는, 사용자의 동작 및/또는 명령 등이 환경에 작용할 수도 있어야 하지만, 환경의 여러가지 상황들이 사용자에게 작용할 수 있어야 한다. 이를 위해서, 사용자에게 착용되는 웨어러블 디바이스들이 개발되고 있다.
기존 웨어러블 디바이스 중 대표적으로 장갑형 웨어러블이 있을 수 있다. 종래의 장갑형 웨어러블 디바이스는 손가락의 굽힘 정도를 플렉시블 회로를 통해 계측하였다. 플렉시블 회로는 반복적인 굽힘에 따라 내구성이 떨어진다는 문제가 있다. 또한, 장갑형 웨어러블 디바이스는 장갑 형태로 착용해야 하므로, 위생 상의 문제도 있다. 예를 들어, 사용자의 손으로부터 배출되는 땀은 장갑형 웨어러블 디바이스의 내측에 그대로 남아 있어, 사용자가 불쾌감을 느낄 수 있다.
또한, 종래의 장갑형 웨어러블 디바이스의 경우, 손가락의 굽힘 정도는 알 수 있지만, 그와 별개로 손가락의 형태를 추적할 수 있는 화상처리 시스템이 필요한데, 이러한 경우 사실상 화상처리 시스템만 가지고도, 목적한 바(손가락의 굽힘 정도 파악)을 이룰 수 있으므로, 비효율적인 장치가 되고 만다. 더욱이, 종래의 장갑형 웨어러블 디바이스는 촉감 피드백을 통한 사용자의 손과의 상호 작용이 불가능하다.
사용자에게 다양한 자극을 인가하여 다양한 환경에서의 자극을 느낄 수 있게 하면서도, 내구성이 뛰어나며, 세척이 용이하고, 가상현실 체험 중 사용자에 손으로부터 이탈되지 않는 웨어러블 디바이스가 요구되는 실정이다.
일 실시 예의 목적은, 사용자가 다양한 환경에서의 자극을 느낄 수 있도록 다양한 자극을 제공하는 가상현실용 웨어러블 디바이스를 제공하는 것이다.
또한, 일 실시 예의 목적은, 내구성이 뛰어나며, 세척이 용이하고, 사용자가 가상현실 체험 중 놀라서 손을 펴 버리더라도 사용자의 손으로부터 이탈되지 않는 가상 현실을 위한 가상현실용 웨어러블 디바이스를 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 가상현실용 웨어러블 디바이스는, 베이스 프레임; 기둥 형상을 갖고 사용자가 파지 가능한 스틱 바디; 상기 베이스 프레임 및 스틱 바디를 연결함으로써 사용자가 스틱 바디를 파지하지 않은 상태에서 상기 스틱 바디가 상기 베이스 프레임으로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 연결 부재; 및 사용자의 손에 자극을 인가할 수 있는 자극부를 포함할 수 있다.
상기 자극부는, 상기 스틱 바디에 배치되고, 온도가 변화할 수 있는 열전소자를 포함할 수 있다.
상기 가상현실용 웨어러블 디바이스는, 상기 베이스 프레임에 배치되는 배터리; 및 상기 배터리로부터 상기 열전소자로 전력을 전달하는 연결 라인을 더 포함할 수 있다.
상기 가상현실용 웨어러블 디바이스는, 상기 스틱 바디에 배치되고, 상기 열전소자에서 발생되는 열을 외부로 방출시키기 위한 냉각 팬을 더 포함할 수 있다.
상기 가상현실용 웨어러블 디바이스는, 상기 베이스 프레임을 사용자의 손 또는 팔에 고정시켜, 상기 스틱 바디가 사용자의 손으로부터 떨어져 낙하하는 것을 방지하는 베이스 착용부를 더 포함할 수 있다.
상기 베이스 프레임은 사용자의 손바닥을 커버하지 않는 건틀렛 현태로 제공될 수 있다.
상기 자극부는, 상기 스틱 바디에 배치되고, 상기 스틱 바디를 기준으로 상기 베이스 프레임의 반대편에 배치되는 저주파 인가부를 포함할 수 있다.
상기 저주파 인가부는, 사용자의 손가락속질(digital pulp)에 저주파 자극을 인가할 수 있다.
상기 저주파 인가부는 상기 스틱 바디의 길이 방향으로 이격 배치되고, 각각 독립적으로 작동되는 복수 개의 자극 패드를 포함할 수 있다.
상기 가상현실용 웨어러블 디바이스는, 상기 스틱 바디에 배치되고, 사용자의 손가락에 의해 인가되는 압력을 감지할 수 있는 압력 감지부를 더 포함할 수 있다.
상기 자극부는, 상기 스틱 바디에 배치되는 열전소자; 및 상기 스틱 바디에 배치되고, 상기 스틱 바디를 기준으로 상기 열전소자의 반대편에 배치되는 저주파 인가부를 포함할 수 있다.
상기 자극부는, 상기 스틱 바디에 배치되며, 사용자의 파지력을 감지할 수 있는 압력 감지부를 더 포함할 수 있다.
상기 압력 감지부는 상기 열전소자 및 저주파 인가부 사이에 배치될 수 있다.
상기 압력 감지부는 상기 저주파 인가부의 하면에 부착될 수 있다.
상기 가상현실용 웨어러블 디바이스는, 상기 베이스 프레임에 장착되고, 상기 열전소자 및 저주파 인가부에 전력을 제공하기 위한 배터리; 및 상기 열전소자의 온도를 제어하고, 상기 저주파 인가부에 인가되는 전류의 크기, 시간 및/또는 파형 등을 제어하고, 상기 압력 감지부로부터 감지된 압력 정보를 수신하기 위한 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 사용자가 가상 현실에서 제 1 오브젝트에 접촉할 경우, 상기 열전소자의 온도를 조절하고, 사용자가 가상 현실에서 상기 제 1 오브젝트에 접촉한 이후 제 2 오브젝트에 접촉할 경우, 상기 저주파 인가부를 작동시킬 수 있다.
상기 저주파 인가부는, 상기 스틱 바디의 길이 방향으로 이격 배치되는 복수 개의 자극 패드를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 복수 개의 자극 패드를 배치 순서에 따라서 한쪽 방향으로 순차적으로 작동시킬 수 있다.
상기 가상현실용 웨어러블 디바이스는, 상기 스틱 바디의 상면으로부터 돌출 형성되는 조이 스틱; 및 상기 스틱 바디의 하면에 배치되고, 상기 스틱 바디를 냉각시키는 냉각 팬을 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 연결 밴드 및 제 2 연결 밴드는 탄성을 가질 수 있다.
상기 가상현실용 웨어러블 디바이스는, 상기 베이스 프레임에 배치되고, 외부 전자 기기와 통신 가능한 통신 모듈을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 가상현실용 웨어러블 디바이스는 사용자가 다양한 환경에서의 자극을 느낄 수 있도록 다양한 자극을 제공할 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에 따른 가상현실용 웨어러블 디바이스는, 열전소자를 통해 사용자의 손에 열감과 냉감을 줄 수 있고, 압력 감지부를 통해 손가락의 압력 형태를 파악하여 가상 세계의 물체와 상호작용할 수 있고, 저주파 인가부를 통해 사용자의 손가락에 통각을 줄 수 있다. 또한, 저주파 인가부는 검지, 중지, 약지 및 새끼에 자극을 인가하는 복수 개의 자극 패드를 포함할 수 있고, 복수 개의 자극 패드에 인가되는 펄스 폭(pulse width)을 조절하여 다양한 자극(예를 들어, 칼에 베이는 감각)을 구현할 수 있다.
일 실시 예에 따른 가상현실용 웨어러블 디바이스는 내구성이 뛰어나며, 세척이 용이하고, 사용자가 가상현실 체험 중 놀라서 손을 펴 버리더라도 사용자의 손으로부터 이탈되지 않을 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 사용자가 일 실시 예에 따른 가상현실용 웨어러블 디바이스를 착용한 상태로 가상현실을 체험하고 있는 상태를 도시하는 사시도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 가상현실용 웨어러블 디바이스의 사시도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 가상현실용 웨어러블 디바이스의 측면도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 스틱 바디의 평면도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 스틱 바디의 정면도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 스틱 바디의 저면도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 가상현실용 웨어러블 디바이스의 블록도이다.
도 8은 사용자가 가상현실에서 감전 상황을 체험하고 있는 상태를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 9는 사용자가 가상현실에서 화재 상황을 체험하고 있는 상태를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 10은 사용자가 가상현실에서 물체를 파지하고 있는 상태를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 11은 사용자가 가상현실에서 물체를 놓친 상태를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 12는 사용자가 가상현실에서 손이 베이는 체험을 하고 있는 상태를 개략적으로 도시하는 도면이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 사용자가 일 실시 예에 따른 가상현실용 웨어러블 디바이스를 착용한 상태로 가상현실을 체험하고 있는 상태를 도시하는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 사용자(U)는 플랫폼(91) 위에 올라서서 가상현실(VR)을 체험할 수 있다. 플랫폼(91)으로부터 상방으로 돌출 형성되는 백 지지부(92)는 사용자의 등을 지지할 수 있다. 백 지지부(92)에 연결되는 복수 개의 착용 밴드(93)는 사용자의 허리 및/또는 허벅지를 감쌀 수 있다. 예를 들어, 백 지지부(92)는 관성 센서를 포함하고, 부착된 부분의 움직임을 감지할 수 있다. 사용자(U)는 고글(94)을 착용할 수 있다. 고글(94)은 360도 가상현실(VR)을 사용자에게 시각적으로 제공할 수 있다. 고글(94)을 통해 사용자(U)에게 제공되는 화면은, 사용자(U)의 전방에 배치된 디스플레이(D)에서도 구현될 수 있다.
사용자(U)는 가상현실용 웨어러블 디바이스(100, 이하 "웨어러블 디바이스"라고 함)을 착용할 수 있다. 사용자(U)는 웨어러블 디바이스(100)를 통해 가상현실(VR)과 상호작용할 수 있다. 예를 들어, 사용자(U)는 웨어러블 디바이스(100)에 구비된 각종 입력 수단을 통해 신호를 입력하여 가상현실에 능동적으로 참여할 수 있다. 또한, 사용자(U)는 웨어러블 디바이스(100)에 구비된 각종 출력 수단을 통해 자극을 받을 수 있다. 웨어러블 디바이스(001)는 사용자(U)의 손 또는 팔에 착용될 수 있다. 웨어러블 디바이스(100)가 사용자의 오른손에 착용된 것으로 도시되나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 웨어러블 디바이스(100)는 사용자의 왼손에 착용되거나, 사용자의 양손에 각각 착용될 수도 있다.
도 2는 일 실시 예에 따른 가상현실용 웨어러블 디바이스의 사시도이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 가상현실용 웨어러블 디바이스의 측면도이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 스틱 바디의 평면도이고, 도 5는 일 실시 예에 따른 스틱 바디의 정면도이고, 도 6은 일 실시 예에 따른 스틱 바디의 저면도이고, 도 7은 일 실시 예에 따른 가상현실용 웨어러블 디바이스의 블록도이다.
도 2 내지 도 7을 참조하면, 웨어러블 디바이스(100)는 베이스 프레임(1), 베이스 착용부(1a), 스틱 바디(2), 연결 부재(3), 자극부(4), 배터리(51), 통신 모듈(52), 제어부(53), 조이스틱(6), 냉각 팬(7) 및 연결 라인(8)을 포함할 수 있다.
베이스 프레임(1)은 사용자의 손 또는 팔에 착용될 수 있다. 예를 들어, 베이스 프레임(1)은 사용자의 손목의 외측을 커버할 수 있다. 베이스 프레임(1)은 사용자의 손바닥을 커버하지 않을 수 있다. 다시 말하면, 웨어러블 디바이스(100)는 건틀렛(gauntlet) 형태로 제공될 수 있다. 사용자의 손바닥 및 손가락은 베이스 프레임(1)에 의해 둘러 싸이지 않으므로, 주변 공기가 자유롭게 통할 수 있다. 베이스 프레임(1)은 사용자의 손 또는 팔에 접촉하는 베이스 바디(11)와, 베이스 바디(11)에 탈부착 가능한 베이스 커버(12)를 포함할 수 있다. 베이스 바디(11)는 플레이트 형상을 가질 수 있다. 베이스 바디(11)는 후술하는 연결 부재(3)를 고정하기 위한 홀을 구비할 수 있다. 예를 들어, 배터리(51), 통신 모듈(52) 및 제어부(53)는 베이스 바디(11) 및 베이스 커버(12) 사이에 배치될 수 있다.
베이스 착용부(1a)는 베이스 프레임(1)을 사용자의 신체에 고정시킬 수 있다. 예를 들어, 베이스 착용부(1a)는 길이 조절 가능한 탄성 밴드일 수 있다. 베이스 착용부(1a)는 베이스 프레임(1)이 사용자의 손 또는 팔에 고정시켜, 스틱 바디(2)가 사용자의 손으로부터 떨어져 낙하하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 베이스 착용부(1a)는 사용자의 하박(下膊)을 둘러쌀 수 있다.
스틱 바디(2)는 기둥 형상을 가질 수 있다. 스틱 바디(2)는 사용자의 손에 의해 파지될 수 있다. 스틱 바디(2)는 베이스 프레임(1)으로부터 이격되어 있을 수 있다. 사용자는 베이스 프레임(1) 및 스틱 바디(2) 사이로 손가락을 통과시킨 후, 스틱 바디(2)의 측면을 감싸는 방식으로 스틱 바디(2)를 파지할 수 있다. 여기서, 스틱 바디(2)의 측면은, 사용자의 손바닥, 검지, 중지, 약지 및 소지(小指)에 의해 파지되는 부분을 의미한다. 이하, 스틱 바디(2)의 상면은 사용자의 엄지에 의해 커버될 수 있는 부분을 의미한다.
스틱 바디(2)는 사용자가 용이하게 파지할 수 있는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 스틱 바디(2)는 대략 타원형인 횡단면을 가질 수 있다. 예를 들어, z축과 나란한 방향으로 스틱 바디(2)를 바라보았을 때의 스틱 바디(2)의 폭(도 4 참조)은, x축과 나란한 방향으로 스틱 바디(2)를 바라보았을 때의 스틱 바디(2)의 폭(도 5 참조) 보다 클 수 있다. 사용자는 스틱 바디(2)의 넓은 부분이 사용자의 손등을 향하도록 스틱 바디(2)를 파지하여, 편안하게 스틱 바디(2)를 파지할 수 있다. 자극부(4)는 사용자가 편안하게 스틱 바디(2)를 파지한 상태를 기준으로, 사용자의 손 중 적절한 위치에 적절한 자극을 인가하도록 배치될 수 있다. 또한, 스틱 바디(2)의 상단부 및 하단부는 중간부 보다 상대적으로 두꺼울 수 있다.
스틱 바디(2)는 후술하는 연결 부재(3)를 고정하기 위한 제 1 고정부(21) 및 제 2 고정부(22)를 포함할 수 있다. 제 1 고정부(21) 및 제 2 고정부(22)는 스틱 바디(2)의 길이 방향으로 이격될 수 있다. 제 1 고정부(21) 및 제 2 고정부(22)는 스틱 바디(2)의 일면으로부터 같은 방향으로 돌출 형성되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 제 1 고정부(21) 및 제 2 고정부(22)는 스틱 바디(2)에 함몰 형성되어 있을 수 있다.
연결 부재(3)는 베이스 프레임(1) 및 스틱 바디(2)를 연결할 수 있다. 연결 부재(3)는 사용자가 스틱 바디(2)를 파지하지 않는 상태에서 스틱 바디(2)가 베이스 프레임(1)으로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 사용자가 스틱 바디(2)를 놓치더라도 스틱 바디(2)는 땅바닥으로 낙하하지 않으며, 연결 부재(3)에 의해 베이스 프레임(1)에 매달려 있을 수 있다. 사용자가 가상체험 도중 이벤트 발생에 따라 놀라서 손가락을 펼치는 상황이 벌어질 수 있다. 이러한 상황이 벌어지더라도 스틱 바디(2)는 베이스 프레임(1)에 매달려 있기 때문에, 사용자는 고글(94, 도 1 참조)을 벗지 않더라도 손가락을 오므리는 동작만으로 스틱 바디(2)를 다시 파지할 수 있다.
연결 부재(3)는 탄성을 가질 수 있다. 예를 들어, 사용자가 웨어러블 디바이스(100)를 착용한 상태에서, 연결 부재(3)는 신장된 상태일 수 있다. 연결 부재(3)는 스틱 바디(2)에 베이스 프레임(1)을 향한 방향으로 힘을 인가할 수 있다. 스틱 바디(2)는 사용자가 손가락으로 파지하지 않더라도, 사용자의 손바닥에 접촉된 상태를 유지할 수 있다.
연결 부재(3)는 베이스 프레임(1) 및 제 1 고정부(21)를 연결하는 제 1 연결 부재(31)와, 베이스 프레임(1) 및 제 2 고정부(22)를 연결하는 제 2 연결 부재(32)를 포함할 수 있다. 사용자는 제 1 연결 부재(31) 및 제 2 연결 부재(32) 사이로 손가락을 통과시킬 수 있다. 제 1 연결 부재(31) 및 제 2 연결 부재(32)는 각각 길이 조절 가능하도록 설치될 수 있다. 예를 들어, 후크앤패스너 방식이나, 버클 방식 등 다양한 공지의 방식을 통하여, 제 1 연결 부재(31) 및 제 2 연결 부재(32)는 사용자의 손바닥 두께에 따라 길이 조절될 수 있다.
자극부(4)는 사용자의 손에 자극을 인가할 수 있다. 자극부(4)는 다양한 자극을 사용자의 손바닥 및/또는 손가락에 인가할 수 있다. 예를 들어, 자극부(4) 사용자의 통점, 압점, 냉점 및/또는 온점을 자극할 수 있다. 자극부(4)는 열전소자(41) 및 저주파 인가부(42)를 포함할 수 있다.
열전소자(41)는 온도가 변화할 수 있다. 열전소자(41)는 예를 들어 응답 속도가 월등히 빠른 펠티에소자(Peltier effect device)일 수 있다. 열전소자(41)는 스틱 바디(2)에 배치될 수 있다. 사용자가 웨어러블 디바이스(100)를 착용한 상태를 기준으로, 열전소자(41)는 사용자의 손바닥에 접촉된 상태를 유지할 수 있다. 열전소자(41)의 온도는 상승 또는 하강할 수 있다. 열전소자(41)는 스틱 바디(2)의 길이 방향으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 열전소자(41)는 사용자의 손바닥 중 상측, 다시 말하면 사용자의 손바닥 중 손가락에 접한 두툼한 부분에 접촉할 수 있다. 열전소자(41)는 가상체험을 보조할 수 있다. 예를 들어, 가상 체험 중인 사용자가 가상체험에서 차가운 바닥에 놓인 물체를 집어 들었을 때, 열전소자(41)의 온도는 낮아질 수 있다. 예를 들어, 사용자가 가상체험에서 화재 현장에 있을 때, 열전소자(41)의 온도는 높아질 수 있다.
저주파 인가부(42)는 스틱 바디(2)에 배치되고, 스틱 바디(2)를 기준으로 베이스 프레임(1)의 반대편에 배치될 수 있다. 저주파 인가부(42)는, 스틱 바디(2)의 중심 축을 기준으로 열전소자(41)의 반대편에 위치할 수 있다. 저주파 인가부(42)는 저주파를 인가하여 진동을 구현하고, 이를 통해 사용자에게 다양한 자극을 인가할 수 있다. 저주파 인가부(42)는 가상체험을 보조할 수 있다. 예를 들어, 저주파 인가부(42)는 적절한 진동을 구현하여 사용자가 진동을 느낄 수 있게 할 수 있고, 일 방향으로 순차적으로 이동하는 진동을 구현하여 사용자가 칼에 베이는 느낌을 느낄 수 있게 할 수 있다. 저주파 인가부(42)는 사용자의 손가락속질(digital pulp)에 저주파 자극을 인가할 수 있다. 손가락속질은 손 중에 상대적으로 민감한 부분이므로, 저주파 인가부(42)는 인체에 무해한 작은 수준의 전류로도 충분한 자극을 인가할 수 있다. 저주파 인가부(42)는 스틱 바디(2)의 길이 방향으로 이격 배치되는 복수 개의 자극 패드(421, 422, 423, 424)를 포함할 수 있다.
저주파 인가부(42)는 검지에 자극을 인가하기 위한 제 1 자극 패드(421)와, 중지에 자극을 인가하기 위한 제 2 자극 패드(422)와, 약지에 자극을 인가하기 위한 제 3 자극 패드(423)와, 소지에 자극을 인가하기 위한 제 4 자극 패드(424)를 포함할 수 있다. 제 1 자극 패드(421)는 다른 자극 패드들 보다 조이스틱(6)에 가까이 위치하고, 제 4 자극 패드(424)는 다른 자극 패드들 보다 냉각 팬(7)에 가까이 위치할 수 있다. 복수 개의 자극 패드(421, 422, 423, 424) 중 중앙에 위치하는 자극 패드는 양단에 위치하는 자극패드보다 근위 방향(proximal direction)에 위치할 수 있다. 여기서, 근위 방향이란 사용자의 몸통 부분을 향한 방향, 예를 들어, 스틱 바디(2)로부터 베이스 착용부(1a)를 향한 방향을 의미한다. 예를 들어, 제 2 및 제 3 자극 패드(422, 423)는 제 1 및 제 4 자극 패드(421, 424) 보다 베이스 착용부(1a)에 가까이 위치할 수 있다. 도 6을 참조하면, 제 2 및 제 3 자극 패드(422, 423)는 제 1 및 제 4 자극 패드(421, 424) 보다 -x 방향에 마련될 수 있다. 사용자가 스틱 바디(2)를 파지할 경우, 사용자의 검지 및 소지는 상대적으로 중지 및 약지 보다 손목에 가까이 위치할 수 있는데, 복수 개의 자극 패드(421, 422, 423, 424)는 이러한 손가락 배치에 대응되도록 배열되어 각 손가락의 손가락속질에 효율적으로 자극을 인가할 수 있다. 복수 개의 자극 패드(421, 422, 423, 424)는 각각 독립적으로 작동될 수 있다. 예를 들어, 스틱 바디(2)의 길이 방향을 따라 복수 개의 자극 패드(421, 422, 423, 424)가 순차적으로 구동될 경우, 사용자는 손이 베이는 느낌과 유사한 느낌을 경험할 수 있다.
압력 감지부(43)는 스틱 바디(2)에 배치되고, 사용자의 파지력을 감지할 수 있다. 압력 감지부(43)는 사용자의 손가락에 의해 인가되는 압력을 측정 가능하다. 압력 감지부(43)는 예를 들어 FSR(Force Sensing Resistors)일 수 있다. 압력 감지부(43)는 열전소자(41) 및 저주파 인가부(42) 사이에 위치될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 압력 감지부(43)는 저주파 인가부(42)의 하면에 부착될 수 있다. 다시 말하면, 압력 감지부(43)는, 두께 방향으로 저주파 인가부(42)에 중첩되는 위치에 배치될 수도 있다. 압력 감지부(43)는 복수 개의 압력 센서(431, 432, 433, 434)를 포함할 수 있다. 복수 개의 압력 센서(431, 432, 433, 434)는 검지에 의해 인가되는 압력을 측정하기 위한 제 1 압력 센서(431)와, 중지에 의해 인가되는 압력을 측정하기 위한 제 2 압력 센서(432)와, 약지에 의해 인가되는 압력을 측정하기 위한 제 3 압력 센서(433)와, 새끼에 의해 인가되는 압력을 측정하기 위한 제 4 압력 센서(434)를 포함할 수 있다.
조이스틱(6)은 스틱 바디(2)의 상면으로부터 돌출 형성되고, 스틱 바디(2)에 대해 상대적으로 움직일 수 있다. 예를 들어, 조이스틱(6)은 하단이 스틱 바디(2)에 고정된 상태로 상단이 y축을 중심으로 피벗 운동하거나, y축을 따라 병진 이동할 수 있다. 사용자는 엄지로 조이스틱(6)을 조종할 수 있다.
냉각 팬(7)은 스틱 바디(2)에 배치되고, 열전소자(41)에서 발생되는 열을 외부로 방출시킬 수 있다. 냉각 팬(7)은 스틱 바디(2)를 기준으로 조이스틱(6)의 반대편에 마련될 수 있다. 조이스틱(6)은 스틱 바디(2)의 상면(+y 방향)에 마련되고, 냉각 팬(7)은 스틱 바디(2)의 하면(-y 방향)에 마련될 수 있다. 사용자가 웨어러블 디바이스(100)를 착용한 상태를 기준으로, 냉각 팬(7)은 사용자의 손에 오버랩되지 않을 수 있다. 예를 들어, 사용자는 손바닥, 검지, 중지, 약지 및 소지로 스틱 바디(2)의 측면을 파지하고, 엄지로 스틱 바디(2)의 상면을 파지할 수 있으나, 스틱 바디(2)의 하면에는 사용자의 손의 어떠한 부분도 위치하지 않을 수 있다. 냉각 팬(7)은 사용자의 손과 간섭하지 않고, 스틱 바디(2)를 효과적으로 냉각시킬 수 있다. 냉각 팬(7)에 의하면, 스틱 바디(2)의 냉각 효율을 향상시킴으로써, 열전소자(41)로 펠티어 소자 등 발멸이 많은 전자 부품을 활용하는 것이 가능해진다. 한편, 냉각 팬(7)의 냉각 효율을 보다 향상시키기 위하여, 스틱 바디(2)는 중심 부분이 관통되는 원통 형상을 가질 수도 있다. 이 경우 조이스틱(6)은 생략되거나, 상기 관통되는 부분을 회피하여 설치될 수 있다.
배터리(51)는 자극부(4)에 전력을 제공할 수 있다. 배터리(51)는 예를 들어 스틱 바디(2)에 배치된 열전소자(41) 및 저주파 인가부(42)에 전력을 공급할 수 있다. 배터리(51)는 베이스 프레임(1)에 배치될 수 있고, 이에 따라 배터리(51)는 충분한 용량을 확보할 수 있는 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 배터리(51)는 베이스 바디(11) 및 베이스 커버(12) 사이에 배치될 수 있다. 베이스 커버(12)에는 배터리(51)를 충전하기 위한 충전단자가 구비될 수 있다. 다른 예로, 배터리(51)는 베이스 프레임(1)으로부터 탈부착 가능한 구조를 가질 수도 있고, 별도의 베이스 커버(12)가 구비되지 않을 수도 있다. 또 다른 예로, 배터리(51)는 스틱 바디(2)에 배치될 수도 있음을 밝혀 둔다.
연결 라인(8)은 배터리(51)로부터 자극부(4)로 전력을 전달할 수 있다. 연결 라인(8)은 메인 프레임(1) 및 스틱 바디(2)를 연결할 수 있다. 연결 라인(8)은 도시된 바와 같이 연결 부재(3)로부터 이격되어 형성되는 별개의 구성일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 연결 라인(8)은 연결 부재(3) 내측에 삽입되어, 연결 부재(3)와 일체로 형성될 수 있다. 연결 라인(8)은 배터리(51) 및 열전소자(41)를 연결하고, 배터리(51) 및 저주파 인가부(42)를 연결할 수 있다. 예를 들어, 연결 라인(8)은 연결 부재(3)의 전방에 마련될 수 있다. 다시 말하면, 연결 라인(8)은 연결 부재(3)를 기준으로 베이스 착용부(1a)의 반대편에 마련될 수 있다. 이와 같은 배치에 의하면, 연결 라인(8)은 사용자가 조이스틱(6)을 구동하는 동안 사용자의 엄지 손가락에 간섭하지 않을 수 있다. 한편, 연결 라인(8)이 생략되고, 배터리(51), 통신 모듈(52) 및/또는 제어부(53)가 스틱 바디(2)에 배치될 수도 있음을 밝혀 둔다.
통신 모듈(52)은 외부 전자 기기와 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다. 여기서, 외부 전자 기기란, 사용자가 착용하고 있는 고글(94, 도 1 참조)이나, 디스플레이(D, 도 1 참조)나, 고글(94) 및/또는 디스플레이(D)에 가상현실에 대한 정보를 제공하기 위한 단말기 등 가상현실용 웨어러블 디바이스(100)와 관련된 모든 기기를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 고글(94)은 현재 사용자가 체험하고 있는 가상현실에 대한 정보를 통신 모듈(52)에 송신할 수 있고, 통신 모듈(52)은 해당 정보를 제어부(53)에 전송할 수 있다. 예를 들어, 통신 모듈(52)은 베이스 프레임(1)에 배치될 수 있다. 통신 모듈(52)이 스틱 바디(2)가 아닌 베이스 프레임(1)에 배치됨에 따라, 통신 모듈(52)은 사용자의 신체에 의해 간섭되지 않고 높은 무선 통신 감도를 가질 수 있다. 다른 예로, 통신 모듈(52)은 스틱 바디(2)에 배치될 수도 있음을 밝혀 둔다.
제어부(53)는 통신 모듈(52)로부터 수신된 정보에 기초하여 자극부(4)를 제어할 수 있다. 제어부(53)는 열전소자(41)의 온도를 제어하고, 저주파 인가부(42)에 인가되는 전류의 크기, 시간 및/또는 파형 등을 제어할 수 있다. 제어부(53)는 압력 감지부(43)로부터 감지된 압력 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 가상현실에서 화재 현장에 있다는 정보를 수신할 경우, 제어부(53)는 열전소자(41)의 온도를 상승시킬 수 있다. 예를 들어, 사용자가 가상현실에서 감전되었다는 정보를 수신할 경우, 제어부(53)는 사용자가 감전된 느낌을 느낄 수 있도록 저주파 인가부(42)를 적절하게 제어할 수 있다. 또한, 사용자가 칼에 베였다는 정보를 수신할 경우, 제어부(53)는 복수 개의 자극 패드(421, 422, 423, 424)에 특정한 폭을 갖는 펄스 파형의 전류를 순차적으로 인가시킬 수 있다. 예를 들어, 제어부(53)는 압력 감지부(43)에서 감지된 압력 정보 및/또는 조이스틱(6)에서 감지된 동작 신호를 수신하여, 통신 모듈(52)로 전송할 수 있다. 통신 모듈(52)은 제어부(53)로부터 수신된 정보를 외부 전자 기기에 송신할 수 있다. 예를 들어, 고글(94, 도 1 참조)은 통신 모듈(52)로부터 수신된 정보를 수신하여 가상현실에 반영할 수 있다.
웨어러블 디바이스(100)는 관성 센서(미도시)를 포함할 수 있고, 관성 센서를 통해 손의 움직임 정보를 가상 현실에 반영할 수 있다.
이하 도면들을 통해, 가상현실의 상황들과, 그에 따른 웨어러블 디바이스(100)의 작동을 예시적으로 설명한다. 설명의 편의를 위해, 각각의 구성 요소에 대한 도면 부호는 도 1 내지 도 7에 대한 설명에서 사용된 도면 부호를 사용하기로 한다.
도 8은 사용자가 가상현실에서 감전 상황을 체험하고 있는 상태를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 사용자(U)는 고글(94)을 머리에 착용하고, 웨어러블 디바이스(100)를 손 또는 팔에 착용한 상태로, 플랫폼(91) 위에서 가상현실을 경험할 수 있다. 디스플레이(D)는 고글(94)이 사용자(U)에게 제공하고 있는 화면을 표시할 수 있다.
사용자(U)가 가상현실에서 제 1 오브젝트(O1)에 접촉할 경우, 제어부(53)는 열전소자(41)를 제어하여 열전소자(41)의 온도를 조절하고, 사용자가 가상현실에서 제 1 오브젝트(O1)에 접촉한 이후 제 2 오브젝트(O2)에 접촉할 경우, 저주파 인가부(42)를 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 사용자(U)가 가상현실에서 물(O1)에 접촉할 경우, 제어부(53)는 열전소자(41)의 온도를 낮춤으로써 사용자에게 물(O1)에 접촉한 느낌을 줄 수 있다. 이어서, 사용자(U)가 전기가 통하고 있는 전자 기기(O2)에 접촉할 경우, 제어부(53)는 저주파 인가부(42)에 작동시켜, 사용자로 하여금 감전된 느낌을 느끼게 할 수 있다. 이와 같은 방식으로, 웨어러블 디바이스(100)는 사용자가 감전 상황을 체험할 수 있도록 보조할 수 있다. 한편, 이상과 같이 열전소자(41) 중 사용자에 접촉한 면의 온도를 낮추는 동안, 열전소자(41)의 반대 면에서 증가되는 열을 배출하기 위하여, 제어부(53)는 냉각 팬(7)을 동작시킬 수 있다.
도 9는 사용자가 가상현실에서 화재 상황을 체험하고 있는 상태를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 9를 참조하면, 사용자(U)가 가상 현실에서 화재 상황에 있을 때, 제어부(53)는 열전소자(41)의 온도를 높일 수 있다. 예를 들어, 제어부(53)는 가상현실에서 사용자(U)와 화재 현장과의 거리에 기초하여 열전소자(41)의 온도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 사용자(U)가 화재 현장에 가까워질수록 제어부(53)는 열전소자(41)의 온도를 상승시킬 수 있다.
도 10은 사용자가 가상현실에서 물체를 파지하고 있는 상태를 개략적으로 도시하는 도면이고, 도 11은 사용자가 가상현실에서 물체를 놓친 상태를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 사용자(U)는 가상현실에서 제 3 오브젝트(O3)를 파지하고 있을 수 있다. 제 3 오브젝트(O3)는 예를 들어 무거운 봉일 수 있다. 제 3 오브젝트(O3)는 사용자(U)가 스틱 바디(2)에 인가하는 파지력에 따라, 가상현실에서 사용자에 의해 파지되거나 사용자의 손으로부터 이탈되어 아래로 낙하한다. 압력 감지부(43)에서 감지된 압력이 설정 압력 이상일 때, 가상현실 속 사용자는 제 3 오브젝트(O3)를 안정적으로 파지할 수 있다. 한편, 압력 감지부(43)에서 감지된 압력이 설정 압력 이하일 때, 실제 사용자가 스틱 바디(2)를 파지하고 있더라도 가상현실 속에서 제 3 오브젝트(O3)가 낙하하는 이벤트를 제공할 수 있다. 이와 같은 컨텐츠를 통하여, 사용자는 특정한 대상을 파지하는 데에 요구되는 최소한의 압력이 얼마인지 학습할 수 있다.
도 12는 사용자가 가상현실에서 손이 베이는 체험을 하고 있는 상태를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 12를 참조하면, 사용자는 가상현실에서 날카로운 물체에 의해 손이 베일 수 있다. 이 경우, 제어부(53)는 복수 개의 자극 패드(421, 422, 423, 424)를 순차적으로 작동시켜, 사용자로 하여금 손이 베이는 느낌이 들게 할 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 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 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (20)

  1. 베이스 프레임;
    기둥 형상을 갖고 사용자가 파지 가능한 스틱 바디;
    상기 베이스 프레임 및 스틱 바디를 연결함으로써 사용자가 스틱 바디를 파지하지 않은 상태에서 상기 스틱 바디가 상기 베이스 프레임으로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 연결 부재;
    사용자의 손에 자극을 인가할 수 있는 자극부; 및
    상기 베이스 프레임을 사용자의 손 또는 팔에 고정시켜, 상기 스틱 바디가 사용자의 손으로부터 떨어져 낙하하는 것을 방지하는 베이스 착용부를 포함하고,
    상기 자극부는,
    상기 스틱 바디에 배치되며, 사용자의 손가락으로부터 상기 스틱 바디로 인가되는 압력의 세기를 측정 가능한 압력 감지부; 및
    상기 스틱 바디에 배치되고, 상기 스틱 바디를 기준으로 상기 베이스 프레임의 반대편에 배치되는 저주파 인가부를 포함하고,
    상기 저주파 인가부는, 상기 스틱 바디의 길이 방향으로 서로 이격 배치되고, 각각 독립적으로 작동되는 복수 개의 자극 패드를 포함하고,
    상기 복수 개의 자극 패드는, 검지에 자극을 인가하기 위한 제 1 자극 패드와, 중지에 자극을 인가하기 위한 제 2 자극 패드와, 약지에 자극을 인가하기 위한 제 3 자극 패드와, 소지에 자극을 인가하기 위한 제 4 자극 패드를 포함하고,
    상기 제 4 자극 패드는, 나머지 자극 패드보다 상기 베이스 착용부로부터 상대적으로 이격된 위치에 형성되는 가상현실용 웨어러블 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자극부는,
    상기 스틱 바디에 배치되고, 온도가 변화할 수 있는 열전소자를 포함하는 가상현실용 웨어러블 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 베이스 프레임에 배치되는 배터리; 및
    상기 배터리로부터 상기 열전소자로 전력을 전달하는 연결 라인을 더 포함하는 가상현실용 웨어러블 디바이스.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 스틱 바디에 배치되고, 상기 열전소자에서 발생되는 열을 외부로 방출시키기 위한 냉각 팬을 더 포함하는 가상현실용 웨어러블 디바이스.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 프레임은 사용자의 손바닥을 커버하지 않는 건틀렛 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 가상현실용 웨어러블 디바이스.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 저주파 인가부는, 사용자의 손가락속질(digital pulp)에 저주파 자극을 인가하는 가상현실용 웨어러블 디바이스.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 자극부는,
    상기 스틱 바디에 배치되는 열전소자; 및
    상기 스틱 바디에 배치되고, 상기 스틱 바디를 기준으로 상기 열전소자의 반대편에 배치되는 저주파 인가부를 포함하는 가상현실용 웨어러블 디바이스.
  12. 삭제
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 압력 감지부는 상기 열전소자 및 저주파 인가부 사이에 배치되는 가상현실용 웨어러블 디바이스.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 압력 감지부는 상기 저주파 인가부의 하면에 부착되는 가상현실용 웨어러블 디바이스.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 베이스 프레임에 장착되고, 상기 열전소자 및 저주파 인가부에 전력을 제공하기 위한 배터리; 및
    상기 열전소자의 온도를 제어하고, 상기 저주파 인가부에 인가되는 전류의 크기, 시간 및 파형 중 적어도 하나 이상을 제어하고, 상기 압력 감지부로부터 감지된 압력 정보를 수신하기 위한 제어부를 더 포함하는 가상현실용 웨어러블 디바이스.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    사용자가 가상 현실에서 제 1 오브젝트에 접촉할 경우, 상기 열전소자의 온도를 조절하고,
    사용자가 가상 현실에서 상기 제 1 오브젝트에 접촉한 이후 제 2 오브젝트에 접촉할 경우, 상기 저주파 인가부를 작동시키는 가상현실용 웨어러블 디바이스.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 저주파 인가부는, 상기 스틱 바디의 길이 방향으로 이격 배치되는 복수 개의 자극 패드를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 복수 개의 자극 패드를 배치 순서에 따라서 한쪽 방향으로 순차적으로 작동시킬 수 있는 가상현실용 웨어러블 디바이스.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 스틱 바디의 상면으로부터 돌출 형성되는 조이 스틱; 및
    상기 스틱 바디의 하면에 배치되고, 상기 스틱 바디를 냉각시키는 냉각 팬을 더 포함하는 가상현실용 웨어러블 디바이스.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결 부재는 탄성을 갖는 가상현실용 웨어러블 디바이스.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 프레임에 배치되고, 외부 전자 기기와 통신 가능한 통신 모듈을 더 포함하는 가상현실용 웨어러블 디바이스.
KR1020180174013A 2018-12-31 2018-12-31 가상현실용 웨어러블 디바이스 KR102309454B1 (ko)

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