KR102319826B1 - 길이 및 무게 변화가 가능한 컨트롤러 - Google Patents

길이 및 무게 변화가 가능한 컨트롤러 Download PDF

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Abstract

본 발명은 길이와 무게 변화가 가능한 컨트롤러를 개시한다. 본 발명에 따른 컨트롤러는, 하우징; 하우징의 내부에서 컨트롤러의 길이 방향으로 이격되어 설치된 제1 챔버 및 제2 챔버; 제1 챔버 또는 제2 챔버의 내부에 위치하는 유체; 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 통로에 설치된 밸브; 컨트롤러의 기울기를 검출하는 기울기센서; 기울기센서의 측정값이 설정조건을 충족하면 밸브를 열어서 제1 챔버와 제2 챔버 중에서 더 낮은 위치에 있는 챔버로 유체를 이동시키고, 유체의 이동 종료가 확인되면 밸브를 잠그는 제어부(MCU)를 포함한다.
본 발명에 따르면, 사용자의 동작을 감지하여 컨트롤러의 길이 및/또는 무게 중심을 변화시킬 수 있으므로 사용감과 만족감을 증진시키고 재미를 배가할 수 있다.

Description

길이 및 무게 변화가 가능한 컨트롤러{Controller capable of change length and weight}
본 발명은 전자기기를 제어하는 컨트롤러에 관한 것으로서, 구체적으로는 사용자의 동작이나 의도에 따라 길이 및/또는 무게 중심을 변화시킴으로써 다양한 사용감을 제공할 수 있는 컨트롤러에 관한 것이다.
최근 게임기, VR기기 등을 중심으로 사용자의 동작을 인식하여 기기의 동작을 제어하거나 디스플레이에 표시된 오브젝트를 제어하는 동작 인식 기반의 입력장치가 많이 사용되고 있다.
동작 인식 기반의 입력장치는 핸드헬드(handheld)형, 착용형, 모션캡쳐형 등으로 구분되며, 2개 이상의 유형이 함께 적용되는 경우도 있다.
핸드헬드형은 사용자가 손에 쥐고 사용하는 것으로서, 주로 동작감지센서(가속도센서, 각속도센서 등)와 입력버튼을 포함하며 사용자의 손 움직임에 대한 센서의 측정값을 이용하여 전자기기의 제어신호를 생성한다.
착용형 입력장치는 사용자의 신체(머리, 팔, 팔뚝 등)에 착용하는 것으로서 동작감지센서, 근전도센서 등의 측정값을 이용하여 사용자의 손 또는 손가락의 움직임을 판단하고, 이를 이용하여 전자기기의 제어신호를 생성한다.
모션캡쳐형은 카메라로 촬영한 영상을 이용하여 사용자의 신체(팔, 다리, 손, 손가락 등) 또는 컨트롤러의 움직임을 판단하고 이를 이용하여 전자기기의 제어신호를 생성한다.
한편 도 1은 일반적인 핸드헬드형 컨트롤러(20)의 사용 예를 나타낸 것으로서, 사용자가 컨트롤러(20)를 손으로 잡고 움직이면, 전자기기(10)는 컨트롤러(20)로부터 수신한 동작감지센서의 측정값으로부터 소정의 제어신호를 생성하여 전자기기(10)의 동작을 제어하거나 디스플레이에 표시된 오브젝트의 위치, 방향, 속도 등을 제어한다.
이러한 핸드헬드형 컨트롤러(20)는 사용자가 손에 쥐고 사용하는 것이므로 전자기기에서 실행되는 콘텐츠에 부합하는 형상, 길이, 그립(grip)감, 무게감 등을 갖는 것이 바람직하다.
그러나 핸드헬드형 컨트롤러(20)는 형상이 고정되어 있고 전자기기에서 실행되는 콘텐츠의 종류는 매우 다양하므로 사용자가 매 콘텐츠마다 최적의 사용감을 느낄 수 있는 컨트롤러를 제공하는 것은 매우 어려운 것이 현실이다.
대한민국 등록특허 제10-1079270호(2011.11.03 공고)
본 발명은 이러한 배경에서 고안된 것으로서, 사용자의 동작을 이용하여 컨트롤러의 길이 및/또는 무게 중심을 변화시킬 수 있도록 함으로써 사용감을 개선하고 재미를 증진시키는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상은, 하우징; 하우징의 내부에서 컨트롤러의 길이 방향으로 이격되어 설치된 제1 챔버 및 제2 챔버; 제1 챔버 또는 제2 챔버의 내부에 위치하는 유체; 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 통로에 설치된 밸브; 컨트롤러의 기울기를 검출하는 기울기센서; 기울기센서의 측정값이 설정조건을 충족하면 밸브를 열어서 제1 챔버와 제2 챔버 중에서 더 낮은 위치에 있는 챔버로 유체를 이동시키고, 유체의 이동 종료가 확인되면 밸브를 잠그는 제어부(MCU)를 포함하는 컨트롤러를 제공한다.
본 발명의 일 양상에 따른 컨트롤러는, 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버의 내부에 각각 자기장을 인가하는 제1 전자석과 제2 전자석을 포함하고, 상기 유체는 MR(Magnetorheological) 유체일 수 있다. 이 경우, 상기 제어부(MCU)는, 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 중에서 더 높은 위치에 있는 챔버에 대응하는 전자석은 오프(off)시키고, MR유체의 이동 종료가 확인되면 더 낮은 위치에 있는 챔버에 대응하는 전자석은 온(on)시킬 수 있다.
또한 본 발명의 일 양상에 따른 컨트롤러에서, 상기 밸브는, 전기활성폴리머(EAP)와, 전기활성폴리머의 일측과 타측에 각각 결합된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하며, 전원이 연결되면 제1 전극 및 제2 전극의 간격이 줄어들어 통로가 개방되고, 전원이 끊어지면 제1 전극 및 제2 전극의 간격이 늘어나서 통로가 밀폐될 수 있다.
또한 본 발명의 일 양상에 따른 컨트롤러는, 하우징에 대해 이동 가능하게 설치되고 적어도 일부가 하우징의 내부에 위치하는 가동부; 가동부를 이동시키는 액츄에이터; 컨트롤러의 움직임을 검출하는 동작감지센서를 포함하고, 상기 제어부(MCU)는 동작감지센서의 측정값이 설정조건을 충족하면 액츄에이터를 제어하여 가동부를 하우징의 외부를 향해 이동시킬 수 있다.
또한 본 발명의 일 양상에 따른 컨트롤러에서, 상기 제어부(MCU)는, 동작감지센서의 측정값이 제1 설정범위에 속하면 액츄에이터에 제1 전압을 인가하여 가동부를 제1 길이만큼 이동시키고, 동작감지센서의 측정값이 제2 설정범위에 속하면 액츄에이터에 제2 전압을 인가하여 가동부를 제2 길이만큼 이동시킬 수 있다.
또한 본 발명의 일 양상에 따른 컨트롤러는, 하우징의 외측면에 설치된 압력감지센서를 더 포함하고, 상기 제어부(MCU)는, 압력감지센서의 측정값이 설정값 보다 크면 컨트롤러의 모드를 대기모드에서 동작감시모드로 전환하며, 동작감시모드로 전환한 이후에만 동작감지센서의 측정값을 이용하여 액츄에이터를 제어하거나 기울기센서의 측정값을 이용하여 밸브, 제1 전자석 또는 제2 전자석을 제어할 수 있다.
또한 본 발명의 일 양상에 따른 컨트롤러에서, 상기 액츄에이터는, 일단과 타단이 각각 가동부의 단부와 하우징 내벽에 결합된 스프링 형상의 전기활성폴리머(EAP)와, 전기활성폴리머(EAP)에 전압을 인가하는 전극을 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 양상에 따른 컨트롤러에서, 상기 전기활성폴리머의 일단은 가동부의 단부에 결합된 전원연결판에 고정되고, 상기 전극은 전원연결판을 통해 전원공급부에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한 본 발명의 일 양상에 따른 컨트롤러는, 상기 가동부의 단부에 결합된 제1 전원연결판과, 하우징 내벽과 제1 전원연결판 사이에 이동 가능하게 설치된 제2 전원연결판을 포함하고, 상기 액츄에이터는, 제1 전원연결판과 제2 전원연결판 사이에 설치된 다수의 제1 액츄에이터와, 제2 전원연결판과 하우징 내벽 사이에 설치된 다수의 제2 액츄에이터를 포함하고, 상기 다수의 제1 액츄에이터는 제1 전원연결판을 통해 전원공급부에 전기적으로 연결되고, 상기 다수의 제2 액츄에이터는 제2 전원연결판을 통해 전원공급부에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한 본 발명의 일 양상에 따른 컨트롤러에서, 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버는 상기 가동부의 내부에 설치될 수 있다.
또한 본 발명의 일 양상에 따른 컨트롤러는, 유체를 이동시키기 위하여 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 중에서 적어도 하나의 내부에 설치되는 피스톤; 상기 피스톤을 이동시키는 피스톤 액유에이터를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양상은, 하우징; 하우징의 내부에서 컨트롤러의 길이 방향으로 이격되어 설치된 제1 챔버 및 제2 챔버; 제1 챔버 또는 제2 챔버의 내부에 위치하는 유체; 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 통로에 설치된 밸브; 유체를 이동시키기 위하여 제1 챔버와 제2 챔버 중에서 적어도 하나의 내부에 설치된 피스톤; 피스톤을 이동시키는 피스톤 액츄에이터; 하우징에 대해 이동 가능하게 설치되고 적어도 일부가 하우징의 내부에 위치하는 가동부; 가동부를 이동시키는 가동부 액츄에이터; 컨트롤러의 움직임을 검출하는 동작감지센서; 밸브와 피스톤 액츄에이터를 제어하는 한편, 동작감지센서의 측정값이 설정조건을 충족하면 가동부 액츄에이터를 제어하여 가동부를 하우징의 외부를 향해 이동시키는 제어부(MCU)를 포함하는 컨트롤러를 제공한다.
또한 본 발명의 일 양상 또는 다른 양상에 따른 컨트롤러에서, 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버는 동일한 체적을 가지되, 사용자가 손으로 잡는 손잡이부에 더 가까운 쪽에 설치된 챔버는 손잡이부에서 더 먼 쪽에 설치된 챔버에 비하여 길이가 길고 높이가 낮을 수 있다.
본 발명에 따르면, 사용자의 동작을 감지하여 컨트롤러의 길이 및/또는 무게 중심을 변화시킬 수 있으므로 사용감과 만족감을 증진시키고 재미를 배가할 수 있다.
도 1은 종래의 무선 컨트롤러의 사용 예를 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 컨트롤러의 사시도
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 컨트롤러의 단면도
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 컨트롤러의 제어계통을 예시한 블록도
도 5는 제1 챔버와 제2 챔버를 나타낸 도면
도 6 및 도 7은 밸브의 동작을 예시한 도면
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 컨트롤러의 사용 상태도
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 컨트롤러의 가동부가 이동한 상태를 나타낸 단면도
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 컨트롤러의 동작방법을 예시한 흐름도
도 11a 및 도 11b는 MR유체가 제2 챔버에서 제1 챔버로 이동하는 모습을 예시한 도면
도 12a 및 도 12b는 MR유체가 제1 챔버에서 제2 챔버로 이동하는 모습을 예시한 도면
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 컨트롤러의 단면도
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 컨트롤러의 동작방법을 예시한 흐름도
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 컨트롤러의 다른 동작방법을 예시한 흐름도
도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 컨트롤러의 단면도
도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 컨트롤러의 가동부가 이동한 상태를 나타낸 단면도
도 18은 본 발명의 제4 실시예에 따른 컨트롤러의 단면도
도 19는 본 발명의 제5 실시예에 따른 컨트롤러의 단면도
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
참고로 본 명세서에 첨부된 도면에는 실제와 다른 치수 또는 비율로 표시된 부분이 있으나 이는 설명과 이해의 편의를 위한 것이므로 이로 인해 본 발명의 범위가 제한적으로 해석되어서는 아니됨을 미리 밝혀 둔다. 또한 본 명세서에서 하나의 구성요소(element)가 다른 구성요소와 연결, 결합 또는 전기적으로 연결되는 경우는 다른 구성요소와 직접적으로 연결, 결합 또는 전기적으로 연결되는 경우뿐만 아니라 중간에 다른 요소를 사이에 두고 간접적으로 연결, 결합 또는 전기적으로 연결되는 경우도 포함한다. 또한 하나의 구성요소(element)가 다른 구성요소와 직접 연결 또는 결합되는 경우는 중간에 다른 요소 없이 연결 또는 결합되는 것을 의미한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함하는 것은 특별히 반대되는 기재가 없다면 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 본 명세서에서 전, 후, 좌, 우, 위, 아래 등의 표현은 보는 위치에 따라 달라질 수 있는 상대적인 개념이므로 본 발명의 범위가 반드시 해당 표현으로 제한되어서는 아니된다.
제 1 실시예
도 2, 도 3, 도 4는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 컨트롤러(100)의 사시도, 단면도 및 제어계통을 나타낸 블록도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 컨트롤러(100)는, 도면에 나타낸 바와 같이, 일단은 개방되고 타단은 엔드캡(111)에 의해 막힌 통 형상의 하우징(110)과, 컨트롤러를 온/오프시키거나 소정의 명령을 입력하기 위한 입력부(115)와, 하우징(110)의 내부에 삽입된 상태에서 일단이 하우징(110)의 외부로 돌출되고 타단은 하우징(110)의 내부에 위치하는 가동부(120)와, 가동부(120)의 타단과 하우징의 엔드캡(111) 사이에 설치되어 가동부(120)를 이동시키는 액츄에이터(130)를 포함한다.
또한 본 발명의 제1 실시예에 따른 컨트롤러(100)는, 가동부(120)의 내부에 각각 설치되고 통로(143)에 의해 내부공간이 서로 연통된 제1 챔버(141) 및 제2 챔버(142)와, 제1 챔버(141) 또는 제2 챔버(142)의 내부에 채워진 MR유체(145)와, 통로(143)에 설치되어 MR유체(145)의 이동을 제어하는 밸브(150)와, 제1 챔버(141)의 내부에 자기장을 인가하기 위한 제1 전자석(161)과, 제2 챔버(142)의 내부에 자기장을 인가하기 위한 제2 전자석(162)을 포함한다.
또한 본 발명의 제1 실시예에 따른 컨트롤러(100)는, 사용자의 동작을 검출하기 위한 동작감지센서(170)와, 컨트롤러의 동작 전반을 제어하는 MCU(Micro Controller Unit)(190)와, 외부 전자기기와 통신하는 통신부(200)와, 액츄에이터(130), 밸브(150), 전자석(161,162), MCU(190), 통신부(200) 등에 구동전원을 공급하는 전원공급부(180)를 포함한다.
또한 도면에는 나타내지 않았지만, 본 발명의 제1 실시예에 따른 컨트롤러(100)는 컨트롤러의 기울기를 감지하는 기울기센서를 구비할 수도 있다.
하우징(110)에서 사용자가 손으로 쥐는 부분에는 손잡이부(112)가 추가로 형성될 수 있다. 손잡이부(112)는 사용자가 최적의 그립감을 느낄 수 있는 재질과 형상을 가지는 것이 바람직하다. 손잡이부(112)의 내측에는 사용자가 가하는 압력을 감지하기 위한 압력감지센서(도 13의 300 참조)가 설치될 수도 있다.
입력부(115)는 사용자가 엄지손가락 등으로 누르거나 터치할 수 있도록 손잡이부(112)에 인접한 부분에 설치되는 것이 바람직하다. 도면에는 입력부(115)가 하나의 버튼으로 나타나 있으나 이는 예시에 불과하다. 따라서 입력부(115)는 다수의 버튼을 포함할 수도 있고, 조이스틱을 포함할 수도 있고, 터치패드 또는 터치스크린을 포함할 수도 있다.
도면에는 나타내지 않았지만 하우징(110)의 내벽에는 가동부(120)의 왕복운동을 가이드하기 위한 가이드레일이 형성될 수도 있다.
가동부(120)는 액츄에이터(130)에 의해 하우징(110)의 내부에서 왕복운동을 하는 것으로서 형상은 특별히 한정되지 않는다. 도면에는 가동부(120)가 양단의 직경이 동일한 파이프 형상으로 나타나 있으나 이와 달리 하우징(110)의 외부로 돌출된 부분의 직경 및/또는 형상이 하우징(110)의 내부에 삽입된 부분과 다를 수도 있다.
또한 도면에는 가동부(120)의 내부에 동작감지센서(170), 전원공급부(180) 및 MCU(190)가 모두 설치된 것으로 나타나 있으나 이에 한정되지 않는다. 따라서 하우징(110)의 내벽과 가동부(120) 사이에 제어장치용 공간을 형성하고 동작감지센서(170), 전원공급부(180), MCU(190) 중에서 적어도 하나를 제어장치용 공간에 설치할 수도 있다.
액츄에이터(130)는 전기활성폴리머(EAP, Electroactive Polymer)를 포함할 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에서는 가동부(120)의 가동거리를 늘리기 위하여 변형율이 큰 스프링 형상의 전기활성폴리머를 이용하여 액츄에이터(130)를 구현하였다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니므로 후술하는 바와 같이 다른 형상의 액츄에이터가 사용될 수도 있다.
액츄에이터(130)는 가동부(120)의 타단과 엔드캡(111) 사이에 다수 개가 배치될 수 있다.
액츄에이터(130)에서 스프링 형상의 전기활성폴리머의 일단은 가동부(120)에 고정되고 타단은 엔드캡(111)에 고정될 수 있다.
액츄에이터(130)는 전기활성폴리머에 전압을 인가하기 위한 전극을 포함하며, 각 전극은 전원공급부(180)에 전기적으로 연결된다.
이를 위하여 가동부(120)의 타단에 전원공급부(180)와 전기적으로 연결된 전원연결판(138)을 설치할 수 있다. 전원연결판(138)은 각 액츄에이터(130)의 전극에 대응하는 다수의 전극(139)을 포함한다. 각 액츄에이터(130)의 전기활성폴리머의 일단은 전원연결판(138)에 고정되고 각 액츄에이터(130)의 전극은 전원연결판(138)의 대응하는 전극(139)에 전기적으로 연결된다.
제1 챔버(141)와 제2 챔버(142)는 가동부(120)의 내부에 가동부(120)의 이동방향을 따라 서로 이격되어 설치된다. 구체적으로는 컨트롤러(100)의 단부 쪽에 제1 챔버(141)가 설치되고 손잡이부(112)에 근접한 위치에 제2 챔버(142)가 설치된다.
제1 챔버(141)와 제2 챔버(142)는 서로 같은 형상과 체적을 가질 수도 있으나, 본 발명의 실시예에서는 사용자가 컨트롤러의 무게 중심 변화를 보다 쉽게 느낄 수 있도록 제1 챔버(141)와 제2 챔버(142)를 서로 다른 형상으로 제작하였다.
도 5를 참조하면, 제1 챔버(141)는 전반적으로 짧고 통통한 체적을 갖는데 반하여 제2 챔버(142)는 길고 얇은 체적을 갖는다.
즉. 가동부(120)의 이동방향을 기준으로 제1 챔버(141)의 길이(d1)를 제2 챔버(142)의 길이(d2)보다 짧게 하고, 제1 챔버(141)의 높이(h1)를 제2 챔버(142)의 높이(h2) 보다 높게 형성한다. 이때 제1 챔버(141)와 제2 챔버(142)의 폭은 동일하고, 제1 챔버(141)와 제2 챔버(142)의 체적은 동일한 것으로 가정한다.
이렇게 하면, 제2 챔버(142)의 내부로 이동한 MR유체(145)는 상대적으로 넓은 면적에 걸쳐서 얇게 분포하게 되는데 반하여, 제1 챔버(141)의 내부로 이동한 MR유체(145)는 상대적으로 좁은 영역에 밀집하게 된다.
따라서 사용자의 입장에서는 MR유체(145)가 제1 챔버(141)로 이동한 경우에는 무게 중심이 컨트롤러의 단부 쪽에 강하게 집중된 것을 쉽게 느낄 수 있는 반면에, MR유체(145)가 제2 챔버(142)로 이동한 경우에는 컨트롤러의 무게 중심이 어떤 부분에 집중된 것을 잘 느끼지 못하게 된다. 이러한 점을 이용하면 콘텐츠의 종류에 따라 사용자에게 다양한 무게감과 사용감을 제공할 수 있다.
MR(Magnetorheological)유체(145)는 실리콘 오일 또는 미네랄 오일 등의 비전도성 용매 속에 미크론 크기의 상자성 입자를 분산시킨 용액으로서 자기장이 인가되지 않으면 뉴튼 유체의 성질을 띠지만 자기장이 인가되면 상자성 입자가 자기장과 평행한 방향으로 배열되면서 전단력이나 유동에 대한 저항력을 발휘하는 특성을 갖는 스마트 물질이다.
밸브(150)는 제1 챔버(141)와 제2 챔버(142) 사이의 통로(143)에 설치되어 MR유체(145)의 이동을 제어하는 역할을 한다. 본 발명의 실시예에서는 전기활성폴리머(EAP)를 이용한 밸브(150)를 사용한다. 다만 밸브의 종류가 이에 한정되는 것은 아니므로 다른 종류의 밸브가 사용될 수도 있다.
EAP를 이용한 밸브(150)는 도 6의 단면도에 나타낸 바와 같이, 각각 통로(143)의 상부와 하부에 배치되고 서로 평행한 제1 전극(151) 및 제2 전극(152), 제1 전극(151)과 제2 전극(152)의 사이에 설치된 전기활성폴리머(153)를 포함할 수 있다.
제1 전극(151)과 제2 전극(152)은 MCU(190)의 제어에 따라 전원공급부(180)에 선택적으로 연결된다.
제1 전극(151)과 제2 전극(152)은 각각 전기활성폴리머(153)의 상면과 하면에 각각 접착될 수 있다. 제1 전극(151)은 통로(143)의 천정에 고정되거나 이동 가능하게 결합되고, 제2 전극(152)은 통로(143)의 바닥에 고정되지 않는 것이 바람직하다.
전기활성폴리머(153)는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 전원이 인가되지 않았을 때 통로(143)를 완전히 막을 수 있을 정도의 두께를 가져야 한다.
제1 전극(151)과 제2 전극(152)에 전원이 인가되면, 도 7에 나타낸 바와 같이, 전기활성폴리머(153)가 수평방향으로 늘어남에 따라 EAP 밸브(150)의 하단부가 통로(143)의 바닥으로부터 떨어져 유로가 개방되므로 MR유체(145)가 이웃 챔버(141,142)로 이동할 수 있게 된다.
제1 전자석(161)과 제2 전자석(162)은 각각 제1 챔버(141) 및 제2 챔버(142)의 내부에 자기장을 인가하여 MR유체(145)의 입자를 자화시킴으로써 MR유체(145)가 유동하거나 출렁이는 것을 방지하는 역할을 한다.
예를 들어 자기장을 인가하지 않은 상태에서는 컨트롤러(100)를 쥐고 흔들면 내부에서 MR유체(145)가 출렁이므로 사용자에게 불편한 느낌을 줄 수 있다.
그러나 MR유체(145)가 제1 챔버(141) 또는 제2 챔버(142)의 내부로 이동하고 밸브(150)가 잠긴 상태에서, 제1 전자석(161) 또는 제2 전자석(162)을 통해 자기장을 인가하면 제1 챔버(141) 또는 제2 챔버(142) 내부의 MR유체(145)가 겔 형태로 변환되므로 사용자가 컨트롤러(100)를 쥐고 흔들어도 내부에서 유체가 출렁이지 않으므로 이러한 불편이 해소된다.
전자기기에서 실행되는 콘텐츠의 종류에 따라서는 자기장을 인가하지 않음으로써 MR유체(145)가 출렁이는 느낌을 사용자에게 제공할 수도 있음은 물론이다.
동작감지센서(170)는 컨트롤러(100)가 움직이는 방향, 속도, 자세 등을 검출하기 위한 것으로서, 가속도센서, 3축 각속도센서(자이로 센서) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
MCU(190)는 동작감지센서(170)의 측정값을 이용하여 액츄에이터(130)를 제어하거나, 밸브(150)를 제어하거나, 전자석(161, 162)을 제어할 수 있다.
전원공급부(180)는 배터리와 MCU(190)의 제어에 따라 액츄에이터(130), 밸브(150), 전자석(161,162)에 대한 전원공급을 온/오프하는 스위칭 회로를 포함할 수 있다. 전원공급부(180)는 배터리를 대신하여 AC-DC 변환회로를 포함할 수도 있다.
통신부(200)는 컨트롤러(100)와 전자기기의 유선 및/또는 무선통신을 지원한다. 무선통신방식은 특별히 한정되지 않으며, 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), 와이파이(WiFi), 적외선데이터통신(IrDA), UWB(Ultra-Wide Band) 등의 공지된 통신방식 중에서 선택될 수 있다.
MCU(190)는 도 4의 블록도에 예시한 바와 같이, 프로세서(192)와 메모리(194)를 포함할 수 있다.
프로세서(192)는 메모리(194)에 저장된 컴퓨터프로그램을 실행하여 소정의 연산을 수행한다. 프로세서(192)와 메모리(194)는 단일 칩(one chip)으로 패키징될 수도 있다.
메모리(194)에는 컨트롤러(100)의 동작을 위한 컴퓨터프로그램, 각종 파라미터, 데이터 등이 저장될 수 있다. 메모리(194)는 플래쉬 메모리 등의 비휘발성 메모리와 RAM 등의 휘발성메모리를 포함할 수 있다.
메모리(194)에 저장되는 컴퓨터 프로그램은, 동작감지센서(170) 및/또는 압력감지센서(300)의 측정값을 이용하여 밸브(150)를 제어하는 밸브 제어 프로그램을 포함할 수 있다.
또한 메모리(194)에 저장되는 컴퓨터 프로그램은, 동작감지센서(170) 및/또는 압력감지센서(300)의 측정값을 이용하여 전자석(161,162)을 제어하는 전자석 제어 프로그램을 포함할 수 있다.
또한 메모리(194)에 저장되는 컴퓨터 프로그램은, 동작감지센서(170) 및/또는 압력감지센서(300)의 측정값을 이용하여 액츄에이터(130)를 동작시키는 액츄에이터 제어 프로그램을 포함할 수 있다.
예를 들어 도 8에 나타낸 바와 같이 사용자가 컨트롤러(100)를 흔드는 경우에, MCU(190)는 동작감지센서(170)의 측정값이 기준값 보다 큰 경우에 전원공급부(180)를 제어하여 액츄에이터(130)로 소정의 전압을 인가함으로써 가동부(120)를 하우징(110)의 외부로 이동시켜서 컨트롤러(100)의 길이를 변화시킬 수 있다.
도 9는 액츄에이터(130)가 동작하여 가동부(120)가 하우징(110)의 외부로 이동한 상태를 나타낸 단면도이다.
이하에서는 도 10을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 컨트롤러(200)의 동작 방법을 설명한다.
먼저 사용자가 컨트롤러(100)를 손에 쥔 상태에서 흔들거나 휘두르면, MCU(190)는 동작감지센서(170)의 측정값을 확인하고, 측정값과 설정값을 대비한다.
한편 MCU(190)는 컨트롤러(100)의 전원이 켜지면 항상 동작감지센서(170)의 측정값을 확인할 수도 있고, 별도의 모드전환수단을 통해 대기모드에서 동작감지모드로 전환된 이후에만 동작감지센서(170)의 측정값을 확인할 수도 있다. 모드전환수단은 입력부(115)에 구비될 수도 있고, 다른 형태로 제공될 수도 있다. (ST11, ST12)
동작감지센서(170)의 측정값이 설정값 보다 크면, MCU(190)는 전원공급부(180)를 제어하여 액츄에이터(130)에 전압을 인가하고, 전압이 인가된 액츄에이터(130)가 신장됨에 따라 도 9에 나타낸 바와 같이 가동부(120)가 하우징(110)의 외부로 연장된다.
한편 전기활성폴리머 액츄에이터(130)는 전극에 인가되는 전압의 크기에 따라 변형율이 달라지는 특징이 있다. 따라서 동작감지센서(170)의 측정값의 크기에 따라 액츄에이터(130)에 인가되는 전압을 차등화하여 가동부(120)의 가동거리를 조절할 수도 있다.
예를 들어, 동작감지센서(170)의 측정값이 제1 설정범위에 속하면 액츄에이터(130)에 제1 전압을 인가하여 가동부(120)를 제1 길이만큼 하우징(110)의 외부로 이동시키고, 동작감지센서(170)의 측정값이 제1 설정범위 보다 큰 제2 설정범위에 속하면 액츄에이터(130)에 제1 전압 보다 큰 제2 전압을 인가하여 가동부(120)를 제1 길이 보다 긴 제2 길이만큼 하우징(110)의 외부로 이동시킬 수 있다.
이렇게 하면 사용자가 컨트롤러(100)를 천천히 흔들 때는 제1 전압이 액츄에이터(130)에 인가되어 가동부(120)가 제1 길이만큼 연장되고, 강하게 흔들면 제2 전압이 액츄에이터(130)에 인가되어 가동부(120)가 제1 길이보다 긴 제2 길이만큼 연장되므로 사용자가 컨트롤러(100)의 길이 및/또는 형상을 다양하게 변형시킬 수 있는 이점이 있다.
또한 사용자는 상황에 따라 컨트롤러(100)의 길이 및/또는 형상을 다양하게 변형시킬 수 있으므로 사용감과 만족감이 개선될 뿐만 아니라 보다 많은 재미를 느낄 수 있다. 예를 들어, 야구, 탁구, 테니스, 골프 등의 VR 운동게임을 하는 경우에 게임의 종류에 따라 컨트롤러(100)의 길이 등을 조절할 수 있으므로 사용 만족도와 재미가 크게 증진될 수 있다. 가동부(120)의 가동거리를 3개 이상의 단계로 세분화할 수도 있음은 물론이다. (ST13)
한편 본 발명의 제1 실시예에서는, 가동부(120)가 이동하여 컨트롤러(100)의 전체 길이가 늘어난 상태에서 컨트롤러(100)의 무게 중심을 변경시킬 수도 있다. 가동부(120)를 이동시키지 않은 상태에서 컨트롤러(100)의 무게 중심을 변경시킬 수도 있음은 물론이다.
본 발명의 실시예에서는 MR유체(145)를 이동시킴으로써 컨트롤러(100)의 무게 중심을 변화시킨다.
예를 들어, 제1 및 제2 챔버(141, 142) 중에서 더 높은 챔버에 있는 MR유체(145)를 더 낮은 챔버로 이동시키면, 가동부(120)의 내부에서 MR유체(145)의 위치가 달라짐에 따라 컨트롤러(100) 전체의 무게 중심이 변하게 되고 이를 통해 사용자는 다양한 무게감과 사용감을 느낄 수 있다.
이를 위해서는 MCU(190)가 컨트롤러(100)의 기울기를 확인할 수 있어야 한다. 본 명세서에서는 컨트롤러(100)의 기울기가 컨트롤러(100)의 일단(손잡이부(112)에서 먼 쪽의 단부)이 타단을 중심으로 수평면으로부터 회전한 각도를 의미하는 것으로 정의한다.
컨트롤러(100)의 기울기는 별도의 기울기센서(도면에는 나타내지 않았음)를 통해 확인하거나 동작감지센서(가속도센서, 3축 각속도센서 등)의 측정값을 이용하여 확인할 수 있다. 본 명세서에서는 동작감지센서(가속도센서, 3축 각속도센서 등)가 기울기 검출에 사용되는 경우에는 동작감지센서가 기울기센서의 범위에 속하는 것으로 정의한다.
컨트롤러(100)의 길이가 연장된 이후에 무게 중심을 변경시키려면 먼저 MCU(190)가 컨트롤러(100)의 기울기가 제1 설정범위(예, 0도 내지 -90도)에 속하는지 확인해야 한다.
만일 컨트롤러(100)의 기울기가 제1 설정범위(예, 0도 내지 -90도)에 속하면 도 11a에 나타낸 바와 같이, 제1 챔버(141)가 제2 챔버(142) 보다 낮은 곳에 위치하므로 만일 제2 챔버(142)에 MR유체(145)가 채워져 있다면 이를 중력을 이용하여 제1 챔버(141)로 이동시킬 수 있기 때문이다. (ST14)
ST 14에서 컨트롤러(100)의 기울기가 제1 설정범위(예, 0도 내지 -90도)에 속하는 것으로 확인되면, MCU(190)는 밸브(150)를 개방하는 한편 제2 챔버(142)에 자기장을 인가하고 있는 제2 전자석(162)에 대한 전원공급을 차단한다.
이렇게 하면, 제2 챔버(142)에 인가된 자기장이 해제되므로 제2 챔버(142)에 있던 MR유체(145)는 중력에 의해 개방된 밸브(150)를 통과하여 아래쪽의 제1 챔버(141)로 이동하게 된다. (ST15)
이어서 MCU(190)는, 도 11b에 나타낸 바와 같이, MR유체(145)가 제1 챔버(141)의 내부로 모두 이동한 이후에 밸브(150)를 잠그는 한편 제1 전자석(161)에 전원을 공급함으로써 제1 챔버(141)에 채워진 MR유체(145)를 겔 형태로 변환하여 출렁이지 않도록 한다.
이렇게 하면 MR유체(145)의 이동으로 인해 컨트롤러(100)의 무게 중심이 단부 쪽으로 이동하게 되며, 이 상태에서 컨트롤러(100)의 손잡이부(112)를 잡고 흔들면 이전 보다 훨씬 큰 원심력이 발생하므로 사용자의 입장에서는 이전과는 전혀 다른 사용감과 무게감을 느끼게 된다.
한편 MCU(190)가 제2 챔버(142)의 MR유체(145)가 제1 챔버(141)의 내부로 모두 이동한 것을 판단할 수 있는 수단이 필요할 수 있다. 예를 들어, 통로(143)에 유동감지센서를 설치하여 MR유체(145)의 유동이 더 이상 감지되지 않으면 MR유체가 전부 이동한 것으로 판단할 수 있다. 또한 컨트롤러(100)의 기울기와 MR유체(145)의 이동시간을 실험한 데이터를 MCU(190)에 저장한 후 기울기에 대응하는 설정시간이 경과하면 MR유체가 전부 이동한 것으로 판단할 수 있다. (ST16)
이와 같이 MR유체(145)가 이동하여 무게 중심이 변한 이후에도 사용자가 원하는 경우에는 제1 챔버(141)로 이동한 MR유체(145)를 다시 제2 챔버(142)로 복귀시킬 수도 있어야 한다.
이를 위해서 MCU(190)는 MR유체 복귀 명령이 있는지 판단할 수 있어야 한다. 예를 들어 MCU(190)는 입력부(115)를 통해 소정 명령이 입력되면 이를 MR유체 복귀명령으로 판단할 수 있다. 또한 MCU(190)는 압력감지센서(300)를 통해 설정조건을 충족하는 압력이 측정되면 이를 MR유체 복귀명령으로 판단할 수도 있다. 또한 MCU(190)는 동작감지센서(170)를 통해 설정조건을 충족하는 가속도 및/또는 각속도가 측정되면 이를 MR유체 복귀명령으로 판단할 수도 있다. (ST17)
MCU(190)는 MR유체 복귀명령이 확인되면, 먼저 컨트롤러(100)의 기울기가 제2 설정범위(예, 0도 내지 90도)에 속하는지 확인해야 한다.
만일 컨트롤러(100)의 기울기가 제2 설정범위(예, 0도 내지 90도)에 속하면 도 12a에 나타낸 바와 같이, 제1 챔버(141)가 제2 챔버(142) 보다 높은 곳에 위치하므로 제1 챔버(141)의 MR유체(145)를 중력을 이용하여 제2 챔버(142)로 이동시킬 수 있기 때문이다. (ST18)
ST 18에서 컨트롤러(100)의 기울기가 제2 설정범위(예, 0도 내지 90도)에 속하는 것으로 확인되면, MCU(190)는 밸브(150)를 개방하는 한편 제1 챔버(141)에 자기장을 인가하고 있는 제1 전자석(161)에 대한 전원공급을 차단한다.
이렇게 하면, 제1 챔버(141)에 인가된 자기장이 해제되므로 제1 챔버(141)에 있던 MR유체(145)는 중력에 의해 개방된 밸브(150)를 통과하여 아래쪽의 제2 챔버(142)로 이동하게 된다. (ST19)
이어서 MCU(190)는 MR유체(145)가 제2 챔버(142)의 내부로 모두 이동한 이후에 밸브(150)를 잠그는 한편 제2 전자석(162)에 전원을 공급함으로써 제2 챔버(142)에 채워진 MR유체(145)를 겔 형태로 변환하여 출렁이지 않도록 한다.
이렇게 하면 MR유체(145)의 이동으로 인해 컨트롤러(100)의 무게 중심이 손잡이부(112) 쪽으로 이동하게 되며, 이 상태에서 컨트롤러(100)를 잡고 흔들면 원심력이 줄어들기 때문에 사용자의 입장에서는 또 다른 사용감과 무게감을 느끼게 된다. (ST20)
제 2 실시예
본 발명의 제2 실시예에 따른 컨트롤러(100a)는 도 13의 단면도에 예시한 바와 같이, 손잡이부(112)의 내측에 압력감지센서(300)가 설치되는 점에서 제1 실시예와 차이가 있을 뿐이고 나머지 구성은 제1 실시예의 컨트롤러(100)와 동일하다.
따라서 이하에서는 압력감지센서(300)를 이용한 제2 실시예에 따른 컨트롤러(100a)의 여러 동작 방법에 대해서만 설명하기로 한다.
먼저 도 14를 참조하여 컨트롤러(100a)의 동작 방법 중에서 하나를 설명한다.
사용자가 컨트롤러(100a)의 손잡이부(112)를 손으로 잡은 상태에서 손잡이부(112)에 압력을 가하면, MCU(190)는 압력감지센서(300)의 측정값을 확인하고, 측정값과 설정값을 대비한다. (ST31, ST32)
압력감지센서(300)의 측정값이 설정값 보다 크면, MCU(190)는 전원공급부(180)를 제어하여 액츄에이터(130)에 전압을 인가하고, 전압이 인가된 액츄에이터(130)가 신장됨에 따라 도 9에 나타낸 바와 같이 가동부(120)가 하우징(110)의 외부로 연장된다.
이 경우에도 압력감지센서(300)의 측정값의 크기에 따라 액츄에이터(130)에 인가되는 전압을 차등화하여 가동부(120)의 가동거리를 조절할 수도 있다.
예를 들어, 압력감지센서(300)의 측정값이 제1 설정범위에 속하면 액츄에이터(130)에 제1 전압을 인가하여 가동부(120)를 제1 길이만큼 하우징(110)의 외부로 이동시키고, 압력감지센서(300)의 측정값이 제1 설정범위 보다 큰 제2 설정범위에 속하면 액츄에이터(130)에 제1 전압 보다 큰 제2 전압을 인가하여 가동부(120)를 제1 길이 보다 긴 제2 길이만큼 하우징(110)의 외부로 이동시킬 수 있다. (ST33)
이어서 MR유체(145)를 제1 챔버(141) 또는 제2 챔버(142)로 이동시켜서 컨트롤러(100a)의 무게 중심을 변경시킬 수 있으며, 구체적인 방법은 도 10의 ST14 내지 ST20에서 설명한 바와 같다. (ST34 내지 ST40)
다음으로 도 15를 참조하여 컨트롤러(100a)의 다른 동작 방법을 설명한다.
이 경우는 압력감지센서(300)를 모드전환수단으로 활용하는 방법이다. 즉, 사용자가 컨트롤러(100a)의 손잡이부(112)를 손으로 잡은 상태에서 손잡이부(112)에 압력을 가하면, MCU(190)는 압력감지센서(300)의 측정값과 설정값을 대비한다. (ST51, ST52)
압력감지센서(300)의 측정값이 설정값 보다 크면, MCU(190)는 컨트롤러(100a)의 모드를 대기모드에서 동작감시모드로 전환하고, 동작감지센서(170)의 측정값을 검출한다. (ST53)
동작감지센서(170)의 측정값이 설정값 보다 크면, MCU(190)는 전원공급부(180)를 제어하여 액츄에이터(130)에 전압을 인가하고, 전압이 인가된 액츄에이터(130)가 신장됨에 따라 도 9에 나타낸 바와 같이 가동부(120)가 하우징(110)의 외부로 연장된다. (ST54, ST55)
이어서 MR유체(145)를 제1 챔버(141) 또는 제2 챔버(142)로 이동시켜서 컨트롤러(100a)의 무게 중심을 변경시킬 수 있으며, 구체적인 방법은 도 10의 ST14 내지 ST20에서 설명한 바와 같다. (ST56 내지 ST62)
제 3 실시예
본 발명의 제3 실시예에 따른 컨트롤러(100b)는 도 16의 단면도에 예시한 바와 같이 액츄에이터(130a)가 제1 실시예의 액츄에이터(130)와 차이가 있을 뿐이고 나머지 구성은 제1 실시예의 컨트롤러(100)와 동일하다. 따라서 이하에서는 제1 실시예와 차이가 있는 액츄에이터(130a)에 대해서만 설명하기로 한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 컨트롤러(100b)의 액츄에이터(130a)는, 전기활성폴리머(133)와, 전기활성폴리머(133)의 일면과 타면에 각각 결합된 제1 전극(131) 및 제2 전극(132)을 포함한다.
전기활성폴리머(133)는 가동부(120)의 타단과 엔드캡(111)의 사이에서 하우징(110)의 중심축 방향으로 배치되며, 제1 전극(131)과 제2 전극(132)도 전기활성폴리머(133)와 같은 방향으로 배치된다.
따라서 제1 전극(131)과 제2 전극(132)에 소정의 전압을 인가하면 그 사이에 배치된 전기활성폴리머(133)가 도 17에 나타낸 바와 같이 하우징(110)의 중심축 방향을 따라 신장하면서 가동부(120)를 하우징(110)의 외부로 이동시킨다.
제1 전극(131)과 제2 전극(132)은 가동부(120)에 타단에 설치된 전원연결판(138)을 통해서 전원공급부(180)에 전기적으로 연결될 수 있다.
한편 본 발명의 제3 실시예에 따른 컨트롤러(100b)의 액츄에이터(130a)는 스프링 형상의 액츄에이터(130)에 비하여 변형율이 적으므로 도 16 및 도 17에 나타낸 바와 같이 다단으로 배치하여 전체적인 변형율을 증대시키는 것이 바람직하다.
구체적으로는 가동부(120)의 타단에 제1 전원연결판(138a)을 설치하고, 제1 전원연결판(138a)과 엔드캡(111)의 사이에 제2 전원연결판(138b)을 이동 가능하게 설치하며, 제1 전원연결판(138a)과 제2 전원연결판(138b) 사이의 제1 영역에 다수의 전기활성폴리머 액츄에이터(130a)를 설치하고, 제2 전원연결판(138b)과 엔드캡(111) 사이의 제2 영역에 다수의 전기활성폴리머 액츄에이터(130a)를 설치할 수 있다.
이때 제1 영역의 액츄에이터(130a)는 제1 전원연결판(138a)을 통해서 전원공급부(180)에 전기적으로 연결되고, 제2 영역의 액츄에이터(130a)는 제2 전원연결판(138b)을 통해서 전원공급부(180)에 전기적으로 연결될 수 있다.
이렇게 구성하면, 제1 영역의 액츄에이터(130a)에 의한 가동거리와 제2 영역의 액츄에이터(130a)에 의한 가동거리가 더해지므로 가동부(120)의 가동거리가 크게 늘어날 수 있다.
또한 동작감지센서(170) 또는 압력감지센서(300)의 측정값의 크기가 제1 설정범위에 속하면 제1 영역과 제2 영역 중에서 한 영역의 액츄에이터(130a)만 동작시키고, 제2 설정범위에 속하면 제1 영역과 제2 영역의 액츄에이터(130a)를 전부 동작시키는 방식으로 가동부(120)의 가동거리를 조절할 수도 있다.
제 4 실시예
본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 컨트롤러(100,100a,100b)에서는 챔버(141,142)의 내부에 MR유체(145)를 채우고 챔버(141,142)의 둘레에는 MR유체(145)의 상태 변화를 위한 전자석(141,142)을 설치하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
따라서 도 18의 단면도에 나타낸 본 발명의 제4 실시예에 따른 컨트롤러(100c)와 같이, 제1 챔버(141) 또는 제2 챔버(142)의 내부에는 물, 오일 등의 일반적인 유체(148)를 채우고 챔버(141,142)의 둘레에는 전자석을 설치하지 않을 수도 있다. 이 경우 유체(148)에는 MR유체가 사용될 수도 있다.
또한 본 발명의 제4 실시예에 따른 컨트롤러(100c)도, 제1 내지 제3 실시예에서 설명한 바와 같이, 컨트롤러(100c)의 움직임이나 사용자가 가한 압력에 대응하여 가동부(120)의 이동을 제어하거나, 컨트롤러(100c)의 기울기에 대응하여 밸브(150)를 개폐할 수 있다.
제 5 실시예
본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 따른 컨트롤러(100,100a,100b,100c)에서는 MR유체(145) 또는 유체(148)를 제1 챔버(141) 또는 제2 챔버(142)로 이동시키기 위하여 중력이나 사용자가 컨트롤러를 흔들 때 발생하는 원심력을 이용해야 하므로 유체의 이동 시간이 길어져 사용상 불편이 발생할 수 있다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 컨트롤러(100d)는 이러한 문제를 개선하기 위한 것으로서, 도 19의 단면도에 예시한 바와 같이, 제1 챔버(141) 또는 제2 챔버(142)의 내부에 설치된 피스톤(410)과 피스톤(410)을 이동시키는 피스톤 액츄에이터(400)를 포함하는 점에서 제1 내지 제4 실시예의 컨트롤러와 차이가 있다.
예를 들어, 밸브(150)가 열린 상태에 제1 챔버(141)의 내부에 설치된 피스톤(410)을 제2 챔버(142)를 향해 이동시키면 제1 챔버(141) 내부의 유체(145,148)를 제2 챔버(142)로 이동시킬 수 있고, 피스톤(410)을 밸브(150)에서 멀어지는 방향으로 이동시키면 제2 챔버(142)에 있는 유체(145,148)를 제1 챔버(142)로 이동시킬 수 있다.
이와 같이 피스톤(410)을 이용하면, 컨트롤러(100d)의 기울기에 상관없이 유체(148)를 원하는 챔버(141,142)로 이동시킬 수도 있고, 각 챔버(141,142)의 유체량을 적절히 조절할 수도 있는 이점이 있다.
도면에는 제1 챔버(141)의 내부에만 피스톤(410)이 설치되는 것으로 나타나 있으나, 이에 한정되는 것은 아니므로 제2 챔버(142)의 내부에 설치할 수도 있고, 제1 챔버(141)와 제2 챔버(142)의 내부에 모두 설치할 수도 있다.
피스톤 액츄에이터(400)는 공압실린더, 유압실린더, 모터 중에서 선택될 수도 있고, 전기활성폴리머(EAP)의 신축운동을 이용하는 EAP 액츄에이터가 사용될 수도 있다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 컨트롤러(100d)도 제1 내지 제3 실시예에서 설명한 바와 같이, 컨트롤러(100d)의 움직임이나 사용자가 가한 압력에 대응하여 가동부(120)의 이동을 제어하거나, 컨트롤러(100d)의 기울기에 대응하여 밸브(150)를 개폐할 수 있다.
한편 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러(100, 100a, 100b, 100c, 100d)에서 액츄에이터(130,130a), 밸브(150), 전자석(161,162), 피스톤 액츄에이터(400) 등의 동작을 제어하는 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다.
다만 액츄에이터(130,130a), 밸브(150), 전자석(161,162), 피스톤 액츄에이터(400) 등의 동작 제어가 반드시 소프트웨어로 구현되어야 하는 것은 아니며, 전부 또는 일부 기능은 하드웨어로 구현될 수도 있고, 소프트웨어와 하드웨어의 조합으로 구현될 수도 있다. 이때 하드웨어는 주문형 반도체(ASIC)일 수도 있다.
또한 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 앞서 설명한 실시예에 한정되지 않고 구체적인 적용 과정에서 다양하게 변형 또는 수정되어 실시될 수 있다.
일 예로서, 전술한 실시예 및 도면에서는 가동부(120)의 내부에 챔버(141,142)가 설치되는 것으로 나타내었으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 가동부(120)와 하우징(110)의 내벽 사이에 챔버설치용 공간을 마련하고 가동부(120)의 외측에 제1 챔버(141)와 제2 챔버(142)를 설치할 수도 있다.
다른 예로서, 가동부(120)를 아예 생략하고, 하우징(110)의 내부에 제1 챔버(141)와 제2 챔버(142)를 설치할 수도 있다.
또 다른 예로서, 전술한 실시예 및 도면에서는 대기모드에서도 가동부(120)의 일단이 하우징(110)의 외부로 돌출되어 있는 것으로 나타내었으나 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 대기모드에서 하우징(110)의 내부로 완전히 삽입되도록 가동부(120)를 설치할 수도 있다.
또 다른 예로서, 전술한 실시예와 도면에서는 가동부(120)가 단순히 원통 또는 원형 파이프 형상인 것으로 나타내었으나 이에 한정되는 것은 아니므로 콘텐츠의 종류에 따라 다양한 형상을 가질 수 있다.
또 다른 예로서, 가동부(120)는 원통 또는 원형 파이프 형상으로 구현하고, 가동부(120)의 단부에 다양한 형상의 액세서리를 장착할 수도 있다. 액세서리는 전자기기에서 실행되는 각종 콘텐츠에 부합할 수 있도록 다양한 종류가 제공될 수 있다. 예를 들어, 골프채 헤드, 탁구/테니스 라켓, 무기류(총기, 검, 활 등) 등의 형상을 갖는 다양한 종류의 액세서리를 함께 제공하면, 콘텐츠에 부합하는 액세서리를 가동부(120)에 장착한 상태에서 컨트롤러(100)의 길이 및/또는 무게 중심을 적절히 조절함으로써 사용자의 입장에서는 훨씬 생생한 사용감과 재미를 느낄 수 있다.
이와 같이 본 발명은 다양한 형태로 변형 또는 수정되어 실시될 수 있으며 변형 또는 수정된 실시예도 후술하는 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상을 포함한다면 본 발명의 권리범위에 속함은 당연하다 할 것이다.
100: 컨트롤러 110: 하우징 111: 엔드캡
112: 손잡이부 115: 입력부 120: 가동부
130: 액츄에이터 131: 제1 전극 132: 제2 전극
133: 전기활성폴리머(EAP) 138: 전원연결판 139: 전극
141: 제1 챔버 142: 제2 챔버 143: 통로
145: MR유체 148: 유체 150: 밸브
151: 제1 전극 152: 제2 전극 153: 전기활성폴리머
161: 제1 전자석 162: 제2 전자석 170: 동작감지센서
180: 전원공급부 190: MCU 192: 프로세서
194: 메모리 200: 통신부 300: 압력감지센서
400: 피스톤 액츄에이터 410: 피스톤

Claims (14)

  1. 사용자가 손에 쥐고 사용하는 핸드헬드형 컨트롤러에 있어서,
    하우징;
    하우징에 대해 이동 가능하게 설치되고 적어도 일부가 하우징의 내부에 위치하는 가동부;
    가동부를 이동시키는 액츄에이터;
    하우징의 내부에 가동부의 이동 방향을 따라 이격되어 설치되는 것으로서, 적어도 하나는 가동부의 내부에 설치되는 제1 챔버 및 제2 챔버;
    제1 챔버 또는 제2 챔버의 내부에 위치하는 유체;
    제1 챔버와 제2 챔버 사이의 통로에 설치된 밸브;
    액츄에이터를 제어하여 가동부를 이동시켜 컨트롤러의 길이를 변화시키거나, 밸브를 제어하여 제1 챔버 또는 제2 챔버로 유체를 이동시켜 컨트롤러의 무게 중심을 변화시키는 제어부(MCU)
    를 포함하는 컨트롤러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버의 내부에 각각 자기장을 인가하는 제1 전자석과 제2 전자석을 포함하며,
    상기 유체는 MR(Magnetorheological) 유체이고,
    상기 제어부(MCU)는, 상기 제1 전자석과 상기 제2 전자석을 제어하여 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 중에서 유체를 유출하는 챔버에는 자기장을 인가하지 않고, 유체가 유입되는 챔버에는 MR유체의 이동 종료가 확인된 후에 자기장을 인가하는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
  3. 제1항에 있어서,
    컨트롤러의 기울기를 검출하는 기울기센서를 더 포함하고,
    상기 제어부(MCU)는 기울기센서의 측정값이 설정조건을 충족하면 상기 밸브를 열어서 유체를 이동시키는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 밸브는, 전기활성폴리머(EAP)와, 전기활성폴리머의 일측과 타측에 각각 결합된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하며,
    전원이 연결되면 제1 전극 및 제2 전극의 간격이 줄어들어 통로가 개방되고, 전원이 끊어지면 제1 전극 및 제2 전극의 간격이 늘어나서 통로가 밀폐되는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    컨트롤러의 움직임을 검출하는 동작감지센서를 더 포함하고,
    상기 액츄에이터는, 일단과 타단이 각각 가동부의 단부와 하우징 내벽에 결합된 스프링 형상의 전기활성폴리머(EAP)와, 전기활성폴리머(EAP)에 전압을 인가하는 전극을 포함하며,
    상기 제어부(MCU)는, 동작감지센서의 측정값이 제1 설정범위에 속하면 액츄에이터에 제1 전압을 인가하여 가동부를 제1 길이만큼 이동시키고, 동작감지센서의 측정값이 제2 설정범위에 속하면 액츄에이터에 제2 전압을 인가하여 가동부를 제2 길이만큼 이동시키는 것을 특징으로 하는 컨트롤러
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    가동부의 단부에 결합된 제1 전원연결판과, 하우징 내벽과 제1 전원연결판 사이에 이동 가능하게 설치된 제2 전원연결판을 포함하고,
    상기 액츄에이터는, 제1 전원연결판과 제2 전원연결판 사이에 설치된 다수의 제1 액츄에이터와, 제2 전원연결판과 하우징 내벽 사이에 설치된 다수의 제2 액츄에이터를 포함하고,
    상기 다수의 제1 액츄에이터는 제1 전원연결판을 통해 전원공급부에 전기적으로 연결되고,
    상기 다수의 제2 액츄에이터는 제2 전원연결판을 통해 전원공급부에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 컨트롤러
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    유체를 이동시키기 위하여 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 중에서 적어도 하나의 내부에 설치되는 피스톤;
    상기 피스톤을 이동시키는 피스톤 액츄에이터
    를 포함하며, 상기 제어부(MCU)는 밸브와 피스톤 액츄에이터를 제어하여 제1 챔버 또는 제2 챔버로 유체를 이동시킴으로써 컨트롤러의 무게중심을 변화시키는 것을 특징으로 하는 컨트롤러
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버는 동일한 체적을 가지되, 사용자가 손으로 잡는 손잡이부에 더 가까운 쪽에 설치된 챔버는 손잡이부에서 더 먼 쪽에 설치된 챔버에 비하여 길이가 길고 높이가 낮은 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011087460A (ja) * 2002-03-18 2011-04-28 Sri Internatl 流体を移動させる電気活性ポリマーデバイス
JP2019126757A (ja) * 2018-01-23 2019-08-01 日本電産サンキョー株式会社 入力装置
JP2019220161A (ja) * 2018-06-15 2019-12-26 イマージョン コーポレーションＩｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ハプティック・アクチュエータの減衰

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101079270B1 (ko) 2009-06-29 2011-11-03 한국과학기술원 3차원 입력 장치
KR101460531B1 (ko) * 2013-01-30 2014-11-10 경북대학교 산학협력단 터치 인식 장치, 터치 인식 장치의 구동 방법, 및 이를 이용한 단말기
KR20160011728A (ko) * 2014-07-22 2016-02-02 크루셜텍 (주) 원격 제어 장치
US10109162B2 (en) * 2016-09-01 2018-10-23 Immersion Corporation Haptic effect enabled system using fluid

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011087460A (ja) * 2002-03-18 2011-04-28 Sri Internatl 流体を移動させる電気活性ポリマーデバイス
JP2019126757A (ja) * 2018-01-23 2019-08-01 日本電産サンキョー株式会社 入力装置
JP2019220161A (ja) * 2018-06-15 2019-12-26 イマージョン コーポレーションＩｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ハプティック・アクチュエータの減衰

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