KR102381813B1 - 피에조 액츄에이터 기반 길이 변형 컨트롤러 - Google Patents

피에조 액츄에이터 기반 길이 변형 컨트롤러 Download PDF

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정성원
고현우
김태훈
김상연
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한국기술교육대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 길이 변화가 가능한 컨트롤러를 개시한다. 본 발명에 따른 컨트롤러는, 컨트롤러 하우징; 컨트롤러 하우징에 대해 이동 가능하게 설치되는 가동부; 컨트롤러 하우징의 내부에 다수 개가 적층된 것으로서, 각각, 액츄에이터 하우징과, 액츄에이터 하우징의 내부에 설치되고 압전층의 양면에 각각 전극층이 형성된 돔 형상의 구동부와, 구동부의 돔 중앙에 결합되어 상부로 돌출된 승강부재를 포함하는 피에조 액츄에이터; 다수의 피에조 액츄에이터에 대한 전원공급을 제어하는 제어부를 포함하며, n개의 피에조 액츄에이터 중에서 최하층 액츄에이터의 액츄에이터 하우징은 컨트롤러 하우징에 고정되고, 최상층 액츄에이터는 승강부재가 가동부에 결합되며, 최하층에서부터 (n-1)개의 액츄에이터는 각각의 승강부재가 직상부의 액츄에이터 하우징에 결합될 수 있다.
본 발명에 따르면, 컨트롤러의 길이 및/또는 형상을 다양하게 변화시킬 수 있으므로 사용자의 사용감과 몰입감을 증진시키고 이를 통해 제품에 대한 만족감과 재미를 크게 향상시킬 수 있다.

Description

피에조 액츄에이터 기반 길이 변형 컨트롤러{Length changeable controller based on piezo actuator}
본 발명은 전자기기를 제어하는 컨트롤러에 관한 것으로서, 구체적으로는 길이 및/또는 형상을 변화시킴으로써 사용자에게 다양한 사용감을 제공할 수 있는 컨트롤러에 관한 것이다.
최근 게임기, VR기기 등의 전자기기를 중심으로 기기의 동작을 제어하거나 디스플레이에 표시된 오브젝트를 제어하기 위한 용도로 사용자가 손에 쥐고 사용하는 핸드헬드(handheld)형 컨트롤러가 많이 사용되고 있다.
도 1은 일반적인 핸드헬드형 컨트롤러(20)의 사용 예를 나타낸 것으로서, 사용자가 컨트롤러(20)를 손에 쥐고 움직이면, 전자기기(10)는 컨트롤러(20)로부터 수신한 센서 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 종래의 핸드헬드형 컨트롤러(20)는 형상이 고정되어 있고 전자기기에서 실행되는 콘텐츠의 종류는 매우 다양하므로 사용자가 매 콘텐츠마다 최적의 사용감을 느낄 수 있는 컨트롤러를 구현하는 것은 매우 어려운 것이 현실이다.
대한민국 등록특허 제10-1079270호(2011.11.03 공고)
본 발명은 이러한 배경에서 고안된 것으로서, 필요에 따라 컨트롤러의 길이 및/또는 형상을 변화시킬 수 있도록 함으로써 사용자에게 다양한 사용감을 제공하고 이를 통해 제품에 대한 만족감과 재미를 증진시키는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상은, 컨트롤러 하우징; 컨트롤러 하우징에 대해 이동 가능하게 설치되는 가동부; 컨트롤러 하우징의 내부에 다수 개가 적층된 것으로서, 각각, 액츄에이터 하우징과, 액츄에이터 하우징의 내부에 설치되고 압전층의 양면에 각각 전극층이 형성된 돔 형상의 구동부와, 구동부의 돔 중앙에 결합되어 상부로 돌출된 승강부재를 포함하는 피에조 액츄에이터; 다수의 피에조 액츄에이터에 대한 전원공급을 제어하는 제어부를 포함하며, n개의 피에조 액츄에이터 중에서 최하층 액츄에이터의 액츄에이터 하우징은 컨트롤러 하우징에 고정되고, 최상층 액츄에이터는 승강부재가 가동부에 결합되며, 최하층에서부터 (n-1)개의 액츄에이터는 각각의 승강부재가 직상부의 액츄에이터 하우징에 결합되는 것을 특징으로 하는 컨트롤러를 제공한다.
본 발명의 다른 양상은, 컨트롤러 하우징; 컨트롤러 하우징에 대해 이동 가능하게 설치되는 가동부; 컨트롤러 하우징의 내부에 다수 개가 적층된 것으로서, 각각, 액츄에이터 하우징과, 액츄에이터 하우징의 내부에 설치되고 압전층의 양면에 각각 전극층이 형성된 돔 형상의 구동부와, 구동부의 돔 중앙에 결합되어 상부로 돌출된 승강부재와, 승강부재에 결합된 이동링과, 하단은 이동링에 결합되고 상단은 상부로 돌출된 링 연결부재를 포함하는 피에조 액츄에이터; 다수의 피에조 액츄에이터에 대한 전원공급을 제어하는 제어부를 포함하며, n개의 피에조 액츄에이터 중에서 최하층 액츄에이터의 액츄에이터 하우징은 컨트롤러 하우징에 고정되고, 최상층 액츄에이터는 링 연결부재가 가동부에 결합되며, 최하층에서부터 (n-1)개의 액츄에이터는 각각의 링 연결부재가 직상부의 액츄에이터 하우징에 결합되는 것을 특징으로 하는 컨트롤러를 제공한다.
본 발명에 따른 컨트롤러에서, 상기 구동부의 하단 테두리는 탄성 연결부재에 의해 상기 액츄에이터 하우징에 결합될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 컨트롤러에서, 상기 액츄에이터 하우징의 내주면에는 상기 구동부의 하단 테두리가 삽입되는 테두리 커버가 설치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 컨트롤러의 길이 및/또는 형상을 다양하게 변화시킬 수 있으므로 사용자의 사용감과 몰입감을 증진시키고 이를 통해 제품에 대한 만족감과 재미를 크게 향상시킬 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 컨트롤러 하우징의 단면도
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 컨트롤러의 가동부가 이동한 상태를 나타낸 단면도
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 컨트롤러의 사용 상태도
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 피에조 액츄에이터의 사시도
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 피에조 액츄에이터의 단면도
도 10은 피에조 액츄에이터의 변위를 예시한 도면
도 11은 다수의 피에조 액츄에이터가 적층된 모습을 나타낸 도면
도 12 내지 도 15는 본 발명의 제1 실시예에 따른 컨트롤러의 다양한 동작방법을 예시한 흐름도
도 16 및 도 17은 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 컨트롤러의 사시도 및 단면도
도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 피에조 액츄에이터를 나타낸 단면도
도 19는 제2 실시예에 따른 피에조 액츄에이터의 승강부재가 상승한 상태를 나타낸 단면도
도 20은 제2 실시예에 따른 피에조 액츄에이터의 적층 구조를 나타낸 단면도
도 21 내지 도 25는 각각 제2 실시예에 따른 피에조 액츄에이터에 인가되는 다양한 전압 패턴을 예시한 도면
도 26은 본 발명의 제3 실시예에 따른 피에조 액츄에이터를 나타낸 단면도
도 27은 제3 실시예에 따른 피에조 액츄에이터의 승강부재가 상승한 상태를 나타낸 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.
도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 컨트롤러(100)는, 컨트롤러 하우징(110)과, 컨트롤러 하우징(110)의 일단에 설치된 가동부(120)와, 컨트롤러(100)의 동작 전반을 제어하는 MCU(Micro Controller Unit)(130)와, 컨트롤러 하우징(110)의 내부에 설치되어 가동부(120)를 이동시키는 다수의 피에조 액츄에이터(150)를 포함한다.
또한 컨트롤러(100)는, 사용자가 소정의 명령을 입력하기 위한 입력부(170)와, 사용자가 가하는 압력을 검출하기 위한 압력감지센서(180)와, 컨트롤러(100)의 움직임이나 자세를 검출하기 위한 동작감지센서(190)와, 각 피에조 액츄에이터(150)에 전력을 공급하는 전원공급부(200)와, 제어대상 전자기기와 통신하는 통신부(210) 등을 포함할 수 있다.
컨트롤러 하우징(110)은 내부 공간을 구비하고 일단은 막혀 있고 타단은 개방된 통 형상일 수 있다. 컨트롤러 하우징(110) 내부의 공간은 격벽(114)에 의해 2개의 공간으로 구획될 수 있다. 이 경우, 외부와 연통된 제1 공간에는 다수의 피에조 액츄에이터(150)가 설치되고, 내측의 제2 공간에는 MCU(130), 전원공급부(200), 통신부(210) 등이 설치될 수 있다.
컨트롤러 하우징(110)의 내벽에는, 도 5의 단면도에 예시한 바와 같이, 제1 가이드 홈(111)과 제2 가이드 홈(112)이 길이 방향을 따라 형성될 수 있다.
제1 가이드 홈(111)과 제2 가이드 홈(112)에는 피에조 액츄에이터(150)에 구비된 제1 가이드 돌기(도 8의 153a)와 제2 가이드 돌기(도 8의 153b)가 각각 삽입될 수 있다. 이와 같이 가이드 돌기(153a,153b)가 가이드 홈(111,112)에 삽입되면, 피에조 액츄에이터(150)는 컨트롤러 하우징(110)의 내부에서 컨트롤러 하우징(110)의 길이 방향을 따라 보다 안정적으로 이동할 수 있게 된다.
도면에는 컨트롤러 하우징(110)의 내벽에 2개의 가이드 홈(111,112)이 형성된 것으로 나타나 있으나, 가이드 홈의 개수가 이에 한정되지 않음은 물론이다.
가동부(120)는 다수의 피에조 액츄에이터(150) 중에서 최상단에 위치하는 피에조 액츄에이터(150)에 결합되며, 피에조 액츄에이터(150)가 변형 또는 복원될 때 컨트롤러 하우징(110)에 대해 왕복운동을 한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 컨트롤러(100)에서는 각 피에조 액츄에이터(150)에 전원을 연결하면, 도 6에 예시한 바와 같이, 각 피에조 액츄에이터(150)의 승강부재(157)가 컨트롤러 하우징(110)의 바깥쪽 방향으로 이동하면서 가동부(120)를 이동시킨다.
이와 같이 가동부(120)가 이동하면, 컨트롤러(100)의 전체 길이와 형상이 달라지므로 사용자의 입장에서는 보다 생생하고 다양한 사용감과 재미를 느낄 수 있게 된다.
도면에는 가동부(120)가 원통 형상인 것으로 나타나 있으나, 가동부(120)의 형상이 이에 한정되지 않음은 물론이다.
MCU(130)는 입력부(170)를 통한 입력이나 압력감지센서(180) 및/또는 동작감지센서(190)의 측정값을 이용하여 피에조 액츄에이터(150)에 대한 전원공급을 제어할 수 있다.
MCU(130)는 도 4의 블록도에 예시한 바와 같이, 프로세서(132)와 메모리(134)를 포함할 수 있다.
프로세서(132)는 메모리(134)에 저장된 컴퓨터프로그램을 실행하여 소정의 연산을 수행한다. 프로세서(132)와 메모리(134)는 단일 칩(one chip)으로 패키징될 수도 있다.
메모리(134)에는 컨트롤러(100)의 동작을 위한 컴퓨터프로그램, 각종 파라미터, 데이터 등이 저장될 수 있다. 메모리(134)는 플래쉬 메모리 등의 비휘발성 메모리와 RAM 등의 휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
또한 메모리(134)에 저장되는 컴퓨터 프로그램은, 입력부(170)를 통해 입력된 명령, 압력감지센서(180) 및/또는 동작감지센서(190)의 측정값 등을 이용하여 피에조 액츄에이터(150)에 대한 전원공급을 제어하는 제어 프로그램을 포함할 수 있다.
일 예로서, 사용자가 컨트롤러(100)에 압력을 가하는 경우에, MCU(130)는 압력감지센서(180)의 측정값이 설정값 보다 크면 전원공급부(200)를 제어하여 피에조 액츄에이터(150)에 전력을 공급함으로써 가동부(120)를 이동시켜 컨트롤러(100)의 길이와 형상을 변화시킬 수 있다.
다른 예로서, 도 7에 예시한 바와 같이, 사용자가 컨트롤러(100)를 흔드는 경우에, MCU(130)는 동작감지센서(190)의 측정값이 설정값 보다 크면 피에조 액츄에이터(150)에 전력을 공급하여 가동부(120)를 이동시킴으로써 컨트롤러(100)의 길이와 형상을 변화시킬 수 있다.
또 다른 예로서, 사용자가 컨트롤러(100)에 힘을 가하는 경우에, MCU(130)는 압력감지센서(180)의 측정값이 설정값 보다 크면 피에조 액츄에이터(150)에 전력을 공급하여 가동부(120)를 이동시킴으로써 컨트롤러(100)의 길이와 형상을 변화시킬 수 있다.
손잡이부(140)는 컨트롤러 하우징(110)의 외측에서 사용자가 손으로 쥐는 부분에 설치될 수 있다. 손잡이부(140)는 사용자가 최적의 그립감을 느낄 수 있는 재질과 형상을 가지는 것이 바람직하다. 다만, 손잡이부(140)는 필수적인 것이 아니므로 생략될 수도 있다.
도 8 및 도 9는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 피에조 액츄에이터(150)를 나타낸 사시도 및 단면도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 피에조 액츄에이터(150)는, 도면에 나타낸 바와 같이, 상부가 개방된 통 형상의 액츄에이터 하우징(151)과, 액츄에이터 하우징(151)의 내부에 설치된 돔 형상의 구동부(155)와, 구동부(155)의 돔 중앙에 결합되어 상부로 돌출된 승강부재(157)를 포함할 수 있다.
승강부재(157)는 구동부(155)의 돔 형상이 변형되면 그에 따라 상승 또는 하강하게 된다. 도면에는 승강부재(157)가 속이 채워진 막대 형상인 것으로 나타나 있으나 구체적인 형상이 이에 한정되는 것은 아니며, 속이 빈 파이프 형상일 수도 있다.
또한 승강부재(157)는 다수의 피에조 액츄에이터(150)를 적층하였을 때 상하 액츄에이터(150)를 서로 연결하거나 컨트롤러(100)의 가동부(120)를 액츄에이터(150)에 연결하는 역할을 할 수 있다.
도 9의 부분 확대도를 참조하면, 구동부(155)는, 압전층(155a)과, 압전층(155a)의 상면과 하면에 각각 형성된 제1 전극층(155b) 및 제2 전극층(155c)을 포함할 수 있다.
돔 형상의 압전층(155a)의 양면에 이와 같이 전극층(155b,155c)을 형성하면, 전극층(155b,155c)에 의해 형성되는 전계의 방향에 따라 압전층(155a)의 돔 상단부가 중심축 방향을 따라 상부로 돌출되거나 아래로 하강하는 변형이 발생하는 것으로 알려져 있다.
압전층(155a)에 사용되는 압전 소재는 특별히 한정되지 않으며, 전계에 의해 형상이 변형되는 특성을 갖는 소재이면 제한 없이 사용될 수 있다.
제1 전극층(155b)과 제2 전극층(155c)은 압전층(155a)과 함께 변형될 수 있어야 하므로 유연성 재질인 것이 바람직하며, 압전층(155a)의 양면에 도전성 물질을 증착, 코팅 또는 도포하는 방식으로 형성될 수 있다.
도 10은 피에조 액츄에이터(150)에 전원을 연결하지 않은 상태(a)와 전원을 연결한 상태(b)를 대비한 것으로서, 전원을 인가하면 구동부(155)의 돔 상단부가 상부로 돌출 변형되면서 승강부재(157)가 변위 d 만큼 위쪽으로 이동하게 되는 모습을 나타내고 있다.
한편 피에조 액츄에이터(150)의 압전층(155a)은 전계의 세기에 따라 변형 정도가 달라지는 성질이 있으므로 공급 전압을 조절하여 구동부(155)의 변형 정도를 조절할 수도 있다.
예를 들어, 제1 전압을 인가하였을 때 구동부(155)의 돔 상단의 높이가 10% 증가하고, 제1 전압보다 큰 제2 전압을 인가하였을 때 구동부(155)의 돔 상단의 높이가 20% 증가한다고 가정하면, 이러한 특성을 이용하면 각 피에조 액츄에이터(150)의 구동부(155)에 인가되는 전압의 세기를 조절하여 가동부(120)의 이동거리를 필요에 따라 조절하는 것이 가능해진다.
구동부(155)의 하단 테두리는 액츄에이터 하우징(151)에 대해 이동 가능하게 결합되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 피에조 액츄에이터(150)에서는 구동부(155)의 하단 테두리를 탄성 연결부재(156)를 이용하여 액츄에이터 하우징(151)에 결합한다.
예를 들어, 탄성 연결부재(156)의 일단을 액츄에이터 하우징(151)의 바닥이나 측벽에 고정하고, 탄성 연결부재(156)의 타단을 구동부(155)의 하단 테두리를 결합할 수 있다.
이렇게 하면 구동부(155)의 돔 상단이 상부로 돌출될 때는, 도 10의 (b)에 나타낸 바와 같이, 탄성 연결부재(156)가 늘어나면서 구동부(155)의 하단 테두리가 중심축 쪽으로 수축된다. 또한 구동부(155)의 돔 상단이 하강할 때는, 도 10의 (a)에 나타낸 바와 같이, 탄성 연결부재(156)가 본래 형상으로 복원되면서 구동부(155)의 하단 테두리가 중심축에서 멀어지는 방향으로 확장된다.
구동부(155)의 제1 전극층(155b)과 제2 전극층(155c)은 전원공급부(200)와 전기적으로 연결되어야 하며, 전기적 연결 방식은 특별히 한정되지 않으므로 다양한 형태로 구현될 수 있다.
일 예로서, 각 피에조 액츄에이터(150)마다 구동부(155)의 제1 전극층(155b)과 제2 전극층(155b)을 전선 등을 이용하여 전원공급부(200)의 양극과 음극에 각각 직접 연결할 수 있다.
다른 예로서, 도 5에 나타낸 바와 같이, 컨트롤러 하우징(110)의 내벽에 형성된 제1 가이드 홈(111)과 제2 가이드 홈(112)의 내부에 각각 전원공급부(200)의 양극과 음극에 연결되는 제1 전극부재(115)와 제2 전극부재(116)를 설치하고, 이를 이용하여 구동부(155)의 제1 전극층(155b)과 제2 전극층(155b)을 전원공급부(200)에 연결할 수 있다.
제1 및 제2 전극부재(115, 116)는 가이드 홈(111, 112)의 내부에 설치된 금속 판재일 수도 있고, 가이드 홈(111, 112)의 내벽에 도전성 물질로 형성된 도전성 박막일 수도 있다.
이 경우, 피에조 액츄에이터(150)의 액츄에이터 하우징(151)에 구비된 제1 및 제2 가이드 돌기(153a, 153b)에는 제1 및 제2 가이드 홈(111, 112)에 삽입되었을 때 제1 및 제2 전극부재(115, 116)와 각각 전기적으로 연결되는 도전층이 형성될 수 있다.
또한 구동부(155)의 제1 전극층(155b)과 제1 가이드 돌기(153a)에 형성된 도전층은 액츄에이터 하우징(151)의 표면에 형성된 도전성 패턴이나 전선을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 마찬가지로, 구동부(155)의 제2 전극층(155c)과 제2 가이드 돌기(153b)에 형성된 도전층도 액츄에이터 하우징(151)의 표면에 형성된 도전성 패턴이나 전선을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 및 제2 전극부재(115, 116)는 제1 및 제2 가이드 홈(111,112)의 내부에 길이 방향을 따라 연속적으로 길게 형성되는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 각 피에조 액츄에이터(150)가 상승 또는 하강하는 중에도 구동부(155)와 전원공급부(200)의 전기적 연결이 계속 유지될 수 있기 때문이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 컨트롤러(100)에서는 가동부(120)의 이동거리를 충분히 확보하기 위하여 다수의 피에조 액츄에이터(150)를 사용하며, 특히, 하부에 위치하는 피에조 액츄에이터(150)의 승강부재(157)가 상부에 위치하는 피에조 액츄에이터(150)의 액츄에이터 하우징(151)을 밀거나 당길 수 있도록 인접한 피에조 액츄에이터(150)를 서로 연결한다.
이때 다수의 피에조 액츄에이터(150) 중에서 최하층에 위치하는 피에조 액츄에이터(150)는 컨트롤러 하우징(110) 내부의 격벽(114)이나 내벽에 고정시키는 것이 바람직하다. 그래야만 컨트롤러 하우징(110)의 내부에서 피에조 액츄에이터(150)가 임의로 움직이는 것이 방지될 수 있기 때문이다.
도 11에 예시한 바와 같이, 승강부재(157)의 상단을 직상부에 위치하는 피에조 액츄에이터(150)의 액츄에이터 하우징(151)의 저면에 결합하는 방식으로 상하의 액츄에이터를 서로 연결할 수 있다.
이때 결합 방식은 특별히 한정되지 않으며, 승강부재(157)의 상단에 나사산을 형성하여 상부에 위치하는 액츄에이터 하우징(151)의 바닥에 형성된 볼트홀에 결합할 수도 있고, 접착제 등을 이용하여 승강부재(157)의 상단을 액츄에이터 하우징(151)의 바닥에 결합할 수도 있고, 결합 핀 등을 이용하여 결합할 수도 있다.
도 11의 (a)는 상하로 적층된 피에조 액츄에이터(150)를 서로 연결한 후에 아직 전원이 연결되지 않은 상태를 나타낸 것이고, 도 11의 (b)는 각 피에조 액츄에이터(150)에 전원이 연결되어 각 구동부(155)의 돔 중앙부가 상부로 돌출 변형되면서 승강부재(157)가 상승한 상태를 나타낸 것이다.
또한, 도 3 및 도 6을 참조하면, 최하층의 피에조 액츄에이터(150)는 컨트롤러 하우징(110)의 내부에 고정하고, 최상층의 피에조 액츄에이터(150)는 가동부(120)에 결합해야 한다. 이때, 최상층 피에조 액츄에이터(150)에서 상부로 돌출된 승강부재(157)의 상단을 가동부(120)에 결합할 수 있다. 이때 결합 방식은 특별히 한정되지 않으며, 승강부재(157)의 상단에 나사산을 형성하여 가동부(120)에 형성된 볼트홀에 결합할 수도 있고, 접착제 등을 이용하여 승강부재(157)의 상단을 가동부(120)에 결합할 수도 있고, 결합 핀 등을 이용하여 가동부(120)에 결합할 수도 있다.
이와 같은 방식으로 n개의 피에조 액츄에이터(150)가 적층된 경우에, 각 피에조 액츄에이터(150)에 전원을 연결하면, 최하층에서부터 (n-1)개의 피에조 액츄에이터(150)는 각각의 승강부재(157)가 상승하면서 바로 위에 있는 피에조 액츄에이터(150)의 액츄에이터 하우징(151)을 밀어 올리는 역할을 하고, 최상층의 피에조 액츄에이터(150)는 가동부(120)를 밀어 올리는 역할을 하게 된다.
이와 같이 가동부(120)가 이동한 상태에서, 전원 연결을 차단하면 각 피에조 액츄에이터(150)의 구동부(155)의 돔 중앙부가 본래 형상으로 수축되면서 승강부재(157)가 하강하게 된다. 이때, 최하층에서부터 (n-1)개의 피에조 액츄에이터(150)는 각각의 승강부재(157)가 하강하면서 바로 위에 있는 피에조 액츄에이터(150)의 액츄에이터 하우징(151)을 아래쪽으로 당기는 역할을 하고, 최상층의 피에조 액츄에이터(150)는 가동부(120)를 아래쪽으로 당기는 역할을 하게 된다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 입력부(170)는 사용자가 엄지손가락 등으로 누르거나 터치할 수 있도록 손잡이부(140)에 인접한 부분에 설치되는 것이 바람직하다. 도면에는 입력부(170)가 하나의 버튼으로 나타나 있으나 이는 예시에 불과하다. 예를 들어 입력부(170)는 다수의 버튼을 포함할 수도 있고, 조이스틱을 포함할 수도 있고, 터치패드 또는 터치스크린을 포함할 수도 있다.
압력감지센서(180)는 사용자가 컨트롤러(100)를 쥐는 힘을 감지하기 위한 것으로서 구체적인 종류는 특별히 한정되지 않는다. 따라서 스트레인 게이지 방식, 압전(piezoelectric) 방식, 압저항(piezoresistive) 방식, 정전용량 방식 등의 압력센서가 선택적으로 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 손잡이부(140)의 내측에 압력감지센서(180)를 설치하였으나 설치 위치가 이에 한정되는 것은 아니다.
동작감지센서(190)는 컨트롤러(100)가 움직이는 방향, 속도, 자세 등을 검출하기 위한 것으로서, 가속도센서, 3축 각속도센서(자이로 센서) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전원공급부(200)는 MCU(130)의 제어에 따라 피에조 액츄에이터(150)에 대한 전원공급을 온/오프하는 스위칭 회로와 배터리를 포함할 수 있다. 전원공급부(200)는 배터리를 대신하여 AC-DC 변환회로를 포함할 수도 있다.
통신부(210)는 컨트롤러(100)와 전자기기의 유선 및/또는 무선통신을 지원한다. 무선통신방식은 특별히 한정되지 않으며, 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), 와이파이(Wi-Fi), 적외선데이터통신(IrDA), UWB(Ultra-Wide Band) 등의 공지된 통신방식 중에서 선택될 수 있다.
한편 도면에는 가동부(120)의 내부에 동작감지센서(190)만 설치된 것으로 나타나 있으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, MCU(130), 전원공급부(200), 통신부(210) 중에서 적어도 하나를 가동부(120)의 내부에 추가로 설치할 수도 있다. 이와 달리 컨트롤러 하우징(110)의 내부에 제어장치용 공간을 마련하고 MCU(130), 동작감지센서(190), 전원공급부(200), 통신부(210) 중에서 적어도 하나를 제어장치용 공간에 설치할 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 컨트롤러(100)의 동작 방법을 설명한다.
먼저 도 12를 참조하여 사용자가 입력부(170)에 구비된 버튼을 누르거나 메뉴를 선택하여 길이 변형 명령을 입력하는 경우를 설명한다.
컨트롤러(100)의 길이 변화를 원하는 사용자가 입력부(170)를 통해 길이 변형 명령을 입력하면, MCU(130)는 전원공급부(200)를 제어하여 각 피에조 액츄에이터(150)에 전원을 공급한다. (ST11, ST12)
전원이 공급되면 각 피에조 액츄에이터(150)의 승강부재(157)가 상승하면서 도 6에 나타낸 바와 같이 가동부(120)가 컨트롤러 하우징(110)의 바깥쪽 방향으로 이동하게 된다. 따라서 사용자는 컨트롤러(100)의 길이가 길어지는 것을 실감하게 된다. (ST13)
이상의 방식으로 컨트롤러(100)의 길이 변화가 발생한 이후에 사용자는 입력부(170)에 구비된 버튼을 누르거나 메뉴를 선택하여 복귀 명령을 입력할 수 있다. (ST14)
이와 같이 복귀 명령이 입력되면 MCU(130)는 전원공급부(200)를 제어하여 피에조 액츄에이터(150)에 대한 전원공급을 차단한다. 전원공급이 차단되면 각 피에조 액츄에이터(150)의 승강부재(157)가 하강하며, 이로 인해 가동부(120)가 컨트롤러 하우징(110) 내부의 초기 위치로 복귀하면서 컨트롤러(100)의 길이가 다시 짧아지게 된다. (ST15, ST16)
다음으로 도 13을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 컨트롤러(100)의 다른 동작 방법을 설명한다.
먼저 사용자가 컨트롤러(100)를 손에 쥔 상태에서 흔들거나 휘두르면, MCU(130)는 동작감지센서(190)의 측정값을 확인하고, 측정값이 제1 설정범위 이내인지 여부를 판단한다. (ST21, ST22)
만일 동작감지센서(190)의 측정값이 제1 설정범위 이내인 것으로 확인되면, MCU(130)는 전원공급부(200)를 제어하여 각 피에조 액츄에이터(150)에 제1 전압을 인가하며, 제1 전압이 인가된 각 피에조 액츄에이터(150)의 승강부재(157)가 제1 높이만큼 상승하면서 가동부(120)가 컨트롤러 하우징(110)의 외부로 제1 길이만큼 연장된다. (ST23, ST24)
만일 동작감지센서(190)의 측정값이 제1 설정범위를 벗어난 것으로 판단되면, MCU(130)는 측정값이 제2 설정범위 이내인지 여부를 판단한다. (ST25)
ST25에서 동작감지센서(190)의 측정값이 제2 설정범위에도 속하지 않는 것으로 판단되면, MCU(130)는 동작감지센서(190)의 측정값을 무시하고 동작감시모드로 대기한다.
만일 ST25에서 동작감지센서(190)의 측정값이 제2 설정범위 이내인 것으로 확인되면, MCU(130)는 전원공급부(200)를 제어하여 각 피에조 액츄에이터(150)에 제2 전압을 인가하며, 제2 전압이 인가된 각 피에조 액츄에이터(150)의 승강부재(157)가 제2 높이만큼 상승하면서 가동부(120)가 컨트롤러 하우징(110)의 외부로 제2 길이만큼 연장된다. (ST26, ST27)
한편 동작감지센서(190)의 측정값과 대비되는 제1 설정범위가 제2 설정범위보다 작은 경우에는 제1 전압은 제2 전압보다 작은 것이 바람직하다. 이렇게 하면 사용자가 컨트롤러(100)를 천천히 흔들 때는 제1 전압이 각 피에조 액츄에이터(150)에 인가되어 가동부(120)가 제1 길이만큼 연장되고, 강하게 흔들면 제1 전압 보다 큰 제2 전압이 각 피에조 액츄에이터(150)에 인가되어 가동부(120)가 제1 길이보다 긴 제2 길이만큼 연장되므로 컨트롤러(100)의 길이 및/또는 형상을 다양하게 변형시킬 수 있다.
한편 MCU(130)는 컨트롤러(100)의 전원이 켜지면 항상 동작감지센서(190)의 측정값을 확인할 수도 있고, 별도의 모드전환수단을 통해 대기모드에서 동작감지모드로 전환된 상태에서만 동작감지센서(190)의 측정값을 확인할 수도 있다. 모드전환수단은 입력부(170)에 구비될 수도 있고, 다른 형태로 제공될 수도 있다.
다음으로 도 14를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 컨트롤러(100)의 다른 동작 방법을 설명한다.
먼저 사용자가 컨트롤러(100)의 손잡이부(140)를 손으로 잡은 상태에서 손잡이부(140)에 압력을 가하면, MCU(130)는 압력감지센서(180)의 측정값을 확인하고, 측정값이 제1 설정범위 이내인지 여부를 판단한다. (ST31, ST32)
만일 압력감지센서(180)의 측정값이 제1 설정범위 이내인 것으로 확인되면, MCU(130)는 전원공급부(200)를 제어하여 각 피에조 액츄에이터(150)에 제1 전압을 인가하며, 제1 전압이 인가된 각 피에조 액츄에이터(150)의 승강부재(157)가 제1 높이만큼 상승하면서 가동부(120)가 컨트롤러 하우징(110)의 외부로 제1 길이만큼 연장된다. (ST33, ST34)
만일 압력감지센서(180)의 측정값이 제1 설정범위를 벗어난 것으로 판단되면, MCU(130)는 측정값이 제2 설정범위 이내인지 여부를 판단한다. (ST35)
ST35에서 압력감지센서(180)의 측정값이 제2 설정범위에도 속하지 않는 것으로 판단되면, MCU(130)는 압력감지센서(180)의 측정값을 무시하고 압력감시모드로 대기한다.
만일 ST35에서 압력감지센서(180)의 측정값이 제2 설정범위 이내인 것으로 확인되면, MCU(130)는 전원공급부(200)를 제어하여 각 피에조 액츄에이터(150)에 제2 전압을 인가하며, 제2 전압이 인가된 각 피에조 액츄에이터(150)의 승강부재(157)가 제2 높이만큼 상승하면서 가동부(120)가 컨트롤러 하우징(110)의 외부로 제2 길이만큼 연장된다. (ST36, ST37)
한편 압력감지센서(180)의 측정값과 대비되는 제1 설정범위가 제2 설정범위보다 작은 경우에는 제1 전압은 제2 전압보다 작은 것이 바람직하다. 이렇게 하면 사용자가 컨트롤러(110)의 손잡이부(140)를 약하게 잡으면 제1 전압이 각 피에조 액츄에이터(150)에 인가되어 가동부(120)가 제1 길이만큼 연장되고, 강하게 잡으면 제1 전압 보다 큰 제2 전압이 각 피에조 액츄에이터(150)에 인가되어 가동부(120)가 제1 길이보다 긴 제2 길이만큼 연장되므로 컨트롤러(100)의 길이 및/또는 형상을 다양하게 변형시킬 수 있다.
한편 MCU(130)는 컨트롤러(100)의 전원이 켜지면 항상 압력감지센서(180)의 측정값을 확인할 수도 있고, 별도의 모드전환수단을 통해 대기모드에서 동작감지모드로 전환된 상태에서만 압력감지센서(180)의 측정값을 확인할 수도 있다.
다음으로 도 15를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 컨트롤러(100)의 또 다른 동작 방법을 설명한다. 이 방법은 압력감지센서(180)를 대기모드에서 동작감시모드로 전환하는 모드전환수단으로 활용하는 방법이다.
먼저 사용자가 컨트롤러(100)의 손잡이부(140)를 손으로 잡은 상태에서 손잡이부(140)에 압력을 가하면, MCU(130)는 압력감지센서(180)의 측정값을 확인하고, 측정값이 설정값보다 큰 지 여부를 판단한다. (ST41, ST42)
만일 압력감지센서(180)의 측정값이 설정값보다 크면, MCU(130)는 컨트롤러(100)의 동작모드를 대기모드에서 동작감시모드로 전환한다.
이 상태에서 사용자가 컨트롤러(100)를 손에 쥔 상태에서 흔들거나 휘두르면, MCU(130)는 동작감지센서(190)의 측정값을 확인하고, 측정값이 제1 설정범위 이내인지 여부를 판단한다. (ST43, ST44)
만일 동작감지센서(190)의 측정값이 제1 설정범위 이내인 것으로 확인되면, MCU(130)는 전원공급부(200)를 제어하여 각 피에조 액츄에이터(150)에 제1 전압을 인가하며, 제1 전압이 인가된 각 피에조 액츄에이터(150)의 승강부재(157)가 제1 높이만큼 상승하면서 가동부(120)가 컨트롤러 하우징(110)의 외부로 제1 길이만큼 연장된다. (ST45, ST46)
만일 동작감지센서(190)의 측정값이 제1 설정범위를 벗어난 것으로 판단되면, MCU(130)는 측정값이 제2 설정범위 이내인지 여부를 판단한다. (ST47)
ST47에서 동작감지센서(190)의 측정값이 제2 설정범위에도 속하지 않는 것으로 판단되면, MCU(130)는 동작감지센서(190)의 측정값을 무시하고 동작감시모드로 대기한다.
만일 ST47에서 동작감지센서(190)의 측정값이 제2 설정범위 이내인 것으로 확인되면, MCU(130)는 전원공급부(200)를 제어하여 피에조 액츄에이터(150)에 제2 전압을 인가하며, 제2 전압이 인가된 각 피에조 액츄에이터(150)의 승강부재(157)가 제2 높이만큼 상승하면서 가동부(120)가 컨트롤러 하우징(110)의 외부로 제2 길이만큼 연장된다. (ST48, ST49)
제 2 실시예
본 발명의 제2 실시예에 따른 컨트롤러(100a)는, 도 16의 사시도와 도 17의 단면도에 예시한 바와 같이, 컨트롤러 하우징(110)의 양측으로 가동부(120)가 돌출되는 점에서 제1 실시예와 차이가 있다.
즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 컨트롤러(100a)는, 손잡이부(140)의 일측으로 돌출되는 제1 컨트롤러 하우징(110a), 손잡이부(140)의 타측으로 돌출되는 제2 컨트롤러 하우징(110b), 제1 컨트롤러 하우징(110a)의 단부에 결합된 제1 가동부(120a), 제2 컨트롤러 하우징(110b)의 단부에 결합된 제2 가동부(120b)를 포함한다.
제1 컨트롤러 하우징(110a)과 제2 컨트롤러 하우징(110b) 사이에는 격벽(114)에 의해 둘러싸인 공간이 형성되고, 이 공간에 MCU(130), 전원공급부(200), 통신부(210) 등을 설치할 수도 있다.
제1 컨트롤러 하우징(110a)의 내부에는 격벽(114)과 제1 가동부(120a)의 사이에 다수의 피에조 액츄에이터(150)가 설치되고, 제2 컨트롤러 하우징(110b)의 내부에도 격벽(114)과 제2 가동부(120a)의 사이에 다수의 피에조 액츄에이터(150)가 설치된다.
각 피에조 액츄에이터(150)는, 앞서 설명한 바와 같은 방식으로, 인접한 피에조 액츄에이터(150)와 결합된다. 도면에는 제1 컨트롤러 하우징(110a)과 제2 컨트롤러 하우징(110b)의 내부에 동일한 수의 피에조 액츄에이터(150)가 설치된 것으로 나타나 있으나 서로 다른 개수가 설치될 수도 있다.
이하에서는, 피에조 액츄에이터의 다양한 실시예를 설명한다.
먼저, 본 발명의 제2 실시예에 따른 피에조 액츄에이터(150a)는, 도 18의 단면도에 나타낸 바와 같이, 상부가 개방된 통 형상의 액츄에이터 하우징(151)과, 액츄에이터 하우징(151)의 내부에 설치된 돔 형상의 구동부(155)와, 구동부(155)의 돔 중앙에 결합되어 상부로 돌출된 승강부재(157)를 포함하는 점에서는 제1 실시예에 따른 피에조 액츄에이터(150)와 동일하다.
다만, 본 발명의 제2 실시예에 따른 피에조 액츄에이터(150a)는, 승강부재(157)에 결합된 이동링(162)과, 이동링(162)의 둘레에 설치된 압박부재(164)와, 하단이 이동링(162)에 결합된 상태에서 상단이 승강부재(167) 보다 상부로 돌출된 링 연결부재(166)을 포함하는 점에서 제1 실시예에 따른 피에조 액츄에이터(150)와는 차이가 있다.
이동링(162)은 승강부재(157)의 외벽과 접촉하여 자체 탄성력이나 압박부재(164)에 의해 승강부재(157)에 대해 일정한 마찰력을 발휘하는 것으로서, 금속, 플라스틱, 세라믹 등의 재질일 수 있다. 또한 이동링(162)은 일부가 절개된 C링 형상이거나, 다수의 원호형 링을 포함할 수 있다.
링 연결부재(166)의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 승강부재(157)를 둘러싸는 대칭적인 형상인 것이 바람직하다.
구동부(155)의 구조, 기능, 전기적 연결 방식 등은 제1 실시예에 따른 피에조 액츄에이터(150)와 동일하므로 설명을 생략한다.
따라서, 구동부(155)에 전원을 연결하면 돔 중앙부가 상승하고, 이로 인해 도 19에 나타낸 바와 같이, 승강부재(167)와, 이동링(162)과, 링 연결부재(164)가 전부 상승할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 피에조 액츄에이터(150a)도, 본 발명의 제1 또는 제2 실시예에 따른 컨트롤러(100,100a)의 컨트롤러 하우징(110)의 내부에 다수 개가 서로 연결되어 적층될 수 있다. 도 20은 본 발명의 제2 실시예에 따른 피에조 액츄에이터(150a)가 적층되어 서로 연결된 상태에서 승강하는 모습을 나타낸 것이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 피에조 액츄에이터(150a)를 적층할 때는, 제1 실시예에 따른 피에조 액츄에이터(150)와는 달리, 각 액츄에이터(150a)의 링 연결부재(166)의 상단을 직상부에 위치하는 액츄에이터 하우징(151) 또는 컨트롤러(100)의 가동부(120)에 결합하는 것이 바람직하다.
따라서 본 발명의 제2 실시예에 따른 피에조 액츄에이터(150a)를 사용하는 경우에는, 승강부재(157)가 아니라 이동링(162)의 승강 여부 및/또는 승강 거리에 따라 가동부(120)의 이동거리가 결정된다.
특히, 본 발명의 제2 실시예에 따른 피에조 액츄에이터(150a)에서는 이동링(162)이 승강부재(157)에 결합되어 있지만 고정되지는 않았기 때문에 구동부(155)의 변형 속도에 따라 이동링(162)의 승강 여부가 정해지는 특징이 있다.
예를 들어, 승강부재(157)의 상승 또는 하강 속도가 느려서 승강부재(157)와의 마찰력이 관성력보다 큰 경우에는 이동링(162)은 승강부재(157)와 함께 이동한다.
이와 달리, 승강부재(157)의 상승 또는 하강 속도가 빨라서 승강부재(157)와의 마찰력 보다 관성력이 더 큰 경우에는 승강부재(157)가 이동해도 이동링(162)은 제자리를 유지한다.
즉, 도 21에 예시한 바와 같이, 상승 구간이나 하강 구간에서 구동부(155)에 인가되는 전압이 천천히 변하는 경우에는 구동부(155)의 돔 중앙부가 천천히 변형됨에 따라 승강부재(157)의 상승 또는 하강 속도가 느리고, 이로 인해 마찰력이 관성력 보다 커서 이동링(162)과 링 연결부재(166)는 승강부재(157)와 함께 이동한다.
그런데, 도 22에 예시한 바와 같이, 구동부(155)의 돔 중앙부가 하강한 상태에서 공급전압을 급격히 상승시킨 경우에는 구동부(155)의 돔 중앙부가 매우 빠르게 상승하므로 이동링(162)은 관성력으로 인해 제자리를 유지하고 승강부재(157)만 상승하게 된다. 이 경우에는 링 연결부재(166)도 상승하지 않으므로 상부에 연결된 액츄에이터(150a)나 가동부(120)를 상승시킬 수 없게 된다.
또한 도 23에 예시한 바와 같이, 구동부(155)의 돔 중앙부가 상승한 상태에서 공급전압을 급격히 하강시킨 경우에는 구동부(155)의 돔 중앙부가 매우 빠르게 하강하므로 이동링(162)은 관성력으로 인해 제자리를 유지하고 승강부재(157)만 하강하게 된다. 이 경우에는 링 연결부재(166)도 하강하지 않으므로 상부에 연결된 액츄에이터(150a)나 가동부(120)를 하강시킬 수 없게 된다.
따라서 이러한 이동링(162)의 동작 특성을 이용하면, 승강부재(157)가 충분한 길이를 가지는 것을 전제로 승강부재(157)에 결합된 이동링(162)과 링 연결부재(166)의 위치를 다양하게 변화시킬 수 있고, 이를 통해 컨트롤러(100, 100a)의 가동부(120)의 길이도 다양하게 변화시킬 수 있다.
예를 들어, 도 24에 예시한 바와 같이, 1차 상승구간에서 전압을 천천히 올려서 이동링(162)을 본래 위치에서 승강부재(157)의 제1 높이까지 상승시킨 후에 전압을 급격히 내리면 도 23에 나타낸 바와 같이 이동링(162)은 제1 높이를 유지한 상태에서 승강부재(157)만 하강하게 된다.
이어서 2차 상승구간에서 전압을 천천히 올려서 이동링(162)을 제2 높이까지 상승시킨 후에 전압을 급격히 내리면 이동링(162)은 제2 높이를 유지한 상태에서 승강부재(157)만 하강하게 된다. 또한 3차 상승구간에서 전압을 천천히 올려서 이동링(162)을 제3 높이까지 상승시킨 후에 전압을 급격히 내리면 이동링(162)은 제3 높이를 유지한 상태에서 승강부재(157)만 하강하게 된다.
이상의 과정을 거쳐 승강부재(157)의 제3 높이까지 상승한 이동링(162)을 하강시키기 위해서는, 도 25에 예시한 바와 같이, 먼저 전압을 급격히 상승시켜 이동링(162)을 제3 높이로 유지한 상태에서 승강부재(157)만을 상승시킨다.
이어서, 1차 하강구간에서 전압을 천천히 내려서 이동링(162)을 제2 높이까지 하강시킨 후에 전압을 급격히 상승시키면 도 22에 나타낸 바와 같이 이동링(162)은 제2 높이를 유지한 상태에서 승강부재(157)만 상승하게 된다.
이어서 2차 하강구간에서 전압을 천천히 내려서 이동링(162)을 제1 높이까지 하강시킨 후에 전압을 급격히 상승시키면 이동링(162)은 제1 높이를 유지한 상태에서 승강부재(157)만 상승하게 된다. 또한 3차 하강구간에서 전압을 천천히 내려서 이동링(162)을 본래 위치까지 하강시킨 후에 전압을 급격히 올리면 이동링(162)은 본래 위치를 유지한 상태에서 승강부재(157)만 상승하게 된다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 피에조 액츄에이터(150b)는, 도 26 및 도 27의 단면도에 나타낸 바와 같이, 구동부(155)의 하단 테두리(155e)를 제1 실시예에 따른 피에조 액츄에이터(150)와 같이 탄성 연결부재(도 9의 156)에 연결하는 대신 테두리 커버(159)의 하부에 빠지지 않게 삽입한 점에 특징이 있다.
제1 실시예에 따른 피에조 액츄에이터(150)와 같이 탄성 연결부재(도 9의 156)에 구동부(155)의 하단 테두리(155e)를 연결하면, 탄성 연결부재(156)가 구동부(155)의 변형에 저항하는 역할을 할 수 있다.
반면에, 본 발명의 제3 실시예에 따른 피에조 액츄에이터(150b)와 같이, 구동부(155)의 하단 테두리(155e)를 테두리 커버(159)의 하부에 빠지지 않도록 삽입하면, 구동부(155)가 전계에 반응하여 보다 원활하게 변형될 수 있는 이점이 있다.
테두리 커버(159)는 액츄에이터 하우징(151)의 내측벽에서 중심부를 향해 소정 폭만큼 돌출된 것으로서, 하우징(151)의 내벽을 따라 연속적으로 형성될 수도 있고, 하우징(151)의 내벽을 따라 다수 개가 소정 간격으로 형성될 수도 있다.
또한 테두리 커버(159)는 피에조 액츄에이터(150)의 하단 테두리가 삽입될 수 있을 정도의 높이로 액츄에이터 하우징(151)의 바닥으로부터 이격되어야 한다.
한편 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 컨트롤러(100, 100a)에서 각 피에조 액츄에이터(150, 150a, 150b)의 동작을 제어하는 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다.
다만 피에조 액츄에이터(150, 150a, 150b)의 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 실시예에서는 가동부(120)의 가동거리가 동작감지센서(190) 또는 압력감지센서(180)의 측정값의 크기에 따라 2단계로 구분되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니므로 필요에 따라서는 3 단계 이상으로 세분할 수 있음은 물론이다.
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)의 단부에 다양한 형상의 액세서리를 장착할 수도 있다. 이때 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, 실행되는 콘텐츠에 부합하는 액세서리를 가동부(120)에 장착한 상태에서 컨트롤러(100, 100a)의 길이를 적절히 조절하면 사용자의 입장에서는 훨씬 생생한 사용감과 재미를 느낄 수 있다.
또 다른 예로서, 컨트롤러(100, 100a)의 컨트롤러 하우징(110)에 햅틱 피드백을 위한 진동 액츄에이터를 추가로 설치할 수도 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: 컨트롤러 하우징 111: 제1 가이드 홈
112: 제2 가이드 홈 114: 격벽 115: 제1 전극부재
116: 제2 전극부재 120: 가동부 130: MCU
132: 프로세서 134: 메모리 140: 손잡이부
150, 150a: 피에조 액츄에이터 151: 액츄에이터 하우징
153a: 제1 가이드 돌기 153b: 제2 가이드 돌기
155: 구동부 155a: 압전층 155b: 제1 전극층
155c: 제2 전극층 155e: 하단 테두리 156: 탄성 연결부재
157: 승강부재 159: 테두리 커버 162: 이동링
164: 압박부재 166: 링 연결부재 170: 입력부
180: 압력감지센서 190: 동작감지센서 200: 전원공급부
210: 통신부

Claims (4)

  1. 전자기기의 동작을 제어하기 위해 사용자가 사용하는 컨트롤러에 있어서,
    컨트롤러 하우징;
    컨트롤러 하우징에 대해 이동 가능하게 설치되는 가동부;
    컨트롤러 하우징의 내부에 다수 개가 적층된 것으로서, 각각, 액츄에이터 하우징과, 액츄에이터 하우징의 내부에 설치되고 압전층의 양면에 각각 전극층이 형성된 돔 형상의 구동부와, 구동부의 돔 중앙에 결합되어 상부로 돌출된 승강부재를 포함하는 피에조 액츄에이터;
    다수의 피에조 액츄에이터에 대한 전원공급을 제어하는 제어부
    를 포함하며, n개의 피에조 액츄에이터 중에서 최하층 액츄에이터의 액츄에이터 하우징은 컨트롤러 하우징에 고정되고, 최상층 액츄에이터는 승강부재가 가동부에 결합되며, 최하층에서부터 (n-1)개의 액츄에이터는 각각의 승강부재가 직상부의 액츄에이터 하우징에 결합되는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
  2. 전자기기의 동작을 제어하기 위해 사용자가 사용하는 컨트롤러에 있어서,
    컨트롤러 하우징;
    컨트롤러 하우징에 대해 이동 가능하게 설치되는 가동부;
    컨트롤러 하우징의 내부에 다수 개가 적층된 것으로서, 각각, 액츄에이터 하우징과, 액츄에이터 하우징의 내부에 설치되고 압전층의 양면에 각각 전극층이 형성된 돔 형상의 구동부와, 구동부의 돔 중앙에 결합되어 상부로 돌출된 승강부재와, 승강부재에 결합되어 승강부재와의 마찰력과 관성력의 크기에 따라 이동 여부가 결정되는 이동링과, 하단은 이동링에 결합되고 상단은 상부로 돌출된 링 연결부재를 포함하는 피에조 액츄에이터;
    다수의 피에조 액츄에이터에 대한 전원공급을 제어하는 제어부
    를 포함하며, n개의 피에조 액츄에이터 중에서 최하층 액츄에이터의 액츄에이터 하우징은 컨트롤러 하우징에 고정되고, 최상층 액츄에이터는 링 연결부재가 가동부에 결합되며, 최하층에서부터 (n-1)개의 액츄에이터는 각각의 링 연결부재가 직상부의 액츄에이터 하우징에 결합되는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 구동부의 하단 테두리는 탄성 연결부재에 의해 상기 액츄에이터 하우징에 결합된 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 액츄에이터 하우징의 내주면에는 상기 구동부의 하단 테두리가 삽입되는 테두리 커버가 설치된 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
KR101079270B1 (ko) 2009-06-29 2011-11-03 한국과학기술원 3차원 입력 장치
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