KR20090122322A - 지각 피드백을 수반하는 제어장치 - Google Patents

지각 피드백을 수반하는 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제어장치에 관한 것으로서, 특히 작업량에 대응하는 피드백을 사용자에게 제공하여 편의성을 높인 지각 피드백을 수반하는 제어장치에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예로서, 본 발명은 기기의 작업량을 감지하는 감지부와, 상기 기기의 작업량에 대응하는 피드백정보를 생성 및 출력하는 피드백정보 제공부 및, 상기 감지부의 감지결과에 따라, 상기 피드백정보 제공부를 제어하는 제어부를 포함한다.
따라서, 사용자가 입력부를 조작하여 특정 기기의 제어시에 작업량에 따른 피드백정보를 촉각자극 또는 음원재생을 사용자에게 제공할 수 있다. 따라서, 사용자는 시각적으로 확인하지 않아도 구동되는 기기의 현재 작업량을 판단할 수 있기 때문에 시각의 분산없이 안정적으로 원하는 조작을 수행할 수 있는 효과가 있다.
햅틱(haptics), 택타일(tactile), 액추에이터(actuator), 피드백(feedback), 차량 윈도우

Description

지각 피드백을 수반하는 제어장치{A control device with awareness feedback}
본 발명은 제어장치에 관한 것으로서, 특히 작업량에 대응하는 피드백을 사용자에게 제공하여 편의성을 높인 지각 피드백을 수반하는 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 사용자가 특정 기기 등을 구동하기 위해 사용하는 스위치 형태의 제어장치의 경우, 차량 윈도우(window), 로봇 암(robot arm) 제어 등에 널리 활용되고 있다.
특히, 차량에 구비되는 윈도우는 유리재질의 윈도우가 차체에 고정된 형태이거나 탑승자의 조작에 의해 개폐가 가능한 형태이며, 일반 차량에서는 도어에 설치된 차량 윈도우는 탑승자의 편의에 따라 승하강 개폐가 가능하도록 설계되어 있다.
이러한 차량 윈도우는 도어 프레임 내에 승하강 구동을 위한 윈도우 개폐장치와 연결되고, 이러한 개폐장치는 차량도어 일단에 스위치 형태로 설치되어 탑승 자의 스위치 조작에 의해 하나이상의 윈도우를 승하강 구동하게 된다.
도 1 및 도 2는 일반적인 차량 및, 윈도우 개폐장치의 일부의 예를 도시한 도면으로서, 도시한 바와 같이 차량의 도어(10)에는 윈도우(20)가 장착되며, 이 윈도우(20)는 탑승자의 스위치(30) 조작에 의해 상하 방향으로 승하강이 가능하다.
이러한 윈도우 개폐 조작시에, 특히 운행중인 운전자가 스위치 조작을 통해 윈도우를 조절하는 경우에는 운전자의 시각적인 체크없이 윈도우의 개폐정도를 확인하는 것은 안전운행에 방해가 될 수 있다.
예를 들어, 시속 50
Figure 112008036957990-PAT00001
로 운행하는 차량은 1초에 약 14m를 진행하기 때문에, 운전 중에 윈도우 개폐 등의 부수적인 일에 시각적 집중을 분산시키는 것은 매우 위험한 일이다. 즉, 일반적인 스위치 방식 윈도우 개폐장치는 스위치 조작에 의한 윈도우의 개폐정도를 눈으로 직접 확인해야 그 결과를 알 수 있는 단점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 스위치 조작에 의한 기계적 또는 전기적 구동을 수행하는 기기에, 사용자에게 작업량에 대응하여 촉각 또는 청각에 유효한 피드백 정보를 제공함으로서 기기를 조작하는 사용자가 시각적인 확인 없이도 작업량을 간편하게 파악할 수 있는 지각 피드백을 수반하는 제어장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 지각 피드백을 수반하는 제어장치는, 기기의 작업량을 감지하는 감지부; 상기 기기의 작업량에 대응하는 피드백정보를 생성 및 출력하는 피드백정보 제공부; 및, 상기 감지부의 감지결과에 따라, 상기 피드백정보 제공부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기기는 차량에 구비되는 윈도우의 개폐를 수행하는 기기인 것을 특징으로 한다.
상기 감지부는, 상기 윈도우와 기계적 또는 전기적으로 연결되어 상기 윈도우의 개폐정도를 감지하는 센서인 것을 특징으로 한다.
사용자로부터 상기 윈도우를 개폐하기 위한 조작을 입력받는 입력부 및, 상기 윈도우 개폐속도 및 윈도우의 현재위치에 대한 정보가 저장된 저장부를 더 포함하고, 상기 감지부는 상기 입력부가 작동되는 경우, 상기 윈도우의 개폐여부에 관한 정보를 상기 제어부에 제공하고, 상기 제어부는, 상기 윈도우의 현재위치, 윈도우 개폐속도 및 윈도우 작동시간에 기초하여 상기 윈도우의 개폐정도를 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 기기는, 둘 이상의 링크가 조인트로 연결되는 로봇 암인 것을 특징으로 한다.
상기 링크는 회전 조인트로 연결되고, 상기 감지부는, 상기 링크 또는 조인트와 기계적 또는 전기적으로 연결되어 상기 링크간에 형성되는 사이각의 크기를 감지하는 센서이고, 상기 작업량은 상기 사이각의 크기와 대응되는 것을 특징으로 한다.
상기 센서는 포텐쇼미터(potentiometer), 엔코더, 또는 광섬유를 이용한 센서인 것을 특징으로 한다.
상기 기기는, 아날로그 신호를 입력할 수 있는 버튼을 구비하고, 상기 아날로그 신호의 크기는 상기 작업량에 대응되는 컴퓨터 인터페이스장치인 것을 특징으로 한다.
상기 피드백 정보 제공부는, 상기 사용자의 촉각에 소정의 자극을 제공하는 햅틱자극 출력장치인 것을 특징으로 한다.
상기 햅틱자극 출력장치는, 상기 사용자의 피부를 통해 자극이 전달되는 택타일 방식 또는 상기 사용자의 관절로 자극이 전달되는 근감각 방식인 것을 특징으로 한다.
상기 작업량에 대응하여 상기 자극의 주기가 결정되는 것을 특징으로 한다.
상기 햅틱자극 출력장치는, 편심모터, 보이스 코일, 피에조 액추에이터, 초음파 액추에이터, 솔레노이드 액추에이터, 전기합성 고분자, 공압 또는 유압 액추에이터, 진동모터 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 피드백 정보 제공부는, 재생주파수를 가지는 음원을 재생하는 음원 출력장치인 것을 특징으로 한다.
상기 음원은, 비프음, 7음계 구현음원, 또는 상기 7음계를 조합한 음원인 것을 특징으로 한다.
상기 작업량에 대응하여 상기 재생주파수의 진폭 또는 상기 음원의 볼륨이 결정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 사용자가 입력부를 조작하여 특정 기기의 제어시에 작업량에 따른 피드백정보를 촉각자극 또는 음원재생을 사용자에게 제공할 수 있다. 따라서, 사용자는 시각적으로 확인하지 않아도 구동되는 기기의 현재 작업량을 판단할 수 있기 때문에 시각의 분산없이 안정적으로 원하는 조작을 수행할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 입력부의 조작에 따라 측정가능한 현재 기계적 또는 전기적 상태가 변경되는 어떠한 형태의 기기라도 적용가능하다. 여기서, 입력부는 일반적으로 사용되고 있는 스위치인 것이 바람직하며, 사용자는 이 스위치를 누르거나 당김에 따라 해당 기기의 소정의 동작을 제어하게 된다.
또한, 본 발명에서 사용자에게 제공되는 지각 피드백이란, 사용자로 하여금 현재 상태를 예측할 수 있도록 하는 소정의 물리적인 자극을 의미하는 것으로, 본 발명에서는 사용자가 시각적인 자극을 제외한 촉각자극인 햅틱 피드백과, 청각자극인 음원(sound) 피드백을 포함한다.
먼저, 본 발명의 기술적 사상이 차량 윈도우 제어에 적용되었을 경우의 실시예에 대하여 설명하도록 한다.
일반적으로 차량 윈도우는, 차량 도어내에 실장된 구동모터의 정방향 또는 역방향 구동에 의하여 승하강 구동이 이루어지며, 이하의 설명에서는 스위치를 당길 경우, 차량 윈도우에 연결된 구동모터가 일방향 구동하여 차량 윈도우를 상승시키는 것을 예로서 설명한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
제1 실시예
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 차량 윈도우 제어장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 의한 차량 윈도우 제어장치는, 사용자의 조작에 의하여 승하강하는 차량 윈도우의 개폐정도를 감지하는 감지부(100)와, 감지된 차량 윈도우의 개폐정도에 대응하여 피드백 정보 제공부(190)를 제어하는 제어부(150)와, 피드백 정보를 생성 및 출력하는 피드백 정보 제공부(190)를 포함한다.
보다 상세하게는, 감지부(100)는 차량 윈도우에 기계적 또는 전기적으로 연결된 하나이상의 센서일 수 있다.
피드백정보 제공부(190)는 햅틱(haptics)자극 출력장치 또는 음원(sound) 출력장치로서, 제어부(150)의 제어에 따라 차량 윈도우의 개폐정도에 대응하는 피드백정보를 출력한다.
여기서, 햅틱자극 출력장치는, 사용자의 촉각에 자극을 생성하는 장치로서, 대상의 피부에 자극을 전달하는 택타일(tactile)방식과, 근육 또는 관절 등으로부 터 느껴지는 반력 등을 전달하는 근감각 방식을 포함한다.
이때, 햅틱자극을 생성하기 위한 장치로서 액추에이터(actuator)가 사용될 수 있으며, 이러한 액추에이터에는 편심모터(eccentricity motor), 보이스 코일, 피에조(piezo) 액추에이터, 초음파 액추에이터, 솔레노이드(solenoid) 액추에이터, 전기활성 고분자(EAPs, electroactive polymers), 공압 및 유압 액추에이터 등이 적용될 수 있다.
이러한 햅틱자극 출력장치는, 사용자가 차량 윈도우를 개폐하기 위한 입력부와 기계적으로 연결되는 것이 바람직하며, 입력부로는 스위치 장치가 적용 될 수 있다.
그리고, 음원 출력장치는 소정의 주파수에 따른 비프(beep)음 또는 7음계를 구현할 수 있는 음원생성수단 및 스피커장치를 포함한다.
여기서, 상기 차량 윈도우의 개폐정도는 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 차량 윈도우가 완전히 하강상태로서 개폐정도(W)를 0%, 완전 승강상태로서 개폐정도(W)를 100% 이라고 했을 때, 완전 하강상태에서 사용자의 조작에 의해 차량 윈도우의 승강시에 진행되지 않은 승강량을 L1, 이미 진행된 승강량을 L2 라고 하면, 개폐정도(W)는 하기의 수학식 1을 만족한다.
Figure 112008036957990-PAT00002
상기 수학식 1에 따라, 제어부(150)는 차량 윈도우의 개폐정도(W)를 참조하여 피드백 정보 제공부(190)를 제어하고, 이에 대응하여 피드백정보 제공부(190)는 사용자에게 다양한 형태의 피드백정보를 제공하게 된다.
다시 도 3을 참조하여 전술한 구조에 따른 본 발명의 제1 실시예에 의한 차량 윈도우 제어방법에 대하여 일 예로서 설명하면, 차량 윈도우가 완전 하강상태인 개폐정도(W)가 0% 일 때, 사용자가 스위치를 풀(Pull) 동작을 수행하면, 감지부(100)는 차량 윈도우의 작동여부를 감지하고, 그 결과를 제어부(150)로 출력한다.
제어부(150)는 감지부(100)로부터 출력된 감지결과에 따라, 상기 수학식 1에 근거하여 차량 윈도우의 개폐정도(W)를 판단하고, 피드백정보 제공부(190)를 제어하기 위한 제어신호를 피드백정보 제공부(190)로 출력한다.
피드백정보 제공부(190)는 개폐정도(W)에 대응하는 햅틱자극 또는 음원을 생성하고, 사용자에게 출력한다.
여기서, 제어신호는 개폐정도(W)에 따라 피드백정보 제공부(190)의 출력이 구별되도록 하나이상의 값을 가질 수 있다.
보다 상세하게는, 설정자의 설계의도에 따라 제어신호는 개폐정도(W) 값의 크기에 따라 소정의 그룹으로 분류될 수 있다. 즉, 개폐정도(W)의 값을 10% 단위로 10개의 그룹을 가지도록 분류하고, 각각의 그룹이 피드백정보 제공부(190)의 출력이 서로 다른 크기에 대응되도록 피드백정보 제공부(190)에 하나이상의 제어신호로 제공될 수 있다.
또한, 설정자의 설계의도에 따라 제어신호는 피드백정보 제공부(190) 출력의 크기가 개폐정도(W)와 비례하는 값을 가지도록 제공될 수 있다. 즉, 개폐정도가 점점 더 큰 값을 가질수록 피드백정보 제공부(190)의 출력의 크기가 점점 더 큰 값을 가지도록 설정될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 차량 윈도우의 개폐정도를 파악하기 위한 다른 형태의 감지수단을 구비하는 형태인 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명하도록 한다.
제2 실시예
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 의한 차량 윈도우 제어장치는, 사용자의 조작에 의하여 승하강하는 차량 윈도우의 작동여부를 감지하는 감지부(200)와, 감지된 차량 윈도우의 개폐정도에 대응하여 피드백 정보 제공부(280)를 제어하는 제어부(250)와, 피드백 정보를 생성 및 출력하는 피드백 정보 제공부(280)를 포함한다.
여기서, 감지부(200)는 사용자가 차량 윈도우를 조작하기 위한 입력부와 기계적 또는 전기적으로 연결되고, 입력부는 차량내 사용자의 조작범위내에 구비되어 푸시(Push) 또는 풀(Pull) 조작이 가능한 스위치로서 기존 차량에 일반적으로 사용되고 있는 어떠한 형태의 스위치라도 적용가능하다. 이러한 입력부는 사용자의 누르거나 또는 당기는 동작을 전기적 신호형태인 스위칭 신호를 생성한다.
여기서, 스위칭 신호는 사용자에게 제공되는 피드백 정보에 영향을 줄 수 있으며, 이에 대해서는 이하에서 후술하도록 한다.
감지부(200)는 입력부로부터 출력되는 스위칭 신호를 입력받아 이에 근거하여 차량 윈도우의 작동시작 시점을 판단하고, 그 결과를 제어부(250)로 출력한다.
제어부(250)는 스위칭 신호의 출력시점에 근거하여 차량 윈도우의 최종 승하강 위치를 판단하고, 이에 대응하여 피드백 정보 제공부(280)를 제어한다. 이를 위해, 제어부(250)는 윈도우 개폐속도 및 스위칭 신호의 최종 출력시점을 저장하는 저장수단(252)을 포함한다. 여기서, 저장수단(252)은 소정신호의 종료시점 데이터 값을 저장할 수 있는 메모리형태일 수 있다.
피드백정보 제공부(280)는 햅틱(haptics)자극 출력장치 또는 음원(sound) 출력장치로서, 제어부(250)의 제어에 따라 차량 윈도우의 개폐정도에 대응하는 피드백정보를 출력한다.
전술한 구조에 따른 본 발명의 제2 실시예에 의한 차량 윈도우 제어방법에 대하여 일 예로서 설명하도록 한다.
먼저, 차량 윈도우가 완전 하강상태인 개폐정도(W)가 0% 일 때, 사용자가 스위치를 풀(Pull) 동작을 수행하면, 입력부는 사용자의 동작에 따른 스위칭 신호를 출력한다.
감지부(200)는 스위칭 신호가 출력되면, 사용자가 수행한 동작이 차량 윈도우를 승강하기 위한 동작이 입력되었음을 판단하고, 스위칭 신호의 출력시작 시점을 감지하고, 그 결과를 제어부(250)로 출력한다.
제어부(250)는 감지된 결과를 입력받아, 스위칭 신호의 출력시작 시점을 판단한다. 이때, 스위칭 신호의 출력이 중지되는 경우 또는, 스위칭 신호의 형태 즉, 차량 윈도우의 승강 내지 하강방향이 달라지는 경우를 고려하여 차량 윈도우의 현재 위치를 판단한다.
이는, 차량 윈도우는 현재위치, 스위칭 신호의 출력시작시점 및, 윈도우 개폐속도에 따라 승강위치가 결정되기 때문이며, 제어부(250)는 초기 스위칭 신호의 출력시작시점과, 차량 윈도우의 현재위치 및, 기 설정된 차량 윈도우의 개폐속도를 통해 차량 윈도우의 최종위치를 판단한다.
또한, 사용자에 의해 차량 윈도우는 승강동작을 일시 중지한 후 소정시간뒤에 다시 재개할 수 있으며, 이를 위해 제어부(250)의 저장수단(252)은 스위칭 신호의 최종 출력시점을 임시저장한다.
이후, 사용자에 의해 일시 중지된 차량 윈도우의 승강 동작이 재개되면, 제어부(250)는 저장수단(252)에 저장되어 있는 스위칭 신호의 최종 출력시점을 초기 스위칭 신호의 출력시점으로서 차량 윈도우의 최종위치를 판단하게 된다.
또한, 제어부(250)는 판단된 차량 윈도우의 최종위치에 따라, 전술한 수학식 1에 근거하여 차량 윈도우의 개폐정도(W)를 판단하고, 개폐정도(W)에 따라 제어신호를 피드백정보 제공부(280)로 출력한다.
피드백정보 제공부(280)는 제어신호에 대응하여 햅틱 자극 또는 음원을 사용자에게 출력한다.
이하, 도면을 참조하여 입력부의 스위칭 신호를 고려한 본 발명의 제3 실시예에 대하여 설명하도록 한다.
제3 실시예
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 의한 차량 윈도우 제어장치의 입력부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 의한 차량 윈도우 제어장치의 입력부는, 사용자가 직접 조작하는 스위치 장치로서 최소상태(31) 및 최대상태(32) 사이에서 소정각(
Figure 112008036957990-PAT00003
)을 형성하는 스위치(30)이다.
이러한 스위치(30)는, 푸시(push) 조작시 차량 윈도우가 하강동작을 수행하고, 풀(pull) 조작시 차량 윈도우가 승강동작을 수행하는 것이 바람직하다.
도면을 참조하면, 입력부의 스위치(30)가 사용자에 의해 풀 조작되어 소정각(
Figure 112008036957990-PAT00004
)을 형성하는 경우, 이에 대응하는 스위칭 신호를 감지부로 출력하고, 제어부는 이에 대응하여 피드백 정보 제공부로 제어신호를 출력하게 된다.
이때, 스위치가 형성하는 소정각(
Figure 112008036957990-PAT00005
)이 특정범위 이상일 경우, 제어부는 Θ1 값에 비례하도록 피드백 정보 제공부를 제어한다.
보다 상세하게는, 스위치(sw)의 소정각(
Figure 112008036957990-PAT00006
)에 따라 피드백 정보 제공부의 온(on) 또는 오프(off)신호, 또는 사용자에게 제공되는 피드백 정보를 보다 크거나 작게 출력하는 제어신호를 피드백 정보 제공부로 출력한다.
따라서, 사용자는 스위치(30) 조작을 통해 피드백정보의 제공유무 또는, 피드백정보의 크기를 선택할 수 있다.
또한, 전술한 스위치(30) 조작을 통해 피드백정보의 제공유무 또는, 피드정보의 크기를 선택하는 방식은 둘 이상의 차량 윈도우의 구동을 하나의 스위치로 제어하는 방식에도 적용가능하다.
전술한 방식에 의한 제어장치는, 도 8에 도시한 바와 같이 차량 윈도우와 기계적 또는 전기적으로 각각 연결된 제1 및 제2 전동모터(51, 52)와, 이를 제어하는 제1 스위치(SW2) 및 제2 스위치(SW3)와, 메인스위치(SW1)를 포함한다.
보다 상세하게는, 두개의 차량 윈도우는 각각 제1 및 제2 전동모터(51, 52)와 기계적 또는 전기적으로 연결되어 있으며, 사용자는 각각의 차량 윈도우를 제어하기 위해 (SW2) 및 제2 스위치(SW3)를 조작하여야 한다.
여기서, 메인 스위치(SW1)는 두 단자가 전기적으로 연결되는 온(on)상태 또는, 이와 반대인 오프(off)의 2가지의 상태를 가지는 기계적 스위치이다.
또한, 제1 및 제2 스위치(SW2, SW3)는 a 단자와 r 단자 및, c 단자와 l 단자가 전기적으로 연결되는 초기상태와, a 단자와 r 단자 및, b 단자와 l 단자가 전기적으로 연결되는 푸시(push)상태와, b 단자와 r 단자 및, c 단자와 l 단자가 전기 적으로 연결되는 풀(pull)상태의 3가지의 상태를 가지는 기계적 스위치이다.
도면을 참조하여 설명하면, 현재 제1 스위치(SW2)는 초기상태이며, 제2 스위치는 푸시상태이다.
일예로서, 사용자가 제1 전동모터(51)와 연결된 차량 윈도우를 하강구동하려고 시도하는 경우, 먼저 메인 스위치(SW1)는 온(on)상태이고, 조작전 제1 스위치(SW2)는 a 단자와 r 단자 및, c 단자와 l 단자가 전기적으로 연결된 상태이다.
이후, 사용자가 제1 스위치(SW2)를 푸시(push) 조작하면 제1 스위치는 a 단자와 r 단자 및, b 단자와 l 단자가 전기적으로 연결되고, 제1 전동모터(51)가 일방향으로 회전하며, 이에 따라 차량 윈도우는 하강구동하게 된다.
이때, 메인 스위치(SW1)가 오프(off)인 경우에는 제1 스위치(SW2) 내지 제2스위치(SW3)를 푸시 또는 풀 조작하여도 제1 전동모터(51) 내지 제2 전동모터(52) 구동되지 않게 된다. 즉, 메인 스위치(SW1)가 온(on)상태일 경우에만 제1 스위치(SW2) 및 제2 스위치(SW3)의 조작이 입력된다.
전술한 사항을 고려하기 위해, 감지부는 메인 스위치(SW1)와 더 연결되어 메인 스위치(SW1)의 현재상태, 즉 메인 스위치(SW1)가 온(on)상태일 경우와 오프(off)상태인 경우를 감지하여 제어부에 알려준다.
이에 따라, 제어부는 메인 스위치(SW1)의 현재 상태에 따라 다른 피드백 정보를 제공할 수 있도록 피드백 정보 제공부를 제어하게 된다.
일예로서, 메인 스위치(SW1)가 오프(off)일 경우, 제1 스위치(SW2) 및 제2 스위치(SW3)의 조작여부에 관계없이 차량 윈도우는 동작되지 않으므로, 피드백 정 보 제공부는 차량 윈도우가 동작될 경우보다 큰 촉감 또는 근감각을 자극하는 피드백 정보를 생성하거나, 사용자가 스위치에 가한 힘에 상응하는 반력을 느낄 수 있도록 하는 피드백 정보를 생성하게 된다.
또는 피드백 정보로서 음원을 제공하는 경우, 사용자가 경고음이라고 느낄 정도의 비프음을 재생하여, 사용자에게 현재 차량 윈도우의 조작상태를 인지시킬 수 있다.
이하, 피드백 정보 제공부가 택타일 방식일 경우의 실시예인 본 발명의 제4 실시예에 대하여 설명하도록 한다.
제4 실시예
본 발명의 제4 실시예에 의한 차량 윈도우 제어장치는, 전술한 제1 또는 제2 실시예의 감지부 및, 제어부의 구성 및 기능이 동일하며, 다만 피드백정보 제공부로서 햅틱(haptics)자극 출력장치 중, 택타일 방식이 적용되며, 차량 윈도우의 개폐정도에 따라 피드백정보를 출력한다.
보다 상세하게는, 햅틱(haptics)자극 출력장치로서 전술한 피에조 액추에이터가 적용될 경우, 이러한 피에조 액추에이터는 인가된 전압에 따라 변위의 방향 및 정도가 결정되게 된다. 사용자는 이러한 변위에 의해 발생되는 햅틱 자극을 제공받게 된다. 즉, 도 9에 도시한 바와 같이, 시간이 지남에 따라 차량 윈도우의 개폐정도가 점점 더 크게 되어 펄스간 간격이 작아지게 된다. 따라서, 사용자는 점점 더 많은 촉각적 자극을 받게 되어 차량 윈도우의 개폐정도가 크다는 것을 알 수 있 게 된다.
또한, 햅틱(haptics)자극 출력장치로서 진동모터가 적용될 경우, 펄스 폭 방식(PWM) 등을 통해 인가되는 전압의 유효전압을 바꾸어 유효전압에 의해 결정되는 진동모터의 강도를 조절하여, 이러한 진동에 의해 발생되는 햅틱 자극을 사용자에게 제공하게 된다. 즉, 도 10에 도시한 바와 같이, 시간이 지남에 따라 차량 윈도우의 개폐정도가 점점 더 크게 되어, 진동모터의 강도 또한 커지게 된다. 따라서, 사용자는 점점 더 많은 촉각적 자극을 받게 되어 차량 윈도우의 개폐정도가 크다는 것을 알 수 있게 된다.
이하, 피드백 정보 제공부가 근감각 방식일 경우의 실시예인 본 발명의 제6 실시예에 대하여 설명하도록 한다.
제5 실시예
본 발명의 제5 실시예에 의한 차량 윈도우 제어장치는, 전술한 제1 또는 제2 실시예의 감지부 및, 제어부의 구성 및 기능이 동일하며, 다만 피드백정보 제공부로서 근감각 자극 출력장치가 적용되며, 제어부 또는 제어수단에 따라 차량 윈도우의 개폐정도에 대응하는 피드백정보를 출력한다.
보다 상세하게는, 근감각 자극 출력장치로서, 입출력부의 스위치와, 스위치가 고정된 차량도어 사이에 스프링 또는 댐퍼를 구비하고, 도 11에 도시한 바와 같이, 사용자가 스위치(30)에 일 방향으로 힘(
Figure 112008036957990-PAT00007
)을 가하면, 이와 방향이 반대인 힘(-
Figure 112008036957990-PAT00008
)을 전술한 제5 내지 제6 실시예와 동일한 펄스형태로 가하여 사용자에게 제공하게 된다. 따라서, 차량 윈도우의 개폐정도가 커질수록 사용자는 점점 더 많은 근감각 자극을 받게 되어 차량 윈도우의 개폐정도가 크다는 것을 알 수 있게 된다.
이하, 피드백 정보 제공부가 음원 출력장치일 경우의 실시예인 본 발명의 제6 실시예에 대하여 설명하도록 한다.
제6 실시예
본 발명의 제6 실시예에 의한 차량 윈도우 제어장치에 적용되는 지각 피드백을 수반하는 제어장치는, 전술한 제1 또는 제2 실시예의 감지부 및, 제어부의 구성 및 기능이 동일하며, 다만 피드백정보 제공부로서 음원 출력장치가 적용되며, 제어부 또는 제어수단에 따라 차량 윈도우의 개폐정도에 대응하는 피드백정보를 출력한다.
보다 상세하게는, 음원 출력장치로서 차량 윈도우의 개폐정도(W)에 대응하여 재생주파수를 변화시켜, 사용자가 청각으로 인지하는 소리의 주파수 특성을 변화시켜 음원으로서 피드백 정보를 제공한다.
즉, 음원 출력장치가 출력하는 소리의 크기(volume) 또는 비프(beep)음의 주기를 차량 윈도우의 개폐정도(W)와 비례하는 값을 가지도록 제공하게 된다. 개폐정도(W)가 점점 더 큰 값을 가질수록 피드백정보 제공부의 출력의 크기가 점점 더 큰 값을 가지도록 설정된다.
이때, 재생주파수 PSR(Playing Sampling Rate)는 하기의 수학식 2를 만족한다.
Figure 112008036957990-PAT00009
여기서, A0은 기본 주파수로서 22050Hz 또는 44100Hz 의 값을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 음원은 전술한 단순한 비프(beep)음의 주기 변화로 구현되거나, 소정 높이의 주파수를 소정 시간동안 출력함으로서 7음계를 구현하고, 개폐정도(W)에 따라 각각의 음계가 순차적으로 대응되도록 출력하거나 7음계를 조합하여 구현한 소정의 멜로디(melody)와 매칭되도록 출력할 수 있다.
부가적으로, 차량 윈도우의 개폐정도(W)가 0% 또는 100% 인 경우, 즉 차량 윈도우의 승하강 동작이 완료된 경우에는 변화된 음원의 주파수 내지 음계를 초기값으로 되돌려 출력하는 기능을 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 제1 내지 제6 실시예는 본 발명의 기술적 사상이 차량 윈도우에 적용된 경우의 일예로서 제시되었으며, 이하에서는 본 발명의 기술적 사상이 로봇 암 제어장치 및, 컴퓨터 인터페이스장치에 적용된 경우의 일예를 설명하도록 한다.
제7 실시예
먼저 로봇 암의 경우, 일반적으로 널리 사용되는 로봇 암은 두 링크 사이의 구동에 의해 소정의 임무를 수행하며, 이러한 링크의 제어는 이웃한 두 링크 사이의 관계가 기반이 된다. 따라서 링크를 연결하는 조인트를 제어하기 위해서는 사용자가 인접하는 특정 링크 사이의 값을 3차원 공간상에서 시각적으로 관찰하며 제어해야 한다.
이때, 로봇 암이 수행하는 임무의 형태가 과도한 빛이 발생하는 기계공정과 같이 3차원 공간상에서 위치한 링크의 상대적 위치 또는 각도의 시각적 관찰이 억제(occlusion)되어야 하거나, 또는 즉각적 관찰이 어려운 경우에는 사용자는 링크 사이의 값을 시각적으로 확인할 수 없다.
이하, 전술한 조인트의 각도 정보를 지각 피드백을 통해 확인 할 수 있도록 하여, 3차원 공간상에서 사용자가 시각적으로 확인이 어려운 링크 사이의 조인트 정보를 확인할 수 있도록 하는 로봇 암에 적용되는 지각 피드백을 수반하는 제어장치에 대하여 설명하도록 한다.
본 발명의 제7 실시예에 의한 로봇 암에 적용되는 지각 피드백을 수반하는 제어장치는, 전술한 제1 내지 제6 실시예의 감지부, 제어부 및, 피드백정보 제공부의 구성 및 기능이 동일하며, 로봇 암 장치의 현재 구동정도에 대응하는 피드백정 보를 출력한다.
도 12 및 도 13은 로봇 암의 형태를 개략적으로 도시한 도면이다.
로봇 암은 이웃하는 링크의 구조의 기구학적 정의를 통해 특정한 형태를 가지며, 두 개의 링크(62, 64)가 조인트(60)로서 기계적으로 연결된다.
여기서, 전술한 조인트(60)는 인접한 두 개의 링크의 연결된 형태에 따라, 회전 조인트(revolute joint) 또는 직선 조인트(prismastic joint)일 수 있으며 도면에서는 입력부의 조작에 의해 링크(62, 64)간의 각도가 제어되는 형태를 예시하고 있다.
도면을 참조하면, 로봇 암은 축이 되는 제1 링크(62)와 가변구동하는 제2 링크(64) 및, 제1 및 제2 링크(62, 64)를 기계적으로 연결하는 조인트(60)를 포함한다.
사용자는 입력부의 조작을 통해 제2 링크(64)를 가변하여 로봇암의 임무를 수행하며 여기서 입력부는 사용자가 직접 조작하는 스위치 장치로서, 도 5에 도시한 바와 같이, 최소상태(도 5의 31) 및 최대상태(도 5의 32) 사이에서 소정각(
Figure 112008036957990-PAT00010
)을 형성하는 스위치(도 5의 30)인 것이 바람직하다.
이러한 스위치에 의해, 로봇 암은 스위치의 풀(pull) 조작시 제2 링크(64)가 조인트(60)를 중심으로 반시계 방향으로 회전되고, 푸시(push) 조작시 제2 링크(64)가 조인트(60)를 중심으로 시계 방향으로 회전된다. 여기서 제2 링크(64)의 회전방향은 설계자의 의도에 따라 그 구동 방향이 전술한 사항과 반대일 수도 있으며, 또한 제1 링크(62)와 제2 링크(64)가 이루는 사이각(L1, L2)은 최소값 및 최대값이 정의되어 있다.
사이각의 최소값 및 최대값이 각각 0˚ 및 180˚ 로 설정되고, 초기 사이각이 0˚인 로봇 암의 경우, 사용자의 조작에 의해 입력부의 스위치가 풀 조작되면 이에 대응하여 제2 링크(64)는 반시계방향으로 회전구동하고 이에 따라 사이각이 점점 큰 값을 가지게 된다.
이때, 감지부는 사이각의 값을 감지하여, 그 결과를 제어부로 출력하게 된다.
여기서, 감지부는 조인트에 기계적 또는 전기적으로 연결된 되먹임 센서 포턴쇼미터(Potentiometer) 또는 엔코더(encoder)일 수 있다.
또는, 광섬유의 전반사 성질을 이용하는 방식으로, 조인트에 광섬유를 내장하고 광섬유의 양단에 링크를 연결하여 제1 단에서 빛을 입력하면, 링크간의 사이각에 따라 제2 단으로 출력되는 빛의 크기를 감지하여 사이각을 측정할 수 있다.
보다 상세하게는, 광섬유는 휜 각도에 따라 전달되는 빛의 반사량이 달라짐에 따라, 입력단에서 전송된 빛의 양과 누설되어 출력단에 도달한 빛의 양이 차이가 발생하게 되고 이 누설되는 빛의 양은 광섬유의 휘어짐의 정도에 비례하게 된다. 이에 따라, 감지부는 전술한 빛의 양의 차를 감지하고 그 결과를 제어부로 출력하는 형태가 적용될 수 있다.
전술한 감지부의 감지결과에 따라, 제어부는 이에 대응하여 피드백 정보 제 공부를 제어하고 피드백 정보 제공부는 피드백 정보를 생성 및 출력한다.
여기서, 피드백 정보는 전술한 실시예들에서 설명한 형태로서, 제어부는 조인값이 최대값에 점점 근접함에 따라, 사용자는 점점 더 많은 촉각 또는 근감적 자극을 받게 되거나, 점점 더 짧은 주기의 비프음 또는 큰 볼륨의 음원을 제공받게 된다.
즉, 로봇 암 제어장치는 로봇 암이 사이각(L1)상태 일 경우 보다 사이각(L2)일 경우에 보다 더 많거나 큰 피드백 정보를 생성 및 출력한다.
또한, 입력부의 입력정도에 대응하여 피드백 정보를 생성 및 출력할 수도 있다.
일예로서, 감지부를 통해 사용자가 입력부인 스위치를 누르는 힘의 정도를 측정하고 이에 비례하여 피드백 정보 제공부를 제어한다. 이를 위해, 외압력에 따라 저항값이 변하는 성질을 가지는 FSR(Force Sensing Resistor)를 감지부로서 스위치에 연결하여, FSR의 저항값에 따른 제어부로 감지결과를 출력하는 피드백 정보 제공부를 제어하는 형태가 적용될 수 있다.
제8 실시예
본 발명의 제8 실시예에 의한 컴퓨터 인터페이스 장치에 적용되는 지각 피드백을 수반하는 제어장치는, 전술한 제1 내지 제6 실시예의 감지부, 제어부 및, 피드백정보 제공부의 구성 및 기능이 동일하며, 컴퓨터 인터페이스 장치의 현재 구동정도에 대응하는 피드백정보를 출력한다.
도 14는 컴퓨터 인터페이스 장치로서 키보드에 적용되는 일예를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 입력부가 온(on)/오프(off)값 이외의 아날로그 값을 입력할 수 있는 시프트(shift)형태의 키보드인 경우, 본 발명의 제어장치는 키보드 버튼(70)의 젖혀진 정도에 대응하여 피드백 정보를 생성 및 출력할 수 있다.
예시한 이외의 다양한 형태를 가지는 기기에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있으며, 예시한 실시예들은 바람직한 일예로서 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
도 1 및 도 2는 일반적인 차량 및, 윈도우 개폐장치의 일부의 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 차량 윈도우 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4 및 도 5는 차량 윈도우의 개폐정도를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 의한 제어장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 의한 제어장치의 입력부를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 의한 제어장치에 포함되는 회로의 일 예를 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10은 피드백 정보 제공부로 입력되는 신호파형에 대한 도면이다.
도 11은 사용자의 스위치 조작에 따른 근감각 자극을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13은 본 발명이 로봇 암에 적용되는 일예를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명이 컴퓨터 인터페이스장치에 적용되는 일예를 설명하기 위한 도면이다.

Claims (15)

  1. 기기의 작업량을 감지하는 감지부;
    상기 기기의 작업량에 대응하는 피드백정보를 생성 및 출력하는 피드백정보 제공부; 및,
    상기 감지부의 감지결과에 따라, 상기 피드백정보 제공부를 제어하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 지각 피드백을 수반하는 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기기는 차량에 구비되는 윈도우의 개폐를 수행하는 기기인 것을 특징으로 하는 지각 피드백을 수반하는 제어장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 감지부는, 상기 윈도우와 기계적 또는 전기적으로 연결되어 상기 윈도우의 개폐정도를 감지하는 센서인 것을 특징으로 하는 지각 피드백을 수반하는 제어장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    사용자로부터 상기 윈도우를 개폐하기 위한 조작을 입력받는 입력부 및, 상기 윈도우 개폐속도 및 윈도우의 현재위치에 대한 정보가 저장된 저장부를 더 포함 하고,
    상기 감지부는 상기 입력부가 작동되는 경우, 상기 윈도우의 개폐여부에 관한 정보를 상기 제어부에 제공하고,
    상기 제어부는, 상기 윈도우의 현재위치, 윈도우 개폐속도 및 윈도우 작동시간에 기초하여 상기 윈도우의 개폐정도를 판단하는 것을 특징으로 하는 지각 피드백을 수반하는 제어장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기기는, 둘 이상의 링크가 조인트로 연결되는 로봇 암인 것을 특징으로 하는 지각 피드백을 수반하는 제어장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 링크는 회전 조인트로 연결되고,
    상기 감지부는, 상기 링크 또는 조인트와 기계적 또는 전기적으로 연결되어 상기 링크간에 형성되는 사이각의 크기를 감지하는 센서이고, 상기 작업량은 상기 사이각의 크기와 대응되는 것을 특징으로 하는 지각 피드백을 수반하는 제어장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 센서는 포텐쇼미터(potentiometer), 엔코더, 또는 광섬유를 이용한 센서인 것을 특징으로 하는 지각 피드백을 수반하는 제어장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기기는, 아날로그 신호를 입력할 수 있는 버튼을 구비하고, 상기 아날로그 신호의 크기는 상기 작업량에 대응되는 컴퓨터 인터페이스장치인 것을 특징으로 하는 지각 피드백을 수반하는 제어장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 피드백 정보 제공부는,
    상기 사용자의 촉각에 소정의 자극을 제공하는 햅틱자극 출력장치인 것을 특징으로 하는 지각 피드백을 수반하는 제어장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 햅틱자극 출력장치는,
    상기 사용자의 피부를 통해 자극이 전달되는 택타일 방식 또는 상기 사용자의 관절로 자극이 전달되는 근감각 방식인 것을 특징으로 하는 지각 피드백을 수반하는 제어장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 작업량에 대응하여 상기 자극의 주기가 결정되는 것을 특징으로 하는 지각 피드백을 수반하는 제어장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 햅틱자극 출력장치는,
    편심모터, 보이스 코일, 피에조 액추에이터, 초음파 액추에이터, 솔레노이드 액추에이터, 전기합성 고분자, 공압 또는 유압 액추에이터, 진동모터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 지각 피드백을 수반하는 제어장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 피드백 정보 제공부는,
    재생주파수를 가지는 음원을 재생하는 음원 출력장치인 것을 특징으로 하는 지각 피드백을 수반하는 제어장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 음원은,
    비프음, 7음계 구현음원, 또는 상기 7음계를 조합한 음원인 것을 특징으로 하는 지각 피드백을 수반하는 제어장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 작업량에 대응하여 상기 재생주파수의 진폭 또는 상기 음원의 볼륨이 결정되는 것을 특징으로 하는 지각 피드백을 수반하는 제어장치.
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