KR20100020065A - Haptic module using electro-rheological fluid, control method thereof and haptic device therewith - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유변유체를 이용한 햅틱모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기유변유체의 점성을 제어하여 촉감을 제공할 수 있는 전기유변유체를 이용한 햅틱모듈, 그 제어방법 및 햅틱모듈을 갖는 햅틱 제공 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a haptic module using a rheological fluid, and more particularly, a haptic module using an electric rheological fluid capable of providing a tactile feel by controlling the viscosity of an electric rheological fluid, a control method thereof, and a haptic providing device having a haptic module. It is about.
햅틱(haptic)이란 물체를 만질 때, 사람의 핑커팁(손가락 끝 또는 스타일러스 펜)으로 느낄 수 있는 촉각적 감각으로서, 피부가 물체 표면에 닿아서 느끼는 촉감 피드백(Tactile feedback)과 관절과 근육의 움직임이 방해될 때 느껴지는 근감각 힘 피드백(Kinesthetic force feedback)을 포괄하는 개념이다. 본 명세서에서 "햅틱"이란 이러한 포괄적 개념으로 사용된다. Haptic is a tactile sensation that can be felt by a human fingerer tip (fingertip or stylus pen) when touching an object.Tapile feedback and the movement of joints and muscles are felt by the skin touching the surface of the object. It is a concept that encompasses kinesthetic force feedback that is felt when it is disturbed. As used herein, "haptic" is used in this generic concept.
햅틱을 이용한 햅틱 장치는 가상의 물체(예를 들어, 윈도우 화면의 버튼 표시)를 사람이 만졌을 때, 실제의 물체(실제의 버튼)을 만지는 것과 같은 응답성으로 동적 특성(버튼을 누를 때 손가락으로 전달되는 진동, 촉감과 동작음 등)을 재생할 수 있는 것이 가장 이상적이라 할 수 있다. 이러한 햅틱 장치의 성능 향상을 위하여 지금까지는 모터와 링크 메카니즘을 이용한 메카트로닉스 장비 등이 사용되었다. Haptic devices using haptics have dynamic characteristics (such as touching a button on a window screen) that touch a real object (actual button) when a person touches it. It is ideal to be able to reproduce transmitted vibrations, tactile feelings, and operation sounds). To improve the performance of such haptic devices, until now, mechatronic equipment using a motor and a link mechanism has been used.
그러나, 이러한 기계적인 햅틱 장치는 무게가 많이 나가고, 복잡한 링크 구조를 가질 뿐만 아니라 소형화가 어렵고, 관성으로 인한 신속한 응답 속도를 구현하기 어려웠다.However, such a mechanical haptic device is very heavy, has a complicated link structure, is difficult to miniaturize, and it is difficult to realize a rapid response speed due to inertia.
이를 극복하기 위해 최근에는 유변유체와 같은 스마트 물질(smart material)에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 즉, 유변유체와 같은 스마트 물질이란 외부에서 인가되는 전기에너지(예 : 전기장) 혹은 자기에너지(예 : 자기장)에 반응하여 액체 자체의 점성이 가변되는 물질이다. 그리고, 이러한 유변유체는 전기장에 반응하는 전기유변유체와 자기장에 반응하는 자기유변유체로 대별된다. Recently, research on smart materials such as rheological fluids has been actively conducted to overcome this problem. That is, a smart material such as a rheological fluid is a material in which the viscosity of the liquid itself is changed in response to an externally applied electric energy (eg electric field) or magnetic energy (eg magnetic field). In addition, such a rheological fluid is roughly classified into an electrorheological fluid reacting to an electric field and a magnetorheological fluid reacting to a magnetic field.
그리고 이러한 유변유체를 이용하여 휴대단말(예 휴대폰, PDA, 노트북, PMP, MP3 플레이어, 전자사전 등)에서 햅틱 효과를 제공하거나 로봇의 액츄에이터로 사용하거나, 촉감전달장치로 사용하거나 댐퍼로 사용하는 등 응용분야가 점차 확대되어가는 추세이다. Using these rheological fluids, they provide haptic effects in mobile terminals (e.g. mobile phones, PDAs, laptops, PMPs, MP3 players, electronic dictionaries, etc.), as actuators for robots, as tactile transmitters, or as dampers. The application field is gradually expanding.
그러나, 유변유체가 전기장이나 자기장에 반응하여 점성이 증가하는 영역이 작고, 많은 양의 유변유체 전체의 점성을 변화시키기 위해서는 강한 전기장이나 자기장을 필요로 하기 때문에 전력소모가 심하다는 단점으로 응용에 제약이 있었다. 특히, 유변유체를 이용하여 휴대단말의 햅틱 제공장치로 사용할 경우 전력 소모가 심해지는 단점이 있었다.However, since the rheological fluid has a small area where viscosity increases in response to an electric field or a magnetic field and a strong electric or magnetic field is required to change the viscosity of a large amount of the entire rheological fluid, power consumption is severe. There was this. In particular, when using it as a haptic providing device of a mobile terminal using a rheological fluid has a disadvantage that the power consumption is severe.
아울러, 유변유체는 비압축성이기 때문에 일측에서 눌려졌을 경우 이를 수용 할 수 있는 저장영역이 있어야 한다. 그러나 이와 같은 저장영역을 함께 설계할 경우 제품의 소형화가 어려워지는 기술적 한계가 있었다.In addition, since the rheological fluid is incompressible, there should be a storage area that can accommodate it when pressed on one side. However, if the storage area is designed together, there is a technical limitation that it is difficult to miniaturize the product.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 적은 전력소모로도 전체 전기유변유체의 딱딱함을 변화시킬 수 있는 전기유변유체를 이용한 햅틱모듈, 그 제어방법 및 햅틱모듈을 갖는 햅틱 제공장치를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention, a haptic module using an electro-fluidic fluid that can change the hardness of the entire electro-fluidic fluid with a small power consumption, a control method and It is to provide a haptic providing device having a haptic module.
본 발명의 목적은, 전기유변유체의 유량을 효율적으로 제어함으로써 햅틱모듈을 누르는 순간에 사용자의 손가락으로 적절한 햅틱(예, 부드러운 물체를 누르는 느낌 혹은 딱딱한 물체를 누르는 느낌, 버튼을 누르는 느낌)을 제공할 수 있는 전기유변유체를 이용한 햅틱모듈, 그 제어방법 및 햅틱모듈을 갖는 햅틱 제공 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to efficiently control the flow rate of the electro-fluidic fluid to provide an appropriate haptic (e.g. a soft object or a hard object, a button feeling) with the user's finger at the moment of pressing the haptic module. It is to provide a haptic module having a haptic module, a control method, and a haptic module using an electric rheological fluid.
본 발명의 또 다른 목적은, 눌려지는 힘의 세기를 측정하여 그에 따른 적절한 햅틱을 피드백으로 구현함으로써 게임, 각종 유틸리티, 운영체계 등에서 더욱 실감나는 햅틱을 느낄수 있도록 하는 전기유변유체를 이용한 햅틱모듈, 그 제어방법 및 햅틱모듈을 갖는 햅틱 제공 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention, by measuring the strength of the pressed force to implement the appropriate haptic according to the feedback by the haptic module using an electro-fluidic fluid to make the haptic feel more realistic in games, various utilities, operating systems, etc. It is to provide a haptic providing apparatus having a control method and a haptic module.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명확해 질것이다.Other objects, specific advantages and novel features of the invention will become more apparent from the following detailed description and the preferred embodiments described in conjunction with the accompanying drawings.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 내부에 전기유변유체가 수용되고, 적어도 일 면이 촉감을 위해 유연하게 형성된 케이스;An object of the present invention as described above, the electrical fluid is accommodated therein, at least one side of the case is formed flexibly for tactile;
전기유변유체에 전기장을 인가하기 위한 전기장인가수단;Electric field applying means for applying an electric field to the electric rheological fluid;
전기유변유체를 케이스의 외부로 배출하기 위한 유동홀; 및A flow hole for discharging the electric fluid to the outside of the case; And
유동홀과 연통되고 배출된 전기유변유체를 수용하거나 케이스 내부로 되돌리는 수용수단;을 포함하여,Receiving means communicating with the flow hole and receiving the discharged electro-fluidic fluid or return to the inside of the case; including,
전기장의 세기에 따라 유동홀 내의 전기유변유체의 점성이 변화하여 유동이 가변되므로 케이스의 강성이 가변되는 것을 특징으로 하는 전기유변유체를 이용한 햅틱모듈에 의하여 달성 가능하다.It is possible to achieve by the haptic module using the electro-fluidic fluid, characterized in that the rigidity of the case is variable because the flow is changed by the viscosity of the electro-fluidic fluid in the flow hole according to the strength of the electric field.
그리고, 케이스는 상면이 유연성 있는 재질로 구성함이 바람직하다.And, the case is preferably composed of a flexible material on the upper surface.
또한, 케이스는 상면의 두께가 측면의 두께보다 상대적으로 얇도록 구성함이 바람직하다.In addition, the case is preferably configured such that the thickness of the upper surface is relatively thinner than the thickness of the side surface.
그리고, 케이스는 폴리머, 실리콘, 합성수지재, 고무재 또는 금속재로 구성가능하다.The case may be composed of a polymer, silicone, synthetic resin, rubber or metal.
또한, 전기장인가수단은, 유동홀을 중심으로 소정의 간격 이격되게 구비되는 전극일 수 있다.In addition, the electric field applying means may be an electrode provided to be spaced apart a predetermined interval around the flow hole.
그리고, 전극은 양의 전극 및 음의 전극으로 구성되어, 양의 전극과 음의 전극은 유동홀에서 소정의 간격을 두며 교차하도록 구비됨이 바람직하다.And, the electrode is composed of a positive electrode and a negative electrode, it is preferable that the positive electrode and the negative electrode is provided to cross at a predetermined interval in the flow hole.
또한, 유동홀의 단면은 원형으로 구성할 수 있다.In addition, the cross section of the flow hole may be configured in a circular shape.
그리고, 수용수단은, 유동홀의 일단을 덮으면서 유동홀의 둘레에 고정되는 작동막일 수 있다.The accommodating means may be an operation membrane fixed to the periphery of the flow hole while covering one end of the flow hole.
이 때, 작동막은 전기유변유체에 의하여 부풀어 오르거나 복원될 수 있도록 탄력성이 있는 것이 바람직하다.At this time, the working membrane is preferably elastic so that it can be inflated or restored by the electro-fluidic fluid.
아울러, 케이스는 유동홀이 형성된 면이 개방되고, 개방된 면에 위치하는 지지판;을 더 포함함이 바람직하다.In addition, the case is preferably further comprises a; support plate is located on the open surface, the surface formed with a flow hole is open.
또한, 지지판에는 유동홀과 대응되는 영역에 작동막의 부풀어 오름을 수용하기 위한 수용부가 형성되어 있음이 바람직하다.In addition, the support plate is preferably formed with a receiving portion for receiving the swelling of the working membrane in the region corresponding to the flow hole.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 햅틱모듈의 케이스가 눌려짐에 따라 내부의 전기유변유체가 유동홀을 통과하는 단계;An object of the present invention as described above, as the case of the haptic module is pressed, the step of passing the electric rheological fluid inside the flow hole;
유동홀 주위의 전기장인가수단이 유동홀에 전기장을 인가하는 단계;Applying an electric field to the flow hole by the electric field applying means around the flow hole;
인가된 전기장에 의하여 유동홀내의 전기유변유체의 점성이 변화하는 단계;Changing the viscosity of the electrofluidic fluid in the flow hole by an applied electric field;
전기유변유체의 점성변화에 의하여 유동저항이 변하고, 이에 따라 유동홀을 통과하는 전기유변유체의 유량이 변화하는 단계; 및Changing the flow resistance due to the change in viscosity of the electric rheological fluid, and thus changing the flow rate of the electric rheological fluid passing through the flow hole; And
전기유변유체의 유량 변화로 인하여 케이스의 눌려짐에 대한 반력이 발생하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기유변유체를 이용한 햅틱모듈의 제어방법에 의하여 달성가능하다.It is possible to achieve by the control method of the haptic module using an electro-fluid fluid, characterized in that it includes the step of generating a reaction force against the pressing of the case due to the flow rate change of the electro-fluidic fluid.
그리고, 유동홀을 통과한 전기유변유체를 탄력성있는 작동막에 수용하는 단계를 더 포함됨이 바람직하다.And, it is preferable to further include the step of receiving the electro-fluid fluid passing through the flow hole in the elastic working membrane.
또한, 작동막내의 전기유변유체가 탄성력에 의하여 유동홀을 지나 케이스 내부로 되돌아가는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the electro-fluidic fluid in the working membrane may further include the step of returning to the inside of the case through the flow hole by the elastic force.
그리고, 점성 변화단계는 전기장의 세기가 변화되어 유체홀내의 전기유변유 체의 점성이 변화하고, 유량변화단계의 유동저항은 유동홀과 전기유변유체간의 전단력에 의하여 유발된다.In the viscosity change step, the electric field intensity is changed to change the viscosity of the electric fluid in the fluid hole, and the flow resistance in the flow change step is caused by the shear force between the flow hole and the fluid.
또한, 전기장 인가단계는, 힘센서로부터 눌려지는 힘의 세기를 검출하는 단계; 및 힘센서의 검출신호에 기초하여 인가되는 전기장의 세기를 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In addition, the electric field applying step, the step of detecting the strength of the force pressed from the force sensor; And controlling the intensity of the electric field applied based on the detection signal of the force sensor.
따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 적은 전력으로 최소량의 전기유변유체 점성을 변화시키지만 전기유변유체의 비압축성으로 인해 전체 전기유변유체의 딱딱함이나 부드러움이 변하는 효과를 얻을 수 있다. 따라서 휴대기기의 전력소모를 최소화할 수 있다.Therefore, according to the exemplary embodiment of the present invention as described above, the viscosity of the electro-fluidic fluid can be changed with a small amount of power, but the hardness or softness of the entire electro-fluidic fluid can be changed due to the incompressibility of the fluid. Therefore, the power consumption of the portable device can be minimized.
특히, 본 발명을 휴대단말(예, 휴대폰, PMP, MP3, 전자사전 등)이나 노트북의 터치패드, 디지타이저 등에 적용할 경우, 패시브형 햅틱 피드백 제공장치로 사용할 수 있다. 이 경우, 사용자가 휴대단말을 누를 때마다 응용 프로그램의 실행에 의하여 딱딱한 느낌을 전달받거나(햅틱 피드백), 부드러운 느낌을 전달(햅틱 피드백)받을 수 있다.In particular, when the present invention is applied to a mobile terminal (eg, a mobile phone, PMP, MP3, electronic dictionary, etc.) or a notebook touch pad, digitizer, etc., it can be used as a passive haptic feedback providing apparatus. In this case, whenever the user presses the mobile terminal, the user may receive a hard feeling (haptic feedback) or a soft feeling (haptic feedback) by executing the application program.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it will be readily apparent to those skilled in the art that various other modifications and variations are possible without departing from the spirit and scope of the present invention. It is obvious that all belong to the scope of the appended claims.
(햅틱모듈의 구성)(Configuration of the Haptic Module)
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 전기유변유체(105)를 이용한 햅틱모듈의 구성에 관하여 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명에 따른 전기유변유체(105)를 이용한 햅틱모듈의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 햅틱모듈의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1중 A-A 방향에 따른 전단면도이다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 햅틱모듈은 케이스(110), 전기장인가수단(130), 지지판(150) 등을 포함한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described with respect to the configuration of the haptic module using the electro-
케이스(110)는 합성수지재, 실리콘 또는 폴리머 등의 유연성 있는 재질로 구성되고, 상면으로 사용자의 손가락이나 스타일러스 펜이 접촉하도록 구성된다. 케이스(110)는 상하방향으로 신축성이 있어 손가락으로 눌렀을 때 압축되고, 손가락을 떼었을 때 원래의 형상으로 복원된다. 케이스(110)는 육각구조로서 하면이 개방된 형상이고, 내부가 비어 있다. 케이스(110)의 하면에는 케이스(110) 내부에 수용되어 있는 전기유변유체(105)가 드나들 수 있는 유동홀(125)이 형성되어 있다. 또한, 케이스(110)의 형상은 육각구조 이외에도, 원통형이나 기타 다면체 형상 등으로 변형가능하며, 얇은 금속재 또는 고무 등으로 제작가능하다. 케이스(110)의 크기의 일예로 10mm×10mm×1.5mm가 있다.The
케이스(110)의 상면의 두께는 도 3에 도시된 바와 같이, 측면의 두께보다 상대적으로 얇다. 이는 손가락으로 케이스(110)의 상면을 눌렀을 때, 케이스(110)의 상면이 충분히 아래로 눌리도록 하기 위함이다. 보다 바람직하게는 케이스(110)의 상면의 두께는 측면의 두께의 절반 이하로 함이 좋다.The thickness of the upper surface of the
케이스(110)의 내부는 전기유변유체(105)로 충진되어 있다. 전기유변유체(105)는 전기장에 따라 점성이 변하는 유체로, 전기장이 없을 때는 물과 같이 낮은 점성상태이다가 전기장이 인가되면 딱딱하게 굳은 것과 같은 높은 점성상태로 변한다. 즉, 전기유변유체(105)가 고점성상태가 되었을 때, 유동저항이 증가하게 된다. 전기유변유체(105)는 인가된 전기장의 영향하에 입자들이 전기장 방향으로 사슬모양의 구조를 이루며 배열된다. 따라서 점도가 급격히 증가하는 특징으로 딱딱한 느낌을 전달할 수 있다. 전기유변유체(105)는 인가되는 전기장의 세기에 비례하여 점성이 증가한다. 특히 전기유변유체(105)는 높은 인장성과 낮은 점성, 강성, 안정성 및 넓은 온도편차, 10ms이내의 신속한 응답특성 및 비압축성이라는 특성을 갖는 물질로, 본 발명에 적합하다.The inside of the
전기장인가수단(130)은 전기유변유체(105)가 통과하는 유동홀(125)에 전기장을 형성하기 위한 부재로, 유동홀구비판(120)에 수용되고, 바람직하게는 유동홀구비판(120)에 관통하는 방식으로 포함된다. 전기장인가수단(130)은 유동홀(125)을 중심으로 소정의 간격만큼 이격된 전극으로, 어느 한방향을 관통하는 (+)전극(130a)과 (+)전극(130a)과 일정간격 이격된 위치에 구비되는 (-)전극(130b)이 있다. (+)전극(130a)과 (-)전극(130b)은 평행하게 구비될 수도 있으나, 도 4에 도시된 바와 같이, 서로 교차되는 방향으로 구비되어 유동홀(125)에서만 전기장을 형성함이 바람직하다. (+)전극(130a)과 (-)전극(130b) 사이의 갭은 0.2mm가 되도록 구성할 수 있으며, (+)전극(130a)과 (-)전극(130b)의 위치는 바뀌어도 무방하다. 전기장인가수단(130)의 양단에는 전원을 인가하기 위한 배선(미도시)이 되어 있다.The electric field applying means 130 is a member for forming an electric field in the
유동홀(125)은 전기유변유체(105)와의 사이에서 전단력이 발생하는 곳으로, 케이스(110)의 하부에 구비되는 유동홀구비판(120)에 형성되어 있다. 유동홀(125)의 형상은 전단력이 유동홀(125)의 각 방향으로 골고루 분산되도록 원형으로 구성함이 바람직하다. 길이방향으로 충분히 길고, 홀의 폭이 매우 좁게(혹은 유동홀(125)의 단면적이 매우 작게)형성하는 것이 바람직하다. 유동홀(125) 직경의 일예는 1mm로 구성할 수 있다.The
수용수단은 유동홀(125)과 연통되어 배출된 전기유변유체(105)를 수용하거나 전기유변유체(105)를 케이스(110) 내부로 되돌리는 부재로서, 바람직하게 수용수단은 작동막(140)으로 구성함이 좋다. 작동막(140)은 지지판(150)과 전기장인가수단(130)이 구비된 케이스(110)의 하면에 구비된다. 즉, 작동막(140)의 일면에는 케이스(110)부의 하면이 접하게 되고, 타면에는 지지판(150)이 접하게 된다. 작동막(140)은 풍선과 같이 부풀어 오를 수도 있고, 다시 평면으로 복원될 수도 있다. 이를 위해, 작동막(140)은 얇고 질긴 폴리머 또는 고무로 제작될 수 있다. 이러한 작동막(140)은 케이스(110)의 하면을 다 덮을 수도 있고, 유동홀(125) 주변을 덮도록 구성할 수도 있다.The accommodating means is a member for accommodating the discharged
지지판(150)은 작동막(140)의 타면에 지지되고 고정된다. 지지판(150)은 딱딱하고 가벼운 합성수지재로 제작할 수 있다. 지지판(150)은 케이스(110)를 누르는 힘을 지탱하고 적절히 분산시키는 기능을 수행한다. 지지판(150)중 중앙영역에는 수용부(155)가 형성되어 있다. 수용부(155)는 작동막(140)이 부풀어 오를 수 있는 공간을 제공하기 위한 것으로, 지지판(150)에 관통공을 형성하거나 오목한 홈을 형 성하여 구현할 수 있다. 단, 수용부(155)가 제공하는 공간의 크기는 작동막(140)이 최대로 부풀어 오르는 것을 허용할 수 있을 정도로 충분히 빈공간이면 족하다.The
(햅틱모듈의 제어방법)(Control method of haptic module)
이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 전기유변유체(105)를 이용한 햅틱모듈의 제어방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 도 5a는 도 1에 도시된 햅틱모듈(100)을 손가락으로 누르기 전의 상태이고, 도 5b는 햅틱모듈(100)을 손가락으로 눌렀을 때를 도시한 동작상태단면도이다. 도 7은 본 발명에 따른 전기유변유체를 이용한 햅틱모듈의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.Hereinafter, a control method of a haptic module using the electric
도 5a, 도 5b 및 도 7에 나타난 바와 같이, 우선 손가락이 케이스(110)의 상면을 누르면, 케이스(110)의 상면 두께가 얇기 때문에 누르는 힘에 쉽게 변형된다. 이에 따라 케이스(110) 내부의 공간이 줄어들면서 전기유변유체(105)의 내압이 상승한다. 이때 전기유변유체(105)는 좁은 유동홀(125)을 통해 빠져나가게 된다. 그리고 유동홀(125)을 빠져나간 전기유변유체(105)는 작동막(140)을 팽창시키면서 수용부(155)의 공간을 차지하게 된다.As shown in FIGS. 5A, 5B, and 7, first, when a finger presses the upper surface of the
그리고, 케이스(110)에서 손가락을 뗀 경우, 케이스(110)의 탄력적 복원력과 작동막(140)의 탄력적 복원력에 의하여 수용부 내의 전기유변유체(105)는 다시 유동홀(125)을 지나 케이스(110) 내부로 복귀하게 된다.In addition, when the finger is removed from the
이하에서는 전기장인가수단(130)에 의해 패시브 햅틱을 제공하는 방법에 대하여 설명하도록 한다. 전기장인가수단(130)에 전원이 공급되면, (+)전극(130a)과 (-)전극(130b)으로 구성된 전기장인가수단(130)에 의하여 전기장이 형성된다. 이러한 전기장은 (+)전극(130a)과 (-)전극(130b)이 마주보도록 형성된 유동홀(125)에서 강하게 작용한다. 따라서, 케이스(110) 내부의 전체 전기유변유체(105)중 유동홀(125)내의 전기유변유체(105)가 강한 전기장의 영향을 받아 점성의 증가가 뚜렷하게 나타난다.Hereinafter, a method of providing a passive haptic by the electric
전기장이 안가되었을 때, 케이스(110) 내부의 전기유변유체(105)의 점성도가 다소 증가하지만, 유동홀(125) 내의 전기유변유체(105)가 강한 전기장에 의하여 점성이 크게 증가한다. 따라서, 유동홀(125) 내의 전기유변유체(105)는 고점성으로 인하여 유동저항이 증가하거나 심지어 딱딱해져 유동이 막힐 수 있다. 따라서, 전극에 인가되는 전압이나 전류를 적절히 제어하면 유동홀(125) 내의 유동저항을 비례적(또는 선형적)으로 제어할 수 있다.When the electric field is depressed, the viscosity of the
그리고 유동저항을 효과적으로 유발하기 위하여 유동홀(125)은 단면적이 작고, 유체와 벽면 사이의 접촉면적이 증가할수록 유리하다. 이와 같은 전기유변유체(105)의 유동홀(125) 내에서 점성증가는 전기유변유체(105)의 비압축성으로 인하여 케이스(110) 내부 전체의 전기유변유체(105)가 딱딱해지는 것과 같은 효과를 유발한다. 즉, 전기유변유체(105) 전체에 대하여 전기장을 인가하여 점성을 제어하지 아니하고, 유동홀(125)에만 집중적으로 전기장을 인가하고 제어함으로써, 전체 전기유변유체(105)를 제어하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.In order to effectively induce flow resistance, the
따라서, 전극 사이에서 미약한 전기장이 발생될 경우, 전기유변유체(105)는 물과 같은 점성상태가 되어 손가락에서 큰 반력이나 저항을 느끼지 못하고 케이 스(110)의 변형도 크고 빠르게 이루어진다. 이는 사용자에게 부드럽게 쑥 눌린다는 촉감(예, 풍선을 누르는 느낌)을 제공할 수 있다.Therefore, when a weak electric field is generated between the electrodes, the
반대로, 코일에서 강한 자기장이 발생될 경우, 유동홀(125) 내의 전기유변유체(105)는 딱딱한 고체와 같은 점성 상태가 되어 유동홀(125)의 유동 단면적을 더욱 좁히게 된다. 따라서, 유동홀(125)을 지나는 전기유변유체(105)에는 더 큰 전단력이 작용하게 되고, 이는 더 큰 유동저항을 유발한다. 따라서 손가락에서 큰 반력이나 저항을 느끼고 케이스(110)의 변형 정도도 작아진다. 이는 사용자에게 딱딱하고 거의 눌리지 않는다는 느낌(예, 돌을 누르는 느낌)을 제공할 수 있다.On the contrary, when a strong magnetic field is generated in the coil, the
이와 같은 과정과 제어를 통해 사용자는 손가락 끝에서 다양한 촉감을 느낄수 있다.Through this process and control, the user can feel various touches at the fingertips.
(햅틱 제공 장치)(Haptic device)
도 6a는 도 1에 도시된 햅틱모듈(100)을 복수개 배열하여 햅틱제공장치를 구현한 사시도이다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 복수개의 햅틱모듈(100)을 행렬 형태로 배열하고, 하면에 하부지지판(210)을 구비한다. 도 6a에는 미도시되었으나 하부지지판(210)에는 각 햅틱모듈(100)의 유동홀(125)에 대응되는 위치에 수용부(155)가 형성되어 있다. 또한, 도 6a의 하부지지판(210)에는 각 햅틱모듈을 제어하기 위한 단지와 대응되는 배선도 포함되어 있음은 물론이다. FIG. 6A is a perspective view of a haptic providing apparatus by arranging a plurality of
도 6a와 같은 햅틱 제공장치에 의할 경우, 손가락보다 넓은 면적(예 ,손바닥)에 대하여 햅틱을 제공할 수 있고, 각 햅틱모듈(100)의 개별 제어가 가능하기 때문에 촉감의 분포를 달리하거나(예, 딱딱한 곳과 부드러운 곳) 시간에 따라 변동되게 하는 등(예, 진동) 다양한 촉감이나 햅틱의 제공이 가능하다.In the haptic providing device as shown in FIG. 6A, the haptic can be provided for a larger area (eg, the palm) than the finger, and since the individual
(변형예)(Variation)
도 6b는 도 6a에 도시된 햅틱제공장치의 일측에 유연한 디스플레이(300)가 구비된 제 1실시예를 나타내는 사시도이다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 햅틱제공장치(200)의 상면에 유연한 디스플레이(300)를 설치함으로써, 디스플레이(300)에서 표시되는 그래픽과 연동하여 햅틱을 제공할 수 있다. 즉, 디스플레이(300)에서 풍선을 표시하고, 해당 풍선 영역의 햅틱제공장치(200)에서는 풍선과 같은 부드러운 햅틱을 구형한다. 이 경우 사용자는 디스플레이(300)에 나타난 풍선 이미지를 시각적으로 인식함과 동시에 풍선을 누르는 것과 같은 촉감을 느껴 더욱 실감나는 햅틱을 제공받을 수 있다. 이러한 디스플레이(300)의 일예로 유연한 OLED(유기전계발광표시장치)가 있다.FIG. 6B is a perspective view illustrating a first embodiment in which a
도 6c는 도 6a에 도시된 햅틱제공장치(200)의 일측에 유연한 터치패드(400)가 구비된 제2실시예를 나타내는 사시도이다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 햅틱제공장치(200)의 상면에 유연한 터치패드(400)를 구비함으로써, 터치패드(400)의 위치데이터와 햅틱제공을 연동할 수 있다. 즉, 사용자가 터치하는 영역을 검출하여 해당 부위의 촉감을 가변시킬 수 있다.FIG. 6C is a perspective view illustrating a second embodiment in which a
도 6d는 도 6a에 도시된 햅틱제공장치(200)의 일측에 유연한 터치패드(400)와 유연한 디스플레이(300)가 함께 구비된 제3실시예를 나타내는 사시도이다. 도 6d에 도시된 바와 같이, 햅틱제공장치(200)의 상면에 앞서 설명한 제1,2실시예의 디스플레이(300)와 터치패드(400)를 설치할 수 있다. 이 경우, 터치패드(400)의 위치 정보에 따라 디스플레이(300)에서 그래픽을 연동하면서 햅틱제공장치(200)에서 다양한 햅틱을 제공할 수 있다. 필요한 경우, 터치패드(400)와 디스플레이(300)의 층간 위치는 뒤바뀔 수 있다.FIG. 6D is a perspective view illustrating a third embodiment in which a
도 6e는 도 6a에 도시된 햅틱제공장치(200)의 아래측에 힘센서(500)가 구비된 제4실시예를 나타내는 사시도이다. 도 6e에 도시된 바와 같이, 힘센서(500)는 햅틱제공장치(200)의 아래측에 구비된다. 힘센서(500)는 힘의 세기를 감지할 수 있으며, 각 햅틱모듈(100)에 대응하여 복수개 구비될 수 있다. 따라서, 해당 힘센서(500)의 출력신호에 기초하여 사용자가 터치한 힘의 세기와 터치위치를 판단할 수 있다. 이러한 힘센서(500)는 햅틱제공장치(200)의 상부에 위치할 수도 있다. 그리고 힘센서(500)의 출력신호에 기초하여 해당 햅틱모듈(100)에 인가되는 전기장의 세기를 제어할 수 있음은 물론이다.FIG. 6E is a perspective view illustrating a fourth embodiment in which a
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정이나 변경이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it will be readily apparent to those skilled in the art that various other modifications or changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention. Are all within the scope of the appended claims.
도 1은 본 발명에 따른 전기유변유체를 이용한 햅틱모듈의 사시도,1 is a perspective view of a haptic module using the electro-fluidic fluid according to the present invention,
도 2는 도 1에 도시된 햅틱모듈의 분해하시도,2 is an exploded view of the haptic module shown in FIG.
도 3은 유동홀구비판의 사시도,3 is a perspective view of the floating hole gutter plate,
도 4는 도 1중 A-A 방향에 따른 전단면도,4 is a front sectional view taken along the direction A-A of FIG.
도 5a는 도 1에 도시된 햅틱모듈을 손가락으로 누르기 전의 상태도,5A is a state diagram before pressing a haptic module shown in FIG. 1 with a finger;
도 5b는 도 1에 도시된 햅틱모듈을 손가락으로 누르기 전의 상태도,5B is a state diagram before pressing the haptic module shown in FIG. 1 with a finger;
도 6a는 도 1에 도시된 햅틱모듈을 손가락으로 눌렀을 때를 도시한 동작상태단면도,6A is a cross-sectional view illustrating an operation state when a haptic module shown in FIG. 1 is pressed with a finger;
도 6b는 도 6a에 도시된 햅틱 제공장치의 일측에 유연한 디스플레이가 구비된 제1실시예를 나타낸 사시도,FIG. 6B is a perspective view illustrating a first embodiment in which a flexible display is provided at one side of the haptic providing device shown in FIG. 6A;
도 6c는 도 6a에 도시된 햅틱 제공장치의 일측에 유연한터치패드가 구비된 제2실시예를 나타낸 사시도,FIG. 6C is a perspective view illustrating a second embodiment in which a flexible touch pad is provided at one side of the haptic providing device shown in FIG. 6A;
도 6d는 도 6a에 도시된 햅틱 제공장치의 일측에 유연한 디스플레이와 터치패드가 함께 구비된 제3실시예를 나타낸 사시도,FIG. 6D is a perspective view illustrating a third embodiment in which a flexible display and a touch pad are provided at one side of the haptic providing device shown in FIG. 6A;
도 6e는 도 6a에 도시된 햅틱 제공장치의 일측에 힘센서가 구비된 제4실시예를 나타낸 사시도,6E is a perspective view illustrating a fourth embodiment in which a force sensor is provided at one side of the haptic providing device shown in FIG. 6A;
도 7은 본 발명에 전기유변유체를 이용한 햅틱모듈의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a control method of a haptic module using an electrorheological fluid according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1:손가락,1: finger,
100: 햅틱모듈,100: haptic module,
105: 전기유변유체,105: electrorheological fluid,
110: 케이스,110: case,
120: 유동홀구비판,120: floating hole slab,
125: 유동홀,125: floating hole,
130: 전기장인가수단,130: electric field applying means,
130a: (+)전극,130a: (+) electrode,
130b: (-)전극,130b: negative electrode,
140: 작동막,140: working membrane,
150: 지지판,150: support plate,
200: 햅틱제공장치,200: haptic providing device,
210: 하부지지판,210: lower support plate,
300: 디스플레이,300: display,
400: 터치패드,400: touchpad,
500: 힘센서.500: force sensor.
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