KR20130033124A

KR20130033124A - Tactile stimulation system using planar coil actuator

Info

Publication number: KR20130033124A
Application number: KR1020110097006A
Authority: KR
Inventors: 정순철; 김형식; 전재훈; 이정한
Original assignee: 건국대학교 산학협력단
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2013-04-03
Also published as: KR101262911B1

Abstract

PURPOSE: A tactile stimulation system using a planar coil type actuator is provided to precisely control the frequency, strength, duration and channel of stimulation. CONSTITUTION: A control part(100) generates stimulation control signals for driving a driving machine(300). A signal transmitting part(200) amplifies stimulation control signals and transmits the amplified stimulation control signals to the driving machine. The driving machine rotates according to the stimulation control signals transmitted by the signal transmitting part. A measuring part(400) measures tactile stimulation according to the movement of the driving machine. [Reference numerals] (110) Frequency control module; (120) Intensity control module; (130) Time control module; (140) Channel control module; (150) Output module; (400) Measuring part; (AA) Variable input signal; (BB) Trigger information;

Description

Tactile Stimulation System using Planar Coil Actuator {TACTILE STIMULATION SYSTEM USING PLANAR COIL ACTUATOR}

본 발명은 촉각 자극 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 평면 코일형 구동기와 영구자석의 배치조절을 통해 진동 또는 수직(normal indentation) 형태의 기계적 촉각 제시가 가능한 평면 코일형 구동기를 이용한 촉각 자극 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a tactile stimulation system, and more particularly, to a tactile stimulation system using a planar coil-type actuator capable of presenting a mechanical tactile sense of vibration or normal indentation through the arrangement adjustment of a planar coil-type actuator and a permanent magnet. It is about.

현재 뇌 및 인지 과학 분야(Harrington et al., 2000; Jousmaki et al., 2007; Dresel et al., 2008; Allen and Humpherys, 2009), 신경생리분야(Golaszewski, 2002), 인간공학분야(Gallace et al., 2007; Ho and Spence, 2007; Auvray et al., 2008; Ho et al., 2009), Human Computer Interaction(HCI) (Hayward et al., 2004; Kim et al., 2009) 분야 등에서 촉감에 대한 많은 연구가 수행되고 있다. 이러한 연구들이 효과적으로 수행되기 위해서는 자극 주파수, 강도, 시간 등의 다양한 촉각 자극 변수들을 정확하고 정밀하게 제어할 수 있는 촉각 자극기 개발이 필수적이다.Current brain and cognitive sciences (Harrington et al., 2000; Jousmaki et al., 2007; Dresel et al., 2008; Allen and Humpherys, 2009), neurophysiology (Golaszewski, 2002), human engineering (Gallace et. al., 2007; Ho and Spence, 2007; Auvray et al., 2008; Ho et al., 2009), Human Computer Interaction (HCI) (Hayward et al., 2004; Kim et al., 2009) Much research has been conducted on. In order for these studies to be effectively performed, it is necessary to develop a tactile stimulator capable of precisely and precisely controlling various tactile stimulus parameters such as stimulus frequency, intensity, and time.

촉각 자극은 일반적으로 기계적인 방법을 이용한다(Kyung et al., 2004). 기계적인 방법은 가동-코일 구동기(moving-coil actuators) (Pawluk et al., 1998; Khoudja et al., 2004; Chatterjee et al., 2007; Gallace et al., 2007; Hijmans et al., 2007; Ho and Spence, 2007; Tannan et al., 2007; Auvray et al., 2008; Ho et al., 2009), 모터 (Wagner et al., 2002; Drewing et al., 2005; Sarakoglou et al., 2005; Stetten et al., 2007)와 압전 소자를 이용한다(Han et al., 2000; Harrington et al., 2000; Hayward and Cruz-Hernㅰndez, 2000; Maucher et al., 2001; Summers and Chanter, 2002; Kyung et al., 2004).Tactile stimulation generally uses mechanical methods (Kyung et al., 2004). Mechanical methods include moving-coil actuators (Pawluk et al., 1998; Khoudja et al., 2004; Chatterjee et al., 2007; Gallace et al., 2007; Hijmans et al., 2007; Ho and Spence, 2007; Tannan et al., 2007; Auvray et al., 2008; Ho et al., 2009), motors (Wagner et al., 2002; Drewing et al., 2005; Sarakoglou et al., 2005 ; Stetten et al., 2007) and piezoelectric elements (Han et al., 2000; Harrington et al., 2000; Hayward and Cruz-Hern, ndez, 2000; Maucher et al., 2001; Summers and Chanter, 2002 Kyung et al., 2004).

가동-코일을 이용한 방법은 전자기 현상을 이용하고, 예전부터 시스템이 크고 복잡하고 고가였다(Pawluk et al., 1998). 기술이 발전함에 따라 작으면서 저가의 시스템이 개발 되었으나 자극 강도를 제어할 수 없었고, 자극의 세기도 작았다 (Khoudja et al., 2004). 최근에 VBW32 시스템이 개발되어 변화맹(Auvray et al., 2008), 주의력과 행동제어(Ho et al., 2009), 머리의 위치에 따른 촉각 자극 반응(Ho and Spence, 2007), 촉각 자극과 단기기억(Gallace et al., 2007)과 관련된 연구에 사용되고 있다. 그러나 250Hz 이외의 주파수에서는 자극의 강도가 매우 작아(Lorna, 2007) 활용범위가 제한적이었다. 또한 C-2 Tactor system(Engineering Acoustics, INC., USA)의 경우에도 자극 주파수 범위가 200~300Hz로 제한되어 있고, 응답시간도 30ms이상이었으며, VBW32와 마찬가지로 특정 주파수 이외에는 충분한 강도의 촉각 자극에 한계가 있었다(Lorna, 2007).Moving-coil methods use electromagnetic phenomena, and systems have long been large, complex, and expensive (Pawluk et al., 1998). As technology has advanced, smaller and less expensive systems have been developed, but the stimulus intensity has not been controlled and the stimulus intensity has been small (Khoudja et al., 2004). In recent years, the VBW32 system has been developed, with changes in blindness (Auvray et al., 2008), attention and behavior control (Ho et al., 2009), tactile stimulus response (Ho and Spence, 2007), It is being used for research related to short-term memory (Gallace et al., 2007). However, at frequencies other than 250 Hz, the intensity of the stimulus was very small (Lorna, 2007), which limited its application. In the case of C-2 Tactor system (Engineering Acoustics, INC., USA), the stimulation frequency range is limited to 200 ~ 300Hz, response time is over 30ms, and like VBW32, it is limited to tactile stimulation of sufficient intensity except for specific frequency. (Lorna, 2007).

모터를 사용하는 방법은 소형 진동 모터, RC서보모터 와 DC 모터를 이용한다. 소형 진동모터를 자극 강도와 주파수를 제어할 수 없기 때문에 잘 사용되지 않는다(Stetten et al., 2007). RC 서보모터를 사용하는 방법은 구조가 매우 복잡하고, 크기가 크고 자극 주파수 범위가 매우 작았다(under 25Hz) (Wagner et al., 2002), 그리고 채널수가 제한되었다(Drewing et al., 2005). The motor uses a small vibration motor, RC servo motor and DC motor. Small vibration motors are not used well because they cannot control the stimulus intensity and frequency (Stetten et al., 2007). The method using RC servomotors is very complex, large in size, very small in stimulus frequency range (under 25 Hz) (Wagner et al., 2002), and limited in number of channels (Drewing et al., 2005). .

DC 모터를 사용하는 방법은 간단한 구조와 작고 가벼움, 자극 강도가 커서 많이 사용되었지만 주파수 범위가 100Hz이하로 작았다. 또한 응답시간도 약 50ms로 가동-코일 방법 보다 더 길었다.The method of using a DC motor has been widely used because of its simple structure, small size, light weight, and large stimulus intensity, but its frequency range is less than 100 Hz. The response time was also about 50ms, which was longer than the run-coil method.

압전 소자를 사용하여 진동 자극기가 개발되었다. 그러나 자극 강도가 작았고, 부착이 어려웠고, 주파수에 따라 자극 강도가 변하였다(Harrington et al., 2000). 이러한 형태의 자극기는 국소적인 부위에 대한 자극에 유리하고 입력신호와 출력의 조절에는 좋았다(Han et al., 2000). 그러나 자극은 선형적이지 않았고 자기이력현상 (hysteresis)이 발생하였다. 또한 진동 발생을 위하여 60V~200V 이상의 고전압을 사용하였기 때문에 인체에 위험하였다(Hayward et al., 2000; Maucher et al., 2001; Summers and Chanter, 2002).Vibration stimulators have been developed using piezoelectric elements. However, stimulus intensity was small, adhesion was difficult, and stimulus intensity varied with frequency (Harrington et al., 2000). This type of stimulator favors local stimulation and is good for regulating input signals and outputs (Han et al., 2000). However, the stimulus was not linear and hysteresis occurred. In addition, the high voltage of 60V ~ 200V or more was used for the generation of vibration, which is dangerous to the human body (Hayward et al., 2000; Maucher et al., 2001; Summers and Chanter, 2002).

이와 같이 기존의 기계적 방법을 이용한 촉각 자극기들은 시스템 구성이 복잡하고(특히 가동-코일 방법), 자극 주파수 범위도 좁았으며(특히 가동-코일과 모터를 사용한 방법), 자극 주파수, 자극 강도 및 자극 시간의 정밀 제어가 어려웠고, 자극의 강도가 약하고 주파수에 따라 자극 강도도 변하였다. 또한 구동기의 시작과 종료 응답시간이 길었고, 고전압을 사용하여 위험하였으며, 채널의 개수도 적었다. Thus, tactile stimulators using conventional mechanical methods have complex system configurations (especially the start-coil method), narrow stimulus frequency ranges (especially using the start-coil and motor), stimulation frequency, stimulus intensity and stimulation time. It was difficult to control precisely, the intensity of the stimulus was weak and the stimulus intensity varied with frequency. In addition, the start and end response time of the driver was long, dangerous with high voltage, and the number of channels was small.

한편, 촉각 자극기와 관련해서는 본 출원인이 출원한 한국공개특허 10-2011-0037190호(이하, '선행문헌') 이외에 다수 출원 및 등록되어 있다.On the other hand, in relation to the tactile stimulator is registered and a number of applications other than Korea Patent Publication No. 10-2011-0037190 (hereinafter referred to as "priority literature") filed by the present applicant.

그러나, 상기한 선행문헌은 본원발명과 같이 평면 코일형 구동기와 영구자석의 배치조절을 통해 진동 또는 수직(normal indentation) 형태의 기계적 촉각 제시가 가능함에 관하여 전혀 고려하지 않고 있다. However, the above-mentioned prior document does not consider at all that the mechanical tactile presentation in the form of vibration or normal indentation is possible through the arrangement adjustment of the planar coil-type actuator and the permanent magnet as the present invention.

따라서, 본 발명에서는 이러한 제한점들을 극복하여 범용적으로 사용할 수 있도록 평면 코일형 구동기를 이용한 새로운 형태의 촉각 자극기를 개발하고자 한다.Accordingly, the present invention seeks to develop a new type of tactile stimulator using a planar coil type driver to overcome these limitations and to use it universally.

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본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 평면 코일형 구동기를 이용하여 촉각 자극 제시기들이 가진 기존의 문제점 들을 극복하면서도, 평면 코일형 구동기와 영구자석의 배치조절을 통해 진동 또는 수직(normal indentation) 형태의 기계적 촉각 제시가 가능한 평면 코일형 구동기를 이용한 촉각 자극 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above problems, while overcoming the existing problems with the tactile stimulus presenter using a planar coil type driver, vibration or vertical (by adjusting the arrangement of the planar coil type driver and permanent magnet) The purpose of the present invention is to provide a tactile stimulation system using a planar coil type actuator capable of presenting mechanical tactile sensations in the form of normal indentation.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 평면 코일형 구동기를 이용한 촉각 자극 시스템에 관한 것으로서, 외부로부터 수신된 입력신호 바탕으로 구동기의 구동을 위한 자극 제어신호를 생성하는 제어부; 상기 제어부를 통해 생성된 정현파 형태의 자극 제어신호를 증폭하여 구동기로 전달하는 신호 전달부; 상기 신호 전달부를 통해 전달된 자극 제어신호에 따라 회전 구동하는 구동기; 및 상기 구동기의 움직임 및 상기 움직임에 따른 촉각 자극을 측정하는 측정부; 를 포함한다.The present invention for achieving the technical problem relates to a tactile stimulation system using a planar coil-type driver, the control unit for generating a stimulus control signal for driving the drive based on the input signal received from the outside; A signal transmission unit for amplifying and transmitting a sine wave stimulus control signal generated by the control unit to a driver; A driver for rotationally driving according to the stimulus control signal transmitted through the signal transmission unit; And a measuring unit measuring the movement of the driver and the tactile stimulus according to the movement. It includes.

또한 상기 입력신호는, 자극 주파수, 자극 강도, 자극 시간 및 자극 채널에 관한 변수 입력신호와 사용자의 트리거 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.The input signal may include variable input signals related to a stimulus frequency, a stimulus intensity, a stimulus time, and a stimulus channel and trigger information of the user.

또한 상기 제어부는, 외부로부터 수신된 입력신호를 바탕으로 정현파 형태의 자극 신호를 발생키시고, 발생된 자극 신호의 주파수(Frequency)를 변화시키는 주파수 제어모듈; 상기 입력신호를 바탕으로 주파수 제어모듈을 통해 출력된 정현파 신호의 자극 강도를 제어하는 강도 제어모듈; 상기 입력신호를 바탕으로 정현파 신호의 자극 시간을 제어하는 시간 제어모듈; 상기 입력신호를 바탕으로 정현파 신호의 자극 채널을 제어하는 채널 제어모듈; 및 자극 주파수(Frequency), 자극 강도(Strength), 자극 시간(Duration), 자극 채널(Channel)을 포함하는 변수에 관한 정보를 출력하는 출력모듈; 을 포함한다.The control unit may include: a frequency control module for generating a sine wave-type stimulus signal based on an input signal received from the outside and for changing a frequency of the generated stimulus signal; An intensity control module for controlling the stimulus intensity of the sine wave signal output through the frequency control module based on the input signal; A time control module controlling a stimulus time of the sinusoidal signal based on the input signal; A channel control module for controlling a stimulus channel of the sine wave signal based on the input signal; And an output module for outputting information about a parameter including a stimulus frequency, a stimulus strength, a stimulation time, and a stimulus channel. .

또한 상기 자극 주파수의 범위는 0~400Hz로서, 10Hz씩 40 단계로 변화시킬 수 있으며, 상기 자극 강도 범위는 0~7V로서, 256 단계(level)로 강도 조절이 가능한 것을 특징으로 한다.In addition, the range of the stimulation frequency is 0 ~ 400Hz, can be changed in 40 steps by 10Hz, the stimulus intensity range is 0 ~ 7V, characterized in that the intensity can be adjusted in 256 levels (level).

또한 상기 신호 전달부는, 상기 제어부의 저항 값 변화에 의한 신호의 변동을 보정하기 위하여, 멀티-턴 가변저항이 사용되는 것을 특징으로 한다.The signal transfer unit may use a multi-turn variable resistor to correct a change in a signal caused by a change in the resistance of the controller.

또한 상기 구동기는, 상기 신호 전달부를 통해 전달된 자극 제어신호에 따라 회전의 방향과 크기가 제어되는 것을 특징으로 한다.In addition, the driver is characterized in that the direction and magnitude of the rotation is controlled according to the stimulus control signal transmitted through the signal transmission unit.

또한 상기 구동기는, 인쇄회로기판 상에 형성된 평면 코일형 구동기인 것을 특징으로 한다.In addition, the driver is characterized in that the planar coil-type driver formed on a printed circuit board.

또한 상기 측정부는, 외부자계 역할을 수행하는 영구자석; 손가락 형상으로서, 상기 구동기의 움직임에 따른 자극을 입력받는 자극 입력수단; 및 상기 자극 입력수단의 내부에 위치하는 제 1 가속도계 및 상기 구동기의 상면에 위치하는 제 2 가속도계로 이루어져, 상기 구동기의 움직임 및 상기 자극 입력수단 내부의 촉각 자극을 각각 측정하는 가속도계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the measuring unit, the permanent magnet to perform the role of the external magnetic field; A stimulus input means for receiving a stimulus according to the movement of the driver as a finger shape; And a first accelerometer positioned inside the magnetic pole input means and a second accelerometer positioned on an upper surface of the actuator, the accelerometer measuring movement of the driver and tactile stimulus inside the magnetic pole input means, respectively; Characterized in that it comprises a.

또한 상기 구동기는, 상기 영구자석과의 배치조절을 통해 진동을 발생시키거나, 상기 자극 입력수단의 수직 방향으로 운동을 발생시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the driver is characterized in that it generates a vibration through the arrangement adjustment with the permanent magnet, or generates a movement in the vertical direction of the magnetic pole input means.

또한 상기 영구자석의 상면에 구동기가 위치하되, 상기 구동기가 수평방향으로 일측으로 일정거리 벗어나도록 위치된 경우, 상기 구동기는 전달된 자극 제어신호에 따라 진동을 발생시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the driver is located on the upper surface of the permanent magnet, the driver is characterized in that for generating a vibration in accordance with the transmitted stimulus control signal when the driver is positioned so as to deviate a predetermined distance to one side in the horizontal direction.

그리고 상기 구동기가 투명 아크릴 내부에 수평하게 고정되고, 상기 영구자석과 수직하게 일정거리 이격되어 위치된 경우, 상기 구동기는 전달된 자극 제어신호에 따라 좌우 양단이 상하 왕복운동하는 것을 특징으로 한다. When the driver is horizontally fixed inside the transparent acrylic and is spaced apart from the vertical by a predetermined distance from the permanent magnet, the driver is characterized in that the left and right both ends up and down reciprocating according to the transmitted magnetic pole control signal.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 평면 코일형 구동기를 이용하여 촉각 자극 제시기들이 가진 기존의 문제점 들을 극복하면서도, 평면 코일형 구동기와 영구자석의 배치조절을 통해 진동 또는 수직(normal indentation) 형태의 기계적 촉각 제시가 가능한 효과가 있다.According to the present invention as described above, while overcoming the existing problems with the tactile stimulation presenter using a planar coil-type actuator, the vibration or normal indentation type mechanical through the arrangement adjustment of the planar coil-type actuator and permanent magnet Tactile presentation is possible.

또한 본 발명에 따르면, 자극 주파수, 강도, 시간 및 채널 등을 정밀 제어할 수 있는 효과도 있다. In addition, according to the present invention, there is an effect that can precisely control the stimulation frequency, intensity, time and channel.

그리고 본 발명에 따르면, 인쇄회로기판에 제작된 평면 코일형 구동기를 이용함으로써, 온도와 습도에 따른 변형이 적고, 내구성이 뛰어나며, 도선으로 감은 코일에 비하여 제작 정밀도가 높아 자극 채널간 변동성이 매우 작고, 재현성이 뛰어난 효과가 있다. 또한, 구동기의 구조가 간단하여 제작이 쉽고, 다양한 모양으로 제작할 수 있으며, 영구 자석과 평면 코일형 구동기의 배치에 따라 여러 형태의 촉각 자극 제시가 가능한 효과도 있다.In addition, according to the present invention, by using a planar coil-type driver manufactured on a printed circuit board, the deformation according to temperature and humidity is small, the durability is excellent, and the fabrication accuracy is high compared to the coil wound with the conductor wire, and the variation between the magnetic pole channels is very small. The effect is excellent in reproducibility. In addition, the structure of the actuator is simple and easy to manufacture, it can be produced in a variety of shapes, according to the arrangement of the permanent magnet and the planar coil-type actuator there is an effect that can be presented in various forms of tactile stimulus.

도 1 은 본 발명에 따른 평면 코일형 구동기를 이용한 촉각 자극 시스템에 관한 전체 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 평면 코일형 구동기의 기본 동작 원리 및 실제 형상을 보이는 일예시도.
도 3 은 본 발명에 따른 측정부 및 두 가지 타입으로 촉각 자극을 제시하는 모습을 보이는 일예시도.
도 4 는 본 발명에 따른 손가락 형태의 자극 입력수단을 보이는 일예시도.
도 5 는 본 발명에 따른 TYPE-I에서 250Hz 자극 주파수 일 때, 두 개의 가속도계로부터 측정된 x, y, z축의 raw data와 이에 해당하는 각 축의 power spectral density 를 보이는 그래프.
도 6 은 본 발명에 따른 TYPE-II에서 250Hz 자극 주파수 일 때, 두 개의 가속도계로부터 측정된 x, y, z축의 raw data와 이에 해당하는 각 축의 power spectral density 를 보이는 그래프.
도 7 은 본 발명에 따른 신호 전달부로부터 출력되는 정현파 신호의 크기에 따라, 자극 입력수단 내부에 위치한 제 2 가속도계로부터 측정된 가속도 신호의 한 주기를 시간에 대해 두 번 적분하여(사다리꼴 수치 적분 알고리즘) 변위를 계산한 그래프.1 is an overall configuration of the tactile stimulation system using a planar coil-type actuator according to the present invention.
Figure 2 is an exemplary view showing the basic operation principle and the actual shape of the planar coil-type actuator according to the present invention.
Figure 3 is an exemplary view showing the appearance of the tactile stimulus to the measuring unit and two types according to the present invention.
Figure 4 is an exemplary view showing a stimulus input means in the form of a finger in accordance with the present invention.
FIG. 5 is a graph showing raw data of x, y, and z axes measured from two accelerometers and a power spectral density of each corresponding axis at 250 Hz stimulation frequency in TYPE-I according to the present invention. FIG.
FIG. 6 is a graph showing raw data of x, y, z axes and power spectral density of each axis measured from two accelerometers at 250 Hz stimulation frequency in TYPE-II according to the present invention. FIG.
FIG. 7 integrates one cycle of the acceleration signal measured from the second accelerometer located inside the stimulus input unit twice with respect to time according to the magnitude of the sinusoidal signal output from the signal transmission unit according to the present invention (trapezoidal numerical integration algorithm) ) Calculation of displacement.

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.Specific features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings. It is to be noted that the detailed description of known functions and constructions related to the present invention is omitted when it is determined that the gist of the present invention may be unnecessarily blurred.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 평면 코일형 구동기를 이용한 촉각 자극 시스템에 관하여 도 1 내지 도 8 을 참조하여 설명하면 다음과 같다. The tactile stimulation system using the planar coil type driver according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8.

도 1 은 본 발명에 따른 평면 코일형 구동기를 이용한 촉각 자극 시스템에 관한 전체 구성도로서, 도시된 바와 같이 제어부(100), 정현파 발생부(200), 평면 코일형 구동기(300) 및 측정부(400)를 포함하여 이루어진다.1 is an overall configuration of the tactile stimulation system using a planar coil-type driver according to the present invention, as shown in the control unit 100, sinusoidal wave generator 200, planar coil-type driver 300 and measuring unit ( 400).

제어부(100)는 외부로부터 수신된 입력신호 바탕으로 구동기(300)의 구동을 위한 자극 제어신호를 생성하는 기능을 수행하는 바, 상기 도 1 에 도시된 바와 같이 주파수 제어모듈(110), 강도 제어모듈(120), 시간 제어모듈(130), 채녈 제어모듈(140) 및 출력모듈(150)을 포함한다. The controller 100 performs a function of generating a stimulus control signal for driving the driver 300 based on an input signal received from the outside, as shown in FIG. 1, the frequency control module 110 and the intensity control. Module 120, time control module 130, channel control module 140, and output module 150.

여기서, 상기 입력신호는 자극 주파수, 자극 강도, 자극 시간 및 자극 채널 등에 관한 변수 입력신호와 사용자의 트리거 정보를 포함한다. Here, the input signal includes variable input signals related to stimulus frequency, stimulus intensity, stimulation time, stimulation channel, and the like and trigger information of the user.

구체적으로, 주파수 제어모듈(110)은 외부로부터 수신된 입력신호를 바탕으로 정현파 형태의 자극 신호를 발생키시고, 발생된 자극 신호의 주파수(Frequency)를 변화시킨다. 이때, 주파수 제어모듈(110)은 자극 주파수의 범위는 0~400Hz로서, 10Hz씩 40 단계로 변화시킬 수 있다. Specifically, the frequency control module 110 generates a sine wave-type stimulus signal based on an input signal received from the outside, and changes the frequency of the generated stimulus signal. At this time, the frequency control module 110 is a range of the stimulation frequency is 0 ~ 400Hz, it can be changed in 40 steps by 10Hz.

한편, 정현파 발생을 위한 디지털 데이터는, 바이너리(binary) 형태로 생성되며, 이를 룩업 테이블(look-up table)화하여 내부 메모리(미도시)에 저장하였으므로 데이터의 손실(loss) 없는 순수한 정현파를 발생시킬 수 있다. On the other hand, digital data for generating sinusoids is generated in a binary form, and is generated as a look-up table and stored in an internal memory (not shown), thereby generating pure sinusoids without loss of data. You can.

강도 제어모듈(120)은 상기 입력신호를 바탕으로 주파수 제어모듈(110)을 통해 출력된 정현파 신호의 자극 강도를 제어한다. 이때, 강도 제어모듈(120)은 자극 강도 범위는 0~7V로서, 상기 정현파 신호를 256 단계(level)로 나눌 수 있다. The intensity control module 120 controls the stimulus intensity of the sine wave signal output through the frequency control module 110 based on the input signal. At this time, the intensity control module 120 is a stimulus intensity range of 0 ~ 7V, it is possible to divide the sinusoidal signal in 256 levels (level).

시간 제어모듈(130)은 상기 입력신호를 바탕으로 정현파 신호의 자극 시간을 제어한다.The time control module 130 controls the stimulus time of the sinusoidal signal based on the input signal.

구체적으로, 자극 시작과 자극 종료 명령에 대한 응답시간(transient response time)은 평면 코일형 구동기(300)의 인덕턴스(inductance)와 직류(DC) 저항 성분에 의한 시정수(time constant)에 영향을 받는다. Specifically, the response time for the start of the stimulus and the end of the stimulus are affected by the time constant due to the inductance and the DC resistance of the planar coil actuator 300. .

인덕터(L)와 저항(R)로 구성된 회로의 시정수(time constant)는 L/R로 표현 될 수 있는데, 제작된 구동기(300)의 인덕턴스는 약 5이고, DC 저항 값은 3.2Ω으로 시정수는 약 1.6 micro-second로 매우 짧다. 이러한 응답 시간을 고려할 때 자극 시간은 수십 micro-second까지 제어가 가능하다. The time constant of a circuit composed of an inductor (L) and a resistor (R) can be expressed as L / R. The inductance of the manufactured driver 300 is about 5, and the DC resistance value is corrected to 3.2Ω. The number is very short, about 1.6 micro-seconds. Considering this response time, the stimulus time can be controlled up to tens of micro-seconds.

채널 제어모듈(140)은 상기 입력신호를 바탕으로 정현파 신호의 자극 채널을 제어한다. 이때, 채널 제어모듈(140)은 5개의 자극 채널을 제어할 수 있다. The channel control module 140 controls the stimulus channel of the sine wave signal based on the input signal. In this case, the channel control module 140 may control five stimulation channels.

출력모듈(150)은 액정표시장치(LCD)로서, 자극 주파수(Frequency), 자극 강도(Strength), 자극 시간(Duration), 자극 채널(Channel) 둥에 관한 정보를 출력한다.
The output module 150 is a liquid crystal display (LCD) and outputs information on a stimulus frequency, a stimulus intensity, a stimulation time, and a stimulus channel.

신호 전달부(200)는 상기 제어부(100)를 통해 생성된 정현파 형태의 자극 제어신호를 증폭하여 구동기(300)로 전달한다.The signal transmitter 200 amplifies and transmits the sine wave stimulus control signal generated by the controller 100 to the driver 300.

이때, 전달되는 자극 제어신호는 정현파 신호로서, 신호 전달부(200)는 상기 제어부(100)의 채널 제어모듈(140)의 'on resistance' 에 의한 손실과, 채널별 인쇄회로기판(PCB)의 도선의 길이에 따른 저항 값 변화에 의한 신호의 변동을 보정하기 위하여, 멀티-턴 가변저항을 사용할 수 있다. At this time, the transmitted stimulus control signal is a sine wave signal, the signal transmission unit 200 is a loss due to the 'on resistance' of the channel control module 140 of the control unit 100, and the printed circuit board (PCB) of each channel In order to correct the fluctuation of the signal due to the change in the resistance value along the length of the wire, a multi-turn variable resistor can be used.

이를 통해, 저항 값의 변화에 따른 구동 전류의 오차를 제거하여 채널 간에 자극 강도의 오차가 없는 정확한 촉각 자극 제어신호를 전달할 수 있다.
Through this, the error of the driving current according to the change of the resistance value is eliminated, and thus the accurate tactile stimulus control signal without the error of the stimulus intensity can be transmitted between channels.

구동기(300)는 상기 신호 전달부(200)를 통해 전달된 자극 제어신호에 따라 회전의 방향과 크기가 제어됨으로써 회전 구동한다.
The driver 300 drives the rotation by controlling the direction and size of the rotation according to the stimulus control signal transmitted through the signal transmission unit 200.

이때, 구동기(300)는 고성능 전력용 트랜스포머 또는 정밀 신호 변환용 트랜스포머 제작에 응용되는 planar technology를 이용하여 제작된 평면 코일형 구동기(Planar Coil Type Actuator)이다. 코일을 만들기 위해 도선을 일정한 틀(bobbin)에 감는 일반적인 방법에 비해 planar technology는 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB) 상에 코일(coil)을 제작 하는 기술로 일종의 평면 형태의 solenoid이다. In this case, the driver 300 is a planar coil type actuator manufactured by using planar technology applied to manufacturing a high-performance power transformer or a transformer for precision signal conversion. Compared with the general method of winding the conductors in a bobbin to make a coil, planar technology is a technique of manufacturing a coil on a printed circuit board (PCB) and is a kind of flat solenoid.

이러한 기술은 도선을 이용하여 코일(coil)을 제작하는 방법과 비교하여 다음과 같은 장점이 있다. 1) 우수한 재현성과 온도 특성, 2) 내구성, 3) 습기에 강함, 4) 다양한 형상으로 제작가능 5) 가벼움이다. This technology has the following advantages compared to the method of manufacturing a coil (coil) using a wire. 1) Excellent reproducibility and temperature characteristics, 2) Durability, 3) Resistant to moisture, 4) Possible to manufacture in various shapes 5) Light weight.

도 2 에 평면 코일형 구동기의 기본 동작 원리와 실제 형상을 나타내었다. 2 shows the basic operation principle and actual shape of the planar coil type actuator.

도 2 의 (a) 에 도시된 바와 같이, 폐회로 abcd에 전류(I)가 흐르고(flowing) 외부 자계(B)가 있을 경우, 폐회로에 흐르는 전류(I)에 의한 자계의 방향과 외부 자계(B)의 방향이 일치 하려는 방향으로 폐회로가 회전하려고 한다. As shown in (a) of FIG. 2, when the current I flows in the closed circuit abcd and there is an external magnetic field B, the direction of the magnetic field and the external magnetic field B caused by the current I flowing in the closed circuit. The closed loop is about to rotate in the direction that the direction of.

이때, 발생하는 회전력은

로 나타낼 수 있다.At this time, the generated rotational force

.

여기서, m은 자기 모멘트로 전류(I)와 폐회로의 면적(S)의 곱과 같다

. 이때, 폐회로 abcd에서 ab와 cd는 폐회로의 회전에 기여하지 못하고 bc와 ad가 회전에 기여한다. 이들은 외부 자계(B)와 수직이므로 이들 선분에 작용하는 힘은

이고,

이므로

가 된다. Where m is the magnetic moment equal to the product of the current I and the area S of the closed circuit

. At this time, in the closed circuit abcd, ab and cd do not contribute to the rotation of the closed circuit, but bc and ad contribute to the rotation. Since they are perpendicular to the external magnetic field (B), the forces acting on these segments

ego,

Because of

.

이때, 회전력에 기여하는 힘의 성분을 도 2 의 (b) 에 나타낸 것처럼 F_t라고 할 때,

이므로, 폐회로 abcd에 작용하는 회전력

와 같아 결국

와 같은 회전력이 발생된다. At this time, when the component of the force contributing to the rotational force is F _t as shown in Fig. 2B,

Rotational force acting on the closed abcd

Like in the end

Rotation force such as is generated.

한편, 도 3 에 도시된 바와 같이, 큰 촉각 자극 발생을 위하여 회전력을 크게 하려면 외부 자계(B), 폐회로 abcd가 가지는 면적(S), 전류(I)를 크게 하거나, 영구자석(410)과 구동기(300)의 거리(d)를 가깝게 하면 된다. On the other hand, as shown in Figure 3, in order to increase the rotational force for the generation of a large tactile stimulus to increase the area (S), the current (I) of the external magnetic field (B), the closed circuit abcd, or the permanent magnet 410 and the driver What is necessary is just to make the distance d of 300 close.

이때, 구동기(300)는 면적(S)을 크게 하기 위하여 인쇄회로 기판에 사각형 모양으로 반복된 형상의 도선을 여러 개 만들어 solenoid 코일의 턴 수를 증가 시키는 것과 동일한 효과를 얻도록 하였다(도 2 의 (c) 참조). 여기에, 정현파 전류의 제어를 통해 회전의 방향과 크기를 제어할 수 있다.
At this time, the driver 300 to obtain the same effect as to increase the number of turns of the solenoid coil by making several conductors of the shape repeated in a square shape on the printed circuit board to increase the area (S) (Fig. 2) (c)). Here, the direction and magnitude of the rotation can be controlled by controlling the sinusoidal current.

측정부(400)는 상기 구동기(300)의 움직임 및 상기 움직임에 따른 촉각 자극을 측정하는 기능을 수행하는 바, 도 3 에 도시된 바와 같이 영구자석(410), 자극 입력수단(420) 및 가속도계(430)를 포함한다. The measuring unit 400 performs a function of measuring the movement of the driver 300 and the tactile stimulus according to the movement, as shown in FIG. 3, the permanent magnet 410, the stimulus input unit 420, and the accelerometer. 430.

영구자석(410)은 희토류 성분의 영구자석으로서, 외부자계 역할을 수행한다. The permanent magnet 410 is a permanent magnet of the rare earth component, and serves as an external magnetic field.

자극 입력수단(420)은 손가락 형상으로서, 상기 구동기(300)의 움직임에 따른 자극을 입력받는다. The magnetic pole input means 420 has a finger shape and receives a magnetic pole according to the movement of the driver 300.

가속도계(430)는 상기 자극 입력수단(420)의 내부에 위치하는 제 1 가속도계(430a) 및 상기 구동기(300)의 상면에 위치하는 제 2 가속도계(430b)로 이루어져, 상기 구동기(300)의 움직임 및 상기 자극 입력수단(420) 내부의 촉각 자극을 각각 측정한다.
Accelerometer 430 is composed of a first accelerometer 430a located inside the magnetic pole input means 420 and a second accelerometer 430b located on the upper surface of the driver 300, the movement of the driver 300 And a tactile stimulus inside the stimulus input unit 420, respectively.

이하에서는, 상기 도 3 에 도시된 바와 같이, TYPE-I과 TYPE-II의 두 가지 형태의 촉각 자극 시스템을 제작하여 실험을 수행 하였다. Hereinafter, as shown in FIG. 3, two types of tactile stimulation systems, TYPE-I and TYPE-II, were manufactured and tested.

TYPE-I은 영구자석(410) 위에 구동기(300)를 일정거리(d) 벗어나도록 위치시키고, 그 위에 손가락 형태의 자극 입력수단(420)을 올려놓아 자극의 형태가 진동으로 제시되도록 하였다. TYPE-I was positioned so that the actuator 300 on the permanent magnet 410 away from a certain distance (d), and put the stimulus input means 420 in the form of a finger on it so that the form of the stimulus is presented as a vibration.

이에 따라, 영구자석(410)의 상면에 구동기(300)가 위치하되, 상기 구동기(300)가 수평방향으로 일측으로 일정거리 벗어나도록 위치된 경우, 구동기(300)는 전달된 자극 제어신호에 따라 진동을 발생시키게 된다.Accordingly, the driver 300 is located on the upper surface of the permanent magnet 410, when the driver 300 is positioned to deviate by a predetermined distance in one side in the horizontal direction, the driver 300 in accordance with the transmitted magnetic pole control signal It generates vibration.

또한, TYPE-II는 구동기(300)를 투명 아크릴 내부에 직경 0.25 mm의 nylon monofilament 를 이용하여 고정하고, 이로부터 일정거리(d) 떨어진 곳에 영구자석(410)을 수직방향으로 위치시켰다. In addition, the TYPE-II fixed the actuator 300 by using a nylon monofilament having a diameter of 0.25 mm in the transparent acrylic, and positioned the permanent magnet 410 in a vertical distance away from the predetermined distance (d).

이렇게 하여 손가락 형태의 자극 입력수단(420)의 수직방향으로 자극 제시하는 형태로 촉각 자극을 제시할 수 있도록 하였다. In this way, it is possible to present the tactile stimulus in the form of presenting the stimulus in the vertical direction of the finger input stimulus input means 420.

구체적으로, 구동기(300)가 투명 아크릴 내부에 수평하게 고정되고, 영구자석(410)과 수직하게 일정거리 이격되어 위치된 경우, 구동기(300)는 전달된 자극 제어신호에 따라 자극 입력수단(420)의 수직방향으로 즉, 구동기(300)의 좌우 양단이 상하 왕복운동을 함으로써 자극 입력수단(420)의 수직방향으로 촉각을 제시한다.In detail, when the driver 300 is horizontally fixed inside the transparent acrylic and is spaced apart from the permanent magnet 410 by a predetermined distance, the driver 300 according to the transmitted magnetic pole control signal 420. ), Ie, the left and right ends of the driver 300 vertically reciprocate to present the tactile sense in the vertical direction of the magnetic pole input means 420.

여기서, 일정거리(d)는 10mm로 고정하였으며, 구동기(300) 위에 MMA7260Q (Freescale Semiconductor, USA) 3축의 제 1 가속도계(accelerometer 1)(430a)를 설치하여 구동기의 움직임을 측정할 수 있도록 하였다. Here, the fixed distance (d) was fixed to 10mm, and the first accelerometer (accelerometer 1) 430a of the 3-axis MMA7260Q (Freescale Semiconductor, USA) was installed on the driver 300 to measure the movement of the driver.

또한, 도 4 에 도시된 바와 같이, 자극 입력수단(420)을 실리콘으로 제작하고, 그 내부에 동일한 3축의 제 2 가속도계(accelerometer 2)(430b)를 설치하여, 피부 내부로 전달되는 촉각 자극을 대략적으로 측정할 수 있도록 하였다. In addition, as shown in FIG. 4, the stimulus input unit 420 is made of silicon, and the same triaxial second accelerometer 2 430b is installed therein to sense the tactile stimulus transmitted to the inside of the skin. It was possible to measure roughly.

4채널 디지털 오실로스코프 TDA3044B 와 TDS2014(Tektronix, USA) 두 대를 이용하여 가속도계(accelerometer 1, 2) 각각의 신호를 측정하였다. TDA3044B 와 TDS2014 oscilloscopes의 채널 당 샘플링 개수는 각각 10,000 samples/sec와 2,500 samples/sec 였다.
Signals for each of the accelerometers (accelerometers 1 and 2) were measured using two four-channel digital oscilloscopes, the TDA3044B and TDS2014 (Tektronix, USA). The number of samples per channel for the TDA3044B and TDS2014 oscilloscopes was 10,000 samples / sec and 2,500 samples / sec, respectively.

한편, 평면 코일형 구동기(300) 위에 있는 제 1 가속도계(accelerometer 1)(430a)와 자극 입력수단(420) 내부에 위치한 제 2 가속도계(accelerometer 2)(430b)의 측정데이터를 이용하여 개발된 촉각 자극기의 성능을 평가 하였다. Meanwhile, the tactile sensation developed using the first accelerometer 1 430a on the planar coil-type driver 300 and the measurement data of the second accelerometer 2 430b located inside the stimulus input unit 420. The performance of the stimulator was evaluated.

TYPE-I에서 250Hz 자극 주파수 일 때, 두 개의 가속도계로부터 측정된 x, y and z축의 raw data와 이에 해당하는 각 축의 power spectral density를 도 5 에 나타내었다. 손가락 형상의 자극 입력수단(420)의 외부와 내부에서 측정된 자극 신호의 주파수는 동일하였고, 동 위상(in-phase)이였으며, 외부보다 내부에서 자극 강도는 작았다. In the TYPE-I at 250 Hz stimulus frequency, raw data of x, y and z axes measured from two accelerometers and power spectral density of each corresponding axis are shown in FIG. 5. The frequency of the stimulus signal measured inside and outside the finger-shaped stimulus input means 420 was the same, in-phase, and the stimulus intensity was smaller inside than outside.

TYPE-I은 진동 자극이므로 제 1 가속도계(accelerometer 1)(430a)에서는 x, y and z축의 성분이 명확히 나타났다. 이때 x축과 z축의 성분보다 y축의 성분이 큰 것은 구동기(300)와 영구자석(410)의 배치에 의한 현상으로 외부 자계는 z-axis, 전류는 x-axis이어서 이에 대한 수직 방향인 y-axis 방향으로 가장 큰 힘이 발생하였다. Since TYPE-I is a vibration stimulus, the components of the x, y and z axes are clearly shown in the first accelerometer 1 (430a). At this time, the y-axis component is larger than the x-axis and z-axis components due to the arrangement of the driver 300 and the permanent magnet 410. The external magnetic field is z-axis and the current is x-axis. The greatest force occurred in the axis direction.

그러나, 제 2 가속도계(accelerometer 2)(430b)에서는 y축의 크기가 가장 작은데 이는 손가락 형상의 자극 입력수단(420)의 플라스틱 바와 이를 고정하기 위한 바이스(vice)가 y축 방향으로 고정되어 있었기 때문에 이 축으로의 진동은 제한되었던 것으로 판단된다. However, in the second accelerometer 2 430b, the size of the y-axis is the smallest because the plastic bar of the finger-shaped magnetic pole input means 420 is fixed in the y-axis direction. The vibration on the axis is considered to have been limited.

도 6 은 TYPE-II에서 250Hz 자극 주파수일 때의 측정 결과이다. 도 5 와 같이 자극 신호의 주파수와 위상이 동일하였고, 외부에 비해 내부의 자극 강도가 작았다. TYPE-II의 촉각 전달 형태는 z축 방향으로의 자극 형태이므로 TYPE-I과 비교하여 x축과 y축의 성분이 작고 z축 성분이 우세하다. 6 shows measurement results at 250 Hz stimulus frequency in TYPE-II. As shown in FIG. 5, the frequency and phase of the stimulus signal were the same, and the internal stimulus intensity was smaller than that of the outside. Since the tactile transmission of TYPE-II is a magnetic pole in the z-axis direction, the components of the x-axis and the y-axis are smaller and the z-axis component is superior to TYPE-I.

도 6 에서 제 2 가속도계(accelerometer 2)(430b)에서 측정된 신호의 크기가 작아 power spectral density 의 데이터는 원 신호의 2배의 값으로 나타내었다. 도 5 와 도 6 은 TYPE I과 II의 특성을 비교하기 위해 동일한 250Hz의 주파수를 사용하였고, 제 1 가속도계(accelerometer 1)(430a)의 z-axis의 최대 출력 값이 1Volt로 같을 때를 기준으로 결과를 나타낸 것이다.In FIG. 6, since the magnitude of the signal measured by the second accelerometer 2 430b is small, the power spectral density data is represented as twice the original signal. 5 and 6 used the same frequency of 250 Hz to compare the characteristics of TYPE I and II, and when the maximum output value of the z-axis of the first accelerometer (accelerometer 1) (430a) is equal to 1Volt The results are shown.

도 7 은 TYPE-I과 TYPE-II에서 100, 200, 300, 400Hz의 4가지 자극 주파수와 4가지의 자극 강도일 때 제 2 가속도계(accelerometer 2)(430b)에서 측정된 신호의 z-axis 방향의 power spectral density를 나타낸 것이다. 자극 주파수의 선택성이 높고 다양한 강도로 자극이 가능함을 알 수 있다. 또한, 자극 주파수에 변화에 따라 자극 강도는 거의 일정하였다. 특정 자극 주파수(200Hz)에서 2^nd고조파 성분이 나타나지만, 자극 주파수에 해당하는 기본 주파수(fundamental frequency)와 최소 -18dB 이상의 차이가 나므로 무시할 수 있다고 판단된다. 7 shows the z-axis direction of the signal measured by the second accelerometer 2 430b at four stimulus frequencies of 100, 200, 300 and 400 Hz and four stimulus intensities in TYPE-I and TYPE-II. Shows the power spectral density. It can be seen that the selectivity of the stimulation frequency is high and the stimulation can be performed at various intensities. In addition, the stimulus intensity was almost constant with the change in the stimulation frequency. Appear, but the 2 ^nd harmonic component at a particular stimulation frequency (200Hz), the fundamental frequency (fundamental frequency) and the difference of at least -18dB for the stimulation frequency is determined that negligible nameuro.

도 8 은 신호 전달부(200)로부터 출력되는 정현파 신호의 크기에 따라, 자극 입력수단(420) 내부에 위치한 제 2 가속도계(430b)로부터 측정된 가속도 신호의 한 주기를 시간에 대해 두 번 적분하여(사다리꼴 수치 적분 알고리즘) 변위를 계산한 것이다. 적분은 MATLAB(Mathworks Inc., USA)을 이용하였다. 출력 신호의 크기에 따라 변위가 선형적으로 변하였다.
8 integrates one cycle of the acceleration signal measured from the second accelerometer 430b located inside the stimulus input unit 420 twice with respect to time according to the magnitude of the sinusoidal signal output from the signal transmission unit 200. Trapezoidal numerical integration algorithm. Integral was used for MATLAB (Mathworks Inc., USA). The displacement changed linearly with the magnitude of the output signal.

본 발명에서는 평면 코일형 구동기를 이용한 새로운 형태의 촉각 자극기이다. 이러한 촉각 시스템은 전자기 현상을 이용하여 기계적 방법으로 촉각 자극을 제시하며, 기존의 가동-코일 구동기, 모터, 압전 소자를 이용하는 기계적 방법과 비교하여 아래와 같은 여러 장점을 가지고 있다. In the present invention, it is a new type of tactile stimulator using a planar coil type driver. Such a tactile system presents tactile stimuli in a mechanical manner using electromagnetic phenomena, and has several advantages as compared to the mechanical methods using a movable coil driver, a motor, and a piezoelectric element.

본 발명에서는 0~400Hz의 넓은 자극 주파수 범위를 40단계로 변화시킬 수 있으며, 256단계로 강도 조절이 가능하고, 자극 주파수에 따라 자극 강도가 일정하다. 수십 micro-second에서 수십 second까지 자극 제시 시간의 제어 범위가 넓다. In the present invention, a wide stimulus frequency range of 0 to 400 Hz can be changed in 40 steps, the intensity can be adjusted in 256 steps, and the stimulus intensity is constant according to the stimulus frequency. The control range of stimulus presentation time is wide from tens of micro-seconds to tens of seconds.

영구자석의 물성을 변화시키거나 영구자석과 평면 코일형 구동기와의 거리 등을 조절하여 더 큰 자극을 제시할 수도 있다. 자극 시작과 자극 종료 명령에 대한 응답시간이 1.6 micro-second로 매우 짧아 수십 millisecond의 응답시간을 가지고 있는 기존의 촉각 자극기와 비교하여 정교한 촉각 메커니즘 규명 연구에도 사용될 수 있다. 저전압 사용으로 인체에 안전하며, 자극 채널의 확장도 용이하다.It is also possible to change the physical properties of the permanent magnets or adjust the distance between the permanent magnets and the flat coil type actuators to present larger magnetic poles. The response time for the start and end of the stimulus command is very short (1.6 micro-seconds), which can be used to study sophisticated tactile mechanisms compared to conventional tactile stimulators with response times of tens of milliseconds. It is safe for human body by using low voltage, and expansion of stimulation channel is easy.

또한, 인쇄회로기판에 평면 코일을 제작(etch)하였으므로 온도와 습도에 따른 구동기의 변형이 적고, 내구성이 뛰어나며, 도선으로 감은 코일에 비하여 제작 정밀도가 높아 자극 채널간 변동성이 매우 작고, 재현성이 뛰어 나다. 구동기의 구조가 간단하여 제작이 쉽고, 다양한 모양으로 제작할 수 있으며, 영구 자석과 평면코일형 구동기의 배치에 따라 여러 형태의 촉각 자극 제시가 가능하다. In addition, since a flat coil is etched on a printed circuit board, the driver is less deformed according to temperature and humidity, and the durability is high, and the manufacturing precision is higher than that of the coil wound with wires, so the variation between magnetic pole channels is very small, and the reproducibility is excellent. It's me. The structure of the actuator is simple and easy to manufacture, and it can be manufactured in various shapes. According to the arrangement of the permanent magnet and the flat coil type actuator, various types of tactile stimuli can be presented.

본 발명에서는 두 가지 방법만을 제시하였다. TYPE-I의 경우 평면 코일형 구동기와 접촉하는 촉각 자극 대상체의 무게와 압력에 따라, TYPE-II의 경우 평면 코일형 구동기와 촉각 자극 대상체 사이의 거리에 따라 촉각 자극의 강도가 변할 수 있는 제한점이 있다. 이는 모든 형태의 촉각 자극기가 가지고 있는 한계이다. In the present invention, only two methods are presented. In the case of TYPE-I, there is a limit that the intensity of the tactile stimulus may change depending on the weight and pressure of the tactile stimulus object in contact with the planar coil-type actuator, and the distance between the tactile stimulus object and the tactile stimulus object in TYPE-II. have. This is a limitation of all types of tactile stimulators.

그러나, 본 발명에 따른 촉각 자극 시스템은 자극의 강도를 조절할 수 있는 변인인 영구자석의 물성, 배치거리, 평면 코일형 구동기의 크기와 턴 수, 구동 전류의 크기 등을 이용하여 보정이 가능하다.
However, the tactile stimulation system according to the present invention can be corrected by using the properties of the permanent magnet, the arrangement distance, the size and number of turns of the planar coil type actuator, the size of the driving current, and the like, which are variables that can control the intensity of the stimulus.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be appreciated by those skilled in the art that numerous changes and modifications may be made without departing from the invention. Accordingly, all such appropriate modifications and changes, and equivalents thereof, should be regarded as within the scope of the present invention.

S: 평면 코일형 구동기를 이용한 촉각 자극 시스템
100: 제어부 110: 주파수 제어모듈
120: 강도 제어모듈 130: 시간 제어모듈
140: 채널 제어모듈 150: 출력모듈
200: 신호 전달부 300: 구동기
400: 측정부 410: 영구자석
420: 자극 입력수단 430: 가속도계S: Tactile Stimulation System Using Planar Coil Actuator
100: control unit 110: frequency control module
120: intensity control module 130: time control module
140: channel control module 150: output module
200: signal transmission unit 300: driver
400: measuring unit 410: permanent magnet
420: stimulus input means 430: accelerometer

Claims

A controller 100 generating a stimulus control signal for driving the driver 300 based on an input signal received from the outside;
A signal transmission unit 200 amplifying the sine wave stimulus control signal generated by the control unit 100 and transmitting the amplified control signal to the driver 300;
A driver 300 that rotates in response to the stimulus control signal transmitted through the signal transmission unit 200; And
A measuring unit 400 measuring a movement of the driver 300 and a tactile stimulus according to the movement; Tactile stimulation system using a planar coil-type driver comprising a.

The method of claim 1,
The input signal is,
A tactile stimulation system using a planar coil-type driver, comprising variable input signals relating to stimulation frequency, stimulus intensity, stimulation time, and stimulation channel and user trigger information.

The method of claim 1,
The control unit 100,
A frequency control module 110 for generating a sine wave-type stimulus signal based on an input signal received from the outside and changing a frequency of the generated stimulus signal;
An intensity control module 120 for controlling the stimulus intensity of the sine wave signal outputted through the frequency control module 110 based on the input signal;
A time control module 130 for controlling the stimulus time of the sinusoidal signal based on the input signal;
A channel control module 140 for controlling a stimulus channel of the sine wave signal based on the input signal; And
An output module 150 for outputting information on parameters including stimulation frequency, stimulus strength, stimulation duration, stimulation channel; Tactile stimulation system using a planar coil-type driver, comprising a.

The method of claim 3, wherein
The range of the stimulation frequency is 0 ~ 400Hz, can be changed in 40 steps by 10Hz, the stimulation intensity range is 0 ~ 7V, the flat coil type driver, characterized in that the intensity can be adjusted in 256 levels (level) Tactile Stimulation System Used.

The method of claim 1,
The signal transmission unit 200,
In order to correct the fluctuation of the signal due to the change in the resistance value of the controller 100, a multi-turn variable resistor is used, the tactile stimulation system using a planar coil type driver.

The method of claim 1,
The driver 300,
Tactile stimulation system using a planar coil type driver, characterized in that the direction and size of the rotation is controlled according to the stimulus control signal transmitted through the signal transmission unit (200).

The method of claim 1,
The driver 300,
A tactile stimulation system using a flat coil type driver, characterized in that the flat coil type driver formed on a printed circuit board.

The method of claim 1,
The measuring unit 400,
Permanent magnet 410 to perform the external magnetic role;
A stimulus input means (420) for receiving a stimulus according to the movement of the driver (300) as a finger shape; And
It consists of a first accelerometer (430a) located inside the magnetic pole input means 420 and a second accelerometer (430b) located on the upper surface of the driver 300, the movement of the driver 300 and the magnetic pole input means 420, an accelerometer 430 for measuring each of the tactile stimuli therein; Tactile stimulation system using a planar coil-type driver, comprising a.

The method of claim 8,
The driver 300,
Tactile stimulation system using a planar coil-type driver, characterized in that to generate a vibration or the movement in the vertical direction of the magnetic pole input means (420) by adjusting the arrangement with the permanent magnet (410).

The method of claim 8,
When the driver 300 is located on the upper surface of the permanent magnet 410, the driver 300 is positioned to deviate by a predetermined distance in one side in the horizontal direction, the driver 300 is vibrated according to the transmitted magnetic pole control signal Tactile stimulation system using a planar coil-type driver, characterized in that for generating a.

The method of claim 8,
When the driver 300 is horizontally fixed inside the transparent acrylic and is positioned at a predetermined distance apart from the permanent magnet 410 vertically, the driver 300 reciprocates up and down both left and right according to the transmitted magnetic pole control signal. Tactile stimulation system using a planar coil-type driver, characterized in that the movement.