KR20140141649A - 모션 시뮬레이션을 위한 촉각형 의자 - Google Patents

모션 시뮬레이션을 위한 촉각형 의자 Download PDF

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KR20140141649A
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줄리앙 플뢰뢰우
필립 구일로텔
니콜라 몰르
아나톨 르쿠이
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Abstract

본 발명은 모션의 착각을 제공하기 위한 디바이스 및 방법에 관한 것이다. 디바이스는 서로 독립적으로 사용자의 전정 감각 및 운동 감각을 자극하기 위한 적어도 2개의 이동가능 부분으로 구성된다. 이동가능 머리 받침은 사용자의 전정 감각을 자극하기 위해 제공되고, 이동가능 팔걸이는 사용자의 운동 감각을 자극하기 위해 제공된다.

Description

모션 시뮬레이션을 위한 촉각형 의자{HAPTIC CHAIR FOR MOTION SIMULATION}
본 발명은 모션의 착각을 제공하는 디바이스, 및 촉각형(haptic) 디바이스를 제어하기 위해 데이터를 자동으로 생성하는 방법에 관한 것이다.
새로운 기술 개발은 더욱 더 불규칙한 멀티미디어 시스템의 생성을 허용한다. 3D 이미지 및 사운드 공간화(spatialization)는 이제 최종 사용자의 생활 공간에 존재한다. 하지만, 이들 시스템은 2개의 감각, 즉 시각 및 청각의 자극에 여전히 한정되어 있다.
이동에 대한 인간의 인식은 3개의 인식 시스템으로부터의 정보에 기초한다. 시각적 시스템은 공간에서 물체의 위치, 이에 따라 이들 물체에 상대적인 위치의 정보를 제공한다. 내부 귀에 위치된 전정(vestibular) 시스템 기관은 3개의 직교 배향된 반원형 도관(canal) 및 2개의 이석(otolith) 기관으로 구성된다. 반원형 도관은 회전 운동(각도 가속)을 검출하도록 하는 한편, 이석 기관은 선형 가속에 대한 정보를 뇌에 전달한다. 촉각 감각 및 운동 감각에 의해 구성된 촉각형 감각은 신체에 대해 손발의 위치를 느끼게 한다. 이동이 손발과 본체(trunk) 사이의 관계를 변화시키자마자, 이동에 관한 정보가 인식된다. 촉각 감각은 이 경우에 가속도계로서 작용하는 내장 기관을 느끼게 하도록 하지만, 또한 이동으로 인해 피부 상에 압력 또는 마찰을 느끼게 한다.
모션 시뮬레이터는 청중 멤버가 모션을 느끼게 하도록 설계된 잘 알려진 디바이스이다. 모션 시뮬레이터는 학습 목적을 위해 운전 또는 비행 시뮬레이터로서 철저히 사용된다. 대부분의 모션 시뮬레이터는 스튜워트의 플랫폼(B. Dasgupta, "The stewart Platform manipulator: a review", Mechanism and Machine Theory, Vol. 35, Issue 1, pp. 15-40, 2000년 1월)에 기초한다. 모션 시뮬레이터는 특히 기본적으로 시청각 경험을 개선하는데 사용될 수 있는 이러한 종류의 플랫폼 상에 부착된 시트이다.
또한 최종 사용자의 생활 공간에 전용인 4개의 엑추에이터(actuator) 상에 위치된 안락한 의자가 종래 기술에 알려져 있다. 이들 의자는 시청각 컨텐츠 시청 및 소비자 응용을 위해 3개의 자유도{피치, 롤 및 상승(heave)}를 허용한다. 3개의 자유도는 2개의 수직 수평 축(피치 및 롤) 주위에 수직축(상승) 및 회전을 따르는 이동이다. 하지만, 이들 의자는 비용이 고가이고, 단지 3-DoF를 렌더링하고, 여전히 스튜워트의 플랫폼에 기초한다.
이들 종류의 모션 시뮬레이터는 주로 사용자의 전정 감각을 다룬다. 사용자는 자신의 신체의 가속도 및 회전을 감지할 수 있고, 이러한 방식으로 이동을 느낀다.
모션의 감각은 또한 WO2011/032937에 개시된 바와 같이, 힘 피드백 디바이스에 의해 유도될 수 있다. 사용자의 손에 힘을 가함으로써, 시스템은 힘 피드백을 통해 모션의 착각을 생성한다. 인터페이스가 손을 잡아당기는 동안, 사용자는 순방향으로 이동하는 것을 느낀다. 힘 피드백 디바이스는 사용자의 운동 감각을 다룬다.
US2010/0205867은 사용자를 침투하는 진동을 생성하기 위해 등받이 및 시트에서 진공 유닛을 갖는 극장 시트를 개시한다. 이러한 종류의 극장 시트는 사용자의 촉각 감각을 다룬다.
본 발명의 목적은 시청각 컨텐츠를 시청할 때 사용자의 촉각형 경험을 개선하고, 더 복잡한 시청각 경험을 개선하는 저렴한 디바이스를 제안하는 것이다.
본 발명에 따라, 모션의 착각을 제공하는 디바이스가 제안된다. 디바이스는 서로 독립적으로 사용자의 전정 감각 및 운동 감각을 자극하기 위해 적어도 2개의 이동가능한 부분으로 구성된다. 디바이스는 사용자의 전정 감각을 자극하기 위한 이동 머리 받침을 포함한다. 더욱이, 디바이스는 사용자의 운동 감각을 자극하기 위한 이동 팔걸이를 포함한다. 이것은, 인간의 2가지 본질적 감각, 즉 전정 감각 및 운동 감각이 동시에, 하지만 사용자의 촉각형 경험을 개선하기 위해 서로 독립적으로 디바이스에 의해 침투된다는 장점을 갖는다. 그러한 시스템을 사용할 때, 사용자는 시청각 컨텐츠, 예를 들어 영화 또는 컴퓨터 게임 플레이를 시청한다. 따라서, 또한 자신이 보는 물체와 이들 물체에 상대적인 자신의 위치에 대한 정보를 제공하는 사용자의 시각 감각의 입력이 이용가능하다. 이것은 소비자 환경에서 모션의 "현실적인" 촉각형 효과를 갖는 비디오 시청 경험을 개선한다. 디바이스는 스스로 이동하지 않고도 모션의 착각을 제공한다.
유리하게, 디바이스는 사용자의 운동 감각을 추가로 자극하기 위한 제 2 이동가능 팔걸이를 구비한다. 유리하게, 디바이스는 사용자의 운동 감각을 추가로 자극하기 위한 이동가능 시트를 더 구비한다. 더욱이, 디바이스는 사용자의 운동 감각을 추가로 자극하기 위한 이동가능 다리 받침을 갖는다. 더욱이, 디바이스는 사용자의 운동 감각을 추가로 자극하기 위한 이동가능 등받이를 더 구비한다. 이것은, 힘 피드백 디바이스의 수를 증가시킴으로써, 사용자의 운동 감각이 더 전용의 방식으로 침투된다는 장점을 갖는다. 이것은 전체 촉각형 경험을 개선한다.
유리하게, 디바이스의 각 이동가능 부분은 적어도 하나의 자유도에서 변위가능하다. 최대 3개의 자유도에서의 변위가 바람직하다. 추가 개선에서, 디바이스의 각 이동가능 부분은 적어도 하나의 자유도로 회전가능하다. 유리하게, 디바이스의 각 이동가능 부분은 최대 3개의 자유도로 회전가능하다. 즉, 디바이스의 각 이동가능 부분은 사용자의 전체 촉각형 경험을 개선하기 위해 하나의 자유도로부터 최대 6개의 자유도를 갖는다.
유리하게, 디바이스는 디바이스의 적어도 하나의 요소에 일체화된 스탬프 어레이로 추가로 구성된다. 이들 요소는 예를 들어, 등받이, 시트, 팔걸이, 머리 받침 또는 다리 받침이다. 이동가능한 스탬프는 사용자의 촉각 감각을 자극하기 위해 사용된다. 이것은, 디바이스가 사용자의 추가 감각, 즉 촉각 감각을 다루는 장점을 갖는다. 디바이스에 의해 침투된 모든 감각은 분명한 방식으로 디바이스에 의해 다루어져서, 사용자는, 여러 개의 감각이 자신의 시각 감각 및 청각 감각을 통해 수신하는 인상을 지지할 때, 자신이 경험하는 시청각 컨텐츠의 부분의 더 양호한 착각을 얻게 된다. 유리하게, 스탬프 어레이의 각 스탬프는 독립적으로 제어되는 솔레노이드에 의해 변위가능하다.
유리하게, 본 발명에 따른 디바이스는 의자에 일체화된다. 따라서, 사용자는 시청각 컨텐츠를 시청할 때 의자에 앉을 수 있고, 동시에 촉각형 자극을 경험할 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따라, 촉각형 디바이스를 제어하기 위해 데이터를 자동으로 생성하는 방법이 제안된다. 첫째로, 사용자의 전정 감각을 자극하기 위한 데이터는 시청각 컨텐츠에 기초하여 결정된다. 두 번째로, 사용자의 운동 감각을 자극하기 위한 데이터는 시청각 컨텐츠에 기초하여 결정된다. 이들 데이터로부터, 사용자의 전정 감각을 자극하기 위한 적어도 하나의 이동가능 머리 받침과, 사용자의 운동 감각을 자극하기 위한 하나의 이동가능 팔걸이를 제어하기 위한 제어 신호가 결정된다. 이것은, 인간의 2가지 본질적인 감각, 즉 전정 감각 및 운동 감각이 동시에, 하지만 사용자의 촉각형 경험을 개선하기 위해 서로 독립적으로 방법에 따라 침투된다는 장점을 갖는다.
유리하게, 추가 제어 신호는 사용자의 운동 감각을 자극하기 위한 제 2 이동가능 팔걸이와, 사용자의 운동 감각을 자극하기 위한 이동가능 시트와, 사용자의 운동 감각을 자극하기 위한 이동가능 다리 받침과, 사용자의 운동 감각을 자극하기 위한 이동가능 등받이 중 적어도 하나를 제어하기 위해 결정된다. 이것은, 힘 피드백 디바이스의 수를 증가시킴으로써, 사용자의 운동 감각이 더 전용 방식으로 침투되는 장점을 갖는다. 이것은 전체 촉각형 경험을 개선한다.
유리하게, 사용자의 촉각 감각을 자극하기 위해 이동가능 스탬프의 적어도 하나의 어레이를 제어하기 위한 제어 신호가 결정된다. 스탬프 어레이는 촉각형 디바이스의 적어도 하나의 요소, 예를 들어 등받이, 시트 및 다리 받침에 일체화된다. 이것은, 디바이스가 촉각형 경험을 개선하기 위해 사용자의 추가 감각, 즉 촉각 감각을 다루는 장점을 갖는다.
유리하게, 이동가능 부분의 적어도 하나의 자유도에 따라 변위 및 회전 중 적어도 하나를 제어하기 위한 제어 신호가 결정된다.
더 잘 이해하기 위해, 본 발명은 이제 도면을 참조하여 다음의 설명에 더 구체적으로 설명될 것이다. 본 발명이 이러한 예시적인 실시예에 한정되지 않고, 규정된 특징이 편리하게 본 발명의 범주에서 벗어나지 않고도 조합 및/또는 변형될 수 있다는 것이 이해된다.
본 발명은 시청각 컨텐츠를 시청할 때 사용자의 촉각형 경험을 개선하고, 더 복잡한 시청각 경험을 개선하는 저렴한 디바이스에 효과적이다.
도 1은 본 발명에 따른 디바이스를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 디바이스의 이동가능 머리 받침을 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 디바이스의 이동가능 팔걸이의 제 1 실시예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 디바이스의 이동가능 팔걸이의 제 2 실시예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 디바이스의 이동가능 등받이를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 디바이스의 이동가능 시트를 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 디바이스의 이동가능 다리 받침을 도시한 도면.
도 8은 스탬프를 이동시키기 위한 솔레노이드를 도시한 도면.
도 9는 본 발명에 따른 디바이스의 등받이 및 시트에 일체화된 이동가능 스탬프의 어레이를 도시한 도면.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예를 도시한다. 디바이스는, 사용자가 시청각 컨텐츠, 예를 들어 영화 또는 게임 컨텐츠를 시청하는 동안 앉는 의자에 일체화된다. 의자는 하나의 이동가능 머리 받침, 2개의 이동가능 팔걸이, 하나의 이동가능 등받이, 하나의 이동가능 시트, 하나의 이동가능 다리 받침, 및 시트와 등받이에 일체화된 이동가능 스탬프의 2개의 어레이를 갖는다. 이들 모든 부분은 다음에 설명될 것이다.
도 2는 의자의 이동가능 머리 받침을 도시한다. 모션의 감각은 1 자유도 모터에 의해 제어된 모터형 머리 받침에 의해 개시된다. 머리 받침은 앞뒤로 이동가능하다. 사용자가 의자에 앉으면, 사용자의 손을 순방향으로 밀어냄으로써, 디바이스는 사용자가 가속도의 감각을 느끼게 한다. 감속은 사용자의 머리를 역방향으로 잡아당김으로써 제공된다. 사용자의 전정 감각은 이러한 방식으로 자극된다. 사용자의 머리를 앞뒤로 이동시키는 것은 또한 사용자의 운동 감각을 자극한다. 머리 받침이 역방향으로 잡아당겨질 때, 사용자의 머리가 머리 받침과 접촉한 상태로 유지되는 것이 보장되어야 한다. 머리 받침의 최대 6개의 자유도(상이한 방향에서의 변위 및 회전)는 시뮬레이팅된 모션의 범위를 연장한다.
도 3은 의자의 이동가능 팔걸이의 제 1 실시예를 도시한다. 가속도의 감각은 팔걸이의 1 자유도에 의해 생성된다. 가속도의 감각은 사용자의 팔을 순방향으로 밀어냄으로써 제공된다. 감속은 잡아당기는 힘에 의해 제공된다. 팔걸이의 최대 6개의 자유도(상이한 방향에서의 변위 및 회전)는 시뮬레이팅된 모션의 범위를 연장한다.
도 4는 의자의 이동가능 팔걸이의 제 2 실시예를 도시한다. 팔걸이는 2개의 부분으로 구성된다. 하나의 부분은 사용자의 팔을 이동시키기 위한 것이고, 다른 부분은 사용자의 손을 이동시키기 위한 것이다. 팔걸이의 각 이동가능 부분의 최대 6개의 자유도(상이한 방향에서의 변위 및 회전)는 시뮬레이팅된 모션의 범위를 연장한다.
도 5는 의자의 이동가능 등받이를 도시한다. 모터형 등받이는 모터의 1 자유도에 의해 제어된다. 사용자의 등을 순방향으로 밀어냄으로써, 디바이스는 사용자가 가속도의 감각을 느끼게 한다. 감속은 사용자의 등을 역방향으로 잡아당김으로써 제공된다. 등받이의 최대 6개의 자유도(상이한 방향에서의 변위 및 회전)는 시뮬레이팅된 모션의 범위를 연장한다.
도 6은 의자의 이동가능 시트를 도시한다. 모터형 시트는 모터의 1 자유도에 의해 제어된다. 예를 들어, 사용자가 앞으로 밀어냄으로써, 디바이스는 사용자가 높이의 감각을 느끼게 한다. 자유 낙하는 사용자가 아래로 잡아당김으로써 제공된다. 시트의 최대 6개의 자유도(상이한 방향에서의 변위 및 회전)는 시뮬레이팅된 모션의 범위를 연장한다.
도 7은 의자의 이동가능 다리 받침을 도시한다. 모터형 등받이는 모터의 1 자유도에 의해 제어된다. 예를 들어, 사용자의 다리를 순방향으로 밀어냄으로써, 디바이스는 사용자가 가속도의 감각을 느끼게 해준다. 감속은 사용자의 다리를 역방향으로 잡아당김으로써 제공된다. 다리 받침의 최대 6개의 자유도(상이한 방향에서의 변위 및 회전)는 시뮬레이팅된 모션의 범위를 연장한다. 이동가능 팔걸이와 같이, 또한 각 다리 및 발을 독립적으로 이동시키기 위한 여러 개의 부분으로 분리되는 더 복잡한 다리 받침이 적용가능하다.
도 8은 스탬프를 이동시키기 위한 솔레노이드를 도시한다. 그러한 스탬프의 어레이는 의자의 시트, 등받이 및/또는 다리 받침 상에 위치된다. 이것은 도 9에 도시된다. 어레이의 크기는 의자의 크기에 적응된다. 각 솔레노이드 및 이에 따라 각 스탬프는 다른 것들에 독립적으로 제어된다. 이들 스탬프의 어레이는 사용자의 피부에 가해진 압력을 변형하고, 사용자가 모션의 감각을 느끼게 하는데 사용된다. 이러한 방식으로, 사용자의 촉각 감각이 자극된다.
예를 들어, 등받이 상에 설정된 스탬프의 어레이는 사용자의 등에 압력을 가함으로써 가속도의 감각을 제공한다. 압력을 감소시킴으로써, 감속의 감각을 제공한다. 유사한 방식으로, 시트 상에 설정된 어레이는 높이의 감각 및 자유 낙하를 제공한다. 사용자의 운동 감각에 더하여 사용자의 촉각 감각을 자극함으로써, 촉각형 효과가 증가된다.

Claims (14)

  1. 모션의 착각을 제공하는 디바이스로서,
    디바이스는 사용자의 전정(vestibular) 감각 및 운동 감각을 독립적으로 자극하기 위한 적어도 2개의 이동가능 부분을 구비하고, 이동 머리 받침은 사용자의 전정 감각을 자극하기 위해 제공되고, 이동 팔걸이는 사용자의 운동 감각을 자극하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는, 모션의 착각을 제공하는 디바이스.
  2. 제 1항에 있어서, 디바이스는 사용자의 운동 감각을 자극하기 위해 이동가능 시트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 모션의 착각을 제공하는 디바이스.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 디바이스는 사용자의 운동 감각을 자극하기 위해 이동가능 다리 받침을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 모션의 착각을 제공하는 디바이스.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 디바이스는 사용자의 운동 감각을 자극하기 위해 이동가능 등받이를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 모션의 착각을 제공하는 디바이스.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 디바이스의 이동가능 부분은 적어도 하나의 자유도로 변위가능한 것을 특징으로 하는, 모션의 착각을 제공하는 디바이스.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 디바이스의 이동가능 부분은 적어도 하나의 자유도로 추가로 회전가능한 것을 특징으로 하는, 모션의 착각을 제공하는 디바이스.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 디바이스는 사용자의 촉각 감각을 자극하기 위해 이동가능 스탬프의 어레이를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 모션의 착각을 제공하는 디바이스.
  8. 제 7항에 있어서, 스팸프의 어레이는 등받이, 시트, 팔걸이, 머리 받침 및 다리 받침 중 적어도 하나에 일체화되는 것을 특징으로 하는, 모션의 착각을 제공하는 디바이스.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 스탬프의 어레이의 각 스탬프는 독립적으로 제어되는 솔레노이드에 의해 변위가능한 것을 특징으로 하는, 모션의 착각을 제공하는 디바이스.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 디바이스는 의자인 것을 특징으로 하는, 모션의 착각을 제공하는 디바이스.
  11. 촉각형 디바이스를 제어하기 위해 데이터를 자동으로 생성하는 방법으로서,
    - 시청각 컨텐츠로부터 사용자의 전정 감각을 자극하기 위한 데이터를 결정하는 단계와;
    - 시청각 컨텐츠로부터 사용자의 운동 감각을 자극하기 위한 데이터를 결정하는 단계와;
    - 사용자의 전정 감각을 자극하기 위한 적어도 하나의 이동가능 머리 받침과, 사용자의 운동 감각을 자극하기 위한 하나의 이동가능 팔걸이를 제어하기 위한 제어 신호를 결정하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는, 촉각형 디바이스를 제어하기 위해 데이터를 자동으로 생성하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    사용자의 운동 감각을 자극하기 위한 이동가능 시트, 사용자의 운동 감각을 자극하기 위한 이동가능 팔걸이, 및 사용자의 운동 감각을 자극하기 위한 이동가능 등받이 중 적어도 하나를 제어하기 위한 제어 신호를 결정하는 단계를
    더 포함하는 것을 특징으로 하는, 촉각형 디바이스를 제어하기 위해 데이터를 자동으로 생성하는 방법.
  13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,
    - 사용자의 촉각 감각을 자극하기 위한 이동가능 스탬프의 어레이를 제어하기 위한 제어 신호를 결정하는 단계로서, 스탬프의 어레이는 촉각형 디바이스의 요소 중 적어도 하나에 일체화되는, 제어 신호 결정 단계를
    더 포함하는 것을 특징으로 하는, 촉각형 디바이스를 제어하기 위해 데이터를 자동으로 생성하는 방법.
  14. 제 11항 또는 제 12항에 있어서, 제어 신호를 결정하는 단계는
    - 이동가능 부분의 적어도 하나의 자유도에 따라 변위 및 회전 중 적어도 하나를 제어하기 위한 제어 신호를 결정하는 단계를
    더 포함하는 것을 특징으로 하는, 촉각형 디바이스를 제어하기 위해 데이터를 자동으로 생성하는 방법.
KR1020147028399A 2012-04-13 2013-04-11 모션 시뮬레이션을 위한 촉각형 의자 KR20140141649A (ko)

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