KR20190142212A - 선명한 햅틱 효과들을 생성하기 위한 기준 신호 변형 - Google Patents

선명한 햅틱 효과들을 생성하기 위한 기준 신호 변형 Download PDF

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KR20190142212A
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후안 마누엘 쿠르스-에르난데스
데니 에이 그랜트
크리스토퍼 울리히
캐니얄랄 샤
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임머숀 코퍼레이션
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Abstract

개방 루프 구동 회로를 사용하여 액추에이터를 구동하기 위한 시스템들, 방법들, 및 명령어들은, 미리 결정된 또는 예측된 명령 신호에 따라 프로세서에서 기준 입력 신호를 생성하고, 명령 신호를 생성하기 위해 기준 입력 신호를 증폭기에 공급하고, 햅틱 효과를 렌더링하기 위해 명령 신호를 햅틱 출력 디바이스에 공급한다.

Description

선명한 햅틱 효과들을 생성하기 위한 기준 신호 변형{REFERENCE SIGNAL VARIATION FOR GENERATING CRISP HAPTIC EFFECTS}
본 발명의 실시예들은 일반적으로 선명한(crisp) 햅틱 효과들을 생성하는 전자 디바이스들에 관한 것으로, 더 상세하게는, 선명한 햅틱 효과들을 생성하기 위한 기준 신호 변형에 관한 것이다.
전자 디바이스 제조자들은 사용자들을 위해 풍부한 인터페이스를 생성하려 노력한다. 종래의 디바이스들은 시각 및 청각 큐(cue)들을 사용하여 사용자에게 피드백을 제공한다. 일부 인터페이스 디바이스들에서, 운동 감각 피드백(예컨대, 활성 및 저항력 피드백) 및/또는 촉각 피드백(예컨대, 진동, 텍스쳐, 및 열)이 또한 사용자에게 제공되며, 보다 일반적으로는 총칭하여 "햅틱 피드백" 또는 "햅틱 효과들"로서 알려져 있다. 햅틱 피드백은, 사용자 인터페이스를 향상시키고 단순화하는 큐들을 제공할 수 있다. 구체적으로, 진동 효과들 또는 진동촉각 햅틱 효과들은, 전자 디바이스들의 사용자들에게 큐들을 제공하여 사용자에게 특정 이벤트들을 경고하거나, 모의 또는 가상 환경 내에서 더 큰 감각적 몰입을 일으키기 위해 현실적인 피드백을 제공하는 데 유용할 수 있다.
스마트폰들 및 태블릿들과 같은 모바일 디바이스들이 계속 개발됨에 따라, 이제 사용자들은 종래에 영화관들, 텔레비전 또는 홈 시어터 시스템들에서만 시청할 수 있었던 고해상도 오디오 및 비디오를 핸드헬드 디바이스 상에서 시청할 수 있게 되었다. 햅틱 실행가능(haptically-enabled) 모바일 디바이스들을 이용하여, 콘텐츠 시청이 충분히 향상되고, 시청자들은 일반적으로 오디오 및 비디오 콘텐츠 구성요소들에 더하여 햅틱 콘텐츠 구성요소를 선호한다. 그러나, 고해상도 오디오/비디오와 호환되기 위해서는, 예컨대, 선명한 햅틱 효과들이 필요하며, 이러한 선명한 햅틱 효과들이 본원에서 제공된다.
본 발명의 실시예들은 일반적으로 선명한 햅틱 효과들을 생성하는 전자 디바이스들에 관한 것으로, 더 상세하게는, 관련 기술을 실질적으로 개선하는 선명한 햅틱 효과들을 생성하기 위한 기준 신호 변형에 관한 것이다.
실시예들의 특징들 및 이점들은 후속하는 설명에 기재되거나, 또는 설명으로부터 명백해지거나, 또는 본 발명의 실시에 의해 학습될 수 있다.
일 예에서, 개방 루프 구동 회로를 사용하여 액추에이터를 구동하기 위한 시스템들, 방법들, 및 명령어들은, 미리 결정된 또는 예측된 명령 신호에 따라 프로세서에서 기준 입력 신호를 생성하고, 명령 신호를 생성하기 위해 기준 입력 신호를 증폭기에 공급하고, 햅틱 효과를 렌더링하기 위해 명령 신호를 햅틱 출력 디바이스에 공급한다.
추가적인 실시예들, 세부사항들, 이점들 및 수정들은, 첨부된 도면들과 함께 취해지는 바람직한 실시예들에 대한 후속하는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 햅틱 실행가능 시스템/디바이스의 블록도이다.
도 2는 햅틱 명령 신호 및 선명한 햅틱 효과를 생성하기 위한 공지된 폐쇄 루프 햅틱 구동 회로를 예시한다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 햅틱 명령 신호 및 선명한 햅틱 효과를 생성하기 위한 개방 루프 햅틱 구동 회로를 예시한다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 액추에이터를 구동하기 위한 방법을 예시한다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 개방 루프 구동 회로에서 제동 신호로서 기준 입력 신호를 사용하는 것을 예시한다.
이제, 실시예들에 대한 참조가 상세하게 이루어질 것이며, 그 예들이 첨부된 도면들에 의해 예시된다. 다음의 상세한 설명에서는, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 많은 특정 세부사항들이 기재된다. 그러나, 본 발명이 이러한 특정 세부사항들 없이도 실시될 수 있다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 다른 예시들에서, 잘 알려진 방법들, 절차들, 구성요소들 및 회로들은, 실시예들의 양상들을 불필요하게 불명료하게 하지 않기 위해 상세히 설명되지 않는다. 가능한 경우마다, 동일한 요소들에 대해 동일한 참조 번호들이 사용될 것이다.
예시적인 실시예들은 일반적으로 개선된 햅틱 구동 회로에 관한 것이다. 다양한 실시예들 각각에서, 개방 루프 햅틱 구동 회로는, 생성된 햅틱 효과를 조작하고 다른 방식으로 제어하기 위해 기준 입력 신호를 수정함으로써 "선명한" 햅틱(진동촉각) 효과를 생성하도록 구성된다. (폐쇄 루프 햅틱 구동 회로에서 사용되는 바와 같은) 고가의 출력 센서 및 폐쇄 루프 피드백 신호의 사용이 제거된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 햅틱 실행가능 시스템/디바이스(10)의 블록도이다. 시스템(10)은 하우징(15) 내에 장착된 터치 또는 압력 감지 표면(11) 또는 다른 유형의 사용자 인터페이스를 포함하고, 기계적 키들/버튼들(13)을 포함할 수 있다.
시스템(10)의 내부에는, 시스템(10) 상에 햅틱 효과를 생성하고 프로세서 또는 제어기(12)를 포함하는 햅틱 피드백 시스템이 있다. 프로세서(12)에는, 메모리(20), 및 액추에이터(18)에 결합된 햅틱 구동 회로(16)가 결합된다. 프로세서(12)는 임의의 유형의 범용 프로세서일 수 있거나, 주문형 집적 회로("ASIC")와 같은, 햅틱 효과들을 제공하도록 특별히 설계된 프로세서일 수 있다. 프로세서(12)는 전체 시스템(10)을 동작시키는 동일한 프로세서일 수 있거나, 별개의 프로세서일 수 있다. 프로세서(12)는 고레벨 파라미터들에 기반하여, 재생될 햅틱 효과들 및 그 효과들이 재생되는 순서를 결정할 수 있다. 일반적으로, 특정 햅틱 효과를 정의하는 고레벨 파라미터들은 크기, 주파수 및 지속 기간을 포함한다. 스트리밍 모터 명령들과 같은 저레벨 파라미터들이 또한 특정 햅틱 효과를 결정하는 데 사용될 수 있다. 햅틱 효과는, 햅틱 효과가 생성될 때의 이러한 파라미터들의 약간의 변형 또는 사용자의 상호작용에 기반한 이러한 파라미터들의 변형을 포함하는 경우 "동적"인 것으로 간주될 수 있다. 일 실시예의 햅틱 피드백 시스템은, 진동들(30, 31) 또는 다른 유형들의 햅틱 효과들을 시스템(10) 상에 생성한다.
프로세서(12)는 제어 신호들을 햅틱 구동 회로(16)에 출력하고, 햅틱 구동 회로(16)는, 원하는 햅틱 효과들을 발생시키기 위해, 요구되는 전류 및 전압(즉, "모터 신호들")을 액추에이터(18)에 공급하는 데 사용되는 전자 구성요소들 및 회로를 포함한다. 시스템(10)은 하나 초과의 액추에이터(18)를 포함할 수 있으며, 각각의 액추에이터는 공통 프로세서(12)에 모두가 결합되는 별개의 햅틱 구동 회로(16)를 포함할 수 있다.
햅틱 구동 회로(16)는 하나 이상의 햅틱 구동 신호를 생성하도록 구성된다. 예컨대, 햅틱 구동 신호는 액추에이터(18)의 공진 주파수(예컨대, +/- 20 Hz, 30 Hz, 40 Hz 등) 및 그 근처에서 생성될 수 있다. 특정 실시예들에서, 햅틱 구동 회로(16)는 다양한 신호 처리 스테이지들을 포함할 수 있고, 각각의 스테이지는 햅틱 명령 신호를 생성하기 위해 적용되는 신호 처리 스테이지들의 하위 세트를 정의한다.
비-일시적인 메모리(20)는 프로세서(12)에 의해 액세스될 수 있는 다양한 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 본원에 설명되는 메모리(20) 및 다른 메모리 디바이스들은 휘발성 및 비휘발성 매체, 착탈형 및 비-착탈형 매체를 포함할 수 있다. 예컨대, 메모리(20)는 랜덤 액세스 메모리("RAM"), 동적 RAM("DRAM"), 정적 RAM("SRAM"), 판독 전용 메모리("ROM"), 플래시 메모리, 캐시 메모리, 및/또는 임의의 다른 유형의 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 매체의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 메모리(20)는 프로세서(12)에 의해 실행되는 명령어들을 저장한다. 명령어들 중에서, 메모리(20)는 오디오 햅틱 모의 모듈(22)을 포함하는데, 이는, 아래에서 더 상세히 개시되는 바와 같이, 프로세서(12)에 의해 실행될 때, 스피커 및 액추에이터(18)를 사용하여 고대역폭 햅틱 효과들을 생성하는 명령어들이다. 메모리(20)는 또한 프로세서(12) 내부에 위치하거나, 내부 및 외부 메모리의 임의의 조합일 수 있다.
시스템(10)은 셀룰러 텔레폰, 개인 휴대 정보 단말("PDA"), 스마트폰, 컴퓨터 태블릿, 게이밍 콘솔, 원격 제어, 또는 하나 이상의 액추에이터를 포함하는 햅틱 효과 시스템을 포함하는 임의의 다른 유형의 디바이스와 같은, 임의의 유형의 핸드헬드/모바일 디바이스일 수 있다. 시스템(10)은 손목 밴드들, 머리 밴드들, 안경, 반지들, 다리 밴드들, 의복 내에 통합된 어레이들 등과 같은 착용식 디바이스, 또는 사용자가 몸에 착용할 수 있거나 사용자가 잡을 수 있고 햅틱 실행가능한, 가구 또는 차량 운전대를 포함하는 임의의 다른 유형의 디바이스일 수 있다. 추가로, 시스템(10)의 요소들 또는 기능성의 일부는 원격으로 위치될 수 있거나, 또는 시스템(10)의 나머지 요소들과 통신하는 또 다른 디바이스에 의해 구현될 수 있다.
액추에이터(18)는 햅틱 효과를 생성할 수 있는 임의의 유형의 액추에이터 또는 햅틱 출력 디바이스일 수 있다. 일반적으로, 액추에이터는 햅틱 출력 디바이스의 예이며, 여기서, 햅틱 출력 디바이스는, 구동 신호에 대한 응답으로, 진동촉각 햅틱 효과들, 정전 마찰 햅틱 효과들, 온도 변화, 및/또는 변형 햅틱 효과들과 같은 햅틱 효과들을 출력하도록 구성되는 디바이스이다. 액추에이터라는 용어가 상세한 설명 전반에 걸쳐 사용될 수 있지만, 본 발명의 실시예들은 다양한 햅틱 출력 디바이스들에 용이하게 적용될 수 있다. 액추에이터(18)는, 예컨대, 전기 모터, 전자기 액추에이터, 음성 코일, 형상 기억 합금, 전기 활성 중합체, 솔레노이드, 편심 회전 질량 모터("ERM"), 고조파 ERM 모터("HERM"), 선형 공진 액추에이터("LRA"), 솔레노이드 공진 액추에이터("SRA"), 압전 액추에이터, 매크로 섬유 복합재("MFC") 액추에이터, 고대역폭 액추에이터, 전기 활성 중합체("EAP") 액추에이터, 정전 마찰 디스플레이, 초음파 진동 생성기 등일 수 있다. 일부 예시들에서, 액추에이터 그 자체가 햅틱 구동 회로를 포함할 수 있다.
현재, 유사하게 정격화된 액추에이터들 간에 높은 변동도가 존재한다. 결과적으로, 유사하게 정격화된 액추에이터들은 종종 일관성 없는 햅틱 응답들을 생성한다. 이러한 변동은 상이한 액추에이터 제조자들 간에 특히 크지만, 단일 제조자에 의해 생산되는 액추에이터들 사이에서도 여전히 상당하다. 유사하게 정격화된 액추에이터들 간의 변동은 "선명한" 햅틱 효과들의 생성의 경우에 특히 민감하다.
선명한 햅틱 효과들은, 실질적으로 높은 또는 피크 가속도 값(예컨대, 2.5 피크 투 피크 중력(peak to peak gravities) 또는 3.5 Gpp)에 도달하는 짧은 지속기간 햅틱 효과들(예컨대, 5 ms)을 포함한다. 다시 말해서, 선명한 햅틱 효과의 생성 동안, 액추에이터는 1 사이클 미만 내에 높은 또는 피크 가속도에 도달할 수 있다. 또한, 액추에이터는 구동 신호가 제거된 후 5 ms 내에 정지된 위치로 복귀한다.
선명한 햅틱 효과들의 생성은 많은 단점들의 영향을 받는다. 예컨대, 일부 공지된 기법들은 높은 공진 시스템들을 이용하여 최대로 기능하고, 짧은 지속기간(예컨대, 5 ms) 내에 높은 가속도 값들을 생성할 수 없다. 5 ms 내의 높은 가속 햅틱 효과들의 생성은 일반적으로 100 Hz 및 그 초과의 범위의 진동들을 생성하는 액추에이터를 사용한다. 예컨대, 햅틱 효과를 구동하기 위한 단일 발진은 10 ms의 지속기간을 가질 수 있고, 따라서, 구동 신호의 중간 지점, 즉 5 ms 쯤에, 가속이 이미 높다. 다른 공지된 기법들은, 도 2에 도시된 폐쇄 루프 햅틱 구동 회로(200)와 같은 폐쇄 루프 햅틱 구동 회로를 사용함으로써 햅틱 구동 신호를 수정하려 시도한다. 그러한 알려진 구동 회로들은 "선명한" 햅틱 효과들을 생성하도록 적응되어 왔다. 그러나, 그러한 기법들은 고가의 센서들의 통합으로 인해 지나치게 복잡하고 비용이 많이 든다.
도 2는 햅틱 명령 신호 및 선명한 햅틱 효과를 생성하기 위한 공지된 폐쇄 루프 햅틱 구동 회로(200)를 예시한다. 도 2에 예시된 바와 같이, 폐쇄 루프 햅틱 구동 회로(200)는 마이크로프로세서/제어기(212), 증폭기(220), 액추에이터(218), 및 센서(240)를 포함하는 전자 디바이스(210)(예컨대, 스마트폰, 태블릿, 또는 다른 휴대용 전자 디바이스)를 포함한다.
마이크로프로세서/제어기(212)는 별개의 마이크로프로세서 및 제어기로서 구현될 수 있거나, 대안적으로, 단일 디바이스로서 통합될 수 있다. 마이크로프로세서/제어기(212)는 도 1의 프로세서(12)와 관련하여 설명된 것들과 같은 다양한 구성들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 마이크로프로세서/제어기(212)는 스마트폰 애플리케이션 프로세서와 같은 애플리케이션 프로세서일 수 있다. 증폭기(220)는 처리된 후의 기준 입력 신호와 같은 수신된 입력 신호의 전력을 증가시키도록 구성되는 임의의 공지된 증폭기일 수 있다. 증폭기(220)는 처리된 후의 기준 입력 신호의 전압 크기 또는 전류 크기를 증가시키도록 구성될 수 있다. 액추에이터(218)는 도 1의 액추에이터(18)와 관련하여 설명된 다양한 햅틱 출력 디바이스들과 같은 임의의 햅틱 출력 디바이스를 포함할 수 있다. 센서(240)는 액추에이터(218)에 의해 출력되는 진동들을 지속적으로 또는 주기적으로 모니터링하도록 구성되는 임의의 공지된 센서일 수 있다.
마이크로프로세서/제어기(212)는, 전자 디바이스(210)에 의해 재생될 선명한 햅틱 효과를 특정하는 단일 발진 입력 신호와 같은 기준 입력 신호(201)를 수신하도록 구성된다. 도 2에 예시된 바와 같이, 기준 입력 신호(201)는 단일 발진 신호이다. 마이크로프로세서/제어기(212) 및 증폭기(220)에 의해 처리된 후에, 명령 신호(221)가 생성된다. 명령 신호(221)는 액추에이터(218)에 공급된다. 그러나, 폐쇄 루프 햅틱 구동 회로(200)의 이러한 스테이지에서, 명령 신호(221)는 더 이상 단일 발진 신호를 포함하지 않을 수 있다. 대신, 명령 신호(221)의 형태 또는 형상은 기준 입력 신호(201)와 상이할 수 있고, 다수의 발진들 또는 사이클들을 포함할 수 있다.
여기서, 마이크로프로세서/제어기(212)는 액추에이터(218)의 개별 특성들에 기반하여 기준 입력 신호(201)에 조정들을 행하도록 구성된다. 예컨대, 액추에이터(218)가 공진 주파수와 같은 특정 특성들을 갖도록 정격화될 수 있지만, 제조 공차들은 전형적으로 공진 주파수의 +/- 20 Hz와 같은 정격 특성들의 범위 내에서 액추에이터들을 생성한다. 폐쇄 루프 햅틱 구동 회로(200)에서, 마이크로프로세서/제어기(212)는 폐쇄 루프 피드백 신호(241)를 통해 센서(240)로부터 수신된 실시간 액추에이터 데이터에 기반하여 기준 입력 신호(201)를 조정할 수 있다. 결국, 결과적인 명령 신호(221)는 기준 입력 신호(201)에 의해 의도된 햅틱 효과와 비교하여 원치 않는 진동들을 제거한다.
명령 신호(221)를 처리할 때, 액추에이터(218)는 햅틱 피드백을 렌더링하도록 맞물린다. 여기서, 센서(240)는 액추에이터(218)에 의해 생성된 햅틱 피드백을 모니터링하고, 생성된 햅틱 효과(231)와 같은 원하는 생성된 햅틱 효과를 발생시키기 위해, 실시간 또는 거의 실시간으로 보정들을 행한다. 폐쇄 루프 피드백 신호(241)를 마이크로프로세서/제어기(212)에 인가함으로써, 생성된 햅틱 효과(231)와 같은 햅틱 효과는 선명한 햅틱 효과로서 그리고 기준 입력 신호(201)에 의해 의도된 바와 같이 생성될 수 있다. 불운하게도, 센서(240)는 전형적으로 고비용의 구성요소이고, 그러한 센서의 지속적인 사용은 전자 디바이스(210)의 배터리를 더 빠르게 소모시킨다.
폐쇄 루프 햅틱 구동 회로(200)와 같은 폐쇄 루프 아키텍처에 대한 대안으로서, 일부 공지된 햅틱 구동 회로들은 개방 루프 아키텍처를 사용한다. 지금까지, 공지된 개방 루프 햅틱 구동 회로들도 또한 문제가 있었다. 전형적으로, 공지된 개방 루프 햅틱 구동 회로들은 제1 발진 동안 액추에이터를 구동하도록 구성된다. 차례로, 제1 발진 이후에, 180 도 위상 편이된 제2 발진이 후속된다. 여기서, 제2 발진은 제1 발진을 정지시키도록 구성된다. 그러나, 유사하게 정격화된 액추에이터들 간의 높은 변동도로 인해, 제2 발진은 액추에이터를 효과적으로 정지시키는 데 있어 신뢰될 수 없다. 따라서, 더 비싼 폐쇄 루프 아키텍처가 지금까지 선호되어 왔다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 햅틱 명령 신호 및 선명한 햅틱 효과를 생성하기 위한 개방 루프 햅틱 구동 회로(300)를 예시한다. 도 3에 예시된 바와 같이, 개방 루프 햅틱 구동 회로(300)는 마이크로프로세서/제어기(312), 증폭기(320), 및 액추에이터(318)를 포함하는 전자 디바이스(310)(예컨대, 스마트폰, 태블릿, 또는 다른 휴대용 전자 디바이스)를 포함한다.
도 2의 폐쇄 루프 햅틱 구동 회로(200)와 비교하여, 개방 루프 햅틱 구동 회로(300)는 비용이 많이 드는 센서(240) 및 대응하는 폐쇄 루프 피드백 신호(241)를 포함하지 않는다. 대신, 본 발명의 실시예들은, 선명한 햅틱 효과들을 신뢰가능하게 달성하기 위해 기준 입력 신호(301)를 변화시킨다.
마이크로프로세서/제어기(312)는 별개의 마이크로프로세서 및 제어기로서 구현될 수 있거나, 대안적으로, 단일 디바이스로서 통합될 수 있다. 예컨대, 전용 프로세서가 사용되어 하나 이상의 교정 알고리즘을 실행함으로써 액추에이터(318)의 액추에이터 프로파일을 결정하거나 예측할 수 있다. 대안적으로, 액추에이터 프로파일은 마이크로프로세서/제어기(312)에 의해 결정될 수 있다. 다른 예에서, 교정 정보 또는 액추에이터 프로파일은 마이크로프로세서/제어기(312) 내에 저장되거나, 결합된 비-일시적인 메모리(도시되지 않음) 내에 저장될 수 있다. 마이크로프로세서/제어기(312)는 도 1의 프로세서(12)와 관련하여 설명된 것들과 같은 다양한 구성들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 마이크로프로세서/제어기(212)는 스마트폰 애플리케이션 프로세서와 같은 애플리케이션 프로세서일 수 있다. 증폭기(320)는 처리된 후의 기준 입력 신호와 같은 수신된 입력 신호의 전력을 증가시키도록 구성되는 임의의 공지된 증폭기일 수 있다. 증폭기(320)는 처리된 후의 기준 입력 신호의 전압 크기 또는 전류 크기를 증가시키도록 구성될 수 있다. 액추에이터(318)는 도 1의 액추에이터(18)와 관련하여 설명된 햅틱 출력 디바이스들과 같은 임의의 햅틱 출력 디바이스를 포함할 수 있다.
마이크로프로세서/제어기(312)는 기준 입력 신호(301)를 수신하도록 구성된다. 여기서, 마이크로프로세서/제어기(312)는 액추에이터(318)의 실시간 피드백 없이 기준 입력 신호(301)에 조정들을 행하도록 구성된다. 대신, 마이크로프로세서/제어기(312)는 하나 이상의 교정 알고리즘을 실행하여 액추에이터(318)의 액추에이터 프로파일 및/또는 특성들을 결정하거나 예측할 수 있다. 위에 논의된 바와 같이, 액추에이터(318)가 공진 주파수와 같은 특정 특성들을 갖도록 정격화될 수 있지만, 제조 공차들은 전형적으로 공진 주파수의 +/- 20 Hz와 같은 정격 특성들의 범위 내에서 액추에이터들을 생성한다. 하나 이상의 교정 알고리즘의 실행은 유사하게 정격화된 액추에이터들 간에 발생하는 그러한 변동들을 포착하고 저장한다.
개방 루프 햅틱 구동 회로(300)에서, 마이크로프로세서/제어기(312)는 또한 미리 결정된 명령 신호에 기반하여 기준 입력 신호(301)를 조정할 수 있다. 예컨대, 기준 입력 신호(301)는 미리 결정된 명령 신호(예컨대, 이를테면 도 2의 명령 신호(221))를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 마이크로프로세서/제어기(312)는, 공진 주파수와 같은 액추에이터(318)의 특성들을 결정하거나 예측하도록 구성되는 하나 이상의 교정 알고리즘에 기반하여 기준 입력 신호(301)를 조정할 수 있다. 다시 말해서, 마이크로프로세서/제어기(312)는 액추에이터(318)의 예측된 액추에이터 프로파일 및/또는 특성을 결정하도록 구성된다. 결국, 결과적인 명령 신호(321)는, 그렇지 않았다면 기준 입력 신호(301)에 의해 생성되었을 햅틱 효과와 비교하여 원치 않는 진동들을 제거한다. 그러한 원치 않는 진동들은, 부분적으로, 액추에이터 특성의 변동들로 인해 발생한다. 따라서, 예컨대, 선명한 햅틱 효과에 대응하는 단일 발진 입력 신호를 포함하는 대신, 기준 입력 신호(301)가 변화되고, 기준 입력 신호(301)는, 원하는 생성된 햅틱 효과(331), 즉, 선명한 햅틱 효과를 생성하기 위해 다양한 형태들 또는 형상들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 예측된 명령 신호는 마이크로프로세서/제어기(312) 및 증폭기(320)에 의한 처리 전에 기준 입력 신호로서 인가될 수 있다.
따라서, 도 3에 예시된 바와 같이, 기준 입력 신호(301)는 다수의 사이클들을 포함할 수 있다(즉, 단일 발진이 아님). 마이크로프로세서/제어기(312)에 의해 처리되고 증폭기(320)에 의해 증폭된 후에, 결과적인 명령 신호(321)가 액추에이터(318)에 공급된다. 명령 신호(321)와 같은 결과적인 신호가 액추에이터(318)에 공급되고, 햅틱 효과(331)가 렌더링된다.
선명한 햅틱 효과를 달성하기 위해, 제동 신호가 기준 입력 신호(301)에 포함될 수 있다. 예컨대, 제동 신호는 기준 입력 신호(301)의 각각의 발진(예컨대, 제1, 제2, 제3 발진 등) 후에 반복적으로 인가될 수 있고, 후속 기준 입력 신호들은 햅틱 효과(331)에서 제동이 발생할 때까지 지연될 수 있다. 결국, 그러한 제동 신호(들)는 향후의 기준 입력 신호로서 사용하기 위해 그리고 후속 햅틱 효과들의 렌더링을 위해 저장될 수 있다. 여기서, 후속 기준 입력 신호들의 발진들은 상이한 주파수들을 가질 수 있다는 것이 또한 유의된다.
본 발명의 실시예들은 햅틱 구동기 회로(예컨대, 도 1의 햅틱 구동기 회로(16), 및 개방 루프 햅틱 구동 회로(300))의 집적 회로 레벨에서의 내부 해결책에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 액추에이터를 구동하도록 구성되는 명령 신호는 원하는 선명한 햅틱 효과를 생성하도록 정형된다. 전형적으로, 명령 신호는 액추에이터를 구동하도록 구성된 정현파 신호이다. 일부 예시들에서, 명령 신호는, 액추에이터에 의해 생성된 결과적인 가속도가 선명한 햅틱 효과의 특성들을 갖는 한, 다양한 형태들 또는 형상들을 취할 수 있다. 일부 실시예들에서, 매우 높은 주파수 펄스들이 특정 시점들에서 액추에이터를 밀거나 당기기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 펄스들의 에너지는 특정 주파수에서의 정현파 신호의 에너지와 동일할 수 있다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 액추에이터를 구동하기 위한 기능성(400)을 예시한다. 특히, 기능성(400)은 선명한 햅틱 효과를 생성하도록 구성된다. 일부 예시들에서, 도 4의 흐름도의 기능성(400)은 비-일시적인 메모리 또는 다른 컴퓨터 판독가능 또는 유형의 매체에 저장되는 소프트웨어에 의해 구현되고 프로세서에 의해 실행된다. 다른 예시들에서, 기능성은 (예컨대, 주문형 집적 회로("ASIC"), 프로그래밍가능 게이트 어레이("PGA"), 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이("FPGA") 등의 사용을 통해) 하드웨어에 의해 또는 하드웨어와 소프트웨어 임의의 조합에 의해 수행될 수 있다.
처음에, 기능성(400)은 하나 이상의 햅틱 효과를 렌더링하도록 구성되는 기준 입력 신호를 생성할 수 있다. 도시되지는 않지만, 하나 이상의 햅틱 효과에 대응하는 초기 기준 입력 신호는 개방 루프 구동 회로(예컨대, 도 3의 개방 루프 구동 회로(300))의 마이크로프로세서/제어기(예컨대, 도 1의 프로세서(12) 또는 도 3의 마이크로프로세서/제어기(312))에서 임의적으로 수신될 수 있다. 410에서, 기능성(400)은 미리 결정된 명령 신호에 기반하여 기준 입력 신호를 생성하거나, 조정하거나, 또는 다른 방식으로 조작할 수 있다. 예컨대, 기준 입력 신호는 미리 결정된 명령 신호(예컨대, 이를테면 도 2의 명령 신호(221)))를 포함할 수 있거나 그에 기반할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 기능성(400)은, 공진 주파수와 같은 액추에이터의 하나 이상의 특성을 결정하거나 예측하도록 구성되는 하나 이상의 교정 알고리즘에 기반하여 기준 입력 신호를 조정할 수 있다. 다시 말해서, 기준 입력 신호는 미리 결정된 또는 예측된 명령 신호를 포함할 수 있다. 일부 예시들에서, 이를테면 선명한 햅틱 효과들의 생성에서, 기준 입력 신호는 하나 이상의 제동 구성요소 신호를 포함할 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 기능성(400)은 하나 이상의 교정 알고리즘을 사용하여 액추에이터 프로파일 및/또는 액추에이터 정보를 결정하거나 예측할 수 있다. 액추에이터 프로파일 및/또는 정보는 기준 입력 신호를 생성하는 데 사용될 수 있다. 공진 주파수들은, 예컨대, 다양한 기법들을 사용하여 결정될 수 있다. 예컨대, 공진 주파수들은 액추에이터의 동작을 모니터링함으로써 자동적으로 결정될 수 있다. 대안적으로, 공진 주파수들은 액추에이터에 의해 공급될 수 있거나 탐색 테이블을 사용함으로써 결정될 수 있다. 또 다른 예에서, 공진 주파수들은 하나 이상의 역기전력("역-EMF") 알고리즘을 사용하여 결정될 수 있다.
다음으로, 420에서, 명령 신호를 생성하기 위해 기준 입력 신호(예컨대, 예측된 명령 신호)가 증폭기(예컨대, 도 3의 증폭기(320))에서 증폭된다. 마지막으로, 430에서, 선명한 햅틱 효과를 렌더링하기 위해 명령 신호가 햅틱 출력 디바이스에 공급된다. 따라서, 기준 입력 신호를 정형함으로써, 선명한 햅틱 효과들이 제공될 수 있다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 개방 루프 구동 회로에서 제동 신호로서 기준 입력 신호를 사용하는 것을 예시한다. 도 5에 예시된 바와 같이, 실선으로 도시된, 기준 입력 신호의 정규화된 입력 전압(510), 및 파선으로 도시된, 액추에이터의 가속도(520)가 시간에 대해 도시된다. 특히, 선명한 햅틱 효과를 달성하는 기준 입력 신호의 예시적인 형태 또는 형상이 도시된다.
여기서, 기준 입력 신호(510)는, 액추에이터를 구동하는 2개의 발진 또는 사이클과 액추에이터를 정지시키기 위한 하나의 발진 또는 사이클을 포함한다. 도시된 바와 같이, 기준 입력 신호(510)의 처음 2개의 발진 또는 사이클 후에 "갭"(515)이 존재한다. 갭(515)은, 다음 사이클이 제동 신호가 되게 하여 그 신호 후에 액추에이터의 가속도(520)가 신속하게 떨어지게 되는 위상 반전 타이밍을 발생시킨다. 액추에이터가 부가적으로 5 ms를 초과하여 발진하지 않기 때문에, 결과적인 선명한 햅틱 효과가 생성된다. 일부 예시들에서, 심지어 더 짧은 햅틱 효과를 얻기 위해, 단일 발진이 액추에이터를 구동하는 데 사용될 수 있고, 하나의 발진이 그 진동들을 정지시키는 데 사용될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 액추에이터의 가속도를 신속하게(예컨대, 5 ms 내에) 상쇄하거나 감쇠시키기 위해 하나 이상의 고주파수 제동 펄스가 사용될 수 있다.
위에 논의된 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 공지된 기법들과 비교하여 훨씬 감소된 비용으로 선명한 햅틱 효과들을 제공한다. 본원에서 설명된 다양한 실시예들 각각에서, 개방 루프 햅틱 구동 회로는, 액추에이터의 진동들을 신속하게 정지시키기 위해 기준 입력 신호를 수정함으로써 선명한 햅틱 효과들을 생성하도록 구성된다. 고가의 출력 센서 및 폐쇄 루프 피드백 신호의 사용이 제거된다. 부가적으로, 액추에이터들에서의 제조 변동들이 더 용이하게 보상되기 때문에, 액추에이터 제조 프로세스들이 단순화될 수 있다.
관련 기술분야의 통상의 기술자는, 위에 논의된 바와 같은 본 발명이 개시된 것들과 상이한 구성들의 요소들로 그리고/또는 상이한 순서의 단계들로 실시될 수 있음을 용이하게 이해할 것이다. 부가적으로, 관련 기술분야의 통상의 기술자는 다양한 실시예들의 특징들이 다양한 조합들로 실시될 수 있음을 용이하게 이해할 것이다. 따라서, 본 발명이 이들 바람직한 실시예들에 기반하여 설명되었지만, 본 발명의 사상 및 범위 내에 유지되면서 특정한 수정들, 변형들, 및 대안적인 구성들이 명백할 것임이 관련 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위들 및 경계들을 결정하기 위해 첨부된 청구항들에 대한 참조가 이루어져야 한다.

Claims (20)

  1. 개방 루프 햅틱 구동 회로를 사용하여 햅틱 출력 디바이스를 구동하기 위한 방법으로서,
    미리 결정된 또는 예측된 명령 신호에 따라 프로세서에서 기준 입력 신호를 생성하는 단계;
    명령 신호를 생성하기 위해 상기 기준 입력 신호를 증폭기에 공급하는 단계; 및
    햅틱 효과를 렌더링하기 위해 상기 명령 신호를 상기 햅틱 출력 디바이스에 공급하는 단계를 포함하는, 개방 루프 햅틱 구동 회로를 사용하여 햅틱 출력 디바이스를 구동하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준 입력 신호는 하나 이상의 제동 신호를 포함하는, 개방 루프 햅틱 구동 회로를 사용하여 햅틱 출력 디바이스를 구동하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 햅틱 효과의 발진들은 제동 신호의 5 ms 내에 정지하는, 개방 루프 햅틱 구동 회로를 사용하여 햅틱 출력 디바이스를 구동하기 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기준 입력 신호는, 교정 프로세스에 의해 미리 결정된 액추에이터 프로파일에 따라 결정되는, 개방 루프 햅틱 구동 회로를 사용하여 햅틱 출력 디바이스를 구동하기 위한 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기준 입력 신호는 상기 햅틱 출력 디바이스의 공진 주파수에 따라 결정되는, 개방 루프 햅틱 구동 회로를 사용하여 햅틱 출력 디바이스를 구동하기 위한 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 공진 주파수는 상기 햅틱 출력 디바이스의 동작을 모니터링함으로써 결정되는, 개방 루프 햅틱 구동 회로를 사용하여 햅틱 출력 디바이스를 구동하기 위한 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 명령 신호는 상기 햅틱 출력 디바이스의 공진 주파수에 따라 결정되는, 개방 루프 햅틱 구동 회로를 사용하여 햅틱 출력 디바이스를 구동하기 위한 방법.
  8. 개방 루프 햅틱 구동 회로를 사용하여 햅틱 출력 디바이스를 구동하기 위한 디바이스로서,
    프로세서; 및
    상기 프로세서에 의한 실행을 위한 하나 이상의 프로그램을 저장하는 메모리를 포함하며,
    상기 하나 이상의 프로그램은,
    미리 결정된 또는 예측된 명령 신호에 따라 상기 프로세서에서 기준 입력 신호를 생성하고,
    명령 신호를 생성하기 위해 상기 기준 입력 신호를 증폭기에 공급하고,
    햅틱 효과를 렌더링하기 위해 상기 명령 신호를 상기 햅틱 출력 디바이스에 공급하기 위한 명령어들을 포함하는, 개방 루프 햅틱 구동 회로를 사용하여 햅틱 출력 디바이스를 구동하기 위한 디바이스.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기준 입력 신호는 하나 이상의 제동 신호를 포함하는, 개방 루프 햅틱 구동 회로를 사용하여 햅틱 출력 디바이스를 구동하기 위한 디바이스.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 햅틱 효과의 발진들은 제동 신호의 5 ms 내에 정지하는, 개방 루프 햅틱 구동 회로를 사용하여 햅틱 출력 디바이스를 구동하기 위한 디바이스.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 기준 입력 신호는, 교정 프로세스에 의해 미리 결정된 액추에이터 프로파일에 따라 결정되는, 개방 루프 햅틱 구동 회로를 사용하여 햅틱 출력 디바이스를 구동하기 위한 디바이스.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 기준 입력 신호는 상기 햅틱 출력 디바이스의 공진 주파수에 따라 결정되는, 개방 루프 햅틱 구동 회로를 사용하여 햅틱 출력 디바이스를 구동하기 위한 디바이스.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 공진 주파수는 상기 햅틱 출력 디바이스의 동작을 모니터링함으로써 결정되는, 개방 루프 햅틱 구동 회로를 사용하여 햅틱 출력 디바이스를 구동하기 위한 디바이스.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 명령 신호는 상기 햅틱 출력 디바이스의 공진 주파수에 따라 결정되는, 개방 루프 햅틱 구동 회로를 사용하여 햅틱 출력 디바이스를 구동하기 위한 디바이스.
  15. 프로세서에 의해 실행되도록 구성되는 하나 이상의 프로그램을 저장하는 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서,
    상기 하나 이상의 프로그램은 개방 루프 햅틱 구동 회로를 사용하여 햅틱 출력 디바이스를 구동하기 위한 것이고,
    상기 하나 이상의 프로그램은,
    미리 결정된 또는 예측된 명령 신호에 따라 프로세서에서 기준 입력 신호를 생성하고,
    명령 신호를 생성하기 위해 상기 기준 입력 신호를 증폭기에 공급하고,
    햅틱 효과를 렌더링하기 위해 상기 명령 신호를 상기 햅틱 출력 디바이스에 공급하기 위한 명령어들을 포함하는, 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 기준 입력 신호는 하나 이상의 제동 신호를 포함하는, 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 햅틱 효과의 발진들은 제동 신호의 5 ms 내에 정지하는, 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 기준 입력 신호는, 교정 프로세스에 의해 미리 결정된 액추에이터 프로파일에 따라 결정되는, 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 기준 입력 신호는 상기 햅틱 출력 디바이스의 공진 주파수에 따라 결정되는, 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 공진 주파수는 상기 햅틱 출력 디바이스의 동작을 모니터링함으로써 결정되는, 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
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