KR20200131641A - 가상 현실 시스템의 촉감 피드백 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 의한 촉감 전달 글러브는, 손가락부에 공기압에 의 촉감을 제공하는 손가락 촉감부, 자극을 제공하는 손끝 자극부, 손가락의 구브러짐을 와이어에 의해 제한하는 반력 제공부를 설치하고, 손끝 위치 측정부와, 손등에 설치되는 일체형 트래커와, 손목부에 설치되는 펌프, PCB 및 배터리를 포함하는 구성으로서, 가상 현실 영상 속에서 가상물체를 잡거나 접촉하는 촉감과, 자극, 반력을 각각의 손가락 마다에 개별 제어로 제공할 수 있는 글러브를 제공한다.

Description

가상 현실 시스템의 촉감 피드백 장치{Feedback system of virtual reality system}

본 발명은 가상현실(Virture Reality)시스템에서 가상 물체를 잡는 촉감을 사용자에게 피드백시키는 가상 현실 시스템의 촉감 피드백 장치에 관한 것이다.

가상 현실 장치는 가상 현실 게임이나 3D 게임 등과 같이 전자적으로 형성된 환경에서 높은 현실감을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 영상 및 사운드 피드백 만을 제공하는 가상 현실 장치 만으로는 생생한 현장감과 생동감을 제공해 주는 데에 한계가 있다.

이에 따라 가상 현실 영상에서 가상 물체를 잡거나 터치하는 감각을 사용자의 손가락으로 전달하여 상호작용하기 위한 햅틱 장치나 피드백 장치등이 개발되어 있다. 이러한 햅틱 장치나 피드백 장치는 손가락 끝에 촉감을 제공하거나, 손가락에 관절 저항감을 제공하거나, 타격감이나 자극을 제공하고 있다.

한국공개특허 10-2015-0092444호(종래기술 1)에는 손가락 끝에 촉감 제공부를 설치하고, 손가락 관절 저항감을 전달하는 와이어를 설치한 구성으로서, 촉감은 손가락 끝에만 제공되므로 손가락 전체로 잡는다는 느낌을 전달하기 어렵고, 와이어는 손가락끝과 팔목의 햅픽 제어부 사이에 설치되고, 서보모터에 의해 감거나 풀어주어 관절 저항감을 제공하는 것이므로, 서보모터에 의해 강제적으로 당겨지기 때문에 손가락 마디의 관절 저항 느낌을 제대로 전달하기 어려웠다.

한국공개특허 10-2015-0092444호(2015.08.13) 한국공개특허 10-2011-0114793호

본 발명의 일 목적은, 가상현실 시스템에서 가상 물체를 만질때 손끝과 손가락 바닥면에 촉감을 전달하여 실감을 느낄 수 있도록 하는 가상 현실 시스템의 촉감 피드백 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은, 가상현실 촉감 전달 글러브에서 손가락에 관절 저항력을 제공하는 반력 제공장치의 손가락 동작 제어 액츄에이터를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은, 가상현실 촉감 전달 글러브에서 위치좌표를 측정하는 트래커를 손등 커버에 일체형으로 형성함으로써, 글러브의 어떠한 움직임에 대해서도 위치좌표를 정확히 측정할 수 있도록 한 가상 현실 촉감 전달 글러브의 일체형 트래커를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은, 가상현실 촉감 전달 글러브에서, 손가락 끝의 위치정보를 측정하여 손가락이 구브러지는 위치를 제어함과 아울러 촉감의 감도를 제어할 수 있도록 하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 가상 현실 시스템의 촉감 피드백 장치는,

손가락부, 손등부 및 손목부로 이루어져 사용자의 손에 착용하는 글러브 본체와;

상기 손등부를 덮는 손등 커버에 일체형으로 형성되어 글러브의 위치좌표를 측정하는 트래커와;

상기 글러브 본체의 각 손가락부 끝과 바닥면에 길이방향으로 설치되어 가상물체를 잡거나 접촉에 대응되는 촉감을 제공하는 손가락 촉감부와;

상기 글러브 본체의 각 손가락부의 끝단 양측면에 설치되어 전기 자극을 제공하는 손끝 자극부;

상기 글러브 본체의 각 손가락부 끝단에 설치되어 각 손가락 끝의 위치를 측정하는 손끝 위치측정부;

상기 글러브 본체의 각 손가락부 상면에 설치되어 손가락의 구브러짐에 대한 반대 방향 저항력을 제공하는 반력 제공부;

상기 트래커와 상기 손끝 위치측정부의 측정정보를 가상현실 시스템으로 전송하고, 가상 현실 시스템의 촉감 전달 피드백 정보에 의거하여 상기 반력 제공부, 상기 손가락 촉감부 및 상기 손끝 자극부를 제어하여 사용자에게 가상 현실 촉감 전달을 제어하는 콘트롤장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 가상 현실 촉감 전달 글러브는,

상기 글러브 본체의 각 손가락부에는, 손가락 촉감부, 손끝 자극부, 손끝 위치측정부가 설치되고, 상기 손가락부의 상면에 반력 제공부가 설치되고,

상기 글러브 본체의 손등부에는, 상기 반력 제공부의 와이어를 제어하는 액츄에이터들이 설치되며, 액츄에이터의 상부에는 커버형으로 이루어진 트래커가 설치되고,

상기 글러브 본체의 손목부에는, 상기 손가락 촉감부에 공기를 주입하기 위한 펌프들이 배열설치되며, 펌프의 후방에 콘트롤장치의 PCB들이 설치되고, 전원부의 밧데리가 설치되어 손목 커버부가 설치되며, 손목 커버부에는 방열을 위한 에어밴트가 형성되어 구성된다.

가상 현실 영상 속에서 가상물체를 잡거나 접촉하는 촉감을 사용자에게 전달하기 위한 가상현실 촉감 전달 글러브에 있어서,

글러브 본체의 각 손가락부 내부의 손끝과 바닥면에 손가락 길이방향으로 형성되고, 공기 주입에 따른 공기압에 의해 촉감을 제공하는 실리콘튜브와;

상기 글러브 본체의 손목부에 배열 설치되고 촉감 전달 피드백 정보에 대응되는 공기압으로 공기를 펌핑하는 펌프와;

상기 펌프에서 펌핑되는 공기를 상기 실리콘 튜브의 손끝 부분의 공기주입관로 주입하도록 연결 설치되는 공기호스; 를 포함하여구성됨을 특징으로 한다.

상기 글러브 손가락부의 내부에 설치되어 손끝을 보호하고 상기 실리콘튜브의 일단부를 지지하고, 호스 매립홈이 형성되어 공기호스를 손끝을 통과시켜 상기 실리콘 튜브의 공기주입관에 연결시키는 설치 브라켓을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실리콘 튜브의 손끝 부분에 좌우방향으로 플렉시블 베이스가 부착 설치되고, 플렉시블 베이스의 좌우측에 각각 형성되는 손끝 자극부가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 손끝 보호 브라켓의 손끝 상면부에는, 손끝의 위치정보를 검출하는 9축 센서가 더 설치되어 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 가상 현실 영상 속에서 가상물체를 잡거나 접촉하는 반력을 사용자에게 전달하기 위한 가상현실 촉감 전달 글러브에 있어서,

상기 글러브 본체의 각 손가락부의 상면에 고정 설치되고, 복수의 마디로 분절되어 회전 조인트로 연결되는 손가락 마디부와;

상기 손가락 마디부의 손끝 마디부에 일단이 고정되고, 손가락 마디부 내부를 통해서 손등부로 인출되는 와이어와;

상기 손등부에 설치되어 손가락을 구브리거나 펴는 것에 대응하여 와이어가 풀려지거나 감겨지고, 가상 물체와의 접촉에 대응하는 반력 제어정보에 의해 상기 와이어가 풀려지는 것을 잠그거나 잠김을 해제하는 액츄에이터; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 액츄에이터는,

원통부의 상하단에 플랜지가 형성되고, 플랜지의 외주연에 홈과 돌출부가 연속되는 사각 기어부가 형성되어, 고정축에 회전가능하게 설치되고, 상기 원통부에 와이어를 감거나 풀어주기 위한 와이어 릴과;

상기 고정축에 내측 단부가 고정되고, 외측 단부가 상기 와이어 릴에 고정되어 상기 와이어를 감는 방향으로 회전 복원력을 제공하는 맴돌이 스프링과;

가상 현실 시스템의 반력 제공 정보에 의해 제어되어 캠을 회전 및 정지 시키는 모터와;

상기 와이어 릴의 상하단에서 상기 고정축에 압축 스프링에 의해 지지되어 사각 기어부의 외측에 수평 이동 가능하게 설치되고, 상기 캠의 회전에 의해 상기 사각 기어부에 끼워져 상기 와이어 릴의 회전을 잠그거나, 풀어주는 레버; 를 포함하여 구성된다.

상기 액츄에이터는,

상기 하우징이 포함되고, 하우징에는 상기 와이어를 인출하는 와이어 인출공이 정면과 좌우 측면에 각각 복수로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 손가락 마디부는,

2단 마디와, 3단 마디를 포함하고,

마디와 마디 사이를 회전 가능하게 연결하는 조인트와,

손끝 마디부에 고정된 와이어와 손끝 마디부의 하부로 통과시키는 공기호스를 지지하는 호스 및 와이어 지지구와;

상기 조인트와 지지구를 덮고 마디별로 각각 분리 결합되는 마디 커버; 를 포함하여 구성된다.

상기 조인트는,

이웃하는 마디끼리 서로 일정구간 중첩되게 돌출되어 형성되는 링크와,

일측 마디의 링크에 형성되는 장공부와,

상기 일측 마디에 대응된 타측 마디의 링크에 고정되고, 상기 장공부에 회전 및 슬라이드 가능하게 결합되는 힌지부를 포함하여 구성된다.

또한, 가상 현실 영상 속에서 가상물체를 잡거나 접촉하는 촉감 및 반력을 사용자에게 전달하기 위한 가상현실 촉감 전달 글러브에 있어서,

글러브의 위치 좌표를 검출하기 위한 트래커는,

위치 좌표를 검출하기 위해 제공되는 수직 및 수평 스캐닝 빔신호에 대해서 각각의 빔 신호마다 적어도 3포인트 이상의 포인트에서 동시에 빔신호를 수신받을 수 있도록 센서들을 배열 설치된 센서모듈과;

상기 센서모듈의 각 센서들을 노출시킴과 아울러 빔신호를 센서로 입사시키는 가이드홀들이 각각 형성된 커버모듈을 포함하고,

상기 센서모듈과 커버모듈이 결합되어 손등부 커버를 이루도록 구성된다.

본 발명의 촉감 전달 글러브는, 손가락부의 내부에 설치되는 실리콘 튜브의 공기압을 제어하여 접촉 촉감을 제공할 수 있다. 또한, 손가락 끝에 설치된 손끝 자극부에 의해 전기 자극을 제공할 수 있다. 손가락부의 외측면에는 손가락 마디부가 설치되어 와이어를 액츄에이터에 의해 가상 물체를 잠거나 접촉하는 위치에서 손가락에 반력을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 트래커를 손등부 커버에 일체형으로 구성함으로써, 트래커 센서들을 넓은 면적에 배열 설치하여 위치 측정의 정밀성을 향상시키고, 글러브 전체의 부피도 줄일 수 있도록하며, 외형 디자인을 미려하게 구현할 수 있다.

또한 본 발명은 손목부에 중량이 많이 나가는 펌프들과 배터리를 배치하고, PCB들을 배치하여 방열을 위한 에어벤트를 제공함으로써, 글러브의 무게 중심이 손목부에 있게하여 착용자의 중량 부담감을 줄이고, 방열구조를 제공하여 발열로 인한 고장을 예방할 수 있다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 가상현실 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 가상 현실 시스템의 촉감 전달 글러브의 기능 모듈 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 가상 현실 시스템의 촉감 전달 글러브의 외형 구성도.
도 4는 본 발명에 의한 가상 현실 시스템의 촉감 전달 글러브의 부품 배치 구성도.
도 5는 본 발명에 의한 촉감 전달 글러브의 손가락부의 촉감 전달 구성도.
도 6은 본 발명에 의한 촉감 전달 글러브의 손가락부의 촉감 전달 구성부품들의 분해도.
도 7은 본 발명에 의한 반력 제공장치의 손가락 마디부 외형 예시도.
도 8은 본 발명에 의한 손가락 마디부의 조인트 구성을 설명하기 위한 단면 개요도.
도 9는 본 발명에 의한 반력 제공장치의 액츄에이터의 외형 구성도.
도 10은 본 발명에 의한 반력 제공장치의 액츄에이터의 분해도.
도 11은 본 발명에 의한 액츄에이터의 동작 설명을 위한 단면예시도.
도 12는 본 발명에 의한 촉감 전달 글러브의 손등부 구조를 보인 분해도.
도 13은 본 발명의 촉감 전달 글러브의 손목부 구성을 보인 분해도.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 이하에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 본 발명의 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 도 있다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 가상현실 시스템의 구성도이다.

가상현실 시스템은, 가상현실 콘트롤러(10)와, 시각장치(20)와, 촉감 전달 글러브(100)를 포함할 수 있다.

가상현실 콘트롤러(10)는, 시각장치(HMD)(20)로 가상현실 영상을 제공하고, 촉감 전달 글러브(100)로 촉감 제어 정보를 제공한다. 가상현실 콘트롤러(10)는 상기 글러브(100)의 위치정보를 검출하기 위하여 스캐닝빔을 제공한다. 글러브(100)는 스캐닝빔을 트래커를 통해서 센싱하여 위치정보를 가상현실 콘트롤러(10)로 제공한다. 가상현실 콘트롤러(10)가 글러브(100)의 위치정보에 의거하여 가상현실 영상내에서의 손동작 및 손의 위치로서 반영한다. 이와같이 시각장치(20)를 통하여 보게되는 가상 현실 영상 속에서 글러브(100)의 움직임에 따른 손영상이 제공되므로, 사용자는 글러브를 손에 착용하고 가상 현실 영상 속에 있는 물체에 대해 손으로 터치하거나 잡는 활동을 할 수 있다.

가상 현실 영상 속에서 가상의 손이 가상물체를 잡거나 터치할 때, 촉감을 사용자에게 전달 하기 위하여 글러브(100)로 촉감 제어 정보를 생성하여 전달한다. 글러브(100)는 가상현실 콘트롤러(10)의 촉감 제어 정보에 의거하여 손끝 촉감, 자극, 손가락 반력을 발생시켜 사용자의 손으로 피드백 시킬 수 있다.

이와 같이 가상 현실 영상 속에서 손으로 가상 물체를 잡거나 터치하는 촉감을 사용자의 손으로 전달하기 위해서 본 발명의 촉감 전달 글러브(100)를 제공한다.

도 2는 본 발명에 의한 가상 현실 시스템의 촉감 전달 글러브의 기능 모듈 구성도이다.

손가락부, 손등부 및 손목부를 구비하고 사용자의 손에 착용하는 글러브 본체(101)와;

상기 손등부를 덮는 손등 커버에 일체형으로 형성되어 글러브의 위치좌표를 측정하는 트래커(150)와;

상기 글러브 본체(101)의 각 손가락부 끝과 바닥면에 길이방향으로 설치되어 펌프(160)에 의해 주입되는 공기압에 의거하여 가상물체를 잡거나 접촉에 대응되는 촉감을 제공하는 손가락 촉감부(120)와;

상기 글러브 본체(101)의 각 손가락부의 끝단 양측면에 설치되어 자극발생부(170)의 제어에 의해 전기 자극을 제공하는 손끝 자극부(130);

상기 글러브 본체(101)의 각 손가락부 끝단에 설치되어 각 손가락 끝의 위치를 측정하는 손끝 위치측정부(110);

상기 글러브 본체(101)의 각 손가락부 상면 외측에 와이어를 연결한 복수 마디로 이루어지고, 반력 액츄에이터(180)에 의해 와이어의 풀림이 제어되어 손가락의 구브러짐에 대한 저항력을 제공하는 반력 제공부(140);

상기 트래커(150)와 상기 손끝 위치측정부(110)의 측정정보를 가상현실 콘트롤러(10)로 전송하고, 가상 현실 콘트롤러(10)의 촉감 전달 피드백 정보에 의거하여 상기 반력 액츄에이터(180), 상기 펌프(160) 및 상기 자극 발생부(130)를 제어하여 사용자에게 가상 현실 촉감 전달을 제어하는 콘트롤장치(190)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 상기 콘트롤장치(190)와 상기 가상현실 콘트롤러(10) 사이의 통신을 위한 통신부(200) 및 글러브(100) 내의 각 장치들의 전원을 공급하는 배터리 충전식 전원부(210)를 포함한다.

도 3은 본 발명에 의한 가상 현실 시스템의 촉감 전달 글러브의 외형 구성도이고, 도 4는 본 발명에 의한 가상 현실 시스템의 촉감 전달 글러브의 부품 배치 구성도이며, 도 5는 본 발명에 의한 촉감 전달 글러브의 손가락부의 촉감 전달 구성도이고, 도 6은 본 발명에 의한 촉감 전달 글러브의 손가락부의 촉감 전달 구성부품들의 분해도이다.

본 발명에 의한 가상 현실 촉감 전달 글러브의 구성을 도 3 내지 도 6을 참조해 설명한다.

상기 글러브 본체(101)의 각 손가락부에는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 손가락 촉감부(120), 손끝 자극부(120), 손끝 위치측정부(110)가 설치되고, 상기 손가락부의 상면에 반력 제공부(140)가 설치된다.

상기 글러브 본체(101)의 손등부에는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 반력 제공부(140)의 와이어(181)를 제어하는 액츄에이터(180)들이 배열 설치되며, 액츄에이터(180)들의 상부에는 커버형으로 이루어진 트래커(150)가 설치된다.

상기 글러브 본체(101)의 손목부에는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 손가락 촉감부(120)에 공기를 주입하기 위한 펌프(160)들이 배열 설치되며, 펌프(160)들의 후방에 콘트롤장치(190)를 포함하는 PCB(191)들이 설치되고, 전원부(210)의 밧데리(211)가 설치된다. 상기 펌프(160)들과, PCB(191)들 및 상기 밧데리(211)의 상면에 손목 커버부가 설치되며, 손목 커버부(224)에는 방열을 위한 에어밴트(225)가 형성되어 구성된다.

본 발명에 의한 촉감 전달 글러브는, 크게 손가락부에 설치되는 촉감 전달부(120), 손끝 자극부(130) 및 반력 제공부(140)를 포함한다. 이를 위한 구성은, 도 5 및 도 6에 도시된다.

상기 촉감 전달부(120)는, 가상 물체를 손으로 잡을때 손가락에 공기압을 전달하여 촉감을 느끼게 한다. 펌프(160)와, 공기호스(161)와, 글러브의 손가락부 바닥면에 설치되는 실리콘 튜브(121)를 포함한다.

상기 실리콘 튜브(121)는, 공기를 손끝에서 주입할 수 있도록 손끝 방향에 공기주입관(122)이 연결 설치되고, 손바닥 방향의 글러브 외부로 공기를 배출하도록 공기 배출구(123)가 형성된다.

펌프(160)는 손목부에 설치되고, 공기호스(161)가 손등부를 통과하여 손가락 끝을 지나 손가락 바닥면의 실리콘 튜브(121)에 연결된다. 상기 실리콘 튜브(121)의 손끝 부분에 연결되는 공기 주입관(122)은, 손끝을 지나 손등부 방향으로 구브러진 형상을 가진다. 공기 배출구(123)는, 실리콘 튜브(121)의 손바닥 방향으로 배출 구멍이 형성되어 글러브 외부로 공기를 배출한다.

상기 실리콘 튜브(121)의 손가락 끝 부분을 지지하고, 공기 주입관(122)을 지지하는 설치 브라켓(124)이 포함된다. 설치 브라켓(124)은, 손가락 끝부분을 커버하는 형태로서 하면에 실리콘 튜브(121)의 끝단을 지지하고, 손가락 끝부분에는 상기 공기 주입관(122)이 매몰되는 가이드 홈(124a)이 형성된다. 그리고, 상면에는 손끝 위치측정부(110)가 설치된다. 손끝 위치 측정부(110)로는 9축 센서를 설치할 수 있다.

가상 현실 시스템에서 가상 물체를 손으로 잡거나 터치될 때, 가상 현실 콘트롤러(10)는, 가상 물체의 재질이나 형상등의 특성에 대응하여 촉감 정보를 생성한다. 촉감 정보를 글러브(100)로 전달하면, 글러브(100)의 콘트롤장치(190)가 펌프(160)를 작동시킨다. 펌프(160)에 의해 펌핑된 공기가 공기 주입관(122)을 통하여 실리콘 튜브(121)에 주입된다. 가상물체의 특성에 대응된 촉감 정보에 의거하여 펌프를 제어한다. 실리콘 튜브(121)에 주입되는 단위 시간당 공기량을 제어한다. 실리콘 튜브(121)는, 공기 배출구(122)의 크기가 고정된 형태로 공기를 배출하게 한다. 가상 물체의 특성에 대응된 공기압으로 실리콘 튜브(121)에 공기를 주입할 수 있다. 사용자는 실리콘 튜브(121)에 주입된 공기압에 의해 손가락 바닥면에 가해지는 압력이 달라짐으로써, 가상 물체를 잡는 촉감을 느낄 수 있게 된다.

본 발명에서 공기주입식 실리콘 튜브(121)를 사용한 촉감 전달 장치는, 손가락 길이방향으로 길게 실리콘 튜브(121) 설치한다. 이는 손가락 바닥면 전체에 촉감을 전달 할 수 있다. 또한, 손끝 부분으로 공기주입관(124)을 연결하여 공기를 주입하고, 반대방향으로 공기를 자동 배출한다. 또한, 설치 브라켓(124)을 구비하여 손가락 끝 부분을 보호하도록 하고, 공기 주입관(122)을 매립시켜 손끝 부분에서 간섭되거나 눌리는 것을 방지한 것이다.

손끝 부분으로 공기가 주입되면서 가압되고 크기가 고정된 배출구로 공기가 배출되므로, 펌프의 회전 속도를 제어하는 것만으로 실리콘 튜브(121)에 가해지는 공기압을 제어할 수 있고, 손가락이 느끼는 촉감을 제공할 수 있다. 또한 각 손가락마다 촉감 전달부를 각각 구성하고, 펌프들을 각각 배정한 구조이므로, 손가락별로 각각의 압력을 다르게 제어할 수 있다.

한편, 가상 물체를 잡거나 접촉할때, 가상물체의 표면 특성에 따라 손가락에 접촉 촉감 뿐만 아니라 자극을 전달할 필요도 있다. 이에 따라 본 발명에서는 자극에 민감한 손가락 끝 부분에 전기 자극을 제공할 수 있도록 한다. 손끝 자극부(130)는, 가상 물체에 날카로운 부분이나 뽀족한 부분에 가상의 손이 접촉되면, 이에 대응된 자극을 제공한다. 콘트롤장치(190)가 가상 현실 콘트롤러(10)로부터 자극 정보를 수신받아 자극 발생부(170)를 통해 자극을 발생시킨다. 손끝 자극부(130)는, 전기 자극을 발생시켜 사용자의 손가락에 자극을 전달 할 수 있다. 예를 즐어 저주파 전기 자극을 발생시킬 수 있다. 저주파 자극에 의해 따끔하거나 찌릿한 느낌을 전달 할 수 있다. 자극의 세기는 가상 현실 콘트롤러(10)가 가상물체의 표면 특성과 접촉 강도에 대응된 자극 정보를 생성하여 제공함으로써 결정된다.

또한, 본 발명에서는 손가락 끝의 위치 정보를 검출할 수 있도록 각 손가락부의 끝에 손끈 위치 측정부(110)를 구비한다. 손끝 위치측정부(110)로는 9축 센서를 설치할 수 있다. 글러브(100)는 트래커(150)에 의해 글러브의 위치 좌표를 측정할 수 있다. 트래커(150)에 의해 측정된 글러브의 위치 좌표를 기준으로, 9축 센서에서 측정된 각 손가락 끝의 위치정보 즉, 손끝 위치정보를 산출하여 가상 현실 콘트롤러(10)로 제공할 수 있다.

이에 따라 가상 현실 콘트롤러(10)는, 글러브(100)의 위치를 크래커(150)에 의해 검출하고, 글러브 위치정보를 기준으로 각 손가락 위치정보를 측정하여 가상 현실 속의 영상에서 가상의 손의 움직임 및 각 손가락의 움직임을 구현할 수 있다. 이렇게 손가락 움직임을 구현하면서 가상 물체와 손가락의 접촉상태를 검출한다.

손가락별로 가상 물체와의 접촉이나 터치 정보를 추출하고, 이에 대응된 촉감 정보 또는 자극 정보를 제공한다. 글러브(100)의 콘트롤장치(190)는, 가상 현실 콘트롤러(10)로부터 제공되는 촉감 정보에 의해서는 펌프(160)를 제어하여 실리콘 튜브(121) 속의 공기압 조절로 촉감을 전달할 수 있고, 자극 정보에 의해서는 자극 발생부(170)를 제어하여 손끝 자극부(130)의 전기 자극을 발생시켜 자극을 전달 할 수 있다.

또한, 본 발명의 촉감 전달 글러브(100)는 손가락에 저항력을 제공하는 반력 제공 장치를 포함한다. 가상 현실 영상 속에서 가상 물체를 손으로 잡알때,가상 영상의 손가락이 가상물체 속으로 들어가거나 통과되지 않도록 제어할 필요가 있다. 또한 잡았다는 느낌을 사용자 손가락에 피드백 시킬 필요가 있다. 이를 위해서 본 발명에서는 글러브에 반력 제공 장치를 포함한다.

본 발명의 촉감 전달 글러브의 반력 제공장치, 도 3에 도시된 바와 같이, 손가락 마디부(140)와, 와이어(181) 및 액츄에이터(180)를 포함한다. 손가락 마디부(140)는 글러브 본체(101) 손가락부의 상면에 부착 설치된다. 손가락 마디부(140)에 연결된 와이어(181)는, 손등부에 설치된 액츄에이터(180)에 연결된다.

도 7은 본 발명에 의한 반력 제공장치의 손가락 마디부 외형 예시도이고, 도 8은 본 발명에 의한 손가락 마디부의 조인트 구성을 설명하기 위한 단면 개요도이다.

손가락에 따라 엄지와 새끼손가락은 2마디를, 나머지 손가락은 3마디로 구성될 수 있다.

도 7을 참조해서 3마디 구성을 설명한다. 제1-제3마디(141 - 143)로 이루어진다. 각 마디 사이에는 회전 링크 구조의 조인트로 연결된다. 각 마디의 마디 커버 내부에는 공기호스 및 와이어를 지지하여 통과시키는 지지구(148)가 포함된다.

도 8을 참조하면, 상기 조인트는, 이웃하는 마디끼리 서로 일정구간 중첩되게 돌출되어 형성되는 링크(145, 144)와, 일측 마디의 링크(145)에 형성되는 장공부(146)와, 상기 일측 마디에 대응된 타측 마디의 링크(144)에 고정되고, 상기 타측 마디 링크(144)에 일단이 고정된 힌지가 장공부(146)에 회전 및 슬라이드 가능하게 결합되는 힌지부(147)를 포함하여 구성된다.

글러브를 착용하고 손가락을 구브리면, 상기 손가락 마디부(140)가 마디별로 구브러진다. 도 7의 (b)와 같이 힌지가 장공부(146) 속에서 이동되면서 회전되어 마디를 구브러지게 할 수 있다.

손가락을 구브리면, 손가락 마디부(140)의 손끝 마디에 고정된 와이어(181)가 당겨진다. 즉, 액츄에이터(180)로부터 와이어(181)를 잡아당기게 된다. 손가락을 구브리는 위치는, 손끝 부에 설치된 손끝 위치측정부(110)의 9축 센서에 의해 검출된다. 손끝 위치정보에 의거하여 가상물체와 접촉되거나 잡는 위치를 제어한다. 가상물체에 손가락이 접촉되는 위치에서 상기 와이어(181)가 더 이상 액츄에이터(180)에서 인출되지 않게 한다. 이에 따라 사용자가 손가락을 구브리려 힘을 가해도 와이어(181)가 고정되어 더 이상 당겨지지 않는다. 즉, 손가락에 구브리려는 반대방향으로 저항력을 제공할 수 있다.

도 9는 본 발명에 의한 반력 제공장치의 액츄에이터의 외형 구성도이고, 도 10은 본 발명에 의한 반력 제공장치의 액츄에이터의 분해도이며, 도 11은 본 발명에 의한 액츄에이터의 동작 설명을 위한 단면예시도이다.

액츄에이터(180)는, 상기 손가락 마디부(140)의 손끝 마디에 연결된 와이어(181)를 감거나 풀어주거나 잠김을 제어한다. 도 9를 참조하면, 상하부 케이스로 이루어진 하우징(182)에 정면과 양측면으로 각각 와이어 인출공(182a,182b)이 형성된다.

도 10을 참조하면, 원통부의 상하단에 플랜지가 형성되고, 플랜지의 외주연에 홈과 돌출부가 연속되는 사각 기어부(185a)가 형성되어, 고정축(186)에 회전가능하게 설치되고, 상기 원통부에 와이어를 감거나 풀어주기 위한 와이어 릴(185)과; 상기 고정축(186)에 내측 단부가 고정되고, 외측 단부가 상기 와이어 릴(185)에 고정되어 상기 와이어(181)를 감는 방향으로 회전 복원력을 제공하는 맴돌이 스프링(187)과; 가상 현실 시스템의 반력 제공 정보에 의해 제어되어 캠(184)을 회전 및 정지 시키는 모터(183)와; 상기 와이어 릴(185)의 상하단에서 상기 고정축(186)에 압축 스프링(188a)에 의해 지지되어 사각 기어부(186)의 외측에 수평 이동 가능하게 설치되고, 상기 캠(184)의 회전에 의해 상기 사각 기어부(185a)에 끼워져 상기 와이어 릴(185)의 회전을 잠그거나, 잠금을 해제하는 레버(188)와; 상기 모터의 구동을 제어하기 위하여, 상기 레버 또는 캠의 위치를 검출하여 와이어릴의 잠김 또는 해제 상태를 검출하는 센서(189); 를 포함하여 구성된다.

도 11을 참조하면, 초기 상태에서 레버(188)는 와이어릴(185)와 떨어진 상태에 위치된다. 레버(188)가 와이어릴(185를 구속하지 않은 상태에서는, 손가락을 구브리면 와이어(181)가 당겨진다. 와이어(181)가 당겨지면 와이어 릴(185)이 고정축(186)을 중심으로 회전된다. 맴돌이 스프링(187)은, 와이어 릴(185)이 회전되면 복원력이 축적된다. 맴돌이 스프링(187)의 복원력은 손가락을 펼때 와이어(181)를 감아준다. 맴돌이 스프링(187)은, 손가락을 구브릴때 당겨지는 힘을 무시할 정도의 작은 복원력을 가진다.

가상 현실 영상 속에서 가상 물체를 손으로 잡는 경우, 손끝 위치측정부(110)인 9축센서가 각 손가락 끝의 위치정보를 측정하고, 손끝 위치 정보에 따라 손가락이 가상물체에 접촉되는 시점에 모터(183)를 구동시켜 와이어릴(185)을 정지 시킬 수 있다.

손가락에 반력을 제공하기 위해서 모터(183)가 구동되고, 캠(184)이 회전된다. 캠(184)에 의해 레버(188)가 와이어 릴(185)의 사각 기어부(185a)에 끼워져 와이어릴(185)이 회전되지 않도록 잠근다. 사용자가 손가락을 더 구브리려해도, 와이어 릴(185)이 잠긴 상태여서 와이어(181)가 당겨지지 않는다. 따라서, 손가락을 더이상 구브리지 못하도록 제한할 수 있다. 이와 같은 와이어 릴(185)의 잠금 또는 해제 상태는 센서(189)를 통해 검출하고, 센서(189)의 검출신호에 의해 모터(183)의 구동을 제어할 수 있다.

가상 현실 시스템은, 글러브의 위치 좌표를 실시간으로 검출하여 가상현실 영상에 반영한다. 이를 위해서는 글러브에 트래커를 설치하여 위치좌표를 검출한다. 범용 트래커를 사용하는 경우, 트래커가 위치 측정을 위한 스캐닝 빔을 검출할 수 있도록 노출되게 설치되어야 한다. 이에 따라 손등부에 돌출된 형태로 설치되어야 하므로 전체적 사이즈가 거치고, 외형 형상에도 돌출된 트래커가 노출되어 미관상 좋지 않다.

본 발명은 상기와 같인 범용 트래커를 글러브에 장착하는 구조가 아니라 글러브의 손등부에 일체형으로 트래커를 구성한 것이다.

도 12는 본 발명에 의한 촉감 전달 글러브의 손등부 구조를 보인 분해도이다.

본 발명의 글러브(100)는, 손등부에 반력 제어를 위한 액츄에이터(180)들이 배열 설치된 액츄에이터 모듈(180A)과, 상기 액츄에이터 모듈(180A)의 상부에는 공기호스(161)들이 통과하는 개구부(180C)가 형성된 제1커버(180B)가 설치된다.

상기 제1커버(180C)의 상부에는 손등부 커버 형상의 브라켓에 동일한 스캐닝 빔을 적어도 3포인트 이상의 포인트에서 검출할 수 있도록 수광 센서(151)들을 배열 설치한 센서모듈(152)과;

상기 센서모듈(152)의 각 센서들을 노출시킴과 아울러 빔신호를 센서로 입사시키는 가이드홀(153)들이 형성된 커버모듈(154)을 포함하고,

상기 센서모듈(152)과 커버모듈(154)이 결합되어 손등부 커버를 이루도록 구성된다.

이와 같이 본 발명에서는 트래커(150)가 글러브 본체(101)의 손등부 커버로 설치된다. 범용 트래커를 사용하지 않고, 커버 타입의 센서 모듈 및 커버 모듈을 개발하여 액츄에이터 모듈의 상부에 일체형으로 설치한 것이다. 본 발명의 일체형 트래커(150)의 특징은 손등부 커버형으로 구성하기 때문에 센서(151)들이 넓은 면적에 분포되어 배치된 것이다.

따라서 동일한 스캐닝 빔에 대해서 적어도 3포인트 이상의 포인트에서 동시에 빔을 검출할 수 있도록 구현할 수 있다. 법용 트래커에 비해 넓은 면적에 센서들을 배열 설치할 수 있고, 센서간의 간격이 넓어서 동시에 검출되는 빔 신호에 따른 위치 측정의 정확성을 높일 수 있다. 또한 손등 커버로서 트래커를 일체형으로 구현함으로써, 디자인상 돌출 구조없이 보기좋게 할수 있고, 글러브 전체의 높이도 줄일 수 있다.

도 13은 본 발명의 촉감 전달 글러브의 손목부 구성을 보인 분해도이다.

본 발명의 글러브(100)의 손목부에는, 펌프와 PCB와 배터리를 배열 설치한 부품 설치모듈(221), 부품 설치모듈(221)의 부품을 보호하도록 설치되는 내부커버(222), 및 외부 커버(224)로 구성되고, 상기 내부커버(222) 및 외부 커버(224)에는 방열을 위한 통기공(223) 및 애어벤트(225)가 대응하여 형성된다.

상기 부품 설치모듈(221)은, 손가락 촉감부(120)에 공기를 주입하기 위한 펌프(160)들이 배열 설치되고, 그 후단에 콘트롤장치(190) PCB, 액츄에이터 드라이브의 PCB, 펌프 드라이브 PCB, 전원부 PCB를 포함하는 PCB(191)들을 적층하여 설치하며, 그 후단에는 전원부의 충전 배터리(211)를 설치한다.

상기와 같이 손목부에 펌프와, PCB 및 배터리를 설치함으로써, 글러브 전체의 무게중심이 손목부와 손등부 사이에 오거나 손목부에 무게중심이 올수 있도록 배치한 것이다. 따라서 사용자가 글러브를 손에 착용하여 움직일때 무게 중심이 손목부에 있어서 중량에 대한 부담감을 줄일 수 있는 것이다.

본 발명에 의한 가상현실 시스템의 촉감 전달 글러브(100)는, 사용자가 손에 착용하는 글러브 본체(101)가 구비된다. 글러브 본체(101)의 손가락부에는 상면에 손가락 마디부(140)를 탈착 가능하게 결합하는 결합수단이 형성된다. 또한, 글러브 본체(101)의 손등부에도 액츄에이터 모듈(180A)과 트래커(150)가 결합된 손등부 모듈들이 탈착 가능한 결합수단이 설치되며, 손목부에도 손목부 모듈들이 탈착 가능한 결합 수단이 설치된다. 따라서 본 발명의 글러부는, 손가락 상부의 손가락 마디부와 손등부 모듈 및 손목부 모듈을 탈착 가능하게 구성함으로써, 일부 부품의 고장 수리시 분리하여 수리할 수 있도록 한다.

본 발명의 촉감 전달 글러브(100)는, 손가락부의 내부에 설치되는 실리콘 튜브(121)에 의해 접촉 촉감을 제공할 수 있다. 또한, 손가락 끝에 설치된 손끝 자극부(130)에 의해 전기 자극을 제공할 수 있다. 손가락부의 외측면에는 손가락 마디부가 설치되어 와이어를 액츄에이터에 의해 제어한다. 따라서 손가락 구브림 위치를 제어하여 가상 물체를 잠거나 접촉하는 위치에서 손가락에 반력을 제공할 수 있다.

또한, 손가락부 끝에 9축 센서를 손끝 위치 측정부(110)로 설치함으로써, 손가락 마다의 손끝의 위치를 측정하여 손가락 각각의 촉감 압력이나 자극 및 반력을 각각 다르게 또는 같게도 제어할 수 있다.

또한 본 발명은, 손가락 마디부(140)의 와이어(141)를 제어하는 수단으로 액츄에이터(180)를 독립적 구성으로 개발하여 제공한다. 본 발명의 액츄에이터(180)는 모터에 의해 와이어를 감아주는 기존의 장치와는 차별화된다. 본 발명은 손가락의 구브림 위치를 제한하도록 모터를 구동시켜 와이어릴의 잠김 제어와 해제 제어만 하도록 구성된 것이다. 따라서 소형모터를 사용하고 모터의 출력이 낮은 저가형 모터만으로 구현될 수 있다.

또한 본 발명은, 글러브의 전체 무게 중심이 손목부에 오도록 부품들의 배치한 것이다. 손등부에는 액츄에이터를 손목부에는 중량이 나가는 펌프와, PCB 및 배터리를 배치한다. 따라서 손목부에 무게 중심이 오도록 구성하여 중량에 의한 부담감을 줄일 수 있도록 한 것이다.

또한, 방열이 필요한 PCB와 배터리를 손목부에 배치하고, 손목부 커버에 에어벤트를 형성하여 방열될 수 있게 한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다

10 : 가상현실 콘트롤러 20 : 시각장치
100 : 촉감 전달 글러브 101 : 글러브 본체
110 : 손끝 위치측정부 120 : 손가락 촉감부
130 : 손끝 자극부 140 : 반력 제공부
150 : 트래커 160 : 공압 펌프
170 : 자극 발생부 180 : 액츄에이터
190 : 콘트롤 장치 200 : 통신부
210 : 전원부

Claims (5)

1. 가상 현실 콘트롤러로 위치정보를 제공하고, 가상 현실 콘트롤러의 촉감 피드백 정보에 의해 사용자의 손가락에 촉감을 전달하는 가상 현실 시스템의 촉감 피그백 장치에 있어서,
   상기 글러브 본체의 각 손가락부 끝과 바닥면에 길이방향으로 설치되어 펌프에 의해 주입되는 공기압에 의거하여 가상물체를 잡거나 접촉에 대응되는 촉감을 제공하는 손가락 촉감부와;
   상기 글러브 본체의 각 손가락부의 끝단 양측면에 설치되어 상기 콘트롤장치의 제어를 받는 자극발생부의 제어에 의해 전기 자극을 제공하는 손끝 자극부;를 더 포함하는
   가상 현실 시스템의 촉감 피드백 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 손끝 보호 브라켓의 손끝 상면부에는, 손끝 위치측정부의 9축 센서가 설치되고, 9축센서에 의해 각 손가락끝의 위치정보를 측정하여 가상 현실 콘트롤러로 전송하며, 가상현실 콘트롤러에서 각 손가락끝의 위치정보에 따른 각 손가락별로 제공되는 피드백 정보에 의거하여 각각의 펌프를 개별제어하여 손가락별 촉감을 제어하는
   가상 현실 시스템의 촉감 피드백 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 손가락 촉감부는,
   사용자가 착용하는 글러브의 손가락부 내부의 바닥면에 손가락 길이방향으로 형성되고, 공기 주입에 따른 공기압에 의해 촉감을 제공하는 실리콘튜브와;
   상기 글러브 본체의 손목부에 배열 설치되고 촉감 전달 피드백 정보에 대응되는 공기압으로 공기를 펌핑하는 펌프와;
   상기 펌프에서 펌핑되는 공기를 상기 실리콘 튜브의 손끝 부분의 공기주입관로 주입하도록 연결 설치되는 공기호스와;
   상기 글러브 손가락부의 내부에 설치되어 손끝을 보호하고 상기 실리콘튜브의 일단부를 지지하고, 호스 매립홈이 형성되어 공기호스를 손끝을 통과시켜 상기 실리콘 튜브의 공기주입관에 연결시키는 설치 브라켓;을 포함하는
   가상 현실 시스템의 촉감 피드백 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 글러브 본체의 각 손가락부 상면 외측에 와이어를 연결한 복수 마디로 이루어지고, 반력 액츄에이터에 의해 와이어의 풀림이 제어되어 손가락의 구브러짐에 대한 저항력을 제공하는 반력 제공부;를 더 포함하는
   가상 현실 시스템의 촉감 피드백 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 반력제공부는,
   상기 글러브 본체의 각 손가락부의 상면에 고정 설치되고, 복수의 마디로 분절되어 회전 조인트로 연결되는 손가락 마디부와;
   상기 손가락 마디부의 손끝 마디부에 일단이 고정되고, 손가락 마디부 내부를 통해서 손등부로 인출되는 와이어와;
   상기 손등부에 설치되어 손가락을 구브리거나 펴는 것에 대응하여 와이어가 풀려지거나 감겨지고, 가상 물체와의 접촉에 대응하는 반력 제어정보에 의해 상기 와이어가 풀려지는 것을 잠그거나 잠김을 해제하는 액츄에이터; 를 포함하는
   가상 현실 시스템의 촉감 피드백 장치.

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