KR20220063072A - Magneto-Rheological Elastomer Haptic Device and Haptic Module - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자기유변탄성체 햅틱 장치 및 햅틱 모듈에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 자기유변탄성체를 포함하는 진동부 및 탄성 특성을 가지는 탄성 지지부가 결합되어 적은 에너지로 다양한 촉감 패턴을 구현할 수 있는 자기유변탄성체 햅틱 장치 및 햅틱 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetorheological elastomer haptic device and a haptic module. More particularly, it relates to a magnetorheological elastomer haptic device and a haptic module capable of implementing various tactile patterns with little energy by combining a vibrating part including a magnetorheological elastic body and an elastic support part having elastic properties.
일반적으로 햅틱 기술을 위한 액츄에이터(Actuator)로는 자기유변탄성체(Magneto-Rheological Elastomer, MRE) 액츄에이터, 관성형 액츄에이터, 압전 액츄에이터, 전기활성 폴리머 액츄에이터(Electro Active Polymer, EAP), 정전기력 액츄에이터 등이 사용된다. 자기유변탄성체 액츄에이터는 자성 입자, 매트릭스 소재 및 자기장 생성부로 구성되어 자기장의 세기, 방향, 주파수에 따라 다양한 촉각을 제공하는 소자이다. 관성형 액츄에이터는 모터가 회전할 때 발생하는 편심력으로 진동하는 편심 모터, 공진주파수를 이용하여 진동의 세기를 최대화시키는 선형 공진 액츄에이터(Linear Resonant Actuator, LRA)가 있다. 압전 액츄에이터는 빔(Beam) 형태나 디스크(Disk) 형태를 가지고, 전기장에 의해 순간적으로 크기나 모양이 변하는 압전 소자를 이용해 구동한다. 전기활성 폴리머 액츄에이터는 전기활성 폴리머 필름 위에 질량체를 붙여 질량체의 반복된 움직임에 의해 진동을 생성한다. 정전기력 액츄에이터는 서로 다른 전하가 충전된 두 장의 유리면 사이에서 발생하는 인력과 동일한 종류의 전하가 충전될 때 발생하는 척력을 이용하여 구동한다. 이외에 형상기억합금, 매크로-컴포짓 파이버, 전기 촉각, 정전기 마찰, 초음파, 음향 방사 압력등을 이용한 제공 장치들이 개발되고 있다.In general, as an actuator for haptic technology, a magneto-rheological elastomer (MRE) actuator, an inertial actuator, a piezoelectric actuator, an electroactive polymer actuator (Electro Active Polymer, EAP), an electrostatic force actuator, etc. are used. A magnetorheological-elastic actuator is an element that provides various tactile sensations according to the strength, direction, and frequency of the magnetic field, which is composed of magnetic particles, a matrix material, and a magnetic field generator. The inertial actuator includes an eccentric motor that vibrates with eccentric force generated when the motor rotates, and a linear resonant actuator (LRA) that maximizes the intensity of vibration using a resonant frequency. The piezoelectric actuator has a beam shape or a disk shape, and is driven using a piezoelectric element whose size or shape is instantaneously changed by an electric field. An electroactive polymer actuator attaches a mass to an electroactive polymer film and generates vibration by repeated movement of the mass. The electrostatic force actuator is driven using the attractive force that occurs between two glass surfaces charged with different electric charges and the repulsive force that occurs when the same type of electric charge is charged. In addition, providing devices using shape memory alloy, macro-composite fiber, electrotactile sensation, electrostatic friction, ultrasonic wave, acoustic radiation pressure, etc. are being developed.
도 1은 선형 공진 액츄에이터(Linear Resonant Actuator, LRA)의 개략도이다. 일반적인 리니어 진동 모터(LRA)는 마그넷, 코일, 서스펜션(Suspension), 기타 구조물을 포함한다.1 is a schematic diagram of a linear resonant actuator (LRA). A typical linear vibration motor (LRA) includes a magnet, a coil, a suspension, and other structures.
도 2는 자기유변탄성체(Magneto-Rheological Elastomer, MRE) 액츄에이터의 개략도이다. 솔레노이드 코일에서 발생하는 자기장의 극성 N과 S극이 주파수에 의해 교번하면서 인력 또는 척력의 힘에 의하여 MRE의 형태 변화에 따라 햅틱을 구현한다.2 is a schematic diagram of a Magneto-Rheological Elastomer (MRE) actuator. As the polarities N and S poles of the magnetic field generated in the solenoid coil alternate by frequency, haptics are realized according to the shape change of the MRE by the force of attraction or repulsion.
본 발명은 종전 VCM(Voice coil motor)에서 영구 자석을 대체하는 자기유변탄성체(MRE)를 적용하여 형상을 다양하게 하고 촉감 패턴을 다양하게 할 수 있는 구동력으로 햅틱 촉감을 제공할 수 있는 자기유변탄성체 햅틱 장치 및 햅틱 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is a magnetorheological elastomer capable of providing a haptic tactile sense with a driving force capable of diversifying shapes and tactile patterns by applying a magnetorheological elastomer (MRE) that replaces a permanent magnet in a conventional VCM (Voice coil motor). An object of the present invention is to provide a haptic device and a haptic module.
또한, 본 발명은 높이를 낮추어 얇게 구성할 수 있고, 적은 에너지로 구동이 가능한 자기유변 탄성체 햅틱 장치 및 햅틱 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a magnetorheological elastomer haptic device and a haptic module that can be configured thinly by lowering the height and can be driven with little energy.
또한, 본 발명은 외부를 이중사출 구조로 적용하여 국부적인 햅틱 촉감을 제공할 수 있는 햅틱 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a haptic module capable of providing a local haptic tactile feel by applying an external double injection structure.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereto.
본 발명의 상기의 목적은, 하우징; 하우징 내에 배치되는 자기장 생성부; 하우징 상에 배치되는 탄성 지지부; 탄성 지지부와 연결되는 적어도 자기유변탄성체(MRE; Magneto-Rheological Elastomer)를 포함하는 MRE 진동부; 및 자기장 생성부에 신호를 전달하는 제어부;를 포함하는, 햅틱 장치에 의해 달성된다.The above object of the present invention, the housing; a magnetic field generator disposed in the housing; an elastic support disposed on the housing; MRE vibrating unit including at least a magneto-rheological elastomer (MRE; Magneto-Rheological Elastomer) connected to the elastic support; and a control unit that transmits a signal to the magnetic field generator.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하우징은 상면이 개방된 형태이고, 개방된 상면 테두리 상에 탄성 지지부가 배치될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the housing may have an open upper surface, and an elastic support portion may be disposed on the open upper surface edge.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기장 생성부는 솔레노이드 코일을 포함할 수 있다.Also, according to an embodiment of the present invention, the magnetic field generator may include a solenoid coil.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기장 생성부의 코일 단부 상에 MRE 진동부가 배치될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the MRE vibrator may be disposed on the coil end of the magnetic field generator.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 탄성 지지부는, 하우징에 지지되는 테두리부; MRE 진동부와 연결되어 상하 방향으로 구동하는 구동부; 및 테두리부와 구동부를 연결하는 적어도 하나의 연결부를 포함할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the elastic support portion, the rim portion supported by the housing; a driving unit connected to the MRE vibrator and driven in the vertical direction; and at least one connecting part connecting the edge part and the driving part.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연결부는 테두리부로부터 구동부까지의 직선거리보다 길게 형성될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the connecting portion may be formed to be longer than the linear distance from the edge portion to the driving portion.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연결부는 곡선 또는 복수의 곡률을 가지는 형상일 수 있다.Also, according to an embodiment of the present invention, the connection part may have a curved shape or a shape having a plurality of curvatures.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부는 하우징 외측으로 돌출된 단자부를 포함하고, 단자부 상에 자기장 생성부와 연결되는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)가 형성된 것일 수 있다.Also, according to an embodiment of the present invention, the control unit may include a terminal unit protruding outside the housing, and a flexible printed circuit board (FPCB) connected to the magnetic field generator may be formed on the terminal unit.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, MRE 진동부는 각각 상이한 극성을 가지는 영역으로 구획될 수 있다.Also, according to an embodiment of the present invention, the MRE vibrator may be divided into regions having different polarities.
그리고, 본 발명의 상기의 목적은, 햅틱 촉감을 구현하는 햅틱 장치; 햅틱 장치가 삽입되는 삽입홀이 형성된 고정부; 고정부 상에 연결되고, 햅틱 장치에서 발생된 햅틱 촉감이 전달되는 촉감 전달부;를 포함하고, 햅틱 장치는, 하우징; 하우징 내에 배치되는 자기장 생성부; 하우징 상에 배치되는 탄성 지지부; 탄성 지지부와 연결되는 적어도 자기유변탄성체(MRE; Magneto-Rheological Elastomer)를 포함하는 MRE 진동부; 및 자기장 생성부에 신호를 전달하는 제어부;를 포함하는, 햅틱 모듈에 의해 달성된다.In addition, the above object of the present invention, a haptic device for implementing a haptic touch; a fixing part having an insertion hole into which the haptic device is inserted; a tactile transmission unit connected to the fixing unit and transmitting a haptic touch generated by the haptic device, the haptic device comprising: a housing; a magnetic field generator disposed in the housing; an elastic support disposed on the housing; MRE vibrating unit comprising at least a magneto-rheological elastomer (MRE; Magneto-Rheological Elastomer) connected to the elastic support; and a control unit that transmits a signal to the magnetic field generator.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 촉감 전달부는 TPU(Thermoplastic Polyurethane), TPE(Thermoplastic Elastomer) 중 적어도 어느 하나의 재질일 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the tactile transfer unit may be made of at least one of Thermoplastic Polyurethane (TPU) and Thermoplastic Elastomer (TPE).
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 촉감 전달부 상에 연결되는 커버부를 더 포함할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, it may further include a cover part connected to the tactile transfer part.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 종전 VCM(Voice coil motor)에서 영구 자석을 대체하는 자기유변탄성체(MRE)를 적용하여 형상을 다양하게 하고 촉감 패턴을 다양하게 할 수 있는 구동력으로 햅틱 촉감을 제공할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention configured as described above, a haptic tactile sense is provided by applying a magnetorheological elastic material (MRE) that replaces a permanent magnet in a conventional VCM (Voice coil motor) to diversify the shape and diversify the tactile pattern. There is an effect that can be done.
또한, 본 발명에 따르면, 높이를 낮추어 얇게 구성할 수 있고, 적은 에너지로 구동이 가능한 효과가 있다.In addition, according to the present invention, it can be configured to be thin by lowering the height, and there is an effect that it can be driven with a small amount of energy.
또한, 본 발명에 따르면, 외부를 이중사출 구조로 적용하여 국부적인 햅틱 촉감을 제공할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, there is an effect of providing a local haptic tactile feel by applying the exterior in a double injection structure.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 선형 공진 액츄에이터(Linear Resonant Actuator, LRA)의 개략도이다.
도 2는 자기유변탄성체(Magneto-Rheological Elastomer, MRE) 액츄에이터의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변탄성체 햅틱 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 여러 실시예에 따른 탄성 지지부를 나타내는 개략 평면도이다.
도 5는 본 발명의 여러 실시예에 따른 자기장 생성부를 나타내는 개략 측단면도 및 개략 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변탄성체 햅틱 모듈의 개략 저면 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변탄성체 햅틱 모듈의 개략 사시도 및 개략 측단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변탄성체 햅틱 모듈의 국부적인 햅틱 촉각 구현을 나타내는 개략 평면도 및 개략 측단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실험예에 따른 자기유변탄성체 햅틱 모듈의 국부적인 햅틱 촉각 세기를 나타낸다.1 is a schematic diagram of a linear resonant actuator (LRA).
2 is a schematic diagram of a Magneto-Rheological Elastomer (MRE) actuator.
3 is a schematic diagram showing the configuration of a magnetorheological elastomer haptic device according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic plan view showing an elastic support according to various embodiments of the present invention.
5 is a schematic side cross-sectional view and a schematic plan view illustrating a magnetic field generator according to various embodiments of the present disclosure;
6 is a schematic bottom perspective view of a magnetorheological elastomer haptic module according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic perspective view and a schematic side cross-sectional view of a magnetorheological elastomer haptic module according to an embodiment of the present invention.
8 is a schematic plan view and a schematic side cross-sectional view illustrating localized haptic tactile realization of a magnetorheological elastomer haptic module according to an embodiment of the present invention.
9 shows the local haptic tactile intensity of the magnetorheological elastomer haptic module according to an experimental example of the present invention.
실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.Reference is made to the accompanying drawings, which show the embodiment by way of example. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different but need not be mutually exclusive. For example, certain shapes, structures, and characteristics described herein with respect to one embodiment may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention. In addition, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, the following detailed description is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all scope equivalents to those claimed. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions in various aspects, and the length, area, thickness, and the like may be exaggerated for convenience.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, in order to enable those of ordinary skill in the art to easily practice the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변탄성체 햅틱 장치(10)의 구성을 나타내는 개략도이다. 도 4는 본 발명의 여러 실시예에 따른 탄성 지지부(2)를 나타내는 개략 평면도이다. 도 5는 본 발명의 여러 실시예에 따른 자기장 생성부(3)를 나타내는 개략 측단면도 및 개략 평면도이다.3 is a schematic diagram showing the configuration of the magnetorheological elastic body
본 발명의 자기유변탄성체 햅틱 장치(10)[이하, MRE 햅틱 장치(10)]는 MRE 진동부(1)와 탄성 지지부(2)의 스프링 텐션을 이용하여 햅틱을 구현한다. MRE 진동부(1)는 자기 극성에 따라 자기장 생성부(3)로부터 인가받는 자기장에 의해 인력과 척력으로 상하 구동할 수 있다.The magnetorheological elastomer haptic device 10 (hereinafter, MRE haptic device 10) of the present invention implements a haptic by using the spring tension of the
도 3(a)를 참조하면, 탄성 지지부(2)에 MRE 진동부(1)가 연결될 수 있다.Referring to FIG. 3A , the
MRE 진동부(1)는 자기유변탄성체(MRE; Magneto-Rheological Elastomer)를 포함할 수 있고, 그 자체가 자기유변탄성체로 구성될 수도 있다. MRE 햅틱 장치(10)를 얇게 구성할 수 있도록 MRE 진동부(1)도 얇고 평평한 형태를 가지는 것이 바람직하나, 햅틱 촉감 패턴을 다양하게 하기 위해 변형 가능하다.The
탄성 지지부(2)는 테두리부(2a), 연결부(2b), 구동부(2c)를 포함할 수 있다. 테두리부(2a), 연결부(2b), 구동부(2c)는 일체일 수 있고 각 부분이 별개의 요소로서 연결될 수도 있다.The
테두리부(2a)는 탄성 지지부(2)의 외형 테두리 틀을 구성하며, 하우징(4)의 측벽 상에 지지되거나 삽입될 수 있다.The
연결부(2b)는 테두리부(2a)와 구동부(2c)를 연결할 수 있다. 도 3(a)에는 4개의 연결부(2b)가 도시되나, 테두리부(2a)와 구동부(2c)를 연결하는 목적의 범위라면 하나 이상일 수 있다.The
연결부(2b)는 테두리부(2a)에 지지되어 구동부(2c)가 상하 운동할 수 있도록 스프링 탄성을 제공할 수 있다. 이를 위해, 연결부(2b)는 테두리부(2a)로부터 구동부(2c)까지의 직선거리보다 길게 형성되는 것이 바람직하다. 테두리부(2a)로부터 구동부(2c)까지의 직선거리와 동일한 길이라면 구동부(2c)의 상하 운동이 어려워 질 수 있다. 연결부(2b)는 곡선 형상이거나 복수의 곡률을 가지는 형상인 것이 바람직하다.The
도 4(a)를 참조하면, 4개의 연결부(2b)가 테두리부(2a)의 각 측 중심으로부터 곡선 형상으로 연장되어 원 형상 구동부(2c)에 연결된 형태가 도시된다.Referring to FIG. 4( a ), the four
도 4(b)를 참조하면, 2개의 연결부(2b)가 테두리부(2a)의 각 측 중심으로부터 직선 형상으로 연장되어 구동부(2c)에 연결된 형태가 도시된다. 다만, 이 경우에는 연결부(2b)를 신축가능한 재질로 구성하여, 연결부(2b) 테두리부(2a)로부터 구동부(2c)까지의 직선거리보다 길어지도록 할 수도 있다.Referring to FIG. 4(b) , the two connecting
도 4(c)를 참조하면, 4개의 연결부(2b)가 테두리부(2a)의 네 모서리로부터 복수의 곡률을 가지는 형상으로 연장되어 사각 형상 구동부(2c)의 네 모서리에 각각 연결된 형태가 도시된다.Referring to FIG. 4( c ), the four
구동부(2c)는 MRE 진동부(1)와 연결되어 상하 방향으로 구동할 수 있다. MRE 진동부(1)가 자기장 생성부(3)로부터 인가받는 자기장에 의해 상하 구동될 때, MRE 진동부(1)에 연결된 구동부(2c)도 같이 상하 구동될 수 있다. MRE 진동부(1) 구동부(2c)는 MRE 진동부(1)의 면적보다 큰 면적을 가지도록 형성하는 것이 바람직하다.The driving
이 외에도, 탄성 지지부(2)는 그 스프링 텐션으로 MRE 진동부(1)를 상하 구동시키는 구조라면 도 3, 4의 형태, 재질에 제한되지 않는다.In addition to this, the
도 3(b)를 참조하면, 하우징(4) 내에 자기장 생성부(3)가 배치될 수 있다. 자기장 생성부(3)는 자기장의 방향을 제어할 수 있는 수단을 사용할 수 있다. 바람직하게는 자기장 생성부(3)는 솔레노이드 코일을 포함하여 흐르는 전류의 방향을 제어함에 따라 자기장의 방향을 변화시킬 수 있다. 자기장 생성부(3)는 하우징(4) 내에서 수평 방향을 따라 배치될 수 있고, 중심 부분에 배치되는 MRE 진동부(1)의 하부에서부터 자기장을 상부로 인가할 수 있도록 배치될 수 있다. 이를 고려하면 솔레노이드 코일 단부 상에 MRE 진동부(1)가 이격 배치되는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3B , the
도 5(a)를 참조하면, 코일(3a)이 기둥(3b)에 감겨있는 형태가 도시된다. 각 코일의 단부에서 상부에 이격 배치된 MRE 진동부(1)에 자기장을 인가하여 MRE 진동부(1)가 상하 운동할 수 있다. 여기에 더하여, MRE 진동부(1)는 탄성 지지부(2)에 연결되어 있으므로, MRE 진동부(1)가 상하 운동할 수 있는 에너지보다 적은 에너지만 인가하여도 탄성 지지부(2)의 스프링 탄성에 의해 운동량이 더 증가될 수 있다.Referring to Figure 5 (a), the coil (3a) is shown in the form wound around the pillar (3b). By applying a magnetic field to the
도 5(b), (c)를 참조하면, 기둥(3b)의 패턴 형태에 따라 자기장이 인가되는 형태를 변경할 수 있다. 도 5(d), (e)를 참조하면, 자기장 생성부(3)는 평행하게 배치하거나 대각 방향으로 배치할 수 있고, 각 자기장 생성부(3)의 자기장 합력을 중앙 상부의 MRE 진동부(1)에 전달하여 상하 구동시킬 수 있는 범위 내라면 자기장 생성부(3)의 배치 형태, 개수는 제한없이 변경가능하다.Referring to FIGS. 5 ( b ) and 5 ( c ), the shape in which the magnetic field is applied may be changed according to the pattern shape of the
하우징(4)은 적어도 일면(예를 들어, 상면)이 개방된 형태일 수 있다. 하우징(4)은 측벽(4a) 및 측벽(4a)으로부터 수평으로 돌출된 홈부(4b)를 포함할 수 있다. 측벽(4a)에 둘러싸여진 하우징(4) 내부는 MRE 진동부(1)가 상하 운동하는 공간을 제공하고, 자기장 생성부(3)의 배치되는 공간을 제공할 수 있다. The
하우징(4)의 개방된 일면, 즉, 측벽(4a) 상부에는 탄성 지지부(2)의 테두리부(2a)가 배치될 수 있다. 하우징(4)의 측벽(4a) 하부는 개방될 수도 있고, 측벽(4a)에 일체인 하부면이 존재할 수 있다. 측벽(4a) 하부가 개방될 경우에는 제어부 바디(5a)가 측벽(4a) 하부에 배치될 수 있다.The
제어부(5)는 제어부 바디(5a) 및 단자부(5b)를 포함할 수 있다. 제어부 바디(5a)는 하우징(4)의 하부면을 구성할 수 있고, 제어부 바디(5a)에서 하우징(4)의 바깥으로 연장된 부분이 단자부(5b)를 구성할 수 있다.The
제어부(5) 상에는 회로(6)가 형성되어 외부의 신호 입력수단(미도시)으로부터 자기장 생성부(3)로 전기/자기 에너지 신호가 전달될 수 있다. 회로(6)는 단자부(5b)로부터 제어부 바디(5a) 상의 자기장 생성부(3)에까지 형성될 수 있다. 제어부(5)를 얇게 구성할 수 있도록 회로(6)는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)인 것이 바람직하다.A
도 3(c)를 참조하면, 하우징(4)의 하부면에 제어부(5)를 연결하고, 제어부(5) 상에 자기장 생성부(3)를 배치한 상태에서, MRE 진동부(1)와 탄성 지지부(2)의 결합체를 연결하여 완성한 자기유변탄성체 햅틱 장치(10)가 도시된다.Referring to FIG. 3 ( c ), in a state where the
본 발명의 자기유변탄성체 햅틱 장치(10)는 탄성 지지부(2)의 스프링 텐션과 MRE 진동부(1)의 MRE 자기 극성의 인력과 척력으로 구동할 수 있으므로, 적은 자기장으로도 구동이 가능하다. 따라서, 도 2에 도시한 MRE 액츄에이터가 원하는 힘만큼 구현하기 위해 많은 자기장이 필요하며, 발열이 심한 문제를 해결할 수 있다. 또한, MRE 진동부(1)의 MRE도 자기장에 따라 미세 변형을 일으키며 구동하므로 탄성 지지부(2)의 스프링 운동과 MRE의 자기장 인가에 따른 변형력의 합으로 진동을 구현하므로, 단순 진동을 넘어서 촉감 패턴을 가지는 진동을 구현할 수 있다. 또한, MRE를 사용함에 따라 도 1에 도시한 종전의 LRA 등과 비교하면 매우 얇은 햅틱 모듈을 구현할 수 있고, 적은 에너지로도 구동이 가능한 이점이 있다.The magnetorheological elastomeric
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변탄성체 햅틱 모듈(100)의 개략 저면 사시도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변탄성체 햅틱 모듈(100)의 개략 사시도 및 개략 측단면도이다.6 is a schematic bottom perspective view of the magnetorheological elastic body
도 6 및 도 7을 참조하면, 자기유변탄성체 햅틱 모듈(100)은 자기유변탄성체 햅틱 장치(10), 고정부(21), 촉감 전달부(24)를 포함하고, 커버부(25)를 더 포함할 수 있다.6 and 7 , the magnetorheological elastomeric
고정부(21)는 MRE 햅틱 장치(10)가 삽입되는 삽입홀(23)이 형성될 수 있다. 삽입홀(23)은 MRE 햅틱 장치(10)에 대응하는 형상인 것이 바람직하나, MRE 햅틱 장치(10)가 삽입되는 형상이라면 제한은 없다. MRE 햅틱 장치(10)를 삽입홀(23)에 삽입 후, MRE 햅틱 장치(10)의 하우징(4)의 홈부(4b)와 고정부(21)의 홈부(22)를 나사 등으로 연결하여 고정할 수 있다. MRE 햅틱 장치(10)의 상부면은 삽입홀(23)을 관통하여 고정부(21)의 상부 높이에 위치할 수 있다.The fixing
고정부(21) 상에는 촉감 전달부(24)가 연결될 수 있다. 촉감 전달부(24)는 홀의 형성없이 고정부(21) 상면 전체를 커버할 수 있다. MRE 햅틱 장치(10)의 상부면은 삽입홀(23)을 관통하여 촉감 전달부(24)의 하부면에 접할 수 있다.The
고정부(21)는 경질 소재, 촉감 전달부(24)는 연질 소재일 수 있다. 이에 따라, 경질 소재인 고정부(21)에 MRE 햅틱 장치(10)가 단단히 고정되고, 연질 소재인 촉감 전달부(24)의 중심(C)[도 7(a) 참조] 부분에서 MRE 햅틱 장치(10)의 MRE 진동부(1)와 탄성 지지부(2)가 상하 운동으로 햅틱 촉감을 제공할 수 있다. 예를 들어, 고정부(21)는 PC(Polycarbonate)와 같은 경질 소재, 촉감 전달부(224)는 TPU(Thermoplastic Polyurethane), TPE(Thermoplastic Elastomer) 등의 연질 소재를 이중사출 구조로 형성할 수 있다.The fixing
고정부(21)는 삽입홀(23)에 의해 중앙 부분이 비어있으므로, 고정부에 둘러싸인 부분에서는 진동력이 미미할 수 있ㅆ고, 중앙 부분에서는 삽입홀(23) 내의 MRE 햅틱 장치(10)에 의해 국부적인 진동력이 발생할 수 있다. 국부적인 진동력은 상부의 연질 소재인 촉감 전달부(24)를 통해 상부로 전달될 수 있다.Since the central part of the fixing
촉감 전달부(24) 상에는 커버부(25)가 더 형성될 수 있다. 커버부(25)는 글래스 등의 재질을 채용하여 촉감 전달부(24)로부터 촉감을 전달받을 수 있으나, 커버부(25) 없이, MRE 햅틱 모듈(100)을 적용하고자 하는 대상체(일 예로, 글래스, 디스플레이 등)이 커버부(25)로서 작용할 수 있다. MRE 햅틱 모듈(100)을 대상체에 부착함에 따라 햅틱 촉각을 전달할 수 있고, 국부적인 햅틱 촉감을 요구하는 다양한 응용이 가능한 효과가 있다.A
종전의 VCM 모터는 구조적으로 영구자석과 코일 및 이를 부착하기 위한 부속품으로 구성되어 높이를 낮추는 데 한계가 있고 모터를 감싸거나 주변에 위치한 구조물 전체에 진동력을 전달하여 국부적인 진동력을 요구하는 제품에는 적용이 어렵다. 반면, 본 발명은 MRE를 적용함으로서 MRE 소재의 형상 변경을 통해 다양한 적용이 가능한 이점이 있다.Conventional VCM motors are structurally composed of permanent magnets, coils, and accessories for attaching them, so there is a limit to lowering the height. is difficult to apply. On the other hand, the present invention has the advantage that various applications are possible by changing the shape of the MRE material by applying MRE.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변탄성체 햅틱 모듈의 국부적인 햅틱 촉각 구현을 나타내는 개략 평면도 및 개략 측단면도이다.8 is a schematic plan view and a schematic side cross-sectional view illustrating localized haptic tactile realization of a magnetorheological elastomer haptic module according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 MRE 진동부(1)에 다양한 형상 변화를 줄 수 있고, 자기장 생성부(3)의 자기장 극성 변화를 다양하게 줄 수 있어 단순 직선 상하 운동뿐만 아니라, 지그재그 상하 운동 등으로 변경할 수 있어 다양한 촉감을 제공할 수 있다. The present invention can give various shape changes to the
일 예로, 도 8 (a), (b)를 참조하면, MRE 진동부(1)의 표면 극성 분리를 다양하게 하여 자기장 생성부(3)의 자기장 극성과 매칭을 적용할 수 있다. 도 8(a)는 MRE 진동부(1)가 하나의 극성을 가지고 있어 자기장에 인가에 따른 상하 운동이 가능한 형태가 도시된다. 도 8(b)는 MRE 진동부(1)가 각각 상이한 극성을 가지는 복수의 영역(1a, 1b)으로 구획되어, 동일한 자기장 인가에 따라서도 영역(1a)는 상부 방향으로 운동하는 반면, 영역(1b)는 하부 방향으로 운동하여 MRE 진동부(1)가 뒤틀리거나 지그재그 상하 운동을 할 수 있기 때문에, 촉감 전달부(24)의 중심부(C)에 다양한 촉감을 제공할 수 있게 된다. 이에 따라, 다양한 구동 소스를 제공할 수 있어 구동 패턴의 다양성을 확보할 수 있다.As an example, referring to FIGS. 8 ( a ) and ( b ), by varying the separation of the surface polarity of the
도 9는 본 발명의 일 실험예에 따른 자기유변탄성체 햅틱 모듈의 국부적인 햅틱 촉각 세기를 나타낸다.9 shows the local haptic tactile intensity of the magnetorheological elastomer haptic module according to an experimental example of the present invention.
도 6 및 7에서 상술한 바와 같이, 고정부(21)와 촉감 전달부(24)의 구조물을 이중사출[일 예로, PC 고정부(21) 및 TPE 촉감 전달부(24)]을 적용하여 TPE 촉감 전달부(24)와 같이 연질 소재에 MRE 햅틱 장치(10)가 급접 접촉시 햅틱 촉감을 극대화 할 수 있다.As described above in FIGS. 6 and 7 , the structure of the fixing
도 9의 상부 그래프를 보면, 촉감 전달부(24)의 중앙부(C)는 직접적으로 MRE 햅틱 장치(10)의 MRE로부터 진동을 전달받아 촉감의 세기가 큰 것을 확인할 수 있다. 도 9의 하부 그래프를 보면, 고정부(21)와 직접적으로 연결된 촉감 전달부(242)의 테두리 부분(E)은 경질 소재인 PC 고정부(21) 때문에 촉감의 세기가 작은 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 고정부(21)의 삽입홀(23) 형태에 따라서 다양한 형태의 촉감을 다양한 세기로 구현할 수 있다.Referring to the upper graph of FIG. 9 , it can be confirmed that the central portion C of the
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.Although the present invention has been illustrated and described with reference to preferred embodiments as described above, it is not limited to the above-described embodiments and is not limited to the above-described embodiments, and various methods can be made by those of ordinary skill in the art to which the invention pertains without departing from the spirit of the present invention. Transformation and change are possible. Such modifications and variations are intended to fall within the scope of the present invention and the appended claims.
1: 자기유변탄성체 진동부
2: 탄성 지지부
3: 자기장 생성부
4: 하우징
5: 제어부
6: 회로
10: 자기유변탄성체 햅틱 장치
21: 고정부
24: 촉감 전달부
100: 자기유변탄성체 햅틱 모듈1: magnetorheological elastomer vibrating part
2: elastic support
3: Magnetic field generator
4: housing
5: Control
6: circuit
10: magnetorheological elastomer haptic device
21: fixed part
24: tactile transmission unit
100: magnetorheological elastomer haptic module
Claims (12)
하우징 내에 배치되는 자기장 생성부;
하우징 상에 배치되는 탄성 지지부;
탄성 지지부와 연결되는 적어도 자기유변탄성체(MRE; Magneto-Rheological Elastomer)를 포함하는 MRE 진동부; 및
자기장 생성부에 신호를 전달하는 제어부;
를 포함하는, 햅틱 장치.housing;
a magnetic field generator disposed in the housing;
an elastic support disposed on the housing;
MRE vibrating unit including at least a magneto-rheological elastomer (MRE; Magneto-Rheological Elastomer) connected to the elastic support; and
a control unit that transmits a signal to the magnetic field generator;
A haptic device comprising:
하우징은 상면이 개방된 형태이고,
개방된 상면 테두리 상에 탄성 지지부가 배치되는, 햅틱 장치.According to claim 1,
The housing has an open top surface,
A haptic device, wherein the elastic support is disposed on the open top edge.
자기장 생성부는 솔레노이드 코일을 포함하는, 햅틱 장치.According to claim 1,
The magnetic field generator includes a solenoid coil, a haptic device.
자기장 생성부의 코일 단부 상에 MRE 진동부가 배치되는, 햅틱 장치.4. The method of claim 3,
A haptic device, wherein the MRE vibrator is disposed on the coil end of the magnetic field generator.
탄성 지지부는,
하우징에 지지되는 테두리부;
MRE 진동부와 연결되어 상하 방향으로 구동하는 구동부; 및
테두리부와 구동부를 연결하는 적어도 하나의 연결부
를 포함하는, 햅틱 장치.According to claim 1,
elastic support,
a rim part supported by the housing;
a driving unit connected to the MRE vibrating unit and driven in the vertical direction; and
at least one connecting part connecting the edge part and the driving part
A haptic device comprising:
연결부는 테두리부로부터 구동부까지의 직선거리보다 길게 형성되는, 햅틱 장치.6. The method of claim 5,
The connecting portion is formed to be longer than the linear distance from the edge portion to the driving portion, the haptic device.
연결부는 곡선 또는 복수의 곡률을 가지는 형상인, 햅틱 장치.7. The method of claim 6,
The connecting portion is a curved shape or a shape having a plurality of curvatures, the haptic device.
제어부는 하우징 외측으로 돌출된 단자부를 포함하고, 단자부 상에 자기장 생성부와 연결되는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)가 형성된 것인, 햅틱 장치.According to claim 1,
The control unit includes a terminal unit protruding outside the housing, the FPCB (Flexible Printed Circuit Board) connected to the magnetic field generator is formed on the terminal unit, the haptic device.
MRE 진동부는 각각 상이한 극성을 가지는 영역으로 구획되는, 햅틱 장치.According to claim 1,
The MRE vibrator is divided into regions each having a different polarity, a haptic device.
햅틱 장치가 삽입되는 삽입홀이 형성된 고정부;
고정부 상에 연결되고, 햅틱 장치에서 발생된 햅틱 촉감이 전달되는 촉감 전달부;
를 포함하고,
햅틱 장치는,
하우징;
하우징 내에 배치되는 자기장 생성부;
하우징 상에 배치되는 탄성 지지부;
탄성 지지부와 연결되는 적어도 자기유변탄성체(MRE; Magneto-Rheological Elastomer)를 포함하는 MRE 진동부; 및
자기장 생성부에 신호를 전달하는 제어부;
를 포함하는, 햅틱 모듈.a haptic device that implements a haptic touch;
a fixing part having an insertion hole into which the haptic device is inserted;
a touch transmitting unit connected to the fixing unit and transmitting a haptic touch generated by the haptic device;
including,
The haptic device is
housing;
a magnetic field generator disposed in the housing;
an elastic support disposed on the housing;
MRE vibrating unit including at least a magneto-rheological elastomer (MRE; Magneto-Rheological Elastomer) connected to the elastic support; and
a control unit that transmits a signal to the magnetic field generator;
A haptic module comprising:
촉감 전달부는 TPU(Thermoplastic Polyurethane), TPE(Thermoplastic Elastomer) 중 적어도 어느 하나의 재질인, 햅틱 모듈.11. The method of claim 10,
The tactile transmission unit is made of at least one of Thermoplastic Polyurethane (TPU) and Thermoplastic Elastomer (TPE), a haptic module.
촉감 전달부 상에 연결되는 커버부를 더 포함하는, 햅틱 모듈.11. The method of claim 10,
The haptic module further comprising a cover unit connected to the tactile transmission unit.
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WO2024010326A1 (en) * | 2022-07-04 | 2024-01-11 | 주식회사 씨케이머티리얼즈랩 | Haptic input device |
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- 2021-02-17 KR KR1020210021211A patent/KR20220063072A/en unknown
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WO2024010326A1 (en) * | 2022-07-04 | 2024-01-11 | 주식회사 씨케이머티리얼즈랩 | Haptic input device |
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