WO2013018966A1 - 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터 - Google Patents

이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터 Download PDF

Info

Publication number
WO2013018966A1
WO2013018966A1 PCT/KR2012/000575 KR2012000575W WO2013018966A1 WO 2013018966 A1 WO2013018966 A1 WO 2013018966A1 KR 2012000575 W KR2012000575 W KR 2012000575W WO 2013018966 A1 WO2013018966 A1 WO 2013018966A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
moving
generating unit
unit
vibration
driving force
Prior art date
Application number
PCT/KR2012/000575
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김상연
양태헌
Original Assignee
한국기술교육대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기술교육대학교 산학협력단 filed Critical 한국기술교육대학교 산학협력단
Publication of WO2013018966A1 publication Critical patent/WO2013018966A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/12—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with armatures moving in alternate directions by alternate energisation of two coil systems
    • H02K33/14—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with armatures moving in alternate directions by alternate energisation of two coil systems wherein the alternate energisation and de-energisation of the two coil systems are effected or controlled by movement of the armatures
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/16—Constructional details or arrangements
    • G06F1/1613—Constructional details or arrangements for portable computers
    • G06F1/1626—Constructional details or arrangements for portable computers with a single-body enclosure integrating a flat display, e.g. Personal Digital Assistants [PDAs]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means

Definitions

  • the present invention relates to a haptic actuator, and more particularly to a haptic actuator for implementing a moving vibration wave with only one actuator.
  • Actuator is a mechanical device used to move or control a system, often called an actuator or actuator.
  • Actuators are generally referred to as prime movers that use electricity, hydraulic pressure, compressed air, etc., and are generally operated by energy sources in the form of current, hydraulic pressure, and hydraulic pressure, which convert this energy into some kind of movement.
  • prime movers that use electricity, hydraulic pressure, compressed air, etc.
  • energy sources in the form of current, hydraulic pressure, and hydraulic pressure, which convert this energy into some kind of movement.
  • Recently, the development of artificial muscles and micro actuators using new materials has been actively conducted.
  • a small linear actuator operating using electricity is widely used for driving an electric machine, etc., which can be implemented using a small solenoid coil and a permanent magnet.
  • Patent Registration No. 10-1049297 refers to this as a moving vibration wave and discloses a method for generating a moving vibration wave. That is, in the above patent, by using at least two vibration devices (actuators), by controlling each drive input signal, by generating a moving vibration wave along the movement trajectory, a method of making a more realistic sense of vibration It is disclosed.
  • the step movement generation is connected to the driving force connected to the driving force generating unit to move by the moving force generated by the driving force generated in the driving force generation step by step
  • a haptic actuator capable of generating a moving vibration wave by implementing the unit, and further comprising a vibration transmission unit for transmitting the inertial vibration generated when the moving unit is moved in stages by the step movement generating unit For that purpose.
  • Haptic actuator for implementing a moving vibration wave according to a feature of the present invention for achieving the above object
  • a driving force generating unit for generating a driving force
  • the moving part includes a vibration transmitting part for transmitting an inertial vibration generated when moving step by step by the step moving generating part.
  • the vibration transmission unit Preferably, the vibration transmission unit, the vibration transmission unit, and
  • Step Ball a steel ball supporting the moving part.
  • the vibration transmission unit Preferably, the vibration transmission unit, the vibration transmission unit, and
  • It may be composed of an elastic spring (Elastic Spring) for supporting the moving part.
  • Elastic Spring an elastic spring
  • the vibration transmission unit Preferably, the vibration transmission unit, the vibration transmission unit, and
  • It may be composed of a steel ball and an elastic spring for supporting the moving part.
  • the driving force generating unit Preferably, the driving force generating unit,
  • AC motor DC motor
  • servo motor solenoid actuator
  • piezo actuator ultrasonic actuator
  • ceramic actuator electroactive polymer actuator
  • shape memory alloy shape memory alloy
  • the moving part is composed of a ferromagnetic material is coupled to the middle of the nonmagnetic rod,
  • the ferromagnetic material may interact with the step movement generating unit so that the moving unit moves in stages.
  • the step movement generating unit Preferably, the step movement generating unit,
  • the magnets may be arranged alternately with the poles so as to generate an interaction force with the moving part.
  • the driving force generating unit the pair is formed symmetrically with each other,
  • Each may be connected to the opposite direction of the moving part to amplify the vibration caused by the inertial force.
  • the moving part may have a dummy mass mounted by a spring to vibrate in resonance by the excitation force of the mass to increase the magnitude of the vibration, thereby amplifying the vibration by the inertial force.
  • a magnet is disposed in the moving part
  • the step movement generating unit is configured to repeat the irregularities on the surface of the ferromagnetic material
  • Steel balls located between the moving unit and the step movement generating unit may be configured to pass over the unevenness of the step movement generating unit.
  • a step movement generating unit which is connected to the driving force generating unit and interacts to move step by step by the driving force generated in the driving force generating unit is implemented
  • the moving unit further includes a vibration transmission unit configured to transfer the inertial vibration generated when the unit moves by the step movement generating unit, thereby generating a moving vibration wave using only one actuator.
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of a haptic actuator for implementing a moving vibration wave in accordance with an embodiment of the present invention, using a solenoid actuator as the driving force generating unit 100, the step movement generating unit 300 poles the magnets
  • FIG. 3 and 4 illustrate a distribution of magnetic force lines around the step movement generating unit 300 and a force in a vertical axis direction (Y-axis direction) in a haptic actuator implementing a moving vibration wave according to an embodiment of the present invention. Respectively showing.
  • FIG. 5 is a view showing the shape of an input pulse to be input in order to generate a moving vibration wave in a haptic actuator implementing the moving vibration wave according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing the configuration of a haptic actuator for implementing a moving vibration wave according to another embodiment of the present invention, showing a state in which the vibration transmission unit using an elastic spring instead of steel balls.
  • a pair of driving force generating unit 100 is formed symmetrically with each other, respectively connected to the opposite direction of the moving unit 200 by the inertial force
  • FIG. 8 is a haptic actuator for implementing a moving vibration wave proposed in the present invention, a dummy mass spring oscillating in resonance by the excitation force of the mass body on the moving part 200 to increase the magnitude of vibration.
  • Figure showing a mechanism implemented by being mounted by to amplify the vibration caused by the inertial force.
  • a pair of magnets in the moving part is arranged to the pole in the vertical direction, so that the irregularities on the surface of the ferromagnetic material in the step movement generating unit And a bearing portion positioned between the moving portion and the step movement generating portion so as to pass over the unevenness of the step movement generating portion, thereby showing a mechanism implemented to amplify the vibration caused by the inertial force.
  • step movement generation unit 400 vibration transmission unit-steel ball
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of a haptic actuator for implementing a moving vibration wave in accordance with an embodiment of the present invention, using a solenoid actuator as the driving force generating unit 100, the step movement generating unit 300 poles the magnets It is a figure which shows the structure of the Example implemented by this alternating arrangement.
  • the haptic actuator for implementing a moving vibration wave according to an embodiment of the present invention is connected to a driving force generating unit 100 and a driving force generating unit 100 generating a driving force.
  • the moving unit 200 moving by the driving force generated by the 100, the step moving generating unit 300 interacting to move the moving unit 200 step by step, and the moving unit 200 include the step moving generating unit ( It may be configured to include a vibration transmitting unit 400 for transmitting an inertial vibration generated when moving step by step 300.
  • the haptic actuator implementing the moving vibration wave is connected to the driving force generating unit 100 and the moving unit 200 moving by the driving force generated by the driving force generating unit 100 is Vibration transmission unit 400 to implement the step movement generating unit 300 to interact to move step by step, and transfer the inertial vibration generated when the moving unit 200 is moved in stages by the step movement generating unit 300
  • Vibration transmission unit 400 to implement the step movement generating unit 300 to interact to move step by step, and transfer the inertial vibration generated when the moving unit 200 is moved in stages by the step movement generating unit 300
  • the driving force generating unit 100 serves to generate a driving force for allowing the moving unit 200 to move in steps.
  • the driving force generating unit 100 of the haptic actuator implementing the moving vibration wave proposed by the present invention may be implemented using a solenoid actuator, in which case Lorentz Force This driving principle is used.
  • Lorentz force is the force that a charged particle receives in an electromagnetic field, which receives only moving charges, and in a static magnetic field, the magnetic field only affects the direction of charge movement. If the charge of the particle is e, the magnetic flux density is B, the speed is v, and the light flux is c, the Lorentz force is e [v ⁇ B] / c. That is, it exerts a force on the kinetic charge, but since the direction of the force is perpendicular to the direction of the magnetic flux and the velocity, the static magnetic field does not work on the moving charged particles, but only changes the direction of movement. 2 shows the principle and direction of the Lorentz force.
  • the solenoid actuator is used as the driving force generating unit 100, but a driving method that may be used in the driving force generating unit 200 is not limited thereto. That is, the driving force generating unit 100 constituting the haptic actuator for implementing a moving vibration wave according to an embodiment of the present invention, for example, AC motor, DC motor, servo motor, solenoid actuator, piezo actuator, ultrasonic actuator, ceramic actuator , An electroactive polymer actuator, a shape memory alloy (shape memory alloy), or any combination thereof.
  • the moving unit 200 is connected to the driving force generating unit 100 and serves as a moving body moving by the driving force generated by the driving force generating unit 100.
  • the moving unit 200 may be configured by combining a ferromagnetic material with a nonmagnetic rod (eg, a tungsten mass) in the middle. That is, when the step movement generating unit 300 which interacts to move the moving unit 200 step by step is configured by arranging the magnets in alternating poles, the body itself of the moving unit 200 should not be affected by the magnet. Therefore, a rod of nonmagnetic material is used, and a ferromagnetic material is coupled to the middle of the nonmagnetic rod so that the pole can move stepwise between magnets arranged alternately.
  • a rod of nonmagnetic material is used, and a ferromagnetic material is coupled to the middle of the nonmagnetic rod so that the pole can move stepwise between magnets arranged alternately.
  • a ferromagnetic substance refers to a substance that is magnetized strongly in the direction of the magnetic field when a strong magnetic field is applied from the outside and then remains magnetized even if the external magnetic field disappears.
  • the term 'magnetization' refers to a phenomenon in which atoms are arranged in a certain direction under the influence of an external magnetic field.
  • Such a magnetic substance itself can pull another ferromagnetic substance like a magnet.
  • the ferromagnetic material since the electron spin is parallel, it is known that the magnetic moment, which is the cause of magnetization, is synthesized and enlarged.
  • a material such as Steel 1008 can be used as the ferromagnetic material.
  • the step movement generating unit 300 serves to interact with the moving unit 200 to move step by step.
  • the step movement generating unit 300 may be configured by, for example, arranging magnets alternately.
  • the magnets arranged alternately with the poles generate a magnetic force line that repeats increase and decrease at regular intervals.
  • the ferromagnetic material moves between such magnetic force lines, the movement of the step movement method is possible.
  • FIGS. 3 and 4 illustrate a distribution of magnetic force lines around the step movement generating unit 300 and a force in a vertical axis direction (Y-axis direction) in a haptic actuator implementing a moving vibration wave according to an embodiment of the present invention. It is a figure which shows each. As shown in FIGS. 3 and 4, around the step movement generating unit 300, the force increases linearly in the horizontal axis direction and then repeats a pattern in which a stable point appears at a predetermined interval. . Particularly, in implementing the step movement generating unit 300, by implementing the poles to have the same length of the magnets alternately arranged, it is possible to enable a linear step movement having a constant interval between step movements.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a shape of an input pulse to be input to generate a moving vibration wave in a haptic actuator implementing the moving vibration wave according to an embodiment of the present invention.
  • the ferromagnetic portion of the moving part 200 sets the stable points shown in FIG. 4 to A-> B-> C-> D. Inertial vibration is generated while moving in turn.
  • the frequency of the vibration transmitted by the pulse input interval may be determined.
  • the vibration transmitting unit 400 serves to transmit the inertial vibration generated when the moving unit 200 moves stepwise by the step movement generating unit 300.
  • Vibration transmission unit 400 may be composed of a steel ball (Steel Ball) supporting the moving unit, but is not limited to such a configuration. That is, in some embodiments, the vibration transmission unit 400 may be implemented using an elastic spring 410 that supports the moving unit 200 instead of the steel ball.
  • 6 is a view showing the configuration of a haptic actuator for implementing a moving vibration wave according to another embodiment of the present invention, a diagram showing a state in which the vibration transmission unit using the elastic spring instead of steel balls. In still another embodiment, the vibration transmission unit may be implemented by using a steel ball and an elastic spring together.
  • a pair of driving force generating unit 100 is formed symmetrically with each other, respectively connected to the opposite direction of the moving unit 200 inertial force
  • the excitation force may be increased by simply adding one more driving force generating unit 100 symmetrically.
  • input pulses input to the pair of driving force generating units 100 should be opposite polarities to each other. That is, if the magnitude of the input pulse input to either of the pair of driving force generating units is + 5V, the magnitude of the input pulse input to the other side should be -5V.
  • FIG. 8 is a dummy mass for increasing the magnitude of vibration by vibrating in resonance by the excitation force of the mass on the moving part 200 in the haptic actuator implementing the moving vibration wave proposed in the present invention.
  • Figure 9 in the haptic actuator for implementing a moving vibration wave proposed in the present invention, by placing the magnet in the vertical direction in the moving part, the step movement generating unit is configured to repeat the irregularities on the surface of the ferromagnetic material, It is a diagram showing a mechanism implemented to amplify the vibration caused by the inertial force by configuring the steel ball located between the portion and the step movement generating portion to pass over the unevenness of the step movement generating portion.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

본 발명에서 제안하고 있는 이동 진동파를 생성할 수 있는 햅틱 액추에이터에 따르면, 구동력 생성부에 연결되어 구동력 생성부에서 생성되는 구동력에 의해 이동하는 이동부가 단계적으로 이동하도록 상호 작용하는 단계 이동 생성부를 구현하고, 이동부가 단계 이동 생성부에 의해 단계적으로 이동 시 발생되는 관성 진동을 전달하는 진동 전달부를 더 포함하여 구성함으로써, 하나의 액추에이터만으로도 이동 진동파를 생성할 수 있다.

Description

이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터
본 발명은 햅틱 액추에이터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 하나의 액추에이터만으로 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터에 관한 것이다.
액추에이터(actuator)는 시스템을 움직이거나 제어하는 데 쓰이는 기계 장치를 말하는데, 흔히 작동기 또는 작동장치라고도 불린다. 액추에이터는 전기나 유압, 압축 공기 등을 이용하는 원동 구동장치를 두루 일컫는데, 일반적으로 전류, 작동유압, 기력압 형태로 된 에너지원에 의해 작동하며, 이 에너지를 어떠한 종류의 움직임으로 변환한다. 최근에는 신소재를 이용한 인공근육이나 초소형 액추에이터의 개발 등이 활발하게 이루어지고 있다. 특히, 전기를 이용하여 동작하는 소형 선형 액추에이터(linear actuator)가 전기기기 등의 구동용으로 널리 사용되고 있는데, 이는 소형의 솔레노이드 코일과 영구자석을 이용하여 구현될 수 있다.
한편, 어떤 지점에서 국지적으로 발생하는 진동 감각이 아니라 이동 궤적을 따라 진동 감각을 생성하는 연구가 시도되고 있다. 예를 들어, 특허등록 제10-1049297호에는 이를 이동 진동파라 명명하며, 이동 진동파를 생성하는 방법에 대하여 개시하고 있다. 즉, 상기 특허에서는, 적어도 2개 이상의 진동 장치(액추에이터)를 이용하되 각각의 구동 입력 신호를 제어함으로써, 이동 궤적을 따라 이동 진동파를 생성함으로써, 보다 사실적인 진동 감각을 느낄 수 있도록 하는 방법에 대하여 개시하고 있다.
그러나 아직 이동 진동파에 대한 연구는 초기 단계이며, 그 결과 적어도 2개 이상의 진동 장치(액추에이터)를 이용해야지만 그 구현이 가능한데, 진동 장치를 2개 이상 복수 개로 사용하는 것은 그 구현이 용이하지 않으므로, 하나의 액추에이터만으로도 이동 진동파를 구현할 수 있는 방법이 연구될 필요가 있다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 구동력 생성부에 연결되어 구동력 생성부에서 생성되는 구동력에 의해 이동하는 이동부가 단계적으로 이동하도록 상호 작용하는 단계 이동 생성부를 구현하고, 이동부가 단계 이동 생성부에 의해 단계적으로 이동 시 발생되는 관성 진동을 전달하는 진동 전달부를 더 포함하여 구성함으로써, 하나의 액추에이터만으로도 이동 진동파를 생성할 수 있는 햅틱 액추에이터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터는,
(1) 구동력을 생성하는 구동력 생성부;
(2) 상기 구동력 생성부에 연결되어, 상기 구동력 생성부에서 생성되는 구동력에 의해 이동하는 이동부;
(3) 상기 이동부가 단계적으로 이동하도록 상호 작용하는 단계 이동 생성부; 및
(4) 상기 이동부가 상기 단계 이동 생성부에 의해 단계적으로 이동 시 발생되는 관성 진동을 전달하는 진동 전달부를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 진동 전달부는,
상기 이동부를 지지하고 있는 강구(Steel Ball)로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 진동 전달부는,
상기 이동부를 지지하고 있는 탄성 스프링(Elastic Spring)으로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 진동 전달부는,
상기 이동부를 지지하고 있는 강구 및 탄성 스프링으로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 구동력 생성부는,
AC 모터, DC 모터, 서보모터, 솔레노이드 액추에이터, 피에조 액추에이터, 초음파 액추에이터, 세라믹 액추에이터, 전기활성폴리머 액추에이터, 형상기억합금 액추에이터(shape memory alloy) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.
바람직하게는,
상기 이동부는, 비자성체 막대의 중간에 강자성체가 결합되어 구성되며,
상기 강자성체가 상기 단계 이동 생성부와 상호 작용하여 상기 이동부가 단계적으로 이동하게 될 수 있다.
바람직하게는, 상기 단계 이동 생성부는,
상기 이동부와 상호 작용력이 발생하도록, 자석들을 극이 교변되게 배열하여 구성될 수 있다.
바람직하게는,
상기 구동력 생성부는, 한 쌍이 서로 대칭으로 형성되며,
각각 상기 이동부의 반대 방향에 연결되어 관성력에 의한 진동을 증폭시킬 수 있다.
바람직하게는,
상기 이동부에는 질량체의 가진력에 의해 공진으로 진동하여 진동의 크기를 증가시켜 주는 더미 질량체(dummy mass)가 스프링에 의해 장착되어 관성력에 의한 진동을 증폭시킬 수 있다.
바람직하게는,
상기 이동부에는 자석이 배치되고,
상기 단계 이동 생성부에는 강자성체 표면에 요철이 반복되도록 구성하여,
상기 이동부와 상기 단계 이동 생성부 사이에 위치하는 강구가 상기 단계 이동 생성부의 상기 요철 위를 지나도록 구성할 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 이동 진동파를 생성할 수 있는 햅틱 액추에이터에 따르면, 구동력 생성부에 연결되어 구동력 생성부에서 생성되는 구동력에 의해 이동하는 이동부가 단계적으로 이동하도록 상호 작용하는 단계 이동 생성부를 구현하고, 이동부가 단계 이동 생성부에 의해 단계적으로 이동 시 발생되는 관성 진동을 전달하는 진동 전달부를 더 포함하여 구성함으로써, 하나의 액추에이터만으로도 이동 진동파를 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터의 구성을 나타내는 도면으로서, 구동력 생성부(100)로서 솔레노이드 액추에이터를 이용하고, 단계 이동 생성부(300)를 자석들을 극이 교변되게 배열하여 구현한 실시예의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 로렌츠의 힘의 원리 및 방향을 나타내는 도면.
도 3 및 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터에서, 단계 이동 생성부(300) 주위의 자기력선의 분포, 및 수직축 방향(Y-축 방향)에 대한 힘을 각각 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터에서, 이동 진동파를 생성하기 위해 입력되어야 하는 입력 펄스의 형태를 나타내는 도면.
도 6은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터의 구성을 나타내는 도면으로서, 강구 대신에 탄성 스프링을 이용하여 진동 전달부를 구현한 모습을 나타내는 도면.
도 7은, 본 발명에서 제안하고 있는 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터에서, 구동력 생성부(100)를 한 쌍이 서로 대칭으로 형성되며, 각각 이동부(200)의 반대 방향에 연결되어 관성력에 의한 진동을 증폭시킬 수 있도록 구현한 메커니즘을 나타내는 도면.
도 8은, 본 발명에서 제안하고 있는 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터에서, 이동부(200)에 질량체의 가진력에 의해 공진으로 진동하여 진동의 크기를 증가시켜 주는 더미 질량체(dummy mass)가 스프링에 의해 장착되어 관성력에 의한 진동을 증폭시킬 수 있도록 구현한 메커니즘을 나타내는 도면.
도 9는, 본 발명에서 제안하고 있는 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터에서, 이동부에 한 쌍의 자석을 수직방향으로 극이 교변되게 배치하고, 단계 이동 생성부에 강자성체 표면에 요철이 반복되도록 구성하여, 이동부와 단계 이동 생성부 사이에 위치하는 베어링부가 단계 이동 생성부의 요철 위를 지나도록 구성함으로써, 관성력에 의한 진동을 증폭시킬 수 있도록 구현한 메커니즘을 나타내는 도면.
<부호의 설명>
100: 구동력 생성부 200: 이동부
300: 단계 이동 생성부 400: 진동 전달부 - 강구
410: 진동 전달부 - 탄성 스프링
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터의 구성을 나타내는 도면으로서, 구동력 생성부(100)로서 솔레노이드 액추에이터를 이용하고, 단계 이동 생성부(300)를 자석들을 극이 교변되게 배열하여 구현한 실시예의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터는, 구동력을 생성하는 구동력 생성부(100), 구동력 생성부(100)에 연결되어, 구동력 생성부(100)에서 발생되는 구동력에 의해 이동하는 이동부(200), 이동부(200)가 단계적으로 이동하도록 상호 작용하는 단계 이동 생성부(300), 및 이동부(200)가 단계 이동 생성부(300)에 의해 단계적으로 이동 시 발생되는 관성 진동을 전달하는 진동 전달부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터는, 구동력 생성부(100)에 연결되어 구동력 생성부(100)에서 생성되는 구동력에 의해 이동하는 이동부(200)가 단계적으로 이동하도록 상호 작용하는 단계 이동 생성부(300)를 구현하고, 이동부(200)가 단계 이동 생성부(300)에 의해 단계적으로 이동 시 발생되는 관성 진동을 전달하는 진동 전달부(400)를 더 포함하여 구성함으로써, 하나의 액추에이터만으로도 이동 진동파를 생성할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터를 구성하는 상기 각각의 구성요소들에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
구동력 생성부(100)는, 단계 이동을 하게 되는 이동부(200)가 움직일 수 있도록 하는 구동력을 생성하는 역할을 한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제안하고 있는 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터의 구동력 생성부(100)는, 솔레노이드 액추에이터를 이용하여 구현될 수 있으며, 이 경우 로렌츠의 힘(Lorentz Force)이 구동원리로 이용된다.
로렌츠의 힘(Lorentz force)이란, 전하를 띤 입자가 전자기장 안에서 받는 힘을 뜻하는데, 이 힘은 운동하는 전하만 받고, 정자기장에서는 자기장이 전하의 운동 방향에만 영향을 미친다. 입자의 전하를 e, 자속밀도를 B, 속도를 v, 광속을 c라 하면, 로렌츠의 힘은 e[v×B]/c가 된다. 즉, 운동 전하에 대해서는 힘을 미치나, 힘의 방향은 자속과 속도 방향과 수직이므로 정자기장(靜磁氣場)은 운동하는 하전입자에 대해서는 일을 하지 않고, 다만 그 운동 방향만 바꿀 뿐이다. 도 2는 로렌츠의 힘의 원리 및 방향을 나타내는 도면이다.
도 1에서 도시된 실시예에서는 구동력 생성부(100)로서 솔레노이드 액추에이터를 이용하였지만, 구동력 생성부(200)에서 사용될 수 있는 구동 방식이 이것으로 제한되지는 않는다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터를 구성하는 구동력 생성부(100)는, 예컨대 AC 모터, DC 모터, 서보모터, 솔레노이드 액추에이터, 피에조 액추에이터, 초음파 액추에이터, 세라믹 액추에이터, 전기활성폴리머 액추에이터, 형상기억합금 액추에이터(shape memory alloy) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.
이동부(200)는, 구동력 생성부(100)에 연결되어, 구동력 생성부(100)에서 발생되는 구동력에 의해 이동하는 이동체 역할을 한다. 이동부(200)는, 실시예에 따라서는 도 1에 도시된 바와 같이, 비자성체 막대(예컨대, 텅스텐 질량체; Tungsten mass)의 중간에 강자성체(Steel)가 결합되어 구성될 수 있다. 즉, 이동부(200)가 단계적으로 이동하도록 상호 작용하는 단계 이동 생성부(300)가 자석들을 극이 교변되게 배열하여 구성되는 경우, 이동부(200)의 몸체 자체는 자석의 영향을 받으면 안 되므로 비자성체의 막대가 이용되며, 극이 교변되게 배열된 자석들 사이를 단계 이동할 수 있도록 하는 강자성체가 상기 비자성체 막대의 중간에 결합되어 구성된다. 강자성체(强磁性體, ferromagnetic substance)란, 외부에서 강한 자기장을 걸어주었을 때 그 자기장의 방향으로 강하게 자화된 뒤 외부 자기장이 사라져도 자화가 남아 있는 물질을 말한다. 여기서, ‘자화’란 외부 자기장의 영향으로 원자들이 일정한 방향으로 배열하는 현상을 말하며, 이렇게 자회된 물질은 그 자신이 자석처럼 다른 강자성체를 잡아당길 수 있게 된다. 강자성체에서는 전자스핀이 평행을 이루기 때문에, 자화의 원인인 자기모멘트가 합성되어 커져 있는 것으로 알려져 있다. 강자성체로서는, 예를 들어 Steel 1008과 같은 소재가 사용될 수 있다.
단계 이동 생성부(300)는, 이동부(200)가 단계적으로 이동하도록 상호 작용하는 역할을 한다. 단계 이동 생성부(300)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 예컨대 자석들을 극이 교변되게 배열하여 구성될 수 있다. 이와 같이 극이 교변되게 배열되는 자석들은 일정 거리 간격으로 증감을 반복하는 자기력선을 생성하게 되는데, 이와 같은 자기력선 사이를 강자성체가 이동하는 경우 단계 이동 방식의 이동이 가능하게 된다.
도 3 및 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터에서, 단계 이동 생성부(300) 주위의 자기력선의 분포, 및 수직축 방향(Y-축 방향)에 대한 힘을 각각 나타내는 도면이다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 단계 이동 생성부(300) 주위에서는 수평축 방향으로는 선형적으로 힘이 증가하다가 안정점(stable point)이 나타나는 패턴을 일정 간격마다 반복하는 것을 확인할 수 있다. 특히, 단계 이동 생성부(300)를 구현함에 있어서, 극이 교변되게 배열되는 자석들의 길이를 동일하게 되도록 구현함으로써, 단계 이동 간의 간격이 일정한 선형 단계 이동이 가능하도록 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터에서, 이동 진동파를 생성하기 위해 입력되어야 하는 입력 펄스의 형태를 나타내는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같은 형태로 펄스가 입력될 경우, 펄스가 한 번 입력될 때마다 이동부(200)의 강자성체 부분이 도 4에 도시된 안정점들을 A -> B -> C -> D로 차례로 이동하면서 관성 진동이 발생된다. 이때, 도 5에 도시된 바와 같이 펄스가 입력되는 간격에 의하여 전달되는 진동의 주파수가 결정될 수 있다.
진동 전달부(400)는, 이동부(200)가 단계 이동 생성부(300)에 의해 단계적으로 이동 시 발생되는 관성 진동을 전달하는 역할을 한다. 진동 전달부(400)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 이동부를 지지하고 있는 강구(Steel Ball)로 구성될 수 있으나, 이와 같은 구성으로 제한되는 것은 아니다. 즉, 실시예에 따라서는, 강구 대신에 이동부(200)를 지지하고 있는 탄성 스프링(Elastic Spring)(410)을 이용하여 진동 전달부(400)를 구현할 수도 있다. 도 6은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터의 구성을 나타내는 도면으로서, 강구 대신에 탄성 스프링을 이용하여 진동 전달부를 구현한 모습을 나타내는 도면이다. 또한, 또 다른 실시예로서는, 강구와 탄성 스프링을 함께 이용하여 진동 전달부를 구현할 수도 있다.
한편, 본 발명에서 제안하고 있는 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터에 의해 생성되는 관성력에 의한 진동은 일반적으로 약하기 때문에, 진동을 증폭시켜 줄 수 있는 메커니즘이 추가로 요구된다.
먼저, 도 7은, 본 발명에서 제안하고 있는 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터에서, 구동력 생성부(100)를 한 쌍이 서로 대칭으로 형성되며, 각각 이동부(200)의 반대 방향에 연결되어 관성력에 의한 진동을 증폭시킬 수 있도록 구현한 메커니즘을 나타내는 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 단순하게 구동력 생성부(100)를 하나 더 대칭으로 추가하여 가진력을 높일 수 있다. 물론, 이를 위해서는, 한 쌍의 구동력 생성부(100)에 입력되는 입력 펄스는 서로 반대 극성이어야 한다. 즉, 한 쌍의 구동력 생성부 중 어느 한 쪽에 입력되는 입력 펄스의 크기가 +5V이면, 나머지 한 쪽에 입력되는 입력 펄스의 크기는 -5V이어야 한다.
다음으로, 도 8은, 본 발명에서 제안하고 있는 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터에서, 이동부(200)에 질량체의 가진력에 의해 공진으로 진동하여 진동의 크기를 증가시켜 주는 더미 질량체(dummy mass)가 스프링에 의해 장착되어 관성력에 의한 진동을 증폭시킬 수 있도록 구현한 메커니즘을 나타내는 도면이다.
마지막으로, 도 9는, 본 발명에서 제안하고 있는 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터에서, 이동부에 자석을 수직방향으로 배치하고, 단계 이동 생성부에 강자성체 표면에 요철이 반복되도록 구성하여, 이동부와 단계 이동 생성부 사이에 위치하는 강구가 단계 이동 생성부의 요철 위를 지나도록 구성함으로써, 관성력에 의한 진동을 증폭시킬 수 있도록 구현한 메커니즘을 나타내는 도면이다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. (1) 구동력을 생성하는 구동력 생성부;
    (2) 상기 구동력 생성부에 연결되어, 상기 구동력 생성부에서 생성되는 구동력에 의해 이동하는 이동부;
    (3) 상기 이동부가 단계적으로 이동하도록 상호 작용하는 단계 이동 생성부; 및
    (4) 상기 이동부가 상기 단계 이동 생성부에 의해 단계적으로 이동 시 발생되는 관성 진동을 전달하는 진동 전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 진동 전달부는,
    상기 이동부를 지지하고 있는 강구(Steel Ball)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 진동 전달부는,
    상기 이동부를 지지하고 있는 탄성 스프링(Elastic Spring)으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 진동 전달부는,
    상기 이동부를 지지하고 있는 강구 및 탄성 스프링으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 구동력 생성부는,
    AC 모터, DC 모터, 서보모터, 솔레노이드 액추에이터, 피에조 액추에이터, 초음파 액추에이터, 세라믹 액추에이터, 전기활성폴리머 액추에이터, 형상기억합금 액추에이터(shape memory alloy) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 이동부는,
    비자성체 막대의 중간에 강자성체가 결합되어 구성되며,
    상기 강자성체가 상기 단계 이동 생성부와 상호 작용하여 상기 이동부가 단계적으로 이동하게 되는 것을 특징으로 하는, 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 단계 이동 생성부는,
    상기 이동부와 상호 작용력이 발생하도록, 자석들을 극이 교변되게 배열하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 구동력 생성부는, 한 쌍이 서로 대칭으로 형성되며,
    각각 상기 이동부의 반대 방향에 연결되어 관성력에 의한 진동을 증폭시키는 것을 특징으로 하는, 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 이동부에는 질량체의 가진력에 의해 공진으로 진동하여 진동의 크기를 증가시켜 주는 더미 질량체(dummy mass)가 스프링에 의해 장착되어 관성력에 의한 진동을 증폭시키는 것을 특징으로 하는, 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 이동부에는 자석이 배치되고,
    상기 단계 이동 생성부에는 강자성체 표면에 요철이 반복되도록 구성하여,
    상기 이동부와 상기 단계 이동 생성부 사이에 위치하는 강구가 상기 단계 이동 생성부의 상기 요철 위를 지나도록 구성하는 것을 특징으로 하는, 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터.
PCT/KR2012/000575 2011-08-04 2012-01-20 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터 WO2013018966A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2011-0077538 2011-08-04
KR1020110077538A KR101214662B1 (ko) 2011-08-04 2011-08-04 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013018966A1 true WO2013018966A1 (ko) 2013-02-07

Family

ID=47629462

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2012/000575 WO2013018966A1 (ko) 2011-08-04 2012-01-20 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101214662B1 (ko)
WO (1) WO2013018966A1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100887714B1 (ko) * 2007-11-12 2009-03-12 한국과학기술원 자력을 이용한 반력생성 모듈 및 이를 채용하는 전자장치
KR100896812B1 (ko) * 2007-11-12 2009-05-11 한국과학기술원 자력을 이용한 햅틱 모듈 및 이를 채용하는 전자장치
KR20100020575A (ko) * 2008-08-13 2010-02-23 한국과학기술원 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈 및 이를 구비한 전자장치
KR20110041892A (ko) * 2009-10-16 2011-04-22 한국기술교육대학교 산학협력단 저주파의 관성력 발생 모듈

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100887714B1 (ko) * 2007-11-12 2009-03-12 한국과학기술원 자력을 이용한 반력생성 모듈 및 이를 채용하는 전자장치
KR100896812B1 (ko) * 2007-11-12 2009-05-11 한국과학기술원 자력을 이용한 햅틱 모듈 및 이를 채용하는 전자장치
KR20100020575A (ko) * 2008-08-13 2010-02-23 한국과학기술원 충격진동을 이용한 햅틱 피드백 제공 모듈 및 이를 구비한 전자장치
KR20110041892A (ko) * 2009-10-16 2011-04-22 한국기술교육대학교 산학협력단 저주파의 관성력 발생 모듈

Also Published As

Publication number Publication date
KR101214662B1 (ko) 2012-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016021834A1 (ko) 햅틱 액추에이터
WO2016010180A1 (ko) 햅틱 엑추에이터
WO2015068930A1 (ko) 햅틱 엑추에이터
WO2018088788A1 (ko) 촉각 액추에이터
WO2019203521A1 (ko) 수평형 리니어 진동발생장치
WO2017217671A1 (ko) 다방향성 구동 모듈
JP2006162457A (ja) 電位測定装置および画像形成装置
WO2016017903A1 (ko) 감각신호출력장치
CN108144829A (zh) 一种刚度可控的正应力电磁式振动平台及控制方法
DE3762463D1 (de) Elektromagnetischer vibrator fuer seismische und bauingenieurmaessige anwendungen.
JP2000051790A (ja) 電磁モ―タ及びこのようなモ―タを少なくとも１つ備えたアクティブ振動制御装置
WO2011025245A2 (ko) 교차 진동형 운동장치
JP3725272B2 (ja) 振動発生機構
WO2013018966A1 (ko) 이동 진동파를 구현하는 햅틱 액추에이터
JPH03178747A (ja) ２次元モータ式ステージ装置
JPH07217761A (ja) 電動バルブ
WO2016024693A1 (ko) 감각신호출력장치
KR101197095B1 (ko) 진동 모터 및 이를 가진기로 적용한 전기 집진기
WO2019074159A1 (ko) 커브드 햅틱 액추에이터 및 이를 포함하는 웨어러블 디바이스
WO2014123269A1 (ko) 다목적 회전구조물
WO2021075731A1 (ko) 촉감 발생 장치 및 이를 포함하는 응용 장치
CN207762173U (zh) 一种自传感非线性准零刚度电磁隔振器
WO2017078309A1 (ko) 선형 진동 발생 장치
CN102647126B (zh) 局部磁场可调式微驱动器
CN108131411A (zh) 一种自传感非线性准零刚度电磁隔振器

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12819911

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12819911

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1