WO2014189195A1 - 복합 촉감 생성모듈, 복합 촉감 제시방법, 그 복합 촉감 생성모듈이 구비된 마우스 및 복합촉각제시시스템 - Google Patents

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양태헌
박연규
우삼용
송한욱
김상연
최인묵
이성준
김민석
김유준
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    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
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    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0354—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of two-dimensional [2D] relative movements between the device, or an operating part thereof, and a plane or surface, e.g. 2D mice, trackballs, pens or pucks
    • G06F3/03543—Mice or pucks
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a composite tactile generation module, a composite tactile presentation method, a mouse provided with the composite tactile generation module, and a composite tactile presentation system. More specifically, a high frequency driving unit, a low frequency driving unit, a warm sense reproducing unit, and a stiffness reproducing unit are provided so that the user can feel the touch on the virtual object vividly by providing the user with a combination of fine shape, texture, warmth and rigidity of the virtual surface.
  • the present invention relates to a composite touch generating module.
  • haptic is a tactile sensation that can be felt by a human fingertip (finger tip or stylus pen) when touching an object.Tapile feedback and joints and muscles are felt by the skin touching the surface of the object. It is a concept that encompasses kinesthetic force feedback that is felt when the movement of a person is disturbed.
  • a receptor for a mechanical stimulus includes a Pacinian corpuscle for detecting high frequency vibration (about 250 to 300 Hz) and a low frequency vibration (about 3 to 40 Hz).
  • a Meissner's corpuscle that senses it
  • a Merkel's disc that senses local pressure
  • a Ruffini's ending that senses the stretch that presses the skin.
  • the frequency bandwidth of the actuator is important. Since each of the tactile receptors has a different frequency range that is activated, an actuator with a bandwidth above 250 Hz is required to stimulate them all.
  • actuators satisfying the above 250Hz bandwidth include various actuators such as solenoid actuators, DC / AC motors, server motors, ultrasonic actuators, shape memory alloy ceramic actuators, and the like.
  • a representative example of the tactile display device is a vibration motor according to an input of a touch screen in a mobile device, and a device for stimulating a Pachinian / Minus body that generates vibration by detecting vibration of high frequency / low frequency.
  • the present invention may be utilized as a pin-array tactile display device capable of expressing fine touch, protrusion, and shape to a user.
  • a technology capable of integrating a plurality of actuators in a small area so as to simulate the human skin sense is important. So the compact design and insertion of the entire structure can be an important design element.
  • a user can provide a variety of information as a tactile sense as well as see and hear information about a virtual object, the user can vividly provide a tactile sense of touching a real object.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, according to an embodiment of the present invention, by providing a low frequency driving unit, a thermosensitive reproducing unit, a high frequency driving unit, a stiffness reproducing unit to the user to fine shape of the virtual surface, It provides a composite touch generating module that provides a texture, warmth and rigidity in a complex manner so that the touch on the virtual object can be vividly felt.
  • a first object of the present invention is a complex touch generating module for providing tactile information of a virtual object, comprising: a high frequency driving unit for providing a tactile sense of texture by vibrating a high frequency diaphragm by a piezo actuator; And a low frequency driving unit providing tactile sensation by a plurality of fine protrusions protruding and releasing by electromagnetic force from one surface of the high frequency diaphragm, which can be achieved as a complex tactile generating module.
  • the apparatus may further include a stiffness reproducing unit for changing the stiffness of the high frequency diaphragm to provide a tactile sense of stiffness information.
  • the apparatus may further include a warming reproducing unit which provides warming feeling information by changing the temperature of the high frequency diaphragm.
  • a plurality of holes are formed in the high plate diaphragm, and the low frequency driving part is vertically corresponding to the strength of the magnetic field generated in the solenoid and the solenoid generating a magnetic field having a different intensity according to the intensity of the applied current.
  • a movable part providing a tactile sense by moving, wherein the low frequency driving parts are plural, and the plurality of low frequency driving parts constitutes an array haptic output part arranged in a predetermined form.
  • the apparatus further includes a high frequency vibration plate disposed below and spaced apart from the high frequency vibration plate, and a lower frame disposed below and spaced apart from the high frequency vibration plate.
  • the piezo actuator is disposed at one side between the high frequency vibration plate and the high frequency vibration plate.
  • the rigid reproducing portion may be provided between the high frequency vibration plate and the upper frame.
  • it may include a first flexure member provided on the upper portion of the piezo actuator and an elastic member provided on the other side between the high frequency vibration plate and the upper frame.
  • a second flexure member on one side between the high frequency vibrating plate and the high frequency vibrating plate, wherein the high frequency vibrating plate is tilted and vibrated about the second flexure member by the piezo actuator to provide a tactile sense of texture. It may be characterized by.
  • first flexure member and the second flexure member may be characterized in that the concave portion is formed with both sides concave inward.
  • the high frequency diaphragm may be configured as a heat transfer plate capable of heat transfer, and may further include temperature change means connected to the heat transfer plate to change the temperature of the heat transfer plate.
  • the temperature change means may be characterized by consisting of a Peltier element.
  • the stiffness reproducing unit may be configured as a stiffness implementing module using a magnetorheological fluid.
  • the rigid implementation module may include a body accommodating a magnetorheological fluid therein, a working plate provided at an upper portion of the body to act as an external force, a piston connected to the working plate and reciprocating in one direction in the body and the body.
  • a magnetic field applying means provided inside to apply a magnetic field to the magnetorheological fluid, the viscosity of the magnetorheological fluid is changed by the applied magnetic field, it can be characterized in that the stiffness that is resistant to the external force can be implemented.
  • it is characterized in that it further comprises a compression groove formed in the lower end of the piston and the protruding rod is provided in the body and inserted into the compression groove according to the reciprocation of the piston.
  • the elastic providing means and the elastic providing means for providing an elastic force to the working plate moving in accordance with the external force while generating an electrical signal by the change in inductance caused by electromagnetic induction phenomenon;
  • measuring means for measuring the strength of the external force based on the electrical signal, by varying the viscosity of the magnetorheological fluid through the control of the magnetic field based on the measured strength of the external force. It can be characterized by implementing a rigidity that is resistant to.
  • the second object of the present invention can be achieved as a mouse, characterized in that it comprises a complex touch generating module according to the first object mentioned above.
  • a complex tactile presentation method using a complex tactile generating module comprising: providing a tactile sense of texture by vibrating a high frequency diaphragm by a piezo actuator of a high frequency driving unit; And a low frequency driving unit providing a tactile sense by a low frequency driving unit having a plurality of fine protrusions protruding and releasing by an electromagnetic force from one surface of the high frequency diaphragm to be achieved as a complex tactile presentation method using a complex tactile generating module.
  • a complex tactile presentation method using a complex tactile generating module comprising: providing a tactile sense of texture by vibrating a high frequency diaphragm by a piezo actuator of a high frequency driving unit; And a low frequency driving unit providing a tactile sense by a low frequency driving unit having a plurality of fine protrusions protruding and releasing by an electromagnetic force from one surface of the high frequency diaphragm to be achieved as a complex tactile presentation method using a complex tactile generating module.
  • the method may further include providing a tactile information on the rigidity information by changing the stiffness of the high frequency diaphragm and providing a sense of warmth by changing the temperature of the high frequency diaphragm. .
  • the fourth object of the present invention can be achieved by a computer-readable recording medium on which program code for executing the complex tactile presentation method according to the aforementioned third object is recorded.
  • the input unit for receiving information about the virtual object; Analysis means for generating tactile information by analyzing the information received from the input unit; And a complex touch generating module according to the first object mentioned above.
  • the tactile information may be achieved as a complex tactile display system comprising a control unit for controlling at least one of a high frequency drive unit, a low frequency drive unit, a stiff reproducing unit and a thermosensitive reproducing unit provided in the complex tactile generating module.
  • the low frequency driving unit, the thermosensitive reproducing unit, the high frequency driving unit, the stiffness reproducing unit is provided to the user in combination with the fine shape, texture, warmth and stiffness of the virtual surface vividly feel the touch to the virtual object Has the effect.
  • the composite market according to an embodiment of the present invention can deliver more realistic and vivid tactile information to the user, suggesting a new possibility to touch directly without being limited to the existing viewing and listening, and providing products in the Internet e-commerce.
  • Existing online, such as direct touch and purchase can be applied, applied to science education, etc., it is possible to directly feel objects that are hard to touch, and furthermore, it can improve immersion by providing dynamic tactile sense in 3D games. It has the effect of adding tactile presentation function to the industry and contributing to the creation of new fields.
  • 1 is a partial cross-sectional view of the skin shown by human sensory receptors
  • FIG. 2 is a perspective view of a composite touch generating module according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a composite touch generating module according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a perspective view of a complex touch generating module in a state in which the finger in contact with the heat transfer plate according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a partial perspective view of the composite touch generating module according to the first embodiment of the present invention as viewed from the rear;
  • FIG. 6 is a perspective view of an array haptic output unit in which a fine shape reproducing unit is arranged in a predetermined form according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a perspective view of a fine shape reproduction unit according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the high frequency drive unit and the rigid reproducing unit according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the high frequency driving part and the rigid reproducing part in a state where the piezo actuator is operated according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the stiffness reproducing unit according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the stiffness reproducing unit in a state in which the working plate is pressed according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of a stiffness reproduction unit showing the flow of the magnetic field according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is a configuration diagram of a complex tactile presentation system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a perspective view of a complex touch generating module according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is an exploded perspective view of a composite tactile generating module according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a perspective view of a composite tactile generating module in a state in which a finger is in contact with a high frequency vibration plate according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of the composite haptic module according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing a displacement of a high frequency vibration plate by driving a piezo actuator according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a perspective view showing a composite touch generating module according to a second embodiment of the present invention, a mouse provided with the composite touch generating module.
  • linear solenoid 22 movable part 23: array haptic output unit
  • control unit 80 power supply unit 100: complex touch generation module
  • FIG. 2 is a perspective view of the composite tactile display device 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 3 shows an exploded perspective view of the composite tactile display 100 according to the first embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a state in which the finger in contact with the heat transfer plate according to the first embodiment of the present invention The perspective view of the composite tactile display device 100 is shown.
  • the complex tactile display device 100 according to the first embodiment of the present invention is a fine shape reproduction unit 20, the surface high-frequency driving unit 30, the stiffness reproduction unit 40 and the thermal sense reproduction unit It can be seen that it includes (10).
  • the composite tactile display device 100 according to the first embodiment of the present invention is spaced apart from the upper housing 11 and the upper housing 11 by which a human finger or the like is contacted with a small distance therebetween.
  • the lower frame 41 is provided, and the fine shape reproducing unit 20, the high frequency driving unit 30, and the rigid reproducing unit 40 are provided between the upper housing 11 and the lower frame 41.
  • the upper housing 11 includes a plurality of holes 12 through which a plurality of movable parts 22 (pins) provided in the micro-shaped reproducing unit 20 to be described later protrude and emerge. ) Is formed, and it can be seen that it is composed of a heat transfer plate having a high thermal conductivity.
  • Figure 5 shows a perspective view of the composite tactile display device 100 according to the first embodiment of the present invention as viewed from the rear.
  • the warmth reproducing unit 10 is connected to one side of the heat transfer plate, and it can be seen that the temperature change means for changing the temperature of the heat transfer plate is provided.
  • a temperature change means is composed of a Peltier module 13 and transmits the temperature of the Peltier element 13 to the heat transfer plate to provide the user with information about the temperature.
  • the warmth reproducing unit 10 according to the first embodiment of the present invention may further include a cooling jacket 14 provided on one side of the Peltier element 13.
  • such a sense of warmth reproducing unit 10 is configured to be able to adjust the temperature of the heat transfer plate between 15 ⁇ 40 °C.
  • the Peltier element 13 is a device that generates a Peltier effect, one surface is composed of a cooling surface, the other surface is composed of a heat dissipation surface, the temperature difference between them is about 30 ⁇ 50 °C. That is, when the temperature of the cooling surface is set to -15 ° C, the temperature of the heat dissipation surface is about 15 to 35 ° C.
  • thermoelectric device a thermoelectric module
  • the principle of the Peltier element 13 is based on the principle that electrons require energy in order to move between two metals with potential differences, and the energy required for the Peltier element 13 is taken from the energy possessed by the metal.
  • the amount of current applied to the device and the amount of heat absorbed / heated are applied as it is, and the proportional constant is the same.
  • the Zeebeck effect refers to the effect of free electrons getting energy from the heat applied and using this energy to generate an electromotive force.
  • the composite tactile display device 100 includes a fine shape reproduction unit 20 provided at the lower end of the upper housing 11.
  • the fine shape reproduction unit 20 may be configured in plural, and the plurality of fine shape reproduction units 20 may be configured as an array haptic output unit 23 arranged in a predetermined form.
  • FIG. 6 illustrates a perspective view of an array haptic output unit 23 in which a plurality of fine shape reproducing units 20 according to a first embodiment of the present invention are arranged in a predetermined form.
  • 7 shows a perspective view of a micro-shaped reproduction unit according to the first embodiment of the present invention.
  • Each of the microscopic reproducing portions 20 provides tactile sensations by moving up and down in correspondence with the strength of the magnetic field generated in the linear solenoid 21 and the linear solenoid 21 to generate a magnetic field having a different intensity according to the applied current intensity.
  • the movable part 22 is included. Therefore, the movable part 22 provided in the micro shape reproducing unit 20 protrudes and emerges from the upper housing 11 to provide the user with tactile information regarding the micro shape.
  • the driving frequency of the fine shape reproducing unit 20 is about 0 to 100 Hz.
  • the composite tactile display device 100 according to the first embodiment of the present invention, as shown in Figures 2 to 4, the high frequency drive unit 30 and the rigidity between the upper housing 11 and the lower frame 41 It can be seen that the reproduction unit 40 is provided.
  • the high frequency driving unit 30 according to the first embodiment of the present invention generates micro-vibration in the upper housing 11 to provide tactile information on the surface texture.
  • the high frequency driving part 30 is the upper frame 32, the high frequency vibrating plate 32 and the upper part which is disposed at a predetermined interval spaced below It can be seen that the frame 33, the piezo actuator 31 and the like provided on one side between the high frequency vibration plate 32 and the upper frame 33.
  • Piezo actuator 31 is composed of a multi-stack piezo actuator 31, as shown in Figure 8, is provided on one side between the upper frame 32 and the lower frame 33.
  • the elastic member 34 for example, the coil Spring.
  • the flexure member 35 (Flexure structure) is provided between the upper portion of the piezo actuator 31 and the high frequency vibration plate 32.
  • the flexure member 35 may be further provided on one side between the high frequency vibration plate 32 and the upper frame 33.
  • the flexure member 35 forms a recess in which both sides are concave inward. Therefore, when the piezo actuator 31 is driven by this structure, the upper frame 32 and the upper housing 11 are integrally vibrated with a tilting vibration with respect to the flexure member 35. Therefore, the user is tactile information on the surface texture by the vibration.
  • 9 illustrates a cross-sectional view of the high frequency driving part 30 and the rigid reproducing part in a state where the piezo actuator 31 is operated according to the first embodiment of the present invention.
  • the composite market according to the first embodiment of the present invention includes a rigid reproduction unit 40.
  • a rigid reproduction unit 40 As shown in FIGS. 2 to 4 and 8 to 9, two rigid reproduction units 40 may be provided between the lower frame 33 and the lower frame 41.
  • the stiffness reproducing unit 40 basically controls the magnetic field applied to the magnetorheological fluid 45 with the solenoid coil to reproduce the stiffness of the surface, that is, the degree of rigidity, to provide the user with tactile information about the stiffness.
  • FIG. 10 is a sectional view of the stiffness reproducing unit 40 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 shows a sectional view of the rigidity reproducing section 40 in a state where the working plate 42 is pressed according to the first embodiment of the present invention. That is, FIG. 11 shows the flow direction of the magnetorheological fluid 45 when the working plate 42 is moved downward by an external force by an arrow.
  • 12 is a cross-sectional view of the stiffness reproducing unit 40 showing the flow of the magnetic field according to the first embodiment of the present invention.
  • the rigid reproducing portion according to the first embodiment of the present invention the body, the working plate 42, the piston 43, the magnetorheological fluid 45, the magnetic field applying means 44 and It can be seen that the elastic providing means 49 and the like.
  • the body is provided with a groove for accommodating the piston 43, the magnetorheological fluid 45, the protruding rod 47, the magnetic field applying means 44 and the elastic providing means 49, the upper portion of which is open It is manufactured in the shape of a cylinder.
  • the working plate 42 has a plate shape, and a connecting rod member 48 is provided at the center of the lower surface thereof to transmit an external force applied in a direction perpendicular to the working plate 42 to the piston 43.
  • the working plate 42 may be deformed into any shape according to the use mode, as long as it is a shape capable of transmitting external force to the piston 43.
  • the cover is coupled to the open side of the housing.
  • a cover through hole is formed in the central region of the cover so that the connecting rod member 48 of the working plate 42 can be interconnected with the piston 43.
  • the diameter of the cover through hole is formed such that the connecting rod member 48 is connected to the piston 43 and has a tolerance that can be slid without the magnetorheological fluid 45 flowing out.
  • the piston 43 as shown in Figure 10, has a shape that can be moved up and down in the body by the operation plate 42, the connecting rod member 48 is inserted in the upper portion, the protruding rod in the lower portion It can be seen that the compression groove 46 is provided so that the 47 can be inserted.
  • the magnetorheological fluid 45 is a material in which the viscosity characteristic of the fluid is reversibly changed according to the strength of an externally added magnetic field, and is one of intelligent materials.
  • the magnetorheological fluid 45 is composed of iron, nickel, cobalt and magnetic alloys of fine particles having a diameter of several to several tens of microns in a dispersion medium such as mineral oil, synthetic hydrocarbon, water, silicone oil, and esterified fatty acid. Refers to this dispersed non-colloidal suspension.
  • the magnetorheological fluid 45 has a large variation in flow characteristics such as a viscosity characteristic of a fluid as a magnetic field is applied, and has excellent durability. In addition, they are relatively less sensitive to contaminants, have very fast response to magnetic fields, and are reversible. For this reason, it is evaluated that it is highly applicable to various industrial fields such as vibration control devices such as clutches of automobiles, engine mounts, dampers, high-rise seismic devices, and driving devices of robotic systems.
  • the magnetorheological fluid 45 exhibits properties of Newtonian fluid when no magnetic field is applied. However, when a magnetic field is applied, the dispersed particles form a dipole to form a fibrous structure in a direction parallel to the applied magnetic field, and the fibrous structure increases the viscosity and thus has a shear force or a resistance to flow that interferes with the flow of the fluid. Yield stress is greatly increased. Yield stress at this time increases with the strength of the magnetic field.
  • the magnetorheological fluid 45 is filled inside the housing. On the other hand, the magnetorheological fluid 45 is an incompressible fluid and has almost no volume change.
  • the magnetic field applying means 44 is a component that induces a change in viscosity of the magnetic rheological fluid by applying a magnetic field to the magnetorheological fluid 45 by receiving power from the outside, and is provided to the magnetic field applying means 44. Through control, various resistances, rigidity can be realized.
  • the magnetic field applying means 44 in the first embodiment of the present invention is a magnetic field into which the protruding rod 47 and the piston 43 are inserted at the center of the magnetic field applying means 44. Means holes are formed.
  • the magnetic field applying means 44 may use a solenoid coil formed by winding conducting wires along the outer circumferential surfaces of the protruding rod 47 and the piston 43.
  • the strength of the magnetic field is increased in proportion to the number of wound conductors or the power of the power supplied to the magnetic field applying means 44.
  • the magnetorheological fluid 45 is further strengthened intermolecular chain formation, thereby increasing the viscosity of the magnetorheological fluid 45.
  • stiffness which is resistance to external force, is increased, and thus stiffness of external force of various strengths can be realized.
  • the magnetic field applying means 44 is connected to the control unit 70 to provide stiffness of various modes through the formation of a magnetic field based on the strength of the external force measured by the measuring means.
  • the elastic providing means 49 provides an elastic force to the working plate 42 moving in accordance with the external force.
  • the elastic providing means 49 may be composed of a spring.
  • the spring is formed in a threaded shape to provide elastic force to the working plate 42 through the piston 43.
  • the elastic providing means 49 is deformed while being pressed downward according to the external force applied to the working plate 42, thereby providing the elastic force to the working plate 42.
  • FIG. 13 schematically shows a configuration diagram of a complex tactile presentation system according to a first embodiment of the present invention.
  • the complex tactile presentation system according to the first embodiment of the present invention includes a mouse 60 provided with the complex tactile presentation device 100 mentioned above, an input unit for receiving information on a virtual object, Based on the analysis means for generating the tactile information by analyzing the information input from the input unit and the tactile information generated by the analysis means, the low frequency drive unit 20 and the high frequency drive unit 30 provided in the aforementioned complex tactile display device 100.
  • the controller 70 may control the stiffness reproducing unit and the warmth reproducing unit 10, and a power applying unit 80 to apply power.
  • the input unit, the analysis unit and the control unit 70 may be installed in the lower frame 41 of the complex tactile display 100 mentioned above.
  • the input unit receives information of an object displayed on the display unit 50 such as a monitor. For example, temperature information, stiffness information, texture information, and fine shape information of the virtual object are received.
  • the analysis means converts this information into tactile information so that it can be provided to the user in a tactile sense.
  • the controller 70 controls the low frequency driving unit 20, the high frequency driving unit 30, the stiffness reproducing unit 40, and the thermal sense reproducing unit 10 based on the tactile information to provide various tactile information to the user.
  • the control unit 70 controls the thermal sense reproducing unit 10 to change the temperature of the heat transfer plate to the same temperature as the virtual object to the user, thereby providing the user with temperature information.
  • the stiffness information of the virtual object (how hard the virtual object is) is input, and the analyzing means converts the stiffness information into tactile information about the stiffness, and the control unit 70 controls the stiffness reproducing unit 40 to control the magnetic field.
  • the viscosity of the magnetorheological fluid 45 is converted to provide the user with rigidity and damping force corresponding to the virtual object.
  • control unit 70 controls the vibration period of the piezo actuator 31 to provide the user with tactile information on the surface texture, various information about the virtual object
  • the controller 70 drives a plurality of linear actuators provided in the low frequency driving unit 20 to provide the user with tactile sensations for the microscopic shape.
  • FIG. 14 shows a perspective view of a complex touch generating module according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 15 shows an exploded perspective view of the composite touch generating module according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a perspective view of the complex touch generating module in a state in which a finger is in contact with the upper housing according to the second embodiment of the present invention.
  • the configuration and function according to the second embodiment of the present invention are only structurally different, and are basically the same as the aforementioned first embodiment,
  • the composite touch generating module 100 according to the second embodiment of the present invention is a low frequency driving unit 20, high frequency driving unit 30, stiffness reproducing unit 40 and the warmth reproducing unit 10 You can see that it contains).
  • the complex touch generating module 100 according to the second embodiment of the present invention is provided in the upper housing 11 and the upper housing 11, the contact of the human finger, etc.
  • the low frequency driving unit 20 and the high frequency driving head 30 are provided between the high frequency diaphragm 32 and the upper frame 33, and the rigid reproducing unit 40 is provided between the upper frame 33 and the lower frame 41. It will be provided.
  • the upper housing 11 includes a plurality of holes 12 through which a plurality of movable parts 22 (pins) provided in the low frequency driving unit 20 to be described later protrude and emerge. It can be seen that it is formed, and composed of a heat transfer plate having a high thermal conductivity.
  • the warmth reproducing unit 10 has the same configuration as in the first embodiment.
  • the composite tactile generating module 100 includes a low frequency driving unit 20 provided at the lower end of the upper housing 11 and the high frequency diaphragm 32.
  • the low frequency driver 20 may include a plurality of low frequency drivers 20, and the plurality of low frequency drivers 20 may include an array haptic output unit 23 arranged in a predetermined form.
  • the specific configuration of such a low frequency driving unit is the same as that of the first embodiment described above.
  • the composite tactile generating module 100 according to the second embodiment of the present invention, as shown in Figure 14 to 16, between the high frequency vibration plate 32 and the upper frame 33 and the high frequency drive unit 30 and low frequency It can be seen that the driving unit 20 is provided, and the rigid reproducing unit 40 is provided between the upper frame 33 and the lower frame 41.
  • 17 is a cross-sectional view of the composite tactile generating module according to the second embodiment of the present invention.
  • 18 is a cross-sectional view showing the displacement of the high frequency vibration plate driven by the piezo actuator according to the second embodiment of the present invention.
  • the high frequency drive unit 30 according to the second embodiment of the present invention generates micro-vibration in the upper housing 11 and the high frequency diaphragm 32 to provide tactile information on the surface texture.
  • the high frequency drive unit 30 is a high frequency diaphragm 32, the high frequency diaphragm 32 and the upper frame 33 is disposed below a predetermined interval spaced apart ), It can be seen that the piezo actuator 31 and the like provided on one side between the high frequency diaphragm 32 and the upper frame 33.
  • Piezo actuator 31 is composed of a multi-stack piezo actuator 31, as shown in Figure 17, 18, is provided on one side between the high frequency diaphragm 32 and the upper frame 33.
  • the elastic member 34 for example, a coil Spring.
  • a first flexure member 35 (Flexure structure) is provided between the upper portion of the piezo actuator 31 and the high frequency vibration plate 32.
  • the first flexure member 35 may be further provided on one side between the upper frame 32 and the lower frame 33.
  • the second flexure member 36 is provided on one side between the high frequency diaphragm 32 and the upper frame 33 by a predetermined distance from the first flexure member 35.
  • the first flexure member 35 and the second flexure member 36 form recesses in which both side surfaces are concave inward. Therefore, according to this structure, when the piezo actuator 31 is driven, it can be seen that the high frequency diaphragm 32 and the upper housing 11 integrally vibrate the tilting vibration with respect to the second flexure member 36. Therefore, such vibration causes tactile information on the surface texture to be delivered to the user.
  • the composite touch generating module according to the second embodiment of the present invention includes a stiffness reproducing unit (40).
  • the configuration of the stiffness reproducing unit 40 is the same as the first embodiment mentioned above.
  • FIG. 19 is a perspective view showing a composite touch generating module according to a second embodiment of the present invention, a mouse provided with the composite touch generating module.
  • the complex tactile presentation system includes a mouse 60 provided with the complex tactile generation module 100, an input unit for receiving information on a virtual object, Based on the analysis means for generating the tactile information by analyzing the information input from the input unit and the tactile information generated by the analysis means, the low frequency drive unit 20 and the high frequency drive unit 30 provided in the complex tactile generation module 100 mentioned above.
  • the controller 70 may control the stiffness reproducing unit and the warmth reproducing unit 10, and a power applying unit 80 to apply power.
  • the input unit, the analysis unit and the control unit 70 may be installed in the lower frame 41 of the complex touch generation module 100 mentioned above.
  • the input unit receives information of an object displayed on the display unit 50 such as a monitor. For example, temperature information, stiffness information, texture information, and fine shape information of the virtual object are received.
  • the analysis means converts this information into tactile information so that it can be provided to the user in a tactile sense.
  • the controller 70 controls the low frequency driver 20, the high frequency driver 30, the stiffness reproducer 40, and the thermal sense reproducer 10 based on the tactile information to provide various tactile information to the user.
  • the control unit 70 controls the thermal sense reproducing unit 10 to change the temperature of the heat transfer plate to the same temperature as the virtual object to the user, thereby providing the user with temperature information.
  • the rigidity information of the virtual object (how hard is the virtual object) is received
  • the analysis means converts the stiffness information into tactile information about the rigidity
  • the control unit 70 controls the stiffness reproducing unit 40 By controlling the current applied to the magnetic field applying means 44, the viscosity of the magnetorheological fluid 45 is converted, thereby providing the user with rigidity and damping force corresponding to the virtual object.
  • control unit 70 controls the vibration period of the piezo actuator 31 to provide the user with tactile information on the surface texture, various information about the virtual object,
  • the control unit 70 drives a plurality of linear actuators provided in the low frequency driving unit 20 to provide the user with a tactile sense of fine shape.

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Abstract

본 발명은 복합 촉감 생성모듈, 복합 촉감 제시방법, 그 복합 촉감 생성모듈이 구비된 마우스 및 복합촉각제시시스템에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 가상 물체의 촉각정보를 제공하기 위한 복합촉감생성모듈에 있어서, 피에조 액추에이터에 의해 고주파 진동판을 진동시켜 재질감에 대한 촉각을 제공하는 고주파 구동부; 및 상기 고주파 진동판 일면에서 전자기력에 의해 돌출 및 출몰하는 다수의 미세돌기에 의해 촉각을 제공하는 저주파 구동부;를 포함하여, 사용자에게 가상표면에 대한 미세형상, 재질감, 온열감 및 강성정도를 복합적으로 제공하여 가상물체에 대한 촉감을 생생하게 느낄 수 있도록 하는 복합촉감생성모듈에 관한 것이다.

Description

복합 촉감 생성모듈, 복합 촉감 제시방법, 그 복합 촉감 생성모듈이 구비된 마우스 및 복합촉각제시시스템
본 발명은 복합 촉감 생성모듈, 복합 촉감 제시방법, 그 복합 촉감 생성모듈이 구비된 마우스 및 복합촉각제시시스템에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 고주파 구동부, 저주파 구동부, 온열감 재현부, 강성 재현부를 구비하여, 사용자에게 가상표면에 대한 미세형상, 재질감, 온열감 및 강성정도를 복합적으로 제공하여 가상물체에 대한 촉감을 생생하게 느낄 수 있도록 하는 복합촉감생성모듈에 관한 것이다.
일반적으로 햅틱(haptic)이란 물체를 만질 때, 사람의 핑거팁(손가락 끝 또는 스타일러스 펜)으로 느낄 수 있는 촉각적 감각으로서, 피부가 물체 표면에 닿아서 느끼는 촉감 피드백(Tactile feedback)과 관절과 근육의 움직임이 방해될 때 느껴지는 근감각 힘 피드백(Kinesthetic force feedback)을 포괄하는 개념이다.
도 1은 사람의 감각수용기들이 나타낸 피부의 부분 단면도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 사람의 감각수용기로서, 기계적 자극의 수용기로는 고주파의 진동(약 250 ~ 300Hz)을 감지하는 파치니언 소체(Pacinian corpuscle), 저주파의 진동(약 3 ~ 40Hz)을 감지하는 마이스너 소체(Meissner's corpuscle), 국부적으로 누르는 압력을 감지하는 메르켈 디스크(Merkel's disc)와 피부를 눌려주는 스트레치를 감지하는 루피니 엔딩(Ruffini's ending)가 있다. 이러한 다양한 촉감수용기를 자극하여, 현실감있는 촉감을 재현하기 위해선, 액추에이터의 주파수 대역폭이 중요하다. 촉감수용기들은 각각 활성화되는 주파수 범위가 다르기 때문에, 이들을 모두 자극하기 위해선 250Hz이상의 대역폭을 갖는 액추에이터가 필요하다.
상기의 250Hz 이상의 대역폭을 만족시키는 기존의 액추에이터로는 솔레노이드 액추에이터, DC/AC 모터, 서버모터, 초음파 액추에이터, 형상기억합금세라믹 액추에이터 등 다양한 액추에이터들이 있다. 촉감제시장치의 대표적인 예로는 모바일디바이스에서 터치스크린의 입력에 따라 진동모터로, 진동을 발생시켜 고주파/저주파의 진동을 감지하는 파치니언/마이스너 소체를 자극하는 장치가 있다.
또한, 사용자에게 미세한 촉감, 돌기, 및 형상을 표현할 수 있는 핀어레이 촉감제시장치(Pin-Array Tactile Display)로 활용될 수 있다. 상기의 핀어레이 촉감제시장치로 활용되기 위해선, 인간의 피부 감각을 모사할 수 있을 만큼 다수의 구동기(Actuator)를 좁은 면적에 집적할 수 있는 기술이 중요하다. 그래서 전체 구조가 Compact하게 디자인되어 삽입되는 것이 중요한 디자인 요소가 될 수 있다.
그러나, 사용자에게 다양한 복합적인 촉각을 제공하기 위해서는, 인체의 감각수용기들을 복합적으로 자극해야할 필요가 있다. 기존의 촉각제시장치는 사용자에게 핀어레이 등을 통하여 미세형상을 출력하거나, 표면을 진동하여 파치니언/마이스너 소체를 자극하여 촉각을 제공하였으나, 이러한 단일 모듈만으로는 사용자에게 다양한 촉각을 제공해 주기 어려운 문제가 존재하였다.
즉, 예를 들어, 가상물체에 대한 정보를 사용자에게 보고 듣는 것뿐 아니라 촉각으로서 다양한 정보를 제공해 줄 수 있다면, 보다 생동감 있게 실제 물체를 만지는 것과 같은 촉각을 생생하게 제공해 줄 수 있을 것이다.
따라서, 이러한 다양한 촉각정보를 동시에 제공하여 가상환경의 물체를 직접 만지고 느끼는 것과 같은 생생한 촉각을 복합적으로 제시해 줄 수 있는 복합촉감생성모듈가 요구되었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 저주파 구동부, 온열감재현부, 고주파 구동부, 강성 재현부를 구비하여 사용자에게 가상표면에 대한 미세형상, 재질감, 온열감 및 강성을 복합적으로 제공하여 가상물체에 대한 촉감을 생생하게 느낄 수 있도록 하는 복합촉감생성모듈를 제공하게 된다.
또한, 3D 가상표면의 미세형상, 재질감, 온열감 및 강성(단단한 정도)을 복합적으로 제공하게 됨으로써, 기존의 한가지 또는 두가지 방식으로 촉감을 자극하는 장치의 한계를 해결하여 가상환경 물체의 촉감을 생생하게 실현할 수 있는 복합촉감생성모듈를 제공하게 된다.
본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.
본 발명의 제1목적은, 가상 물체의 촉각정보를 제공하기 위한 복합촉감생성모듈에 있어서, 피에조 액추에이터에 의해 고주파 진동판을 진동시켜 재질감에 대한 촉각을 제공하는 고주파 구동부; 및 상기 고주파 진동판 일면에서 전자기력에 의해 돌출 및 출몰하는 다수의 미세돌기에 의해 촉각을 제공하는 저주파 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈로서 달성될 수 있다.
또한, 상기 고주파 진동판의 강성을 변화시켜 강성정보에 대한 촉각을 제공하는 강성 재현부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 고주파 진동판의 온도를 변화시켜 온열감 정보를 제공하는 온열감 재현부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 고주판 진동판에는 다수의 홀이 형성되고, 상기 저주파 구동부는, 인가되는 전류의 세기에 따라, 다른 세기를 갖는 자기장을 발생시키는 솔레노이드 및 상기 솔레노이드에서 발생되는 자기장의 세기에 대응하여 상하로 이동함으로써 촉각을 제공하는 가동부를 포함하고, 상기 저주파 구동부는 복수이고, 상기 복수의 저주파 구동부는 소정 형태로 배치된 어레이 햅틱출력부를 구성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 고주파 진동판과 소정간격 이격되어 하부에 배치되는 고주파진동판과 상기 고주파진동판과 소정간격 이격되어 하부에 배치되는 하부 프레임을 더 포함하고, 상기 피에조 액추에이터는 상기 고주파 진동판과 상기 고주파진동판 사이 일측에 구비되며, 상기 강성재현부는 상기 고주파진동판과 상기 상부프레임 사이에 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 피에조 액추에이터의 상부에 구비되는 제1플렉셔 부재 및 상기 고주파진동판과 상기 상부프레임 사이 타측에 구비되는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 고주파 진동판과 상기 고주파진동판 사이 일측에 제2플렉셔 부재를 더 포함하고, 상기 피에조 액추에이터에 의해 상기 고주파 진동판은 상기 제2플렉셔 부재를 중심으로 틸팅 진동되어 재질감에 대한 촉각을 제공하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1플렉셔 부재 및 상기 제2플렉셔 부재는 양측면이 내측으로 오목한 오목부가 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 고주파 진동판은 열전달이 가능한 열전달판으로 구성되고, 상기 열전달판과 연결되어 상기 열전달판의 온도를 변화시키는 온도변화수단을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 온도변화수단은 펠티어소자로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 강성재현부는 자기유변유체를 이용한 강성구현모듈로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 강성구현모듈은, 자기유변유체를 내부에 수용하는 몸체, 상기 몸체의 상부에 구비되어 외력이 작용하는 작용판, 상기 작용판과 연결되어 상기 몸체 내에서 일방향으로 왕복하는 피스톤 및 상기 몸체 내부에 구비되어 상기 자기유변유체에 자기장을 인가하는 자기장인가수단을 포함하여, 인가된 자기장에 의해 상기 자기유변유체의 점성이 변화되어 상기 외력에 대한 저항력인 강성을 구현하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 피스톤의 하단에 형성된 압축홈 및 상기 몸체 내부에 구비되어 상기 피스톤의 왕복에 따라 상기 압축홈에 삽출하는 돌출봉을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 작용판과 상기 피스톤 사이에 구비되어, 상기 외력에 따라 이동하는 상기 작용판에 탄성력을 제공하면서 전자기유도현상에 의한 인덕턴스 변화에 의해 전기적 신호를 발생하는 탄성제공수단 및 상기 탄성제공수단과 연결되어, 상기 전기적 신호를 기초로 상기 외력의 세기를 측정하는 측정수단을 더 포함하여, 측정된 상기 외력의 세기에 기초하여 상기 자기유변유체의 점성을 상기 자기장의 조절을 통해 변화시킴으로써 상기 외력에 대한 저항력인 강성을 구현하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은 앞서 언급한 제 1목적에 따른 복합촉감생성모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 마우스로서 달성될 수 있다.
본 발명의 제3목적은, 복합촉감생성모듈을 이용한 복합촉각제시방법에 있어서, 고주파 구동부의 피에조 액추에이터에 의해 고주파 진동판을 진동시켜 재질감에 대한 촉각을 제공하는 단계; 및 상기 고주파 진동판 일면에서 전자기력에 의해 돌출 및 출몰하는 다수의 미세돌기를 갖는 저주파 구동부에 의해 촉각을 제공하는 저주파 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈을 이용한 복합촉각제시방법으로서 달성될 수 있다.
또한, 강성재현부가 상기 고주파 진동판의 강성을 변화시켜 강성정보에 대한 촉각을 제공하는 단계 및 온열감 재현부가 상기 고주파 진동판의 온도를 변화시켜 온열감 정보를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제4목적은, 컴퓨터에 의해 판독 가능하여, 앞서 언급한 제3목적에 따른 복합촉각제시방법을 실행시키기 위한 프로그램 코드가 기록된 기록매체로서 달성될 수 있다.
본 발명의 제5목적은, 가상의 물체에 대한 정보를 입력받는 입력부; 상기 입력부에서 입력받은 정보를 분석하여 촉각정보를 생성하는 분석수단; 및 앞서 언급한 제1목적에 따른 복합촉감생성모듈; 상기 촉각정보를 기반으로 상기 복합촉감생성모듈에 구비된 고주파 구동부, 저주파 구동부, 강성재현부 및 온열감재현부 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합촉각제시시스템으로서 달성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 저주파 구동부, 온열감재현부, 고주파 구동부, 강성 재현부를 구비하여 사용자에게 가상표면에 대한 미세형상, 재질감, 온열감 및 강성을 복합적으로 제공하여 가상물체에 대한 촉감을 생생하게 느낄 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 3D 가상표면의 미세형상, 재질감, 온열감 및 강성(단단한 정도)을 복합적으로 제공하게 됨으로써, 기존의 한가지 또는 두가지 방식으로 촉감을 자극하는 장치의 한계를 해결하여 가상환경의 물체의 촉감을 생생하게 실현할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명의 일실시예에 따른 복합제시장치는 더욱 실감나고 생생한 촉각정보를 사용자에게 전달할 수 있어, 기존의 보고 듣는 것에 한정되지 않고 직접만져볼 수 있는 새로운 가능성을 제시하고, 인터넷 전자상거래에서 제품을 직접 만져보고 구매할 수 있게 해주며, 과학교육 등에 적용되어 실제로 만져보기 어려운 물체를 직접 느껴볼 수 있게 해주며, 더 나아가 3D 게임에서 역동감 있는 촉각제공으로 몰입감을 향상시킬 수 있는 등, 기존의 온라인 산업에 촉각제시 기능을 추가하여 새로운 분야를 창출하는데 기여할 수 있는 효과를 갖는다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.
도 1은 사람의 감각수용기들이 나타낸 피부의 부분 단면도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 복합촉감생성모듈의 사시도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합촉감생성모듈의 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 손가락을 열전달판에 접촉시킨 상태에서의 복합촉감생성모듈의 사시도,
도 5는 후방에서 바라본 본 발명의 제1실시예에 따른 복합촉감생성모듈의 부분사시도,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 미세형상 재현부가 소정형태로 배치된 어레이 햅틱출력부의 사시도,
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 미세형상 재현부의 사시도,
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 고주파구동부와 강성재현부의 단면도,
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따라 피에조 액추에이터가 작동된 상태에서의 고주파구동부와 강성재현부의 단면도,
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 강성 재현부의 단면도,
도 11은 본 발명의 제1실시예에 따라 작용판이 눌러진 상태에서의 강성 재현부의 단면도,
도 12는 본 발명의 제1실시예에 따른 자기장의 흐름을 나타낸 강성 재현부의 단면도,
도 13은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합촉각제시 시스템의 구성도,
도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 복합촉감생성모듈의 사시도,
도 15는 본 발명의 제2실시예에 따른 복합촉감생성모듈의 분해 사시도,
도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 손가락을 고주파진동판에 접촉시킨 상태에서의 복합촉감생성모듈의 사시도,
도 17은 본 발명의 제2실시예에 따른 복합촉감생성모듈의 단면도,
도 18은 본 발명의 제2실시예에 따른 피에조 액추에이터의 구동에 의한 고주파진동판의 변위를 나타낸 단면도,
도 19는 본 발명의 제2실시예에 따른 복합촉감생성모듈, 그 복합촉감생성모듈이 구비된 마우스를 나타낸 사시도를 도시한 것이다.
<부호의 설명>
10:온열감 재현부 11:상부하우징 12:홀
13:펠티어 소자 14:쿨링 재킷 20:저주파구동부
21:리니어 솔레노이드 22:가동부 23:어레이 햅틱출력부
30:고주파구동부 31:피에죠 액추에이터 32:고주파진동판
33:상부프레임 34:탄성부재 35:플렉셔 부재
40:강성 재현부 41:하부프레임 42:작용판
43:피스톤 44:자기장인가수단 45:자기유변유체
46:압축홈 47:돌출봉 48:연결봉 부재
49:탄성제공수단 50:디스플레이부 60:마우스
70:제어부 80:전원인가부 100:복합촉감생성모듈
이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 복합촉각제시장치(100)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 복합촉각제시장치(100)의 사시도를 도시한 것이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합촉각제시장치(100)의 분해 사시도를 도시한 것이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 손가락을 열전달판에 접촉시킨 상태에서의 복합촉각제시장치(100)의 사시도를 도시한 것이다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 복합촉각제시장치(100)는 미세형상 재현부(20), 표면 고주파구동부(30), 강성 재현부(40) 및 온열감 재현부(10)를 포함하고 있음을 알 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 복합촉각제시장치(100)는 사람의 손가락 등이 접촉되는 상부 하우징(11) 및 상부 하우징(11)과 소격간격 이격되어 하부에 구비되는 하부프레임(41)을 포함하며, 이러한 상부 하우징(11)과 하부프레임(41) 사이에 미세형상 재현부(20), 고주파구동부(30) 및 강성 재현부(40)가 구비되게 된다.
보다 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 하우징(11)에는 후에 설명되는 미세형상 재현부(20)에 구비되는 다수의 가동부(22)(핀)이 돌출 및 출몰하게 되는 다수의 홀(12)이 형성되어 있고, 열전도도가 큰 열전달판으로 구성됨을 알 수 있다. 도 5는 후방에서 바라본 본 발명의 제1실시예에 따른 복합촉각제시장치(100)의 사시도를 도시한 것이다.
온열감 재현부(10)는 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 열전달판의 일측에 연결되며, 열전달판의 온도를 변화시키는 온도변화수단이 구비되게 됨을 알 수 있다. 이러한 온도변화수단은 구체적 실시예에서, 펠티어 소자(13)(Peltier module)로 구성되며 펠티어 소자(13)의 온도를 열전달판으로 전달시켜 사용자에게 온도에 대한 정보를 제공하게 된다. 또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 온열감 재현부(10)는 펠티어 소자(13)의 일측에 구비되는 쿨링 재킷을(14) 더 포함할 수 있다.
구체적 실시예에서는, 이러한 온열감 재현부(10)에 의해 열전달판의 온도를 15 ~ 40℃ 사이에서 조절할 수 있도록 구성된다. 이러한 펠티어 소자(13)는 펠티어효과를 발생시키는 소자로 일면은 냉각면으로 구성되고, 타면은 방열면으로 구성되며, 양자의 온도차는 약 30 ~ 50℃정도가 된다. 즉, 냉각면의 온도를 -15℃로 설정하면, 방열면의 온도는 약 15 ~ 35℃정도가 된다.
이러한 펠티어 효과는 서로 다른 두개의 소자 양단에 직류전압을 가하면 전류의 방향에 따라 한쪽면에서는 흡열을 하고 반대면에서는 발열을 일으키게 되는 효과를 의미한다. 예를 들어 아이스쿨러는 이와 같은 펠티어 소자(13)의 냉각효과를 이용한 것인데, 그 성능이 매우 강력하여 냉각면(흡열면)에 순식간에 이슬이 맺힐 정도이다. 이러한 페티어효과를 이용한 소자를 열전소자 또는 열전모듈(Thermoelectric Module, TEM)이라고 한다.
이러한 펠티어 소자(13)의 원리는 전자가 전위차가 있는 두 금속 사이를 움직이게 하기 위해서 에너지를 필요로 하고 여기에 필요한 에너지를 금속이 가지고 있는 에너지에서 뺏어간다는 것을 기본원리로 하고 있다. 소자에 가해지는 전류량과 흡열/발열되는 열량은 제에백 효과의 공식이 그대로 적용되며 비례상수 또한 같다. 제에벡 효과는 가해지는 열에 의해 자유전자가 에너지를 얻고 이 에너지를 사용해 기전력이 발생하게 되는 효과를 의미한다.
또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 복합촉각제시장치(100)에는, 상부 하우징(11)의 하단에 구비되는 미세형상 재현부(20)를 포함하고 있다. 이러한 미세형상 재현부(20)는 복수로 구성되며 이러한 복수의 미세형상 재현부(20)는 소정 형태로 배치된 어레이 햅틱출력부(23)로 구성될 수 있다. 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 복수의 미세형상 재현부(20)가 소정 형태로 배치된 어레이 햅틱출력부(23)의 사시도를 도시한 것이다. 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 미세형상 재현부의 사시도를 도시한 것이다.
이러한 미세형상 재현부(20) 각각은 인가되는 전류의 세기에 따라 다른 세기를 갖는 자기장을 발생시키는 리니어 솔레노이드(21)와 리니어 솔레노이드(21)에서 발생되는 자기장의 세기에 대응하여 상하 이동함으로써 촉각을 제공하는 가동부(22)를 포함하고 있다. 따라서 이러한 미세형상 재현부(20)에 구비되는 가동부(22)가 상부 하우징(11)에서 돌출 및 출몰하면서 사용자에게 미세 형상에 대한 촉각정보를 제공하게 된다. 이러한 미세형상 재현부(20)의 구동주파수는 약 0 ~ 100Hz정도가 됨이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 복합촉각제시장치(100)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상부 하우징(11)과 하부프레임(41) 사이에 고주파구동부(30)와 강성 재현부(40)가 구비되게 됨을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 고주파구동부(30)와 강성재현부의 단면도를 도시한 것이다. 본 발명의 제1실시예에 따른 고주파구동부(30)는 상부 하우징(11)에 마이크로 바이브레이션을 생성하여, 표면 재질감에 대한 촉각 정보를 제공하게 된다.
도 2 내지 도 4 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 고주파구동부(30)는 상부 프레임(32), 고주파진동판(32)과 소정간격 이격되어 하부에 배치되는 상부프레임(33), 고주파진동판(32)과 상부프레임(33) 사이의 일측에 구비되는 피에죠 액추에이터(31) 등을 포함하고 있음을 알 수 있다.
상부 프레임(32)은 상부 하부징의 하단에 결합되며, 하부 프레임(33)의 하단으로는 후에 상세히 설명되는 강성 재현부(40)가 구비되게 된다. 피에죠 액추에이터(31)는 멀티-스택 피에죠 액추에이터(31)로 구성되며, 도 8에 도시된 바와 같이, 상부 프레임(32)과 하부 프레임(33)의 사이 일측에 구비되게 된다. 또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 고주파구동부(30)의 상부 프레임(32)과 하부 프레임(33) 사이 타측에는 도 8에 도시된 바와 같이, 탄성부재(34)(예를 들어, 코일 스프링)가 구비되게 된다. 또한, 피에죠 액추에이터(31)의 상부와 고주파진동판(32) 사이에는 플렉셔 부재(35)(Flexure structure)가 구비되게 된다. 이러한 플렉셔 부재(35)는 고주파진동판(32)과 상부프레임(33)의 사이 일측에 더 구비될 수 있다.
플렉셔 부재(35)는 도 8에 도시된 바와 같이, 양측면이 내측으로 오목한 오목부를 형성하고 있다. 따라서 이러한 구조에 의해, 피에죠 액추에이터(31)가 구동되게 되는 경우, 상부 프레임(32)과 상부 하우징(11)이 일체로, 플렉셔 부재(35)를 기준으로 틸팅 진동을 하게 된다. 따라서 이러한 진동에 의해 사용자에게 표면 재질감에 대한 촉각정보를 전달하게 된다. 도 9는 본 발명의 제1실시예에 따라 피에죠 액추에이터(31)가 작동되는 상태에서의 고주파구동부(30)와 강성재현부의 단면도를 도시한 것이다.
또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 복합제시장치는 강성 재현부(40)를 포함하고 있다. 이러한 강성 재현부(40)는 도 2 내지 4 및 도 8 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 하부 프레임(33)과 하부프레임(41) 사이에 2개가 구비됨을 알 수 있다. 이러한 강성 재현부(40)는 기본적으로 자기유변유체(45)에 인가되는 자기장을 솔레노이드 코일로 컨트롤 하여 표면의 강성, 즉, 단단한 정도를 재현하여 강성에 대한 촉각정보를 사용자에게 제공하게 된다.
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 강성 재현부(40)의 단면도를 도시한 것이다. 도 11은 본 발명의 제1실시예에 따라 작용판(42)이 눌러진 상태에서의 강성 재현부(40)의 단면도를 도시한 것이다. 즉, 도 11은 외력에 의해 작용판(42)이 하부로 이동되었을 때의 자기유변유체(45)의 흐름방향을 화살표로 나타낸 것이다. 또한, 도 12는 본 발명의 제1실시예에 따른 자기장의 흐름을 나타낸 강성 재현부(40)의 단면도를 도시한 것이다.
도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 강성재현부는 몸체, 작용판(42), 피스톤(43), 자기유변유체(45), 자기장인가수단(44) 및 탄성제공수단(49) 등을 포함하고 있음을 알 수 있다. 몸체의 내부에는 피스톤(43), 자기유변유체(45), 돌출봉(47), 자기장인가수단(44) 및 탄성제공수단(49)을 수용할 수 있는 홈이 구비되고, 그 상부는 개방된 통 형상으로 제작된다. 작용판(42)은 판 형상으로 그 하부면 중심 영역에는 연결봉 부재(48)가 구비되어 작용판(42)과 수직인 방향으로 가해지는 외력을 피스톤(43)으로 전달하게 된다. 작용판(42)은 외력을 피스톤(43)에 전달할 수 있는 형상이라면, 사용양태에 따라 어떠한 형상으로도 변형가능하다.
커버는 하우징의 개방면에 결합된다. 작용판(42)의 연결봉 부재(48)가 피스톤(43)과 상호 연결될 수 있도록 커버의 중심영역에는 커버 관통홀이 형성된다. 이러한 커버 관통홀의 직경은 연결봉 부재(48)가 피스톤(43)과 연결된 후 자기유변유체(45)가 흘러나오지 않으면서 슬라이딩이 가능한 공차를 갖도록 형성된다. 또한, 피스톤(43)은 도 10에 도시된 바와 같이, 작용판(42)에 의해 몸체 내에서 상하로 이동될 수 있는 형상을 갖고, 상부에는 연결봉 부재(48)가 삽입되고, 하부에는 돌출봉(47)이 삽입될 수 있도록 압축홈(46)이 구비됨을 알 수 있다.
자기유변유체(45)는 외부에서 부가되는 자기장의 세기에 따라 가역적으로 유체의 점도 특성이 변화하는 물질로서, 지능재료(intelligent material) 중의 하나이다. 구체적으로는 자기유변유체(45)는 미네랄 오일, 합성탄화수소, 물, 실리콘 오일, 에스테르화 지방산 등의 분산매체에 직경이 수 내지 수십 마이크론의 미세입자의 철이나 니켈, 코발트 및 이들의 자성합금 등이 분산된 비콜로이드 현탁액을 말한다.
자기유변유체(45)는 자기장을 인가함에 따라 유체의 점도 특성 등 유동특성의 변화폭이 크고, 내구성이 우수하다. 뿐만 아니라 오염물에 대해 상대적으로 덜 민감하고, 자기장에 대한 응답속도가 매우 빠르고, 가역적이다. 이 때문에, 자동차의 클러치, 엔진마운트, 댐퍼 등 진동제어장치, 고층건물 내진장치, 로보틱 시스템(robotic system)의 구동장치 등 여러 산업분야에 적용 가능성이 높은 것으로 평가된다.
또한, 자기유변유체(45)는 자기장이 가해지지 않을 때에는 뉴튼 유체의 성질을 나타낸다. 하지만, 자기장이 가해지면 분산입자가 쌍극자를 형성하여 인가된 자기장과 평행한 방향으로 섬유구조를 형성하고, 이 섬유구조가 점도를 증가시켜 유체의 흐름을 방해하는 전단력이나 유동에 대한 저항력을 가져서 동적 항복응력을 크게 증가시킨다.　이때의 항복응력(yield stress)은 자기장의 세기에 따라 증가한다. 이와 같은 자기유변유체(45)는 하우징 내부에 가득차 있다. 한편, 자기유변유체(45)는 비압축성 유체로써 부피변화가 거의 없다.
자기장인가수단(44)은 외부로부터 전원을 제공받아 자기유변유체(45)에 자기장을 인가하여 자기유변유체(45)의 점성변화를 유도하는 구성요소로, 자기장인가수단(44)에 제공되는 전원 제어를 통해 다양한 저항력인 강성을 구현할 수 있다. 본 발명의 제1실시예에서의 자기장인가수단(44)은 도 10 내지 도 12에 나타낸 바와 같이, 자기장인가수단(44)의 중심에는 돌출봉(47)과 피스톤(43)이 삽입되는 자기장인가수단 홀이 형성된다. 다시 말하면, 자기장인가수단(44)은 돌출봉(47)과 피스톤(43)의 외주면을 따라 도선을 권취함으로써 형성된 솔레노이드 코일을 사용할 수 있다.
이때, 자기장의 세기는 권취된 도선 수 또는 자기장인가수단(44)에 제공되는 전원의 세기에 비례하여 증대된다. 이렇게 권취된 도선 수 또는 전원의 세기의 증대에 따라 자기장의 세기가 증대되면, 자기유변유체(45)는 분자간 체인 형성이 보다 강화되어 자기유변유체(45)의 점성을 증대시킨다. 이로 인해 외력에 대한 저항력인 강성이 증대되어 다양한 세기의 외력에 대한 강성을 구현할 수 있다.
한편, 자기장인가수단(44)은 측정수단을 통해 측정된 외력의 세기에 기초한 자기장의 형성을 통해 다양한 모드의 강성을 제공하기 위해 제어부(70)와 연결된다.
그리고, 탄성제공수단(49)은 외력에 따라 이동하는 작용판(42)에 탄성력을 제공한다. 본 발명의 제1실시예에서 탄성제공수단(49)은 스프링으로 구성될 수 있다. 여기서, 스프링은 나사선 모양으로 형성되어 피스톤(43)을 통해 작용판(42)에 탄성력을 제공한다. 이로 인해 탄성제공수단(49)은 작용판(42)에 가해진 외력에 따라 하부로 눌려지면서 형태가 변형되고 이로 인해 작용판(42)에 탄성력을 제공한다.
도 13은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합촉각제시 시스템의 구성도를 모식적으로 도시한 것이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 복합촉각제시 시스템은 앞서 언급한 복합촉각제시장치(100)가 구비된 마우스(60), 가상 물체에 대한 정보를 입력받는 입력부, 입력부에서 입력받은 정보를 분석하여 촉각정보를 생성하는 분석수단 및 분석수단에서 생성한 촉각정보를 기반으로 앞서 언급한 복합촉각제시장치(100)에 구비된 저주파구동부(20), 고주파구동부(30), 강성재현부 및 온열감 재현부(10)를 제어하는 제어부(70) 및 전원을 인가하기 위한 전원인가부(80) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 입력부, 분석수단 및 제어부(70)는 앞서 언급한 복합촉각제시장치(100)의 하부프레임(41)에 설치되어 질 수 있다. 입력부는 모니터 등의 디스플레이부(50)에서 디스플레이되는 물체의 정보를 입력받게 된다. 예를 들어 가상물체의 온도정보, 강성정보, 재질감정보, 미세형상정보 등을 인가받게 된다.
분석수단은 이러한 정보를 촉각으로 사용자에게 제공할 수 있도록 촉각정보로 변환하게 된다. 그리고, 제어부(70)는 이러한 촉각정보를 기반으로 저주파구동부(20), 고주파구동부(30), 강성 재현부(40) 및 온열감 재현부(10)를 제어하여, 다양한 촉각정보를 사용자에게 제공하게 된다.
즉, 가상물체에 대한 온도정보를 기반으로 제어부(70)는 온열감 재현부(10)를 제어하여 사용자에게 가상물체와 동일한 온도로 열전달판의 온도를 변화시켜 사용자에게 온도정보를 촉각으로 제공하게 된다. 또한, 가상물체의 강성정보(가상물체가 어느정도 단단한지)를 입력받아, 분석수단은 이러한 강성정보를 강성에 대한 촉각정보로 변환하게 되고, 제어부(70)는 강성 재현부(40)를 제어하여 자기장인가수단(44)에 인가되는 전류 등을 조절하여 자기유변유체(45)의 점성을 변환하여, 사용자에게 가상물체에 대응되는 강성, 댐핑력을 사용자에게 제공하게 된다.
또한, 가상물체의 재질감에 대한 정보를 입력받아, 제어부(70)는 피에죠 액추에이터(31)의 진동주기를 제어하여 사용자에게 표면 재질감에 대한 촉각정보를 제공하게 되고, 가상물체에 대한 다양한 정보는, 제어부(70)가 저주파구동부(20)에 구비된 다수의 리니어 액추에이터를 구동시켜 미세형상에 대한 촉각으로 사용자에게 제공하게 된다.
이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 복합촉감생성모듈의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 복합촉감생성모듈의 사시도를 도시한 것이다. 그리고, 도 15는 본 발명의 제2실시예에 따른 복합촉감생성모듈의 분해 사시도를 도시한 것이다. 또한, 도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 손가락을 상부하우징에 접촉시킨 상태에서의 복합촉감생성모듈의 사시도를 도시한 것이다. 본 발명의 제2실시예에 따른 구성과 기능은 구조적으로만 상이할 뿐, 기본적으로 앞서 언급한 제1실시예와 동일하고,
도 14 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 복합촉감생성모듈(100)는 저주파구동부(20), 고주파구동부(30), 강성 재현부(40) 및 온열감 재현부(10)를 포함하고 있음을 알 수 있다. 도 14 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 복합촉감생성모듈(100)은 사람의 손가락 등이 접촉되는 상부 하우징(11) 및 상부 하우징(11) 하부에 구비되는 고주파 진동판(32) 그리고, 고주파 진동판(32)과 소정간격 이격되어 하부에 구비되는 상부 프레임(33) 그리고, 상부프레임(33)과 소정간격 이격되어 하부에 구비되는 하부 프레임(41)을 포함하며, 이러한 고주파 진동판(32)과 상부 프레임(33) 사이에 저주파 구동부(20), 고주파 구동두(30)가 구비되며, 상부프레임(33)과 하부프레임(41) 사이에 강성 재현부(40)가 구비되게 된다.
보다 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 하우징(11)에는 후에 설명되는 저주파 구동부(20)에 구비되는 다수의 가동부(22)(핀)이 돌출 및 출몰하게 되는 다수의 홀(12)이 형성되어 있고, 열전도도가 큰 열전달판으로 구성됨을 알 수 있다. 온열감 재현부(10)는 제1실시예와 동일한 구성을 갖는다.
또한, 본 발명의 제2실시예에 따른 복합촉감생성모듈(100)에는, 상부 하우징(11)과 고주파 진동판(32)의 하단에 구비되는 저주파 구동부(20)를 포함하고 있다. 이러한 저주파 구동부(20)는 복수로 구성되며 이러한 복수의 저주파 구동부(20)는 소정 형태로 배치된 어레이 햅틱출력부(23)로 구성될 수 있다. 이러한 저주파구동부의 구체적인 구성은 앞서 언급한 제1실시예와 동일하다.
또한, 본 발명의 제2실시예에 따른 복합촉감생성모듈(100)는 도 14 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 고주파 진동판(32)과 상부 프레임(33) 사이에 고주파 구동부(30)와 저주파 구동부(20)가 구비되고, 상부 프레임(33)과 하부 프레임(41) 사이에 강성 재현부(40)가 구비되게 됨을 알 수 있다.
도 17은 본 발명의 제2실시예에 따른 복합촉감생성모듈의 단면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 18은 본 발명의 제2실시예에 따른 피에조 액추에이터의 구동에 의한 고주파진동판의 변위를 나타낸 단면도를 도시한 것이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 고주파 구동부(30)는 상부 하우징(11)과 고주파 진동판(32)에 마이크로 바이브레이션을 생성하여, 표면 재질감에 대한 촉각 정보를 제공하게 된다.
도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 고주파 구동부(30)는 고주파 진동판(32), 고주파 진동판(32)과 소정간격 이격되어 하부에 배치되는 상부프레임(33), 고주파 진동판(32)과 상부프레임(33) 사이의 일측에 구비되는 피에조 액추에이터(31) 등을 포함하고 있음을 알 수 있다.
고주파 진동판(32)은 상부 하우징(11)의 하단에 결합되며, 상부 프레임(33)의 하단으로는 후에 상세히 설명되는 강성 재현부(40)가 구비되게 된다. 피에조 액추에이터(31)는 멀티-스택 피에조 액추에이터(31)로 구성되며, 도 17, 도 18에 도시된 바와 같이, 고주파 진동판(32)과 상부 프레임(33)의 사이 일측에 구비되게 된다.
또한, 본 발명의 제2실시예에 따른 고주파 구동부(30)의 고주파 진동판(32)과 상부 프레임(33) 사이 타측에는 도 17에 도시된 바와 같이, 탄성부재(34)(예를 들어, 코일 스프링)가 구비되게 된다. 또한, 피에조 액추에이터(31)의 상부와 고주파 진동판(32) 사이에는 제1플렉셔 부재(35)(Flexure structure)가 구비되게 된다. 이러한 제1플렉셔 부재(35)는 상부프레임(32)과 하부프레임(33)의 사이 일측에 더 구비될 수 있다. 또한, 고주파 진동판(32)과 상부 프레임(33) 사이 일측에 제1플렉셔 부재(35)과 소정간격 이격되어 제2플렉셔 부재(36)가 구비되게 된다.
제1플렉셔 부재(35), 제2플렉셔 부재(36)는 도 17, 18에 도시된 바와 같이, 양측면이 내측으로 오목한 오목부를 형성하고 있다. 따라서 이러한 구조에 의해, 피에조 액추에이터(31)가 구동되게 되는 경우, 고주파 진동판(32)과 상부 하우징(11)이 일체로, 제2플렉셔 부재(36)를 기준으로 틸팅 진동을 하게 됨을 알 수 있다.. 따라서 이러한 진동에 의해 사용자에게 표면 재질감에 대한 촉각정보를 전달하게 된다. 이러한 구조를 적용하게 됨으로써, 손가락이 접촉된 부분에 피에조의 변위를 증폭시킬 수 있게 된다. 즉, 도 18에 도시된 바와 같이, 피에조 액추에이터(31)를 구동시키면, 손가락이 닿아 있는 위치에서 변위가 증폭되어, 다양한 진동감과 패턴을 사용자에게 전달하여 재질감을 재현할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 제2실시예에 따른 복합촉감생성모듈은 강성 재현부(40)를 포함하고 있다. 이러한 강성 재현부(40)의 구성은 앞서 언급한 제1실시예와 동일하다.
도 19는 본 발명의 제2실시예에 따른 복합촉감생성모듈, 그 복합촉감생성모듈이 구비된 마우스를 나타낸 사시도를 도시한 것이다.
도 19에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 복합촉각제시 시스템은 앞서 언급한 복합촉감생성모듈(100)이 구비된 마우스(60), 가상 물체에 대한 정보를 입력받는 입력부, 입력부에서 입력받은 정보를 분석하여 촉각정보를 생성하는 분석수단 및 분석수단에서 생성한 촉각정보를 기반으로 앞서 언급한 복합촉감생성모듈(100)에 구비된 저주파 구동부(20), 고주파 구동부(30), 강성재현부 및 온열감 재현부(10)를 제어하는 제어부(70) 및 전원을 인가하기 위한 전원인가부(80) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 입력부, 분석수단 및 제어부(70)는 앞서 언급한 복합촉감생성모듈(100)의 하부 프레임(41)에 설치되어 질 수 있다. 입력부는 모니터 등의 디스플레이부(50)에서 디스플레이되는 물체의 정보를 입력받게 된다. 예를 들어 가상물체의 온도정보, 강성정보, 재질감 정보, 미세형상정보 등을 인가받게 된다.
분석수단은 이러한 정보를 촉각으로 사용자에게 제공할 수 있도록 촉각정보로 변환하게 된다. 그리고, 제어부(70)는 이러한 촉각정보를 기반으로 저주파 구동부(20), 고주파 구동부(30), 강성 재현부(40) 및 온열감 재현부(10)를 제어하여, 다양한 촉각정보를 사용자에게 제공하게 된다.
즉, 가상물체에 대한 온도정보를 기반으로 제어부(70)는 온열감 재현부(10)를 제어하여 사용자에게 가상물체와 동일한 온도로 열전달판의 온도를 변화시켜 사용자에게 온도정보를 촉각으로 제공하게 된다. 또한, 가상물체의 강성정보(가상물체가 어느 정도 단단한지)를 입력받아, 분석수단은 이러한 강성정보를 강성에 대한 촉각정보로 변환하게 되고, 제어부(70)는 강성 재현부(40)를 제어하여 자기장인가수단(44)에 인가되는 전류 등을 조절하여 자기유변유체(45)의 점성을 변환하여, 사용자에게 가상물체에 대응되는 강성, 댐핑력을 사용자에게 제공하게 된다.
또한, 가상물체의 재질감에 대한 정보를 입력받아, 제어부(70)는 피에조 액추에이터(31)의 진동주기를 제어하여 사용자에게 표면 재질감에 대한 촉각정보를 제공하게 되고, 가상물체에 대한 다양한 정보는, 제어부(70)가 저주파 구동부(20)에 구비된 다수의 리니어 액추에이터를 구동시켜 미세형상에 대한 촉각으로 사용자에게 제공하게 된다.

Claims (16)

  1. 가상 물체의 촉각정보를 제공하기 위한 복합촉감생성모듈에 있어서,
    피에조 액추에이터에 의해 고주파 진동판을 진동시켜 재질감에 대한 촉각을 제공하는 고주파 구동부; 및
    상기 고주파 진동판 일면에서 돌출 및 출몰하는 다수의 미세돌기에 의해 촉각을 제공하는 저주파 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고주파 진동판의 강성을 변화시켜 강성정보에 대한 촉각을 제공하는 강성 재현부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 고주파 진동판의 온도를 변화시켜 온열감 정보를 제공하는 온열감 재현부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 고주판 진동판에는 다수의 홀이 형성되고,
    상기 저주파 구동부는,
    인가되는 전류의 세기에 따라, 다른 세기를 갖는 자기장을 발생시키는 솔레노이드 및 상기 솔레노이드에서 발생되는 자기장의 세기에 대응하여 상하로 이동함으로써 촉각을 제공하는 가동부를 포함하고,
    상기 저주파 구동부는 복수이고, 상기 복수의 저주파 구동부는 소정 형태로 배치된 어레이 햅틱출력부를 구성하는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 고주파 진동판과 소정간격 이격되어 하부에 배치되는 상부프레임과 상기 상부프레임과 소정간격 이격되어 하부에 배치되는 하부 프레임을 더 포함하고, 상기 피에조 액추에이터는 상기 고주파 진동판과 상기 상부프레임 사이 일측에 구비되며, 상기 강성재현부는 상기 상부프레임과 상기 하부프레임 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 피에조 액추에이터의 상부에 구비되는 제1플렉셔 부재 및 상기 상부프레임과 상기 하부프레임 사이 타측에 구비되는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 고주파 진동판과 상기 상부프레임 사이 일측에 제2플렉셔 부재를 더 포함하고,
    상기 피에조 액추에이터에 의해 상기 고주파 진동판은 상기 제2플렉셔 부재를 중심으로 틸팅 진동되어 재질감에 대한 촉각을 제공하는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 고주파 진동판은 열전달이 가능한 열전달판으로 구성되고,
    상기 열전달판과 연결되어 상기 열전달판의 온도를 변화시키는 온도변화수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 온도변화수단은 펠티어소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 강성재현부는 자기유변유체를 이용한 강성구현모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 강성구현모듈은,
    자기유변유체를 내부에 수용하는 몸체, 상기 몸체의 상부에 구비되어 외력이 작용하는 작용판, 상기 작용판과 연결되어 상기 몸체 내에서 일방향으로 왕복하는 피스톤 및 상기 몸체 내부에 구비되어 상기 자기유변유체에 자기장을 인가하는 자기장인가수단을 포함하여, 인가된 자기장에 의해 상기 자기유변유체의 점성이 변화되어 상기 외력에 대한 저항력인 강성을 구현하는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈.
  12. 제 1항, 제2항 및 제4항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 복합촉감생성모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 마우스.
  13. 복합촉감생성모듈을 이용한 복합촉각제시방법에 있어서,
    고주파 구동부의 피에조 액추에이터에 의해 고주파 진동판을 진동시켜 재질감에 대한 촉각을 제공하는 단계; 및
    상기 고주파 진동판 일면에서 전자기력에 의해 돌출 및 출몰하는 다수의 미세돌기를 갖는 저주파 구동부에 의해 촉각을 제공하는 저주파 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈을 이용한 복합촉각제시방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    강성재현부가 상기 고주파 진동판의 강성을 변화시켜 강성정보에 대한 촉각을 제공하는 단계 및
    온열감 재현부가 상기 고주파 진동판의 온도를 변화시켜 온열감 정보를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈을 이용한 복합촉각제시방법.
  15. 컴퓨터에 의해 판독 가능하여, 제 13항 또는 제14항에 따른 복합촉각제시방법을 실행시키기 위한 프로그램 코드가 기록된 기록매체.
  16. 가상의 물체에 대한 정보를 입력받는 입력부;
    상기 입력부에서 입력받은 정보를 분석하여 촉각정보를 생성하는 분석수단; 및
    제 3항에 따른 복합촉감생성모듈;
    상기 촉각정보를 기반으로 상기 복합촉감생성모듈에 구비된 고주파 구동부, 저주파 구동부, 강성재현부 및 온열감재현부 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합촉각제시시스템.
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