WO2016171335A1 - 촉감 전달 장치 및 이를 구비한 사용자 인터페이스 시스템 - Google Patents

촉감 전달 장치 및 이를 구비한 사용자 인터페이스 시스템 Download PDF

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WO2016171335A1
WO2016171335A1 PCT/KR2015/008332 KR2015008332W WO2016171335A1 WO 2016171335 A1 WO2016171335 A1 WO 2016171335A1 KR 2015008332 W KR2015008332 W KR 2015008332W WO 2016171335 A1 WO2016171335 A1 WO 2016171335A1
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wire
moving member
horizontal
vertical
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김기훈
황동현
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Korea Institute of Science and Technology KIST
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    • G06F2203/0384—Wireless input, i.e. hardware and software details of wireless interface arrangements for pointing devices

Definitions

  • the present invention relates to a tactile transfer device and a user interface system having the same, and more particularly, to a wearable tactile transfer device and a user interface system having the same for transmitting a touch to a finger to a user.
  • the tactile transmission device generally transmits the output of a drive generation unit (actuator) such as a motor to the link, and forms a tactile touch to the finger by applying a force to the distal end fitted to the finger through the link.
  • actuator such as a motor
  • the tactile transmission device often has a form of an exoskeleton covering the wrist and the hand, such as being located at the back of the hand or the wrist and transferring the output of the drive generation part to the finger.
  • the present specification discloses a tactile delivery device and a user interface system including the same, in which the structure is simple and excellent in wearability and mobility, and various types of tactile sensations can be presented.
  • the tactile transmission device for transmitting the touch to the user's finger the ring-shaped body to be fitted to the finger, the movable member is formed so as to be movable relative to the body, and the movable member And a plurality of wire-type actuators formed to be in contact with each other, wherein the wire-type actuators are solid-state actuators that vary in length when energy is applied, and the force is applied to the moving member as the plurality of wire-type actuators change in length.
  • a tactile transfer device is provided in which a member moves in position with respect to the body, and a contact portion formed in the movable member contacts a user's finger to transmit a tactile feeling as the movable member moves.
  • At least one end of the plurality of wire-like actuators is fixed to the body, and each wire-type actuator is contracted in length to pull the moving member when the energy is applied.
  • the moving member is a vertical moving member moving relative to the body in a vertical direction toward the skin of the finger, and a horizontal moving member moving relative to the vertical moving member in a horizontal direction perpendicular to the vertical direction.
  • the contact portion is formed in the horizontal moving member to face the finger.
  • the contact portion is formed in the form of a protrusion protruding toward the finger.
  • the body is fixed in position so that a gap is formed between the upper surface of the contact portion and the finger when the vertical movement member is moved to the bottom.
  • the wire-type actuator includes a vertical drive wire both ends are fixed to the body, the middle portion of the length extending to surround the lower end of the vertical moving member, by applying energy to the vertical drive wire As the contraction contracts, the vertical movement member moves upwardly approaching the finger.
  • the body is formed with a spring for applying a force downward, and when the energy applied to the vertical drive wire is cut off, the vertical moving member is moved downward by the force of the spring.
  • the wire-type actuator one end is fixed to one side of the body and the other end is fixed to one side of the horizontal moving member, and one end is fixed to the other side of the body
  • the other end includes a second horizontal driving wire fixed to the other surface of the horizontal moving member, wherein the first horizontal driving wire and the second horizontal driving wire are arranged to pull the horizontal moving member in opposite directions.
  • the horizontal moving member is moved horizontally with respect to the body by applying energy to selectively retract the first horizontal drive wire and the second horizontal drive wire.
  • the side and the upper surface of the body is formed with a wire receiving groove for accommodating the first horizontal drive wire and the second horizontal drive wire, the first horizontal drive wire and the second horizontal drive A wire extends around the side and the upper surface of the body along the wire receiving groove.
  • the upper end of the body a control device for controlling the length deformation of the wire-type actuator, a battery for supplying power to the control device, and for transmitting a control signal transmitted from the outside to the control device
  • a wireless communication device is provided.
  • the body includes an upper frame surrounding the upper end of the finger, and a lower frame surrounding the lower end of the finger, the length of the upper frame extending in the longitudinal direction of the finger length of the lower frame Longer than
  • a user interface system for moving an avatar in response to a movement of a finger, comprising: a tactile transmission device and a computer for interlocking the movement of the avatar and a finger, wherein a predetermined contact occurs in the avatar
  • the user interface system is provided to transmit a tactile touch by the contact part of the user's finger.
  • the tactile transmission device of the user interface system may move upward when the vertical moving member approaches the finger while the vertical moving member contacts the finger so that the contact portion presses the finger,
  • the vertical moving member reciprocates upward and downward to cause the contact portion to vibrate the finger.
  • the horizontal moving member moves in a horizontal direction, and the contact portion applies shear force to the finger.
  • the user interface system includes a plurality of tactile delivery devices that are fitted every finger of a hand or every node of a finger.
  • FIG. 1 is a combined perspective view of a tactile transmission device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the tactile transmission device of FIG. 1.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the tactile transmission device of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a perspective view of a main body of the tactile transmission device of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a front view of the main body of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a left side view of the main body of FIG. 3.
  • FIG. 6 is a plan view of the main body of FIG. 3.
  • FIG. 7 is a right side view of the main body of FIG. 3.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 3.
  • 9 and 10 are diagrams for describing an operation of the tactile transmission device of FIG. 1.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram of a tactile transmission device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a side view of a tactile delivery device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 illustrates a state in which a plurality of tactile transmission devices are worn on one hand.
  • 14A and 15A illustrate a user interface system according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 14A and 15A are views for explaining the operation of the tactile transmission device corresponding to FIGS. 14A and 15A, respectively.
  • FIG. 1 is a combined perspective view of a tactile transmission device 1 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an exploded perspective view of the tactile transmission device 1.
  • the tactile transmission device 1 is coupled to the main body 10 for transmitting the tactile sense to the user, and the front and rear of the main body 10, the main body 10 to the user's finger And a front clamp 12 and a rear clamp 11 for positioning.
  • the main body 10 is formed to be in contact with the ring-shaped body 100 to be fitted to the finger, the movable member 200 formed so as to be movable relative to the body 100, and the movable member 200. And a plurality of wired actuators 410, 420, 430, 440.
  • the body 100 includes an upper frame 110 having a substantially "C" shape, and a lower frame 150 coupled to the upper frame 110.
  • a circular space 101 is formed in the middle of the body 100, and a user's finger is fitted into the space 101.
  • the moving member 200 is formed to be movable in position with respect to the lower frame 150.
  • the moving member 200 is provided with a contact portion 300 protruding toward the inside of the space 101.
  • the contact part 300 may have a flat protrusion having a square cross section, but may be formed in various shapes such as hemispherical shape.
  • Each of the wire-type actuators 410, 420, 430, 440 according to the present embodiment is a solid-state actuator composed of one strand of wire.
  • Solid-state actuators are actuators that deform the solid-phase material to generate mechanical energy such as force and displacement when energy (electricity, heat, etc.) is applied from the outside.
  • shape memory alloy SMA
  • shape memory polymer shape memory polymer
  • dielectric elastomer may be used as the wire-type actuator according to the present embodiment.
  • the wire actuator according to the present embodiment is a single strand of wire made of SMA material, and is configured to actively change length when energy is applied.
  • the contact part 300 contacts the user's finger to transmit a touch.
  • the contact portion 300 may be a pressure sensor or a force sensor that can determine whether the contact with the finger.
  • FIG. 3 is a perspective view of the main body 10 according to the present embodiment
  • FIG. 4 is a front view of the main body 10
  • FIG. 5 is a left side view of the main body 10
  • FIG. 6 is a plan view of the main body 10
  • 7 is a right side view of the main body 10.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 3.
  • the fixed ends of the wire-type actuators 410, 430, and 440 are separately shown for convenience of description.
  • the body 100 is formed in such a manner that a part of the lower frame 150 is fitted to the upper frame 110 to have a ring shape having a circular space 101.
  • the lower frame 150 includes front frames 151 and 152 and rear frames 153 and 154 spaced apart from each other to fit the length of the upper frame 110.
  • Two side frames 155 and 156 connect across the front frame 151 and 152 and the rear frame 153 and 154.
  • the moving member 200 is a vertical moving member 210 moving relative to the body 100 in a vertical direction (z direction) facing the skin of the finger, and in a horizontal direction (y direction in this embodiment) perpendicular to the vertical direction. And a horizontal moving member 250 that moves relative to the vertical moving member 210.
  • the vertical moving member 210 includes a body part 211, an extension part 213 extending from both ends of the body part 211, and a guide part 214 formed at an end of the extension part 213.
  • the body portion 211 has a substantially semi-circular shape and has a length that spans the front frames 151 and 152 and the rear frames 153 and 154 as a whole.
  • the body portion 211 is disposed to be mounted on the front frames 151 and 152 and the rear frames 153 and 154 in the inner space 101.
  • the extension 213 is fitted in the gap between the front frame 151, 152 and the rear frame 153, 154.
  • the guide portion 214 protrudes laterally from the extension portion 213 and has a length that spans two frames on the outside of the front frame 151, 152 and the rear frame 153, 154.
  • the guide part 214 is in close contact with the side surfaces of the front frame 151, 152 and the rear frame 153, 154, and serves to guide the vertical moving member 210 to move vertically in a straight line without rotating.
  • a hole having a rectangular cross section is formed therethrough, and the moving body 251 of the horizontal moving member 250 is inserted in the hole so as to be slidable. Left and right ends of the moving body 251 are exposed to the outside through the opening 216 of the hole.
  • the upper end of the body portion 211 is formed with an upper opening 212 communicating with the hole.
  • the contact portion 300 has a head having a length greater than the width of the top opening 212 and a neck extending from the head through the top opening 212 and coupled to the moving body 251.
  • the horizontal moving member 250 moves in a horizontal direction with respect to the vertical moving member 210 along the longitudinal direction (y direction) of the upper opening 212.
  • the main body 10 includes two rows of wire-type actuators (hereinafter referred to as "vertical drive wires") 410 and 420 for vertically moving the vertical moving member 210.
  • vertical drive wires hereinafter referred to as "vertical drive wires”
  • Both ends of the first vertical driving wire 410 are fixed by bolts at fixed ends 411 and 412 formed at the upper end of the upper frame 110, respectively.
  • the first vertical driving wire 410 having both ends fixed to the fixed ends 411 and 412 extends along the surface of the upper frame 110 so that an intermediate portion of the length is an extension 213 of the vertical moving member 210. It extends to surround the bottom of the body portion 211 through the outer surface of the.
  • the wire receiving groove 112 is formed to extend in the width direction (y direction) of the upper frame 110 from the fixed end 412, vertical to one side of the upper frame 110
  • the wire receiving groove 111 is formed downward.
  • the wire receiving groove 157 is formed in the side frame 155 of the lower frame 150 vertically downward, and the wire receiving groove 214 is formed around the bottom of the vertical moving member 120.
  • the wire receiving groove 160 is formed in the other side frame 156 of the lower frame 150, and the wire receiving groove 124 and the wire receiving groove 125 are formed in the upper frame 110 to fix the end 411. Extends to).
  • the first vertical drive wire 410 extending from the fixed end 412 extends to the fixed end 411 in a form accommodated in the wire receiving grooves 112, 111, 157, 214, 160, 124, and 125. .
  • the first vertical driving wire 410 is formed to have a slight elasticity, and both ends thereof are fixed to the two fixed ends 411 and 412 in a stretched state. Accordingly, the first vertical drive wire 410 is in a state of shrinking in length (independent of power supply), and the tension is as close as possible to the circumference of the main body 10 as a whole.
  • Both ends of the second vertical driving wires 420 are fixed by bolts at fixed ends 421 and 422 formed at the rear end of the upper frame 110, respectively.
  • the second vertical drive wire 420 having both ends fixed to the fixed ends 421 and 422 extends along the surface of the upper frame 110 so that an intermediate portion of the length is an extension 213 of the vertical moving member 210. It extends to surround the bottom of the body portion 211 through the outer surface of the.
  • the wire receiving groove 120 is formed to extend in the width direction (y direction) of the upper frame 110 from the fixed end 422, vertical to one side of the upper frame 110
  • the wire receiving groove 119 is formed downward.
  • the wire receiving groove 159 is formed in the side frame 155 of the lower frame 150 vertically downward, and the wire receiving groove 215 is formed around the lower end of the vertical moving member 120.
  • the wire receiving groove 162 is formed in the other side frame 156 of the lower frame 150, and the wire receiving groove 121 and the wire receiving groove 126 are formed in the upper frame 110 to fix the end 421. Extends to).
  • the second vertical driving wire 420 extending from the fixed end 422 extends to the fixed end 421 in a form accommodated in the wire receiving grooves 120, 119, 159, 215, 162, 121, and 126. .
  • the second vertical driving wire 420 is also formed to have a slight elasticity, and both ends of the second vertical driving wire 420 are fixed to the two fixed ends 421 and 422 in a stretched state. Accordingly, the second vertical drive wire 420 has a state of shrinking in length (independent of power supply), and the tension is as close as possible to the circumference of the main body 10 as a whole.
  • coil springs 131 and 132 are coupled to a lower end of the upper frame 110, and lower ends of the coil springs 131 and 132 abut two guide parts 214, respectively.
  • the coil springs 131 and 132 are arranged in a slightly compressed state even when the vertical moving member 210 is positioned downward, and applies a force for pressing the vertical moving member 210 downward.
  • the force of the first vertical drive wire 410 and the second vertical drive wire 420 to contract (without power applied) is balanced with the restoring force of the coil springs 131 and 132 so that the vertical moving member 210 is actively controlled.
  • the position is fixed without adding.
  • the fixed end of the vertical driving wire is the lowermost end of the vertical moving member 210. Since the height is formed compared to the vertical movement member 210 is pulled toward the fixed end (411, 412) is to move vertically upward. At this time, the coil springs 131 and 132 are compressed to store the elastic restoring force.
  • the main body 10 includes two lines of wire-type actuators (hereinafter, referred to as "horizontal driving wires") 430 and 440 for horizontally moving the horizontal moving member 250.
  • horizontal driving wires two lines of wire-type actuators
  • One end of the first horizontal driving wire 430 is fixed by a bolt at a fixed end 431 formed on one side of the upper frame 110, and the other end is a horizontal moving member protruding outward of the vertical moving member 210 ( It is fixed by a bolt at a fixed end 253 formed on one side lower end of the moving body 251 of 250.
  • the wire receiving groove 252 is formed adjacent to the fixed end 253, and the wire receiving groove 158 is formed in the vertical direction in the middle of the side frame 155.
  • the wire receiving groove 118 is formed in a vertical direction by moving the fixing end 431, the wire extending substantially over the entire width of the upper frame 110 at the upper end of the upper frame 110
  • the receiving groove 117 is formed.
  • the other side of the upper frame 110 is formed with a wire receiving groove 122 is formed in a substantially "U" shape, the wire receiving groove 116 parallel to the wire receiving groove 117 on the upper end of the upper frame 110. ) Is formed.
  • the first horizontal drive wire 430 extending from the fixed end 253 extends through the wire receiving groove 158 slightly over the wire receiving groove 252, and the wire receiving groove 118 and the wire receiving groove 117. It extends to the other side of the upper frame 110 through.
  • the first horizontal drive wire 430 extends through the wire receiving groove 122 having a “U” shape, extends downwardly to the side of the upper frame 110, and then upwardly and changes upward, and then the wire receiving groove 116. Extends to the fixed end 431 formed on the same side as the fixed end 253.
  • the first horizontal drive wire 430 When the first horizontal drive wire 430 is contracted, the first horizontal drive wire 430 is pulled toward the fixed end 431. At this time, the direction of the force is changed through the wire receiving groove 122 so that the horizontal moving member ( The main body 251 of the 250 is horizontally moved to the end side where the fixed end 253 is formed.
  • the first horizontal driving wire 430 is formed to have a slight elasticity, and both ends of the first horizontal driving wire 430 are fixed to the two fixed ends 431 and 253 in a state where the first horizontal driving wire 430 is stretched and is slightly extended from the original length. Accordingly, the first horizontal drive wire 430 is in a state of shrinking in length (independent of power supply), and the tension is as close as possible to the circumference of the main body 10 as a whole.
  • the length contraction of the first horizontal drive wire 430 is immediately reflected in the movement of the horizontal moving member 250, and the length of the first horizontal drive wire 430 without being separated from the main body 10 only by the shape accommodated in the groove-shaped wire receiving groove. It can be fixed globally. Furthermore, since the first horizontal drive wire 430 extends to wind the side and the upper surface of the body 100 along the wire receiving grooves, the first horizontal drive wire 430 is sufficient to move the horizontal moving member 250. Length can be secured (for example, SMA wire can be stretched by about 4% of the total length).
  • One end of the second horizontal driving wire 440 is fixed by a bolt at a fixed end 441 formed on one side of the upper frame 110, and the other end is a horizontal moving member protruding outward of the vertical moving member 210. It is fixed by a bolt at a fixed end 255 formed at the other end of the moving body 251 of 250.
  • the wire receiving groove 254 is formed adjacent to the fixed end 255, and the wire receiving groove 161 is formed in the middle of the side frame 156 in the vertical direction.
  • the wire receiving groove 123 is formed in the vertical direction by deviating the fixed end 441, and the wire extending substantially over the entire width of the upper frame 110 at the upper end of the upper frame 110.
  • the receiving groove 115 is formed.
  • a wire receiving groove 113 is formed in a substantially "U" shape, the wire receiving groove 114 in parallel with the wire receiving groove 115 at the top of the upper frame 110. ) Is formed.
  • the second horizontal driving wire 440 extending from the fixed end 255 extends through the wire receiving groove 161 slightly over the wire receiving groove 254, and the wire receiving groove 123 and the wire receiving groove 114. It extends to the other side of the upper frame 110 through.
  • the second horizontal drive wire 440 extends through the wire receiving groove 113 having a “U” shape, extends downwardly to the side of the upper frame 110, and then upwards in the opposite direction, and again, the wire receiving groove 115. It extends to the fixed end 441 formed on the same side as the fixed end 255 through the ().
  • the second horizontal drive wire 440 When the second horizontal drive wire 440 is contracted, the second horizontal drive wire 440 is pulled toward the fixed end 441. At this time, the direction of the force is changed through the wire receiving groove 113 to move the horizontal moving member ( The main body 251 of the 250 is moved horizontally to the end side where the fixed end 255 is formed.
  • the second horizontal driving wire 440 is disposed to pull the horizontal moving member 250 in a direction opposite to the first horizontal driving wire 430.
  • the second horizontal driving wire 440 is formed to have a slight elasticity, and both ends of the second horizontal driving wire 440 are fixed to the two fixed ends 441 and 255 in a state where the second horizontal driving wire 440 is stretched and is slightly longer than the original length.
  • the front clamp 12 has a forceps 15 that form a substantially circular shape to form a space 16 into which a finger can be fitted.
  • the forceps 15 have an elasticity of a predetermined strength and are adapted to form a space 16 defining a circumference that is slightly smaller than the circumference of the average finger of an adult.
  • the forceps 15 closely adheres to the outside of the finger and has elasticity and tightens the finger, thereby firmly fixing the main body 10 (more specifically, the body 100 of the main body 10 as described below) to the finger. Do it.
  • the rear clamp 11 has a forceps 13 having a structure substantially the same as the front clamp 12, and formed in a substantially circular shape to form a space 14 into which a finger can be inserted.
  • the length of the front clamp 12 is longer than the length of the rear clamp 11, but is not necessarily limited thereto.
  • the sizes of the front clamp 12 and the rear clamp 11 may be customized to the user's finger, and may be omitted depending on the use portion of the tactile transmission device 1.
  • an elastic rigid pad corresponding to the shape of the space 101 of the upper frame 110 may be formed so that the upper frame 110 is fixed to the finger with an appropriate strength and posture.
  • the tactile transmission device 1 is fitted to the last node of the finger where the nail is located.
  • the length of the tactile transmission device 1 including the main body 10 and the clamp is formed so as not to exceed one word of the finger.
  • the tactile transmission device 1 may be formed in various sizes according to the thickness and length of the finger nodes of the sexes.
  • the vertical driving wires 410 and 420 are contracted in length to pull the vertical moving member 210.
  • the vertical moving member 210 moves upward.
  • the contact portion 300 moves upward together, and after being raised by the interval h, the contact portion 300 comes into contact with the skin of the finger.
  • the contraction length of the vertical drive wires 410 and 420 can be controlled by adjusting the density of electrical energy, and the user moves the vertical movement member 210 further upward while the contact portion 300 is in contact with the skin of the finger. In addition to the sense of contact with the finger will feel a pressure of a predetermined strength.
  • the contact part 300 may be touched / released from the finger and the user may feel vibration.
  • the vertical moving member 210 through the vertical movement of the vertical moving member 210, three senses of contact, pressure and vibration can be selectively transmitted to the user.
  • the horizontal moving member 250 moves to the right side in FIG. 8 while the contact portion 300 sweeps a finger to provide a shear force in the right direction. .
  • the second horizontal drive wire 440 having an elastic force is to store the elastic restoring force as the length increases.
  • the first horizontal drive wire 430 When the electrical energy applied to the first horizontal drive wire 430 is cut off, the first horizontal drive wire 430 is returned to its original state, and the second horizontal drive wire 440 is horizontally contracted by the elastic restoring force, thereby being horizontal. Pulling the movable member 260 to the left causes the contact portion 300 to return to the initial center position.
  • the contact portion 300 When the contact portion 300 returns to the initial center position, when electrical energy is applied to the second horizontal drive wire 440 to contract, the horizontal movement member 250 moves to the left side and the contact portion 300 sweeps a finger to the left side. Provides shear force in the direction. At this time, the first horizontal drive wire 430 having the elastic force is to store the elastic restoring force as the length increases.
  • the second horizontal drive wire 440 When the electrical energy applied to the second horizontal drive wire 440 is cut off, the second horizontal drive wire 440 is returned to its original state, and the first horizontal drive wire 430 is horizontally contracted by the elastic restoring force, thereby horizontally The moving member 260 is pulled to the right so that the contact portion 300 returns to the initial center position.
  • each of the vertical drive wires 410 and 420 and the horizontal drive wires 430 and 440 can be independently controlled in length, and by selectively controlling the above wires, contact, compression, vibration, and shear force transmission. Four senses can be delivered to the user.
  • the tactile transmission device 1 uses a very thin wire-type actuator as a driver, it can exert a very large force relative to the weight.
  • simply increasing the thickness of the wire-type actuator is very large, so that the increase in force to weight is very large, making it easy to downsize the device.
  • the haptic transmission device 1 can be miniaturized and wirelessized to maximize the user's wearability.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram of the wireless tactile transmission device 1. In FIG. 11, only the main body 10 of the tactile transmission device 1 is shown.
  • a thin panel may be attached to the upper frame 110 of the main body 10, and a control device 22 and a small battery 21 may be mounted on the panel.
  • the wireless communication device 23 for wireless communication may be mounted together.
  • the small battery 21 supplies power for driving the control device 22 and the wire type actuator.
  • the control device 22 controls the length deformation by applying electrical energy to the wire-type actuators.
  • the control device 22 and the respective wire-type actuators are electrically connected through wires for the application of electrical energy.
  • the wireless communication device 23 transmits a control signal transmitted from the outside to the control device through wireless communication.
  • the control signal may be a signal specifying a length variation value of the wire type actuators, or may simply be an information signal about a contact state with respect to the avatar. In the latter case, the control device 22 controls the length of the actuator by converting the corresponding signal into the length variation value of the wire-type actuators through a preloaded program.
  • a control panel 22, a battery 21, and a wireless communication device 23 are disposed with a separate panel mounted on the upper frame, but is not limited thereto.
  • the user may feel the body 100 tightening around the finger, rather than feeling the contact portion 300 pressing the skin of the finger.
  • FIG. 12 shows a tactile transmission device 1 according to another embodiment of the present invention for mitigating this phenomenon.
  • the tactile transmission device has a different shape of the main body 10 ′′, and specifically, the length of the upper frame 110 ′ is longer than that of the lower frame 150.
  • the reaction force exerted on the finger by the upper frame 110 'when the contact portion 300 presses the finger over a relatively large area of the upper frame 110' (as shown by the arrow in FIG. 12). Can be dispensed to alleviate the feeling of the user tightening around the finger.
  • the width of the upper frame 110 ′ is large so that a space for mounting the battery 41, the control device 42, the wireless communication device 43, and the like can be secured without installing a separate panel or the like. Can be.
  • the tactile transmission device 1 since the tactile transmission device 1 according to the present embodiment is very small in size, a plurality of tactile transmission devices 1 may be sandwiched for each finger of a finger and / or for every node of a finger to configure a series of systems. have.
  • FIG. 13 shows a state where a plurality of tactile transmission devices 1 are worn on one hand.
  • FIG. 13 only the main body 10 of the tactile transmission device 1 is shown for convenience of illustration.
  • a plurality of tactile transmission devices 1 can be fitted to various portions of a finger and can be controlled by one control device 32.
  • control device 32 may be configured by a CPU of a small computer such as a smart watch 30, and the battery 31 of the smart watch 30 as a power source for supplying electrical energy. Can be used.
  • a user interface system that moves an avatar in response to the movement of a finger can be configured.
  • FIGS. 14A and 15A illustrate a user interface system according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 14B and 15B are diagrams for describing an operation of a tactile transmission device corresponding to FIGS. 14A and 15A, respectively.
  • two tactile transmission devices 1 and 1 ′ are worn on a user's finger, and a graphic (avatar) 5 and 6 operated by each finger is displayed on the monitor 3. do.
  • a computer (not shown) associates the movement of the user's finger with graphics 5 and 6 displayed on the monitor 3. Specifically, the cam 7 tracks the position of two fingers (or two tactile transmission devices), and as the user moves a finger, the two finger graphics 5 and 6 move correspondingly.
  • the signal is transmitted to the control device of the tactile transmission device, and the control device of the tactile communication device is connected to the finger as shown in FIG. 14A. Approach the finger to touch.
  • the contacts of the two tactile transmission devices When the user takes an action to hold the object graphic 4 with a stronger force, the contacts of the two tactile transmission devices further press the corresponding finger so that the user can feel the corresponding pressure.
  • the contact portion reciprocates correspondingly and transmits vibration to the finger.
  • the object graphic 4 ' can be set to have a predetermined weight.
  • the finger skin feels the shear force of the skin downward due to the weight of the cup along with the pressure caused by contact with the object.
  • the vertical moving member moves horizontally while the horizontal moving member moves horizontally to simultaneously provide the user with pressure (direction of left and right arrows in FIG. 15B) and shear force (vertical arrow direction in FIG. 15B).
  • the user can feel the contact with the object and the weight at the same time just by operating the finger in the air.
  • the user interface system allows the virtual graphics to operate, but is not limited thereto.
  • Areas that need to convey the sensations that are felt when gripping and manipulating objects in virtual and augmented reality such as the entertainment field such as games and online shopping, the sensory rehabilitation medical field, education and travel, exhibition arts and fairs, etc. It can be used in various fields.
  • the present invention may be used to provide a user interface in the next-generation computer field where humans and computers interact.

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Abstract

사용자의 손가락에 촉감을 전달하기 위한 촉감 전달 장치는, 손가락에 끼워지는 링 형의 몸체와, 상기 몸체에 대해 위치 이동 가능하게 형성되는 이동 부재와, 상기 이동 부재에 접하도록 형성되는 복수의 와이어 형 액츄에이터를 포함하고, 상기 와이어 형 액츄에이터는 에너지를 인가하면 길이 변화하는 고체상 액츄에이터이고, 상기 복수의 와이어 형 액츄에이터가 길이 변화함에 따라 상기 이동 부재에 힘을 가하여, 상기 이동 부재가 상기 몸체에 대해 위치 이동하고, 상기 이동 부재의 이동에 따라 상기 이동 부재에 형성된 접촉부가 사용자의 손가락에 접촉하여 촉감을 전달한다.

Description

촉감 전달 장치 및 이를 구비한 사용자 인터페이스 시스템
본 발명은 촉감 전달 장치 및 이를 구비한 사용자 인터페이스 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용자에 손가락에 촉감을 전달하기 위한 착용형 촉감 전달 장치 및 이를 구비한 사용자 인터페이스 시스템에 관한 것이다.
[국가지원 연구개발에 대한 설명]
본 연구는 한국과학기술연구원의 주관 하에 미래창조과학부 한국연구재단(글로벌프론티어사업, 원격존재를 통한 감각-운동 작업을 위한 근전도 신호 기반의 동작의도 예측 및 능동 촉감 복원 기술 개발, 과제고유번호: 1711015376)의 지원에 의하여 이루어진 것이다.
산업 발전에 따라 가상 환경/증강 환경/원격 환경에서 사용자의 의지대로 슬레이브 로봇 또는 가상의 그래픽 등(이하, "아바타"라고 칭함)을 동작시키는 사용자 인터페이스 시스템이 다양하게 개발되고 있다.
사람의 손가락은 정교한 움직임이 가능하고 촉감에 민감하므로, 위와 같은 인터페이스 시스템을 구동하기 위한 수단으로 많이 이용된다.
이러한 인터페이스 시스템에 있어서, 제어의 대상이 되는 아바타와 상기 아바타가 동작하는 환경은 사용자가 직접 체험할 수 없는 공간이므로, 더 사실적이고 정교한 제어를 위해 사용자에게 촉감 피드백을 제공하기 위한 장치가 고안되고 있다.
종래 기술에 따른 촉감 전달 장치는 모터와 같은 구동 발생부(액츄에이터)의 출력을 링크로 전달하고, 링크를 통해 손가락에 끼워진 말단부에 힘을 가하는 방식으로 손가락에 촉감을 형성하는 것이 일반적이다.
하지만, 종래 기술에 따른 촉감 전달 장치는 구동 발생부가 손등 혹은 손목에 위치하고 구동 발생부의 출력을 손가락까지 전달하는 등 손목과 손을 아우르는 외골격 형태를 띠는 경우가 많다.
이와 같은 종래 기술에 구성에 따르면 착용 및 탈거가 용이하지 않아 착용성 및 사용자의 운동성이 좋지 않다. 또한, 장치가 복잡하고 상대적으로 큰 부피와 중량을 가지므로 활용성과 휴대성이 크게 떨어진다.
아울러, 표현할 수 있는 촉감의 종류가 한정적이어서 실감나는 인터페이스 시스템을 구성하는데 한계가 있다.
본 명세서는, 구조가 간편하여 착용성과 운동성이 뛰어나면서도 다양한 종류의 촉감을 제시할 수 있어 활용성이 증대된 촉감 전달 장치 및 이를 구비한 사용자 인터페이스 시스템을 개시한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 사용자의 손가락에 촉감을 전달하기 위한 촉감 전달 장치로서, 손가락에 끼워지는 링 형의 몸체와, 상기 몸체에 대해 위치 이동 가능하게 형성되는 이동 부재와, 상기 이동 부재에 접하도록 형성되는 복수의 와이어 형 액츄에이터를 포함하고, 상기 와이어 형 액츄에이터는 에너지를 인가하면 길이 변화하는 고체상 액츄에이터이고, 상기 복수의 와이어 형 액츄에이터가 길이 변화함에 따라 상기 이동 부재에 힘을 가하여, 상기 이동 부재가 상기 몸체에 대해 위치 이동하고, 상기 이동 부재의 이동에 따라 상기 이동 부재에 형성된 접촉부가 사용자의 손가락에 접촉하여 촉감을 전달하는 것을 촉감 전달 장치가 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수의 와이어 형 액츄에이터는 적어도 일단이 상기 몸체에 고정되고, 각각의 와이어 형 액츄에이터는 상기 에너지가 인가되면 상기 이동 부재를 당기도록 길이 수축한다.
일 실시예에 따르면, 상기 이동 부재는, 손가락의 피부를 향하는 수직 방향으로 상기 몸체에 대해 이동하는 수직 이동 부재와, 상기 수직 방향과 수직한 수평 방향으로 상기 수직 이동 부재에 대해 이동하는 수평 이동 부재를 포함하고, 상기 접촉부는 상기 손가락과 마주하도록 상기 수평 이동 부재에 형성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 접촉부는 상기 손가락을 향해 돌출되는 돌기 형태로 형성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 몸체는 상기 수직 이동 부재가 최하방으로 이동하였을 때, 상기 접촉부의 상면과 상기 손가락 사이에 간격이 형성되도록 위치 고정된다.
일 실시예에 따르면, 상기 와이어 형 액츄에이터는 양단이 상기 몸체에 고정되고, 길이의 중간부가 상기 수직 이동 부재의 하단을 감싸도록 연장되는 수직 구동 와이어를 포함하고, 에너지를 인가하여 상기 수직 구동 와이어가 수축함에 따라 상기 수직 이동 부재가 상기 손가락으로 접근하는 상방으로 이동한다.
일 실시예에 따르면, 상기 몸체에는 하방으로 힘을 가하는 스프링이 형성되고, 상기 수직 구동 와이어에 인가되는 에너지가 차단되면, 상기 스프링의 힘에 의해 상기 수직 이동 부재가 하방으로 이동한다.
일 실시예에 따르면, 상기 와이어 형 액츄에이터는, 일단이 상기 몸체의 일 측면에 고정되고 타단은 상기 수평 이동 부재의 일 측면에 고정되는 제1 수평 구동 와이어와, 일단이 상기 몸체의 타 측면에 고정되고 타단은 상기 수평 이동 부재의 타 특면에 고정되는 제2 수평 구동 와이어를 포함하고, 상기 제1 수평 구동 와이어와 상기 제2 수평 구동 와이어는 서로 반대 방향으로 상기 수평 이동 부재를 당기도록 배치되고, 에너지를 인가하여 상기 제1 수평 구동 와이어와 상기 제2 수평 구동 와이어를 선택적으로 수축시킴으로써, 상기 수평 이동 부재를 상기 몸체에 대해 수평 방향으로 이동시킨다.
일 실시예에 따르면, 상기 몸체의 측면과 상면에는 상기 제1 수평 구동 와이어와 상기 제2 수평 구동 와이어를 수용할 수 있는 와이어 수용홈이 형성되고, 상기 제1 수평 구동 와이어와 상기 제2 수평 구동 와이어는 상기 와이어 수용홈을 따라 상기 몸체의 측면과 상면을 휘감도록 연장된다.
일 실시예에 따르면, 상기 몸체의 상단에는, 상기 와이어 형 액츄에이터의 길이 변형을 제어하는 제어 장치와, 상기 제어 장치에 전원을 공급하는 배터리와, 외부로부터 전달된 제어 신호를 상기 제어 장치로 전달하는 무선 통신 장치가 구비된다.
일 실시예에 따르면, 상기 몸체는, 상기 손가락의 상단을 감싸는 상부 프레임과, 상기 손가락의 하단을 감싸는 하부 프레임을 포함하고, 손가락의 길이 방향으로 연장되는 상기 상부 프레임의 길이가 상기 하부 프레임의 길이 보다 길다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 손가락의 움직임에 대응해 아바타를 움직이는 사용자 인터페이스 시스템으로서, 상기 촉감 전달 장치와, 상기 아바타와 손가락의 움직임을 연동시키는 컴퓨터를 포함하고, 상기 아바타에 소정의 접촉이 발생하면, 상기 접촉부가 상기 사용자의 손가락에 접촉하여 촉감을 전달하는 사용자 인터페이스 시스템이 제공된다.
일 실시예에 따르면, 사용자 인터페이스 시스템의 촉감 전달 장치는 상기 수직 이동 부재가 상기 손가락에 접촉한 상태에서 상기 수직 이동 부재가 상기 손가락으로 접근하는 상방으로 이동하여 상기 접촉부가 상기 손가락에 압력을 가하고, 상기 수직 이동 부재가 상방 및 하방으로 왕복 이동하여 상기 접촉부가 상기 손가락에 진동을 가한다.
일 실시예에 따르면, 사용자 인터페이스 시스템의 촉감 전달 장치는 상기 접촉부가 상기 손가락에 접촉한 상태에서, 상기 수평 이동 부재가 수평 방향으로 이동하여 상기 접촉부가 상기 손가락에 전단력을 가한다.
일 실시예에 따르면, 사용자 인터페이스 시스템은 손의 손가락마다 또는 손가락의 마디마다 끼워지는 복수의 촉감 전달 장치를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉감 전달 장치의 결합 사시도이다.
도 2는 도 1의 촉감 전달 장치의 분리 사시도이다.
도 3은 도 1의 촉감 전달 장치의 본체의 사시도이다.
도 4는 도 3의 본체의 정면도이다.
도 5는 도 3의 본체의 좌측면도이다.
도 6은 도 3의 본체의 평면도이다.
도 7은 도 3의 본체의 우측면도이다.
도 8은 도 3의 A-A 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 9 및 도 10은 도 1의 촉감 전달 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉감 전달 장치의 개념도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉감 전달 장치의 측면도이다.
도 13은 복수의 촉감 전달 장치가 하나의 손에 착용된 상태를 도시한 것이다.
도 14a 및 도 15a는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 인터페이스 시스템을 도시한 것이다.
도 14b 및 도 15b는 각각 도 14a 및 도 15a에 대응하는 촉감 전달 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용은 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉감 전달 장치(1)의 결합 사시도이고, 도 2는 촉감 전달 장치(1)의 분리 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 촉감 전달 장치(1)는 사용자에게 촉감을 전달하기 위한 본체(10)와, 상기 본체(10)의 전후방에 결합되어 본체(10)가 사용자의 손가락에 위치 고정되도록 하는 전방 클램프(12) 및 후방 클램프(11)를 포함한다.
본체(10)는, 손가락에 끼워지는 링 형의 몸체(100)와, 상기 몸체(100)에 대해 위치 이동 가능하게 형성되는 이동 부재(200) 및, 상기 이동 부재(200)에 접하도록 형성되는 복수의 와이어 형 액츄에이터(410, 420, 430, 440)를 포함한다.
몸체(100)는 대략 "ㄷ"자 형태를 가지는 상부 프레임(110)과, 상기 상부 프레임(110)에 결합되는 하부 프레임(150)을 포함한다.
몸체(100)의 중간에는 원형의 공간(101)이 형성되며, 사용자의 손가락이 상기 공간(101)에 끼워진다.
이동 부재(200)는 하부 프레임(150)에 대해 위치 이동 가능하게 형성된다. 이동 부재(200)에는 공간(101) 내부를 향해 돌출된 접촉부(300)가 형성된다.
본 실시예에 따른 접촉부(300)는 사각 단면을 가지는 평평한 돌기 형태이지만, 반구형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 와이어 형 액츄에이터(410, 420, 430, 440) 각각은 한 가닥의 와이어로 이루어진 고체상 액츄에이터(solid-state actuator)이다. 고체상 액츄에이터는, 외부에서 에너지(전기, 열 등)를 인가하면, 고체상의 재료가 변형되어 힘과 변위 등의 기계적인 에너지를 발생시키는 액츄에이터이다. 예를 들어, 형상기억합금(Shape memory alloy; SMA), 형상기억고분자, 유전성 탄성중합체(dielectric elastomer)가 본 실시예에 따른 와이어 형 액츄에이터로 이용될 수 있다.
본 실시예에 따른 와이어 형 액츄에이터는 SMA 재질로 이루어진 한 가닥의 와이어로서, 에너지를 인가하면 능동적으로 길이가 변화하도록 구성된다.
복수의 와이어 형 액츄에이터(410, 420, 430, 440)가 길이 변화함에 따라 이동 부재(200)에 힘을 가하게 되고, 이에 따라 이동 부재(200)가 몸체(100)에 대해 위치 이동한다. 이동 부재(200)의 이동에 따라 접촉부(300)가 사용자의 손가락에 접촉하여 촉감을 전달하게 된다. 접촉부(300)의 상단에는 손가락과의 접촉 여부를 확인할 수 있는 압력 센서 또는 힘 센서 등이 배치될 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 8을 참조하여, 촉감 전달 장치(1)의 본체(10)의 구성에 대해 더 자세히 설명한다.
도 3은 본 실시예에 따른 본체(10)의 사시도이고, 도 4는 본체(10)의 정면도이며, 도 5는 본체(10)의 좌측면도이고, 도 6은 본체(10)의 평면도이며, 도 7은 본체(10)의 우측면도이다.
도 8은 도 3의 A-A 선을 따라 절개한 단면도이다. 도 8에서는 설명의 편의를 위해 와이어 형 액츄에이터(410, 430, 440)의 고정단을 별도로 분리하여 도시하였다.
도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 몸체(100)는 상부 프레임(110)에 하부 프레임(150)의 일부가 끼워지는 방식으로 형성되어 원형의 공간(101)을 가지는 링 형태를 가진다.
하부 프레임(150)은 상부 프레임(110)의 길이에 맞도록 서로 이격되어 사이에 틈을 가지는 전방 프레임(151, 152)과 후방 프레임(153, 154)을 포함한다. 두 개의 측면 프레임(155, 156)이 전방 프레임(151, 152)과 후방 프레임(153, 154)을 가로질러 연결한다.
이동 부재(200)는 손가락의 피부를 향하는 수직 방향(z 방향)으로 몸체(100)에 대해 이동하는 수직 이동 부재(210)와, 수직 방향과 수직한 수평 방향(본 실시예에서는 y 방향)으로 수직 이동 부재(210)에 대해 이동하는 수평 이동 부재(250)를 포함한다.
수직 이동 부재(210)는 몸체부(211)와 상기 몸체부(211)의 양단에서 연장되는 연장부(213) 및 연장부(213)의 단부에 형성되는 가이드부(214)를 포함한다.
몸체부(211)는 대략 반원 형태를 가지며 전방 프레임(151, 152)과 후방 프레임(153, 154)에 전체적으로 걸쳐지는 길이를 가진다. 몸체부(211)는 내측 공간(101) 안에서 전방 프레임(151, 152)과 후방 프레임(153, 154) 위에 얹어질 수 있도록 배치된다.
연장부(213)는 전방 프레임(151, 152)과 후방 프레임(153, 154) 사이의 틈에 끼워진다.
가이드부(214)는 연장부(213)로부터 측방으로 돌출되며, 전방 프레임(151, 152)과 후방 프레임(153, 154)의 외측에서 두 프레임에 걸쳐지는 길이를 가진다.
가이드 부(214)는 전방 프레임(151, 152)과 후방 프레임(153, 154)의 측면에 밀착하여, 수직 이동 부재(210)가 회전함이 없이 일직선으로 수직 이동하도록 가이드하는 역할을 한다.
몸체부(211)의 중앙에는 사각 단면의 홀이 관통 형성되어 있으며, 상기 홀에는 수평 이동 부재(250)의 이동 몸체(251)가 슬라이드 이동 가능하게 삽입되어 있다. 이동 몸체(251)의 좌우 단부는 상기 홀의 개구(216)를 통해 외부로 노출되어 있다.
몸체부(211)의 상단에는 상기 홀과 연통하는 상단 개구(212)가 형성되어 있다. 접촉부(300)는 상단 개구(212)의 폭 보다 큰 길이를 가지는 머리와 상기 머리에서 상단 개구(212)를 통해 연장되어 이동 몸체(251)에 결합되는 목을 가진다.
수평 이동 부재(250)는 상단 개구(212)의 길이 방향(y 방향)을 따라 수직 이동 부재(210)에 대해 수평 방향으로 이동하게 된다.
본 실시예에 따른 본체(10)는 수직 이동 부재(210)를 수직 이동시키기 위한 두 줄의 와이어 형 액츄에이터(이하, "수직 구동 와이어"라고 함)(410, 420)를 포함한다.
제1 수직 구동 와이어(410)의 양단은 상부 프레임(110)의 상단에 형성된 고정단(411, 412)에서 각각 볼트에 의해 고정된다.
고정단(411, 412)에 양 단부가 고정된 제1 수직 구동 와이어(410)는 상부 프레임(110)의 표면을 따라 연장되어 그 길이의 중간부가 수직 이동 부재(210)의 연장부(213)의 외표면을 거쳐 몸체부(211)의 하단을 감싸도록 연장된다.
상부 프레임(110)의 상면에는 고정단(412)으로부터 상부 프레임(110)의 폭 방향(y 방향)으로 길게 와이어 수용홈(112)이 연장 형성되어 있으며, 상부 프레임(110)의 일 측면에는 수직 하방으로 와이어 수용홈(111)이 형성되어 있다. 또한, 하부 프레임(150)의 측면 프레임(155)에는 수직 하방으로 와이어 수용홈(157)이 형성되어 있으며, 수직 이동 부재(120)의 하단 둘레에는 와이어 수용홈(214)이 형성되어 있다.
하부 프레임(150)의 다른 측면 프레임(156)에는 와이어 수용홈(160)이 형성되어 있으며, 상부 프레임(110)에는 와이어 수용홈(124)과 와이어 수용홈(125)이 형성되어 고정단(411)까지 연장된다.
고정단(412)으로부터 연장된 제1 수직 구동 와이어(410)는 상기 와이어 수용홈들(112, 111, 157, 214, 160, 124, 125)에 수용되는 형태로 고정단(411)까지 연장된다.
제1 수직 구동 와이어(410)는 약간의 탄성을 가지도록 형성되며, 팽팽하게 당겨진 상태로 두 고정단(411, 412)에 양단이 고정된다. 따라서, 제1 수직 구동 와이어(410)는 (전원 인가와 별개로) 길이 수축하려는 상태를 가지게 되고, 그 장력에 의해 전체적으로 본체(10)의 둘레에 가능한 밀착하게 된다.
제2 수직 구동 와이어(420)의 양단은 상부 프레임(110)의 후방측 상단에 형성된 고정단(421, 422)에서 각각 볼트에 의해 고정된다.
고정단(421, 422)에 양 단부가 고정된 제2 수직 구동 와이어(420)는 상부 프레임(110)의 표면을 따라 연장되어 그 길이의 중간부가 수직 이동 부재(210)의 연장부(213)의 외표면을 거쳐 몸체부(211)의 하단을 감싸도록 연장된다.
상부 프레임(110)의 상면에는 고정단(422)으로부터 상부 프레임(110)의 폭 방향(y 방향)으로 길게 와이어 수용홈(120)이 연장 형성되어 있으며, 상부 프레임(110)의 일 측면에는 수직 하방으로 와이어 수용홈(119)이 형성되어 있다. 또한, 하부 프레임(150)의 측면 프레임(155)에는 수직 하방으로 와이어 수용홈(159)이 형성되어 있으며, 수직 이동 부재(120)의 하단 둘레에는 와이어 수용홈(215)이 형성되어 있다.
하부 프레임(150)의 다른 측면 프레임(156)에는 와이어 수용홈(162)이 형성되어 있으며, 상부 프레임(110)에는 와이어 수용홈(121)과 와이어 수용홈(126)이 형성되어 고정단(421)까지 연장된다.
고정단(422)으로부터 연장된 제2 수직 구동 와이어(420)는 상기 와이어 수용홈들(120, 119, 159, 215, 162, 121, 126)에 수용되는 형태로 고정단(421)까지 연장된다.
제2 수직 구동 와이어(420) 역시 약간의 탄성을 가지도록 형성되며, 팽팽하게 당겨진 상태로 두 고정단(421, 422)에 양단이 고정된다. 따라서, 제2 수직 구동 와이어(420)는 (전원 인가와 별개로) 길이 수축하려는 상태를 가지게 되고, 그 장력에 의해 전체적으로 본체(10)의 둘레에 가능한 밀착하게 된다.
도 8에 잘 도시된 바와 같이, 상부 프레임(110)의 하단부에는 코일 스프링(131, 132)이 결합되어 있으며, 코일 스프링(131, 132)의 하단은 두 개의 가이드 부(214)에 각각 접한다.
코일 스프링(131, 132)은 수직 이동 부재(210)가 가장 하방으로 위치한 상태에서도 약간 압축된 상태로 배치되어, 수직 이동 부재(210)를 하방으로 압박하는 힘을 가한다.
제1 수직 구동 와이어(410) 및 제2 수직 구동 와이어(420)가 (전원 인가 없이) 수축하려는 힘과 코일 스프링(131, 132)의 복원력이 서로 균형을 이루어 수직 이동 부재(210)는 능동적 제어를 가하지 않은 상태에서는 위치가 고정된다.
제1 수직 구동 와이어(410) 및 제2 수직 구동 와이어(420)에 전기 에너지를 인가하여 길이 수축시키면, 도 8에 도시된 바와 같이, 수직 구동 와이어의 고정단이 수직 이동 부재(210)의 최하단에 비해 높이 형성되어 있으므로, 수직 이동 부재(210)가 고정단(411, 412) 쪽으로 당겨지며 상방으로 수직 이동하게 된다. 이때, 코일 스프링(131, 132)은 압축되면서 탄성 복원력을 저장하게 된다.
제1 수직 구동 와이어(410) 및 제2 수직 구동 와이어(420)에 가하던 전기 에니저를 차단하면, 두 수직 구동 와이어는 다시 형상이 복원되면서 길이가 늘어나게 된다. 코일 스프링(131, 132)이 다시 원상태로 복귀하면서 수직 이동 부재(210)를 누르게 되고, 이에 따라서 수직 이동 부재(210)가 하방으로 이동하게 된다.
한편, 본 실시예에 따른 본체(10)는 수평 이동 부재(250)를 수평 이동시키기 위한 두 줄의 와이어 형 액츄에이터(이하, "수평 구동 와이어"라고 함)(430, 440)을 포함한다.
제1 수평 구동 와이어(430)의 일단은 상부 프레임(110)의 일 측면에 형성된 고정단(431)에서 볼트에 의해 고정되고, 타단은 수직 이동 부재(210)의 외측으로 돌출된 수평 이동 부재(250)의 이동 몸체(251)의 일측 하단에 형성된 고정단(253)에서 볼트에 의해 고정된다.
고정단(253)과 인접하여 와이어 수용홈(252)이 형성되고, 측면 프레임(155)의 중간에는 수직 방향으로 와이어 수용홈(158)이 형성된다.
상부 프레임(110)의 일 측면에는 고정단(431)을 비켜서 수직 방향으로 와이어 수용홈(118)이 형성되고, 상부 프레임(110)의 상단에는 실질적으로 상부 프레임(110)의 폭 전체에 걸치는 와이어 수용홈(117)이 형성되어 있다.
상부 프레임(110)의 타 측면에는 대략 "U"자 형으로 형성되는 와이어 수용홈(122)이 형성되며, 상부 프레임(110)의 상단에는 와이어 수용홈(117)과 나란하게 와이어 수용홈(116)이 형성된다.
고정단(253)에서 연장된 제1 수평 구동 와이어(430)는 와이어 수용홈(252)에 살짝 걸쳐 와이어 수용홈(158)을 통해 연장되고, 와이어 수용홈(118)과 와이어 수용홈(117)을 거쳐 상부 프레임(110)의 타 측면까지 연장된다.
제1 수평 구동 와이어(430)는 "U"자 형인 와이어 수용홈(122)을 통해 연장되어 상부 프레임(110)의 측면 하방으로 연장되었다가 방향을 바꾸어 상방으로 연장되고, 다시 와이어 수용홈(116)을 거쳐 고정단(253)과 동일한 측에 형성되는 고정단(431)에 연장된다.
제1 수평 구동 와이어(430)를 수축시키는 경우, 고정단(431)을 향해 제1 수평 구동 와이어(430)가 당겨지는데, 이때 와이어 수용홈(122)을 통해 힘의 방향이 바뀌면서 수평 이동 부재(250)의 본체(251)가 고정단(253)이 형성된 단부 측으로 수평 이동하게 된다.
제1 수평 구동 와이어(430)는 약간의 탄성을 가지도록 형성되며, 팽팽하게 당겨져 원래 길이보다 조금 길이가 늘어난 상태로 두 고정단(431, 253)에 양단이 고정된다. 따라서, 제1 수평 구동 와이어(430)는 (전원 인가와 별개로) 길이 수축하려는 상태를 가지게 되고, 그 장력에 의해 전체적으로 본체(10)의 둘레에 가능한 밀착하게 된다.
이와 같은 구성에 따르면, 제1 수평 구동 와이어(430)의 길이 수축이 수평 이동 부재(250)의 이동에 즉각 반영되며, 홈 형태의 와이어 수용홈에 수용된 형태만으로도 본체(10)로부터 이탈하지 않고 길이 전체적으로 고정될 수 있다. 나아가, 제1 수평 구동 와이어(430)가 와이어 수용홈들을 따라 몸체(100)의 측면과 상면을 휘감도록 연장되므로, 수평 이동 부재(250)를 이동시키는데 필요한 제1 수평 구동 와이어(430)의 충분한 길이를 확보할 수 있다(예를 들어, SMA 재질의 와이어의 경우 전체 길이의 약 4%에 해당하는 만큼 길이 신장이 가능하다).
제2 수평 구동 와이어(440)의 일단은 상부 프레임(110)의 일 측면에 형성된 고정단(441)에서 볼트에 의해 고정되고, 타단은 수직 이동 부재(210)의 외측으로 돌출된 수평 이동 부재(250)의 이동 몸체(251)의 타측 하단에 형성된 고정단(255)에서 볼트에 의해 고정된다.
고정단(255)과 인접하여 와이어 수용홈(254)가 형성되고, 측면 프레임(156)의 중간에는 수직 방향으로 와이어 수용홈(161)이 형성된다.
상부 프레임(110)의 일 측면에는 고정단(441)을 비켜서 수직 방향으로 와이어 수용홈(123)이 형성되고, 상부 프레임(110)의 상단에는 실질적으로 상부 프레임(110)의 폭 전체에 걸치는 와이어 수용홈(115)이 형성되어 있다.
상부 프레임(110)의 타 측면에는 대략 "U"자 형으로 형성되는 와이어 수용홈(113)이 형성되며, 상부 프레임(110)의 상단에는 와이어 수용홈(115)과 나란하게 와이어 수용홈(114)이 형성된다.
고정단(255)에서 연장된 제2 수평 구동 와이어(440)는 와이어 수용홈(254)에 살짝 걸쳐 와이어 수용홈(161)을 통해 연장되고, 와이어 수용홈(123)과 와이어 수용홈(114)을 거쳐 상부 프레임(110)의 타 측면까지 연장된다.
제2 수평 구동 와이어(440)는 "U"자 형인 와이어 수용홈(113)을 통해 연장되어 상부 프레임(110)의 측면 하방으로 연장되었다가 방향을 바꾸어 상방으로 연장되고, 다시 와이어 수용홈(115)을 거쳐 고정단(255)과 동일한 측에 형성되는 고정단(441)에 연장된다.
제2 수평 구동 와이어(440)를 수축시키는 경우, 고정단(441)을 향해 제2 수평 구동 와이어(440)가 당겨지는데, 이때 와이어 수용홈(113)을 통해 힘의 방향이 바뀌면서 수평 이동 부재(250)의 본체(251)가 고정단(255)이 형성된 단부 측으로 수평 이동하게 된다.
즉, 제2 수평 구동 와이어(440)는 제1 수평 구동 와이어(430)와 서로 반대 방향으로 수평 이동 부재(250)를 당기도록 배치된다.
제2 수평 구동 와이어(440)는 약간의 탄성을 가지도록 형성되며, 팽팽하게 당겨져 원래 길이보다 조금 길이가 늘어난 상태로 두 고정단(441, 255)에 양단이 고정된다.
다시 도 1 및 2를 참조하면, 전방 클램프(12)는 대략 원 형태로 형성되어 손가락이 끼워질 수 있는 공간(16)을 형성하는 겸자(15)를 구비한다. 겸자(15)는 소정 강도의 탄성을 가지며, 성인의 평균 손가락의 둘레보다 약간 작은 둘레를 정의하는 공간(16)을 형성하도록 되어 있다.
겸자(15)는 손가락의 외부에 밀착되어 탄성을 가지고 손가락을 조임으로써, 본체(10)(후술하는 바와 같이 더 상세하게는 본체(10)의 몸체(100))를 손가락에 대해 견고히 고정시키는 역할을 한다.
후방 클램프(11)는 전방 클램프(12)와 실질적으로 동일한 구조를 가지면, 대략 원 형태로 형성되어 손가락이 끼워질 수 있는 공간(14)을 형성하는 겸자(13)를 구비한다.
본 실시예에 따르면 전방 클램프(12)의 길이가 후방 클램프(11)의 길이에 비해 길게 형성되어 있으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다.
전방 클램프(12)와 후방 클램프(11)의 크기는 사용자의 손가락에 맞춤형으로 형성될 수 있으며, 촉감 전달 장치(1)의 사용 부위에 따라 생략될 수 있다.
예를 들어, 상부 프레임(110)의 공간(101) 형상에 대응하는 탄성의 강성 패드를 형성하여, 손가락에 상부 프레임(110)이 적절한 강도와 자세로 고정되도록 할 수도 있다.
이하에서는 도 9 및 도 10을 참조하여, 촉감 전달 장치(1)의 동작에 대해 설명한다. 도 9 및 도 10에는 도시의 편의를 위해 와이어 형 액츄에이터는 도시 생략되었다.
본 실시예에 따르면, 촉감 전달 장치(1)는 손톱이 위치한 손가락의 맨 끝 마디에 끼워진다. 본체(10)와 클램프를 포함의 촉감 전달 장치(1)의 길이는 손가락의 한 마디를 넘지 않도록 형성된다.
이와 같은 장치의 소형화는 액츄에이터로서 매우 굵기가 가는 와이어 형 액츄에이터를 사용함으로써 가능하다.
클램프(11, 12)에 의해 본체(10)의 몸체(100)는 수직 이동 부재(210)가 최하방으로 이동하였을 때, 접촉부(300)의 상면과 손가락 사이에 소정의 간격(h)이 형성되도록 위치 고정된다.
촉감 전달 장치(1)는 남녀노소의 손가락 마디의 굵기 및 길이에 따라 다양한 크기로 형성될 수 있을 것이다.
수직 이동 부재(210)가 최하방에 위치하는 초기 위치에서, 수직 구동 와이어(410, 420)에 전기 에너지를 인가하면 수직 구동 와이어(410, 420)가 길이 수축하면서 수직 이동 부재(210)를 당겨 수직 이동 부재(210)가 상방으로 이동한다.
이에 따라서, 접촉부(300)가 함께 상방으로 이동하게 되고, 간격(h)만큼 상승한 뒤에는 접촉부(300)가 손가락의 피부에 접촉하게 된다.
수직 구동 와이어(410, 420)의 수축 길이는 전기 에너지의 밀도를 조절하여 제어 가능하며, 접촉부(300)가 손가락의 피부에 접촉한 상태에서 수직 이동 부재(210)를 더 상방으로 이동시키면, 사용자는 손가락에 접촉감에 나아가 소정 강도의 압력을 느끼게 된다.
수직 구동 와이어(410, 420)에 가하는 전기 에너지를 차단하면, 상술한 바와 같이 접촉부(300)가 하강하면서 손가락에 전달되던 압력은 차단된다.
다시 수직 구동 와이어(410, 420)에 전기 에너지를 인가/차단하는 동작을 반복하면, 접촉부(300)가 손가락에 접촉/해제되면서 사용자가 진동을 느낄 수 있게 된다.
본 실시예에 따르면, 수직 이동 부재(210)의 수직 이동을 통해, 사용자에게 접촉, 압박 및 진동의 세 가지 감각을 선택적으로 전달할 수 있다.
한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 접촉부(300)가 손가락의 피부에 접촉/압력을 가한 상태에서, 수평 이동 부재(250)를 이동시킴으로써, 사용자의 손가락에 수평 방향의 전단력을 가할 수 있다.
예를 들어, 제1 수평 구동 와이어(430)에 전기 에너지를 인가하여 수축시키면, 도 8에서 수평 이동 부재(250)가 우측으로 이동하면서 접촉부(300)가 손가락을 쓸어 우측 방향의 전단력을 제공해준다.
이때, 탄성력을 가지는 제2 수평 구동 와이어(440)는 길이가 늘어나면서 탄성 복원력을 저장하게 된다.
제1 수평 구동 와이어(430)에 인가되던 전기 에너지를 차단하면, 제1 수평 구동 와이어(430)는 원 상태로 복귀하게 되고, 제2 수평 구동 와이어(440)가 탄성 복원력에 의해 길이 수축하면서 수평 이동 부재(260)를 좌측으로 당겨 접촉부(300)가 최초 중앙 위치로 복귀하게 된다.
접촉부(300)가 최초 중앙 위치로 복귀하는 순간, 제2 수평 구동 와이어(440)에 전기 에너지를 인가하여 수축시키면, 수평 이동 부재(250)가 좌측으로 이동하면서 접촉부(300)가 손가락을 쓸어 좌측 방향의 전단력을 제공해준다. 이때, 탄성력을 가지는 제1 수평 구동 와이어(430)는 길이가 늘어나면서 탄성 복원력을 저장하게 된다.
제2 수평 구동 와이어(440)에 인가되던 전기 에너지를 차단하면, 제2 수평 구동 와이어(440)는 원 상태로 복귀하게 되고, 제1 수평 구동 와이어(430)가 탄성 복원력에 의해 길이 수축하면서 수평 이동 부재(260)가 우측으로 당겨 접촉부(300)가 최초 중앙 위치로 복귀하게 된다.
본 실시예에 따르면, 각각의 수직 구동 와이어(410, 420)와 수평 구동 와이어(430, 440)는 독립적으로 길이 제어가 가능하며, 위 와이어들을 선택적으로 제어함으로써, 접촉, 압박, 진동 및 전단력 전달의 네 가지 촉감을 사용자에게 전달할 수 있다.
본 실시예에 따른 촉감 전달 장치(1)는 굵기가 매우 얇은 와이어 형 액츄에이터를 구동기로 이용하므로, 중량에 비해 매우 큰 힘을 발휘할 수 있다. 또한, 와이어 형 액츄에이터의 굵기를 살짝 두껍게 형성하는 것만으로도 중량 대비 힘의 증가가 매우 크므로, 장치의 소형화가 매우 용이하다.
또한, 와이어 형 액츄에이터의 길이를 변형시키는데 필요한 에너지가 비교적 적으므로, 촉감 전달 장치(1)를 소형화, 무선화하여 사용자의 착용성을 극대화시킬 수 있다.
도 11은 무선화된 촉감 전달 장치(1)의 개념도이다. 도 11에서는 촉감 전달 장치(1)의 본체(10)만을 도시하였다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본체(10)의 상부 프레임(110) 위에 얇은 패널이 부착되고, 패널 위에는 제어 장치(22)와 소형 배터리(21)가 탑재될 수 있다. 또한, 무선 통신을 위한 무선 통신 장치(23)가 함께 탑재될 수 있다.
소형 배터리(21)는 제어 장치(22)와 와이어 형 액츄에이터의 구동을 위한 전원을 공급한다. 제어 장치(22)는 와이어 형 액츄에이터들에 전기 에너지를 인가하여 길이 변형을 제어한다. 자세히 도시하지는 않았지만, 제어 장치(22)와 각 와이어 형 액츄에이터들은 전기 에너지 인가를 위해 전선을 통해 전기적으로 연결되어 있다.
무선 통신 장치(23)는 외부로부터 전달된 제어 신호를 제어 장치로 무선 통신을 통해 전달한다. 제어 신호는 와이어 형 액츄에이터들의 길이 변형 값을 지정하는 신호일 수도 있고, 단순히 아바타에 대한 접촉 상태에 대한 정보 신호일 수 도 있다. 후자의 경우, 제어 장치(22)는 기탑재된 프로그램을 통해 해당 신호를 와이어 형 액츄에이터들의 길이 변형 값으로 변환하여 액츄에이터의 길이를 제어한다.
도 11에서는 상부 프레임에 별도의 패널을 얹어 제어 장치(22), 배터리(21) 및 무선 통신 장치(23)를 배치하였지만 반드시 이에 한정되지는 않는다.
상술한 실시예와 같이, 상부 프레임(110)과 하부 프레임(150)의 길이가 동일한 경우, 접촉부(300)를 통해 손가락을 압박하였을 때 사용자는 반작용에 의해 상부 프레임(110)이 동일한 힘으로 손가락을 압박하는 느낌을 받을 수 있다.
즉, 사용자는 접촉부(300)가 손가락의 피부를 누르는 느낌이 아니라 몸체(100)가 손가락 둘레를 조이는 느낌을 받을 수 있는 것이다.
도 12는 이러한 현상을 완화하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉감 전달 장치(1)를 도시한 것이다.
본 실시예에 따른 촉감 전달 장치는 본체(10")의 형상이 상이하며, 구체적으로, 상부 프레임(110')의 길이가 하부 프레임(150)이 길이에 비해 길다.
이와 같은 구성에 따르면, 접촉부(300)가 손가락을 누를 때 상부 프레임(110')에 의해 손가락에 가해지는 반작용 힘이 (도 12의 화살표와 같이) 상부 프레임(110')의 비교적 넓은 면적에 걸쳐 분배되어, 사용자가 손가락 둘레를 조이는 느낌을 완화시킬 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상부 프레임(110')의 넓이가 넓어 별도의 패널 등을 설치하지 않고도, 배터리(41), 제어 장치(42) 및 무선 통신 장치(43) 등을 탑재하는 공간을 확보할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 촉감 전달 장치(1)는 크기가 매우 작으므로, 복 수개의 촉감 전달 장치(1)를 손의 손가락마다 및/또는 손가락의 마디마디 마다 끼워 일련의 시스템을 구성하도록 할 수 있다.
도 13은 복수의 촉감 전달 장치(1)가 하나의 손에 착용된 상태를 도시한 것이다. 도 13에서는 도시의 편의를 위해 촉감 전달 장치(1) 중 본체(10)만이 도시되었다.
도 13에 도시된 바와 같이, 복수의 촉감 전달 장치(1)가 손가락의 여러 부위에 끼워질 수 있으며, 하나의 제어 장치(32)에 의해 제어될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제어 장치(32)는 스마트 워치(watch)(30) 등의 소형 컴퓨터의 CPU에 의해 구성될 수 있으며, 전기 에너지 공급을 위한 전원으로 스마트 워치(30)의 배터리(31)가 이용될 수 있다.
본 실시예에 따른 촉감 전달 장치(1)를 이용하면 손가락의 움직임에 대응해 아바타를 움직이는 사용자 인터페이스 시스템을 구성할 수 있다.
도 14a 및 도 15a는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 인터페이스 시스템을 도시한 것이고, 도 14b 및 도 15b는 각각 도 14a 및 도 15a에 대응하는 촉감 전달 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 14a에 도시된 바와 같이, 사용자의 손가락에는 두 개의 촉감 전달 장치(1, 1')가 착용되어 있으며, 모니터(3)에는 각 손가락에 의해 동작하는 그래픽(아바타)(5, 6)이 표시된다. 컴퓨터(미도시)는 모니터(3)에 표시된 그래픽(5, 6)과 사용자의 손가락의 움직임을 연동시킨다. 구체적으로, 캠(7)을 두 손가락(또는 두 촉감 전달 장치)의 위치를 추적하고, 사용자가 손가락을 움직이면 그에 대응해 두 손가락 그래픽(5, 6)이 움직이게 된다.
예를 들어, 사용자가 모니터(3)에 표시된 물체 그래픽(4)을 잡고자 손가락을 오므리는 동작을 취하면, 두 손가락 그래픽(5, 6)이 물체 그래픽(4)에 접근한다.
두 손가락 그래픽(5, 6)이 물체 그래픽(4)에 접촉하면, 그 신호가 촉감 전달 장치의 제어 장치로 전달되고, 촉감 전달 장치의 제어 장치는 도 14a에 도시된 바와 같이, 접촉부를 손가락에 접근시켜 손가락에 접촉감을 전달한다.
사용자가 물체 그래픽(4)을 더 강한 힘으로 잡기 위한 동작을 취하면, 두 촉감 전달 장치의 접촉부는 해당 손가락을 더 압박하여 사용자가 대응하는 압력을 느낄 수 있게 한다.
만약, 물체 그래픽(4)이 진동하는 경우, 그에 대응하여 접촉부가 왕복 운동하면서 손가락에 진동을 전달한다.
한편, 도 15a에 도시된 바와 같이, 물체 그래픽(4')이 소정의 무게를 가지는 것으로 설정될 수 있다.
사용자가 손가락으로 예를 들어 물이 든 컵을 들어올리는 경우 손가락 피부에는 물체와의 접촉에 따른 압력과 함께 컵의 무게에 의해 피부가 아래쪽으로 쏠리는 전단력을 느끼게 된다.
본 실시예에 따르면, 사용자가 손가락을 움직여 두 손가락 그래픽(5, 6)이 물체 그래픽(4')에 접촉한 상태에서 위로 들어올리는 동작을 행하는 경우, 도 15b에 도시된 바와 같이, 수직 이동 부재가 수직 이동하는 동시에 수평 이동 부재가 수평 이동함으로써, 사용자에게 압력(도 15b에서 좌우 화살표 방향)과 전단력(도 15b에서 수직 화살표 방향)을 동시에 제공한다. 사용자는 허공에서 손가락을 동작시키는 것만으로도 물체에 대한 접촉과 무게감을 동시에 느낄 수 있도록 한다.
본 실시예에 따르면, 사용자 인터페이스 시스템이 가상의 그래픽을 동작시키도록 하고 있지만, 이에 한정되지 않는다.
가상현실 및 증강 현실 속에서 대상물을 파지하고 조작할 때 느껴지는 감각을 전달할 필요가 있는 분야, 예를 들어, 게임 및 온라인 쇼핑 등의 엔터테인먼트 분야, 감각재활 의료 분야, 교육 및 여행, 전시 미술 및 박람회 등 다양한 분야에 이용될 수 있다.
또한, 접근이 어려운 공간에서 대상물을 정밀하고 정교하게 조작할 필요가 있는 분야, 예를 들어, 우주 공간 또는 심해 탐사 로봇을 이용한 원격작업 등의 분야에서도 효과적으로 이용될 수 있다.
아울러, 인간과 컴퓨터가 교감하는 차세대 컴퓨터 분야에서 사용자 인터페이스를 제공하는데 이용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 사용자의 손가락에 촉감을 전달하기 위한 촉감 전달 장치로서,
    손가락에 끼워지는 링 형의 몸체;
    상기 몸체에 대해 위치 이동 가능하게 형성되는 이동 부재;
    상기 이동 부재에 접하도록 형성되는 복수의 와이어 형 액츄에이터를 포함하고,
    상기 와이어 형 액츄에이터는 에너지를 인가하면 길이 변화하는 고체상 액츄에이터이고,
    상기 복수의 와이어 형 액츄에이터가 길이 변화함에 따라 상기 이동 부재에 힘을 가하여, 상기 이동 부재가 상기 몸체에 대해 위치 이동하고,
    상기 이동 부재의 이동에 따라 상기 이동 부재에 형성된 접촉부가 사용자의 손가락에 접촉하여 촉감을 전달하는 것을 특징으로 하는 촉감 전달 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 와이어 형 액츄에이터는 적어도 일단이 상기 몸체에 고정되고,
    각각의 와이어 형 액츄에이터는 상기 에너지가 인가되면 상기 이동 부재를 당기도록 길이 수축하는 것을 특징으로 하는 촉감 전달 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이동 부재는,
    손가락의 피부를 향하는 수직 방향으로 상기 몸체에 대해 이동하는 수직 이동 부재;
    상기 수직 방향과 수직한 수평 방향으로 상기 수직 이동 부재에 대해 이동하는 수평 이동 부재를 포함하고,
    상기 접촉부는 상기 손가락과 마주하도록 상기 수평 이동 부재에 형성되는 것을 특징으로 하는 촉감 전달 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 접촉부는 상기 손가락을 향해 돌출되는 돌기 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 촉감 전달 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 몸체에는 손가락을 죄어 상기 몸체를 상기 손가락에 위치 고정하는 클램프가 결합되고,
    상기 몸체는 상기 수직 이동 부재가 최하방으로 이동하였을 때, 상기 접촉부의 상면과 상기 손가락 사이에 간격이 형성되도록 위치 고정되는 것을 특징으로 하는 촉감 전달 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 와이어 형 액츄에이터는
    양단이 상기 몸체에 고정되고, 길이의 중간부가 상기 수직 이동 부재의 하단을 감싸도록 연장되는 수직 구동 와이어를 포함하고,
    에너지를 인가하여 상기 수직 구동 와이어가 수축함에 따라 상기 수직 이동 부재가 상기 손가락으로 접근하는 상방으로 이동하는 것을 특징으로 하는 촉감 전달 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 몸체에는 하방으로 힘을 가하는 스프링이 형성되고,
    상기 수직 구동 와이어에 인가되는 에너지가 차단되면, 상기 스프링의 힘에 의해 상기 수직 이동 부재가 하방으로 이동하는 것을 특징으로 하는 촉감 전달 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 와이어 형 액츄에이터는,
    일단이 상기 몸체의 일 측면에 고정되고, 타단은 상기 수평 이동 부재의 일 측면에 고정되는 제1 수평 구동 와이어와,
    일단이 상기 몸체의 타 측면에 고정되고, 타단은 상기 수평 이동 부재의 타 특면에 고정되는 제2 수평 구동 와이어를 포함하고,
    상기 제1 수평 구동 와이어와 상기 제2 수평 구동 와이어는 서로 반대 방향으로 상기 수평 이동 부재를 당기도록 배치되고,
    에너지를 인가하여 상기 제1 수평 구동 와이어와 상기 제2 수평 구동 와이어를 선택적으로 수축시킴으로써, 상기 수평 이동 부재를 상기 몸체에 대해 수평 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 촉감 전달 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 몸체의 측면과 상면에는 상기 제1 수평 구동 와이어와 상기 제2 수평 구동 와이어를 수용할 수 있는 와이어 수용홈이 형성되고,
    상기 제1 수평 구동 와이어와 상기 제2 수평 구동 와이어는 상기 와이어 수용홈을 따라 상기 몸체의 측면과 상면을 휘감도록 연장되는 것을 특징으로 하는 촉감 전달 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 몸체의 상단에는,
    상기 와이어 형 액츄에이터의 길이 변형을 제어하는 제어 장치;
    상기 제어 장치에 전원을 공급하는 배터리;
    외부로부터 전달된 제어 신호를 상기 제어 장치로 전달하는 무선 통신 장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 촉감 전달 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 몸체는, 상기 손가락의 상단을 감싸는 상부 프레임과, 상기 손가락의 하단을 감싸는 하부 프레임을 포함하고,
    손가락의 길이 방향으로 연장되는 상기 상부 프레임의 길이가 상기 하부 프레임의 길이 보다 긴 것을 특징으로 하는 촉감 전달 장치.
  12. 손가락의 움직임에 대응해 아바타를 움직이는 사용자 인터페이스 시스템으로서,
    제1항에 따른 촉감 전달 장치;
    상기 아바타와 손가락의 움직임을 연동시키는 컴퓨터를 포함하고,
    상기 아바타에 소정의 접촉이 발생하면, 상기 접촉부가 상기 사용자의 손가락에 접촉하여 촉감을 전달하는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 이동 부재는,
    손가락의 피부를 향하는 수직 방향으로 상기 몸체에 대해 이동하는 수직 이동 부재;
    상기 수직 방향과 수직한 수평 방향으로 상기 수직 이동 부재에 대해 이동하는 수평 이동 부재를 포함하고,
    상기 접촉부는 상기 손가락과 마주하도록 상기 수평 이동 부재에 형성되는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 수직 이동 부재가 상기 손가락에 접촉한 상태에서 상기 수직 이동 부재가 상기 손가락으로 접근하는 상방으로 이동하여 상기 접촉부가 상기 손가락에 압력을 가하고,
    상기 수직 이동 부재가 상방 및 하방으로 왕복 이동하여 상기 접촉부가 상기 손가락에 진동을 가하는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 접촉부가 상기 손가락에 접촉한 상태에서, 상기 수평 이동 부재가 수평 방향으로 이동하여 상기 접촉부가 상기 손가락에 전단력을 가하는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스 시스템.
  16. 제12항에 있어서,
    손의 손가락마다 또는 손가락의 마디마다 끼워지는 복수의 촉감 전달 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스 시스템.
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