WO2019074159A1 - 커브드 햅틱 액추에이터 및 이를 포함하는 웨어러블 디바이스 - Google Patents

커브드 햅틱 액추에이터 및 이를 포함하는 웨어러블 디바이스 Download PDF

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housing
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curved
vibrating
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김형준
박명선
이종훈
이철희
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Definitions

  • the following description relates to curved haptic actuators and wearable devices incorporating them.
  • Haptics is a technique related to tactile sense, and specifically refers to a technique that allows a user of an electronic device to feel tactile force, force, and sense of movement through a keyboard, a mouse, a joystick, and a touch screen.
  • visual or auditory means have been mainly used to exchange information between electronic devices and humans.
  • haptic technology has been attracting attention for more concrete and realistic information transmission.
  • a linear resonant actuator (LRA) is mainly used as a haptic providing device. This is a method of maximizing the intensity of vibration by using a resonance frequency generated by an elastic spring and a weight connected to a magnetic circuit.
  • the linear resonance actuator includes a housing having upper and lower surfaces, a vibration portion including a magnet and a yoke structural weight, a spring supporting the vibration portion, an elastic portion located on the upper and lower surfaces, And a nose portion.
  • the tactile transmission structure which can be driven by a small voltage with a thin and curved structure, which can be used in a bent structure, and which can transmit information in a simple vibration and various tactile patterns.
  • An object of one embodiment is to provide a curved haptic actuator having a curved shape, having at least one resonant frequency, converting different input waveforms into electrical signals in a low frequency (less than 20 Hz) band and providing different tactile angles by external magnetic forces .
  • the object of one embodiment is not only to be mounted inside a device such as a VR glove in a field of IT, a game controller, smart clothing, but also a curved haptic actuator which can be mounted on the outside to directly hit the user's skin, And to provide the above-mentioned objects.
  • An object of one embodiment is to provide a wearable device that can be worn on a user's curved body to transmit various tactile sense signals.
  • a curved haptic actuator includes: a housing having a receiving space, the receiving space and the outer shape of which are outwardly curved; A vibrating part disposed in the accommodating space, the vibrating part being movable along the longitudinal direction of the housing and having a shape bent upward; An elastic body connected between both sides of the vibration part and the inner wall of the housing; And a magnetic field generating unit installed on the inner wall of the housing, for generating a magnetic field and applying the generated magnetic field to the vibrating unit.
  • the vibrating portion may include: a mass forming an outer shape of the vibrating portion; And a plurality of magnetic bodies spaced apart from each other in the longitudinal direction of the housing.
  • the magnetic field generating unit comprises: a substrate bent upward; And a plurality of coils disposed on the substrate along the longitudinal direction of the housing.
  • a curved haptic actuator may generate a magnetic field in an opposite direction to a pair of coils adjacent to the magnetic body in a state in which no current is applied to the magnetic field generating portion, Therefore, the control unit may further include a control unit for moving the display unit.
  • the center of the magnetic body may be located between the pair of coils.
  • the magnetic field generator may be a flexible printed circuit board.
  • the housing, the vibrating portion, and the magnetic field generating portion may be bent at a set curvature.
  • the value of the set curvature may be 0.01 to 0.066.
  • the distance between both sides of the vibration portion and the left and right side surfaces of the accommodation space may be 1.5 mm to 2 mm.
  • At least a part of the elastic body may be formed by bending.
  • the elastic body may be formed in any one of 'V' shape, 'N' shape or rhombus shape.
  • the width of the elastic body in the vertical direction may be 4 mm to 10 mm.
  • the curved haptic actuator according to an embodiment may further include a damper installed on both sides of the vibrating portion or on inner walls on both sides of the accommodating space to prevent contact between the vibrating portion and the housing.
  • the damper may include a magnetic fluid.
  • the control unit may determine a characteristic of a current to be applied to the coil according to any one of a plurality of drive modes set in advance and the drive mode may include a normal vibration mode and a tap mode,
  • the mode is the normal vibration mode
  • the controller applies a sinusoidal wave having a frequency between 80 Hz and 250 Hz to the coil
  • the driving mode is the tapping mode
  • the control unit generates a square wave having a frequency of 1 Hz to 15 Hz
  • a sinusoidal wave can be applied to the coil.
  • a wearable device includes a main body; A strap connected to the body and having at least a portion bent; And a first magnetic field generating portion for generating a magnetic field for applying to the first vibrating portion, wherein a first magnetic field generating portion capable of moving along the longitudinal direction of the strap and having a curved shape is provided, And a first curved haptic actuator to be installed.
  • the wearable device includes a second vibrating part capable of moving along the longitudinal direction of the strap and having a curved shape and a second magnetic field generating part for generating a magnetic field for applying to the second vibrating part, And a second curved haptic actuator provided on the curved portion.
  • the second curved haptic actuator may have a shape and an arrangement symmetrical to the first curved haptic actuator with respect to the body.
  • the wearable device may further include a controller for applying a voltage of the same magnitude and direction to the first curved haptic actuator and the second curved haptic actuator.
  • the curved haptic actuator can provide a tactile sense including vibration in a wide band.
  • the curved haptic actuator it is possible to provide a tactile sense to all or a local part of an electronic device, and to control a voltage intensity or a frequency to transmit a tactile sense such as 'tapping' to a user in addition to vibration.
  • the curved haptic actuator according to the embodiment since it has a curved structure, it can be installed in various devices having a curved shape.
  • the curved haptic actuator is applicable to a wearable device such as a smart strap, a VR device, a car steering or a jog dial.
  • the vibration can be transmitted along the entire wearable device.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a curved haptic actuator according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a curved haptic actuator according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram of a curved haptic actuator in accordance with one embodiment.
  • FIG. 4 is a view showing a magnetic field generator according to an embodiment.
  • 5A-5D illustrate an elastic body according to one embodiment.
  • FIGS. 6 and 7 are cross-sectional views illustrating a curved haptic actuator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a curved haptic actuator according to an embodiment.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a wearable device according to an embodiment.
  • FIG. 10 is a graph showing the magnetic field intensity according to the number of layers of the flexible printed circuit board.
  • FIG. 11 is a graph illustrating vibration power varying according to a frequency applied to a curved haptic actuator according to an embodiment.
  • FIG. 12 is a graph illustrating a measured vibrational force when a low-frequency square wave is applied to a curved haptic actuator according to an embodiment.
  • FIG. 13 is a graph showing a resonance frequency and a vibration force measured by different shapes of an elastic body in a curved haptic actuator according to an embodiment.
  • FIG. 14 is a graph showing the resonance frequency and the vibration force measured by varying the foot length of the elastic body in the curved haptic actuator according to the embodiment.
  • FIG. 15 is a graph showing noise and vibration force measured at different intervals between the vibrating part and the inner wall of the housing in the curved haptic actuator according to the embodiment.
  • 16 is a graph showing the magnetic force measured by varying the curvatures of the housing and the vibrating part in the curved haptic actuator according to the embodiment.
  • 17 is a graph showing the vibration force measured for each position in the wearable device according to one embodiment.
  • first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a curved haptic actuator according to an embodiment
  • FIG. 2 is a sectional view showing a curved haptic actuator according to an embodiment
  • FIG. 3 is a block diagram of a curved haptic actuator according to an embodiment
  • FIG. 4 is a diagram showing a magnetic field generating unit according to an embodiment.
  • a curved haptic actuator 1 includes a housing 11, a vibrating portion 12, an elastic body 14, a magnetic field generating portion 13, a damper 15, A control unit 16, and an input unit 17.
  • the housing 11 may be a member that encloses the outer shape of the curved haptic actuator 1.
  • the housing 11 may be formed by bending to one side.
  • the housing 11 may have an upwardly curved shape as shown in Fig.
  • the housing 11 may include a receiving space 111 formed therein.
  • the housing space 111 may have a shape curved upward as the housing 11 is formed by bending to one side.
  • the vibrating portion 12, the elastic body 14, the magnetic field generating portion 13, and the damper 15 may be disposed in the accommodation space 111.
  • the housing 11 shields the magnetic field generated by the magnetic field generator 13 disposed in the accommodation space 111 from being transmitted to the outside, and conversely, the magnetic field applied from the outside is transmitted to the inside of the accommodation space 111
  • the influence on the vibrating portion 12 located at the side of the vibrating portion 12 can be blocked.
  • the housing 11 can be separated from the upper surface, the lower surface, and the side surface of the housing 11, respectively, for ease of installation and disassembly
  • the vibrating part (12) can be disposed and moved in the receiving space (111) of the housing (11).
  • the vibration section 12 may include a mass body 121 and a magnetic body 122.
  • the mass body 121 may be a member that forms the outer shape of the vibration section 12. [
  • the mass body 121 may have a shape curved in the same direction as the direction in which the housing 11 is bent.
  • the mass body 121 may have a curved shape with a curvature equal to the curvature of the curved housing 11 and the accommodation space 111.
  • the housing 11 and the vibrating portion 12 may have the same 'set curvature'.
  • the setting curvature may be 0.01 to 0.066.
  • the mass body 121 can be formed with a constant distance between the upper and lower inner walls of the curved receiving space 111, Can be arranged compactly inside the housing 111.
  • the magnetic body 122 may be provided on the mass body 121 and may be formed of a magnetic material.
  • the magnetic body 122 may be composed of a plurality of magnetic bodies. In this case, they may be spaced apart from each other by a predetermined distance along the longitudinal direction of the housing 11 with respect to the mass body 121, that is, the left and right directions of FIG.
  • the magnetic substance 122 can be made of a material magnetized such that the N pole and the S pole can be distinguished in the up / down or left / right direction.
  • a part of the magnetic body 122 may include soft magnetic materials among the ferromagnetic materials having an intrinsic coercivity of at least 1000 A / m or less.
  • the magnetic body 122 is made of a soft magnetic material and includes at least one of elements such as iron (Fe), nickel (Ni), silicon (Si), manganese (Mn) And may include steel, powder, alloy, alloy powder, composites, and nanostructure.
  • a part of the magnetic body 122 may include copper (Cu) and tungsten (W) having a specific gravity of at least 8 among paramagnetic materials.
  • a part of the magnetic body 122 may include ferromagnetic materials such as iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), neodymium (Nd), nickel (Ni), boron (B) ), And the like may be used as the material of the steel sheet, the powder, the alloy, the alloy powder, the composite, and the nano structure.
  • ferromagnetic materials such as iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), neodymium (Nd), nickel (Ni), boron (B) ), And the like may be used as the material of the steel sheet, the powder, the alloy, the alloy powder, the composite, and the nano structure.
  • the elastic body 14 can be connected between both sides of the vibration section 12 and the inner wall of the housing 11. [
  • the elastic body 14 may be connected to both side surfaces of the mass body 121 and both side surfaces of the inner wall of the housing 11, as shown in Fig.
  • the elastic body 14 may have a bent shape at least in part.
  • the elastic body 14 may be formed in one of a 'V' shape, an 'N' shape, or a rhombus shape.
  • the magnetic field generating section 13 is provided on the inner wall of the housing 11 and can generate a magnetic field to apply a magnetic field to the vibration section 12.
  • the magnetic field generating section 13 may be installed on the upper or lower inner wall of the housing space 111 of the housing 11.
  • [ 2 illustrates an example in which the magnetic field generating section 13 is provided on the upper side of the accommodation space 111 of the housing 11. However, it is not necessarily limited to such a case.
  • the magnetic field generating unit 13 may be a flexible printed circuit board as shown in FIG.
  • the magnetic field generating section 13 may include a substrate 131 and a coil 132.
  • the substrate 131 can form the outer shape of the magnetic field generating section 13. [
  • the substrate 131 may have a curved shape toward one side, and may have an upward curved shape as shown in Fig.
  • the substrate 131 bent upward can be formed so that the upper and / or lower inner walls of the accommodating space of the housing 11 curved upward can be curved.
  • the housing 11, the vibration section 12, and the substrate 131 may be curved with the same set curvature.
  • the substrate 131 may be a flexible insulating film.
  • the coil 132 may be a conductor provided inside the substrate 131 and capable of generating a magnetic field.
  • the coil 132 may be a plane coil of a polygonal shape such as a circle, an ellipse, or a rectangle on the substrate 131.
  • the coil 132 may be a solenoid coil.
  • the coil 132 may be a copper foil printed on the substrate 131.
  • the coils 132 may be plurally formed, and may be disposed on the substrate 131 in the longitudinal direction of the housing 11.
  • the coil 132 for applying a magnetic field to each magnetic substance 122 is positioned adjacent to the left and right sides of the respective magnetic substances 122 They can be arranged in pairs.
  • the position of the center of the magnetic body 122 may be located between a pair of adjacent coils 132, based on a neutral state in which no external force acts.
  • the magnetic field generating section 13 when the magnetic field generating section 13 is a flexible printed circuit board, the magnetic field generating section 13 may be formed by stacking a plurality of layers.
  • the coil 132 may be formed on both sides of the substrate 131.
  • the damper 15 is installed on both sides of the vibrating portion 12 or on the inner walls on both sides of the accommodating space 111 to prevent contact between the vibrating portion 12 and the housing 11. [ 2, the damper 15 is installed on the left and right inner walls of the receiving space 111 and moves in the longitudinal direction of the housing 11 to move the inner wall of the housing 11, Can be prevented.
  • the damper 15 may be a cushion including, for example, to mitigate impact when the vibrating portion 12 is in contact.
  • the damper 15 may include a magnetic fluid whose physical properties may be changed by a magnetic field.
  • the control unit 16 can apply a voltage to the magnetic field generating unit 13.
  • the control unit 16 can move the vibrating unit 12 by generating magnetic fields in mutually opposite directions on the pair of coils 132 adjacent to the magnetic body 122.
  • control unit 16 can determine the characteristics of the current, voltage, and frequency to be applied to the coil 132 in accordance with any one of the plurality of drive modes set in advance.
  • the drive mode may include a normal vibration mode and a tap mode.
  • the normal vibration mode is a mode in which the amplitude of the vibration force of the vibration part changes constantly and can be utilized as a notification means when a specific event is generated for the user of the wearable device in which the curved haptic actuator 1 is used.
  • the amplitude of the vibration force of the vibrating part can be intermittently changed, so that the user can feel the tactile sense of intermittently tapping, unlike the normal vibration. Therefore, when another event different from the general vibration is generated, it can be utilized as a notification means.
  • the input unit 17 may be an interface capable of receiving an input signal from a user or from outside. For example, characteristics of the current, voltage, and frequency applied to the magnetic field generating unit 13 through the input unit 17 can be selected. For example, the drive mode can be selected through the input unit 17.
  • 5A-5D illustrate an elastic body according to one embodiment.
  • elastic bodies formed in various shapes can be identified.
  • the elastic body 14 shown in FIG. 5A may have a 'V' shape.
  • the elastic body 14 may have a shape whose one end is longer than the other end.
  • the elastic body 14 may have a bent shape on the same plane.
  • the elastic body 14 can be formed by bending the bent portion by about 1 degree.
  • the height from the lower side of the elastic body 14 to one end of the elastic body 14 may be referred to as a foot length h of the elastic body 14 as shown in FIG.
  • the elastic body 24 shown in FIG. 5B may have a shape of a 'V' shape having the same length as the one end and the other end.
  • the footsteps h at both ends of the elastic body 24 may be the same as each other.
  • the elastic body 24 can be formed such that the bent portion is twisted by about one degree along the longitudinal direction of the elastic body.
  • the elastic body 34 shown in FIG. 5C may have an 'N' shape. 5C, when the respective portions are referred to as a first portion, a second portion and a third portion with respect to the bent point of the elastic body 34, the foot lengths of the first to third portions (for example, h) may be the same.
  • the elastic body 44 shown in Fig. 5D may have a rhombus or diamond shape.
  • the elastic body 44 may be formed by connecting two 'V' elastic bodies, and may have a vertically symmetric shape.
  • the elastic body 44 may be understood as a structure in which four portions having the same foot length h are connected.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating operation of a curved haptic actuator according to an embodiment
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating operation of a curved haptic actuator according to an embodiment
  • FIGS. 6 and 7 it can be seen that the vibrating part 12 of the curved haptic actuator 1 according to the embodiment moves in the longitudinal direction of the housing 11.
  • FIG. 6 it can be seen that the vibrating part 12 of the curved haptic actuator 1 according to the embodiment moves in the longitudinal direction of the housing 11.
  • the magnetic body 122 of the vibration section 12 may be magnetized so as to be polarized in the up-and-down direction, and the control section 16 may magnetize the coils 132 disposed adjacent to the left and right sides of the magnetic body 122 A current can be applied so as to have magnetism.
  • the coils 132 located on the left side of each of the magnetic bodies 122 of the coils 132 shown in FIG. 6 can form attraction with respect to the magnetic body 122, A repulsive force can be formed with respect to the base member 122.
  • the vibration unit 12 can perform a movement in the left direction inside the accommodation space 111.
  • a current in the opposite direction is applied to the pair of coils 132, so that the direction of magnetism formed by the pair of coils can be changed.
  • the coil 132 located on the left side of each magnetic body 122 of the coil 132 can form a repulsive force with respect to the magnetic body 122
  • the coil 132 positioned on the right side can generate a repulsive force with respect to the magnetic body 122 It can form a manpower.
  • the movement of the vibrating unit 12 can be switched to the movement of moving from the left side to the right side of the accommodating space 111 and by repeating the above process, The reciprocating motion of the rotor can be realized.
  • the control unit 16 can realize the reciprocating motion of the vibrating unit 12 by applying an alternating current to the pair of coils 132. [ For example, the control unit 16 can generate the maximum vibration force by applying an alternating current having a resonance frequency corresponding to the natural frequency of the vibration unit 12.
  • the control unit 16 controls at least one of the direction, the intensity, and the frequency of the current applied to the coil 132, so that the curved haptic actuator 1 generates a tactile signal such as a beat, can do
  • the frequency and / or waveform applied to the coil 132 may vary.
  • control unit 16 can apply a sinusoidal wave having a frequency between 80 Hz and 250 Hz to the coil.
  • control unit 16 can apply a sinusoidal wave or a square wave having a frequency lower than the normal vibration mode, for example, 1 Hz to 15 Hz, to the coil 132.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a curved haptic actuator according to an embodiment.
  • the configuration of the curved haptic actuator 2 according to another embodiment different from the curved haptic actuator 1 shown in FIGS. 1 to 7 can be confirmed.
  • the haptic actuator 2 in the form of one embodiment may include a housing 21, a vibration section 22, a damper 25, an elastic body 24, a magnetic field generating section 23 and a control section 16 .
  • the housing 21 may include a receiving space 211 and the housing 21 and the receiving space 211 may have a curved shape.
  • the vibrating portion 22 may include a mass body 221 and a magnetic body 222.
  • the magnetic bodies 222 may be spaced apart from each other in the longitudinal direction of the housing 21 in the mass body 221.
  • the magnetic body 222 may be magnetized to be laterally and laterally polarized along the longitudinal direction of the housing 21.
  • the damper 25 can be installed on both side surfaces of the vibration portion 22, that is, on the left and right sides facing the longitudinal direction of the housing 21.
  • the damper 25 may be a cushion including a spring, a sponge, a cotton, and the like in order to alleviate an impact when the vibrating portion 22 is in contact.
  • the damper 25 may comprise a magnetic fluid.
  • the magnetic field generating section 23 may include a substrate 231 and a coil 232.
  • the coil 232 for applying a magnetic field to one mass body 221 is one The mass body 221 of the first embodiment.
  • the center of the magnetic body 222 can be correspondingly positioned 1: 1 for each position between the adjacent coils 232.
  • the magnetic substance 222 may be additionally disposed at both ends of the vibrating section 22.
  • the magnetic substance 222 may be disposed on both sides of the vibrating section 22, In other words, the number of the magnetic bodies 222 may be equal to or greater than the number of the coils 232.
  • the center of the coil 232 may be correspondingly positioned 1: 1 for each position between adjacent magnetic bodies 222.
  • the control unit 16 can apply a voltage to the magnetic field generating unit 23.
  • the control unit 16 can form a magnetic field in the same direction in all the coils 232, and the magnetic substance 222 formed in the left and right magnetizations is magnetized in one direction
  • the vibrating part 22 can move in one direction along the longitudinal direction of the housing 21.
  • the vibrating part 22 can be moved in one direction along the longitudinal direction of the housing 21.
  • the control unit 16 then generates a magnetic field in a direction different from that of the previous one in all the coils 232 to change the direction of the repulsive force and attraction force applied to the magnetic body 222,
  • the vibrating unit 22 can perform the reciprocating movement along the length direction of the housing 21. Accordingly, the vibrating unit 22 can be moved in the other direction along the longitudinal direction of the housing 21 as the above process is repeated.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a wearable device according to an embodiment
  • the wearable device 5 may be a device worn on a bent portion of a human body, for example, a watch, a bracelet, a bracelet, a ring, a belt or a necklace.
  • the wearable device 5 may include a main body 51, a strap 52, and a curved haptic actuator 1.
  • the main body 51 may be a device including a display portion.
  • the strap 52 can be connected from one side of the main body 51, and at least one portion can be worn on the bent portion of the human body.
  • at least a portion of the strap 52 may have a curved shape depending on the curved shape of the human body.
  • the strap 52 may be connected from one side of the main body 51 to be connected to the other side of the main body 51 so as to surround at least a part of the human body.
  • the strap 52 may be formed of two members that are connected to each other at both sides of the main body 51 and can be coupled to each other.
  • the strap 52 may be formed of two straps 52 connected to both sides of the body 51 formed with a clock, as shown in Fig.
  • the curved haptic actuator 1 may be installed at the curved portion of the strap 52.
  • the curved haptic actuator 1 can be installed inside the curved portion of the strap 52.
  • the curved haptic actuator 1 can be arranged to cooperate with the curved shape of the strap 52 so that it is compact in the inside of the strap 52 .
  • the size of the housing 11 and the vibration section 12 can be designed to be larger, and thus, a more excellent vibration force can be generated.
  • movement in the longitudinal direction of the strap 52 can be generated.
  • the movement produced in the longitudinal direction of the strap 52 can be transmitted along the strap 52 and the body 51 so that the movement in the direction of movement Can be transmitted more effectively through the wearable device 5 as a whole.
  • the curved haptic actuator 1 may be installed in a form in which the housing 11 and the strap 52 are integrated.
  • the accommodating space 111 is formed in the strap 52 so that the curved haptic actuator 1 can be disposed in the accommodating space 111 without the housing 11.
  • the first curved haptic actuator 1 and the second curved haptic actuator 1 may be positioned on the first strap 52 and the second strap 52 respectively connected to both sides of the main body 51 have.
  • the first curved haptic actuator 1 and the second curved haptic actuator 1 may have a structure and an arrangement symmetrical with respect to the main body 51.
  • the pair of vibrating parts 12 arranged in the pair of curved haptic actuators 1 are respectively arranged in a pair It is possible to simultaneously move toward the main body 51 along the longitudinal direction of the strap 52 or to move away from the main body 51 at the same time.
  • Such movement of the vibrating portion 12 can result in moving the main body 51 in the direction away from the user or raising the main body 51 toward the user, As a result, the user can recognize a specific event by using the tactile angle transmitted from the main body 51 to the user.
  • FIG. 10 is a graph showing the magnetic field intensity according to the number of layers of the flexible printed circuit board.
  • the intensity of the magnetic field generated by the magnetic field generating section 13 is changed in accordance with the change in the number of layers of the flexible printed circuit board Can be confirmed.
  • FIG. 11 is a graph illustrating vibration power varying according to a frequency applied to a curved haptic actuator according to an embodiment.
  • the magnitude of the vibration force capable of sensing the tactile sense by the human is measured to be 0.2 G or more.
  • the frequency band in which the vibrating force of 0.2 G or more is generated in the curved haptic actuator 1 according to the embodiment is between 80 Hz and 250 Hz.
  • the curved haptic actuator 1 of the embodiment has a wide driving frequency band of 80 Hz to 250 Hz.
  • FIG. 12 is a graph illustrating a measured vibrational force when a low-frequency square wave is applied to a curved haptic actuator according to an embodiment.
  • FIG. 12 is a graph in which quadratic waves of 5, 10, 15, and 20 Hz are input into a curved haptic actuator 1 according to an embodiment in a band lower than a low frequency (20 Hz)
  • the mass of the elastic member is 2.71 g
  • the spring constant of the elastic member is 0.1072 N / m
  • the magnitude of the applied voltage is 3 V
  • the controller 16 can apply a square wave having a frequency of 1 Hz or more and 15 Hz or less to the magnetic field generator 13.
  • FIG. 13 is a graph showing a resonance frequency and a vibration force measured by different shapes of an elastic body in a curved haptic actuator according to an embodiment.
  • FIG. 13 is a graph in which the respective vibrational forces are measured while changing the elastic body into 'V' shape, twisted 'V' shape, 'N' shape, diamond or rhombus shape.
  • the vibration power is the highest when diamond or rhombic elastic body is used.
  • the elastic body 14 Since the elastic body 14 has different characteristics according to the shape of the elastic body 14, it is possible to use an elastic body having a specification conforming to each use.
  • FIG. 14 is a graph showing the resonance frequency and the vibration force measured by varying the foot length of the elastic body in the curved haptic actuator according to the embodiment.
  • the foot length h of the elastic body 14, that is, the vertical width of the elastic body 14, may be set to 4 mm to 10 mm in order to solve the noise generation problem and to form a sufficient vibration force.
  • FIG. 15 is a graph showing noise and vibration power measured by varying the gap between the vibrating part and the inner wall of the housing in the curved haptic actuator according to the embodiment.
  • the vibrating unit 12 may be rolled and move up and down not in the longitudinal direction of the housing 11, so that noise may be generated severely.
  • the gap between the vibrating portion 12 and the inner wall of the housing 11 is formed to be 1.5 mm to 2.0 mm, it can be confirmed that the vibration power is largely maintained and noise is reduced.
  • the distance between both sides of the vibration section 12 and the left and right side surfaces of the accommodation space 111 can be formed to be 1.5 mm to 2 mm.
  • 16 is a graph showing the magnetic force measured by varying the curvatures of the housing and the vibrating part in the curved haptic actuator according to the embodiment.
  • the magnetic force generated by the magnetic field generating unit 13 decreases as the curvature of the housing 11 and the vibrating unit 12 increases. If the magnetic force is too weak, the vibration section 12 can not generate a sufficient vibration force. Therefore, in order to increase the magnetic force, the curvature must be 0.066 or less.
  • the minimum vibration force that a person can feel is 0.2 G, which is 1.96 m / s ⁇ 2 when converted to an acceleration, as described above. This is multiplied by the mass of the curved haptic actuator 1, N), it may be 5.3116 mN.
  • the maximum curvature of the vibrating portion 12 and the housing 11 may not exceed 0.066 so that the vibrating force of the vibrating portion 12 is formed to be larger than 5.3116 mN.
  • the set curvatures of the housing 11 and the vibrating portion 12 can be formed in the range of 0.01 to 0.066.
  • 17 is a graph showing the vibration force measured for each position in the wearable device according to one embodiment.
  • FIG. 17 shows a state in which the curved haptic actuator 1 is mounted on the strap 52 in the vertical direction, under the strap 52, in the clock core, that is, in the body 51 and in the curved haptic actuator 1 ) At the four end portions of the strap 52, which is mounted at the end portion.
  • the largest vibration force is measured in the clock core, that is, the main body 51, and the main body 51 can feel the greatest vibration even when actually worn.
  • the vibrating force can be transmitted to the end of the strap 52 and the main body 51 because the vibration direction of the curved haptic actuator 1 is in the left-right direction, that is, the longitudinal direction of the strap 52, The wearer can feel the most vibration in the main body 51 because the mass of the main body 51 is larger than those of other parts.

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Abstract

일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터는, 수용 공간을 구비하고, 상기 수용 공간 및 외형이 외측으로 굽어진 형상을 갖는 하우징; 상기 수용 공간에 배치되고, 상기 하우징의 길이 방향을 따라서 운동 가능하고, 상측으로 굽어진 형상을 갖는 진동부; 상기 진동부의 양 측면 및 상기 하우징의 내벽 사이에 연결되는 탄성체; 및 상기 하우징의 내벽에 설치되고, 자기장을 발생시켜 상기 진동부에 인가시키는 자기장 생성부를 포함할 수 있다.

Description

커브드 햅틱 액추에이터 및 이를 포함하는 웨어러블 디바이스
아래의 설명은 커브드 햅틱 액추에이터 및 이를 포함하는 웨어러블 디바이스에 관한 것이다.
햅틱스(Haptics)는 촉각에 관한 기술로서, 구체적으로 전자기기의 사용자에게 키보드, 마우스, 조이스틱, 및 터치스크린 등을 통해 촉각과 힘, 운동감 등을 느끼게 하는 기술을 말한다. 기존에는 전자기기와 인간이 정보를 주고 받을 때 시각 또는 청각적인 수단이 주를 이루었으나, 최근 들어 더욱 구체적이고 실감나는 정보 전달을 위해 햅틱 기술이 주목 받고 있다.
일반적으로 햅틱 제공 장치로 선형 공진 액추에이터(Linear resonant actuator, LRA)가 주로 사용되고 있으며, 이는 탄성 스프링과 자기회로에 연결된 중량체에 의해 발생하는 공진 주파수를 이용하여 진동의 세기를 최대화 시키는 방법이다.
이러한 선형 공진 액추에이터는 상기 외형을 이루고 있는 부재로서 상·하부로 이루어진 하우징, 자석과 요크 구조 중량체를 포함하는 진동부, 진동부를 지지하는 스프링으로 상·하면에 위치하는 탄성부, 전자기력을 발생하는 코일부로 구성되어 있다.
종래 기술인 햅틱 제공 장치 중 선형 공진 액추에이터에 대하여, 대한민국 등록특허공보 제 10-1461274 호(명칭: 선형진동모터), 대한민국 공개특허공보 제 10-2016-0021160 호(명칭: 탄성 부재 및 이를 구비한 선형 진동 모터)가 있다. 그러나 이러한 액추에이터들은 부피가 매우 크고 특정한 공간 제한을 만족시키는 데 어려움이 있다.
종래의 선형 공진 액추에이터는 단순한 진동을 전달하는 것을 목적으로 질량체와 스프링에 의해 결정되는 공진주파수를 이용해야만 효과적인 진동이 가능하다는 단점이 있다.
더불어, 2010년 세계적인 학술지 IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS에 기재된 논문(제목: Tactile sensing-from humans to humanoids)에 따르면 인체가 수용가능 한 촉각 감각의 주파수 범위는 0.4Hz 에서 500Hz 이상까지 이르나 종래의 햅틱 기술을 이용할 경우, 160Hz 이상의 주파수대역에서 단순한 진동만을 제공하기 때문에 더욱 다채롭고 복잡한 정보를 효과적으로 전달 할 수 없는 문제가 있으며, 이를 효과적으로 해결하기 위하여 다양한 주파수 범위 내에서 촉각 신호를 효과적으로 전달 할 수 있는 장치의 연구가 필요한 상황이다.
따라서, 170Hz 이하의 영역에서 하나의 공진주파수를 가질 수 있으며, 저주파수 대역에서 서로 다른 입력 파형의 전기적 신호를 통해 좌우 진동으로 나타내는 새로운 촉각을 제공할 수 있는 장치에 대한 연구가 필요하다.
또한, 얇고, 휘어진 구조로 작은 전압으로도 구동이 가능하며 휘어진 구조물에서 사용이 가능하고, 단순 진동에서 나아가 다양한 촉각 패턴으로 정보를 전달할 수 있는 촉각 전달 구조에 대한 연구가 필요하다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시 예의 목적은 휘어진 형상을 가지며, 적어도 하나의 공진주파수를 갖고, 저주파수(20Hz 이하) 대역에서 서로 다른 입력 파형을 전기적 신호로 바꾸어 외부 자기력에 의해 상이한 촉각을 제공할 수 있는 커브드 햅틱 액추에이터를 제공하는 것이다.
일 실시 예의 목적은 IT 분야의 VR 장갑, 게임 컨트롤러, 스마트 의류 등, 기기의 내부에 장착되는 것뿐만 아니라 외부에 장착되어 사용자의 피부를 직접 타격하여 국부적 촉각 및 실시간 촉각 전달이 가능한 커브드 햅틱 액추에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 실시 예의 목적은 사용자의 굴곡진 신체에 착용되어 다양한 촉각 신호를 전달할 수 있는 웨어러블 디바이스를 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터는, 수용 공간을 구비하고, 상기 수용 공간 및 외형이 외측으로 굽어진 형상을 갖는 하우징; 상기 수용 공간에 배치되고, 상기 하우징의 길이 방향을 따라서 운동 가능하고, 상측으로 굽어진 형상을 갖는 진동부; 상기 진동부의 양 측면 및 상기 하우징의 내벽 사이에 연결되는 탄성체; 및 상기 하우징의 내벽에 설치되고, 자기장을 발생시켜 상기 진동부에 인가시키는 자기장 생성부를 포함할 수 있다.
상기 진동부는, 상기 진동부의 외형을 형성하는 질량체; 및 상기 질량체에 상기 하우징의 길이 방향을 따라서 이격 설치되는 복수 개의 자성체를 포함할 수 있다.
상기 자기장 생성부는, 상측으로 굽어진 기판; 및 상기 기판에 상기 하우징의 길이 방향을 따라서 이격 배치되는 복수 개의 코일을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터는, 상기 자기장 생성부에 전류가 인가되지 않은 상태에서, 상기 자성체에 인접한 한 쌍의 코일에 서로 반대 방향의 자기장을 발생시킴으로써 상기 진동부를 상기 하우징의 길이 방향을 따라서 이동시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 자성체의 중심은 상기 한 쌍의 코일 사이에 위치할 수 있다.
상기 자기장 생성부는 연성 인쇄 회로 기판일 수 있다.
상기 하우징, 상기 진동부 및 상기 자기장 생성부는 설정 곡률로 굽어질 수 있다.
상기 설정 곡률의 값은, 0.01 내지 0.066일 수 있다.
상기 진동부 양 측면 및 상기 수용 공간의 좌우 측면 사이의 거리는 1.5 mm 내지 2 mm일 수 있다.
상기 탄성체의 적어도 일부분은 절곡 되어 형성될 수 있다.
상기 탄성체는 'V' 형상, 'N' 형상 또는 마름모 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.
상기 탄성체의 상하 방향의 폭은 4 mm 내지 10mm 일 수 있다.
일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터는, 상기 진동부의 양 측면 또는 상기 수용 공간의 양측 내벽에 설치되어 상기 진동부 및 하우징 사이의 접촉을 방지하는 댐퍼를 더 포함할 수 있다.
상기 댐퍼는, 자성유체를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 미리 설정된 복수 개의 구동 모드 중 어느 하나의 구동 모드에 따라서 상기 코일로 인가될 전류의 특성을 결정할 수 있고, 상기 구동 모드는, 일반 진동 모드 및 두드림 모드를 포함할 수 있고, 상기 구동 모드가 상기 일반 진동 모드이면, 상기 제어부는 80Hz 내지 250Hz 사이의 주파수를 갖는 정현파를 상기 코일에 인가하고, 상기 구동 모드가 상기 두드림 모드이면, 상기 제어부는 1Hz 이상 15Hz 이하의 주파수를 갖는 방형파 또는 정현파를 상기 코일에 인가할 수 있다.
일 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스는 본체; 상기 본체에 연결되고, 적어도 일부분이 굽어진 형상을 갖는 스트랩; 및 상기 스트랩의 길이 방향을 따라서 운동 가능하고 굽어진 형상을 갖는 제 1 진동부와, 상기 제 1 진동부에 인가시키기 위한 자기장을 발생시키는 제 1 자기장 생성부를 포함하고, 상기 스트랩의 굽어진 부분에 설치되는 제 1 커브드 햅틱 액추에이터를 포함할 수 있다.
상기 웨어러블 디바이스는, 상기 스트랩의 길이 방향을 따라서 운동 가능하고 굽어진 형상을 갖는 제 2 진동부와, 상기 제 2 진동부에 인가시키기 위한 자기장을 발생시키는 제 2 자기장 생성부를 포함하고, 상기 스트랩의 굽어진 부분에 설치되는 제 2 커브드 햅틱 액추에이터를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 커브드 햅틱 액추에이터는, 상기 본체를 기준으로 상기 제 1 커브드 햅틱 액추에이터에 대칭되는 형상 및 배치를 가질 수 있다.
상기 웨어러블 디바이스는, 상기 제 1 커브드 햅틱 액추에이터 및 제 2 커브드 햅틱 액추에이터에 동일한 크기 및 방향의 전압을 인가하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터에 의하면 넓은 대역에서 진동을 비롯한 촉각을 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터에 의하면, 전자기기의 전체 또는 국부에 촉각을 제공하고, 전압의 세기, 또는 주파수를 제어하여 진동 외에도 ‘두드림’과 같은 촉각을 사용자에게 전달하는 것이 가능하다.
일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터에 의하면, 굽어진 구조를 갖기 때문에 곡면의 형태를 가지는 다양한 디바이스에 설치 가능하다.
일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터에 의하면, 스마트 스트랩 등의 웨어러블 기기, VR기기, 자동차 스티어링 또는 조그 다이얼에 적용 가능하다.
일 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스에 의하면, 운동 방향이 스트랩의 길이 방향으로 형성되기 때문에, 진동이 웨어러블 디바이스 전체를 따라서 전달될 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터를 나타내는 사시도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터를 나타내는 단면도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터의 블록도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 자기장 생성부를 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 일 실시 예들에 따른 탄성체를 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7은 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터가 작동하는 모습을 나타내는 단면도이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터를 나타내는 단면도이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스를 나타내는 사시도이다.
도 10은 연성 인쇄 회로 기판의 층수에 따른 자기장 세기를 나타내는 그래프이다.
도 11은 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터에 인가되는 주파수에 따라서 변화하는 진동력을 측정한 그래프이다.
도 12는 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터에 저주파수의 방형파를 인가하였을 경우 측정된 진동력을 측정한 그래프이다.
도 13은 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터에서 탄성체의 형상을 달리하여 측정한 공진 주파수와 진동력을 나타내는 그래프이다.
도 14는 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터에서 탄성체의 발 길이를 달리하여 측정한 공진 주파수와 진동력을 나타내는 그래프이다.
도 15는 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터에서 진동부와 하우징의 내벽 사이의 간격을 달리하여 측정한 노이즈와 진동력을 나타낸 그래프이다.
도 16은 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터에서 하우징과 진동부의 곡률을 달리하여 측정한 자기력을 나타낸 그래프이다.
도 17은 일 실시 에에 따른 웨어러블 디바이스에서 위치별로 측정된 진동력을 나타내는 그래프이다.
본 특허출원은 2017년 10월 11일자 출원된 특허출원 제2017-0130113호를 기초로 우선권을 주장한 것이고, 해당 출원의 전체 내용이 본 특허출원에 참조로서 포함된다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터를 나타내는 사시도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터를 나타내는 단면도이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터의 블록도이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 자기장 생성부를 나타내는 도면이다.
도 1내지 도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터(1)는, 하우징(11), 진동부(12), 탄성체(14), 자기장 생성부(13), 댐퍼(15), 제어부(16) 및 입력부(17)를 포함할 수 있다.
하우징(11)은, 커브드 햅틱 액추에이터(1)의 외형을 감싸는 부재일 수 있다. 예를 들어, 하우징(11)은 일측으로 굽어져서 형성될 수 있다. 예를 들어, 하우징(11)은 도 1과 같이 상측으로 굽어진 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 하우징(11)은 내부에 형성된 수용 공간(111)을 포함할 수 있다.
수용 공간(111)은, 하우징(11)이 일측으로 굽어져서 형성됨에 따라 상측으로 굽은 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 수용 공간(111)에는 진동부(12), 탄성체(14), 자기장 생성부(13) 및 댐퍼(15)가 배치될 수 있다.
예를 들어, 하우징(11)은 수용 공간(111)에 배치된 자기장 생성부(13)에서 발생하는 자기장이 외부로 전달되는 것을 차폐하고, 반대로 외부로부터 인가되는 자기장이 수용 공간(111)의 내부에 위치하는 진동부(12)에 미치는 영향을 차폐할 수 있다. 예를 들어 하우징(11)은 설치 및 분해의 용이성을 위해 하우징(11)의 상면, 하면 및 측면이 각각 분리될 수 있다
진동부(12)는, 하우징(11)의 수용 공간(111)에 배치되어 운동할 수 있다. 예를 들어, 진동부(12)는, 질량체(121) 및 자성체(122)를 포함할 수 있다.
질량체(121)는, 진동부(12)의 외형을 형성하는 부재일 수 있다. 예를 들어, 질량체(121)는 하우징(11)이 굽어진 방향과 동일한 방향으로 굽어진 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 질량체(121)는, 굽어진 하우징(11) 및 수용 공간(111)의 곡률과 동일한 곡률을 가지며 굽어진 형태를 가질 수 있다.
예를 들어, 하우징(11) 및 진동부(12)는 동일한 '설정 곡률'을 가질 수 있다. 예를 들어 설정 곡률은, 0.01 내지 0.066일 수 있다.
이와 같이 동일한 설정 곡률을 갖도록 한 구조에 의하면, 질량체(121)는 굽어진 수용 공간(111)의 상측 및 하측 내벽 사이의 간격이 일정하게 형성될 수 있고, 이에 따라 진동부(12)가 수용 공간(111) 내부에서 컴팩트하게 배치될 수 있다.
자성체(122)는, 질량체(121)에 설치될 수 있고, 자성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 자성체(122)는 복수개로 구성될 수 있다. 이 경우, 질량체(121)에 하우징(11)의 길이 방향, 다시 말하면, 도2의 좌우측 방향에 따라 일정한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.
예를 들어, 자성체(122)는, 상/하 또는 좌/우 방향으로 N극과 S극이 구분 가능하도록 착자된 물질을 사용할 수 있다.
예를 들어, 자성체(122)의 일부는, 강자성체(Ferromagnetic materials)들 중, 고유 보자력(Intrinsic Coercivity)이 적어도 1000A/m 이하인 연자성체(Soft magnetic materials)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 자성체(122)는 연자성체로 이루어지며 철(Fe), 니켈(Ni), 규소(Si), 망간(Mn), 아연(Zn) 등의 원소들 중 적어도 하나 이상이 포함된 스틸(Steel), 가루(Powder), 합금(Alloy), 합금 가루(Alloy powder), 합성체(Composites), 나노구조(Nanostructure)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 자성체(122)의 일부는, 상자성체(Paramagnetic materials)들 중, 그 비중이 적어도 8 이상인 구리(Cu), 텅스텐(W)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 자성체(122)의 일부는 강자성체(Ferromagnetic materials)로서 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 니켈(Ni), 붕소(B), 아연(Zn) 등의 원소들 중 적어도 하나 이상이 포함된 스틸, 가루, 합금, 합금 가루, 합성체, 나노구조 등의 구조를 갖는 물질이 사용될 수 있다.
탄성체(14)는, 진동부(12)의 양 측면 및 하우징(11)의 내벽 사이에 연결될 수 있다. 예를 들어, 탄성체(14)는, 도 2와 같이, 질량체(121)의 양측면 및 하우징(11) 내벽의 양측면에 각각 연결될 수 있다.
예를 들어, 탄성체(14)는 적어도 일부분이 절곡된 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 탄성체(14)는, 'V' 형상, 'N' 형상 또는 마름모 형상 중 하나의 형상으로 형성될 수 있다.
자기장 생성부(13)는, 하우징(11)의 내벽에 설치되고, 자기장을 발생시켜 상기 진동부(12)에 자기장을 인가시킬 수 있다. 예를 들어, 자기장 생성부(13)는 하우징(11)의 수용 공간(111)의 상측 또는 하측 내벽에 설치될 수 있다. 도 2에는 자기장 생성부(13)가 하우징(11)의 수용 공간(111)의 상측에 설치된 경우를 예시적으로 도시하고 있으나, 반드시 이와 같이 제한되는 것은 아님을 밝혀둔다.
예를 들어, 자기장 생성부(13)는 도 4와 같이, 연성 인쇄 회로 기판(Flexible Printed Circuit Board)일 수 있다.
예를 들어, 자기장 생성부(13)는 기판(131) 및 코일(132)을 포함할 수 있다.
기판(131)은, 자기장 생성부(13)의 외형을 형성할 수 있다. 예를 들어, 기판(131)은, 일측으로 굽어진 형상을 가질 수 있고, 도 2와 같이, 상측으로 굽어진 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 상측으로 굽어진 기판(131)은 상측으로 굽어진 하우징(11)의 수용 공간의 상측 및/또는 하측 내벽에 굽어진 형상이 형합 되도록 설치될 수 있다. 예를 들어, 하우징(11), 진동부(12) 및 기판(131)은 동일한 설정 곡률을 가지면서 굽어져 있을 수 있다.
예를 들어, 자기장 생성부(13)가 연성 인쇄 회로 기판일 경우, 기판(131)은, 휘어질 수 있는 절연 필름일 수 있다.
코일(132)은, 기판(131) 내부에 설치되어 자기장을 발생시킬 수 있는 도체일 수 있다. 예를 들어 코일(132)은, 기판(131)에 원형, 타원형 또는 사각형과 같은 다각형의 평면 코일일 수 있다. 예를 들어, 코일(132)은 솔레노이드 코일일 수 있다. 예를 들어, 자기장 생성부(13)가 연성 인쇄 회로 기판일 경우, 코일(132)은, 기판(131)에 인쇄된 동박일 수 있다.
예를 들어, 코일(132)은 복수개로 형성될 수 있고, 기판(131)에서 하우징(11)의 길이 방향을 따라 이격되어 배치될 수 있다.
예를 들어, 자성체(122)가 상하 방향으로 분극되어 착자되어 있는 경우, 각각의 자성체(122)에 자기장을 인가하는 코일(132)은 도 2와 같이 각각의 자성체(122)의 좌우에 인접하도록 한쌍으로 배치될 수 있다.
예를 들어, 외력이 작용하지 않은 중립 상태를 기준으로, 도 2와 같이, 자성체(122)의 중심의 위치는 인접한 한 쌍의 코일(132) 사이에 위치할 수 있다.
위 구조에 의하면, 자기장 생성부(13)에 전류가 인가되지 않은 상태에서, 자성체(122)에 인접한 한 쌍의 코일(132)에 서로 반대 방향의 자기장을 발생시킴으로써 진동부(12)를 하우징(11)의 길이 방향을 따라서 이동시킬 수 있다.
예를 들어, 자기장 생성부(13)가 연성 인쇄 회로 기판일 경우, 자기장 생성부(13)는 복수개의 레이어로 적층되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 코일(132)은 기판(131)의 양면에 형성될 수 있다.
댐퍼(15)는 진동부(12)의 양 측면 또는 수용 공간(111)의 양측 내벽에 설치되어 진동부(12) 및 하우징(11) 사이의 접촉을 방지할 수 있다. 예를 들어, 댐퍼(15)는, 도 2와 같이, 수용 공간(111)의 좌우측 내벽에 설치되어 진동부(12)가 하우징(11)의 길이 방향으로 운동함에 따라서, 하우징(11)의 내벽에 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 댐퍼(15)는 진동부(12)가 접촉하였을 경우의 충격을 완화시키기 위해 등을 포함하는 쿠션일 수 있다. 예를 들어, 댐퍼(15)는 자기장에 의해, 물성이 변화할 수 있는 자성 유체를 포함할 수 있다.
제어부(16)는, 자기장 생성부(13)에 전압을 인가할 수 있다. 예를 들어, 제어부(16)는, 자성체(122)에 인접한 한 쌍의 코일(132)에 서로 반대 방향의 자기장을 발생시킴으로써 진동부(12)를 이동 시킬 수 있다.
예를 들어, 제어부(16)는, 미리 설정된 복수 개의 구동 모드 중 어느 하나의 구동 모드에 따라서 코일(132)로 인가될 전류 및 전압 및 주파수의 특성을 결정할 수 있다. 예를 들어, 구동 모드는, 일반 진동 모드 및 두드림 모드를 포함할 수 있다.
일반 진동 모드는, 진동부의 진동력의 진폭이 일정하게 변화하는 모드로, 커브드 햅틱 액추에이터(1)가 사용되는 웨어러블 기기의 사용자에게 특정한 이벤트가 발생되었을 때에, 알림 수단으로 활용될 수 있다.
두드림 모드에 의하면, 후술하는 바와 같이 진동부의 진동력의 진폭이 간헐적으로 변화할 수 있어서, 사용자는 일반 진동과는 달리, 간헐적으로 두드리는 듯한 촉각을 느낄 수 있다. 따라서, 일반 진동과 구별되는 다른 이벤트가 발생되었을 때에, 알림 수단으로 활용될 수 있다.
입력부(17)는 사용자 또는 외부로부터 입력 신호를 전달받을 수 있는 인터페이스일 수 있다. 예를 들어, 입력부(17)를 통해 자기장 생성부(13)에 인가되는 전류, 전압 및 주파수의 특성이 선택될 수 있다. 예를 들어, 입력부(17)를 통해서 구동 모드가 선택될 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 일 실시 예들에 따른 탄성체를 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5d를 참조하면 다양한 형상으로 형성된 탄성체를 확인할 수 있다.
도 5a에 도시된 탄성체(14)는 'V'자 형상을 가질 수 있다. 예를 들어 탄성체(14)는 일단이 타단보다 길게 형성된 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 탄성체(14)는 동일한 평면 상에서 절곡된 형상을 가질 수 있다. 한편, 이와 달리 탄성체(14)는 절곡 되는 부분이 약 1도 가량 비틀려서 형성될 수 있다.
도 5a와 같이, 탄성체(14)의 하측부터 탄성체(14)의 일단까지의 높이를 탄성체(14)의 '발 길이(h)'라 할 수 있다.
도 5b에 도시된 탄성체(24) 일단과 타단의 길이가 동일한 'V'자 형상을 가질 수 있다. 다시 말하면, 탄성체(24)의 양단의 발길이(h)는 서로 동일할 수 있다. 예를 들어, 탄성체(24)는 절곡 되는 부분이 탄성체의 길이 방향에 따라 약 1도 가량 비틀려서 형성될 수 있다.
도 5c에 도시된 탄성체(34)는'N'자 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 5c와 같이, 탄성체(34)의 절곡된 지점을 기준으로 각각의 부분을 제 1 부분, 제 2 부분 및 제 3 부분이라고 할 때, 제 1 부분 내지 제 3 부분의 발 길이(h)는 동일할 수 있다.
도 5d에 도시된 탄성체(44)는 마름모 또는 다이아몬드 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 탄성체(44)는 'V'자 형상의 탄성체 2개가 연결되어 형성될 수 있고, 상하 대칭인 형태를 가질 수 있다.
예를 들어, 도5d와 같이, 탄성체(44)는 동일한 발 길이(h)를 갖는 4개의 부분이 연결된 구조로 이해될 수도 있을 것이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터가 작동하는 모습을 나타내는 단면도이고, 도 7은 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터가 작동하는 모습을 나타내는 단면도이고,
도 6및 도 7을 참조하면, 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터(1)의 진동부(12)가 하우징(11)의 길이 방향으로 운동하는 모습을 확인할 수 있다.
예를 들어, 진동부(12)의 자성체(122)는, 상하 방향으로 분극 되도록 착자될 수 있고, 제어부(16)는, 자성체(122)의 좌우로 인접하게 배치된 코일(132)에 서로 다른 자성을 띄도록 전류가 인가될 수 있다.
이 경우, 도 6에 도시된 코일(132) 중 각각의 자성체(122)의 좌측에 위치한 코일(132)은 자성체(122)에 대해서 인력을 형성할 수 있고, 우측에 위치한 코일(132)은 자성체(122)에 대해서 척력을 형성할 수 있다.
이에 따라, 진동부(12)는 수용 공간(111) 내부에서 좌측 방향으로 이동하는 운동을 수행할 수 있다.
이후, 도 7과 같이, 한 쌍의 코일(132)에 반대 방향의 전류가 인가됨으로써, 한 쌍의 코일이 형성하는 자성의 방향이 바뀌게 될 수 있다. 구체적으로, 코일(132) 중 각각의 자성체(122)의 좌측에 위치한 코일(132)은 자성체(122)에 대해서 척력을 형성할 수 있고, 우측에 위치한 코일(132)은 자성체(122)에 대해서 인력을 형성할 수 있다.
이에 따라, 진동부(12)의 운동은 수용 공간(111)의 좌측으로부터 우측 방향으로 이동하는 운동으로 전환될 수 있고, 위 과정을 반복함으로써, 진동부(12)의 하우징(11)의 길이 방향의 왕복 운동이 구현될 수 있다.
제어부(16)는 한 쌍의 코일(132)에 교류 전류를 인가함으로써, 진동부(12)의 왕복 운동을 구현할 수 있다. 예를 들어, 제어부(16)는 진동부(12)의 고유진동수에 해당하는 공진주파수를 갖는 교류 전류를 인가하여 최대 진동력을 생성시킬 수 있다.
제어부(16)는, 코일(132)에 인가하는 전류의 방향, 전압의 세기, 또는 주파수 중 적어도 하나 이상을 제어함에 따라서 커브드 햅틱 액추에이터(1)는 일반 진동뿐만 아니라 두드림 등과 같은 촉각 신호를 생성할 수 있다
구동 모드에 따라서, 코일(132)에 인가되는 주파수 및/또는 파형은 달라질 수 있다.
예를 들어, 구동 모드가 일반 진동 모드이면, 제어부(16)는 80Hz 내지 250Hz 사이의 주파수를 갖는 정현파를 코일에 인가할 수 있다.
예를 들어, 구동 모드가 두드림 모드이면, 제어부(16)는 일반 진동 모드보다 낮은 주파수, 예를 들면, 1Hz 이상 15Hz 이하의 주파수를 갖는 정현파 또는 방형파를 코일(132)에 인가할 수 있다.
도 8은 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터를 나타내는 단면도이다.
도 8을 참조하면, 도 1내지 도 7에 도시된 커브드 햅틱 액추에이터(1)와는 다른 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터(2)의 구성을 확인할 수 있다.
일 실시 예에 따른 형태의 햅틱 액추에이터(2)는, 하우징(21), 진동부(22), 댐퍼(25), 탄성체(24) 자기장 생성부(23) 및 제어부(16)를 포함할 수 있다. 하우징(21)은 수용 공간(211)을 포함할 수 있고, 하우징(21) 및 수용 공간(211)은 일측으로 굽어진 형상을 가질 수 있다. 진동부(22)는 질량체(221) 및 자성체(222)를 포함할 수 있다.
자성체(222)는 질량체(221)에서 하우징(21)의 길이 방향에 따라 복수개로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 자성체(222)는 하우징(21)의 길이 방향에 따라 좌우로 분극되도록 착자 될 수 있다.
댐퍼(25)는, 진동부(22)의 양측면, 즉 하우징(21)의 길이 방향을 마주보는 좌우 측면에 설치될 수 있다. 예를 들어, 댐퍼(25)는 진동부(22)가 접촉하였을 경우의 충격을 완화시키기 위해 스프링, 스폰지, 솜 등을 포함하는 쿠션일 수 있다. 예를 들어, 댐퍼(25)는 자성 유체를 포함할 수 있다.
자기장 생성부(23)는, 기판(231) 및 코일(232)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 자성체(222)가 하우징(11)의 길이 방향, 다시 말하면, 좌우 방향으로 분극 되어 착자된 경우, 하나의 질량체(221)에 자기장을 인가하는 코일(232)은 도 8과 같이 하나의 질량체(221)의 좌우에 인접하도록 배치될 수 있다. 다시 말하면, 자성체(222)의 중심은 인접한 코일(232) 사이의 위치마다 1:1로 대응하여 위치할 수 있다. 한편, 자성체(222)가 진동부(22)의 중앙부쪽에 위치하는 것으로 도시하였으나, 이와 달리, 자성체(222)는 진동부(22)의 양쪽 단부에 추가적으로 배치될 수도 있다. 다시 말하면, 자성체(222)의 개수는 코일(232)의 개수와 같거나, 더 많을 수도 있다. 예를 들어, 코일(232)의 중심은 인접한 자성체(222) 사이의 위치마다 1:1로 대응하여 위치할 수도 있다.
제어부(16)는, 자기장 생성부(23)에 전압을 인가할 수 있다. 예를 들어, 제어부(16)는, 모든 코일(232)에 같은 방향의 자기장을 형성시킬 수 있고, 좌우로 착자되어 형성된 자성체(222)는 주변의 코일(232)에 형성된 자기장에 의해서, 일 방향의 코일(232)로부터 인력이 인가되고, 타 방향의 코일(232) 척력이 인가될 수 있어서, 진동부(22)는 하우징(21)의 길이 방향에 따라서 일 방향으로 이동할 수 있다.
이후, 제어부(16)는, 모든 코일(232)에 이전과 다른 방향의 자기장을 형성하여, 자성체(222)에 인가되는 척력 및 인력의 방향을 전환함으로써, 진동부(22)는 하우징(21)의 길이 방향에 따라 타 방향으로 이동할 수 있으며, 위의 과정이 반복됨에 따라서, 진동부(22)는 하우징(21)의 길이 방향에 따라서 왕복 운동을 수행할 수 있다.
도 9는 일 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스를 나타내는 사시도이고,
도 9를 참조하면, 일 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스(5)는 인체의 굴곡진 부위에 착용되는 장치, 예를 들면, 시계, 팔찌, 발찌, 반지, 벨트 또는 목걸이 등 일 수 있다.
예를 들어, 웨어러블 디바이스(5)는, 본체(51), 스트랩(52) 및 커브드 햅틱 액추에이터(1)를 포함할 수 있다.
본체(51)는, 디스플레이부를 포함하는 장치일 수 있다.
스트랩(52)은, 본체(51)의 일측으로부터 연결될 수 있고, 적어도 일 부분이 인체의 굴곡진 부위에 착용될 수 있다. 예를 들어, 스트랩(52)의 적어도 일부분은 인체의 굴곡진 형상에 따라 굽어진 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 스트랩(52)은 본체(51)의 일측으로부터 연결되어, 인체의 적어도 일 부분을 감싸도록 형성되어 본체(51)의 타측으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 스트랩(52)은 본체(51)의 양측에서 각각 연결되어 서로 결합될 수 있는 2개의 부재로 형성될 수 있다.
예를 들어, 스트랩(52)은 도 9와 같이, 시계로 형성된 본체(51)의 양측에 연결된 2개의 스트랩(52)으로 형성될 수 있다.
커브드 햅틱 액추에이터(1)는 스트랩(52)의 굽어진 부위에 설치될 수 있다. 예를 들어, 커브드 햅틱 액추에이터(1)는 스트랩(52)의 휘어진 부위의 내부에 설치될 수 있다.
위의 구조에 의하면, 스트랩(52)의 굽어진 부위의 내부에서, 커브드 햅틱 액추에이터(1)는 스트랩(52)이 굽어진 형태와 형합하도록 배치될 수 있어서, 스트랩(52) 내부에서 컴팩트하게 배치될 수 있다.
또한, 평평한 형태의 액추에이터와 비교할 때, 하우징(11) 및 진동부(12)의 크기를 더 크게 설계할 수 있으므로, 보다 더 우수한 진동력을 생성할 수 있다.
커브드 햅틱 액추에이터(1)에 의하면, 스트랩(52)의 길이 방향으로 운동이 생성될 수 있다. 스트랩(52)의 길이 방향으로 생성된 운동은 스트랩(52) 및 본체(51)를 따라서 전달될 수 있으므로, 스트랩(52) 내부에서 길이 방향과 수직한 방향으로 진동하는 다른 액추에이터와 비교할 때, 운동에 따라 발생하는 촉각이 웨어러블 디바이스(5) 전체를 통해서, 보다 효과적으로 전달될 수 있다.
예를 들어, 커브드 햅틱 액추에이터(1)는 하우징(11)과 스트랩(52)이 일체화된 형태로 설치될 수 있다. 다시 말하면, 스트랩(52) 내부에 수용 공간(111)이 형성되어 커브드 햅틱 액추에이터(1)가 하우징(11) 없이 수용 공간(111)에 배치될 수 있다.
한편, 본체(51)의 양쪽에 각각 연결되는 제 1 스트랩(52) 및 제 2 스트랩(52)에는 각각 제 1 커브드 햅틱 액추에이터(1) 및 제 2 커브드 햅틱 액추에이터(1)가 위치할 수 있다. 그리고 제 1 커브드 햅틱 액추에이터(1) 및 제 2 커브드 햅틱 액추에이터(1)는 본체(51)를 기준으로 서로 대칭되는 구조 및 배치를 가질 수 있다. 이와 같은 상태에서, 한 쌍의 커브드 햅틱 액추에이터(1)에 동일한 전압을 인가시킬 경우, 한 쌍의 커브드 햅틱 액추에이터(1)에 각각 배치되는 한 쌍의 진동부(12)는 각각 한 쌍의 스트랩(52)의 길이 방향을 따라서 동시에 본체(51)를 향하여 이동하거나, 동시에 본체(51)로부터 멀어지는 방향으로 이동할 수 있다. 이와 같은 진동부(12)의 움직임은 결과적으로 본체(51)를 사용자로부터 멀어지는(상승시키는) 방향으로 이동시키거나, 본체(51)를 사용자를 향하여 당기는(하강시키는) 방향으로 이동시킬 수 있고, 그 결과 본체(51)로부터 사용자에게 전달되는 촉각을 이용하여 사용자에게 특정한 이벤트를 인지시킬 수 있다.
도 10은 연성 인쇄 회로 기판의 층수에 따른 자기장 세기를 나타내는 그래프이다.
도 10을 참조하면, 자기장 생성부(13)가 다층 구조의 연성 인쇄 회로 기판으로 형성되는 경우, 연성 인쇄 회로 기판의 층 수의 변화에 따라서, 자기장 생성부(13)가 생성하는 자기장의 세기를 확인할 수 있다.
도 10에 의하면, 연성 인쇄 회로 기판의 층수가 증가할수록, 자기장 생성부(13)가 생성하는 자기장의 세기도 선형적으로 증가하는 것을 확인할 수 있다.
도 11은 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터에 인가되는 주파수에 따라서 변화하는 진동력을 측정한 그래프이다.
실험을 통하여 측정한 결과, 사람이 촉각을 감지할 수 있는 진동력의 크기는 0.2G 이상인 것으로 측정되었다. 도 11을 참조하면, 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터(1)에 0.2G 이상의 진동력이 발생하는 주파수대역은 80Hz 부터 250Hz 사이인 것으로 확인할 수 있다.
위 결과에 의하면, 일 실시 예의 커브드 햅틱 액추에이터(1)는 주파수대역은 80Hz 내지 250Hz 사이의 넓은 구동주파수 대역을 갖는 것을 확인할 수 있다.
도 12는 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터에 저주파수의 방형파를 인가하였을 경우 측정된 진동력을 측정한 그래프이다.
구체적으로 도 12는, 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터(1)에 저주파수(20Hz) 미만의 대역에서 5, 10, 15, 20Hz의 방형파를 입력하여 그래프로 나타낸 것이다(실험에 사용된 질량체의 질량은 2.71g 이고, 탄성부재의 스프링 상수는 0.1072 N/m이고, 인가된 전압의 크기는 3V이다)
인공 촉각 감지에 관한 내용을 다루고 있는 서적인‘Robotic Tactile Sensing Technologies and System, Springer’에 따르면 손끝에서 두 개의 자극을 구분할 수 있는 최소 시간(시간에 따른 분해능)은 30~50ms 인 것으로 알려져 있다. 이는 방형파가 입력된 0초부터 30ms까지 손끝에서 느끼는 진동은 하나의 진동으로 인식하게 됨을 나타낸다.
따라서, 20Hz 의 경우에는 방형파의 하나의 주기 내에서 가속도 절대값의 최고점간 간격이 30ms 이하로 좁게 분포되어 있기 때문에, 방형파를 입력해도 정현파와 같은 일반진동으로 느껴지게 되고, 하나의 진동으로 인지가 되어 두드림에 해당하는 촉각을 느끼기 어렵다.
반면, 5, 10, 15Hz의 방형파를 입력하면 방형파의 하나의 주기 내에서 가속도 절대값의 최고점간 간격이 30ms 이상으로 이격되어 형성되기 때문에, 사용자는 일반 진동과는 다른 두드림에 해당하는 촉각을 느낄 수 있다.
따라서, 제어부(16)는 구동 모드가 두드림 모드일 경우, 자기장 생성부(13)에 1Hz 이상 15Hz 이하의 주파수를 갖는 방형파를 인가할 수 있다.
도 13은 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터에서 탄성체의 형상을 달리하여 측정한 공진 주파수와 진동력을 나타내는 그래프이다.
구체적으로, 도 13은 탄성체를 'V' 자 형상, 비틀린 'V'자 형상, 'N'자 형상, 다이아몬드 또는 마름모 형상으로 변경시키면서 각각의 진동력을 측정한 그래프이다.
도 13을 참조하면, 다이아몬드 또는 마름모 형상인 탄성체를 사용한 경우, 진동력이 가장 높게 측정되는 것을 확인할 수 있다.
탄성체(14)의 형태에 따라 각기 다른 특징을 가지기 때문에, 용도별로 부합하는 스펙을 가지는 형태의 탄성체를 이용 할 수 있다.
도 14는 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터에서 탄성체의 발 길이를 달리하여 측정한 공진 주파수와 진동력을 나타내는 그래프이다.
도 14를 참조하면, 탄성체(14)의 발 길이(h)가2 mm 이하일 경우, 진동하지 않는 것을 확인할 수 있고, 발 길이(h)가 12 mm 이상일 경우 진동력의 크기가 작게 형성되고 진동부(12)가 상하 방향으로 움직이는 롤링 현상이 발생하여 소음이 많이 발생할 수 있다.
따라서, 소음 발생 문제를 해소하면서도, 충분한 진동력을 형성하기 위해서 탄성체(14)의 발 길이(h), 다시 말하면, 탄성체(14)의 상하 폭은 4 mm 내지 10 mm로 형성될 수 있다.
도 15는 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터에서 진동부와 하우징의 내벽 사이의 간격을 달리하여 측정한 소음과 진동력을 나타낸 그래프이다.
도 15를 참조하면, 진동부(12) 및 하우징(11)의 내벽 사이의 간격이 3 mm 이상으로 커질 경우, 진동력이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한 이 경우, 진동부(12)는 롤링 현상이 발생하며 하우징(11)의 길이 방향이 아닌 상하측으로 움직이게 되어 소음이 심하게 발생될 수 있다.
따라서, 진동부(12) 및 하우징(11)의 내벽 사이의 간격이 1.5 mm 내지 2.0 mm에서 형성될 경우, 진동력은 크게 유지되면서, 소음이 적게 형성되는 것을 확인할 수 있다.
이에 따라, 진동부(12)의 양 측면 및 수용 공간(111)의 좌우 측면 사이의 거리는 1.5 mm 내지 2 mm로 형성될 수 있다.
도 16은 일 실시 예에 따른 커브드 햅틱 액추에이터에서 하우징와 진동부의 곡률을 달리하여 측정한 자기력을 나타낸 그래프이다.
도 16을 참조하면, 하우징(11) 및 진동부(12)의 곡률이 커짐에 따라 자기장 생성부(13)에서 생성되는 자력이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 자력이 너무 약하면 진동부(12)는 충분한 진동력을 만들어내지 못하기 때문에, 자력을 크게 하기 위해서는 곡률이 0.066 이하 이어야 할 필요가 있다.
예를 들어, 전술한 바와 같이 사람이 느낄 수 있는 최소 진동력을 0.2 G라고 할 때, 이를 가속도로 환산하면 1.96 m/s^2이고, 이를 커브드 햅틱 액추에이터(1)의 질량과 곱하여 힘(N)의 크기로 나타내면 5.3116 mN일 수 있다.
따라서, 도 16에 따라 진동부(12)의 진동력이 5.3116 mN보다 크게 형성되기 위해서, 진동부(12) 및 하우징(11)의 최대 곡률은 0.066을 초과하지 않을 수 있다.
따라서, 하우징(11) 및 진동부(12)의 설정 곡률은 0.01 내지 0.066사이의 범위에서 형성될 수 있다.
도 17은 일 실시 에에 따른 웨어러블 디바이스에서 위치별로 측정된 진동력을 나타내는 그래프이다.
도 17을 참조하면, 커브드 햅택 액추에이터(1)에서 생성된 진동력이 웨어러블 디바이스(5)의 위치에 따라서 어느 정도 크기로 형성되는지 나타내는지 확인할 수 있다.
구체적으로, 도 17은 커브드 햅틱 액추에이터(1)가 부착된 부분의 수직 방향으로 스트랩(52)의 위, 스트랩(52)의 아래, 시계 코어, 즉 본체(51) 및 커브드 햅틱 액추에이터(1)가 장착된 스트랩(52)의 가장 끝 부분, 4곳에서 진동력을 측정한 결과이다.
도 17을 참조하면, 시계 코어, 즉 본체(51)에서 가장 큰 진동력이 측정되고, 실제 착용 시에도 본체(51)에서 진동을 가장 많이 느낄 수 있다.
커브드 햅틱 액추에이터(1)의 진동 방향이 좌우 방향, 다시 말하면, 스트랩(52)의 길이 방향이기 때문에, 진동력이 스트랩(52)의 끝 부분 및 본체(51)까지 전달될 수 있고, 또한 본체(51)의 질량이 다른 부분들보다 크기 때문에 착용자는 본체(51)에서 진동을 가장 많이 느낄 수 있다.
이상에서 설명된 실시 예는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이 분야의 통상의 기술자에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서의 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시 예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (19)

  1. 수용 공간을 구비하고, 상기 수용 공간 및 외형이 외측으로 굽어진 형상을 갖는 하우징;
    상기 수용 공간에 배치되고, 상기 하우징의 길이 방향을 따라서 운동 가능하고, 상측으로 굽어진 형상을 갖는 진동부;
    상기 진동부의 양 측면 및 상기 하우징의 내벽 사이에 연결되는 탄성체; 및
    상기 하우징의 내벽에 설치되고, 자기장을 발생시켜 상기 진동부에 인가시키는 자기장 생성부를 포함하는 커브드 햅틱 액추에이터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동부는,
    상기 진동부의 외형을 형성하는 질량체; 및
    상기 질량체에 상기 하우징의 길이 방향을 따라서 이격 설치되는 복수 개의 자성체를 포함하는 커브드 햅틱 액추에이터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 자기장 생성부는,
    상측으로 굽어진 기판; 및
    상기 기판에 상기 하우징의 길이 방향을 따라서 이격 배치되는 복수 개의 코일을 포함하는 커브드 햅틱 액추에이터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 자기장 생성부에 전류가 인가되지 않은 상태에서, 상기 자성체에 인접한 한 쌍의 코일에 서로 반대 방향의 자기장을 발생시킴으로써 상기 진동부를 상기 하우징의 길이 방향을 따라서 이동시키는 제어부를 더 포함하는 커브드 햅틱 액추에이터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 자성체의 중심은 상기 한 쌍의 코일 사이에 위치하는 커브드 햅틱 액추에이터.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 자기장 생성부는 연성 인쇄 회로 기판인 커브드 햅틱 액추에이터.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 하우징, 상기 진동부 및 상기 자기장 생성부는 설정 곡률로 굽어진 것을 특징으로 하는 커브드 햅틱 액추에이터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 설정 곡률의 값은, 0.01 내지 0.066인 커브드 햅틱 액추에이터.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 진동부 양 측면 및 상기 수용 공간의 좌우 측면 사이의 거리는 1.5 mm 내지 2 mm인 커브드 햅틱 액추에이터.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 탄성체의 적어도 일부분은 절곡되어 형성된 커브드 햅틱 액추에이터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 탄성체는
    'V' 형상, 'N' 형상 또는 마름모 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성된 커브드 햅틱 액추에이터.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 탄성체의 상하 방향의 폭은 4 mm 내지 10mm 인 커브드 햅틱 액추에이터.
  13. 제 4 항에 있어서,
    상기 진동부의 양 측면 또는 상기 수용 공간의 양측 내벽에 설치되어 상기 진동부 및 하우징 사이의 접촉을 방지하는 댐퍼를 더 포함하는 커브드 햅틱 액추에이터.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 댐퍼는, 자성유체를 포함하는 커브드 햅틱 액추에이터.
  15. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는, 미리 설정된 복수 개의 구동 모드 중 어느 하나의 구동 모드에 따라서 상기 코일로 인가될 전류의 특성을 결정하고,
    상기 구동 모드는, 일반 진동 모드 및 두드림 모드를 포함하고,
    상기 구동 모드가 상기 일반 진동 모드이면, 상기 제어부는 80Hz 내지 250Hz 사이의 주파수를 갖는 정현파를 상기 코일에 인가하고,
    상기 구동 모드가 상기 두드림 모드이면, 상기 제어부는 1Hz 이상 15Hz 이하의 주파수를 갖는 정현파 또는 방형파를 상기 코일에 인가하는 커브드 햅틱 액추에이터.
  16. 본체;
    상기 본체에 연결되고, 적어도 일부분이 굽어진 형상을 갖는 스트랩; 및
    상기 스트랩의 길이 방향을 따라서 운동 가능하고 굽어진 형상을 갖는 제 1 진동부와, 상기 제 1 진동부에 인가시키기 위한 자기장을 발생시키는 제 1 자기장 생성부를 포함하고, 상기 스트랩의 굽어진 부분에 설치되는 제 1 커브드 햅틱 액추에이터를 포함하는 웨어러블 디바이스.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 스트랩의 길이 방향을 따라서 운동 가능하고 굽어진 형상을 갖는 제 2 진동부와, 상기 제 2 진동부에 인가시키기 위한 자기장을 발생시키는 제 2 자기장 생성부를 포함하고, 상기 스트랩의 굽어진 부분에 설치되는 제 2 커브드 햅틱 액추에이터를 더 포함하는 웨어러블 디바이스.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 커브드 햅틱 액추에이터는, 상기 본체를 기준으로 상기 제 1 커브드 햅틱 액추에이터에 대칭되는 형상 및 배치를 갖는 웨어러블 디바이스.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 커브드 햅틱 액추에이터 및 제 2 커브드 햅틱 액추에이터에 동일한 크기 및 방향의 전압을 인가하는 제어부를 더 포함하는 웨어러블 디바이스.
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