KR100993485B1 - 햅틱 피드백 제공장치 및 제공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용자가 접촉하는 상판;과 상판의 하부에 구비되어 진동을 발생시키는 진동부; 및 진동부로 전기를 인가하는 제 1 전기 인가부;를 포함하는 피부감각수단; 피부감각수단의 하부에 구비되고, 내부에 유변유체가 충진된 유연한 재질의 유체관;과 유체관으로 전기를 인가하여 유체관의 강도를 변화시키는 제 2 전기 인가부;를 포함하는 근감각수단; 및 제 1 전기 인가부 및 제 2 전기 인가부를 제어하는 제어수단;을 포함하여 사용자에게 근감각과 피부감각 중 적어도 하나를 제공하는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공장치 및 제공방법을 구현한바, 본 발명에 따르면 모터를 이용하여 단순한 진동만을 제공하는 종래와는 달리 진동부에 의한 피부감각자극과 유변유체의 점성변화로 인한 근감각자극을 동시에 제공하여 사용자가 물체를 직접 만졌을 때 느끼는 촉감과 동일·유사한 햅틱 피드백을 제공할 수 있는 효과가 있다. 이러한 햅틱 피드백은 촉감을 사용하는 모바일기기산업, 로봇산업 등에 다양하게 사용될 수 있다.

햅틱, 피부감각, 근감각, 유변유체, 파라핀, 작동유체, 강성, 진동

Description

햅틱 피드백 제공장치 및 제공방법{Haptic Feedback Providing Device and Method Therewith}

본 발명은 햅틱 피드백 제공장치 및 제공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피부감각과 근감각을 동시에 제공하여 실제로 물체를 만질 때 느끼는 감각과 유사한 햅틱 피드백을 제공하는 햅틱 피드백 제공장치 및 제공방법에 관한 것이다.

일반적으로 물체를 만질 때, 사람의 핑거팁(손가락 끝 또는 스타일러스 펜)으로 느낄 수 있는 촉각적 감각은 피부가 물체 표면에 닿아서 느끼는 촉감 피드백(Tactile Feedback)과 관절과 근육의 움직임이 방해될 때 느껴지는 근감각 피드백(Kinesthetic Force Feedback)이 있다. 본 명세서에서 "햅틱 피드백"은 촉감 피드백과 근감각 피드백을 포괄하는 개념이다.

사람의 감각수용기로서는 기계적 자극의 수용기로는 고주파의 진동을 감지하는 파치니언 소체(Pacinian Corpuscle), 저주파의 진동을 감지하는 마이스너 소체(Meissner's Corpuscle), 국부적으로 누르는 압력을 감지하는 메르켈 디스크(Merkel's Disc) 및 피부를 늘려주는 스트레치를 감지하는 루피니 엔딩(Ruffini's Ending)이 있다.

이러한 감각의 감각수용기를 자극하기 위한 다양한 촉감 제시장치들로 피에조 액추에이터, 솔레노이드 액추에이터, DC/AC 모터, 서버모터, 초음파 액추에이터 또는 전기 활성 폴리머 액추에이터 등 다양한 액추에이터들이 있다. 촉감 제시장치의 대표적인 예로는 모바일 디바이스에서 터치스크린의 입력에 따라 진동모터로 진동을 발생시켜 고주파/저주파의 진동을 감지하는 파치니언/마이스너 소체를 자극하는 장치가 있다.

도 1은 종래의 휴대폰에 장착되어 햅틱 피드백을 제공하는 실시예를 도시한 것이다. 전술한 감각을 제공하는 장치로서, 휴대폰(5)에 적용되어 소정의 감각을 전달하는 장치의 경우에는 도 1에 도시된 바와 같이, 사용자가 손가락(1)으로 휴대폰(5)의 화면을 터치하면 그에 대한 반응으로 진동만을 출력하는 방식이었다. 이러한 종래의 감각제공장치는 피부감각만을 자극하는 것으로 실제 물체를 만지는 것과는 달라 현실감이 떨어지는 문제점이 있다.

사람은 손과 팔의 관절을 이용하여 일정 압력 이상으로 물체를 누르면서 문지르게 된다. 이때, 사람은 물체의 강성도 등을 느껴 같은 거칠기를 갖는 물질이라도 눌리는 정도에 따라 다른 거칠기를 인지하게 된다. 즉, 피부감각뿐만 아니라 근감각의 종합적인 작용에 의하여 비로소 물체 고유의 촉감을 인지할 수 있게 된다. 이로 인해, 단순하게 피부에 소정의 진동을 출력하는 피드백에 국한되지 않는 실제 인간이 촉감을 느끼는 것과 같은 환경을 제공하는 장치의 개발이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 피부감각과 근감각을 동시에 제공하여 실제로 물체를 만질 때 느끼는 감각과 동일한 햅틱 피드백을 제공하는 햅틱 피드백 제공장치 및 제공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 사용자가 접촉하는 상판;과 상판의 하부에 구비되어 진동을 발생시키는 진동부; 및 진동부로 전기를 인가하는 제 1 전기 인가부;를 포함하는 피부감각수단; 피부감각수단의 하부에 구비되고, 내부에 유변유체가 충진된 유연한 재질의 유체관;과 유체관으로 전기를 인가하여 유체관의 강도를 변화시키는 제 2 전기 인가부;를 포함하는 근감각수단; 및 제 1 전기 인가부 및 제 2 전기 인가부를 제어하는 제어수단;을 포함하여 사용자에게 근감각과 피부감각 중 적어도 하나를 제공하는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공장치에 의해 달성될 수 있다.

이때, 유변유체는 자기유변유체이고, 자기유변유체에 자기장을 인가하기 위하여 유체관 주위에는 코일이 더 권취된다. 또는, 유변유체는 전기유변유체이고, 전기유변유체의 일측에는 전기유변유체와 전기적으로 연결된 전극이 더 구비된다.

다른 카테고리로서 본 발명의 목적은 사용자가 접촉하는 상판;과 상판의 하부에 구비되어 진동을 발생시키는 진동부; 및 진동부로 전기를 인가하는 제 1 전기 인가부;를 포함하는 피부감각수단; 피부감각수단의 하부에 구비되고, 케이스, 케이스의 내부에 포함되는 유변유체, 유변유체에 내재되어 상하 이동하는 탄성체가 하부에 구비된 누름판을 포함하는 버튼부; 및 버튼부로 전기를 인가하는 제 2 전기 인가부;를 포함하는 근감각수단; 및 제 1 전기 인가부 및 제 2 전기 인가부를 제어하는 제어수단;을 포함하여 사용자에게 근감각과 피부감각 중 적어도 하나를 제공하는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공장치에 의해 달성될 수 있다.

이때, 유변유체는 자기유변유체이고, 자기유변유체에 자기장을 인가하기 위하여 유체관 주위에는 코일이 더 권취된다. 또는, 유변유체는 전기유변유체이고, 버튼부에는 제2전기 인가부로부터 전기를 인가받고, 전기유변유체에 전기적으로 연결된 전극이 더 포함된다.

또 다른 카테고리로서, 본 발명의 목적은 사용자가 접촉하는 상판;과 상판의 하부에 구비되어 진동을 발생시키는 진동부; 및 진동부로 전기를 인가하는 제 1 전기 인가부;를 포함하는 피부감각수단; 피부감각수단의 하부에 구비되고, 내부에 유변유체가 충진되고 일면이 유연한 재질인 촉감부, 촉감부의 하부에 구비되고 유변유체가 드나들 수 있는 유동홀이 형성된 지지부, 유동홀을 지난 유변유체를 수용하는 수용막을 포함하는 챔버부; 및 챔버부에 전기를 인가하는 제 2 전기 인가부;를 포함하는 근감각수단; 및 제 1 전기 인가부 및 제 2 전기 인가부를 제어하는 제어수단;을 포함하여 사용자에게 근감각과 피부감각 중 적어도 하나를 제공하는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공장치에 의해 달성될 수 있다.

이때, 유변유체는 자기유변유체이고, 챔버부는 중심부분이 관통된 보빈의 주 위에 권취되어 유동홀에 자기장을 형성하는 권취된 코일을 더 포함한다. 또는, 유변유체는 전기유변유체이고, 챔버부는 양의 전극과 음의 전극이 유동홀에서 소정간격 이격되어 서로 교차하도록 구비되어 유동홀에 전기장을 형성하는 전극을 더 포함한다.

또한, 수용막은 유변유체에 의해 늘어나거나 복원될 수 있도록 탄력성이 있다.

또 다른 카테고리로서, 본 발명의 목적은 사용자가 접촉하는 상판;과 상판의 하부에 구비되어 진동을 발생시키는 진동부; 및 진동부로 전기를 인가하는 제 1 전기 인가부;를 포함하는 피부감각수단; 피부감각수단의 하부에 구비되고, 내부에 작동유체 또는 파라핀이 충진되고, 작동유체 또는 파라핀에 열을 공급하는 히터부와 히터부에 의하여 상변화된 작동유체 또는 파라핀을 수용하는 탄력막을 포함하는 케이스부;와 히터부에 전기를 인가하는 제 2 전기 인가부;를 포함하는 근감각수단; 및 제 1 전기 인가부 및 제 2 전기 인가부를 제어하는 제어수단;을 포함하여 사용자에게 근감각과 피부감각 중 적어도 하나를 제공하는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공장치에 의해 달성될 수 있다.

이때, 케이스부는 탄력막이 형성된 부분이 개방되고, 개방된 면에는 탄력막을 수용할 수 있는 수용영역이 형성된 하부 지지판이 더 포함된다.

또한, 케이스부와 탄력막은 작동유체 또는 파라핀을 히터부에 의하여 상변화되기 전의 위치로 복원시키는 복원력을 갖는다.

전술한 장치들 중 진동부는, 상판의 일면 가장자리에 설치되는 제 1 자력수 단; 및 제 1 자력수단에 자기적으로 인접하게 구비되는 제 2 자력수단;을 포함한다. 여기서, 제 1 자력수단은 영구자석이고, 제 2 자력수단은 권취된 코일이다.

또한, 진동부는, 상판의 일측 가장자리에 구비되는 압전층; 및 압전층에 전원을 인가하는 전극;을 포함할 수 있다. 이때, 압전층과 상판 사이에는 진동을 증폭하기 위한 판스프링이 더 포함된다.

또한, 전술한 장치들 중 피부감각수단의 상부에 사용자의 접촉위치를 감지하여 감지신호를 출력하는 위치감지수단이 더 구비된다.

본 발명의 목적은 또 다른 카테고리로서, 위치감지수단이 사용자의 접촉을 감지하여 감지신호를 제어수단으로 출력하는 제 1 단계; 감지신호에 기초하여 제어수단이 전기를 인가할 제 1 전기 인가부와 제 2 전기 인가부를 선정하는 제 2 단계; 제어수단이 선정된 제 1 전기 인가부와 제 2 전기 인가부에 제어신호를 인가하는 제 3 단계; 제어신호를 인가받은 제 1 전기 인가부로부터 인가된 전기에 기초하여 진동부가 진동하고, 제어신호를 인가받은 제 2 전기 인가부로부터 인가된 전기에 기초하여 유변유체의 점성이 변화하는 제 4 단계; 및 진동부의 진동에 의하여 상판이 진동하여 사용자에게 피부감각의 햅틱 피드백이 제공되고, 유변유체의 점성변화에 기초한 근감각수단의 강성변화에 기초하여 사용자에게 근감각의 햅틱 피드백이 제공되는 제 5 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공방법에 의해 달성될 수 있다.

이때, 유변유체의 점성이 본래의 점성상태로 복원되는 제 6 단계;가 더 포함된다.

또 다른 카테고리로서, 본 발명의 목적은 위치감지수단이 사용자의 접촉을 감지하여 감지신호를 제어수단으로 출력하는 제 1 단계; 감지신호에 기초하여 제어수단이 전기를 인가할 제 1 전기 인가부와 제 2 전기 인가부를 선정하는 제 2 단계; 제어수단이 선정된 제 1 전기 인가부와 제 2 전기 인가부에 제어신호를 인가하는 제 3 단계; 제어신호를 인가받은 제 1 전기 인가부로부터 인가된 전기에 기초하여 진동부가 진동하고, 제어신호를 인가받은 제 2 전기 인가부로부터 인가된 전기에 기초하여 작동유체 또는 파라핀의 상변화가 유도되는 제 4 단계; 및 진동부의 진동에 의하여 상판이 진동하여 사용자에게 피부감각의 햅틱 피드백이 제공되고, 작동유체의 상변화 또는 파라핀의 상변화에 기초한 근감각수단의 강성변화로서 근감각의 햅틱 피드백이 제공되는 제 5 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공방법에 의해 달성될 수 있다.

여기서 제 5 단계에서 작동유체의 상변화는 액체에서 기체로의 상변화하고, 파라핀의 상변화는 고체에서 액체로의 상변화하는 것이다.

전술한 방법 중 제 2 단계는 상기 제어수단이 상기 감지신호에 기초하여 상기 사용자가 접촉한 상판의 일면에 설치된 피부감각수단의 거리를 산출하고, 상기 산출된 거리에 기초하여 상기 제 1 전기 인가부를 선정하는 것이다.

또한, 감지신호는 접촉위치의 좌표 데이터 및 접촉의 궤적 데이터 중 적어도 어느 하나를 포함한다.

또한, 제어수단의 제 1 전기 인가부로의 제어신호 인가와 상기 제 2 전기 인가부로의 제어신호 인가는 서로 독립적이다.

본 발명에 따르면 모터를 이용하여 단순한 진동만을 제공하는 종래와는 달리 진동부에 의한 피부감각자극과 유변유체의 점성변화로 인한 근감각자극을 동시에 제공하여 사용자가 물체를 직접 만졌을 때 느끼는 촉감과 동일 · 유사한 햅틱 피드백을 제공할 수 있는 효과가 있다.

이러한 햅틱 피드백은 촉감을 사용하는 모바일기기산업, 로봇산업 등에 다양하게 사용될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

< 햅틱 피드백 제공장치의 구성>

도 2는 본 발명에 따른 햅틱 피드백 제공장치의 개략적인 구성 블럭도를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 햅틱 피드백 제공장치는 위치감지수단(100), 제어수단수단(100), 피부감각수단(300) 및 근감각수단(400)으로 이루어진다. 이하에서는 먼저 각 구성을 개략적으로 설명한 후, 실시예에서 그 구체적 구성을 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 위치감지수단(100)은 햅틱 피드백 제공장치에 접촉한 사용자의 손가락(1)의 접촉위치에 관한 감지신호를 출력한다. 이때, 감지신호는 손가락(1)의 접촉위치의 좌표 데이터(예, x, y 좌표)로 출력되거나 접촉의 궤적 데이터로 출력될 수 있으며 이들 모두를 포함할 수 있다. 이러한 위치감지수단(100)으로 는 유연한 터치스크린이나 유연한 터치패드 등을 사용할 수 있다.

이러한 감지신호는 제어수단수단(100)의 제 1 전기 인가부(미도시) 및 제 2 전기 인가부(미도시)의 제어에 활용될 수 있다. 일예로써, 획득된 좌표 데이터에 해당하는 피부감각수단(300)과 근감각수단(400)에만 전기를 인가함으로써, 전력의 소모를 최소화하면서 사용자에게는 충분한 피부감각과 근감각을 제공할 수 있다.

피부감각수단(300)은 사용자에게 피부감각을 제공하는 부재로서, 진동부를 이용하여 진동부와 연결된 상판(310)에 미세진동을 발생시켜 피부감각을 제공한다. 이러한 피부감각수단(300)은 상판(310), 진동부 및 진동부에 전기를 인가하는 제 1 전기 인가부를 포함한다. 이러한 진동부에 의한 미세진동은 제 1 전기 인가부에서 인가되는 전기에 따라 비례적으로 변화될 수 있다.

근감각수단(400)은 유변유체(10), 파라핀(30) 또는 작동유체(20)를 이용하여 강성도의 변화를 유도함으로써 사용자에게 근감각을 제공한다. 근감각수단(400)은 유변유체(10)를 포함하는 유체관(410), 유변유체(10)를 포함하는 버튼부(420) 또는 챔버부(430)로 구성되거나 파라핀(30) 또는 작동유체(20)를 포함하는 케이스부(440)로 구성된다. 그리고 이들 유체관(410), 버튼부(420), 챔버부(430) 또는 케이스(424)에 전기를 공급하는 제 2 전기 인가부도 포함한다.

제어수단수단(100)은 위치감각수단의 감지신호에 기초하여 복수 개의 피부감각수단(300)과 복수의 근감각수단(400) 중 미세 진동을 발생시킬 피부감각수단(300)과 강성이 변화될 근감각 수단을 선별한다. 일예로써, 복수의 제 1 전기 인가부와 제 2 전기 인가부 중 전기를 인가할 제 1 전기 인가부와 제 2 전기 인가부 를 선별하고, 그 선별된 제 1 전기 인가부 및 제 2 전기 인가부로 제어신호를 전송한다. 이와 같이, 선별적으로 제어신호를 인가함으로써, 제 1 전기 인가부와 제 2 전기 인가부를 사용할 수 있는 휴대폰, PMP 등의 배터리, 별도의 2차 전지 등의 전력소모를 최소화할 수 있다. 근감각수단(400)의 강성변화는 제 2 전기 인가부에서 인가되는 전기에 따라 비례적으로 변화될 수 있다.

그리고 각각의 제 1 전기 인가부와 각각의 제 2 전기 인가부로 인가되는 제어신호는 전기 인가 정도에 관한 서로 다른 정보를 담고 있으며, 그 전기 인가 정도는 각각 개별적이다. 제어신호가 각각 개별적으로 인가되기 때문에 이들의 조합을 통해 다양한 피부감각과 근감각의 조합이 가능하다.

(제 1 실시예)

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 햅틱 피드백 제공장치의 사시도를 도시한 것이다. 본 발명의 제 1 실시예에 따른 햅틱 피드백 제공장치는 최상위층에 위치감지수단(100)이 구비되고, 그 하부에는 피부감각수단(300) 및 근감각수단(400)이 차례대로 구비된다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 피부감각수단(300)은 미세진동을 발생시켜 사용자의 피부감각을 자극하는 부재로서, 상판(310)과 진동부와 제 1 전기 인가부를 포함한다. 여기서, 상판(310)은 진동부에 의하여 발생한 진동이 전달되는 것으로서, 진동부에서 발생된 진동이 원활하게 전달될 수 있는 부재를 사용한다.

본 발명에 따른 진동부는 상판(310)으로 미세진동을 발생시키는 부재로서, 도 3에 도시된 바와 같이 상판(310)의 하부에 구비된다. 하지만, 사용양태에 따라 진동부는 상판(310)의 상부에 구비될 수도 있다. 이러한 진동부는 도 3에 도시된 바와 같이 2개의 자력수단을 이용한다.

도 4a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동부의 영구자석이 상하 이동 전 상태를 나타내는 도를 도시한 것이고, 도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동부의 영구자석이 상하 이동 후 상태를 나타내는 도면을 도시한 것이다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동부는 제 1 자력수단 및 제 2 자력수단을 포함한다. 여기서, 제 1 자력수단은 영구자석(320)으로서 원통형상의 영구자석(320)을 사용하나 전자석이라도 무방하다. 이러한 제 1 자력수단은 상판(310)의 일면에 고정되며, 상판(310)의 모서리 일측에 고정된다. 또한, 제 2 자력수단은 전자석으로 기능하도록 권취된 코일(600)을 사용한다. 이러한 코일(600)은 중공 원통형상으로 권취되어 있고, 중심에는 영구자석(320)이 자유롭게 드나들 수 있는 구성으로 이루어진다. 제 2 자력수단인 권취된 코일(600)은 권취된 코일(600)의 측면, 상면 및 하면을 덮을 수 있는 하우징(330)이 포함될 수 있다. 이때, 하우징(330)의 상면 중심 일측에는 제 1 자력수단인 영구자석(320)이 드나들 수 있도록 홀이 형성된다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 위치감지수단(100)은 사용자의 접촉 위치를 감지하기 위한 것이다. 이러한 위치감지수단(100)에서 감지된 신호는 제어수단(200)으로 인가된다. 또한, 위치감지수단(100)은 근감각수단(400)의 강성변화를 사용자가 인지할 수 있도록 유연한 재질의 터치스크린 또는 유연한 재질의 터치패 드로 구성된다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 근감각수단(400)은 유변유체(10)를 이용하여 강성변화를 유도한다. 이러한 근감각수단(400)은 유변유체(10)가 충진된 유체관(410)과 제 2 전기 인가부를 포함한다. 유변유체(10)는 얇은 막의 합성수지 재질로 이루어진 유체관(410)의 내부에 포함되어 있다. 즉, 내부에 충진된 유변유체(10)의 점성변화에 기초하는 유체관(410) 자체의 강성도 변화를 사용자에게 충분하게 전달할 수 있도록 유체관(410)은 유연한 재질로 이루어지다. 일예로써, 유체관(410)은 실리콘을 사용할 수 있다. 유변유체(10)로는 자기유변유체(11) 또는 전기유변유체(12)를 사용한다.

도 5a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자기유변유체가 내부에 충진된 유체관으로 이루어진 근감각수단의 단면도이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 자기유변유체(11)에 자기장을 형성하기 위한 코일(600)이 유체관(410)의 외주면을 따라 권취되도록 구비된다. 권취된 코일(600)은 자기유변유체(11)의 점성을 변화시키는 자기장을 인가할 수 있는 위치라면 유체관(410)의 외주면에 한정되지 않는다. 코일(600)은 제 1 전기 인가부로부터 전기를 공급받는다.

자기유변유체(Magneto-Rheological Fluid, MRF)(11)는 자기장의 세기에 따라 점성이 변화하는 유체이다. 즉, 자기유변유체(11)는 자기장이 없을 때는 낮은 점성상태를 유지하다가 코일(600)에 의하여 자기장이 인가되면 딱딱하게 굳는 것과 같은 높은 점성상태로 변화한다. 즉, 자기유변유체(11)는 인가된 자기장의 영향하에 입자들이 자기장 방향으로 사슬모양의 구조로 배열하기 때문에 점도가 급격히 증가 한다. 이러한 자기유변유체(11)는 인가되는 자기장의 세기에 비례하여 점도가 증가한다. 또한, 자기유변유체(11)는 높은 인장성과 낮은 점성, 강성, 안정성 및 넓은 온도 편차 등의 장점이 있어서 햅틱 분야에 적용이 적합하다.

자기장의 인가로 인하여 자기유변유체(11)의 점성이 증가하면 유체관(410)을 누를 때 눌리는 정도가 달라진다. 즉, 유체관(410) 자체의 강성도 증가하여 사용자는 자기장이 인가되기 전과는 다른 딱딱한 느낌의 근감각을 느낄 수 있다.

도 5b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기유변유체가 내부에 충진된 유체관으로 이루어진 근감각수단의 단면도를 도시한 것이다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 전기유변유체(12)에 전기장을 형성하기 위한 전극(500)이 유체관(410)의 일측면에 구비된다. 전극(500)은 전기유변유체(12)의 점성을 변화시키는 전기장을 인가할 수 있는 위치라면 도 5b에 도시된 위치에 한정되지 않는다. 이때, 전극(500)은 제 1 전기 인가부로부터 전기를 공급받는다.

전기유변유체(Electro-Rheological Fluid, ERF)(12)는 전기장의 세기에 따라 점성이 변하는 유체이다. 즉, 전기유변유체(12)는 절연성의 유체에 분극성이 강한 미립자를 분산시킨 현탄액으로서, 전기장이 없을 때는 낮은 점성상태를 유지하다가 전극(500)에 의하여 전기장이 인가되면 딱딱하게 굳은 것과 같은 높은 점성상태로 변한다. 전기유변유체(12)는 인가된 전기장의 영향하에 입자들이 전기장 방향으로 사슬모양의 구조로 배열하기 때문에 점도가 급격히 증가한다. 전기유변유체(12)는 인가되는 전기장의 세기에 비례하여 점도가 증가한다. 또한, 전기유변유체(12)는 높은 인장성과 낮은 점성, 강성, 안정성 및 넓은 온도 편차 등의 장점이 있기 때문 에 햅틱 분야에 적합하다.

전기장의 인가로 인하여 전기유변유체(12)의 점성이 증가되면 유체관(410)을 누를 때 눌리는 정도가 달라진다. 즉, 유체관(410) 자체의 강성도가 증가하여, 사용자는 전기장이 인가되기 전과는 다른 딱딱한 느낌의 근감각을 느낄 수 있다.

(제 2 실시예)

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 햅틱 피드백 제공장치의 사시도이다. 본 발명의 제 2 실시예에 따른 햅틱 피드백 제공장치는 최상위층에 위치감지수단(100)이 구비되고, 그 하부에는 피부감각수단(300) 및 근감각수단(400)이 차례대로 구비된다. 본 발명의 제 2 실시예에 따른 피부감각수단(300) 및 위치감지수단(100)은 전술한 제 1 실시예와 동일한 구성으로 이루어지므로, 이하에서는 근감각수단(400)을 중심으로 설명한다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 근감각수단(400)은 버튼부(420)가 복수개 구비되고, 각각의 버튼부(420)에 전기를 인가하는 제 2 전기 인가부를 포함한다. 복수의 버튼부(420)는 도 6에 도시된 바와 같이, 매트릭스 형태로 배열된다. 이러한 버튼부(420)는 내부에 유변유체(10)가 포함되는 케이스(424), 하부에 탄성체(423)가 구비된 누름판(421)을 포함한다. 본 발명의 제 2 실시예에서도 유변유체(10)는 제 1 실시예와 동일하게 전기유변유체(12) 또는 자기유변유체(11)를 사용한다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 버튼부(420)는 원통형상의 케이스(424), 케이스(424)에 포함된 유변유체(10) 및 하단에 탄성체(423)가 구비된 누름판(421)을 포 함한다.

도 7a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기유변유체를 포함하는 버튼부로 이루어진 근감각수단의 단면도를 도이다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 탄성체(423)는 유변유체(10)에 잠겨있는 상태로, 탄성체(423)의 상부에는 누름판(421)이 축(422)에 의하여 연결될 수 있다. 즉, 탄성체(423)와 누름판(421)이 축(422)으로 연결되어 있으므로 누름판(421)에 손가락(1)의 누름 힘이 작용하면 누름판(421), 축(422) 및 탄성체(423)는 압축력을 받게 되어 일체로 움직이는 구조이다. 탄성체(423)로는 스프링을 사용할 수 있고, 바람직하게는 압축 코일(600) 스프링을 사용하는 것이 좋다. 탄성체(423)의 일단은 케이스(424)의 하부면에 고정되고, 이에 대향되는 타단은 누름판(421)과 연결된다.

유변유체(10)로 전기유변유체(12)를 사용하는 경우, 도 7a에 도시된 바와 같이, 전기유변유체(12)에 전기장을 인가하기 위한 전극(500)이 구비된다. 제 1 실시예와 마찬가지로 제 1 전기 인가부에 의하여 전극(500)에 전기가 인가된다. 전극(500)으로 전기가 인가되어 전기장이 발생하면 전기유변유체(12)의 점성이 증가한다. 높은 점성에 의하여 누름판(421)을 눌렀을 때의 눌리는 정도가 달라진다. 즉, 탄성체(423)의 탄성계수가 증가한 것과 같은 효과를 보이므로 사용자는 버튼부(420)를 누를 때 버튼부(420) 눌림의 정도에 따라 근감각수단(400)의 강성증가를 느끼게 된다.

도 7b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자기유변유체를 포함하는 버튼부로 이루어진 근감각수단의 단면도이다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 유변유체(10)로 자 기유변유체(11)를 사용하는 경우, 자기유변유체(11)에 자기장을 인가하기 위한 코일(600)이 케이스부(440)에 권취된다. 자기장이 인가되면 자기유변유체(11)는 자기장 방향을 따라 사슬모양의 구조로 배열되므로 점도가 증가한다. 고점성상태가 된 자기유변유체(11)는 탄성체(423)의 탄성 변형을 구속하여 탄성계수가 증가하는 효과를 나타낸다. 즉, 탄성체(423)의 탄성계수가 증가한 것과 같은 효과를 보이므로 사용자는 버튼부(420)를 누를 때 버튼부(420) 눌림의 정도에 따라 근감각수단(400)의 강성증가를 느끼게 된다.

전기유변유체(12)와 자기유변유체(11) 각각에 전기장과 자기장이 인가되지 않거나 전술한 경우의 전기장 또는 자기장과 비교할 때 상대적으로 세기가 약한 경우에는 부드러운 근감각자극을 제공받을 수 있다.

(제 3 실시예)

도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 햅틱 피드백 제공장치의 사시도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 햅틱 피드백 제공장치는 최상위층에 위치감지수단(100)이 구비되고, 그 하부에는 피부감각수단(300) 및 근감각수단(400)이 차례대로 구비된다. 본 발명의 제 3 실시예에 따른 피부감각수단(300) 및 위치감지수단(100)은 전술한 제 1 실시예 또는 제 2 실시예와 동일한 구성으로 이루어지므로, 이하에서는 근감각수단(400)을 중심으로 설명한다.

본 발명의 제 3 실시예에 따른 근감각수단(400)은 챔버부(430)가 복수 구비되고, 각각의 챔버부(430)에 전기를 인가하는 제 2 전기 인가부를 포함한다. 복수 의 챔버부(430)는 도 8에 도시된 바와 같이, 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 이러한 챔버부(430)는 내부에 유변유체(10)가 포함되는 촉감부(450), 유변유체(10)가 드나들 수 있는 유동홀(432)이 형성된 지지부(434), 유동홀(432)을 통과한 유변유체(10)를 수용하는 수용막(435)과 수용홀(437)이 형성된 하부지지판(436)으로 이루어진다. 본 발명의 제 3 실시예에서도 유변유체(10)는 자기유변유체(11)와 전기유변유체(12)를 사용한다.

도 9a는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 자기유변유체를 포함하는 챔버부로 이루어진 근감각수단의 사시도이고, 도 9b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 자기유변유체를 포함하는 챔버부로 이루어진 근감각수단의 단면사시도이며, 도 10a는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기유변유체를 포함하는 챔버부로 이루어진 근감각수단의 사시도이고, 도 10b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기유변유체를 포함하는 챔버부로 이루어진 근감각수단의 단면사시도이다.

본 발명의 제 3 실시예에 따른 촉감부(450)는 합성수지재, 실리콘 또는 폴리머 재질로 이루어지고, 챔버부(430)의 최상면에 사용자의 손가락(1)이 접촉하도록 구성된다. 촉감부(450)는 상하 방향으로 신축성이 있어서, 사용자가 손가락(1)으로 눌렀을 때는 그 압력에 의해 압축되고, 손가락(1)을 떼어 압력이 해제되었을 때는 원래 형상으로 복원된다. 이러한 촉감부(450)는 원통형이나 기타 다면체 형상으로 변형할 수 있고, 얇은 금속제 또는 고무 등으로도 제작이 가능하다. 촉감부(450)의 상면 두께는 측면(또는 측벽)의 두께보다 상대적으로 얇게 구성하여 사용자의 손가락(1)으로 상면을 눌렀을 때 촉감부(450)의 상면이 충분히 아래로 처지도록 할 수 있다.

지지부(434)는 촉감부(450)의 하부에 구비되고 촉감부(450)의 내부에 포함되는 유변유체(10)가 드나들 수 있는 유동홀(432)이 형성된다. 이때, 유동홀(432)은 도 9a 또는 도 9b에 도시된 바와 같이, 지지부(434)의 중심에 형성될 수 있지만 사용양태에 따라 그 위치를 변경할 수 있다. 이러한 지지부(434)는 합성수지재와 같이 가볍고 딱딱한 소재를 사용하는 것이 좋다.

촉감부(450)의 내부에는 유변유체(10)가 충진되어 있다. 유변유체(10)로는 자기유변유체(11) 또는 전기유변유체(12)를 사용할 수 있으며, 자기유변유체(11)와 전기유변유체(12)의 특성은 전술한 제 1 실시예 또는 제 2 실시예와 동일하다.

도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 유변유체(10)가 자기유변유체(11)인 경우에는 유동홀(432)에 자기장을 형성하도록 권취된 코일(600)이 구비된다. 권취된 코일(600)은 전체적으로 원통형 디스크 형상으로 이루어진다. 보다 상세하게는 보빈(433)이 중심에 형성되어 있으며, 코일(600)은 보빈(433)의 주위에 수회 내지 수십 회 권취된다. 전술한 유동홀(432)은 보빈(433)의 중심에 형성된다.

도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 유변유체(10)가 전기유변유체(12)인 경우에는 유동홀(432)에 전기장을 형성하여 전기유변유체(12)의 점성변화를 유도한다. 따라서, 유동홀(432)에 전기장을 형성하기 위하여 전극(500)이 구비된다. 전극(500)은 도 10a에 도시된 바와 같이, 유동홀(432)에서 (+)전극(500)과 (-)전극(500)이 서로 교차되어 마주보도록 소정의 간격 이격되도록 구비된다.

수용막(435)은 하부지지판(436)의 상부에 구비된다. 수용막(435)은 풍선과 같이 부풀어 오르거나 평면으로 다시 복원될 수 있도록 얇고 질긴 폴리머 또는 고무로 제작된다. 이러한 수용막(435)은 촉감부(450)의 하면을 전체적으로 덮을 수도 있고, 유동홀(432) 주변만을 덮을 수도 있다.

하부지지판(436)은 수용막(435)의 하부에 지지되어 고정된다. 하부지지판(436)은 촉감부(450)를 누르는 힘을 지탱하고 적절히 분산시키는 기능을 수행하는 장치이다. 이러한 하부지지판(436)의 중앙영역에는 수용홀(437)이 형성되는 것이 좋다. 수용홀(437)은 수용막(435)이 부풀어 오를 수 있는 공간을 제공하기 위한 것이다. 따라서, 수용홀(437)은 관통되거나 오목한 홈을 형성하여 구현할 수 있다. 이러한 하부지지판(436)은 딱딱하고 가벼운 합성수지재로 제작하는 것이 좋다.

(제 4 실시예)

도 11은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 햅틱 피드백 제공장치의 사시도를 도시한 것이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 햅틱 피드백 제공장치는 최상위층에 위치감지수단(100)이 구비되고, 그 하부에는 피부감각수단(300) 및 근감각수단(400)이 차례대로 구비된다. 본 발명의 제 4 실시예에 따른 피부감각수단(300) 및 위치감지수단(100)은 전술한 제 1 실시예 내지 제 3 실시예와 동일한 구성으로 이루어지므로, 이하에서는 근감각수단(400)을 중심으로 설명한다.

본 발명의 제 4 실시예에 따른 근감각수단(400)은 도 11에 도시된 바와 같이, 케이스부(440)가 복수 구비되고 각 케이스부(440)에 전기를 인가하는 제 2 전 기 인가부를 포함한다. 복수의 케이스부(440)는 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 이러한 케이스부(440)는 내부에 파라핀(30) 또는 작동유체(20)가 충진된 촉감부(450), 히터부(454) 및 상변화된 파라핀(30) 또는 상변화된 작동유체(20)를 수용하는 탄력막(451)을 포함한다.

본 발명의 제 4 실시예에 따른 촉감부(450)의 내부에는 파라핀(30) 또는 작동유체(20)가 포함되어 있다. 촉감부(450)는 상하 방향으로 신축성이 있기 때문에 사용자가 손가락(1)으로 누르면 그 압력에 의한 압축이 용이하고, 손가락(1)을 떼었을 때 본래의 형상으로 복원가능하다. 따라서, 촉감부(450)의 상면은 근감각 햅틱 피드백을 제공받는 곳으로 유연하게 형성함이 바람직하다. 일예로써, 이러한 촉감부(450)는 폴리머, 실리콘, 합성수지 또는 고무 재질 등을 사용한다. 촉감부(450)는 하면이 개방된 형상으로 내부는 비어있어 파라핀(30) 또는 작동유체(20)를 포함한다. 이러한 촉감부(450)는 육각형, 원통형 등 다양한 형상으로 제조할 수 있다.

도 12는 도 11에 도시된 근감각수단(400) 중 케이스부의 단면도를 도시한 것이다. 본 발명의 제 4 실시예에 따른 히터부(454)는 챔버부(430)에 포함되어 있는 파라핀(30) 또는 작동유체(20)에 열을 공급하는 장치이다. 히터부(454)로는 마이크로 히터를 사용할 수 있고, 파라핀(30) 또는 작동유체(20)에 열을 공급할 수 있는 위치라면 어느 곳에 설치하여도 무방하지만 도 12에 도시된 바와 같이, 제한판(452)의 상부에 구비되는 것이 좋다.

챔버부(430)에 포함되는 파라핀(30)은 열에 의하여 고체에서 액체로 상변화 된다. 즉, 열의 공급이 없으면 고체상태로 존재하다가 소정의 열이 공급되면 액체로 상변화가 일어난다. 또한, 작동유체(Working Fluid)(20)는 열에 의하여 상변화가 되면서 부피가 변화한다. 즉, 작동유체(20)에 열의 공급이 없다면 액체상태로 존재하다가 소정의 열이 공급되면 기화하는 특성이 있다. 기화하면서 부피가 팽창하므로 본 발명의 햅틱을 제공하는데 사용이 가능하다. 이러한 작동유체(20)는 비압축성의 특징이 있다.

본 발명의 제 4 실시예에 따른 탄력막(451)은 촉감부(450)의 하부에 구비된다. 탄력막(451)은 촉감부(450)가 가압되면서 하부로 눌리는 상변화된 파라핀(30) 또는 상변화된 작동유체(20)를 수용하여 늘어나고, 다시 원래의 평면 상태로 복원가능한 탄력성이 있는 재질을 사용하는 것이 좋다. 일예로써, 이러한 탄력막(451)의 재질은 얇고 질긴 폴리머 또는 고무 등을 사용하는 것이 좋다.

본 발명의 제 4 실시예에 따른 하부지지판(453)에는 탄력막(451)의 늘어남을 수용할 수 있는 수용홀(456)이 형성되어 있다. 이러한 하부지지판(453)은 딱딱하고 가벼운 재질로 구성하는 것이 좋다. 하부지지판(453)은 케이스부(440)의 지지체의 역할을 하고, 눌려지는 힘을 분산시키는 역할을 한다. 수용홀(456)은 하부지지판(453)을 관통하거나 오목한 홈을 구성하여 형성될 수 있다. 또한, 수용홀(456)의 크기는 탄력막(451)의 늘어남을 최대한으로 수용할 수 있는 정도로 구성한다.

본 발명의 제 4 실시예에 따른 제한판(452)은 하부지지판(453)과 탄력막(451) 사이에 구비된다. 탄력성이 있는 재질로 구성된 탄력막(451)과는 달리, 제한판(452)은 소정의 영역이 천공되어 탄력막(451)의 늘어남을 천공된 영역(455)으 로 한정하기 위한 것이다. 즉, 상변화된 파라핀(30) 또는 상변화된 작동유체(20)에 의하여 하부로 늘어나는 탄력막(451)을 제한판(452)이 가로막아 제한판(452)에 형성된 천공된 영역(455)을 통해서만 늘어나게 한다. 따라서, 이러한 제한판(452)은 얇고, 딱딱하며 가벼운 재질로 구성하는 것이 좋다. 또한, 제한판(452)의 천공된 영역(455)은 하부지지판(453)의 수용홀(456)의 위치와 대응되는 위치에 형성하는 것이 좋다.

(제 5 실시예)

제 5 실시예에 따른 햅틱 피드백 제공장치 역시 최상위층에 위치감지수단(100)이 구비되고, 그 하부에는 피부감각수단(300) 및 근감각수단(400)이 차례대로 구비된다. 본 발명의 제 5 실시예에 따른 근감각수단(400) 및 위치감지수단(100)은 전술한 제 1 실시예 내지 제 4 실시예와 동일한 구성으로 이루어지므로, 이하에서는 피부감각수단(300)을 중심으로 설명한다.

도 13은 본 발명에 따른 압전층을 사용한 진동부 및 상판을 나타내는 사시도를 도시한 것이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 진동부는 압전층(370)을 사용한다. 압전층(370)을 사용하는 진동부는 판스프링(360), 압전층(370) 및 금속판(380)으로 이루어진다. 판스프링(360)은 상판(310)의 일면에 부착되어 압전층(370)과 금속판(380)의 진동을 증폭시키는 역할을 하는 것이다. 판스프링(360)의 단면은 ㄷ-자 형상이고, 굽힘탄성이 좋은 금속제(강재) 또는 합성수지재 등을 사용하는 것이 좋다. 압전층(370)은 얇은 띠 형상으로 피에조, Pb(ZrTi)O₃ 등의 물질로 이루어진다. 따라서 제 1 전기 인가부에 의하여 전기가 인가되면, 진동이 발생한다. 이를 위해 압전층(370)에는 전극(500)이 구비되어 있다. 금속판(380)은 압전층(370)과 판스프링(360) 사이에 구비된다. 이러한 금속판(380)은 압전층(370)보다는 큰 크기로 제작하여 압전층(370)의 형태를 유지하고, 압전층(370)에서 발생하는 진동을 판스프링(360)으로 전달하기 위한 것이다. 이러한 금속판(380)은 탄력이 있고, 복원성이 좋은 강재, 스테인리스 스틸 등으로 얇게 제작한다.

(변형예)

본 발명에 따른 위치감지수단(100)은 햅틱 피드백 제공장치의 사용양태에 따라 최상위층 대신 피부감각수단(300)과 근감각수단(400)의 사이에 구비될 수 있다.

< 햅틱 피드백 제공방법>

본 발명에 따른 햅틱 피드백 제공방법은 근감각의 강성변화를 일으키는 방법으로서, 유변유체(10)를 사용하는 경우와 파라핀(30) 또는 작동유체(20)를 사용하는 경우로 나누어진다. 또한, 피부감각을 제공함에 있어서는 진동부를 사용한다. 이하에서는 각 실시예에 따른 제어방법을 설명한다.

(제 1 실시예 - 유변유체 사용)

도 14는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 햅틱 피드백 제공방법을 순차적으로 나타낸 순서도를 도시한 것이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 근감각수단(400)이 유변유체(10)를 사용하는 경우에 대한 햅틱 피드백 제공방법에 관한 것이다. 먼저, 위치감지수단(100)이 사용자 손가락(1)의 접촉을 감지하여 감지신호를 제어수단(200)으로 출력한다(S100). 이때, 위치감지수단(100)이 출력한 감지신호는 사용자의 손가락(1)의 접촉위치 데이터 또는 손가락(1)이 이동하면서 그리는 궤적 데이터 등을 포함한다.

다음으로, 제어수단수단(100)은 감지신호에 위치감지신호에서 출력되는 감지신호에 기초하여 제 1 전기 인가부와 제 2 전기 인가부 중 일부를 선정하여(S200) 선정된 제 1 전기 인가부와 제 2 전기 인가부로 제어신호를 인가한다(S300). 제어수단수단(100)의 제 1 전기 인가부와 제 2 전기 인가부의 제어신호 인가는 서로 독립적으로 이루어진다. 즉, 제 1 전기 인가부로의 제어신호인가와 제 2 전기 인가부로의 제어신호인가는 서로 무관하다. 또한, 제 1 전기 인가부와 제 2 전기 인가부 각각으로 인가되는 제어신호에는 인가되는 전기의 양에 대한 정보가 포함되어 있다. 따라서, 인가되는 전기의 정도에 비례하여 진동부의 진동이 변화하고, 유변유체(10)에 영향을 주는 자기장 또는 전기장의 세기가 변화한다.

다음으로, 제어신호를 인가받은 제 1 전기 인가부는 진동부로 전기를 인가하여 진동부에서는 미세진동이 발생한다(S410). 진동부가 도 4b에 도시된 바와 같이, 제 1 자력수단 및 제 2 자력수단으로 구성된 경우를 살펴보면 다음과 같다. 제 2 자력수단인 권취된 코일(600)에 전원이 인가되면, 권취된 코일(600)이 전자석으로 바뀌면서 제 1 자력수단인 영구자석(320)에 대하여 인력 또는 척력을 유발한다. 따라서, 영구자석(320)은 권취된 코일(600)의 내부로 진입하거나 외부로 빠져나가려 한다. 이때, 영구자석(320)의 상부에 구비된 상판(310)도 같이 움직이게 된다. 영구자석(320)의 권취된 코일(600)의 내부와 외부로의 상하 이동의 시간간격에 따라 진동의 발생 정도가 달라진다. 즉, 상하 이동하는 영구자석(320)의 시간간격에 따라 미세한 진동에서부터 지렁이가 꿈틀거리는 것과 같은 다양한 진동을 유발하여 사용자의 피부감각에 해당하는 햅틱 피드백이 제공된다(S510). 제 1 전기 인가부의 권취된 코일(600)로의 전기 인가방식의 일예로 PWM 방식이 있다. 또한, 도 13에 도시된 바와 같이, 압전층(370), 판스프링(360) 및 금속판(380)으로 이루어진 경우에도 압전층(370)의 전극(500)으로 인가되는 전기의 인가시간을 제어함으로써 다양한 진동을 유발할 수 있다.

제 1 전기 인가부에서 진동부로 전기를 인가함과 동시에 제어신호를 인가받은 제 2 전기 인가부의 전기 인가에 따라 전기장 또는 자기장이 발생한다. 전기장 또는 자기장에 의하여 자기유변유체(11) 또는 전기유변유체(12)의 점성이 증가된다(S420). 전술한 바와 같이, 자기유변유체(11)는 자기장이 없을 때는 낮은 점성상태이다가 자기장이 인가되었을 때 딱딱하게 굳은 것과 같은 높은 점성상태로 변화하고, 이러한 변화는 자기장의 세기에 따라 점성의 정도가 달라진다. 또한, 전기유변유체(12)도 전기장의 세기에 따라 점성의 정도가 달라진다. 유변유체(10)의 이러한 특성 때문에 제 2 전기 인가부의 전기인가에 기초하여 전기장 또는 자기장이 발생하면 유변유체(10)는 점성이 변한다. 이러한 점성 변화로 인해 높은 점성일수록 사용자는 더 큰 힘을 들여야하므로 근감각을 자극받게 된다. 이러한 방식으로 근감각에 해당하는 햅틱 피드백을 사용자에게 제공한다(S520).

마지막으로 진동부로 인가되던 전기 공급이 중단되면 영구자석(320)의 상하이동 또는 압전층(370)의 진동이 더 이상 유발되지 않는다(S610).

이하에서는 근감각수단(400)의 강성이 변화하면서 근감각에 해당하는 햅틱 피드백을 제공하는 단계(S520)와 유변유체(10)의 점성복원단계(S620)에 대하여 전술한 햅틱 피드백 제공장치의 실시예 별로 상세히 설명한다.

① 제 1 실시예에 따른 햅틱 피드백 제공장치의 근감각수단의 경우

근감각수단(400)이 제 1 실시예에 따른 햅틱 피드백 제공장치와 같이, 복수의 유체관(410)으로 구성된 경우에 대하여 살펴보면 다음과 같다. 피부감각의 하부에 구비된 복수의 유체관(410)은 전기가 인가되지 않았기 때문에 유변유체(10)의 점성이 매우 낮아 유연한 상태로서 눌려지게 된다.

그 후, 전술한 바와 같이 제어신호가 인가되어(S300) 제 2 전기 인가부로 전기가 인가되면 유변유체(10)에 전기장 또는 자기장이 형성되어 유변유체(10)의 점성이 증가한다(S420).

이때, 제어수단수단(100)의 제 2 전기 인가부의 제어는 위치감각수단의 좌표 데이터에 기초하므로 제어신호는 좌표 데이터 또는 궤적 데이터에 기초하여 눌려진 위치나 영역에 해당하는 유체관(410)에 전기장 또는 자기장이 인가되도록 소정의 정보를 담고 있다. 즉, 눌려진 위치가 한 지점일 때는 하나의 유체관(410)에 포함 된 유변유체(10)만 점성이 증가되도록 제어신호가 인가되고, 눌려진 영역이 소정의 면적(손가락 면적 정도)을 가질 경우 복수의 유체관(410)에 포함된 유변유체(10)의 점성이 증가되도록 제어신호가 인가된다.

유체관(410)에 포함된 유변유체(10)의 점성이 증가됨에 따라 유체관(410)은 점점 딱딱해져 강성이 증가된다. 이러한 상태의 유체관(410)을 누르면 사용자는 유체관(410)을 누를 때 눌리는 정도가 달라짐을 느끼게 된다(S520).

그 다음으로, 제 2 전기 인가부의 전기 인가가 중단되면 전기장 또는 자기장이 형성되지 않기 때문에 고점성상태의 유변유체(10)의 점성은 감소하여 본래의 상태로 복원된다(S620). 즉, 유체관(410)은 다시 부드러운 느낌의 눌림을 제공한다.

② 제 2 실시예에 따른 햅틱 피드백 제공장치의 근감각수단의 경우

근감각수단(400)이 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 버튼부(420)로 구성된 경우를 살펴보면 다음과 같다. 각각의 버튼부(420)에 제 2 전기 인가부에 의한 전기인가가 없는 경우, 사용자가 손가락(1)을 사용하여 버튼부(420)의 최상부 면인 누름판(421)을 누르면 누름판(421)과 축(422)에 의하여 연결된 탄성체(423), 즉 스프링이 압축되면서 누름판(421)은 부드럽게 눌리게 된다. 이때, 유변유체(10)는 저점성 상태이므로 스프링의 압축을 크게 방해하지 않는다.

그 후, 제어신호가 제 2 전기 인가부로 인가되고(S300), 제 2 전기 인가부의 제어신호에 기초하여 전기인가로 유변유체(10)에 전기장 또는 자기장이 형성되면 유변유체(10)의 점성이 증가된다(S420).

고점성상태의 유변유체(10)는 유변유체(10)에 내재된 탄성체(423), 즉 스프링의 압축을 방해한다. 즉, 점성이 증가된 유변유체(10)에 의하여 탄성체(423)의 탄성계수가 증가되는 효과가 나타난다. 따라서, 사용자는 버튼부(420)를 누름에 있어서 종전보다 더 큰 힘을 들여야만 종전과 동일한 변위만큼 버튼부(420)를 누를 수 있다. 즉, 사용자의 눌림에 대하여 버튼부(420)는 종전과는 다른 강성을 지니게 된다. 이러한 증가된 강성은 사용자에게 근감각에 해당하는 햅틱 피드백을 제공한다(S520).

이때, 제어수단수단(100)의 전기제어는 위치감지수단(100)의 좌표 데이터에 기초하므로 제어신호는 획득된 좌표 데이터에 기초하여 눌려진 위치나 영역에 해당하는 버튼부(420)에 전기장 또는 자기장이 인가되도록 소정의 정보를 담고 있다. 즉, 눌려진 위치가 한점일 때는 하나의 버튼부(420)에 포함된 유변유체(10)만 점성이 증가되도록 제어신호가 인가되고, 눌려진 영역이 소정의 면적을 가질 경우 복수의 버튼부(420)에 포함된 유변유체(10)의 점성이 증가되도록 제어신호가 인가된다.

그 다음으로, 제 2 전기 인가부의 전기인가가 중단되면 전기장 또는 자기장이 형성되지 않기 때문에 고점성상태의 유변유체(10)의 점성은 감소하여 본래의 상태로 복원된다. 따라서, 버튼부(420)의 누름판(421)은 다시 부드럽게 눌리게 된다.

③ 제 3 실시예에 따른 햅틱 피드백 제공장치의 근감각수단의 경우

근감각수단(400)이 도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 챔버부(430)로 구성된 경우를 살펴보면 다음과 같다.

각각의 챔버부(430)에 대한 제 2 전기 인가부에 의한 인가가 없는 경우, 사용자가 손가락(1)을 사용하여 햅틱 피드백 제공장치를 누르면 유변유체(10)는 액체와 같은 상태이므로 챔버부(430)가 부드럽게 눌린다.

도 15a는 도 9a에 사용자의 손가락에 의한 압력이 제공되는 상태를 나타내는 단면도를 도시한 것이고, 도 15b는 도 10a에 사용자의 손가락에 의한 압력이 제공되는 상태를 나타내는 단면도를 도시한 것이다. 손가락(1)이 촉감부(450)의 상면을 누르면 도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이, 촉감부(450)의 상면 두께가 얇기 때문에 누르는 힘에 의해 쉽게 변형된다. 이에 따라 촉감부(450)의 내부 공간이 줄어들면서 유변유체(10)의 내압이 상승한다. 이때, 비압축성인 유변유체(10)는 좁은 유동홀(432)을 통해 빠져나가게 된다. 그리고 유동홀(432)을 빠져나간 유변유체(10)는 수용막(435)을 팽창시키면서 수용홀(437)의 공간을 차지한다.

그리고 촉감부(450)에서 손가락(1)을 뗀 경우, 촉감부(450)의 탄력적 복원력과 수용막(435)의 탄력적 복원력에 의하여 수용홀(437) 내의 유변유체(10)는 다시 유동홀(432)을 지나 촉감부(450) 내로 복귀하게 된다.

그 후, 전술한 바와 같이 제어신호가 제 2 전기 인가부로 인가되고(S300), 제어신호에 기초한 제 2 전기 인가부의 전기 인가에 의하여 유동홀(432) 주변에 전기장 또는 자기장이 강하게 형성된다. 따라서, 유동홀(432) 주변의 유변유체(10)는 전기장 또는 자기장에 의하여 점성의 증가가 뚜렷하게 나타난다(S420). 즉, 전기장 또는 자기장이 인가되었을 때, 촉감부(450) 내부의 유변유체(10)의 점성도가 다소 증가하지만, 유동홀(432) 내의 유변유체(10)가 강한 전기장 또는 자기장에 의하여 점성이 크게 증가한다. 따라서 유동홀(432) 내의 유변유체(10)는 고점성으로 인하여 유동저항이 증가하거나 심지어 딱딱해져 유동이 막힐 수 있다. 전극(500)이나 코일(600)에 인가되는 전압 또는 전류를 적절히 제어하면 유동홀(432) 내의 유동저항을 비례적(또는 선형적)으로 제어할 수 있다.

유동홀(432)을 통과하던 유변유체(10)의 유동저항의 증가로 인하여 챔버부(430)를 누르던 사용자는 부드럽게 눌리던 종전과는 달리 딱딱하게 눌리는 느낌을 인지함으로써 사용자는 근감각에 해당하는 햅틱 피드백을 제공받는다(S520).

다음으로, 제 2 전기 인가부의 전기 인가가 중단되면 전기장 또는 자기장이 형성되지 않기 때문에 고점성상태의 유변유체(10)의 점성은 감소하여 본래의 상태로 복원된다(S620). 특히, 유동홀(432)을 막고 있었던 유변유체(10)의 유동성이 증가하기 때문에 촉감부(450)에서 손가락(1)을 뗀 경우, 촉감부(450)의 탄력적 복원력과 수용막(435)의 탄력적 복원력에 의하여 수용홀(437) 내의 유변유체(10)는 다시 유동홀(432)을 지나 촉감부(450) 내부로 복귀하게 된다.

(제 2 실시예 - 작동유체 또는 파라핀 사용)

도 16은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 햅틱 피드백 제공방법을 순차적으로 나타내는 순서도이다. 제 2 실시예에 따른 햅틱 피드백 제공방법은 도 16에 도시된 바와 같이, 파라핀(30) 또는 작동유체(20)를 사용하여 근감각수단(400)의 강성을 변화시키는 경우에 대한 것이다.

① 케이스부에 파라핀이 포함된 경우

도 17a는 도 12의 케이스부에 파라핀이 포함된 경우로서, 사용자의 손가락에 의한 압력이 제공되기 전의 단면도를 도시한 것이고, 도 17b는 도 12의 케이스부에 파라핀이 포함된 경우로서, 사용자의 손가락에 의한 압력이 제공된 후의 단면도를 도시한 것이다. 도 17a 및 도 17b에서는 설명의 편의를 도모하기 위하여 피부감각수단(300)과 위치감각수단은 생략하였다.

먼저, 파라핀(30) 또는 작동유체(20)에 열이 공급되지 않는 상태를 설명한다.

파라핀(30)을 포함한 케이스부(440)에 열이 공급되지 않으면 도 17a에 도시된 바와 같이, 손가락(1)이 케이스부(440)의 상면을 누르더라도 열 공급을 받지 못한 파라핀(30)은 고체상태이므로 쉽게 눌리지 않는다.

작동유체(20)는 열의 공급이 없다면 액상으로 존재하다가 소정의 열이 공급되면 기화하는 특성이 있다. 이러한 작동유체(20)는 변화속도가 빠르고 비압축성이라는 특성이 있다. 따라서, 열의 공급이 없는 상태에서 작동유체(20)를 포함한 케이스부(440)를 누르면 도 18a에 도시된 바와 같이, 쉽게 변형된다. 케이스부(440)의 눌려짐에 의하여 케이스부(440) 내부에 포함된 작동유체(20)는 가압되고, 도 18a에 도시된 바와 같이, 작동유체(20)의 하부에 구비된 탄력막(451)이 하부로 팽창(즉, 늘어남)하게 된다. 이는 작동유체(20)가 비압축성의 성질을 갖기 때문이다.

이후, 히터부(454)에 의하여 파라핀(30) 또는 작동유체(20)에 열이 공급된 경우를 설명한다.

도 16에 도시된 바와 같이, 위치감지수단(100)이 사용자의 접촉위치를 감지하여 접촉위치 데이터 또는 궤적 데이터 등의 감지신호를 출력하는 단계(S100), 제어수단수단(100)이 감지신호에 기초하여 제 1 전기 인가부와 제 2 인가부를 선정하는 단계(S200), 선정된 제 1 전기 인가부와 제 2 전기 인가부로 제어신호를 인가하는 단계(S300)는 전술한 제 1 실시예에 따른 햅틱 피드백 제공방법과 동일하다. 또한, 피부감각수단(300)의 진동부에서 진동발생방법(S410, S510 및 S610) 역시 전술한 제 1 실시예와 동일한바 전술한 내용으로 갈음한다.

이하에서는 파라핀(30) 또는 작동유체(20)의 상변화를 이용하여 근감각수단(400)의 강성변화를 유도하는 제어방법을 중심으로 설명한다.

케이스부(440)의 내부에 파라핀(30)이 포함된 경우, 제어수단수단(100)의 제어신호에 기초하여 제 2 전기 인가부가 히터부(454)로 전기를 인가하면 히터부(454)에서는 소정의 열이 발생한다. 따라서 파라핀(30)에 열이 가해지므로 파라핀(30)은 고체에서 액체로 상변화가 일어난다(S420). 즉, 파라핀(30)이 상변화 되면서 도 17b에 도시된 바와 같이, 쉽게 눌린다. 이에 따라, 사용자는 케이스부(440)의 상면에 접촉한 손가락(1)은 부드럽게 눌리는 케이스부(440)의 강성을 인지함으로써 근감각에 해당하는 햅틱 피드백을 느낀다(S520).

파라핀(30)에 공급하는 열을 적게 하면서도 케이스부(440)의 변화를 효과적으로 유도하기 위하여 천공된 영역(455)을 구비하는 제한판(452)과 수용홀(456)을 구비한 하부지지판(453)을 적절히 활용할 수 있다. 즉, 천공된 영역(455)과 수용홀(456)의 직경이 크다면 액체의 상태로 상변화된 파라핀(30)이 눌리면서 늘어난 탄력막(451)을 충분히 수용할 수 있기 때문에 사용자는 더욱 부드러운 느낌의 근감각 햅틱 피드백을 인식할 수 있다. 반면에 천공된 영역(455)과 수용홀(456)의 직경이 작다면 사용자가 케이스부(440)의 상면을 조금만 누르더라도 천공된 영역(455)과 수용홀(456)의 공간을 금방 차지하기 때문에 탄력있는 느낌의 근감각 햅틱 피드백을 인식할 수 있다.

그 후, 히터부(454)에 의한 열의 공급이 중단되면 파라핀(30)은 액체에서 본래의 고체 상태로 역으로 상변화가 일어나면서 케이스부(440)는 본래의 형태로 복원된다(S620).

② 케이스부에 작동유체가 포함된 경우

도 18a는 도 12의 케이스부에 작동유체가 포함된 경우로서, 사용자의 손가락에 의한 압력이 제공되기 전의 단면도를 도시한 것이고, 도 18b는 도 12의 케이스부에 작동유체가 포함된 경우로서, 사용자의 손가락에 의한 압력이 제공된 후의 단면도를 도시한 것이다. 도 18a 및 도 18b에서는 설명의 편의를 도모하기 위하여 피부감각수단(300)과 위치감각수단은 생략하였다.

제어수단수단(100)의 제어신호에 기초하여 제 2 전기 인가부가 히터부(454)로 전기를 인가하면 히터부(454)에서는 소정의 열이 발생한다. 따라서 작동유체(20)에 열이 가해지므로 작동유체(20)는 액체에서 기체로의 상변화가 일어나면서 부피가 증가한다(S420).

이때, 사용자가 손가락(1)으로 케이스부(440)의 상면을 누르면 도 18b에 도 시된 바와 같이, 작동유체(20)의 부피증가에 따라 케이스부(440)의 압력이 증가하여 작동유체(20)의 하부에 구비되는 탄력막(451)이 팽창하고 케이스부(440)의 상면도 팽창한다. 팽창에 의하여 케이스부(440)의 강성은 증가되고, 사용자는 손가락(1)을 통하여 딱딱해진 근감각의 햅틱 피드백을 제공받는다(S520).

이러한 작동유체(20)는 공급되는 열량에 비례하여 작동유체(20)의 기화 정도가 증가하므로 부피증가율도 커지게 된다. 따라서 히터부(454)를 적절히 제어함으로써 작동유체(20)의 부피증가를 비례적으로 제어할 수 있다.

또한, 작동유체(20)에 공급하는 열을 적게 하면서도 케이스부(440)의 강성변화를 효율적으로 제어하기 위하여는 천공된 영역(455)을 구비하는 제한판(452)과 수용홀(456)에 형성된 하부지지판(453)을 적절히 활용하는 것이 좋다. 즉, 제한판(452)에 형성된 천공된 영역(455)의 직경과 하부지지판(453)의 수용홀(456)을 크게 구성한다면 기체로 상변화된 작동유체(20)와 그에 의하여 늘어난 탄력막(451)을 충분히 수용할 수 있기 때문에 케이스부(440)의 상면 팽창은 작게 나타날 수 있다. 그러나 제한판(452)에 형성된 천공된 영역(455)의 직경과 하부지지판(453)의 수용홀(456)을 상대적으로 작게 구성하여 국소적으로 팽창이 이루어지게 한다면 기체로 상변화된 작동유체(20)와 그에 의하여 늘어난 탄력막(451)이 수용홀(456)을 모두 차지하고, 심지어 케이스부(440)의 상면이 볼록하게 팽창하는 등 팽창이 두드러지게 나타난다. 따라서 케이스부(440)의 상면에 접한 손가락(1)은 딱딱한 돌을 누르는 것과 같은 느낌을 갖게 된다. 이러한 방식으로 케이스부(440)의 상면에 접한 손가락(1)으로 다양한 근감각 햅틱 피드백이 발생된다(S520).

마지막으로, 히터부(454)에 의한 열의 공급이 중단되면 작동유체(20)는 기체에서 본래의 액체 상태로 역으로 상변화가 일어나면서 케이스부(440)는 본래의 형태로 복원된다(S620).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 종래의 휴대폰에 장착되어 햅틱 피드백을 제공하는 실시예를 나타내는 도,

도 2는 본 발명에 따른 햅틱 피드백 제공장치의 개략적인 구성 블럭도,

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 햅틱 피드백 제공장치의 사시도,

도 4a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동부의 영구자석이 상하 이동 전 상태를 나타내는 도,

도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동부의 영구자석이 상하 이동 후 상태를 나타내는 도,

도 5a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자기유변유체가 내부에 충진된 유체관으로 이루어진 근감각수단의 단면도,

도 5b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기유변유체가 내부에 충진된 유체관으로 이루어진 근감각수단의 단면도,

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 햅틱 피드백 제공장치의 사시도,

도 7a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기유변유체를 포함하는 버튼부로 이루어진 근감각수단의 단면도,

도 7b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자기유변유체를 포함하는 버튼부로 이루어진 근감각수단의 단면도,

도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 햅틱 피드백 제공장치의 사시도,

도 9a는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 자기유변유체를 포함하는 챔버부로 이루어진 근감각수단의 사시도,

도 9b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 자기유변유체를 포함하는 챔버부로 이루어진 근감각수단의 단면사시도,

도 10a는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기유변유체를 포함하는 챔버부로 이루어진 근감각수단의 사시도,

도 10b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기유변유체를 포함하는 챔버부로 이루어진 근감각수단의 단면사시도,

도 11은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 햅틱 피드백 제공장치의 사시도,

도 12는 도 11에 도시된 근감각수단 중 케이스부의 단면도,

도 13은 본 발명에 따른 압전층을 사용한 진동부 및 상판을 나타내는 사시도,

도 14는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 햅틱 피드백 제공방법을 순차적으로 나타낸 순서도,

도 15a는 도 9a에 사용자의 손가락에 의한 압력이 제공되는 상태를 나타내는 단면도,

도 15b는 도 10a에 사용자의 손가락에 의한 압력이 제공되는 상태를 나타내 는 단면도,

도 16은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 햅틱 피드백 제공방법을 순차적으로 나타내는 순서도,

도 17a는 도 12의 케이스부에 파라핀이 포함된 경우로서, 사용자의 손가락에 의한 압력이 제공되기 전의 단면도,

도 17b는 도 12의 케이스부에 파라핀이 포함된 경우로서, 사용자의 손가락에 의한 압력이 제공된 후의 단면도,

도 18a는 도 12의 케이스부에 작동유체가 포함된 경우로서, 사용자의 손가락에 의한 압력이 제공되기 전의 단면도,

도 18b는 도 12의 케이스부에 작동유체가 포함된 경우로서, 사용자의 손가락에 의한 압력이 제공된 후의 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 손가락 5 : 휴대폰

10 : 유변유체 11 : 자기유변유체

12 : 전기유변유체 20 : 작동유체

30 : 파라핀 100 : 위치감지수단

200 : 제어수단 300 : 피부감각수단

310 : 상판 320 : 영구자석

330 : 하우징 340 : 하우징 하부판

360 : 판스프링 370 : 압전층

380 : 금속판 400 : 근감각수단

410 : 유체관 420 : 버튼부

421 : 누름판 422 : 축

423 : 탄성체 424 : 케이스

430 : 챔버부 432 : 유동홀

433 : 보빈 434 : 지지부

435 : 수용막 436 : 하부지지판

437 : 수용홀 440 : 케이스부

450 : 촉감부 451 : 탄력막

452 : 제한판 453 : 하부지지판

454 : 히터부 455 : 천공된 영역

456 : 수용홀 500 : 전극

600 : 코일

Claims (26)

1. 사용자가 접촉하는 상판(310);과 상기 상판(310)의 하부에 구비되어 진동을 발생시키는 진동부; 및 상기 진동부로 전기를 인가하는 제 1 전기 인가부;를 포함하는 피부감각수단(300);

   상기 피부감각수단(300)의 하부에 구비되고, 내부에 유변유체(10)가 충진된 유연한 재질의 유체관(410);과 상기 유체관(410)으로 전기를 인가하여 상기 유체관(410)의 강도를 변화시키는 제 2 전기 인가부;를 포함하는 근감각수단(400); 및

   상기 제 1 전기 인가부 및 상기 제 2 전기 인가부를 제어하는 제어수단수단(100);을 포함하여 상기 사용자에게 근감각과 피부감각 중 적어도 하나를 제공하는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 유변유체(10)는 자기유변유체(11)이고, 상기 자기유변유체(11)에 자기장을 인가하기 위하여 상기 유체관(410) 주위에는 코일(600)이 더 권취된 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 유변유체(10)는 전기유변유체(12)이고, 상기 전기유변유체(12)의 일측에는 상기 전기유변유체(12)와 전기적으로 연결된 전극(500)이 더 구비된 것을 특 징으로 하는 햅틱 피드백 제공장치.
4. 사용자가 접촉하는 상판(310);과 상기 상판(310)의 하부에 구비되어 진동을 발생시키는 진동부; 및 상기 진동부로 전기를 인가하는 제 1 전기 인가부;를 포함하는 피부감각수단(300);

   상기 피부감각수단(300)의 하부에 구비되고, 케이스(424), 상기 케이스(424)의 내부에 포함되는 유변유체(10), 상기 유변유체(10)에 내재되어 상하 이동하는 탄성체(423)가 하부에 구비된 누름판(421)을 포함하는 버튼부(420); 및 상기 버튼부(420)로 전기를 인가하는 제 2 전기 인가부;를 포함하는 근감각수단(400); 및

   상기 제 1 전기 인가부 및 상기 제 2 전기 인가부를 제어하는 제어수단수단(100);을 포함하여 상기 사용자에게 근감각과 피부감각 중 적어도 하나를 제공하는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 유변유체(10)는 자기유변유체(11)이고, 상기 버튼부(420)에는 상기 제2전기 인가부로부터 전기를 인가받는 권취된 코일(600)이 더 포함된 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공장치.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 유변유체(10)는 전기유변유체(12)이고, 상기 버튼부(420)에는 상기 제2 전기 인가부로부터 전기를 인가받고, 상기 전기유변유체(12)에 전기적으로 연결된 전극(500)이 더 포함된 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공장치.
7. 사용자가 접촉하는 상판(310);과 상기 상판(310)의 하부에 구비되어 진동을 발생시키는 진동부; 및 상기 진동부로 전기를 인가하는 제 1 전기 인가부;를 포함하는 피부감각수단(300);

   상기 피부감각수단(300)의 하부에 구비되고, 내부에 유변유체(10)가 충진되고 일면이 유연한 재질인 촉감부(450), 상기 촉감부(450)의 하부에 구비되고 상기 유변유체(10)가 드나들 수 있는 유동홀(432)이 형성된 지지부(434), 상기 유동홀(432)을 지난 상기 유변유체(10)를 수용하는 수용막(435)을 포함하는 챔버부(430); 및 상기 챔버부(430)에 전기를 인가하는 제 2 전기 인가부;를 포함하는 근감각수단(400); 및

   상기 제 1 전기 인가부 및 상기 제 2 전기 인가부를 제어하는 제어수단수단(100);을 포함하여 상기 사용자에게 근감각과 피부감각 중 적어도 하나를 제공하는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 유변유체(10)는 자기유변유체(11)이고, 상기 챔버부(430)는 중심부분이 관통된 보빈(433)의 주위에 권취되어 상기 유동홀(432)에 자기장을 형성하는 권취된 코일(600)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공장치.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 유변유체는 전기유변유체(12)이고, 상기 챔버부(430)는 양의 전극(500)과 음의 전극(500)이 상기 유동홀(432)에서 소정간격 이격되어 서로 교차되도록 구비되어 상기 유동홀(432)에 전기장을 형성하는 전극(500)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공장치.
10. 제 7항에 있어서,

    상기 수용막(435)은 상기 유변유체(10)에 의해 늘어나거나 복원될 수 있도록 탄력성이 있는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공장치.
11. 사용자가 접촉하는 상판(310);과 상기 상판(310)의 하부에 구비되어 진동을 발생시키는 진동부; 및 상기 진동부로 전기를 인가하는 제 1 전기 인가부;를 포함하는 피부감각수단(300);

    상기 피부감각수단(300)의 하부에 구비되고, 내부에 작동유체(20) 또는 파라핀(30)이 충진되고, 상기 작동유체(20) 또는 상기 파라핀(30)에 열을 공급하는 히터부(454)와 상기 히터부(454)에 의하여 상변화된 작동유체(20) 또는 상기 파라핀(30)을 수용하는 탄력막(451)을 포함하는 케이스부(440);와 상기 히터부(454)에 전기를 인가하는 제 2 전기 인가부;를 포함하는 근감각수단(400); 및

    상기 제 1 전기 인가부 및 상기 제 2 전기 인가부를 제어하는 제어수단수 단(100);을 포함하여 상기 사용자에게 근감각과 피부감각 중 적어도 하나를 제공하는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공장치.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 케이스부(440)는 상기 탄력막(451)이 형성된 부분이 개방되고, 상기 개방된 면에는 상기 탄력막(451)을 수용할 수 있는 수용영역이 형성된 하부 지지판이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공장치.
13. 제 11항에 있어서,

    상기 케이스부(440)와 상기 탄력막(451)은 상기 작동유체(20) 또는 상기 파라핀(30)을 상기 히터부(454)에 의하여 상변화되기 전의 위치로 복원시키는 복원력을 갖는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공장치.
14. 제 1항, 제 4항, 제 7항 및 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 진동부는,

    상기 상판(310)의 일면 가장자리에 설치되는 제 1 자력수단; 및

    상기 제 1 자력수단에 자기적으로 인접하게 구비되는 제 2 자력수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공장치.
15. 제 14항에 있어서,

    상기 제 1 자력수단은 영구자석(320)이고, 상기 제 2 자력수단은 권취된 코일(600)인 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공장치.
16. 제 1항, 제 4항, 제 7항 및 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 진동부는,

    상기 상판(310)의 일측 가장자리에 구비되는 압전층(370); 및

    상기 압전층(370)에 전원을 인가하는 전극(500);을 포함하는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공장치.
17. 제 16항에 있어서,

    상기 압전층(370)과 상기 상판(310) 사이에는 진동을 증폭하기 위한 판스프링(360)이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공장치.
18. 제 1항, 제 4항, 제 7항 및 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 피부감각수단(300)의 상부에 사용자의 접촉위치를 감지하여 감지신호를 출력하는 위치감지수단(100)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공장치.
19. 위치감지수단(100)이 사용자의 접촉을 감지하여 감지신호를 제어수단(200)으로 출력하는 제 1 단계;

    상기 감지신호에 기초하여 제어수단수단(100)이 전기를 인가할 제 1 전기 인가부와 제 2 전기 인가부를 선정하는 제 2 단계;

    상기 제어수단수단(100)이 선정된 상기 제 1 전기 인가부와 상기 제 2 전기 인가부에 제어신호를 인가하는 제 3 단계;

    상기 제어신호를 인가받은 제 1 전기 인가부로부터 인가된 전기에 기초하여 진동부가 진동하고, 상기 제어신호를 인가받은 제 2 전기 인가부로부터 인가된 전기에 기초하여 유변유체(10)의 점성이 변화하는 제 4 단계; 및

    상기 진동부의 진동에 의하여 상판(310)이 진동하여 상기 사용자에게 피부감각의 햅틱 피드백이 제공되고, 상기 유변유체(10)의 점성변화에 기초한 상기 근감각수단(400)의 강성변화에 기초하여 상기 사용자에게 근감각의 햅틱 피드백이 제공되는 제 5 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공방법.
20. 제 19항에 있어서,

    상기 유변유체(10)의 점성이 본래의 점성상태로 복원되는 제 6 단계;가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공방법.
21. 위치감지수단(100)이 사용자의 접촉을 감지하여 감지신호를 제어수단(200)으로 출력하는 제 1 단계;

    상기 감지신호에 기초하여 제어수단수단(100)이 전기를 인가할 제 1 전기 인가부와 상기 제 2 전기 인가부를 선정하는 제 2 단계;

    상기 제어수단수단(100)이 선정된 상기 제 1 전기 인가부와 상기 제 2 전기 인가부에 제어신호를 인가하는 제 3 단계;

    상기 제어신호를 인가받은 제 1 전기 인가부로부터 인가된 전기에 기초하여 진동부가 진동하고, 상기 제어신호를 인가받은 상기 제 2 전기 인가부로부터 인가된 전기에 기초하여 작동유체(20) 또는 파라핀(30)의 상변화가 유도되는 제 4 단계; 및

    상기 진동부의 진동에 의하여 상판(310)이 진동하여 상기 사용자에게 피부감각의 햅틱 피드백이 제공되고, 상기 작동유체(20)의 상변화 또는 상기 파라핀(30)의 상변화에 기초한 상기 근감각수단(400)의 강성변화로서 근감각의 햅틱 피드백이 제공되는 제 5 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공방법.
22. 제 21항에 있어서,

    상기 제 5 단계(S500)에서 상기 작동유체(20)의 상변화는 액체에서 기체로의 상변화인 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공방법.
23. 제 21항에 있어서,

    상기 제 5 단계(S500)에서 상기 파라핀(30)의 상변화는 고체에서 액체로의 상변화인 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공방법.
24. 제 19항 또는 제 21항에 있어서,

    상기 제 2 단계는 상기 제어수단수단(100)이 상기 감지신호에 기초하여 상기 사용자가 접촉한 상판(310)의 일면에 설치된 피부감각수단(300)의 거리를 산출하고, 상기 산출된 거리에 기초하여 상기 제 1 전기 인가부를 선정하는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공방법.
25. 제 19항 또는 제 21항에 있어서,

    상기 감지신호는 접촉위치의 좌표 데이터 및 접촉의 궤적 데이터 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공방법.
26. 제 19항 또는 제 21항에 있어서,

    상기 제어수단수단(100)의 제 1 전기 인가부로의 제어신호 인가와 상기 제 2 전기 인가부로의 제어신호 인가는 서로 독립적인 것을 특징으로 하는 햅틱 피드백 제공방법.

Images