KR100924087B1 - Haptic module using magnetic rheological fluid, control method thereof and haptic device therewith - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유변유체를 이용한 햅틱모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기유변유체의 점성을 제어하여 촉감을 제공할 수 있는 자기유변유체를 이용한 햅틱모듈, 그 제어방법 및 햅틱모듈을 갖는 햅틱 제공 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a haptic module using a rheology fluid, and more particularly, a haptic module using a magnetorheological fluid capable of providing a tactile feel by controlling the viscosity of the magnetorheological fluid, a control method thereof, and a haptic providing device having a haptic module. It is about.
햅틱(haptic)이란 물체를 만질때, 사람의 핑커팁(손가락 끝 또는 스타일러스 펜)으로 느낄 수 있는 촉각적 감각으로서, 피부가 물체 표면에 닿아서 느끼는 촉감 피드백(Tactile feedback)과 관절과 근육의 움직임이 방해될 때 느껴지는 근감각 힘 피드백(Kinesthetic force feedback)을 포괄하는 개념이다. 본 명세서에서 "햅틱"이란 이러한 포괄적 개념으로 사용된다. Haptic is a tactile sensation that can be felt by a human fingerer tip (fingertip or stylus pen) when touching an object. It is a concept encompassing kinesthetic force feedback felt when disturbed. As used herein, "haptic" is used in this generic concept.
햅틱을 이용한 햅틱 장치는 가상의 물체(예를 들어, 윈도우 화면의 버튼 표시)를 사람이 만졌을 때, 실제의 물체(실제의 버튼)을 만지는 것과 같은 응답성으로 동적 특성(버튼을 누를 때 손가락으로 전달되는 진동, 촉감과 동작음 등)을 재생할 수 있는 것이 가장 이상적이라 할 수 있다. 이러한 햅틱 장치의 성능 향상을 위하여 지금까지는 모터와 링크 메카니즘을 이용한 메카트로닉스 장비 등이 사용되었다. Haptic devices using haptics have dynamic characteristics (such as touching a button on a window screen) that touch a real object (actual button) when a person touches it. It is ideal to be able to reproduce transmitted vibrations, tactile feelings, and operation sounds). To improve the performance of such haptic devices, until now, mechatronic equipment using a motor and a link mechanism has been used.
그러나, 이러한 기계적인 햅틱 장치는 무게가 많이 나가고, 복잡한 링크 구조를 가질 뿐만 아니라 소형화가 어렵고, 관성으로 인한 신속한 응답 속도를 구현하기 어려웠다.However, such a mechanical haptic device is very heavy, has a complicated link structure, is difficult to miniaturize, and it is difficult to realize a rapid response speed due to inertia.
이를 극복하기 위해 최근에는 유변유체와 같은 스마트 물질(smart material)에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 즉, 유변유체와 같은 스마트 물질이란 외부에서 인가되는 전기에너지(예 : 전기장) 혹은 자기에너지(예 : 자기장)에 반응하여 액체 자체의 점성이 가변되는 물질이다. 그리고, 이러한 유변유체는 전기장에 반응하는 전기유변유체와 자기장에 반응하는 자기유변유체로 대별된다. Recently, research on smart materials such as rheological fluids has been actively conducted to overcome this problem. That is, a smart material such as a rheological fluid is a material in which the viscosity of the liquid itself is changed in response to an externally applied electric energy (eg electric field) or magnetic energy (eg magnetic field). In addition, such a rheological fluid is roughly classified into an electrorheological fluid reacting to an electric field and a magnetorheological fluid reacting to a magnetic field.
그리고 이러한 유변유체를 이용하여 휴대단말(예 휴대폰, PDA, 노트북, PMP, MP3 플레이어, 전자사전 등)에서 햅틱 효과를 제공하거나 로봇의 액츄에이터로 사용하거나, 촉감전달장치로 사용하거나 댐퍼로 사용하는 등 응용분야가 점차 확대되어가는 추세이다. Using these rheological fluids, they provide haptic effects in mobile terminals (e.g. mobile phones, PDAs, laptops, PMPs, MP3 players, electronic dictionaries, etc.), as actuators for robots, as tactile transmitters, or as dampers. The application field is gradually expanding.
그러나, 유변유체가 전기장이나 자기장에 반응하여 점성이 증가하는 영역이 작고, 많은 양의 유변유체 전체의 점성을 변화시키기 위해서는 강한 전기장이나 자기장을 필요로 하기 때문에 전력소모가 심하다는 단점때문에 응용에 제약이 있었다. 특히, 유변유체를 이용하여 휴대단말의 햅틱 제공장치로 사용할 경우 전력 소모가 심해지는 단점이 있었다.However, due to the disadvantage that the rheological fluid has a small area where viscosity increases in response to an electric or magnetic field, and a strong electric or magnetic field is required to change the viscosity of a large amount of the entire rheological fluid, power consumption is limited. There was this. In particular, when using it as a haptic providing device of a mobile terminal using a rheological fluid has a disadvantage that the power consumption is severe.
아울러, 유변유체는 비압축성이기 때문에 일측에서 눌려졌을 경우 이를 수용 할 수 있는 저장영역이 있어야 한다. 그러나 이와 같은 저장영역을 함께 설계할 경우 제품의 소형화가 어려워지는 기술적 한계가 있었다.In addition, since the rheological fluid is incompressible, there should be a storage area that can accommodate it when pressed on one side. However, if the storage area is designed together, there is a technical limitation that it is difficult to miniaturize the product.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 작은 전력 소모로도 전체 자기유변유체의 딱딱함을 변화시킬 수 있는 자기유변유체를 이용한 햅틱모듈, 그 제어방법 및 햅틱모듈을 갖는 햅틱 제공 장치를 제공하는 것이다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention, a haptic module using a magnetorheological fluid that can change the hardness of the entire magnetorheological fluid even with a small power consumption, a control method thereof And it provides a haptic providing device having a haptic module.
본 발명의 목적은, 자기유변유체의 유량을 효율적으로 제어함으로서 햅틱모듈을 누르는 순간에 사용자의 손가락으로 적절한 햅틱(예 : 부드러운 물체를 누르는 느낌 혹은 딱딱한 물체를 누르는 느낌)을 제공할 수 있는 자기유변유체를 이용한 햅틱모듈, 그 제어방법 및 햅틱모듈을 갖는 햅틱 제공 장치를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to efficiently control the flow rate of the magnetorheological fluid to provide an appropriate haptic (e.g., a soft object or a hard object) with the user's finger at the moment of pressing the haptic module. A haptic module using a fluid, a control method thereof, and a haptic providing apparatus having a haptic module are provided.
본 발명의 또 다른 목적은, 눌려지는 힘의 세기를 측정하여 그에 따른 적절한 햅틱을 피드백으로 구현함으로서 게임, 각종 유틸리티, 운영체계 등에서 더욱 실감나는 햅틱을 느낄 수 있도록 하는 자기유변유체를 이용한 햅틱모듈, 그 제어방법 및 햅틱모듈을 갖는 햅틱 제공 장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention, by measuring the strength of the pressed force by implementing the appropriate haptic according to the feedback by the haptic module using a magnetorheological fluid to feel a more realistic haptic in games, utilities, operating systems, etc. It is to provide a haptic providing apparatus having a control method and a haptic module.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부 도면들과 관련되어 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명확해질 것이다.Other objects, specific advantages and novel features of the invention will become more apparent from the following detailed description and the preferred embodiments described in conjunction with the accompanying drawings.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 내부에 자기유변유체(140)가 수용되고, 적어도 일면이 촉감을 위해 유연하게 형성된 케이스(110); 및An object of the present invention as described above, the
자기유변유체(140)에 자기장을 인가하기 위한 자기장 인가수단;Magnetic field applying means for applying a magnetic field to the
자기유변유체(140)를 케이스(110) 외부로 배출하기 위한 유동홀(125); 및A
유동홀(125)과 연통되고 배출된 자기유변유체(140)를 수용하거나 케이스(110) 내부로 되돌리는 수용수단;을 포함하여,Including; a receiving means for communicating with the
자기장의 세기에 따라 유동홀(125)내의 자기유변유체(140)의 점성이 변화하여 유동이 가변되므로서 케이스(110)의 강성이 가변되는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 햅틱모듈에 의해 달성될 수 있다.It is achieved by the haptic module using a magnetorheological fluid, characterized in that the stiffness of the
그리고, 케이스(110)는 적어도 상면이 유연하게 형성된 것이 바람직하다.And, the
또한, 케이스(110)는 측면 두께 보다 상면의 두께가 상대적으로 얇은 것이 가능하다.In addition, the
아울러, 케이스(110)는 폴리머, 실리콘, 합성수지재, 고무재 또는 금속재일 수 있다.In addition, the
뿐만 아니라, 케이스(110)는 육면체 또는 원통 형상일 수 있다.In addition, the
그리고, 자기장 인가수단은, 유동홀(125)이 형성된 보빈(127); 및The magnetic field applying means includes: a
보빈(127)의 주위에 권취된 코일(130);로 구성될 수 있고, 케이스(110) 내부에 수납될 수 있다.The
또한, 유동홀(125)의 단면은 부분 환형일 수 있다.In addition, the cross section of the
수용수단은, 유동홀(125)의 일단을 덮으면서 유동홀(125)의 둘레에 고정되는 작동막(150)이고, 작동막(150)은 자기유변유체(140)에 의해 부풀어 오르거나 복원될 수 있도록 탄력성이 있다.The accommodating means is an
케이스(110)는 유동홀(125)이 형성된 면이 개방되고, 개방된 면에 설치되는 지지판(160)을 더 포함할 수 있다.The
그리고, 지지판(160)중 유동홀(125)과 대응되는 영역에는 작동막(150)의 부풀어 오름을 수용하기 위하여 수용부(165)가 형성될 수 있다.In addition, an
지지판(160)에는 자기장 인가수단까지 전기적으로 연결되는 단자(180)가 더 형성되어 있을 수 있다.The
또한 상기 설명한 자기유변유체를 이용한 햅틱모듈(100)이 복수개 구비되고, In addition, the
일면에 복수의 햅틱모듈(100)이 설치되는 다중지지판(190);을 포함할 수 있다.It may include;
다중지지판(190)중 각 햅틱모듈(100)의 유동홀(125)과 대응되는 영역에는 수용부(165)가 형성되어 있다.An
상기와 같은 본 발명의 목적은, 본 발명의 또 다른 카테고리로서, 햅틱모듈(100)의 케이스(110)가 눌려짐에 따라 내부의 자기유변유체(140)가 가압되어 유동홀(125)을 통과하는 단계(S100);An object of the present invention as described above, as another category of the present invention, as the
유동홀(125) 주위의 자기장 인가수단이 유동홀(125)에 대해 자기장을 인가하는 단계(S200);Magnetic field applying means around the
인가된 자기장에 의해 유동홀(125)내의 자기유변유체(140)의 점성이 변화하는 단계(S300);Changing the viscosity of the
변화된 자기유변유체(140)의 점성에 의하여 유동저항이 변하고, 이에 따라 유동홀(125)을 통과하는 자기유변유체(140)의 유량이 변화하는 단계(S400);Changing the flow resistance by the viscosity of the changed
자기유변유체(140)의 유량 변화로 인하여 케이스(110)의 눌려짐에 대한 반력이 발생하는 단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 햅틱모듈의 제어방법에 의해 달성될 수 있다. .Reaction force against the pressing of the
아울러, 유동홀(125)을 통과한 자기유변유체(140)를 탄력성 있는 작동막(150)에 수용하는 단계(S600)와 작동막(150)내의 자기유변유체(140)가 탄력성에 의해 유동홀(125)을 지나 케이스(110) 내부로 되돌아가는 단계(S700)를 더 포함할 수 있다.In addition, accommodating the
또한, 점성 변화단계(S300)는 자기장의 세기를 변화시켜 유동홀(125)내의 자기유변유체(140)의 점성이 변화하고,In addition, the viscosity change step (S300) by changing the intensity of the magnetic field to change the viscosity of the
유량변화단계(S400)의 유동저항은 유동홀(125)과 자기유변유체(140) 사이의 전단력에 의해 유발될 수 있다.The flow resistance of the flow rate change step S400 may be caused by the shear force between the
그리고, 자기장 인가단계(S200)는, 힘센서(500)로부터 눌려지는 힘의 세기를 검출하는 단계(S210); 및And, the magnetic field applying step (S200), the step of detecting the strength of the force pressed from the force sensor 500 (S210); And
힘센서(500)의 검출신호에 기초하여 인가되는 자기장의 세기를 제어하는 단계(S220);를 더 포함할 수 있다.The method may further include controlling the intensity of the magnetic field applied based on the detection signal of the force sensor 500 (S220).
따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 적은 전력으로 최소량의 자기유변유체 점성을 변화시키지만 자기유변유체의 비압축성으로 인해 전체 자기유변유체의 딱딱함이나 부드러움이 변화하는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 휴대기기의 전력소모를 최소화할 수 있다. Therefore, according to one embodiment of the present invention as described above, it is possible to obtain the effect of changing the minimum amount of magnetorheological fluid viscosity with little power, but the hardness or softness of the entire magnetorheological fluid due to the incompressibility of the magnetorheological fluid. . Therefore, power consumption of the portable device can be minimized.
특히, 본 발명을 휴대단말(예 : 휴대폰, PMP, MP3 플레이어, 전자사전 등) 이나 노트북의 터치패드, 디지타이저 등에 적용할 경우, 패시브형 햅틱 피드백 제공장치로 사용할 수 있다. 이 경우, 사용자가 휴대단말을 누를 때마다 응용프로그램의 실행에 의하여 딱딱한 느낌을 전달받거나(햅틱 피드백), 부드러운 느낌을 전달(햅틱 피드백)받을 수 있다. In particular, when the present invention is applied to a mobile terminal (eg, a mobile phone, a PMP, an MP3 player, an electronic dictionary, etc.) or a touch pad, a digitizer, or the like of a notebook, it can be used as a passive haptic feedback providing device. In this case, whenever the user presses the mobile terminal, the user may receive a hard feeling (haptic feedback) or a soft feeling (haptic feedback) by the execution of the application program.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로 부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it will be readily apparent to those skilled in the art that various other modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention. It is obvious that all modifications fall within the scope of the appended claims.
(햅틱모듈의 구성)(Configuration of the Haptic Module)
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 햅틱모듈의 구성에 관하여 설명하도록 한다. 우선, 도 1은 본 발명에 따른 자기유변유체를 이용한 햅틱모듈의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 햅틱모듈의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1중 A-A 방향에 따른 전단면도이다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 햅틱모듈은 대략 케이스(110), 자기장 인가수단, 지지판(160)으로 구성된다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described with respect to the configuration of the haptic module using a magnetorheological fluid according to an embodiment of the present invention. First, FIG. 1 is a perspective view of a haptic module using a magnetorheological fluid according to the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of the haptic module shown in FIG. 1, and FIG. As shown in Figures 1 to 3, the haptic module according to the present invention is composed of a
케이스(110)는 합성수지재, 실리콘 또는 폴리머 등으로 구성되고, 상면으로 사용자의 손가락이나 스타일러스 펜이 접촉하도록 구성된다. 케이스(110)는 상하 방향으로 신축성이 있어서, 손가락으로 눌렀을 때 압축되고, 손가락을 떼었을 때 원래 형상으로 복원된다. 케이스(110)는 육각면 구조로서 하면이 개방된 형상이고, 내부가 비워 있다. 이러한 케이스(110)는 원통형이나 기타 다면체 형상으로 변형할 수 있고, 얇은 금속재나 고무 등으로 제작할 수도 있다. 이러한 케이스(110)의 일예로는 10 mm × 10 mm × 3 mm 의 크기로 제작할 수 있다.The
특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 케이스(110) 상면의 두께는 측면(또는 측벽)의 두께 보다 상대적으로 얇다. 이는 손가락(10)으로 상면을 눌렀을 때, 케이스(110)의 상면이 충분히 아래로 처지도록 하기 위함이다. 보다 바람직하게는 케이스(110) 상면의 두께는 측면(또는 측벽)의 두께 보다 절반 이하로 하는 것이 좋다.In particular, as shown in Figure 3, the thickness of the upper surface of the
케이스(110)의 내부에는 자기유변유체(140)가 충진되어 있다. 자기유변유체(Magneto-Rheological Fluid, MRF)(140)는 자기장에 따라 점성이 변하는 유체이다. 즉, 자기유변유체(140)는 자기장이 없을 때는 물과 같이 낮은 점성상태이다가 자기장이 인가되었을 때 딱딱하게 굳은 것과 같은 높은 점성상태로 변하게 된다. 즉, 자기유변유체가 고점성상태가 되었을 때, 유동저항이 증가하게 된다. 자기유변유체는 인가된 자기장의 영향하에 입자들이 자기장 방향으로 사슬모양의 구조로 배열하기 때문에 점도가 급격히 증가하는 것이다. 자기유변유체(140)는 인가되는 자기장의 세기에 비례하여 점성이 증가하는 것이다. 자기유변유체(140)는 높은 인장성과 낮은 점성, 강성, 안정성 및 넓은 온도 편차, 신속한 응답성(10 ms 이내) 등의 장점을 가지고 있고, 비압축성이라는 특성을 갖고 있다.The
자기장 인가수단은 케이스(110) 내부에 수용되며, 자기유변유체(140)에 잠겨 있는 상태이다. 자기장 인가수단의 중심에는 자기유변유체(140)가 통과할 수 있도 록 2개의 유동홀(125)이 형성되어 있고, 내부중 둘레에는 자기장을 형성하기 위한 코일(130)이 권취되어 있다. 자기장 인가수단에 대한 구체적인 구성은 도 4의 설명에서 하도록 한다.The magnetic field applying unit is accommodated in the
작동막(150)은 지지판(160)과 자기장 인가수단 사이에 구비된다. 즉, 작동막(150)의 일면에는 케이스(110)와 자기장 인가수단과 자기유변유체(140)가 접하게 되고, 타면에는 지지판(160)이 접하게 된다. 작동막(150)은 풍선과 같이 부풀어 오를 수도 있고, 다시 평면으로 복원될 수 있다. 이를 위해, 작동막(150)은 얇고 질긴 폴리머 또는 고무로 제작될 수 있다. 이러한 작동막(150)은 케이스(110)의 하면을 다 덮을 수도 있고, 유동홀(125) 주변막을 덮도록 구성할 수도 있다.The
지지판(160)은 작동막(150)의 타면에 지지되고 고정된다. 지지판(160)은 딱딱하고 가벼운 합성수지재로 제작할 수 있다. 지지판(160)은 케이스(110)를 누르는 힘을 지탱하고 적절히 분산시키는 기능을 수행한다. 지지판(160)중 중앙영역에는 수용부(165)가 형성되어 있다. 수용부(165)는 작동막(150)이 부풀어 오를 수 있는 공간적 여부를 제공하기 위한 것이다. 따라서, 수용부(165)는 지지판(160)에 관통공을 형성하거나 오목한 홈을 형성하여 구현할 수 있다. 단, 수용부(165)가 제공하는 공간적 크기는 작동막(150)이 최대로 부풀어 오르는 것을 허용할 수 있을 정도로 충분히 빈공간이면 족하다.The
도 3에 도시된 바와 같이, 지지판(160)의 일측에는 단자(180)가 형성되어 있다. 단자(180)는 지지판(160)상에 형성되어 있고, 자기장 인가수단의 코일(130)에 전원을 인가하도록 배선되어 있다. As shown in FIG. 3, a terminal 180 is formed at one side of the
도 4는 도 1중 자기장 인가수단의 분해 사시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 자기장 인가수단은 원통형 디스크 형상이고, 크게 하우징(120), 코일(130) 및 하우징판(135)으로 구성되어 있다.4 is an exploded perspective view of the magnetic field applying unit of FIG. 1. As shown in FIG. 4, the magnetic field applying unit has a cylindrical disk shape and is composed of a
하우징(120)은 둥근 형상이고, 내부 둘레에 코일(130)이 권취되어 수용될 수 있도록 공간이 형성되어 있다. 특히 하우징(120)은 자기장의 누설을 방지하기 위하여 금속재(예 : 스틸)로 제작될 수 있다. 보빈(127)의 중심에는 2개의 유동홀(125)이 형성되어 있다. 유동홀(125)은 자기유변유체(140)가 통과할 수 있는 관통공이며, 단면이 부분 환형 형상이고, 2개가 대칭적으로 형성되어 있다. 유동홀(125)은 자기유변유체와의 사이에서 전단력이 발생하는 곳이므로 길이방향으로 충분히 길고, 홀의 폭이 매우 좁게(혹은 유동홀의 단면적이 매우 작게) 형성하는 것이 바람직하다. The
코일(130)은 수회 ~ 수십회 권취되어 하우징(120)의 내부 둘레에 수용되고, 중심에 보빈(127)이 위치하며, 단자(180)로부터 인가되는 전기에너지를 이용하여 자기장을 발생시킨다. The
하우징판(135)은 하우징(120) 및 보빈(127)과 결합하여 자기장 인가수단의 일면을 형성하게 된다. The
(햅틱모듈의 제어방법)(Control method of haptic module)
이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 자기유변유체를 이용한 햅틱모듈의 제어방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 우선, 도 5는 도 1에 도시된 햅틱모듈을 손가락으로 눌렸을 때를 도시한 동작상태단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 자기유변유체를 이용한 햅틱모듈의 제어방법을 나타내는 흐름도이다. 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 우선, 손가락(10)이 케이스(110)의 상면을 누르면, 케이스(110)의 상면 두께가 얇기 때문에 누르는 힘(20)에 쉽게 변형하게 된다. 이에 따라 케이스(110) 내부의 공간이 줄어들면서, 자기유변유체(140)의 내압이 상승한다. 이 때, 자기유변유체(140)는 좁은 유동홀(125)을 통해 빠져나가게 된다. 그리고, 유동홀(125)을 빠져 나간 자기유변유체(140)는 작동막(150)을 팽창시키면서 수용부(165) 공간을 차지하게 된다. 즉, 부풀어 오른 작동막(150)내에 자기유변유체(140)가 모이게 된다.Hereinafter, a control method of a haptic module using a magnetorheological fluid having the above configuration will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an operation state when a haptic module shown in FIG. 1 is pressed with a finger, and FIG. 7 is a flowchart illustrating a control method of a haptic module using a magnetorheological fluid according to the present invention. As shown in FIGS. 5 and 7, first, when the
그리고, 손가락(10)을 케이스(110)에서 뗄 경우, 케이스(110)의 탄력적 복원력과 작동막(150)의 탄력적 복원력에 의해 수용부(165) 내의 자기유변유체(140)는 다시 유동홀(125)을 지나 케이스(110) 내부로 복귀하게 된다. In addition, when the
이하에서는 자기장 인가수단에 의해 패시브 햅틱을 제공하는 방법에 대해 설명하도록 한다. 지지판(160)에 형성된 단자(180)를 통해 전원을 인가하면, 코일(130)에 의해 자기장이 형성된다. 이러한 자기장은 중앙 영역에 형성된 유동홀(125)에 강하게 작용하게 된다. 따라서, 케이스(110) 내부의 전제 자기유변유체(140)가 자기장의 영향을 받아 점성이 증가하게 되나, 특히 유동홀(125)내의 자기유변유체(140)가 강한 자기장의 영향에 따라 점성의 증가가 뚜렷해진다. Hereinafter, a method of providing a passive haptic by the magnetic field applying means will be described. When power is applied through the terminal 180 formed on the
자기장이 인가되었을 때, 케이스(110) 내부의 자기유변유체(140)의 점성도 다소 증가하지만 유동홀(125) 내의 자기유변유체(140)가 강한 자기장에 의해 점성이 크게 높아진다. 따라서, 유동홀(125) 내의 자기유변유체(140)는 고점성으로 인 해 유동저항이 증가하거나 심지어 딱딱해져 유동이 막힐 수도 있다. 따라서, 코일(130)에 인가되는 전압이나 전류를 적절히 제어하면 유동홀(125)내의 유동저항을 비례적(또는 선형적)으로 제어할 수 있다. When the magnetic field is applied, the viscosity of the
그리고, 유동저항을 효과적으로 유발하기 위해 유동홀(125)은 단면적이 작고, 유체와 벽면 사이의 접촉면적이 넓을수록 유리하다. 이와 같은 유동홀(125)내의 점성 증가는 자기유변유체(140)의 비압축성으로 인하여 케이스(110) 내부 전체의 자기유변유체(140)가 딱딱해지는 것과 같은 효과를 유발한다. 즉, 자기유변유체(140) 전체에 대해 자기장을 인가하여 점성을 제어할 필요없이 유동홀(125)에만 집중적으로 자기장을 인가하고 제어하여도 전제 자기유변유체(140)가 같은 점성으로 유동하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. In addition, in order to effectively induce flow resistance, the
따라서, 코일(130)에서 미약한 자기장이 발생될 경우, 자기유변유체(140)는 물과 같은 점성 상태가 되어 손가락(10)에서 큰 반력이나 저항을 느끼지 못하고 케이스(110)의 변형도 크고 빠르게 된다. 이는 사용자에게 부드럽게 쑥 눌린다는 촉감(예 : 풍선을 누르는 느낌)을 제공하게 된다. Therefore, when a weak magnetic field is generated in the
반대로, 코일(130)에서 강한 자기장이 발생될 경우, 유동홀(125)내의 자기유변유체(140)는 딱딱한 고체와 같은 점성 상태가 되어 유동홀(125)의 유동 단면적을 더욱 좁히게 된다. 따라서, 유동홀(125)을 지나는 자기유변유체(140)에는 더 큰 전단력이 작용하게 되고, 이는 결국 더 큰 유동저항으로 이어지게 된다. 따라서, 손가락(10)에서 큰 반력이나 저항을 느끼고 케이스(110)의 변형도 작아진다. 이는 사용자에게 딱딱하고 거의 눌리지 않는다는 촉감(예 : 돌을 만지는 느낌)을 제공하게 된다. On the contrary, when a strong magnetic field is generated in the
이와 같은 과정과 제어를 통해 사용자는 손가락 끝에서 다양한 촉감을 느낄 수 있다. Through such a process and control, the user can feel various touches at the fingertips.
(( 햅틱Haptic 제공 장치) Provision device)
도 6a는 도 1에 도시된 햅틱모듈을 복수개 배열하여 햅틱 제공 장치를 구현한 사시도이다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 복수개의 햅틱모듈(100)을 행렬 형태로 배열하고, 하면에 다중 지지판(190)을 구비한다. 도 6a에는 미도시되었으나 다중지지판(190)에는 각 햅틱모듈(100)의 유동홀(125)에 대응되는 위치에 수용부(165)가 형성되어 있다. 또한, 도 6a의 다중지지판(190)에는 각 햅틱모듈(100)을 제어하기 위한 단자(180)와 대응 배선도 구비되어 있다. FIG. 6A is a perspective view illustrating a haptic providing apparatus by arranging a plurality of haptic modules illustrated in FIG. 1. As shown in FIG. 6A, a plurality of
도 6a과 같은 햅틱 제공장치에 의할 경우, 손가락 보다 넓은 면적(예 : 손바닥)에 대해 햅틱을 제공할 수 있고, 각 햅틱모듈(100)의 개별 제어가 가능하기 때문에 촉감의 분포를 달리하거나(예 : 딱딱한 곳과 부드러운 곳) 시간에 따라 변동되게 하는 등(예 : 진동 등) 다양한 촉감이나 햅틱의 제공이 가능하다. In the haptic providing device as shown in FIG. 6A, the haptic may be provided for a larger area (eg, a palm) than the finger, and the
(( 변형예Variant ))
도 6b는 도 6a에 도시된 햅틱 제공장치(200)의 일측에 유연한 LCD(300)가 구비된 제 1 실시예를 나타내는 사시도이다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 햅틱 제공장치(200)의 상면에 유연한 LCD(액정표시장치)(300)를 설치함으로써 LCD(300)에서 표시되는 그래픽과 연동하여 햅틱을 제공할 수 있다. 즉, LCD(300)에서는 풍선을 표시하고, 해당 풍선 영역의 햅틱 제공장치(200)에서는 풍선과 같은 부드러운 촉감을 제공한다. 이 경우, 사용자가 LCD(300)의 풍선을 보면서 풍선 영역을 만지면 풍선과 같은 촉감을 더욱 실감나게 느낄 수 있다. 이러한 LCD(300)는 유연한 OLED(유기전계발광표시장치)로도 대체될 수 있다. FIG. 6B is a perspective view illustrating a first embodiment in which a
도 6c는 도 6a에 도시된 햅틱 제공장치(200)의 일측에 유연한 터치패드(400)가 구비된 제 2 실시예를 나타내는 사시도이다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 햅틱 제공장치(200)의 상면에 유연한 터치패드(400)를 설치함으로써 터치패드(400)의 위치데이터와 햅틱 제공을 연동할 수 있다. 즉, 사용자가 터치하는 영역을 검출하여 해당 부위의 촉감을 가변시킬 수 있다. FIG. 6C is a perspective view illustrating a second embodiment in which a
도 6d는 도 6a에 도시된 햅틱 제공장치(200)의 일측에 유연한 터치패드(400)와 유연한 LCD(300)가 함께 구비된 제 3 실시예를 나타내는 사시도이다. 도 6d에 도시된 바와 같이, 햅틱 제공장치(200)의 상면에 앞서 설명한 제 1, 2 실시예의 LCD(300)와 터치패드(400)를 설치할 수 있다. 이 경우, 터치패드(400)의 위치 정보에 따라 LCD(300)에서 그래픽을 연동하면서 햅틱 제공장치(200)에서 다양한 햅틱을 제공할 수 있다. 필요한 경우 터치패드(400)와 LCD(300)의 층간 위치는 뒤바꿀 수 있다.FIG. 6D is a perspective view illustrating a third embodiment in which a
도 6e는 도 6a에 도시된 햅틱 제공장치(200)의 아래측에 힘센서(500)가 구비된 제 4 실시예를 나타내는 사시도이다. 도 6e에 도시된 바와 같이, 힘센서(500)는 햅틱 제공장치(200)의 아래측에 구비된다. 힘센서(500)는 힘의 세기를 감지할 수 있으며, 각 햅틱모듈(100)에 대응되도록 복수개가 행렬형태로 배치되어 있다. 따라서, 해당 힘센서(500)의 출력신호에 기초하여 사용자가 터치한 힘의 세기와 터치 위치를 판단할 수 있다. 이러한 힘센서(500)는 햅틱 제공장치(200)의 상부에 위치할 수도 있다. 그리고, 힘센서(500)의 출력신호에 기초하여 해당 햅틱 모듈(100)에 인가되는 자기장의 세기를 제어할 수 있다. 즉, 센 힘이라고 감지되면 큰 자기장을 인가하여 단단한 느낌을 주고, 작은 힘이라고 감지되면 작은 자기장을 인가하여 부드러운 느낌을 준다(일명, 패시브 햅틱 피드백의 구현). FIG. 6E is a perspective view illustrating a fourth embodiment in which a
도 1은 본 발명에 따른 자기유변유체를 이용한 햅틱모듈의 사시도,1 is a perspective view of a haptic module using a magnetorheological fluid according to the present invention,
도 2는 도 1에 도시된 햅틱모듈의 분해 사시도,2 is an exploded perspective view of the haptic module shown in FIG.
도 3은 도 1중 A-A 방향에 따른 전단면도,3 is a shear cross-sectional view taken along the direction A-A of FIG.
도 4는 도 1중 자기장 인가수단의 분해 사시도,4 is an exploded perspective view of the magnetic field applying unit of FIG. 1;
도 5는 도 1에 도시된 햅틱모듈을 손가락으로 눌렸을 때를 도시한 동작상태단면도,5 is an operation state sectional view showing when the haptic module shown in FIG. 1 is pressed with a finger;
도 6a는 도 1에 도시된 햅틱모듈을 복수개 배열하여 햅틱 제공 장치를 구현한 사시도, FIG. 6A is a perspective view illustrating a haptic providing apparatus by arranging a plurality of haptic modules illustrated in FIG. 1;
도 6b는 도 6a에 도시된 햅틱 제공장치의 일측에 유연한 LCD(300)가 구비된 제 1 실시예를 나타내는 사시도,FIG. 6B is a perspective view illustrating a first embodiment in which a
도 6c는 도 6a에 도시된 햅틱 제공장치의 일측에 유연한 터치패드(400)가 구비된 제 2 실시예를 나타내는 사시도,6C is a perspective view illustrating a second embodiment in which a
도 6d는 도 6a에 도시된 햅틱 제공장치의 일측에 유연한 터치패드(400)와 유연한 LCD(300)가 함께 구비된 제 3 실시예를 나타내는 사시도,FIG. 6D is a perspective view illustrating a third embodiment in which a
도 6e는 도 6a에 도시된 햅틱 제공장치의 아래측에 힘센서(500)가 구비된 제 4 실시예를 나타내는 사시도,FIG. 6E is a perspective view illustrating a fourth embodiment in which a
도 7은 본 발명에 따른 자기유변유체를 이용한 햅틱모듈의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a control method of a haptic module using a magnetorheological fluid according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 손가락,10: finger,
20 : 누르는 힘,20: pressing force,
100 : 햅틱모듈,100: haptic module,
110 : 케이스,110: case,
120 : 하우징,120: housing,
125 : 유동홀,125: floating hole,
127 : 보빈,127: bobbin,
130 : 코일,130: coil,
135 : 하우징판,135: housing plate,
140 : 자기유변유체,140: magnetorheological fluid,
150 : 작동막,150: working membrane,
160 : 지지판,160: support plate,
165 : 수용부,165: receptacle,
180 : 단자,180: terminal,
190 : 다중 지지판, 190: multiple support plate,
200 : 햅틱 제공 장치,200: haptic providing device,
300 : LCD, 300: LCD,
400 : 터치 패드.400: touch pad.
500 : 힘센서.500: force sensor.
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---|---|
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100947032B1 (en) | 2008-09-24 | 2010-03-11 | 한국과학기술원 | Active haptic module using working fluid, control nethod and haptic device thereof |
CN101839300A (en) * | 2010-05-24 | 2010-09-22 | 谭和平 | Double-faced magneto-rheological intelligent shock pad |
KR101627155B1 (en) * | 2015-03-08 | 2016-06-03 | 한국기술교육대학교 산학협력단 | Haptic button having a haptic actuator structure |
CN106843506A (en) * | 2017-03-21 | 2017-06-13 | 淮阴师范学院 | A kind of texture haptic display interface arrangement |
CN110388402A (en) * | 2019-06-06 | 2019-10-29 | 东南大学 | A kind of adjustable periodic structure of rigidity with magnetic rheological body |
CN110631928A (en) * | 2019-10-25 | 2019-12-31 | 南京林业大学 | Magnetorheological suspensions shear yield stress testing arrangement |
CN111176457A (en) * | 2014-10-02 | 2020-05-19 | Ck高新材料有限公司 | Magnetic tactile sensation providing device |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5496174A (en) * | 1994-08-04 | 1996-03-05 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Method and device for producing a tactile display using an electrorheological fluid |
KR20050065633A (en) * | 2002-11-06 | 2005-06-29 | 로드코포레이션 | Improved mr device |
KR20070093251A (en) * | 2006-03-13 | 2007-09-18 | 한국과학기술원 | Tactile transmission device with rheological fluid and method thereby |
-
2008
- 2008-07-23 KR KR1020080071849A patent/KR100924087B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5496174A (en) * | 1994-08-04 | 1996-03-05 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Method and device for producing a tactile display using an electrorheological fluid |
KR20050065633A (en) * | 2002-11-06 | 2005-06-29 | 로드코포레이션 | Improved mr device |
KR20070093251A (en) * | 2006-03-13 | 2007-09-18 | 한국과학기술원 | Tactile transmission device with rheological fluid and method thereby |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100947032B1 (en) | 2008-09-24 | 2010-03-11 | 한국과학기술원 | Active haptic module using working fluid, control nethod and haptic device thereof |
CN101839300A (en) * | 2010-05-24 | 2010-09-22 | 谭和平 | Double-faced magneto-rheological intelligent shock pad |
CN111176457A (en) * | 2014-10-02 | 2020-05-19 | Ck高新材料有限公司 | Magnetic tactile sensation providing device |
KR101627155B1 (en) * | 2015-03-08 | 2016-06-03 | 한국기술교육대학교 산학협력단 | Haptic button having a haptic actuator structure |
CN106843506A (en) * | 2017-03-21 | 2017-06-13 | 淮阴师范学院 | A kind of texture haptic display interface arrangement |
CN110388402A (en) * | 2019-06-06 | 2019-10-29 | 东南大学 | A kind of adjustable periodic structure of rigidity with magnetic rheological body |
CN110631928A (en) * | 2019-10-25 | 2019-12-31 | 南京林业大学 | Magnetorheological suspensions shear yield stress testing arrangement |
CN110631928B (en) * | 2019-10-25 | 2024-06-04 | 南京林业大学 | Magnetorheological fluid shear yield stress testing device |
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