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KR101790880B1 - 촉각 액추에이터 및 그 제어 방법 - Google Patents

촉각 액추에이터 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR101790880B1
KR101790880B1 KR1020160076452A KR20160076452A KR101790880B1 KR 101790880 B1 KR101790880 B1 KR 101790880B1 KR 1020160076452 A KR1020160076452 A KR 1020160076452A KR 20160076452 A KR20160076452 A KR 20160076452A KR 101790880 B1 KR101790880 B1 KR 101790880B1
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KR
South Korea
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frequency
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current
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tactile
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KR1020160076452A
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김형준
이종훈
이정범
강지구
정종형
Original Assignee
주식회사 씨케이머티리얼즈랩
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Publication date
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Priority to US15/763,208 priority patent/US11123767B2/en
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Abstract

일 실시 예에 따르면 촉각 액추에이터는, 내부에 수용 공간을 형성하는 하우징; 상기 수용 공간의 적어도 일부를 커버하는 캡; 상기 수용 공간 내에 배치되는 진동부; 상기 진동부가 상기 하우징에 대하여 진동 가능하도록 상기 하우징 및 진동부를 연결하는 탄성 부재; 상기 진동부를 구동하기 위한 자기장을 형성하는 코일; 및 미리 설정된 복수 개의 구동 모드 중 수집된 구동 정보에 기초하여 어느 하나의 구동 모드를 결정하고, 상기 구동 모드에 따라서 상기 코일로 인가될 전류의 특성을 결정하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

촉각 액추에이터 및 그 제어 방법{TACTILE ACTUATOR AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
실시 예는 촉각 액추에이터 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
기존에는 전자기기와 인간이 정보를 주고받을 때 시각적 또는 청각적인 전달이 주를 이루었으나, 최근 들어 더욱 구체적이고 실감나는 정보 전달을 위해 햅틱 기술이 주목 받고 있다.
일반적으로 햅틱 기술을 위한 햅틱 제공 장치로는 관성형 액추에이터(Inertial actuator), 압전형 액추에이터(Piezoelectric actuator), 전기활성폴리머 액추에이터(Electro-active polymer actuator, EAP) 등이 있다.
관성형 액추에이터에는 자기 회로에 연결된 중량체에 의해 발생하는 편심력으로 진동하는 편심 모터(Eccentric rotation motor, ERM), 탄성 스프링과 자기회로에 연결된 중량체에 의해 발생하는 공진 주파수를 이용하여 진동의 세기를 최대화 시키는 선형 공진 액추에이터(Linear resonant actuator, LRA)가 있다.
압전형 액추에이터는 전기장에 의해 순간적으로 외형이 변하는 압전 소자를 중심으로, 탄성체 등을 이용하여 바(Bar)나 디스크(Disk)형태로 구동하는 소자이다.
종래 기술인 햅틱 제공 장치 중 압전형 액추에이이터에 대하여, 대한민국 등록특허공보 10-1603957(명칭: 압전 액추에이터, 압전 진동장치 및 휴대 단말), 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0118584(명칭: 투명한 합성 압전 조합된 터치 센서 및 햅틱 액추에이터)가 있다.
전기활성폴리머 액추에이터는 외부 전력에 의해 특정한 메커니즘을 갖는 고분자 백본(Backbone) 위 기능기(Functional group)에 의해 외형이 변하는 것을 주요 원리로 하여 전기활성 폴리머 필름을 질량체에 붙여 반복된 움직임을 제공하여 구동하는 소자이다.
또한 상기한 햅틱 제공 장치 외 형상기억합금, 정전기력, 초음파 등을 이용한 햅틱 제공 장치들이 개발되고 있다.
위와 같은 종래의 햅틱 제공 장치는 단순한 진동을 전달하는 것에 불과함과 동시에, 선형 공진 액추에이터의 경우 질량체와 스프링에 의해 결정되는 공진 주파수를 이용해야만 효과적인 진동이 가능하다는 단점이 있으며, 압전형 액추에이터의 경우 사용하는 소재가 깨지기 쉬운 물질로서 실시자에게 충분한 내구 수명을 달성할 수 없다는 한계를 지니고 있고, 마지막으로 전기활성폴리머 액추에이터의 경우 외부 산화에 대하여 내구성이 문제되며, 실질적인 구동을 위해 많은 양의 전압이 요구되어 다양한 기기에 적용하기 어려운 문제가 있었다.
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 0.4Hz에서 500Hz 이상까지 이르나 종래의 햅틱 기술을 이용할 경우, 160Hz~210Hz 범위 내의 진동만을 제공할 수 있어, 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.
위와 같은 종래의 햅틱 제공 장치는 효율적으로 진동을 제공 할 수 있는 구동 주파수의 폭(Bandwidth)을 넓혀 상기한 문제를 해결한 듯 보일 수 있으나, 160 Hz 이상의 진동과 소리를 동시에 제공하려는 구조로 인하여 진동 제공시 소음이 동반하는 문제점이 확실하였다.
더불어 160Hz 이하의 저주파수 영역에서 진동을 비롯한 촉각을 제공할 수 있는 장치는 전무한 실정이다.
따라서 160Hz 이하의 영역에서 촉각을 제공할 수 있으며, 단순히 한 가지 주파수 영역이 아닌 여러 범위에서 촉각이 제공 가능한 장치의 개발이 필요한 실정이다.
실시 예는 햅틱 기술의 발전에 따라 새로운 촉각에 대한 시장의 니즈와 더불어, 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 다양한 상황에 대하여 더욱 감성적인 촉각을 제공하기 위한 촉각 제공 장치, 촉각 액추에이터(Tactile actuator)를 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시 예는 구분 가능한 둘 이상의 주파수 대역에서 서로 다른 촉각을 제시할 수 있는 적어도 둘 이상의 구동 모드(operation mode)를 갖는 촉각 액추에이터 및 그 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
구체적으로, 탄성 부재와 진동부(질량체)의 조합을 통하여 160Hz 이하에서 적어도 하나의 공진 주파수를 갖고, 해당 지점에서 종래 기술이 제공하는 진동을 제공할 수 있음과 동시에, 공진 주파수의 1/3 지점 이하에서 또 다른 촉각을 제시할 수 있는 구동 구간을 갖는 촉각 액추에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가, 같은 주파수에서도, 서로 다른 파형의 전기적 신호로 인한 외부 자기력에 의해 상이한 촉각을 제시할 수 있는 촉각 액추에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 실시 예에 따르면 촉각 액추에이터는, 내부에 수용 공간을 형성하는 하우징; 상기 수용 공간의 적어도 일부를 커버하는 캡; 상기 수용 공간 내에 배치되는 진동부; 상기 진동부가 상기 하우징에 대하여 진동 가능하도록 상기 하우징 및 진동부를 연결하는 탄성 부재; 상기 진동부를 구동하기 위한 자기장을 형성하는 코일; 및 미리 설정된 복수 개의 구동 모드 중 수집된 구동 정보에 기초하여 어느 하나의 구동 모드를 결정하고, 상기 구동 모드에 따라서 상기 코일로 인가될 전류의 특성을 결정하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 진동부의 질량은 2g 이하이고, 상기 탄성 부재의 탄성 계수는 2.021 N/mm 이하이고, 상기 촉각 액추에이터의 공진 주파수는 160Hz 이하일 수 있다.
상기 구동 모드가 제 1 설정 모드이면, 상기 제어부는 상기 전류의 주파수는 제 1 설정 주파수로 결정하고, 상기 구동 모드가 상기 제 1 설정 모드 이외의 설정 모드이면, 상기 제어부는 상기 전류의 주파수를 상기 제 1 설정 주파수보다 낮은 제 2 설정 주파수로 결정할 수 있다.
상기 제 1 설정 주파수는, 160Hz 이하의 값일 수 있다.
상기 제 2 설정 주파수는, 상기 촉각 액추에이터의 공진 주파수의 1/3 이하의 값일 수 있다.
상기 구동 모드가 제 2 설정 모드이면, 상기 제어부는 상기 전류의 파형을 방형파(square wave) 또는 펄스파(pulse wave)로 결정하고, 상기 구동 모드가 제 3 설정 모드이면, 상기 제어부는 상기 전류의 파형을 정현파(sine wave)로 결정할 수 있다.
상기 구동 모드는, 일반 진동 모드, 두드림 모드 및 출렁거림 모드를 포함할 수 있다.
상기 구동 모드가 상기 일반 진동 모드이면, 상기 제어부는 상기 전류의 주파수를 제 1 설정 주파수로 결정하고, 상기 구동 모드가 상기 두드림 모드이면, 상기 제어부는 상기 전류의 주파수를 상기 제 1 설정 주파수보다 낮은 제 2 설정 주파수로 결정하고, 상기 구동 모드가 상기 출렁거림 모드이면, 상기 제어부는 상기 전류의 주파수를 상기 제 2 설정 주파수보다 높고 상기 제 1 설정 주파수보다 낮은 제 3 설정 주파수로 결정할 수 있다.
상기 촉각 액추에이터는, 상기 제어부에서 수집되는 정보를 제공하는 정보 제공 수단을 더 포함하고, 상기 정보 제공 수단은, 사용자의 명령을 입력 받기 위한 사용자 인터페이스, 외부 환경을 감지하기 위한 센서, 데이터가 저장되는 메모리, 다른 통신 기기와의 통신을 통하여 정보를 입력 받는 통신부 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 촉각 액추에이터의 제어 방법은, 구동 정보를 수집하는 단계; 상기 수집된 구동 정보에 기초하여, 미리 설정된 복수 개의 구동 모드 중 어느 하나의 구동 모드를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 구동 모드에 기초하여, 상기 코일로 인가할 전류의 주파수를 결정하는 단계; 및 상기 코일로 전류를 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 촉각 액추에이터의 제어 방법은, 상기 결정된 구동 모드에 기초하여, 상기 코일로 인가할 전류의 파형을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 구동 정보는, 상기 촉각 액추에이터와 연결된 디바이스에서 재생되는 영상 또는 음원이고, 상기 구동 모드를 결정하는 단계는, 상기 영상 또는 음원에 미리 설정된 영상 패턴 또는 음향 패턴이 포함되어 있는지 여부에 따라서 실시간으로 결정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 다양한 촉감을 더욱 감성적으로 전달할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 인체가 감지할 수 있는 주파수 범위 중, 160Hz 이하의 주파수 범위에서 종래의 기술보다 더 효율적인 촉각이 제공 가능하다.
일 실시 예에 따르면, 하나의 촉각 제공 장치를 통하여, 160Hz 이하의 주파수 범위 내에서 적어도 둘 이상의 서로 다른 촉각을 제공 가능하다.
도 1은 일 실시 예에 따른 촉각 액추에이터의 내부를 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 탄성 부재를 나타내는 도면이다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 탄성 부재를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 촉각 액추에이터의 블록도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 촉각 액추에이터 등에 있어서, 주파수에 따른 구동 영역을 개념적으로 나타내는 그래프이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 촉각 액추에이터 등에 있어서, 실제로 측정된 주파수 및 가속도 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 촉각 액추에이터 등에 있어서, 저주파수를 갖는 방형파 전류를 인가할 때 측정된 주파수 및 가속도 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 촉각 액추에이터 등에 있어서, 저주파수를 갖는 정현파 전류를 인가할 때 측정된 주파수 및 가속도 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 촉각 액추에이터의 제어 방법을 나타내는 도면이다.
도 10은 일 실시 예에 따른 촉각 액추에이터가 제 1 설정 모드에서 동작하는 일 형태를 나타내는 도면이다.
도 11은 일 실시 예에 따른 촉각 액추에이터가 제 2 설정 모드에서 동작하는 다른 형태를 나타내는 도면이다.
도 12는 서로 다른 공진 주파수를 갖는 촉각 액추에이터들에 있어서, 5Hz의 방형파인 입력 전류의 전류 크기 변화에 따른 가속도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13은 서로 다른 공진 주파수를 갖는 촉각 액추에이터들에 있어서, 90mA의 방형파인 입력 전류의 주파수 변화에 따른 가속도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 14는 80Hz의 공진 주파수 특성을 갖는 촉각 액추에이터에 입력되는 방형파인 전류의 변화에 따라 나타나는 진동부의 파형을 나타내는 도면이다.
도 15는 120Hz의 공진 주파수 특성을 갖는 촉각 액추에이터에 입력되는 방형파인 전류의 변화에 따라 나타나는 진동부의 파형을 나타내는 도면이다.
도 16은 160Hz의 공진 주파수 특성을 갖는 촉각 액추에이터에 입력되는 방형파인 전류의 변화에 따라 나타나는 진동부의 파형을 나타내는 도면이다.
도 17은 180Hz의 공진 주파수 특성을 갖는 촉각 액추에이터에 입력되는 방형파인 전류의 변화에 따라 나타나는 진동부의 파형을 나타내는 도면이다.
도 18은 서로 다른 공진 주파수 특성을 갖는 촉각 액추에이터들에 있어서, 방형파인 전류가 인가될 때 두드림 및 진동의 임계 주파수를 나타내는 그래프이다.
도 19는 80Hz의 공진 주파수 특성을 갖는 촉각 액추에이터에 입력되는 펄스파인 전류의 변화에 따라 나타나는 진동부의 파형을 나타내는 도면이다.
도 20은 120Hz의 공진 주파수 특성을 갖는 촉각 액추에이터에 입력되는 펄스파인 전류의 변화에 따라 나타나는 진동부의 파형을 나타내는 도면이다.
도 21은 160Hz의 공진 주파수 특성을 갖는 촉각 액추에이터에 입력되는 펄스파인 전류의 변화에 따라 나타나는 진동부의 파형을 나타내는 도면이다.
도 22는 180Hz의 공진 주파수 특성을 갖는 촉각 액추에이터에 입력되는 펄스파인 전류의 변화에 따라 나타나는 진동부의 파형을 나타내는 도면이다.
도 23은 서로 다른 공진 주파수 특성을 갖는 촉각 액추에이터들에 있어서, 펄스파인 전류가 인가될 때 두드림 및 진동의 임계 주파수를 나타내는 그래프이다.
도 24는 80Hz의 공진 주파수 특성을 갖는 촉각 액추에이터에 입력되는 정현파인 전류의 변화에 따라 나타나는 진동부의 파형을 나타내는 도면이다.
도 25는 120Hz의 공진 주파수 특성을 갖는 촉각 액추에이터에 입력되는 정현파인 전류의 변화에 따라 나타나는 진동부의 파형을 나타내는 도면이다.
도 26은 160Hz의 공진 주파수 특성을 갖는 촉각 액추에이터에 입력되는 정현파인 전류의 변화에 따라 나타나는 진동부의 파형을 나타내는 도면이다.
도 27은 180Hz의 공진 주파수 특성을 갖는 촉각 액추에이터에 입력되는 정현파인 전류의 변화에 따라 나타나는 진동부의 파형을 나타내는 도면이다.
도 28은 서로 다른 공진 주파수 특성을 갖는 촉각 액추에이터들에 있어서, 정현파인 전류가 인가될 때 출렁거림 및 진동의 임계 주파수를 나타내는 그래프이다.
도 29는 다른 실시 예에 따른 촉각 액추에이터의 제어 방법을 나타내는 도면이다.
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.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 촉각 액추에이터의 내부를 나타내는 도면이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 탄성 부재를 나타내는 도면이고, 도 3은 다른 실시 예에 따른 탄성 부재를 나타내는 도면이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 촉각 액추에이터의 블록도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 촉각 액추에이터(1)는, 하우징(11), 캡(12), 진동부(13), 탄성 부재(14), 코일(15), 사용자 인터페이스(16), 센서(17), 메모리(18), 통신부(19) 및 제어부(20)를 포함할 수 있다.
하우징(11)은, 예를 들어, 상면이 개방된 수용 공간을 포함할 수 있다. 하우징(11)은, 박스 형상으로 도시하였으나, 이와 달리 하우징(11)의 형상은 제한되지 않음을 밝혀둔다.
캡(12)은, 상기 수용 공간의 적어도 일부를 커버할 수 있다. 커버(12)는, 캡(12)의 테두리부는 하우징(11)의 측벽부에 고정될 수 있다. 캡(12)에 직접 또는 간접적으로 접촉된 사용자의 신체를 통하여, 진동부(13)에 의해 발생되는 진동이 전달될 수 있다. 예를 들어, 캡(12)은, 진동부(13)의 진동, 두드림 또는 출렁임 등의 촉감이 사용자에게 잘 전달될 수 있도록, 하우징(11) 보다 유연한 소재로 형성될 수 있다.
진동부(13)는, 하우징(11)의 수용 공간 내에 배치되고, 코일(15)에 인가되는 전류에 의하여 발생되는 자기장에 의해 구동될 수 있다. 진동부(13)는, 상기 자기장에 의해 구동될 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 진동부(13)는, "자기 회로부 겸 질량체"인 것으로 이해될 수도 있다.
예를 들어, 진동부(13)는, 강자성체(Ferromagnetic materials)들 중, 고유 보자력(Intrinsic Coercivity)이 적어도 1000A/m 이하인 연자성체(Soft magnetic materials)로 이루어지며 Fe, Ni, Si, Mn, Zn 등의 원소들 중 적어도 하나 이상이 포함된 스틸(Steel), 가루(Powder), 합금(Alloy), 합금 가루(Alloy powder), 합성체(Composites), 나노구조(Nanostructure) 등의 구조를 갖는 물질이 사용될 수 있으며, 전체 구성이 단일 물질일 필요는 없다.
다른 예로, 진동부(13)는, 상자성체(Paramagnetic materials)들 중, 그 비중이 적어도 8 이상인 Cu, W등이 순수하게 사용되거나 또는 상기한 연자성체인 Fe, Ni, Si, Mn, Zn 등의 원소들 중 적어도 하나 이상과 합금(Alloy), 합금 가루(Alloy powder), 합성체(Composites), 나노구조(Nanostructure) 등의 구조를 이루는 물질이 사용될 수 있으며, 마찬가지로 자기 회로부 겸 질량체(1)를 구성하는 물질 및 구조는 균일할 필요는 없다.
진동부(13)의 일부는 강자성체(Ferromagnetic materials)로서 Fe, Co, Ni, Nd, Ni, B, Zn 등의 원소들 중 적어도 하나 이상이 포함된 스틸(Steel), 가루(Powder), 합금(Alloy), 합금 가루(Alloy powder), 합성체(Composites), 나노구조(Nanostructure) 등의 구조를 갖는 물질이 사용될 수 있으며 도 1을 기준으로 상하 방향으로 N극과 S극이 구분 가능하도록 착자된 물질을 사용할 수 있다.
탄성 부재(14)는, 진동부(13)가 하우징(11)에 대하여 진동 가능하도록 하우징(11) 및 진동부(13)를 연결할 수 있다. 예를 들어, 탄성 부재(14)는, 낮은 상자성(Paramagnetic) 또는 반자성(Diamagnetic)을 갖는 물질을 사용할 수 있으며 그 예로 스테인레스 스틸(Stainless steel), 플라스틱(Plastic) 또는 고무(Rubber)등 외력에 의해 물질의 외관이 변형되어도 외력이 사라짐과 동시에 원래 형상으로 복원할 수 있는 탄성을 갖는 물질이 사용 될 수 있다.
탄성 부재(14)는, 하우징(11)에 고정되는 고정부(14a)와, 진동부(13)를 지지하는 지지부(14b)와, 고정부(14a) 및 지지부(14b)를 연결하는 연결부(14c)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 고정부(14a)의 직경은, 지지부(14b)의 직경보다 클 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에는 고정부(14a) 및 지지부(14a)가 환형인 경우를 예시적으로 도시하였으나, 도 3과 같이 탄성 부재(24)의 지지부(24a)는, 복수 개의 세그먼트(segment)로 이루어질 수도 있으며, 이는 고정부(14a) 역시 마찬가지이다.
코일(15)은, 인가받은 전류를 이용하여 진동부(13)를 구동하기 위한 자기장을 형성할 수 있다. 예를 들어, 코일(15)로는, 평면 코일, 솔레노이드 코일 또는 연자성체(soft magnetic materials)를 포함한 코어(core)부를 갖는 전자석 코일 등이 사용될 수 있다.
사용자 인터페이스(16)는, 사용자로부터 직접적으로 명령을 입력 받을 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스(16)는, 키보드, 마우스 또는 터치 패널 등일 수 있으며, 사용자 인터페이스(16)의 종류를 제한하는 것은 아님을 밝혀둔다.
센서(17)는, 촉각 액추에이터(1)의 외부 환경을 감지할 수 있다. 예를 들어, 센서(17)는, 온도, 습도, 압력 또는 빛의 광량 등을 감지하여, 이를 전기적인 신호로 바꾸어 제어부(20)로 전달할 수 있으며, 센서(17)의 종류를 제한하는 것은 아님을 밝혀둔다.
메모리(18)는, 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(18)에는 영상, 음원, 사진 또는 텍스트 등의 데이터가 저장될 수 있다. 메모리(18)에는, 사용자 인터페이스(16), 센서(17) 및/또는 통신부(19)로부터 전달받은 데이터가 저장될 수도 있다. 메모리(18)에는 미리 설정된 복수 개의 구동 모드가 저장될 수도 있다.
통신부(19)는, 다른 통신 기기와의 유무선 통신을 통하여 정보를 입력 받을 수 있다. 예를 들면, 인터넷을 통하여 외부의 영상, 음원, 사진 또는 텍스트 등의 데이터를 수신받아 제어부(20)로 전달할 수 있다.
사용자 인터페이스(16), 센서(17), 메모리(18) 및 통신부(19)를 통칭하여, "정보 제공 수단"이라고 할 수 있다. 정보 제공 수단은, 제어부(20)에서 수집되는 구동 정보를 제공할 수 있다. 실시 예는, 정보 제공 수단으로부터 제어부로 제공된 정보에 기초하여, 복수 개의 구동 모드로 구동될 수 있는 촉각 액추에이터에 관한 것이며, 수집되는 정보의 종류나, 해당 정보를 제공하는 수단의 종류가 제한되는 것은 아니다.
제어부(20)는, 미리 설정된 복수 개의 구동 모드 중 수집된 구동 정보에 기초하여 어느 하나의 구동 모드를 결정할 수 있다. 여기서, 제어부(20)에서 수집되는 구동 정보는, 정보 제공 수단으로부터 전달받은 정보일 수 있다. 제어부(20)는, 결정된 구동 모드에 따라서 코일(15)로 인가될 전류의 특성을 결정할 수 있다. 여기서, 전류의 특성이란, 전압, 주파수 및 파형 등일 수 있다.
실시 예는, 탄성 부재(14)의 물성을 변화시켜 낮은 주파수 영역에서 진동이 가능하도록 한 것이다. 아래의 [수학식 1]을 바탕으로 종래 촉각 액추에이터의 공진 주파수와 진동부의 질량으로부터 유도된 탄성 부재의 탄성 계수에 대하여 나타낸 [표 1]과, 실시 예에 따른 촉각 액추에이터(1)의 탄성 부재(14)의 탄성 계수를 나타낸 [표 2]를 아래와 같이 제시한다.
[수학식 1]
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[종래 촉각 액추에이터에 사용된 탄성 부재의 탄성계수표]
Spring No. 측정주파수(Hz) 질량(g) 해석스프링상수(N/mm)
1 154.7 1.578 1.491
2 154.1 1.578 1.479
3 152.7 1.578 1.453
4 149.8 1.578 1.398
5 153.0 2.23 2.061
6 160.0 2.23 2.254
[실시 예에 따른 촉각 액추에이터에 사용된 탄성 부재의 탄성계수표]
Spring No. 측정주파수(Hz) 질량(g) 해석스프링상수(N/mm)
7 98.7 0.65 0.250
8 81.4 0.79 0.207
9 75.7 0.93 0.210
10 85.3 1.09 0.313
11 78.2 1.04 0.251
[표 1] 및 [표 2]를 참조하면, 예를 들어, 진동부(13)의 질량이 0.6 이상 1.1g인 촉각 액추에이터에 있어서, 100 Hz 이하의 낮은 공진 주파수를 갖도록 하기 위하여, 탄성 부재(14)의 탄성 계수는 0.2 N/mm 이상 0.35 N/mm 이하로 설정될 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 따른 촉각 액추에이터 등에 있어서, 주파수에 따른 구동 영역을 개념적으로 나타내는 그래프이고. 도 6은 일 실시 예에 따른 촉각 액추에이터 등에 있어서, 실제로 측정된 주파수 및 가속도 관계를 나타내는 그래프이다.
실선은 실시 예에 따른 촉각 액추에이터(1)의 구동을 나타내는 그래프이고, 1점 쇄선은 종래의 일반적인 선형 공진형 액추에이터의 구동을 나타내는 그래프이고, 점선은 종래의 일반적인 선형 공진형 액추에이터에서 구동 주파수 대역을 향상시킨 다기능 진동 액추에이터의 구동을 나타내는 그래프이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 실시 예에 따른 촉각 액추에이터(1)는 코일(15)에 인가하는 전류에 따라서, 적어도 둘 이상의 구동 모드를 가진다.
종래의 일반적인 선형 공진형 액추에이터의 그래프(1점 쇄선)를 참조하면, 170Hz 이상에 위치한 하나의 공진 주파수(f_c)에서 최대 진동력을 가지며, 상대적으로 좁은 주파수 대역(A3)에서 구동 가능한 주파수 대역을 가짐을 알 수 있다.
기존의 경우 촉각 제공 방법이 진동에 국한된 점 때문에, 주기적인 진동을 형성하지 못하는 주파수 대역에서의 출력을 노이즈로 정의하여 무시하였기 때문에 다양한 촉각을 제시할 수 없었다.
반면, 실시 예에 따른 촉각 액추에이터의 그래프(실선)를 참조하면, 적어도 160Hz 이하에서 하나 이상의 공진 주파수(f_a1)를 가지며, 해당 공진 주파수(f_a1)를 포함하는 주파수 대역(A11)에서 종래의 햅틱 제공 장치가 출력하는 진동과 같은 형태의 촉각을 제시할 수 있다.
또한, 해당 공진 주파수(f_a1)의 대략 1/3이 되는 임계 주파수(f_a2) 이하의 영역에서, 진동이 아닌 힘을 제공할 수 있는 적어도 하나 이상의 서로 다른 주파수 대역(A12)을 포함하며, 여기에 해당되는 힘은 촉각으로서 두드림 및 출렁거림 등이 해당 될 수 있다. 여기서, 상기 임계 주파수란, 입력된 전류에 따라 발생되는 파형이 무너지는 모습을 나타내지 않고 주기적인 형상의 진동을 형성하는 최소 주파수라고 할 수 있다.
도 7은 일 실시 예에 따른 촉각 액추에이터 등에 있어서, 저주파수를 갖는 방형파 전류를 인가할 때 측정된 주파수 및 가속도 관계를 나타내는 그래프이고, 도 8은 일 실시 예에 따른 촉각 액추에이터 등에 있어서, 저주파수를 갖는 정현파 전류를 인가할 때 측정된 주파수 및 가속도 관계를 나타내는 그래프이다.
실선은 실시 예에 따른 촉각 액추에이터(1)의 구동을 나타내는 그래프이고, 1점 쇄선은 종래의 일반적인 선형 공진형 액추에이터의 구동을 나타내는 그래프이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 저주파수의 전류를 흘러 주었을 때, 종래의 일반적인 선형 공진형 액추에이터는 실제 사용에 걸맞지 않는 노이즈를 보여주었으나, 실시 예에 따른 촉각 액추에이터(1)는 주어진 외부 전류의 파형에 걸맞는 진동 패턴을 보여주었음을 확인 할 수 있다.
도 9는 일 실시 예에 따른 촉각 액추에이터의 제어 방법을 나타내는 도면이고, 도 10은 일 실시 예에 따른 촉각 액추에이터가 동작하는 일 형태를 나타내는 도면이고, 도 11은 일 실시 예에 따른 촉각 액추에이터가 동작하는 다른 형태를 나타내는 도면이다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 정보 제공 수단(16, 17, 18, 19)을 통하여 입력된 구동 정보는, 제어부(20)에서 수집될 수 있다(100). 단계 100에서 수집된 구동 정보에 기초하여, 제어부(20)는, 미리 설정된 복수 개의 구동 모드 중 어느 하나의 구동 모드를 결정할 수 있다(110). 여기서, 미리 설정된 복수 개의 구동 모드는, 예를 들어, 일반 진동 모드, 두드림 모드 및/또는 출렁거림 모드 등을 포함할 수 있다. 이하 제 1 설정 모드는 일반 진동 모드이고, 제 2 설정 모드는 두드림 모드이고, 제 3 설정 모드는 출렁거림 모드인 경우를 예시적으로 설명하기로 한다.
예를 들면, 상기 구동 정보는, 촉각 액추에이터(1)와 연결된 디바이스에서 재생되는 영상 또는 음원이고, 단계 110은, 재생되는 영상 또는 음원에 미리 설정된 영상 패턴 또는 음향 패턴이 포함되어 있는지 여부에 따라서 실시간으로 결정될 수 있다.
단계 110에서 구동 단계가 결정되면, 제어부(20)는 결정된 구동 모드에 기초하여, 코일(15)로 인가할 전류의 주파수를 결정할 수 있다.
단계 110 에서 결정된 구동 단계가 일반 진동 모드인지 여부를 결정하고(120), 제 1 설정 모드(일반 진동 모드)인 경우, 제어부(20)는 전류의 주파수를 주기적인 사인파 형상의 진동력을 형성하는 최소 주파수인 임계 주파수보다 높은 제 1 설정 주파수(f_H)로 결정하고(130), 제어부(20)는, 설정된 주파수의 전류를 코일(15)로 인가할 수 있다(180). 제 1 설정 주파수(f_H)는, 촉각 액추에이터(1)의 공진 주파수 주변의 주파수 대역(A11, 도 5 참조)에 속하는 값으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 제 1 설정 주파수(f_H)는, 160Hz 이하의 값일 수 있다.
단계 180에서 제 1 설정 주파수(f_H)를 갖는 전류가 인가되면, 도 10과 같이, 진동부(13)는, 하우징(11)의 수용 공간 내에서 상하로 진동하고, 상기 진동은 탄성 부재(14), 하우징(11) 및 캡(12)을 순차적으로 거쳐 사용자에게 전달될 수 있다. 제 1 설정 모드에서는, 주기적인 형상의 진동력을 형성할 수 있도록 충분히 높은 주파수가 입력되므로, 입력 파형의 종류에 큰 영향을 받지 않고, 유사한 진동을 발생시킬 수 있다. 다시 말하면, 제 1 설정 모드에서 입력 파형의 종류는 제한되지 않는다.
한편, 단계 110에서 결정된 구동 모드가 제 1 설정 모드 이외의 설정 모드이면, 제어부(20)는 전류의 주파수를 제 1 설정 주파수(f_H)보다 낮은 제 2 설정 주파수(f_L)로 결정할 수 있다(140). 제 2 설정 주파수(f_L)는, 상기 임계 주파수보다 낮은 값으로 결정된다. 예를 들어, 제 2 설정 주파수(f_L)는, 촉각 액추에이터(1)의 공진 주파수의 1/3 이하의 값일 수 있다.
단계 140 수행 이후, 제어부(20)는, 구동 모드가 제 2 설정 모드(두드림 모드)인지 여부를 결정할 수 있다(150). 단계 150에서, 구동 모드가 제 2 설정 모드(두드림 모드)로 결정되면, 제어부(20)는, 전류의 파형을 방형파(square wave) 또는 펄스파(pulse wave)로 결정할 수 있다. 반대로 단계 150에서, 구동 모드가 제 3 설정 모드(출렁거림 모드)로 결정되면, 제어부(20)는, 전류의 파형을 정현파(sine wave)로 결정할 수 있다. 그리고 제어부(20)는, 설정된 주파수 및 파형으로 코일(15)에 전류를 인가할 수 있다(180).
단계 180에서 제 2 설정 주파수(f_L)를 갖는 전류가 인가되면, 진동부(13)는, 주기적인 진동력을 형성하지 못하므로, 아래와 같이 입력 파형에 따라서 상이한 촉감을 사용자에게 전달할 수 있다.
먼저, 입력되는 전류의 파형이 정현파인 경우, 주기적인 진동력을 형성하지 못하는 진동부(13)는 비주기적으로 상하 운동을 하게 된다. 또한, 정현파의 특성상 코일(15)에 입력되는 전류의 크기는 부드럽게 변화되므로 위와 같은 운동에 의하여, 사용자는 출렁거림의 촉감을 느낄 수 있다. 본 발명에서, "출렁거림"이란 주기성을 느낄 수 없는 일련의 촉감을 통칭하는 것으로 이해될 수 있다. 실제로 실시 예에 따라 제작된 시제품에 위와 같은 조건을 적용할 때, 사용자는 출렁거림의 촉감을 느낄 수 있었다.
다음으로, 입력되는 전류의 파형이 방형파 또는 펄스파인 경우, 주기적인 진동력을 형성하지 못하는 진동부(13)가 비주기적으로 상하 운동을 하는 것은 마찬가지이다. 다만, 방형파 또는 펄스파의 특성상 코일(15)에 입력되는 전류의 크기가 급격하게 변화하므로, 전류의 크기가 변화하는 주기적인 순간마다 진동부(13)의 상하 운동 방향으로의 가속도가 다른 구간에 비하여 훨씬 크게 변화될 수 있다. 그리고 전류의 크기가 변화하는 순간에 느껴지는 촉감은, 사용자의 촉감의 역치(threshold value)를 높이게 되어, 결과적으로 나머지 구간에서 느껴지는 촉감을 느끼지 못할 정도로 감각 적응(sensory adaptation)을 일으키므로, 사용자는 "두드림"의 촉감을 느낄 수 있다. 본 발명에서, "두드림"이란 나머지 구간보다 구별될 수 있을 정도로 높은 임펄스(impulse)가 주기적으로 반복되는 촉감을 통칭하는 것으로 이해될 수 있다. 실제로 실시 예에 따라 제작된 시제품에 위와 같은 조건을 적용할 때, 사용자는 두드림의 촉감을 느낄 수 있었다.
다시 말하면, 촉각 액추에이터(1)의 공진 주파수의 1/3 이하의 주파수를 갖는 전류를 입력할 경우, 전류의 파형에 따라서, 사용자는 적어도 2 이상의 서로 다른 촉각을 느낄 수 있다.
한편, 예를 들어, 진동부(13) 및 캡(12) 사이의 거리가 충분히 가깝거나, 충분한 전압이 입력되는 경우, 진동부(13)는, 도 11과 같이, 캡(12)에 직접적으로 접촉함으로써, 캡(12)을 통하여 사용자에게 직접적인 힘을 전달할 수도 있을 것이다.
이하 실시 예에 따른 촉각 액추에이터(1)를 이용하여 실험한 결과 그래프를 통하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 12는 서로 다른 공진 주파수를 갖는 촉각 액추에이터들에 있어서, 5Hz의 방형파인 입력 전류의 전류 크기 변화에 따른 가속도의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 13은 서로 다른 공진 주파수를 갖는 촉각 액추에이터들에 있어서, 90mA의 방형파인 입력 전류의 주파수 변화에 따른 가속도의 변화를 나타내는 그래프이다.
실험을 통하여 사용자는, 진동부(13)가 0.2G 이상의 가속도로 구동할 때 두드림의 촉감을 느낄 수 있음을 확인하였다. 도 12 및 도 13을 참조하면, 촉각 액추에이터(1)의 공진 주파수가 160Hz 이하인 경우, 크기가 90mA 이고, 주파수가 5Hz인 작은 전류가 인가되더라도 진동부(13)가 0.2G 이상의 가속도로 구동될 수 있음을 확인할 수 있었다. 이에 반하여, 촉각 액추에이터의 공진 주파수가 160Hz 보다 약간 큰 180Hz인 경우, 0.2G 이상의 가속도로 구동되기 위하여는, 90mA의 약 1.5배인 130mA 이상의 전류를 인가하여야 함을 알 수 있다.
실시 예에 따른 촉각 액추에이터는, 진동부(13)의 질량이 2g 이하인 경우, 탄성 부재(14)의 탄성 계수는 2.021 N/mm 이하가 되게 함으로써, 공진 주파수가 160Hz 이하가 되게 할 수 있다. 한편, 진동부(13)의 질량이 2g 이상인 경우, 탄성 부재(14)의 탄성 계수는 2.021 N/mm 이상이 되게 함으로써, 공진 주파수가 160Hz 이하가 되게 할 수 있다.
도 14 내지 도 17은 각각 80Hz, 120Hz, 160Hz 및 180Hz의 공진 주파수 특성을 갖는 촉각 액추에이터에 입력되는 방형파인 전류의 변화에 따라 나타나는 진동부의 파형을 나타내는 도면이고, 도 18은 서로 다른 공진 주파수 특성을 갖는 촉각 액추에이터들에 있어서, 방형파인 전류가 인가될 때 두드림 및 진동의 임계 주파수를 나타내는 그래프이다.
도 14 내지 도 17을 참조하면, 각 도면의 오른쪽 열에 나타난 그래프와 같이 특정한 주파수 이상의 방형파인 전류가 인가되면 진동부의 파형이 주기적인 사인파 형상의 진동력을 형성하는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기한 조건에서 촉각 액추에이터는 사용자에게 "진동"의 촉감을 제공할 수 있다.
반면 각 도면의 왼쪽 열에 나타난 그래프와 같이 특정한 주파수 이하의 영역에서는 진동부가 주기적인 진동력을 형성하지 못하고, 그래프가 부분적으로 무너져 있음을 알 수 있다. 다만, 방형파의 특성상 전류의 크기가 변화하는 주기적인 순간마다 진동부의 가속도가 다른 구간에 비하여 훨씬 크게 변화된다. 따라서, 상기한 조건에서 촉각 액추에이터는 사용자에게 "두드림"의 촉감을 제공할 수 있다.
이상과 같이 상기 특정한 주파수를 기준으로 촉각 액추에이터가 사용자에게 제공하는 촉감은 진동 또는 두드림으로 구분될 수 있다. 상기 특정한 주파수는, 임계 주파수 또는 구분 주파수라고 할 수도 있다.
도 14 내지 도 17을 참조하면, 촉각 액추에이터의 공진 주파수가 커질수록 상기 임계 주파수가 커지는 경향을 확인할 수 있으며, 상기 경향을 도 18에 나타내었다. 실시 예에 따른 촉각 액추에이터의 제어 방법에 있어서 제 1 설정 주파수(f_H) 및 제 2 설정 주파수(f_L)는, 도 18에서 나타난 임계 주파수를 고려하여 설정될 수 있다.
도 19 내지 도 22는 각각 80Hz, 120Hz, 160Hz 및 180Hz의 공진 주파수 특성을 갖는 촉각 액추에이터에 입력되는 펄스파인 전류의 변화에 따라 나타나는 진동부의 파형을 나타내는 도면이고, 도 23은 서로 다른 공진 주파수 특성을 갖는 촉각 액추에이터들에 있어서, 펄스파인 전류가 인가될 때 두드림 및 진동의 임계 주파수를 나타내는 그래프이다.
도 19 내지 도 22를 참조하면, 펄스파인 전류를 입력할 때의 진동부의 파형은 사각파인 전류를 입력할 때와 유사한 형태를 가짐을 알 수 있다. 따라서, 촉각 액추에이터에 임계 주파수 이하의 펄스파인 전류가 인가되면, 촉각 액추에이터는 사용자에게 "두드림"의 촉감을 제공하고, 임계 주파수 이상의 펄스파인 전류가 인가되면, 촉각 액추에이터는 사용자에게 "진동"의 촉감을 제공할 수 있다.
도 19 내지 도 22를 참조하면, 촉각 액추에이터의 공진 주파수가 커질수록 상기 임계 주파수가 커지는 경향을 확인할 수 있으며, 상기 경향을 도 23에 나타내었다.
한편, 동일한 공진 주파수를 갖는 촉각 액추에이터에 대하여, 펄스파인 전류를 입력할 때의 임계 주파수는, 사각파인 전류를 입력할 때의 임계 주파수보다 약 2배가 됨을 확인할 수 있다.
실시 예에 따른 촉각 액추에이터의 제어 방법에 있어서 제 1 설정 주파수(f_H) 및 제 2 설정 주파수(f_L)는, 도 23에서 나타난 임계 주파수를 고려하여 설정될 수 있다.
도 24 내지 도 27은 각각 80Hz, 120Hz, 160Hz 및 180Hz의 공진 주파수 특성을 갖는 촉각 액추에이터에 입력되는 정현파인 전류의 변화에 따라 나타나는 진동부의 파형을 나타내는 도면이고, 도 28은 서로 다른 공진 주파수 특성을 갖는 촉각 액추에이터들에 있어서, 정현파인 전류가 인가될 때 출렁거림 및 진동의 임계 주파수를 나타내는 그래프이다.
도 24 내지 도 27을 참조하면, 각 도면의 오른쪽 열에 나타난 그래프와 같이 특정한 주파수 이상의 정형파인 전류가 인가되면 진동부의 파형이 주기적인 사인파 형상의 진동력을 형성하는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기한 조건에서 촉각 액추에이터는 사용자에게 "진동"의 촉감을 제공할 수 있다.
반면 각 도면의 왼쪽 열에 나타난 그래프와 같이 특정한 주파수 이하의 영역에서는 진동부가 주기적인 진동력을 형성하지 못하고, 그래프가 부분적으로 무너져 있음을 알 수 있다. 주기적인 진동력을 형성하지 못하는 진동부는, 비주기적으로 상하 운동의 가속도를 갖게 된다. 한편, 정현파의 특성상 전류의 크기는 부드럽게 변화되므로 위와 같은 운동에 의하여 사용자는 "출렁거림"의 촉감을 느낄 수 있다.
이상과 같이 상기 특정한 주파수를 기준으로 촉각 액추에이터가 사용자에게 제공하는 촉감은 진동 또는 출렁거림으로 구분될 수 있다.
도 24 내지 도 27을 참조하면, 촉각 액추에이터의 공진 주파수가 커질수록 상기 임계 주파수가 커지는 경향을 확인할 수 있으며, 상기 경향을 도 28에 나타내었다. 실시 예에 따른 촉각 액추에이터의 제어 방법에 있어서 제 1 설정 주파수(f_H) 및 제 2 설정 주파수(f_L)는, 도 28에서 나타난 임계 주파수를 고려하여 설정될 수 있다.
도 29는 다른 실시 예에 따른 촉각 액추에이터의 제어 방법을 나타내는 도면이다. 반대되는 기재가 없는 이상 도 9에서 설명한 일 실시 예에 따른 촉각 액추에이터의 제어 방법에 대한 내용은 다른 실시 예에도 적용될 수 있다.
도 29를 참조하면, 다른 실시 예에 따른 촉각 액추에이터의 제어 방법에 있어서, 단계 120에서 구동 모드가 일반 진동 모드이면, 제어부는 인가되는 전류의 주파수를 제 1 설정 주파수(f_H)로 결정할 수 있다. 상기 제 1 설정 주파수(f_H)는, 도 18, 도 23 또는 도 28을 참조하여, 주어진 조건하에서 "진동"의 촉감을 제공하는 최소 주파수인 제 1 임계 주파수보다 큰 값으로 설정될 수 있다.
단계 120에서 구동 모드가 일반 진동 모드가 아니면, 제어부는 구동 모드가 두드림 모드인지 여부를 결정할 수 있다(150).
단계 150에서 구동 모드가 두드림 모드인 경우, 제어부는 인가되는 전류의 주파수를 제 2 설정 주파수(f_L1)로 결정할 수 있다(151). 상기 제 2 설정 주파수(f_L1)는, 도 18 또는 도 23을 참조하여, 주어진 조건하에서 "두드림"의 촉감을 제공하는 최대 주파수인 제 2 임계 주파수보다 작은 값으로 설정될 수 있다.
단계 150에서 구동 모드가 두드림 모드가 아닌 경우, 제어부는 인가되는 전류의 주파수를 제 3 설정 주파수(f_L2)로 결정할 수 있다(152). 상기 제 3 설정 주파수(f_L2)는, 도 28을 참조하여, 주어진 조건하에서 "출렁거림"의 촉감을 제공하는 최대 주파수인 제 3 임계 주파수보다 작은 값으로 설정될 수 있다.
한편, 도 18, 도 23 및 도 28을 참조하면 알 수 있듯이, 동일한 조건 하에서 "출렁거림"의 촉감을 제공하는 최대 주파수인 제 3 임계 주파수는, "두드림"의 촉감을 제공하는 최대 주파수인 제 2 임계 주파수보다 크므로, 제 3 설정 주파수(f_L2)는 제 2 설정 주파수(f_L1) 보다 높게 설정될 수 있다. 한편, 제 1 설정 주파수(f_H)의 경우, 제 2 설정 주파수(f_L1) 및 제 3 설정 주파수(f_L2) 보다 큰 값으로 설정될 수 있다. 다시 말하면, 제 2 설정 주파수(f_L1)보다 제 3 설정 주파수(f_L2)가 크고, 제 3 설정 주파수(f_L2)보다 제 1 설정 주파수(f_H)가 클 수 있다.
이상의 실시 예에 따르면, 다양한 촉감을 더욱 감성적으로 전달할 수 있다. 또한, 인체가 감지할 수 있는 주파수 범위 중, 160Hz 이하의 주파수 범위에서 종래의 기술보다 더 효율적인 촉각이 제공 가능하다. 또한, 하나의 촉각 제공 장치를 통하여, 160Hz 이하의 주파수 범위 내에서 적어도 둘 이상의 서로 다른 촉각을 제공 가능하다.
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 (12)

  1. 내부에 수용 공간을 형성하는 하우징;
    상기 수용 공간의 적어도 일부를 커버하는 캡;
    상기 수용 공간 내에 배치되는 진동부;
    상기 진동부가 상기 하우징에 대하여 진동 가능하도록 상기 하우징 및 진동부를 연결하는 탄성 부재;
    상기 진동부를 구동하기 위한 자기장을 형성하는 코일; 및
    미리 설정된 복수 개의 구동 모드 중 수집된 구동 정보에 기초하여 어느 하나의 구동 모드를 결정하고, 상기 구동 모드에 따라서 상기 코일로 인가될 전류의 특성을 결정하는 제어부를 포함하고,
    상기 구동 모드가 제 1 설정 모드이면, 상기 제어부는 상기 전류의 주파수는 제 1 설정 주파수로 결정하고,
    상기 구동 모드가 상기 제 1 설정 모드 이외의 설정 모드이면, 상기 제어부는 상기 전류의 주파수를 상기 제 1 설정 주파수보다 낮은 제 2 설정 주파수로 결정하는 촉각 액추에이터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동부의 질량은 2g 이하이고,
    상기 탄성 부재의 탄성 계수는 2.021 N/mm 이하이고,
    상기 촉각 액추에이터의 공진 주파수는 160Hz 이하인 촉각 액추에이터.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 설정 주파수는, 160Hz 이하의 값인 촉각 액추에이터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 설정 주파수는, 상기 촉각 액추에이터의 공진 주파수의 1/3 이하의 값인 촉각 액추에이터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 모드가 제 2 설정 모드이면, 상기 제어부는 상기 전류의 파형을 방형파(square wave) 또는 펄스파(pulse wave)로 결정하고,
    상기 구동 모드가 제 3 설정 모드이면, 상기 제어부는 상기 전류의 파형을 정현파(sine wave)로 결정하는 촉각 액추에이터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 모드는, 일반 진동 모드, 두드림 모드 및 출렁거림 모드를 포함하는 촉각 액추에이터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 구동 모드가 상기 일반 진동 모드이면, 상기 제어부는 상기 전류의 주파수를 제 1 설정 주파수로 결정하고,
    상기 구동 모드가 상기 두드림 모드이면, 상기 제어부는 상기 전류의 주파수를 상기 제 1 설정 주파수보다 낮은 제 2 설정 주파수로 결정하고,
    상기 구동 모드가 상기 출렁거림 모드이면, 상기 제어부는 상기 전류의 주파수를 상기 제 2 설정 주파수보다 높고 상기 제 1 설정 주파수보다 낮은 제 3 설정 주파수로 결정하는 촉각 액추에이터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부에서 수집되는 정보를 제공하는 정보 제공 수단을 더 포함하고,
    상기 정보 제공 수단은,
    사용자의 명령을 입력 받기 위한 사용자 인터페이스, 외부 환경을 감지하기 위한 센서, 데이터가 저장되는 메모리, 다른 통신 기기와의 통신을 통하여 정보를 입력 받는 통신부 중 어느 하나 이상을 포함하는 촉각 액추에이터.
  10. 내부에 수용 공간을 형성하는 하우징, 상기 수용 공간의 적어도 일부를 커버하는 캡, 상기 수용 공간 내에 배치되는 진동부, 상기 진동부가 상기 하우징에 대하여 진동 가능하도록 상기 하우징 및 진동부를 연결하는 탄성 부재 및 상기 진동부를 구동하기 위한 자기장을 형성하는 코일을 포함하는 촉각 액추에이터의 제어 방법에 있어서,
    구동 정보를 수집하는 단계;
    상기 수집된 구동 정보에 기초하여, 미리 설정된 복수 개의 구동 모드 중 어느 하나의 구동 모드를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 구동 모드에 기초하여, 상기 코일로 인가할 전류의 주파수를 결정하는 단계; 및
    상기 코일로 전류를 인가하는 단계를 포함하고,
    상기 전류의 주파수를 결정하는 단계는,
    상기 구동 모드가 제 1 설정 모드이면, 상기 전류의 주파수를 제 1 설정 주파수로 결정하는 단계; 및
    상기 구동 모드가 상기 제 1 설정 모드 이외의 설정 모드이면, 상기 전류의 주파수를 상기 제 1 설정 주파수보다 낮은 제 2 설정 주파수로 결정하는 단계를 포함하는 촉각 액추에이터의 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 결정된 구동 모드에 기초하여, 상기 코일로 인가할 전류의 파형을 결정하는 단계를 더 포함하는 촉각 액추에이터의 제어 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 구동 정보는, 상기 촉각 액추에이터와 연결된 디바이스에서 재생되는 영상 또는 음원이고,
    상기 구동 모드를 결정하는 단계는, 상기 영상 또는 음원에 미리 설정된 영상 패턴 또는 음향 패턴이 포함되어 있는지 여부에 따라서 실시간으로 결정되는 촉각 액추에이터의 제어 방법.
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