【발명의 명칭】

촉각자극 제공 장치

【기술분야】

관련 출원 (들)과의 상호 인용

본 출원은 2015년 12월 11일자 한국 특허 출원 제 10-2015-0177093에 기초한 우선권의 이익을 주장하며， 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.

본 발명은 촉각자극 제공 장치에 관한 것이다.

【배경기술】

촉각자극 제공 장치는 복수의 액츄에이터 (actuator )를 포함하고, 복수의 액츄에이터를 선택적으로 진동시킴으로써 사용자에게 촉각자극을 제공할 수 있다. 촉각자극 제공 장치는 일반적으로 촉각자극을 생성하고자 하는 위치와 가장 인접한 액츄에이터를 선택하여 진동시킴으로써 촉각자극을 생성한다.

하지만 사용자에게 좀더 정밀한 촉각자극을 제공하기 위해, 2개의 액츄에이터를 이용하여 그 중간 지점에 가상 촉각자극을 제공하는 방법이 제시되고 있다.

도 1은 종래의 가상 촉각자극을 제공하는 촉각자극 제공 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면 촉각자극 제공 장치는 기판 (11) 상에 대략 행렬 형태로 배열된 복수의 액츄에이터 ( 101， 102 , 103， 104 , 105， 106， 107， 108 , 109)를 포함한다.

사용자의 팔목 등의 신체 ( 15)가 촉각자극 제공 장치에 접촉해 있는 경우， 촉각자극 제공 장치는， 예를 들어 액츄에이터 ( 101， 102)를 이용하여， 사용자에게 액츄에이터 ( 101)로부터 액츄에이터 (102)로 시간에 따라 이동하는 가상 촉각자극을 제공할 수 있다.

예를 들어， 액츄에이터. ( 101)의 위치에 촉각자극을 제공하자 하는 경우， 촉각자극 제공 장치는 액츄에이터 (101)를 설정된 최대 크기로 진동시키고， 액츄에이터 ( 102)를 최소 크기로 진동시키거나 진동시키지 않는다. 위치 ( 110)에 가상 촉각자극을 제공하고자 하는 경우， 촉각자극 제공 장치는 액츄에이터 ( 101)를 상대적으로 큰 크기로 진동시키고， 액츄에이터 ( 102)를 상대적으로 작은 크기로 진동시킨다. 액츄에이터 ( 101)와 액츄에이터 ( 102)의 증간 위치 ( 111)에 가상 촉각자극을 제공하고자 하는 경우， 촉각자극 제공 장치는 액츄에이터 ( 101) 및 액츄에이터 ( 102)를 동일한 크기로 진동시킨다. 위치 ( 112)에 가상 촉각자극을 제공하고자 하 _, 는 경우， 촉각자극 제공 장치는 액츄에이터 ( 101)를 상대적으로 작은 크기로 진동시키고， 액츄에이터 ( 102)를 상대적으로 큰 크기로 진동시킨다. 액츄에이터 ( 102)의 위치에 촉각자극을 제공하고자 하는 경우， 촉각자극 제공 장치는 액츄에이터 (102)만을 설정된 최대 크기로 진동시키고， 액츄에이터 ( 101)를 최소 크기로 진동시키거나 진동시키지 않는다.

촉각자극 제공 장치는 전술한 바와 같이 시간에 따른 위치에 대웅하여 액츄에이터의 진동 크기를 변화시킴으로써， 선택된 2개와 액츄에이터 사이에서 이동하는 가상 촉각자극을 사용자에게 제공할 수 있다.

하지만 도 1의 촉각자극 제공 장치는 선택된 2개의 액츄에이터를 연결하는 1차원 선 ( l ine) 상의 가상 촉각자극만을 제공하며， 2차원 면 (plane) 상의 가상 촉각자극을 제공하지 못하는 문제점이 있다.

【발명의 상세한 설명】

[기술적 과제】—

본 발명의 실시 예는 적은 횟수의 연산을 통해 2차원 면 상의 가상 촉각올 사용자에게 제공할 수 있는 촉각자극 제공 장치를 제공하는 데 있다.

【기술적 해결방법】

본 발명의 실시 예에 따른 촉각 자극 제공 장치는 복수의 액츄에이터， 및 사용자 신체의 목표 부위에 대웅하는 목표 위치에 촉각 자극을 생성하도록 상기 복수의 액츄에이터의 출력을 각각 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 복수의 액츄에이터 중 상기 목표 위치를 내부에 포함하는 삼각형의 제 1 내지 3 꼭지점에 대웅하는 제 1 내지 제 3 액츄에이터를 이용하여 상기 촉각 자극을 생성한다.

여기서， 상기 제어부는 상기 목표 위치를 제 1 위치로 하고， 상기 제 1 내지 게 3 꼭지점을 갖는 게 1 삼각형 내부의 상기 게 1 위치를 상기 제 1 내지 제 3 꼭지점에 대웅하는 제 4 내지 제 6 꼭지점을 갖는 제 2 삼각형 내부의 제 2 위치로 연산하고， 상기 제 2 위치에 상기 촉각자극을 생성하도록 상기 제 1 내지 제 3 엑츄에이터를 제어한다.

그리고， 상기 제어부는 상기 제 4 꼭짓점과 상기 제 2 위치 사이의 제 4 거리에 따라 상기 제 1액츄에이터의 제 1출력을 결정하고， 상기 제 5꼭짓점과 상기 제 2 위치 사이의 게 5 거리에 따라 상기 게 2 액츄에이터의 제 2 출력을 결정하고， 상기 제 6 꼭짓점과 상기 제 2 위치 사이의 제 6 거리에 따라 상기 제 3 액츄에이터의 제 3 출력을 결정한다.

그리고， 상기 제 1 액츄에이터는 상기 제 2 삼각형의 꼭짓점 중에서 상기 게 4 꼭짓점과 가장 근접하여 존재하거나 또는 상기 게 4 꼭짓점에 존재하고，상기 제 2액츄에이터는 상기 제 2삼각형의 꼭짓점 중에서 상기 게 5 꼭짓점과 가장 근접하여 존재하거나 또는 상기 제 5꼭짓점에 존재하고， 상기 게 3 액츄에이터는 상기 게 2 삼각형의 꼭짓점 중에서 상기 제 6 꼭짓점과 가장 근접하여 존재하거나 또는 상기 제 6 꼭짓점에 존재한다.

여기서， 상기 제 2 삼각형은 정삼각형이고, 상기 제 1 삼각형은 직각삼각형이고， 상기 제 1 및 제 2 꼭짓점은 각각 상기 제 1 삼각형의 빗변 양단의 꼭짓점이고， 상기 제 3 꼭짓점은 상기 제 1 삼각형의 직각 부분의 꼭짓점이다. 그리고， 상기 제 4 꼭짓점은 상기 게 1 꼭짓점과 일치하고， 상기 제 5 꼭짓점은 상기 게 2 꼭짓점과 일치하고， 상기 게 6 꼭짓점은 상기 게 3 꼭짓점의 부근에 존재한다. 또한, 상기 제 1 내지 제 3 액츄에이터는 상기 게 2 위치에 촉각자극을 생성하도록 동시에 구동된다.

그리고,상기 게 1꼭짓점의 좌표가 (xll , yll)이고，상기 제 2꼭짓점의 좌표가 (xl2 , yl2)이고， 상가게 3꼭짓점의 좌표가 (xl3 , yl3)이고 상기 거 꼭짓점의 좌표가 (x24 , y24)이고, 제 5꼭짓점의 좌표가 (x25 , y25)이고， 제 6 꼭짓점의 좌표가 (χ26 , y26)이고， 상기 게 1 위치의 좌표가 (xl , yl)일 때, 상기 제 2 위치의 좌표인 (x2 , y2)가 다음 수학식에 따라 결정된다. ^' χ2 ~ lS™' x24 x26― x24 ^:

_y2― - y24 또한, 상기 제 4 내지 제 6 거리에 각각 선형적으로 대웅하여 상기 게 1 내지 제 3출력이 결정된다.여기서，상기 제어부는，상기 제 1출력에 대웅되는 제 1듀티비 (duty rat io)를 갖는 제 1 PWM(Pul se Width Modulat ion)신호로 상기 제 1 액츄에이터를 제어하고， 상기 제 2 출력에 대웅되는 제 2 듀티비를 갖는 제 2 P丽신호로 상기 제 2 액츄에이터를 제어하고， 상기 게 3 출력에 대웅되는 제 3듀티비를 갖는 제 3 P丽신호로 상기 제 3액츄에이터를 제어하고，상기 거 11 내지 제 3 듀티비는 제 1 기준 듀티비 이상 게 2 기준 듀티비 이하이고， 상기 제 1 기준 듀티비가 DR _min 이고， 상기 제 2 기준 듀티비가 DR _max 이고， 상기 제 4 거리가 d4이고， 상기 게 5 거리가 d5이고， 상기 제 6 거리가 d6이고 기준 거리가 d _ref 일 때， 상기 제 1 듀티비인 0¾은 다음 수학식에 따라 결정되고, 膽 - (A, _f ― * (薩 « BE _ndn ) m _w ^ 상기 제 2 듀티비인 DR ₂ 은 다음 수학식에 따라 결정되고，

0 = ^: (€^ _f ― d5) * ( ⁾ DR^ + 상기 게 3 듀티비인 D¾은 다음 수학식에 따라 결정된다.

(d _mf ― ί¾) * ψ _Μ& - DR _n ) + ^■ m _m 그리고， 상기 제 1 내지 제 3 거리에 각각 로그적으로 대웅하여 상기 제 1내지 게 3출력이 결정된다. 구체적으로， 상기 제어부는， 상기 게 1출력에 대웅되는 제 1듀티비를 갖는 게 1 P丽신호로 상기 게 1액츄에이터를 제어하고， 상기 제 2 출력에 대웅되는 제 2 듀티비를 갖는 제 2 P醫 신호로 상기 제 2 액츄에이터를 제어하고， 상기 제 3 출력에 대웅되는 제 3 듀티비를 갖는 제 3 P蘭신호로 상기 제 3액츄에이터를 제어하고，상기 제 1내지 게 3듀티비는 제 1 기준 듀티비 이상 제 2 기준 듀티비 이하이고， 상기 게 1 기준 듀티비가 DR _rain 이고, 상기 제 2 기준 듀티비가 DI _x 이고, 상기 제 4 거리가 d4이고， 상기 게 5거리가 d5이고， 상기 제 6거리가 d6이고， 기준 거리가 d _ref 이고, 제 1로그 스케일 계수가 si이고， 제 2 로그 스케일 계수가 s2일 때， 다음 수학식에 따라 dll, dl2, dl3가 결정되고，

dll - (d _nf ― M) * (s2. - st) + si

dl2 ^ d _f - dS) * (s2 - si) + si

dl3 = d _r - £ ) * (s2― si) ÷ si 상기 제 1 듀티비인 DRr 다음 수학식에 따라 결정되고, 상기 제 DR ₂ 은 다음 수학식에 따라 결정되고 상기 제 3 듀티비인 DR ₃ 은 다음 수학식에 따라 결정된다. 膽 ₃ 쒜 (湖 ―應 ) + S¾

그리고，상기 제어부는 상기 목표 위치와 상기 게 1꼭지점 사이의 제 1 거리에 따라상기 제 1 액츄에이터의 제 1출력을 결정하고， 상기 목표 위치와 상기 제 2꼭지점 사이의 제 2거리에 따라 상기 제 2 액츄에이터의 제 2출력을 결정하고， 상기 목표 위치와 상기 제 3 꼭지점 사이의 제 3 거리에 따라 상기 제 3 액츄에이터의 제 3 출력을 결정한다. 여기서， 상기 제 1 내지 거 13 거리에 각각 선형적 (linear)으로 대웅하여 상기 제 1 내지 제 3 출력이 결정된다. 구체적으로, 상기 제어부는， 상기 제 1 출력에 대웅되는 제 1 듀티비 (duty ratio)를 갖는 제 1 P丽 (Pulse Width Modulation)신호로 상기 제 1 액츄에이터를 제어하고， 상기 제 2 출력에 대웅되는 제 2 듀티비를 갖는 게 2 P丽신호로 상기 제 2 액츄에이터를 제어하고， 상기 제 3 출력에 대웅되는 제 3 듀티비를 갖는 제 3 P丽 신호로 상기 게 3 액츄에이터를 제어하고, 상기 거 11 내지 제 3 듀티비는 제 1 기준 듀티비 이상 제 2 기준 듀티비 이하이고， 상기 거 U 기준 듀티비가 DR _^ i _n 이고， 상기 게 2 기준 듀티비가 DI _ax 이고， 상기 제 1 거리가 dl이고 상기 제 2 거리가 d2이고， 상기 제 3 거리가 d3이고， 기준 거리가 d _rei 일 때， 상기 제 1 듀티비인 0¾은 다음 수학식에 따라 결정되고， 腿¾ -∞mi ) +膽 상기 제 2 듀티비인 DR ₂ 은 다음 수학식에 따라 결정되고，

^■ 顯 ₂ - ^ M) * (顯腦 ᅳ ^ m _m

. 상기 게 3 듀티비인 DR ₃ 은 다음 수학식에 따라 결정된다.

i ₃ = (d. _r9f ᅳ ί£3) * ( 誦 D^m ) + ^m 그리고， 상기 제 1 내지 제 3 거리에 각각 로그적 ( logarithmic)으로 대웅하여 상기 게 1 내지 제 3출력이 결정된다. 여기서， 상기 제어부는， 상기 제 1 출력에 대웅되는 제 1 듀티비를 갖는 제 1 P丽 신호로 상기 제 1 액츄에이터를 제어하고， 상기 제 2 출력에 대웅되는 제 2 듀티비를 갖는 게 2 P丽신호로 상기 제 2 액츄에이터를 제어하고， 상기 제 3 출력에 대웅되는 제 3 듀티비를 갖는 게 3 P丽 신호로 상기 게 3 액츄에이터를 제어하고， 상기 제 1 내지 제 3 듀티비는 게 1 기준 듀티비 이상 제 2 기준 듀티비 이하이고, 상기 제 1 기준 듀티비가 Ι _ίη 이고， 상기 제 2 기준 듀티비가 DI x이고， 상기 제 1 거리가 dl이고， 상기 제 2 거리가 d2이고, 상기 제 3 거리가 d3이고， 기준 거리가 d _ref 이고， 제 1 로그 스케일 계수가 si이고, 제 2 로그 스케일 계수가 s2일 때，

다음 수학식에 따라 dl l, dl2 , dl3가 결정되고，

l = ― ) * (s2 - si) * si ^{^}

#2 = d _mf ― rf2) * (s2― si)흉 si dl,3 = ( ^.― i3) * (s2― si) + si 상기 게 0¾은 다음 수학식에 따라 결정되고， 상기 제 DR ₂ 은 다음 수학식에 따라 결정되고， 상기 제 3 듀티비인 DR ₃ 은 다음 수학식에 따라 결정된다.

, dB .

그리고, 상기 제어부는， 상기 목표 위치가 상기 삼각형의 어느 한 변 (side)에 존재하는 경우， 상기 제 1 내지 제 3 액츄에이터 중 상기 한 변에 포함되는 2개의 액츄에이터를 구동하여 상기 목표 위치에 촉각을 생성한다. 또한， 상기 제 1 내지 제 3 액츄에이터는 상기 목표 위치에 촉각을 생성하도록 동시에 구동된다.

여기서， 상기 제 1내지 제 3액츄에이터가 배치된 기판을 더 포함하고， 상기 제 1 내지 제 3 액츄에이터는 진동 모터이고， 상기 게 1 내지 게 3 출력은 거 U 내지 제 3 진동 크기이다. .

【발명의 효과】

실시 예들에 따른 촉각자극 제공 장치는 적은 횟수의 연산을 통해 2차원 면 상의 가상 촉각자극을 사용자에게 제공할 수 있다.

[도면의 간단한 설명]

도 1은 종래의 가상 촉각자극을 제공하는 촉각자극 제공 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 본 발명의 한 실시 예에 따른 촉각자극 제공 장치 및 그 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 액츄에이터의 정규화 거리 대비 정규화 듀티비를 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 한 실시 예에 따른 촉각자극 제공 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.

【발명의 실시를 위한 형태】

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며， 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 따라서 앞서 설명한 참조 부호는 다른 도면에서도 사용할수 있다.

또한， 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로， 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서， 설명의 편의를 위해 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.

도 2는 본 발명의 한 실시 예에 따른 촉각자극 제공 장치 및 그 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면， 한 실시예에 따른 촉각자극 제공 장치 (20)는 복수의 액츄에이터 (201， 202， 203， 204, 205, 206， 207, 208, 209) 및 제어부 (22)를 포함한다.

이하에서，복수의 액츄에이터 (201， 202， 203， 204， 205， 206, 207， 208,

209)가 전동식 액츄에이터 (electric actuator) 중 하나인 진동 모터 (vibration motor)임을 예로 들어 설명하지만, 복수의 액츄에이터 (201，

202， 203, 204, 205, 206, 207， 208, 209)는 공압식 (pneumatic) 또는 유압식 (hydraulic) 액츄에이터일 수도 있다. 따라서 한 종류 또는 다수 종류의 액츄에이터가 본 발명에 적용될 수 있으며， 액츄에이터의 종류는 본 발명의 권리범위를 제한할 수 없다.

복수의 액츄에이터 (actuator)(201, 202, 203, 204， 205， 206， 207， 208, 209)는 기판 (21)에 행렬 (matr ix) 형태로 배치될 수 있다. 기판 (21)의 일면에 복수의 액츄에이터 (201， 202， 203， 204, 205， 206， 207, 208， 209)가 배치되고， 기판 (21)의 타면에 사용자의 팔목 등의 신체가 직접적 또는 간접적으로 접촉할 수 있다.따라서 복수의 액츄에이터 (201， 202， 203 , 204， 205， 206， 207 208 , 209)가 기판 (21)을 통해 진동 등의 촉감을 사용자에게 전달할 수 있다. 기판 (21)은 사용자의 신체에 밀착될 수 있는 형태로 구성될 수 있으며， 가요성 ( f lexible)있는 소재를 포함할 수 있다. 다른 실시예로서， 기판은 복수의 홈부 또는 개구부를 포함할 수 있고， 복수의 액츄에이터는 각각 대응하는 홈부 또는 개구부에 위치할 수 있다. 따라서 복수의 액츄에이터가 기판에 배치되는 형태는 다양할 수 있으며， 그 배치 형태가 본 발명의 권리범위를 제한할 수 없다. 또 다른 실시예로서， 기판은 판형 (plate)이 아닐 수 있고， 그물 (web) 형태로 구성되어， 각각의 액츄에이터를 연결할 수 있다. 이때 액츄에이터는 기판을 통하지 않고 직접적 또는 간접적으로 사용자의 신체에 진동 등의 촉감을 전달할 수 있다. 따라서 기판 자체의 형상 및 기판이 복수의 액츄에이터를 지지하는 형태는 다양할 수 있으며， 그 형상 및 형태가본 발명의 권리범위를 제한할 수 없다.

제어부 (22)는 사용자 신체의 목표 부위에 대웅하는 목표 위치에 촉각자극을 생성하도록 복수의 액츄에이터 (201 , 202， 203 , 204， 205， 206 , 207 208， 209)의 출력을 제어한다. 제어부 (22)는 마이크로컨트를러 (mi crocontrol ler )일 수 있으며， PWM(Pul se Width Modul at ion) 신호， 사인파 (sine wave) 신호 등을 이용하여 복수의 액츄에이터 (201 , 202， 203 , 204, 205， 206 , 207 , 208， 209)의 출력을 제어할 수 있다. 、

한 실시예에서， 제어부 _{( 22 )} 는， 촉각자극을 생성하고자 하는 목표 위치가， 제 1액츄에이터 (201)， 제 2액츄에이터 (202)및 제 3액츄에이터 (203)를 각각 제 1 꼭짓점 (P1) , 제 2 꼭짓점 (P2) 및 제 3 꼭짓점 (P3)으로 하는 게 1 삼각형 (T1) 내부의 제 1 위치 ( 11)인 경우, 게 1 꼭짓점 (P1)과 게 1 위치 ( 11) 사이의 게 1 거리 (dl)에 따라 거 11 액츄에이터 (201)의 게 1 출력을 결정하고， 제 2 꼭짓점 (P2)과 제 1 위치 ( 11) 사이의 게 2 거리 (d2)에 따라 거 12 액츄에이터 (202)의 게 2 출력을 결정하고， 제 3 꼭짓점 (P3)과 게 1 위치 ( 11) 사이의 게 2 거리 (d3)에 따라 제 3 액츄에이터 (203)의 제 3 출력을 결정할 수 있다. 제 1 내지 게 3 액츄에이터 (201， 202 , 203)가 진동 모터일 때, 제 1 내지 제 3 ,출력은 게 1 내지 제 3 진동 크기일 수 있다.

한 실시예에서, 제어부 (22)는 게 1 거리 (dl)에 선형적 ( l inear )으로 대웅하여 제 1 액츄에이터 (201)의 제 1 출력을 결정하고， 제 2 거리 (d2)에 선형적으로 대웅하여 게 2 액츄에이터 (202)의 게 2 출력을 결정하고， 제 3 거리 (d3)에 선형적으로 대웅하여 제 3 액츄에이터 (2t)3)의 제 3 출력을 결정할 수 있다.

예를 들어, 제어부 (22)가 P丽 신호를 생성하는 마이크로컨트를러인 경우， 제어부 (22)는 제 1출력에 대웅되는 게 1듀티비 (duty rat io)를 갖는 제 1 P丽 신호로 제 1 액츄에이터 (201)를 제어하고， _. 제 2 출력에 대웅되는 제 2 듀티비를 갖는 제 2 PWM신호로 게 2 액츄에이터 (202)를 제어하고, 제 3출력에 대응되는 제 3 듀티비를 갖는 제 3 P丽 신호로 제 3 액츄에이터 (203)를 제어할 수 있다.

게 1 내지 게 3 듀티비는 0%이상 100%이하일 수 있다. 본 실시예에서는 사용자가 촉각자극을 느낄 수 있는 최소 진동 크기에 대응하는 듀티비를 제 1 기준 듀티비로 하고， 사용자가 더 이상 큰 촉각자극을 느낄 수 없는 최대 진동 크기에 대웅하는 듀티비를 게 2 기준 듀티비로 한다. 게 1 기준 듀티비는 0%이상의 값을 가질 수 있고， 제 2 기준 듀티비는 100%이하의 값을 가질 수 있다. 제 1기준 듀티비 및 게 2기준 듀티비는 제조사 및 제품에 따라 적절한 값으로 선택될 수 있다. 따라서 게 1 내지 게 3 듀티비는 제 1 기준 듀티비 이상 게 2 기준 듀티비 이하일 수 있다.

본 실시예에서， 제 기준 듀티비가 DR^이고， 게 2 기준 듀티비가 DI x이고， 기준 거리가 d _ref 일 때， 게 1 듀티비인 0¾은 다음 수학식 1에 따라 결정될 수 있다. 유사하게， 제 2 듀티비인 DR ₂ 은 다음 수학식 2에 따라 결정되고， 게 3 듀티비인 DR ₃ 은 다음 수학식 3에 따라 결정될 수 있다.

[수학식 1]

腿 = (d _rmf ᅳ άϊ) * (DR _{m x} ― m^ +扁^ _{. .}

[수학식 2] [수학식 3]

膽 ₃ ^ d _f - «i3) * (DR^ - DB _min ) + DR^ 기준 거리 d _rei 는 제 1 삼각형 (T1) 내에서 임의의 게 1 위치 ( 11)와 제 1 꼭짓점 (P1) 사이의 최대 거리， 제 1 .위치 ( 11)와 게 2 꼭짓점 (P2) 사이의 최대 거리 및 게 1위치 ( 11)와 제 3꼭짓점 (P3)사이의 최대 거리 중 하나일 수 있다. 즉， 기준 거리 d _rei 는 제 1 삼각형 (T1)의 한 변 중 하나의 길이일 수 있다. 결정된 듀티비가 클수록 대응하는 액츄에이터의 진동 크기는 클 수 있다. 듀티비에 따른 액츄에이터의 진동 크기는 액츄에이터의 제조사, 제품, 설정에 따라 다를 수 있다. 도 2의 실시예를 참조하면， 제 1 위치 ( 11)에 상대적으로 가장 가까운 제 3 액츄에이터 (203)의 제 3 진동 크기가 제 1 및 제 2 액츄에이터 (201， 202)의 제 1 및 제 2 진동 크기보다 클 수 있다.

상술한 수학식에 따라 게 1 내지 거 13 액츄에이터 (201， 202 , 203)는 각각의 위치 (PI , P2 , P3)에서 진동하지만， 사용자는 제 1 위치 ( 11)에 직접적 또는 간접적으로 접촉된 신체 부위에서 가상 촉각자극을 느끼게 된다. 따라서， 본 실시예에 따르면 3개의 액츄에이터를 이용하여 2차원 면 상의 가상 촉각자극을 제공할 수 있다. 본 실시예에서는 2차원 면을 구성할 수 있는 최소한의 개수인 3개의 액츄에이터를 이용하여 설명하였지만， 당업자라면 4개 이상의 액츄에이터를 이용하여 본 발명을 적용시킬 수 있을 것이다.

제어부 (22)는 목표 위치가 제 1 삼각형 (T1)의 어느 한 변 (s ide)에 존재하는 경우， 복수의 액츄에이터 (201， 202， 203 , 204, 205 , 206 , 207， 208 , 209) 중 이러한 한 변에 포함되는 2개의 액츄에이터를 구동하여 목표 위치에 촉각자극을 생성할 수 있다. 예를 들어， 목표 위치가 제 2 꼭짓점 (P2)과 게 3 꼭짓점 (P3)를 연결하는 선에 존재하는 경우， 게 2 액츄에이터 (202) 및 제 3 액츄에이터 (203)을 구동하여 가상 촉각자극을 구현할 수 있다. 이러한 경우 제 1 액츄에이터 (201)는 구동되지 않는 정지 상태일 수 있다.

제어부 (22)는 목표 위치가 게 1삼각형 (T1)내의 제 1위치 ( 11)인 경우， 제 1 내지 제 3 액츄에이터 (201 202 203)가 제 1 위치 ( 11)에 촉각자극을 생성하도록 동시에 구동시킬 수 있다. 본 실시예에서는， 동일한 시간 기간에 액츄에이터마다 그 진동 크기를 달리하도록 구동시켜 가상 촉각자극을 생성하였다. 다른 실시예로서， 서로 다른 시간 기간으로 시분할하여 각 액츄에이터를 구동시키거나， 일부 시간 기간을 중첩하여 복수 액츄에이터를 구동시킬 수도 있다.

도 3은 액츄에이터의 정규화 거리 대비 정규화 듀티비를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면， 액츄에이터로부터 제 1 위치 ( 11)까지의 거리를 정규화 (normal i zed)하여 가로축에 나타내고， 정규화 거리에 대웅하는 정규화 듀티비를 세로축에 나타내었다. 정규화 거리가 짧을수록 게 1 위치 ( 11)가 해당 액츄에이터와 가까우므로， 정규화 듀티비를 크게 하여 진동 크기를 크게 할 수 있다.

그래프 (301)는 정규화 거리와 정규화 듀티비가 선형적으로 대웅하는 경우를 표현하며， 전술한 도 2의 실시예가 이에 해당한다.

그래프 (302 303 , 304)는 정규화 거리와 정규화 듀티비가 로그적 ( logar i thmic)으로 대웅하는 경우이며, 이 경우， 그래프 (301)에 비해서， 가상 촉각자극이 한 위치에서 다른 위치로 이동할 때 인간이 느끼는 촉각 자극의 크기가 일정할 수 있다.

이하에선 설명의 편의상 도 2에서 설명한 부분은 제외하고， 게 1 내지 제 3 거리 (dl , d2 , d3)에 각각 로그적으로 대웅하여 제 1 내쩌 게 3 출력이 결정되는 과정을 설명한다.

그래프 (302 303 304)의 기울기는 제 1로그 스케일 계수 및 제 2로그 스케일 계수에 의해 정해질 수 있다. 예를 들어, 그래프 (302)의 제 1 로그 스케일 계수는 1이고 게 2로그 스케일 계수는 3이고，그래프 (303)의 제 1로그 스케일 계수는 1이고 게 2 로그 스케일 계수는 10이고， 그래프 (304)의 거 U 로그 스케일 계수는 1이고 게 2로그 스케일 계수는 30일 수 있다. 제 1및 제 2 로그 스케일 계수는 제조사 및 제품에 따라 달리 정해질 수 있다.

제 1기준 듀티비가 D _in 이고， 제 2기준 듀티비가 DR _max 이고， 제 1거리가 dl이고， 게 2 거리가 d2이고， 게 3 거리가 d3이고， 기준 거리가 d _ref 이고， 거 U 로그 스케일 계수가 sl이고， 제 2 로그 스케일 계수가 s2일 때， 다음 수학식 4에 따라 dl l이 결정되고， 다음 수학식 5에 따라 dl2가 결정되고， 다음 수학식 6에 따라 dl3가 결정될 수 있다. 이때 s2는 sl보다 큰 값일 수 있다.

[수학식 4]

dll≡ (d _m ,― dX) * (s2― sl) + sl

[수학식 5]

= (d _r , _f - i2) * (s2 - sl) + sl [수학식 6]

게 1 듀티비인 1)¾은 다음 수학식 7에 따라 결정되고， 제 2 듀티비인

DR ₂ 은 다음 수학식 8에 따라 결정되고， 게 3 듀티비인 DR ₃ 은 다음 수학식 9에 따라 결정될 수 있다.

[수학식 7] " ^ll 7!i

[수학식 ί S-J ^^ᅳ；

[수학 상술한 수학식에 따라 게 1 내지 게 3 액츄에이터 (201， 202, 203)는 각각의 위치 (PI , P2, P3)에서 진동하지만， 사용자는 제 1 위치 ( 11)에 직접적 또는 간접적으로 접촉된 신체 부위에서 가상 촉각자극을 느끼게 된다. 따라서， 본 실시예에 따르면 3개의 액츄에이터를 이용하여 2차원 면 상의 가상촉각자극을 제공할 수 있다. 또한사용자는， 제 1내지 게 3거리 (dl , d2 , d3)에 각각 선형적으로 대응하여 제 1 내지 게 3 출력이 결정되는 경우와 비교했을 때， 가상 촉각자극이 한 위치에서 다른 위치로 이동할 때 느끼는 촉각자극의 크기가 일정할 수 있다. 본 실시예에서는 2차원 면을 구성할 수 있는 최소한의 개수인 3개의 액츄에이터를 이용하여 설명하였지만， 당업자라면 4개 이상의 액츄에이터를 이용하여 본 발명을 적용시킬 수 있을 것이다.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 촉각자극 제공 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 4의 실시예에서는 도 2의 촉각자극 제공 장치 (20)를 이용하여， 그 구동 방법을 설명한다. 도 4에서는 촉각자극 제공 장치 (20)의 구성 증 설명에 필요한 제 1 액츄에이터 (201)， 제 2 액츄에이터 (202) 및 제 3 액츄에이터 (203)가 확대되어 도시된다.

도 4의 실시예와 비교하기 위해 도 2의 실시예를 다시 참조하면, 제 1 삼각형 (T1)은 직각삼각형 형태이다. 따라서 전술한 바에 따라, 기준 거리 d _rei 가 제 1 삼각형 (T1)의 한 변 중 하나의 길이일 경우, 제어부 (22)에 의한 예외 처리 (except ion handl ing)가 필요하다.

예를 들어 , 기준 거리 d _rei 가 제 1꼭짓점 (P1)과 제 3꼭짓점 (P3)사이의 거리로 선택된 경우， 수학식 1 및 수학식 2에서 기준 거리 d _rei 가 제 1 거리 (dl) 또는 게 2 거리 (d2) 보다 작은 경우가 있을 수 있다. 이 경우 거 U 듀티비 D¾ 또는 게 2 듀티비 D¾가 음수가 될 수 있으므로， 음수가 되지 않도록 예외 처리를 해주어야 한다. 기준 거리 d _ref 를 초과하는 게 1 거리 (dl) 또는 제 2 거리 (d2)에 대웅하는 진동 크기를 표현하기 위해선 예외 처리에 따른 추가 연산이 필요하다.

다른 예를 들어， 기준 거리 d _ref 가 제 1 꼭짓점 (P1)과 제 2 꼭짓점 (P2) 사이의 거리로 선택된 경우, 수학식 3에서 기준 거리 d _rei 가 제 3 거리 (d3) 보다 항상 크게 된다.즉，게 3듀티비 DR ₃ 는 제 1기준 듀티비 DR _min 까지 감소될 수 없고, 따라서 표현할 수 있는 진동 크기가 제한된다. 이를 표현하기 위해선 예외 처리에 따른 추가 연산이 필요하다.

따라서 이하 도 4의 실시예에서 이러한 추가 연산을 최소화하는 알고리즘을 설명한다.

도 4의 실시예에서， 제어부 (22)는 목표 위치가 제 1， 제 2 및 거 13 액츄에이터 (201 202 203)를 각각 제 1 , 제 2 및 거 13 꼭짓점 (PI , P2 , P3)으로 하는 게 1 삼각형 (T1) 내부의 제 1 위치 ( 11)인 경우，게 1 삼각형 (T1) 및 거 U 위치 ( 11)에 각각 대응되는 게 2 삼각형 (T2) 및 제 2 삼각형 (T2) 내부의 제 2 위치 ( 12)를 좌표 연산하고， 제 2 위치 ( 12)에 촉각자극을 생성하도록 제 1 내지 게 3 액츄에이터 (201 202, 203)를 제어한다. 이때 게 2 삼각형 (T2)은 제 1 꼭짓점 (P1)과 대응하는 제 4 꼭짓점 (P4) , 제 2 꼭짓점 (P2)과 대웅하는 거 15 꼭짓점 (P5) 및 게 3 꼭짓점 (P3)과 대웅하는 게 6 꼭짓점 (P6)을 포함한다. 본 실시예에 따르면， 제어부 (22)가， 정삼각형이 아닌 거 U 삼각형 (T1)을 정삼각형인 제 2 삼각형 (T2)으로 좌표 변환한 후에 게 1 내지 게 3 액츄에이터 (201 , 202 , 203)의 게 1 내지 게 3 출력을 계산하므로， 도 2의 실시예와 달리， 기준 거리 d _ref 가 제 2 삼각형 (T2)의 어느 한 변을 기준으로 하더라도 동일하여， 예외 처리에 따른 추가 연산이 불필요한 장점이 있다. 본 실시예에서， 제 1삼각형 ( _T1 )은 직각삼각형이고， 제 꼭짓점 (P1) 및 제 2 꼭짓점 (Ρ2)은 각각 게 1 삼각형 (T1)의 빗변 양단의 좌표 (xll , yll) 및 (xl2, yl2)에 위치한다. 게 3 꼭짓점 (P3)은 제 1 삼각형 (T1)의 직각 부분 꼭짓점 좌표인 (xl3 , yl3)에 위치한다. 게 2 삼각형 (T2)은 정삼각형이고， 제 4 꼭짓점 (P4)은 좌표 (χ24, y24)에 위치하고, 제 5 꼭짓점 (P5)은 좌표 (x25, y25)에 위치하고， 게 6 꼭짓점 (P6)은 좌표 (x26 , y26)에 위치한다.

도 4에 도시된 바와 같이， 본 실시예에서 제 4 꼭짓점 (P4)은 제 1 꼭짓점 (P1)과 동일한 위치에 있고， 제 5 꼭짓점 (P5)은 제 2 꼭짓점 (P2)과 동일한 위치에 있고， 제 6 꼭짓점 (P6)은 게 3 꼭짓점 (P3)의 부근에 존재한다. 즉, 제 1 꼭짓점 (P1)과 제 2 꼭짓점 (P2)을 연결하는 변을 기준으로 하여 정삼각형인 게 2 삼각형 (T2)을 좌표 변환하였다. 이러한 좌표 변환은 하나의 실시예이며， 다른 실시예로서 게 1 꼭짓점 (P1)과 제 3 꼭짓점 (P3)을 연결하는 변을 기준으로 하여 제 1 삼각형 (T1)으로부터 게 2 삼각형 (T2)을 좌표 변환할 수 있다. 이때， 게 5 꼭짓점 (P5)은 게 2꼭짓점 (P2)과 다른 위치가 될 것이다. 또 다른 실시예로서， 제 1 삼각형 (T1)의 어느 한 변을 기준으로 하지 않고， 제 2 삼각형 (T2)은 독립적인 변의 길이를 갖고 좌표 변환될 수도 있다. 따라서， 게 1 삼각형 (T1)으로부터 제 2 삼각형 (T2)로 좌표 변환되는 방법은 매우 다양할 수 있으며, 특정한 좌표 변환 방법에 의해 본 발명의 권리범위가 제한될 수 없다.

한 실시예로서， 게 1 삼각형 (T1)으로부터 제 2 삼각형 (T2)으로 좌표 변환하는 수학식은 아래와 같다. 다음 수학식 10 및 11을 참조하면， 제 1 삼각형 (T1)의 세 꼭짓점 (PI , P2 , P3)의 좌표와 제 2 삼각형 (T2)의 세 꼭짓점 (P4, P5, P6)의 좌표는 임의로 결정될 수 있으며， 삼각형의 형태가 제한되지 않는 점을 알 수 있다.

다음 수학식 10및 11에서， 제 1꼭짓점 (P1)의 좌표인 (xll , yll) , 제 2 꼭짓점 (P2)의 좌표인 (xl2, yl2) , 게 3 꼭짓점 (P3)의 좌표인 (xl3, yl3) , 제 4 꼭짓점 (P4)의 좌표인 (x24, y24) , 게 5 꼭짓점 (P5)의 좌표인 (x25, y25) , 거 꼭짓점 (P6)의 좌표인 (x26 , y26) , 제 1 위치 ( 11)의 좌표인 (xl , yl)은 미리 결정되어 있으므로， 변수 a, 변수 b 및 게 2 위치 ( 12)의 좌표인 (x2, y2)가 도출 가능하다.

[수학식 10]

' ΐχ-%2 - xl3 - xt - k yl2 - - yl l y.13 - - yll. _, yi - - yiil

[수학식 11] 제어부 (22)는 연산된 제 2 위치 ( 12)와 제 4 꼭짓점 (P4) 사이의 제 4 거리 (d4)에 따라 제 1 액츄에이터 (201)의 제 1 출력을 결정하고， 제 5 꼭짓점 (P5)과 제 2 위치 ( 12) 사이의 게 5 거리 (d5)에 따라 제 2 액츄에이터 (202)의 제 2 출력을 결정하고， 게 6 꼭짓점 (P6)과 제 2 위치 ( 12) 사이의 제 6 거리 (d6)에 따라 게 3 액츄에이터 (203)의 제 3 출력을 결정한다. 제 1 내지 제 3 액츄에이터 (201 , 202, 203)가 진동 모터일 때， 제 1 내지 제 3 출력은 제 1 내지 제 3 진동 크기이다. 한실시예로서， 제 1내지 제 3출력은 제 4내지 제 6거리 (d4 , d5 , d6)에 각각 선형적으로 대응하여 결정될 수 있다.

제 1기준 듀티비가 DR _min 이고， 제 2기준 듀티비가 DR _raax 이고, 제 4거리가 d4이고,상기 제 5거리가 d5이고,상기 제 6거리가 d6이고，기준 거리가 d _ref 일 때， 제 1 액츄에이터 (201)에 입력되는 제 1 듀티비인 DRr 다음 수학식 12에 따라 결정될 수 있다. 유사하게， 제 2 액츄에이터 (202)에 입력되는 게 2 듀티비인 DR ₂ 은 다음 수학식 13에 따라 결정되고， 게 3 액츄에이터 (203)에. 입력되는 게 3 듀티비인 DR ₃ 은 다음 수학식 14에 따라 결정될 수 있다.

[수학식 12]

脚¾ d _T9f - ) * ™ m _min ) + !)Μ _Μη

[수학식 13]

腿 ₂ = ««/—： * -羅 +膽«

[수학식 14]

= - d6) * (麵„ m _m! DR^ 다른 실시예로서， 제 1 내지 제 3 출력은 제 4 내지 제 6 거리 (d4 , d5 , d6)에 각각 로그적으로 대웅하여 결정될 수 있다.

제 1기준 듀티비가 DR _min 이고， 제 2기준 듀티비가 DR^x이고， 제 4거리가 d4이고， 제 5 거리가 d5이고, 게 6 거리가 d6이고， 기준 거리가 d _ref 이고, 제 1 로그 스케일 계수가 si이고， 게 2 로그 스케일 계수가 s2일 때， 다음 수학식 15 , 16및 17에 따라 dl l , dl2및 dl3가 결정될 수 있다. 이때 s2는 si보다 큰 값일 수 있다.

[수학식 15]

dll = (d _f 一 ) * S3 - si) + si [수학식 16]

dt2 ^ ― dS) * (s2― si) + st

[수학식 17] dl3 = (d _mf 46) * (s2 - si) + sl 이때, 제 1 액츄에이터 (201)에 입력되는 제 1 듀티비인 DRr& 다음 수학식 18에 따라 결정될 수 있다. 유사하게， 제 2 액츄에이터 (202)에 입력되는 제 2 듀티비인 DR ₂ 은 다음 수학식 19에 따라 결정되고， 게 3 액츄에이터 (203)에 입력되는 제 3 듀티비인 D 은 다음 수학식 20에 따라 결정될 수 있다.

[수학식 18]

[수학식 19]

[ 지금까지 본 발명에서는 게 1 위치 ( 11) 또는 제 2 위치 ( 12) 등 특정 위치에 가상 촉각자극을 생성하는 방법을 설명하였으나， 이러한 제 1 위치 ( 11) 또는 제 2위치 ( 12)를 시간에 따라 점차적으로 변화시킴으로써 특정 위치가 아닌 가상 촉각자극의 이동을 사용자가 경험하도록 할 수도 있다. 또는 한 위치가 아닌 복수의 위치에 동시에 가상 촉각자극을 생성하거나 이동시킴으로써 새로운 촉각 경험을 사용자에게 제공할 수도 있다. 따라서 본 발명은 다양한 가상 촉각자극 생성 알고리즘에 웅용될 수 있으며 , 상술한 실시예들로 본 발명의 권리범위가 제한될 수 없다.