KR100252706B1

KR100252706B1 - 힘피이드백및텍스쳐시뮬레이팅인터페이스장치

Info

Publication number: KR100252706B1
Application number: KR1019920701851A
Authority: KR
Inventors: 제임스 에프. 크래머
Original assignee: 제임스 에프. 크래머
Priority date: 1990-02-02
Filing date: 1992-08-03
Publication date: 2000-04-15
Anticipated expiration: 2012-08-03
Also published as: CA2075178A1; EP0513199A4; JP3290436B2; WO1991011775A1; US5184319A; AU649655B2; AU7319991A; ATE287555T1; AU671705B2; AU5752394A; JPH05506736A; EP0513199A1; EP0513199B1; DE69133441D1; CA2075178C

Abstract

감지몸부에 힘 및 텍스처를 제공하는 인간-기계 인터페이스가 설명된다.

그 인터페이스는 힘 적용장치(902)에 전송된 힘을 생성하는 힘동작 장치(900)로 구성된다. 그 힘적용 장치는 상기의 생성된 힘을 압력감지 몸부에 적용시킨다. 힘적용 장치 상에서 힘센서(909)는 압력 감지뭄부에 적용된 실제힘을 특정하고, 한편 각 센서(917)은 관련 접합몸부의 각을 측정한다. 컴퓨터 장치(911)은 그 접합모부 위치정보를 원하는 힘값을 결정하는데 사용하여서 압력 감지몸부에 적용하도록 한다. 컴퓨터 장치(911)는 접합 몸부 위치 정보를 힘센서 정보와 결합시켜서, 힘동작 장치로 보내지는 힘명령을 추정한다. 이런 방식으로 컴퓨터 장치는, 압력 감지몸부에 가해지는 실제힘을, 관련된 접합 몸부의 위치에 의존하는 원하는 힘으로 제어하게 된다. 추가로 인터페이스는, 변위적용장치(902)(텍스처 시뮬레이터 등)에 전송되는 변위를 생산하는 변위동작장치(901)로 구성된다. 그 변위적용 장치는 상기의 생성된 변위를 압력감지 몸부에 적용한다. 상기 힘 적용장치 및 변위 장치는 압력 감지몸부에 힘 및 정보를 동시에 제공하도록 결합되기도 한다.

Description

[발명의 명칭]

힘 피드백 및 텍스쳐 시뮬레이팅 인터페이스 장치

[기술분야]

본 발명은 사람-기계 인터페이스 및 특히 몸체부 위치를 측정하며 사용자에게 힘과 텍스쳐 피드백을 제공하는 인터페이스에 관한 것이다.

[배경기술]

컴퓨터 대화의 새로운 방식은 아직 미숙한 단계이다. "가상환경" 또는 "가상현실"이란 단어는 곧 익숙하게 될 것이다. 가상환경이라는 것은 환경의 어떤 부분이 인위적으로, 대개는 컴퓨터에 의해 시뮬레이트 되는 환경이다. 컴퓨터는 환경에 대해 그래픽 시뮬레이션을 만들 수 있고, 의자, 창문, 문, 벽 등의 그래픽 이미지 그리고 심지어는 다른 사람의 이미지로 완성할 수 있다. 또한 컴퓨터는 환경적 소리를 시뮬레이팅할 수 있다. 만들어진 대상은 일반적인 2차원 디스플레이에, 예를 들면 컴퓨터 스크린에 보이거나 또는 특수한 입체 장비로 볼 수 있다. 이 대상은 3차원저으로 표현될 수도 있다.

한 개인이 가상환경에서 대화하는 가장 자연스런 방법은 스스로 그래픽표시를 직접 제어하는 것이다. 예를 들면, 개인이 그의 머리를 돌릴 경우, 그가 바라보는 디스플레이 스크린은 대체적으로 업데이트된다. 또한 개인이 그의 손을 뻗고 접으면, 스크린 상에 그의 손에 대한 컴퓨터 발생 이미지가 뻗고 접혀진다. 이와 같은 가상의 환경은 책속에서나 토론되어 왔다.

가상의 현실을 감지하기 위해, 컴퓨터는 실제 시간에 실제 대상 또는 상상의 대상에 대한 그래픽 이미지를 발생시키고 조정할 수 있어야 한다. 환경에 대해 그래픽 표시를 발생시키는 것이 시간 낭비하고, 시도되지 않았을지라도, 많은 이론들의 연구되었고, 대화식 3-디(D) 컴퓨터 그래픽 및 고체 모형 제작의 방식으로 익숙해진 사람들에 의해 잘 이해되어 왔다. 여기에 기재된 발명은 비교적 연구가 이루어지지 않았던 즉 "사용자가 어떻게 가상의 환경에서 그의 컴퓨터 발생 대응물로부터 쥐는 힘과 텍스쳐를 감지할 수 있을까?"하는 중요한 관련영역에 속한다.

사용자가 정보를 컴퓨터에 엔터시킬 수 있는 주변장치가 많이 있다. 이 가운데 가장 주목할 것은 표준 쿼티 키보드(QWERTY keyboard)이다. 이러한 "키 입력" 개념이 수많은 변형 외에도, 관련된 다른 많은 장치가 있다. 그와 같은 장치의 일부로는 마우스, 조이스틱(joystick), 트랙볼(trackball) 및 캐드(CAD) 태블릿(tablet)을 포함한다. 이 컴퓨터 입력 장치들의 주된 단점은 이것들은 가잔 효율적이고 자연스러운 방법으로 사용자가 정보를 엔터시킬 수 없다는 점이다. 예를 들면, 소프트웨어 프로그램에서, 디자이너는 블록의 숨겨진 면을 보고 또한 변형시키기 위해 컴퓨터 스트린 상에서 블록의 3차원 그래픽 표시를 회전시키고 싶을 수 있다. 현재 유용한 입력장치를 이용하여, 디자이너는 바라던 방향과 장면을 얻기 위해 물체가 회전되도록 하는 축 또는 일련의 축들을 선택해야 하다. 바라던 축을 선택한 후, 회전각이 저애져야 하는데, 대개는 마우스의 선형 운동에 의해 또는 키보드에 의해 십진이 양으로서 바라던 회전량을 엔터시키므로 정해져야 한다. 이 모든 절차는 "실제세계"에서 비슷한 업무에 직면했을 때 사람이 보통 하려는 것을 즉 그가 물체를 펴고, 집고 회전시키려는 것을 비교할 때 매우 번거롭고 지관적이지 않아 보인다.

따라서, 본 발명의 목적은 물체/환경 대화에 더욱 자연스런 접근을 위해 피드백을 제공하는데 있다.

컴퓨터에 손가락 위치 정보를 제공하는 도구체 장갑은 가상의 환경에서 시뮬레이팅된 물체를 다루는데 이용된다. 또한 이와 같은 장갑은 실제물체를 파지하는 매우 정교한 작용체를 제어하는 텔레 로봇 공학에서 이용되어 왔다. 그러나, 장갑 착용자에게 힘 피드백의 결여는 오픈 루프 조작 접근의 효율성을 감소시킨다. 컴퓨터 스크린 상에서 달걀의 3차원 그래픽 모델을 상상해 보라. 달걀과 동일한 스크린 상에 손의 그래픽 이미지에 여러분의 손가락과 손 운동을 그리는 장갑을 여러분이 착용하는 것은 어떨까? 당신이 당신의 손가 손가락을 움직일 때, 손과 손가락의 대응하는 그래픽 이미지는 비슷한 방법으로 움직인다. 이 과제는 달걀을 집기 위해 컴퓨터 스크린 상에 그래픽 손을 제어하는 당신 자신의 손과 손가락을 이동시키는 것이다. 이 과제를 달성하기 위해 당신은 가상의 달걀을 잡아서 들을 수 있도록 충분한 힘을 인가하여야 한다. 그러나 달걀이 부서질 수 있는 강한 힘이어서는 안된다. 쥐는 힘과 촉각 피드백과 같은 것이 없으면, 이 과제는 매우 어렵게 된다.

촉각 이외의 다른 감각에 가상 또는 텔레-조작되는 물체와 시뮬레이팅 접촉에 관한 정보를 제공하려는 시도가 있어왔다. 테스팅되어 시뮬레이팅된 피드백의 한 방법은 청각적 실마리를 이용하는 것이다. 예를 들면, 접촉이 이루어질 때, 컴퓨터에서 삐하는 소리가 난다. 다른 간단한 방법으로 접촉이 일단 이루어지면 물체를 두드러지게 하는 것이다. 이 2가지 방법은 사용자에게 손-눈 조정을 재교육할 것을 요구할 것이다. 사용자가 물체를 파악하는 "비 자연스런" 상기 방법들 중 어느 하나를 배우는데 좌절되고 시간이 낭비된다면, 가상의 환경에서 대화하는 감각은 감소될 것이다.

[발명의 요약]

본 발명의 목적은 대화식 컴퓨터 분야에 제공될 수 있는 인간-기계 인터페이스를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 신체의 선택된 부분, 예를 들면 손가락 끝에 세팅 힘을 제어할 수 있는 힘 피드백 제어시스템에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 신체의 선택된 부분, 예를 들면 손가락 끝에 있는 텍스쳐를 시뮬레이팅할 수 있는 사람-기계 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 각 손가락에 인가된 힘을 쓰고, 측정하며 동적으로 바꾸고 제어하는, 각각의 손가락 끝에 인가된 촉각적 어래이 패턴을 바꿀 수 있는 손가락 및 손 위치 및 손의 방향을 감지할 수 있는 장갑을 포함한 사람-기계 인터페이스를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 손가락 끝에 인가된 힘을 감지할 수 있고, 감지된 신호를 이용하여 손가락 끝 힘을 손가락위치의 함수로서 변경할 수 있는 소정 힘 세팅 포인트로 제어할 수 있는 디지탈 제어시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 많은 다른 응용분야, 예를 들면 가상환경-, 텔레-조작, 대화식 3차원 그래픽 및 캐드(CAD)에서 이용될 수 있는 힘 및 텍스쳐 피드백 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 특징은 건(tendon)으로 이용되고, 감지 몸체부에 힘을 인가하거나 또는 텍스쳐 시뮬레이팅 부재를 실행시키기 위한 장력에서 이용되는 형상 기억 합금 와이어 또는 가요성, 저마찰, 고율의 탄성 실로서 힘 전달 가요성 연장 부재를 안내하는 하나 이상의 동심적 가요성 케이싱을 포함할 수 있는 가요성 하우징의 이용에 있다.

본 발명의 다른 특징은 감지 신체 부분에 힘을 인가하는 힘 인가장치에 의해 이용되는 감지 몸체부에 기체 또는 액체와 같은 힘 전달 가요성 연장 부재를 안내하는 하나 이상의 동심적 비탄성 튜브를 포함할 수 있는 가요성 하우징의 이용에 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 가요성 건 케이블, 또는 기체 또는 액체 튜브를 통해 감지 몸체부에 전달되고 감지 몸체부에 힘을 인가하는 힘 인가 장치에 의해 이용되는 힘을 발생시키는 힘 액츄에이터의 이용에 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 가요성 건 케이블 또는 기체 또는 액체 튜브를 통하여 감지 몸체부에 전달되며, 감지 몸체부상의 텍스쳐를 시뮬레이팅 하는 텍스쳐 시뮬레이터에 의해 이용되는 변위를 발생시키는 힘 또는 변위 액추에이터의 이용에 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 가요성 건 케이블 또는 튜브가 고정되는 지지체의 이용에 있다. 상기 지지체는 감지 몸체부가 손의 일부일 때 보강 손목 스트랩일 수 있다.

본 발명의 다른 특징은 힘 액추에이터에 의해 힘 감지 몸체부에 인가된 힘을 측정하는 압력, 장력 및/또는 힘 센서의 이용에 있다.

본 발명의 한 실시예는, 처음에, 손가락 및 손 운동을 표시하는 아날로그 값을 제공하는 센서뿐만 아니라 힘의 크기에 대한 착용자의 손가락 끝의 실제 및 피드백과 결합되는 장갑을 제공하며, 대응하는 그래픽(또는 실제의) 장치는 주어진 가상(또는 텔레-조작된) 물체에 제공된다. 또한 본 발명의 시뮬레이팅된 텍스쳐 및 에지 방향이 사용자에게 제공되도록 하는 수단에 관한 것이다.

하나 이상의 몸체부 위치를 감지하고 힘과 텍스쳐 피드백을 하나 이상의 몸체부에 제공하는 본 발명은 컴퓨터 대화의 비교적 "자연스런" 방법을 허용한다. 상기 장치는 단일 유니트로서 다음을 제공한다: (1) 제어 몸체부 위치-감지장치, 이는 개별적으로 이동가능한 제어 몸체부와 연결된 다수의 신호 발생장치를 이용하는데, 이 신호는, 복합 신호를 정하도록 분석된 개별 신호들과 함께, 제어 몸체부 위치에 관한 것이다. 신호 발생 장치는 스트레인 게이지, 전자석 센서, 초음파 센서, 압전 센서, 홀 효과 센서, 적외선 에미터/검출기 쌍, 인코더/포텐셔미터, 레이저 스캐닝 센서 또는 그 외의 광학 위치(및/또는 방향) 센서를 포함한 몸체부 위치 및/또는 방향을 제공하는 어떤 것일 수도 있다. 또한 상기 장치는: (2) 감지 몸체부에 힘 정보를 인가하는 힘 인가수단; (3) 힘 측정신호를 제공하는 힘 감지수단: (4) 감지 몸체부에 표면 패턴(예를들면 텍스쳐) 정보를 제공하는 텍스쳐 인가수단(예를 들면 텍스쳐 부재의 어레이); (5) 전기적, 전자적, 전자기계적, 기체, 액체, 압전, 형상 기억 합금(예를들면 니켈/티타늄 합금), 증기압력 액츄에이터를 포함하여, 힘(또는 변위)을 생성시키는 액츄에이터일 수 있는 힘 생성수단; (6) 힘 생성수단으로부터 인가수단(예를들면, 힘 인가수단 또는 텍스쳐 인가수단)으로 힘 신호를 전송하는 힘 전달 장치(예를들면 가요성의 압축할 수 없는 하우징에 의해 안내된 가요성, 비탄성 건 또는 비탄성 하우징에 의해 안내된 압축할 수 없는 유체); (7) (예를들면, 위치-감지 및/또는 힘-감지수단으로부터) 신호를 수집하고 (예를들면, 힘 인가 및/또는 텍스쳐 인가수단을 위해) 신호를 만드는 신호 수집 및 발생수단(예를들면, 프로세서 또는 컴퓨터); 및 (8) 몸체부 감지수단, 힘-인가수단, 텍스쳐-인가수단, 힘-생성수단, 힘-전달수단 및 신호수집 및 발생수단을 유지하는데 이용되는 지지 구조체(클립, 스트랩, 클램프, 가이드, 포킷, 재료 등을 포함함)를 포함한다.

제어 몸체부 위치-감지수단과 연결된 신호는 감지 몸체부에 인가된 힘과 감지 몸체부에 제공된 텍스쳐에 의해 좌표가 형성된다. 예를 들면, 제어 몸체부 위치-감지수단에 의해 발생된 신호는 가상환경에서 컴퓨터에 의하여 발생된 멀티아티큘레이팅 대화식 엔티티를 조작하기 위한 신호수집 및 발생수단에 의해 이용될 수 있다. 힘 인가수단은 대화식 엔티티와 가상환경의 컴포넌트사이의 대화와 관계하는 감지 몸체부에 힘을 인가할 수 있다. 또한 텍스쳐-인가수단은 표면 패턴 정보신호와 관련될 수 있고 엔티티의 대화와 가상 환경의 컴포넌트와 관련하여 현실의 감각을 강화시키기 위해 감지 몸체부에 텍스쳐를 제공한다.

발명에 대한 특정한 이용은 힘 및 텍스쳐 피드백을 감지하고 손에 제공하는 것이다. 손에 이용될 때 본 발명에 대한 유용한 실시는 "피드백 장갑"이다. 피드백 장갑의 실시예는 손의 위치 및 방향을 측정하는 수단, 개개의 조인트 각을 측정하는 수단, 손의 여러 부분에 선택된 텍스쳐를 제공하는 수단으로 이루어진다. 본 발명의 많은 특정 설명이 피드백 장갑에 집중되지만, 장갑에 대한 감지 및 구조는 신체의 다른 부분(예를 들면, 팔, 다리, 발, 머리, 목, 허리 등)으로 변형될 수 있다.

피드백 장갑의 바람직한 실시예에서, 손의 위치 및 방향을 제공하는 수단은 폴헤무스(Polhemus) 전자기 위한 센서이다. 개개의 조인트 각 감지수단은 서로 맞대어 장착된, 2개의 긴 가요성 스트레인 게이지로 이루어진다. 스트레인 게이지 어셈블리는 각 조인트 위에 형성된 안내 포켓에 위치한다. 하나의 조인트가 휘어질 때, 게이지의 대응 쌍의 스트레인 게이지 중 어느 하나는 압축되어 있다. 2개의 스트레인 게이지의 각 쌍은 일반 휘스톤 브리지 구조의 하프 브리지의 2개의 다리를 포함한다. 아날로그 멀티플렉서는 어느쪽 하프 브리지 전압이 아날로그/디지탈 컨버터에 의해 샘플링될 것인지를 선택하는데 이용된다. 각 게이지에 의한 최대의 스트레인은 게이지가 장착된 등받침부(backing)의 탄성율 및 두께를 변경하므로써 조정된다. 등받침부는 게이지의 수명을 현저히 감소시키지 않고 신호출력을 최대화하도록 선택된다. 이 조인트 각 스트레인 게이지 센서는 크래머(Kramer) 등의 특허출원번호 제07/258,204호에 개시되어 있고 구체화되어 있다.

손의 부분들에 힘을 인가하는 수단은 소정 힘을 생성시키는 수단(예를들면 전기모터), 힘 인가수단에 생성된 힘을 전달하는 수단(예를 들면 가요성 건/케이싱 어셈블리), 손의 특정부분(예를 들면 손가락 끝)에 힘을 전달하는 수단(예를 들면 힘 인가 플랫폼)으로 이루어졌다. 또한 피드백 장갑은 인가된 힘을 측정하는 수단(예를 들면 힘 감지 플랫폼 또는 부하 셀)을 포함한다. 손가락 부분에 텍스쳐를 제공하는 수단은 소정 변위를 생성시키는 수단(예를 들면 전기 기계적 솔레노이드), 생성된 변위를 손에 전달하는 수단(예를 들면 가요성 건/케이싱 어셈블리), 손의 특정부분(예를들면 손가락 끝)에 표면 패턴을 제공하는 수단(예를 들면 텍스쳐 부재의 어래이)을 포함한다. 이 실시예는 건의 단부와 케이싱 양측을 지지하며 또는 힘 및 텍스쳐 인가수단을 지지하는 구조체를 포함한다.

조인트 각 센서 및 힘 및 텍스쳐 피드백 장치를 이용하는 힘 피드백 장갑은 힘 및 텍스쳐 피드백을 이용하지 않는 조인트 감지장치의 많은 문제를 극복한다. 피드백 장갑은 사용자에게 "자연스런"방법으로 접촉 및 파지 정보를 시뮬레이팅하며 또한 많은 업무, 예를 들면 대화식 3차원 그래픽 및 텔레로봇 공학에서 일어나는 것들을 용이하게 한다. 피브댁 장갑은 가상환경에서의 "가상" 물체 또는 텔레로봇 분야에서 이용될 때의 "실제"물체로부터의 텍스쳐 정보를 피드백하기 위하여 이용될 수 있다.

적당한 애니메이션 및 제어 소프트웨어를 이용할 때, 피드백 장갑은 디스플레이 장치 상에 그래픽 모델로서 나타내는 예를 들어 컵과 같은 가상 물체 등을 신뢰성 있게 파지하도록, 그의 손을 나타내는 컴퓨터 발생 그래픽 표시와 같은 대화적인 엔티티를 사용자가 제어하기에 충분한 촉간 피드백과 조인트 각 감각을 제공한다. 몇 가지 가상의 물체는 실제 몰체에 대한 물리적 특성, 예를 들어 무게, 윤곽, 강도 및 텍스쳐를 보이도록 프로그램된다.

이러한 특성 및 다른 특징들은 감지 될 수 있고 가상의 물체는 피드백 장갑을 이용하도록 조작된다. 장갑에 통합된 힘 피드백은 가상의 파비 힘 정보를 사용자에게 전달하며, 텍스쳐 시뮬레이터는 사용자가 자신의 컴퓨터에 의하여 시뮬레이팅된 가상 손가락으로 가상의 물체를 단지 "만지므로써"에지의 방향과 운동을 감지할 수 있게 한다.

조인트 각 감지, 힘 및 텍스쳐 피드백을 인가하는 피드백 장갑은 또한 텔레로봇 공학에도 이용될 수 있다. 상기 적용분야에 대해 피드백 장갑은 말단부의 실제 물체를 파지하기 위해, 로봇 조작기와 같은 대화식 엔티티를 제어하는데 이용되는 조인트 각 정보를 제공한다. 장갑의 힘과 텍스쳐 피드백은 사용자에게 로봇의 파지기에 의해 감지된 물체의 윤곽 및 실제 파지 힘을 인가하므로, 실제 물체는 떨어짐 또는 부서짐 없이 파지되어 조작될 수 있다.

또한 힘 피드백을 이용하는 장갑은 손가락 기교, 손가락 타이밍 및 악기를 배우는데 필요한 운동조차 가르치도록 프로그램될 수 있다. 예를 들면, 사용자가 피아노를 배우고 있다면, 손가락이 굽혀질 때, 사용자는 가상키로부터 손가락 끝 압력 형태를 받아 사용자가 키를 누르고 있다는 것을 나타내도록 한다. 손가락 굴곡을 제한하도록 손가락의 등쪽에 위치한 것과 비슷한 건들이 손의 바닥측에 위치될 수 있다. 이 바닥측 건들은 손가락이 소정 굴곡된 위치가 되도록 하거나 또는 손가락이 연장되는 것을 제한하는데 이용될 수 있다. 이 건들은 사용자가 피아노를 치는 것을 배우고 싶은 경우 또한 그의 손가락이 적당한 시간에 적당히 위치하고 굴곡되도록 원할 경우 이용될 수 있다. 이 실시예에 대한 개념은 가상의 피아노로부터 다른 가상의 도구로 그리고 심지어는 가상의 타이프라이터와 같은 다른 장치로 확장될 수 있다. 피드백 장갑은 누군가가 타이프 치는 것을 가르치는데 이용될 수 있고, 배운 때에는 사용자가 "허공에 타이핑함으로써" 서류를 만들도록 한다.

특히 본 발명은 실제의 인간 조인트 각을 측정할 뿐만 아니라 사용자에게 2개의 피드백 감각을 제공하는 사람-기계 시스템에 관한 것이다. 첫번째 감각은 힘이다. 바람직한 실시예에서, 작은 장치가 조인트 각 감지 장갑의 손가락 끝에 장착되어 손가락 끝과 병렬 위치로 힘 인가 플랫폼을 집는다. 힘 인가 플랫폼은 활성화되지 않을 때, 철회수단(예를 들면, 판스프링)에 의해 손가락 끝으로부터 이격(약 4mm 정도)되지만, 활성화될 때 손가락 끝을 빨리 접촉시킬 수 있고 동적으로 선택가능한 힘을 인가한다. 힘 인가 플랫폼의 갑작스런 충격은 실제의 손가락 끝이 물체에 접촉할 때 감지된 것과 비슷한 감각을 제공한다. 그후, 힘 인가 플랫폼은 가상의 손가락이 가상의 물체에 대하여 눌려질 때, 힘의 크기와 관련되는 프로그램가능한 힘으로 손가락 끝을 가압한다.

바람직한 실시예에서, 손가락 끝에 힘 인가 플랫폼에 의해 인가된 힘은 힘 생성 액추에이터(a.c., d. c. 서보 모터)로부터 가요성의 비압축성 관 케이싱 내에 있는 고항장력 가요성 건에 의해 전달된다. 이 어셈블리의 기능은 자전거 브레이크 케이블과 비슷하다. 다른 실시예에는 전기, 전자기, 전기 기계, 기체, 유체, 페이즈, 형상 기억 합금(예를 들면 니켈/티타늄 합금), 증기압 또는 그 외의 적합한 기술에 근거한 힘 액추에이터를 제공한다. 적정한 액츄에이터 기술을 선택할 때, 여러 가지 요소가 고려되어야 하는데, 즉 반응속도, 힘 출력, 크기, 무게, 비용 및 힘 소비가 고려되어야 한다.

건 케이싱의 한 단부는 힘 액추에이터 근처에 그리고 다른 단부에 피드백 장갑근처 손목밴드레 고정된다. 건이 손목밴드에 고정된 케이싱의 단부로부터 나타날 때, 건이 그의 마지막 목표 위치에 도달할 때까지 장갑에 고정된 케이싱에 의해 안내된다. 사용자가 손가락을 굽히지 못하도록 힘을 인가하여야 하는 건은 손목으로부터 손등을 가로질러 마지막 위치로 안내된다. 바람직한 실시예에서, 이들 건은 각 손가락의 등을 가로질러 지나며 손가락 끝에서 힘 인가 플랫폼에 기계적으로 연결된다. 또한 건은 적당히 보강된 장갑 중간 위치에서도 끝날 수 있다.

장력이 증가될 때, 손가락의 등쪽을 따라 지나는 건들은 조인트에 대해 가압되고 손가락 또는 손으로부터 장갑을 끌어당기려하지 않는다. 건의 장력은 건의 통과하는 조인트가 건을 더 연장시키는 방향으로 굽는 것을 억제한다.

착용자가 손가락을 뻗을 수 없도록 하는 힘을 인가하기 위해 또는 구부러진 위치로 손가락을 움직이게 하기 위해, 건은 케이싱 부분들에 의해 장갑의 바닥측을 가로질러 안내된다. 바람직한 실시예에서, 이 건들은 손가락 끝으로 안내되어 궁극적으로는 힘 인가 플랫폼에 고정되지만, 또한 알맞게 보강된 중간 위치에서 끝날 수 있다. 건들이 손의 등을 따라 안내되는 경우와 달리, 손의 바닥을 따라 안내되는 건들에 장력이 있을 때, 손으로부터 멀리 케이싱 부분(그리고 장갑 재료)을 당기는 경향이 있다. 필요하지 않을지라도, 케이싱이 손목밴드에 고정된 곳으로부터 마지막 목표 위치로 지날때 손바닥의 표면 및 손가락을 따라 건들을 안내하는 것이 바람직하다면, 장갑은 각각의 조인트 사이에서 보강되어야 한다.

건들이 경유하여 궁극적으로 장갑에 고정되는 위치는 건에 의해 손에 인가되는 힘을 결정한다. 단일 건에 의하여 손이 부분들에 인가되는 힘 및 토크는 독립적으로 제어될 수 없다. 손의 한 부분에 인가된 힘 또는 건에 의해 개개의 조인트에 인가된 토크가 제어될 수 있다. 바람직한 실시예에서 건들은 손가락 끝에 있는 힘 인가 플랫폼에 고정되고, 손가락 끝의 힘들이 측정되고 제어되지만, 토크는 조인트에 인가되지 않는다. 힘을 단절시키고 단일의 중간 조인트의 움직임을 독립적으로 제한하기 위해, 별도의 건이 이용된다. 별도 건이 케이싱은 조인트 바로 앞에 고정되고 건은 힘 인가 플랫폼을 조금 넘어 고정된다. 전술한 바와 같이, 장갑은 조인트 근처에서 보강되므로 잔갑 재료는 건의 힘 하에서 과도하게 뻗지 않는다.

힘 액츄에이터에 의해 힘이 처음으로 인가될 때, 힘은 손목밴드와 원하는 손가락 사이에 나타난다. 그러므로, 손목상의 피부의 "느슨함"이 취해질 때, 손목밴드는 손가락쪽으로 움직이는 경향이 있다. 이 상대운동 발생가능성은 피부에서 느슨함을 최초로 취하는 수단을 결합함으로써 감소될 수 있다. 느슨함이 일단 취해지면, 손목밴드의 움직임이 멈추고 손가락은 건의 전체 힘(마찰 손실은 제외하고)을 경험한다. 손목 피부상의 느슨함이 처음에 취해지지 않을 경우, 현실의 접촉 감각을 제공하기 위해, 힘 액추에이터는 충분히 큰 밴드폭을 가지도록 하여, 이 느슨함을 취하는 시간이 손가락 움직임의 밴드폭에 비할 때 중요하지 않도록 하여야 한다.

바람직한 실시예에서, 손가락 끝에서의 실제 힘은 감지되고 서보 제어 시스템에 피드백 된다. 손가락 끝에 인가된 힘이 손목 피부에 적합한지에 관계없이 원하는 힘 프로필을 따르도록 제어시스템은 힘 액츄에이터의 출력을 제어한다. 어떤 손가락에 대한 힘 프로필은 주어진 어떤 손가락과 손 위치에 대하여 바라던 힘 세트 포인트를 발생시키는 함수이다. 즉, 손가락이나 손이 위치를 바꿀 때, 손가락에 인가된 힘은 변한다. 예를 들면, 버튼이 토글 포인트에 도달하고 클릭하고 그 대부분의 저항력을 해제할 때 까지 버튼이 가압될 때, 그 대향력을 점진적으로 증가시키는 푸시 버튼 스위치의 힘감각을 시뮬레이팅하는 힘 프로파일이 발생될 수 있다.

또한 물체 접촉 및 힘 정보를 제공하는 것 이외에, 본 발명은 물체 텍스쳐와 에지방향을 지각할 수 있는 수단을 제공한다. 하나의 실시예에서, 전술한 손가락 끝 힘 인가장치는 소위 텍스쳐 부재라고 하는 작은 시뮬레이터 어래이를 포함하도록 변형될 수 있다. 이 부재들은 힘 피드백을 인가하도록 표면 패턴(예를 들면, 시뮬레이팅된 텍스쳐)을 만든다. 각각의 텍스쳐 부재는 개별적으로 선택될 수 있다. 텍스쳐 부재는 작은 핀이며 선택시 연장되고 그의 연장된 크기는 프로그램될 수 있다. 또한 텍스쳐 부재는 한쌍의 전극이며 전기적 피부 시뮬레이션을 거쳐 만들어진 촉각이 될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 텍스쳐 부재는 텍스쳐 변위 액추에이터에 의해 움직인다. 힘 피드백의 가요성 다발 및 텍스쳐 시뮬레이팅 건들은 힘과 텍스쳐 액추에이터 양측과 장갑을 연결시킨다. 텍스쳐 부재에 대한 변위 액추에이터의 종류는 바뀔 수 있다. 특정 실시예에서 2진 또는 선형의 변위 액추에이터를 이용할 수 있고 이 액추에이터는 전기, 전자기, 전기 기계, 기체, 유체, 피에조, 형상 기억 합금, 증기압 및 그 외의 적정한 기술에 근거할 수 있다. 적정한 액추에이터 기술을 선택할 때, 여러 가지 요소, 즉 반응속도, 힘출력, 크기, 무게, 비용 및 힘의 소비 등이 고려되어야 한다. 기체 또는 유체가 이용될 경우, 밀봉된 가요성 튜빙 어셈블리는 텍스쳐 액추에이터를 텍스쳐 부재에 연결시키는데 이용된다. 그렇지 않으면, 이 연결은 힘을 힘 액추에이터로부터 힘 인가장치로 전달하기 위하여 사용된 것과 비슷한, 케이싱 내부에서 건으로 이루어진 케이블링 수단을 이용한다.

이진 액추에이터(예를 들면, 2가지 상태의 솔레노이드)가 이용되는 경우, 텍스쳐 부재는 완전히 연장되거나 또는 완전히 철회될 수 있다. 선형의 액추에이터가 선택되면(예를들면, a.c, d. c. 서보 모터), 텍스쳐 부재의 연장부는 연속적으로 바뀐다. 힘에 의해, 텍스쳐가 손가락 끝에 인가되는 힘은 힘 액추에이터에 의해 정해진다. 텍스쳐 어래이의 패턴은 시간과 함께 변경될 수 있고 조인트 또는 손의 위치 변경을 고려할 수 있다. 예를 들면, 텍스쳐 어래이를 동적으로 바꿈으로써, 사용자는 여러 가지(예를 들면 부드러운/거친) 가상 표면위로 움직이는 가상 손가락을 지각할 수 있다. 텍스쳐 어래이를 변경하는 시간을 이용하여, 사용자는 가상 또는 텔레-조작된 물체의 에지 방향을 정할 수도 있다.

[도면의 간단한 설명]

제1a도는 건/케이싱 어셈블리의 사시도.

제1b도는 제1a도의 사시도의 횡단면도.

제2a도는 장갑에 고정된 힘 전달 건 어셈블리를 나타내는 측면도.

제2b도는 건 가이드를 통하여 손가락을 덮는 재료에 고정된 건들을 나타내는 횡단면도로서, 하나의 건은 손가락 등에 그리고 다른 하나의 건은 손가락 바닥에 고정됨.

제2c도는 몸의 다른 부분(예를들면 팔)에 힘 피드백을 전달하기 위해 고정된 건을 나타내는 실시예.

제3도는 장갑에 고정된 건 어셈블리를 시뮬레이팅하는 텍스쳐를 나타내는 발명의 실시예에 대한 측면도.

제4a도와 제4b도는 힘 건들이 건 케이싱을 걸쳐서 장갑의 손가락 끝의 등과 바닥 양측에 고정된 단부는 장갑의 손목부분에 그리고 다른 단부는 손가락 끝의 힘 인가 어셈블리에 고정되어 있는 발명의 실시예를 나타내는 도면.

제5a도-제5h도와 제6a도-제6c도는 여러 가지 힘 생성장치의 실시예를 나타내는 도면.

제7a도와 제7b도는 부가적으로 텍스쳐 정보를 시뮬레이팅하는 변형된 힘 생성장치를 나타내는 도면.

제8a도-제8m도는 여러 가지 텍스쳐 시뮬레이터를 나타내는 도면.

제9도는 전기/기계적 신호전달 다이어그램.

제10도는 손가락 끝의 힘을 제어하기 위한 제어시스템 블록도.

제11a도-제11d도는 손가락 끝에 인가되는 힘을 감지하는 부하 셀을 이용한 힘 생성장치를 나타내는 도면.

제12a도와 제12b도는 플랫폼과 손가락 끝사이의 접촉 압력을 균일하게 만들기 위하여 피봇팅할 수 있는 힘을 플랫폼을 나타내는 도면.

제13도는 압력 분배가 건 장력을 다르게 조절하므로써 변형될 수 있는 힘 공급 플랫폼의 측면도.

제14a도와 제14b도는 힘 공급 플랫폼이 소정 방향으로 피봇팅할 수 있어 압력의 중심 위치를 이동시킬 수 있는 실시예의 측면도와 평면도.

제15도는 플랫폼이 손가락 끝을 접촉하기 전에 건의 장력을 측정할 수 있는 실시예의 측면도.

제16a도와 제16b도는 건의 장력을 측정하는 2가지 방법의 측면도.

제17a도와 제17b도는 굽힘 센서 및 힘 전달 건 양측을 지지하는 구조체의 2가지 실시예에 대한 측면도.

제18a도와 제18b도는 힘 피드백 장갑과 케이싱 지지 손목밴드 사이에 예비 장력을 인가하는 실시예의 사시도와 평면도.

제19도는 3개의 루프 힘 제어시스템이 블록도.

[본 발명의 상세한 설명]

제1a도 및 제1b도는 힘 액츄에이터에 의해 생성된 힘이 어떻게 선택된 위치에 전달되는지를 도시한다. 제1a도는 건 어셈블리의 투시도이며 제1b도는 그의 단면도이다. 건 어셈블리는 하나 이상의 동심 신축성을 가진 낮은 압축성 관형 케이싱(101; 예컨대 테프론 관)내의 낮은 마찰, 높은 신축력 계수 및 높은 장력을 가진 신축성 건 케이블(100; 예컨대 데크론 201b, 시험낙시줄 또는 케블라 실)로 이루어진다. 케이싱 어셈블리의 한단부(102)는 힘 액추에이터 근처에 고착되며 케이싱의 다른 단부(103)는 힘이 가해질 수 있는 위치에 고착된다(예컨대, 피드백 장갑에 있어서, 케이싱은 손목 밴드에 고착되고 힘은 손가락 끝에 가해진다). 단일 케이싱의 벽두께를 단순히 증가시키는 것보다 오히려 다수의 동심 케이싱들(예컨대, # 14관 내부의 # 20 테프론 관)을 이용함으로써, 건 케이싱은 케이싱들이 서로에 대해 미끄러지므로 동일한 두께의 단일 케이싱에 비하여 더 신축성이 있고 또한 동일한 벽두께의 단일 케이싱과 거의 같은 전체 압력을 여전히 생기게 한다.

제2a도는 장갑(200)에 고착된 힘 피브댁 건 어셈블리의 측면도이다.

상기 실시예에서 각 건의 힘은 직류 서보 모터(201)에 의해 생성된다. 상기 모터는 모터 토크가 증폭 전류에 비례하여 발생하도록 전류증폭기에 의해 구동된다. 상기 토크는 건 케이블(203)이 감겨진 건 도르래(202)에 의해 건 힘으로 변환된다. 상기 모터 근처에 건 케이싱의 한단부(204)을 고착하고 장갑의 보강 손목밴드(206)에 다른 단부(205)를 고착함에 의해 상기 모터에서 생성된 건 힘은 장갑에 전송된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 손목밴드는 얇은 고무(예컨대, 폴리우레탄) 중간층을 감싸는 벨크로사의 등 받침부를 가진 견고한 보강 스트랩으로 이루어진다. 상기 고무층은 보강 스트랩과 이용자의 손목간이 접촉을 편안하게 한다. 상기 스트랩은 손목주위에 고정되도록 짜여지는 한편 강한 지지를 제공하는 견고한 실(예컨대, 캔버스)로 만들어진다. 일반적으로 상기 손목밴드는 폼 패딩 주입성형 플라스틱 형태와 같은 다양한 재질로서 제조될 수 있다. 상기 손목밴드는 장갑의 일부로서 제조되거나 분리된 유니트로서 만들어질 수 있다.

건 케이블은 건 케이블이 손목밴드에 고착되는 지점으로부터 일련의 건 유도부(207)를 지나 손가락끝 힘 인가장치로 연장된다. 한 실시예에서, 손등에 대한 건 유도부는 신축성이 있지만 압축할 수 없는 케이싱(예컨대, 테프론사의 관)으로 만들어지며 메타카포파란길(MP; 208) 및 인접한 인터파란길(PIP; 209) 조인트 위에 고정된다. 이러한 유도부는 손가락 관절이 구부러질 때 건이 측방으로 이동되어 조인트로부터 벗겨지는 것을 방지한다. 장갑이 손바닥에 건(210)을 가지고 있고, 이들이 장력을 받을 때 손 근처에 건을 유지하게 하는 실시예에서, 건 유도부(211)는 메타카포파란길(MP) 및 인접 인터파란길(PIP) 사이에 위치하며 또한 손바닥을 가로질러 건이 장갑에서 멀리 밀리지 않도록 한다. 상기 장갑은 또한 건 유도부에 의해 손에서 멀리 밀리는 것을 방지하도록 다양한 장소에서 보강된다. 건 유도부는 재봉 또는 접착과 같은 수단으로 장갑에 고정될 수 있거나 케이싱이 장갑에 직접 성형될 수 있다.

손가락끝 힘 인가장치(212)(손가락의 해칭 선이 그어진 부분으로 도시됨)는 손등 및 손바닥 건 힘을 손가락으로 직접 인가한다. 손가락끝 힘 인가장치 위에는 손가락끝에 인가된 실제 힘을 감지하는 각 건에 대한 힘 변환기가 배치된다. 이러한 힘 신호는, 요구된 힘프로필이 사용자에 의해 감지되도록 적절히 조절하는 모터 제어시스템으로 피드백된다.

제2b도는 장갑 손가락의 등(213) 및 바닥(214)상의 유도부를 지나는 힘 피드백 건(216)을 도시하는 본 발명의 실시예의 단면도이다. 양쪽 건은 손가락끝에서 힘 인가장치에 접속된다. 바람직한 실시예에서 건 유도부는 신축성 장갑에 접속될 때, 건 팽창시 손바닥면 건 유도부만이 손가락에 대해 보강될 필요가 있다. 보강하기 위한 한 방법은 건 유도부의 기저부에서 손가락 주위에 낮은 신축성을 가진 부가재질(예컨대, 나일론, 플라스틱 또는 금속)을 고정하는 것이다.

제2c도는 팔에 이용된 힘 피드백 건/케이싱 어셈블리를 도시한다.

케이싱(217)은 이두근 주위에 감긴 보강 스트랩(218)에 고착될 수 있다. 상기 스트랩은 이미 설명된 본 발명에 사용되는 손목밴드 구조와 거의 같다.

도시된 양쪽 건은 이두근상의 케이싱을 통하여 손목밴드(219)에 고정된다. 한쪽 건(220)은 팔꿈치가 연장하는 것을 제지하는 힘을 인가하는 한편 다른 건(221)은 팔꿈치가 수축되는 것을 제지하는 힘을 인가한다. 제2a도 내지 제2c도에 도시된 것과 같은 어셈블리는 "피드백 몸체 착용 슈트", 즉 몸체의 전체 또는 부분을 감싸며 몸체의 다양한 부분에 대한 힘 및 조직 정보를 인가할 수 있는 슈트이다.

제3도는 장갑에 고정된 텍스쳐 시뮬레이팅 힘 어셈블리의 측면도이다. 상기 실시예에서 건 이동은 2-상태 전기기계적 솔레노이드(300)에 의해 이루어지며 건 및 케이싱 어셈블리(301)를 경유하여 손가락끝으로 전송된다. 여기에 도시된 건 어셈블리는 제1a도 및 제1b도에 이미 설명된 건 어셈블리의 기능과 거의 비슷하나 건 및 케이싱의 직경은 더 작다. 그것은 상기 텍스쳐 건이 생성하는 힘이 힘 피드백 건에 의해 이용된 힘보다 더 작기 때문이다.

텍스쳐 시뮬레이터용 건 케이싱의 한 단부(302)는 변위 액추에이터 근처에 고착되며 케이싱의 다른 단부 근처의 부분(303)은 장갑의 보강 손목 밴드에 고착된다. 상기 케이싱이 손목밴드에 고정된 후, 원하는 최종 위치까지 조인트 사이의 다양한 위치(304)에서 장갑에 고착되고, 상기 최종 위치는 상기 실시예에서 손가락끝 텍스쳐 시뮬레이터(305)이다. 케이싱은 재봉 또는 접착과 같은 수단에 의해 고정될 수 있거나 장갑에 직접 성형될 수 있다. 도시된 실시예에서 손가락끝을 구부릴 때 케이싱을 단단하게 하도록 장갑에 고정되는 포인트사이의 케이싱에 슬랙(306)이 제공된다. 상기 케이싱은 손가락을 구부릴 때 압박되지 않기 때문에 느슨해지지 않고 손가락 측면을 따라 유도된다.

제4a도는 다수의 힘 피드백 건(400) 및 그들의 유도부(401)을 도시한다. 제3도의 텍스쳐 피브댁이 힘 피드백과 함께 동시에 이용될 수 있지만, 텍스쳐 형성 건은 간단하게 하기 위해 도면에서 생략된다. 상기 건 케이싱(402)은 보강 손목밴드(403)에 고착되도록 도시되어 있다. 상기 실시예에서, 손가락끝에 인가된 힘을 제어하기 위해 각 손가락의 등에 하나의 건이 있다. 부가하여 도면은 엄지손가락 측에 외전 힘 피드백 건(404)의 예를 제공한다.

힘은 힘 액추에이터에서 각 건으로 전해진다. 도시된 실시예에서, 힘은 제1a도 및 제1b도의 건 어셈블리와 유사한 건 어셈블리를 경유하여 장갑에 전달된다. 건 케이싱의 한단부는 힘 액추에이터 근처에 고착되며 다른 단부는 장갑의 보강 손목밴드에 고정된다. 장갑의 손바닥면에 있는 건(405)은 도시된 바와 같이 손목밴드 주위에 연장된다. 손등면에 있는 상기 건(400)은 케이싱으로부터 손목 밴드 위에 나타나며 목표된 마지막 위치에 도달할 때 까지 케이싱의 섹션(401)에 의해 장갑 등면을 따라 유도된다. 도시된 실시예에서, 마지막 건 위치는 손가락끝 힘 인가 장치(406)이다.

제4b도는 장갑의 손바닥면에서 힘 피드백 건(405)이 손목밴드주위로 안내되는 것을 도시한다. 그 후에 손바닥면의 건은 케이싱으로부터 손목밴드상에 나타나며 손가락끝 힘 인가장치로 케이싱의 섹션(407)을 통해 유도된다.

본 발명의 장애가 없고 값산 유용한 실시예는 힘 피드백 건을 손등만을 따라 엄지와 집게손가락의 끝에 이용하고 집게손가락 끝의 텍스쳐 엘리먼트만을 이용하는 것이다. 이러한 "간단한" 실시예는 모든 다섯 손가락의 각 조인트에 대한 힘피드백과 텍스쳐 시뮬레이션을 이용하는 것과 대조된다. 상기 간단한 실시예는 착용자에게 대부분의 가상 물체를 파지하기에 충분한 힘 피드백 정보를 제공하며 집게손가락으로 가상 텍스쳐를 감지하게 한다. 그렇지만, 모든 손가락의 모든 조인트에 대하여 힘 피드백을 이용하고 모든 손가락끝에 대하여 텍스쳐 시뮬레이션을 이용하는 것은 착용자에게 가상 환경에 대한 더욱 큰 실체감을 제공할 것이고 실체감의 증가는 시스템을 복잡하게 하거나 경비를 추가하지 않는다.

제5a도 내지 제5e도는 힘 인가 플랫폼 및 힘 감지 플랫폼으로 이루어진 손가락끝 힘 피드백 인가장치를 도시한다. 제5a도는 투시도이고 제5b도는 정면도이고 제5c도는 하부도이며 제5d도 및 제5e도는 측면도이다. 본 발명의 기술범위에서 벗어나지 않고 변형이 이루어져 상기 설정된 기능을 수행할 수 있다. 힘피드백 인가장치는 장갑 재질로 직접 제조될 수 있다(장갑이 플라스틱의 형태로 성형된다면 그와 같은 재질로 제조될 수 있다). 인가장치와 장갑이 별도로 제조된 후 상기 인가장치는 장갑 외측에 고정될 수 있다. 힘 인가장치는 상기 장갑이 착용된 후 손가락끝에 간단히 제거되는 장치일 수 있다.

바람직한 실시예에서, 힘 건(500)은 힘 액추에이터에서 힘 피드백 인가장치로 유도되고, 두개의 건으로 분할되는데, 각각의 건은 힘 인가 플랫폼(501; 예컨대 홀)을 통과하며, 상기 힘 건은 힘 감지플랫폭(502)인 힘 감지수단의 단부에 기계적으로 접속된다. 힘 피드백 인가장치 구조부(519)는 손가락끝에 병렬로 힘 감지 및 힘 인가 플랫폼을 고정하기 위한 지지부를 제공한다. 상기 힘 감지플랫폼은 손가락끝 쪽으로의 건의 힘을 통하여 힘을 받는다. 상기 힘 감지 플랫폼은 손가락끝과 접촉하여 힘을 가하는 힘 인가 플랫폼에 대해 눌려진다(제5e도). 건에 힘이 조금 있거나 없을 때 상기 힘 인가 플랫폼은 약 4mm 만큼 손가락끝으로부터 이격되며 작은 스프링과 같은 철회수단에 의해 유지된다(제5도). 리프트스프링(503)이 실시예에서 이용된다. 힘이 인가될 때까지 비작동 위치에서 힘 인가 플랫폼이 손가락 끝에서 이동되지 않도록 함으로써, 힘 액추에이터의 필요한 밴드폭은 줄어든다. 예컨대, 본 발명이 가상환경에서 피드백을 인가하기 위하여 이용되고 가상물체가 파지될 경우, 힘 인가 플랫폼은 작동된 위치를 추정하며 실제 목표물이 손가락끝을 접촉할 때와 같이 제로가 아닌 상대 속도로 손가락끝에 접촉된다. 상기 힘 인가 플랫폼이 손가락끝과 항상 접촉하고 있다면 매우 큰 건 속도와 가속이 발생되어 이용자에게 동일한 접촉감각을 제공한다.

힘 감지 플랫폼은 건 힘이 인가될 때 받침대(504) 사이에 구부러진 스트레인 게이지 빔일 수 있다. 제5a도 내지 제5f도에 도시된 받침대는 얇으며 작은 영역에 가해진 힘을 집중하므로 야기된 스트레인은 상기 힘 감지 플랫폼의 양측에서 달리 설치된 두개의 스트레인 게이지(505,506)에 의해 쉽게 측정된다.

제5g도에 도시된 바와 같이 선택적인 받침대 설계도 가능하다. 받침대 모양 및 형상을 변경함에 의해 다양한 응력 대 건 힘 프로필이 얻어진다. 예컨대, 제5g도의 받침대는 제5f의 받침대보다 더 낮은 스트레인에 대한 더 높은 스트레인 "이득"을 제공한다. 즉 검출된 스트레인이 작은 힘에 대해 크지만 스트레인 이득은 힘 감지 플랫폼이 지레 받침점 주위에서 굽어질 때 증가된다. 힘 감지 플랫폼이 받침대 주위에서 굽을 때 측정된 스트레인은 굽혀질 때의 성분을 포함하지는 않으나 플랫폼의 건으로부터의 성분을 포함한다. 힘 감지 플랫폼의 형상 및 스트레인 감응력을 변화시킴으로써, 작은 힘도 명확하게 검출되나 센서는 높은 스트레인에 대해 빨리 포화되지는 않는다. 더욱이 받침대 및 플랫폼 형상의 변형은 추가 스트레인 대 힘 프로필을 제공한다.

제5a도 내지 제5g도에 도시된 바와 같이 장력이 건에 가해질 때 스트레인 게이지(505)는 장력을 받고 스트레인 게이지(506)는 압축된다. 두 스트레인 게이지는 작동상태이며 응력을 감지하는 플랫폼의 영역을 커버한다. 이와 함께, 두개의 스트레인 게이지는 온도보상을 행하는 일반적인 휘스톤 브리지 회로에 대한 하프 브리지를 형성한다. 힘 감지 플랫폼과 접촉하는 힘 인가 플랫폼의 받침대와 모든 다른 부분은 힘 감지 플랫폼상의 스트레인 게이지가 온도 변화의 영향을 받지 않도록 열차단재료로 만들어진다.

제5h도는 두개의 스트레인 게이지(507,508)를 포함하며, 건과 직렬로 놓이며 건 힘에 대한 항장력을 느끼는 신축성 응력감지엘리먼트(509)의 반대 측면에 위치된 힘 감지수단이 도시되어있다. 응력감지엘리먼트는 건의 평면부분일 수 있다. 이러한 응력 감지요소는 건 장력 및/또는 조인트 각을 측정하도록 이용될 수 있다. 한 스트레인게이지(507)는 엘리먼트의 상부에 설치되는 한편 다음 스트레인게이지(508)는 하부에 설치된다. 도시된 실시예에서 응력감지엘리먼트는 건 장력 및 조인트 굴곡을 측정하도록 이용된다.

따라서, 전체 게이지-엘리먼트-게이지, 즉 "샌드위치"는 케이싱유도부(510) 내부에 위치되며 케이싱 유도부(510)를 통해 자유롭게 활주한다. 양 게이지는 케이싱에 대해 경사진 표면을 제공하고 유연하고 신축성 있는 캡슐부(511, 예컨대 플라스틱)로 덮인다. 두개의 게이지에서의 차 신호는 조인트 각을 결정하도록 이용되는 한편 두개의 같은 게이지에서의 공통 모드신호는 건 장력의 측정에 이용된다. 상기 응력감지요소는 비신축성 재질로 만들어지며 건 장력의 측정이 필요할 때만 조인트 사이에 위치된다. 손가락끝에 가까운 건에서의 힘은 힘 인가플랫폼에 의해 손가락끝에 인가된 힘과 거의 일치하게 한다. 건 장력이 여기서 설명된 응력감지엘리먼트를 이용하여 얻어진다면 전에 기재된 힘 감지 플랫폼은 손가락끝 힘 인가장치에서 제거될 수 있고 기계적 설계는 신호플랫폼(512)으로 단순화될 수 있다.

제5i도는 어떻게 단일 조인트의 신축성을 억제할 수 있는지를 도시한다(예컨대, 상기 도면에 도시된 바와 같은 PIP 조인트). 상기 건 케이싱(513)은 선택된 조인트 바로 앞의 장갑의 제1보강부(514)에 고착된다. 상기 건(515)은 주케이싱에서 나오며 케이싱의 부분(516)에 의한 조인트로 유도되며, 상기 케이싱 부분(516)은 장갑의 제2보강부(517)로 고정된다. 건은 케이싱에서 나오며 두개의 건으로 분기된다(제5a도의 손가락끝 힘 인가 플랫폼에 대해 520으로 도시된 것과 같이 분기된다). 두개의 건은 손가락의 양쪽 주위를 통과하며 힘 인가플랫폼(518)의 양쪽 단부에 고정되고, 상기 플랫폼은 장갑의 제2보강부에 고착된다. 플랫폼 어셈블리는 건(515)이 팽창될 때 손가락과 접촉되어 압력을 가한다.

조인트가 굽혀지는 것을 제한하는 것에 대하여 설명한 바와 같이, 동일한 동작 방법이 조인트가 연장되는 것을 제한하기 위하여 적용될 수 있다. 제2건 케이싱(521)은 장갑의 제1보강부에 고정된다. 제2건(522)이 케이싱으로부터 나타나고 두 개의 건으로 분리된다. 두개의 건은 손가락의 양측 주위를 통과하고 힘 인가플랫폼(523)의 양측 단부에 고정된다. 플랫폼 어셈블리는 건(522)이 장력을 받을 때 손가락에 접촉되고 압력을 가한다.

514 및 517과 같은 부분을 지지하도록 장갑을 보강하고자 하는 것이 바람직하지 않을 경우에, 제5j도는 보강되지 않은 장갑의 개별조인트에 힘피드백을 인가하는 방법을 도시한다. 제5h도의 장갑이 인접 부분(514 및 제517)에서 보강되지 않는다면, 건(515)이 장력을 받을 때 상기 두 부분은 서로에 대해 이끌린다. 가능한 해결책은 그들이 서로 간단히 미끄러지는 것을 방지하도록 상기 부분사이에 힌지를 배치하는 것이다. 그러나 손가락의 굽힘축이 굽힘 각에 따라 방향이 변화되기 때문에 단일 힌지는 장갑 사용자에게 안락함을 주지 못한다.

"고정 힌지"의 바람직한 대체 안을 제5j도에 도시된 바, 건(526; 케이싱(530)에서 나온)이 장력을 받을 때 섹션(524 및 525)은 서로에 접촉하고 있고 선회축 표면(527)을 형성한다. 상기 선회축 표면은 두개의 결합플랩(528 및 529)에 의해 만들어지고, 상기 플랩은 신축되는 동안 평균 손가락 관절 축을 추종하도록 설계된 표면 등고선 특성을 가진다. 건 장력이 증가할 때 두개의 섹션이 서로에 대한 압력을 가하고 섹션(525)은 시계방향으로 회전하며, 섹션(524)은 반시계방향으로 회전하며 각각의 섹션은 "가동" 접점 선회점을 중심으로 회전한다. 두개의 섹션이 손가락에 대해 축방향으로 미끄러질 수 있으므로 건 장력이 가해질 때 서로 접촉되며 또한 두개의 섹션에 대한 동일한 표면이 다른 다양한 손가락 관절을 수용한다. 두개의 플랩은 소정 표면을 가질 뿐만 아니라 매칭 장갑과 같은 결합면은 가지므로 한 표면이 다른 표면에서 미끄러지는 것을 방지한다.

상기 섹션이 손가락에 고정되도록 유지하기 위해, 상기 섹션은 스프링 금속 또는 플라스틱과 같은 신축성 고체 재료로 만들어지는바, 이는 제5j도에 도시된 바와 같이 손가락 주위에서 절단되도록 미리 형성된다. 견고한 신축성 스트랩(530)은 두개의 단부(531)를 고정하는 것을 돕는다. 신축성 스트랩이 한단부는 클립의 한 측면에 고착되는 한편 스트랩의 다른 단부(532)는 벨크로사에 의한 클립의 다른 면에 고착된다. 클립의 탄성은 신축성 스트랩과 함께 손가락에 단단히 섹션을 고정하나 상기 클립과 스트랩이 탄성이 있기 때문에 손가락이 굽어질 때 손가락 직경이 연장되도록 한다.

어떤 예에서, 제5l도에 도시된 것과 같이 섹션에 부착된 연동장치를 바람직하게 갖는다. 예컨대, 회전측각기(예컨대 포텐셔미터, 광학 인코더 또는 회전 홀 효과 센서)는 두개의 링크(535 및 536) 사이의 조인트(534)에서 연동장치에 접속되고 측각기의 값은 손가락 과절 조인트 각에 대한 것일 수 있다. 연동장치가 이용될 때 제5j도의 힘피드백 어셈블리는 제5l도에서와 같이 이용되지만, 건은 연동장치에 직접 고정될 수 있다. 제1케이싱(537)은 링크(535)에 고정되고 건(538)은 링크(536)에 고정된다. 비슷하게 제2케이싱(539)은 링크(535)에 고정되며 건(540)은 링크(536)에 고정된다. 건(583)이 장력을 받을 때 링크(536)는 시계방향으로 회전하도록 밀려 손가락이 연장되도록 한다. 건(540)이 장력을 받을 때 링크(536)는 반시계 방향으로 회전하도록 밀려 손가락을 구부리도록 한다.

제5l도에서 주목할 것은 제5j도에 이용된 것과 같은 지지섹션이 도시되어 있다는 것이다. 상기 장갑이 적당히 보강된다면 제5i도에 도시한 바와 같이 다른 지지섹션이 이용될 수 있다. 또한 제5j도 내지 제5l도에서 주목 할 것은 힘 인가플랫폼이 손가락의 특정 부분에 인가된 힘을 집중하는데 이용될 수 있다는 것이다. 더욱이, 분명하게 하기 위하여 손바닥에 대한 힘피드백 건은 제5j도 내지 제5l도에 도시되지는 않았으나 분명히 이용될 수 있다.

제6a도 내지 제6c도는 장갑의 손 바닥면에 부착된 건으로부터 힘 피드백을 형성하는 힘피드백 인가장치의 실시예를 도시한다. 상기 구성은 손가락 조인트가 연장되지 않도록 제한 힘을 인가하고 조인트들이 구부러지도록 한다. 제6a도 및 제6b도는 측면도이고 제6c도는 정면도이다. 분명하게 하기 위하여 손 바닥면 건에 필요한 장치만이 도시되어 있으나 힘 인가장치는 제5a도 내지 제5e도에 도시된 장치를 부가적으로 포함한다. 건힘은 제1도 및 제2도에 도시된 바와 같이 액츄에이터에 의하여 생성되어 힘피드백 인가장치에 전달된다. 제5a도에 도시된 바와 같이 건(600)은 힘인가 플랫폼(601; 예컨대 홀)을 통해 유도되며 힌 감지 플랫폼(602)에 고정된다. 힘 감지 플랫폼은 하프브리지 구성에서 달리 연결된 두개의 스트레인 게이지를 가진다. 힘 인가장치 플랫폼은 전술한 바와 같이 집중된 스트레인을 가지며 손가락에 대향한 면에 방열 받침대를 가진다. 상기 방열 받침대는 열전도가 손가락에서 힘 감지플랫의 게이지로 전달되는 것을 방지한다.

힘 감지 플랫폼은 스프링에 의해 손톱 위에 위치되며(제6a도) 힘이 건에 인가될 때만 손톱과 접촉된다(제6b도). 도시된 실시예에서 스프링은 판스프링(603)이다. 인가된 건 힘은 손톱에 압력을 가하는 힘 인가 플랫폼 쪽으로 힘 감지 플랫폼에 압력을 가한다. 힘 감지 플랫폼이 다시 힘 인가 플랫폼에 압력을 가할 때, 상기 플랫폼은 지레 받침점 주위에서 굽어지며 손톱에 인가된 힘을 나타내는 게이지에 스트레인을 발생시킨다.

제7a도 및 제7b도는 손가락끝 텍스쳐 시뮬레이터의 실시예이다.

제7a도는 정면도인 한편 제7b도는 손가락끝에서 텍스쳐 시뮬레이터를 바라본 도면이다. 특정 실시예는 3×3 텍스쳐 어래이(700)를 도시하는 바 상기 텍스쳐 엘리먼트는 중심에서 3mm 떨어져 있고 작동될 때 1mm 연장된다. 다수의 텍스쳐엘리먼트를 이용한 텍스쳐어래이가 구성될 수 있다.

상기 텍스쳐어래이는 변형된 힘 인가 플랫폼(701)내에 포함되며 지지구조(519)에 의해 손가락끝에 병렬로 위치한다. 도시된 바와 같이 상기 텍스쳐 시뮬레이터 어셈블리는 제5도 및 제6도에 도시된 바와 같은 힘 감지 플랫폼(702), 받침대(703) 및 스트레인게이지(704)를 포함하여 힘피드백을 인가할 수 있다. 제7a도 내지 제7b도에서 텍스쳐엘리먼트에 대한 작동 메카니즘은 도시되지 않았다.

변이는 전선에 의해 또는 기압 혹은 유압 수단에 의해 건 케이블/케이싱 또는 관 어셈블리는 경유하여 제3도에 이미 도시한 바와 같은 대응액추에이터로부터 손가락끝 텍스쳐 시뮬레이터로 전달될 수 있다. 제8a도는 단면도인바 건(800)은 손가락끝 텍스쳐 시뮬레이터(801)에 인입하고 그리고 작동될 때 스프링에 의해 로딩된 텍스쳐엘리먼트(802)의 기저부를 밀어 엘리먼트를 올리도록 한다. 올려질 때 텍스쳐엘리먼트는 엔클로저로부터 연장되어 손가락끝에 압력을 가한다. 건 힘이 줄어들 때 스프링(803)은 엘리먼트를 손가락끝 텍스쳐 시뮬레이팅 엔클로저에서 뒤로 후퇴하게 한다. 제8a도 내지 제8m도에서, 좌측의 다이어그램은 비작동상태이고 우측의 다이어그램은 작동상태를 도시한다.

제8b도는 손가락끝 텍스쳐 시뮬레이터의 단면도인바, 건은 L형 블래켓(804)을 밀며 반시계방향으로 회전시킨다. 그것이 회전할 때 상기 블래켓은 텍스쳐 엘리먼트를 당기게 되고, 상기 텍스쳐 엘리먼트는 손가락끝 텍스쳐 시뮬레이터 엔클로저에서 연장되고 손가락끝으로 압력을 가한다. 건 장력이 제거될 때, 스프링(805)은 텍스쳐 엘리먼트를 그것의 원래 연장되지 않은 위치로 되돌린다.

제8c도는, 기압 또는 유압이 이용될 때 손가락끝 텍스쳐 시뮬레이터의 단면도이다. 포지티브 기압 또는 유압은 텍스쳐 엘리먼트를 연장하며 네가티브 압력은 철회한다.

제8d도는 다른 유형의 기압 액추에이터가 이용된 손가락끝 텍스쳐 엘리먼트의 단면도이다. 작동될 때 공기는 장치에 인입되고 노즐(806)을 통해 분출된다. 이러한 집중된 공기 스트립은 손가락끝에 촉각 지각력을 만든다.

제8e도는 손가락끝 텍스쳐 시뮬레이터의 단면도로서, 건(807)이 바(808)를 밀어 바가 선회하도록 한다. 이러한 선회축은 리턴스프링을 가진 힌지나 리빙 힌지(809; 도시됨)일 수 있다. 텍스쳐 엘리먼트(810)는 엔클로저로부터 돌출하는 바에 부착되고 선회할 때 손가락끝에 압력을 가한다.

제8f도는 건(811)이 웨지(812)를 밀어 웨지를 하부로 미끄러지도록 하고 텍스쳐 엘리먼트(813)를 올리도록 하는 손가락끝 텍스쳐 시뮬레이터의 단면도이다. 건 장력이 느슨해질 때 상기 스프링(814)은 웨지를 초기위치로 되돌린다.

제8g도는 건(815)이 도시된 연동장치(817)의 중간 힌지(816)를 밀고 텍스쳐 엘리먼트(818)를 올리는 손가락끝 텍스쳐 시뮬레이터의 단면도이다. 건 힘이 느슨해질 때 상기 스프링(819)은 힌지를 초기위치로 되돌린다.

제8h도는 제8g도와 같은 기능이나 상기 힌지와 스프링은 신축성 빔(820)으로 대체된다. 상기 빔은 도시된 바와 같이 초기에 굴곡된다. 건 힘이 가해질 때 상기 빔은 팽팽해져 텍스쳐 엘리먼트를 올리게 된다.

제8i도는 텍스쳐 엘리먼트가 증기, 액체 또는 두개의 조합(821)을 가열함으로써 압력을 생성함에 의해 올려지는 손가락끝 텍스쳐 시뮬레이터의 단면도이다. 전류가 저항성 가열코일(822)을 통과하면 증기(또는 액체)가 텍스쳐 엘리먼트를 가열하여 연장하고 올리게 한다.

제8j도는 텍스쳐 엘리먼트가 압전 엘리먼트에 의해 올라가는 손가락 끝 텍스쳐 시뮬레이터의 단면도이다. 압전 엘리먼트에 가해진 전압은 전압 극성에 의해 압전 엘리먼트가 연장되거나 수축되게 한다. 도면에서 "바이모프"를 형성하기 위하여 접속된 두 개의 별도 피스로된 압전 전기 재료를 가진다. 상기 두 엘리먼트는 반대극성으로 감기므로 단일 전압이 인가될 때 하나의 압전 엘리먼트(823)는 연장되는 한편 다른 엘리먼트(824)는 수축된다.

한개는 수축되고 다른 것은 연장될 때 바이모프는 수축되는 엘리먼트의 방향으로 구부러진다. 텍스쳐 엘리먼트(825)는 바이모프의 자유단부에 접촉되어 바이모프가 굽을 때 엔클로저에서 돌출한다.

제8k도는 텍스쳐 엘리먼트(826)가 전기기계적 솔레노이드의 돌입부로서 작동하는 손가락끝 텍스쳐 시뮬레이터의 단면도이다. 전류가 코일(827)에 인가될 때, 텍스쳐 엘리먼트가 올라간다. 스프링(828)은 전류가 제거될 때 초기위치로 텍스쳐엘리먼트를 되돌린다.

제8l도는 신축성이 있는 비교적 압축할 수 없는 파이버(529; 광파이버와 같은)가 이용되는 손가락끝 텍스쳐 시뮬레이터의 단면도이다. 상기 파이버는 신축성이 있지만 압축되지 않는 외부 케이싱(830)(건/케이싱 어셈블리와 유사)내에 있다. 상기 파이버는 외부 케이싱에 대해 미끄러짐으로써 한 위치(부치적인 또는 중량적인 변이 액추에이터에 의해 가능한)에서 생성된 변이를 제2위치(예컨대 손가락끝)로 전달한다. 상기 동작의 원리는 카테테르관과 비슷하다. 파이버의 단부는 손가락끝으로 돌출하여 압력을 가하는 실제 텍스쳐 엘리먼트이다. 상기 "파이버"방법과 건 방법간의 차이는 건이 장력으로 작용하는 반면 파이버는 압축에 의해 작용한다는 것이다.

제8m도는 상기 실시예에서 전자석(834)에 의해 생성된 자기인력이 금속 바(832)를 밀어 선회하도록 하는 손가락 끝 텍스쳐 시뮬레이터의 단면도이다. 상기 선회축은 리턴스프링에 대한 힌지이거나 리빙힌지(831; 도시됨)이다. 텍스쳐 엘리먼트(833)는 엔클로저에서 돌출되는 바에 부착되며 바가 선회할때 손가락끝에 압력을 가한다. 상기 텍스쳐 시뮬레이터 실시예는 마이크로 모터/마이크로 액추에이터 기술로 구현될 수 있다.

제8i도, 제8j도, 제8k도 및 제8m도에서 도시된 실시예에서 텍스쳐 시뮬레이터에 대한 실제 변이는 손가락 끝 힘 인가장치 엔클로저에서 생성된다. 상기와 같은 액추에이터 기술중 어떠한 것이 이용될 수 있으나, 선택적인 위치에 배치된다(예컨대, 손목밴드위 또는 힘 액추에이터와 동일 위치 등에 배치된다).

그후 변이는 건 또는 기압/유압 관에 의해 손가락끝으로 전송되며 적합한 텍스쳐 시뮬레이터에 이용된다.

제8i도, 제8j도, 제8k도 및 제8m도에 도시된 액추에이터 기술에 부가하여 전기 기계적 모터 및 기압(수압) 압축기(펌프)와 같은 다른 표준 힘 및 변이 액추에이터가 이용될 수 있다. 형상 기억 합금(SMA, 예컨대 니켈/티타늄 합금)은 건의 신장력 또는 변이를 생성하도록 또한 이용될 수 있다. 형상기억합금(SMA) 전선은 가열될 때 수축된다는 특성이 있다. 상기 전선은 전류를 통과시킴으로써 간단히 가열될 수 있다.

제9도는 어떻게 전기적 및 기계적 신호가 힘/텍스쳐 피드백 제어 시스템을 통해 전해지는지를 도시한다. 제10도는 표준 제어 블록 다이어그램 형식의 힘 및 텍스쳐 피드백 제어시스템의 다이어그램이다. 도시된 실시예는 힘작동을 위해 직류 서보 모터(900)를 이용하며 그리고 텍스쳐 시뮬레이팅 엘리먼트(902)에 대한 변이를 생성하도록 전기기계적 솔레노이드(901)를 이용한다. 컴퓨터는 직류 서보 모터 제어회로에서 목표된 힘을 표시하고 디지탈 값을 발송한다. 제9도에 도시된 실시예에서, 목표된 힘이 디지탈/아날로그 변환기(DAC; 903)에서 제공된다. 디지탈/아날로그 변환기의 아날로그 출력은 그후 벼동이득증폭기(904)에 의해 증폭된다. 상기 증폭된 힘 설정 포인트 전압은 그후 전력연산증폭기(905)의 공통 전압 대 전류 구성에 의해 전류로 변환된다. 서보제어루프의 댐핑속도는 타코미터 피드백(906)에 의해 측정된다.

모터에 의해 생성된 토크는 모터 샤프트의 도르래(907)에 의해 장력으로 전환된다. 상기 도르래의 직경은 목표된 힘과 주어진 모터에 대한 응답속도를 얻도록 선택된다. 바람직한 실시예에서, 1/4 인치의 도르래 직경이 이용된다. 생성된 장력은 건 케이블/케이싱 어셈블리(908)를 경유하여 힘 액츄에이터에서 손가락끝 힘 인자장치로 전송된다. 손가락끝에 가해진 힘은 스트레인 감지 플랫폼에 설치되고 하프브리지 형태로 감긴 두개의 스트레인 게이지(909)에 의해 감지된다. 풀 휘스톤 브리지는 검출된 힘을 증폭하는데 이용된다. 상기 증폭신호는 아날로그/디지탈 변환기(910)에 의해 디지탈화되고 컴퓨터(911)에서 판독된다.

컴퓨터는 디지탈 제어 분야에서 잘 이해된 기술을 잉요한 힘제어수단(912; 예컨대 비례-적분 도함수 또는 상태 피브백)을 구현한다. 상기 제어 수단은 피드백 힘정보(913)를 짜넣으며 손가락끝에서 목표된 힘을 형성하도록 모터를 지원한다. 아날로그 조인트 각 센서의 디지탈화된 값(914)은 정보를 컴퓨터에 제공하여 컴퓨터가 힘 설정점(915)을 결정하도록 한다. 바람직한 실시예에서 컴퓨터는 손가락 조인트 각을 실제 손가락 위치로 변환한다. 한손가락이 가상의 물체를 교차하는 것으로 발견된다면 컴퓨터는 가상 물체의 형상 및 컴플라이언스(916)의 지식을 이용하여 손가락으로 인가될 힘을 계산한다. 바람직한 실시예에서 다른 스트레인 게이지 각 센서(917)가 조인트 각을 결정하도록 이용되는데 이는 클래머 등의 특허출원에 기재되어 있다.

제9도에 도시된 바와 같이 상기 컴퓨터는 명령을 텍스쳐 시뮬레이팅 어래이의 변이 액추에이터로 출력한다. 바람직한 실시예에서 컴퓨터는 솔레노이드 구동 트랜지스터(918)를 제어하는 디지탈 값을 출력한다. 예컨대 "1"의 논리값은 트랜지스터를 "온"시키고 논리 "0"은 트랜지스터는 "오프" 시킨다. 트랜지스터가 온될때, 상기 솔레노이드 코일이 작동되어 플런저(919)가 제거된다. 상기 제거는 건 케이블/케이싱 어셈블리(920)를 경유해 텍스쳐 시뮬레이터(901)로 전송되고 변이를 생성한다. 상기 텍스쳐 시뮬레이터는 손가락끝에 대해 손가락끝 힘 인가장치 플랫폼을 지나 텍스쳐엘리먼트로 연장되도록 변이를 이용한다. 상기 트랜지스터가 오프될때 상기 솔레노이드 플런저는 리턴 스프링에 의해 연장되고 케이블 장력은 느슨해진다. 장력이 느슨해질 때 텍스쳐 엘리먼트는 자체 리턴 매카니즘에 의해 텍스쳐 어래이 플랫폼으로 수축된다.

제11(a)도~제11(d)도는, 힘공급수단 및 힘 감지 수단을 배치하고 있다는 점에서 제5(a)도~제5(e)도와 기능적으로 유사하다. 차이점은 힘 감지 수단에 있다. 제5도에서 힘 감지수단은 힘 감지 플랫폼으로 도시된다. 제11도에서 힘 감지 수단은 로드셀을 포함하는 것으로 도시된다. 그 로드셀(1100)은 스트레인 게이지, 용량성 또는 저항감지기술 등과 같은 폭넓게 변형된 기술 중 어떤 것이 적용되기도 한다. 일반적인 스트레인 게이지 로드셀 외에, 축전용량 감지 기술을 사용하는 힘 감지대가 피어링(Fearing)의 연구에서 토론되었고, 저항 힘 감지대가 인터링크(lnterlink) 및 텍스캔(TekScan)에 의하여 상업상 이용되었다. 제11도에서, 힘 감지 수단은 힘공급 수단의 일부를 포함한다. 힘 감지/공급구조는 지지부(1120)가 부가되는 플랫폼(1101)을 포함한다. 지지부(1102)는 스프링(1104)에 의하여 소가락 끝 클립(1103)에 연결된다. 힘전송 건(1105)은 플랫폼(1101)에 부가된다. 로드 셀(1100)은 플랫폼(1101)의 손가락 측에 부가된다. 로드셀 표면이 거칠지 않거나 로드셀이 온도에 민감하다는 등의 여러 가지 이유로 인하여, 보호/온도 절연단(1106)이 로드셀의 손가락 측에 부가된다. 건(1105)에서의 장력이 증가할 때(제11(c)도), 플랫폼(1101)은 로드셀(1100)을 가압하고 그것은 차례로 플랫폼을 손가락끝으로 가압한다. 로드셀은 손가락끝에서(1105)에서의 장력을 측정한다.

제12a도 및 제12b도는 플랫폼과 손가락끝 사이의 접촉압력을 가능한 한 균등하게 할 수 있도록 하기 위하여 선회 가능하게 구성된 힘 인가 플랫폼의 측면도 및 평면도이다. 이 실시예에서 플랫폼(1200)은 스프링(1203)을 복귀시키도록 지지부(1202)에 의해 연결된 힌지(1201)를 축으로 하여 선회하고, 그것은 차례로 손가락 끝 클립(1204)에 첨가된다. 장력이 건(1205)에 가해지면, 플랫폼(1200)은 손가락끝과 접촉하게 되고 힌지(1201)에서 회전하여 일정한 접촉 압력을 형성하게 된다.

제13도는 제12도의 연장된 측면도로서, 플랫폼(1300)과 손가락 끝 사이의 접촉 압력 분포가 건(1301, 1302)에서의 장력을 조절함으로써 변형된다. 만약 건(1301)에서의 장력이 건(1302)에서 보다 더 크다면, 손가락끝의 바닥부분 보다도 손톱 부분에서 더 큰 접촉 힘을 검출할 것이다.

제14a도 및 제14b도는 손가락끝에 의해 감지된 압력분포를 변형시키는 또 다른 실시예의 측면도 및 평면도이다. 이 실시예에서, 플랫폼(1400)은 볼조인트(1402)를 통하여 지지부(1401)에 연결되어 있기 때문에 어떤 방향으로도 선회 가능하다. 건(1403,1404)에서 장력을 변화시킴으로써 압력의 중심이 수직으로 변화될 것이며, 한편 건(1405,1406)에서 장력을 변화시키면 압력의 중심은 측면으로 변화될 것이다. 모든 건에서 장력을 균등하게 변화시킴으로서 중심은 변하지 않고 압력분포의 크기만 변화될 것이다. 비록 이 실시예가 대칭형태로 4개의 건들만 제공하고 있지만, 그 개념은 더욱 많은 건들과 더욱 복잡한 형태로 명백히 확장될 수 있다.

제15도는 플랫폼이 손가락끝을 접촉하기 전에 건에서의 장력이 먼저 측정되는 것을 도시하는 실시예의 측면도이다. 플랫폼(1500)은 유연한 탄성부재(1503)를 통하여 손가락 끝 클립(1502)에 부착되어 있는 지지부(1501)에 부착된다. (1503)의 굴곡의 범위는, 플랫폼이 손가락끝과 접촉하기 전까지 건(1506)에 의해 플랫폼(1500)에 가해진 힘의 측정값이다. 이에 의하여, 무엇보다도, 건이 느슨하게 될 때 그것이 감지될 수 있게 된다. 도시된 실시예에서 굴곡작용은 차동 스트레인 게이지(1504~1505)를 통하여 측정된다.

제16a도 및 제16b도는 건 장력 및 이로 인하여 몸체부에 가해진 힘을 측정하는 2 이상의 방법에 관한 측면도이다. 상기 실시예에서, 장력은 힘 생성 액추에이터 근처에서 측정된다. 동일한 측정원리가, 힘 감지 몸체부, 예를 들면 피드백 장갑에서 건 장력을 감지하는데 사용된다. 제16a도에서 건(1600)은 힘 생성 액추에이터(1602)의 축내에 있는 풀리(1601)에 감겨지고, 그것은 실시예에서 모터로 제공된다. 건은 풀리(1203)를 통과하여 고정 풀리(1601) 아래로 하여 케이싱(1605)으로 들어간다. 풀리(1603)는 캔틸레버(1606)의 자유단부에 부착되고, 한편 캔틸레버의 다른 단부는 안전하게 고정된다. 건 장력이 증가하면, 풀리(1603)는 아래로 배치되게 되고, 이로 인하여 캔틸레버도 아래로 배치되게 된다. 제공된 실시예에서, 이 캔틸레버 배치는 차동 스트레인 게이지(1607,1608)를 통하여 측정된다. 다른 배치 감지 기술이 대체될 수도 있다.

제16b도는 건 장력이 건 케이싱에서의 압력을 감지함으로써 측정되기도 한다. 건(1609)은 힘생성 액추에이터(1610)를 출발하여 건 케이싱 압력 감지 슬리브(1611)로 들어간다. 이 슬리브는, 한 단부가 케이싱 지지부(1612)에 부착되고 다른 단부는 어떤 것과도 연결되어 있지 않다. 상기 자유단부에서 슬리브는 스페이서(1613)를 가압하여, 건을 목적지로 인도하는 건 케이싱(1614)의 주부를 가압한다. 그 스페이서는 어떤 것과도 연결되어 있지 않으며 건 상에 그냥 놓여 있다. 케이싱(1614)은 구조물(1613)에 의해 인도 및 지지되고 있다. 압력 감지 슬리브(1611)에 의해 겪게 되는 압력이 실시예에서, 차동 스트레인 게이지(1616,1617)에 의해 감지된다. 스페이서(1613) 및 지지부(1615)를 사용하면, 케이싱(1614)의 측면운동이 감지된 압력에서 달리 가지는 영향을 감소시킬 수 있게 된다.

제17a도 및 제17b도는 휨센서(예를 들면, 클래머 등의 스트레인 게이지 밴드 센서) 및 힘전송 건 둘 모두를 지지하는 구조물에 관한 두가지 실시예의 측면도들이다. 제17a도는 휨센서(1700)가 지지구조물(1702)의 안내포켓(1701) 내에 있는 실시예에 관한 단면도를 도시한다. 그 지지구조물은 제17a도 및 제17b도에 도시된 바와 같이 측정각의 접합부 근처에 첨가되어 피프(PIP) 접합부가 된다. 힘 전송 건(1703)은 또한 구조물(1702)에 의해 몸체부 전체에 걸쳐 지지된다.

건은 구조물(1702)내의 홀을 관통하여 또는 스루(trough)내에 설치되기도 한다. 구조물(1702)은 굴곡시 그 몸체에 관하여 이동해야하고, 플라스틱, 알티브리(RTV) 실리콘 고무 등을 포함하는 다양한 재료로 만들어진다.

제17b도는, 더 쉽게 휘어지게 하기 위하여 구조물(1705)로부터 재료 제거부(1704)를 가지는 것외에는 제17도와 유사한 건/휨센서 지지구조물의 측면도이다. 휨센서(1706)가 위치하고 있는 부분이 지지구조물 내에서 점선으로 표시된다. 제17a도 및 제17b도 둘 다에서, 비록 휨센서가 지지구조물 내에서 건(1707) 및 몸체부 사이에 위치하고 있는 것으로 도시된다 하더라도, 그 휨센서 및 몸체부 사이의 건과 같은 다른 위상이 사용되기도 한다.

제18a도 및 제18b도는, 힘 피드백 장갑 및 케이싱 지지손목밴드 사이에 예비장력(pre-tension)을 제공하는 실시예의 사시도 및 평면도이다. 제공된 실시예는 개략적인 표현이고, 상세한 변화가 첨가된 기능적인 부분을 지지한다. 이 실시예에서는 손목밴드(1800)상에 장착된 두개의 풀리가-하나(1801)는 상단에, 또 하나(1802)는 바닥에-있다. 그 풀리들은 홈파인 안내내에서 선택적으로, 팔뚝의 축을 다른 방향으로 이동하거나, 탄성부재(1803,1804)에 의해 장갑과 멀어지는 방향으로 밀려진다. 그 풀리들은 또한 팔뚝의 축에 평행하지는 않지만 팔뚝의 축방향 성분을 가지는 방향으로 활주하도록 허락된다. 그 장갑은 상단부(1805)와 바닥부(1806)(도시되지는 않았지만 상단축 보강과 유사함) 양자에서 강화된다. 그 보강부들은 풀리(1801)를 관통하는 예비장력 건(1807)을 통하여, 손목 둘레에(일련의 롤러 베어링과 같은 베어링 표면 전체에 걸쳐 선택적으로), 그리고 풀리(1802)를 통하여 서로 연결되어 있다. 보강 장갑부는 손전체에 예비장력을 분배하는 역할을 한다. 그 보강은 나일론, 플라스틱 또는 알티브이 실리콘 고무와 같은 특별한 재료에 의할 수 있다. 그 손목밴드는 탄성부재에 장력을 거는 위치에서 손목둘레에 끈으로 매어져 있다. 그 장력은, 그 손목대가 피부에 관해 이끌어짐 없이 손목밴드를 장갑쪽으로 끌어당기는 역할을 하며, 그리하여 팔목 피부에서의 느슨함을 해결하여, 힘건송 건에 장력이 걸릴 때 손목대의 이동이 거의 없게 한다.

제19도는 세개의 루프의 힘제어 시스템의 블록도이다. 이 도는 제10도와 매우 유사하며, 힘 액추에이터의 출력에 감지된 힘을 제어하는 내부 서보 루프를 첨가하고 있다. 이 내부 서보 루프는, 높은 게인을 가지는 "빠른 루프"이고, 힘 액추에이터에 의한 힘 출력을 힘 액추에이터 바로 근처의 출력힘을 감지하는 것을 기초로 하여 신속히 조절한다. 예를 들면, 주변 환경, 목적물 형상, 위치 및 편평함 등에 관한 지식을 가지는 컴퓨터 장치(1900)는, 크래머 등의 스트레인 게이지 휨센서(1902) 또는 적당한 대체품에 의하여 감지되는 손가락 끝 위치에 관한 또 다른 지식을 기초로 하여 제어 시스템용 힘 설정점(1901)을 결정하게 된다. 이 힘설정점은 힘 감지 플랫폼 또는 적당한 로드셀 등과 같은 적절한 센서(1903)에 의하여 손가락끝에서 감지된 실제힘과 비교된다. 그 힘 신호에서의 에라는 표준제어 법칙을 적용하는 "느린 루프"에 입력된다. 이것은, 케이블 힘 전송시스템(1905)이 설치된다면 관련된 어떤 비선형 역학으로 인하여, 그 게인이 그리 높을 필요가 없으므로 느린 루프라고 불린다.

느린 루프제어기의 출력은 "빠른 루프" 제어 시스템으로의 힘설정점(1906)이다. 이 빠른 루프 설정점은, 표준 제어법칙을 적용하는 빠른 루프제어기(1909)에 대한 에라신호 입력을 제조하는 힘 액추에이터(1908)의 출력에 감지된 힘(예를 들면, 이미 제16도에 기술된 스트레인 게이지 캔틸레버(1907)에 의하여)과 비교된다. 빠른 루프의 게인은, 이 푸프의 동역학이 양질의 서보 모터가 사용된다면 확실히 선형이고 상대적으로 빠르기 때문에 느린 루프 제어기의 게인과 비교하여 크기되기도 한다. 그렇기 때문에 모터의 장력출력은 매우 신속하게 원하는 값으로 제어될 수 있으며, 반면 손가락 끝에 감지된 힘은 비선형 전송 시스템으로 인한 오실레이션의 가능성은 증가시키지 않고는 신속히 원하는 값으로 서보 제어될 수 없다.

텍스쳐 배열 및 힘 인가장치에 대한 명령을 적절히 조합함으로써, 무수한 감각이 손가락에 가해지게 된다. 예를 들면 단앨 열을 따라 3개의 텍스쳐 엘리먼트를 연장시키고 그후 힘 플랫폼은 손가락끝을 압박하여 작동시킴으로써, 가상의 목적물의 수직 모서리에 대한 손가락끝의 접촉감각이 시뮬레이트된다. 만약 그 열의 세개의 연장된 텍스쳐 엘리먼트가 근접한 열의 세개의 엘리먼트가 상승됨과 동시에 후퇴된다면, 목적물 모서리가 손가락끝을 따라 이동하는 감각이 생성될 것이다. 이 감각은, 대상물 모서리가 이동하고야 손가락끝이 고정되어 있는 경우이거나 또는 대상물 위치가 고정되고 손가락끝이 모서리를 따라 이동하는 경우 중 둘중 하나에 사용될 것이다. 적당한 변형에 의하여, 제2c도에서의 팔에 도시된 바와 같이 힘 및 텍스쳐가 손가락 끝 외에 몸의 다른 부분에서 시뮬레이트 되기도 한다.

본 발명이 특별한 실시예를 참조하여 기술된 것이며, 그 기술은 다만 본 발명을 설명하는 것이지, 본 발명을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 따라서, 부가된 특허청구 범위에 한정되는 것으로서 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 여러 가지 변형 및 확대가 당업자에게 발생할 수도 있게 된다.

Claims

감지 몸체부, 그리고 비감지 몸체부로써 작용하며 상기 감지 몸체부에 연결된 제2몸체부로 구성된 인간 몸체에 부착할 수 있는 사람-기계 인터페이스 장치에 있어서,

상기 감지 몸체부에서 감지 신호를 발생시키기 위한 힘을 생성하는 힘 생성 수단(201,300,900);

상기 감지 신호를 발생시키기 위하여 상기 생성된 힘을 상기 감지 몸체부에 인가하는 힘 인가 수단(212); 및

상기 생성된 힘을 상기 힘 생성 수단으로부터 상기 비감지 몸체부로 전달하며, 가요적으로 길게 확장되어 있는 힘 전달 수단(101,402,908); 및

상기 힘 전달 수단을 상기 비감지 몸체부에 부착하는 부착 수단(206)을 포함하며,

상기 비감지 몸체부는 상기 힘 생성 수단에 대하여 이동가능하며,

상기 힘 인가 수단은 상기 전달된 힘을 상기 부착 수단과 상기 비감지 몸체부 사이에 인가할 수 있도록 구성되며,

상기 힘 인가 수단은 적어도 하나의 길게 확장된 엘리먼트(400,401)를 포함하며, 상기 엘리먼트는 엘리먼트 가이드(401)에 의하여 안내되며, 상기 장치가 상기 인간 몸체에 부착되어 있을 때 상기 엘리먼트 가이드는 조인트를 거쳐 상기 몸체의 표면 상에 위치되며, 상기 조인트는 상기 전달된 힘이 상기 엘리먼트에 인가될 때 움직이는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제1항에 있어서, 상기 감지 몸체부에 상기 생성된 힘을 인가하는 수단(902,212)을 더 포함하며, 상기 인가 수단(902,212)은 상기 장치가 상기 인간 몸체에 부착될 때 상기 감지 몸체부로부터 변위된 비작동 위치로부터 상기 감지 몸체부를 접촉하는 작동 위치까지 이동가능한 접촉 엔티티(501,512)를 포함하는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하나의 텍스쳐 엘리먼트(902,305,802) 또는 다수의 텍스쳐 엘리먼트를 더 포함하며, 상기 각각의 텍스쳐 엘리먼트는 연장가능하고 수축가능한 핀(802,810,813) 또는 유체 스트림(806); 및 상기 텍스쳐 엘리먼트 또는 텍스쳐 엘리먼트들의 변위를 발생시키기 위하여 상기 생성된 힘을 인가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제3항에 있어서, 상기 가늘고 긴 엘리먼트(400,404)는 가요성이며 건 또는 유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제2항에 있어서, 상기 접촉 엔티티는

힘 인가 플랫폼(1101,518);

상기 인간 몸체에 장치가 부착될 때 상기 감지 몸체부에 힘을 인가하도록 상기 감지 몸체부에 대하여 상기 힘 인가 플랫폼(1101,501,523)을 유지하는 지지 수단(1102); 및

상기 비작동 위치에서 상기 힘 인가 플랫폼을 유지하는 수축 수단(503)을 포함하는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 힘 인가 수단은 힘 감지 엘리먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 힘 인가 수단은 상기 감지 몸체부에 인가되는 힘을 감지하도록 상기 감지 몸체부과 관련된 힘 감지 엘리먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제6항에 있어서, 상기 힘 감지 엘리먼트는,

힘 감지 플랫폼(502);

힘 인가 플랫폼(501);

상기 힘 인가 플랫폼(501) 위에 장착되어 상기 힘 감지 플랫폼(502)을 지지하는 받침대(504); 및

상기 힘 생성 수단(201,300,900)과 상기 힘 감지 플랫폼을 연결하는 기계적인 수단(500)을 포함하며,

상기 생성된 힘에 의한 상기 힘 감지 플랫폼(502)의 작동은 상기 감지 몸체부과 접촉하여 상기 힘 인가 플랫폼(501)을 이동시키도록 상기 받침대위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제3항에 있어서,

장치가 상기 인간 몸체에 부착될 때 상기 감지 몸체부쪽으로 상기 텍스터 엘리먼트가 변위되도록 항기 감지 몸체부에 대하여 상기 하나의 텍스쳐 엘리먼트(902,305.802) 또는 다수의 텍스쳐 엘리먼트를 지지하는 수단(701)을 포함하는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제3항에 있어서, 상기 다수의 텍스쳐 엘리먼트는 3×3 텍스쳐 엘리먼트 어래이(700)인 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 생성 수단은,

힘 발생 수단(900); 및 상기 힘 발생 수단으로부터 상기 적어도 하나의 힘 인가 수단(902)에 힘을 전달하는 전달 수단(908)을 포함하며,

상기 전달 수단은 적어도 하나의 가요성 가늘고 긴 힘 전달 부재; 및 상기 각각의 가요성 가늘고 긴 힘 전달 부재를 안내하는 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제1항에 있어서, 상기 가요성 가늘고 긴 힘 전달 부재는 건(100,203) 또는 유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제12항에 있어서, 상기 힘 발생 수단은 모터(201) 또는 솔레노이드(901)인 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제1항에 있어서, 상기 인가 수단,

적어도 하나의 텍스쳐 엘리먼트(700)를 포함하는 힘 인가 플랫폼(701);

상기 인간 몸체에 장치가 부착될 때 상기 감지 몸체부에 힘을 인가하도록 상기 감지 몸체부에 대하여 상기 힘 인가 플랫폼(701)을 유지하는 수단(519);

상기 힘 공급 플랫폼이 상기 감지 몸체부로부터 변위되는 비작동 위치에서 상기 힘 인간 플랫폼을 유지하는 수축 수단(503);

힘 감지 플랫폼(702);

상기 힘 인가 플랫폼(703) 위에 장착되어 상기 힘 감지 플랫폼(702)을 지지하는 받침대(703); 및

상기 힘 생성 수단(201,300,900)과 상기 힘 감지 플랫폼을 연결시키며, 장치가 인간 몸체에 부착될 때 상기 생성된 힘에 의한 상기 힘 감지 플랫폼(702)의 작동이 상기 감지 몸체부과 접촉하여 상기 힘 인가 플랫폼(701)을 이동시키도록 상기 받침대위에서 이루어지도록 상기 장치 내에 배치되는 기계적인 수단(702)을 포함하는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 감지 몸체부는 손가락 부분인 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 비감지 몸체부는 손목인 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 생성된 힘을 공급하는 수단을 지지하는 장갑 지지 수단(200)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

장치가 상기 인간 몸체에 부착될 때, 제어 몸체부의 위치(917,1902)를 감지하고 상기 제어 몸체부의 위치와 관련된 제어 신호를 발생하는 수단; 및

상기 제어 신호를 수신하고 상기 제어 신호의 함수로서 상기 힘을 발생시키도록 상기 생성 수단을 작동시키는 신호 수집 및 발생 수단(1900,916,911)을 포함하는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제18항에 있어서, 상기 감지 몸체부는 손가락 부분이고 상기 제어 몸체부는 순가락 부분이며, 상기 감지 손가락 부분 및 제어 몸체부는 제2몸체부에 연결되며,

상기 장치는 상기 손가락 부분을 부착하는 지지부(519) 및 상기 지지부에 의하여 지지되어 생성된 힘을 인가하는 수단(501)을 포함하는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제19항에 있어서, 상기 지지부는 장갑이며, 상기 손가락 부분은 손가락끝이며,

상기 장치는 상기 가늘고 긴 엘리먼트를 안내하도록 상기 장갑에 부착된 엘리먼트 가이드(401,407);

손목 스트랩(1800,403); 및

한쪽 단부(402)에서 상기 손목 스트랩(403)에 부착되고 다른쪽 단부에서 상기 힘 생성 수단에 부착되는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제20항에 있어서, 상기 인가 수단은,

상기 손가락끝과 접촉하여 비작동 위치로부터 작동 위치로 이동하는 힘 인가 플랫폼(501); 및

상기 힘을 인가하도록 상기 손가락끝에 대하여 상기 힘 인가 플랫폼(501)을 지지하는 지지 부재(519)를 포함하는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 감지 신호 및 힘 생성 수단은 대화식 엔티티 및 가상 또는 물리적 물체사이의 상호작용을 시뮬레이팅하는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제19항에 있어서, 상기 신호 수집 및 발생 수단은 상기 제어 신호와 관련하여 상기 대화식 엔티티 및 가상 또는 물리적 물체 사이의 상호작용을 제어하는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 힘 생성 수단은 상기 가상 또는 물리적 물체와 상호작용하는 대화식 엔티티의 접촉 힘을 시뮬레이팅하는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 힘 생성 수단은 상기 가상 또는 물리적 물체의 표면을 시뮬레이팅하는 표면 패턴을 발생시키는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제1항에 있어서, 상기 힘 인가 수단 및 부착 수단에 부착되고 선회축(534)에 의하여 서로 연결된 제1 및 제2링크(536,535)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제26항에 있어서, 상기 생성된 힘은 적어도 하나의 건(538)을 통하여 힘 인가 수단에 전달되며, 상기 건은 힘 인가 수단에 연결되어 상기 부착 수단에 연결되어 상기 부착 수단에 연결된 하우징(537)으로부터 돌출하는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제27항에 있어서, 상기 힘 인가 수단과 상기 건의 연결은 상기 제1링크를 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 하우징과 부착 수단의 연결은 상기 제2링크를 통하여 이루어지즌 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제27항에 있어서, 상기 선회축의 양쪽에서 적어도 두 개의 건(538,540)이 상기 제1링크에 부착되는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제26항, 제27항 또는 제28항에 있어서, 조인트와 함께 작동하는 각측기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제26항, 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 장치는 머리에 부착할 수 있는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.
제32항에 있어서, 상기 힘 인가 수단은 힘을 한꺼번에 전달하는 것을 특징으로 하는 사람-기계 인터페이스 장치.