KR101106213B1 - 터치기반의 감성적 인터페이스 장치, 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

터치기반의 감성적 인터페이스 장치, 시스템 및 그 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 인터페이스 장치는 소정 전압이 인가되는 터치센서부(110); 상기 터치센서부에 대한 사용자 터치 패턴에 따른 전압 변화 패턴을 검출하는 전압검출부(120); 상기 검출된 전압 변화 패턴과 기설정된 전압 변화 패턴을 비교하는 비교연산부(130); 및 상기 검출된 전압 변화 패턴에 대응하는 기설정된 전압 변화 패턴에 할당된 정보를 출력하는 출력부(140)를 포함하는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 사물 인터페이스 장치 및 방법은 사람과 사물 간의 상호 작용을 통하여 정보를 양방향으로 전달할 수 있다. 즉, 사람의 터치 행태에 따라 상이한 정보를 사물로부터 사람에게 피드백함으로써, 마치 사용자로 하여금 실제 사물과 커뮤니케이션하고 있는 듯한 느낌을 주어 상당한 오락적, 교육적 효과를 기대할 수 있다.

Description

터치기반의 감성적 인터페이스 장치, 시스템 및 그 방법{Emotional interface device, system based upon touch technology and method thereof}

본 발명은 터치 기반의 감성적 인터페이스 장치, 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사람의 자연스러운 터치 행태를 구분, 인식함으로써 사람과 사물 간의 감성적인 상호작용을 도모하는 터치기반의 감성적 인터페이스 장치, 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

기술의 발달로 인하여, 사물과 사람 간의 인터렉션을 도모하려는 연구가 진행되고 있다. 예를 들면, 사물이나 로봇과 사람 사이의 상호 교감을 위하여 다양한 센서 기술이 개발되고 있다. 하지만, 일반적인 인터렉션 기술은 일방향 인터페이스를 기본으로 한다. 즉, 사람이 로봇 등에 일정한 자극을 주게 되며, 로봇 등의 사물은 정해진 방식대로 주어진 자극에 반응을 하게 되는, 일 방향 인터렉션 방식이 일반적이다. 즉, 완구로봇이나 인형에 적용된 종래 인터렉션 기술은 단순한 온/오프 버튼이나, 압력(pressure) 센서 등을 사용하며, 사람은 이러한 버튼이나 센서를 누름으로써 정해진 반응을 얻게 되는 방식이었다. 하지만, 이 경우, 사용자에게 아날로그적 감성을 주기가 어렵고, 사람과 사람 사이의 인터렉션과는 다른 인터렉션으로 인하여, 교육이나 오락 효과가 떨어지는 문제가 있다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 사람-사물 간의 상호 작용에 따른 인터렉션을 수행하는 새로운 개념의 감성적 인터페이스 장치 및 그 응용을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 세 번째 과제는 사람-사물 간의 상호작용에 따른 인터렉션을 수행하기 위한 새로운 개념의 감성적 인터페이스 방법 및 그 응용을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 소정 전압이 인가되는 터치센서부(110); 상기 터치센서부에 대한 사용자 터치 패턴에 따른 전압 변화 패턴을 검출하는 전압검출부(120); 상기 검출된 전압 변화 패턴과 기설정된 전압 변화 패턴을 비교하는 비교연산부(130); 및 상기 검출된 전압 변화 패턴에 대응하는 기설정된 전압 변화 패턴에 할당된 정보를 출력하는 출력부(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 인터페이스 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 터치센서부(110)는 전압이 인가되는 전압전극(111); 및 접지전극(113)을 포함하며, 상기 전압전극(111)과 접지전극(113)은 전기적으로 절연되며, 상기 전압전극(111)과 접지전극(113)을 터치하는 사용자를 통하여 전기적으로 연결된다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 터치센서부는 상기 전압전극(111)과 접지전극(113)를 복수 개 구비하며, 상기 전압전극(111)과 접지전극(113)은 서로 교번하는 그리드 형태일 수 있다. 또한, 상기 전압전극과 접지전극은 물체 표면에서 돌출된 돌출부재 형태일 수 있으며, 출력되는 상기 정보는 영상 또는 음성 정보일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 전압 검출부는 사물에 연결된 아날로그 전압센서부를 포함하며, 본 발명은 상술한 인터페이스 장치를 포함하는 로봇 및 완구를 그 응용 형태로 제공한다.

상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 물체 표면에 구비된 터치센서부의 전압을 측정하는 단계; 터치센서부의 터치에 따라 발생하는 전압 패턴의 변화를 측정하는 단계; 상기 측정된 전압변화 패턴이 기설정된 전압변화 패턴들과 비교하는 단계; 및 상기 측정된 전압변화 패턴이 기설정된 전압변화 패턴 중 어느 하나에 매칭되면, 매칭된 전압변화 패턴에 대응되는 정보가 외부로 출력되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 인터페이스 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 측정된 전압변화 패턴이 기설정된 전압변화 패턴에 해당되지 않는 경우는 다시 최초의 전압 측정 단계로 돌아하며, 상기 전압변화 패턴은 아날로그 형태이다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 터치센서부(110)는 전압이 인가되는 전압전극(111); 및 접지전극(113)을 포함하며, 상기 전압전극(111)과 접지전극(113)은 전기적으로 절연되며, 상기 전압전극(111)과 접지전극(113)을 터치하는 사용자를 통하여 전기적으로 연결되며, 이때 상기 터치센서부는 상기 전압전극(111)과 접지전극(113)를 복수 개 구비한다.

본 발명은 상술한 인터페이스 방법을 로봇에 응용한 인간-로봇 인터페이스 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 사물 인터페이스 장치 및 방법은 사람과 사물 간의 상호 작용을 통하여 정보를 양방향으로 전달할 수 있다. 즉, 사람의 터치 행태에 따라 상이한 정보를 사물로부터 사람에게 피드백함으로써, 마치 사용자로 하여금 실제 사물과 커뮤니케이션하고 있는 듯한 느낌을 주어 상당한 오락적, 교육적 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 감성적 인터페이스 장치를 나타내는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서부(110)의 평면도이다.
도 2b는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 터치센서부(110)의 단면도이다.
도 3 및 4는 도 2a의 터치센서부(110)를 사람이 터치하는 형태를 나타내는 도면이다.
도 5 및 6은 터치센서부(110)를 터치하는 패턴에 따라 변화되는 전압 변화 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 컨트롤러의 회로도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 감성적 인터페이스 방법의 단계도이다.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명은, 상술한 바와 같이 일정한 전기적 특성(본 발명의 일 실시예에서는 일정 전압)이 사물 혹은 사람에게 부여되는 경우, 상기 사물을 사람이 터치(접촉)함에 따라 전류는 사람과 물체를 타고 전압센서로 흐르게 되고, 이러한 터치의 양상에 따라 일정 시간동안의 전압 양상은 다른 형태를 띄게 되는 점에 착안한 것이다.

본 발명자는 전기전도체인 사람과 사물의 터치 방식에 따라 전압센서의 결과값이 구별되는 양태로 변화되는 점에 주목하였다. 즉, 사람의 터치 방식은 그 터치 지속 시간, 터치 강도 등에 따라 구별가능하며, 예를 들면, 사물의 특정 부분을 쓰다듬는 경우, 간지르는 경우, 때리는 경우는 모두 터치 방식이 상이하다고 할 수 있다. 본 발명은 이와 같은 구별되는 터치 방식에 따라 전기적 특성의 변화 패턴이 모두 구별가능하며, 이를 이용하여 사물-사람간의 인터렉션이 가능한 인터페이스 장치를 구현한다. 이때, 시간에 따라 사람과 사물의 저항은 다를 수 있지만 터치 행태에 따라 이루어지는 전위차의 양상은 항상 같으므로 기설정된 패턴과 비교 가능하다. 이를 위하여, 본 발명은 사물의 표면을 그라운드 전극과 전압 전극이 소정 간격으로 교차하도록 구성하여, 사람이 사물 표면을 터치함에 따라 발생하는 전위차 변화 패턴을 발생시킨다.

이하, 도면을 이용하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 감성적 인터페이스 장치를 나타내는 도면이다. 본 명세서 전체에서 사용되는 "감성적(emotional)"이라는 용어는 사람과의 쌍방향 인터렉션이 가능하다는 의미로 해석된다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인터페이스 장치(100)는 사물에 구비되며, 소정 전압이 인가되는 터치센서부(110); 상기 터치센서부(110)에 대한 사용자 터치 패턴에 따른 전압 변화 패턴을 검출하는 전압검출부(120); 및 상기 검출된 전압 변화 패턴과 기설정된 전압 변화 패턴을 비교하는 비교연산부(130); 및 상기 검출된 전압 변화 패턴에 대응하는 기설정된 전압 변화 패턴에 할당된 정보를 출력하는 출력부(140)를 포함한다.

본 발명에서 상기 터치센서부(110)에는 소정의 전압이 인가되는 상태이며, 사람이 터치센서부(110)를 터치함에 따라 전압 변화가 발생하는 형태로 구성된다. 즉, 전압이 인가되는 전극((+) 전극인 전압전극)과 접지전극을 조밀하게 교차 구성함으로써, 사람이 손가락 등으로 터치함에 따라 (+) 전극과 그라운드 전극은 인체를 통하여, 연결되며, 이로써 전압 변화가 발생한다. 특히, 본 발명은 사람이 상기 터치센서부(110)를 터치하는 패턴(예를 들면, 쓰다듬는 경우와 때리는 경우와 같이 터치 강도, 시간이 상이한 패턴)에 따라 검출되는 전압 변화 패턴이 달라지는 점에 주목하였다. 이하 사물에 부착되는 터치센서부(110)를 상세히 설명한다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서부(110)의 평면도이다.

도 2a를 참조하면, 상기 터치센서부(110)는 소정의 전압이 인가되는 전압전극(111)과 접지 전극(113)이 소정 간격으로 교차한다. 이때 두 전극은 전기적으로 절연된 상태를 유지하며, 표면을 통해서만 두 전극은 연결될 수 있는 상태이다. 도 2에서는 일종의 그리드 타입(즉, 두 전극이 수직 교차하는 형태)의 터치센서부(110)를 개시하나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다. 따라서, 사람의 손가락 두께 이내의 간격으로 두 전극이 교차하는, 임의의 모든 전극 구성이 본 발명의 범위에 속한다. 예를 들면, 방사형, 육각형, 빗살형 등의 전극 구성이 본 발명의 범위에 속한다.

도 2b는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 터치센서부(110)의 단면도이다.

도 2b를 참조하면, 전도성을 가지는 복수 개의 실을 돌출 부재(115, 117)이 개시되며, 상기 돌출 부재(115, 117)은 각각 전압전극(115) 및 접지전극(117)을 형성한다. 이러한 돌출 부재는 완구 등의 털과 같은 질감을 사용자에게 줄 뿐만 아니라, 사람이 쓰다듬는 등의 터치를 하는 경우, 두 전극(115, 117)은 사용자 신체를 통하여 전기적으로 연결되어, 일정한 전압변화 패턴이 발생한다. 더 나아가, 곡면의 표면형태에서도 효과적인 터치센서부(110) 설치가 가능하다.

도 3 및 4는 도 2a의 터치센서부(110)를 사람이 터치하는 형태를 나타내는 도면이다.

도 3 및 4를 참조하면, 도 2의 터치센서부(110)를 사람이 손가락으로 터치함에 따라, 접지전극(113)과 전압전극(111)이 사실상 동시에 접촉되며, 이로써 전압전극(111)으로부터의 전류가 사람의 인체를 통하여 접지전극(113)으로 흐르게 되며, 본 발명에 따른 감성적 인터페이스 장치는 이러한 전류 흐름에 따른 전압 변화를 아날로그 형태로 검출하는 전압 검출부를 포함한다. 특히, 본 발명은 사람이 터치센서부(110)를 터치하는 패턴에 따라 검출되는 전압 변화 패턴이 결정되는 점을 발견하였고, 이를 기초로 새로운 개념의 감성적 인터페이스 장치를 제공한다.

도 5 및 6은 터치센서부(110)를 터치하는 패턴에 따라 변화되는 전압 변화 패턴을 나타내는 그래프이다.

도 5 및 6에서 도시된 바와 같이, 사람이 터치센서부(110)를 터치하는 패턴에 따라 검출되는 전압 변화 패턴은 달라지며, 본 발명에 따른 인터페이스 장치는 사람의 터치 패턴에 따라 달라지는 전압 변화 패턴을 기설정된 전압 변화 패턴과 비교하여, 유사하거나 동일하다고 판단되는 전압 변화 패턴에 대응하는 정보를 출력하게 된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 감성적 인터페이스 장치의 전압검출부(120), 비교연산부(130) 및 출력부(140)는 마이크로 컨트롤러에 모두 포함되며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 컨트롤러의 회로도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 상기 전압검출부(120)는 상기 터치센서부(110)와 연결된 상기 마이크로 컨트롤러의 Analog In 단자를 통해 전압을 측정하게 된다. 또한 상기 마이크로 컨트롤러는 사물 또는 사람에게 일정 전압을 인가하기 위한 전원을 포함하는데, 본 발명의 일 실시예에서는 5V의 전압을 터치센서부(110)의 전압전극에 인가하였다. 또한, 상기 가변저항(102)은 일정 전압(5V)을 공급하는 전원으로부터 전기도체인 사람에 해당하며, 상기 가변저항(102)의 저항 변화(이는 사람의 터치패턴에 따라 발생한다)에 따라 Analog-in 단자에서는 검출되는 전압의 변화가 발생하며, 이를 전압검출부(120)가 검출하게 된다. 이후 상기 마이크로 컨트롤러 내의 비교연산부(130)는 상기 검출된 패턴과 기설정된 전압 패턴을 비교하여, 이에 해당하는 정보를 외부로 출력하게 된다. 본 발명의 상기 실시예에서는 Analog in 단자에서 검출되는 전압변화를 크게 하기 위하여 그라운드에 연결된 저항(101)을 가변저항(102)과 비슷한 수준으로 하였으며, 구체적으로는 10MΩ 수준이었다.

본 발명에 따른 감성적 인터페이스 장치는 전압변화 패턴이 미리 저장된 메모리부를 더 포함하며, 상기 비교연산부(130)는 메모리부에 저장된 기설정 패턴과 전압검출부(120)에 의하여 검출된 패턴을 비교하여, 매칭되는 패턴을 찾게 된다. 이후, 매칭된 패턴에 대응하는 정보가 스피커나 디스플레이 등의 출력부를 통하여 외부로 출력된다. 따라서, 상기 메모리부에는 전압변화 패턴 및 이에 대응하는 정보가 매칭된 형태로 저장된다.

이와 같은 본 발명의 감성적 인터페이스 장치는 다양한 종류의 사물에 적용될 수 있다. 예를 들면, 로봇, 완구 등에 적용되어, 사람과의 쌍방향 인터렉션이 가능하다.

본 발명은 새로운 개념의 감성적 인터페이스 방법을 제공하는데, 이하 이를 설명한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 감성적 인터페이스 방법의 단계도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 감성적 인터페이스 방법은 먼저 로봇, 완구 등의 물체 표면에 구비된 터치센서부의 전압을 측정하는 단계로부터 개시된다(S110). 상기 사물의 전압 측정은 상술한 바와 같이 아날로그 방식을 취하게 되며, 사람의 터치센서부의 터치에 따라 발생하는 아날로그 전압 패턴의 변화를 측정한다(120). 본 발명에 따른 인터페이스 방법은 특히 디지털 형태가 아닌 아날로그 방식을 취함으로써 전압변화 패턴의 경향을 효과적으로 검출한다.

이후 전압검출부 등에 의하여 측정된 전압변화 패턴은 기설정된 전압변화 패턴들과 비교된다(S130). 만약, 측정된 전압변화 패턴이 기설정된 전압변화 패턴 중 어느 하나에 매칭되면, 매칭된 전압변화 패턴에 대응되는 정보가 외부로 전달(출력)된다(S140). 하지만, 측정된 전압변화 패턴이 기설정된 전압변화 패턴에 해당되지 않는 경우는 다시 최초의 전압 측정 단계로 돌아가게 된다.

본 발명에 따른 인터페이스 방법의 터치센서부는 소정의 전압이 인가되는 전압전극과 이에 대응하는 접지전극을 포함하며, 사람이 전압전극과 접지전극을 동시에 터치함에 따라 두 전극은 전기적으로 연결된다. 상기 터치센서부에 대한 설명은 상술한 바와 같으므로, 이하 생략한다.

본 발명에 따른 상기 인터페이스 방법은 사람과 물체 간의 감성적인 양방향 커뮤니케이션 효과를 주게 된다. 따라서, 물체의 종류가 로봇인 경우, 새로운 양방향성의 인간-로봇 인터페이스(Human-Robot Interface, HRI) 방법이 가능하다.

본 발명의 범위는 상기 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

110: 터치센서부
120: 전압검출부
130: 비교연산부
140: 출력부
111, 115: 전압전극
113, 117: 접지전극

Claims (17)

1. 소정 전압이 인가되는 터치센서부(110);
   상기 터치센서부에 대한 사용자 터치 패턴에 따른 전압 변화 패턴을 검출하는 전압검출부(120);
   상기 검출된 전압 변화 패턴과 기설정된 전압 변화 패턴을 비교하는 비교연산부(130); 및
   상기 검출된 전압 변화 패턴에 대응하는 기설정된 전압 변화 패턴에 할당된 정보를 출력하는 출력부(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 인터페이스 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 터치센서부(110)는 전압이 인가되는 전압전극(111); 및
   접지전극(113)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 인터페이스 장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 전압전극(111)과 접지전극(113)은 전기적으로 절연되며, 상기 전압전극(111)과 접지전극(113)을 터치하는 사용자를 통하여 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 인터페이스 장치.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 터치센서부는 상기 전압전극(111)과 접지전극(113)를 복수 개 구비하는 것을 특징으로 하는, 인터페이스 장치.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 전압전극(111)과 접지전극(113)은 서로 교번하는 그리드 형태인 것을 특징으로 하는, 인터페이스 장치.
6. 제 4항에 있어서,
   상기 전압전극과 접지전극은 물체 표면에서 돌출된 돌출부재 형태인 것을 특징으로 하는, 인터페이스 장치.
7. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1항에 있어서,
   상기 정보는 영상 또는 음성 정보인 것을 특징으로 하는, 인터페이스 장치.
8. 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1항에 있어서,
   상기 전압 검출부는 사물에 연결된 아날로그 전압센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 인터페이스 장치.
9. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 인터페이스 장치를 포함하는 로봇.
10. 청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 인터페이스 장치를 포함하는 완구.
11. 물체 표면에 구비된 터치센서부의 전압을 측정하는 단계;
    터치센서부의 터치에 따라 발생하는 전압 패턴의 변화를 측정하는 단계;
    상기 측정된 전압변화 패턴이 기설정된 전압변화 패턴들과 비교하는 단계; 및
    상기 측정된 전압변화 패턴이 기설정된 전압변화 패턴 중 어느 하나에 매칭되면, 매칭된 전압변화 패턴에 대응되는 정보가 외부로 출력되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 인터페이스 방법.
12. 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제 11항에 있어서, 상기 방법은
    상기 측정된 전압변화 패턴이 기설정된 전압변화 패턴에 해당되지 않는 경우는 다시 최초의 전압 측정 단계로 돌아가는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 인터페이스 방법.
13. 청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제 11항에 있어서,
    상기 전압변화 패턴은 아날로그 형태인 것을 특징으로 하는, 인터페이스 방법.
14. 제 11항에 있어서,
    상기 터치센서부(110)는 전압이 인가되는 전압전극(111); 및
    접지전극(113)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 인터페이스 방법.
15. 제 14항에 있어서,
    상기 전압전극(111)과 접지전극(113)은 전기적으로 절연되며, 상기 전압전극(111)과 접지전극(113)을 터치하는 사용자를 통하여 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 인터페이스 방법.
16. 제 14항에 있어서,
    상기 터치센서부는 상기 전압전극(111)과 접지전극(113)를 복수 개 구비하는 것을 특징으로 하는, 인터페이스 방법.
17. 제 11항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 따른 방법을 이용한, 인간-로봇 인터페이스 방법.

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