KR101667107B1

KR101667107B1 - Actuator driving apparatus for providing voltage of pulse waveform with low and high frequency, haptic feedback genrating apparatus using the apparatus

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Publication number: KR101667107B1
Application number: KR1020140104438A
Authority: KR
Inventors: 김종호; 이창훈; 양태헌; 박연규; 김민석; 최재혁; 우삼용
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2014-08-12
Filing date: 2014-08-12
Publication date: 2016-10-18
Anticipated expiration: 2034-08-12
Also published as: KR20160020023A

Abstract

본 발명은 고주파와 저주파를 갖는 입력전압을 공급하기 위한 액추에이터 구동장치, 그 액추에이터 구동장치를 이용한 촉각피드백 생성장치 및 생성방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는 액추에이터에 입력전압파형을 공급하기 위한 액추에이터 구동장치에 있어서, 정전압을 출력하는 정전압인가부;상기 액추에이터를 구동하는데 필요한 피드백 데이터를 수신하여, 상기 피드백 데이터에 대응하며 제2주파수를 갖는 제1파형을 형성하는 신호 발생부; 상기 정전압인가부에서 출력된 정전압과 상기 신호발생부에서 형성된 제1파형이 인가되어, 상기 제1파형에서 에너지를 포함하는 변형된 제1파형을 형성하는 전압추적기; 상기 전압추적기에서 출력된 상기 변형된 제1파형를 기준으로 제1주파수를 갖고, 시간에 따라 진폭이 달라지는 입력파형을 생성하는 파워 오실레이터; 및 상기 파워 오실레이터에서 출력되는 입력파형을 액추에이터를 구동시키기 위한 전압으로 증폭시켜 입력전압파형을 생성하는 증폭부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파와 저주파를 갖는 입력전압파형을 공급하기 위한 액추에이터 구동장치에 관한 것이다. The present invention relates to an actuator driving apparatus for supplying an input voltage having a high frequency and a low frequency, a tactile feedback generating apparatus using the actuator driving apparatus, and a generating method. The actuator driving apparatus according to claim 1, further comprising: a constant voltage applying unit configured to output a constant voltage; and a feedback unit configured to receive feedback data required to drive the actuator, A signal generator for generating a first waveform; A voltage tracker applying a constant voltage output from the constant voltage applying unit and a first waveform formed in the signal generating unit to form a modified first waveform including energy in the first waveform; A power oscillator having a first frequency based on the deformed first waveform output from the voltage tracker and generating an input waveform having a varying amplitude over time; And an amplifier for amplifying an input waveform output from the power oscillator to a voltage for driving an actuator to generate an input voltage waveform. The apparatus for driving an actuator for supplying an input voltage waveform having a high frequency and a low frequency, .

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an actuator driving apparatus for supplying an input voltage waveform having a high frequency and a low frequency and a haptic feedback generating apparatus and a generating method using the actuator driving apparatus. the apparatus}

본 발명은 고주파와 저주파를 갖는 입력전압파형을 공급하기 위한 액추에이터 구동장치, 그 액추에이터 구동장치를 이용한 촉각피드백 생성장치 및 생성방법에 대한 것이다. The present invention relates to an actuator driving apparatus for supplying an input voltage waveform having a high frequency and a low frequency, a tactile feedback generating apparatus using the actuator driving apparatus, and a generating method.

일반적으로 촉감이란 물체를 만질 때 사람의 손가락 또는 스타일러스 펜으로 느낄 수 있는 촉각적 감각으로서, 피부가 물체 표면에 닿아서 느끼는 촉감 피드백과 관절과 근육의 움직임이 방해될 때 느껴지는 근감각 피드백을 포괄하는 개념이다. In general, touch refers to a tactile sensation that can be felt by a person's finger or stylus pen when touching an object, including tactile feedback that the skin touches the object surface and muscular feedback that is felt when movement of the joints and muscles is disturbed Concept.

사람의 감각수용기로서, 기계적 자극의 수용기로는 고주파의 진동을 감지하는 파치니언 소체(Pacinian corpuscle), 저주파의 진동을 감지하는 마이스너 소체(Meissner's corpuscle), 국부적으로 누르는 압력을 감지하는 메르켈 디스크(Merkel's disc)와 피부를 눌러주는 스트레치를 감지하는 루피니 엔딩(Ruffini's ending) 등이 있다.As human sensory receptors, receptors for mechanical stimulation include Pacinian corpuscle, which senses high-frequency vibrations, Meissner's corpuscle, which senses low-frequency vibrations, Merkel's disc, and Ruffini's ending, which detects the stretch that presses the skin.

이러한 감각수용기를 자극하기 위한 다양한 촉감 제시장치들로, 피에조 액추에이터, 솔레노이드 액추에이터, DC/AC 모터, 서버모터, 초음파 액추에이터, 형상기억합금세라믹 액추에이터, 전기활성폴리머 액추에이터 등 다양한 액추에이터 등이 있다. Various actuators such as piezo actuators, solenoid actuators, DC / AC motors, server motors, ultrasonic actuators, shape memory alloy ceramic actuators, and electroactive polymer actuators are examples of various tactile presentation devices for stimulating such sensory receptors.

촉감 제시장치의 대표적인 예로는 모바일 디바이스에서 터치스크린의 입력에 따라 진동모터로 진동을 발생시켜 고주파/저주파의 진동을 감지하는 파치니언/마이스너 소체를 자극하는 장치가 있다.A representative example of the tactile display apparatus is a device for stimulating a pachinian / meister body that detects vibration of a high frequency / low frequency by generating vibration by a vibration motor in accordance with an input of a touch screen in a mobile device.

한편, 진동모터(진동발생 모듈)는 휴대용 기기에 적용되어 소정의 감각을 전달하는 장치로서, 종래의 기술은 사용자가 손가락으로 터치 패널을 터치하면 그에 대한 반응으로 진동감각을 출력하는 방식이었다.Meanwhile, the vibration motor (vibration generating module) is a device that is applied to a portable device and transmits a predetermined sensation. In the related art, a vibration sensation is outputted in response to a touch of a touch panel by a user's finger.

이러한 종래의 진동발생 모듈은 사용자가 손가락으로 인지할 수 있을 정도의 세기를 갖는 진동을 발생시켜야 하므로 비교적 높은 동작전압을 사용하여야 한다는 문제점이 있었다.Such a conventional vibration generating module has a problem that a relatively high operating voltage must be used because a vibration having a strength that a user can perceive with a finger must be generated.

또한, 진동발생 모듈이 빈번하게 사용되는 휴대용 기기는 소지의 편의를 위하여 그 크기를 줄이고 있는 추세이고, 이에 따라 공급할 수 있는 전력의 용량에 한계가 있었다.In addition, the portable device in which the vibration generating module is frequently used has a tendency to be reduced in size for the sake of convenience, and accordingly, there is a limit in the amount of power that can be supplied.

그러나, 종래의 진동발생 모듈은 전력소모가 크기 때문에 이러한 휴대용 기기에 적용하여 사용하기에는 불편할 수 있다는 문제점이 있었다.However, since the conventional vibration generating module has a large power consumption, it is inconvenient to use the vibration generating module for such a portable device.

나아가, 종래의 진동발생 모듈은 단순한 진동감각만을 출력할 수 있었으며 진동의 강도나 간격을 조절하기가 곤란하고 다양한 촉각 피드백을 생성하기 어렵다는 문제점이 있었다.Furthermore, the conventional vibration generating module can output only a simple sense of vibration, and it is difficult to control the strength or the interval of vibration, and it is difficult to generate various tactile feedbacks.

또한, 종래의 진동발생 모듈은 촉각 피드백을 발생시키는 액추에이터로 기능할 뿐, 터치를 감지하는 센서로서의 기능은 할 수 없어서 다양한 활용에 한계가 있다는 문제점이 있었다.In addition, the conventional vibration generating module functions as an actuator for generating tactile feedback, and can not function as a sensor for sensing a touch.

대한민국 등록특허 제10-1124227호Korean Patent No. 10-1124227 대한민국 등록특허 제10-1115421호Korean Patent No. 10-1115421 대한민국 등록특허 제10-1022065호Korean Patent No. 10-1022065

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 액추에이터를 구동시키기 위한 입력전압은 액추에이터의 공진주파수에 맞는 1kHz ~ 100kHz 범위의 고주파수를 갖고 이러한 고주파수의 피크값을 진폭변조하여 포락선이 사인파 형태를 갖는 입력파형을 형성하고, 이러한 사인파의 주파수는 1 ~ 500Hz 범위의 저주파수를 갖게 되어 액추에이터의 진동을 크게하면서 사람이 가장 잘 느낄 수 있는 촉각피드백을 유도할 수 있는 액추에이터 구동장치를 제공하는 데 그 목적이 있다. According to an embodiment of the present invention, an input voltage for driving an actuator has a high frequency ranging from 1 kHz to 100 kHz that corresponds to a resonant frequency of an actuator, The amplitude of the high-frequency peak is amplitude-modulated to form an envelope-shaped sinusoidal input waveform. The frequency of the sine wave has a low frequency in the range of 1 to 500 Hz, increasing the vibration of the actuator. The present invention has been made in view of the above problems.

본 발명의 일실시예에 따르면, 전압추적기를 통해 발진기에 공급되는 전원 전압 자체를 제어하게 되어 에너지 소모가 적고 효율적이며 고조파 잡음이 억제 되고, 힘센서부에서 힘 또는 터치를 감지하지 않은 경우에는 에너지가 차단될 수 있어 에너지 효율을 증대할 수 있는 액추에이터 구동장치를 제공하는 데 그 목적이 있다. According to an embodiment of the present invention, the power supply voltage supplied to the oscillator through the voltage tracker is controlled, so that energy consumption is small, efficient and harmonic noise is suppressed, and when power or touch is not detected in the strong west, And to provide an actuator driving apparatus capable of increasing the energy efficiency.

본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다. Other objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 제1목적은, 액추에이터에 입력전압파형을 공급하기 위한 액추에이터 구동장치에 있어서, 정전압을 출력하는 정전압인가부; 상기 액추에이터를 구동하는데 필요한 피드백 데이터를 수신하여, 상기 피드백 데이터에 대응하며 제2주파수를 갖는 제1파형을 형성하는 신호 발생부; 상기 정전압인가부에서 출력된 정전압과 상기 신호발생부에서 형성된 제1파형이 인가되어, 상기 제1파형에서 에너지를 포함하는 변형된 제1파형을 형성하는 전압추적기; 상기 전압추적기에서 출력된 상기 변형된 제1파형를 기준으로 제1주파수를 갖고, 시간에 따라 진폭과 평균이 달라지는 입력파형을 생성하는 파워 오실레이터; 및 상기 파워 오실레이터에서 출력되는 입력파형을 액추에이터를 구동시키기 위한 전압으로 증폭시켜 입력전압파형을 생성하는 증폭부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파와 저주파를 갖는 입력전압파형을 공급하기 위한 액추에이터 구동장치로서 달성될 수 있다. A first object of the present invention is to provide an actuator driving apparatus for supplying an input voltage waveform to an actuator, comprising: a constant voltage applying unit for outputting a constant voltage; A signal generator for receiving feedback data necessary for driving the actuator and forming a first waveform corresponding to the feedback data and having a second frequency; A voltage tracker applying a constant voltage output from the constant voltage applying unit and a first waveform formed in the signal generating unit to form a modified first waveform including energy in the first waveform; A power oscillator having a first frequency based on the deformed first waveform output from the voltage tracker and generating an input waveform having an amplitude and an average that varies with time; And an amplifier for amplifying an input waveform output from the power oscillator to a voltage for driving an actuator to generate an input voltage waveform. The apparatus for driving an actuator for supplying an input voltage waveform having a high frequency and a low frequency, . &Lt; / RTI >

또한, 상기 입력전압파형의 최대 진폭은 60 ~ 6000V인 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the maximum amplitude of the input voltage waveform may be 60 to 6000V.

그리고, 상기 입력전압파형은 제1주파수를 가지며, 시간에 따라 진폭과 평균이 변형되고, 각 주기의 피크값을 연결한 포락선은 상기 제1파형의 형태를 갖고, 상기 제1파형은 제2주파수를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. The input voltage waveform has a first frequency, an amplitude and an average are deformed with time, an envelope connecting the peak values of each period has the form of the first waveform, the first waveform has a second frequency And a control unit.

또한, 상기 제1주파수는 1kHz ~ 100kHz이고, 상기 제2주파수는 1Hz ~ 500Hz인 것을 특징으로 할 수 있다. The first frequency may be 1 kHz to 100 kHz, and the second frequency may be 1 Hz to 500 Hz.

그리고, 상기 전압추적기와 상기 신호발생부 사이에 구비되어 디지털신호를 아날로그 신호로 변환하는 컨버터를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The apparatus may further include a converter provided between the voltage tracker and the signal generator to convert a digital signal into an analog signal.

또한, 상기 전압추적기는, 상기 정전압인가부에서 출력되는 파형을 스위칭하는 파워스위치, 상기 파워스위치를 구동시키는 구동부, 구동제어신호를 형성하여 상기 구동부에 인가하는 제어기, 상기 파워스위치에서 출력되는 파형의 평균값을 취득하여 상기 변형된 제1파형을 상기 파워 오실레이터로 출력하는 필터, 및 상기 필터에서 출력되는 변형된 제1파형과 상기 신호발생부에서 출력되는 제1파형을 비교하는 비교기를 포함하고, 상기 제어기는 상기 변형된 제1파형의 전압이 상기 신호발생부에서 출력되는 제1파형과 동일하도록 상기 구동부와 상기 파워스위치를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. The voltage tracker may further include a power switch for switching a waveform output from the constant voltage applying unit, a driving unit for driving the power switch, a controller for applying a driving control signal to the driving unit, A filter for obtaining an average value and outputting the modified first waveform to the power oscillator and a comparator for comparing the first waveform output from the filter with the first waveform output from the signal generator, And the controller may control the driving unit and the power switch such that the voltage of the deformed first waveform is the same as the first waveform output from the signal generating unit.

그리고, 상기 파워 오실레이터는 공진회로를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The power oscillator may include a resonant circuit.

본 발명의 제2목적은, 촉각피드백 생성장치에 있어서, 제 1 객체의 터치 또는 접촉힘을 감지하는 힘센서부; 앞서 언급한 제1목적에 따른 액추에이터 구동장치; 상기 액추에이터 구동장치에서 생성된 전압입력파형을 인가받아 제1객체에 촉각피드백을 제공하는 액추에이터; 및 상기 힘센서부에서 터치 또는 접촉힘을 감지하는 경우, 피드백 데이터를 상기 액추에이터 구동장치의 신호발생부에 전송하고 상기 액추에이터 구동장치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 구동장치를 이용한 촉각피드백 생성장치로서 달성될 수 있다. A second object of the present invention is to provide a tactile feedback generating apparatus, comprising: a strong west portion sensing a touch or contact force of a first object; An actuator driving device according to the first object mentioned above; An actuator receiving the voltage input waveform generated by the actuator driving device and providing tactile feedback to the first object; And a control unit for transmitting feedback data to the signal generating unit of the actuator driving device and controlling the actuator driving device when the touch or contact force is sensed at the strong west end. Generating device.

본 발명의 제3목적은, 촉각피드백 생성방법에 있어서, 힘센서부가 제1객체의 터치 또는 접촉힘을 감지하는 단계; 제어부가 피드백 데이터를 생성하는 단계; 신호발생부가 액추에이터를 구동하는데 필요한 피드백 데이터를 수신하여, 상기 피드백 데이터에 대응하며 제2주파수를 갖는 제1파형을 형성하고, 정전압인가부가 정전압을 출력하는 단계; 상기 정전압인가부에서 출력된 정전압과 상기 신호발생부에서 형성된 제1파형이 전압추적기에 인가되어, 상기 전압추적기가 상기 제1파형에서 에너지를 포함한 변형된 제1파형을 형성하는 단계; 상기 전압추적기에서 출력된 상기 변형된 제1파형이 파워 오실레이터에 입력되어, 상기 파워 오실레이터가 상기 변형된 제1파형을 기준으로 제1주파수를 갖고 시간에 따라 진폭과 평균이 달라지는 입력파형을 생성하는 단계; 증폭부가 상기 파워 오실레이터에서 출력되는 입력파형을 액추에이터를 구동시키기 위한 전압으로 증폭시켜 입력전압파형을 생성하는 단계; 및 상기 입력전압파형이 액추에이터에 인가되어 상기 액추에이터에 의해 상기 제1객체에 촉각피드백을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각피드백 생성방법으로서 달성될 수 있다. A third object of the present invention is to provide a tactile feedback generating method, comprising: sensing a touch or contact force of a first object; The control unit generating feedback data; Receiving a feedback data necessary for driving the actuator, generating a first waveform having a second frequency corresponding to the feedback data, and outputting a constant voltage; A constant voltage output from the constant voltage applying unit and a first waveform formed in the signal generating unit are applied to the voltage tracker so that the voltage tracker forms a modified first waveform including energy in the first waveform; The modified first waveform output from the voltage tracker is input to the power oscillator so that the power oscillator generates an input waveform having a first frequency relative to the modified first waveform and having an amplitude and an average over time, step; Amplifying an input waveform output from the power oscillator with a voltage for driving an actuator to generate an input voltage waveform; And applying the input voltage waveform to an actuator to provide tactile feedback to the first object by the actuator.

또한, 상기 입력전압파형은 제1주파수를 가지며, 시간에 따라 진폭과 평균이 변형되고, 각 주기의 피크값을 연결한 포락선은 상기 제1파형의 형태를 갖고, 상기 제1파형은 제2주파수를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. Also, the input voltage waveform has a first frequency, an amplitude and an average are deformed with time, an envelope connecting peak values of each period has the shape of the first waveform, the first waveform has a second frequency And a control unit.

그리고, 상기 제1주파수는 1kHz ~ 100kHz이고, 상기 제2주파수는 1Hz ~ 500Hz인 것을 특징으로 할 수 있다. The first frequency may be 1 kHz to 100 kHz, and the second frequency may be 1 Hz to 500 Hz.

본 발명의 제4목적은, 액추에이터에 입력전압파형을 공급하기 위한 액추에이터 구동장치에 있어서, 정전압을 출력하는 정전압인가부; 상기 액추에이터를 구동하는데 필요한 피드백 데이터를 수신하여, 상기 피드백 데이터에 대응하며 제2주파수를 갖는 제1파형을 형성하는 신호 발생부; 상기 신호발생부에서 형성한 제1파형의 입력을 특정주기로 on/off 스위칭시키는 스위칭부를 갖고, 상기 정전압인가부에서 출력된 정전압이 인가되어, 상기 제1파형을 기준으로 제1주파수를 갖고 시간에 따라 진폭과 평균이 달라지는 입력파형을 생성하는 공진회로를 갖는 파워 오실레이터; 및 상기 파워 오실레이터에서 출력되는 입력파형을 액추에이터를 구동시키기 위한 전압으로 증폭시켜 입력전압파형을 생성하는 증폭부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파와 저주파를 갖는 입력전압파형을 공급하기 위한 액추에이터 구동장치로서 달성될 수 있다. A fourth object of the present invention is to provide an actuator driving apparatus for supplying an input voltage waveform to an actuator, comprising: a constant voltage applying unit for outputting a constant voltage; A signal generator for receiving feedback data necessary for driving the actuator and forming a first waveform corresponding to the feedback data and having a second frequency; And a switching unit for on / off-switching the input of the first waveform formed by the signal generating unit at a specific period. The constant voltage output from the constant voltage applying unit is applied to the first switch, A power oscillator having a resonant circuit for generating an input waveform that varies in amplitude and average; And an amplifier for amplifying an input waveform output from the power oscillator to a voltage for driving an actuator to generate an input voltage waveform. The apparatus for driving an actuator for supplying an input voltage waveform having a high frequency and a low frequency, . &Lt; / RTI >

또한, 상기 신호발생부는 PWM 신호발생부인 것을 특징으로 할 수 있다. The signal generator may be a PWM signal generator.

그리고, 상기 입력전압파형의 최대 진폭은 60 ~ 6000V인 것을 특징으로 할 수 있다. The maximum amplitude of the input voltage waveform is 60 to 6000V.

그리고, 상기 입력전압파형은 제1주파수를 가지며, 시간에 따라 진폭과 평균이 변형되고, 각 주기의 피크값을 연결한 포락선은 상기 제1파형의 형태를 갖고, 상기 제1파형은 제2주파수를 갖고, 상기 제1주파수는 1kHz ~ 100kHz이며, 상기 제2주파수는 1Hz ~ 500Hz인 것을 특징으로 할 수 있다. The input voltage waveform has a first frequency, an amplitude and an average are deformed with time, an envelope connecting the peak values of each period has the form of the first waveform, the first waveform has a second frequency The first frequency is 1 kHz to 100 kHz, and the second frequency is 1 Hz to 500 Hz.

본 발명의 제5목적은, 촉각피드백 생성장치에 있어서, 제 1 객체의 터치 또는 접촉힘을 감지하는 힘센서부; 앞서 언급한 제4목적에 따른 액추에이터 구동장치; 상기 액추에이터 구동장치에서 생성된 전압입력파형을 인가받아 제1객체에 촉각피드백을 제공하는 액추에이터; 및 상기 힘센서부에서 터치 또는 접촉힘을 감지하는 경우, 피드백 데이터를 상기 액추에이터 구동장치의 신호발생부에 전송하고 상기 액추에이터 구동장치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 구동장치를 이용한 촉각피드백 생성장치로서 달성될 수 있다. A fifth object of the present invention is to provide a tactile feedback generating device, comprising: a strong west part sensing a touch or contact force of a first object; An actuator driving device according to the fourth object mentioned above; An actuator receiving the voltage input waveform generated by the actuator driving device and providing tactile feedback to the first object; And a control unit for transmitting feedback data to the signal generating unit of the actuator driving device and controlling the actuator driving device when the touch or contact force is sensed at the strong west end. Generating device.

본 발명의 제6목적은, 촉각피드백 생성방법에 있어서, 힘센서부가 제1객체의 터치 또는 접촉힘을 감지하는 단계; 제어부가 피드백 데이터를 생성하는 단계; 신호발생부가 액추에이터를 구동하는데 필요한 피드백 데이터를 수신하여, 상기 피드백 데이터에 대응하며 제2주파수를 갖는 제1파형을 형성하고, 정전압인가부가 정전압을 출력하는 단계; 스위칭부가 상기 신호발생부에서 형성한 제1파형의 입력을 특정주기로 on/off 스위칭시켜 제2사인파를 생성하는 단계; 상기 정전압인가부에서 출력된 정전압과 상기 스위칭부에서 출력된 상기 제2사인파가 파워 오실레이터에 입력되어, 상기 파워 오실레이터가 상기 액추에이터의 공진주파수와 대응되는 제1주파수를 갖고 시간에 따라 진폭과 평균이 달라지는 입력파형을 생성하는 단계; 증폭부가 상기 파워 오실레이터에서 출력되는 입력파형을 액추에이터를 구동시키기 위한 전압으로 증폭시켜 입력전압파형을 생성하는 단계; 및 상기 입력전압파형이 액추에이터에 인가되어 상기 액추에이터에 의해 상기 제1객체에 촉각피드백을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각피드백 생성방법으로서 달성될 수 있다. A sixth object of the present invention is to provide a tactile feedback generating method, comprising: sensing a touch or contact force of a first object; The control unit generating feedback data; Receiving a feedback data necessary for driving the actuator, generating a first waveform having a second frequency corresponding to the feedback data, and outputting a constant voltage; Generating a second sine wave by switching the input of the first waveform formed by the signal generating unit on / off at a specific period; The constant voltage output from the constant voltage applying unit and the second sine wave output from the switching unit are input to the power oscillator so that the power oscillator has a first frequency corresponding to the resonant frequency of the actuator, Generating a different input waveform; Amplifying an input waveform output from the power oscillator with a voltage for driving an actuator to generate an input voltage waveform; And applying the input voltage waveform to an actuator to provide tactile feedback to the first object by the actuator.

또한, 상기 입력전압파형은 제1주파수를 가지며, 시간에 따라 진폭과 평균이 변형되고, 각 주기의 피크값을 연결한 포락선은 상기 제2사인파의 형태를 갖고, 상기 제2사인파는 제2주파수를 갖고, 상기 제1주파수는 1kHz ~ 100kHz이며, 상기 제2주파수는 1Hz ~ 500Hz인 것을 특징으로 할 수 있다. Also, the input voltage waveform has a first frequency, an amplitude and an average are deformed with time, an envelope connecting the peak values of each period has the shape of the second sine wave, and the second sine wave has a second frequency The first frequency is 1 kHz to 100 kHz, and the second frequency is 1 Hz to 500 Hz.

그리고, 상기 입력전압파형의 제1주파수 또는 제2주파수는 액추에이터의 공진주파수인 것을 특징으로 할 수 있다. The first frequency or the second frequency of the input voltage waveform may be a resonance frequency of the actuator.

본 발명의 일실시예에 따르면, 액추에이터를 구동시키기 위한 입력전압은 액추에이터의 공진주파수에 맞는 1kHz ~ 100kHz 범위의 고주파수를 갖고 이러한 고주파수의 피크값을 진폭변조하여 포락선이 사인파 형태를 갖는 입력파형을 형성하고, 이러한 사인파의 주파수는 1 ~ 500Hz 범위의 저주파수를 갖게 되어 액추에이터의 진동을 크게 하면서 사람이 가장 잘 느낄 수 있는 촉각피드백을 유도할 수 있는 효과를 갖는다. According to an embodiment of the present invention, the input voltage for driving the actuator has a high frequency in the range of 1 kHz to 100 kHz that corresponds to the resonant frequency of the actuator, and amplitude-modulates the peak value of the high frequency to form an input waveform having a sinusoidal shape And the frequency of the sinusoidal wave has a low frequency in the range of 1 to 500 Hz, thereby increasing the vibration of the actuator and inducing the tactile feedback which can be best felt by a person.

본 발명의 일실시예에 따르면, 전압추적기를 통해 발진기에 공급되는 전원 전압 자체를 제어하게 되어 에너지 소모가 적고 효율적이며 고조파 잡음이 억제 되고, 힘센서부에서 힘 또는 터치를 감지하지 않은 경우에는 에너지가 차단될 수 있어 에너지 효율을 증대할 수 있는 효과를 갖는다. According to an embodiment of the present invention, the power supply voltage supplied to the oscillator through the voltage tracker is controlled, so that energy consumption is small, efficient and harmonic noise is suppressed, and when power or touch is not detected in the strong west, So that the energy efficiency can be increased.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that various other modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention, All fall within the scope of the appended claims.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 촉각피드백 생성장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 진동과 마찰력을 제공하는 액추에이터의 평면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 진동과 마찰력을 제공하는 액추에이터 단위셀의 평면도
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 액추에이터 단위셀의 단면도,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 액추에이터 단위셀의 단면도
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 진동과 마찰력을 제공하는 액추에이터 제조방법의 흐름도,
도 7a는 본 발명의 일실시예에 따른 하부필름 상면에 하부전극이 부착된 상태의 단면도,
도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 하부전극 중앙부에 접착범프가 부착된 상태의 단면도,
도 7c는 본 발명의 일실시예에 따른 도포층에 구비된 중간전극과 상부필름이 부착된 상태의 단면도,
도 7d는 본 발명의 일실시예에 따른 상부필름 상부에 상부전극이 형성된 상태의 단면도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 촉각피드백 생성방법의 흐름도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 촉각피드백의 개념을 설명하기 위한 도면,
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일실시예에 따라, 정전기력을 이용한 마찰력이 촉각피드백으로 발생하는 개념을 나타낸 도면,
도 11a는 본 발명의 일실시예에 따른 상부전극과 하부전극이 접지되고, 중간전극에 입력전압(Vcc)이 인가되는 상태의 액추에이터의 단면도,
도 11b는 본 발명의 일실시예에 따른 상부전극과 하부전극에 입력전압(-Vcc)이 인가되고, 중간전극에 입력전압(Vcc)이 인가되는 상태의 액추에이터의 단면도,
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 입력전압파형 그래프,
도 13은 도 12의 확대도,
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입력전압파형 그래프,
도 15는 본 발명의 제1실시예에 따른 액추에이터 구동장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 16a는 본 발명의 제1실시예에 따른 정전압인가부에서 출력되는 정전압의 일예를 나타낸 그래프,
도 16b는 본 발명의 제1실시예에 따른 스위칭부가 off된 상태에서 공진회로가 구비된 파워 오실레이터에서 출력되는 전압파형의 일예를 나타낸 그래프,
도 16c는 본 발명의 제1실시예에 따라 스위칭부가 작동되는 상태에서 공진회로가 구비된 파워 오실레이터에서 출력되는 전압파형의 일예를 나타낸 그래프,
도 16d는 본 발명의 제1실시예에 따른 증폭부에 의해 증폭되어 액추에이터에 인가되는 입력전압파형의 일예를 나타낸 그래프,
도 17은 본 발명의 제2실시예에 따른 액추에이터 구동장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 18a는 본 발명의 제2실시예에 따른 정전압인가부에서 출력되는 정전압의 일예를 나타낸 그래프,
도 18b는 본 발명의 제2실시예에 따른 신호발생부에서 전압추적기로 입력되는 전압파형의 일예를 나타낸 그래프,
도 18c는 본 발명의 제2실시예에 따른 파워 오실레이터에서 출력되는 전압파형의 일예를 나타낸 그래프,
도 18d는 본 발명의 제2실시예에 따른 증폭부에 의해 증폭되어 액추에이터에 인가되는 입력전압파형의 일예를 나타낸 그래프를 도시한 것이다.
도 19는 본 발명의 제2실시예에 따른 전압추적기의 구성을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 1 is a block diagram showing the configuration of a tactile feedback generating apparatus according to an embodiment of the present invention;
2 is a plan view of an actuator providing vibration and frictional force according to an embodiment of the present invention,
3 is a plan view of an actuator unit cell providing vibration and frictional force according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of an actuator unit cell according to the first embodiment of the present invention,
5 is a sectional view of the actuator unit cell according to the second embodiment of the present invention
FIG. 6 is a flowchart of an actuator manufacturing method for providing vibration and frictional force according to an embodiment of the present invention;
FIG. 7A is a cross-sectional view of a lower film according to an embodiment of the present invention,
FIG. 7B is a cross-sectional view of a state in which an adhesive bump is attached to a central portion of a lower electrode according to an embodiment of the present invention,
FIG. 7C is a cross-sectional view of a coating layer according to an embodiment of the present invention, in which an intermediate electrode and an upper film are attached,
FIG. 7D is a cross-sectional view of the upper film according to an embodiment of the present invention,
8 is a flowchart of a tactile feedback generation method according to an embodiment of the present invention,
9 is a view for explaining the concept of tactile feedback according to an embodiment of the present invention,
10A and 10B are diagrams illustrating a concept in which a frictional force using electrostatic force is generated by tactile feedback according to an embodiment of the present invention;
11A is a sectional view of an actuator in which an upper electrode and a lower electrode are grounded and an input voltage Vcc is applied to an intermediate electrode according to an embodiment of the present invention,
11B is a sectional view of an actuator in which an input voltage Vcc is applied to an upper electrode and a lower electrode and an input voltage Vcc is applied to an intermediate electrode according to an embodiment of the present invention,
12 is a graph showing an input voltage waveform graph according to an embodiment of the present invention,
13 is an enlarged view of Fig. 12,
14 is a graph of an input voltage waveform according to another embodiment of the present invention,
15 is a block diagram showing the configuration of an actuator driving apparatus according to the first embodiment of the present invention;
16A is a graph showing an example of a constant voltage output from the constant voltage applying unit according to the first embodiment of the present invention,
16B is a graph showing an example of a voltage waveform output from a power oscillator provided with a resonant circuit in a state where the switching unit according to the first embodiment of the present invention is turned off;
16C is a graph showing an example of a voltage waveform output from a power oscillator provided with a resonant circuit in a state where a switching unit is operated according to the first embodiment of the present invention,
16D is a graph showing an example of an input voltage waveform amplified by the amplifying unit according to the first embodiment of the present invention and applied to the actuator,
17 is a block diagram showing a configuration of an actuator driving apparatus according to a second embodiment of the present invention;
18A is a graph showing an example of the constant voltage output from the constant voltage application unit according to the second embodiment of the present invention,
FIG. 18B is a graph showing an example of a voltage waveform input to the voltage tracker in the signal generating unit according to the second embodiment of the present invention; FIG.
18C is a graph showing an example of a voltage waveform output from the power oscillator according to the second embodiment of the present invention,
18D is a graph illustrating an example of an input voltage waveform amplified by the amplifying unit and applied to the actuator according to the second embodiment of the present invention.
19 is a block diagram showing the configuration of a voltage tracker according to a second embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
The same reference numerals are used for portions having similar functions and functions throughout the drawings. Throughout the specification, when a part is connected to another part, it includes not only a case where it is directly connected but also a case where the other part is indirectly connected with another part in between. In addition, the inclusion of an element does not exclude other elements, but may include other elements, unless specifically stated otherwise.

<촉각피드백 생성장치 및 액추에이터의 구성>&Lt; Configuration of tactile feedback generating device and actuator >

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 촉각피드백 생성장치(1)의 구성 및 기능 그리고, 촉각피드백 생성장치(1)의 일구성인 진동과 마찰력을 제공하는 액추에이터(100)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, the configuration and function of the tactile feedback generating apparatus 1 according to the embodiment of the present invention and the configuration and functions of the actuator 100 that provides the vibration and the frictional force, which constitute one component of the tactile feedback generating apparatus 1 Explain it.

먼저, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 촉각피드백 생성장치(1)의 구성을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 촉각피드백 생성장치(1)는 힘센서부(200), 제어부(300), 액추에이터(100) 구동장치(400) 및 액추에이터 등을 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 구성은 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 촉각피드백 생성장치(1)가 구현될 수 있다. 1 is a block diagram showing a configuration of a tactile feedback generating apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. 1, a tactile feedback generation apparatus 1 according to an embodiment of the present invention includes a strong west unit 200, a control unit 300, an actuator 100 driving apparatus 400, an actuator, and the like Lt; / RTI > This configuration is not essential, so that the tactile feedback generating device 1 having more or fewer components can be implemented.

힘센서부(200)는 사람의 손가락(12)이나 스타일러스(stylus)와 같은 소정의 객체의 터치 감지, 접촉힘을 감지하게 되며, 힘센서부(200)에서 터치 또는 접촉힘을 감지하게 되는 경우, 제어부(300)는 액추에이터 구동장치(400)를 구동시키기 위한 작동신호를 형성하여 액추에이터 구동장치(400)를 제어하게 된다. 힘센서부(200)는 터치 또는 접촉힘을 감지할 수 있는 접촉저항센서, 정전용량센서, 압전센서, 광센서 등으로 구성될 수 있다. The strongest western part 200 senses the touch sensing and contact force of a predetermined object such as a person's finger 12 or a stylus and when the strongest western part 200 senses a touch or contact force, The controller 300 controls the actuator driving apparatus 400 by forming an actuating signal for actuating the actuator driving apparatus 400. The strong western part 200 may be constituted of a contact resistance sensor, a capacitance sensor, a piezoelectric sensor, an optical sensor, or the like capable of sensing touch or contact force.

본 발명의 일실시예에 따른 액추에이터 구동장치(400)는 액추에이터를 구동시키기 위한 입력전압을 생성하며, 이러한 입력전압은 후에 설명되는 바와 같이, 고주파와 저주파를 갖는 입력전압파형에 해당한다. The actuator driving apparatus 400 according to an embodiment of the present invention generates an input voltage for driving the actuator, and this input voltage corresponds to an input voltage waveform having a high frequency and a low frequency, as will be described later.

본 발명의 일실시예에 따른 액추에이터는 액추에이터 구동장치(400)에 의해 생성된 입력전압을 인가받아, 객체의 터치에 대응하여 진동, 마찰력 등과 같은 촉각피드백을 출력하기 위한 기기이다. The actuator according to an embodiment of the present invention is an apparatus for receiving an input voltage generated by an actuator driving apparatus 400 and outputting tactile feedback such as vibration, frictional force, or the like corresponding to the touch of an object.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 진동과 마찰력을 제공하는 액추에이터의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 진동과 마찰력을 제공하는 액추에이터의 평면도를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 진동과 마찰력을 제공하는 액추에이터는 다수의 단위셀로 구성되어 질 수 있으며, 각각의 단위셀이 독립되어 구동될 수 있다. Hereinafter, the structure and function of the actuator for providing vibration and frictional force according to an embodiment of the present invention will be described. 2 is a plan view of an actuator providing vibration and frictional force according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the actuator for providing the vibration and the frictional force according to an embodiment of the present invention may be composed of a plurality of unit cells, and each unit cell may be independently driven.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 진동과 마찰력을 제공하는 액추에이터 단위셀의 평면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 액추에이터 단위셀의 단면도를 도시한 것이다. 3 is a plan view of an actuator unit cell providing vibration and frictional force according to an embodiment of the present invention. 4 is a cross-sectional view of an actuator unit cell according to the first embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 진동과 마찰력을 제공하는 액추에이터는 상부필름(111), 도포층(130)(cover layer), 상부전극(121), 접착범프(140)(adhesive bump), 하부전극(123), 하부필름(112) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 단, 도 4에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 액추에이터가 구현될 수도 있다.4, the actuator for providing vibration and frictional force according to the first embodiment of the present invention includes an upper film 111, a cover layer 130, an upper electrode 121, an adhesive bump (not shown) 140, an adhesive bump, a lower electrode 123, a lower film 112, and the like. However, the components shown in Fig. 4 are not essential, and an actuator having more or fewer components may be implemented.

필름(110)은 필름 재질 또는 유전체 물질 등으로 이루어질 수 있다. 상기 유전체 물질은 겔(gel), PDMS(polydimethylsiloxane), 실리콘, 폴리우레탄, 고분자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The film 110 may be formed of a film material or a dielectric material. The dielectric material may include at least one of gel, polydimethylsiloxane (PDMS), silicon, polyurethane, and a polymer.

이러한 필름(110)은 전극(120)을 패터닝(patterning)하고 있으며, 상부필름(111) 및 하부필름(112) 등을 포함한다.Such a film 110 patterning the electrode 120 includes the upper film 111 and the lower film 112 and the like.

상부필름(111)의 상면에는 사람의 손가락(12)이나 스타일러스 등의 소정의 객체가 접촉하여 터치될 수 있으며, 상부필름(111)의 하면에는 복수의 상부전극(121)이 형성될 수 있다. 하부필름(112)의 상면에는 복수의 하부전극(123)이 형성되어 있다. A predetermined object such as a human finger 12 or a stylus can be touched on the upper surface of the upper film 111 and a plurality of upper electrodes 121 can be formed on the lower surface of the upper film 111. [ A plurality of lower electrodes 123 are formed on the upper surface of the lower film 112.

한편, 전극(120)은 전류를 도통시킬 수 있는 구성요소로서, 복수의 상부전극(121) 및 복수의 하부전극(123)은 구리(Cu) 또는 은(Ag)으로 이루어질 수 있다. The upper electrode 121 and the lower electrodes 123 may be made of copper (Cu) or silver (Ag).

또한, 복수의 상부전극(121) 및 복수의 하부전극(123)은 투명한 소재로서, 인듐 주석 산화물(Induim Tin Oxide, ITO), 탄소 나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT), 그래핀(Graphene), 금속 나노 와이어, 전도성 고분자(PEDOT, Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)) 또는 투명 전도성 산화물(TCO)로 이루어질 수도 있다.The plurality of upper electrodes 121 and the plurality of lower electrodes 123 may be transparent materials such as indium tin oxide (ITO), carbon nanotube (CNT), graphene, Metal nanowires, conductive polymers (PEDOT, poly (3,4-ethylenedioxythiophene)), or transparent conductive oxides (TCO).

한편, 도포층(130)은 도 4에 도시한 바와 같이 상부전극(121) 하단쪽에 배치될 수 있으며, 또는 하부간전극 상부측에 배치될 수도 있다. 소정의 객체가 상부필름(111)을 터치하여 힘을 가하는 경우, 상기 도포층(130)은 상부전극(121)과 하부전극(123)이 서로 맞닿게 되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.4, the application layer 130 may be disposed at the lower end of the upper electrode 121, or may be disposed at a lower side of the lower intervening electrode. The coating layer 130 may prevent the upper electrode 121 and the lower electrode 123 from touching each other when a predetermined object touches the upper film 111 and applies a force.

도 4에 도시된 바와 같이, 상부전극(121)과 하부전극(123)은 소정간격 이격되어 배치되며, 상부전극(121)과 하부전극(123) 사이 중앙부에 접착범프(140)가 구비됨을 알 수 있다. 이러한 접착펌프는 상부전극(121)과 하부전극(123)을 접착시키면서 상부전극(121)과 하부전극(123) 사이에 발생되는 정전기력에 의한 진동을 접촉된 객체에 전달하여 촉각피드백을 제공하게 되다. 4, the upper electrode 121 and the lower electrode 123 are spaced apart from each other by a predetermined distance, and the adhesive bump 140 is provided at the center between the upper electrode 121 and the lower electrode 123, . This adhesive pump transmits the vibration due to the electrostatic force generated between the upper electrode 121 and the lower electrode 123 to the contacted object while bonding the upper electrode 121 and the lower electrode 123 to provide tactile feedback .

본 발명의 일실시예에 따른 액추에이터는 이러한 접착범프(140)를 구비하게 됨으로써, 상부전극(121)과 하부전극(123) 사이에 강성을 유지하면서 접촉된 객체에, 보다 큰 충격량을 제공할 수 있게 된다. The actuator according to the embodiment of the present invention is provided with such an adhesive bump 140 so that it is possible to provide a larger impact amount to the contacted object while maintaining rigidity between the upper electrode 121 and the lower electrode 123 .

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 액추에이터 단위셀의 단면도를 도시한 것이다. 본 발명의 제2실시예에 따른 액추에이터는 도 5에 도시된 바와 같이, 제1실시예와 비교하여 전극이 상부전극(121)과 중간전극(122) 및 하부전극(123)을 포함하여 구성되게 됨을 알 수 있다. 5 is a cross-sectional view of an actuator unit cell according to a second embodiment of the present invention. 5, the actuator according to the second embodiment of the present invention includes an upper electrode 121, an intermediate electrode 122, and a lower electrode 123, as compared with the first embodiment, .

즉, 상부필름(111) 상면에 하부전극(123)이 배치되고, 하부전극(123)의 상면 중앙부에 접착범프(140)가 구비되며, 도포층(130) 내에 구비된 중간전극(122)이 접착범프(140)의 상부측에 배치되게 되다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 중간전극(122) 상부로 상부필름(111)이 구비되며, 상부필름(111)의 상부측으로 상부전극(121)이 배치되게 됨을 알 수 있다. That is, the lower electrode 123 is disposed on the upper surface of the upper film 111, the adhesive bump 140 is provided on the upper surface of the lower electrode 123, and the intermediate electrode 122 provided in the coating layer 130 And is disposed on the upper side of the adhesive bump 140. 5, the upper film 111 is provided on the upper part of the intermediate electrode 122, and the upper electrode 121 is disposed on the upper side of the upper film 111. As shown in FIG.

이렇게 전극을 세 개를 사용함으로 인하여 전하(charge)가 더 많이 생기게 되며, 이에 따라 정전기력의 효과가 커지게 된다. 따라서, 본 발명의 제2실시예에서는 정전기력에 의해 발생한 마찰력과 진동의 촉각피드백이 더 커지는 효과가 발생되게 된다.
The use of three electrodes in this way results in more charge, thus increasing the effect of the electrostatic force. Therefore, in the second embodiment of the present invention, tactile feedback of the frictional force and the vibration generated by the electrostatic force is increased.

<액추에이터의 제조방법><Method of Manufacturing Actuator>

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 진동과 마찰력을 제공하는 액추에이터의 제조방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 진동과 마찰력을 제공하는 액추에이터 제조방법의 흐름도를 도시한 것이다. Hereinafter, a method of manufacturing an actuator that provides vibration and frictional force according to an embodiment of the present invention will be described. 6 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an actuator for providing vibration and frictional force according to an embodiment of the present invention.

먼저, 힘센서부(200)의 상면에 하부필름(112)을 부착하게 된다(S1). 그리고, 하부필름(112)의 상부면으로 하부전극(123)을 형성하게 된다(S2). 도 7a는 본 발명의 일실시예에 따른 하부필름(112) 상면에 하부전극(123)이 부착된 상태의 단면도를 도시한 것이다. First, the lower film 112 is attached to the upper surface of the strong western part 200 (S1). The lower electrode 123 is formed on the upper surface of the lower film 112 (S2). FIG. 7A is a cross-sectional view of the lower film 112 with the lower electrode 123 attached thereto according to an embodiment of the present invention.

그리고, 하부전극(123)의 상면 중앙부에 접착범프(140)를 접착시키게 된다(S3). 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 하부전극(123) 중앙부에 접착범프(140)가 부착된 상태의 단면도를 도시한 것이다. 이러한 접착범프(140)는 앞서 언급한 바와 같이, 중간전극(122)과 하부전극(123) 사이에 배치되게 되며, 접촉된 객체에 보다 큰 진동력을 제공해 줄 수 있게 된다. Then, the adhesive bump 140 is bonded to the center of the upper surface of the lower electrode 123 (S3). 7B is a cross-sectional view of a state in which an adhesive bump 140 is attached to a central portion of a lower electrode 123 according to an embodiment of the present invention. As described above, the adhesive bump 140 is disposed between the intermediate electrode 122 and the lower electrode 123, and can provide a greater vibration force to the contacted object.

그리고, 접착펌프의 상부로 중간전극(122)을 접착시키고(S4), 중간전극(122)의 상부측으로 상부필름(111)을 부착시키게 된다(S5). 도 7c는 본 발명의 일실시예에 따른 도포층(130)에 구비된 중간전극(122)과 상부필름(111)이 부착된 상태의 단면도를 도시한 것이다. 마지막으로 상부필름(111)의 상부면에 상부전극(121)을 배치시키게 된다(S6). 도 7d는 본 발명의 일실시예에 따른 상부필름(111) 상부에 상부전극(121)이 형성된 상태의 단면도를 도시한 것이다.Then, the intermediate electrode 122 is adhered to the upper portion of the adhesive pump (S4), and the upper film 111 is attached to the upper side of the intermediate electrode 122 (S5). FIG. 7C is a cross-sectional view of the intermediate layer 122 and the upper film 111 of the coating layer 130 according to an exemplary embodiment of the present invention. Finally, the upper electrode 121 is disposed on the upper surface of the upper film 111 (S6). FIG. 7D is a cross-sectional view of the upper film 111 with the upper electrode 121 formed thereon according to an embodiment of the present invention.

이때, 중간전극(122)의 하면 또는 하부전극(123)의 상부면에 도포층(130)을 형성시킬 수 있다. 또한, 상부필름(111) 상면에 상부전극(121)을 형성시키고, 상부필름(111)의 하면에 중간전극(122)을 형성시키고, 중간전극(122) 하부로 도포층(130)을 형성시킨 후에, 상부전극(121), 상부필름(111), 중간전극(122), 도포층(130)을 일체로 하여 접착범프(140) 상단에 접착시켜 제조할 수도 있다.
At this time, the coating layer 130 may be formed on the lower surface of the intermediate electrode 122 or on the upper surface of the lower electrode 123. An upper electrode 121 is formed on the upper surface of the upper film 111 and an intermediate electrode 122 is formed on the lower surface of the upper film 111 and a coating layer 130 is formed below the intermediate electrode 122 The upper electrode 121, the intermediate electrode 122 and the application layer 130 may be integrally formed and adhered to the upper portion of the adhesive bump 140.

<촉각피드백 생성방법><Method of generating tactile feedback>

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 진동과 마찰력을 제공하는 액추에이터를 구비한 촉각피드백 생성장치(1)를 이용한 촉각피드백 생성방법에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, a tactile feedback generating method using the tactile feedback generating device 1 having an actuator for providing vibration and frictional force according to an embodiment of the present invention will be described.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 촉각피드백 생성방법의 흐름도를 도시한 것이다. 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 촉각피드백의 개념을 설명하기 위한 도면을 도시한 것이다. 8 is a flowchart of a tactile feedback generation method according to an embodiment of the present invention. FIG. 9 illustrates a concept of tactile feedback according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

먼저, 도 9에 도시된 바와 같이, 손가락(12)이 액추에이터의 상부필름(111)에 접촉하여 터치 또는 접촉힘이 인가되면, 힘센서부(200)가 이러한 터치 또는 접촉힘을 감지하게 된다(S10, 20). 9, when the finger 12 comes into contact with the upper film 111 of the actuator and a touch or contact force is applied, the strong side portion 200 senses the touch or contact force (S10 , 20).

힘센서부(200)가 터치 또는 접촉힘을 감지하게 되면, 제어부(300)는 작동신호를 생성하여 액추에이터 구동장치(400)를 작동시켜(S30), 액추에이터의 상부전극(121), 중간전극(122), 하부전극(123) 중 적어도 하나에 고주파와 저주파를 갖는 입력전압파형을 입력시키게 된다. 구체적 실시예에서는 상부전극(121)과 하부전극(123)을 접지시키고, 중간전극(122)에 입력전압파형을 인가시킬 수도 있고, 다른 실시예에서는 상부전극(121)와 하부전극(123)에 -Vcc 입력전압파형을 인가시키고, 중간전극(122)에 +Vcc 입력전압파형을 인가시킬 수도 있다. The control unit 300 generates an actuating signal to actuate the actuator driving apparatus 400 in step S30 and controls the upper electrode 121 and the intermediate electrode 122 of the actuator, ) And the lower electrode 123, an input voltage waveform having a high frequency and a low frequency is input. The upper electrode 121 and the lower electrode 123 may be grounded and the input voltage waveform may be applied to the intermediate electrode 122. In another embodiment, -Vcc input voltage waveform and a + Vcc input voltage waveform to the intermediate electrode 122. [

도 11a는 본 발명의 일실시예에 따른 상부전극(121)과 하부전극(123)이 접지되고, 중간전극(122)에 입력전압(Vcc)이 인가되는 상태의 액추에이터의 단면도를 도시한 것이고, 도 11b는 본 발명의 일실시예에 따른 상부전극(121)과 하부전극(123)에 입력전압(-Vcc)이 인가되고, 중간전극(122)에 입력전압(Vcc)이 인가되는 상태의 액추에이터의 단면도를 도시한 것이다. 11A is a sectional view of an actuator in which an upper electrode 121 and a lower electrode 123 are grounded and an input voltage Vcc is applied to an intermediate electrode 122 according to an embodiment of the present invention, 11B is a view illustrating an example of an actuator in which an input voltage -Vcc is applied to an upper electrode 121 and a lower electrode 123 and an input voltage Vcc is applied to an intermediate electrode 122 according to an embodiment of the present invention. Fig.

도 9에 도시된 바와 같이, 입력전압파형이 인가되게 되면, 상부필름(111)에 수직하는 방향의 진동이 발생되게 된다. 이는 상부전극(121) 및 중간전극(122) 중 적어도 어느 하나와 하부전극(123) 사이에 형성된 정전기력에 의하여 발생되는 촉각 피드백에 해당한다. As shown in FIG. 9, when an input voltage waveform is applied, a vibration in a direction perpendicular to the upper film 111 is generated. This corresponds to tactile feedback generated by an electrostatic force formed between at least one of the upper electrode 121 and the lower electrode 123 and the lower electrode 123.

또한, 손가락(12)이 상부필름(111)을 접촉하여 움직이는 경우에는, 촉각피드백으로 상부필름(111)을 접촉하는 손가락(12)의 표면에 수평하는 방향의 마찰력이 발생되게 된다. 이는 상부전극(121) 및 중간전극(122) 중 적어도 하나와 손가락(12) 사이에 형성된 정전기력에 의하여 발생하는 촉각피드백에 해당한다. When the finger 12 moves in contact with the upper film 111, frictional force in the horizontal direction is generated on the surface of the finger 12 that contacts the upper film 111 by tactile feedback. This corresponds to the tactile feedback generated by the electrostatic force formed between the finger 12 and at least one of the upper electrode 121 and the intermediate electrode 122.

이하에서는, 본 발명에 따른 촉각 피드백 생성 장치가 생성하는 촉각 피드백인 마찰력과 진동에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the tactile feedback, frictional force and vibration generated by the tactile feedback generating apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

우선, 도 10a 및 도 10b를 참조하여 본 발명의 촉각 피드백으로서 마찰력을 살펴본다.First, the frictional force as the tactile feedback of the present invention will be described with reference to Figs. 10A and 10B.

도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따라, 정전기력을 이용한 마찰력이 촉각 피드백으로 발생하는 개념을 나타낸다.10A and 10B illustrate the concept that the frictional force by electrostatic force is generated by tactile feedback in accordance with the present invention.

도 10a를 참조하면, 사용자는 손가락(12)을 이용하여 터치를 입력하고 있다. 이때, 손가락(12)의 상하로 누르는 힘보다 손가락(12)의 움직임에 의하여 발생되는 정전기력에 따른 마찰력이 가장 민감하게 변화될 수 있다.Referring to FIG. 10A, the user inputs a touch using the finger 12. At this time, the frictional force according to the electrostatic force generated by the movement of the finger 12 may be more sensitive than the pressing force of the finger 12 up and down.

사용자의 손가락(12)에 의한 누르는 힘을

라고 하고, 손가락(12)과 전극(200) 사이에 발생되는 정전기력을

라고 가정하자.The pressing force by the user's finger 12

And the electrostatic force generated between the finger 12 and the electrode 200 is referred to as "

.

도 10b에 도시한 바와 같이, 손가락(12) 피부의 피하층은 비전도층(12a)과 전도층(12b)으로 도식화할 수 있다.As shown in Fig. 10B, the subcutaneous layer of the skin of the finger 12 can be formed into a nonconductive layer 12a and a conductive layer 12b.

전극이 하나의 판을 형성하고, 손가락(12)의 전도층이 다른 하나의 판을 형성하므로, 이는 평행판 커패시터로 모델링 될 수 있다.Since the electrode forms one plate and the conductive layer of the finger 12 forms the other plate, this can be modeled as a parallel plate capacitor.

따라서, 전극에 교류전압을 인가하는 경우, 손가락(12)과 전극 사이에 하기의 수학식 1의 정전기력이 발생된다.Therefore, when an AC voltage is applied to the electrode, an electrostatic force of the following formula (1) is generated between the finger 12 and the electrode.

상기 수학식 1에서,

는 손가락(12)과 전극 사이의 정전기력이고,

는 진공의 유전율이며,

은 유전상수이고,

는 전극과 손가락(12)이 겹쳐지는 면적의 넓이이며,

는 전극에 인가되는 전압이고,

는 전극과 손가락(12) 사이의 간격을 나타낸다.In the above equation (1)

Is the electrostatic force between the finger 12 and the electrode,

Is the dielectric constant of vacuum,

Is a dielectric constant,

Is the area of the area where the electrode and the finger 12 overlap,

Is a voltage applied to the electrode,

Represents an interval between the electrode and the finger 12. [

전극에 인가되는 교류전압은 50 V ~ 5 kV의 범위를 가질 수 있고, 주파수는 10 Hz ~ 1 kHz의 범위를 가질 수 있으며, 파형은 후에 설명되는 바와 같이, 고주파와 저주파를 갖는 입력전압파형이 될 수 있다. The alternating voltage applied to the electrodes may range from 50 V to 5 kV and the frequency may have a range from 10 Hz to 1 kHz and the waveform may be an input voltage waveform having a high frequency and a low frequency, .

또한, 손가락(12)에 의한 누르는 힘

와 손가락(12)과 전극 사이에 발생되는 정전기력

에 의하여 발생하는 마찰력은 하기의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.Further, the pressing force by the finger 12

And the electrostatic force generated between the finger 12 and the electrode

Can be expressed by the following equation (2). &Quot; (2) "

상기 수학식 2에서,

는 발생된 전체 마찰력을 의미하고,

는 마찰계수이며,

는 누르는 힘에 의하여 발생된 마찰력이고,

는 정전기력에 의하여 발생된 마찰력을 나타낸다.In Equation (2)

Means the total frictional force generated,

Is a coefficient of friction,

Is the frictional force generated by the pressing force,

Represents the frictional force generated by the electrostatic force.

여기서,

의 값은

의 값에 비하여 현저히 작으므로 무시될 수 있고, 결국 전체 마찰력은

에 의하여 결정된다.here,

The value of

And thus, the total frictional force can be ignored

.

따라서, 손가락(12)을 움직이는 경우, 손가락(12)과 전극 사이에 발생된 정전기력에 의하여 마찰력이 촉각 피드백으로 발생하게 된다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이 상기 마찰력은 수평방향의 촉각 피드백에 해당한다.Therefore, when the finger 12 is moved, a frictional force is generated by the electrostatic force generated between the finger 12 and the electrode by tactile feedback. Further, as described above, the frictional force corresponds to horizontal tactile feedback.

또한, 앞서 설명한 바와 같이 진동은 수직방향의 촉각 피드백에 해당한다.Further, as described above, the vibration corresponds to tactile feedback in the vertical direction.

상기 진동의 촉각 피드백은 입력파형이 입력된 복수의 상부전극(121) 및 복수의 중간전극(122) 중 적어도 하나와 복수의 하부전극(123) 사이의 정전기력에 의하여 발생하며, 상기 형성된 정전기력은 하기의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.The tactile feedback of the vibration is generated by an electrostatic force between at least one of the plurality of upper electrodes 121 and the plurality of intermediate electrodes 122 to which the input waveform is inputted and the plurality of lower electrodes 123, (3) " (3) "

상기 수학식 3에서,

는 복수의 상부전극(121) 및 복수의 중간전극(122) 중 적어도 하나와 복수의 하부전극(123) 사이의 정전기력이고,

는 진공의 유전율이며,

은 유전상수이고,

는 복수의 상부전극(121) 및 복수의 중간전극(122) 중 적어도 하나와 복수의 하부전극(123)이 겹쳐지는 면적의 넓이이며,

는 전극에 인가되는 전압이고,

는 복수의 상부전극(121) 및 복수의 중간전극(122) 중 적어도 하나와 복수의 하부전극(123) 사이의 간격을 나타낸다.
In Equation (3)

Is an electrostatic force between at least one of the plurality of upper electrodes (121) and the plurality of intermediate electrodes (122) and the plurality of lower electrodes (123)

Is the dielectric constant of vacuum,

Is a dielectric constant,

Is an area area where at least one of the plurality of upper electrodes 121 and the plurality of intermediate electrodes 122 overlaps with the plurality of lower electrodes 123,

Is a voltage applied to the electrode,

Represents the distance between at least one of the plurality of upper electrodes 121 and the plurality of intermediate electrodes 122 and the plurality of lower electrodes 123. [

<액추에이터 구동장치의 구성 및 <Configuration of Actuator Drive Apparatus and 입력전압파형Input voltage waveform 형성방법> Formation method>

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 액추에이터 구동장치(400)의 구성 및 작동방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 입력전압파형 그래프를 도시한 것이다. 그리고, 도 13은 도 12의 확대도를 도시한 것이다. 또한, 도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입력전압파형 그래프를 도시한 것이다. Hereinafter, a configuration and an operation method of the actuator driving apparatus 400 according to an embodiment of the present invention will be described. 12 is a graph illustrating an input voltage waveform according to an exemplary embodiment of the present invention. Fig. 13 shows an enlarged view of Fig. FIG. 14 shows a graph of an input voltage waveform according to another embodiment of the present invention.

도 12 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 액추에이터의 상부전극(121), 중간전극(122) 및 하부전극(123) 중 적어도 어느 하나에 인가되는 입력전압파형은 시간에 따라 진폭이 달라지며 액추에이터의 공진주파수에 대응되는 1kHz ~ 100kHz의 고주파주파수를 갖게 됨을 알 수 있다. 또한, 액추에이터 구동장치(400)에 의해 생성되어 액추에이터로 인가되는 입력전압파형의 주파수인 1kHz ~ 100kHz는 사람이 촉각을 느낄수 없는 주파수 영역에 해당하나, 입력전압파형의 포락선(envelope)은 도 12의 점선으로 도시된 바와 같이, 상대적으로 저주파 파형을 갖게 되며, 이러한 저주파주파수 대역은 약 1 ~ 500Hz로 사람이 가장 잘 느낄 수 있는 주파수 대역을 가지게 된다. 12 to 14, the input voltage waveform applied to at least one of the upper electrode 121, the intermediate electrode 122, and the lower electrode 123 of the actuator varies in amplitude with time, Frequency frequency corresponding to the resonance frequency of 1 kHz to 100 kHz. In addition, the frequency of the input voltage waveform generated by the actuator driving device 400 and applied to the actuator is in the range of 1 kHz to 100 kHz, which can not be perceived by the human being, but the envelope of the input voltage waveform is As shown by the dashed line, it has a relatively low frequency waveform, and the low frequency frequency band has a frequency band of about 1 to 500 Hz which can be felt most easily by a person.

즉, 입력전압파형의 주파수(고주파)는 액추에이터의 공진주파수에 대응되는 주파수(1kHz ~ 100kHz)를 갖게 되어 이러한 고주파수의 피크값을 변형시켜(진폭변조) 포락선이 사인파 형상을 갖도록 형성하게 된다. 따라서 사인파의 피크값을 사람의 손가락(12)이 가장 잘 느낄수 있는 주파수인 1Hz ~ 500Hz를 생성하게 된다. 따라서, 고주파수를 이용하여 액추에이터의 진동을 크게 하며, 시간에 따라 진폭을 변형시켜 포락선이 사인파 형상을 갖도록 하여 사람이 가장 잘 느낄 수 있도록 유도할 수 있게 된다. That is, the frequency (high frequency) of the input voltage waveform has a frequency (1 kHz to 100 kHz) corresponding to the resonance frequency of the actuator, and the peak value of the high frequency is deformed (amplitude modulation) so that the envelope has a sinusoidal shape. Therefore, the peak value of the sine wave is generated at 1 Hz to 500 Hz, which is the frequency at which the human finger 12 can best feel. Therefore, the vibration of the actuator is increased by using the high frequency, and the amplitude is modified with time, so that the envelope has a sinusoidal shape so that it can be guided to the person to feel the best.

이하에서는 이러한 입력전압파형을 생성할 수 있는 본 발명의 일실시예에 따른 액추에이터 구동장치(400)의 구성 및 작동방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 15는 본 발명의 제1실시예에 따른 액추에이터 구동장치(400)의 구성을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. Hereinafter, a configuration and an operation method of an actuator driving apparatus 400 according to an embodiment of the present invention capable of generating such an input voltage waveform will be described. 15 is a block diagram showing a configuration of an actuator driving apparatus 400 according to the first embodiment of the present invention.

도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 액추에이터 구동장치(400)는 정전압인가부(410)(constant voltage power), 신호 생성부(PWM signal generation), 스위칭 파워 오실레이터(480), 스위칭부(440), 파워 오실레이터(460)(power ocillator), 증폭부(470)(transformer) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 도 15에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 액추에이터 구동장치(400)가 구현될 수도 있다. 15, the actuator driving apparatus 400 according to the first embodiment of the present invention includes a constant voltage power unit 410, a PWM signal generation unit, a switching power oscillator 480 A switching unit 440, a power oscillator 460, an amplifier 470, and the like. The components shown in Fig. 15 are not essential, so that an actuator driving apparatus 400 having more or fewer components may be implemented.

먼저, 힘센서부(200)에서 터치 또는 접촉힘을 감지하게 되면 제어부(300)에 의해 액추에이터 구동장치(400)가 작동되게 된다. 도 15에 도시된 바와 같이, 정전압인가부(410)는 정전압을 스위칭 파워 오실레이터(480)에 인가하게 됨을 알 수 있다. 도 16a는 본 발명의 제1실시예에 따른 정전압인가부(410)에서 출력되는 정전압의 일예를 나타낸 그래프를 도시한 것이다. 예를 들어 정전압인가부(410)에서는 도 16a에 도시된 바와 같이, 5V의 직류전압이 스위칭 파워오실레이터(480)에 인가될 수 있다. 스위칭 파워 오실레이터(480)는 도 15에 도시된 바와 같이, 스위칭부(440)와, 공진회로를 갖는 파워오실레이터(460)로 구성될 수 있음을 알 수 있다. First, when the touch or contact force is sensed by the strong western part 200, the controller 300 operates the actuator driving device 400. As shown in FIG. 15, it can be seen that the constant voltage applying unit 410 applies a constant voltage to the switching power oscillator 480. 16A is a graph showing an example of a constant voltage output from the constant voltage applying unit 410 according to the first embodiment of the present invention. For example, in the constant voltage applying unit 410, a DC voltage of 5 V may be applied to the switching power oscillator 480, as shown in FIG. 16A. It can be seen that the switching power oscillator 480 may consist of a switching unit 440 and a power oscillator 460 having a resonant circuit, as shown in Fig.

그리고, 본 발명의 제1실시예에 따른 신호생성기는 PWM 신호생성기로 구성될 수 있으며 주파수값과 진폭값을 입력받아 진동파형을 생성하게 된다. 도 16b는 본 발명의 제1실시예에 따른 스위칭부(440)가 off된 상태에서 공진회로가 구비된 스위칭 파워 오실레이터(480)에서 출력되는 전압파형의 일예를 나타낸 그래프를 도시한 것이다. The signal generator according to the first embodiment of the present invention may be configured as a PWM signal generator, and generates a vibration waveform by receiving a frequency value and an amplitude value. 16B is a graph showing an example of a voltage waveform output from a switching power oscillator 480 having a resonant circuit in a state where the switching unit 440 is off according to the first embodiment of the present invention.

도 16b에 도시된 바와 같이, 스위칭부(440)가 off된 상태에서 공진회로가 구비된 스위칭 파워 오실레이터(480)에서 출력되는 전압파형은 액추에이터의 공진주파수에 대응되는 주파수를 갖고 시간에 따라 진폭은 변화되지 않는 형태의 파형을 갖게 됨을 알 수 있다. 이러한 형태의 전압파형의 주파수는 1kH ~ 100kH 정도에 해당한다. 16B, the voltage waveform output from the switching power oscillator 480 having the resonant circuit in a state where the switching unit 440 is off has a frequency corresponding to the resonant frequency of the actuator, It can be seen that the waveform has an unchanged waveform. The frequency of this type of voltage waveform corresponds to about 1 kH to 100 kH.

도 16c는 본 발명의 제1실시예에 따라 스위칭부(440)가 작동되는 상태에서 공진회로가 구비된 스위칭 파워 오실레이터(480)에서 출력되는 전압파형의 일예를 나타낸 그래프를 도시한 것이다. 신호 발생부(420)에서 출력되는 전압파형을 인가받는 스위칭부(440)가 작동되어 on/off를 특정 주기로 지속적으로 교번하게 되면 도 16c와 같은 전압파형이 생성되게 된다. 16C is a graph illustrating an example of a voltage waveform output from a switching power oscillator 480 having a resonant circuit in a state where the switching unit 440 is operated according to the first embodiment of the present invention. When the switching unit 440 receiving the voltage waveform output from the signal generating unit 420 is operated to continuously alternate on / off at a specific period, a voltage waveform as shown in FIG. 16C is generated.

즉, 도 16c에 도시된 바와 같이, 도 15에 도시된 스위칭부(440)와 공진회로가 구비된 파워 오실레이터(480)를 통해 액추에이터의 공진주파수에 대응되는 고주파수를 갖는 전압파형으로 출력되게 된다. That is, as shown in FIG. 16C, a voltage waveform having a high frequency corresponding to the resonant frequency of the actuator is output through the switching unit 440 shown in FIG. 15 and the power oscillator 480 equipped with a resonant circuit.

도 16c에 도시된 바와 같이, 스위칭 파워 오실레이터(480)에 의해 출력되는 전압파형의 주파수는 1kHz ~ 100kHz 정도의 고주파를 가지며 시간에 따라 진폭과 평균이 변화되는 형태를 갖게 됨을 알 수 있다. 각각의 진폭들을 연결한 포락선은 예를 들어 , 사각파, 삼각파, 사인파 등의 형태를 가지며 그 파형의 주파수는 상대적으로 저주파수이며 사람이 가장 잘 느낄 수 있는 1 ~ 500Hz정도의 주파수를 갖는다. As shown in FIG. 16C, it can be seen that the frequency of the voltage waveform output by the switching power oscillator 480 has a high frequency of about 1 kHz to 100 kHz, and the amplitude and the average change with time. The envelopes connecting the respective amplitudes have, for example, a shape of a square wave, a triangle wave, a sine wave, and the frequency of the waveform has a relatively low frequency and a frequency of about 1 to 500 Hz which a person can best perceive.

마지막으로 증폭기를 거치면서, 피크값이 약 1kV정도가 되도록 증폭시켜 액추에이터의 상부전극(121), 중간전극(122), 하부전극(123) 중 적어도 어느 하나에 인가되어 액추에이터가 구동되어 사용자에게 진동과 마찰력 촉각 피드백을 제공하게 된다. 도 16d는 본 발명의 제1실시예에 따른 증폭부(470)에 의해 증폭되어 액추에이터에 인가되는 입력전압파형의 일예를 나타낸 그래프를 도시한 것이다.
Finally, the signal is amplified to have a peak value of about 1 kV while passing through an amplifier, and the amplified signal is applied to at least one of the upper electrode 121, the intermediate electrode 122 and the lower electrode 123 of the actuator to drive the actuator, And frictional tactile feedback. 16D is a graph illustrating an example of an input voltage waveform amplified by the amplifier 470 according to the first embodiment of the present invention and applied to the actuator.

이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 액추에이터 구동장치(400)의 구성 및 작동방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 17은 본 발명의 제2실시예에 따른 액추에이터 구동장치(400)의 구성을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. Hereinafter, the configuration and operation method of the actuator driving apparatus 400 according to the second embodiment of the present invention will be described. 17 is a block diagram showing a configuration of an actuator driving apparatus 400 according to a second embodiment of the present invention.

도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 액추에이터 구동장치(400)는 정전압입가부, 신호발생부(420), 컨버터(430), 전압추적기(450), 파워오실레이터(460), 증폭부(470) 등을 포함하여 구성됨을 알 수 있다. 도 17에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 액추에이터 구동장치(400)가 구현될 수도 있다. 17, the actuator driving apparatus 400 according to the second embodiment of the present invention includes a constant voltage drop unit, a signal generating unit 420, a converter 430, a voltage tracker 450, a power oscillator 460 ), An amplification unit 470, and the like. The components shown in Fig. 17 are not essential, so that an actuator driving device 400 having more or fewer components may be implemented.

본 발명의 제2실시예에 따른 액추에이터 구동장치(400)는 전압추적기(450)에 의해 발진기에 공급되는 전원 전압자체를 먼저 제어하게 됨으로써, 에너지 소모가 적고 효율적이며 고조파 잡음을 억제할 수 있게 된다. 또한, 힘센서부(200)에서 터치 또는 접촉힘이 감지되지 않은 상태에서 에너지를 차단할 수 있어 에너지 효율이 좋다는 장점을 갖는다.The actuator driving apparatus 400 according to the second embodiment of the present invention controls the power supply voltage itself supplied to the oscillator by the voltage tracker 450 so that energy consumption is small and efficient and harmonic noise can be suppressed . In addition, the energy can be cut off in a state where the touch or contact force is not detected in the strong western part 200, which is advantageous in energy efficiency.

먼저, 힘센서부(200)에서 터치 또는 접촉힘을 감지하게 되면 제어부(300)에 의해 액추에이터 구동장치(400)가 작동되게 된다. 도 17에 도시된 바와 같이, 정전압인가부(410)는 정전압을 파워 오실레이터(460)에 인가하게 됨을 알 수 있다. 도 18a는 본 발명의 제2실시예에 따른 정전압인가부(410)에서 출력되는 정전압의 일예를 나타낸 그래프를 도시한 것이다. 예를 들어 정전압인가부(410)에서는 도 18a에 도시된 바와 같이, 5V의 직류전압이 파워오실레이터(460)에 인가될 수 있다. First, when the touch or contact force is sensed by the strong western part 200, the controller 300 operates the actuator driving device 400. As shown in FIG. 17, it can be seen that the constant voltage applying unit 410 applies a constant voltage to the power oscillator 460. 18A is a graph showing an example of a constant voltage output from the constant voltage applying unit 410 according to the second embodiment of the present invention. For example, in the constant voltage applying unit 410, a DC voltage of 5V may be applied to the power oscillator 460, as shown in Fig. 18A.

또한, 신호발생부(420)는 힘센서부(200)로부터 측정되어 제어부(300)로부터 전송되는 감지신호를 인가받게 되고, 진폭값과 주파수값을 기반으로 원하는 형태의 전압파형을 형성하게 된다. 이러한 신호발생부(420)로부터 출력되는 전압파형은 도 12에 도시된 액추에이터로 인가되는 입력전압파형의 포락선이 형성하는 사인파 곡선과 피크값은 상이하나 동일한 형상을 만들게 된다. 이러한 파형은 사인파 형태로 한정되는 것은 아니고, 사각파, 삼각파 등의 형태가 될 수 있다. In addition, the signal generator 420 receives the sensing signal transmitted from the controller 300 as measured by the strong-western part 200, and forms a desired voltage waveform based on the amplitude value and the frequency value. The voltage waveform output from the signal generator 420 is the same as the sinusoidal curve formed by the envelope of the input voltage waveform applied to the actuator shown in FIG. Such a waveform is not limited to a sinusoidal wave, but may be a square wave or a triangular wave.

도 18b는 본 발명의 제2실시예에 따른 신호발생부(420)에서 전압추적기(450)로 입력되는 전압파형의 일예를 나타낸 그래프를 도시한 것이다. 도 18b에 도시된 바와 같이, 신호발생부(420)에서 출력되는 전압파형의 주파수는 액추에이터에 인가되는 입력전압파형의 저주파수(포락선의 주파수) 즉 약 1 ~ 500hz정도가 된다. 18B is a graph illustrating an example of a voltage waveform input to the voltage tracker 450 in the signal generator 420 according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 18B, the frequency of the voltage waveform output from the signal generator 420 is about a low frequency (envelope frequency) of the input voltage waveform applied to the actuator, that is, about 1 to 500 Hz.

이러한 정전압인가부(410)에서 출력되는 정전압과 신호발생부(420)에서 출력되는 전압파형은 전압추적기(450)로 인가되게 되며, 전압추적기(450)에 의해 파워 오실레이터(460)와 증폭기에 공급되게 되는 에너지 자체를 먼저 제어하게 된다. The constant voltage output from the constant voltage applying unit 410 and the voltage waveform output from the signal generating unit 420 are applied to the voltage tracker 450 and supplied to the power oscillator 460 and the amplifier by the voltage follower 450 The energy that is going to be controlled first.

전압추적기(450)에서 출력되는 전압파형은 신호발생부(420)에서 출력되는 전압파형과 정전압인가부(410)에서 출력되는 전전압을 인가받아 에너지를 조절하여 에너지가 포함된 전압파형을 출력하게 된다. 즉, 전압추적기(450)로 인가되는 파형은 전류가 거의 포함되지 않아 에너지가 극히 작은 형태에 해당하나, 전압추적기(450)에서 전류가 인가되면서 에너지가 포함, 조절된 파형이 출력되게 된다.The voltage waveform output from the voltage tracer 450 is supplied with a voltage waveform output from the signal generator 420 and a full voltage output from the constant voltage application unit 410 to output a voltage waveform including energy by adjusting energy do. That is, the waveform applied to the voltage tracker 450 corresponds to an extremely small amount of energy because the current is hardly included, but the voltage tracer 450 applies the current to output the waveform including the energy.

도 19는 본 발명의 제2실시예에 따른 전압추적기(450)의 구성을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 도 19에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 전압추적기(450)는, 비교기(451, comparator), PWM 제어기(452, Pulse Width Modulation), 구동부(453, driver), 파워스위치(454, Power switches), 필터(455, Filter(Smoothing)), 피드백 감지부(456, sensing(Feedback)), 과전류 과전압 감지부(457, Protection) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 19 is a block diagram showing the configuration of a voltage tracker 450 according to a second embodiment of the present invention. 19, the voltage tracker 450 according to the second embodiment of the present invention includes a comparator 451, a pulse width modulation (PWM) controller 452, a driver 453, a power switch A power switch 454, a filter 455, a feedback sensing unit 456, an overcurrent overvoltage sensing unit 457, and the like.

도 19에 도시된 바와 같이, 파워 스위치(454)는, 특정주기로 on/off 작동되어 정전압인가부(410)에서 출력되는 파형을 스위칭하게 됨을 알 수 있다. 그리고, 필터(455)는 이러한 파워스위치(454)에서 출력되는 전압의 평균값을 취득하여 에너지가 포함된 전압파형을 파워 오실레이터(460)로 출력하게 된다. 또한, 구동부(453)는 파워스위치를 구동시키는 기능을 하고, PWM 제어기(452)는 구동부를 작동시키기 위한 구동제어신호를 형성하게 된다.As shown in FIG. 19, it can be seen that the power switch 454 is turned on / off at a specific cycle to switch the waveform output from the constant voltage applying unit 410. The filter 455 acquires the average value of the voltage output from the power switch 454 and outputs the voltage waveform including the energy to the power oscillator 460. The driving unit 453 drives the power switch, and the PWM controller 452 forms the driving control signal for driving the driving unit.

또한, 본 발명의 제2실시예에 따른 전압추적기(450)는 피드백 감지부(456)를 포함하여 필터(455)에서 출력된 전압파형을 감지하여 비교기(451)로 전송하게 된다. 비교기(451)는, 필터(455)에서 출력되는 에너지를 포함한 전압파형의 전압값과 컨버터(430)에서 출력되는 전압파형의 전압값을 비교하게 된다. In addition, the voltage tracker 450 according to the second embodiment of the present invention includes a feedback sensing unit 456 to sense the voltage waveform output from the filter 455 and transmit the voltage waveform to the comparator 451. The comparator 451 compares the voltage value of the voltage waveform including the energy output from the filter 455 with the voltage value of the voltage waveform output from the converter 430.

따라서, PWM 제어기(452)는 이러한 비교기(451)에서 비교한 값을 기반으로, 필터(455)에서 출력되는 전압파형의 전압이 컨버터(430)에서 출력되는 전압파형의 전압값과 동일하게 되도록 구동부(453)와 파워스위치(454)를 제어할 수 있는 구동제어신호를 형성하게 된다. Therefore, the PWM controller 452 controls the PWM controller 452 so that the voltage of the voltage waveform output from the filter 455 is equal to the voltage of the voltage waveform output from the converter 430, Thereby forming a drive control signal for controlling the power switch 453 and the power switch 454.

또한, 본 발명의 제2실시예에 따른 전압추적기(450)는 도 19에 도시된 바와 같이, 과전압 과전류 감지부(457)를 포함하여, 피드백 감지부(456)에서 감지한 필터(454)에서 출력된 에너지가 포함된 전압파형 및 파워 스위치(454)에서 출력되는 파형 중 적어도 어느 하나를 출력 받아 과전압, 과전류 여부를 감지하여 그 감지신호를 PWM 제어기(452)로 전송하여 과전압, 과전류에 따른 시스템의 손상을 보호할 수 있도록 구성될 수 있다. 19, the voltage tracker 450 according to the second embodiment of the present invention includes an overvoltage overcurrent detecting unit 457, and detects the voltage of the filter 454 detected by the feedback detecting unit 456 And outputs a detection signal to the PWM controller 452. The PWM controller 452 detects an overvoltage or an overcurrent and outputs the detected overvoltage or overcurrent to the PWM controller 452, So as to protect the damage of the apparatus.

그리고, 전압추적기(450)에서 출력된 파형은 도 17에 도시된 공진회로가 구비된 파워 오실레이터(460)를 통해 고주파수를 갖는 전압파형으로 출력되게 된다. 도 18c는 본 발명의 제2실시예에 따른 파워 오실레이터(460)에서 출력되는 전압파형의 일예를 나타낸 그래프를 도시한 것이다. The waveform output from the voltage tracker 450 is output through the power oscillator 460 having the resonance circuit shown in FIG. 17 as a voltage waveform having a high frequency. 18C is a graph showing an example of a voltage waveform output from the power oscillator 460 according to the second embodiment of the present invention.

도 18c에 도시된 바와 같이, 파워 오실레이터(460)에 의해 출력되는 전압파형의 주파수는 1kHz ~ 100kHz 정도의 고주파를 가지며 시간에 따라 진폭이 변화되는 형태를 갖게 됨을 알 수 있다. 각각의 진폭들을 연결한 포락선은 사인파 형태를 가지며 그 파형의 형태는 전압추적기(450)에서 출력된 전압파형과 동일한 형태에 해당한다. 이러한 포락선의 형태는 사인파 형태로 한정되어지는 것은 아니고, 삼각파, 사각파 등의 형태가 될 수 있다. As shown in FIG. 18C, the frequency of the voltage waveform output by the power oscillator 460 has a high frequency of about 1 kHz to 100 kHz, and the amplitude of the voltage waveform varies with time. The envelope connecting the respective amplitudes has a sinusoidal shape, and the shape of the envelope corresponds to the voltage waveform output from the voltage tracer 450. The shape of the envelope is not limited to a sinusoidal wave, but may be a triangular wave or a square wave.

마지막으로 증폭기를 거치면서, 피크값이 약 1kV정도가 되도록 증폭시켜 액추에이터의 상부전극(121), 중간전극(122), 하부전극(123) 중 적어도 어느 하나에 인가되어 액추에이터가 구동되어 사용자에게 진동과 마찰력 촉각 피드백을 제공하게 된다. 도 18d는 본 발명의 제2실시예에 따른 증폭부(470)에 의해 증폭되어 액추에이터에 인가되는 입력전압파형의 일예를 나타낸 그래프를 도시한 것이다.
Finally, the signal is amplified to have a peak value of about 1 kV while passing through an amplifier, and the amplified signal is applied to at least one of the upper electrode 121, the intermediate electrode 122 and the lower electrode 123 of the actuator to drive the actuator, And frictional tactile feedback. 18D is a graph illustrating an example of an input voltage waveform amplified by the amplifier 470 and applied to the actuator according to the second embodiment of the present invention.

이상에서 본 발명은 기재된 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연한것으로, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. It is to be understood that such modified embodiments are within the scope of protection of the present invention as defined by the appended claims.

1:촉각피드백 생성장치
12:손가락
12a:비전도층
12b:전도층
14:마찰력
16:진동
18:정전기력
100:액추에이터
110:필름
111:상부필름
112:하부필름
120:전극
121:상부전극
122:중간전극
123:하부전극
130:도포층
140:접착범프
200:힘센서부
300:제어부
400:액추에이터 구동장치
410:정전압인가부
420:신호발생부
430:컨버터
440:스위칭부
450:전압추적기
451:비교기
452:PWM제어기
453:구동부
454:파워스위치
455:필터
456:피드백 센싱부
457:과전압, 과전류 감지부
460:파워 오실레이터
470:증폭부
480:스위칭 파워 오실레이터1: Tactile Feedback Generator
12: Finger
12a: nonconductive layer
12b: Conductive layer
14: Friction
16: Vibration
18: Electrostatic force
100: Actuator
110: Film
111: Upper film
112: Lower film
120: Electrode
121: upper electrode
122: intermediate electrode
123: lower electrode
130: Coating layer
140: Adhesive bump
200: strong west
300:
400: Actuator drive device
410:
420: Signal generator
430: Converter
440:
450: Voltage Tracker
451: comparator
452: PWM controller
453:
454: Power switch
455: Filter
456: Feedback sensing unit
457: overvoltage, overcurrent detection unit
460: Power oscillator
470:
480: Switching Power Oscillator

Claims

An actuator drive apparatus for supplying an input voltage waveform to an actuator,
A constant voltage applying unit for outputting a constant voltage;
A signal generator for receiving feedback data necessary for driving the actuator and forming a first waveform corresponding to the feedback data and having a second frequency;
And a switching unit for on / off-switching the input of the first waveform formed by the signal generating unit at a specific period. The constant voltage output from the constant voltage applying unit is applied to the first switch, A power oscillator having a resonant circuit for generating an input waveform that varies in amplitude and average; And
And an amplifier for amplifying an input waveform output from the power oscillator to a voltage for driving an actuator to generate an input voltage waveform.

The method according to claim 1,
Wherein the signal generating unit is a PWM signal generating unit.

The method according to claim 1,
And the maximum amplitude of the input voltage waveform is 60 to 6000 V. An actuator driving apparatus for supplying an input voltage waveform having a high frequency and a low frequency.

The method according to claim 1,
The input voltage waveform
Having a first frequency, the amplitude and average being modified over time,
The envelope connecting the peak values of each cycle has the shape of the first waveform, the first waveform has the second frequency,
The first frequency is 1 kHz to 100 kHz,
And the second frequency is from 1 Hz to 500 Hz. An actuator driving apparatus for supplying an input voltage waveform having a high frequency and a low frequency.

A tactile feedback generating apparatus comprising:
A strong waist sensing a touch or contact force of the first object;
An actuator driving device according to any one of claims 1 to 4;
An actuator receiving the voltage input waveform generated by the actuator driving device and providing tactile feedback to the first object; And
And a control unit for transmitting feedback data to the signal generating unit of the actuator driving unit and controlling the actuator driving unit when the touch or contact force is sensed at the strong west end. Device.

In the tactile feedback generation method,
Sensing a touch or contact force of the first object by the strong west;
The control unit generating feedback data;
Receiving a feedback data necessary for driving the actuator, generating a first waveform having a second frequency corresponding to the feedback data, and outputting a constant voltage;
Generating a second sine wave by switching the input of the first waveform formed by the signal generating unit on / off at a specific period;
Wherein the constant voltage output from the constant voltage applying unit and the second sine wave output from the switching unit are input to the power oscillator so that the power oscillator has a first frequency corresponding to the resonant frequency of the actuator, Generating a different input waveform;
Amplifying an input waveform output from the power oscillator with a voltage for driving an actuator to generate an input voltage waveform; And
Wherein the input voltage waveform is applied to an actuator to provide tactile feedback to the first object by the actuator.

The method according to claim 6,
The input voltage waveform
Having a first frequency, the amplitude and average being modified over time,
The envelope connecting the peak values of each period has the shape of the second sine wave, the second sine wave has the second frequency,
The first frequency is 1 kHz to 100 kHz,
And the second frequency is from 1 Hz to 500 Hz.

5. The method of claim 4,
Wherein the first frequency or the second frequency of the input voltage waveform is a resonance frequency of the actuator.

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