磁性触觉提供装置的制作方法

本发明涉及一种磁性触觉提供装置。更详细而言，涉及一种利用磁流变流体或磁流变弹性体，通过磁场引起的粘度、刚度、弹力等的变化，来向使用者提供触感的磁性触觉提供装置。

背景技术：

力触觉(haptics)是关于触感的技术，具体是指使电子设备的使用者通过键盘、鼠标、操纵杆以及触屏等感受触觉和力量、运动感等的技术。在以往，电子设备与人类之间交流信息时，以视觉上的传递为主，但是近来为了传递更加具体、富有真实感的信息，力触觉技术备受关注。

用于实现力触觉技术的致动器通常采用惯性致动器、压电致动器、电活性聚合物(electroactivepolymer，eap)致动器、静电致动器等。惯性致动器有利用电机旋转时产生的离心力来振动的离心电机、利用谐振频率使振动强度最大化的线性谐振致动器(linearresonantactuator，lra)。压电致动器呈束(beam)状或盘(disk)状，其利用大小或形状因电场而瞬间变化的压电元件进行驱动。电活性聚合物致动器在电活性聚合物薄膜上粘贴质量体，通过质量体的反复运动来生成振动。静电致动器利用在填充不同电荷的两张玻璃面之间产生的引力和填充相同电荷时产生的斥力进行驱动。

另一方面，作为现有的力触觉装置技术，公开了韩国公开专利公报第10-2011-0118584号(发明名称：透明的经复合压电组合的触摸传感器和触觉致动器)，图1是示出作为现有技术的力触觉装置的概略立体图。

在触觉装置中，起传感器功能的层以及起致动器功能的层可以结合为合成压电致动器/传感器单位体形式的单一模块。其中，图1同时示出了合成压电致动器/传感器单位体10的截面和与其相关的多个电极11。合成压电单位体10包括诸如环氧物质的结构胶粘剂(structuraladhesive)13内的多个压电陶瓷纤维(piezoceramicfibers)12的阵列。各个电极11能够用于发送个别控制信号，以使插入在图示于两个连续的电极11之间的结构胶粘剂13内的多个纤维12的各个贴片(patch)运行，从而可在对应的位置产生局部化的力触觉效果。箭头14表示极化的压电陶瓷物质如何通过所施加的电场进行扩张或收缩，箭头15表示由于多个电极11而发生的压电陶瓷极化。

但是，如上所述的现有的力触觉技术只不过是传递单纯振动的，在感性地传递各种触感或传递复杂的文字信息方面存在局限性。因此，需要对触觉传递结构进行研究，使其不仅限于传递单纯的振动，还能够进行更加感性的传递，并且能够有效地传递更加复杂的信息。

技术实现要素：

所要解决的技术问题

因此，本发明是为了解决如上所述的现有技术的诸多问题而提出的，其目的在于，提供一种能够更加感性地传递各种触感的磁性触觉提供装置。

另外，本发明的目的在于，提供一种能够利用磁流变流体或磁流变弹性体的物理性质来向使用者反馈各种触感的磁性触觉提供装置。

另外，本发明的目的在于，提供一种磁性触觉提供装置，触觉传递部具有单独的单位体(cell)形式，并且由多个单位体构成，通过磁场的强度在整体或局部上向装置的使用者有效地传递各种触觉信息。

解决技术问题的方法

本发明的上述目的通过磁性触觉提供装置来实现，该磁性触觉提供装置的特征在于，包括含有磁性粒子的触觉传递部，所述触觉传递部通过外部磁场的施加所引起的变形来向使用者提供触感。

有益效果

根据如上所述构成的本发明，能够更加感性地传递各种触感。

另外，根据本发明，能够利用磁流变流体或磁流变弹性体的物理性质向使用者反馈各种触感。

另外，根据本发明，触觉传递部具有单独的单位体形式且由多个单元体构成，通过磁场的强度在整体或局部上向装置的使用者有效地传递各种触觉信息。

附图说明

图1是示出作为现有技术的力触觉装置的概略立体图。

图2是示出本发明的一实施例涉及的磁性触觉提供装置的结构的图。

图3是示出本发明的一实施例涉及的触觉传递部由磁流变流体构成的结构的图。

图4是示出本发明的一实施例涉及的触觉传递部由磁流变弹性体构成的结构的图。

图5是示出本发明的一实施例涉及的触觉传递部由多个单位体形成的磁性触觉提供装置的图。

图6是示出将本发明的一实施例涉及的磁性触觉提供装置应用于游戏设备中的示例的图。

附图标记：

10：合成压电致动器/传感器单位体

100：触觉传递部

101：磁性粒子

102：基体材料

120：外罩

200：磁场生成部

300：绝缘体

400：壳体

500：供电部

600：游戏设备

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施例涉及的结构及应用进行详细说明。以下说明是能够申请专利的本发明的多种实施方式(aspects)之一，下面的说明(description)构成对于本发明的详细说明(detaileddescription)的一部分。

只是，在说明本发明的过程中，为了使本发明的主旨明确，将省略关于公知功能或结构的详细说明。

下面，参考附图，详细说明本发明的优选实施例涉及的磁性触觉提供装置。

图2是示出本发明的一实施例涉及的磁性触觉提供装置的结构的图，图3是示出本发明的一实施例涉及的触觉传递部由磁流变流体构成的结构的图，图4是示出本发明的一实施例涉及的触觉传递部由磁流变弹性体构成的结构的图。

首先，参考图2至图4，磁性触觉提供装置包括：壳体400(参照图5)；磁场生成部200，位于壳体400内，用于生成磁场；以及触觉传递部100，其包含与磁场变化发生相互作用的磁性粒子101(参照图4)。

更具体地，壳体400形成磁性触觉提供装置的外形，在其内部设有磁场生成部200和触觉传递部100。

磁场生成部200可以采用平面线圈或螺线管，可被施加直流电或交流电，根据所施加的电源的种类，可以生成不同特性的磁场。例如，当对磁场生成部200施加直流电时生成直流磁场，当施加交流电时生成交流磁场。

另外，磁场生成部200可以位于触觉传递部100的一侧面，例如触觉传递部的下部，通过由磁场生成部200生成的磁场，使触觉传递部100以不同的形式发生变化。尤其是具有如下特征：当由磁场生成部200生成交流磁场时，触觉传递部100进行振动，当施加直流磁场时，触觉传递部100的刚度发生变化。

磁场生成部200可以控制磁场的强度、方向或频率(frequency)，基于磁场的强度、方向或频率，触觉传递部100变形的强度(大小)、方向、频率等可以以不同的形式变化。

触觉传递部100使用磁流变流体或磁流变弹性体，根据应用的设备或位置，可以以半球形、四边形、多面体形状等不同的形式应用。尤其是，触觉传递部100受到位于下部的磁场生成部200所产生的磁场的影响，可以基于磁场的种类、强度、位置或频率等而提供不同种类的振动感或刚度变化。因此，触觉传递部100可以用作向使用者提供振动感的振动源，或者可以应用于向使用者传递触感的设备中。

下面，参考图3及图4，对触觉传递部100进行更加详细的说明。

参考图3，主要将磁流变流体(magneto-rheologicalfluid，mrf)用作触觉传递部100的触觉传递工具时，触觉传递部100可以构成为将磁流变流体密封在橡胶、聚合物等弹性体、磁流变弹性体(magneto-rheologicalelastomer，mre)或混用弹性体与磁流变弹性体的外罩120内的结构。磁流变流体是根据外部磁场的强度改变粘度等的磁性粒子101悬浊液，通常是直径为0.01～100μm左右的铁磁性(ferromagnetic)以及亚铁磁性(ferrimagnetic)等磁极化粒子(magneticallypolarizableparticle)的分散系物质。另外，磁流变流体是可控流体，当被施加由磁场生成部200生成的磁场时，被磁化的多个磁性粒子101因其相互作用而形成链状的微细结构，具有快速响应特性和磁场下的高屈服应力。

外罩120位于绝缘体300的上部，分为平坦部121和弯曲部122，弯曲部122位于平坦部121的两侧，从而在其内部形成空间110，磁流变流体被密封在所述空间110内。平坦部121和弯曲部122可以由弹性体或磁流变弹性体形成。

绝缘体300插入于触觉传递部100与磁场生成部200之间，防止触觉传递部100直接通电。

磁流变流体材质的触觉传递部100在内部的磁性粒子101对所施加的交流磁场进行反应时可提供振动感，而对所施加的直流磁场进行反应时可提供刚度变化。进而，通过改变由磁场生成部200生成的磁场的强度及频率等，还可以提供不同种类的振动感。

参考图4，主要将磁流变弹性体用作触觉传递部100的触觉传递工具时，可以构成为纳米或微米大小的铁或铁氧体粒子等磁性粒子101分布于橡胶或其它聚合物材料的基体(matrix)材料102内的形式。磁流变弹性体是与磁流变流体一样包含磁性粒子101的弹性体，是可控弹性体(controllableelastomer)，当施加由磁场生成部200生成的磁场时，磁流变弹性体内的多个磁性粒子101对磁场进行反应，使磁流变弹性体的抗拉强度(tensilestrength)、延伸率(elongation)等发生物理变化。其中，磁性粒子101可以是直径为0.01-100μm左右的铁磁性(ferromagnetic)以及亚铁磁性(ferrimagnetic)等的磁极化粒子(magneticallypolarizableparticle)。

另外，与磁流变流体一样，磁流变弹性体材质的触觉传递部100在内部的磁性粒子101对所施加的交流磁场进行反应时可提供振动感，而对所施加的直流磁场进行反应时可提供刚度变化。进而，通过改变磁场的强度及频率等，还可以提供不同种类的振动感。

图5是示出本发明的一实施例涉及的触觉传递部由多个单位体形成的磁性触觉提供装置的图。

参考图5，触觉传递部100包含至少一个单位体(cell)130，单位体130可以位于壳体400内，可以形成多个壳体400，同样可以与之对应地形成多个触觉传递部100。另外，磁场生成部200可以是大小或形状与单位体130对应的平面线圈或螺线管。可以形成多个磁场生成部200，其数量与单位体130对应。其中，磁场生成部200可以与供给直流电或交流电的供电部500串联或并联连接，供电部500可以与多个磁场生成部200独立连接。

尤其是，可以在壳体400内排列多个单位体130，壳体400及单位体130可以形成单层或多层。

磁场生成部200可以对多个单位体130整体产生磁场，从而使多个单位体130整体进行振动，或者引起刚度变化。或者，可以仅对多个单位体130整体中的局部产生磁场，从而引起局部的振动或刚度变化。

另外，触觉传递部100包含多个单位体130，从而除了如振铃(alarm)等的单纯的振动信号之外，还可以将与各个单位体对应的文字、图形等更加复杂的信息等提供为触觉信息，并且可以向与使用者的皮肤进行接触的部位提供文字信息等，因而还能够有效地传递存在安全要求的保密信息。

图6是示出将本发明的一实施例涉及的磁性触觉提供装置应用于游戏设备中的示例的图。

参考图6，磁性触觉提供装置应用于游戏设备600等中，可以实现游戏设备600的各种功能。例如，当用作包含ps4的游戏机以及其它游戏控制器的按钮时，可以与各种游戏状况相对应地提供刚度变化及局部震动。另外，在第一人称射击游戏(firstpersonshooting，fps)中，通过刚度变化及局部振动感，分别提供枪械瞄准动作的强弱以及实际扣动扳机的感觉、目标的命中与否，并且在赛车游戏中，还可以通过振动的强弱等以触感方式传递车辆的前后左右的刮擦或碰撞，由此能够提高使用者的代入感及真实感。

另外，磁性触觉提供装置能够在it领域的移动设备及触屏、在线游戏等中应用于实时触觉的传递中，能够在汽车产业中应用于车道偏离警告系统、防止追尾系统、防止超速系统等驾驶辅助信息反馈系统等中，也能够在医疗领域中应用于脉博计、人牙的压力分布测定、手术用机器人等中。

通过上述的构成，能够通过磁流变流体或磁流变弹性体的物理特性，向使用者反馈各种触感。而且，触觉传递部具有单位体形式且由多个单位体构成，从而能够通过磁场的强度在整体或局部上给使用者有效地传递各种触觉信息。

如上所述，本发明通过诸如具体的构成要素等的特定事项和限定的实施例以及附图进行了说明，但这是为了帮助更加全面地理解本发明而提供的。另外，本发明并不限定于上述的多个实施例，本发明所属技术领域的普通技术人员能够基于上述记载进行各种修改及变形。因此，本发明的思想并不限定于上述实施例，除了后述的权利要求书之外，与权利要求书等同或者等价的变形都应视为落在本发明思想的范围之内。