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Development of high-power haptic vibration actuator module and interface based on bidirectional electrostatic force driving structure

양방향 정전기력 구동 구조에 기반한 고출력 햅틱 진동 액추에이터 모듈 및 인터페이스 개발

  • 김재익 (한국교통대학교 전자공학과) ;
  • 이재경 (한국교통대학교 전자공학과) ;
  • 박영환 (한국교통대학교 전자공학과) ;
  • 서정태 (한국교통대학교 전자공학과) ;
  • 양태헌 (한국교통대학교 전자공학과)
  • Received : 2021.01.12
  • Accepted : 2021.01.26
  • Published : 2021.02.28

Abstract

Vibrotactile feedback is a major function of the latest touch displays, which greatly improves the user's operability and immersion when interacting with the interface on the screen. In this study, we propose a vibrotactile actuator suitable for mounting on the back side of a mid- to large-sized display because it can generate a strong vibration output by applying an electrostatic force-based mechanism and can be manufactured in a thin flat panel type. The proposed actuator was developed in a structure capable of amplifying the vibration force by alternating up and down with electrostatic force by the upper and lower electrodes that are spaced apart from the electrically grounded mass suspended from a radial leaf spring. As a result of the performance evaluation, the developed bar-type module with two built-in actuators showed excellent vibration output of up to 3.3 g at 170 Hz, confirming the possibility of providing haptic feedback in medium and large touch displays.

진동 햅틱 피드백은 최신 터치 디스플레이의 주요한 기능으로, 화면의 인터페이스와 상호 작용할 때 사용자의 조작성 및 몰입감을 크게 향상시킨다. 본 연구에선 정전기력 기반의 메커니즘을 적용하여 강한 진동 출력을 생성할 수 있으면서도, 얇은 평판 타입으로 제작이 가능하여 중대형 디스플레이의 뒷면에 탑재하기에 적합한 진동 햅틱 액추에이터를 제안하고자 한다. 제안된 액추에이터는 방사형 판스프링에 매달려 전기적으로 접지된 Mass를 이격 되어 있는 상하의 전극에 의해 정전기력으로 상하로 교번하여 진동력을 증폭시킬 수 있는 구조로 개발되었다. 성능평가 결과, 개발된 액추에이터가 2개 내장된 Bar-Type 모듈에서 170 Hz에서 최대 3.3g의 우수한 진동 출력을 보여, 중대형 터치 디스플레이에서 햅틱 피드백 제공에 대한 가능성이 확인되었다.

Keywords

References

  1. D. Pyo, T. H. Yang, S. Ryu, and D. S. Kwon, "Novel linear impact-resonant actuator for mobile applications," Sensors Actuators A: Physical, vol. 233, pp. 460-471, 2015. https://doi.org/10.1016/j.sna.2015.07.037
  2. TDK PowerHap Actuators, 2017. [Online]. https://product.tdk.com/info/en/products/sw_piezo/haptic/powerhap/index.html
  3. Ryu, J. Psychophysical Model for Vibrotactile Rendering in Mobile Devices. Presence Teleoperators Virtual Environ. 2010, 19, 364-387. https://doi.org/10.1162/PRES_a_00011
  4. Morioka, M.; Whitehouse, D.J.; Grin, M.J. Vibrotactile thresholds at the fingertip, volar forearm, large toe, and heel. Somatosens. Mot. Res. 2008, 25, 101-112. https://doi.org/10.1080/08990220802045574
  5. Y.-K. Jung, "Presentation Training System based on 3D Virtual Reality", The Journal of the Convergence on Culture Technology, vol. 4, no. 4, pp.309-316, 2018 https://doi.org/10.17703/JCCT.2018.4.4.309