KR100338531B1 - 휠체어의 구동 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

노면의 요철정도, 경사정도 및 경사방향 등과 같은 휠체어 주행 조건에 따라 인력대 모터구동력비가 달라지도록 모터의 토오크를 가변 제어하는 휠체어의 구동 제어 시스템이 개시된다. 개시된 휠체어의 구동 제어 시스템은, 휠체어의 주행시 휠의 토오크 및 속도를 감지하는 수단과, 노면의 요철정도를 감지하는 수단과, 노면의 경사정도 및 경사방향을 감지하는 수단과, 보조원에 의한 주행시 보조원의 힘을 감지하는 보조력감지수단과, 상기 각각의 감지수단으로부터 입력되는 신호를 받아 탑승자 및 보조원의 의지를 판단하여 모터의 구동을 제어함과 아울러 노면의 요철정도, 경사정도 및 경사방향 등을 감안한 노면상태를 판단하여 이에 적절한 동력지원이 이루어지도록 모터의 토오크를 가변제어하는 ECU를 포함하여 구성된다. 이에 의하면, 평탄한 길에서는 모터의 토오크가 감소되어 불필요한 동력 소모를 방지할 수 있고, 거칠고 굴곡이 많은 길에서는 모터의 토오크가 증대되어 탑승자의 부담을 덜 수 있다. 또 오로막 경사로에서는 모터의 토오크가 증대되어 탑승자의 부담을 덜 수 있고, 내리막 경사로에서는 역토오크에 의한 제동력이 발생되어 안전하게 주행될 수 있다.

Description

휠체어의 구동 제어 시스템{System for controlling power of a wheelchair}

본 발명은 거동이 불편한 환자나 지체부자유자가 운송수단으로써 이용하는 휠체어에 관한 것으로, 특히 노면의 요철정도, 경사정도 및 경사방향 등과 같은 주행 조건에 따라 모터의 토오크를 적절히 가감함으로써 불필요한 동력 소모를 방지함과 아울러 탑승자 또는 보조자의 부담을 덜어 줄 수 있는 휠체어의 구동 제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 휠체어는 구동방법에 따라 크게 수동형, 전동형 및 하이브리드형으로 대별된다.

수동형 휠체어는, 본체 프레임의 양측에 설치된 휠을 탑승자가 스스로 구동하면서 운행하는 것으로써, 이는 경량으로 제작 가능하며, 탑승자의 재활훈련에 효과적이라는 등의 장점이 있다. 그러나, 수동형 휠체어는, 운전이 비효율적 이고, 장거리 이동시에 불편할 뿐만 아니라 경사로에서 과도한 힘이 요구된다고 하는 등의 단점이 있다.

이에 반하여, 전동형 휠체어는 본체 프레임의 양측에 설치된 휠을 모터의 동력을 이동하여 구동시키는 것으로, 운전이 편리하며, 중장거리 이동에 유리하고, 정속 주행이 가능하다고 하는 장점이 있다. 그러나, 전동형 휠체어는 운반이 어렵고, 매우 고가일 뿐만 아니라 높은 유지보수비가 소요되며, 재활효과가 없다고 하는 단점이 있다.

하이브리드형 휠체어는, 상기한 바와 같은 수동형 휠체어와 전동형 휠체어의 장점을 복합한 것으로, 동력지원 휠체어라고도 불리운다. 이러한 하이브리드형 휠체어는, 인력과 모터구동력을 동시에 이용함으로써 비교적 저가의 전동형으로 구성할 수 있으며, 특히 탑승자의 재활효과를 유지할 수 있다고 하는 등의 장점이 있다.

상기와 같은 하이브리드형 휠체어에 적용되는 구동 제어 시스템의 전형적인 한 예가 도 1에 도시되어 있는 바, 이를 간단히 살펴보면 다음과 같다.

도시된 바와 같이, 일반적인 하이브리드형 휠체어의 구동 제어 시스템은, 탑승자의지(1)에 의한 휠추진력(2)과 ECU(3)에 의해 구동되는 모터(4)의 구동력이 적절한 비율로 조합된 추진력(5)이 최종적으로 휠(6)에 전달되어 휠(6)이 회전 구동하도록 되어 있다. 여기서, 상기 ECU(3)는 탑승자의지(1)에 의해 회전되는 휠(6)의 토오크 및 속도를 감지하는 토오크감지센서(7) 및 속도감지센서(8)로부터 신호를 받아 모터(4)의 토오크를 제어하여 동력을 보조 및 지원하도록 한다. 도면에서 부호 9는 배터리이다.

즉, 하이브리드형 휠체어는, 탑승자의 의지에 의한 추진력으로 휠(6)이 회전할 때, ECU(3)가 토오크감지센서(7) 및 속도감지센서(8)에 의해 입력되는 신호를 가지고 탑승자가 의도하는 방향이나 속도 등을 판단하여 필요한 양만큼의 동력을 보조 및 지원하도록 모터(4)의 토오크를 제어한다. 따라서, 전동형에 비해 에너지 소비를 저감시킬 수 있으며, 무엇보다도 탑승자의 의지에 의한 휠추진력이 발생되는 경우에만 모터(4)가 구동하여 동력을 보조 및 지원하기 때문에, 탑승자, 예컨대 환자나 지체부자유자의 재활 훈련에 도움이 된다고 하는 큰 장점이 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 휠체어 구동 제어 시스템에 있어서는, 인력대 모터구동력비가 항상 일정하게 설정되어 휠의 동력을 보조 및 지원하도록 되어 있기 때문에, 휠체어의 주행 조건에 따라, 불필요한 동력 소모가 발생되거나 탑승자의 과도한 힘이 요구되는 등 휠체어의 운전이 비효율적으로 이루어진다고 하는 문제가 있었다.

부연하면, 평탄한 길을 주행할 때는 인력대비 모터구동력을 감소시킬 필요가 있고, 거칠거나 굴곡이 많은 길을 주행할 때는 인력대비 모터구동력을 증대시킬 필요가 있으나, 종래에는 이와 같은 노면의 요철정도를 감안하지 않고 인력대 모터구동력비를 항상 일정하게 유지시킴으로써, 평탄한 길에서는 불필요한 동력 소모가 발생되고, 또 거칠거나 굴곡이 많은 길에서는 탑승자의 과도한 힘이 요구된다고 하는 단점이 있었다.

또한, 경사로를 주행하는 경우에도 오르막길에서는 모터구동력을 증대시켜 탑승자의 부담을 줄이고, 내리막길에서는 역토오크에 의한 제동력을 발생시켜 안전하게 내려가도록 할 필요가 있으나, 종래에는 이와 같은 노면의 경사에 따른 구동력의 제어가 이루어지지 않음으로써, 오르막길에서의 주행의 어려움 및 내리막길에서의 안전사고의 위험이 있었다.

또한, 종래에는 보조원에 의한 주행시, 주행 조건에 따른 모터구동력의 제어가 이루어지지 않아, 보조원의 부담이 증대되는 등 휠체어 사용에 불편함이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 하이브리드형 휠체어가 가지는 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 인력대비 모터구동력을 노면의 요철정도에 따라 가변 제어함으로써 불필요한 동력 손실을 방지함과 아울러 탑승자의 부담을 덜 수있는 휠체어의 구동 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 인력대비 모터구동력을 노면의 경사에 따라 가변 제어함과 아울러 경사방향에 따라 모터의 역토오크를 보조하도록 제어함으로써 탑승자의 부담을 덜고 또 내리막길에서의 안전사고의 위험을 방지할 수 있는 휠체어의 구동 제어 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 보조원에 의한 주행시 보조원의 의지에 부합되는 방향으로 모터구동력을 가변 제어함으로써 휠체어 운전의 편리성을 도모할 수 있는 휠체어의 구동 제어 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 노면의 요철정도, 노면의 경사정도, 노면의 경사방향 및 보조원의 의지를 복합적으로 감안하여 인력대비 모터구동력을 가변 제어함으로써 사용상의 편리성을 도모할 수 있는 휠체어의 구동 제어 시스템을 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 동력지원 휠체어의 구동 제어 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도,

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 휠체어의 구동 제어 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도,

도 3a 및 3b는 도 2에 나타낸 휠체어의 구동 제어 시스템에 의한 제어방법을 설명하기 위한 플로우 챠트,

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 휠체어의 구동 제어 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도,

도 5a 및 5b는 도 4에 나타낸 휠체어의 구동 제어 시스템에 의한 제어방법을 설명하기 위한 플로우 챠트,

도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 휠체어의 구동 제어 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도,

도 7a 및 7b는 도 6에 나타낸 휠체어의 구동 제어 시스템에 의한 제어방법을 설명하기 위한 플로우 챠트,

도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 의한 휠체어의 구동 제어 시스템의 구성을개략적으로 나타낸 블록도,

도 9a 및 9b는 도 8에 나타낸 휠체어의 구동 제어 시스템에 의한 구동 제어방법을 설명하기 위한 플로우 챠트,

도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 의한 휠체어의 구동 제어 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도, 그리고,

도 11a, 11b 및 11c는 도 10에 나타낸 휠체어의 구동 제어 시스템에 의한 제어방법을 설명하기 위한 플로우 챠트이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

3;ECU 4;모터

6;휠 7;토오크감지센서

8;속도감지센서 10,50;노면감지수단

20,20';제 1 및 제 2 하중감지센서 30;각도감지센서

40;보조력감지센서 60;노면경사 및 방향감지수단

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 휠체어의 구동 제어 시스템은, 휠체어의 주행시 노면의 요철정도를 감지하여 ECU로 전달하는 노면감지수단을 구비한다. ECU는 노면감지수단에 의해 입력되는 전기적인 신호를 가지고 노면 상태를 판단하여 평탄길에서는 인력대 모터구동력비가 낮아지게, 그리고, 거칠고 굴곡이 많은 길에서는 인력대 모터구동력비가 높아지도록 모터의 토오크를 가변 제어한다. 따라서, 평탄길에서는 인력대비 모터구동력이 감소하게 되므로, 불필요한동력소모를 방지할 수 있으며, 거칠고 굴곡이 많은 길에서는 인력대비 모터구동력이 증대하게 되므로, 탑승자의 부담을 덜어 줄 수 있다. 여기서, 노면감지수단은, 노면으로부터 휠을 통하여 전달되는 진동을 감지하는 진동센로 구성될 수 있으며, 이 진동센서는 휠체어 프레임의 휠축에 설치되는 것이 바람직하나, 그 설치위치를 휠축으로 한정하는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의하면, 휠체어의 구동 제어 시스템은, 휠체어의 주행시 노면의 경사정도 및 방향을 감지하여 ECU로 전달하는 노면경사 및 방향감지수단을 구비한다. ECU는 노면경사 및 방향감지수단에 의해 입력되는 전기적인 신호를 가지고 노면의 경사정도 및 경사방향을 판단하여 노면 상태에 따른 적절한 동력지원이 이루어지도록 모터의 토오크를 가변 제어한다. 이 때, 오르막 경사로에서는 인력대비 모터구동력을 증대시켜 탑승자의 부담을 줄이고, 내리막 경사로에서는 인력대비 모터구동력을 증대시키되 역모터구동토오크를 지원하도록 하여 안전하게 내려가도록 한다. 물론 경사정도에 따라 인력대비 모터구동력이 점진적으로 증대되도록 모터의 토오크를 제어함은 당연하다. 여기서, 상기 노면경사 및 방향감지수단은 휠체어 프레임의 휠축 및 보조휠축에 각각 설치되는 하중감지센서로 구성될 수 있다. 이 때, ECU는 상기 각각의 하중감지센서로부터 입력되는 신호를 가지고 전륜대 후륜의 하중비를 계산하여 오르막 또는 내리막 경사로임을 판단한다. 이외에도 상기 노면경사 및 방향감지수단은 휠체어 프레임의 일측에 설되는 각도감지센서로 구성될 수도 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 보조원에 의한 휠체어의 주행시보조원의 힘을 감지하여 ECU에 전달하는 보조력감지센서를 구비한다. ECU는 상기 보조력감지센서로부터 입력되는 전기적인 신호를 가지고 보조원의 의지에 부합되는 방향으로 모터의 토오크를 가변 제어한다. 이 때, ECU는 입력되는 신호의 부호에 따라 보조원이 휠체어를 밀고 있는지 당기고 있는지를 판단하여 모터구동토오크를 보조하거나 역모터구동토오크를 보조하도록 제어한다. 또한, ECU는 보조원에 의해 작용하는 힘의 세기와 현재의 주행속도를 비교하여 노면의 경사정도 및 경사방향을 판단하고, 이에 적절한 동력지원이 이루어지도록 모터의 토오크를 가변 제어한다. 여기서, 내리막 경사로라고 판단되는 경우에는 역토오크에 의한 제동력이 발생되도록 모터를 제어한다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 휠체어의 구동 제어 시스템은, 휠체어의 주행시 노면의 요철정도를 감지하여 ECU에 전달하는 노면감지수단과, 노면의 경사정도 및 경사방향을 감지하여 ECU에 전달하는 노면경사 및 방향감지수단을 구비한다. ECU는 상기 노면감지수단으로부터 입력되는 전기적인 신호를 가지고 노면의 요철정도를 판단함과 아울러 상기 노면경사 및 방향감지수단으로부터 입력되는 전기적인 신호를 가지고 노면의 경사정도 및 경사방향을 판단하여 주행 조건을 복합적으로 판단하고, 이에 적절한 동력지원이 이루어지도록 모터의 구동 및 토오크를 가변 제어한다. 따라서, 주행 조건에 따른 적절한 동력지원이 이루어지면서 편리하면서도 안전하게 휠체어를 운행할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 휠체어의 구동 제어 시스템은, 휠체어의 주행시 노면의 요철정도를 감지하여 ECU에 전달하는 노면감지수단과, 노면의 경사정도 및 경사방향을 감지하여 ECU에 전달하는 노면경사 및 방향감지수단과, 보조원에 의한 휠체어의 주행시 보조원의 힘을 감지하여 ECU에 전달하는 보조력감지센서를 구비한다. ECU는 상기 노면감지수단으로부터 입력되는 전기적인 신호를 가지고 노면의 요철정도를 판단함과 아울러 상기 노면경사 및 방향감지수단으로부터 입력되는 전기적인 신호를 가지고 노면의 경사정도 및 경사방향을 판단하여, 이에 적절한 동력지원이 이루어지도록 모터의 구동 및 토오크를 가변제어한다. 이와 더불어 ECU는 상기 보조력감지센서로부터 입력되는 전기적인 신호를 가지고 보조원의 의지에 부합되는 방향으로 모터의 토오크를 가변제어한다. 따라서, 주행 조건에 따른 적절한 동력지원이 이루어지면서 편리하면서도 안전하게 휠체어를 운행할 수 있다.

본 발명의 상술한 목적 및 특징은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 보다 명백해질 것이다.

첨부한 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 휠체어의 구동 제어 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 휠체어의 구동 제어 시스템은, 탑승자의지(1)에 의한 휠추진력(2)과 ECU(3)에 의해 구동되는 모터(4)에 의한 구동력이 조합된 추진력(5)이 최종적으로 휠체어의 휠(6)에 전달되어 휠(6)이 회전 구동하면서 휠체어가 주행하도록 되어 있다. 토오크감지센서(7) 및 속도감지센서(8)는 휠체어의 주행시 휠(6)의 토오크 및 속도를 감지하여 소정의 전기적인 신호로 상기 ECU(3)로 출력하며, 이에 의해 ECU(3)는 휠체어의 주행방향및 주행속도를 판단하여 필요한 동력지원이 이루어지도록 모터(4)의 구동을 제어한다. 이러한 구성은 앞서 설명한 일반적인 하이브리드형 휠체어의 구동 제어 시스템과 유사하다. 다만 본 발명은 휠체어의 주행시 노면의 요철정도를 감지하여 이를 소정의 전기적인 신호로 상기 ECU(3)에 출력하는 노면감지수단(10)을 구비한다는 점에서 큰 차이가 있다.

상기 노면감지수단(10)은 노면으로부터 휠(6)을 통하여 전달되는 진동을 측정하여 노면의 요철정도를 감지하는 진동센서로 구성될 수 있으며, 이 진동센서는 휠체어 프레임의 휠축에 인접하게 설치되는 것이 바람직하나, 그 설치위치를 꼭 한정하는 것은 아니며, 다른 위치, 예컨대, ECU(3)에 인접한 위치에 설치될 수도 있다. ECU(3)는 상기 노면감지수단(10)으로부터 입력되는 전기적인 신호를 받아 노면 상태를 판단하여 노면의 요철정도에 따라 인력대 모터구동력비가 달라지도록 모터(4)의 토오크를 가변 제어한다. 즉, 평탄길에서는 인력대 모터구동력비를 최소로 하여 불필요한 동력의 소모를 방지하고, 거칠고 굴곡이 많은 길에서는 인력대 모터구동력비를 최고로 하여 인력의 부담을 줄일 수 있게 하는 바, 이러한 휠체어의 구동 제어방법을 도 3a 및 3b를 참고로 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, ECU 및 센서의 초기화 과정을 거친 후(S10, S20), 휠체어 동작모드를 확인한다(S30). 여기서, 파워 어시스트 모드 이면(S40), 노면의 요철정도(b)를 감지하고(S50), 그렇지 않으면 상기 S30단계를 진행한다.

이어서, ECU(3)에 입력된 요철정도(b)와 미리 설정된 하한치를 비교한다(S50). 비교결과, 요철정도(b)가 하한치보다 작거나 같으면, 비교적 평탄한 길이라고 판단하여 인력대 모터구동력비를 최하로 조정하며(S70), 이 조건을 만족하지 않으면, 요철정도(b)와 미리 설정된 상한치와를 다시 비교한다(S80). 비교결과, 노면의 요철정도(b)가 상한치보다 크거나 같으면, 거칠고 굴곡이 많은 길이라고 판단하여 인력대 모터구동력비를 최고로 조정한다(S90). 여기서, 상기 요철정도(b)를 예를 들어, 1에서부터 10 등급으로 설정해 놓았다고 가정하면, 상기 하한치는 2 내지 3정도가 되며, 상한치는 7 내지 8정도가 되는데, ECU는 노면의 요철정도가 하한치 이하라고 판단되는 경우 모터의 토오크를 감소시켜 인력대 모터구동력비를 최하로 조정하는 반면에, 노면의 요철정도가 상한치 이상이라고 판단되는 경우에는 모터의 토오크를 증대시켜 인력대 모터구동력비를 최고로 조정한다.

한편, 노면의 요철정도가 하한치와 상한치 사이에 있는 경우, ECU(3)는 그 정도에 따라 적절한 동력지원이 이루어지도록 인력대 모터구동력비를 계산을 통하여 선형적으로 조정한다(S100). 여기서, ECU(3)에는 하한치와 상한치를 벗어난 노면의 요철정도에 따른 인력대 모터구동력비가 수개의 등급으로 나뉘어져서 설정될 수 있으며, 이와 같은 경우에, ECU(3)는 노면의 요철정도에 따라 미리 설정된 수개 등급의 인력대 모터구동력비 중 해당하는 어느 하나를 취하여 노면의 요철정도에 따른 적절한 동력지원이 가능하도록 모터의 토오크를 가변제어한다. 상기 미리 설정된 수개 등급의 인력대 모터구동력비는 사용자에 의해 임으로 변경하는 것이 가능하다.

상기와 같은 과정에 의해 노면의 요철정도를 감안한 인력대 모터구동력비가 조정되면, 도 3b에 도시한 바와 같이, ECU(3)는 모터구동회로로 제어신호를 출력한다(S110). 이에 의해 최종적으로 모터의 구동력 및 토오크 제어가 이루어지며(S120), 휠체어는 노면의 요철정도를 감안한 최적의 주행조건으로 주행될 수 있다.

첨부한 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 휠체어의 구동 제어 시스템을 나타낸 블록도 이고, 도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 휠체어의 구동 제어 시스템을 나타낸 블록도이다.

도시된 바와 같은 본 발명의 제 2 및 제 3 실시예에 의한 휠체어의 구동 제어 시스템은, 휠체어의 주행시 노면의 경사정도 및 경사방향을 감지하여 ECU(3)에 소정의 전기적인 신호로 출력하는 노면경사 및 방향감지수단을 구비한다고 하는 특징이 있다. 여기서, 본 발명의 제 2 실시예에 의한 휠체어의 구동 제어 시스템은 노면경사 및 방향감지수단으로써 두 개의 하중감지센서(20)(20')를 이용하여 구성한 것이고, 제 3 실시예는 노면경사 및 방향감지수단으로써 각도감지센서(30)를 이용하여 구성한 것이다.

먼저, 도 4 및 도 5a 및 5b를 참고로 본 발명의 제 2 실시예를 살펴본다. 도시된 바와 같이, 기본적인 구성은 앞서 설명한 제 1 실시예와 매우 유사하게 이루어져 있다. 따라서, 동일한 부호를 부여하여 이에 대한 설명은 생략하며, 이하에서는 노면경사 및 방향감지수단에 의해 이루어지는 구동 제어방법에 대해서 중점적으로 설명한다.

상기한 제 1 및 제 2 하중감지센서(20)(20')는 도시되지 않은 휠체어 프레임의 휠축과 보조휠축에 각각 설치될 수 있으며, 이와 같이 설치된하중감지센서(20)(20')는 탑승자의 하중이 이동함에 따른 하중 변화를 감지하여 소정의 전기적인 신호로 ECU(3)에 출력한다. ECU(3)는 상기 하중감지센서(20)(20')로부터 입력되는 신호를 가지고 전륜대 후륜의 하중비(W)를 계산하여 오르막 경사로인지 내리막 경사로인지를 판단하여, 필요한 동력지원이 이루어지도록 모터의 토오크를 제어한다. 부연하면, 오르막 경사로에서는 후륜, 즉 메인휠측에 많은 하중이 걸릴 것이고, 내리막 경사로에서는 전륜, 즉 보조휠측에 강한 하중이 걸리면서 하중비(W)가 서로 달리 나타날 것이다. 이를 ECU(3)가 감지하여 노면의 경사정도 및 경사방향을 판단하여 노면 상태에 따른 적절한 동력지원이 이루어지도록 모터의 구동 및 토오크를 제어하는 바, 이러한 본 실시예에 따른 휠체어의 구동 제어방법을 도 5a 및 도 5b의 플로우 챠트를 참고로 살펴보면 다음과 같다.

S10, S20, S30 및 S40 단계는 앞서 설명한 본 발명의 제 1 실시예와 동일하게 진행된다. 파워 어시스트 모드가 진행되면, 하중감지센서에 의한 하중 감지가 이루지고 ECU는 하중감지센서로부터 입력되는 신호를 가지고 전륜대 후륜의 하중비(W)를 계산한다(S51). 그런다음, 상기 단계에서 계산된 하중비(W)와 ECU에 미리 설정된 제 1 기준치를 비교한다(S61). 비교결과 하중비(W)가 제 1 기준치보다 크면, 오르막 경사로라고 판단하여(S71), 인력대 모터구동력비를 상향 조정하여 모터구동토오크를 보조하도록 한다(S72).

한편, 상기 S61 단계의 조건을 만족하지 않으면, 계산된 하중비(W)와 미리 설정된 제 2 기준치를 다시 비교한다(S81). 비교결과, 하중비(W)가 제 2 기준치보다 작으면, 내리막 경사로라고 판단하여(S91), 인력대 모터구동력비를 상향 조정하되 역모터구동토오크를 보조하도록 한다(S92). 그리고, 상기 S81 단계의 조건을 만족하지 않으면, 경사로가 없다고 판정하여 모터구동토오크 보조를 하지 않고(S101), 리턴한다.

상기와 같은 과정에 의해 노면의 경사를 감안한 인력대 모터구동력비가 조정되면, 도 5b에 도시한 바와 같이, ECU(3)는 모터구동회로로 제어신호를 출력 한다(S110). 이에 의해 최종적으로 모터의 구동력 및 토오크 제어가 이루어지며(S120), 휠체어는 노면의 경사를 감안한 최적의 주행조건으로 주행될 수 있다.

여기서, 제 1 및 제 2 기준치는, 예를 들어 경사가 없는 평탄한 길을 "0"으로 했을 때, 제 1 기준치는 +2 내지 +3일 수 있으며, 제 2 기준치는 -2 내지 -3일 수 있다. 또한, 상기와 같은 구동 제어방법에서는 ECU에서 계산된 하중비(W)가 제 1 기준치를 기준으로 점진적으로 커지거나 상기 제 2 기준치를 기준으로 점진적으로 작아지는 정도를 가지고 오르막 또는 내리막 경사로에서의 경사정도를 판단하여 적절한 동력지원이 이루어지도록 모터의 토오크를 가변 제어한다.

도 6은 노면경사 및 방향감지수단으로써 각도감지센서(30)를 사용한 휠체어의 구동 제어 시스템의 구성을 보인 것이고, 도 7a 및 7b는 이에 대한 구동 제어방법을 나타낸 플로우 챠트이다.

도시된 바와 같은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 휠체어의 구동 제어 시스템은 각도감지센서(30)에 의해 노면의 경사정도 및 방향을 감지하여 ECU(3)로 전달한다는 것을 제외하고는 앞서 설명한 본 발명의 제 2 실시예와 동일하다. 따라서, 동일한 참조부호를 부여하여 상세한 설명은 생략한다.

이와 같은 본 발명의 제 2 및 제 3 실시예에 의하면, 노면의 경사정도 및 경사방향에 따라 그에 적합한 동력지원이 이루어지도록 모터의 토오크를 제어하기 때문에, 오르막 경사로에서의 탑승자의 인력부담을 덜 수 있으며, 내리막 경사로에서의 안전사고의 위험을 미연에 방지할 수 있다.

첨부한 도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 의한 휠체어 구동 제어 시스템의 구성을 나타낸 블록도 이고, 도 9a 및 9b는 이 구동 제어 시스템에 의한 휠체어의 구동 제어방법을 나타낸 플로우 챠트이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 제 4 실시예는 휠체어에 탑승한 사람의 거동이 불편하여 스스로 휠체어를 구동할 수 없어 보조원(1')이 운전하는 경우, 보조원에 의해 휠체어에 작용되는 힘을 감지하여 이를 소정의 전기적인 신호로 ECU(3)에 출력하는 보조력감지센서(40)를 구비한다.

상기 보조력감지센서(40)는 도시되지는 않았으나, 휠체어의 손잡이 부근에 설치될 수 있으며, 보조원의 추력(推力) 및 인력(引力)을 동시에 감지할 수 있다. ECU(3)는 상기 보조력감지센서(40)로부터 입력되는 신호를 가지고 보조원의 의지를 판단하여 보조원의 의지에 부합되는 방향으로 모터의 토오크를 가변 제어하는 바, 이를 도 9a 및 9b를 참고로 살펴보면 다음과 같다.

S10, S20, S30 및 S40 단계를 순차적으로 거친 후 파워 어시스트 모드라고 판단되면, 보조원에 의한 힘(F)이 작용하는지를 감지한다(S52). 이 보조원의 힘(F)은 보조력감지센서(40)에 의해 ECU로 입력되며, ECU는 보조력감지센서(40)에 의해입력되는 힘(F)과 미리 설정되어 있는 제 1 기준치를 비교한다(S62). 비교결과, 보조원의 힘(F)이 제 1 기준치보다 크면, 보조원에 의한 추력이 작용하고 있다고 판단하여(S73), 휠체어속도와 힘의 비에 대한 알고리즘에 따라 보조인력대 모터구동비를 상향 조정하여 모터구동토오크를 보조하도록 한다(S74).

한편, 상기 S62 단계에서 요구하는 조건을 만족하지 않으면, ECU는 입력된 보조원의 힘(F)과 미리 설정된 제 2 기준치를 비교한다(S82). 비교결과, 보조원의 힘(F)이 제 2 기준치보다 작으면, 보조원에 의한 인력이 작용하고 있다고 판단하여(S93), 휠체어속도와 힘의 비에 대한 알고리즘에 따라 보조인력대 모터구동력비를 상향 조정하여 역모터구동토오크를 보조하도록 한다(S94). 그리고, 상기 S82 단계에서 요구하는 조건을 만족하지 않으면, 보조인력이 작용하지 않느다고 판단하여 모터구동토오크보조를 하지 않고(S102), 리턴한다.

이후에는, 상기의 단계에서 조정된 보조인력대 모터구동력비에 대한 제어신호를 모터구동회로로 출력함으로써(S110), 모터의 구동 및 토오크를 제어한다(S120).

상기의 구동 제어방법에서, ECU에 미리 설정되어 있는 제 1 기준치 및 제 2 기준치는, 보조인력이 작용하지 않은 상태를 "0"으로 하였을 때, 제 1 기준치는 +1 내지 +2로, 제 2 기준치는 -1 내지 -2로 설정될 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 보조원에 의해 가해지는 힘(F)에 비하여 휠체어의 속도가 현저하게 떨어질 때, 오르막 경사로라고 판단하여 필요한 동력지원을 하도록 모터의 토오크를 제어하는 것도 가능하고, 또 보조원에 의해 가해지는 힘(F)에 비하여 휠체어의 속도가 현저하게 높아질 때, 내리막 경사로라고 판단하여 필요한 동력지원, 예컨대 역토오크에 의한 제동력이 발생되도록 모터의 오토크를 제어하는 것도 가능하다.

이와 같이, 본 실시예에서는 보조원에 의한 보조인력을 감지하여 보조원의 의지를 판단하고, 보조원의 의지에 부합되는 방향으로 휠체어가 주행되도록 모터의 토오크를 가변제어하기 때문에, 보조원에 의한 휠체어의 운전시 편의성을 도모할 수 있다.

첨부한 도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 의한 휠체어의 구동 제어 시스템을 나타낸 블록도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 제 5 실시예에 의한 휠체어의 구동 제어 시스템은, 노면의 요철정도를 감지하여 이를 소정의 전기적인 신호로 ECU(3)에 출력하는 노면감지수단(50)과, 노면의 경사정도 및 경사방향을 감지하여 이를 소정의 전기적인 신호로 ECU(3)에 출력하는 노면경사 및 방향감지수단(60)을 동시에 구비한다는 것을 제외하고는 앞서 설명한 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시예와 유사하게 이루어진다. 따라서, 동일한 참조부호를 부여하여 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 즉, 본 실시예는 노면의 요철정도와 노면의 경자정도 및 경사방향 등을 복합적으로 감안하여 주행 조건에 따라 최적의 조건으로 휠체어가 주행할 수 있도록 모터의 구동 및 토오크를 제어한다고 하는 특징이 있는 바, 이를 도 11a, 11b 및 11c에 나타낸 플로우 챠트를 참고로 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, ECU 초기화를 초기화 하고(S10), 센서를 초기화 한 다음(S20), 휠체어 동작모드를 확인하다(S30). 여기서, 파워 어시스트 모드가 실행되면(S40), 노면감지수단에 의한 노면의 요철정도 감지가 이루어지고(S53), 그렇지 않으면, 휠체어 동작모드를 재확인한다(S30). 이어서, 상기 노면감지수단으로부터 입력되는 노면의 요철정도(b)와 미리 설정된 하한치를 비교하는데(S63), 이 때, 요철정도(b)가 하한치보다 작거나 같으면, 비교적 평탄한 길이라고 판단하여 인력대 모터구동력비(Δ)를 최하로 조정하고(S75), 상기의 조건을 만족하지 않으면, 입력된 요철정도(b)를 미리 설정된 상한치와 다시 비교한다(S83). 비교결과, 요철정도(b)가 상한치보다 크거나 같으면, 거칠고 굴곡이 많은 길이라고 판단하여, 인력대 모터구동력비(Δ)를 최고로 조정하고(S95), 이 조건을 만족하지 않으면, 인력대 모터구동력비(Δ)를 계산식에 의해 조정한다(S103). 여기서, 요철정도(b)의 비교 기준이 되는 하한치 및 상한치에 대해서는 본 발명의 제 1 실시예에서 언급하였으므로, 생략한다.

이후, 도 11b에서 보는 바와 같이, 노면의 경사도(S)를 감지하는 단계를 진행한다(S54). 이는 노면경사 및 방향감지수단(60)에 의해 이루어지며, ECU(3)는 노면경사 및 방향감지수단에 의해 입력되는 경사도(S)와 미리 설정된 제 1 기준치와를 비교한다(S64). 비교결과, 경사도(S)가 제 1 기준치보다 크면, 오르막 경사로라 판단하여(S76), 인력대 모터구동력비(Φ)를 상향 조정하여 모터구동토오크를 보조하도록 하며(S77), 상기 조건을 만족하지 않으면, 경사도(S)를 미리 설정된 제 2 기준치와 다시 비교한다(S84). 비교결과, 경사도(S)가 제 2 기준치보다 작으면, 내리막 경사로라고 판단하여(S96), 인력대 모터구동력비(Φ)를 상향 조정하여 역모터구동토오크를 보조하도록 하고(S97), 상기 조건을 만족하지 않으면, 경사로가 없다고 판정하여 인력대 모터구동력비(Φ)를 "0"으로 하여 모터구동토오크보조를 하지않는다(S104). 여기서도, 경사도(S)의 비교 기준이 되는 제 1 및 제 2 기준치는 본 발명의 제 2 실시예에서 언급하였으므로 생략한다.

그런 다음, 도 11c에서 보는 바와 같이, 상기의 과정에 의해 조정된 인력대 모터구동력비를 Δ+ Φ의 제어신호로 설정하여 구동모터회로로 출력한다(S111). 이에 의해 최종적으로 모터의 구동력 및 토오크가 제어됨으로써(S121), 휠체어가 주행 조건을 감안한 최적의 상태로 안전하게 주행할 수 있게 된다.

한편, 도시하지는 않았으나, 본 발명에 의한 휠체어의 구동 제어 시스템은 언급한 여러 실시예 뿐만 아니라 제 1 실시예와 제 4 실시예를 조합하여 구성할 수도 있고, 제 5 실시예에 제 4 실시예를 조합하여 구성할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 종사하는 자라면 자명할 것이다.

또한, 이제까지의 설명에서는 휠체어에 적용하기 위한 구동 제어 시스템에 대해서만 설명하였으나, 본 발명에 의한 구동 제어 시스템은, 휠체어 뿐만 아니라 유모차 또는 쇼핑카트 등과 같은 운송수단에 같은 목적으로 적용될 수 있으며, 이에 의해 유모차 또는 쇼핑카트를 보다 편리하게 사용할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 휠체어의 주행시 노면의 요철정도, 경사정도 및 경사방향 등과 같은 주행 조건에 따라 모터의 토오크가 가감되면서 적절한 동력지원이 이루어지기 때문에, 평탄한 길에서 불필요한 동력 소모를 방지할 수 있고, 거칠고 굴곡이 많은 길에서 사용자의 부담을 덜어 줄 수 있다.즉, 배터리의 수명 연장 및 휠체어 사용의 편리성을 도모할 수 있다.

또한, 오르막 경사로에서는 모터의 토오크를 증대시켜 사용자의 부담을 덜어 주고, 내리막 경사로에서는 역토오크에 의한 제동력을 발생시켜 안전하게 내려가도록 하기 때문에, 사용이 편리할 뿐만 아니라 안전사고의 위험을 배제시킬 수 있다고 하는 효과도 있다.

또한, 보조원에 의한 휠체어의 주행시에도 보조원의 의지에 부합되는 방향으로 모터의 토오크가 가변제어되기 때문에, 휠체어를 보다 편리하게 사용할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고, 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이며, 그와 같은 변형은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

Claims (8)

1. 휠체어의 주행시 휠의 토오크 및 속도를 감지하는 수단과, 상기 휠토오크 및 속도감지수단으로부터 입력되는 전기적인 신호를 가지고 휠체어의 주행방향 및 주행속도를 판단하여 필요한 동력을 지원하도록 모터의 구동을 제어하는 ECU를 포함하는 휠체어의 구동 제어 시스템에 있어서,

   휠체어의 주행시 노면의 요철정도를 감지하여 이를 소정의 전기적인 신호로 상기 ECU에 출력함으로써 ECU가 노면의 요철정도에 따라 인력대 모터구동력비가 가감되도록 모터의 토오크를 가변 제어토록 하는 노면감지수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 휠체어의 구동 제어 시스템.
2. 휠체어의 주행시 휠의 토오크 및 속도를 감지하는 수단과, 상기 휠토오크 및 속도감지수단으로부터 입력되는 전기적인 신호를 가지고 휠체어의 주행방향 및 주행속도를 판단하여 필요한 동력을 지원하도록 모터의 구동을 제어하는 ECU를 포함하는 휠체어의 구동 제어 시스템에 있어서,

   휠체어의 주행시 노면의 경사정도 및 경사방향을 감지하여 이를 소정의 전기적인 신호로 상기 ECU에 출력함으로써 ECU가 노면의 경사정도 및 경사방향에 따라 인력대비 모터구동력이 가감되도록 모터의 토오크를 가변 제어함과 아울러 내리막 경사로에서는 역토오크에 의한 제동력이 발생되도록 모터의 구동을 제어토록 하는노면경사 및 방향감지수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 휠체어의 구동 제어 시스템.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 노면경사 및 방향감지수단은, 휠체어 프레임의 휠축 및 보조휠축에 각각 설치되어, 탑승자의 하중 변화를 감지하는 제 1 및 제 2 하중감지센서로 구성됨을 특징으로 하는 휠체어의 구동 제어 시스템.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 노면경사 및 방향감지수단은, 휠체어 프레임의 소정 위치에 설치되는 각도감지센서로 구성됨을 특징으로 하는 휠체어의 구동 제어 시스템.
5. 휠체어의 주행시 휠의 토오크 및 속도를 감지하는 수단과, 상기 휠토오크 및 속도감지수단으로부터 입력되는 전기적인 신호를 가지고 휠체어의 주행방향 및 주행속도를 판단하여 필요한 동력을 지원하도록 모터의 구동을 제어하는 ECU를 포함하는 휠체어의 구동 제어 시스템에 있어서,

   보조원에 의한 휠체어의 주행시 보조원의 힘을 감지하여 이를 소정의 전기적인 신호로 상기 ECU에 출력함으로써 ECU가 보조원의 의지에 부합되는 방향으로 모터의 토오크를 가변 제어토록 하는 보조력감지센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠체어의 구동 제어 시스템.
6. 휠체어의 주행시 휠의 토오크 및 속도를 감지하는 수단과, 상기 휠토오크 및 속도감지수단으로부터 입력되는 전기적인 신호를 가지고 휠체어의 주행방향 및 주행속도를 판단하여 필요한 동력을 지원하도록 모터의 구동을 제어하는 ECU를 포함하는 휠체어의 구동 제어 시스템에 있어서,

   휠체어의 주행시 노면의 요철정도를 감지하여 이를 소정의 전기적인 신호로 상기 ECU에 출력함으로써 ECU가 노면의 요철정도에 따라 인력대 모터구동력비가 가감되도록 모터의 토오크를 가변 제어토록 하는 노면감지수단; 및

   보조원에 의한 휠체어의 주행시 보조원의 힘을 감지하여 이를 소정의 전기적인 신호로 상기 ECU에 출력함으로써 ECU가 보조원의 의지에 부합되는 방향으로 모터의 토오크를 가변 제어토록 하는 보조력감지센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠체어의 구동 제어 시스템.
7. 휠체어의 주행시 휠의 토오크 및 속도를 감지하는 수단과, 상기 휠토오크 및 속도감지수단으로부터 입력되는 전기적인 신호를 가지고 휠체어의 주행방향 및 주행속도를 판단하여 필요한 동력을 지원하도록 모터의 구동을 제어하는 ECU를 포함하는 휠체어의 구동 제어 시스템에 있어서,

   휠체어의 주행시 노면의 요철정도를 감지하여 이를 소정의 전기적인 신호로 상기 ECU에 출력함으로써 ECU가 노면의 요철정도에 따라 인력대 모터구동력비가 가감되도록 모터의 토오크를 가변 제어토록 하는 노면감지수단; 및

   휠체어의 주행시 노면의 경사정도 및 경사방향을 감지하여 이를 소정의 전기적인 신호로 상기 ECU에 출력함으로써 ECU가 노면의 경사정도 및 경사방향에 따라 인력대비 모터구동력이 가감되도록 모터의 토오크를 가변 제어함과 아울러 내리막 경사로에서는 역토오크에 의한 제동력이 발생되도록 모터의 구동을 제어토록 하는 노면경사 및 방향감지수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 휠체어의 구동 제어 시스템.
8. 휠체어의 주행시 휠의 토오크 및 속도를 감지하는 수단과, 상기 휠토오크 및 속도감지수단으로부터 입력되는 전기적인 신호를 가지고 휠체어의 주행방향 및 주행속도를 판단하여 필요한 동력을 지원하도록 모터의 구동을 제어하는 ECU를 포함하는 휠체어의 구동 제어 시스템에 있어서,

   휠체어의 주행시 노면의 요철정도를 감지하여 이를 소정의 전기적인 신호로 상기 ECU에 출력함으로써 ECU가 노면의 요철정도에 따라 인력대 모터구동력비가 가감되도록 모터의 토오크를 가변 제어토록 하는 노면감지수단;

   휠체어의 주행시 노면의 경사정도 및 경사방향을 감지하여 이를 소정의 전기적인 신호로 상기 ECU에 출력함으로써 ECU가 노면의 경사정도 및 경사방향에 따라 인력대비 모터구동력이 가감되도록 모터의 토오크를 가변 제어함과 아울러 내리막 경사로에서는 역토오크에 의한 제동력이 발생되도록 모터의 구동을 제어토록 하는 노면경사 및 방향감지수단; 및

   보조원에 의한 휠체어의 주행시 보조원의 힘을 감지하여 이를 소정의 전기적인 신호로 상기 ECU에 출력함으로써 ECU가 보조원의 의지에 부합되는 방향으로 모터의 토오크를 가변 제어토록 하는 보조력감지센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠체어의 구동 제어 시스템.