KR100553347B1 - 헤드 밴드형 기울기 센서와 바이트 스위치를 이용한장애자용 구동 장치 - Google Patents

헤드 밴드형 기울기 센서와 바이트 스위치를 이용한장애자용 구동 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 손과 다리의 사용이 불편한 장애인이 단지 머리 기울임과 이 깨물음만으로 전동 휠체어 등의 각종 장애용 장비를 용이하게 제어할 수 있도록 하는 헤드 밴드형 기울기 센서와 bite switch를 이용한 장애자용 구동 장치에 관한 것이다.
본 발명은 사용자의 머리에 착용되어 머리의 기울어짐 방향과 그 각도를 측정하는 기울기 센서와 사용자의 이빨 깨물음 여부를 측정하는 바이트 스위치와, 상기 기울기 센서와 상기 바이트 스위치를 통해 센싱된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부와, 상기 디지털 변환된 기울기 센싱 정보와 이 깨물음 정보를 통해 사용자 명령을 인지한 후 그 명령에 따라 제어 대상 장비를 구동시키는 컴퓨팅 구동부로 구성된다.
전동 휠체어, 기울기 센서, 유체 센서, 광섬유 센서, 바이트 스위치

Description

헤드 밴드형 기울기 센서와 바이트 스위치를 이용한 장애자용 구동 장치{Electric steering Device using head-band type tilt sensor and bite switch for handicapped people}
도 1은 본 발명에 따른 헤드 밴드형 기울기 센서를 이용한 구동장치에 대한 블록 구성도.
도 2a,2b는 본 발명에 따른 헤드 밴드형 기울기 센서의 착용 및 활용예를 보여주는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110: 기울기 센서 120: 바이트 스위치
130: A/D 변환부 140: 컴퓨팅 구동부
본 발명은 목 이하의 근육 사용이 불편한 중증 장애인을 위한 구동 장치에 관한 것이며, 보다 상세히는 손과 다리의 사용이 불편한 장애인이 단지 머리 기울임과 이 깨물음만으로 전동 휠체어 등의 각종 장애용 장비를 용이하게 제어할 수 있도록 하는 헤드 밴드형 기울기 센서와 bite switch를 이용한 장애자용 구동 장치에 관한 것이다.
항공기 등은 안정적인 운항을 위하여 위치 및 자세 제어 시스템을 구비하고 있으며, 항공기의 위치 제어용 센서로는 일반적으로 광섬유가 아닌 유체를 이용한다.
이러한 유체 이용 센서는 유체가 기울어진 용기에 담겨있어도 지상에 대해 평형을 유지하는 성질을 이용한 것으로 유체가 가리키는 각 방향의 수직 위치의 차이를 이용하여 기울어진 방향과 정도를 측정한다.
한편, 광섬유를 이용한 센서도 비슷한 원리를 이용한다. 즉, 광섬유 내에서 연속적으로 전반사 되면서 전송되는 레이저는 고정된 path(경로)를 따라 이동하게 되는데, 이때 system 전체가 기울어질 경우 원래의 path를 벗어나서 다른 path를 경유하게 되기 때문에 광섬유내의 특정 부분에서 레이저가 통과하는 단면을 측정하면 그 기울어진 방향과 정도를 알아낼 수 있게 된다.
이와 같은 유체 센서 또는 광섬유 센서를 통해 측정되는 기울임 방향 및 각도 정보는 디지털 신호로 변환됨으로서 구동 제어 신호로 사용될 수 있다.
한편, 팔, 다리의 사용이 거의 불가능한 중증 장애인 또는 환자들은 보호자의 도움에 의해서만 전동 휠체어를 이동시킬 수 있고 자신의 의지대로 임의 장소로 이동할 수 없는 불편함이 있다. 또한, TV, PC, 컴퓨터, 오디오 장치 등과 같은 각종 전자 장비의 경우에도 중증 장애인은 이들을 제어하지 못하고 단지 타인에 의해 수동적으로 동작시킬 수 있을 뿐이다.
이러한 중증 장애인의 경우에도, 동작이 가능한 목 이상의 운동 즉, 머리의 기울임 방향 및 각도 또는 이 깨물음을 상기 유체 센서 또는 광섬유 센서 등을 이용하여 측정하고 이를 각종 장비들의 구동 신호로서 사용하게 되면, 중증 장애인도 그 의지에 따라 이동이 가능하고 각종 전자 장비를 용이하게 제어할 수 있을 것으로 기대된다.
따라서, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 유체 센서 또는 광섬유 센서와 같은 헤드 밴드형 기울기 센서와 이 깨물음 바이트 센서를 통해 중증 장애인의 목운동 즉 기울임 방향 및 각도와 이 깨물음 여부를 측정하고, 이러한 측정 정보를 전동 휠체어 및 컴퓨터 등을 포함한 각종 장비의 구동 신호로 사용함으로써 장애인으로 하여금 이동 및 전자 장비의 제어를 용이하게 하는 헤드 밴드형의 기울기 센서와 bite switch를 이용한 장애자용 구동 장치를 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 헤드 밴드형의 기울기 센서와 bite switch를 이용한 장애자용 구동 장치는, 사용자의 머리에 착용되어 머리의 기울어짐 방향과 그 각도를 측정하는 기울기 센서; 사용자의 이빨 깨물음 여부를 측정하는 바이트 스위치; 상기 기울기 센서와 상기 바이트 스위치를 통해 센싱된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부; 및 상기 디지털 변환된 기울기 센싱 정보와 이 깨물음 정보를 통해 사용자 명령을 인지한 후 그 명령에 따라 제어 대상 장비를 구동시키는 컴퓨팅 구동부;로 구성된다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 헤드 밴드형 기울기 센서를 이용한 구동장치에 대한 블록 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 장애자용 구동장치는, 기울기 센서(110)와, 바이트 스위치(120)와, A/D 변환부(130)와, 컴퓨팅 구동부(140)로 이루어진다.
여기에서, 상기 기울기 센서(110)는 장애인의 머리에 착용되는 헤드 밴드형으로 구현되며 유체 센서 또는 광섬유 센서를 사용할 수 있다. 도 2a는 이러한 기울기 센서를 머리에 착용한 예를 보여주고 있다. 상기 광섬유 센서를 사용할 경우 부속 요소로서 소형의 레이저 장치가 들어간다.
이러한 기울기 센서(110)는, 수평에 대하여 사용자가 머리를 숙임에 따라 전,후,좌,우의 기울어짐 방향과 그 기울어진 정도 즉 기울임 각도를 센싱한다. 이러한 기울임 방향 및 각도에 대한 분해능은 각각 360도와 90도 모두를 가능하도록 한다.
사용자는 이러한 머리의 기울어짐 방향으로 제어 대상(전동 휠체어, PC의 마우스 커서 등)의 이동 방향을 제어하고, 기울임 각도로서 그 이동 속도를 제어할 수 있게 된다.
또한, 상기 바이트 스위치(깨물음 스위치)(120)는, 사용자의 이빨 또는 턱에 덮어씌우는 형태로 제작되어, 사용자의 이빨 깨물음 동작을 센싱하게 된다.
이러한 바이트 스의치(120)의 대표적인 용도는 전체 시스템의 전원을 차단하는 on/off 스위치로 사용된다. 전동 휠체어의 경우 전원의 on/off 스위치로 사용되어 위급 상황에서 브레이크(brake)동작이 가능하도록 한다. 또한, 컴퓨터 입력 명령을 제어하는 경우는 엔터(enter)키와 같은 역할을 할 수 있고, TV 등과 같은 기타 전자 장비에 대해서는 전원의 on/off 신호로 사용되는 것이 바람직하다.
상기 바이트 스위치(120)를 구현하는 형태로는 사용자의 턱에 덮씌우는 형태로 제작되어 턱의 상하 운동에 의한 접촉 여부로 스위칭할 수 있지만, 보다 안전하고 오동작을 최소화하기 위해서는 상하 이빨의 깨물음을 직접 센싱하는 것이 바람직하다.
즉, 도 2a에 도시되어 있는 바와 같이, 바이트 스위치(120)를 입 근처(또는 입속)에 두고 필요할 경우 사용자는 이를 혀로 가져온 후 이빨로 깨무는 형태로 구현할 수 있다.
또 다른 형태로는, 입의 내부에 틀니 형태 즉, 이빨 위에 덮어씌워 고정된 형태로 구현할 수 있다. 이 경우 오동작을 최소화하기 위해서는 깨무는 동작이 일정 시간(대략 1초)이상 지속되는 경우에만 정상적인 명령으로서 인식하는 것이 바람직하다.
상기 A/D 변환부(130)는 상기 기울기 센서(110) 및 상기 바이트 스위치(120) 로부터의 아날로그 신호를 컴퓨터가 인식할 수 있는 디지털 신호로 변환시키는 부분이다.
또한, 상기 컴퓨팅 구동부(140)는, 상기 기울기 센서(110) 및 상기 바이트 스위치(120)에 의해 센싱된 정보를 통해 사용자의 명령 의도를 판단하고 그 명령에 따라 해당 장애자용 장비의 구동을 제어한다.
즉, 상기 기울기 센서(110)로부터 측정된 기울임 방향과 각도 정보로부터 대상 장비(전동 휠체어 또는 마우스 커서)에 대한 이동 방향과 이동 속도를 판단한다. 또한, 상기 바이트 스위치(120)로부터 신호가 입력됨에 따라 전동 휠체어를 전원 ON하거나 OFF 또는 브레이크 동작을 수행하게 한다. 물론, 컴퓨터 PC를 제어하는 경우는 바이트 신호에 의해 엔터(enter) 선택 기능을 수행하도록 한다.
이러한 컴퓨팅 구동부(140)는 간단한 CPU 장치를 구비한 하드웨어 칩 형태로 구현되거나 일반 컴퓨터 PC 등에 소프트웨어 형태로 구현될 수 있다.
일반 컴퓨터 PC에 소프트웨어로 구현되는 예로는, 가정내에서 기울기 센서와 컴퓨터 PC가 연결되고, 또한 컴퓨터 PC에는 TV, 비디오/오디오 장치 등이 연결되어 그 display 장비의 동작을 제어하는 경우를 고려할 수 있다.
한편, 제어 대상 장치인 장애자용 장비로는 가장 대표적으로 장애자용 전동 휠체어가 가능하고, 그 밖에 컴퓨터 입력 장치, TV, 비디오/오디오 등의 전자 장비가 될 수 있다.
TV나 비디오/오디오 장비를 제어하는 경우, 상기 기울기 센서(110)로부터의 방향 정보로 채널 설정 및 변경 등을 수행하고, 상기 바이트 스위치(120)를 통해 그 전원을 ON 또는 OFF 동작시킬 수 있다.
실시간 처리를 위해서 상기 각 구성 요소의 처리 시간은 100~200ms 이내에서 모든 동작이 완료되도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 바이트 스위치(120)의 경우 오동작 가능성이 높기 때문에, 몇 개의 안전 장치를 추가하여 오동작을 최소화할 필요가 있다.
이를 위하여, 상기 기울기 센서(110)의 머리 뒤로 젖힘 동작을 첫 번째 on/off switch로 활용한다.
즉, 전동 휠체어를 제어함에 있어, 고개를 숙이는 동작을 통해 앞 방향으로의 운동과 속도를 결정한 후, 고개를 서서히 들 경우는 그 속도를 감속하고 사용자가 갑자기 고개를 뒤로 젖히게 되면 이를 브레이크 신호로 인지하여 전동 휠체어의 주 브레이크 장치를 구동하게 된다.
또한, 상기 바이트 스위치(120)의 이빨 깨물음 동작을 두 번째 on/off 스위치로 활용한다. 즉, 사용자의 이 깨물음 동작을 통해 전동 휠체어의 보조 브레이크 장치를 구동함으로써 위급 상황 시 사용자의 안전을 확보할 수 있도록 한다.
도 2a에는 사용자가 상기와 같은 기울기 센서와 바이트 스위치를 착용한 예를 보여주고 있으며, 도 2b는 본 발명의 장애자용 구동 장치를 활용하는 예를 간단하게 보여주고 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 헤드 밴드형 기울기 센서 및 이를 이용한 장애자용 구동 장치는, 팔, 다리를 사용할 수 없는 장애인의 이동 수단의 제어 신 호로 활용이 용이하며 이외에 여러 위급 상황에서 기기 제어나 컴퓨터 또는 TV 등의 명령 입력 수단으로 이용 가능하다.
또한, 본 발명은 목 이하의 근육의 사용이 원활하지 않아 생활에 불편함이 많았던 중증 장애인에게 이동 및 장비 제어와 명령어 입력 등에 있어 편리함을 제공한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 헤드 밴드형의 기울기 센서와 bite switch를 이용한 장애자용 구동 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 사용자의 머리에 착용되는 유체 센서 또는 광섬유 센서를 사용하여 수평에 대하여 사용자가 머리를 전, 후, 좌, 우의 방향으로 기울이는 머리의 기울어짐 방향과 그 기울어진 각도를 측정하는 기울기 센서;
    상기 기울기 센서에서 연장되어 상기 사용자의 입 근처 또는 입속에 위치하여 사용자의 이빨 깨물음 여부를 측정하는 바이트 스위치;
    상기 기울기 센서와 상기 바이트 스위치를 통해 센싱된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부; 및
    상기 디지털 변환된 기울기 센싱 정보와 이 깨물음 정보를 통해 사용자 명령을 인지한 후 그 명령에 따라 제어 대상 장비를 구동시키는 컴퓨팅 구동부;로 구성되는 것을 특징으로 하는 헤드 밴드형 기울기 센서와 바이트 스위치를 이용한 장애자용 구동 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 바이트 스위치는,
    상기 사용자의 입속에 위치하는 경우 사용자의 이빨 위에 덮어씌워 고정된 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 헤드 밴드형 기울기 센서와 바이트 스위치를 이용한 장애자용 구동 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 컴퓨팅 구동부는,
    상기 기울기 센서의 기울임 방향과 각도를 통해 대상 장비의 이동 방향과 속도를 제어하고, 상기 바이트 스위치의 동작 여부를 통해 대상 장비의 전원 on/off를 제어하는 것을 특징으로 하는 헤드 밴드형 기울기 센서와 바이트 스위치를 이용한 장애자용 구동 장치.
  7. 제 1항 또는 제 6항에 있어서, 상기 제어 대상 장비가 전동 휠체어인 경우,
    상기 컴퓨팅 구동부는 상기 기울기 센서의 기울임 방향과 각도 정보를 통해 전동 휠체어의 이동 방향과 속도를 제어하고, 상기 바이트 스위치의 동작 여부를 통해 전동 휠체어의 전원 on/off 동작과 브레이크 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 헤드 밴드형 기울기 센서와 바이트 스위치를 이용한 장애자용 구동 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 컴퓨팅 구동부에서 브레이크 동작 제어는,
    상기 기울기 센서로부터의 특정 동작 정보를 제1 on/off신호로 인식하여 전동 휠체어의 제1 브레이크 장치 구동을 제어하고, 상기 바이트 스위치로부터의 깨물음 동작 정보를 인식하여 상기 전동 휠체어의 제2 브레이크 장치 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 헤드 밴드형 기울기 센서와 바이트 스위치를 이용한 장애자용 구동 장치.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 컴퓨팅 구동부는,
    상기 바이트 스위치로부터의 이 깨물음 동작이 일정 시간 이상 지속되는 경우에만 정상적인 명령 신호로 인식하는 것을 특징으로 하는 헤드 밴드형 기울기 센서와 바이트 스위치를 이용한 장애자용 구동 장치.
  10. 제 1항 또는 제 6항에 있어서, 상기 제어 대상 장비가 컴퓨터 입력 장치인 경우,
    상기 컴퓨팅 구동부는, 상기 기울기 센서로부터의 기울임 방향 및 각도 정보를 통해 커서의 이동 방향 및 속도를 제어하고, 상기 바이트 스위치로부터의 이 깨물음 정보로 엔터 선택 기능을 제어하는 것을 특징으로 하는 헤드 밴드형 기울기 센서와 바이트 스위치를 이용한 장애자용 구동 장치.
  11. 제 1항 또는 제 6항에 있어서, 상기 제어 대상 장비가 TV, 비디오/오디오를 포함한 디스플레이 장비인 경우,
    상기 컴퓨팅 구동부는, 상기 기울기 센서로부터의 기울임 방향 정보를 통해 채널 변경 및 설정을 수행하고, 상기 바이트 스위치의 이 깨물음 정보를 통해 그 디스플레이 장비의 전원 on/off를 제어하는 것을 특징으로 하는 헤드 밴드형 기울기 센서와 바이트 스위치를 이용한 장애자용 구동 장치.
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