KR100949955B1 - Active walking aid and operating method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 능동형 보행 보조기 및 그 구동 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 능동형 보행 보조기는 사용자의 팔꿈치를 지지하는 지지대, 지지대의 좌우측에 설치되어, 사용자로부터 작용하는 힘의 크기를 감지하기 위한 적어도 하나의 센서를 각각 구비하는 제1 및 제2 핸들바 및 감지된 힘의 크기와 그 크기변화를 퍼지 알고리즘에 적용하여 보행 방향을 결정하여, 결정된 보행 방향 및 힘의 크기에 따라 바퀴의 모터를 구동하기 위한 구동 신호를 출력하는 제어기를 포함하고, 상기 제어부는 상기 힘의 크기와 그 크기 변화를 상기 퍼지 알고리즘에 적용하되, 기 설정된 입력 멤버쉽 함수와 룰베이스에 적용하여 출력값을 결정하고 결정된 상기 출력값에 따라 상기 보행방향을 결정한다. 이를 통해, 본 발명은 보행 방향을 정확하게 결정하고 보행 보조기를 최적으로 구동할 수 있다.An active walking aid and a driving method thereof according to the present invention are disclosed. The active walking aid according to the present invention includes a support for supporting an elbow of a user, first and second handle bars installed on left and right sides of the support, each having at least one sensor for sensing a magnitude of a force acting from the user; The controller includes a controller configured to determine a walking direction by applying the sensed force and its magnitude change to a fuzzy algorithm, and output a driving signal for driving the motor of the wheel according to the determined walking direction and the magnitude of the force. The magnitude of the force and a change in magnitude thereof are applied to the fuzzy algorithm, and the output value is determined by applying a preset input membership function and a rule base, and the walking direction is determined according to the determined output value. Through this, the present invention can accurately determine the walking direction and can optimally drive the walking aids.

보행 보조기, 핸들바, 보행 의지, 보행 방향, 보행 속도, 퍼지 알고리즘, 적분 제어 Walking aids, handlebars, walking will, walking direction, walking speed, fuzzy algorithm, integral control

Description

능동형 보행 보조기 및 그 구동 방법{active walking aid and operating method thereof}Active walking aids and driving method thereof

본 발명은 사용자의 보행을 보조하기 위한 능동형 보행 보조기 및 그 구동 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an active walking aid for assisting a user's walking and a driving method thereof.

최근 고령화 사회에 급속도로 진입하면서 세계적으로 노인 및 장애인을 위한 다양한 기술에 대한 사회적 요구가 증가되고 있다. 이러한 시점에 맞춰 노인 및 거동이 불편한 사람들의 외부 활동을 돕기 위한 많은 연구가 진행되고 있는데, 특히, 노령자 및 장애인을 위한 보행 보조기에 대한 다양한 기술이 급격하게 발달되고 있다.With the recent rapid entry into an aging society, social demands for various technologies for the elderly and the disabled are increasing worldwide. At this time, a lot of researches are being conducted to help the outside activities of the elderly and people with reduced mobility. In particular, various technologies for walking aids for the elderly and the disabled are rapidly developed.

그러나 대부분의 보행 보조기의 경우 동력이 없는 시스템으로 경사 등의 공간에서 취약성을 가지고 있다. 이에 동력형 보행 보조기에 대한 관심이 증가되고 있으나 이 역시 대대분의 경우 보행 보조기의 조정이 여의치 않다는 문제점이 있다.However, most walking aids are powerless and have weaknesses in spaces such as slopes. In this regard, there is an increasing interest in powered walking aids, but in most cases, there is a problem that adjustment of the walking aids is inadequate.

이를 해결하기 위해, 동력형 보행 보조기에 대한 다양한 기술들이 연구되고 있는데, 예컨대, 노인들이 보행 보조기의 차량의 제어를 원활하게 수행할 수 있도 록 고안된 센서를 개발하는 기술과 차량을 안정적으로 제어할 수 있는 차량 이동 기술 그리고 노인들이나 장애인들이 가지고 있는 순발력의 어려움 등을 해결하기 위한 장애물 회피 기술 등이 대표적이라 할 수 있다.In order to solve this problem, various technologies for a powered walker are being researched. For example, a technology for developing a sensor designed to enable the elderly to smoothly control a vehicle of a walker can be controlled stably. Representatives include vehicle movement technology, and obstacle avoidance technology to solve the difficulty of quickness of the elderly and the disabled.

이러한 대부분의 연구들은 보행 보조기의 안정적인 구동을 기반으로 자유로운 움직임을 유도할 수 있도록 하는데 있으나, 아직까지 노인이나 장애인들의 움직임에 대한 보행 의지를 정확하게 파악하고 이를 기초로 자연스럽게 보행 보조기를 구동하기에는 많이 부족한 상황이다. 이에, 컴퓨터 기술이 발달함에 따라 인간의 판단이나 생각을 모방하여 최적의 데이터를 유추하려는 노력이 진행되고 있다.Most of these studies can induce free movement based on the stable driving of walking aids, but it is still insufficient to accurately understand the walking will for the movement of the elderly and the disabled and to naturally drive the walking aids. to be. Accordingly, as computer technology develops, efforts have been made to infer optimal data by imitating human judgment or thinking.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 보행 보조기의 핸들바에 설치된 적어도 하나의 센서를 통해 감지된 사용자로부터 작용하는 힘의 크기와 그 크기변화를 퍼지 알고리즘에 적용함으로써, 보행 방향을 정확하게 결정할 수 있도록 하는 능동형 보행 보조기 및 그 구동 방법을 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, by applying the magnitude of the force acting from the user sensed through at least one sensor installed on the handle bar of the walk aid to the fuzzy algorithm, the direction of walking The present invention provides an active walking aid and a method of driving the same.

또한, 본 발명은 사용자로부터 작용하는 힘의 크기를 Ackman 구동방식에 적용하여 보행 속도를 결정하고 결정된 보행 속도의 입력값에 대한 적분 제어를 수행하여 보행 속도를 조절함으로써, 보행 보조기를 최적으로 구동할 수 있도록 하는 능동형 보행 보조기 및 그 구동 방법을 제공하는데 있다.In addition, the present invention by applying the magnitude of the force acting from the user to the Ackman driving method to determine the walking speed and to adjust the walking speed by performing an integral control on the input value of the determined walking speed, it is possible to optimally drive the walking aids An active walking aid and a driving method thereof are provided.


이를 위하여, 본 발명의 한 측면에 따른 능동형 보행 보조기는 사용자의 팔꿈치를 지지하는 지지대, 상기 지지대의 좌우측에 설치되어, 사용자로부터 작용하는 힘의 크기를 감지하기 위한 적어도 하나의 센서를 각각 구비하는 제1 및 제2 핸들바 및 감지된 상기 힘의 크기와 그 크기변화를 퍼지 알고리즘에 적용하여 보행 방향을 결정하여, 결정된 상기 보행 방향 및 상기 힘의 크기에 따라 바퀴의 모터를 구동하기 위한 구동 신호를 출력하는 제어기를 포함하고, 상기 제어부는 상기 힘의 크기와 그 크기 변화를 상기 퍼지 알고리즘에 적용하되, 기 설정된 입력 멤버쉽 함수와 룰베이스에 적용하여 출력값을 결정하고 결정된 상기 출력값에 따라 상기 보행방향을 결정할 수 있다.

To this end, the active walking aid according to an aspect of the present invention is provided with a support for supporting the elbow of the user, at least one sensor installed on the left and right sides of the support, each having at least one sensor for sensing the magnitude of the force acting from the user The driving direction is determined by applying the first and second handle bars and the sensed magnitude of the force and the magnitude change to the fuzzy algorithm to determine the walking direction, and to drive the motor for driving the motor of the wheel according to the determined walking direction and the magnitude of the force. And a controller for outputting, wherein the controller applies the magnitude of the force and the change of the magnitude to the fuzzy algorithm, applies the preset input membership function and the rule base to determine an output value and adjusts the walking direction according to the determined output value. You can decide.

이때, 상기 제1 및 제2 핸들바는 상기 사용자가 상기 제1 및 제2 핸들바를 잡고 있는지의 여부를 감지하는 정전용량센서 및 상기 사용자가 상기 제1 및 제2 핸들바를 모두 잡고 있을 때, 상기 제1 및 제2 핸들바에 사용자로부터 작용하는 상기 힘의 크기를 감지하는 적어도 하나의 FSR(Force Sensing Register) 센서를 포함할 수 있다.In this case, the first and second handlebars are capacitive sensors for detecting whether the user is holding the first and second handlebars, and when the user is holding both the first and second handlebars, The first and second handlebars may include at least one Force Sensing Register (FSR) sensor for sensing the magnitude of the force acting on the user.

상기 제어기는 상기 제1 및 제2 핸들바 중 적어도 하나가 앞이나 뒤로 움직이면 상기 보행 방향을 전진 방향이나 후진 방향으로 판단하고, 상기 제1 핸들바가 앞으로 움직이고 상기 제2 핸들바가 뒤로 움직이면 상기 보행 방향을 우측 방향으로 판단하며, 상기 제1 핸들바가 뒤로 움직이고 상기 제2 핸들바가 앞으로 움직이면 상기 보행 방향을 좌측 방향으로 판단할 수 있다.The controller determines the walking direction as a forward direction or a backward direction when at least one of the first and second handlebars moves forward or backward, and when the first handlebar moves forward and the second handlebar moves backward, changes the walking direction. When the first handlebar moves backward and the second handlebar moves forward, the walking direction may be determined to the left.

상기 제어기는 감지된 상기 힘의 크기가 서로 반대 방향이면, 상기 사용자의 힘의 크기와 그 크기변화를 퍼지 알고리즘에 적용하여 보행 방향을 결정하고, 상기 힘의 크기를 Ackman 구동방식에 적용하여 보행 속도를 결정하며, 결정된 상기 보행 방향 및 상기 보행 속도에 따라 상기 바퀴의 모터를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하여 이를 출력할 수 있다.The controller determines the walking direction by applying the magnitude of the user's force and its magnitude change to the fuzzy algorithm when the sensed magnitudes of the forces are opposite to each other, and applies the magnitude of the force to the Ackman driving method. The driving signal for driving the motor of the wheel may be generated and output according to the determined walking direction and the walking speed.

특히, 상기 제어기는 결정된 상기 보행 속도의 입력값에 대한 적분 제어를 수행하여 상기 보행 속도를 조절하고, 결정된 상기 보행 방향 및 조절된 상기 보행 속도에 따라 상기 바퀴의 모터를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하여 이를 출력할 수 있다.In particular, the controller adjusts the walking speed by performing an integral control on the determined input value of the walking speed, and generates a driving signal for driving the motor of the wheel according to the determined walking direction and the adjusted walking speed. You can output it by


본 발명의 다른 한 관점에 따른 능동형 보조 보행기는 보행 보조기의 일정 영역에 설치된 제1 및 제2 핸들바 각각에 구비된 적어도 하나의 센서를 통해 감지된 사용자로부터 작용하는 힘의 크기를 입력받는 DSP(Digital Signal Processing) 모듈, 입력받은 상기 힘의 크기와 그 크기변화를 퍼지 알고리즘에 적용하여 보행 방향을 결정하여, 결정된 상기 보행 방향 및 상기 힘의 크기에 따라 바퀴의 모터를 구동하기 위한 구동 신호를 출력하는 처리부 및 출력된 상기 구동 신호에 따라 각 바퀴의 모터를 구동하는 구동부를 포함하고, 상기 처리부는 상기 힘의 크기와 그 크기 변화를 상기 퍼지 알고리즘에 적용하되, 기 설정된 입력 멤버쉽 함수와 룰베이스에 적용하여 출력값을 결정하고 결정된 상기 출력값에 따라 상기 보행방향을 결정할 수 있다.

According to another aspect of the present invention, an active auxiliary walker includes a DSP configured to receive a magnitude of force acting from a user sensed by at least one sensor provided in each of the first and second handlebars installed in a predetermined region of the walking aid. Digital Signal Processing) module, applying the magnitude of the input force and its magnitude change to a fuzzy algorithm to determine a walking direction, and outputs a driving signal for driving a motor of a wheel according to the determined walking direction and the magnitude of the force. And a driving unit for driving the motor of each wheel according to the output driving signal, wherein the processing unit applies the magnitude of force and the change of magnitude to the fuzzy algorithm, and applies the preset input membership function and rule base. Apply to determine the output value and the gait direction can be determined according to the determined output value.

이때, 상기 센서는 상기 사용자가 상기 제1 및 제2 핸들바를 잡고 있는지의 여부를 감지하는 정전용량센서 및 상기 사용자가 상기 제1 및 제2 핸들바를 모두 잡고 있을 때, 상기 제1 및 제2 핸들바에 사용자로부터 작용하는 상기 힘의 크기를 감지하는 적어도 하나의 FSR(Force Sensing Register) 센서를 포함할 수 있다.In this case, the sensor is a capacitive sensor for detecting whether the user is holding the first and second handlebars and the first and second handles when the user is holding both the first and second handlebars. The bar may include at least one Force Sensing Register (FSR) sensor for sensing the magnitude of the force acting on the user.

상기 처리부는 입력받은 상기 힘의 크기가 서로 반대 방향이면, 상기 사용자의 힘의 크기와 그 크기변화를 퍼지 알고리즘에 적용하여 보행 방향을 결정하고, 상기 힘의 크기를 Ackman 구동방식에 적용하여 보행 속도를 결정하며, 결정된 상기 보행 방향 및 상기 보행 속도에 따라 상기 바퀴의 모터를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하여 이를 출력할 수 있다.When the magnitude of the input force is opposite to each other, the processor determines a walking direction by applying the magnitude of the user's force and a change in the magnitude to a fuzzy algorithm, and applies the magnitude of the force to the Ackman driving method. The driving signal for driving the motor of the wheel may be generated and output according to the determined walking direction and the walking speed.

특히, 상기 처리부는 결정된 상기 보행 속도의 입력값에 대한 적분 제어를 수행하여 상기 보행 속도를 조절하고, 결정된 상기 보행 방향 및 조절된 상기 보행 속도에 따라 상기 바퀴의 모터를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하여 이를 출력할 수 있다.In particular, the processor adjusts the walking speed by performing an integral control on the determined input value of the walking speed, and generates a driving signal for driving the motor of the wheel according to the determined walking direction and the adjusted walking speed. You can output it by


본 발명의 또 다른 한 관점에 따른 능동형 보행 보조기의 구동 방법은 보행 보조기의 일정 영역에 설치된 적어도 하나의 센서를 통해 사용자로부터 작용하는 힘의 크기를 감지하는 단계, 감지된 상기 힘의 크기와 그 크기변화를 퍼지 알고리즘에 적용하여 보행 방향을 결정하여, 결정된 상기 보행 방향과 상기 힘의 크기에 따라 바퀴의 모터를 구동하기 위한 구동 신호를 출력하는 단계 및 출력된 상기 구동 신호에 따라 각 바퀴의 모터를 구동하는 단계를 포함하고, 상기 출력하는 단계는 상기 힘의 크기와 그 크기 변화를 상기 퍼지 알고리즘에 적용하되, 기 설정된 입력 멤버쉽 함수와 룰베이스에 적용하여 출력값을 결정하고 결정된 상기 출력값에 따라 상기 보행방향을 결정할 수 있다.

According to another aspect of the present invention, there is provided a method of driving an active walking aid, the method comprising: detecting a magnitude of a force acting from a user through at least one sensor installed in a predetermined region of the walking aid, the magnitude of the detected force and its magnitude Applying a change to a fuzzy algorithm to determine a walking direction, outputting a driving signal for driving the motor of the wheel according to the determined walking direction and the magnitude of the force, and driving the motor of each wheel according to the output driving signal. And driving, applying the magnitude of the force and the change of the magnitude to the fuzzy algorithm, applying the preset input membership function and the rulebase to determine an output value and to walk the determined value according to the determined output value. Direction can be determined.

상기 감지하는 단계는 정전용량 센서를 통해 상기 사용자가 상기 보행 보조기의 핸들바를 잡고 있는지의 여부를 감지하는 단계 및 상기 사용자가 상기 핸들바를 잡고 있을 때, FSR(Force Sensing Register) 센서를 통해 상기 핸들바에 작용하는 상기 힘의 크기를 감지하는 단계를 포함할 수 있다.The detecting may include detecting whether the user is holding the handlebar of the walking aid through a capacitive sensor, and when the user is holding the handlebar, using the Force Sensing Register (FSR) sensor. And sensing the amount of force acting.

상기 출력하는 단계는 감지된 상기 힘의 크기가 서로 반대 방향이면, 상기 힘의 크기와 그 크기변화를 퍼지 알고리즘에 적용하여 보행 방향을 결정하는 단계, 상기 힘의 크기를 Ackman 구동방식에 적용하여 보행 속도를 결정하는 단계 및 결정된 상기 보행 방향 및 상기 보행 속도에 따라 상기 바퀴의 모터를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하여 이를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.In the outputting step, if the detected magnitudes of the forces are opposite to each other, determining the walking direction by applying the magnitude of the force and the magnitude change to the fuzzy algorithm, and applying the magnitude of the force to the Ackman driving method. Determining a speed and generating and outputting a driving signal for driving the motor of the wheel according to the determined walking direction and the walking speed.

특히, 상기 구동 신호를 생성하여 이를 출력하는 단계는 결정된 상기 보행 속도의 입력값에 대한 적분 제어를 수행하여 상기 보행 속도를 조절하는 단계 및 결정된 상기 보행 방향 및 조절된 상기 보행 속도에 따라 상기 바퀴의 모터를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하여 이를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.In particular, the generating and outputting of the driving signal may include adjusting the walking speed by performing an integral control on the determined input value of the walking speed, and adjusting the walking speed according to the determined walking direction and the adjusted walking speed. The method may include generating a driving signal for driving the motor and outputting the driving signal.

이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 능동형 보행 보조기 및 그 구동 방법을 첨부된 도 1 내지 도 8c를 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an active walking aid and a driving method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 8C.

본 발명은 능동형 보행 보조기를 최적으로 구동하기 위한 방안을 제안한다. 즉, 본 발명은 보행 보조기의 핸들바에 설치된 적어도 하나의 센서를 통해 감지된 사용자의 힘을 퍼지 알고리즘과 Ackman 구동방식에 적용하여 그 적용한 결과에 따라 산출된 보행 방향과 보행 속도를 기반으로 보행 보조기를 구동할 수 있다.The present invention proposes a method for optimally driving an active walking aid. That is, the present invention applies the walking aid based on the walking direction and the walking speed calculated according to the result of applying the user's force detected through at least one sensor installed on the handlebar of the walking aid to the fuzzy algorithm and the Ackman driving method. I can drive it.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 능동형 보행 보조기의 구성을 나타내는 예시도이다.1 is an exemplary view showing the configuration of an active walking aid according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 능동형 보행 보조기는 사용자가 보행 보조기를 사용함에 있어 사용자의 편의 및 사람이 이동하려는 의지력과 차량에 기대면서 생기는 지지력을 분리하여 처리할 수 있도록, 지지대(110), 적어도 하나의 조작부 또는 핸들바(120), 프레임부(130) 및 제어기(140) 등을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1, the active walking aid according to the present invention allows the user to separate and process the user's convenience and the willing force that a person wants to move from and the support force caused by leaning on the vehicle. 110, at least one manipulation unit or handle bar 120, a frame unit 130, a controller 140, and the like.

지지대(110)는 사용자가 보행 보조기를 사용하는 경우에 사용자의 팔꿈치를 지지할 수 있는데, 이는 지지하려는 힘을 팔꿈치의 지지로 인해 그 지지력이 소진되어 사용자가 보행 보조기를 조정하려는 의지를 보다 명확하게 판단할 수 있도록 하기 위함이다.The support 110 may support the elbow of the user when the user uses the walking aid. The support force is exhausted due to the support of the elbow so that the user is more willing to adjust the walking aid. To judge.

핸들바(120)는 지지대의 좌우측 예컨대, 사용자가 양손을 사용하여 각각 조작할 수 있도록 설치되는데, 사용자의 조작에 따른 힘을 감지하기 위한 적어도 하나의 센서를 각각 구비하여 보행 의지를 온전하게 전달할 수 있다. 이를 도 2를 참조하여 설명한다.The handlebars 120 are installed on the left and right sides of the support, for example, so that the user can operate each using both hands. Each of the handlebars 120 may be provided with at least one sensor for detecting a force according to the user's operation, thereby fully transmitting the walking intention. have. This will be described with reference to FIG. 2.

도 2는 도 1에 도시된 핸들바(120)의 상세한 구성을 나타내는 예시도이다.2 is an exemplary view showing a detailed configuration of the handle bar 120 shown in FIG.

도 2에 도시한 바와 같이, 핸들바(120)는 크게 두 개의 센서 예컨대, 정전용량센서(210) 및 FSR(Force Sensing Register) 센서(220)를 각각 구비할 수 있는데, 이러한 센서를 통해 사용자가 보행 보조기를 사용하는지에 대한 여부를 판단할 수 있다.As shown in FIG. 2, the handlebar 120 may include two sensors, for example, a capacitive sensor 210 and a force sensing register (FSR) sensor 220, respectively. It is possible to determine whether to use a walking aid.

정전용량 센서(210)는 정전용량 검출방식을 통해 사용자가 핸들바를 잡고 있는지의 여부를 감지할 수 있는데, 이러한 정전용량 검출 방식은 금속판에 사람이 근접할 경우 대지와 금속판 사이에 콘덴서 값의 변화를 인식하여 전원이 온 되고 그 금속판에서 사람이 멀어지게 되면 전원이 오프 되는 방식을 의미할 수 있다. 특히, 이러한 방식은 사용자가 조정을 원치 않거나 보행 중에 넘어지는 등의 상황이 발생하였을 때 보행 보조기의 전원을 차단하여 보행 안정성을 확보할 수도 있다.The capacitive sensor 210 may detect whether the user is holding the handlebar through the capacitive detection method. The capacitive detection method detects a change in the capacitor value between the ground and the metal plate when a person approaches the metal plate. When the power is turned on and the person moves away from the metal plate, the power may be turned off. In particular, this method may ensure walking stability by cutting off the power of the walking aid when a user does not want to adjust or falls while walking.

FSR 센서(220)는 사용자 힘의 크기 변화에 따라 저항 값이 바뀌는 물리적인 특징을 이용하여 사용자의 보행 의지를 명확하게 파악할 수 있다. 그래서 FSR 센서(S220)는 핸들바의 앞뒤 하단에 각각 설치되는데, 사용자가 전진하려고 할 때에는 앞쪽의 FSR 센서가 눌리고 후진하려고 할 때에는 뒤쪽의 FSR 센서가 눌릴 수 있다.The FSR sensor 220 may clearly grasp the user's walking intention by using a physical characteristic in which the resistance value changes according to the change in the magnitude of the user force. Thus, the FSR sensor S220 is installed at the front and bottom of the handlebar, respectively, when the user tries to move forward, the front FSR sensor is pressed, and when the user tries to move backward, the FSR sensor at the rear may be pressed.

이와 같이 본 발명은 행 보조기의 핸들바에 설치된 적어도 하나의 FSR 센서를 통해 사용자의 힘을 감지함으로써, 사용자의 보행 의지를 정확하게 판단할 수 있다.As such, the present invention can accurately determine the user's walking will by sensing the user's force through at least one FSR sensor installed in the handle bar of the row aid.

프레임부(130)는 지지대를 지지하며 바퀴가 구비되어 있는 몸체를 의미할 수 있다.The frame unit 130 may mean a body supporting a support and provided with wheels.

제어기(140)는 사용자의 보행 의지에 따라 보행 보조기의 보행 방향과 보행 속도를 제어할 수 있다. 즉, 제어기(140)는 핸들바에 설치된 센서를 통해 감지된 사용자의 힘을 기반으로 퍼지 알고리즘에 따라 보행 방향을 결정하고 Ackman 구동방식에 따라 보행 속도를 결정하여 이를 기반으로 바퀴의 모터를 제어할 수 있다.The controller 140 may control the walking direction and the walking speed of the walking aid according to the walking will of the user. That is, the controller 140 may determine the walking direction according to the fuzzy algorithm based on the user's force detected by the sensor installed in the handlebar, and determine the walking speed according to the Ackman driving method to control the motor of the wheel based on this. have.

또한, 제어기(140)는 보조 보행기의 보행 속도를 점차적으로 가감시키기 위해 보행 속도의 적분 제어를 통해 보행 보조기를 보다 안정적으로 구동할 수도 있다.In addition, the controller 140 may drive the walking aid more stably through the integral control of the walking speed so as to gradually increase or decrease the walking speed of the auxiliary walking machine.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 능동형 보행 보조기의 구동 방법을 나타내는 예시도이다.3 is an exemplary view showing a method of driving an active walking aid according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시한 바와 같이, 먼저, 제어기는 정전용량 센서를 통해 사용자가 핸들바를 잡고 있는지의 여부를 감지하여 사용자가 핸들바에 잡고 있는 경우에 FSR 센서를 통해 사용자의 조작에 따른 센싱 데이터를 감지하면 사용자의 보행 의지가 있음을 파악 또는 판단할 수 있다.As shown in FIG. 3, first, the controller detects whether the user is holding the handlebar through the capacitive sensor and detects the sensing data according to the user's manipulation through the FSR sensor when the user is holding the handlebar. The user may grasp or determine that the user is willing to walk.

FSR 센서는 moving-average filter를 이용하여 센싱 데이터의 노이즈를 제거하는데, 특히 이렇게 평활화된 센싱 데이터에 대해 일반적인 힘의 크기와 비교하기 위해 센싱 데이터를 분석하여 이를 일반적인 힘의 크기 P로 선형화하면 다음의 [수학식 1]과 같이 표현할 수 있다.The FSR sensor uses the moving-average filter to remove the noise of the sensing data.In particular, the smoothed sensing data is analyzed and linearized to the general force magnitude P to compare it with the general force magnitude. It can be expressed as [Equation 1].

[수학식 1][Equation 1]

P = 1951.3x + 4371P = 1951.3x + 4371

여기서, x는 가공되지 않은 원시 힘 센싱 데이터를 의미할 수 있다.Here, x may mean raw raw force sensing data.

이때, FSR 센서는 하나의 핸들바에 적어도 2개씩 총 4개의 센서가 사용될 수 있는데, 이를 통해 각 사용자 손에 대한 전진 의지와 후진 의지를 파악할 수 있다. 이에 따라 사용자가 보행 보조기 또는 차량을 전진하려면 핸들바에 걸리는 힘은 모두 전진 방향으로 작용해야 하고 사용자가 차량을 후진하려면 핸들바에 걸리는 힘은 모두 후진 방향으로 작용해야 할 것이다. 특히, 사용자가 좌회전이나 우회전을 하게 되는 경우에는 센서의 방향이 서로 반대 방향이 되며 이러한 센서의 좌우 힘의 작용 정도를 파악하여 차량의 진행 방향 및 진행 속도를 결정할 수 있다. 이렇게 차량에 작용한 힘 센싱 데이터에 대한 정의는 다음의 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.In this case, the FSR sensor may be a total of four sensors, each of at least two in one handle bar, through which the user can determine the forward and reverse will for each user hand. Accordingly, all forces applied to the handlebar to the user to move the walker or the vehicle should act in the forward direction, and all forces applied to the handlebar to the user to move the vehicle to the reverse direction. In particular, when the user makes a left turn or a right turn, the directions of the sensors are opposite to each other, and the direction of travel and the speed of the vehicle may be determined by grasping the action of the left and right forces of the sensors. The definition of the force sensing data acting on the vehicle can be expressed as Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112008036319295-pat00001
Figure 112008036319295-pat00001

여기서, v는 힘 센싱 데이터의 총 크기를 의미하고, θ는 보행 방향을 의미할 수 있다. 또한, PLFSR와 PRFSR은 각각 핸들바에 적용된 힘 센싱 데이터의 크기를 나타내고, PMAX는 핸들바에 걸리는 최대 힘 센싱 데이터의 크기를 나타낼 수 있다.Here, v may mean the total size of the force sensing data, and θ may mean the walking direction. In addition, P LFSR and P RFSR may represent the size of the force sensing data applied to the handlebar, respectively, and P MAX may represent the size of the maximum force sensing data applied to the handlebar.

[수학식 2]에서 좌우측 핸들바 중 적어도 하나가 앞이나 뒤로 움직이면 보행 방향을 전진 방향이나 후진 방향으로 판단되고, 좌측 핸들바가 앞으로 움직이고 우측 핸들바가 뒤로 움직이면 보행 방향을 우회전 방향으로 판단되며, 좌측 핸들바가 뒤로 움직이고 우측 핸들바가 앞으로 움직이면 보행 방향을 좌회전 방향으로 판단될 수 있다.When at least one of the left and right handlebars moves forward or backward in [Equation 2], the walking direction is determined to be a forward direction or a backward direction. When the left handlebar moves forward and the right handlebar moves backward, the walking direction is determined as a right turning direction. When the bar moves backwards and the right handlebar moves forward, the walking direction may be determined as the left turning direction.

사용자의 보행 의지가 파악되면, 감지된 사용자의 힘 즉, 힘 센싱 데이터를 기반으로 보행 보조기의 보행 방향을 결정할 수 있다(S320). 특히, 본 발명에서는 좌회전이나 우회전을 하는 경우에 보행 방향을 보다 정확하게 결정하기 위해 퍼지 알고리즘(fuzzy algorithm)을 사용할 수 있는데, 이를 도 4를 참조하여 설명한다.When the user's willingness to walk is determined, the walking direction of the walking aid may be determined based on the detected user's force, that is, the force sensing data (S320). Particularly, in the present invention, a fuzzy algorithm may be used to more accurately determine a walking direction when a left turn or a right turn is made. This will be described with reference to FIG. 4.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 퍼지 알고리즘을 설명하기 위한 예시도이다.4 is an exemplary diagram for describing a fuzzy algorithm according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시한 바와 같이, 보행 보조기의 핸들바에 적용되는 사용자의 왼손과 오른손 각각 힘의 크기와 힘의 크기변화를 기반으로 기 설정된 입력 멤버쉽 함수(membership function)와 룰베이스(rule base)를 보여주고 있는데, 이를 통해 결정된 출력 값에 따라 보행 보조기의 정확한 각도 즉, 보행 방향을 결정할 수 있다.As shown in FIG. 4, a preset input membership function and rule base are shown based on the magnitude of the force and the change in the magnitude of the force respectively applied to the handlebar of the walking aid. The exact angle of the walking aid, that is, the walking direction can be determined according to the determined output value.

이때, 룰베이스는 보행 보조기를 이용하는 사용자마다 서로 다르게 설정될 수 있고, 각 룰베이스 내의 NL(Negative Large), NM(Negative Medium), NS(Negative Small), Z(Zero), PL(Positive Large), PM(Positive Medium), PS(Positive Small) 등의 값이나 그 범위 또한 다르게 설정될 수도 있는데, 이러한 이유는 보행 보조기를 운전하는 사람마다 그 힘이 다르기 때문에 이를 반영하기 위 함이다. 예컨대, NL은 큰 음의 값으로 후진 방향으로 크게 움직이고 있음을 의미할 수 있다.In this case, the rule base may be set differently for each user who uses a walking aid, and each of the rule base includes NL (Negative Large), NM (Negative Medium), NS (Negative Small), Z (Zero), and PL (Positive Large). , Values such as positive medium (PM), positive small (PS), and the like may also be set differently. This is because the power varies depending on the person driving the walker. For example, NL may mean that a large negative value is moving in the backward direction.

예컨대, 사용자가 왼쪽으로 회전하고자 하는 경우를 가정한다. 왼손의 힘의 크기가 NL, 힘의 크기변화가 NL이며 오른손의 힘의 크기가 PL, 힘의 크기변화가 PM인 경우, 그 출력 값으로 왼손은 NL, 오른손은 PL을 갖게 될 것이다. 그래서 제어기는 출력 값 NL과 PL을 기반으로 보행 보조기의 정확한 보행 방향 즉, 각도를 결정할 수 있다.For example, assume that the user wants to rotate to the left. If the left hand's force is NL, the force change is NL, the right hand's force is PL, and the force change is PM, the left hand will have NL and the right hand will have PL. Thus, the controller can determine the exact walking direction, that is, the angle, of the walking aid based on the output values NL and PL.

이와 같이 본 발명은 핸들바의 FSR 센서를 통해 감지된 사용자의 힘 크기와 그 크기변화를 퍼지 알고리즘에 적용함으로써, 보행 보조기의 보행 방향을 결정할 수 있다. 또한, 본 발명은 이렇게 결정된 보행 방향으로의 보행 속도를 결정하기 위해 Ackman 구동방식을 사용할 수 있는데, 이를 도 5를 참조하여 설명한다.As described above, the present invention can determine the walking direction of the walking aid by applying the magnitude of the user's force sensed through the FSR sensor of the handlebar and the magnitude change to the fuzzy algorithm. In addition, the present invention can use the Ackman driving method to determine the walking speed in the walking direction thus determined, this will be described with reference to FIG.

도 5는 본 발명의 일실시예에 대한 Ackman 구동방식을 설명하기 위한 예시도이다.5 is an exemplary view for explaining an Ackman driving method according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시한 바와 같이, 제어기는 Ackman 구동방식을 사용하여 차량의 바퀴 속도를 결정할 수 있는데(S330), 이러한 Ackman 구동 방식은 기본적인 주행은 순간 회전 중심(Instantaneous Center of Rotation: ICR)을 중심으로 하는 회전운동이며, 4개의 바퀴가 회전 중심을 기준으로 동심원을 접하고 동일한 각속도를 가지게 됨으로서 차량의 움직임이 미끄러짐없이 이동 가능하도록 하는 기법을 의미할 수 있다.As shown in FIG. 5, the controller may determine the wheel speed of the vehicle using the Ackman driving method (S330). In this Ackman driving method, the basic driving is based on an instantaneous center of rotation (ICR). It is a rotational movement, and the four wheels may refer to a concentric circle with respect to the center of rotation and have the same angular velocity, which may mean a technique that allows the movement of the vehicle to move without slipping.

ICR을 기준으로 차량의 바퀴 속도를 다음의 [수학식 3] 내지 [수학식 5]와 같이 나타낼 수 있다.The wheel speed of the vehicle based on the ICR may be expressed as in the following [Equation 3] to [Equation 5].

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112008036319295-pat00002
Figure 112008036319295-pat00002

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112008036319295-pat00003
Figure 112008036319295-pat00003

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112008036319295-pat00004
Figure 112008036319295-pat00004

여기서, ωC는 차량 중심에서의 각속도를 의미하고, ωL은 차량 좌측 바퀴의 각속도를 의미하며, ωR은 차량 우측 바퀴의 각속도를 의미할 수 있다. 또한, vc는 차량 중심에서의 속도로서 감지된 힘 센싱 데이터의 총 크기를 의미할 수 있다.Here, ω C may mean an angular velocity at the center of the vehicle, ω L may mean an angular velocity of the left wheel of the vehicle, ω R may mean an angular velocity of the right wheel of the vehicle. In addition, v c may refer to the total size of the force sensing data sensed as the speed at the center of the vehicle.

이렇게 차량의 각 바퀴 속도 즉, 보행 속도를 결정한 후에 이를 기반으로 차량의 바퀴를 구동할 수 있는데, 이는 차량의 급격한 가감속으로 인해 보행 보조기를 사용하는 대부분의 거동이 불편한 사용자들은 차량의 속도에 반응하기 힘든 상태를 초래할 수 있다. 따라서 제어기는 보행 속도의 입력값에 대한 가감속을 위해 입력값을 적분 형태로 처리할 수 있도록 입력값을 적분 제어하는데, 이를 통해 보 행 속도를 조절할 수 있다(S340). 이러한 적분 제어 관계식은 다음의 [수학식 6]과 같이 나타낼 수 있다.After determining the wheel speed, that is, the walking speed of the vehicle, the wheels of the vehicle can be driven based on this. This is because most users who are uncomfortable using the walking aid respond to the speed of the vehicle due to the rapid acceleration and deceleration of the vehicle. It can be hard to do. Therefore, the controller integrally controls the input value to process the input value in an integral form for acceleration and deceleration of the input value of the walking speed, thereby adjusting the walking speed (S340). This integral control relationship can be expressed as Equation 6 below.

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure 112008036319295-pat00005
Figure 112008036319295-pat00005

여기서, Ki는 적분 계수를 의미하고, vi는 현 시점에서의 목표 보행 속도를 의미하며, v(t)는 현 시점에서의 보행 속도를 의미할 수 있다.Here, K i may mean an integration coefficient, v i may mean a target walking speed at the present time, and v (t) may mean a walking speed at the present time.

[수학식 6]에서 본 발명은 차량의 속도에 대해 임의의 상수 Ki를 가감속시켜서 사용자가 원하는 목표 보행 속도까지 도달하도록 함으로써, 사용자가 보다 안정적으로 보행 보조기를 구동할 수 있다. 이렇게 보행 속도에 적분 제어를 수행하는 이유는 상수 Ki를 가지고 가속할 때는 서서히 가속 시키고 감속할 때는 서서히 감속하도록 해주면 보행 보조기가 부드럽게 움직일 수 있도록 하기 위함이다.In Equation 6, the present invention enables the user to drive the walking aid more stably by accelerating and decelerating an arbitrary constant K i to the speed of the vehicle to reach a target walking speed desired by the user. The reason for integrating control on walking speed is to accelerate slowly with constant K i and to slow down slowly when decelerating so that the walking aid can move smoothly.

이후, 제어기는 결정된 보행 방향 및 조절된 보행 속도를 기반으로 각 바퀴의 모터를 구동하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성하여 이를 출력할 수 있다(S350). 따라서 제어기는 PWM 신호에 따라 보행 보조기를 구동할 수 있다(S360).Thereafter, the controller may generate and output a pulse width modulation (PWM) signal for driving the motor of each wheel based on the determined walking direction and the adjusted walking speed (S350). Therefore, the controller may drive the walking aid according to the PWM signal (S360).

이와 같이 본 발명은 보행 보조기의 핸들바에 설치된 적어도 하나의 센서를 통해 감지된 사용자의 힘의 크기와 그 크기변화에 퍼지 알고리즘과 Ackman 구동방 식을 적용하여 보행 방향과 보행 속도를 산출함으로써, 보행 보조기를 최적으로 구동할 수 있다.As such, the present invention calculates a walking direction and walking speed by applying a fuzzy algorithm and an Ackman driving method to the magnitude of the user's force and the change in magnitude detected by at least one sensor installed in the handlebar of the walking aid, thereby providing a walking aid. Can be driven optimally.

도 6은 도 1에 도시된 제어기(140)의 상세한 구성을 나타내는 예시도이다.6 is an exemplary view showing a detailed configuration of the controller 140 shown in FIG.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 제어기는 DSP(Digital Signal Processing) 모듈(610), 처리부(620) 및 적어도 하나의 구동부(630) 등을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 6, the controller according to the present invention may include a digital signal processing (DSP) module 610, a processor 620, at least one driver 630, and the like.

DSP 모듈(610)은 각종 센서 예컨대, 핸들바에 설치된 정전용량 센서와 FSR 센서 등에 연동하여 이들 센서로부터 주기적으로 센싱 데이터를 입력받을 수 있다.The DSP module 610 may periodically receive sensing data from these sensors in conjunction with various sensors such as capacitive sensors and FSR sensors installed in the handlebars.

처리부(620)는 예컨대, 디지털 신호를 처리하기 위한 DSP를 의미할 수 있는데, 센싱 데이터를 퍼지 알고리즘 및 Ackman 구동방식에 적용하여 보행 보조기의 보행 방향 및 보행 속도를 결정하고 이에 따라 구동 신호 또는 PWM 신호를 생성할 수 있다.The processor 620 may mean, for example, a DSP for processing a digital signal. The sensing unit may apply sensing data to a fuzzy algorithm and an Ackman driving method to determine a walking direction and a walking speed of the walking aid, and accordingly, a driving signal or a PWM signal. Can be generated.

구동부(630)는 생성된 PWM 신호에 따라 보행 보조기의 바퀴를 모두 구동할 수 있는데, 예컨대, 앞바퀴, 좌측바퀴 및 우측바퀴의 모터를 각각 구동할 수 있고 이에 따라 각 바퀴를 구동하기 위한 다수 개의 구동부로 나누어서 구성될 수도 있다.The driver 630 may drive all of the wheels of the walking aid according to the generated PWM signal. For example, the driver 630 may drive the motors of the front wheel, the left wheel, and the right wheel, respectively, and thus, the plurality of driving parts for driving each wheel. It may be divided into.

이하에서는, 본 발명에서 제안하는 능동형 보행 보조기를 하드웨어 모델로 구현하여 다양한 동작 검증을 실시하였는데, 이를 도 7 내지 도 8c를 참조하여 설 명한다.Hereinafter, various operation verifications have been implemented by implementing an active walking aid proposed by the present invention as a hardware model, which will be described with reference to FIGS. 7 to 8C.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 능동형 보행 보조기의 시작품을 나타내는 예시도이다.7 is an exemplary view showing a prototype of an active walking aid according to an embodiment of the present invention.

도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 능동형 보행 보조기는 예컨대, 좌우 750mm, 폭 600mm, 최대 높이 1100mm, 최저 높이 750mm로 사용자는 상황에 따라서 휠체어로도 사용 가능하도록 설계하였다. 특히, 보행 보조기는 고속의 센서 데이터 처리 및 사용자에 맞춰 구동할 수 있는 지능형 시스템 처리, 그리고 장애물 회피 등을 수행할 수 있도록 TI 사의 TMS320F2812 기반의 DSP를 이용하여 제어기를 구성하였다.As shown in FIG. 7, the active walking aid according to the present invention is designed such that, for example, the user can be used as a wheelchair depending on the situation with left and right 750 mm, width 600 mm, maximum height 1100 mm, and minimum height 750 mm. In particular, the walking aid is composed of a controller using TI's TMS320F2812-based DSP to perform high-speed sensor data processing, intelligent system processing that can be driven by the user, and obstacle avoidance.

위와 같이 구성된 보행 보조기를 기초로 기본 실험을 실행하였는데, 보행 보조기를 이용하여 -30도, -60도, -90도로 회전하려고 보행자가 의식하고 이동할 때 퍼지 알고리즘을 적용한 경우와 그렇지 않은 경우에서의 핸들바에 작용하는 힘을 비교하였다. 이러한 다양한 실험 결과를 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 설명한다.The basic experiment was carried out based on the walking aid configured as above, and the steering wheel was applied when the pedestrian was conscious and moved to rotate -30 degrees, -60 degrees, and -90 degrees using the walking aid. The forces acting on the bars were compared. These various experimental results will be described with reference to FIGS. 8A to 8C.

도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일실시예에 따른 실험 결과를 나타내는 예시도이다.8A to 8C are exemplary views showing experimental results according to an embodiment of the present invention.

도 8a 내지 도 8c에 도시한 바와 같이, -30도, -60도, -90도로 회전을 3회 실시한 결과로서, 퍼지 알고리즘을 적용한 경우와 퍼지 알고리즘을 적용하니 않은 경우의 핸들바에 작용한 힘의 크기 및 반응 시간을 측정한 결과를 보여주고 있다.As shown in Figs. 8A to 8C, as a result of three rotations of -30 degrees, -60 degrees, and -90 degrees, the force applied to the handlebars when the fuzzy algorithm is applied and when the fuzzy algorithm is not applied is shown. The results of the measurements of size and response time are shown.

도 8a에서 퍼지 알고리즘을 적용할 때는 적용하지 않았을 때와 비교하여 50% 의 힘 센싱 데이터의 절감을 가져왔을 뿐만 아니라 회전하는데 걸리는 시간도 퍼지 알고리즘을 적용하지 않았을 때의 평균 2.3초에서 2.0초로 시간이 줄어듦을 알 수 있다.In the case of applying the fuzzy algorithm in FIG. 8a, not only did the result of 50% reduction in force sensing data compared with the case without applying the fuzzy algorithm, but also the time taken to rotate the average time from 2.3 seconds to 2.0 seconds without the fuzzy algorithm. It can be seen that the shrinkage.

이러한 결과는 퍼지 알고리즘을 적용하였을 때가 적용하지 않았을 때보다 사용자의 의지를 보다 적극적으로 반영하여 움직이게 됨으로서 FSR 센서의 크기가 크게 변하지 않아도 빠른 시간 내에 사용자의 의지에 맞춰 이동이 가능하게 됨을 의미할 수 있다.These results indicate that the fuzzy algorithm can be moved to reflect the user's will more actively than when the fuzzy algorithm is not applied. .

마찬가지로, 도 8b 및 도 8c도에서도 -60도 회전과 -90도 회전 때에 퍼지 알고리즘을 적용한 경우와 그렇지 않은 경우의 핸들바에 걸리는 힘의 크기 및 시간을 비교한 결과를 나타내고 있다.Similarly, Figs. 8B and 8C also show the results of comparing the magnitude and time of the force applied to the handlebars with and without the fuzzy algorithm at -60 and -90 degrees rotations.

도 8a 내지 도 8c를 비교하였을 때 회전 반경이 커질수록 작용하는 힘의 크기에 대한 효과는 줄어들게 되나 이에 반해 회전하는데 드는 시간은 점차 줄어들게 됨을 알 수 있다. 이에 대하여 전체 데이터를 비교해보면 FSR 센서에 작용하는 힘의 크기의 이득은 평균 51.3%이며 시간 이득은 평균 1.075초가 됨을 알 수 있다.8A to 8C, the larger the radius of rotation, the smaller the effect on the magnitude of the acting force, but on the contrary, the time taken to rotate gradually decreases. Comparing the entire data, the average gain of the force acting on the FSR sensor is 51.3% and the time gain is 1.075 seconds on average.

이와 같이 본 발명은 노인이나 장애인과 같은 거동이 불편한 사람들이 보행 보조기를 활용함에 있어 보다 안정적으로 보행 보조기를 이용할 수 있도록 능동형 보행 보조기를 제안하고 이때 사용자의 의지를 정확하게 파악할 수 있도록 고안된 핸들바와 FSR 센서를 이용하여 사용자의 보행 속도 및 보행 방향을 파악하고 이를 퍼지 알고리즘을 이용하여 사용자의 보행 의지를 보다 명확하게 파악할 수 있는 시스템을 구현하였다. 이를 통해, 사용자는 기존의 보행 보조기의 구동 방법에 비해 보다 편안하게 자신의 보행 의지를 관철시키면서 보행 보조기를 구동할 수 있다.As described above, the present invention proposes an active walking aid to use the walking aid more stably in people who are uncomfortable such as elderly people or disabled people, and handlebar and FSR sensor designed to accurately grasp the user's intention. We have implemented a system that can grasp the walking speed and the walking direction of the user by using and use the fuzzy algorithm to more clearly understand the walking intention of the user. In this way, the user can drive the walking aid while more comfortably through his walking will than the conventional driving method of the walking aid.

본 명세서에서 개시된 시스템에서 사용되는 기능은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The functions used in the system disclosed herein can be embodied as computer readable codes on a computer readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like, and may also be implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission over the Internet). do. The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.

본 발명에 의한, 능동형 보행 보조기 및 그 구동 방법은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시 예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적은 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능하므로 상기 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.The active walking aid and the driving method thereof according to the present invention can be modified and applied in various forms within the scope of the technical idea of the present invention and are not limited to the above embodiments. In addition, the embodiments and drawings are merely for the purpose of describing the contents of the invention in detail, not intended to limit the scope of the technical idea of the invention, the present invention described above is common knowledge in the technical field to which the present invention belongs As those skilled in the art can have various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention, it is not limited to the above embodiments and the accompanying drawings, of course, and not only the claims to be described below but also claims Judgment should be made including scope and equivalence.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 능동형 보행 보조기의 구성을 나타내는 예시도이다.1 is an exemplary view showing the configuration of an active walking aid according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 핸들바(120)의 상세한 구성을 나타내는 예시도이다.2 is an exemplary view showing a detailed configuration of the handle bar 120 shown in FIG.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 능동형 보행 보조기의 구동 방법을 나타내는 예시도이다.3 is an exemplary view showing a method of driving an active walking aid according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 퍼지 알고리즘을 설명하기 위한 예시도이다.4 is an exemplary diagram for describing a fuzzy algorithm according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일실시예에 대한 Ackman 구동방식을 설명하기 위한 예시도이다.5 is an exemplary view for explaining an Ackman driving method according to an embodiment of the present invention.

도 6은 도 1에 도시된 제어기(140)의 상세한 구성을 나타내는 예시도이다.6 is an exemplary view showing a detailed configuration of the controller 140 shown in FIG.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 능동형 보행 보조기의 시작품을 나타내는 예시도이다.7 is an exemplary view showing a prototype of an active walking aid according to an embodiment of the present invention.

도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일실시예에 따른 실험 결과를 나타내는 예시도이다.8A to 8C are exemplary views showing experimental results according to an embodiment of the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

110: 지지대110: support

120: 핸들바120: handlebar

130: 프레임부130: frame portion

140: 제어기140: controller

210: 정전용량 센서210: capacitive sensor

220: FSR 센서220: FSR sensor

610: DSP 모듈부610: DSP module unit

620: 처리부620: processing unit

630: 구동부630: drive unit

Claims (14)

사용자의 팔꿈치를 지지하는 지지대;Support for supporting the elbow of the user; 상기 지지대의 좌우측에 설치되어, 사용자로부터 작용하는 힘의 크기를 감지하기 위한 적어도 하나의 센서를 각각 구비하는 제1 및 제2 핸들바; 및First and second handle bars installed on left and right sides of the support, each having at least one sensor for sensing a magnitude of a force acting from a user; And 감지된 상기 힘의 크기와 그 크기변화를 퍼지 알고리즘에 적용하여 보행 방향을 결정하여, 결정된 상기 보행 방향 및 상기 힘의 크기에 따라 바퀴의 모터를 구동하기 위한 구동 신호를 출력하는 제어기A controller for determining a walking direction by applying the sensed magnitude of the force and the change in magnitude to a fuzzy algorithm, and outputting a driving signal for driving a motor of a wheel according to the determined walking direction and the magnitude of the force. 를 포함하고, 상기 제어부는 상기 힘의 크기와 그 크기 변화를 상기 퍼지 알고리즘에 적용하되, 기 설정된 입력 멤버쉽 함수와 룰베이스에 적용하여 출력값을 결정하고 결정된 상기 출력값에 따라 상기 보행방향을 결정하는 능동형 보행 보조기.The control unit may be configured to apply the magnitude of the force and its magnitude change to the fuzzy algorithm, and to apply the preset input membership function and rulebase to determine an output value and determine the walking direction according to the determined output value. Walking aids. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 제1 및 제2 핸들바는,The first and second handlebars, 상기 사용자가 상기 제1 및 제2 핸들바를 잡고 있는지의 여부를 감지하는 정전용량센서; 및A capacitive sensor for detecting whether the user is holding the first and second handlebars; And 상기 사용자가 상기 제1 및 제2 핸들바를 모두 잡고 있을 때, 상기 제1 및 제2 핸들바에 사용자로부터 작용하는 상기 힘의 크기를 감지하는 적어도 하나의 FSR(Force Sensing Register) 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 보조 보행기.And at least one Force Sensing Register (FSR) sensor that senses the magnitude of the force acting on the first and second handlebars from the user when the user is holding both of the first and second handlebars. Active assistant walkers. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 제어기는,The controller comprising: 상기 제1 및 제2 핸들바 중 적어도 하나가 앞이나 뒤로 움직이면 상기 보행 방향을 전진 방향이나 후진 방향으로 판단하고,When at least one of the first and second handlebars moves forward or backward, the walking direction is determined as a forward direction or a backward direction, 상기 제1 핸들바가 앞으로 움직이고 상기 제2 핸들바가 뒤로 움직이면 상기 보행 방향을 우회전 방향으로 판단하며,When the first handlebar moves forward and the second handlebar moves backward, the walking direction is determined as a right turn direction, 상기 제1 핸들바가 뒤로 움직이고 상기 제2 핸들바가 앞으로 움직이면 상기 보행 방향을 좌회전 방향으로 판단하는 것을 특징으로 하는 능동형 보행 보조기.And when the first handle bar moves backward and the second handle bar moves forward, the walking direction is determined as the left turning direction. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 제어기는,The controller comprising: 감지된 상기 힘의 크기가 서로 반대 방향이면, 상기 사용자의 힘의 크기와 그 크기변화를 퍼지 알고리즘에 적용하여 보행 방향을 결정하고,If the magnitude of the sensed force is opposite to each other, the magnitude of the user's force and its magnitude change are applied to the fuzzy algorithm to determine the walking direction, 상기 힘의 크기를 Ackman 구동방식에 적용하여 보행 속도를 결정하며,Applying the magnitude of the force to the Ackman driving method to determine the walking speed, 결정된 상기 보행 방향 및 상기 보행 속도에 따라 상기 바퀴의 모터를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하여 이를 출력하는 것을 특징으로 하는 능동형 보행 보조기.And a driving signal for driving the motor of the wheel according to the determined walking direction and the walking speed and outputting the driving signal. 제4 항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 제어기는,The controller comprising: 결정된 상기 보행 속도의 입력값에 대한 적분 제어를 수행하여 상기 보행 속 도를 조절하고,Perform the integral control on the determined input value of the walking speed to adjust the walking speed, 결정된 상기 보행 방향 및 조절된 상기 보행 속도에 따라 상기 바퀴의 모터를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하여 이를 출력하는 것을 특징으로 하는 능동형 보행 보조기.And a driving signal for driving the motor of the wheel according to the determined walking direction and the adjusted walking speed, and outputting the driving signal. 보행 보조기의 일정 영역에 설치된 제1 및 제2 핸들바 각각에 구비된 적어도 하나의 센서를 통해 감지된 사용자로부터 작용하는 힘의 크기를 입력받는 DSP(Digital Signal Processing) 모듈;A digital signal processing (DSP) module that receives a magnitude of a force acting from a user sensed by at least one sensor provided in each of the first and second handlebars installed in a predetermined region of the walking aid; 입력받은 상기 힘의 크기와 그 크기변화를 퍼지 알고리즘에 적용하여 보행 방향을 결정하여, 결정된 상기 보행 방향 및 상기 힘의 크기에 따라 바퀴의 모터를 구동하기 위한 구동 신호를 출력하는 처리부; 및A processor configured to determine a walking direction by applying the input magnitude of the force and a change in magnitude to a fuzzy algorithm, and output a driving signal for driving a motor of a wheel according to the determined walking direction and the magnitude of the force; And 출력된 상기 구동 신호에 따라 각 바퀴의 모터를 구동하는 구동부Drive unit for driving the motor of each wheel in accordance with the output drive signal 를 포함하고, 상기 처리부는 상기 힘의 크기와 그 크기 변화를 상기 퍼지 알고리즘에 적용하되, 기 설정된 입력 멤버쉽 함수와 룰베이스에 적용하여 출력값을 결정하고 결정된 상기 출력값에 따라 상기 보행방향을 결정하는 능동형 보행 보조기.Wherein, the processing unit is applied to the magnitude of the force and the magnitude change to the fuzzy algorithm, active to determine the output value by applying to a predetermined input membership function and rule base and determine the walking direction according to the determined output value Walking aids. 제6 항에 있어서,The method according to claim 6, 상기 센서는,The sensor, 상기 사용자가 상기 제1 및 제2 핸들바를 잡고 있는지의 여부를 감지하는 정전용량센서; 및A capacitive sensor for detecting whether the user is holding the first and second handlebars; And 상기 사용자가 상기 제1 및 제2 핸들바를 모두 잡고 있을 때, 상기 제1 및 제2 핸들바에 사용자로부터 작용하는 상기 힘의 크기를 감지하는 적어도 하나의 FSR(Force Sensing Register) 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 보조 보 행기.And at least one Force Sensing Register (FSR) sensor that senses the magnitude of the force acting on the first and second handlebars from the user when the user is holding both of the first and second handlebars. Active walkers. 제6 항에 있어서,The method according to claim 6, 상기 처리부는,The processing unit, 입력받은 상기 힘의 크기가 서로 반대 방향이면, 상기 사용자의 힘의 크기와 그 크기변화를 퍼지 알고리즘에 적용하여 보행 방향을 결정하고,When the magnitude of the input force is opposite to each other, the direction of walking is determined by applying the magnitude of the force of the user and the magnitude change to the fuzzy algorithm, 상기 힘의 크기를 Ackman 구동방식에 적용하여 보행 속도를 결정하며,Applying the magnitude of the force to the Ackman driving method to determine the walking speed, 결정된 상기 보행 방향 및 상기 보행 속도에 따라 상기 바퀴의 모터를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하여 이를 출력하는 것을 특징으로 하는 능동형 보행 보조기.And a driving signal for driving the motor of the wheel according to the determined walking direction and the walking speed and outputting the driving signal. 제8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 처리부는,The processing unit, 결정된 상기 보행 속도의 입력값에 대한 적분 제어를 수행하여 상기 보행 속도를 조절하고,Performing the integral control on the determined input value of the walking speed to adjust the walking speed, 결정된 상기 보행 방향 및 조절된 상기 보행 속도에 따라 상기 바퀴의 모터를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하여 이를 출력하는 것을 특징으로 하는 능동형 보행 보조기.And a driving signal for driving the motor of the wheel according to the determined walking direction and the adjusted walking speed, and outputting the driving signal. 보행 보조기의 일정 영역에 설치된 적어도 하나의 센서를 통해 사용자로부터 작용하는 힘의 크기를 감지하는 단계;Detecting a magnitude of a force acting from a user through at least one sensor installed in a certain region of the walking aid; 감지된 상기 힘의 크기가 서로 반대 방향이면, 감지된 상기 힘의 크기와 그 크기변화를 퍼지 알고리즘에 적용하여 보행 방향을 결정하여, 결정된 상기 보행 방향과 상기 힘의 크기에 따라 바퀴의 모터를 구동하기 위한 구동 신호를 출력하는 단계; 및If the magnitudes of the detected forces are opposite to each other, the magnitude of the detected force and its magnitude change are applied to a fuzzy algorithm to determine a walking direction, thereby driving the motor of the wheel according to the determined walking direction and the magnitude of the force. Outputting a driving signal for performing; And 출력된 상기 구동 신호에 따라 각 바퀴의 모터를 구동하는 단계Driving a motor of each wheel according to the output drive signal; 를 포함하고, 상기 출력하는 단계는 상기 힘의 크기와 그 크기 변화를 상기 퍼지 알고리즘에 적용하되, 기 설정된 입력 멤버쉽 함수와 룰베이스에 적용하여 출력값을 결정하고 결정된 상기 출력값에 따라 상기 보행방향을 결정하는 능동형 보행 보조기의 구동 방법.The outputting step may include applying the magnitude of the force and the magnitude change to the fuzzy algorithm, and applying the preset input membership function and the rule base to determine an output value and determine the walking direction according to the determined output value. Active walking aid drive method. 제10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 감지하는 단계는,The detecting step, 정전용량 센서를 통해 상기 사용자가 상기 보행 보조기의 핸들바를 잡고 있는지의 여부를 감지하는 단계; 및Detecting whether the user is holding a handlebar of the walking aid through a capacitive sensor; And 상기 사용자가 상기 핸들바를 잡고 있을 때, FSR(Force Sensing Register) 센서를 통해 상기 핸들바에 작용하는 상기 힘의 크기를 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 보조 보행기의 구동 방법.And detecting the magnitude of the force acting on the handlebar through a Force Sensing Register (FSR) sensor when the user is holding the handlebar. 제10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 출력하는 단계는,The outputting step, 감지된 상기 힘의 크기가 서로 반대 방향이면, 상기 힘의 크기와 그 크기변화를 퍼지 알고리즘에 적용하여 보행 방향을 결정하는 단계;If the detected magnitudes of the forces are opposite to each other, determining a walking direction by applying the magnitude of the force and a change in magnitude to a fuzzy algorithm; 상기 힘의 크기를 Ackman 구동방식에 적용하여 보행 속도를 결정하는 단계; 및Determining the walking speed by applying the force to the Ackman driving scheme; And 결정된 상기 보행 방향 및 상기 보행 속도에 따라 상기 바퀴의 모터를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하여 이를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 보행 보조기의 구동 방법.And generating a driving signal for driving the motor of the wheel according to the determined walking direction and the walking speed and outputting the driving signal. 제12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 구동 신호를 생성하여 이를 출력하는 단계는,Generating the driving signal and outputting the driving signal, 결정된 상기 보행 속도의 입력값에 대한 적분 제어를 수행하여 상기 보행 속도를 조절하는 단계; 및Adjusting the walking speed by performing integration control on the determined input value of the walking speed; And 결정된 상기 보행 방향 및 조절된 상기 보행 속도에 따라 상기 바퀴의 모터를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하여 이를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 보행 보조기의 구동 방법.And generating a driving signal for driving the motor of the wheel according to the determined walking direction and the adjusted walking speed and outputting the driving signal. 제10 항 내지 제 13항 중 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 컴퓨터로 판독 가능한 프로그램을 기록한 기록 매체.A recording medium having recorded thereon a computer readable program for performing the method of any one of claims 10 to 13.
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