KR100957032B1 - 시각장애인을 위한 지팡이에 탈부착이 가능한 장애물 탐지기기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시각 장애인을 위한 장애물 탐지 기기로서, 상기 시각 장애인에 의한 상기 장애물 탐지 기기의 움직임을 감지하기 위한 운동 감지부와; 장애물을 탐지하기 위한 거리 측정부와; 상기 시각 장애인에게 상기 장애물에 대한 존재를 통지하기 위한 수단과; 상기 운동 감지부 및 상기 거리 측정부와 연결되어, 상기 운동 감지부에 의해 감지된 움직임 중 유효 범위를 파악하고, 상기 유효 범위 내에서 장애물이 탐지되면 상기 장애물과의 거리를 측정하고, 상기 측정된 장애물과의 거리가 미리 정해진 거리 내에 있는 것으로 확인되는 경우 상기 통지 수단을 통해 상기 시각 장애인에게 상기 장애물의 존재를 통지하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 기기를 제공한다.

Description

시각장애인을 위한 지팡이에 탈부착이 가능한 장애물 탐지 기기{obstacle detector detachable with cane for visually impaired}

본 발명은 시각장애인을 위한 장애물 탐지 기기에 관한 것이다.

보통 시각 장애인들은 외부 보행 시 지팡이를 사용하여, 전방의 벽면과 같은 장애물을 피해서 원하는 장소로 찾아가는데, 허리높이 이상에 위치하는 장애물이나, 낮게 위치한 표지판이나, 높이가 낮은 문의 문틀 등은 지팡이로 알아채지 못하므로, 시각 장애인들은 위험한 상황에 자주 직면한다.

이런 부분을 개선하기 위해, 초음파 또는 적외선 등을 이용하여 시각 장애인의 전방에 위치한 장애물을 탐지하여, 진동 또는 음향 등으로 알려주어 이를 피할 수 있게 하는 장치가 많이 개발되었다. 특히, 안경, 모자, 조끼 등의 형태로 이루어진 착용형 장치가 개발되었으며, 지팡이 형태의 장치 역시 개발되었다. 상기 지팡이 형태의 경우, 외국에서는 실제 상용화한 사례도 있다.

일반적으로는, 지팡이 형태의 장치가 많이 개발되거나 사용되는데, 이러한 지팡이 형태의 장치들의 경우, 시각 장애인이 표준 타법을 행할 때, 손의 움직임에 따라 기기의 탐지 범위가 좌우로 크게 넓어지므로, 진행방향에 위치하지 않은 장애 물까지 경고하게 되는 문제점이 있다. 이러한 문제점은, 시각 장애인이 진행 방향을 결정할 때, 오히려 혼란만을 가중시켜, 올바른 진행 방향을 결정할 수 없게 만든다. 또한, 지팡이로 땅을 칠 때의 충격으로 상기 초음파 센서의 오류가 발생하는 경우가 많다.

따라서, 본 발명의 제 1 목적은 전술한 문제점, 즉 진행 방향에 위치하지 않은 장애물에 대해서도 경고하는 문제점을 해결하는 데에 있다. 또한, 본 발명의 제 2 목적은 전술한 문제점, 즉 충격으로 인한 초음파 센서의 오동작을 해결하는데에 있다.

전술한 제 1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 시각 장애인들이 흰지팡이를 좌우로 움직일 때, 장치의 운동을 감지하여 사용자의 진행방향에 해당하는 장애물만 경고하는 장애물 탐지 기기를 제안한다. 이러한, 상기 장애물 탐지 기기는 기존의 지팡이에 용이하게 탈부착을 할 수 있도록 함으로써, 사용의 편리성을 제공한다.

구체적으로, 본 발명은 시각 장애인을 위한 장애물 탐지 기기로서, 상기 시각 장애인에 의한 상기 장애물 탐지 기기의 움직임을 감지하기 위한 운동 감지부와; 장애물을 탐지하기 위한 거리 측정부와; 상기 시각 장애인에게 상기 장애물에 대한 존재를 통지하기 위한 수단과; 상기 운동 감지부 및 상기 거리 측정부와 연결되어, 상기 운동 감지부에 의해 감지된 움직임 중 유효 범위를 파악하고, 상기 유효 범위 내에서 장애물이 탐지되면 상기 장애물과의 거리를 측정하고, 상기 측정된 장애물과의 거리가 미리 정해진 거리 내에 있는 것으로 확인되는 경우 상기 통지 수단을 통해 상기 시각 장애인에게 상기 장애물의 존재를 통지하는 프로세서를 포 함하는 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 기기를 제공한다.

상기 운동 감지부는 가속도 센서일 수 있다. 그리고, 상기 거리 측정부는 초음파 센서일 수 있다. 상기 통지 수단은 가진부, 및 스피커 중 하나 이상일 수 있다.

또한, 전술한 제 2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 지팡이를 지면에 두드릴 때 발생하는 충격으로 인해 발생하는 초음파 센서의 출력값 오류를 보정하도록 한다.

구체적으로, 본 발명에 따르면, 상기 프로세서가 상기 거리 측정부에 의해 측정된 소정 횟수의 최근 출력값에 대한 평균값과 현재 측정된 출력값의 차이가 소정 임계값에 도달하면, 상기 현재 측정된 출력값 대신 상기 평균값을 사용하도록 함으로써, 상기 출력 값 오류를 보정한다.

본 발명은 시각 장애인들이 흰지팡이를 좌우로 움직일 때, 장치의 운동을 감지하여 사용자의 진행방향에 해당하는 장애물만 경고하도록 함으로써, 시각 장애인들의 혼란을 최소화한다.

또한, 본 발명은 지팡이를 지면에 두드릴 때 발생하는 충격으로 인해 발생하는 초음파 센서의 출력값 오류를 보정함으로써, 장치의 신뢰성을 향상시킨다.

또한, 본 발명은 장애물 탐지 기기는 기존의 지팡이에 용이하게 탈부착을 할 수 있도록 함으로써, 사용의 편리성을 증대시킨다.

도 1은 본 발명에 따른 장애물 탐지 기기의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 장애물 탐지 기기는 시각 장애인에 의한 상기 장애물 탐지 기기의 움직임을 감지하기 위한 가속도 센서(110)와, 상기 시각 장애인의 전방에 위치한 장애물을 탐지하는 초음파 센서(110)와, 입력된 정보를 처리하고 정보 출력을 제어하는 마이크로프로세서(130)와, 음성 데이터를 저장하는 메모리(140)와, 장애물과의 유무를 진동으로 알려주는 가진부(150)와, 정확한 거리를 음성으로 알려주기 위한 스피커(160)와, 전원을 공급하는 전원부(170)를 포함한다.

상기 가속도 센서(110)는 투-터치 방식의 손의 움직임에 따라, 좌우 방향의 양 끝에서의 값이 극대, 극소가 되는 사인파의 형태로 신호를 상기 마이크로프로세서(130)로 출력한다.

그러면, 상기 마이크로 프로세서(130)는 상기 극대, 상기 극소 값의 평균값을 기준으로 삼고, 기준값에서 +n ~ -n 범위내에 해당하는 구간을 유효구간으로 정한다. 이때, 상기 마이크로프로세서(130)는 상기 지팡이가 좌우 양 끝에 가까워질때 측정되는 장애물은 무시하고, 진행 방향에 놓인 장애물만을 유효한 것으로 결정한다. 즉, 상기 마이크로프로세서(130)는 상기 좌우 방향의 유효 구간 내에서만 상기 초음파 센서(120)가 초음파를 송신하도록 제어하거나, 유효구간 내에서만 상기 초음파 센서(120)의 출력값을 통해 장애물의 유무를 판별할 수 있다. 여기서, 상기 n의 값은 실험적으로 극대값과 기준값의 차에 대한 40~50% 값을 사용하는 것이 좋 은 결과를 나타내었다.

한편, 상기 가속도 센서(110)를 사용하여 상기 지팡이의 움직임을 감지할 때, 상기 장애물 탐지 기기의 초기 위치와 기울어짐에 따라 출력값이 크게 차이가 나게 된다. 이런 문제점을 보완하기 위해, 본 발명에 따르면 상기 마이크로프로세서(130)는 초반 m회의 상기 가속도 센서(110)의 출력값을 평균하여 최초 기준값을 결정하고, 사용시 상기 장애물 탐지 기기의 움직임에 따라 구해지는 극대, 극소 값의 평균을 기반으로, 상기 기준값을 갱신한다.

상기 초음파 센서(120)는 신호를 송출하는 송신부(미도시)와 신호를 수신하는 수신부(미도시)로 이루어지며, 상기 송신부는 상기 마이크로프로세서(130)의 제어에 따라 신호를 송신하고, 상기 수신부는 상기 송신된 신호가 장애물에 반사되어 되돌아 오면, 상기 마이크로프로세서(130)로 신호를 출력한다.

상기 마이크로프로세서(130)는 상기 초음파 센서(120)의 송신부와 수신부를 제어하여, 상기 송신부에서 신호를 송신한 시각과, 상기 수신부에서 상기 반사 신호를 수신한 시각 간의 시간 차를 구하고, 상기 시간 차를 이용하여 장애물과의 거리를 계산한다. 이때, 상기 마이크로프로세서(130)는 전술한 바와 같이, 손의 움직임에 따른 상기 좌우 방향 내에서 상기 가속도 센서(110)에 의해 결정되는 유효 구간 내에서만 상기 초음파 센서(120)가 초음파를 송신하도록 제어하거나, 상기 유효 구간 내에서만 상기 초음파 센서(120)의 출력값을 통해 장애물의 유무를 판별할 수 있다.

이와 같은, 상기 마이크로프로세서(130)는 상기 장애물과의 거리를 계산한 결과 소정 거리 예컨대 2m 이하로 확인되면, 상기 가진부(150)로 제어 신호를 보내어 진동을 발생시킨다.

한편, 상기 초음파 센서(120)의 출력값에 오류가 발생할 수 있다. 예를 들면, 상기 지팡이를 투-터치 방식으로 사용할 때, 지면을 두드리게 되는데, 이때 지면을 치는 충격으로 인해, 상기 초음파 센서(110)의 출력값에 오류가 발생할 가능성이 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해, 본 발명에 따르면, 상기 마이크로프로세서(130)는 상기 초음파 센서(120)의 출력값에 moving average 기법을 사용하여, 최근 p개의 출력값에 대한 평균과 현재 측정된 출력값의 차이가 일정 threshold값 이상이면, 상기 출력값 대신 평균값을 사용함으로써, 상기 출력값 오류를 보정한다. 실험결과 threshold값은 0.5m로, p는 5개로 사용하는 것이 적절하였다.

한편, 상기 마이크로프로세서(130)는 자동으로, 또는 사용자의 요청에 따라(예컨대, 정확한 거리를 알고 싶은 사용자의 요청에 따라), 상기 스피커(160)로 특별한 소리의 출력을 통해 장애물과의 거리를 사용자에게 알려주거나, 또는 음성으로 알려준다. 이를 위해, 상기 메모리(140)는 상기 특별한 소리 또는 상기 음성을 저장한다. 여기서, 예시적으로 소리 또는 음성이 너무 빈번히 발생할 경우, 오히려 상기 시각 장애인 또는 주변 사람들에게 소음 공해로 작용할 수 있으므로, 특정 주기의 거리마다, 예컨대 0.5m 거리마다 발생시킬 수 있다. 또는, 상기 측정된 거리를 0.5m간격으로 반올림을 하여 알려줌으로써, 그러한 문제점을 방지할 수 있다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 장애물 탐지 기기의 동작을 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 장애물 탐지 기기의 동작을 나타낸 블록도이다. 도 2를 참조하면, 먼저 상기 마이크로프로세서(130)가 상기 가속도 센서(110)로부터 전술한 바와 같이 사인파 형태의 신호를 수신한다(S110). 그러면, 상기 마이크로프로세서(130)는 전술한 바와 같이 진행 방향을 추정, 즉 유효 범위를 파악한다(S120).

한편, 상기 마이크로프로세서(130)는 상기 초음파 센서(120)로부터 신호를 수신하면(S130), 상기 장애물과의 거리를 측정한다(S140). 이때, 상기 마이크로프로세서(130)는 전술한 바와 같이 지면을 치는 충격으로 인해, 상기 초음파 센서(110)의 출력값에 오류가 발생하면, 상기 오류를 보정한다(S150).

상기 마이크로프로세서(130)는 상기 파악(S120)에 따른 유효 범위내에서 상기 장애물과의 거리가 소정 거리 내로 가까운지 파악함으로써, 상기 장애물에 대해서 경고를 해야 하는지 결정한다(S160).

상기 경고를 해야 할 것으로 결정되면, 상기 마이크로프로세서(130)는 상기 가진부(150)로 제어 신호를 출력하여, 진동이 발생되도록 한다(S170).

한편, 사용자로부터 요청을 수신하면(S180), 상기 마이크로프로세서(130)는 상기 스피커(160)를 통하여 상기 측정된 거리 정보를 소리로 출력한다(S190). 이때, 상기 소리 출력은 전술한 바와 같이 상기 사용자의 요청없이 자동으로 이루어질 수도 있다.

도 3은 본 발명에 따른 장애물 탐지 기기를 나타낸 사시도이다.

도 3을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 장애물 탐지 기 기(100)는 지팡이에 탈부착이 가능한 홈(101)이 형성되어 있다. 따라서, 큰 위험이 없는 익숙한 길에서는 상기 지팡이만 사용하여 가볍게 보행할 수 있도록 하며, 초행길이나 위험한 지역에서는 본 장애물 탐지 기기를 부착하여, 전방에 장애물의 존재 여부와 장애물과의 거리를 측정할 수 있도록 한다.

상기 장애물 탐지 기기(100)의 전면에는 도시된 바와 같이, 상기 초음파 센서(120)가 설치된다. 이때, 상기 초음파 센서(120)는 전술한 바와 같이 초음파 송신부(121)와 초음부 수신부(122)로 구성된다. 상기 장애물 탐지기기가 상기 지팡이에 부착될 때, 상기 초음파 센서(120)는 전방의 0~45도 사이의 상단을 향하도록 배치된다.

상기 장애물 탐지 기기(100)의 전면에는 또한 도시된 바와 같이, 상기 가속도 센서(110)가 설치된다.

그리고, 상기 스피커(160)는 상기 시각 장애인이 용이하게 청취할 수 있도록, 상기 장애물 탐지 기기의 상부에 설치된다. 또한, 도시된 바와 같이 상기 상부에는 상기 탐지 기기를 on/off할 수 있는 스위치(180)가 설치된다.

상기 장애물 탐지 기기의 내부에는 전원부(170), 즉 배터리가 설치된다. 또한, 도시된 바와 같이 상기 장애물 탐지 기기의 전면부(102)를 개패하면 내부에는 충전 단자(171)가 설치되어, 상기 배터리를 충전할 수 있도록 한다.

상기 전면부(102)를 개패하면 내부에는 회로 기판(103)이 설치되어 있으며, 상기 회로 기판(103)에는 마이크로프로세서(130), 메모리(140) 등이 탑재된다. 한편, 상기 전면부(102)는 사용자가 용이하게 파지할 수 있도록 도시된 바와 같이 손 잡이(103)가 형성된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니므로, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 장애물 탐지 기기의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.

도 2는 본 발명에 따른 장애물 탐지 기기의 동작을 나타낸 블록도이다.

도 3은 본 발명에 따른 장애물 탐지 기기를 나타낸 사시도이다.

Claims (8)

1. 시각 장애인을 위한 지팡이에 탈부착이 가능한 장애물 탐지 기기로서,

   상기 시각 장애인에 의한 상기 장애물 탐지 기기의 움직임을 감지하기 위한 운동 감지부와;

   장애물을 탐지하기 위한 거리 측정부와;

   상기 시각 장애인에게 상기 장애물에 대한 존재를 통지하기 위한 수단과;

   상기 운동 감지부 및 상기 거리 측정부와 연결되어, 상기 운동 감지부에 의해 감지된 움직임 중 유효 범위를 파악하고, 상기 유효 범위 내에서 장애물이 탐지되면 상기 장애물과의 거리를 측정하고, 상기 측정된 장애물과의 거리가 미리 정해진 거리 내에 있는 것으로 확인되는 경우 상기 통지 수단을 통해 상기 시각 장애인에게 상기 장애물의 존재를 통지하는 프로세서를 포함하고

   상기 프로세서는 상기 움직임에 의한 좌우 방향 중 양끝 범위는 무시하고, 나머지 범위를 유효 범위로 파악하는 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 기기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 운동 감지부는 가속도 센서인 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 기기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 거리 측정부는 초음파 센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 기기.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 통지 수단은 가진부, 및 스피커 중 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 기기.
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서, 상기 프로세서는

   상기 운동 감지부의 최초 소정 횟수 내의 출력값을 평균하여 최초 기준값으로 결정하고, 이후 상기 장애물 탐지 기기의 움직임에 따라 구해지는 극대, 극소 값의 평균을 기반으로, 상기 기준값을 갱신하여 상기 유효 범위를 파악하는 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 기기.
7. 제 1항에 있어서, 상기 프로세서는

   상기 거리 측정부에 의해 측정된 소정 횟수의 직전 출력값에 대한 평균값과 현재 측정된 출력값의 차이가 소정 임계값에 도달하면, 상기 현재 측정된 출력값 대신 상기 평균값을 사용하는 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 기기.
8. 삭제

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