KR101429404B1 - 운전 시뮬레이터 장치 및 이를 이용한 운전 재활 훈련 방법 - Google Patents

운전 시뮬레이터 장치 및 이를 이용한 운전 재활 훈련 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 운전 시뮬레이터 장치 및 이를 이용한 운전 재활 훈련 방법에 관한 것으로서, 기설정된 시뮬레이션 주행 화면을 표시하는 디스플레이부, 사용자로부터 일반 모드, 보조 모드 또는 저항 모드를 선택받기 위한 모드 선택부, 상기 보조 모드가 선택되면, 사용자가 동작시키는 조향 핸들의 회전 방향으로 추진력을 가하도록 제어하고, 상기 저항 모드가 선택되면, 상기 사용자가 동작시키는 상기 조향 핸들의 회전 반대 방향으로 반력을 가하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 고령 또는 뇌병변 장애로 인하여 운전 능력이 손상된 운전자를 보다 효과적으로 운전 재활 훈련을 시킬 수 있다. 특히, 일반적인 모드 이외에, 보조 모드와 저항 모드를 추가하여 목표추적훈련을 실시하여 시공간협응력을 향상시킴으로써, 신체 및 인지 손상으로 저하된 환자의 운전 능력을 회복시킬 수 있다.
또한, 운전 재활이 필요한 환자의 상태에 따른 프로그램을 구성함으로써 환자의 초기 상태와 비교하여 지속적인 운동에 따른 회복 상태를 평가할 수 있으며, 환자로 하여금 재미와 흥미를 유발시켜 환자가 높음 집중력을 가지고 운동에 참여할 수 있게 유도할 수 있다.

Description

운전 시뮬레이터 장치 및 이를 이용한 운전 재활 훈련 방법{DRIVING SIMULATOR APPARATUS AND DRIVER REHABILITATION USING THE SAME}
본 발명은 운전 시뮬레이터 장치 및 이를 이용한 운전 재활 훈련 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고령화, 뇌병변 장애 등으로 인하여 운전 능력이 저하된 운전의 운전 재활을 위한 운전 시뮬레이터 및 이를 이용한 운전 재활 훈련 방법에 관한 것이다.
일반적인 운전 시뮬레이터 장치는 가상의 도로환경에서 안전하게 운전 연습을 반복함으로써 자동차 조작 능력을 향상시키는 기능을 수행한다. 이러한 일반적인 운전 시뮬레이터 장치를 이용하여 신체 또는 인지적 장애가 있는 운전자를 훈련시킬 경우, 운전자의 취약한 기능을 향상시키기 위한 집중적인 훈련 방법 적용에 어려움이 있다. 예를 들어, 뇌졸증으로 인하여 상지 운동 능력이 저하된 운전자는 조향핸들을 정교하게 제어하는 능력이 현저히 떨어질 수 있다. 이러한 운전자의 경우 시뮬레이터를 이용한 운전 연습을 시작하기 전에 상지 조작 훈련만 집중적으로 반복함으로써 시공간협응력을 향상시킨 후 운전 연습에 착수할 필요가 있다.
본 발명에서는 기존의 운전시뮬레이터 장치에 운전재활훈련 기능을 추가하여, 운전 연습과 더불어 신체 및 인지 훈련이 가능한 운전 시뮬레이터 장치와 그 장치를 이용한 운전 재활 방법을 제시한다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0053574호(2013.05.24 공개)에 기재되어 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 고령화, 뇌병변 장애 등으로 인하여 운전 능력이 저하된 사용자의 운전 재활을 위해 재활 기능을 갖는 운전 시뮬레이터 및 이를 이용한 운전 재활 훈련 방법을 제공하여 사용자의 시공간협응력을 향상시키는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 실시예에 따른 운전 시뮬레이터 장치는, 기설정된 시뮬레이션 주행 화면을 표시하는 디스플레이부, 사용자로부터 일반 모드, 보조 모드 또는 저항 모드를 선택받기 위한 모드 선택부, 그리고 상기 보조 모드가 선택되면, 사용자가 동작시키는 조향 핸들의 회전 방향으로 추진력을 가하도록 제어하고, 상기 저항 모드가 선택되면, 상기 사용자가 동작시키는 상기 조향 핸들의 회전 반대 방향으로 반력을 가하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 제어부는, 시간에 따른 상기 조향 핸들의 동작 변화를 나타내는 동작 파형을 생성하고, 상기 디스플레이부를 통해 기 설정된 목표 파형과 비교하여 표시할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 시간에 따라 가속페달의 눌려진 정도의 변화를 나타내는 가속페달 파형을 생성하고, 상기 디스플레이부를 통해 기 설정된 목표 파형과 비교하여 표시할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 시뮬레이션 주행 화면에 나타나는 시각, 청각 및 촉각 이벤트 중에서 적어도 하나를 발생시켜 상기 사용자의 브레이크 동작 반응 속도를 측정할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 운전 시뮬레이터 장치를 이용한 운전 재활 훈련 방법은, 기설정된 시뮬레이션 주행 화면을 디스플레이부를 통해 표시하는 단계, 사용자로부터 일반 모드, 보조 모드 또는 저항 모드를 선택받아 제어 모드를 선택하는 단계, 그리고 상기 보조 모드가 선택되면, 사용자가 동작시키는 조향 핸들의 회전 방향으로 추진력을 가하도록 제어하고, 상기 저항 모드가 선택되면, 상기 사용자가 동작시키는 상기 조향 핸들의 회전 반대 방향으로 반력을 가하도록 제어하는 시뮬레이션 제어 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 고령 또는 뇌병변 장애로 인하여 운전 능력이 손상된 운전자를 보다 효과적으로 운전 재활 훈련을 시킬 수 있다. 특히, 일반적인 모드 이외에, 보조 모드와 저항 모드를 추가하여 목표추적훈련을 실시하여 시공간협응력을 향상시킴으로써, 신체 및 인지 손상으로 저하된 환자의 운전 능력을 회복시킬 수 있다.
또한, 운전 재활이 필요한 환자의 상태에 따른 프로그램을 구성함으로써 환자의 초기 상태와 비교하여 지속적인 운동에 따른 회복 상태를 평가할 수 있으며, 환자로 하여금 재미와 흥미를 유발시켜 환자가 높음 집중력을 가지고 운동에 참여할 수 있게 유도할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 운전 시뮬레이터 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 운전 시뮬레이터를 이용한 운전 재활 훈련 방법의 순서도이다.
도 3은 목표 추적 훈련에 따른 목표파형이 도시된 그래프의 예시 화면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
먼저 본 발명의 운전 시뮬레이터 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 운전 시뮬레이터 장치의 구성도이다.
도 1에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예에 다른 운전 시뮬레이터 장치는 디스플레이부(110), 제어부(120), 모드 선택부(130), 조향 핸들(140), 가속페달(150) 및 브레이크(160)를 포함한다.
디스플레이부(110)는 기설정된 시뮬레이션 주행 화면을 표시한다. 장치로서의 디스플레이부(110)는 스크린과 프로젝터의 조합으로 구성될 수 있으며 액정화면으로 구성될 수도 있다. 디스플레이부(110)는 기설정된 시뮬레이션 주행 화면을 표시하기 위하여 제어부(120)로부터 영상신호를 수신한다.
제어부(120)는 디스플레이부(110) 및 음향장치(미도시)를 제어한다. 따라서 영상 제어신호 및 음향 제어신호를 디스플레이부(110) 및 음향장치로 전송한다. 또한, 제어부(120)는 사용자의 조향 핸들(140), 가속페달(150) 및 브레이크(160)의 동작과 연동하여, 사용자의 시뮬레이션 운전을 제어한다.
모드 선택부(130)를 통하여 사용자는 제어부의 제어 동작 모드를 선택할 수 있다. 여기서 제어 모드는 일반 모드(normal mode), 보조 모드(assist mode) 및 저항 모드(resist mode)를 포함한다.
일반 모드(normal mode)는 일반적인 운전 상황에서 조향 핸들 복귀 및 포스 피드백(force feedback)이 가능한 모드에 해당한다. 일반 모드(normal mode)에서 재활 훈련을 필요로 하지 않은 일반 사람을 대상으로 운전 시뮬레이터 장치를 이용한 운전 시뮬레이션이 가능하다.
보조 모드(assist mode)는 신체 및 인지 능력이 손상된 운전자의 시공간협응력 향상을 위하여, 목표추적훈련 및 모의 운전 훈련에서 운전자가 조향하여야 하는 위치로 조향핸들을 이동하는 힘-위치 제어 모드에 해당한다. 일반 모드(normal mode)의 조향 핸들 복귀 및 포스 피드백(force feedback)은 보조 모드(assist mode)에서도 가능하다.
저항 모드(resist mode)는 신체 또는 인지 손상 후 훈련을 통하여 회복된 운전자의 시공간협응력을 향상시키기 위하여, 목표추적훈련 및 모의 운전 훈련에서 운전자가 조향하여야 하는 위치의 반대방향으로 반력을 작동시키는 반력 제어 모드에 해당한다. 일반 모드(normal mode)의 조향 핸들 복귀 및 포스 피드백(force feedback)은 저항 모드(resist mode)에서도 가능하다.
사용자는 조향 핸들(140)을 이용하여 운전 시뮬레이션 과정 중에, 디스플레이부(110)의 시뮬레이션 영상에 따라 운전 재활 훈련을 한다.
가속페달(150) 외에 보조가속페달(미도시)이 더 구비될 수 있다. 보조가속페달은 외발 사용자를 위하여 브레이크 왼쪽에 장착된다. 사용자는 가속 페달 또는 보조가속페달을 선택적으로 작동시킬 수 있다. 가속페달 및 보조 가속페달은 동일한 민감도와 반력을 갖도록 구성된다. 또한, 두 가속 페달을 기구적 링크로 연결하여 센서 및 반력 시스템을 공용으로 사용할 수 있다. 이때, 기구적 링크는 가운데 위치한 브레이크(160)와 간섭하지 않도록 브레이크 샤프트 뒤로 연결되어야 한다.
브레이크(160)는 운행 시뮬레이션에서 자동차를 정지시키거나 감속시킨다. 운전자의 브레이크에 대한 반응 속도 훈련을 위하여, 이벤트 발생 시점 이후 시간에 따른 브레이크의 위치를 측정할 수 있어야 한다.
다음으로 운전 시뮬레이터 장치를 이용한 운전 재활 훈련 방법에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 운전 시뮬레이터를 이용한 운전 재활 훈련 방법의 순서도이다.
먼저, 디스플레이부(110)는 기 설정된 시뮬레이션 주행 화면을 표시한다(S210). 즉, 디스플레이부(110)는 운전 시뮬레이션에 필요한 각종 영상 정보를 디스플레이한다. 영상 정보는 도로 지형 및 운행에 필요한 속도, RPM, 위치, 거리, 방향 등의 정보를 포함한다.
디스플레이부(110)가 기 설정된 시뮬레이션 주행 화면을 표시하기 위해서는 제어부(120)로부터 영상 신호를 전달 받는다. 영상 신호에는 목표 추적 훈련을 위한 목표 파형에 관한 신호가 포함된다.
다음으로, 모드 선택부(130)는 사용자로부터 일반 모드(normal mode), 보조 모드(assist mode) 또는 저항 모드(resist mode) 중에서 모드를 선택받는다(S220).
사용자는 재활 훈련하고자 하는 목적에 따라 일반 모드, 보조 모드, 저항 모드를 선택할 수 있다. 여기서, 모드 선택부(130)는 디스플레이부(110)에 터치 스크린 방식으로 구현될 수 있고, 키패드나 버튼 방식으로 구현될 수 있다.
일반 모드(normal mode), 보조 모드(assist mode) 및 저항 모드(resist mode)에 관한 모드에 관한 설명은 상기에서 설명한 바 있으며, 각 모드에서의 제어부의 제어에 대해 설명한다.
그리고, 제어부(120)는 상기 선택된 모드에서 시뮬레이터 장치에 의한 시뮬레이션을 제어한다(S230).
여기서, 보조 모드(assist mode)는 사용자가 동작시키는 조향 핸들의 회전 방향으로 추진력을 가하도록 제어하는 제어 모드이다. 보조 모드(assist mode)에서 제어부(120)는 제어 신호를 통하여 신체 및 인지 능력이 손상된 운전자의 시공간협응력 향상을 위하여, 목표 추적 훈련 및 모의 운전 훈련에서 운전자가 조향하여야 하는 위치로 조향 핸들의 방향을 이동시킨다.
저항 모드(resist mode)는 사용자가 동작시키는 조향 핸들의 회전 반대 방향으로 반력을 가하도록 제어하는 제어 모드이다. 저항 모드(resist mode)에서 제어부(120)는 신체 또는 인지 손상 후 훈련을 통하여 회복된 운전자의 시공간협응력을 향상시키기 위하여, 목표 추적 훈련 및 모의 운전 훈련에서 운전자가 조향하여야 하는 위치의 반대 방향으로 반력을 작동시켜 조향 핸들을 제어한다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 사용자가 상태에 따라 모드를 선택함으로써, 사용자의 재활 훈련을 효과적으로 보조할 수 있다.
이하에서는 조향 핸들(140), 가속페달(150), 브레이크(160)를 이용한 재활 훈련에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 3은 재활 훈련에 따른 목표 파형과 사용자의 운전에 의한 실제 파형이 도시된 그래프의 예시 화면이다.
먼저 조향 핸들 훈련에 대해 설명하면, 제어부(120)는 시간에 따른 조향 핸들의 동작 변화를 나타내는 동작 파형을 생성한다. 디스플레이부(110)는 생성된 동작 파형을 기 설정된 목표 파형과 비교하여 디스플레이한다. 도 3에서 횡방향 파형의 그래프는 조향 핸들 훈련에 따른 목표 파형과 운전자의 동작 파형을 비교하여 보여주고 있다.
다음으로 가속페달 훈련에 대해 설명하면, 제어부(120)에 의해 생성된 가속페달 훈련에 따른 목표 파형이 디스플레이부(110)를 통해 도 3과 같이 종방향 파형으로 표시되며, 운전자는 가속페달을 밟는 깊이를 조절하면서 목표 추적 훈련을 실시한다. 도 3에서 초기 6초 구간의 파형은 정확성을 위하여 데이터 처리에서 제외시킨다(first 6 sec removed). Desired movement는 목표 파형을 Average movement는 평균 파형을, Tirals는 운전 재활 사용자의 훈련 파형을 나타낸다.
다음으로 브레이크 훈련에 대해 설명하면, 제어부(120)의 신호 전송에 의해, 디스플레이부(110)에 의한 영상(시각), 음향 장치(미도시)(청각) 또는 조향 핸들의 흔들림(촉각)을 통하여 브레이크 작동을 요청하는 이벤트가 발생된다. 여기서 이벤트는 무작위적으로 발생한다. 이 때 운전자는 가능한 빨리 브레이크를 밟으면서 목표 추적 훈련(반응 속도 훈련)을 실시할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 고령 또는 뇌병변 장애로 인하여 운전 능력이 손상된 운전자를 보다 효과적으로 운전 재활 훈련을 시킬 수 있다. 특히, 일반적인 모드 이외에, 보조 모드와 저항 모드를 추가하여 목표추적훈련을 실시하여 시공간협응력을 향상시킴으로써, 신체 및 인지 손상으로 저하된 환자의 운전 능력을 회복시킬 수 있다.
또한, 운전 재활이 필요한 환자의 상태에 따른 프로그램을 구성함으로써 환자의 초기 상태와 비교하여 지속적인 운동에 따른 회복 상태를 평가할 수 있으며, 환자로 하여금 재미와 흥미를 유발시켜 환자가 높음 집중력을 가지고 운동에 참여할 수 있게 유도할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
100: 운전 시뮬레이터 장치 110: 디스플레이부
120: 제어부 130: 모드 선택부
140: 조향 핸들 150: 가속페달
160: 브레이크

Claims (8)

  1. 운전 재활 훈련을 위한 운전 시뮬레이터 장치에 있어서,
    기설정된 시뮬레이션 주행 화면을 표시하는 디스플레이부,
    사용자로부터 일반 모드, 보조 모드 또는 저항 모드를 선택받기 위한 모드 선택부, 그리고
    상기 보조 모드가 선택되면, 사용자가 동작시키는 조향 핸들의 회전 방향으로 추진력을 가하도록 제어하고, 상기 저항 모드가 선택되면, 상기 사용자가 동작시키는 상기 조향 핸들의 회전 반대 방향으로 반력을 가하도록 제어하는 제어부를 포함하는 운전 시뮬레이터 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    시간에 따른 상기 조향 핸들의 동작 변화를 나타내는 동작 파형을 생성하고, 상기 디스플레이부를 통해 기 설정된 목표 파형과 비교하여 표시하는 운전 시뮬레이터 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    시간에 따라 가속페달의 눌려진 정도의 변화를 나타내는 가속페달 파형을 생성하고, 상기 디스플레이부를 통해 기 설정된 목표 파형과 비교하여 표시하는 운전 시뮬레이터 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 시뮬레이션 주행 화면에 나타나는 시각, 청각 및 촉각 이벤트 중에서 적어도 하나를 발생시켜 상기 사용자의 브레이크 동작 반응 속도를 측정하는 운전 시뮬레이터 장치.
  5. 운전 시뮬레이터 장치를 이용한 운전 재활 훈련 방법에 있어서,
    기설정된 시뮬레이션 주행 화면을 디스플레이부를 통해 표시하는 단계,
    사용자로부터 일반 모드, 보조 모드 또는 저항 모드를 선택받아 제어 모드를 선택하는 단계, 그리고
    상기 보조 모드가 선택되면, 사용자가 동작시키는 조향 핸들의 회전 방향으로 추진력을 가하도록 제어하고, 상기 저항 모드가 선택되면, 상기 사용자가 동작시키는 상기 조향 핸들의 회전 반대 방향으로 반력을 가하도록 제어하는 시뮬레이션 제어 단계를 포함하는 운전 재활 훈련 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 제어 단계는,
    시간에 따른 상기 조향 핸들의 동작 변화를 나타내는 동작 파형을 생성하고, 상기 디스플레이부를 통해 기 설정된 목표 파형과 비교하여 표시하는 운전 재활 훈련 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 제어 단계는,
    시간에 따라 가속페달의 눌려진 정도의 변화를 나타내는 가속페달 파형을 생성하고, 상기 디스플레이부를 통해 기 설정된 목표 파형과 비교하여 표시하는 운전 재활 훈련 방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 제어 단계는,
    상기 시뮬레이션 주행 화면에 나타나는 시각, 청각 및 촉각 이벤트 중에서 적어도 하나를 발생시켜 상기 사용자의 브레이크 동작 반응 속도를 측정하는 운전 재활 훈련 방법.
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