KR101545692B1

KR101545692B1 - 구동 제어 및 모니터링 시스템을 구비한 기립형 전동의자

Info

Publication number: KR101545692B1
Application number: KR1020140065549A
Authority: KR
Inventors: 고진호
Original assignee: 주식회사 퓨트로닉
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2015-08-19

Abstract

본 발명은 프레임 구조로서 뒷부분에 의자의 구동바퀴가 설치되고 내측에 상기 구동바퀴를 주행시키는 주행모터와 주행 브레이크가 설치되는 마운트 프레임과; 상기 마운트 프레임의 앞부분 상단 양측에 고정되며 양측으로 제12링크절과 제13링크절이 형성된 두개의 제1 링크암과; 일측은 상기 제12링크절에 링크 결합되고 타측에 제24링크절이 형성된 두개의 제2 링크암과; 일측은 상기 제13링크절에 링크 결합되고 타측에 제34링크절이 형성된 두개의 제3 링크암과; 일측은 상기 제24링크절에 링크 결합되고 타측에 상기 34링크절에 링크 결합되어 상기 제2링크암과 제3링크암이 평행 힌지 운동되게 하는 두개의 제4 링크암과; U자형 프레임 구조로 형성되어 양측이 상기 제34링크절에 링크 결합된 제5 링크암과; 일측은 상기 제12링크절에 링크 결합되고 타측은 앞바퀴가 형성되며 발받침으로 상호 연결된 두개의 제6 링크암과; 상기 두개의 제3 링크암의 중간 부분을 연결 보강시키는 제30 보강 프레임과; 상기 두개의 제4 링크암의 중간 부분을 연결 보강시키는 제40 보강 프레임과; 상기 두개의 제6 링크암의 중간 부분을 연결 보강시키는 제60 보강 프레임과; 상기 제5 링크암의 중간 부분을 연결 보강시키는 제50 보강 프레임과; 상기 40 보강 프레임 중간부에 고정단에 설치되고 상기 50 프레임 중간부에 운동단에 설치되는 등기립용 엑츄에이터와; 상기 마운트 프레임 하부 뒷부분에 고정단에 설치되고 상기 30 보강 프레임 중간부에 운동단이 설치되는 엉덩이 기립용 엑츄에이터와; 상기 마운트 프레임 하부 앞부분에 고정단에 설치되고 상기 60 보강 프레임 중간부에 운동단이 설치되는 무릎각 조절용 엑츄에이터와; 일측이 상기 제5 링크암의 중간 하단부에 결합되고 타측에 조이스틱 입력장치와 제어정보를 출력하는 디스플레이가 형성된 제어컨트롤러가 형성된 팔걸이 프레임과; 상기 마운트 프레임에 설치되며 상기 제어컨트롤러의 제어 신호에 따라 상기 등기립용 엑츄에이터와 엉덩이 기립용 엑츄에이터와 무릎각 조절용 엑츄에이터와 주행모터와 주행 브레이크를 구동시키는 구동장치로; 구성되는 것을 특징으로 하는 구동 제어 및 모니터링 시스템을 구비한 기립형 전동의자에 관한 것이다.
상기한 본 발명에 의하여 전동의자의 일반 주행 기능은 물론이고, 일반인의 기립과 유사한 각도로 기립을 수행하여 일상생활의 편리를 도모하고, 제어 및 모니터링 시스템을 활용해 안전 운전 및 사용자 편의를 증진시킬 수 있는 구동 제어 및 모니터링 시스템을 구비한 기립형 전동의자가 제공되는 이점이 있다.

Description

구동 제어 및 모니터링 시스템을 구비한 기립형 전동의자{AUto standing up electric power wheelchair with driving control and monitoring system}

본 발명은 프레임 구조로서 뒷부분에 의자의 구동바퀴가 설치되고 내측에 상기 구동바퀴를 주행시키는 주행모터와 주행 브레이크가 설치되는 마운트 프레임과; 상기 마운트 프레임의 앞부분 상단 양측에 고정되며 양측으로 제12링크절과 제13링크절이 형성된 두개의 제1 링크암과; 일측은 상기 제12링크절에 링크 결합되고 타측에 제24링크절이 형성된 두개의 제2 링크암과; 일측은 상기 제13링크절에 링크 결합되고 타측에 제34링크절이 형성된 두개의 제3 링크암과; 일측은 상기 제24링크절에 링크 결합되고 타측에 상기 34링크절에 링크 결합되어 상기 제2링크암과 제3링크암이 평행 힌지 운동되게 하는 두개의 제4 링크암과; U자형 프레임 구조로 형성되어 양측이 상기 제34링크절에 링크 결합된 제5 링크암과; 일측은 상기 제12링크절에 링크 결합되고 타측은 앞바퀴가 형성되며 발받침으로 상호 연결된 두개의 제6 링크암과; 상기 두개의 제3 링크암의 중간 부분을 연결 보강시키는 제30 보강 프레임과; 상기 두개의 제4 링크암의 중간 부분을 연결 보강시키는 제40 보강 프레임과; 상기 두개의 제6 링크암의 중간 부분을 연결 보강시키는 제60 보강 프레임과; 상기 제5 링크암의 중간 부분을 연결 보강시키는 제50 보강 프레임과; 상기 40 보강 프레임 중간부에 고정단에 설치되고 상기 50 프레임 중간부에 운동단에 설치되는 등기립용 엑츄에이터와; 상기 마운트 프레임 하부 뒷부분에 고정단에 설치되고 상기 30 보강 프레임 중간부에 운동단이 설치되는 엉덩이 기립용 엑츄에이터와; 상기 마운트 프레임 하부 앞부분에 고정단에 설치되고 상기 60 보강 프레임 중간부에 운동단이 설치되는 무릎각 조절용 엑츄에이터와; 일측이 상기 제5 링크암의 중간 하단부에 결합되고 타측에 조이스틱 입력장치와 제어정보를 출력하는 디스플레이가 형성된 제어컨트롤러가 형성된 팔걸이 프레임과; 상기 마운트 프레임에 설치되며 상기 제어컨트롤러의 제어 신호에 따라 상기 등기립용 엑츄에이터와 엉덩이 기립용 엑츄에이터와 무릎각 조절용 엑츄에이터와 주행모터와 주행 브레이크를 구동시키는 구동장치로; 구성되는 것을 특징으로 하는 구동 제어 및 모니터링 시스템을 구비한 기립형 전동의자에 관한 것이다.

일반적으로 전동 의자는 전동모터에 의해 바퀴를 구동하여 이동하는 이동수단으로서, 보행이 불편한 장애자 또는 노약자들이 제3자의 도움 없이 원하는 곳으로 용이하게 이동할 수 있도록 이동성을 제공할 목적으로 사용되고 있다.

상기 전동 의자는 장애를 가진 전동 의자 운전자들이 급출발 및 급제동으로 따른 외부저항에 대한 통제력이 부족하여 상해를 입힐 수 있는 문제점이 있었다.

일반적인 전동 의자는 속도 및 방향 제어를 전동의자에 장착된 조이스틱만을 이용하기 때문에 사용자의 연령 또는 장애정도에 알맞게 주행속도를 단계적으로 조절할 수 없다는 단점이 있었으며, 사용자에 따른 적절한 운행속도를 제공하고, 급출발이나 급제동을 방지하여 운전자의 충격을 최소화할 수 있는 기능이 요구되어 왔다.

또한, 이와 같은 안전성을 보장하는 기본 주행은 물론이고 일상생활을 살아감에 있어서 필요한 자세를 사용자 스스로 취할 수 있는 기능에 대한 다양한 요구들이 있었으며, 고정 자세로 앉아서 일정 시간을 사용하게 되는 전동의자를 이용한 일상생활 행동반경에 제한이 있음도 분명하다.

또한 전동 의자를 제어하기 위해 일반적으로 조이스틱만을 이용한 이동 제어를 진행함에 따라 현재 전동의자의 속도나 배터리 상태 등을 한 번에 확인하기 힘든 점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 선등록 특허번호 10-1333318, 선출원 특허번호 10-2010-0121623 등과 같이 지속적인 전동 의자의 개선이 이루어지고 있으나, 실제의 적용에 있어서 상기의 문제점이 모두 해소되지 않아 진보적 기술 개발이 요구되고 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 전동의자의 일반 주행 기능은 물론이고, 일반인의 기립과 유사한 각도로 기립을 수행하여 일상생활의 편리를 도모하고, 제어 및 모니터링 시스템을 활용해 안전 운전 및 사용자 편의를 증진시킬 수 있는 구동 제어 및 모니터링 시스템을 구비한 기립형 전동의자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 프레임 구조로서 뒷부분에 의자의 구동바퀴가 설치되고 내측에 상기 구동바퀴를 주행시키는 주행모터와 주행 브레이크가 설치되는 마운트 프레임과; 상기 마운트 프레임의 앞부분 상단 양측에 고정되며 양측으로 제12링크절과 제13링크절이 형성된 두개의 제1 링크암과; 일측은 상기 제12링크절에 링크 결합되고 타측에 제24링크절이 형성된 두개의 제2 링크암과; 일측은 상기 제13링크절에 링크 결합되고 타측에 제34링크절이 형성된 두개의 제3 링크암과; 일측은 상기 제24링크절에 링크 결합되고 타측에 상기 34링크절에 링크 결합되어 상기 제2링크암과 제3링크암이 평행 힌지 운동되게 하는 두개의 제4 링크암과; U자형 프레임 구조로 형성되어 양측이 상기 제34링크절에 링크 결합된 제5 링크암과; 일측은 상기 제12링크절에 링크 결합되고 타측은 앞바퀴가 형성되며 발받침으로 상호 연결된 두개의 제6 링크암과; 상기 두개의 제3 링크암의 중간 부분을 연결 보강시키는 제30 보강 프레임과; 상기 두개의 제4 링크암의 중간 부분을 연결 보강시키는 제40 보강 프레임과; 상기 두개의 제6 링크암의 중간 부분을 연결 보강시키는 제60 보강 프레임과; 상기 제5 링크암의 중간 부분을 연결 보강시키는 제50 보강 프레임과; 상기 40 보강 프레임 중간부에 고정단에 설치되고 상기 50 프레임 중간부에 운동단에 설치되는 등기립용 엑츄에이터와; 상기 마운트 프레임 하부 뒷부분에 고정단에 설치되고 상기 30 보강 프레임 중간부에 운동단이 설치되는 엉덩이 기립용 엑츄에이터와; 상기 마운트 프레임 하부 앞부분에 고정단에 설치되고 상기 60 보강 프레임 중간부에 운동단이 설치되는 무릎각 조절용 엑츄에이터와; 일측이 상기 제5 링크암의 중간 하단부에 결합되고 타측에 조이스틱 입력장치와 제어정보를 출력하는 디스플레이가 형성된 제어컨트롤러가 형성된 팔걸이 프레임과; 상기 마운트 프레임에 설치되며 상기 제어컨트롤러의 제어 신호에 따라 상기 등기립용 엑츄에이터와 엉덩이 기립용 엑츄에이터와 무릎각 조절용 엑츄에이터와 주행모터와 주행 브레이크를 구동시키는 구동장치로; 구성되며,
상기 구동장치는 상기 제3 링크암과 제5 링크암과 제6 링크암에는 각변위를 감지하는 각도센서와; 상기 제어컨트롤러의 제어 신호에 따라 상기 등기립용 엑츄에이터와 엉덩이 기립용 엑츄에이터와 무릎각 조절용 엑츄에이터와 주행모터와 주행 브레이크를 구동시키는 제어회로부로 구성되고,
상기 제어회로부는 상기 제어컨트롤러와 CAN 통신으로 연결되어,
상기 제어컨트롤러의 제어 신호에 따른 상기 등기립용 엑츄에이터와 엉덩이 기립용 엑츄에이터와 무릎각 조절용 엑츄에이터와 주행모터와 주행 브레이크를 구동 상태와 제어입력 명령 정보, 배터리 상태를 상기 제어컨트롤러의 디스플레이로 출력시켜 전동의자의 주행, 기립 운전 상태 및 제어입출력 명령 안내가 모니터링될 수 있게 하며,
상기 제어컨트롤러에서 기립 또는 착석명령이 발생되면 상기 각도센서의 센싱값에 따라 등기립용 엑츄에이터와 엉덩이 기립용 엑츄에이터와 무릎각 조절용 엑츄에이터를 자동제어시켜 기립 또는 착석시키는 것을 특징으로 하는 구동 제어 및 모니터링 시스템을 구비한 기립형 전동의자를 기술적 요지로 한다.

삭제

상기한 본 발명에 의하여 전동의자의 일반 주행 기능은 물론이고, 일반인의 기립과 유사한 각도로 기립을 수행하여 일상생활의 편리를 도모하고, 제어 및 모니터링 시스템을 활용해 안전 운전 및 사용자 편의를 증진시킬 수 있는 구동 제어 및 모니터링 시스템을 구비한 기립형 전동의자가 제공되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 기립 상태의 사시 구조도
도 2는 본 발명의 착석 상태의 사시 구조도
도 3은 본 발명의 착석 상태의 측면 구조도
도 4는 본 발명의 기립 상태의 측면 구조도
도 5는 본 발명의 구동제어 및 모니터링용 제어컨트롤러 사시도
도 6는 본 발명의 구동장치 제어 블록도
도 7은 본 발명의 전체 구동 시스템을 제어하기 위한 실시예 구성도
도 8은 본 발명의 사용자제어부(제어컨트롤러) 알고리즘 실시예 흐름도
도 9은 기립모터 제어부(제어회로부) 알고리즘에 대한 실시예의 흐름도
도 10는 주행모터 제어부 알고리즘 실시예의 흐름도

이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하의 도 1은 본 발명의 기립 상태의 사시 구조도이며, 도 2는 본 발명의 착석 상태의 사시 구조도이며, 도 3은 본 발명의 착석 상태의 측면 구조도이며, 도 4는 본 발명의 기립 상태의 측면 구조도이며, 도 5는 본 발명의 구동제어 및 모니터링용 제어컨트롤러 사시도이며, 도 6는 본 발명의 구동장치 제어 블록도이며, 도 7은 본 발명의 전체 구동 시스템을 제어하기 위한 실시예 구성도이며, 도 8은 본 발명의 사용자제어부(제어컨트롤러) 알고리즘 실시예 흐름도이며, 도 9은 기립모터 제어부(제어회로부) 알고리즘에 대한 실시예의 흐름도이며, 도 10는 주행모터 제어부 알고리즘 실시예의 흐름도이다.

본 발명은 기립형 전동의자에 관한 것으로서, 크게 구동바퀴(130)와 주행모터(120)가 설치된 마운트 프레임(10)과; 제12링크절(12)과 제13링크절(13)이 형성된 제1 링크암(1)과; 제12링크절(12)에 결합되고 제24링크절(24)이 형성된 제2 링크암(2)과; 제13링크절(13)에 결합되고 제34링크절(34)이 형성된 제3 링크암(3)과; 제24링크절(24)과 제34링크절(34)에 링크 결합된 제4 링크암(4)과; 제34링크절(34)에 링크 결합된 제5 링크암(5)과; 앞바퀴(61)와 발받침(62)이 형성된 제6 링크암(6)과; 제30 보강 프레임(30)과; 제40 보강 프레임(40)과; 제60 보강 프레임(60)과; 제50 보강 프레임(50)과; 등기립용 엑츄에이터(540)와; 엉덩이 기립용 엑츄에이터(310)와; 무릎각 조절용 엑츄에이터(610)와; 제어컨트롤러(8)가 형성된 팔걸이 프레임(7)과; 구동장치(미도시)로 구성된다.

상기한 바와 같이 본 발명은 기립형 전동의자에 관한 것으로서, 전동 운행 및 자동 기립이 실행되며, 이를 모니터링 할 수 있는 장치가 구비된 특징을 가진다.

상기 마운트 프레임(10)은 본 발명이 착석자를 기립 구동시키기 위한 무게 중심부로서, 전동 의자의 착석부 하부에 형성되는 구조물이다.

상기 마운트 프레임(10)은 프레임 구조로서 뒷부분에 의자의 구동바퀴(130)가 설치되고 내측에 상기 구동바퀴(130)를 주행시키는 주행모터(120)와 주행 브레이크(110)가 설치된다.

본 발명은 착석자를 기립시키기 위하여 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 의자의 발걸이, 착석부, 등받이 부분을 대칭 링크 결합된 제1 링크암(1), 제2 링크암(2), 제3 링크암(3), 제4 링크암(4), 제5 링크암(5) 및 제6 링크암(6)으로 형성시킨다.

상기 각 링크암은 두개의 대칭 구조물로서, 상기 마운트 프레임(10)의 앞측 상단에 대칭 형성된다.

상기 제1 링크암(1)은 상기 마운트 프레임(10)의 앞부분 상단 양측에 고정되는 고정 프레임으로서, 양측으로 제12링크절(12)과 제13링크절(13)이 형성되어, 다른 링크암의 무게 지지점이 된다.

상기 제2 링크암(2)과 상기 제3 링크암(3)은 착석부를 형성시키는 평행 링크암으로서, 일측은 상기 제1 링크암(1)으로 연결되고, 타측은 제4 링크암(4)으로 연결된다.

상기 제2 링크암(2)은 일측은 상기 제12링크절(12)에 링크 결합되고 타측에 제24링크절(24)이 형성된 두개의 링크암으로서, 상기 마운트 프레임(10)의 앞측 상단에 대칭 형성된다.

상기 제3 링크암(3)은 일측은 상기 제13링크절(13)에 링크 결합되고 타측에 제34링크절(34)이 형성된 두개의 제3 링크암으로서, 상기 마운트 프레임(10)의 앞측 상단에 대칭 형성된다.

상기 제4 링크암(4)은 일측은 상기 제24링크절(24)에 링크 결합되고 타측에 상기 제34링크절(34)에 링크 결합되어 상기 제2 링크암(2)과 제3 링크암(3)이 평행 힌지 운동되게 한다.

이를 위하여 상기 제4 링크암(4)은 제1 링크암(1)과 같은 길이를 가지는 것이 바람직하다.

상기 제5 링크암(5)은 등받이를 형성시키는 U자형 프레임 구조로 형성되어 양측단이 상기 제34링크절(34)에 링크 결합된다.

상기 제6 링크암(6)은 발걸이를 형성시키는 부분으로서, 일측은 상기 제12링크절(12)에 링크 결합되고 타측은 앞바퀴(61)가 형성되며 발받침(62)으로 상호 연결된다.

상기 제30 보강 프레임(30)은 상기 두개의 제3 링크암(3)의 중간 부분을 연결 보강시키는 프레임으로서, 상기 제3 링크암(3)이 착석부를 형성시킬 수 있게 한다.

상기 제40 보강 프레임(40)은 상기 두개의 제4 링크암(4)의 중간 부분을 연결 보강시키는 프레임으로서, 상기 제4 링크암(4)이 연결되게 보강 지지한다.

상기 제50 보강 프레임(50)은 상기 두개의 제5 링크암(5)의 중간 부분을 연결 보강시키는 프레임으로서, 상기 제5 링크암(5)이 등받이를 형성시킬 수 있게 한다.

상기 제60 보강 프레임(60)은 상기 두개의 제6 링크암(6)의 중간 부분을 연결 보강시키는 프레임으로서, 상기 제6 링크암(6)이 연결되게 보강 지지한다.

본 발명은 3개의 엑츄에이터가 형성되어 등받이, 착석부 발걸이 부분을 형성시키는 링크암을 구동하여 의자의 기립 구동이 형성되도록 한다.

본 발명의 엑츄에이터는 유압 또는 전동으로 구동되어 길이를 가변시키는 길이가변형 엑츄에이터(본 발명의 실시예에서는 리니어 엑츄에이터 사용)이다.

본 발명의 각 엑츄에이터는 양단이 링크 결합되고, 길이가 가변되는 가변 링크암으로서 기능하므로, 양단을 고정단과 운동단으로 구분하여 설명하기로 한다.

본 발명의 등기립용 엑츄에이터(540)는 상기 제40 보강 프레임(40) 중간부에 고정단에 설치되고 상기 50 프레임 중간부에 운동단에 설치되는 엑츄에이터이다.

따라서, 상기 등기립용 엑츄에이터(540)는 상기 제40 보강 프레임(40)에 의지하여 상기 제50 보강 프레임(50)을 링크 구동시켜 등받이가 기립 구동되게 한다.

본 발명의 엉덩이 기립용 엑츄에이터(310)는 상기 마운트 프레임(10) 하부 뒷부분에 고정단에 설치되고 상기 제30 보강 프레임(30) 중간부에 운동단이 설치되는 엑츄에이터로서, 상기 마운트 프레임(10)에 의지하여 상기 제30 프레임(30)을 링크 구동시켜 착석부가 기립 구동되게 한다.

본 발명의 무릎각 조절용 엑츄에이터(610)는 상기 마운트 프레임(10) 하부 앞부분에 고정단에 설치되고 상기 제60 보강 프레임(60) 중간부에 운동단이 설치되는 엑츄에이터로서, 상기 마운트 프레임(10)에 의지하여 상기 제60 보강 프레임(60)을 링크 구동시켜 발걸이가 기립시 연동구동되게 한다.

본 발명의 팔걸이 프레임(7)은 일측이 상기 제5 링크암(5)의 중간 하단부에 결합되고 타측에 의자 제어컨트롤러(8)가 형성되어 팔걸이를 형성시키는 부분이다.

상기 제어컨트롤러(8)는 본 발명의 기립 구동 명령을 입력하는 부분으로서, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에서는 구동 명령을 편리하게 입력할 수 있도록 조이스틱(80)이 형성되고, 기립 구동 상태 및 각종 제어 상태를 인지할 수 있도록 디스플레이(81)가 형성되어 진다.

상기 제어컨트롤러(8)에서 도 8에 도시된 바와 같이 전체 구동 알고리즘을 수행하는 구동장치로 통하는 입력을 처리하고 주행을 제어하며, 모니터링 시스템을 이용하여 기립 및 주행 모드 선택이 명료하고 편리하게 사용하도록 제공한다.

디스플레이(81)를 통한 모니터링 시스템의 주행모드에서는 주행 속도, 주행 속도 제한, 배터리 상태 확인 등이 가능하며, 기립모드에서는 기본 주행 자세와 더불어 리클라이닝 자세(비스듬히 기댄 자세), 기립 자세에 대한 각도 등을 자동으로 수행하도록 지정 자세 이동 명령 가능하게 한다.

이를 위해 상기 디스플레이(81)에는 명시성이 높은 아이콘 배열과 직관적인 사용이 가능한 GUI를 통해 네비게이션이나 스마트폰에 서툰 장애인이나 노약자들도 사용하기 쉽도록 제공한다.

본 발명의 구동장치(미도시)는 상기 마운트 프레임(10)에 설치되며 상기 제어컨트롤러(8)의 제어 신호에 따라 상기 등기립용 엑츄에이터(540)와 엉덩이 기립용 엑츄에이터(310)와 무릎각 조절용 엑츄에이터(610)와 주행모터(120)와 주행 브레이크(110)를 구동시키는 제어부이다.

상기 구동장치(미도시)와 제어컨트롤러(8)에 의하여 본 발명의 전동의자가 구동 제어 및 모니터링이 실시된다.

본 발명에서는 상기 제3 링크암(3)과 제5 링크암(5)과 제6 링크암(6)에는 각변위를 감지하는 각도센서(90)가 형성되어, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 구동장치(미도시)로 전송되게 한다.

상기 구동장치(미도시)에는 상기 각도센서(90)의 신호를 입력받는 제어회로부(9)가 마련되어 상기 제어컨트롤러(8)의 제어 신호에 따라 상기 등기립용 엑츄에이터(540)와 엉덩이 기립용 엑츄에이터(310)와 무릎각 조절용 엑츄에이터(610)와 주행모터(120)와 주행 브레이크(110)를 구동시킨다.

즉, 상기 제어회로부(9)는 상기 제어컨트롤러(8)에서 기립 또는 착석명령이 발생되면 상기 각도센서(90)의 센싱값에 따라 등기립용 엑츄에이터(540)와 엉덩이 기립용 엑츄에이터(310)와 무릎각 조절용 엑츄에이터(610)를 자동제어시켜 기립 또는 착석시킨다.

상기 제어회로부(9)는 상기 제어컨트롤러(8)와 CAN 통신으로 연결되어 기립 또는 착석 구동명령이 전달되게 한다.

상기 제어회로부(9)는 전동의자의 주행 제어를 실시하는데, 모터의 경제성과 구동성을 가지게 하기 위해 주행 모터로 BLDC 모터 선정 및 적용하고, 모터별 제어기를 두어 속도를 제어한다.

본 발명의 제어회로부(9)는 도 7에 도시된 바와 같이 주행 구동바퀴(130)를 구동하는 BLDC 주행모터(120)를 적정 제어하여 급제동 및 급출발을 방지하고, 사용자 상황에 맞는 주행 속도 제어 제한을 두어 최대 속도를 지정 속도 이상으로 상승하지 못하도록 제어하는 알고리즘을 제공한다.

또한, 본 발명은 장애인 및 노약자가 탑승하는 전동의자이므로 주행 바퀴 제어시 급제동 및 급출발을 제한하고 주행 안정성을 보장하기 위한 RAMP 제어, PID 제어를 수행하여 BLDC 주행 제어가 이루어지도록 하며, 사용자 주행 중 사용 가능한 외부 브레이크를 따로 두지 않고 전자브레이크 시스템을 차용하여 점진적으로 정지 상태로 만들어 사용자의 급제동으로 인해 전복과 같은 상황으로 인한 상해를 입지 않도록 구현한다.

또한, 주행 시 발판을 약간 들어 사용자 하체의 편안함 뿐 아니라 주행 시 걸리지 않도록 위치 조정되게 하고, 발판 옆 보조 바퀴를 장착하여 주행 시 나타나는 장애물을 넘을 때 충격을 최소화하고, 언덕을 넘을 때에는 지지할 수 있도록 한다.

상기 제어회로부(9)의 기립제어는 기립을 위해 무릎 부분, 엉덩이 부분, 등 부분에 형성된 3개의 리니어 액추에이터를 기립을 위한 각 관절부 각도 제어를 위한 자세 제어용 각도 센서 정보를 이용하여 구동시키는데, 상기 각도센서(90)는 안정성있는 기립을 수행하기 위해 지면과의 각도를 고려하기 위한 자이로센서를 장착하며, 일반적인 기립 수준의 각도(80도 이상) 재현하여 실 기립과 동일한 행동반경이 제공될 수 있게 한다.

또한, 미리 설정해놓은 리클라이닝 동작 각도(20도, 50도) 별 이동이 가능하게 하며, 안정적 제어 명령 송수신을 위한 CAN 통신을 사용한다.

도 7에는 본 발명의 전체 구동 시스템을 제어하기 위한 실시예가 상세하게 구성도로 나타나 있는데, 전동의자 전체 시스템은 조이스틱과 LCD 모듈을 포함하는 사용자제어부(제어컨트롤러)와 주행모터를 제어하는 주행부, 그리고 기립 모터 3개를 제어하는 기립부로 구분된다.

사용자제어부(제어컨트롤러)에서 사용자의 주행 명령이 입력되는 경우, 기립 자세인 경우 착석 상태인 기본 형태로 전동의자 자세를 이동한 후 양쪽의 구동 모터 제어기를 통해 BLDC 모터를 구동시킨다.

사용자가 기립 명령을 입력하는 경우 전동의자 관절에 장착되어 있는 각도 센서와 전동의자 수평 여부를 측정하는 자이로 센서(각도 센서)를 읽어 현재 전동의자의 자세를 판정하고 사용자 입력에 맞는 자세로 이동한다.

도 8은 본 발명의 사용자제어부(제어컨트롤러) 알고리즘 실시예를 흐름도로 나타낸 것이다.

사용자제어부(제어컨트롤러)는 외부에서 생성되는 사용자 입력 즉, 조이스틱 위치, 주행 또는 기립 모드 선택, LCD 모듈 선택을 통해 이동 요소값을 계산하며, 주행 또는 기립을 수행한 후 현재의 전동의자 상태 및 배터리 상태 등을 LCD 모듈로 업데이트하고, 기립 또는 주행 모터로의 제어 명령 송신 및 결과값 수신의 안정성을 위해 CAN 통신을 이용한다.

도 9은 기립모터 제어부(제어회로부) 알고리즘에 대한 실시예의 흐름도이다.

기립 모드 선택 시, LCD 모듈에 미리 저장된 유용한 자세 즉, 착석자세에서 부터 20도, 50도, 완전 기립 자세를 선택하면 수동 조작 없이 자동으로 해당 자세로 이동한다.

이때 사용자제어부(제어컨트롤러)는 각 관절에 부착된 자세 제어 센서(각도 센서)들의 값을 읽어 안정적 자세로 이동하도록, 기립 모터 제어기(제어회로부)와의 CAN 통신을 이용하여 이동 및 상태에 대한 명령을 주고 정확한 이동을 했는지 응답을 받는다.

제어를 위한 CAN 프로토콜을 확정하여 오동작을 방지하도록 하였으며, 자세 제어 센서(각도 센서) 중 하나는 자이로센서로 지면과 시스템의 수평 각도를 읽어 기립 시 각도 이동 명령에 가중치로 활용하여 안정적 기립 자세를 잡을 수 있는 알고리즘을 구현하여 개발하였다.

도 10는 주행모터 제어부 알고리즘 실시예의 흐름도이다.

주행 모드 선택 시, 운전자의 연령 또는 장애정도에 알맞게 주행속도를 단계적으로 조절할 수 없다는 단점을 개선하기 위해 LCD 모듈 상에 주행속도 제한 단계를 설정할 수 있도록 하였다.

1~5단계로 이루어져 있으며 기본 설정값은 3으로 현 시스템이 낼 수 있는 최고 속도의 50%의 제한을 두도록 하였다.

속도 제어에 취약한 계층일수록 단계를 낮게 설정하여 사용하도록 권장한다.

본 설정 후 사용자가 직접 조이스틱을 이용하여 방향과 속도를 주어 주행이 가능하다.

장애를 가진 전동형 이동기기 운전자들이 급출발 및 급제동으로 따른 외부 저항에 대한 통제력이 부족하여 상해를 입힐 수 있는 문제점을 보완하기 위해 주행 바퀴 모터로 사용되는 BLDC 모터 제어 알고리즘에 사용자 지령 속도의 반응을 완만하게 처리하는 기능을 넣었다. 현재 속도와 새로 입력되는 지령 속도를 비교하여 실제 이동 속도를 지시하게 되는데 RAMP 제어를 통해 급출발 또는 급제동하게 되는 속도 지령이 없도록 한다. 그리고 주행 바퀴에는 Hall 센서와 회전자를 설치하고 신호를 수집하여 실제 이동 속도를 재확인하며, 이 과정을 반복하며 안정적인 구동 제어를 구현하였다.

이상 설명한 본 발명에 의하여, 고정 자세로 일정 시간 주행 또는 생활을 하게 되는 장애인과 노약자들이 일상생활에서 좀 더 넓은 행동반경을 활용하여 높은 곳의 물건을 집거나 스스로 기립 자세를 취할 수 있는 편의 기능이 제공된다.

본 발명의 기립 각도는 시트를 감안하여 80도(degree) 이상의 일반인의 기립 수준의 각도를 가질 수 있도록 전동의자의 구조적 기립성이 지원되도록 구현하며, 침대 등으로 이동하지 않고서 틸팅(tilting) 자세를 제공하여 고정 자세로 인한 근육의 스트레칭이 가능하게 한다.

그리고 제어 및 모니터링을 위한 시스템을 장착하여 주행 및 기립에 대한 편리한 제어 기능을 제공하고 주행 속도 및 배터리 상태 등 현재 상태를 한번에 모니터할 수 있도록 지원한다.

이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 도면은 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예로서 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.

따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

1 : 제1 링크암 2 : 제2 링크암
3 : 제3 링크암 4 : 제4 링크암
5 : 제5 링크암 6 : 제6 링크암
7 : 팔걸이 프레임 8 : 제어컨트롤러
9 : 제어회로부 10 : 마운트 프레임
12 : 제12링크절 13 : 제13링크절
24 : 제24링크절
30 : 제30 보강 프레임 34 : 제34링크절
40 ; 제40 보강 프레임 50 : 제50 보강 프레임
60 : 제60 보강 프레임 61 : 앞바퀴
62 : 발받침 80 : 조이스틱
81 : 디스플레이 90 : 각도센서
110 : 주행 브레이크 120 : 주행모터
130 : 구동바퀴 310 : 엉덩이 기립용 엑츄에이터
540 : 등기립용 엑츄에이터 610 : 무릎각 조절용 엑츄에이터

Claims

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육면 프레임 구조로서 뒷부분에 의자의 구동바퀴가 설치되고 내측에 상기 구동바퀴를 주행시키는 주행모터와 주행 브레이크가 설치되는 마운트 프레임과;
상기 마운트 프레임의 앞부분 상단 양측에 고정되며 양측으로 제12링크절과 제13링크절이 형성된 두개의 제1 링크암과;
일측은 상기 제12링크절에 링크 결합되고 타측에 제24링크절이 형성된 두개의 제2 링크암과;
일측은 상기 제13링크절에 링크 결합되고 타측에 제34링크절이 형성된 두개의 제3 링크암과;
일측은 상기 제24링크절에 링크 결합되고 타측에 상기 34링크절에 링크 결합되어 상기 제2링크암과 제3링크암이 평행 힌지 운동되게 하는 두개의 제4 링크암과;
U자형 프레임 구조로 형성되어 양측이 상기 제34링크절에 링크 결합된 제5 링크암과;
일측은 상기 제12링크절에 링크 결합되고 타측은 앞바퀴가 형성되며 발받침으로 상호 연결된 두개의 제6 링크암과;
상기 두개의 제3 링크암의 중간 부분을 연결 보강시키는 제30 보강 프레임과;
상기 두개의 제4 링크암의 중간 부분을 연결 보강시키는 제40 보강 프레임과;
상기 두개의 제6 링크암의 중간 부분을 연결 보강시키는 제60 보강 프레임과;
상기 제5 링크암의 중간 부분을 연결 보강시키는 제50 보강 프레임과;
상기 40 보강 프레임 중간부에 고정단에 설치되고 상기 50 프레임 중간부에 운동단에 설치되는 등기립용 엑츄에이터와;
상기 마운트 프레임 하부 뒷부분에 고정단에 설치되고 상기 30 보강 프레임 중간부에 운동단이 설치되는 엉덩이 기립용 엑츄에이터와;
상기 마운트 프레임 하부 앞부분에 고정단에 설치되고 상기 60 보강 프레임 중간부에 운동단이 설치되는 무릎각 조절용 엑츄에이터와;
일측이 상기 제5 링크암의 중간 하단부에 결합되고 타측에 조이스틱 입력장치와 제어정보를 출력하는 디스플레이가 형성된 제어컨트롤러가 형성된 팔걸이 프레임과;
상기 마운트 프레임에 설치되며 상기 제어컨트롤러의 제어 신호에 따라 상기 등기립용 엑츄에이터와 엉덩이 기립용 엑츄에이터와 무릎각 조절용 엑츄에이터와 주행모터와 주행 브레이크를 구동시키는 구동장치로; 구성되며
상기 구동장치는
상기 제3 링크암과 제5 링크암과 제6 링크암에는 각변위를 감지하는 각도센서와;
상기 제어컨트롤러의 제어 신호에 따라 상기 등기립용 엑츄에이터와 엉덩이 기립용 엑츄에이터와 무릎각 조절용 엑츄에이터와 주행모터와 주행 브레이크를 구동시키는 제어회로부로 구성되고
상기 제어회로부는
상기 제어컨트롤러와 CAN 통신으로 연결되어,
상기 제어컨트롤러의 제어 신호에 따른 상기 등기립용 엑츄에이터와 엉덩이 기립용 엑츄에이터와 무릎각 조절용 엑츄에이터와 주행모터와 주행 브레이크를 구동 상태와 제어입력 명령 정보, 배터리 상태를 상기 제어컨트롤러의 디스플레이로 출력시켜 전동의자의 주행, 기립 운전 상태 및 제어입출력 명령 안내가 모니터링될 수 있게 하며,
상기 제어컨트롤러에서 기립 또는 착석명령이 발생되면 상기 각도센서의 센싱값에 따라 등기립용 엑츄에이터와 엉덩이 기립용 엑츄에이터와 무릎각 조절용 엑츄에이터를 자동제어시켜 기립 또는 착석시키는 것을 특징으로 하는 구동 제어 및 모니터링 시스템을 구비한 기립형 전동의자.