KR101963953B1

KR101963953B1 - 보행 보조를 위한 조향 제어장치

Info

Publication number: KR101963953B1
Application number: KR1020170034535A
Authority: KR
Inventors: 이순걸; 원인식; 정제연
Original assignee: 경희대학교 산학협력단
Priority date: 2017-03-20
Filing date: 2017-03-20
Publication date: 2019-07-31
Also published as: KR20180106351A

Abstract

개시된 본 발명에 의한 보행 보조를 위한 조향 제어장치는, 사용자의 보행력을 보조하는 몸체유닛, 몸체유닛에 대해 회전 가능하게 연결되어 사용자에 의해 파지 가능한 핸들유닛, 핸들유닛에 복수개 마련되어 사용자의 보행 방향에 따라 가변되는 압력 변화로 사용자의 조향 의지를 감지하는 감지유닛 및 감지유닛에 의해 감지된 조향 의지에 연동하여 몸체유닛의 구동을 제어하는 제어유닛을 포함한다. 이러한 구성에 의하면, 적은 힘으로도 큰 구동력 발생이 가능해져, 사용자의 보행 보조력이 향상시킬 수 있게 된다.

Description

보행 보조를 위한 조향 제어장치{DIRECTIONAL CONTROL DEVICE FOR WALKING ASSISTANCE}

본 발명은 보행 보조를 위한 조향 제어장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 사용자가 원하는 방향으로 구동력을 가이드하여 사용자의 조향 의지에 최적화된 보행 보조를 위한 조향 제어장치에 관한 것이다.

최근 국내를 비롯한 전세계적으로 평균 수명 연장에 따른 노인 인구의 지속적인 증가로 인해, 급속하게 초고령화 사회로 진입하고 있다. 고령화 시대에 따른 뇌졸증 등과 같은 신체마비 장애인 또한 증가 추세에 있으며, 근력이 부족하여 거동이 불편한 고령자가 급속하게 증가하고 있다. 이와 관련하여, 일상 생활 중에서 가장 큰 비중을 차지하는 보행을 보조하기 위한 기술에 대한 관심이 점차 높아지고 있다.

한편, 보행 보조기술은 일반적으로, 적은 힘으로도 보행을 보조할 수 있는 보행 보조 로봇의 연구가 점차 증대되고 있다. 이러한 보행 보조 로봇은 사용자가 손잡이를 잡고 보행하는 보행력에 의해 구동됨이 일반적이다. 이에 따라, 근래에는 보행 보조 로봇과 같은 보행 보조기의 구동력을 부가하여 적은 힘으로도 사용자의 보행을 보조할 수 있는 다양한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0717397호 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0103634호

본 발명의 목적은 사용자의 조향 의지를 파악하여 최적의 구동력 발생이 가능한 보행 보조를 위한 조향 제어장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 사용자의 조향 정보를 프로파일로 저장하여 사용자에 대한 최적화된 조향 구동력 제어가 가능한 보행 보조를 위한 조향 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 보행 보조를 위한 조향 제어장치는, 사용자의 보행력을 보조하는 몸체유닛, 상기 몸체유닛에 대해 회전 가능하게 연결되어, 상기 사용자에 의해 파지 가능한 핸들유닛, 상기 핸들유닛에 복수개 마련되어, 상기 사용자의 보행 방향에 따라 가변되는 압력 변화로 상기 사용자의 조향 의지를 감지하는 감지유닛 및 상기 감지유닛에 의해 감지된 조향 의지에 연동하여 상기 몸체유닛의 구동을 제어하는 제어유닛을 포함한다.

일측에 의하면, 상기 감지유닛은 상기 핸들유닛에 복수개 마련되어 압력 변화를 감지하는 FSR(Force Sensitive Resister) 센서를 포함할 수 있다.

일측에 의하면, 상기 핸들유닛은, 상기 몸체유닛과 연결되는 연결부재 및 일단부가 상기 연결부재에 마련된 연결홈에 삽입되어 회전 가능하게 연결되며, 상기 사용자에 의해 파지 가능한 핸들바를 포함하며, 상기 연결홈에 대해 상기 핸들바의 일단부가 유격되도록 상기 연결홈의 직경이 상기 핸들바 일단부의 직경보다 클 수 있다.

일측에 의하면, 상기 감지유닛은, 상기 핸들바의 외주면을 따라 원주방향으로 상호 나란하게 마련되어, 상기 핸들바를 조작하는 방향에 따라 가변되는 압력을 감지하는 복수의 제1감지부 및 상기 연결홈에 삽입되는 상기 핸들바의 일단부에 마련되어, 상기 핸들바를 밀거나 당기는 압력 변화를 감지하는 적어도 하나의 제2감지부를 포함할 수 있다.

일측에 의하면, 상기 제1 및 제2감지부는 압력 변화를 감지하는 FSR(Force Sensitive Resister) 센서를 포함할 수 있다.

일측에 의하면, 상기 제어유닛은 상기 제1 및 제2감지부에 의해 감지된 정보로 도출된 압력중심의 좌표값으로 상기 사용자의 조향 의지를 판단하여 구동력 발생을 제어할 수 있다.

일측에 의하면, 상기 제어유닛은 상기 조향 의지를 수집하여 프로파일을 생성할 수 있다.

일측에 의하면, 상기 제어유닛은, 상기 핸들바의 지면과 수평 및 수직한 축이 이루는 복수의 좌표계의 각 축들이 교차하는 지점을 영(0)으로 변환하여, 상기 감지유닛의 초기 압력중심(Center Of Pressure, COP)이 상기 핸들바의 중심이 되도록 조정할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 보행 보조를 위한 조향 제어장치는, 사용자의 보행력을 보조하는 몸체유닛, 상기 몸체유닛에 움직임 가능하게 연결되어 상기 사용자에 의해 파지 가능한 핸들유닛, 상기 핸들유닛이 회전되는 압력 변화를 감지하는 제1감지부 및 상기 핸들유닛을 밀거나 당기는 압력 변화를 감지하는 제2감지부를 포함하여, 상기 사용자의 조향 의지를 감지하는 감지유닛 및, 상기 감지유닛에 의해 감지된 압력정보의 평균 좌표값을 도출하여 상기 사용자의 조향 의지를 판단함으로써, 상기 몸체유닛의 조향 구동을 제어하는 제어유닛을 포함한다.

일측에 의하면, 상기 제1감지부는 상기 핸들바의 외주면을 따라 원주방향으로 상호 나란하게 마련되며, 상기 제2감지부는 상기 핸들바의 일단부에 마련될 수 있다.

일측에 의하면, 상기 제어유닛은, 상기 핸들바의 지면과 수평 및 수직한 축이 이루는 제1좌표계 및 상기 제1좌표계에 대해 45° 각도를 이루고 있는 제2좌표계 각각의 압력중심을 도출한 후, 상기 제1좌표계의 압력중심과 상기 제2좌표값의 압력중심을

에 의해 변환한 압력중심으로 평균 좌표값을 도출하여, 상기 사용자의 조향 의지를 판단할 수 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 첫째, 핸들유닛에 가해지는 사용자의 조향 의지를 감지하여 구동력을 제어함으로써, 사용자가 적은 힘으로도 원하는 조향으로 용이하게 보행할 수 있게 된다.

둘째, 사용자가 파지하는 핸들유닛에 가해지는 압력변화로 인해 조향 의지를 판단함으로써, 특별한 사용방법의 숙지 없이 조작이 직관적이다. 그로 인해, 보행 보조를 위한 사용자의 다양성 확보에 유리하다.

셋째, 사용자의 조향 정보를 프로파일로 저장하여 관리함으로써, 사용 빈도수가 높아질수록 사용자의 조향 의지 판단 및 구동력 제어의 정확도가 향상된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 보행 보조를 위한 조향 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 핸들유닛을 개략적으로 확대 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 핸들유닛을 개략적으로 분해 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 핸들바에 제1감지부가 마련된 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다. 그리고,
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 보행 보조를 위한 조향 제어장치의 보행 보조동작을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 순서도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 그와 같은 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 사상은 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 발명의 사상에 포함되는 것이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 보행 보조를 위한 조향 제어장치(1)는 몸체유닛(10), 핸들유닛(20), 감지유닛(30) 및 제어유닛(40)을 포함한다.

상기 몸체유닛(10)은 사용자(H)의 보행에 연동하여 함께 주행하면서, 사용자(H)의 보행력을 보조한다. 상기 몸체유닛(10)은 일종의 몸체(11)에 대해 복수의 바퀴(12)가 장착된 형상을 가지는 일종의 모빌리티(Mobility) 수단이다.

참고로, 상기 몸체유닛(10)은 도 1의 도시와 같이, 일종의 수레와 같은 형상을 가지는 것으로 도시 및 예시하나 꼭 이에 한정되지 않는다. 즉, 도 1의 몸체유닛(10)의 형상은 일 예일 뿐, 다양한 조건에 따라 가변 가능함은 당연하다.

상기 핸들유닛(20)은 몸체유닛(10)에 대해 회전 가능하게 연결되어, 사용자에 의해 파지 가능하다. 상기 핸들유닛(20)은 도 1 및 도 2의 도시와 같이, 몸체유닛(10)과 연결되는 연결부재(21)와 사용자에 의해 파지 가능한 핸들바(22)를 포함한다.

상기 연결부재(21)는 핸들바(22)와 몸체(11) 사이에 마련되며, 핸들바(22)의 일단부가 삽입 가능한 연결홈(21a)을 구비한다. 여기서, 도 2의 도시와 같이, 상기 연결홈(21a)의 직경은 핸들바(22)의 일단부가 유격된 간격(G)을 가지고 삽입 가능하도록, 핸들바(22)의 직경보다 크다.

상기 핸들바(22)는 일단부는 연결부재(21)의 연결홈(21a)에 삽입되고, 타단부는 일단부로부터 길이방향으로 연장되는 봉 형상을 가진다. 이러한 핸들바(22)의 형상은 도시된 예로 한정되지 않으며, 사용자(H)에 의해 파지가 용이한 다양한 형상으로 변경 가능하다.

한편, 상기 핸들바(22)의 일단부와 연결홈(21a) 사이에 유격된 간격(G)이 마련됨으로써, 핸들바(22)는 연결홈(21a)에 삽입된 일단부를 중심으로 타단부가 회전될 수 있게 된다. 이때, 상기 핸들바(22)의 일단부에는 도 3의 도시와 같이, 회전축(23)이 마련되어 연결홈(21a)에 삽입됨으로써, 핸들바(22)의 회전을 가이드한다.

상기 감지유닛(30)은 핸들유닛(20)에 복수개 마련되어, 사용자(H)의 보행 방향 즉, 조향에 따라 가변되는 압력 변화로 사용자의 조향 의지를 감지한다. 상기 감지유닛(30)은 도 3의 도시와 같이, 제1 및 제2감지부(31)(32)를 포함하여 조향 방향을 감지한다.

상기 제1감지부(31)는 핸들바(22)의 외주면을 따라 원주방향으로 상호 나란하게 마련되어, 핸들바(22)를 조작하는 방향에 따라 가변되는 압력을 감지한다. 이러한 제1감지부(31)는 압력 변화를 감지하기 위한 압력센서를 복수개 포함하며, 본 실시예에서는 FSR(Force Sensitive Resister) 센서를 포함한다.

본 실시예에서는 상기 제1감지부(31)가 도 3 및 도 4의 도시와 같이, 핸들바(22)의 원주방향으로 상호 나란하게 8개 마련되는 것으로 도시 및 예시한다. 그러나, 꼭 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1감지부(31)가 핸들바(22)의 가로방향에 대한 적어도 4방향으로 가해지는 압력 변화를 감지할 수 있도록, 적어도 4개 이상 마련되는 다양한 변형예가 가능함은 당연하다.

상기 제2감지부(32)는 연결홈(21a)에 삽입되는 핸들바(22)의 일단부에 마련되어, 핸들바(22)를 밀거나 당기는 압력 변화를 감지하도록 적어도 하나 마련된다. 보다 구체적으로, 상기 제2감지부(32)는 핸들바(22)의 일단부에 마련되는 회전축(23)에 마련된다.

상기 제2감지부(32) 또한, 제1감지부(31)와 마찬가지로 FSR 센서와 같은 압력 센서를 포함하여, 핸들바(22)에 가해지는 밀거나 당기는 압력 변화를 감지한다. 이러한 제2감지부(32)는 핸들바(22)를 밀거나 당기는 압력 변화를 감지함으로써, 사용자(H)가 핸들바(22)를 파지한 상태로 전진 또는 후진하는지 여부를 감지할 수 있게 된다.

상기 제어유닛(40)은 감지유닛(30)에 의해 감지된 조향 의지에 연동하여 몸체유닛(10)의 구동을 제어한다. 보다 구체적으로, 상기 제어유닛(40)은 감지유닛(30)에 의해 감지된 정보로 압력중심을 도출하여, 사용자의 조향 의지를 판단하여 구동력을 발생시킨다.

이러한 제어유닛(40)이 감지유닛(30)에 의해 감지된 정보를 이용해 사용자(H)의 조향 의지를 판단함을 도 4를 참고하여 설명한다.

도 4를 참고하면, 지면과 수평 및 수직한 축이 이루고 있는 좌표계를 제1좌표계(x1, y1)로 지칭하고, 제1좌표계(x1, y1)에 대해 45° 각도를 이루고 있는 좌표계를 제2좌표계(x2, y2)라고 지칭할 경우, 각 축들이 교차하는 지점을 영(0)으로 조절하여 축의 끝부분을 ±1024로 지정한다.

상기 제1좌표계(x1, y1) 및 제2좌표계(x2, y2)를 이루고 있는 제1감지부(31)의 감지된 정보를 이용하여 제1좌표계(x1, y1)의 압력중심(Center Of Pressure, COP) 및 제2좌표계(x2, y2)의 압력중심을 도출한다. 여기서, 상기 제2좌표계(x2, y2)의 압력중심은 하기 수학식 1과 같은 회전 변환을 이용하여 제1좌표계(x1, y1)로 변환한다.

상기 제1좌표계(x1, y1)의 압력중심과 상기 수학식 1에 의해 제2좌표계(x2, y2)에서 변환한 압력중심의 좌표값의 평균을 도출함으로써, 최종적으로 압력중심의 좌표값을 도출한다.

최종적으로 도출된 압력중심의 좌표값을 이용하여, 상기 제어유닛(40)은 사용자(H)의 조향 의도를 판단하고, 사용자(H)가 원하는 방향으로 몸체유닛(10)의 구동력을 발생시킨다.

한편, 상기 제어유닛(40)은 도출된 조향 정보를 수집하여 프로파일을 생성한다. 그로 인해, 상기 제어유닛(40)은 조향 정보가 늘어날수록 사용자(H)의 조향 의지를 정확히 파악할 수 있으므로, 적은 힘으로도 무게가 많이 나가는 모빌리티 수단인 몸체유닛(10)을 원하는 방향으로 용이하게 제어할 수 있게 된다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 보행 보조를 위한 조향 제어장치(1)의 보행 보조동작(100)을 도 5를 참고하여 설명한다.

도 5의 도시와 같이, 상기 제어유닛(40)은 감지유닛(30)의 영점을 조절한다(110). 구체적으로, 상기 제어유닛(40)은 도 4와 같이, 복수의 제1감지부(31)의 센서 값을 영(0)으로 변환하여 초기 압력중심이 핸들바(22)의 중심이 되도록 조정한다.

상기 영점이 조절된 후(110), 핸들바(22)에 가해는 압력 변화를 제1 및 제2감지부(31)(32)가 감지함으로써 조향을 감지한다(120). 이때, 상기 제어유닛(40)은 핸들바(22)에 가해지는 압력 변화를 감지하는 제1 및 제2감지부(31)(32)의 정보를 통해 압력중심의 평균 좌표값을 도출하여 조향 정보를 판단한다(120).

상기 판단된 조향 정보에 근거하여, 상기 제어유닛(40)은 구동력을 발생시켜 몸체유닛(10)을 구동시킨다(130). 이때, 상기 제어유닛(40)은 조향 정보에 대응하여 구동력 발생을 제어함으로써, 사용자(H)가 적은 힘을 가해도 몸체유닛(10)이 원하는 방향으로 구동력이 발생될 수 있게 된다.

또한, 상기 제어유닛(40)은 사용자(H)의 조향 정보 즉, 데이터를 수집(140)하며, 이렇게 수집된 데이터로 프로파일을 생성한다(150).

참고로, 본 발명에서 설명하는 보행 보조를 위한 조향 제어장치(1)가 노인과 같은 거동이 불편한 사용자의 보행 보조를 위한 것으로 도시 및 예시하나, 꼭 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 어린 아이들의 보행 보조기뿐만 아니라, 무거운 짐이 실려 조향이 어려운 카트에도 적용되어 사용자(H)의 조향 의지를 판단하여 모빌리트 제어가 용이한 다양한 실시예가 가능함은 당연하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: 보행 보조를 위한 조향 제어장치 10: 몸체유닛
20: 핸들유닛 21: 연결부재
22: 핸들바 30: 감지유닛
31: 제1감지부 32: 제2감지부
40: 제어유닛

Claims

사용자의 보행력을 보조하는 몸체유닛;
상기 몸체유닛에 대해 회전 가능하게 연결되어, 상기 사용자에 의해 파지 가능한 핸들유닛;
상기 핸들유닛에 복수개 마련되어, 상기 사용자의 보행 방향에 따라 가변되는 압력 변화로 상기 사용자의 조향 의지를 감지하는 감지유닛; 및
상기 감지유닛에 의해 감지된 조향 의지에 연동하여 상기 몸체유닛의 구동을 제어하는 제어유닛;
을 포함하며,
상기 핸들유닛은,
상기 몸체유닛과 연결되는 연결부재; 및
일단부가 상기 연결부재에 마련된 연결홈에 삽입되어 회전 가능하게 연결되며, 상기 사용자에 의해 파지 가능한 핸들바;
를 포함하되,
상기 연결홈에 대해 상기 핸들바의 일단부가 유격되도록 상기 연결홈의 직경이 상기 핸들바 일단부의 직경보다 크게 마련되어 상기 핸들바의 일단부를 중심으로 타단부가 회전 가능하고,
상기 감지유닛은 상기 핸들바의 일단부에 마련되어, 사용자가 상기 핸들바를 회전, 밀거나 당기는 압력 변화를 동시에 감지 가능한 보행 보조를 위한 조향 제어장치.
제1항에 있어서,
상기 감지유닛은 상기 핸들유닛에 복수개 마련되어 압력 변화를 감지하는 FSR(Force Sensitive Resister) 센서를 포함하는 보행 보조를 위한 조향 제어장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 감지유닛은,
상기 핸들바의 외주면을 따라 원주방향으로 상호 나란하게 마련되어, 상기 핸들바를 조작하는 방향에 따라 가변되는 압력을 감지하는 복수의 제1감지부; 및
상기 연결홈에 삽입되는 상기 핸들바의 일단부에 마련되어, 상기 핸들바를 밀거나 당기는 압력 변화를 감지하는 적어도 하나의 제2감지부;
를 포함하는 보행 보조를 위한 조향 제어장치.
제4항에 있어서,
상기 제1 및 제2감지부는 압력 변화를 감지하는 FSR(Force Sensitive Resister) 센서를 포함하는 보행 보조를 위한 조향 제어장치.
제4항에 있어서,
상기 제어유닛은 상기 제1 및 제2감지부에 의해 감지된 정보로 도출된 압력중심의 좌표값으로 상기 사용자의 조향 의지를 판단하여 구동력 발생을 제어하는 보행 보조를 위한 조향 제어장치.
제6항에 있어서,
상기 제어유닛은 상기 조향 의지를 수집하여 프로파일을 생성하는 보행 보조를 위한 조향 제어장치.
제4항에 있어서,
상기 제어유닛은, 상기 핸들바의 지면과 수평 및 수직한 축이 이루는 복수의 좌표계의 각 축들이 교차하는 지점을 영(0)으로 변환하여, 상기 감지유닛의 초기 압력중심(Center Of Pressure, COP)이 상기 핸들바의 중심이 되도록 조정하는 보행 보조를 위한 조향 제어장치.
사용자의 보행력을 보조하는 몸체유닛;
상기 몸체유닛에 움직임 가능하게 연결되어 상기 사용자에 의해 파지 가능한 핸들유닛;
상기 핸들유닛이 회전되는 압력 변화를 감지하는 제1감지부 및 상기 핸들유닛을 밀거나 당기는 압력 변화를 감지하는 제2감지부를 포함하여, 상기 사용자의 조향 의지를 감지하는 감지유닛; 및
상기 감지유닛에 의해 감지된 압력정보의 평균 좌표값을 도출하여 상기 사용자의 조향 의지를 판단함으로써, 상기 몸체유닛의 조향 구동을 제어하는 제어유닛;
을 포함하며,
상기 핸들유닛은,
상기 몸체유닛과 연결되는 연결부재; 및
일단부가 상기 연결부재에 마련된 연결홈에 삽입되어 회전 가능하게 연결되며, 상기 사용자에 의해 파지 가능한 핸들바;
를 포함하며,
상기 연결홈에 대해 상기 핸들바의 일단부가 유격되도록 상기 연결홈의 직경이 상기 핸들바 일단부의 직경보다 크게 마련되어 상기 핸들바의 일단부를 중심으로 타단부가 회전 가능하고,
상기 제1감지부는 상기 핸들바의 일단부 외주면을 따라 원주방향으로 상호 나란하게 마련되고, 상기 제2감지부는 상기 핸들바의 일단부에 마련되어, 상기 핸들바에 가해지는 회전, 밀거나 당기는 압력 변화를 동시에 감지 가능한 보행 보조를 위한 조향 제어장치.
제9항에 있어서,
상기 제1 및 제2감지부는 압력 변화를 감지하는 FSR(Force Sensitive Resister) 센서를 포함하는 보행 보조를 위한 조향 제어장치.
삭제
삭제
제9항에 있어서,
상기 제어유닛은, 상기 핸들바의 지면과 수평 및 수직한 축이 이루는 복수의 좌표계의 각 축들이 교차하는 지점을 영(0)으로 변환하여, 상기 감지유닛의 초기 압력중심(Center Of Pressure, COP)이 상기 핸들바의 중심이 되도록 조정하는 보행 보조를 위한 조향 제어장치.
제13항에 있어서,
상기 제어유닛은,
상기 핸들바의 지면과 수평 및 수직한 축이 이루는 제1좌표계 및 상기 제1좌표계에 대해 45° 각도를 이루고 있는 제2좌표계 각각의 압력중심을 도출한 후, 상기 제1좌표계의 압력중심과 상기 제2좌표계의 압력중심을
에 의해 변환한 압력중심으로 평균 좌표값을 도출하여, 상기 사용자의 조향 의지를 판단하는 보행 보조를 위한 조향 제어장치.
제9항에 있어서,
상기 제어유닛은 상기 조향 의지를 수집하여 프로파일을 생성하는 보행 보조를 위한 조향 제어장치.