KR102178498B1 - 휠체어의 주행 정보 및 사용자의 운전 정보에 기반하여 안전성을 평가하는 휠체어 운영 시스템 및 방법 - Google Patents

휠체어의 주행 정보 및 사용자의 운전 정보에 기반하여 안전성을 평가하는 휠체어 운영 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

휠체어의 주행 정보 및 사용자의 운전 정보에 기반하여 안전성을 평가하는 휠체어 운영 시스템 및 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 휠체어 운영 시스템은, 휠체어의 센서 정보 및 상기 휠체어의 센서 정보로부터 획득된 사용자의 운전 정보를 이용하여 위험도를 모니터링하는 모니터링부; 상기 모니터링된 위험도에 따라 설정된 조작 가능한 범위에 기초하여 상기 휠체어의 현재 주행 정보와 관련된 조작 정보를 안내하는 안내부; 및 상기 안내된 조작 정보로 상기 휠체어가 제어되고 있는지 여부를 판단함에 따라 상기 휠체어의 주행 및 비주행을 위한 제어 신호를 제어하는 신호 제어부를 포함할 수 있다.

Description

휠체어의 주행 정보 및 사용자의 운전 정보에 기반하여 안전성을 평가하는 휠체어 운영 시스템 및 방법{WHEELCHAIR OPERATION SYSTEM AND METHOD FOR EVALUATING SAFETY BASED ON WHEELCHAIR'S DRIVING INFORMATION AND USER'S DRIVING INFORMATION}
아래의 설명은 휠체어의 주행 정보 및 사용자의 운전 정보에 기반하여 안전성을 평가하는 기술에 관한 것이다.
휠체어는 신체장애자나 환자 또는 거동이 불편한 노약자가 편하게 이동할 수 있도록 돕기 위한 이동보조장치이다. 이러한 휠체어는 시트와 등받이, 그리고 시트의 양측에 장착된 바퀴로 구성되어 있으며, 탑승자가 바퀴를 손으로 직접 회전시키거나 보조자가 뒤에서 손잡이를 잡고 밀어 움직이는 수동 휠체어가 많이 사용되고 있다.
최근에는 수동으로 바퀴를 움직일 필요 없는 전동 휠체어가 많이 개발되고 있으며, 다양한 제품이 출시되어 판매되고 있다. 현재 출시되고 있는 전동 휠체어는 설치된 모터로 바퀴를 구동시켜 움직이도록 함으로써 탑승자가 직접 힘을 가하지 않고도 손쉽게 이동이 가능하다. 이러한 전동 휠체어는 대부분 제어기의 제어 레버를 이용하여 휠체어의 탑승자가 원하는 방향으로 전동 휠체어를 조종할 수 있는 형태로 개발되어 판매되고 있다. 몸이 불편한 장애인들도 전동 휠체어를 사용한다면 제어 레버를 통해서 손쉽게 원하는 곳으로 이동할 수 있게 되었다.
그러나, 전동 휠체어를 사용하는 사용자들 대부분은 중증 장애인, 노령자가 대부분이기 때문에 전동 휠체어의 조작에 있어 많은 어려움을 느끼고 조작 미숙으로 인한 사고 역시 많이 발생하고 있다.
GIS 데이터를 연동하여 생성된 지도 정보를 이용하여 휠체어의 자율 주행을 제어하는 휠체어 운영 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
휠체어의 센서 정보와 사용자의 운전 정보를 이용하여 휠체어의 안전성을 판단하는 휠체어 운영 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
휠체어 운영 시스템에서 수행되는 안전성 평가 방법은, 휠체어의 센서 정보 및 상기 휠체어의 센서 정보로부터 획득된 사용자의 운전 정보를 이용하여 위험도를 모니터링하는 단계; 상기 모니터링된 위험도에 따라 설정된 조작 가능한 범위에 기초하여 상기 휠체어의 현재 주행 정보와 관련된 조작 정보를 안내하는 단계; 및 상기 안내된 조작 정보로 상기 휠체어가 제어되고 있는지 여부를 판단함에 따라 상기 휠체어의 주행 및 비주행을 위한 제어 신호를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 휠체어의 위험도를 모니터링하는 단계는, 상기 휠체어의 센서 정보로부터 상기 휠체어의 기울기 정보, 상기 휠체어의 가속도 정보 또는 상기 휠체어의 주행 방향 정보를 분석하고, 상기 사용자가 휠체어에 착석한 자세 정보 및 상기 사용자로부터 상기 휠체어를 제어하는 습관 정보를 포함하는 사용자의 운전 정보를 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 조작 정보를 안내하는 단계는, 상기 모니터링된 휠체어의 위험도에 따라 상기 휠체어 또는 상기 사용자의 조작 가능한 범위를 설정하고, 상기 설정된 조작 가능한 범위에 기초하여 휠체어의 이동이 가능한 GIS 기반의 도로 정보를 반영한 휠체어의 현재 주행 정보와 관련된 조작 정보를 안내하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 조작 정보를 안내하는 단계는, 상기 휠체어의 현재 주행 정보와 관련하여 현재 위치의 지형 정보 또는 제한 속도와 연계한 조작 정보를 안내하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 조작 정보를 안내하는 단계는, 상기 휠체어의 이동이 가능한 GIS 기반의 도로 정보를 이용하여 경로를 탐색하고, 상기 휠체어의 자율 주행 또는 상기 휠체어의 수동 주행을 포함하는 주행 모드에 따라 상기 탐색된 경로와 관련된 조작 정보를 안내하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제어하는 단계는, 상기 안내된 조작 정보로 상기 휠체어가 제어되고 있지 않은 것으로 판단함에 따라 상기 휠체어의 주행을 정지시키기 위한 제어 신호를 통하여 상기 휠체어를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
휠체어 운영 시스템은, 휠체어의 센서 정보 및 상기 휠체어의 센서 정보로부터 획득된 사용자의 운전 정보를 이용하여 위험도를 모니터링하는 모니터링부; 상기 모니터링된 위험도에 따라 설정된 조작 가능한 범위에 기초하여 상기 휠체어의 현재 주행 정보와 관련된 상기 조작 정보를 안내하는 안내부; 및 상기 안내된 조작 정보로 상기 휠체어가 제어되고 있는지 여부를 판단함에 따라 상기 휠체어의 주행 및 비주행을 위한 제어 신호를 제어하는 신호 제어부를 포함할 수 있다.
휠체어가 이동 가능한 정보를 포함하고 있는 GIS를 연동한 지도 정보를 이용하여 경로를 안내함에 따라 휠체어가 휠체어 전용 길로 주행할 수 있도록 제공할 수 있다.
또한, 휠체어의 센서 정보 및 영상 정보를 이용하여 휠체어의 주행 중에 물체를 감지하여 회피하도록 안내해주기 때문에 위험에 대비할 수 있다.
또한, 휠체어의 센서 정보 및 사용자의 운전 정보를 이용하여 휠체어와 관련된 안전성을 평가하여 사용자가 올바르게 휠체어에 탑승하고 휠체어를 보다 안전하게 운행할 수 있도록 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 휠체어 운영 시스템의 개괄적인 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 휠체어 운영 시스템의 하드웨어 및 소프트웨어 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 휠체어 운영 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 휠체어 운영 시스템의 휠체어의 자율 주행을 제어하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 휠체어 운영 시스템에서 사용자의 신호 입력 성향을 학습하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 휠체어 운영 시스템에서 휠체어의 자율 주행 중에 물체를 회피하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 휠체어 운영 시스템에서 휠체어 또는 사용자의 자세를 모니터링하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 휠체어 운영 시스템에서 휠체어의 안전성을 평가하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 휠체어 운영 시스템에서 사용자의 조작 정보를 안내하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 휠체어 운영 시스템의 개괄적인 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
휠체어 운영 시스템(WOS: Wheelchair Operate System)(100)은 휠체어와 관련된 전반적인 운영을 제어하기 위한 것으로, 서버부 및 클라이언트부로 구성될 수 있다. 이때, 서버부 및 클라이언트부는 분리된 형태로 구성될 수 있고, 또는, 서버부 및 클라이언트부가 통합된 형태로 구성될 수 있다. 도 1은 휠체어 운영 시스템(100)이 서버부 및 클라이언트부로 구성된 것을 나타낸 예이다. 휠체어 운영 시스템(100)에서 서버부는 영상 정보 및 휠체어가 이동 가능한 정보를 포함하고 있는 GIS 기반의 경로 탐색 및 자율 주행을 제어할 수 있다. 휠체어 운영 시스템(100)에서 클라이언트부는 센서 데이터를 측정할 수 있고, 모터를 제어할 수 있다.
서버부에서 클라이언트부로 모터 제어 명령을 전달하면, 클라이언트는 서버로부터 전달된 모테 제어 명령에 기초하여 모터를 제어할 수 있다. 클라이언트부로부터 획득된 센서 데이터가 서버부로 전달될 수 있다.
서버부는 카메라, 모니터, 스피커, 컴퓨터를 포함할 수 있다.
카메라는 자율 주행을 위한 영상 정보를 취득할 수 있다.
컴퓨터는 전체 자율 주행을 위한 휠체어의 서버에 해당하는 부분으로 클라이언트 보드에서 각종 센서 데이터를 수신하고, GPS 정보를 이용하여 탑재된 휠체어 전용 GIS를 이용하여 자율주행 모드에서 휠체어의 모터를 제어하고 네비게이션 정보와 음성 데이터를 출력할 수 있다.
모니터는 네비게이션 정보 및 자율 주행과 관련된 각종 센서 정보의 출력 및 배터리 상태 등 휠체어 모니터링 정보를 출력할 수 있다.
스피커는 안내 정보 및 위험 정보 등을 음성 데이터로 출력할 수 있다.
클라이언트부는 모터, 통신용 단자, 조이스틱, 라이더 센서, 모터 인코더(Motor Encoder), 초음파 센서를 포함할 수 있다. 또한, 클라이언트부는 각종 센서 데이터를 수신하는 디지털(Digital I/O)와 모터에 적합한 전력을 공급하기 위한 모터 구동 인터페이스 보드 역할을 수행할 수 있다. 또한, 라이더 센서 및 초음파 센서 이외에도 다양한 센서(예를 들면, 관성 센서, 기울기 센서 등)가 부착될 수 있고, 다양한 센서들이 부착 및 결합된 센서 모듈로 구성될 수도 있다.
모터는 휠체어 구동을 위한 휠체어 구동용 모터일 수 있다. 또한, 제동 장치가 추가될 수 있다.
USB, WLAN, Ethernet RS485는 통신용 단자이다.
조이스틱은 사용자의 모터 제어를 위한 제어 신호를 입력할 수 있다.
라이더 센서는 자율 주행에서 slam을 위한 데이터 제공, 물체와의 거리를 계산, 물체의 형체를 추정하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 1차원의 라이다 센서를 이용하여 거리 정보가 추정될 수 있다.
모터 인코더는 모터 회전수 등의 검출을 위한 장치이다(예를 들면, optical encoder 등).
초음파 센서는 장애물을 감지하는데 사용될 수 있다.
도 2를 참고하면, 휠체어 운영 시스템의 하드웨어 및 소프트웨어 구성을 설명하기 위한 도면이다. 일례로, ROS 오픈 소스를 활용하여 휠체어의 자율 주행을 위한 휠체어 운영 시스템(100)이 개발될 수 있다. 상세하게는, 컴퓨터, 로봇 운영 시스템, 자율 주행을 위한 휠체어 및 ROS 패키지, 자율 주행을 위한 프로그램이 설치될 수 있다. 예를 들면, 딥러닝 네트워크 탑재를 위해 CUDA가 설치될 수 있다. 이에, ROS에 기반하여 휠체어가 동작되는 휠체어 전용 미들웨어를 제공할 수 있다. 이와 같이, 도 1 및 도 2에 도시된 것은 예시일 뿐, 이에 한정되는 것은 아니다
휠체어 운영 시스템(100)은 휠체어의 주행을 제어할 수 있다. 이때, 휠체어 운영 시스템은 자율 주행 기능을 가진 휠체어를 제어할 수 있다. 휠체어 운영 시스템(100)은 휠체어가 이동 가능한 정보를 포함하고 있는 GIS를 연동한 지도 정보를 이용하여 경로를 탐색할 수 있고, 탐색된 경로와 관련된 네비게이션 정보를 생성할 수 있다. 휠체어 운영 시스템(100)은 휠체어가 이동 가능한 정보를 포함하고 있는 GIS 정보와 지도 정보를 연동하여 네비게이션 기능을 연계할 수 있다. 이때, GIS 정보는 휠체어가 이동 가능한 정보를 포함하고 있을 수 있다. GIS 정보는 사전에 공공기관 또는 기업으로부터 공개 또는 구축된 정보일 수 있으며, 또는, 휠체어의 자율 주행을 통하여 주행되는 경로를 업데이트함에 따라 구축될 수도 있다. 예를 들면, 차도를 제외한 도로, 인도를 포함한 도로, 휠체어 전용 도로, 경사도가 기 설정된 기울기 이하인 도로, 움푹 패이지 않은 평평한 도로 등이 휠체어가 이동 가능한 GIS 정보일 수 있고, 휠체어가 건물에 접근할 수 있는 여부가 포함된 GIS 정보일 수 있다. 이하, 휠체어가 이동 가능한 정보를 포함하고 있는 GIS가 존재한다고 가정하기로 한다.
휠체어 운영 시스템(100)은 생성된 네비게이션 정보를 휠체어로부터 인식된 주변 환경 정보에 기초하여 휠체어의 자율 주행을 위한 제어 신호를 제어할 수 있다. 예를 들면, 휠체어는 자율 주행 중에 도로에서 물체를 인지하고 회피할 수 있다. 또한, 휠체어 운영 시스템(100)은 휠체어의 목적지 정보와 연계하여 휠체어의 자율 주행을 제어할 수 있다.
또한, 휠체어 운영 시스템(100)은 휠체어의 주행에 대한 위험도를 평가하여 보다 안전하게 휠체어를 운영할 수 있도록 제공할 수 있다. 휠체어 운영 시스템(100)은 휠체어의 운전자 및 휠체어의 자세를 모니터링하여 휠체어의 전복을 방지하고 사용자 및 휠체어의 기울어짐을 보정할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 휠체어 운영 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
휠체어 운영 시스템(100)에 포함된 프로세서는 생성부(310), 자율 주행 제어부(320) 및 모니터링부(330), 인터페이스부(340), 안내부(350), 신호 제어부(360)를 포함할 수 있다. 이때, 프로세서 및 프로세서의 구성요소들은 메모리가 포함하는 운영체제의 코드와 적어도 하나의 프로그램의 코드에 따른 명령(instruction)을 실행하도록 구현될 수 있다. 여기서, 프로세서의 구성요소들은 휠체어 운영 시스템(100)에 저장된 프로그램 코드가 제공하는 제어 명령에 따라 프로세서에 의해 수행되는 서로 다른 기능들(different functions)의 표현들일 수 있다.
생성부(310)는 휠체어가 이동 가능한 정보를 포함하고 있는 GIS(Geographic Information System)를 연동한 지도 정보를 이용하여 탐색된 경로와 관련된 네비게이션 정보를 생성할 수 있다. 생성부(310)는 GIS(Geographic Information System)를 연동한 지도 정보를 이용하여 목적지 정보가 포함된 적어도 하나 이상의 경로를 탐색하고, 탐색된 적어도 하나 이상의 경로와 관련된 네비게이션 정보를 생성할 수 있다. 예를 들면, 생성부(310)는 탐색된 적어도 하나 이상의 경로를 리스트로 제공할 수 있고, 사용자로부터 선택된 경로에 대한 네비게이션 정보를 생성하여 안내할 수 있다.
자율 주행 제어부(320)는 생성된 네비게이션 정보를 휠체어로부터 인식된 주변 환경 정보에 기초하여 휠체어의 자율 주행을 위한 제어 신호를 제어할 수 있다. 자율 주행 제어부(320)는 목적지까지의 경로를 자율 주행을 통하여 사용자의 조작없이 휠체어의 이동을 제어할 수 있다. 자율 주행 제어부(320)는 자율 주행을 위한 제어 신호를 휠체어의 모터로 전달하고, 휠체어의 모터에 전달된 제어 신호에 기초하여 인식된 모터 제어 명령을 실행시킬 수 있다. 예를 들면, 자율 주행 제어부(320)는 휠체어의 자율 주행을 위한 제어 신호에 따라 자율 주행 모드, 반자율 주행 모드, 비자율 주행 모드로 구분할 수 있다. 이때, 자율 주행 모드란, 자율 주행을 위한 제어 신호에 기초하여 휠체어를 주행하는 것을 의미하며, 자율 주행을 위한 제어 신호를 휠체어의 모터로 전달하고, 휠체어의 모터에 전달된 제어 신호에 기초하여 인식된 모터 제어 명령을 실행시킬 수 있다. 반자율 주행 모드란, 사용자의 제어 명령과 자율 주행을 위한 제어 신호에 기초하여 휠체어를 주행하는 것을 의미한다. 비자율 주행 모드란 사용자의 제어 명령에 기초하여 휠체어를 주행하는 것을 의미한다. 이때, 자율 주행 모드 중에 사용자의 제어 명령이 입력되었을 경우, 자율 주행을 위한 제어 신호보다 사용자의 제어 명령이 우선적으로 반영될 수 있다.
모니터링부(330)는 자율 주행을 위한 제어 신호에 따라 휠체어가 자율 주행으로 경로를 이동 중에 휠체어 또는 휠체어에 탑승한 사용자의 기울기 정보를 통하여 자세 정보를 모니터링할 수 있다. 모니터링부(330)는 휠체어의 센서 모듈로부터 획득된 센서 정보 및 영상 정보에 기초하여 휠체어의 전복 위험도를 판단하여 휠체어의 주행 위치 또는 휠체어의 기울기를 제어하도록 모니터링 정보를 제공할 수 있다. 예를 들면, 모니터링부(330)는 휠체어의 좌석을 통하여 사용자의 착석 위치를 판단할 수 있다. 이때, 휠체어의 좌석에 올바르게 착석하기 위한 기준 위치 정보가 설정되어 있을 수 있다. 모니터링부(330)는 기준 위치 정보와 사용자의 착석 위치를 비교함에 따라 사용자의 착석 위치, 교정되어야 하는 사용자의 착석 위치 등을 함께 모니터링 정보로 제공할 수 있다.
또한, 모니터링부(330)는 휠체어의 센서 정보 및 휠체어의 센서 정보로부터 획득된 사용자의 운전 정보를 이용하여 위험도를 모니터링할 수 있다. 모니터링부(330)는 휠체어의 센서 정보로부터 휠체어의 기울기 정보, 휠체어의 가속도 정보 또는 휠체어의 주행 방향 정보를 분석하고, 사용자가 휠체어에 착석한 자세 정보 및 사용자로부터 휠체어를 제어하는 습관 정보를 포함하는 사용자의 운전 정보를 분석할 수 있다. 예를 들면, 모니터링부(330)는 휠체어 및 사용자의 운전 정보를 이용하여 종합적으로 분석된 위험도를 기 설정된 등급(점수)로 분류하여 모니터링 정보를 제공할 수 있다. 모니터링부(330)는 휠체어 및 사용자의 운전 정보를 이용하여 각각의 요소별(예를 들면, 사용자, 휠체어, 운전 행태 등)로 위험도를 분류할 수 있다. 모니터링부(330)는 사용자 또는 휠체어의 위험도에 따라 개선해야 하는 개선 정보를 모니터링 정보로 제공할 수 있다.
인터페이스부(340)는 모터 및 센서 모듈을 기존의 휠체어에 연결시켜 휠체어를 자동화시킴에 따라 휠체어를 전동 휠체어로 이용하도록 제공할 수 있다. 상세하게는, 인터페이스부(340)는 휠체어에 휠체어의 자율 주행을 제어하기 위한 모터 및 센서 모듈을 장착하여 자율 주행을 위한 제어 신호 및 센서 모듈을 통하여 획득된 센서 정보를 송수신할 수 있다. 이때, 휠체어에 모터 및 센서 모듈을 연결시키기 위한 인터페이스가 존재할 수 있고, 인터페이스를 통하여 휠체어에 모터 및 센서 모듈을 연결시킬 수 있다. 다시 말해서, 휠체어에 모터 및 센서 모듈을 기존의 휠체어에 탈부착이 가능하다. 이에, 기존의 휠체어를 전동 휠체어로 사용할 수 있다.
안내부(350)는 모니터링된 위험도에 따라 설정된 조작 가능한 범위에 기초하여 휠체어의 현재 주행 정보와 관련된 사용자의 조작 정보를 안내할 수 있다. 안내부(350)는 모니터링된 휠체어의 위험도에 따라 휠체어 또는 사용자의 조작 가능한 범위를 설정하고, 설정된 조작 가능한 범위에 기초하여 휠체어의 이동이 가능한 GIS 기반의 도로 정보를 반영한 휠체어의 현재 주행 정보와 관련된 사용자의 조작 정보를 안내할 수 있다. 안내부(350)는 휠체어의 현재 주행 정보와 관련하여 현재 위치의 지형 정보 또는 제한 속도와 연계한 사용자의 조작 정보를 안내할 수 있다. 일례로, 안내부(350)는 휠체어의 현재 속도와 현재 이동하고 있는 지형이 언덕 또는 내리막길일 경우, 속도를 감속 또는 가속하여 주행할 수 있도록 조작 정보를 안내할 수 있다. 이때, 사용자의 조작 정보란, 사용자가 휠체어를 제어하는데 필요한 방향 정보, 속도 정보 등을 의미할 수 있다.
신호 제어부(360)는 안내된 사용자의 조작 정보로 휠체어가 제어되고 있는지 여부를 판단함에 따라 휠체어의 주행 및 비주행을 위한 제어 신호를 제어할 수 있다. 신호 제어부(360)는 안내된 사용자의 조작 정보로 휠체어가 제어되고 있지 않은 것으로 판단함에 따라 휠체어의 주행을 정지시키기 위한 제어 신호를 통하여 휠체어를 제어할 수 있다. 다시 말해서, 신호 제어부(360)는 사용자가 안내된 조작 정보로 휠체어를 제어하지 않을 경우, 강제적으로 휠체어의 주행을 정지시키기 위한 제어 신호를 전달할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 휠체어 운영 시스템의 휠체어의 자율 주행을 제어하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
단계(410)에서 휠체어 운영 시스템은 휠체어가 이동 가능한 정보를 포함하고 있는 GIS(Geographic Information System)를 연동한 지도 정보를 이용하여 탐색된 경로와 관련된 네비게이션 정보를 생성할 수 있다. 예를 들면, GIS 및 지도 데이터는 사전에 데이터베이스에 저장되어 있을 수 있다. 휠체어 운영 시스템은 사용자가 출발지 또는 목적지를 입력함에 따라 경로를 탐색할 수 있고, 탐색된 경로와 관련된 네비게이션 정보를 생성할 수 있다. 이때, 네비게이션 정보란 경로 정보 안내하는 정보일 수 있으며, 더 나아가 휠체어의 현재 위치에 따라 경로 정보를 안내하는 정보일 수 있다. 휠체어 운영 시스템은 탐색된 경로와 관련하여 시각 데이터 또는 음성 데이터가 포함된 네비게이션 정보를 생성하고, 생성된 네비게이션 정보에 기초하여 휠체어의 현재 위치에 따라 경로를 안내할 수 있다. 또한, 휠체어 운영 시스템은 휠체어가 이동 가능한 정보를 포함하고 있는 GIS(Geographic Information System)를 연동한 지도 정보를 이용하여 탐색된 경로와 관련된 네비게이션 정보를 통하여 경로를 안내함에 따라 목적지의 접근성 여부를 안내할 수 있다. 예를 들면, 휠체어 운영 시스템은 목적지가 특정 건물일 경우, 특정 건물에 엘리베이터가 존재하지 않거나, 턱이 존재하는 것으로 판단될 경우, 건물에 접근할 수 없음을 알림으로 제공할 수 있다.
단계(420)에서 휠체어 운영 시스템은 생성된 네비게이션 정보를 휠체어로부터 인식된 주변 환경 정보에 기초하여 휠체어의 자율 주행을 위한 제어 신호를 제어할 수 있다. 휠체어 운영 시스템은 목적지까지의 경로를 자율 주행을 통하여 사용자의 조작없이 휠체어의 이동을 제어할 수 있다. 휠체어 운영 시스템은 휠체어로부터 획득된 영상 정보 및 센서 정보에 기초하여 휠체어 주변의 물체를 인지하고, 생성된 네비게이션 정보를 통해 경로를 이동하면서 인지된 물체를 회피할 수 있다.
단계(430)에서 휠체어 운영 시스템은 자율 주행을 위한 제어 신호에 따라 휠체어가 자율 주행으로 경로를 이동 중에 휠체어 또는 휠체어에 탑승한 사용자의 기울기 정보를 통하여 자세 정보를 모니터링할 수 있다. 휠체어 운영 시스템은 휠체어의 센서 모듈로부터 획득된 센서 정보 및 영상 정보에 기초하여 휠체어의 전복 위험도를 판단하여 휠체어의 주행 위치 또는 휠체어의 기울기를 제어하도록 모니터링 정보를 제공할 수 있다. 예를 들면, 휠체어 운영 시스템은 휠체어의 주행 경로, 휠체어의 주행 위치, 휠체어의 기울기, 사용자가 착석한 위치 정보 등을 분석한 분석 정보를 모니터링 정보로 제공할 수 있다. 휠체어 운영 시스템은 분석 정보를 수치화, 그래프, 표 형태로 시각화하여 모니터링 정보로 제공할 수도 있고, 주기적 또는 비주기적으로 분석된 분석 정보를 기록해놓을 수 있다. 이때, 휠체어의 전복 위험도란 휠체어가 다른 차량, 사람과 사고가 발생할 확률이나, 휠체어 스스로 주행 중에 사고가 발생할 가능성을 포함할 수 있다. 예를 들면, 휠체어 운영 시스템은 관성 센서를 통하여 휠체어가 동일한 경로를 이동할지라도 전복 위험도가 적은 주행 위치로 주행하도록 휠체어의 주행 위치를 교정할 수 있다. 또는, 휠체어 운영 시스템은 휠체어의 기울기를 조절하여 경사진 곳에서는 휠체어의 기울기를 낮춰 주행하도록 휠체어를 제어할 수 있다. 또한, 휠체어 운영 시스템은 휠체어의 무게중심을 판단하여 휠체어에 균형을 제어할 수도 있다. 또한, 휠체어 운영 시스템은 휠체어에 착석한 사용자의 위치를 이동시켜 휠체어의 기울어짐을 보정할 수 있다.
휠체어 운영 시스템은 사용자의 정보 또는 휠체어의 정보와 관련된 센터 정보를 연계하고, 연계된 센터 정보에 포함된 연락처를 이용하여 전화 또는 문자 메시지 중 어느 하나를 통하여 센터로 연결시킬 수 있다. 이때, 사전에 사용자의 정보 또는 휠체어의 정보와 관련된 센터 정보가 저장되어 있을 수 있다. 예를 들면, 휠체어에 앉아있는 사용자의 움직임이 감지되지 않거나, 사용자가 앉아있는 위치가 불안정하거나, 또는, 사용자에 의한 휠체어의 제어 명령이 입력되지 않을 경우, 사용자와 관련된 보호자 또는 응급 센터로 연락이 이루어질 수 있다. 다른 예로서, 휠체어가 주행되다가 갑자기 주행되지 않을 경우, 휠체어와 관련된 수리를 제공하는 업체로 연락이 이루어질 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 휠체어 운영 시스템에서 사용자의 신호 입력 성향을 학습하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
단계(510)에서 휠체어 운영 시스템은 사용자로부터 휠체어의 주행 명령 또는 주행 명령에 대한 제어 신호를 수집함에 따라 사용자의 신호 입력 행태를 학습할 수 있다. 예를 들면, 동일한 경로를 이동하더라도 사용자마다의 휠체어를 제어하는 주행 명령에 대한 제어 신호가 다르게 입력될 수 있다. 어떤 사용자는 급격하게 커브를 트는 사람, 부드럽게 코너를 도는 사람 등 사용자마다 휠체어의 제어를 위한 신호 입력 행태가 다를 수 있다. 또 다른 예로서, 사용자가 중증 장애인일 경우, 직진으로 조작하더라도 1시 방향으로 치우치게 직진으로 조작하는 등 사용자 상태에 따라 휠체어의 제어를 위한 신호 입력 행태가 다를 수 있다. 또한, 사용자마다 휠체어의 조작을 위한 주행 명령(예를 들면, 정지, 주행 등)을 빠르게, 보통, 느리게 등 시간이 다르게 입력될 수 있다. 이때, 휠체어 운영 시스템은 사용자의 신호 입력 행태를 딥러닝(예를 들면, CNN)에 기반하여 학습시킬 수 있다. 예를 들면, 학습된 사용자의 신호 입력 행태를 반영한 제어 신호가 휠체어의 자율 주행에 적용될 수 있다.
단계(520)에서 휠체어 운영 시스템은 학습된 사용자의 신호 입력 행태를 이용하여 사용자의 제어 신호를 보정할 수 있다. 휠체어 운영 시스템은 사용자로부터 입력된 주행 명령이 잘못 입력되었을 경우에도 사용자의 제어 신호를 보정할 수 있다. 예를 들면, 사용자로부터 입력된 주행 명령에 대한 제어 신호를 보정하여, 보정된 제어 신호를 휠체어의 조이스틱에 전달할 수 있다. 이에, 보정된 제어 신호를 이용하여 휠체어가 제어될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 휠체어 운영 시스템에서 휠체어의 자율 주행 중에 물체를 회피하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
단계(610)에서 휠체어 운영 시스템은 휠체어로부터 획득된 영상 정보 및 센서 정보에 기초하여 휠체어 주변의 물체를 인지할 수 있다. 예를 들면, 휠체어 운영 시스템은 휠체어로부터 수신된 센서 정보와 카메라를 이용하여 획득된 영상 정보를 이용하여 주변 환경 정보를 인식할 수 있다. 예를 들면, 휠체어의 라이더 센서를 이용하여 거리 정보가 판단될 수 있고, 카메라의 영상 정보를 이용하여 물체(예를 들면, 사람, 장애물 등)의 존재 유무가 판단될 수 있다. 또는 라이더 센서, 레이저 센서, 레이다 센서, 초음파 센서 중 어느 하나 이상의 센서로부터 획득된 센서 정보에 기초하여 거리 정보가 판단될 수 있다.
단계(620)에서 휠체어 운영 시스템은 생성된 네비게이션 정보를 통해 경로를 이동하면서 인지된 물체를 회피할 수 있다. 휠체어 운영 시스템은 휠체어의 주변 환경 정보에 기초하여 휠체어의 자율 주행에 위험이 될만한 요소들을 회피하여 자율 주행이 가능하도록 제어할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 휠체어 운영 시스템에서 휠체어 또는 사용자의 자세를 모니터링하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
단계(710)에서 휠체어 운영 시스템은 휠체어의 센서 모듈로부터 획득된 센서 정보 및 영상 정보에 기초하여 휠체어의 전복 위험도를 판단할 수 있다. 이때, 전복 위험도란, 휠체어가 물체, 도로 등의 외부의 요소에 의하여 전복될 가능성을 의미한다. 예를 들면, 관성 센서, 기울기 센서, 라이다 센서 등으로부터 측정된 센서 정보가 획득될 수 있고, 카메라를 통하여 영상 정보가 획득될 수 있다. 휠체어 운영 시스템은 센서 정보 및 영상 정보에 기초하여 휠체어에 착석한 사용자의 정보, 휠체어의 현재 기울기(각도), 휠체어의 현재 주행 위치 등을 판단할 수 있다. 더 나아가, 휠체어 운영 시스템은 휠체어에 착석한 사용자의 정보, 휠체어의 기울기, 휠체어의 현재 주행 위치 등에 기초하여 주행하는 경로와 결합하여 전복 위험도를 예측할 수 있다.
단계(720)에서 휠체어 운영 시스템은 휠체어의 주행 위치 또는 휠체어의 기울기를 제어할 수 있다. 휠체어 운영 시스템은 휠체어가 도로에서 주행해야 할 위치 정보 또는 휠체어의 기울기를 제어하도록 모니터링 정보를 제공할 수 있다. 예를 들면, 휠체어 운영 시스템은 휠체어가 주행하는 도로, 사용자의 상태에 따라 휠체어가 도로에서 주행해야 할 위치 정보 또는 휠체어의 기울기를 제공할 수 있다. 휠체어 운영 시스템은 모니터링 정보에 기초하여 휠체어가 조절됨에 따라 휠체어의 주행 위치, 휠체어의 기울기 등이 모니터링 정보에 기반하여 조절되었는지 피드백할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 휠체어 운영 시스템에서 휠체어의 안전성을 평가하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
단계(810)에서 휠체어 운영 시스템은 휠체어의 센서 정보 및 휠체어의 센서 정보로부터 획득된 사용자의 운전 정보를 이용하여 위험도를 모니터링할 수 있다. 휠체어 운영 시스템은 휠체어의 센서 정보로부터 휠체어의 기울기 정보, 휠체어의 가속도 정보 또는 휠체어의 주행 방향 정보를 분석하고, 사용자가 휠체어에 착석한 자세 정보 및 사용자로부터 휠체어를 제어하는 습관 정보를 포함하는 사용자의 운전 정보를 분석할 수 있다. 휠체어 운영 시스템은 위험도를 기 설정된 등급(점수)로 분류하거나 위험/안전으로 분류할 수 있다. 예를 들면, 휠체어 운영 시스템은 사용자의 운전 정보를 점수화하여 조작 능력에 비하여 사용자가 휠체어를 빠르게, 급격하게 주행할 경우, 위험한 것으로 판단할 수 있다.
단계(820)에서 휠체어 운영 시스템은 모니터링된 위험도에 따라 설정된 조작 가능한 범위에 기초하여 휠체어의 현재 주행 정보와 관련된 조작 정보를 안내할 수 있다. 휠체어 운영 시스템은 모니터링된 휠체어의 위험도에 따라 휠체어 또는 사용자의 조작 가능한 범위를 설정하고, 설정된 조작 가능한 범위에 기초하여 휠체어의 이동이 가능한 GIS 기반의 도로 정보를 반영한 휠체어의 현재 주행 정보와 관련된 조작 정보를 안내할 수 있다.
도 9를 참고하면, 사용자의 조작 정보를 안내하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 단계(910)에서 휠체어 운영 시스템은 모니터링된 휠체어의 위험도에 따라 휠체어 또는 사용자의 조작 가능한 범위를 설정할 수 있다. 예를 들면, 휠체어 운영 시스템은 사용자가 조이스틱을 통하여 휠체어를 급격하게 조작하는 것으로 판단함에 따라 조작 가능한 범위(예를 들면, 조이스틱의 이동 범위)를 좁게 설정할 수 있다. 또는, 휠체어 운영 시스템은 휠체어의 조작 권한을 허용 또는 불허하는 것으로 휠체어 또는 사용자의 조작 가능한 범위를 설정할 수 있다.
단계(920)에서 휠체어 운영 시스템은 설정된 조작 가능한 범위에 기초하여 휠체어의 이동이 가능한 GIS 기반의 도로 정보를 반영한 휠체어의 현재 주행 정보와 관련된 조작 정보를 안내할 수 있다. 휠체어가 휠체어의 이동 가능한 GIS 기반의 도로 정보를 통하여 경로를 안내받아 주행 중일 수 있다. 예를 들면, '휠체어의 조이스틱을 3초 동안 오른쪽으로 제어하세요'와 같은 조작 정보를 텍스트 데이터 또는/및 음성 데이터로 안내할 수 있다. 또한, 휠체어 운영 시스템은 휠체어의 현재 주행 정보와 관련하여 현재 위치의 지형 정보 또는 제한 속도와 연계한 조작 정보를 안내할 수 있다. 또한, 휠체어 운영 시스템은 휠체어의 이동이 가능한 GIS 기반의 도로 정보를 이용하여 경로를 탐색하고, 휠체어의 자율 주행 또는 휠체어의 수동 주행을 포함하는 주행 모드에 따라 탐색된 경로와 관련된 조작 정보를 안내할 수 있다. 예를 들면, 휠체어의 주행 모드가 자율 주행 모드일 경우, 사용자의 수동 주행 모드보다 사용자의 조작 정보가 간단하게 안내될 수 있고, 수동 주행 모들일 경우, 사용자의 조작 정보가 상세하게 안내될 수 있다. 이때, 사용자의 조작 정보란, 사용자가 경로를 이동함에 있어서 휠체어를 제어하기 위하여 입력되어야 하는 조작 명령과 관련된 정보를 의미할 수 있다.
단계(830)에서 휠체어 운영 시스템은 안내된 조작 정보로 휠체어가 제어되고 있는지 여부를 판단함에 따라 휠체어의 주행 및 비주행을 위한 제어 신호를 제어할 수 있다. 휠체어 운영 시스템은 안내된 조작 정보로 휠체어가 제어되고 있지 않은 것으로 판단함에 따라 휠체어의 주행을 정지시키기 위한 제어 신호를 통하여 휠체어를 제어할 수 있다. 예를 들면, 휠체어 운영 시스템은 사용자가 안내된 조작 정보로 휠체어를 조작하지 않을 경우, 휠체어 또는 휠체어에 착석하고 있는 사용자의 위험도가 높아지기 때문에, 휠체어를 정지시키기 위한 제어 신호를 전달할 수 있다. 이에, 휠체어의 주행이 정지될 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (7)

  1. 휠체어 운영 시스템에서 수행되는 안전성 평가 방법에 있어서,
    휠체어의 센서 정보 및 상기 휠체어의 센서 정보로부터 획득된 사용자의 운전 정보를 이용하여 위험도를 모니터링하는 단계;
    상기 모니터링된 위험도에 따라 설정된 조작 가능한 범위에 기초하여 상기 휠체어의 현재 주행 정보와 관련된 조작 정보를 안내하는 단계; 및
    상기 안내된 조작 정보로 상기 휠체어가 제어되고 있는지 여부를 판단함에 따라 상기 휠체어의 주행 및 비주행을 위한 제어 신호를 제어하는 단계
    를 포함하고,
    상기 조작 정보를 안내하는 단계는,
    상기 모니터링된 휠체어의 위험도에 따라 상기 휠체어 또는 상기 사용자의 조작 가능한 범위를 설정하고, 상기 설정된 조작 가능한 범위에 기초하여 휠체어의 이동이 가능한 GIS 기반의 도로 정보를 반영한 휠체어의 현재 주행 정보와 관련된 조작 정보를 안내하고, 상기 휠체어의 이동이 가능한 GIS 기반의 도로 정보를 이용하여 경로를 탐색하고, 상기 휠체어의 자율 주행 또는 상기 휠체어의 수동 주행을 포함하는 주행 모드에 따라 상기 탐색된 경로와 관련된 조작 정보를 안내하는 단계
    를 포함하는 안전성 평가 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 휠체어의 위험도를 모니터링하는 단계는,
    상기 휠체어의 센서 정보로부터 상기 휠체어의 기울기 정보, 상기 휠체어의 가속도 정보 또는 상기 휠체어의 주행 방향 정보를 분석하고,
    상기 사용자가 휠체어에 착석한 자세 정보 및 상기 사용자로부터 상기 휠체어를 제어하는 습관 정보를 포함하는 사용자의 운전 정보를 분석하는 단계
    를 포함하는 안전성 평가 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조작 정보를 안내하는 단계는,
    상기 휠체어의 현재 주행 정보와 관련하여 현재 위치의 지형 정보 또는 제한 속도와 연계한 조작 정보를 안내하는 단계
    를 포함하는 안전성 평가 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 안내된 조작 정보로 상기 휠체어가 제어되고 있지 않은 것으로 판단함에 따라 상기 휠체어의 주행을 정지시키기 위한 제어 신호를 통하여 상기 휠체어를 제어하는 단계
    를 포함하는 안전성 평가 방법.
  7. 휠체어 운영 시스템에 있어서,
    휠체어의 센서 정보 및 상기 휠체어의 센서 정보로부터 획득된 사용자의 운전 정보를 이용하여 위험도를 모니터링하는 모니터링부;
    상기 모니터링된 위험도에 따라 설정된 조작 가능한 범위에 기초하여 상기 휠체어의 현재 주행 정보와 관련된 조작 정보를 안내하는 안내부; 및
    상기 안내된 조작 정보로 상기 휠체어가 제어되고 있는지 여부를 판단함에 따라 상기 휠체어의 주행 및 비주행을 위한 제어 신호를 제어하는 신호 제어부
    를 포함하고,
    상기 안내부는,
    상기 모니터링된 휠체어의 위험도에 따라 상기 휠체어 또는 상기 사용자의 조작 가능한 범위를 설정하고, 상기 설정된 조작 가능한 범위에 기초하여 휠체어의 이동이 가능한 GIS 기반의 도로 정보를 반영한 휠체어의 현재 주행 정보와 관련된 조작 정보를 안내하고, 상기 휠체어의 이동이 가능한 GIS 기반의 도로 정보를 이용하여 경로를 탐색하고, 상기 휠체어의 자율 주행 또는 상기 휠체어의 수동 주행을 포함하는 주행 모드에 따라 상기 탐색된 경로와 관련된 조작 정보를 안내하는
    휠체어 운영 시스템.
KR1020190110584A 2019-09-06 2019-09-06 휠체어의 주행 정보 및 사용자의 운전 정보에 기반하여 안전성을 평가하는 휠체어 운영 시스템 및 방법 KR102178498B1 (ko)

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KR20230075103A (ko) 2021-11-22 2023-05-31 (유)동아하이테크 5g mec을 활용한 vru 자율 주행 지원 시스템

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