KR102313973B1 - 시각장애인용 보행 보조 시스템 - Google Patents

시각장애인용 보행 보조 시스템 Download PDF

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KR102313973B1 KR1020210093348A KR20210093348A KR102313973B1 KR 102313973 B1 KR102313973 B1 KR 102313973B1 KR 1020210093348 A KR1020210093348 A KR 1020210093348A KR 20210093348 A KR20210093348 A KR 20210093348A KR 102313973 B1 KR102313973 B1 KR 102313973B1
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Abstract

시각장애인용 보행 보조 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 시각장애인용 보행 보조 시스템은 사용자의 유양돌기에 부착되는 제1 전극과 관자놀이에 부착되는 제2 전극을 포함하여 사용자의 머리에 착용되는 헤드기어와, 주변의 장애물을 감지하는 센서부를 포함하며 사용자의 목에 착용되는 목걸이를 포함하는 웨어러블 디바이스 및 센서부의 감지 결과를 기초로 장애물을 판단하고, 판단된 장애물에 따라 제1 전극 및 제2 전극에 인가될 전정자극 신호를 결정하며 사용자가 장애물을 회피하는 이동을 유발하도록 제1 전극 및 제2 전극에 전정자극용 전류를 인가하도록 웨어러블 디바이스로 지시하는 휴대용 전자기기를 포함한다.

Description

시각장애인용 보행 보조 시스템{Walking aid system for the visually impaired}
본 발명은 시각장애인용 보행 보조 시스템에 관한 것이다.
도시가 발달하면서 교통량이 증가하고, 최근 음식 배달 문화가 확산되면서 이륜차 관련 사고 위험이 급증하고 있다. 특히 이륜차가 불법적으로 인도로 주행하는 경우가 많아 시각장애인은 인도에서 조차도 사고의 위험에 노출되는 상황에 놓이고 있다.
또한 시각장애인의 보행속도는 비장애인의 보행속도의 40 내지 66 퍼센트 수준으로서, 느린 보행속도로 인해 주변 유동인구와의 속도 차이로 인한 사고 발생 위험이 크다.
비장애인은 전방의 장애물을 본 즉시 별다른 의식적 작용 없이 방향을 결정하고 이동할 수 있다. 반면에 시각장애인은 방향정위와 이동의 개별적 결합으로 이루어진다. 이 때, 시각장애인은 자신이 속해 있는 환경 내에서 자신의 위치를 정하고 주변 물체들과 관계를 정립시키기 위한 단계를 거쳐 진행 방향을 결정하고 이동하기 때문에 비장애인보다 보행이 느리고 비효율적이며 의식의 피로를 느끼기 쉽다.
따라서 시각장애인들은 다소의 불편함과 위험을 감수하더라도 유동인구가 적은 상대적으로 좁고 험난할 길을 택하게 되고, 이는 필연적으로 충돌 또는 낙상 사고의 위험성을 증가시킨다.
게다가, 시각장애인은 원거리의 장애물을 인지하는 능력이 떨어지고, 그에 따른 대응 능력 또한 떨어지게 된다. 특히 전체 시각장애인의 20 퍼센트 미만에 해당하는 전맹 시각장애인은 시각 정보의 획득이 불가하므로 청각이나 촉각 정보 없이는 전혀 대응할 수 없다. 또한 주변의 소음으로 인해 타 감각을 활용한 이동의 제한이 생겨 타인의 도움 없이는 외출이 어려울 수 있다.
따라서, 시각장애인을 위한 보조기기는 시각장애인의 보행속도가 느린 근본 원인을 해결할 수 있어야 하고, 오감에 의존하지 않고 장애물을 회피하는 이동이 가능해야 한다. 시각장애인도 비장애인과 같이 의식적이지 않은 자연스러운 보행을 할 수 있도록 하여 궁극적으로는 시각장애인들이 자주성을 회복할 수 있도록 해야 한다. 그러나 종래의 시각장애인을 위한 보조기기는 이러한 조건을 충족하는 것이 전무한 실정이다.
KR 10-2081193 B1
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 갈바닉 전정 자극을 기반으로 시각장애인이 무의식적으로 장애물을 회피할 수 있는 시각장애인용 보행 보조 시스템을 제공하고자 한다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 사용자의 유양돌기에 부착되는 제1 전극과 관자놀이에 부착되는 제2 전극을 포함하며 사용자의 머리에 착용되는 헤드기어와, 주변의 장애물을 감지하는 센서부를 포함하며 사용자의 목에 착용되는 목걸이를 포함하는 웨어러블 디바이스; 및 상기 센서부의 감지 결과를 기초로 장애물을 판단하고, 상기 판단된 장애물에 따라 상기 제1 전극 및 제2 전극에 인가될 전정자극 신호를 결정하며 상기 사용자가 상기 장애물을 회피하는 이동을 유발하도록 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전정자극용 전류를 인가하도록 상기 웨어러블 디바이스로 지시하는 휴대용 전자기기를 포함하는 시각장애인용 보행 보조 시스템이 제공된다.
일 실시예에서, 상기 헤드기어는, 상기 헤드기어가 귀에 착용될 수 있도록 형성된 귀걸이를 포함하며, 상기 귀걸이는 양측에 슬릿이 구비되고, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 관자놀이 및 상기 유양돌기에 접촉하는 일면이 볼록하게 구비되고, 타면에 수직으로 돌기부가 구비되며, 상기 돌기부는 슬라이딩 가능하게 상기 슬릿에 삽입 결합될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전정자극 신호는, 상기 사용자의 좌우 이동, 전후 이동 및 좌우 회전 이동 중 어느 하나를 유발하도록, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 인가되는 전류의 방향에 따라 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 목걸이는 상기 휴대용 전자기기와 통신하는 블루투스 통신부를 더 포함하고, 상기 휴대용 전자기기는 전용앱이 설치되며, 상기 전용앱은 상기 센서부의 감도 조절, 길 안내, 음성 안내, 저시력 사용자를 위한 글자 크기 변경, 경로기록 및 이동 중인 경로에 대한 장애물 기록, 회피 동작 명령이 반복 발생하는 경우 구조 기관에 구조 요청을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 휴대용 전자기기는 상기 센서부를 통하여 전방에 장애물을 감지하는 경우 상기 사용자가 상기 장애물을 회피하게 하는 상기 전정자극 신호를 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나에 인가하도록 지시하되, 상기 장애물이 감지되는 경우 상기 장애물이 구멍이면 상기 사용자가 후방으로 이동하도록 후방 회피명령에 대응하는 전정자극 신호를 인가하고, 상기 장애물이 구멍이 아니면, 상기 사용자가 상기 장애물의 좌 또는 우로 이동하도록 좌우 회피명령에 대응하는 전정자극 신호를 인가하며, 상기 후방 회피명령 또는 상기 좌우 회피명령 이후 장애물이 회피 되지 않으면, 좌회전 또는 우회전 회피명령에 대응하는 전정자극 신호를 인가하도록 지시하며, 상기 휴대용 전자기기는 상기 후방 회피명령 또는 상기 좌우 회피명령 이후 장애물이 회피 되었으면 상기 장애물의 정보를 저장할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시각장애인용 보행 보조 시스템은 신체 행동을 유발하는 머리의 특정 부위에 전류를 인가함으로써 시각장애인이 장애물을 회피하도록 유도할 수 있으므로 활동성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 시각장애인용 보행 보조 시스템은 웨어러블 디바이스 및 휴대용 전자기기로 구성됨으로써, 착용 및 휴대가 간편하고 용이하므로 사용 편의성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 시각장애인용 보행 보조 시스템은 웨어러블 디바이스가 귀에 밀착되고 사용자의 신체 크기에 맞춰 길이 조절이 가능한 디자인을 적용함으로써, 시각장애인의 사용 편의성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 시각장애인용 보행 보조 시스템은 휴대용 전자기기에 전용앱을 구동하여 장애물 회피기능을 보조하는 추가 기능을 부가함으로써, 시각장애인의 사용 및 편을 위한 다양한 기능을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시각장애인용 보행 보조 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시각장애인용 보행 보조 시스템의 웨어러블 디바이스의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시각장애인용 보행 보조 시스템의 웨어러블 디바이스의 사용상태 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시각장애인용 보행 보조 시스템의 제1 전극 및 제2 전극이 사용자에게 부착된 상태에 대한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시각장애인용 보행 보조 시스템의 웨어러블 디바이스의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시각장애인용 보행 보조 시스템의 휴대용 전자기기의 세부 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 시각장애인용 보행 보조 시스템의 장애물 회피 절차 순서도이다.
도 8(a) 내지 도 8(e)는 본 발명의 실시예에 따른 시각장애인용 보행 보조 시스템의 전용앱의 화면구성 예시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 시각장애인용 보행 보조 시스템을 보다 상세히 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시각장애인용 보행 보조 시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 시각장애인용 보행 보조 시스템(1)은 웨어러블 디바이스(10), 휴대용 전자기기(30) 및 서버(40)를 포함한다
이러한 시각장애인용 보행 보조 시스템(1)은 시각장애인의 보행을 보조하기 위한 시스템으로서, 사용자의 신체에 전류 인가에 따라 신체 행동을 유발하는 갈바닉 전정 자극(Galvanic Vestibular Stimulation, 이하 GVS)을 기반으로 한 것이다.
이와 같은 갈바닉 전정 자극은 '알레산드로 볼타(Alessandro Volta)'가 최초의 전지를 개발했을 때부터 이미 귀 뒤에 약한 전류를 인가하면 고통 없이 자연스럽게 신체의 균형을 변경시킬 수 있다는 사실을 통하여 알려져 있었다.
이러한 갈바닉 전정 자극은 두가지 방식이 있는데, 귀 뒤에 움푹 들어간 유양돌기 부분에 전극을 두 개 장착하는 2극(two-pole) 자극과 관자놀이 부분에 2개를 추가로 장착하여 총 4개의 전극을 사용하는 4극(four-pole) 자극이 있다. 이 때, 유양돌기 전극 간의 전류는 얼굴 정면을 기준으로 롤(roll)을 변화시키며, 유양돌기 전극과 관자놀이 전극 간의 전류는 피치(pitch) 및 요(yaw)를 변화시킨다는 사실이 연구를 통해 알려졌다. 여기서, 유양돌기 전극과 관자놀이 전극은 유양돌기 및 관자놀이 각각에 장착되는 전극을 의미한다.
웨어러블 디바이스(10)는 사용자의 행동을 유발하고 장애물을 감지하기 위한 것으로서 사용자의 머리와 목에 착용될 수 있다. 또한, 웨어러블 디바이스(10)는 블루투스를 통해 휴대용 전자기기(30)와 통신하여 감지한 장애물 정보를 휴대용 전자기기(30)로 송신할 수 있다. 또한, 웨어러블 디바이스(10)는 휴대용 전자기기(30)로부터 전정자극 신호를 수신하여 사용자의 유양돌기나 관자놀이에 전류를 인가할 수 있다.
휴대용 전자기기(30)는 웨어러블 디바이스(10)에서 감지한 장애물의 유형을 판단하여 회피를 위한 전정자극 신호를 인가하기 위한 것으로서 사용자가 휴대 가능하며 후술할 전용앱(310)이 설치될 수 있는 전자기기일 수 있다. 또한, 휴대용 전자기기(30)는 블루투스를 통하여 웨어러블 디바이스(10)와 통신할 수 있다. 여기서, 휴대용 전자기기(30)는 웨어러블 디바이스(10)로부터 수신한 장애물 정보를 기초로 장애물의 유형을 판단할 수 있다. 또한, 휴대용 전자기기(30)는 장애물의 유형에 따라 사용자가 장애물을 회피하도록 유도하는 전정자극 신호를 결정하여 웨어러블 디바이스(10)로 송신할 수 있다. 또한, 휴대용 전자기기(30)는 판단한 장애물 관련 정보를 무선통신을 통하여 서버(40)에 송신하고, 서버(40)로부터 처리된 정보를 수신할 수 있다.
서버(40)는 클라우드 서버일 수 있다. 여기서, 서버(40)는 휴대용 전자기기(30)로부터 수신된 장애물 관련 정보를 바탕으로 추가적인 기능을 수행할 수 있다. 이러한 서버(40)는 휴대용 전자기기(30)의 연산부담을 경감하는 동시에 장애물 관련 정보를 저장하여 추가적인 기능을 위한 빅데이터로 활용할 수 있다.
일례로, 서버(40)는 휴대용 전자기기(30)로부터 현재 경로상의 장애물 정보를 수신하고 인공지능으로 분석하여 휴대용 전자기기(30)로 전송함으로써 휴대용 전자기기(30)의 연산 기능을 보조할 수 있다. 또한 서버(40)는 휴대용 전자기기(30)로부터 전송된 장애물 정보를 저장하고, 누적된 장애물 관련 빅데이터를 가공하여 시각장애인용 보행 보조 시스템(1)의 개선을 위한 자료로 활용될 수 있다. 일례로, 서버(40)는 빅데이터를 통하여 휴대용 전자기기(30)로 장애물 지도를 제공할 수 있다. 따라서 휴대용 전자기기(30)는 장애물에 효과적으로 대처하도록 사용자의 보행을 보조할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시각장애인용 보행 보조 시스템의 웨어러블 디바이스의 사시도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시각장애인용 보행 보조 시스템의 웨어러블 디바이스의 사용상태 예시도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시각장애인용 보행 보조 시스템의 제1 전극 및 제2 전극이 사용자에게 부착된 상태에 대한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 디바이스(10)는 헤드기어(100) 및 목걸이(200)를 포함할 수 있다.
헤드기어(100)는 귀걸이(110), 슬릿(114), 제1 전극(111), 제2 전극(112), 헤드기어 길이조절부(120) 및 스프링 전선부(130)를 포함할 수 있다.
귀걸이(110)는 헤드기어(100)가 귀 뒤에 걸릴 수 있도록 U자형으로 형성될 수 있고, 착용감을 위해 실리콘 재질로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
귀걸이(110)는 양측에 후술할 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)이 끼워질 수 있도록 슬릿(114)이 구비될 수 있다. 슬릿(114)은 사용자의 두상 크기에 따라 달라지는 유양돌기와 관자놀이의 위치에 적절하게 맞추도록 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)이 이동 가능하도록 형성될 수 있다.
제1 전극(111)은 유양돌기에 접촉하는 일면이 볼록하게 구비되고, 타면에 수직으로 돌기부(115)가 구비될 수 있다. 여기서, 돌기부(115)는 슬라이딩 가능하게 상기 슬릿(114)에 삽입 결합될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 전극(111)은 한 쌍으로 구비되며, 사용자의 양측 귀의 유양돌기 부분에 접촉되어 사용자에게 갈바닉 전정 자극(GVS)을 인가할 수 있다.
제2 전극(112)은 관자놀이에 접촉하는 일면이 볼록하게 구비되고, 타면에 수직으로 돌기부(115)가 구비될 수 있다. 여기서, 돌기부(115)는 슬라이딩 가능하게 상기 슬릿(114)에 삽입 결합될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 전극(112)은 사용자의 양측 귀의 관자놀이 부분에 접촉되어 사용자에게 갈바닉 전정 자극(GVS)을 인가할 수 있다.
제1 전극(111)은 유양돌기에 부드럽게 밀착하여 장시간 사용시에도 사용자에게 주는 불편함을 최소화하도록 스폰지 전극(113)의 형태로 형성될 수 있다. 또한, 제2 전극(112)은 관자놀이에 부드럽게 밀착하여 장시간 사용시에도 사용자에게 주는 불편함을 최소화하도록 스폰지 전극(113)의 형태로 형성될 수 있다.
헤드기어 길이조절부(120)는 귀걸이(110)와 연결되어 목에 걸 수 있도록 반원형으로 형성될 수 있다. 이때, 헤드기어 길이조절부(120)는 사용자의 목에 거는 부분이 길이를 조절할 수 있어 사용자에 맞게 길이 조절이 가능하다. 아울러, 헤드기어 길이조절부(120)는 목에 걸려 있기 때문에 귀걸이(110)가 귀에서 이탈되었을 때에도 귀걸이(110)의 분실을 방지할 수 있다.
스프링 전선부(130)는 귀걸이(110)의 일단에 형성되어 헤드기어(100)와 후술할 목걸이(200)를 연결할 수 있다. 스프링 전선부(130)는 사용자의 움직임에 따라 헤드기어(100)와 목걸이(200)가 안정된 상태로 착용되도록 스프링 형상의 탄성부재로 형성될 수 있다. 그러나 스프링 전선부(130)는 이에 한정되지는 않고 탄성이 있는 고무줄의 형태로도 구현될 수 있다.
목걸이(200)는 센서부(210), 전원부(230), 전원 버튼(234) 및 목걸이 길이조절부(240)를 포함할 수 있다.
센서부(210)는 전방 5m까지 감지가 가능하며, 도 3에 도시된 바와 같이 사용자의 쇄골사이 움푹 들어간 부위에 위치할 수 있다. 이러한 센서부(210)는 초음파센서일 수 있다. 여기서, 초음파센서는 소정의 시간 간격으로 반복하여 전방의 장애물의 유무와 장애물과의 거리를 감지할 수 있다. 이때, 초음파센서는 일정각도로 지향하여 지면을 감지할 수 있다.
그러나, 센서부(210)는 초음파센서에 한정되지 않으며, 추가로 다양한 센서를 포함하여 정밀도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 센서부(210)는 초음파센서 외에 적외선 센서, 라이다(LIDAR) 센서, 카메라 센서 등 다양한 종류의 센서를 포함할 수 있다.
전원부(230)는 목걸이(200)에 구비되고, 내장배터리(231), USB 충전부(232) 및 충전등(233)을 포함할 수 있다.
내장배터리(231)는 USB로 충전이 가능한 내장형 배터리이며, 목걸이(200) 내에 구비되어 헤드기어(100) 및 목걸이(200)에 전원을 공급한다. 내장배터리(231)의 충전을 위해 USB 충전부(232)가 구비되는데, 충전 기능의 작동 여부를 확인하도록 충전등(233)이 더 구비될 수 있다.
전원 버튼(234)은 목걸이(200)에 구비되어, 오른손잡이 기준으로 누르기 쉽도록 쇄골사이에 설치되는 센서부(210)보다 더 왼쪽으로 형성될 수 있다. 전원 버튼(234)은 블루투스로 헤드기어(100) 및 목걸이(200)가 연결 되어있는 상태에서 장애물감지 및 회피명령 기능을 간편하게 종료할 수 있다. 또한, 전원 버튼(234)은 사용자가 웨어러블 디바이스(10)를 사용종료 하고자 할 때, 헤드기어(100) 및 목걸이(200)의 전원을 완전히 차단할 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시각장애인용 보행 보조 시스템의 웨어러블 디바이스의 블록도이다.
도 5를 참조하면, 웨어러블 디바이스(10)는 제1 블루투스 통신부(220), 제1 제어부(140), 전류공급부(150) 및 저장부(160)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 센서부(210), 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하였으므로 여기서 구체적인 설명은 생략한다.
제1 블루투스 통신부(220)는 목걸이(200)에 구비될 수 있다. 이 때, 제1 블루투스 통신부(220)는 웨어러블 디바이스(10)와 후술하는 휴대용 전자기기(30)가 블루투스를 통하여 연동될 수 있도록 한다.
제1 제어부(140)는 웨어러블 디바이스(10)의 주요 구성들과 통신적으로 연결되어 이들을 제어할 수 있다. 이 때, 제1 제어부(140)는 센서부(210), 제1 블루투스 통신부(220), 전류공급부(150) 및 저장부(160)의 동작 및 데이터 흐름을 제어할 수 있다.
제1 제어부(140)는 센서부(210)로부터 수신된 장애물과의 거리데이터를 제1 블루투스 통신부(220)를 통해 휴대용 전자기기(30)로 송신하도록 제어할 수 있다. 또한, 제1 제어부(140)는 휴대용 전자기기(30)로부터 수신된 회피명령에 따라 전류공급부(150)가 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)에 전류를 공급하도록 제어할 수 있다. 여기서, 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)에 인가되는 전정자극 신호는 사용자의 좌우 이동, 전후 이동 및 좌우 회전 이동 중 어느 하나를 유발하도록 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)에 인가되는 전류의 방향에 따라 결정될 수 있다.
전류공급부(150)는 제1 제어부(140)의 제어에 따라 전정자극 신호를 제 1전극(111) 및 제2 전극(112)에 인가할 수 있다. 일례로, 사용자의 좌측으로의 균형 이동을 유발하는 경우, 전류공급부(150)는 사용자의 좌측 유양돌기에 부착된 제1 전극(111)에는 양극 전류를 인가하고 우측 유양돌기에 부착된 제1 전극(111)에는 음극 전류를 인가할 수 있다.
또한, 사용자의 우측으로의 균형 이동을 유발하는 경우, 전류공급부(150)는 사용자의 좌측 유양돌기에 부착된 제1 전극(111)에는 음극 전류를 인가하고 우측 유양돌기에 부착된 제1 전극(111)에는 양극 전류를 인가할 수 있다.
또한, 사용자의 후방으로의 균형 이동을 유발하는 경우, 전류공급부(150)는 한 쌍의 유양돌기에 부착된 제1 전극(111)에는 양극 전류를 인가하고 한 쌍의 관자놀이에 부착된 제2 전극(112)에는 음극 전류를 인가할 수 있다.
또한, 사용자의 좌회전 균형이동을 유발하는 경우, 전류공급부(150)는 사용자의 좌측 유양돌기에 부착된 제1 전극(111)과 우측의 관자놀이에 부착된 제2 전극(112)에는 양극 전류를 인가하고, 사용자의 좌측의 관자놀이에 부착된 제2 전극(112)과 우측의 유양돌기에 부착된 제1 전극(111)에는 음극 전류를 인가할 수 있다.
또한, 사용자의 우회전 균형이동을 유발하는 경우, 전류공급부(150)는 사용자의 좌측 유양돌기에 부착된 제1 전극(111)과 우측의 관자놀이에 부착된 제2 전극(112)에는 음극 전류를 인가하고, 사용자의 좌측 관자놀이에 부착된 제2 전극(112)과 우측의 유양돌기에 부착된 제1 전극(111)에는 양극 전류를 인가할 수 있다.
이 때, 제1 전극(111)과 제2 전극(112)에 인가되는 전류량은 사용자의 안전을 위해 DC 3mA 이하에 해당할 수 있다.
저장부(160)는 센서부(210)에서 감지되거나 휴대용 전자기기(30)로부터 수신된 장애물 관련 정보를 저장할 수 있다. 이러한 저장부(160)는 센서부(210)에서 감지된 거리 정보를 휴대용 전자기기(30)에 송신하기 전에 일시 저장할 수 있다,
또한, 저장부(160)는 전류공급부(150)의 전류 공급 관련 정보가 저장될 수 있다. 이때, 저장부(160)는 장애물 회피를 위해 결정된 전정자극 신호에 따라 제1 전극(111)과 제2 전극(112)에 인가되는 전류의 종류를 저장할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시각장애인용 보행 보조 시스템의 휴대용 전자기기의 세부 블록도이다.
도 6을 참조하면, 휴대용 전자기기(30)는 제2 블루투스 통신부(320), 무선통신부(330), 디스플레이부(340), 음성출력부(350), 가속도센서(360), 입력부(370), 제2 제어부(380) 및 저장부(390)를 포함할 수 있다.
제2 블루투스 통신부(320)는 웨어러블 디바이스(10)와 블루투스 통신을 수행할 수 있다. 이 때, 제2 블루투스 통신부(320)는 웨어러블 디바이스(10)와 휴대용 전자기기(30)가 블루투스를 통하여 연동될 수 있도록 한다.
무선통신부(330)는 무선통신망을 통하여 서버(40)와 통신할 수 있다. 이 때, 무선통신부(330)는 후술할 장애물판단부(381)에서 판단된 장애물의 위치와 크기정보를 서버(40)로 전송할 수 있다. 일례로, 무선통신부(330)는 WiFi, LTE 또는 5G 등의 통신 방식으로 통신할 수 있다.
디스플레이부(340)는 휴대용 전자기기(30)의 화면을 디스플레이할 수 있다. 이 때, 디스플레이부(340)는 사용자에게 경로를 안내하는 화면을 출력할 수 있다. 일례로, 디스플레이부(340)는 장애물 경로 기록 및 회피내역 또는 안내 자막을 화면 출력할 수 있다.
음성출력부(350)는 사용자에게 경로를 안내하도록 음성을 출력할 수 있다. 여기서, 안내 음성은 후술할 저장부(390)에 미리 저장될 수 있다. 일례로, 음성출력부(350)는 경로상의 장애물 거리 및 장애물 유형을 음성 출력할 수 있다.
가속도센서(360)는 사용자의 이동속도를 감지할 수 있다. 이 때, 가속도센서(360)는 중력가속도를 기준으로 휴대용 전자기기(30)의 기울어진 각도와 각 방향의 가속도로부터 휴대용 전자기기(30)의 움직임을 검출할 수 있다.
입력부(370)는 사용자에 의해 휴대용 전자기기(30)의 기능을 선택하기 위한 조작이 입력될 수 있다. 이때, 입력부(370)는 앱실행과 종료 및 추가 기능의 조작이 선택될 수 있다. 일례로, 입력부(370)는 디스플레이부(340)와 일체로 형성된 터치패드일 수 있다.
제2 제어부(380)는 휴대용 전자기기(30)의 주요 구성들과 통신적으로 연결되어 이들을 제어할 수 있다. 이 때, 제2 제어부(380)는 장애물판단부(381)와 회피명령부(382), 감도조절부(383) 및 알람부(384)를 포함할 수 있다.
장애물판단부(381)는 센서부(210)로부터 수신한 장애물 거리 정보와 휴대용 전자기기(30)내의 가속도센서(360)의 정보를 수신하여 장애물 여부 및 장애물 유형을 판단할 수 있다.
보다 상세하게는, 장애물판단부(381)는 가속도센서(360)에서 수신한 사용자의 이동 속도 정보와 센서부(210)에서 수신한 거리 정보를 종합해 장애물의 존재 여부를 판단할 수 있다. 일례로, 장애물판단부(381)는 X축을 시간의 흐름을 나타내는 좌표축으로 설정하고, Y축을 장애물까지의 거리를 나타내는 좌표축으로 설정한 거리-시간 그래프의 기울기로 장애물의 존재 여부를 판단할 수 있다. 이때, 거리-시간 그래프의 기울기가 급격한 음의 변화를 나타내는 경우, 즉, 감지된 장애물과의 거리가 급격히 감소하는 것은 장애물이 지면에서 돌출된 형태임을 의미할 수 있다. 또한, 거리-시간 그래프의 기울기가 급격한 양의 변화를 보인 후 음의 변화를 나타내는 경우, 즉 감지된 장애물과의 거리가 급격히 증가한 후 감소하는 것은 장애물이 지면에 형성된 구멍의 형태임을 의미할 수 있다.
회피명령부(382)는 장애물판단부(381)에서 판단된 장애물의 유형에 따라 사용자가 장애물을 회피하게 하는 행동 유발을 위한 회피명령을 생성할 수 있다. 여기서, 회피명령은 휴대용 전자기기(30)에서 관자놀이와 유양돌기에 인가하기 위한 전정자극 신호에 대응하는 것일 수 있다. 이때, 회피명령부(382)는 제2 블루투스 통신부(320)를 통하여 회피명령을 웨어러블 디바이스(10)로 송신하도록 제어할 수 있다.
감도조절부(383)는 사용자에 의한 입력부(370)의 선택에 따라 장애물 감지 범위를 조절하기 위한 감도조절 명령을 생성할 수 있다. 여기서, 감도조절은 센서부(210)의 감지 범위의 조절을 의미한다. 감도조절부(383)는 제2 블루투스 통신부(320)를 통하여 감도조절 명령을 웨어러블 디바이스(10)로 송신하도록 제어할 수 있다.
알람부(384)는 단시간에 다수의 회피명령이 지시된 경우, 즉, 장애물을 회피하지 못한 경우, 구조 기관에 구조 요청을 알람 할 수 있다. 이러한 알람부(384)는 제2 블루투스 통신부(320)를 통하여 구조 요청을 구조 기관의 서버(미도시)로 송신하도록 제어할 수 있다.
또한, 저장부(390)는 경로 및 장애물과 관련된 정보 및 추가 기능과 관련된 정보가 저장될 수 있다. 일례로, 저장부(390)는 내장메모리 또는 SD 메모리 카드일 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 시각장애인용 보행 보조 시스템의 장애물 회피 절차 순서도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 시각장애인용 보행 보조 시스템(1)은 먼저, 휴대용 전자기기(30)가 웨어러블 디바이스(10)의 센서부(210))를 통하여 획득한 장애물 거리정보를 수신하여 장애물을 감지한다(단계 S710).
다음으로, 휴대용 전자기기(30)는 센서부(210)를 통하여 감지된 장애물이 구멍인지 여부를 판단한다(단계 S720). 이때, 휴대용 전자기기(30)는 시간에 따른 거리 변화를 나타내는 거리-시간 그래프의 기울기에 따라 현재 감지된 장애물이 구멍인지의 여부를 판단할 수 있다.
단계 S720의 판단결과, 장애물이 구멍이라고 판단한 경우, 즉, 거리-시간 그래프의 기울기가 급격한 양의 변화를 나타낸 후 음의 변화를 나타내면, 휴대용 전자기기(30)는 사용자가 구멍을 회피하여 이동할 수 있도록 후방 회피명령을 웨어러블 디바이스(10)로 지시한다(단계 S730). 이때, 웨어러블 디바이스(10)는 유양돌기와 관자놀이를 자극해서, 사용자의 후방 이동을 유발한다.
단계 S720의 판단결과, 장애물이 구멍이 아니라고 판단한 경우, 즉, 거리-시간 그래프의 기울기가 급격한 음의 변화를 나타내면, 휴대용 전자기기(30)는 작은 장애물로 인식하고 사용자가 작은 장애물을 회피하여 이동할 수 있도록 좌우 회피명령을 웨어러블 디바이스(10)로 지시한다(단계 S740). 이 때, 웨어러블 디바이스(10)는 전정자극 신호에 따라 유양돌기와 관자놀이를 자극해서, 사용자의 좌우 이동을 유발한다.
단계 S730 또는 단계 S740의 회피명령 이후에, 휴대용 전자기기(30)는 사용자가 회피 명령에 따라 이동하여 장애물을 회피하였는지를 판단한다(단계 S750).
단계 S750의 판단결과, 장애물이 회피 되지 않았다고 판단한 경우, 즉, 사용자가 좌우 회피명령으로는 회피 될 수 없는 큰 장애물인 경우, 휴대용 전자기기(30)는 좌회전 회피명령 또는 우회전 회피명령을 웨어러블 디바이스(10)로 지시한다(단계 S760). 이 때, 웨어러블 디바이스(10)는 전정자극 신호에 따라 유양돌기와 관자놀이를 자극해서, 사용자의 좌회전 또는 우회전 이동을 유발한다.
다음으로, 휴대용 전자기기(30)는 단계 S750으로 진행하여 장애물 회피 여부를 판단할 수 있다. 즉, 휴대용 전자기기(30)는 사용자가 장애물을 완전히 회피한 것으로 판단될 때까지 단계 S760 및 S750을 반복적으로 수행할 수 있다.
단계 S750의 판단결과, 장애물이 회피 되었다고 판단한 경우, 휴대용 전자기기(30)는 장애물의 정보를 저장부(390)에 기록한다(단계 S770). 여기서, 장애물의 정보는 장애물의 유형, 크기 및 위치일 수 있다. 이때, 휴대용 전자기기(30)는 저장된 장애물 정보를 서버(40)로 전송할 수 있다.
도 8(a) 내지 도 8(e)는 본 발명의 실시예에 따른 시각장애인용 보행 보조 시스템의 전용앱의 화면구성 예시도이다.
도 8(a)는 전용앱(310)의 최초 실행 시 홈화면 구성을 나타낸다. 도 8(a)를 참조하면, 홈화면은 메뉴 버튼(3111), 설정 버튼(3112), 앱종료 버튼(3113), 실행 버튼(3114), 음성안내 버튼(3115)을 포함할 수 있다.
메뉴 버튼(3111)은 전용앱(310)의 각 기능(예를 들어, 감도 조절, 길 안내, 경로기록 및 구조요청)을 선택할 수 있다.
설정 버튼(3112)은 전용앱(310) 화면의 글자 크기를 변경할 수 있다. 또한 설정 버튼(3112)은 음량을 조절할 수 있다.
앱종료 버튼(3113)은 실행중인 전용앱(310)을 종료할 수 있다, 이때, 웨어러블 디바이스(10)는 비활성화 될 수 있다. 앱종료 버튼(3113)에 의해 전용앱(310)이 종료되지 않고 화면이 닫힌 경우, 전용앱(310)은 백그라운드 상태에서 실행되어 길 안내 기능을 사용할 수 있다.
실행 버튼(3114)은 웨어러블 디바이스(10)가 블루투스로 연결되어 활성화되고 장애물 탐지 및 회피명령을 실행하도록 할 수 있다.
음성안내 버튼(3115)은 음성 안내 기능을 온오프(on/off)할 수 있다. 이 때, 장애물 감지 내역과 회피 내역이 음성으로 안내될 수 있다.
또한 저시력 사용자를 위해 최초 실행 시 홈화면은 확대 자막이 구비될 수 있다. 확대 자막은 각 기능 버튼의 실행 내역과 장애물 감지 및 회피 내역을 나타낼 수 있다.
도 8(b)는 실행 버튼(3114)에 의해 장애물 감지 및 회피 기능이 실행된 앱 실행화면을 나타낸다. 앱 실행화면에서 감도조절 버튼(3116)은 센서부(210)의 장애물 감지 범위를 조절할 수 있도록 감도를 조절할 수 있다. 앱 실행화면은 장애물 회피 내역을 화면에 안내할 수 있다. 예를 들어, 앱 실행화면은 장애물과의 거리 및 장애물 유형을 안내할 수 있다. 또한, 음성 안내 기능을 종료할 경우, 앱 실행화면은 종료가 완료되었음을 안내할 수 있다.
도 8(c)는 감도조절 버튼(3116)에 의해 감도를 조절할 수 있는 감도 조절 화면을 나타낸다. 감도조절 버튼(3116)으로 고감도 모드, 중감도 모드 및 저감도 모드 중 어느 하나를 선택할 수 있다. 이때, 각 감도 모드에 따라 센서부(210)의 감지 범위와 사용 가능한 장소가 달라질 수 있다.
일례로, 고감도 모드는 센서부(210)의 장애물 감지 범위가 최대 5m까지 가능하며, 유동인구의 밀도가 높지 않은 넓은 길이나 위험한 장소에서 사용할 수 있다. 중감도 모드는 센서부(210)의 장애물 감지 범위가 최대 3m까지 가능하며, 유동인구의 밀도가 중간 정도인 길이나 사용자가 익숙하지 않은 경로에서 사용할 수 있다. 저감도 모드는 센서부(210)의 장애물 감지 범위가 최대 1m까지 가능하며, 유동인구의 밀도가 높은 길이나 사용자가 익숙한 경로에서 사용할 수 있다.
도 8(d)는 사용자가 이동 완료한 과거의 경로기록을 확인할 수 있는 경로기록 화면을 나타낸다. 경로기록 화면은 센서부(210)가 감지한 장애물을 중심으로 휴대용 전자기기(30)의 가속도센서(360)를 통해 계산한 이동 거리 및 방향 정보에 기반한 이동 경로 지도를 나타낸다. 이러한 화면은 이동 경로 상에 감지된 장애물의 유형 및 위치를 나타내며, 장애물의 크기가 점의 크기로 표시될 수 있다.
이동 경로 지도는 이동 경로를 나타내는 이동선(3117)과 장애물을 나타내는 장애물점(3118)을 포함할 수 있다. 이동선(3117)은 이동 시간과 거리를 안내할 수 있고, 장애물점(3118)은 장애물의 유형과 크기를 안내할 수 있다.
도 8(e)는 단시간에 다수의 회피명령이 지시된 경우에 구조 요청이 실행된 구조요청 화면을 나타낸다. 구조요청 화면은 사용자가 구조 요청 아이콘을 클릭하면 미리 설정된 구조 기관에 구조 요청을 보낼 수 있다. 여기서, 구조 기관은 경찰서 서버, 소방서 서버 등을 포함할 수 있다. 또한, 사용자가 구조요청 아이콘을 클릭하지 않으면 일정 시간 뒤에 구조요청 화면은 해제되고 구조요청은 보내 지지 않을 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1 : 시각장애인용 보행 보조 시스템 10 : 웨어러블 디바이스
30 : 휴대용 전자기기 40 : 서버
100 : 헤드기어 110 : 귀걸이
111 : 제1 전극 112 : 제2 전극
113 : 스폰지 전극 114 : 슬릿
115 : 돌기부 120 : 헤드기어 길이조절부
130 : 스프링 전선부 140 : 제1 제어부
150 : 전류공급부 160 : 저장부
200 : 목걸이 210 : 센서부
220 : 제1 블루투스 통신부 230 : 전원부
231 : 내장배터리 232 : USB 충전부
233 : 충전등 234 : 전원 버튼
240 : 목걸이 길이조절부 310 : 전용앱
320 : 제2 블루투스 통신부 330 : 무선통신부
340 : 디스플레이부 350 : 음성출력부
360 : 가속도센서 370 : 입력부
380 : 제2 제어부 381 : 장애물판단부
382 : 회피명령부 383 : 감도조절부
384 : 알람부 390: 저장부
3111 : 메뉴 버튼 3112 : 설정 버튼
3113 : 앱종료 버튼 3114 : 실행 버튼
3115 : 음성안내 버튼 3116 : 감도조절 버튼
3117 : 이동선 3118 : 장애물점

Claims (5)

  1. 사용자의 유양돌기에 부착되는 제1 전극과 관자놀이에 부착되는 제2 전극을 포함하며 사용자의 머리에 착용되는 헤드기어와, 주변의 장애물을 감지하는 센서부를 포함하며 사용자의 목에 착용되는 목걸이를 포함하는 웨어러블 디바이스; 및
    상기 센서부의 감지 결과를 기초로 장애물을 판단하고, 상기 판단된 장애물에 따라 상기 제1 전극 및 제2 전극에 인가될 전정자극 신호를 결정하며 상기 사용자가 상기 장애물을 회피하는 이동을 유발하도록 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전정자극용 전류를 인가하도록 상기 웨어러블 디바이스로 지시하는 휴대용 전자기기를 포함하는 시각장애인용 보행 보조 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 헤드기어는,
    상기 헤드기어가 귀에 착용될 수 있도록 형성된 귀걸이를 포함하며,
    상기 귀걸이는 양측에 슬릿이 구비되고,
    상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 관자놀이 및 상기 유양돌기에 접촉하는 일면이 볼록하게 구비되고, 타면에 수직으로 돌기부가 구비되며, 상기 돌기부는 슬라이딩 가능하게 상기 슬릿에 삽입 결합되는 시각장애인용 보행 보조 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전정자극 신호는,
    상기 사용자의 좌우 이동, 전후 이동 및 좌우 회전 이동 중 어느 하나를 유발하도록, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 인가되는 전류의 방향에 따라 결정되는 시각장애인용 보행 보조 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 목걸이는 상기 휴대용 전자기기와 통신하는 블루투스 통신부를 더 포함하고,
    상기 휴대용 전자기기는 전용앱이 설치되며,
    상기 전용앱은 상기 센서부의 감도 조절, 길 안내, 음성 안내, 저시력 사용자를 위한 글자 크기 변경, 경로기록 및 이동 중인 경로에 대한 장애물 기록, 회피 동작 명령이 반복 발생하는 경우 구조 기관에 구조 요청을 수행하는 시각장애인용 보행 보조 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 휴대용 전자기기는,
    상기 센서부를 통하여 전방에 장애물을 감지하는 경우 상기 사용자가 상기 장애물을 회피하게 하는 상기 전정자극 신호를 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나에 인가하도록 지시하되,
    (a) 상기 장애물이 감지되는 경우 상기 장애물이 구멍이면 상기 사용자가 후방으로 이동하도록 후방 회피명령에 대응하는 전정자극 신호를 인가하고,
    (b) 상기 장애물이 구멍이 아니면, 상기 사용자가 상기 장애물의 좌 또는 우로 이동하도록 좌우 회피명령에 대응하는 전정자극 신호를 인가하며,
    (c) 상기 후방 회피명령 또는 상기 좌우 회피명령 이후 장애물이 회피 되지 않으면, 좌회전 또는 우회전 회피명령에 대응하는 전정자극 신호를 인가하도록 지시하며,
    상기 휴대용 전자기기는 상기 후방 회피명령 또는 상기 좌우 회피명령 이후 장애물이 회피 되었으면 상기 장애물의 정보를 저장하는 시각장애인용 보행 보조 시스템.
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