KR102502756B1 - 틸팅 가능한 구조를 지닌 전동 휠체어 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 틸팅 가능한 구조를 지닌 전동 휠체어에 있어서: 주행구동기(13)와 시트(15)를 갖춘 대차(10); 상기 대차(10) 상에 주행구동기(13)와 연결되도록 설치되는 조작기(20); 상기 대차(10)와 시트(15)를 유연축(31)으로 연결하고, 유연축(31)의 틸팅을 복수의 활주판(35)으로 단속하는 틸팅부재(30); 및 상기 조작기(20)의 입력에 대응하여 틸팅부재(30)를 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 보행이 어려운 노약자나 장애인이 혼자서 승차하고 이동하는 과정에서 전후좌우 어느 방향으로나 상체를 기울이는 동작을 구현하므로 떨어진 소지품을 줍기 편리하고 주행 안정성도 향상하는 효과가 있다.

Description

틸팅 가능한 구조를 지닌 전동 휠체어 {A powered wheelchair with tiltable structure}
본 발명은 전동 휠체어에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 보행이 어려운 노약자나 장애인이 혼자서 승차하고 이동할 수 있는 틸팅 가능한 구조를 지닌 전동 휠체어에 관한 것이다.
전동 휠체어는 보행이 불편한 사람들이 기본적인 사회생활에 참여하거나 좀더 활동적인 생활을 영위할 수 있도록 조력한다. 전자제어, 배터리, 소재 등의 관련 분야 기술이 발전함에 따라 향후에는 경량화를 기반으로 주행거리를 늘리는 동시에 음성안내와 같은 편의성 향상이 기대된다. 다만 전동 휠체어로 혼자서 이동하는 경우 소지품을 떨어뜨리면 주변의 도움 없이 줍기 어렵다. 전동 휠체어 탑승자의 신체 모션이 필요한 경우에 대비하는 기능이 필요하다.
이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 등록실용신안공보 제0408128호(선행문헌 1), 한국 공개특허공보 제2020-0068846호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.
선행문헌 1은 등받이와 시트 및 발판을 가지는 좌우프레임을 주바퀴와 보조바퀴 및 브레이크를 가지는 아웃프레임의 내측에 구비하면서 제어구로 틸팅상태를 제어하므로 앉은 자세를 유지하면서도 누운 상태로 전환하여 보다 편안한 사용이 가능하게 함으로서 이용자들의 편의성을 높이는 효과를 기대한다.
그러나, 이는 탑승자보다는 보조자가 작동시키기 적합한 구조일뿐더러 전동 휠체어에 적용하기 곤란하다.
선행문헌 2는 사용자의 조작에 의해 등받이부와 다리받침부가 상하로 배치되는 휠체어모드, 등받이부와 다리받침부가 수평으로 배치되는 베드모드 및 프레임유닛이 베이스에서 일정각도 틸팅된 상태의 안락모드 중 어느 하나로 조절되므로 하중을 분산시키고 편안한 자세가 가능한 효과를 기대한다.
다만, 이는 침대처럼 틸팅하는 모션을 요체로 하므로 옥외에서 사용하기 적합하지 않아 개선의 여지를 보이고 있다.
한국 등록실용신안공보 제0408128호 "휠체어용 틸팅장치" (공개일자 : 2006.02.07.) 한국 공개특허공보 제2020-0068846호 "다중의 자세모드 변경이 가능한 전동휠체어" (공개일자 : 2020.06.16.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 보행이 어려운 노약자나 장애인이 혼자서 승차하고 이동하는 과정에서 전후좌우 어느 방향으로나 상체를 기울이는 동작을 구현할 수 있는 틸팅 가능한 구조를 지닌 전동 휠체어를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 틸팅 가능한 구조를 지닌 전동 휠체어에 있어서: 주행구동기와 시트를 갖춘 대차; 상기 대차 상에 주행구동기와 연결되도록 설치되는 조작기; 상기 대차와 시트를 유연축으로 연결하고, 유연축의 틸팅을 복수의 활주판으로 단속하는 틸팅부재; 및 상기 조작기의 입력에 대응하여 틸팅부재를 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 틸팅부재의 유연축은 고탄성 소재의 중심대를 고신축 소재의 엘라스토머로 감싸서 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 틸팅부재는 가이드블록에 유연축을 중심으로 4개의 활주판을 각각 슬라이딩 가능하게 지지하고, 유연축과 활주판의 개별적 상하운동을 유발하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어수단은 조작기 상에 수동/자동 모드를 선택하는 모드스위치를 탑재하고, 자세검출기로 대차의 경사 변동과 활주판의 높이 변동을 검출하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 보행이 어려운 노약자나 장애인이 혼자서 승차하고 이동하는 과정에서 전후좌우 어느 방향으로나 상체를 기울이는 동작을 구현하므로 떨어진 소지품을 줍기 편리하고 주행 안정성도 향상하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 휠체어를 개략적으로 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 휠체어의 주요부를 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 휠체어의 제어회로를 나타내는 블록도
도 4는 본 발명에 따른 휠체어의 각동싱태를 나타내는 모식도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 틸팅 가능한 구조를 지닌 전동 휠체어에 관하여 제안한다. 보행이 어려운 노약자나 장애인이 혼자서 사용할 수 있는 전동 휠체어를 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 휠체어의 틸팅은 탑승자가 땅에 떨어진 소지품 등을 줍기 편리한 기울임 모션을 의미한다.
본 발명에 따르면 대차(10)가 주행구동기(13)와 시트(15)를 갖춘 구조를 이루고 있다.
도 1을 참조하면, 대차(10)에 탑재되는 주행구동기(13), 시트(15) 등이 나타난다. 대차(10)는 주행이 가능하도록 4개의 주행휠과 이에 연결되는 주행구동기(13)를 구비한다. 주행구동기(13)는 통상적인 전동 휠체어에 탑재되는 구성을 택한다. 대차(10)에는 발판(11)과 핸들(12)이 포함될 수도 있다. 대차(10)의 상측으로 좌판과 등판의 시트(15)가 탑재된다. 이외에 시트(15)의 양측으로 팔걸이가 설치될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따르면 조작기(20)가 상기 대차(10) 상에 주행구동기(13)와 연결되도록 설치되는 구조를 이루고 있다.
도 1에서, 대차(10)의 핸들(12) 상에 조작기(20)가 설치된 상태를 나타낸다. 조작기(20)는 주행구동기(13)를 제어하여 대차(10)의 전진, 후진, 제동 등을 실행한다. 조작기(20)는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 갖춘 마이컴 회로로 구성한다. 조작기(20)에는 입력용 버튼스위치 외에 터치스크린을 더 탑재하는 것이 좋다. 대차(10)에 탑재되는 배터리(25)는 주행구동기(13), 조작기(20) 등의 전원을 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면 상기 대차(10)와 시트(15)를 유연축(31)으로 연결하는 틸팅부재(30)가 유연축(31)의 틸팅을 복수의 활주판(35)으로 단속하는 구조를 이루고 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 대차(10)와 시트(15)를 연결하는 유연축(31)이 나타난다. 유연축(31)은 시트(15)에 착석한 사용자가 상체를 기울이는 방향에 연동하여 시트(15)의 자세를 연동시킨다. 유연축(31)에 고탄성과 함께 고신축의 물성이 요구된다. 유연축(31)의 주변을 감싸는 복수의 활주판(35)은 유연축(31)의 탄성변형 정도를 조절한다. 후술하는 것처럼 유연축(31)과 활주판(35)의 연계에 의하여 전방위로 기울이는 것이 가능할뿐더러 상황에 맞추어 기울임을 단속하여 안정성도 확보한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 틸팅부재(30)의 유연축(31)은 고탄성 소재의 중심대(32)를 고신축 소재의 엘라스토머(33)로 감싸서 형성되는 것을 특징으로 한다.
도 2에서, 유연축(31)을 구성하는 중심대(32)와 엘라스토머(33)가 나타난다. 중심대(32)는 탄소섬유와 동등 이상의 고탄성을 지닌 소재를 사용한다. 중심대(32)는 기계적 강도의 보강을 위해 복수로 구성할 수도 있다. 중심대(32)를 감싸는 엘라스토머(33)는 중심에 비하여 변형율이 크므로 고신축성이 요구된다. 엘라스토머(33) 중의 일측으로 올레핀계 수지층을 형성한 복합소재를 사용할 수도 있다. 엘라스토머(33)의 최외곽에 고신축성 섬유로 직조한 시트를 부가할 수도 있다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 틸팅부재(30)는 가이드블록(36)에 유연축(31)을 중심으로 4개의 활주판(35)을 각각 슬라이딩 가능하게 지지하고, 유연축(31)과 활주판(35)의 개별적 상하운동을 유발하는 것을 특징으로 한다.
도 2에 의하면 가이드블록(36) 상에 유연축(31)과 활주판(35)이 대칭적으로 배치된 상태를 나타낸다. 가이드블록(36)은 대차(10)에 긴밀하게 고정되고, 유연축(31)과 활주판(35)을 상하운동 가능하게 지지한다. 활주판(35)은 대략 가이드블록(36)과 곡률이 유사한 호형의 단면으로 형성된다. 4개의 활주판(35)은 대차(10)의 주행방향을 기준으로 전후좌우로 배치된다. 유연축(31), 활주판(35), 가이드블록(36) 중의 적어도 일부는 미끄럼 저항을 줄기이 위해 테프론수지층을 포함하는 것이 좋다.
이때, 활주판(35)의 하단에는 압전액추에이터(45)를 연결하고 유연축(31)의 하단에는 승강구동기(47)를 연결한다. 압전액추에이터(45)는 압전소자를 다수로 적층하여 형성되고 각각의 활주판(35)에 대한 개별적인 상하운동을 유발한다. 평상시 활주판(35)이 최대로 상승된 상태에서 유연축(31)을 충분한 높이로 감싸므로 유연축(31)의 임의적 틸팅이 구속된다. 승강구동기(47)는 모터-기어트레인 또는 스프링-솔레노이드로 형성되고, 유연축(31)의 상하운동을 유발한다. 경사로 주행시 승강구동기(47)가 가동되면 유연축(31)이 하강하여 무게 중심을 낮춘다.
또한, 본 발명에 따르면 제어수단(40)이 상기 조작기(20)의 입력에 대응하여 틸팅부재(30)를 설정된 알고리즘으로 제어하는 구조를 이루고 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 조작기(20)를 중심으로 하는 제어수단(40)이 나타난다. 물론 제어수단(40)은 조작기(20) 상에 별도의 제어보드를 부가하여 구성할 수도 있다. 틸팅부재(30)를 제어하는 알고리즘은 조작기(20)의 메모리에 프로그램과 데이터 형태로 저장되고 실행된다. 대차(10) 상의 유연축(31)이 시트(15)의 전방위 틸팅을 허용하지만 휠체어가 경사로에 위치하거나 주행하는 중이라면 임의로 작동되지 않도록 해야 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어수단(40)은 조작기(20) 상에 수동/자동 모드를 선택하는 모드스위치(41)를 탑재하고, 자세검출기(43)로 대차(10)의 경사 변동과 활주판(35)의 높이 변동을 검출하는 것을 특징으로 한다.
도 3에서, 조작기(20)에 직간접적으로 연결되는 모드스위치(41), 자세검출기(43), 압전액추에이터(45), 승강구동기(47) 등이 나타난다. 모드스위치(41)는 정해진 한 가지 모션으로 작동하기 위한 수동모드와 자세검출기(43)의 신호에 대응하여 작동하기 위한 자동모드를 구비한다. 휠체어가 정지된 상태에서 모드스위치(41)로 수동모드를 선택하면 압전액추에이터(45)가 가동되어 모든 활주판(35)이 하강하므로 시트(15)를 기울이는 것이 용이하다. 모드스위치(41)의 자동모드는 후술한다. 자세검출기(43)는 대차(10), 유연축(31), 활주판(35) 등에 장착되어 각도나 위치가 변동되는 상태를 검출한다.
도 4를 참조하면, 모드스위치(41)를 이용하여 자동모드로 선택한 경우의 작동예를 나타낸다. 도 4(a)처럼 유연축(31)을 하측으로 당기면서 좌측 활주판(35)의 높이를 낮추면 시트(15)가 좌측으로 기울어진다. 도 4(b)처럼 유연축(31)을 하측으로 당기면서 우측 활주판(35)의 높이를 낮추면 시트(15)가 우측으로 기울어진다. 모드스위치(41)의 자동모드 상태에서 휠체어가 경사로를 주행하고 있다면 조작기(20)가 자세검출기(43)의 신호에 대응하여 유연축(31)을 반대방향으로 강제로 틸팅시켜 전복 위험성을 낮추므로 안정성을 확보할 수 있다. 물론 휠체어 정지시 사용자가 소지품을 집을 때 틸팅을 보조하는 역할도 기대할 수도 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 대차 11: 발판
12: 핸들 13: 주행구동기
15: 시트 20: 조작기
25: 배터리 30: 연결부재
31: 유연축 32: 중심대
33: 엘라스토머 35: 활주판
36: 가이드블록 40: 제어수단
41: 모드스위치 43: 자세검출기
45: 압전액추에이터 47: 승강구동기

Claims (4)

  1. 틸팅 가능한 구조를 지닌 전동 휠체어에 있어서:
    주행구동기(13)와 시트(15)를 갖춘 대차(10);
    상기 대차(10) 상에 주행구동기(13)와 연결되도록 설치되는 조작기(20);
    상기 대차(10)와 시트(15)를 유연축(31)으로 연결하고, 유연축(31)의 틸팅을 복수의 활주판(35)으로 단속하는 틸팅부재(30); 및
    상기 조작기(20)의 입력에 대응하여 틸팅부재(30)를 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 틸팅 가능한 구조를 지닌 전동 휠체어.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 틸팅부재(30)의 유연축(31)은 고탄성 소재의 중심대(32)를 고신축 소재의 엘라스토머(33)로 감싸서 형성되는 것을 특징으로 하는 틸팅 가능한 구조를 지닌 전동 휠체어.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 틸팅부재(30)는 가이드블록(36)에 유연축(31)을 중심으로 4개의 활주판(35)을 각각 슬라이딩 가능하게 지지하고, 유연축(31)과 활주판(35)의 개별적 상하운동을 유발하는 것을 특징으로 하는 틸팅 가능한 구조를 지닌 전동 휠체어.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어수단(40)은 조작기(20) 상에 수동/자동 모드를 선택하는 모드스위치(41)를 탑재하고, 자세검출기(43)로 대차(10)의 경사 변동과 활주판(35)의 높이 변동을 검출하는 것을 특징으로 하는 틸팅 가능한 구조를 지닌 전동 휠체어.
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