KR102511163B1 - method for detecting and controlling the fall of the rear ground of an electric wheelchair - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전동휠체어에 벨크로로 부착되고, 내부에 제어부를 내장한 케이스(110); 상기 케이스의 상단에 구비되는 카메라모듈 거치대(130); 상기 카메라모듈 거치대에 회전가능하게 안착되고, 전동휠체어의 후방을 향하는 카메라모듈(130); 전동휠체어에 장착되어 상기 카메라모듈에서 촬영한 후방 영상을 보여주는 디스플레이 패널(150); 상기 전동휠체어 후방의 지면에 레이저 선(L)을 조사하는 두 개의 레이저 라인포인터(115); 적외선 센서;를 포함하는 전동휠체어로서, 전동휠체어의 후진시 후방 시야가 확보될 수 있고 휠체어 후방에 레이저 선을 조사함으로써 휠체어 후진 방향을 예측할 수 있어서 휠체어 운전자 뿐 아니라 주위 사람들에게도 휠체어 진행 방향을 알려줄 수 있게 됨으로써, 안전한 주행을 제공하고 심리적인 만족도를 향상시킬 수 있는 효과가 있고, 그리고, 전동휠체어의 후방 영상을 촬영하는 카메라와 함께 카메라의 양쪽에 후방으로 빛을 비추는 적외선 램프를 포함함으로써 야간이나 어두운 곳에서도 후방 영상을 촬영할 수 있고, 또한 상기 적외선램프는 후진시에만 비추는 것이 아니라 야간 주행중에는 상시적으로 비추어지게 할 수 있고, 전동휠체어의 후진시 전복되는 것을 예방하기 위해 지면 높이를 측정하고 지면의 낙차가 발생할 경우에는 알람을 제공하거나 긴급제동 기능으로 사용자의 안정성 확보에 기여한다.The present invention is attached to the electric wheelchair with Velcro, the case 110 with a built-in control unit therein; A camera module cradle 130 provided at the top of the case; A camera module 130 rotatably seated on the camera module cradle and facing the rear of the electric wheelchair; A display panel 150 mounted on the electric wheelchair and showing a rear image taken by the camera module; Two laser line pointers 115 for irradiating a laser line (L) on the ground behind the electric wheelchair; As an electric wheelchair including an infrared sensor, rearward vision can be secured when the electric wheelchair is reversing, and the backward direction of the wheelchair can be predicted by irradiating a laser line on the back of the wheelchair, so that not only the wheelchair driver but also people around can inform the wheelchair's progress direction. By being present, it has the effect of providing safe driving and improving psychological satisfaction, and by including an infrared lamp that shines light backward on both sides of the camera together with a camera that takes a rear image of the electric wheelchair, at night or in the dark. In addition, the infrared lamp can be illuminated not only when reversing, but always illuminated during night driving, and to prevent overturning when the electric wheelchair is in reverse, the ground height is measured and the height of the ground is measured. In the event of a fall, an alarm is provided or an emergency braking function contributes to securing the user's safety.

Description

전동휠체어의 후방 지면의 낙차 감지 및 제어방법{method for detecting and controlling the fall of the rear ground of an electric wheelchair}Method for detecting and controlling the fall of the rear ground of an electric wheelchair {method for detecting and controlling the fall of the rear ground of an electric wheelchair}

본 발명은 전동휠체어에 착탈가능하게 구비되는 후방시야 확보시스템에 대한 것으로, 구체적으로는 후방카메라를 구비하여 전동휠체어 후진시에 후방 시야를 확보할 수 있고, 이를 위한 보조 기술들이 가미되어 있어서 전동휠체어의 안전한 후진 동작을 제종하는 기술에 대한 것이다.The present invention relates to a rear view securing system detachably provided in an electric wheelchair, and specifically, a rear view camera is provided to secure a rear view when the electric wheelchair is reversing, and auxiliary technologies for this are added, so that the electric wheelchair It is about a technique for suppressing the safe backward operation of

장애인, 노약자 등 보행이 어려운 사람에게 이동의 도움을 주기 위한 기기로써 전동기(electric motor)를 구비하는 전동 휠체어가 있으며, 모터의 동력으로 상기 전동휠체어가 주행할 수 있도록 구동력을 제공하는 것이다.[0002] There is an electric wheelchair equipped with an electric motor as a device for assisting people with mobility, such as the handicapped and the elderly.

그리고, 이러한 전동휠체어는 전후 좌우로 주행방향을 조종할 수 있는 장비가 구비되어 있으며, 전동휠체어의 하나의 예로서 공개특허공보 특2002-0063053호 등이 있다. 선행문헌을 보면, 각 바퀴에 소형 DC모터 또는 브러쉬리스(brushless) DC전동기를 개별적으로 결합하여 구동장치의 부피를 줄이고 휠체어가 접히도록 하는 전동 휠체어 및 그 구동제어방법이 개시된다.In addition, such an electric wheelchair is provided with equipment capable of controlling the driving direction in front and rear and left and right directions, and as an example of an electric wheelchair, there is Patent Publication No. 2002-0063053 and the like. Referring to the prior literature, an electric wheelchair and a driving control method thereof are disclosed in which a small DC motor or a brushless DC electric motor is individually coupled to each wheel to reduce the volume of the driving device and allow the wheelchair to be folded.

그러나, 종래의 전동휠체어는 전후좌우 방향을 조정하는 기능을 가지고 있으나 후진시에 후방의 시야를 확보할 수 없는 문제가 있었다. 신체를 돌려서 후방 시야를 확보하기에 어려움을 겪는 장애인의 경우 후진이 필요한 상황에서 장애물과 충돌하는 등 사고의 위험이 존재하며, 특히, 엘리베이터와 같은 좁은 공간에서는 더욱 문제가 된다. 즉, 엘리베이터에 전동휠체어를 진입한 후 공간상 제약으로 방향전환이 어렵고, 따라서 엘리베이터에서 내리는 경우 반드시 후진으로 내려야 함에도 후방시야가 확보되지 않아서 많은 불편함이 있었고, 또한, 후방에 위치하는 장애물과의 충돌로 인한 신체 손상 및 노면 낙차로 인한 낙상과 같은 위험에 노출되어 있었다.However, the conventional electric wheelchair has a function of adjusting the front, rear, left, and right directions, but there is a problem in that a rear view cannot be secured when reversing. In the case of a disabled person who has difficulty securing a rear view by turning the body, there is a risk of an accident such as colliding with an obstacle in a situation where reversing is required, and in particular, it is more problematic in a narrow space such as an elevator. In other words, after entering the electric wheelchair into the elevator, it is difficult to change direction due to space limitations, and therefore, when getting off the elevator, it is necessary to go backwards, but there is a lot of inconvenience because the rear view is not secured. They were exposed to risks such as physical damage from collisions and falls due to falling from the road surface.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 후방 주시가 어려워 좁은 공간에서의 방향 전환과 후진에 어려움을 겪는 장애인을 위한 전동휠체어 후방 카메라 모듈과 보조기술들을 제공하여 주간과 야간에 후방을 주시하여 안전한 주행을 할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, by providing a rear camera module and assistive technologies for a powered wheelchair for people with disabilities who have difficulty changing direction and reversing in a narrow space due to difficulty in looking backward, so that they are safe by watching the rear during the day and at night. Its purpose is to provide technology capable of driving.

본 발명은, 전동휠체어에 착탈 가능하게 구비되는 후방시야 확보 시스템으로서, 전동휠체어에 벨크로로 부착되고, 내부에 제어부를 내장한 케이스(110); 상기 케이스의 상단에 구비되는 카메라모듈 거치대(130); 상기 카메라모듈 거치대에 회전가능하게 안착되고, 전동휠체어의 후방을 향하는 카메라모듈(130); 전동휠체어에 장착되어 상기 카메라모듈에서 촬영한 후방 영상을 보여주는 디스플레이 패널(150); 상기 케이스의 외주면에 구비되고 전동휠체어 후방의 지면에 레이저 선(L)을 조사하는 두 개의 레이저 라인포인터(115); 및 상기 케이스의 외주면에 구비되고 전동휠체어에서 소정 거리만큼 이격된 후방의 지면까지의 거리를 감지하는 거리감지센서(117);를 포함하는 전동휠체어의 후방시야 확보 시스템에 대한 것이다.The present invention is a rear vision securing system detachably provided to an electric wheelchair, which is attached to the electric wheelchair with Velcro and includes a case 110 having a control unit therein; A camera module cradle 130 provided at the top of the case; a camera module 130 rotatably seated on the camera module cradle and facing the rear of the electric wheelchair; A display panel 150 mounted on the electric wheelchair and showing a rear image taken by the camera module; Two laser line pointers 115 provided on the outer circumferential surface of the case and radiating a laser line (L) to the ground behind the electric wheelchair; and a distance sensor 117 provided on an outer circumferential surface of the case and configured to detect a distance from the electric wheelchair to a rear ground separated by a predetermined distance.

상기 카메라모듈은, 중앙에 위치하여 전동휠체어 후방 영상을 촬영하는 카메라(132); 상기 카메라의 좌우측에 위치하여 전동휠체어의 후방으로 빛을 비추는 적외선 램프(134);를 포함하고, 상기 두 개의 레이저 라인포인터(115)에서 조사되는 상기 레이저 선(L)이 전동휠체어 양쪽 뒷바퀴 보다 소정 간격 만큼 더 넓은 폭을 이루면서 조사되도록, 상기 두 개의 레이저 라인포인터(115)의 레이저 선 조사 각도 조절이 가능하게 구비된다.The camera module includes a camera 132 located at the center and capturing a rear image of the electric wheelchair; Infrared lamps 134 positioned on the left and right sides of the camera to illuminate the rear of the electric wheelchair, and the laser lines (L) irradiated from the two laser line pointers 115 are smaller than both rear wheels of the electric wheelchair. It is provided to be able to adjust the laser line irradiation angle of the two laser line pointers 115 so as to irradiate while forming a wider width by the interval.

상기 디스플레이 패널(150)은 전동휠체어 팔 지지대에 부착되고, 상기 디스플레이 패널은 터치패널로 이루어져서, 사용자는 상기 터치패널을 조작하여 상기 카메라를 동작시켜서 카메라의 촬영각도 및 촬영범위 조절이 가능하다. The display panel 150 is attached to an arm support of an electric wheelchair, and the display panel is made of a touch panel, and the user can operate the camera by manipulating the touch panel to adjust the camera's shooting angle and shooting range.

상기 케이스의 내부에는 카메라 및 레이저 라인포인트의 동작을 제어하는 제어부가 구비되고, 상기 케이스는 벨크로를 활용해 전동휠체어에 탈착가능하게 장착되고, 상기 두 개의 레이저 라인포인터(115)는 상기 전동휠체어의 뒤쪽 바퀴 상측에 구비되어서, 상기 레이저 선은 전동휠체어의 양쪽 뒷바퀴에서 소정 간격 만큼 넓은 폭을 이루면서 조사되도록 한다. A control unit for controlling the operation of a camera and a laser line point is provided inside the case, the case is detachably attached to the power wheelchair using Velcro, and the two laser line pointers 115 are attached to the power wheelchair. It is provided on the upper side of the rear wheel, so that the laser line is irradiated while forming a wide width by a predetermined distance from both rear wheels of the electric wheelchair.

상기 거리감지센서는 전동휠체어에서 소정 거리만큼 이격된 후방의 지면까지의 거리를 반복적으로 측정하며, 측정된 거리의 값이 미리 설정된 특정 임계값보다 커질 경우에는 낙차가 발생한 것으로 판단하여 알람을 제공하거나 긴급제동 동작을 수행하도록 하는 제어부를 더 포함한다.The distance sensor repeatedly measures the distance from the electric wheelchair to the rear ground separated by a predetermined distance, and when the value of the measured distance is greater than a predetermined threshold value, it is determined that a fall has occurred and an alarm is provided, or It further includes a control unit to perform an emergency braking operation.

본 발명은 또한 전동휠체어 후방 지면의 낙차를 감지 및 제어방법으로서, 상기 거리감지센서(116)는 전동휠체어의 후방으로 소정거리 이격된 특정 지면까지의 거리(M)를 측정하도록 지면에 수직한 축과 소정의 설치각도(θ)를 이루도록 설치되며, 상기 거리감지센서(116)에서 수직방향으로의 지면까지의 거리인 높이(H)와, 상기 거리감지센서가 설치된 각도(θ)와, 휠체어 뒷바퀴의 반지름(R) 값을 불러오는 1단계; 상기 거리감지센서가 상기 설치각도(θ)를 이루면서 지면까지의 거리(M)를 연속적으로 수집하는 2단계; 휠체어와 특정 지면까지의 거리(L)와 특정 지면에서의 깊이(D)를 아래 [식 1]을 이용하여 계산하는 3단계; 및The present invention is also a method for detecting and controlling a drop of the ground at the rear of an electric wheelchair, wherein the distance sensor 116 is an axis perpendicular to the ground to measure the distance M to a specific ground spaced a predetermined distance to the rear of the electric wheelchair And installed to achieve a predetermined installation angle (θ), height (H), which is the distance from the distance sensor 116 to the ground in the vertical direction, the angle (θ) at which the distance sensor is installed, and the rear wheel of the wheelchair Step 1 to call the value of the radius (R) of; a second step of continuously collecting the distance (M) to the ground while the distance sensor forms the installation angle (θ); Step 3 of calculating the distance (L) from the wheelchair to a specific ground and the depth (D) from the specific ground using [Equation 1] below; and

[식 1]

Figure 112021059586763-pat00001
[Equation 1]
Figure 112021059586763-pat00001

상기 D값이 5cm 보다 큰 경우 단차(턱, 낙차 등)를 감지하고 경고하는 4단계;로 이루어지고, 상기 4단계의 경고는 빛을 이용하거나 경고음을 이용하는 것을 특징으로 하는 전동휠체어의 후방 지면의 단차(턱, 낙차 등) 감지 및 제어방법을 제공한다.4 steps of detecting and warning a step (chin, drop, etc.) when the D value is greater than 5 cm, and the warning of the 4 steps uses light or a warning sound. It provides step difference (chin, fall, etc.) detection and control method.

그리고, 상기 [식 1]에서 구한 D의 값이 미리 정해진 깊이 값 보다 큰 경우, 상기 [식 1]에서 구해진 거리(L) 값이 40cm 보다 작은 경우 저위험 경고를 발하고, 상기 [식 1]에서 구해진 거리(L) 값이 20cm 보다 작은 경우 중위험 경고를 발하고, 상기 [식 1]에서 구해진 거리(L) 값이 10cm 보다 작은 경우 고위험 경고를 발하게 된다.In addition, when the value of D obtained in [Equation 1] is greater than the predetermined depth value, a low-risk warning is issued when the value of the distance (L) obtained in [Equation 1] is less than 40 cm, and the [Equation 1] If the distance (L) value obtained from is less than 20 cm, a medium-risk warning is issued, and if the distance (L) value obtained from [Equation 1] is less than 10 cm, a high-risk warning is issued.

본 발명은 상기 구성에 의해서, 전동휠체어의 후진시 후방 시야가 확보될 수 있고 휠체어 후방에 레이저 선을 조사함으로써 휠체어 후진 방향을 예측할 수 있어서 휠체어 운전자 뿐 아니라 보행자에게 휠체어 진행 방향을 알려줄 수 있게 됨으로써, 안전한 주행을 제공하고 심리적인 만족도를 향상시킬 수 있는 효과가 발휘된다.According to the present invention, the rear view can be secured when the electric wheelchair is reversing, and the backward direction of the wheelchair can be predicted by irradiating a laser beam on the back of the wheelchair, so that not only the wheelchair driver but also the pedestrian can be informed of the direction of the wheelchair, The effect of providing safe driving and improving psychological satisfaction is exerted.

그리고, 전동휠체어의 후방 영상을 촬영하는 카메라와 함께 카메라의 양쪽에 후방으로 빛을 비추는 적외선 램프를 포함함으로써 어두운 환경(야간 등)에서도 후방 영상을 촬영할 수 있고, 또한 상기 적외선램프는 후진시에만 비추는 것이 아니라 야간 주행중에는 상시적으로 비추어지게 함으로써 어두운 환경에서의 전동휠체어 사용자의 시야를 확보하여 장애물 인식할 수 있도록 하는 효과도 구현하게 된다. In addition, by including an infrared lamp that shines light backward on both sides of the camera together with a camera that shoots a rear image of the electric wheelchair, it is possible to take a rear image even in a dark environment (night, etc.), and the infrared lamp illuminates only when reversing Instead, it is constantly illuminated during night driving, so that the user of the electric wheelchair in a dark environment can see the field of vision and recognize the obstacle.

도 1과 도 2는 본 발명에 따른 전동휠체어 후방시야 확보시스템의 일부 구성의 모습이며,
도 3는 도 1에 도시된 전동휠체어 후방시야 확보시스템이 전동휠체어에 장착된 모습이며,
도 4는 도 1에 도시된 전동휠체어 후방시야 확보시스템의 구성 중 디스플레이 패널이 전동휠체어에 장착된 모습이며,
도 5는 본 발명에 따른 전동휠체어 후방시야 확보시스템을 이용하여 전동휠체어가 후진하는 모습이며,
도 6은 본 발명에 따른 전동휠체어 후방시야 확보시스템에서 거리감지센서 등이 작동하는 모습이며,
도 7은 본 발명에 따른 전동휠체어 후방시야 확보시스템에서 후방장애물을 인식하는 기능의 순서도이며,
도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 전동휠체어 후방시야 확보시스템에서 낙차 지점 정보를 계산하는 모습 및 순서도이다.
1 and 2 are views of some configurations of the electric wheelchair rear vision securing system according to the present invention,
3 is a view of the electric wheelchair rear vision securing system shown in FIG. 1 mounted on the electric wheelchair,
4 is a view of a display panel mounted on an electric wheelchair among the components of the electric wheelchair rear vision securing system shown in FIG. 1;
5 is a view of the electric wheelchair moving backward using the electric wheelchair rear vision securing system according to the present invention,
6 is a state in which a distance sensor or the like operates in the electric wheelchair rear vision securing system according to the present invention,
7 is a flowchart of a function of recognizing a rear obstacle in the rear vision securing system for an electric wheelchair according to the present invention;
8 to 10 are views and flowcharts of calculating drop point information in the rear view securing system for an electric wheelchair according to the present invention.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들이며 이는 사용자 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. In addition, the terms used are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of the user operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout the present specification.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 전동휠체어 후방시야 확보시스템의 일부 구성과 이들이 전동휠체어에 장착된 모습이며, 도 5는 본 발명에 따른 전동휠체어 후방시야 확보시스템을 이용하여 전동휠체어가 후진하는 모습이며, 도 6은 본 발명에 따른 전동휠체어 후방시야 확보시스템에서 거리감지센서 등이 작동하는 모습이다. 그리고, 도 7은 본 발명에 따른 전동휠체어 후방시야 확보시스템에서 후방장애물을 인식하는 기능의 순서도이며, 도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 전동휠체어 후방시야 확보시스템에서 낙차 지점 정보를 계산하는 모습 및 순서도이다.1 to 4 are some configurations of the electric wheelchair rear vision securing system according to the present invention and a state in which they are mounted on the electric wheelchair, and FIG. 6 is a state in which a distance sensor or the like operates in the electric wheelchair rear vision securing system according to the present invention. 7 is a flow chart of a function for recognizing rear obstacles in the rear vision securing system for an electric wheelchair according to the present invention, and FIGS. and a flowchart.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해서 상세히 설명한다. 본 발명은 착탈식 유닛으로 구성되어 있어서 신규 전동휠체어 뿐아니라 기존의 전동휠체어에도 착탈 가능하게 구비되는 구조인 점이 장점이며, 전동휠체어에 장착되어 용이하게 사용이 가능한 후방시야 확보시스템이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is composed of a detachable unit, so it is advantageous in that it is detachably provided to existing electric wheelchairs as well as new electric wheelchairs, and is a rear vision securing system that can be easily used by being mounted on electric wheelchairs.

도면을 참조하여 구체적으로 보면, 전동휠체어의 헤드레스트 등에 벨크로와 같은 부착수단(112)으로 로 부착되는 케이스(110)와, 상기 케이스(110)의 상부에 부착되는 카메라모듈(130)과, 전동휠체어의 팔지지대 등에 부착되는 디스플레이 패널(150) 등을 포함하고 있다. 상기 케이스(110)는 벨크로로 부착될 수 있고, 이하에서 설명하는 거리감지센서와 레이저 조사 각도 등을 조절하기 위해 케이스를 구성하여 필요시 회전할 수 있도록 하였다.Specifically with reference to the drawings, a case 110 attached to the headrest of an electric wheelchair with an attachment means 112 such as Velcro, a camera module 130 attached to the top of the case 110, and an electric motor It includes a display panel 150 attached to an arm support of a wheelchair. The case 110 can be attached with Velcro, and can be rotated when necessary by configuring the case to adjust a distance sensor and a laser irradiation angle to be described below.

상기 케이스(110)는 후방시야 확보시스템의 각각의 구성들에 필요한 제어를 수행하는 제어부 내지 제어장치를 내장하고 있으며, 상기 케이스의 상단에는 카메라모듈 거치대(130)가 위치하고, 상기 카메라모듈 거치대에 회전가능하게 카메라모듈(130)이 안착된다. 상기 카메라모듈은 상하방향으로 사용하는 휠체어의 폭이나 높이에 맞게 사용자 편의대로 좌우, 상하 조절 및 회전이 가능하게 장착되어서 후방시야를 적절히 확보할 수 있는 각도로 장착된다.The case 110 has a built-in controller or control device for controlling each component of the rear view securing system, and a camera module cradle 130 is located on the top of the case and rotates on the camera module cradle. Possibly the camera module 130 is seated. The camera module is mounted at an angle capable of properly securing a rear view by being capable of adjusting left and right, up and down, and rotating according to the user's convenience according to the width or height of the wheelchair to be used in the vertical direction.

상기 카메라모듈(130)은, 중앙에 위치하여 전동휠체어 후방 영상을 촬영하는 카메라(132)와, 상기 카메라의 양쪽 좌우측에 위치하여 전동휠체어의 후방으로 빛을 비추는 적외선 램프(134)를 포함한다. 상기 적외선 램프는 야간 등 어두운 환경에서 후진시 자동으로 전원이 작동하여 켜지도록 할 수도 있고, 상시적으로 온(ON)상태를 유지함으로써 전동휠체어 사용자가 어두운 환경에서 후방을 식별하는데 도움이 된다. The camera module 130 includes a camera 132 located in the center to capture a rear image of the electric wheelchair, and infrared lamps 134 located on both left and right sides of the camera to illuminate the rear of the electric wheelchair. The infrared lamp may be automatically turned on and turned on when reversing in a dark environment such as at night.

카메라로 촬영된 후방 영상은 기계학습 기반 영상처리를 이용한 장애물 인식 기능에 활용된다. 장애물 인식 기능은 다음과 같이 장애물 추적, 근접하는 장애물 감지 단계로 이루어진다. 도 7을 참고하여 구체적으로 보면, 장애물 추적 단계에서는 후방 영상의 특징들(features)을 추출하고, 추출된 특징들의 광류(optical-flow)를 계산한다. 여기서 계산된 광류를 이용하여 지면 정보(vector)와 다른 움직임(vector)을 보이는 물체를 배경으로부터 장애물을 분류하여 검출한다. 검출된 장애물은 기계학습을 통해 벽/사물/사람으로 분류된다.The rear image captured by the camera is used for obstacle recognition using machine learning-based image processing. The obstacle recognition function consists of obstacle tracking and approaching obstacle detection steps as follows. In detail with reference to FIG. 7 , in the obstacle tracking step, features of a rear image are extracted, and an optical-flow of the extracted features is calculated. Using the optical flow calculated here, an object showing a different motion (vector) from the ground information (vector) is classified as an obstacle from the background and detected. Detected obstacles are classified into wall/object/person through machine learning.

근접하는 장애물 감지 단계에서는 분류된 장애물들이 후방 영상에서 차지하는 비율을 계산하고, 이 비율을 이용하여 위험비율별로 경고등 표시나 알람을 제공하거나 긴급제동 기능으로 연계된다. 또한, 후방 영상을 사용자에게 실시간으로 보여주는 것뿐만 아니라, 영상을 녹화 및 저장하여 사용자가 장애물로 인하여 사고 및 부상을 입었을 때, 법적 분쟁의 근거자료로 사용할 수 있다.In the approaching obstacle detection step, the ratio of the classified obstacles in the rear image is calculated, and using this ratio, a warning light display or alarm is provided for each risk ratio, or it is linked to an emergency braking function. In addition, as well as showing the rear image to the user in real time, the image can be recorded and stored and used as evidence for legal disputes when the user suffers an accident or injury due to an obstacle.

그리고, 본 발명은 상기 전동휠체어가 후진하는 경우에 전동휠체어 후진방향 및 후진 영역을 표시하기 위한 구성으로, 후방의 지면에 레이저 선(L)을 조사하는 두 개의 레이저 라인포인터(115)를 포함하고 있다.In addition, the present invention is a configuration for displaying the backward direction and backward area of the electric wheelchair when the electric wheelchair moves backward, and includes two laser line pointers 115 for irradiating a laser line (L) on the rear ground, there is.

상기 두 개의 레이저 라인포인터(115)가 부착되는 위치로는 도 2에서 보는 바와 같이 상기 케이스(110)의 대략 하부쪽에 위치하도록 한다. 즉, 상기 케이스(110)의 하부 적절한 곳에 두개의 홀이 형성되고 상기 케이스 내부에 부착되는 라인포인터(115)의 레이저 빛이 상기 홀을 통해 외부로 하향 조사될 수 있게 한다. 상기 레이저 선은 후진하는 휠체어의 후진 범위를 표시하는 것으로 인접한 외부 사람에게 휠체어 이동범위를 알려주는 역할을 함과 동시에 전동휠체어 탑승자에게도 후진 방향을 제시함으로써 안전한 후진이 가능하도록 한다. 도 5는 하나의 사용 실시예로서 복잡한 엘리베이터 등에서 후진하면서 전동휠체어가 내리는 상황을 도시하고 있다.As shown in FIG. 2, the two laser line pointers 115 are attached to the lower portion of the case 110. That is, two holes are formed at an appropriate lower part of the case 110, and the laser light of the line pointer 115 attached to the inside of the case can be downwardly irradiated to the outside through the holes. The laser line indicates the backward range of the wheelchair moving backward, serves to inform an outsider of the wheelchair movement range, and at the same time presents the backward direction to the occupant of the powered wheelchair, enabling safe backward movement. FIG. 5 illustrates a situation in which an electric wheelchair descends while moving backward in a complex elevator as an example of use.

상기 레이저 선은 전동휠체어의 후진 방향을 정확하게 표시하도록 하기 위해서 전동휠체어 양쪽 뒷바퀴에 인접한 부위에 설치되어 후진 영역을 표시할 수도 있다. 즉, 라인포인터(115)가 전동휠체어의 양쪽 뒷바퀴의 직상부에 설치되고 두 개의 라인포인트 간격이 양쪽 뒷바퀴에서 소정 간격 만큼 넓은 폭을 이루면서 조사되도록 하여 정확한 후진 영역을 표시하도록 할 수 있다. 상기 거리감지센서는 전동휠체어의 후진시 전복되는 것을 예방하기 위해 지면 높이를 측정한다. The laser line may be installed at a part adjacent to both rear wheels of the electric wheelchair to accurately indicate the backward direction of the electric wheelchair to mark the reverse area. That is, the line pointer 115 is installed directly above both rear wheels of the electric wheelchair, and the distance between the two line points is irradiated as wide as the predetermined distance from both rear wheels, so that the reverse area can be accurately displayed. The distance sensor measures the height of the ground to prevent overturning when the electric wheelchair moves backward.

그리고, 본 발명의 거리감지센서(116)은 낙차 검사 기능을 위해 휠체어 후방의 특정 지면까지의 거리(M)를 측정하는 것이다. 도 8 내지 도 9를 참고하여 살펴보면, 거리 측정값은 거리감지센서(116)가 부착된 위치부터 휠체어 후방 특정 지점의 지면까지의 거리, 깊이를 반복적으로 기록되며, 측정되는 깊이의 변위가 특정 임계값보다 커질 경우에는 지면에 낙차가 존재하는 것으로 판단한다. In addition, the distance sensor 116 of the present invention measures the distance M to a specific ground at the rear of the wheelchair for the fall detection function. Referring to FIGS. 8 and 9, the distance measurement value repeatedly records the distance and depth from the location where the distance sensor 116 is attached to the ground at a specific point behind the wheelchair, and the displacement of the measured depth is a certain threshold If it is greater than the value, it is determined that there is a fall on the ground.

낙차 검사 기능은 3가지 단계로 이루어진다. 1단계에서는 거리 측정값(M)을 이용하여 휠체어와 낙차지점 사이의 거리(L) 및 깊이(D)를 계산한다. 2단계에서는 5 cm 이상의 턱을 검사(깊이 값<-5 cm)하여, 턱이 발생할 경우에는 빨간색 경고등 표시, 경고음 알람, 긴급 제동을 제공한다. 3단계에서는 내리막길/오르막길 검사를 통해 낙차지점의 너비와 경사를 계산하여 너비가 후륜바퀴의 지름(2R)보다 클 경우에는, 낙차가 발생한 경사(I)에 따라 저위험(15도 이하), 고위험(15도 이상)으로 나누어 경고등(고위험: 빨간색, 저위험: 노란색) 표시와 알람, 긴급제동(고위험 만) 기능으로 연계되도록 한다. 저위험과 고위험을 판단하는 낙차 경사는 실험적 연구를 통해 도출되어 사용되었다. 긴급제동 기능은 제어부에서 휠체어 컨트롤러로 보내진 신호를 통해 동작한다. 휠체어 컨트롤러 신호 연결을 위해, 제어부는 무선 긴급제동 기능을 지원하는 휠체어 컨트롤러에 무선(예: 블루투스, 적외선 등)을 통해 신호를 송신하고, 무선 긴급제동 기능을 지원하지 않는 휠체어 컨트롤러에 비상버튼 스위치에 연결하여 유선으로 신호를 송신하여 긴급제동을 수행한다.The fall detection function consists of three steps. In the first step, the distance (L) and depth (D) between the wheelchair and the falling point are calculated using the distance measurement value (M). In the second stage, a chin of 5 cm or more is inspected (depth value < -5 cm), and a red warning light is displayed, an audible alarm, and emergency braking is provided if a chin occurs. In step 3, the width and slope of the drop point are calculated through the downhill/uphill road test. If the width is greater than the diameter of the rear wheel (2R), the risk is low (15 degrees or less) It is divided into high risk (more than 15 degrees) and linked with warning light (high risk: red, low risk: yellow) display, alarm, and emergency braking (only high risk) function. The drop slope for judging low risk and high risk was derived and used through experimental research. The emergency braking function operates through a signal sent from the control unit to the wheelchair controller. To connect the wheelchair controller signal, the control unit transmits a signal via wireless (e.g., Bluetooth, infrared, etc.) to the wheelchair controller supporting the wireless emergency braking function, and to the emergency button switch to the wheelchair controller that does not support the wireless emergency braking function. It connects and transmits a signal through wire to perform emergency braking.

본 발명의 제어방법을 다시 설명하면, 상기 거리감지센서(116)는 전동휠체어의 후방으로 소정거리 이격된 특정 지면까지의 거리(M)를 측정하도록 지면에 수직한 축과 소정의 설치각도(θ)를 이루도록 설치되며, 상기 거리감지센서(116)에서 수직방향으로의 지면까지의 거리인 높이(H)와, 상기 거리감지센서가 설치된 각도(θ)와, 휠체어 뒷바퀴의 반지름(R) 값을 불러오는 1단계; 상기 거리감지센서가 상기 설치각도(θ)를 이루면서 지면까지의 거리(M)를 연속적으로 수집하는 2단계; 휠체어와 특정 지면까지의 거리(L)와 특정 지면에서의 깊이(D)를 아래 [식 1]을 이용하여 계산하는 3단계; 및To explain the control method of the present invention again, the distance sensor 116 measures the distance M to a specific ground spaced a predetermined distance to the rear of the electric wheelchair at an axis perpendicular to the ground and a predetermined installation angle θ ), and the height (H), which is the distance from the distance sensor 116 to the ground in the vertical direction, the angle (θ) at which the distance sensor is installed, and the radius (R) of the rear wheel of the wheelchair Step 1 to call; a second step of continuously collecting the distance (M) to the ground while the distance sensor forms the installation angle (θ); Step 3 of calculating the distance (L) from the wheelchair to a specific ground and the depth (D) from the specific ground using [Equation 1] below; and

[식 1]

Figure 112021059586763-pat00002
[Equation 1]
Figure 112021059586763-pat00002

상기 D값이 5cm 보다 큰 경우(즉, 후방 특정 지점의 단차 깊이가 5cm 이상의 깊이를 갖는 경우) 낙차를 감지하고 경고하는 4단계;로 이루어지고, 상기 4단계의 경고는 빛을 이용하거나 경고음을 이용할 수 있다.When the D value is greater than 5 cm (ie, when the depth of the step at a specific rear point has a depth of 5 cm or more), a fall is detected and warned in a 4 step; the warning in the 4 steps is performed using light or sound Available.

그리고, 도 10에서 도시된 바와 같이, 상기 [식 1]에서 구한 D의 값이 미리 정해진 깊이 값 보다 큰 경우, 상기 [식 1]에서 구해진 거리(L) 값이 40cm 보다 작은 경우 저위험 경고를 발하고, 상기 [식 1]에서 구해진 거리(L) 값이 20cm 보다 작은 경우 중위험 경고를 발하고, 상기 [식 1]에서 구해진 거리(L) 값이 10cm 보다 작은 경우 고위험 경고를 발하여 거리를 감지하게 할 수 있다. 여기서, 저위험은 노란색 경고등과 알람음, 중위험은 주황색 경고등과 알람음, 고위험은 빨간색 경고등과 알람음 및 긴급 제동이 될 수 있다.And, as shown in FIG. 10, when the value of D obtained in [Equation 1] is greater than a predetermined depth value, and when the value of the distance (L) obtained in [Equation 1] is less than 40 cm, a low-risk warning is issued. If the value of the distance (L) obtained from [Equation 1] is less than 20 cm, a medium-risk warning is issued, and if the value of the distance (L) obtained from [Equation 1] is less than 10 cm, a high-risk warning is issued to reduce the distance. can detect Here, the low risk may include a yellow warning light and alarm sound, the medium risk may include an orange warning light and alarm sound, and the high risk may include a red warning light, alarm sound, and emergency braking.

본 발명은 이러한 거리감지센서를 활용하여 후진하는 휠체어의 후방에 지면이 갑자기 낮아지는 지점이 있는 경우, 미리 사용자에게 경고하거나 휠체어에 제동동작을 가함으로써 안전사고를 예방하게 된다. 거리감지센서는 다양한 장치가 활용될 수 있으며 그 중 하나의 예로서 적외선을 활용하는 거리감지센서일 수 있다.The present invention utilizes such a distance sensor to prevent safety accidents by warning the user in advance or applying a braking action to the wheelchair when there is a point where the ground suddenly lowers behind the backward wheelchair. Various devices may be used as the distance sensor, and as one example of them, a distance sensor using infrared rays may be used.

상기 디스플레이 패널(150)은 전동휠체어 팔 지지대에 별도의 거치대를 이용하여 설치되고, 상기 디스플레이 패널은 터치패널로 이루어져서, 사용자는 후진동작시에 상기 터치패널을 조작하여 상기 카메라를 동작시키게 된다. 또한, 상기 터치 패널을 조작하여 사용자는 후방카메라의 촬영각도 및 촬영범위 조절이 가능하게 할 수도 있다.The display panel 150 is installed using a separate cradle on an arm support of an electric wheelchair, and the display panel is composed of a touch panel, so that a user operates the camera by manipulating the touch panel during a backward movement. In addition, by manipulating the touch panel, the user may be able to adjust the photographing angle and photographing range of the rear camera.

본 발명은 전동휠체어의 후방 영상을 촬영하는 카메라와 함께 카메라의 양쪽에 후방으로 빛을 비추는 적외선 램프를 포함함으로써 야간이나 어두운 곳에서도 후방 영상을 촬영할 수 있고, 또한 상기 적외선램프는 후진시에만 비추는 것이 아니라 야간 주행중에는 상시적으로 비추어지게 함으로써 전동휠체어 사용자가 어두운 환경에서 후방을 용이하게 식별하는 효과도 구현하게 된다. The present invention includes a camera for taking a rear image of the electric wheelchair and an infrared lamp that shines light backward on both sides of the camera, so that a rear image can be taken even at night or in a dark place, and the infrared lamp is only illuminated when reversing. In addition, by constantly illuminating the light while driving at night, the user of the electric wheelchair can easily identify the rear in a dark environment.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also made according to the present invention. falls within the scope of the rights of

Claims (9)

전동휠체어의 후방시야 확보 시스템을 이용하여 후방 지면의 낙차를 감지 및 제어방법으로서,
상기 전동휠체어의 후방시야 확보 시스템은,
전동휠체어에 벨크로로 부착되고, 내부에 제어부를 내장한 원통형상의 케이스(110); 상기 케이스의 상단에 구비되는 카메라모듈 거치대(130); 상기 카메라모듈 거치대에 회전가능하게 안착되고, 전동휠체어의 후방을 향하는 카메라모듈(130); 전동휠체어에 장착되어 상기 카메라모듈에서 촬영한 후방 영상을 보여주는 디스플레이 패널(150); 상기 케이스의 외주면에 구비되고 전동휠체어 후방의 지면에 레이저 선(L)을 조사하는 두 개의 레이저 라인포인터(115); 및 상기 케이스의 외주면에 구비되고 전동휠체어에서 소정 거리만큼 이격된 후방의 지면까지의 거리를 감지하는 거리감지센서(116);를 포함하고,
상기 디스플레이 패널은 터치패널로 이루어져서, 상기 터치패널 조작으로 상기 카메라의 촬영각도 및 촬영범위 조절이 가능하고,
상기 거리감지센서(116)는 전동휠체어의 후방으로 소정거리 이격된 특정 지면까지의 거리(M)를 측정하도록 지면에 수직한 축과 소정의 설치각도(θ)를 이루도록 설치되며,
상기 거리감지센서(116)에서 수직방향으로의 지면까지의 거리인 높이(H)와, 상기 거리감지센서가 설치된 각도(θ)와, 휠체어 뒷바퀴의 반지름(R) 값을 불러오는 1단계;
상기 거리감지센서가 상기 설치각도(θ)를 이루면서 지면까지의 거리(M)를 연속적으로 수집하는 2단계;
휠체어와 특정 지면까지의 거리(L)와 특정 지면에서의 깊이(D)를 아래 [식 1]을 이용하여 계산하는 3단계; 및
[식 1]
Figure 112023014152035-pat00003

상기 D값이 5cm 보다 큰 경우 낙차를 경고하는 4단계;로 이루어지고,
상기 4단계에서의 경고는,
상기 거리(L) 값이 40cm 보다 작은 경우 저위험 경고를 발하고,
상기 거리(L) 값이 20cm 보다 작은 경우 중위험 경고를 발하고,
상기 거리(L) 값이 10cm 보다 작은 경우 고위험 경고로서 긴급제동 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 전동휠체어의 후방 지면의 낙차 감지 및 제어방법.
As a method of detecting and controlling the fall of the rear ground using a rear view securing system of an electric wheelchair,
The rear view securing system of the electric wheelchair,
A cylindrical case 110 attached to the electric wheelchair with Velcro and having a control unit therein; A camera module cradle 130 provided at the top of the case; a camera module 130 rotatably seated on the camera module cradle and facing the rear of the electric wheelchair; A display panel 150 mounted on the electric wheelchair and showing a rear image taken by the camera module; Two laser line pointers 115 provided on the outer circumferential surface of the case and radiating a laser line (L) to the ground behind the electric wheelchair; And a distance sensor 116 provided on the outer circumferential surface of the case and detecting the distance to the rear ground spaced apart from the electric wheelchair by a predetermined distance;
The display panel is made of a touch panel, and the camera's shooting angle and shooting range can be adjusted by manipulating the touch panel.
The distance sensor 116 is installed to form a predetermined installation angle θ with an axis perpendicular to the ground to measure a distance M to a specific ground spaced a predetermined distance to the rear of the electric wheelchair,
Step 1 of calling the height (H), which is the distance from the distance sensor 116 to the ground in the vertical direction, the angle (θ) at which the distance sensor is installed, and the radius (R) of the rear wheel of the wheelchair;
a second step of continuously collecting the distance (M) to the ground while the distance sensor forms the installation angle (θ);
Step 3 of calculating the distance (L) from the wheelchair to a specific ground and the depth (D) from the specific ground using [Equation 1] below; and
[Equation 1]
Figure 112023014152035-pat00003

4 steps of warning a fall when the D value is greater than 5 cm;
The warning in step 4 above is,
If the distance (L) value is less than 40 cm, a low-risk warning is issued,
If the distance (L) value is less than 20 cm, a medium risk warning is issued,
A method for detecting and controlling a fall of the rear ground of an electric wheelchair, characterized in that performing an emergency braking operation as a high-risk warning when the value of the distance (L) is less than 10 cm.
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KR101977681B1 (en) * 2018-08-29 2019-05-13 한국보훈복지의료공단 Device and method for detecting danger of electric wheelchair

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