KR102592732B1 - Electric Wheelchair Based on Joystick Input with Obstacle Collision Avoidance Function - Google Patents

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Abstract

장애물 충돌방지 기능이 결합된 휠체어 조이스틱 입력 기반 전동 휠체어는 조이스틱 입력 세기와 손잡이의 방향에 비례하여 광역 경로의 웨이포인트를 자동 생성할 수 있다.
본 발명은 조이스틱을 지속적으로 조작할 필요없이 원하는 목적지를 도달하여 탑승자의 조작 피로도를 감소시킬 수 있으며, 탑승자가 조이스틱을 조작할 수 없을 경우, 위급 상황에 대한 사고 방지가 가능한 효과가 있다.
An electric wheelchair based on wheelchair joystick input combined with an obstacle collision avoidance function can automatically create waypoints on a wide-area route in proportion to the strength of the joystick input and the direction of the handle.
The present invention can reduce the operator's operating fatigue by reaching the desired destination without the need to continuously operate the joystick, and has the effect of preventing accidents in emergency situations when the occupant is unable to operate the joystick.

Figure R1020210192577
Figure R1020210192577

Description

장애물 충돌방지 기능이 결합된 휠체어 조이스틱 입력 기반 전동 휠체어 {Electric Wheelchair Based on Joystick Input with Obstacle Collision Avoidance Function}Wheelchair with Obstacle Collision Avoidance Function {Electric Wheelchair Based on Joystick Input with Obstacle Collision Avoidance Function}

본 발명은 전동 휠체어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조이스틱 입력 세기와 손잡이의 방향에 비례하여 광역 경로의 웨이포인트를 자동 생성하는 장애물 충돌방지 기능이 결합된 휠체어 조이스틱 입력 기반 전동 휠체어에 관한 것이다.The present invention relates to an electric wheelchair, and more specifically, to a wheelchair joystick input-based electric wheelchair combined with an obstacle collision avoidance function that automatically creates a waypoint on a wide-area route in proportion to the strength of the joystick input and the direction of the handle.

일반적으로, 현재 이용되고 있는 휠체어는 신체 장애인이나 환자 또는 거동이 불편한 노약자가 보다 용이하게 이동할 수 있도록 하기 위한 기구로서, 통상 시트의 양측에 장착된 휠을 이용자가 직접 손으로 회전시키는 수동 방식의 휠체어가 많이 사용되고 있으나, 팔에 장애가 있거나 노약자는 다른 사람의 도움없이는 거의 이용이 불가능 하다는 문제점이 있다.In general, the wheelchair currently in use is a device designed to allow physically disabled people, patients, or the elderly with limited mobility to move more easily. It is usually a manual wheelchair in which the user manually rotates the wheels mounted on both sides of the seat. Although it is widely used, there is a problem in that it is almost impossible for people with arm disabilities or the elderly to use it without help from others.

최근에는 차체 내에 설치된 모터에 의해 바퀴를 구동시켜줌으로써, 이용자의 직접적인 힘을 필요로 하지 않도록 하여 손쉽게 사용할 수 있도록 한 전동 방식의 전동 휠체어가 많이 개발되고 있다.Recently, many electric wheelchairs have been developed that are easy to use by driving the wheels with a motor installed in the vehicle body, so that they do not require direct force from the user.

이처럼 전기를 구동력으로 사용하는 전동 휠체어는 자체에 유선으로 연결된 조이스틱형 컨트롤러를 사용하여 방향 제어가 자유롭기 때문에 신체가 불편한 사용자에게 편리한 교통수단이 되고 있으며, 점차 경량화 및 주행 제어가 용이하도록 발전하고 있는 추세에 있다.In this way, electric wheelchairs that use electricity as a driving force can freely control direction using a joystick-type controller connected to the wire, so they are becoming a convenient means of transportation for physically challenged users, and are gradually developing to become lighter and easier to control while driving. It is in

종래의 전동 휠체어는 휠체어에 부착된 조이스틱을 탑승자가 지속적으로 수동으로 조작해야 하므로 장시간 조작 시 인체에 무리가 갈 수 있으며, 정확한 조작이 힘들 수 있다.Conventional electric wheelchairs require the rider to continuously manually operate the joystick attached to the wheelchair, which can put a strain on the human body when operated for a long time and can make accurate operation difficult.

종래의 전동 휠체어는 탑승자의 조이스틱 조작에 따라 이동하게 되므로 탑승자의 조이스틱 조작 미숙으로 인하여 탑승자가 원하는 포인트로의 이동이 용이하지 않아 탑승자가 불편함을 느낄 수 있다.Conventional electric wheelchairs move according to the rider's joystick operation, so it is not easy for the rider to move to the desired point due to the rider's inexperience in operating the joystick, which may cause the rider to feel uncomfortable.

또한, 종래의 전동 휠체어는 탑승자가 조이스틱 조작 실수로 위급한 상황에 놓이게 되면, 휠체어를 제어할 수단이 마땅히 없다.In addition, conventional electric wheelchairs do not have a means to control the wheelchair if the rider is in an emergency situation due to a mistake in operating the joystick.

한국 등록특허번호 제10-1838889호Korean Patent No. 10-1838889

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 조이스틱 입력 세기와 손잡이의 방향에 비례하여 광역 경로의 웨이포인트를 자동 생성하는 장애물 충돌방지 기능이 결합된 휠체어 조이스틱 입력 기반 전동 휠체어를 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve this problem, the purpose of the present invention is to provide a wheelchair joystick input-based electric wheelchair combined with an obstacle collision prevention function that automatically generates waypoints of a wide-area path in proportion to the joystick input strength and the direction of the handle. .

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 장애물 충돌방지 기능이 결합된 휠체어 조이스틱 입력 기반 전동 휠체어는,In order to achieve the above object, a wheelchair joystick input-based electric wheelchair combined with an obstacle collision prevention function according to the characteristics of the present invention,

외부의 물체와의 거리에 관한 데이터를 획득하는 거리 측정 센서;A distance measurement sensor that acquires data about the distance to an external object;

외부의 영상을 획득하는 적어도 하나의 카메라를 구비하는 영상 획득부;An image acquisition unit including at least one camera that acquires an external image;

현재 위치에서 획득된 주변 지형 정보를 지도 데이터로 저장하는 지도 데이터 저장부;a map data storage unit that stores surrounding terrain information acquired at the current location as map data;

상기 영상 획득부로부터 전방 영상 정보를 수신하고, 상기 거리 측정 센서로부터 거리 정보를 수신하여 상기 전방 영상 정보와 상기 거리 정보를 기초로 도로 상의 물체를 장애물로 판단하고, 이를 기초로 장애물을 비용화 시킨 비용맵(Cost Map)을 생성하는 주행 장애물 감지부;Receives front image information from the image acquisition unit, receives distance information from the distance measurement sensor, determines an object on the road as an obstacle based on the front image information and the distance information, and calculates the obstacle based on this. A driving obstacle detection unit that generates a cost map;

입력부에 의해 입력된 출발지와 목적지의 좌표 정보를 기초로 지도 데이터에서의 광역 경로를 생성하는 광역 경로 생성부; 및a wide-area route creation unit that generates a wide-area route in map data based on the coordinate information of the starting point and destination input by the input unit; and

상기 목적지에 해당하는 웨이포인트가 상기 비용맵의 장애물에 위치하는 경우, 상기 광역 경로에서 상기 목적지에 해당하는 웨이포인트가 장애물이 없는 지점에 위치하도록 설정하여 하나 이상의 웨이포인트를 생성하는 웨이포인트 생성부를 포함한다.If the waypoint corresponding to the destination is located at an obstacle in the cost map, a waypoint generator for generating one or more waypoints by setting the waypoint corresponding to the destination at a point without obstacles in the wide area route. Includes.

본 발명의 특징에 따른 장애물 충돌방지 기능이 결합된 휠체어 조이스틱 입력 기반 전동 휠체어는,A wheelchair joystick input-based electric wheelchair combined with an obstacle collision prevention function according to the characteristics of the present invention,

각도 센서를 이용하여 조이스틱 레버의 회전 범위에 따라 상, 하, 좌, 우의 방향 정보를 추출하는 방향 측정부와, 상기 조이스틱 레버의 조작에 따라 저항값이 변하는 가변 저항들과 각각 연결하고, 상기 저항값에 따라 전압의 세기를 출력하는 조이스틱 입력 세기 측정부로 이루어진 조이스틱 컨트롤러;A direction measuring unit that extracts up, down, left, and right direction information according to the rotation range of the joystick lever using an angle sensor is connected to variable resistors whose resistance value changes according to the operation of the joystick lever, and the resistance A joystick controller consisting of a joystick input intensity measuring unit that outputs voltage intensity according to the value;

외부의 물체와의 거리에 관한 데이터를 획득하는 거리 측정 센서;A distance measurement sensor that acquires data about the distance to an external object;

외부의 영상을 획득하는 적어도 하나의 카메라를 구비하는 영상 획득부;An image acquisition unit including at least one camera that acquires an external image;

현재 위치에서 획득된 주변 지형 정보를 지도 데이터로 저장하는 지도 데이터 저장부;a map data storage unit that stores surrounding terrain information acquired at the current location as map data;

상기 영상 획득부로부터 전방 영상 정보를 수신하고, 상기 거리 측정 센서로부터 거리 정보를 수신하여 상기 전방 영상 정보와 상기 거리 정보를 기초로 도로 상의 물체를 장애물로 판단하고, 이를 기초로 장애물을 비용화 시킨 비용맵(Cost Map)을 생성하는 주행 장애물 감지부;Receives front image information from the image acquisition unit, receives distance information from the distance measurement sensor, determines an object on the road as an obstacle based on the front image information and the distance information, and calculates the obstacle based on this. A driving obstacle detection unit that generates a cost map;

입력부에 의해 입력된 출발지와 목적지의 좌표 정보를 기초로 지도 데이터에서의 광역 경로를 생성하는 광역 경로 생성부; 및a wide-area route creation unit that generates a wide-area route in map data based on the coordinate information of the starting point and destination input by the input unit; and

상기 목적지에 해당하는 웨이포인트가 상기 비용맵의 장애물에 위치하는 경우, 상기 광역 경로에서 상기 목적지에 해당하는 웨이포인트가 장애물이 없는 지점에 위치하도록 설정하고, 상기 비용맵, 상기 방향 정보, 상기 전압의 세기, 상기 광역 경로를 바탕으로 하나 이상의 웨이포인트를 생성하는 웨이포인트 생성부를 포함한다.If the waypoint corresponding to the destination is located at an obstacle in the cost map, the waypoint corresponding to the destination is set to be located at a point where there is no obstacle in the wide area route, and the cost map, the direction information, and the voltage are set to be located at a point where there is no obstacle. It includes a waypoint generator that generates one or more waypoints based on the intensity of the wide area path.

전술한 구성에 의하여, 본 발명은 조이스틱을 지속적으로 조작할 필요없이 원하는 목적지를 도달하여 탑승자의 조작 피로도를 감소시킬 수 있으며, 탑승자가 조이스틱을 조작할 수 없을 경우, 위급 상황에 대한 사고 방지가 가능한 효과가 있다.By the above-described configuration, the present invention can reduce the operator's operating fatigue by reaching the desired destination without the need to continuously operate the joystick, and can prevent accidents in emergency situations when the passenger is unable to operate the joystick. It works.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 장애물 충돌방지 기능이 결합된 휠체어 조이스틱 입력 기반 전동 휠체어의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동 휠체어의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 조이스틱 레버의 움직임에 따른 가변 저항과 출력 전압의 관계를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 조이스틱 기반 네비게이션의 일례를 나타낸 도면이다.
Figure 1 is a diagram showing the configuration of a wheelchair joystick input-based electric wheelchair combined with an obstacle collision prevention function according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a block diagram briefly showing the internal configuration of an electric wheelchair according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 are diagrams showing the relationship between variable resistance and output voltage according to movement of a joystick lever according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram showing an example of joystick-based navigation according to an embodiment of the present invention.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to “include” a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 장애물 충돌방지 기능이 결합된 휠체어 조이스틱 입력 기반 전동 휠체어의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동 휠체어의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 조이스틱 레버의 움직임에 따른 가변 저항과 출력 전압의 관계를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 조이스틱 기반 네비게이션의 일례를 나타낸 도면이다.Figure 1 is a diagram showing the configuration of an electric wheelchair based on wheelchair joystick input combined with an obstacle collision prevention function according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 is a block briefly showing the internal configuration of an electric wheelchair according to an embodiment of the present invention. 3 and 4 are diagrams showing the relationship between variable resistance and output voltage according to the movement of the joystick lever according to an embodiment of the present invention, and Figure 5 is an example of joystick-based navigation according to an embodiment of the present invention. This is the drawing shown.

본 발명의 실시예에 따른 장애물 충돌방지 기능이 결합된 휠체어 조이스틱 입력 기반 전동 휠체어(100)는 사용자가 좌석에 일단 올라탄 상태에서 팔걸이 앞쪽에 배치된 조이스틱 컨트롤러(110)를 조작하여 편리하게 이동할 수가 있다. 다시 말해, 사용자는 팔걸이에 팔을 올려놓은 상태에서 조이스틱 컨트롤러(110)를 조작하여 전동 휠체어(100)의 주행을 실시할 수 있다.The wheelchair joystick input-based electric wheelchair 100 combined with an obstacle collision prevention function according to an embodiment of the present invention can be conveniently moved by operating the joystick controller 110 placed in front of the armrest while the user is on the seat. there is. In other words, the user can drive the electric wheelchair 100 by operating the joystick controller 110 while placing the arm on the armrest.

전동 휠체어(100)는 조이스틱 컨트롤러(110), 거리 측정 센서(120), 영상 획득부(121), 저장부(122), GPS 모듈(122a), 제어부(123), 입력부(124), 디스플레이부(124a), 주행 장애물 감지부(125), 지도 데이터 저장부(126), 광역 경로 생성부(127), 웨이포인트 생성부(128), 주행부(129), 통신부(129a)를 포함한다.The electric wheelchair 100 includes a joystick controller 110, a distance measurement sensor 120, an image acquisition unit 121, a storage unit 122, a GPS module 122a, a control unit 123, an input unit 124, and a display unit. It includes (124a), a driving obstacle detection unit 125, a map data storage unit 126, a wide area route creation unit 127, a waypoint creation unit 128, a driving unit 129, and a communication unit 129a.

조이스틱 컨트롤러(110)는 전동 휠체어(100)의 속도 및 방향을 제어하는 역할을 수행하며, 팔걸이의 전방에 위치된다.The joystick controller 110 controls the speed and direction of the electric wheelchair 100 and is located in front of the armrest.

조이스틱 컨트롤러(110)는 조이스틱 레버(111), 회동부(112), 방향 측정부(113) 및 조이스틱 입력 세기 측정부(114)를 포함한다.The joystick controller 110 includes a joystick lever 111, a rotation unit 112, a direction measurement unit 113, and a joystick input intensity measurement unit 114.

조이스틱 컨트롤러(110)는 사용자의 손으로 잡는 부분인 조이스틱 레버(111)와, 조이스틱 레버(111)의 저면에 회동부(112)를 설치하여 조이스틱 레버(111)를 상하좌우로 가변할 수 있다.The joystick controller 110 can change the joystick lever 111 up, down, left, and right by installing a joystick lever 111, which is a part held by the user's hand, and a rotating part 112 on the bottom of the joystick lever 111.

방향 측정부(113)는 회동부(112)의 일단에 각도 센서를 연결하고, 각도 센서를 이용하여 조이스틱 레버(111)의 회전 범위에 따라 상, 하, 좌, 우의 방향 정보를 추출한다.The direction measuring unit 113 connects an angle sensor to one end of the rotating unit 112, and uses the angle sensor to extract up, down, left, and right direction information according to the rotation range of the joystick lever 111.

조이스틱 입력 세기 측정부(114)는 조이스틱 레버(111)의 조작에 따라 저항값이 변하는 가변 저항들과 각각 연결되고, 가변 저항의 저항값에 따라 전압의 세기를 출력한다.The joystick input intensity measuring unit 114 is connected to variable resistors whose resistance values change according to the operation of the joystick lever 111, and outputs the intensity of voltage according to the resistance value of the variable resistor.

조이스틱 입력 세기 측정부(114)는 조이스틱 레버(111)의 조작에 따라 대응하는 저항값을 형성하여 입력 세기에 대응하는 전압을 형성하여 출력한다.The joystick input intensity measuring unit 114 forms a corresponding resistance value according to the operation of the joystick lever 111 and forms and outputs a voltage corresponding to the input intensity.

거리 측정 센서(120)는 라이다 센서, 적외선 센서, 초음파 센서 등 전동 휠체어와 전방 물체 간의 거리 정보를 계산한다.The distance measurement sensor 120 calculates distance information between the electric wheelchair and the object in front, such as a lidar sensor, an infrared sensor, or an ultrasonic sensor.

예를 들면, 라이다 센서는 레이저를 출력하고, 객체로부터 반사된 레이저를 수신함으로써, 레이저를 반사시킨 객체와의 거리, 위치 방향, 재질 등의 정보를 획득할 수 있고, 주행 구역의 지형 정보를 획득할 수 있다.For example, a LiDAR sensor outputs a laser and receives the laser reflected from an object, thereby obtaining information such as the distance from the object that reflected the laser, location direction, and material, and topographical information of the driving area. It can be obtained.

영상 획득부(121)는 전동 휠체어(100)의 주변의 영상을 획득할 수 있고, 디지털 카메라를 포함할 수 있다. 디지털 카메라는, 적어도 하나의 광학렌즈와, 광학렌즈를 통과한 광에 의해 상이 맺히는 다수개의 광다이오드(photodiode, 예를 들어, pixel)를 포함하여 구성된 이미지센서(예를 들어, CMOS image sensor)와, 광다이오드들로부터 출력된 신호를 바탕으로 영상을 구성하는 디지털 신호 처리기(digital signal processor; DSP)를 포함할 수 있다.The image acquisition unit 121 may acquire images around the electric wheelchair 100 and may include a digital camera. A digital camera includes an image sensor (e.g., CMOS image sensor) that includes at least one optical lens and a plurality of photodiodes (e.g., pixels) that produce images by light passing through the optical lens. , may include a digital signal processor (DSP) that configures an image based on signals output from photodiodes.

영상 획득부(121)는 전동 휠체어(100)의 주행 방향 전면에 존재하는 장애물을 촬영할 수 있다. 영상 획득부(121)는 전동 휠체어(100)의 주변을 연속적으로 촬영하여 복수의 영상을 획득하고, 획득한 복수의 영상을 저장부(122)에 저장한다.The image acquisition unit 121 may photograph obstacles existing in front of the electric wheelchair 100 in the traveling direction. The image acquisition unit 121 acquires a plurality of images by continuously photographing the surroundings of the electric wheelchair 100, and stores the acquired plurality of images in the storage unit 122.

저장부(122)는 주행 구역에 대한 맵(map)을 저장할 수 있다. 저장부(122)에 저장되는 맵은, 예를 들면, 전동 휠체어(100)와 유선 또는 무선 통신을 통해 정보를 교환할 수 있는 외부 단말기, 서버 등으로부터 입력된 것일 수도 있고, 전동 휠체어(100)가 스스로 학습을 하여 생성한 것일 수도 있다.The storage unit 122 may store a map of the driving area. The map stored in the storage unit 122 may be, for example, input from an external terminal or server that can exchange information with the electric wheelchair 100 through wired or wireless communication, and the electric wheelchair 100 It may have been created through self-learning.

저장부(122)는 주행 구역 상의 일 지점, 웨이포인트에 대한 데이터를 저장할 수 있다. 여기서, 웨이포인트는 전동 휠체어(100)가 주행을 위한 목표로 지정할 수 있는 지점을 의미하며, 도면에서는 점으로 표시한다.The storage unit 122 may store data about a point or waypoint on the driving area. Here, the waypoint refers to a point that the electric wheelchair 100 can designate as a goal for driving, and is indicated by a dot in the drawing.

저장부(122)에 저장되는 주행 구역에 대한 맵은 주행 경로에서 웨이포인트를 포함한 네비게이션 맵, 장애물 위치 인식에 사용되는 슬램(Simultaneous Localization and Mapping, SLAM) 맵, 주행 구역에서 장애물을 나타내는 비용맵 등을 포함할 수 있다.The map for the driving area stored in the storage unit 122 includes a navigation map including waypoints in the driving route, a Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) map used to recognize obstacle locations, a cost map indicating obstacles in the driving area, etc. may include.

GPS(Global Positioning System) 모듈(122a)은 미리 알려진 정지 궤도상에 떠있는 인공위성과의 상대 위치를 측정하여 전동 휠체어(100)의 현재 위치를 측정한다.The GPS (Global Positioning System) module 122a measures the current position of the electric wheelchair 100 by measuring the relative position with an artificial satellite floating in a previously known geostationary orbit.

GPS 모듈(122a)은 GPS 위성에서 보내는 신호를 수신하여 전동 휠체어(100)의 현재 위치에 대한 위치 정보 데이터를 획득하는 기능을 수행한다.The GPS module 122a receives signals sent from GPS satellites and performs a function of obtaining location information data about the current location of the electric wheelchair 100.

입력부(124)는 제어부(123)의 동작 환경을 입력하여 저장할 수 있고, 주행 구역의 출발지 정보와 목적지 정보를 입력받을 수 있다.The input unit 124 can input and store the operating environment of the control unit 123 and receive starting point information and destination information of the driving area.

주행 장애물 감지부(125)는 영상 획득부(121)로부터 전방 영상 정보를 수신하고, 거리 측정 센서(120)로부터 거리 정보를 수신하여 전방 영상 정보와 거리 정보를 기초로 도로 상의 물체를 장애물로 판단하고, 이를 기초로 장애물을 비용화 시킨 비용맵(Cost Map)을 생성한다. 여기서, 비용맵은 지도 데이터의 도로 상의 물체가 장애물로 인식된 데이터를 의미한다.The driving obstacle detection unit 125 receives front image information from the image acquisition unit 121 and distance information from the distance measurement sensor 120, and determines an object on the road as an obstacle based on the front image information and distance information. And based on this, a cost map is created in which obstacles are calculated as costs. Here, the cost map refers to data in which objects on the road in map data are recognized as obstacles.

주행 장애물 감지부(125)는 감지된 장애물을 기설정된 기준 비용값보다 높게 설정하여 장애물로 설정한다. 일례로 장애물은 1로 장애물이 아닌 경우, 0으로 설정할 수 있다.The driving obstacle detection unit 125 sets the detected obstacle as an obstacle by setting it higher than the preset standard cost value. For example, an obstacle can be set to 1, and if it is not an obstacle, it can be set to 0.

지도 데이터 저장부(126)는 거리 측정 센서(120)로부터 수신한 전방 물체의 위치를 포함하여 자율 주행의 주행 장애물을 인식하기 위해 필요한 정보를 저장할 수 있다.The map data storage unit 126 may store information necessary for recognizing driving obstacles in autonomous driving, including the position of the front object received from the distance measurement sensor 120.

지도 데이터 저장부(126)는 출발지와 목적지 간의 광역 경로를 거리값을 기준으로 최단 거리로 생성하고, 웨이포인트를 생성하기 위해 필요한 정밀 지도 데이터를 저장한다.The map data storage unit 126 creates a wide-area route between the starting point and the destination as the shortest distance based on the distance value, and stores precise map data necessary to create a waypoint.

지도 데이터 저장부(126)는 전방 물체의 위치 좌표가 생성된 웨이포인트의 특정 반경 내에 존재하는지 여부에 따라 주행 장애물을 인식하는 과정에서 다양한 형태로 가공된 정보를 저장한다.The map data storage unit 126 stores information processed in various forms in the process of recognizing a driving obstacle depending on whether the position coordinates of the object ahead are within a specific radius of the generated waypoint.

광역 경로 생성부(127)는 입력부(124)에 의해 입력된 출발지와 목적지의 좌표 정보를 기초로 지도 데이터에서의 광역 경로를 생성한다.The wide-area route creation unit 127 generates a wide-area route in map data based on the coordinate information of the starting point and destination input by the input unit 124.

광역 경로는 출발지부터 목적지까지 위성항법장치(GPS)로 측량하여 생성한 전동 휠체어(100)가 주행할 경로에 해당한다.The wide-area route corresponds to the route on which the electric wheelchair 100 will travel, created by measuring with a satellite navigation system (GPS) from the starting point to the destination.

웨이포인트 생성부(128)는 주행 장애물 감지부(125)로부터 비용맵을 수신하고, 조이스틱 컨트롤러(110)로부터 방향 정보와 전압의 세기를 수신한다.The waypoint generator 128 receives a cost map from the driving obstacle detection unit 125 and receives direction information and voltage strength from the joystick controller 110.

웨이포인트 생성부(128)는 비용맵, 방향 정보, 전압의 세기, 광역 경로를 바탕으로 하나 이상의 전동 휠체어(100)의 웨이포인트(Waypoint)를 생성한다. 여기서, 웨이포인트는 광역 경로 상의 복수의 중간 지점(또는 경유점)들을 의미한다.The waypoint generator 128 generates one or more waypoints of the electric wheelchair 100 based on the cost map, direction information, voltage strength, and wide-area path. Here, a waypoint refers to a plurality of intermediate points (or transit points) on a wide-area route.

웨이포인트 생성부(128)는 웨이포인트 간의 거리 간격이 미리 설정되어 있고, 필요에 따라 거리 간격을 변경할 수 있다.The waypoint generator 128 has preset distance intervals between waypoints, and can change the distance intervals as needed.

웨이포인트 생성부(128)는 전압의 세기(조이스틱 입력 세기)와 방향 정보에 비례하여 광역 경로의 웨이포인트를 자동 생성한다.The waypoint generator 128 automatically generates waypoints of a wide-area route in proportion to the voltage intensity (joystick input intensity) and direction information.

도 3은 본 발명의 조이스틱 레버(111)의 움직임에 따른 가변 저항과 출력 전압의 관계를 나타낸 것이다.Figure 3 shows the relationship between variable resistance and output voltage according to the movement of the joystick lever 111 of the present invention.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 웨이포인트 생성부(128)는 조이스틱 레버(111)의 조작에 상, 하, 좌, 우 방향에 대응하는 가변 저항에 따라 전원부(미도시)로부터 공급되는 출력 전압이 변동하고, 변동되는 출력 전압과 상하좌우의 방향 정보에 비례하여 웨이포인트 간의 거리 간격이 다르게 설정된다.As shown in Figures 3 and 4, the waypoint generator 128 is supplied from the power supply unit (not shown) according to the variable resistance corresponding to the up, down, left, and right directions when operating the joystick lever 111. The output voltage fluctuates, and the distance interval between waypoints is set differently in proportion to the fluctuating output voltage and the up, down, left, and right direction information.

웨이포인트 생성부(128)는 전압의 세기(조이스틱 입력 세기)와 방향 정보에 비례하여 웨이포인트 간의 거리 간격이 다르게 설정할 수 있다.The waypoint generator 128 may set the distance between waypoints to be different in proportion to the voltage intensity (joystick input intensity) and direction information.

웨이포인트 생성부(128)는 웨이포인트 생성 시 목적지가 웨이포인트가 비용맵에 포함되는지 여부를 판단한다.When creating a waypoint, the waypoint generator 128 determines whether the destination waypoint is included in the cost map.

도 5에 도시된 바와 같이, 웨이포인트 생성부(128)는 웨이포인트가 비용맵에 포함되면, 목적지의 위치가 장애물에 속해 있는 경우, 목적지가 도달할 수 없는 지점에 있다고 판단하고, 목적지에 해당하는 웨이포인트를 장애물이 없는 지점에 위치하도록 설정한다.As shown in FIG. 5, when a waypoint is included in the cost map, the waypoint generator 128 determines that the destination is at an unreachable point if the location of the destination belongs to an obstacle, and determines that the destination corresponds to the destination. Set the waypoint to be located at a point where there are no obstacles.

이때, 웨이포인트 생성부(128)는 목적지에 해당하는 웨이포인트가 복수개 설정되는 경우, 복수개의 웨이포인트를 출발지부터 목적지(웨이포인트)까지의 최단 거리를 각각 계산하고, 이 중 가장 작은 거리값에 해당하는 웨이포인트를 목적지로 설정한다.At this time, when a plurality of waypoints corresponding to the destination are set, the waypoint generator 128 calculates the shortest distance from the starting point to the destination (waypoint) of the plurality of waypoints, and sets the smallest distance value among them. Set the corresponding waypoint as the destination.

웨이포인트 생성부(128)는 복수개의 웨이포인트를 포함한 주행 경로로 이루어진 네비게이션 맵을 생성하여 디스플레이부(124a)에 출력한다.The waypoint generator 128 generates a navigation map consisting of a driving route including a plurality of waypoints and outputs it to the display unit 124a.

주행부(129)는 웨이포인트 생성부(128)로부터 수신한 네비게이션 맵을 이용하여 구동 신호와 속도 명령을 모터 구동부에 전송한다.The driving unit 129 transmits a driving signal and a speed command to the motor driving unit using the navigation map received from the waypoint generating unit 128.

주행부(129)는 구동 신호를 모터 구동부에 인가하여 정지, 이동, 회전 이동의 주행 형태로 동작하도록 제어하고, 네비게이션 맵에 따라 출발지에서 목적지까지 자율 주행으로 이동한다. 이러한 주행부(129)는 종래 기술의 자율 주행에 속하는 것으로 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.The driving unit 129 applies a driving signal to the motor driving unit to control the car to operate in a driving mode of stop, move, or rotation, and moves autonomously from the starting point to the destination according to the navigation map. This driving unit 129 belongs to autonomous driving in the prior art and detailed description thereof will be omitted.

본 발명은 조이스틱을 지속적으로 조작할 필요없이 원하는 목적지를 도달하여 탑승자의 조작 피로도를 감소시킬 수 있다.The present invention can reduce the operator's fatigue by reaching a desired destination without the need to continuously operate the joystick.

제어부(123)는 영상 획득부(121)로부터 획득한 영상 정보와, 거리 측정 센서(120)로부터 수신한 전방 물체와의 거리 정보를 이용하여 기설정된 물체 거리값 이하로 판단하는 경우, 긴급 상황이라고 판단하여 주행부(129)를 제어하여 구동 정지 신호와 속도 정지 명령을 모터 구동부에 전송한다. 전동 휠체어(100)는 긴급 상황 발생 시 긴급 제동을 수행할 수 있다.If the control unit 123 determines that the object distance is less than a preset value using the image information acquired from the image acquisition unit 121 and the distance information to the front object received from the distance measurement sensor 120, it is an emergency situation. After making the decision, the driving unit 129 is controlled and a drive stop signal and speed stop command are transmitted to the motor drive unit. The electric wheelchair 100 can perform emergency braking when an emergency situation occurs.

제어부(123)는 속도 센서(미도시)로부터 전동 휠체어(100)의 속도 정보를 주기적으로 수신하고, 속도 정보가 0인 경우, 전동 휠체어(100)가 정지되어 있다고 판단하고, 정지 시간을 카운트한다.The control unit 123 periodically receives speed information of the electric wheelchair 100 from a speed sensor (not shown), and when the speed information is 0, it determines that the electric wheelchair 100 is stopped and counts the stopping time. .

제어부(123)는 카운트된 정지 시간이 기설정된 기준 시간 이상으로 지속되는 경우, 위급 상황으로 판단하여 GPS 모듈(122a)에 의해 계산된 현재 위치, 영상 획득부(121)로부터 획득한 영상 정보를 포함한 위급 상황 정보를 생성하여 통신부(129a)를 통해 무선 통신으로 사용자 단말(130)로 전송할 수 있다. 사용자 단말(130)의 소지자는 탑승자의 보호자, 친구 등일 수 있고, 경찰서나 소방서 등 공공 기관에 속한 관리자일 수 있다.If the counted stop time continues longer than the preset reference time, the control unit 123 determines it to be an emergency situation and includes the current location calculated by the GPS module 122a and image information acquired from the image acquisition unit 121. Emergency situation information can be generated and transmitted to the user terminal 130 through wireless communication through the communication unit 129a. The owner of the user terminal 130 may be a guardian or friend of the passenger, or may be an administrator belonging to a public institution such as a police station or fire department.

이상에서 본 발명의 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 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 made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also possible. It falls within the scope of rights.

100: 전동 휠체어 110: 조이스틱 컨트롤러
111: 조이스틱 레버 112: 회동부
113: 방향 측정부 114: 조이스틱 입력 세기 측정부
120: 거리 측정 센서 121: 영상 획득부
122: 저장부 122a: GPS 모듈
123: 제어부 124: 입력부
124a: 디스플레이부 125: 주행 장애물 감지부
126: 지도 데이터 저장부 127: 광역 경로 생성부
128: 웨이포인트 생성부 129: 주행부
129a: 통신부 130: 사용자 단말
100: electric wheelchair 110: joystick controller
111: Joystick lever 112: Rotating part
113: Direction measuring unit 114: Joystick input intensity measuring unit
120: Distance measurement sensor 121: Image acquisition unit
122: storage unit 122a: GPS module
123: control unit 124: input unit
124a: Display unit 125: Driving obstacle detection unit
126: Map data storage unit 127: Wide area route creation unit
128: Waypoint creation unit 129: Driving unit
129a: Communication unit 130: User terminal

Claims (8)

외부의 물체와의 거리에 관한 데이터를 획득하는 거리 측정 센서;
외부의 영상을 획득하는 적어도 하나의 카메라를 구비하는 영상 획득부;
현재 위치에서 획득된 주변 지형 정보를 지도 데이터로 저장하는 지도 데이터 저장부;
상기 영상 획득부로부터 전방 영상 정보를 수신하고, 상기 거리 측정 센서로부터 거리 정보를 수신하여 상기 전방 영상 정보와 상기 거리 정보를 기초로 도로 상의 물체를 장애물로 판단하고, 이를 기초로 장애물을 비용화 시킨 비용맵(Cost Map)을 생성하는 주행 장애물 감지부;
입력부에 의해 입력된 출발지와 목적지의 좌표 정보를 기초로 지도 데이터에서의 광역 경로를 생성하는 광역 경로 생성부; 및
상기 목적지에 해당하는 웨이포인트가 상기 비용맵의 장애물에 위치하는 경우, 상기 광역 경로에서 상기 목적지에 해당하는 웨이포인트가 장애물이 없는 지점에 위치하도록 설정하여 하나 이상의 웨이포인트를 생성하는 웨이포인트 생성부를 포함하는 장애물 충돌방지 기능이 결합된 휠체어 조이스틱 입력 기반 전동 휠체어.
A distance measurement sensor that acquires data about the distance to an external object;
An image acquisition unit including at least one camera that acquires an external image;
a map data storage unit that stores surrounding terrain information acquired at the current location as map data;
Receives front image information from the image acquisition unit, receives distance information from the distance measurement sensor, determines an object on the road as an obstacle based on the front image information and the distance information, and calculates the obstacle based on this. A driving obstacle detection unit that generates a cost map;
a wide-area route creation unit that generates a wide-area route in map data based on the coordinate information of the starting point and destination input by the input unit; and
If the waypoint corresponding to the destination is located at an obstacle in the cost map, a waypoint generator for generating one or more waypoints by setting the waypoint corresponding to the destination to be located at a point without obstacles in the wide area route. A wheelchair joystick input-based electric wheelchair with obstacle collision avoidance function, including:
각도 센서를 이용하여 조이스틱 레버의 회전 범위에 따라 상, 하, 좌, 우의 방향 정보를 추출하는 방향 측정부와, 상기 조이스틱 레버의 조작에 따라 저항값이 변하는 가변 저항들과 각각 연결하고, 상기 저항값에 따라 전압의 세기를 출력하는 조이스틱 입력 세기 측정부로 이루어진 조이스틱 컨트롤러;
외부의 물체와의 거리에 관한 데이터를 획득하는 거리 측정 센서;
외부의 영상을 획득하는 적어도 하나의 카메라를 구비하는 영상 획득부;
현재 위치에서 획득된 주변 지형 정보를 지도 데이터로 저장하는 지도 데이터 저장부;
상기 영상 획득부로부터 전방 영상 정보를 수신하고, 상기 거리 측정 센서로부터 거리 정보를 수신하여 상기 전방 영상 정보와 상기 거리 정보를 기초로 도로 상의 물체를 장애물로 판단하고, 이를 기초로 장애물을 비용화 시킨 비용맵(Cost Map)을 생성하는 주행 장애물 감지부;
입력부에 의해 입력된 출발지와 목적지의 좌표 정보를 기초로 지도 데이터에서의 광역 경로를 생성하는 광역 경로 생성부; 및
상기 목적지에 해당하는 웨이포인트가 상기 비용맵의 장애물에 위치하는 경우, 상기 광역 경로에서 상기 목적지에 해당하는 웨이포인트가 장애물이 없는 지점에 위치하도록 설정하고, 상기 비용맵, 상기 방향 정보, 상기 전압의 세기, 상기 광역 경로를 바탕으로 하나 이상의 웨이포인트를 생성하는 웨이포인트 생성부를 포함하는 장애물 충돌방지 기능이 결합된 휠체어 조이스틱 입력 기반 전동 휠체어.
A direction measurement unit that extracts up, down, left, and right direction information according to the rotation range of the joystick lever using an angle sensor is connected to variable resistors whose resistance value changes according to the operation of the joystick lever, and the resistance A joystick controller consisting of a joystick input intensity measuring unit that outputs voltage intensity according to the value;
A distance measurement sensor that acquires data about the distance to an external object;
An image acquisition unit including at least one camera that acquires an external image;
a map data storage unit that stores surrounding terrain information acquired at the current location as map data;
Receives front image information from the image acquisition unit, receives distance information from the distance measurement sensor, determines an object on the road as an obstacle based on the front image information and the distance information, and calculates the obstacle based on this. A driving obstacle detection unit that generates a cost map;
a wide-area route creation unit that generates a wide-area route in map data based on the coordinate information of the starting point and destination input by the input unit; and
If the waypoint corresponding to the destination is located at an obstacle in the cost map, the waypoint corresponding to the destination is set to be located at a point where there is no obstacle in the wide area route, and the cost map, the direction information, and the voltage are set to be located at a point where there is no obstacle. A wheelchair joystick input-based electric wheelchair combined with an obstacle collision avoidance function, including a waypoint generator that generates one or more waypoints based on the intensity of the wide area path.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 웨이포인트 생성부는 상기 웨이포인트 간의 거리 간격이 미리 설정되어 있고, 필요에 따라 상기 거리 간격을 변경하는 장애물 충돌방지 기능이 결합된 휠체어 조이스틱 입력 기반 전동 휠체어.
In claim 1 or claim 2,
The waypoint generator is a wheelchair joystick input-based electric wheelchair in which the distance interval between the waypoints is preset, and an obstacle collision prevention function that changes the distance interval as necessary is combined.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 웨이포인트 생성부는 상기 웨이포인트가 상기 비용맵에 포함되면, 목적지의 위치가 장애물에 속해 있는 경우, 목적지가 도달할 수 없는 지점에 있다고 판단하고, 상기 목적지에 해당하는 웨이포인트가 복수개 설정되는 경우, 상기 복수개의 웨이포인트를 출발지부터 목적지(웨이포인트)까지의 최단 거리를 각각 계산하고, 이 중 가장 작은 거리값에 해당하는 웨이포인트를 상기 목적지로 설정하는 장애물 충돌방지 기능이 결합된 휠체어 조이스틱 입력 기반 전동 휠체어.
In claim 1 or claim 2,
If the waypoint is included in the cost map, the waypoint generator determines that the destination is at an unreachable point if the destination is located in an obstacle, and a plurality of waypoints corresponding to the destination are set. , Wheelchair joystick input combined with an obstacle collision prevention function that calculates the shortest distance from the starting point to the destination (waypoint) of the plurality of waypoints, and sets the waypoint corresponding to the smallest distance value as the destination. Based electric wheelchair.
청구항 2에 있어서,
상기 웨이포인트 생성부는 상기 전압의 세기와 상기 방향 정보에 비례하여 상기 웨이포인트 간의 거리 간격이 다르게 설정하는 장애물 충돌방지 기능이 결합된 휠체어 조이스틱 입력 기반 전동 휠체어.
In claim 2,
An electric wheelchair based on a wheelchair joystick input combined with an obstacle collision prevention function in which the waypoint generator sets the distance interval between the waypoints differently in proportion to the strength of the voltage and the direction information.
청구항 4에 있어서,
상기 웨이포인트 생성부는 상기 복수개의 웨이포인트를 포함한 주행 경로로 이루어진 네비게이션 맵을 생성하여 디스플레이부에 출력하고,
상기 웨이포인트 생성부로부터 수신한 네비게이션 맵을 이용하여 구동 신호와 속도 명령을 모터 구동부에 전송하는 주행부를 더 포함하는 장애물 충돌방지 기능이 결합된 휠체어 조이스틱 입력 기반 전동 휠체어.
In claim 4,
The waypoint generator generates a navigation map consisting of a driving route including the plurality of waypoints and outputs it to the display unit,
An electric wheelchair based on wheelchair joystick input combined with an obstacle collision prevention function, further comprising a driving unit that transmits a driving signal and a speed command to a motor drive unit using the navigation map received from the waypoint generator.
청구항 2에 있어서,
속도 센서로부터 전동 휠체어의 속도 정보를 주기적으로 수신하고, 상기 속도 정보가 0인 경우, 정지되어 있다고 판단하고, 정지 시간을 카운트하며, 상기 카운트된 정지 시간이 기설정된 기준 시간 이상으로 지속되는 경우, 위급 상황으로 판단하여 지피에스 모듈에 의해 계산된 현재 위치, 상기 영상 획득부로부터 획득한 영상 정보를 포함한 위급 상황 정보를 생성하여 무선 통신으로 사용자 단말로 전송하는 제어부를 더 포함하는 장애물 충돌방지 기능이 결합된 휠체어 조이스틱 입력 기반 전동 휠체어.
In claim 2,
Periodically receives speed information of the electric wheelchair from a speed sensor, and if the speed information is 0, determines that it is stopped, counts the stop time, and if the counted stop time continues for more than a preset reference time, An obstacle collision prevention function is combined that further includes a control unit that determines an emergency situation, generates emergency situation information including the current location calculated by the GPS module and image information acquired from the image acquisition unit, and transmits it to the user terminal through wireless communication. Electric wheelchair based on joystick input.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 웨이포인트 생성부는 상기 광역 경로에서 상기 웨이포인트를 일정 간격마다 복수개 형성하고, 상기 복수개의 웨이포인트는 상기 비용맵의 장애물에 위치하는 경우, 상기 광역 경로에서 상기 장애물에 위치한 웨이포인트를 장애물이 없는 지점에 위치하도록 설정하는 장애물 충돌방지 기능이 결합된 휠체어 조이스틱 입력 기반 전동 휠체어.
In claim 1 or claim 2,
The waypoint generator generates a plurality of waypoints at regular intervals in the wide-area route, and when the plurality of waypoints are located at an obstacle in the cost map, the waypoint located at the obstacle in the wide-area route is generated without an obstacle. An electric wheelchair based on wheelchair joystick input combined with an obstacle collision avoidance function that is set to be positioned at a point.
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