KR102635017B1 - 탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 시스템 및 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 시스템은, 휠체어에 탑승한 탑승자의 정보인 탑승 정보를 획득하는 탑승 정보 획득부; 상기 탑승 정보를 분석하여 상기 탑승자의 탑승 상태를 도출하는 탑승 정보 분석부; 및 외부로부터 입력되는 제어 신호를 획득하여 상기 휠체어의 운행을 제어하는 운행 제어부;를 포함하며, 상기 탑승 정보는 체형 정보 및 무게 정보를 포함한다.

Description

탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 시스템 및 방법{Smart wheelchair power assistance device gain control system and method based on big data according to occupants}
본 발명은 탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히, 탑승자 별로 빅데이터를 획득하고, 빅데이터를 이용하거나 App 등과 같이 제공하는 입력 장치로 직접 정보를 입력하는 것을 통해 휠체어의 동력을 제어하여 전동으로 제어 가능한 휠체어의 동작을 제어할 수 있는 탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
휠체어는 다리가 자유롭지 못하거나 몸이 불편한 사람의 이동을 보조하는 기구로, 인구 고령화 및 장애인 증가에 따른 교통 약자의 증가 추세로 인해 수요가 계속 늘고 있는 상태이다.
휠체어는 사용자가 앉을 수 있는 의자에 바퀴가 장착된 구조로 형성되며, 바퀴를 구동시키는 방식에 따라 크게 수동식 휠체어와 전동식 휠체어로 구분될 수 있다.
수동식 휠체어는 오랜 기간 이용되고 있는 가장 보편적인 방식의 휠체어로, 양측 바퀴의 외측에 링 형상의 손잡이를 형성해 사용자가 손잡이로 바퀴를 수동으로 굴려서 구동시키도록 구성된다.
수동식 휠체어는 일반적으로 접철식 구조로 형성되어 있기 때문에 휠체어를 접어서 차량 등에 용이하게 실을 수 있는 등의 장점이 있으나, 사용자의 체력 소모로 인해 장거리 이동에는 이용하기 어려운 문제가 있다.
수동식 휠체어의 전술한 문제점을 해소하기 위해, 전동기 등의 구동 장치를 이용해 휠체어의 바퀴를 전동식으로 구동시키도록 구성된 전동식 휠체어가 개발되어 이용되고 있다.
그러나, 전동식 휠체어는 휠체어에 전동기가 일체로 장착되도록 구성되어 있어 무게가 무거울 뿐만 아니라 휠체어를 차량에 용이하게 실어서 이동하기 어렵고 비용이 높아 교통 약자 또는 이들의 보호자들에게 큰 경제적 부담을 주게 되는 문제가 있다.
이러한 문제를 보완하고자 최근에는 수동 휠체어에 탈부착 가능하게 장착되어 수동 휠체어를 전동식으로 구동시킬 수 있도록 해주는 전동화 장치가 제안되고 있다.
하지만, 이러한 휠체어의 경우, 탑승자 별로 출력을 제어할 수 있는 기능이 존재하지 않아 세밀한 제어가 어렵다는 문제점이 존재한다.
한국등록특허 제10-1599142호
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 휠체어의 동력을 제어하여 탑승자 별 맞춤형으로 휠체어를 동작시킬 수 있는 탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 시스템이 제공된다. 상기 탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 시스템은, 휠체어에 탑승한 탑승자의 정보인 탑승 정보를 획득하는 탑승 정보 획득부; 상기 탑승 정보를 분석하여 상기 탑승자의 탑승 상태를 도출하는 탑승 정보 분석부; 및 외부로부터 입력되는 제어 신호를 획득하여 상기 휠체어의 운행을 제어하는 운행 제어부;를 포함하며, 상기 탑승 정보는 체형 정보 및 무게 정보를 포함한다.
상기 탑승 정보 획득부는, 상기 체형 정보를 획득하는 체형 정보 획득 모듈; 및 상기 무게 정보를 획득하는 무게 정보 획득 모듈;을 포함할 수 있다.
상기 탑승 정보 분석부는, 상기 체형 정보를 이용하여 상기 탑승자의 탑승 자세를 획득하는 탑승 자세 획득 모듈; 상기 무게 정보를 이용하여 상기 탑승자의 탑승 위치를 획득하는 탑승 위치 획득 모듈; 및 상기 탑승 자세 및 상기 탑승 위치를 이용하여 상기 탑승 상태를 불안정 탑승, 안정 탑승 및 미탑승 중 어느 하나로 선택하는 탑승 상태 도출 모듈;을 포함할 수 있다.
상기 운행 제어부는, 상기 제어 신호를 획득하고, 상기 제어 신호를 분석하여 운행 정보를 획득하는 운행 정보 획득 모듈; 및 상기 탑승 정보를 이용하여 상기 운행 정보에 대응하는 전력을 공급하도록 전력을 제어하는 전력 제어 모듈;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 방법이 제공된다. 상기 탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 방법은, 탑승 정보 획득부를 이용하여 휠체어에 탑승한 탑승자의 정보인 탑승 정보를 획득하는 탑승 정보 획득 단계; 탑승 정보 분석부를 이용하여 상기 탑승 정보를 분석하여 상기 탑승자의 탑승 상태를 도출하는 탑승 정보 분석 단계; 및 운행 제어부를 이용하여 외부로부터 입력되는 제어 신호를 획득하여 상기 휠체어의 운행을 제어하는 운행 제어 단계;를 포함하며, 상기 탑승 정보는 체형 정보 및 무게 정보를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 시스템 및 방법은, 휠체어의 동력을 제어하여 탑승자 별 맞춤형으로 휠체어를 동작시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 시스템의 블록도이다.
도 2는 도 1의 탑승 정보 획득부의 블록도이다.
도 3은 도 1의 탑승 정보 분석부의 블록도이다.
도 4는 도 1의 운행 제어부의 블록도이다.
도 5는 도 1의 희망 동작 정보 도출부의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 방법의 순서도이다.
도 7은 도 6의 단계 S11의 순서도이다.
도 8은 도 6의 단계 S13의 순서도이다.
도 9는 도 6의 단계 S15의 순서도이다.
도 10은 도 6의 단계 S17의 순서도이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 기술 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다.
구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다.
구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 시스템의 블록도이고, 도 2는 도 1의 탑승 정보 획득부의 블록도이며, 도 3은 도 1의 탑승 정보 분석부의 블록도이고, 도 4는 도 1의 운행 제어부의 블록도이며, 도 5는 도 1의 희망 동작 정보 도출부의 블록도이다. 이하에서는 도 1 내지 도 5를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 시스템(이하 편의상 시스템이라 함)에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(1)은, 전동식 휠체어에 포함되거나 수동 휠체어에 장착될 수 있도록 형성되어 휠체어를 전동으로 탑승자 또는 보호자(관계자)가 제어하도록 형성될 수 있다. 이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(1)은 도 1에 도시된 바와 같이 탑승 정보 획득부(11), 탑승 정보 분석부(13) 및 운행 제어부(15)를 포함하도록 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 탑승 정보 획득부(11)는 휠체어에 탑승한 탑승자의 정보인 탑승 정보를 획득하도록 형성된다. 탑승 정보 획득부(11)는 이를 위해 도 2에 도시된 바와 같이 체형 정보 획득 모듈(111) 및 무게 정보 획득 모듈(113)을 포함하도록 형성될 수 있다.
체형 정보 획득 모듈(111)은 탑승자의 체형 정보를 획득하도록 형성된다. 여기서 체형 정보는 휠체어의 좌석 및 등받이에 포함되는 압력 센서를 통해 획득될 수 있으며, 탑승자의 등 형태 및 엉덩이 형태를 포함할 수 있다.
무게 정보 획득 모듈(113)은 탑승자의 무게 정보를 획득하도록 형성된다. 여기서 무게 정보는 탑승자가 휠체어에 앉아 있을 때 휠체어에 가해지는 무게와 탑승자의 무게 중심 정보를 포함할 수 있다.
탑승 정보를 획득하면 본 발명의 일 실시예에 따른 탑승 정보 분석부(13)는 탑승 정보를 분석하여 탑승자의 탑승 상태를 도출하도록 형성된다. 이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 탑승 정보 분석부(13)는 도 3에 도시된 바와 같이 탑승 자세 획득 모듈(131), 탑승 위치 획득 모듈(133) 및 탑승 상태 도출 모듈(135)을 포함하도록 형성될 수 있다.
탑승 자세 획득 모듈(131)은 체형 정보를 이용하여 탑승자의 탑승 자세를 획득하도록 형성된다. 탑승 자세 획득 모듈(131)은 체형 정보를 통해 획득되는 등의 형태 및 엉덩이 형태를 이용하여 탑승자가 어떤 자세로 휠체어에 탑승중인지 확인할 수 있다.
탑승 위치 획득 모듈(133)은 무게 정보를 이용하여 탑승자의 탑승 위치를 획득하도록 형성된다. 탑승 위치 획득 모듈(133)은 무게 정보를 통해 획득되는 탑승자의 무게 중심 정보를 이용하여 탑승자가 휠체어의 좌석 부분 중 어떤 위치에 탑승하고 있는지 확인할 수 있다.
탑승 상태 도출 모듈(135)은 탑승 자세 및 탑승 위치를 이용하여 탑승자의 탑승 상태를 불안정 탑승, 안정 탑승 및 미탑승 중 어느 하나로 선택하여 도출하도록 형성된다.
여기서 불안정 탑승은, 탑승자의 무게 중심이 기 설정된 안정 범위를 벗어나는 위치에 형성되는 경우를 의미하고, 안정 탑승은 탑승자의 무게 중심이 기 설정된 안정 범위에 포함되는 경우를 의미하며, 미탑승은 탑승자의 무게가 기 설정된 최소 탑승 무게에 미달하거나 탑승 위치는 획득되지만 탑승 자세가 획득되지 않는 경우를 의미할 수 있다.
탑승 상태 도출 모듈(135)은 탑승 상태를 통해 휠체어에 탑승자가 탑승하고 있는지 여부와 탑승하고 있는 경우, 탑승자가 안정된 상태로 휠체어에 탑승 중인지를 판단할 수 있다. 탑승 상태 도출 모듈(135)은 탑승 상태를 획득하면, 탑승 상태를 보호자 또는 탑승자에게 출력하여 현재 탑승자가 어떤 상태로 탑승하고 있는지를 알려주고, 이를 통해 탑승 상태(탑승 자세)를 보다 안정된 상태로 조정할 수 있도록 도움을 줄 수 있다.
또, 본 발명의 일 실시예에서 탑승 상태 도출 모듈(135)은 탑승 상태가 불안정 탑승인 경우, 후술되는 운행 제어부(15)의 제어를 정지하는 정지 신호를 출력하여 운행을 정지 또는 시작하지 못하게 함으로써 탑승자의 안전을 보장하도록 할 수도 있다.
운행 제어부(15)는 외부로부터 입력되는 제어 신호를 획득하여 휠체어의 운행을 제어하도록 형성된다. 운행 제어부(15)는 이를 위해 도 4에 도시된 바와 같이 운행 정보 획득 모듈(151) 및 전력 제어 모듈(153)을 포함하도록 형성된다.
운행 정보 획득 모듈(151)은 제어 신호를 획득하고, 획득한 제어 신호를 분석하여 운행 정보를 획득하도록 형성된다. 제어 신호는 탑승자가 직접 입력하는 제어 신호일 수도 있고, 보호자가 단말기 또는 외부 제어 장치를 이용하여 입력하는 제어 신호일 수도 있다. 제어 신호가 동시에 입력되는 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 운행 정보 획득 모듈(151)은 보호자가 입력하는 제어 신호를 우선적으로 제어 신호로 사용하도록 하여 탑승자의 조작 실수를 보호자가 보정하도록 할 수도 있다.
제어 신호는, 휠체어의 이동 속도 및 이동 방향을 포함하며, 운행 정보 획득 모듈(151)은 이러한 제어 신호를 분석하여 휠체어의 이동 방향 및 이동 속도를 운행 정보로 결정할 수 있다.
전력 제어 모듈(153)은 탑승 정보를 이용하여 운행 정보에 대응하는 전력을 공급하도록 전력 제어를 수행할 수 있다. 운행 정보는 휠체어가 실제로 이동하고자 하는 속도 및 방향을 포함한다. 이동 속도는 일반적으로 휠체어에 구비되는 액츄에이터의 출력에 비례한다. 이때, 액츄에이터의 출력이 단순히 운행 정보에만 대응하도록 설정되어 있다면, 탑승 상태와 무게에 따라 이동 속도 및 방향이 달라질 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 전력 제어 모듈(153)을 이용하여 휠체어의 구동부에 입력되는 전력을 제어하도록 형성될 수 있다. 전력 제어 모듈(153)은 탑승 정보와 운행 정보를 각각 획득하고 운행 정보와 동일한 휠체어의 운행을 제어할 수 있도록 하기 위해 기 설정된 기준 값을 이용하여 전력 증감 정도를 결정할 수 있다. 본 발명의 전력 제어 모듈(153)은 탑승 정보를 이용하여 탑승자의 무게, 자세 및 무게 중심을 이용하여 기준 값으로부터 전력 증감 정도를 결정할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(1)은 도 1의 희망 동작 정보 도출부(17)를 더 포함하도록 형성될 수도 있다. 희망 동작 정보 도출부(17)는 제어 신호를 학습하여 탑승자 별 희망 동작 정보를 도출하도록 형성된다. 희망 동작 정보는 탑승자 별 동작 습관(패턴)을 의미할 수 있다. 탑승자 별로 제어 신호를 입력하는 패턴이나 운행 패턴이 존재할 수 있으며, 본 발명의 희망 동작 정보 도출부(17)는 이러한 패턴을 학습하고, 학습 결과를 희망 동작 정보로 하여 운행 정보에 반영하도록 할 수 있다. 이를 위해 본 발명의 희망 동작 정보 도출부(17)는 도 5에 도시된 바와 같이 제어 신호 학습 모듈(171) 및 희망 동작 정보 획득 모듈(173)을 포함할 수 있다.
제어 신호 학습 모듈(171)은 입력되는 제어 신호의 학습을 수행하도록 형성된다. 제어 신호는 탑승자 또는 보호자가 입력하는 운행을 위한 신호이다. 제어 신호 학습 모듈(171)은 제어 신호를 획득하면, 제어 신호를 누적 저장함으로서 탑승자 또는 보호자가 제어 신호를 얼마나 보정하는지를 학습할 수 있다. 제어 신호 학습 모듈(171)은 반대되는 제어 신호(방향 및 이동 속도)가 획득되는 주기 및 강도를 획득하여 학습하도록 형성되며, 이를 통해 해당 탑승자 또는 보호자가 어느 정도의 이동 속도 변화 또는 이동 방향 변화를 희망하는지를 판단할 수 있다. 제어 신호 학습 모듈(171)은 이러한 이동 속도 또는 이동 방향의 변화율을 학습하도록 형성되어 제어 신호 변화율을 학습 결과로 도출할 수 있다.
희망 동작 정보 획득 모듈(173)은 제어 신호의 학습 결과를 이용하여 탑승자 별 희망 동작 정보를 획득하도록 형성된다. 희망 동작 정보 획득 모듈(173)은 제어 신호 변화율을 학습 결과로 획득하게 되면, 탑승자 또는 보호자가 입력하는 제어 신호를 획득하고 해당 제어 신호에 상술한 제어 신호 변화율을 반영하여 도출되는 맞춤형 제어 신호를 희망 동작 정보로 출력할 수 있다. 희망 동작 정보는 상술한 운행 정보 획득 모듈(151)로 전달되어 기존의 제어 신호를 대체하도록 형성될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서 전력 제어 모듈(153)은 희망 동작 정보를 이용하여 공급되는 전력의 세기를 제어함으로써 탑승자 또는 보호자가 가장 편안함을 느끼는 변화율을 가지는 운행을 휠체어가 수행하도록 할 수 있다.
한편, 도 6 내지 도 10에는 본 발명의 일 실시예에 따른 탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 방법이 도시되고 있다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 방법의 순서도이고, 도 7은 도 6의 단계 S11의 순서도이며, 도 8은 도 6의 단계 S13의 순서도이고, 도 9는 도 6의 단계 S15의 순서도이며, 도 10은 도 6의 단계 S17의 순서도이다. 이하에서는 설명의 편의상 도 1의 시스템을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 방법(이하 편의상 방법이라 함)에 대하여 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법(10)은, 전동식 휠체어에 포함되거나 수동 휠체어에 장착될 수 있도록 형성되어 휠체어를 전동으로 탑승자 또는 보호자(관계자)가 제어하도록 형성될 수 있다. 이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 방법(10)은 도 6에 도시된 바와 같이 탑승 정보 획득 단계(S11), 탑승 정보 분석 단계(S13) 및 운행 제어 단계(S15)를 포함하도록 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 탑승 정보 획득 단계(S11)는 탑승 정보 획득부를 이용하여 휠체어에 탑승한 탑승자의 정보인 탑승 정보를 획득하도록 형성된다. 탑승 정보 획득 단계(S11)는 이를 위해 도 7에 도시된 바와 같이 체형 정보 획득 단계(S111) 및 무게 정보 획득 단계(S113)를 포함하도록 형성될 수 있다.
체형 정보 획득 단계(S111)는 탑승자의 체형 정보를 획득하도록 형성된다. 여기서 체형 정보는 휠체어의 좌석 및 등받이에 포함되는 압력 센서를 통해 획득될 수 있으며, 탑승자의 등 형태 및 엉덩이 형태를 포함할 수 있다.
무게 정보 획득 단계(S113)는 탑승자의 무게 정보를 획득하도록 형성된다. 여기서 무게 정보는 탑승자가 휠체어에 앉아 있을 때 휠체어에 가해지는 무게와 탑승자의 무게 중심 정보를 포함할 수 있다.
탑승 정보를 획득하면 본 발명의 일 실시예에 따른 탑승 정보 분석 단계(S13)는 탑승 정보 분석부를 이용하여 탑승 정보를 분석하여 탑승자의 탑승 상태를 도출하도록 형성된다. 이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 탑승 정보 분석 단계(S13)는 도 8에 도시된 바와 같이 탑승 자세 획득 단계(S131), 탑승 위치 획득 단계(S133) 및 탑승 상태 도출 단계(S135)를 포함하도록 형성될 수 있다.
탑승 자세 획득 단계(S131)는 체형 정보를 이용하여 탑승자의 탑승 자세를 획득하도록 형성된다. 탑승 자세 획득 단계(S131)는 체형 정보를 통해 획득되는 등의 형태 및 엉덩이 형태를 이용하여 탑승자가 어떤 자세로 휠체어에 탑승중인지 확인할 수 있다.
탑승 위치 획득 단계(S133)는 무게 정보를 이용하여 탑승자의 탑승 위치를 획득하도록 형성된다. 탑승 위치 획득 단계(S133)는 무게 정보를 통해 획득되는 탑승자의 무게 중심 정보를 이용하여 탑승자가 휠체어의 좌석 부분 중 어떤 위치에 탑승하고 있는지 확인할 수 있다.
탑승 상태 도출 단계(S135)는 탑승 자세 및 탑승 위치를 이용하여 탑승자의 탑승 상태를 불안정 탑승, 안정 탑승 및 미탑승 중 어느 하나로 선택하여 도출하도록 형성된다.
여기서 불안정 탑승은, 탑승자의 무게 중심이 기 설정된 안정 범위를 벗어나는 위치에 형성되는 경우를 의미하고, 안정 탑승은 탑승자의 무게 중심이 기 설정된 안정 범위에 포함되는 경우를 의미하며, 미탑승은 탑승자의 무게가 기 설정된 최소 탑승 무게에 미달하거나 탑승 위치는 획득되지만 탑승 자세가 획득되지 않는 경우를 의미할 수 있다.
탑승 상태 도출 단계(S135)는 탑승 상태를 통해 휠체어에 탑승자가 탑승하고 있는지 여부와 탑승하고 있는 경우, 탑승자가 안정된 상태로 휠체어에 탑승 중인지를 판단할 수 있다. 탑승 상태 도출 단계(S135)는 탑승 상태를 획득하면, 탑승 상태를 보호자 또는 탑승자에게 출력하여 현재 탑승자가 어떤 상태로 탑승하고 있는지를 알려주고, 이를 통해 탑승 상태(탑승 자세)를 보다 안정된 상태로 조정할 수 있도록 도움을 줄 수 있다.
또, 본 발명의 일 실시예에서 탑승 상태 도출 단계(S135)는 탑승 상태가 불안정 탑승인 경우, 후술되는 운행 제어 단계(S15)의 제어를 정지하는 정지 신호를 출력하여 운행을 정지 또는 시작하지 못하게 함으로써 탑승자의 안전을 보장하도록 할 수도 있다.
운행 제어 단계(S15)는 운행 제어부를 이용하여 외부로부터 입력되는 제어 신호를 획득하여 휠체어의 운행을 제어하도록 형성된다. 운행 제어 단계(S15)는 이를 위해 도 9에 도시된 바와 같이 운행 정보 획득 단계(S151) 및 전력 제어 단계(S153)를 포함하도록 형성된다.
운행 정보 획득 단계(S151)는 제어 신호를 획득하고, 획득한 제어 신호를 분석하여 운행 정보를 획득하도록 형성된다. 제어 신호는 탑승자가 직접 입력하는 제어 신호일 수도 있고, 보호자가 단말기 또는 외부 제어 장치를 이용하여 입력하는 제어 신호일 수도 있다. 제어 신호가 동시에 입력되는 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 운행 정보 획득 단계(S151)는 보호자가 입력하는 제어 신호를 우선적으로 제어 신호로 사용하도록 하여 탑승자의 조작 실수를 보호자가 보정하도록 할 수도 있다.
제어 신호는, 휠체어의 이동 속도 및 이동 방향을 포함하며, 운행 정보 획득 단계(S151)는 이러한 제어 신호를 분석하여 휠체어의 이동 방향 및 이동 속도를 운행 정보로 결정할 수 있다.
전력 제어 단계(S153)는 탑승 정보를 이용하여 운행 정보에 대응하는 전력을 공급하도록 전력 제어를 수행할 수 있다. 운행 정보는 휠체어가 실제로 이동하고자 하는 속도 및 방향을 포함한다. 이동 속도는 일반적으로 휠체어에 구비되는 액츄에이터의 출력에 비례한다. 이때, 액츄에이터의 출력이 단순히 운행 정보에만 대응하도록 설정되어 있다면, 탑승 상태와 무게에 따라 이동 속도 및 방향이 달라질 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 전력 제어 단계(S153)를 이용하여 휠체어의 구동부에 입력되는 전력을 제어하도록 형성될 수 있다. 전력 제어 단계(S153)는 탑승 정보와 운행 정보를 각각 획득하고 운행 정보와 동일한 휠체어의 운행을 제어할 수 있도록 하기 위해 기 설정된 기준 값을 이용하여 전력 증감 정도를 결정할 수 있다. 본 발명의 전력 제어 단계(S153)는 탑승 정보를 이용하여 탑승자의 무게, 자세 및 무게 중심을 이용하여 기준 값으로부터 전력 증감 정도를 결정할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법(10)은 도 6의 희망 동작 정보 도출 단계(S17)를 더 포함하도록 형성될 수도 있다. 희망 동작 정보 도출 단계(S17)는 희망 동작 정보 도출부를 이용하여 제어 신호를 학습하여 탑승자 별 희망 동작 정보를 도출하도록 형성된다. 희망 동작 정보는 탑승자 별 동작 습관(패턴)를 의미할 수 있다. 탑승자 별로 제어 신호를 입력하는 패턴이나 운행 패턴이 존재할 수 있으며, 본 발명의 희망 동작 정보 도출 단계(S17)는 이러한 패턴을 학습하고, 학습 결과를 희망 동작 정보로 하여 운행 정보에 반영하도록 할 수 있다. 이를 위해 본 발명의 희망 동작 정보 도출 단계(S17)는 도 10에 도시된 바와 같이 제어 신호 학습 단계(S171) 및 희망 동작 정보 획득 단계(S173)를 포함할 수 있다.
제어 신호 학습 단계(S171)는 입력되는 제어 신호의 학습을 수행하도록 형성된다. 제어 신호는 탑승자 또는 보호자가 입력하는 운행을 위한 신호이다. 제어 신호 학습 단계(S171)는 제어 신호를 획득하면, 제어 신호를 누적 저장함으로서 탑승자 또는 보호자가 제어 신호를 얼마나 보정하는지를 학습할 수 있다. 제어 신호 학습 단계(S171)는 반대되는 제어 신호(방향 및 이동 속도)가 획득되는 주기 및 강도를 획득하여 학습하도록 형성되며, 이를 통해 해당 탑승자 또는 보호자가 어느 정도의 이동 속도 변화 또는 이동 방향 변화를 희망하는지를 판단할 수 있다. 제어 신호 학습 단계(S171)는 이러한 이동 속도 또는 이동 방향의 변화율을 학습하도록 형성되어 제어 신호 변화율을 학습 결과로 도출할 수 있다.
희망 동작 정보 획득 단계(S173)는 제어 신호의 학습 결과를 이용하여 탑승자 별 희망 동작 정보를 획득하도록 형성된다. 희망 동작 정보 획득 단계(S173)는 제어 신호 변화율을 학습 결과로 획득하게 되면, 탑승자 또는 보호자가 입력하는 제어 신호를 획득하고 해당 제어 신호에 상술한 제어 신호 변화율을 반영하여 도출되는 맞춤형 제어 신호를 희망 동작 정보로 출력할 수 있다. 희망 동작 정보는 상술한 운행 정보 획득 단계(S151)로 전달되어 기존의 제어 신호를 대체하도록 형성될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서 전력 제어 단계(S153)는 희망 동작 정보를 이용하여 공급되는 전력의 세기를 제어함으로써 탑승자 또는 보호자가 가장 편안함을 느끼는 변화율을 가지는 운행을 휠체어가 수행하도록 할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 시스템
11: 탑승 정보 획득부
13: 탑승 정보 분석부
15: 운행 제어부
17: 희망 동작 정보 도출부
111: 체형 정보 획득 모듈
113: 무게 정보 획득 모듈
131: 탑승 자세 획득 모듈
133: 탑승 위치 획득 모듈
135: 탑승 상태 도출 모듈
151: 운행 정보 획득 모듈
153: 전력 제어 모듈
171: 제어 신호 학습 모듈
173: 희망 동작 정보 획득 모듈

Claims (5)

  1. 휠체어에 탑승한 탑승자의 정보인 탑승 정보를 획득하는 탑승 정보 획득부;
    상기 탑승 정보를 분석하여 상기 탑승자의 탑승 상태를 도출하는 탑승 정보 분석부;
    외부로부터 입력되는 제어 신호를 획득하여 상기 휠체어의 운행을 제어하는 운행 제어부; 및
    상기 제어 신호를 학습하여 탑승자 별 동작 습관을 도출하도록 형성되는 희망 동작 정보 도출부;를 포함하며,
    상기 탑승 정보는 체형 정보 및 무게 정보를 포함하고,
    상기 제어 신호는,
    탑승자가 직접 입력하는 제어 신호 또는 보호자가 단말기 또는 외부 제어 장치를 이용하여 입력하는 제어 신호이며,
    상기 휠체어의 이동 속도 및 이동 방향을 포함하고,
    상기 탑승 정보 분석부는,
    상기 체형 정보를 이용하여 상기 탑승자의 탑승 자세를 획득하는 탑승 자세 획득 모듈;
    상기 무게 정보를 이용하여 상기 탑승자의 탑승 위치를 획득하는 탑승 위치 획득 모듈; 및
    상기 탑승 자세 및 상기 탑승 위치를 이용하여 상기 탑승 상태를 불안정 탑승, 안정 탑승 및 미탑승 중 어느 하나로 선택하는 탑승 상태 도출 모듈;을 포함하며,
    상기 운행 제어부는,
    상기 제어 신호를 획득하고, 상기 제어 신호를 분석하여 운행 정보를 획득하는 운행 정보 획득 모듈; 및
    상기 탑승 정보를 이용하여 상기 운행 정보에 대응하는 전력을 공급하도록 전력을 제어하는 전력 제어 모듈;을 포함하고,
    상기 운행 정보 획득 모듈은 상기 제어 신호가 동시에 입력되는 경우, 상기 보호자가 입력하는 제어 신호를 우선적으로 제어 신호로 사용하도록 하며,
    상기 전력 제어 모듈은 상기 운행 정보와 동일한 휠체어의 운행을 제어하도록 상기 탑승 정보를 이용하여 기 설정된 기준 값으로부터 전력 증감 정도를 결정하고,
    상기 희망 동작 정보 도출부는,
    상기 제어 신호를 누적 저장함으로서 상기 탑승자 또는 상기 보호자에 의한 제어 신호의 보정 정도를 학습하되, 반대되는 이동 방향 및 이동 속도가 획득되는 주기 및 강도를 획득하여 학습하며, 해당 탑승자 또는 보호자가 희망하는 이동 속도 또는 이동 방향의 변화율인 제어 신호 변화율을 학습하며,
    입력되는 제어 신호에 상기 제어 신호 변화율을 반영하여 맞춤형 제어 신호를 희망 동작 정보로 출력하며,
    상기 전력 제어 모듈은 상기 희망 동작 정보를 이용하여 공급되는 전력의 세기를 제어하는 탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 탑승 정보 획득부는,
    상기 체형 정보를 획득하는 체형 정보 획득 모듈; 및
    상기 무게 정보를 획득하는 무게 정보 획득 모듈;을 포함하는 탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항의 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 시스템의 제어 방법으로서,
    탑승 정보 획득부를 이용하여 휠체어에 탑승한 탑승자의 정보인 탑승 정보를 획득하는 탑승 정보 획득 단계;
    탑승 정보 분석부를 이용하여 상기 탑승 정보를 분석하여 상기 탑승자의 탑승 상태를 도출하는 탑승 정보 분석 단계; 및
    운행 제어부를 이용하여 외부로부터 입력되는 제어 신호를 획득하여 상기 휠체어의 운행을 제어하는 운행 제어 단계;를 포함하며,
    상기 탑승 정보는 체형 정보 및 무게 정보를 포함하는 탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 방법.
KR1020230140176A 2023-10-19 2023-10-19 탑승자에 따른 빅데이터 기반 스마트 휠체어 동력보조장치 Gain 제어 시스템 및 방법 KR102635017B1 (ko)

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