KR20130057648A

KR20130057648A - 경사로에서의 휠체어 자세제어시스템 및 그에 따른 제어방법

Info

Publication number: KR20130057648A
Application number: KR1020110123501A
Authority: KR
Inventors: 최재호; 한정배; 박재성; 박종태; 이호윤; 최산; 김다운; 김부연
Original assignee: 전북대학교산학협력단
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2011-11-24
Publication date: 2013-06-03

Abstract

본 발명에 따른 휠체어 자세제어시스템은 바퀴가 설치되는 체어바디(50); 상기 체어바디(50)와 소정간격 이격되는 지지대(60); 상기 지지대(60) 및 상기 체어바디(50) 사이에 배치되고 지면의 경사도에 따라 상기 지지대(60)의 높낮이를 조절하여 상기 지지대(60)를 수평으로 유지시키는 수평유지모듈(70)을 포함하고, 상기 수평유지모듈(70)은 상기 체어바디(50)에 배치되고, 인가된 전원에 의해 구동력을 발생시키는 액추에이터(72); 상기 지지대(60)에 연결되고 상기 액추에이터(72)에 의해 작동되어 직선방향으로 이동되는 로드(74); 상기 지지대(60)의 경사도를 감지하는 기울기센서를 포함하기 때문에, 경사면 또는 계단 등에서 체어바디(50)의 기울어짐을 감지하고, 지지대(60)의 높낮이가 자동으로 조절되어 탑승자를 수평상태로 유지시킴으로서 보다 안정적으로 이동할 수 있는 효과가 있다.

Description

경사로에서의 휠체어 자세제어시스템 및 그에 따른 제어방법{attitude control system for wheelchair in slope and method for controlling process}

본 발명은 경사로에서의 경사로에서의 휠체어 자세제어시스템 및 그에 따른 제어방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 경사로에서 휠체어의 기울기를 측정하고 측정된 기울기에 따라 휠체어의 높이를 조절하여 수평을 유지시키는 경사로에서의 휠체어 자세제어시스템 및 그에 따른 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 휠체어는 신체 움직임이 자유롭지 못한 장애인이나 거동이 불편한 환자 및 노약자 등이 앉은 채로 이동할 수 있도록 바퀴가 설치된 의자를 말한다.

도 1은 종래의 통상적인 휠체어를 나타낸다. 도면을 참조하면, 휠체어(10)는 전체적인 지지 구조를 이루는 본체 프레임(12)과, 본체 프레임(12)의 상단부 측후방 양측에 구비되어 보호자가 파지하여 미는데 이용하는 손잡이부(14)와, 본체 프레임(12)의 수평, 수직의 지지 구조에 의해 그 상부 측에 형성되어 탑승자가 안착하는 좌석부(16)와, 본체 프레임(12)의 하부 측 후방 양측에 자유롭게 회전 가능하도록 구비되어 주행 시 지면에 닿은 채로 구름되는 상대적으로 큰 직경을 갖는 구동 바퀴(18)와, 구동 바퀴(18)의 외측에 일체화되도록 구비되어 탑승자가 손으로 회전시켜 구동 바퀴(18)가 동반 회전되도록 하는 핸드 림(18a)과, 본체 프레임(12)의 하부 측 전방 양측에 자유롭게 회전 가능하도록 구비되어 주행 시 지면에 닿은 채로 구름되는 상대적으로 작은 직경을 갖는 보조 바퀴(20)와, 본체 프레임(12)의 하부 측전방 양측에 구비되어 탑승자의 발이 놓여지는 발판(22) 등으로 구성된다.

따라서 그 주행은 보호자가 뒤에서 손잡이부(14)를 통해 미는 것이나 탑승자가 좌석부(16)에 앉은 상태에서 손으로 핸드 림(18a)을 일정 각도만큼씩 반복적으로 회전(원호 운동)시키는 것에 의해 구동 바퀴(18)와 보조 바퀴(20)가 지면에 대해 회전된다.

그러나 이와 같은 종래의 휠체어(10)는 경사면이나 계단을 이동하게 될 경우, 탑승자의 몸이 기울어지게 되고 이로 인해 탑승자는 자세 불안정으로 인해 공포감 내지는 위협을 느끼게 될 뿐만 아니라 경우에 따라서 탑승자가 휠체어에서 낙상하는 문제점이 있다.

본 발명은 경사로에서 휠체어의 기울기를 측정하고 측정된 기울기에 따라 휠체어의 높이를 조절하여 수평을 유지시키는 경사로에서의 휠체어 자세제어시스템 및 그에 따른 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 일측면은 바퀴가 설치되는 체어바디(50); 상기 체어바디(50)와 소정간격 이격되는 지지대(60); 상기 지지대(60) 및 상기 체어바디(50) 사이에 배치되고 지면의 경사도에 따라 상기 지지대(60)의 높낮이를 조절하여 상기 지지대(60)를 수평으로 유지시키는 수평유지모듈(70)을 포함하는 휠체어 자세제어시스템을 제공한다.

여기서 상기 수평유지모듈(70)은 인가된 전원에 의해 구동력을 발생시키는 액추에이터(72); 상기 액추에이터(72)에 의해 작동되어 직선방향으로 이동되는 로드(74); 상기 지지대(60)의 경사도를 감지하는 센서(76)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 액추에이터(72)는 모터 또는 유압실린더 중 어느 하나일 수 있다.

또한, 상기 액추에이터(72)는 상기 체어바디(50)에 연결되고, 상기 로드(74)는 상기 지지대(60)에 연결될 수 있다.

또한, 상기 액추에이터(72)는 상기 지지대(60)에 연결되고, 상기 로드(74)는 상기 체어바디(50)에 연결될 수 있다.

또한, 상기 센서(76)는 기울기 센서일 수 있다.

또한, 상기 센서(76)는 복수개 배치될 수 있다.

또한, 상기 센서(76)는 상기 지지대(60)의 각 모서리에 배치될 수 있다.

또한, 상기 센서(76)는 거리측정센서(77)를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 로드(74)는 힌지(75)를 통해 상기 지지대(60)에 연결되어 상기 로드(74)와 상기 지지대(60)가 상대 회전되도록 구성될 수 있다.

본 발명이 다른 측면은 바퀴가 설치되는 체어바디(50); 상기 체어바디(50)와 소정간격 이격되는 지지대(60); 상기 지지대(60) 및 상기 체어바디(50) 사이에 배치되고 지면의 경사도에 따라 상기 지지대(60)의 높낮이를 조절하여 상기 지지대(60)를 수평으로 유지시키는 수평유지모듈(70)을 포함하고, 상기 수평유지모듈(70)은 상기 체어바디(50)에 배치되고, 인가된 전원에 의해 구동력을 발생시키는 액추에이터(72); 상기 지지대(60)에 연결되고 상기 액추에이터(72)에 의해 작동되어 직선방향으로 이동되는 로드(74); 상기 지지대(60)의 경사도를 감지하는 기울기센서를 포함하는 휠체어 자세제어시스템을 제공한다.

본 발명의 또 다른 측면은 청구항 11을 이용하여 작동되는 휠체어 자세제어시스템의 제어방법에 있어서, 기울기센서를 통해 체어바디(50)의 경사각도(θ)를 감지하는 단계(S10); 상기 감지된 경사각도(θ)에 따라 로드(74)의 길이보상값을 계산하는 단계(S20); 상기 계산된 길이보상값이 구현되도록 액추에이터(72)를 제어하는 단계(S30); 상기 액추에이터(72)의 제어에 의해 로드(74)가 이동되면서 상기 지지대(60)가 지면에 수평으로 형성되는 단계(S40); 상기 지지대(60)의 수평이 형성되었는지 확인하는 단계(S50)를 포함하는 휠체어 자세제어시스템이 제어방법을 제공한다.

또한, 상기 기울기센서는 복수개 설치되고, 상기 S10 단계에서 각 기울기센서를 통해 데이터를 감지하고, 상기 S20 단계에서 상기 감지된 각 기울기센서의 데이터값을 통해 상기 길이보상값을 각각 계산할 수 있다.

또한, 상기 로드(74)에 부착되어 상기 로드(74)의 이동거리를 감지하는 거리측정센서(77)가 더 배치되고, 상기 거리측정센서(77)를 통해 상기 S30단계의 구현된 로드(74)의 이동길이가 피드백될 수 있다.

본 발명에 따른 휠체어 자세제어시스템 및 그에 따른 제어방법은 경사면 또는 계단 등에서 체어바디(50)의 기울어짐을 감지하고, 지지대(60)의 높낮이가 자동으로 조절되어 탑승자를 수평상태로 유지시킴으로서 보다 안정적으로 이동할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 휠체어의 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 휠체어의 수평유지모듈이 도시된 정면도
도 3은 도 2의 평면도
도 4는 도 2의 작동상태가 도시된 예시도
도 5는 도 4의 작동원리가 도시된 예시도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 다른 휠체어의 작동과정이 도시된 순서도

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 휠체어의 수평유지모듈이 도시된 정면도이고, 도 3은 도 2의 평면도이고, 도 4는 도 2의 작동상태가 도시된 예시도이고, 도 5는 도 4의 작동원리가 도시된 예시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 다른 휠체어의 작동과정이 도시된 순서도이다.

도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 휠체어는 바퀴(미도시)가 설치되는 체어바디(50)와, 상기 체어바디(50)와 소정간격 이격되는 지지대(60)와, 상기 지지대(60) 및 상기 체어바디(50) 사이에 배치되고 경사도에 따라 상기 지지대(60)의 높낮이를 조절하여 상기 지지대(60)를 수평으로 유지시키는 수평유지모듈(70)을 포함한다.

상기 지지대(60)는 탑승자가 앉는 부분이다.

상기 체어바디(50)는 휠체어의 바퀴 및 손잡이 등이 형성된 것으로서 본 실시예에서는 설명을 위해 간략하게 도시되었다.

상기 수평유지모듈(70)은 인가된 전원에 의해 구동력을 발생시키는 액추에이터(72)와, 상기 액추에이터(72)에 의해 작동되어 직선방향으로 이동되는 로드(74)와, 상기 지지대(60)의 경사도를 감지하는 센서(76)를 포함한다.

상기 액추에이터(72)는 인가된 전원에 의해 구동력을 발생시키는 장치로서, 유압실린더 또는 전기모터 등을 예로 들 수 있고, 상기 액추에이터의 작동에 의해 상기 로드(74)가 직선 이동되며, 인출 또는 인입되는 거리가 제어된다.

본 실시예에서 상기 액추에이터(72)는 상기 체어바디(50)에 고정된다.

상기 로드(74)는 상기 액추에이터(72)에 의해 제어되고 상측단이 상기 지지대(60) 측에 고정된다.

여기서 상기 지지대(60)의 하측에는 상기 로드(74)와의 상대회전을 위한 회전부(62)가 형성되고, 상기 회전부(62)와 상기 로드(74)는 힌지(75) 연결되고, 상기 로드(74)의 이동 시 상기 회전부(62)와 힌지(75)의 상대회전을 통해 상기 지지대(60)가 회전될 수 있다.

상기 센서(76)는 기울기 또는 각도를 검출하기 위한 자세 센서의 일종으로서, 본 실시예에서는 기울기센서 또는 자이로센서가 사용되고, 상기 센서(76)는 상기 지지대(60)에 다수개가 설치되며, 본 실시예에서는 상기 지지대(60)의 모서리 4개소에 배치된다.

여기서 상기 휠체어가 경사면을 오를 때 상기 체어바디(50)는 경사면에 대하여 소정의 경사각도(θ)를 형성하고, 상기 센서(76)는 상기 경사각도(θ)를 감지한다.

여기서 상기 각 센서(76)는 상기 지지대(60) 각 모서리의 경사각도(θ)를 감지한 후 제어부(미도시)에 전달하고, 제어부의 프로세서는 이를 통해 상기 지지대(60)를 수평으로 형성시키기 위해 제어해야할 상기 로드(74)의 길이를 계산한다.

그래서 상기 휠체어의 제어방법은 기울기센서를 통해 체어바디(50)의 경사각도(θ)를 감지하는 단계(S10)와, 상기 감지된 경사각도(θ)에 따라 로드(74)의 길이보상값을 계산하는 단계(S20)와, 상기 계산된 길이보상값이 구현되도록 액추에이터(72)를 제어하는 단계(S30)와, 상기 액추에이터(72)의 제어에 의해 로드(74)가 이동되면서 상기 지지대(60)가 지면에 수평으로 형성되는 단계(S40)와, 상기 지지대(60)의 수평이 형성되었는지 확인하는 단계(S50)를 포함한다.

상기 S10 단계는 기울기센서를 통해 상기 지지대(60) 각 부분의 경사각도(θ)를 감지하는 단계이고, 감지된 각 경사각도(θ)는 제어부에 전달된다.

상기 S20 단계는 상기 경사각도(θ)에 따라 이동시켜야할 길이보상값을 계산하는 단계로서 상기 길이보상값은 상기 지지대(60)의 중심에서 로드(74)까지의 거리(r)와, 상기 경사각도(θ)를 통해 길이보상값인 이동변위(x)를 계산할 수 있다.

즉 각속도

로부터,

를 계산할 수 있고,

및

로부터 길이보상값인 이동변위를 계산해 낼 수 있다.

특히 상기 제어부는 각 센서로부터 수집된 데이터를 통해 각 로드의 이동변위(x)를 계산한다.

상기 S30 단계는 상기 이동변위(x)가 구현되도록 액추에이터(72)를 제어하는 단계이고, 상기 액추에이터(72)의 제어에 의해 상기 로드(74)가 이동된다.

상기 S50 단계는 제어 후 상기 지지대(60)의 수평상태를 확인하기 위한 단계로서, 상기 제어부는 상기 로드(74)의 이동 후 상기 기울기센서로부터 데이터를 다시 수신하여 지지대(60)의 경사각도(θ)를 다시 확인하고, 상기 경사각도(θ)가 0의 오차범위 내에 있는 경우, 상기 지지대(60)의 수평이 형성된 것으로 판단한다.

여기서 상기 제어방법은 소정 시간단위로 반복되게 하여 상기 지지대(60)가 거의 실시간으로 수평을 유지하도록 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 본 실시예와 달리 상기 로드(74)에 거리측정센서(77)가 부착되는 경우, 상기 거리측정센서(77)를 통해 상기 로드(74)의 이동거리를 감지하여도 무방하다.

또한, 본 실시예에서는 상기 각 로드(74)와 지지대(60)를 힌지(75)로 연결하였으나, 본 실시예와 달리 볼 힌지(미도시)로 대체하여 상대변위가 3차원으로 변경되도록 구성하여도 무방하다.

상기와 같이 본 발명을 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 발명은 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 다양한 조합을 통해 당업자에 의해 응용이 가능하다.

50 : 체어바디 60 : 지지대
70 : 수평유지모듈 72 : 액추에이터
74 : 로드 75 : 힌지
76 : 센서 77 : 거리측정센서

Claims

바퀴가 설치되는 체어바디(50);
상기 체어바디(50)와 소정간격 이격되는 지지대(60);
상기 지지대(60) 및 상기 체어바디(50) 사이에 배치되고 지면의 경사도에 따라 상기 지지대(60)의 높낮이를 조절하여 상기 지지대(60)를 수평으로 유지시키는 수평유지모듈(70)을 포함하는 휠체어 자세제어시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 수평유지모듈(70)은
인가된 전원에 의해 구동력을 발생시키는 액추에이터(72);
상기 액추에이터(72)에 의해 작동되어 직선방향으로 이동되는 로드(74);
상기 지지대(60)의 경사도를 감지하는 센서(76)를 포함하는 휠체어 자세제어시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 액추에이터(72)는 모터 또는 유압실린더 중 어느 하나인 휠체어 자세제어시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 액추에이터(72)는 상기 체어바디(50)에 연결되고, 상기 로드(74)는 상기 지지대(60)에 연결된 휠체어 자세제어시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 액추에이터(72)는 상기 지지대(60)에 연결되고, 상기 로드(74)는 상기 체어바디(50)에 연결된 휠체어 자세제어시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 센서(76)는 기울기 센서인 휠체어 자세제어시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 센서(76)는 복수개 배치된 휠체어 자세제어시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 센서(76)는 상기 지지대(60)의 각 모서리에 배치된 휠체어 자세제어시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 센서(76)는 거리측정센서(77)를 더 포함하는 휠체어 자세제어시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 로드(74)는 힌지(75)를 통해 상기 지지대(60)에 연결되어 상기 로드(74)와 상기 지지대(60)가 상대 회전되도록 구성된 휠체어 자세제어시스템.
바퀴가 설치되는 체어바디(50);
상기 체어바디(50)와 소정간격 이격되는 지지대(60);
상기 지지대(60) 및 상기 체어바디(50) 사이에 배치되고 지면의 경사도에 따라 상기 지지대(60)의 높낮이를 조절하여 상기 지지대(60)를 수평으로 유지시키는 수평유지모듈(70)을 포함하고,
상기 수평유지모듈(70)은
상기 체어바디(50)에 배치되고, 인가된 전원에 의해 구동력을 발생시키는 액추에이터(72); 상기 지지대(60)에 연결되고 상기 액추에이터(72)에 의해 작동되어 직선방향으로 이동되는 로드(74); 상기 지지대(60)의 경사도를 감지하는 기울기센서를 포함하는 휠체어 자세제어시스템.
청구항 11을 이용하여 작동되는 휠체어 자세제어시스템의 제어방법에 있어서,
기울기센서를 통해 체어바디(50)의 경사각도(θ)를 감지하는 단계(S10);
상기 감지된 경사각도(θ)에 따라 로드(74)의 길이보상값을 계산하는 단계(S20);
상기 계산된 길이보상값이 구현되도록 액추에이터(72)를 제어하는 단계(S30);
상기 액추에이터(72)의 제어에 의해 로드(74)가 이동되면서 상기 지지대(60)가 지면에 수평으로 형성되는 단계(S40);
상기 지지대(60)의 수평이 형성되었는지 확인하는 단계(S50)를 포함하는 휠체어 자세제어시스템이 제어방법.
청구항 12에 있어서,
상기 기울기센서는 복수개 설치되고, 상기 S10 단계에서 각 기울기센서를 통해 데이터를 감지하고, 상기 S20 단계에서 상기 감지된 각 기울기센서의 데이터값을 통해 상기 길이보상값을 각각 계산하는 휠체어 자세제어시스템의 제어방법.
청구항 12에 있어서,
상기 로드(74)에 부착되어 상기 로드(74)의 이동거리를 감지하는 거리측정센서(77)가 더 배치되고,
상기 거리측정센서(77)를 통해 상기 S30단계의 구현된 로드(74)의 이동길이가 피드백되는 휠체어 자세제어시스템의 제어방법.