KR20130101777A

KR20130101777A - 노약자의 안전 보행을 지원하는 전동 보행기

Info

Publication number: KR20130101777A
Application number: KR1020120022787A
Authority: KR
Inventors: 김형기
Original assignee: 김상훈
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2013-09-16

Abstract

본 발명은 노약자의 안전을 고려한 지능적인 전동 보행 보조기에 관한 것으로 평범한 보행기와 전동 휠체어의 장점을 결합하여 저가이면서 안정성과 보행 보조을력을 확보할 수 있도록 차별적인 구성을 제안하였다. 전동능력을 제공하면서도 의자가 아닌 보행기의 형태를 유지하여 전체적인 운동능력을 향상시키는데 기여하며 기기의 가격을 낮추는 효과가 있다. 특히 종래 기술이 노약자의 보행을 돕고자만 했을 뿐 사용자의 안전을 위한 안전장치 기능이 현저히 부족했으므로 본 발명은 실제의 보행환경에서 노약자에게 취약한 경사면의 인식을 위한 자동 속도 조절, 모터의 엔코더를 통한 자동 보행속도 조절, 전동기의 전복 시와 노약자의 이상 유무를 판단 할 수 있는 위험상황 인지 시스템, 위험신호를 인지하여 주변 보호자나 관리자에게 신호를 보내는 통신 구축 시스템을 이용하여 사용자의 안전성을 보장하는 특징을 가지고 있다.
본 발명에 따르면, 보행 보조기에 전동능력을 부여하여 편리한 보행을 지원하고 보행능력을 강화하며 위험을 감지하는 안전 장치로서 기울기센서, 접촉센서, 버튼등을 사용하여 경사면등 위험 상황을 감지한 신호를 보호자나 관리자에게 보낼 수 있도록 무선통신과 GPS기술을 이용하는 개선된 전동 보행보조기를 특징으로 한다

Description

노약자의 안전 보행을 지원하는 전동 보행기{Electric-Powered walker for the safety of the aged}

본 발명은 근력이 저하되거나 기능의 손실이 있는 노약자를 위한 지능적인 전동 보행 보조기에 관한 것이다. 본 발명은 센서기술과 통신 기술을 이용하여 보행기 스스로의 지능적인 기능을 가지고 있어 사용자의 위험적인 요소를 제거해 주며 안전을 도와주는 역할을 한다.

종래의 보행 보조기는 단순히 사용자가 의지할 수 있는 비전동 보행기가 대부분이며 기능 또한 단순하고 지능적이지 못하여 보행자가 사용시 위험상황에 대처할 수 없고 보행환경에 따른 지능적 제어능력을 갖추고 있지 않다는 단점이 있다.

[문헌1] 전동식 이동보조장치 (An electromotion assistant),등록번호(일자) 1010127340000 (20110127)

[문헌1] 고령자보행지원을 위한 지능형 6족 로봇(Intelligent Hexapot robot for the support of the aged walking), 이상무, 김상훈, HCI2008 학술대회, 2008.2.13-15, 보광 휘닉스파크, Korea, 2008

본 발명은 상기 배경의 관점에서 이루어진 것으로, 보행자의 보행을 돕기 위한 지능적인 기능을 가짐으로써 사용자의 효율적 보행을 지원하고 보행 안전에 도움을 주는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 노약자의 안전을 고려한 지능적인 전동 보행 보조기에 관한 것으로 평범한 보행기와 전동 휠체어의 장점을 결합하여 저가이면서 안정성과 보행 보조을력을 확보할 수 있도록 차별적인 구성을 제안하였다. 전동능력을 제공하면서도 의자가 아닌 보행기의 형태를 유지하여 전체적인 운동능력을 향상시키는데 기여하며 기기의 가격을 낮추는 효과가 있다. 특히 종래 기술이 노약자의 보행을 돕고자만 했을 뿐 사용자의 안전을 위한 안전장치 기능이 현저히 부족했으므로 본 발명은 실제의 보행환경에서 노약자에게 취약한 경사면의 인식을 위한 자동 속도 조절, 모터의 엔코더를 통한 자동 보행속도 조절, 전동기의 전복 시와 노약자의 이상 유무를 판단 할 수 있는 위험상황 인지 시스템, 위험신호를 인지하여 주변 보호자나 관리자에게 신호를 보내는 통신 구축 시스템을 이용하여 사용자의 안전성을 보장하는 특징을 가지고 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 보행 보조를 위한 지능적인 전동 보행기는 기존의 보행기의 단순함을 극복하고 사용자의 안전과 편리하도록 센서 기술을 융합시켜 만든 지능적인 보행보조 전동보행기로서 다가오는 고령화 시대에 IT복지기기로서 다양하고 편리한 복지 기기의 기술 제품분야에 적용이 가능하다 할 수 있다.

제1도는 본 발명의 전체 흐름도이다.
제2도는 본 발명의 보행속도 자동조절모드에 대한 순서도이다.
제3도는 경사면에서의 구동속도 조절방법에 대한 순서도이다.
제4도는 위험상황 감지시 제어방법에 대한 순서도이다.
제5도는 본 발명의 전동보행기 외형 및 경사면에서의 동작모습에 대한 기술이다.
제6도는 본발명의 하드웨어 구성도에 대한 기술이다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도5는 본 발명의 형태와 동작 모습을 설명한다. 전동보행기의 형태는 도 5와 같이 전면에 2개의 구동 바퀴와 후면에 1개의 구동 바퀴로 구성되며, 보행자가 접촉하는 2개의 손잡이 하단부로부터 바퀴의 일부분까지를 감싸는 형태의 보행기 바디를 구성한다. 보행기는 경사면의 각도에 따라 기울기 센서를 이용하여 실시간으로 경사도를 인식하여 임계치 이상의 경사가 시작되는 오르막 경사에서는 평균 구동능력보다 더 큰 힘을 전달하고 임계치 이하의 내리막 경사에서는 평균 구동 능력보다 더 작은 힘을 전달하여 경사와 상관없이 보행자는 경사를 인식하고 평균 이동속도를 유지할 수 있도록 조절해 주는 보행 제어능력을 제공한다.

도 1은 본 발명의 전동보행기 동작을 전체적으로 설명해 주는 전체 동작 흐름도이다. 먼저 보행기의 전원이 켜지면 보행자는 보행기의 손잡이를 안정되게 잡고 일정거리를 수동으로 이동하게 되며 이 과정에서 전동보행기는 보행 속도를 자동 조절하는 기능을 수행한다(101). 이 단계에서 보행자는 평상시의 보행속도를 유지하며 첫 보행을 시작하기만 하면 되며, 바퀴의 구동량과 경과시간의 관계를 이용하여 제어부내의 제어 및 연산회로에서 평균 보행속도를 계산한 후, 구동부의 현재 속도에 반영한다. 이 과정은 보행속도 자동조절 모드로서 도 2에서 자세히 설명한다.

다음단계(102)에서는 보행중인 지면의 경사도를 실시간으로 감지하여 지면이 평지인지 아닌지를 기울기 센서에 의해 자동 판단한 후, 평지가 아닌 경우 경사면에 따라 보행속도를 자동 조절하는 단계(103)를 수행한다.

경사면의 여부를 판단하는 102 단계와 동일하게 104 단계에서는 위험상황을 실시간으로 판단한다.

위험상황이 발생하였다는 것을 판단하기 위한 방법으로는 사용자의 보행기가 전복되었음을 기울기(가속도)센서를 이용하여 확인 할 수 있다. 또한 사용자가 직접 자신의 몸에 이상이 있다고 판단 시 비상 버튼을 눌러 위험 상황을 관리자에게 보낼 수도 있다. 전동성을 가지고 있는 보행기로서 사람의 의지와 달리 움직일 경우 보행자에게 위험이 닥칠 수 있는 것을 방지하기 위해, 보행자가 두 손으로 손잡이를 잡고 있지 않은 상황을 손잡이에 달린 접촉센서를 이용하여 확인하고 위험 상황으로 판단할 수 있다. 즉 두 손으로 손잡이를 잡았을 경우에는 ON, 한 손이라도 손잡이를 잡지 않았을 경우는 OFF가 출력될 수 있도록 하는 방식을 구현한다.

위험상황으로 판단된 경우에는 위험상황을 관리자 또는 보행자의 보호자에게 알리고 보행기의 동작을 종료하는 단계(105)를 수행한다.

본 발명에 의한 보행기는 경사면 인식이나 위험상항 인식에 의한 속도 제어신호가 발생하지 않은 상태에서 일정시간이 흐르면 일정 주기별로 평균 보행 속도를 측정하여 제어부내의 기억소자에 저장하여 일반 보행을 지원하는데 활용한다(106).

도 2는 보행 속도 자동 조절 모드에 대한 순서도(201)이다. 전동 보행기는 전동성을 가지고 있는 것이기 때문에 보행을 돕기 위한 보행기의 역할을 하기 위해서는 사용자의 보행속도에 맞는 구동속도를 유지해 주어야 한다. 보행기의 속도가 사용자의 보행속도보다 빠르거나 느릴 경우에는 보행에 도움을 줄 수 없고 오히려 보행하는데 있어서 불편함을 줄 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 사용자의 보행 속도를 자동으로 측정하여 제어함으로써 보행자의 보행 속도에 맞는 전동 보행기의 속도를 유지할 수 있다.

즉 보행자가 시작 버튼을 누르거나 보행 시작 후 일정시간이 지나면 제어부의 타이머는 시간을 측정하고(202) 모터 구동부의 회로(엔코더)는 구동 속도정보를 수집하며(203) 경과 시간과 구동 속도 정보의 상관관계를 이용한 속도를 측정(204)한다.

도 3은 경사면에서의 기울기에 따른 구동속도 조절을 위한 순서도이다. 즉 기울기(가속도)센서에서 중력의 변화에 따른 기울기 센서의 출력신호 값을 측정하고(302) 아날로그적인 출력신호의 값을 아날로그 디지털 컨버터를 이용하여 신호변환 후 MCU(Micro Controller Unit)에서 정확한 경사면의 기울기를 계산한다.(303) 그 결과를 이용하여 경사면의 기울기에 따른 보행기의 이동 속도 유지를 위해 역산된 결과를 구동모터에 신호로 전달하면 경사면 각도에 따른 속도 제어가 가능하다. 즉 303 단계에서의 결과를 토대로 오르막과 내리막 경사 여부를 판단(304)한 후, 근력이 부족한 노약자이 보행 시 바퀴가 달린 비전동 보행기는 내리막 경사 시 사용자에게 위험 요소가 될 수 있다는 점을 보완하여 저속구동을 통해 사용자의 안전을 도울 수 있도록 구현하며(306), 오르막 경사 시에는 근력이 약한 사용자가 쉽게 오르막을 오를 수 있도록 속도를 높여 끌어주는 역할을 함으로써 사용자의 보행에 도움을 줄 수 있도록 구현하였다(305).

또한 기울기 센서를 이용하여 경사면의 각도를 알면 사용자의 손잡이가 내리막 경사 일 때 앞으로 쏠리거나 오르막 경사 일 때 뒤로 쏠리는 것을 방지하기 위해 사용자의 손잡이는 항상 수직으로 유지되도록 설계하여 사용자의 편리를 높일 수 있도록 한다.

도 4는 본 발명에 의한 보행기가 위험한 상황을 감지하는 방법과 감지 후의 대처방법에 대한 순서도를 설명한다.

위험상황이 발생하였다는 것을 판단하기 위한 시스템으로는 첫 번째, 사용자의 보행기가 전복되었거나 기억장치에 입력된 정상적인 기울기 값 이상의 기울기가 측정되었을 때를 기울기 위험상황(402)으로 간주한다. 두 번째는 전동성을 가지고 있는 보행기가 사람의 의지와 상관없이 오동작을 하거나 보행자의 위급상황으로 보행기와 사람이 분리되는 상황에서 보행자에게 위험이 닥칠 수 있는 점을 방지하기 위해, 손잡이에 달린 접촉센서를 이용하여 보행자와 보행기가 분리되었는지를 판단하고 위험상황(403)으로 간주한다. 즉 두 손이 손잡이를 잡았을 경우에는 ON, 손잡이를 잡지 않았을 경우는 OFF의 결과신호로 저장한다.

위험상황은 이외에도 보행자가 직접 자신의 몸에 이상이 있다고 판단 시 직접 비상 버튼을 눌러 상황을 관리자에게 보낼 수 있도록 한다.

위의 모든 위험상황에 해당하는 경우가 발생하면, 이의 결과 신호는 보호자나 관리자에게 신속한 방법으로 전송되도록 한다. 무선 통신망이 구축되어 있는 환경에서는 Zigbee 무선 통신망등을 이용하여 가까운 통신 노드에 알람(alarm)상황과 보행자의 ID를 전송하여 최종적으로는 관리자나 보호자의 휴대단말기에 SMS문자로 위기 상황이 실시간으로 전송되도록 한다(405). 만일 위험상황 발생장소가 통신망 구축이 되어 있지 않은 상황에 대비하여 통신 송수신이 불가능한 상황 발생시 제어부내에 장착된 GPS수신기가 작동을 개시하고 GPS 위치추적 시스템을 이용하여 보행자의 위치가 관리자에게 자동으로 전송되도록 한다(406). 이러한 상황은 사용자가 보행기의 손잡이로부터 분리되는 등 위험한 상황이 발생되었음을 자동으로 알려주면 동시에 예상 위치를 전송하는 방법이다.

이러한 위기상황에서의 경보(alarm)신호의 형태는 통신망에서는 근거리 무선통신을 이용하거나 GPS 위치 추적시스템을 이용하여 SMS 문자 신호로 전송되도록 하는 방식 외에 현장에서 위험신호 검출시 보행기내의 경보기가 동작하도록 하여 주변의 1차적인 도움을 받을 수 있도록 한다(407).

도 6은 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전체 하드웨어 구성도를 나타내며 MCU제어부, 센서부, 구동부, 통신부, 경보출력부등 5개의 부분으로 구성되어 있다. 도 중앙에 MCU 제어부는 전동보행기의 동작시작과 마무리 과정에서 전체 기능을 제어하기 위한 제어회로 및 연산, 기억장치 기능을 모두 갖춘 본 발명의 두뇌부이다. 왼쪽의 센서부는 전동 보행기의 안전보행을 기술적으로 지원하기 위해 사용하는 기울기 센서와 접촉 센서의 센서부와 신호처리부를 포함하는 부분으로 보행기의 지능적인 기능을 강화하기 위한 역할을 수행한다. 하단의 구동부는 보행기의 실질적인 보행능력을 가능하게 하는 구동회로, 엔코더, 모터, 바퀴등을 모두 포함하는 부분으로서 자동 속도 조절 기능, 센서의 결과에 따른 구동속도 제어등이 가능하게 한다. 우측의 통신부는 보행기의 위험신호 발생시 해당신호를 원격지의 관리자등에게 신속하고 정확하게 전달될 수 있도록 처리하고 전송하는 회로를 포함하며, 해당신호에 의한 현장에서의 경보발생을 위해 경보출력부를 두며 상단의 블록에 표현되었다.

Claims

노약자의 보행을 보조하는 보행기로서,
전후에 장착된 바퀴와 전동식 모터를 결합하여 구동능력과 구동속도 제어기능을 포함하는 구동부와 적어도 하나의 위험 환경 조건을 감지하는 센서를 포함하는 센서부와 상기 센서의 신호 정보를 기록하는 메모리와 위험 상황등을 외부에 전달할 수 있는 외부 통신 수단과, 상기 메모리, 상기 센서 및 상기 외부 통신 수단의 동작을 통제하는 처리장치 및 구동전원을 포함하여 이루어지며,
구동부는 보행자의 초기 일정시간 보행속도를 기록하고 예측하여 보행자의 평균속도로 기억하고 구동을 수행하며 경사면의 기술기를 인식하여 속도를 제어함으로써 평균속도의 보행을 유지하며, 보행기가 포함한 상기 센서가 적어도 하나의 위험환경 조건을 감지하여 위험 신호를 발생시키면 상기 메모리가 환경 정보를 기록하고, 외부 단말기가 상기 외부 통신 수단과 접속된 상태에서 상기 위험 환경정보를 외부 단말기에 전달할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동 보행기
제 1 항에 있어서,
상기 센서의 용도는 기울기센서, 접촉센서, 온도센서, 습도 센서 가운데 적어도 하나를 구비하여 보행자의 안전을 유지하기 위한 보행자 및 보행기 주변 환경의 정보를 감지함으로써, 위험요인을 판단하는 정보로 활용하기 위한 것을 특징으로 하는 노약자의 안전 보행을 지원하는 전동 보행기
제 1 항에 있어서,
상기 외부 통신 수단은 비접촉식 PAN(Personal Area Network)통신 환경이 갖추어진 곳에서는 PAN 통신 환경을 활용하며 그러한 통신 환경이 갖추어 지지 않은 곳에서는 GPS 수신기 회로를 동작시켜 위치추적에 의한 위험상황의 외부 전달이 가능한 방식으로 구현하는 것을 특징으로 노약자의 안전 보행을 지원하는 전동 보행기