KR20140002826A - 기계적 균형 보상 장치·진동 감쇠 장치가 적용된 전동식 휠체어구동로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 전동휠체어가 주로 이용하는 노인이나 장애인들의 경우 불시에 일어날 수 있는 사건사고에 빠르게 대처할 수 없고, 시중에 판매되고 있는 전동휠체어의 경우 경사각을 오르내리는 경우 상하좌우로 기울임에 의한 쏠림현상을 심하게 느끼고 기울어져 넘어지는 사고등으로 사용자의 불안함을 초래하는 문제점과 전동휠체어를 주로 이용하는 노인이나 장애인들의 경우 불시에 일어날 수 있는 사건사고에 빠르게 대처하지 못하는 문제점을 개선하고자, 헤드셋형모션모듈(100), 휠체어보조로봇모듈(200)이 구성됨으로서, 좌우평형롤링바와 "∧"형 그네롤링부로 이루어진 기계적 균형보상장치를 통해 노인이나 수족장애인들의 경사진 도로상에서 불균형으로 인해 넘어지는 사고를 방지할 수 있고, 마찰의 정도를 조절하여 전동식 휠체어구동로봇의 좌우 흔들림과 상하 흔들림을 조절할 수 있으며, 시중에 판매되고 있는 전동휠체어에 비해 저렴하고, 기능성이 좋은 전동휠체어를 제공할 수 있으며, 전방위적인 장애물 감지로 사용자가 처할 수 있는 위험 상황에서 알림 기능과 함께 긴급한 상황에는 구동을 멈춤으로서 사고를 예방할 수 있고, 헤드셋형모션모듈을 착용한 사용자의 전,후,좌,우에 관한 머리 움직임방향과 기울기값에 따라 자동으로 전동식 휠체어구동로봇을 구동시킬 수 있어, 사용자 대상이 노약자에 국한되지 않고 아니라 하반신이 불편한 환자들, 손이나 팔이 불편한 장애인들 혹은 척추마비환자들이 사용할 수 있어 기존의 전동식휠체어보다 사용폭을 늘릴 수 있는 기계적 균형 보상 장치·진동 감쇠 장치가 적용된 전동식 휠체어구동로봇을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

Description

기계적 균형 보상 장치·진동 감쇠 장치가 적용된 전동식 휠체어구동로봇{THE ELECTRIC WHEELCHAIR ROBOT}

본 발명은 조향기능을 담당하고 있는 조이스틱 대신 사용자의 머리 움직임을 이용하여 조이스틱 역할을 하는 인체공학적으로 발명하였고, 조이스틱을 사용하기 힘든 노인이나 수족장애인들의 편의를 위한, 전동식 휠체어를 사용하는 사용자들의 불편함을 해소할 목적으로 사용할 수 있는 헤드셋형모션모듈 및 기계적 균형보상 장치가 적용되어 경사에서 쏠림현상을 방지하기 위한 기계적 균형 보상 장치·진동 감쇠 장치가 적용된 전동식 휠체어구동로봇에 관한 것이다.

일반적으로 고령화 사회란 총 인구 중에 65세 이상의 인구의 비율이 증가하는 사회를 말하며, 현재 사회의 선진화 및 BT(Bio Technology) 산업의 발전으로 인해 인간의 수명이 연장되어 고령화 사회를 예고하고 있다.

현재 우리나라의 경우에는 65세 이상 인구 및 구성비가 2010년 기준 11.0%를 보여준다.

현재 우리나라는 고령화 사회를 지나 2020년경에는 고령사회로의 진입이 예상 되고 있다.

고령화 사회가 도래하면서 세계적으로 실버산업이 폭발적으로 증가하고 있으며, 특히 우리나라는 세계에서 가장 빠른 고령인구의 증가율을 보여 실버산업 시장이 급속하게 증가할 가능성이 높으며 85세 이상 초고령 인구의 증가로 요양보호를 요하는 노인이 증가하여 의료서비스, 사회서비스 등의 실버산업 발전을 촉진하고 있다.

현재 세계적으로 고령화가 진행되고 있는 시점에서 고령자 삶의 질(QOL : Quality Of Life) 향상을 통해 사회 참여를 도모하기 위해 필요한 분야로는 생명지원 분야, 생활지원 분야와 생활 활동지원 분야 등으로 구분할 수 있으며, 이에 필요한 기술로는 생체기능 대행 보조기술, 치료지원 기술, 자립지원 기술, 생체 계측 기술 등을 활용한 자립지원 기술 및 간호지원 기술이 요구된다.

이러한 자립지원 및 간호지원 기술은 전통적인 BT산업과 더불어 RT와 IT산업이 부각된 시스템 즉, 이동형 헬스케어 시스템 및 재택진료 시스템으로 발전하고 있다.

시중에 판매되고 있는 전동휠체어의 경우 다리가 불편한 사람들에게 단순 지지대 역할, 이동수단의 역할만 수행하였으며 거동이 불편한 노인이나 수족장애인들의 불편함을 보상해주지 못하는 문제점이 있었다.

그리고, 기존의 전동휠체어나 같은 경우에는 노인이나 수족장애인들이 사용하기 힘든 조이스틱을 이용하고 있어 휠체어 구동에서의 어려움을 겪고 있고, 경사각을 오르내리는 경우 상하좌우로 기울임에 의한 쏠림현상을 심하게 느끼거나 비포장도로의 경우 심한 진동을 느끼고 있어 불편함을 초래하고 있다.

전동휠체어를 주로 이용하는 노인이나 장애인들의 경우 불시에 일어날 수 있는 사건사고에 빠르게 대처할 수 없는 현실이다.

시중에 판매되고 있는 전동휠체어의 경우 경사각을 오르내리는 경우 상하좌우로 기울임에 의한 쏠림현상을 심하게 느끼고 휠체어가 기울어져 넘어지는 사고등으로 사용자의 불안함을 초래하게 되었다.

그리고, 비포장도로나 잘 닦여지지 않은 길에서의 경우 사용자들이 심한 진동을 느끼고 있는 실정인데 이에 따른 보완이 시급하고, 전동휠체어를 주로 이용하는 노인이나 장애인들의 경우 불시에 일어날 수 있는 사건사고에 빠르게 대처하지 못하는 문제점이 있었다.

국내등록특허공보 제10-1010010호(2011년01월21일 공고}

상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 좌우평형롤링바와 "∧"형 그네롤링부로 이루어진 기계적 균형보상장치를 통해 노인이나 수족장애인들의 경사진 도로상에서 불균형으로 인해 넘어지는 사고를 방지할 수 있고, 마찰의 정도를 조절하여 전동식 휠체어구동로봇의 좌우 흔들림과 상하 흔들림을 조절할 수 있으며, 시중에 판매되고 있는 전동휠체어에 비해 저렴하고, 기능성이 좋은 전동휠체어를 제공할 수 있으며, 전방위적인 장애물 감지로 사용자가 처할 수 있는 위험 상황에서 알림 기능과 함께 긴급한 상황에는 구동을 멈춤으로서 사고를 예방할 수 있고, 헤드셋형모션모듈을 착용한 사용자의 전,후,좌,우에 관한 머리 움직임방향과 기울기값에 따라 자동으로 전동식 휠체어구동로봇을 구동시킬 수 있어, 사용자 대상이 노약자에 국한되지 않고 아니라 하반신이 불편한 환자들, 손이나 팔이 불편한 장애인들 혹은 척추마비환자들이 사용할 수 있어 기존의 전동식휠체어보다 사용폭을 늘릴 수 있는 기계적 균형 보상 장치·진동 감쇠 장치가 적용된 전동식 휠체어구동로봇을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 기계적 균형 보상 장치·진동 감쇠 장치가 적용된 전동식 휠체어구동로봇은

헤드셋형태로 형성되어, 휠체어보조로봇모듈(200)으로부터 자동모드 구동신호를 전달받아 구동되고, 착용된 사용자의 전,후,좌,우에 관한 머리 움직임방향과 기울기값을 센싱시켜 휠체어보조로봇모듈로 주행신호를 출력시키는 헤드셋형모션모듈(100)과,

자동모드시, 헤드셋형모션모듈로 자동모드 구동신호를 전송시켜, 헤드셋형모션모듈로부터 출력된 주행신호에 따라 주행방향과 속도를 제어하고, 수동모드시, 전,후,좌,우로 선택된 주행신호에 따라 주행방향과 속도를 제어하며, 상하 또는 좌우로 경사진 노면상태에서도 사용자의 안착상태를 수평기준선(X축) 및 수직기준선(Y축)과 평행해지도록 기계적 보상시켜 주행시키는 휠체어보조로봇모듈(200)로 구성됨으로서 달성된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 좌우평형롤링바와 "∧"형 그네롤링부로 이루어진 기계적 균형보상장치를 통해 노인이나 수족장애인들의 경사진 도로상에서 불균형으로 인해 넘어지는 사고를 80% 이하로 떨어뜨릴 수 있고, 시중에 판매되고 있는 전동휠체어에 비해 저렴하고, 기능성이 좋은 전동식 휠체어구동로봇을 제공할 수 있어 수익성이 좋으며, 전방위적인 장애물 감지로 사용자가 처할 수 있는 위험 상황에서 알림 기능과 함께 긴급한 상황에는 구동을 멈춤으로서 사고를 예방할 수 있어 안전성이 좋고, 헤드셋형모션모듈을 착용한 사용자의 전,후,좌,우에 관한 머리 움직임방향과 기울기값에 따라 자동으로 전동식 휠체어구동로봇을 구동시킬 수 있어, 수족장애인의 경우 조이스틱을 조작 하는데 어려움이 있기 때문에 기울기 센서를 이용하여 손발이 없어도 조작할 수 있어 실용성이 좋은 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 기계적 균형 보상 장치·진동 감쇠 장치가 적용된 전동식 휠체어구동로봇의 구성요소를 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 헤드셋형모션모듈(100)의 구성요소를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 휠체어보조로봇모듈의 구성요소를 도시한 측면도,
도 4는 본 발명에 따른 휠체어보조로봇모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 5는 본 발명에 따른 로봇제어부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 6은 본 발명에 따른 매뉴얼스위치의 구성요소를 도시한 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 초음파센서부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 8은 본 발명에 따른 기울기센서AD변환부(290e)의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 9는 본 발명에 따른 제2 기울기센서를 통해 사용자의 좌우에 관한 머리 움직임을 X축으로 검출하는 것을 도시한 일실시예도,
도 10은 본 발명에 따른 제1 기울기센서를 통해 사용자의 전후에 관한 머리 움직임을 Y축으로 검출하는 것을 도시한 일실시예도,
도 11은 본 발명에 따른 기울기센서에 구성된 신호증폭회로(120a)를 도시한 회로도,
도 12는 본 발명에 따른 제1,2모터드라이브의 구성요소를 도시한 회로도,
도 13은 본 발명에 따른 로봇제어부에서 제1,2모터드라이브로 전달되는 제1,2 디렉션(Dir 1,2), 제1,2 모터속도조절신호(PWM 1,2)에 관한 파형도,
도 14는 본 발명에 따른 로봇제어부의 구성을 도시한 회로도,
도 15는 본 발명에 따른 "U"자형 레일부의 구성을 도시한 사시도,
도 16은 본 발명에 따른 "∧"형 그네롤링부의 구성을 도시한 사시도,
도 17은 본 발명에 따른 "∧"형 그네롤링부(297)가 전후 경사진 노면상태에 있을 때 상하경사각에 대해 균형을 보상하기전의 상태를 도시한 일실시예도,
도 18은 본 발명에 따른 "∧"형 그네롤링부(297)가 전후 경사진 노면상태에 있을 때 상하경사각에 대해 상하로 이동하면서 사용자의 안착상태를 수직기준선(Y축)과 평행해지도록 기계적 보상시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 19는 본 발명에 따른 좌우평형롤링바(295)와 "U"자형 레일부(296)가 좌우 경사진 노면상태에 있을 때 좌우경사각에 대해 균형을 보상하기 전의 상태를 도시한 일실시예도,
도 20은 본 발명에 따른 좌우평형롤링바(295)와 "U"자형 레일부(296)가 좌우 경사진 노면상태에 있을 때 좌우경사각에 대해 좌우로 이동하면서 사용자의 안착상태를 수직기준선(Y축)과 평행해지도록 기계적 보상시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 21은 본 발명에 따른 "∧"형 그네롤링부의 상단에 형성된 일자볼트머리나사가 우레탄을 축이음과 연결시켜 마찰의 정도를 조절해서 전후 흔들림정도를 상하경사각에 대해 ±10°로 조절시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 22는 본 발명에 따른 "U"자형 레일부의 좌우측면을 따라 아이볼트 접촉면을 형성시키고, 아이볼트 접촉면에 아이볼트가 마찰 접촉되고, 마찰의 정도를 조절하여 좌우 흔들림 정도를 좌우경사각에 대해 ± 8°로 조절시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 23은 본 발명에 따른 기계적 균형 보상 장치·진동 감쇠 장치가 적용된 전동식 휠체어구동로봇의 동작과정을 도시한 순서도,
도 24는 본 발명에 따른 모터회전방향·자유정지설정부(290a)를 통해 구동모터의 정회전, 역회전, 자유정지를 셋팅시키는 것을 도시한 순서도,
도 25는 본 발명에 따른 모터PWM설정부(290b)를 통해 좌측구동모터와 우측구동모터의 속도를 PWM(Pulse Width Modulation)으로 셋팅시키는 것을 도시한 순서도,
도 26은 본 발명에 따른 포트초기화부(290c)를 통해 로봇제어부의 입출력포트를 초기화시켜 입력전용 또는 출력전용으로 설정시키는 것을 도시한 순서도,
도 27은 본 발명에 따른 LCD 초기화부(290d)를 통해 LCD 모니터창에 표출되는 LCD 데이터값을 리셋시켜 초기화시키는 것을 도시한 순서도,
도 28은 본 발명에 따른 기울기센서AD변환부(290e)를 통해 기울기센서에 의해 감지된 전진방향 기울기센서값, 후진방향 기울기센서값, 좌측방향 기울기센서값, 우측방향 기울기센서값을 A/D변환시키는 것을 도시한 순서도,
도 29는 본 발명에 따른 LCD모니터창의 프로그램설정부를 통해 기울기센서AD변환부(290e)를 통해 변환된 A/D 값을 정수와 소수 첫째자리로 환산시키는 것을 도시한 순서도,
도 30은 본 발명에 따른 LCD 표출제어부를 통해 환산된 값을 LCD모니터창에 표출시키는 것을 도시한 순서도,
도 31은 본 발명에 따른 기울기센서의 기울기값에 따라 구동모터의 속도를 가감시키는 것을 도시한 순서도,
도 32는 본 발명에 따른 자동모드시, 헤드셋모션모듈의 전,후,좌,우에 관한 머리 움직임방향과 기울기값에 따라 구동모터를 구동시키는 구동모터동작모드의 동작을 도시한 순서도,
도 33은 본 발명에 따른 수동모드시 매뉴얼스위치를 통한 구동모터의 동작을 도시한 순서도.

본 발명에서는 좌우평형롤링바(295), "U"자형 레일부(296), "∧"형 그네롤링부(297)를 포함해서 기계적 균형보상장치라 칭하고, 이는 상하 또는 좌우로 경사진 노면상태에서도 사용자의 안착상태를 수평기준선(X축) 및 수직기준선(Y축)과 평행해지도록 기계적 보상시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서는 마찰을 이용해 상하좌우 움직임의 정도를 조절시키는 것을 특징으로 한다.

즉, "U"자형 레일부(296)는 좌우측면을 따라 아이볼트 접촉면을 형성시키고, 아이볼트 접촉면에 아이볼트(291)가 마찰 접촉되고, 마찰의 정도를 조절하여 좌우 흔들림 정도를 좌우경사각에 대해 ± 8°로 조절시키도록 구성된다.

그리고, "∧"형 그네롤링부(297)는 일자볼트머리나사(297b)의 끝단에 형성된 우레탄을 축이음과 연결시켜 마찰의 정도를 조절해서 전후 흔들림정도를 상하경사각에 대해 ±10°로 조절시키도록 구성된다.

본 발명에서는 헤드셋모션모듈을 착용하면서, 사용자의 머리 움직임방향과 기울기값에 따라 휠체어본체를 전,후,좌,우로 구동시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 기계적 균형 보상 장치·진동 감쇠 장치가 적용된 전동식 휠체어구동로봇의 구성요소를 도시한 사시도에 관한 것으로, 이는 헤드셋형모션모듈(100)과 휠체어보조로봇모듈(200)로 구성된다.

먼저, 본 발명에 따른 헤드셋형모션모듈(100)에 관해 설명한다.

상기 헤드셋형모션모듈(100)은 헤드셋형태로 형성되어, 휠체어보조로봇모듈(200)으로부터 자동모드 구동신호를 전달받아 구동되고, 착용된 사용자의 전,후,좌,우에 관한 머리 움직임방향과 기울기값을 센싱시켜 휠체어보조로봇모듈로 주행신호를 출력시키는 역할을 한다.

이는 헤드셋본체(110), 기울기센서(120)로 구성된다.

상기 헤드셋본체(110)는 사용자의 머리에 장착하도록 헤드셋형태로 이루어지고, 내부에 기울기센서를 내장시켜 외압으로부터 보호하는 역할을 한다.

상기 기울기센서(120)는 헤드셋본체(110)의 상단 중앙 일측에 위치되어, 착용된 사용자의 전,후,좌,우에 관한 머리 움직임방향과 기울기값으로 센싱시키는 역할을 한다.

이는 도 2에서 도시한 바와 같이, 사용자의 전후에 관한 머리 움직임을 Y축으로 검출하는 제1 기울기센서(121)와, 사용자의 좌우에 관한 머리 움직임을 X축으로 검출하는 제2 기울기센서(122)로 구성된다.

본 발명에 따른 제1 기울기센서와 제2 기울기센서는 도 11에서 도시한 바와 같이, VCC단자에 +5V 전원이 인가되고, 신호출력단자(SIGNAL OUT)에 신호증폭회로(120a)가 연결되어 감지된 기울기센싱값을 증폭시킨 후, 제1 A/D컨버터와 제2 A/D컨버터로 전달시킨다.

또한, 본 발명에 따른 제1 기울기센서(121)는 사용자의 전후에 관한 머리 움직임을 Y축으로 검출해서 머리 움직임방향과 기울기값을 센싱시켜 제1 A/D컨버터로 출력시킨다.

즉, 도 10에 도시한 바와 같이, Y축선상의 0도(2V)를 기준선으로 설정한 상태에서, 전(前)방향쪽으로 기울어져서 0V가 되면, 사용자의 전(前)에 관한 움직임방향과 기울기값을 센싱하고, 후(後)방향쪽으로 기울어져서 4.3V가 되면, 사용자의 후(後)에 관한 움직임방향과 기울기값을 센싱한다.

이때, 제1 기울기센서는 0도를 기준으로 기울기 각도가 점점 커질수록 전진속도가 리니어하게 증가하고, 기울어져 있다가 0도로 복귀하는 기울기 각도가 점점 작아질수록 후진속도가 리니어하게 증가하며, 0도일때는 정지한다.

상기 제2 기울기센서(122)는 사용자의 좌우에 관한 머리 움직임을 X축으로 검출해서 머리 움직임방향과 기울기값을 센싱시켜 제2 A/D컨버터로 출력시킨다.

즉, 도 9에 도시한 바와 같이, X축선상의 0도(2V)를 기준선으로 설정한 상태에서, 우(右)방향쪽으로 +30도 기울어져서 +30도(4.3V)가 되면, 사용자의 우(右)에 관한 움직임방향과 기울기값을 센싱하고, 좌(左)방향쪽으로 -30도 기울어져서 -30도(0V)가 되면, 사용자의 좌(左)에 관한 움직임방향과 기울기값을 센싱한다.

이때, 제2 기울기센서는 0도를 기준으로 기울기 각도가 점점 커질수록 좌회전속도가 리니어하게 증가하고, 기울어져 있다가 0도로 복귀하는 기울기 각도가 점점 작아질수록 우회전속도가 리니어하게 증가하며, 0도일때는 정지한다.

여기서, 제2 기울기센서는 +30도일때 4.3V가 되고, 0도일때 2V가 되며, -30도일때 0V가 되도록 설정된다.

본 발명에 따른 헤드셋형모션모듈(100)은 일예로, 매뉴얼스위치부에 의해 자동모드가 선택되고, 기울기센서ON/OFF 스위치이 눌러졌을 때 사용자에 의해 헤드셋본체가 전(前)방향쪽으로 기울어져서 0V가 되면, 사용자의 전(前)에 관한 움직임방향과 기울기값을 제1 기울기센서가 센싱해서 AD 컨버터를 통해 로봇제어부로 전달된다.

이때, 로봇제어부의 제어하에 휠체어본체가 전(前)방향으로 구동된다.

이처럼, 본 발명에 따른 헤드셋형모션모듈(100)은 매뉴얼스위치부에 의해 자동모드가 선택되고, 기울기센서ON/OFF 스위치가 눌러졌을 때 헤드셋모션모듈이 구동되어, 기울기센서의 값이 구동모터로 그대로 출력되도록 구동시켜, 헤드셋모션모듈의 움직임방향과 기울기값을 휠체어보조로봇모듈로 전달시켜, 휠체어본체를 전,후,좌,우로 구동시킨다.

다음으로, 본 발명에 따른 휠체어보조로봇모듈(200)에 관해 설명한다.

상기 휠체어보조로봇모듈(200)은 자동모드시, 헤드셋형모션모듈로 자동모드 구동신호를 전송시켜, 헤드셋형모션모듈로부터 출력된 주행신호에 따라 주행방향과 속도를 제어하고, 수동모드시, 전,후,좌,우로 선택된 주행신호에 따라 주행방향과 속도를 제어하며, 상하 또는 좌우로 경사진 노면상태에서도 사용자의 안착상태를 수평기준선(X축) 및 수직기준선(Y축)과 평행해지도록 기계적 보상시켜 주행시키는 역할을 한다.

이는 도 4에 도시한 바와 같이, 배터리부(210), 휠체어본체(220), 쿠션형 시트부(230), 팔거치대(240), 매뉴얼스위치부(250), 초음파센서부(260), 구동모터(270), 구동바퀴(280), 로봇제어부(290), 좌우평형롤링바(295), "U"자형 레일부(296), "∧"형 그네롤링부(297), LCD 모니터창(298)로 구성된다.

첫째, 본 발명에 따른 배터리부(210)에 관해 설명한다.

상기 배터리부(210)는 각 기기에 전원을 공급시키는 역할을 한다.

이는 리튬이온폴리머배터리로 구성된다.

본 발명에서는 전원부 일측에 24V 입력전원을 입력받아 12V 출력전원을 출력시키는 전원레귤레이터가 구성된다.

여기서, 전원레귤레이터는 SPS10-24-10으로 이루어진다.

둘째, 본 발명에 따른 휠체어본체(220)에 관해 설명한다.

상기 휠체어본체(220)는 가로프레임과 세로프레임이 복수개로 연결되어 설치공간을 갖는 지지틀을 형성하면서 각 기기가 외압에 의해 흔들리지 않도록 지지하는 역할을 한다.

이는 가로프레임과 세로프레임이 복수개로 연결되어 바퀴부와 연결되는 바닥프레임(221)이 형성되고, 쿠션형 시트부를 지지하는 "ㅅ"자형 지지프레임(222)이 좌우측면에 형성되며, 충전배터리와 로봇제어부를 지지하는 판형 지지프레임(223), 측면을 지지하는 측면지지프레임(224)이 바닥면에 형성된다.

여기서, 가로프레임, 세로프레임, 바닥프레임, "ㅅ"자형 지지프레임, 판형 지지프레임, 측면지지프레임은 사용자의 하중을 견딜 수 있도록 프로파일로 이루어진다.

또한, 휠체어본체(220)는 전방, 후방, 측면둘레를 따라 120°간격으로 초음파센서를 장착하여 전방위적인 장애물을 감지하여 사용자에 알림과 동시에 장애물과의 간격이 좁혀지면 휠체어를 정지시키는 매커니즘을 통하여 사건사고를 예방할 수 있다.

셋째, 본 발명에 따른 쿠션형 시트부(230)에 관해 설명한다.

상기 쿠션형 시트부(230)는 휠체어본체 상단에 위치되어 앉을 수 있도록 의자를 형성시키는 역할을 한다.

이는 좌우측면에 팔거치대가 설치되고, 팔거치대의 외측중앙에 형성된 축이음바를 통해 "∧"형 그네롤링부(290)가 먼저 축결합된 후, 이어서 "ㅅ"자형 지지프레임이 축결합된다.

이로 인해 쿠션형 시트부의 좌우측이 "∧"형 그네롤링부(290)를 통해 전후 경사진 노면상태에 따라 쿠션형 시트부를 그네모드로 동작시켜 사용자의 안착상태를 수직기준선을 기준으로 평형하게 유지시킨다.

그리고, 전단쪽 하부면에 좌우평형롤링바(280)가 형성되어, 좌우 경사진 노면상태에 따라 쿠션형 시트부를 "U"자형 레일부를 통해 좌우로 이동시키면서 사용자의 안착상태를 수직기준선을 기준으로 평형하게 유지시킨다.

넷째, 본 발명에 따른 팔거치대(240)에 관해 설명한다.

상기 팔거치대(240)는 쿠션형 시트부의 상단 양측에 위치되어 팔을 거치시키도록 거치대를 형성시키는 역할을 한다.

이는 오른팔거치대와 왼팔거치대로 구성된다.

상기 오른팔거치대에는 일측에 매뉴얼스위치부(250)가 형성된다.

다섯째, 본 발명에 따른 매뉴얼스위치부(250)에 관해 설명한다.

상기 매뉴얼스위치부(250)는 팔거치대 일측에 위치되어, 자동/수동모드의 선택과, 전,후,좌,우의 구동을 선택하는 역할을 한다.

이는 도 6에 도시한 바와 같이, 자동모드/수동모드를 선택하는 자동·수동누름버튼(251)과, 전진구동시키는 전진구동버튼(252)과, 후진구동시키는 후진구동버튼(253)과, 좌측회전구동시키는 좌측회전구동버튼(254)과, 우측회전구동시키는 우측회전구동버튼(255)과, 제자리에 위치하면서 우측회전구동시키는 제자리 우회전시키는 제자리 우회전버튼(256)과, 제자리에 위치하면서 좌측회전구동시키는 제자리 좌회전시키는 제자리 좌회전버튼(257)와, 기울기센서의 값이 구동모터로 그대로 출력시키는 기울기센서ON/OFF 스위치(258)가 형성된다.

여기서, 상기 자동모드는 헤드셋모션모듈을 착용하면서, 사용자의 머리 움직임방향과 기울기값에 따라 휠체어본체를 전,후,좌,우로 구동시키는 모드를 말한다.

상기 수동모드는 수동으로 직접 매뉴얼스위치의 전진구동버튼, 후진구동버튼, 좌측회전구동버튼, 우측회전구동버튼이 눌러졌을 때에만 휠체어본체를 전,후,좌,우로 구동시키는 모드를 말한다.

여섯째, 본 발명에 따른 초음파센서부(260)에 관해 설명한다.

상기 초음파센서부(260)는 휠체어본체(220)의 측면 일측에 위치되어, 장애물과의 충돌을 감지하는 역할을 한다.

이는 도 7에 도시한 바와 같이, 전방 일측에 형성된 제1 초음파센서(261)와, 후방 일측에 형성된 제2 초음파센서(262)와, 측면 일측에 형성된 제3 초음파센서(263)로 구성된다.

상기 제1 초음파센서, 제2 초음파센서, 제3 초음파센서는 120°간격으로 구성되어, 전방위적인 장애물을 감지하여 사용자에 알림과 동시에 장애물과의 간격이 좁혀지면 로봇제어부의 제어하에 휠체어본체를 자동정지시킨다.

이처럼, 본 발명에서는 초음파센서가 전방위적으로 감지할 수 있도록 구성됨으로서, 충돌사고로부터 환자 및 장애인을 사전에 미리 보호할 수가 있다.

일곱째, 본 발명에 따른 구동모터(270)에 관해 설명한다.

상기 구동모터(270)는 휠체어본체의 바닥쪽에 위치되어 로봇제어부의 제어신호에 따라 구동바퀴를 회전시키는 역할을 한다.

이는 DC모터로 구성되어, 휠체어본체의 후단에 형성된 좌측주동바퀴와 우측주동바퀴에 각각 1:1로 설치된다.

즉, 좌측주동바퀴를 구동시키는 좌측구동용DC모터(271), 우측주동바퀴를 구동시키는 우측구동용DC모터(272)가 구성된다.

그리고, 도 12에 도시한 바와 같이, 좌측구동용DC모터 일측에는 제1 모터드라이브(271a)가 구성되고, 우측구동용DC모터 일측에는 제2 모터드라이브(272a)가 구성된다.

여기서, 상기 제1 모터드라이브(271a)는 도 13에서 도시한 바와 같이, 로봇제어부로부터 제1 모터회전신호(Dir 1), 제1 모터속도조절신호(PWM 1)를 전달받아 좌측구동용DC모터의 회전방향, 속도를 제어한다.

상기 제2 모터드라이브(272a)는 로봇제어부로부터 제2 모터회전신호(Dir 2), 제2 모터속도조절신호(PWM 2)를 전달받아 우측구동용DC모터의 회전방향, 속도를 제어한다.

여덟째, 본 발명에 따른 구동바퀴(280)에 관해 설명한다.

상기 구동바퀴(280)는 구동모터의 힘을 전달받아 휠체어본체를 이동시키는 역할을 한다.

이는 휠체어본체의 선단에 위치한 종동바퀴(281)와 휠체어본체의 후단에 위치한 주동바퀴(282)로 구성된다.

본 발명에서는 전륜구동 또는 후륜구동으로 구성된다. 여기서는 주동바퀴에 구동모터가 장착된 후륜구동으로 구동된 것에 대해 주로 설명한다.

상기 종동바퀴(281)는 선단의 좌측에 위치되어 휠체어본체를 전진후진시키거나 좌회전시키는 좌측종동바퀴가 형성되고, 선단의 우측에 위치되어 휠체어본체를 전진후진시키거나 우회전시키는 우측종동바퀴가 형성된다.

상기 주동바퀴(282)는 구동모터의 힘을 전달받아 휠체어본체를 이동시키는 역할을 하는 것으로, 후단의 좌측에 위치한 좌측주동바퀴와 후단의 우측에 위치한 우측주동바퀴가 형성된다.

상기 주동바퀴(282)는 종동바퀴의 직경보다 1.2배~1.5배 크게 형성된다.

일예로, 종동바퀴가 8이라면, 주동바퀴는 12로 설정한다.

여기서, 주동바퀴가 종동바퀴에 비해 1.2배~1.5배 크기로 형성되는 이유는 사용자의 무게중심이 쿠션형 시트부에 있기 때문에, 이동시 상하좌우로 경사진 노면상태에서도 주동바퀴에서 버텨주면서 사용자의 안착상태를 수직기준선을 기준으로 평형하게 유지시키면서 보조해주기 위함이다.

또한, 상기 주동바퀴는 비포장도로나 잘 닦여지지 않은 길에서의 경우 발생하는 진동과 충격을 흡수시키도록 2개의 서스펜션(280a)이 구성된다.

이로 인해 본 발명에서는 진동감쇠의 효과를 기존에 비해 60% 향상시킬 수가 있다.

아홉째, 본 발명에 따른 로봇제어부(290)에 관해 설명한다.

상기 로봇제어부(290)는 각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, 헤드셋형모션모듈로부터 전달된 이동(move)신호에 따라 구동모터의 이동방향과 속도를 제어하는 역할을 한다.

이는 ATmega128 마이크로프로세서유닛으로 구성된다.

즉, 도 14에 도시한 바와 같이, PA0~PA7 출력단자와 PC0~PC7 출력단자 일측에 LCD 모니터창이 연결되어, 현재 기울기센서의 각도와 초음파센서의 현재 거리값을 출력시키고, PB0~PB1 출력단자에 제2 모터드라이브의 제2 디렉션(Dir 2)단자가 연결되어, 제2 모터드라이브로 제2 모터회전신호(Dir 2)를 출력시키고, PB2~PB3 출력단자에 제1 모터드라이브의 제1 디렉션(Dir 1)단자가 연결되어, 제1 모터드라이브로 제1 모터회전신호(Dir 1)를 출력시키며, PB4~PB5 출력단자에 제2 모터드라이브의 제2 PWM 단자가 연결되어, 제2 모터드라이브로 제2 모터속도조절신호(PWM 2)를 출력시키고, PB6~PB7 출력단자에 제1 모터드라이브의 제1 PWM 단자가 연결되어, 제1 모터드라이브로 제1 모터속도조절신호(PWM 1)를 출력시키며, PD0 입력단자에 매뉴얼 스위치의 자동·수동누름버튼이 연결되어, 휠체어본체를 자동모드 또는 수동모드로 구동시키도록 제어하고, PD1 입력단자에 기울기센서ON/OFF 스위치가 연결되어, 입력된 기울기센서 입력값이 그대로 구동모터로 출력시키도록 제어하며, PD2 입력단자에 전진구동버튼이 연결되어, 휠체어본체를 수동모드의 전진구동이 되도록 제어하고, PD3 입력단자에 후진구동버튼이 연결되어, 휠체어본체를 수동모드의 후진구동이 되도록 제어하며, PD4 입력단자에 좌측회전구동버튼이 연결되어, 휠체어본체를 수동모드의 좌측회전이 되도록 제어하고, PD5 입력단자에 우측회전구동버튼이 연결되어, 휠체어본체를 수동모드의 우측회전이 되도록 제어하며, PD6 입력단자에 제자리 우회전버튼이 연결되어, 휠체어본체를 제자리 우회전시키도록 제어하며, PD7 입력단자에 제자리 좌회전버튼이 연결되어 휠체어본체를 제자리 좌회전시키도록 제어하고, PF0 입력단자에 전진·후진 AD컨버터부가 연결되어, A/D 변환된 전진방향 기울기센서값, 후진방향 기울기센서값이 입력되고, PF1 입력단자에 좌·우 AD 컨버터부가 연결되어, A/D 변환된 좌측방향 기울기센서값, 우측방향 기울기센서값이 입력되며, PF2~PF3 입력단자에 제1 초음파센서가 연결되어, 전면에서 감지된 장애물 감지신호가 입력되고, PF4~PF5 입력단자에 제2 초음파센서가 연결되어, 후면에서 감지된 장애물 감지신호가 입력되며, PF6~PF7 입력단자에 제3 초음파센서가 연결되어, 측면에서 감지된 장애물 감지신호가 입력되도록 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 로봇제어부(290)는 도 5에 도시한 바와 같이, 내부에 모터회전방향·자유정지설정부(290a), 모터PWM설정부(290b), 포트초기화부(290c), LCD초기화부(290d), 기울기센서AD변환부(290e), 구동모터 컨트롤모듈(290f), LCD표출제어부(290g)가 포함되어 구성된다.

상기 모터회전방향·자유정지설정부(290a)는 모터의 회전방향과 자유정지를 설정하는 역할을 한다.

즉, 우측구동용DC모터의 시계방향 회전을 정회전으로 설정하고, 우측구동용DC모터의 반시계방향 회전을 역회전으로 설정하며, 좌측구동용DC모터의 시계방향회전을 정회전으로 설정하고, 우측구동용DC모터의 반시계방향 회전을 역회전으로 설정하며, 우측구동용DC모터와 좌측구동용DC모터에 이벤트값이 있으면 자유정지시키도록 설정한다.

그리고, 제1,2 정지구동신호(Enable 1,2)가 "0"이면 정지구동신호가 온(ON)되도록 설정하고, "1"이면 정지구동신호가 오프(Off)되도록 설정하며, 제1,2 디렉션(Dir 1,2)가 "0"이면 역방향회전시키도록 설정하고, "1"이면 정방향회전시키도록 설정하며, 제1,2 모터속도조절신호(PWM 1,2)가 "0"이면 모터 정지시키도록 설정하고, "1"이면 모터 회전시키도록 설정한다.

상기 제1,2 정지구동신호(Enable 1,2), 제1,2 디렉션(Dir 1,2), 제1,2 모터속도조절신호(PWM 1,2)의 파형은 도 9와 같다.

상기 모터PWM설정부(290b)는 좌측구동모터와 우측구동모터의 속도를 PWM(Pulse Width Modulation)으로 설정시키는 역할을 한다.

즉, PWM의 펄스폭이 길때는 속도가 늦도록 설정하고, PWM의 펄스폭이 짧을 때는 속도가 빠르도록 설정한다.

상기 포트초기화부(290c)는 입출력포트를 초기화시켜 입력전용 또는 출력전용으로 설정시키는 역할을 한다.

상기 LCD 초기화부(290d)는 LCD 데이터값을 리셋시켜 초기화시키는 역할을 한다.

상기 기울기센서AD변환부(290e)는 기울기센서에 의해 감지된 전진방향 기울기센서값, 후진방향 기울기센서값, 좌측방향 기울기센서값, 우측방향 기울기센서값을 A/D변환시키는 역할을 한다.

이는 도 8에 도시한 바와 같이, 전진·후진 AD컨버터부(290e-1)와, 좌우 AD 컨버터부(290e-2)가 구성된다.

상기 전진·후진 AD컨버터부(290e-1)는 전진방향 기울기센서값, 후진방향 기울기센서값을 A/D 변환시키는 역할을 한다.

상기 좌우 AD 컨버터부(290e-2)는 좌측방향 기울기센서값, 우측방향 기울기센서값을 A/D 변환시키는 역할을 한다.

상기 구동모터 컨트롤모듈(Drive Control Module)(290f)은 기울기센서AD변환부로 전달받은 전진방향 기울기센서값, 후진방향 기울기센서값, 좌측방향 기울기센서값, 우측방향 기울기센서값을 분석하여, 전진모드, 후진모드, 좌회전모드, 우회전모드 중 어느 하나를 선택하여 구동시키도록 제1,2 모터드라이브로 제1,2 모터회전신호(Dir 1,2), 제1,2 모터속도조절신호(PWM 1,2)를 출력시키는 역할을 한다.

여기서, 상기 전진모드는 자동모드인지 수동모드인지 체크한 후, 자동모드이면, 전진 시 기울기센서ON/OFF 스위치를 누르고 있는 상태에서 사용자의 헤드를 앞으로 전진시키면 휠체어본체의 전진동작을 구동시키고, 수동모드이면 눌러진 전진구동버튼에 따라 휠체어본체의 전진동작을 구동시키는 모드이다.

상기 후진모드는 자동모드인지 수동모드인지 체크한 후, 자동모드이면, 후진 시 기울기센서ON/OFF 스위치를 누르고 있는 상태에서 사용자의 헤드를 뒤로 후진시키면 휠체어의 후진동작을 구동시키고, 수동모드이면 눌러진 후진구동버튼에 따라 휠체어의 후진동작을 구동시키는 모드이다.

상기 좌회전모드는 자동모드인지 수동모드인지 체크한 후, 자동모드이면, 좌회전시 기울기센서ON/OFF 스위치를 누르고 있는 상태에서 사용자의 헤드를 좌측으로 움직이면 휠체어의 좌측회전동작을 구동시키고, 수동모드이면 눌러진 좌측회전구동버튼에 따라 휠체어의 좌측회전동작을 구동시키는 모드이다.

상기 우회전모드는 자동모드인지 수동모드인지 체크한 후, 자동모드이면, 우회전시 기울기센서ON/OFF 스위치를 누르고 있는 상태에서 사용자의 헤드를 우측으로 움직이면 휠체어의 우측회전동작을 구동시키고, 수동모드이면 눌러진 우측회전구동버튼에 따라 휠체어의 우측회전동작을 구동시키는 모드이다.

또한, 본 발명에 따른 구동모터 컨트롤모듈(Drive Control Module)은 매뉴얼 스위치에 설정된 전진 스위치, 후진 스위치, 우회전 스위치, 좌회전스위치를 분석하여, 전진모드, 후진모드, 좌회전모드, 우회전모드 중 어느 하나를 선택하여 구동시키도록 제1,2 모터드라이브로 제1,2 모터회전신호(Dir 1,2), 제1,2 모터속도조절신호(PWM 1,2)를 출력시키는 역할을 한다.

상기 LCD표출제어부(290g)는 LCD모니터창에 로봇제어부의 제어하에 현재 기울기 센서 각도와 초음파센서의 현재 거리값을 표출시키도록 제어하는 역할을 한다.

이는 프로그램설정부를 통해 현재 기울기 센서 각도와 초음파센서의 현재 거리값을 정수와 소수 첫째자리로 환산시키고, 환산된 값을 LCD 모니터창에 표출시키도록 제어한다.

그리고, LCD 모니터창에 표출시킬 때, 전/후진 출력시, X축을 기준으로 해서 -30°~0°~+30°설정해서 표출시키고, 좌/우회전 출력시, Y축을 기준으로 해서 -30°~0°~+30°로 설정해서 표출시킨다.

열번째, 본 발명에 따른 좌우평형롤링바(295)에 관해 설명한다.

상기 좌우평형롤링바(295)는 쿠션형 시트부의 하부면에 위치되어 "U"자형 레일부와 결합되면서 쿠션형 시트부를 지지하고, 좌우 경사진 노면상태에 따라 쿠션형 시트부를 "U"자형 레일부를 통해 좌우로 이동시키면서 사용자의 안착상태를 수평기준선(X축)과 평행해지도록 기계적 보상시켜 주행시키는 역할을 한다.

이는 "I"자형상의 몸체로 이루어져 상단부가 쿠션형 시트부에 설치되고, 하단부가 "U"자형 레일부의 레일상에 위치한다.

여기서, 하단부는 "U"자형 레일부의 레일을 따라 좌우로 이동시키도록 "U"자형 롤링바가 형성된다.

그리고, 상기 "I"자형상의 몸체는 표면에 복수개의 홈을 형성하여, 무게가 경량화되도록 구성된다.

열한번째, 본 발명에 따른 "U"자형 레일부(296)에 관해 설명한다.

상기 "U"자형 레일부(296)는 좌우평형롤링바의 하단쪽에 동일선상으로 위치되어 좌우평형롤링바를 "U"자형 레일을 따라 좌우로 롤링시키도록 안내하는 역할을 한다.

이는 도 15에 도시한 바와 같이, "U"자형 레일형태로 구성되고, 일측면에 아이볼트 접촉면이 형성되고, 타측면에 복수개의 홈이 형성되어 경량화되도록 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 "U"자형 레일부는 법제처에 등록된 최대 좌우경사각을 기준으로 ± 8°까지 균형을 보상할 수 있도록 구성된다.

상기 "U"자형 레일부는 휠체어본체(220)의 좌우측에 위치한 "ㅅ"자형 지지프레임 하단과 결합되고, 마찰의 정도를 조절하여 좌우 흔들림 정도를 조절시키도록 하기 위해, 좌우측면을 따라 아이볼트 접촉면을 형성시킨다.

이때, 아이볼트 접촉면에 아이볼트(296a)가 접촉되어 좌우 흔들림 정도를 좌우경사각에 대해 ± 8°로 조절시킨다. 여기서, 아이볼트(296a)는 끝단이 우레탄 재질로 이루어져 아이볼트 접촉면(296b)과 접촉되면서 마찰된다.

도 22는 본 발명에 따른 "U"자형 레일부의 좌우측면을 따라 아이볼트 접촉면을 형성시키고, 아이볼트 접촉면에 아이볼트가 마찰 접촉되고, 마찰의 정도를 조절하여 좌우 흔들림 정도를 좌우경사각에 대해 ± 8°로 조절시키는 것을 도시한 일실시예도에 관한 것이다.

그리고, 경사각에서의 사용자 균형을 보상하기 위한 "U"자형 레일부가 평지에서도 흔들림이 일어날 가능성이 있으므로, 마찰의 정도를 조절하여 좌우 흔들림을 손쉽게 조절할 수가 있고, 심한 기울임에 의한 사용자의 불편함을 느낄 수 있는 것에 대비해 아이볼트와 아이볼트 접촉면을 통해 마찰을 조절하여 사용자에 맞게 조절할 수가 있다.

상기 아이볼트 접촉면에 아이볼트(296a)가 접촉되어 좌우 흔들림 정도를 좌우경사각에 대해 ± 8°로 조절한다는 것은 좌우경사각에 대해 좌우로 이동시키면서 사용자의 안착상태를 수평기준선(X축)과 평행해지도록 기계적 보상시키는 것을 말한다.

도 19는 본 발명에 따른 좌우평형롤링바(295)와 "U"자형 레일부(296)가 좌우 경사진 노면상태에 있을 때 좌우경사각에 대해 균형을 보상하기 전의 상태를 도시한 일실시예도에 관한 것이고, 도 20은 본 발명에 따른 좌우평형롤링바(295)와 "U"자형 레일부(296)가 좌우 경사진 노면상태에 있을 때 좌우경사각에 대해 좌우로 이동하면서 사용자의 안착상태를 수직기준선(Y축)과 평행해지도록 기계적 보상시키는 것을 도시한 일실시예도에 관한 것이다.

열두번째, 본 발명에 따른 "∧"형 그네롤링부(297)에 관해 설명한다.

상기 "∧"형 그네롤링부(297)는 쿠션형 시트부의 좌측 일측과 우측 일측에 "∧"형상으로 각각 축결합되어 전후 경사진 노면상태에 따라 쿠션형 시트부를 그네모드로 동작시켜 사용자의 안착상태를 수직기준선(Y축)과 평행해지도록 기계적 보상시켜 주행시키는 역할을 한다.

이는 도 16에 도시한 바와 같이, "∧"형 그네롤링 몸체(297a), 일자볼트머리나사(297b)로 구성된다.

상기 "∧"형 그네롤링 몸체(297a)는 "∧"형상으로 형성되어 꼭지점이 축이음과 연결되어, 쿠션형 시트부를 전후로 왔다갔다 하면서 롤링되는 그네모드를 동작시키는 역할을 한다.

상기 일자볼트머리나사(297b)는 축이음(297c)과 연결되어 마찰의 정도를 조절해서 전후 흔들림을 조절시키는 역할을 한다. 이는 0.2t~1.5t 두께를 갖는 동전타입으로 형성되고, 끝단이 우레탄재질로 이루어져 축이음(297c)과의 접촉되면서 마찰된다.

도 21은 본 발명에 따른 "∧"형 그네롤링부의 상단에 형성된 일자볼트머리나사가 우레탄을 축이음과 연결시켜 마찰의 정도를 조절해서 전후 흔들림정도를 상하경사각에 대해 ±10°로 조절시키는 것을 도시한 일실시예도에 관한 것이다.

상기 "∧"형 그네롤링 몸체, 일자볼트머리나사로 이루어진 "∧"형 그네롤링부(297)는 전후로 왔다갔다 하면서 롤링되는 그네모드를 이용하여 상하경사각에 대해 ±10°의 균형을 보상하도록 구성된다.

여기서, 본 발명에 따른 "∧"형 그네롤링부의 ±10°범위 설정이유는 2009년 2월 19일 국토해양부 간선도로과의 국토해양부령제 101호 도로의 구조시설 기준에 관한 규칙에 종단경사는 평지에서 4.57° 산지에서는 9.09°이기 때문에 10°를 기준으로 설정한 것이다.

그리고, 경사각에서의 사용자 균형을 보상하기 위한 "∧"형 그네롤링부가 평지에서도 흔들림이 일어날 가능성이 있으므로, 마찰의 정도를 조절하여 상하 흔들림을 손쉽게 조절할 수가 있고, 심한 기울임에 의한 사용자의 불편함을 느낄 수 있는 것에 대비해 일자볼트머리나사와 축이음과의 접촉을 통해 마찰을 조절하여 사용자에 맞게 조절할 수가 있다.

상기 "∧"형 그네롤링부(297)는 전후로 왔다갔다 하면서 롤링되는 그네모드를 이용하여 상하경사각에 대해 ±10°의 균형을 보상한다는 것은 상하경사각에 대해 상하로 이동하면서 사용자의 안착상태를 수직기준선(Y축)과 평행해지도록 기계적 보상시켜 주행시키는 것을 말한다.

도 17은 본 발명에 따른 "∧"형 그네롤링부(297)가 전후 경사진 노면상태에 있을 때 상하경사각에 대해 균형을 보상하기전의 상태를 도시한 일실시예도에 관한 것이고, 도 18은 본 발명에 따른 "∧"형 그네롤링부(297)가 전후 경사진 노면상태에 있을 때 상하경사각에 대해 상하로 이동하면서 사용자의 안착상태를 수직기준선(Y축)과 평행해지도록 기계적 보상시키는 것을 도시한 일실시예도에 관한 것이다.

상기 LCD 모니터창(298)은 현재 기울기 센서의 각도와 초음파센서의 현재 거리값을 화면상에 표출시키는 역할을 한다.

이는 사용자가 쿠션형 시트부(230)에 앉은 상태에서 확인할 수 있도록 하기 위해 팔거치대 일측에 형성된다.

본 발명에 따른 LCD 모니터창은 프로그램설정부가 구성되어, 기울기센서AD변환부(290e)를 통해 변환된 A/D 값을 정수와 소수 첫째자리로 환산시킨다.

이하, 본 발명에 따른 기계적 균형 보상 장치·진동 감쇠 장치가 적용된 전동식 휠체어구동로봇의 구체적인 동작과정을 설명한다.

먼저, 도 23에 도시한 바와 같이, 구동모터, AD컨버터의 변수 선언 및 LCD 모니터창의 배열 선언을 설정한다(S10).

다음으로, 모터회전방향·자유정지설정부(290a)를 통해 구동모터의 정회전, 역회전, 자유정지를 셋팅시킨다(S20).

이는 도 24에서 도시한 바와 같이, 우측구동모터의 시계방향, 반시계방향에 관한 회전방향, 및 좌측구동모터의 시계방향, 반시계방향에 관한 회전방향, 그리고 자유정지를 셋팅한다.

즉, 로봇제어부의 모터회전방향·자유정지설정부(290a)로부터 구동모터의 회전명령신호가 "0"일 때는 역방향회전시키고, 로봇제어부의 모터회전방향·자유정지설정부(290a)로부터 구동모터의 회전명령신호가 "1"일 때는 정방향회전시키며, 로봇제어부의 모터회전방향·자유정지설정부(290a)로부터 구동모터의 속도명령신호(PWM)가 "0"일 때는 모터정지시키고, 로봇제어부의 모터회전방향·자유정지설정부(290a)로부터 구동모터의 속도명령신호(PWM)가 "1일 때는 모터회전시킨다.

다음으로, 모터PWM설정부(290b)를 통해 좌측구동모터와 우측구동모터의 속도를 PWM(Pulse Width Modulation)으로 셋팅시킨다(S30).

이는 도 25에 도시한 바와 같이, 타이머 카운값(Timer/count)이 "0"일 때 "모터정지"라는 PWM 초기값을 셋팅시키고, 타이머 카운값(Timer/count)이 "1"일 때 "모터회전"이라는 PWM 초기값을 셋팅시킨다.

다음으로, 포트초기화부(290c)를 통해 로봇제어부의 입출력포트를 초기화시켜 입력전용 또는 출력전용으로 설정시킨다(S40).

이는 도 26에 도시한 바와 같이, 로봇제어부의 입출력포트인 DDRA를 출력으로 하고, DDRB를 출력으로 하며, DDRC를 출력으로 하고, DDRD를 입력으로 하며, DDRE를 입력으로 하고, DDRF를 입력으로 하며, DDRG를 출력으로 하여 설정시킨다.

다음으로, LCD 초기화부(290d)를 통해 LCD 모니터창에 표출되는 LCD 데이터값을 리셋시켜 초기화시킨다(S50).

이는 도 27에 도시한 바와 같이, LCD_RS, LCD_RW, LCD_E, LCD_CLEAR, WRITE_CHAR, RETURN HOME, LCD_ONOFF, LCD_DISPLAY, LCD_SHIFT, FUNCTION_SET, INIT_LCD으로 프로그램설정하여 LCD 모니터창에 표출되는 LCD 데이터값을 리셋시켜 초기화시킨다.

다음으로, 기울기센서AD변환부(290e)를 통해 기울기센서에 의해 감지된 전진방향 기울기센서값, 후진방향 기울기센서값, 좌측방향 기울기센서값, 우측방향 기울기센서값을 A/D변환시킨다(S60).

이는 도 28에 도시한 바와 같이, 로봇제어부의 입력단자 PF0(ADC0)에 A/D 변환된 전진방향 기울기센서값, 후진방향 기울기센서값을 입력시키고, 로봇제어부의 입력단자 PF1(ADC1)에 A/D 변환된 좌측방향 기울기센서값, 우측방향 기울기센서값을 입력시킨다.

다음으로, LCD모니터창의 프로그램설정부를 통해 기울기센서AD변환부(290e)를 통해 변환된 A/D 값을 정수와 소수 첫째자리로 환산시킨다(S70).

이는 도 29에 도시한 바와 같이, 정수변환(전/후) 소수 첫째자리 변환을 LCD 모니터창의 첫째줄에 표시하고, 정수변환(전/후) 소수 첫째자리 변환을 LCD 모니터창의 둘째줄에 표시한다.

다음으로, LCD 표출제어부를 통해 환산된 값을 LCD모니터창에 표출시킨다(S80).

이는 도 30에 도시한 바와 같이, 전/후진 출력시, X축을 기준으로 해서 -30°~0°~+30°설정해서 표출시키고, 좌/우회전 출력시, Y축을 기준으로 해서 -30°~0°~+30°로 설정해서 표출시킨다.

다음으로, 기울기센서의 기울기값에 따라 구동모터의 속도를 가감시킨다(S90).

이는 도 31에 도시한 바와 같이, 로봇제어부의 출력단자 PB4~PB5에 제2 모터드라이브가 연결되어, 우측구동모터로 PWM 신호를 보내 우측구동모터의 속도를 가감시키고, 로봇제어부의 출력단자 PB6~PB7에 제1 모터드라이브가 연결되어, 좌측구동모터로 PWM 신호를 보내 좌측구동모터의 속도를 가감시킨다.

다음으로, 자동모드인지 여부를 체크한다(S100).

이는 매뉴얼스위치의 자동·수동누름버튼을 통해 자동모드인지 수동모드인지를 체크한다.

다음으로, 자동모드이면 매뉴얼스위치부의 기울기센서ON/OFF 스위치가 눌러지면서 헤드셋모션모듈의 기울기센서가 구동되는지 여부를 체크한다(S110).

다음으로, 헤드셋모션모듈이 구동되면, 헤드셋모션모듈의 전,후,좌,우에 관한 머리 움직임방향과 기울기값에 따라 구동모터를 구동시키는 구동모터동작모드를 실행시킨다(S120).

상기 구동모터동작모드는 도 32에 도시한 바와 같이, 실행된다.

첫째, 자동모드버튼이 눌러진 상태에서 기울기센서가 정위치되었는지 체크한 후, 기울기센서가 정위치되면 우측구동모터를 오프시키고, 좌측구동모터를 오프시킨다(S120a~S120b).

둘째, 기울기센서가 정위치되지 않았다면, 전진구동상태인지 여부를 체크한 후, 기울기센서ON/OFF 스위치가 눌러진 상태에서 기울기센서가 전(前)방향으로 기울어지면, 우측구동모터를 정회전시키고, 좌측구동모터를 정회전시켜, 휠체어본체를 전진방향으로 구동시킨다(S120c~S120d).

셋째, 전진구동상태가 아니면, 후진구동상태인지 여부를 체크한 후, 기울기센서ON/OFF 스위치가 눌러진 상태에서 기울기센서가 후(後)방향으로 기울어지면, 우측구동모터를 역회전시키고, 좌측구동모터를 역회전시켜, 휠체어본체를 후진방향으로 구동시킨다(S120e~S120f).

넷째, 후진구동상태가 아니면, 전진과 우측회전상태인지 여부를 체크한 후, 기울기센서ON/OFF 스위치가 눌러진 상태에서 기울기센서가 전(前)방향시 우(右)방향으로 기울어지면, 우측구동모터를 정회전시키면서 우측구동모터의 속도를 좌측구동모터의 속도보다 감소시키며, 좌측구동모터를 정회전시켜, 휠체어본체를 전진시 우회전이 되도록 구동시킨다(S120g~S120h).

다섯째, 전진과 우측회전상태가 아니면, 전진과 좌측회전상태인지 여부를 체크한 후, 기울기센서ON/OFF 스위치가 눌러진 상태에서 기울기센서가 전(前)방향시 좌(左)방향으로 기울어지면, 우측구동모터를 정회전시키고, 좌측구동모터를 정회전시키면서 좌측구동모터의 속도를 우측구동모터의 속도보다 감소시켜 휠체어본체가 전진시 좌회전이 되도록 구동시킨다(S120i~S120j).

여섯째, 전진과 좌측회전상태가 아니면, 후진과 우측회전상태인지 여부를 체크한 후, 기울기센서ON/OFF 스위치가 눌러진 상태에서 기울기센서가 후(後)방향시 우(右)방향으로 기울어지면, 우측구동모터를 역회전시키면서 우측구동모터의 속도를 좌측구동모터의 속도보다 감소시키고, 좌측구동모터를 역회전시켜, 휠체어본체를 후진시 우회전이 되도록 구동시킨다(S120k~S120l).

일곱째, 후진과 우측회전상태가 아니면, 후진과 좌측회전상태인지 여부를 체크한 후, 기울기센서ON/OFF 스위치가 눌러진 상태에서 기울기센서가 후(後)방향시 좌(左)방향으로 기울어지면, 우측구동모터를 역회전시키고, 좌측구동모터를 역회전시키면서 좌측구동모터의 속도를 우측구동모터의 속도보다 감소시켜, 휠체어본체를 후진시 좌회전이 되도록 구동시킨다(S120m~S120n).

여덟째, 후진과 좌측회전상태가 아니면, 제자리 우회전구동상태인지 여부를 체크한 후, 기울기센서ON/OFF 스위치가 눌러진 상태에서 기울기센서가 제자리에서 우(右)방향으로 기울어지면, 우측구동모터를 역회전시키고, 좌측구동모터를 정회전시켜, 휠체어본체를 제자리 우회전이 되도록 구동시킨다(S120o~S120p).

아홉째, 제자리 우회전구동상태가 아니면, 제자리 좌회전구동상태인지 여부를 체크한 후, 기울기센서ON/OFF 스위치가 눌러진 상태에서 기울기센서가 제자리에서 좌(左)방향으로 기울어지면, 우측구동모터를 정회전시키고, 좌측구동모터를 역회전시켜, 휠체어본체를 제자리 좌회전이 되도록 구동시킨다.(S120q~S120r)

다음으로, 수동모드이면 매뉴얼스위치부의 전진구동버튼, 후진구동버튼, 좌측회전구동버튼, 우측회전구동버튼 중 어느 하나 이상을 선택한다(S130).

상기 수동모드시 매뉴얼스위치부는 도 33에 도시한 바와 같이, 동작된다.

첫째, 수동모드시 매뉴얼스위치의 전진구동버튼이 눌러졌는지 여부를 체크한 후, 전진구동버튼이 눌러졌다면, 우측구동모터를 정회전시키고, 좌측구동모터를 정회전시켜, 휠체어본체를 전진방향으로 구동시킨다(S130a~S130b).

둘째, 전진구동버튼이 눌러지지 않았다면, 수동모드시 후진구동버튼이 눌러졌는지 여부를 체크한 후, 후진구동버튼이 눌러졌다면, 우측구동모터를 역회전시키고, 좌측구동모터를 역회전시켜, 휠체어본체를 후진방향으로 구동시킨다(S130c~S130d).

셋째, 후진구동버튼이 눌러지지 않았다면, 수동모드시 전진구동버튼과 우측회전구동버튼이 눌러졌는지 여부를 체크한 후, 전진구동버튼과 우측구회전구동버튼이 눌러졌다면, 우측구동모터를 정회전시키면서 우측구동모터의 속도를 좌측구동모터의 속도보다 감소시키며, 좌측구동모터를 정회전시켜, 휠체어본체를 전진시 우회전이 되도록 구동시킨다(S130e~S130Ff).

다섯째, 전진구동버튼과 우측회전구동버튼이 눌러지지 않았다면, 수동모드시 전진구동버튼과 좌측회전구동버튼이 눌러졌는지 여부를 체크한 후, 전진구동버튼과 좌측회전구동버튼이 눌러졌다면, 우측구동모터를 정회전시키고, 좌측구동모터를 정회전시키면서 좌측구동모터의 속도를 우측구동모터의 속도보다 감소시켜 휠체어본체가 전진시 좌회전이 되도록 구동시킨다(S130g~S130h).

여섯째, 전진구동버튼과 좌측회전구동버튼이 눌러지지 않았다면, 수동모드시 후진구동버튼과 우측회전구동버튼이 눌러졌는지 여부를 체크한 후, 후진구동버튼과 우측회전구동버튼이 눌러졌다면, 우측구동모터를 역회전시키면서 우측구동모터의 속도를 좌측구동모터의 속도보다 감소시키고, 좌측구동모터를 역회전시켜, 휠체어본체를 후진시 우회전이 되도록 구동시킨다(S130i~S130j).

일곱째, 후진구동버튼과 우측회전구동버튼이 눌러지지 않았다면, 수동모드시 후진구동버튼과 좌측회전구동버튼이 눌러졌는지 여부를 체크한 후, 후진구동버튼과 좌측회전구동버튼이 눌러졌다면, 우측구동모터를 역회전시키고, 좌측구동모터를 역회전시키면서 좌측구동모터의 속도를 우측구동모터의 속도보다 감소시켜, 휠체어본체를 후진시 좌회전이 되도록 구동시킨다(S130k~S130l).

여덟째, 후진구동버튼과 좌측회전구동버튼이 눌러지지 않았다면, 수동모드시 제자리 우회전구동버튼이 눌러졌는지 여부를 체크한 후, 제자리 우회전구동버튼이 눌러졌다면, 우측구동모터를 역회전시키고, 좌측구동모터를 정회전시켜, 휠체어본체를 제자리 우회전이 되도록 구동시킨다(S130m~S130n).

아홉째, 제자리 우회전구동버튼이 눌러지지 않았다면, 수동모드시 제자리 좌회전구동버튼이 눌러졌는지 여부를 체크한 후, 제자리 좌회전구동버튼이 눌러졌다면, 우측구동모터를 정회전시키고, 좌측구동모터를 역회전시켜, 휠체어본체를 제자리 좌회전이 되도록 구동시킨다(S130o~S130p).

끝으로, 자동모드일때 구동모드에 선택된 신호에 따라 PWM으로 좌측구동모터와 우측구동모터의 속도를 출력시키고, 수동모드일때, 매뉴얼스위치의 선택된 주행신호에 따라 PWM으로 좌측구동모터와 우측구동모터의 속도를 출력시킨 후, S60단계로 점프시킨다(S140).

100 : 헤드셋형모션모듈 110 : 헤드셋본체
120 : 기울기센서 200 : 휠체어보조로봇모듈
210 : 배터리부 220 : 휠체어본체
230 : 쿠션형 시트부 240 : 팔거치대
250 : 매뉴얼스위치부 260 : 초음파센서부
270 : 구동모터 280 : 구동바퀴
290 : 로봇제어부 295 : 좌우평형롤링바
296 : "U"자형 레일부 297 : "∧"형 그네롤링부
298 : LCD 모니터창

Claims (7)

1. 헤드셋형태로 형성되어, 휠체어보조로봇모듈(200)으로부터 자동모드 구동신호를 전달받아 구동되고, 착용된 사용자의 전,후,좌,우에 관한 머리 움직임방향과 기울기값을 센싱시켜 휠체어보조로봇모듈로 주행신호를 출력시키는 헤드셋형모션모듈(100)과,
   자동모드시, 헤드셋형모션모듈로 자동모드 구동신호를 전송시켜, 헤드셋형모션모듈로부터 출력된 주행신호에 따라 주행방향과 속도를 제어하고, 수동모드시, 전,후,좌,우로 선택된 주행신호에 따라 주행방향과 속도를 제어하며, 상하 또는 좌우로 경사진 노면상태에서도 사용자의 안착상태를 수평기준선(X축) 및 수직기준선(Y축)과 평행해지도록 기계적 보상시켜 주행시키는 휠체어보조로봇모듈(200)로 구성되는 것을 특징으로 하는 기계적 균형 보상 장치·진동 감쇠 장치가 적용된 전동식 휠체어구동로봇.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 헤드셋형모션모듈(100)은
   사용자의 머리에 장착하도록 헤드셋형태로 이루어지고, 내부에 기울기센서를 내장시켜 외압으로부터 보호하는 헤드셋본체(110)와,
   헤드셋본체(110)의 상단 중앙 일측에 위치되어, 착용된 사용자의 전,후,좌,우에 관한 머리 움직임방향과 기울기값으로 센싱시키는 기울기센서(120)로 구성되는 것을 특징으로 하는 기계적 균형 보상 장치·진동 감쇠 장치가 적용된 전동식 휠체어구동로봇.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 휠체어보조로봇모듈(200)은
   각 기기에 전원을 공급시키는 배터리부(210)와,
   가로프레임과 세로프레임이 복수개로 연결되어 설치공간을 갖는 지지틀을 형성하면서 각 기기가 외압에 의해 흔들리지 않도록 지지하는 휠체어본체(220)와,
   휠체어본체 상단에 위치되어 앉을 수 있도록 의자를 형성시키는 쿠션형 시트부(230)와,
   시트부의 상단 양측에 위치되어 팔을 거치시키도록 거치대를 형성시키는 팔거치대(240)와,
   팔거치대 일측에 위치되어, 자동/수동모드의 선택과, 전,후,좌,우의 구동을 선택하는 매뉴얼스위치부(250)와,
   휠체어본체(220)의 측면 일측에 위치되어, 장애물과의 충돌을 감지하는 초음파센서부(260)와,
   휠체어본체의 바닥쪽에 위치되어 로봇제어부의 제어신호에 따라 구동바퀴를 회전시키는 구동모터(270)와,
   구동모터의 힘을 전달받아 휠체어본체를 이동시키는 구동바퀴(280)와,
   쿠션형 시트부(230)의 하단 수납공간에 위치되어, 각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, 헤드셋형모션모듈로부터 전달된 주행신호에 따라 구동모터의 이동방향과 속도를 제어하는 로봇제어부(290)로 구성되는 것을 특징으로 하는 기계적 균형 보상 장치·진동 감쇠 장치가 적용된 전동식 휠체어구동로봇.
   
4. 제2항에 있어서, 상기 휠체어보조로봇모듈(200)은
   쿠션형 시트부의 하부면에 위치되어 "U"자형 레일부와 결합되면서 쿠션형 시트부를 지지하고, 좌우 경사진 노면상태에 따라 쿠션형 시트부를 "U"자형 레일부를 통해 좌우로 이동시키면서 사용자의 안착상태를 수평기준선(X축)과 평행해지도록 기계적 보상시켜 주행시키는 좌우평형롤링바(295)와,
   좌우평형롤링바의 하단쪽에 동일선상으로 위치되어 좌우평형롤링바를 "U"자형 레일을 따라 좌우로 롤링시키도록 안내하는 "U"자형 레일부(296)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 기계적 균형 보상 장치·진동 감쇠 장치가 적용된 전동식 휠체어구동로봇.
   
5. 제4항에 있어서, 상기 "U"자형 레일부(296)는
   좌우측면을 따라 아이볼트 접촉면을 형성시키고, 아이볼트 접촉면에 아이볼트(291)가 마찰 접촉되고, 마찰의 정도를 조절하여 좌우 흔들림 정도를 좌우경사각에 대해 ± 8°로 조절시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기계적 균형 보상 장치·진동 감쇠 장치가 적용된 전동식 휠체어구동로봇.
   
6. 제2항에 있어서, 상기 휠체어보조로봇모듈(200)은
   쿠션형 시트부의 좌측 일측과 우측 일측에 "∧"형상으로 각각 축결합되어 전후 경사진 노면상태에 따라 쿠션형 시트부를 그네모드로 동작시켜 사용자의 안착상태를 수직기준선(Y축)과 평행해지도록 기계적 보상시켜 주행시키는 "∧"형 그네롤링부(297)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 기계적 균형 보상 장치·진동 감쇠 장치가 적용된 전동식 휠체어구동로봇.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 "∧"형 그네롤링부(297)는 일자볼트머리나사(297b)의 끝단에 형성된 우레탄을 축이음과 연결시켜 마찰의 정도를 조절해서 전후 흔들림정도를 상하경사각에 대해 ±10°로 조절시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기계적 균형 보상 장치·진동 감쇠 장치가 적용된 전동식 휠체어구동로봇.

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