KR20150089860A - Electric powered wheelchair with movement recognition function - Google Patents

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KR20150089860A KR1020140010924A KR20140010924A KR20150089860A KR 20150089860 A KR20150089860 A KR 20150089860A KR 1020140010924 A KR1020140010924 A KR 1020140010924A KR 20140010924 A KR20140010924 A KR 20140010924A KR 20150089860 A KR20150089860 A KR 20150089860A
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이원우
이희태
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이원우
이희태
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Abstract

The present invention provides a wheelchair comprising: a sensor capturing movement of a user; at least two motors enabling a wheel of the wheelchair to be driven; and a control unit controlling operation of the motor in accordance with a sensor value.

Description

동작 인식 전동 휠체어{Electric powered wheelchair with movement recognition function}[0001] The present invention relates to an electric wheelchair,

본 발명은 휠체어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 컨트롤러로서 손발이 자유롭지 못한 장애인들을 위해 최소한의 움직임이 가능한 부위에 센서를 부착함으로써, 센서 값에 따라 움직임을 포착하여 원하는 곳으로 운전할 수 있는 휠체어에 관한 것이다.
The present invention relates to a wheelchair, and more particularly, to a wheelchair capable of capturing a motion according to a sensor value and attaching the sensor to a position where a minimum movement is possible for disabled persons, will be.

손발이 자유롭지 못한 장애인, 예를 들어 척추 손상 장애인들은 그 대부분이 아예 휠체어를 구동하지 못하고 항상 보조자의 도움을 받고 있는 실정이다. 또한, 현재까지는 이러한 장애인들이 사용할 만한 조종장치가 설치된 휠체어도 구하기 어려운 실정이다. 이렇듯, 현재까지는 손발을 움직일 수 없는 척추 손상 장애인들이 보다 쉽게 사용할 수 있는 휠체어는 그리 많지 않은 상태이다.Most people with disabilities who do not have free hand and foot, such as those with spinal injuries, are not able to drive wheelchairs at all and are always assisted by an assistant. In addition, until now, it is difficult to obtain a wheelchair equipped with a control device for such a disabled person. So far, there are not many wheelchairs that can be used more easily by people with spinal injuries who can not move their limbs.

현재까지의 휠체어 중에서 상기 장애인을 위한 휠체어로는 머리 받침대 부분에 접촉식 또는 비접촉식의 스위치를 장착하여 장애인의 머리의 움직임을 측정하여 휠체어를 조종하는 방식과, 턱 부분에 조이스틱을 위치시켜 턱으로 휠체어를 조종하는 방식의 휠체어가 있다.Among the wheelchairs to date, the wheelchair for the disabled person includes a method of controlling the wheelchair by measuring the movement of the head of a disabled person by attaching a contact type or non-contact type switch to the headrest portion, a method of positioning the joystick on the jaw, There is a wheelchair that manages to control.

보통 장애인들은 정상인들이 사용하지 않는 특수한 장치를 몸에 달고 있는 것 자체를 매우 거북하게 생각하는 경향이 있다. 그래서, 장애인들은 상기와 같이 다른 사람의 시야에 확연하게 드러나는 조종장치가 설치된 휠체어를 이용하려 하지 않는 경향이 있다. 또한, 종래의 기술은 턱을 움직여 조이스틱을 조종하거나, 머리를 움직여 머리 받침대에 설치된 조이스틱을 조종하여야 하는 불편함이 있다.Normally, people with disabilities tend to feel very uncomfortable about putting on special devices that are not used by normal people. Thus, persons with disabilities tend not to use wheelchairs equipped with control devices that are clearly visible to others as described above. In addition, the conventional art has the inconvenience of manipulating the joystick by moving the jaw, or manipulating the joystick installed on the headrest by moving the head.

또한, 기존의 휠체어 컨트롤러는 조이스틱 형태로써 손발이 자유롭지 못한 장애인들이 늘고 있는 추세로 휠체어의 컨트롤러도 개선이 필요한 시점이다.
In addition, the existing wheelchair controller is in the form of joystick, and the wheelchair controller needs to be improved as the number of handicapped people is not free.

따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 컨트롤러로서 손발이 자유롭지 못한 장애인들을 위해 최소한의 움직임이 가능한 부위에 센서를 부착함으로써, 센서 값에 따라 움직임을 포착하여 원하는 곳으로 운전할 수 있는 휠체어를 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a sensor that is capable of minimizing the movement of a handicapped person, And to provide a wheelchair capable of capturing movement and driving to a desired place.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 사용자의 움직임을 포착하는 센서; 휠체어 바퀴를 구동하는 적어도 두 개의 모터; 및 센서 값에 따라 모터의 구동을 제어하는 제어부를 구비하는 휠체어를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a sensor for capturing motion of a user; At least two motors for driving wheel wheels; And a control unit for controlling the driving of the motor in accordance with the sensor value.

본 발명에서 센서는 자이로 센서, 가속도 센서, 적외선 센서, 터치 센서, 근전도 센서, 압력 센서 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 조합일 수 있다.In the present invention, the sensor may be a combination of one or more kinds selected from a gyro sensor, an acceleration sensor, an infrared sensor, a touch sensor, an EMG sensor, and a pressure sensor.

본 발명에서 센서는 사용자의 머리, 턱, 목, 어깨, 손, 발 중에서 선택되는 하나 이상의 부위에 설치될 수 있다.In the present invention, the sensor may be installed at one or more sites selected from the user's head, chin, neck, shoulder, hand, and foot.

본 발명에서 앞으로 갈 때에는 두 개의 모터가 모두 정회전되고, 뒤로 갈 때에는 두 개의 모터가 모두 역회전되며, 오른쪽으로 갈 때에는 하나의 모터는 정회전되고 다른 모터는 역회전되며, 왼쪽으로 갈 때에는 하나의 모터는 역회전되고 다른 모터는 정회전될 수 있다.
When going forward in the present invention, both motors are forward-rotated. When going back, both motors are reversely rotated. When going to the right, one motor rotates forward and the other motor rotates reversely. When going to the left, The other motor can be rotated forward.

본 발명에 따른 휠체어는 컨트롤러로서 손발이 자유롭지 못한 장애인들을 위해 최소한의 움직임이 가능한 부위에 센서를 부착함으로써, 센서 값에 따라 움직임을 포착하여 원하는 곳으로 운전할 수 있다.
A wheelchair according to the present invention is a controller, which can detect movement according to sensor values by attaching a sensor to a place where a minimum movement is possible for disabled persons who are not free of limbs.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 휠체어의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 휠체어의 구성도이다.
도 3은 센서 값에 따른 동작 알고리즘을 나타낸 것이다.1 is a configuration diagram of a wheelchair according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of a wheelchair according to another embodiment of the present invention.
3 shows an operation algorithm according to the sensor value.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 휠체어의 구성도로서, 이 실시형태에 따른 휠체어는 크게 구분하여 센서(10), 바퀴(20) 및 구동 제어장치(30)를 구비할 수 있다.Fig. 1 is a configuration diagram of a wheelchair according to an embodiment of the present invention. The wheelchair according to this embodiment can be roughly classified into a sensor 10, a wheel 20, and a drive control device 30. Fig.

센서(10)는 사용자(장애인)의 움직임을 포착하는 역할을 한다.The sensor 10 serves to capture the movement of the user (disabled).

센서(10)는 자이로 센서, 가속도 센서, 적외선 센서, 터치 센서, 근전도 센서, 압력 센서 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 조합일 수 있다.The sensor 10 may be a combination of one or more kinds selected from a gyro sensor, an acceleration sensor, an infrared sensor, a touch sensor, an EMG sensor, and a pressure sensor.

자이로 센서는 각 속도(회전 속도)를 감지하는 센서로서, 각(Angle)이 변화하는 정도를 감지하는 센서이다.A gyro sensor is a sensor that detects each speed (rotation speed) and detects the degree of change of angle.

가속도 센서는 이동하는 물체의 가속도나 충격의 세기를 측정하는 센서로서, 출력 신호를 처리하여 물체의 가속도, 진동, 충격 등의 동적 힘을 측정하는 센서이다.The acceleration sensor is a sensor that measures the acceleration or impact strength of a moving object and processes the output signal to measure dynamic forces such as acceleration, vibration, and impact of the object.

적외선 센서는 적외선을 이용해 온도, 압력, 방사선의 세기 등의 물리량이나 화학량을 검지하여 신호처리가 가능한 전기량으로 변환하는 센서이다. 기계가 적외선을 발산하여 차단되는 것을 감지하는 것과 주변의 적외선을 검출하는 것이 있다. 스스로 적외선을 복사하여 빛이 차단됨으로써 변화를 검지하는 능동식과, 자체에는 발광기를 가지지 않고 외계로부터 받는 적외선의 변화만을 읽어내는 수동식이 있다. 적외선이란 전자기파 스펙트럼 중 가시광선의 적색광보다 길고 마이크로파보다 짧은 파장, 즉 파장 0.75 ㎛ 내지 1 mm의 복사선을 가리킨다.The infrared sensor is a sensor that detects the physical quantity or the stoichiometry such as the temperature, the pressure and the intensity of the radiation by using infrared rays and converts it into an electric quantity capable of signal processing. There are two ways to detect when the machine is shut off by emitting infrared rays and to detect the surrounding infrared rays. There is an active type which detects the change by blocking the light by copying the infrared rays by itself, and a manual type which reads only the change of the infrared rays received from the outside world without having a light emitter. Infrared refers to a wavelength of a wavelength shorter than a microwave, that is, a wavelength of 0.75 탆 to 1 mm, which is longer than the red light of visible light in the electromagnetic wave spectrum.

터치 센서는 손끝으로 누르면 화면상에 표시된 지시를 입력할 수 있는 센서이다. 센서의 원리로서는 용량 변화식, 전기전도도 변화식(저항 변화식), 광량 변화식 등이 있다. 표시 화면에 손만 댐으로써 입력할 수 있다.The touch sensor is a sensor that can input instructions displayed on the screen when pressed by a finger tip. The principle of the sensor is capacitance change type, electric conductivity change type (resistance change type), light amount change type, and the like. You can input by touching the display screen.

근전도 센서는 근육 사용에 따라 인체에서 발생하는 근전도 신호를 검출하는 센서이다. 근전도 신호는 다른 생체 신호들보다 진폭이 크고 잡음에 강한 특성이 있다.An electromyogram sensor is a sensor that detects an electromyogram signal generated in a human body according to use of a muscle. EMG signals have more amplitude and stronger noise than other biological signals.

압력 센서는 압력을 검출하는 센서로서, 예를 들어 FSR(Force Sensitive Resistor) 센서를 이용할 수 있다. FSR 센서는 가해지는 힘에 따라 그 저항값이 변화되는 것을 검출하는 센서이다.The pressure sensor is a pressure sensor, for example, a force sensitive resistor (FSR) sensor. The FSR sensor is a sensor that detects that the resistance value changes according to the applied force.

센서(10)는 사용자의 머리, 턱, 목, 어깨, 손, 발 중에서 선택되는 하나 이상의 부위에 설치될 수 있다. 도 1의 실시형태는 머리에 센서를 설치한 경우를 예시한 것이다. 사용자가 센서(10)를 착용하기 위해서, 별도의 착용 수단을 마련할 수 있다. 예를 들어, 모자, 밴드 또는 핀 형태로 머리에 착용하거나, 이어폰이나 귀걸이 형태로 귀에 착용할 수 있다. 또한, 안경, 목걸이, 팔찌 등의 형태로 착용할 수 있다. 도면에는 센서(10)가 박스 형태로 표시되어 있으나, 이는 간략히 예시하기 위한 것일 뿐이며, 센서(10)의 형상과 착용 위치는 특별히 한정되지 않고 필요에 따라 다양하게 변경할 수 있다.The sensor 10 may be installed at one or more sites selected from the user's head, chin, neck, shoulder, hand, and foot. The embodiment of Fig. 1 exemplifies the case where a sensor is provided on the head. In order for the user to wear the sensor 10, a separate wearing means can be provided. For example, it can be worn on the head in the form of a hat, band or pin, or on the ear in the form of an earphone or earring. It can also be worn in the form of glasses, necklaces, bracelets or the like. Although the sensor 10 is shown in the form of a box in the drawing, it is only for the sake of brevity, and the shape and position of the sensor 10 are not particularly limited and can be variously changed as needed.

센서(10)는 전압 분배기 및 AD 변환기를 구비할 수 있다. AD 변환기는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 구동 제어장치(30)에 전달할 수 있다.
The sensor 10 may comprise a voltage divider and an AD converter. The AD converter can convert an analog signal into a digital signal and transmit it to the drive control device 30. [

구동 제어장치(30)는 센서(10)의 센서 값에 따라 바퀴(20)를 구동하고 제어하는 역할을 한다. 구동 제어장치(30)는 센서(10)와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다. 무선의 경우 구동 제어장치(30) 및 센서(10)는 각각 별도의 송수신기를 구비할 수 있다.The drive control device 30 drives and controls the wheels 20 according to the sensor value of the sensor 10. [ The drive control device 30 may be connected to the sensor 10 in a wired or wireless manner. In case of wireless, the driving control device 30 and the sensor 10 may each have a separate transceiver.

구동 제어장치(30)는 휠체어 바퀴를 구동하는 적어도 두 개의 모터, 및 센서 값에 따라 모터의 구동을 제어하는 제어부를 구비할 수 있다. 도면에는 구동 제어장치(30)가 하나의 박스 형태로 간략하게 표시되어 있으나, 구동 제어장치(30)의 외관 형상은 특별히 한정되지 않고 필요에 따라 다양하게 변경할 수 있다. 구동 제어장치(30)는 바퀴(20) 근처에 설치될 수 있으나, 그 설치 위치도 특별히 제한되지 않고 필요에 따라 적절하게 변경할 수 있다. 또한, 모터와 제어부는 하나의 박스 안에 설치될 수 있으나, 그 설치 위치는 특별히 제한되지 않고 필요에 따라 적절하게 변경할 수 있다. 예를 들어 모터는 제어 박스와 분리되어 별도로 설치될 수 있고, 바퀴마다 하나씩 설치될 수도 있다.The drive control device 30 may include at least two motors for driving wheelchairs, and a control unit for controlling the driving of the motors according to sensor values. Although the drive control device 30 is briefly shown in the form of a single box, the external shape of the drive control device 30 is not particularly limited and may be variously changed as required. The drive control device 30 may be installed in the vicinity of the wheel 20, but the installation position thereof is not particularly limited and may be suitably changed as necessary. Also, the motor and the control unit may be installed in one box, but the installation position thereof is not particularly limited and may be appropriately changed as necessary. For example, the motor may be separate from the control box and installed separately, one for each wheel.

구체적으로, 구동 제어장치(30)는 센서(10)의 센서 값을 입력하는 신호 입력부와, 신호 입력부에서 입력되는 신호를 정의된 알고리즘을 이용하여 분석하고 적절한 휠체어 제어신호를 발생시키는 마이크로 제어부와, 마이크로 제어부에서 발생된 휠체어의 구동신호를 휠체어의 제어사양에 적합하도록 변환하는 휠체어 인터페이스부를 포함할 수 있다. 구동 모터는 마이크로 제어부의 휠체어 제어신호에 따라 휠체어의 바퀴(20)를 구동시킬 수 있다.Specifically, the driving control device 30 includes a signal input unit for inputting the sensor value of the sensor 10, a microcontroller for analyzing the signal input from the signal input unit using a defined algorithm and generating an appropriate wheelchair control signal, And a wheelchair interface unit for converting the driving signal of the wheelchair generated by the micro-controller to conform to the control specification of the wheelchair. The driving motor can drive the wheel 20 of the wheelchair according to the wheelchair control signal of the microcontroller.

또한, 본 발명의 구동 제어장치(30)는 휠체어로 전달되는 신호를 육안으로 식별할 수 있도록 LED 패널을 구비한 신호 확인부와, 마이크로 제어부의 기능을 보완할 수 있도록 제어용 컴퓨터를 사용하기 위한 인터페이스를 구축하는 제어용 컴퓨터 인터페이스부를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 구동 제어장치(30)는 전원을 공급하는 전원 공급부와, 긴급시에 휠체어를 정지시키는 긴급 정지 스위치부를 포함할 수 있다.
In addition, the driving control device 30 of the present invention includes a signal checking unit having an LED panel for visually identifying a signal transmitted to a wheelchair, an interface for using a control computer to supplement the function of the microcontroller, And a control computer interface unit for constructing the control computer interface unit. In addition, the drive control device 30 of the present invention may include a power supply unit for supplying power and an emergency stop switch unit for stopping the wheelchair in an emergency.

도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 휠체어의 구성도로서, 이 실시형태에 따른 휠체어는 도 1의 실시형태와 마찬가지로 센서(10), 바퀴(20) 및 구동 제어장치(30)를 구비할 수 있다. 도 1의 실시형태와 비교하면, 센서(10)의 착용 위치만 다를 뿐이다. 구체적으로, 도 2의 실시형태는 밴드 및 벨트 등을 이용하여 센서(10)를 어깨 부위에 착용한 경우를 예시한 것이다. 나머지 센서(10)의 구성 및 구동 제어장치(30)의 구성은 도 1의 실시형태와 동일하므로, 이들에 대한 자세한 설명은 생략한다.
2 is a configuration diagram of a wheelchair according to another embodiment of the present invention. The wheelchair according to this embodiment has a sensor 10, a wheel 20, and a drive control device 30 as in the embodiment of Fig. 1 . Compared with the embodiment of Fig. 1, only the position where the sensor 10 is worn is different. Specifically, the embodiment of FIG. 2 exemplifies a case where the sensor 10 is worn on the shoulder portion using a band, a belt, or the like. The configuration of the remaining sensor 10 and the configuration of the drive control device 30 are the same as those in the embodiment of FIG. 1, and therefore, a detailed description thereof will be omitted.

도 3은 센서 값에 따른 동작 알고리즘을 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이, 앞으로 갈 때에는 두 개의 모터가 모두 정회전되고, 뒤로 갈 때에는 두 개의 모터가 모두 역회전되며, 오른쪽으로 갈 때에는 하나의 모터는 정회전되고 다른 모터는 역회전되며, 왼쪽으로 갈 때에는 하나의 모터는 역회전되고 다른 모터는 정회전될 수 있다.FIG. 3 shows an operation algorithm according to the sensor value. As shown in FIG. 3, both motors are forward-rotated when going forward, and two motors are reversely rotated when going backward. When going to the right, The other motor is reversed and when going to the left one motor can be reversed and the other motor can be reversed.

예를 들어, 도 1에 도시된 휠체어는 사용자의 머리에 착용되어 머리의 움직임에 따라 방향을 조종하는 센서(10)의 신호를 구동 제어장치(30)에서 수신하여 제어함으로써 그 방향이 조종될 수 있다. 구체적으로, 센서(10)를 머리에 착용한 사용자의 머리가 기울어진 방향에 따라 휠체어는 다음과 같이 작동할 수 있다. 즉, 휠체어는 사용자가 머리를 앞으로 숙이면 전진, 뒤로 젖히면 후진, 왼쪽으로 기울이면 좌회전, 오른쪽으로 기울이면 우회전하고, 머리를 똑바르게 위치시키면 정지한다. 그리고, 머리를 기울이는 정도에 따라 휠체어의 전진 또는 후진속도가 조종될 수 있다. 또한, 휠체어를 정지시킴에 있어 머리가 어느 정도까지만 똑바르면 정지하도록 구성될 수 있다.
For example, the wheelchair shown in Fig. 1 may be controlled by receiving and controlling a signal of the sensor 10, which is worn on the head of the user and controls the direction according to the movement of the head, by the drive control device 30 have. Specifically, along the direction in which the head of the user wearing the sensor 10 on the head is inclined, the wheelchair can be operated as follows. That is, the wheelchair is stopped when the user pushes the head forward, backward when it is tilted backward, leftward when tilted to the left, rightward when tilted to the right, and straight position of the head. And, depending on the degree of tilting of the head, the forward or backward speed of the wheelchair can be controlled. It can also be configured to stop if the head is straight to some extent in stopping the wheelchair.

10: 센서
20: 바퀴
30: 구동 제어장치10: Sensor
20: Wheels
30: drive control device

Claims (4)

사용자의 움직임을 포착하는 센서;
휠체어 바퀴를 구동하는 적어도 두 개의 모터; 및
센서 값에 따라 모터의 구동을 제어하는 제어부를 구비하는 휠체어.
A sensor for capturing movement of the user;
At least two motors for driving wheel wheels; And
And a controller for controlling the driving of the motor according to the sensor value.
제1항에 있어서,
센서는 자이로 센서, 가속도 센서, 적외선 센서, 터치 센서, 근전도 센서, 압력 센서 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 조합인 것을 특징으로 하는 휠체어.
The method according to claim 1,
Wherein the sensor is a combination of at least one selected from a gyro sensor, an acceleration sensor, an infrared sensor, a touch sensor, an electromyogram sensor, and a pressure sensor.
제1항에 있어서,
센서는 사용자의 머리, 턱, 목, 어깨, 손, 발 중에서 선택되는 하나 이상의 부위에 설치되는 것을 특징으로 하는 휠체어.
The method according to claim 1,
Wherein the sensor is installed on at least one site selected from the user's head, chin, neck, shoulder, hand, and foot.
제1항에 있어서,
앞으로 갈 때에는 두 개의 모터가 모두 정회전되고,
뒤로 갈 때에는 두 개의 모터가 모두 역회전되며,
오른쪽으로 갈 때에는 하나의 모터는 정회전되고 다른 모터는 역회전되며,
왼쪽으로 갈 때에는 하나의 모터는 역회전되고 다른 모터는 정회전되는 것을 특징으로 하는 휠체어.The method according to claim 1,
When going forward, both motors rotate forward,
When going back, both motors are reversed,
When going to the right, one motor rotates forward and the other motor rotates in reverse,
And when going to the left, one motor is reversely rotated and the other motor is rotated forward.
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CN108272566A (en) * 2018-03-17 2018-07-13 郑州大学 A kind of intelligent wheel chair based on multi-modal man-machine interface
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