KR20170125695A - Joystick System of Power Driven Wheelchairs - Google Patents

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KR20170125695A
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KR1020170010109A
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제양규
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피플리안주식회사
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Abstract

A joystick is the most convenient and intuitive device for driving a wheelchair. However, an unintended joystick operation is sometimes given by a user, and the joystick is manipulated without regard to a wheelchair operation state. In addition, even if the joystick operation is intended by the user, the wheelchair may not be operated in accordance with the joystick operation. According to the present invention, the concept of the joystick is changed to a device to freely express the users intention for wheelchair operation without using the joystick as a direct operation device to operate the wheelchair. A new joystick system is a device to express the users intention and comprises a joystick lever and a microprocessor capable of analyzing and determining the users intention expressed through the joystick lever. According to the present invention, an unintentional operation of the joystick by the user or a joystick operation which does not consider the wheelchair operation state is screened, and when the users intention is grasped, the wheelchair is able to be correctly operated in accordance with the users intention in consideration of the current operation state of the wheelchair. The new joystick system may be connected to a control device capable of commanding the wheelchair to be operated in accordance with the users intention in consideration of the operation state of the wheelchair, recognized through various sensors. In addition, the joystick of the present invention is able to be used as a driving operation device for a wheelchair as well as a driving device for various accessories such as a getting on-and-off assist device, a wheelchair seat height adjusting device, and the like.

Description

전동휠체어의 조이스틱 시스템 {Joystick System of Power Driven Wheelchairs}[0001] The present invention relates to a joystick system for an electric wheelchair,

몸이 불편하거나 신체가 허약한 장애인이나 고령자가 전동휠체어를 운전할 때 직감적으로 가장 편하게 조작할 수 있는 장치가 조이스틱이다. 민첩성, 판단력 및 조작능력 등이 떨어지는 장애인이나 고령자가 조이스틱을 통해 전동휠체어를 운전할 때 조이스틱 조작이 미숙하거나 또 조이스틱의 조작대로 휠체어가 제대로 작동되지 않는 경우가 있다. 이로 인해 휠체어 운전에 어려움을 겪게 되고 심지어 사고까지 발생하기도 한다. 사용자가 의도하는 대로 휠체어가 좀 더 쉽게 운전이 되고 안전한 조작이 가능하도록 개선된 조이스틱 시스템에 관한 것이다.A joystick is the most comfortable and intuitive device that can be operated when an electric wheelchair is operated by a disabled person or an elderly person who is uncomfortable or physically weak. When a handicapped person or an elderly person with low agility, judgment or manipulation ability drives an electric wheelchair through a joystick, the joystick operation may be immature or the wheelchair may not operate properly due to the operation of the joystick. This can lead to difficulties in wheelchair operation and even accidents. The present invention relates to an improved joystick system for enabling a wheelchair to be operated more easily and safely as the user intended.

간호 인력의 도움을 최소화하여 고령자나 장애인들의 독립생활을 지원하기 위해서는 휠체어 승하차 지원 장치, 휠체어 좌석 높낮이 조절장치 등 다양한 부속장치가 필요하다. 이러한 부속장치도 조이스틱을 통해 손쉽게 작동할 수 있도록 조이스틱에 새로운 기능을 부가하여 개선된 조이스틱 시스템에 관한 것이다.In order to minimize the help of nursing staff and to support the independence of the elderly and the disabled, various accessories such as a wheelchair support device and a seat height adjustment device for a wheelchair are needed. Such an accessory also relates to an improved joystick system by adding new functions to the joystick for easy operation through the joystick.

민첩성, 판단력 및 조작능력 등이 떨어지는 장애인이나 고령자가 조이스틱을 통해 전동휠체어를 운전할 때 조이스틱 조작이 미숙하거나 또 휠체어가 조이스틱의 조작대로 작동이 되지 않아 전동휠체어 운전에 큰 어려움을 겪거나 운전 중 적지 않은 사고가 발생하기도 한다. 휠체어의 사고율이 자동차 사고율보다 훨씬 높으며 휠체어 사고원인의 약 25%가 운전자의 조작실수로 인한 것이다. When the handicapped person or elderly person having low level of agility, judgment and manipulation ability drives the electric wheelchair through the joystick, the joystick operation is immature or the wheelchair does not operate according to the operation of the joystick, so that it is difficult to operate the electric wheelchair, Accidents can also occur. The accident rate of a wheelchair is much higher than that of a car accident, and about 25% of the causes of a wheelchair accident are caused by a driver's operation error.

휠체어 사고를 방지하기 위하여 사회복지기관 등에서는 전동휠체어를 처음 사용하는 자들을 위해 운전교습을 실시하고 있다. 전동휠체어 운전교습이 안전운행에 도움이 되기도 하지만 조작능력, 민첩성 및 판단력이 떨어지는 장애인이나 고령자에게 크게 효과적이지 않다.In order to prevent wheelchair accidents, social welfare organizations are conducting driving lessons for those who use electric wheelchairs for the first time. Electric wheelchair driving lessons are helpful for safe driving, but are not very effective for people with disabilities or older people who have poor maneuverability, agility and judgment.

장애인이나 고령자들은 휠체어의 특성이나 운전상황을 충분히 파악하지 못하고 조이스틱을 통해 급작스럽게 출발하거나 정지시키며, 또 방향을 전환하기도 한다. 장애인이나 고령자가 휠체어 운전 중에 갑작스런 상황이 발생하여 의도하지 않은 입력을 조이스틱에 줄 수도 있다. 또 여러 가지 이유로 인해 사용자의 의도대로 휠체어가 움직이지 않아서 휠체어 사용자는 휠체어 작동을 지속적으로 관찰하면서 조이스틱을 통해 휠체어 작동을 지속적으로 수정 보완해 주어야 한다. People with disabilities or elderly people do not fully understand the characteristics of the wheelchair or the driving situation, and suddenly start, stop, or turn directions through the joystick. A sudden situation may occur during wheelchair driving for the disabled or the elderly, and the unintended input may be given to the joystick. Also, for various reasons, the wheelchair does not move according to the user's intention, so the user of the wheelchair must constantly observe the operation of the wheelchair and constantly revise the operation of the wheelchair through the joystick.

휠체어 사고에서 발생하는 큰 사고 중의 하나는 안전 범위를 벗어나는 급경사를 운전하면서 일어나는 전복사고이다. 상황 판단 능력이나 조작 능력이 떨어지는 사용자가 상황을 잘못 판단하고 급작스런 운전이나 안전 범위를 벗어나는 운전을 할 때 이에 대한 적절한 대처가 필요하다. 예를 들면 전동휠체어는 경사 각도가 10도를 벗어나는 경사에서는 작동을 하면 안 되게 되어 있다. 지나치게 급한 경사를 오르거나 내려갈 경우에는 무게 중심의 변화로 인해 휠체어의 전복사고가 일어날 수 있기 때문이다. 만약 10도를 넘는 경사를 내리거나 오르려 할 때 경고음을 발생하고, 작동을 정지시키는 것이 필요하다. 이러한 판단을 장애인이나 고령자가 스스로 판단을 내리기가 쉽지 않다.One of the major accidents in wheelchair accidents is rollover accidents that happen when driving steep slopes out of safety range. When a user with poor judgment ability or ability to manipulate situation mistakenly judges a situation and drives suddenly or out of safety range, appropriate action is needed. For example, an electric wheelchair should not be operated at an inclination angle exceeding 10 degrees. If you go up or down a very steep slope, the wheelchair may fall over due to a change in the center of gravity. It is necessary to make a beep sound and stop the operation when it tries to raise or lower the incline exceeding 10 degrees. It is not easy for people with disabilities or elderly people to make such judgments.

일반적인 전동휠체어는 통상적으로 4개의 바퀴가 장착되어 있는데 그 중 2개의 바퀴에는 구동모터가 장착되어 있고, 나머지 2개의 작은 바퀴 혹은 캐스터에는 구동모터가 장착되어 있지 않다. 휠체어의 운전 방향은 구동모터가 장착된 2개의 바퀴의 상대 속도 차이에 따라 이루어진다. 구동모터가 장착되지 않은 2개의 작은 바퀴는 구동모터가 장착된 2개의 바퀴의 상대 속도 차이에 따라 자유롭게 방향을 전환할 수 있도록 되어 있다.Typical motorized wheelchairs are typically equipped with four wheels, two of which are equipped with a drive motor, and the other two wheels or casters are not equipped with a drive motor. The driving direction of the wheelchair is made according to the relative speed difference between the two wheels on which the driving motor is mounted. Two small wheels without a drive motor are freely switchable according to the relative speed difference between the two wheels equipped with the drive motor.

휠체어가 전진하다가 후진할 필요가 있어 구동모터가 후진을 하게 되면, 그림 1에서 보는 바와 같이 구동모터가 장착되지 않은 2개의 바퀴는 전진방향 형태로 있다가 후진방향 형태로 180도 회전해야 한다. 이 때 구동모터가 장착되지 않은 2개의 작은 바퀴는 전진방향 형태에서 후진 즉시 180도 회전하지 않고, 어느 정도 거리까지는 전진방향 형태를 그대로 유지하다가 후진방향 형태로 갑자기 180도 회전하기도 한다. 또 휠체어 후진 중 구동모터가 장착되지 않은 작은 바퀴 2개는 2개가 동시에 180도 회전하지 않고 각각 따로 회전하기도 한다. 휠체어가 후진 운전 중에 구동모터가 장착되지 않는 2개의 작은 바퀴가 갑자기 180도 회전하면, 휠체어의 후진 방향에 영향을 주어서 휠체어가 엉뚱한 방향으로 후진하게 된다.As the wheel moves backwards, it needs to move backwards. As shown in Fig. 1, the two wheels without the drive motor should be in the forward direction and rotate 180 degrees in the backward direction. In this case, the two small wheels without the drive motor do not rotate 180 degrees immediately after the backward movement, but maintain the forward direction until a certain distance, and suddenly rotate 180 degrees backward. Also, during wheelchair retreat, two small wheels without a drive motor are rotated by 180 degrees at the same time, but not separately. If two small wheels that are not equipped with a drive motor suddenly rotate 180 degrees during the backward movement of the wheelchair, the backward direction of the wheelchair is affected and the wheelchair moves backward in the wrong direction.

휠체어 사용자들이 가장 큰 어려움을 겪는 것 중의 하나는 전진하다가 후진을 하는 경우와 같이 회전의 운전 방향이 크게 바뀌었을 때 구동모터가 장착되지 않는 2개의 작은 바퀴가 각각 자유롭게 회전하면서 휠체어가 의도하지 않는 방향으로 운전되는 것이다. 백미러도 없고, 몸을 돌려 후진 방향을 파악하기도 어렵기 때문에 전동휠체어 방향 조작이 쉽지 않아 후진에서 매우 큰 어려움을 겪게 된다.One of the biggest difficulties for wheelchair users is that when the driving direction of the rotation is changed greatly, such as backward movement, the two small wheels without the driving motor rotate freely, . Since there is no rearview mirror and it is difficult to grasp the backward direction, it is difficult to manipulate the electric wheelchair direction.

전동휠체어에 장착된 구동모터의 실제 구동속도는 하중 조건, 노면 상태, 개별 모터의 성능 등의 상태에 따라 변하여 휠체어가 조이스틱의 조작대로 작동되지 않는 경우가 많다. 이런 경우에는 사용자가 지속적으로 관찰하면서 휠체어의 운전 방향 및 속도를 수정 보완해 주어야 한다. 고령자나 장애인에게는 지속적으로 관찰하면서 휠체어 운전 방향과 속도를 수정 보완하는 것은 쉽지 않은 일이다. The actual driving speed of the driving motor mounted on the electric wheelchair varies depending on conditions such as load condition, road surface condition, individual motor performance, etc., and the wheelchair is not operated according to the operation of the joystick in many cases. In such a case, the direction and speed of the wheelchair should be corrected and corrected while the user continuously observes the wheelchair. It is not easy to modify and supplement the wheelchair driving direction and speed while observing the elderly or the disabled person continuously.

또 긴 거리를 운전해야 할 때 조이스틱을 오랜 시간 동안 지속적으로 작동시키기가 힘들다. 이런 경우 자동차 운전에서 사용되는 크루즈 제어와 같이 일정한 조건의 운전 상태를 자동적으로 설정해주는 기능도 필요하다. Also, it is difficult to operate the joystick continuously for a long time when driving long distances. In this case, it is also necessary to automatically set the operating condition of a certain condition such as cruise control used in driving the car.

전동휠체어는 1953년에 처음 개발된 이후로 지금까지 기능과 구성이 거의 변하지 않고 사용되고 있다. 조이스틱, 모터 구동장치, 모터 및 배터리 등으로 구성되어 주행기능 중심으로 사용되고 있다. 고령화시대 속에서 간호인력이 부족한 가운데, 고령인 및 장애자들이 독립생활을 지원하기 위해서는 다양한 부속장치가 필요하다. 예를 들면 휠체어를 타고 내리는 승하차 지원기능, 자동차를 타고 내리거나 높은 곳의 물건을 잡기 위한 좌석 높낮이 조절기능 등이 필요하다. 타고 내리는 승하차 기능과 좌석 높낮이 조절을 위해서 별도의 운전 장치를 사용하지 않고, 운전을 위해 사용하는 조이스틱 장치를 그대로 활용할 수 있으면 매우 편리할 것이다. Since its first development in 1953, electric wheelchairs have remained virtually unchanged in functionality and configuration. Joystick, motor drive, motor, and battery. In the age of aging, there are a lot of nursing staffs, and a variety of additional devices are needed for the elderly and disabled to support their independence. For example, it is necessary to support getting on and off the wheelchair, and adjusting the height of the seat to get down and get things up high. It would be very convenient if the joystick device used for driving could be utilized as it is without using a separate driving device for ride-on / down ride and seat height adjustment.

조이스틱이 휠체어 주행을 위한 장치뿐만 아니라 다양한 부속장치의 운전을 위한 장치로 활용할 수 있기 위해서는 조이스틱에 새로운 기능을 부가하는 것이 필요하다.It is necessary to add a new function to the joystick so that the joystick can be utilized as a device for driving various accessories as well as a device for wheelchair driving.

본 발명에서는 조이스틱을 휠체어를 직접 운전하기 위한 장치로 사용하지 않고, 운전을 위해 사용자의 의사를 표현하기 위한 장치로 사용하고자 한다. 또 조이스틱을 통해 표현되는 사용자의 의사가 분석 파악되면 그 다음 단계에서는 사용자의 의도대로 휠체어가 잘 움직일 수 있도록 자동제어 장치를 연결할 수 도 있다.In the present invention, the joystick is not used as a device for directly driving a wheelchair, but is intended to be used as a device for expressing a user's intention to operate. In addition, if the user's intention expressed through the joystick is analyzed, the next step is to connect the automatic control device so that the wheelchair can move smoothly according to the user's intention.

조이스틱은 휠체어를 운전하기 위한 가장 직관적이고 편리한 장치이다. 그러나 때로는 다양한 상황 속에서 사용자가 의도하지 않는 조이스틱 조작이 주어질 때도 있고, 휠체어 운전 상태를 고려하지 않고 조이스틱을 조작하는 경우도 있다. 또 조이스틱의 조작대로 휠체어가 운전되지 않은 경우도 있다. 의도하지 않은 사용자의 조이스틱 조작이나 휠체어 운전 상태를 고려하지 않은 조지스틱 조작 등은 걸러내고, 조이스틱의 조작을 통한 사용자의 의사가 파악되면 휠체어의 현재 작동 상태를 고려하여 사용자의 의사대로 휠체어가 정확하게 운전될 수 있도록 한다.The joystick is the most intuitive and convenient device for operating a wheelchair. Sometimes, however, the user may be given unintended joystick manipulation in various situations, or the joystick may be manipulated without regard to the wheelchair operation state. In some cases, the wheelchair may not be operated according to the operation of the joystick. When the user's intention is noticed by the operation of the joystick, the user is prompted to operate the wheelchair accurately in consideration of the current operation state of the wheelchair. .

조이스틱은 휠체어의 주행운전을 위한 장치뿐만 아니라 다양한 부속장치를 조작하기 위한 장치로도 매우 편리하게 사용될 수 있다. 예를들면 휠체어 승하차 지원장치, 휠체어 좌석 높낮이 조절장치 등을 조작하기 위해 사용될 수 있는 매우 편리한 장치이다. 조이스틱에 휠체어 주행이외의 다양한 부속장치의 조작을 위한 기능을 부가하도록 한다.The joystick can be used not only as a device for driving a wheelchair but also as a device for operating various accessories. It is a very convenient device that can be used, for example, to manipulate wheelchair support devices, wheel chair seat height adjusters, and the like. The joystick is provided with a function for operating various accessories other than the wheelchair.

조이스틱을 휠체어를 운전하기 위한 장치로 사용하지 않고, 조이스틱을 휠체어 운전 및 부속장치 조작을 위한 사용자의 의사를 표현하기 위한 장치로 개념을 바꾼다. 새로운 조이스틱 시스템은 휠체어의 운전은 물론 부가장치 조작을 위해 사용자의 의사를 자유롭게 표현하는 장치로서의 조이스틱 레버와, 조이스틱 레버를 통해 표현된 사용자의 의사를 사전에 정해진 규칙에 따라 분석 판단할 수 있는 마이크로프로세서 등으로 구성되어 있다.Instead of using the joystick as a device for driving a wheelchair, the concept is changed to a device for expressing a user's intention to operate the joystick and operate the wheelchair. The new joystick system includes a joystick lever as a device for freely expressing a user's intention not only for the operation of a wheelchair but also for operation of an additional device and a microprocessor capable of analyzing a user's intention expressed through a joystick lever according to predetermined rules And the like.

휠체어를 운전하기 위한 장치로서의 조이스틱을, 사용자의 의사를 표현하기 위한 장치로서의 조이스틱으로 개념을 바꾸어서 손쉽고 다양한 의사 표현을 통해 다양한 기능을 구현할 수 있게 한다. 또 조이스틱을 통해 표현된 사용자의 의사를 분석 판단할 수 있게 하는 과정에서 사용자의 휠체어 운전 미숙을 분리해 내고, 또 연결된 자동제어 장치를 활용하여 사용자의 의사대로 휠체어가 잘 움직이게 함으로써 편안한 휠체어 운전은 물론 다양한 사고를 미연에 방지할 수 있게 된다. 뿐만 아니라 조이스틱을 휠체어 주행을 위한 운전 장치뿐만 아니라 다양한 부속장치를 조작할 수 있는 장치로 활용할 수 있게 된다.A joystick as a device for driving a wheelchair can be changed to a joystick as a device for expressing a user's intention and various functions can be realized through a variety of physician expressions. In addition, in the process of analyzing the user's opinion expressed through the joystick, the user is separated from the driving difficulty of the wheelchair, and by using the automatic control device connected to the wheelchair, Various incidents can be prevented in advance. In addition, the joystick can be used not only as a driving device for driving a wheelchair, but also as a device capable of operating various accessories.

그림 1은 전진하던 전동휠체어가 후진할 때 구동모터가 장착되지 않은 앞의 작은 두 바퀴가 전진방향에서 후진방향으로 180도 회전하는 모습을,
그림 2는 휠체어 조이스틱의 구성을,
그림 3은 현재의 휠체어 운전시스템의 개념도를,
그림 4는 새로운 조이스틱 시스템의 작동 개념도를,
그림 5는 새로운 조이스틱 시스템에서 사전에 정해진 사용자의 의사표현 규칙에 따라 조이스틱 레버의 조작에 따른 휠체어의 새로운 작동의 예를,
그림 6은 새로운 조이스틱 시스템을 포함한 휠체어 제어시스템의 작동 개념도를,
그림 7은 새로운 조이스틱 시스템이 포함된 휠체어 운전시스템의 개념도를,
그림 8은 새로운 조이스틱 시스템이 포함된 휠체어 제어시스템의 구성을,
그림 9는 새로운 조이스틱 시스템이 포함된 휠체어 운전시스템의 구성을
각각 나타내고 있다.Figure 1 shows that two small front wheels without a drive motor rotate 180 degrees from the forward direction to the backward direction when the forward electric wheelchair is backward,
Figure 2 shows the configuration of a wheelchair joystick,
Figure 3 shows the concept of the current wheelchair driving system,
Figure 4 shows the operating concept of the new joystick system,
Figure 5 shows an example of a new operation of a wheelchair according to the manipulation of the joystick lever according to the predefined user's pseudo-representation rule in the new joystick system,
Figure 6 shows the operation concept of the wheelchair control system including the new joystick system,
Figure 7 shows a conceptual diagram of a wheelchair driving system with a new joystick system,
Figure 8 shows the configuration of a wheelchair control system with a new joystick system,
Figure 9 shows the configuration of a wheelchair operating system with a new joystick system.
Respectively.

그림 1은 일반적인 후륜구동 전동휠체어의 모습을 보여주고 있다. 모터구동 바퀴(410)가 그림 1과 같이 후륜에 설치될 수도 있고, 전륜 혹은 중륜에 설치될 수 도 있다. 모터구동 바퀴가 어느 곳에 설치되든지 4륜구동이 아닌 2륜구동 전동휠체어에서는 모터구동 두 바퀴의 구동 속도 차이에 따라 구동모터가 장착되지 않은 다른 작은 두 바퀴는 자유롭게 방향을 갖게 된다. 그림 1은 휠체어가 전방 주행(전진)을 하다가 다시 후방 주행(후진)을 하는 모습이다. 휠체어가 전방 주행을 할 때 앞의 작은 두 바퀴(430)의 방향은 그림 1과 같이 전방을 향하고 있다. 전방 주행을 하던 휠체어가 만약 후방 주행을 시작하면, 그림 1의 앞의 작은 두 바퀴(430)는 전방 주행 방향을 후방 주행 방향으로 180도 방향을 바꾸면서 휠체어 주행방향에 영향을 주게 된다.Figure 1 shows a typical rear wheel drive electric wheelchair. The motor-driven wheel 410 may be installed on the rear wheel as shown in FIG. 1, or may be installed on the front wheel or the middle wheel. No matter where the motor drive wheel is installed, in a two wheel drive electric wheelchair that is not a four wheel drive, the other two wheels that are not equipped with a drive motor are free to move in accordance with the driving speed difference between the two motor driven wheels. Figure 1 shows a wheelchair running forward (backward) and then backward (backward). When the wheelchair is running forward, the two small wheels (430) in the front are oriented forward as shown in Figure 1. If the wheelchair that was driving in the forward direction starts to move backward, the small two wheels (430) in the front of Figure 1 will change the direction of forward movement to the rearward direction and change the direction of 180 degrees to affect the wheelchair driving direction.

그림 2는 전동휠체어의 운전 장치로서 조이스틱(100)의 일반적인 구성 모습을 보여주고 있다. 조이스틱(100)에는 조이스틱 레버(110)과 전원 스위치(150), 최대속도 조절장치 스위치(120), 배터리 용량 표시등(140), 경적기(130) 등의 여러 스위치가 장착되어 있다. 휠체어 운전을 위해 조이스틱(100)을 통하여 표현할 수 있는 사용자의 의사는 그렇게 많지 않고, 그 내용도 비교적 간단하다.Figure 2 shows a typical configuration of the joystick 100 as an operating device for an electric wheelchair. The joystick 100 is equipped with various switches such as a joystick lever 110, a power switch 150, a maximum speed control switch 120, a battery capacity indicator 140, The user's intention to express through the joystick 100 for the wheelchair operation is not so much, and the content thereof is relatively simple.

그림 3은 현재 일반적으로 사용되고 있는 전동휠체어 운전시스템의 개념도를 보여주고 있다. 그림 3에서 보는 바와 같이 사용자(500)가 전동휠체어의 운전 장치로서 조이스틱(100)을 조작하면 조이스틱(100)에서 나온 신호는 휠체어 제어시스템(200)과 모터 드라이버(300)로 들어가서 모터 구동바퀴를 포함한 휠체어(400)를 구동하게 된다. 휠체어 제어시스템(200)은 조이스틱 레버의 조작에 따라 모터 드라이버(300)에 구동 신호를 보낸다. 이러한 제어시스템을 개방회로 제어시스템(Open Loop Control System)이라 하는데 이런 개방회로 제어시스템은 장치가 비교적 간단하다는 장점이 있는 반면에 사용자의 의사에 따라 시스템이 실제로 그대로 작동하고 있는지를 확인하기가 어려운 단점이 있다. Figure 3 shows a conceptual diagram of the currently used electric wheelchair operating system. 3, when the user 500 operates the joystick 100 as an operation device of the electric wheelchair, the signal from the joystick 100 enters the wheelchair control system 200 and the motor driver 300, So that the wheelchair 400 is driven. The wheelchair control system 200 sends a driving signal to the motor driver 300 according to the operation of the joystick lever. This control system is called an open loop control system. Such an open loop control system is advantageous in that the device is relatively simple, but it is difficult to confirm whether the system actually operates in accordance with the user's intention. .

본 발명에서는 조이스틱을 휠체어를 운전하기 위한 장치로 사용하지 않고, 사용자의 의사를 표현하기 위한 장치로 사용하고자 한다. In the present invention, the joystick is not used as a device for driving a wheelchair but as a device for expressing a user's intention.

휠체어를 운전하기 위한 장치가 아닌 사용자의 의사를 표현하기 위한 장치로서 조이스틱은 그림 4에서 보는 바와 같이 조이스틱 레버 조작(110)을 통해 휠체어 주행 조종 등을 위한 사용자의 의사는 바로 휠체어 제어시스템(200)으로 입력되지 않는다. 그림 3에서는 조이스틱(100)에서 나온 신호가 휠체어 제어시스템(200)으로 들어가지만, 그림 4에서는 조이스틱(100)에 나온 신호는 마이크로프로세서에 들어가서 주행 운전 및 다양한 부속장치 조작 중에서 어느 장치를 작동시킬 것인지를 먼저 선택(170) 할 수 있다. 그 다음 선택된 장치의 조작을 위해 입력된 조이스틱의 입력이 의도된 입력인지 아니면 조작상의 실수로 주어진 입력인지를 먼저 판단한다. 만약 사전에 정의되지 않은 사용자의 의사표현이거나 휠체어 운전 상황과 전혀 맞지 않는 입력이 주어졌을 경우 이를 의도되지 않은 입력으로 판단(230)할 수 있다. 사용자가 휠체어 좌석에서 몸을 움직이다가 또는 주변 물건이 떨어지면서 잘못하여 조이스틱을 잠시 움직일 수 있다. 또 다른 돌발적인 상황에서 조이스틱이 엉뚱하게 작동된다면, 이를 사용자의 의사표현인지 아닌지를 판단하고 후속 조치를 취하여야 할 것이다. As shown in FIG. 4, the joystick is a device for expressing the intention of a user rather than a device for driving a wheelchair. A user's intention for steering the wheelchair through the joystick lever manipulation 110 is a wheelchair control system 200, . In Figure 3, the signal from the joystick 100 enters the wheelchair control system 200, but in Figure 4 the signal from the joystick 100 enters the microprocessor to determine which device to drive (170). It first determines whether the input of the input joystick is an intended input or an operationally inadvertent input for the operation of the next selected device. If a pre-defined user's pseudo-expression or an input that does not match the wheelchair driving situation is given, it can be determined (230) as an unintended input. The user can move the joystick for a while by moving the body from the wheelchair seat or dropping things around. In another sudden situation, if the joystick works incorrectly, it should be judged whether it is the expression of the user and follow up.

만약 휠체어가 전방주행을 하고 있는데, 짧은 시간 동안 잠깐의 후방 주행 입력이 주어졌을 경우 이는 의도된 입력이라고 보기 어렵다. 그러나 일정시간의 후방 주행 입력이 지속적으로 주어진다면, 의도된 입력이라 판단하고, 전방 주행하던 휠체어를 빠른 시간 내 정지시키고 후방주행을 해야 할 것이다. 조이스틱 입력이 의도되지 않은 입력이라 판단되면 아무런 후속 조치를 취할 필요가 없다. 사전에 정해진 규칙에 따라 입력신호를 통해 분별해 낼 수 있다. 의도된 입력이라고 판단되면 사용자의 의도를 시스템 제어장치에 전달한다.If a wheelchair is driving ahead and given a short rearward run for a short time, this is not the intended input. However, if the backward driving input is constantly given for a certain time, it is judged that the input is the intended input, and the wheelchair which is driving in the forward direction should be stopped within a short time and the rearward driving should be performed. If the joystick input is determined to be an unintended input, no further action is required. It can be distinguished through the input signal according to predetermined rules. If it is determined that the input is intended, the intention of the user is transmitted to the system control device.

휠체어의 운전 장치로서 기존의 조이스틱은 조이스틱 레버 조작(110)을 통해 직진, 후진, 방향전환, 제자리 회전 등의 단순한 의사를 표현할 수밖에 없다. 그러나 그림 4와 같이 조이스틱이 운전 장치가 아닌 의사 표현장치로 사용된다면, 조이스틱을 통해 직진, 후진, 방향전환, 제자리 회전 등은 물론 정속주행, 증속주행, 감속주행, 자율주행 등 휠체어 주행을 위한 다양한 의사 표현이 가능하다. 물론 이러한 사용자의 의사표현은 그림 5와 같이 사전에 약속되어야 한다. 직진, 후진, 방향전환, 제자리 회전 등은 물론 정속주행, 증속주행, 감속주행, 자율주행 등의 다양한 주행을 위해 사전에 정해진 사용자 의사표현의 규칙이 그림 5에 보여 있다. 그림 5에 나와 있는 것처럼 예를 들면 휠체어가 일정속도로 주행하고 있는데, 조이스틱 레버(110)를 주행 방향 쪽으로 짧은 시간 동안 몇 번 기울인다면, 이를 현재의 운전속도를 유지하면서 정속주행(610)을 원하는 의사 표현으로 정할 수 있다. 즉, 일종의 크루즈 제어가 될 수 있다. 장기간 일정방향으로 계속 운전하여야 할 경우 지속적으로 조이스틱 레버를 누르고 있을 필요가 없다. 또 조이스틱 레버(110)를 몇 바퀴 회전한다면, 레버의 회전 방향에 따라 휠체어가 제자리에서 회전하기를 원하는 의사 표현으로 정할 수 있다(640). Conventional joysticks as a wheelchair operating device are forced to express simple intentions such as straight forward, reverse, direction change, and in-situ rotation through the operation of the joystick lever 110. However, if the joystick is used as a pseudo-expression device instead of a driving device as shown in Fig. 4, the joystick can be used for a variety of wheelchair driving modes such as forward, backward, You can express your opinion. Of course, such user's expression should be promised in advance as shown in Fig. Figure 5 shows the predefined rule of user expression for various travels such as forward, backward, reverse, turn, and cruise, accelerate, decelerate, and autonomous. If, for example, the wheelchair is traveling at a constant speed as shown in FIG. 5 and the joystick lever 110 is tilted several times for a short time toward the driving direction, it is desired to maintain the current driving speed at a constant speed (610) It can be decided by expressions. In other words, it can be a kind of cruise control. It is not necessary to keep pushing the joystick lever continuously if it is required to continue operation for a long period of time. Also, if the joystick lever 110 is rotated a few times, the wheelchair may be determined to be rotated in place according to the rotational direction of the lever (640).

그림 5에서 볼 수 있는 것처럼 직접적인 운전장치로서 사용되는 조이스틱과는 달리 매우 다양하고 안전한 운전이 가능함을 보여주고 있다.As can be seen in Figure 5, unlike a joystick that is used as a direct operating device, it shows that a wide variety of safe operation is possible.

휠체어가 점차 고도화되면 전동휠체어에 다양한 부속장치가 설치될 수 있다. 승하차 지원 장치, 좌석 높낮이 조절장치, 기립장치, 등 눕힘 장치 등 다양한 부속장치를 운전하는데 휠체어 주행을 운전하기 위한 장치인 조이스틱을 이런 부속장치를 조종하기 위한 장치로 사용될 수 있다. 예를 들어 부가장치 선택 모드(170)를 통해 부속장치중 승하차 지원장치가 선택되었을 경우 조이스틱 레버 조작을 통해서 휠체어 승하차 지원 장치를 구동할 수 있다.As wheelchairs become more sophisticated, a variety of attachments can be installed in electric wheelchairs. A joystick, which is a device for driving a wheelchair to operate various accessory devices such as a boarding support device, a seat height adjusting device, a standing device, and a reclining device, can be used as a device for controlling such an accessory device. For example, when the accessory device is selected through the additional device selection mode 170, the wheelchair access device can be operated through the operation of the joystick lever.

또 조이스틱을 통해 표현되는 사용자의 의사가 분석 파악(230)되면, 사용자의 의도대로 휠체어가 잘 작동될 수 있도록 제어장치를 연결하여 구동할 수 있다. 그림 6에서는 그림 4의 새로운 조이스틱 시스템이 주행 운전용 등으로 적용되었을 때의 휠체어 제어시스템의 작동 개념도를 보여주고 있다. 조이스틱 입력신호가 사용자의 의도된 입력인지 아니면 사용자의 실수로 우발적으로 발생 된 입력인지를 분석 평가하게 된다(220). 만약 사용자의 실수로 우발적으로 발생 된 입력이라고 판단이 되면 그 입력은 무시된다. 만약 사용자의 의도된 입력신호라고 판단되면 사용자의 의사를 분석하고 판단(230)하게 된다. 휠체어의 현재 운전 상태와 비교(250)하여 사용자의 의사가 만약 위험한 의도라고 판단이 되면 경고를 발생하고 작동을 멈추게 할 수 있다(260). 예를 들면 허용된 각도 이상의 경사를 움직이면 전복의 위험이 있으므로 경고를 발생하고 작동을 멈추게 할 수 있다.Also, when the user's intention expressed through the joystick is analyzed (230), the control device can be connected and driven so that the wheelchair can operate well according to the user's intention. Fig. 6 shows the operation concept of the wheelchair control system when the new joystick system of Fig. 4 is applied for driving operation. The joystick input signal is analyzed to evaluate whether the input signal is a user's intended input or an accidentally generated input by the user (220). If it is judged that the user accidentally generated an accidental input, the input is ignored. If it is determined that the input signal is the user's intended input signal, the user's intention is analyzed and a determination 230 is made. The current state of the wheelchair is compared to the current driving state (250), and if the user's intention is determined to be a dangerous intention, a warning may be generated and the operation stopped (260). For example, moving a slope over an acceptable angle can cause a warning of overturning and cause it to stop operating.

그림 3의 휠체어 운전시스템에서는 조이스틱의 조작대로 휠체어가 움직이면 되기 때문에 조이스틱 조작이 사용자의 어떤 의사인지를 분석 판단할 필요가 없다. 그러나 그림 6의 휠체어 제어시스템에서는 조이스틱 조작에 따른 사용자의 의사를 분석 판단하기 때문에 현재의 휠체어 작동 상황과 상호 비교 분석이 가능하다.In the wheelchair driving system shown in Fig. 3, since the wheelchair moves according to the operation of the joystick, it is not necessary to analyze and determine what the user is doing with the joystick operation. However, in the wheelchair control system shown in Fig. 6, it is possible to analyze the user's intention according to the operation of the joystick.

분석 판단된 사용자의 의사를 구현하기 위한 최선의 작동을 결정하기 위해서는 모터 구동을 포함한 휠체어 시스템의 작동상태(240)를 고려해야 한다. 분석 판단된 사용자의 의사(230)와 휠체어의 작동상태(240)를 비교평가(250)하여 사용자의 의사(230)를 시스템 제어기(270)에 보내면 휠체어 시스템의 동특성을 고려하여 최선의 작동명령이 결정된다. 시스템 제어기(270)에서 결정된 작동명령은 모터 드라이버(300)로 신호를 보낸다. The operational state 240 of the wheelchair system, including motor drive, must be considered to determine the best behavior to implement the analyzed user's wishes. When the analysis 230 of the user determined by the analysis and the operation state 240 of the wheelchair is compared and evaluated 250 and the user's doctor 230 is sent to the system controller 270, . The operation command determined at the system controller 270 sends a signal to the motor driver 300.

그림 6의 새로운 조이스틱 장치는 휠체어를 직접 운전하기 위한 도구로 활용되는 것이 아니라, 사용자의 다양한 의사를 표현하는 장치로 변화시켜 활용한 것이다. 조이스틱은 고령자나 장애인이 자신의 의사를 직감적으로 표현할 수 있는 매우 편리한 도구이다. 그러나 판단력과 민첩성이 떨어지는 고령자나 장애인의 조이스틱 조작을 아무런 분석평가 없이 그대로 작동하게 되면 다양한 위험들이 발생할 수 있다. 또 새로운 조이스틱 장치를 사용자의 의사가 분석 판단되면 사용자의 의사에 따라 최선의 작동을 할 수 있도록 하는 피드백 제어장치를 연결할 수 있다.The new joystick device shown in Fig. 6 is not used as a tool for directly driving a wheelchair but is used as a device for expressing various opinions of a user. Joystick is a very convenient tool for the elderly or disabled to intuitively express their opinions. However, if the joystick manipulation of an elderly person or a handicapped person with low judgment and agility is operated without any analysis evaluation, various risks can occur. Also, when the user's intention is analyzed and judged by the new joystick device, a feedback control device can be connected to allow the best operation according to the user's intention.

그림 7은 새로운 조이스틱 시스템을 활용한 휠체어 운전시스템의 개념도를 보여주고 있다. 그림 3과 그림 7을 서로 비교하면 그림 3의 조이스틱(100)이 그림 7에서는 조이스틱 시스템(180)으로 교체되어 있다. 또 분석 판단된 사용자의 의사와 휠체어의 현 작동상황을 비교하기 위하여 피드백 요소가 추가되어 있다. 이러한 제어시스템을 폐쇄회로 제어시스템(Closed Loop Control System)이라 한다. 폐쇄회로 제어시스템은 작동명령에 따라 실제로 시스템이 어떻게 작동하고 있는지를 지속적으로 평가하여 작동명령을 수정하기 때문에 사용자의 의사대로 시스템을 작동할 수 있는 장점이 있다.Figure 7 shows a conceptual diagram of a wheelchair driving system using a new joystick system. Comparing FIG. 3 and FIG. 7, the joystick 100 of FIG. 3 is replaced with the joystick system 180 of FIG. In addition, a feedback element is added to compare the current operation state of the wheelchair with the user's intention to analyze and judge. Such a control system is referred to as a closed loop control system. The closed-loop control system has the advantage that it can operate the system at will according to the user's intention because the operation command is continuously evaluating how the system actually operates to modify the operation command.

그림 8은 그림 7의 휠체어 운전시스템의 개념을 구체적으로 구현하기 위한 휠체어 제어시스템의 구성을 보여주고 있다. 그림 8에서 보는 바와 같이 그림 4의 새로운 조이스틱 시스템(180)에서 사용되는 마이크로프로세서가 휠체어 제어시스템(200)에서 사용되는 마이크로프로세서와 공용으로 활용될 수 있음을 보여주고 있다. 마이크로프로세서가 공용으로 활용될 수 있으면 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. 그림 8에서 보는 바와 같이 조이스틱 입력뿐만 아니라 원격제어기의 조작 신호(460), 배터리 용량 상태, 접촉센서 신호 등 각종 센서신호(450)와 휠체어 바퀴의 회전속도 신호(430, 440) 등 다양한 신호가 함께 입력될 수 있다. Figure 8 shows the configuration of the wheelchair control system to implement the concept of the wheelchair driving system in Figure 7 concretely. As shown in FIG. 8, the microprocessor used in the new joystick system 180 shown in FIG. 4 can be used in common with the microprocessor used in the wheelchair control system 200. If the microprocessor can be used in common, the cost can be reduced. As shown in FIG. 8, not only the joystick input but various signals such as the operation signal 460 of the remote controller, the battery capacity state, the various sensor signals 450 such as the contact sensor signal and the wheel speeds 430 and 440 Can be input.

최근 반도체 기술개발로 다양한 제어장치가 매우 고도화되고 있으며, 그 가격도 매우 저렴하다. 특히 작은 센서 및 신호처리장치가 저렴하게 많이 개발되어 있다. 이런 장치를 활용하면 매우 저렴한 고성능 제어장치를 구성할 수 있다. 그림 9는 그림 7과 8의 구성 예를 보여주고 있다. 그림 9에서 볼 수 있는 것과 같이 사용자(500)가 휠체어를 운전하기 위해서 조이스틱을 조작하면 조이스틱(100)의 조작신호는 휠체어 제어시스템(200)으로서의 마이크로제어장치에 입력된다. 그림 9의 마이크로제어장치(200)에는 분석 및 평가 장치, 입출력장치, 자료저장장치, 통신장치 등 다양한 장치가 함께 포함되어 있다.Recently, various control devices have been advanced with the development of semiconductor technology, and the price is very low. Particularly, a small number of small sensors and signal processing devices are inexpensive. These devices make it possible to construct very low-cost, high-performance control devices. Figure 9 shows the configuration examples of Figures 7 and 8. As shown in FIG. 9, when the user 500 operates the joystick to operate the wheelchair, an operation signal of the joystick 100 is input to the microcontroller as the wheelchair control system 200. The microcontroller 200 of FIG. 9 includes various devices such as an analysis and evaluation device, an input / output device, a data storage device, and a communication device.

본 발명에서는 조이스틱을 휠체어를 직접 운전하기 위한 장치로 생각하지 않고, 사용자의 의사를 표현하기 위한 장치로 변환하였다. 이를 위해 조이스틱을 통해 입력된 신호를 사전에 약속된 기준에 따라 분석 판단하여 사용자의 의사를 파악하는 것(230)이 중요하다. In the present invention, the joystick is not regarded as a device for directly operating a wheelchair, but is converted into a device for expressing a user's intention. For this purpose, it is important to analyze (230) the user's intention by analyzing the input signal through the joystick according to predetermined criteria.

또 새로운 조이스틱 시스템은 다양한 운전조건에서 사용자의 의사대로 휠체어가 운전되도록 하는 데 활용할 수 있다. 시스템의 작동 상태(240)를 파악하여 사용자의 의사대로 휠체어가 제대로 작동되고 있는지를 파악하고(250), 만약 사용자의 의사대로 작동되지 않고 있으면, 시스템 제어기(270)를 통해 자동으로 작동을 수정할 수 있는 과정이 포함될 수 있다. 사용자의 의사대로 휠체어가 작동될 수 있도록 자동으로 수정할 수 있는 기능이 포함되면 판단력과 민첩성이 떨어지는 사용자도 매우 쉽고 편하게 휠체어를 운전할 수 있을 것이다. The new joystick system can also be used to enable wheelchairs to be operated by the user at various operating conditions. It is possible to grasp the operating state 240 of the system and determine whether the wheelchair is operating properly according to the user's intention 250. If the user is not operating as intended, A process may be included. The ability to automatically modify the wheelchair to work with the user's intention will make it very easy and comfortable for people with poor judgment and agility to operate the wheelchair.

Claims (4)

전진, 후진, 방향 전환, 제자리 회전, 정속주행, 증속주행, 감속주행 등의 휠체어의 주행과 부속장치의 구동 등을 위해 사전에 정해진 규칙(600)에 따라 사용자의 의사를 표시할 수 있는 조이스틱 레버(110)를 포함한 조이스틱 장치(100)와, 조이스틱 장치(100)를 통해 입력된 사용자의 의사를 사전에 정해진 규칙(600)에 따라 분석하여 사용자가 의도하지 않은 입력이라 판단되면 무시하고, 사용자가 의도한 입력이라고 판단되면 사용자가 어떤 의도인지를 판단(230)할 수 있는 마이크로프로세서 등으로 구성된 조이스틱 시스템(180)
A joystick lever capable of displaying a user's intention according to a predetermined rule 600 for driving a wheelchair and driving an accessory device such as forward, backward, turning, in-situ rotation, constant speed running, A joystick device 100 including a joystick device 110 and a joystick device 100. The joystick device 100 analyzes the intention of the user inputted through the joystick device 100 according to a predetermined rule 600, A joystick system 180 configured by a microprocessor or the like capable of determining (230) what the user intends to do if it is determined that the input is intended,
청구항 1에서;
사용자는 휠체어의 주행과 부속장치의 구동 등의 기능을 선택할 수 있고, 선택된 기능을 위해서 해당 장치의 시스템 제어기(270)와 모터 드라이버(300)가 연결되는 조이스틱 시스템(180)
In claim 1,
The user can select functions such as running the wheelchair and driving the accessory device and selecting the joystick system 180 to connect the system controller 270 and the motor driver 300 for the selected function,
청구항 1에서;
분석 판단된 사용자의 의사(230), 각종 센서를 통해 입력된 휠체어 시스템의 작동 상태(240) 등을 비교평가(250)하여 휠체어가 최적으로 운전될 수 있도록 결정하는 시스템 제어기(270), 메모리, 입출력 장치, 통신 장치 등을 포함한 휠체어 제어시스템의 마이크로 제어장치(200)와 연결되는 조이스틱 시스템(180)
In claim 1,
A system controller 270 for comparing and evaluating 250 of the user who is analyzed and determined, the wheelchair system operating state 240 inputted through various sensors, etc. to determine that the wheelchair can be operated optimally, A joystick system 180 connected to a microcontroller 200 of a wheelchair control system including an input / output device, a communication device,
청구항 1에서;
조이스틱 시스템(180)에 사용되는 마이크로프로세서와 휠체어 제어시스템의 마이크로 제어장치(200)가 통합될 수 있는 조이스틱 시스템(180)
In claim 1,
A joystick system 180 in which the microprocessor used in the joystick system 180 and the microcontroller 200 in the wheelchair control system can be integrated,
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