KR20180071818A - 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어 - Google Patents

중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어에 관한 기술로, 더욱 상세하게는 보조동력으로 사용하는 전동모터, 배터리, 전자클러치, 기울기센서 및 중력보상 컨트롤러를 구비하여, 휠체어의 이동에 있어서 오르막 경사지에서 평지와 같은 힘으로 이동 또는 정지할 수 있는 발명이다.
기존의 기술들은 휠체어의 안전성과 편리성을 높이고자 한 점에서 목적에 유사성을 가지고 있으나, 그 기술의 구현방법에 있어서, 경사지에서 평지와 같은 힘으로 구동력을 유지할 수 있는 경사센서의 구성과 제어방법 등을 구비하고 있지 아니하여 경사지에서 휠을 움직이는 것과 평지에서 움직이는 것에 차이가 있어 오동작 또는 사고의 위험성이 있는 기술들이었다. 또한 일방향 클러치 등을 사용하여 후진에 의한 위험을 방지하고 있을 뿐 경사지에서 센서를 이용한 구동방법에 관한 구체적인 구성이 없어 본 발명과 큰 기술적 차이를 보이고 있다.
이에 본 발명은 경사지와 평지를 구분하지 않고, 동일한 힘으로 휠체어를 움직일 수 있는 보조장치를 구현함으로써 보다 안정하게 운행할 수 있는 장치를 제공하고자 하였다.
효과에 있어서 본 발명의 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어에 관한 것으로 휠체어의 이동시 오르막 경사지에서 평지와 같은 힘으로 이동 또는 정지할 수 있는 효과가 있는 발명이고, 다른 효과로는 IOT(사물인터넷)기술과 GPS(Global Positioning System) 기술을 접목하여 기본 경사정보 및 경로정보와 공사정보 등을 전송받아 안전하고 편리하게 휠체어를 운행할 수 있는 효과가 있다.

Description

중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어{Power-assisted wheelchair with gravity compensation}
본 발명의 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어에 관한 기술로, 더욱 상세하게는 보조동력으로 사용하는 전동모터, 배터리, 전자클러치, 기울기센서 및 중력보상 컨트롤러를 구비하여, 휠체어의 이동에 있어서 오르막 경사지에서 평지와 같은 힘으로 이동 또는 정지할 수 있는 효과가 있는 발명이다. 이 발명은 IOT(사물인터넷)기술과 GPS(Global Positioning System)을 접목하여 기본 경사정보 및 경로정보와 공사정보 등을 전송하여 이용할 수 있는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어에 관한 것이다.
산업 재해와 자동차 사고로 한국의 육체장애 인구는 130만명으로 전체 인구의 3%에 해당한다.
여기에 급속한 고령화의 증가로 고령인구는 빠르게 증가하여 750 만에 도달하고 있으며, 인구의 15%에 해당한다.
이러한 장애인과 노령인구의 상당수가 휠체어를 사용하고 있으나, 휠체어 용 경사면은 경사도 약 4.76 도 이내에서 사용되도록 설계되어 있다.
이보다 경사도가 큰 도록에서는 휠체어 이동에 어려움과 제약이 있을 수 있으며, 경사로에서 힘이 빠지는 경우 위험한 상황에 빠질 수도 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 경사에 의한 중력의 영향에 이러한 문제가 발생한다는 물리법칙 아래 중력가속도의 영향을 제거하는데 그 발명의 주요 목적을 두고 있다.
기존의 연구로는 파워 어시스트 휠체어 (PAPAW)가 개발되었다.
경사로를 올라갈 때. 힘 센서가 사용자의 밀기 힘을 감지하는 기술이 있다. 그러나 이러한 기술은 경사로에서 사용자가 휠에서 손을 떼는 순간 후방으로 밀리는 문제점이 있다.
본 발명이 개발되기 이전의 또 다른 기술로는 현대자동차의 전륜조향기술로 경사로를 판단하여 평지조건일 경우 전륜하중이 동일하므로 평지 조향보조토크 작동로직으로 조향보조토크를 제어하고, 오르막 경사로일 경우 전륜하중이 감소하므로 감소 조향보조토크 작동로직으로 조향보조토크를 제어하며, 내리막 경사로일 경우 전륜하중이 증가하므로 증가 조향보조토크 작동로직으로 조향보조토크를 제어하는 것이나, 제어대상이 구동력이 아니라 조향력이라는 점에서 구체적으로 차이가 있다.
또 다른 선행기술로는 한국공개특허 특2003-0060573에 개시된 모터를 사용하여 경사로에서 부드럽게 움직이게 하는 점에서 유사하다고 볼 수 있으나, 실질적인 동작이 경사로에서 발생하는 중력의 크기를 측정하여 동일한 크기만을 보상함으로써 평지에서와 똑같은 힘을 사용하여 휠체어를 움직이도록한다는 중력보상 개념이 포함되어 있지 않은 점에서 큰 차이가 있다. 구성에서도 경사센서 등을 포함하지 않는 점에서도 큰 차이가 있다.
또 다른 선행기술로는 한국공개특허 2006-0036566에 개시된 동력보조형 인력견인차량에 일방향 클러치를 사용하여 경사로에서 후방 밀림 등을 방지하기 위한 구성이 제시되어 있으나, 경사지에서도 평지와 같은 힘으로 휠체어를 제어하기 위한 센서 및 제어개념이 없는 점에 차이가 있다.
한국공개특허 제2008-0023864호 한국공개특허 제2003-0060573호 한국공개특허 제2006-0036566호
상기한 바와 같이 기존의 기술들은 휠체어의 안전성과 편리성을 높이고자 한 점에서 목적에 유사성이 있으나, 그 기술의 구현방법에 있어서, 경사지에서 평지와 같은 힘으로 구동력을 유지할 수 있는 경사센서의 구성과 제어방법 등을 구비하고 있지 아니하여 경사지에서 휠을 움직이는 것과 평지에서 움직이는 것에 차이가 있어 오동작 또는 사고의 위험성이 있는 기술들이었다. 또한, 일방향 클러치 등을 사용하여 후진에 의한 위험을 방지하고 있을 뿐 경사지에서 센서를 이용한 구동방법에 관한 구체적인 구성이 없어 본 발명과 큰 기술적 차이를 보이고 있다. (도 6을 참고한다.)
이에 본 발명은 경사지와 평지를 구분하지 않고, 동일한 힘으로 휠체어를 움직일 수 있는 보조장치를 구현함으로써 보다 안정하게 운행할 수 있는 장치를 제공하고자 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어에 있어서,
휠체어 본체, 경사센서, 모터, 모터 제어기 및 휠을 포함하여 구성되고,
상기 경사센서에서 경사가 감지되는 경우 상기 모터제어기와 모터를 이용 경사도와 중력에 의해 휠체어에 가해지는 힘을 하여 보상하는 구동력을 발생하여 휠에 전달하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. (도 6을 참고한다.)
본 발명의 또 다른 목적은 상기 전자 클러치(320)는 평지에서는 휠 허브(310)와 모터와의 동력전달을 차단하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 전자 클러치는 경사센서에서 측정하는 경사도의 절대값이 일정 값 이상인 경우에 휠체어 본체와 모터의 동력전달을 연결하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 모터와 모터 제어기를 이용하여 휠체어 본체와 모터에서 발생하는 마찰력을 보상하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 모터와 모터 제어기를 이용하여 휠체어 본체와 모터에서 발생하는 마찰력 보상 및 휠체어의 구동력 보조 기능을 수행 하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 경사센서는 2축 이상의 경사를 측정할 수 있는 경사 센서로 구성되고,
상기 경사센서에서 측정한 전후, 좌우의 경사각을 이용하여 상기 휠체어 본체가 전후, 좌우 2방향으로 미끄러지는 경사면에 위치한 경우 전후, 좌우 2 방향의 경사면에서 발생하는 중력을 모두 보상 하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어에 있어서,
휠체어(100) 본체, 경사센서(220), 모터, 모터제어기, GPS센서를 포함하여 구성되고,
상기 경사센서(220)에서 경사가 감지되는 경우 경사도와 중력에 의해 휠체어에 가해지는 힘을 상기 모터제어기와 모터를 이용하여 보상하며, 경사가 감지된 경사도 값과 GPS센서의 위치 정보를 제어기에 저장하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어는 전자 클러치(320)는 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 전자 클러치는 경사센서에서 측정하는 경사도의 절대값이 일정 값 이상인 경우에 휠체어 본체와 모터의 동력전달을 연결하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 모터와 모터 제어기를 이용하여 휠체어 본체와 모터에서 발생하는 마찰력을 보상하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 모터와 모터 제어기를 이용하여 휠체어 본체와 모터에서 발생하는 마찰력 보상 및 휠체어의 구동력 보조 기능을 수행 하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 제어기에 저장된 정보는 사용자에 의하여 이동 중 전방의 일정거리에 경사가 있는 것으로 기록된 GPS 센서(210) 정보를 받는 경우에 경사에 의한 중력보상을 제어기에서 실행할 수 있도록 전자 클러치(320) 제어에 사용하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 경사센서는 2축 이상의 경사를 측정할 수 있는 경사 센서로 구성되고,
상기 경사센서에서 측정한 전후, 좌우의 경사각을 이용하여 상기 휠체어 본체가 전후, 좌우 2방향으로 미끄러지는 경사면에 위치한 경우 전후, 좌우 2 방향의 경사면에서 발생하는 중력을 모두 보상 하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어에 있어서,
휠체어(100) 본체, 경사센서(220), 모터, IOT 및 모터 제어기(230), GPS센서, 및 IOT 서버를 포함하여 구성되고,
상기 경사센서(220)에서 경사가 감지되는 경우 경사도와 중력에 의해 휠체어에 가해지는 힘을 상기 IOT 및 모터제어기, 모터를 이용하여 보상하며, 경사가 감지된 경사도 값과 GPS센서의 위치 정보를 IOT 및 모터제어기를 통하여 사물인터넷 서버(400)의 사물인터넷 DB에 저장하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어는 전자 클러치(320)는 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 전자 클러치는 경사센서에서 측정하는 경사도의 절대값이 일정 값 이상인 경우에 휠체어 본체와 모터의 동력전달을 연결하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 모터와 모터 제어기를 이용하여 휠체어 본체와 모터에서 발생하는 마찰력을 보상하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 모터와 모터 제어기를 이용하여 휠체어 본체와 모터에서 발생하는 마찰력 보상 및 휠체어의 구동력 보조 기능을 수행 하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 사물인터넷 서버(400)의 사물인터넷 DB에 저장된 정보는 사용자에 의하여 이동 중 전방의 일정거리에 경사가 있는 것으로 기록된 GPS 센서(210) 정보를 받는 경우에 경사에 의한 중력보상을 제어기에서 실행할 수 있도록 전자 클러치(320) 제어에 사용하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 경사센서는 2축 이상의 경사를 측정할 수 있는 경사 센서로 구성되고,
상기 경사센서에서 측정한 전후, 좌우의 경사각을 이용하여 상기 휠체어 본체가 전후, 좌우 2방향으로 미끄러지는 경사면에 위치한 경우 전후, 좌우 2 방향의 경사면에서 발생하는 중력을 모두 보상하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 모터와 모터 제어기를 이용하여 휠체어 본체와 모터 및 전자 클러치에서 발생하는 마찰력을 보상하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 모터와 모터 제어기를 이용하여 휠체어 본체와 모터 및 전자 클러치에서 발생하는 마찰력 보상 및 휠체어의 구동력 보조 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 모터와 모터 제어기를 이용하여 휠체어 본체와 모터 및 전자 클러치에서 발생하는 마찰력 보상 및 휠체어의 구동력 보조 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어에 관한 것으로 기술로, 휠체어에 더욱 상세하게는 보조동력으로 사용하는 전동모터, 배터리, 전자클러치, 기울기센서 및 중력보상 컨트롤러를 구비하여, 휠체어의 이동에 있어서 오르막 경사지에서 평지와 같은 힘으로 이동 또는 정지할 수 있는 효과가 있는 발명이다.
또한, 평지와 경사면 모든 경우에 있어서 도 7 내지 도 9에서처럼, 모터의 출력을 이용하여 휠체어의 구동장치에서 발생하는 의도하지 않은 마찰력을 보상할 수 있다. 마찰력 보상에 필요한 출력 이상의 출력을 부가하여 휠체어가 적은 힘으로도 더 먼 거리를 이동할 수 있다.
또한, 2축 이상의 경사 센서를 이용하는 전후 방향과 좌우 방향의 경사진 공간에서도 양 바퀴의 토크를 각각 제어하여 전후 좌우의 중력을 모두 보상할 수 있는 장점이 있다.
또한, 모터와 휠체어 본체 사이에 설치된 클러치를 이용하면, 평지와 같이 모터의 구동력이 필요없는 경우 휠체어 본체와 모터의 연결을 차단하여, 모터부의 부가로 인해 발생하는 마찰력과 같은 저항력을 차단하여 매뉴얼 휠체어와 동일한 주행 성능을 구현할 수 있다.
이 발명의 또 다른 효과로는 IOT(Interner Object Technology)기술과 GPS(Global Positioning System)을 접목하여 기본 경사정보 및 경로정보와 공사정보 등을 전송받아 안전하고 편리하게 휠체어를 운행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 기존의 휠체어를 나타낸 사시도이고,
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 휠체어 동력전달부를 나타낸 개략도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 IOT 서버 네트워크를 나타낸 순서도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자(탑승자)와 휠체어가 10도의 경사도면에서 정지할 수 있는 중력보상을 할 수 있는 모터에 인가된 전류 측정을 나타낸 사진도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 평지상에서 모터의 마찰력 보상 및 구동력 보조력의 크기에 따라 속도가 줄어드는 경향을 보여주는 그래프이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어의 시스템을 나타낸 구성도이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 휠체어와 본 발명의 휠체어의 감속 비율 비교를 나타낸 그래프이고,
도 8은 상기 도 5와 같은 실험에서 보조력을 모터에 가한 전류로써 표시한 그래프이고,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 방향의 경사면에서 휠체어에 작용하는 힘을 나타낸 개략도이다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 휠체어 동력전달부를 나타낸 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 IOT 서버 네트워크를 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자(탑승자)와 휠체어가 10도의 경사도면에서 정지할 수 있는 중력보상을 할 수 있는 모터에 인가된 전류 측정을 나타낸 사진도이고, 도 5는 본 발명의 도 5 평지상에서 모터의 마찰력 보상 및 구동력 보조력의 크기에 따라 속도가 줄어드는 경향을 보여주는 그래프이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어의 시스템을 나타낸 구성도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 휠체어와 본 발명의 휠체어의 감속 비율 비교를 나타낸 그래프이고, 도 8은 상기 도 5와 같은 실험에서 보조력을 모터에 가한 전류로써 표시한 그래프이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 방향의 경사면에서 휠체어에 작용하는 힘을 나타낸 개략도이다.
도 2 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 "휠체어의 구동력 보조"의 정의는“휠체어 탑승자 또는 휠체를 밀어주는 보호자가 휠체어의 휠을 미는(propulsion) 경우 모터가 구동력을 추가하여 휠체어의 추진력을 보조하는 기능”을 의미한다.
또한, 본 발명의 모터는 기어를 구비한 모터 또는 기어와 모터가 구비된 모터 또는 구동력을 제공할 수 있는 휠형태인 인휠모터 등과 간이 휠체어에 구동력을 생성할 수 있는 구동장치를 통칭하는 것을 의미한다.
또한, 본 발명의 전자클러치는 휠과 상기 모터와의 연결을 단속할 수 있는 것으로 인휠모터등을 사용하는 경우 반드시 클러치가 필요한 것이 아님은 물론이다. 따라서 본 발명의 전자클러치는 상기 모터와 상기 휠 간의 동력을 전달 또는 차단 가능한 모든 수단을 의미하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명의 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어(100)를 개발하고 실험한 내용을 기술하면 다음과 같습니다.
실험은 크게 개루프 제어실험과 폐루프 제어실험을 실시하였습니다.
<마찰력 및 중력보상 실험>
모터에 엔코더를 연결하여 경사로에서 적절한 중력보상을 위한 전류를 측정하였다.
실험은 도 4와 같이, 사용자(탑승자)와 휠체어(100)가 10도의 경사도면에서 정지할 수 있는 중력보상을 할 수 있는 모터에 인가된 전류를 측정하였다. 이 경우 정지 마찰력 등도 함께 고려되었다.
도 5에서처럼, 동일한 10도의 경사각에서 개루프 제어에서의 미는 힘에 따른 속도의 변화를 측정한 실험이다.
마찰과 중력보상에 사용된 힘은 각각 0N, 11N, 22N, 33N 및 44N이다.
폐루프 제어에서 경사센서(틸트센서,220)을 이용하여 마찰력과 중력 보상을 동시에 실시한 휠체어(100)의 오른쪽 및 왼쪽바퀴의 속도 그래프로 제어 결과가 만족스러운 것을 볼 수 있다.
본 발명의 구체적인 실시예를 발명의 구성요소와 함께 설명하면 다음과 같다.
<제1 실시예>
본 발명은 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어(100)에 있어서, 휠체어(100) 본체, 경사센서(220), 모터, 모터제어기, 휠 허브(310) 및 전자 클러치(320)를 포함하여 구성되어, 평지에서 경사로에 진입하는 경우 경사센서(220)에서 측정된 경사도가 모터 제어기에 전달되면, 모터 제어기는 경사에 의하여 발생되는 중력에 의하여 발생하는 미끄러지는 힘을 계산한다. 일반적으로 질량*중력가속도*사인(각도)의 공식으로 구할 수 있으나, 모터에 부착된 엔코더 등의 신호를 이용하여 후방으로 휠이 회전하지 않는 모터의 구동력의 최소한의 힘을 사용할 수 있다. 경사센서(220)에서 측정된 경사도가 변하지 않는 경우 이 힘을 유지하며, 경사도가 변하는 경우에는 모터의 구동력 또한 경사도에 따라 제어기에서 제어하게 된다.
이때 경사가 감지되는 순간 전자 클러치(320)가 동작하여 모터의 구동력을 휠 허브(310)에 전달하게 된다.
경사를 벋어나 평지에 다다른 경우에는 전동클러치가 원위치로 복귀하여 모터의 구동력을 휠 허브(310)에 더이상 전달하지 않으며, 모터의 동력 소모 방지와 모터와 휠 허브(310)의 결합에 의한 사용자의 불편을 방지할 수 있다.
<제2 실시예>
GPS 센서(210)를 더 부가하여 경사로에 진입하는 경우에 경사도 정보와 GPS에서 측정된 위치정보를 제어기에 동시에 저장하여, 사용자가 주행중 GPS로부터 전방의 경사로 지역을 지나갈 것을 제어기가 예측하여 경사로에 진입하는 순간 중력보상이 이루어질 수 있도록 전자 클러치(320)를 경사로의 입구지점 앞쪽에서 동작시킨다.
<제3 실시예>
IOT 및 모터 제어기를 사용하고, IOT 서버를 더 포함하는 경우, 경사센서(220)에서 경사가 감지되는 경우 경사에 의해 휠체어(100)가 후방으로 밀리는 힘 만큼을 상기 IOT 및 모터 제어기(230)에서 구동력을 발생하여 휠 허브(310)에 전달하며, 경사가 감지된 경사도 값과 GPS센서의 위치 정보를 IOT 및 모터제어기를 통하여 사물인터넷 서버(400)의 사물인터넷 DB에 저장하며,
사용자에 의하여 이동 중 상기 사물인터넷 DB에 저장된 데이터를 사용하여 전방의 일정거리에 경사가 있는 것으로 GPS 센서(210) 정보를 받는 경우에 경사에 의한 중력보상을 경사로에 진입하는 순간 중력보상이 실행될 수 있도록 전자 클러치(320)를 경사로의 입구지점 앞에서 동작시킨다.
<제4 실시예>
본 발명은 크게 휠체어(100), 휠체어 중력보상부, 제어부 및 서버부로 구성되며, 서버부는 대형병원과 같이 다수의 환자들이 이용하는 공동시설에서 이동이 불편하여 휠체어(100)를 사용하는 환자들의 위치상활 등을 관리하는 목적으로 둘 수 있으며, 그렇지 않은 경우에는 설치하지 않을 수 있다. 역시 제어부에는 서버부와 통신할 수 있는 근거리, 원거리 또는 서버 이외의 제3자와 통신할 수 있는 통신망과 연결되는 장치가 부가될 수 있다. 이 제어기와 통신부를 이용하여 제3자 또는 서버장치는 휠체어(100)의 위치, 이동거리, 필요한 경우 휠체어(100)에 결합된 마이크 및 스피커 등을 통하여 사용자와 통화할 수 있다. 또한 제어기에는 이 출원발명의 중력보상을 위한 경사를 측정하는 센서가 부가될 수 있으며, 센서의 종류는 틸트센서를 포함하여 경사를 측정할 수 있는 센서면 어떠하 타입이든 가능하며, 이외에 충격센서, 배터리 방전 경고 센서, 롤오버(전복)센서 등의 사용도 가능하며, 본 발명은 휠체어(100)의 이동거리의 계산과 휠체어(100)의 현위치 정보를 알기위하여 GPS 센서(210)를 부가하여 사용할 수 있으며, GPS 센서(210)의 부가는 단지 위치와 이동거리의 계산 뿐 아니라, 경사정보도 함께 저장할 수 있도록 함으로써 전자 클러치(320)의 작동을 경사 진입지점에서 정확히 할 수 있어, 사용자의 편리성을 증대시키고, 정밀제어를 가능하게 하며, 서버로부터 공사지역 및 위험정보를 제공받아 이동경로를 수정하거나, 이동시 우회할 수 있는 정보를 제공할 수 있다.
<실시예 5>
본 발명에 있어서 전자 클러치는 경사센서에서 측정하는 경사도의 절대값이 일정 값 이상인 경우에 제어신호를 발생하여 휠체어 본체와 모터의 동력전달을 연결하여 구동되며,
모터 제어기는 휠체어 본체와 모터에서 발생하는 마찰력을 산정하여 모터를 구동함으로써 휠체어 본체와 모터에서 발생하는 마찰력을 보상 제어한다.
<실시예 6>
또한, 본 발명의 모터와 모터 제어기는 휠체어의 구동력 보조 기능을 부가할 수 있도록 구성되어 있어 휠체어 본체와 모터에서 발생하는 마찰력 보상 및 휠체어의 구동력 보조 기능을 선택 또는 동시에 제어할 수 있다.
<실시예 7>
본 발명에 사용되는 경사센서는 2축 이상의 경사를 측정할 수 있는 경사 센서로 구성되고,
상기 경사센서에서 측정한 전후, 좌우의 경사각을 이용하여 상기 휠체어 본체가 전후, 좌우 2방향으로 미끄러지는 경사면에 위치한 경우 전후, 좌우 2 방향의 경사면에서 발생하는 중력을 모두 보상할 수 있도록 모터를 제어할 수 있는 제어기를 제공하였다.
<실시예 8>
본 발명의 제어기는 상기 제어기에 저장된 위치와 경사에 관한 정보는 사용자에 의하여 이동 중 전방의 일정거리에 경사가 있는 것을 GPS 센서를 이용하여 감지하고, 기록된 GPS 센서(210) 정보와 경사 정보를 읽어들여 경사에 의한 중력보상을 상기 제어기에서 실행할 수 있도록 전자 클러치(320)의 작동 제어 신호로 사용한다.
여기서, 보조동력으로 사용하는 전동보조 휠 어셈블리(300)는 전동모터(330), 배터리, 전자클러치(320), 경사센서(220) 및 중력보상 컨트롤러를 구비하여, 휠체어(100)의 이동에 있어서 오르막 경사지에서 평지와 같은 힘으로 이동 또는 정지할 수 있다.
100 : 휠체어
210 : GPS 센서 220 : 경사센서
230 : IOT 및 모터 제어기
300 : 전동보조 휠 어셈블리 310 : 휠 허브
320 : 전자 클러치 330 : 전동모터
400 : 사물인터넷 서버

Claims (23)

  1. 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어에 있어서,
    휠체어(100) 본체, 경사센서(220), 모터, 모터 제어기 및 휠을 포함하여 구성되고,
    상기 경사센서(220)에서 경사가 감지되는 경우 상기 모터제어기와 모터를 이용 경사도와 중력에 의해 휠체어에 가해지는 힘을 하여 보상하는 구동력을 발생하여 휠에 전달하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 휠과 상기 모터 사이의 동력 전달을 제어하는 전자 클러치(320)가 더 부가되고, 상기 전자 클러치(320)는 평지에서는 휠과 모터 사이의 동력전달을 차단하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전자 클러치는 경사센서에서 측정하는 경사도의 절대 값이 일정 값 이상인 경우에 휠체어 본체와 모터의 동력전달을 연결하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모터와 모터 제어기를 이용하여 휠체어 본체와 모터에서 발생하는 마찰력을 보상하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 모터와 모터 제어기를 이용하여 휠체어 본체와 모터에서 발생하는 마찰력 보상 및 휠체어의 구동력 보조 기능을 수행 하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경사센서는 2축 이상의 경사를 측정할 수 있는 경사 센서로 구성되고,
    상기 경사센서에서 측정한 전후, 좌우의 경사각을 이용하여 상기 휠체어 본체가 전후, 좌우 2방향으로 미끄러지는 경사면에 위치한 경우 전후, 좌우 2 방향의 경사면에서 발생하는 중력을 모두 보상 하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어.
  7. 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어에 있어서,
    휠체어(100) 본체, 경사센서(220), 모터, 모터제어기, GPS센서를 포함하여 구성되고,
    상기 경사센서(220)에서 경사가 감지되는 경우 경사도와 중력에 의해 휠체어에 가해지는 힘을 상기 모터제어기와 모터를 이용하여 보상하며, 경사가 감지된 경사도 값과 GPS센서의 위치 정보를 제어기에 저장하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어는 전자 클러치(320)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전자 클러치는 경사센서에서 측정하는 경사도의 절대값이 일정 값 이상인 경우에 휠체어 본체와 모터의 동력전달을 연결하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 모터와 모터 제어기를 이용하여 휠체어 본체와 모터에서 발생하는 마찰력을 보상하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 모터와 모터 제어기를 이용하여 휠체어 본체와 모터에서 발생하는 마찰력 보상 및 휠체어의 구동력 보조 기능을 수행 하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제어기에 저장된 정보는 사용자에 의하여 이동 중 전방의 일정거리에 경사가 있는 것으로 기록된 GPS 센서(210) 정보를 받는 경우에 경사에 의한 중력보상을 제어기에서 실행할 수 있도록 전자 클러치(320) 제어에 사용하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어.
  13. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경사센서는 2축 이상의 경사를 측정할 수 있는 경사 센서로 구성되고,
    상기 경사센서에서 측정한 전후, 좌우의 경사각을 이용하여 상기 휠체어 본체가 전후, 좌우 2방향으로 미끄러지는 경사면에 위치한 경우 전후, 좌우 2 방향의 경사면에서 발생하는 중력을 모두 보상 하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어.
  14. 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어에 있어서,
    휠체어(100) 본체, 경사센서(220), 모터, IOT 및 모터 제어기(230), GPS센서, 및 IOT 서버를 포함하여 구성되고,
    상기 경사센서(220)에서 경사가 감지되는 경우 경사도와 중력에 의해 휠체어에 가해지는 힘을 상기 IOT 및 모터제어기, 모터를 이용하여 보상하며, 경사가 감지된 경사도 값과 GPS센서의 위치 정보를 IOT 및 모터제어기를 통하여 사물인터넷 서버(400)의 사물인터넷 DB에 저장하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어는 전자 클러치(320)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전자 클러치는 경사센서에서 측정하는 경사도의 절대값이 일정 값 이상인 경우에 휠체어 본체와 모터의 동력전달을 연결하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 모터와 모터 제어기를 이용하여 휠체어 본체와 모터에서 발생하는 마찰력을 보상하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 모터와 모터 제어기를 이용하여 휠체어 본체와 모터에서 발생하는 마찰력 보상 및 휠체어의 구동력 보조 기능을 수행 하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 사물인터넷 서버(400)의 사물인터넷 DB에 저장된 정보는 사용자에 의하여 이동 중 전방의 일정거리에 경사가 있는 것으로 기록된 GPS 센서(210) 정보를 받는 경우에 경사에 의한 중력보상을 제어기에서 실행할 수 있도록 전자 클러치(320) 제어에 사용하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어.
  20. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경사센서는 2축 이상의 경사를 측정할 수 있는 경사 센서로 구성되고,
    상기 경사센서에서 측정한 전후, 좌우의 경사각을 이용하여 상기 휠체어 본체가 전후, 좌우 2방향으로 미끄러지는 경사면에 위치한 경우 전후, 좌우 2 방향의 경사면에서 발생하는 중력을 모두 보상하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어.
  21. 제8항에 있어서,
    상기 모터와 모터 제어기를 이용하여 휠체어 본체와 모터 및 전자 클러치에서 발생하는 마찰력을 보상하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어.
  22. 제8항에 있어서,
    상기 모터와 모터 제어기를 이용하여 휠체어 본체와 모터 및 전자 클러치에서 발생하는 마찰력 보상 및 휠체어의 구동력 보조 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어.
  23. 제15항에 있어서,
    상기 모터와 모터 제어기를 이용하여 휠체어 본체와 모터 및 전자 클러치에서 발생하는 마찰력 보상 및 휠체어의 구동력 보조 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 중력보상을 위한 동력보조장치를 구비한 휠체어.
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