KR20180114582A

KR20180114582A - 스마트폰을 이용한 휠체어 자율주행시스템

Info

Publication number: KR20180114582A
Application number: KR1020170046428A
Authority: KR
Inventors: 제양규
Original assignee: 피플리안주식회사
Priority date: 2017-04-11
Filing date: 2017-04-11
Publication date: 2018-10-19

Abstract

휠체어 사용자가 휠체어에서 하차한 후에 외부의 도움없이 휠체어가 자동 충전을 위해 이동할 때, 또 휠체어가 특정한 지점으로 이동하여 주차하려고 할 때 자율주행장치가 필요하다. 특히 자율 주행 구간 가운데 장애물이 있을 때 주행 경로 설계가 필요하다.
최근 휠체어에서 많이 장착되고 있는 BLDC 모터에는 회전속도를 측정할 수 있는 장치가 설치되어 있어 이를 이용하면 휠체어가 실제 주행한 거리와 방향을 정확히 측정할 수 있다.
본 특허에서는 많은 사람들이 사용하고 있는 스마트폰을 이용하여 주행 경로를 설계하고, 설계된 경로에 따라 주행 방향과 거리를 휠체어 컨트롤러에 송신하여 휠체어가 자율 주행하도록 한다. 휠체어 컨트롤러는 실제 주행 방향과 거리를 측정하여 스마트폰으로부터 수신된 휠체어 주행 방향과 거리와 비교하여 지속적으로 수정 제어함으로써 정확한 주행이 가능하도록 한다.

Description

스마트폰을 이용한 휠체어 자율주행시스템 {Self Driving System of Wheelchair using Smartphone}

휠체어 사용자가 휠체어에서 하차한 후 외부의 도움 없이 휠체어를 특정한 위치로 이동하여 주차하고 싶거나 휠체어를 자동 충전하고 싶을 때 휠체어는 목표한 지점까지 자율적으로 운전할 수 있어야 한다. 이때 휠체어 사용자는 스마트폰을 활용하여 주행 경로를 설계하고 설계된 경로를 따라 휠체어가 자율주행할 수 있는 시스템에 관한 것이다.

고령화 사회 가운데 간호 인력의 지원이 쉽지 않아지면서 휠체어 사용자들에게 독립적 생활을 지원하는 것이 점차 더욱 중요해 지고 있다.

지금 많이 사용되고 있는 전동휠체어는 납축전지와 기어드 DC모터 등으로 구성되어 있어 무게가 100kg을 넘고, 부피도 매우 커서 일반 자동차에는 실을 수가 없다. 9인승 이상 되는 차량에만 실을 수 있다. 휠체어 사용자가 전동휠체어를 타고 갈 수 없는 장거리를 움직여야 할 경우 주변으로부터 도움을 받아야 한다. 예를 들면 지자체의 도움을 받아 장애인 지원차량을 지원받는 방법이 있다. 장애인 지원차량에는 크고 무거운 전동휠체어를 탑재할 수 있는 장치가 설치되어 있다. 장애인 지원차량을 활용하여 휠체어를 싣고 목적지에 도착한 후 휠체어를 다시 내려서 사용해야 한다. 이를 위해서는 장애인 지원차량과 지원 인력의 도움을 받아야 한다.

최근 전기자동차 기술이 급속히 개발되면서 가벼우면서 고성능 모터가 많이 개발되고 있으며, 배터리 용량이 크게 개선되고 있다. BLDC모터와 리튬배터리 등으로 구성된 최신 전동휠체어는 무게가 30kg을 넘지 않고, 또 쉽게 접을 수 있어서 승용차 트렁크에 실을 수 있다.

전동휠체어가 가벼워지고 또 접을 수 있어서 승용차 트렁크에 휠체어를 실을 수 있어도 여전히 간호 인력의 지원을 받아야 가능하다. 장애인들이 승용차를 이용하여 직장을 출퇴근하거나 원거리를 운전하려고 할 때 휠체어를 승용차에 탑재하고 또 내리기 위해 항상 옆에서 누군가가 도와주어야 한다면 여전히 매우 큰 부담이 될 것이다.

그림 1에서 볼 수 있는 것과 같이 전동휠체어에서 자동차로 승차한 다음 운전석 옆에 남아 있는 휠체어가 자율 주행하여 승용차 트렁크에까지 운전하고, 승용차 트렁크 내부에 있는 로봇암이 나와 휠체어를 트렁크에 싣거나 내릴 수 있으면, 장애인 혼자서 손쉽게 차량을 활용할 수 있을 것이다. 장애인은 집에서 전동휠체어를 타고 승용차 운전석 옆으로 와서 운전석에 승차한 후에, 휠체어는 자율 주행하여 승용차 트렁크 뒤로 가면 트렁크에서 로봇암이 나와 휠체어를 트렁크에 실을 수 있다. 승용차가 목적지에 도달한 후에 승용차 트렁크가 열리고 로봇암이 휠체어를 내어놓으면 휠체어는 자율 주행하여 운전석 옆으로 오면 승용차에서 내려 휠체어를 탈 수 있을 것이다. 이런 시스템이 지원되면 장애인 및 고령인 혼자서 독립적인 활동이 가능하다.

BLDC 모터에는 모터 회전속도 및 회전각도를 측정할 수 있는 장치가 함께 부착되어 있어 휠체어가 움직인 거리와 방향을 정확히 측정할 수 있다. 사전에 설계된 거리와 방향에 따라 정확한 주행이 가능하다. 또 로봇기술이 발전하면서 휠체어는 승하차를 지원하고, 또 자율적으로 접힐 수 있어서 부피를 최소화할 수 있다.

또 고령자나 장애인이 집에서 생활하다가 침대에 눕고 난 다음 전동휠체어를 자동 충전시키려 할 때, 그림 2에서 볼 수 있는 것과 같이 전동 휠체어는 사전에 설계된 경로를 따라서 자율적 주행한 후에 자동충전기에서 충전이 가능하다. 또 침대에서 일어난 후에 전동휠체어를 부르면, 전동휠체어는 사전에 설계된 경로를 따라서 침대 옆까지 자율 주행할 수 있다. 휠체어의 이러한 자율 주행은 장애인이나 고령인의 독립적 생활을 크게 지원할 수 있을 것이다.

휠체어가 자율 주행하기 위해서는 경로를 설계할 수 있어야 한다. 설계된 경로에 따라서 휠체어는 지시된 거리와 방향을 주행할 수 있어야 한다. 또 실제 주행한 거리와 방향을 측정하여 오차를 계산하고 수정 제어할 수 있어 지시된 거리와 방향을 정확히 주행할 수 있어야 한다.

휠체어의 자율 주행을 위한 경로를 설계하기 위해서는 많은 사람들이 사용하고 있는 스마트폰을 활용한다. 스마트폰에 입력된 지도에 출발점과 도착점을 표시하고 스마트폰은 출발점과 도착점사이의 경로를 설계한 다음, 출발점에서 도착점까지의 거리와 방향을 계산하게 한다.

스마트폰은 경로를 설계한 후에 휠체어가 움직여야 할 거리와 방향을 계산하고 통신을 통해 휠체어에 지시한다. 휠체어는 통신을 통해 스마트폰으로부터 전달된 거리와 방향을 움직이고, 실제 움직인 거리와 방향을 확인하고 오차를 스스로 수정 제어한다.

간호 인력이 부족한 가운데 휠체어 자율 주행 장치는 장애인들이나 고령인의 독립생활을 지원할 수 있다. 또 자율 주행을 통해 휠체어를 자동 충전하거나 승용차 트렁크 탑재를 지원할 수 있기 때문에 사용자의 편의성을 크게 향상시킬 수 있다. 특히 많은 사람들이 사용하고 있는 스마트폰을 이용한 휠체어 자율 주행 장치이기 때문에 매우 저렴하게 사용할 수 있다.

그림 1은 휠체어를 승용차 트렁크에 탑재하기 휠체어가 승용차 트렁크까지 자율 주행하는 모습을,
그림 2는 휠체어 사용자가 휠체어로부터 하차한 후 자동 충전하기 위해 휠체어가 자율 주행하는 모습을
그림 3은 스마트폰을 이용하여 경로를 설계하고, 설계된 경로에 따라 휠체어가 자율 주행하는 과정을
각각 나타내고 있다.

많은 사람들이 사용하고 있는 스마트폰은 휠체어에 손쉽게 탈부착이 가능하다. 스마트폰에 설치된 앱(200)을 통해서 자율 주행을 위한 경로를 설계할 수 있다.

그림 3과 같이 스마트폰에 입력되어 있는 지도(210)에 출발점과 도착점을 입력(220)하면 출발점에서부터 도착점까지의 경로 설계(240)가 가능하다. 스마트폰 앱(200)은 지도상에 표시된 출발점과 도착점 사이에 있는 장애물을 고려하여 경로를 설계하고 주행해야 할 방향과 거리를 계산(250)한다. 스마트폰 앱(200)은 사용자로부터 입력되거나 경로설계에 따라 계산된 주행 방향과 거리를 통신을 통해 휠체어 컨트롤러(300)로 송신한다.

휠체어 컨트롤러(300)는 스마트폰 앱(200)으로부터 수신된 휠체어 주행 방향과 거리에 따라 구동모터(330)에 구동을 지시(320)한다. 구동모터(330)는 휠체어 컨트롤러(300)로부터 지시된 주행 방향과 거리에 따라 휠체어 바퀴(340)를 구동한다. 또 바퀴의 회전속도 혹은 회전각도를 측정(350)한다. 휠체어 컨트롤러(300)는 측정된 회전속도 혹은 회전각도(350)로부터 휠체어가 실제 움직인 거리와 방향을 계산한다(360). 휠체어 컨트롤러가 지시(320)한 거리와 방향과 실제 움직임 거리와 방향(360)을 서로 비교하여 오차를 계산(370)하고 제어기(380)를 통하여 오차를 수정한다.

휠체어가 도착점에 가까이 왔을 때 도착점에 설치된 자외선이나 초음파 등의 신호발신장치로부터 신호를 수신할 수 있으면 손쉽고 정밀한 도착이 유도될 수 있다. 다수의 신호발신장치가 있으면 최종 도착점과 휠체어 사이의 방향과 거리도 계산할 수 있어 좀 더 정밀한 도착이 유도될 수 있다. 또 휠체어에 카메라가 부착되어 있으며, 도착점에 가까이 왔을 때 카메라를 통하여 수신된 영상을 활용할 수 있으면 정밀한 도착이 유도될 수 있다.

휠체어 컨트롤러(300)는 주행하는 동안에 실제로 주행한 거리와 방향을 스마트폰 앱(200)으로 전송하여 스마트폰 앱의 지도에 실제 주행상황을 표시할 수 있다.

Claims

휠체어에 손쉽게 탈부착이 가능한 스마트폰과;
휠체어가 순차적으로 움직여야 할 거리와 방향을 사용자로부터 입력받거나 계산하는 요소(250)와, 움직여야 할 거리와 방향을 휠체어 컨트롤러(300)에 송신하거나 혹은 휠체어 컨트롤러(300)로부터 휠체어의 각종 작동 정보를 수신할 수 있는 통신 요소(260) 등으로 구성된 스마트폰 앱(200)과;
스마트폰 앱(200)으로부터 구동해야 할 거리 및 방향 등의 정보를 수신하거나 휠체어가 주행한 거리 및 방향을 송신하는 통신 요소(310)와, 작동해야 할 거리와 방향에 따라 휠체어가 움직일 수 있도록 구동모터에 구동을 지시할 수 있는 요소(320)와, 구동모터(330)로부터 측정된 바퀴의 회전 속도 혹은 회전 각도로부터 휠체어의 움직인 거리와 방향을 계산할 수 있는 요소(360)와, 지시된 거리와 방향과 실제 움직인 거리와 방향과의 오차를 계산하는 요소(370)와, 오차를 수정할 수 있는 제어기 요소(380) 등으로 구성된 휠체어 컨트롤러(300)와;
휠체어 컨트롤러(300)로부터 지시(320)를 받아 휠체어 바퀴(340)를 구동할 수 있는 구동모터(330)와 바퀴의 회전 속도 혹은 회전 각도를 측정할 수 있는 장치(350) 등을 포함하는 휠체어 자율주행시스템
청구항 1에서;
목표한 도착점에 휠체어가 가까이 왔을 때 도착점에 설치된 신호발신장치로부터 신호를 수신하거나 휠체어에 부착된 카메라를 통하여 수신된 영상을 활용하여 정밀한 도착이 유도될 수 있는 휠체어 자율주행시스템
청구항 1에서;
장애물을 피하거나 복잡하고 정밀한 주행을 위해 스마트폰 앱에 입력된 지도(210)에 휠체어가 현재 주차해 있는 출발점과 휠체어가 가려고 하는 도착점을 입력(220)하여 경로를 설계(240) 할 수 있는 스마트폰 앱(200)을 포함하는 휠체어 자율주행시스템
청구항 3에서;
스마트폰 앱에 입력된 지도(210)에 휠체어가 현재 주차해 있는 출발점과 휠체어가 가려는 도착점을 입력(220)할 때 초기 운전 방향을 설정하기 위하여 출발점에 있는 휠체어의 주행 방향을 입력할 수 있는 휠체어 자율주행시스템
청구항 1에서;
휠체어 컨트롤러(300)는 주행하는 동안에 실제로 주행한 거리와 방향을 스마트폰 앱(200)으로 전송하여 스마트폰 앱(200)에 휠체어의 실제 주행상황을 표시할 수 있는 휠체어 자율주행시스템