KR20210041234A - Driving control system for electrical wheelchair - Google Patents

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KR20210041234A
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Abstract

The present invention relates to an electric wheelchair driving control system with improved straight driving performance comprising: a control signal generator for generating a drive or turn signal of an electric wheelchair which is accelerated or decelerated through a low pass filter (LPF) after receiving an operation signal of a joystick; and a motor controller having a dynamics model setting part to which a disturbance observer (DOB) is applied and a speed controller based on a yaw moment observer (YMO) to control driving of a motor using a signal of the control signal generator. Therefore, driving is controlled according to a straight direction dynamics model and a rotational direction dynamics model, set by the dynamics model setting part, and a parameter, set by the speed controller.

Description

직진 주행성을 향상시킨 전동 휠체어 주행 제어 시스템{Driving control system for electrical wheelchair}Driving control system for electrical wheelchair with improved straightness driving ability

본 발명은 직진 주행 성능을 향상시킨 전동 휠체어 주행 제어 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an electric wheelchair travel control system with improved straight travel performance.

일반적으로 휠체어는 수동식과 전동식으로 분류되며, 수동식은 보호자나 사용자의 힘으로 이동하는 휠체어이며, 전동식은 축전지의 전원으로 일반 DC 구동모터나 BLDC(BrushLess DC)구동모터를 구동하여 속도를 조종하는 휠체어이다. In general, wheelchairs are classified into manual and electric types, and the manual type is a wheelchair that moves by the power of a guardian or user, and the electric type is a wheelchair that controls the speed by driving a general DC drive motor or a BLDC (BrushLess DC) driven motor with the power of a storage battery. to be.

전동 휠체어는 사용자의 조종기인 조이스틱에 의하여 방향 및 속도의 정보를 휠체어 제어 CPU에 전달하여 방향과 속도가 제어된다. 즉, 전동 휠체어는 전, 후, 좌, 우의 방향 및 속도는 조이스틱으로 제어하여 설정된 방향과 속도에 대하여 사용자가 조이스틱을 조종하여 원하는 방향으로 조이스틱의 기울임에 비례하는 속도를 갖고 주행하는 것을 특징으로 한다.In the electric wheelchair, the direction and speed are controlled by transmitting information of the direction and speed to the wheelchair control CPU by a joystick, which is a user's manipulator. That is, the electric wheelchair is characterized in that the front, rear, left and right directions and speeds are controlled with a joystick, and the user controls the joystick for the set direction and speed, and travels with a speed proportional to the tilt of the joystick in a desired direction. .

일반적인 전동 휠체어는 도로의 기울기 사정과 상관없이 설정된 제동력으로 정지 제동시 제동되고, 사용자가 연속 주행으로 속도 변화만 줄 경우에는 구동모터는 조이스틱의 각도에 따라 가속 및 감속이 이루어진다. 또한, 전동 휠체어는 사용자가 방향을 선회하고자 하는 경우 조이스틱을 전후 방향에서 좌우 방향으로 전환하거나, 좌우 방향에서 전후 방향으로 전환하는 조작에 따른다.A general electric wheelchair is braked at a stop braking with a set braking force irrespective of the slope of the road, and when the user only changes the speed through continuous driving, the driving motor accelerates and decelerates according to the angle of the joystick. In addition, in the electric wheelchair, when the user wants to turn the direction, the joystick is switched from the front-rear direction to the left-right direction, or according to the operation of switching from the left-right direction to the front-rear direction.

이와 같이 전동 휠체어는 조이스틱을 이용한 사용자의 간단한 조작으로, 주행, 방향 전환 및 제동이 쉽게 제어될 수 있어, 수동 휠체어에 비하여 혁신적인 편의성을 제공하고 있다.As described above, the electric wheelchair can be easily controlled by a user with a simple operation using a joystick, and driving, turning, and braking can be easily controlled, providing innovative convenience compared to a manual wheelchair.

이러한 전동 휠체어의 제어는 지면이 요철이나 기울기가 없이 평평한 이상적이 조건(실내환경)에서는 직진, 후진, 방향 전환 등이 정확하게 제어되면서 주행이 이루어질 수 있다. 그러나 실외 환경과 같은 현실적인 상황에서는 지표면이 이상적으로 평평하지 못할 뿐만 아니라 요철, 경사 등과 같은 위험한 요소들이 항상 존재한다. 실외 환경에서 주행하는 전동 휠체어는 오목한 함몰된 곳이나 경사가 있는 곳 등을 통과할 때나 사용자의 무게 중심이 일측으로 치우쳐진 경우 휠체어의 중심이 흐트러지고, 방향이 전환되어 직진 주행 성능이 급격히 떨어져 순간적으로 사용자가 의도한 방향과 다른 방향으로 진행하여 큰 위험을 초래하는 경우가 자주 발행한다. 따라서 전동 휠체어에 있어서, 미세한 요철이 있거나 경사가 있는 환경 및 사용자의 무게 중심이 좌측 또는 우측으로 치우져진 조건에서도 전후 방향의 직진 주행성능 및 방향 전환의 정확성 등이 보완되어야 할 필요성이 강하게 요구되고 있다.In the control of the electric wheelchair, in an ideal condition (indoor environment) where the ground is flat without irregularities or inclinations, straight forward, backward, and direction change can be accurately controlled while driving. However, in a realistic situation such as an outdoor environment, not only the ground surface is not ideally flat, and dangerous factors such as irregularities and slopes always exist. Electric wheelchairs running in outdoor environments are instantaneous when passing through a concave or inclined place, or when the user's center of gravity is shifted to one side, the center of the wheelchair is disturbed and the direction of the wheelchair is changed, resulting in a sudden drop in straight driving performance. As a result, it is often issued that the user proceeds in a direction different from the intended direction, causing a great risk. Therefore, in an electric wheelchair, there is a strong need to supplement the performance of straight forward and backward driving and the accuracy of direction change even in an environment with fine irregularities or an incline and a condition in which the user's center of gravity is shifted to the left or right. .

또한, 종래의 전동 휠체어는 가속 또는 감속시 조이스틱의 조작에서 발생되는 신호가 구동모터를 거쳐 바퀴에 전달되는데, 조이스틱을 이용한 가속 및 감속시 불연속적인 패턴이 감지되어 사용자가 가속 및 감속에 신속히 대응하지 못하는 문제점이 있다. 이러한 불연속적인 가속 및 감속 패턴은 전동 휠체어의를 직진 동작에서 선회 동작으로 혹은 선회 동작에서 직진 동작으로 전환하는 경우에도 나타난다.In addition, in the conventional electric wheelchair, a signal generated by operation of a joystick during acceleration or deceleration is transmitted to the wheel through a drive motor.A discontinuous pattern is detected during acceleration and deceleration using a joystick, so that the user does not respond quickly to acceleration and deceleration. There is a problem that cannot be done. This discontinuous acceleration and deceleration pattern also appears when the electric wheelchair is switched from a straight motion to a turning motion or from a turning motion to a straight motion.

또한, 종래의 전동 휠체어는 조이스틱과 함께 기능 버튼부를 구비한다. 기능 버튼부는 온오프, 운전모드 등 다양한 기능을 위한 다수의 버튼들을 포함하고, 사용자는 전동 휠체어의 온오프 조작, 운전모드 선택 등을 위하여 조이스틱과 별도로 기능버튼을 누르는 조작을 하여야 한다. 이러한 기능 버튼의 누름 조작은 일반인의 입장에서는 쉽게 조작될 수 있으나, 신체가 불편한 사용자의 경우 기능 버튼 조작에 어려움을 갖는 문제점이 있다.In addition, a conventional electric wheelchair includes a joystick and a function button. The function button unit includes a plurality of buttons for various functions such as on-off and driving mode, and the user must operate to press the function button separately from the joystick for on-off operation of the electric wheelchair and selection of driving mode. The pressing operation of such a function button can be easily operated from the standpoint of a general person, but there is a problem in that a user with a physical discomfort has difficulty in manipulating the function button.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 지표면이 균일하지 않은 실외에서도 방향이 흐트러지지 않고 직진으로 안정적으로 주행할 수 있도록 하는 전동 휠체어 주행 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been proposed in order to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an electric wheelchair driving control system capable of stably driving straight ahead without being disturbed even when the ground surface is uneven outdoors.

또한, 본 발명은 사용자의 무게 중심이 휠체어의 좌측 또는 우측으로 치우쳐진 상태에서 조이스틱을 조작시에도 직진 방향으로 주행할 수 있는 전동 휠체어 주행 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide an electric wheelchair driving control system capable of driving in a straight direction even when a joystick is operated in a state in which a user's center of gravity is shifted to the left or right side of the wheelchair.

또한, 본 발명은 전동 휠체어의 가속이나 감속 또는 방향 선회시 나타나는 불연속적인 패턴을 제거하여 안전성을 향상시킬 수 있는 전동 휠체어 주행 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide an electric wheelchair driving control system capable of improving safety by removing discontinuous patterns that appear when accelerating, decelerating, or turning the electric wheelchair.

또한, 본 발명은 조이스틱의 조작만으로 쉽게 조작이 가능하도록 하여 사용자의 편의성을 향상시키는 전동 휠체어 주행 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide an electric wheelchair driving control system that improves the user's convenience by enabling easy operation only by manipulating a joystick.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 직진 주행성을 향상시킨 전동 휠체어 주행 제어 시스템은, 조이스틱의 조작 신호를 수신한 후 LPF(Low Pass Filter)를 통하여 가감속된 전동 휠체어의 주행 또는 회전 신호를 생성하는 제어신호 생성부, 및, DOB(Disturbance OBserver)가 적용되는 동역학 모델 설정부와 YMO(Yaw Moment Observer) 기반의 속도 제어기를 구비하여 상기 제어신호 생성부의 신호를 이용하여 모터의 구동을 제어하는 모터 제어부를 포함하여, 상기 동역학 모델 설정부에서 설정된 직진 방향 동역학 모델 및 회전 방향 동역할 모델과, 상기 속도 제어기에서 설정된 파라미터에 의하여 주행이 제어된다.In order to achieve the above object, the electric wheelchair driving control system of the present invention that improves the straight driving performance of the present invention generates a driving or rotation signal of an electric wheelchair accelerated or decelerated through a low pass filter (LPF) after receiving an operation signal of a joystick. A motor that controls the driving of the motor by using a signal from the control signal generation unit by having a control signal generation unit, a dynamic model setting unit to which a disturbance object (DOB) is applied, and a speed controller based on YMO (Yaw Moment Observer). Including a control unit, the driving is controlled by the straight direction dynamic model and the rotation direction dynamic role model set in the dynamic model setting unit, and a parameter set in the speed controller.

또한, 본 실시예의 전동 휠체어 주행 제어 시스템에 있어서, 상기 조이스틱은, 4개의 홀 센서(A,B,C,D)를 포함하고, 기준 전압을 중심으로, 전후 방향의 한 쌍의 홀 센서(A,C) 사이에 저전압과 고전압이 각각 설정되고, 좌후 방향의 한 쌍의 홀 센서(B,D) 사이에 저전압과 고전압이 각각 설정되며, 상기 제어신호 생성부는, 한 쌍의 홀 센서(A,C 또는 B,D) 사이에 인가되는 전압이 기준 전압에 대하여 저전압인지 또는 고전압인지에 따라 전진, 후진, 좌회전, 우회전의 신호를 생성할 수 있다.In addition, in the electric wheelchair travel control system of the present embodiment, the joystick includes four Hall sensors (A, B, C, D), and a pair of Hall sensors (A) in the front and rear directions based on a reference voltage. A low voltage and a high voltage are respectively set between ,C), a low voltage and a high voltage are respectively set between a pair of Hall sensors B and D in the left and rear direction, and the control signal generator includes a pair of Hall sensors A and Depending on whether the voltage applied between C or B and D) is a low voltage or a high voltage with respect to the reference voltage, signals of forward, backward, left turn, and right turn may be generated.

또한, 본 실시예의 전동 휠체어 주행 제어 시스템에 있어서, 상기 동역학 모델 설정부는,In addition, in the electric wheelchair travel control system of this embodiment, the dynamics model setting unit,

Figure pat00001
Figure pat00001

의 DOB가 적용되고(여기서, a는 외란, P는 실제 시스템, Qi와 QFF는 YMO와 Feed-forward의 Cutoff 주파수이다), 상기 직진 방향 동역학 모델은 Plong(s)=1/(24s+15) 로 모델링되며, 상기 회전 방향 동역학 모델은 Prot(s)=1/(29.6s+21.4)로 모델링될 수 있다.The DOB of is applied (where a is the disturbance, P is the actual system, Q i and Q FF are the cutoff frequencies of YMO and feed-forward), and the linear dynamic model is P long (s) = 1/(24s) +15), and the rotation direction dynamics model may be modeled as P rot (s) = 1/(29.6s+21.4).

또한, 본 실시예의 전동 휠체어 주행 제어 시스템에 있어서, 상기 속도 제어기는,In addition, in the electric wheelchair travel control system of this embodiment, the speed controller,

Figure pat00002
Figure pat00002

의 DOB가 적용되고, Kp=0.25, Ki=0.0035, Jn=0.006, Bn=0.003, Qi=15Hz, QFF=3Hz로 설정될 수 있다(여기서, Jn과 Bn은 시스템의 공칭모델, Qi와 QFF는 YMO와 Feed-forward의 Cutoff 주파수이다). DOB of is applied, and Kp=0.25, Ki=0.0035, J n =0.006, B n =0.003, Q i =15Hz, Q FF =3Hz can be set (where J n and B n are the nominal of the system Model, Q i and Q FF are cutoff frequencies of YMO and Feed-forward).

본 발명은 모터의 구동을 제어하는 동역학 모델로 DOB를 적용하고, 전동 휠체어에 최적화된 직진 동역할 모델 및 회전 동역학 모델을 도출하여 설정함으로써, 직진 및 회전시 외란을 최소로 하여 안정적인 주행이 이루어질 수 있다.The present invention applies DOB as a dynamics model for controlling the driving of a motor, and by deriving and setting a linear dynamics model and a rotational dynamics model optimized for electric wheelchairs, stable driving can be achieved by minimizing disturbances when going straight and rotating. have.

또한, 본 발명은 조이스틱에서 전달되는 조작 신호를 1차 필터링하여 주행 신호를 생성함으로써, 가감속에 대한 안정적인 주행성을 나타낸다.In addition, in the present invention, a driving signal is generated by first filtering an operation signal transmitted from a joystick, thereby exhibiting stable driving performance for acceleration/deceleration.

또한, 본 발명은 조이스틱의 조작만으로 방향 전환, 가감속이 가능하여 사용자의 편리성이 향상된다. In addition, according to the present invention, direction change and acceleration/deceleration are possible only by operation of a joystick, thereby improving user convenience.

도 1은 본 실시예에 따른 전동 휠체어를 나타낸 사시도,
도 2는 본 실시예의 전동 휠체어 주행 제어 시스템의 주요 구성을 나타낸 블록도,
도 3은 본 실시예의 조이스틱의 출력 범위를 나타낸 개념도,
도 4는 본 실시예에 따른 전동 휠체어 주행 제어 시스템의 동역학 모델 도출을 위한 DOB 시스템을 나타낸 블록 다이어그램,
도 5는 본 실시예에 따른 전동 휠체어 주행 제어 시스템의 신호 전달 프로세스를 나타낸 블록도,
도 6은 도 5의 주요부인 조이스틱과 모터유닛의 신호 파형을 나타낸 그래프,
도 7은 본 실시예에 따른 전동 휠체어 주행 제어 시스템의 YMO 기반 속도 제어기 구현을 위한 DOB 시스템을 나타낸 블록 다이어그램,
도 8은 본 실시예에 따른 직진 주행성 평가 실험을 나타낸 도면,
도 9는 본 실시예와 종래의 기술에 따른 전동 휠체어의 직진 주행성 결과를 나타낸 도면.
1 is a perspective view showing an electric wheelchair according to the present embodiment,
2 is a block diagram showing the main configuration of the electric wheelchair travel control system of the present embodiment;
3 is a conceptual diagram showing the output range of the joystick of the present embodiment;
4 is a block diagram showing a DOB system for deriving a dynamic model of the electric wheelchair driving control system according to the present embodiment;
5 is a block diagram showing a signal transmission process of the electric wheelchair driving control system according to the present embodiment;
6 is a graph showing signal waveforms of a joystick and a motor unit, which are main parts of FIG. 5;
7 is a block diagram showing a DOB system for implementing a YMO-based speed controller of the electric wheelchair driving control system according to the present embodiment;
8 is a diagram showing an experiment for evaluating straight-line driving performance according to the present embodiment;
9 is a view showing the result of the straight driving performance of the electric wheelchair according to the present embodiment and the prior art.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다.The present invention and the technical problem achieved by the implementation of the present invention will be clarified by the preferred embodiments described below. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

후술되는, 본 실시예의 차이는 상호 배타적이지 않은 사항으로 이해되어야 한다. 즉 본 발명의 기술 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은, 일 실시예에 관련하여 다른 실시예로 구현될 수 있으며, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 변경될 수 있음이 이해되어야 하며, 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이, 면적 및 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 본 실시예의 설명에 있어서, 상, 하, 전, 후 등과 같은 표현은 서로 상대적인 위치나 방향을 나타내는 것으로, 그 기술적 의의가 사전적 의미에 구속되는 것은 아니라 할 것이다.It should be understood that the differences between the present embodiments, which will be described later, are not mutually exclusive. That is, without departing from the spirit and scope of the present invention, specific shapes, structures, and characteristics described may be implemented in other embodiments in relation to one embodiment, and the location of individual components within each disclosed embodiment. Alternatively, it should be understood that the arrangement may be changed, and similar reference numerals in the drawings refer to the same or similar functions over various aspects, and the length, area, thickness, and the like may be exaggerated and expressed for convenience. In the description of the present embodiment, expressions such as up, down, before, after, etc. represent positions or directions relative to each other, and the technical significance thereof is not limited to the dictionary meaning.

도 1은 본 실시예에 따른 전동 휠체어를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 실시예의 전동 휠체어 주행 제어 시스템의 주요 구성을 나타낸 블록도이며, 도 3은 본 실시예의 조이스틱의 출력 범위를 나타낸 개념도이다.1 is a perspective view showing an electric wheelchair according to the present embodiment, FIG. 2 is a block diagram showing the main configuration of the electric wheelchair travel control system of the present embodiment, and FIG. 3 is a conceptual diagram showing the output range of the joystick of the present embodiment.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 실시예의 전동 휠체어(10)는 사용자가 앉을 수 있는 의자(11)와, 의자 후방에 설치되는 등받이(12), 의자의 좌우측 상부에 설치되는 팔걸이(13), 의자 하부에 마련되는 주행 제어 어셈블리(15), 의자 하부의 후방에 설치되는 전동 휠(16) 및 의자 하부의 전방에 설치되는 조향 휠(17)을 포함하고, 일 측 팔걸이(13)에는 사용자 조작을 위한 스틱(14)이 마련된다. First, referring to FIG. 1, the electric wheelchair 10 of this embodiment includes a chair 11 on which a user can sit, a backrest 12 installed at the rear of the chair, armrests 13 installed on the left and right upper portions of the chair, It includes a travel control assembly 15 provided under the chair, an electric wheel 16 installed at the rear of the lower chair, and a steering wheel 17 installed at the front of the lower chair, and one armrest 13 has a user operation. A stick 14 is provided for it.

상기와 같은 구성의 전동 휠체어(10)는 사용자가 앉은 상태에서 스틱(14)의 방향과 기울기를 조작함으로써 전후방 주행, 좌우 방향 전환을 제어하고, 스틱(14)에서 발생되는 조작 신호는 주행 제어 어셈블리(15)로 전달된다. 또한, 주행 제어 어셈블리(15)는 스틱(14)에서 전달되는 신호에 따라 전동 휠(16)의 구동을 제어하여 사용자의 의도에 따라 전동 휠체어(10)가 주행하도록 한다. 따라서 본 실시예의 전동 휠체어(10)는 스틱(14)에서 전달되는 신호에 따라 주행 제어 어셈블리(15)에서 주행을 제어하게 된다. 이하에서, 주행 제어 어셈블리(15)에서 이루어지는 전동 휠체어(10)의 주행 제어 시스템에 대하여 구체적으로 살펴본다.The electric wheelchair 10 having the above configuration controls the forward and backward travel and the left and right direction change by manipulating the direction and the inclination of the stick 14 while the user is seated, and the operation signal generated from the stick 14 is a driving control assembly. It is conveyed to (15). In addition, the driving control assembly 15 controls the driving of the electric wheel 16 according to a signal transmitted from the stick 14 so that the electric wheelchair 10 travels according to the intention of the user. Accordingly, in the electric wheelchair 10 of the present embodiment, the driving control assembly 15 controls the driving according to the signal transmitted from the stick 14. Hereinafter, the traveling control system of the electric wheelchair 10 made in the traveling control assembly 15 will be described in detail.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 전동 휠체어 주행 제어 시스템(100)은 사용자 조작을 위한 조작부(110)와, 조작부(110)에서 입력되는 신호를 이용하여 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부(120)와, 제어신호에 따라 모터의 구동을 제어하는 모터 제어부(130)와, 모터 제어부(130)의 신호에 따라 전동 휠체어를 구동하는 구동부(140)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the electric wheelchair driving control system 100 of the present embodiment includes an operation unit 110 for user manipulation and a control signal generation unit 120 that generates a control signal using signals input from the operation unit 110. ), a motor control unit 130 for controlling driving of a motor according to a control signal, and a driving unit 140 for driving an electric wheelchair according to a signal from the motor control unit 130.

구체적으로 살펴보면, 조작부(110)는 사용자가 전동 휠체어를 조작하기 위한 구성으로, 조이스틱(111)과 파워버튼(112)만으로 구성되며, 일 측의 손잡이부에 마련된다. 즉, 본 실시예의 조작부는 조이스틱(111)을 통하여 가속, 감속 및 방향 전환 조작이 가능하도록 구성되고, 터치 또는 스위칭 방식의 버튼은 전동 휠체어에 전원을 공급하는 파워버튼(112) 만으로 구성된다.Specifically, the operation unit 110 is a configuration for a user to manipulate an electric wheelchair, and is composed of only the joystick 111 and the power button 112, and is provided on the handle of one side. That is, the operation unit of the present embodiment is configured to enable acceleration, deceleration, and direction change operation through the joystick 111, and the touch or switching type button is composed of only the power button 112 that supplies power to the electric wheelchair.

조이스틱(111)은 통상적인 스틱 구조를 이룰 수 있으며, 도 3과 같이 중앙을 기준으로 전, 후, 좌, 우측에 배치되는 4개의 홀 센서(A,B,C,D)를 구비한다. 조이스틱(111)은 각 위치의 홀 센서(A,B,C,D)에 인가되는 전압에 따라 전후 방향 주행 또는 좌우 방향 선회와 같은 신호를 발생한다. 일 예로, 본 실시예의 조이스틱(111)은 기준 전압이 2.5v로 설정되고, 전후 방향의 홀 센서(A,C)에 각각 0.8v 내지 4.2v의 전압을 인가하고, 좌우 방향의 홀 센서(B,D)에 0.8v 내지 4.2v의 전압을 인가한다. 이와 같이 본 실시예의 조작부(110)는 조이스틱(111)의 조작만으로 주행, 선회 및 가감속이 동시에 이루어질 수 있어, 사용자 조작의 편의성이 향상될 수 있다.The joystick 111 may have a conventional stick structure, and includes four Hall sensors (A, B, C, D) arranged in front, rear, left, and right sides with respect to the center as shown in FIG. 3. The joystick 111 generates a signal such as traveling in the front and rear directions or turning in the left and right directions according to the voltage applied to the Hall sensors A, B, C, and D at each position. As an example, the joystick 111 of the present embodiment has a reference voltage set to 2.5v, a voltage of 0.8v to 4.2v is applied to the Hall sensors A and C in the front and rear directions, respectively, and the Hall sensors B in the left and right directions are applied. A voltage of 0.8v to 4.2v is applied to ,D). As described above, the operation unit 110 according to the present embodiment can simultaneously perform driving, turning, and acceleration/deceleration only by manipulating the joystick 111, so that the convenience of user operation can be improved.

제어신호 생성부(120)는 조이스틱(111)의 조작 신호를 수신하여 전동 휠체어를 구동하기 위한 신호를 생성한다. 제어신호 생성부(120)는 주행 신호, 선회 신호를 생성 및 제어하고, 가속 및 감속 알고리즘을 생성한다. 또한, 제어신호 생성부(120)는 조이스틱(111)과 구동부(140) 사이의 전기적 인터페이스 신호를 생성하고, 제어 파라미터를 설정한다.The control signal generation unit 120 generates a signal for driving the electric wheelchair by receiving the operation signal of the joystick 111. The control signal generator 120 generates and controls a driving signal and a turning signal, and generates an acceleration and deceleration algorithm. In addition, the control signal generation unit 120 generates an electrical interface signal between the joystick 111 and the driving unit 140 and sets control parameters.

사용자가 조이스틱(111)을 조작할 때, 제어신호 생성부(120)는 전후 방향의 홀 센서(A, C) 및 좌우 방향의 홀 센서(B, D) 사이에서 감지되는 전압에 따라 표 1과 같은 제어신호를 생성한다.When the user manipulates the joystick 111, the control signal generation unit 120 displays Table 1 according to the voltage detected between the front and rear Hall sensors A and C and the left and right Hall sensors B and D. It generates the same control signal.

Hall sensorHall sensor ForwardForward BackwardBackward LeftLeft RightRight AA Low(0.8v)Low(0.8v) High(4.2v)High(4.2v) -- -- BB -- -- Low(0.8v)Low(0.8v) High(4.2v)High(4.2v) CC Low(0.8v)Low(0.8v) High(4.2v)High(4.2v) -- -- DD -- -- Low(0.8v)Low(0.8v) High(4.2v)High(4.2v)

표 1을 참조하면, 제어신호 생성부(120)는 전후 방향의 홀 센서(A,C) 사이에 기준 전압(2.5v)보다 낮은 저전압(0.8v)이 수신될 때 전진 주행 신호를 생성하고, 기준 전압보다 높은 고전압(4.2v)이 수신될 때 후진 주행 신호를 생성한다. 또한, 제어신호 생성부(120)는 좌우 방향의 홀 센서(B,D) 사이에 기준 전압보다 낮은 저전압(0.8v)이 수신될 때 좌측 방향의 회전 신호를 생성하고, 기준 전압보다 높은 고전압(4.2v)이 수신될 때 우측 방향의 회전 신호를 생성한다. 이때, 기준 전압(2.5v)과의 차이에 따라 속도나 회전이 가속 또는 감속되는 신호를 생성한다. Referring to Table 1, the control signal generator 120 generates a forward driving signal when a low voltage (0.8v) lower than the reference voltage (2.5v) is received between the Hall sensors A and C in the front and rear directions, When a high voltage (4.2v) higher than the reference voltage is received, it generates a reverse driving signal. In addition, the control signal generation unit 120 generates a rotation signal in the left direction when a low voltage (0.8v) lower than the reference voltage is received between the hall sensors B and D in the left and right directions, and a high voltage higher than the reference voltage ( When 4.2v) is received, it generates a right-hand turn signal. At this time, a signal for accelerating or decelerating speed or rotation is generated according to a difference from the reference voltage (2.5v).

또한, 제어신호 생성부(120)는 조작부(110)의 신호를 필터링하여 가감속을 제어하기 위하여 LPF를 구비한다.In addition, the control signal generation unit 120 includes an LPF to control acceleration/deceleration by filtering a signal from the operation unit 110.

모터 제어부(130)는 제어신호 생성부(1210)에서 생성된 신호를 이용하여 BLDC 모터의 구동을 제어한다. 모터 제어부(130)는 인버터, 동역학 모델 설정부, 전류(속도) 제어기, 과전류 차단회로 등의 회로를 구비한다. 전류 제어기는 PI 제어기로 구현될 수 있으며, Kp, Ki, Ka의 세가지 파라미터를 조절하여 모터의 구동 속도를 제어한다. 또한, 모터 제어부(130)는 다양한 종류의 센서를 더 구비하며, 홀 센서와 함께 가속도 센서 및 자이로 센서를 구비한다. The motor control unit 130 controls driving of the BLDC motor by using the signal generated by the control signal generation unit 1210. The motor control unit 130 includes circuits such as an inverter, a dynamics model setting unit, a current (speed) controller, and an overcurrent blocking circuit. The current controller can be implemented as a PI controller and controls the driving speed of the motor by adjusting three parameters: Kp, Ki, and Ka. In addition, the motor control unit 130 further includes various types of sensors, and includes an acceleration sensor and a gyro sensor along with a hall sensor.

가속도 센서와 자이로 센서는 전동 휠체어의 모션을 측정하는 구성으로, 전동 휠체어의 주행 제어 알고리즘을 도출하기 위하여 전동 휠체어의 현재 직진 방향 속도와 회전 방향의 각속도 값을 제공한다. 가속도 센서는 홀 센서와의 조합으로 직진 방향의 속도를 도출하기 위하여 사용되고, 자이로 센서는 전동 휠체어의 회전 방향 각속도를 도출하기 위하여 사용된다. 즉, 가속도 센서와 자이로 센서에서 감지되는 정보는 전동 휠체어의 주행 및 승차감의 안정성을 향상시키기 위한 정보로 활용되며, 전동 휠체어의 직진 방향 동역학 모델과 회전 방향 동역학 모델을 도출하는데 이용된다. 모터 제어부(130)는 도출된 직진 방향 동역학 모델 및 회전 방향 동역학 모델을 기초로 구동부(140)를 구동한다.The acceleration sensor and the gyro sensor measure the motion of the electric wheelchair, and provide values of the current straight speed and rotational angular velocity of the electric wheelchair in order to derive the driving control algorithm of the electric wheelchair. The acceleration sensor is used in combination with the Hall sensor to derive the speed in the straight direction, and the gyro sensor is used to derive the angular velocity in the rotation direction of the electric wheelchair. That is, the information detected by the acceleration sensor and the gyro sensor is used as information to improve the stability of driving and riding comfort of an electric wheelchair, and is used to derive a straight forward dynamic model and a rotation direction dynamic model of an electric wheelchair. The motor control unit 130 drives the driving unit 140 based on the derived linear direction dynamics model and the rotational direction dynamics model.

구동부(140)는 모터 제어부(130)의 제어에 따라 회전 동력을 생성하여 전동 휠을 구동하거나, 회전 동력을 차단하여 전동 휠을 제동한다. 이를 위한 구동부(140)는 모터 유닛(141)과 휠 유닛(142)을 포함할 수 있으며, 모터 유닛(141)은 BLDC 모터로 구성된다.The driving unit 140 drives the electric wheel by generating rotational power under the control of the motor controller 130, or brakes the electric wheel by blocking the rotational power. For this, the driving unit 140 may include a motor unit 141 and a wheel unit 142, and the motor unit 141 is composed of a BLDC motor.

전원부(150)는 제어신호 생성부(120) 및 모터 제어부(130)에 전원을 공급하는 구성이며, 제어신호 생성부(120)와 모터 제어부(130)로 공급되는 전원을 각각 조작부(110)와 구동부(120)로 전달된다.The power supply unit 150 is configured to supply power to the control signal generation unit 120 and the motor control unit 130, and supply power to the control signal generation unit 120 and the motor control unit 130, respectively, with the operation unit 110 and It is transmitted to the driving unit 120.

이하에서 본 실시예의 전동 휠체어 주행 제어 시스템을 구성하는 동역학 모델과 그에 따른 주행 특성을 살펴본다. 도 4는 본 실시예에 따른 전동 휠체어 주행 제어 시스템의 동역학 모델 도출을 위한 DOB 시스템을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 실시예에 따른 전동 휠체어 주행 제어 시스템의 신호 전달 프로세스를 나타낸 도면이며, 도 6은 도 5의 주요부인 조이스틱과 모터유닛의 신호 파형을 나타낸 그래프이고, 도 7은 본 실시예에 따른 전동 휠체어 주행 제어 시스템의 YMO 기반 속도 제어기 구현을 위한 DOB 시스템을 나타낸 도면이며, 도 8은 본 실시예에 따른 직진 주행성 평가 실험을 나타낸 도면이고, 도 9는 본 실시예와 종래의 기술에 따른 전동 휠체어의 직진 주행성 결과를 나타낸 도면이다.Hereinafter, a dynamic model constituting the electric wheelchair driving control system of the present embodiment and driving characteristics according thereto will be described. 4 is a diagram showing a DOB system for deriving a dynamic model of the electric wheelchair driving control system according to the present embodiment, and FIG. 5 is a diagram showing a signal transmission process of the electric wheelchair driving control system according to the present embodiment, and FIG. 6 Is a graph showing the signal waveforms of the joystick and the motor unit, which are the main parts of FIG. 5, and FIG. 7 is a diagram showing a DOB system for implementing a YMO-based speed controller of the electric wheelchair driving control system according to the present embodiment, and FIG. It is a diagram showing a straight driving performance evaluation experiment according to an embodiment, and FIG. 9 is a view showing a straight driving performance result of the electric wheelchair according to the present embodiment and the prior art.

1. One. 동역할 모델 도출Derivation of a co-role model

전동 휠체어의 직진 주행은 직진 주행을 방해하는 회전 방향의 외란을 보상하는 제어기를 적용하여 구현한다. 본 실시예에서 외란(a)을 보상하기 위하여 도 4와 같이 동역학 모델 기반의 Disturbance OBserver(DOB)를 적용하였고, 실험적인 방법을 통하여 전동 휠체어의 동역학 모델(Pn(s))을 도출하였다. 여기서, Joyrot는 조이스틱 회전 방향 입력신호이고, QFFPn은 피드포워드 제어기이다. 또한, a는 외란, P는 실제 시스템, Qi와 QFF는 YMO와 Feed-forward의 Cutoff 주파수를 나타낸다.The straight driving of the electric wheelchair is implemented by applying a controller that compensates for disturbances in the rotational direction that obstruct the straight driving. In this embodiment, in order to compensate for the disturbance (a), the dynamics model-based Disturbance OBserver (DOB) was applied as shown in FIG. 4, and the dynamics model (P n (s)) of the electric wheelchair was derived through an experimental method. Here, Joy rot is a joystick rotation direction input signal, and Q FF P n is a feed forward controller. In addition, a represents the disturbance, P represents the actual system, and Q i and Q FF represent the cutoff frequencies of YMO and feed-forward.

전동 휠체어의 운동은 주행 방향에 따라 직진, 선회, 회전운동으로 구분되지만, 선회운동은 직진운동과 회전운동의 선형 조합으로 나타낼 수 있으므로, 직진 방향(Longitudinal)과 회전 방향(Rotational)에 대한 동역학 모델만을 하기의 식과 같이 도출한다. 또한, 전동 휠체어의 동역학 모델을 도출하기 위하여 사용되는 실험적인 방법은 시스템에 동일한 크기의 다양한 주파수로 입력되는 신호와, 이때 출력되는 신호의 비를 Bode 그래프로 나타내어 실제 측정되는 값에 예측되는 값을 비교 및 조정하여 얻는다.The motion of the electric wheelchair is divided into straight, turning, and rotary motions according to the driving direction, but since the turning motion can be expressed as a linear combination of linear and rotary motion, a dynamic model for the longitudinal and rotary direction. Only is derived by the following equation. In addition, the experimental method used to derive the dynamics model of the electric wheelchair is the ratio of the signals input to the system at various frequencies of the same size and the signals output at this time in a Bode graph, so that the predicted value is expressed in the actual measured value. It is obtained by comparing and adjusting.

1) 직진 방향 동역할 모델 1) Straight-direction co-role model

DOB 시스템에서 적용한 동역학 모델에서 직진 방향 동역학 모델은 하기의 식과 같이 정의한다.In the dynamics model applied in the DOB system, the linear dynamics model is defined as the following equation.

Figure pat00003
(여기서, M은 전동 휠체어의 공차 중량이고, D는 댐핑 값이다)
Figure pat00003
(Where M is the tolerance weight of the electric wheelchair and D is the damping value)

전동 휠체어의 직진 방향 주행을 구현하기 위하여 후륜의 전동 휠은 입력신호로부터 동일한 방향으로 회전되어야 하고, 전륜의 조향 휠(캐스터)은 직진 방향으로 고정되어야 한다. 입력되는 신호는 전동 휠체어의 시스템 특성상 Sin 함수 형태로 선택하고, 중량을 고려하여 1Hz ~ 0.05Hz의 저주파 범위로 설정한다. In order to implement the driving in the straight direction of the electric wheelchair, the electric wheel of the rear wheel must be rotated in the same direction from the input signal, and the steering wheel (caster) of the front wheel must be fixed in the straight direction. The input signal is selected in the form of a Sin function due to the system characteristics of the electric wheelchair, and is set in the low frequency range of 1Hz ~ 0.05Hz in consideration of the weight.

전동 휠체어의 공차 중량시 측정되는 결과에 따라 예측되는 모델의 중량(M)은 약 24kg이고, 댐핑(D)의 경우 실제로 측정하기 어려운 점을 고려하여 실험 결과와 유사한 값으로 조정한다. 그 결과 전동 휠체어의 직진 방향 동역학 모델은 Plong(s)=1/(24s+15) 로 설정한다.The weight (M) of the model predicted according to the result measured at the tolerance weight of the electric wheelchair is about 24 kg, and the damping (D) is adjusted to a value similar to the experimental result in consideration of the fact that it is difficult to measure in practice. As a result, the dynamic model in the straight direction of the electric wheelchair is set as P long (s)=1/(24s+15).

2) 회전 방향 동역할 모델 2) Rotation direction dynamic model

DOB 시스템에서 적용한 동역학 모델에서 회전 방향 동역학 모델은 하기의 식과 같이 정의한다.In the dynamics model applied in the DOB system, the rotational direction dynamics model is defined as the following equation.

Figure pat00004
(여기서, J는 회전방향 2차 관성모멘트이고, B는 회전방향 마찰이다.)
Figure pat00004
(Here, J is the second moment of inertia in the rotational direction, and B is the friction in the rotational direction.)

전동 휠체어의 회전 방향 주행을 구현하기 위하여 후륜의 전동 휠은 입력신호로부터 동일한 크기로 서로 반대 방향으로 회전되어야 하고, 전륜의 조향 휠(캐스터)은 특정 방향으로 고정하지 않고 자유롭게 움직이도록 하였다.In order to implement the rotation direction of the electric wheelchair, the electric wheels of the rear wheels must be rotated in opposite directions with the same size from the input signal, and the steering wheels (casters) of the front wheels are allowed to move freely without being fixed in a specific direction.

회전 방향에 대한 DOB 구성시 사용되는 동역학 모델 값은 회전 방향의 외란을 제어하고 제어기 성능에 영향을 주는 파라미터로 작용한다. 본 실시예의 회전 방향 동역한 모델은 시스템을 특성을 도출하기 위하여 사용되는 일반적인 주파수 응답법에 의하여 도출되었으며, 그 결과 전동 휠체어의 회전 방향 동역학 모델은 Prot(s)= 1/(29.6s+21.4) 로 설정한다.The dynamic model value used when configuring the DOB for the rotation direction controls the disturbance in the rotation direction and acts as a parameter that affects the performance of the controller. The rotational direction dynamic model of this embodiment was derived by the general frequency response method used to derive the system characteristics, and as a result, the rotational direction dynamics model of the electric wheelchair is P rot (s) = 1/(29.6s+21.4 ).

2. 2. 주행 안정성 기술 구현Implementation of driving stability technology

본 실시예에서 주행 안정성을 구현하기 위하여 가감속 프로파일과 YMO 기반의 속도제어기를 이용한다.In this embodiment, an acceleration/deceleration profile and a YMO-based speed controller are used to implement driving stability.

1) 가감속 프로파일을 이용한 승차감 향상 기술 구현 1) Implementation of technology to improve ride comfort using acceleration/deceleration profile

전동 휠체어의 주행 속도는 조이스틱의 입력신호로부터 조절되므로 급가속이나 급감속은 사용자의 조작상태에 따라 결정된다. 조이스틱의 레버는 조작 각도의 동작범위가 좁고 운행 중 사용자 스스로가 미세하게 조절하기 어려운 점이 있으므로, 본 실시예에서는 도 5와 같이 조이스틱에서 입력되는 값을 1차 LPF(Low Pass Filter)를 통하여 제어신호 생성부로 전달한다. 조이스틱 레버 조작 시 생성되는 속도는 속도 입력값을 제안된 1차 LPF를 통하여 가감속이 적용된 속도 입력값으로 구현하고, 이때, 제어신호 생성부는 LPF 처리부와 함께 레버 조작시 전진과 후진을 감지하는 방향 감지부를 구비할 수 있다.Since the driving speed of the electric wheelchair is adjusted from the input signal of the joystick, sudden acceleration or rapid deceleration is determined according to the user's operation state. Since the joystick lever has a narrow operating range and it is difficult for the user to finely adjust the operation while driving, in this embodiment, the value input from the joystick as shown in FIG. 5 is a control signal through the primary LPF (Low Pass Filter). Pass it to the generator. The speed generated when operating the joystick lever implements the speed input value as a speed input value to which acceleration/deceleration is applied through the proposed primary LPF, and at this time, the control signal generation unit detects the forward and backward direction when operating the lever together with the LPF processing unit. It can have wealth.

본 실시예와 같이 가감속 프로파일이 적용된 전동 휠체어는 도 6과 같이 급격한 조이스틱 입력 신호(A)에 대하여 모터 구동(B)은 부드러운 가감속이 가능하다.In the electric wheelchair to which the acceleration/deceleration profile is applied as in this embodiment, the motor drive B is capable of smooth acceleration/deceleration in response to the sudden joystick input signal A as shown in FIG. 6.

2) YMO 기반의 속도 제어기 구현 2) YMO-based speed controller implementation

도 7은 전동 휠체어의 직진 주행을 위하여 YMO(Yaw Moment Observer)를 이용한 제어기의 블록 다이어그램으로, 입력되는 속도 값은 직진 주행시 전동 휠체어의 회전 방향의 속도를 나타내므로 0으로 유지한다. 여기서, Joyrot는 조이스틱 회전 방향 입력신호이고, C는 피드백 제어기이며, QFFPn은 피드포워드 제어기이다. FIG. 7 is a block diagram of a controller using a YMO (Yaw Moment Observer) for straight driving of an electric wheelchair, and an input speed value represents the speed in the rotational direction of the electric wheelchair when driving straight, so it is maintained at zero. Here, Joy rot is a joystick rotation direction input signal, C is a feedback controller, and Q FF P n is a feed forward controller.

본 실시예에서는 직진 방향의 주행을 방해하는 외란을 제거하기 위하여 YMO에 피드포워드와 피드백 제어기를 함께 구성하였다.In this embodiment, a feed forward and a feedback controller are configured together in the YMO in order to remove disturbances that obstruct the driving in the straight direction.

전동 휠체어 주행 방향이 변경될 때(전진<->후진), 조향 휠(캐스터)의 방향이 변경됨으로써 전동 휠체어에 특정한 시점의 외란이 발생되지만, 본 실시예에 따라 YMO 기반의 제어기에서 외란이 제거된다. 따라서 주행 방향 변경에 따라 캐스터로 인한 외란이 전동 휠체어에 작용하더라도 직진 주행이 안정적으로 유지될 수 있다.When the driving direction of the electric wheelchair is changed (forward <-> backward), the direction of the steering wheel (caster) is changed, thereby generating a disturbance at a specific point in the electric wheelchair, but according to this embodiment, the disturbance is removed from the YMO-based controller. do. Therefore, even if the disturbance caused by the caster acts on the electric wheelchair according to the change of the driving direction, the straight driving can be stably maintained.

3. 3. 직진 주행성 성능 시험Straight running performance test

본 실시예에 따른 전동 휠체어의 직진 주행성 성능은, 전동 휠체어가 10m의 거리를 주행한 후 직진 방향에서 중심선에서 전동 휠체어가 이격된 거리를 측정하여 이를 주행 거리로 나누어 정량적인 수치로 나타내었다. 실험 결과 직진 방향 주행에 대한 성능은 평균 0.9%(9cm)의 오차를 갖는 것으로 확인되었다. 직진 주행 성능에 대한 오차는 제안된 제어기의 파라미터 설정 값에 따라 결정되고, 본 실험에서는 도 8에 도시된 바와 같이, PI 제어기에서 Kp=0.25, Ki=0.0035로 설정되고, YMO 속도 제어기에서 Jn=0.006, Bn=0.003, Qi=15Hz, QFF=3Hz로 설정될 때 가장 이상적인 직진 주행을 나타내었다. 여기서, Jn과 Bn은 각각 시스템의 공칭모델이고, Qi와 QFF는 각각 YMO와 Feed-forward 의 Cutoff 주파수이다. The straight driving performance of the electric wheelchair according to the present embodiment is expressed as a quantitative value by measuring the distance the electric wheelchair is separated from the center line in the straight direction after driving a distance of 10 m and dividing it by the driving distance. As a result of the experiment, it was confirmed that the performance for driving in the straight direction has an average error of 0.9% (9cm). The error for the straight-line driving performance is determined according to the parameter setting value of the proposed controller, and in this experiment, as shown in Fig. 8, Kp=0.25, Ki=0.0035 in the PI controller is set, and J n in the YMO speed controller When set to =0.006, B n =0.003, Q i =15Hz, and Q FF =3Hz, the most ideal straight driving was shown. Here, J n and B n are the nominal models of the system, respectively, and Q i and Q FF are the cutoff frequencies of YMO and Feed-forward, respectively.

한편, 본 실시예와 종래의 기술에 따른 전동 휠체어의 직진 주행성 결과를 살펴보면, 도 9에 도시된 바와 같이, 특히 미세한 경사가 있는 지표면을 직진 방향으로 진행하는 경우 종래의 일반적인 전동 휠체어는 경사의 하측 방향으로 진행 방향이 이동하게 되지만, 본 실시예의 전동 휠체어는 위치의 변경의 거의 나타나지 않으면서 직진 방향으로 안정적으로 주행하게 된다. 이때, 종래의 전동 휠체어가 중심축으로부터 멀어지는 거리(L:X~X')는 출발점으로부터 이동거리나 경사도가 클수록 현저하게 나타나지만, 본 실시예의 전동 휠체어는 출발점으로부터 이동거리나 경사도에 거의 무관하게 중심축을 유지하면서 진행한다.On the other hand, looking at the results of the straight driving performance of the electric wheelchair according to the present embodiment and the prior art, as shown in Fig. 9, in particular, when proceeding in a straight direction on a surface with a fine inclination, a conventional electric wheelchair has a lower side of the slope. Although the moving direction moves in the direction, the electric wheelchair according to the present embodiment is stably driven in the straight direction with little change in position. At this time, the distance (L:X~X') away from the central axis of the conventional electric wheelchair appears remarkably as the moving distance or inclination from the starting point increases, but the electric wheelchair of this embodiment is centered almost irrespective of the moving distance or inclination from the starting point. Proceed while holding the axis.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.As described above, exemplary embodiments of the present invention have been shown and described, but various modifications and other embodiments may be made by those skilled in the art. These modifications and other embodiments are all considered and included in the appended claims and will not depart from the true spirit and scope of the present invention.

10 : 전동 휠체어
100 : 전동 휠체어 주행 제어 시스템
110 : 조작부
120 : 제어신호 생성부
130 : 모터 제어부
140 : 구동부
10: electric wheelchair
100: electric wheelchair driving control system
110: control panel
120: control signal generator
130: motor control unit
140: drive unit

Claims (4)

조이스틱의 조작 신호를 수신한 후 LPF(Low Pass Filter)를 통하여 가감속된 전동 휠체어의 주행 또는 회전 신호를 생성하는 제어신호 생성부; 및,
DOB(Disturbance OBserver)가 적용되는 동역학 모델 설정부와 YMO(Yaw Moment Observer) 기반의 속도 제어기를 구비하여 상기 제어신호 생성부의 신호를 이용하여 모터의 구동을 제어하는 모터 제어부;를 포함하여,
상기 동역학 모델 설정부에서 설정된 직진 방향 동역학 모델 및 회전 방향 동역할 모델과, 상기 속도 제어기에서 설정된 파라미터에 의하여 주행이 제어되는, 직진 주행성을 향상시킨 전동 휠체어 주행 제어 시스템.
A control signal generator configured to generate a driving or rotation signal of an electric wheelchair accelerated or decelerated through a low pass filter (LPF) after receiving an operation signal of the joystick; And,
Including; a motor control unit including a dynamic model setting unit to which a disturbance OBserver (DOB) is applied and a speed controller based on a yaw moment observer (YMO) and controlling driving of the motor using a signal of the control signal generation unit;
A driving control system for an electric wheelchair that improves linear driving performance, in which driving is controlled according to a driving direction dynamic model and a rotation direction dynamic role model set in the dynamic model setting unit, and a parameter set in the speed controller.
제 1 항에 있어서,
상기 조이스틱은, 4개의 홀 센서(A,B,C,D)를 포함하고, 기준 전압을 중심으로, 전후 방향의 한 쌍의 홀 센서(A,C) 사이에 저전압과 고전압이 각각 설정되고, 좌후 방향의 한 쌍의 홀 센서(B,D) 사이에 저전압과 고전압이 각각 설정되며,
상기 제어신호 생성부는, 한 쌍의 홀 센서(A,C 또는 B,D) 사이에 인가되는 전압이 기준 전압에 대하여 저전압인지 또는 고전압인지에 따라 전진, 후진, 좌회전, 우회전의 신호를 생성하는, 직진 주행성을 향상시킨 전동 휠체어 주행 제어 시스템.
The method of claim 1,
The joystick includes four Hall sensors (A, B, C, D), and a low voltage and a high voltage are respectively set between a pair of Hall sensors (A, C) in the front and rear directions based on a reference voltage, Low voltage and high voltage are set between the pair of Hall sensors (B,D) in the left and rear direction, respectively,
The control signal generator generates signals of forward, backward, left turn, and right turn according to whether the voltage applied between the pair of Hall sensors (A, C or B, D) is a low voltage or a high voltage with respect to the reference voltage, Electric wheelchair driving control system with improved straightness driving.
제 2 항에 있어서,
상기 동역학 모델 설정부는,
Figure pat00005

의 DOB가 적용되고(여기서, a는 외란, P는 실제 시스템, Qi와 QFF는 YMO와 Feed-forward의 Cutoff 주파수이다),
상기 직진 방향 동역학 모델은, Plong(s)=1/(24s+15) 로 모델링되며,
상기 회전 방향 동역학 모델은, Prot(s)=1/(29.6s+21.4)로 모델링되는, 직진 주행성을 향상시킨 전동 휠체어 주행 제어 시스템.
The method of claim 2,
The dynamics model setting unit,
Figure pat00005

The DOB of is applied (where a is the disturbance, P is the actual system, Q i and Q FF are the cutoff frequencies of YMO and feed-forward),
The straight forward dynamics model is modeled as P long (s) = 1/(24s+15),
The rotational direction dynamics model is modeled as P rot (s)=1/(29.6s+21.4), an electric wheelchair driving control system with improved straightness driving.
제 3 항에 있어서, 상기 속도 제어기는,
Figure pat00006

의 DOB가 적용되고, Kp=0.25, Ki=0.0035, Jn=0.006, Bn=0.003, Qi=15Hz, QFF=3Hz로 설정되는, 직진 주행성을 향상시킨 전동 휠체어 주행 제어 시스템(여기서, Jn과 Bn은 시스템의 공칭모델, Qi와 QFF는 YMO와 Feed-forward의 Cutoff 주파수이다).
The method of claim 3, wherein the speed controller,
Figure pat00006

The DOB of is applied, and Kp=0.25, Ki=0.0035, J n =0.006, B n =0.003, Q i =15Hz, Q FF =3Hz. J n and B n are the nominal models of the system, Q i and Q FF are the cutoff frequencies of YMO and feed-forward).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230059192A (en) * 2021-10-25 2023-05-03 오봉석 Electric wheelchair with improved straightness drive performance

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