KR20210062510A

KR20210062510A - 시각장애인용 스마트 지팡이

Info

Publication number: KR20210062510A
Application number: KR1020190150822A
Authority: KR
Inventors: 진민석; 최우진; 맹원재; 조성빈; 송하윤; 전민건; 권오민
Original assignee: 대한민국(전북기계공업고등학교장)
Priority date: 2019-11-21
Filing date: 2019-11-21
Publication date: 2021-05-31

Abstract

RFID와 RFID TAG를 사용하여 시각 장애인 분들과 교통약자분들을 위해
진동 모터를 이용한 점자 신호와 Arduin와 Arduino Nano Board를 사용해 프로그래밍한 전자기기(1w 미니 스피커, 간이 배터리, 초음파 센서 모듈, 푸시버튼 스위치 등)를 내부에 배선한 뒤 3D 프린터를 통해 뽑아낸 PLA 재질의 프레임을 사용하여
외부를 디자인 및 커버하였고, 점자 보도 블록에 TAG를 부착하여서 GPS와 연동을 통해 시각 장애인이나 교통약자 분들이 안전하고 정확하게 목적지를 향해 이동할 수 있도록 도움을 주는 보행 도움을 위한 시각장애인용 스마트 지팡이 WLS(White Light Stick)이다.

Description

시각장애인용 스마트 지팡이 {White Light Stick}

본 고안은 RFID태그를 이용한 시각장애인용 지팡이에 관한 것으로, 사용자를 위험에 처하게 할수도 있는 시각장애인용 지팡이를 대체할 기술이다. 대부분의 지팡이는 지팡이 자체에 아무런 기능이 없는 단순한 막대기이기 때문에 사용자가 지팡이를 짚으므로서 바닥의 느낌만을 읽을뿐 사용자 본인이 어디로 가고 있는지 맞게 가고 있는지 알 길이 없으며 위험에 처해도 알려줄 방법이 없다. 그러한 점을 개선하고자 시각장애인용 지팡이에 RFID태그를 장착해 사용자에게 가는 방향을 알려주는 방법을 고안하였다.

지팡이의 본체 부분은 3D프린터로 제작하며 모델링만 하면 원하는 형상은 무엇이든 제작할수 있다는 3D프린터의 장점을 살려 사용자가 오래사용해도 불편하지 않도록 인체공학적으로 설계하였다.

우리의 WHITE LIGHT STICK은 크게 RFID태그리더기,제어부,손잡이,프레임으로 구성되며 보도블록에 장착되어 있는 RFID 태그를 지팡이의 끝에 장착되어 있는 리더기가 태그에 들어있는 정보를 읽으면 제어부에 전달되어 제어부에서 스피커로 정보를 전달한다. 그러면 가고있는 방향에 대한 정보가 음성으로 나오게 된다.

이 기술의 핵심은 사용자가 오랜시간동안 사용하는 제품이기 때문에 최대한의 경량화,인체공학적 설계,제품의 소형화인데 이러한 점을 제품의 설계와 제작에 반영하여 제작하였다.

또한 지팡이의 내부에 버튼과 진동모터가 장착되어 태그를 찍어 음성이 나올 때 음성이 나온다는 피드백을 주며 또한 청각장애인을 위해 진동모터를 통해 점자로 정보를 전달해주기도 한다.

버튼은 주변이 시끄럽다거나 여러가지 요소로 음성을 미쳐 듣지 못했을 경우 방금전 음성을 다시 한번 들을 수 있도록 버튼을 장착하였다.

또한 아두이노와 같은 가격이 저렴한 마이크로 컨트롤러를 기반으로 제작하였기 때문에 경제적이며 횡단보도나 인도에서 사용자가 도로로 진입하지 않게 해주며 정확하게 길을 안내해주기 때문에 효과적이다.

최근 사물에 태그를 부착하여 무선으로 사물의 고유 정보를 확인하고, 주변 상황 정보를 감지하는 RFID 기술이 최근 가장 주목받는 기술이다. 본 발명은 RFID를 이용한 시각장애인분들을 위한 서비스를 제공하고 평생 도움이 될 수 있는 발명이다.

우선 RFID 태그란 트랜스폰더라고도 부르며, 고유 ID나 센서로부터 읽어들인 데이터를 저장하고 있다가 리더가 요청하면 그 정보를 다양한 방식으로 전송한다.

트랜스폰더라는 말의 어원은 송신기를 뜻하는 transmitter와 응답기를 뜻하는 responder의 합성어이다. 태그의 하드웨어 구성은 IC 칩과 안테나로 이루어진다.

RFID의 종류는 총 3가지 종류로 첫 번째 수동형은 특징으로 작동을 위해 배터리가 필요없다 두 번째 능동형은 리더와 태그 간의 통신을 위한 배터리가 필요하고 인식거리가 길고 정확도가 높다 단점으로는 가격이 비싸고 배터리로 인해 태그의 크기가 작아지기가 어렵다 세 번째는 반능동형으로 집적회로를 작동시킬 때만 배터리를 사용하고 가격은 수동형과 능동형의 중간정도이다. 이제는 RFID가 쓰이는 응용 분야에 대해 말해보겠습니다. 우선 물류 분야에서는 택배, 컨테이너, 우편 등

생활 개인이용 부분에서는 물품관리가 있고 소방 방재 부분에서는 소방 활동 지원 재해정보 수집이 있고 FA에서는 생산활동 지원이 있고 건설부분에서는 건설관리가 있다 로봇 부분에서는 범죄감시 엔터테인먼트 부분에서는 입장객 관리 정보가전 부분에서는 가전 원격 자동 조작이 있고 취업 부분에서는 문서 물품관리 사원관리등이 있고 교육 문화 부분에서는 도서관리 문화재 보호등이 있다 고령자,장애자 대책에서는 고령자 건강체크가 있고 환경 부분에서는 폐기 재활용이 있다.

의료,약품 부분에서는 의료 약품 복용 서포트가 있고 금용 부분에서는 지폐 유가증권 위조 방지가 있고 식품 식품 자동관리 식품 구매 유도가 있고 도로교통 부분에서는 위치정보 전자등록번호표 정보유통 부분에서는 포서터 광고가 있고 판매유통 부분에서는 상품관리 고객관리가 있다. 이번에 우리가 개발하는 발명품은 바로 고령자,장애자 대책 부분에 대한 발명을 하였다.

우선 키프리스에 들어가 RFID를 이용한 물품들이 무엇이 있는지 찾아서 보았다. 많은 것들이 있었다 예를 들면 RFID태그를 이용한 아파트 출입문 통제 시스템 및 방법 대 소변 감지용 RFID태그 및 이를 이용한 대 소변 감지 시스템이 있었다 많은 것들이 있었지만 시각장애인용 스틱에 RFID를 달아 만든 발명품은 없어서 우리가 발명을 하게 되었다. 제일 신가하였던 RFID 기술은 바로 병원에서 RFID 팔찌를 이용하여서 환자가 시설을 돌아다니는 곳을 추적할 수 있고 이 태그는 병원 내 시설 입/퇴장 시간을 기록해 진료하는데 도움을 준 RFID기술이 제일 효과적으로 쓰인 것 같다.

출원번호 1020070121289(ＲＦＩＤ / ＵＳＮ 기술 및 지문인식 기술을 활용한 금융망연계 택배 시스템 및 방법) 출원번호 1020060098361(RFID를 이용한 전자 팔찌) 출원번호 2020060011925(RFID 인증 시스템 및 단말기)

시각장애인 분들이 위험한 차도나 철도를 통해 횡단하다 사고가 나는 일과 목적지를 제대로 찾지 못하는 문제점을 해결 과제로 삼았다.

상기의 과제을 달성하기 위한 기술적 사상으로서의 본 발명은, WLS의 기초를 이루는 시각장애인용 지팡이(1), 지팡이의 겉을 둘러싼 PLA 재질의 프레임(2), Arduino를 통해 프로그래밍 된 전자기기와 RFID(3), 전달받은 전자신호를 읽어 음성으로 안내해주는 미니 스피커(4), 진동 점자 신호를 보내주는 진동 모터(5), 물체를 감지해주는 초음파 센서 모듈(6)로 이루어진 것을 포함하여 구성될 수 있다. 이를 통해 태그가 부착된 블록에 지팡이가 근접되면 소리를 내는 방식으로 만약 부식으로 형태가 알아볼 수 없어도 보드 밑에 있는 태그만 있다면 음성을 들을 수 있어 위치가 어디인지 알아들을 수 있다. 또한 본 발명은 앞의 말한 문제점인 인도와 도로의 폭넓기나 버스정류장의 위치를 알려주는 감지기 부족을 보도에 태그만 부착되어 있다면 해결할 수 있다. 본 발명은 초음파센서를 이용하여 전방에 있는 물체가 감지될 시 진동이 울리게 해준다. 그러므로 시각장애인들이 더욱 편히 갑자기 튀어나오는 진입방지말뚝이나 위험한 물체를 미리 대비할 수 있게 된다. 최근 점자블록이 도시의 미관을 해친다며 점자블록을 없애 우리의 일상 속 누군가의 눈이 사라지고 있다. 미관상의 이유로 장애인분들과 교통약자들의 이동권을 편리하게 할 수 있는 제품이라고 생각한다. 또한 시각장애인용블록은 일반적인 블록에 비해 비용이 만만치 않아 이 제품을 통해 더 저렴한 가격으로 효율을 높일 수 있다고 생각한다. 따라서 본 발명은 기존의 스마트한 지팡이보다 다양한 기능을 탑재하면서도, 안정성과 편리성을 대폭 늘렸다.

hight Light Stick은 사회적약자들을 위해 제작하였고, 그중 시각장애인을 중점으로 제작하여 도움을 줄 수 있다. 시각장애인 분들이나 교통약자 분들이 위험한 차도나 철도를 향해 위험한 보행을 하는 것을 방지해주며 길가에 장애물이 감지 되었을 때, 손잡이 부분에 부착된 진동 모터를 통해 시각 장애인들에게 진동을 통한 빠른 피드백을 요구 할 수 있어 나날이 커지는 시각 장애인 시장에서 시각 장애인들에게 희망이 될 수 있을뿐더러 상업적으로 큰 이점을 얻을 수 있다. 또 시각 장애인 뿐만 아니라 청각 장애인 분들은 음성 안내를 들을 수 없으니, 진동 모터로 진동 점자 신호를 보내서 청각 장애인들이 음성 안내 만큼 안전하고 정확한 목적지를 향한 보행을 보장해 줄 수 있다.

음성 안내 시스템은 Arduino와 RFID를 사용하여 인식하는 시스템이며, 기존의 스마트한 지팡이보다 다양한 기능을 탑재하면서도, 안정성과 편리성을 대폭 늘렸다.

도1은 손잡이 모델링. 왼쪽과 오른쪽 부품을 볼트로 결합한 도면
도2는 간이 배터리와 전자기기가 배치되는 커버를 나타낸 도면
도3은 지팡이와 직접적으로 연결되고 RFID 칩의 선이 관통되는 부품도이다
도4는 RFID 칩을 지팡이 끝에 부착하기 위하여 사용하는 부품도이다

본 고안은 시각장애인과 교통약자들을 위하여 제작된 스마트한 지팡이 WLS에 관한 내용이다. WLS는 쉬운 조립성과 편리한 조작성을 가지고 있으며, RFID와 RFID Tag 등 최첨단 기술을 여러 도입해 기존의 시각장애인용 지팡이에 비해 첨단성, 편리성, 안정성 등이 뛰어나다. 기존의 시각장애인용 지팡이는 시각장애인이나 교통약자가 직접 자신의 감각만으로 길을 찾아가면서 안전까지 사용자 본인이 부담을 하는 형태였지만, WLS는 GPS와 연동한 RFID Tag를 사용하여서 사용자가 안전한 도보를 벗어나지 않도록 유도해주며 목적지까지 빠른 이동을 보장하여 편리성과 안정성을 모두 잡았다.

또한 몸체는 가벼우면서 튼튼한 재질인 PLA를 사용하여서 쉽게 부러지지 않으며 가벼운 조작감을 느낄 수 있도록하였고, 직접 시각장애인 체험을 해보며 최대한 시각장애인과 교통약자들의 고통을 이해해가면서 인체 공학적인 설계를 통해 시각장애인들에게 맞춤으로 제작하였다. 또한 시각장애인 뿐만아니라 청각장애인을 위하여 진동 모터에서 발생되는 진동을 마치 점자와 같은 형태로 전환하여서 청각장애인이 안내 음성을 제대로 듣지 못하는 상황을 미연에 방지하였다. 그리고 초음파 센서를 장착하여서 사용자의 진행 방향에 장애물이나 위험물이 있을 시 에는 초음파 센서가 값을 읽게 되어서 진동 모터와 1W 미니 스피커를 통해 촉각 및 청각으로 안내가 되도록 하였다. 또한 이 제품을 제작하기 위하여 인두기와 연납을 사용한 납땜을 사용하여서 조립성을 높이는 동시에 비용을 절감시켰고, Arduino를 이용한 C언어 기반 프로그래밍을 코딩하여 간단하면서도 효율적인 제어를 하게 되었다. WLS의 겉 프레임이 되는 재질을 찾고자 여러 가지 조사를 하였는데, 재질의 조건은 다음과 같다.

1. 알루미늄 정도의 경도와 강성을 지녔으며 가벼울 것.

2. 생활 주변에서도 쉽겨 구할 수 있거나 제작할 수 있는 것.

이라는 조건 하에 재질을 찾는 아이디어 회의와 토론을 거쳐 3D 프린터를 통해 뽑아낼 수 있는 필라멘트를 사용하기로 하였다. 필라멘트는 설계하기 쉽고 가볍고 튼튼하며 구입이 간편하다는 조건을 충족했다. 또한 필라멘트를 사용하기에 디자인 적인 부분을 우리가 직접 설계 및 창작할 수 있기에 디자인 적인 부분에서도 효율적이였다. 다만 지팡이의 특정상 지팡이 끝부분, 즉 바닥에 계속해서 마찰 및 충격을 받는 지팡이의 꼬랑지 부분은 3d 프린터 소프트 웨어를 사용하여 밀도와 경도를 특히 강하게 해서 손상이 잘 가지 않도록 예방하였다. 마지막으로 음성안내 시스템을 제작하기 위하여 간이 배터리를 손잡이 내부에 부착하고 스피커를 배치하기 위해 핸드 드릴과 줄을 사용하여 표면을 가공하여 보다 매끄럽게 제작하였다.

1: 시각장애인용 지팡이
2:PLA 재질의 프레임
3: Arduino를 통해 프로그래밍 된 전자기기와 RFID
4: 미니 스피커(4)
5: 진동 신호를 보내주는 진동 모터(5)
6: 물체를 감지해주는 초음파 센서 모듈

Claims

WLS의 기초를 이루는 시각장애인용 지팡이(1), 지팡이의 겉을 둘러싼 PLA 재질의 프레임(2), Arduino를 통해 프로그래밍 된 전자기기와 RFID(3), 전달받은 전자신호를 읽어 음성으로 안내해주는 미니 스피커(4), 진동 점자 신호를 보내주는 진동 모터(5), 물체를 감지해주는 초음파 센서 모듈(6)로 이루어진 음성 안내 시스템은 Arduino와 RFID를 사용하여 기존의 스마트한 지팡이보다 다양한 기능을 탑재하면서도, 안정성과 편리성을 대폭 향상시킨 시각장애인을 위한 스마트한 지팡이.