KR20210076574A - 재활 기능과 횡단보도 안전 기능을 갖는 휠체어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휠체어에 착석한 사용자의 상·하지 재활 운동과 횡단보도 영역 내에서 휠체어의 주행에 따른 안전 사고를 예방할 수 있도록 구성된 재활 기능과 횡단보도 안전 기능을 갖는 휠체어 장치에 관한 것으로, 상세하게는 착석 상태의 사용자의 상지 또는 하지를 운동시키기 위한 재활기구가 마련되는 휠체어본체; 상기 휠체어본체에 착석한 사용자의 생체신호를 계측하고, 계측한 생체신호에 기반하여 사용자의 상지 또는 하지를 운동시키기 위한 구동신호를 생성 및 출력하고 이를 상기 재활기구로 송신하는 재활제어부; 상기 휠체어본체에 구비되며 상기 휠체어본체의 주행 여부와 주행 중인 지면의 대상을 식별하고, 지면 대상이 도로 또는 횡단보도로 식별될 경우 차량의 운전자 또는 보행중인 보행자로부터 휠체어의 주행이 인지되도록 하는 제 1안전신호를 생성 및 출력하는 안전관리부; 및 상기 휠체어본체에 구비되며 상기 안전관리부에서 출력되는 제 1안전신호를 수신하여 표시하는 표시부;를 포함하는 것이 특징이다.

Description

재활 기능과 횡단보도 안전 기능을 갖는 휠체어 장치{Wheelchair apparatus with rehabilitation and pedestrian crossing safety function}

본 발명은 휠체어에 착석한 사용자의 상·하지 재활 운동과 횡단보도 영역 내에서 휠체어의 주행에 따른 안전 사고를 예방할 수 있도록 구성된 재활 기능과 횡단보도 안전 기능을 갖는 휠체어 장치에 관한 것이다.

보행 보조기기란 보행이 불편한 환자나 노약자의 재활을 돕거나 거동을 보조하기 위하여 사용되는 수단으로, 삶의 질 및 복지에 대한 관심이 높아지고 현대 사회가 노령화 사회로 진입해감에 따라 점차 이에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있다.

이러한 보행 보조기기 중 휠체어는 다리를 포함한 하반신을 마음대로 움직일 수 없는 사람, 예컨대 장애인이나 노약자 등이 앉은 채로 이동할 수 있도록 의자에 바퀴를 단 기기를 일컫는다. 이와 같은 휠체어는 크게 수동 휠체어와 자동 휠체어로 분류할 수 있는데, 수동 휠체어는 자주용(自走用) 휠체어로써 탑승자의 양팔 힘으로 구동륜을 회전시킴으로써 이동하는 것으로 정의할 수 있고, 자동 휠체어는 전동 또는 그 밖의 기계적인 힘으로 구동륜을 회전시켜서 이동하는 것으로 정의할 수 있다.

수동 휠체어의 경우는 탑승자가 양팔을 사용하기 때문에 일상 생활에서의 활동에 제한이 크므로, 근래에는 조이스틱을 사용하여 방향을 제어하는 자동 휠체어가 널리 보급되어 사용되고 있다.

한편 종래 전동 휠체어나 휠체어 로봇은 대부분 이동 수단으로 사용되기 때문에, 휠체어 탑승자의 운동량이 떨어지게 된다는 문제를 갖는다. 특히, 휠체어에서 보내는 시간이 많은 장애인이나 노인의 경우 운동량 감소에 따른 운동기능 저하가 발생될 우려가 있다.

대한민국 공개특허 제10-2010-0044360호(20100430)

따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 휠체어 사용자의 재활 운동을 보조할 수 있는 재활 기능과 횡단보도 안전 기능을 갖는 휠체어 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 횡단보도 영역으로 진입하여 주행하는 휠체어를 외부에서 인지되도록 표시하거나 휠체어 사용자에게 횡단보도 영역으로 진입 전 위험 상황 여부를 분석하여 안내되도록 함으로써 휠체어 사용자에 대한 안전 사고가 예방될 수 있는 재활 기능과 횡단보도 안전 기능을 갖는 휠체어 장치를 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명의 재활 기능과 횡단보도 안전 기능을 갖는 휠체어 장치(이하 '본 발명의 장치'라 칭함)은, 착석 상태의 사용자의 상지 또는 하지를 운동시키기 위한 재활기구가 마련되는 휠체어본체; 상기 휠체어본체에 착석한 사용자의 생체신호를 계측하고, 계측한 생체신호에 기반하여 사용자의 상지 또는 하지를 운동시키기 위한 구동신호를 생성 및 출력하고 이를 상기 재활기구로 송신하는 재활제어부; 상기 휠체어본체에 구비되며 상기 휠체어본체의 주행 여부와 주행 중인 지면의 대상을 식별하고, 지면 대상이 도로 또는 횡단보도로 식별될 경우 차량의 운전자 또는 보행중인 보행자로부터 휠체어의 주행이 인지되도록 하는 제 1안전신호를 생성 및 출력하는 안전관리부; 및 상기 휠체어본체에 구비되며 상기 안전관리부에서 출력되는 제 1안전신호를 수신하여 표시하는 표시부;를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 안전관리부는, 상기 휠체어본체의 주행방향을 기준으로 전방의 지면에 대하여 일정 영역을 촬영하고 영상신호를 송신하는 카메라모듈; 및 상기 카메라모듈에서 송신하는 영상신호를 수신하고 수신한 영상신호를 기계학습을 통해 분석하여 휠체어본체의 주행 여부와 휠체어본체가 향하는 지면이 차도 또는 보도 또는 횡단보도 중 어느 하나임을 식별하는 분석모듈;을 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 안전관리부는, 상기 분석모듈의 식별결과 휠체어본체가 향하는 지면이 횡단보도일 경우, 해당 횡단보도에 마련된 보행자신호제어기에서 출력되는 하나 이상의 신호정보를 요청하고, 이에 응답하여 상기 보행자신호제어기에서 출력되는 하나 이상의 신호정보를 수신하는 통신모듈; 및 상기 통신모듈에서 수신하는 보행자신호제어기의 신호정보를 전달받고, 전달된 신호정보가 보행신호이면 횡단보도 영역내에서 휠체어의 주행이 인지되도록 하는 제 1안전신호를 생성 및 출력하는 신호출력모듈;을 더 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 신호출력모듈은, 상기 분석모듈로부터 휠체어본체의 주행 여부 정보를 전달받고, 휠체어본체가 주행 중이면서 상기 통신모듈로부터 전달되는 신호정보가 정지신호일 경우, 휠체어 사용자에게 위험을 알리도록 하는 제 1경고신호를 출력하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 분석모듈은, 상기 카메라모듈로부터 수신한 영상신호를 분석하여 휠체어본체의 주행 시 주행속도를 추정하며, 상기 신호출력모듈은, 횡단보도 영역으로 휠체어본체가 진입하기 이전 시점에 상기 분석모듈로부터 휠체어본체에 대하여 추정된 주행속도 정보를 전달받고, 상기 상기 통신모듈로부터 전달되는 신호정보가 보행신호일 경우 보행신호의 잔여유지시간과 휠체어본체에 대하여 추정된 주행속도를 근거로 휠체어본체의 횡단 가능 여부를 판단하고 횡단이 불가능하다고 판단되면 횡단보도 영역 진입 이전에 휠체어 사용자에게 위험을 알리도록 하는 제 2경고신호를 출력하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 표시부는, 상기 신호출력모듈에서 출력되는 제 1경고신호 또는 제 2경고신호를 수신하고 수신한 제 1경고신호 또는 제 2경고신호를 음향으로 출력하여 위험 요소가 안내되도록 하는 스피커모듈;을 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 표시부는, 상기 신호출력모듈로부터 출력되는 제 1위험신호를 수신하고, 수신한 제 1위험신호에 응답하여 상기 휠체어본체의 양 측방 영역으로 하나 이상의 레이저빔을 조사하는 광조사모듈;을 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 분석모듈은, 상기 카메라모듈로부터 수신한 영상신호를 분석하여 휠체어본체가 횡단보도 영역으로의 진입하는 것을 식별하고 진입 시점을 분석하며, 상기 신호출력모듈은, 상기 분석모듈에서 분석된 휠체어본체의 진입 시점을 전달받고, 진입 시점으로부터 기설정된 시간동안 인접한 다른 차도로부터 해당 횡단보도 측으로 진입하는 우회전 차량에게 휠체어본체의 진입이 인지되도록 하는 제 2안전신호를 생성 및 출력하고, 상기 표시부는, 상기 신호출력모듈로부터 출력되는 제 2안전신호를 수신하고, 수신한 제 2안전신호에 응답하여 상기 휠체어본체의 일 측방 영역으로 하나 이상의 레이저빔을 조사하는 주의표시모듈;을 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 안전관리부는, 상기 분석모듈에서 분석된 휠체어본체의 진입 시점을 전달받고, 진입 시점으로부터 기설정된 시간동안 인접한 다른 차도에서 차량의 우회전이 시작되는 위치부터 해당 횡단보도에 진입 전 위치까지의 회전영역에서 객체를 감지하고 감지신호를 출력하는 하나 이상의 객체감지모듈;을 더 포함하며, 상기 신호출력모듈은, 상기 객체감지모듈에서 출력하는 감지신호를 전달받고 감지신호가 유지되는 동안 제 2안전신호를 생성 및 출력하는 것이 특징이다.

이와 같이 본 발명의 장치에 의하면 휠체어본체에 재활기구가 일체로 마련되게 하면서 휠체어 사용자의 생체신호를 계측하고 계측한 생체신호에 기반하여 재활기구가 선택적으로 작동되게 제어함으로써 사용자 개개인의 특성에 맞게 능동적으로 사용자에 대한 재활 운동을 보조해 줄 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 장치에 의하면, 카메라모듈에서 촬영되는 영상을 분석하여 휠체어가 주행하는 지면을 대상을 식별하고 식별된 지면의 대상이 횡단보도일 경우 외부에서 휠체어의 주행이 인지되도록 표시하거나 휠체어 사용자에게 횡단보도 영역으로 진입 전 위험 상황 여부를 분석하여 안내되도록 함으로써 휠체어 사용자에 대한 횡단보도 영역 내 안전 사고 등을 예방할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휠체어본체를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 휠체어본체의 구성을 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 횡단보도 영역 내에서 안전관리부의 작동상태를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안전관리부의 구성을 나타내는 블록도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 횡단보도 영역 내에서 안전관리부의 작동상태를 나타내는 도면.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 장치는 휠체어본체(10)와 재활제어부(20)와 안전관리부(30) 및 표시부(40)를 포함하여 구성된다.

상기 휠체어본체(10)는 주행수단과 좌석이 마련된 통상의 전동 휠체어 구조를 가질 수 있으며, 착석 상태의 사용자에 대한 상지 또는 하지를 운동시키기 위한 재활기구(100, 110)가 마련되어 있다.

상기 재활제어부(20)는 상기 휠체어본체(10)에 착석한 사용자의 생체신호를 계측하고, 계측한 생체신호에 기반하여 사용자의 상지 또는 하지를 운동시키기 위한 구동신호를 생성 및 출력하고 이를 상기 재활기구(100, 110)로 송신함으로써 재활기구(100, 110)를 제어한다.

구체적으로 본 발명이 일 실시예에 따른 상기 휠체어본체(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 메인프레임(11), 주행바퀴(12-1, 12-2), 주행모터(13)를 포함하는 주행수단과, 상기 주행수단에 전원을 공급하기 위한 배터리(14)를 포함하여 이루어진 전동 휠체어일 수 있다.

상기 메인프레임(11)은 휠체어본체(10)의 뼈대를 이루며 주행수단의 다른 구성들이나 배터리(14) 등이 장착되거나 결합될 수 있도록 하는 공간을 제공한다.

상기 주행바퀴(12-1, 12-2)는 한 쌍의 앞 바퀴(12-1)와 한 쌍의 뒷 바퀴(12-2)로 이루어질 수 있다. 여기서, 한 쌍의 뒷 바퀴(12-2)는 주행모터(13)의 회전축에 직접 연결되어 구동력을 전달받고, 한 쌍의 앞 바퀴(12-1)는 자유 회전이 가능한 캐스터(caster)로 이루어질 수 있다.

상기 주행모터(13)는 상기 메인프레임(11)에 지지되도록 결합되며 상기 한 쌍의 뒷 바퀴(12-2)에 회전축이 직접 연결되어 구동력이 전달될 수 있도록 한다.

상기 배터리(14)는 앞서 설명한 주행모터(13)나 이하에서 설명하는 재활제어부(20)와 안전관리부(30) 및 표시부(40) 등 본 발명의 장치를 이루는 각 구성들에게 전원을 공급한다.

또한 도면에 도시된 바 없으나 상기 주행수단은 주행제어부(15)를 더 포함할 수 있는 바, 휠체어본체(10)에 착석한 사용자가 조이스틱 및/또는 터치 스크린 등을 통해 주행 조작을 할 수 있고, 상기 주행제어부(15)에서는 조이스틱 및/또는 터치 스크린 등으로부터 입력받은 주행신호에 연동하여 휠체어본체(10)의 주행 방향이나 주행 속도 등이 제어될 수 있도록 한다.

상기 재활제어부(20)는 상기 휠체어본체(10)에 착석한 사용자의 생체신호를 계측하기 위한 생체신호계측모듈(200)을 포함한다.

상기 생체신호계측모듈(200)은 사용자의 재활 운동능력을 분석하기 위해 휠체어본체(10)에 착석한 사용자의 생체신호를 측정한다.

일 예로 상기 생체신호계측모듈(200)은 사용자의 신체에 탈부착될 수 있으며 계측한 생체신호를 무선 통신을 통해 송신할 수 있는 모바일 형태의 센서일 수 있다.

그리고 상기 생체신호계측모듈(200)에서 계측되는 사용자의 생체신호는 뇌파(Electroencephalogram; EEG) 및 근전도(Electromyogram; EMG) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

여기서 뇌파 측정에 의해서는 사용자의 운동 의지 등을 측정할 수 있고, 근전도 측정에 의해서는 사용자의 근육 활동도 등을 측정할 수 있다.

상기 재활기구(100, 110)는 휠체어본체(10)에 마련되어 휠체어본체(10)에 착석한 사용자의 상지(上肢) 및/또는 하지(下肢)를 운동시킬 수 있도록 구성된다.

도 1 및 도 2를 참조하면 상기 재활기구(100, 110)는 사용자에 대한 상지 운동을 위한 상지재활기구(100)와 사용자에 대한 하지 운동을 위한 하지재활기구(110)를 모두 포함할 수 있다.

상기 상지(上肢)라 함은 어깨와 손목 사이의 신체 부위를 지칭하므로, 상기 상지재활기구(100)는 사용자의 좌·우측팔의 견관절(어깨), 주관절(팔목), 및 수관절(손목) 등을 운동시킬 수 있도록 구성될 수 있다.

도면에 도시된 바 없으나 상기 상지재활기구(100)는 사용자의 견관절 부위에 착용되는 견관절 모듈과, 주관절 부위에 착용되는 주관절 모듈 및 수관절 부위에 착용되는 수관절 모듈을 포함할 수 있다.

여기서 상기 언급한 관절 모듈은 엑츄에이터와 감속기 등에 의해 구동될 수 있으며, 주관절 모듈과 수관절 모듈은 사용자의 팔 길이에 맞게 길이가 조절될 수 있다.

그리고 상기 상지재활기구(100)의 각 관절 모듈은 각각 독립적으로 작동하거나 또는 상지재활기구(100)가 일련의 동작을 이루도록 각 관절 모듈이 일체적 내지 연속적으로 작동할 수 있다.

상기 상지재활기구(100)는 중력보상모듈을 더 포함할 수 있다.

즉, 사용자의 상지 재활 운동 시 상기 상지재활기구(100)의 회전각이 커지면 중력으로 인한 모멘트가 커지게 되는데, 이때 상기 중력보상모듈이 이와 같이 증가되는 모멘트를 보상해줌으로써 사용자가 편안하게 상지 재활 운동을 하도록 할 수 있다.

상기 하지재활기구(110) 역시 상기 상지재활기구(100)와 마찬가지로 휠체어본체(10)에 탑재되어 휠체어본체(10)에 착석한 사용자의 하지 부위를 운동시키도록 한다.

상기 하지(下肢)라 함은 사람의 몸통 아래 붙어서 몸통을 지탱하고 이동할 수 있게 해주는 신체 부위를 지칭하므로, 상기 하지재활기구(110)는 사용자의 좌·우측 다리의 고관절(다리), 슬관절(무릎), 족관절(발목)을 운동시키도록 한다.

상기 하지재활기구(110)는 도면에 도시된 바 없으나 사용자의 고관절 부위에 착용되는 고관절 모듈과, 슬관절부위에 착용되는 슬관절 모듈 및 족관절 부위에 착용되는 족관절 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서 각 관절 모듈은 관절을 구동하기 위한 엑츄에이터와 감속기를 통해 구동될 수 있으며, 고관절 모듈과 슬관절 모듈은 사용자자의 다리 길이에 맞게 길이가 조절될 수 있을 것이다.

그리고 상기 하지재활기구(110)의 각 관절 모듈은 각각 독립적으로 작동하거나 또는 하지재활기구(110)가 일련의 동작을 이루도록 각 관절 모듈이 일체적 내지 연속적으로 작동할 수 있다.

상기 하지재활기구(110)는 근력보조모듈을 더 포함할 수 있다.

근력보조모듈은 사용자의 하지 재활 운동 시 사용자의 근력을 보조하여 사용자가 약한 힘으로도 하지 재활 운동을 실시할 수 있도록 한다.

한편 상기 재활제어부(20)는 상기 생체신호계측모듈(200)로부터 계측된 생체신호를 수신하고 이를 분석하여 상기 상지재활기구(100) 및 하지재활기구(110)의 동작을 제어할 수 있다.

즉 상기 재활제어부(20)는 생체신호계측모듈(200)로부터 계측된 사용자의 생체신호로부터 사용자의 운동능력 패턴을 분석하고 진단 소프트웨어를 통해 이 운동능력 패턴에 따른 사용자의 재활 운동 범위(관절), 시간, 강도 등을 산출하여 상기 상지재활기구(100) 및 하지재활기구(110)의 동작을 제어한다.

예를 들면 상기 생체신호계측모듈(200)로부터 측정된 생체신호가 사용자의 재활 운동 시작 내지 필요를 알리는 신호로 분석되면, 상기 재활제어부(20)에서는 상기 상지재활기구(100) 및 하지재활기구(110)로 동작 제어 신호를 전송한다. 이때, 상지재활기구(100) 및 하지재활기구(110)로 전송되는 동작 제어 신호는 상지재활기구(100) 및/또는 하지재활기구(110)의 특정 관절 모듈만의 동작을 제어하는 제어 신호일 수 있다.

그리고 사용자의 재활 운동 중 상기 생체신호계측모듈(200)로부터 측정된 생체신호가 사용자의 재활 운동 종료를 알리는 신호로 분석되면, 상기 재활제어부(20)는 상기 상지재활기구(100) 및 하지재활기구(110)의 동작을 종료하는 동작 제어신호를 상기 상지재활기구(100) 및 하지재활기구(110)로 전송한다.

바람직하게 상기 재활제어부(20)는 생체신호계측모듈(200)로부터 계측된 생체를 학습알고리즘(신경망, SVM 등)을 이용하여 분석하고, 이를 통해 상지재활기구(100) 및 하지재활기구(110)의 동작을 제어할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 장치에 따른 휠체어본체(10)는 휠체어에 착석한 사용자의 생체신호를 측정하고 이에 따라 상·하지 재활기구의 동작을 제어함으로써 사용자 개개인의 특성에 맞게 능동적으로 사용자에 대한 재활 운동을 보조해 줄 수 있게 된다.

한편 상기 안전관리부(30)는 휠체어 사용자의 횡단보도 영역 내에서의 안전 사고를 예방하기 위한 다양한 신호를 생성 및 출력하고 상기 표시부(40)는 상기 안전관리부(30)에서 출력되는 신호를 전달받고 이를 시각적 또는 청각적으로 표시되게 함으로써, 휠체어의 주행에 따른 위험 요소가 사전에 차단될 수 있도록 한다.

상기 안전관리부(30)는 상기 휠체어본체(10)에 구비되며 상기 휠체어본체(10)의 주행 여부와 주행 중인 지면의 대상을 식별하고, 지면 대상이 도로 또는 횡단보도로 식별될 경우 차량의 운전자 또는 보행중인 보행자로부터 휠체어의 주행이 인지되도록 하는 제 1안전신호를 생성 및 출력한다.

상기 표시부(40)는 상기 휠체어본체(10)에 구비되며 상기 안전관리부(30)에서 출력되는 제 1안전신호를 수신하여 표시한다.

구체적으로 도 3에 도시된 바와 같이 상기 안전관리부(30)는 카메라모듈(300)과 분석모듈(310)과 통신모듈(320) 및 신호출력모듈(330)을 포함할 수 있다.

상기 카메라모듈(300)은 외부의 제어신호에 의해 구동되어 상기 휠체어본체(10)의 주행방향을 기준으로 전방의 지면에 대하여 일정 영역을 촬영하고, 촬영한 영상신호를 디지털 신호로 변환하여 이를 송신한다.

상기 카메라모듈(300)에 의해 촬영되는 영상은 이하에서 설명하는 분석모듈(310)의 지면 대상을 식별하기 위한 기초데이터로 활용될 수 있다.

상기 카메라모듈(300)의 촬영에 의해 출력되는 영상신호는 영상정보뿐 아니라, 촬영 일/시 정보, 구동 정보 등의 다양한 이벤트 신호는 물론 식별코드를 포함한 정보들을 취합한 신호일 수 있다.

상기 분석모듈(310)은 상기 카메라모듈(300)에서 송신하는 영상신호를 수신 및 저장하고 수신한 영상신호를 기계학습을 통해 분석하여 휠체어본체(10)의 주행 여부와 휠체어본체(10)가 향하는 지면이 차도 또는 보도 또는 횡단보도 중 어느 하나임을 식별한다.

여기서 상기 분석모듈(310)은 카메라모듈(300)로부터 수신한 영상신호에서 잡음을 제거하기 위한 필터유닛을 포함할 수 있다.

상기 필터유닛은 영상 내에서 지면 대상을 식별하기 위한 주요 특징 영역을 추출하고, 추출한 영역에서 흐린 날씨나, 눈, 비와 같이 악천후 환경으로부터 주요 특징을 보다 명확히 인식할 수 있도록 영상을 처리할 수 있다.

본 발명에서 상기 분석모듈(310)의 영상 분석 방법은 기계학습 기법 중 딥러닝(Deep Learning) 학습이 이용될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 공지의 다양한 인공지능 기법 중 하나 또는 둘 이상을 병행 이용할 수도 있다.

일 예로 상기 분석모듈(310)은 딥러닝(Deep Learning) 학습 신경망 계열에 속하는 CNN(Convolutional Neural Network) 알고리즘을 이용한 영상 처리 기법을 기반으로 잡음이 제거된 영상신호를 분석하여 상기 휠체어본체(10)의 주행 여부와 휠체어본체(10)가 향하는 지면이 차도 또는 보도 또는 횡단보도 중 어느 하나임을 식별할 수 있다.

상기 안전관리부(30)는 상기 분석모듈(310)의 식별결과 즉 휠체어본체(10)가 주행하는 지면의 대상에 따라 각기 다른 위험신호를 출력하고 상기 표시부(40)를 통해 시각적 또는 청각적으로 위험 상황이나 휠체어본체(10)의 주행 여부가 주위에 인지될 수 있도록 표시되게 한다.

상기 통신모듈(320)은 상기 분석모듈(310)의 식별결과를 전달받는다.

상기 통신모듈(320)은 상기 분석모듈(310)의 식별결과 휠체어본체(10)가 향하는 지면이 횡단보도일 경우, 해당 횡단보도에 마련된 보행자신호제어기(1)와 데이터 통신을 요청한다.

여기서 상기 보행자신호제어기(1)는 상기 안전관리부(30)의 통신모듈(320)과 상호 무선 테이터 통신이 가능하고, 통신모듈(320)의 요청에 상응하는 응답신호를 송신할 수 있는 통신모듈(320)이 사전 탑재되어 있어야 함은 당연하다.

그리고 상기 통신모듈(320)은 상기 보행자신호제어기(1)에서 출력되는 하나 이상의 신호정보를 요청하고, 이에 응답하여 상기 보행자신호제어기(1)에서 출력되는 하나 이상의 신호정보를 수신한다.

이때 상기 보행자신호제어기(1)에서 출력되는 신호정보는 횡단보도 영역 내에서 구현되는 다양한 신호체계, 예를 들면 보행 가능을 알리는 보행신호와, 보행 불가능을 알리는 정지신호는 물론 각각의 신호의 유지 및 잔여시간 정보 등을 모두 포함할 수 있다.

상기 신호출력모듈(330)은 상기 분석모듈(310)의 분석 및 식별결과를 전달받으며, 상기 통신모듈(320)로부터 전송되는 하나 이상의 신호정보에 연동하여 선택적으로 안전신호 또는 위험신호를 생성 및 출력한다.

일 예로, 상기 신호출력모듈(330)은 상기 통신모듈(320)에서 수신하는 보행자신호제어기(1)의 신호정보를 전달받고, 전달된 신호정보가 보행신호이면 횡단보도 영역내에서 휠체어의 주행이 주변 보행자나 차도에서 횡단보도 영역으로 진입하는 차량의 운전자 등에게 인지되도록 하는 제 1안전신호를 생성 및 출력할 수 있다.

상기 표시부(40)는 광조사모듈(400)과 스피커모듈(410)을 포함할 수 있는 바, 상기 광조사모듈(400)의 경우 도 4에 도시된 바와 같이 상기 신호출력모듈(330)로부터 출력되는 제 1위험신호를 수신하고, 수신한 제 1위험신호에 응답하여 상기 휠체어본체(10)의 양 측방 영역으로 하나 이상의 레이저빔을 조사함으로써, 야간이나 시야 확보가 어려운 악천후 환경 등에 있어 주변 보행자나 차도에서 횡단보도 영역으로 진입하는 차량의 운전가가 휠체어본체(10)의 횡단보도 영역 내 주행이 시각적으로 인지될 수 있도록 한다.

다른 예로, 상기 신호출력모듈(330)은 상기 분석모듈(310)로부터 휠체어본체(10)의 주행 여부 정보를 전달받고, 휠체어본체(10)가 주행 중이면서 상기 통신모듈(320)로부터 전달되는 신호정보가 정지신호일 경우 휠체어본체(10)의 횡단보도 영역 진입이전에 휠체어 사용자에게 위험을 알리도록 하는 제 1경고신호를 출력할 수 있다.

즉 상기 신호출력모듈(330)은 정지신호 시 휠체어 사용자에게 횡단보도의 진입이 불가하다는 것을 제 1경고신호를 통해 알릴 수 있도록 한다.

그리고 상기 표시부(40)의 스피커모듈(410)은 상기 신호출력모듈(330)에서 출력되는 제 1경고신호를 수신하고 수신한 제 1경고신호를 음향으로 출력하여 위험 요소가 휠체어본체(10)에 착석한 사용자에게 직접 안내될 수 있도록 한다.

또 다른 예로, 상기 분석모듈(310)은 상기 카메라모듈(300)로부터 수신한 영상신호를 분석하여 휠체어본체(10)의 주행 시 주행속도를 추정한다.

여기서 영상 분석을 통한 객체의 속도 산출은 공지의 다양한 영상 분석 기법을 통해 충분히 구현이 가능한 바 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

상기 신호출력모듈(330)은 횡단보도 영역으로 휠체어본체(10)가 진입하기 이전 시점에 상기 분석모듈(310)로부터 휠체어본체(10)에 대하여 추정된 주행속도 정보를 전달받는다.

그리고 상기 신호출력모듈(330)은 상기 상기 통신모듈(320)로부터 전달되는 신호정보가 보행신호일 경우 보행신호의 잔여유지시간과 휠체어본체(10)에 대하여 추정된 주행속도를 근거로 휠체어본체(10)의 횡단 가능 여부를 판단하고 횡단이 불가능하다고 판단되면 횡단보도 영역 진입 이전에 휠체어 사용자에게 위험을 알리도록 하는 제 2경고신호를 출력한다.

즉 상기 신호출력모듈(330)은 휠체어본체(10)가 횡단보도 영역으로 진입하기 이전에 횡단보도의 횡단 가능여부를 판단하게 되는 것이며, 횡단이 불가능하다고 판단되면 제 2경고신호를 출력하는 것이다.

또한 상기 표시부(40)의 스피커모듈(410)은 앞서 제 1경고신호의 수신의 경우와 마찬가지로 상기 신호출력모듈(330)에서 출력되는 제 2경고신호를 수신하고, 수신한 제 2경고신호를 음향으로 출력하여 위험 요소가 휠체어본체(10)에 착석한 사용자에게 직접 안내될 수 있도록 한다.

이때 상기 스피커모듈(410)을 통한 음향 안내는 사전에 녹음된 안내메시지이거나 또는 통상의 경고음 중 어느 하나일 수 있다.

한편 본 발명의 장치는 도 6에 도시된 바와 같이 인접한 다른 차도에서 우회전으로 상기 횡단보도 영역(a)에 진입하게 되는 차량(2)에게도 휠체어본체(10)의 횡단보도 영역(a) 내에서의 횡단 상황이 사전 인지될 수 있도록 한다.

도 5를 참조하면 상기 안전관리부(30)의 분석모듈(310)은 상기 카메라모듈(300)로부터 수신한 영상신호를 분석하여 휠체어본체(10)가 횡단보도 영역(a)으로의 진입하는 것을 식별하고 진입 시점을 분석하며, 식별 및 분석 결과를 상기 신호출력모듈(330)로 전달한다.

상기 신호출력모듈(330)은 상기 분석모듈(310)에서 분석된 휠체어본체(10)의 진입 시점을 전달받고, 진입 시점으로부터 기설정된 시간동안 인접한 다른 차도로부터 해당 횡단보도 측으로 진입하는 우회전 차량(2)에게 휠체어본체(10)의 진입이 인지되도록 하는 제 2안전신호를 생성 및 출력한다.

여기서 상기 기설정된 시간은 휠체어본체(10)의 주행 속도를 감안하여 상기 휠체어본체(10)가 횡단보도 영역(a) 내에서 우회전 진입 차량(2)에게 위협적이지 않는 충분한 이격 거리를 확보할 수 있는 시간으로 설정하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 표시부(40)는 상기 신호출력모듈(330)로부터 출력되는 제 2안전신호를 수신하고, 수신한 제 2안전신호에 응답하여 상기 휠체어본체(10)의 일 측방 영역으로 하나 이상의 레이저빔을 조사하는 주의표시모듈(420)을 더 포함할 수 있다.

상기 주위표시모듈(420)은 도 6에 도시된 바와 같이 우회전 진입 차량(2)을 향하는 일 측방으로부터 우회전 진입 차량(2)이 진입 이전 시점에서도 충분시 식별이 가능한 바 후방까지의 범위(b) 내에서 복수로 레이저빔이 조사되도록 함이 바람직하다.

특히 상기 안전관리부(30)는 객체 감지에 따라 상기 신호출력모듈(330)의 제 2안전신호가 선택적으로 생성 및 출력되도록 하는 객체감지모듈(340)을 더 포함할 수 있다.

상기 객체감지모듈(340)은 상기 분석모듈(310)에서 분석된 휠체어본체(10)의 진입 시점을 전달받고, 진입 시점으로부터 기설정된 시간동안 인접한 다른 차도에서 차량(2)의 우회전이 시작되는 위치부터 해당 횡단보도에 진입 전 위치까지의 회전영역에서 객체를 감지하고 객체 감지신호를 출력한다.

여기서 상기 객체는 차도를 이동하는 차량뿐만 아니라, 횡단보도 영역(a)을 횡단하는 휠체어에 위협 요소로 작용할 수 있는 자전거 내지 오토바이 등과 같은 모든 사물들을 포함할 수 있다.

그리고 상기 신호출력모듈(330)은 상기 객체감지모듈(340)에서 출력하는 감지신호를 전달받고 감지신호가 유지되는 동안 제 2안전신호를 생성 및 출력한다.

즉 상기 신호출력모듈(330)은 객체감지모듈(340)의 감지 결과, 우회전으로 진입하는 객체의 여부에 따라 선택적으로 제 2안전신호를 생성 및 출력하게 되는 것이며, 표시부(40)의 주의표시모듈(420)은 우회전으로 진입하는 객체가 존재하는 경우에만 제 2안전신호를 수신하여 레이저빔을 조사하게 되어 불필요하게 회전영역으로 레이저빔이 조사되는 것을 방지토록 한다.

이처럼 본 발명의 장치에서는 횡단보도 영역(a)으로 진입하는 차량(2)의 운전자에게 휠체어의 횡단 여부가 사전 인지되게 하여, 높이가 비교적 낮은 휠체어의 특성 상 우회전 차량(2)에 의해 발생할 수 있는 안전 사고로부터 휠체어 사용자를 보호할 수 있으며 결과적으로 횡단보도 내에서의 인사 사고를 최소화할 수 있도록 한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1 : 보행자신호제어기 10 : 휠체어본체
20 : 재활제어부 30 : 안전관리부
40 : 표시부 100 : 상지재활기구
110 : 하지재활기구 200 : 생체신호계측모듈
300 : 카메라모듈 310 : 분석모듈
320 : 통신모듈 330 : 신호출력모듈
340 : 객체감지모듈 400 : 광조사모듈
410 : 스피커모듈 420 : 주의표시모듈

Claims (9)

1. 착석 상태의 사용자의 상지 또는 하지를 운동시키기 위한 재활기구가 마련되는 휠체어본체;
   상기 휠체어본체에 착석한 사용자의 생체신호를 계측하고, 계측한 생체신호에 기반하여 사용자의 상지 또는 하지를 운동시키기 위한 구동신호를 생성 및 출력하고 이를 상기 재활기구로 송신하는 재활제어부;
   상기 휠체어본체에 구비되며 상기 휠체어본체의 주행 여부와 주행 중인 지면의 대상을 식별하고, 지면 대상이 도로 또는 횡단보도로 식별될 경우 차량의 운전자 또는 보행중인 보행자로부터 휠체어의 주행이 인지되도록 하는 제 1안전신호를 생성 및 출력하는 안전관리부; 및
   상기 휠체어본체에 구비되며 상기 안전관리부에서 출력되는 제 1안전신호를 수신하여 표시하는 표시부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 재활 기능과 횡단보도 안전 기능을 갖는 휠체어 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 안전관리부는,
   상기 휠체어본체의 주행방향을 기준으로 전방의 지면에 대하여 일정 영역을 촬영하고 영상신호를 송신하는 카메라모듈; 및
   상기 카메라모듈에서 송신하는 영상신호를 수신하고 수신한 영상신호를 기계학습을 통해 분석하여 휠체어본체의 주행 여부와 휠체어본체가 향하는 지면이 차도 또는 보도 또는 횡단보도 중 어느 하나임을 식별하는 분석모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 재활 기능과 횡단보도 안전 기능을 갖는 휠체어 장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 안전관리부는,
   상기 분석모듈의 식별결과 휠체어본체가 향하는 지면이 횡단보도일 경우, 해당 횡단보도에 마련된 보행자신호제어기에서 출력되는 하나 이상의 신호정보를 요청하고, 이에 응답하여 상기 보행자신호제어기에서 출력되는 하나 이상의 신호정보를 수신하는 통신모듈; 및
   상기 통신모듈에서 수신하는 보행자신호제어기의 신호정보를 전달받고, 전달된 신호정보가 보행신호이면 횡단보도 영역내에서 휠체어의 주행이 인지되도록 하는 제 1안전신호를 생성 및 출력하는 신호출력모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재활 기능과 횡단보도 안전 기능을 갖는 휠체어 장치.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 신호출력모듈은,
   상기 분석모듈로부터 휠체어본체의 주행 여부 정보를 전달받고, 휠체어본체가 주행 중이면서 상기 통신모듈로부터 전달되는 신호정보가 정지신호일 경우, 휠체어 사용자에게 위험을 알리도록 하는 제 1경고신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 하는 재활 기능과 횡단보도 안전 기능을 갖는 휠체어 장치.
   
5. 제 3항에 있어서,
   상기 분석모듈은,
   상기 카메라모듈로부터 수신한 영상신호를 분석하여 휠체어본체의 주행 시 주행속도를 추정하며,
   상기 신호출력모듈은,
   횡단보도 영역으로 휠체어본체가 진입하기 이전 시점에 상기 분석모듈로부터 휠체어본체에 대하여 추정된 주행속도 정보를 전달받고, 상기 상기 통신모듈로부터 전달되는 신호정보가 보행신호일 경우 보행신호의 잔여유지시간과 휠체어본체에 대하여 추정된 주행속도를 근거로 휠체어본체의 횡단 가능 여부를 판단하고 횡단이 불가능하다고 판단되면 횡단보도 영역 진입 이전에 휠체어 사용자에게 위험을 알리도록 하는 제 2경고신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 재활 기능과 횡단보도 안전 기능을 갖는 휠체어 장치.
   
6. 제 4항 및 제 5항에 있어서,
   상기 표시부는,
   상기 신호출력모듈에서 출력되는 제 1경고신호 또는 제 2경고신호를 수신하고 수신한 제 1경고신호 또는 제 2경고신호를 음향으로 출력하여 위험 요소가 안내되도록 하는 스피커모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 재활 기능과 횡단보도 안전 기능을 갖는 휠체어 장치.
   
7. 제 3항에 있어서,
   상기 표시부는,
   상기 신호출력모듈로부터 출력되는 제 1위험신호를 수신하고, 수신한 제 1위험신호에 응답하여 상기 휠체어본체의 양 측방 영역으로 하나 이상의 레이저빔을 조사하는 광조사모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 재활 기능과 횡단보도 안전 기능을 갖는 휠체어 장치.
   
8. 제 3항에 있어서,
   상기 분석모듈은,
   상기 카메라모듈로부터 수신한 영상신호를 분석하여 휠체어본체가 횡단보도 영역으로의 진입하는 것을 식별하고 진입 시점을 분석하며,
   상기 신호출력모듈은,
   상기 분석모듈에서 분석된 휠체어본체의 진입 시점을 전달받고, 진입 시점으로부터 기설정된 시간동안 인접한 다른 차도로부터 해당 횡단보도 측으로 진입하는 우회전 차량에게 휠체어본체의 진입이 인지되도록 하는 제 2안전신호를 생성 및 출력하고,
   상기 표시부는,
   상기 신호출력모듈로부터 출력되는 제 2안전신호를 수신하고, 수신한 제 2안전신호에 응답하여 상기 휠체어본체의 일 측방 영역으로 하나 이상의 레이저빔을 조사하는 주의표시모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 재활 기능과 횡단보도 안전 기능을 갖는 휠체어 장치.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 안전관리부는,
   상기 분석모듈에서 분석된 휠체어본체의 진입 시점을 전달받고, 진입 시점으로부터 기설정된 시간동안 인접한 다른 차도에서 차량의 우회전이 시작되는 위치부터 해당 횡단보도에 진입 전 위치까지의 회전영역에서 객체를 감지하고 감지신호를 출력하는 하나 이상의 객체감지모듈;을 더 포함하며,
   상기 신호출력모듈은,
   상기 객체감지모듈에서 출력하는 감지신호를 전달받고 감지신호가 유지되는 동안 제 2안전신호를 생성 및 출력하는 것을 특징으로 하는 재활 기능과 횡단보도 안전 기능을 갖는 휠체어 장치.

Images