KR20210123600A - 노인 넘어짐 예방을 위한 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템 - Google Patents

노인 넘어짐 예방을 위한 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템 Download PDF

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KR20210123600A
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Abstract

본 발명은 노인 넘어짐 예방을 위한 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템에 관한 것으로, 화장실 사용 과정에서의 사용자의 자세 보조를 제공하는 착석용 의자(110), 지면에 설치되어 상기 착석용 의자(110)를 지지하는 지지프레임(120), 상기 지지프레임(120)에 고정 결합되고 상기 착석용 의자(110)를 지지하면서 상기 착석용 의자(110)의 바닥면이 수평면을 기준으로 소정의 각도를 형성하면서 회전하게 하는 물리적 구조로 형성되는 복수의 바 링크(130)들, 일단이 상기 지지프레임(120)에 고정 결합되고 타단이 상기 복수의 바 링크(130)들과 연결되어 상기 회전을 위한 회전력을 제공하는 한쌍의 선형 액추에이터(140) 및 복수의 센서들로부터 수신된 센싱값들을 기초로 상기 사용자의 동작을 예측하고 해당 동작에 대응하여 상기 자세 보조를 제공하도록 상기 착석용 의자(110)의 움직임을 제어하는 컨트롤 박스(150)를 포함한다.

Description

노인 넘어짐 예방을 위한 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템{RESTROOM POSTURE ASSISTANCE AND EMERGENCY ALARM SYSTEM TO PREVENT THE ELDERLY FROM FALLING}
본 발명은 화장실 자세 보조 및 응급알람 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사적공간에서 거동이 불편한 사람의 동작을 보조하고 긴급상황 발생 시 신속한 구조를 제공할 수 있는 노인 넘어짐 예방을 위한 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템에 관한 것이다.
건강수명이라는 숫자로 표시되는 건강한 늙음은 노인들의 자립적이고 행복한 삶을 영위하면서, 질병의 치료만이 아니라 행복한 늙음의 질에 의학적 실행의 목표가 설정되어야 한다. 이를 위해서 노년기 자립생활을 방해하는 각종 생활기능 위험성을 미리 파악하고 이에 대한 예방노력을 고안할 필요가 있다.
한편, 노인들의 경우 실내 공간이라 하더라도 넘어짐 등의 사고로 인해 병원에서 치료를 받아야만 하는 상황이 매우 빈번하게 발생하고 있다. 통계적으로, 실내 공간 중 거실에서 24.7%의 가장 높은 비율로 안전사고가 발생하고 침실에서 22.4%이며 화장실을 포함한 욕실에서 17.3%의 비율로 안전사고가 발생하고 있다.
거실과 침실에서 약 47.1%의 비율로 안전사고가 발생하고 있지만, 사실 가족과 함께 있을 경우 신속한 후속 조치로 인하여 사고로 인한 질병 악화를 최소화하는 것이 가능하다. 그러나, 화장실을 포함한 욕실의 경우 17.3%의 세 번째 비율에도 불구하고 신속한 후속 조치가 이루어지지 않아 큰 질병으로 악화될 높은 위험성이 존재한다.
따라서, 사적공간에서 노인의 넘어짐을 예방하고 사고 발생 후 외부와 신속한 연락을 취함으로써 건강수명 유지에 기여할 수 있는 기술의 개발이 필요할 수 있다.
한국등록특허 제10-1403555호 (2014.05.28)
본 발명의 일 실시예는 사적공간에서 거동이 불편한 사람의 동작을 보조하고 긴급상황 발생 시 신속한 구조를 제공할 수 있는 노인 넘어짐 예방을 위한 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 사적공간에서 넘어짐을 예방하고 물리적 도움을 제공할 수 있는 시스템을 최소의 비용으로 생산하여 노인 복지 향상에 실질적으로 기여할 수 있는 노인 넘어짐 예방을 위한 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 활동 상태를 모니터링 하면서 사고 발생을 자동 감지하여 외부와 신속한 연락을 취함으로써 건강수명 유지에 기여할 수 있는 노인 넘어짐 예방을 위한 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템을 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 노인 넘어짐 예방을 위한 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템은 화장실 사용 과정에서의 사용자의 자세 보조를 제공하는 착석용 의자(110), 지면에 설치되어 상기 착석용 의자(110)를 지지하는 지지프레임(120), 상기 지지프레임(120)에 고정 결합되고 상기 착석용 의자(110)를 지지하면서 상기 착석용 의자(110)의 바닥면이 수평면을 기준으로 소정의 각도를 형성하면서 회전하게 하는 물리적 구조로 형성되는 복수의 바 링크(130)들, 일단이 상기 지지프레임(120)에 고정 결합되고 타단이 상기 복수의 바 링크(130)들과 연결되어 상기 회전을 위한 회전력을 제공하는 한쌍의 선형 액추에이터(140) 및 복수의 센서들로부터 수신된 센싱값들을 기초로 상기 사용자의 동작을 예측하고 해당 동작에 대응하여 상기 자세 보조를 제공하도록 상기 착석용 의자(110)의 움직임을 제어하는 컨트롤 박스(150)를 포함한다.
상기 착석용 의자(110)는 상기 복수의 바 링크(130)들의 물리적 구조에 의해 상기 바닥면이 상기 수평면과 최대 42도의 각도를 형성하도록 회전 가능할 수 있다.
상기 착석용 의자(110)는 상기 바닥면을 형성하고 중앙부에 통공이 형성된 의자 시트(111), 상기 의자 시트(111)의 상단부에 결합되고 상기 통공에 대응하는 형상으로 형성된 화장실 시트(112) 및 상기 의자 시트(111)의 일측면에서 상기 바닥면의 수직 방향으로 결합하고 상단부에 거리 측정 센서(114)를 구비하는 등받침대(113)을 포함할 수 있다.
상기 지지프레임(120)은 높이 조절 가능한 복수의 제1 지지대(121)들과 상기 지면과 평행한 방향으로 배치되고 양단에서 제1 지지대(121)의 양측면부와 각각 결합하는 레일 쌍으로 구성된 복수의 제1 지지레일(122)들을 포함하는 제1 지지프레임 및 상기 복수의 제1 지지대(121)들에 대응되는 복수의 제2 지지대(123)들과 상기 제1 지지레일(122)의 레일 쌍 각각의 상단부에 결합되고 상기 복수의 제2 지지대(123)들과 결합되는 복수의 제2 지지레일(124)들을 포함하는 제2 지지프레임을 포함할 수 있다.
상기 복수의 바 링크(130)들은 상기 제2지지대(123)와 결합하는 제1 바 링크(131), 상기 제2 지지레일(124)과 결합하는 제2 및 제3 바 링크들(132 및 133)을 포함하고, 상기 제1 내지 제3 바 링크들(131, 132 및 133) 간의 물리적 구조를 통해 상기 선형 액추에이터(140)로부터 제공되는 동력의 방향을 전환하여 상기 착석용 의자(110)에게 상기 회전력으로서 전달할 수 있다.
상기 컨트롤 박스(150)는 특정 시간간격 동안 적어도 하나의 압력 센서로부터 수집된 센싱값들을 기초로 상기 사용자의 행동 패턴에 관한 특징 정보를 추출하여 상기 사용자의 동작을 예측하는 동작 예측 모델을 구축할 수 있다.
상기 컨트롤 박스(150)는 상기 동작 예측 모델을 기초로 상기 자세 보조를 제공하는 과정에서 상기 적어도 하나의 압력 센서로부터 수집된 센싱값들 중 이상신호가 검출된 경우 상기 사용자에게 긴급상황이 발생한 것으로 결정할 수 있다.
상기 컨트롤 박스(150)는 상기 이상신호가 검출된 경우 상기 착석용 의자(110)에 설치된 거리 측정 센서(114)로부터 거리신호를 수신하여 상기 긴급상황의 발생에 관한 검증을 수행할 수 있다.
상기 컨트롤 박스(150)는 상기 긴급상황이 발생한 경우 기 등록된 연락처를 기초로 상기 사용자에 대한 긴급구조를 요청할 수 있다.
상기 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템은 상기 착석용 의자(110)의 움직임을 수동으로 제어할 수 있는 무선 리모컨(160)을 더 포함할 수 있다.
상기 지지 프레임(120)은 적어도 하나의 지지대의 일단으로부터 직각으로 연장되어 형성되는 보조 손잡이(125)를 포함하고, 상기 무선 리모컨(160)은 상기 보조 손잡이(125)와 결합되는 리모컨 지지대(161)에 의해 지지될 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 노인 넘어짐 예방을 위한 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템은 사적공간에서 넘어짐을 예방하고 물리적 도움을 제공할 수 있는 시스템을 최소의 비용으로 생산하여 노인 복지 향상에 실질적으로 기여할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 노인 넘어짐 예방을 위한 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템은 활동 상태를 모니터링 하면서 사고 발생을 자동 감지하여 외부와 신속한 연락을 취함으로써 건강수명 유지에 기여할 수 있다.
도 1 및 2는 본 발명에 따른 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템의 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템의 배면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템의 좌측면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템의 우측면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템의 평면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템의 저면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템을 구성하는 지지프레임을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템을 구성하는 컨트롤 박스의 시스템 구성을 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템에서 수행되는 동작의 일 실시예를 설명하는 순서도이다.
도 12는 본 발명에 따른 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템에서 수행되는 동작의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 학습 데이터 테이블(learning data table)을 설명하는 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 센서데이터로부터 도출된 결정트리 모델(Decision tree model)을 설명하는 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1 및 2는 본 발명에 따른 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템의 사시도이고, 도 3은 정면도이며, 도 4는 배면도이고, 도 5는 좌측면도이며, 도 6은 우측면도이고, 도 7은 평면도이며, 도 8은 저면도이다. 도 9는 본 발명에 따른 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템을 구성하는 지지프레임을 설명하는 도면이다.
이하, 도 1 내지 9를 기초로 본 발명에 따른 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템에 관하여 자세히 설명한다.
화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템(100)은 화장실 사용 과정에서의 사용자의 자세 보조를 제공하는 착석용 의자(110), 지면에 설치되어 착석용 의자(110)를 지지하는 지지프레임(120), 지지프레임(120)에 고정 결합되고 착석용 의자(110)를 지지하면서 착석용 의자(110)의 바닥면이 수평면을 기준으로 소정의 각도를 형성하면서 회전하게 하는 물리적 구조로 형성되는 복수의 바 링크(Bar Link)(130)들, 일단이 지지프레임(120)에 고정 결합되고 타단이 복수의 바 링크(130)들과 연결되어 회전을 위한 회전력을 제공하는 한쌍의 선형 액추에이터(Linear Actuator)(140) 및 복수의 센서들로부터 수신된 센싱값들을 기초로 사용자의 동작을 예측하고 해당 동작에 대응하여 자세 보조를 제공하도록 착석용 의자(110)의 움직임을 제어하는 컨트롤 박스(Control Box)(150)를 포함할 수 있다.
화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템(100)은 상대적으로 복잡한 구조에도 불구하고 비용을 절감할 수 있는 폐루프 메커니즘으로 설계되어 구현될 수 있다. 즉, 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템(100)은 착석용 의자(110)를 지지하는 복수의 바 링크(130)들의 적절한 배치를 통해 최소 개수의 액추에이터로 필요한 모션을 구현할 수 있다.
일 실시예에서, 착석용 의자(110)는 복수의 바 링크(130)들의 물리적 구조에 의해 바닥면이 수평면과 최대 42도의 각도를 형성하도록 회전 가능할 수 있다. 착석용 의자(110)는 화장실을 사용하는 과정에서 자세 보조를 제공하기 위한 구성인 점에서 사용자의 안전을 고려하여 의자의 움직임이 제한될 수 있으며, 의자 시트(111)에 대응되는 바닥면이 수평면과 형성하는 사이각이 0도에서 42도의 범위로 제한될 수 있다. 한편, 착석용 의자(110)의 회전 각도의 제한은 착석용 의자(110)를 지지하는 복수의 바 링크(130)들의 물리적 구조의 설계를 통해 물리적으로 구현될 수 있고, 컨트롤 박스(150)의 제어를 통해 기능적으로 구현될 수도 있다.
일 실시예에서, 착석용 의자(110)는 바닥면을 형성하고 중앙부에 통공이 형성된 의자 시트(111), 의자 시트(111)의 상단부에 결합되고 통공에 대응하는 형상으로 형성된 화장실 시트(112) 및 의자 시트(111)의 일측면에서 바닥면의 수직 방향으로 결합하고 상단부에 거리 측정 센서(114)를 구비하는 등받침대(113)을 포함할 수 있다. 도 1 및 3에서, 착석용 의자(110)는 의자 다리를 제외하고 통상적인 의자의 형상으로 구현될 수 있고, 다만 화장실 사용을 보조하기 위한 구성인 점에서 의자 시트(111)와 화장실 시트(112)에는 화장실 좌변기의 형상에 대응되는 통공이 형성될 수 있다.
한편, 착석용 의자(110)의 등받침대(113)는 상단부에 거리 측정 센서(114)를 포함하여 구현될 수 있다. 거리 측정 센서(114)는 사용자와 착석용 의자(110) 사이의 거리에 관한 정보를 측정할 수 있으며, 컨트롤 박스(150)에게 관련 정보를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 지지프레임(120)은 높이 조절 가능한 복수의 제1 지지대(121)들과 지면과 평행한 방향으로 배치되고 양단에서 제1 지지대(121)의 양측면부와 각각 결합하는 레일 쌍으로 구성된 복수의 제1 지지레일(122)들을 포함하는 제1 지지프레임 및 복수의 제1 지지대(121)들에 대응되는 복수의 제2 지지대(123)들과 제1 지지레일(122)의 레일 쌍 각각의 상단부에 결합되고 복수의 제2 지지대(123)들과 결합되는 복수의 제2 지지레일(124)들을 포함하는 제2 지지프레임을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 9를 참조하면 지지프레임(120)은 지면과 직접 접촉하는 제1 지지프레임과 제1 지지프레임 상부에 결합하는 제2 지지프레임으로 구성될 수있다. 제1 지지프레임은 사각형 형태로 구현되는 경우 4개의 모서리에 배치되는 4개의 제1 지지대(121)들로 구성될 수 있다. 즉, 제1 지지대(121)는 시스템 전체를 안정적으로 지지하는 역할을 수행할 수 있으며, 제1 지지프레임은 전체 시스템의 크기 등을 고려하여 그 크기가 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 지지프레임은 바람직하게는 width: 900mm, Length: 780mm의 크기로 구현될 수 있다.
또한, 제1 지지레일(122)은 전면부에 배치되는 제1 지지대(121)와 배면부에 배치되는 제1 지지대(121)와 양단에서 각각 결합하여 2개의 제1 지지대(121)들을 연결하는 역할을 수행할 수 있다. 제1 지지레일(122)은 양쪽에 각각 하나씩 배치되어 시스템의 안정성을 제공할 수 있다.
또한, 제1 지지대(121)는 사각 기둥 형태로 구현될 수 있고, 외측부와 내측부가 각각 독립적인 모듈로서 구현되어 내측부가 외측부의 내부에 삽입된 상태에서 상하로 이동하여 높이 조절이 가능한 형태로 구현될 수도 있다. 한편, 제2 지지프레임은 제1 지지프레임에 대응되는 형상으로 구현될 수 있으나, 제1 지지프레임의 상부, 구체적으로 제1 지지프레임을 구성하는 제1 지지레일(122)의 상부에 배치된 형태로 결합될 수 있다. 제2 지지프레임은 4개의 제2 지지대(123)와 2개의 제2 지지레일(124)로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 지지프레임(120)은 적어도 하나의 지지대의 일단으로부터 직각으로 연장되어 형성되는 보조 손잡이(125)를 포함할 수 있다. 도 9를 참조하면, 지지프레임(120)은 제1 및 제2 지지프레임들로 구성될 수 있고, 제2 지지프레임을 구성하는 제2 지지대(123)의 상단으로부터 직각, 즉 수평 방향으로 연장되는 보조 손잡이(125)를 포함하여 구현될 수 있다. 보조 손잡이(125)는 화장실을 이용하는 사용자의 동작을 보조하기 위한 역할을 수행할 수 있다. 한편, 도 1 내지 9에서는 보조 손잡이(125)가 사각기둥 형상으로 표현되어 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 사용자의 동작을 보조할 수 있는 다양한 형상으로 구현될 수 있음은 물론이다.
일 실시예에서, 복수의 바 링크(130)들은 제2지지대(123)와 결합하는 제1 바 링크(131), 제2 지지레일(124)과 결합하는 제2 및 제3 바 링크들(132 및 133)을 포함하고, 제1 내지 제3 바 링크들(131, 132 및 133) 간의 물리적 구조를 통해 선형 액추에이터(140)로부터 제공되는 동력의 방향을 전환하여 착석용 의자(110)에게 회전력으로서 전달할 수 있다. 즉, 복수의 바 링크(130)들은 기본적으로 착석용 의자(110)를 지지하는 역할을 수행할 수 있으나, 사용자의 동작에 대응하여 착석용 의자(110)가 회전하도록 회전력을 제공하는 역할을 수행할 수도 있다. 이 때, 착석용 의자(110)의 회전을 위한 회전력은 착석용 의자(110)의 하단부에 설치된 선형 액추에이터(140)로부터 제공될 수 있고, 복수의 바 링크(130)들의 물리적 구조에 의해 선형 액추에이터(140)로부터 제공된 동력의 방향이 수평에서 수직으로 변환되어 착석용 의자(110)에게 전달될 수 있다.
도 6에서, 복수의 바 링크(130)들은 제1 내지 제3 바 링크들로 구성될 수 있다. 도 1 및 2를 참조하면, 제1 바 링크(131)는 일단이 제2 지지대(123)의 상단에 결합되고 타단이 착석용 의자(110)의 하단 전면부에 결합되어 동작할 수 있으며, 두 개의 부분 바 링크들이 연결되어 하나의 관절 구조를 형성할 수 있다. 또한, 제2 및 제3 바 링크들(132 및 133)은 일단이 제2 지지레일(124)의 상단에 결합되고 타단이 착석용 의자(110)의 하단 전면부와 후면부에 각각 결합되어 동작할 수 있으며, 두 개의 부분 바 링크들이 연결되어 하나의 관절 구조를 형성하되 두개의 관절 구조가 일정 간격으로 이격되어 나란히 배치된 형태로 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤 박스(150)는 특정 시간간격(예를 들어, 2초) 동안 적어도 하나의 압력 센서로부터 수집된 센싱값들을 기초로 사용자의 행동 패턴에 관한 특징 정보를 추출하여 사용자의 동작을 예측하는 동작 예측 모델을 구축할 수 있다. 동작 예측 모델은 학습을 통해 생성되는 모델에 해당할 수 있고, 복수의 센서들로부터 수집된 센싱값을 기초로 생성되는 사용자의 동작 패턴에 관한 특징 정보를 입력으로 사용하여 사용자의 다음 동작에 관한 예측 결과를 출력으로 제공할 수 있다. 이 때, 동작 예측 모델이 출력하는 예측 결과는 기 정의된 복수의 동작들에 관한 확률 정보를 포함할 수 있으며, 컨트롤 박스(150)는 동작 예측 모델이 제공하는 확률 정보를 기초로 사용자의 다음 동작을 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤 박스(150)는 동작 예측 모델을 기초로 자세 보조를 제공하는 과정에서 적어도 하나의 압력 센서로부터 수집된 센싱값들 중 이상신호가 검출된 경우 사용자에게 긴급상황이 발생한 것으로 결정할 수 있다. 즉, 컨트롤 박스(150)는 사용자의 동작 예측을 위해서만 센싱 정보를 사용하는 것이 아니라 사용자에게 발생한 위험상황 검출을 위해서도 센싱 정보를 사용할 수 있으며, 이를 위하여 각 동작에 대응되는 센싱값들의 정상 범위에 관한 데이터가 기 구축되어 활용될 수 있다.
보다 구체적으로, 컨트롤 박스(150)는 예측된 동작에 대응되는 자세 보조를 제공하는 과정에서 복수의 압력 센서들로부터 수집되는 센싱값이 해당 자세 보조에 대응하는 정상 범위에서 벗어난 경우 사용자에게 위험상황이 발생한 것으로 결정할 수 있다. 본 발명에 따른 시스템은 노인 등 거동이 불편한 사용자가 사용한다는 점에서 넘어짐이나 기절 등 사용자의 동작이 정상 범위를 벗어나는 경우 사용자에게 위험한 상황이 발생했을 확률이 높고, 이에 따라 컨트롤 박스(150)는 자동으로 외부 시스템에게 긴급구조를 요청하도록 설계될 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤 박스(150)는 이상신호가 검출된 경우 착석용 의자(110)에 설치된 거리 측정 센서(114)로부터 거리신호를 수신하여 긴급상황의 발생에 관한 검증을 수행할 수 있다. 컨트롤 박스(150)는 기본적으로 다양한 위치에 설치된 압력 센서를 통해 사용자의 동작을 예측하고 자세 보조를 위한 착석용 의자(110)의 움직임을 제어할 수 있으나, 동작 예측과 자세 보조의 정확성을 높이기 위하여 서로 다른 종류의 센서를 복합적으로 사용할 수도 있다.
한편, 착석용 의자(110)는 등받침대(113)의 상단에 거리 측정 센서를 포함하여 구현될 수 있으며, 컨트롤 박스(150)는 압력 센서로부터 측정되는 센싱값을 기초로 사용자에게 위험 상황이 발생하였는지를 1차적으로 판단한 후 거리 측정 센서(114)로부터 측정되는 센싱값으로 위험 상황 발생에 관한 2차 검증을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 자세 보정의 각 단계에서 사용자와의 정상 거리에 관한 데이터가 기 구축되어 활용될 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤 박스(150)는 긴급상황이 발생한 경우 기 등록된 연락처를 기초로 사용자에 대한 긴급구조를 요청할 수 있다. 긴급구조를 위한 연락처는 소방서, 응급실 등의 외부 구조기관과 연관된 연락처를 포함할 수 있고 개인 사용자의 보호자나 가까운 지인과 연관된 연락처를 포함할 수 있다. 한편, 긴급구조의 요청 방식은 다양한 형태로 구현되어 실행될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤 박스(150)는 음향 재생 가능한 스피커를 포함하여 구현된 경우 긴급 경보음을 재생하여 긴급 상황을 외부로 알릴 수 있고, 통신 모듈을 통해 연락처에 등록된 사용자 단말에게 긴급구조 요청 메시지를 전송할 수 있으며, 핫 라인을 통해 외부 구조기관에게 긴급구조 요청을 전송할 수도 있다.
일 실시예에서, 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템(100)은 착석용 의자(110)의 움직임을 수동으로 제어할 수 있는 무선 리모컨(160)을 더 포함할 수 있다. 즉, 무선 리모컨(160)은 사용자의 활용성을 극대화하는 역할을 담당할 수 있다. 사용자는 무선 리모컨(160)을 통해 수동으로 착석용 의자(110)의 위치, 방향 등을 제어하여 화장실 사용의 편이성을 제공 받을 수 있다.
일 실시예에서, 무선 리모컨(160)은 보조 손잡이(125)와 결합되는 리모컨 지지대(161)에 의해 지지될 수 있다. 즉, 지지프레임(120)은 적어도 하나의 지지대의 일단으로부터 직각으로 연장되어 형성되는 보조 손잡이(125)를 포함하여 구현될 수 있고, 보조 손잡이(125)에 결합된 형태로 형성되는 리모컨 지지대(161)에 의해 지지될 수 있다. 도 1 및 5에서, 보조 손잡이(125)는 지지프레임(120)의 제2 지지대(123) 양쪽에 각각 형성될 수 있고, 리모컨 지지대(161)는 왼쪽에 위치한 제2 지지대(123)와 결합되어 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 필요에 따라 설치 개수 및 결합 위치가 서로 다르게 적용되어 형성될 수도 있다.
도 10은 본 발명에 따른 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템을 구성하는 컨트롤 박스의 시스템 구성을 설명하는 도면이다.
도 10을 참조하면, 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템(100)을 구성하는 컨트롤 박스(150)는 프로세서(210), 메모리(230), 사용자 입출력부(250) 및 네트워크 입출력부(270)를 포함하여 구현될 수 있다.
프로세서(210)는 컨트롤 박스(150)가 동작하는 과정에서의 각 단계들을 처리하는 프로시저를 실행할 수 있고, 그 과정 전반에서 읽혀지거나 작성되는 메모리(230)를 관리할 수 있으며, 메모리(230)에 있는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리 간의 동기화 시간을 스케줄할 수 있다. 프로세서(210)는 컨트롤 박스(150)의 동작 전반을 제어할 수 있고, 메모리(230), 사용자 입출력부(250) 및 네트워크 입출력부(270)와 전기적으로 연결되어 이들 간의 데이터 흐름을 제어할 수 있다. 프로세서(210)는 컨트롤 박스(150)의 CPU(Central Processing Unit)로 구현될 수 있다.
메모리(230)는 SSD(Solid State Drive) 또는 HDD(Hard Disk Drive)와 같은 비휘발성 메모리로 구현되어 컨트롤 박스(150)에 필요한 데이터 전반을 저장하는데 사용되는 보조기억장치를 포함할 수 있고, RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리로 구현된 주기억장치를 포함할 수 있다.
사용자 입출력부(250)는 사용자 입력을 수신하기 위한 환경 및 사용자에게 특정 정보를 출력하기 위한 환경을 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자 입출력부(250)는 터치 패드, 터치 스크린, 화상 키보드 또는 포인팅 장치와 같은 어댑터를 포함하는 입력장치 및 모니터 또는 터치스크린과 같은 어댑터를 포함하는 출력장치를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 사용자 입출력부(250)는 원격 접속을 통해 접속되는 컴퓨팅 장치(예를 들어, 리모컨)에 해당할 수 있고, 그러한 경우, 컨트롤 박스(150)는 서버로서 수행될 수 있다.
네트워크 입출력부(270)은 네트워크를 통해 외부 장치 또는 시스템과 연결하기 위한 환경을 포함하고, 예를 들어, LAN(Local Area Network), MAN(Metropolitan Area Network), WAN(Wide Area Network) 및 VAN(Value Added Network) 등의 통신을 위한 어댑터를 포함할 수 있다. 한편, 네트워크 입출력부(270)는 사용자 입출력부(250)가 무선 네트워크를 통해 접속되는 리모컨으로 구현되는 경우 리모컨과의 근거리 통신을 통해 연결될 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템에서 수행되는 동작의 일 실시예를 설명하는 순서도이다.
도 11을 참조하면, 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템(100)은 복수의 센서들로부터 센싱값을 수집할 수 있다(단계 S310). 이 때, 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템(100)은 복수의 센서들을 통해 사용자의 동작에 관한 압력, 진동, 음향, 거리에 관한 정보를 수집할 수 있고, 필요에 따라 온도, 습도 등의 환경정보와 심박수, 혈압 등의 생체정보를 수집할 수도 있다.
또한, 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템(100)은 컨트롤 박스(150)를 통해 센싱값을 기 구축된 동작 예측 모델에 적용할 수 있다(단계 S330). 이 때, 동작 예측 모델은 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템(100)에 의해 사전에 학습을 통해 구축될 수 있다. 예를 들어, 동작 예측 모델은 보행, 미끄러짐, 넘어짐 등을 구별할 수 있는 physical-informed 뉴럴 네트워크 알고리즘을 통해 구축될 수 있으며, 머신러닝 알고리즘 중의 하나인 Decision tree 알고리즘을 통해 구현될 수 있다.
여기에서, Decision tree(결정트리)는 확률적으로 정보이득(information gain)이 가장 많은 것을 root(루트) 노드로 하여 밑으로 내려 가면서 Subroot(서브루트)를 형성하고 최종 형성된 Decision tree 모델을 통해 실시간으로 동작을 추정하게 된다. 즉, 자세를 추정하는데 비중이 높은 센서의 입력 값이 순서대로 상위 노드가 되며 순차적으로 내려가면서 트리 구조의 모델을 형성한다.
예를 들어, 추정하려 하는 각각의 동작들을 무수히 많이 반복 실험하여 각각의 상황(예: 사용자가 화장실에 들어오는 상황, 사용자가 화장실 변기에서 일어나려는 상황, 사용자가 화장실에서 쓰러지는 상황 등등)에서의 특정 시간 동안 획득하는 센서값들을 도 13과 같이 테이블화 할 수 있다.
그리고, 센서들의 입력 값과 추정 동작과의 관계들(예: 거리 (측정) 센서 값이 50보다 크고 첫번째 Force sensor(압력 센서)의 값이 400보다 작으면 추정 동작은 일어서려는 동작)을 입력받은 모든 데이터들에 대하여 확률적으로 계산한 후 도 14와 같은 결정 트리를 구성할 수 있다.
즉, 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템(100)은 상기와 같이 구축된 동작 예측 모델을 이용하여 사용자의 동작을 예측할 수 있다(단계 S350). 따라서, 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템(100)은 측정된 센싱값을 기준으로 사용자가 다음에 어떤 행동을 취할 것인지를 예상하여 사용자의 자세를 보조하도록 시스템을 제어할 수 있다(단계 S370).
또한, 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템(100)은 사용자의 자세를 보조하는 과정에서 수집된 센싱값들로부터 이상신호가 검출된 경우 사용자에게 긴급상황이 발생한 것으로 결정하여 구조 기관 등의 외부 시스템으로 긴급구조를 요청할 수 있다(단계 S390). 이 때, 긴급구조에 관한 요청은 이메일 전송, 경보음 발생 및 알림 메시지 생성 등 다양한 방식으로 구현되어 제공될 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템에서 수행되는 동작의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 12를 참조하면, 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템(100)은 복수의 센서들로부터 수집되는 센싱값에 기초하여 사용자의 동작을 예측하고 해당 동작에 대응하여 자세 보조를 제공할 수 있다. 또한, 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템(100)은 사용자에게 자세 보조를 제공하는 과정에서 수집된 센싱값들 중 이상신호가 검출된 경우 사용자에게 긴급상황이 발생한 것으로 결정하여 외부에 긴급구조를 요청할 수 있다.
이를 위하여, 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템(100)은 사용자의 동작 및 자세 보조의 각 단계에서 각 센서값들의 정상 범위에 관한 데이터를 구축하여 활용할 수 있으며, 필요한 경우 학습을 통해 동작 예측 및 자세 보조에 활용할 수 있다.
화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템(100)은 토탈 케어 시스템에 필요한 자유도를 분석한 결과를 바탕으로 저비용의 기구 메커니즘을 적용하여 구현될 수 있으며, 모듈화된 형태로 구현된 기구부를 통해 기존의 화장실에도 손쉽게 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템
110: 착석용 의자 111: 의자 시트
112: 화장실 시트 113: 등받침대
114: 거리 측정 센서
120: 지지 프레임 121: 제1 지지대
122: 제1 지지레일 123: 제2 지지대
124: 제2 지지레일 125: 보조 손잡이
130: 바 링크 131: 제1 바 링크
132: 제2 바 링크 133: 제3 바 링크
140: 선형 액추에이터 150: 컨트롤 박스
160: 무선 리모컨 161: 리모컨 지지대
210: 프로세서 230: 메모리
250: 사용자 입출력부 270: 네트워크 입출력부

Claims (11)

  1. 화장실 사용 과정에서의 사용자의 자세 보조를 제공하는 착석용 의자(110);
    지면에 설치되어 상기 착석용 의자(110)를 지지하는 지지프레임(120);
    상기 지지프레임(120)에 고정 결합되고 상기 착석용 의자(110)를 지지하면서 상기 착석용 의자(110)의 바닥면이 수평면을 기준으로 소정의 각도를 형성하면서 회전하게 하는 물리적 구조로 형성되는 복수의 바 링크(130)들;
    일단이 상기 지지프레임(120)에 고정 결합되고 타단이 상기 복수의 바 링크(130)들과 연결되어 상기 회전을 위한 회전력을 제공하는 한쌍의 선형 액추에이터(140); 및
    복수의 센서들로부터 수신된 센싱값들을 기초로 상기 사용자의 동작을 예측하고 해당 동작에 대응하여 상기 자세 보조를 제공하도록 상기 착석용 의자(110)의 움직임을 제어하는 컨트롤 박스(150)를 포함하는 노인 넘어짐 예방을 위한 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 착석용 의자(110)는
    상기 복수의 바 링크(130)들의 물리적 구조에 의해 상기 바닥면이 상기 수평면과 최대 42도의 각도를 형성하도록 회전 가능한 것을 특징으로 하는 노인 넘어짐 예방을 위한 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 착석용 의자(110)는
    상기 바닥면을 형성하고 중앙부에 통공이 형성된 의자 시트(111);
    상기 의자 시트(111)의 상단부에 결합되고 상기 통공에 대응하는 형상으로 형성된 화장실 시트(112); 및
    상기 의자 시트(111)의 일측면에서 상기 바닥면의 수직 방향으로 결합하고 상단부에 거리 측정 센서(114)를 구비하는 등받침대(113)을 포함하는 것을 특징으로 하는 노인 넘어짐 예방을 위한 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 지지프레임(120)은
    높이 조절 가능한 복수의 제1 지지대(121)들과 상기 지면과 평행한 방향으로 배치되고 양단에서 제1 지지대(121)의 양측면부와 각각 결합하는 레일 쌍으로 구성된 복수의 제1 지지레일(122)들을 포함하는 제1 지지프레임; 및
    상기 복수의 제1 지지대(121)들에 대응되는 복수의 제2 지지대(123)들과 상기 제1 지지레일(122)의 레일 쌍 각각의 상단부에 결합되고 상기 복수의 제2 지지대(123)들과 결합되는 복수의 제2 지지레일(124)들을 포함하는 제2 지지프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 노인 넘어짐 예방을 위한 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 바 링크(130)들은
    상기 제2지지대(123)와 결합하는 제1 바 링크(131), 상기 제2 지지레일(124)과 결합하는 제2 및 제3 바 링크들(132 및 133)을 포함하고, 상기 제1 내지 제3 바 링크들(131, 132 및 133) 간의 물리적 구조를 통해 상기 선형 액추에이터(140)로부터 제공되는 동력의 방향을 전환하여 상기 착석용 의자(110)에게 상기 회전력으로서 전달하는 것을 특징으로 하는 노인 넘어짐 예방을 위한 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤 박스(150)는
    특정 시간간격 동안 적어도 하나의 압력 센서로부터 수집된 센싱값들을 기초로 상기 사용자의 행동 패턴에 관한 특징 정보를 추출하여 상기 사용자의 동작을 예측하는 동작 예측 모델을 구축하는 것을 특징으로 하는 노인 넘어짐 예방을 위한 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 컨트롤 박스(150)는
    상기 동작 예측 모델을 기초로 상기 자세 보조를 제공하는 과정에서 상기 적어도 하나의 압력 센서로부터 수집된 센싱값들 중 이상신호가 검출된 경우 상기 사용자에게 긴급상황이 발생한 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 노인 넘어짐 예방을 위한 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 컨트롤 박스(150)는
    상기 이상신호가 검출된 경우 상기 착석용 의자(110)에 설치된 거리 측정 센서(114)로부터 거리신호를 수신하여 상기 긴급상황의 발생에 관한 검증을 수행하는 것을 특징으로 하는 노인 넘어짐 예방을 위한 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 컨트롤 박스(150)는
    상기 긴급상황이 발생한 경우 기 등록된 연락처를 기초로 상기 사용자에 대한 긴급구조를 요청하는 것을 특징으로 하는 노인 넘어짐 예방을 위한 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 착석용 의자(110)의 움직임을 수동으로 제어할 수 있는 무선 리모컨(160)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노인 넘어짐 예방을 위한 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 지지프레임(120)은 적어도 하나의 지지대의 일단으로부터 직각으로 연장되어 형성되는 보조 손잡이(125)를 포함하고,
    상기 무선 리모컨(160)은 상기 보조 손잡이(125)와 결합되는 리모컨 지지대(161)에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 노인 넘어짐 예방을 위한 화장실 자세 보조 및 응급알람 시스템.
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