KR20230059192A - 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어에 관한 것으로서, 프레임부; 상기 프레임부에 설치되고, 사용자가 앉거나 등을 기댈 수 있도록 마련되는 시트부; 한 쌍으로 마련되어 상기 프레임부의 양 측에 각각 설치되고, 사용자의 팔이 거치되는 거치부; 상기 거치부에 설치되고, 전동 휠체어의 주행속도 또는 주행방향을 조절할 수 있도록 조작신호를 생성하는 조작부; 상기 프레임부에 설치되고, 전동 휠체어의 주행속도와 주행하는 지면의 경사 각도를 감지하는 센서부; 상기 프레임부의 하부에 설치되고, 조향휠과 구동휠에 동력을 제공하는 모터부; 및 상기 조작신호를 전달받아 전동 휠체어의 주행속도 또는 주행방향이 조절되도록 상기 조향휠과 상기 구동휠의 동작을 제어하되, 주행하는 지면의 경사 각도에 의한 외란(disturbance)이 제거되도록 상기 조향휠과 상기 구동휠의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따르면, DOB(Disturbance OBserver) 기반의 피드백 구조를 통해 전동 휠체어의 주행 시 쏠림을 유발하는 외란을 보정할 수 있으므로, 전동 휠체어의 직진 주행 성능이 대폭적으로 향상될 수 있으며, 보다 안정적인 주행이 이루어질 수 있는 효과가 있다.

Description

직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어{ELECTRIC WHEELCHAIR WITH IMPROVED STRAIGHTNESS DRIVE PERFORMANCE}

본 발명은 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 DOB(Disturbance OBserver) 기반의 피드백 구조를 통해 지면이 균일하지 않은 실외 환경에서도 직진 방향으로 안정적으로 주행할 수 있는 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어에 관한 것이다.

일반적으로 휠체어는 수동식과 전동식으로 분류되는데, 여기서 수동식은 보호자나 사용자의 힘으로 이동하는 휠체어이며, 전동식은 축전지의 전원으로 일반 DC 구동모터나 BLDC(BrushLess DC) 구동모터를 구동하여 속도를 조절하는 휠체어를 말한다.

이러한 전동 휠체어는 사용자가 조이스틱을 조작하면 방향 및 속도의 정보가 제어 CPU에 전달됨으로써 전동 휠체어의 방향과 속도가 제어된다. 즉, 전동 휠체어는 사용자가 조이스틱을 원하는 방향으로 기울임으로써 사용자가 원하는 전, 후, 좌, 우의 방향 및 조이스틱의 기울임에 비례하는 속도를 가지며 주행하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 전동 휠체어는 조이스틱을 이용한 사용자의 간단한 조작으로, 방향 전환, 주행 속도 조절 및 제동이 쉽게 제어될 수 있어, 수동 휠체어에 비하여 혁신적인 편의성을 제공하고 있다.

한편, 상술한 전동 휠체어의 제어는 지면이 요철이나 기울기가 없는 평평한 이상적인 조건에서는 직진, 후진, 방향 전환 등이 정확하게 제어되면서 주행이 이루어질 수 있다. 그러나 실외 환경과 같은 현실적인 상황에서는 지면이 이상적으로 평평하지 못할 뿐만 아니라 요철, 경사 등과 같은 위험한 요소들이 항상 존재한다.

실외 환경에서 주행하는 전동 휠체어는 요철이나 경사가 있는 곳 등을 통과하는 경우 또는 사용자의 무게중심이 일측으로 치우쳐진 경우, 휠체어의 중심이 흐트러지고 방향이 의도치 않게 전환되어 직진 주행 성능이 급격히 떨어져 순간적으로 사용자가 의도한 방향과 상이한 방향으로 진행하게 되어 큰 위험을 초래하는 경우가 자주 발행한다.

따라서 전동 휠체어에 있어서, 요철이나 경사가 있는 환경이거나 사용자의 무게중심이 일측으로 치우쳐진 조건에서도 전후 방향의 직진 주행성능 및 방향 전환의 정확성 등이 보완되어야 할 필요성이 강하게 요구되고 있다.

대한민국 등록특허 제10-1887091호 대한민국 등록특허 제10-2175957호

본 발명의 목적은, 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, DOB(Disturbance OBserver) 기반의 피드백 구조를 통해 지면이 균일하지 않은 실외 환경에서도 직진 방향으로 안정적으로 주행할 수 있는 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어를 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 프레임부; 상기 프레임부에 설치되고, 사용자가 앉거나 등을 기댈 수 있도록 마련되는 시트부; 한 쌍으로 마련되어 상기 프레임부의 양 측에 각각 설치되고, 사용자의 팔이 거치되는 거치부; 상기 거치부에 설치되고, 전동 휠체어의 주행속도 또는 주행방향을 조절할 수 있도록 조작신호를 생성하는 조작부; 상기 프레임부에 설치되고, 전동 휠체어의 주행속도와 주행하는 지면의 경사 각도를 감지하는 센서부; 상기 프레임부의 하부에 설치되고, 조향휠과 구동휠에 동력을 제공하는 모터부; 및 상기 조작신호를 전달받아 전동 휠체어의 주행속도 또는 주행방향이 조절되도록 상기 조향휠과 상기 구동휠의 동작을 제어하되, 주행하는 지면의 경사 각도에 의한 외란(disturbance)이 제거되도록 상기 조향휠과 상기 구동휠의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어에 의해 달성된다.

또한, 상기 제어부는, 상기 조작부의 조작신호를 전달받아 상기 조향휠과 상기 구동휠을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어신호생성부와, 상기 제어신호를 전달받는 경우 목표 주행 성능과 실제 주행 성능 사이의 오차에 근거하여 모델링한 동역학 모델에 따라 상기 조향휠과 상기 구동휠의 동작을 제어하는 구동제어부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 구동제어부는, 상기 외란의 관측값을 생성하여 상기 구동제어부의 입력단에 피드백하는 외란관측부를 포함하고, 상기 구동제어부는, 상기 외란이 제거되도록, 상기 피드백에 따라 상기 조향휠과 상기 구동휠의 동작을 제어하는 출력신호를 출력할 수 있다.

또한, 상기 조작부는, 4개의 홀 센서를 포함하되, 기준 전압을 중심으로 전후 방향의 한 쌍의 홀 센서 사이에 저전압과 고전압이 각각 설정되고, 좌우 방향의 한 쌍의 홀 센서 사이에 저전압과 고전압이 각각 설정되고, 상기 제어신호생성부는, 전후 방향의 한 쌍의 홀 센서 사이에 인가되는 전압을 기준 전압과 비교하여 전진 또는 후진 제어신호를 생성하고, 좌우 방향의 한 쌍의 홀 센서 사이에 인가되는 전압을 기준 전압과 비교하여 좌회전 또는 우회전 제어신호를 생성할 수 있다.

또한, 상기 제어신호생성부는, 상기 조작부로부터 수신된 조작신호를 LPF(Low Pass Filter)로 처리하여 상기 제어신호를 생성할 수 있다.

본 발명에 따르면, DOB(Disturbance OBserver) 기반의 피드백 구조를 통해 전동 휠체어의 주행 시 쏠림을 유발하는 외란을 보정할 수 있으므로, 전동 휠체어의 직진 주행 성능이 대폭적으로 향상될 수 있으며, 보다 안정적인 주행이 이루어질 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어를 전체적으로 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어의 구성 간 전기적 연결을 도시한 것이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어의 신호 전달 과정을 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어의 구동제어부의 블록선도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어의 조작부의 출력 범위를 나타낸 것이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어를 전체적으로 도시한 것이고,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어의 시트부의 분해도이고,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어의 시트부가 프레임부에 설치되는 것을 도시한 것이다.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성요소를 설명함에 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.

또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서, 각각의 "부", "모듈" 또는 "단계"는 프로세서 및 메모리를 통해 구현될 수 있다. 프로세서는 범용 프로세서, 중앙 처리 장치(CPU), 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 제어기, 마이크로제어기, 상태 머신, 및 등을 포함하도록 넓게 해석되어야 한다. 몇몇 환경에서는, 프로세서는 주문형 반도체(ASIC), 프로그램가능 로직 디바이스(PLD), 필드 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA) 등을 지칭할 수도 있다. 프로세서는, 예를 들어, DSP 와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들의 조합, DSP 코어와 결합한 하나 이상의 마이크로프로세서들의 조합 또는 임의의 다른 그러한 구성들의 조합과 같은 처리 디바이스들의 조합을 지칭할 수도 있다.

또한, 메모리는 전자 정보를 저장 가능한 임의의 전자 컴포넌트를 포함하도록 넓게 해석되어야 한다. 메모리는 임의 액세스 메모리(RAM), 판독-전용 메모리(ROM), 비-휘발성 임의 액세스 메모리(NVRAM), 프로그램 가능 판독-전용 메모리(PROM), 소거-프로그램가능 판독 전용 메모리(EPROM), 전기적으로 소거가능 PROM(EEPROM), 플래쉬 메모리, 자기 또는 광학 데이터 저장장치, 레지스터들, 등과 같은 프로세서-판독가능 매체의 다양한 유형들을 지칭할 수도 있다. 프로세서가 메모리로부터 정보를 판독하거나 메모리에 정보를 기록할 수 있다면 메모리는 프로세서와 전자 통신 상태에 있다고 불리며, 각각의 "부", "모듈" 또는 "단계"는 전자 통신 상태에 있는 프로세서와 메모리에 기반한 프로그램 내지 어플리케이션을 통해 구현될 수 있다.

지금부터는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어(100)에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어를 전체적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어의 구성 간 전기적 연결을 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어의 신호 전달 과정을 도시한 것이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어의 구동제어부의 블록선도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어의 조작부의 출력 범위를 나타낸 것이다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어(100)는 프레임부(110)와, 시트부(120)와, 거치부(130)와, 조작부(140)와, 센서부(150)와, 모터부(160)와, 제어부(170)를 포함한다.

프레임부(110)는 본 발명의 전동 휠체어(100)의 프레임을 구성하는 것으로서, 후술하는 시트부(120)와, 거치부(130)와, 조작부(140)와, 센서부(150)와, 모터부(160)와, 제어부(170)가 설치된다.

시트부(120)는 사용자가 앉거나 등을 기댈 수 있도록 마련되는 것으로서, 프레임부(110)에 설치된다.

거치부(130)는 사용자의 팔이 거치되는 암레스트(arm rest)를 의미하는 것으로서, 한 쌍으로 마련되어 프레임부(110)의 양 측에 각각 설치된다.

조작부(140)는 전동 휠체어(100)의 주행속도 또는 주행방향을 조절할 수 있도록 조작신호를 생성하는 것으로서, 조이스틱 등으로 마련되어 거치부(130)에 설치되며, 후술하는 제어부(170)에 전기적으로 연결된다. 한편, 이러한 조작부(140)는 전원을 공급하는 파워버튼을 포함할 수 있다.

센서부(150)는 전동 휠체어(100)의 주행속도와 주행하는 지면의 경사 각도를 감지하는 것으로서, 프레임부(110)에 설치되며, 후술하는 제어부(170)에 전기적으로 연결된다.

이러한 센서부(150)는 가속도 센서 및 자이로 센서를 구비하여 전동 휠체어(100)의 현재 직진 방향 속도와 회전 방향의 각속도 값을 제공할 수 있다. 가속도 센서는 조작부(140)의 후술하는 홀 센서와의 조합으로 직진 방향의 속도를 도출하기 위하여 사용되고, 자이로 센서는 전동 휠체어(100)의 회전 방향 각속도와 지면의 경사 각도를 도출하기 위하여 사용될 수 있다. 즉, 가속도 센서와 자이로 센서에서 감지되는 정보는 전동 휠체어(100)의 주행 및 승차감의 안정성을 향상시키기 위한 정보로 활용되며, 전동 휠체어(100)의 동역할 모델을 도출하는데 이용될 수 있다.

모터부(160)는 전동 휠체어(100)의 하부 전방에 설치되어 전동 휠체어(100)의 주행 방향을 결정하는 조향휠(w1)과, 하부 후방에 설치되어 전동 휠체어가 주행할 수 있도록 하는 구동휠(w2)에 동력을 제공하는 것으로서, BLDC(BrushLess DC) 모터로 마련되어 프레임부(110)의 하부에 설치되며, 후술하는 제어부(170)에 전기적으로 연결된다.

상기와 같은 구성의 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 휠체어(100)는 사용자가 앉은 상태에서 조작부(140)의 방향과 기울기를 조작함으로써 전후방 주행, 좌우 방향 전환을 제어하고, 조작부(140)에서 발생되는 조작신호는 후술하는 제어부(170)로 전달된다. 또한, 제어부(170)는 조작부(140)에서 전달되는 조작신호에 따라 조향휠(w1) 또는 구동휠(w2)의 구동을 제어하여 사용자의 의도에 따라 전동 휠체어가 주행하도록 한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 휠체어(100)는 조작부(140)에서 전달되는 조작신호에 따라 제어부(170)에서 주행을 제어하게 된다. 이하에서는 제어부(170)에서 이루어지는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 휠체어(100)의 제어 과정에 대하여 구체적으로 살펴본다.

제어부(170)는 조작부(140)로부터 조작신호를 전달받아 전동 휠체어(100)의 주행속도 또는 주행방향이 조절되도록 조향휠(w1)과 구동휠(w2)의 동작을 제어하되, 주행하는 지면의 경사 각도에 의한 외란(disturbance)이 제거되도록 조향휠(w1)과 구동휠(w2)의 동작을 제어하는 것으로서, 프레임부(110)에 설치되며, 조작부(140), 센서부(150), 모터부(160)에 전기적으로 연결된다.

이러한 제어부(170)는 보다 상세하게, 제어신호생성부(171)와 구동제어부(172)를 포함한다.

제어신호생성부(171)는 조작부(140)의 조작신호를 전달받아 조향휠(w1)과 구동휠(w2)을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 것으로서, 후술하는 구동제어부(172)에 전기적으로 연결된다.

보다 상세하게, 제어신호생성부(171)는 주행 및 선회 제어 신호를 생성하고, 가속 및 감속 알고리즘을 생성할 수 있다. 또한, 제어신호생성부(171)는 조작부(140)와 모터부(160) 사이의 전기적 인터페이스 신호를 생성하고, 제어 파라미터를 설정할 수 있다.

또한, 제어신호생성부(171)는 조작부(140)로부터 수신된 조작신호를 LPF(Low Pass Filter)로 처리하여 제어신호를 생성할 수 있다.

상술한 바와 같은 제어신호생성부(171)에 따르면, 사용자에 의한 급격한 조작부(140)의 조작신호에 대하여 부드러운 가감속이 가능한 효과가 있다.

구동제어부(172)는 제어신호생성부(171)로부터 제어신호를 전달받는 경우 동역학 모델에 따라 조향휠(w1)과 구동휠(w2)의 동작을 제어하는 것으로서, 상술한 제어신호생성부(171)와 모터부(160)에 전기적으로 연결된다. 이러한 구동제어부(172)는 인버터, 과전류 차단회로 등의 회로를 구비할 수 있다.

여기서 동역학 모델(

)은 목표 주행 성능과 실제 주행 성능 사이의 오차에 근거하여 모델링될 수 있는데, 직진 방향 동역학 모델은 하기의 식과 같이 정의될 수 있다.

(여기서

은 전동 휠체어의 공차 중량이고,

는 댐핑 값이다)

전동 휠체어(100)의 직진 방향 주행을 구현하기 위해서는 후륜의 구동휠(w2)은 입력신호로부터 동일한 방향으로 회전되어야 하고, 전륜의 조향휠(w1)은 직진 방향으로 고정되어야 한다. 이때 입력되는 신호는 전동 휠체어 제어 시스템의 특성상 Sin 함수 형태로 선택할 수 있고, 전동 휠체어(100)의 중량을 고려하여 1Hz ~ 0.05Hz의 저주파 범위로 설정할 수 있다. 예를 들면, 전동 휠체어(100)의 공차 중량(

)이 24kg이고 댐핑(

) 값이 실험 결과로 15%로 도출된 경우, 직진 방향 동역학 모델은 P_long(s)=1/(24s+15)로 설정될 수 있다.

또한, 회전 방향 동역학 모델은 하기의 식과 같이 정의될 수 있다.

(여기서

는 회전방향 2차 관성모멘트이고,

는 회전방향 마찰이다)

회전 방향 동역학 모델은 주파수 응답법에 의하여 도출될 수 있으며, 주파수 응답법에 의해 도출된 회전 방향 동역학 모델은 예를 들면 P_rot(s)=1/(29.6s+21.4)로 설정될 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 구동제어부(172)는 외란관측부와, 피드백제어기와(

), 피드포워드제어기(

)를 포함할 수 있다.

외란관측부는 지면의 경사 각도 등에 의한 외란(disturbance, d)의 관측값(

)을 생성하여 구동제어부(172)의 입력단에 피드백하는 것으로서, 동역학 모델의 출력을 필터링(filtering)하여 구동제어부(172)의 입력에 피드백 시키는 Q 필터(

)와 Q 필터의 전달함수와 동역학 모델의 전달함수의 역수를 곱한 값을 전달함수로 가지는 역모델부(

)를 포함할 수 있다. 또한, 피드백제어기와 피드포워드제어기는 주행하는 지면의 경사 등에 의한 외란이 효과적으로 제거될 수 있도록 제어하며, 구동제어부(172)는 상술한 구성에 의해 지면의 경사 방향과 반대 방향으로 상기 조향휠(w1) 또는 구동휠(w2)이 소정의 각도로 향하게 함으로써 상기 외란이 제거되도록 제어할 수 있다.

상술한 바와 같은 제어부(170)에 따르면, DOB(Disturbance OBserver) 기반의 피드백 구조를 통해 전동 휠체어(100)의 주행 시 쏠림을 유발하는 외란을 보정할 수 있으므로, 전동 휠체어(100)의 직진 주행 성능이 대폭적으로 향상될 수 있으며, 보다 안정적인 주행이 이루어질 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 조작부(140)는 중앙을 기준으로 전, 후, 좌, 우측에 배치되는 4개의 홀 센서(hall sensor)를 포함하는데, 조작부(140)는 각 위치의 홀 센서에 인가되는 전압에 따라 전후 방향 주행 또는 좌우 방향 선회와 같은 조작신호를 발생시킨다. 이를 위해 기준 전압을 중심으로 전후 방향의 한 쌍의 홀 센서 사이에는 저전압과 고전압이 각각 설정되고, 좌우 방향의 한 쌍의 홀 센서 사이에도 마찬가지로 저전압과 고전압이 각각 설정될 수 있다.

이때 제어신호생성부(171)는 전후 방향의 한 쌍의 홀 센서 사이에 인가되는 전압을 기준 전압과 비교하여 전진 또는 후진 제어신호를 생성하고, 좌우 방향의 한 쌍의 홀 센서 사이에 인가되는 전압을 기준 전압과 비교하여 좌회전 또는 우회전 제어신호를 생성할 수 있다.

예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 조작부(140)의 기준 전압은 2.5V로 설정되고, 전방의 홀 센서(A)에는 0.8V의 전압이 인가되고, 후방의 홀 센서(C)에는 4.2V의 전압이 인가되고, 좌측의 홀 센서(B)에는 0.8V의 전압이 인가되고, 우측의 홀 센서(D)에는 4.2V의 전압이 인가될 수 있다.

상술한 바와 같은 조작부(140)와 제어신호생성부(171)에 따르면, 조작부(140)에서의 간단한 조작 방식만으로 주행, 선회 및 가감속이 동시에 이루어질 수 있으므로, 사용자 조작의 편의성이 대폭적으로 향상될 수 있는 효과가 있다.

상술한 바와 같은 프레임부(110)와, 시트부(120)와, 거치부(130)와, 조작부(140)와, 센서부(150)와, 모터부(160)와, 제어부(170)를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어(100)에 따르면, DOB(Disturbance OBserver) 기반의 피드백 구조를 통해 전동 휠체어의 주행 시 쏠림을 유발하는 외란을 보정할 수 있으므로, 전동 휠체어의 직진 주행 성능이 대폭적으로 향상될 수 있으며, 보다 안정적인 주행이 이루어질 수 있는 효과가 있다.

지금부터는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어(200)에 대해 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어를 전체적으로 도시한 것이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어의 시트부의 분해도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어의 시트부가 프레임부에 설치되는 것을 도시한 것이다.

도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어(100)는 프레임부(210)와, 시트부(220)와, 거치부(130)와, 조작부(140)와, 센서부(150)와, 모터부(160)와, 제어부(170)를 포함한다.

여기서 거치부(130)와, 조작부(140)와, 센서부(150)와, 모터부(160)와, 제어부(170)는 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어(100)와 동일한 것이므로 중복 설명은 생략한다.

프레임부(210)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어(200)의 프레임을 구성하는 것으로서, 시트부(220)와, 거치부(130)와, 조작부(140)와, 센서부(150)와, 모터부(160)와, 제어부(170)가 설치된다.

일반적으로 전동 휠체어는 거동이 불편하여 일상생활을 하는 데에 많은 어려움을 겪는 사람들을 위한 것인데, 종래의 전동 휠체어는 시트가 젖을 경우 마르는 데 오랜 시간이 걸려 사용자가 즉시 전동 휠체어를 이용하지 못하는 불편함이 있었다.

또한, 종래의 전동 휠체어는 사용자에 의해 시트가 심하게 오염되거나 손상되어 시트를 새로 교체하고자 하는 경우, 별도의 공구를 사용하여 매번 나사를 해체하고 다시 조립하여야 하는 번거로움이 있었다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어(200)는 이러한 종래의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임부(210)는 보다 상세하게, 시트프레임(211)과 등받이프레임(212)을 포함한다.

시트프레임(211)은 한 쌍으로 마련되어 사용자가 착석하는 시트를 지지하는 것으로서, 후술하는 시트부(120)가 한 쌍의 시트프레임(211) 사이에 설치된다.

등받이프레임(212)은 한 쌍으로 마련되어 사용자가 등을 기대기 위한 등받이를 지지하는 것으로서, 후술하는 시트부(120)가 한 쌍의 등받이프레임(212) 사이에 설치된다.

이러한 시트프레임(211)과 등받이프레임(212)에는 후술하는 시트부(220)의 보조프레임(222)이 삽입될 수 있는 삽입공간(s)이 형성될 수 있는데, 이때 삽입공간(s)은 보조프레임(222)의 설치와 분리가 용이하도록 개구부의 너비가 저면의 너비보다 넓게 형성될 수 있다. 즉, 시트프레임(211)과 등받이프레임(212)의 일측벽은 경사를 형성하여 보조프레임(222)의 단부가 회동될 수 있는 공간을 형성할 수 있다.

시트부(220)는 사용자가 앉거나 등을 기댈 수 있도록 마련되는 것으로서, 한 쌍의 시트프레임(211) 사이 또는 한 쌍의 등받이프레임(212) 사이에 설치된다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 시트부(220)는 동일 내지 유사한 형상으로 마련되어 사용자가 착석하는 시트와, 사용자가 등을 기댈 수 있는 등받이의 기능을 행할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 이러한 시트부(220)는 보다 상세하게 쿠션부재(221)와 보조프레임(222)을 포함한다.

쿠션부재(221)는 사용자가 착석하거나 사용자가 등을 기대는 경우 쿠션을 제공하는 것으로서, 한 쌍으로 마련되어 후술하는 보조프레임(222)에 설치된다.

보조프레임(222)은 일부분이 회동 가능하도록 마련되어 시트프레임(211) 또는 등받이프레임(212)에 형성된 삽입공간(s)에 삽입되는 것으로서, 이러한 보조프레임(222)은 보다 상세하게, 제1프레임(222a)과, 제2프레임(222b)과, 회동부(222c)를 포함할 수 있다.

제1프레임(222a)과 제2프레임(222b)은 각각 상술한 쿠션부재(221)가 설치되는 것으로서, 일측이 시트프레임(211) 또는 등받이프레임(212)의 삽입공간(s)에 삽입된다.

한편, 이러한 제1프레임(222a)과 제2프레임(222b)은 사용자가 착석하거나 사용자가 등을 기댈 때 강성을 보강하기 위해 내측에 보강바가 설치될 수 있다.

회동부(222c)는 보조프레임(222)의 일부분이 회동되어 접힐 수 있도록 하는 것으로서, 일단부가 제1프레임(222a)에 설치되고 타단부가 제2프레임(222b)에 설치된다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상술한 구성을 포함하는 시트부(120)는 회동부(222c)가 회동되어 한 쌍의 프레임(제1프레임(222a)과 제2프레임(222b)을 의미한다)이 접힌 상태에서 삽입공간(s)에 삽입된 후, 한 쌍의 프레임이 펼쳐짐으로써 시트프레임(211) 또는 등받이프레임(212)에 간단히 설치될 수 있고, 설치된 시트부(120)는 각각 시트프레임(211)의 하측 또는 등받이프레임(212)의 배면측으로부터 외력을 받게되면 회동부(222c)를 중심으로 일부분이 회동된 후 접히게 되면 삽입공간(s)으로부터 이격될 수 있으므로, 시트프레임(211) 또는 등받이프레임(212)으로부터 간단히 분리될 수 있다.

한편, 시트프레임(211) 또는 등받이프레임(212)과 시트부(120)는 자기력에 의해 고정될 수 있다. 보다 상세하게 시트프레임(211) 또는 등받이프레임(212)의 삽입공간(s)에는 선택적으로 자기장을 형성할 수 있는 전자석(m, electromagnet)이 설치될 수 있다. 이때 시트부(120)의 보조프레임(222)은 금속재로 마련될 수 있다.

즉, 삽입공간(s)에 삽입되는 시트부(120)는 삽입공간(s)에 삽입되어 배치된 후, 시트프레임(211) 또는 등받이프레임(212)에 설치된 전자석(m)의 자기력에 의해 고정될 수 있다. 이때 시트프레임(211) 또는 등받이프레임(212)으로부터 시트부(120)를 탈거하고자 하는 경우, 제어부(170)는 전자석(m)에 인가되는 전류를 제어함으로써 고정 세기를 조절할 수 있다.

한편, 삽입공간(s)이 형성되는 시트프레임(211) 또는 등받이프레임(212)의 단부(즉, 시트프레임(211)과 등받이프레임(212)의 경사를 형성한 일측벽의 단부)에는 연질(고무 등)의 커버부재가 탈착식으로 설치될 수 있다. 이에 따르면, 사용자가 착석하거나 등을 기댈 때, 해당 부분과의 간섭에 의해 불편함을 느끼는 것이 해소될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임부(210)와, 시트부(220)에 따르면, 별도의 공구 없이도 용이하게 전동 휠체어(200)의 시트를 교체할 수 있으므로, 전동 휠체어(200)의 유지 보수의 용이성이 대폭적으로 향상될 수 있다.

이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석 되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

그리고 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 본 발명의 일 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어
110 : 프레임부
120 : 시트부
130 : 거치부
140 : 조작부
150 : 센서부
160 : 모터부
w1 : 조향휠
w2 : 구동휠
170 : 제어부
171 : 제어신호생성부
172 : 구동제어부
200: 본 발명의 다른 실시예에 따른 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어
210 : 프레임부
211 : 시트프레임
212 : 등받이프레임
s : 삽입공간
m : 전자석
220 : 시트부
221 : 쿠션부재
222 : 보조프레임
222a : 제1프레임
222b : 제2프레임
222c : 회동부

Claims (5)

1. 프레임부;
   상기 프레임부에 설치되고, 사용자가 앉거나 등을 기댈 수 있도록 마련되는 시트부;
   한 쌍으로 마련되어 상기 프레임부의 양 측에 각각 설치되고, 사용자의 팔이 거치되는 거치부;
   상기 거치부에 설치되고, 전동 휠체어의 주행속도 또는 주행방향을 조절할 수 있도록 조작신호를 생성하는 조작부;
   상기 프레임부에 설치되고, 전동 휠체어의 주행속도와 주행하는 지면의 경사 각도를 감지하는 센서부;
   상기 프레임부의 하부에 설치되고, 조향휠과 구동휠에 동력을 제공하는 모터부; 및
   상기 조작신호를 전달받아 전동 휠체어의 주행속도 또는 주행방향이 조절되도록 상기 조향휠과 상기 구동휠의 동작을 제어하되, 주행하는 지면의 경사 각도에 의한 외란(disturbance)이 제거되도록 상기 조향휠과 상기 구동휠의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 조작부의 조작신호를 전달받아 상기 조향휠과 상기 구동휠을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어신호생성부와, 상기 제어신호를 전달받는 경우 목표 주행 성능과 실제 주행 성능 사이의 오차에 근거하여 모델링한 동역학 모델에 따라 상기 조향휠과 상기 구동휠의 동작을 제어하는 구동제어부를 포함하는 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 구동제어부는,
   상기 외란의 관측값을 생성하여 상기 구동제어부의 입력단에 피드백하는 외란관측부를 포함하고,
   상기 구동제어부는,
   상기 외란이 제거되도록, 상기 피드백에 따라 상기 조향휠과 상기 구동휠의 동작을 제어하는 출력신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 조작부는,
   4개의 홀 센서를 포함하되, 기준 전압을 중심으로 전후 방향의 한 쌍의 홀 센서 사이에 저전압과 고전압이 각각 설정되고, 좌우 방향의 한 쌍의 홀 센서 사이에 저전압과 고전압이 각각 설정되고,
   상기 제어신호생성부는,
   전후 방향의 한 쌍의 홀 센서 사이에 인가되는 전압을 기준 전압과 비교하여 전진 또는 후진 제어신호를 생성하고, 좌우 방향의 한 쌍의 홀 센서 사이에 인가되는 전압을 기준 전압과 비교하여 좌회전 또는 우회전 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제어신호생성부는,
   상기 조작부로부터 수신된 조작신호를 LPF(Low Pass Filter)로 처리하여 상기 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 직진 주행 성능이 향상된 전동 휠체어.

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