KR20240001361A - 신체 약자용 자율주행 모빌리티 - Google Patents

신체 약자용 자율주행 모빌리티 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신체 약자용 자율주행 모빌리티에 관한 것으로, 신체 약지인 사용자 1인이 탑승하는 모빌리티와; 사용자의 상태정보 및 실행정보를 상기 모빌리티에 제공할 수 있도록 사용자가 착용하는 웨어러블디바이스와; 상기 모빌리티에 구비되어 주변 장애물의 위치정보를 생성하는 라이다를 포함하며, 미리 저정된 경로 알고리즘에 따른 경로주행을 더불어 위치정보, 상태정보, 실행정보를 통해 사용자의 거동시 사용자에 대한 추종주행 및 사용자의 탑승시 장애물에 대한 회피기동을 수행하는 것을 특징으로 상기근력 및 인지/조작이 필요 없고, 보조 도우미의 도움 없이도 편하게 탑승하며, 자율적으로 주행이 가능하여 인력 소모를 최소화할 수 있고, 기존의 전동휠체어에 비해 저렴하여 구매비용을 절감할 수 있는 신체 약자용 자율주행 모빌리티에 관한 것이다.

Description

신체 약자용 자율주행 모빌리티{Autonomous Driving Mobility for the Disabled}
본 발명은 신체 약자용 자율주행 모빌리티에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 상기근력 및 인지/조작이 필요 없고, 보조 도우미의 도움 없이도 편하게 탑승하며, 자율적으로 주행이 가능하여 인력 소모를 최소화할 수 있고, 기존의 전동휠체어에 비해 저렴하여 구매비용을 절감할 수 있는 신체 약자용 자율주행 모빌리티에 관한 것이다.
일반적으로 휠체어는 장애인이나 환자 또는 거동이 불편한 노약자가 편하게 이동할 수 있도록 돕기 위한 이동보조장치이다.
이러한 휠체어는 시트와 등받이, 그리고 시트의 양측에 장착된 바퀴로 구성되어 있으며, 탑승자가 바퀴를 손으로 직접 회전시키는 상지근력이 요구되거나 보조자가 뒤에서 손잡이를 잡고 밀어 움직이는 수동 휠체어가 많이 사용되고 있다.
이에 대하여 수동으로 바퀴를 움직일 필요 없는 전동 휠체어가 많이 개발되고 있으며, 설치된 모터로 바퀴를 구동시켜 움직이도록 함으로써 탑승자가 직접 힘을 가하지 않고도 손쉽게 이동이 가능하나, 사용자가 방향을 설정하거나 속도를 설정하는 등 사용자의 조작에 의존하고 있기 때문에 사용자에게 신체적 어려움이 있을 경우, 운전이 미숙하거나 갑작스러운 장애물로 인한 정지가 어려운 문제점이 있다.
더구나, 고령의 환자, 쇠약한 환자, 하체 마비 환자 등 보행이 어렵거나 체위를 스스로 바꾸지 못하는 환자의 경우에는 반드시 간병인이나 보호자의 도움 없이는 휠체어에 탑승 조차 어려우며, 휠체어에서 침대로 이동하는 어려움, 소변 처리에 따른 어려움 휠체어에 탑승한 상태에서 간병인이나 보호자의 도움 없이 신체 약자 스스로 해결하기 어려운 점이 있다.
한편, 자율주행장치는 운전자가 직접 운전하지 않고 스스로 이동하고 장애물을 피할 수 있는 장치로서 대표적으로 자율주행 자동차, 자율주행 로봇, 자율주행 드론, 스마트 휠체어에 사용되는 것으로 주행 경로와 장애물 등을 감지하기 위하여 라이다(Lidar, LIght Detection And Ranging)를 포함할 수 있다.
자율주행장치는 비교적 고가인 라이다를 추가함에 따라 자율주행장치의 제조 단가가 상승하는 문제점이 있다.
KR 10-2020-0128883 A KR 10-2303339 B1
상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 데이터 기반 및 분석 기반 알고리즘을 분석/예측을 통해 상기근력 및 인지/조작이 필요 없고, 보조 도우미의 도움 없이도 편하게 탑승하며, 자율적으로 주행이 가능하여 인력 소모를 최소화할 수 있고, 기존의 전동휠체어에 비해 저렴하여 구매비용을 절감할 수 있는 신체 약자용 자율주행 모빌리티를 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 신체 약지인 사용자 1인이 탑승하는 모빌리티와; 사용자의 상태정보 및 실행정보를 모빌리티에 제공할 수 있도록 사용자가 착용하는 웨어러블디바이스와; 모빌리티에 구비되어 주변 장애물의 위치정보를 생성하는 라이다를 포함하며, 미리 저정된 경로 알고리즘에 따른 경로주행을 더불어 위치정보, 상태정보, 실행정보를 통해 사용자의 거동시 사용자에 대한 추종주행 및 사용자의 탑승시 장애물에 대한 회피기동을 수행하는 것을 특징으로 하는 신체 약자용 자율주행 모빌리티를 제공한다.
여기서, 모빌리티는 상부에 하기 시트부가 설치되는 설치공간과 하측 내부에는 전원부 및 구동부가 설치되는 구동공간을 갖는 본체부와; 설치공간에 설치되어 사용자가 착석하는 시트부와; 본체부의 구동공간에 구비되어 본체부의 주행을 도모할 하는 수 있도록 바퀴를 포함하는 구동부와; 본체부의 구동공간에 구비되어 구동부의 구동을 위한 전원을 제공하는 전원부와; 웨어러블디바이스 및 라이다의 신호를 받아 본체부의 주행을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 전원부는 다수의 배터리셀이 행렬되어 설정된 전압을 제공하는 배터리팩과; 배터리팩을 수용하는 케이스를 포함하여 구성되며, 배터리팩은 행렬된 다수의 배터리셀에 (+)단자 부분을 다발로 고정하는 제1단자커버 및 제1단자커버에 대응하여 배터리셀의 (-)단자 부분을 다발로 고정하는 제2단자커버를 포함하는 단자커버체와; 단자커버체에 구비되어 요구되는 전압에 따라 단위 그룹별로 각 단자를 연결하는 연결단자와; 연결단자에 배선으로 연결되어 외부 전원의 도입 및 충전 전원의 출력을 제어하는 제어패널을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 상기근력 및 인지/조작이 필요 없고, 보조 도우미의 도움 없이도 편하게 탑승하며, 자율적으로 주행이 가능하여 인력 소모를 최소화할 수 있고, 기존의 전동휠체어에 비해 저렴하여 구매비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 신체 약자용 자율주행 모빌리티를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 신체 약자용 자율주행 모빌리티의 사용상태를 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 신체 약자용 자율주행 모빌리티에 적용되는 알고리즘의 흐름도.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 신체 약자용 자율주행 모빌리티를 통해 주행하는 예시도.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 신체 약자용 자율주행 모빌리티에 적용되는 전원부를 나타내는 구성도.
이하, 본 발명에 대하여 동일한 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 신체 약자용 자율주행 모빌리티는 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 신체 약지인 사용자 1인이 탑승하는 모빌리티(10)와; 사용자의 상태정보 및 실행정보를 모빌리티(10)에 제공할 수 있도록 사용자가 착용하는 웨어러블디바이스(20)와; 모빌리티(10)에 구비되어 주변 장애물의 위치정보를 생성하는 라이다(30)를 포함하며, 미리 저정된 경로 알고리즘에 따른 경로주행을 더불어 위치정보, 상태정보, 실행정보를 통해 사용자의 거동시 사용자에 대한 추종주행 및 사용자의 탑승시 장애물에 대한 회피기동을 수행할 수 있다.
모빌리티(10)는 상부에 하기 시트부(100)가 설치되는 설치공간(210)과 하측 내부에는 전원부(300) 및 구동부(400)가 설치되는 구동공간(220)을 갖는 본체부(200)와; 설치공간(210)에 설치되어 사용자가 착석하는 시트부(100)와; 본체부(200)의 구동공간(220)에 구비되어 본체부(200)의 주행을 도모할 하는 수 있도록 바퀴를 포함하는 구동부(400)와; 본체부(200)의 구동공간(220)에 구비되어 구동부(400)의 구동을 위한 전원을 제공하는 전원부(300)와; 웨어러블디바이스(20) 및 라이다(30)의 신호를 받아 본체부(200)의 주행을 제어하는 제어부(500)를 포함할 수 있다.
본 발명에 적용되는 라이다(LIDAR/LiDAR, light detection and ranging" 또는 "laser imaging, detection, and ranging"의 약자))는 레이저 펄스를 쏘고 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 반사체의 위치좌표를 측정하는 레이더 시스템이다.
도 4에 의하면, 모빌리티(100)의 제어부(500)에 미리 저장되거나 딥러닝을 통해 저정된 트랙을 따라 이동이 가능하고, 일반 주행 시에 장애물을 감지하면 제어부(500)의 통제에 따라 회피기동을 수행할 수 있으며, 웨어러블디바이스(20)를 착용한 사용자를 따라 추종주행하는 동안 라이다를 통해 장애물이 감지되면 회피기동을 수행하고 다시 사용자를 추종할 수 있다.
또한, 도 5에 도시와 같이, 모빌리티(10)가 사용자를 추종주행 중에 라이다가 감지할 수 없는 위치에 사용자가 범위를 벗어난다 하더라도, 음파센서, 적외선센서, IR-UWB 기술을 적용하여 사용자의 실시간 발자국(step)을 감지하여 각 스텝을 따라 사용자에 대한 추종주행을 수행할 수 있다.
전원부(300)는 다수의 배터리셀(311)이 행렬되어 설정된 전압을 제공하는 배터리팩(310)과; 배터리팩(310)을 수용하는 케이스(320)를 포함하여 구성되며, 배터리팩(310)은 행렬된 다수의 배터리셀(311)에 (+)단자 부분을 다발로 고정하는 제1단자커버(321) 및 제1단자커버(321)에 대응하여 배터리셀(311)의 (-)단자 부분을 다발로 고정하는 제2단자커버(322)를 포함하는 단자커버체(323)와; 단자커버체(323)에 구비되어 요구되는 전압에 따라 단위 그룹별로 각 단자를 연결하는 연결단자(324)와; 연결단자(324)에 배선으로 연결되어 외부 전원의 도입 및 충전 전원의 출력을 제어하는 제어패널(325)을 포함할 수 있다.
케이스(320)는 배터리팩(310)의 제1단자커버(321), 제2단자커버(322) 및 복수의 배터리셀(311)을 포함하는 뭉치를 수용하는 소정의 공간을 갖는 제1케이스부(320a)와; 제1케이스부(320a)에 대응하여 체결로 마감하며, 내측에 제어패널(325)이 고정 설치되고, 일측에 외부케이블(326)을 포함하는 제2케이스부(320b)를 포함할 수 있다.
본체부(200)와 시트부(100)의 사이에는 사용자의 착석시 사용자의 하중을 견디며 충격을 완충하는 에어모듈을 더 포함할 수 있다.
에어모듈은 사용자가 착석 가능하도록 소정의 에어공간을 갖는 튜브시트와; 튜브시트의 어느 한 부분에 형성되어 에어를 공급 및 배출하는 에어배관과; 에어배관을 통해 에어공간에 에어를 제공하는 에어펌프를 포함할 수 있다.
전원부(300)는 다수의 배터리셀이 행렬되어 설정된 전압을 제공하는 배터리팩과, 배터리팩을 수용하는 케이스를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 배터리팩은 단자커버체, 연결단자, 제어패널을 포함한다.
여기서, 단자커버체는 행렬된 다수의 배터리셀에 (+)단자 부분을 다발로 고정하는 제1단자커버 및 제1단자커버에 대응하여 배터리셀의 (-)단자 부분을 다발로 고정하는 제2단자커버를 포함할 수 있다.
그리고, 연결단자는 단자커버체에 구비되어 요구되는 전압에 따라 단위 그룹별로 각 단자를 연결할 수 있다.
이때, 제어패널은 연결단자에 배선으로 연결되어 외부 전원의 도입 및 충전 전원의 출력을 제어할 수 있다.
아래 실시예를 기초로 구체적으로 설명하면, 배터리팩에 적용되는 배터리셀에 적용되는 배터리 사양은 ICR 18650 battery 2200mah 3.7v 8.14wh로 필요로 하는 전압에 맞추어 다수의 배터리를 행렬로 모아 배터리팩을 제작할 수 있다.
즉, 36V를 필요로 하는 제품에 경우 3.7V 배터리 10개를 모두 병렬로 연결하여 시간당 2200ma 전력을 제공할 수 있다.
또한, 18V를 필요로 하는 제품에 경우 3.7V 배터리 5개씩 병렬로 연결하고, 각 묶음을 직렬로 연결하여 시간당 2200ma 전력을 2시간 동안 제공할 수 있다.
이와 같이, 배터리셀 다발에 대해 직렬 및 병렬을 복합적으로 제공하여 필요로 하는 전원 및 전류를 선택적으로 제공할 수 있다.
제어패널은 PCB패널, 충전단자, USB커넥터, 작동스위치, 전원스위치, 잔량표시등을 포함할 수 있다.
PCB패널은 연결단자로부터 연결된 다수의 배선을 각각 연결하는 다수의 배전커넥터를 포함하며, PCB패널의 일측에 구비되는 충전단자는 연결된 외부케이블을 통해 외부전원을 입수할 수 있다.
PCB패널의 일부에 구비되는 USB커넥터는 전원의 데이터 또는 제어를 위한 펌웨어를 전송하거나, 제어패널의 전력 이상에 대한 데이터를 추출할 수 있다.
작동스위치는 배전커넥터를 선택적으로 직렬 또는 병렬 배전을 변경하여 설정된 전압으로 공급 전압을 조절할 수 있다.
따라서, 작동스위치의 작동을 통해 배전커넥터와 연결되는 배선에 대해 직렬 및 병렬을 선택하여 제공되는 전력의 용량을 조절할 수 있다.
이때, 전원스위치는 배터리팩의 전원을 제공하는 공급단자를 단속할 수 있다.
그리고, 잔량표시등은 배터리팩의 잔량을 표시할 수 있다.
한편, 공급단자와 USB커넥터의 사이에는 증폭기, 비상표시등, 스피커가 순차적으로 구성될 수 있다.
증폭기는 공급단자의 이상신호를 증폭하고, 비상표시등은 증폭기의 신호를 받아 이상 상태를 육안으로 확인할 수 있다.
이때, 스피커는 증폭기의 신호를 받아 이상 상태를 음성 또는 부저로 확인할 수 있다.
연결단자는 사방형, 일자형, 절곡형 중 어느 한 가지 또는 복합적으로 적용하여 4개의 배터리셀을 한 세트로 병렬 구성할 수 있다.
이때, 연결단자는 배터리셀의 각 (+)단자 또는 (-)단자에 직접적으로 접촉되도록 소정의 면적을 갖는 단자접촉판과; 단자접촉판의 일 부분에 연장으로 돌출 형성되어 제어패널에 연결되는 배선을 용접 연결하는 배선용접부와; 배터리셀의 단자에 대응하여 용접으로 결속되도록 단자접촉판의 일 부분에 절개 형성되는 셀용접부를 포함할 수 있다.
한편, 케이스는 배터리팩의 제1단자커버, 제2단자커버 및 복수의 배터리셀을 포함하는 뭉치를 수용하는 소정의 공간을 갖는 제1케이스부와; 제1케이스부에 대응하여 체결로 마감하며, 내측에 제어패널이 고정 설치되고, 일측에 외부케이블을 포함하는 제2케이스부를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성된 배터리셀을 직렬 및 병렬을 포함하여 복합적으로 연결하여 전동퀵보드, 전동자전거, 전동스쿠터 등 소형모빌리티에 제공하는 전압 및 전류를 다양하게 조절할 수 있다.
그리고, 조립 및 설치가 용이하여 제작비용을 절감할 수 있고, 다수개의 배터리 행렬에서 요구되는 전압 출력을 설정할 수 있는 효과가 있다.
한편, 단자커버체에 경우 소정의 넓이를 갖는 결합판을 기준으로 일면에 다수의 배터리셀이 고정되는 고정스커트가 돌출 형성되고, 결합판에는 연결단자가 위치되는 단자삽입홈이 형성되고, 고정스커트의 일 부분을 절개하여 연결단자의 배선용접부를 노출하는 배선절개부를 형성할 수 있다.
모빌리티(10)는 발판 및 전후방에 바퀴를 포함하여 하체를 이루는 구동수단과; 조이스틱으로 이루어져 사용자의 조작을 통해 구동수단의 주행 방향을 조향하는 조향수단과; 구동수단의 상부에 착탈 가능하게 구비되어 사용자의 착석을 위해 시트 역할을 수행하는 에어모듈을 포함할 수 있다.
여기서, 에어모듈은 구동수단의 상부에 착탈 가능하게 설치되며, 사용자가 착석 가능하도록 소정의 에어공간을 갖는 튜브시트와; 튜브시트의 어느 한 부분에 형성되어 체크밸브 방식으로 에어를 공급 및 배출하는 에어배관과; 에어배관을 통해 에어공간에 에어를 제공하는 에어펌프로 구성될 수 있다.
한편, 구동수단의 상면에는 튜브시트의 내부에는 상하 간격을 두고 복수의 격벽이 형성되어 에어공간이 복수의 공간부로 분할 구성될 수 있다.
각각의 공간부에 주입된 에어의 압력으로 팽창하되 도면에 도시된 튜브 형상을 전형적으로 유지할 수 있다.
그리고, 공간부에는 주입되는 에어에 따른 팽창시 간격을 유지할 수 있도록 상하 격벽을 잇는 공간섬유가 더 구비되어 에어 주입에 따른 무리한 팽창시에 형태를 유지할 수 있고, 반대로 에어를 제거하는 경우 상하 방향으로 튜브가 압축될 수 있어 튜브시트를 가지런히 압축시킬 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 상기근력 및 인지/조작이 필요 없고, 보조 도우미의 도움 없이도 편하게 탑승하며, 자율적으로 주행이 가능하여 인력 소모를 최소화할 수 있고, 기존의 전동휠체어에 비해 저렴하여 구매비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
10: 모빌리티 20: 웨어러블디바이스
30: 라이다 100: 시트부
200: 본체부 210: 설치공간
220: 구동공간 300: 전원부
310: 배터리팩 311: 배터리셀
320: 케이스 320a: 제1케이스부
320b: 제2케이스부 321: 제1단자커버
322: 제2단자커버 323: 단자커버체
324: 연결단자 325: 제어패널
326: 외부케이블 400: 구동부
500: 제어부

Claims (6)

  1. 신체 약지인 사용자 1인이 탑승하는 모빌리티(10)와;
    사용자의 상태정보 및 실행정보를 상기 모빌리티(10)에 제공할 수 있도록 사용자가 착용하는 웨어러블디바이스(20)와;
    상기 모빌리티(10)에 구비되어 주변 장애물의 위치정보를 생성하는 라이다(30)를 포함하며,
    미리 저정된 경로 알고리즘에 따른 경로주행을 더불어 위치정보, 상태정보, 실행정보를 통해 사용자의 거동시 사용자에 대한 추종주행 및 사용자의 탑승시 장애물에 대한 회피기동을 수행하는 것을 특징으로 하는 신체 약자용 자율주행 모빌리티.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 모빌리티(10)는,
    상부에 하기 시트부(100)가 설치되는 설치공간(210)과 하측 내부에는 전원부(300) 및 구동부(400)가 설치되는 구동공간(220)을 갖는 본체부(200)와;
    상기 설치공간(210)에 설치되어 사용자가 착석하는 시트부(100)와;
    상기 본체부(200)의 구동공간(220)에 구비되어 상기 본체부(200)의 주행을 도모할 하는 수 있도록 바퀴를 포함하는 구동부(400)와;
    상기 본체부(200)의 구동공간(220)에 구비되어 상기 구동부(400)의 구동을 위한 전원을 제공하는 전원부(300)와;
    상기 웨어러블디바이스(20) 및 라이다(30)의 신호를 받아 본체부(200)의 주행을 제어하는 제어부(500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 약자용 자율주행 모빌리티.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 전원부(300)는,
    다수의 배터리셀(311)이 행렬되어 설정된 전압을 제공하는 배터리팩(310)과;
    상기 배터리팩(310)을 수용하는 케이스(320)를 포함하여 구성되며,
    상기 배터리팩(310)은,
    행렬된 다수의 배터리셀(311)에 (+)단자 부분을 다발로 고정하는 제1단자커버(321) 및 상기 제1단자커버(321)에 대응하여 상기 배터리셀(311)의 (-)단자 부분을 다발로 고정하는 제2단자커버(322)를 포함하는 단자커버체(323)와;
    상기 단자커버체(323)에 구비되어 요구되는 전압에 따라 단위 그룹별로 각 단자를 연결하는 연결단자(324)와;
    상기 연결단자(324)에 배선으로 연결되어 외부 전원의 도입 및 충전 전원의 출력을 제어하는 제어패널(325)을 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 약자용 자율주행 모빌리티.
  4. 청구항 3에 있어서
    상기 케이스(320)는,
    상기 배터리팩(310)의 제1단자커버(321), 제2단자커버(322) 및 복수의 배터리셀(311)을 포함하는 뭉치를 수용하는 소정의 공간을 갖는 제1케이스부(320a)와;
    상기 제1케이스부(320a)에 대응하여 체결로 마감하며, 내측에 상기 제어패널(325)이 고정 설치되고, 일측에 외부케이블(326)을 포함하는 제2케이스부(320b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 약자용 자율주행 모빌리티.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 본체부(200)와 시트부(100)의 사이에는,
    사용자의 착석시 사용자의 하중을 견디며 충격을 완충하는 에어모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 약자용 자율주행 모빌리티.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 에어모듈은,
    사용자가 착석 가능하도록 소정의 에어공간을 갖는 튜브시트와;
    상기 튜브시트의 어느 한 부분에 형성되어 에어를 공급 및 배출하는 에어배관과;
    상기 에어배관을 통해 에어공간에 에어를 제공하는 에어펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 약자용 자율주행 모빌리티.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200128883A (ko) 2019-05-07 2020-11-17 건국대학교 글로컬산학협력단 자율주행 휠체어 및 제어 시스템
KR102303339B1 (ko) 2019-11-27 2021-09-16 박영세 간호 보조 로봇

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