KR20090074315A - Safe and intelligent electric-powered walker for the aged and the disabled - Google Patents

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KR20090074315A
KR20090074315A KR1020080000059A KR20080000059A KR20090074315A KR 20090074315 A KR20090074315 A KR 20090074315A KR 1020080000059 A KR1020080000059 A KR 1020080000059A KR 20080000059 A KR20080000059 A KR 20080000059A KR 20090074315 A KR20090074315 A KR 20090074315A
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김상훈
양창모
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Abstract

An intellectual electric walker is provided, which has the intellectual function for aiding the walk of pedestrian and helps safe walking. An intellectual electric walker performs: a step(101) for performing the function of automatically controlling the pedestrian speed if the power source of walker is turned on; an automatic judging step(102) judging whether the surface is plain or not; a step(103) for automatically controlling the pedestrian speed according to the incline in case of being not plain; a step(104) for judging the dangerous situation on a real time basis; and a step(105) for informing an administrator or a protector of the pedestrian of the dangerous situation and terminating the operation of the walker.

Description

노인/장애인의 안전 보행을 지원하는 지능적 전동 보행기{Safe and Intelligent Electric-Powered walker for the aged and the disabled}Safe and Intelligent Electric-Powered walker for the aged and the disabled}

노인/장애인의 안전 보행을 지원하는 지능적 전동 보행기Intelligent electric walker supports safe walking of the elderly / disabled

본 발명은 근력이 저하된 노인이나 장애인을 위한 지능적인 전동 보행 보조기에 관한 것이다. 본 발명은 센서기술과 통신 기술을 이용하여 보행기 스스로의 지능적인 기능을 가지고 있어 사용자의 위험적인 요소를 제거해 주며 안전을 도와주는 역할을 한다. 종래의 보행 보조기는 단순히 사용자가 의지할 수 있는 비전동 보행기가 대부분이며 기능 또한 단순하고 지능적이지 못하여 보행자가 사용시 위험상황에 대처할 수 없고 보행환경에 따른 지능적 제어능력을 갖추고 있지 않다는 단점이 있다. The present invention relates to an intelligent electric walking aid for the elderly or disabled people with reduced muscle strength. The present invention has the intelligent function of the walker itself by using the sensor technology and communication technology to remove the risk factors of the user and serves to help safety. Conventional walking aids are simply non-motorized walkers that can be relied on by users, and their functions are also not simple and intelligent, so pedestrians cannot cope with dangerous situations and do not have intelligent control capabilities according to the walking environment.

종래의 보행 보조기는 단순히 사용자가 의지할 수 있는 비전동 보행기가 대부분이며 기능 또한 단순하고 지능적이지 못하여 보행자가 사용시 위험상황에 대처할 수 없고 보행환경에 따른 지능적 제어능력을 갖추고 있지 않다는 단점이 있다Conventional walking aids are simply non-motorized walkers that can be relied on by users, and their functions are also simple and not intelligent, so pedestrians cannot cope with dangerous situations and do not have intelligent control capabilities according to the walking environment.

본 발명은 상기 배경의 관점에서 이루어진 것으로, 보행자의 보행을 돕기 위한 지능적인 기능을 가짐으로써 사용자의 효율적 보행을 지원하고 보행 안전에 도움을 주는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in view of the above-mentioned background, and has an intelligent function to assist pedestrians' walking, and aims to support efficient walking of a user and help walking safety.

본 발명은 구동부에 보행자의 평균 보행 속도를 측정하여 적용할 수 있는 방법을 포함하며, 보행자의 위험상황 발생시 수동 또는 자동으로 안전을 감지할 수 있는 센서의 작동을 통해 상황을 외부에 알릴 수 있는 방법을 포함한다. The present invention includes a method that can be applied to measure the average walking speed of the pedestrian in the drive unit, a method for notifying the outside through the operation of a sensor that can detect safety manually or automatically when a dangerous situation of the pedestrian occurs It includes.

본 발명은 상기 배경의 관점에서 이루어진 것으로, 보행자의 보행을 돕기 위한 지능적인 기능을 가짐으로써 사용자의 효율적 보행을 지원하고 보행 안전에 도움을 주는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in view of the above-mentioned background, and has an intelligent function to assist pedestrians' walking, and aims to support efficient walking of a user and help walking safety.

이하 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도5는 본 발명의 형태와 동작 모습을 설명한다. 전동보행기의 형태는 도 5와 같이 전면에 2개의 구동 바퀴와 후면에 1개의 구동 바퀴로 구성되며, 보행자가 접촉하는 2개의 손잡이 하단부로부터 바퀴의 일부분까지를 감싸는 형태의 보행기 바디를 구성한다. 보행기의 보행자 방향 안쪽 형태는 보행자가 간단히 앉을 수 있는 소형 의자의 형태를 구성한다.5 illustrates the form and operation of the present invention. The electric walker is composed of two driving wheels in the front and one driving wheel in the rear as shown in FIG. 5, and constitutes a walker body that wraps up to a part of the wheels from the bottom of two handles that the pedestrian contacts. The pedestrian inner shape of the walker constitutes a small chair that a pedestrian can easily sit on.

보행기는 경사면의 각도에 따라 경사도를 인식하여 오르막 경사에서는 평균 구동능력보다 더 큰 힘을 전달하고 내리막 경사에서는 더 작은 힘을 전달하여 보행자가 평균 이동속도를 유지할 수 있도록 조절해 주는 보행 제어능력을 제공한다.  The walker recognizes the inclination according to the angle of the inclined plane, and delivers more force than the average driving ability on the uphill slope and transmits less force on the downhill slope to provide pedestrian control to adjust the average speed of pedestrians. do.

도 1은 본 발명의 전동보행기 동작을 전체적으로 설명해 주는 전체 동작 흐름도이다. 먼저 보행기의 전원이 켜지면 보행자는 보행기의 손잡이를 안정되게 잡고 일정거리를 수동으로 이동하게 되며 이 과정에서 전동보행기는 보행 속도를 자동 조절하는 기능을 수행한다(101). 이 단계에서 보행자는 평상시의 보행속도를 유지하며 첫 보행을 시작하기만 하면 되며, 바퀴의 구동량과 경과시간의 관계를 이용하여 제어부내의 제어 및 연산회로에서 평균 보행속도를 계산한 후, 구동부의 현재 속도에 반영한다. 이 과정은 보행속도 자동조절 모드로서 도 2에서 자세히 설명한다. 1 is an overall operation flowchart illustrating the operation of the electric walker of the present invention as a whole. First, when the power of the walker is turned on, the pedestrian grasps the handle of the walker stably and moves a certain distance manually. In this process, the electric walker performs a function of automatically adjusting the walking speed (101). In this stage, the pedestrian only needs to start the first walking while maintaining the usual walking speed, and calculates the average walking speed by the control and calculation circuit in the controller using the relationship between the driving amount of the wheel and the elapsed time. Reflect on the current speed. This process is described in detail in FIG. 2 as a walking speed automatic adjustment mode.

다음단계(102)에서는 보행중인 지면의 경사도를 실시간으로 감지하여 지면이 평지 인지 아닌지를 기울기 센서에 의해 자동 판단한 후, 평지가 아닌 경우 경사면에 따라 보행속도를 자동 조절하는 단계(103)를 수행한다. In the next step 102 detects the inclination of the ground in walking in real time and automatically determines whether the ground is flat or not by the tilt sensor, and if it is not flat performs a step 103 of automatically adjusting the walking speed according to the slope .

경사면의 여부를 판단하는 102 단계와 동일하게 104 단계에서는 위험상황을 실시간으로 판단한다.  In step 104, the risk situation is determined in real time, similar to step 102 of determining whether the slope is present.

위험상황이 발생하였다는 것을 판단하기 위한 방법으로는 사용자의 보행기가 전복되었음을 기울기(가속도)센서를 이용하여 확인 할 수 있다. 또한 사용자가 직접 자신의 몸에 이상이 있다고 판단 시 비상 버튼을 눌러 위험 상황을 관리자에게 보낼 수도 있다. 전동성을 가지고 있는 보행기로서 사람의 의지와 달리 움직일 경우 보행자에게 위험이 닥칠 수 있는 것을 방지하기 위해, 보행자가 두 손으로 손잡이를 잡고 있지 않은 상황을 손잡이에 달린 접촉센서를 이용하여 확인하고 위험 상황으로 판단할 수 있다. 즉 두 손으로 손잡이를 잡았을 경우에는 ON, 한 손이라도 손잡이를 잡지 않았을 경우는 OFF가 출력될 수 있도록 하는 방식을 구현한다. As a method for determining whether a dangerous situation has occurred, it is possible to check that the user's walker is overturned by using an inclination (acceleration) sensor. In addition, when the user determines that there is something wrong with his or her body, the emergency button can be sent to the manager by pressing the emergency button. In order to prevent the danger of pedestrians from moving with the will of the pedestrian, the pedestrian does not hold the handle with both hands. You can judge. In other words, if the handle is held by two hands, it is ON.

위험상황으로 판단된 경우에는 위험상황을 관리자 또는 보행자의 보호자에게 알리고 보행기의 동작을 종료하는 단계(105)를 수행한다.If it is determined that the dangerous situation is notified to the manager or guardian of the pedestrian situation and performs the step 105 of ending the operation of the walker.

본 발명에 의한 보행기는 경사면 인식이나 위험상항 인식에 의한 속도 제어신호가 발생하지 않은 상태에서 일정시간이 흐르면 일정 주기별로 평균 보행 속도를 측정하여 제어부내의 기억소자에 저장하여 일반 보행을 지원하는데 활용한다(106).The walker according to the present invention measures the average walking speed for each period and stores it in the memory device in the control unit when a certain time passes without the speed control signal due to the recognition of the inclined plane or the dangerous situation. (106).

도 2는 보행 속도 자동 조절 모드에 대한 순서도(201)이다. 전동 보행기는 전동성을 가지고 있는 것이기 때문에 보행을 돕기 위한 보행기의 역할을 하기 위해서는 사용자의 보행속도에 맞는 구동속도를 유지해 주어야 한다. 보행기의 속도가 사용자의 보행속도보다 빠르거나 느릴 경우에는 보행에 도움을 줄 수 없고 오히려 보행하는데 있어서 불편함을 줄 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 사용자의 보행 속도를 자동으로 측정하여 제어함으로써 보행자의 보행 속도에 맞는 전동 보행기의 속도를 유지할 수 있다. 2 is a flowchart 201 for the automatic walking speed adjustment mode. Since the electric walker has electricity, in order to serve as a walker to help walking, it is necessary to maintain a driving speed suitable for the user's walking speed. If the speed of the walker is faster or slower than the walking speed of the user, it may not help walking, but may give inconvenience to walking. In order to solve this problem, the present invention can maintain the speed of the electric walker in accordance with the walking speed of the pedestrian by automatically measuring and controlling the walking speed of the user.

즉 보행자가 시작 버튼을 누르거나 보행 시작 후 일정시간이 지나면 제어부의 타이머는 시간을 측정하고(202) 모터 구동부의 회로(엔코더)는 구동 속도정보를 수집하며(203) 경과 시간과 구동 속도 정보의 상관관계를 이용한 속도를 측정(204)한다. That is, if a pedestrian presses a start button or passes a certain time after the start of walking, the timer of the controller measures the time (202), and the circuit (encoder) of the motor driving unit collects the driving speed information (203) of the elapsed time and the driving speed information. Velocity using the correlation is measured 204.

도 3은 경사면에서의 기울기에 따른 구동속도 조절을 위한 순서도이다. 즉 기울기(가속도)센서에서 중력의 변화에 따른 기울기 센서의 출력신호 값을 측정하고(302) 아날로그적인 출력신호의 값을 아날로그 디지털 컨버터를 이용하여 신호변환 후 MCU(Micro Controller Unit)에서 기울기를 계산한다.(303) 그 결과를 이용하여 구동모터에 신호를 주면 경사면 각도에 따른 속도 제어가 가능하다. 즉 303 단계에서의 결과를 토대로 오르막과 내리막 경사 여부를 판단(304)한 후, 근력이 부족한 노인/장애인이 보행 시 바퀴가 달린 비전동 보행기는 내리막 경사 시 사용자에게 위험 요소가 될 수 있다는 점을 보완하여 저속구동을 통해 사용자의 안전을 도울 수 있도록 구현하며(306), 오르막 경사 시에는 근력이 약한 사용자가 쉽게 오르막을 오를 수 있도록 속도를 높여 끌어주는 역할을 함으로써 사용자의 보행에 도움을 줄 수 있도록 구현하였다(305). 3 is a flow chart for adjusting the driving speed according to the inclination on the inclined surface. That is, by measuring the output signal value of the tilt sensor according to the change of gravity in the tilt (acceleration) sensor (302) and converting the signal of the analog output signal using an analog-to-digital converter after calculating the slope in the MCU (Micro Controller Unit) (303) Using the result, if the drive motor is signaled, the speed control according to the inclined plane angle is possible. That is, after determining whether the slope is uphill and downhill based on the result at step 303 (304), the non-motorized walker with wheels when the elderly / disabled person with insufficient muscle walking walks may be a risk factor to the user when the slope is downhill. It is implemented to help the user's safety through low-speed driving (306), and to help the user's walking by acting to increase the speed so that the user with weak muscle strength can easily climb uphill when the slope is uphill. It was implemented (305).

또한 기울기 센서를 이용하여 경사면의 각도를 알면 사용자의 손잡이가 내리막 경사 일 때 앞으로 쏠리거나 오르막 경사 일 때 뒤로 쏠리는 것을 방지하기 위해 사용자의 손잡이를 항상 수직으로 유지하여 사용자의 편리를 높일 수 있다는 장점을 가지고 있다. Also, knowing the angle of the inclined surface using the tilt sensor, the user's handle can always be vertical to increase the user's convenience in order to prevent the user's handle from being forward when it is downhill or backward when it is uphill. Have.

도 4는 본 발명에 의한 보행기가 위험한 상황을 감지하는 방법과 감지 후의 대처방법에 대한 순서도를 설명한다.4 is a flowchart illustrating a method for detecting a dangerous situation by a walker according to the present invention and a coping method after the detection.

위험상황이 발생하였다는 것을 판단하기 위한 시스템으로는 첫 번째, 사용자의 보행기가 전복되었거나 기억장치에 입력된 정상적인 기울기 값 이상의 기울기가 측정되었을 때를 기울기 위험상황(402)으로 간주한다. 두 번째는 전동성을 가지고 있는 보행기가 사람의 의지와 상관없이 오동작을 하거나 보행자의 위급상황으로 보행기와 사람이 분리되는 상황에서 보행자에게 위험이 닥칠 수 있는 점을 방지하기 위해, 손잡이에 달린 접촉센서를 이용하여 보행자와 보행기가 분리되었는지를 판단하고 위험상황(403)으로 간주한다. 즉 두 손이 손잡이를 잡았을 경우에는 ON, 손잡이 를 잡지 않았을 경우는 OFF의 결과신호로 저장한다. As a system for judging that a dangerous situation has occurred, first, when the user's walker is overturned or when a slope of more than a normal slope value input into the storage device is measured, the slope risk situation 402 is considered. Secondly, the touch sensor on the handle is used to prevent the pedestrian from being in danger regardless of the will of the person or the danger of the pedestrian in the situation where the pedestrian is separated from the person due to the emergency of the pedestrian. It is determined whether the pedestrian and the walker have been separated, and is regarded as a dangerous situation (403). In other words, if both hands hold the handle, the signal is stored as ON.

위험상황은 이외에도 보행자가 직접 자신의 몸에 이상이 있다고 판단 시 비상 버튼을 눌러 상황을 관리자에게 보낼 수 있도록 한다.  In addition to the dangerous situation, when the pedestrian directly determines that there is a problem with his / her body, the emergency button can be pressed to send the situation to the manager.

위의 모든 위험상황에 해당하는 경우가 발생하면, 이의 결과 신호는 보호자나 관리자에게 신속한 방법으로 전송되도록 한다. 통신망이 구축되어 있는 환경에서는 Zigbee 무선 통신망등을 이용하여 가까운 통신 노드에 알람(alarm)상황과 보행자의 ID를 전송하여 최종적으로는 관리자나 보호자의 휴대단말기에 SMS문자로 위기 상황이 전송되도록 한다(405). 만일 위험상황 발생장소가 통신망 구축이 되어 있지 않은 상황에 대비하여 제어부내에 GPS수신기를 장착하고 GPS 위치추적 시스템을 이용하여 보행자의 위치가 관리자에게 전송되도록 한다(406). When all of the above risk situations occur, the resulting signal is sent to the guardian or manager in a prompt manner. In an environment where a communication network is established, an alarm situation and an ID of a pedestrian are transmitted to a nearby communication node using a Zigbee wireless communication network, and finally a crisis situation is transmitted as an SMS text message to an administrator or guardian's mobile terminal. 405). If the risk situation is not established in the communication network is equipped with a GPS receiver in the control unit and the location of the pedestrian is transmitted to the manager using the GPS location tracking system (406).

이러한 위기상황에서의 경보(alarm)신호의 형태는 통신망에서는 근거리 무선통신을 이용하거나 GPS 위치 추적시스템을 이용하여 SMS 문자 신호로 전송되도록 하는 방식 외에 현장에서 위험신호 검출시 보행기내의 경보기가 동작하도록 하여 주변의 1차적인 도움을 받을 수 있도록 한다(407).In the emergency situation, the alarm signal type uses a short-range wireless communication or a GPS location tracking system in a communication network to transmit an SMS text signal. Receive primary help from the surroundings (407).

도 6은 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전체 하드웨어 구성도를 나타내며 MCU제어부, 센서부, 구동부, 통신부, 경보출력부등 5개의 부분으로 구성되어 있다. 도 중앙에 MCU 제어부는 전동보행기의 동작시작과 마무리 과정에서 전체 기능을 제어하기 위한 제어회로 및 연산, 기억장치 기능을 모두 갖춘 본 발명의 두뇌부이다. 왼쪽의 센서부는 전동 보행기의 안전보행을 기술적으로 지원하기 위해 사용하는 기울기 센서와 접촉 센서의 센서부와 신호처리부를 포함하는 부분으로 보행기의 지능적인 기능을 강화하기 위한 역할을 수행한다. 하단의 구동부는 보행기의 실질적인 보행능력을 가능하게 하는 구동회로, 엔코더, 모터, 바퀴등을 모두 포함하는 부분으로서 자동 속도 조절 기능, 센서의 결과에 따른 구동속도 제어등이 가능하게 한다. 우측의 통신부는 보행기의 위험신호 발생시 해당신호를 원격지의 관리자등에게 신속하고 정확하게 전달될 수 있도록 처리하고 전송하는 회로를 포함하며, 해당신호에 의한 현장에서의 경보발생을 위해 경보출력부를 두며 상단의 블록에 표현되었다. Figure 6 shows the overall hardware configuration of the present invention for achieving this purpose is composed of five parts, such as MCU control unit, sensor unit, driver, communication unit, alarm output unit. The MCU control unit in the center of the present invention is a brain part of the present invention having both a control circuit and an operation and a memory device for controlling the entire function in the start and finish operation of the electric walker. The sensor part on the left side includes the sensor part and the signal processing part of the inclination sensor and the contact sensor used to technically support the safe walking of the electric walker, and serves to enhance the intelligent function of the walker. The lower drive part includes a drive circuit, an encoder, a motor, a wheel, and the like, which enable the actual walking ability of the walker, and enables the automatic speed adjustment function and the driving speed control according to the result of the sensor. The communication unit on the right side includes a circuit that processes and transmits the signal so that it can be quickly and accurately delivered to a remote manager, etc. when a danger signal of the walker is generated. The block is represented.

도1은 본 발명의 전체 흐름도이다.1 is an overall flowchart of the present invention.

도2는 본 발명의 보행속도 자동조절모드에 대한 순서도이다.Figure 2 is a flow chart for the walking speed automatic adjustment mode of the present invention.

도3은 경사면에서의 구동속도 조절방법에 대한 순서도이다. 3 is a flowchart illustrating a driving speed adjusting method on an inclined surface.

도4은 위험상황 감지시 제어방법에 대한 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a control method when detecting a dangerous situation.

도5는 본 발명의 전동보행기 외형 및 경사면에서의 동작모습에 대한 기술이다.5 is a description of the operation of the appearance and the inclined surface of the electric walker of the present invention.

도6은 본발명의 하드웨어 구성도에 대한 기술이다.6 is a description of the hardware configuration of the present invention.

Claims (5)

노인이나 장애인의 보행을 보조하는 보행기로서, As a walker to assist the walk of the elderly and the disabled, 바퀴와 전동식 모터를 결합하여 구동과 구동속도 조절기능을 포함하는 구동부와 적어도 하나의 위험 환경 조건을 감지하는 센서를 포함하는 센서부와 상기 센서의 신호 정보를 기록하는 메모리와 위험 상황등을 외부에 전달할 수 있는 외부 통신 수단과, 상기 메모리, 상기 센서 및 상기 외부 통신 수단의 동작을 통제하는 처리장치 및 구동전원을 포함하여 이루어지며,A sensor unit including a drive unit including a drive and a driving speed control function by combining wheels and an electric motor, a sensor detecting at least one dangerous environmental condition, a memory for recording signal information of the sensor, and a dangerous situation It comprises an external communication means capable of transmitting, the processing device and a driving power source for controlling the operation of the memory, the sensor and the external communication means, 구동부는 보행자의 초기 보행속도를 예측하여 평균속도로 구동을 수행하며 상기 센서가 적어도 하나의 위험환경 조건을 감지하여 위험 신호를 발생시키면 상기 메모리가 상기 환경 정보를 기록하고, 외부 단말기가 상기 외부 통신 수단과 접속된 상태에서 상기 위험 환경정보를 상기 외부 단말기에 전달할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 노인/장애인의 안전 보행을 지원하는 지능적 전동 보행기The driving unit predicts an initial walking speed of a pedestrian and performs driving at an average speed. When the sensor detects at least one dangerous environmental condition and generates a dangerous signal, the memory records the environmental information, and an external terminal communicates with the external communication. Intelligent electric walker supporting the safe walking of the elderly / handicapped, characterized in that it is made to transmit the dangerous environment information to the external terminal in a state of being connected to the means 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 외부 통신 수단은 비접촉식 PAN(Personal Area Network)통신 방식인것을 특징으로 하는 노인/장애인의 안전 보행을 지원하는 지능적 전동 보행기The intelligent communication walker supporting the safe walking of the elderly / handicapped, characterized in that the external communication means is a contactless personal area network (PAN) communication method. . . 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 센서는 기울기센서, 접촉센서, 온도센서, 습도 센서 가운데 적어도 하나를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 노인/장애인의 안전 보행을 지원하는 지능적 전동 보행기The sensor is an intelligent electric walker supporting the safe walking of the elderly / disabled, characterized in that it comprises at least one of a tilt sensor, a contact sensor, a temperature sensor, humidity sensor. . . 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 센서의 용도는 기울기센서, 접촉센서, 온도센서, 습도 센서 가운데 적어도 하나를 구비하여 보행자의 안전을 유지하기 위해, 위험요인을 판단하는 정보로 활용하기 위한 것을 특징으로 하는 노인/장애인의 안전 보행을 지원하는 지능적 전동 보행기The use of the sensor is provided with at least one of the inclination sensor, contact sensor, temperature sensor, humidity sensor to maintain the safety of the pedestrian, safety walking of the elderly / disabled, characterized in that it is used as information for determining the risk factors Intelligent walker to support 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 외부 통신 수단은 비접촉식 PAN(Personal Area Network)통신 환경이 갖추어지지 않은 곳에서는 GPS 회로를 동작시켜 위치추적에 의한 위험상황 외부 전달이 가능한 방식으로 구현하는 것을 특징으로 노인/장애인의 안전 보행을 지원하는 지능적 전동 보행기The external communication means supports safe walking of the elderly / disabled by operating a GPS circuit in a place where a non-contact PAN (Personal Area Network) communication environment is not provided. Intelligent electric walker
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