KR20200136717A - Control device for joystick - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an apparatus for controlling a joystick, which removes a discontinuous acceleration/deceleration pattern generated when an electric wheelchair moves straight or changes a direction, thereby improving convenience of a user. The apparatus for controlling a joystick includes: a joystick; a control signal generating part receiving an operation signal of the joystick to generate a control signal for driving the electric wheelchair; a motor control part receiving the signal of the control signal generating part to control a drive of the motor; a driving part controlling a drive and a brake of wheels in accordance with a driving signal of the motor control part; and a power part supplying power to the joystick, the control signal generating part, the motor control part, and the driving part.

Description

조이스틱 제어장치{Control device for joystick}Joystick control device {Control device for joystick}

본 발명은 전동휠체어의 직진 또는 방향 전환시 발생되는 불연속 가감속 패턴을 제거하여 사용자 편의성을 향상시킬 수 있는 전동휠체어의 조이스틱 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a joystick control device for an electric wheelchair capable of improving user convenience by removing a discontinuous acceleration/deceleration pattern generated when the electric wheelchair moves straight or changes direction.

일반적으로 휠체어는 수동식과 전동식으로 분류되며, 수동식은 보호자나 사용자의 힘으로 이동하는 휠체어이며, 전동식은 축전지의 전원으로 일반 DC구동모터나 BLDC(BrushLess DC)구동모터를 구동하여 속도를 조종하는 휠체어이다.In general, wheelchairs are classified into manual and electric type, and the manual type is a wheelchair that moves by the power of a guardian or user, and the electric type is a wheelchair that controls the speed by driving a general DC drive motor or a BLDC (BrushLess DC) driven motor with the power of a storage battery. to be.

전동휠체어의 전, 후진 방향 및 속도는 조이스틱으로 제어하여 설정된 최고 속도에 대하여 사용자가 조이스틱을 조종하여 원하는 방향으로 조이스틱의 기울임에 비례하는 속도를 갖고 주행하는 것을 특징으로 한다.The front and reverse directions and speeds of the electric wheelchair are controlled by a joystick, and the user controls the joystick with respect to the set maximum speed, and travels with a speed proportional to the tilt of the joystick in a desired direction.

이러한 전동휠체어는 사용자의 조종기인 조이스틱에 의하여 방향 및 속도의 정보를 휠체어 제어 CPU에 의하여 제어된다. 일반적인 전동휠체어는 도로의 기울기 사정과 상관없이 설정된 제동력으로 정지 제동시 제동되고, 사용자가 연속 주행으로 속도 변화만 줄 경우에는 구동모터는 조이스틱의 각도에 따라 가속 및 감속이 이루어진다. 또한, 전동휠체어는 사용자가 방향을 선회하고자 하는 경우 조이스틱을 전후 방향에서 좌우 방향으로 전환하거나, 좌우 방향에서 전후 방향으로 전환하는 조작에 따른다.In such an electric wheelchair, information of direction and speed is controlled by a wheelchair control CPU by a joystick that is a user's manipulator. A general electric wheelchair is braked at a stop braking with a set braking force irrespective of the slope of the road, and when the user only changes the speed through continuous driving, the driving motor accelerates and decelerates according to the angle of the joystick. In addition, in the electric wheelchair, when the user wants to turn the direction, the joystick is switched from the front-rear direction to the left-right direction, or according to the operation of switching from the left-right direction to the front-rear direction.

한편, 종래의 전동휠체어는 가속 또는 감속시 조이스틱의 조작에서 발생되는 신호가 구동모터를 거쳐 바퀴에 전달되는데 소정의 시간 간격이 나타난다. 따라서 조이스틱을 이용한 가속 및 감속시 불연속적인 패턴이 감지되어 사용자가 가속 및 감속에 신속히 대응하지 못하는 문제점이 있다. 이러한 불연속적인 가속 및 감속 패턴은 전동휠체어의를 직진동작에서 선회동작으로 혹은 선회동작에서 직진동작으로 전환하는 경우에도 나타난다.Meanwhile, in the conventional electric wheelchair, a signal generated by operation of a joystick during acceleration or deceleration is transmitted to the wheel through a driving motor, and a predetermined time interval appears. Therefore, there is a problem in that a user cannot quickly respond to acceleration and deceleration because a discontinuous pattern is detected during acceleration and deceleration using a joystick. Such a discontinuous acceleration and deceleration pattern appears even when the electric wheelchair is switched from a straight forward motion to a turning motion or from a turning motion to a straight forward motion.

또한, 종개의 전동휠체어는 조이스틱과 함께 기능 버튼부를 구비한다. 기능 버튼부는 온오프, 운전모드 등 다양한 기능을 위한 다수의 버튼들을 포함하고, 사용자는 전동휠체어의 온오프 조작, 운전모드 선택 등을 위하여 조이스틱과 별도로 기능버튼을 눌르는 조작을 하여야 한다. 이러한 기능 버튼의 누름 조작은 일반인의 입장에서는 쉽게 조작될 수 있으나, 신체가 불편한 사용자의 경우 기능 버튼 조작에 어려움을 갖는 문제점이 있다. In addition, the type of electric wheelchair includes a joystick and a function button. The function button unit includes a plurality of buttons for various functions such as on-off and driving mode, and the user must press the function button separately from the joystick for on-off operation of the electric wheelchair and selection of driving mode. The pressing operation of such a function button can be easily operated from the point of view of a general person, but there is a problem in that it is difficult for a user with a physical discomfort to operate the function button.

한국등록특허 10-1677075호(2016.11.11.등록, 전동휠체어 주행 제어방법)Korean Patent Registration No. 10-1677075 (registered on November 11, 2016, electric wheelchair driving control method) 한국등록특허 10-1887091호(2018.08.03.등록, 기울기 감지센서 및 무게중심 조정장치를 포함하는 전동휠체어)Korean Patent Registration No. 10-1887091 (registered on August 3, 2018, electric wheelchair including tilt sensor and center of gravity adjustment device)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 전동휠체어의 가속이나 감속 또는 방향 선회시 나타나는 불연속적인 가감속 패턴을 제거하여 사용자 편의성을 향상시킬 수 있는 전동휠체어용 조이스틱 제어장치를 제공하는 것이다. The present invention has been proposed in order to solve the above problems, and provides a joystick control device for an electric wheelchair capable of improving user convenience by removing a discontinuous acceleration/deceleration pattern that appears during acceleration, deceleration, or direction turning of the electric wheelchair. will be.

상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 실시예의 조이스틱 제어장치는, 조이스틱, 상기 조이스틱의 조작 신호를 전달받아 전동휠체어를 구동하기 위한 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부, 상기 제어신호 생성부의 신호를 전달받아 모터의 구동을 제어하는 모터 제어부, 상기 모터 제어부의 구동 신호에 따라 휠의 구동 및 제동을 제어하는 구동부, 및, 상기 조이스틱, 제어신호 생성부, 모터 제어부 및 구동부에 전원을 공급하는 전원부를 포함한다.The joystick control device of the present embodiment for achieving the above-described task includes a joystick, a control signal generator for generating a control signal for driving an electric wheelchair by receiving an operation signal of the joystick, and a signal for the control signal generator. A motor control unit for controlling driving of the received motor, a driving unit for controlling driving and braking of a wheel according to a driving signal from the motor control unit, and a power supply unit for supplying power to the joystick, a control signal generator, a motor control unit and a driving unit. do.

또한, 본 과제의 조이스틱 제어장치에 있어서, 상기 모터 제어부는 가속도 센서와 자이로 센서를 구비할 수 있다.In addition, in the joystick control apparatus of the present subject, the motor controller may include an acceleration sensor and a gyro sensor.

또한, 본 과제의 조이스틱 제어장치에 있어서, 상기 전원부는, 상기 조이스틱의 일측에 구비되는 파워차단버튼을 포함할 수 있다.In addition, in the joystick control device of the present subject, the power supply unit may include a power cut-off button provided on one side of the joystick.

또한, 본 과제의 조이스틱 제어장치에 있어서, 상기 제어신호 생성부는, 상기 조이스틱의 신호를 필터링하는 LPF(Low Pass Filter)를 구비할 수 있다.In addition, in the joystick control apparatus of the present subject, the control signal generator may include a low pass filter (LPF) that filters a signal from the joystick.

본 발명은 제어신호 생성부가 조이스틱의 신호를 필터링하여 제어신호를 생성함으로써, 전동휠체어의 가속이나 감속 또는 방향 선회시 나타나는 불연속적인 가감속 패턴을 제거하여 사용자 편의성을 향상시킬 수 있다.In the present invention, the control signal generator generates a control signal by filtering a signal of a joystick, thereby removing discontinuous acceleration/deceleration patterns that appear when acceleration, deceleration, or direction turning of an electric wheelchair can be removed, thereby improving user convenience.

도 1은 본 과제의 실시예에 따른 전동휠체어의 주요 구성을 나타낸 블록도,
도 2는 본 과제의 실시예에 따른 조이스틱의 레버 신호 전달 과정을 나타낸 블록도,
도 3은 도 3의 조이스틱 제어장치에 의한 가감속 패턴을 나타낸 도면,
도 4는 본 과제의 실시예 따른 직진 주행성 평과 결과를 나타낸 도면.1 is a block diagram showing the main configuration of an electric wheelchair according to an embodiment of the present subject;
2 is a block diagram showing a process of transmitting a lever signal of a joystick according to an embodiment of the present subject;
3 is a view showing an acceleration/deceleration pattern by the joystick control device of FIG. 3;
4 is a view showing the result of a straight-line driving performance evaluation according to an embodiment of the present subject.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다.The present invention and the technical problem achieved by the implementation of the present invention will be clarified by the preferred embodiments described below. Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

후술되는, 본 실시예의 차이는 상호 배타적이지 않은 사항으로 이해되어야 한다. 즉 본 발명의 기술 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은, 일 실시예에 관련하여 다른 실시예로 구현될 수 있으며, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 변경될 수 있음이 이해되어야 하며, 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이, 면적 및 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 본 실시예의 설명에 있어서, 상, 하, 전, 후 등과 같은 표현은 서로 상대적인 위치나 방향을 나타내는 것으로, 그 기술적 의의가 사전적 의미에 구속되는 것은 아니라 할 것이다.It should be understood that the differences between the present embodiments described below are not mutually exclusive. That is, without departing from the spirit and scope of the present invention, specific shapes, structures, and characteristics described may be implemented in other embodiments in relation to one embodiment, and the location of individual components within each disclosed embodiment. Alternatively, it should be understood that the arrangement may be changed, and similar reference numerals in the drawings refer to the same or similar functions over various aspects, and the length, area, thickness, and the like may be exaggerated for convenience. In the description of the present embodiment, expressions such as up, down, before, after, etc. represent positions or directions relative to each other, and the technical significance thereof is not limited to the dictionary meaning.

도 1은 본 과제의 실시예에 따른 전동휠체어의 주요 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 과제의 실시예에 따른 조이스틱의 레버 신호 전달 과정을 나타낸 블록도이며, 도 3은 도 3의 조이스틱 제어장치에 의한 가감속 패턴을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 과제의 실시예 따른 직진 주행성 평과 결과를 나타낸 도면이다.1 is a block diagram showing the main configuration of an electric wheelchair according to an embodiment of the present task, Figure 2 is a block diagram showing a lever signal transmission process of the joystick according to the embodiment of the present task, and Figure 3 is the joystick of Figure 3 It is a diagram showing an acceleration/deceleration pattern by a control device, and FIG. 4 is a diagram showing a result of a straight-line driving performance evaluation according to an embodiment of the present subject.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 조이스틱 제어장치는 전동휠체어에 설치되어 전동휠체어의 이동을 제어하는 장치이다. 조이스틱(10)과, 제어신호 생성부(20)와 모터 제어부(30)와, 구동부(40)와, 전원부(50)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the joystick control device of this embodiment is a device installed in an electric wheelchair to control movement of the electric wheelchair. A joystick 10, a control signal generation unit 20, a motor control unit 30, a driving unit 40, and a power supply unit 50 are included.

조이스틱(10)은 사용자 조작을 위한 구성으로, 전, 후, 좌, 우 방향으로 조작이 가능한 일반적인 스틱으로 구성된다. 조이스틱(10)은 사용자의 조작에 따라 전동휠체어의 진행 방향과 속도를 조절한다.The joystick 10 is a configuration for user manipulation, and includes a general stick that can be manipulated in the front, rear, left and right directions. The joystick 10 adjusts the traveling direction and speed of the electric wheelchair according to the user's manipulation.

제어신호 생성부(20)는 조이스틱(10)의 조장 신호를 수신하여 전동휠체어를 구동하기 위한 신호를 생성한다. 제어신호 생성부(20)는 직진주행 신호를 생성 및 제어하고, 가속 및 감속 알고리즘을 생성한다. 또한, 제어신호 생성부(20)는 조이스틱(10)과 구동부(40) 사이의 전기적 인터페이스 신호를 생성하고, 제어 파라미터를 설정한다. 이를 위한 제어신호 생성부(20)는 PC/MyRIO 가 잉요될 수 있다.The control signal generation unit 20 generates a signal for driving the electric wheelchair by receiving an encouragement signal from the joystick 10. The control signal generator 20 generates and controls a straight driving signal, and generates an acceleration and deceleration algorithm. In addition, the control signal generation unit 20 generates an electrical interface signal between the joystick 10 and the driving unit 40 and sets control parameters. The control signal generator 20 for this may be a PC/MyRIO.

모터 제어부(30)는 제어신호 생성부(20)에서 생성된 신호를 이용하여 모터의 구동을 제어한다. 모터 제어부(30)는 인터버와 전류 제어기로 구성되며, BLDC 모터 토크 제어기, 과전류 차단회로 등의 회로를 구비한다. 또한, 모터 제어부(30)는 다양한 종류의 센서를 구비하며, 일 예로, 가속도 센서, 자이로 센서, BLDC홀 센서를 포함한다.The motor control unit 30 controls the driving of the motor by using the signal generated by the control signal generation unit 20. The motor control unit 30 is composed of an inverter and a current controller, and includes circuits such as a BLDC motor torque controller and an overcurrent blocking circuit. In addition, the motor control unit 30 includes various types of sensors, for example, an acceleration sensor, a gyro sensor, and a BLDC Hall sensor.

구동부(40)는 모터 제어부(30)의 제어에 따라 회전 동력을 생성하여 휠을 구동시키고, 회전 동력을 차단하여 휠의 구동을 제동한다. 이를 위한 구동부(40)는 BLDC 모터와 브레이크를 구비한다. The driving unit 40 drives the wheel by generating rotational power under the control of the motor control unit 30, and brakes the driving of the wheel by blocking the rotational power. The driving unit 40 for this is provided with a BLDC motor and a brake.

전원부(50)는 조이스틱(10), 제어신호 생성부(20), 모터 제어부(30) 및 구동부(40)에 정원을 공급한다. 특히, 본 실시예에서는 조이스틱(10)의 일측에 구비되는 파워차단버튼을 포함한다. 파워차단버튼은 전동휠체어가 이상 구동되거나 위급 상황시 전원을 차단하여 전동휠체어의 구동이 정지되도록 한다.The power supply unit 50 supplies power to the joystick 10, the control signal generation unit 20, the motor control unit 30 and the driving unit 40. In particular, the present embodiment includes a power cut-off button provided on one side of the joystick (10). The power cut-off button shuts off the power when the electric wheelchair is driven abnormally or in an emergency, so that the driving of the electric wheelchair is stopped.

도 2를 참조하면, 제어신호 생성부(20)는 조이스틱에서 전송되는 신호를 LPF(Low Pass Filter)를 이용하여 필터링 한 후 제어신호를 생성한다. LPF는 시상수에 따라 출력신호의 상승시간(Rising Time)이 결정되므로, 상황에 따라 시상수를 조절하여 가감속의 정도를 설정할 수 있다.Referring to FIG. 2, the control signal generator 20 filters a signal transmitted from a joystick using a low pass filter (LPF) and then generates a control signal. In LPF, the rising time of the output signal is determined according to the time constant, so the degree of acceleration/deceleration can be set by adjusting the time constant according to the situation.

도 3을 참조하면, 기존의 조이스틱 입력에 따라 생성되는 제어신호는 급격한 가감속이 이루어지지만, 본 실시예에 의한 제어 신호는 부드러운 가감속이 가능하다. Referring to FIG. 3, a control signal generated according to a conventional joystick input undergoes rapid acceleration/deceleration, but the control signal according to the present embodiment enables smooth acceleration/deceleration.

도 4를 참조하면, 전동휠체어의 직진 방향의 주행에 대한 실험 결과, 기존의 직진 방향의 주행을 위한 제어기가 없을 경우와 비교하여 직진 방향의 주행이 가능함을 확인할 수 있고, 직진 방향 주행에 대한 성능은 제안된 평가지표에 따라 평균 0.9%의 오차를 갖는 것을 확인하였다.Referring to FIG. 4, as a result of the experiment on the driving in the straight direction of the electric wheelchair, it can be confirmed that driving in the straight direction is possible compared to the case in which there is no controller for driving in the existing straight direction, and the performance for driving in the straight direction Was confirmed to have an average error of 0.9% according to the proposed evaluation index.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.Although the exemplary embodiments of the present invention have been shown and described as described above, various modifications and other embodiments may be made by those skilled in the art. These modifications and other embodiments are all considered and included in the appended claims and will not depart from the true spirit and scope of the present invention.

10 : 조이스틱
20 : 제어신호 생성부
30 : 모터 제어부
40 : 구동부
50 : 전원부 10: joystick
20: control signal generator
30: motor control unit
40: drive unit
50: power supply

Claims (4)

조이스틱;
상기 조이스틱의 조작 신호를 전달받아 전동휠체어를 구동하기 위한 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부;
상기 제어신호 생성부의 신호를 전달받아 모터의 구동을 제어하는 모터 제어부;
상기 모터 제어부의 구동 신호에 따라 휠의 구동 및 제동을 제어하는 구동부; 및
상기 조이스틱, 제어신호 생성부, 모터 제어부 및 구동부에 전원을 공급하는 전원부;를 포함하는, 조이스틱 제어장치.Joystick;
A control signal generator configured to generate a control signal for driving the electric wheelchair by receiving the operation signal of the joystick;
A motor controller configured to control driving of a motor by receiving a signal from the control signal generator;
A driving unit controlling driving and braking of a wheel according to a driving signal from the motor control unit; And
A joystick control device including; a power supply unit for supplying power to the joystick, a control signal generation unit, a motor control unit, and a driving unit. 제 1 항에 있어서, 상기 모터 제어부는,
가속도 센서와 자이로 센서를 구비하는, 조이스틱 제어장치. The method of claim 1, wherein the motor control unit,
A joystick control device comprising an acceleration sensor and a gyro sensor. 제 2 항에 있어서, 상기 전원부는,
상기 조이스틱의 일측에 구비되는 파워차단버튼을 포함하는, 조이스틱 제어장치. The method of claim 2, wherein the power supply unit,
A joystick control device comprising a power cut-off button provided on one side of the joystick. 제 3 항에 있어서, 상기 제어신호 생성부는,
상기 조이스틱의 신호를 필터링하는 LPF(Low Pass Filter)를 구비하는, 조이스틱 제어장치. The method of claim 3, wherein the control signal generator,
A joystick control device comprising a low pass filter (LPF) for filtering a signal from the joystick.
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