WO2018135872A1

WO2018135872A1 - Joystick system of electric wheelchair

Info

Publication number: WO2018135872A1
Application number: PCT/KR2018/000836
Authority: WO
Inventors: 제양규
Original assignee: Peoplian Co Ltd
Current assignee: Peoplian Co Ltd
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2018-01-18
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2019-07-22
Also published as: KR20170125695A

Abstract

A joystick is the most convenient and intuitive device for driving a wheelchair. However, sometimes, a joystick operation for which a user did not intend occurs, and there are cases for which the joystick is operated without consideration for the driving state of the wheelchair. Also, the wheelchair is sometimes not driveable according to operation of the joystick even though the joystick operation, for which the user intends, is performed. The present invention does not use the joystick directly as a driving device for driving the wheelchair and changes the concept of a joystick into that of a device for freely expressing user intent for driving the wheelchair, so as to filter out unintended joystick operation of the user, the joystick operation with no consideration of the driving state of the wheelchair, or the like, and enable the wheelchair to be driven exactly according to user intent in consideration of the current operating state of the wheelchair. The joystick of the present invention can not only be used as a traveling operation device of the wheelchair, but can be used as an operation device of various attached devices such as a seating assistance device and a wheelchair seat height adjustment device.

Description

Joystick System of Electric Wheelchair

몸이 불편하거나 신체가 허약한 장애인이나 고령자가 전동휠체어를 운전할 때 직감적으로 가장 편하게 조작할 수 있는 장치가 조이스틱이다. 민첩성, 판단력 및 조작능력 등이 떨어지는 장애인이나 고령자가 조이스틱을 통해 전동휠체어를 운전할 때 조이스틱 조작이 미숙하거나 또 조이스틱의 조작대로 휠체어가 제대로 작동되지 않는 경우가 있다. 이로 인해 휠체어 운전에 어려움을 겪게 되고 심지어 사고까지 발생하기도 한다. 사용자가 의도하는 대로 휠체어가 좀 더 쉽게 운전이 되고 안전한 조작이 가능하도록 개선된 조이스틱 시스템에 관한 것이다.Joystick is a device that can be operated most intuitively and comfortably when the handicapped or elderly person who is uncomfortable or weak is driving the electric wheelchair. When a handicapped person or an elderly person with poor agility, judgment and control ability drives an electric wheelchair through a joystick, the joystick operation may be immature or the wheelchair may not operate properly with the joystick operation. This can make it difficult to drive a wheelchair and even cause an accident. It is directed to an improved joystick system that allows the wheelchair to be driven more easily and safely operated as the user intended.

간호 인력의 도움을 최소화하여 고령자나 장애인들의 독립생활을 지원하기 위해서는 휠체어 승하차 지원 장치, 휠체어 좌석 높낮이 조절장치 등 다양한 부속장치가 필요하다. 이러한 부속장치도 조이스틱을 통해 손쉽게 작동할 수 있도록 조이스틱에 새로운 기능을 부가하여 개선된 조이스틱 시스템에 관한 것이다.In order to support the independent life of the elderly and the disabled by minimizing the help of the nursing personnel, various accessories such as wheelchair getting on and off support device and wheelchair seat height adjusting device are required. These accessories are also related to an improved joystick system by adding new functions to the joystick for easy operation via the joystick.

민첩성, 판단력 및 조작능력 등이 떨어지는 장애인이나 고령자가 조이스틱을 통해 전동휠체어를 운전할 때 조이스틱 조작이 미숙하거나 또 휠체어가 조이스틱의 조작대로 작동이 되지 않아 전동휠체어 운전에 큰 어려움을 겪거나 운전 중 적지 않은 사고가 발생하기도 한다. 휠체어의 사고율이 자동차 사고율보다 훨씬 높으며 휠체어 사고원인의 약 25%가 운전자의 조작실수로 인한 것이다. When a disabled or elderly person with poor agility, judgment, and control ability operates an electric wheelchair through a joystick, the joystick operation is immature, or the wheelchair is not operated by the joystick's operation. An accident may occur. The accident rate of wheelchairs is much higher than that of automobiles, and about 25% of the causes of wheelchair accidents are due to the driver's mistake.

휠체어 사고를 방지하기 위하여 사회복지기관 등에서는 전동휠체어를 처음 사용하는 자들을 위해 운전교습을 실시하고 있다. 전동휠체어 운전교습이 안전운행에 도움이 되기도 하지만 조작능력, 민첩성 및 판단력이 떨어지는 장애인이나 고령자에게 크게 효과적이지 않다.In order to prevent wheelchair accidents, social welfare institutions, etc., are providing driving lessons for those who are new to wheelchair use. Electric wheelchair driving lessons may help safe driving, but they are not very effective for people with disabilities or the elderly who have poor operation, agility and judgment.

장애인이나 고령자들은 휠체어의 특성이나 운전상황을 충분히 파악하지 못하고 조이스틱을 통해 급작스럽게 출발하거나 정지시키며, 또 방향을 전환하기도 한다. 장애인이나 고령자가 휠체어 운전 중에 갑작스런 상황이 발생하여 의도하지 않은 입력을 조이스틱에 줄 수도 있다. 또 여러 가지 이유로 인해 사용자의 의도대로 휠체어가 움직이지 않아서 휠체어 사용자는 휠체어 작동을 지속적으로 관찰하면서 조이스틱을 통해 휠체어 작동을 지속적으로 수정 보완해 주어야 한다. People with disabilities or older people do not fully understand the characteristics of the wheelchair or driving conditions, and suddenly start or stop through the joystick and change direction. A person with a disability or an elderly person may experience a sudden situation while driving a wheelchair and give the joystick an unintended input. In addition, the wheelchair does not move according to the user's intention for various reasons, so that the wheelchair user must continuously observe the wheelchair operation and continuously correct the wheelchair operation through the joystick.

휠체어 사고에서 발생하는 큰 사고 중의 하나는 안전 범위를 벗어나는 급경사를 운전하면서 일어나는 전복사고이다. 상황 판단 능력이나 조작 능력이 떨어지는 사용자가 상황을 잘못 판단하고 급작스런 운전이나 안전 범위를 벗어나는 운전을 할 때 이에 대한 적절한 대처가 필요하다. 예를 들면 전동휠체어는 경사 각도가 10도를 벗어나는 경사에서는 작동을 하면 안 되게 되어 있다. 지나치게 급한 경사를 오르거나 내려갈 경우에는 무게 중심의 변화로 인해 휠체어의 전복사고가 일어날 수 있기 때문이다. 만약 10도를 넘는 경사를 내리거나 오르려 할 때 경고음을 발생하고, 작동을 정지시키는 것이 필요하다. 이러한 판단을 장애인이나 고령자가 스스로 판단을 내리기가 쉽지 않다.One of the major accidents in wheelchair accidents is a rollover that occurs while driving a steep slope that is outside of safety. Appropriate response is required when a user who is poor in situation judgment or manipulation ability misjudges a situation and suddenly drives or drives outside the safety range. For example, electric wheelchairs should not operate on slopes where the angle of inclination is greater than 10 degrees. If you climb or descend too steeply, the change in the center of gravity can cause the wheelchair to roll over. If you try to lower or climb a slope over 10 degrees, it is necessary to sound a warning and stop the operation. It is not easy for people with disabilities or the elderly to make these judgments on their own.

일반적인 전동휠체어는 통상적으로 4개의 바퀴가 장착되어 있는데 그 중 2개의 바퀴에는 구동모터가 장착되어 있고, 나머지 2개의 작은 바퀴 혹은 캐스터에는 구동모터가 장착되어 있지 않다. 휠체어의 운전 방향은 구동모터가 장착된 2개의 바퀴의 상대 속도 차이에 따라 이루어진다. 구동모터가 장착되지 않은 2개의 작은 바퀴는 구동모터가 장착된 2개의 바퀴의 상대 속도 차이에 따라 자유롭게 방향을 전환할 수 있도록 되어 있다.In general, electric wheel chairs are usually equipped with four wheels, two of which are equipped with a driving motor, and the other two small wheels or casters are not equipped with a driving motor. The driving direction of the wheelchair depends on the relative speed difference of the two wheels with the driving motor. Two small wheels without a drive motor are free to change directions depending on the relative speed difference between the two wheels with a drive motor.

휠체어가 전진하다가 후진할 필요가 있어 구동모터가 후진을 하게 되면, 그림 1에서 보는 바와 같이 구동모터가 장착되지 않은 2개의 바퀴는 전진방향 형태로 있다가 후진방향 형태로 180도 회전해야 한다. 이 때 구동모터가 장착되지 않은 2개의 작은 바퀴는 전진방향 형태에서 후진 즉시 180도 회전하지 않고, 어느 정도 거리까지는 전진방향 형태를 그대로 유지하다가 후진방향 형태로 갑자기 180도 회전하기도 한다. 또 휠체어 후진 중 구동모터가 장착되지 않은 작은 바퀴 2개는 2개가 동시에 180도 회전하지 않고 각각 따로 회전하기도 한다. 휠체어가 후진 운전 중에 구동모터가 장착되지 않는 2개의 작은 바퀴가 갑자기 180도 회전하면, 휠체어의 후진 방향에 영향을 주어서 휠체어가 엉뚱한 방향으로 후진하게 된다.As the wheelchair needs to move forward and then back, the drive motor reverses. As shown in Figure 1, the two wheels without the drive motor must be rotated 180 degrees in the forward direction as shown in Figure 1. At this time, the two small wheels without the driving motor are not rotated 180 degrees immediately in the forward direction, but remain in the forward direction to a certain distance and suddenly rotate 180 degrees in the reverse direction. In addition, two small wheels without a drive motor during wheelchair reversal may be rotated separately without being rotated 180 degrees at the same time. If a small wheel without a drive motor rotates 180 degrees suddenly while the wheelchair is driving backwards, it affects the backward direction of the wheelchair, causing the wheelchair to reverse in the wrong direction.

휠체어 사용자들이 가장 큰 어려움을 겪는 것 중의 하나는 전진하다가 후진을 하는 경우와 같이 회전의 운전 방향이 크게 바뀌었을 때 구동모터가 장착되지 않는 2개의 작은 바퀴가 각각 자유롭게 회전하면서 휠체어가 의도하지 않는 방향으로 운전되는 것이다. 백미러도 없고, 몸을 돌려 후진 방향을 파악하기도 어렵기 때문에 전동휠체어 방향 조작이 쉽지 않아 후진에서 매우 큰 어려움을 겪게 된다.One of the most difficult problems for wheelchair users is when the direction of rotation is significantly changed, such as when moving backwards and backwards, where two small wheels without a drive motor rotate freely and the wheelchair does not intend To be driven. Since there is no rearview mirror and it is difficult to turn the body to identify the backward direction, it is not easy to operate the electric wheelchair direction, so it is very difficult in reverse.

전동휠체어에 장착된 구동모터의 실제 구동속도는 하중 조건, 노면 상태, 개별 모터의 성능 등의 상태에 따라 변하여 휠체어가 조이스틱의 조작대로 작동되지 않는 경우가 많다. 이런 경우에는 사용자가 지속적으로 관찰하면서 휠체어의 운전 방향 및 속도를 수정 보완해 주어야 한다. 고령자나 장애인에게는 지속적으로 관찰하면서 휠체어 운전 방향과 속도를 수정 보완하는 것은 쉽지 않은 일이다. The actual driving speed of the driving motor mounted on the electric wheelchair varies depending on the load conditions, road conditions, and performance of individual motors, so that the wheelchair is often not operated by the joystick. In this case, the user must constantly observe and correct the driving direction and speed of the wheelchair. It is not easy for the elderly or the disabled to correct and correct the direction and speed of wheelchair driving.

또 긴 거리를 운전해야 할 때 조이스틱을 오랜 시간동안 지속적으로 작동시키기가 힘들다. 이런 경우 자동차 운전에서 사용되는 크루즈 제어와 같이 일정한 조건의 운전 상태를 자동적으로 설정해주는 기능도 필요하다. It is also difficult to keep the joystick running for a long time when you need to drive a long distance. In this case, there is also a need for a function that automatically sets a certain driving condition such as cruise control used in driving a car.

전동휠체어는 1953년에 처음 개발된 이후로 지금까지 기능과 구성이 거의 변하지 않고 사용되고 있다. 조이스틱, 모터 구동장치, 모터 및 배터리 등으로 구성되어 주행기능 중심으로 사용되고 있다. 고령화시대 속에서 간호인력이 부족한 가운데, 고령인 및 장애자들이 독립생활을 지원하기 위해서는 다양한 부속장치가 필요하다. 예를 들면 휠체어를 타고 내리는 승하차 지원기능, 자동차를 타고 내리거나 높은 곳의 물건을 잡기 위한 좌석 높낮이 조절기능 등이 필요하다. 타고 내리는 승하차 기능과 좌석 높낮이 조절을 위해서 별도의 운전 장치를 사용하지 않고, 운전을 위해 사용하는 조이스틱 장치를 그대로 활용할 수 있으면 매우 편리할 것이다. Since first developed in 1953, electric wheelchairs have been used with little change in function and configuration. It is composed of joystick, motor drive, motor and battery, and is mainly used for driving function. In the age of aging, there is a shortage of nursing workers, and a variety of accessories are needed for the elderly and the disabled to support their independent lives. For example, it is necessary to support getting on and off in wheelchairs, and to adjust the height of seats to get in and out of cars. It is very convenient to use the joystick device that is used for driving without using a separate driving device for the getting on and off function and adjusting the seat height.

조이스틱이 휠체어 주행을 위한 장치뿐만 아니라 다양한 부속장치의 운전을 위한 장치로 활용할 수 있기 위해서는 조이스틱에 새로운 기능을 부가하는 것이 필요하다.In order for joysticks to be used not only for wheelchair driving but also for driving various accessories, it is necessary to add new functions to the joystick.

본 발명에서는 조이스틱을 휠체어를 직접 운전하기 위한 장치로 사용하지 않고, 운전을 위해 사용자의 의사를 표현하기 위한 장치로 사용하고자 한다. 또 조이스틱을 통해 표현되는 사용자의 의사가 분석 파악되면 그 다음 단계에서는 사용자의 의도대로 휠체어가 잘 움직일 수 있도록 자동제어 장치를 연결할 수 도 있다.In the present invention, instead of using the joystick as a device for directly driving the wheelchair, it is intended to use as a device for expressing the user's intention to drive. In addition, if the user's intention expressed through the joystick is analyzed and grasped, the next step may be to connect the automatic control device so that the wheelchair can move as intended by the user.

조이스틱은 휠체어를 운전하기 위한 가장 직관적이고 편리한 장치이다. 그러나 때로는 다양한 상황 속에서 사용자가 의도하지 않는 조이스틱 조작이 주어질 때도 있고, 휠체어 운전 상태를 고려하지 않고 조이스틱을 조작하는 경우도 있다. 또 조이스틱의 조작대로 휠체어가 운전되지 않은 경우도 있다. 의도하지 않은 사용자의 조이스틱 조작이나 휠체어 운전 상태를 고려하지 않은 조지스틱 조작 등은 걸러내고, 조이스틱의 조작을 통한 사용자의 의사가 파악되면 휠체어의 현재 작동 상태를 고려하여 사용자의 의사대로 휠체어가 정확하게 운전될 수 있도록 한다.Joystick is the most intuitive and convenient device for driving a wheelchair. However, sometimes the joystick operation is not intended by the user in various situations, and the joystick is operated without considering the wheelchair driving condition. In addition, the wheelchair may not be driven by the joystick operation. If the user's intention is understood through the operation of the joystick and the user's intention is determined through the operation of the joystick, the wheelchair is operated exactly as the user's intention, considering the current operation state of the wheelchair. To be possible.

조이스틱은 휠체어의 주행운전을 위한 장치뿐만 아니라 다양한 부속장치를 조작하기 위한 장치로도 매우 편리하게 사용될 수 있다. 예를들면 휠체어 승하차 지원장치, 휠체어 좌석 높낮이 조절장치 등을 조작하기 위해 사용될 수 있는 매우 편리한 장치이다. 조이스틱에 휠체어 주행이외의 다양한 부속장치의 조작을 위한 기능을 부가하도록 한다.The joystick can be used very conveniently as a device for manipulating various accessories as well as a device for driving a wheelchair. For example, it is a very convenient device that can be used for manipulating the wheelchair getting on and off, the wheelchair seat height adjusting device, and the like. The joystick should be equipped with functions for the operation of various accessories other than wheelchair driving.

조이스틱을 휠체어를 운전하기 위한 장치로 사용하지 않고, 조이스틱을 휠체어 운전 및 부속장치 조작을 위한 사용자의 의사를 표현하기 위한 장치로 개념을 바꾼다. 새로운 조이스틱 시스템은 휠체어의 운전은 물론 부가장치 조작을 위해 사용자의 의사를 자유롭게 표현하는 장치로서의 조이스틱 레버와, 조이스틱 레버를 통해 표현된 사용자의 의사를 사전에 정해진 규칙에 따라 분석 판단할 수 있는 마이크로프로세서 등으로 구성되어 있다.Instead of using a joystick as a device for driving a wheelchair, the concept is changed to a device for expressing a user's intention for driving a wheelchair and operating an accessory. The new joystick system is a joystick lever that freely expresses the user's intention to drive the wheelchair as well as to operate the attachment, and a microprocessor that analyzes and judges the user's intention expressed through the joystick lever according to predetermined rules. And the like.

휠체어를 운전하기 위한 장치로서의 조이스틱을 사용자의 의사를 표현하기 위한 장치로서의 조이스틱으로 개념을 바꾸어서 손쉬운 다양한 의사 표현을 통해 다양한 기능을 구현할 수 있게 한다. 또 조이스틱을 통해 표현된 사용자의 의사를 분석 판단할 수 있게 하는 과정에서 사용자의 휠체어 운전 미숙을 분리해 내고, 또 연결된 자동제어 장치를 활용하여 사용자의 의사대로 휠체어가 잘 움직이게 함으로써 편안한 휠체어 운전은 물론 다양한 사고를 미연에 방지할 수 있게 된다. 뿐만 아니라 조이스틱을 휠체어 주행을 위한 운전 장치뿐만 아니라 다양한 부속장치를 조작할 수 있는 장치로 활용할 수 있게 된다.The joystick as a device for driving a wheelchair is changed to a joystick as a device for expressing a user's intention, and various functions can be realized through various expressions that are easily expressed. In addition, by separating the user's inexperienced operation of the wheelchair in the process of analyzing and judging the user's intention expressed through the joystick, and using the connected automatic control device to make the wheelchair move well according to the user's intention, Various accidents can be prevented beforehand. In addition, the joystick can be used as a device for operating various accessories as well as a driving device for driving a wheelchair.

그림 1은 전진하던 전동휠체어가 후진할 때 구동모터가 장착되지 않은 앞의 작은 두 바퀴가 전진방향에서 후진방향으로 180도 회전하는 모습을,Figure 1 shows the two small front wheels without the drive motor rotating 180 degrees from the forward direction to the backward direction when the forward-driven electric chair retracts.

그림 2는 휠체어 조이스틱의 구성을,Figure 2 shows the configuration of the wheelchair joystick,

그림 3은 현재의 휠체어 운전시스템의 개념도를, Figure 3 shows the conceptual diagram of the current wheelchair driving system.

그림 4는 새로운 조이스틱 시스템의 작동 개념도를,Figure 4 shows a working schematic of the new joystick system.

그림 5는 새로운 조이스틱 시스템에서 사전에 정해진 사용자의 의사표현 규칙에 따른 조이스틱 레버의 조작에 따라 휠체어의 새로운 작동의 예를, Fig. 5 shows an example of the new operation of the wheelchair according to the operation of the joystick lever according to a predetermined user's expression rule in the new joystick system.

그림 6은 새로운 조이스틱 시스템을 포함한 휠체어 제어시스템의 작동 개념도를, Figure 6 shows a schematic of the operation of a wheelchair control system with a new joystick system.

그림 7은 새로운 조이스틱 시스템이 포함된 휠체어 운전시스템의 개념도를,Figure 7 shows a schematic of a wheelchair driving system with a new joystick system.

그림 8은 새로운 조이스틱 시스템이 포함된 휠체어 제어시스템의 구성을,Figure 8 shows the configuration of a wheelchair control system with a new joystick system.

그림 9는 새로운 조이스틱 시스템이 포함된 휠체어 운전시스템의 구성을Figure 9 shows the configuration of a wheelchair driving system with a new joystick system.

각각 나타내고 있다.Each is shown.

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그림 1은 일반적인 후륜구동 전동휠체어의 모습을 보여주고 있다. 모터구동 바퀴(410)가 그림 1과 같이 후륜에 설치될 수도 있고, 전륜 혹은 중륜에 설치될 수 도 있다. 모터구동 바퀴가 어느 곳에 설치되든지 4륜구동이 아닌 2륜구동 전동휠체어에서는 모터구동 두 바퀴의 구동 속도 차이에 따라 구동모터가 장착되지 않은 다른 작은 두 바퀴는 자유롭게 방향을 갖게 된다. 그림 1은 휠체어가 전방 주행(전진)을 하다가 다시 후방 주행(후진)을 하는 모습이다. 휠체어가 전방 주행을 할 때 앞의 작은 두 바퀴(430)의 방향은 그림 1과 같이 전방을 향하고 있다. 전방 주행을 하던 휠체어가 만약 후방 주행을 시작하면, 그림 1의 앞의 작은 두 바퀴(430)는 전방 주행 방향을 후방 주행 방향으로 180도 방향을 바꾸면서 휠체어 주행방향에 영향을 주게 된다.Figure 1 shows a typical rear wheel drive electric wheelchair. Motor driving wheel 410 may be installed in the rear wheel, as shown in Figure 1, may be installed in the front wheel or the middle wheel. Wherever the motor drive wheels are installed, in the two-wheel drive electric wheel chair, not the four-wheel drive, the other two small wheels without the drive motor will be freely oriented depending on the difference in the driving speed of the two motor drives. Figure 1 shows the wheelchair driving forward (backward) and then back driving (backward). When the wheelchair is running forward, the directions of the front two small wheels 430 are directed forward as shown in FIG. If the wheelchair used to drive forward starts backward driving, the two small wheels 430 in front of FIG. 1 affect the wheelchair driving direction by changing the front driving direction 180 degrees in the rear driving direction.

그림 2는 전동휠체어의 운전 장치로서 조이스틱(100)의 일반적인 구성 모습을 보여주고 있다. 조이스틱(100)에는 조이스틱 레버(110)과 전원 스위치(150), 최대속도 조절장치 스위치(120), 배터리 용량 표시등(140), 경적기(130) 등의 여러 스위치가 장착되어 있다. 휠체어 운전을 위해 조이스틱(100)을 통하여 표현할 수 있는 사용자의 의사는 그렇게 많지 않고, 그 내용도 비교적 간단하다.Figure 2 shows the general configuration of the joystick 100 as a driving device of the electric wheelchair. The joystick 100 is equipped with various switches such as a joystick lever 110, a power switch 150, a maximum speed controller switch 120, a battery capacity indicator 140, a horn 130, and the like. There are not so many users' intentions to express through the joystick 100 for wheelchair driving, and the contents are relatively simple.

그림 3은 현재 일반적으로 사용되고 있는 전동휠체어 운전시스템의 개념도를 보여주고 있다. 그림 3에서 보는바와 같이 사용자(500)가 전동휠체어의 운전 장치로서 조이스틱(100)을 조작하면 조이스틱(100)에서 나온 신호는 휠체어 제어시스템(200)과 모터 드라이버(300)로 들어가서 모터 구동바퀴를 포함한 휠체어(400)를 구동하게 된다. 휠체어 제어시스템(200)은 조이스틱 레버의 조작에 따라 모터 드라이버(300)에 구동 신호를 보낸다. 이러한 제어시스템을 ??개방회로 제어시스템??(Open Loop Control System)이라 하는데 이런 개방회로 제어시스템은 장치가 비교적 간단하다는 장점이 있는 반면에 사용자의 의사에 따라 시스템이 실제로 그대로 작동하고 있는지를 확인하기가 어려운 단점이 있다. Figure 3 shows the conceptual diagram of the electric wheelchair operating system which is generally used. As shown in Figure 3, when the user 500 operates the joystick 100 as a driving device of the electric wheel chair, the signal from the joystick 100 enters the wheelchair control system 200 and the motor driver 300 to control the motor driving wheel. Drive the wheelchair 400 including. The wheelchair control system 200 sends a driving signal to the motor driver 300 according to the operation of the joystick lever. This control system is called “Open Loop Control System”. While this open circuit control system has the advantage that the device is relatively simple, it is necessary to check whether the system is actually operating according to the user's intention. There are disadvantages that are difficult to do.

본 발명에서는 조이스틱을 휠체어를 운전하기 위한 장치로 사용하지 않고, 사용자의 의사를 표현하기 위한 장치로 사용하고자 한다. In the present invention, instead of using the joystick as a device for driving a wheelchair, it is intended to be used as a device for expressing the user's intention.

휠체어를 운전하기 위한 장치가 아닌 사용자의 의사를 표현하기 위한 장치로서 조이스틱은 그림 4에서 보는 바와 같이 조이스틱 레버 조작(110)을 통해 휠체어 주행 조종 등을 위한 사용자의 의사는 바로 휠체어 제어시스템(200)으로 입력되지 않는다. 그림 3에서는 조이스틱(100)에서 나온 신호가 휠체어 제어시스템(200)으로 들어가지만, 그림 4에서는 조이스틱(100)에 나온 신호는 마이크로프로세서에 들어가서 주행 운전 및 다양한 부속장치 조작 중에서 어느 장치를 작동시킬 것인지를 먼저 선택(170) 할 수 있다. 그 다음 선택된 장치의 조작을 위해 입력된 조이스틱의 입력이 의도된 입력인지 아니면 조작상의 실수로 주어진 입력인지를 먼저 판단한다. 만약 사전에 정의되지 않은 사용자의 의사표현이거나 휠체어 운전 상황과 전혀 맞지 않는 입력이 주어졌을 경우 이를 의도되지 않은 입력으로 판단(230)할 수 있다. 사용자가 휠체어 좌석에서 몸을 움직이다가 또는 주변 물건이 떨어지면서 잘못하여 조이스틱을 잠시 움직일 수 있다. 또 다른 돌발적인 상황에서 조이스틱이 엉뚱하게 작동된다면, 이를 사용자의 의사표현인지 아닌지를 판단하고 후속 조치를 취하여야 할 것이다. As a device for expressing a user's intention, not a device for driving a wheelchair, the joystick is a user's doctor for wheelchair driving control through a joystick lever operation 110 as shown in FIG. It is not entered. In Figure 3, the signal from the joystick 100 enters the wheelchair control system 200. In Figure 4, the signal from the joystick 100 enters the microprocessor to determine which device to drive, drive, or operate various accessories. May be selected first. Next, it is first determined whether the input of the joystick input for the operation of the selected device is the intended input or the input given due to an operation mistake. If an input expression that is not defined in advance or that does not correspond to the wheelchair driving situation at all is given, this may be determined as an unintended input 230. The user may accidentally move the joystick for a while while moving in a wheelchair seat or when an object falls off. If the joystick is behaving erratically in another unexpected situation, you will need to determine if it is the user's willingness and follow up.

만약 휠체어가 전방주행을 하고 있는데, 짧은 시간동안 잠깐의 후방 주행 입력이 주어졌을 경우 이는 의도된 입력이라고 보기 어렵다. 그러나 일정시간의 후방 주행 입력이 지속적으로 주어진다면, 의도된 입력이라 판단하고, 전방 주행하던 휠체어를 빠른 시간 내 정지시키고 후방주행을 해야 할 것이다. 조이스틱 입력이 의도되지 않은 입력이라 판단되면 아무런 후속 조치를 취할 필요가 없다. 사전에 정해진 규칙에 따라 입력신호를 통해 분별해 낼 수 있다. 의도된 입력이라고 판단되면 사용자의 의도를 시스템 제어장치에 전달한다.If the wheelchair is driving forward and a short rear drive input is given for a short time, this is not an intended input. However, if a certain amount of rearward driving input is given continuously, it may be determined that the input is intended, and the wheelchair that has been driving forward should be stopped in a short time and the rearward driving should be performed. If the joystick input is determined to be unintentional, no further action is required. Discrimination can be made through input signals according to predetermined rules. If it is determined that the input is intended, the user's intention is transmitted to the system controller.

휠체어의 운전 장치로서 기존의 조이스틱은 조이스틱 레버 조작(110)을 통해 직진, 후진, 방향전환, 제자리 회전 등의 단순한 의사를 표현할 수밖에 없다. 그러나 그림 4와 같이 조이스틱이 운전 장치가 아닌 의사 표현장치로 사용된다면, 조이스틱을 통해 직진, 후진, 방향전환, 제자리 회전 등은 물론 정속주행, 증속주행, 감속주행, 자율주행 등 휠체어 주행을 위한 다양한 의사 표현이 가능하다. 물론 이러한 사용자의 의사표현은 그림 5와 같이 사전에 약속되어야 한다. 직진, 후진, 방향전환, 제자리 회전 등은 물론 정속주행, 증속주행, 감속주행, 자율주행 등의 다양한 주행을 위해 사전에 정해진 사용자 의사표현의 규칙이 그림 5에 보여 있다. 그림 5에 나와 있는 것처럼 예를 들면 휠체어가 일정속도로 주행하고 있는데, 조이스틱 레버(110)를 주행 방향 쪽으로 짧은 시간 동안 몇 번 기울인다면, 이를 현재의 운전속도를 유지하면서 정속주행(610)을 원하는 의사 표현으로 정할 수 있다. 즉, 일종의 크루즈 제어가 될 수 있다. 장기간 일정방향으로 계속 운전하여야 할 경우 지속적으로 조이스틱 레버를 누르고 있을 필요가 없다. 또 조이스틱 레버(110)를 몇 바퀴 회전한다면, 레버의 회전 방향에 따라 휠체어가 제자리에서 회전하기를 원하는 의사 표현으로 정할 수 있다(640). Conventional joystick as a driving device of the wheelchair can not only express the simple intention through the joystick lever operation 110, such as going straight, backward, change direction, rotation in place. However, if the joystick is used as a pseudo expression device rather than a driving device as shown in Fig. 4, the joystick can be used for various types of wheelchair driving such as driving, speeding, decelerating, autonomous driving, as well as going straight, reversing, turning, and rotating in place. Can express. Of course, the user's expression must be promised in advance, as shown in Figure 5. Predefined user expression rules are shown in Figure 5 for various driving such as driving, speeding, decelerating, and autonomous driving, as well as driving straight, reversing, turning, and turning in place. For example, if the wheelchair is traveling at a constant speed as shown in Fig. 5, and the joystick lever 110 is inclined several times in the driving direction for a short time, it is desired to drive at constant speed 610 while maintaining the current driving speed. Can be determined by expression. That is, it may be a kind of cruise control. If you need to keep driving in a constant direction for a long time, you do not need to keep pressing the joystick lever continuously. In addition, if the joystick lever 110 is rotated several times, it may be determined by the expression of the desire to rotate the wheelchair in place according to the rotation direction of the lever (640).

그림 5에서 볼 수 있는 것처럼 직접적인 운전장치로서 사용되는 조이스틱과는 달리 매우 다양하고 안전한 운전이 가능함을 보여주고 있다.As shown in Fig. 5, the joystick used as a direct driving device shows a wide variety of safe operation.

휠체어가 점차 고도화되면 전동휠체어에 다양한 부속장치가 설치될 수 있다. 승하차 지원 장치, 좌석 높낮이 조절장치, 기립장치, 등 눕힘 장치 등 다양한 부속장치를 운전하는데 휠체어 주행을 운전하기 위한 장치인 조이스틱을 이런 부속장치를 조종하기 위한 장치로 사용될 수 있다. 예를 들어 부가장치 선택 모드(170)을 통해 부속장치중 승하차 지원장치가 선택되었을 경우 조이스틱 레버 조작을 통해서 휠체어 승하차 지원 장치를 구동할 수 있다.As wheelchairs become more advanced, a variety of accessories can be installed in the electric wheelchair. A joystick, which is a device for driving a wheelchair, may be used as a device for manipulating a variety of accessories such as a getting on and off support device, a seat height adjusting device, a standing device, and a back lying device. For example, when the loading / unloading support device is selected from the accessory devices through the additional device selection mode 170, the wheelchair loading / unloading support device may be driven through the joystick lever operation.

또 조이스틱을 통해 표현되는 사용자의 의사가 분석 파악(230)되면, 사용자의 의도대로 휠체어가 잘 작동될 수 있도록 제어장치를 연결하여 구동할 수 있다. 그림 6에서는 그림 4의 새로운 조이스틱 시스템이 주행 운전용 등으로 적용되었을 때의 휠체어 제어시스템의 작동 개념도를 보여주고 있다. 조이스틱 입력신호가 사용자의 의도된 입력인지 아니면 사용자의 실수로 우발적으로 발생된 입력인지를 분석 평가하게 된다(220). 만약 사용자의 실수로 우발적으로 발생된 입력이라고 판단이 되면 그 입력은 무시된다. 만약 사용자의 의도된 입력신호라고 판단되면 사용자의 의사를 분석하고 판단(230)하게 된다. 휠체어의 현재 운전 상태와 비교(250)하여 사용자의 의사가 만약 위험한 의도라고 판단이 되면 경고를 발생하고 작동을 멈추게 할 수 있다(260). 예를 들면 허용된 각도 이상의 경사를 움직이면 전복의 위험이 있으므로 경고를 발생하고 작동을 멈추게 할 수 있다.In addition, if the user's intention expressed through the joystick is analyzed and identified 230, the controller may be connected and driven so that the wheelchair can be operated as intended by the user. Figure 6 shows the operation of the wheelchair control system when the new joystick system of Figure 4 is applied for driving, for example. The joystick input signal is analyzed to evaluate whether the input is the intended input of the user or the input accidentally generated by the user (220). If it is determined that the user accidentally generated the input, the input is ignored. If it is determined that the user is the intended input signal, the user's intention is analyzed and determined 230. Compared to the current driving state of the wheelchair (250) if the user's doctor is determined to be a dangerous intention can generate a warning and stop operation (260). For example, if you move the slope above the permissible angle, there is a risk of tipping, which can trigger a warning and stop the operation.

그림 3의 휠체어 운전시스템에서는 조이스틱의 조작대로 휠체어가 움직이면 되기 때문에 조이스틱 조작이 사용자의 어떤 의사인지를 분석 판단할 필요가 없다. 그러나 그림 6의 휠체어 제어시스템에서는 조이스틱 조작에 따른 사용자의 의사를 분석 판단하기 때문에 현재의 휠체어 작동 상황과 상호 비교 분석이 가능하다.In the wheelchair driving system of Figure 3, the wheelchair can be moved by the joystick operation, so there is no need to analyze and determine what kind of intention the user has. However, the wheelchair control system of Figure 6 analyzes and judges the user's intention by the joystick operation, so that it can be compared with the current wheelchair operation.

분석 판단된 사용자의 의사를 구현하기 위한 최선의 작동을 결정하기 위해서는 모터 구동을 포함한 휠체어 시스템의 작동상태(240)을 고려해야 한다. 분석 판단된 사용자의 의사(230)와 휠체어의 작동상태(240)를 비교평가(250)하여 사용자의 의사(230)를 시스템 제어기(270)에 보내면 휠체어 시스템의 동특성을 고려하여 최선의 작동명령이 결정된다. 시스템 제어기(270)에서 결정된 작동명령은 모터 드라이버(300)로 신호를 보낸다. Analysis In order to determine the best operation to implement the user's intention, it is necessary to consider the operation state 240 of the wheelchair system including the motor drive. When the user's doctor 230 is sent to the system controller 270 by comparing and evaluating the doctor 230 of the user's doctor 230 and the operation state 240 of the wheelchair determined, the best operation command is considered in consideration of the dynamic characteristics of the wheelchair system. Is determined. The operation command determined by the system controller 270 sends a signal to the motor driver 300.

그림 6의 새로운 조이스틱 장치는 휠체어를 직접 운전하기 위한 도구로 활용되는 것이 아니라 사용자의 다양한 의사를 표현하는 장치로 변화시켜 활용한 것이다. 조이스틱은 고령자나 장애인이 자신의 의사를 직감적으로 표현할 수 있는 매우 편리한 도구이다. 그러나 판단력과 민첩성이 떨어지는 고령자나 장애인의 조이스틱 조작을 아무런 분석평가 없이 그대로 작동하게 되면 다양한 위험들이 발생할 수 있다. 또 새로운 조이스틱 장치를 사용자의 의사가 분석 판단되면 사용자의 의사에 따라 최선의 작동을 할 수 있도록 하는 피드백 제어장치를 연결할 수 있다.The new joystick device shown in Figure 6 is not used as a tool for driving a wheelchair directly, but as a device that expresses various intentions of users. Joysticks are a very convenient tool for elderly and disabled people to express their intentions intuitively. However, if the joystick operation of elderly or disabled people with poor judgment and agility is operated without any analysis and evaluation, various risks may occur. In addition, the new joystick device can be connected to a feedback control device that allows the best operation according to the user's intention when the user's intention is determined.

그림 7은 새로운 조이스틱 시스템을 활용한 휠체어 운전시스템의 개념도를 보여주고 있다. 그림 3과 그림 7을 서로 비교하면 그림 3의 조이스틱(100)이 그림 7에서는 조이스틱 시스템(180)로 교체되어 있다. 또 분석 판단된 사용자의 의사와 휠체어의 현 작동상황을 비교하기 위하여 피드백 요소가 추가되어 있다. 이러한 제어시스템을 ??폐쇄회로 제어시스템??(Closed Loop Control System)이라 한다. 폐쇄회로 제어시스템은 작동명령에 따라 실제로 시스템이 어떻게 작동하고 있는지를 지속적으로 평가하여 작동명령을 수정하기 때문에 사용자의 의사대로 시스템을 작동할 수 있는 장점이 있다.Figure 7 shows the conceptual diagram of a wheelchair driving system using the new joystick system. Comparing Figure 3 and Figure 7, the joystick 100 of Figure 3 is replaced with the joystick system 180 in Figure 7. In addition, a feedback element is added to compare the current operation status of the wheelchair of the user judged and analyzed. This control system is called a closed loop control system. The closed-loop control system has the advantage of operating the system at the user's will because it modifies the operation command by continuously evaluating how the system is actually operating according to the operation command.

그림 8은 그림 7의 휠체어 운전시스템의 개념을 구체적으로 구현하기 위한 휠체어 제어시스템의 구성을 보여주고 있다. 그림 8에서 보는 바와 같이 그림 4의 새로운 조이스틱 시스템(180)에서 사용되는 마이크로프로세서가 휠체어 제어시스템(200)에서 사용되는 마이크로프로세서와 공용으로 활용될 수 있음을 보여주고 있다. 마이크로프로세서가 공용으로 활용될 수 있으면 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. 그림 8에서 보는 바와 같이 조이스틱 입력뿐만 아니라 원격제어기의 조작 신호(460), 배터리 용량 상태, 접촉센서 신호 등 각종 센서신호(450)와 휠체어 바퀴의 회전속도 신호(430, 440) 등 다양한 신호가 함께 입력될 수 있다. Figure 8 shows the configuration of the wheelchair control system to implement the concept of the wheelchair driving system of Figure 7. As shown in Figure 8, it is shown that the microprocessor used in the new joystick system 180 of Figure 4 can be used in common with the microprocessor used in the wheelchair control system 200. If the microprocessor can be used in common, there is a cost saving effect. As shown in Figure 8, not only the joystick input, but also various signals such as various sensor signals 450 such as the operation signal 460 of the remote controller, the battery capacity status, the contact sensor signal, and the rotational speed signals 430 and 440 of the wheelchair wheel together. Can be entered.

최근 반도체 기술개발로 다양한 제어장치가 매우 고도화되고 있으며, 그 가격도 매우 저렴하다. 특히 작은 센서 및 신호처리장치가 저렴하게 많이 개발되어 있다. 이런 장치를 활용하면 매우 저렴한 고성능 제어장치를 구성할 수 있다. 그림 9는 그림 7과 8의 구성 예를 보여주고 있다. 그림 9에서 볼 수 있는 것과 같이 사용자(500)가 휠체어를 운전하기 위해서 조이스틱을 조작하면 조이스틱(100)의 조작신호는 휠체어 제어시스템(200)으로서의 마이크로제어장치에 입력된다. 그림 9의 마이크로제어장치(200)에는 분석 및 평가 장치, 입출력장치, 자료저장장치, 통신장치 등 다양한 장치가 함께 포함되어 있다.Recently, various control devices have been very advanced due to the development of semiconductor technology, and the price is very low. In particular, many small sensors and signal processing devices have been developed at low cost. These devices make it possible to construct very inexpensive high performance controls. Figure 9 shows an example configuration of Figures 7 and 8. As shown in Figure 9, when the user 500 operates the joystick to drive the wheelchair, the operation signal of the joystick 100 is input to the microcontroller as the wheelchair control system 200. The microcontroller 200 of FIG. 9 includes various devices such as an analysis and evaluation device, an input / output device, a data storage device, and a communication device.

본 발명에서는 조이스틱을 휠체어를 직접 운전하기 위한 장치로 생각하지 않고, 사용자의 의사를 표현하기 위한 장치로 변환하였다. 이를 위해 조이스틱을 통해 입력된 신호를 사전에 약속된 기준에 따라 분석 판단하여 사용자의 의사를 파악하는 것(230)이 중요하다. In the present invention, the joystick is not considered as a device for directly driving a wheelchair, but is converted into a device for expressing a user's intention. To this end, it is important to determine the user's intention by analyzing and determining the signal input through the joystick according to a predetermined criterion (230).

또 새로운 조이스틱 시스템은 다양한 운전조건에서 사용자의 의사대로 휠체어가 운전되도록 하는 데 활용할 수 있다. 시스템의 작동 상태(240)를 파악하여 사용자의 의사대로 휠체어가 제대로 작동되고 있는지를 파악하고(250), 만약 사용자의 의사대로 작동되지 않고 있으면, 시스템 제어기(270)을 통해 자동으로 작동을 수정할 수 있는 과정이 포함될 수 있다. 사용자의 의사대로 휠체어가 작동될 수 있도록 자동으로 수정할 수 있는 기능이 포함되면 판단력과 민첩성이 떨어지는 사용자도 매우 쉽고 편하게 휠체어를 운전할 수 있을 것이다. The new joystick system can also be used to drive the wheelchair to the user's will under various driving conditions. By determining the operation state of the system (240) to determine whether the wheelchair is operating properly according to the user's will (250), if it is not operating at the user's will, the system controller 270 can automatically correct the operation Process may be included. If the user's intention is to include a function that can automatically modify the wheelchair to operate, users with low judgment and agility will be able to drive the wheelchair very easily and comfortably.

몸이 불편하거나 신체가 허약한 장애인이나 고령자가 전동휠체어를 운전할 때 직감적으로 가장 편하게 조작할 수 있는 장치가 조이스틱이다. 민첩성, 판단력 및 조작능력 등이 떨어지는 장애인이나 고령자가 조이스틱을 통해 전동휠체어를 운전할 때 조이스틱 조작이 미숙하거나 또 조이스틱의 조작대로 휠체어가 제대로 작동되지 않는 경우가 있다. 이로 인해 휠체어 운전에 어려움을 겪게 되고 심지어 사고까지 발생하기도 한다. 개선된 조이스틱 시스템을 사용하면 사용자가 의도하는 대로 휠체어가 좀 더 쉽게 운전이 되고 안전한 조작이 가능할 수 있다.Joystick is a device that can be operated most intuitively and comfortably when the handicapped or elderly person who is uncomfortable or weak is driving the electric wheelchair. When a handicapped person or an elderly person with poor agility, judgment and control ability drives an electric wheelchair through a joystick, the joystick operation may be immature or the wheelchair may not operate properly with the joystick operation. This can make it difficult to drive a wheelchair and even cause an accident. The improved joystick system allows the wheelchair to be more easily driven and safer to operate as the user intended.

Claims

Joystick lever that can indicate the user's intention according to a predetermined rule 600 for driving a wheelchair and driving an accessory such as forward, backward, direction change, in-situ rotation, constant speed, speeding, and deceleration The joystick device 100 including the 110 and the user's intention input through the joystick device 100 are analyzed according to a predetermined rule 600 and ignored if it is determined that the user does not intend it. Joystick system 180 configured with a microprocessor or the like that can determine if the user intended (230) if determined to be the intended input

In claim 1;

A user may select a function such as driving a wheelchair and driving an accessory, and a joystick system 180 to which the system controller 270 and the motor driver 300 of the corresponding device are connected for the selected function.

In claim 1;

System controller 270 for determining the optimal operation of the wheelchair by comparing and evaluating the operation state 240 of the wheelchair system inputted through various sensors, the operation state 240 of the wheelchair system determined through the analysis, and the like. Joystick system 180 connected with the microcontroller 200 of the wheelchair control system, including input and output devices, communication devices, etc.

In claim 1;

Joystick system 180 into which the microprocessor used for joystick system 180 and the microcontroller 200 of the wheelchair control system can be integrated.