전동휠체어 이용자를 위한 실내 자율주행시스템과 안전 관리 스마트폰 앱 개발 = Developments of indoor auto-driving system and safety management smartphone App. for powered wheelchair user

국문 초록 (Abstract)

최근 전동휠체어 이용자가 증가하면서 위해사고가 많이 발생하고 있으며, 이의 주요원인은 장애물과의 충돌, 조이스틱의 오작동, 배터리의 방전, 휠체어 타이어의 공기압, 휠체어의 기울기 이상 등이 있다. 위해사고는 실외뿐만 아니라 실내 공공장소에서도 많이 발생하고 있는데, 이러한 사고를 줄이기 위한 방안으로 본 연구에서는 전동휠체어의 실내 자율주행시스템 및 안전 관리 스마트폰 앱을 개발하였다.
개발된 자율주행시스템은 홀센서를 휠체어 배터리 아래에 장착한 후, 바닥에 부착된 마그네틱 선을 감지하며 이동이 가능하도록 하였고, 충돌사고를 방지하기 위하여 전방의 장애물 감지가 가능하도록 초음파센서가 장착되었다. 전동휠체어 안전 관리를 위한 앱은 장애물 감지, 배터리 잔량, 휠체어의 기울기, 타이어 공기압에 대한 정보를 제공받을 수 있도록 구성하였다.
개발된 휠체어를 이용하여 자율주행 정확도, 장애물 감지의 정확도 및 감지 거리와 스마트폰 앱의 유용성 실험을 수행하였다. 자율주행시스템은 설정된 경로 주행 시 비교적 정확한 목적지 도달을 하였는데, 부분적으로 경로 이탈이 있었으나, 재주행이 가능하였으므로 목적지 도달에 문제는 없었다. 장애물 감지시스템은 감지 후 지정한 거리의 오차범위 내에서 정지하여 장애물과의 충돌을 막을 수 있었으며, 안전 관리 앱에서는 장애물의 감지를 이용자가 인지할 수 있었다. 휠체어 탑승자는 개발된 앱을 이용하여 배터리의 잔량과 휠체어의 기울기, 타이어의 공기압 감소를 실시간으로 정보를 받을 수 있었다. 실험 결과, 개발된 전동휠체어 자율주행시스템과 안전 관리 앱은 위해사고를 줄이는 데 기여가 가능함을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As powered wheelchair users increases, there are many safety accidents. The causes of accidents are due to crashing with obstacles, malfunctions of joystick, battery discharge, air-pressure of wheelchair tire, and unbalanced wheelchair. Safety accidents are occurring not only in the outdoor, but in the public indoor places as well. In order to reduce the number of accidents, an indoor self-driving wheelchair system and a smartphone safety management application for powered wheelchair users have been developed.
An indoor self-driving wheelchair system was designed using hall sensors which are located under the wheelchair battery, so that it can move according to magnetic lines placed on the floor. In order to prevent collisions, ultrasonic sensors were installed in the front of the wheelchair to detect obstacles. In addition, a smartphone safety management application for powered wheelchair was developed to provide information such as, detection of obstacles, battery remains, unbalanced wheelchair, and tire pressure to the users.
After the development of the wheelchair system and the application, the performance of self-driving wheelchair, detecting obstacles and sensing distance, and feedback of application were verified by the experiments, In the case of self-driving wheelchair system, although there were some off the course, it arrived at the exact destination relatively well. Because it can re-drive, there were no problem of arriving at the destination. The self-driving wheelchair system was able to prevent from collision with obstacles and was able to stop correctly within the error range of selected distance. Also, the users were able to sense the obstacles by getting feedbacks from the safety management application. The powered wheelchair users were able to obtain information on battery remaining, wheelchair balance, and air pressure of tires in real time.
The results of this study showed that the development of an indoor self-driving wheelchair system and a smartphone safety management application for powered wheelchair users were effective in preventing safety accidents.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구의 배경 및 필요성 1
• 2. 연구의 목적 3
• 3. 이론적 배경 및 선행연구 고찰 4
• 1) 전동휠체어 종류 4
• 2) 선행연구 6
• Ⅱ. 연구방법 10
• 1. 시스템 설계 10
• 1) 자율주행 시스템 10
• 2) 장애물 감지 시스템 12
• 3) 전동휠체어 안전 관리 스마트폰 앱 14
• 2. 시스템 개발 19
• 1) 자율주행 시스템 개발 19
• 2) 장애물 감지 시스템 개발 20
• 3. 전동휠체어 안전 관리 스마트폰 앱 제작 22
• 1) 자율주행 경로 선택 22
• 2) 장애물 감지 23
• 3) 기울기 감지 24
• 4) 배터리 잔량 표시 25
• 5) 타이어 공기압 27
• Ⅲ. 실험 28
• 1. 실험설계 28
• 1) 실험 목적 28
• 2) 실험 대상 28
• 3) 실험 경로 29
• 4) 실험 방법 33
• 5) 실험 순서 34
• 6) 실험 결과 자료처리 35
• 2. 전동휠체어의 자율주행 성능평가 36
• 3. 장애물 감지 성능평가 37
• 4. 만족도 조사 39
• 1) 자율주행 휠체어 만족도 결과 39
• 2) 전동휠체어 안전 관리 스마트폰 앱 만족도 결과 41
• Ⅳ. 고 찰 43
• Ⅴ. 결 론 44
• 참고문헌 45
• 영문초록 47
• 부 록 49