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전 세계적으로 수명 연장과 저출산으로 인해 고령화가 가속화되고 있고 고령인구가 늘어남에 따라 장애인구도 같이 증가하고 있다. 이 중 이동 시 휠체어가 필요한 이동제약자는 총 56.3%로 높은 비중을 차지하고 있다. 또한 부양인구의 부족으로 보호자를 필요로 하는 수동휠체어의 사용은 더욱 어려워지고 있고 시중에 사용 중인 전동휠체어나 전동스쿠터는 조금 한 턱이나 계단에도 이동이 제약되고 있다. 이처럼 보호자가 없거나 상체의 활용이 힘든 장애인에게 중요한 전동휠체어는 혼자 사용하기에 큰 어려움이 있다. 이로 인해 계단을 오르거나 험지의 주행이 가능한 전동휠체어 개발이 활발히 일어나고 있다. 본 논문에서는 캐터필러와 바퀴를 모두 사용하여 계단을 승, 하강할 수 있는 휠체어의 구동부를 설계하였다. 캐터필러는 험지 및 계단에서 주행이 가능하나 평지에서는 큰 마찰을 일으켜 이동에 어려움이 있다. 그래서 바퀴를 이용해 평지를 주행하고자 한다. ...

전 세계적으로 수명 연장과 저출산으로 인해 고령화가 가속화되고 있고 고령인구가 늘어남에 따라 장애인구도 같이 증가하고 있다. 이 중 이동 시 휠체어가 필요한 이동제약자는 총 56.3%로 높은 비중을 차지하고 있다. 또한 부양인구의 부족으로 보호자를 필요로 하는 수동휠체어의 사용은 더욱 어려워지고 있고 시중에 사용 중인 전동휠체어나 전동스쿠터는 조금 한 턱이나 계단에도 이동이 제약되고 있다. 이처럼 보호자가 없거나 상체의 활용이 힘든 장애인에게 중요한 전동휠체어는 혼자 사용하기에 큰 어려움이 있다. 이로 인해 계단을 오르거나 험지의 주행이 가능한 전동휠체어 개발이 활발히 일어나고 있다. 본 논문에서는 캐터필러와 바퀴를 모두 사용하여 계단을 승, 하강할 수 있는 휠체어의 구동부를 설계하였다. 캐터필러는 험지 및 계단에서 주행이 가능하나 평지에서는 큰 마찰을 일으켜 이동에 어려움이 있다. 그래서 바퀴를 이용해 평지를 주행하고자 한다. 감속기를 이용하여 하나의 모터로 캐터필러와 바퀴를 모두 구동하여 휠체어의 무게를 줄였다. 또한 감속기로 인해 캐터필러의 속도를 낮춰 더 큰 힘을 내고 안전한 승, 하강을 가능하게 한다. 선기어와 링기어로 이루어진 간단한 구조로 구현하였으며 기어의 굽힘 강도와 면압 강도를 계산하여 설계하였다. 기어의 맞물림률을 계산하여 감속기 내에 기준 효율을 구하였다.
바퀴와 캐터필러를 동시에 구동하기 때문에 간섭으로 인한 사고가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 두 가지 주행모드의 구분이 필요하다. 캐터필러 주행 모드와 바퀴 주행 모드의 구분을 위해서 캐터필러의 구동풀리의 위치를 바꾸는 시스템을 설계하였다. 모터, 감속기, 풀리, 바퀴로 이루어진 구동부전체를 회전시켜 편심된 풀리의 위치를 변환시킨다. 편심량, 풀리의 크기, 기어의 사양을 변수로 하여 바퀴와 캐터필러의 주행 모드를 확실히 구분할 수 있는 최적 사양을 설정하였다.
본 논문의 연구결과를 통해 개발된 휠체어의 구동부는 평지에서는 빠른 기동이 가능하고 계단 및 험지에서는 안전한 주행이 가능하다. 본 연구의 휠체어 구동부는 노인과 장애인에게 Barrier free 환경을 제공해 주고 더 나아가 무인 로봇과 같은 험지를 주행하는 차량에 적용 가능할 것으로 예상된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Globally, aging is accelerating due to extended lifespan and low birth rates, and as the elderly population increases, the number of people with disabilities is also increasing. Among them, Those with mobility limitations who require a wheelchair for mobility account for 56.3% of the total. In addit...

Globally, aging is accelerating due to extended lifespan and low birth rates, and as the elderly population increases, the number of people with disabilities is also increasing. Among them, Those with mobility limitations who require a wheelchair for mobility account for 56.3% of the total. In addition, due to the lack of dependents, the use of manual wheelchairs that require a guardian is becoming more difficult, and the movement of electric wheelchairs and electric scooters in the market is limited even a little step or stairs. As such, it is very difficult to use an electric wheelchair, which is important for the disabled who does not have a guardian or has difficulty using the upper body. As a result, the development of electric wheelchairs capable of climbing stairs or driving on rough terrain is actively taking place.
In this paper, the driving part of a wheelchair that can ascend and descend stairs using a caterpillar was designed. Caterpillar can run on rough terrain and on stairs, but it causes great friction on flat ground, making it difficult to move. So, the wheels were used to drive on flat ground. The weight of the wheelchair was reduced by driving both the caterpillar and the wheels with a single motor using a reducer. In addition, the reducer decreases the speed of the caterpillar to generate greater power and enable safe ascending and descending. It was implemented as a simple structure consisting of a sun gear and a ring gear, and was designed by calculating the bending strength and surface pressure strength of the gear. The standard efficiency in the reducer was obtained by calculating the engagement ratio of the gears.
Because the wheels and the caterpillar are driven at the same time, an accident due to interference may occur. In order to prevent this, it is necessary to distinguish two driving modes. In order to distinguish the caterpillar driving mode and the wheel driving mode, a system for changing the position of the caterpillar driving pulley was designed. The eccentric pulley position is changed by rotating the entire driving unit consisting of the motor, reducer, pulley, and wheel. By using the eccentricity, the size of the pulley, and the gear specifications as variables, the optimal specifications that can clearly distinguish the driving modes of the wheels and caterpillars were set.
The driving part of the wheelchair developed through the research of this thesis enables quick maneuvering on flat ground and safe driving on stairs and rough terrain. The wheelchair driving part of this study is expected to provide a barrier-free environment for the elderly and the disabled. Furthermore, it is expected to be applicable to vehicles that drive on rough terrain, such as unmanned robots.

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