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노약자 및 장애인을 위한 전동스쿠터용 컨트롤러 국산화 개발
Development of the Localized Electromotion Scooter Controller for the Senior and Disabled 원문보기

전기학회논문지. The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. P, v.58 no.1, 2009년, pp.62 - 66  

김병욱 (전북대학교 전기공학과) ,  임승관 (광주과학기술원) ,  노신래 (성우하이텍) ,  임병현 (성우하이텍) ,  김영민 (전남도립대학 소방안전관리과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, A localized electromotion scooter controller for the senior and disabled is developed. Recently, the population which uses the electromotion wheel chair or electromotion scooter is increasing. The reason is that the electromotion wheel chair and electromotion scooter were newly applie...

주제어

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제안 방법

  • 모터 구동 회로를 거친 제어 전류는 노이즈 필터를 거쳐 과부하 보호 장치를 통과하여 모터에 입력되도록 회로를 구성하였다. 과부하 보호 장치는 션트 센서를 이용하였으며, 모터로 유입되는 전류의 크기는 직접 전류의 선로에 접촉하여 전류가 흐르는 전선의 전류량 변화를 감지하도록 구성하였다. 전류량의 변화는 모터 구동 입력 단에 피드백 되어 모터의 회전 속도가 목표 값에 추종하지 못할 때 모터 구동 신호를 중폭시켜 모터가 더욱 강력한 힘으로 회전하여 목표 지령 값에 도달하도록 한다.
  • 노인이 쉽게 이해할 수 있도록 제작하였다. 그래픽 LCD 계기판을 채용함으로서 시각적인 운행 정보를 실시간으로 전달할 수 있으며, 깔끔한 화면 디자인과 다양한 표시화면을 구성할 수 있도록 시스템을 구성하였다. 특히 운전 제어 장치는 프로그램에 의해 운용되도록 하여 향후 별도의 하드웨어 변경 없이 소프트웨어의 업데이트만으로 시스템의 성능을 향상시킬 수 있도록 설계하였다.
  • 또한 모터의 회전을 감지하여 속도를 제어하기 위해서는 동력을 전달 받는 회전축과 연결되어야 하는데 이러한 방법은 이러한 방법은 타코 제너레이터(Tacho-generator)를이용하는 방식과 엔코더 (Encoder)를 이용하는 방식에서 주로 사용하는 방식으로 매우 정밀한 제어를 할 수 있는 장점이 있다. 그러나 본 연구에서는 시스템을 소형화하고 저가로 개발해야 하는 필요성과 매우 높은 수준의 정밀성이 요구되지 않는 점을 감안하여 DC 모터의 회전자에 부착된 정류자와 브러시(Brush) 간의 전류 흐름 변화에 따른 미세한 전류의 변화를 속도 감지에 이용하는 방식을 적용하였다.
  • 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다. 그리고 외국의 전동스쿠터 컨트롤러에 비하여 별도의 하드웨어 변경 없이 소프트웨어의 업데이트만으로 시스템의 성능을 향상시킬 수 있도록 프로그램 운용 방식으로 설계되었다. 따라서 향후 성능 향상에 매우 유리하며 특호], ISP 인터페이스 장치가 장착되어 외부에서도 손쉽게 프로그램의 업데이트가 가능하다.
  • 그림 4에 나타낸 구동 제어 장치의 회로도는 본 연구에서 개발한 전동스쿠터용 DC 모터 드라이버 장치인 메인 컨트롤러로서 Mega 16을 사용하였고, 모터 드라이버 칩은 모토롤라의 MC33883을 적용하여 회로를 설계하였다. 운전 제어장치와 운전에 대한 제어 명령을 송수신하기 위한 RS-485 통신 장치와 배터리의 충 .
  • 모터의 회전 속도 조절은 PWM 제어신호에 따라 각각 FET가 스위칭 동작을 반복하며 이루어진다. 모터 구동 회로를 거친 제어 전류는 노이즈 필터를 거쳐 과부하 보호 장치를 통과하여 모터에 입력되도록 회로를 구성하였다. 과부하 보호 장치는 션트 센서를 이용하였으며, 모터로 유입되는 전류의 크기는 직접 전류의 선로에 접촉하여 전류가 흐르는 전선의 전류량 변화를 감지하도록 구성하였다.
  • 운전 제어장치와 운전에 대한 제어 명령을 송수신하기 위한 RS-485 통신 장치와 배터리의 충 . 방전 등을 감시하기 위한 배터리 전원 관리 장치 등으로 구성하였다.
  • 또한 기타 사용자의 편의를 위한 음성 안내 장치와 FM 라디오를 설치하여 서비스 기능을 강화하였다. 운전 제어 장치는 P&G사의 조이스틱을 적용하여 개발하였으며 조이스틱에서 전송되는 방향제어 신호는 마이크로 컨트롤러에서 해석되어 RS-485를 통해 115Kbps의 전송 속도로 구동 제어 장치로 전달된다.
  • 특히 운전 제어 장치는 프로그램에 의해 운용되도록 하여 향후 별도의 하드웨어 변경 없이 소프트웨어의 업데이트만으로 시스템의 성능을 향상시킬 수 있도록 설계하였다. 운전 제어 장치의 특징은 외부에서도 손쉽게 프로그램의 업데이트가 가능하도록 ISP 인터페이스 장치를 설계하여 장착하였으며, 시스템 파라미터 설정을 위한 외부 데이터 입력 장치와의 통신을 위해 시리얼 인터페이스를 구성하였다. 또한 기타 사용자의 편의를 위한 음성 안내 장치와 FM 라디오를 설치하여 서비스 기능을 강화하였다.
  • 전동스쿠터의 운전 제어 장치는 그림 2와 같이 8비트 마이크로컨트롤러인 Mega 128을 사용하였으며, 운전자가 주행상태를 한눈에 파악할 수 있도록 240x 320의 도트 픽셀을 갖는 그래픽 LCD 계기판을 채용하여 계기판의 판독이 어려운 노인이 쉽게 이해할 수 있도록 제작하였다. 그래픽 LCD 계기판을 채용함으로서 시각적인 운행 정보를 실시간으로 전달할 수 있으며, 깔끔한 화면 디자인과 다양한 표시화면을 구성할 수 있도록 시스템을 구성하였다.
  • 그래픽 LCD 계기판을 채용함으로서 시각적인 운행 정보를 실시간으로 전달할 수 있으며, 깔끔한 화면 디자인과 다양한 표시화면을 구성할 수 있도록 시스템을 구성하였다. 특히 운전 제어 장치는 프로그램에 의해 운용되도록 하여 향후 별도의 하드웨어 변경 없이 소프트웨어의 업데이트만으로 시스템의 성능을 향상시킬 수 있도록 설계하였다. 운전 제어 장치의 특징은 외부에서도 손쉽게 프로그램의 업데이트가 가능하도록 ISP 인터페이스 장치를 설계하여 장착하였으며, 시스템 파라미터 설정을 위한 외부 데이터 입력 장치와의 통신을 위해 시리얼 인터페이스를 구성하였다.

대상 데이터

  • 운전 제어 장치는 그림 1의 우측 블록과 같이 전동스쿠터의 속도 제어를 위한 속도 조절 레버로부터 속도 신호를 입 력받기 위한 A/D 변환장치와 컨트롤러 조작을 위한 키 스위치 입력, 경음기, 라디오 제어 장치 등이 있으며, 운전 상태를 표시하기 위해 그래픽 LCD 패널이 부착되어 있다. 통신 장치는 구동 제어 장치에 제어 명령을 전송하기 위한 RS-485 통신 장치와 외부 PC나 단말기로부터 운전에 필요한 파라미터 설정 또는 프로그램의 업데이트 등을 수행할 수 있는 RS-232 통신 장치 등으로 구성된다. 그림 1의 좌측에 나타낸 구동 제어 장치는 전동스쿠터의 주행 속도를 조절하기 위해 DC 모터의 회전을 제어하는 드라이버 장치와 배터리의 상태를 점검하고 관리하는 전원 관리 장치, 운전 제어 장치와의 데이터 교환을 위한 RS-485 통신 장치와 외부 통신 장치 및 램프 제어 장치와 시트 제어 장치 등으로 구성된다.
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참고문헌 (10)

  1. 변용찬, "건강보험 장애인 보장구 지원체계-전동휠체어를 중심으로", 독립생활 증진을 위한 전동휠체어 수급권 확보 정책 세미나, pp.51-57, 2003 

  2. 한국기술은행, "휠체어-기술 및 시장 동향" 

  3. 보건복지부, "보건복지백서", 2004 

  4. 권선진, "장애인의 재활보조기구 활용실태와 정책과제", 보건복지포럼, p.42-54, 2004 

  5. 김동석, "국내외 의료기기 산업현황과 국가연구개발사업 지원 방향", 보건산업기술동향, p.138-147, 2005 

  6. 변용찬 외, "2005년도 장애인 실태조사", 보건복지부, 2006 

  7. 통계연보, 통계청, 2004 

  8. "제어용 모터기술 활용 메뉴얼", 도서출판 세운, 1987 

  9. 윤덕용, "AVR ATmega128 마스터", 오옴사, 2005 

  10. 김정호, "실무자를 위한 전자회로 415", 성안당, 2005 

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