본 연구에서 제안된 차량용 휠체어 수송메커니즘은 크게 이송메커니즘과 수납메커니즘으로 구성된다. 여기서 휠체어 이송메커니즘은 매니퓰레이터로 구성되며, 차량의 루프에 설치되어 운전석에서 트렁크의 위치까지 휠체어를 이송하는 기능을 한다. 휠체어 수납메커니즘은 리프팅 호이스트로 구성되며, 차량의 트렁크에 설치되어 이송된 휠체어를 트렁크 내부로 수납하고 안전하게 고정하는 기능을 한다. 본 연구에서는 휠체어 이송메커니즘의 조건을 고려한 매니퓰레이터의 방식선정을 위해 수직방식, 수평방식, 텔레스코픽방식 등에 대하여 분석하고 검토하여 하중지지에 강하고 수납보관에 유리한 텔레스코픽방식을 선정하여 적용하였다. 또한 휠체어 수납메커니즘에서는 슬라이드 레일과 리프트와이어에 의한 슬라이드 호이스트방식과 웜기어와 링크로 구성된 회전메커니즘에 의한 회전링크 호이스트방식에 대하여 분석하고 검토하여 트렁크 공간 활용에 유리한 슬라이드 호이스트방식을 선정하여 적용하였다. 본 연구에서 제안된 차량용 휠체어 이송메커니즘은 기존의 휠체어 이용자 이동지원을 위한 차량용 휠체어 이송시스템의 단점을 해소하고 국내 장애인복지차량 구조에 부합하도록 제안하였다.
본 연구에서 제안된 차량용 휠체어 수송메커니즘은 크게 이송메커니즘과 수납메커니즘으로 구성된다. 여기서 휠체어 이송메커니즘은 매니퓰레이터로 구성되며, 차량의 루프에 설치되어 운전석에서 트렁크의 위치까지 휠체어를 이송하는 기능을 한다. 휠체어 수납메커니즘은 리프팅 호이스트로 구성되며, 차량의 트렁크에 설치되어 이송된 휠체어를 트렁크 내부로 수납하고 안전하게 고정하는 기능을 한다. 본 연구에서는 휠체어 이송메커니즘의 조건을 고려한 매니퓰레이터의 방식선정을 위해 수직방식, 수평방식, 텔레스코픽방식 등에 대하여 분석하고 검토하여 하중지지에 강하고 수납보관에 유리한 텔레스코픽방식을 선정하여 적용하였다. 또한 휠체어 수납메커니즘에서는 슬라이드 레일과 리프트와이어에 의한 슬라이드 호이스트방식과 웜기어와 링크로 구성된 회전메커니즘에 의한 회전링크 호이스트방식에 대하여 분석하고 검토하여 트렁크 공간 활용에 유리한 슬라이드 호이스트방식을 선정하여 적용하였다. 본 연구에서 제안된 차량용 휠체어 이송메커니즘은 기존의 휠체어 이용자 이동지원을 위한 차량용 휠체어 이송시스템의 단점을 해소하고 국내 장애인복지차량 구조에 부합하도록 제안하였다.
The wheelchair mechanism for a car that is proposed in this study primarily consists of a transfer mechanism and storage mechanism. The wheelchair transfer mechanism consists of a manipulator installed in the roof of a car, and performs the function of transferring the wheelchair from the driver's s...
The wheelchair mechanism for a car that is proposed in this study primarily consists of a transfer mechanism and storage mechanism. The wheelchair transfer mechanism consists of a manipulator installed in the roof of a car, and performs the function of transferring the wheelchair from the driver's seat to the trunk. The wheelchair storage mechanism consists of a lifting hoist installed in the trunk of car, and performs the function of storing the transferred wheelchair in the trunk and safely fastening it in place. This study analyzed and reviewed various manipulators, including a vertical type, Scara type, and telescopic type, with the goal of selecting the best type of manipulator for the wheelchair transfer mechanism. The telescopic type was selected and applied because of its good load support and storage capabilities. In addition, with regard to the wheelchair storage mechanism, a slide hoist type that used a slide rail and lift wire and a rotating link hoist type that used a rotating mechanism consisting of a worm gear and link were analyzed and reviewed. The slide hoist type was selected and applied because it had an advantage in relation to trunk space utilization. This study proposed a wheelchair transfer mechanism for a car to support a conventional wheelchair user's movements, and in order to conform to the structure of a domestic welfare car for the disabled.
The wheelchair mechanism for a car that is proposed in this study primarily consists of a transfer mechanism and storage mechanism. The wheelchair transfer mechanism consists of a manipulator installed in the roof of a car, and performs the function of transferring the wheelchair from the driver's seat to the trunk. The wheelchair storage mechanism consists of a lifting hoist installed in the trunk of car, and performs the function of storing the transferred wheelchair in the trunk and safely fastening it in place. This study analyzed and reviewed various manipulators, including a vertical type, Scara type, and telescopic type, with the goal of selecting the best type of manipulator for the wheelchair transfer mechanism. The telescopic type was selected and applied because of its good load support and storage capabilities. In addition, with regard to the wheelchair storage mechanism, a slide hoist type that used a slide rail and lift wire and a rotating link hoist type that used a rotating mechanism consisting of a worm gear and link were analyzed and reviewed. The slide hoist type was selected and applied because it had an advantage in relation to trunk space utilization. This study proposed a wheelchair transfer mechanism for a car to support a conventional wheelchair user's movements, and in order to conform to the structure of a domestic welfare car for the disabled.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 휠체어를 차량의 루프에 수납하는 방식과 트렁크에 직접 수납하는 방식을 융합하여 차량의 루프에는 매니퓰레이터만을 장착하여 루프의 수납공간을 최소화하고, 휠체어의 수납공간은 기존의 트렁크를 활용하여 최적으로 수납할 수 있는 차량용 휠체어 이송수납메커니즘을 제안하고 개발하고자 한다.
본 연구에서는 기존의 휠체어 이용자 이동지원을 위한 차량용 휠체어 자동이송수납시스템의 단점을 보완하는 새로운 방식의 메커니즘을 제안하였다. 본 연구에서 제안된 차량용 휠체어 이송수납메커니즘은 크게 이송메커니즘과 수납메커니즘으로 구성된다.
제안 방법
또한 차량루프의 한정된 공간에 용이한 수납을 위해서는 일정길이 이하의 암으로 구성되어야 하며, 이를 위해서는 다관절로의 구성이 필수적이다. 먼저 휠체어 이송매니퓰레이터의 조건을 만족하는 형식선정을 위해 3가지 케이스에 대하여 검토하였으며, 그 예를 Fig. 2에 나타내었다. 본예에서 Fig.
본 연구에서 제안된 차량용 휠체어 이송수납메커니즘은 크게 운전석에서 트렁크 후미까지 휠체어를 이송하는 루프 매니퓰레이터(Roof-manipulator)와 트렁크 후미가지 이송된 휠체어를 도킹하여 트렁크 내부로 수납하는 트렁크 수납장치(Trunk storage)로 구성됨을 상기에 기술한바 있다. 이 외에도 엔드-이펙트로는 전기 액추에이터(Electrical actuator), 휠체어 그립퍼(Wheelchair gripper) 그리고 도킹장치 (Docking device) 등으로 구성된다.
본 연구에서는 기존의 휠체어 이용자 이동지원을 위한 차량용 휠체어 자동이송수납시스템의 단점을 보완하는 새로운 방식의 메커니즘을 제안하였다. 본 연구에서 제안된 차량용 휠체어 이송수납메커니즘은 크게 이송메커니즘과 수납메커니즘으로 구성된다. 여기서 휠체어 이송메커니즘은 매니퓰레이터로 구성되며, 차량의 루프에 설치되어 운전석에서 트렁크 위치까지 휠체어를 이송하는 기능을 한다.
본 제안된 차량용 휠체어 이송수납메커니즘은 크게 휠체어 이송매니퓰레이터와 수납호이스트로 구성된다. 운전석에서 트렁크 후미까지 휠체어를 이송하는 수단의 매니퓰레이터는 차량의 톱-루프에 설치되며, 트렁크 후미로 이송된 휠체어를 트렁크 내로 수납하고 고정하는 수납호이스트는 트렁크내부에 설치된다.
3의 (c)는 볼스크류, 리니어 베어링, 스퍼기어 메커니즘으로 구성되고, 이송구동 볼스크류외에 가이드용 볼스크류를 부가하여 이를 가이드로 하여 스퍼기어가 선형이동하면서 회전력을 전달하도록 구성되어 하나의 구동기로 구동되는 볼스크류-리니어 베어링 가이드 메커니즘을 나타낸다. 본 텔레스코픽 매니퓰레이터 메커니즘의 검토 및 선정 에서는 마찰저항이 적고 유효신축범위가 큰 볼스 크류-리니어 베어링 가이드 메커니즘으로 결정하였다.
본 트렁크 수납메커니즘은 상기에서 제안된 이송매니퓰레이터 메커니즘에 의해 차량 후미로 이송된 휠체어를 트렁크 내로 수납하고 고정하는 기능을 하게 되며, 슬라이딩 리프트 메커니즘과 회전형 호이스트 메커니즘에 대하여 검토하였다. 먼저, 슬라이딩 리프트 메커니즘은 이송된 휠체어가 수납캐리어에 도킹이 이루어지면, 수납캐리 어는 구동모터에 의해 가이드를 따라 슬라이드 되면서 상부로 이동하게 되며, 이때 휠체어를 도킹한 수납캐리어는 상부로 이동하면서 무게중심이 서서히 트렁크 내부로 이동되어 수납캐리어의 자세는 수직방향에서 수평방향으로 완전히 전환 되게 된다.
2의 (c)는 다수의 회전관절이 아닌 신축 파이프에 의해 전후방향 모션을 하는 텔레스코픽방식(Telescopic type)을 나타낸다. 본매니퓰레이터 방식선정에서는 외팔보 모멘트 지지하중에 강하고 제어가 용이하며, 루프에 수납을 위한 접는 조건과 공간활용에서 유리한 테레스코픽방식으로 결정하였다. 여기서 제안한 텔레스코픽방식의 핵심은 텔레스코픽 파이프(암)의 신축메커니즘이라 할 수 있다.
이를 위하여 휠체어 이송메커니즘인 매니퓰레이터는 하중지지에 강하고 수납보관에 유리한 텔레스코픽 메커니즘을 선정하여 적용하였고, 휠체어 수납메커니즘은 트렁크 공간 활용에 유리한 슬라이딩 리프트 메커니즘을 선정하여 적용하였다. 아울러 부가적인 장치들을 선정하여 차량용 휠체어 이송수납메커니즘을 구성하고 운전계획을 수립하였다. 본 연구에서 제안된 차량용 휠체어 이송수납메커니즘은 루프의 수납공간을 기존에 비해 줄임으로써 이용자의 호응도제고는 물론 공기저항의 단점을 줄일 수 있을 것이다.
이에 따른 매니퓰레이터는 외팔보의 기능을 하게 되어 상당한 처짐이 예상되며, 처짐에 따른 텔레스코픽 암의 작동 상에 저항의 초래와 엔드-이펙트의 위치변화에 따른 수납장치와의 도킹에 문제가 발생되어질 수 있다. 이를 위해 기 설계된 CAD 모델을 바탕으로 구조해석을 수행하여 검토하였다. CAD 모델을 이용한 구조해석결과를 Fig.
또한 구동기의 수를 가능한 줄여 제어를 용이하게 하고 자체중량을 최소화할 필요가 있다. 이에 텔레스코픽 암의 신축메커니즘선정을 위하여 볼스크류 렉-베벨 기어 메커니즘, 볼스크류-슬롯 가이드 메커니즘 그리고 볼스크류-리니어 베어링 가이드 메커니즘 등 3가지 케이스에 대하여 검토하였으며, 그 예를 Fig. 3에 나타내었다. 본 예에서 Fig.
이론/모형
반면에 슬라이딩 리프트 메커니즘은 트렁크의 공간의 활용에 유리 하고, 구성이 간단하여 제작에 용이한 장점이 있다. 따라서 본 트렁크 수납메커니즘의 검토에서는 슬라이딩 리프트 트렁크 수납메커니즘을 선정하였다.
본 차량용 휠체어 이송수납메커니즘은 상기에 기술한바와 같이 크게 차량루프에 설치되는 이송 매니퓰레이터와 트렁크에 설치되는 수납호이스트로 구성되며, 운전석에서 트렁크 후미까지 휠체어를 이송하는 수단의 매니퓰레이터는 텔레스코픽 방식으로 선정한바 있다. 또한, 본 텔레스코픽 매니퓰레이터에 있어서 신축메커니즘은 자체크기와 중량측면에서는 불리한 점이 있으나 작동에 있어서 마찰저항이 적고 신축유효길이 확보측면 에서 유리한 볼스크류-리니어베어링 가이드 메커니즘으로 선정한바 있다.
휠체어 수납메커니즘은 호이스트로 구성되며, 차량의 트렁크에 설치되어 이송된 휠체어를 트렁크 내부로 수납하고 고정하여 안전하게 운반하는 기능을 한다. 이를 위하여 휠체어 이송메커니즘인 매니퓰레이터는 하중지지에 강하고 수납보관에 유리한 텔레스코픽 메커니즘을 선정하여 적용하였고, 휠체어 수납메커니즘은 트렁크 공간 활용에 유리한 슬라이딩 리프트 메커니즘을 선정하여 적용하였다. 아울러 부가적인 장치들을 선정하여 차량용 휠체어 이송수납메커니즘을 구성하고 운전계획을 수립하였다.
성능/효과
6에 나타 내었으며, Fig. 6의 (a)는 초기설계 모델에 대하여 해석을 수행한 결과로 끝단에서의 처짐은 27.6 mm, 등가응력은 1,329 ㎫ 그리고 최소안전율은 0.18로나타나 안전적이지 못한 상태를 보이고 있다. Fig.
이에 Fig. 6의 (c)는 루프-렉의 구조적 개선을 통하여 해석을 수행한 결과로 처짐은 7.8 mm, 등가응력은 216 ㎫ 그리고 최소안전율은 1.16으로 나타나 응력과 안전율에서는 만족하고 있으나 처짐에 대해서는 만족스럽지 못한 상태를 보이고 있다. 따라서 본 구조해석을 통하여 얻어진 결과로부터 실제 제작에 서는 텔레스코픽 3단 암에 대한 구조적 보완과 차량에 설치 시 루프-렉의 구조와 강도에 대한 검토가 요구된다.
아울러 부가적인 장치들을 선정하여 차량용 휠체어 이송수납메커니즘을 구성하고 운전계획을 수립하였다. 본 연구에서 제안된 차량용 휠체어 이송수납메커니즘은 루프의 수납공간을 기존에 비해 줄임으로써 이용자의 호응도제고는 물론 공기저항의 단점을 줄일 수 있을 것이다. 또한 현 국내복지차량의 구조에 부합하게 되어 적용차량에 대한 제한이 없어지게 될 것이다.
본 연구에서 제안된 차량용 휠체어 이송수납메커니즘은 차량루프의 매니퓰레이터 수납공간이 일반적으로 활용되고 있는 레저용 수납공간과 유사하여 사용자의 부정적 이미지를 줄일 수 있으며, 작아진 수납공간은 주행 시 공기저항의 단점을 줄일 수 있다. 또한 현 국내복지차량의 구조에 부합하게 되어 소형세단에서부터 SUV차량까지 적용범위에 제한이 없어지게 됨으로써 장애인 유형과 레벨에 따른 이용자의 선택 폭이 넓어지게 된다.
후속연구
또한 이송매니퓰레이터의 이송회전에 따른 궤적을 제어를 위한 수학적 제어알고리즘을 계획할 것이다. 그리고 본 연구는 플로토타입으로 제작 하여 운전시험을 수행하게 될 것이며, 이를 통해 실용성을 검증하게 될 것이다.
16으로 나타나 응력과 안전율에서는 만족하고 있으나 처짐에 대해서는 만족스럽지 못한 상태를 보이고 있다. 따라서 본 구조해석을 통하여 얻어진 결과로부터 실제 제작에 서는 텔레스코픽 3단 암에 대한 구조적 보완과 차량에 설치 시 루프-렉의 구조와 강도에 대한 검토가 요구된다.
본 차량용 휠체어 이송수납메커니 즘의 운전제어는 상기에 기술한 운전프로세서의 계획에 따라 구동모터, 액추에이터, 리미터 스위치, 센서 등으로 구성할게 될 것이며, 이에 따른 작동순서와 타임 스케줄을 계획하게 될 것이다. 또한 이송매니퓰레이터의 이송회전에 따른 궤적을 제어를 위한 수학적 제어알고리즘을 계획할 것이다. 그리고 본 연구는 플로토타입으로 제작 하여 운전시험을 수행하게 될 것이며, 이를 통해 실용성을 검증하게 될 것이다.
본 차량용 휠체어 이송수납메커니 즘의 운전제어는 상기에 기술한 운전프로세서의 계획에 따라 구동모터, 액추에이터, 리미터 스위치, 센서 등으로 구성할게 될 것이며, 이에 따른 작동순서와 타임 스케줄을 계획하게 될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
차량용 휠체어 이송수납메커니즘은 어떤 문제점으로 인해 제안되었는가?
(7~16) 이와 같이 제시된 휠체어 이용자를 위한 이송수납방식에는 수납공간을 차량의 루프에 설치하는 방식과, 매니퓰레이터를 이용하여 트렁크에 직접 수납하는 방식이 주로 적용되고 있다. 차량의 루프에 설치되는 이송수 납방식은 휠체어를 들어 올리고 내리는 장치와 휠체어가 차량의 루프에 장착된 수납공간에 동시에 수납되어 수납공간이 커짐에 따라 차량의 외관이 균형적이지 못하고, 차량운행 시 공기저항 으로 인한 에너지의 손실증가 등의 문제점이 있다. 또한 매니퓰레이터가 트렁크에 장착되어 휠체어를 트렁크에 직접 수납하는 방식은 휠체어와 장치가 모두 트렁크에 수납되어 사용자가 가장 선호하는 방식이긴 하지만, 트렁크의 크기에 제한이 있어 소형세단에는 장착이 어려운 단점이 있다. 특히, 국내는 장애인을 대상으로 유류비 저감의 혜택을 주기 위해 LPG차량을 이용할 수 있도록 하고 있는데, 이는 LPG 탱크가 트렁크에 내장되어 장착이 거의 불가능하여 국내 실정에는 부합되지 못하는 방식이다. 뿐만 아니라 휠체어를 이용하는 장애인이나 노약자의 대부분은 근력이 약하여 세단 이상의 차량을 스스로 탑승하는데 어려움이 있어 적용차량에 제한이 있다.
본 연구에서 제안된 차량용 휠체어 수송메커니즘은 무엇으로 구성되는가?
본 연구에서 제안된 차량용 휠체어 수송메커니즘은 크게 이송메커니즘과 수납메커니즘으로 구성된다. 여기서 휠체어 이송메커니즘은 매니퓰레이터로 구성되며, 차량의 루프에 설치되어 운전석에서 트렁크의 위치까지 휠체어를 이송하는 기능을 한다.
휠체어 이송메커니즘의 기능은?
본 연구에서 제안된 차량용 휠체어 수송메커니즘은 크게 이송메커니즘과 수납메커니즘으로 구성된다. 여기서 휠체어 이송메커니즘은 매니퓰레이터로 구성되며, 차량의 루프에 설치되어 운전석에서 트렁크의 위치까지 휠체어를 이송하는 기능을 한다. 휠체어 수납메커니즘은 리프팅 호이스트로 구성되며, 차량의 트렁크에 설치되어 이송된 휠체어를 트렁크 내부로 수납하고 안전하게 고정하는 기능을 한다.
참고문헌 (16)
Kim, J. H. and Han. T. L., 2002, Rehabilitation Medicine, KoonJa Publishing Inc, Seoul Korea.
Lu, S. L., 2000, A Study on Life Satisfaction of Persons with Disabilities to Use Assistive Devices, Daegu University Graduate School, Master's Thesis.
Jang, M. Y., 2003, Assistant Engineering Approach of Occupational Therapy, JinYoung Publisher, Pusan Korea.
Byeon, Y. C., 2009, Survey of Disabled 2008, Ministry for Health Welfare and Family Affairs/The Korea Institute for Health and Social Affairs (KIHASA), Policy Report 2009-16.
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