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문제 정의
- 본 연구에서는 [그림 1,2]에서 처럼 크고 전원공급선이 있어 시각장애인이 다루기 어려운 문제점이 있기 때문에 손쉽게 다룰 수 있고, 탈 · 부착 및 충전이 쉽고 간편하게 다룰 수 있어야 하고, 시각장애인 관점에서 HCI를 적용한 기구 설계 및 회로를 개발하여 보행 안전장치를 개발하였다.
제안 방법
- GraphicsExplorer 툴[그림 6]을 활용하여 커프 피팅의 POWER^POWER (1) 식을 적용하여 시뮬레이션을 통해 초음파 센서 출력전압 그래프와 유사한 로그함수의 A, C 파라메타 값을 (3)식과 같이 유도하였다.
- 보행안전장치 개발을 위한 MCU의 컨트롤 레지스터를 [표 1]과 같이 각각의 레지스터를 설정하여 프로그램을 개발하였다[4].
- 기존의 시각 장애인이 사용하는 방식을 HCI를 적용하여 사용자의 안전성과 편의성을 고려한 제품 설계를 위해 SolidWorks로 기구설계를 하였다. 보행안전장치 회로는 Altium Designer 툴을 이용하여 회로 및 PCB(Printed Circuit Board)를 설계 하였다.
- 본 연구에서 개발된 시각 장애인 보행안전장치는 [그림 12]와 같이 3D 프린터로 기구를 출력하여 제작하여 검증을 하였다. 보행안전장치는 HCI를 고려한 편의성 및 안전성, 휴대성 검증을 수행하였다. 첫 번째 편의성 검증에선 한번 숙지로 시각장애인이 가지고 있는 지팡이에 쉽게 탈·부착을 할 수 있었고, 배터리 충전은 USB Micro 커넥터를 이용하기 때문에 핸드폰 충전기를 이용하여 쉽게 충전이 가능함을 검증하였다.
- 본 연구에서 HCI를 고려한 사용자의 편의성 및 안전성을 고려해 개발된 시각 장애인 보행 안전장치는 시각장애인이 기존에 사용하는 지팡이에 쉽게 탈·부착을 쉽게 할 수 있도록 함으로써 과도한 비용 지출을 줄일 수 있고, 리튬이온 건전지 충전 또한 핸드폰 충전기를 활용할 수 있게 하여 활용성 및 편의성을 높일 수 있도록 개발하였다.
- 본 연구에서 개발된 시각 장애인 보행안전장치는 [그림 12]와 같이 3D 프린터로 기구를 출력하여 제작하여 검증을 하였다. 보행안전장치는 HCI를 고려한 편의성 및 안전성, 휴대성 검증을 수행하였다.
- 본 장에서는 시각장애인을 위한 보행안전장치 개발을 위해 MCU(Micro Controller Unit)를 기반으로 장애물 충돌 방지 회로 설계 및 프로그램 구현 방법과 지팡이에 탈·부착과 건전지 충전이 편리한 보행안전장치 설계 내용을 기술한다.
- 시각 장애인이 장시간 휴대하고 사용하기 위해 가격절감과 공간절약의 관점에서 직류-직류 (DC-DC) 모듈로는 사용하기 어렵기 때문에 고효율, 고성능의 스위칭 레귤레이터(Switching Regulator) IC인 MCx063A를 사용하여 리튬-이온(Li-ion) 배터리 3.7V를 5V로 승압할 수 있도록 R8과 R11의 저항 값과 조절하여 원하는 5V 승압값을 출력할 수 있도록 회로를 [그림 9]와 같이 회로를 구현하였다[6][7].
- 시각장애인 보행안전장치 개발을 위해 MCU (Micro Controller Unit)는 8bit S3F84UA 삼성 CMOS 마이크로 컨트롤러를 사용하여 다음 [그림 3]과 같이 회로를 설계하였다[3].
- 시각장애인이 보행 중 30∼100cm 이내의 장애물을 발견하기 위한 방법으로 샤프 GP2Y0A02YK 거리 측정 센서를 활용하여 개발을 진행하였다.
- 시제품의 완성도를 높이기 위해 2D로 설계된 PCB를 3D로 설계하여 iges 화일로 변환 후 SolidWorks에서 설계한 기구설계도에 어셈블리(Assembly)하여 PCB와 기구설계도 간에 간섭등 제품 생산에 조립성에 관한 문제점을 수정 보완하여 [그림 10, 11]과 같이 최종적으로 사용자의 편의성에 입각한 시각장애인 보행안전장치 설계를 하였다.
- 측정된 ADC값의 정확성을 위해 [표 2]와 [그림 8]과 같이 1초에 30개의 데이터를 수집해서 평균값으로 거리 측정하여 [그림 7]과 같이 시각 장애인의 위치에서 100cm 이내의 장애물을 발견함과 동시에 진동 모터에 신호를 보내 진동신호가 지팡이로 전달하게 함으로써 시각장애인이 장애물을 감지할 수 있도록 구현하였다.
이론/모형
- 기존의 시각 장애인이 사용하는 방식을 HCI를 적용하여 사용자의 안전성과 편의성을 고려한 제품 설계를 위해 SolidWorks로 기구설계를 하였다. 보행안전장치 회로는 Altium Designer 툴을 이용하여 회로 및 PCB(Printed Circuit Board)를 설계 하였다.
성능/효과
- 첫 번째 편의성 검증에선 한번 숙지로 시각장애인이 가지고 있는 지팡이에 쉽게 탈·부착을 할 수 있었고, 배터리 충전은 USB Micro 커넥터를 이용하기 때문에 핸드폰 충전기를 이용하여 쉽게 충전이 가능함을 검증하였다. 두 번째 보행안전성 검증을 위해 보행 경로 주변에 있는 물체나 사람과의 충돌 가능성 실험을 [그림 13]와 같이 실험을 진행한 결과 100cm 이내의 사람과 장애물 인지하여 지팡이에 진동으로 신호를 보내 정확히 인지함을 확인하였다.
- 또한 시각장애인이 장애물 인식을 위한 보행시의 [그림 7]과 같이 일반적인 지팡이의 사용 각도 55°와 보행안전장치를 지팡이 끝에서 33∼40cm 위치에 부착하면 센서 각도가 25°가된 상태에서 모든 장애물을 찾아냄을 검증하였다.
- 특히 장애물 감지능력을 향상시키기 위해서는 지팡이의 끝에서 1/3(33∼40cm) 위치에 보행안전장치를 부착하는 방법이 30∼100cm 내의 사람과 돌출물에 대한 감지 능력을 향상시킬 수 있었다. 본 연구에서 개발된 제품이 시각장애인의 안전한 보행을 위해 유용하게 사용될 수 있음을 검증할 수 있었다.
- 시뮬레이션으로 유도한 3식을 이용하여 [표 3]과 같이 초음파센서 출력신호를 입력받아 30∼100cm 범위내에서 장애물 거리 측정을 할 수 있도록 C언어로 구현하여 정확한 거리 측정값을 얻을 수 있었다.
- 첫 번째 편의성 검증에선 한번 숙지로 시각장애인이 가지고 있는 지팡이에 쉽게 탈·부착을 할 수 있었고, 배터리 충전은 USB Micro 커넥터를 이용하기 때문에 핸드폰 충전기를 이용하여 쉽게 충전이 가능함을 검증하였다.
- 특히 장애물 감지능력을 향상시키기 위해서는 지팡이의 끝에서 1/3(33∼40cm) 위치에 보행안전장치를 부착하는 방법이 30∼100cm 내의 사람과 돌출물에 대한 감지 능력을 향상시킬 수 있었다. 본 연구에서 개발된 제품이 시각장애인의 안전한 보행을 위해 유용하게 사용될 수 있음을 검증할 수 있었다.
후속연구
- 두 번째는 적당한 거리에서 장애물을 감지한 것을 주변 사람에게 피해를 주지 않고 시각 장애인이 감지하고 파해갈 수 있도록 하는 방법이 이루어져야 하고 세 번째는 조작 및 건전지 충전의 편리성, 휴대의 간편성이 고려된 시스템 개발이 이루어져야 한다.
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