[논문]IoT를 활용한 지능형 스마트 휠체어

최유리; 고경은; 박희주; 이기영

doi:10.7236/jiibc.2022.22.1.89

초록
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최근 고령화 사회가 가속화되며 휠체어 사용이 늘고, 이에 따른 휠체어 사고 또한 증가하고 있다. 그러나 이러한 상황 속에서도 국내 휠체어 시장은 휠체어의 충돌, 넘어짐 사고를 막을 추가적인 기능들의 개발이 미진한 상태이다. 그리하여 본 논문에서는 4차 산업혁명 시대에 발맞추어 휠체어가 장애물을 자동으로 피해가고, 넘어짐이 감지되면 연동 어플리케이션에 알림이 가며 어플리케이션에서 카메라 모니터링이 가능하고, 계단을 오를 수 있는 계단용 바퀴와 자동 조도 감지 센서 전조등의 기능들이 탑재된 지능형 스마트 휠체어를 설계하고 구현하고자 한다. 이에 따라 점차 늘어나는 휠체어 사용자들의 편의를 증대시키고 빈번히 일어나는 휠체어 사고를 막을 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

With the recent acceleration of an aging society, the use of wheelchairs is increasing, and wheelchair accidents are also increasing. However, despite this situation, the domestic wheelchair market is lacking in deveolpment of additional functions to prevent wheechair collisions and falls. Therefore...

With the recent acceleration of an aging society, the use of wheelchairs is increasing, and wheelchair accidents are also increasing. However, despite this situation, the domestic wheelchair market is lacking in deveolpment of additional functions to prevent wheechair collisions and falls. Therefore, this paper aims to design and implement intelligent smart wheelchairs equipped with functions such as stair wheels and automatic illumination sensor headlights that allow wheelchairs to automatically avoid obstacles, notify interlocking applications when falls are detected. Accordingly, it is expected to increase the convenience of wheelchair users and prevent frequent wheelchair accidents.

주제어

표/그림 (9)

그림 그림 1. 시스템 설계도 Fig. 1. System Architecture
그림 그림 2. 장애물 감지 알고리즘, 기울기 감지 알고리즘 Fig. 2. Obstacle Detection Algorithm, Tilt Detection Algorithm
그림 그림 3. 계단용 바퀴 알고리즘, 자동 전조등 알고리즘 Fig. 3. Stairway Wheel Algorithm, Automatic Headlight Algorithm
그림 그림 4. 시스템 구현 결과 1 Fig. 4. System Implementation Results 1
그림 그림 5. 시스템 구현 결과 2 Fig. 5. System Implementation Results 2
그림 그림 6. 시스템 구현 결과 3 Fig. 6. System Implementation Results 3
그림 그림 7. 시스템 성능 평가 1 Fig. 7. Syetem Performance Evaluation 1
그림 그림 8. 시스템 성능 평가 3 Fig. 8. Syetem Performance Evaluation 3
표 표 1. 시스템 성능 평가 2 Table 1. Syetem Performance Evaluation 2

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 아두이노 보드를 기반으로 보다 편리한 휠체어를 개발하기 위한 시스템을 설계하였다. 휠체어 몸체에 있는 RC카는 아두이노의 초음파 센서와 연결된다.
본 논문은 시스템을 구현하기 위해 상대적으로 저렴한 아두이노를 사용하였다. 블루투스 모듈을 통해 휠체어와어플 간 소통을 가능하게 하고 위급 상황이 발생했을 때 사용자와 관리자에게 어플리케이션으로 알림과 카메라 영상을 보낼 수 있게 하며 휠체어가 장애물을 자동으로 피해가고, 조도를 감지하여 자동으로 전조등이 켜지며 계단용 바퀴를 추가해 계단을 편하게 오르는 등의 기능을 추가한 지능형 스마트 휠체어를 개발하고자 한다. 이를 개발함으로써 자주 일어나는 휠체어 충돌 사고로 인한 환자의 부상을 줄일 수 있으며, 휠체어 이용이 보다 편리해질 수 있다.

제안 방법

본 논문에서는 아두이노 보드, GPS 모듈, 블루투스 통신 모듈, 초음파 센서, 조도 센서, 서보모터, 안드로이드 등을 이용해 스마트 휠체어를 구현하였다. 이로써 휠체어 이용자의 사고로 인한 환자의 부상을 줄일 수 있으며, 자동화된 시스템으로 휠체어 이용자가 편리하게 휠체어를 이용할 수 있다.
본 논문의 시스템은 Microsoft Windows 10 64bit 운영체제에서 구현되었으며, 아두이노와 연동 가능한 Arduino IDE와 Dev C++ 프로그램을 통하여 스마트휠체어 시스템을 구현하였다.
아두이노를 활용한 스마트 휠체어 시스템의 성능 평가는 자이로 센서가 기울어짐을 인식했을 때에 GPS가 얼마나 정확하게 측정되는지에 대한 성능 평가로 진행하며, 그에 따른 결과는 아래 그림 7, 표 1과 같다.
어플리케이션에서 휠체어 몸체에 연동된 카메라를 모니터링 할 수 있으며, 자이로 센서는 GPS 모듈과 연동하여 기울기가 감지되면 GPS를 인식하고 이를 자동으로어플리케이션에 알림으로 전송할 수 있도록 한다. 이러한 스마트 휠체어를 이용해 충돌과 넘어짐으로 인한 부상이나 사고를 예방할 수 있고 휠체어 사용자들이 보다 편리한 삶을 살 수 있도록 하는 시스템을 제안한다. 이에 대한 시스템 설계도를 그림 1에 나타내었다.

대상 데이터

본 논문은 시스템을 구현하기 위해 상대적으로 저렴한 아두이노를 사용하였다. 블루투스 모듈을 통해 휠체어와어플 간 소통을 가능하게 하고 위급 상황이 발생했을 때 사용자와 관리자에게 어플리케이션으로 알림과 카메라 영상을 보낼 수 있게 하며 휠체어가 장애물을 자동으로 피해가고, 조도를 감지하여 자동으로 전조등이 켜지며 계단용 바퀴를 추가해 계단을 편하게 오르는 등의 기능을 추가한 지능형 스마트 휠체어를 개발하고자 한다.

성능/효과

본 논문에서는 아두이노 보드, GPS 모듈, 블루투스 통신 모듈, 초음파 센서, 조도 센서, 서보모터, 안드로이드 등을 이용해 스마트 휠체어를 구현하였다. 이로써 휠체어 이용자의 사고로 인한 환자의 부상을 줄일 수 있으며, 자동화된 시스템으로 휠체어 이용자가 편리하게 휠체어를 이용할 수 있다. 더 나아가 이 휠체어는 일반 휠체어와 전동 휠체어 두 가지 모두에 활용이 가능하기 때문에 보편성이 있다고 생각되며, 꼭 휠체어뿐 아니라 다른 이동 수단에도 기능 추가가 가능하다.

후속연구

이로써 휠체어 이용자의 사고로 인한 환자의 부상을 줄일 수 있으며, 자동화된 시스템으로 휠체어 이용자가 편리하게 휠체어를 이용할 수 있다. 더 나아가 이 휠체어는 일반 휠체어와 전동 휠체어 두 가지 모두에 활용이 가능하기 때문에 보편성이 있다고 생각되며, 꼭 휠체어뿐 아니라 다른 이동 수단에도 기능 추가가 가능하다. 현재 계단용 바퀴는 모터만으로 확연한 계단 이동을 보이기는 어려움이 있으나 향후에는 강력 모터를 부착하고 계단용 바퀴에 RC카를 연동하여 계단을 무리 없이 이동할 수 있도록 보완해 나갈 예정이다.
더 나아가 이 휠체어는 일반 휠체어와 전동 휠체어 두 가지 모두에 활용이 가능하기 때문에 보편성이 있다고 생각되며, 꼭 휠체어뿐 아니라 다른 이동 수단에도 기능 추가가 가능하다. 현재 계단용 바퀴는 모터만으로 확연한 계단 이동을 보이기는 어려움이 있으나 향후에는 강력 모터를 부착하고 계단용 바퀴에 RC카를 연동하여 계단을 무리 없이 이동할 수 있도록 보완해 나갈 예정이다.

참고문헌 (8)

https://www.kca.go.kr/smartconsumer/board/download.do?menukey7301&fno10007032&bid00000146&did1001205221
Jung-Ihl Kim, Mee-Rhan Kwon, Seung-Jung Shin, "The Wheelchair Communication System was Developed in The Convergence of Broadcasting and Communication Environments for People with Disabilities", Journal of the Institute of Internet Broadcasting and Communication, Vol. 12, No. 6, pp. 273-278, 2012. DOI : https://doi.org/10.7236/JIWIT.2012.12.6.273

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Sang-Hyun Kim, Seung-Min Lee, Gun-Hee Kim, Hyun Kim, Young-Jun Ko, "Smart Helmet With Two Ultrasonic Sensors", The Autumn Conference of the Korean Society for Information Processing, pp. 1220- 1221, 2017, Nov 01. DOI : https://doi.org/10.3745/PKIPS.y2017m11a.1220
Dong-Sung Seo, Min-Soo Kang, Yong-Gyu Jung, "The Developement of Real-time Information Support Cart System based on IoT", International Journal of Advanced Smart Convergence(IJASC), Vol. 6, No. 1, pp. 44-49, 2017. DOI: https://doi.org/10.7236/IJASC.2017.6.1.44

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Jin-Seong Park, Young-Jin Park, Youn-Sik Park, Deok-Hwa Hong, "Attitude Estimation for the Biped Robot with Vision and Gyro Sensor Fusion", Journal of Institute of Control, Robotics and Systems, Vol. 17, No. 6, pp. 546-551, 2011. DOI : http://dx.doi.org/10.5302/J.ICROS.2011.17.6.546

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Yo-Hoon Hong, Seung-June Song, Jung-Kyu Rho, "Real-time Tracking and Identification for Multi-Camera Surveillance System", International Journal of Internet, Broadcasting and Communication(IJIBC), Vol. 10, No. 1, pp. 16-22, 2018. DOI:https://doi.org/10.7236/IJIBC.2018.10.1.3

원문보기 상세보기
In-One Joo, Jeom-Hun Lee, Sang-Uk Lee, Jae-Hoon Kim, "Implementation and Test of GPS Jamming Monitoring Equipment", Journal of Satellite, Information and Communications, Vol. 8, No. 4, pp. 95-99, 2013.
Yoo-jung Shin, Kyung-Hee Oh, Hyo-Kyung Ban and Hyo-Jung Kang, "Attitude correction guidance system using Arduino and pressure sensors", Conference of the Korean Association of Telecommunications, pp. 262-263, 2014.

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