▪ 3D 보조기기 정보

1. 기기 개발 이유 및 사용 목적을 자세히 적어주세요.

많은 휠체어 사용자들이 내리막길에서 속도 조절의 어려움으로 낙상, 충돌, 손가락 끼임 등의 사고를 겪고있다.

소비자안전국 생활안전팀이 휠체어 사용자를 대상으로 조사한 휠체어 안전사고 실태조사에 따르면,  

휠체어 구입 시 가장 많이 고려하는 사항으로 '안전성'이 30.5%로 1위, '기능성'이 26.9%로 2위, '가격'이 20.4%로 3위를 차지했다.

유튜브 위라클 채널에는 휠체어로 혼자 버스를 타고, 거리를 다니는 영상이 있다.

영상에서 휠체어를 타고 내리막길을 내려갈 때, 속도가 빨라지는 것을 막기 위해 지그재그로 번거롭게 내려오는 모습을 확인할 수 있다.

휠체어 사용자들이 이러한 위험한 상황에 노출되는 것을 방지하기 위해 휠체어 자동 브레이크를 개발하게 되었다.

일반적으로 수동브레이크는 휠체어가 정지해 있을 때 굴러가는 것을 막기 위한 용도이고 주행 시에 사용하기에는 부적합하다.

휠체어에 수동브레이크를 장착했을 경우, 휠체어를 감속을 함과 동시에 방향조정을 하는 것은 어려움이 있다.

하지만 자동브레이크 사용 시 내리막길에서 손으로 바퀴를 잡아 위험하게 속도조절을 할 필요 없이 안전한 주행이 가능하다.

일반 휠체어를 사용하는 장애인은 약 15만명이고, 전동 휠체어를 사용하는 장애인은 약 10만명이다.

일반 휠체어의 가격은 150만원 이하로 형성되어있는 것에 비해 전동휠체어의 가격은 평균 330만원에 달한다.

전동휠체어를 구매하기 부담스러운 사람들에게 보다 안전하게 일반 휠체어를 사용할 수 있도록 도움을 줄 수 있다.

휠체어 자동브레이크 사용 시 일반 휠체어도 전동 휠체어만큼 안전하고 편리하게 이용할 수 있다.

2. 사용 방법을 자세히 적어주세요.

기존에 사용하던 일반 휠체어에 벨크로 타이를 이용하여 휠체어 프레임에 설치하여 사용한다.

필요에 따라 탈착이 가능하며 제거 시 일반 휠체어로 사용할 수 있다.

일반 휠체어에 자동 브레이크 설치 시 휠체어가 내리막길에 진입했을 때 자이로센서가 기울기 변화를 감지한다.

센서에 입력된 값을 인식하여 모터를 작동시켜 브레이크가 작동하면 휠체어가 자동으로 감속된다.

특히 손에 힘이 없어 휠체어 속도제어에 어려움이 있는 노약자들이 안전하게 내리막길을 지나갈 수 있다.

모터는 전기에너지를 동력으로 전환시켜주는 기기이다.

모터의 크기, 힘, 제어기능에 따라 모터를 여러 종류로 구분할 수 있다.

즉, 모터의 종류에 따라 본체가 받는 힘이나 제어정도가 달라진다.

힘을 받아 움직이는 본체의 경우, 모터의 역할이 매우 중요하기 때문에 모터의 종류를 신중하게 선택할 필요가 있었다.

휠체어 자동브레이크에는 DC모터를 사용하였다.

모터를 선택하는 과정에서 브레이크로써의 역할을 매우 중요하게 생각했다.

또한 휠체어 프레임에 부착할 것을 감안하여 적당한 무게와 출력을 가진 모터를 선택했다.

휠체어 자동브레이크는 자이로센서(GY-85), dc모터, 모터 드라이버(L298N), 아두이노(UNO)로 구성되어있다.

자이로 센서는 하나의 모듈에 자이로, 가속도, 자기장 센서를 부착한 통합 센서이다.

각각 3축으로, 총 9축 자이로 센서를 사용하여 측정값의 정확도를 높이고자 하였다.

모터를 선택할 때, 스테프 모터나 서보 모터 등 실제 로봇이 구동될 때 사용되는 모터들이 후보지에 있었다.

출력이 커서 토크값이 크다는 장점이 있지만 무게가 무거워 효율이 좋지 않다는 점을 감안하여, DC모터를 선택하였다.

이런 회로도를 기반으로, 자이로센서와 아두이노 간의 시리얼 통신을 이용해서 자이로 센서를 통한 가속도 값을 받는다.

이 값을 기준으로 모터의 구동 여부를 아두이노가 판단한다.

보편적으로 브레이크에는 스프링이 사용된다.

하지만 유압브레이크가 아닌 모터를 이용한 브레이크를 사용하므로 브레이크의 힘이 약할 것을 고려하였다.

기존 브레이크에서 형태를 변형시켜 스프링이 아닌 고무줄을 이용하며 브레이크의 모양을 독자적으로 만들게 되었다.

3. 기타사항(사용경험, 적용사례, 발전방안 등)

발전방안:

화면을 설치하여 내비게이션, 현재속도 등을 표시하여 주행에 도움을 줄 수 있다.

더 좋은 보드, 센서를 사용하여 민감도를 높여 브레이크의 반응속도를 향상시킬 수 있다.

자이로 센서와 모터를 사용하여 감속뿐만 아니라 오르막길에서 가속하는 기능을 추가하여 전동휠체어와 비슷한 주행을 가능하게 할 수 있다.

힘이 더 강한 모터를 사용하고, 브레이크의 벌어지는 힘을 고무줄 보다 더 강한 스프링을 이용하여 장비의 내구성을 강하게 만들어 더 오래 사용할 수 있게 만드는 발전 방법이 있다.

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