KR20170053061A

KR20170053061A - 시각 장애인을 위한 스마트 시스템 및 이를 이용한 장애물 감지 방법

Info

Publication number: KR20170053061A
Application number: KR1020150155348A
Authority: KR
Inventors: 이성원; 안계완; 이용석; 이승형; 손성민
Original assignee: 경희대학교 산학협력단
Priority date: 2015-11-05
Filing date: 2015-11-05
Publication date: 2017-05-15
Anticipated expiration: 2035-11-05
Also published as: KR101773592B1

Abstract

스마트 시스템이 시각 장애인 전방의 장애물을 감지하기 위하여, 외부로부터 지팡이의 세팅 요청 신호가 입력되면 자이로 센서로부터 생성된 센싱 신호를 토대로 지팡이의 기울기 값을 측정하고, 프로세서부가 지팡이의 기울기 값을 토대로 복수의 센서 위치 조절부로 복수의 초음파 센서의 센서 방향 조정을 위한 제어 신호를 전달한다. 방향이 조정된 복수의 초음파 센서에서 각각 발생한 초음파에 대한 반사파를 토대로 시각 장애인의 전방에 장애물 존재 유무를 확인하고, 장애물이 존재하는 경우 프로세서부는 시각 장애인이 소지한 알림 장치를 통해 알림이 발생하도록 제어한다.

Description

시각 장애인을 위한 스마트 시스템 및 이를 이용한 장애물 감지 방법{Smart system for blind people and method for obstacle detection}

본 발명은 시각 장애인을 위한 스마트 시스템 및 이를 이용한 장애물 감지 방법에 관한 것이다.

일반적으로 시각 장애인을 위한 보조 기구로 시각 장애인용 지팡이(white-cane)가 널리 사용되고 있다. 시각 장애인용 지팡이를 사용하기 위해서는 오랜 기간의 훈련이 필요하고, 장애물 등의 감지 정보를 쉽게 파악하기 어려우므로 시각 장애인이 상해를 입는 경우가 빈번하게 발생한다. 이를 보완하기 위해 전자 보행 장치에 관한 연구가 진행되어 왔다.

그러나, 연구되어 온 전자 보행 장치는 주로 장애물 감지 장치가 주를 이루고 있고, 장애물 감지 장치를 시각 장애인용 지팡이에 설치한다 하더라도 사용자와 사용 환경, 장애물의 밀집도, 지팡이의 기울기 등의 다양한 변수 의해 정확하게 장애물을 인식하지 못하는 경우도 발생한다.

따라서, 본 발명은 사용자의 신체 조건과 사용하는 환경에 따라 거리측정에 사용되는 초음파 센서의 각도 값과 탐지 범위를 조절하여 사용자 맞춤형 지팡이를 제공하고, 주변의 장애물 정보를 용이하게 수집하여 시각 장애인에게 제공하는 시각 장애인을 위한 스마트 시스템 및 이를 이용한 장애물 감지 방법을 제공한다.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징인 시각 장애인을 위한 스마트 시스템은,

지팡이의 제1 위치에 설치되어, 시각 장애인의 주변 밝기를 센싱하기 위한 센싱 신호를 발생하거나, 지팡이와 지면과의 각도를 측정하기 위한 센싱 신호를 발생하고, 장애물 탐지를 위한 제1 초음파를 발생하는 제1 센싱부; 상기 지팡이의 제2 위치에 설치되어, 장애물 탐지를 위한 제2 초음파를 발생하는 제2 센싱부; 및 상기 제1 센싱부에서 발생한 센싱 신호를 토대로 지팡이의 각도를 측정하고, 측정한 지팡이의 각도를 토대로 상기 제1 센싱부와 제2 센싱부를 제어하며, 상기 제1 초음파와 제2 초음파에 대한 복수의 반사파를 이용하여 장애물 유무를 확인하는 제어부를 포함한다.

상기 제1 센싱부는, 상기 지팡이를 소지한 시각 장애인의 주변 밝기를 센싱하여 주야간을 식별하기 위하여 센싱 신호를 발생하는 조도 센서; 상기 지팡이의 기울기 값 측정을 위한 센싱 신호를 발생하는 자이로 센서; 상기 장애물 탐지를 위한 제1 초음파를 발생하고, 제1 센서 위치 조절부의 제어에 따라 초음파 발생 위치가 조절되는 제1 초음파 센서; 및 상기 제어부로부터 상기 지팡이의 기울기 값이 포함된 제어 신호를 수신하면, 상기 제어 신호를 토대로 상기 제1 초음파 센서의 각도를 조절하는 상기 제1 센서 위치 조절부를 포함할 수 있다.

상기 제2 센싱부는, 상기 장애물 탐지를 위하여 제2 초음파를 발생하고, 제2 센서 위치 조절부의 제어에 따라 초음파 발생 위치가 조절되는 제2 초음파 센서; 및 상기 제어부로부터 상기 지팡이의 기울기 값이 포함된 제어 신호를 수신하면, 상기 제어 신호를 토대로 상기 제2 초음파 센서의 각도를 조절하는 제2 센서 위치 조절부를 포함할 수 있다.

상기 조도 센서가 발생한 센싱 신호를 토대로 주야간을 식별하여 발광부 제어 신호를 생성하고, 상기 자이로 센서가 발생한 센싱 신호를 토대로 상기 지팡이의 기울기 값을 측정하고, 측정한 기울기 값을 포함하는 상기 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서의 위치를 조절하는 제어 신호를 생성하여 상기 제1 센서 위치 조절부 및 제2 센서 위치 조절부에 각각 전송하며, 상기 제1 초음파와 제2 초음파에 대한 복수의 반사파를 토대로 장애물의 유무를 탐지하는 프로세서부; 및 상기 프로세서부가 생성한 발광부 제어 신호를 토대로 빛을 발생하거나 발생중인 빛이 소등되도록 상태를 변경하는 발광부를 포함할 수 있다.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 스마트 시스템이 시각 장애인 전방의 장애물을 감지하는 방법은,

상기 스마트 시스템은 자이로 센서, 조도 센서, 복수의 초음파 센서, 복수의 초음파 센서 각각에 연결된 복수의 센서 위치 조절부 및 프로세서부를 포함하고, 외부로부터 상기 시각 장애인이 소지한 지팡이의 세팅 요청 신호가 입력되면, 상기 자이로 센서로부터 생성된 센싱 신호를 토대로 상기 프로세서부가 상기 지팡이의 기울기 값을 측정하는 단계; 상기 프로세서부가 상기 측정한 지팡이의 기울기 값을 토대로 복수의 센서 위치 조절부로, 복수의 초음파 센서의 센서 방향 조정을 위한 제어 신호를 전달하는 단계; 방향이 조정된 복수의 초음파 센서에서 각각 발생한 초음파에 대한 반사파를 토대로 상기 시각 장애인의 전방에 장애물 존재 유무를 확인하는 단계; 및 장애물이 존재하는 경우 상기 프로세서부는 시각 장애인이 소지한 알림 장치를 통해 알림이 발생하도록 제어하는 단계를 포함한다.

상기 장애물 존재 유무를 확인하는 단계는, 상기 프로세서부가 미리 설정된 기본 설정 각도를 확인하는 단계; 상기 복수의 초음파 센서에서 각각 발생한 초음파에 대한 반사파를 수신하는 단계; 상기 반사파가 수신된 횟수를 토대로 탐지 주기가 종료되었는지 확인하는 단계; 탐지 주기가 종료되었다면, 상기 수신한 반사파로부터 장애물이 탐지된 횟수와 미리 설정된 제1 기준치 또는 제2 기준치와 비교하는 단계; 장애물이 탐지된 횟수가 상기 제1 기준치 이상이면, 상기 미리 설정된 기본 설정 각도를 좁혀 탐지 범위가 감소되도록 조절하는 단계; 및 장애물이 탐지된 횟수가 상기 제2 기준치 이하이면, 상기 미리 설정된 기본 설정 각도를 넓혀 탐지 범위가 넓어지도록 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 조도 센서에서 발생한 센싱 신호를 토대로 시각 장애인의 주변 환경이 제1 상태인지 제2 상태인지 확인하는 단계; 상기 주변 환경이 제1 상태이면 지팡이에 설치된 발광부에서 빛이 발생하지 않도록 상태를 제어하는 단계; 상기 주변 환경이 제2 상태이면 상기 발광부에서 빛이 발생하도록 상태를 제어하는 단계; 및 상기 주변 환경이 제2 상태에서 제1 상태로 변경되면, 빛이 발생하던 상태에서 발생하지 않는 상태로 변경되도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 사용자의 신체 조건에 따라 달라지는 지팡이의 기울기 값을 고려하여 사용자에 알맞게 센서의 위치 조정이 가능하므로, 장애물 존재 여부를 정확하게 탐지할 수 있다.

또한, 다양한 형태로 장애물 존재를 사용자에게 알려주어, 사용자가 용이하게 장애물 유무를 파악할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 시스템이 장착된 지팡이의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 시스템의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서의 각도 변화를 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서의 탐지 각도 범위에 대한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서의 탐지 범위 조정에 따른 장애물 탐지 범위에 대한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서의 센싱 방법에 대한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 시스템의 동작에 대한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 탐지 각도 조정 방법에 대한 흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 시각 장애인을 위한 스마트 시스템에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 시스템이 장착된 지팡이의 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 시각 장애인용 지팡이(10)에서 사용자가 지팡이를 쥐는 손잡이에 가까운 제1 위치, 손잡이에서 떨어진 제2 위치 그리고 지면에 가까운 제3 위치에 스마트 시스템(100)이 분산되어 장착된다. 스마트 시스템(100)은 제1 센싱부(110)와 제2 센싱부(120)로 분리되어 있으며, 제1 센싱부는 손잡이에 가까운 제1 위치에 설치되고 제2 센싱부(120)는 지면에 가까운 제3 위치에 설치된다. 그리고 제2 위치에는 제어부(130)의 기능을 하는 구성 요소가 설치된다.

이러한 스마트 시스템(100)의 구조에 대해 도 2를 참조로 하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 시스템의 구조도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 스마트 시스템(100)은 제1 센싱부(110)와 제2 센싱부(120) 그리고 제어부(130)를 포함한다. 제1 센싱부(110)는 조도 센서(111), 자이로 센서(112), 제1 초음파 센서(113) 및 제1 센서 위치 조절부(114)를 포함하고, 제2 센싱부(120)는 제2 초음파 센서(121) 및 제2 센서 위치 조절부(122)를 포함한다. 그리고 제어부(130)는 프로세서부(131)와 발광부(132)를 포함한다.

제1 센싱부(110)의 조도 센서(111)는 사용자 주변의 밝기를 센싱하여 주야간을 식별하기 위하여 센싱 신호를 발생한다. 조도 센서(111)가 주변의 밝기를 센싱하기 위해 센싱 신호를 발생하는 방법은 이미 알려진 사항으로, 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략한다.

자이로 센서(112)는 프로세서부(131)로부터 지팡이 기울기 값 획득 요청 신호를 수신하면, 지팡이의 기울기 값을 측정하기 위한 센싱 신호를 발생한다. 자이로 센서(112)가 지팡이의 기울기 값을 측정하기 위해 센싱 신호를 발생하는 방법은 이미 알려진 사항으로, 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략한다.

제1 초음파 센서(113)는 장애물 존재 여부에 따라 물체에 부딪혀 돌아오는 반사파 신호를 수신하여 전방의 장애물의 여부를 감지할 수 있도록 하기 위하여 초음파를 발생한다. 제1 초음파 센서(113)의 기능은 이미 알려진 사항으로, 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략한다.

그리고 제1 초음파 센서(113)는 제1 센서 위치 조절부(114)에 의해 초음파 센서의 초음파 발생 각도가 변경된다. 즉, 지팡이가 지면과 수직인 상태에서 정면으로 초음파를 발생하는 각도(지면과 90°)가 기본 각도라 가정하면, 지팡이가 지면과 45°로 기울어질 때 초음파 센서가 고정되어 있다면 초음파가 발생되는 각도 역시 변화하게 된다. 따라서 제1 초음파 센서(113)는 제1 센서 위치 조절부(114)의 동작에 의해 초음파를 발생하는 위치가 지면과 수평이 될 수 있도록 제1 초음파 센서(113)의 각도를 보정하게 된다.

여기서, 각도가 보정된 제1 초음파 센서(113)가 발생하는 초음파는 전방의 장애물을 탐지하기 위하여 초음파 센서(113)의 중앙을 기준으로 좌측 방향(이하 설명의 편의를 위하여 '제1 방향'이라 지칭함)으로 최대 22.5°에서 최소 7.5°, 그리고 초음파 센서(113)의 중앙을 기준으로 우측 방향(이하, 설명의 편의를 위하여 '제2 방향'이라 지칭함)으로 최대 22.5°에서 최소 7.5°의 각도로 초음파가 발생하는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 제1 초음파 센서(113)가 최초 발생하는 초음파 발생에 따라 장애물을 탐지하는 기준 탐지 각도를 45°이고, 장애물 탐지 여부에 따라 탐지 각도가 변경되는 것을 예를 들어 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다. 이때, 기준 탐지 각도가 45°가 될 경우, 제1 초음파 센서(113)의 중앙을 기준으로 제1 방향으로 최대 22.5°, 제2 방향으로 최대 22.5°씩, 초음파 발생의 변경 각도는 5°의 변화를 주며 발생되도록 하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.

제1 센서 위치 조절부(114)는 자이로 센서(112)가 확인한 지팡이의 기울기 값을 토대로, 이후 설명할 프로세서부(131)의 제어에 따라 제1 초음파 센서(113)의 각도를 조절한다. 본 발명의 실시예에서는 각각의 센서의 각도를 조절하기 위하여 센서 위치 조절부(114)가 모터로 구현되는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.

제2 센싱부(120)의 제2 초음파 센서(121)는 제1 센싱부(110)에 포함되어 있는 제1 초음파 센서(113)와 마찬가지로 초음파를 발생하여, 프로세서부(131)에서 전방의 장애물의 여부를 감지할 수 있도록 한다. 본 발명의 실시예에서는 제2 초음파 센서(121)와 제1 초음파 센서(113)가 동시에 초음파를 발생하는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.

그리고 제2 초음파 센서(121)는 제1 센서 위치 조절부(122)에 의해 초음파 센서의 초음파 발생 각도가 변경되도록 각도가 보정된다. 여기서, 각도가 보정된 제2 초음파 센서(121)가 발생하는 초음파는 제2 초음파 센서(121)의 중앙을 기준으로 제1 방향으로 최대 45°에서 최소 15°, 그리고 제2 방향으로 최대 45°에서 최소 15°의 각도로 초음파가 발생하는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 제2 초음파 센서(121)가 최초 발생하는 초음파 발생에 따라 장애물을 탐지하는 기준 탐지 각도를 45°이고, 장애물 탐지 여부에 따라 탐지 각도가 변경되는 것을 예를 들어 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다. 이때, 기준 탐지 각도가 45°가 될 경우, 제2 초음파 센서(121)의 중앙을 기준으로 제1 방향으로 최대 22.5°, 제2 방향으로 최대 22.5°까지, 초음파 발생의 변경 각도는 5°의 변화를 주며 발생되도록 하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.

제2 센서 위치 조절부(122)는 자이로 센서(112)가 확인한 지팡이의 기울기 값을 토대로, 프로세서부(131)의 제어에 따라 제2 초음파 센서(121)의 각도를 조절한다.

제어부(130)의 프로세서부(131)는 센서로부터 입력 값을 받아들여 LED와 같은 발광부(132)나 모터와 같은 센서 위치 조절부(114, 122)등의 전자 장치들을 제어하는 것으로, 프로세서부(131)에 다양한 센서들을 연결하여 동작을 제어한다. 즉, 프로세서부(131)는 조도 센서(111)가 발생한 센싱 신호인 밝기 정보를 받아들여 주간 또는 야간 여부를 감지하고, 야간으로 감지하는 경우 지팡이의 제2 위치에 구비되어 있는 발광부(132)의 상태가 오프(Off) 상태에서 온(On) 상태로 변경되도록 제어한다. 이와 반대로 야간으로 감지한 상태에서 사용자의 이동에 따라 주간으로 감지하게 되면(예를 들어, 실내 진입 등), 온 상태의 발광부(132) 상태를 오프 상태가 되도록 제어한다.

또한, 프로세서부(131)는 자이로 센서(112)에서 센싱한 기울기 값을 수신하여, 지팡이의 기울기 값을 확인한다. 그리고 확인한 지팡이의 기울기 값을 토대로 복수의 초음파 센서(113, 121)의 각도가 조절되도록 센서 위치 조절부(114, 122)를 제어한다.

그리고 프로세서부(131)는 외부로부터 지팡이 세팅 요청 신호가 입력되면, 자이로 센서(112)로 지팡이의 기울기 값을 측정할 것을 요청한다. 여기서 외부로부터 입력되는 지팡이 세팅 요청 신호는, 지팡이를 사용하는 사용자가 지팡이의 일측에 포함되어 있는 세팅 버튼(도면 미도시)을 누름과 동시에 발생되며, 세팅 요청 신호를 어느 하나의 형태로 한정하지 않는다.

또한, 프로세서부(131)는 초음파 센서(113, 121)로부터 발생한 초음파에 대한 반사파인 초음파 신호를 수신하면, 수신한 초음파 신호를 토대로 장애물과의 거리 정보와 높이 정보를 사용자인 시각 장애인에게 다양한 형태(예를 들어, 진동, 음성 알림 등)로 알려주어 사용자가 장애물의 존재 여부를 파악할 수 있도록 하기 위하여 사용자가 착용한 장치(도면 미도시, 예를 들면 이어폰, 진동기 등)로의 감지 신호를 전달한다. 그리고, 본 발명의 실시예에서는 프로세서부(131)로 아두이노(arduino)를 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.

발광부(132)는 조도 센서(111)의 센싱 값에 따라 프로세서부(131)가 현재 야간으로 확인한 경우, 프로세서부(131)의 제어에 따라 오프 상태에서 온 상태로 변경되어 빛을 발광한다. 반대로 야간에 외부에서 활동하다가 빛이 있는 댁내 또는 상점 등으로 사용자가 진입하는 경우 프로세서부(131)는 주간으로 확인하게 되고, 프로세서부(131)의 제어에 따라 온 상태였던 발광부(132)는 오프 상태로 상태가 변화되어 빛의 발광을 중단한다. 본 발명의 실시예에서는 발광부(132)가 LED 등으로 구현되는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.

이상에서 설명한 스마트 시스템의 초음파 센서의 각도 변화와, 각도 변화에 따른 탐지 범위에 대해 도 3 내지 도 6을 참조로 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서의 각도 변화를 나타낸 예시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 사용자의 신체 조건이나 사용자가 이용하는 지팡이의 지면과의 기울기에 따라, 지팡이에 복수개 설치되어 있는 초음파 센서(113, 121)의 위치 조정이 필요하다. 본 발명의 실시예에서는 두 개의 초음파 센서(113, 121)만을 예로 하여 설명하나 초음파 센서(113, 121)의 수가 2개로 한정되는 것은 아니다.

초음파 센서(113, 121)의 위치 조정은 센서 위치 조절부(114, 122)의 구동을 통해 수행된다. 센서 위치 조절부(114, 122)는 자이로 센서(112)가 수집한 지팡이의 기울기 정보를 프로세서부(131)가 수신한 뒤, 센서 위치 조절부(114, 122)로 초음파 센서(113, 121)의 위치 조절이 이루어지도록 제어함으로써 이루어진다. 초음파 센서(113, 121)는 위치가 조절된 뒤에는 초음파 센서(113, 121)의 중앙을 기준으로 상하 미리 설정된 각도(제1 방향과 제2 방향으로 각각 최소 7.5°에서 최대 22.5°까지, 제1 방향과 제2 방향 합계 최소 15°에서 최대 45°까지) 내에서 전방의 장애물을 탐지하게 되며, 탐지 각도의 범위에 대해 도 4를 참조로 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서의 탐지 각도 범위에 대한 예시도이다.

사용자의 움직임에 따라 주변 환경이 계속 변화된다. 이에 좁은 공간에서는 탐색 범위를 좁혀 정확한 탐지를 수행하고, 넓은 공간에서는 탐색 범위를 넓혀 안정성을 더 확보할 필요성이 있다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 초음파 센서(113, 121)는 전방의 장애물을 탐지하기 위하여, 초음파 센서(113, 121)의 중앙을 기준으로 최대 45°에서 최소 15°의 탐지 범위를 갖는 것을 예로 하여 설명한다. 그리고 장애물 탐지를 위해 초음파가 발생하는 각도는 5°씩 이동하도록 예를 들어 설명한다.

본 발명의 실시예에서는 탐지 범위 각도가 기본 설정 각도로 45°(제1 방향으로 22.5°, 제2 방향으로 22.5°)인 것을 예로 하여 설명하며, 한번의 탐지 주기가 끝날 때마다 장애물 탐지 횟수를 토대로 각도 범위를 조정한다. 여기서 탐지 주기라 함은, 탐지 범위 각도 내에서 5°씩 조절하여 탐지 범위 각도까지 측정하는 총 횟수를 의미하며, '탐지 범위 각도 / 5°'로 계산된다. 예를 들어, 기본 설정 각도가 45°인 경우에는, 0°에서 한번 탐지하고, 5°에서 두 번째 탐지하는 식으로 하여 45°까지 총 10번을 측정하게 되는데, 이때 10번이 탐지 주기가 된다.

그리고 탐지 주기가 종료된 시점에서 장애물이 탐지된 횟수가 주기의 30% 이하이면, 즉 45°에서 탐지 주기인 10번 중 30%에 해당하는 3번 이하로 장애물이 탐지되었다면, 탐지 범위를 5° 증가시켜 탐지 범위가 50°가 되도록 하여 넓은 범위를 탐지한다. 반면, 탐지된 횟수가 주기의 70% 이상이면, 즉 45°에서 탐지 주기인 10번 중 70%에 해당하는 7번 이상 장애물이 탐지되었다면, 탐지 범위를 5°감소시켜 탐지 범위가 40°가 되도록 수정하여 기준 탐지 범위보다 좁은 범위에서 장애물을 탐지하도록 한다.

이렇게 변화된 초음파 센서(113, 121)의 탐지 각도 범위에 따라 변경된 장애물 탐지 범위에 따라 장애물이 탐지되는 예에 대해 도 5를 참조로 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서의 탐지 범위 조정에 따른 장애물 탐지 범위에 대한 예시도이다.

도 5의 (a)는 탐지 범위가 45°인 경우의 장애물 탐지 범위에 대한 것이고, 도 5의 (b)는 탐지 범위가 20°인 경우의 장애물 탐지 범위에 대한 것이다. 또한, 초음파 센서(113, 121)의 탐지 범위가 조정되면, 탐지 범위가 45°인 경우와 20°인 경우의 탐지 거리는 초음파 센서(113, 121)의 위치에 따라 달라진다.

본 발명의 실시예에서는 초음파 센서(113, 121)의 탐지 범위에 따른 탐지 거리를 다음 표 1과 같이 정의될 수 있다. 표 1에 나타낸 탐지 거리는 지팡이의 기울기에 상관없이 초음파 센서를 통해 탐지할 수 있는 최대 탐지 거리를 나타낸 것이다.

탐지 범위 각도	최소 탐지 거리	상단 최대 탐지	하단 최대 탐지
15~25	50cm	2m	1m
25~35	50cm	3m	2m
35~45	50cm	4m	3m

예를 들어, 도 5의 (a)와 같이 탐지 범위가 45°인 경우, 제1 초음파 센서(113)의 최대 탐지 거리는 4m가 되기 때문에, 멀고 넓은 범위의 장애물 탐지가 가능하나, 사용자의 주행에 영향을 끼치지 않는 많은 장애물이 탐지될 수도 있다. 따라서, 초음파 센서의 탐지 범위를 순차적으로 줄여가며 도 5의 (b)와 같이 탐지 범위를 20°로 줄이면, 최대 탐지 거리가 2m가 되어 사용자 주행에 영향을 끼지는 장애물의 정확한 탐지가 가능해진다.

도 4 및 도 5에서 설명한 탐지 범위의 각도와 탐지 범위의 거리가 조정된 후, 초음파 센서(113, 121)에 의한 장애물 탐지에 대해 도 6을 참조로 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서의 센싱 방법에 대한 예시도이다.

도 6에는 지팡이가 지면에서 45°정도 기울어져 있는 경우의 전방 장애물을 감지하는 거리를 나타낸 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 초음파 센서(113)는 45°각도에서 2m 정도를 측정하는 것을 예로 하여 설명한다. 그리고 제2 초음파 센서(121)는 45°각도에서 1m 전방의 장애물을 탐지하는 것을 예로 하여 설명한다.

초음파 센서(113, 121)에서 생성되는 초음파의 속도는 '(331.5+(0.6*온도)) m/s' 로 계산되고, 온도를 20도라 가정하면 343.5m/s의 초음파가 생성된다. 보통 초음파 센서(113, 121)에서 계산되는 값은 ㎲ 단위로, 생성된 초음파를 cm/㎲로 변환하면 0.03435cm/㎲로 계산된다. 여기서 온도에 대한 사항은 초음파 센서(113, 121)가 장애물 탐지 시 필요한 파라미터로, 이미 알려진 사항이므로 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략한다.

그리고 초음파가 초음파 센서(113, 121)로부터 출력되어 도 6에 도시한 거리만큼 도달하였다가 다시 초음파 센서(113, 121)가 구비된 지팡이로 돌아옴으로써, 실제 거리는 계산된 값의 반이 된다. 따라서, 초음파 센서(113, 121)가 확인한 장애물까지의 최종 거리는 '0.03435cm/㎲*측정된 시간/2'가 된다.

다음은 스마트 시스템(100)의 동작을 통해 시각 장애인인 사용자에게 전방 장애물의 탐지 여부를 알려주는 동작 방법에 대해 도 7을 참조로 설명한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 시스템의 동작에 대한 흐름도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 지팡이의 사용자가 지팡이의 일측에 설치된 세팅 버튼(도면 미도시)을 눌러 지팡이의 세팅을 요청하면, 프로세서부(131)는 세팅 요청 신호를 수신한다(S100). 프로세서부(131)는 세팅 요청 신호를 수신하면 자이로 센서(112)로 지팡이의 기울기 측정을 요청한다. 자이로 센서(112)는 지팡이 기울기 값을 획득하기 위하여 센싱 신호를 발생하고, 프로세서부(131)는 센싱 신호를 토대로 지팡이의 기울기 값을 측정한다(S110).

S110 단계에서 프로세서부(131)가 지팡이의 기울기 값을 측정하면, 프로세서부(131)는 센서 위치 조절부(114, 122)로 측정값을 전달하여 초음파 센서(113, 121)의 센서 방향이 조정되도록 요청한다(S120). 본 발명의 실시예에서는 두 개의 초음파 센서(113, 121)가 지팡이에 설치되는 것을 예로 하여 설명하므로, 두 개의 초음파 센서(113, 121) 각각에 연결되어 있는 센서 위치 조절부(114, 122)로 센서 방향 조정을 위한 제어 신호를 전송한다.

초음파 센서(113, 121)의 방향이 조정된 상태에서, 발생한 초음파의 두 개의 반사파를 수신한 프로세서부(131)는 장애물 존재 여부를 확인한다(S130). 여기서 장애물 존재 여부를 확인하기 위하여 초음파를 발생하여 탐지 각도를 조정하는 방법에 대해 도 8을 참조로 먼저 설명한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 탐지 각도 조정 방법에 대한 흐름도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 프로세서부(131)는 기본 설정 각도를 확인하고(S131), 초음파 센서(113, 121)에서 발생된 초음파에 대한 반사파를 수신한다(S132). 그리고 반사파 수신 횟수를 토대로 탐지 주기가 종료되었는지 확인한다(S133). 본 발명의 실시예에서는 기본 설정 각도를 45°라 가정하였으므로, 탐지 주가는 10회가 되고, 이에 따른 반사파 수신 수는 10번이 된다.

따라서, 반사파를 수신한 수가 10번이 안 될 경우에는 S132 단계에서 발생하는 반사파를 계속 수신한다. 그러나, 반사파 수신 횟수가 10회인 경우에는, 프로세서부(131)는 반사파를 통해 장애물 탐지 횟수를 확인한다(S134). 그리고 확인한 장애물 탐지 횟수가 미리 설정한 기준치와 비교한다(S135). 본 발명의 실시예에서는 미리 설정한 기준치를 제1 기준치는 탐지 횟수의 70%로, 제2 기준치는 탐지 횟수의 30%라 설정하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.

만약 S135 단계에서 확인한 결과, 장애물 탐지 횟수가 제1 기준치인 70% 이상 즉, 10번 장애물 탐지 횟수 중 7번 이상에서 장애물이 탐지된 것으로 확인하였다면, 프로세서부(131)는 탐지 범위를 미리 설정한 각도(5°)만큼 감소시킨다(S136). 반면 S135 단계에서 확인한 결과, 장애물 탐지 횟수가 제2 기준치인 30% 이하, 즉, 10번 장애물 탐지 횟수 중 3번 이하로 장애물이 탐지된 것으로 확인하였다면, 프로세서부(131)는 탐지 범위를 미리 설정한 각도만큼 증가시켜 넓은 범위의 영역에 대한 장애물 탐지가 이루어지도록 한다(S137).

S136 단계 또는 S137 단계에 따라 탐지 범위가 조절되면, 프로세서부(131)는 조절된 탐지 범위에서 다시 장애물을 탐지하기 위한 초음파가 발생되도록 초음파 센서를 제어한다(S138).

이와 같은 절차를 통해 탐지 범위의 각도를 조정하면서 장애물 존재 여부를 확인하면서, 상기 도 7에 나타낸 바와 같이 프로세서부(131)는 제1 초음파 센서(113)와 제2 초음파 센서(121)에서 발생한 초음파에 의해 모두 장애물이 감지되었는지 여부를 확인한다. 만약 두 초음파 센서(113, 121)에서 모두 장애물이 감지된 것으로 확인하면, 프로세서부(131)는 전방에 벽과 같이 통과할 수 없는 장애물이 존재하는 것으로 인식한다. 반면에 제1 초음파 센서(113)나 제2 초음파 센서(121) 중 제2 초음파 센서(121)에서 발생한 초음파에 의해 장애물이 감지되었다면, 턱과 같이 통과할 수 있는 장애물로 인식하고, 제1 초음파 센서(113)에서 발생한 초음파에 의해 장애물이 감지되었다면 간판과 같은 장애물이 있는 것으로 인식한다.

S130 단계에서 장애물 존재 여부를 확인하면, 프로세서부(131)는 장애물에 따라 사용자에게 다양한 형태의 알림 신호를 제공한다(S140). 장애물의 형태와 사용자와의 거리에 따라 다양한 형태의 알림 신호가 제공되며, 본 발명의 실시예에서는 다음 표 2에 나타낸 바와 같이 사용자가 소지한 진동 발생 장치(도면 미도시)를 통해 진동이 발생하는 것을 예를 들어 설명한다.

	짧은 거리 탐지	긴 거리 탐지
높은 탐지	긴 진동 한 번	짧은 진동 한 번
낮은 탐지	긴 진동 두 번	짧은 진동 두 번

예를 들어, 장애물이 벽과 같이 통과할 수 없는 형태라고 확인하면, 프로세서부(131)는 사용자가 소지한 진동 발생 장치(도면 미도시)를 통해 진동이 한 번만 발생하도록 제어하여, 지나갈 수 없음을 알려준다. 이와 유사하게 장애물이 턱과 같이 통과할 수 있는 장애물인 경우에는 진동 발생 장치를 통해 진동이 두 번 발생하도록 제어하여 낮은 장애물이 존재한다는 것은 사용자에게 알려준다.

여기서, 장애물의 통과 가능 여부에 대한 알림은 진동의 횟수로 알려주고, 장애물이 사용자를 기준으로 어느 정도 떨어져 있는지를 알려주는 방법으로는 진동의 길이로 조절한다. 예를 들어, 표 2에 나타낸 바와 같이, 사용자와 장애물 사이의 거리가 가까운 경우에는 진동을 길게 주고, 사용자와 장애물 사이의 거리가 먼 경우에는 진동을 짧게 끊어준다.

이때, 사용자와 장애물 사이의 거리가 멀고 가까움의 기준은 어느 하나로 한정하지 않는다. 그러나 본 발명의 실시예에서는 사용자를 기준으로 1m 이내에 장애물이 있는 경우에는 장애물이 가까이 있는 것으로, 사용자를 기준으로 1m 이상 탐지 범위 이내에 장애물이 있는 경우에는 멀리 있는 것으로 인식하는 것을 예로 하여 설명한다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims

시각 장애인을 위한 스마트 시스템에 있어서,
지팡이의 제1 위치에 설치되어, 시각 장애인의 주변 밝기를 센싱하기 위한 센싱 신호를 발생하거나, 지팡이와 지면과의 각도를 측정하기 위한 센싱 신호를 발생하고, 장애물 탐지를 위한 제1 초음파를 발생하는 제1 센싱부;
상기 지팡이의 제2 위치에 설치되어, 장애물 탐지를 위한 제2 초음파를 발생하는 제2 센싱부; 및
상기 제1 센싱부에서 발생한 센싱 신호를 토대로 지팡이의 각도를 측정하고, 측정한 지팡이의 각도를 토대로 상기 제1 센싱부와 제2 센싱부를 제어하며, 상기 제1 초음파와 제2 초음파에 대한 복수의 반사파를 이용하여 장애물 유무를 확인하는 제어부
를 포함하는 스마트 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 센싱부는,
상기 지팡이를 소지한 시각 장애인의 주변 밝기를 센싱하여 주야간을 식별하기 위하여 센싱 신호를 발생하는 조도 센서;
상기 지팡이의 기울기 값 측정을 위한 센싱 신호를 발생하는 자이로 센서;
상기 장애물 탐지를 위한 제1 초음파를 발생하고, 제1 센서 위치 조절부의 제어에 따라 초음파 발생 위치가 조절되는 제1 초음파 센서; 및
상기 제어부로부터 상기 지팡이의 기울기 값이 포함된 제어 신호를 수신하면, 상기 제어 신호를 토대로 상기 제1 초음파 센서의 각도를 조절하는 상기 제1 센서 위치 조절부
를 포함하는 스마트 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제2 센싱부는,
상기 장애물 탐지를 위하여 제2 초음파를 발생하고, 제2 센서 위치 조절부의 제어에 따라 초음파 발생 위치가 조절되는 제2 초음파 센서; 및
상기 제어부로부터 상기 지팡이의 기울기 값이 포함된 제어 신호를 수신하면, 상기 제어 신호를 토대로 상기 제2 초음파 센서의 각도를 조절하는 제2 센서 위치 조절부
를 포함하는 스마트 시스템.
제3항에 있어서,
상기 조도 센서가 발생한 센싱 신호를 토대로 주야간을 식별하여 발광부 제어 신호를 생성하고, 상기 자이로 센서가 발생한 센싱 신호를 토대로 상기 지팡이의 기울기 값을 측정하고, 측정한 기울기 값을 포함하는 상기 제1 초음파 센서 및 제2 초음파 센서의 위치를 조절하는 제어 신호를 생성하여 상기 제1 센서 위치 조절부 및 제2 센서 위치 조절부에 각각 전송하며, 상기 제1 초음파와 제2 초음파에 대한 복수의 반사파를 토대로 장애물의 유무를 탐지하는 프로세서부; 및
상기 프로세서부가 생성한 발광부 제어 신호를 토대로 빛을 발생하거나 발생중인 빛이 소등되도록 상태를 변경하는 발광부
를 포함하는 스마트 시스템.
제4항에 있어서,
상기 프로세서부는,
외부로부터 입력되는 지팡이 세팅 요청 신호를 토대로 상기 자이로 센서로 지팡이의 기울기 값을 측정하기 위한 센싱 신호의 발생을 요청하고,
상기 제1 초음파 센서와 제2 초음파 센서에서 각각 발생한 제1 초음파 및 제2 초음파에 대한 복수의 반사파를 수신하면, 수신한 반사파를 토대로 장애물과의 거리와 장애물의 크기에 따라 상이한 알림 신호를 생성하여, 상기 시각 장애인이 소지한 알림 장치로 전달하는 스마트 시스템.
스마트 시스템이 시각 장애인 전방의 장애물을 감지하는 방법에 있어서,
상기 스마트 시스템은 자이로 센서, 조도 센서, 복수의 초음파 센서, 복수의 초음파 센서 각각에 연결된 복수의 센서 위치 조절부 및 프로세서부를 포함하고,
외부로부터 상기 시각 장애인이 소지한 지팡이의 세팅 요청 신호가 입력되면, 상기 자이로 센서로부터 생성된 센싱 신호를 토대로 상기 프로세서부가 상기 지팡이의 기울기 값을 측정하는 단계;
상기 프로세서부가 상기 측정한 지팡이의 기울기 값을 토대로 복수의 센서 위치 조절부로, 복수의 초음파 센서의 센서 방향 조정을 위한 제어 신호를 전달하는 단계;
방향이 조정된 복수의 초음파 센서에서 각각 발생한 초음파에 대한 반사파를 토대로 상기 시각 장애인의 전방에 장애물 존재 유무를 확인하는 단계; 및
장애물이 존재하는 경우 상기 프로세서부는 시각 장애인이 소지한 알림 장치를 통해 알림이 발생하도록 제어하는 단계
를 포함하는 장애물 감지 방법.
제6항에 있어서,
상기 장애물 존재 유무를 확인하는 단계는,
상기 프로세서부가 미리 설정된 기본 설정 각도를 확인하는 단계;
상기 복수의 초음파 센서에서 각각 발생한 초음파에 대한 반사파를 수신하는 단계;
상기 반사파가 수신된 횟수를 토대로 탐지 주기가 종료되었는지 확인하는 단계;
탐지 주기가 종료되었다면, 상기 수신한 반사파로부터 장애물이 탐지된 횟수와 미리 설정된 제1 기준치 또는 제2 기준치와 비교하는 단계;
장애물이 탐지된 횟수가 상기 제1 기준치 이상이면, 상기 미리 설정된 기본 설정 각도를 좁혀 탐지 범위가 감소되도록 조절하는 단계; 및
장애물이 탐지된 횟수가 상기 제2 기준치 이하이면, 상기 미리 설정된 기본 설정 각도를 넓혀 탐지 범위가 넓어지도록 조절하는 단계
를 포함하는 장애물 감지 방법.
제7항에 있어서,
상기 탐지 주기는 상기 기본 설정 각도를 미리 설정된 각도로 나눈 값으로 계산되며,
상기 기본 설정 각도는 장애물 탐지를 위해 초음파가 발생되는 각도를 의미하는 장애물 감지 방법.
제6항에 있어서,
상기 알림은 상기 장애물과 시각 장애인 사이의 거리와 장애물의 통과 여부에 따라 복수의 알림 형태로 시각 장애인에게 전달되는 장애물 감지 방법.
제6항에 있어서,
상기 조도 센서에서 발생한 센싱 신호를 토대로 시각 장애인의 주변 환경이 제1 상태인지 제2 상태인지 확인하는 단계;
상기 주변 환경이 제1 상태이면 지팡이에 설치된 발광부에서 빛이 발생하지 않도록 상태를 제어하는 단계;
상기 주변 환경이 제2 상태이면 상기 발광부에서 빛이 발생하도록 상태를 제어하는 단계; 및
상기 주변 환경이 제2 상태에서 제1 상태로 변경되면, 빛이 발생하던 상태에서 발생하지 않는 상태로 변경되도록 제어하는 단계
를 포함하는 장애물 감지 방법.