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[2020] 휠체어 사용자(노약자, 환자, 장애인)의 야외활동을 위한 외출용 기능성 휠체어 개발
과제내용
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- 수행기업
- 위시본
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- 대표자
- 이진욱
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- 개발목표
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- 정성적목표
- 정량적목표
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- 개발내용
□ 개발 목표
○ 연구개발 최종 목표
- 휠체어 사용자가 차량에 승/하차 시 1인의 보호자에 의해 안전하고 편리하게 승/하차할 수 있는 사용자 친화형 외출용 휠체어 개발
- 개발하고자 하는 외출용 휠체어는 기존의 휠체어와 달리 사용자의 안전한 차량 승/하차가 가능한 기능성 휠체어로 야외활동 시 가장 큰 문제가 되는 문제를 해결함으로써 사용자와 보호자의 편의성을 확보한 외출용 휠체어임
- 휠체어 사용자의 야외활동 시 가장 큰 제약사항인 차량 탑승 문제를 해결할 수 있는 휠체어 개발 및 사업화를 통해 다가오는 고령화 시대에 거동이 불편한 휠체어 사용자 및 보호자의 삶의 질 향상에 기여
○ 연구개발 목표 운용 시나리오
- 요양병원에서 공용 물품으로 관리하며 입원환자의 외출 시에만 대여하는 형태로 운용함으로써, 기존의 장애인/환자 이동지원 서비스의 공급 부족 문제를 해소하며 요양원 환자의 자유로운 야외활동을 위한 대안 제시
- 휠체어 사용자 외출 시 보호자 1명이 편리하고 안전하게 사용자를 차량에 승/하차 시킬 수 있으며, 구동부는 접이식으로 개발하여 휠체어 1대로 야외활동이 가능하게 함
- 차량 높이에 따라 시트 높이를 조절할 수 있으며, 전동 액츄에이터를 탑재하여 보호자가 휠체어 사용자를 직접 들어 올릴 필요 없이 컨트롤러로 간편하고 안전하게 높이 조절이 가능함
- 상기 운용 시나리오와 같이 휠체어에 탑승한 상태에서 차량 승/하차가 가능한 외출용 휠체어로, 2단 시저 리프트의 동작 메커니즘을 모사하여 사용자가 착석하고있는 시트 전체를 차량에 거치하는 형태로 승차가 가능함□ 개발 필요성○ 인구 고령화에 따른 요양병원 환자 증가- 우리나라 전체 인구 가운데 고령 인구 비중이 급격하게 증가하고 있으며, 65세 이상인 고령 인구 비중은 2030년의 약 1,270만 명에 달해 전체 인구 가운데 24.3%로 예상됨.- 고령화 사회에서의 기대수명증가에 따른 자산의 축적, 활용 등과 관련한 고령 친화 산업의 중요성에 관한 관심이 증가하고 있으며, 국외의 경우 관련 연구가 활발히 이루어지고 있음.- 한국의 고령 인구 비중은 2020년 15.79%에서 2050년 39.8%까지 전 세계에서 가장 빠른 속도로 증가할 전망이며, 이는 유엔의 201개국에 대한 세계인구전망과 통계청의 장래인구특별추계를 비교·분석한 결과임.- 인구 고령화에 따라 자연스럽게 요양병원 및 요양환자의 수도 증가하고 있음- 전국의 요양병원 수는 2019년 기준으로 총 1577곳으로 집계되었으며, 65세 이상 고령 인구수는 7,650,408명으로 집계됨.○ 휠체어 사용자의 외출 제한- 인구 고령화로 인해 최근 요양병원이 폭발적으로 증가하고 있으며, 휠체어를 사용하는 요양병원 환자 또한 증가하고 있음- 일반적인 요양병원의 경우 최소 50% 이상의 요양병원 입원환자가 운동능력이 떨어져 휠체어를 사용하고 있음- 이러한 휠체어 사용자는 거동이 불편하므로, 휠체어에 탑승한 채로 외출해야 하나 차량 승/하차 시 발생할 수 있는 안전사고 등으로 인해 외출이 자유롭지 못함- 협소한 차량 탑승 공간에 환자를 태우기 위해서는 보호자 혹은 전문보호사가 직접 들어서 태워야 하지만, 작은 충격에도 골절 등의 심각한 부상을 초래할 수 있기 때문에 외출 자체가 제한적임- 정부는 이러한 휠체어 사용자들을 위해 휠체어 사용자의 이동을 지원하는 서비스를 지자체별로 운영하고 있지만, 공급 부족 문제로 이용이 제한적임- 현재 운영 중인 ‘장애인/환자 이동지원 서비스’는 서비스 공급량이 심각히 부족한 상황으로, 공평성을 위해 예약제를 운영하지 않는 만큼 1회 이용 시 대기시간이 평균 1~2시간 이상임- 이중 부산에서 운영 중인 ‘두리발’ 서비스는 평일 평균 130대가 교대 운행되고 있으며, 주말 및 공휴일에는 평균 85대 정도가 운행되고 있음- 이런 ‘장애인/환자 이동 지원 서비스’의 공급 부족 문제는 비단 부산뿐 아니라 경남/경기/서울 등 요양병원의 밀집도가 높은 지역에서 공통적으로 발생하는 현상임- 경남의 경우 교통 약자 이동 지원 서비스인 휠체어 택시를 운영하고 있으나 인구에 비해 차량 대수가 현저히 부족하고, 이용시간이 제한되는 등 실질적인 이용을 위한 제약사항이 있음□ 개발 내용○ 성능 요구사항 도출- 개발하고자 하는 제품은 기존의 휠체어 사용자들이 차량 승/하차 시 겪는 불편함과 위험성을 해소하기 위한 외출용 휠체어로, 기존이 휠체어가 갖는 편의성을 유지하며 차량 승/하차를 위한 기능 요소가 구현되어야 함- 기존 휠체어의 편의성 유지와 차량 승/하차 기능 구현을 위한 다양한 요구조건들을 도출하고 그 중 상호 충돌이 일어나는 요소들을 조율하는 등 ‘차량 승하차가 가능한 ‘외출용 휠체어’로서의 성능 요구사항의 정립이 필요함- 5단계의 성능 요구사항 도출 과정을 통해 최종 성능 요구치를 설정하고 각 기구부의 상세 설계 진행- 도출된 요구조건을 반영하여 각 기구부 상세 설계 및 개발- 접이식 구조 적용 및 제품 경량화를 위해 기구부 프레임 블록(Block)단위 설계- 각각의 기능 개발에 있어 요구 강도를 저해하지 않는 범위 내에서 공용 부품 사용량을 늘려 생산단가를 감소- 경차(스파크, 모닝 등)부터 SUV까지의 일반 승용차에 범용적으로 사용할 수 있도록 기능부의 크기와 동작 범위 최적화○ 외출용 휠체어 상세 설계 및 개발_1차 시제품① 하단 지지부- 사용자 무게를 포함한 전체 휠체어 하중 지지부- 차량 승/하차를 위해 휠체어 상단부 회전을 위한 흰지 구조 탑재- 상단부의 회전과 더불어 상/하단부를 이격시킴으로써 노면의 충격을 흡수하여 승차감을 향상시킬 수 있도록 설계- 전방부는 승/하차 시 차량 아래로 들어가는 부분으로 한국 차고 기준인 12cm 이하로 설계하여 차종과 무관하게 차량 아래로 삽입 가능- 야외 운용을 주 목적으로 하는 외출용 휠체어기 때문에 휠체어 프레임과 지면과의 거리를 높일 수 있는 구동 바퀴의 결속 구조에 대한 추가적인 연구 및 적용이 필요② 상단부- 사용자 착석 시트를 상/하로 조절할 수 있는 높이 조절부- 지게차의 캐리지 구조를 적용하여, 사용자가 착석한 시트 하단으로 지지대를 삽입, 그대로 시트 전체를 들어 올릴 수 있는 구조- 상/하 조절은 전동실린더로 구현하여 보호자 1명이 버튼조작으로 운용 가능- 지게차가 화물을 들어올릴 때 사용하는 팔렛트 구조를 적용하여 설계- 상/하로 움직이는 상단부는 전체 프레임을 일체형으로 설계 및 제작하여 착석 시트의 흔들림과 기울임을 방지할 수 있는 구조로 설계- 경차부터 SUV까지의 차량에 사용이 가능하도록 상/하 스트로크 지정- 현재 40 ~ 80cm 까지 높이조절이 가능하도록 설계되었으나, 성능 요구조건 도출을 통해 최종적인 필요 스트로크와 조절 가능한 최소, 최대 높이에 대한 기준을 설정할 계획임③ 착석 시트- 착석 시트와 시트 트레이 사이 흰지 구조를 통해 시트 전체를 좌/우 회전 가능- 휠체어에 착석한 상태에서 시트를 옆으로 돌려 차량 승차 및 하차- 일반적으로 차량에 승차했을 때의 자세 그대로, 옆으로 진입하여 승차하고, 하차 시에도 차량에 탑승한 자세 그대로 하차한 후 시트를 다시 회전시켜 시트가 정면을 향할 수 있는 구조- 보호자 1명에 의해 차량 승/하차가 가능- 시트 회전을 위한 흰지 구조는 필요시에만 회전하고 휠체어 이동 시에는 하단 파렛트와 결속시켜 고정할 수 있는 걸쇠 구조 적용- 또한, 시트에 착석한 사용자는 거동이 불편한 노약자가 대부분으로, 시트 자체에 낙상사고를 방지할 수 있는 안전 및 자세고정용 벨트 장착- 개발하고자 하는 제품은 차량 승차 시 시트와 파렛트로 구성되는 착석부 일체를 차량 내에 거치하는 형태로, 거치 시 차량의 안전벨트 장치와 호환이 가능하도록 차량용 안전벨트 규격으로 벨트를 제작 및 탑재할 계획임④ 외골격 강도 개선 기법 연구- 개발하고자 하는 휠체어는 편리한 차량 승/하차를 위해 외골격이 ㄷ자 형상을 띄는 구조로, 착석시트에 성인 1명(60kg 이상)이 탑승하는 것을 고려하면 하중 지지에 불리한 구조임- 특히 사용자의 하중이 직접적으로 작용하는 지지대의 경우, 하중으로 인해 외골격의 휘게 되면 사용자의 낙상사고 등을 유발할 수 있기 때문에 외골격의 강도가 무엇보다 중요함- 또한 외출용 휠체어이니 만큼 휠체어의 자체의 휴대성을 확보해야 하기 때문에 재질의 강성만을 사용하기 보다는 하중을 분산시킬 수 있는 외골격 구조 연구를 통해 강성을 극대화 하고자 함- 선박 등 외프레임의 강도가 중요한 플랫폼에서 사용되는 열십자 지지구조를 외골격에 적용하여 최대 100kg 하중까지 휨 현상이 1cm 이하에 머무를 수 있도록 외골격의 강도개선 구조 적용⑤ 접이식 구조 연구 및 적용- 사용자 승차 이후 휠체어 구동부를 차량의 수납공간에 적재할 수 있도록 결속부의 접이식 구조 적용- 사용자 안정성을 저해하지 않는 범위 내에서 외골격의 전체 하중을 경량화하고, 또한 각 외골격 결속부에 접이 가능한 구조를 적용하여 최소한의 휴대성을 확보하고자 함- 차량 승/하차가 가능하도록 기능부의 구현을 우선적으로 진행한 후, 기능 동작을 위해 필수적인 구조 조건을 도출한 뒤 이를 회피하여 접이식구조 적용- 경차의 화물적재함에 적재가 가능한 크기를 목표로 하되, 필요 시 분리 적재가 가능하도록 접이식 방식과 조립방식을 병행하여 연구 및 적용할 계획임⑥ 높이 제어 시스템 개발- 시트를 거치하는 상단부 캐리지 구조 높이조절을 위한 높이 제어 시스템 개발- 추력 100kgf 성능의 전동 액츄에이터 및 제어 모듈 개발 및 탑재를 통해 일반적인 휠체어 사용 기준인 체중 100kg의 사용자까지 사용 가능하도록 개발- 양 끝단의 전동실린더의 구동 속도가 상이할 경우 상단부 캐리지 구조에 비틀림 현상으로 인한 변혁 혹은 파손을 방지하기 위한 전력 제어 보드(Power Distribution Board) 개발- 전도 액츄에이터의 정밀 제어를 위한 높이 제어 모듈 개발- 높이 조정 시 탑승자의 낙상 예방을 위해 정지 충격을 최소화하도록 즉시 정지 방식이 아닌, 1초 이내의 순차 정지 기능 개발- 동력부 및 제어모듈의 방수능력을 가벼운 우천까지 견딜 수 있도록 IPX4등급 수준의 방수능력 확보
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- 예상파급효과
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- 특이사항
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