장애물 감지장치, 이를 채용한 안전 자전거 및 안전 모자

장애물 감지장치, 이를 채용한 안전 자전거 및 안전 모자{Obstacle detection device and bicycle and helmet using the same}

본 발명은 소리를 이용한 장애물 감지장치, 이를 채용한 자전거, 및 안전 모자에 관한 것이다.

자전거는 교통수단, 레저 수단, 및 운동 수단으로서 널리 사용되고 있다. 자전거는 자동차와 달리 백미러나 사이드 미러와 같이 쉽게 뒤를 볼 수 있는 기능이 없어 후방 혹은 후측방에서 일어나는 일을 인지하기가 어렵다. 정상인의 경우 청각을 이용하여 경고음, 예를 들어 자동차의 경음기 소리 혹은 주변의 누군가가 외치는 소리를 듣고 상황을 인지하여 사고를 피할 수 있으나, 청각장애인은 후방에서 나는 경고음도 들을 수가 없으므로 정상인에 비해 사고의 위험에 많이 노출되어 있다. 자전거 교통사고에서 가장 흔한 꺾어진 골목길에서 갑자기 튀어나오는 자동차와의 추돌사고의 경우에도 정상인의 경우는 대부분 자동차 소리를 통해 기척을 느끼고 대처할 수 있으나 청각 장애인의 경우는 이러한 대처가 불가능해 시야가 많이 제한되는 골목길에서 사고를 당할 위험이 정상인에 비하여 높다.

자전거를 타는데 있어서 청각 장애인의 또 다른 불리한 점은 청각 장애인의 경우 평형감각에 문제가 있는 경우가 많다는 점이다. 사람의 평형감각을 담당하는 기관은 청각기관과 같이 존재하므로 청각기관에 문제가 있는 경우 평형감각에도 문제가 생기는 경우가 많다. 그러므로, 청각 장애인은 정상인보다 평형감각이 떨어져 균형을 잘 잡지 못해서 자전거를 배우기가 힘들고 타는 동안 쉽게 넘어질 수 있다.

본 발명은 장애물의 소리를 이용하여 장애물을 검지하고, 이를 비청각적 자극을 통하여 자전거 탑승자에게 전달할 수 있는 장애물 감지장치 및 이를 채용한 안전 자전거 및 안전 모자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 자전거의 기울기를 검지하고 이를 탑승자에게 비청각적 자극을 이용하여 전달할 수 있는 안전 자전거를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 장애물 감지장치는, 자전거에 장착되는 장애물 감지장치로서, 탑승자 주위의 장애물로부터 발생되는 소리를 감지하는 적어도 하나의 마이크로폰; 상기 탑승자의 촉각을 자극하는 자극 수단; 상기 마이크로폰의 검지신호로부터 장애물의 존재 여부를 감지하고 상기 자극 수단을 구동하는 제어유닛;을 포함한다.

상기 자극수단은 상기 탑승자의 양 손과 둔부 중 적어도 한 곳에 촉각신호를 전달할 수 있다.

상기 마이크로폰은 후방의 소리를 감지하는 후방 마이크로폰을 포함하며, 상기 자극 수단은 상기 자전거의 안장과 전륜의 방향을 조절하는 조향 프레임 중 적어도 한 곳에 설치되어 촉각을 자극하는 후방 진동부재를 포함할 수 있다.

상기 마이크로폰은, 후방, 좌측방향, 우측방향의 소리를 각각 감지하는 후방, 좌방, 및 우방 마이크로폰;을 포함하며, 상기 자극 수단은, 상기 자전거의 안장과 전륜의 방향을 조절하는 조향 프레임의 좌우측에 각각 설치되어 촉각을 자극하는 후방, 좌방, 및 우방 진동부재를 포함하며, 상기 제어유닛은 상기 제1 내지 제3마이크로폰의 검지신호로부터 후방, 좌측방향, 우측방향의 장애물 여부를 감지하고, 각각의 경우에 상기 후방, 좌방, 및 우방 진동부재를 선택적으로 구동하여 탑승자에게 촉각신호를 전달할 수 있다.

상기 제어유닛은 상기 후방, 좌방, 및 우방 마이크로폰의 검지신호를 비교하여 좌후방, 우후방의 장애물 유무를 결정하고, 각각의 경우에 상기 후방 및 좌방 진동부재 또는 상기 후방 및 우방 진동부재를 조합하여 구동하여 탑승자에게 촉각신호를 전달할 수 있다.

상기 제어유닛은, 상기 검지신호의 레벨이 기준 레벨 이상인 경우 장애물이 있는 것으로 판별할 수 있다.

상기 제어유닛은 복수의 음향 패턴이 저장된 저장부를 구비하며, 검지신호의 패턴과 상기 복수의 음향 패턴을 비교하여 장애물 여부를 판별할 수 있다. 상기 제어유닛은, 상기 검지신호의 레벨이 기준 레벨 이상인 경우 장애물이 있는 것으로 판별할 수 있다. 상기 음향 패턴은 경적음의 음향 패턴과 교통수단의 운전음의 음향 패턴 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 안전 자전거는, 전륜, 후륜, 안장, 및 상기 전륜의 방향을 조절하기 위한 조향 프레임, 및, 상술한 장애물 감지장치를 구비한다.

상기 안전 자전거는, 상기 자전거에 장착되어 좌우의 기울기를 검출하는 기울기 센서; 상기 조향 프레임에 설치되는 복수의 발광기; 및 상기 기울기 센서의 출력으로부터 기울기를 검출하고, 상기 복수의 발광기 중 상기 검출된 기울기의 방향에 대응되는 발광기를 구동하는 기울기 제어부;를 포함할 수 있다.

상기 기울기 제어부는 상기 자전거의 기울어진 방향과 정도에 따라 상기 복수의 발광기 중 중앙 쪽에 배치되는 발광기부터 외측에 배치되는 발광기의 순으로 구동할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 안전 모자는, 착용자의 머리를 감싸는 본체부; 상기 본체부의 외측으로 노출되어 착용자 주의의 장애물로부터 발생되는 소리를 감지하는 적어도 하나의 마이크로폰; 상기 착용자의 촉각을 자극하기 위하여 상기 머리에 접촉되는 본체부의 내측에 설치되는 하나 이상의 진동부재; 상기 본체부에 마련되며, 상기 마이크로폰의 검지신호로부터 장애물의 존재 여부를 감지하고 상기 진동 부재를 구동하는 제어유닛;을 포함할 수 있다.

본 발명의 장애물 감지장치, 이를 채용한 안전 자전거 및 안전 모자에 따르면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 장애물의 소리를 감지하여 이를 비청각적 신호를 통하여 사람에게 전달함으로써 청각 장애인의 자전거 이용 및 그 과정에서의 사고 위험을 줄일 수 있다.

둘째, 기울기 감지 장치를 채용함으로써 평형감각이 불완전한 청각 장애인의 사고 위험을 줄이고 자전거 이용의 편의성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안전 자전거의 사시도.
도 2는 도 1의 A부의 상세도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지장치의 일 실시예의 구성도.
도 4는 제어유닛의 일 실시예의 구성도.
도 5는 검지 신호의 일 예를 도시한 도면.
도 6은 제어유닛의 다른 실시예의 구성도.
도 7은 복수의 검지 신호로부터 장애물이 존재하는 방향을 결정하는 과정의 일 예를 설명하기 위한 도면.
도 8은 도 6은 제어유닛의 또 다른 실시예의 구성도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 평형 감지장치의 구성도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 안전 모자의 사시도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 안전 모자의 사시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안전 자전거의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예의 안전 자전거는 전륜(21)과 후륜(22)을 구비하는 2륜 자전거이다. 전/후륜(21)(22)은 골격을 형성하는 프레임(10)에 회전가능하게 지지되어 있다. 프레임(10)에는 체인 휠(30)이 결합된다. 체인 휠(30)은 체인(32)에 의하여 종동 휠(31)과 연결된다. 체인 휠(30)에는 한 쌍의 패들(41)(42)이 마련된다. 한 쌍의 패들(41)(42)은 크랭크 아암(50)에 의하여 체인 휠(30)과 연결된다. 한 쌍의 패들(41)(42)은 체인 휠(30)의 회전중심에 대하여 대칭되게 위치된다. 탑승자가 한 쌍의 패들(41)(42)를 번갈아 밟아 체인 휠(30)을 회전시키면, 체인(32)에 의하여 종동 휠(31)이 회전된다. 종동 휠(31)은 후륜(22)과 연결되어 있어, 후륜(22)이 회전된다. 프레임(10)에는 탑승자가 앉는 안장(60)이 마련된다.

상술한 자전거는 일반적인 자전거의 예이며, 자전거의 구조 자체에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

근래의 자전거는 후방을 인지할 수 있는 후사경이 장비되어 있지 않은 경우가 많다. 정상인은 청각에 의존하여 후방 또는 좌우측의 장애물, 예를 들어 자동차, 다른 자전거 등에서 발생되는 소리를 듣고 이들의 존재 또는 접근을 인지하거나 또는 자동차, 다른 자전거 등의 경적음을 듣고 이를 인지할 수 있다. 그러나, 청각 장애인은 청각에 의지하여 후방 또는 좌우측의 장애물을 인지할 수 없으며 후방 또는 측방으로 시선을 돌려야만 한다.

본 발명에 따른 안전 자전거는 후방 또는 좌우측의 장애물에서 발생되는 소리를 마이크로폰을 이용하여 검지함으로써 장애물의 존재 여부를 판별하고, 비청각적 자극, 예를 들어 촉각을 자극하는 자극 수단을 이용하여 탑승자에서 장애물의 존재를 전달할 수 있는 장애물 감지장치를 구비하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명에 따른 안전 자전거는 적극적으로 장애물을 탐지하기 위한 신호를 발산하고 그 반사 신호를 검출하는 것이 아니라 장애물로부터 발생되는 소리를 검지하는 패시브 방식을 채용하므로 장애물 탐지를 위한 장치의 구성이 간소화될 수 있으며 저비용으로 구현할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 탑승자에게 비청각적 자극을 이용하여 장애물의 존재를 알림으로써 청각 장애인도 시선을 옮기지 않고 후방 장애물의 존재여부를 알 수 있도록 할 수 있다.

이하에서는 탑승자의 촉각을 자극하기 위한 수단으로서 진동부재를 채용하는 경우를 예로 들어 설명한다.

도 2는 도 1의 A부의 상세도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 자전거의 후방을 향하여 설치되는 후방 마이크로폰(101)이 도시되어 있다. 후방 마이크로폰(101)은 후방 장애물의 소리를 감지하기 위한 것으로서, 예를 들어 자전거의 진행방향인 중심축 상에 배치될 수 있다. 좌우 방향의 소리를 각각 감지하기 위한 좌방, 및 우방 마이크로폰(102)(103)이 더 구비될 수도 있다. 후방 또는 좌우측으로부터 점근하는 장애물에서 발생되는 소리를 용이하게 감지하기 위하여 마이크로폰(101)(102)(103)은 안장(60)보다 후방에 배치될 수 있으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 마이크로폰(101)(102)(103)으로서 지향성을 가진 마이크로폰을 채용함으로써 배치 위치에 대한 구속으로부터 자유도를 가질 수도 있다. 마이크로폰(101)(102)(103)으로서 예를 들어 소형 콘덴서 마이크가 채용될 수 있다.

후방 장애물의 존재 여부만을 감지하고 탑승자에게 전달하고자 하는 경우에는 적어도 하나의 마이크로폰과 하나의 진동부재가 필요하다. 진동부재의 설치위치는 탑승자의 신체가 접촉되는 자전거의 어느 부위라도 무방하다. 예를 들어, 진동부재는 탑승자가 앉는 안장(60), 조향을 위하여 탑승자의 손이 접촉되는 조향 프레임(11)에 설치될 수 있다.

장애물의 위치, 즉 장애물이 후방, 좌측방향, 우측방향 중 어느 방향에 위치되는지를 인지시키기 위하여는 적어도 두 개의 진동부재가 필요하다. 예를 들어, 두 개의 진동부재가 안장(60)의 좌우에 설치되어 각각 탑승자의 좌우 둔부에 진동을 전달할 수 있다. 또, 예를 들어, 두 개의 진동부재가 조향 프레임(11)의 좌우측에 각각 설치되어 각각 탑승자의 좌우 손에 진동을 전달할 수 있다. 예를 들어, 좌측방향 또는 우측 방향에 장애물이 존재하는 경우에는 좌측 또는 우측의 진동부재를 구동하고, 후방에 장애물이 존재하는 경우에는 좌측과 우측 진동부재를 모두 구동할 수 있다.

두 개의 진동부재의 진동 패턴을 조합함으로써 장애물이 후방, 좌측방향, 우측방향, 좌후방, 우후방 중 어느 방향에 위치되는지를 인지시킬 수도 있다. 예를 들어, 좌측방향 또는 우측 방향에 장애물이 존재하는 경우에는 두 개의 진동 부재 중 해당되는 방향에 설치된 진동부재를 지속적으로 구동하고, 후방에 장애물이 존재하는 경우에는 두 개의 진동부재를 지속적으로 또는 간헐적으로 동시에 구동하고, 좌후방 또는 우후방에 장애물이 존재하는 경우에는 두 개의 진동 부재 중 해당되는 방향에 설치된 진동부재를 간헐적으로 구동할 수 있다.

장애물이 후방, 좌측방향, 우측방향, 좌후방, 우후방 중 어느 방향에 위치되는지를 인지시키기 위하여는 세 개의 진동부재를 채용할 수 있다. 이 경우, 세 개의 진동부재가 안장(60)과 조향 프레임(11)의 좌우측에 설치될 수 있다. 예를 들어, 후방, 좌측방향, 우측 방향에 장애물이 존재하는 경우에는 안장(60)과 조향 프레임(11)의 좌우측에 설치된 진동부재를 각각 구동할 수 있다. 좌후방에 장애물이 존재하는 경우에는 안장(60)과 조향 프레임(11)의 좌측에 설치된 진동부재를 동시에 구동하고, 우후방에 장애물이 존재하는 경우에는 안장(60)과 조향 프레임(11)의 우측에 설치된 진동부재를 동시에 구동할 수 있다.

상술한 후방 장애물의 위치와 진동부재의 조합은 예일 뿐이며, 필요에 따라 다양한 조합이 가능하다.

일 실시예로서, 본 실시예의 안전 자전거에는 마지막에 언급된 조합을 채용한다. 즉, 본 실시예의 안전 자전거는 안장(60)에 설치되는 후방 진동부재(121)와 조향 프레임(11)의 좌우측에 각각 설치되는 좌방, 및 우방 진동부재(122)(123)를 구비할 수 있다. 제1진동부재(121)는 후방 장애물의 존재를, 좌방, 및 우방 진동부재(122)(123)는 각각 좌측방향과 우측방향의 장애물의 존재를 탑승자에게 알리기 위한 것이다. 후방, 및 좌방 진동부재(121)(122)의 조합과, 후방 및 우방 진동부재(121)(123)의 조합에 의하여 좌후방, 우후방의 장애물의 존재를 알릴 수도 있다. 진동부재(121)(122)(123)는 초음파 진동자, 편심회전체를 이용한 진동자, 압전소자를 이용한 진동자, 자기력을 이용한 왕복형 또는 회전형 진동자 등일 수 있으며, 탑승자의 촉각을 자극할 수 있는 어떠한 형태라도 무방하다. 도 1에서 진동부재(121)(122)(123)의 구체적인 설치 형태가 도시되어 있지는 않으나, 후방 진동부재(121)는 안장(60) 내부에 설치될 수 있으며, 기존의 자전거에 설치되는 경우에는 안장(60)을 형성하는 골격에 설치될 수 있다. 또한, 좌방 및 우방 진동부재(122(123)는 조향 프레임(11)에, 가급적 탑승자가 손으로 파지하는 손잡이(12)(13)에 가깝게 설치될 수 있다. 또한, 좌방 및 우방 진동부재(122)(123)는 손잡이(12)(13)에 설치되어 탑승자의 손에 직접적으로 촉각신호를 전달할 수도 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 제어유닛(500)은 마이크로폰의 검지신호에 기반하여 진동부재를 구동하는 것으로서, 제1 내지 제3입력부(501)(502)(503)를 통하여 마이크로폰(101)(102)(103)과 연결된다. 제어유닛(500)은 제1출력부(504)를 통하여 진동부재(121)(122)(123)와 연결된다. 참조부호 506은 전원부를 표시한다. 전원부(506)는 교체 가능한 건전지, 충전식 전지 등일 수 있다.

도 4에는 제어유닛(500)의 일 실시예가 도시되어 있다. 도 2 및 도 4를 보면, 제1 내지 제3입력부(501)(502)(503)를 통하여 마이크로폰(101)(102)(103)의 검지신호가 입력된다. 검지신호는 증폭부(510)에 의하여 증폭되고, 필터부(520)를 통과하여 불필요한 노이즈 신호가 제거된다. 예를 들어 검지신호는 소리의 세기를 나타내는 전압 신호일 수 있으며, 필터부(520)는 도 5에 도시된 바와 같이 검지신호의 저전압 부위(B)를 제거할 수 있다. 또, 예를 들어 필터부(520)는 생활 공간에서 일반적으로 존재하는 배경 노이즈에 해당되는 신호를 제거할 수 있다.

일반적으로 자전거를 타는 경우에 후방으로부터 접근하는 장애물은 자동차, 자전거 등의 교통수단인 것이 대부분이다. 이들 교통수단이 내는 소리는 배경 소음에 비하여 그 레벨이 높고, 탑승자가 탑승한 자전거에 가까이 있기 때문에 그 레벨이 배경 소음의 레벨에 비하여 더욱 높다. 특히 탑승자가 탑승한 자전거에 접근하여도 자전거가 피하지 않는 경우 또는 접근을 알리고자 하는 경우에는 경적을 울리며, 경적소리의 레벨은 특히 더 높다. 교통수단의 운행시 발생되는 소리 또는 경적소리의 레벨과 탑승자가 탑승한 자전거와의 거리를 감안하여 실험적으로 기준 레벨을 설정할 수 있다. 기준 레벨은 예를 들어 기준 전압일 수 있다. 레벨 비교부(530)는 노이즈가 제거된 검지 신호의 레벨, 예를 들어 전압 레벨과 기준 레벨을 비교한다. 예를 들어, 레벨 비교부(530)는 검지 신호의 레벨이 기준 레벨보다 높은 경우에 하이(H: high) 구동신호를, 그 반대의 경우에 로우(L:low) 구동신호를 발생시킨다. 구동부(540)는 레벨 비교부(530)로부터 전달되는 구동신호에 따라 제1 내지 제3진동부재(121)(122)(123)를 선택적으로 구동시킨다.

상술한 구성에 의하여, 마이크로폰(101)(102)(103)의 검지신호의 레벨이 기준 레벨보다 높은 경우에 3진동부재(121)(122)(123)가 선택적으로 구동되며, 탑승자는 양 손과 둔부의 촉각에 의지하여 후방, 좌측 방향, 우측 방향의 장애물의 존재여부를 인지할 수 있다. 탑승자는 촉각 신호에 의지하여 필요한 경우에 시선을 돌려 장애물을 확인하고 필요한 안전 조치를 취할 수 있다. 이와 같이, 후방 장애물로부터 발생되는 소리를 감지하고, 그 결과를 촉각 신호를 통하여 탑승자에게 전달함으로써 청각 장애인의 자전거 이용의 편의성을 향상시킬 수 있으며, 사고의 위험을 줄일 수 있다.

도 6에는 제어유닛(500)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예의 제어유닛은 도 4에 도시된 제어유닛에 레벨 결정부(531)와 방향 결정부(532)를 더 적용한 것이다. 레벨 결정부(531)는 필터부(520)를 통과한 마이크로폰(101)(102)(103)의 제1 내지 제3검지 신호의 레벨, 예를 들면 전압 레벨을 결정한다. 방향 결정부(532)는 제1 내지 제3 검지 신호의 레벨의 크기로부터 장애물이 존재하는 방향을 결정한다. 예를 들어, 도 7에서 제1검지신호의 레벨을 표시하는 벡터(F _B )와 제2검지신호의 레벨을 표시하는 벡터(F _L )의 합성 벡터(F _LB )의 방향각(C)을 결정하고, 이 방향각(C)에 근거하여 장애물이 위치되는 방향을 결정할 수 있다. 예를 들면, 방향 결정부(532)는 방향각(C)이 0-30도 범위라면 좌측 방향, 30-60도 범위라면 좌후방, 60-90도 범위라면 후방에 장애물이 존재하는 것으로 결정할 수 있다. 각각의 경우에 방향 결정부(532)는 좌방 진동부재(122), 후방 진동부재(121)와 좌방 진동부재(122), 후방 진동부재(121)를 구동하는 구동신호를 생성하여 구동부(540)로 전달할 수 있다. 마찬가지로, 방향 결정부(532)는 제1검지신호의 레벨과 제3검지신호의 레벨로부터 우측 방향, 우후방, 또는 후방에 장애물이 존재하는지를 결정할 수 있으며, 각각의 경우에 우방 진동부재(123), 후방 진동부재(121)와 우방 진동부재(123), 후방 진동부재(121)를 구동하는 구동신호를 생성하여 구동부(540)로 전달할 수 있다. 지향성이 약한 마이크로폰이 적용된 경우에는 예를 들어 제1, 제2검지신호 또는 제1, 제3검지신호 중에서 신호의 레벨이 낮은 검지 신호의 레벨을 일정 정도 차감한 후에 비교함으로써 방향 결정의 오차를 줄일 수 있다. 물론 레벨이 낮은 검지 신호와 레벨이 높은 검지 신호 모두 레벨을 차감하되, 차등을 두어 차감할 수도 있다. 어느 신호의 레벨을 얼마나 차감할 것인지는 적용되는 마이크로폰의 지향성을 감안하여 실험적으로 결정될 수 있다.

방향 결정부(532)는 제1 내지 제3검지 신호의 레벨을 기준 레벨과 비교하여 적어도 한 검지 신호의 레벨이 기준 레벨보다 높거나 또는 두 검지 신호의 레벨의 합성 벡터의 크기가 기준 레벨보다 높은 경우에 결정된 방향에 따라서 진동부재(121)(122)(123)를 구동하는 구동신호를 생성할 수도 있다.

상술한 방향 결정부(532)는 예를 들어 아날로그-디지털 변환회로를 이용하여 검지 신호의 레벨을 디지털화하여 소프트웨어적으로 장애물이 존재하는 방향을 결정할 수 있다. 또한, 방향 결정부(532)는 검지 신호들의 레벨을 비교하는 다수의 비교 회로의 조합을 통하여 하드웨어적으로 장애물이 존재하는 방향을 결정할 수도 있을 것이므로 구체적인 회로의 구성에 관하여는 설명은 생략한다.

상술한 구성에 의하여, 장애물이 위치되는 방향을 세분하여 탑승자에게 촉각 신호로 전달함으로써 탑승자가 효과적으로 장애물에 대처하도록 할 수 있다.

도 8에는 제어유닛(500)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예의 제어유닛(500)은 도 4에 도시된 제어유닛(500)에 패턴 생성부(533)와 패턴 비교부(534)를 더 적용한 것이다. 제어유닛(500)의 저장부(550)에는 복수의 경적음의 음향 패턴이 저장될 수 있다. 또, 저장부(550)에는 복수의 교통수단의 운전음의 음향 패턴이 저장될 수 있다. 여기서, 경적음의 음향 패턴은 수 초 이내, 예를 들어 0.5초 간의 전압 레벨의 변화 패턴일 수 있다. 또한, 운전음의 음향 패턴은 약 500Hz 내지 2000Hz 범위의 주파수 패턴일 수 있다. 이 경우, 필터부(520)는 검지신호로부터 상술한 주파수 범위 이외의 부분을 제거할 수 있다.

패턴 생성부(533)는 제1 내지 제3검지 신호의 레벨을 예를 들어 0.5초간 샘플링하여 검지 신호의 음향 패턴을 생성한다. 패턴 비교부(534)는 제1 내지 제3검지 신호의 음향 패턴과 저장된 음향 패턴을 비교하여 일치되는 경우에 제1 내지 제3검지 신호에 대응되는 방향에 장애물이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 이 경우에 패턴 비교부(534)는 진동부재(121)(122)(123) 중 선택된 하나 이상을 구동하는 구동신호를 구동부(540)로 전달할 수 있다. 물론, 레벨 비교부(530)가 구비되어, 검지 신호의 음향 패턴과 저장된 음향 패턴이 일치되는 경우에도 검지 신호의 레벨이 기준 레벨보다 높은 경우에만 구동신호를 생성할 수도 있다. 또한, 도 8에는 도시되지 않았지만, 도 6에 도시된 레벨 결정부(531)와 방향 결정부(532)를 더 채용하여 검지 신호의 음향 패턴과 저장된 음향 패턴이 일치되는 경우에 장애물이 위치되는 방향을 결정하고, 진동부재(121)(122)(123) 중 대응되는 하나 이상을 구동하는 구동신호를 구동부(540)로 전달할 수 있다.

상술한 구성에 의하여, 감지되는 소리가 장애물의 소리인지를 용이하게 판별하여 장애물의 존재 여부를 감지하는 정확도를 향상시킬 수 있다.

도 1 및 도 2에는 자전거의 후륜(22) 위쪽에 장착되는 하우징(600)에 제어유닛(500)과 마이크로폰(101)(102)(103)이 장착되고, 진동부재(121)(122)(123)는 각각 안장(60)과 조향 프레임(11)의 좌우에 설치되어 신호선에 의하여 제어유닛(500)의 제1출력부(504)와 연결된 형태의 장애물 감지장치가 도시되어 있으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 제어유닛(500)이 장착된 하우징(600)은 자전거의 골격을 형성하는 프레임(10)의 적절한 위치에 장착될 수 있으며, 마이크로폰(101)(102)(103)은 하우징(600)으로부터 분리되어 각각 후방, 좌측방향, 우측방향을 향하도록 자전거에 장착되어 신호선에 의하여 제어유닛(500)의 제1 내지 제3입력부(501)(502)(503)로 연결될 수 있다. 이 경우, 도면으로 도시되지는 않았지만, 마이크로폰(101)(102)(103)은 자전거에 장착될 수 있는 구조, 예를 들어 클램핑 구조, 나사 체결구조 등의 체결구조를 가진 홀더에 장착될 수 있다. 물론, 진동부재(121)(122)(123) 역시 조향 프레임(11)에 장착될 수 있는 구조, 예를 들어 클램핑 구조, 나사 체결구조 등의 체결구조를 가진 홀더(미도시)에 장착될 수 있다.

청각 장애인은 평형감각에 문제가 있는 경우가 많아 균형을 잘 잡지 못해서 자전거를 배우기가 힘들고 타는 동안 쉽게 넘어질 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 실시예의 안전 자전거는 자전거가 기울어지는지 여부, 자세하게는 기울어진 정도를 감지하고 이를 탑승자에게 비청각적 수단, 예를 들어 촉각 또는 시각적 수단을 이용하여 전달하는 평형 감지장치를 구비할 수 있다.

도 1을 참조하면, 평형 감지장치는 기울기 센서(131)와 시각적 자극을 탑승자에게 전달하는 복수의 발광부(140)를 포함할 수 있다. 기울기 센서(131)는 자전거의 좌우의 기울기를 측정하기 위한 것으로서, 1축 기울기 센서이면 족하다. 기울기 센서(131)로서 예를 들어 -30도 ~ + 30도 범위의 기울기를 검출할 수 있는 것을 선정할 수 있다. 기울기 센서(131)는 그 출력을 아날로그-디지털 변환기로 변환하여 기울기를 읽는 방식, 출력 펄스 폭을 읽는 방식 등 여러가지가 있으며, 제어유닛(500)의 구성을 감안하여 적절한 방식의 것을 선정할 수 있다. 기울기 센서(131)는 탑승자의 무게 중심과 가장 가까운 위치, 예를 들어 안장(60) 또는 이를 지지하는 프레임(10)의 적절한 위치에 설치될 수 있다.

도 9를 참조하면, 평형 감지장치는 기울기 센서(131)의 출력으로부터 기울기 및/또는 방향을 결정하고, 그 결과에 따라서 복수의 발광부(140)를 구동하는 발광구동부(151)가 마련된 기울기 제어부(150)를 구비할 수 있다.

기울기 제어부(150)는 제어유닛(500)에 통합될 수 있다. 이 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 기울기 센서(131)는 제어유닛(500)을 형성하는 인쇄회로기판에 직접 설치될 수도 있다. 복수의 발광부(140)는 제2출력부(505)를 통하여 기울기 제어부(150)와 연결될 수 있다. 기울기 센서(131)가 제어유닛(500)과는 별도로 자전거에 설치되는 경우에는, 기울기 센서(131)의 출력은 신호선에 의하여 제어유닛(500)으로 전달될 수 있다.

복수의 발광부(140)는 조향 프레임(11)의 중심을 기준으로 하여 좌우측에 배치될 수 있다. 기울기 제어부(150)은 기울기 센서(131)의 출력으로부터 자전거의 기울어진 방향에 근거하여 조향 프레임(11)의 중심을 기준으로 하여 해당되는 방향에 위치된 발광부가 점등되도록 할 수 있다. 물론, 조향 프레임(11)의 중심을 기준으로 하여 양측에 복수의 발광부를 배치하여 기울어진 각도의 크기에 따라서 중심쪽으로부터 좌측 또는 우측으로 발광부가 순차로 점등되도록 할 수 있다. 여기서 점등된다는 것은 발광부가 지속적으로 온(ON)으로 유지되는 상태와 탑승자의 시인성을 높이기 위하여 발광부가 점멸되는 상태를 포괄하는 의미를 가진다.

도면으로 도시되지는 않았지만, 기울기 제어부(131)는 복수의 발광부(140)와 통합될 수 있다. 즉, 복수의 발광부(140)와 기울기 제어부(150)가 마련된 인쇄회로기판이 조향 프레임(11)에 설치되고, 기울기 센서(131)는 프레임(10), 안장(60) 등 적소에 설치되어 신호선에 의하여 기울기 제어부(131)와 연결될 수 있다. 또한, 기울기 센서(131)는 기울기 제어부(150)를 형성하는 인쇄회로기판에 설치되어 자전거에 설치되고, 복수의 발광부(140)는 신호선에 의하여 기울기 제어부(150)의 인쇄회로기판에 연결될 수도 있다.

상기한 구성에 의하여, 평형 감각이 불완전한 탑승자 또는 청각 장애인이 자전거의 기울기를 시각적으로 인지할 수 있어, 평형 감각을 보완하여 넘어지는 사고의 위험을 줄이는데 도움이 될 수 있다. 또한, 초보자 또는 청각 장애인도 자전거를 더 쉽게 배우는데 도움이 될 수 있다.

상술한 실시예에서는 3개의 마이크로폰을 채용한 예에 관하여 설명하였으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 필요에 따라서는 후방 및 좌방 마이크로폰(101)(102)과 후방 및 우방 마이크로폰(101)(103) 사이에 하나 이상의 마이크로폰을 더 설치할 수도 있다. 또한, 상술한 실시예에서는 좌측방향, 우측방향, 및 후방의 장애물에 관하여 만 설명하였으나, 엄밀하게는 전방으로부터의 소리 역시 3개의 마이크로폰에 의하여 검지될 수 있으며, 대체로 우측 또는 좌측의 소리를 감지하는 좌방 및 우방 마이크로폰(102)(102)의 검지신호의 레벨이 후방 마이크로폰(101)의 검지신호의 레벨보다 현저히 높으므로, 좌측 또는 우측의 장애물을 표시하는 자극이 탑승자에게 가해질 수 있다. 이 경우 탑승자는 시각 정보와의 조합에 의하여 전방 또는 전방으로부터 우측 또는 좌측으로 치우친 위치의 장애물 역시 용이하게 인지할 수 있을 것이다.

또한, 좌측 또는 우측으로 꺽어진 도로 또는 교차로에서 담장 등 시선을 막는 구조물에 의하여 좌측 또는 우측의 시야가 제한되는 경우에도 어느 정도 좌측방향 또는 우측방향의 장애물의 존재를 인지할 수 있을 것이다. 필요하다면, 전방을 향하는 마이크로폰(104)을 예를 들어 조향 프레임(11)에 추가적으로 설치하여 전방 장애물의 소리를 감지함으로써 좌전방 또는 우전방의 장애물의 존재를 감지하고, 탑승자에게 비청각적 수단으로 전달할 수 있을 것이다. 예를 들어 좌전방 또는 우전방의 장애물이 감지된 경우 좌측의 좌방 진동부재(122) 또는 우방 진동부재(123)를 간헐적으로 구동시킴으로써 좌후방 또는 우후방의 장애물이 존재하는 경우와 구별되는 촉각을 탑승자에게 전달할 수 있을 것이다.

상술한 장애물 감지장치는 안전모자에도 적용될 수 있다. 자전거 탑승자는 안전 모자, 즉 헬멧(helmet)를 착용하며, 이 안전모자에 상술한 장애물 감지장치를 적용할 수 있다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 안전 모자는, 착용자의 머리를 감싸는 본체부(700)를 구비한다. 본체부(700)는 도면으로 상세하게 도시되지는 않았지만, 예를 들어 외피(710)와 외피(710)의 내측에 배치되어 충격을 흡수하는 완충재(720)를 포함할 수 있다.

소리를 감지하기 위한 마이크로폰은 본체부(700)의 외측, 예를 들어 외피(710)를 통하여 외부로 노출되도록 배치된다. 예를 들어, 전방, 좌방, 및 우방의 소리를 각각 감지하기 위한 전방, 좌방, 및 우방 마이크로폰(104)(102)(103)이 배치될 수 있다. 또한, 후방의 소리를 감지하는 후방 마이크로폰(101)이 더 마련될 수도 있다.

착용자에게 촉각신호를 전달하기 위한 진동부재는 본체부(700)의 내측에 마련될 수 있다. 예를 들어 진동부재는 사용자의 머리 둘레와 접촉되는 완충재(720)를 통하여 사용자의 머리에 직접 또는 간접적으로 접촉되도록 설치될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 각각 전방, 좌방, 우방의 장애물을 경고하는 촉각신호를 전달하기 위하여, 전방, 좌방, 우방 진동부재(124)(122)(123)가 설치될 수 있다. 또한, 후방의 장애물을 경고하는 촉각신호를 전달하기 위하여 후방 진동부재(121)가 더 마련될 수도 있다.

제어유닛(730)은 신호선을 통하여 마이크로폰(101)(102)(103)(104) 및 진동부재(121)(122)(123)(124)와 연결될 수 있다. 제어유닛(730)은 본체부(700) 내에, 예를 들어 외피(710)와 완충제(720) 사이에 설치될 수 있다. 제어유닛(730)의 수리 또는 전지의 교체를 위하여 본체부(700)의 일부, 예를 들어 외피(710)의 일부는 도 10에 점선으로 도시된 바와 같이 개폐되는 구조를 가질 수 있다.

제어유닛(730)의 구성은 도 4, 도 6, 또는 도 8에 도시된 바와 동일하다. 예를 들어, 도 4에 도시된 예에 따르면, 마이크로폰(101)(102)(103)(104)으로부터 감지되는 감지신호의 레벨이 기준레벨 이상일 경우에 해당되는 방향에 장애물이 존재하는 것으로 판단될 수 있으며, 제어유닛(730)은 이 경우에 진동부재(121)(122)(123)(124)를 선택적으로 구동하여 장애물이 존재함을 착용자의 촉각을 통하여 전달할 수 있다. 도 6에 도시된 예에 따르면, 마이크로폰(101)(102)(103)(104)으로부터 감지되는 감지신호의 레벨의 합성 벡터를 이용하여 장애물이 존재하는 방향을 좌전방, 우전방, 좌후방, 우후방으로 세분화할 수 있다. 좌전방, 우전방, 좌후방, 우후방에 장애물이 존재하는 경우에, 진동부재(124)(122), 진동부재(124)(123), 진동부재(121)(122), 진동부재(121)(123)를 조합하여 구동함으로써 착용자에거 장애물이 존재하는 방향을 알릴 수 있다. 또한, 필요에 따라서 좌전방, 우전방, 좌후방, 우후방의 장애물을 경고하기 위한 추가적인 진동부재가 진동부재(121)(122)(123)(124) 사이에 더 마련될 수도 있다. 도 8에 도시된 예에 따르면, 마이크로폰(101)(102)(103)(104)의 감지신호의 패턴을 생성하고, 생성된 패턴이 미리 저장된 음향 패턴과 일치되는 경우에 해당되는 방향의 진동부재(121)(122)(123)(124)를 구동함으로써 촉각신호를 전달할 수 있다. 나아가서, 생성된 패턴이 미리 저장된 음향 패턴과 일치되는 경우에도 감지신호의 레벨이 기준 레벨을 넘는 경우에 촉각신호를 전달할 수 있다. 상기한 바와 같이, 제어유닛(730)의 구성 및 작용은 도 4, 도 6, 도 8에서 설명한 바가 동일하게 적용될 수 있다.

좌측 또는 우측으로 꺽어진 도로 또는 교차로에서 담장 등 시선을 막는 구조물에 의하여 좌측 또는 우측의 시야가 제한되는 경우에, 청각 장애인은 좌측 또는 우측의 장애물, 예를 들어 자동차를 인지하기 어렵다. 자전거를 타는 탑승자는 안전 모자를 착용한다. 탑승자의 머리는 자전거의 중심인 안장(60)을 기준으로 하여 안장(60)보다 앞쪽에 위치된다. 따라서, 장애물 검지기능이 장착된 본원의 안전모자는 소리를 이용하여 전방, 좌전방, 우전방의 장애물을 감지하는 데에 유리하다. 시선을 막는 구조물이 있는 경우에 장애물, 예를 들어 접근하는 자동차의 입장에서도 시야가 제한되므로 경적음을 미리 보내기가 용이하지 않을 수 있다. 이러한 점을 감안하여, 제어유닛(730)으로서 도 8에 도시된 유형이 채용되는 경우에, 기준 패턴은 교통수단의 운전음의 음향 패턴으로 할 수 있다. 이 경우에, 필터부(520)는 전방, 좌방, 및 우방 마이크로폰(124)(122)(123)의 감지신호 중에서 통상적인 자동차의 운전음의 주파수 범위인 500Hz 내지 2000Hz 이외의 범위의 신호를 제거하는 밴드패스 필터일 수 있다. 패턴 생성부(533)는 필터링된 감지신호의 주파수 패턴을 생성하며, 패턴 비교부(534)는 미리 저장된 음향 패턴과 비교하여 감지신호가 자동차의 운전음인지 여부를 판별할 수 있다.

상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

10...프레임 11...조향 프레임
21, 22...전륜, 후륜 12, 13...손잡이
60...안장 101, 102, 103, 104...마이크로폰
121, 122, 123, 124...진동부재 131...기울기 센서
140...발광부 150...기울기 제어부
151...발광 구동부 500...제어유닛
510...증폭부 520...필터부
530...레벨 비교부 531...레벨 결정부
532...방향 결정부 533...패턴 생성부
534...패턴 비교부 540...구동부
600...하우징 700...본체부
710...외피 720...완충재
730...제어유닛