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===개발 과제의 개요=== | ===개발 과제의 개요=== | ||
====개발 과제 요약==== | ====개발 과제 요약==== | ||
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| + | 본 조는 휠체어에 환자가 앉은 상태에서 시트와 그 하부 구조를 차량 방향으로 안전하게 | ||
| + | 빼낸 뒤 시트 높이를 조절하고, 상부 시트를 차량 시트 방향으로 회전시킴으로써 큰 힘을 들이지 않고도 환자를 승하차시킬 수 있는 휠체어를 제작하고자 한다. 결과적으로 본 특수 휠체어는 차량 문이 60~70도 정도 열리는 좁은 환경에서, 휠체어를 문과 평행하게 접근시킨 뒤 시트 슬라이드 및 회전 기능을 활용하여 기존 수동 휠체어 대비 훨씬 편리한 승하차를 가능하게 한다. | ||
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====개발 과제의 배경==== | ====개발 과제의 배경==== | ||
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| + | 장애인 및 고령자의 차량 이용 시, 휠체어에서 차량 혹은 차량에서 휠체어로 옮겨 타는 과정이 매우 위험하고 부담스럽다. 휠체어 사용자의 이동 편의를 높이고, 보호자의 신체 부담을 줄이기 위한 기술 개발이 지속적으로 요구되고 있다. 특히 차량 이용 빈도가 높은 현대 사회에서, 휠체어-차량 간 승하차 보조 기술은 높은 시장 가치를 지닌다. 차량 개조 방식이 편의성 측면에서 효과가 가장 좋지만, 차량 개조는 관련 법률에 의해 비용이 매우 높게 형성되어 있다. 따라서 차량 개조 없이 합리적인 비용으로 휠체어 사용자 이동의 편의성을 높일 필요가 있다. | ||
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====개발 과제의 목표 및 내용==== | ====개발 과제의 목표 및 내용==== | ||
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| + | 목표 | ||
| + | - 휠체어와 차량 간 승하차 시 불편함을 최소화할 수 있도록 시트를 지탱하는 내부 프레임의 레일을 통한 전방 슬라이딩 구조를 설계 및 구현한다. | ||
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| + | - 핸드 잭 리프트를 통해 시트를 상승시켜 차량 시트와 높이 차이를 줄이고 안전한 이동 경로를 확보한다. 이때 양측 올라가는 높이가 일정하도록 설계한다. | ||
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| + | - 상부 시트의 회전 및 팔걸이를 활용한 시트 연장 구조를 통해 휠체어와 차량 간 승하차 시 이동을 편리하게 한다. | ||
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| + | - 휠체어 하부 구조를 개선하여 보조 바퀴가 내부 프레임 전방으로 이동 시 무게를 지지할 수 있게 한다. | ||
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내용 | 내용 | ||
| + | 휠체어의 프레임을 외부 프레임과 내부 프레임으로 나눈다. 외부 프레임에는 등받이와 팔걸이 후방부, 메인 바퀴가 설치되고 내부 프레임에는 휠체어의 시트, 높이를 조절하는 핸드 잭, 보조 바퀴로 구성되어 있다. | ||
| + | 내부 프레임은 시트의 양측 중앙부에 핸드 잭을 설치하여 최대 약 30cm까지 좌석 높이를 조절할 수 있도록 구성한다. 또한 내부 프레임의 하부에 레일을 설치하여 시트 및 내부 프레임이 인출될 수 있도록 한다. 이때 레일은 캔틸레버 구조로 안정성을 부여한다. 보조 바퀴가 시트 이동 시 하중을 지지함으로써, 좌석을 전방으로 안정적으로 이동시킬 수 있다. 이중 구조로 구성된 상부와 하부 시트 중, 상부 시트는 전방부가 곡선 레일을 통해 회전하고 팔걸이가 보조 시트 역할을 하여 차량 시트에 이어져 원활한 접근이 가능하다. 시트가 차량 쪽으로 전진하면 팔걸이가 스냅핏 구조로 자동 해제되어 브리지 판으로 전환되고, 필요 시 내부에 수납된 추가 보조판을 펼쳐 차량 시트에 안정적으로 걸 수 있어 별도의 픽업 플레이트 없이도 사용자를 부드럽게 이동시킨다. 시트 회전 구조에서 가운데 부분을 연결된 구조가 아니라 간격을 두었고, 좌우 병렬로 배치된 타일 리프트이기 때문에 가운데 축이 존재하지 않아 기존 휠체어와 같이 접이가 가능하여 보관이 용이하다. 그 밖의 뒷바퀴(24인치), 앞바퀴(8인치), 프레임, 등받이, 손잡이 등은 일반적인 수동 휠체어의 형태를 유지하되, 본 프로젝트에서는 실제 차 대비 길이를 2:1로 축소하여 모형(실물 치수의 절반 크기)으로 제작한다. | ||
===관련 기술의 현황=== | ===관련 기술의 현황=== | ||
====관련 기술의 현황 및 분석(State of art)==== | ====관련 기술의 현황 및 분석(State of art)==== | ||
*전 세계적인 기술현황 | *전 세계적인 기술현황 | ||
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| + | 국내 사례 | ||
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| + | ① 탑승기능을 가지는 휠체어 (등록번호: 1022356990000) | ||
| + | 휠체어 이용자를 이용한 리프트로, 디귿자 베이스프레임과 백프레임 내 승강 및 하강 구동부와 수평 가이드바, 그리고 탑승 시트로 사용자를 들고 밀어넣어 차량 시트에 안착시킨다. | ||
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| + | ② 장애인 픽업유닛을 구비한 휠체어 시스템 (등록번호: 1025369000000) | ||
| + | 체인링크식 픽업유닛이 슬라이딩 시트를 차량 쪽으로 운반하고 90도 회전시킴. 보호자는 체인 텐션 완화부로 승차 및 하차를 보조한다. | ||
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| + | ③ 욕조이동형 슬라이딩 휠체어용 의자 (등록번호: 1027629400000) | ||
| + | 욕조로 이동을 위한 레일과 롤러로 시트만 슬라이딩시킨다. | ||
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| + | ④ 다기능 높낮이 및 기울기 조절 장치를 이용한 휠체어 (등록번호: 1027829860000) | ||
| + | 유압과 전동 액추에이터를 통해 높이와 기울기 조절한다. | ||
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| + | ⑤ 측면승하차용 휠체어 (등록번호: KR 10-2147440 B1) 회전 가능한 팔걸이를 통해 사용자가 측면에서 승하차한다. | ||
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| + | ⑥ 휠체어바퀴 후방이동기구 (등록번호: KR 10-2383506 B1) 휠체어 프레임에 부착된 가이드 레일과 피봇 링크 및 팔걸이 레버를 통해 주륜 축을 프레임 후방으로 이동시켜 탑승 공간을 확보함. 팔걸이를 고정 장치로 잠궈 주행 중 바퀴가 움직이지 않도록 하는 장치도 포함된다. | ||
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| + | ⑦ 휠체어 (등록번호: KR 10-1241663 B1) 굴대에 고정된 제1·제2 프레임을 따라 슬라이더와 제1·제2 링크바가 교차 슬라이딩하고, 중앙 지레형 레버를 하강시켜 좌판을 동시에 전진 및 상승시키는 구조임. 링크바의 가이드홈·스토퍼로 이동 범위를 제한한다. | ||
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| + | 해외 사례 | ||
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| + | ① Wheelchair frame structure and method for adjusting wheelchair (등록번호: US 10166157 B2) 그라운딩 프레임에 장착되는 앞·뒤 바퀴, 그 위에 탑재되는 바디 프레임, 그리고 양 프레임 간 높이를 바꾸는 조정 폴–폴 리셉션–슬라이더식 높이조절 메커니즘으로 구성. 좌우에는 각각 조정 폴이 배치되고, 중간에는 X‑프레임가 연결되어 시트 프레임을지지. 슬라이더가 폴을 따라 상하 이동해 휠체어 폭‧높이를 동시에 조절한다. | ||
| + | |||
| + | ② Wheelchair for transferring a patient to an automobile (등록번호: US11071664B2) | ||
| + | 주행, 안정, 분리를 가능하게 하는 3개의 모터로 이동 시트를 측면 방향으로 분리하고 자동차로 이송시킴. 보조 바퀴로 안정성을 확보한다. | ||
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| + | 관련기술 | ||
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| + | ① 미키코리아, LK-2 휠체어 | ||
| + | 팔걸이 레버 조작만으로 후륜이 뒤로 이동하며 자동 브레이크가 걸리고, 사이드가드가 일체형 트랜스퍼 보드로 전환되어 사용자를 들어올리지 않고 옆으로 수평 이송할 수 있는 수동 휠체어. 최대 약 440 mm 높이의 침대에 대응한다. | ||
| + | |||
*특허조사 및 특허 전략 분석 | *특허조사 및 특허 전략 분석 | ||
내용 | 내용 | ||
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===개발과제의 기대효과=== | ===개발과제의 기대효과=== | ||
====기술적 기대효과==== | ====기술적 기대효과==== | ||
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| + | 1) 무전원 기계식 통합 메커니즘 구현 | ||
| + | 레일 슬라이딩 + 핸드 잭 리프트 + 시트 회전 + 팔걸이 브리징 4단계 동작을 모두 수동 조작으로만 구현하여 전원과 배터리 없이도 안정적이고 반복 수행 가능한 성능의 확보로 기존 전동형 대비 고장률 낮고 유지 보수 비용이 낮을 것으로 기대함. | ||
| + | |||
| + | 2) 조작성 및 사용자 편의성 향상 | ||
| + | 최소 힘으로 시트 전·후진 및 승강·회전 가능하고, 레버와 핸드 잭 눈금 표기를 통해 비숙련 사용자도 직관적이고 안전한 사용이 가능하다. 또한 차량 문 개방 각도 60~70도 환경에서도 원활한 동작이 이루어진다. | ||
| + | |||
| + | 3) 안정성 및 내구성 강화 | ||
| + | 스토퍼, 팔걸이와 시트 락킹, 보조 바퀴 구조로 과도 인출 및 회전을 방지하고 원할 때에만 작동이 가능하다. 켄틸레버 구조의 레일을 통해 무게 지지에 대한 저항성을 높이고, 스냅핏 팔걸이 브리징 모듈로 사용 중 탈락의 위험을 최소화한다. | ||
| + | |||
| + | 4) 모듈화 및 확장성 | ||
| + | 외부와 내부의 프레임 분리 설계로 차량 모델별, 사용자 요구별 모듈 교체 및 업그레이드가 용이하다. 휠체어 자체 구조만 변경하여 차량 개조를 최소화하므로, 다양한 차종에 범용성이 높다. | ||
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====경제적, 사회적 기대 및 파급효과==== | ====경제적, 사회적 기대 및 파급효과==== | ||
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| + | 1) 경제적 효과 | ||
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| + | - 제품 단가 절감: 전동 리프트와 전원 공급 장치가 불필요하므로 부품비 절감, 경쟁 제품 대비 저가화가 가능하다. | ||
| + | |||
| + | - 유지 보수 비용 절감: 배터리 교체와 추전 비용 無, 따라서 연간 유지 보수 비용을 상당량 줄일 수 있다. | ||
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| + | - 시장 확대: 국내 휠체어 사용자 약 15만 명 대상으로 편리성 확보시 휠체어를 포함한 장애인 복지 시장의 활성화가 가능하다. | ||
| + | - 수출 가능성: 별도 전력 인프라가 불필요한 저개발국의 시장 공략이 용이하다. | ||
| + | |||
| + | 2) 사회적 효과 | ||
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| + | - 이동권 보장 및 자립 지원: 보호자의 도움에 대한 부담이 줄어 일상 외출 및 의료 이용 기회 증가로 시장 활성화가 가능하다. | ||
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| + | - 돌봄 노동 경감: 간병인과 가족의 신체적 부담 및 시간 소요를 절감하여 보호자의 편의성을 증가시키고 삶의 질을 높일 수 있다. | ||
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| + | - 교통 약자 복지 증진: 공공 교통, 택시 서비스 연계 시 접근성이 높아져 장애인 이동권에 대한 복지가 증진되고, 인식의 개선을 통해 사회 통합을 강화할 수 있다. | ||
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| + | - 사회적 비용 절감: 넘어짐 사고, 부상으로 인한 의료 비용 및 보호자의 간병으로 인한 노동력 상실 비용을 절감할 수 있다. | ||
===기술개발 일정 및 추진체계=== | ===기술개발 일정 및 추진체계=== | ||
====개발 일정==== | ====개발 일정==== | ||
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| + | [[파일:개발일정.jpg]] | ||
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====구성원 및 추진체계==== | ====구성원 및 추진체계==== | ||
내용 | 내용 | ||
2025년 6월 17일 (화) 22:20 판
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 차량 승하차 보조 휠체어
영문 : Assistive folding wheelchair for vehicle transfer
과제 팀명
머리가 Real Thing
지도교수
홍완식 교수님
개발기간
2025년 3월 ~ 2025년 6월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 신소재공학과 20204500** 정*성(팀장)
서울시립대학교 신소재공학과 20204500** 송*배
서울시립대학교 신소재공학과 20204500** 정*주
서울시립대학교 신소재공학과 20204500** 정*성
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
본 조는 휠체어에 환자가 앉은 상태에서 시트와 그 하부 구조를 차량 방향으로 안전하게
빼낸 뒤 시트 높이를 조절하고, 상부 시트를 차량 시트 방향으로 회전시킴으로써 큰 힘을 들이지 않고도 환자를 승하차시킬 수 있는 휠체어를 제작하고자 한다. 결과적으로 본 특수 휠체어는 차량 문이 60~70도 정도 열리는 좁은 환경에서, 휠체어를 문과 평행하게 접근시킨 뒤 시트 슬라이드 및 회전 기능을 활용하여 기존 수동 휠체어 대비 훨씬 편리한 승하차를 가능하게 한다.
개발 과제의 배경
장애인 및 고령자의 차량 이용 시, 휠체어에서 차량 혹은 차량에서 휠체어로 옮겨 타는 과정이 매우 위험하고 부담스럽다. 휠체어 사용자의 이동 편의를 높이고, 보호자의 신체 부담을 줄이기 위한 기술 개발이 지속적으로 요구되고 있다. 특히 차량 이용 빈도가 높은 현대 사회에서, 휠체어-차량 간 승하차 보조 기술은 높은 시장 가치를 지닌다. 차량 개조 방식이 편의성 측면에서 효과가 가장 좋지만, 차량 개조는 관련 법률에 의해 비용이 매우 높게 형성되어 있다. 따라서 차량 개조 없이 합리적인 비용으로 휠체어 사용자 이동의 편의성을 높일 필요가 있다.
개발 과제의 목표 및 내용
목표
- 휠체어와 차량 간 승하차 시 불편함을 최소화할 수 있도록 시트를 지탱하는 내부 프레임의 레일을 통한 전방 슬라이딩 구조를 설계 및 구현한다.
- 핸드 잭 리프트를 통해 시트를 상승시켜 차량 시트와 높이 차이를 줄이고 안전한 이동 경로를 확보한다. 이때 양측 올라가는 높이가 일정하도록 설계한다.
- 상부 시트의 회전 및 팔걸이를 활용한 시트 연장 구조를 통해 휠체어와 차량 간 승하차 시 이동을 편리하게 한다.
- 휠체어 하부 구조를 개선하여 보조 바퀴가 내부 프레임 전방으로 이동 시 무게를 지지할 수 있게 한다.
내용
휠체어의 프레임을 외부 프레임과 내부 프레임으로 나눈다. 외부 프레임에는 등받이와 팔걸이 후방부, 메인 바퀴가 설치되고 내부 프레임에는 휠체어의 시트, 높이를 조절하는 핸드 잭, 보조 바퀴로 구성되어 있다. 내부 프레임은 시트의 양측 중앙부에 핸드 잭을 설치하여 최대 약 30cm까지 좌석 높이를 조절할 수 있도록 구성한다. 또한 내부 프레임의 하부에 레일을 설치하여 시트 및 내부 프레임이 인출될 수 있도록 한다. 이때 레일은 캔틸레버 구조로 안정성을 부여한다. 보조 바퀴가 시트 이동 시 하중을 지지함으로써, 좌석을 전방으로 안정적으로 이동시킬 수 있다. 이중 구조로 구성된 상부와 하부 시트 중, 상부 시트는 전방부가 곡선 레일을 통해 회전하고 팔걸이가 보조 시트 역할을 하여 차량 시트에 이어져 원활한 접근이 가능하다. 시트가 차량 쪽으로 전진하면 팔걸이가 스냅핏 구조로 자동 해제되어 브리지 판으로 전환되고, 필요 시 내부에 수납된 추가 보조판을 펼쳐 차량 시트에 안정적으로 걸 수 있어 별도의 픽업 플레이트 없이도 사용자를 부드럽게 이동시킨다. 시트 회전 구조에서 가운데 부분을 연결된 구조가 아니라 간격을 두었고, 좌우 병렬로 배치된 타일 리프트이기 때문에 가운데 축이 존재하지 않아 기존 휠체어와 같이 접이가 가능하여 보관이 용이하다. 그 밖의 뒷바퀴(24인치), 앞바퀴(8인치), 프레임, 등받이, 손잡이 등은 일반적인 수동 휠체어의 형태를 유지하되, 본 프로젝트에서는 실제 차 대비 길이를 2:1로 축소하여 모형(실물 치수의 절반 크기)으로 제작한다.
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 전 세계적인 기술현황
국내 사례
① 탑승기능을 가지는 휠체어 (등록번호: 1022356990000) 휠체어 이용자를 이용한 리프트로, 디귿자 베이스프레임과 백프레임 내 승강 및 하강 구동부와 수평 가이드바, 그리고 탑승 시트로 사용자를 들고 밀어넣어 차량 시트에 안착시킨다.
② 장애인 픽업유닛을 구비한 휠체어 시스템 (등록번호: 1025369000000) 체인링크식 픽업유닛이 슬라이딩 시트를 차량 쪽으로 운반하고 90도 회전시킴. 보호자는 체인 텐션 완화부로 승차 및 하차를 보조한다.
③ 욕조이동형 슬라이딩 휠체어용 의자 (등록번호: 1027629400000) 욕조로 이동을 위한 레일과 롤러로 시트만 슬라이딩시킨다.
④ 다기능 높낮이 및 기울기 조절 장치를 이용한 휠체어 (등록번호: 1027829860000) 유압과 전동 액추에이터를 통해 높이와 기울기 조절한다.
⑤ 측면승하차용 휠체어 (등록번호: KR 10-2147440 B1) 회전 가능한 팔걸이를 통해 사용자가 측면에서 승하차한다.
⑥ 휠체어바퀴 후방이동기구 (등록번호: KR 10-2383506 B1) 휠체어 프레임에 부착된 가이드 레일과 피봇 링크 및 팔걸이 레버를 통해 주륜 축을 프레임 후방으로 이동시켜 탑승 공간을 확보함. 팔걸이를 고정 장치로 잠궈 주행 중 바퀴가 움직이지 않도록 하는 장치도 포함된다.
⑦ 휠체어 (등록번호: KR 10-1241663 B1) 굴대에 고정된 제1·제2 프레임을 따라 슬라이더와 제1·제2 링크바가 교차 슬라이딩하고, 중앙 지레형 레버를 하강시켜 좌판을 동시에 전진 및 상승시키는 구조임. 링크바의 가이드홈·스토퍼로 이동 범위를 제한한다.
해외 사례
① Wheelchair frame structure and method for adjusting wheelchair (등록번호: US 10166157 B2) 그라운딩 프레임에 장착되는 앞·뒤 바퀴, 그 위에 탑재되는 바디 프레임, 그리고 양 프레임 간 높이를 바꾸는 조정 폴–폴 리셉션–슬라이더식 높이조절 메커니즘으로 구성. 좌우에는 각각 조정 폴이 배치되고, 중간에는 X‑프레임가 연결되어 시트 프레임을지지. 슬라이더가 폴을 따라 상하 이동해 휠체어 폭‧높이를 동시에 조절한다.
② Wheelchair for transferring a patient to an automobile (등록번호: US11071664B2) 주행, 안정, 분리를 가능하게 하는 3개의 모터로 이동 시트를 측면 방향으로 분리하고 자동차로 이송시킴. 보조 바퀴로 안정성을 확보한다.
관련기술
① 미키코리아, LK-2 휠체어 팔걸이 레버 조작만으로 후륜이 뒤로 이동하며 자동 브레이크가 걸리고, 사이드가드가 일체형 트랜스퍼 보드로 전환되어 사용자를 들어올리지 않고 옆으로 수평 이송할 수 있는 수동 휠체어. 최대 약 440 mm 높이의 침대에 대응한다.
- 특허조사 및 특허 전략 분석
내용
- 기술 로드맵
내용
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
내용
- 마케팅 전략 제시
내용
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
1) 무전원 기계식 통합 메커니즘 구현
레일 슬라이딩 + 핸드 잭 리프트 + 시트 회전 + 팔걸이 브리징 4단계 동작을 모두 수동 조작으로만 구현하여 전원과 배터리 없이도 안정적이고 반복 수행 가능한 성능의 확보로 기존 전동형 대비 고장률 낮고 유지 보수 비용이 낮을 것으로 기대함.
2) 조작성 및 사용자 편의성 향상 최소 힘으로 시트 전·후진 및 승강·회전 가능하고, 레버와 핸드 잭 눈금 표기를 통해 비숙련 사용자도 직관적이고 안전한 사용이 가능하다. 또한 차량 문 개방 각도 60~70도 환경에서도 원활한 동작이 이루어진다.
3) 안정성 및 내구성 강화 스토퍼, 팔걸이와 시트 락킹, 보조 바퀴 구조로 과도 인출 및 회전을 방지하고 원할 때에만 작동이 가능하다. 켄틸레버 구조의 레일을 통해 무게 지지에 대한 저항성을 높이고, 스냅핏 팔걸이 브리징 모듈로 사용 중 탈락의 위험을 최소화한다.
4) 모듈화 및 확장성 외부와 내부의 프레임 분리 설계로 차량 모델별, 사용자 요구별 모듈 교체 및 업그레이드가 용이하다. 휠체어 자체 구조만 변경하여 차량 개조를 최소화하므로, 다양한 차종에 범용성이 높다.
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
1) 경제적 효과
- 제품 단가 절감: 전동 리프트와 전원 공급 장치가 불필요하므로 부품비 절감, 경쟁 제품 대비 저가화가 가능하다.
- 유지 보수 비용 절감: 배터리 교체와 추전 비용 無, 따라서 연간 유지 보수 비용을 상당량 줄일 수 있다.
- 시장 확대: 국내 휠체어 사용자 약 15만 명 대상으로 편리성 확보시 휠체어를 포함한 장애인 복지 시장의 활성화가 가능하다. - 수출 가능성: 별도 전력 인프라가 불필요한 저개발국의 시장 공략이 용이하다.
2) 사회적 효과
- 이동권 보장 및 자립 지원: 보호자의 도움에 대한 부담이 줄어 일상 외출 및 의료 이용 기회 증가로 시장 활성화가 가능하다. - - 돌봄 노동 경감: 간병인과 가족의 신체적 부담 및 시간 소요를 절감하여 보호자의 편의성을 증가시키고 삶의 질을 높일 수 있다. - - 교통 약자 복지 증진: 공공 교통, 택시 서비스 연계 시 접근성이 높아져 장애인 이동권에 대한 복지가 증진되고, 인식의 개선을 통해 사회 통합을 강화할 수 있다. - - 사회적 비용 절감: 넘어짐 사고, 부상으로 인한 의료 비용 및 보호자의 간병으로 인한 노동력 상실 비용을 절감할 수 있다.
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
구성원 및 추진체계
내용
설계
설계사양
제품의 요구사항
내용
설계 사양
내용
개념설계안
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
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상세설계 내용
내용
결과 및 평가
완료 작품의 소개
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
내용
포스터
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관련사업비 내역서
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완료작품의 평가
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향후계획
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특허 출원 내용
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