얼굴 특징 인터페이스와 상황 인식 내비게이션을 이용한 지능형 휠체어 = An Intelligent Wheelchair Navigation using Facial Feature Interface and Situation Recognition
저자
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2011
작성언어
Korean
주제어
KDC
569
등재정보
구)KCI등재(통합)
자료형태
학술저널
수록면
565-577(13쪽)
제공처
소장기관
Recently, intelligent wheelchairs have been intensively researched to allow the disabled or elderly people with cognitive and motor impairments for mobility aids. In this paper, we propose new vision-based robotic wheelchairs using human’s gestures and scene contexts. For the easy and accurate control of a wheelchair, a face inclination and mouth shapes are used, where the direction of an IW is determined by the inclination of the user’s face, while proceeding and stopping are determined by the shape of the user’s mouth. And for providing autonomous avoidance of obstacles, a monocular vision-based navigation is developed, where the environments of user’s positions are represented by occupancy maps and the viable paths are generated by learning the visual scene contexts among occupancy maps for respective paths using multi-layer perceptron (MLP).
To assess the effectiveness of the developed robotic wheelchair, several experiments were performed on indoor and outdoor under various situational effects. The wheelchair control interface shows the precision of 100% and the recall of 96.5% on average. And the monocular vision-based navigation detected collisions with accuracy of 92.5% and generated viable paths with 94% accuracy. These experimental results showed that it can reduce the number of collisions on various tasks and support the safe and convenient mobility to the people with various disabilities
최근 인지 및 운동 장애를 가진 장애인 및 고령자의 안전한 이동성을 지원하기 위한 지능형 휠체어의 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 사용자의 제스처 및 상황 인식을 이용한 비전 기반의 새로운 지능형 휠체어를 제안 한다. 제안된 지능형 휠체어는 얼굴의 기울기와 입의 형태 정보를 이용하여 휠체어의 방향을 제어하는 인터페이스를 제공함으로써, 신체의 장애를 가진 사용자의 편리하고 효율적인 휠체어 제어를 돕는다. 또한 인터페이스 사용자의 안전한 주행을 위해 단일 카메라를 기반으로 사용자 주변 환경을 장애물의 점유 그리드 맵으로 표현하고, 이후 각 회피 경로에 대한 점유 그리드 맵의 특성을 다층퍼셉트론을 이용하여 학습함으로써 임의의 환경에서 안전한 회피방향을 자동으로 생성하게 된다.
제안된 지능형 휠체어의 효율성을 검증하기 위하여 34명의 사용자를 대상으로 다양한 임의의 환경에서 실험을 수행하였다. 그 결과 제안된 지능형 휠체어의 제어 인터페이스는 평균 97%의 정확도로 전동 휠체어의 조이스틱을 사용하기 어려운 수족 장애인들에게 편리한 이동성을 제공하였으며, 단일 카메라 기반의 내비게이션은 평균 94%의 정확도로 다양한 형태의 장애물을 인지하고 안전한 회피 방향을 생성할 수 있음을 증명하였다. 이러한 실험 결과는 제안된 시스템이 보다 편리하고 친숙하며 안전하게 장애인들에게 이동성을 제공할 수 있다는 것을 보여준다.
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