(57)【要約】【課題】バランス訓練を継続的に実行できる。【解決手段】バランス訓練システム１は、所定の可動範囲内において、搭乗者の操作量に応じて駆動状態を変化させる倒立二輪車１１と、倒立二輪車１１の位置情報を取得するエリアセンサー１２と、エリア制御器１３と、を備える。エリア制御器１３は、倒立二輪車１１の可動範囲を記憶する記憶手段１３１と、エリアセンサー１２により取得された倒立二輪車１１の位置が、記憶手段１３１に記憶された可動範囲内であるか否かを判別する位置判定手段１３２と、位置判定手段１３２の判別結果に応じ、倒立二輪車１１の位置が可動範囲外であると判定された場合に、倒立二輪車１１を可動範囲内に復帰させる位置復帰制御手段１３３と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の可動範囲内において、搭乗者の操作量に応じて駆動状態を変化させる倒立二輪車と、
前記倒立二輪車の位置情報を取得するエリアセンサーと、
エリア制御器と、を備え、
前記エリア制御器は、
前記倒立二輪車の可動範囲を記憶する記憶手段と、
前記エリアセンサーにより取得された前記倒立二輪車の位置が、前記記憶手段に記憶された可動範囲内であるか否かを判別する位置判定手段と、
前記位置判定手段の判別結果に応じ、前記倒立二輪車の位置が可動範囲外であると判定された場合に、前記倒立二輪車を可動範囲内に復帰させる位置復帰制御手段と、を有する、
バランス訓練システム。
【請求項２】
所定の可動範囲内において、搭乗者の操作量に応じて駆動状態を変化させる倒立二輪車と、
前記倒立二輪車の位置情報を取得するエリアセンサーと、
エリア制御器と、を備えるバランス訓練システムの制御方法であって、
前記エリア制御器は、
前記倒立二輪車の可動範囲を記憶し、
前記エリアセンサーにより取得された前記倒立二輪車の位置が、前記記憶手段に記憶された可動範囲内であるか否かを判別し、
前記判別結果に応じ、前記倒立二輪車の位置が可動範囲外であると判定された場合に、所定の可動範囲内に復帰させる、
バランス訓練システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バランス訓練システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人のバランス能力を訓練するために、倒立二輪型のロボットを用いたゲームが用いられている。このような倒立二輪型のロボットを用いた訓練において、その可動範囲は、あらかじめ定めた所定の範囲内となるように設定されている。
【０００３】
また倒立二輪型のロボットを用いた訓練では、被験者が転倒しないよう、吊り具が被験者に取り付けられている。吊り具は、その可動範囲では作動しない十分な長さ、かつ転倒時に被験者が床に当たらない長さで設けてあるのが一般的である。
【０００４】
特許文献１には、移動体の状態量および搭乗者の状態量のうち少なくとも一方を検出する姿勢センサー等を備え、姿勢センサー等により検出された状態量に基づいて訓練の改善度合いを示す訓練改善度を算出し、移動体の動作を制御する制御方法及び制御プログラムについて開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２０３５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
被験者の訓練レベルが低い場合には、倒立二輪車が可動範囲を頻繁に超えてしまう場合がある。この場合、補助者は倒立二輪車が可動範囲を超えたか否かを判断し、可動範囲から超えている場合には、倒立二輪車を可動範囲内に入れ直す必要があり、強制的に倒立二輪車を押して元に戻している。また補助者が判定を行う前に、倒立二輪車が可動範囲から大きく外れた場合には、吊り具が作用し安全停止状態になる。このとき被験者は、倒立二輪車から降車せざるを得なくなる。ここで吊り具による安全停止状態になりにくくなるよう、吊り具のベルトの余裕を大きく取ることが考えられるが、システムエラー等により被験者が転倒しそうな状態となったときに、吊り具の余裕の分だけ空走することになり、被験者にかかる衝撃が大きくなる恐れがある。
したがって、自動的に倒立二輪車を可動範囲内に復帰させ、バランス訓練を継続的に実行できるシステムが求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかるバランス訓練システムは、所定の可動範囲内において、搭乗者の操作量に応じて駆動状態を変化させる倒立二輪車と、前記倒立二輪車の位置情報を取得するエリアセンサーと、エリア制御器と、を備え、前記エリア制御器は、前記倒立二輪車の可動範囲を記憶する記憶手段と、前記エリアセンサーにより取得された前記倒立二輪車の位置が、前記記憶手段に記憶された可動範囲内であるか否かを判別する位置判定手段と、前記位置判定手段の判別結果に応じ、前記倒立二輪車の位置が可動範囲外であると判定された場合に、前記倒立二輪車を可動範囲内に復帰させる位置復帰制御手段と、を有する。
【０００８】
また本発明に係るバランス訓練システムの制御方法は、所定の可動範囲内において、搭乗者の操作量に応じて駆動状態を変化させる倒立二輪車と、前記倒立二輪車の位置情報を取得するエリアセンサーと、エリア制御器と、を備えるバランス訓練システムの制御方法であって、前記エリア制御器は、前記倒立二輪車の可動範囲を記憶し、前記エリアセンサーにより取得された前記倒立二輪車の位置が、前記記憶手段に記憶された可動範囲内であるか否かを判別し、前記判別結果に応じ、前記倒立二輪車の位置が可動範囲外であると判定された場合に、所定の可動範囲内に復帰させる。
【０００９】
これにより、自動的に倒立二輪車を可動範囲内に復帰させるができ、被験者や補助者の負担を軽減することができる。
【発明の効果】
【００１０】
バランス訓練を継続的に実行できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１にかかるバランス訓練システムの構成図である。
【図２】実施の形態１にかかるバランス訓練システムの外観を示す図である。
【図３】実施の形態１にかかるバランス訓練システムの動作フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、バランス訓練システム１の構成を示す図である。また図２は、バランス訓練システム１の外観を示す図である。
【００１３】
バランス訓練システム１は、倒立二輪車１１と、エリアセンサー１２と、エリア制御器１３と、吊り具１４と、モニター１５を備える。
【００１４】
倒立二輪車１１は、同軸上に２つの車輪が設けられた倒立二輪型ロボットである。倒立二輪車１１は、本体部１１１と、ハンドル１１２を備える。
【００１５】
本体部１１１は、制御部１１３と、駆動部１１４と、受信部１１５を有する。典型的には、本体部１１１は、上部に被験者が搭乗する搭乗部を有している。
【００１６】
ハンドル１１２は、本体部１１１に連結して設けられ、被験者が本体部１１１に搭乗した場合に把持する把持部である。典型的にはハンドル１１２は、搭乗者が前後方向に傾動させた操作量を、制御部１１３に出力する。
【００１７】
制御部１１３は、倒立二輪車１１の動作の制御を行う。典型的には制御部１１３は、本体部１１１に設けられたセンサーにより取得された、搭乗者の重心移動やハンドル１１２の操作量に基づいて、制御信号を生成し、駆動部１１４に出力する。また制御部１１３は、エリア制御器１３から受信部１１５を介して受信した操作信号に基づいて制御信号を生成し、駆動部１１４に出力する。
【００１８】
駆動部１１４は、制御部１１３から入力した制御信号に基づいて、倒立二輪車１１の車輪を駆動させる。典型的には、駆動部１１４は、モータである。
【００１９】
受信部１１５は、エリア制御器１３から送信された操作信号を受信する。受信部１１５は、受信した操作信号を、制御部１１３に出力する。
【００２０】
エリアセンサー１２は、被験者がバランス訓練を行う環境内に設けられた位置情報取得手段である。例えばエリアセンサー１２は、部屋の壁面に設置された、複数の光学式センサー１２ａ及びカメラ１２ｂである。エリアセンサー１２は、倒立二輪車１１の位置情報を取得し、エリア制御器１３に出力する。エリアセンサー１２からエリア制御器１３への情報出力は、無線方式であっても良く、有線方式であっても良い。
【００２１】
エリア制御器１３は、記憶手段１３１と、位置判定手段１３２と、位置復帰制御手段１３３と、送信部１３４を備える。
【００２２】
記憶手段１３１は、あらかじめ定められた倒立二輪車１１の可動範囲を記憶する記憶部である。記憶手段１３１は、被験者の訓練のレベルに応じて、可動範囲を変更して記憶可能であることが望ましい。図２には、被験者の訓練レベルが低い場合に用いる狭い可動範囲２１と、被験者の訓練レベルが高い場合に用いる可動範囲２２が、点線で示されている。例えば記憶手段１３１は、倒立二輪車１１の初期位置から、半径７５０ｍｍの範囲を可動範囲として記憶する。
【００２３】
位置判定手段１３２は、倒立二輪車１１が記憶手段１３１に記憶された可動範囲を超えたか否かを判定する。例えば位置判定手段１３２は、エリアセンサー１２により取得された倒立二輪車１１の位置の座標が、記憶手段１３１が記憶した可動範囲内であるか否かを判定する。また位置判定手段１３２は、倒立二輪車１１が、可動範囲内と可動範囲外との境界を超えたか否かを判定してもよい。
【００２４】
位置復帰制御手段１３３は、倒立二輪車１１が可動範囲外にある場合に、可動範囲内に戻るよう操作信号を生成する。より具体的には位置復帰制御手段１３３は、位置判定手段１３２により倒立二輪車１１が可動範囲外にあると判定された場合に、倒立二輪車１１が可動範囲に戻るよう操作信号を生成する。位置復帰制御手段１３３は生成した操作信号を、送信部１３４を介して、倒立二輪車１１に送信する。
【００２５】
送信部１３４は、位置復帰制御手段１３３が生成した操作信号を、倒立二輪車１１の受信部１１５に送信する。
【００２６】
吊り具１４は、被験者を上方に吊りあげる吊り具である。例えば吊り具１４は、部屋の天井から吊り下げて設けられている。典型的には吊り具１４は、被験者が装着しているベルトに連結され、被験者が転倒しそうな場合に被験者の両脇や腰などを支える。
【００２７】
モニター１５は、被験者が訓練を行うためのゲーム画面等を表示する表示部である。
【００２８】
次に、バランス訓練システムの動作について説明する。図３は、バランス訓練システム１の動作フローである。
【００２９】
記憶手段１３１は、あらかじめ、被験者の訓練レベルに適した可動範囲を記憶する（ステップＳ１１）。
【００３０】
被験者は、倒立二輪車１１に搭乗し、訓練を開始する（ステップＳ１２）。
【００３１】
エリアセンサー１２は、倒立二輪車１１の位置を取得する（ステップＳ１３）。
【００３２】
位置判定手段１３２は、倒立二輪車１１が可動範囲内にあるか、可動範囲外にあるかを判定する（ステップＳ１４）。倒立二輪車１１が可動範囲内にあると判定された場合には（ステップＳ１４でＹｅｓ）、ステップＳ１５に進む。倒立二輪車１１が可動範囲外にあると判定された場合には（ステップＳ１４でＮｏ）、ステップＳ２１に進む。
【００３３】
制御部１１３は、搭乗者の重心移動やハンドル操作に応じて制御信号を生成し、車輪を駆動させる（ステップＳ１５）。その後、ステップＳ１３に戻る。
【００３４】
位置復帰制御手段１３３は、倒立二輪車１１が可動範囲に戻るよう、操作信号を生成する（ステップＳ２１）。例えば、位置復帰制御手段１３３は、倒立二輪車１１を初期位置の方向に移動させる操作信号を生成し、送信部１３４を介して倒立二輪車１１に送信する。
【００３５】
倒立二輪車１１は、位置復帰制御手段１３３で生成された操作信号に基づいて、車輪を駆動する（ステップＳ２２）。典型的には、制御部１１３は、位置復帰制御手段１３３で生成された操作信号に基づいて制御信号を生成し、車輪を駆動させる。このとき制御部１１３は、位置復帰制御手段１３３から受信した操作信号を、搭乗者の重心移動やハンドル操作よりも優先し、制御信号を生成する。その後、ステップＳ１３に戻る。
【００３６】
これにより、倒立二輪車が可動範囲から外れた場合に、自動的に可動範囲に戻すことができる。そのため被験者や補助者は、倒立二輪車が可動範囲を超えているかを判断する必要がなくなる。また、倒立二輪車を可動範囲内に自動的に引き戻すことができるため、被験者は可動範囲から外れるたびに降車する必要がなく、訓練の継続性の向上、及び負担の軽減を図ることができる。
また訓練レベルが低い被験者が訓練を行う場合は、可動範囲を狭く設定しておくことにより、ゲームの成功率より継続性を重視し、緊急降車が行われないようにすることができる。一方、訓練レベルが高い被験者が訓練を行う場合には、可動範囲を広くすることでダイナミックな操作が可能となる。そのため、被験者は足首を大きく使った訓練ができるとともに、娯楽性を向上させることができる。
【００３７】
さらに倒立二輪車は、路面の摩擦やタイヤの微小すべりの蓄積により、向きがずれていくことがある。このずれはバランス訓練が必要なレベルの被験者には補正することが難しく、補助者も訓練時にこの微小なずれを直すのは難しい。しかしながら、上述のバランス訓練システムでは、エリアセンサーやエリア制御器を用いて倒立二輪車の位置や向きを検知し、訓練の動きに影響しない範囲でずれを斬減するように倒立二輪車を制御することができる。そのため、訓練の継続性の向上を図ることができる。
【００３８】
また、エリアセンサーを用いることで、倒立二輪車だけではなく搭乗者の姿勢を検出し、記録することができる。そのため訓練後に、被験者自身が理想的な姿勢で訓練ができているか否かを確認することができ、被験者にとって判りやすいフィードバックが可能になる。
【００３９】
また、リアルタイムで被験者の訓練時の姿勢をモニターに表示することができるため、被験者はリアルタイムで理想的な訓練姿勢との差を認識することができる。これにより訓練レベルが高い被験者は、理想的な訓練姿勢との差を即座にフィードバックすることができ、訓練効率の上昇が期待できる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、位置復帰制御手段１３３は倒立二輪車１１の制御信号を生成し、倒立二輪車１１は位置復帰制御手段１３３が生成した制御信号を、制御部１１３で生成した制御信号より優先して用いることにより、車輪を駆動させても良い。
【符号の説明】
【００４１】
１    バランス訓練システム
１１    倒立二輪車
１１１    本体部
１１２    ハンドル
１１３    制御部
１１４    駆動部
１１５    受信部
１２    エリアセンサー
１２ａ    光学式センサー
１２ｂ    カメラ
１３    エリア制御器
１３１    記憶手段
１３２    位置判定手段
１３３    位置復帰制御手段
１３４    送信部
１４    吊り具
１５    モニター
２１    可動範囲
２２    可動範囲
【図１】
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【図２】
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【図３】
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