(57)【要約】【課題】本願は、使用者に伝わる力を大きくしつつ小型化を実現できる誘導装置を提供する。【解決手段】誘導装置は、使用者が把持又は装着する所定部材に設けられた回転体と、回転中の前記回転体の回転軸と前記所定部材との相対角度が変化する際のジャイロモーメントにより前記所定部材に作用する回転力の方向が、前記使用者を誘導する方向となるように前記相対角度を調整した後、前記使用者の身体もしくは前記所定部材の位置、姿勢又は速度に応じて、前記相対角度を変化させる角度制御部と、を備える。【選択図】図１
2014181926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者が把持又は装着する所定部材に設けられた回転体と、
回転中の前記回転体の回転軸と前記所定部材との相対角度が変化する際のジャイロモーメントにより前記所定部材に作用する回転力の方向が、前記使用者を誘導する方向となるように前記相対角度を調整した後、前記使用者の身体もしくは前記所定部材の位置、姿勢又は速度に応じて、前記相対角度を変化させる角度制御部と、を備える、
誘導装置。
【請求項２】
前記角度制御部は、前記相対角度を調整した後、検出器で検出された前記位置、姿勢又は速度に応じて、前記相対角度が増減する往復動作が実現されるように前記相対角度を変化させる、
請求項１に記載の誘導装置。
【請求項３】
前記角度制御部は、前記往復動作における往路の角速度と復路の角速度とが相違する非対称の往復動作が実現されるように前記相対角度を変化させる、
請求項２に記載の誘導装置。
【請求項４】
前記角度制御部は、前記回転体の回転軸と前記所定部材との相対角度を２つの回転軸で変更可能であり、前記使用者を誘導する方向となるように前記相対角度を前記２つの回転軸で調整した後、前記２つの回転軸のうち何れか一方の回転軸で前記相対角度を変化させる、
請求項１から３の何れか一項に記載の誘導装置。
【請求項５】
前記角度制御部は、前記使用者を誘導するための誘導情報を得ると、前記所定部材に作用する回転力の方向が前記誘導情報の示す方向となるように前記相対角度を調整した後、前記相対角度を変化させる、
請求項１から４の何れか一項に記載の誘導装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、誘導装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、使用者が把持又は装着する部材を特定の方向に動かして力覚を提示し、使用者を誘導する装置が開発されている。力覚の提示法としては、例えば、回転体を３軸分各々独立に設けたもの（例えば、特許文献１−２を参照）や、コイルとマグネットとの相対的な直線往復動作を利用したもの（例えば、特許文献３を参照）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２４３４９３号公報
【特許文献２】特開２００４−１７７３６０号公報
【特許文献３】特開２００９−００２７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回転体を３軸分各々独立に設けたものは、少なくとも３つの回転体を有することになるため不可避的に大型化し、軽量化や消費電力の削減が難しい。一方、コイルとマグネットとの相対的な直線往復動作を利用したものは、使用者に伝わる力を大きくすることが難しい。
【０００５】
そこで、本願は、使用者に伝わる力を大きくしつつ小型化を実現できる誘導装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願は、次のような誘導装置を開示する。
使用者が把持又は装着する所定部材に設けられた回転体と、
回転中の前記回転体の回転軸と前記所定部材との相対角度が変化する際のジャイロモーメントにより前記所定部材に作用する回転力の方向が、前記使用者を誘導する方向となるように前記相対角度を調整した後、前記使用者の身体もしくは前記所定部材の位置、姿勢又は速度に応じて、前記相対角度を変化させる角度制御部と、を備える、
誘導装置。
【発明の効果】
【０００７】
上記誘導装置であれば、使用者に伝わる力を大きくしつつ小型化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態に係る誘導装置を示した図の一例である。
【図２】図２は、実施形態に係る誘導装置において実現されるジャイロ現象をイメージで表した図の一例である。
【図３】図３は、ジャイロモーメントが基材に作用した際の回転体の角運動量ベクトルＨの向きの変化を示した図の一例である。
【図４】図４は、非対称往復動作を第２モータが実行する際のトルクＴの変化を示した図の一例である。
【図５】図５は、誘導装置を制御するコントローラが実現する処理フローの一例である。
【図６】図６は、変形例に係る誘導装置を示した図の一例である。
【図７】図７は、実施形態に係る誘導装置を適用した杖の一例である。
【図８】図８は、杖に設けた誘導装置を制御するシステムのブロック図の一例である。
【図９】図９は、杖を、目的地への進路を案内する装置として機能させる場合にコントローラが実現する処理のフローチャートを示した図の一例である。
【図１０】図１０は、杖に設けた誘導装置の動作パターンを示した図の一例である。
【図１１】図１１は、杖に設けた誘導装置が発生するトルクＴによって動く杖本体の角速度と第２モータの角速度との関係を示したグラフの一例である。
【図１２】図１２は、杖の状態と杖に作用するトルクＴの方向との関係をイメージで示した図の一例である。
【図１３】図１３は、杖の使用者が触知する方向をイメージで示した図の一例である。
【図１４】図１４は、杖の使用者に警告情報を伝える態様をイメージで示した図の一例である。
【図１５】図１５は、杖の使用者の健康を促進するべく、使用者を前方に誘導する態様をイメージで示した図の一例である。
【図１６】図１６は、変形例に係る誘導装置を適用した装具の一例である。
【図１７】図１７は、装具に設けた誘導装置を制御するシステムのブロック図の一例である。
【図１８】図１８は、３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）回りの各々についてトルクＴを発生させる場合に装具が呈する態様を示した図の一例である。
【図１９】図１９は、３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の何れに対しても傾いた軸回りのトルクＴを発生させる場合に装具が呈する態様を示した図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、単なる例示であり、本願の技術的範囲を以下の態様に限定するものではない。
【００１０】
＜誘導装置の実施形態＞
図１は、実施形態に係る誘導装置を示した図の一例である。誘導装置１は、使用者に進路を触知させて誘導する装置である。誘導装置１は、使用者が把持又は装着する基材（本願でいう「所定部材」の一例である）２に固定される装置であり、回転体３および角度変更部４を備える。
【００１１】
回転体３は、円形の部材であり、回転体３を回転させるための動力を発生する第１モータＭ１に軸支される。回転体３は、第１モータＭ１の動力を受けて回転する。回転体３は、誘導装置１の電源がオンの状態において、回転速度等の制御が特に行われること無く、概ね一定の適当な回転速度で回転する。
【００１２】
なお、回転体３は、第１モータＭ１の駆動軸によって軸支される態様に限定されるものでなく、例えば、歯車やベルトといった各種の動力伝達機構を経由して伝達される動力で回転してもよい。また、回転体３は、回転体３の付近に配置した第１モータＭ１によって回転駆動される態様に限定されるものでなく、例えば、回転体３の内部に埋め込んだ駆動源で回転してもよい。また、回転体３は、円形の部材に限定されるものでなく、回転軸に作用する遠心力のバランスが取れているものであれば、例えば、球形や方形といった各種の形態を呈する部材であってもよい。
【００１３】
角度変更部４は、第２モータＭ２の駆動軸で第１モータＭ１を軸支する機構である。角度変更部４は、第２モータＭ２の駆動軸が第１モータＭ１の駆動軸と略直交する位置関係
となるように第１モータＭ１や回転体３を軸支している。よって、角度変更部４は、第２モータＭ２の駆動軸の回転角を調整することにより、回転体３の回転軸と基材２との相対角度を変更することができる。
【００１４】
なお、角度変更部４は、各モータの駆動軸同士が略直交する位置関係となるように第１モータＭ１を軸支する態様に限定されるものではない。角度変更部４は、例えば、第２モータＭ２の駆動軸が第１モータＭ１の駆動軸と非平行であれば、第２モータＭ２の駆動軸の回転角の調整により、回転体３の回転軸と基材２との相対角度を変更することができる。
【００１５】
図２は、実施形態に係る誘導装置１において実現されるジャイロ現象をイメージで表した図の一例である。回転体３の回転中に回転体３の回転軸と基材２との相対角度が変更されると、基材２にはジャイロモーメント（以下、「トルク」という）が作用する。基材２は、使用者が把持又は装着する部材であるため、基材２にトルクが作用すると、基材２に作用したトルクを使用者が触知することになる。回転体３の角運動量ベクトルをＨとし、回転体３の回転軸が第２モータＭ２によって回転される際の角速度ベクトルをΩとすると、使用者が触知するトルクＴは、下記の数式（数１）によって表される。
【数１】
2014181926.tif 000003
【００１６】
上記の数式（数１）から判る様に、使用者が触知するトルクＴの大きさは、角運動量ベクトルＨや角速度ベクトルΩの大きさに依存する。よって、誘導装置１は、回転体３の回転速度を速くするか、回転体３を重くするか、或いは第２モータＭ２の角速度を速くすることにより、使用者に対して情報を強く触知させることができる。
【００１７】
ところで、誘導装置１は、基材２が使用者に把持又は装着されているため、トルクＴを基材２に一方的に作用させると、基材２に対する回転体３の回転軸の相対角度が変化することになる。図３は、トルクＴが基材２に作用した際の回転体３の角運動量ベクトルＨの向きの変化を示した図の一例である。誘導装置１は、第２モータＭ２の停止状態においては、回転体３の角運動量ベクトルＨの向きを一定に保つ（図３（Ａ）を参照）。ところが、誘導装置１は、第２モータＭ２を作動させ、基材２に対する回転体３の回転軸の相対角度が変化する間、角運動量ベクトルＨの向きも変化する（図３（Ｂ）を参照）。この結果、角運動量ベクトルＨは、第２モータＭ２の停止後、第２モータＭ２の作動前と比べて異なる方向を向くことになる（図３（Ｃ）を参照）。よって、角運動量ベクトルＨの向きを元に戻さない場合、使用者に対し、同じ方向のトルクＴを連続的に提示することができない。
【００１８】
そこで、本実施形態に係る誘導装置１は、回転体３の回転軸と基材２との相対角度が増減する往復動作を第２モータＭ２に実行させ、角運動量ベクトルＨの向きの変化を抑制する。角運動量ベクトルＨの向きが概ね一定に保たれれば、誘導装置１は、使用者に対し、同じ方向のトルクＴを連続的に提示できる。また、単純な往復動作を行った場合、使用者が触知するトルクＴの大きさは、回転体３の回転軸と基材２との相対角度が増加している時と減少している時とで同じである。よって、誘導装置１は、単純な往復動作を行う場合、使用者に対し、互いに離反する２つの方向を触知させることになり、特定の方向を提示できない。従って、誘導装置１は、以下の様な往復動作を第２モータＭ２に実行させる。
【００１９】
既述した数式（数１）から判る様に、使用者が触知するトルクＴの大きさは、角運動量ベクトルＨや角速度ベクトルΩの大きさに依存している。よって、使用者が触知するトルクＴの大きさは、第２モータＭ２の角速度に比例して変化する。そこで、誘導装置１は、
往復動作における往路の角速度と復路の角速度とが相違する非対称往復動作を第２モータＭ２に実行させる。すなわち、誘導装置１は、使用者に提示したい方向のトルクが基材２に作用する場合の回転方向に沿って第２モータＭ２を回転駆動する際は、少なくとも使用者が触知できる程度の強度のトルク（以下、「トルクＴ１」という）が発生する角速度（以下、「角速度Ω１」という）で第２モータＭ２を回転駆動する。一方、誘導装置１は、使用者に提示したい方向のトルクが基材２に作用する場合の回転方向と反対の回転方向に第２モータＭ２を回転駆動する際は、使用者が触知できない程度の強度のトルク（以下、「トルクＴ２」という）が発生する角速度（以下、「角速度Ω２」という）で第２モータＭ２を回転駆動する。基材２に作用するトルクの強度は、角速度に比例するため、角速度Ω２の絶対値は角速度Ω１の絶対値に比較して不可避的に小さい値を採ることになる。具体的な角速度Ω１，Ω２の値は、回転体３の重さや第２モータＭ２の能力、基材２の形態等に応じて適宜決定する。
【００２０】
図４は、非対称往復動作を第２モータＭ２が実行する際のトルクＴの変化を示した図の一例である。誘導装置１は、図４に示す角度Φ０と角度Φ１で示される範囲内で第２モータＭ２に非対称往復動作を実行させるものとする。誘導装置１が非対称往復動作を第２モータＭ２に実行させる際の動作範囲（角度Φ０〜角度Φ１）は、回転体３の重さや第２モータＭ２の能力、基材２の形態等に応じて適宜決定する。また、使用者に提示したい方向のトルクが基材２に作用する場合の第２モータＭ２の回転方向は、角度Φ０から角度Φ１へ向かう方向であるものとする。
【００２１】
誘導装置１は、第２モータＭ２を角度Φ０から角度Φ１へ向けて回転駆動する際は、第２モータＭ２が角速度Ω１で回転駆動するように第２モータＭ２を制御する。第２モータＭ２を角速度Ω１で回転駆動させると、使用者が触知できる強度のトルクＴ１が基材２に作用するため、使用者は、誘導装置１が示す方向を認識することができる。また、誘導装置１は、第２モータＭ２を角度Φ１から角度Φ０へ向けて回転駆動する際は、第２モータＭ２が角速度Ω２で回転駆動するように第２モータＭ２を制御する。第２モータＭ２を角速度Ω２で回転駆動させると、使用者が触知できない強度のトルクＴ２が基材２に作用するだけなので、使用者は、トルクＴ２が作用する基材２の動く方向をほとんど体感しない。
【００２２】
なお、第２モータＭ２が実現する非対称往復動作は、基材２（もしくは使用者の身体）の位置、姿勢又は速度等の動きに合わせて実行される。例えば、歩行運動の場合，手の振り出し時に使用者が触知できる強度のトルクＴ１、手の振り戻し時に使用者が触知できない強度のトルクＴ２を発生させる。また、杖等のように周期的な動きを基材２が行う場合であれば、基材２の周期的な動きに合わせて往復動作を実現するようにしてもよい。
【００２３】
誘導装置１の制御は、例えば、次のような処理によって実現可能である。すなわち、例えば、誘導装置１の制御を司るコントローラに、使用者に触知させるべき方向に関する情報（本願でいう「誘導情報」の一例である）を入力し、使用者が触知するトルクＴ１の方向が入力された方向に関する情報と一致することになる回転体３の回転軸と基材２との相対角度を決定させる。そして、コントローラに、第２モータＭ２の角度変更の処理を実行させた後、第２モータＭ２に往復動作の処理を実行させる。
【００２４】
図５は、誘導装置１を制御するコントローラが実現する処理フローの一例である。コントローラは、数値演算に基づくモータ制御を実行可能な電子機器によって実現可能である。数値演算に基づくモータ制御を実行可能な電子機器としては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ、入出力インターフェースを備えるマイクロコンピュータ
等の各種コンピュータ装置の他、いわゆるスマートフォンやその他各種の携帯情報端末等を適用可能である。
【００２５】
誘導装置１を制御するコントローラは、使用者を誘導するために誘導装置１が使用者に触知させるべき方向に関する情報が入力されると、センサ類（本願でいう「検出器」の一例である）により使用者の身体もしくは基材２の位置、姿勢又は速度を検出する（Ｓ１０１）。また、誘導装置１を制御するコントローラは、使用者を誘導するために誘導装置１が使用者に触知させるべき方向に関する情報が入力されると、使用者が触知するトルクＴ１の方向が入力された方向に関する情報と一致することになる回転体３の回転軸と基材２との相対角度を決定する（Ｓ１０２）。誘導装置１を制御するコントローラは、回転体３の回転軸と基材２との相対角度Θ２を決定した後、決定した相対角度Θ２となるように第２モータＭ２の駆動軸の角度を調整する（Ｓ１０３）。誘導装置１を制御するコントローラは、第２モータＭ２の駆動軸の角度を調整した後、Ｓ１０１で検出した情報に基づいて，第２モータＭ２に非対称往復動作を実行させる（Ｓ１０４）。非対称往復動作の実行時間は、非対称往復動作の開始後、トルクＴ１による基材２の動きに基づいて誘導装置１が示す方向を認識できる。なお、使用者を誘導するために誘導装置１が使用者に触知させるべき方向に関する情報は、使用者を誘導するための各種情報を生成するあらゆるハードウェア或いはソフトウェアからの情報を適用可能である。
【００２６】
ところで、使用者が触知するトルクＴ１の方向が誘導情報の角度と一致することになる回転体３の回転軸と基材２との相対角度Θ２は、座標系等の設定如何に応じて異なる。例えば、図２に示すようなＸ−Ｙ座標系において、Ｘ軸方向が使用者の前方方向であり、Ｙ軸方向が使用者の左方向であると仮定する。そして、誘導装置１は、第２モータＭ２の設定角度を零度にすると、回転体３の角運動量ベクトルＨがＸ軸方向に一致するものとする。そして、コントローラに入力される誘導情報は、使用者を誘導するための方向に関する具体的な情報として、例えば、Ｘ軸方向に対する相対角を示すものと仮定する。この場合、使用者が触知するトルクＴ１の方向は、誘導情報が示す角度と一致することになる。例えば、コントローラに入力される誘導情報が示す角度が零度（前方）の場合、第２モータＭ２の設定角度を零度にすれば、回転体３の角運動量ベクトルＨがＸ軸方向と一致する状態となる。角運動量ベクトルＨがＸ軸方向と一致した状態において、第２モータＭ２に設定角度である零度を前後する非対称往復動作を実行させると、Ｙ軸方向と一致するトルクＴ１が基材２に作用する。この結果、使用者は、Ｙ軸回りに回転しようとする基材２の動きを触知し、誘導装置１が前方に誘導しようとしていることを認識することができる。また、例えば、コントローラに入力される誘導情報が示す角度が＋９０度（左方）の場合、第２モータＭ２の設定角度を＋９０度にすれば、回転体３の角運動量ベクトルＨがＹ軸方向と一致する状態となる。角運動量ベクトルＨがＹ軸方向と一致した状態において、第２モータＭ２に設定角度である＋９０度を前後する非対称往復動作を実行させると、Ｘ軸方向の反対方向と一致するトルクＴ１が基材２に作用する。この結果、使用者は、Ｘ軸回りで使用者の左方に回転しようとする基材２の動きを触知し、誘導装置１が左方に誘導しようとしていることを認識することができる。また、例えば、コントローラに入力される誘導情報が示す角度が−９０度（右方）の場合、第２モータＭ２の設定角度を−９０度にすれば、回転体３の角運動量ベクトルＨがＹ軸方向の反対方向と一致する状態となる。角運動量ベクトルＨがＹ軸方向の反対方向と一致した状態において、第２モータＭ２に設定角度である−９０度を前後する非対称往復動作を実行させると、Ｘ軸方向と一致するトルクＴ１が基材２に作用する。この結果、使用者は、Ｘ軸回りで使用者の右方に回転しようとする基材２の動きを触知し、誘導装置１が右方に誘導しようとしていることを認識することができる。
【００２７】
なお、コントローラは、誘導装置１が使用者に触知させる方向を反転させたい場合、上記の例に示したように、第２モータＭ２の設定角度を１８０度反転させる態様に限定されるものではない。コントローラは、誘導装置１が使用者に触知させる方向を反転させたい場合、例えば、第２モータＭ２の設定角度は変更せずに、非対称往復動作における角速度
を往路と復路とで反転させてもよい。
【００２８】
上記実施形態に係る誘導装置１は、ジャイロモーメントを利用しているため、回転体３が軽量或いは第１モータＭ１が低出力であっても基材２に比較的強いトルクが作用する。このため、誘導装置１は、小型にしても使用者に伝わる力を大きくすることが可能である。また、上記実施形態に係る誘導装置１は、１つの回転体３で２軸回りの方向に作用する力を基材２に発生するため、各軸に対応する回転体を各々設けた場合に比べて小型化可能である。
【００２９】
＜誘導装置の変形例＞
図６は、変形例に係る誘導装置を示した図の一例である。本変形例に係る誘導装置１’は、上記実施形態に係る誘導装置１に第３モータＭ３を更に設けたものである。すなわち、本変形例に係る誘導装置１’の角度変更部４’は、第２モータＭ２の駆動軸で第１モータＭ１や回転体３を軸支する他、第３モータＭ３の駆動軸で第１モータＭ１や第２モータＭ２、回転体３を軸支する機構である。角度変更部４’は、第２モータＭ２の駆動軸が第１モータＭ１の駆動軸と略直交する位置関係となるように第１モータＭ１を軸支する他、第３モータＭ３の駆動軸が第２モータＭ２の駆動軸と略直交する位置関係となるように第２モータＭ２を軸支する。
【００３０】
なお、角度変更部４’は、各モータの駆動軸同士が略直交する位置関係となるように回転体３や第１モータＭ１、第２モータＭ２を軸支する態様に限定されるものではない。角度変更部４は、例えば、第３モータＭ３の駆動軸が第２モータＭ２の駆動軸と非平行であれば、第３モータＭ３の駆動軸の回転角の調整により、第２モータＭ２の駆動軸と基材２との相対角度を変更することができる。
【００３１】
誘導装置１’の制御は、例えば、次のような処理によって実現可能である。すなわち、例えば、誘導装置１の制御を司るコントローラに、使用者に触知させるべき方向に関する情報（本願でいう「誘導情報」の一例である）を入力し、使用者が触知するトルクＴ１の方向が入力された方向に関する情報と一致することになる回転体３の回転軸と基材２との相対角度を決定させる。そして、コントローラに、第２モータＭ２及び第３モータＭ３の角度変更の処理を実行させた後、第２モータＭ２に往復動作の処理を実行させる。
【００３２】
誘導装置１’を制御するコントローラが実現する処理フローは、図５に示した処理フローを準用できる。誘導装置１’を制御するコントローラは、使用者を誘導するために誘導装置１’が使用者に触知させるべき方向に関する情報が入力されると、センサ類により基材２（もしくは使用者の身体）の位置、姿勢又は速度を検出する（Ｓ１０１）。また、誘導装置１’を制御するコントローラは、使用者を誘導するために誘導装置１’が使用者に触知させるべき方向に関する情報が入力されると、使用者が触知するトルクＴ１の方向が入力された方向に関する情報と一致することになる回転体３の回転軸と基材２との相対角度を算出する。そして、コントローラは、回転体３の回転軸と基材２との相対角度が算出した値となる場合の第２モータＭ２の駆動軸の角度Θ２と第３モータＭ３の駆動軸の角度Θ３とをそれぞれ決定する（Ｓ１０２）。コントローラは、駆動軸の角度Θ２，Θ３を決定した後、決定した相対角度Θ２，Θ３となるように第２モータＭ２及び第３モータＭ３の駆動軸の角度を調整する（Ｓ１０３）。誘導装置１’を制御するコントローラは、第２モータＭ２及び第３モータＭ３の駆動軸の角度を調整した後、第２モータＭ２に非対称往復動作を実行させる（Ｓ１０４）。
【００３３】
上記変形例に係る誘導装置１’は、ジャイロモーメントを利用しているため、実施形態に係る誘導装置１と同様、小型にしても使用者に伝わる力を大きくすることが可能である。また、上記実施形態に係る誘導装置１は、１つの回転体３で３軸回りの方向に作用する
力を基材２に発生するため、使用者をあらゆる方向に誘導することが可能である。
【００３４】
＜トルクについて＞
基材２に作用するトルクＴは、既述の数式（数１）に示した通りである。よって、３軸の座標系における基本ベクトルを（ｉ，ｊ，ｋ）とし、回転体３の角運動量Ｈ、第２モータＭ２の角速度Ω、基材２に作用するトルクＴを下記の表１に示す通りに定義した場合、基材２に作用するトルクＴは下記の数式（数２）の通りとなる。
【表１】
2014181926.tif 000004
【数２】
2014181926.tif 000005
【００３５】
よって、第１モータＭ１のみを用いる場合（ケースＮｏ．１）、第１モータＭ１及び第２モータＭ２を用いる場合（ケースＮｏ．２）、第１モータＭ１と第２モータＭ２と第３モータＭ３とを用いる場合（ケースＮｏ．３）のそれぞれのケースにおいて発生するトルクＴは、下記の表２に示す通りとなる。
【表２】
2014181926.tif 000006
【００３６】
なお、表２に示す記号の意味は以下の通りである。
【数３】
2014181926.tif 000007
【００３７】
表２のケースＮｏ．１に示されるように、第２モータＭ２を停止させた状態（非対称往復動作を行わない状態）では、基材２にトルクＴが作用しない。よって、使用者は何らの情報を触知することができない。また、表２のケースＮｏ．２に示されるように、第１モータＭ１及び第２モータＭ２が作動している状態では、第１モータＭ１及び第２モータＭ２の角速度に比例する大きさのトルクＴが基材２に作用する。また、表２のケースＮｏ．３に示されるように、第２モータＭ２の駆動軸と基材２との相対角度を第３モータＭ３で適当に調整すれば、ケースＮｏ．２のトルクＴが示すような２軸方向（Ｘ−Ｙ軸平面上の方向）を使用者に触知させるだけでなく、３軸方向（３次元の方向）を使用者に触知させることができる。そして、表２のケースＮｏ．２，３が示すように、基材２に作用するトルクＴの大きさは第２モータＭ２の角速度に比例するため、第２モータＭ２が往復動作する際の往路の角速度と復路の角速度とを相違させることにより、使用者に対して一方向のトルクＴ１のみを触知させることができる。
【００３８】
＜第１適用例＞
以下、上記実施形態に係る誘導装置１の適用例について説明する。図７は、実施形態に係る誘導装置１を適用した杖の一例である。誘導装置１は、小型でありながら使用者に触知させるに十分な強度のトルクＴを発生できるため、例えば、図７に示すような、歩行を支援する杖１００に適用することができる。本適用例に係る杖１００は、棒状の杖本体１０１、コントローラ１０２、センサ１０４、バッテリ１０３及び上記実施形態に係る誘導装置１を備える。この場合、誘導装置１は、使用者が把持する杖本体（本願でいう「所定部材」の一例である）１０１に固定されるため、上記実施形態でいう基材２の役割を杖本体１０１が担うことになる。
【００３９】
杖１００は、杖１００が振られた際に、杖１００の使用者に対して様々な情報を提供することを目的としたものである。例えば、屋外で歩行する歩行者は、様々な情報を視覚や聴覚で得ながら歩行を行う。しかし、視覚や聴覚は、例えば、高齢化などによってその機能が衰えることがある。そこで、杖１００は、杖１００が振られた際に杖本体１０１にトルクＴを作用させ、使用者が進むべき進路等を手で触知させる。
【００４０】
手の触覚を通じて杖１００の使用者に伝える情報としては、例えば、車や自転車、或いは要注意箇所が接近していることを視覚の衰えた歩行者に知らせる警告情報、使用者を所定の目的地へ誘導する進路情報等を挙げることができる。
【００４１】
また、手の触覚を通じた情報の伝達としては、例えば、使用者が触知するトルクＴの方向感覚が挙げられる。例えば、車や自転車が使用者に接近していることを知らせる警告情報を伝える場合、杖１００は、接近中の車や自転車から離れる方向に使用者を誘導するトルクＴ１を使用者に触知させる。また、例えば、使用者を所定の目的地へ誘導する進路情報を伝える場合、杖１００は、目的地に接近する方向に使用者を誘導するトルクＴ１を使用者に触知させる。
【００４２】
図８は、杖１００に設けた誘導装置１を制御するシステムのブロック図の一例である。誘導装置１の第１モータＭ１や第２モータＭ２は、例えば、図８に示すようなブロック図
に従ってコントローラ１０２に接続され、コントローラ１０２によって制御されるようにしてもよい。また、コントローラ１０２には、バッテリ１０３やセンサ１０４の他、周辺環境や現在地等に関する情報を得るための機器類１０５を接続してもよい。コントローラ１０２は、第１モータＭ１を駆動する電力を供給すると共に、第２モータＭ２をセンサ１０４や機器類１０５から得た情報に基づいて制御する。
【００４３】
杖１００を、例えば、目的地への進路を案内する装置として機能させる場合にコントローラ１０２が実現する処理フローを以下に示す。図９は、杖を、目的地への進路を案内する装置として機能させる場合にコントローラが実現する処理のフローチャートを示した図の一例である。
【００４４】
コントローラ１０２は、杖１００の使用者が歩行中であるか否かを監視する（Ｓ２０１）。杖１００の使用者が歩行中であるか否かを監視する態様としては、多種多様なあらゆるものを適用可能である。例えば、センサ１０４が加速度を検知する機能を備えるものであれば、コントローラ１０２は、杖１００の使用者が歩行中であるか否かをセンサ１０４からの加速度情報に基づいて判定可能である。また、例えば、センサ１０４が衛星からの電波に基づいて測位を行い、位置情報を取得する機能を備えるものであれば、コントローラ１０２は、杖１００の使用者が歩行中であるか否かをセンサ１０４からの位置情報に基づいて判定可能である。
【００４５】
コントローラ１０２は、杖１００の使用者が歩行中であることを検知した場合、使用者に案内する進路の方向を特定する（Ｓ２０２）。使用者に案内する進路の方向を特定する態様としては、多種多様なあらゆるものを適用可能である。例えば、目的地に向かうための進路を非接触の通信で周囲に報知する装置が目的地に向かうまでの経路中に設置されている場合であれば、コントローラ１０２は、当該機器から通信回線を経由して情報を取得し、使用者に案内する進路の方向を特定可能である。また、例えば、センサ１０４が衛星からの電波に基づいて測位を行い、位置情報を取得する機能を備えるものであれば、コントローラ１０２は、使用者が予め設定した目的地の位置情報とセンサ１０４で測位した現在地の位置情報とを比較することにより、使用者に案内する進路の方向を特定可能である。
【００４６】
コントローラ１０２は、使用者に案内する進路の方向を特定した後、第２モータＭ２の角度Θ２を調整する（Ｓ２０３）。そして、コントローラ１０２は、杖１００が持ち上げられたか否かをセンサ１０４で監視する（Ｓ２０４）。コントローラ１０２は、杖１００が持ち上げられたことをセンサ１０４で検知した後、第２モータＭ２を角速度Ω１で作動させる（Ｓ２０５）。第２モータＭ２の駆動軸が角速度Ω１で動く間、杖本体１０１にはトルクＴ１が作用し、杖１００の使用者がトルクＴ１を触知する。次に、コントローラ１０２は、第２モータＭ２を角速度Ω２で作動させ、第２モータＭ２の駆動軸を元の位置に戻す（Ｓ２０６）。第２モータＭ２の駆動軸が角速度Ω２で動く間、杖本体１０１にはトルクＴ１よりも強度の低いトルクＴ２が作用するが、杖１００の使用者はトルクＴ２をほとんど感じない。コントローラ１０２は、ステップＳ２０５及びステップＳ２０６を１回ずつ実行すると、非対称往復動作を一往復実現する。
【００４７】
図１０は、杖１００に設けた誘導装置１の動作パターンを示した図の一例である。例えば、コントローラ１０２は、使用者に案内する進路が左方であることを特定した場合、杖本体１０１を左方に向けて振ろうとするトルクＴ１が発生するように第２モータＭ２の駆動軸の角度を調整した後（図１０（Ａ）を参照）、第２モータＭ２に非対称往復動作を実行させる。また、例えば、コントローラ１０２は、使用者に案内する進路が前方であることを特定した場合、杖本体１０１を前方に向けて振ろうとするトルクＴ１が発生するように第２モータＭ２の駆動軸の角度を調整した後（図１０（Ｂ）を参照）、第２モータＭ２
に非対称往復動作を実行させる。また、例えば、コントローラ１０２は、使用者に案内する進路が右方であることを特定した場合、杖本体１０１を右方に向けて振ろうとするトルクＴ１が発生するように第２モータＭ２の駆動軸の角度を調整した後（図１０（Ｃ）を参照）、第２モータＭ２に非対称往復動作を実行させる。
【００４８】
図１１は、杖１００に設けた誘導装置１が発生するトルクＴによって動く杖本体１０１の角速度と第２モータＭ２の角速度との関係を示したグラフの一例である。また、図１２は、杖１００の状態と杖１００に作用するトルクＴの方向との関係をイメージで示した図の一例である。コントローラ１０２は、例えば、杖１００が持ち上げられたことをセンサ１０４で検知した場合、第２モータＭ２を角速度Ω１で作動させる（図１２（Ａ）を参照）。次に、コントローラ１０２は、第２モータＭ２を既述の角速度Ω２で作動させ、第２モータＭ２の駆動軸を元の位置に戻す（図１２（Ｂ）を参照）。
【００４９】
図１３は、杖の使用者が触知する方向をイメージで示した図の一例である。上記一連の処理フロー（Ｓ２０１〜Ｓ２０３）が繰り返し実行されることにより、杖１００の使用者は、目的地に向かう進路を触知することができる。
【００５０】
なお、上記の処理フロー（Ｓ２０１〜Ｓ２０３）は、進路情報を伝える場合の処理フローであり、コントローラ１０２が実行する処理フローはこれに限定されるものではない。
【００５１】
図１４は、杖の使用者に警告情報を伝える態様をイメージで示した図の一例である。杖１００の使用者に警告情報を伝える場合、コントローラ１０２は、例えば、図１４に示すように、自動車の接近を検知すると、杖本体１０１を後方に向けて振ろうとするトルクＴ１が発生するように第２モータＭ２を制御してもよい。
【００５２】
図１５は、杖の使用者の健康を促進するべく、使用者を前方に誘導する態様をイメージで示した図の一例である。公園等を散歩する杖１００の使用者の健康増進を図る場合、コントローラ１０２は、例えば、図１５に示すように、杖１００が持ち上げられると、杖本体１０１を前方に向けて振ろうとするトルクＴ１が発生するように第２モータＭ２を制御する処理を繰り返し実行するようにしてもよい。杖１００が使用者を前方に誘導すれば、杖１００の使用者は、前に向かって歩こうとするため、運動効果が高まる。
【００５３】
なお、本適用例では、上記実施形態に係る誘導装置１を杖１００に適用した場合を例に挙げたが、誘導装置１はこのような適用例に限定されるものではない。誘導装置１は、使用者が把持又は装着する様々な器具類に適用可能である。
【００５４】
＜第２適用例＞
以下、変形例に係る誘導装置１’の適用例について説明する。図１６は、変形例に係る誘導装置１’を適用した装具の一例である。誘導装置１’は、例えば、図１６に示すような、使用者が把持可能な装具２００に適用することができる。本適用例に係る装具２００は、使用者が把持可能な筐体２０１、コントローラ２０２、バッテリ２０３及び上記変形例に係る誘導装置１’を備える。この場合、誘導装置１’は、使用者が把持する筐体２０１に固定されるため、上記実施形態でいう基材２の役割を筐体２０１が担うことになる。
【００５５】
装具２００は、杖１００と同様、装具２００の使用者に対して様々な情報を提供することを目的としたものである。装具２００は、筐体２０１にトルクＴを作用させ、使用者が進むべき進路等を手で触知させる。手の触覚を通じて装具２００の使用者に伝える情報としては、杖１００と同様、例えば、警告情報や進路情報等を挙げることができる。コントローラ２０２は、装具２００の使用者に伝えるべき情報を自身が生成してもよいし、外部の機器から取得してもよい。
【００５６】
図１７は、装具２００に設けた誘導装置１’を制御するシステムのブロック図の一例である。誘導装置１’の第１モータＭ１、第２モータＭ２及び第３モータＭ３は、例えば、図１７に示すようなブロック図に従ってコントローラ２０２に接続され、コントローラ２０２によって制御されるようにしてもよい。また、コントローラ２０２には、バッテリ２０３やセンサ２０４、周辺環境や現在地等に関する情報を得るための機器類２０５を接続してもよい。コントローラ２０２は、例えば、第１モータＭ１、第２モータＭ２及び第３モータＭ３を、センサ２０４や機器類２０５から得た情報に応じて制御する。
【００５７】
装具２００に適用した誘導装置１’を制御するコントローラ２０２が実現する処理フローは、既述の「＜誘導装置の変形例＞」においても述べたように、図５に示した処理フローを準用できる。装具２００に適用した誘導装置１’は、回転体３の回転軸および第２モータＭ２の駆動軸の何れに対しても直交する方向の軸回りのトルクＴを筐体２０１に作用させる。よって、誘導装置１’を制御するコントローラが、回転体３の回転軸と筐体２０１との相対角度Θ２，Θ３を決定し、決定した相対角度Θ２，Θ３となるように第２モータＭ２及び第３モータＭ３の駆動軸の角度を調整すると、装具２００は以下に示すような状態を呈することになる。
【００５８】
図１８は、３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）回りの各々についてトルクＴを発生させる場合に装具２００が呈する態様を示した図の一例である。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸は、図１８に示すように定義されるものとする。ここで、例えば、Ｙ軸回りに作用するトルクＴを筐体２０１に作用させたい場合、回転体３の回転軸および第２モータＭ２の駆動軸の何れに対しても直交する方向がＹ軸方向と一致するように、回転体３の回転軸と筐体２０１との相対角度Θ２，Θ３を決定し、第２モータＭ２及び第３モータＭ３の駆動軸の角度を調整することになる。この結果、装具２００は、図１８（Ａ）に示すような態様を呈することになる。また、例えば、Ｘ軸回りに作用するトルクＴを筐体２０１に作用させたい場合、回転体３の回転軸および第２モータＭ２の駆動軸の何れに対しても直交する方向がＸ軸方向と一致するように、回転体３の回転軸と筐体２０１との相対角度Θ２，Θ３を決定し、第２モータＭ２及び第３モータＭ３の駆動軸の角度を調整することになる。この結果、装具２００は、図１８（Ｂ）に示すような態様を呈することになる。また、例えば、Ｚ軸回りに作用するトルクＴを筐体２０１に作用させたい場合、回転体３の回転軸および第２モータＭ２の駆動軸の何れに対しても直交する方向がＺ軸方向と一致するように、第２モータＭ２及び第３モータＭ３の駆動軸の角度が調整されることになる。この結果、装具２００は、図１８（Ｃ）に示すような態様を呈することになる。
【００５９】
図１９は、３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の何れに対しても傾いた軸回りのトルクＴを発生させる場合に装具２００が呈する態様を示した図の一例である。例えば、３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の何れに対しても傾いた軸回りのトルクＴを発生させたい場合、回転体３の回転軸および第２モータＭ２の駆動軸の何れに対しても直交する方向が３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の何れに対しても傾くように、第２モータＭ２及び第３モータＭ３の駆動軸の角度が調整されることになる。この結果、装具２００は、図１９に示すような態様を呈することになる。
【００６０】
本適用例に係る装具２００であれば、既述した適用例である杖１００のように前後左右方向の進路のみならず、上下方向の進路についても触知することができる。
【００６１】
なお、本適用例では、上記変形例に係る誘導装置１’を装具２００に適用した場合を例に挙げたが、誘導装置１’はこのような適用例に限定されるものではない。誘導装置１’は、第１適用例に示したような杖や、使用者が把持又は装着するその他の様々な器具類に適用可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１，１’・・誘導装置；２・・基材；３・・回転体；４，４’・・角度変更部；Ｍ１・・第１モータ；Ｍ２・・第２モータ；Ｍ３・・第３モータ
１００・・杖；１０１・・杖本体；１０２・・コントローラ；１０３・・バッテリ；１０４・・センサ；１０５・・機器類
２００・・装具；２０１・・筐体；２０２・・コントローラ；２０３・・バッテリ；２０４・・センサ；２０５・・機器類
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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