(57)【要約】【課題】従来の視覚障害者歩行支援装置では使用者の進行方向上にある障害物の詳細な形状や数を把握することが困難であったり検出する必要の無い障害物を検出して使用者を悩ませるなど問題があった。【解決手段】杖に二次元レーザースキャナーを取り付け、二次元レーザースキャナーの走査面を使用者が自身で設定できるようにする。【選択図】図１
2018138118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
視覚障害者の自立的歩行を支援する装置であって、
視覚障害者が手にする杖部と、
前記杖部に設けられる二次元レーザースキャナーと、
障害物検出部と、
検出結果報知部と、
制御部と、
を備え、
前記二次元レーザースキャナーは、前記杖部の長手方向に沿ってスキャンするように設けられ、
前記制御部は、前記二次元レーザースキャナーがスキャンした二次元距離データに応じて、前記障害物検出部に障害物を検出させ、前記検出された障害物データに応じて検出結果を報知するよう前記検出結果報知部を制御する、
ことを特徴とする視覚障害者用歩行支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次元レーザースキャナーを用いて視覚障害者の自立した歩行を支援する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以前より、超音波や赤外線や電磁波などにより１つまたは複数のセンサーで進行方向の障害物を検出し、音や振動で視覚に障害のある使用者に白杖だけでは察知できない物体（障害物）の存在を知らせる試みがなされてきた。
例えば、特開２００８−０９９７２０に開示されている技術のような、超音波や赤外線を周囲に照射してその反射波を測定し障害物の存在を把握する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０９９７２０公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
（障害物詳細形状問題）
しかしながら、従来の装置では進行方向の足元付近または上方に何らかの物体があることは判別できるものの、詳細な物体の位置や形状を知ることができないという問題があった。更に、障害物ではなく低い段差などの情報を検出するのも困難であった。
【０００５】
（不要警報問題）
加えて、障害物の検出可能なレンジが水平方向への広がりを有するため、危険が無い物体にも反応して不必要に警報を発し、使用者を煩わせることがあった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、使用者が知りたい方向にある物体や低い段差の使用者からの距離、高さ・深さ、大きさの情報を取得・解析し、音や振動により報知することで、視覚に障害のある使用者のより安全な歩行を支援する装置を提供することを目的とする。また、検出エリアが細かく調節できるため、必要な情報だけを通知することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の問題を解決すべく本発明が成された。
【０００８】
本発明の作動装置は、
「視覚障害者が手にする杖部と、杖部に設けられる二次元レーザースキャナーと、障害物検出部と、検出結果報知部と、制御部と、を備え、
制御部は、二次元レーザースキャナーがスキャンした二次元距離データに応じて、障害物検出部に障害物を検出させ、検出された障害物データに応じて検出結果を報知するよう検出結果報知部を制御する」
ことを特徴としている。
【０００９】
この特徴により、使用者が知りたい方向にある物体や段差などを選択的に検出することができ、物体や段差の形状を把握することができる。
【００１０】
結果として、使用者の自立した歩行を可能とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、前述の障害物詳細形状問題や不要警報問題が解決できる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明装置の概要を示す図である。
【図２】本発明装置の概要を示す図である。
【図３】本発明装置の警報音波形の例を示す図である。
【図４】本発明装置の二次元スキャナーが捉えた上り階段を示す図である。
【図５】本発明装置の警報音波形の例を示す図である。
【図６】本発明装置の二次元スキャナーが捉えた下り階段を示す図である。
【図７】本発明装置の警報音波形の例を示す図である。
【００１４】
まず、本発明装置の構成について、図１を参照しながら説明する。
図１は、本発明装置の概要を示している。
棒状で斜めに描かれているものが請求項における杖部に相当する。一般に視覚障害者は白色の杖を用いるため「白杖（はくじょう）」と呼ばれる。
杖部の上部には把持する際のグリップが設けられている。また、杖部の中央より少し上に枝部が設けられており、こちらにもグリップが設けられている。
視覚障害者が歩行の際に自身の進行方向を白杖の先端で軽く叩きながら地面の状況を調べるため、腕や手首の負担が少ない把持方法を複数選択可能となるようグリップが複数設けられている。
【００１５】
枝部根元付近には二次元レーザースキャナーが設けられている。ここでいう二次元レーザースキャナーとは、レーザー光を照射して直線距離測定を行うものであり、ある平面において、ある点を中心として、時間と共にレーザー光の照射角度を変えながら距離測定を連続して行い、角度と距離により導かれる座標値を複数取得して点群データを得るものである。
【００１６】
図１の構成において、スキャンを行うレーザー光は、杖部の中心軸線と枝部の中心軸線とが交叉する平面上を、枝部根本付近を中心に、時刻により角度を変えて、周囲へ照射される。以降、この平面を「走査面」とする。
よって、杖部を鉛直（重力方向に沿うよう）に立置すると、走査面は鉛直面となり、水平な地面に対して直角に交わることとなる。
レーザー光はコヒーレントであるため走査面は非常に薄くなり、結果として強い指向性を持つことになる。この特性により、使用者の進行方向から両脇に外れる位置にある障害物は誤検出されなくなる。
【００１７】
また、使用者の観点からすると、走査面は枝部を把持する際に直感的な設定が可能となる。すなわち、枝部の中心軸の軸線方向が走査面と同一（もしくは平行）となるので、使用者は枝部を把持することで、杖部の先端を制御しつつ、走査面の方向を任意に設定できる。
前述の通り水平面における障害物検出は強い指向性を持つので、使用者は枝部を把持しながら杖部の中心軸を回転させる（ピボット）ことによって、より広い範囲においての障害物検出も可能となる。
【実施例１】
【００１８】
図２は、本発明装置が使用者の進行方向にある障害物（樹木および自転車）を検知している状態を示す図である。
図３は、図２の状況における、検出結果報知部から出力される音声信号の波形である。
二次元レーザースキャナーは前述の通り、ある面において時間と共に角度を変化させて直線距離を連続して計測して点群データを取得するものであり、言い換えると、走査面における周囲の状況を断面図状データとして取得する機器である。
障害物検出部は、時々刻々と得られる点群データを解析し、障害物の存在を検出する働きをする。
【００１９】
図２において、障害物検出部は、二次元レーザースキャナーが取得した点群データに基づいて、地表面と自転車と樹木を検出する。この際、地表面と杖部中心軸との交叉する角度が判るので、杖部先端から障害物までの地表面上の直線距離を算出する際に参酌される。
【００２０】
図３は、図２の状況における、検出結果報知部から報知される音声信号の波形である。
縦軸は信号の振幅であり、図３の説明の都合上３段階に区分け、それぞれ小振幅・中振幅・大振幅とする。
横軸は時間である。
二次元レーザースキャナーは、レーザー光を図２において時計周りに周回させながら直線距離を測定（測距）し、点群データを取得する。
【００２１】
障害物検出部は、この点群データを解析し、まず地表面と障害物の無い領域（安全領域）を検出する。
次に、現在の使用者が安全に歩行する上で必要な高さ方向のマージンである歩行安全高より低い領域において障害物が無いか検出する。なお、歩行安全高は、予め設定されている使用者の身長に基づいて導かれる。
【００２２】
図２の状況において、近くの空中に樹木があり、遠くの地表面上に自転車がある。
本発明装置では、この２つの障害物について使用者に検出結果報知部から音声信号で報知する。
【００２３】
図３の音声信号の波形について説明する。
最初の小振幅は、低い周波数の小さな音量の音であり、近くの地表面上に障害物が無いことを意味する。安全領域については警報を発する必要が無いので、官能的に不安感を醸さないものとする。
次の中振幅は、自転車の存在を意味する。明確な障害物なので、一定以上の振幅とする。また、障害物の存在する位置の地表面からの高さに応じて周波数を高くするようにする。これにより、進行方向における障害物の存在位置の高さが把握可能となる。
【００２４】
更に次の小振幅は、自転車と樹木の間の何も無い空間を意味する。
その次の大振幅は、樹木を意味する。
周波数は、前述の自転車より樹木の存在位置が高い場所となるので、自転車のものより高い周波数となる。
振幅は、使用者からの距離が近いほど大きくなるようにする。これにより、より近い障害物について大きな振幅の音声信号となるので、使用者が障害物の危険順位を把握する上で有利に作用する。
【００２５】
更にその次の小振幅は、樹木より上で且つ歩行安全高より下となる領域について、特に障害物が無いことを意味する。
検出結果報知部は、このような音声信号を連続して報知する。使用者は、この連続して報知される音声信号を聞きながら、進行方向にある障害物を把握するのである。
なお、本実施例では、視覚障害者が足元をまず注意するという観点より、足元から頭上へと順に確認するというコンセプトで図３の音声信号波形を設定した。
逆に、背の高い視覚障害者はよく障害物に頭をぶつけるといったこともあるので、この場合には、頭上から足元へ順に確認するコンセプトとしても良い。
【実施例２】
【００２６】
図４は、図１の本発明装置を上り階段の手前で使用した場合の点群データを示す。
縦軸はある基準面からの高さを表し、横軸はある基準壁からの水平距離を表す。
図４において本発明装置の二次元レーザースキャナーは高さ３ｍ弱で水平距離５ｍ強の位置にある。
高さ１．５ｍ強で水平距離４．５〜６ｍにプロットされている直線は床を意味する。
そこから水平距離１．５ｍ弱にかけて３ｍほどの上り階段となっている。
【００２７】
図５は、図４の状況において検出結果報知部が報知する音声信号の波形である。
この波形の開始直後と終了直前はそれぞれフェードインおよびフェードアウトが施されている。これは、前述の実施例１で説明した通り、検出結果報知部は音声信号を連続して報知するため、突然に信号報知を開始（カットイン）したり、突然に信号報知を停止（カットアウト）するとプチノイズが発生し、使用者の聴覚に不快な影響を及ぼすからである。
【００２８】
図５のグラフにおいて、横軸メモリ５つめくらいまでは周波数が一定である。これは水平面である床を意味している。
その後、周波数が漸増してゆく。これは階段の格段が順に高くなっていくことを意味している。本実施例では、振幅による距離感の演出は行わず、使用者の進行方向の地表面の延長がどの様になっているかを示す例としている。
階段の勾配がきつい場合、音声信号の周波数の増加する度合が高くなる。これにより直感的にもきつい階段が存在することが使用者に伝わる。
また、階段と段差の無いスロープとでは音声信号の周波数の増加の仕方が異なり、スロープの場合には滑らかに変化するが、階段の場合には段階的に変化する。この違いからも使用者は直感的に進行方向に存在する勾配の形状を理解することが可能となる。
【００２９】
図６は図４の逆であり、下り階段の場合の点群データである。
同様に図７は、図６の状況における検出結果報知部が報知する音声信号の波形である。階段が下がる方向であるので周波数の変化は漸減する。また周波数の変化の効果も同様で、使用者が直感的に勾配の度合と形状を理解できる。
【００３０】
図４図５と図６図７は説明の明確化のために特定の周波数から漸増および漸減する音声信号を例示した。しかしながら、実際には中庸な周波数を選択し、これに対して漸増および漸減するようにしても良い。また、視覚障害者の中でも高齢である者は聴覚に特性変化を生じている場合があるので、実際にオージオメーターで確認の上、好みの周波数となるように設定しても良い。
【００３１】
以上までに、二次元レーザースキャナーによる点群データに基づいて音声信号を報知する装置について説明してきたが、報知は音声信号に限定する必要は無い。他に、圧電素子やアクチュエーターなどで振動を発生して杖部を励振し、使用者の触覚によって報知するようにしても良い。また、音声信号と振動を組み合わせても良い。
【００３２】
なお、二次元レーザースキャナーの走査面を設定する枝部は、本発明開示の枝部の形状に限定する必要は無い。要は使用者が杖部を白杖として使用しやすい前提で、使用者自身の進行方向を明確に示すことができるものであれば良いのである。
【００３３】
以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない限り多くの改変を施すことが可能であるのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
量産可能な二次元レーザースキャナーや杖を使用して視覚障害者の歩行支援を高精度で実現でき、高い実用性と福祉向上性を得られるなどの効果を有している。
【符号の説明】
【００３５】
無し
【図１】
2018138118.tif 000003
【図２】
2018138118.tif 000004
【図３】
2018138118.tif 000005
【図４】
2018138118.tif 000006
【図５】
2018138118.tif 000007
【図６】
2018138118.tif 000008
【図７】
2018138118.tif 000009