(57)【要約】【課題】倒立制御の停止による訓練効率の低下を抑制する。【解決手段】バランス訓練装置は、同軸に配置された２つの車輪２２と、車輪２２を駆動する駆動用モータと、を有し、倒立制御コントローラ１２により倒立制御可能な倒立車両１１と、倒立車両１１に対する規定の操作を要求する課題要求コントローラ１３と、搭乗者の車両操作により要求される駆動用モータのモータ出力が、規定の出力を以上であるか否かを判定する判定部１４と、を備え、課題要求コントローラ１３により要求される課題の難易度を、判定部１４による駆動用モータのモータ出力の状態の判定に応じて変更する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸に配置された２つの車輪と、前記車輪を駆動する駆動用モータと、を有し、倒立制御コントローラにより倒立制御可能な倒立車両と、
前記倒立車両に対する規定の操作を要求する課題要求コントローラと、
搭乗者の車両操作により要求される前記駆動用モータのモータ出力が、規定の出力以上であるか否かを判定する判定部と、を備え、
前記課題要求コントローラにより要求される課題の難易度を、前記判定部による前記駆動用モータのモータ出力の状態の判定に応じて変更する
バランス訓練装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、倒立二輪車を用いたバランス訓練装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、同軸上に２つの車輪が配置される倒立二輪車を用いて、搭乗者のバランス訓練が行われている。
【０００３】
このような分野の技術として、特開２０１１−２０３５４９号公報がある。この公報に記載された倒立二輪車を用いた訓練装置では、あらかじめ搭乗者には操作課題を与えておき、搭乗者は操作課題を遂行するように、バランスを変更しながら倒立二輪車を操作する。これにより、バランス訓練が実行される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
しかしながら前述した倒立二輪車を用いた訓練装置では、与えられた操作課題を遂行すべく車両操作を実施する際に、駆動用モータの出力が最大限界出力に近い出力となった場合に、倒立状態が維持できず、倒立制御が中止されてしまう場合がある。倒立制御が中止されると、訓練システムをリセットして訓練をやり直すことになり、訓練効率が低下する。
本発明は、倒立二輪車の倒立制御の停止による訓練効率の低下を抑制したバランス訓練装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかるバランス訓練装置は、同軸に配置された２つの車輪と、前記車輪を駆動する駆動用モータと、を有し、倒立制御コントローラにより倒立制御可能な倒立車両と、
前記倒立車両に対する規定の操作を要求する課題要求コントローラと、搭乗者の車両操作により要求される前記駆動用モータのモータ出力が、規定の出力以上であるか否かを判定する判定部と、を備え、前記課題要求コントローラにより要求される課題の難易度を、前記判定部による前記駆動用モータのモータ出力の状態の判定に応じて変更する。
これにより、倒立制御が停止する頻度を低減することができる。
【発明の効果】
【０００７】
これにより、訓練効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】倒立車両が走行している状態を示す図である。
【図２】課題の難易度を変更しながら訓練を行う動作フローを示す図である。
【図３】駆動用モータの特性と警告閾値設定の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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に示すように、バランス訓練装置１は、搭乗者が搭乗する倒立車両１１と、倒立車両１１が倒立状態となるように制御する倒立制御コントローラ１２と、倒立車両１１の規定の操作を実行するように要求する課題要求コントローラ１３と、モータ出力の状態を判定する判定部１４と、を備える。なお以下では、バランス訓練装置１として、倒立車両１１に、課題要求コントローラ１３、判定部１４が配置されているものとして説明するが、例えば、これらは倒立車両１１に配置されていない演算装置であって、倒立車両１１に対して演算や判定に係る情報を送受信するものであってもよい。また、倒立制御コントローラ１２とカウンタ１５は、車台２１内に配置されているものとして説明する。
【００１０】
倒立車両１１は、車台２１の左右に同軸に配置された２つの車輪２２が配置されている倒立二輪車である。倒立車両１１の車台２１には、搭乗者の足が載置される。車台２１には、車輪２２を駆動するための駆動用モータ（図示せず）と、搭乗者による重心の移動による車台の傾きを検知するジャイロセンサ（図示せず）と、倒立制御コントローラ１２と、課題要求コントローラ１３と、判定部１４と、カウンタ１５と、スピーカー１６と、タイマー１７と、を備える。
【００１１】
なお、車台２１の前方側上面には、搭乗者が把持するためのハンドルが設けられた支持バーが立設されている。スピーカー１６及びタイマー１７は、例えば図１に示すように支持バーの上部近傍に配置されていてもよく、車台２１に設けられていてもよい。例えば、ハンドルを把持した搭乗者が、支持バーを前傾させることにより、車台２１が前傾する。これにより、倒立車両１１は前方に走行する状態となる。
【００１２】
倒立制御コントローラ１２は、駆動用モータの出力を調整し、倒立車両１１の倒立制御を行うための演算を行うコントローラである。典型的には、倒立制御コントローラ１２は、倒立車両１１を倒立状態にするとともに、車台２１の傾きに応じた速さで走行するように調整する。例えば、倒立制御コントローラ１２は、ジャイロセンサにより取得された車台２１の傾きのうち、前傾が大きいほど走行速度が高速となるように制御するとともに、左右方向の傾きがある場合には、傾いた方向に旋回走行するように制御しながら、倒立制御を行う。
【００１３】
課題要求コントローラ１３は、課題要求レベルを管理するコントローラである。課題要求コントローラ１３は、課題を与えることで、搭乗者に対して規定の車両操作を要求する。ここで例えば課題とは、倒立車両１１での走行により到達する位置、及び到達時間であり、課題の難易度が変更された場合には到達位置や到達目標時間が変更される。なお、課題要求コントローラ１３は、後に詳述するように、倒立車両１１の駆動用モータの出力状態に基づいて、課題要求レベルを変更する。
【００１４】
判定部１４は、モータ出力の基準値をあらかじめ記憶する記憶部と、モータ出力の基準値と現在のモータ出力とを比較する比較部と、を有する。すなわち判定部１４は、車台２１の傾きにより変更される駆動用モータのモータ出力が、基準値を超えたか否かを判定する。ここで記憶部が記憶している基準値とは、モータの電流値の出力限界値付近の値であり、比較部では、駆動用モータから出力される電流値がこの基準値を超えたか否かを判定する。スピーカー１６は、判定部１４により駆動用モータから出力される電流値が基準値以上であると判定した場合に、警告を発生する。また、判定部１４によりモータ出力が基準値以上であると判定した回数は、カウンタ１５に記録する。
【００１５】
さらに、判定部１４では、駆動用モータのモータ出力が基準値以上となる回数が、所定の基準回数以上であるか否かを判定し、判定結果を課題要求コントローラ１３に出力する。後に詳述するように、課題要求コントローラ１３は、この回数が所定の回数以上である場合には難易度の見直しを行う。
【００１６】
また、判定部１４では、訓練の継続時間が所定の訓練終了時間に到達しているか否かを判定する。これによりバランス訓練装置１では、訓練を継続、又は訓練終了を決定することができる。
【００１７】
タイマー１７は、訓練の継続時間を測定する。なお例えば、タイマー１７により測定された訓練の継続時間が、所定の訓練時間を超えている場合には、スピーカー１６により終了の合図を発生させてもよい。
【００１８】
次に図２を参照し、バランス訓練装置１を用いてバランス訓練を行いながら、課題の難易度を変更する動作について説明する。
【００１９】
最初に、訓練者が車台２１上に搭乗し、訓練を開始する（ステップＳ１）。このとき倒立車両１１は、倒立制御コントローラ１２により演算を行うことで、倒立制御を開始する。
【００２０】
課題要求コントローラ１３は、課題設定を行う（ステップＳ２）。すなわち、課題要求コントローラ１３は、設定された難易度に応じて、倒立車両１１による走行条件を設定する。例えば課題要求コントローラ１３は、設定された難易度に応じて、搭乗位置から目標位置までの距離や、倒立車両１１が目標位置に到達するまでの猶予時間を変更する。なお、課題要求コントローラ１３により設定される課題は、目標位置と猶予時間の課題に限られない。
【００２１】
次に、訓練者に対して課題を付与する（ステップＳ３）。すなわち、ステップＳ２において、課題要求コントローラ１３により設定された課題を行うように、課題の付与を行う。例えば、訓練を開始した後に、課題要求コントローラ１３により新たな課題設定がされた場合には、新たな課題を行うように課題を付与し、課題要求コントローラ１３により新たな課題設定がされない場合には、設定されている課題設定を維持する。
【００２２】
訓練者は、車台２１上で重心を変更する。ジャイロセンサは、車台２１の傾斜角を取得する（ステップＳ４）。ジャイロセンサで取得された車台２１の傾斜角は、倒立制御コントローラ１２に入力される。そして、倒立制御コントローラ１２は、車台２１の傾斜角に応じた速度、及び傾斜角に応じた方向に走行するように、駆動用モータのモータ出力を調整するとともに、倒立車両１１が倒立状態を維持するように制御する。
【００２３】
判定部１４は、搭乗者の車両操作により変更される駆動用モータのモータ出力の電流値Ioutが、あらかじめ定めた基準値である警告閾値電流I１以上であるか否かを判定する（ステップＳ５）。ここで、駆動用モータのモータ出力電流の限界値をIlimとした場合、警告閾値電流I１は、I１＝Ilim×ｎ（但し、ｎ＜１）として設定する。すなわち、判定部１４は、モータ出力の電流値Iout≧警告閾値電流I１であるか否かを判定し、IoutがI１より小さければ（ステップＳ５でＮｏ）、ステップＳ６に進む。電流値Ioutが警告閾値電流I１以上であれば（ステップＳ５でＹｅｓ）、ステップＳ７に進む。
【００２４】
ここで図３には、駆動用モータの特性と警告閾値設定の一例を示している。図３において、モータ出力限界特性Ilimを実線で示しており、モータ出力限界特性Ilimにｎ（但し、ｎ＜１）を乗じることで算出した警告閾値ラインを点線で示している。この警告閾値ラインで示される値を、警告閾値電流I１とすることができる。
【００２５】
判定部１４は、訓練継続時間Ｔが、所定の訓練終了時間Ｔ１に達しているか否かを判定する（ステップＳ６）。訓練継続時間Ｔが所定の訓練終了時間Ｔ１に達していなければ（ステップＳ６でＹｅｓ）、訓練が終了していないものとしてステップＳ３に戻り、訓練を継続する。この場合には、新たな課題設定がなされないため、すでに設定されている課題設定が維持される。訓練継続時間Ｔが所定の訓練終了時間Ｔ１に達している場合には（ステップＳ６でＮｏ）、訓練時間が終了したものとして、訓練を終了する。
【００２６】
ステップＳ５において、モータ出力の電流値Ioutが警告閾値電流I１以上である場合には、スピーカー１６は警告を発生させる（ステップＳ７）。そして、カウンタ１５は警告の回数をカウントする（ステップＳ８）。
【００２７】
判定部１４は、カウンタ１５によりカウントされた警告回数Ｘが、あらかじめ定めた警告閾値回数Ｘ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ９）。警告回数Ｘが、警告閾値回数Ｘ１に達していなければ（ステップＳ９でＮｏ）、難易度の見直しはする必要がないものとして、ステップＳ３に戻り訓練を継続する。この場合には、新たな課題設定がなされないため、すでに設定されている課題設定が維持される。
【００２８】
一方、警告回数Ｘが、警告閾値回数Ｘ１以上となった場合には（ステップＳ９でＹｅｓ）、難易度を見直すこととして（ステップＳ１０）、ステップＳ２に戻る。すなわち、課題要求コントローラ１３は、判定部１４における駆動用モータのモータ出力の状態の判定に応じて、難易度を変更することができる。この場合、課題要求コントローラ１３は、難易度が下がるように新たな課題設定を行い、その後訓練を継続する。すなわち、新たな課題は、訓練者による倒立車両１１の操作に際して、駆動用モータのモータ出力を上げ過ぎることなく達成しやすいように設定される。
【００２９】
このようにして、訓練者が適切なモータ出力を維持する状態で訓練をしているか否かを判定しつつ、モータ出力が所定の閾値に達する回数に基づいて、課題の難易度を見直すことができる。さらに、訓練の終了時刻まで、モータ出力から難易度の見直しを行う判定を継続的に実施することができる。これにより、訓練者による車両操作が大きく、モータ出力が限界に近くなるような操作を行う頻度が高くなった場合に、要求課題の難易度を下げることで、モータ出力の限界に近くなるような操作を抑制できる。したがって、駆動用モータの出力が限界に近くなることによって倒立制御が停止するという状態が発生しにくくなり、訓練終了予定時刻まで訓練が継続しやすくなるため、訓練効率の低下を抑制できる。
【００３０】
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、上記では駆動用モータのモータ出力の電流値を測定し、電流値が所定の閾値を以上であるか否か、及び閾値以上となった回数によって難易度変更の判定を行うこととしたが、これに限られない。例えば、駆動用モータの回転数や、車台２１の傾斜角、支持バーの傾斜角、倒立車両１１の走行速度等を利用してもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１            バランス訓練装置
１１            倒立車両
１２            倒立制御コントローラ
１３            課題要求コントローラ
１４            判定部
１５            カウンタ
１６            スピーカー
１７            タイマー
２１            車台
２２            車輪
【図１】
2019139005.tif 000003
【図２】
2019139005.tif 000004
【図３】
2019139005.tif 000005