(57)【要約】【課題】倒立二輪車の周囲の介助者作業エリア内で倒立二輪車の動作を制限することができる、倒立二輪車を用いたバランス訓練装置を提供すること。【解決手段】本発明は、車体１を傾けることにより移動する倒立二輪車１０を用いたバランス訓練装置１００であって、倒立二輪車１０が有する車輪２Ｒ，２Ｌを駆動する駆動部９０と、倒立二輪車１０の位置を算出する位置算出部９２と、搭乗者Ｈの介助を行う介助者ＰＴが作業する介助者作業エリアＳを算出する介助者作業エリア算出部９３と、所定の期間における倒立二輪車の位置と介助者作業エリアとの変化量に基づいて、倒立二輪車が介助者作業エリアに侵入したか否かを推定する侵入推定部９６と、侵入推定部９６の推定に基づいて駆動部９０を制御する制御部９１とを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体を傾けることにより移動する倒立二輪車を用いたバランス訓練装置であって、
前記倒立二輪車が有する車輪を駆動する駆動部と、
前記倒立二輪車の位置を算出する位置算出部と、
搭乗者の介助を行う介助者が作業する介助者作業エリアを算出する介助者作業エリア算出部と、
所定の期間における前記倒立二輪車の位置と前記介助者作業エリアとの変化量に基づいて、前記倒立二輪車が前記介助者作業エリアに侵入したか否かを推定する侵入推定部と、
前記侵入推定部の推定に基づいて前記駆動部を制御する制御部と、
を備える、
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搭乗者のためのバランス訓練装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
姿勢センサから検出した自己の姿勢情報に基づいて倒立制御を行い、自己の姿勢を維持しながら車輪をモータ駆動して走行する倒立二輪車がある。このような倒立二輪車は、搭乗者の重心移動により車体を傾斜させることなどにより操作される。そのため、単なる移動手段ではなく、搭乗者の身体機能やバランス機能を向上あるいは回復させるための訓練に用いることもできる。例えば特許文献１には、倒立二輪車を用いて、搭乗者が倒立二輪車の走行操作を行う訓練をするためのバランス訓練装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示されたバランス訓練装置は、倒立二輪車の位置情報を取得するエリアセンサと、エリアセンサにより取得された倒立二輪車の位置が、倒立二輪車の可動範囲内であるか否かを判別する位置判定手段と、位置判定手段の判別結果に応じ、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、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、を有している。この訓練装置によれば、倒立二輪車に搭乗した搭乗者の訓練をすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１８２３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
訓練時に、搭乗者がバランスを崩した際にいつでも介助できるように、介助者が倒立二輪車の近傍に位置している場合がある。訓練中の搭乗者がバランスを崩して旋回すると、倒立二輪車の近傍に位置する介助者が倒立二輪車の旋回を抑えなければならず、介助者に負担がかかる場合がある。特許文献１に記載されている倒立二輪車をバランス訓練に用いるためには、介助者が作業する領域である介助者作業エリア内で倒立二輪車の動作を制限する必要がある。
【０００６】
本発明は、倒立二輪車の周囲の介助者作業エリア内で倒立二輪車の動作を制限することができる、倒立二輪車を用いたバランス訓練装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、車体を傾けることにより移動する倒立二輪車を用いたバランス訓練装置であって、
前記倒立二輪車が有する車輪を駆動する駆動部と、
前記倒立二輪車の位置を算出する位置算出部と、
搭乗者の介助を行う介助者が作業する介助者作業エリアを算出する介助者作業エリア算出部と、
所定の期間における前記倒立二輪車の位置と前記介助者作業エリアとの変化量に基づいて、前記倒立二輪車が前記介助者作業エリアに侵入したか否かを推定する侵入推定部と、
前記侵入推定部の推定に基づいて前記駆動部を制御する制御部と、
を備える。
【０００８】
本発明は、位置算出部と介助者作業エリア算出部とによって倒立二輪車の位置と介助者作業エリアが算出される。そして、侵入推定部により、倒立二輪車が介助者作業エリアに侵入したと推定された場合には、制御部は駆動部を制御して、倒立二輪車の介助者作業エリア内での動作を制限する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる倒立二輪車を用いたバランス訓練装置によると、倒立二輪車の周囲の介助者作業エリア内で倒立二輪車の動作を制限することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】バランス訓練装置の構成を示した図である。
【図２】バランス訓練に用いられる倒立二輪車を示した斜視図である。
【図３】倒立二輪車の内部構成を示したブロック図である。
【図４】倒立二輪車の位置と介助者作業エリアを座標で示した図である。
【図５】バランス訓練装置の処理を示したフロチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
図１に示されるように、バランス訓練装置１００は、搭乗者の重心移動に応じて倒立制御されて走行する倒立二輪車１０を用いた搭乗者Ｈのバランス訓練用装置である。バランス訓練装置１００は、倒立二輪車１０と、搭乗者Ｈに仮想空間や乗車状態等のデータを表示するモニタ（表示部）８０とを有している。搭乗者Ｈは、天井から吊るされたハーネス２０によって転倒が防止される。搭乗者Ｈは、例えば、バランス感覚に対するリハビリが必要な患者が想定されている。さらに、搭乗者Ｈを介助するために、搭乗者Ｈが搭乗した状態の倒立二輪車１０の近傍に介助者ＰＴが配置される。例えば、介助者ＰＴは、搭乗者Ｈがバランスを崩した際にいつでも介助できるように搭乗者Ｈの横に立って搭乗者Ｈを補助する。
【００１３】
図２に示されるように、倒立二輪車１０は、搭乗者Ｈが搭乗する車両本体（車体）１と、車両本体１に回転自在に連結された左右一対の車輪２Ｒ，２Ｌと、車両本体１に設けられた搭乗者Ｈが操作するための操作ハンドル４と、を備えている。車両本体１の下部には、一対の車輪２Ｒ，２Ｌが設けられている。車輪２Ｒ，２Ｌは、車両本体１の走行方向Ｙと直交する方向Ｘの両側面において同軸上に配置され、車両本体１に駆動部９０（図３参照）を介して回転自在に支持されている。また、車輪２Ｒ，２Ｌは、車両本体１に対してＹ軸周りに傾くように車両本体１に取り付けられている。これにより、車両本体１は、床面に対してＹ軸周りに傾くことができる。
【００１４】
車両本体１の前部中央には、起立した棒状の操作ハンドル４が前後左右方向に基端４ａを中心に回転自在に支持されている。操作ハンドル４は、搭乗者Ｈによって前後方向（Ｘ軸周り）に傾けられることによって、倒立二輪車１０の前進又は後退操作が実行される。そして、操作ハンドル４は、搭乗者Ｈによってリーン方向（Ｙ軸周り）へ傾けられることによって、倒立二輪車１０の左右への旋回操作が実行される。
【００１５】
図３に示されるように、バランス訓練装置１００には、車両本体１に設けられた車輪２Ｒ，２Ｌを駆動する駆動部９０と、駆動部９０を制御する制御部９１と、倒立二輪車１０の位置を算出する位置算出部９２と、搭乗者の介助を行う介助者ＰＴが作業する介助者作業エリアを算出する介助者作業エリア算出部９３と、倒立二輪車１０が前記介助者作業エリアに侵入したか否かを推定する侵入推定部９６と、を有している。
【００１６】
駆動部９０は、車輪２Ｒ，２Ｌをそれぞれ駆動する２つのモータ９０Ｒ，９０Ｌを有する。駆動部９０には、制御部９１が接続されている。制御部９１には、侵入推定部９６が接続されている。侵入推定部９６には、位置算出部９２と、介助者作業エリア算出部９３とが接続されている。制御部９１は、侵入推定部９６の推定結果に基づいて駆動部９０を制御する。
【００１７】
位置算出部９２は、モータ９０Ｒ，９０Ｌの回転量から現在の倒立二輪車１０の位置（オドメトリ位置）Ｐ１（ｔ）を算出する。そして、位置算出部９２は、時刻ｋ経過後のオドメトリ位置Ｐ２（ｔ＋ｋ）を算出する。介助者作業エリア算出部９３は、倒立二輪車１０のオドメトリ位置Ｐ１（ｔ）の近傍に位置している介助者作業エリアＳ（図４参照）を算出する。介助者作業エリアＳは、通常は倒立二輪車１０の横に相対的に位置しており、その領域は予め定義される。
【００１８】
侵入推定部９６は、オドメトリ位置の変化量Ｐ２（ｔ＋ｋ）−Ｐ１（ｔ）から倒立二輪車１０が介助者作業エリアＳに侵入したか否かを推定する。制御部９１は、侵入推定部９６の推定結果により、倒立二輪車１０が介助者作業エリアＳに侵入したと推定した場合には、駆動部９０を制御して、倒立二輪車１０が介助者作業エリアＳに侵入しないように倒立二輪車１０の旋回を一定時間無効にする。侵入推定部９６の推定処理は、時刻ｔを所定の周期で更新しながらポーリング処理として実行する。
【００１９】
制御部９１には、表示部８０（図１参照）が接続されている。制御部９１は、乗車状態等の各種データをモニタ８０に出力する。さらに、モニタ８０には搭乗者がバランス訓練に用いる仮想空間や各種データが表示される。モニタ８０に表示される仮想空間は、操作者の操作に連動して動作する。
【００２０】
図４に示されるように、介助者作業エリアＳは、倒立二輪車１０の横に位置している。介助者作業エリアＳの領域は、例えば、（Ｘ，Ｙ）＝（−０．３，０），（−１．２，０．５），（−１．２，−０．５）で定義される。介助者作業エリア内Ｓに介助者ＰＴが配置されている。倒立二輪車１０の旋回動作により、倒立二輪車１０が介助者作業エリアＳ内に侵入し、倒立二輪車１０が介助者ＰＴに近づくおそれがある。
【００２１】
侵入推定部９６おける、現在の倒立二輪車１０の介助者作業エリアＳへの侵入の推定において、位置算出部９２が算出したＰ１（ｔ）は、一定周期ｔ（ｔは例えば、１００ｍｓ）で座標系の原点に配置されるように更新される。この時、介助者作業エリア算出部９３は、座標系の原点に配置されたＰ１（ｔ）の近傍に位置している介助者作業エリアＳの相対的な位置を算出する。
【００２２】
そして、侵入推定部９６は、時刻ｋ（ｋは例えば、１０００ｍｓ）経過後の倒立二輪車１０の位置の変化量Ｐ２（ｔ＋ｋ）−Ｐ１（ｔ）が、介助者作業エリアＳに侵入したか否かを推定する。図４（Ａ）に示されるように、侵入推定部９６により倒立二輪車１０の位置の変化量Ｐ２（ｔ＋ｋ）−Ｐ１（ｔ）が、介助者作業エリアＳに侵入していないと推定された場合、制御部９１は駆動部９０を通常状態で制御する。図４（Ｂ）に示されるように、侵入推定部９６により倒立二輪車１０の位置の変化量Ｐ２（ｔ＋ｋ）−Ｐ１（ｔ）が、介助者作業エリアＳに侵入したと推定された場合、制御部９１は駆動部９０を制御して、倒立二輪車１０の旋回動作を一定時間無効にする。
【００２３】
次に、バランス訓練装置１００の動作について説明する。
【００２４】
図５に示されるように、バランス訓練装置１００において、位置算出部９２が、現在の倒立二輪車１０のオドメトリ位置Ｐ１（ｔ）を算出する（Ｓ１００）。介助者作業エリア算出部９３は、倒立二輪車１０のオドメトリ位置Ｐ１（ｔ）の近傍に位置している介助者作業エリアＳを算出する。（Ｓ１０１）。侵入推定部９６は、倒立二輪車１０の位置の変化量Ｐ２（ｔ＋ｋ）−Ｐ１（ｔ）に基づいて、倒立二輪車１０が介助者作業エリアＳに侵入したか否かを推定する（Ｓ１０２）。侵入推定部９は、倒立二輪車１０が介助者作業エリアＳに侵入したと推定した場合（Ｓ１０３：ｙｅｓ）、制御部９１は、駆動部９０を制御して、倒立二輪車１０の旋回動作を一定時間無効にする（Ｓ１０４）。侵入推定部９は、倒立二輪車１０が介助者作業エリアＳに侵入していないと推定した場合（Ｓ１０３：ｎｏ）、制御部９１は駆動部９０を制御して、倒立二輪車１０の旋回動作を通常状態で制御する（Ｓ１０５）。
【００２５】
上述したように、バランス訓練装置１００によると、倒立二輪車１０を用いて搭乗者Ｈのバランス訓練をすることができる。そして、バランス訓練装置１００は、倒立二輪車１０の近傍に位置している介助者作業エリアＳに侵入した場合に、倒立二輪車１０の動作を制限することができる。
【００２６】
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、上述したバランス訓練装置１００において、倒立二輪車１０の位置算出に、倒立二輪車１０の外部に設けられたカメラ等によりセンシングしたデータによって倒立二輪車１０のオドメトリ位置を算出してもよい。また、介助者作業エリアＳに倒立二輪車１０が侵入した場合に、制御部９１は駆動部９０を制御して、倒立二輪車１０の動作を停止させたり、倒立二輪車１０の旋回制御を緩めるようにしてもよい。その他、介助者作業エリアＳに倒立二輪車１０が侵入しないように旋回制御を自動でコントロールする等して介助者ＰＴの介助負担を軽減させてもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１…車両本体  ２Ｒ，２Ｌ…車輪  ４…操作ハンドル  ４ａ…基端  ９…侵入推定部  １０…倒立二輪車  ２０…ハーネス  ８０…モニタ（表示部）  ９０…駆動部  ９０Ｒ，９０Ｌ…モータ  ９１…制御部  ９２…位置算出部  ９３…介助者作業エリア算出部  ９６…侵入推定部  １００…バランス訓練装置  Ｈ…搭乗者  ＰＴ…介助者  Ｓ…介助者作業エリア  
【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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