CN106530879A - 平衡训练装置及平衡训练方法 - Google Patents

Abstract

公开了平衡训练装置及平衡训练方法，该平衡训练装置包括：倒立式两轮车辆；姿势检测单元，该姿势检测单元检测倒立式两轮车辆的姿势；控制单元，该控制单元允许控制倒立式两轮车辆，使得倒立式两轮车辆根据由姿势检测单元检测的倒立式两轮车辆的姿势来移动，并且该控制单元允许控制倒立式两轮车辆，使得倒立式两轮车辆在与倒立式两轮车辆的姿势无关的任意方向上被强制地移动；以及位置获得单元，该位置获得单元获得倒立式两轮车辆的位置。当所获得的倒立式两轮车辆的位置与基准位置之间的距离大于或等于阈值时，控制单元抑制以下控制：在从基准位置至倒立式两轮车辆的位置的方向上强制地移动倒立式两轮车辆。

Description

平衡训练装置及平衡训练方法

技术领域

本发明涉及平衡训练装置和平衡训练方法，并且特别地，涉及使用倒立式两轮车辆(inverted two-wheel vehicle)来训练乘员的平衡感的技术，该倒立式两轮车辆在保持倒立状态时根据乘员姿势的改变而移动。

背景技术

日本未经审查的专利申请公开号2011-31669公开了一种针对搭乘在同轴两轮车辆(倒立式两轮车辆)上的乘员来有效地训练乘员的身体功能和平衡功能的训练系统。该训练系统包括同轴两轮车辆，该同轴两轮车辆在保持其倒立状态时根据乘员的重心的转移而行进。同轴两轮车辆在固定的或随机的圆中在前后方向以及左右方向上执行预定的操作。乘员根据预定的操作在前后方向或者左右方向上移动他/她的重心来进行行进操作，以使得同轴两轮车辆保持在某一范围内。这以令人愉快的方式改进了乘员的身体功能、平衡功能等。

然而，如果存在着乘员不善于转移他/她的重心以使倒立式两轮车辆保持在特定范围内的方向，则倒立式两轮车辆的位置不能充分地返回至乘员不善于转移他/她的重心的方向上。即，与乘员不善于转移重心的方向相反的方向对于乘员转移他/她的重心来说是个挑战，并且该相反的方向是如下方向：当倒立式两轮车辆被强制地在该方向上移动时，乘员发现很难在该方向上转移重心。本发明者已经发现如下问题：倒立式两轮车辆在乘员不善于转移他/她的重心的方向上逐渐地移动，从而使得很难在该特定范围内继续训练。

发明内容

本发明提供了平衡训练装置和平衡训练方法，其能够在使用倒立式两轮车辆来训练平衡感时，使得容易地继续在特定范围内的训练，该倒立式两轮车辆在保持其倒立状态时根据乘员的姿势的改变而移动。

本发明的第一示例性方面是一种平衡训练装置，该平衡训练装置包括：倒立式两轮车辆；姿势检测单元，该姿势检测单元检测倒立式两轮车辆的姿势，该姿势根据搭乘在倒立式两轮车辆上的乘员的姿势而改变；控制单元，该控制单元允许控制倒立式两轮车辆，使得倒立式两轮车辆根据由姿势检测单元检测的倒立式两轮车辆的姿势来移动，并且该控制单元允许控制倒立式两轮车辆，使得倒立式两轮车辆在与倒立式两轮车辆的姿势无关的任意方向上被强制地移动；以及位置获得单元，该位置获得单元获得倒立式两轮车辆的位置。平衡训练装置用于平衡训练，在该平衡训练中乘员搭乘在倒立式两轮车辆上，并且通过操作倒立式两轮车辆以使倒立式两轮车辆变得更接近预定基准位置，该平衡训练装置训练乘员的平衡感。当由位置获得单元获得的倒立式两轮车辆的位置与基准位置之间的距离大于或等于阈值时，控制单元抑制在从基准位置至倒立式两轮车辆的位置的方向上强制地移动倒立式两轮车辆的控制。

以此方式，当倒立式两轮车辆向乘员不善于转移他/她的重心的方向移动时，可以抑制倒立式两轮车辆在该方向上移动得更远。即，根据本示例性方面，可以容易地在特定范围内继续训练。

在上述平衡训练装置中，控制单元可以在正常模式与挑战模式之间交替地切换，在正常模式下，控制单元控制倒立式两轮车辆根据由姿势检测单元检测的倒立式两轮车辆的姿势来移动，在挑战模式下，控制单元控制倒立式两轮车辆在与倒立式两轮车辆的姿势无关的任意方向上被强制地移动。

在上述平衡训练装置中，控制单元可以计算乘员将倒立式两轮车辆从与基准位置相距预定距离的位置返回至基准位置所需要的时间，并且随着所计算的时间变得更长，控制单元可以使阈值变得更小。

以此方式，即使是在倒立式两轮车辆位于距基准位置很大距离处时发现很难将倒立式两轮车辆返回至基准位置的用户，也可以在接近基准位置的位置处继续进行平衡训练。

在上述平衡训练装置中，控制单元可以在多个等级中的一个等级下进行操作，并且执行以下控制中的至少一个：随着等级变得更高，增加每单位时间从正常模式切换至挑战模式的次数，以及随着等级变得更高，增大在任意方向上的移动量，并且随着等级变得更高，控制单元可以使阈值变得更大。

从而可以以下述方式根据平衡训练的等级来调节阈值：不会轻易落入需要对提供挑战进行抑制的状态。因此，在受训者不善于转移他/她的重心的方向上(作为挑战)训练平衡感的机会可以增加。

在上述平衡训练装置中，控制单元控制倒立式两轮车辆，使得倒立式两轮车辆根据控制信号在任意方向上移动，从而控制倒立式两轮车辆在与倒立式两轮车辆的姿势无关的任意方向上被强制地移动，其中所述控制信号是根据倒立式两轮车辆的姿势和独立于倒立式两轮车辆的姿势而设定的参数二者来确定的。

本发明的第二示例性方面是一种平衡训练方法，该平衡训练方法包括控制步骤，该控制步骤用于对倒立式两轮车辆执行控制，使得倒立式两轮车辆根据倒立式两轮车辆的姿势而移动，所述倒立式两轮车辆的姿势根据搭乘在倒立式两轮车辆上的乘员的姿势而改变；以及用于对倒立式两轮车辆执行控制，使得倒立式两轮车辆在与倒立式两轮车辆的姿势无关的任意方向上被强制地移动。平衡训练方法用于平衡训练，在该平衡训练中乘员搭乘在倒立式两轮车辆上，并且通过操作倒立式两轮车辆以使倒立式两轮车辆变得更接近预定基准位置，该平衡训练方法训练他/她的平衡感。在控制步骤中，当倒立式两轮车辆的位置与基准位置之间的距离大于或等于阈值时，抑制在从基准位置至倒立式两轮车辆的位置的方向上强制地移动倒立式两轮车辆的控制。

根据本发明的上述示例性方面，可以提供如平衡训练装置和平衡训练方法，其能够在使用倒立式两轮车辆来训练平衡感时，使得在特定范围内的训练能够容易地继续，其中该倒立式两轮车辆在保持其倒立状态时根据乘员姿势的改变而移动。

根据下文给出的详细描述和附图，本发明的上述和其他目的、特征和优点将被更全面地理解，所述附图仅为了说明的目的而给出，并且因此不被视为限制本发明。

附图说明

图1是根据示例性实施方式的平衡训练装置的结构图；

图2是示出根据示例性实施方式的牛仔竞技游戏(Rodeo game)的游戏画面的示例的图；

图3是根据示例性实施方式的倒立式两轮车辆的外部结构图；

图4是根据示例性实施方式的倒立式两轮车辆的内部配置图；

图5是示出根据示例性实施方式的平衡训练装置的操作的流程图；以及

图6是示出根据示例性实施方式的倒立式两轮车辆的移动的示例的图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图来描述本发明的优选示例性实施方式。在以下示例性实施方式中指明的具体数值仅是说明性的，为了更容易理解示例性实施方式，并且除非另有特别说明，否则本发明不限于此。此外，在以下说明和附图中，为了说明的清晰性，酌情忽略和简化对本领域技术人员来说是明显的内容。

本发明的示例性实施方式

将通过参照图1来描述根据本发明的示例性实施方式的平衡训练装置1的结构。如图1所示，平衡训练装置1包括倒立式两轮车辆2、训练挑战提供装置3、固定件4、悬架5、皮带6以及框架7。

倒立式两轮车辆2是安放受训者(乘员)并且移动的车辆。倒立式两轮车辆2在保持其倒立状态时，根据受训者的姿势而移动。受训者参照在显示装置31上显示的训练画面(游戏画面)并且移动倒立式两轮车辆2，以克服由训练挑战提供装置3所提供的挑战，由此训练受训者的平衡感。预期的受训者是例如中风后偏瘫的病人。

训练挑战提供装置3向受训者提供挑战。训练挑战提供装置3包括控制装置30和显示装置31。

控制装置30是控制平衡训练装置1的信息处理装置。控制装置30控制倒立式两轮车辆2执行如下操作：向受训者提供由受训者或助手指示要执行的平衡训练中的挑战，并且控制装置30还将与平衡训练相对应的训练画面显示在显示装置31上。

控制装置30包括CPU(中央处理单元)和存储单元，并且通过执行在存储单元中存储的程序，作为本示例性实施方式中的控制装置30而执行处理。即，控制装置30的存储单元中所存储的程序包括如下代码：该代码用于使CPU执行根据本示例性实施方式的控制装置30中的处理。注意，存储单元被配置成包括如下存储装置：该存储装置可以存储例如该程序和用于CPU中的处理的各种信息项。可以将至少一个任意的存储装置比如存储器、硬盘等用作存储装置。

控制装置30可以经由无线电通信与远程控制器(未示出)进行通信，所述远程控制器由受训者或者助手操作。响应于用于指令执行平衡训练的、受训者或助手对远程控制器的输入，该控制装置30接收从远程控制器发送的无线电信号。该无线电信号表示用于指令执行平衡训练的输入内容。

控制装置30响应于无线电信号而开始执行平衡训练。例如，控制装置30控制倒立式两轮车辆2开始平衡训练的操作。此外，控制装置30开始在显示装置31上显示训练画面。

更具体地，控制装置30可以经由无线电通信与倒立式两轮车辆2进行通信。控制装置30将用于指令开始平衡训练的无线电信号发送至倒立式两轮车辆2。响应于无线电信号，倒立式两轮车辆2开始平衡训练的操作。倒立式两轮车辆2将表示倒立式两轮车辆2的位置的无线电信号发送至控制装置30，其中所述倒立式两轮车辆2的位置根据平衡训练的执行而改变。控制装置30将从倒立式两轮车辆2接收的无线电信号所表示的倒立式两轮车辆2的位置反映在显示装置31上所显示的训练画面上。

将参照图2来描述训练画面的示例。图2示出了平衡训练的内容(游戏内容)是牛仔竞技游戏的示例。在训练画面上，将倒立式两轮车辆2和受训者分别描绘成马和骑在马上的比赛者。在训练画面上，相对于圆中心处的预定基准位置绘制了具有彼此不同的半径的多个圆。

当正在执行牛仔竞技游戏时，倒立式两轮车辆2间歇地随机地移动，与受训者的操作无关。受训者改变他/她的姿势，使得当倒立式两轮车辆2如上所述地移动时，倒立式两轮车辆2被定位在基准位置处，由此训练受训者的平衡感。在此时，控制装置30将马移动至与倒立式两轮车辆2的位置相对应的位置并且使马显示在训练画面上。将牛仔竞技游戏执行预定时间，并且在该预定时间内，马所在的圆越小，得分将越高。

如上所述，通过控制装置30将训练画面显示在显示装置31上。显示装置31例如是液晶显示器、有机EL显示器、等离子显示器等。

在比倒立式两轮车辆2和乘坐倒立式两轮车辆2的乘员更高的位置处，固定件4被固定在框架7的上框架构件上。悬架5被连接至固定件4和乘员。悬架5是包含可拉伸材料的绳状构件，所述可拉伸材料包含弹性材料如橡胶、弹簧等。悬架5通过皮带6连接至乘员。皮带6被穿戴在乘员的上身。

利用这样的结构，悬架5通过向上拉乘员来支承乘员。这使得即使当乘员从倒立式两轮车辆2移位时，乘员也能够容易地保持他/她的站立姿势，从而提高安全性。

接下来，将通过参照图3来描述根据本发明的示例性实施方式的倒立式两轮车辆2的外部结构。如图3所示，倒立式两轮车辆2包括把手10、踏板盖11以及一对左右轮12。

根据在倒立式两轮车辆2的前后方向上的乘员姿势的改变，倒立式两轮车辆2旋转左右轮12以保持倒立式两轮车辆2的倒立状态，其中所述乘员姿势的改变是当握住把手10并搭乘在踏板盖11上的受训者在倒立式两轮车辆2的前后方向上向倒立式两轮车辆2施加负荷时产生的。即，当受训者将倒立式两轮车辆2的姿势向前倾斜时，倒立式两轮车辆2向前行进以保持其倒立状态，而当受训者将倒立式两轮车辆2的姿势向后倾斜时，倒立式两轮车辆2旋转左右轮12以使得倒立式两轮车辆2向后行进以保持其倒立状态。

此外，倒立式两轮车辆2旋转左右轮12，以使得倒立式两轮车辆2根据倒立式两轮车辆2在左右方向上的姿势的改变来执行转向操作，其中所述倒立式两轮车辆2在左右方向上的姿势的改变是当握住把手10并搭乘在踏板盖11上的受训者在倒立式两轮车辆2的左右方向上向倒立式两轮车辆2施加负荷时产生的。即，倒立式两轮车辆旋转左右轮12，使得当乘员将倒立式两轮车辆2的姿势向左倾斜时，倒立式两轮车辆2逆时针地转向倒立式两轮车辆2，而当乘员将倒立式两轮车辆2的姿势向右倾斜时，倒立式两轮车辆2顺时针地转向倒立式两轮车辆2。

把手10附接在倒立式两轮车辆2的踏板盖11的前部，并且向上延伸，使得搭乘在踏板盖11上的受训者可以通过双手来握住把手10。受训者根据在左右方向上施加到倒立式两轮车辆2上的负荷来将把手10在左右方向上倾斜。

踏板盖11是可以放置乘员的双脚的装载部分。根据乘员在倒立式两轮车辆2的前后方向上向倒立式两轮车辆2所施加的负荷，踏板盖11连同整个倒立式两轮车辆2在前后方向上倾斜。此外，根据乘员在倒立式两轮车辆2的左右方向上向倒立式两轮车辆2所施加的负荷，踏板盖11连同把手10在左右方向上倾斜。更具体地，倒立式两轮车辆2具有链接机构，该链接机构包括把手10和踏板盖11。然后，当乘员转移他/她的右脚上的负荷并且将他/她的姿势向左倾斜时，踏板盖11通过链接机构向左倾斜，并且把手10由于其与踏板盖11链接也向左倾斜。当乘员转移他/她的左脚上的负荷并且向右倾斜他/她的姿势时，踏板盖11通过链接机构向右倾斜，并且把手10由于其与踏板盖11链接也向右倾斜。链接机构用作使倒立式两轮车辆2转向的操作单元。注意，把手10可以不耦接至包括踏板盖11的链接机构，并且替代地可以独立设置。

车轮12被设置在倒立式两轮车辆2的踏板盖11的下面。存在两个车轮12使得其在倒立式两轮车辆2中是对称的。

接下来，将参照图4来描述根据本发明的示例性实施方式的倒立式两轮车辆2的内部配置。如图4所示，倒立式两轮车辆2包括无线电通信电路20，姿势角传感器21、倾角传感器22、微计算机23、驱动电路24和25、电机26和27以及旋转角传感器28和29。

无线电通信电路20使用无线电信号与控制装置30发送和接收任意信息。无线电通信电路20将从微计算机23输出的信息从电信号转换成无线电信号，并且将该无线电信号发送至控制装置30。无线电通信电路20将从控制装置30接收的信息从无线电信号转换成电信号，并且将该电信号输出至微计算机23。注意，对于这些无线电信号可以采用任何无线电通信标准。

姿势角传感器21检测倒立式两轮车辆2在前后方向上的姿势角(绕俯仰轴的角度)，其中，当受训者在倒立式两轮车辆2的前后方向上向踏板盖11施加负荷时，所述倒立式两轮车辆2在前后方向上的姿势角会改变。姿势角传感器21生成用于表示所检测的姿势角的姿势角信号，并且将该姿势角信号输出至微计算机23。在下文中，绕倒立式两轮车辆2的俯仰轴的角度还将被称为“俯仰角”。

倾角传感器22将踏板盖11在左右方向上的倾斜角度(绕侧倾轴的角度)检测为倾角，倾角传感器22生成用于表示倾角的倾角信号，并且将该倾角信号输出至微计算机23。注意，如上所述，由于踏板盖11和把手10通过链接机构链接，所以由倾角传感器22检测的倾角对应于把手10在左右方向上的倾角。

如上所述，微计算机23是控制电机26和27以保持倒立式两轮车辆2的倒立状态的ECU(电子控制单元)。微计算机23包括CPU和存储单元，并且通过执行在存储单元中存储的程序，作为根据本实施方式的微计算机23执行处理。即，微计算机23的存储单元中所存储的程序包括如下代码：该代码用于使CPU执行根据该示例性实施方式的微计算机23中的处理。注意，存储单元被配置成包括如下存储装置：该存储装置可以存储例如该程序和用于由CPU进行处理的各种信息项。可以将至少一个任意的存储装置比如存储器、硬盘等用作存储装置。

微计算机23向驱动电路24输出用于控制电机26的命令值。此外，微计算机23向驱动电路25输出用于控制电机27的命令值。更具体地，微计算机23根据倒立式两轮车辆2的姿势角来生成用于控制电机26和27的命令值以保持倒立式两轮车辆2的倒立状态，其中所述倒立式两轮车辆2的姿势角是由从姿势角传感器21输出的姿势角信号表示的。

当姿势角是向前倾斜大于预定基准姿势角的角度时，微计算机23生成命令值以使得倒立式两轮车辆2向前行进。另一方面，当姿势角是向后倾斜大于预定基准姿势角的角度时，微计算机23生成命令值以使得倒立式两轮车辆2向后行进。注意，上述基准姿势角与姿势角之间的差变得越大，微计算机23生成命令值以使得倒立式两轮车辆2加速得越多。

微计算机23生成用于控制电机26和27的命令值，以使得倒立式两轮车辆2根据倒立式两轮车辆2的倾角来转向，其中所述倒立式两轮车辆2的倾角是由从倾角传感器22输出的倾角信号表示的。

当倾角相对于倒立式两轮车辆2的预定基准倾斜角向右倾斜时，微计算机23生成命令值以使得倒立式两轮车辆2向右行进。另一方面，当倾角相对于倒立式两轮车辆2的预定基准倾斜角向左倾斜时，微计算机23生成命令值以使得倒立式两轮车辆2向左行进。注意，上述基准倾斜角与倾角之间的差变得越大，微计算机23生成命令值使得倒立式两轮车辆2转向越急剧(使得倒立式两轮车辆2的转向半径变得越小)。

驱动电路24根据从微计算机23输出的命令值来生成用于驱动电机26的驱动电流，并且将该驱动电流提供给电机26。驱动电路25根据从微计算机23输出的命令值来生成用于驱动电机27的驱动电流，并且将该驱动电流提供给电机27。

电机26由驱动电路24提供的驱动电流来驱动。通过驱动电机26，倒立式两轮车辆2的左车轮12旋转。电机27由驱动电路25提供的驱动电流来驱动。通过驱动电机27，倒立式两轮车辆2的右车轮12旋转。

旋转角传感器28检测电机26的旋转角，生成用于表示所检测的旋转角的旋转角信号，并且将该旋转角信号输出至微计算机23。旋转角传感器29检测电机27的旋转角，生成用于表示所检测的旋转角的旋转角信号，并且将该旋转角信号输出至微计算机23。

在该示例性实施方式中，微计算机23在正常模式与挑战模式之间交替地切换，以执行上述用于平衡训练的操作。换言之，微计算机23包括正常模式和挑战模式，作为操作模式。

在正常模式下，微计算机23控制倒立式两轮车辆2，以使得倒立式两轮车辆2在保持其倒立状态时根据倒立式两轮车辆2的姿势移动。即，在正常模式下，如上所述，微计算机23根据来自姿势角传感器21的姿势角信号所表示的姿势角和来自倾角传感器22的倾角信号所表示的倾角来控制倒立式两轮车辆2。

另一方面，在挑战模式下，微计算机23控制倒立式两轮车辆2，以使得倒立式两轮车辆2强制性地在独立于倒立式两轮车辆2的姿势的任意方向上移动。微计算机23通过添加由随机数生成的偏置值(独立于倒立式两轮车辆2的姿势而指定的参数)，来改变来自姿势角传感器21的姿势角信号所表示的姿势角和来自倾角传感器22的倾角信号所表示的倾角中的至少一个，并且根据所改变的姿势角和/或所改变的倾角(表示所改变的姿势角和/或所改变的倾角的控制信号)来控制倒立式两轮车辆2。注意，偏置值不限于由随机数来生成，并且替代地可以是预定模式的值。

此外，当姿势角和倾角中的任意一个改变时，可以随机地或按照预定顺序来确定要改变的角度。当姿势角和倾角二者均改变时，添加至姿势角的偏置值可以与添加至倾角的偏置值相同，或者添加至姿势角的偏置值可以与添加至倾角的偏置值不同。

如上所述，微计算机23以交替的方式间歇地执行从正常模式至挑战模式的切换以及从挑战模式至正常模式的切换，从而与受训者的操作无关地、随机地移动倒立式两轮车辆2，作为牛仔竞技游戏中的挑战。可以按照固定时间间隔或者按照随机时间间隔执行上述操作模式的切换。

此外，微计算机23将在平衡训练开始时的倒立式两轮车辆2的位置用作基准位置，并且根据需要，根据从旋转角传感器28输出的旋转角信号所表示的电机26的旋转角以及从旋转角传感器29输出的旋转角信号所表示的电机27的旋转角来计算在平衡训练期间倒立式两轮车辆2的位置。可以将任何通常可想到的方法用作计算倒立式两轮车辆2在平衡训练期间的位置的方法。例如，微计算机23可以根据车轮12的半径以及从平衡训练开始起所累积的电机26和27的旋转角的值来计算在平衡训练期间倒立式两轮车辆2的位置。

然后，微计算机23经由无线电通信电路20将表示所计算的倒立式两轮车辆2的位置的信息发送至控制装置30。如上所述，控制装置30根据从倒立式两轮车辆2接收的信息将倒立式两轮车辆2的位置显示在训练画面上。

此外，微计算机23使用以此方式计算的在平衡训练期间倒立式两轮车辆2的位置以用于进行抑制，以防止在受训者不善于转移他/她的重心的方向上提供挑战，这将在稍后进行描述。即，当在平衡训练期间倒立式两轮车辆2位置位于距基准位置较大距离处时，从基准位置至倒立式两轮车辆2的方向是以下方向：当作为挑战，倒立式两轮车辆2被强制性地移动时，受训者不善于转移他/她的重心的方向。相应地，微计算机23防止倒立式两轮车辆在受训者不善于转移他/她的重心的方向上强制移动。这使得能够在特定范围内继续进行平衡训练。

接下来，将通过参照图5和图6来描述根据本发明的示例性实施方式的平衡训练装置1的操作。当正在执行挑战模式时，微计算机23重复图5所示的处理，以防止在受训者不善于转移他/她的重心的方向上提供挑战，从而使得能够在特定范围内继续进行平衡训练。注意，在图6中，以基准位置为中心的圆40表示在牛仔竞技游戏中可以增加分数的最外围的圆，具有比以基准位置为中心的圆40更大半径的圆41是用于估算是否应当防止在受训者不善于转移他/她的重心的方向上提供挑战的基准。

微计算机23获得倒立式两轮车辆2的位置X(S1)。更具体地，微计算机23根据从旋转角传感器28输出的旋转角信号所表示的电机26的旋转角和从旋转角传感器29输出的旋转角信号所表示的电机27的旋转角来计算倒立式两轮车辆2相对于基准位置A的当前位置X。

微计算机23对所计算的倒立式两轮车辆2的当前位置X距基准位置A的位移量P进行计算(S2)。换言之，微计算机23计算基准位置A与倒立式两轮车辆2的当前位置X之间的距离P。

微计算机23估算所计算的位移量P是否小于预定阈值N(S3)。当位移量P小于预定阈值N时(S3：是)，微计算机23提供正常挑战(S4)。即，微计算机23通过添加使用随机数生成的偏置值，来改变来自姿势角传感器21的姿势角信号所表示的姿势角和来自倾角传感器22的倾角信号所表示的倾角中的至少一个，并且微计算机23根据所改变的姿势角和/或所改变的倾角来控制倒立式两轮车辆2。

另一方面，当位移量P大于或等于阈值N时(S3：否)，微计算机23提供除了以下方向上的挑战之外的挑战：从基准位置A至倒立式两轮车辆2的当前位置X的方向(受训者不善于转移他/她的重心的方向)(S5)。即，微计算机23防止作为挑战、倒立式两轮车辆2在从基准位置A至倒立式两轮车辆2的当前位置X的方向上强制移动。

例如，当从基准位置A至倒立式两轮车辆2的当前位置X的方向是倒立式两轮车辆2的向前方向时，微计算机23从强制性地移动倒立式两轮车辆2作为挑战的方向中排除倒立式两轮车辆2在向前方向上的移动。更具体地，微计算机23排除使姿势角改变以向前倾斜的偏置值的应用，并且仅应用使姿势角改变以向后倾斜的偏置值。

例如，当从基准位置A至倒立式两轮车辆2的当前位置X的方向是倒立式两轮车辆2的向后方向时，微计算机23从强制性地移动倒立式两轮车辆2作为挑战的方向中排除倒立式两轮车辆2在向后方向上的移动。更具体地，微计算机23排除使姿势角改变以向后倾斜的偏置值的应用，并且仅应用使姿势角改变以向前倾斜的偏置值。

例如，当从基准位置A至倒立式两轮车辆2的当前位置X的方向是倒立式两轮车辆2的向右方向时，微计算机23从强制性地移动倒立式两轮车辆2作为挑战的方向中排除倒立式两轮车辆2在向右方向上的移动。更具体地，微计算机23排除使姿势角改变以向右倾斜的偏置值的应用，并且仅应用使姿势角改变以向左倾斜的偏置值。

例如，当从基准位置A至倒立式两轮车辆2的当前位置X的方向是倒立式两轮车辆2的向左方向时，微计算机23从强制性地移动倒立式两轮车辆2作为挑战的方向中排除倒立式两轮车辆2在向左方向上的移动。更具体地，微计算机23排除使姿势角改变以向左倾斜的偏置值的应用，并且仅应用使姿势角改变以向右倾斜的偏置值。

当从基准位置A至倒立式两轮车辆2的当前位置X的方向是相对于倒立式两轮车辆2的前后方向和左右方向的斜方向时，从基准位置A至倒立式两轮车辆2的当前位置X的方向的矢量可以被分成前后方向的分量和左右方向的分量。然后，可以将具有较大分量的矢量从倒立式两轮车辆2被强制地移动作为挑战的方向中排除。

此外，不限于防止(完全排除)在从基准位置A至倒立式两轮车辆2的当前位置X的方向上提供挑战，并且可以抑制在该方向上提供挑战(减小在该方向上提供挑战的程度)。在这里，抑制包括防止。例如，微计算机23可以减小作为挑战、倒立式两轮车辆2在从基准位置A至倒立式两轮车辆2的当前位置X的方向上的强制移动量，以使得该强制移动量小于倒立式两轮车辆2在其他方向上的强制移动量。作为另外的示例，相比于在其他方向上，在从基准位置A至倒立式两轮车辆2的当前位置X的方向上，微计算机23可以按照预定比率来减小要被添加至姿势角或倾角的偏置值。

可替选地，由于对在从基准位置A至倒立式两轮车辆2的当前位置X的方向上提供挑战进行了抑制，所以微计算机23可以减小作为挑战、倒立式两轮车辆2被强制性地在相应方向上移动的频率，以使得该频率低于倒立式两轮车辆2被强制性地在其他方向上移动的频率。

当从基准位置A至倒立式两轮车辆2的当前位置X的方向是相对于倒立式两轮车辆2的前后方向和左右方向的斜方向时，从基准位置A至倒立式两轮车辆2的当前位置X的方向的矢量可以被分成前后方向的分量和左右方向的分量。然后，可以抑制在具有所划分的分量之中的较大分量的矢量方向上提供挑战。

可替选地，可以抑制在所划分的分量的矢量方向上提供挑战。在此情况下，关于对在所划分的分量的矢量方向上提供挑战的抑制程度，所划分的分量的矢量越大，对提供挑战的抑制程度可以增加得越多。例如，当矢量变得更大时，减小偏置值的比率可以增加。可替选地，例如，当矢量变得更大时，倒立式两轮车辆2被强制地移动的频率可以减小。

如上所述，根据该示例性实施方式的平衡训练装置1包括：倒立式两轮车辆2；姿势检测单元(与姿势角传感器21和倾角传感器22相对应)，所述姿势检测单元检测倒立式两轮车辆2的姿势，所述倒立式两轮车辆2的姿势根据搭乘在倒立式两轮车辆2上的乘员的姿势而改变；以及控制单元(与微计算机23相对应)，所述控制单元能够控制倒立式两轮车辆，使得倒立式两轮车辆2根据由姿势检测单元检测的倒立式两轮车辆2的姿势而移动，并且所述控制单元能够控制倒立式两轮车辆2，使得倒立式两轮车辆2在与倒立式两轮车辆2的姿势无关的任意方向上被强制地移动。平衡训练装置1用于平衡训练，在该平衡训练中乘员搭乘在倒立式两轮车辆2上，并且平衡训练装置1通过操作倒立式两轮车辆2以使得其更接近预定的基准位置，来训练受训者的平衡感。平衡训练装置1还包括位置获得单元(与微计算机23相对应)，所述位置获得单元获得倒立式两轮车辆2的位置。当由位置获得单元获得的倒立式两轮车辆2的位置与基准位置之间的距离大于或等于阈值时，控制单元抑制下述控制：在从基准位置至倒立式两轮车辆2的方向上强制地移动倒立式两轮车辆2。

从而，当倒立式两轮车辆2在乘员不善于转移他或她的重心的方向上移动时，可以抑制倒立式两轮车辆2在该方向上移动更远。即，根据本示例性实施方式，可以容易地在特定范围内继续训练。

其他示例性实施方式

尽管在上述示例性实施方式中已经解释了阈值N是预定的固定值的示例，但不限于此。阈值N可以是变量。例如，微计算机23测量从基准位置A与倒立式两轮车辆2的位置X之间的距离变成预定距离时起直到倒立式两轮车辆2的位置X返回至基准位置A为止的时间。然后，微计算机23可以根据所测量的时间来改变阈值N。例如，当所测量的时间变得更长时，微计算机23将阈值N改变为更小。

以此方式，即使是在倒立式两轮车辆2位于距基准位置很大距离处时发现很难将倒立式两轮车辆2返回至基准位置的用户，也可以在接近基准位置的位置处继续平衡训练。这使得例如用户能够容易地在牛仔竞技游戏中得到高分，并且从而鼓励用户在牛仔竞技游戏中继续训练。

另外，在上述示例性实施方式中，倒立式两轮车辆2在平衡训练的操作中可以具有多个等级。即，等级越高，平衡训练将会越难。当受训者或助手指令执行平衡训练时，受训者或助手可以使用远程控制器来指定这些等级。即，响应于来自受训者或助手的在远程控制器上的如下输入，控制装置30接收从远程控制器发送的无线电信号：所述输入选择平衡训练的等级并且指令执行平衡训练。该无线电信号选择平衡训练的等级，并且表示用于指令执行平衡训练的输入内容。

控制装置30根据无线电信号来控制以所选的等级来执行平衡训练。例如，控制装置30将指令以所选的等级开始平衡训练的无线电信号发送至倒立式两轮车辆2。响应于经由无线电通信电路20所接收的无线电信号，倒立式两轮车辆2的微计算机23以无线电信号所指示的所选等级启动平衡训练的操作。

微计算机23执行以下控制中的至少一个：当所选等级变得更高时，增加每单位时间从正常模式切换至挑战模式的次数；以及当所选等级变得更高时，增加在任意方向上的移动量。即，当所选等级变得更高时，微计算机23控制使以下时间变得更短：从操作模式被切换至正常模式时起直到操作模式被再次切换至挑战模式为止的时间。此外，当所选等级变得更高时，微计算机23增大上述偏置值。即，当所选等级增大时，微计算机23将阈值N改变为更大。

从而可以以下述方式来根据平衡训练的等级调节阈值：不会轻易落入需要对提供挑战进行抑制的状态中。因此，训练受训者在他/她不善于转移他/她的重心的方向上(作为挑战)的平衡感的机会可以增加。

注意，本发明不限于上述示例性实施方式，并且在不脱离本发明的范围的情况下，可以酌情做出修改。

注意，在上述示例性实施方式中，尽管给出了如下示例：通过微计算机23根据电机26和27的旋转角计算倒立式两轮车辆2的位置，微计算机23获得倒立式两轮车辆2的位置，其中所述电机26和27的旋转角由从旋转角传感器28和29输出的旋转角信号来表示，但是不限于此。平衡训练装置1可以包括例如传感器(相机、红外传感器、超声传感器等)，所述传感器从倒立式两轮车辆2的外部观测倒立式两轮车辆2的位置，并且平衡训练装置1可以根据传感器观测的结果来获得倒立式两轮车辆2的位置。

将这样的传感器安装在例如框架7上，以便从倒立式两轮车辆2的上面来观测倒立式两轮车辆2的位置。控制装置30接收由传感器生成的传感器数据，并且根据所接收的传感器数据来计算倒立式两轮车辆2的位置。控制装置30通过无线电通信将表示所计算的倒立式两轮车辆位置的信息发送至倒立式两轮车辆2。然后，倒立式两轮车辆2的微计算机23可以经由无线电通信电路20来接收从控制装置30发送的信息，并且获得由所接收的信息表示的倒立式两轮车辆2的位置。

根据这样描述的发明，明显的是，本发明的实施方式可以以许多方式进行变化。这样的变化不被认为偏离本发明的精神和范围，并且对本领域技术人员来说明显的所有这样的修改意图包括在所附权利要求的范围内。

Claims (5)

1.一种平衡训练装置，所述平衡训练装置用于平衡训练，在所述平衡训练中乘员搭乘在倒立式两轮车辆上，并且通过操作所述倒立式两轮车辆以使所述倒立式两轮车辆变得更接近预定基准位置，所述平衡训练装置训练乘员的平衡感，所述平衡训练装置包括：

倒立式两轮车辆；

姿势检测单元，所述姿势检测单元检测所述倒立式两轮车辆的姿势，所述姿势根据搭乘在所述倒立式两轮车辆上的乘员的姿势而改变；

控制单元，所述控制单元允许控制所述倒立式两轮车辆，使得所述倒立式两轮车辆根据由所述姿势检测单元检测的所述倒立式两轮车辆的姿势来移动，并且所述控制单元允许控制所述倒立式两轮车辆，使得所述倒立式两轮车辆在与所述倒立式两轮车辆的姿势无关的任意方向上被强制地移动；以及

位置获得单元，所述位置获得单元获得所述倒立式两轮车辆的位置，其中，当由所述位置获得单元获得的所述倒立式两轮车辆的位置与所述基准位置之间的距离大于或等于阈值时，所述控制单元抑制在从所述基准位置至所述倒立式两轮车辆的位置的方向上强制地移动所述倒立式两轮车辆的控制。

2.根据权利要求1所述的平衡训练装置，其中，所述控制单元在正常模式与挑战模式之间交替地切换，在所述正常模式下，所述控制单元控制所述倒立式两轮车辆根据由所述姿势检测单元检测的所述倒立式两轮车辆的姿势来移动，在所述挑战模式下，所述控制单元控制所述倒立式两轮车辆在与所述倒立式两轮车辆的姿势无关的任意方向上被强制地移动。

3.根据权利要求2所述的平衡训练装置，其中，所述控制单元计算所述乘员将所述倒立式两轮车辆从与所述基准位置相距预定距离的位置返回至所述基准位置所需要的时间，并且随着所计算的时间变得更长，所述控制单元使所述阈值变得更小。

4.根据权利要求2或3所述的平衡训练装置，其中，

所述控制单元在多个等级中的一个等级下进行操作，并且执行以下控制中的至少一个：随着所述等级变得更高，增加每单位时间从所述正常模式切换至所述挑战模式的次数，以及随着所述等级变得更高，增大在所述任意方向上的移动量，并且

随着所述等级变得更高，所述控制单元使所述阈值变得更大。

5.一种平衡训练方法，包括控制步骤，所述控制步骤用于对倒立式两轮车辆执行控制，使得所述倒立式两轮车辆根据所述倒立式两轮车辆的姿势而移动，所述倒立式两轮车辆的姿势根据搭乘在所述倒立式两轮车辆上的乘员的姿势而改变；以及用于对所述倒立式两轮车辆执行控制，使得所述倒立式两轮车辆在与所述倒立式两轮车辆的姿势无关的任意方向上被强制地移动，其中，

所述平衡训练方法用于平衡训练，在所述平衡训练中所述乘员搭乘在所述倒立式两轮车辆上，并且通过操作所述倒立式两轮车辆以使所述倒立式两轮车辆变得更接近预定基准位置，所述平衡训练方法训练乘员的平衡感，以及

在所述控制步骤中，当所述倒立式两轮车辆的位置与所述基准位置之间的距离大于或等于阈值时，抑制在从所述基准位置至所述倒立式两轮车辆的位置的方向上强制地移动所述倒立式两轮车辆的控制。