CN111686403B

CN111686403B - 平衡训练装置和用于平衡训练装置的控制程序

Info

Publication number: CN111686403B
Application number: CN202010138882.3A
Authority: CN
Inventors: 佐藤洋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2020-03-03
Publication date: 2022-06-14
Anticipated expiration: 2040-03-03
Also published as: JP7099380B2; CN111686403A; JP2020146320A; US20200289895A1; US11400346B2

Abstract

本发明涉及平衡训练装置和用于平衡训练装置的控制程序。提供了一种平衡训练装置，该平衡训练装置允许在他/她的平衡功能上患有疾病的训练人员安全地执行适当的康复训练以恢复平衡功能。平衡训练装置包括：移动托架，该移动托架被构造成能够通过驱动驱动单元而在移动表面上移动；检测单元，该检测单元被构造成检测从站立在移动托架上的训练人员的脚接收到的载荷；计算单元，该计算单元被构造成从由检测单元检测到的载荷来计算训练人员的脚在搭乘表面上的载荷的重心；以及控制单元，该控制单元被构造成使用从多个设置中选择出的设置将载荷的重心的位移量转换为控制量，并且基于该控制量来驱动驱动单元以控制移动托架的移动。

Description

平衡训练装置和用于平衡训练装置的控制程序

技术领域

本公开涉及一种平衡训练装置和一种用于平衡训练装置的控制程序。

背景技术

用于他/她的腿部有残疾的患者进行康复训练的训练装置正在变得普及。例如，已知一种训练装置，所述训练装置通过驱动装置移动踏板，以便使进行训练的训练人员站立在踏板上并且观察重心位置，并且鼓励训练人员踏步或防止训练人员跌落(例如，参见日本未审专利申请特开第2015-100477号)。

发明内容

在踏板相对于训练装置少量移动的构造中，训练人员基本保持他/她相对于地板表面直立的一种状态，这会因训练期间环境中缺乏变化而难以保持训练人员的动力。当给训练尝试提供游戏特征时，实现的与游戏相关的身体感觉越大，则训练人员参与训练尝试的动力就越大。已经发现，在平衡训练装置中设置移动托架并且在训练人员在机上的同时整个平衡训练装置移动的构造对于康复训练是有效的。然而，对于一些训练人员而言，有时可能难以保持训练人员站在搭乘表面上的状态，因为在这种平衡训练装置中，通过移动托架的移动而给予训练人员的刺激能够被适当地设置成例如与游戏相关。另一方面，刺激越大，康复训练就变得越有趣。

已经做出本公开以解决这种问题。本公开的目的在于提供一种平衡训练装置等，其允许在他/她的平衡功能上患有疾病的训练人员安全地执行适当的康复训练以恢复平衡功能。

第一示例方面是一种平衡训练装置，所述平衡训练装置包括：移动托架，所述移动托架被构造成能够通过驱动驱动单元而在移动表面上移动；检测单元，所述检测单元被构造成检测从站立在移动托架上的训练人员的脚接收到的载荷；计算单元，所述计算单元被构造成从由检测单元检测到的载荷来计算训练人员的脚在搭乘表面上的载荷的重心；以及控制单元，所述控制单元被构造成使用从多个设置中选择出的设置将载荷的重心的位移量转换为控制量，并且基于该控制量来驱动驱动单元以控制移动托架的移动。当以这种方式根据来自于多个设置中的载荷的重心的位移量确定控制量时，能够在安全范围内提供适合于训练人员的刺激。

此外，在上述平衡训练装置中，可以对应于训练阶段预先准备多个设置中的每一个设置，并且，可以根据训练人员的训练阶段来选择用于转换的设置。利用这种构造，例如，当以游戏形式进行训练尝试时，能够根据任务游戏的水平来改变由移动托架给出的刺激。即，训练人员能够根据他/她的训练阶段享受适当的刺激。

在上述平衡训练装置中，多个设置中的每一个设置都以如下方式构造，即：当载荷的重心的位移大于或等于阈值时的每单位位移量的控制量的位移量变得大于当载荷的重心的位移量小于阈值时的每单位位移量的控制量的位移量。通过这种设置，即使当训练人员将他/她的重心在基准位置的附近来回移动，移动托架也将不会剧烈摇动。此外，当训练人员将他/她的重心少量移动时，移动托架也缓慢移动，而当训练人员将他/她的重心大量移动时，移动托架也大量移动。通过这样做，能够期望移动托架的移动与训练人员的感觉很好地匹配。

此外，在上述平衡训练装置中，控制单元可以被构造成使用所选择出的设置将位移量转换为目标速度，并且计算用于使移动托架达到目标速度的控制量。可替选地，控制单元可以被构造成使用所选择出的设置将位移量转换成目标位置，并且计算用于使移动托架到达目标位置的控制量。以这种方式，当将载荷的重心的位移量转换成控制量时，如果基于速度控制或基于位置控制来执行转换，则可以着重于为训练人员提供加速度感而执行控制或根据设施的大小来执行控制。此外，在平衡训练装置中，移动托架能够通过驱动单元的驱动而在直线方向上移动，并且控制单元可以被构造成将载荷的重心的沿着直线方向的位移量转换为控制量。因此，当根据载荷的重心沿着移动方向的位移量来移动移动托架时，训练人员的操作感得到改善。

第二示例方面是一种用于平衡训练装置的控制程序，所述平衡训练装置用于通过训练人员站立在移动托架上来执行平衡训练，其中，通过驱动驱动单元来使所述移动托架在移动表面上移动。该控制程序使计算机执行：检测从站立在移动托架上的训练人员的脚接收到的载荷；根据在检测中检测到的载荷来计算训练人员的脚在搭乘表面上的载荷的重心；使用从多个设置中选择出的设置将载荷的重心的位移量转换成控制量；以及基于控制量驱动驱动单元，以控制移动托架的移动。利用由这种控制程序控制的平衡训练装置，如上所述，能够在安全范围内提供适合于训练人员的刺激。

根据本公开，能够提供一种平衡训练装置等，其允许在他/她的平衡功能上患有疾病的训练人员安全地执行适当的康复训练以恢复平衡功能。

根据下文给出的详细描述和附图，将更加充分地理解本公开内容的上述和其它目的、特征和优点，附图仅通过示例的方式给出，因此不应被视为对本公开的限制。

附图说明

图1是根据实施例的平衡训练装置的示意性透视图；

图2示出了平衡训练装置的系统构造；

图3示出了载荷的重心的位移量与移动托架的移动之间的关系；

图4A示出了开始训练尝试时的游戏屏幕；

图4B示出了训练人员的载荷的重心；

图5A示出了训练尝试期间的游戏屏幕；

图5B示出了训练人员的载荷的重心；

图6A示出了训练尝试期间的游戏屏幕；

图6B示出了训练人员的载荷的重心；

图7示出了在进行速度控制时的位移量与目标速度之间的关系；

图8示出了在进行位置控制时的位移量与目标位置之间的关系；

图9示出了训练尝试的处理流程；并且

图10示出了根据另一示例的位移量与目标速度之间的关系。

具体实施方式

下文中，将通过本公开的实施例描述本公开，但是根据权利要求的公开不限于以下实施例。此外，实施例中所述的所有构造作为解决问题的手段而言并不必是必需的。

图1是作为根据本实施例的平衡训练装置的示例的训练装置100的示意性透视图。训练装置100是一种如下的装置，该装置用于使患有残疾(诸如半身不遂)的残疾人学习移动他/她的重心(这对于行走是必需的)，或者用于使他/她的踝关节患有残疾的患者恢复踝关节功能。例如，当想要恢复踝关节功能的训练人员900试图在保持他/她的平衡的同时继续登上训练装置100时，训练装置100能够向训练人员900的踝关节施加可能期望有康复效果的载荷。

训练装置100包括移动托架110和框架160。移动托架110能够在作为康复设施的地板表面等的移动表面上在前后方向上移动。框架160被设置为树立在移动托架100上，并且防止登上移动托架110的训练人员900掉落。移动托架110主要包括驱动轮121、脚轮122、搭乘板130、载荷传感器140以及控制箱150。

驱动轮121被布置成相对于行驶方向的两个前轮。每个驱动轮121都由作为驱动单元的马达(未示出)旋转驱动，并且使移动托架110向前或向后移动。移动托架110移动的前后方向被定义为x轴，训练装置100在初始状态下安装的基准位置被定义为原点(x＝0)，向前方向被定义为正方向，向后方向被定义为负方向。脚轮122是从动轮，并且被布置成关于行进方向的两个后轮。搭乘板130是训练人员900登上并且放置他/她的脚的搭乘单元。使用能够承受训练人员900登上、具有相对高刚性的聚碳酸酯树脂制成的平板作为搭乘板130。搭乘板130被支撑在移动托架110的上表面上，其中载荷传感器140被布置在四个角部处，载荷传感器140介于搭乘板130和移动托架110之间。

每个载荷传感器140例如都是称重传感器，并且用作检测单元，所述检测单元检测从站立在移动托架110上的训练人员900的脚接收到的载荷。控制箱150容纳算术处理单元和储存器，这将在下文描述。

框架160包括开闭门161和扶手162。开闭门161在训练人员900登上搭乘板130时打开以形成用于训练人员900的通道。开闭门161在训练人员900执行训练尝试时关闭并锁定。扶手162被设置成围绕训练人员900，使得当训练人员900将要失去他/她的平衡时或感到不舒服时能够抓握。应注意，当训练人员900进行训练尝试时，他/她试图在不抓握扶手162的情况下通过他自身/她自身保持他/她的平衡而保持直立姿势。框架160支撑显示面板170。显示面板170是显示单元，例如是液晶面板。显示面板170被布置在训练人员900在训练尝试期间能容易看到的位置处。

图2示出训练装置100的系统构造。算术处理单元200例如是MPU，并且通过执行从存储器240读取的控制程序来执行整个装置的控制。驱动轮单元210包括驱动电路和用于驱动驱动轮121的马达。驱动轮单元210包括旋转编码器，所述旋转编码器检测驱动轮121的旋转量。

操作接收单元220从训练人员900和操作者接收输入操作，并且将操作信号发送到算术处理单元200。训练人员900或操作者操作设置在装置上的操作按钮、叠加在操作面板170上的触摸面板、附接的遥控器等(它们构成操作接收单元220)以便给出用于打开和关闭电源以及开始训练尝试的指令、输入用于设置的数值以及选择菜单项。

显示控制单元230根据来自算术处理单元200的显示信号来生成稍后将描述的任务游戏的图形视频图像等，并且在显示面板170上显示图形视频图像等。存储器240是非易失性存储介质。例如，将固态驱动器用作存储器240。存储器240存储用于控制训练装置100的控制程序等。存储器240还存储用于控制的各种参数值、功能、查找表等。特别地，存储器240存储任务游戏241，任务游戏241是用于以游戏格式给出任务的程序，使得训练人员900能够享受训练尝试。载荷传感器140能够检测经由搭乘板130从训练人员900的脚施加的载荷，并将检测信号发送到算术处理单元200。

算术处理单元200还用作功能执行单元，所述功能执行单元根据控制程序的请求执行各个元件的控制和各种计算。载荷计算单元201获取四个载荷传感器140的检测信号，并且计算训练人员900的脚在搭乘表面上的载荷的重心。具体地，由于已知四个载荷传感器140的相应位置，所以根据由相应的载荷传感器140检测到的在竖直方向上的载荷分布来计算重心位置，并且将重心位置用作载荷的重心位置。以这种方式，将载荷的重心计算为载荷分布的重心位置，因此也能够将载荷的重心视为由训练人员900的脚施加到搭乘表面的脚压力中心。

位置获取单元202使用被包括在驱动轮单元210中的旋转编码器的输出信号和其他传感器信号来获取移动托架110的当前位置。例如，将开始训练尝试时的移动台架110的位置定义为原点，并且对所获取到的旋转编码器的输出信号进行积分以从该原点算出移动量作为当前位置。移动控制单元203生成要发送到驱动轮单元210的驱动信号，并且经由驱动轮单元210控制移动台架110的移动。稍后将描述控制方法的细节。

算术处理单元200可以由一个或多个处理器组成。载荷计算单元201、位置获取单元202以及移动控制单元203可以由一个或多个处理器组成。可替选地，载荷计算单元201、位置获取单元202、移动控制单元203以及显示控制单元230可以由一个或多个处理器组成。

图3是用于解释载荷的重心CP的位移量ΔC和移动托架110的移动之间的关系的视图。在开始训练尝试时，训练人员900以尽可能自然的站立姿势站在搭乘表面上，使得相对于搭乘板130的搭乘表面确定的基准位置RP位于两脚的中间点处。之后，训练人员900根据训练尝试的进程移动他/她的重心，并且通过调节他/她的平衡使载荷的重心CP从基准位置RP位移。在该实施例中，由于移动托架110的移动方向为前后方向，所以沿着二维方向位移的载荷的重心CP的移动方向的分量被定义为位移量ΔC。

在本实施例中，鼓励训练人员900通过执行任务游戏241执行训练。由算术处理单元200处理的任务游戏241生成每时每刻变化的图形视频图像，并且将该图形视频图像显示在显示面板170上，并且鼓励训练人员900执行训练装置100的移动操作。

图4A示出开始训练尝试时的游戏屏幕，并且图4B示出了此时的训练人员900的载荷的重心。游戏屏幕是在显示面板170上显示的视频图像，并且示出从多个任务游戏241中选择出具有网球概念的游戏，然后执行。

在屏幕中心显示的网球场的右侧上，将投掷网球B的角色M叠加在背景图像上，而在网球场的左侧上，将击回所投掷的网球B的角色P叠加在背景图像上。角色M根据任务游戏241给出的任务表现出上下移动或投掷的动作。角色P是代表训练人员900的角色，并且根据训练装置100的移动而表现出上下移动的动作或者根据网球B的到达而表现出挥拍的动作。网球B根据角色M和P的动作在网球场上向左方和向右方往复运动。游戏屏幕也包括根据游戏状态而变化的信息，诸如得分和实耗时间等等。

如图4A中所示，在开始训练尝试时，角色P位于在上下方向上的中间的初始位置T_s处。角色M还位于初始位置T_s的相反侧上，并且网球场介于它们之间。此时，如图4B中所示，期望训练人员900的载荷的重心CP与基准位置RP重叠。即，作为开始训练尝试的准备，训练人员900以尽可能自然的站立姿势站立，使得训练人员900的双脚之间的中点位于针对搭乘板130的搭乘表面限定的基准位置RP处。

图5A示出了在训练尝试期间的游戏屏幕，并且图5B示出了此时的训练人员900的载荷的重心。角色M移动至网球场的上半部分，并且投掷网球B，使得网球B能够到达为此认为设置的目标位置B_h。然后，网球B沿着图中所示的轨迹移动。网球B移动的速度是根据水平预定的，并且随着水平变得越高，网球B移动的速度就越快。

训练人员900在网球B到达B_h之前将角色P移动到击打位置T_h，在该击打位置T_h处，他/她能够在B_h处将网球B击回。即，如图5B中所示，通过使训练人员900的重心向前以调节他/她的平衡，训练人员900使载荷的重心CP从基准位置RP向前移动。移动控制单元203根据此时基于载荷的重心的位移量ΔC计算出的控制量来驱动驱动轮121，并且使移动托架110向前移动。

此时，游戏屏幕上的角色P以与移动托架110的速度V相关联的速度V_c移动到屏幕的上部。当能够将角色P在网球B到达B_h之前移至T_h时，球拍在网球B到达B_h时会摇晃，网球B被击回。当网球B能够被击回时，得分增加。

图6A示出了训练尝试之后的游戏屏幕，并且图6B示出了此时的训练人员900的载荷的重心。当角色P将网球B击回时，通过将训练人员的重心向后移动而调节他/她的平衡，训练人员900将载荷的重心CP移动到基准位置RP之后。移动控制单元203根据此时基于载荷的重心的位移量ΔC计算出的控制量来驱动驱动轮121，并使移动托架110向后移动。

游戏屏幕上的角色P以与移动托架110的速度v相关联的速度V_c移动至屏幕的下部。当角色P能够在预定时间内返回至初始位置T_s时，得分增加。

在角色P到达击球位置T_h或返回至初始位置T_s之前需要特定量的时间，虽然这取决于角色P的速度V_c。在此时间期间，训练人员900继续通过倾斜他/她的重心来调节他/她的平衡。这种平衡调节是对平衡功能患有疾病的训练人员900的有效康复训练。此外，由于能够随时根据训练人员900的平衡调整来改变载荷的重心CP，因此移动托架110的速度v和角色P的速度Vc也能够改变。训练人员900不仅根据他/她的平衡调整来移动角色P，而且还移动训练装置100本身，使得除了视觉信息之外，训练人员900还能够获得作用于他/她的平衡感和姿势感的感觉，因此，训练人员900能够享受训练尝试。当训练人员900能够享受训练尝试时，能够预期训练人员900能够主动且连续地进行训练。即，能够在较短时间段内恢复平衡功能。

首先，将描述移动控制单元203使用速度控制来控制移动托架110的情况。图7是示出当进行速度控制时，载荷的重心的位移量ΔC与移动托架110的目标速度V_T之间的关系的视图。水平轴表示载荷的重心的位移量ΔC，而垂直轴表示目标速度V_T。

位移量ΔC_flim是当训练人员900在不改变他/她的步长的情况下使他/她的重心向前倾斜时的极限位移量，并且位移量ΔC_blim是当训练人员900在不改变他/她的步长的情况下使他/她的重心向后倾斜时的极限位移量。例如，从在训练人员900保持站立姿势的同时，训练人员900的重心向前倾斜直到他/她的脚跟刚好在空中提起之前的测量结果获得位移量ΔC_flim。从在训练人员900保持站立姿势的同时，训练人员900的重心向后倾斜直到他/她的脚跟刚好在空中提起之前的测量结果获得位移量ΔC_blim。可替选地，移动控制单元203可以从预设的查找表中选择对应于训练人员900的身高、体重、脚的大小、康复训练的进度等的位移量ΔC_flim和ΔC_blim，并且设置位移量ΔC_flim和ΔC_blim。

在根据本实施例的速度控制中，准备了如实线所示的用于高级用户的ΔC-V_T转换公式和如虚线所示的用于初学者的ΔC-V_T转换公式。在用于高级用户的ΔC-V_T转换公式中，当位移量ΔC在包括基准位置RP(ΔC＝0)的ΔC_bc至ΔC_fc的范围内时，位移量ΔC与目标速度V_T成比例，斜率为α_a1(>0)，并且当ΔC＝ΔC_fc时，V_T＝v_afc，当ΔC＝ΔC_bc时，V_T＝v_abc。此外，当位移量ΔC在ΔC_blim至ΔC_bc的范围内或在ΔC_fc至ΔC_flim的范围内时，位移量ΔC与目标速度V_T成比例，斜率为α_a2(>α_a1)，并且当ΔC＝ΔC_blim时，V_T＝v_ablim，当ΔC＝ΔC_flim时，V_T＝v_aflim。

在用于初学者的ΔC-V_T转换公式中，当位移量ΔC在包括基准位置RP(ΔC＝0)的ΔC_bc至ΔC_fc的范围内时，位移量ΔC与目标速度V_T成比例，斜率为α_b1(>0)，并且当ΔC＝ΔC_fc时，V_T＝v_bfc，当ΔC＝ΔC_bc时，V_T＝v_bbc。此外，当位移量ΔC在ΔC_blim至ΔC_bc的范围内或者在ΔC_fc至ΔC_flim的范围内时，位移量ΔC与目标速度V_T成比例，斜率为α_b2(>α_b1)，并且当ΔC＝ΔC_blim时，V_T＝v_bblim，并且当ΔC＝ΔC_flim时，V_T＝v_bflim。

同样地，在用于初学者的ΔC-V_T转换公式中，使在ΔC_bc至ΔC_fc的范围内的斜率α_b1小于在ΔC_blim至ΔC_bc的范围内和在ΔC_fc至ΔC_flim的范围内的斜率α_b2。此外，在ΔC_bc至ΔC_fc的范围内，使用于高级用户的斜率α_a1大于用于初学者的斜率α_b1(α_a1>α_b1>0)。同样地，在ΔC_blim至ΔC_bc的范围内以及在ΔC_fc至ΔC_flim的范围内，用于高级用户的斜率α_a2被设置成大于用于初学者的斜率α_b2(α_a2>α_b2>0)。即，用于高级用户的设置使移动托架110移动地比用于初学者的设置更强烈。通过这种设置，训练人员900能够享受适合训练阶段的刺激。例如，在采用网球概念的上述任务游戏241中，在训练人员900完成一阶段并且游戏水平提升至特定游戏水平时，移动控制单元203从用于初学者的ΔC-V_T转换公式自动地切换为用于高级用户的ΔC-V_T转换公式。可替选地，训练装置可被构造成使得训练人员900或操作者可在开始训练尝试时通过操作接收单元220选择用于初学者的设置或用于高级用户的设置。

在该实施例中，用于高级用户的ΔC_fc和用于初学者的ΔC_fc两者都被设为0.6×ΔC_flim。然而，用于高级用户的ΔC_fc定义和用于初学者的ΔC_fc定义不同。例如，ΔC_fc可以比用于高级用户的窄，诸如ΔC_fc＝0.4×ΔC_flim。同样地，用于高级用户的ΔC_bc定义可以与用于初学者的ΔC_bc定义不同。当ΔC_bc至ΔC_fc的范围变窄时，移动托架110移动地更强烈，因此能够为高级用户提供更高级的训练。

接着，将描述移动控制单元203通过使用位置控制而控制移动托架110的情况。图8示出了当进行位置控制时，载荷的重心的位移量ΔC与移动托架110的目标位置X_T之间的关系。水平轴表示载荷的重心的位移量ΔC，而垂直轴表示目标位置X_T。

位移量ΔC_flim、ΔC_blim、ΔC_bc、ΔC_fc分别类似于图7中的ΔC_flim、ΔC_blim、ΔC_bc、ΔC_fc。以与上述速度控制类似的方式，在根据本实施例的位置控制中，准备了如实线所示的用于高级用户的ΔC-X_T转换公式和如虚线所示的用于初学者的ΔC-X_T转换公式。在用于高级用户的ΔC-X_T转换公式中，当位移量ΔC在包括基准位置RP(ΔC＝0)的ΔC_bc至ΔC_fc的范围内时，位移量ΔC与目标速度X_T成比例，斜率为β_a1(>0)，并且当ΔC＝ΔC_fc时，X_T＝x_afc，并且当ΔC＝ΔC_bc时，X_T＝X_abc。此外，当位移量ΔC在ΔC_blim至ΔC_bc的范围内或者在ΔC_fc至ΔC_flim的范围内时，位移量ΔC与目标位置X_T成比例，斜率为β_a2(>β_a1)，并且当ΔC＝ΔC_blim时，X_T＝x_ablim，并且当ΔC＝ΔC_flim时，X_T＝x_aflim。

在ΔC_bc至ΔC_fc的范围内，使将转化成目标位置的斜率β_a1小于在ΔC_blim至ΔC_bc的范围内以及在ΔC_fc至ΔC_flim的范围内的斜率β_a2。换句话说，通过将ΔC_bc和ΔC_fc作为阈值，当位移量的大小|ΔC|大时，每单位位移量的目标位置的增量被设置成变大。通过这种设置，即使训练人员900在基准位置RP的附近前后移动他/她的重心，移动托架110也将不显著地晃动。此外，当训练人员900少量地改变他/她的重心时，移动托架110也少量地移动，而当训练人员900大量移动他/她的重心时，移动托架110也将尝试移动地更远。因而，能够预期移动托架110的移动良好地匹配训练人员900的感觉。

在用于初学者的ΔC-X_T转换公式中，当位移量ΔC在包括基准位置RP(ΔC＝0)的ΔC_bc至ΔC_fc的范围内时，位移量ΔC与目标速度X_T成比例，斜率为β_b1(>0)，并且当ΔC＝ΔC_fc时，X_T＝x_bfc，并且当ΔC＝ΔC_bc时，X_T＝X_bbc。此外，当位移量ΔC在ΔC_blim至ΔC_bc的范围内，或者在ΔC_fc至ΔC_flim的范围内时，位移量ΔC与目标速度X_T成比例，斜率为β_b2(>β_b1)，并且当ΔC＝ΔC_blim时，X_T＝x_bblim，并且当ΔC＝ΔC_flim时，X_T＝x_bflim。

同样地，在用于初学者的ΔC-X_T转换公式中，使在ΔC_bc至ΔC_fc的范围内的斜率β_b1小于在ΔC_blim至ΔC_bc的范围内和在ΔC_fc至ΔC_flim的范围内的斜率β_b2。此外，在ΔC_bc至ΔC_fc的范围内，使用于高级用户的斜率β_a1大于用于初学者的斜率β_b1(β_a1>β_b1>0)。同样地，在ΔC_blim至ΔC_bc的范围内以及在ΔC_fc至ΔC_flim的范围内，用于高级用户的斜率β_a2被设置成大于用于初学者的斜率β_b2(β_a2>β_b2>0)。即，用于高级用户的设置使移动托架110移动地比用于初学者的设置更强烈。通过这种设置，训练人员900能够享受适合训练阶段的刺激。例如，在采用网球概念的上述任务游戏241中，在训练人员900完成一阶段并且游戏水平提升至特定游戏水平时，移动控制单元203从用于初学者的ΔC-X_T转换公式自动地切换为用于高级用户的ΔC-X_T转换公式。可替选地，训练装置可以被构造成使得训练人员900或操作者可在开始训练尝试时通过操作接收单元220选择用于初学者的设置或用于高级用户的设置。

根据例如多个准备的任务游戏241的特性，移动控制单元203是否执行速度控制或者位置控制能够与每个任务游戏241相关联。可替选地，训练人员900或操作者可能在开始训练尝试时通过操作接收单元220选择是否采用移动控制或位置控制。此外，例如，移动控制和位置控制可以根据移动托架110的位置而改变。

图9是示出训练尝试的处理流程的流程图。例如，该流程在训练人员900已经登上搭乘板130的状态下开始。在步骤S101中，算术处理单元200从存储器240读取指定的任务游戏241，并且通过任务游戏241开始训练尝试。算术处理单元200通过显示控制单元213根据显示面板170上的任务游戏241的进程显示视频图像。

在步骤S102中，载荷传感器140检测根据任务游戏241的进展而从训练人员900的脚接收到的载荷，并且将所检测到的检测信号传递给载荷计算单元201。在步骤S103中，载荷计算单元201通过所接收到的检测信号计算载荷的重心，并且将所计算出的载荷的重心传递给移动控制单元203。

在步骤S104中，移动控制单元203通过所接收到的载荷的重心计算位移量ΔC。然后，移动控制单元203判定当前的训练尝试是否是为高级用户或对初学者设置的。如上所述，移动控制单元203在设置是用于初学者的时候使用用于初学者的转换公式，并且在设置是用于高级用户的时候使用用于高级用户的转换公式。位移量ΔC被转化成目标速度V_T或目标位置X_T。

当位移量ΔC被转化成目标速度V_T时，作为用于引起移动托架110达到目标速度V_T的控制量，计算驱动扭矩。具体地，移动控制单元203从驱动轮单元210的输出计算移动托架110的当前速度v，并且通过目标速度V_T和当前速度v之间的差的PID控制计算驱动扭矩。当位移量ΔC被转化成目标位置X_T时，移动控制单元203将驱动扭矩计算成使移动托架110达到目标位置X_T的控制量。具体地，移动控制单元203从位置获取单元202接收移动托架110的当前位置x，并且通过目标位置X_T和当前位置x之间的差的PID控制计算驱动扭矩。在步骤S105中，将用于输出驱动扭矩的驱动信号发送至驱动轮单元210，以驱动所述驱动轮121。此外，算术处理单元200根据驱动轮121的驱动使角色P在显示面板170上移动，并且使任务游戏241继续。

在步骤S106中，算术处理单元200判定训练尝试是否已经结束。训练尝试例如在任务游戏241结束、实耗了设定的时间段或实现目标项时结束。当算术处理单元200判定训练尝试还未结束时，过程返回到继续训练尝试的步骤S102，而当算术处理单元200判定训练尝试已经结束时，过程进行到步骤S107。在步骤S108中，算术处理单元200执行结束处理以结束一系列处理。结束处理是在显示面板170上显示最终得分，并且更新到目前为止已经进行的训练的历史信息。

图10示出了根据另一示例的位移量ΔC和目标速度V_T之间的关系。在图7的示例中，准备了用于高级用户和初学者的两个ΔC-V_T转换公式。然而，如图10中所示，例如，当任务游戏241提供六个水平时，六个ΔC-V_T转换公式L₁至L₆可与六个水平相关联。在这种情况下，水平越高，则斜率α被设置地变得越大。例如，当L₁的转换公式为1.0时，L₂至L₆的增益分别被设置为1.1、1.2、1.3、1.4和1.5，并且可通过将L₁的转换公式的斜率α乘以对应于相应水平的增益来计算L₂至L₆的斜率。以与速度控制类似的方式，同样地，在位置控制中，可使六个ΔC-X_T转换公式L₁至L₆对应于相应的水平。

在上述实施例中，移动托架110具有前后移动的结构，因此采用与这种结构相对应的移动控制和任务游戏。然而，当移动托架110具有也在左右方向上移动的结构时，可以采用与前后移动以及左右移动的这种结构相对应的移动控制和任务游戏。在上述实施例中，通过计算在前后方向上的位移量ΔC来执行移动控制，前后方向是移动托架110的移动方向。然而，当移动托架110也能够在左右方向上移动时，可以根据从基准位置RP到载荷的重心的矢量来确定移动方向和目标速度，并且能够执行类似的移动控制。在这种情况下，以二维方式定义移动区域，因此，也可以二维方式定义第一控制量的权重和第二控制量的权重。

在上述的这个实施例中，使用ΔC-V_T转换公式用于速度控制，并且使用ΔC-X_T转换公式用于位置控制。然而，代替使用所述转换公式，例如可使用查找表以将位移量ΔC转化成目标速度V_T或目标位置X_T。控制不限于速度控制和位置控制，并且可以采用其它类型的控制。在这种情况下，位移量ΔC可被转化成对应于该控制的控制量。

可以使用任何类型的非暂时性计算机可读介质来存储程序并将程序提供给计算机。非暂时性计算机可读介质包括任何类型的有形存储介质。非暂时性计算机可读介质的示例包括磁存储介质(诸如软盘、磁带、硬盘驱动器等)、光磁存储介质(例如磁光盘)、CD-ROM(光盘只读存储器)、CD-R(可刻录光盘)、CD-R/W(可擦写光盘)和半导体存储器(诸如掩模ROM、PROM(可编程ROM)、EPROM(可擦除PROM)、闪存ROM、RAM(随机存取存储器)等)。可以使用任何类型的暂时性计算机可读介质将程序提供给计算机。暂时性计算机可读介质的示例包括电信号、光信号和电磁波。暂时性计算机可读介质能够经由有线通信线路(例如电线和光纤)或无线通信线路将程序提供给计算机。

从由此描述的本公开，将显而易见的是，可以以许多方式改变本公开的实施例。这些变体不应被认为是背离本公开的精神和范围，并且，对于本领域技术人员显而易见的所有这些变型旨在被包括在所附权利要求的范围内。

Claims

1.一种平衡训练装置，包括：

移动托架，所述移动托架被构造成能够通过对驱动单元进行驱动而在移动表面上移动从而整个平衡训练装置在所述移动表面上移动，并且所述移动托架被构造成在所述移动表面上移动的同时不能相对于所述移动表面倾斜；

检测单元，所述检测单元被构造成检测从站立在所述移动托架上的训练人员的脚接收到的载荷；

计算单元，所述计算单元被构造成从由所述检测单元检测到的载荷来计算所述训练人员的脚在搭乘表面上的载荷的重心；以及

控制单元，所述控制单元被构造成使用从多个设置中选择出的设置将所述载荷的重心的位移量转换为控制量，并且基于所述控制量来驱动所述驱动单元以控制所述移动托架的移动，

其中，所述位移量小于当所述训练人员在不改变所述训练人员的步长的情况下使所述训练人员的重心倾斜时的极限位移量。

2.根据权利要求1所述的平衡训练装置，其中：

对应于训练阶段预先准备所述多个设置中的每一个设置，并且，根据所述训练人员的训练阶段来选择用于所述转换的设置。

3.根据权利要求1或2所述的平衡训练装置，其中：

所述多个设置中的每一个设置都以如下方式构造，即：当所述载荷的重心的位移大于或等于阈值时的每单位位移量的控制量的位移量变得大于当所述载荷的重心的位移量小于所述阈值时的每单位位移量的控制量的位移量。

4.根据权利要求1或2所述的平衡训练装置，其中：

所述控制单元被构造成：使用所选择出的设置将所述位移量转换为目标速度，并且计算用于使所述移动托架达到所述目标速度的所述控制量。

5.根据权利要求1或2所述的平衡训练装置，其中：

所述控制单元被构造成：使用所选择出的设置将所述位移量转换成目标位置，并且计算用于使所述移动托架到达所述目标位置的所述控制量。

6.根据权利要求1或2所述的平衡训练装置，其中：

所述移动托架能够通过所述驱动单元的驱动而在直线方向上移动，并且

所述控制单元被构造成将所述载荷的重心的沿着所述直线方向的所述位移量转换为所述控制量。

7.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质存储用于平衡训练装置的控制程序，所述平衡训练装置用于通过训练人员站立在移动托架上来执行平衡训练，其中，通过对驱动单元进行驱动来使所述移动托架在移动表面上移动从而整个平衡训练装置在所述移动表面上移动，所述移动托架在所述移动表面上移动的同时不能相对于所述移动表面倾斜，

所述控制程序使计算机执行：

检测从站立在所述移动托架上的训练人员的脚接收到的载荷；

从在所述检测中检测到的载荷来计算所述训练人员的脚在搭乘表面上的载荷的重心；

使用从多个设置中选择出的设置将所述载荷的重心的位移量转换成控制量，其中所述位移量小于当所述训练人员在不改变所述训练人员的步长的情况下使所述训练人员的重心倾斜时的极限位移量；以及

基于所述控制量驱动所述驱动单元，以控制所述移动托架的移动。