JP2014182318A - バランス訓練システム及びその制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】バランス訓練を継続的に実行できる。
【解決手段】バランス訓練システム1は、所定の可動範囲内において、搭乗者の操作量に応じて駆動状態を変化させる倒立二輪車11と、倒立二輪車11の位置情報を取得するエリアセンサー12と、エリア制御器13と、を備える。エリア制御器13は、倒立二輪車11の可動範囲を記憶する記憶手段131と、エリアセンサー12により取得された倒立二輪車11の位置が、記憶手段131に記憶された可動範囲内であるか否かを判別する位置判定手段132と、位置判定手段132の判別結果に応じ、倒立二輪車11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11を可動範囲内に復帰させる位置復帰制御手段133と、を有する。
【選択図】図2

Description

本発明は、バランス訓練システム及びその制御方法に関する。
人のバランス能力を訓練するために、倒立二輪型のロボットを用いたゲームが用いられている。このような倒立二輪型のロボットを用いた訓練において、その可動範囲は、あらかじめ定めた所定の範囲内となるように設定されている。
また倒立二輪型のロボットを用いた訓練では、被験者が転倒しないよう、吊り具が被験者に取り付けられている。吊り具は、その可動範囲では作動しない十分な長さ、かつ転倒時に被験者が床に当たらない長さで設けてあるのが一般的である。
特許文献1には、移動体の状態量および搭乗者の状態量のうち少なくとも一方を検出する姿勢センサー等を備え、姿勢センサー等により検出された状態量に基づいて訓練の改善度合いを示す訓練改善度を算出し、移動体の動作を制御する制御方法及び制御プログラムについて開示されている。
特開2011−203549号公報
被験者の訓練レベルが低い場合には、倒立二輪車が可動範囲を頻繁に超えてしまう場合がある。この場合、補助者は倒立二輪車が可動範囲を超えたか否かを判断し、可動範囲から超えている場合には、倒立二輪車を可動範囲内に入れ直す必要があり、強制的に倒立二輪車を押して元に戻している。また補助者が判定を行う前に、倒立二輪車が可動範囲から大きく外れた場合には、吊り具が作用し安全停止状態になる。このとき被験者は、倒立二輪車から降車せざるを得なくなる。ここで吊り具による安全停止状態になりにくくなるよう、吊り具のベルトの余裕を大きく取ることが考えられるが、システムエラー等により被験者が転倒しそうな状態となったときに、吊り具の余裕の分だけ空走することになり、被験者にかかる衝撃が大きくなる恐れがある。
したがって、自動的に倒立二輪車を可動範囲内に復帰させ、バランス訓練を継続的に実行できるシステムが求められていた。
本発明にかかるバランス訓練システムは、所定の可動範囲内において、搭乗者の操作量に応じて駆動状態を変化させる倒立二輪車と、前記倒立二輪車の位置情報を取得するエリアセンサーと、エリア制御器と、を備え、前記エリア制御器は、前記倒立二輪車の可動範囲を記憶する記憶手段と、前記エリアセンサーにより取得された前記倒立二輪車の位置が、前記記憶手段に記憶された可動範囲内であるか否かを判別する位置判定手段と、前記位置判定手段の判別結果に応じ、前記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、前記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、を有する。
また本発明に係るバランス訓練システムの制御方法は、所定の可動範囲内において、搭乗者の操作量に応じて駆動状態を変化させる倒立二輪車と、前記倒立二輪車の位置情報を取得するエリアセンサーと、エリア制御器と、を備えるバランス訓練システムの制御方法であって、前記エリア制御器は、前記倒立二輪車の可動範囲を記憶し、前記エリアセンサーにより取得された前記倒立二輪車の位置が、前記記憶手段に記憶された可動範囲内であるか否かを判別し、前記判別結果に応じ、前記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、所定の可動範囲内に復帰させる。
これにより、自動的に倒立二輪車を可動範囲内に復帰させるができ、被験者や補助者の負担を軽減することができる。
バランス訓練を継続的に実行できる。
実施の形態1にかかるバランス訓練システムの構成図である。 実施の形態1にかかるバランス訓練システムの外観を示す図である。 実施の形態1にかかるバランス訓練システムの動作フローチャートである。
実施の形態1
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は、バランス訓練システム1の構成を示す図である。また図2は、バランス訓練システム1の外観を示す図である。
バランス訓練システム1は、倒立二輪車11と、エリアセンサー12と、エリア制御器13と、吊り具14と、モニター15を備える。
倒立二輪車11は、同軸上に2つの車輪が設けられた倒立二輪型ロボットである。倒立二輪車11は、本体部111と、ハンドル112を備える。
本体部111は、制御部113と、駆動部114と、受信部115を有する。典型的には、本体部111は、上部に被験者が搭乗する搭乗部を有している。
ハンドル112は、本体部111に連結して設けられ、被験者が本体部111に搭乗した場合に把持する把持部である。典型的にはハンドル112は、搭乗者が前後方向に傾動させた操作量を、制御部113に出力する。
制御部113は、倒立二輪車11の動作の制御を行う。典型的には制御部113は、本体部111に設けられたセンサーにより取得された、搭乗者の重心移動やハンドル112の操作量に基づいて、制御信号を生成し、駆動部114に出力する。また制御部113は、エリア制御器13から受信部115を介して受信した操作信号に基づいて制御信号を生成し、駆動部114に出力する。
駆動部114は、制御部113から入力した制御信号に基づいて、倒立二輪車11の車輪を駆動させる。典型的には、駆動部114は、モータである。
受信部115は、エリア制御器13から送信された操作信号を受信する。受信部115は、受信した操作信号を、制御部113に出力する。
エリアセンサー12は、被験者がバランス訓練を行う環境内に設けられた位置情報取得手段である。例えばエリアセンサー12は、部屋の壁面に設置された、複数の光学式センサー12a及びカメラ12bである。エリアセンサー12は、倒立二輪車11の位置情報を取得し、エリア制御器13に出力する。エリアセンサー12からエリア制御器13への情報出力は、無線方式であっても良く、有線方式であっても良い。
エリア制御器13は、記憶手段131と、位置判定手段132と、位置復帰制御手段133と、送信部134を備える。
記憶手段131は、あらかじめ定められた倒立二輪車11の可動範囲を記憶する記憶部である。記憶手段131は、被験者の訓練のレベルに応じて、可動範囲を変更して記憶可能であることが望ましい。図2には、被験者の訓練レベルが低い場合に用いる狭い可動範囲21と、被験者の訓練レベルが高い場合に用いる可動範囲22が、点線で示されている。例えば記憶手段131は、倒立二輪車11の初期位置から、半径750mmの範囲を可動範囲として記憶する。
位置判定手段132は、倒立二輪車11が記憶手段131に記憶された可動範囲を超えたか否かを判定する。例えば位置判定手段132は、エリアセンサー12により取得された倒立二輪車11の位置の座標が、記憶手段131が記憶した可動範囲内であるか否かを判定する。また位置判定手段132は、倒立二輪車11が、可動範囲内と可動範囲外との境界を超えたか否かを判定してもよい。
位置復帰制御手段133は、倒立二輪車11が可動範囲外にある場合に、可動範囲内に戻るよう操作信号を生成する。より具体的には位置復帰制御手段133は、位置判定手段132により倒立二輪車11が可動範囲外にあると判定された場合に、倒立二輪車11が可動範囲に戻るよう操作信号を生成する。位置復帰制御手段133は生成した操作信号を、送信部134を介して、倒立二輪車11に送信する。
送信部134は、位置復帰制御手段133が生成した操作信号を、倒立二輪車11の受信部115に送信する。
吊り具14は、被験者を上方に吊りあげる吊り具である。例えば吊り具14は、部屋の天井から吊り下げて設けられている。典型的には吊り具14は、被験者が装着しているベルトに連結され、被験者が転倒しそうな場合に被験者の両脇や腰などを支える。
モニター15は、被験者が訓練を行うためのゲーム画面等を表示する表示部である。
次に、バランス訓練システムの動作について説明する。図3は、バランス訓練システム1の動作フローである。
記憶手段131は、あらかじめ、被験者の訓練レベルに適した可動範囲を記憶する(ステップS11)。
被験者は、倒立二輪車11に搭乗し、訓練を開始する(ステップS12)。
エリアセンサー12は、倒立二輪車11の位置を取得する(ステップS13)。
位置判定手段132は、倒立二輪車11が可動範囲内にあるか、可動範囲外にあるかを判定する(ステップS14)。倒立二輪車11が可動範囲内にあると判定された場合には(ステップS14でYes)、ステップS15に進む。倒立二輪車11が可動範囲外にあると判定された場合には(ステップS14でNo)、ステップS21に進む。
制御部113は、搭乗者の重心移動やハンドル操作に応じて制御信号を生成し、車輪を駆動させる(ステップS15)。その後、ステップS13に戻る。
位置復帰制御手段133は、倒立二輪車11が可動範囲に戻るよう、操作信号を生成する(ステップS21)。例えば、位置復帰制御手段133は、倒立二輪車11を初期位置の方向に移動させる操作信号を生成し、送信部134を介して倒立二輪車11に送信する。
倒立二輪車11は、位置復帰制御手段133で生成された操作信号に基づいて、車輪を駆動する(ステップS22)。典型的には、制御部113は、位置復帰制御手段133で生成された操作信号に基づいて制御信号を生成し、車輪を駆動させる。このとき制御部113は、位置復帰制御手段133から受信した操作信号を、搭乗者の重心移動やハンドル操作よりも優先し、制御信号を生成する。その後、ステップS13に戻る。
これにより、倒立二輪車が可動範囲から外れた場合に、自動的に可動範囲に戻すことができる。そのため被験者や補助者は、倒立二輪車が可動範囲を超えているかを判断する必要がなくなる。また、倒立二輪車を可動範囲内に自動的に引き戻すことができるため、被験者は可動範囲から外れるたびに降車する必要がなく、訓練の継続性の向上、及び負担の軽減を図ることができる。
また訓練レベルが低い被験者が訓練を行う場合は、可動範囲を狭く設定しておくことにより、ゲームの成功率より継続性を重視し、緊急降車が行われないようにすることができる。一方、訓練レベルが高い被験者が訓練を行う場合には、可動範囲を広くすることでダイナミックな操作が可能となる。そのため、被験者は足首を大きく使った訓練ができるとともに、娯楽性を向上させることができる。
さらに倒立二輪車は、路面の摩擦やタイヤの微小すべりの蓄積により、向きがずれていくことがある。このずれはバランス訓練が必要なレベルの被験者には補正することが難しく、補助者も訓練時にこの微小なずれを直すのは難しい。しかしながら、上述のバランス訓練システムでは、エリアセンサーやエリア制御器を用いて倒立二輪車の位置や向きを検知し、訓練の動きに影響しない範囲でずれを斬減するように倒立二輪車を制御することができる。そのため、訓練の継続性の向上を図ることができる。
また、エリアセンサーを用いることで、倒立二輪車だけではなく搭乗者の姿勢を検出し、記録することができる。そのため訓練後に、被験者自身が理想的な姿勢で訓練ができているか否かを確認することができ、被験者にとって判りやすいフィードバックが可能になる。
また、リアルタイムで被験者の訓練時の姿勢をモニターに表示することができるため、被験者はリアルタイムで理想的な訓練姿勢との差を認識することができる。これにより訓練レベルが高い被験者は、理想的な訓練姿勢との差を即座にフィードバックすることができ、訓練効率の上昇が期待できる。
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、位置復帰制御手段133は倒立二輪車11の制御信号を生成し、倒立二輪車11は位置復帰制御手段133が生成した制御信号を、制御部113で生成した制御信号より優先して用いることにより、車輪を駆動させても良い。
1 バランス訓練システム
11 倒立二輪車
111 本体部
112 ハンドル
113 制御部
114 駆動部
115 受信部
12 エリアセンサー
12a 光学式センサー
12b カメラ
13 エリア制御器
131 記憶手段
132 位置判定手段
133 位置復帰制御手段
134 送信部
14 吊り具
15 モニター
21 可動範囲
22 可動範囲

Claims (2)

  1. 所定の可動範囲内において、搭乗者の操作量に応じて駆動状態を変化させる倒立二輪車と、
    前記倒立二輪車の位置情報を取得するエリアセンサーと、
    エリア制御器と、を備え、
    前記エリア制御器は、
    前記倒立二輪車の可動範囲を記憶する記憶手段と、
    前記エリアセンサーにより取得された前記倒立二輪車の位置が、前記記憶手段に記憶された可動範囲内であるか否かを判別する位置判定手段と、
    前記位置判定手段の判別結果に応じ、前記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、前記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、を有する、
    バランス訓練システム。
  2. 所定の可動範囲内において、搭乗者の操作量に応じて駆動状態を変化させる倒立二輪車と、
    前記倒立二輪車の位置情報を取得するエリアセンサーと、
    エリア制御器と、を備えるバランス訓練システムの制御方法であって、
    前記エリア制御器は、
    前記倒立二輪車の可動範囲を記憶し、
    前記エリアセンサーにより取得された前記倒立二輪車の位置が、前記記憶手段に記憶された可動範囲内であるか否かを判別し、
    前記判別結果に応じ、前記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、所定の可動範囲内に復帰させる、
    バランス訓練システムの制御方法。
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