JP2016073386A - Balance training machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、倒立二輪型移動体を用いた搭乗者のためのバランス訓練機に関するものである。 The present invention relates to a balance training machine for passengers using an inverted two-wheeled mobile body.
例えば特許文献1には、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する倒立二輪型移動体が開示されている。このような倒立二輪型移動体は、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。
For example,
特許文献1に開示された倒立二輪型移動体は、通常モードに加え、訓練モードを備えている。ここで、特許文献1では、訓練の効果を向上させるために、訓練モードにおいて倒立制御の制御ゲインを低下させ、通常モード時よりも倒立二輪型移動体を動き易くしている。
The inverted two-wheeled mobile body disclosed in
搭乗者の操作能力は、身体の状態によってばらつきがある。また、訓練時には、倒立二輪型移動体の周囲に存在する障害物や他の人物などを回避して安全性を確保する必要がある。これらのことを考慮して、特許文献1に記載されている倒立二輪型移動体をバランス訓練に用いるためには、搭乗者の身体状態および倒立二輪型移動体の周囲の人や障害物を検知して、それを搭乗者に与える訓練課題に反映させる必要がある。
The passenger's ability to operate varies depending on the physical condition. Further, during training, it is necessary to ensure safety by avoiding obstacles and other persons existing around the inverted two-wheeled mobile body. In consideration of these matters, in order to use the inverted two-wheeled moving body described in
本発明は、上記を鑑みなされたものであって、搭乗者の能力および障害物の有無に基づいて搭乗者に与える訓練課題を変更する、倒立二輪型移動体を用いたバランス訓練機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and provides a balance training machine using an inverted two-wheeled moving body that changes a training task given to a passenger based on the ability of the passenger and the presence or absence of an obstacle. For the purpose.
本発明は、倒立二輪型移動体を用いたバランス訓練機であって、前記倒立二輪型移動体を駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部と、前記駆動部の駆動状態を監視し、監視結果に基づいて搭乗者の乗車状態および訓練の改善度を推定する搭乗者状態推定手段と、前記搭乗者状態推定手段が推定した前記乗車状態および前記改善度に基づいて前記倒立二輪型移動体の許容移動範囲を決定する制御適用領域決定手段と、前記倒立二輪型移動体周辺の障害物を検出する障害物検出手段と、を備え、前記制御部は、前記許容移動範囲決定手段が決定した前記許容移動範囲内の障害物の有無に基づいて搭乗者に与える訓練課題を変更する。 The present invention is a balance training machine that uses an inverted two-wheeled mobile body, and monitors a drive unit that drives the inverted two-wheeled mobile body, a control unit that controls the drive unit, and a drive state of the drive unit. And a passenger state estimating means for estimating the passenger's riding state and the improvement degree of training based on the monitoring result, and the inverted two-wheel type based on the riding state and the improvement degree estimated by the passenger state estimating means. A control application area determining unit that determines an allowable moving range of the moving body; and an obstacle detecting unit that detects an obstacle around the inverted two-wheeled moving body, and the control unit includes the allowable moving range determining unit. The training task given to the passenger is changed based on the presence or absence of the obstacle within the determined allowable movement range.
本発明はこのような構成により、搭乗者の身体の状態によって倒立二輪型移動体の許容移動範囲を変更することができる。さらに、本発明は倒立二輪型移動体の周辺に存在する障害物の有無を検知して搭乗者に与える訓練課題を変更することができる。 With this configuration, the present invention can change the allowable movement range of the inverted two-wheeled moving body depending on the state of the passenger's body. Furthermore, the present invention can change the training task given to the passenger by detecting the presence or absence of obstacles around the inverted two-wheeled mobile body.
本発明によれば、倒立二輪型移動体を用いたバランス訓練機において、搭乗者の能力および障害物の有無に基づいて搭乗者に与える訓練課題を変更することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the training subject given to a passenger can be changed based on a passenger | crew's capability and the presence or absence of an obstruction in the balance training machine using an inverted two-wheeled mobile body.
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiment. In addition, for clarity of explanation, the following description and drawings are simplified as appropriate.
図1に示すように、バランス訓練機80は、倒立制御により倒立状態を維持しつつ、搭乗者の重心移動に応じて、前後進、左右旋回、加減速などの走行を行うことができる倒立二輪型移動体10を用いた搭乗者のためのバランス訓練に用いられる装置である。バランス訓練機80は、倒立二輪型移動体10と、倒立二輪型移動体10を撮像するカメラ20と、搭乗者に仮想空間や乗車状態等のデータを表示する表示部95とを有している。
As shown in FIG. 1, the
倒立二輪型移動体10は、車両本体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の操作のための操作ハンドル4と、車両本体1に設けられ搭乗者が搭乗可能な左右一対のステップ部6R,6L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の走行方向と直交する方向の両側において同軸上に配置されると共に当該車両本体1に回転自在に支持されている。
The inverted two-wheeled
車両本体1の上部には、操作ハンドル4が起立状態で前後左右方向に回動自在に支持されている。操作ハンドル4は、前後方向に傾けられることによって、倒立二輪型移動体10の前進又は後退操作が実行さる。そして、操作ハンドル4は、ロール方向(左右方向)へ傾けることによって、倒立二輪型移動体10の旋回操作が実行される。
An
操作ハンドル4の左右両側には、一対のステップ部6R,6Lが設けられている。各ステップ部6R,6Lには、搭乗者の片足がそれぞれ乗せられる。つまり、ステップ部6R,6Lは搭乗者が搭乗するためのステップである。
On the left and right sides of the
車両本体1は、互いに平行に上下に配置された車体上部材及び車体下部材と、互いに平行に左右に配置されると共に車体上部材及び車体下部材と回動可能に連結された一対の側面部材と、を有する平行リンク機構として構成されている。なお、上述した倒立二輪型移動体10の構成は一例であり、これに限らず、例えば、操作ハンドル4を有しない構成でもよく、倒立状態を維持しつつ搭乗者の重心移動に応じて走行する任意の移動体に適用可能である。
The
倒立二輪型移動体10の上部には、倒立二輪型移動体10とその周辺を撮像するためのカメラ20が床面に固定されたフレーム60によって取り付けられている。カメラ20は、例えば天井や壁などに固定されていてもよい。バランス訓練機80は、カメラ20によって取得した画像に基づいて、人や物などの障害物を検出する。障害物が検出されると、後述する処理によって倒立二輪型移動体10の稼働範囲が制限される。倒立二輪型移動体10は、この稼動範囲を自由に拡大もしくは縮小することができる。
A
図2には、バランス訓練機80の概略的なシステム構成がブロック図で示されている。倒立二輪型移動体10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、駆動部を制御する制御部91と、駆動部90の駆動状態を監視し、監視結果に基づいて搭乗者の乗車状態および訓練の改善度を推定する搭乗者状態推定手段92と、搭乗者の乗車状態および改善度に基づいて倒立二輪型移動体10の許容移動範囲を決定する許容移動範囲決定手段93とを有している。倒立二輪型移動体10の外部には、倒立二輪型移動体10周辺の障害物を検出する障害物検出手段94が設けられている。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic system configuration of the
駆動部90は、車輪2R,2Lがそれぞれ接続された2つのモータ90R,90Lを有し、車輪2R,2Lをそれぞれ独立に駆動する。駆動部90には、搭乗者状態推定手段92が接続されている。搭乗者状態推定手段92には、モータ90R,90Lの状態を電流や回転数で検出する検出部92aが設けられている。搭乗者状態推定手段92には、さらに、検出部92aの検出結果から搭乗者の動きや操作などの乗車状態を推定すると共に、一連の搭乗者の乗車状態のデータを比較して、搭乗者の身体がどれだけ回復したかどうかを判定するための改善度を推定する推定部92bが設けられている。また、搭乗者状態推定手段92には、搭乗者毎に乗車状態のデータが記憶された記憶部92cが設けられている。
The
搭乗者状態推定手段92には、許容移動範囲決定手段93が接続されている。許容移動範囲決定手段93は、推定部92bから出力された搭乗者の乗車状態および改善度のデータに基づいて倒立二輪型移動体10の許容移動範囲を決定する。即ち、搭乗者の身体の状態によって倒立二輪型移動体10の許容移動範囲を決定する。搭乗者状態推定手段92には、制御部91が接続されている。制御部91は、モータ90R,90Lをそれぞれ独立に制御し、倒立二輪型移動体10の倒立および移動を制御する。制御部91には、倒立二輪型移動体10の外部に設けられた障害物検出手段94が接続されている。障害物検出手段94は、カメラ20を有し、カメラ20の撮像データから倒立二輪型移動体10の周囲に存在する人や物などの障害物を検出する。障害物検出手段94にはさらに、検出された障害物の位置を判定して制御部91に出力する障害物検出部94aが設けられている。
The occupant state estimating means 92 is connected with an allowable movement range determining means 93. The permissible movement range determining means 93 determines the permissible movement range of the inverted two-wheeled
制御部91は、また、障害物検出部94aから出力された障害物の位置が、許容移動範囲決定手段93によって決定された許容移動範囲内に存在するかどうかを判定する。制御部91は、障害物の位置が、許容移動範囲内にあると判定した場合、倒立二輪型移動体10および搭乗者が障害物に触れないように駆動部90を制御して倒立二輪型移動体10の稼動範囲を狭める。そして、制御部91は障害物を検知すると、安全な動作範囲すなわち少ない動きでこなせる訓練課題を搭乗者に与えて後述する表示部95に表示させる。それに対して制御部91は、障害物の位置が、許容移動範囲内にないと判定した場合、駆動部90を制御して倒立二輪型移動体10の稼動範囲を許容移動範囲内に収める。制御部91は障害物がないこととを検知すると、広い動作範囲すなわち大きな動きでこなせる訓練課題をを搭乗者に与えて後述する表示部95に表示させる。
The
制御部90は、例えばCPU(Central Processing Unit)などの演算回路と、各種制御プログラムやデータなどが格納されたRAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)などの記憶部(不図示)と、を備えている。上記の構成要素の他、駆動部90等を駆動するための電源装置(不図示)が倒立二輪型移動体10に設けられている。
The
制御部91には、表示部95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表示部95に出力する。さらに、表示部95には搭乗者がリハビリ等に用いるための訓練課題となる仮想空間および各種データが表示される。表示部95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。訓練課題は例えば、表示部95に表示される仮想テストコースや操作指示などである。
A
次に、バランス訓練機80の動作の流れについて簡単に説明する。
Next, the operation flow of the
図3に示すように、バランス訓練機80において、搭乗者状態推定手段92は、駆動部90のモータ90R,90Lの駆動状態を電流や回転数で検出する(S100)。搭乗者状態推定手段92は、搭乗者の動きや操作などの乗車状態を推定すると共に、一連の搭乗者の乗車状態のデータを比較して、搭乗者の身体がどれだけ回復したかどうかを判定するための改善度を推定する(S101)。許容移動範囲決定手段93は、搭乗者の乗車状態および改善度に基づいて倒立二輪型移動体10の許容移動範囲を決定する(S102)。障害物検出手段94は、倒立二輪型移動体10の周囲に存在する障害物を検出する(S103)。障害物が検出された場合(S104:No)、制御部91は、倒立二輪型移動体10と障害物との距離が十分にあるかどうかを判定する(S105)。
As shown in FIG. 3, in the
倒立二輪型移動体10と障害物との距離が十分にあると判断された場合(S105:Yes)、制御部91は、駆動部90を制御して倒立二輪型移動体10の稼動範囲を許容移動範囲内に収めると共に、広い動作範囲すなわち大きな動きでこなせる課題をを搭乗者に与える(S106)。倒立二輪型移動体10と障害物との距離が十分にないと判断された場合(S105:No)、制御部91は、倒立二輪型移動体10および搭乗者が障害物に触れないように駆動部90を制御して倒立二輪型移動体10の稼動範囲を狭める共に、安全な動作範囲すなわち少ない動きでこなせる課題を搭乗者に与える(S107)。倒立二輪型移動体10の周囲に障害物が検出されない場合(S104:Yes)、ステップS100に戻って処理を実行する。
When it is determined that the distance between the inverted two-wheeled
上述したように、バランス訓練機80によると、倒立二輪型移動体10を用いて搭乗者のリハビリ等の訓練をすることができる。そして、バランス訓練機80は、倒立二輪型移動体10の周辺に位置する障害物を検知して、障害物の有無に従って搭乗者に与える訓練課題を変更することができる。
As described above, according to the
1…車両本体 2R…車輪 2R,2L…車輪 4…操作ハンドル 6R,6L…ステップ部 10…倒立二輪型移動体 20…カメラ 60…フレーム 80…バランス訓練機 90…駆動部 90…制御部 90…駆動部 90R,90L…モータ 91…制御部 92…搭乗者状態推定手段 92a…検出部 92b…推定部 92c…記憶部 93…許容移動範囲決定手段 94…障害物検出手段 94a…障害物検出部 95…表示部
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記倒立二輪型移動体が有する車輪を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記駆動部の駆動状態を監視し、監視結果に基づいて搭乗者の乗車状態および訓練の改善度を推定する搭乗者状態推定手段と、
前記搭乗者状態推定手段が推定した前記乗車状態および前記改善度に基づいて前記倒立二輪型移動体の許容移動範囲を決定する許容移動範囲決定手段と、
前記倒立二輪型移動体周辺の障害物を検出する障害物検出手段と、
を備え、
前記制御部は、前記許容移動範囲決定手段が決定した前記許容移動範囲内の障害物の有無に基づいて搭乗者に与える訓練課題を変更する、
バランス訓練機。 A balance training machine using an inverted two-wheeled vehicle,
A drive unit for driving wheels of the inverted two-wheeled moving body;
A control unit for controlling the driving unit;
A passenger state estimating means for monitoring a driving state of the driving unit and estimating a passenger's riding state and training improvement level based on the monitoring result;
An allowable movement range determining means for determining an allowable movement range of the inverted two-wheeled mobile body based on the riding state and the improvement degree estimated by the passenger state estimating means;
Obstacle detection means for detecting obstacles around the inverted two-wheeled vehicle;
With
The control unit changes a training task to be given to a passenger based on the presence or absence of an obstacle within the allowable movement range determined by the allowable movement range determination means.
Balance training machine.
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