JP2017064306A - バランス訓練装置 - Google Patents

Abstract

【課題】補助者が容易に正確な視認を行うことができるバランス訓練装置を提供する。
【解決手段】バランス訓練装置１００は、姿勢を倒立状態に維持するように駆動輪の駆動トルクを制御する駆動制御手段２５と、搭乗者の体の所定の動きを検出する検出手段２６と、を備える倒立二輪車２０と、バランス訓練用の課題としての移動すべき方向が画面上に表示されるモニタ１１と、を備える。駆動制御手段２５は、検出手段２６から検出信号に従って倒立二輪車２０の駆動トルクを変化させることによって倒立二輪車２０を倒立状態のまま所望方向に移動させる。バランス訓練装置１００は、移動すべき方向と、所望の方向と、の両方を、モニタ１１の画面上に表示させるモニタ制御手段１２を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、バランス訓練装置に関する。

搭乗者の姿勢変化に応じて移動する倒立二輪車と、バランス訓練用の課題としての移動すべき方向が画面上に表示されるモニタと、を含むバランス装置がある。このような倒立二輪車の一具体例が、特許文献１に開示されている。

特開２０１１−２０３５４９号公報

バランス訓練においては、訓練者の近傍に補助者が付き添い、モニタの画面に表示される課題の動き通りに訓練者が倒立二輪装置を操作出来ているかを確認する場合が有る。

しかし、このような確認の仕方が求められるバランス訓練装置においては、補助者は、モニタの画面上の課題と倒立二輪装置の動きとを交互に視認を繰り返しながら、確認することになるため、正確な視認が難しく、また確認負荷が高いという課題がある。

本発明は、補助者が容易に正確な視認を行うことができるバランス訓練装置を提供する。

本発明にかかるバランス訓練装置は、
姿勢を倒立状態に維持するように駆動輪の駆動トルクを制御する駆動制御手段と、搭乗者の体の所定の動きを検出する検出手段と、を備える倒立二輪車と
バランス訓練用の課題としての移動すべき方向が画面上に表示されるモニタと、
を備えるバランス訓練装置において、
上記駆動制御手段は、上記検出手段から検出信号に従って上記駆動トルクを変化させることによって上記倒立二輪車を倒立状態のまま所望方向に移動させ、
上記移動すべき方向と、上記所望方向と、の両方を、上記モニタの上記画面上に表示させるモニタ制御手段を備える。

本発明によれば、補助者が容易に正確な視認を行うことができるバランス訓練装置を提供することができる。

実施の形態１にかかるバランス訓練装置のシステム構成を示すブロック図である。 実施の形態１にかかる倒立二輪車のハードウェア構成を示す概略図である。 実施の形態１にかかる倒立二輪車の要部を示す図である。 実施の形態１にかかるバランス訓練装置の使用方法を示す模式図である。 実施の形態１にかかるバランス訓練装置の使用方法におけるディスプレイの画面の一具体例を示す図である。 実施の形態１にかかるバランス訓練装置の使用方法におけるインジケータの画面の一具体例を示す図である。 実施の形態１にかかるバランス訓練装置の使用方法におけるディスプレイの画面の一具体例を示す図である。 実施の形態１にかかるバランス訓練装置の使用方法におけるインジケータの画面の一具体例を示す図である。

実施の形態１．
図１〜図３を参照して、実施の形態１にかかるバランス訓練装置について説明する。図１は、実施の形態１にかかるバランス訓練装置のシステム構成を示すブロック図である。
図２は、実施の形態１にかかる倒立二輪車のハードウェア構成を示す概略図である。図３は、実施の形態１にかかる倒立二輪車の要部を示す図である。

まず、バランス訓練装置のシステム構成について説明する。
図１に示すように、バランス訓練装置１００は、表示装置１０と、倒立二輪ロボット２０とを含む。表示装置１０は、倒立二輪ロボット２０から所定の距離を置いた位置に配置されている。

表示装置１０は、映像表示部１１と、ゲームＰＣ部１２と、通信モジュール部１３とを含む。

映像表示部１１は、ゲームＰＣ部１２からバランス訓練におけるゲームを行うためのゲーム画像情報を受ける。また、映像表示部１１は、受けたゲーム画像情報に基づいてゲーム画像を表示する。この表示したゲーム画像は、バランス訓練におけるゲームの課題として、訓練者が移動すべき方向、位置又は距離や、訓練者の現在の方向、位置又は距離等を含んでもよい。映像表示部１１は、例えば、液晶ディスプレイであり、第１のモニタとも称する。

ゲームＰＣ部１２は、通信モジュール部１３を介して、倒立二輪ロボット２０からの情報を取得し、ゲーム画像情報を生成し、生成したゲーム画像情報を映像表示部１１に出力する。また、ゲームＰＣ部１２は、バランス訓練におけるゲームを行うために必要なゲーム画像情報を生成したり、そのゲーム画像情報の生成を行うための計算を行ったりしてもよい。ゲームＰＣ部１２は、例えば、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ゲーム機、コンソールである。ゲームＰＣ部１２は、例えば、課題としての搭乗者Ｕ１が移動すべき方向と、所望の方向とを、映像表示部１１に表示させてもよく、ゲームＰＣ部１２は、第１のモニタ制御手段とも称する。ゲームＰＣ部１２は、ハードウェア構成として、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を有する演算回路と、プログラムメモリやデータメモリその他のＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等を有する記憶装置等を備えてもよい。

通信モジュール部１３は、倒立二輪ロボット２０の通信モジュール部２１と、各種情報を送受信する。具体的には、通信モジュール部１３は、通信モジュール部２１と、各種情報を無線通信で行う。

倒立二輪ロボット２０は、通信モジュール部２１と、データ送受信部２２と、課題／方向インジケータ部２３と、ロボット駆動部２４と、ロボット制御部２５と、ロボット操作入力部２６とを含む。なお、倒立二輪ロボット２０は、自律的に移動するための駆動輪３３Ｒ、３３Ｌ（後述）を有しており、倒立二輪車の一種でもある。

通信モジュール部２１は、表示装置１０の通信モジュール部１３と、各種情報を送受信する。

データ送受信部２２は、倒立二輪ロボット２０に関する情報を通信モジュール部２１を介して、表示装置１０へ送信する。また、データ送受信部２２は、表示装置１０からゲームについての情報を、通信モジュール部２１を介して受信する。倒立二輪ロボット２０に関する情報は、具体的には、倒立二輪ロボット２０に搭乗する搭乗者の操作入力である。表示装置１０からゲームについての情報は、具体的には、ゲームにおける課題についての情報である。

課題／方向インジケータ部２３は、ロボット制御部２５を介して表示装置１０からゲームについての情報を受ける。課題／方向インジケータ部２３は、この受けた情報に基づいて、バランス訓練における課題として、搭乗者が移動すべき方向、距離、位置や、搭乗者の現在の方向、距離、位置等を示す画像を表示する。

ロボット駆動部２４は、具体的には、駆動輪３３Ｒ、３３Ｌ（後述）を所定の駆動トルクで駆動させる。ロボット駆動部２４は、例えば、モータや、このモータに電流を供給するモータドライバを含む。

ロボット制御部２５は、倒立二輪ロボット２０が動作するために必要な制御を行なう。ロボット制御部２５は、具体的には、データ送受信部２２からのゲームについての情報や、ロボット操作入力部２６から受けた操作入力信号を受ける。また、ロボット制御部２５は、具体的には、この情報やこの操作入力信号に基づいて、倒立二輪ロボット２０を駆動させるための駆動信号をロボット駆動部２４に出力したり、課題／方向インジケータ部２３を動作させるための信号を出力したりする。また、ロボット制御部２５は、この情報やこの操作入力信号に基づいて、倒立二輪ロボット２０の姿勢を倒立状態に維持するように駆動輪３３Ｌ、３３Ｒの駆動トルクを制御してもよく、具体的には、駆動トルクを変化させることによって、倒立二輪ロボット２０を倒立状態のまま所望の方向に移動させる。また、ロボット制御部２５は、より具体的には、倒立二輪ロボット２０の移動した距離を算出したり、倒立二輪ロボット２０が旋回する旋回角度を検出したりしてもよい。ロボット制御部２５は、駆動制御手段とも称する。ロボット制御部２５は、課題／方向インジケータ部２３へ表示装置１０からゲームについての情報を出力する。

ロボット操作入力部２６は、倒立二輪ロボット２０に搭乗する搭乗者から操作入力を受け付ける。ロボット操作入力部２６は、受けた操作入力についての操作入力信号（検出信号とも称する）をロボット制御部２５へ送る。操作入力は、例えば、倒立二輪ロボット２０の姿勢が挙げられる。ロボット操作入力部２６は、搭乗者の体の所定の動きを検出する技術的な検出手段を含む。

次に、倒立二輪ロボットのハードウェア構成について説明する。
図２に示すように、倒立二輪ロボット２０は、本体３１と、踏板部３２Ｒ、３２Ｌと、駆動輪３３Ｒ（図示略）、３３Ｌと、ロッド３４と、搭乗者用ハンドル３５と、インジケータ３６と、補助者用ハンドル３７と、補助バーユニット３８と、を含む。

本体３１は、適宜、倒立二輪ロボット２０の動作を実現させる技術的な手段、及び、上記したシステム構成の要素を実現する技術的な手段を備えてもよい。本体３１は、具体的には、倒立二輪ロボット２０の各構成要素を動作させるための電源（図示略）を備えてもよい。また、本体３１は、ロボット制御部２５等のハードウェア構成として、例えば、ＣＰＵを有する演算回路と、プログラムメモリやデータメモリその他のＲＡＭやＲＯＭ等を有する記憶装置等を備えてもよい。

踏板部３２Ｒ、３２Ｌは、本体３１両側面からそれぞれ延びる板であり、搭乗する搭乗者Ｕ１の両足を支持するのに必要な機械的強度を有する。

駆動輪３３Ｒ（図示略）、３３Ｌは、踏板部３２Ｒ、３２Ｌの下方に、それぞれ回転可能に支持されており、駆動手段（図示略）により所定の駆動トルクで駆動する。駆動トルクは、駆動制御手段（図示略）によって制御される。

ロッド３４は、本体３１の前側に上方に向かって延びるように設けられている。インジケータ３６は、ロッド３４の先端に支持されている。搭乗者用ハンドル３５は、ロッド３４においてインジケータ３６よりも本体３１側に設けられており、搭乗者が自らの手によって把持可能な形状を有し、具体的には、曲線に沿って曲がる棒状体である。補助者用ハンドル３７は、インジケータ３６の前側部分から下方に直線状に延びる棒状体であり、バランス訓練における補助者が自らの手によって把持可能な形状を有する。補助バーユニット３８は、ロッド３４において搭乗者用ハンドル３５よりも本体３１側に設けられている。

次に、インジケータ３６の詳細について説明する。
図３に示すように、インジケータ３６は、所定形状の画面４０を有し、画面４０は、具体的には、略ベース形状を有し、倒立二輪ロボット２０（図２参照）の前方を向く。インジケータ３６は、倒立二輪ロボット２０を示す倒立二輪ロボット描写部１３０と、周辺部４１と、基準点４２と、左右方向部４３とを示す。倒立二輪ロボット描写部１３０は、画面４０の中央近傍に配置されており、周辺部４１は画面４０の縁に沿って、多数並んで配置されている。基準点４２は、倒立二輪ロボット描写部１３０の下方に設けられている。また、左右方向部４３は、基準点４２の左右に設けられており、基準点４２の左右方向にそれぞれ向く２つの三角形状を有する。インジケータ３６は、第２のモニタとも称する。インジケータ３６は、バランス訓練におけるゲームの課題として、訓練者が移動すべき方向、位置又は距離や、訓練者の現在の方向、位置又は距離等を含む画像を表示してもよい。

（使用方法）
次に、図４〜図８を参照して、実施の形態１にかかるバランス訓練装置の使用方法について説明する。図４は、実施の形態１にかかるバランス訓練装置の使用方法を示す模式図である。図５及び図７は、実施の形態１にかかるバランス訓練装置の使用方法におけるディスプレイの画面の一具体例を示す図である。図６及び図８は、実施の形態１にかかるバランス訓練装置の使用方法におけるインジケータの画面の一具体例を示す図である。

図４に示すように、バランス訓練を開始するに先立って、倒立二輪ロボット２０が、バランス訓練を行うために映像表示部１１から所定の距離を置いた位置に配置され、搭乗者Ｕ１を搭乗させる。ここでは、映像表示部１１は液晶ディスプレイである。また、補助者Ａ１がバランス訓練の補助を行なうことができる位置、例えば、倒立二輪ロボット２０の右側に位置する。

ここで、バランス訓練におけるゲームの一具体例として、ゲームの仮想空間上のゲレンデにおいてスキープレーヤーを移動操作するゲームが有る。このようなゲームによるバランス訓練を行う場合について説明する。

例えば、図５に示すように、映像表示部５１１は、ゲレンデにいるスキープレーヤー５１を表示する。映像表示部５１１は、スキープレーヤー５１の近傍に、課題として課題位置５２を示し、搭乗者Ｕ１（図４参照）に視認させる。搭乗者Ｕ１は、課題が「スキープレーヤー５１を課題位置５２に向かって移動させること」であることを認識する。搭乗者Ｕ１が倒立二輪ロボット２０を操作することで、スキープレーヤー５１を所定の旋回角度の範囲、例えば、−４５°〜＋４５°で旋回させて、ゲームの仮想空間内を移動させることができる。

一方、図６に示すように、インジケータ３６は、周辺部４１のうちの第１の周辺部４１１と、第２の周辺部４１２とを点灯させる。第１の周辺部４１１と、第２の周辺部４１２とは、補助者Ａ１（図４参照）が認識できるように、異なる色で点灯させる。

第１の周辺部４１１は、映像表示部５１１（図５参照）の課題位置５２（図５参照）に相当する箇所、具体的には、スキープレーヤー５１（図５参照）が現在位置から課題位置５２に向かうための旋回角度に相当する箇所である。

第２の周辺部４１２は、スキープレーヤー５１の現在の旋回角度に相当する箇所である。第１の周辺部４１１と、第２の周辺部４１２とを補助者Ａ１に視認させることで、補助者Ａ１は、課題位置５２、具体的には、スキープレーヤー５１（図５参照）が課題位置５２に向かうための旋回角度と、スキープレーヤー５１の現在の旋回角度との差を理解することができる。

したがって、インジケータ３６によって、第１の周辺部４１１と、第２の周辺部４１２とを補助者Ａ１に視認させることができる。そのため、補助者Ａ１は、インジケータ３６を一目見るだけで、課題位置５２、具体的には、スキープレーヤー５１（図５参照）が現在位置から課題位置５２に向かうための旋回角度と、スキープレーヤー５１の現在の旋回角度とを、一目で殆ど同時に理解することができる。さらに、補助者Ａ１は、課題位置５２と、スキープレーヤー５１の現在の旋回角度との乖離度具合を視覚的に分かり易く把握することができる。この結果、補助者Ａ１は、搭乗者Ｕ１が課題の通りに倒立二輪ロボット２０を操作しているか否かをより正確に把握することができる。

（第２の具体例）
ところで、バランス訓練におけるゲームの別の一具体例として、ゲームの仮想空間上のテニスコートにおいてテニスプレーヤーを操作するゲームが有る。このようなゲームによるバランス訓練を行う場合について説明する。

例えば、図７に示すように、映像表示部６１１は、テニスコートにいるテニスプレーヤー６１を表示する。映像表示部６１１は、テニスプレーヤー６１の近傍に、課題として課題位置６２を示し、搭乗者Ｕ１（図４参照）に視認させる。搭乗者Ｕ１は、課題が「テニスプレーヤー６１を課題位置６２に向かって移動させること」であることを認識する。搭乗者Ｕ１が倒立二輪ロボット２０を操作することで、テニスプレーヤー６１を所定の移動距離の範囲、例えば、−０．４５ｍ〜＋０．４５ｍで移動させて、ゲームの仮想空間内を移動させることができる。

一方、図８に示すように、インジケータ３６は、周辺部４１のうちの第３の周辺部４１３と、第４の周辺部４１４と、第５の周辺部４１５とを点灯させる。第３の周辺部４１３と、第４の周辺部４１４と、第５の周辺部４１５とは、補助者Ａ１が認識できるように、それぞれ異なる色で点灯させるとよい。

第３の周辺部４１３と第４の周辺部４１４とは、映像表示部６１１（図７参照）の課題位置６２（図７参照）に相当する箇所である。

第５の周辺部４１５は、全ての周辺部４１のうち、並んだ複数である。第５の周辺部４１５は、テニスプレーヤー６１が実際に移動した移動距離に相当する箇所である。

したがって、インジケータ３６によって、第３の周辺部４１３と、第４の周辺部４１４と、第５の周辺部４１５とを補助者Ａ１（図４参照）に視認させることができる。そのため、補助者Ａ１は、インジケータ３６を一目見るだけで、課題位置６２、具体的には、テニスプレーヤー６１（図５参照）が課題位置６２と、テニスプレーヤー６１の現在の移動距離とを、同時に理解することができる。さらに、補助者Ａ１は、課題位置６２と、テニスプレーヤー６１の現在の移動距離との乖離度具合を視覚的に分かり易く把握することができる。この結果、補助者Ａ１は、搭乗者Ｕ１が課題の通りに倒立二輪ロボット２０を操作しているか否かをより正確に把握することができる。

以上、実施の形態１にかかるバランス訓練装置によれば、バランス訓練装置の課題として設定される移動すべき方向、位置、又は、距離と、倒立二輪ロボットの現在の移動する方向、位置、又は、距離との両方を、モニタの画面上に同時に表示させる。これによって、補助者は、訓練者が課題通りに倒立二輪ロボットを操作できるか否かをより正確に確認できる。

また、実施の形態１にかかるバランス訓練装置は、映像表示部１１とインジケータ３６（第１及び第２のモニタ）を備え、インジケータ３６は、倒立二輪ロボット、具体的には、倒立二輪ロボットの上部に設けられている。これによって、補助者が、バランス訓練装置の課題として設定される移動すべき方向、位置、又は、距離と、倒立二輪ロボットの現在の移動する方向、位置、又は、距離との両方を、一目で殆ど同時に視認することができる。

１００ バランス訓練装置
１１ 映像表示部 １２ ゲームＰＣ部
２０ 倒立二輪ロボット
２３ 課題／方向インジケータ部 ２４ ロボット駆動部
２５ ロボット制御部 ２６ ロボット操作入力部
３３Ｒ、３３Ｌ 駆動輪 ３６ インジケータ
５１１、６１１ 映像表示部 Ａ１ 補助者

Claims (1)

1. 姿勢を倒立状態に維持するように駆動輪の駆動トルクを制御する駆動制御手段と、搭乗者の体の所定の動きを検出する検出手段と、を備える倒立二輪車と
   バランス訓練用の課題としての移動すべき方向が画面上に表示されるモニタと、
   を備えるバランス訓練装置において、
   上記駆動制御手段は、上記検出手段から検出信号に従って上記駆動トルクを変化させることによって上記倒立二輪車を倒立状態のまま所望方向に移動させ、
   上記移動すべき方向と、上記所望方向と、の両方を、上記モニタの上記画面上に表示させるモニタ制御手段を備えるバランス訓練装置。