JP2018057758A - 訓練装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示部に表示される倒立二輪車を示すイメージ画像の向きと実際の倒立二輪車の向きとのズレを抑制することができる訓練装置を提供する。
【解決手段】本発明の一形態に係る訓練装置１は、倒立二輪車２と、倒立二輪車２の姿勢変化に基づく移動に連動させて画面内で当該倒立二輪車２を示すイメージ画像が移動するように表示する表示部３１と、倒立二輪車２の搭乗者に装着される装着具７と、装着具７に下端部が連結された吊り具６と、を備える訓練装置であって、吊り具６に対する装着具７の回転角度を検出する検出部１０を備え、表示部３１は、検出部１０が検出した装着具７の回転角度と倒立二輪車２の姿勢変化とに基づいて、倒立二輪車２を示すイメージ画像が移動するように表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、訓練装置に関する。

近年、バランス能力欠如者が倒立二輪車に搭乗して当該倒立二輪車を姿勢変化させ、表示部に表示される倒立二輪車を示すイメージ画像を指示に従って動かす訓練装置が試験的に用いられている。

このような倒立二輪車は、左右の車輪の回転差に基づいて倒立二輪車の旋回角度（即ち、倒立二輪車の中心を通り、且つ鉛直方向に延在するヨー軸回りの旋回角度）を導くが、車輪が空転したり、検出部で検出できない程度の微少な誤差が蓄積したり、するなどの要因で、倒立二輪車が導いた旋回角度と実際の倒立二輪車の旋回角度とに誤差が生じる場合があり、その場合、バランス能力欠如者が意図しない旋回が発生する場合がある。

そこで、特許文献１の倒立二輪車は、バランス能力欠如者が把持する第１の把持部の近傍に、補助者が把持する第２の把持部を配置すると共に、倒立二輪車の旋回を外部から操作する操作部を配置している。これにより、倒立二輪車が導いた旋回角度と実際の倒立二輪車の旋回角度とに誤差が生じて、バランス能力欠如者が意図しない旋回が発生した場合、補助者が第２の把持部を把持しつつ操作部を操作することで、倒立二輪車の旋回を補正できる構成としている。

特開２０１６−５５７２９号公報

特許文献１の倒立二輪車は、倒立二輪車の旋回を補正することはできるが、倒立二輪車の旋回角度を補正できず、倒立二輪車が導いた旋回角度と実際の倒立二輪車の旋回角度との誤差が依然として残る。一般的な訓練装置は、倒立二輪車が導いた旋回角度に基づいて倒立二輪車の向きを導き、その導いた倒立二輪車の向きを反映させて当該倒立二輪車を示すイメージ画像を表示部に表示する。そのため、特許文献１の倒立二輪車を訓練装置に用いても、表示部に表示される倒立二輪車を示すイメージ画像の向きと実際の倒立二輪車の向きとにズレが生じることになる。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、表示部に表示される倒立二輪車を示すイメージ画像の向きと実際の倒立二輪車の向きとのズレを抑制することができる訓練装置を実現する。

本発明の一態様に係る訓練装置は、
倒立二輪車と、
前記倒立二輪車の姿勢変化に基づく移動に連動させて画面内で当該倒立二輪車を示すイメージ画像が移動するように表示する表示部と、
前記倒立二輪車の搭乗者に装着される装着具と、
前記装着具に下端部が連結された吊り具と、
前記吊り具の上端部が連結され、前記装着具を装着した前記搭乗者を立位姿勢で前記吊り具を介して支持する支持部と、
を備える訓練装置であって、
前記吊り具に対する前記装着具の回転角度を検出する検出部を備え、
前記表示部は、前記検出部が検出した前記装着具の回転角度と前記倒立二輪車の姿勢変化とに基づいて、前記倒立二輪車を示すイメージ画像が移動するように表示する。
このような訓練装置は、検出部で実際の倒立二輪車のヨー軸回りの旋回角度を検出し、検出した倒立二輪車のヨー軸回りの旋回角度を反映させて、画面内で倒立二輪車を示すイメージ画像を移動させる。そのため、表示部に表示される倒立二輪車を示すイメージ画像の向きと実際の倒立二輪車の向きとのズレを抑制することができる。

本発明によれば、表示部に表示される倒立二輪車を示すイメージ画像の向きと実際の倒立二輪車の向きとのズレを抑制することができる。

実施の形態１のバランス訓練装置の構成例を示す斜視図である。 図１のII部分を示す拡大図である。 実施の形態１のバランス訓練装置のブロック構成例を示す図である。 実施の形態１のバランス訓練装置における検出部の検出結果を反映させる動作フローを示すフローチャート図である。 実施の形態２のバランス訓練装置における検出部の配置を説明するための図である。 実施の形態２のバランス訓練装置における異なる検出部の配置を説明するための図である。 実施の形態３のバランス訓練装置におけるマーカ及びカメラの配置を説明するための図である。 実施の形態３のバランス訓練装置における検出部の検出結果を反映させる動作フローを示すフローチャート図である。 実施の形態４のバランス訓練装置における原点センサの配置を説明するための図である。 実施の形態４のバランス訓練装置における検出部の検出結果を反映させる動作フローを示すフローチャート図である。

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。但し、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。

＜実施の形態１＞
先ず、本実施の形態のバランス訓練装置の構成例を説明する。図１は、本実施の形態のバランス訓練装置の構成例を示す斜視図である。図２は、図１のII部分を示す拡大図である。図３は、本実施の形態のバランス訓練装置のブロック構成例を示す図である。図１乃至図３に示すように、バランス訓練装置１は、倒立二輪車２、制御装置３、固定部材４、滑車５、吊り具６、装着具７、フレーム（支持部）８、ワイヤー９、検出部１０及び通信部１１を備える。

倒立二輪車２は、倒立二輪車２に搭乗した訓練者（搭乗者）の操作に応じて、倒立状態を維持しつつ移動するものであり、操作ハンドル２１及び左右の一対の車輪２２を備える。訓練者は、操作ハンドル２１を把持しつつ姿勢を変化させることによって操作ハンドル２１を操作する。例えば、訓練者が姿勢を前後方向に傾けることによって操作ハンドル２１を前後方向に傾けると、倒立二輪車２は、倒立状態を維持するように、前進移動又は後退移動を行う。また、訓練者が姿勢を左右方向に傾けることによって操作ハンドル２１を左右方向に傾けると、倒立二輪車２は、倒立状態を維持するように、左右への旋回移動を行う。訓練者は、倒立二輪車２に搭乗した状態で、表示部３１に表示されるゲーム画面（訓練画面）に従い、操作ハンドル２１を把持しつつ姿勢を変化させて操作ハンドル２１を操作することによって、バランス機能を訓練する。

装着具７は、訓練者の上半身に装着される。倒立二輪車２の上方にあるフレーム８の上枠部分には滑車５及び固定部材４が設けられている。そして、固定部材４にワイヤー９の一端が接続されており、当該ワイヤー９の他端は、滑車５を介して吊り具６に接続されている。吊り具６は、剛体であり、吊り具６の下端部は、装着具７に接続されている。このような構成により、フレーム８は、装着具７を上方に引っ張るように吊り具６及びワイヤー９を介して訓練者を立位姿勢で支持する。その結果、訓練者の転倒が防止される。

訓練者が搭乗した状態の倒立二輪車２の近傍には、補助者（図示を省略）が立ち会う。訓練者は、例えば、バランス機能のリハビリを受ける患者である（患者の症状は特定しない）。補助者は、例えば、訓練者のリハビリをサポートする健常者であり、理学療法士であることが望ましい。

検出部１０は、吊り具６と装着具７との接続部に配置されており、吊り具６に対する装着具７の旋回角度を検出する。ここで、訓練者は、倒立二輪車２に搭乗しているので、倒立二輪車２のヨー軸回りの旋回角度は、訓練者のヨー軸回りの旋回角度と略等しい。そのため、訓練者のヨー軸回りの旋回角度は、吊り具６に対する装着具７の旋回角度と略等しいので、吊り具６に対する装着具７の旋回角度を検出することは、言い換えれば、訓練者、しいては倒立二輪車２のヨー軸回りの旋回角度を検出することである。検出部１０としては、例えば、ポテンショメータを用いることができるが、旋回角度を検出できるものであればよい。

制御装置３は、訓練者のバランス訓練を制御する装置である。図１及び図３に示すように、制御装置３は、表示部３１を備える他、制御手段としての制御部３２を備える。

制御部３２は、無線通信を介して、倒立二輪車２と通信可能であると共に、訓練者又は補助者が操作するリモートコントローラ（図示を省略、以下、「リモコン」と呼ぶ）と通信可能となっている。また、制御部３２は、通信部１１を介して検出部１０と通信可能となっており、検出部１０で検出された倒立二輪車２のヨー軸回りの旋回角度は、通信部１１によって制御部３２に送信される。ちなみに、通信部１１は、無線通信及び有線通信のどちらでもよい。

制御部３２は、訓練者又は補助者が操作するリモコンから、バランス訓練を実行するよう指示されると、バランス訓練の実行を開始する。そして、制御部３２は、倒立二輪車２の左右の車輪２２の回転角度に基づいて当該倒立二輪車２の移動速度及び位置を算出し、バランス訓練用のゲーム画面内に、算出した倒立二輪車２の移動速度及び位置、及び検出部１０から受信した倒立二輪車２のヨー軸回りの旋回角度に連動させるように当該倒立二輪車２のイメージ画像を表示する。

次に、本実施の形態のバランス訓練装置１における検出部１０の検出結果を反映させる動作フローを説明する。図４は、本実施の形態のバランス訓練装置における検出部の検出結果を反映させる動作フローを示すフローチャート図である。

先ず、バランス訓練装置１の出荷時に検出部１０の初期化を行う（Ｓ１）。つまり、表示部３１に倒立二輪車２を正対させた状態での吊り具６と装着具７との配置関係を検出部１０の原点位置として設定する。

次に、訓練者又は補助者がリモコンを操作して、バランス訓練を実行するように指示すると、制御部３２は、表示部３１にバランス訓練用のゲーム画面を表示する。訓練者は、表示部３１に表示されたバランス訓練用のゲーム画面をクリアするように、倒立二輪車２を操作する（Ｓ２）。このとき、検出部１０は、倒立二輪車２のヨー軸回りの旋回角度を検出する（Ｓ３）。そして、検出部１０は、通信部１１を介して検出した倒立二輪車２のヨー軸回りの旋回角度を制御部３２に送信する（Ｓ４）。

次に、制御部３２は、検出部１０から送信された倒立二輪車２のヨー軸回りの旋回角度を受信する（Ｓ５）。そして、制御部３２は、受信した倒立二輪車２のヨー軸回りの旋回角度を、倒立二輪車２を示すイメージ画像のヨー軸回りの旋回角度に反映させる（Ｓ６）。詳細には、制御部３２は、倒立二輪車２から送信された当該倒立二輪車２の左右の車輪２２の回転角度に基づいて、倒立二輪車２の移動速度及び位置を算出し、バランス訓練用のゲーム画面内に、算出した倒立二輪車２の移動速度及び位置、及び検出部１０から受信した倒立二輪車２のヨー軸回りの旋回角度に連動させるように当該倒立二輪車２のイメージ画像を表示する。

このようなバランス訓練装置１は、検出部１０で実際の倒立二輪車２のヨー軸回りの旋回角度を検出し、検出した倒立二輪車２のヨー軸回りの旋回角度を反映させて、訓練画面内で倒立二輪車２を示すイメージ画像を移動させる。そのため、表示部３１に表示される倒立二輪車２を示すイメージ画像の向きと実際の倒立二輪車２の向きとのズレを抑制することができる。

＜実施の形態２＞
実施の形態１では、訓練者の装着具７と吊り具６との接続部に検出部１０を設けたが、図５に示すように、ワイヤー９と吊り具６との接続部に検出部１０を設けてもよい。また、図６に示すように、ワイヤー１２を介して倒立二輪車２を吊り具６に接続し、倒立二輪車２をフレーム８で吊り下げ支持する場合、ワイヤー１２と吊り具６との接続部に検出部１０を設けてもよい。

＜実施の形態３＞
実施の形態１及び２では、ポテンショメータから成る検出部１０を用いて、倒立二輪車２のヨー軸回りの旋回角度を検出したが、図７に示すように、例えば、訓練者の肩に取り付けられたマーカー１３をカメラ１４で撮像し、その撮像画像に基づいて倒立二輪車２のヨー軸回りの旋回角度を検出してもよい。但し、マーカー１３の訓練者への取り付け位置は、限定されない。

この場合、図８に示すように、本実施の形態のバランス訓練装置におけるカメラ１４の撮像結果を反映させる動作フローは、実施の形態１のバランス訓練装置１における検出部の検出結果を反映させる動作フローと略等しいが、実施の形態１のバランス訓練装置１の動作フローのＳ１の工程の代わりに、先ず、マーカー１３及びカメラ１４の原点位置を初期化する工程（Ｓ１１）を実行し、実施の形態１のバランス訓練装置１の動作フローのＳ３の工程の代わりに、マーカー１３をカメラ１４で撮像し、その撮像画像に基づいて倒立二輪車２のヨー軸回りの旋回角度を検出する工程（Ｓ１３）を実行すればよい。

＜実施の形態４＞
実施の形態１及び２では、装着具７と吊り具６との接続部に検出部１０を設けたが、当該接続部に原点センサ１５を設けてもよい。例えば、図９では、ワイヤー９と吊り具６との接続部に原点センサ１５を配置している。

この場合、図１０に示すように、本実施の形態のバランス訓練装置における原点センサの検出結果を反映させる動作フローは、先ず、倒立二輪車２が表示部３１に対して正対した状態が当該倒立二輪車２の原点位置（即ち、ヨー軸回りの旋回角度が０°）となるように、原点センサ１５を初期化する（Ｓ２１）。

次に、訓練者又は補助者がリモコンを操作して、バランス訓練を実行するように指示すると、制御部３２は、表示部３１にバランス訓練用のゲーム画面を表示する。訓練者は、表示部３１に表示されたバランス訓練用のゲーム画面をクリアするように、倒立二輪車２を操作する（Ｓ２２）。

そして、原点センサ１５は、倒立二輪車２が原点位置に配置されたことを検出すると（Ｓ２３）、通信部１１を介して倒立二輪車２が原点位置に配置された旨の検出結果を制御部３２に送信する（Ｓ２４）。

次に、制御部３２は、原点センサ１５から送信された倒立二輪車２が原点位置に配置された旨の検出結果を受信する（Ｓ２５）。そして、制御部３２は、倒立二輪車２を示すイメージ画像のヨー軸回りの旋回角度を原点位置に修正する（Ｓ２６）。

本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、バランス訓練にとどまらず、種々の訓練に用いる装置など、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。

１ バランス訓練装置
２ 倒立二輪車、２１ 操作ハンドル、２２ 車輪
３ 制御装置、３１ 表示部、３２ 制御部
４ 固定部材
５ 滑車
６ 吊り具
７ 装着具
８ フレーム
９ ワイヤー
１０ 検出部
１１ 通信部
１２ ワイヤー
１３ マーカー
１４ カメラ
１５ 原点センサ

Claims (1)

1. 倒立二輪車と、
   前記倒立二輪車の姿勢変化に基づく移動に連動させて画面内で当該倒立二輪車を示すイメージ画像が移動するように表示する表示部と、
   前記倒立二輪車の搭乗者に装着される装着具と、
   前記装着具に下端部が連結された吊り具と、
   前記吊り具の上端部が連結され、前記装着具を装着した前記搭乗者を立位姿勢で前記吊り具を介して支持する支持部と、
   を備える訓練装置であって、
   前記吊り具に対する前記装着具の回転角度を検出する検出部を備え、
   前記表示部は、前記検出部が検出した前記装着具の回転角度と前記倒立二輪車の姿勢変化とに基づいて、前記倒立二輪車を示すイメージ画像が移動するように表示する、訓練装置。

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