JP2019170533A - 靴 - Google Patents

Abstract

【課題】視覚に依存することなく周囲の状況をより的確に把握することができる靴を提供すること。【解決手段】靴１は、靴本体１０と、靴本体の前方外面に設けられ、横方向と縦方向のそれぞれに範囲が制限された第１検出範囲の方向にある物体を検出するための前方下部障害物センサ４１と、第１検出範囲より上方の第２検出範囲の方向にある物体を検出するための前方上部障害物センサ４２と、靴本体内１０に収納された足に刺激を与えるものであって、前方下部障害物センサ４１と前方上部障害物センサ４２のそれぞれに対応して設けられた前方下部刺激子６１と前方上部刺激子６２と、前方下部障害物センサ４１と前方上部障害物センサ４２による検出結果に基づいて、前方下部刺激子６１と前方上部刺激子６２を動作させる制御ユニット２０を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、障害物等の物体を検知する靴に関する。

従来、視覚障害者等の歩行を補助するための靴が考えられていた。この種の靴には、例えば障害物を検出するためのセンサを設け、このセンサの検出に応じて人体に感知可能な振動等を発生させる振動部品が実装されている。靴を利用する歩行者は、靴に設けられた振動部材の振動によって、障害物が近くにあることを認識することができる。

特許５１１５６７３号公報

従来技術では、センサによって障害物と衝突する可能性がある場合に、振動等によって歩行者に通知していた。しかしながら、従来ではセンサによって物体が検出された場合に障害物があるものとして単に通知するだけであるため、進行することができない障害物が存在していることを示すのか、あるいは進行しようとしている階段やゲートが閉まった状態の自動改札などを示しているか状況を把握することができなかった。

目的は、視覚に依存することなく周囲の状況をより的確に把握することができる靴を提供することにある。

本実施形態に係る靴は、靴本体と、前記靴本体の前方外面に設けられ、第１横方向と第１縦方向のそれぞれに範囲が制限された第１検出範囲の方向にある物体を検出するための第１センサと、前記第１センサの近傍の前記靴本体の前方外面に設けられ、前記第１横方向と前記第１縦方向の範囲より上方の第２縦方向のそれぞれに範囲が制限された第２検出範囲の方向にある物体を検出するための第２センサと、前記靴本体内に収納された足に刺激を与えるものであって、前記第１センサに対応して設けられた第１刺激子と、前記靴本体内に収納された足に刺激を与えるものであって、前記第２センサに対応して設けられた前記第１刺激子の近傍に配置された第２刺激子と、前記第１センサと前記第２センサによる検出結果に基づいて、前記第１刺激子と前記第２刺激子を動作させる制御ユニットとを有する。

また、本実施形態に係る靴は、靴本体と、前記靴本体の底部前方外面に設けられ、前記靴本体の底面が接地した面の範囲を含む円錐方向の検出範囲にある物体を検出するためのセンサと、前記靴本体内に収納された足に刺激を与えるものであって、前記センサに対応して設けられた刺激子と、前記靴本体の底面に設けられた感圧センサと、前記感圧センサによる検出の変化に基づいて検出タイミングを判別し、前記検出タイミングに応じて前記センサによる検出を実行させ、前記センサによる検出結果に基づいて、前記刺激子を動作させる制御ユニットとを有する。

さらに、本実施形態に係る靴は、靴本体と、前記靴本体の前方外面に設けられ、第１横方向と第１縦方向のそれぞれに範囲が制限された第１検出範囲の方向にある物体を検出するための第１センサと、前記第１センサの近傍の前記靴本体の前方外面に設けられ、前記第１横方向と前記第１縦方向の範囲より上方の第２縦方向のそれぞれに範囲が制限された第２検出範囲の方向にある物体を検出するための第２センサと、前記靴本体の底部前方外面に設けられ、前記靴本体の底面が接地した面の範囲を含む円錐方向の検出範囲にある物体を検出するための第３センサと、前記靴本体内に収納された足に刺激を与えるものであって、前記第１センサに対応して設けられた第１刺激子と、前記靴本体内に収納された足に刺激を与えるものであって、前記第２センサに対応して設けられた前記第１刺激子の近傍に配置された第２刺激子と、前記靴本体内に収納された足に刺激を与えるものであって、前記第３センサに対応して設けられた第３刺激子と、前記靴本体の底面に設けられた感圧センサと、前記感圧センサによる検出の変化に基づいて前記第１センサ、前記第２センサ及び前記第３センサに対する検出タイミングを判別し、前記検出タイミングに応じて前記第１センサ、前記第２センサ及び前記第３センサによる検出を実行させ、前記第１センサ、前記第２センサ及び前記第３センサによる検出結果に基づいて、前記第１刺激子、前記第２刺激子及び前記第３刺激子を個別に動作させる制御ユニットとを有する。

本発明によれば、視覚に依存することなく周囲の状況をより的確に把握することができる靴を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態における靴の外観構成を示す図である。 図２は、靴の靴底部に設けられる各種モジュールの配置を示す図である。 図３は、靴に設けられた障害物センサによる水平方向の検出範囲を概念的に示す図である。 図４は、障害物センサは、前後左右方向で横方向（水平方向）の検出範囲を示す図である。 図５は、障害物センサによる検出範囲を制限するための部材の一例を示す図である。 図６は、窪みセンサによる検出範囲を概念的に示す図である。 図７は、窪みセンサによる検出範囲を制限するための部材の一例を示す図である。 図８は、制御ユニットの構成を示すブロック図である。 図９は、靴の前方を検出方向とする前方下部障害物センサと前方上部障害物センサによる検出動作を示すフローチャートである。 図１０は、窪みセンサによる検出動作を示すフローチャートである。 図１１は、靴を履いた人が歩行した際の靴の状態変化と障害物センサと窪みセンサによる検出タイミングを説明するための図である。

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（Ａ）（Ｂ）及び図２は、本発明の実施の形態における靴１の外観構成を示す図である。本実施形態における靴１（センサシューズ）は、例えば視覚障害者等の視覚による周囲の状況の把握が困難な人に好適なものであり、周囲に存在する物体等の認識を補助するための補助機能が設けられている。靴１の補助機能は、周囲に存在する物体をセンサにより検出して、人体（本実施形態では足裏）に対する刺激によって通知する。

図１（Ａ）は、靴１の斜視図、図１（Ｂ）は、靴１の側面図である。なお、図１（Ａ）（Ｂ）では、左足用の靴１を示しているが、右用の靴も同様に構成されるものとして図示を省略する。図２（Ａ）（Ｂ）は、靴１の靴底部１１に設けられる各種モジュールの配置を示す図である。図２（Ａ）は左足用の靴１の靴底部１１Ｌ、図２（Ｂ）は右足用の靴１の靴底部１１Ｒを示している。以下の説明において、靴１の先端（つま先）側を前方、後端（かかと）側を後方として説明する。

靴１の靴本体１０には、外面に周囲に存在する物体等を検出するための複数のセンサが設けられている。

例えば、靴本体１０の靴底部１１の前方外面には窪みセンサ３０が設けられている。窪みセンサ３０は、靴本体１０（靴底部１１）の底面が接地した地面等の範囲を含む円錐方向に検出範囲が制限されている。検出範囲の詳細については図６及び図７を用いて後述する。

窪みセンサ３０は、靴１が接地する面より凹んだ形状、例えば穴、溝、下り階段などを検出するために使用するセンサである。窪みセンサ３０は、例えば超音波センサにより実現される。超音波センサは、物体検出のタイミングに応じて出力される測定要求に応じて送信波（音波）を出力し、送信波（音波）の物体による反射波（音波）を受信して、反射波に応じた信号レベルと検出タイミング（送信波を出力してからの経過時間）をもとに検出対象範囲に存在する物体を検出する。本実施形態では、例えば窪みセンサ３０による物体の検出範囲を例えば３０ｃｍ〜１ｍの範囲とする。なお、検出範囲は、これに限定されるものではない。

なお、超音波センサに限らず、光学式（ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やレーザ）のセンサなど、指向性のある他のセンサを使用することも可能である。

また、靴本体１０の前方外面には、前方下部障害物センサ４１と前方上部障害物センサ４２が設けられている。前方下部障害物センサ４１と前方上部障害物センサ４２は、例えば上下方向に近接して設けられている。

前方下部障害物センサ４１は、前方の第１横方向と第１縦方向のそれぞれに範囲が制限された第１検出範囲の方向にある物体を検出するためのセンサである。前方上部障害物センサ４２は、前方下部障害物センサ４１と同じ第１横方向と、第１縦方向の範囲より上方の第２縦方向のそれぞれに範囲が制限された第２検出範囲の方向にある物体を検出するためのセンサである。

前方下部障害物センサ４１と前方上部障害物センサ４２は、窪みセンサ３０と同様に、例えば超音波センサにより実現される。本実施形態では、例えば前方下部障害物センサ４１と前方上部障害物センサ４２による物体の検出範囲を例えば３０ｃｍ〜２ｍの範囲とする。なお、検出範囲は、これに限定されるものではない。

なお、窪みセンサ３０と同様に、超音波センサに限らず、光学式のセンサなど、指向性のある他のセンサを使用することも可能である。

なお、前方下部障害物センサ４１と前方上部障害物センサ４２の第１横方向の範囲は、厳密に一致している必要はない。また、第１縦方向と第２縦方向の範囲は、同じとしても良いし、異なっていても良い。第１縦方向と第２縦方向の範囲によって、高さ方向の物体の検出範囲を制限することができる。

同様にして、靴１の後方の外面には、後方下部障害物センサ４３と後方上部障害物センサ４４とが設けられている。また、靴１の左方の外面には、左方下部障害物センサ４５と左方上部障害物センサ４６とが設けられている。また、靴１の右方の外面には、右方下部障害物センサ４７と右方上部障害物センサ４８とが設けられている。後方下部障害物センサ４３と後方上部障害物センサ４４、左方下部障害物センサ４５と左方上部障害物センサ４６、右方下部障害物センサ４７と右方上部障害物センサ４８のそれぞれの配置関係と検出範囲は、前方下部障害物センサ４１と前方上部障害物センサ４２と同じものとして詳細な説明を省略する。

なお、靴本体１０の前後左右方向のそれぞれに設けられた障害物センサは、距離方向の検出範囲が全て同じである必要はない。例えば、左足用の靴１では、右足用の靴１による右側方向の物体検出が可能であるので、右足側の右方下部障害物センサ４７と右方上部障害物センサ４８の検出範囲を狭く（短く）しても良い。また、進行方向の物体の検出を確実にするため、後方下部障害物センサ４３と後方上部障害物センサ４４よりも前方下部障害物センサ４１と前方上部障害物センサ４２の検出範囲を広く（長く）しても良い。

また、靴本体１０の先端近くの上部には、制御ユニット２０が設けられている。なお、制御ユニット２０は、他の場所に実装されても良い。制御ユニット２０は、靴１に設けられた補助機能全体を制御する回路である。

図２（Ａ）に示すように、左足用の靴１の靴底部１１Ｌには、親指付け根近傍に感圧センサ５０Ｌが配置されている。感圧センサ５０Ｌは、靴１の底面が地面等から離れた、あるいは接地したことを検出するためのセンサである。感圧センサ５０Ｌは、地面等から離れる時、あるいは接地時の感圧値の変化を検出することができる。

図２（Ａ）に示すように、左足用の靴１の靴底部１１Ｌには、前方下部刺激子６１、前方上部刺激子６２、後方下部刺激子６３、後方上部刺激子６４、左方下部刺激子６５、左方上部刺激子６６、右方下部刺激子６７、右方上部刺激子６８、及び窪み刺激子７０が設けられる。各刺激子６１〜６８，７０は、靴本体１０に収納された足に対して刺激を与えるためのモジュールである。本実施形態では、各刺激子６１〜６８，７０は、例えば振動を発生させる振動子により実現されるものとする。各刺激子６１〜６８，７０は、靴本体１０に収納された足と接触され易くするため、靴本体１０の内部側の靴底部１１の上面に設けられている。

図２（Ａ）に示す例では、前方下部刺激子６１Ｌと前方上部刺激子６２Ｌは、靴底部１１の先端近傍に配置している。前方下部刺激子６１Ｌと前方上部刺激子６２Ｌは、近接させて、前方下部刺激子６１Ｌを先端（前方）側にして縦方向に配置している。

前方下部刺激子６１Ｌと前方上部刺激子６２Ｌは、個々の振動（刺激）の発生を識別し易くするため、異なる刺激（異なる振動周波数）によって動作させるものとする。すなわち、前方下部刺激子６１Ｌと前方上部刺激子６２Ｌとを近接させて配置しても、３つの状態、すなわち前方下部刺激子６１Ｌのみが駆動され場合、前方上部刺激子６２Ｌのみが駆動された場合、前方下部刺激子６１Ｌと前方上部刺激子６２Ｌとが同時に駆動された場合をそれぞれ識別可能にする。

前方下部刺激子６１Ｌは、左足用の靴１の前方下部障害物センサ４１と対応づけて設けられ、前方上部刺激子６２Ｌは、同じく前方上部障害物センサ４２と対応づけて設けられている。すなわち、前方下部障害物センサ４１の検出結果に基づいて前方下部刺激子６１Ｌが駆動され、前方上部障害物センサ４２の検出結果に基づいて前方上部刺激子６２Ｌが駆動される。

また、後方下部刺激子６３Ｌと後方上部刺激子６４Ｌは、靴底部１１の後端近傍に配置している。後方下部刺激子６３Ｌと後方上部刺激子６４Ｌは、近接させて、後方下部刺激子６３Ｌを後端（後方）側にして縦方向に配置している。後方下部刺激子６３Ｌは、左足用の靴１の後方下部障害物センサ４３と対応づけて設けられ、後方上部刺激子６４Ｌは、同じく後方上部障害物センサ４４と対応づけて設けられている。すなわち、後方下部障害物センサ４３の検出結果に基づいて後方下部刺激子６３Ｌが駆動され、後方上部障害物センサ４４の検出結果に基づいて後方上部刺激子６４Ｌが駆動される。後方下部刺激子６３Ｌと後方上部刺激子６４Ｌは、前方下部刺激子６１Ｌと前方上部刺激子６２Ｌと同様にして、異なる刺激（異なる振動周波数）によって動作させるものとする。

また、左方下部刺激子６５Ｌと左方上部刺激子６６Ｌは、靴底部１１の中央左端近傍に配置している。左方下部刺激子６５Ｌと左方上部刺激子６６Ｌは、近接させて、左方下部刺激子６５Ｌを左端側にして横方向に配置している。左方下部刺激子６５Ｌは、左足用の靴１の左方下部障害物センサ４５と対応づけて設けられ、左方上部刺激子６６Ｌは、同じく左方上部障害物センサ４６と対応づけて設けられている。すなわち、左方下部障害物センサ４５の検出結果に基づいて左方下部刺激子６５Ｌが駆動され、左方上部障害物センサ４６の検出結果に基づいて左方上部刺激子６６Ｌが駆動される。左方下部刺激子６５Ｌと左方上部刺激子６６Ｌは、前方下部刺激子６１Ｌと前方上部刺激子６２Ｌと同様にして、異なる刺激（異なる振動周波数）によって動作させるものとする。

また、右方下部刺激子６７Ｌと右方上部刺激子６８Ｌは、靴底部１１の中央よりやや上の右端近傍に配置している。右方下部刺激子６７Ｌと右方上部刺激子６８は、近接させて、右方下部刺激子６７Ｌを右端側にして横方向に配置している。右方下部刺激子６７は、左足用の靴１の右方下部障害物センサ４７と対応づけて設けられ、右方上部刺激子６８Ｌは、同じく右方上部障害物センサ４８と対応づけて設けられている。すなわち、右方下部障害物センサ４７の検出結果に基づいて右方下部刺激子６７が駆動され、右方上部障害物センサ４８の検出結果に基づいて右方上部刺激子６８Ｌが駆動される。右方下部刺激子６７Ｌと右方上部刺激子６８Ｌは、前方下部刺激子６１Ｌと前方上部刺激子６２Ｌと同様にして、異なる刺激（異なる振動周波数）によって動作させるものとする。

図２（Ａ）に示すように、各刺激子６１Ｌ〜６８Ｌは、それぞれに対応する障害物センサ４１〜４８の近くに設けられているため、各刺激子６１Ｌ〜６８Ｌの検出に応じて駆動された場合に、検出された物体の方向を容易に認識することができる。

窪み刺激子７０は、靴底部１１の中央よりやや上の左端近傍に配置している。窪み刺激子７０は、窪みセンサ３０と対応づけて設けられている。すなわち、窪みセンサ３０の検出結果に基づいて窪み刺激子７０が駆動される。窪み刺激子７０は、他の刺激子６１〜６８による刺激と容易に区別できるように、刺激子６１〜６８とは異なる刺激（振動）を発生させることが望ましい。

図２（Ｂ）は右足用の靴底部１１Ｒを示している。右足用の靴底部１１Ｒは、前述した左足用の靴底部１１Ｌと左右対称にして、各刺激子６１Ｒ〜６８Ｒ，７０Ｒが設けられるものとして詳細な説明を省略する。

また、靴１（靴本体１０）は、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、各センサ３０，４１〜４８の部分を除く外周面を、靴１に設けられた各センサ３０，４１〜４８による検出を不能にする素材１２で覆うものとする。例えば、各センサ３０，４１〜４８を超音波センサとする場合、超音波吸音素材が用いられるものとする。すなわち、左足用の靴１と右足用の靴１が、相互に障害物等の物体として検出されないようにする。

超音波吸音素材としては、例えば発泡ブタジエンジゴムがある。発泡ブタジエンジゴムは、弾性、耐摩耗性、低温特性に優れた部材であり、靴１に好適な素材である。さらに、発泡ブタジエンジゴムに音響散乱粉体を混ぜて、反射（後方散乱）成分を軽減させて、より各センサ３０，４１〜４８により検出されにくくしても良い。音響散乱粉体としては、例えばタングステン、モリブデン、銀、白金、パラジウム、インジウム、スカンジウム、イットリウム、タンタルなどがある。なお、超音波吸音素材と音響散乱粉体は、前述したものに限定されるものではない。

また、各センサ３０，４１〜４８を光学式センサなど、他の種類のセンサとした場合には、各センサに応じた素材が使用されるものとする。光学式センサの場合には、例えば光吸収素材が用いられるものとする。

図３は、靴１に設けられた障害物センサ４１〜４８による水平方向の検出範囲を概念的に示す図である。

図３に示すように、靴１の前方を検出方向とする前方下部障害物センサ４１による検出範囲４１ＡＲと、前方上部障害物センサ４２による検出範囲４２ＡＲの横方向の範囲は、ほぼ一致している。同様にして、後方を検出方向とする後方下部障害物センサ４３の検出範囲４３ＡＲと、後方上部障害物センサ４４の検出範囲４３ＡＲと横方向の範囲は、ほぼ一致している。また、左方を検出方向とする左方下部障害物センサ４５の検出範囲４５ＡＲと、左方上部障害物センサ４６の検出範囲４６ＡＲの横方向の範囲は、ほぼ一致している。また、右方を検出方向とする右方下部障害物センサ４７の検出範囲４７ＡＲと、右方上部障害物センサ４８の検出範囲４８ＡＲの横方向の範囲は、ほぼ一致している。

図４に示すように、障害物センサ４１〜４８は、前後左右方向で横方向（水平方向）の検出範囲が制限されており重複しないようにしている。このため前後左右方向のそれぞれに対応する障害物センサ４１〜４８を並行に動作させても相互に干渉しない。従って、前後左右方向に対する物体の検出を並行して実行することができる。

図４は、靴１に設けられた障害物センサ４１〜４８による水平方向の検出範囲を概念的に示す図である。

図４に示すように、前方下部障害物センサ４１による縦方向の検出範囲４１ＡＲより上方に、前方上部障害物センサ４２による検出範囲４２ＡＲが設定されている。また、検出範囲４１ＡＲと検出範囲４２ＡＲとは一部が重複されていて、検出範囲４１ＡＲと検出範囲４２ＡＲとの連続性、換言すると検出不可な間隙を排除して、安全性が高められている。また、検出範囲４１ＡＲの下限は、例えば靴１の底面が水平な面に接地された状態の時、検出範囲４１ＡＲに接地面が含まれず、接地面にできるだけ近くとなることが望ましい。

図４に示すように、検出範囲４１ＡＲと検出範囲４２ＡＲとを縦方向（上下方向）に異なる範囲で制限することにより、前方下部障害物センサ４１のみによる検出、前方上部障害物センサ４２のみによる検出、前方下部障害物センサ４１と前方上部障害物センサ４２の両方による検出の状態を判別できるようにしている。

これにより、例えば、登り階段による段差は、前方下部障害物センサ４１のみにより検出することができる。また、靴１の接地面から連続していない、例えば自動改札の閉まった状態のゲートなどは、前方上部障害物センサ４２のみによって検出することができる。また、靴１の接地面から連続する高い障害物は、前方下部障害物センサ４１と前方上部障害物センサ４２の両方により検出することができる。

同様にして、後方下部障害物センサ４３と後方上部障害物センサ４４の検出範囲４３ＡＲ，４４ＡＲ、左方下部障害物センサ４５と左方上部障害物センサ４６の検出範囲４５ＡＲ，４６ＡＲ、右方下部障害物センサ４７と右方上部障害物センサ４８の検出範囲４７ＡＲ，４８ＡＲも同様に設定されるものとする。

図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、障害物センサ４１〜４８による検出範囲を制限するための部材８０の一例を示す図である。図５（Ａ）は部材８０の斜視図、図５（Ｂ）は平面図、図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）のＡ−Ａ線における断面図である。

部材８０は、図５（Ｂ）に示すように、平面形状がほぼ扇形をしており、扇根の位置に障害物センサ４１〜４８が装着される。部材８０は、障害物センサ４１〜４８による縦方向の検出範囲を制限する縦幅（厚さ）が設けられており、その内部に例えば合成樹脂８１が充填されている。障害物センサ４１〜４８による超音波の発射方向に部材８０を設けることで、個々の障害物センサ４１〜４８の指向性を明確にして、物体の方向と距離を正確に判別できるようになる。

図６は、窪みセンサ３０による検出範囲を概念的に示す図である。

図６に示すように、靴本体１０の底面が接地面ＢＳに接地された状態にある時、接地面ＢＳの範囲を含む円錐方向の検出範囲が設定されている。図６に示す例では、窪みセンサ３０による検出方向は、窪みセンサ３０からの水平面に対する検出範囲の縦方向の中心の傾斜角度θdownが、例えば２°〜５°の範囲で僅かに下向きとなるように設定される。角度θdownは、例えば靴１の靴底部１１の厚さや窪みセンサ３０が装着される高さに応じて調整される。従って、窪みセンサ３０は、靴１の底面が接地面に接地した状態において、窪みセンサ３０から近い所定の距離の範囲を検出対象に含まず、所定の距離を超える範囲を検出対象とする。

図７は、窪みセンサ３０による検出範囲を制限するための部材９０の一例を示す図である。

部材９０は、円錐形のホーン型をしており、ホーンの根元位置に窪みセンサ３０が装着される。窪みセンサ３０による超音波の発射方向に部材９０を設けることで、指向性を明確にして、物体の方向と距離を正確に判別できるようになる。

図８は、本実施形態における制御ユニット２０の構成を示すブロック図である。
制御ユニット２０は、プロセッシングユニット２０Ａ、センサコントロールユニット２０Ｂ及びドライブユニット２０Ｃを含む。

プロセッシングユニット２０Ａは、靴１に設けられた補助機能を制御するためのユニットである。プロセッシングユニット２０Ａは、プログラムやデータが記憶されたメモリ、メモリに記憶されたプログラムを実行して各部を制御するプロセッサ等を含む。プロセッシングユニット２０Ａは、各障害物センサ４１〜４８、感圧センサ５０を駆動するタイミングを判別して、センサコントロールユニット２０Ｂにより各障害物センサ４１〜４８、感圧センサ５０を駆動させる。プロセッシングユニット２０Ａは、各障害物センサ４１〜４８、感圧センサ５０による検出結果に基づいて、所定のタイミングで、ドライブユニット２０Ｃにより各刺激子６１〜６８、窪み刺激子７０を動作させる。

センサコントロールユニット２０Ｂは、プロセッシングユニット２０Ａの制御のもとで、所定のタイミングに従って、各障害物センサ４１〜４８、感圧センサ５０を駆動する。

ドライブユニット２０Ｃは、プロセッシングユニット２０Ａの制御に応じて、各刺激子６１〜６８、窪み刺激子７０を駆動する（振動させる）。

次に、本実施形態における靴１による物体検出の動作について説明する。

図９は、靴１の前方を検出方向とする前方下部障害物センサ４１と前方上部障害物センサ４２による検出動作を示すフローチャートである。なお、後左右方向を検出方向とする障害物センサ４３〜４８については、図９に示すフローチャートと同様に動作するものとして詳細な説明を省略する。図１０は、窪みセンサ３０による検出動作を示すフローチャートである。図１１は、靴１を履いた人が歩行した際の靴１の状態変化と障害物センサ４１〜４８と窪みセンサ３０による検出タイミングを説明するための図である。

まず、前方下部障害物センサ４１と前方上部障害物センサ４２による検出動作について、図９と図１１を参照しながら説明する。

制御ユニット２０は、図１１（ａ）に示すように、靴１の底面が地面などに全面接地された状態であることを検出した場合に、前方下部障害物センサ４１と前方上部障害物センサ４２による検出タイミングと判別する。すなわち、制御ユニット２０は、感圧センサ５０により検出された感圧値が、０〜予め設定された値Ｐｔｈ１の範囲にある場合に、靴１の底面が地面などに全面接地されと判別する（ステップＳ１１、Ｙｅｓ）。制御ユニット２０は、前方下部障害物センサ４１を駆動させて、前方下部を検出範囲とした物体の検出を実行させる（ステップＳ１２）。

制御ユニット２０は、前方下部障害物センサ４１による検出動作の結果、物体が検出され、かつ物体までの距離が予め設定された距離Ｄｔｈ１１未満であるかを判別する。距離Ｄｔｈ１１は、障害物等があることを通知すべき距離であるか判定するために設定された値である。

ここで、制御ユニット２０は、前方下部障害物センサ４１により物体が検出されない、あるいは物体が検出されたが物体までの距離が距離Ｄｔｈ１１以上である場合には（ステップＳ１３、Ｎｏ）、前方下部刺激子６１を駆動しない。

引き続き、制御ユニット２０は、前方上部障害物センサ４２を駆動させて、前方上部を検出範囲とした物体の検出を実行させる（ステップＳ１５）。

制御ユニット２０は、前方上部障害物センサ４２による検出動作の結果、前方上部障害物センサ４２により物体が検出され、物体までの距離が予め設定された距離Ｄｔｈ１１未満であるかを判別する。

ここで、制御ユニット２０は、前方上部障害物センサ４２により物体が検出されない、あるいは物体が検出されたが物体までの距離が距離Ｄｔｈ１１以上である場合には（ステップＳ１６、Ｎｏ）、前方上部刺激子６２を駆動しない。こうして、制御ユニット２０は、前方下部障害物センサ４１と前方上部障害物センサ４２を時分割で動作させる。

一方、制御ユニット２０は、前方下部障害物センサ４１による検出の結果（ステップＳ１２）、距離Ｄｔｈ１１未満の距離に物体が検出された場合（ステップＳ１３、Ｙｅｓ）、前方下部刺激子６１を駆動する。前方下部刺激子６１の駆動は、引き続き実行される前方上部障害物センサ４２による検出動作の開始に関係無く、予め決められた一定時間継続される。

制御ユニット２０は、前方下部障害物センサ４１による検出動作の後、前述と同様にして、引き続き、前方上部障害物センサ４２を駆動させて、前方上部を検出範囲とした物体の検出を実行させる。制御ユニット２０は、前方上部障害物センサ４２による検出の結果（ステップＳ１５）、距離Ｄｔｈ１１未満の距離に物体が検出された場合（ステップＳ１６、Ｙｅｓ）、前方上部刺激子６２を予め決められた一定時間継続して駆動する（ステップＳ１７）。

すなわち、制御ユニット２０は、前方下部障害物センサ４１のみにより存在を通知すべき物体が検出された場合には、前方下部刺激子６１のみを駆動する。これにより、例えば、登り階段の段差などの低い物体が検出されたことを、前方下部刺激子６１のみの刺激により認識することができる。

また、制御ユニット２０は、前方上部障害物センサ４２のみにより存在を通知すべき物体が検出された場合には、前方上部刺激子６２のみを駆動する。これにより、例えば、地面から連続していない、自動改札の閉まった状態のゲートなど空中にある物体が検出されたことを、前方上部刺激子６２のみの刺激により認識することができる。

さらに、前方下部障害物センサ４１と前方上部障害物センサ４２の両方において物体が検出された場合、制御ユニット２０は、前方下部刺激子６１と前方上部刺激子６２とを同時に駆動する。これにより、接地面から連続する高い障害物が検出されたことを、前方下部刺激子６１と前方上部刺激子６２の両方からの刺激によりＩＤすることができる。

このため、全面接地された状態の靴１の周辺の状況を的確に把握することができるようになる。制御ユニット２０は、歩行によって次に全面接地した状態が、図１１（ｇ）に示すように検出された場合に、前述と同様にして、前方下部障害物センサ４１と前方上部障害物センサ４２とを時分割で動作させて物体検出を実行させる。

次に、窪みセンサ３０による検出動作について、図１０と図１１を参照しながら説明する。

図１１（ａ）に示すように、靴１が全面接地された状態から歩行が進められる場合、靴１は、図１１（ｂ）に示すように、つま先蹴り上げの状態となる。感圧センサ５０は、靴底部１１の親指付け根近傍に設けられているため、つま先蹴り上げの状態になると感圧値が全面接地時の感圧値（値Ｐｔｈ１以下）よりも高くなる（Ｐｔｈ２≦感圧値（Ｐｔｈ１＜Ｐｔｈ２））。

制御ユニット２０は、感圧センサ５０により検出される感圧値が、Ｐｔｈ２以上の状態からほぼ０の状態に変化したことが検出されると（ステップＳ２１、Ｙｅｓ）、靴１の底面が接地面から離れたものと判別する。制御ユニット２０は、靴１の底面が接地面から離れたことを検出した場合に、この検出をもとに判別される検出タイミング（第１検出タイミング）からの所定時間、窪みセンサ３０を駆動させる（ステップＳ２２）。

すなわち、足を前に踏み出すために、靴１は、図１１（ｃ）に示すように、つま先が下方に向いた状態で空中を移動し、その後、水平状態を経て、図１１（ｄ）に示すように、つま先が上方に向いた状態となり、図１１（ｅ）に示すように、かかと部分から着地される。

靴１が接地面から離れた直後から水平状態に移行されるまでの間、図１１（ｃ）に示すように、つま先が下方に向いている。従って、この間に窪みセンサ３０を駆動させることで、窪みセンサ３０による検出方向（範囲）を、次に踏み出す先の接地面方向にすることができる。制御ユニット２０は、靴１の底面が接地面から離れた時を基準として、靴１のつま先が下方に向いている（水平状態となるまでの）間を推定し、この推定結果に基づいて第１検出タイミングと窪みセンサ３０を駆動させる所定時間を設定する。

第１検出タイミングと窪みセンサ３０を駆動させる所定時間は、例えば多数の人の歩行データをもとに予め設定されているものとする。なお、靴１に加速度センサなどを設け、加速度センサによる検出データをもとに制御ユニット２０によって歩行パターンを記録しておき、この歩行パターンをもとに個人別の第１検出タイミングと窪みセンサ３０を駆動させる所定時間を設定できるようにしても良い。

制御ユニット２０は、窪みセンサ３０による検出動作の結果、物体が検出され、かつ物体までの距離が予め設定された距離Ｄｔｈ２１を超えるかを判別する。距離Ｄｔｈ２１は、次に踏み込む（接地する）位置付近に凹部（窪み）等が存在するため物体までの距離が長くなった可能性があることを通知すべきか判定するために設定された値である。

ここで、制御ユニット２０は、窪みセンサ３０により物体が検出されたが、物体までの距離が距離Ｄｔｈ２１以下である場合には（ステップＳ２３、Ｎｏ）、図１１（ｃ）に示すように、凹部（窪み）等がない接地面を検出している状態と判別して窪み刺激子７０を駆動しない。

一方、制御ユニット２０は、窪みセンサ３０により物体が検出され、物体までの距離が距離Ｄｔｈ２１を超えている場合には（ステップＳ２３、Ｙｅｓ）、例えば、図１１（ｈ）に示すように、凹部（窪み）等があるために、物体までの距離Ｄ１が距離Ｄｔｈ２１より長くなったものと判別して窪み刺激子７０を駆動する（ステップＳ２４）。これより、靴１を装着した人は、窪み刺激子７０からの刺激によって、足を踏み出す前に凹部（窪み）等があることを認識することができる。従って、足を前に踏み出さずに真下に下ろすなどして、凹部（窪み）等に足を接地することを回避できる。

次に、足を前に踏み出すために、図１１（ｅ）に示すように、かかと部分から着地されると、その後、靴１の底面が接地され、感圧センサ５０により検出される感圧値が、ほぼ０の状態から高い値に変化する。例えば、図１１（ｆ）示すように、足を前に踏み出すことで、つま先部分まで接地された状態（つま先接地）となった場合、感圧センサ５０により検出される感圧値が、図１１（ａ）（ｇ）に示す全面接地の状態を判別するための値Ｐｔｈ１より高く、図１１（ｂ）に示すつま先蹴り上げの状態を判別する値Ｐｔｈ２より低くなるものとする。制御ユニット２０は、感圧センサ５０により検出される感圧値が、ほぼ０の状態から値Ｐｔｈ１と値Ｐｔｈ２の間の値に変化したこと検出した場合に（ステップＳ２５、Ｙｅｓ）、この検出をもとに判別される検出タイミング（第２検出タイミング）からの所定時間、窪みセンサ３０を駆動させる（ステップＳ２６）。ここでは、例えば感圧センサ５０により検出される感圧値が値Ｐｔｈ１と値Ｐｔｈ２の間の値となった時を第２検出タイミングとする。

制御ユニット２０は、窪みセンサ３０による検出動作の結果、物体が検出され、かつ物体までの距離が予め設定された距離Ｄｔｈ２２を超えるかを判別する。距離Ｄｔｈ２２は、窪みセンサ３０が検出対象としていない近い距離の範囲を超えた先の接地面に凹部（窪み）等が存在するため、物体までの距離が長くなった可能性があることを通知すべきか判定するために設定された値である。

ここで、制御ユニット２０は、窪みセンサ３０により物体が検出されたが、物体までの距離が距離Ｄｔｈ２２を超えない場合には（ステップＳ２７、Ｎｏ）、図１１（ｆ）に示すように、凹部（窪み）等がない接地面を検出している状態と判別して窪み刺激子７０を駆動しない。

例えば、図１１（ｆ）に示す状態では、接地面が水平であり、窪みセンサ３０の検出方向が僅かに下向きとなっているために、接地面を物体として検出し、窪みセンサ３０が検出対象としていない近い範囲に対応する距離Ｄｔｈ２に物体があるものと判別できる（Ｄｔｈ２２≧Ｄｔｈ２）。

一方、制御ユニット２０は、窪みセンサ３０により物体が検出され、物体までの距離が距離Ｄｔｈ２２を超えている場合には（ステップＳ２７、Ｙｅｓ）、例えば、図１１（ｉ）に示すように、凹部（窪み）等があるために、物体までの距離Ｄ２が距離Ｄｔｈ２２より長くなったものと判別して窪み刺激子７０を駆動する（ステップＳ２８）。これより、靴１を装着した人は、窪み刺激子７０からの刺激によって、足を着地させた位置より先に凹部（窪み）等があることを認識することができる。従って、次に足を前に踏み出さずに、凹部（窪み）等に足を接地することを回避できる。

こうして、窪みセンサ３０を用いた窪み検出では、第１検出タイミングと第２検出タイミングをもとに窪みセンサ３０を駆動することができる。すなわち、靴１が空中移動している間、及び靴１が接地された状態のそれぞれにおいて窪み検出するので、確実に凹部（窪み）等を検出することが可能となる。

なお、前述した説明では、図１１（ｆ）に示すつま先接地の状態をもとに第２検出タイミングを判別しているが、図１１（ａ）（ｇ）に示す全体接地状態をもとに第２検出タイミングを判別するようにしても良い。この場合、制御ユニット２０は、各障害物センサ４１〜４８による物体検出の動作と、窪みセンサ３０を用いた窪み検出の動作を時分割で実行するように制御する。これにより、相互の検出動作に干渉することがない。

なお、前述した説明では、靴本体１０の前後左右方向のそれぞれにおいて、上下２方向で物体を検出する２つの障害物センサを設けているが、上下３方向以上で物体をそれぞれ検出するセンサを設けても良い。この場合、それぞれのセンサに対応する刺激子が靴１に設けられるものとする。

また、前述した説明では、左足用の靴１と右足用の靴１に対して、同じように障害物センサと刺激子を設けているが、左足用と右足用の靴１のそれぞれに設けられる障害物センサと刺激子の構成が異なっていても良い。すなわち、左足用の靴１と右足用の靴１の何れかに設けられた障害物センサによって、前後左右の物体を検出することができれば良い。例えば、左足用の靴１には、前方用と左方用の前方下部障害物センサ４１、前方上部障害物センサ４２、左方下部障害物センサ４５及び左方上部障害物センサ４６を設け、右足用の靴１には、後方用と右方用の後方下部障害物センサ４３、後方上部障害物センサ４４、右方下部障害物センサ４７及び右方上部障害物センサ４８を設ける。これにより、左足用の靴１と右足用の靴１のそれぞれに実装するモジュールの数を減らしてコスト低減を図ることができる。また、この場合、左足用の靴１と右足用の靴１は、それぞれ左方と右方で物体の検出をするので相互に検出しにくくなり、靴本体１０を覆う素材１２を省くことも可能である。

また、前述した説明では、各刺激子６１〜６８は、靴底部１１の上面に設けているが、靴本体１０の側面内側に設けるようにしても良い。靴本体１０の側面内側に設けることで、靴本体１０に収納された足と密着されやすくする。この場合、各刺激子６１〜６８は、それぞれに対応する各障害物センサ４１〜４８と同様に配置するものとする。例えば、左方下部刺激子６５と左方上部刺激子６６にそれぞれに対応する左方上部障害物センサ４６と右方下部障害物センサ４７は、図１に示すように上下に配置されている。このため、左方下部刺激子６５と左方上部刺激子６６とを同じように上下に配置する。また、左方上部障害物センサ４６と右方下部障害物センサ４７の近くに左方下部刺激子６５と左方上部刺激子６６を設けて、物体が検出された方向と高さを感覚的に容易に認識できるようにする。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…靴、１０…靴本体、１１…靴底、２０…制御ユニット、２０Ａ…プロセッシングユニット、２０Ｂ…センサコントロールユニット、２０Ｃ…ドライブユニット、３０…窪みセンサ、４１…前方下部障害物センサ、４２…前方上部障害物センサ、４３…後方下部障害物センサ、４４…後方上部障害物センサ、４５…左方下部障害物センサ、４６…左方上部障害物センサ、４７…右方下部障害物センサ、４８…右方上部障害物センサ、５０…感圧センサ、６１…前方下部刺激子、６２…前方上部刺激子、６３…後方下部刺激子、６４…後方上部刺激子、６５…左方下部刺激子、６６…左方上部刺激子、６７…右方下部刺激子、６８…右方上部刺激子、７０…窪み刺激子。

Claims (9)

1. 靴本体と、
   前記靴本体の前方外面に設けられ、第１横方向と第１縦方向のそれぞれに範囲が制限された第１検出範囲の方向にある物体を検出するための第１センサと、
   前記第１センサの近傍の前記靴本体の前方外面に設けられ、前記第１横方向と前記第１縦方向の範囲より上方の第２縦方向とのそれぞれに範囲が制限された第２検出範囲の方向にある物体を検出するための第２センサと、
   前記靴本体内に収納された足に刺激を与えるものであって、前記第１センサに対応して設けられた第１刺激子と、
   前記靴本体内に収納された足に刺激を与えるものであって、前記第２センサに対応して設けられた前記第１刺激子の近傍に配置された第２刺激子と、
   前記第１センサと前記第２センサによる検出結果に基づいて、前記第１刺激子と前記第２刺激子を動作させる制御ユニットとを有する靴。
2. 前記靴本体の底面に設けられた感圧センサをさらに有し、
   前記制御ユニットは、前記感圧センサにより前記底面が接地されたことを検出した場合に、この検出に基づく検出タイミングに応じて前記第１センサと前記第２センサによる検出を時分割で実行させる請求項１記載の靴。
3. 前記制御ユニットは、前記第１センサと前記第２センサの両方で検出した場合に、前記第１刺激子と前記第２刺激子とを同時に動作させる請求項１記載の靴。
4. 前記第１センサと前記第２センサは、前記第１検出範囲と前記第２検出範囲とが上下方向に一部が重複するように設けられた請求項１記載の靴。
5. 第３横方向と第３縦方向のそれぞれに範囲が制限された、前記第１検出範囲及び前記第２検出範囲と重複しない第３検出範囲の方向にある物体を検出するための第３センサと、
   前記第３センサの近傍の前記靴本体の外面に設けられ、前記第３横方向と前記第３縦方向の範囲より上方の第４縦方向のそれぞれに範囲が制限された、前記第１検出範囲及び前記第２検出範囲と重複しない第４検出範囲の方向にある物体を検出するための第４センサと、
   前記靴本体内に収納された足に刺激を与えるものであって、前記第３センサに対応して設けられた第３刺激子と、
   前記靴本体内に収納された足に刺激を与えるものであって、前記第４センサに対応して設けられた前記第３刺激子の近傍に配置された第４刺激子とを設け、
   前記制御ユニットは、前記第３センサと前記第４センサによる検出結果に基づいて、前記第１刺激子及び前記第２刺激子の動作と並行して、前記第３刺激子と前記第４刺激子を動作させる請求項１乃至４の何れかに記載の靴。
6. 前記靴本体の外周が前記第３センサ及び前記第４センサにより検出不能とする素材により覆われた請求項５記載の靴。
7. 靴本体と、
   前記靴本体の底部前方外面に設けられ、前記靴本体の底面が接地した面の範囲を含む円錐方向の検出範囲にある物体を検出するためのセンサと、
   前記靴本体内に収納された足に刺激を与えるものであって、前記センサに対応して設けられた刺激子と、
   前記靴本体の底面に設けられた感圧センサと、
   前記感圧センサによる検出の変化に基づいて検出タイミングを判別し、前記検出タイミングに応じて前記センサによる検出を実行させ、前記センサによる検出結果に基づいて、前記刺激子を動作させる制御ユニットと
   を有する靴。
8. 前記制御ユニットは、前記感圧センサによる前記底面が接地面から離れたことを示す検出をもとに第１検出タイミングを判別して前記センサによる検出を実行させ、前記感圧センサによる前記底面が接地したことを示す検出をもとに第２検出タイミングを判別して前記センサによる検出を実行させる請求項７記載の靴。
9. 靴本体と、
   前記靴本体の前方外面に設けられ、第１横方向と第１縦方向のそれぞれに範囲が制限された第１検出範囲の方向にある物体を検出するための第１センサと、
   前記第１センサの近傍の前記靴本体の前方外面に設けられ、前記第１横方向と前記第１縦方向の範囲より上方の第２縦方向のそれぞれに範囲が制限された第２検出範囲の方向にある物体を検出するための第２センサと、
   前記靴本体の底部前方外面に設けられ、前記靴本体の底面が接地した面の範囲を含む円錐方向の検出範囲にある物体を検出するための第３センサと、
   前記靴本体内に収納された足に刺激を与えるものであって、前記第１センサに対応して設けられた第１刺激子と、
   前記靴本体内に収納された足に刺激を与えるものであって、前記第２センサに対応して設けられた前記第１刺激子の近傍に配置された第２刺激子と、
   前記靴本体内に収納された足に刺激を与えるものであって、前記第３センサに対応して設けられた第３刺激子と、
   前記靴本体の底面に設けられた感圧センサと、
   前記感圧センサによる検出の変化に基づいて前記第１センサ、前記第２センサ及び前記第３センサに対する検出タイミングを判別し、前記検出タイミングに応じて前記第１センサ、前記第２センサ及び前記第３センサによる検出を実行させ、前記第１センサ、前記第２センサ及び前記第３センサによる検出結果に基づいて、前記第１刺激子、前記第２刺激子及び前記第３刺激子を個別に動作させる制御ユニットと
   を有する靴。