JP2021157504A - Guiding device and guiding control program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、誘導装置及び誘導制御プログラムに関する。 The present invention relates to a guidance device and a guidance control program.
特許文献1−4に開示されているように、進行すべき方向にユーザを誘導する誘導装置が知られている。これらの誘導装置は、ユーザに進行すべき方向を報知する目的で、ユーザに外力を付与する。ユーザは、誘導装置から受ける外力の向きによって、進行すべき方向を知る。このため、視覚に障害を有するユーザであっても、移動の経路を正しい方向に自ら修正することができる。 As disclosed in Patent Documents 1-4, a guidance device that guides a user in a direction in which the user should proceed is known. These guidance devices apply an external force to the user for the purpose of notifying the user of the direction in which the user should proceed. The user knows the direction to proceed by the direction of the external force received from the guidance device. Therefore, even a visually impaired user can correct the movement route by himself / herself in the correct direction.
上記従来の誘導装置では、ユーザは、移動中に誘導装置からどのような向きの外力を受けるかということに意識を集中させ続けなければならない。つまり、ユーザの注意力が、力覚の認識のために奪われる。このため、ユーザは、誘導装置によって誘導を受けている間は、歩行又は疾走の動作、周囲の環境の把握等に充分に注意を払うことが難しい。 In the conventional guidance device, the user must keep his / her consciousness focused on the direction of the external force received from the guidance device during movement. That is, the user's attention is deprived of the recognition of force. Therefore, it is difficult for the user to pay sufficient attention to the walking or sprinting motion, grasping the surrounding environment, and the like while being guided by the guiding device.
本発明の目的は、ユーザの注意力が奪われにくい誘導装置及び誘導制御プログラムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a guidance device and a guidance control program that do not easily deprive the user of attention.
上記目的を達成するために、本発明に係る誘導装置は、
ユーザの位置又は移動方向を検出する移動検出器と、
前記ユーザの身体に装着され、前記ユーザの関節の周りに、前記ユーザの左方への移動の動作を促進する左方誘導モーメントと、前記ユーザの右方への移動の動作を促進する右方誘導モーメントとを付与可能なモーメント付与機構と、
前記移動検出器の検出結果を表す実検出データと、前記ユーザの理想的な移動の経路である理想経路を表す理想経路データとを用いて、前記左方誘導モーメントが前記右方誘導モーメントよりも大きい左方誘導状態と、前記右方誘導モーメントが前記左方誘導モーメントよりも大きい右方誘導状態とのいずれの状態を実現するかを選定する処理と、選定した前記状態である選定状態を前記モーメント付与機構に実現させる制御とを繰り返すことにより、前記ユーザの移動の経路を前記理想経路に近づける制御装置と、
を備える。
In order to achieve the above object, the guidance device according to the present invention is
A movement detector that detects the user's position or movement direction,
A left induction moment that is worn on the user's body and promotes the user's leftward movement around the user's joints and a right side that promotes the user's rightward movement. A moment giving mechanism that can give an induced moment and
Using the actual detection data representing the detection result of the movement detector and the ideal path data representing the ideal path which is the ideal movement path of the user, the left guidance moment is larger than the right guidance moment. The process of selecting which state to realize, the large left guidance state or the right guidance state in which the right guidance moment is larger than the left guidance moment, and the selected state, which is the selected state, are described above. A control device that brings the user's movement path closer to the ideal path by repeating the control realized by the moment applying mechanism.
To be equipped.
前記モーメント付与機構が、前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの各々の大きさを制御可能に構成されており、
前記制御装置が、前記実検出データを用いて特定される前記ユーザの前記移動方向の、前記理想経路に向かう方向からのずれ量を表す旋回角度を特定し、特定した前記旋回角度に応じて、前記左方誘導状態又は前記右方誘導状態における前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの大きさの差である不均衡度を求め、求めた前記不均衡度を有する前記選定状態を前記モーメント付与機構に実現させてもよい。
The moment applying mechanism is configured to be able to control the magnitudes of the left guided moment and the right guided moment.
The control device specifies a turning angle representing the amount of deviation of the moving direction of the user from the direction toward the ideal path specified by using the actual detection data, and the turning angle corresponds to the specified turning angle. The degree of imbalance, which is the difference in magnitude between the left guided moment and the right guided moment in the left guided state or the right guided state, is obtained, and the selected state having the obtained imbalance is defined as the selected state. It may be realized in the moment applying mechanism.
前記モーメント付与機構が、
前記ユーザの右半身に装着され、前記右半身に前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの一方のモーメントを付与する右半身用モーメント付与機構と、
前記ユーザの左半身に装着され、前記左半身に前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの他方のモーメントを付与する左半身用モーメント付与機構と、
を有してもよい。
The moment applying mechanism
A moment giving mechanism for the right half of the body, which is attached to the right half of the user and gives one of the left guided moment and the right guided moment to the right half of the body.
A moment applying mechanism for the left half of the body, which is attached to the left half of the user and imparts the other moment of the left guided moment and the right guided moment to the left half of the body.
May have.
前記右半身用モーメント付与機構が、前記右半身に付与する前記モーメントの向きを、前記ユーザの歩行又は疾走の動作の半周期に等しい周期で切り換え、かつ前記左半身用モーメント付与機構が、前記左半身に付与する前記モーメントの向きを、前記半周期に等しい周期で切り換えてもよい。 The right half body moment giving mechanism switches the direction of the moment given to the right half body at a cycle equal to a half cycle of the walking or sprinting motion of the user, and the left half body moment giving mechanism changes the direction of the moment to the left. The direction of the moment applied to the half body may be switched at a cycle equal to the half cycle.
前記モーメント付与機構が、
前記ユーザの頭部、胸部、又は腰部に装着され、前記ユーザの身体をねじる向きの前記左方誘導モーメント及び前記右方誘導モーメントを前記身体に付与する体幹軸用モーメント付与機構、
を有してもよい。
The moment applying mechanism
A trunk axis moment imparting mechanism that is attached to the user's head, chest, or lumbar region and imparts the left guiding moment and the right guiding moment in a direction that twists the user's body to the body.
May have.
前記体幹軸用モーメント付与機構が、前記ユーザの歩行又は疾走の動作の周期に等しい周期で前記左方誘導モーメント及び前記右方誘導モーメントを前記身体に付与してもよい。 The trunk axis moment applying mechanism may apply the left guidance moment and the right guidance moment to the body at a cycle equal to the cycle of the walking or sprinting motion of the user.
前記ユーザと並んで移動する伴走体に取り付けられ、前記伴走体の位置又は移動方向を検出する伴走体用移動検出器、
をさらに備え、
前記制御装置が、前記伴走体用移動検出器の検出結果を前記理想経路データとして前記伴走体用移動検出器から取得してもよい。
A movement detector for a companion that is attached to a companion that moves side by side with the user and detects the position or direction of the companion.
With more
The control device may acquire the detection result of the accompanying vehicle movement detector as the ideal route data from the accompanying vehicle movement detector.
上記目的を達成するために、本発明に係る誘導制御プログラムは、
ユーザの身体に装着され、前記ユーザの関節の周りに、前記ユーザの左方への移動の動作を促進する左方誘導モーメントと、前記ユーザの右方への移動の動作を促進する右方誘導モーメントとを付与可能なモーメント付与機構、
を制御するコンピュータに、
前記ユーザの位置又は移動方向の検出結果を取得する取得機能と、
前記取得機能によって取得した前記検出結果と、前記ユーザの理想的な移動の経路である理想経路を表す理想経路データとを用いて、前記左方誘導モーメントが前記右方誘導モーメントよりも大きい左方誘導状態と、前記右方誘導モーメントが前記左方誘導モーメントよりも大きい右方誘導状態とのいずれの状態を実現するかを選定する処理と、選定した前記状態である選定状態を前記モーメント付与機構に実現させる制御とを繰り返すことにより、前記ユーザの移動の経路を前記理想経路に近づける制御機能と、
を実現させる。
In order to achieve the above object, the guidance control program according to the present invention
A left guidance moment that is worn on the user's body and promotes the movement of the user to the left and a right guidance that promotes the movement of the user to the right around the user's joint. Moment giving mechanism that can give moments,
To the computer that controls
An acquisition function that acquires the detection result of the user's position or movement direction, and
Using the detection result acquired by the acquisition function and the ideal path data representing the ideal path which is the ideal movement path of the user, the left guidance moment is larger than the right guidance moment on the left side. The process of selecting which state to realize, the induction state or the right induction state in which the right induction moment is larger than the left induction moment, and the selected state, which is the selected state, are selected by the moment applying mechanism. A control function that brings the user's movement route closer to the ideal route by repeating the control to be realized in
To realize.
本発明に係る誘導装置及び誘導制御プログラムによれば、モーメント付与機構によってユーザの進行すべき方向への移動の動作が促進されることで、ユーザの移動の経路が理想経路に近づけられる。このため、ユーザは、移動中に進行すべき方向を自ら積極的に把握する必要がない。つまり、ユーザは、移動中に力覚を認識し続ける必要がない。従って、ユーザの注意力が奪われにくい。 According to the guidance device and the guidance control program according to the present invention, the movement of the user in the direction in which the user should proceed is promoted by the moment applying mechanism, so that the movement path of the user is brought closer to the ideal path. Therefore, the user does not need to positively grasp the direction to be taken during the movement. That is, the user does not have to keep recognizing the sense of force while moving. Therefore, the user's attention is not easily deprived.
以下、図面を参照し、実施形態1−6に係る誘導装置について説明する。図中、同一又は対応する部分に同一の符号を付す。なお、実施形態1−6に係る誘導装置は、疾走するユーザを進行すべき方向に誘導するものである。 Hereinafter, the guidance device according to the first to sixth embodiments will be described with reference to the drawings. In the figure, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals. The guidance device according to the first to sixth embodiment guides the sprinting user in the direction in which the user should travel.
[実施形態1]
図1に示すように、本実施形態に係る誘導装置600は、ユーザに疾走の動作をアシストするモーメントを付与するモーメント付与機構としての身体装着具200と、身体装着具200を制御する統括制御部100とを備える。身体装着具200及び統括制御部100のいずれもユーザの身体に装着される。
[Embodiment 1]
As shown in FIG. 1, the
身体装着具200は、ユーザの右半身に取り付けられる右半身用身体装着具210と、ユーザの左半身に取り付けられる左半身用身体装着具220とを有する。 The body fitting 200 includes a right half body fitting 210 attached to the user's right half body and a left half body fitting 220 attached to the user's left half body.
図2に示すように、右半身用身体装着具210は、ユーザの右大腿部CRに装着され、左半身用身体装着具220は、ユーザの左大腿部CLに装着される。 As shown in FIG. 2, the right half body fitting 210 is attached to the user's right thigh CR, and the left half body fitting 220 is attached to the user's left thigh CL.
右半身用身体装着具210は、ユーザの身体に対して固定された仮想回転軸k−AXの周りのモーメントを生成する本体部210Aと、本体部210Aを右大腿部CRに装着するベルト210Bとを有する。
The body fitting 210 for the right half of the body includes a
なお、仮想回転軸k−AXは、ユーザの股関節をユーザの身体の幅方向に貫いている。本体部210Aは、ユーザの右側の股関節の周りに、右大腿部CRの動きをアシストする向きのモーメントを付与する。
The virtual rotation axis k-AX penetrates the user's hip joint in the width direction of the user's body. The
左半身用身体装着具220も同様に、仮想回転軸k−AXの周りのモーメントを生成する本体部220Aと、本体部220Aを左大腿部CLに装着するベルト220Bとを有する。本体部220Aは、ユーザの左側の股関節の周りに、左大腿部CLの動きをアシストする向きのモーメントを付与する。
Similarly, the body fitting 220 for the left half of the body has a
図1に示すように、右半身用身体装着具210の本体部210Aは、ユーザにモーメントを付与する右半身用モーメント付与機構216と、右大腿部CRの仮想回転軸k−AXの周りの角速度を計測する角速度検出器217と、角速度検出器217の検出結果を用いて右半身用モーメント付与機構216を制御する下位制御器218と、右半身用モーメント付与機構216等に電力を供給するバッテリ219とを有する。
As shown in FIG. 1, the
左半身用身体装着具220の本体部220Aも同様に、ユーザにモーメントを付与する左半身用モーメント付与機構226と、左大腿部CLの仮想回転軸k−AXの周りの角速度を計測する角速度検出器227と、角速度検出器227の検出結果を用いて左半身用モーメント付与機構226を制御する下位制御器228と、左半身用モーメント付与機構226等に電力を供給するバッテリ229とを有する。
Similarly, the
右半身用モーメント付与機構216と左半身用モーメント付与機構226との構成及び作用は同様である。そこで、以下では、代表して右半身用モーメント付与機構216について、具体的に説明する。
The configuration and operation of the right half body
図3に示すように、右半身用モーメント付与機構216は、フライホイール211と、フライホイール211を自転させる自転用モータ212と、フライホイール211及び自転用モータ212を保持する保持部材213とを有する。
As shown in FIG. 3, the right half body
また、右半身用モーメント付与機構216は、自己に対して固定された仮想揺動軸i−AXの周りに保持部材213を回転可能に保持する基枠214と、基枠214に固定され、保持部材213を仮想揺動軸i−AXの周りに回転させる揺動用モータ215とを有する。
Further, the right half body
基枠214は、図2に示したベルト210Bによって、ユーザの右大腿部CRに固定される。即ち、仮想揺動軸i−AXは、ユーザの右大腿部CRに対して固定される。
The
フライホイール211の自転の中心軸を表す仮想自転軸j−AXは、仮想揺動軸i−AXと交差している。より具体的には、仮想自転軸j−AXは、フライホイール211の重心CMの位置において、仮想揺動軸i−AXと直交している。
The virtual rotation axis j-AX representing the central axis of rotation of the
揺動用モータ215によって、仮想揺動軸i−AXの周りに保持部材213を回転させると、仮想自転軸j−AXと仮想揺動軸i−AXとが直交関係を保ったまま、フライホイール211が、保持部材130と共に仮想揺動軸i−AXの周りに傾く。フライホイール211は、仮想揺動軸i−AXの周りのいずれの回転方向にも回転可能、つまり仮想揺動軸i−AXの周りに揺動可能である。
When the holding
次に、仮想揺動軸i−AX及び仮想自転軸j−AXと、図1に示した仮想回転軸k−AXとの位置関係について、図4を参照して説明する。 Next, the positional relationship between the virtual swing axis i-AX and the virtual rotation axis j-AX and the virtual rotation axis k-AX shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
図4に示すように、フライホイール211は、ユーザの右大腿部CRの、股関節から遠く、膝に近い方の端部に固定される。股関節を貫く仮想回転軸k−AXと、フライホイール211の重心CMとの距離を表す仮想中立線NLは、右大腿部CRと略平行に延在する。
As shown in FIG. 4, the
自転中のフライホイール211を、仮想揺動軸i−AXの周りに回転させたときに、仮想回転軸k−AXの周りにモーメントが発生するような向きで、図3に示した基枠214が、図2に示したベルト210Bによって右大腿部CRに固定される。
When the
具体的には、仮想揺動軸i−AXは、仮想回転軸k−AXに対してねじれの位置をなす向きで、右大腿部CRに対して固定される。より具体的には、仮想揺動軸i−AXをX軸とし、仮想中立線NLをY軸とする、右大腿部CRに対して固定されたXYZ直交座標系を想定したとき、仮想回転軸k−AXは、Z軸と平行である。 Specifically, the virtual swing axis i-AX is fixed to the right thigh CR in a direction forming a twist position with respect to the virtual rotation axis k-AX. More specifically, assuming an XYZ Cartesian coordinate system fixed to the right thigh CR with the virtual swing axis i-AX as the X axis and the virtual neutral line NL as the Y axis, virtual rotation The axis k-AX is parallel to the Z axis.
以下、フライホイール211が仮想回転軸k−AXの周りに生成するモーメントの向きを説明するために、各軸のプラス方向と、各軸に対する時計回りの方向とを定義する。
Hereinafter, in order to explain the direction of the moment generated by the
仮想回転軸k−AXのプラス方向とは、ユーザにとって左から右に向かう方向を指す。仮想回転軸k−AXに対して時計回りとは、右ねじを仮想回転軸k−AXのプラス方向に螺進させるために、右ねじを回す方向を指す。 The positive direction of the virtual rotation axis k-AX refers to the direction from left to right for the user. Clockwise with respect to the virtual rotation axis k-AX refers to the direction in which the right-hand screw is turned in order to screw the right-hand screw in the positive direction of the virtual rotation axis k-AX.
なお、図1に示した角速度検出器217は、右大腿部CRの仮想回転軸k−AXの周りの角速度ωkを検出する。角速度ωkの値は、仮想回転軸k−AXに対して時計回りの場合を正、仮想回転軸k−AXに対して反時計回りの場合を負とする。
The
仮想揺動軸i−AXのプラス方向とは、仮想回転軸k−AXに対して時計回りの方向を指す。仮想揺動軸i−AXに対して時計回りとは、右ねじを仮想揺動軸i−AXのプラス方向に螺進させるために、右ねじを回す方向を指す。 The positive direction of the virtual swing axis i-AX refers to a clockwise direction with respect to the virtual rotation axis k-AX. Clockwise with respect to the virtual swing shaft i-AX refers to the direction in which the right-hand screw is turned in order to screw the right-hand screw in the positive direction of the virtual swing shaft i-AX.
仮想自転軸j−AXのプラス方向とは、仮想自転軸j−AXが仮想中立線NLの延長線上に位置した非傾斜状態において、仮想回転軸k−AXから遠ざかる方向を指す。仮想自転軸j−AXに対して時計回りとは、右ねじを仮想自転軸j−AXのプラス方向に螺進させるために、右ねじを回す方向を指す。 The positive direction of the virtual rotation axis j-AX refers to a direction away from the virtual rotation axis k-AX in a non-tilted state in which the virtual rotation axis j-AX is located on an extension of the virtual neutral line NL. Clockwise with respect to the virtual rotation axis j-AX refers to the direction in which the right-hand screw is turned in order to screw the right-hand screw in the positive direction of the virtual rotation axis j-AX.
仮想自転軸j−AXの周りに自転中のフライホイール211を、仮想揺動軸i−AXの周りに回転させたとき、仮想回転軸k−AXの周りに、次式(1)で表されるモーメントMが発生する。
M∝Ij・ωj・ωi ・・・(1)
When the
M∝I j・ ω j・ ω i・ ・ ・ (1)
ここでIjは、フライホイール211の仮想自転軸j−AXの周りの慣性モーメントである。ωjは、フライホイール211の仮想自転軸j−AXの周りの角速度であり、仮想自転軸j−AXに対して時計回りを正、反時計回りを負とする。ωiは、フライホイール211の仮想揺動軸i−AXの周りの角速度であり、仮想揺動軸i−AXに対して時計回りを正、反時計回りを負とする。
Here, I j is the moment of inertia around the virtual rotation axis j-AX of the
モーメントMは、正の値のとき、仮想回転軸k−AXに対して時計回りであり、負の値のとき、反時計回りであることを意味する。上式(1)から分かるように、モーメントMの向きは、ωiの正負の符号、つまりフライホイール211の仮想揺動軸i−AXの周りの回転方向によって切り換えることができる。
The moment M means that when it is a positive value, it is clockwise with respect to the virtual rotation axis k-AX, and when it is a negative value, it is counterclockwise. As can be seen from the above equation (1), the direction of the moment M can be switched by the positive and negative signs of ω i , that is, the rotation direction around the virtual swing axis i-AX of the
例えば、仮想自転軸j−AXに対して時計回りに自転中のフライホイール211を、仮想揺動軸i−AXに対して時計回りに回転させると、仮想回転軸k−AXに対して時計回りのモーメントMが発生する。この時計回りのモーメントMを図4ではMCWと表記した。
For example, when the
この状態から、フライホイール211の仮想揺動軸i−AXの周りの回転方向を反時計回りに切り換えると、モーメントMの向きを、仮想回転軸k−AXに対して反時計回りに切り換えることができる。この反時計回りのモーメントMを図4ではMCCWと表記した。
From this state, when the rotation direction of the
以上のように、フライホイール211の仮想揺動軸i−AXの周りの回転方向によって、モーメントMの向きを切り換えることができる。そこで、右大腿部CRの動きに応じて、フライホイール211の仮想揺動軸i−AX周りの回転方向を切り換えることで、右大腿部CRの動きをアシストすることができる。
As described above, the direction of the moment M can be switched depending on the rotation direction of the
以下、右大腿部CRの動きをアシストすることにより、ユーザの左方への移動の動作を促進する左方移動促進制御について説明する。左方移動促進制御は、図1に示した下位制御器218が、図1に示した統括制御部100からの指令を受けて行う。以下、図5を参照し、具体的に説明する。
Hereinafter, the left movement promotion control that promotes the movement of the user to the left by assisting the movement of the right thigh CR will be described. The left movement promotion control is performed by the
図5に示すように、まず下位制御器218は、図1に示した角速度検出器217から、右大腿部CRの仮想回転軸k−AXの周りの角速度ωkの検出結果を取得する(ステップS11)。角速度ωkの符号は、右大腿部CRの回転方向を表すので、角速度ωkによってユーザの疾走の動作の半周期を特定可能である。即ち、角速度検出器217は、ユーザの動作の半周期を特定可能な物理量を検出する物理量検出器の一例である。
As shown in FIG. 5, the
次に、下位制御器218は、角速度ωkがゼロであるか否かを判定し(ステップS12)、ゼロでないならば(ステップS12;NO)、再びステップS12に戻る。一方、下位制御器218は、角速度ωkがゼロである場合は(ステップS12;YES)、その角速度ωk=ゼロが、右大腿部CRの振り上げの開始時点を表すのか、それとも右大腿部CRの振り下ろしの開始時点を表すのかを判定する(ステップS13)。
Next, the
なお、下位制御器218は、例えば、角速度ωkの時系列に基づいてステップS13の判定を行える。具体的には、角速度ωkが正の値からゼロへと減少した場合は、右大腿部CRの振り上げが完了したことを表すため、角速度ωk=ゼロが、右大腿部CRの振り下ろしの開始時点を表すと判る。一方、角速度ωkが負の値からゼロへと増加した場合は、右大腿部CRの振り下ろしが完了したことを表すため、角速度ωk=ゼロが、右大腿部CRの振り上げの開始時点を表すと判る。
The
下位制御器218は、角速度ωk=ゼロが、右大腿部CRの振り上げの開始時点を表す場合(ステップS13;振り上げ開始時点)、フライホイール211を仮想揺動軸i−AXに対して時計回りに回転させる。これにより、右大腿部CRの振り上げ、即ち仮想回転軸k−AXに対する時計回りの動きをアシストする時計回りのモーメントMCWが、ユーザの右股関節の周りに付与される(ステップS14)。
The
一方、下位制御器218は、角速度ωk=ゼロが、右大腿部CRの振り下ろしの開始時点を表す場合には(ステップS13;振り下ろし開始時点)、フライホイール211を仮想揺動軸i−AXに対して反時計回りに回転させる。これにより、右大腿部CRの振り下ろし、即ち仮想回転軸k−AXに対する反時計回りの動きをアシストする反時計回りのモーメントMCCWが、ユーザの右股関節の周りに付与される(ステップS15)。
On the other hand, when the angular velocity ω k = zero represents the start time of swinging down of the right thigh CR (step S13; the time of starting swinging down), the
なお、ステップS14で付与するモーメントMCW及びステップS15で付与するモーメントMCCWは、いずれもユーザの右大腿部CRの動きをアシストするので、ユーザの左方への移動の動作を促進する作用をもつ。そこで、以下では、図1に示す右半身用モーメント付与機構216が股関節に付与するモーメントを“左方誘導モーメント”と呼ぶことにする。
Incidentally, the moment M CCW to impart at moment M CW and S15 to impart at step S14, since both assists the movement of the right thigh CR user, action of enhancing the operation of the leftward movement of the user Have. Therefore, in the following, the moment applied to the hip joint by the right half body
下位制御器218は、ステップS14又はステップS15の後は、左方移動促進制御を終了するか否かを判定し(ステップS16)、終了しない場合は(ステップS16;NO)、再びステップS11に戻り、図1に示した統括制御部100からの指令により左方移動促進制御を終了する場合は(ステップS16;YES)、本処理を終了する。
After step S14 or step S15, the
なお、ステップS16からステップS11に戻って同じ処理が繰り返される場合の繰り返しの周期は、ユーザの疾走の動作の半周期よりも充分に短い。この結果、左方移動促進制御では、ユーザに付与される左方誘導モーメントの、時計回りのモーメントMCWと、反時計回りのモーメントMCCWとの間での切り換えが、ユーザの疾走の動作の半周期に等しい周期で行われる。つまり、左方誘導モーメントの股関節の周りの向きが、疾走の動作の半周期ごとに切り換えられる。 The cycle of repetition when the same process is repeated from step S16 to step S11 is sufficiently shorter than the half cycle of the user's sprinting operation. As a result, the leftward movement acceleration control, the left-induced moment applied to the user, and the moment M CW clockwise, the switching between the counter-clockwise moment M CCW is the operation of the user's sprinting It is performed in a cycle equal to half a cycle. That is, the direction of the left induction moment around the hip joint is switched every half cycle of the sprinting motion.
また、上式(1)から分かるように、左方誘導モーメントの大きさを、フライホイール211の仮想揺動軸i−AXの周りの角速度ωiの大きさによって制御できる。そこで、下位制御器218は、揺動用モータ215の回転速度によって、左方誘導モーメントの大きさを調整する制御も行う。後述するように、左方誘導モーメントの大きさの目標値は、図1に示した統括制御部100から指定される。
Further, as can be seen from the above equation (1), the magnitude of the left induction moment can be controlled by the magnitude of the angular velocity ω i around the virtual swing axis i-AX of the flywheel 211. Therefore, the
以上、図1に示す右半身用身体装着具210の下位制御器218の処理について説明した。図1に示す左半身用身体装着具220の下位制御器228も同様の処理を行う。
The processing of the
即ち、下位制御器228は、図1に示した統括制御部100からの指令を受けて、左大腿部CLの動きをアシストすることにより、ユーザの右方への移動の動作を促進する右方移動促進制御を行う。以下、図6を参照し、具体的に説明する。
That is, the
図6に示すように、まず下位制御器228は、図1に示した角速度検出器227から、左大腿部CLの仮想回転軸k−AXの周りの角速度ωkの検出結果を取得する(ステップS21)。この角速度ωkの符号は、左大腿部CLの回転方向を表すので、角速度ωkによってユーザの疾走の動作の半周期を特定可能である。即ち、角速度検出器227も、ユーザの動作の半周期を特定可能な物理量を検出する物理量検出器の一例である。
As shown in FIG. 6, the
次に、下位制御器228は、角速度ωkがゼロであるか否かを判定し(ステップS22)、ゼロでないならば(ステップS22;NO)、再びステップS22に戻る。一方、下位制御器228は、角速度ωkがゼロである場合は(ステップS22;YES)、その角速度ωk=ゼロが、左大腿部CLの振り上げの開始時点を表すのか、それとも左大腿部CLの振り下ろしの開始時点を表すのかを判定する(ステップS23)。
Next, the
なお、下位制御器228は、例えば、角速度ωkの時系列に基づいてステップS23の判定を行える。具体的には、角速度ωkが正の値からゼロへと減少した場合は、左大腿部CRの振り上げが完了したことを表すため、角速度ωk=ゼロが、左大腿部CRの振り下ろしの開始時点を表すと判る。一方、角速度ωkが負の値からゼロへと増加した場合は、左大腿部CRの振り下ろしが完了したことを表すため、角速度ωk=ゼロが、左大腿部CRの振り上げの開始時点を表すと判る。
The
下位制御器228は、角速度ωk=ゼロが、左大腿部CLの振り上げの開始時点を表す場合(ステップS23;振り上げ開始時点)、仮想回転軸k−AXに対して時計回りのモーメントが左股関節に付与されるように、図1に示す左半身用モーメント付与機構226を制御する(ステップS24)。
In the
一方、下位制御器228は、角速度ωk=ゼロが、左大腿部CLの振り下ろしの開始時点を表す場合には(ステップS23;振り下ろし開始時点)、仮想回転軸k−AXに対して反時計回りのモーメントが左股関節に付与されるように、図1に示す左半身用モーメント付与機構226を制御する(ステップS25)。
On the other hand, in the
なお、ステップS24で付与するモーメント及びステップS25で付与するモーメントは、いずれもユーザの左大腿部CLの動きをアシストするので、ユーザの右方への移動の動作を促進する作用をもつ。そこで、以下では、図1に示す左半身用モーメント付与機構226が股関節に付与するモーメントを“右方誘導モーメント”と呼ぶことにする。
Since both the moment given in step S24 and the moment given in step S25 assist the movement of the left thigh CL of the user, they have an effect of promoting the movement of the user to the right. Therefore, in the following, the moment applied to the hip joint by the left half body
下位制御器228は、ステップS24又はステップS25の後は、右方移動促進制御を終了するか否かを判定し(ステップS26)、終了しない場合は(ステップS26;NO)、再びステップS21に戻り、図1に示した統括制御部100からの指令により右方移動促進制御を終了する場合は(ステップS26;YES)、本処理を終了する。
After step S24 or step S25, the
なお、ステップS26からステップS21に戻って同じ処理が繰り返される場合の繰り返しの周期は、ユーザの疾走の動作の半周期よりも充分に短い。この結果、右方移動促進制御では、ユーザに付与される右方誘導モーメントの股関節の周りの向きが、疾走の動作の半周期に等しい周期で切り換えられる。 The cycle of repetition when the same process is repeated from step S26 to step S21 is sufficiently shorter than the half cycle of the user's sprinting operation. As a result, in the right movement promotion control, the direction of the right guidance moment given to the user around the hip joint is switched at a cycle equal to half the cycle of the sprinting motion.
また、左半身用モーメント付与機構226は、右方誘導モーメントの大きさを制御可能な構成を有する。下位制御器228は、右方誘導モーメントの大きさを調整する制御も行う。後述するように、右方誘導モーメントの大きさの目標値は、図1に示した統括制御部100から指定される。
Further, the left half body
次に、図1に戻り、統括制御部100の構成について説明する。
Next, returning to FIG. 1, the configuration of the
図1に示すように、統括制御部100は、ユーザの位置を検出する移動検出器110を有する。移動検出器100は、例えば、衛星、地上の無線局等からの電波を受信することにより、自己の位置を時々刻々検出する受信機によって構成される。
As shown in FIG. 1, the
具体的には、移動検出器100は、GPS(Global Positioning System)衛星からの電波を受信するGPSモジュール、GPS衛星及び地上の無線局からの電波を受信するRTK(Real Time Kinematic)モジュール、地上の無線局からの赤外線等の電波を受信するビーコンモジュール又はRFID(Radio Frequency Identifier)モジュール等によって構成することができる。
Specifically, the
また、統括制御部100は、移動検出器110の検出結果を用いて、下位制御器218及び228を制御する上位制御器120を有する。上位制御器120は、ユーザの理想的な移動の経路である理想経路を表す理想経路データ122aを記憶するメモリ122と、CPU(Central Processing Unit)121とを有する。
Further, the
メモリ122には、ユーザを進行すべき方向に誘導する誘導制御の手順を規定した誘導制御プログラム122bも格納されている。CPU121は、誘導制御プログラム122bを実行することにより、誘導制御を行う。
The
誘導制御において、CPU121は、移動検出器110の検出結果と、理想経路データ122aとを用いて、ユーザを直進させるか旋回させるかを選定する。ユーザを旋回させる場合は、ユーザを右方と左方のいずれの方向に旋回させるかの選定も行う。
In the guidance control, the
そして、CPU121は、ユーザを左方に旋回させる場合は、図6に示す右方移動促進制御を停止させた状態で、図5に示す左方移動促進制御を下位制御器218に実行させる。即ち、上述した左方誘導モーメントと右方誘導モーメントとのうち、左方誘導モーメントのみをユーザに付与する。これにより、ユーザを左方に導く状態(以下、左方誘導状態という。)が実現され、ユーザの進路が左に曲げられる。
Then, when the user is turned to the left, the
一方、CPU121は、ユーザを右方に旋回させる場合は、図5に示す左方移動促進制御を停止させた状態で、図6に示す右方移動促進制御を下位制御器228に実行させる。即ち、左方誘導モーメントと右方誘導モーメントとのうち、右方誘導モーメントのみをユーザに付与する。これにより、ユーザを右方に導く状態(以下、右方誘導状態という。)が実現され、ユーザの進路が右に曲げられる。
On the other hand, when the user is turned to the right, the
以上のようにして、上位制御器120は、左方誘導状態と右方誘導状態とのいずれの状態を実現するかを選定する処理と、選定した状態(以下、選定状態という。)を身体装着具200に実現させる制御と、を繰り返し行う制御装置の機能を有する。
As described above, the
以下、図8に示すフローチャートに沿って誘導制御を具体的に説明する。 Hereinafter, the guidance control will be specifically described with reference to the flowchart shown in FIG.
図7を参照しながら、まず、図8のステップS31からS33までの動作を説明する。まず、CPU121は、ユーザの位置の検出結果を表す実検出データを移動検出器110から取得することにより(ステップS31)、ユーザの現在の位置PPを特定する。
First, the operations of steps S31 to S33 of FIG. 8 will be described with reference to FIG. 7. First, the
また、CPU121は、移動検出器110によって前回に検出されたユーザの位置と、ユーザの現在の位置PPとの、座標値の差分により、ユーザの移動方向を表す移動ベクトルV1を特定する(ステップS32)。
Further, the
一方、CPU121は、ユーザの現在の位置PPから、理想経路データ122aが表す理想経路IWに向かう理想移動ベクトルV2も別途特定する。そして、CPU121は、移動ベクトルV1を理想移動ベクトルV2に平行な方向に修正するために必要な旋回方向と旋回角度とを特定する(ステップS33)。
On the other hand, the
なお、旋回角度は、移動ベクトルV1の理想移動ベクトルV2からのずれ量を表す。図7では、移動ベクトルV1を理想移動ベクトルV2に平行な方向に修正するためには、ユーザを、進行方向に対して左方に旋回角度θだけ旋回させる必要がある場合を例示した。 The turning angle represents the amount of deviation of the movement vector V1 from the ideal movement vector V2. FIG. 7 illustrates a case where the user needs to be turned to the left by a turning angle θ with respect to the traveling direction in order to correct the movement vector V1 in a direction parallel to the ideal movement vector V2.
図8に戻り、次にCPU121は、ステップS33で特定した旋回角度がゼロであるか否かを判定し(ステップS34)、旋回角度がゼロでなければ(ステップS34;NO)、ステップS33で特定した旋回方向が左方であるか右方であるかを判定する(ステップS35)。
Returning to FIG. 8, the
そして、CPU121は、旋回方向が左方である場合(ステップS35;左方)、ユーザを左方に旋回させるべく、図6に示した右方移動促進制御を停止させた状態で、図5に示した左方移動促進制御を下位制御器218に実行させる(ステップS36)。これにより、ユーザを左方に導く左方誘導状態が実現されるので、ユーザの進路が左に曲げられる。
Then, when the turning direction is to the left (step S35; left), the
また、CPU121は、ステップS36の左方移動促進制御において、ユーザに付与する選定モーメントとしての左方誘導モーメントの大きさを、ステップS33で特定した旋回角度に応じた目標値に制御する。なお、既述のように、左方誘導モーメントの大きさは、図4に示すフライホイール211の仮想揺動軸i−AXの周りの角速度ωiの大きさで制御できる。
Further, the
具体的には、CPU121は、ステップS33で特定した旋回角度が大きいほど、ユーザに付与される左方誘導モーメントが大きくなるように、左方誘導モーメントの大きさの目標値を求め、求めた目標値を下位制御器218に与える。下位制御器218は、左方誘導モーメントの大きさが目標値と一致するように、図4に示すフライホイール211の仮想揺動軸i−AXの周りの角速度ωiの大きさを制御する。
Specifically, the
これにより、ステップS33で特定した旋回角度に応じた大きさの左方誘導モーメントがユーザに付与されるので、左方移動促進制御によってユーザの進路が左に曲げられる角度が、ステップS33で特定した旋回角度に近づけられる。 As a result, a left guidance moment having a magnitude corresponding to the turning angle specified in step S33 is given to the user, so that the angle at which the user's course is bent to the left by the left movement promotion control is specified in step S33. It can be approached to the turning angle.
一方、CPU121は、旋回方向が右方である場合(ステップS35;右方)、ユーザを右方に旋回させるべく、図5に示した左方移動促進制御を停止させた状態で、図6に示した右方移動促進制御を下位制御器228に実行させる(ステップS37)。これにより、ユーザを右方に導く右方誘導状態が実現されるので、ユーザの進路が右に曲げられる。
On the other hand, when the turning direction is to the right (step S35; right), the
また、CPU121は、ステップS37の右方移動促進制御において、ユーザに付与する選定モーメントとしての右方誘導モーメントの大きさを、ステップS33で特定した旋回角度に応じた目標値に制御する。
Further, the
具体的には、CPU121は、ステップS33で特定した旋回角度が大きいほど、ユーザに付与される右方誘導モーメントが大きくなるように、右方誘導モーメントの大きさの目標値を求め、求めた目標値を下位制御器228に与える。下位制御器228は、右方誘導モーメントの大きさが目標値と一致するように、図1に示す左半身用モーメント付与機構226を制御する。
Specifically, the
これにより、ステップS33で特定した旋回角度に応じた大きさの右方誘導モーメントがユーザに付与されるので、右方移動促進制御によってユーザの進路が右に曲げられる角度が、ステップS33で特定した旋回角度に近づけられる。 As a result, a right guidance moment having a magnitude corresponding to the turning angle specified in step S33 is given to the user, so that the angle at which the user's course is bent to the right by the right movement promotion control is specified in step S33. It can be approached to the turning angle.
次に、CPU121は、ステップS36又はステップS37を経た後は、再び移動検出器110の検出結果を参照し、ユーザが目的地に到着したか否かを判定する(ステップS38)。なお、目的値を表すデータは、予め理想経路データ122aに含まれているものとする。
Next, after passing through step S36 or step S37, the
また、CPU121は、ステップS34で旋回角度がゼロである場合には(ステップS34;YES)、ユーザをそのまま直進させればよく、既述の左方誘導状態及び右方誘導状態のいずれも実現させる必要がないので、図5に示した左方移動促進制御及び図6に示した右方移動促進制御を停止させたまま、ステップS38に移行する。
Further, when the turning angle is zero in step S34 (step S34; YES), the
CPU121は、ステップS38で目的地に到達したと判定した場合には(ステップS38;YES)、誘導制御を終了し、まだ目的地に到達していない場合には(ステップS38;NO)、ステップS31に戻って同じ処理を繰り返す。つまり、CPU121は、左方誘導状態と右方誘導状態とのいずれの状態を実現するかの選定と、選定した状態である選定状態の実現とを、ユーザが目的地に到着するまでに繰り返す。
When the
以上説明したように本実施形態によれば、身体装着具200によってユーザの関節の周りに左方誘導モーメント又は右方誘導モーメントが付与され、これによりユーザの進行すべき方向への移動の動作が促進されることで、ユーザの移動の経路が理想経路に近づけられる。このため、ユーザは、移動中に進行すべき方向を自ら積極的に把握する必要がない。つまり、ユーザは、移動中に力覚を認識し続ける必要がない。従って、ユーザの注意力が奪われにくい。 As described above, according to the present embodiment, the body fitting 200 applies a left guidance moment or a right guidance moment around the user's joint, whereby the movement of the user in the direction in which the user should proceed is performed. By being promoted, the route of movement of the user can be brought closer to the ideal route. Therefore, the user does not need to positively grasp the direction to be taken during the movement. That is, the user does not have to keep recognizing the force sense while moving. Therefore, the user's attention is not easily deprived.
また、CPU121が、ユーザの移動方向の、理想経路に向かう方向からのずれ量を表す旋回角度を特定し、特定した旋回角度に応じて、左方誘導モーメント又は右方誘導モーメントの目標値を求める。そして、CPU121は、求めた目標値の左方誘導モーメント又は右方誘導モーメントが生成されるように、身体装着具200を制御する。
Further, the
このようにして、ユーザに付与される左方誘導モーメント及び右方誘導モーメントの大きさが、理想経路に向かう方向からのずれ量に応じた値に制御されるので、ユーザの移動経路をすみやかに理想経路に近づけることができる。 In this way, the magnitudes of the left guidance moment and the right guidance moment given to the user are controlled to values according to the amount of deviation from the direction toward the ideal path, so that the user's movement path can be swiftly performed. You can get closer to the ideal route.
[実施形態2]
上記実施形態1では、ユーザの左方への移動の動作を促進する左方誘導モーメントが、ユーザの左方への移動の動作をアシストするアシストモーメントであり、ユーザの右方への移動の動作を促進する右方誘導モーメントが、ユーザの右方への移動の動作をアシストするアシストモーメントである場合を例示した。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, the left guidance moment that promotes the movement of the user to the left is an assist moment that assists the movement of the user to the left, and the movement of the user to the right. The case where the right guidance moment that promotes the movement of the user to the right is an assist moment that assists the movement of the user to the right has been illustrated.
ユーザの右方への移動の動作に負荷を与えることによっても、ユーザを左方に旋回させることができるので、左方誘導モーメントは、ユーザの右方への移動の動作に負荷を与える負荷モーメントであってもよい。また、ユーザの左方への移動の動作に負荷を与えることによっても、ユーザを右方に旋回させることができるので、右方誘導モーメントは、ユーザの左方への移動の動作に負荷を与える負荷モーメントであってもよい。以下、その具体例を述べる。 Since the user can be turned to the left by applying a load to the user's movement to the right, the left induction moment is a load moment that applies a load to the user's movement to the right. It may be. Also, the user can be turned to the right by applying a load to the user's movement to the left, so that the right guidance moment imposes a load on the user's movement to the left. It may be a load moment. A specific example will be described below.
図9に、本実施形態に係る左方移動促進制御のフローチャートを示す。この左方移動促進制御は、図1に示す左半身用身体装着具220の下位制御器228が実行する。
FIG. 9 shows a flowchart of the left movement promotion control according to the present embodiment. This left movement promotion control is executed by the
本実施形態では、図9のステップS43で角速度ωk=ゼロが左大腿部CLの振り上げの開始時点を表す場合(ステップS43;振り上げ開始時点)、下位制御器228が、左大腿部CLの振り上げを妨げる半時計回りのモーメントがユーザの左股関節の周りに付与されるように、左半身用モーメント付与機構226を制御する(ステップS44)。
In the present embodiment, when the angular velocity ω k = zero represents the start time of swinging up of the left thigh CL in step S43 of FIG. 9 (step S43; the start of swinging up), the
また、図9のステップS43で角速度ωk=ゼロが左大腿部CLの振り下ろしの開始時点を表す場合(ステップS43;振り下ろし開始時点)、下位制御器228が、左大腿部CLの振り下ろしを妨げる時計回りのモーメントがユーザの左股関節の周りに付与されるように、左半身用モーメント付与機構226を制御する(ステップS45)。
Further, in step S43 of FIG. 9, when the angular velocity ω k = zero represents the start time of swinging down of the left thigh CL (step S43; the start of swinging down), the
これにより、ユーザの右方への移動が妨げられるので、ユーザの左方への移動を促進することができる。他の処理は、図5に示した左方移動促進制御と同様である。 As a result, the movement of the user to the right is hindered, so that the movement of the user to the left can be promoted. Other processing is the same as the left movement promotion control shown in FIG.
図10には、本実施形態に係る右方移動促進制御のフローチャートを示す。この右方移動促進制御は、図1に示す右半身用身体装着具210の下位制御器218が実行する。
FIG. 10 shows a flowchart of the rightward movement promotion control according to the present embodiment. This right movement promotion control is executed by the
本実施形態では、図10のステップS53で角速度ωk=ゼロが、右大腿部CRの振り上げの開始時点を表す場合(ステップS53;振り上げ開始時点)、下位制御器218が、右大腿部CRの振り上げを妨げる半時計回りのモーメントがユーザの右股関節の周りに付与されるように、右半身用モーメント付与機構216を制御する(ステップS54)。
In the present embodiment, when the angular velocity ω k = zero in step S53 of FIG. 10 represents the start time of swinging up of the right thigh CR (step S53; the start of swinging up), the
また、図10のステップS53で角速度ωk=ゼロが、右大腿部CRの振り下ろしの開始時点を表す場合(ステップS53;振り下ろし開始時点)、下位制御器218が、右大腿部CRの振り下ろしを妨げる時計回りのモーメントがユーザの右股関節の周りに付与されるように、右半身用モーメント付与機構216を制御する(ステップS55)。
Further, when the angular velocity ω k = zero in step S53 of FIG. 10 represents the start time of swinging down of the right thigh CR (step S53; the start of swinging down), the
これにより、ユーザの左方への移動が妨げられるので、ユーザの右方への移動を促進することができる。他の処理は、図6に示した右方移動促進制御と同様である。 As a result, the movement of the user to the left is hindered, so that the movement of the user to the right can be promoted. Other processing is the same as the right movement promotion control shown in FIG.
以上説明したように本実施形態では、左半身用モーメント付与機構226が、ユーザの左半身に左方誘導モーメントとしての負荷モーメントを付与し、右半身用モーメント付与機構216が、ユーザの右半身に右方誘導モーメントとしての負荷モーメントを付与する。上位制御器120が行う誘導制御のフローは、図8に示したフローと同じである。
As described above, in the present embodiment, the left half body
[実施形態3]
上記実施形態1では、ユーザを左方に導く左方誘導状態で右方誘導モーメントの大きさをゼロとし、ユーザを右方に導く右方誘導状態で左方誘導モーメントの大きさをゼロとする誘導制御を例示した。また、上記実施形態1では、左方誘導状態でユーザの進路を左方に曲げる程度を、左方誘導モーメントの大きさで調整し、右方誘導状態でユーザの進路を右方に曲げる程度を、右方誘導モーメントの大きさで調整する誘導制御を例示した。
[Embodiment 3]
In the first embodiment, the magnitude of the right guidance moment is set to zero in the left guidance state that guides the user to the left, and the magnitude of the left guidance moment is set to zero in the right guidance state that guides the user to the right. Guidance control was illustrated. Further, in the first embodiment, the degree of bending the user's course to the left in the left guidance state is adjusted by the magnitude of the left guidance moment, and the degree of bending the user's course to the right in the right guidance state is adjusted. , The induction control adjusted by the magnitude of the right induction moment was illustrated.
左方誘導モーメントが右方誘導モーメントよりも大きければ、ユーザを左方に旋回させることができるので、左方誘導状態において、右方誘導モーメントの大きさは必ずしもゼロでなくてもよい。同様に、右方誘導モーメントが左方誘導モーメントよりも大きければ、ユーザを右方に旋回させることができるので、右方誘導状態において、左方誘導モーメントの大きさは必ずしもゼロでなくてもよい。 If the left guidance moment is larger than the right guidance moment, the user can be turned to the left, so that the magnitude of the right guidance moment does not necessarily have to be zero in the left guidance state. Similarly, if the right guidance moment is greater than the left guidance moment, the user can be turned to the right, so the magnitude of the left guidance moment does not necessarily have to be zero in the right guidance state. ..
以下、左方誘導モーメント及び右方誘導モーメントがアシストモーメントである場合について具体例を述べる。 Hereinafter, a specific example will be described of the case where the left guided moment and the right guided moment are assist moments.
図11に、本実施形態に係る誘導制御のフローチャートを示す。本実施形態においてCPU121は、まず、身体装着具200に、既述の左方移動促進制御と右方移動促進制御とを開始させる(ステップS61)。
FIG. 11 shows a flowchart of guidance control according to the present embodiment. In the present embodiment, the
これにより、ユーザに左方誘導モーメント及び右方誘導モーメントが並行して付与される状態となる。但し、CPU121は、ステップS61の段階では、左方移動促進制御においてユーザに付与される左方誘導モーメントの大きさと、右方移動促進制御においてユーザに付与される右方誘導モーメントの大きさとが等しくなるように、身体装着具200を制御する。つまり、ユーザは、直進する方向への移動がアシストされた状態となる。
As a result, the left guidance moment and the right guidance moment are applied to the user in parallel. However, in step S61, the
本実施形態では、ユーザを左方に旋回させることを、左方誘導モーメントを右方誘導モーメントよりも大きく設定することで実現する。左方への旋回角度は、左方誘導モーメントから右方誘導モーメントを差し引いた値である不均衡度によって調整する。また、ユーザを右方に旋回させることは、右方誘導モーメントを左方誘導モーメントよりも大きく設定することで実現する。右方への旋回角度は、右方誘導モーメントから左方誘導モーメントを差し引いた値である不均衡度によって調整する。 In the present embodiment, turning the user to the left is realized by setting the left guidance moment to be larger than the right guidance moment. The turning angle to the left is adjusted by the degree of imbalance, which is the value obtained by subtracting the right guiding moment from the left guiding moment. Further, turning the user to the right is realized by setting the right guidance moment to be larger than the left guidance moment. The turning angle to the right is adjusted by the degree of imbalance, which is the value obtained by subtracting the left guiding moment from the right guiding moment.
そこで、CPU121は、ステップS33では、図7に示した移動ベクトルV1を理想移動ベクトルV2に平行な方向に修正するために必要な旋回方向と旋回角度とを特定するのみならず、特定した旋回角度に応じて、左方誘導状態又は右方誘導状態における左方誘導モーメントと右方誘導モーメントとの大きさの差である不均衡度ΔMを求める。
Therefore, in step S33, the
そして、CPU121は、既述のステップS35で旋回方向が左方である場合(ステップS35;左方)、ユーザを左方に旋回させるべく、左方誘導モーメントが右方誘導モーメントよりも、ステップS33で求めた不均衡度ΔMだけ大きく設定された選定状態を、身体装着具200に実現させる(ステップS62)。
Then, when the turning direction is left in step S35 described above (step S35; left), the
一方、CPU121は、既述のステップS35で旋回方向が右方である場合(ステップS35;右方)、ユーザを右方に旋回させるべく、右方誘導モーメントが左方誘導モーメントよりも、ステップS33で求めた不均衡度ΔMだけ大きく設定された選定状態を、身体装着具200に実現させる(ステップS63)。
On the other hand, in the case where the turning direction is to the right in step S35 described above (step S35; right), the
以上、左方誘導モーメント及び右方誘導モーメントがアシストモーメントである場合を想定して誘導制御の具体例を述べたが、上記実施形態2で述べたとおり、左方誘導モーメント及び右方誘導モーメントは負荷モーメントであってもよい。左方誘導モーメント及び右方誘導モーメントが負荷モーメントである場合も、図11のフローと同じフローで誘導制御が実現できることは当業者に理解できるであろう。 In the above, a specific example of guidance control has been described assuming that the left guidance moment and the right guidance moment are assist moments, but as described in the second embodiment, the left guidance moment and the right guidance moment are It may be a load moment. Those skilled in the art will understand that even when the left induction moment and the right induction moment are load moments, induction control can be realized with the same flow as the flow of FIG.
[実施形態4]
上記実施形態1では、右半身用モーメント付与機構216が右大腿部CRに装着され、左半身用モーメント付与機構226が左大腿部CLに装着される構成を例示した。以下では、右半身用モーメント付与機構及び左半身用モーメント付与機構の装着位置を変更した具体例を述べる。
[Embodiment 4]
In the first embodiment, the configuration in which the right half body
図12に示すように、本実施形態に係る身体装着具300は、ユーザの右腕に取り付けられる右半身用身体装着具310と、ユーザの左腕に取り付けられる左半身用身体装着具320とを有する。 As shown in FIG. 12, the body fitting 300 according to the present embodiment includes a right half body fitting 310 attached to the user's right arm and a left half body fitting 320 attached to the user's left arm.
右半身用身体装着具310には、右半身用モーメント付与機構が内蔵されている。その右半身用モーメント付与機構は、ユーザの右肩関節の周りに、右腕の振りの動作をアシストすることにより左方への移動の動作を促進する左方誘導モーメントを付与する。 The body fitting 310 for the right half of the body has a built-in moment applying mechanism for the right half of the body. The right half body moment applying mechanism applies a left guidance moment around the user's right shoulder joint to promote the movement to the left by assisting the swinging motion of the right arm.
左半身用身体装着具320には、左半身用モーメント付与機構が内蔵されている。その左半身用モーメント付与機構は、ユーザの左肩関節の周りに、左腕の振りの動作をアシストすることにより右方への移動の動作を促進する右方誘導モーメントを付与する。 The left half body body fitting 320 has a built-in left half body moment applying mechanism. The left half body moment applying mechanism applies a right guidance moment around the user's left shoulder joint to promote the movement to the right by assisting the swinging motion of the left arm.
なお、右半身用モーメント付与機構が、右腕の振りの動作を妨げることにより右方への移動の動作を促進する右方誘導モーメントをユーザに付与し、左半身用モーメント付与機構が、左腕の振りの動作を妨げることにより左方への移動の動作を促進する左方誘導モーメントをユーザに付与してもよい。 In addition, the right half body moment giving mechanism gives the user a right guidance moment that promotes the movement to the right by hindering the right arm swinging motion, and the left half body moment giving mechanism gives the left arm swinging motion. The user may be provided with a left guidance moment that promotes the movement of movement to the left by interfering with the movement of.
また、右半身用身体装着具310に内蔵される右半身用モーメント付与機構、及び左半身用身体装着具320に内蔵される左半身用モーメント付与機構が、図3に示したものと同じ構成のもので実現できることは当業者に理解できるであろう。他の構成及び効果は、実施形態1と同様である。 Further, the right half body moment giving mechanism built into the right half body fitting 310 and the left half body moment giving mechanism built into the left half body fitting 320 have the same configurations as those shown in FIG. Those skilled in the art will understand that things can be achieved. Other configurations and effects are the same as in the first embodiment.
[実施形態5]
上記実施形態1では、ジャイロ効果によってモーメントを生成する右半身用モーメント付与機構216及び左半身用モーメント付与機構226を例示したが、回転の反作用によってモーメントを生成してもよい。以下、その具体例を述べる。
[Embodiment 5]
In the first embodiment, the right half body
図13に示すように、本実施形態に係るモーメント付与機構は、リアクションホイールよりなる体幹軸用モーメント付与機構410によって構成される。なお、図14は、体幹軸用モーメント付与機構410が装着されたユーザを上方からみた上面図である。
As shown in FIG. 13, the moment applying mechanism according to the present embodiment is configured by a trunk axis
体幹軸用モーメント付与機構410は、ユーザの胸部の背面、即ち背中BCから、ユーザにとって後方に向かって延在しているアーム411と、アーム411の基端をユーザの背中BCに固定する固定具412と、アーム411の先端に回転自在に取り付けられたフライホイール413と、フライホール413を回転させるモータ414と、フライホール413の回転を止めるブレーキ機構415と、モータ414及びブレーキ機構415を制御する下位制御器416とを有する。
The trunk axis
図示しないが、フライホイール413の回転軸は、上下方向に延びている。以下、フライホイール413の回転方向について時計回り/反時計回りとは、フライホイール413を上方からみた場合の回転方向を指すものとする。
Although not shown, the axis of rotation of the
モータ414がフライホイール413を時計回りに回転させ始めた瞬間、又は半時計回りに回転中のフライホイール413の回転をブレーキ機構415が停止させた瞬間に、右肩が前に出る向きにユーザの身体をねじるモーメントMAが、ユーザに付与される。このモーメントMAは、ユーザの左方向への移動をアシストするので左方誘導モーメントである。
The moment the
また、モータ414がフライホイール413を半時計回りに回転させ始めた瞬間、又は時計回りに回転中のフライホイール413の回転をブレーキ機構415が停止させた瞬間に、左肩が前に出る向きにユーザの身体をねじるモーメントMBが、ユーザに付与される。このモーメントMBは、ユーザの右方向への移動をアシストするので右方誘導モーメントである。
Further, the moment the
従って、下位制御器416は、図1に示した統括制御部100からの指令に応じて、ユーザに左方誘導モーメントを付与する左方誘導状態と、ユーザに右方誘導モーメントを付与する右方誘導状態とを選択的に実現させることができる。
Therefore, the
また、下位制御器416は、モータ414がフライホイール413に与えるトルクを制御することによって、左方誘導モーメント及び右方誘導モーメントの各々の大きさを調整できる。モータ44がフライホイール413に与える時計回りのトルクと、反時計回りのトルクとを各々独立に制御できるので、左方誘導モーメントと右方誘導モーメントとの大きさを異ならせることもできる。従って、本実施形態でも、図8に示した誘導制御と同様の制御が可能である。
Further, the
なお、ユーザの身体には、ユーザの疾走の動作の周期を特定可能な物理量として加速度を検出する物理量検出器としての加速度検出器420が取り付けられる。下位制御器416は、角速度検出器420の検出結果を用いて、左方誘導モーメント及び右方誘導モーメントの付与の周期がユーザの疾走の動作の周期と一致するように、モータ414及びブレーキ機構415を制御する。他の構成及び効果は、実施形態1と同様である。
An
[実施形態6]
上記実施形態1では、上位制御器120のメモリ122に理想経路データ122aが予め格納されている構成を例示したが、理想経路データ122aは上位制御器120によって逐次に取得されてもよい。以下、その具体例を述べる。
[Embodiment 6]
In the first embodiment, the configuration in which the
図14に示すように、本実施形態では、伴走体としての伴走者U2が、ユーザU1と並んで疾走する状況を想定する。伴走者U2には、伴走者U2の移動方向をリアルタイムに検出する伴走体用移動検出器としての伴走者用移動検出器500が取り付けられている。
As shown in FIG. 14, in the present embodiment, it is assumed that the companion U2 as the companion runs alongside the user U1. The companion U2 is equipped with a
本実施形態では、図1に示した上位制御器120が、伴走者用移動検出器500から、伴走者U2の移動方向の検出結果を表す移動方向データを理想経路データ122aとしてリアルタイムに無線で取得する。
In the present embodiment, the
そして、上位制御器120は、まず移動方向データを用いて、伴走者U2の移動方向を表す移動ベクトルV3を特定する。次に、上位制御器120は、移動ベクトルV3をユーザの現在の位置PPに平行移動させた理想移動ベクトルV4を特定する。
Then, the
次に、上位制御器120は、ユーザの移動方向を表す移動ベクトルV1を理想移動ベクトルV4に一致させるために必要な旋回方向と旋回角度とを特定する。本実施形態ではこのような処理が、図8のステップS33において行われる。
Next, the
図14では、移動ベクトルV1を理想移動ベクトルV2に一致させるためには、ユーザを、進行方向に対して左方に旋回角度θだけ旋回させる必要がある場合を例示した。なお、ユーザの現在の位置PPと移動ベクトルV1との特定方向は、図7を参照して説明したとおりである。他の構成及び効果は、実施形態1と同様である。 FIG. 14 illustrates a case where the user needs to be swiveled to the left by a swivel angle θ with respect to the traveling direction in order to match the movement vector V1 with the ideal movement vector V2. The specific directions of the user's current position PP and the movement vector V1 are as described with reference to FIG. 7. Other configurations and effects are the same as in the first embodiment.
以上、実施形態1−6について説明した。以下に述べる変形も可能である。 The first to sixth embodiments have been described above. The modifications described below are also possible.
上記実施形態1では、上位制御器120がユーザの身体に装着される構成を例示したが、上位制御器120の位置は特に限定されない。上位制御器120は、無線を通じて遠隔から下位制御器218及び228を制御することができる。従って、上位制御器120は、地上の任意の場所に固定されていてもよい。
In the first embodiment, the configuration in which the
上記実施形態5では、体幹軸用モーメント付与機構410をユーザの胸部に装着する構成を例示したが、体幹軸用モーメント付与機構410は、ユーザの頭部又は腰部に装着してもよい。ユーザの頭部又は腰部をねじるモーメントをユーザに付与することによっても、ユーザの左方又は右方への移動の動作がアシストされる。
In the fifth embodiment, the configuration in which the trunk axis
上記実施形態1−5を相互に組み合わせることも可能である。例えば、図2に示した右半身用身体装着具210及び左半身用身体装着具220と、図13に示した右半身用身体装着具310及び左半身用身体装着具320とを併用してもよいし、さらに、図14に示した体幹軸用モーメント付与機構410を併用してもよい。
It is also possible to combine the above embodiments 1-5 with each other. For example, even if the right half body fitting 210 and the left half body fitting 220 shown in FIG. 2 and the right half body fitting 310 and the left half body fitting 320 shown in FIG. 13 are used in combination. Alternatively, the trunk axis
上記実施形態6では、ユーザと並んで移動することにより規範となる移動方向を示す伴走体が、人である場合を例示した。伴走体は、例えば、自動車、自転車、ドローン等の回転翼機であってもよい。 In the sixth embodiment, the case where the companion body indicating the movement direction that becomes the norm by moving side by side with the user is a person is illustrated. The companion body may be, for example, a rotary wing aircraft such as an automobile, a bicycle, or a drone.
図1に示す誘導制御プログラム122bをコンピュータにインストールすることで、そのコンピュータに、移動検出器110の検出結果を取得する取得機能と、取得した検出結果と理想経路データ122aとを用いて、進行すべき方向へのユーザの移動が促進されるように身体装着具200を制御する制御機能とを実現させることができる。誘導制御プログラム122bは、通信ネットワークを介して配布してもよいし、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布してもよい。
By installing the
100…統括制御部、
110…移動検出器、
120…上位制御器(制御装置)、
121…CPU、
122…メモリ、
122a…理想経路データ、
122b…誘導制御プログラム、
200…身体装着具(モーメント付与機構)、
210…右半身用身体装着具、
210A…本体部、
210B…ベルト、
211…フライホイール、
212…自転用モータ、
213…保持部材、
214…基枠、
215…揺動用モータ、
216…右半身用モーメント付与機構、
217…角速度検出器、
218…下位制御器、
219…バッテリ、
220…左半身用身体装着具、
220A…本体部、
220B…ベルト、
226…左半身用モーメント付与機構、
227…角速度検出器、
228…下位制御器、
229…バッテリ、
300…身体装着具、
310…右半身用身体装着具(右半身用モーメント付与機構)、
320…左半身用身体装着具(左半身用モーメント付与機構)、
410…体幹軸用モーメント付与機構、
411…アーム、
412…固定具、
413…フライホイール、
414…モータ、
415…ブレーキ機構、
416…下位制御器、
420…加速度検出器、
500…伴走者用移動検出器(伴走体用移動検出器)、
600…誘導装置、
BC…背中、
CL…左大腿部、
CM…重心、
CR…右大腿部、
IW…理想経路、
i−AX…仮想揺動軸、
j−AX…仮想自転軸、
k−AX…仮想回転軸、
NL…仮想中立線、
PP…ユーザの現在の位置、
U1…ユーザ、
U2…伴走者(伴走体)、
V1,V3…移動ベクトル、
V2,V4…理想移動ベクトル。
100 ... Integrated control unit,
110 ... Movement detector,
120 ... Upper controller (control device),
121 ... CPU,
122 ... Memory,
122a ... Ideal route data,
122b ... Induction control program,
200 ... Body wearer (moment applying mechanism),
210 ... Body fittings for the right half of the body,
210A ... Main body,
210B ... Belt,
211 ... Flywheel,
212 ... Motor for rotation,
213 ... Holding member,
214 ... Base frame,
215 ... rocking motor,
216 ... Right half body moment applying mechanism,
217 ... Angular velocity detector,
218 ... Lower controller,
219 ... Battery,
220 ... Body wear for the left half of the body,
220A ... Main body,
220B ... Belt,
226 ... Moment applying mechanism for the left half of the body,
227 ... Angular velocity detector,
228 ... Lower controller,
229 ... Battery,
300 ... Body wear,
310 ... Right-sided body fitting (right-sided moment-giving mechanism),
320 ... Body attachment for the left half of the body (moment applying mechanism for the left half of the body),
410 ... Moment applying mechanism for trunk axis,
411 ... Arm,
412 ... Fixture,
413 ... Flywheel,
414 ... Motor,
415 ... Brake mechanism,
416 ... Lower controller,
420 ... Accelerometer,
500 ... Movement detector for companion (movement detector for companion),
600 ... Guidance device,
BC ... back,
CL ... Left thigh,
CM ... Center of gravity,
CR ... Right thigh,
IW ... ideal route,
i-AX ... Virtual swing axis,
j-AX ... Virtual rotation axis,
k-AX ... Virtual rotation axis,
NL ... Virtual Neutral Line,
PP ... User's current position,
U1 ... User,
U2 ... Accompanied person (accompanied body),
V1, V3 ... Movement vector,
V2, V4 ... Ideal movement vector.
Claims (8)
前記ユーザの身体に装着され、前記ユーザの関節の周りに、前記ユーザの左方への移動の動作を促進する左方誘導モーメントと、前記ユーザの右方への移動の動作を促進する右方誘導モーメントとを付与可能なモーメント付与機構と、
前記移動検出器の検出結果を表す実検出データと、前記ユーザの理想的な移動の経路である理想経路を表す理想経路データとを用いて、前記左方誘導モーメントが前記右方誘導モーメントよりも大きい左方誘導状態と、前記右方誘導モーメントが前記左方誘導モーメントよりも大きい右方誘導状態とのいずれの状態を実現するかを選定する処理と、選定した前記状態である選定状態を前記モーメント付与機構に実現させる制御とを繰り返すことにより、前記ユーザの移動の経路を前記理想経路に近づける制御装置と、
を備える、誘導装置。 A movement detector that detects the user's position or movement direction,
A left induction moment that is worn on the user's body and promotes the user's leftward movement around the user's joints and a right side that promotes the user's rightward movement. A moment giving mechanism that can give an induced moment and
Using the actual detection data representing the detection result of the movement detector and the ideal path data representing the ideal path which is the ideal movement path of the user, the left guidance moment is larger than the right guidance moment. The process of selecting which state to realize, the large left guidance state or the right guidance state in which the right guidance moment is larger than the left guidance moment, and the selected state, which is the selected state, are described above. A control device that brings the user's movement path closer to the ideal path by repeating the control realized by the moment applying mechanism.
A guidance device.
前記制御装置が、前記実検出データを用いて特定される前記ユーザの前記移動方向の、前記理想経路に向かう方向からのずれ量を表す旋回角度を特定し、特定した前記旋回角度に応じて、前記左方誘導状態又は前記右方誘導状態における前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの大きさの差である不均衡度を求め、求めた前記不均衡度を有する前記選定状態を前記モーメント付与機構に実現させる、
請求項1に記載の誘導装置。 The moment applying mechanism is configured to be able to control the magnitudes of the left guided moment and the right guided moment.
The control device specifies a turning angle representing the amount of deviation of the moving direction of the user from the direction toward the ideal path specified by using the actual detection data, and the turning angle corresponds to the specified turning angle. The degree of imbalance, which is the difference in magnitude between the left guided moment and the right guided moment in the left guided state or the right guided state, is obtained, and the selected state having the obtained imbalance is defined as the selected state. Realized in the moment giving mechanism,
The guidance device according to claim 1.
前記ユーザの右半身に装着され、前記右半身に前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの一方のモーメントを付与する右半身用モーメント付与機構と、
前記ユーザの左半身に装着され、前記左半身に前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの他方のモーメントを付与する左半身用モーメント付与機構と、
を有する、請求項1又は2に記載の誘導装置。 The moment applying mechanism
A moment giving mechanism for the right half of the body, which is attached to the right half of the user and gives one of the left guided moment and the right guided moment to the right half of the body.
A moment applying mechanism for the left half of the body, which is attached to the left half of the user and imparts the other moment of the left guided moment and the right guided moment to the left half of the body.
The guidance device according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の誘導装置。 The right half body moment giving mechanism switches the direction of the moment given to the right half body at a cycle equal to a half cycle of the walking or sprinting motion of the user, and the left half body moment giving mechanism changes the direction of the moment to the left. The direction of the moment applied to the half body is switched at a cycle equal to the half cycle.
The guidance device according to claim 3.
前記ユーザの頭部、胸部、又は腰部に装着され、前記ユーザの身体をねじる向きの前記左方誘導モーメント及び前記右方誘導モーメントを前記身体に付与する体幹軸用モーメント付与機構、
を有する、請求項1から4のいずれか1項に記載の誘導装置。 The moment applying mechanism
A trunk axis moment imparting mechanism that is attached to the user's head, chest, or lumbar region and imparts the left guiding moment and the right guiding moment in a direction that twists the user's body to the body.
The guidance device according to any one of claims 1 to 4.
請求項5に記載の誘導装置。 The trunk axis moment applying mechanism applies the left guidance moment and the right guidance moment to the body at a cycle equal to the cycle of the walking or sprinting motion of the user.
The guidance device according to claim 5.
をさらに備え、
前記制御装置が、前記伴走体用移動検出器の検出結果を前記理想経路データとして前記伴走体用移動検出器から取得する、
請求項1から6のいずれか1項に記載の誘導装置。 A movement detector for a companion that is attached to a companion that moves side by side with the user and detects the position or direction of the companion.
With more
The control device acquires the detection result of the accompanying vehicle movement detector as the ideal route data from the accompanying vehicle movement detector.
The guidance device according to any one of claims 1 to 6.
を制御するコンピュータに、
前記ユーザの位置又は移動方向の検出結果を取得する取得機能と、
前記取得機能によって取得した前記検出結果と、前記ユーザの理想的な移動の経路である理想経路を表す理想経路データとを用いて、前記左方誘導モーメントが前記右方誘導モーメントよりも大きい左方誘導状態と、前記右方誘導モーメントが前記左方誘導モーメントよりも大きい右方誘導状態とのいずれの状態を実現するかを選定する処理と、選定した前記状態である選定状態を前記モーメント付与機構に実現させる制御とを繰り返すことにより、前記ユーザの移動の経路を前記理想経路に近づける制御機能と、
を実現させる、誘導制御プログラム。 A left guidance moment that is worn on the user's body and promotes the movement of the user to the left and a right guidance that promotes the movement of the user to the right around the user's joint. Moment giving mechanism that can give moments,
To the computer that controls
An acquisition function that acquires the detection result of the user's position or movement direction, and
Using the detection result acquired by the acquisition function and the ideal path data representing the ideal path which is the ideal movement path of the user, the left guidance moment is larger than the right guidance moment on the left side. The process of selecting which state to realize, the induction state or the right induction state in which the right induction moment is larger than the left induction moment, and the selected state, which is the selected state, are selected by the moment applying mechanism. A control function that brings the user's movement route closer to the ideal route by repeating the control to be realized in
Guidance control program that realizes.
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