JP4336776B2 - Skill training equipment - Google Patents

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JP4336776B2 JP2004007207A JP2004007207A JP4336776B2 JP 4336776 B2 JP4336776 B2 JP 4336776B2 JP 2004007207 A JP2004007207 A JP 2004007207A JP 2004007207 A JP2004007207 A JP 2004007207A JP 4336776 B2 JP4336776 B2 JP 4336776B2
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Description

本発明は、所定の技能を習得するための技能訓練装置に関する。   The present invention relates to a skill training apparatus for acquiring a predetermined skill.

従来、スポーツや、手術を行う際の技能等の各種技能の習得を目的として、訓練者が技能の訓練を行うための種々の技能訓練装置が知られている。
例えば、訓練者がゴルフクラブのスイングなどの所定動作をしている最中に、訓練者による運動パターンを測定する測定手段と、測定手段により測定された運動パターンと予め設定された目標運動パターンとを比較し、その誤差に応じて、目標運動パターンを実現するための刺激を訓練者に対して付与する刺激付与手段とを備えた技能訓練装置が知られている。倒立振子
特許第2562786号公報
2. Description of the Related Art Conventionally, various skill training apparatuses are known for trainers to train skills for the purpose of acquiring various skills such as sports and skills for performing surgery.
For example, while the trainee is performing a predetermined motion such as a swing of a golf club, a measurement unit that measures the exercise pattern by the trainee, an exercise pattern measured by the measurement unit, and a preset target exercise pattern There is known a skill training device that includes a stimulus applying unit that compares the above and according to the error, and applies a stimulus to the trainee for realizing a target exercise pattern. Inverted pendulum
Japanese Patent No. 2562786

ところで、従来の技能訓練装置にて訓練者が技能訓練のために行う動きについて、訓練者にとっての最適な運動パターンは、訓練者毎の体格や性格など種々の要因により変わるため、予め設定された目標運動パターンとの間に多少の違いがある場合がほとんどである。そして、この違いが大きい場合、目標運動パターンに合わせた動作をしようすると訓練者にとって無理な動きとなり、訓練者の体に負担がかかってしまうことが考えられる。   By the way, the movement pattern that the trainer performs for skill training with the conventional skill training device is set in advance because the optimal exercise pattern for the trainee varies depending on various factors such as the physique and personality of each trainer. In most cases, there is a slight difference from the target movement pattern. If this difference is large, it may be impossible for the trainee to perform an action that matches the target exercise pattern, and the trainer's body may be burdened.

これに対して、技能訓練装置の目標運動パターンを複数登録して、この目標運動パターンそれぞれを訓練者の体格や性格などの違いに対応するよう変更したものとすることにより、個人差に対応できるようにすることが考えられる。しかし、各訓練者に対してどの目標運動パターンが適しているか判断が難しいという問題が考えられる。   On the other hand, by registering multiple target exercise patterns of the skill training device and changing each of these target exercise patterns to correspond to differences in the trainer's physique, personality, etc., individual differences can be handled. It is possible to do so. However, there is a problem that it is difficult to determine which target exercise pattern is suitable for each trainer.

一方、技能の習得のために従来から行われている方法として、習得させようとする技能に習熟した指導者が訓練者に対して手取り足取りで指導して、技能を伝承する方法が知られている。   On the other hand, as a conventional method for acquiring skills, there is known a method in which a teacher who is proficient in the skill to be acquired teaches the trainer by taking a gait and takes over the skill. Yes.

この方法であれば、指導者が、訓練者の体格、性格、その動作に対する熟練度などを感じ取って、訓練者に合った指導を行うため、訓練者は、訓練者に適した運動パターンの訓練ができ、技能の上達が早い。また、指導者により手取り足取りで指導される訓練は、力触覚を伴うため、技能のように訓練者自らが主体的に獲得する必要がある場合に効果が大きい。   With this method, the instructor senses the trainee's physique, personality, and skill level of the movement, and provides guidance suitable for the trainer. Can improve skills quickly. In addition, the training that is instructed by the gait by the instructor is accompanied by a force-tactile sensation, so that the effect is great when the instructor himself / herself needs to acquire independently like a skill.

しかし、指導者により指導する方法の場合、優れた指導者は数が少なく、指導者一人が一度に指導できる訓練者の数が限定されるため、多くの訓練者を指導することができないという問題がある。   However, in the case of the method of instructing by an instructor, the number of excellent instructors is small, and the number of trainers that one instructor can instruct at a time is limited, so it is not possible to instruct many trainers. There is.

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、指導者がいない時に、指導者により指導されているような訓練を行える技能訓練装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to provide a skill training apparatus capable of performing training as instructed by a leader when there is no leader.

かかる目的を達成するためになされた請求項1記載の技能訓練装置においては、動作検出手段が、訓練者の動きを検出し、演算手段が、動作検出手段による検出結果と予め設定された演算条件とに基づき、訓練者の動きを適正な動きに矯正するための第1矯正力を演算し、矯正手段が、演算手段にて演算された第1矯正力を発生して訓練者に与えることにより訓練者の動きを矯正する。   The skill training apparatus according to claim 1, wherein the motion detection means detects the movement of the trainee, and the calculation means detects the detection result by the motion detection means and preset calculation conditions. Based on the above, the first correction force for correcting the exerciser's movement to an appropriate movement is calculated, and the correction means generates the first correction force calculated by the calculation means and gives it to the trainee. Correct the movement of the trainee.

また、指導者が訓練者を直接指導している時には、第2矯正力検出手段が、訓練者に対して指導者により実際に加えられる第2矯正力を検出し、矯正手段の動作を停止している時には、記憶手段が、第2矯正力検出手段にて検出された第2矯正力と、動作検出手段による検出結果とをサンプリングして記憶する。そして、外部から更新指令が入力されると、更新手段が、記憶手段にて記憶されたデータに基づき、演算手段にて算出される第1矯正力が訓練者に対して加えられる第2矯正力に近づくように演算条件を更新する。 Further, when the instructor is directly instructing the trainee, the second corrective force detecting means detects the second corrective force actually applied to the trainee by the instructor and stops the operation of the corrective means. The storage means samples and stores the second correction force detected by the second correction force detection means and the detection result by the motion detection means. Then, when an update command is input from the outside, the second correction force is applied to the trainee by the update means based on the data stored in the storage means and the first correction force calculated by the calculation means. Update the calculation conditions so that

この結果、本発明の技能訓練装置によれば、更新手段にて演算条件を変更することにより、訓練者に適した動作となるように指導者により加えられた第2矯正力に近い第1矯正力を、演算手段が演算して、矯正手段により訓練者に加えることができる。   As a result, according to the skill training apparatus of the present invention, the first correction close to the second correction force applied by the instructor so that the operation is suitable for the trainee by changing the calculation condition by the updating means. The force can be calculated by the calculation means and applied to the trainee by the correction means.

これにより、訓練者は、指導者がいない間も、指導者により指導を受けているのと同様の第1矯正力を受けて、訓練者に適した動作での技能訓練を行うことができる。そして、矯正力という力触覚を伴った訓練となるため、技能のような訓練者が主体的に技能を獲得する必要がある場合に対して、より効果的な訓練ができる。   Accordingly, the trainer can perform skill training with an operation suitable for the trainer by receiving the same first correction force as that being trained by the trainer even when there is no trainer. And since it becomes training accompanied by the force tactile sense of correction power, more effective training can be performed when a trainee like a skill needs to acquire the skill independently.

また、本技能訓練装置により、指導者が一人の訓練者に対して指導する時間を減らすことができ、指導者が指導できる訓練者の数を多くすることができる。
また、訓練者は、ある程度熟練度が上がると再度指導者による指導を受けて、この時に更新手段により演算条件を変更させることにより、訓練者の熟練度に応じた技能訓練を行うようにもできる。
In addition, the skill training apparatus can reduce the time for which the instructor teaches one trainer, and can increase the number of trainers that the instructor can instruct.
In addition, the trainer can receive the guidance from the instructor again when the skill level increases to some extent, and change the calculation conditions by the update means at this time, so that the skill training according to the skill level of the trainee can be performed. .

ところで、請求項1に記載の技能訓練装置において、動作検出手段にて検出する訓練者の動きとしては、訓練者の動作箇所の位置や速度など種々考えられるが、例えば、動作箇所の位置だけを訓練者の動きとして検出した場合、訓練者が動作を行おうとして力を加えると、この力による変位が検出されてから第1矯正力が加えられることになり、タイムラグが生じて違和感を生じることが考えられる。このため、第1矯正力を、違和感が無く指導者による第2矯正力に近づけるには、請求項2に記載のように、動作検出手段が、訓練者の動きの1つとして、訓練者が動く際に発生する力を検出するよう構成すると良い。   By the way, in the skill training apparatus according to claim 1, as the movement of the trainee detected by the motion detection means, various positions such as the position and speed of the trainee's motion part can be considered. When the trainee detects a movement of the trainee and applies a force to try to move, the first correction force is applied after the displacement due to this force is detected, resulting in a time lag and a sense of incongruity. Can be considered. For this reason, in order to bring the first correction force close to the second correction force by the instructor without a sense of incongruity, as described in claim 2, the motion detection means is one of the movements of the trainee. It is good to comprise so that the force generated when moving may be detected.

つまり、このような構成によれば、演算手段にて第1矯正力を演算する際に基にする動作検出手段の検出結果に、訓練者が動く際に発生する力が含まれ、訓練者が発生した力に応じた第1矯正力を矯正手段から加えるようにできる。このため、訓練者に加えられる第1矯正力にタイムラグが無く、実際に指導者が訓練者の操作力を感じとって第2矯正力を加えている状態に近づけることができる。また、訓練者は、第1矯正力を受けると、動きを補正するため、訓練者の動きによる力と、訓練者への第1矯正力との間に、双方向性を持たせることができる。   That is, according to such a configuration, the force generated when the trainee moves is included in the detection result of the motion detection unit based on the calculation of the first correction force by the calculation unit. A first correction force corresponding to the generated force can be applied from the correction means. For this reason, there is no time lag in the first correction force applied to the trainee, and it is possible to approach the state where the instructor actually feels the operation force of the trainer and is applying the second correction force. In addition, when the trainee receives the first correction force, the trainee corrects the movement, so that the trainee can have bidirectionality between the force caused by the trainer's movement and the first correction force applied to the trainee. .

尚、ここでの動作検出手段が検出する力は、訓練者の力そのものであってもよいし、訓練者の動きの加速度などから推測されるものであってもよい。
但し、動作検出手段が、訓練者が動く際に発生する力の検出や推測をせず、訓練者の動きとして訓練者の動作箇所の位置や速度だけを検出し、演算手段が、この検出結果を基に第1矯正力を演算するよう構成してもよい。このようにすれば、訓練者が動いた時に矯正手段によって第1矯正力が加えられるようにできる。これにより、例えば、指導者の手に訓練者の手を添えて、訓練者が指導者の動きをトレースするような訓練を行うことができる。このような訓練は、訓練者の熟練度が低い場合や動きに癖がある場合などに効果がある。このように、訓練者の性格や熟練度などに応じて、訓練者の動作力を演算手段にて第1矯正力を演算する際の基にするか否かを切り換えて訓練できるようにすると良い。
It should be noted that the force detected by the motion detection means here may be the trainee's force itself, or may be estimated from the acceleration of the trainee's movement.
However, the motion detection means does not detect or estimate the force generated when the trainee moves, but only detects the position and speed of the trainee's motion location as the trainee's motion, and the computing means detects this detection result. The first correction force may be calculated based on the above. In this way, the first correcting force can be applied by the correcting means when the trainee moves. Thereby, for example, the trainer's hand can be attached to the instructor's hand so that the trainer can trace the instructor's movement. Such training is effective when the trainee's skill level is low or when there is a habit of movement. In this way, it is preferable to be able to train by switching whether or not the operating force of the trainee is used as the basis for calculating the first correction force by the calculation means, depending on the personality and skill level of the trainee. .

また、請求項1又は請求項2に記載の技能訓練装置は、訓練者が操作対象物を操作する時の訓練者の動きを矯正するためのものである場合に、請求項3に記載のように、動作検出手段を、訓練者の動きに加えて、操作対象物の動作状態を検出するように構成すると良い。   Further, the skill training apparatus according to claim 1 or claim 2 is for correcting the movement of the trainee when the trainee operates the operation target. In addition, the motion detection means may be configured to detect the motion state of the operation target in addition to the motion of the trainee.

つまり、このように構成すれば、演算手段への入力に操作対象物の動作状態が含まれ、操作対象物の動作状態に応じて適正な第1矯正力を訓練者に加えることができる。
例えば、野球におけるバットのスイング動作の訓練を行うための技能訓練装置にて、単なる素振りでは無く、実際に球を打つときのスイング動作の訓練を行う場合に、操作対象物である球の軌道を検出することにより、この球の軌道に応じて訓練者のスイング動作が適正な動作になるように第1矯正力を加えることができる。
That is, if comprised in this way, the operation state of an operation target object will be included in the input to a calculating means, and the appropriate 1st correction force according to the operation state of an operation target object can be added to a trainee.
For example, in a skill training device for training bat swing motion in baseball, when performing swing motion training when actually hitting a ball rather than simply swinging, the trajectory of the ball that is the operation target is By detecting, the first correction force can be applied so that the swing motion of the trainee becomes an appropriate motion according to the trajectory of the sphere.

尚、本発明の技能訓練装置は、技能訓練が目的であるため、操作対象物は実際の物で無くても良く、操作対象物の動作状態は、実際の操作対象物の動作状態を検出したもの以外に、仮想の操作対象物の動作状態を推測したものであっても良い。   In addition, since the skill training apparatus of the present invention is intended for skill training, the operation object may not be an actual object, and the operation state of the operation object is detected from the actual operation object. In addition to the above, an operation state of a virtual operation target may be estimated.

また、請求項1に記載の技能訓練装置は、訓練者が操作対象物を操作する際の動きを矯正するためのものである場合に、動作検出手段を、訓練者の動きに換えて、操作対象物の動作状態を検出するように構成しても良い。   In addition, the skill training device according to claim 1 is a device for correcting the motion when the trainee operates the operation target, and replacing the motion detection means with the motion of the trainee. You may comprise so that the operation state of a target object may be detected.

つまり、このように構成すれば、訓練者の動きに影響されず、操作対象物の動きにのみに応じて第1矯正力が加えられるようにできる。これにより、操作対象の動きに対する指導者によるお手本となる動きをトレースするような訓練を行うことができる。   That is, if comprised in this way, a 1st correction force can be applied only according to a motion of an operation target object, without being influenced by a motion of a trainee. Thereby, the training which traces the movement used as the model by the leader with respect to the movement of the operation target can be performed.

また、請求項1〜請求項4に記載の技能訓練装置における演算手段による演算方法は種々あり、例えば、訓練者の動きと第1矯正力との関係を関数や条件式により表した演算条件を用いる方法が考えられる。しかし、人間の動きを入力とする場合、通常、複数箇所の位置、速度、加速度、及び、力の要素が入力項目となり、この入力項目それぞれが互いに絡み合って第1矯正力に影響を及ぼすため、演算条件は、複雑且つ多数となることが多く、このような演算手段及び更新手段の設計は大変である。このため、演算手段及び更新手段を設計し易くするには、請求項5に記載のように構成すると良い。   Moreover, there are various calculation methods by the calculation means in the skill training apparatus according to claims 1 to 4, for example, a calculation condition expressing a relationship between the exerciser's movement and the first correction force by a function or a conditional expression. The method to use can be considered. However, when inputting human movements, since the elements of multiple positions, speeds, accelerations, and forces are usually input items, and each of these input items is entangled with each other and affects the first correction force, The calculation conditions are often complicated and numerous, and the design of such calculation means and update means is difficult. For this reason, in order to make it easy to design the calculating means and the updating means, it is preferable to configure as in the fifth aspect.

即ち、請求項5に記載の技能訓練装置においては、動作検出手段にて検出された結果を入力とし、第1矯正力が出力となるようにニューロンと結合荷重との関係を記述した神経回路網モデルに則して、演算手段が第1矯正力を演算し、更新手段が、外部から更新指令が入力された時に、記憶手段にて記憶されたデータに基づき、演算手段にて算出される第1矯正力が訓練者に対して加える第2矯正力に近づくように結合荷重を更新する。   That is, in the skill training apparatus according to claim 5, the neural network that describes the relationship between the neuron and the connection load so that the result detected by the motion detection means is input and the first correction force is output. In accordance with the model, the calculation means calculates the first correction force, and the update means calculates the first correction force calculated by the calculation means based on the data stored in the storage means when an update command is input from the outside. The combined load is updated so that the first correction force approaches the second correction force applied to the trainee.

この結果、本発明(請求項5)によれば、演算手段を容易に設計することができる。つまり、神経回路網モデル(いわゆるニューラルネットワークモデル)は、ニューロンのつながりを種々組み合わせて記述するものであり、各入力が互いに影響しあう状態を、各入力が入力されたニューロンや、その他のニューロンをつなぎ合わせるだけで容易に記述することができる。また、更新の方法は、周知の方法がいくつかあり、これに基づいて更新すればよく、更新手段の設計を容易にすることができる。   As a result, according to the present invention (Claim 5), the calculation means can be easily designed. In other words, a neural network model (so-called neural network model) describes a combination of neurons in various combinations, and describes the state in which each input affects each other, the neuron to which each input is input, and other neurons. It can be easily described simply by joining them together. In addition, there are several well-known methods for updating, and it is sufficient to update based on this, and the design of the updating means can be facilitated.

一方、技能の訓練を行う際は、四六時中指導者が付いて矯正力を加えているよりも、ある程度の時間毎に、自分だけで訓練を行う期間がある方が、上達の度合いが高いことが知られている。   On the other hand, when performing skill training, the degree of improvement is better if there is a period during which training is carried out by yourself alone at some time rather than when the instructor is attached all the time and corrective power is added. It is known to be expensive.

この訓練方法を実現するために、請求項1〜請求項5に記載の技能訓練装置を、請求項6に記載のように、予め設定されたスケジュールに基づき、切換手段が、時間経過に応じて矯正手段の動作停止及び停止解除を切り換えるように構成すると良い。   In order to implement this training method, the skill training apparatus according to any one of claims 1 to 5 can be switched according to the passage of time based on a preset schedule as described in claim 6. It is good to comprise so that operation stop and stop cancellation | release of a correction means may be switched.

このような構成によれば、スケジュールを、矯正手段により第1矯正力を加える期間と、第1矯正力を加えない期間とが交互に生じるよう設定して、訓練の効率を高めることができる。   According to such a configuration, it is possible to increase the efficiency of training by setting the schedule such that a period in which the first correction force is applied by the correction means and a period in which the first correction force is not applied alternately occur.

以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。
図1は、実施例の技能訓練装置の全体構成を表し、図2は、実施例の技能訓練装置による動作を機能ブロックで表した説明図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 illustrates an overall configuration of the skill training apparatus according to the embodiment, and FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating operations of the skill training apparatus according to the embodiment as functional blocks.

本実施例の技能訓練装置は、仮想空間において1軸方向に移動する台の上に置かれ、1軸方向に移動可能な棒状の仮想倒立振子を、仮想倒立振子が倒れようとする方向へ台を移動して倒れないようにする技能を訓練者Pが訓練し習得するための装置である。つまり、鉛筆や、箒の柄など細長い棒状の倒立振子の一端を手の平の上に置き、この倒立振子が倒れないように手を動かす遊びを模擬したものであり、この遊びを通じて得られるバランス感覚などを獲得するための装置である。   The skill training apparatus according to the present embodiment is placed on a table that moves in one axial direction in a virtual space, and a bar-shaped virtual inverted pendulum that can move in one axial direction is placed in a direction in which the virtual inverted pendulum tends to fall. This is a device for the trainer P to train and acquire the skill that prevents the robot from falling down. In other words, it simulates the play of moving a hand so that the inverted pendulum does not fall down by placing one end of an elongated pendant inverted pendulum such as a pencil or a spear on the palm of the hand. It is a device for acquiring.

本実施例の技能訓練装置は、図1に示すように、仮想倒立振子33aが投影されるスクリーン33と、仮想倒立振子33aの体勢などを演算する演算用コンピュータ10と、この演算結果を基に画像信号を生成する表示用コンピュータ31と、この画像信号による映像をスクリーン33へ投射するプロジェクタ32と、スクリーン33の手前に配設されたステータ28と、そのステータ28上に設けられたスライダ27と、スライダ27を駆動するためのドライバ29とで構成されている。   As shown in FIG. 1, the skill training apparatus of the present embodiment is based on a screen 33 on which a virtual inverted pendulum 33a is projected, an arithmetic computer 10 that calculates the posture of the virtual inverted pendulum 33a, and the like, and the calculation result. A display computer 31 that generates an image signal, a projector 32 that projects an image based on the image signal onto a screen 33, a stator 28 disposed in front of the screen 33, and a slider 27 provided on the stator 28 , And a driver 29 for driving the slider 27.

そして、スライダ27には、訓練者Pがスライダ27を操作するためのハンドル21と、訓練者Pの操作を指導者Tが矯正するためのハンドル22と、2つのフォースセンサ23,24と、レゾルバ25とが設けられている。そして、フォースセンサ23,24及びレゾルバ25は、A/D変換器41を介して演算用コンピュータ10に接続されている。   The slider 27 includes a handle 21 for the trainer P to operate the slider 27, a handle 22 for the instructor T to correct the operation of the trainer P, two force sensors 23 and 24, and a resolver. 25. The force sensors 23 and 24 and the resolver 25 are connected to the computing computer 10 via the A / D converter 41.

尚、スライダ27は、ステータ28により図1中の左右方向に移動可能に保持され、ステータ28とでダイレクトドライブのリニアモータを構成し、ドライバ29からの駆動信号に応じてステータ28上を左右方向に移動するための第1矯正力fcを発生する。   The slider 27 is held by a stator 28 so as to be movable in the left-right direction in FIG. 1, and constitutes a direct drive linear motor with the stator 28, and moves on the stator 28 in the left-right direction according to a drive signal from a driver 29. A first correction force fc for moving to the position is generated.

また、ドライバ29は、演算用コンピュータ10からの指令信号を受け、この信号に応じた第1矯正力fcをスライダ27に発生させるための駆動信号を出力するよう構成されている。   The driver 29 is configured to receive a command signal from the computing computer 10 and output a drive signal for causing the slider 27 to generate a first correction force fc corresponding to the signal.

また、レゾルバ25は、1軸方向の位置を検出するセンサで構成され、ステータ28に対するスライダ27の位置xを検出する。
また、フォースセンサ23,24は、アルミニウム合金製で平行平板構造を有する力センサなどにより力を検出するセンサで構成されている。そして、フォースセンサ23はハンドル21、フォースセンサ24はハンドル22に加わる図1中の左右方向の力を検出する。つまり、フォースセンサ23は、訓練者Pによるハンドル21の操作力flを検出し、フォースセンサ24は、指導者Tによるハンドル22への第2矯正力ftを検出する。
The resolver 25 includes a sensor that detects a position in one axial direction, and detects the position x of the slider 27 with respect to the stator 28.
The force sensors 23 and 24 are composed of sensors that detect force by a force sensor made of an aluminum alloy and having a parallel plate structure. The force sensor 23 detects the force in the horizontal direction in FIG. 1 applied to the handle 21 and the force sensor 24 to the handle 22. That is, the force sensor 23 detects the operation force fl of the handle 21 by the trainee P, and the force sensor 24 detects the second correction force ft to the handle 22 by the instructor T.

また、A/D変換器41は、アナログ信号をデジタル信号に変換するよう構成され、スライダ27に設けられた各センサからの出力を所定時間毎にサンプリングしてデジタルデータに変換したものをバッファメモリに保存して、演算用コンピュータ10へ出力する。   Further, the A / D converter 41 is configured to convert an analog signal into a digital signal, and outputs from each sensor provided on the slider 27 at every predetermined time and converted into digital data as a buffer memory. And output to the computing computer 10.

また、表示用コンピュータ31は、一般的なパーソナルコンピュータなどで構成され、演算用コンピュータ10にて演算された仮想倒立振子33aの体勢の情報を受けて、仮想倒立振子33aの画像データを生成する。   Further, the display computer 31 is constituted by a general personal computer or the like, and receives the information on the posture of the virtual inverted pendulum 33a calculated by the calculation computer 10, and generates image data of the virtual inverted pendulum 33a.

また、プロジェクタ32は、表示用コンピュータ31にて生成された画像データを映像化し、スクリーン33に投射する。
また、スクリーン33は、所定の透過性を持った白い板などで構成され、プロジェクタ32により後方から投射された映像を透過して、前面に表示する。
The projector 32 converts the image data generated by the display computer 31 into an image and projects it on the screen 33.
The screen 33 is formed of a white plate having a predetermined transparency, and transmits the image projected from the rear by the projector 32 and displays it on the front surface.

また、演算用コンピュータ10は、一般的なパーソナルコンピュータなどで構成され、図2に示すように、仮想現実演算モジュール(以降Vrモジュールと呼ぶ。)12、コーチ用ニューラルネットワークモジュール(以降、Ncモジュールと呼ぶ。)11、スケジュールモジュール13、及び、学習モジュール15がソフトウエアで形成されている。   The computing computer 10 is composed of a general personal computer or the like, and as shown in FIG. 2, a virtual reality computing module (hereinafter referred to as Vr module) 12, a coach neural network module (hereinafter referred to as Nc module). 11), the schedule module 13, and the learning module 15 are formed by software.

尚、Vrモジュール12は、予め設定された形状、及び、質量の仮想倒立振子33aの体勢を逐次演算するよう構成され、レゾルバ25から入力されたスライダ27の位置xを微分してスライダ27の速度vを求め、仮想倒立振子33aの下端を、この位置x及び速度vに変化させた時の仮想倒立振子33aの体勢を演算し、仮想倒立振子33aの鉛直方向に対する傾きθ、及び、傾く際の角速度ωを求める。そして、Vrモジュール12で求めた各状態量は、Ncモジュール11及び表示用コンピュータ31へ出力される。   The Vr module 12 is configured to sequentially calculate a preset shape and the posture of the virtual inverted pendulum 33a having a mass, and differentiates the position x of the slider 27 input from the resolver 25 to obtain the speed of the slider 27. v is obtained, the posture of the virtual inverted pendulum 33a when the lower end of the virtual inverted pendulum 33a is changed to the position x and the speed v is calculated, and the inclination θ of the virtual inverted pendulum 33a with respect to the vertical direction and Obtain the angular velocity ω. Each state quantity obtained by the Vr module 12 is output to the Nc module 11 and the display computer 31.

また、Ncモジュール11は、図3に示すように、入力層が8つのユニット51からなり、中間層が8つのユニット51からなり、出力層が1つのユニット51からなるニューラルネットワークモデルを形成し、スライダ27の位置xと、Vrモジュール12で演算された、スライダ27の速度v、仮想倒立振子33aの傾きθ、及び、角速度ωと、フォースセンサ23にて検出された訓練者Pの操作力flと、Ncモジュール11に設けられた入力バッファに所定時間(例えば、A/D変換器でのサンプリングタイム10msecの5回分である50msec)前に保存された過去速度vo、過去角速度ωo、及び、過去操作力floとが入力層の各ユニット51へ入力される。   Further, as shown in FIG. 3, the Nc module 11 forms a neural network model in which the input layer includes eight units 51, the intermediate layer includes eight units 51, and the output layer includes one unit 51. The position x of the slider 27, the velocity v of the slider 27, the inclination θ of the virtual inverted pendulum 33a and the angular velocity ω calculated by the Vr module 12, and the operating force fl of the trainee P detected by the force sensor 23 The past velocity vo, the past angular velocity ωo, and the past stored in the input buffer provided in the Nc module 11 before a predetermined time (for example, 50 msec which is five sampling times of 10 msec at the A / D converter) The operating force flo is input to each unit 51 of the input layer.

そして、入力層の8つのユニット51それぞれからの出力が、中間層の8つのユニット51それぞれに入力され、中間層の8つのユニット51それぞれからの出力が、出力層のユニット51に入力されて、出力層のユニット51からの出力に、スライド27にて発生する第1矯正力fcを求めた矯正力信号fcsがドライバ29への指令信号として出力される。   Then, the output from each of the eight units 51 of the input layer is input to each of the eight units 51 of the intermediate layer, and the output from each of the eight units 51 of the intermediate layer is input to the unit 51 of the output layer, A correction force signal fc obtained from the first correction force fc generated in the slide 27 is output as an instruction signal to the driver 29 as an output from the unit 51 of the output layer.

また、Ncモジュール11は、フォースセンサ24にて検知された指導者Tの第2矯正力ftを教示信号として入力する。
尚、各ユニット51には、信号の伝達率を決める結合荷重52が入力端毎に設定されている。そして、各ユニット51は、入力された値各々に結合荷重52の値を各々乗じて加算した値を求め、この値を入力として、予め設定された出力関数により求まる値を出力する。また、中間層のユニット51の出力関数にはシグモイド関数、出力層のユニット51の出力関数には線形関数が用いられている。
Further, the Nc module 11 inputs the second correction force ft of the instructor T detected by the force sensor 24 as a teaching signal.
In each unit 51, a coupling load 52 that determines a signal transmission rate is set for each input end. Each unit 51 obtains a value obtained by multiplying each input value by the value of the coupling load 52 and adds the value, and outputs a value obtained by a preset output function. A sigmoid function is used as the output function of the unit 51 in the intermediate layer, and a linear function is used as the output function of the unit 51 in the output layer.

また、入力層に入力される所定時間(50msec)前の過去速度vo、及び、過去角速度ωoは、スライダ27の加速度及び仮想倒立振子33aの角加速度が入力された状態を近似するためのものとして入力層に入力している。   The past velocity vo and the past angular velocity ωo before a predetermined time (50 msec) input to the input layer are used to approximate the state in which the acceleration of the slider 27 and the angular acceleration of the virtual inverted pendulum 33a are input. Input to the input layer.

また、演算用コンピュータ10には、図示しない外部記憶装置が設けられている。そして、演算用コンピュータ10は、結合荷重52それぞれに設定された値を、この外部記憶装置に記憶させることができ、当該装置を使用する訓練者P毎に、結合荷重52の値を記憶されたものと切り換えることができるようになっている。   The computing computer 10 is provided with an external storage device (not shown). And the computer 10 for a calculation can memorize | store the value set to each coupling load 52 in this external storage device, and the value of the coupling load 52 was memorize | stored for every trainer P who uses the said apparatus. You can switch to something.

また、スケジュールモジュール13には、Ncモジュール11の出力層からドライバ29への矯正力信号fcsの伝達を遮断するスイッチ14、及び、訓練者Pが訓練を行うタイムテーブルが設けられている。そして、スケジュールモジュール13は、このタイムテーブルに基づき、矯正力信号fcsの断続を切り換える。また、スイッチ14は、演算用コンピュータ10のキーボードなどによる外部からの操作入力によっても、スイッチ14の断続が切り換えられる。   Further, the schedule module 13 is provided with a switch 14 that cuts off the transmission of the correction force signal fcs from the output layer of the Nc module 11 to the driver 29, and a time table for training by the trainee P. Then, the schedule module 13 switches between the intermittent correction force signal fcs based on this time table. In addition, the switch 14 can be switched between on and off by an operation input from the outside using a keyboard or the like of the computing computer 10.

また、学習モジュール15は、演算用コンピュータ10のキーボードなどによる外部操作により学習コマンドが入力されると、図4のフローチャートに示すような処理(詳細は後述する)を行い、Ncモジュール11の出力層からの矯正力信号fcsが教示信号と同じになるように、各結合荷重52の値を更新して学習させる。   Further, when a learning command is input by an external operation using the keyboard of the computing computer 10 or the like, the learning module 15 performs processing (details will be described later) shown in the flowchart of FIG. The value of each combined load 52 is updated and learned so that the correction force signal fcs from the same is the same as the teaching signal.

このような倒立振子安定化訓練装置1を用いて仮想倒立振子33aを倒さないようにする訓練を行う際の動作を説明する。
まず、演算用コンピュータ10のスイッチ14を外部操作により切った状態にして、訓練者Pが、スクリーン33の前に立って、ハンドル21を操作し、スライダ27を移動する。すると、レゾルバ25にて検出されたスライダ27の位置xを基に、Vrモジュール12にてスライダ27の速度v、及び、仮想倒立振子33aの体勢が演算され、スクリーン33に表示された仮想倒立振子33aの下端部が、スライダ27の移動量と同量移動される。
The operation | movement at the time of performing the training which does not invert the virtual inverted pendulum 33a using such an inverted pendulum stabilization training apparatus 1 is demonstrated.
First, with the switch 14 of the computing computer 10 turned off by an external operation, the trainee P stands in front of the screen 33, operates the handle 21, and moves the slider 27. Then, based on the position x of the slider 27 detected by the resolver 25, the Vr module 12 calculates the speed v of the slider 27 and the posture of the virtual inverted pendulum 33a, and the virtual inverted pendulum displayed on the screen 33. The lower end portion of 33a is moved by the same amount as the movement amount of the slider 27.

このとき、ハンドル21を何も操作しないと、仮想倒立振子33aは、時間経過と共にその傾きθが増して倒れてしまう。そして、訓練者Pが、ハンドル21を仮想倒立振子33aの傾き方向へ移動すると、仮想倒立振子33aの傾きが少なくなる。このように、ハンドル21を常に仮想倒立振子33aの傾き方向へ移動することにより、仮想倒立振子33aが立った状態を維持できる。   At this time, if no operation is performed on the handle 21, the virtual inverted pendulum 33a is tilted with the inclination θ increasing with the passage of time. When the trainee P moves the handle 21 in the tilt direction of the virtual inverted pendulum 33a, the tilt of the virtual inverted pendulum 33a decreases. Thus, by always moving the handle 21 in the tilt direction of the virtual inverted pendulum 33a, the virtual inverted pendulum 33a can be kept standing.

但し、仮想倒立振子33aは、ハンドル21の移動量が大きすぎると逆方向へ傾くことになる。また、傾きθと同じ方向へハンドル21を移動してしまうと、傾きθが増して倒れやすくなる。このように、仮想倒立振子33aを安定化するためには、訓練者Pが、適切なタイミングと力加減とでハンドル21を左右へ操作する必要がある。   However, the virtual inverted pendulum 33a tilts in the opposite direction if the amount of movement of the handle 21 is too large. Further, if the handle 21 is moved in the same direction as the inclination θ, the inclination θ increases and it tends to fall down. Thus, in order to stabilize the virtual inverted pendulum 33a, it is necessary for the trainee P to operate the handle 21 to the left and right with appropriate timing and force adjustment.

このような訓練者Pだけの操作に対して、外部操作によりスイッチ14を接続して矯正力信号fcsがドライバ29に入力されるようにすると、訓練者Pによるハンドル21の操作力fl及び仮想倒立振子33aの体勢に応じてNcモジュール11にて演算された第1矯正力信号fcsがドライバ29へ出力されて、スライダ27にて第1矯正力fcが発生する。そして、スライダ27は、この第1矯正力fcと、訓練者Pによる操作力flとの合力の分だけ移動する。   When the switch 14 is connected by an external operation and the correction force signal fcs is input to the driver 29 for such an operation of only the trainer P, the operation force fl of the handle 21 by the trainer P and the virtual inversion The first correction force signal fcs calculated by the Nc module 11 according to the posture of the pendulum 33 a is output to the driver 29, and the first correction force fc is generated by the slider 27. Then, the slider 27 moves by the resultant force of the first correction force fc and the operation force fl by the trainee P.

この時、後述する学習モジュール15によるNcモジュール11の更新がなされていれば、訓練者Pによる操作力flが不適切な方向に加わったとしても、これを矯正するような力が第1矯正力fcにより加わり、仮想倒立振子33aが立った状態が維持される。   At this time, if the Nc module 11 is updated by the learning module 15 to be described later, even if the operation force fl by the trainee P is applied in an inappropriate direction, the force that corrects this is the first correction force. The state in which the virtual inverted pendulum 33a stands is maintained by the addition of fc.

このようにすると、第1矯正力fcが、ハンドル21を介して訓練者Pにも伝わり、訓練者Pは、自分の操作ミスを認識して、正しいタイミング及び力加減を知ることができる。   If it does in this way, the 1st correction force fc will also be transmitted to the trainer P via the handle | steering-wheel 21, and the trainer P can recognize his own operation mistake, and can know correct timing and force adjustment.

また、スイッチ14を外部操作により切った状態にして、訓練者Pがハンドル21を操作中に、訓練者Pが不適切な操作を行うと、ハンドル操作のタイミング及び力加減を知っている指導者Tが、ハンドル22に第2矯正力ftを加えて、仮想倒立振子33aが倒れないようにスライダ27を移動させるようにして訓練を行うこともできる。   In addition, if the trainer P performs an inappropriate operation while the trainer P is operating the handle 21 with the switch 14 turned off by an external operation, the trainer knows the timing and power of the handle operation. It is also possible for T to perform the training by applying the second correction force ft to the handle 22 and moving the slider 27 so that the virtual inverted pendulum 33a does not fall.

次に、スイッチ14により矯正力信号fcsが遮断された状態の時に行われる学習モジュール15によるNcモジュール11の更新について、図4に示すフローチャートを用いて説明する。   Next, the update of the Nc module 11 by the learning module 15 performed when the correction force signal fcs is cut off by the switch 14 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

まず、S110にて、Ncモジュール11の入力層への入力となるデータ、及び、指導者Tの第2矯正力ftのデータを、A/D変換器41のバッファメモリから取得する。
尚、この時取得されるデータは、スイッチ14により矯正力信号fcsが遮断され、訓練者Pが指導者Tによる指導を受けて訓練している時の仮想倒立振子33aが倒れていない間の各センサのデータであって、この訓練中に入力されるデータであっても良いし、この訓練中のデータをデータレコーダなどにより予め記録したものが再生されたデータであっても良い。
First, in S110, data to be input to the input layer of the Nc module 11 and data of the second correction force ft of the instructor T are acquired from the buffer memory of the A / D converter 41.
Note that the data acquired at this time is that the correction force signal fcs is cut off by the switch 14 and each of the virtual inverted pendulums 33a when the trainer P is trained under the guidance of the trainer T is not tilted. The sensor data may be data that is input during the training, or may be data that has been recorded in advance by a data recorder or the like and is reproduced.

次に、S120にて、S110で取得したデータをNcモジュール11の入力層へ入力する。すると、この入力信号がNcモジュール11の中間層へ各ユニットの結合荷重に応じて伝達されて、更に出力層へ伝達された信号が出力される。   Next, in S120, the data acquired in S110 is input to the input layer of the Nc module 11. Then, this input signal is transmitted to the intermediate layer of the Nc module 11 according to the coupling load of each unit, and further the signal transmitted to the output layer is output.

次に、S130にて、Ncモジュール11の出力層からの出力と、教師信号との差分を求める。
次に、S140にて、出力層から入力層までの結合荷重52各々を、バックプロバゲーション法(詳しくは、「ニューラルネットワークコンピュータ脳と神経に学ぶ」合原一幸著、東京電機大学出版局発行に説明あり。)により、S130で求められた差分が「0」となるように更新する。
Next, in S130, the difference between the output from the output layer of the Nc module 11 and the teacher signal is obtained.
Next, in S140, each of the coupling loads 52 from the output layer to the input layer is explained by the back-propagation method (for details, “Neural network computer learns from the brain and nerves” by Kazuyuki Aihara, published by Tokyo Denki University Press). Present), the difference obtained in S130 is updated to be “0”.

次に、S150にて、入力層に別のタイミングのデータを入力し、このときの出力層の出力と、教師信号との比較を行う。
次に、S160にて、S150での比較結果が、予め設定された十分小さいと考えられる規定値より小さければ、収束したと判断して処理を終了し、この規定値より大きければS120へ戻り、処理を繰り返す。
Next, in S150, data at another timing is input to the input layer, and the output of the output layer at this time is compared with the teacher signal.
Next, in S160, if the comparison result in S150 is smaller than a predetermined value that is considered to be sufficiently small, it is determined that it has converged, and if it is larger than this predetermined value, the process returns to S120. Repeat the process.

つまり、このような処理を行うことにより、各入力をパラメータとして、種々の状況において指導者Tにより第2矯正力ftが加えられる条件を、結合荷重52を更新して学習し、Ncモジュール11から出力する矯正力信号fcsにより発生する第1矯正力fcを、指導者Tが加える第2矯正力ftに近づけることができる。   In other words, by performing such processing, the condition that the second correction force ft is applied by the instructor T in various situations is learned by updating the combined load 52 using each input as a parameter. The first correction force fc generated by the output correction force signal fcs can be brought close to the second correction force ft applied by the instructor T.

ちなみに、本実施例では、仮想倒立振子33aを15秒間倒立を維持した時の200個データにより、バックプロバゲーション法による約1000回の学習を行うことにより、指導者Tの動作を近似したニューラルネットワークモデルが得られている。   Incidentally, in this embodiment, a neural network that approximates the action of the instructor T by performing learning about 1000 times by the back-propagation method using 200 pieces of data when the virtual inverted pendulum 33a is kept inverted for 15 seconds. A model has been obtained.

以上のように、本実施例の技能訓練装置によれば、指導者Tが訓練者Pを指導している時のデータを基に、学習モジュール15にてNcモジュール11の結合荷重52を更新する(つまり、学習させる。)ことにより、Ncモジュール11からの矯正力信号fcsにより訓練者Pに加える第1矯正力fcを、指導者Tが指導している時の第2矯正力ftと同様にできる。これにより、指導者Tがいない時でも、指導者Tが指導している状態と同様の訓練を行うことができる。   As described above, according to the skill training apparatus of this embodiment, the learning module 15 updates the combined load 52 of the Nc module 11 based on the data when the instructor T is instructing the trainer P. (In other words, the first correction force fc applied to the trainee P by the correction force signal fcs from the Nc module 11 is the same as the second correction force ft when the instructor T is instructing. it can. Thereby, even when there is no leader T, it is possible to perform the same training as in the state where the leader T is instructing.

そして、Ncモジュール11への入力に、訓練者Pの操作力flが含まれているため、訓練者Pの操作力flの状態に応じて第1矯正力fcの大きさが変わり、指導者Tにより手取り足取りで指導されているような感覚での訓練ができる。   Since the operation force fl of the trainee P is included in the input to the Nc module 11, the magnitude of the first correction force fc changes according to the state of the operation force fl of the trainer P, and the instructor T This makes it possible to train with the feeling of being guided by a gait.

また、指導者Tが訓練者Pのハンドル操作を補正する場合、指導者Tは訓練者Pの体格や性格などの個性を考慮して矯正力を加えるため、指導者Tの動作をNcモジュール11に学習させることにより第1矯正力fcを訓練者Pの個性が考慮されたものにすることができる。   Further, when the instructor T corrects the steering operation of the trainer P, the instructor T applies correction power in consideration of the individuality such as the physique and personality of the trainer P. The first correction force fc can be made in consideration of the individuality of the trainer P by making the learning.

また、スケジュールモジュール13により、所定の期間毎に、Ncモジュール11からの出力を遮断し、第1矯正力fcが加わらないようにすることにより、ある程度の訓練時間毎に、訓練者Pだけで訓練を行う期間が設けられて、技能訓練を行う際、四六時中指導者が補正しているよりも、上達の度合いを高めることができる。   Further, the schedule module 13 cuts off the output from the Nc module 11 every predetermined period so that the first correction force fc is not applied, so that only the trainer P trains at some training time. There is a period for performing skills training, and when performing skill training, it is possible to increase the level of progress compared to the time when the leader corrects all the time.

また、訓練者Pに、ある程度の技能の上達が認められる時点に、指導者Tによる再指導を行い、Ncモジュール11を更新することにより、熟練度が向上した訓練者Pに対して、訓練者Pの熟練度に応じた矯正力が加わるようにでき、技能の熟練度にあった訓練を行うようにできる。   In addition, when the trainee P is recognized to have a certain level of skill improvement, the trainer P performs the retraining by the trainer T and updates the Nc module 11, so that the trainer P has improved the skill level. Correction force according to the skill level of P can be applied, and training suitable for the skill level of skill can be performed.

[本発明との対応関係]
本実施例のフォースセンサ23、レゾルバ25、Vrモジュール12が、本発明の動作検出手段に相当し、Ncモジュール11が、演算手段に相当し、スライダ27及びドライバ29が矯正手段に相当し、フォースセンサ24が、第2矯正力検出手段に相当し、A/D変換器41が、記憶手段に相当し、学習モジュール15が更新手段に相当し、スケジュールモジュール13が切換手段に相当する。
[変形例]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の具体的な実施形態に限定されず、このほかにも様々な形態で実施することができる。
[Relationship with the present invention]
The force sensor 23, the resolver 25, and the Vr module 12 of the present embodiment correspond to the operation detection unit of the present invention, the Nc module 11 corresponds to the calculation unit, the slider 27 and the driver 29 correspond to the correction unit, and the force. The sensor 24 corresponds to second correction force detection means, the A / D converter 41 corresponds to storage means, the learning module 15 corresponds to update means, and the schedule module 13 corresponds to switching means.
[Modification]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said specific embodiment, It can implement with a various form besides this.

本実施例では、力を加える方向が1軸方向だけの仮想倒立振子33aを倒さないようにする訓練を行う装置について説明したが、これに限らず、複数の動作箇所に対して複数の矯正力を加えるように構成された装置であっても良い。例えば、訓練者Pの腕や肩などの各関節の動きに対応したセンサ及びアクチュエータと、指導者Tによる第2矯正力ftを検出するセンサとを設けて、この訓練者Pのセンサ出力をNcモジュール11の入力層へ入力し、Ncモジュール11の出力層に複数のユニット51を設けて、前述のアクチュエータを駆動するよう構成された技能訓練装置であっても良い。このような技能訓練装置によれば、野球やゴルフのスイングの訓練などのより複雑な動作に対して、指導者により矯正力が加えられる状態を模擬した訓練を行うことができる。その他、指先の動きを検出し、この指先に矯正力を加えることができるようにして、手術の技能などを訓練するための技能訓練装置などであっても良い。   In the present embodiment, the apparatus for performing the training so as not to tilt the virtual inverted pendulum 33a whose force is applied only in one axial direction has been described. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of correction forces are applied to a plurality of operation locations. The apparatus may be configured to add For example, a sensor and an actuator corresponding to the movement of each joint such as an arm and a shoulder of the trainee P and a sensor for detecting the second correction force ft by the instructor T are provided, and the sensor output of the trainer P is expressed as Nc. A skill training apparatus configured to input the input layer of the module 11, provide a plurality of units 51 in the output layer of the Nc module 11, and drive the actuator described above may be used. According to such a skill training apparatus, it is possible to perform a training that simulates a state in which a corrective force is applied by an instructor to a more complicated operation such as a baseball or golf swing training. In addition, a skill training device or the like may be used for training a surgical skill or the like by detecting the movement of the fingertip and applying a correction force to the fingertip.

また、本実施例では、フォースセンサ23により検出した訓練者Pの操作力flを、Ncモジュール11の入力層への入力の1つとしているが、操作力fl,floをNcモジュール11の入力層へ入力しないように構成したものであってもよい。   In the present embodiment, the operating force fl of the trainer P detected by the force sensor 23 is one of the inputs to the input layer of the Nc module 11, but the operating forces fl and flo are used as the input layer of the Nc module 11. It may be configured not to input to.

このようにすれば、Ncモジュール11からの矯正力信号fcsにより訓練者Pに対して発生する第1矯正力fcが、訓練者Pの操作力flに関係無く発生するようにできる。これにより、指導者Tの手に、訓練者Pの手を添えて、訓練者Pが指導者Tの動きをトレースするような訓練を行うことができる。   In this way, the first correction force fc generated for the trainee P by the correction force signal fcs from the Nc module 11 can be generated regardless of the operating force fl of the trainer P. Accordingly, it is possible to perform training such that the trainer P traces the movement of the trainer T by adding the hand of the trainer P to the hand of the trainer T.

このような訓練は、訓練者の熟練度が低い場合や、癖がある場合などに効果がある。
更に、Ncモジュール11の入力層への入力として、スライダ27の位置x、スライダ27の速度v、及び、過去速度voも入力されず、仮想倒立振子33aの傾きθ、角速度ω、及び、過去角速度ωoといった操作対象物に関する動作状態だけを入力するよう構成されたものであっても良い。このように、訓練者Pの動きには影響せず、指導者Tが仮想倒立振子33aの操作を行っている動きをそのままトレースするような訓練を行うことができる。
Such training is effective when the trainee is less skilled or has a habit.
Further, the position x of the slider 27, the speed v of the slider 27, and the past speed vo are not input as input to the input layer of the Nc module 11, and the inclination θ, the angular speed ω, and the past angular speed of the virtual inverted pendulum 33a are not input. It may be configured to input only the operation state related to the operation target such as ωo. In this way, it is possible to perform a training that does not affect the movement of the trainer P and traces the movement of the leader T operating the virtual inverted pendulum 33a as it is.

また、本実施例では、仮想倒立振子33aという操作対象物を操作する技能のため、Ncモジュール11の入力層への入力に仮想倒立振子33aの体勢に関する情報を入力しているが、野球などでの単なる素振りの訓練や、踊りの訓練など、操作対象物が無く、操作対象物の状態の情報がNcモジュール11に入力されない技能訓練装置であっても良い。   Further, in this embodiment, because of the skill of manipulating the operation object called the virtual inverted pendulum 33a, information regarding the posture of the virtual inverted pendulum 33a is input to the input layer of the Nc module 11, but in baseball or the like The skill training apparatus in which there is no operation target object, such as training of simple swing movements or dance training, and information on the state of the operation target object is not input to the Nc module 11 may be used.

また、本実施例では、Ncモジュール11がニューラルネットワークモデルを形成するように構成されているが、これに限らず、例えば、指導者Tが訓練者Pを指導している時のデータを解析して、仮想倒立振子33aの傾きθ、角速度ω、ハンドル21の位置x及び速度vを変数として第1矯正力fcを求めるための関数及び条件式を学習モジュール15により設定し、この関数及び条件式で、ハンドル21及び仮想倒立振子33aの状態での矯正力信号fcsを出力するようNcモジュール11を構成したものであっても良い。   In this embodiment, the Nc module 11 is configured to form a neural network model. However, the present invention is not limited to this. For example, the data when the instructor T is instructing the trainer P is analyzed. Then, a function and a conditional expression for obtaining the first correction force fc are set by the learning module 15 using the inclination θ, the angular velocity ω, the position x and the speed v of the handle 21 as variables, and the function and the conditional expression. Thus, the Nc module 11 may be configured to output the correction force signal fcs in the state of the handle 21 and the virtual inverted pendulum 33a.

但し、この場合の関数及び条件式は、複雑且つ多岐に渡るものとなり、学習モジュール15でのデータ解析は容易なものでは無く、Ncモジュール11の設計に多量の労力を要する。これに対して、本実施例のようにニューラルネットワークモデルを形成する場合、ニューラルネットワークモデルは、基本的にニューロンのつながりを種々組み合わせて記述するものであり、各入力が互いに影響しあう状態を、各入力が入力されたニューロンや、その他のニューロンをつなぎ合わせるだけで容易に記述することができる。また、指導者Tにより訓練者Pを指導している通常の訓練時のデータでNcモジュール11を、周知の方法で容易に学習させることができる。また、実際の訓練時のデータがそのまま反映されるため指導者Pによる第2矯正力ftに近い第1矯正力fcを訓練者Pに加えるようにできる。   However, the functions and conditional expressions in this case are complicated and diverse, and the data analysis in the learning module 15 is not easy, and a large amount of labor is required for designing the Nc module 11. On the other hand, when a neural network model is formed as in the present embodiment, the neural network model basically describes various combinations of neuron connections, and states in which each input affects each other, Each input can be described easily by connecting the input neurons and other neurons. Moreover, the Nc module 11 can be easily learned by a well-known method using normal training data instructing the trainer P by the instructor T. Moreover, since the data at the time of actual training are reflected as they are, the first correction force fc close to the second correction force ft by the instructor P can be applied to the trainer P.

本実施例の倒立振子安定化訓練装置1の全体構成を表す図である。It is a figure showing the whole structure of the inverted pendulum stabilization training apparatus 1 of a present Example. 本実施例の倒立振子安定化訓練装置1の動作を表すブロック図である。It is a block diagram showing operation | movement of the inverted pendulum stabilization training apparatus 1 of a present Example. 本実施例のNcモジュール11の構造を表す図である。It is a figure showing the structure of the Nc module 11 of a present Example. 本実施例のNcモジュール11を学習する処理を表すフローチャート図である。It is a flowchart figure showing the process which learns the Nc module 11 of a present Example.

符号の説明Explanation of symbols

1…倒立振子安定化訓練装置、10…演算用コンピュータ、11…コーチ用ニューラルネットワークモジュール、12…仮想現実演算モジュール、13…スケジュールモジュール、14…スイッチ、15…学習モジュール、21,22…ハンドル、23,24…フォースセンサ、25…レゾルバ、27…スライダ、28…ステータ、29…ドライバ、31…表示用コンピュータ、32…プロジェクタ、33…スクリーン、41…A/D変換器、51…ユニット、52…結合荷重。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inverted pendulum stabilization training apparatus, 10 ... Computer for calculation, 11 ... Neural network module for coaches, 12 ... Virtual reality calculation module, 13 ... Schedule module, 14 ... Switch, 15 ... Learning module, 21, 22 ... Handle, 23, 24 ... Force sensor, 25 ... Resolver, 27 ... Slider, 28 ... Stator, 29 ... Driver, 31 ... Display computer, 32 ... Projector, 33 ... Screen, 41 ... A / D converter, 51 ... Unit, 52 ... bond load.

Claims (6)

訓練者の動きを検出する動作検出手段と、
該動作検出手段による検出結果と予め設定された演算条件とに基づき、訓練者の動きを適正な動きに矯正するための第1矯正力を演算する演算手段と、
該演算手段にて演算された第1矯正力を発生して訓練者に与えることにより訓練者の動きを矯正する矯正手段と、
を備えた技能訓練装置において、
指導者が訓練者を直接指導している時に、訓練者に対して指導者により実際に加えられる第2矯正力を検出する第2矯正力検出手段と、
前記第2矯正力検出手段にて検出された第2矯正力と、前記動作検出手段による検出結果とをサンプリングして記憶するための記憶手段と、
外部から更新指令が入力された時に、該記憶手段にて記憶されたデータに基づき、前記演算手段にて算出される第1矯正力が訓練者に対して加えられる第2矯正力に近づくように、前記演算条件を更新する更新手段と、
前記矯正手段の動作停止及び停止解除を切り換えるためのスイッチ手段と、
を備え
前記スイッチ手段による前記矯正手段の停止解除時に、前記矯正手段が訓練者の動きを矯正するようになっており、
前記記憶手段は、前記スイッチ手段による前記矯正手段の動作停止時に、前記第2矯正力検出手段にて検出された第2矯正力と、前記動作検出手段による検出結果とをサンプリングして記憶することを特徴とする技能訓練装置。
Motion detection means for detecting the movement of the trainee;
An arithmetic means for calculating a first correction force for correcting an exerciser's movement to an appropriate movement based on a detection result by the movement detection means and a preset calculation condition;
A correction means for correcting the movement of the trainee by generating the first correction force calculated by the calculation means and giving it to the trainer;
In a skill training device equipped with
A second corrective force detecting means for detecting a second corrective force actually applied by the instructor to the trainer when the instructor is directly instructing the trainer;
Storage means for sampling and storing the second correction force detected by the second correction force detection means and the detection result by the motion detection means;
When an update command is input from the outside, based on the data stored in the storage means, the first correction force calculated by the calculation means approaches the second correction force applied to the trainee. Updating means for updating the calculation condition;
Switch means for switching between operation stop and stop release of the correction means;
Equipped with a,
At the time of releasing the stop of the correction means by the switch means, the correction means is adapted to correct the movement of the trainee,
The storage means samples and stores the second correction force detected by the second correction force detection means and the detection result by the action detection means when the operation of the correction means by the switch means is stopped. A skill training device characterized by
前記動作検出手段は、
訓練者の動きの1つとして、訓練者が動く際に発生する力を検出することを特徴とする請求項1に記載の技能訓練装置。
The motion detection means is
The skill training apparatus according to claim 1, wherein a force generated when the trainee moves is detected as one of the trainee's movements.
当該技能訓練装置は、訓練者が操作対象物を操作する際の動きを矯正するためのもので、
前記動作検出手段は、訓練者の動きに加えて、操作対象物の動作状態を検出することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の技能訓練装置。
The skill training device is for correcting the movement when the trainee operates the operation target,
The skill training apparatus according to claim 1, wherein the motion detection unit detects a motion state of an operation target in addition to a motion of a trainee.
当該技能訓練装置は、訓練者が操作対象物を操作する際の動きを矯正するためのもので、
前記動作検出手段は、訓練者の動きに換えて、操作対象物の動作状態を検出することを特徴とする請求項1に記載の技能訓練装置。
The skill training device is for correcting the movement when the trainee operates the operation target,
The skill training apparatus according to claim 1, wherein the motion detection unit detects a motion state of an operation target instead of a motion of a trainee.
前記演算手段は、前記動作検出手段にて検出された結果を入力とし、前記第1矯正力が出力となるようにニューロンと結合荷重との関係を記述した神経回路網モデルに則して、前記第1矯正力を演算し、
前記更新手段は、外部から更新指令が入力された時に、前記記憶手段にて記憶されたデータに基づき、前記演算手段にて算出される第1矯正力が訓練者に対して加える第2矯正力に近づくように、前記結合荷重を更新する、
ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の技能訓練装置。
The calculation means takes the result detected by the motion detection means as an input, and in accordance with a neural network model describing the relationship between neurons and connection weights so that the first correction force becomes an output, Calculate the first correction force,
The update means is a second correction force applied to the trainee by the first correction force calculated by the calculation means based on the data stored in the storage means when an update command is input from the outside. Update the combined load to approach
The skill training apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein
予め設定されたスケジュールに基づき、時間経過に応じて前記矯正手段の動作停止及び停止解除を前記スイッチ手段を用いて切り換える切換手段を備えることを特徴とした請求項1〜請求項5のいずれかに記載の技能訓練装置。 6. The apparatus according to claim 1, further comprising switching means for switching operation stop and release cancellation of the correction means using the switch means based on a preset schedule. The described skill training device.
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