JP4448457B2 - 感覚代行装置 - Google Patents

Description

本発明は、ユーザが手に持ち、あるいはステッキに装着したハンドリング部とユーザの身に付けた装置本体との間を繋ぐワイヤを前方の障害物の有無、障害物の形状に応じて繰出し巻取りを行うことで前方の障害物の有無、形状をハンドリング部の前後の動きによって感覚的に捉えられるようにした感覚代行装置に関する。

従来、特に視覚障害者の前方物体探知用の装置として、例えば、特開平８−３３２１９８号公報（特許文献１）には、超音波の発信から反射波の受信までの遅延時間に基づいて反射体までの距離を求め、その結果を音声で視覚障害者に知らせるシステムが開示されている。しかしながら、視覚障害者は自分の耳に聞こえてくる周囲の音によって多くの情報を感取するので、音声で障害物の存在を知らせることはかえって他の重要な情報の取得を阻害するノイズとなりかねない問題点があった。

また特開２００１−３３５５２号公報（特許文献２）には、歩行前方の異なる方向に別々の搬送周波数で超音波を送信して距離を測定し、障害物までの距離と方向とを振動で知らせる技術が開示されている。しかしながら振動数の違いや振動面積の違いで障害物までの距離や面積を知らせても、直感的ではないため、それを使用者に認識させることが難しい問題点があった。

また特開２００１−３３５５３号公報（特許文献３）には、白杖の届かない先の障害物を超音波で検出する技術が開示されているが、どのような使用者に知らせるかについては開示がない。

また特開２００２−２９６０２４号公報（特許文献４）には、超音波センサを利用して直前方の段差を検知する技術が開示されているが、白杖の届かない前方の障害物の存在の有無を検知することはできない。

また特開２００１−２３５５３８号公報（特許文献５）、特開２００１−２３７６７７号公報（特許文献６）、特開２００２−３０６５５３号公報（特許文献７）には、発信された超音波の反射体からの反射波情報に基づいて当該反射体を認識する技術が開示されている。しかしながら、この装置が反射体を認識したときに視覚障害者にどのように知らせるかについては記載がない。

このように、従来の技術では、視覚障害者に白杖の届かない前方の障害物の存在の有無やその形状を直感的に、しかも視覚障害者の鋭敏な聴覚の働きを阻害しないで知らせることができなかった。
特開平８−３３２１９８号公報 特開２００１−３３５５２号公報 特開２００１−３３５５３号公報 特開２００２−２９６０２４号公報 特開２００１−２３５５３８号公報 特開２００１−２３７６７７号公報 特開２００２−３０６５５３号公報

本願発明者らは、上述した従来の技術的課題に鑑み、視覚障害者に白杖の届かない前方の障害物の存在の有無やその形状を直感的に、しかも視覚障害者の鋭敏な聴覚の働きを阻害しないで知らせることができる感覚代行装置として、特願２００４−０３５２３９号の特許出願において、留め具によって使用者の身体、例えばベルトにワイヤの後端を固定し、当該装置本体を手に持ってワイヤが常に張っている状態にして前方に出し、上下、左右に動かせば、リールコントローラが前方の障害物までの距離に応じてワイヤの巻取り長さを調整し、手前に出っ張っている障害物に対してはワイヤの繰出し距離を短くし、ワイヤを巻取ることによって装置本体を身体近くまで引き戻すことで障害物の近さを知らせ、例えば開放されているドア口のように前方に障害物が存在しない場合にワイヤを長く繰り出して当該装置を腕の伸びる範囲で前方に長く動かせるようにすることで障害物の存在しないことを知らせ、当該装置本体を持って走査した面での障害物の凸凹を当該装置本体が前後することによって使用者に直感的に感取させる感覚代行装置を提案した。

本発明は、この先行出願発明をさらに改善したもので、ユーザにとって前方障害物の走査のための操作をし易くした感覚代行装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、人手によって操作可能な大きさのハンドリング部と、このハンドリング部とは別体で、ユーザの身に装着可能な装置本体と、前記ハンドリング部と装置本体との間を結ぶワイヤ及び信号線路とで構成される感覚代行装置であって、前記ハンドリング部は、前方の障害物までの距離を無線で連続的に計測して前記信号線路を通じて当該測距信号を前記装置本体側に送信する測距手段と、前記ワイヤの一端を固定するワイヤ留め具とを備え、前記装置本体は、前記ワイヤを繰出し、巻取る電動リールと、前記電動リールからのワイヤの繰出し長を監視する繰出し長センサと、前記測距手段から信号線路を通じて送られてきた測距信号に基づき前記前方障害物までの距離を計算し、前記電動リールに対して現在の繰出し分より測定距離に応じた長さだけワイヤを繰出すことを許容し、又は余剰繰出し長分だけ巻取らせるリールコントロール手段とを備えたものである。

請求項２の発明は、請求項１の感覚代行装置において、前記測距手段は、超音波を前方に放射し、その反射波を受信し、当該超音波の往復時間に基づいて前記前方の障害物までの距離を計測する超音波センサであることを特徴とするものである。

本発明の感覚代行装置によれば、装置本体側を使用者の身体、例えばベルトや腕、胴体に着装し、ハンドリング部を手に持ち、あるいはステッキのグリップ部に装着して使用することができ、電動リールやその駆動コントロール手段のように比較的重量のある要素は装置本体側に収容し、ハンドリング部側は測距手段と他の必要最低限の要素だけを収容することでハンドリング部の重量を軽くして操作しやすいものである。

そして本発明によれば、ハンドリング部を手に持ってあるいはハンドリング部が装着されているステッキのグリップ部をワイヤが常に張っている状態にして前方に出し、上下、左右に動かせば、リールコントローラが前方の障害物までの距離に応じてワイヤの巻取り長さを調整し、手前に出っ張っている障害物に対してはワイヤの繰出し距離を短くし、ワイヤを巻取ることによってハンドリング部を装置本体側に引き戻すことで障害物の近さを知らせ、例えば開放されているドア口のように前方に障害物が存在しない場合にワイヤを長く繰り出して当該ハンドリング部を腕の伸びる範囲で前方に長く動かせるようにすることで障害物の存在しないことを知らせることができ、当該ハンドリンク部を持って走査した面での障害物の凸凹を当該ハンドリング部が前後することによって使用者に直感的に感取させることができ、しかも音を利用しないので鋭敏な聴覚を持つ視覚障害者にとって重要な情報を取得するための聴覚の働きを邪魔することがない。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の１つの実施の形態の感覚代行装置１の機能構成を示すブロック図であり、図２はその装着状態を示している。図１、図２に示すように、本実施の形態の感覚代行装置は、使用者が手に持って操作するハンドリンク部１０と、使用者の身体２０、例えば、胴部、下腕部等に着装させる装置本体３０と、この間の電気信号の送受及びハンドリング部１０側への電源供給のための信号線４０と、一端がハンドリンク部１０の留め具１１に繋がれ、他端が後述する電動リール３６に巻き付けられているワイヤ５０とから構成されている。

ハンドリンク部１０のケースには留め具１１が装備され、この留め具１１にワイヤ５０の一端が繋がれている。ハンドリング部１０のケース内には無線信号の送受信によって測距する測距用マイクロコンピュータ１２が内蔵してある。この測距用マイクロコンピュータ１２は、駆動回路１２１とこれにて所定周波数の超音波を発信する超音波送信機１２２、また超音波を受信する超音波受信機１２３、この超音波受信機１２３の受信した受信信号のうち特定周波数の超音波を検波し、増幅する増幅検波器１２４、さらに駆動回路１２１に所定の周波数、例えば３８ｋＨｚ周波数の信号を発振する３８ｋＨｚ発振器１２５、距離計測のための所定の周波数、例えば８ｋＨｚ周波数の信号を発振する８ｋＨｚ発振器１２６、そしてカウンタ１２７を搭載し、これらを制御して超音波無線信号にて前方の障害物までの距離を計測し、装置本体３０側に測距信号を信号線４０を通じて送信する。

他方、装置本体３０内には、ハンドリング部１０から信号線４０を通じて送信されてくる測距信号を受信し、距離計測を行う距離計測部３１、この距離計測部３１の計測した距離の変化に応じてモータの起動・停止、またモータ駆動量を演算するモータ駆動制御部３２、このモータ駆動制御部３２の指令にてモータ駆動するモータ駆動回路３３、このモータ駆動回路３３にて駆動されるモータ３４、このモータ３４の回転角度を監視するロータリーエンコーダ３５、モータ３４にて駆動され、ワイヤ５０の繰出し・巻取りを行うリール３６を備えている。また、装置本体３０にはリセットボタン３７が設けてあり、これを押すことによってマイクロコンピュータ３１が装置を初期化し、ワイヤ５０を基準長さまで巻き戻し、装置をリスタートさせる。さらに装置本体３０には電池のような電源部３８が設けられており、装置本体３０側そしてハンドリング部１０側の各構成要素に必要な電力を供給するようにしてある。なお、電源部３８は装置本体側３０だけではなく、ハンドリング部１０側にも別個に設け、ハンドリング部１０側での必要な電力を自身でまかなえるように構成することもできる。

ハンドリング部１０は所定周期毎に次の測距動作を繰り返す。３８ｋＨｚ発振器１２５は３８ｋＨｚで発振して超音波を発生し、駆動回路１２１は超音波送信機１２２から超音波を発信させる。超音波受信機１２３は所定方向（前方）からの超音波帯域の音波を受信し、増幅検波器１２４は受信音波を増幅し、３８ｋＨｚ帯の音波だけを反射波として検波する。この検波出力はカウンタ１２７に出力する。カウンタ１２７は、駆動回路１２１の発信動作毎に８ｋＨｚ発振器１２６のパルスをカウントし、検波出力を受けた時のパルスカウント数を信号線４０を通じて装置本体３０側に送信出力する。

装置本体３０における距離計測部３１は信号線４０を通じてハンドリング部１０から周期的に送られて来る測距信号としてのパルスカウント数に基づいて距離計算を行ない、前方障害物までの距離信号をモータ駆動制御部３２に与える。

モータ駆動制御部３２は、ロータリーエンコーダ３５の信号によって現在のワイヤ５０の繰出し量Ｌ０を保持している。そして距離計測部３１から距離信号を受け取るとワイヤ５０の繰出し量Ｌ１に換算し、現在のワイヤ繰出し量Ｌ０と比較し、Ｌ１＜Ｌ０であればΔＬ（＝Ｌ１−Ｌ０）を求め、これに相当するモータ回転角度を求めてモータ駆動回路３３に出力し、Ｌ１≧Ｌ０であればモータ停止指令をモータ駆動回路３３に出力する。モータ駆動回路３３は、モータ駆動制御部３２の指令に基づいてモータ３４を回転駆動し、これに回転結合されているリール３６を同時に回転駆動し、ワイヤ５０を巻取らせる。ロータリーエンコーダ３５は、モータ３３（又はリール３４であってもよい）の回転角度をパルスにしてモータ駆動制御部３２にフィードバックする。リセットスイッチ３７は、ワイヤ繰出し量の校正用に使うものである。

次に、上記構成の感覚代行装置の動作について説明する。図２に示すように、装置本体３０を使用者２０のベルト２１に装着し、ハンドリンク部１０は使用者２０が手に持つ。この状態で電源オンすれば、モータ駆動制御部３７は駆動信号をモータ駆動回路３３に与え、モータ駆動回路３３はモータ３４をワイヤ巻取り方向に回転させ、ワイヤ５０を巻取る。

そこで、使用者２０がハンドリンク部１０を持って身体のやや前方に引き出すようにすれば、モータ３４のトルクは通常の人の力よりも弱く設定してあるので、ワイヤ５０をそれにテンションをかけた状態で繰出すことができる。使用者２０がホームポジションとして適当と思う位置まで引出し、装置本体３０側のリセットスイッチ３７を押す。これにより、装置本体３０内のモータ駆動制御部３２は、そのときのワイヤ５０の繰出し量を、測距用マイクロコンピュータ１２で測った距離１ｍに対応するワイヤ５０の伸びに設定する。

続いて使用者２０が、ワイヤ５０が張っている状態にしながらハンドリンク部１０を前方で水平に移動させると、前方に障害物があればその障害物までの距離に応じて、例えば障害物１５までの距離が遠くなればモータ３４を停止状態にする。この状態ではモータ３４が無負荷状態になり、使用者２０がハンドリング部１０を持ってワイヤ５０を軽く引き出せるようになる（図３におけるステップＳ１〜Ｓ４、Ｓ８）。

そこでハンドリング部１０が前方に引き出されるとその時のワイヤ５０の繰出し量をモータ駆動制御部３２がロータリーエンコーダ３５の検出する回転角度にて検出する。そして繰出し量が測距距離に対応するまでワイヤ５０が繰出されるとモータ駆動制御部３２はモータ駆動信号をモータ駆動回路３３に与え、モータ駆動回路３３はモータ３４をワイヤ巻取り方向に駆動させる。これにより、使用者２０がハンドリング部１０を持ってワイヤ５０を引き出す力とモータ３４のワイヤ巻取りトルクとがバランスするところでモータ３４は停止し、ワイヤ５０が一定のテンションで張った状態になる（図３におけるステップＳ１〜Ｓ７）。

使用者２０がハンドリンク部１０を持って前方の障害物１５を走査している時に、前方の障害物までの距離が短くなればワイヤ５０をリール３４に強制的に巻取らせてワイヤ５０を縮ませ、ハンドリンク部１０を持つ手を引戻すように動作する（ステップＳ１〜Ｓ７）。この動作中にも、使用者２０がハンドリング部１０を持っての力を緩めるとモータ駆動制御部３２はワイヤ５０をリール３６に短く巻取らせることでハンドリング部１０を身体側に移動させるが、測距距離に相応する繰出し量まで巻取らせるとモータ駆動を停止する（ステップＳ１〜Ｓ４、Ｓ８）。

例えば、図４に示すように、ハンドリング部１０の初期ポジションをＣ１とし、このポジションから走査を開始し、前方に障害物１５（例えば壁）が存在しているとする。この状態から、使用者がワイヤ５０に若干のテンションを掛けながら状態Ｃ２〜Ｃ４へとハンドリンク部１０を水平に移動させる。このときに、障害物１５，１６の間に例えばドア戸口１７があってドアが開放されていれば、測距用マイクロコンピュータ１２による距離計測が無限大となるので、装置本体３０のモータが停止されワイヤ５０にかかるテンションがフリーとなり、使用者がハンドリング部１０を抵抗なく前方に移動させてワイヤ５０を繰出させることができるようになる。さらにハンドリンク部１０をＣ５の位置まで移動させると、障害物１６までの距離を再び計測することになり、その測定距離に対応する繰出し量までワイヤ５０をリール３６に巻取るためにモータを駆動する。そのため、ハンドリング部１０を掴んでいる手にはワイヤ５０を巻取る手前方向の力がかかるようになる。そこで、使用者２０がその力のままにハンドリング部１０を手前側に戻すとワイヤ５０がリール３６に測距距離に対応する繰出し量まで巻取られる。

このように、本実施の形態の感覚代行装置では、使用者２０が自分の手に持っているハンドリンク部１０をワイヤ５０が若干張っている状態に保ちながら（テンションをかけながら）前方を水平に走査すれば、前方の障害物の凸凹の状態に応じてハンドリンク部１０が前後移動し、前方の障害物の有無、またその凸凹状態をハンドリンク部１０を持つ手の前後の動きにて使用者２０に直感的に感取させることができる。本装置はまた、垂直方向に移動させれば、垂直方向での凸凹を直感的に感取させることができる。例えば前方の階段の段差を感取させることができる。

なお、装置本体３０に記憶装置を設け、走査時の測距データを記憶させておき、後でその測距データを再生させてワイヤ５０の繰出し量、巻取り量を制御させる機能を組み込むことで他の場所で形状の再現が可能となる。また、測距信号としては超音波信号に代えて、レーザーや可視光信号を利用し、またオートフォーカス用に汎用されている光学位相センサを測距用マイクロコンピュータ１２に採用することもでき、無線信号で距離測定できる手段であれば特に限定されるものではない。

またさらに、ハンドリンク部１０は使用者２０が手に持って走査するだけでなく、例えば、ステッキのグリップ部に取り付けておき、手でステッキを持って動かし、同様に前方の障害物の有無、その凹凸形状を感取させるようにすることもできる。さらに、上記実施の形態では、有線の信号線４０にてハンドリンク部１０と装置本体３０との間の信号送受を行うようにしたが、これは無線通信手段によって実現することもできる。加えて、上記実施の形態のように３８ｋＨｚの超音波を利用し、８ｋＨｚ信号にてパルスカウントすることには限定されることはなく、同様の作用をするならば異なった周波数信号を採用することができる。

本発明の１つの実施の形態の感覚代行装置の機能ブロック図。 上記実施の形態の使用状態の説明図。 上記実施の形態によるモータ駆動制御のフローチャート。 上記実施の形態の動作説明図。

符号の説明

１０ ハンドリンク部
１１ 留め具
１２ 測距用マイクロコンピュータ
１２１ 駆動回路
１２２ 超音波送信機
１２３ 超音波受信機
１２４ 増幅検波器
１２５ ３８ｋＨｚ発振器
１２６ ８ｋＨｚ発振器
１２７ カウンタ
２０ 使用者
２１ ベルト
３０ 装置本体
３１ 距離計測部
３２ モータ駆動制御部
３３ モータ駆動回路
３４ モータ
３５ ロータリーエンコーダ
３６ リール
３７ リセットスイッチ
３８ 電源部
４０ 信号線
５０ ワイヤ

Claims (2)

1. 人手によって操作可能な大きさのハンドリング部と、このハンドリング部とは別体で、ユーザの身に装着可能な装置本体と、前記ハンドリング部と装置本体との間を結ぶワイヤ及び信号線路とで構成される感覚代行装置であって、
   前記ハンドリング部は、
   前方の障害物までの距離を無線で連続的に計測して前記信号線路を通じて当該測距信号を前記装置本体側に送信する測距手段と、
   前記ワイヤの一端を固定するワイヤ留め具とを備え、
   前記装置本体は、
   前記ワイヤを繰出し、巻取る電動リールと、
   前記電動リールからのワイヤの繰出し長を監視する繰出し長センサと、
   前記測距手段から信号線路を通じて送られてきた測距信号に基づき前記前方障害物までの距離を計算し、前記電動リールに対して現在の繰出し分より測定距離に応じた長さだけワイヤを繰出すことを許容し、又は余剰繰出し長分だけ巻取らせるリールコントロール手段とを備えたことを特徴とする感覚代行装置。
2. 前記測距手段は、超音波を前方に放射し、その反射波を受信し、当該超音波の往復時間に基づいて前記前方の障害物までの距離を計測する超音波センサであることを特徴とする請求項１に記載の感覚代行装置。

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