JP6257011B1

JP6257011B1 - 視覚障害者用歩行支援装置

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Publication number: JP6257011B1
Application number: JP2017077814A
Authority: JP
Inventors: 慧久鵜狩
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2037-03-22
Also published as: JP2018158081A

Abstract

【課題】ユーザが直感的に立体空間を認知しやすく、認知可能な範囲の広い歩行者支援手段を提供する。【解決手段】本発明に係る視覚障害者用歩行支援装置は、空間認知部１と制御部２と刺激出力部３により構成される視覚障害者用歩行支援装置であって、刺激出力部３は複数の素子１１からなる素子部１０と伝達刺激情報受信手段９を有し、素子部１０は伝達刺激情報に対応した人体への感覚刺激を発する素子１１が配列され、装着時に素子１１を全て皮膚の表面に密着できるよう形成され、素子１１は素子１１と皮膚の接する点から、皮膚に対して垂直方向外向きに向かう仮想法線１２が立体空間上の障害物と接する点までの距離に素子１１の動作強度を対応させて動作することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、主に視覚障害者の視覚障害者用歩行支援装置に関する。

人間が歩行経路の選択をする際、視覚による立体空間の認知に依るところが大きい。視覚に障害を持つ者が歩行をする際、対面する立体空間の情報を他の感覚刺激に置き換えて伝達することで経路を選択しやすくなる。

特許文献１に開示された技術によれば、仮想的に視界とする範囲の立体的形状を「触覚表示装置」と同文献で表現される出力装置によりユーザに伝達できる。触覚表示装置は進退自在なピンを板状の本体にマトリクス状に配列したものであり、ユーザがこれを手のひらに刺激として受け取り、立体空間を想像した上で歩行することができ、この装置を用いることは好適な実施形態であると主張されている。

特開２００２−６５７２１

特許文献１に示す技術を用いれば障害物の位置をある程度想像しながら感覚的に捉えることができる。しかし、皮膚に与えられた刺激のパターンとその強弱を正確に把握するには一定の訓練が必要である。また、視野角が拡大するにつれて認知の難易度が増しユーザの負担が大きくなる。

この発明は、ユーザが直感的に立体空間を認知しやすく、認知可能な範囲の広い歩行者支援手段を提供する。

以上のような目的を達成するために、本発明は以下の技術を提供する。

請求項１に係る発明では、空間認知部と制御部と刺激出力部により構成される視覚障害者用歩行支援装置であって、前記空間認知部は、頭部または歩行時でも動作が安定し易い部位の何れかに装着してユーザ周辺の立体的形状を画像として連続して観察する空間検知手段と空間情報送信手段を有し、前記空間検知手段は、センサにより測定され明らかとなった立体空間上の障害物までの距離に対応する画素により空間情報としての前記画像を形成する距離画像センサからなり、前記制御部は前記空間認知部が捉えた周辺空間の情報を伝達刺激情報として加工する演算処理部と空間情報受信手段と伝達刺激情報送信手段を有し、前記刺激出力部は、複数の素子からなり人体各部に巻回自在な円環状で装着自在に形成した素子部と、伝達刺激情報受信手段を有すると共に、前記刺激出力部は、前記画像の高さ方向の前記画素と、人体の所定箇所に装着される前記刺激出力部の高さとが対応するよう前記刺激出力部を複数備え、前記空間情報送信手段は前記空間検知手段で取得した前記空間情報を前記空間情報受信手段に送信し、前記伝達刺激情報送信手段は前記演算処理部で加工した前記伝達刺激情報を前記伝達刺激情報受信手段に送信し、前記素子部は前記伝達刺激情報に対応した人体への感覚刺激を発する前記素子が略水平方向に放射状に配列され、装着時に前記素子を全て皮膚の表面に密着できるよう形成され、しかも、前記制御部は、前記伝達刺激情報として前記距離画像センサにより取得した前記画像から、前記刺激出力部の装着位置に対応する前記画像の前記画素に紐付けされた障害物までの距離を前記素子の動作強度として算出して前記刺激出力部に送信することで、前記素子と皮膚の接する点から皮膚に対して垂直方向外向きに向かう仮想法線が立体空間上の障害物と接する点までの距離を前記素子の動作強度として人体に感覚刺激を伝達することができるよう構成したことを特徴とする視覚障害者用歩行支援装置を提供せんとする。

請求項２に係る発明では、前記伝達刺激情報送信手段と複数の前記刺激出力部が備える各前記伝達刺激情報受信手段とは無線通信により前記伝達刺激情報を送受信するよう構成したことを特徴とする請求項１に記載の視覚障害者用歩行支援装置を提供せんとする。

請求項１記載の発明によれば、素子部は伝達刺激情報に対応した人体への感覚刺激を発する素子が配列され、装着時に素子を全て皮膚の表面に密着できるよう形成され、素子は素子と皮膚の接する点から、皮膚に対して垂直方向外向きに向かう仮想法線が立体空間上の障害物と接する点までの距離に素子の動作強度を対応させて動作することより、複雑な思考をすることなく、人体が刺激を受けた方向に障害物があること及び障害物までの距離を直感的に認識することができる。

また、刺激出力部は人体の任意の箇所に装着自在に構成したことより、感覚神経が鈍い身体の部位でも刺激を受けることができる。

また、刺激出力部は任意の高さに複数装着できるよう構成したことより、複雑な思考をすることなく、人体が刺激を受けた高さに障害物があること及び障害物までの距離を直感的に認識することができる。

また、素子は略水平方向に放射状に配列したことより、立体空間を広範囲で認知することができる。

更に、前記刺激出力部は人体各部に巻回自在な円環状に形成したことより、ユーザが容易に着脱できる。

刺激出力部が満たすべき基本構造認知された空間情報と刺激の出力パターンの対応イメージ

本実施形態に係る視覚障害者用歩行支援装置の要旨は、空間認知部と制御部と刺激出力部により構成される視覚障害者用歩行支援装置であって、空間認知部はユーザ周辺の立体的形状を連続して観察する空間検知手段と空間情報送信手段を有し、制御部は空間認知部が捉えた周辺空間の情報を加工する演算処理部と空間情報受信手段と伝達刺激情報送信手段を有し、刺激出力部は複数の素子からなる素子部と伝達刺激情報受信手段を有し、空間情報送信手段は空間検知手段で取得した空間情報を空間情報受信手段に送信し、伝達刺激情報送信手段は前記演算処理部で加工した伝達刺激情報を伝達刺激情報受信手段に送信し、素子部は伝達刺激情報に対応した人体への感覚刺激を発する素子が配列され、装着時に素子を全て皮膚の表面に密着できるよう形成され、素子は素子と皮膚の接する点から、皮膚に対して垂直方向外向きに向かう仮想法線が立体空間上の障害物と接する点までの距離に素子の動作強度を対応させて動作することを特徴とする。すなわち、ユーザが直感的に立体空間を認知しやすく、認知可能な範囲の広い歩行者支援手段を提供するものである。

以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

視覚障害者用歩行支援装置は空間認知部１と制御部２と刺激出力部３により構成される視覚障害者用歩行支援装置であって、空間認知部１はユーザ周辺の立体的形状を連続して観察する空間検知手段４と空間情報送信手段５を有し、制御部２は空間認知部１が捉えた周辺空間の情報を加工する演算処理部６と空間情報受信手段７と伝達刺激情報送信手段８を有し、刺激出力部３は複数の素子１１からなる素子部１０と伝達刺激情報受信手段９を有し、空間情報送信手段５は空間検知手段４で取得した空間情報を空間情報受信手段７に送信し、伝達刺激情報送信手段８は演算処理部６で加工した伝達刺激情報を伝達刺激情報受信手段９に送信し、素子部１０は伝達刺激情報に対応した人体への感覚刺激を発する素子１１が配列され、装着時に素子１１を全て皮膚の表面に密着できるよう形成され、素子１１は素子１１と皮膚の接する点から、皮膚に対して垂直方向外向きに向かう仮想法線１２が立体空間上の障害物と接する点までの距離に素子１１の動作強度を対応させて動作するように構成している。

また、刺激出力部３は人体の任意の箇所に装着自在に構成している。

また、刺激出力部３は任意の高さに複数装着できるよう構成している。

また、素子１１は略水平方向に放射状に配列している。

さらに、刺激出力部３は人体各部に巻回自在な円環状に形成している。

図１に示すように、空間認知部１はユーザの動作の妨げにならないスマートフォン等の携帯端末程度の大きさで、ユーザに伝達すべきユーザ周辺の立体空間の認知を行い、それにより得たユーザ周辺の立体空間の情報を制御部２に伝達する役割を担う。空間認知部１の装着位置は任意であるが、使用中に認知する範囲の角度を自在に変更できることが望まれる場合は頭部、ユーザの進行方向に安定した入力を得たい場合は胸部などに設置する。さらに、広い範囲で立体空間の情報を得るために空間認知部１の一部をなす空間検知手段４を複数個用いて構成することも可能である。

空間検知手段４はユーザに伝達すべきユーザ周辺の立体空間の認知を行い、空間検知手段４が認知できる画角内に存在する画素ごとの対象までの距離を明らかにする。よってセンサから投射したレーザ光が対象物に当たって反射しセンサに戻って来るまでの時間を用いて画素ごとの距離を測るＴＯＦ（ＴｉｍｅＯｆＦｌｉｇｈｔ）方式の距離画像センサを用いて構成する。ＴＯＦ方式の距離画像センサでは光の位相差を用いて反射光の遅延を検出する。そのため投射するレーザ光は高速で点滅させる。他にも使用環境に応じて任意の技術を用いて構成できる。安価な部品で構成し、屋内での使用を前提とするならば、あるパターンの光線を対象物に照射し、そのパターンの歪みで距離を測定するパターン照射方式を採用できる。他にもステレオカメラを用いて、視差により奥行き情報を得ることもできる。

空間情報送信手段５は空間検知手段４で取得した空間情報を制御部２の一部をなす空間情報受信手段７に送信するものであり、空間情報送信手段５と空間情報受信手段７はＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）接続でのシリアル通信を行い、空間情報受信手段７を介して空間検知手段４が得た立体空間の情報を演算処理部６へ伝達する役割を担う。他にも任意の有線・無線通信技術を用いることができる。また、この通信の速度に合わせて空間検知手段４のサンプリングレートを設定すべきである。

制御部２は空間認知部１から伝達される立体空間の情報を受信し、受信した情報を刺激出力部３に出力できる形に加工して、刺激出力部３に伝達する役割を担う。

演算処理部６は、空間情報受信手段７が受信した立体空間の情報を加工する。具体的には素子１１が素子１１と皮膚の接する点から、皮膚に対して垂直方向外向きに向かう図２に示すような仮想法線１２が立体空間上の障害物と接する点までの距離に素子１１の動作強度を対応させて動作するように出力を加工する。

動作としては、本実施形態ではシリアル通信を用いて通信を行うため、その時のサンプリングで得た立体空間の計測結果が順次受信される。計算負荷の高い時はあらかじめ設けておいたメモリ空間にバッファとして蓄える。ＴＯＦ方式の距離画像センサは該センサの持つ画角内で均等かつ放射状に視野を持ち画素に対応させるから、距離画像センサの縦横の画角とその瞬間に受信された画素の画像全体で見た位置により、中央の画素が感知する走査線を基準にした時のその瞬間に受信された画素の感知する走査線の縦横方向の角度を計算できる。その角度により三角関数を用いてその瞬間に受信された画素の空間検知手段４の位置を原点とした三次元直交座標系上での位置を計算できる。

また、物理メモリにあらかじめその領域内でアドレス番地が三次元直交座標系上での位置をもとに参照できるよう構成されたバッファを設けておく。バッファは仮想法線１２の走査する範囲と接近する位置に限定して設けることで物理メモリの記憶領域を節約できる。

また、受信された画素の位置が仮想法線１２の走査する範囲と接近する場合はその位置に対応するアドレス番地の格納値の値を変更しその位置の計測結果があることを記憶し、接近しない場合であれば計算負荷軽減のために処理を打ち切り次の画素の処理を始める。その時のサンプリングで得た立体空間の計測結果の内最後の画素が受信された後、位置的に密集して計測された位置を障害物とみなし、仮想法線１２の角度的な分解能の基づいて分割して統計された平均距離を刺激の強弱に対応させ、それに対応した位置の素子１１への出力とする。

伝達刺激情報送信手段８と刺激出力部３の一部をなす伝達刺激情報受信手段９はＵＳＢ接続でのシリアル通信を行い、演算処理部６が加工した出力信号の情報を刺激出力部３へ伝達する役割を担う。他にも任意の有線・無線通信技術を用いることができる。

刺激出力部３は、伝達刺激情報受信手段９が受信した出力情報に基づき素子部１０を動作させる役割を担い、素子部１０には素子１１を略水平方向に放射状に配列している。

素子部１０は巻回自在な円環状に形成し易い伸縮性のあるゴムを使う。また、他に布や相互に連結可能な構造体をつなぎ合わせて構成するなど人体への装着時に円環状に巻回し易い様々な形態が考えられる。また、脱着や体型への適合を考慮して長さの調節具と切り離し部分を設けることが望ましい。

素子１１は人体に振動を与えるもので入力信号により圧電素子を駆動する。なお、圧電素子以外であっても振動を生起するものであれば如何なる素子であっても良い。また、その他の感覚刺激を用いることもできるが圧力、熱、電気刺激などユーザが認知しやすいものが良い。刺激の強弱については単に素子の駆動力のみでの表現にとどまらず、駆動において時間的変化をつけることにより表現でき、それによってユーザへの不快感を軽減したり、認知精度を向上させたりと、効果が期待できる。

例えば刺激の出力が一定時間継続して、かつ一定の駆動力で行われた後はそれまでの慣れにより駆動力の変化に気づきにくい。また、初心のユーザに対して装置の扱いを指導する際、単に素子の駆動力のみで強弱を表現する方式より、時間的パターンを用いて表現する方式の方が定量的に教えることができ、便利である。

なお、素子部１０を構成する素子１１の数や人体への装着箇所と数は任意であり、刺激出力部３を装着する人体の箇所に応じて適宜増減することができる。例えば、刺激出力部３を安定した腰回りに装着した場合は全周に渡り複数の素子１１を配設したり、また、肩近傍の両腕に装着した場合は胴体側に素子１１を配設しないことで人体の左右の空間情報に応じた各々の空間情報を左右の腕に別個に伝達することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る視覚障害者用歩行支援装置を構成している。したがって、素子部１０は伝達刺激情報に対応した人体への感覚刺激を発する素子１１が配列され、装着時に素子１１を全て皮膚の表面に密着できるよう形成され、素子１１は素子１１と皮膚の接する点から、皮膚に対して垂直方向外向きに向かう仮想法線１２が立体空間上の障害物と接する点までの距離に素子１１の動作強度を対応させて動作することより、複雑な思考をすることなく、人体が刺激を受けた方向に障害物があること及び障害物までの距離を直感的に認識することができる。

刺激出力部３は人体の任意の箇所に装着自在に構成したことより、感覚神経が鈍い身体の部位でも刺激を受けることができる。

刺激出力部３は任意の高さに複数装着できるよう構成したことより、複雑な思考をすることなく、人体が刺激を受けた高さに障害物があること及び障害物までの距離を直感的に認識することができる

素子１１は略水平方向に放射状に配列したことより、立体空間を広範囲で認知することができる。

刺激出力部３は人体各部に巻回自在な円環状に形成したことより、ユーザが容易に着脱できる。

以上、本発明の好ましい実施形態と変形例について説明したが、本発明は係る特定の実施形態や変形例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１空間認知部
２制御部
３刺激出力部
４空間検知手段
５空間情報送信手段
６演算処理部
７空間情報受信手段
８伝達刺激情報送信手段
９伝達刺激情報受信手段
１０素子部
１１素子
１２仮想法線

Claims

空間認知部と制御部と刺激出力部により構成される視覚障害者用歩行支援装置であって、
前記空間認知部は、頭部または歩行時でも動作が安定し易い部位の何れかに装着してユーザ周辺の立体的形状を画像として連続して観察する空間検知手段と空間情報送信手段を有し、
前記空間検知手段は、センサにより測定され明らかとなった立体空間上の障害物までの距離に対応する画素により空間情報としての前記画像を形成する距離画像センサからなり、
前記制御部は前記空間認知部が捉えた周辺空間の情報を伝達刺激情報として加工する演算処理部と空間情報受信手段と伝達刺激情報送信手段を有し、
前記刺激出力部は、複数の素子からなり人体各部に巻回自在な円環状で装着自在に形成した素子部と、伝達刺激情報受信手段を有すると共に、前記刺激出力部は、前記画像の高さ方向の前記画素と、人体の所定箇所に装着される前記刺激出力部の高さとが対応するよう前記刺激出力部を複数備え、
前記空間情報送信手段は前記空間検知手段で取得した前記空間情報を前記空間情報受信手段に送信し、前記伝達刺激情報送信手段は前記演算処理部で加工した前記伝達刺激情報を前記伝達刺激情報受信手段に送信し、
前記素子部は前記伝達刺激情報に対応した人体への感覚刺激を発する前記素子が略水平方向に放射状に配列され、装着時に前記素子を全て皮膚の表面に密着できるよう形成され、
しかも、前記制御部は、前記伝達刺激情報として前記距離画像センサにより取得した前記画像から、前記刺激出力部の装着位置に対応する前記画像の前記画素に紐付けされた障害物までの距離を前記素子の動作強度として算出して前記刺激出力部に送信することで、前記素子と皮膚の接する点から皮膚に対して垂直方向外向きに向かう仮想法線が立体空間上の障害物と接する点までの距離を前記素子の動作強度として人体に感覚刺激を伝達することができるよう構成したことを特徴とする視覚障害者用歩行支援装置。
前記伝達刺激情報送信手段と複数の前記刺激出力部が備える各前記伝達刺激情報受信手段とは無線通信により前記伝達刺激情報を送受信するよう構成したことを特徴とする請求項１に記載の視覚障害者用歩行支援装置。