JP6648715B2 - バランス訓練装置およびバランス訓練装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、バランス訓練装置およびバランス訓練装置の制御方法に関する。

倒立振子型の移動装置を、訓練者である搭乗者がバランスを取りながら走行させることにより、歩行に必要な重心移動を訓練者に習得させるバランス訓練装置が知られている。訓練は、移動装置の移動を表示装置に表示されたキャラクタの移動に連動させ、表示装置を介して与えられるゲーム形式の課題を達成することにより行われることがある。訓練者は、このような課題を連続的に試行することにより、一定のトレーニング効果を得る。

特開２０１６−７３３８６号公報

倒立振子型の移動装置を移動させられる範囲は、バランス訓練装置全体の大きさとの兼ね合いより、大きくすることが難しい。そこで、個々の課題は、移動装置が初期位置から移動を開始して初期位置に戻るように設定されている。したがって、直前の課題の終了時に移動装置が初期位置に戻っていないとしても、次の課題は初期位置からの移動を前提として与えられる。移動装置の搭乗者はバランス訓練を必要とする訓練者であるので、初期位置まで適切に戻れないことも多く、次の課題に対応することがより困難となってしまうことがあった。訓練者が課題に対応できなくなると、課題への意欲減退を招き、期待するトレーニング効果が得られなくなってしまう。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、訓練者の課題への意欲を維持して高いトレーニング効果を期待できるバランス訓練装置を提供するものである。

本発明の第１の態様におけるバランス訓練装置は、訓練者が搭乗して移動操作を行う倒立振子型の移動装置と連動するバランス訓練装置であって、移動装置の位置を検出する検出部と、訓練者に初期位置から目標位置への往復移動を所定時間以内に行わせる課題を設定すると共に、課題の進行を示す映像に移動装置の位置に対応して訓練者を示すキャラクタを重畳して表示部に表示させる制御部とを備え、制御部は、直後に実行する課題の初期位置を直前に実行した課題の終了時における移動装置の位置に修正すると共に、初期位置の修正に応じて目標位置を修正する。

このように、直前の課題終了時における移動装置の位置に応じて直後の課題の初期位置と目標位置を修正するので、訓練者が直後の課題を達成できる可能性を高めることができ、課題の試行への意欲が損なわれる虞が少ない。しかも、直後の課題を単に容易なものへ変更するのではなく、もともと設定されていた課題を修正するので、課題の難易度をある程度維持することができ、高いトレーニング効果が得られることも期待できる。

また、上記のバランス訓練装置において、制御部は、初期位置の修正によって課題が目標とする往復の移動距離に対して不足が生じた場合には、ひとつの課題ゲームとして連続して与えられる課題のうち不足が生じた当該課題よりも後に実行される課題において訓練者の負荷が大きくなるように調整しても良い。このように後の課題を調整することにより、当初期待したトレーニング効果に近い効果を得ることができる。

また、制御部は、初期位置の修正に基づいて、課題の達成に対して賦与されるスコアを調整して表示部に表示しても良い。表示部にキャラクタを表示して行う課題形式のトレーニングにおいて、達成度合に応じて賦与されるスコアは、意欲向上に貢献するのみならず、トレーニング量を客観的に評価するための指標にもなる。したがって、このように調整されたスコアは、より正確にトレーニング量を評価する指標として利用できる。

また、制御部は、直前に実行した課題の終了時における移動装置の位置が、初期位置から予め定められた距離以内である場合は、直後に実行する課題の初期位置を修正しないようにすることもできる。このように処理を簡略化することにより、制御部の負荷を低減することができる。

本発明の第２の態様におけるバランス訓練装置の制御方法は、訓練者が搭乗して移動操作を行う倒立振子型の移動装置と連動するバランス訓練装置の制御方法であって、訓練者に初期位置から目標位置への往復移動を所定時間以内に行わせる第１の課題と第２の課題を設定する設定ステップと、第１の課題の開始後に、第１の課題の進行を示す映像に移動装置の位置に対応して訓練者を示すキャラクタを重畳して表示部に表示させる表示ステップと、第２の課題における初期位置を、第１の課題の終了時における移動装置の位置に修正すると共に、初期位置の修正に応じて第２の課題における目標位置を修正する修正ステップとを有する。

このように、第１の課題の終了時における移動装置の位置に応じて第２の課題の初期位置と目標位置を修正するので、訓練者が第２の課題を達成できる可能性を高めることができ、課題の試行への意欲が損なわれる虞が少ない。しかも、第２の課題を単に容易なものへ変更するのではなく、もともと設定されていた課題を修正するので、課題の難易度をある程度維持することができ、高いトレーニング効果が得られることも期待できる。

本発明により、訓練者の課題への意欲を維持して高いトレーニング効果を期待できるバランス訓練装置を提供することができる。

本実施形態にかかるバランス訓練装置の概略斜視図である。 移動装置の概略斜視図である。 バランス訓練装置のシステム構成を示す図である。 課題試行中の表示映像の例を示す図である。 課題試行中の表示映像の推移を示す図である。 課題試行中に移動装置が移動する様子を示す図である。 課題リストを説明する図である。 同方向への課題が連続する場合の課題修正の一例を説明する図である。 異方向への課題が連続する場合の課題修正の一例を説明する図である。 課題修正の変形例を説明する図である。 課題修正の更なる変形例を説明する図である。 一回の課題ゲームの開始から終了までの処理を示すフロー図である。 他の例における一回の課題ゲームの処理を示すフロー図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態にかかるバランス訓練装置の一例としての訓練装置１００の概略斜視図である。訓練装置１００は、片麻痺などの障害を持つ障害者が歩行に必要な重心移動を習得するためや、足関節に障害を抱える患者が足関節機能を回復させるための装置である。訓練装置１００は、連動して作動する移動装置１２０を含む。例えば、足関節機能を回復させたい訓練者９００がバランスを取りつつ移動装置１２０に搭乗を続けようとすると、移動装置１２０は、訓練者９００の足関節にリハビリ効果を期待できる程度の負荷を与えることができる。

訓練装置１００は、主に、全体の骨格を成すフレーム１３０に取り付けられた制御盤１３３、ハーネス引張部１１２と、訓練者９００が搭乗する移動装置１２０を備える。

訓練者９００やオペレータは、移動装置１２０をフレーム１３０に囲まれた走行面に移動させてから、訓練を実施する。走行面には、移動装置１２０の正常な移動範囲として移動制限範囲１９０が設定されている。また、その中央付近に、移動装置１２０の基準位置となる初期位置Ｖｓが設定されている。初期位置Ｖｓは、訓練者９００等が認識できるように、床面等にマーキングが施されている。また、移動制限範囲１９０も、訓練者９００等が視認識できるように、床面等にマーキングが施されていることが好ましい。

フレーム１３０は、モータやセンサの制御を行う全体制御部２１０を収容する制御盤１３３や、訓練の進捗状況等を表示する例えば液晶パネルである表示部１３８などを支持している。また、フレーム１３０は、訓練者９００の頭上部付近でハーネス引張部１１２を支持している。

訓練装置１００は、装具１１０、ハーネスワイヤ１１１、ハーネス引張部１１２を主な構成要素とする、安全装置としてのハーネス装置を備える。ハーネス装置は、訓練者９００がバランスを崩しそうな場合に、訓練者９００の上体を支えて訓練者９００の安全を図る。装具１１０は、訓練者９００の腰部に巻き付けられるベルトであり、例えば面ファスナによって腰部に固定される。ハーネスワイヤ１１１は、一端が装具１１０に連結されており、他端がハーネス引張部１１２の巻取機構に連結されている。ハーネス引張部１１２の巻取機構は、不図示のモータをオン／オフさせることにより、ハーネスワイヤ１１１を巻き取ったり繰り出したりする。

移動装置１２０は、倒立振子の姿勢制御モデルに基づいて姿勢を保ちつつ移動する同軸二輪車であり、訓練装置１００と連動して作動する倒立移動訓練装置である。移動装置１２０の位置は、フレーム１３０に設置された位置センサ１１３によって検出される。位置センサ１１３は、例えば、レーザレンジファインダや超音波センサである。なお、本実施形態において位置センサ１１３は、移動制限範囲１９０内に示す矢印方向における一次元上の移動装置１２０の位置を検出するが、位置センサ１１３は、二次元上の位置や回転量も検出できるものであっても良い。

図２は、移動装置１２０の概略斜視図である。移動装置１２０は、全体の骨格を成す基台１２６に、左右に跨がる搭乗台１２１、左駆動輪１２３、右駆動輪１２４、ハンドルユニット１２５が備え付けられて構成されている。

ハンドルユニット１２５は、訓練者９００が把持してバランスを保つための支えとしての機能を担うと共に、前進および旋回を指示するための指示受付部としての機能を担う。具体的には、移動装置１２０は、訓練者９００がハンドルユニット１２５を前方に傾斜させると前進し、後方に傾斜させると後進する。同様に、進行方向に対して左側に傾斜させると左方向へ旋回し、右側に傾斜させると右方向へ旋回する。なお、後述する課題においては、訓練者９００は移動装置１２０を前進させたり後進させたりするが旋回はさせないので、移動装置１２０は、旋回機能を省いたものであっても良い。

左駆動輪１２３は、左右の搭乗台１２１の中心に対して左側に偏位して取り付けられており、不図示のモータによって回転駆動される。右駆動輪１２４は、左右の搭乗台１２１の中心に対して右側に偏位して取り付けられており、不図示のモータによって回転駆動される。左駆動輪１２３と右駆動輪１２４は、同軸芯線上に平行に配置されている。したがって、左駆動輪１２３と右駆動輪１２４が、同じ方向に同じ速度で回転すれば直進するし、異なる速度で回転すれば左右に旋回する。後述する移動体制御部は、訓練者９００が搭乗した移動装置１２０の全体の姿勢を検知して、訓練者９００が搭乗した状態を安定的に維持できるように左駆動輪１２３と右駆動輪１２４の回転を制御する。

荷重センサ１２２は、左右の搭乗台１２１のそれぞれに埋め込まれた荷重センサであり、訓練者９００の各脚からの荷重を検知する。バッテリ１２９は、移動装置１２０を動作させるために必要な電力を供給する。バッテリ１２９は、例えばリチウムイオン電池であり、充電により繰り返し利用できる。

次に訓練装置１００のシステム構成について説明する。図３は、訓練装置１００のシステム構成図である。全体制御部２１０は、例えばＣＰＵであり、メモリ２１４から読み込んだ制御プログラムを実行することにより、装置全体の制御を実行する。操作受付部２１１は、訓練者９００やオペレータからの入力操作を受け付けて、操作信号を全体制御部２１０へ送信する。訓練者９００やオペレータは、操作受付部２１１を構成する、装置に設けられた操作ボタンやタッチパネル、付属するリモコン等を操作して、電源のオン／オフやトレーニングの開始の指示を与えたり、設定に関する数値の入力やメニュー項目の選択を行ったりする。

表示制御部２１２は、全体制御部２１０からの表示信号に従って、後述する課題ゲームのグラフィック映像等を生成し、表示部１３８に表示する。ハーネス駆動部２１３は、ハーネス引張部１１２を構成する、ハーネスワイヤ１１１を引張するためのモータとその駆動回路を含む。全体制御部２１０は、ハーネス駆動部２１３へ駆動信号を送ることにより、ハーネスワイヤ１１１の巻き取りと、ハーネスワイヤ１１１の引張力を制御する。

位置センサ１１３は、検出した移動装置１２０の位置を全体制御部２１０へ送信する。メモリ２１４は、不揮発性の記憶媒体であり、例えばソリッドステートドライブが用いられる。メモリ２４０は、訓練装置１００を制御するための制御プログラム等を記憶している。メモリ２４０は、特に、訓練者９００が楽しくトレーニングできるようにゲーム形式で連続する課題を与えるプログラムである課題ゲーム２１５を記憶している。また、制御に用いられる様々なパラメータ値、関数、ルックアップテーブル等を管理するデータベース２１６を記憶している。

上述のように、移動装置１２０は、フレーム１３０に囲まれた走行面上を走行するが、訓練装置１００は、移動装置１２０に指令を与えたり、センサ情報を受け取ったりするために、全体制御部２１０に接続された通信接続ＩＦ２１９を備える。移動装置１２０も、通信接続ＩＦ２１９と有線または無線によって接続される通信接続ＩＦ２２９を備える。通信接続ＩＦ２２９は、移動装置１２０の移動体制御部２２０に接続されている。通信接続ＩＦ２１９、２２９は、通信規格に則った例えば無線ＬＡＮ等の通信インタフェースである。

移動体制御部２２０は、例えばＣＰＵであり、全体制御部２１０から与えられた制御プログラムを実行することにより、移動装置１２０の制御を実行する。また、移動装置１２０の状態を、通信接続ＩＦ２１９、２２９を介して全体制御部２１０へ通知する。また、全体制御部２１０からの指令を受けて、移動装置１２０の起動／停止等を実行する。

駆動輪ユニット２２１は、左駆動輪１２３、右駆動輪１２４を駆動するための駆動回路やモータを含み、移動体制御部２２０は、駆動輪ユニット２２１へ駆動信号を送ることにより、左駆動輪１２３、右駆動輪１２４の回転を制御する。

姿勢センサ２２２は、加速度センサやジャイロセンサを含み、移動体制御部２２０の要求信号に応じて検出信号を移動体制御部２２０へ送信する。移動体制御部２２０は、これらの検出信号から移動装置１２０の倒立状態を認識し、倒立状態を維持するために必要な駆動信号を生成して駆動輪ユニット２２１へ送信する。

バッテリセンサ２２３は、バッテリ１２９の残容量を検出する残容量センサや、バッテリ１２９の温度を監視する温度センサを含む。バッテリセンサ２２３は、残容量や温度を含むバッテリ１２９の各種検出結果を移動体制御部２２０へ送信する。

荷重センサ１２２は、訓練者９００が搭乗したことを検出して、検出信号を移動体制御部２２０へ送信する。移動体制御部２２０は、当該検出信号を受信したら、搭乗者が搭乗したと認識して、倒立振子の姿勢制御を開始する。

ハンドルユニット１２５は、基台１２６に軸支された軸支部分に設けられた角度センサを含む。ハンドルユニット１２５は、角度センサが検出した傾斜方向と角度を検出信号として移動体制御部２２０へ送信する。

本実施形態においては、課題ゲーム２１５を実行することにより、訓練者９００にトレーニングを促す。全体制御部２１０によって処理される課題ゲーム２１５は、刻々と変化するグラフィック映像を生成して表示部１３８に映しだし、訓練者９００は、その映像に促されて移動装置１２０の移動操作を行う。

図４は、課題試行中の表示映像の例を示す図である。図は、表示部１３８に表示された映像であり、複数の課題ゲーム２１５の中からテニスをモチーフにしたものが選択され、実行されている様子を示している。

中央に表示されたテニスコートの右側には、テニスボールＢを投擲するキャラクタＭが背景画像に重畳して配され、同じく左側には、投擲されたテニスボールＢを打ち返すキャラクタＰが背景画像に重畳して配されている。キャラクタＭは、課題ゲーム２１５が与える課題に合わせて上下に移動したり投擲したりする動作を表現する。キャラクタＰは、訓練者９００を示すキャラクタであり、移動装置１２０の移動に合わせて上下に移動したり、テニスボールＢの到達に合わせてラケットを振ったりする動作を表現する。テニスボールＢは、キャラクタＭ、Ｐの動作に合わせて、テニスコート上を左右に往復する。

また、ゲームの状況を表す情報も表示される。図示する例では、課題ゲーム２１５の中から「テニス」のゲームが選択されていることを示す「トレーニングゲーム０１」、難易度を示す「レベル０３」、現時点での得点を表す「スコア０１５００」が表示されている。スコアは、課題の達成に対して賦与される数値であり、例えば、テニスボールＢを打ち返すごとに１００点が加点され、初期位置に戻れなかった場合には初期位置までの距離に応じて減点される。

画面の右上には、バッテリ１２９の残容量を示すアイコンＩが表示される。アイコンＩは、残容量に応じて変化する。具体的には、バッテリセンサ２２３が検出した検出信号を、移動体制御部２２０を経由して全体制御部２１０が受け取り、その結果に応じてアイコンＩを表示する表示信号を生成して表示制御部へ送信する。

課題ゲーム２１５は、複数の課題を連続して与え、訓練者９００に試行させる。「テニス」のゲームの場合、１つの課題は、投擲されたテニスボールＢを一回打ち返すものである。１つの課題の試行について、より具体的に説明する。図５は、課題試行中の表示映像の推移を示す図である。また、図６は、課題試行中に移動装置が移動する様子を上方から観察した図である。図５（ａ）と図６（ａ）、図５（ｂ）と図６（ｂ）、図５（ｃ）と図６（ｃ）が、それぞれ対応している。

図５（ａ）は、課題開始直前の様子を示し、キャラクタＰは、上下方向の真ん中である初期位置Ｔｓに位置している。キャラクタＭも、初期位置Ｔｓに対してコートを挟んで反対側に位置している。図６（ａ）は、このときの訓練者９００の状況を示し、移動装置１２０は、移動制限範囲１９０の中央である初期位置Ｖｓ上に留まっている。すなわち、訓練者９００が課題の開始まで待機している状況である。

なお、訓練者９００は、図５（ａ）の画面が表示されている表示部１３８を注視しているので、移動装置１２０が表示部１３８へ向かって移動する場合を前進とする。また、移動装置１２０が表示部１３８から遠ざかるときにも訓練者９００は表示部１３８を注視したままなので、移動装置１２０が表示部１３８から遠ざかる場合を後進とする。

図５（ｂ）は、課題開始直後の様子を示し、キャラクタＭは、この課題に設定された目標位置ＢｈへテニスボールＢを到達させるべく、コートの上方へ移動してテニスボールＢを投擲する。すると、テニスボールＢは、図示する軌跡に沿って移動する。テニスボールＢが移動する速さは、レベルに応じて予め定められており、レベルが高いほど速い。

訓練者９００は、テニスボールＢがＢｈに到達する前に、Ｂｈで打ち返すことができる打撃位置ＴｈまでキャラクタＰを移動させる。すなわち、図６（ｂ）に示すように、訓練者９００は、移動装置１２０を移動制限範囲１９０において打撃位置Ｔｈに対応する目標位置Ｖｈへ前進させる。

テニスボールＢがＢｈに到達する前にキャラクタＰをＴｈまで移動させることができれば、テニスボールＢが到達したときにラケットが振られ、テニスボールＢは打ち返される。図５（ｃ）は、キャラクタＰがテニスボールＢを打ち返した後に初期位置Ｔｓまで戻る様子を示す。訓練者９００は、テニスボールＢがコートの右端に到達するまでにキャラクタＰを初期位置Ｔｓへ戻すべく、図６（ｃ）に示すように、移動装置１２０を初期位置Ｖｓへ向かって後進させる。

図５、図６を用いて説明した課題は、表示部１３８に表示したキャラクタＰ等の動作を連動させて、訓練者９００に移動装置１２０を初期位置Ｖｓから目標位置Ｖｈまで前進させ、再び初期位置Ｖｓまで後進させる課題であった。１つ１つの課題は、移動装置１２０を移動させる目標位置Ｖｈまでの距離と方向で定義され、課題の全体は、課題リストによって管理されている。

図７は、課題リストを説明する図である。課題リストは、メモリ２１４のデータベース２１６に予め記憶されている。図示するように、１つ１つの課題には課題番号Ｈ１、Ｈ２、…Ｈｎが与えられている。そして、それぞれの課題に対応して、初期位置Ｖｓから目標位置Ｖｈまでの距離Ｄ１、Ｄ２、…Ｄｎと、方向「＋」または「−」とが関連づけられている。方向「＋」は、目標位置Ｖｈが初期位置Ｖｓに対して表示部１３８側に位置することを表し、方向「−」は、目標位置Ｖｈが初期位置Ｖｓに対して表示部１３８側とは反対側に位置することを表す。したがって、訓練者９００は、方向「＋」の課題であれば、目標位置Ｖｈへ向かって移動装置１２０を前進させ、方向「−」の課題であれば、目標位置Ｖｈへ向かって移動装置１２０を後進させることになる。

課題ゲーム２１５を実行する全体制御部２１０は、実行させる課題に対応させてキャラクタＭやテニスボールＢのグラフィック映像を生成して表示部１３８に表示する。例えば、課題番号Ｈ３においては、初期位置Ｖｓから「＋」方向の距離Ｄ３である目標位置Ｖｓ３に対応する表示画面上の打撃位置Ｔｈ３を計算し、Ｔｈ３の位置でラケットを振った場合にヒットするテニスボールＢの目標位置Ｂｈ３を確定する。そして、テニスボールＢが目標位置Ｂｈ３に到達する軌跡を計算し、当該軌跡に沿ってテニスボールＢを移動させるグラフィック映像を生成して表示部１３８に表示する。

１回の課題ゲームは、課題リストからランダムに選択されたｋ個の課題から成る。個数ｋは、選択されたレベルに応じて変更される。高いレベルほど多くの課題が選択される。また、選択されたレベルによっては、大きな距離が関連づけられた課題は選ばれないなど、課題リストからの課題選択に制限を設けても良い。

次に、複数の課題が連続して実行される場合の、直前の課題の試行結果に対する直後の課題の修正について説明する。図８は、同方向への課題が連続する場合の課題修正の一例を説明する図である。

図８(ａ）は、ｍ回目の課題Ｈｍと試行結果を示す図である。ここで、ｍ回目の課題Ｈｍは、直前に実行された課題である。課題Ｈｍは、初期位置Ｖｓから＋方向に距離Ｄｍだけ離れた目標位置Ｖｈｍまでを往復する課題であり、制限時間Ｔｍは、往復の距離２Ｄｍと選択されたレベルに応じて予め設定される時間である。表示画面でテニスボールＢが移動する速度は、この制限時間Ｔｍに応じて設定される。

図８(ａ）において、終了位置Ｖｒｍは、制限時間Ｔｍが経過した時点での到達位置である。すなわち、訓練者９００は、本来であれば制限時間Ｔｍが経過するまでに移動装置１２０を初期位置Ｖｓまで戻すべきところ、結果的に、終了位置Ｖｒｍまでしか戻せなかったことを表す。このとき、終了位置Ｖｒｍから初期位置Ｖｓまでの距離をＤＬとすると、課題が要求する移動距離に対してＤＬ分が不足したことになる。

図８（ｂ）は、課題ゲームの開始時において選択されたｍ＋１回目の課題Ｈｍ＋１を示す図である。ここで、ｍ＋１回目の課題Ｈｍ＋１は、課題Ｈｍの直後に予定されていた課題である。課題Ｈｍ＋１は、初期位置Ｖｓから＋方向に距離Ｄｍ＋１だけ離れた目標位置Ｖｈｍ＋１までを往復する課題であり、制限時間Ｔｍ＋１は、往復の距離２Ｄｍ＋１と選択されたレベルに応じて予め設定される時間である。

ここで、課題Ｈｍ＋１は、その実行開始時において移動装置１２０が初期位置Ｖｓに位置していることを想定しているが、実際にはＶｓとは異なるＶｒｍに位置している。したがって、課題Ｈｍ＋１をそのまま実行すると、目標位置Ｖｈｍ＋１まで実際に移動する距離が短くなってしまい、期待するトレーニング効果が得られなくなってしまう。そこで、本実施形態においては、課題Ｈｍ＋１の初期位置を、課題Ｈｍの終了時における移動装置１２０の位置である終了位置Ｖｒｍに修正すると共に、この修正に応じて目標位置Ｖｈｍ＋１も修正する。

図８（ｃ）は、修正されたｍ＋１回目の課題Ｈ’ｍ＋１を示す図である。図示するように、課題Ｈ’ｍ＋１の初期位置Ｖ’ｓをＶｒｍに設定すると共に、Ｖ’ｓから＋方向に距離Ｄｍ＋１だけ離れたＶ’ｈｍ＋１を新たな目標位置に定めている。ここで、戻るべき位置は修正された初期位置Ｖ’ｓではなく、本来の初期位置Ｖｓとする。このように設定すれば、課題Ｈｍの試行時に不足した距離ＤＬを相殺することが期待できる。ここで、制限時間Ｔ’ｍ＋１は、目標移動距離である２Ｄｍ＋１＋ＤＬと選択されたレベルに応じて新たに設定される時間である。

なお、図８は、同方向への課題が連続する場合として、課題Ｈｍの移動方向が「＋」、課題Ｈｍ＋１の移動方向も「＋」の場合を説明したが、課題Ｈｍの移動方向が「−」、課題Ｈｍ＋１の移動方向も「−」の場合であっても、同様に課題Ｈｍ＋１を修正することができる。

図９は、異方向への課題が連続する場合の課題修正の一例を説明する図である。図９（ａ）は、ｍ回目の課題Ｈｍと試行結果を示す図である。ここでは、説明を簡単にするため、図８（ａ）と同様の状況を想定する。

図９（ｂ）は、課題ゲームの開始時において選択されたｍ＋１回目の課題Ｈｍ＋１を示す図である。ここで、ｍ＋１回目の課題Ｈｍ＋１は、課題Ｈｍの直後に予定されていた課題である。課題Ｈｍ＋１は、初期位置Ｖｓから−方向に距離Ｄｍ＋１だけ離れた目標位置Ｖｈｍ＋１までを往復する課題であり、制限時間Ｔｍ＋１は、往復の距離２Ｄｍ＋１と選択されたレベルに応じて予め設定される時間である。

ここで、課題Ｈｍ＋１は、その実行開始時において移動装置１２０が初期位置Ｖｓに位置していることを想定しているが、実際にはＶｓより＋側のＶｒｍに位置している。したがって、課題Ｈｍ＋１をそのまま実行すると、目標位置Ｖｈｍ＋１まで実際に移動する距離が長くなりすぎて、結局目標位置まで到達できないということが起こり得る。特に、課題Ｈｍの移動方向と課題Ｈｍ＋１の移動方向が異なる場合には、課題Ｈｍ＋１の目標位置Ｖｈｍ＋１によっては移動制限範囲１９０の半分以上の距離を移動しなければならない状況が発生する。このような状況では、そもそも移動装置１２０の性能限界から、制限時間以内にそのような目標位置に対して移動装置１２０を往復させられないこともあり得る。

訓練者９００が課題を達成できないと、課題への意欲減退を招きかねず、期待するトレーニング効果が得られなくなってしまう虞がある。そこで、本実施形態においては、図８で説明した同方向への課題が連続する場合と同様に、課題Ｈｍ＋１の初期位置を、課題Ｈｍの終了時における移動装置１２０の位置である終了位置Ｖｒｍに修正すると共に、この修正に応じて目標位置Ｖｈｍ＋１も修正する。

図９（ｃ）は、修正されたｍ＋１回目の課題Ｈ’ｍ＋１を示す図である。図示するように、課題Ｈ’ｍ＋１の初期位置Ｖ’ｓをＶｒｍに設定すると共に、Ｖ’ｓから−方向に距離Ｄｍ＋１だけ離れたＶ’ｈｍ＋１を新たな目標位置に定めている。ここで、戻るべき位置は修正された初期位置Ｖ’ｓではなく、本来の初期位置Ｖｓとする。このように設定すると、課題Ｈ’ｍ＋１における目標移動距離は、２Ｄｍ＋１−ＤＬとなるので、課題Ｈｍの試行時に不足した距離ＤＬと合わせると、もともとの目標移動距離に対して２ＤＬ分不足する。この不足分は、さらに後に与えられる他の課題を修正することにより相殺しても良いし、課題ゲーム開始時に選択されたｋ個の課題に不足分に相当する課題を追加することにより相殺しても良い。ここで、制限時間Ｔ’ｍ＋１は、目標移動距離である２Ｄｍ＋１−ＤＬと選択されたレベルに応じて新たに設定される時間である。

なお、図９は、異方向への課題が連続する場合として、課題Ｈｍの移動方向が「＋」、課題Ｈｍ＋１の移動方向が「−」の場合を説明したが、課題Ｈｍの移動方向が「−」、課題Ｈｍ＋１の移動方向が「＋」の場合であっても、同様に課題Ｈｍ＋１を修正することができる。

図１０は、図９（ｃ）の課題修正に対する変形例を説明する図である。前提としては図９（ａ）（ｂ）と同様であるので、これらの説明を省略する。

図９（ｃ）で示した修正された課題Ｈ’ｍ＋１の目標移動距離は、本来の課題Ｈｍ＋１の目標移動距離２Ｄｍ＋１に対して、ＤＬ分短くなった。そこで、本変形例では、この不足分を補うように、課題Ｈｍの試行時に不足した距離ＤＬに基づいて、修正された初期位置Ｖ’ｓから目標位置までの距離Ｄｍ＋１を大きくする。すなわち、図９（ｃ）で修正した目標位置Ｖ’ｈｍ＋１よりも遠いＶ’’ｈｍ＋１を新たな目標位置とする。特に、図示するようにＶ’’ｈｍ＋１をＶ’ｈｍ＋１よりＤＬ／２だけ遠い位置に修正すれば、修正後の目標移動距離を本来の課題Ｈｍ＋１の目標移動距離２Ｄｍ＋１と一致させることができる。このように目標位置を修正すると、課題ゲームの開始時に想定したトレーニング量に対する不足分を軽減することができる。また、移動装置１２０の能力を超えるような目標位置を設定してしまう虞もない。

図１１は、課題修正の更なる変形例を説明する図である。図１１(ａ）は、ｍ回目の課題Ｈｍと試行結果を示す図である。図１１（ａ）の課題Ｈｍは、図８（ａ）の課題Ｈｍと同じであるが、訓練者９００の試行の結果として、制限時間Ｔｍが経過した時点で到達できた終了位置Ｖｒｍが、図８（ａ）の場合に比べて目標位置Ｖｈｍに近い。すなわち、不足分である距離ＤＬ’は、図８（ａ）の場合における距離ＤＬよりも大きい。

このような場合において、課題ゲームの開始時に選択されたｍ＋１回目の課題Ｈｍ＋１が図８（ｂ）の課題Ｈｍ＋１と同じであれば、図８（ｃ）と同様の課題修正を施すと、図１１（ｂ）に示すように、修正された目標位置Ｖ’ｈｍ＋１は、移動制限範囲１９０の外部に位置してしまう。この時のはみ出し分の距離をＤＷとする。このように、目標位置が移動制限範囲１９０の外部に存在すると、移動装置１２０は、そもそも目標位置に到達できない。

そこで、本変形例においては、修正された目標位置Ｖ’ｈｍ＋１が移動制限範囲１９０の外部に位置した場合には、図１１（ｃ）に示すように、移動制限範囲１９０の端部を新たな目標位置Ｖ’’ｈｍ＋１に定める。このように目標位置が修正された場合の課題Ｈ’’ｍ＋１の目標移動距離は、２Ｄｍ＋１＋ＤＬ’−２ＤＷとなるので、制限時間Ｔ’’ｍ＋１は、この目標距離と選択されたレベルに応じて新たに設定される時間とする。なお、このような課題修正により課題ゲーム開始時に想定していた移動距離に対して不足分を生じるが、この不足分は、さらに後に与えられる他の課題を修正することにより相殺しても良い。あるいは、課題ゲーム開始時に選択されたｋ個の課題に不足分に相当する課題を追加することにより相殺しても良い。

図１２は、一回の課題ゲームの開始から終了までの処理を示すフロー図である。フローは、訓練者９００またはオペレータによって訓練装置１００が起動された時点から開始する。ここでは、全体制御部２１０は、起動と同時にメモリ２１４から課題ゲーム２１５のうち「テニス」のゲームを選択して読み出し、実行するものとする。

全体制御部２１０は、ステップＳ１０１で、操作受付部２１１を介して訓練者９００等から難易度の選択を受け付ける。そして、ステップＳ１０２で、データベース２１６から課題リストを読み出し、受け付けた難易度に応じたｋ個の課題をランダムに選択する。全体制御部２１０は、高い難易度が選択されている場合には、低い難易度が選択されている場合に比べて、個数ｋを多くする。また、目標距離に対して許容する制限時間を短くする。

全体制御部２１０は、ステップＳ１０３へ進み、カウント変数ｍを１にセットする。そして、ステップＳ１０４へ進み、位置センサ１１３の出力を監視して、移動装置１２０が初期位置Ｖｓに到達して静止したか否かを判断する。静止していないと判断したら、静止するまで待機する。静止したと判断したら、ステップＳ１０５へ進む。

全体制御部２１０は、ステップＳ１０５へ進むと、ステップＳ１０２で決定した課題の内ｍ番目に予定した課題Ｈｍを実行する。具体的には、図５および図６を用いて説明したように、課題Ｈｍの進行を示す映像に移動装置１２０の位置に対応して訓練者９００を示すキャラクタＰを重畳して表示部１３８に表示させる。

全体制御部２１０は、課題Ｈｍの制限時間Ｔｍが終了したらステップＳ１０６へ進み、位置センサ１１３の検出信号を取得して移動装置１２０の現在位置を確認する。確認された現在位置は、課題Ｈｍの終了位置Ｖｒｍである。そして、ステップＳ１０７へ進み、初期位置Ｖｓとの差を算出する。全体制御部２１０は、この差に基づいて、課題Ｈｍの達成に対して賦与されるスコアを算出し、表示部１３８に表示する累積スコアを更新する。課題Ｈｍの達成に対して賦与されるスコアは、終了位置Ｖｒｍと初期位置Ｖｓの差が大きいほど減点するように調整される。

全体制御部２１０は、ステップＳ１０９へ進み、カウント変数ｍをインクリメントする。そして、ステップＳ１１０で、インクリメントされたカウント変数ｍと課題の個数ｋを比較する。ｋを超えていないと判断したらステップＳ１１１へ進み、超えたと判断したらステップＳ１１２へ進む。

全体制御部２１０は、ステップＳ１１１へ進むと、インクリメントされたｍに対応する課題Ｈｍの初期位置と目標位置を、図８から図１１を用いて説明した例に倣って修正する。修正を終えたら、修正後の課題を実行すべくステップＳ１０５へ進む。ステップＳ１０５で実行される課題は、修正後の課題である。

全体制御部２１０は、ステップＳ１１２へ進んだ場合は、終了処理を実行して一連のフローを終了する。終了処理は、確定したスコアを表示部１３８に表示したり、これまで実行してきたトレーニングの履歴情報を更新したりする処理である。

このような処理フローによれば、訓練者９００の課題への意欲を維持して高いトレーニング効果を期待できる。

図１３は、他の例における一回の課題ゲームの処理を示すフロー図である。図１２と同じ処理については同じステップ番号を付して、その説明を省略する。

全体制御部２１０は、ステップＳ１０２が終了したら、ステップＳ２０３へ進む。ステップＳ２０３では、カウント変数ｍを１にセットすると共に、課題ごとに生じ得る移動距離の不足分を積算するための積算変数ｓをリセットする。

全体制御部２１０は、ステップＳ１１１でｍ番目の課題を修正したら、ステップＳ２１２へ進む。全体制御部２１０は、ステップＳ２１２で、課題ｍの修正によって確定した、移動距離の不足分ｓｍを算出する。ここでは、直前の課題の試行の結果として不足した終了位置Ｖｒｍと初期位置Ｖｓの差も考慮して算出される。全体制御部２１０は、ステップＳ２１３へ進み、算出されたｓｍをそれまでに積算された積算変数ｓに加算して、ｓを更新する。

全体制御部２１０は、ステップＳ１１０でカウント変数ｍが課題の個数ｋを超えたと判断したらステップＳ２１４へ進み、積算変数ｓの値に応じた追加課題を決定し、実行する。具体的には、課題リストから、積算変数ｓの値とほぼ等しい距離Ｄが定義された課題を追加課題として選択して実行する。積算変数ｓが大きければ、追加課題を複数回に分けて実行しても良い。

追加課題の実行を終えたら、全体制御部２１０は、ステップＳ２１５へ進み、追加課題の達成に対して賦与されるスコアを算出し、表示部１３８に表示する累積スコアを更新する。そして、終了処理ステップＳ１１２を実行して一連のフローを終了する。

このような処理フローによれば、課題ゲームの開始時に期待されたトレーニング量に近いトレーニング量を達成することが期待できる。なお、課題ゲームの開始時に決定された各課題に対して移動装置１２０の移動量が不足した場合の補償策は、この処理フローの例に限らない。この処理フローの例のように、不足分に応じて後に追加の課題を設定することにより訓練者９００の負荷が大きくなるよう調整する他に、課題ゲームの開始時に設定されているこれから実行する課題に対して、訓練者９００の負荷が大きくなるよう調整しても良い。この場合、目標距離を大きくしても良いし、目標距離はそのままに、課題達成の制限時間を短くしても良い。あるいは、目標距離を大きくし、かつ制限時間を短くしても良い。いずれにしても、ひとつの課題ゲームで連続して与えられる課題のうち、ある課題において初期位置の修正により目標とする往復の移動距離に対して不足が生じた場合には、全体制御部２１０は、その不足分の補償を実行する。不足分の補償は、当該課題ゲームとして連続して与えられる課題のうち不足が生じた課題よりも後に実行される課題において訓練者９００の負荷が大きくなるように調整するものであれば、いかなる形式のものであっても良い。

以上説明した本実施形態においては、課題Ｈｍの終了位置Ｖｒｍが初期位置Ｖｓと一致しなかった場合に、直後に実施する課題Ｈｍ＋１の修正を行ったが、ＶｒｍとＶｓの距離が予め定められた距離以内である場合は、課題Ｈｍ＋１の修正を行わなくても良い。このように処理を簡略化すれば、全体制御部２１０の負荷を低減することができる。

１００ 訓練装置、１１０ 装具、１１１ ハーネスワイヤ、１１２ ハーネス引張部、１１３ 位置センサ、１２０ 移動装置、１２１ 搭乗台、１２２ 荷重センサ、１２３ 左駆動輪、１２４ 右駆動輪、１２５ ハンドルユニット、１２６ 基台、１２９ バッテリ、１３０ フレーム、１３３ 制御盤、１３８ 表示部、１９０ 移動制限範囲、２１０ 全体制御部、２１１ 操作受付部、２１２ 表示制御部、２１３ ハーネス駆動部、２１４ メモリ、２１５ 課題ゲーム、２１６ データベース、２１９ 通信接続ＩＦ、２２０ 移動体制御部、２２１ 駆動輪ユニット、２２２ 姿勢センサ、２２３ バッテリセンサ、２２９ 通信接続ＩＦ、９００ 訓練者

Claims (5)

1. 訓練者が搭乗して移動操作を行う倒立振子型の移動装置と連動するバランス訓練装置であって、
   前記移動装置の位置を検出する検出部と、
   前記訓練者に初期位置から目標位置への往復移動を所定時間以内に行わせる課題を設定
   すると共に、前記課題の進行を示す映像に前記移動装置の位置に対応して前記訓練者を示すキャラクタを重畳して表示部に表示させる制御部と
   を備え、
   前記制御部は、直後に実行する前記課題の前記初期位置を直前に実行した前記課題の終了時における前記移動装置の位置に修正すると共に、前記初期位置の修正に応じて前記目標位置を修正するバランス訓練装置。
2. 前記制御部は、前記初期位置の修正によって前記課題が目標とする往復の移動距離に対して不足が生じた場合には、ひとつの課題ゲームとして連続して与えられる前記課題のうち不足が生じた当該課題よりも後に実行される課題において前記訓練者の負荷が大きくなるように調整する請求項１に記載のバランス訓練装置。
3. 前記制御部は、前記初期位置の修正に基づいて、前記課題の達成に対して賦与されるスコアを調整して前記表示部に表示する請求項１または２に記載のバランス訓練装置。
4. 前記制御部は、直前に実行した前記課題の終了時における前記移動装置の位置が、前記初期位置から予め定められた距離以内である場合は、直後に実行する前記課題の前記初期位置を修正しない請求項１から３のいずれか１項に記載のバランス訓練装置。
5. 訓練者が搭乗して移動操作を行う倒立振子型の移動装置と連動するバランス訓練装置の制御方法であって、
   前記バランス訓練装置の制御部が、前記訓練者に初期位置から目標位置への往復移動を所定時間以内に行わせる第１の課題と第２の課題を設定する設定ステップと、
   前記制御部が、前記第１の課題の開始後に、前記第１の課題の進行を示す映像に前記移動装置の位置に対応して前記訓練者を示すキャラクタを重畳して表示部に表示させる表示ステップと、
   前記制御部が、前記第２の課題における前記初期位置を、前記第１の課題の終了時における前記移動装置の位置に修正すると共に、前記初期位置の修正に応じて前記第２の課題における前記目標位置を修正する修正ステップと
   を有するバランス訓練装置の制御方法。

Images