JP2016146960A - Balance training apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、倒立二輪車を用いた搭乗者のためのバランス訓練装置に関するものである。 The present invention relates to a balance training apparatus for a passenger using an inverted motorcycle.
姿勢センサから検出した自己の姿勢情報に基づいて倒立制御を行い、自己の姿勢を維持しながら車輪をモータ駆動して走行する倒立二輪車がある。このような倒立二輪車は、搭乗者の重心移動により車体を傾斜させることなどにより操作される。そのため、単なる移動手段ではなく、搭乗者の身体機能やバランス機能を向上あるいは回復させるための訓練に用いることもできる。例えば特許文献1には、倒立二輪車を用いて、搭乗者が倒立二輪車の走行操作を行う訓練をするためのバランス訓練装置が開示されている。
There is an inverted two-wheeled vehicle that performs an inversion control based on its own attitude information detected from an attitude sensor and travels by driving a wheel with a motor while maintaining its own attitude. Such an inverted motorcycle is operated by tilting the vehicle body by moving the center of gravity of the passenger. Therefore, it can be used for training to improve or restore the physical function and balance function of the occupant, not just a moving means. For example,
特許文献1に開示されたバランス訓練装置は、倒立二輪車の位置情報を取得するエリアセンサと、エリアセンサにより取得された倒立二輪車の位置が、倒立二輪車の可動範囲内であるか否かを判別する位置判定手段と、位置判定手段の判別結果に応じ、倒立二輪車の位置が可動範囲外であると判定された場合に、倒立二輪車を可動範囲内に復帰させる位置復帰制御手段と、を有している。この訓練装置によれば、倒立二輪車に搭乗した搭乗者の訓練をすることができる。
The balance training device disclosed in
訓練時に、搭乗者がバランスを崩した際にいつでも介助できるように、介助者が倒立二輪車の近傍に位置している場合がある。訓練中の搭乗者がバランスを崩して旋回すると、倒立二輪車の近傍に位置する介助者が倒立二輪車の旋回を抑えなければならず、介助者に負担がかかる場合がある。特許文献1に記載されている倒立二輪車をバランス訓練に用いるためには、介助者が作業する領域である介助者作業エリア内で倒立二輪車の動作を制限する必要がある。
During training, the assistant may be located in the vicinity of the inverted motorcycle so that the passenger can always assist when the balance is lost. When a trained passenger turns out of balance, an assistant located near the inverted two-wheeled vehicle must suppress the turn of the inverted two-wheeled vehicle, which may place a burden on the assistant. In order to use the inverted motorcycle described in
本発明は、倒立二輪車の周囲の介助者作業エリア内で倒立二輪車の動作を制限することができる、倒立二輪車を用いたバランス訓練装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a balance training apparatus using an inverted motorcycle that can limit the operation of the inverted motorcycle in an assistant work area around the inverted motorcycle.
本発明は、車体を傾けることにより移動する倒立二輪車を用いたバランス訓練装置であって、
前記倒立二輪車が有する車輪を駆動する駆動部と、
前記倒立二輪車の位置を算出する位置算出部と、
搭乗者の介助を行う介助者が作業する介助者作業エリアを算出する介助者作業エリア算出部と、
所定の期間における前記倒立二輪車の位置と前記介助者作業エリアとの変化量に基づいて、前記倒立二輪車が前記介助者作業エリアに侵入したか否かを推定する侵入推定部と、
前記侵入推定部の推定に基づいて前記駆動部を制御する制御部と、
を備える。
The present invention is a balance training apparatus using an inverted motorcycle that moves by tilting the vehicle body,
A drive unit for driving the wheels of the inverted motorcycle;
A position calculating unit for calculating the position of the inverted motorcycle;
A helper work area calculating unit for calculating a helper work area where a helper who assists a passenger works;
Based on the amount of change between the position of the inverted motorcycle and the assistant work area in a predetermined period, an intrusion estimation unit that estimates whether or not the inverted motorcycle has entered the assistant work area;
A control unit that controls the drive unit based on the estimation of the intrusion estimation unit;
Is provided.
本発明は、位置算出部と介助者作業エリア算出部とによって倒立二輪車の位置と介助者作業エリアが算出される。そして、侵入推定部により、倒立二輪車が介助者作業エリアに侵入したと推定された場合には、制御部は駆動部を制御して、倒立二輪車の介助者作業エリア内での動作を制限する。 In the present invention, the position of the inverted motorcycle and the assistant work area are calculated by the position calculator and the assistant work area calculator. When the intrusion estimation unit estimates that the inverted motorcycle has entered the assistant work area, the control unit controls the drive unit to limit the operation of the inverted motorcycle in the assistant work area.
本発明にかかる倒立二輪車を用いたバランス訓練装置によると、倒立二輪車の周囲の介助者作業エリア内で倒立二輪車の動作を制限することができる。 According to the balance training apparatus using the inverted motorcycle according to the present invention, the operation of the inverted motorcycle can be restricted within the assistant work area around the inverted motorcycle.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示されるように、バランス訓練装置100は、搭乗者の重心移動に応じて倒立制御されて走行する倒立二輪車10を用いた搭乗者Hのバランス訓練用装置である。バランス訓練装置100は、倒立二輪車10と、搭乗者Hに仮想空間や乗車状態等のデータを表示するモニタ(表示部)80とを有している。搭乗者Hは、天井から吊るされたハーネス20によって転倒が防止される。搭乗者Hは、例えば、バランス感覚に対するリハビリが必要な患者が想定されている。さらに、搭乗者Hを介助するために、搭乗者Hが搭乗した状態の倒立二輪車10の近傍に介助者PTが配置される。例えば、介助者PTは、搭乗者Hがバランスを崩した際にいつでも介助できるように搭乗者Hの横に立って搭乗者Hを補助する。
As shown in FIG. 1, the
図2に示されるように、倒立二輪車10は、搭乗者Hが搭乗する車両本体(車体)1と、車両本体1に回転自在に連結された左右一対の車輪2R,2Lと、車両本体1に設けられた搭乗者Hが操作するための操作ハンドル4と、を備えている。車両本体1の下部には、一対の車輪2R,2Lが設けられている。車輪2R,2Lは、車両本体1の走行方向Yと直交する方向Xの両側面において同軸上に配置され、車両本体1に駆動部90(図3参照)を介して回転自在に支持されている。また、車輪2R,2Lは、車両本体1に対してY軸周りに傾くように車両本体1に取り付けられている。これにより、車両本体1は、床面に対してY軸周りに傾くことができる。
As shown in FIG. 2, the inverted two-
車両本体1の前部中央には、起立した棒状の操作ハンドル4が前後左右方向に基端4aを中心に回転自在に支持されている。操作ハンドル4は、搭乗者Hによって前後方向(X軸周り)に傾けられることによって、倒立二輪車10の前進又は後退操作が実行される。そして、操作ハンドル4は、搭乗者Hによってリーン方向(Y軸周り)へ傾けられることによって、倒立二輪車10の左右への旋回操作が実行される。
In the center of the front portion of the
図3に示されるように、バランス訓練装置100には、車両本体1に設けられた車輪2R,2Lを駆動する駆動部90と、駆動部90を制御する制御部91と、倒立二輪車10の位置を算出する位置算出部92と、搭乗者の介助を行う介助者PTが作業する介助者作業エリアを算出する介助者作業エリア算出部93と、倒立二輪車10が前記介助者作業エリアに侵入したか否かを推定する侵入推定部96と、を有している。
As shown in FIG. 3, the
駆動部90は、車輪2R,2Lをそれぞれ駆動する2つのモータ90R,90Lを有する。駆動部90には、制御部91が接続されている。制御部91には、侵入推定部96が接続されている。侵入推定部96には、位置算出部92と、介助者作業エリア算出部93とが接続されている。制御部91は、侵入推定部96の推定結果に基づいて駆動部90を制御する。
The
位置算出部92は、モータ90R,90Lの回転量から現在の倒立二輪車10の位置(オドメトリ位置)P1(t)を算出する。そして、位置算出部92は、時刻k経過後のオドメトリ位置P2(t+k)を算出する。介助者作業エリア算出部93は、倒立二輪車10のオドメトリ位置P1(t)の近傍に位置している介助者作業エリアS(図4参照)を算出する。介助者作業エリアSは、通常は倒立二輪車10の横に相対的に位置しており、その領域は予め定義される。
The
侵入推定部96は、オドメトリ位置の変化量P2(t+k)−P1(t)から倒立二輪車10が介助者作業エリアSに侵入したか否かを推定する。制御部91は、侵入推定部96の推定結果により、倒立二輪車10が介助者作業エリアSに侵入したと推定した場合には、駆動部90を制御して、倒立二輪車10が介助者作業エリアSに侵入しないように倒立二輪車10の旋回を一定時間無効にする。侵入推定部96の推定処理は、時刻tを所定の周期で更新しながらポーリング処理として実行する。
The
制御部91には、表示部80(図1参照)が接続されている。制御部91は、乗車状態等の各種データをモニタ80に出力する。さらに、モニタ80には搭乗者がバランス訓練に用いる仮想空間や各種データが表示される。モニタ80に表示される仮想空間は、操作者の操作に連動して動作する。
A display unit 80 (see FIG. 1) is connected to the
図4に示されるように、介助者作業エリアSは、倒立二輪車10の横に位置している。介助者作業エリアSの領域は、例えば、(X,Y)=(−0.3,0),(−1.2,0.5),(−1.2,−0.5)で定義される。介助者作業エリア内Sに介助者PTが配置されている。倒立二輪車10の旋回動作により、倒立二輪車10が介助者作業エリアS内に侵入し、倒立二輪車10が介助者PTに近づくおそれがある。
As shown in FIG. 4, the assistant work area S is located beside the inverted
侵入推定部96おける、現在の倒立二輪車10の介助者作業エリアSへの侵入の推定において、位置算出部92が算出したP1(t)は、一定周期t(tは例えば、100ms)で座標系の原点に配置されるように更新される。この時、介助者作業エリア算出部93は、座標系の原点に配置されたP1(t)の近傍に位置している介助者作業エリアSの相対的な位置を算出する。
P1 (t) calculated by the
そして、侵入推定部96は、時刻k(kは例えば、1000ms)経過後の倒立二輪車10の位置の変化量P2(t+k)−P1(t)が、介助者作業エリアSに侵入したか否かを推定する。図4(A)に示されるように、侵入推定部96により倒立二輪車10の位置の変化量P2(t+k)−P1(t)が、介助者作業エリアSに侵入していないと推定された場合、制御部91は駆動部90を通常状態で制御する。図4(B)に示されるように、侵入推定部96により倒立二輪車10の位置の変化量P2(t+k)−P1(t)が、介助者作業エリアSに侵入したと推定された場合、制御部91は駆動部90を制御して、倒立二輪車10の旋回動作を一定時間無効にする。
Then, the
次に、バランス訓練装置100の動作について説明する。
Next, the operation of the
図5に示されるように、バランス訓練装置100において、位置算出部92が、現在の倒立二輪車10のオドメトリ位置P1(t)を算出する(S100)。介助者作業エリア算出部93は、倒立二輪車10のオドメトリ位置P1(t)の近傍に位置している介助者作業エリアSを算出する。(S101)。侵入推定部96は、倒立二輪車10の位置の変化量P2(t+k)−P1(t)に基づいて、倒立二輪車10が介助者作業エリアSに侵入したか否かを推定する(S102)。侵入推定部9は、倒立二輪車10が介助者作業エリアSに侵入したと推定した場合(S103:yes)、制御部91は、駆動部90を制御して、倒立二輪車10の旋回動作を一定時間無効にする(S104)。侵入推定部9は、倒立二輪車10が介助者作業エリアSに侵入していないと推定した場合(S103:no)、制御部91は駆動部90を制御して、倒立二輪車10の旋回動作を通常状態で制御する(S105)。
As shown in FIG. 5, in the
上述したように、バランス訓練装置100によると、倒立二輪車10を用いて搭乗者Hのバランス訓練をすることができる。そして、バランス訓練装置100は、倒立二輪車10の近傍に位置している介助者作業エリアSに侵入した場合に、倒立二輪車10の動作を制限することができる。
As described above, according to the
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述したバランス訓練装置100において、倒立二輪車10の位置算出に、倒立二輪車10の外部に設けられたカメラ等によりセンシングしたデータによって倒立二輪車10のオドメトリ位置を算出してもよい。また、介助者作業エリアSに倒立二輪車10が侵入した場合に、制御部91は駆動部90を制御して、倒立二輪車10の動作を停止させたり、倒立二輪車10の旋回制御を緩めるようにしてもよい。その他、介助者作業エリアSに倒立二輪車10が侵入しないように旋回制御を自動でコントロールする等して介助者PTの介助負担を軽減させてもよい。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, in the
1…車両本体 2R,2L…車輪 4…操作ハンドル 4a…基端 9…侵入推定部 10…倒立二輪車 20…ハーネス 80…モニタ(表示部) 90…駆動部 90R,90L…モータ 91…制御部 92…位置算出部 93…介助者作業エリア算出部 96…侵入推定部 100…バランス訓練装置 H…搭乗者 PT…介助者 S…介助者作業エリア
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記倒立二輪車が有する車輪を駆動する駆動部と、
前記倒立二輪車の位置を算出する位置算出部と、
搭乗者の介助を行う介助者が作業する介助者作業エリアを算出する介助者作業エリア算出部と、
所定の期間における前記倒立二輪車の位置と前記介助者作業エリアとの変化量に基づいて、前記倒立二輪車が前記介助者作業エリアに侵入したか否かを推定する侵入推定部と、
前記侵入推定部の推定に基づいて前記駆動部を制御する制御部と、
を備える、
バランス訓練装置。 A balance training device using an inverted motorcycle that moves by tilting the vehicle body,
A drive unit for driving the wheels of the inverted motorcycle;
A position calculating unit for calculating the position of the inverted motorcycle;
A helper work area calculating unit for calculating a helper work area where a helper who assists a passenger works;
Based on the amount of change between the position of the inverted motorcycle and the assistant work area in a predetermined period, an intrusion estimation unit that estimates whether or not the inverted motorcycle has entered the assistant work area;
A control unit that controls the drive unit based on the estimation of the intrusion estimation unit;
Comprising
Balance training device.
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7811217B2 (en) * | 2006-04-28 | 2010-10-12 | Larry Richard Odien | Motorized apparatus and method for dynamic balancing exercise |
| JP2011131620A (en) * | 2009-12-22 | 2011-07-07 | Toyota Motor Corp | Inverted motorcycle, and method and program for controlling the same |
| JP2014182318A (en) * | 2013-03-21 | 2014-09-29 | Toyota Motor Corp | Balance training system and control method thereof |
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2015
- 2015-02-12 JP JP2015025765A patent/JP2016146960A/en active Pending
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