JP6384436B2 - バランス訓練装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、バランス訓練装置及びバランス訓練方法に関し、特に、搭乗者の姿勢変化に応じて倒立状態を維持するように移動する倒立二輪車を利用して、搭乗者のバランス感覚を訓練する技術に関する。

特許文献１には、同軸二輪車（倒立二輪車）に搭乗した搭乗者が効率的に、身体機能やバランス機能を訓練するための訓練システムが開示されている。この訓練システムは、搭乗者の重心移動に応じて、倒立状態を維持して走行する同軸二輪車を有する同軸二輪車は、一定又はランダムな周期で、前後左右に所定動作を行う。搭乗者は、所定動作に応じて、同軸二輪車が一定範囲内に収まるように、重心を前後もしくは左右に移動させる走行操作を行う。これにより、搭乗者は、楽しみながら、身体機能及びバランス機能等を向上することができる。

特開２０１１−３１６６９号公報

しかしながら、搭乗者が倒立二輪車を特定の範囲内に留めようとするために重心移動をする方向に不得意とする方向がある場合には、その方向に倒立二輪車の位置を十分に戻すことができない。すなわち、搭乗者の重心移動が不得意な方向と逆方向は、搭乗者に対する課題として倒立二輪車が強制的に行う移動において搭乗者が苦手な方向となる。そのため、倒立二輪車が徐々にその苦手な方向に移動してしまい、特定の範囲内での訓練の継続が困難となってしまうという問題がある。

本発明は、搭乗者の姿勢変化に応じて倒立状態を維持するように移動する倒立二輪車を利用したバランス感覚の訓練において、特定の範囲内での訓練をより容易に継続することができるバランス訓練装置及びバランス訓練方法を提供するものである。

本発明の第１の態様に係るバランス訓練装置は、倒立二輪車と、前記倒立二輪車に搭乗する搭乗者の姿勢に応じて変化する前記倒立二輪車の姿勢を検出する姿勢検出部と、前記姿勢検出部が検出した前記倒立二輪車の姿勢に応じて、前記倒立二輪車が移動するように前記倒立二輪車を制御することと、前記倒立二輪車の姿勢に沿わずに任意の方向へ強制的に移動させるように前記倒立二輪車を制御することと、の両方を可能とする制御部と、を備え、前記搭乗者が前記倒立二輪車に搭乗して所定の基準位置により近づくように操作することでバランス感覚を訓練するバランス訓練のためのバランス訓練装置であって、前記倒立二輪車の位置を取得する位置取得部と、を更に備え、前記制御部は、前記位置取得部が取得した前記倒立二輪車の位置と前記基準位置との間の距離が閾値以上である場合、前記倒立二輪車を、前記基準位置から当該倒立二輪車が位置する方向へ強制的に移動させる制御を抑制するものである。

これによれば、搭乗者が苦手とする方向に倒立二輪車が移動してしまった場合、その方向に向かって倒立二輪車がさらに移動してしまうことを抑制することができる。すなわち、本実施の形態によれば、特定の範囲内での訓練をより容易に継続することができる。

また、上述したバランス訓練装置では、前記制御部は、前記姿勢検出部が検出した前記倒立二輪車の姿勢に応じて、前記倒立二輪車が移動するように前記倒立二輪車を制御する通常モードと、前記倒立二輪車の姿勢に沿わずに任意の方向へ強制的に移動させるように前記倒立二輪車を制御する課題モードとを交互に切り替えて実行するようにしてもよい。

また、上述したバランス訓練装置では、前記制御部は、前記基準位置から所定距離離れた位置から、前記基準位置まで、前記搭乗者が前記倒立二輪車を戻す時間を算出し、算出した時間が長くなるに従って、前記閾値をより小さくするようにしてもよい。

これによれば、倒立二輪車が基準位置から大きく離れてしまうと、倒立二輪車を基準位置に戻すことが困難なユーザーであっても、より基準位置に近い位置でバランス訓練を継続させることができる。

さらに、上述したバランス訓練装置では、前記制御部は、前記課題モードとして複数のレベルのいずれかで動作し、前記レベルが高くなるに従って、単位時間当たりに前記通常モードから前記課題モードに切り替える回数をより多くする制御、及び、前記レベルが高くなるに従って、前記任意の方向への移動量をより大きくする制御の少なくとも１つを行い、前記レベルが高くなるに従って、前記閾値をより大きくするようにしてもよい。

これによれば、バランス訓練のレベルに応じて、すぐに課題の付与を抑制する状態に引っ掛からないように閾値を調整することが可能となる。よって、訓練者が苦手な方向の課題に対する訓練機会を増加させることができる。

また、上述したバランス訓練装置では、前記制御部は、前記倒立二輪車の姿勢と、前記倒立二輪車の姿勢とは独立して設定されるパラメータと、の両方を考慮して決定される制御信号に基づいて任意の方向へ移動させるように前記倒立二輪車を制御することによって、前記倒立二輪車の姿勢に沿わず任意の方向へ強制的に移動させるように前記倒立二輪車を制御することを可能とする。

本発明の第２の態様に係るバランス訓練方法は、倒立二輪車に搭乗する搭乗者の姿勢に応じて変化する前記倒立二輪車の姿勢に応じて、前記倒立二輪車が移動するように前記倒立二輪車を制御することと、前記倒立二輪車の姿勢に沿わず任意の方向へ強制的に移動させるように前記倒立二輪車を制御することと、の両方を実行する制御ステップを備え、前記搭乗者が倒立二輪車に搭乗して所定の基準位置により近づくように操作することでバランス感覚を訓練するバランス訓練のためのバランス訓練方法であって、前記制御ステップは、前記倒立二輪車の位置と前記基準位置との間の距離が閾値以上である場合、前記倒立二輪車を、前記基準位置から当該倒立二輪車が位置する方向へ強制的に移動させる制御を抑制するものである。

上述した本発明の各態様によれば、搭乗者の姿勢変化に応じて倒立状態を維持するように移動する倒立二輪車を利用したバランス感覚の訓練において、特定の範囲内での訓練をより容易に継続することができるバランス訓練装置及びバランス訓練方法を提供することができる。

実施の形態に係るバランス訓練装置の構成図である。 実施の形態に係るロデオゲームのゲーム画面例を示す図である。 実施の形態に係る倒立二輪車の外部構成図である。 実施の形態に係る倒立二輪車の内部構成図である。 実施の形態に係るバランス訓練装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態に係る倒立二輪車の移動の一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について説明する。以下の実施の形態に示す具体的な数値などは、実施の形態の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、それに限定されるものではない。また、以下の記載及び図面では、説明の明確化のため、当業者にとって自明な事項などについては、適宜、省略及び簡略化がなされている。

＜発明の実施の形態＞
図１を参照して、本発明の実施の形態に係るバランス訓練装置１の構成について説明する。図１に示すように、バランス訓練装置１は、倒立二輪車２と、訓練課題付与装置３と、固定部材４と、吊り具５と、ベルト６と、フレーム７とを有する。

倒立二輪車２は、訓練者（搭乗者）を乗せて移動する車両である。倒立二輪車２は、訓練者の姿勢変化に応じて倒立状態を維持するように移動する。訓練者は、表示装置３１に表示されるトレーニング画面（ゲーム画面）を参考に、訓練課題付与装置３によって与えられる課題をクリアするように倒立二輪車２を移動させることでバランス感覚をトレーニングする。訓練者として、例えば、脳卒中による片麻痺患者などを想定している。

訓練課題付与装置３は、訓練者に対して課題を付与する装置である。訓練課題付与装置３は、制御装置３０と、表示装置３１とを有する。

制御装置３０は、バランス訓練装置１を制御する情報処理装置である。制御装置３０は、訓練者又は介助者によって実行が指示されたバランス訓練における課題を訓練者に付与する動作を実行するように倒立二輪車２を制御するとともに、そのバランス訓練に対応するトレーニング画面を表示装置３１に表示する。

制御装置３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び記憶部を有し、記憶部に格納されたプログラムを実行することによって、本実施の形態における制御装置３０としての処理を実行する。すなわち、制御装置３０の記憶部に格納されるプログラムは、本実施の形態に係る制御装置３０における処理を、ＣＰＵに実行させるためのコードを含む。なお、記憶部は、例えば、このプログラムや、ＣＰＵにおける処理に利用される各種情報を格納することができる記憶装置を含んで構成される。記憶装置として、例えばメモリ及びハードディスク等の記憶装置のうち、少なくとも１つの任意の記憶装置を利用してよい。

制御装置３０は、無線通信を介して、訓練者又は介助者が操作するリモートコントローラー（図示せず、以下、「リモコン」とも呼ぶ）と通信可能となっている。制御装置３０は、訓練者又は介助者からリモコンに対するバランス訓練の実行を指示する入力に応じてリモコンから送信される無線信号を受信する。この無線信号は、バランス訓練の実行を指示する入力内容を示す。

制御装置３０は、この無線信号に応じて、バランス訓練の実行を開始する。例えば、制御装置３０は、倒立二輪車２がバランス訓練用の動作を開始するように倒立二輪車２を制御する。また、制御装置３０は、トレーニング画面の表示装置３１への表示を開始する。

より具体的には、制御装置３０は、無線通信を介して倒立二輪車２と通信可能となっている。制御装置３０は、バランス訓練の開始を指示する無線信号を倒立二輪車２に送信する。この無線信号に応じて、倒立二輪車２は、バランス訓練用の動作を開始する。また、倒立二輪車２は、バランス訓練の実行に応じて変化する倒立二輪車２の位置を示す無線信号を制御装置３０に送信する。制御装置３０は、倒立二輪車２から受信した無線信号が示す倒立二輪車２の位置を、表示装置３１に表示しているトレーニング画面に反映する。

ここで、図２を参照して、トレーニング画面の一例について説明する。図２は、バランス訓練内容（ゲーム内容）がロデオゲームである例を示している。トレーニング画面では、倒立二輪車２及び訓練者が、プレイヤーが乗った馬に模して描かれている。また、トレーニング画面では、所定の基準位置を中心として、半径の異なる複数の円が描かれている。

ロデオゲームの実行中では、倒立二輪車２は、間欠的に訓練者の操作とは無関係にランダムな移動を行う。この倒立二輪車２の動きに対して、訓練者が倒立二輪車２が基準位置に位置するように姿勢を変化させて倒立二輪車２を移動させることで、訓練者のバランス感覚が訓練される。このとき、制御装置３０は、トレーニング画面において、倒立二輪車２の位置に対応する位置に馬を移動させて表示する。ロデオゲームは、所定時間の間実施され、その間により小さい円内に馬が位置するほど、得点がより高く上昇していく。

表示装置３１は、上述したように、制御装置３０によってトレーニング画面が表示される。表示装置３１は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、又は、プラズマディスプレイ等である。

固定部材４は、倒立二輪車２及びそれに乗った搭乗者よりも高い位置で、フレーム７の上枠部材に固定されている。吊り具５は、固定部材４と搭乗者とに接続されている。吊り具５は、例えば、ゴム又はバネ等の弾性材を含む伸縮性のある材質を含む紐状の部材である。ここで、吊り具５は、ベルト８を介して搭乗者に接続されている。ベルト８は、搭乗者の上半身に装着される。

このような構成により、吊り具５は、搭乗者を上方に引っ張り上げる形で支持している。これにより、搭乗者が倒立二輪車２から外れてしまった場合であっても、立位姿勢を維持し易くし、安全性をより向上している。

続いて、図３を参照して、本発明の実施の形態に係る倒立二輪車２の外部構成について説明する。図３に示すように、倒立二輪車２は、ハンドル１０と、ステップカバー１１と、左右一対の車輪１２とを有する。

倒立二輪車２は、ハンドル１０を把持してステップカバー１１に搭乗した訓練者が、倒立二輪車２の前後方向に荷重を作用させた場合に生じる、倒立二輪車２の前後方向に対する姿勢の変化に応じて、倒立二輪車２の倒立状態を維持するように左右の車輪１２を回転させる。すなわち、倒立二輪車２は、訓練者が倒立二輪車２の姿勢を前方に傾斜させると、倒立二輪車２の倒立状態を維持するように前方に走行し、訓練者が倒立二輪車２の姿勢を後方に傾斜させると、倒立二輪車２の倒立状態を維持するように後方に走行するように、左右の車輪１２を回転させる。

また、倒立二輪車２は、ハンドル１０を把持してステップカバー１１に搭乗した訓練者が、倒立二輪車２の左右方向に荷重を作用させた場合に生じる、倒立二輪車２の左右方向に対する姿勢の変化に応じて、倒立二輪車２が旋回動作を行うように左右の車輪１２を回転させる。すなわち、倒立二輪車２は、訓練者が倒立二輪車２の姿勢を左方に傾斜させると、倒立二輪車２を左周りに旋回させ、訓練者が倒立二輪車２の姿勢を右方に傾斜させると倒立二輪車２を右周りに旋回させるように、左右の車輪１２を回転させる。

ハンドル１０は、ステップカバー１１上に搭乗した訓練者が両手で把持可能となるように、倒立二輪車２においてステップカバー１１の前方に取り付けられており、上方に向かって延びている。訓練者が、倒立二輪車２の左右方向に作用させた荷重に応じて左右方向に傾斜する。

ステップカバー１１は、搭乗者が両足の各々を乗せる搭乗部である。ステップカバー１１は、搭乗者が倒立二輪車２の前後方向に作用させた荷重に応じて、倒立二輪車２全体と共に前後方向に傾斜する。また、ステップカバー１１は、搭乗者が倒立二輪車２の左右方向に作用させた荷重に応じて、ハンドル１０と共に左右方向に傾斜する。より具体的には、倒立二輪車２は、ハンドル１０とステップカバー１１を含むリンク機構を有する。これにより、搭乗者が右足に荷重をシフトして姿勢を左方に傾斜させると、リンク機構を介してステップカバー１１は左に傾斜し、これと連動してハンドル１０も左に傾斜する。また、搭乗者が左足に荷重をシフトして姿勢を右方に傾斜させると、リンク機構を介してステップカバー１１は右に傾斜し、これと連動してハンドル１０も右に傾斜する。リンク機構は、倒立二輪車２を旋回させるための操作部として機能する。なお、ハンドル１０は、ステップカバー１１を有するリンク機構とは連結せず独立して設けられていてもよい。

車輪１２は、倒立二輪車２においてステップカバー１１の下方に設けられている。車輪１２は、倒立二輪車２において左右対称となるように２つ設けられている。

続いて、図４を参照して、本発明の実施の形態に係る倒立二輪車２の内部構成について説明する。図４に示すように、倒立二輪車２は、無線通信回路２０と、姿勢角センサ２１と、リーン角センサ２２と、マイクロコントローラ２３（以下、「マイコン」とも呼ぶ）と、駆動回路２４、２５と、モータ２６、２７と、回転角センサ２８、２９とを有する。

無線通信回路２０は、制御装置３０との間で無線信号によって任意の情報を送受信する。無線通信回路２０は、マイコン２３から出力された情報を、電気信号から無線信号に変換して制御装置３０に送信する。無線通信回路２０は、制御装置３０から受信した情報を、無線信号から電気信号に変換してマイコン２３に出力する。なお、この無線信号には、任意の無線通信規格を採用してよい。

姿勢角センサ２１は、訓練者がステップカバー１１に対して、倒立二輪車２の前後方向に荷重を作用させることで変化する、倒立二輪車２の前後方向の姿勢角（ピッチ軸周りの角度）を検出するセンサである。姿勢角センサ２１は、検出した姿勢角を示す姿勢角信号を生成してマイコン２３に出力する。以下、この倒立二輪車２のピッチ軸周りの角度を「ピッチ角」とも呼ぶ。

リーン角センサ２２は、リーン角としてステップカバー１１の左右方向の傾斜角（ロール軸周りの角度）を検出し、検出したリーン角を示すリーン角信号を生成してマイコン２３に出力する。なお、上述したように、ステップカバー１１とハンドル１０とはリンク機構によって連動しているため、リーン角センサ２２が検出する傾斜角は、ハンドル１０の左右方向の傾斜角にも相当する。

マイコン２３は、上述したように、倒立二輪車２の倒立状態を維持するようにモータ２６、２７を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。マイコン２３は、ＣＰＵ及び記憶部を有し、記憶部に格納されたプログラムを実行することによって、本実施の形態におけるマイコン２３としての処理を実行する。すなわち、マイコン２３の記憶部に格納されるプログラムは、本実施の形態に係るマイコン２３における処理を、ＣＰＵに実行させるためのコードを含む。なお、記憶部は、例えば、このプログラムや、ＣＰＵにおける処理に利用される各種情報を格納することができる記憶装置を含んで構成される。記憶装置として、例えばメモリ及びハードディスク等の記憶装置のうち、少なくとも１つの任意の記憶装置を利用してよい。

マイコン２３は、モータ２６を制御する指令値を駆動回路２４に出力する。また、マイコン２３は、モータ２７を制御する指令値を駆動回路２５に出力する。より具体的には、マイコン２３は、姿勢角センサ２１から出力される姿勢角信号が示す倒立二輪車２の姿勢角に基づいて、倒立二輪車２の倒立状態を維持するようにモータ２６、２７を制御する指令値を生成する。

マイコン２３は、姿勢角が、所定の基準姿勢角よりも前方に傾斜した角度となっている場合、倒立二輪車２を前方に走行させるように指令値を生成する。一方、マイコン２３は、姿勢角が、上述の基準姿勢角よりも後方に傾斜した角度となっている場合、倒立二輪車２を後方に走行させるように指令値を生成する。なお、マイコン２３は、上述の基準姿勢角と姿勢角との差が大きくなるに従って、倒立二輪車２をより加速させるように指令値を生成する。

また、リーン角センサ２２から出力されるリーン角信号が示す倒立二輪車２のリーン角に基づいて、倒立二輪車２が旋回するようにモータ２６、２７を制御する指令値を生成する。

マイコン２３は、リーン角が、倒立二輪車２にける所定の基準傾斜角よりも右方に傾斜した角度となっている場合、倒立二輪車２を右方に走行させるように指令値を生成する。一方、マイコン２３は、リーン角が、倒立二輪車２における上述の基準傾斜角よりも左方に傾斜した角度となっている場合、倒立二輪車２を左方に走行させるように指令値を生成する。なお、マイコン２３は、上述の基準傾斜角とリーン角との差が大きくなるに従って、倒立二輪車２がより急旋回となる（より旋回半径が小さくなる）ように指令値を生成する。

駆動回路２４は、マイコン２３から出力された指令値に基づいて、モータ２６を駆動する駆動電流を生成してモータ２６に供給する。駆動回路２５は、マイコン２３から出力された指令値に基づいて、モータ２７を駆動する駆動電流を生成してモータ２７に供給する。

モータ２６は、駆動回路２４から供給される駆動電流に基づいて駆動される。モータ２６を駆動することによって、倒立二輪車２の左側の車輪１２が回転する。モータ２７は、駆動回路２５から供給される駆動電流に基づいて駆動される。モータ２７を駆動することによって、倒立二輪車２の右側の車輪１２が回転する。

回転角センサ２８は、モータ２６の回転角を検出し、検出した回転角を示す回転角信号を生成してマイコン２３に出力する。回転角センサ２９は、モータ２７の回転角を検出し、検出した回転角を示す回転角信号を生成してマイコン２３に出力する。

ここで、本実施の形態では、マイコン２３は、上述したバランス訓練用の動作では、通常モードと、課題モードとを交互に切り替えて実行する。言い換えると、マイコン２３は、その動作モードとして、通常モードと課題モードとを有する。

通常モードでは、マイコン２３は、倒立二輪車２の姿勢に応じて、倒立二輪車２が倒立状態を維持して移動するように倒立二輪車２を制御する。すなわち、通常モードでは、マイコン２３は、上述したように、姿勢角センサ２１からの姿勢角信号が示す姿勢角、及び、リーン角センサ２２からのリーン角信号が示すリーン角に基づいて、倒立二輪車２を制御する。

一方、課題モードでは、倒立二輪車２の姿勢に依らず、任意の方向へ強制的に移動させるように倒立二輪車２を制御する。マイコン２３は、姿勢角センサ２１からの姿勢角信号が示す姿勢角、及び、リーン角センサ２２からのリーン角信号が示すリーン角の少なくとも１つを、乱数によって生成したオフセット値（倒立二輪車２の姿勢とは独立して設定されるパラメータ）を加算することで変更し、変更後の姿勢角及びリーン角（を示す制御信号）に基づいて、倒立二輪車２を制御する。なお、オフセット値は、乱数によって生成した値に限られず、所定のパターンを利用するようにしてもよい。

また、姿勢角及びリーン角のいずれか１つだけを変更する場合は、姿勢角及びリーン角のいずれを変更するかをランダムに決定してもよく、所定の順序で決定してもよい。また、姿勢角及びリーン角の両方を変更する場合には、姿勢角及びリーン角のそれぞれに対して、同一のオフセット値を加算してもよく、異なるオフセット値を加算してもよい。

このように、マイコン２３は、間欠的に、通常モードから課題モードへの切り替えと、課題モードから通常モードへの切り替えとを交互に実行することで、上述したロデオゲームにおける課題として、訓練者の操作とは無関係にランダムな倒立二輪車２の移動を実現する。ここで、上述の動作モードの切り替えは、一定時間間隔で行ってもよく、ランダムな時間間隔で行ってもよい。

また、マイコン２３は、バランス訓練開始時における倒立二輪車２の位置を基準位置とし、バランス訓練中における倒立二輪車２の位置を、回転角センサ２８から出力された回転角信号が示すモータ２６の回転角と、回転角センサ２９から出力された回転角信号が示すモータ２７の回転角とに基づいて、随時算出する。このバランス訓練中における倒立二輪車２の位置の算出方法として、一般的に考え得る任意の方法を利用してよい。例えば、マイコン２３は、バランス訓練中の倒立二輪車２の位置を、車輪１２の半径と、バランス訓練開始からのモータ２６及びモータ２７のそれぞれの回転角の累積値とに基づいて算出してもよい。

そして、マイコン２３は、算出した倒立二輪車２の位置を示す情報を、無線通信回路２０を介して制御装置３０に送信する。制御装置３０は、上述したように、この倒立二輪車２から受信した情報に基づいて、倒立二輪車２の位置をトレーニング画面において表示する。

また、マイコン２３は、このようにして算出したバランス訓練中の倒立二輪車２の位置を、後述するように、訓練者の苦手な方向への課題の付与を抑止する制御のために利用する。すなわち、バランス訓練中の倒立二輪車２の位置が、基準位置から大きく離れてしまった場合、基準位置から倒立二輪車２が位置する方向は、課題として倒立二輪車２を強制的に移動させるにあたり、訓練者が苦手な方向となる。よって、マイコン２３は、その苦手な方向への倒立二輪車２の強制的な移動を抑止する。これにより、特定の範囲内でのバランス訓練の継続を可能とする。

続いて、図５及び図６を参照して、本発明の実施の形態に係るバランス訓練装置１の動作について説明する。マイコン２３は、課題モードを実行している間、図５に示す処理を繰り返すことで、訓練者が苦手な方向に対する課題の付与を抑止し、特定の範囲内でのバランス訓練の継続を可能とする。なお、図６では、基準位置を中心とした円４０は、ロデオゲームにおいて得点が加算される最外周円を示し、基準位置を中心として円４０よりも半径の大きい円４１は、訓練者が苦手な方向に対する課題の付与を抑止するか否かの基準となる円である。

マイコン２３は、倒立二輪車２の位置Ｘを取得する（Ｓ１）。より具体的には、マイコン２３は、回転角センサ２８から出力された回転角信号が示すモータ２６の回転角と、回転角センサ２９から出力された回転角信号が示すモータ２７の回転角とに基づいて、基準位置Ａに対する倒立二輪車２の現在位置Ｘを算出する。

マイコン２３は、算出した倒立二輪車２の現在位置Ｘの基準位置Ａからのズレ量Ｐを算出する（Ｓ２）。言い換えると、マイコン２３は、基準位置Ａと倒立二輪車２の現在位置Ｘとの距離Ｐを算出する。

マイコン２３は、算出したズレ量Ｐが、所定の閾値Ｎよりも小さいか否かを判定する（Ｓ３）。ズレ量Ｐが閾値Ｎよりも小さい場合（Ｓ３：Ｙｅｓ）、マイコン２３は、通常の課題を付与する（Ｓ４）。すなわち、マイコン２３は、マイコン２３は、姿勢角センサ２１からの姿勢角信号が示す姿勢角、及び、リーン角センサ２２からのリーン角信号が示すリーン角の少なくとも１つに対して乱数によって生成したオフセット値を加算することで変更し、変更後の姿勢角及びリーン角に基づいて、倒立二輪車２を制御する。

一方、ズレ量Ｐが閾値Ｎ以上である場合（Ｓ３：Ｎｏ）、マイコン２３は、基準位置Ａから倒立二輪車２の現在位置Ｘの方向（訓練者が苦手な方向）への課題を除いた課題を付与する（Ｓ５）。すなわち、マイコン２３は、課題として、基準位置Ａから倒立二輪車２の現在位置Ｘの方向への倒立二輪車２の強制的な移動を抑止する。

例えば、基準位置Ａから倒立二輪車２の現在位置Ｘの方向が、倒立二輪車２の前方向である場合、マイコン２３は、課題として倒立二輪車２を強制的に移動させる方向から、倒立二輪車２の前方向への移動を除外する。より具体的には、マイコン２３は、姿勢角がより前方に傾くように変更されるオフセット値の適用を除外し、姿勢角がより後方に傾くように変更されるオフセット値のみを適用する。

例えば、基準位置Ａから倒立二輪車２の現在位置Ｘの方向が、倒立二輪車２の後方向である場合、マイコン２３は、課題として倒立二輪車２を強制的に移動させる方向から、倒立二輪車２の後方向への移動を除外する。より具体的には、マイコン２３は、姿勢角がより後方に傾くように変更されるオフセット値の適用を除外し、姿勢角がより前方に傾くように変更されるオフセット値のみを適用する。

例えば、基準位置Ａから倒立二輪車２の現在位置Ｘの方向が、倒立二輪車２の右方向である場合、マイコン２３は、課題として倒立二輪車２を強制的に移動させる方向から、倒立二輪車２の右方向への移動を除外する。より具体的には、マイコン２３は、リーン角がより右方に傾くように変更されるオフセット値の適用を除外し、リーン角がより左方に傾くように変更されるオフセット値のみを適用する。

例えば、基準位置Ａから倒立二輪車２の現在位置Ｘの方向が、倒立二輪車２の左方向である場合、マイコン２３は、課題として倒立二輪車２を強制的に移動させる方向から、倒立二輪車２の左方向への移動を除外する。より具体的には、マイコン２３は、リーン角がより左方に傾くように変更されるオフセット値の適用を除外し、リーン角がより右方に傾くように変更されるオフセット値のみを適用する。

ここで、基準位置Ａから倒立二輪車２の現在位置Ｘの方向が、倒立二輪車２の前後左右方向に対して斜めの方向である場合、その基準位置Ａから倒立二輪車２の現在位置Ｘへの方向のベクトルを前後方向の成分と左右方向の成分とに分解して、分解した成分のうち、より大きい成分のベクトルが向く方向を、課題として倒立二輪車２を強制的に移動させる方向から除外するようにしてもよい。

また、基準位置Ａから倒立二輪車２の現在位置Ｘの方向への課題の付与を抑止する（完全に除外する）ことにかぎられず、その方向への課題の付与を抑制する（度合いを低減する）ようにしてもよい。ここで、抑制は、抑止を含む。例えば、マイコン２３は、基準位置Ａから倒立二輪車２の現在位置Ｘの方向に対して、課題として倒立二輪車２を強制的に移動させる移動量を、他の方向に対して倒立二輪車２を強制的に移動させる移動量よりも小さくするようにしてもよい。例えば、マイコン２３は、基準位置Ａから倒立二輪車２の現在位置Ｘの方向に対しては、他の方向と比較して、姿勢角又はリーン角に加算するオフセット値を所定の割合低減するようにしてもよい。

また、マイコン２３は、基準位置Ａから倒立二輪車２の現在位置Ｘの方向に対する課題の付与の抑制として、その方向に対して、課題として倒立二輪車２を強制的に移動させる頻度を、他の方向に対して倒立二輪車２を強制的に移動させる頻度よりも低くしてもよい。

ここで、基準位置Ａから倒立二輪車２の現在位置Ｘの方向が、倒立二輪車２の前後左右方向に対して斜めの方向である場合、その基準位置Ａから倒立二輪車２の現在位置Ｘの方向のベクトルを前後方向の成分と左右方向の成分とに分解して、分解した成分のうち、より大きい成分のベクトルが向く方向への課題の付与を抑制するようにしてもよい。

また、分解した成分のそれぞれのベクトルが向く方向への課題の付与を抑制するようにしてもよい。この場合、分解した成分のそれぞれのベクトルが向く方向への課題の付与を抑制する度合いとして、分解した成分のそれぞれのベクトルが大きくなるに従って、課題の付与を抑制する度合いをより大きくするようにすればよい。例えば、ベクトルが大きくなるに従って、オフセット値を低減する割合を大きくしてもよい。また、例えば、ベクトルが大きくなるに従って、倒立二輪車２を強制的に移動させる頻度をより低くするようにしてもよい。

以上に説明したように、本実施の形態に係るバランス訓練装置１は、倒立二輪車２と、倒立二輪車２に搭乗する搭乗者の姿勢に応じて変化する倒立二輪車２の姿勢を検出する姿勢検出部（姿勢角センサ２１及びリーン角センサ２に対応）と、姿勢検出部が検出した倒立二輪車２の姿勢に応じて、倒立二輪車２が移動するように倒立二輪車２を制御することと、倒立二輪車２の姿勢に沿わずに任意の方向へ強制的に移動させるように倒立二輪車２を制御することと、の両方を可能とする制御部（マイコン２３に対応）と、を備える。バランス訓練装置１は、搭乗者が倒立二輪車２に搭乗して所定の基準位置により近づくように操作することでバランス感覚を訓練するバランス訓練のためのものである。バランス訓練装置１は、倒立二輪車２の位置を取得する位置取得部（マイコン２３に対応）と、を更に備える。制御部は、位置取得部が取得した倒立二輪車２の位置と基準位置との間の距離が閾値以上である場合、倒立二輪車２を、基準位置から当該倒立二輪車２が位置する方向へ強制的に移動させる制御を抑制するものである。

これによれば、搭乗者が苦手とする方向に倒立二輪車２が移動してしまった場合、その方向に向かって倒立二輪車２がさらに移動してしまうことを抑制することができる。すなわち、本実施の形態によれば、特定の範囲内での訓練をより容易に継続することができる。

＜発明の他の実施の形態＞
ここで、上述の実施の形態では、閾値Ｎが予め定められた固定値である例について説明したが、これに限られない。閾値Ｎは、可変としてもよい。例えば、マイコン２３は、基準位置Ａから倒立二輪車２の位置Ｘまでの距離が、所定の距離となった時点から、倒立二輪車２の位置Ｘが基準位置Ａに戻るまでの時間を計測する。そして、マイコン２３は、その計測した時間に応じて、閾値Ｎを変更してもよい。例えば、マイコン２３は、計測した時間が大きいほど、閾値Ｎがより小さくなるように変更する。

これによれば、倒立二輪車２が基準位置から大きく離れてしまうと、倒立二輪車２を基準位置に戻すことが困難なユーザーであっても、より基準位置に近い位置でバランス訓練を継続させることができる。よって、例えば、ロデオゲームにおいて、より高得点を取り易くし、訓練意欲を高めることができる。

また、上述の実施の形態において、倒立二輪車２は、バランス訓練用の動作として、複数のレベルを有していてもよい。すなわち、レベルが高くなるに従って、バランス訓練の難易度が上昇する。このレベルは、バランス訓練の実行を指示するときに、訓練者又は介助者がリモコンによって指定可能とすればよい。すなわち、制御装置３０は、訓練者又は介助者からリモコンに対するバランス訓練のレベルを選択して実行を指示する入力に応じてリモコンから送信される無線信号を受信する。この無線信号は、バランス訓練のレベルを選択するとともにバランス訓練の実行を指示する入力内容を示す。

制御装置３０は、この無線信号に応じて、選択されたレベルでのバランス訓練の実行を制御する。例えば、制御装置３０は、選択されたレベルでのバランス訓練の開始を指示する無線信号を倒立二輪車２に送信する。倒立二輪車２のマイコン２３は、無線通信回路２０を介して受信したこの無線信号に応じて、その無線信号で指示されたレベルでのバランス訓練用の動作を開始する。

マイコン２３は、選択されたレベルが高くなるに従って、単位時間当たりに通常モードから課題モードに切り替える回数をより多くする制御、及び、選択されたレベルが高くなるに従って、任意の方向へ移動量をより大きくする制御の少なくとも１つを行う。すなわち、マイコン２３は、選択されたレベルが高くなるに従って、通常モードに切り替わってから、再度、課題モードに切り替わるまでの時間をより短くする。また、マイコン２３は、選択されたレベルが高くなるに従って、上述したオフセット値をより大きくする。そして、マイコン２３は、選択されたレベルが高くなるほど、閾値Ｎがより大きくなるように変更する。

これによれば、バランス訓練のレベルに応じて、すぐに課題の付与を抑制する状態に引っ掛からないように閾値を調整することが可能となる。よって、訓練者が苦手な方向の課題に対する訓練機会を増加させることができる。

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。

なお、上記実施の形態では、マイコン２３が、回転角センサ２８、２９から出力された回転角信号が示すモータ２６、２７の回転角に基づいて、倒立二輪車２の位置を算出することで、倒立二輪車２の位置を取得する例について説明したが、これに限られない。例えば、バランス訓練装置１において、倒立二輪車２の位置を、倒立二輪車２の外部から観測するセンサ（カメラ、赤外線センサ、又は、超音波センサ等）を有するようにし、そのセンサの観測結果に基づいて、倒立二輪車２の位置を取得するようにしてもよい。

例えば、そのようなセンサを、倒立二輪車２の上方から倒立二輪車２の位置を観測するようにフレーム７に設置する。制御装置３０は、そのセンサによって生成されたセンサデータを受信し、受信したセンサデータに基づいて、倒立二輪車２の位置を算出する。制御装置３０は、無線通信によって、算出した倒立二輪車２の位置を示す情報を倒立二輪車２に送信する。そして、倒立二輪車２のマイコン２３は、制御装置３０から送信された情報を、無線通信回路２０を介して受信し、受信した情報が示す倒立二輪車２の位置を取得するようにしてもよい。

１ バランス訓練装置
２ 倒立二輪車
３ 訓練課題付与装置
４ 固定部材
５ 吊り具
６ ベルト
７ フレーム
１０ ハンドル
１１ ステップカバー
１２ 車輪
２０ 無線通信回路
２１ 姿勢角センサ
２２ リーン角センサ
２３ マイコン
２４、２５ 駆動回路
２６、２７ モータ
２８、２９ 回転角センサ
３０ 制御装置
３１ 表示装置

Claims (5)

1. 倒立二輪車と、
   前記倒立二輪車に搭乗する搭乗者の姿勢に応じて変化する前記倒立二輪車の姿勢を検出する姿勢検出部と、
   前記姿勢検出部が検出した前記倒立二輪車の姿勢に応じて、前記倒立二輪車が移動するように前記倒立二輪車を制御することと、前記倒立二輪車の姿勢に沿わずに任意の方向へ強制的に移動させるように前記倒立二輪車を制御することと、の両方を可能とする制御部と、を備え、
   前記搭乗者が前記倒立二輪車に搭乗して所定の基準位置により近づくように操作することでバランス感覚を訓練するバランス訓練のためのバランス訓練装置であって、
   前記倒立二輪車の位置を取得する位置取得部と、を更に備え、
   前記制御部は、前記位置取得部が取得した前記倒立二輪車の位置と前記基準位置との間の距離が閾値以上である場合、前記倒立二輪車の姿勢に沿わずに任意の方向へ強制的に移動させるように前記倒立二輪車を制御する際に、前記基準位置から当該倒立二輪車が位置する方向へ強制的に移動させる制御のみを抑制する、
   バランス訓練装置。
2. 前記制御部は、前記姿勢検出部が検出した前記倒立二輪車の姿勢に応じて、前記倒立二輪車が移動するように前記倒立二輪車を制御する通常モードと、前記倒立二輪車の姿勢に沿わずに任意の方向へ強制的に移動させるように前記倒立二輪車を制御する課題モードとを交互に切り替えて実行する、
   請求項１に記載のバランス訓練装置。
3. 前記制御部は、前記基準位置から所定距離離れた位置から、前記基準位置まで、前記搭乗者が前記倒立二輪車を戻す時間を算出し、算出した時間が長くなるに従って、前記閾値をより小さくする、
   請求項２に記載のバランス訓練装置。
4. 前記制御部は、複数のレベルのいずれかで動作し、前記レベルが高くなるに従って、単位時間当たりに前記通常モードから前記課題モードに切り替える回数をより多くする制御、及び、前記レベルが高くなるに従って、前記任意の方向への移動量をより大きくする制御の少なくとも１つを行い、
   前記制御部は、前記レベルが高くなるに従って、前記閾値をより大きくする、
   請求項２又は３に記載のバランス訓練装置。
5. 制御部が倒立二輪車に搭乗する搭乗者の姿勢に応じて変化する前記倒立二輪車の姿勢に応じて、前記倒立二輪車が移動するように前記倒立二輪車を制御することと、前記倒立二輪車の姿勢に沿わず任意の方向へ強制的に移動させるように前記倒立二輪車を制御することと、の両方を実行する制御ステップを備え、
   前記搭乗者が倒立二輪車に搭乗して所定の基準位置により近づくように操作することでバランス感覚を訓練するバランス訓練のためのバランス訓練装置の制御方法であって、
   前記制御ステップは、
   前記制御部が前記倒立二輪車の位置と前記基準位置との間の距離が閾値以上である場合、前記倒立二輪車の姿勢に沿わずに任意の方向へ強制的に移動させるように前記倒立二輪車を制御する際に、前記倒立二輪車を、前記基準位置から当該倒立二輪車が位置する方向へ強制的に移動させる制御のみを抑制する、
   バランス訓練装置の制御方法。

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