JP2018130383A - Balance training device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バランス訓練装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a control method for a balance training apparatus.
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。 2. Description of the Related Art There is known a balance training device that allows an trainee, who is a trainer, to travel an inverted pendulum type travel device while maintaining a balance so that the trainer learns the movement of the center of gravity necessary for walking. The training may be performed by linking the movement of the moving device with the movement of the character displayed on the display device and achieving a game-type task given through the display device. The trainer obtains a certain training effect by continuously trying such a task.
倒立振子型の移動装置は、表示装置等を備えるバランス訓練装置の本体とは独立して移動するので、電力供給源として充電式のバッテリが採用されることが多い。一方で、ゲーム形式の課題は、訓練者が選択するレベル等によってその難易度が決定されるが、難易度の高い課題は、移動装置に対して短時間に長距離の移動を要求する。したがって、移動装置は、バッテリの残容量や温度によっては、与えられた課題をそもそも性能的に達成できないことがあった。移動装置の性能が原因で与えられた課題が達成できないのであれば、訓練者の意欲減退を招いてしまう。 Since the inverted pendulum type moving device moves independently from the main body of the balance training apparatus including a display device or the like, a rechargeable battery is often adopted as a power supply source. On the other hand, the difficulty level of a game-type task is determined by the level selected by the trainee, etc., but a task with a high difficulty level requires the mobile device to move over a long distance in a short time. Therefore, depending on the remaining capacity and temperature of the battery, the mobile device may not be able to achieve the given problem in the first place. If the task given due to the performance of the mobile device cannot be achieved, the trainee's willingness will be reduced.
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。 The present invention has been made to solve such a problem, and provides a balance training apparatus that can maintain a motivation for a trainee's task and expect a high training effect.
本発明の一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、バッテリとモータを備えた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、バッテリの温度と残容量を検出する検出部と、バッテリの温度と残容量ごとに予め作成された、電力供給が可能なモータの回転数とトルクの範囲を示すバッテリマップと、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ごとに予め作成された、課題の遂行に必要とするモータの回転数とトルクの範囲を示す課題マップとを記憶する記憶部と、複数の課題マップから、検出部が検出した温度と残容量に対応するバッテリマップが示す範囲に収まるモータの回転数とトルクの範囲を示す課題マップを選択し、選択された課題マップに対応する課題を実行する制御部とを備える。 A balance training apparatus according to an aspect of the present invention is a balance training apparatus that is linked to an inverted pendulum type moving apparatus including a battery and a motor, on which a trainee gets on and performs a moving operation, and the temperature and remaining capacity of the battery A battery map indicating the range of motor rotation speed and torque that can be supplied with electric power, and a reciprocation from the initial position to the target position. Detected from a plurality of problem maps, a storage unit that stores a problem map that shows the number of rotations of the motor and the range of torque that are created in advance for each problem to be moved within a predetermined time and that indicates the range of torque Select a task map that shows the range of motor speed and torque that falls within the range indicated by the battery map corresponding to the temperature and remaining capacity detected by the unit, and the task that corresponds to the selected task map And a control unit for executing.
このように、バッテリの状態に応じて達成可能な課題を選択すれば、移動装置の性能によって課題が達成できないということがなくなるので、訓練者の課題への意欲を維持できる。 Thus, if the achievable task is selected according to the state of the battery, the task cannot be achieved due to the performance of the mobile device, so that the trainee's motivation for the task can be maintained.
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。 According to the present invention, it is possible to provide a balance training apparatus capable of maintaining a motivation for a trainee's problem and expecting a high training effect.
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。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the invention according to the claims is not limited to the following embodiments. In addition, all of the configurations described in the embodiments are not necessarily essential as means for solving the problem.
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。
FIG. 1 is a schematic perspective view of a
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
FIG. 2 is a schematic perspective view of the
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。
The
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。
The left
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。バッテリについては、後に詳述する。
The
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。
Next, the system configuration of the
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。
The
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。
The
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。
As described above, the moving
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。
The
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。
The
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。
The
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の温度を検出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。
The
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。
The
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。
In this embodiment, the
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。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a display image during a task trial. The figure is an image displayed on the
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。
On the right side of the tennis court displayed in the center, the character M throwing the tennis ball B is superimposed on the background image, and on the left side, the character P returning the thrown tennis ball B is superimposed on the background image. It is arranged. The character M expresses an action of moving up and down or throwing according to the task given by the
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。
Information representing the game situation is also displayed. In the illustrated example, a “training game 01” indicating that the game “tennis” is selected from the
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。訓練者900は、アイコンIを確認することにより、課題ゲームを続行できそうかを判断できる。
An icon I indicating the remaining capacity of the
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。
The
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。
5 (a) shows the state of problems immediately before the start character P is positioned at the initial position T s is the middle of the vertical direction. Also the character M, is positioned on the opposite side of the coating with respect to the initial position T s. 6 (a) shows the status of the
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。
Since the
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。 FIG. 5 (b) shows the state immediately after challenge initiated, the character M, in order to reach the tennis ball B to the target position set B h this challenge, throwing a tennis ball B moves upward coat To do. Then, the tennis ball B moves along the locus shown in the drawing. The speed at which the tennis ball B moves is predetermined according to the level, and the higher the level, the faster.
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。
If it is possible to move the character P before tennis ball B reaches the B h until T h, racquet is swung when the tennis ball B has reached, tennis ball B is hit back. 5 (c) shows how the return to the initial position T s after the character P is Uchikaeshi tennis ball
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。
5, the problem described with reference to FIG. 6, in conjunction with movement of the character P and the like displayed on the
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。
FIG. 7 is a diagram illustrating the task list. The assignment list is stored in advance in the
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。
The
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る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。 One task game includes k tasks randomly selected from the task list. The number k is changed according to the selected level. The higher the level, the more issues are selected. Further, depending on the selected level, a task associated with a large distance may not be selected. For example, a limitation may be set for task selection from the task list.
課題リストに含まれるそれぞれの課題は、課題マップテーブルへのリンク情報を有する。図8は、課題マップを説明する図である。課題マップは、対応する課題の遂行に必要とする、右駆動輪124および左駆動輪123を駆動するそれぞれのモータの回転数とトルクの範囲を示すグラフである。課題マップは、選択され得るレベルごとに予め実験やシミュレーションによって作成され、各レベルと課題マップを対とする課題マップテーブルとしてデータベース216に記憶されている。
Each assignment included in the assignment list has link information to the assignment map table. FIG. 8 is a diagram for explaining a problem map. The assignment map is a graph showing the rotational speeds and torque ranges of the respective motors that drive the
例えば図示する課題H1の場合は、選択され得る5つのレベルのそれぞれに対して、課題マップが関連づけられている。課題の試行時に選択されるレベルは、訓練者900のリハビリ状況等に応じて適宜選択される。課題は、選択されたレベルが高いほど短時間で初期位置Vsに戻ることを要求する。すなわち、課題は、レベルごとに制限時間Tを有し、制限時間Tは、レベルが高いほど短く設定されている。上述のテニスボールBの速度は、設定されている制限時間Tに応じて調整される。
For example, in the case of problems H 1 shown, for each of the five levels that may be selected, problems map is associated. The level selected when trying the task is appropriately selected according to the rehabilitation situation of the
課題H1は、いずれのレベルであっても初期位置Vsから距離D1の地点に目標位置を定めるので、選択されたレベルが高いほど、より大きな回転数NとトルクTを必要とする。図示するように、横軸に回転数N、縦軸にトルクTを表すと、それぞれのレベルで必要な最大の回転数NとトルクTは、高いレベルほど大きくなっていることがわかる。 The task H 1 determines the target position at a point of the distance D 1 from the initial position V s at any level, so that the higher the selected level, the larger the rotational speed N and the torque T are required. As shown in the drawing, when the rotational speed N is represented on the horizontal axis and the torque T is represented on the vertical axis, it can be understood that the maximum rotational speed N and torque T required at each level increase as the level increases.
このようなレベルごとに関連づけられた課題マップが、課題リストにリストアップされた課題Hのそれぞれにリンクされている。したがって、全体制御部210が一つの課題Hmを選択すると、Hmにリンクされた課題マップのうち、訓練者900が選択したレベルに対応する課題マップがデータベース216から読み出されて参照される。
The assignment map associated with each level is linked to each assignment H listed in the assignment list. Therefore, when the
なお、ここでは、グラフを用いてモータの回転数とトルクの範囲を模式的に表したが、データベース216に記憶する形式は、グラフに限らず、ルックアップテーブルや関数による定義の形式であっても良い。課題とレベルに対応する回転数NとトルクTの利用範囲が定義されたものであれば、いかなる形式であっても構わない。
Here, the range of the motor speed and torque is schematically shown using a graph, but the format stored in the
次にバッテリマップについて説明する。図9は、バッテリマップを説明する図である。例えばリチウムイオン電池のような二次電池は、充電量の残容量とバッテリ温度に依存して給電特性が大きく変化する。本実施形態のように、バッテリからの給電によりモータを駆動する場合には、バッテリの給電特性が、モータ出力の特性となって現れる。一般的には、残容量が大きいほどモータの回転数NもトルクTも大きな出力を得られる。また、バッテリ温度が高いほどモータの回転数NもトルクTも大きな出力を得られる。 Next, the battery map will be described. FIG. 9 is a diagram for explaining a battery map. For example, in a secondary battery such as a lithium ion battery, power supply characteristics greatly vary depending on the remaining charge capacity and the battery temperature. When the motor is driven by power supply from the battery as in the present embodiment, the power supply characteristic of the battery appears as the characteristic of the motor output. In general, the larger the remaining capacity, the larger the number of rotations N and torque T of the motor. Also, the higher the battery temperature, the greater the output of both the motor speed N and torque T.
バッテリマップは、バッテリ129の温度と残容量ごとに、電力供給が可能なモータの回転数NとトルクTの範囲を示すグラフである。本実施形態においてそれぞれのバッテリマップは、図8で説明した課題マップと同様に、横軸に回転数N、縦軸にトルクTで表される。
The battery map is a graph showing the range of the rotational speed N and torque T of the motor that can supply power for each temperature and remaining capacity of the
バッテリマップは、所定の温度、所定の残容量ごとに予め実験やシミュレーションによって作成され、作成されたバッテリマップの全体は、バッテリマップテーブルとしてデータベース216に記憶されている。例えば図示するように、バッテリマップテーブルは、残容量に対しては40%から100%の間を20%刻みで、バッテリ温度に対しては5℃から45℃の間を10℃刻みで、マトリックス状にバッテリマップがそれぞれ作成されている。この範囲に含まれない、残容量が40%未満の範囲や、バッテリ温度が5℃未満または45℃以上の範囲に対しては、モータを正常に駆動させる条件としては好ましくない範囲として、全体制御部210は、課題の実行を禁止しても良い。すなわち、予め設定された残容量とバッテリ温度の条件を満たさない場合は、全体制御部210は、課題の実行を禁止しても良い。
The battery map is created in advance by experiments and simulations for each predetermined temperature and predetermined remaining capacity, and the entire created battery map is stored in the
全体制御部210は、バッテリセンサ223から、移動体制御部220を介して、バッテリ129の温度と残容量を取得する。そして、取得した温度と残容量に最も近いバッテリマップをデータベース216に記憶されたバッテリマップテーブルから選択して読み出し、参照する。
The
なお、バッテリマップを予め用意する範囲や刻み幅は、要求仕様等によって適宜変更され得る。また、ここでは、グラフを用いてモータの回転数とトルクの範囲を模式的に表したが、データベース216に記憶する形式は、グラフに限らず、ルックアップテーブルや関数による定義の形式であっても良い。課題とレベルに対応する回転数NとトルクTの利用範囲が定義されたものであれば、いかなる形式であっても構わない。ただし、バッテリマップの形式は、後述する課題選択可否の判断の効率向上の観点から、課題マップの形式と同じものであることが好ましい。
Note that the range and step size for preparing the battery map in advance can be changed as appropriate according to the required specifications. In addition, here, the rotational speed and torque range of the motor are schematically represented using a graph, but the format stored in the
図10は、課題選択可否の判断を説明する図である。全体制御部210は、訓練者900等が選択するレベルが高いほど、短時間に長距離の移動を要求する課題Hを多く含むように選択する。しかし、バッテリの残容量や温度によっては、選択された課題Hをそもそも移動装置120の性能的に達成できないことがある。移動装置120の性能が原因で与えられた課題が達成できないのであれば、訓練者900の意欲減退を招いてしまう。
FIG. 10 is a diagram for explaining determination of whether or not an assignment can be selected. The
そこで、全体制御部210は、与えた課題が移動装置120の性能の観点からは実行可能であることを担保すべく、課題Hを設定する段階で課題選択可否の判断を行う。課題選択可否の判断は、仮に選択した課題Hに対応する課題マップと、バッテリ129の現在の温度および残容量に対応するバッテリマップとを掛け合わせて行う。
Therefore, the
例えば、図10(a)に示すように、訓練者900によって選択されたレベルが4であり、全体制御部210が仮に選択した課題がH1であって、バッテリ129の現在の温度および残容量が15℃60%だとする。それぞれに対応する課題マップとバッテリマップをデータベース216から抽出して掛け合わせると、右のグラフで示すように、課題マップの領域のうち網線で示す領域が、バッテリマップの領域からはみ出す。このように、課題マップの領域が部分的にバッテリマップの領域からはみ出すのであれば、そのはみ出た領域における回転数NおよびトルクTは、現時点でのバッテリ129の能力では出力できないと言える。すなわち、全体制御部210は、その課題を実行できないと判断することができる。
For example, as shown in FIG. 10A, the level selected by the
一方で、図10(b)に示すように、同じく、訓練者900によって選択されたレベルが4であり、全体制御部210が仮に選択した課題がH1であっても、バッテリ129の現在の温度および残容量が15℃80%だと、その判断結果は「実行可能」となる。すなわち、15℃80%におけるバッテリマップの領域は、15℃60%におけるバッテリマップの領域よりも大きく、課題マップの領域は、15℃80%におけるバッテリマップの領域に包含されるので、課題H1が実行可能であると判断できる。
On the other hand, as shown in FIG. 10B, even if the level selected by the
図11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。
FIG. 11 is a flowchart showing processing from the start to the end of a single task game. The flow starts when the
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等から難易度としてのレベルの選択を受け付ける。そして、ステップS102へ進み、カウント変数mを1にセットする。さらに、ステップS103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S104へ進む。
In step S101, the
全体制御部210は、ステップS104で、移動体制御部220を介してバッテリセンサ223の検出結果を取得し、バッテリ129の温度と残容量を確認する。そして、ステップS105で、m番目に実行する仮の課題として、データベース216の課題リストから一つの課題をランダムに選択する。なお、すでに実行不可能と判断された課題は、選択対象から除外する。
In step S104, the
全体制御部210は、ステップS106へ進み、選択した課題にリンクされた課題マップテーブルの中から、対応するレベルの課題マップを抽出する。また、ステップS104で検出したバッテリ129の温度と残容量に対応するバッテリマップを、データベース216に記憶されたバッテリマップテーブルから抽出する。そして、これらの包含関係を確認する。全体制御部210は、図10を用いて説明したように、バッテリマップの領域から課題マップの一部の領域がはみ出るのであれば、仮に選択した課題の実行は不可能であると判断して、課題を再選択すべくステップS105へ戻る。課題マップの領域の全部がバッテリマップの領域に包含されるのであれば、仮に選択した課題の実行は可能であると判断して、その課題をm番目に課す正式な課題と決定し、ステップS107へ進む。
The
全体制御部210は、ステップS107へ進むと、ステップS106で決定したm番目の課題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。
When proceeding to step S107, the
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S108へ進み、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、制限時間内に初期位置Vsまで戻れたか否かによって、加点されたり減点されたりする。
When the time limit T m for the task H m ends, the
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S111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は、課題ゲームにおいて課される課題の個数である。全体制御部210は、ステップS101において高いレベルが選択されている場合には、低いレベルが選択されている場合に比べて、個数kを多く設定する。全体制御部210は、kを超えていないと判断したらステップS104へ戻り、超えたと判断したらステップS111へ進む。
The
全体制御部210は、ステップS111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。
When the process proceeds to step S111, the
このような処理フローによれば、訓練者900に試行させる課題が移動装置120の性能の観点からは実行可能であることを担保できるので、訓練者900が課題ゲームに取り組む意欲を維持することを期待できる。
According to such a processing flow, it can be ensured that the task that the
なお、以上説明した本実施形態においては、課題マップとバッテリマップの包含関係を判断して課題実行の可否を判断したが、モータの回転数NとトルクTの関係を他の形式で定義する場合においては、それぞれの形式にふさわしい判断手法を用いる。いずれにしても、バッテリの温度と残容量によって定義されるモータの出力限界が、課題に要求されるモータ出力を含んでいれば良い。 In the present embodiment described above, the inclusion relationship between the task map and the battery map is determined to determine whether the task can be executed. However, when the relationship between the motor rotation speed N and the torque T is defined in another format. In, the judgment method suitable for each form is used. In any case, it is sufficient that the motor output limit defined by the battery temperature and the remaining capacity includes the motor output required for the task.
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
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記バッテリの温度と残容量を検出する検出部と、
前記バッテリの前記温度と前記残容量ごとに予め作成された、電力供給が可能な前記モータの回転数とトルクの範囲を示すバッテリマップと、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ごとに予め作成された、前記課題の遂行に必要とする前記モータの回転数とトルクの範囲を示す課題マップとを記憶する記憶部と、
複数の前記課題マップから、前記検出部が検出した前記温度と前記残容量に対応する前記バッテリマップが示す範囲に収まる前記モータの回転数とトルクの範囲を示す課題マップを選択し、前記選択された課題マップに対応する課題を実行する制御部と
を備えるバランス訓練装置。 A balance training device linked with an inverted pendulum type moving device equipped with a battery and a motor, on which a trainee gets on board and moves,
A detection unit for detecting the temperature and remaining capacity of the battery;
A battery map indicating the range of the number of rotations and torque of the motor capable of supplying power, which is created in advance for each of the temperature and the remaining capacity of the battery, and a reciprocating movement from the initial position to the target position for the trainee. A storage unit that stores a task map that is created in advance for each task to be performed within a predetermined time and that indicates a range of torque and the number of rotations of the motor necessary to perform the task;
From the plurality of task maps, a task map indicating a range of the rotation speed and torque of the motor that falls within a range indicated by the battery map corresponding to the temperature and the remaining capacity detected by the detection unit is selected and selected. A balance training device comprising a control unit that executes a task corresponding to the task map.
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