JP7081540B2 - バランス訓練装置、制御方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明はバランス訓練装置、制御方法およびプログラムに関する。

脚の不自由な患者のリハビリを支援するバランス訓練装置が開発されている。例えば、搭乗プレート（フォースプレート）に立位する訓練者の重心移動方向と同じ方向または逆方向に搭乗プレートを移動させて訓練者のバランス感覚の向上を図る装置が開発されている。

特許文献１に記載のバランス訓練装置は、フォースプレートにかかる荷重を検出する荷重検出センサと、荷重検出センサにかかる荷重から訓練者の重心位置を検出する重心位置検出手段と、フォースプレートを水平方向に移動させる駆動手段を備える。このバランス訓練装置は、訓練者の重心位置の移動に伴ってフォースプレートを移動させる。

特開２０１５－１００４７７号公報

特許文献１に記載のバランス訓練装置は、訓練者が下肢の重心移動を訓練することにより歩行時のバランス感覚を向上させることを目的としている。しかしながら、訓練者は、バランスを維持するためにバランス訓練装置上で上肢を大きく動かしたり、周辺の構造物に身体を預けたりする場合がある。また、訓練者は、足底をフォースプレートから浮かせることにより身体のバランスを維持しようとする場合がある。このような好ましくない状況で訓練を続けることは訓練の効果を低下させる可能性がある。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、効果的な訓練を行うことが可能なバランス訓練装置等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、搭乗プレート、荷重センサ、第１重心算出部、撮像部、第２重心推定部および判断部を有している。搭乗プレートは、立位する訓練者の足裏を支持する載置面を有する。荷重センサは、搭乗プレートが訓練者から受ける荷重を検出する。第１重心算出部は、荷重センサが検出した荷重に基づいて荷重の重心である第１重心を算出する。撮像部は、訓練者の姿勢を含む画像の画像データを取得する。第２重心推定部は、画像データに基づいて訓練者の重心位置である第２重心を推定する。判断部は、第１重心と第２重心との差に基づいて、訓練者に対する注意喚起を出力することを判断する。

このような構成により、バランス訓練装置は、訓練者の姿勢から推定された重心と、移動台車１１０に立つ訓練者の足から受ける荷重重心との差が大きい場合に、訓練者に対して正しい姿勢で訓練を行うように注意喚起することができる。

上記バランス訓練装置は、訓練者が視認可能に設置された表示部をさらに備え、判断部は、表示部にメッセージを表示させることにより訓練者に対して注意喚起を行うものであることが好ましい。これにより、バランス訓練装置は、訓練中の訓練者に対して効果的に注意喚起を行うことができる。

上記バランス訓練装置は、訓練者の姿勢から訓練者の足底と載置面とが成す角度を検出する角度検出部をさらに備え、上記判断部は、上記角度が予め設定された閾値より大きい場合には、第１重心と第２重心との差に関わらず、注意喚起を出力することを決定するものであってもよい。これにより、バランス訓練装置は、シンプルな処理により訓練者に対して注意喚起を行うことができる。

上記バランス訓練装置は、第１重心の変化に応じて予め設定された速度または加速度または移動距離により搭乗プレートを駆動する駆動部と、駆動部を制御する移動制御部とをさらに備え、移動制御部は、第１重心と第２重心との差に基づいて、速度または加速度または移動距離を調整するものであってもよい。また、上記バランス訓練装置は、駆動部を駆動することにより移動面上を移動可能な移動台車をさらに備え、搭乗プレートは移動台車の上に設置されているものであってもよい。これにより、バランス訓練装置は、訓練者にとって違和感が少なく効果的な訓練を可能とする。

上記バランス訓練装置は、訓練者が行った訓練の結果を記録する記録部をさらに備え、記録部は、訓練の結果に注意喚起が出力されたか否かに関するデータを含むものであってもよい。また、上記記録部は、訓練中に注意喚起が出力されなかった場合に、訓練の結果を記録するものであってもよい。これにより、訓練の評価として好適なデータを峻別できる。

本発明の第２の態様における制御方法は、搭乗プレートに訓練者が立ってバランス訓練を行うバランス訓練装置の制御方法であって、検出ステップ、第１重心算出ステップ、撮像ステップ、第２重心推定ステップおよび判断ステップを有している。検出ステップは、搭乗プレートが訓練者から受ける荷重を検出する。第１重心算出ステップは、検出した荷重に基づいて荷重の重心である第１重心を算出する。撮像ステップは、訓練者の姿勢を含む画像の画像データを取得する。第２重心推定ステップは、画像データに基づいて訓練者の重心である第２重心を推定する。判断ステップは、第１重心と第２重心との差に基づいて、訓練者に対する注意喚起を出力することを判断する。

このような構成により、制御方法は、訓練者の姿勢から推定された重心と、移動台車１１０に立つ訓練者の足から受ける荷重重心との差が大きい場合に、訓練者に対して正しい姿勢で訓練を行うように注意喚起することができる。

本発明の第３の態様におけるプログラムは、コンピュータに、搭乗プレートに訓練者が立ってバランス訓練を行うバランス訓練装置の制御方法を実行させるためのプログラムである。上記制御方法は、検出ステップ、第１重心算出ステップ、撮像ステップ、第２重心推定ステップおよび判断ステップを有している。検出ステップは、搭乗プレートが訓練者から受ける荷重を検出する。第１重心算出ステップは、検出した荷重に基づいて荷重の重心である第１重心を算出する。撮像ステップは、訓練者の姿勢を含む画像の画像データを取得する。第２重心推定ステップは、画像データに基づいて訓練者の重心である第２重心を推定する。判断ステップは、第１重心と第２重心との差に基づいて、訓練者に対する注意喚起を出力することを判断する。

このような構成により、プログラムは、訓練者の姿勢から推定された重心と、移動台車１１０に立つ訓練者の足から受ける荷重重心との差が大きい場合に、訓練者に対して正しい姿勢で訓練を行うように注意喚起することができる。

本発明によれば、効果的な訓練を行うことが可能なバランス訓練装置等を提供することができる。

実施の形態１にかかる訓練装置の概略斜視図である。 実施の形態１にかかる訓練装置のシステム構成を示す図である。 搭乗プレートにおける訓練者の足の位置と第１重心の例を示した図である。 姿勢データから推定した第２重心の例を示した図である。 第１重心と第２重心との間に差が生じる第１の例を示した図である。 第１重心と第２重心との間に差が生じる第２の例を示した図である。 実施の形態１にかかるバランス訓練装置の処理を示すフローチャートである。 左右方向の重心を検出する場合における重心の例を示す図である。 初期重心に対する第１重心および第２重心の差を示した図である。 訓練装置の訓練により生成された訓練データの例を示した図である。 実施の形態２にかかるバランス訓練装置のシステム構成を示す図である。 姿勢データにおける足底の角度の第１の例を示した図である。 姿勢データにおける足底の角度の第２の例を示した図である。 実施の形態２にかかる訓練装置の処理を示すフローチャートである。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲にかか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。

＜実施の形態１＞
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。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訓練装置１００に搭乗を続けようとすると、訓練装置１００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、リハビリ施設の床面等を移動面として、その移動面上を前後方向に移動可能な移動台車１１０と、移動台車１１０に立設され、移動台車１１０に搭乗する訓練者９００の脱落を防止するフレーム１６０を有している。また訓練装置１００は、移動台車１１０から離間した位置に設置された撮像部１８０を有している。移動台車１１０は、主に、駆動輪１２１、キャスタ１２２、搭乗プレート１３０、荷重センサ１４０、コントロールボックス１５０を備える。

駆動輪１２１は、走行方向に対して２つの前輪として配置されている。駆動輪１２１は、駆動部としての不図示のモータによって回転駆動され、移動台車１１０を前進させたり後退させたりする。キャスタ１２２は、従動輪であり、走行方向に対して２つの後輪として配置されている。

搭乗プレート１３０は、訓練者９００が搭乗して両足を載置する搭乗部である。搭乗プレート１３０は、訓練者９００の搭乗に耐える比較的剛性の高い、例えばポリカーボネート樹脂製の矩形平板が用いられる。搭乗プレート１３０は、四隅に配置された荷重センサ１４０を介して移動台車１１０の上面に支持されている。

荷重センサ１４０は、例えばロードセルであり、移動台車１１０に立つ訓練者９００の足から受ける荷重を検出する検出部としての機能を担う。荷重センサ１４０は搭乗プレート１３０の四隅に配置され、搭乗プレート１３０を支持する。コントロールボックス１５０は、後述する演算処理部やメモリを収容する。

フレーム１６０は、開閉扉１６１と手摺り１６２を含む。開閉扉１６１は、訓練者９００が搭乗プレート１３０に搭乗する場合に開いて、訓練者９００の通路を形成する。訓練試行を行う場合には閉じられてロックされる。手摺り１６２は、訓練者９００がバランスを崩しそうになった時や不安に感じた時に掴むことができるように、訓練者９００を取り囲むように設けられている。フレーム１６０は、表示パネル１７０を支持している。表示パネル１７０は、例えば液晶パネルである表示部であり、訓練者９００が訓練試行中に視認しやすい位置に配置されている。

撮像部１８０は、訓練中の訓練者の全身および移動台車１１０の画像を撮像して距離情報を含む画像データを取得し、取得した画像データをコントロールボックス１５０に供給する測距センサである。撮像部１８０は、画像データから訓練者の重心が推定できるように、例えば訓練者の側面の画像を撮像するように設置される。撮像部１８０は、画像データを逐次コントロールボックス１５０に送信するための無線通信装置を併せ持つ。

図２は、訓練装置１００のシステム構成を示す図である。訓練装置１００は、システム構成として、演算処理部２００、駆動部２１０、操作受付部２２０、表示制御部２３０、メモリ２４０、荷重センサ１４０および撮像部１８０を有している。

演算処理部２００は、例えばＭＰＵ（Micro Processing Unit）であり、メモリ２４０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。また演算処理部２００は、実行した訓練の結果をメモリ２４０に記録する。演算処理部２００は、制御プログラムの要請に従って様々な演算や個別要素の制御を実行する機能実行部としての役割も担う。演算処理部２００は、第１重心算出部２０１、第２重心推定部２０２、判断部２０３および移動制御部２０４を有している。

第１重心算出部２０１は、４つの荷重センサ１４０の検出信号を取得して、訓練者９００の搭乗面における両足の荷重重心を算出する。具体的には、４つの荷重センサ１４０のそれぞれの位置は既知であるので、それぞれの荷重センサ１４０が検出する鉛直方向の荷重の分布から重心位置を算出して、その位置を第１重心とする。

第２重心推定部２０２は、撮像部１８０から画像データを取得して、取得した画像データから訓練者の姿勢を解析し、解析した訓練者の姿勢から訓練者の重心位置である第２重心を推定する。第２重心推定部２０２は、例えば骨格の質量や、訓練者の身長や体重などのデータベースを予め記憶し、画像データから推定した訓練者の体格と、データベースとを照合することにより、重心を推定してもよい。

判断部２０３は、訓練中の訓練者に対して所定の注意喚起等のメッセージを出力することを判断する。所定の注意喚起とは、例えば訓練者の姿勢が試行中の訓練内容に適合していない場合に、正しい姿勢をとることを促すメッセージである。このようなメッセージを出力することを判断するために判断部２０３は、第１重心と第２重心との差を算出し、算出した第１重心と第２重心との差と予め設定された閾値とを比較することにより、訓練者に対する注意喚起を出力することを判断する。

移動制御部２０４は、駆動部２１０へ送信する駆動信号を生成し、駆動部２１０を介して移動台車１１０の移動を制御する。駆動信号は、例えば、第１重心の変化に応じて予め設定された速度または予め設定された加速度により移動することを駆動部２１０に指示する信号である。駆動信号は、第１重心の変化に応じて予め設定された距離を移動することを駆動部２１０に指示する信号であってもよい。

操作受付部２２０は、訓練者９００やオペレータからの入力操作を受け付けて、操作信号を演算処理部２００へ送信する。訓練者９００やオペレータは、操作受付部２２０を構成する、装置に設けられた操作ボタンや表示パネル１７０に重畳されたタッチパネル、付属するリモコン等を操作して、電源のオン／オフや訓練試行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２３０は、演算処理部２００からの表示信号に従って、訓練者に対するメッセージ等や、課題ゲームのグラフィック映像等を生成し、表示パネル１７０に表示する。本実施の形態における表示制御部２３０は、訓練者９００に対するメッセージとして、訓練中の姿勢が正しくないことを注意喚起するメッセージを表示する。

メモリ２４０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。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記憶している。メモリ２４０は、特に、訓練者９００が楽しく訓練試行を行えるようにゲーム形式で課題を与えるプログラムである課題ゲーム２４１を記憶している。メモリ２４０は、訓練試行の結果を記録領域２４２に記録する。訓練装置１００の管理者は記録された訓練結果を読取り、試行した訓練を評価したり、次の訓練の計画を立てたりする際に訓練結果を利用する。

荷重センサ１４０は、搭乗プレート１３０を介して訓練者９００の足から加えられる荷重を検出して、その検出信号を演算処理部２００へ送信する。本実施例において、搭乗プレート１３０を支持する４個の荷重センサ１４０は、それぞれが検出する鉛直方向の荷重を検出信号として演算処理部２００へ送信する。

駆動部２１０は、駆動輪１２１を駆動するための駆動回路やモータを含む。また、駆動部２１０は、駆動輪１２１の回転量を検出するロータリエンコーダを含む。駆動部２１０は、駆動輪１２１を駆動させる駆動部であって、移動制御部が生成する駆動信号に従って駆動輪１２１を駆動する。駆動部２１０は、例えば訓練者９００の重心の変化に応じて予め設定された速度または予め設定された加速度により、または予め設定された移動距離に移動台車１１０を移動させるべく駆動輪１２１を駆動する。

次に、図３を参照して第１重心について説明する。図３は、搭乗プレートにおける訓練者の足の位置と第１重心の例を示した図である。図に示す矩形は、搭乗プレート１３０の上面図であって、右側が訓練装置１００の前方で、左側が訓練装置１００の後方である。搭乗プレート１３０の四隅に点線で示された円形は搭乗プレート１３０を支持する荷重センサ１４０である。搭乗プレート１３０の中央部に二点鎖線で示された足形は、搭乗プレート１３０に接地している訓練者の左右の足ＦＴを示している。訓練者は、訓練を開始する際に搭乗プレート１３０の中央部の任意の位置に足底を接地させ、接地させた位置から足底を動かさないように訓練を行う。

訓練者の左右の足ＦＴの間に示された２つの点の内、左側に示された点は、訓練試行に際して訓練者が搭乗プレート１３０の上に静止したときの初期重心ＣＰ_０である。訓練を開始する際に、まず訓練者は搭乗プレート１３０の上で静止立位状態となる。第１重心算出部２０１は、４個の荷重センサ１４０の検出データから静止立位状態の訓練者９００の重心位置である初期重心ＣＰ_０を算出する。

訓練が開始されると、訓練者は足底を接地させたまま重心の移動を試みる。初期重心ＣＰ_０の右側に示された点は、訓練中の訓練者の重心位置である第１重心ＣＰ_１の例である。図に示した例は、訓練者９００が重心を前方へ移動させた状態を示している。したがって第１重心ＣＰ_１は、初期重心ＣＰ_０よりも前方に位置している。

図において搭乗プレート１３０の下側に矢印で示したＸ軸は、搭乗プレート１３０の後方の端部を起点とした場合の重心の前後方向の位置を示している。図の例において、初期重心ＣＰ_０の位置は、位置Ｘ０であり、第１重心ＣＰ_１の位置は、位置Ｘ１である。訓練装置１００は、初期重心ＣＰ_０と第１重心ＣＰ_１との差に応じて前方または後方へ移動台車１１０を移動させる。

したがって図に示した例の場合、移動台車１１０は、位置Ｘ１と位置Ｘ０との差に応じて、前方に移動する。訓練装置１００はこのようにして移動台車１１０を前方に移動させる。訓練者９００の重心が初期重心ＣＰ_０よりも後方に位置する場合には、訓練装置１００は、初期重心ＣＰ_０にかかる位置Ｘ０との差に応じて後方に移動する。

次に図４を参照して第２重心について説明する。図４は、訓練者の姿勢から推定した第２重心の例を示した図である。図は撮像部１８０が訓練者および移動台車１１０を側方から撮像した画像から搭乗プレート１３０および訓練者９００の姿勢を示したものであり、右側が訓練装置１００の前方で、左側が訓練装置１００の後方である。

図に示した訓練者９００の画像は、撮像した画像データから骨格および間接を推定し、推定した骨格および関節を模式的に示したものである。図４には、図３と同様に、搭乗プレート１３０の後方の端部を起点とした場合の重心の前後方向の位置を示すためのＸ軸が示されている。

訓練者９００の足の骨格と交差するように示された線は、第２重心推定部２０２が推定した訓練者９００の第２重心である。Ｘ軸上の第２重心は、位置Ｘ２である。第２重心推定部２０２が推定した位置Ｘ２と、第１重心算出部２０１が算出した位置Ｘ１との差が大きくない場合には、訓練中の訓練者は、搭乗プレート１３０に体重を乗せて訓練をしているといえる。

次に、図５および図６を参照して第１重心と第２重心との差が大きい場合について説明する。図５は、第１重心と第２重心との間に差が生じる第１の例を示した図である。図５は、訓練者９００を側面から撮像した画像に、第１重心を示す位置Ｘ１および第２重心を示す位置Ｘ２が重畳された状態である。また、図において、位置Ｘ１と位置Ｘ２との差をΔＸで示している。

図に示す訓練者９００は、手摺り１６２を掴んでいる。訓練者９００が手摺り１６２を掴むことにより、訓練者９００の姿勢は直立している状態に近い。しかし、実際には、訓練者９００は掴んだ手摺り１６２を引っ張るようにして上肢を後方へ傾けるとともに、足底はつま先側へ重心を移動させている状態である。

このような状況において、第１重心算出部２０１は、荷重センサの検出信号から、第１重心を訓練者９００のつま先近傍の位置Ｘ１と算出する。一方、撮像部１８０が撮像した訓練者９００の画像から第２重心推定部２０２が推定する第２重心は訓練者のかかと側に近い位置Ｘ２である。このように、訓練者９００が手摺り１６２に体重を掛けることにより第１重心算出部２０１が算出する位置Ｘ１と第２重心推定部２０２が推定する位置Ｘ２との差であるΔＸの値が大きくなる。このような状態は、訓練者の足関節機能を回復するための好ましい状態ではない。

図６は、第１重心と第２重心との間に差が生じる第２の例を示した図である。図に示す訓練者９００は、少しかかとを上げて、つま先に体重を掛けている。そのため第１重心算出部２０１は、第１重心を訓練者９００のつま先近傍の位置Ｘ１と算出する。一方、撮像部１８０が撮像した訓練者９００の姿勢は直立状態に近い。このような場合に、第２重心推定部２０２は、訓練者９００のかかとが上がっていることを検出できない場合がある。そのような場合、第２重心推定部２０２が推定する第２重心は訓練者のかかと側に近い位置Ｘ２である。このように、訓練者９００がかかとを少し上げることにより、位置Ｘ１と位置Ｘ２との差であるΔＸが大きくなる。

なお、図５および図６に示した例の他にも、例えば訓練者９００が手摺り１６２を掴み上肢を前方に倒した場合や、訓練者９００がつま先を少し浮かせてかかとに体重を掛けた場合なども、ΔＸが大きくなる可能性がある。本実施の形態において、判断部２０３は、ΔＸを算出することにより図５および図６に例示した状況の場合に、訓練者９００に注意喚起を行い、姿勢を是正することを促す。

次に、図７を参照して訓練装置１００が行う処理について説明する。図７は、実施の形態１にかかるバランス訓練装置の処理を示すフローチャートである。図７は、演算処理部２００が行う処理について示したものである。

まず演算処理部２００は、荷重センサ１４０から検出信号を取得する（ステップＳ１１）。次に、演算処理部２００の第１重心算出部２０１は、取得した検出信号から第１重心の位置Ｘ１を算出する（ステップＳ１２）。

また、演算処理部２００は、上述のステップＳ１１およびステップＳ１２と並行して、撮像部１８０から画像データを取得する（ステップＳ１３）。そして演算処理部２００の第２重心推定部は、取得した画像データから訓練者の姿勢を推定し、推定した訓練者の姿勢から第２重心の位置Ｘ２を算出する（ステップＳ１４）。

次に、判断部２０３は、位置Ｘ１と位置Ｘ２との差であるΔＸを算出する（ステップＳ１５）。さらに、判断部２０３は、算出したΔＸを予め設定された閾値ａｘと比較する（ステップＳ１６）。ΔＸが閾値ａｘ以上である場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、判断部２０３は、訓練者に対する注意喚起を出力することを判断する。

次に演算処理部２００は、判断部２０３の判断に応じて、訓練者に対する注意喚起表示をオンにする（ステップＳ１７）。より具体的には、演算処理部２００は、表示制御部２３０に対して、表示パネル１７０に注意喚起表示をするよう指示をする。これにより、例えば、表示パネル１７０に、「正しい姿勢で訓練してください」等の注意喚起が表示される。

注意喚起表示がオンされた後、演算処理部２００は、注意喚起表示後に所定時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ１９）。所定時間が経過した場合（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）、演算処理部２００は、注意喚起表示をオフにして（ステップＳ２０）、ステップＳ２１に進む。一方、注意喚起後に所定時間が経過していない場合（ステップＳ１９：Ｎｏ）、演算処理部２００は、注意喚起表示を操作することなくステップＳ２１に進む。

次に、演算処理部２００は、一連の処理を終了するか否かを判断する（ステップＳ２１）。一連の処理を終了すると判断する場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、演算処理部２００は、処理を終了する。一方、一連の処理を終了すると判断しない場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）、演算処理部２００は、最初のステップに戻り、検出信号の取得（ステップＳ１１）および画像データの取得（ステップＳ１３）を行い、以降の一連の処理を繰り返す。

ステップＳ１６に戻る。ΔＸが閾値ａｘ以上でない場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）、判断部２０３は、訓練者に対する注意喚起を出力することを判断しない。この場合、演算処理部２００は、表示パネル１７０が注意喚起表示中か否かを判断する（ステップＳ１８）。表示パネル１７０が注意喚起表示中の場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、演算処理部２００は、ステップＳ１９に進み、注意喚起後に所定時間が経過しているか否かを判断する（ステップＳ１９）。一方、表示パネル１７０が注意喚起表示中ではない場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）、演算処理部２００は、ステップＳ２１に進む。

演算処理部２００は、上述のような処理により、ΔＸが閾値ａｘ以上の場合に、訓練者に対して所定時間、注意喚起表示を行う。なお、ステップＳ１１およびステップＳ１２と、ステップＳ１３およびステップＳ１４とは、並行して処理されてもよいし、順番に処理されてもよい。

なお、演算処理部２００は、移動台車１１０の前後方向に加えて、左右方向の重心についても取得し、注意喚起をするか否かを判断してもよい。図８は、左右方向の重心を検出する場合における重心の例を示す図である。図８は、搭乗プレート１３０を上面から観察した図であって、図の右側が訓練装置１００の前方、図の左側が訓練装置１００の後方であり、図の上側が訓練装置１００の左側、図の下側が訓練装置１００の右側を示している。図８は、前後方向の位置を示すために示されたＸ軸に加えて、左右方向の位置を示すためのＹ軸が示されている。Ｙ軸の起点は搭乗プレート１３０の右端部である。すなわち、ＸＹ座標の原点は、搭乗プレート１３０の右後方の端部となっている。

図８には、第１重心ＣＰ_１および第２重心ＣＰ_２が示されている。第１重心ＣＰ１の座標はＸ１、Ｙ１である。第２重心ＣＰ２の座標はＸ２、Ｙ２である。この場合、重心位置の差として判断部２０３が算出するのはΔＸＹとなり、以下の式（１）により算出される。

このように、左右方向の重心の差についても考慮することにより、訓練装置１００は、訓練者９００が片側の手摺り１６２に体重を掛けているような場合にも、注意喚起を表示できる。

次に、図９を参照して、移動制御部の処理について説明する。移動制御部２０４は、第１重心と第２重心との差が閾値ａｘ以上の場合に、第１重心と第２重心との差に応じて速度、加速度または移動距離を調整してもよい。例えば、訓練者がかかとを浮かせた場合に、搭乗プレート１３０を介して検出する第１重心と、撮像部１８０が撮像した訓練者の姿勢から推定される第２重心との差が大きくなる場合がある。このような場合に第１重心の変化のみに基づいて移動台車１１０を移動させると、訓練者がバランスを崩し、訓練の試行が妨げられる可能性がある。

図９は、初期重心に対する第１重心および第２重心の差を示した図である。図９は、訓練者９００が、かかとを浮かせている状態である。図９には、初期重心の位置Ｘ０、第１重心の位置Ｘ１および第２重心の位置Ｘ２が示されている。

位置Ｘ０は、訓練者９００のかかとに近い方に存在する。第１重心の位置Ｘ１は、訓練者９００がかかとを浮かせているために、訓練者９００のつま先に近い位置に存在する。第２重心の位置Ｘ２は、位置Ｘ０と位置Ｘ１との間に存在する。また図に示した例は、ΔＸが閾値ａｘ以上の場合である。

このような状況において、移動制御部２０４は、位置Ｘ０と位置Ｘ１との差である差分Ｖ１と、位置Ｘ０と位置Ｘ２との差である差分Ｖ２とから、差分Ｖ１と差分Ｖ２との平均を算出する。そして、移動制御部２０４は、訓練者９００の重心位置が、差分Ｖ１と差分Ｖ２との平均値に存在するように、駆動部２１０に対する駆動信号を修正する。移動制御部２０４がこのような機能を有することにより、訓練装置１００は、訓練者にとって違和感の少ない動作をすることができる。なお、上述した平均値は、加重平均を含む。

次に、図１０を参照して訓練装置１００が取得した訓練データの例について説明する。図１０は、訓練装置１００の訓練により生成された訓練データの例を示した図である。訓練装置１００は、課題ゲーム２４１を実行することにより、例えば１０分間程度の訓練が試行される。そして、訓練装置１００は、試行された訓練の記録データを記録領域２４２に記録する。

図１０に示した表３００は訓練データの例である。表３００の一番左側の列に、「００２１」「００２２」「００２３」と示された４桁の数字は、記録された訓練データごとに一意に与えられたＩＤを示している。ＩＤの右隣の列には、訓練の実行開始日時が示されている。訓練の実行開始日時の右隣の列は、訓練で使用された課題ゲームの番号である課題番号が示されている。課題番号の右隣の列は、課題ゲームを実行した結果としてどのような評価が成されたかが記録されている。評価は、例えば３段階で示され、最も良好な結果だった場合が「Ａ」であり、最も良好でなかった結果が「Ｃ」である。

評価の右隣の列３０１は、注意喚起表示を行ったか否かを示すフラグが示されている。訓練中に注意喚起が表示された場合には「１」が示されており、注意喚起が表示されなかった場合には「０」が示されている。

表３００の行３０２は、ＩＤが「００２２」として記録されている訓練データである。ＩＤ００２２の訓練データは、課題番号０２３であり、評価はＡとなっている。ただし、注意喚起が表示されたことを示すフラグが「１」となっている。すなわち、ＩＤ００２２は、訓練中に注意喚起が表示されたものである。このように、訓練データに注意喚起が表示されたことを示す情報が含まれることにより、訓練データを利用する訓練装置１００の管理者は、注意喚起が表示された訓練データと、注意喚起が表示されなかった訓練データとを容易に峻別し、評価精度を向上させることができる。したがって、訓練装置１００は、効率的に利用可能な訓練データを提供することができる。なお、訓練装置１００は、注意喚起が表示された訓練データを記録せず、注意喚起が表示されなかった訓練データのみを利用可能に記録してもよい。上述した例において、注意喚起が表示されたことを示すフラグは、注意喚起が複数回表示された場合に「１」とするように設定されていてもよい。

以上、実施の形態１について説明した。実施の形態１にかかる訓練装置１００は、上述の構成に限られない。例えば、注意喚起を行う手段は表示パネル１７０を介した表示に代えて、あるいは、注意喚起を行う手段は表示パネル１７０を介した表示に加えて、音や振動、光等により訓練者に通知するものであってもよい。

撮像部１８０は、測距センサに代えて２Ｄの画像を撮像するものであってもよい。その場合、演算処理部２００は、２Ｄの画像データから訓練者の骨格や関節を推定する機能を有する。例えば、演算処理部２００は、機械学習により予め学習しておいた教師データを有し、これにより、訓練者の姿勢を推定してもよい。

以上に説明した構成により、実施の形態１によれば、効果的な訓練を行うことが可能なバランス訓練装置等を提供することができる。

＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２について説明する。実施の形態２にかかる訓練装置は、演算処理部２００が角度検出部２０５を有している点が実施の形態１にかかる訓練装置と異なる。

図１１は、実施の形態２にかかる訓練装置１００のシステム構成を示す図である。図１１に示す訓練装置１００は、演算処理部２００に角度検出部２０５を含む。角度検出部２０５は、撮像部１８０から取得した画像データから訓練者の足底と搭乗プレート１３０の載置面とが成す角度を検出する。角度検出部２０５は検出した角度を判断部２０３に供給する。

図１２および図１３を参照して角度検出部２０５が検出する足底の角度について説明する。図１２は、足底の角度の第１の例を示した図である。図１２に示す訓練者９００は、搭乗プレート１３０の載置面１３１に立っている。載置面１３１に立っている訓練者９００は、かかとを上げた状態になっている。訓練者９００の足底と載置面１３１とが成す角度はθ＝θ１である。

図１３は、足底の角度の第２の例を示した図である。図１３に示す訓練者９００は、つま先を上げた状態になっている。訓練者９００の足底と載置面１３１とが成す角度はθ＝θ２である。

次に、図１４を参照して実施の形態２にかかる訓練装置１００の処理について説明する。図１４は、実施の形態２にかかるバランス訓練装置の処理を示すフローチャートである。図１４に示すフローチャートは、ステップＳ１３とステップＳ１４の間にステップＳ２２およびステップＳ２３が存在する点が、実施の形態１において示したフローチャートと異なる。以下に、実施の形態１と異なる処理を中心に説明する。

ステップＳ１３で、演算処理部２００は、撮像部１８０から画像データを取得する。次に、角度検出部２０５は、足底と載置面１３１との角度θを算出する（ステップＳ２２）。角度検出部２０５は、算出した角度θに関する情報を判断部２０３に供給する。

次に、判断部２０３は、角度検出部２０５から受け取った角度θに関する情報と、予め設定された閾値ｂとを比較する（ステップＳ２３）。角度θの絶対値が閾値ｂ以上の場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、判断部２０３は、訓練者に対する注意喚起を出力することを判断し、ステップＳ１７に進む。一方、角度θの絶対値が閾値ｂ以上ではない場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、判断部２０３は、訓練者に対する注意喚起を出力することを判断せず、ステップＳ１４に進む。そして、ステップＳ１４で、第２重心推定部２０２は、位置Ｘ２を推定する。第２重心推定部２０２は、取得した画像データから訓練者の姿勢を推定し、推定した訓練者の姿勢から第２重心の位置Ｘ２を算出する（ステップＳ１４）。

以上、実施の形態２について説明した。実施の形態２にかかる訓練装置１００は、このような構成を有していることにより、ΔＸの値に関わらず、足底と載置面との角度から注意喚起表示をすることを判断することができる。よって、実施の形態２によれば、効果的な訓練を行うことが可能なバランス訓練装置等を提供することができる。

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。

１００ 訓練装置
１１０ 移動台車
１２１ 駆動輪
１２２ キャスタ
１３０ 搭乗プレート
１３１ 載置面
１４０ 荷重センサ
１５０ コントロールボックス
１６０ フレーム
１６１ 開閉扉
１６２ 手摺り
１７０ 表示パネル
１８０ 撮像部
２００ 演算処理部
２０１ 第１重心算出部
２０２ 第２重心推定部
２０３ 判断部
２０４ 移動制御部
２０５ 角度検出部
２１０ 駆動部
２２０ 操作受付部
２３０ 表示制御部
２４０ メモリ
２４１ 課題ゲーム
２４２ 記録領域
９００ 訓練者

Claims (8)

1. 立位する訓練者の足裏を支持する載置面を有する搭乗プレートと、
   前記搭乗プレートが前記訓練者から受ける荷重を検出する荷重センサと、
   前記荷重センサが検出した前記荷重に基づいて前記荷重の重心位置である第１重心を算出する第１重心算出部と、
   前記訓練者の姿勢を含む画像の画像データを取得する撮像部と、
   前記画像データに基づいて前記訓練者の重心位置である第２重心を推定する第２重心推定部と、
   前記第１重心と前記第２重心との差に基づいて、前記訓練者に対する注意喚起を出力することを判断する判断部と、
   前記訓練者の姿勢から前記訓練者の足底と前記載置面とが成す角度を検出する角度検出部と、を備え、
   前記判断部は、前記角度が予め設定された閾値より大きい場合には、前記第１重心と前記第２重心との差に関わらず、前記注意喚起を出力することを決定する、
   バランス訓練装置。
2. 前記訓練者が視認可能に設置された表示部をさらに備え、
   制御部は、表示部にメッセージを表示させることにより前記訓練者に対して前記注意喚起を行う
   請求項１に記載のバランス訓練装置。
3. 前記第１重心の変化に応じて予め設定された速度または加速度または移動距離により前記搭乗プレートを駆動する駆動部と、
   前記駆動部を制御する移動制御部とをさらに備え、
   前記移動制御部は、前記第１重心と前記第２重心との差に基づいて、前記速度または前記加速度または前記移動距離を調整する
   請求項１または２に記載のバランス訓練装置。
4. 前記駆動部を駆動することにより移動面上を移動可能な移動台車をさらに備え、
   前記搭乗プレートは前記移動台車の上に設置されている
   請求項３に記載のバランス訓練装置。
5. 前記訓練者が行った訓練の結果を記録する記録部をさらに備え、
   前記記録部は、前記訓練の結果に前記注意喚起が出力されたか否かに関するデータを含む
   請求項１～４のいずれか一項に記載のバランス訓練装置。
6. 前記訓練者が行った訓練の結果を記録する記録部をさらに備え、
   前記記録部は、訓練中に前記注意喚起が出力されなかった場合に、前記訓練の結果を記録する
   請求項１～４のいずれか一項に記載のバランス訓練装置。
7. 立位する訓練者の足裏を支持する載置面を有する搭乗プレートに訓練者が立ってバランス訓練を行うバランス訓練装置の制御方法であって、
   前記搭乗プレートが前記訓練者から受ける荷重を検出する検出ステップと、
   検出した前記荷重に基づいて前記荷重の重心である第１重心を算出する第１重心算出ステップと、
   前記訓練者の姿勢を含む画像の画像データを取得する撮像ステップと、
   前記画像データに基づいて前記訓練者の重心である第２重心を推定する第２重心推定ステップと、
   前記第１重心と前記第２重心との差に基づいて、前記訓練者に対する注意喚起を出力することを判断する判断ステップと、
   前記訓練者の姿勢から前記訓練者の足底と前記載置面とが成す角度を検出する角度検出ステップと、を備え、
   前記判断ステップは、前記角度が予め設定された閾値より大きい場合には、前記第１重心と前記第２重心との差に関わらず、前記注意喚起を出力することを決定する、
   制御方法。
8. 立位する訓練者の足裏を支持する載置面を有する搭乗プレートに訓練者が立ってバランス訓練を行うバランス訓練装置の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
   前記制御方法は、
   前記搭乗プレートが前記訓練者から受ける荷重を検出する検出ステップと、
   検出した前記荷重に基づいて前記荷重の重心である第１重心を算出する第１重心算出ステップと、
   前記訓練者の姿勢を含む画像の画像データを取得する撮像ステップと、
   前記画像データに基づいて前記訓練者の重心である第２重心を推定する第２重心推定ステップと、
   前記第１重心と前記第２重心との差に基づいて、前記訓練者に対する注意喚起を出力することを判断する判断ステップと、
   前記訓練者の姿勢から前記訓練者の足底と前記載置面とが成す角度を検出する角度検出ステップと、を備え、
   前記判断ステップは、前記角度が予め設定された閾値より大きい場合には、前記第１重心と前記第２重心との差に関わらず、前記注意喚起を出力することを決定する、
   プログラム。

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