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技術 視覚障害者用歩行支援装置

出願人 鵜狩慧久
発明者 鵜狩慧久
出願日 2017年3月22日 (1年8ヶ月経過) 出願番号 2017-077814
公開日 2018年10月11日 (2ヶ月経過) 公開番号 2018-158081
状態 特許登録済
技術分野 リハビリ用具
主要キーワード 動作強度 切り離し部分 対応イメージ 周辺空間 立体空間 調節具 刺激情報 ユーザ周辺
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年10月11日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

ユーザが直感的に立体空間認知しやすく、認知可能な範囲の広い歩行者支援手段を提供する。

解決手段

本発明に係る視覚障害者用歩行支援装置は、空間認知部1と制御部2と刺激出力部3により構成される視覚障害者用歩行支援装置であって、刺激出力部3は複数の素子11からなる素子部10と伝達刺激情報受信手段9を有し、素子部10は伝達刺激情報に対応した人体への感覚刺激を発する素子11が配列され、装着時に素子11を全て皮膚の表面に密着できるよう形成され、素子11は素子11と皮膚の接する点から、皮膚に対して垂直方向外向きに向かう仮想法線12が立体空間上の障害物と接する点までの距離に素子11の動作強度を対応させて動作することを特徴とする。

概要

背景

人間が歩行経路の選択をする際、視覚による立体空間認知に依るところが大きい。視覚に障害を持つ者が歩行をする際、対面する立体空間の情報を他の感覚刺激に置き換えて伝達することで経路を選択しやすくなる。

特許文献1に開示された技術によれば、仮想的に視界とする範囲の立体的形状を「触覚表示装置」と同文献で表現される出力装置によりユーザに伝達できる。触覚表示装置は進退自在なピンを板状の本体にマトリクス状に配列したものであり、ユーザがこれを手のひら刺激として受け取り、立体空間を想像した上で歩行することができ、この装置を用いることは好適な実施形態であると主張されている。

概要

ユーザが直感的に立体空間を認知しやすく、認知可能な範囲の広い歩行者支援手段を提供する。本発明に係る視覚障害者用歩行支援装置は、空間認知部1と制御部2と刺激出力部3により構成される視覚障害者用歩行支援装置であって、刺激出力部3は複数の素子11からなる素子部10と伝達刺激情報受信手段9を有し、素子部10は伝達刺激情報に対応した人体への感覚刺激を発する素子11が配列され、装着時に素子11を全て皮膚の表面に密着できるよう形成され、素子11は素子11と皮膚の接する点から、皮膚に対して垂直方向外向きに向かう仮想法線12が立体空間上の障害物と接する点までの距離に素子11の動作強度を対応させて動作することを特徴とする。

目的

この発明は、ユーザが直感的に立体空間を認知しやすく、認知可能な範囲の広い歩行者支援手段を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

空間認知部と制御部と刺激出力部により構成される視覚障害者用歩行支援装置であって、前記空間認知部はユーザ周辺立体的形状を連続して観察する空間検知手段と空間情報送信手段を有し、前記制御部は前記空間認知部が捉えた周辺空間の情報を加工する演算処理部と空間情報受信手段と伝達刺激情報送信手段を有し、前記刺激出力部は複数の素子からなる素子部と伝達刺激情報受信手段を有し、前記空間情報送信手段は前記空間検知手段で取得した空間情報を前記空間情報受信手段に送信し、前記伝達刺激情報送信手段は前記演算処理部で加工した前記伝達刺激情報を前記伝達刺激情報受信手段に送信し、前記素子部は前記伝達刺激情報に対応した人体への感覚刺激を発する前記素子が配列され、装着時に前記素子を全て皮膚の表面に密着できるよう形成され、前記素子は前記素子と皮膚の接する点から、皮膚に対して垂直方向外向きに向かう仮想法線立体空間上の障害物と接する点までの距離に前記素子の動作強度を対応させて動作することを特徴とする視覚障害者用歩行支援装置。

請求項2

前記刺激出力部は人体の任意の箇所に装着自在に構成したことを特徴とする請求項1に記載の視覚障害者用歩行支援装置。

請求項3

前記刺激出力部は任意の高さに複数装着できるよう構成したことを特徴とする請求項2記載の視覚障害者用歩行支援装置。

請求項4

前記素子は略水平方向に放射状に配列したことを特徴とする請求項2及び請求項3記載の視覚障害者用歩行支援装置。

請求項5

前記刺激出力部は人体各部に巻回自在な円環状に形成したことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の視覚障害者用歩行支援装置。

技術分野

0001

本発明は、主に視覚障害者視覚障害者用歩行支援装置に関する。

背景技術

0002

人間が歩行経路の選択をする際、視覚による立体空間認知に依るところが大きい。視覚に障害を持つ者が歩行をする際、対面する立体空間の情報を他の感覚刺激に置き換えて伝達することで経路を選択しやすくなる。

0003

特許文献1に開示された技術によれば、仮想的に視界とする範囲の立体的形状を「触覚表示装置」と同文献で表現される出力装置によりユーザに伝達できる。触覚表示装置は進退自在なピンを板状の本体にマトリクス状に配列したものであり、ユーザがこれを手のひら刺激として受け取り、立体空間を想像した上で歩行することができ、この装置を用いることは好適な実施形態であると主張されている。

先行技術

0004

特開2002−65721

発明が解決しようとする課題

0005

特許文献1に示す技術を用いれば障害物の位置をある程度想像しながら感覚的に捉えることができる。しかし、皮膚に与えられた刺激のパターンとその強弱を正確に把握するには一定の訓練が必要である。また、視野角が拡大するにつれて認知の難易度増しユーザの負担が大きくなる。

0006

この発明は、ユーザが直感的に立体空間を認知しやすく、認知可能な範囲の広い歩行者支援手段を提供する。

課題を解決するための手段

0007

以上のような目的を達成するために、本発明は以下の技術を提供する。

0008

請求項1に係る発明では、空間認知部と制御部と刺激出力部により構成される視覚障害者用歩行支援装置であって、前記空間認知部はユーザ周辺の立体的形状を連続して観察する空間検知手段と空間情報送信手段を有し、前記制御部は前記空間認知部が捉えた周辺空間の情報を加工する演算処理部と空間情報受信手段と伝達刺激情報送信手段を有し、前記刺激出力部は複数の素子からなる素子部と伝達刺激情報受信手段を有し、前記空間情報送信手段は前記空間検知手段で取得した空間情報を前記空間情報受信手段に送信し、前記伝達刺激情報送信手段は前記演算処理部で加工した前記伝達刺激情報を前記伝達刺激情報受信手段に送信し、前記素子部は前記伝達刺激情報に対応した人体への感覚刺激を発する前記素子が配列され、装着時に前記素子を全て皮膚の表面に密着できるよう形成され、前記素子は前記素子と皮膚の接する点から、皮膚に対して垂直方向外向きに向かう仮想法線が立体空間上の障害物と接する点までの距離に前記素子の動作強度を対応させて動作することを特徴とする視覚障害者用歩行支援装置を提供せんとする。

0009

請求項2に係る発明では、前記刺激出力部は人体の任意の箇所に装着自在に構成したことを特徴とする請求項1に記載の視覚障害者用歩行支援装置を提供せんとする。

0010

請求項3に係る発明では、前記刺激出力部は任意の高さに複数装着できるよう構成したことを特徴とする請求項2記載の視覚障害者用歩行支援装置を提供せんとする。

0011

請求項4に係る発明では、前記素子は略水平方向に放射状に配列したことを特徴とする請求項2及び請求項3記載の視覚障害者用歩行支援装置を提供せんとする。

0012

請求項5に係る発明では、前記刺激出力部は人体各部に巻回自在な円環状に形成したことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の視覚障害者用歩行支援装置を提供せんとする。

0013

発明の効果

0014

請求項1記載の発明によれば、素子部は伝達刺激情報に対応した人体への感覚刺激を発する素子が配列され、装着時に素子を全て皮膚の表面に密着できるよう形成され、素子は素子と皮膚の接する点から、皮膚に対して垂直方向外向きに向かう仮想法線が立体空間上の障害物と接する点までの距離に素子の動作強度を対応させて動作することより、複雑な思考をすることなく、人体が刺激を受けた方向に障害物があること及び障害物までの距離を直感的に認識することができる。

0015

請求項2記載の発明によれば、前記刺激出力部は人体の任意の箇所に装着自在に構成したことより、感覚神経鈍い身体の部位でも刺激を受けることができる。

0016

請求項3記載の発明によれば、前記刺激出力部は任意の高さに複数装着できるよう構成したことより、複雑な思考をすることなく、人体が刺激を受けた高さに障害物があること及び障害物までの距離を直感的に認識することができる。

0017

請求項4記載の発明によれば、前記素子は略水平方向に放射状に配列したことより、立体空間を広範囲で認知することができる。

0018

請求項5記載の発明によれば、前記刺激出力部は人体各部に巻回自在な円環状に形成したことより、ユーザが容易に着脱できる。

図面の簡単な説明

0019

刺激出力部が満たすべき基本構造認知された空間情報と刺激の出力パターンの対応イメージ

実施例

0020

本実施形態に係る視覚障害者用歩行支援装置の要旨は、空間認知部と制御部と刺激出力部により構成される視覚障害者用歩行支援装置であって、空間認知部はユーザ周辺の立体的形状を連続して観察する空間検知手段と空間情報送信手段を有し、制御部は空間認知部が捉えた周辺空間の情報を加工する演算処理部と空間情報受信手段と伝達刺激情報送信手段を有し、刺激出力部は複数の素子からなる素子部と伝達刺激情報受信手段を有し、空間情報送信手段は空間検知手段で取得した空間情報を空間情報受信手段に送信し、伝達刺激情報送信手段は前記演算処理部で加工した伝達刺激情報を伝達刺激情報受信手段に送信し、素子部は伝達刺激情報に対応した人体への感覚刺激を発する素子が配列され、装着時に素子を全て皮膚の表面に密着できるよう形成され、素子は素子と皮膚の接する点から、皮膚に対して垂直方向外向きに向かう仮想法線が立体空間上の障害物と接する点までの距離に素子の動作強度を対応させて動作することを特徴とする。すなわち、ユーザが直感的に立体空間を認知しやすく、認知可能な範囲の広い歩行者支援手段を提供するものである。

0021

以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

0022

視覚障害者用歩行支援装置は空間認知部1と制御部2と刺激出力部3により構成される視覚障害者用歩行支援装置であって、空間認知部1はユーザ周辺の立体的形状を連続して観察する空間検知手段4と空間情報送信手段5を有し、制御部2は空間認知部1が捉えた周辺空間の情報を加工する演算処理部6と空間情報受信手段7と伝達刺激情報送信手段8を有し、刺激出力部3は複数の素子11からなる素子部10と伝達刺激情報受信手段9を有し、空間情報送信手段5は空間検知手段4で取得した空間情報を空間情報受信手段7に送信し、伝達刺激情報送信手段8は演算処理部6で加工した伝達刺激情報を伝達刺激情報受信手段9に送信し、素子部10は伝達刺激情報に対応した人体への感覚刺激を発する素子11が配列され、装着時に素子11を全て皮膚の表面に密着できるよう形成され、素子11は素子11と皮膚の接する点から、皮膚に対して垂直方向外向きに向かう仮想法線12が立体空間上の障害物と接する点までの距離に素子11の動作強度を対応させて動作するように構成している。

0023

また、刺激出力部3は人体の任意の箇所に装着自在に構成している。

0024

また、刺激出力部3は任意の高さに複数装着できるよう構成している。

0025

また、素子11は略水平方向に放射状に配列している。

0026

さらに、刺激出力部3は人体各部に巻回自在な円環状に形成している。

0027

図1に示すように、空間認知部1はユーザの動作の妨げにならないスマートフォン等の携帯端末程度の大きさで、ユーザに伝達すべきユーザ周辺の立体空間の認知を行い、それにより得たユーザ周辺の立体空間の情報を制御部2に伝達する役割を担う。空間認知部1の装着位置は任意であるが、使用中に認知する範囲の角度を自在に変更できることが望まれる場合は頭部、ユーザの進行方向に安定した入力を得たい場合は胸部などに設置する。さらに、広い範囲で立体空間の情報を得るために空間認知部1の一部をなす空間検知手段4を複数個用いて構成することも可能である。

0028

空間検知手段4はユーザに伝達すべきユーザ周辺の立体空間の認知を行い、空間検知手段4が認知できる画角内に存在する画素ごとの対象までの距離を明らかにする。よってセンサから投射したレーザ光対象物に当たって反射しセンサに戻って来るまでの時間を用いて画素ごとの距離を測るTOF(Time Of Flight)方式の距離画像センサを用いて構成する。TOF方式の距離画像センサでは光の位相差を用いて反射光遅延を検出する。そのため投射するレーザ光は高速で点滅させる。他にも使用環境に応じて任意の技術を用いて構成できる。安価な部品で構成し、屋内での使用を前提とするならば、あるパターンの光線を対象物に照射し、そのパターンの歪みで距離を測定するパターン照射方式を採用できる。他にもステレオカメラを用いて、視差により奥行き情報を得ることもできる。

0029

空間情報送信手段5は空間検知手段4で取得した空間情報を制御部2の一部をなす空間情報受信手段7に送信するものであり、空間情報送信手段5と空間情報受信手段7はUSB(Universal Serial Bus)接続でのシリアル通信を行い、空間情報受信手段7を介して空間検知手段4が得た立体空間の情報を演算処理部6へ伝達する役割を担う。他にも任意の有線無線通信技術を用いることができる。また、この通信の速度に合わせて空間検知手段4のサンプリングレートを設定すべきである。

0030

制御部2は空間認知部1から伝達される立体空間の情報を受信し、受信した情報を刺激出力部3に出力できる形に加工して、刺激出力部3に伝達する役割を担う。

0031

演算処理部6は、空間情報受信手段7が受信した立体空間の情報を加工する。具体的には素子11が素子11と皮膚の接する点から、皮膚に対して垂直方向外向きに向かう図2に示すような仮想法線12が立体空間上の障害物と接する点までの距離に素子11の動作強度を対応させて動作するように出力を加工する。

0032

動作としては、本実施形態ではシリアル通信を用いて通信を行うため、その時のサンプリングで得た立体空間の計測結果が順次受信される。計算負荷の高い時はあらかじめ設けておいたメモリ空間にバッファとして蓄える。TOF方式の距離画像センサは該センサの持つ画角内で均等かつ放射状に視野を持ち画素に対応させるから、距離画像センサの縦横画角とその瞬間に受信された画素の画像全体で見た位置により、中央の画素が感知する走査線を基準にした時のその瞬間に受信された画素の感知する走査線の縦横方向の角度を計算できる。その角度により三角関数を用いてその瞬間に受信された画素の空間検知手段4の位置を原点とした三次元直交座標系上での位置を計算できる。

0033

また、物理メモリにあらかじめその領域内でアドレス番地が三次元直交座標系上での位置をもとに参照できるよう構成されたバッファを設けておく。バッファは仮想法線12の走査する範囲と接近する位置に限定して設けることで物理メモリの記憶領域を節約できる。

0034

また、受信された画素の位置が仮想法線12の走査する範囲と接近する場合はその位置に対応するアドレス番地の格納値の値を変更しその位置の計測結果があることを記憶し、接近しない場合であれば計算負荷軽減のために処理を打ち切り次の画素の処理を始める。その時のサンプリングで得た立体空間の計測結果の内最後の画素が受信された後、位置的に密集して計測された位置を障害物とみなし、仮想法線12の角度的な分解能の基づいて分割して統計された平均距離を刺激の強弱に対応させ、それに対応した位置の素子11への出力とする。

0035

伝達刺激情報送信手段8と刺激出力部3の一部をなす伝達刺激情報受信手段9はUSB接続でのシリアル通信を行い、演算処理部6が加工した出力信号の情報を刺激出力部3へ伝達する役割を担う。他にも任意の有線・無線通信技術を用いることができる。

0036

刺激出力部3は、伝達刺激情報受信手段9が受信した出力情報に基づき素子部10を動作させる役割を担い、素子部10には素子11を略水平方向に放射状に配列している。

0037

素子部10は巻回自在な円環状に形成し易い伸縮性のあるゴムを使う。また、他に布や相互に連結可能な構造体つなぎ合わせて構成するなど人体への装着時に円環状に巻回し易い様々な形態が考えられる。また、脱着や体型への適合を考慮して長さの調節具切り離し部分を設けることが望ましい。

0038

素子11は人体に振動を与えるもので入力信号により圧電素子を駆動する。なお、圧電素子以外であっても振動を生起するものであれば如何なる素子であっても良い。また、その他の感覚刺激を用いることもできるが圧力、熱、電気刺激などユーザが認知しやすいものが良い。刺激の強弱については単に素子の駆動力のみでの表現にとどまらず、駆動において時間的変化をつけることにより表現でき、それによってユーザへの不快感を軽減したり、認知精度を向上させたりと、効果が期待できる。

0039

例えば刺激の出力が一定時間継続して、かつ一定の駆動力で行われた後はそれまでの慣れにより駆動力の変化に気づきにくい。また、初心のユーザに対して装置の扱いを指導する際、単に素子の駆動力のみで強弱を表現する方式より、時間的パターンを用いて表現する方式の方が定量的に教えることができ、便利である。

0040

なお、素子部10を構成する素子11の数や人体への装着箇所と数は任意であり、刺激出力部3を装着する人体の箇所に応じて適宜増減することができる。例えば、刺激出力部3を安定した腰回りに装着した場合は全周に渡り複数の素子11を配設したり、また、肩近傍の両腕に装着した場合は胴体側に素子11を配設しないことで人体の左右の空間情報に応じた各々の空間情報を左右の腕に別個に伝達することができる。

0041

以上説明したように、本実施形態に係る視覚障害者用歩行支援装置を構成している。したがって、素子部10は伝達刺激情報に対応した人体への感覚刺激を発する素子11が配列され、装着時に素子11を全て皮膚の表面に密着できるよう形成され、素子11は素子11と皮膚の接する点から、皮膚に対して垂直方向外向きに向かう仮想法線12が立体空間上の障害物と接する点までの距離に素子11の動作強度を対応させて動作することより、複雑な思考をすることなく、人体が刺激を受けた方向に障害物があること及び障害物までの距離を直感的に認識することができる。

0042

刺激出力部3は人体の任意の箇所に装着自在に構成したことより、感覚神経が鈍い身体の部位でも刺激を受けることができる。

0043

刺激出力部3は任意の高さに複数装着できるよう構成したことより、複雑な思考をすることなく、人体が刺激を受けた高さに障害物があること及び障害物までの距離を直感的に認識することができる

0044

素子11は略水平方向に放射状に配列したことより、立体空間を広範囲で認知することができる。

0045

刺激出力部3は人体各部に巻回自在な円環状に形成したことより、ユーザが容易に着脱できる。

0046

以上、本発明の好ましい実施形態と変形例について説明したが、本発明は係る特定の実施形態や変形例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

0047

1空間認知部
2 制御部
3刺激出力部
4 空間検知手段
5空間情報送信手段
6演算処理部
7 空間情報受信手段
8 伝達刺激情報送信手段
9 伝達刺激情報受信手段
10素子部
11 素子
12 仮想法線

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