JP2008054897A - 足元障害物検知装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 歩行者の進行方向の足元にある縁石等の障害物が、センサ越しに見ると見かけ上同じ形体的特徴を有していることに着目し、視覚障害者にとって本当に必要な認識対象物の候補として限定することで、自動認識の精度と報知の信頼性を高め、歩行中のつまずき転倒の原因となる平坦路面の突起状障害物のみを事前に予測しこれらを回避することができ、小型で人目に付きにくい足元障害物検知装置及び方法を提供する。
【解決手段】 歩行者が携帯し、歩行者の前方の足元障害物を検知する足元障害物検知装置であって、歩行者の前下方に向けられ、前記歩行者の前方の歩行面からの距離を測定する、互いに略平行に配置された複数の測距センサ３，４と、前記複数の測距センサの測定結果に基づき、前記歩行者の前方の足元障害物の有無を判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に基づき、前記歩行者に警告を発する報知手段７と、を有する足元障害物検知装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、視覚障害者等の歩行者の進行方向前方の足元にある障害物を検知する足元障害物検知装置及び方法に関する。

物体の存在やそれまでの距離を検知する方法の代表的なものとして、物体からの電磁波、音波、光等の反射を利用する方法がある。これらは一般に物体センサあるいは測距センサと呼ばれ、通常、発信部と受信部の一対からなる。発信部から発せられた波は物体表面の光学的・音響的な反射特性により、ある角度をもって反射する。受信部では反射してきた波の強度、位相、周波数などにより物体の存在及びセンサから物体までの距離を算出する。

特許文献1には、視覚障害者の行動支援のための障害物検知装置が記載されている。同文献では、視覚障害者の歩行中の障害物として、前記視覚障害者の上半身が移動する空間内にある物体、例えば看板や街路樹、車両のハンドルやミラー、店舗のディスプレイなどを想定している。実際の歩行に際して、一般に問題となるのは足元の障害物であるが、これらに対しては「白杖」と呼ばれる補助具が広く普及しており、一般にも良く知られている。特許文献1の障害物検知装置は、「白杖」を補うものとして、頭部を含む上半身付近の障害物を検知することを目的としている。

本発明者が実施した視覚障害者への聞き取り調査では、足元の障害物は白杖では十分に検知できず、足元の障害物により、躓き転倒する事故が多いことがわかった。白杖は単純で便利な器具であるが、その構造上、点接触による物体との衝突の感知であり、また広い範囲の検知をするために杖を左右に扇状に振るようトレーニングがなされているため、晴眼者がイメージするような平面的な探知はできず、部分的・線状の探知に限定され、探知ミスが生じやすい。転倒事故防止のためには、足元付近の障害物の漏れのない検知が必要である。

特許文献１で採用されている方式のセンサは、その検知範囲からの反射波の有無で障害物としての物体の有無を判定する。物体があれば反射波が生じ、物体が無ければ反射波は存在しない。このような方式のセンサを路面付近の物体の検知に用いる場合、障害物としての物体の前後に他の物体が存在していてはならない。しかし、路面の突起状障害物を検知対象とする場合、手元から対象物に向けて波を送信すると、検知対象である突起状障害物から反射波が得られるが、それ以外に路面（あるいは床面）からも反射波が返ってくることになる。このような場合、センサは、検知対象である障害物からの反射波と、検知対象以外の物体（ここでは路面）からの反射波とを識別できない。よって、このような現象を避けるためには、センサを路面付近に水平を保つように設置し、障害物としての物体の前後に何も無い空間を確保しなければならない。特許文献２及び３には履物等へセンサを組み込むことが記載されているが、衝撃や浸水、土砂汚れなど過酷な条件下でのセンシングとなり、実際に足元付近でセンサを水平に保つように設置するのは構造上も非常に困難であり、現実性に乏しい。
特開２００１−８９９２号公報 特開２００４−１２１２６７号公報 特開平８−９５４８７号公報

１つ物体に対して単一の測距センサを用いる場合、センサはその検出可能距離内に物体が存在するか否かを反射波の有無により検出できる。さらに物体が存在する場合にはその物体までの距離を、反射波の強度、位相、おくれ時間等により算出できる。何も無い空間に存在する物体を障害物として検知する場合にはこの方法が適しているが、実際に視覚障害者の歩行障害物を検知しようとする場合、センサの前には検出対象以外の様々な物体が混在する。平坦な路面と突起した縁石のような物体は、センサから見ると同じ物体として検知される。この場合、歩行中の躓き転倒の原因となる縁石は障害物であるが、平坦な路面自体は障害物ではないため、視覚障害者に転倒の危険性を予告する際には、検知の段階で平坦路面と縁石等の障害物とを識別する必要がある。

また、視覚障害者は外出時に晴眼者からの視線を気にする傾向が強い。先の白杖については法律により外出時に携行することが義務付けられており、障害者の所在を周囲に知らしめ注意を促す効果があるが、それ以外の機器については、その装着した状態が人目を引くことに対して、強い嫌悪感や羞恥心がある。従来から提案され普及が進んでいない物の多くは、頭や胴体の目立つ箇所への装着を要するものが多く、彼らの言うところの「格好の悪い」装置ではないスマートで人目に付かない小型で収納の容易な装置がユーザーから求められている。

本発明は、歩行者の進行方向の足元にある縁石等の障害物が、センサ越しに見ると見かけ上同じ形体的特徴を有していることに着目し、視覚障害者にとって本当に必要な認識対象物の候補として限定することで、自動認識の精度と報知の信頼性を高め、歩行中の躓き転倒の原因となる平坦路面の突起状障害物のみを事前に予測しこれらを回避することができ、小型で人目に付きにくい足元障害物検知装置及び方法を提供することを目的とする。なお、ここで言う突起状障害物とは、平坦な路面から一定の高さをもって突出し、力を受けても容易にその位置や形を変えることがない固定された物体を指す。

前記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。

歩行者が携帯し、歩行者の前方の足元障害物を検知する足元障害物検知装置であって、歩行者の前下方に向けられ、前記歩行者の前方の歩行面からの距離を測定する、互いに略平行に配置された複数の測距センサと、前記複数の測距センサの測定結果に基づき、前記歩行者の前方の足元障害物の有無を判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に基づき、前記歩行者に警告を発する報知手段と、を有する足元障害物検知装置（請求項１）。

歩行者の前方の足元障害物を検知する足元障害物検知方法であって、互いに略平行に配置された複数の測距センサを歩行者の前下方に向け、各測距センサが前記歩行者の前方の歩行面からの距離を測定する距離測定工程と、前記複数の測距センサの測定結果に基づき、前記歩行者の前方の足元障害物の有無を判定する判定工程と、前記判定工程の判定結果に基づき、前記歩行者に警告を発する報知工程と、を有する足元障害物検知方法（請求項９）。

前記複数の測距センサは、互いに平行に配置されてもいいし、少し角度をつけて配置されてもよい。

また、以下の実施態様を有する。

前記複数の測距センサは、赤外線式測距センサ、超音波式測距センサ、電磁波式測距センサのいずれか、又は、これらの組み合わせである（請求項２）。

前記測距センサは２個であり、前記判定手段（工程）は、２個の測距センサにより測定された距離の差分によって、前記歩行者の前方の足元障害物の有無を判定する（請求項３及び１０）。例えば、前記2個の測距センサは前方センサ及び後方センサであり、前方センサの測定距離が後方センサの測定距離よりも短い時に足元障害物有りと判定する。前方センサの歩行面上の検知範囲は、後方センサの歩行面上の検知範囲よりも進行方向少し前方になっている。

更に、前記判定手段（工程）は、前記複数の測距センサの測定結果のうち少なくとも1つがある一定以上の値だった場合に、前記歩行者の前方に段差有りと判定し、前記報知手段（工程）が警告を発する（請求項４及び１１）。

前記複数の測距センサは発信器と受信器とを有し、各測距センサの発信器と受信器とは、該測距センサが向けられた方向と水平方向とを含む面内に平行に配置される（請求項５）。すなわち、複数の測距センサが縦向きに並ぶように正面から見て、発信器と受信器とが、縦向きではなく、横向きに並んでいる。

前記足元障害物検知装置は把持部を有し、前記把持部は、前記足元障害物検知装置を最適な向きに把持できるように触覚により誘導する構造になっている（請求項６）。例えば、前記把持部に指を通す穴などを設け、決められた穴に決められた指を入れれば前記足元障害物検知装置が必然的に所望の向きになるようになるにする。もしくは、足元障害物検知装置の向きが触れるだけでわかるような凸部を設けても良い。

更に、前記足元障害物検知装置を、歩行者の身体又は携行品に固定する固定手段を有する（請求項７）。歩行者の腰付近に固定すれば目立たずに安定した測定ができる。また、白杖に固定すれば、白杖と足元障害物検知装置の両方を持つ必要が無くなり携帯性が向上する。

前記報知手段は、振動又は音により前記歩行者に警告を発する（請求項８）。

本発明の構成により、簡単な構成で、視覚障害者等の歩行者の進行方向の足元障害物を検知できる。白杖の届きにくい範囲にある足元障害物を効率よく検知できるようになる。また、白杖に比べて広い範囲の足元障害物を検知できるので、検知漏れが少ない。構成が簡単であるので装置の小型が可能であり、手に持つこともできるし、白杖や身体に装着しても目立たない。さらに、請求項４及び１１の構成を採用すれば、駅のホームや下り階段などの歩行者前方の危険な段差を検出できる。

一般に、測距センサは発信器と受信器とを備えていて、これらは平行に配置されている。前記発信器と受信器とを請求項５のように配置することによって、歩行面上で測距センサが測距できる範囲が、歩行者の進行方向に対して直交する方向に広がるため、検出漏れがより少なくなる。また、歩行者の進行方向における測距可能範囲が狭くなるため、足元障害物の検出ミスが減り、検出精度が高まる。

本発明の足元障害物検知装置は、複数の測距センサの配置・向きを所定の状態にしなくてはいけないが、使用者が視覚障害者の場合、複数の測距センサを所望の配置・向きになるように前記足元障害物検知装置を手に持つのは難しい。請求項６のような把持部を採用することにより、把持部を握るだけで視覚障害者等でも間違えることなく、各測距センサを所望の配置・向きにすることができる。

本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る足元障害物検知装置の概略図である。図1は、正面図、側面図、下面図となっている。

掌で把持できる形状の筐体８の下部に、２個の測距センサ（前方センサ３、後方センサ４）が固定されている。筐体は掌程度のサイズであり、必要の無い時にはポケットに収納できる。利用者は４本の指を中央の穴に通し、振動モータ７が内蔵された部分を掌で握る様態で保持する。本装置は握る向きを間違えると、前方測距センサ及び後方測距センサの配置が逆になってしまい、正確に測定ができない恐れがあるが、前記中央の穴や握りの部分に握る向きを示す凸部などを設けることで、視覚障害者でも握る向きを間違えないようにすることができる。歩行中はセンサ取り付け面を進行方向（腕を振る方向）の斜め下路面方向に向けてかざす。２つの測距センサは干渉を避けるため交互に動作させ、その都度反射面までの距離を計測する。各測距センサは発信器と受信器とを備えているが、各測距センサの発信器及び受信器を図のように横向きに配置することにより、歩行面上で各測距センサが測距できる範囲が、歩行者の進行方向に対して直交する方向に広がるため、検出漏れが少なくなる。また、歩行者の進行方向における測距可能範囲が狭くなるため、足元障害物の検出ミスが減り、検出精度が高まる。図示されていない判定手段により足元障害物の有無が判断され、何も障害物の無い平地の場合には振動モータは停止しているが、判定手段が足元障害物有りと判断すると振動モータが駆動し、筐体を通じて掌で振動を感じ障害物の存在を認知することができる。なお、振動モータの代わりに、電子ブザー等による発音で利用者に報知する方式でもかまわない。また、赤外線式の測距センサの代わりに、超音波や電磁波による測距センサを用いてもかまわない。

以下、図２〜６により、本実施形態における足元障害物の検知原理を説明する。

図２は、平坦路面における検知状況を示す図である。赤外線の反射を利用した２個の測距センサを歩行の進行方向１に沿って並置し、両者の送受信面を検知方向２である進行方向斜め下の路面９の方向に向けてかざす。ここで進行方向のより前方側を検出範囲とするセンサを前方センサ３、後方側を検出範囲とするセンサを後方センサ４とする。両センサは交互に反射面である路面９までの距離を計測するが、それぞれが検出する距離を３Ａ，４Ａとする。なお、各センサの検出範囲の中心は、路面上の進行方向に一定の距離５となるようセンサを固定してある。何も物体が存在しない平坦な路面９の場合、両センサの検出距離の関係は、３Ａ＞４Ａとなる。

図３は、障害物の検知状況を示す図である。縁石のような障害物６０に接近すると、最初に前方センサ３の検出範囲に障害物６０が侵入する。このとき、前方センサ３の検出する距離３Ａは短くなり、両センサの検出距離の関係は、３Ａ＜４Ａと逆転する。なお３Ａと４Ａとの差分の大きさは、障害物６０の突出高さ６０Ａに依存する。

図４は、縦長の障害物の検知状況を示す図である。障害物の高さ６０Ａが大きく、奥行き６０Ｂが小さい場合、測距センサの測定間隔や装置の持ち方によっては図２の状態を越えて、両センサの検出領域が障害物をまたいで越えてしまうことがある。この場合、両センサの検出距離の関係が３Ａ＞４Ａとなってしまい、値の大小関係のみに注目していると障害物の無い平坦路面と同じ状況と認識してしまう可能性がある。ただし、このケースの場合には、差分の絶対値が平坦路面の時に比べ極端に大きくなるため、絶対値の大きさに注目しておけば何らかの物体が近辺に存在することを推測することができる。

図５は、前方に落差がある場所での検知状況を示す図である。駅のホームや下り階段など、歩行ルートの先に落差があり転落の恐れのある場所では、検出距離の大小関係及び差分は図のように特徴的となる。進行方向に向かい、落差が現れる平坦路面の終端部９３に達した時点では、最初に前方センサ３の検出距離３Ａがセンサの最大検知距離を超える（図５（ａ））。この時点で報知手段は警告を発するが、さらに惰性で前方に進んだ時点では、前方センサ３に加え、後方センサ４も最大検知距離を超える（図５（ｂ））。両センサが最大検知距離を超えた時点での終端部までの距離９５が転落を防止できる限界の停止距離となる。警告は、この距離９５が十分確保できる時点で発する必要がある。

図６は、検知範囲を広角化した場合の説明図である。図２〜５では、前方センサ３及び後方センサ４の検知方向が平行な場合について説明したが、前方センサ３及び後方センサ４の検知方向を平行よりも少し広げて広角化しても良い。利用者がある大きさの速度で歩行している場合、両センサの検出間隔５が短いと、瞬時に両センサの検出範囲に障害物６０が侵入してしまい、正確な検知が保証されなくなる。このような現象を避けるため、両センサを検知方向軸の先端が広がるように固定し検出間隔５を大きくとることで通常の歩行速度域における問題を回避できる。この場合両センサの向きを変更するだけで、固定間隔自体は拡大する必要はないので、装置自体が大きくなることはない。

以上、本発明の実施形態の一例を図面に基づいて説明したが、本発明は図示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技術的思想の範疇において各種の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明の実施形態に係る足元障害物検知装置の概略図である。 平坦路面における検知状況を示す図である。 障害物の検知状況を示す図である。 縦長の障害物の検知状況を示す図である。 前方に落差がある場所での検知状況を示す図である。 検知範囲を広角化した場合の説明図である。

符号の説明

１ 進行方向
２ 検知方向
３ 前方センサ
３Ａ 前方センサによる検出距離
４ 後方センサ
４Ａ 後方センサによる検出距離
５ 各センサの検出中心間の距離
７ 振動モータ
８ 筐体
９ 路面
６０ 障害物
６０Ａ 障害物の高さ
６０Ｂ 障害物の奥行き
９３ 落差部
９５ 転落防止限界停止距離

Claims (11)

1. 歩行者が携帯し、歩行者の前方の足元障害物を検知する足元障害物検知装置であって、
   歩行者の前下方に向けられ、前記歩行者の前方の歩行面からの距離を測定する、互いに略平行に配置された複数の測距センサと、
   前記複数の測距センサの測定結果に基づき、前記歩行者の前方の足元障害物の有無を判定する判定手段と、
   前記判定手段の判定結果に基づき、前記歩行者に警告を発する報知手段と、
   を有する足元障害物検知装置。
2. 前記複数の測距センサは、赤外線式測距センサ、超音波式測距センサ、電磁波式測距センサのいずれか、又は、これらの組み合わせであることを特徴とする請求項１記載の足元障害物検知装置。
3. 前記測距センサは２個であり、
   前記判定手段は、２個の測距センサにより測定された距離の差分によって、前記歩行者の前方の足元障害物の有無を判定することを特徴とする請求項１又は２記載の足元障害物検知装置。
4. 更に、前記判定手段は、前記複数の測距センサの測定結果のうち少なくとも1つがある一定以上の値だった場合に、前記歩行者の前方に段差有りと判定し、前記報知手段が警告を発することを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の足元障害物検知装置。
5. 前記複数の測距センサは発信器と受信器とを有し、各測距センサの発信器と受信器とは、該測距センサが向けられた方向と水平方向とを含む面内に平行に配置されることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の足元障害物検知装置。
6. 前記足元障害物検知装置は把持部を有し、前記把持部は、前記足元障害物検知装置を最適な向きに把持できるように触覚により誘導する構造になっていることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の足元障害物検知装置。
7. 更に、前記足元障害物検知装置を、歩行者の身体又は携行品に固定する固定手段を有することを特徴とする請求項１乃至６いずれか記載の足元障害物検知装置。
8. 前記報知手段は、振動又は音により前記歩行者に警告を発することを特徴とする請求項１乃至７いずれか記載の足元障害物検知装置。
9. 歩行者の前方の足元障害物を検知する足元障害物検知方法であって、
   互いに略平行に配置された複数の測距センサを歩行者の前下方に向け、各測距センサが前記歩行者の前方の歩行面からの距離を測定する距離測定工程と、
   前記複数の測距センサの測定結果に基づき、前記歩行者の前方の足元障害物の有無を判定する判定工程と、
   前記判定工程の判定結果に基づき、前記歩行者に警告を発する報知工程と、
   を有する足元障害物検知方法。
10. 前記測距センサは２個であり、
    前記判定工程は、２個の測距センサにより測定された距離の差分によって、前記歩行者の前方の足元障害物の有無を判定することを特徴とする請求項９記載の足元障害物検知方法。
11. 更に、前記判定工程は、前記複数の測距センサの測定結果のうち少なくとも1つがある一定以上の値だった場合に、前記歩行者の前方に段差有りと判定し、前記報知工程で警告を発することを特徴とする請求項９又は１０記載の足元障害物検知方法。

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