JP2923493B1 - 歩行感覚生成装置 - Google Patents
歩行感覚生成装置Info
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- JP2923493B1 JP2923493B1 JP5671098A JP5671098A JP2923493B1 JP 2923493 B1 JP2923493 B1 JP 2923493B1 JP 5671098 A JP5671098 A JP 5671098A JP 5671098 A JP5671098 A JP 5671098A JP 2923493 B1 JP2923493 B1 JP 2923493B1
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- pedestrian
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- belt mechanism
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Abstract
【要約】
【課題】 大規模な空間を仮想的に歩行によって移動す
ることを可能にし得る歩行感覚生成装置を提供する。 【解決手段】 ベルト機構１の歩行面の姿勢が３軸歩行
面保持機構３によって任意の角度に保持され、ＣＣＤカ
メラ４によって歩行者２の足先位置が検出され、糸式位
置センサ５によって歩行者２の腰部位置が検出され、磁
気式位置姿勢計測装置６によって頭部位置が検出され、
計算機２０は足先位置と腰部位置と頭部位置とに基づい
て歩行者の立脚時間を計測して、歩行者の動きに連動し
て計算機３０がベルト機構１のベルトの移動を制御する
とともに歩行者２がベルト機構１上で歩行しているとき
の視点位置からの仮想空間が大型スクリーン７によって
表示される。
ることを可能にし得る歩行感覚生成装置を提供する。 【解決手段】 ベルト機構１の歩行面の姿勢が３軸歩行
面保持機構３によって任意の角度に保持され、ＣＣＤカ
メラ４によって歩行者２の足先位置が検出され、糸式位
置センサ５によって歩行者２の腰部位置が検出され、磁
気式位置姿勢計測装置６によって頭部位置が検出され、
計算機２０は足先位置と腰部位置と頭部位置とに基づい
て歩行者の立脚時間を計測して、歩行者の動きに連動し
て計算機３０がベルト機構１のベルトの移動を制御する
とともに歩行者２がベルト機構１上で歩行しているとき
の視点位置からの仮想空間が大型スクリーン７によって
表示される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は歩行感覚生成装置
に関し、特に、任意の方向の斜面を含む大規模仮想空間
内部を歩行して移動できるような歩行感覚生成装置に関
する。
に関し、特に、任意の方向の斜面を含む大規模仮想空間
内部を歩行して移動できるような歩行感覚生成装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】限定された空間で広範囲にわたる空間の
移動を模擬する技術は、移動環境を自由に生成できるメ
リットがあり、これまでにいくつかの方式で提案されて
きた。最も単純な例では、「work through」と呼ばれる
通常の計算機のインタフェースであるキーボードやマウ
スあるいはジョイスティックなどを用い、計算機の画面
内に表示される仮想空間の視点のみを移動する手法であ
る。これらでは、計算機インタフェースによる操作入力
を車や航空機などの移動機器を模したハンドル操縦メタ
ファに反映させ、実際に操縦しているかのような操縦感
覚を提示することができる。
移動を模擬する技術は、移動環境を自由に生成できるメ
リットがあり、これまでにいくつかの方式で提案されて
きた。最も単純な例では、「work through」と呼ばれる
通常の計算機のインタフェースであるキーボードやマウ
スあるいはジョイスティックなどを用い、計算機の画面
内に表示される仮想空間の視点のみを移動する手法であ
る。これらでは、計算機インタフェースによる操作入力
を車や航空機などの移動機器を模したハンドル操縦メタ
ファに反映させ、実際に操縦しているかのような操縦感
覚を提示することができる。
【０００３】より進んだ実施例として、通常シミュレー
タと呼ばれている装置である。これらでは、前者におい
てメタファによって間接的に利用していたハンドルやア
クセルなどの操作入力手段と、車両や航空機の操縦席ユ
ニットの一部、あるいはそれら全体を原寸大模型として
設置する。そして、操作者の操作に合わせてそれらを並
行移動，傾斜させて移動に伴う加速や振動を仮想的に再
現し、より臨場感の高い移動感覚を提示する。多くの場
合、これらは模擬している移動機器の操作を取得、ある
いは操作自体を楽しむ遊技機として用いられている。
タと呼ばれている装置である。これらでは、前者におい
てメタファによって間接的に利用していたハンドルやア
クセルなどの操作入力手段と、車両や航空機の操縦席ユ
ニットの一部、あるいはそれら全体を原寸大模型として
設置する。そして、操作者の操作に合わせてそれらを並
行移動，傾斜させて移動に伴う加速や振動を仮想的に再
現し、より臨場感の高い移動感覚を提示する。多くの場
合、これらは模擬している移動機器の操作を取得、ある
いは操作自体を楽しむ遊技機として用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述の機器による移動
に比べて歩行による移動は、移動手段として日常では最
も身近な手段であり、かつ空間の広さを知覚するに適し
た手法であるが、これまでに前述のような歩行シミュレ
ーション装置が実現された例は少ない。その理由とし
て、従来の移動機器のシミュレーション装置では人間と
装置の間の情報の流れが機器を介するために単純であ
り、計算機による処理が容易であったが、歩行移動では
人体の挙動の計測が容易に実現できない点にあった。
に比べて歩行による移動は、移動手段として日常では最
も身近な手段であり、かつ空間の広さを知覚するに適し
た手法であるが、これまでに前述のような歩行シミュレ
ーション装置が実現された例は少ない。その理由とし
て、従来の移動機器のシミュレーション装置では人間と
装置の間の情報の流れが機器を介するために単純であ
り、計算機による処理が容易であったが、歩行移動では
人体の挙動の計測が容易に実現できない点にあった。
【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、人
間の歩行動作を解析し、任意の方向の斜面を含む大規模
仮想空間内部を歩行移動できるような歩行感覚生成装置
を提供することである。
間の歩行動作を解析し、任意の方向の斜面を含む大規模
仮想空間内部を歩行移動できるような歩行感覚生成装置
を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
任意方向の傾斜面を含む大規模仮想空間内部を歩行移動
できるような歩行感覚生成装置であって、その上で歩行
したときに、歩行による移動を相殺するためのベルト機
構と、ベルト機構における歩行面の姿勢を任意角度に保
持する歩行面保持機構と、歩行者の歩行の足先位置を検
出する足先位置検出手段と、歩行者の腰の位置を検出す
る腰位置検出手段と、足先位置検出手段の検出出力に基
づいて歩行者の足先が歩行面に着地してから離れるまで
の立脚時間を計測し、その立脚時間に基づく歩行者の動
きと腰位置検出手段によって検出された腰の位置とに連
動してベルト機構のベルトの移動を制御するための制御
手段と、ベルト機構上で歩行者が歩行しているときの視
点位置からの仮想空間の映像を提示する表示手段とを備
えて構成される。
任意方向の傾斜面を含む大規模仮想空間内部を歩行移動
できるような歩行感覚生成装置であって、その上で歩行
したときに、歩行による移動を相殺するためのベルト機
構と、ベルト機構における歩行面の姿勢を任意角度に保
持する歩行面保持機構と、歩行者の歩行の足先位置を検
出する足先位置検出手段と、歩行者の腰の位置を検出す
る腰位置検出手段と、足先位置検出手段の検出出力に基
づいて歩行者の足先が歩行面に着地してから離れるまで
の立脚時間を計測し、その立脚時間に基づく歩行者の動
きと腰位置検出手段によって検出された腰の位置とに連
動してベルト機構のベルトの移動を制御するための制御
手段と、ベルト機構上で歩行者が歩行しているときの視
点位置からの仮想空間の映像を提示する表示手段とを備
えて構成される。
【０００７】請求項２に係る発明では、さらに歩行者の
頭部位置を検出する頭部位置検出手段を含み、表示手段
は頭部位置検出手段によって検出された頭部の向きに応
じた仮想空間の映像を表示する。
頭部位置を検出する頭部位置検出手段を含み、表示手段
は頭部位置検出手段によって検出された頭部の向きに応
じた仮想空間の映像を表示する。
【０００８】
【０００９】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の一実施形態の全
体の構成を示すブロック図である。図１において、ベル
ト機構１は歩行者２がその上で歩行したときに、歩行に
よる移動を相殺する機構であり、３軸歩行面保持機構３
の上に設置されている。３軸歩行面保持機構３はベルト
機構１の歩行面の姿勢を任意の角度に保持して斜面を生
成する。
体の構成を示すブロック図である。図１において、ベル
ト機構１は歩行者２がその上で歩行したときに、歩行に
よる移動を相殺する機構であり、３軸歩行面保持機構３
の上に設置されている。３軸歩行面保持機構３はベルト
機構１の歩行面の姿勢を任意の角度に保持して斜面を生
成する。
【００１０】ベルト機構１の前方には、歩行者２の脚部
の運動情報を獲得するためにＣＣＤカメラ４が配置され
る。なお、ＣＣＤカメラ４によって歩行者２の脚部の運
動情報を獲得するために、歩行者２の両足先端部には赤
外線の反射シールＰｌ，Ｐｒが貼り付けられる。
の運動情報を獲得するためにＣＣＤカメラ４が配置され
る。なお、ＣＣＤカメラ４によって歩行者２の脚部の運
動情報を獲得するために、歩行者２の両足先端部には赤
外線の反射シールＰｌ，Ｐｒが貼り付けられる。
【００１１】また、歩行者２のベルト機構１上での位置
を計測するために糸式位置センサ５と歩行者２の頭部の
位置姿勢を計測するための磁気式位置姿勢計測装置６が
配置される。さらに、歩行者２の前方には、歩行動作に
連動して仮想空間の映像情報を提示するための後方投影
方式のプロジェクタ装置と大型スクリーン７が設置され
ている。映像情報は計算機１０によって生成される。こ
のため、計算機１０には、画像情報生成部と大規模仮想
空間情報管理および全システム統合管理部と、歩行動作
解析部および歩行感覚提示装置制御指令部とが内蔵され
ている。
を計測するために糸式位置センサ５と歩行者２の頭部の
位置姿勢を計測するための磁気式位置姿勢計測装置６が
配置される。さらに、歩行者２の前方には、歩行動作に
連動して仮想空間の映像情報を提示するための後方投影
方式のプロジェクタ装置と大型スクリーン７が設置され
ている。映像情報は計算機１０によって生成される。こ
のため、計算機１０には、画像情報生成部と大規模仮想
空間情報管理および全システム統合管理部と、歩行動作
解析部および歩行感覚提示装置制御指令部とが内蔵され
ている。
【００１２】また、ＣＣＤカメラ４が検出された足先位
置と糸式位置センサ５で検出された腰部位置と磁気式位
置姿勢計測装置６で検出された頭部位置は計算機２０に
入力される。計算機２０は光学式位置追跡装置と糸式位
置計測装置制御部と磁気位置姿勢計測装置制御部と計測
系制御部とを内蔵している。
置と糸式位置センサ５で検出された腰部位置と磁気式位
置姿勢計測装置６で検出された頭部位置は計算機２０に
入力される。計算機２０は光学式位置追跡装置と糸式位
置計測装置制御部と磁気位置姿勢計測装置制御部と計測
系制御部とを内蔵している。
【００１３】さらに、ベルト機構１と３軸歩行面保持機
構３を制御するために計算機３０が設けられ、この計算
機３０にはベルトおよび姿勢保持器駆動装置と駆動系制
御部とが内蔵されている。
構３を制御するために計算機３０が設けられ、この計算
機３０にはベルトおよび姿勢保持器駆動装置と駆動系制
御部とが内蔵されている。
【００１４】図２はベルト速度の制御方法を説明するた
めの図であり、図３は同じくフローチャートである。
めの図であり、図３は同じくフローチャートである。
【００１５】この発明の実施形態では歩行者が意識する
ことなく歩行による体の移動を相殺するために、装着感
の低い方式で両足先位置情報と腰部位置情報を計測し、
ベルト機構１のベルト速度を制御している。この制御目
的は、歩行者がある速度Ｖｗで歩行しているとき、歩行
者２をベルト機構１上でのある基準位置Ｘ０上に保つこ
とである。したがって、制御量であるベルトの速度指令
Ｖｂは２種類のフィードバックから決定される。Ｆ１は
走行速度に関するフィードバックであり、Ｆ２は歩行位
置に関するフィードバックである。
ことなく歩行による体の移動を相殺するために、装着感
の低い方式で両足先位置情報と腰部位置情報を計測し、
ベルト機構１のベルト速度を制御している。この制御目
的は、歩行者がある速度Ｖｗで歩行しているとき、歩行
者２をベルト機構１上でのある基準位置Ｘ０上に保つこ
とである。したがって、制御量であるベルトの速度指令
Ｖｂは２種類のフィードバックから決定される。Ｆ１は
走行速度に関するフィードバックであり、Ｆ２は歩行位
置に関するフィードバックである。
【００１６】まず、Ｆ１について説明する。歩行速度を
直接計測することは難しいため、この実施形態では、計
測可能な立脚時間から歩行速度を推定する。立脚時間と
は歩行時に片足が地面に接地し、体に対して相対的に後
方に移動するモードである。一方、歩行時に後方に下が
った足を前方に振り出すモードは遊脚モードと呼ばれ、
歩行はこの立脚と遊脚を左右の足で交互に繰返す運動で
ある。ここで、実際の歩行動作からこれらの立・遊脚時
間を計測したところ、次の第（１）式に示すような形式
で、歩行者によらず立脚時間がほぼ歩行速度に比例する
ことが計測された。
直接計測することは難しいため、この実施形態では、計
測可能な立脚時間から歩行速度を推定する。立脚時間と
は歩行時に片足が地面に接地し、体に対して相対的に後
方に移動するモードである。一方、歩行時に後方に下が
った足を前方に振り出すモードは遊脚モードと呼ばれ、
歩行はこの立脚と遊脚を左右の足で交互に繰返す運動で
ある。ここで、実際の歩行動作からこれらの立・遊脚時
間を計測したところ、次の第（１）式に示すような形式
で、歩行者によらず立脚時間がほぼ歩行速度に比例する
ことが計測された。
【００１７】Ｖｗ′＝ａ・Ｔ＋ｂ…（１） ただし、Ｖｗ′は推定歩行速度、Ｔは立脚時間、ａ，ｂ
は定数である。厳密には、定数係数ａ，ｂには個人差が
ある。そのため、実施形態では、事前にベルトを一定速
度で動かして利用者に歩行してもらい、このパラメータ
の調整を行なって個人の歩行特性に合わせた調整機能を
有している。
は定数である。厳密には、定数係数ａ，ｂには個人差が
ある。そのため、実施形態では、事前にベルトを一定速
度で動かして利用者に歩行してもらい、このパラメータ
の調整を行なって個人の歩行特性に合わせた調整機能を
有している。
【００１８】図３を参照してより具体的に説明すると、
まず歩行者２の両足先位置Ｐｌ，Ｐｒに赤外線反射シー
ルを貼り付け、ステップＳＰ１で前方に設置されている
ＣＣＤカメラ４によって光学的にＰｌ，Ｐｒが計測され
る。得られたＰｌ，ＰｒをステップＳＰ２で時間的に差
分して両足の速度情報を算出し、別に計測されるベルト
速度情報と比較した上で、足先の運動の立・遊脚モード
を判定する。この情報をもとにベルト上での歩行状態の
解析を行ない、ステップＳＰ３で前述の計測が得られた
回帰式により歩行速度Ｖｗ′が推定され、ステップＳＰ
４で速度に関するフィードバックが行なわれる。
まず歩行者２の両足先位置Ｐｌ，Ｐｒに赤外線反射シー
ルを貼り付け、ステップＳＰ１で前方に設置されている
ＣＣＤカメラ４によって光学的にＰｌ，Ｐｒが計測され
る。得られたＰｌ，ＰｒをステップＳＰ２で時間的に差
分して両足の速度情報を算出し、別に計測されるベルト
速度情報と比較した上で、足先の運動の立・遊脚モード
を判定する。この情報をもとにベルト上での歩行状態の
解析を行ない、ステップＳＰ３で前述の計測が得られた
回帰式により歩行速度Ｖｗ′が推定され、ステップＳＰ
４で速度に関するフィードバックが行なわれる。
【００１９】一方、Ｆ２に関しては、ステップＳＰ５で
糸式位置センサ５によってベルト上で歩行者位置Ｘが計
測され、ステップＳＰ６で歩行者基準位置Ｘ０との距離
誤差ｅをパラメータとして位置制御が行なわれ、Ｆ２の
フィードバックが行なわれる。
糸式位置センサ５によってベルト上で歩行者位置Ｘが計
測され、ステップＳＰ６で歩行者基準位置Ｘ０との距離
誤差ｅをパラメータとして位置制御が行なわれ、Ｆ２の
フィードバックが行なわれる。
【００２０】ステップＳＰ８において以上をまとめ、目
標ベルト速度Ｖｂが第（２）式のように定義される。
標ベルト速度Ｖｂが第（２）式のように定義される。
【００２１】 Ｖｂ＝Ｆ１（Ｖｗ′）＋Ｆ２（ｅ）…（２） この発明の一実施形態での各フィードバック関数の形式
は第（３）式に示すように、Ｆ１はＶｗ′，Ｆ２はｅを
引数とした１次の線形フィードバックを採用している。
は第（３）式に示すように、Ｆ１はＶｗ′，Ｆ２はｅを
引数とした１次の線形フィードバックを採用している。
【００２２】Ｖｂ＝αＶｗ′＋βｅ…（３） なお、係数αとβは制御が発散しない範囲で決定する定
数である。
数である。
【００２３】図４は停止状態から右足踏み出しで歩行を
開始したときの動作分析図（ａ），（ｂ）とそれに対応
したベルト速度制御アルゴリズム（ｃ）を示す図であ
る。図４（ａ）（ｃ）の大文字のアルファベットはそれ
ぞれの足の着地や離床イベント発生を示す記号であり、
図４（ｂ）は横軸を時間として両足先の遊・立脚モード
の遷移を示している。
開始したときの動作分析図（ａ），（ｂ）とそれに対応
したベルト速度制御アルゴリズム（ｃ）を示す図であ
る。図４（ａ）（ｃ）の大文字のアルファベットはそれ
ぞれの足の着地や離床イベント発生を示す記号であり、
図４（ｂ）は横軸を時間として両足先の遊・立脚モード
の遷移を示している。
【００２４】図４（ｃ）に示すステップＳＰ１１のまず
停止状態からステップＳＰ１２で右足で踏み出し
（Ａ），着地後（Ｂ）に左足を離床した瞬間（Ｃ）に踏
み出しを検知し、ステップＳＰ１３で足の重複歩幅Ｌ1
が大人の標準的な重複歩幅の１／２以上ならばステップ
ＳＰ１４で歩行開始と判定する。なお、重複歩幅とは片
足の離床から接地するまでの間隔であり、両足が接地し
た状態での両足間の前後間隔を示す歩幅とは異なる。
停止状態からステップＳＰ１２で右足で踏み出し
（Ａ），着地後（Ｂ）に左足を離床した瞬間（Ｃ）に踏
み出しを検知し、ステップＳＰ１３で足の重複歩幅Ｌ1
が大人の標準的な重複歩幅の１／２以上ならばステップ
ＳＰ１４で歩行開始と判定する。なお、重複歩幅とは片
足の離床から接地するまでの間隔であり、両足が接地し
た状態での両足間の前後間隔を示す歩幅とは異なる。
【００２５】次に、ステップＳＰ１５で位置誤差ルール
Ｆ２によってベルト機構１が駆動される。なお、ステッ
プＳＰ１３において歩幅が標準歩幅の１／２以上を満た
さない場合には足位置は停止しているものと判定し、ベ
ルト機構１の駆動は行なわれない。次に、ステップＳＰ
１６で先に踏み出し右足が再び離床するタイミング
（Ｄ，Ｅ）を待って、ステップＳＰ１７でこの足の立脚
時間ｔ1 を計測し、ステップＳＰ１８で回帰式によって
速度を推定することでベルトの速度制御に推定法歩行速
度ルールＦ１が加えられる。それ以降は、次の図５で示
す走行フェーズに移行する。なお、便宜上ここでは右足
踏み切りでの動作遷移を示しているが、アルゴリズムは
踏み出し足に依存しない。
Ｆ２によってベルト機構１が駆動される。なお、ステッ
プＳＰ１３において歩幅が標準歩幅の１／２以上を満た
さない場合には足位置は停止しているものと判定し、ベ
ルト機構１の駆動は行なわれない。次に、ステップＳＰ
１６で先に踏み出し右足が再び離床するタイミング
（Ｄ，Ｅ）を待って、ステップＳＰ１７でこの足の立脚
時間ｔ1 を計測し、ステップＳＰ１８で回帰式によって
速度を推定することでベルトの速度制御に推定法歩行速
度ルールＦ１が加えられる。それ以降は、次の図５で示
す走行フェーズに移行する。なお、便宜上ここでは右足
踏み切りでの動作遷移を示しているが、アルゴリズムは
踏み出し足に依存しない。
【００２６】図５は歩行中の動作分析とそれに対応した
ベルト速度制御アルゴリズムを示す図である。この図５
においても、図中の記号などは前述の図４と同様であ
る。ここで、右足での着地（Ａ）からの状態制御を示す
が、アルゴリズムは踏み出し足に依存しない。
ベルト速度制御アルゴリズムを示す図である。この図５
においても、図中の記号などは前述の図４と同様であ
る。ここで、右足での着地（Ａ）からの状態制御を示す
が、アルゴリズムは踏み出し足に依存しない。
【００２７】ステップＳＰ２１においてまず右足が着地
した瞬間（Ｇ）に、ステップＳＰ２２で右足の重複歩幅
Ｌ2 が計測される。重複歩幅は後で述べる停止アルゴリ
ズムで使用される。次いで、ステップＳＰ２３で左足の
離床（Ｈ）を検知し、ステップＳＰ２４で立脚時間ｔ2
が計測される。この際に、ステップＳＰ２５でベルト速
度アルゴリズムのＦ１のパラメータＶｗ′が更新され
る。以後、ステップＳＰ２６〜ＳＰ２９により、（Ｉ→
Ｊ→Ｋ→Ｌ）と交互に立・遊脚動作を繰返すために、そ
れぞれの重複歩幅Ｌ3 ，Ｌ4 、立脚時間ｔ3 ，ｔ4 の計
測が繰返される。したがって、Ｆ１はステップＳＰ３０
で数Ｈｚの歩行のタイミングで更新され、一方Ｆ２はよ
り速い周期（実施形態では３０Ｈｚ）で更新される。ま
た、この後で述べる停止アルゴリズムのために遊脚時間
も計測される。
した瞬間（Ｇ）に、ステップＳＰ２２で右足の重複歩幅
Ｌ2 が計測される。重複歩幅は後で述べる停止アルゴリ
ズムで使用される。次いで、ステップＳＰ２３で左足の
離床（Ｈ）を検知し、ステップＳＰ２４で立脚時間ｔ2
が計測される。この際に、ステップＳＰ２５でベルト速
度アルゴリズムのＦ１のパラメータＶｗ′が更新され
る。以後、ステップＳＰ２６〜ＳＰ２９により、（Ｉ→
Ｊ→Ｋ→Ｌ）と交互に立・遊脚動作を繰返すために、そ
れぞれの重複歩幅Ｌ3 ，Ｌ4 、立脚時間ｔ3 ，ｔ4 の計
測が繰返される。したがって、Ｆ１はステップＳＰ３０
で数Ｈｚの歩行のタイミングで更新され、一方Ｆ２はよ
り速い周期（実施形態では３０Ｈｚ）で更新される。ま
た、この後で述べる停止アルゴリズムのために遊脚時間
も計測される。
【００２８】図６は歩行停止動作時の動作分析とそれに
対応したベルト制御アルゴリズムを示す図である。この
図６においても記号などは図４と同じである。また、こ
こでは右足での着地（Ｍ）から両足が停止する状態
（Ｑ）までの状態制御を示しているが、同様にアルゴリ
ズムは踏み出し足に依存しない。
対応したベルト制御アルゴリズムを示す図である。この
図６においても記号などは図４と同じである。また、こ
こでは右足での着地（Ｍ）から両足が停止する状態
（Ｑ）までの状態制御を示しているが、同様にアルゴリ
ズムは踏み出し足に依存しない。
【００２９】図６（ｃ）においてステップＳＰ３１で右
足の着地が検知され、ステップＳＰ３４で右足の離床
（Ｂ）を検知するまでは前述の歩行フェーズと同様であ
るが、ステップＳＰ３５において右足の着地を検知した
瞬間（Ｑ）において、ステップＳＰ３６で１）重複歩幅
がこれまでの７０％以下、２）遊脚時間ｔ5 がこれまで
の半分以下、３）右足が停止後に一定時間左足が動かな
い点の３条件が満たされた際にベルト機構１の駆動は停
止される。なお、この実施形態では、この停止判定は歩
行フェーズの一部として実装される。
足の着地が検知され、ステップＳＰ３４で右足の離床
（Ｂ）を検知するまでは前述の歩行フェーズと同様であ
るが、ステップＳＰ３５において右足の着地を検知した
瞬間（Ｑ）において、ステップＳＰ３６で１）重複歩幅
がこれまでの７０％以下、２）遊脚時間ｔ5 がこれまで
の半分以下、３）右足が停止後に一定時間左足が動かな
い点の３条件が満たされた際にベルト機構１の駆動は停
止される。なお、この実施形態では、この停止判定は歩
行フェーズの一部として実装される。
【００３０】図１に示した実施形態によって、歩行者２
はベルト上を歩いているのではなく、合成される仮想空
間内を歩行する感覚を得ることができる。前述の歩行動
作解析結果をもとに、より臨場感の高い仮想空間内での
移動を実現するための手法についてまとめて説明する。
これらは図１の計算機１０内の大規模仮想空間情報管理
部と画像情報生成部によって実現される。
はベルト上を歩いているのではなく、合成される仮想空
間内を歩行する感覚を得ることができる。前述の歩行動
作解析結果をもとに、より臨場感の高い仮想空間内での
移動を実現するための手法についてまとめて説明する。
これらは図１の計算機１０内の大規模仮想空間情報管理
部と画像情報生成部によって実現される。
【００３１】図７は仮想空間内での位置更新方法を説明
するための図である。歩行によって仮想空間内を移動す
る際には、前述の前進方向の速度制御に加えて、左右方
向への進路変更の機能が必要となる。前進移動に関して
は、前述の推定された歩行速度Ｖｗ′を時間積分し、仮
想空間内での歩行者の位置情報を連続的に更新する。ま
た、左右への進路変更は、図７に示すように、歩行者の
頭部の方向θを、Ｖｗ′の方向変化成分として時間積分
時に加算する。頭部の方向は図１に示した仮想空間の画
像生成に用いる磁気位置姿勢計測装置６によって得られ
る情報の一部となる。
するための図である。歩行によって仮想空間内を移動す
る際には、前述の前進方向の速度制御に加えて、左右方
向への進路変更の機能が必要となる。前進移動に関して
は、前述の推定された歩行速度Ｖｗ′を時間積分し、仮
想空間内での歩行者の位置情報を連続的に更新する。ま
た、左右への進路変更は、図７に示すように、歩行者の
頭部の方向θを、Ｖｗ′の方向変化成分として時間積分
時に加算する。頭部の方向は図１に示した仮想空間の画
像生成に用いる磁気位置姿勢計測装置６によって得られ
る情報の一部となる。
【００３２】これらの説明を数式として表現すると、あ
る時間ｔでの歩行者の位置がＰ（ｔ）＝（Ｐx （ｔ），
Ｐy （ｔ））のように２次元の１ベクトルで表現され
る。このときの歩行者の歩行速度をベクトル表現でＶ
ｗ′（ｔ）＝（Ｖｗ′x （ｔ），Ｖｗ′y （ｔ））、歩
行空間に固定される座標系のｘ軸を基準とした時刻ｔで
の頭部の方向の回転角度をθとする。これらより、時刻
ｔ＋１での歩行者の位置Ｐ（ｔ＋１）は以下のように得
られる。
る時間ｔでの歩行者の位置がＰ（ｔ）＝（Ｐx （ｔ），
Ｐy （ｔ））のように２次元の１ベクトルで表現され
る。このときの歩行者の歩行速度をベクトル表現でＶ
ｗ′（ｔ）＝（Ｖｗ′x （ｔ），Ｖｗ′y （ｔ））、歩
行空間に固定される座標系のｘ軸を基準とした時刻ｔで
の頭部の方向の回転角度をθとする。これらより、時刻
ｔ＋１での歩行者の位置Ｐ（ｔ＋１）は以下のように得
られる。
【００３３】 Ｐx （ｔ＋１）＝Ｐx （ｔ）＋ｃｏｓθ・｜Ｖｗ′（ｔ）・Δｔ｜…（４） Ｐy （ｔ＋１）＝Ｐy （ｔ）＋ｓｉｎθ・｜Ｖｗ′（ｔ）・Δｔ｜…（５） ただし、Δｔは時刻ｔ＋１と時刻ｔの間の経過時間とす
る。
る。
【００３４】図８は歩行面の姿勢制御による斜面の提示
を説明するための図である。この発明の一実施形態の特
徴として、歩行面の斜度の再現機能がある。図８に示す
ように、まず仮想空間内での歩行者の存在する領域の傾
きＮ２を仮想空間の地形情報から得る。そして、ベルト
面自体をＪ１，Ｊ２，Ｊ３軸を有する３軸歩行面保持機
構３によって回転させて、歩行ベルト面を同一の傾斜Ｎ
ｂに一致させて傾斜面を再現する。
を説明するための図である。この発明の一実施形態の特
徴として、歩行面の斜度の再現機能がある。図８に示す
ように、まず仮想空間内での歩行者の存在する領域の傾
きＮ２を仮想空間の地形情報から得る。そして、ベルト
面自体をＪ１，Ｊ２，Ｊ３軸を有する３軸歩行面保持機
構３によって回転させて、歩行ベルト面を同一の傾斜Ｎ
ｂに一致させて傾斜面を再現する。
【００３５】仮想空間への没入感を高めるために、図１
に示すように歩行者２の目前に後方投影式の大型スクリ
ーン７を設置し、歩行動作に合わせた空間の映像が提示
される。ここで、前述の位置変更アルゴリズムからの情
報をもとに仮想空間の映像を高速に表示する。また、別
の例として頭部に小型のディスプレイ（head mounteddi
splay）を使用して没入感を得るようにしてもよい。
に示すように歩行者２の目前に後方投影式の大型スクリ
ーン７を設置し、歩行動作に合わせた空間の映像が提示
される。ここで、前述の位置変更アルゴリズムからの情
報をもとに仮想空間の映像を高速に表示する。また、別
の例として頭部に小型のディスプレイ（head mounteddi
splay）を使用して没入感を得るようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、ベル
ト機構の歩行面の姿勢を任意の角度で歩行面保持機構に
よって保持し、歩行者の足先が歩行面に着地してから離
れるまでの立脚時間を計測し、この立脚時間に基づく歩
行者の動きと検出した腰位置とに連動してベルト機構の
ベルトの移動を速度制御するとともに、歩行者がベルト
機構上で歩行しているときの視点位置からの仮想空間を
表示するようにしたので、歩行者はわずかな空間内で広
域にわたる仮想空間内を自由に歩行移動することができ
る。仮想空間は計算機内に数値として定義されるもので
あり、情報さえあれば現実の有無を問わず再現が可能と
なる。したがって、たとえば建築物の構築の際に、ＣＡ
Ｄデータの段階で対象空間を実際に歩いてみることで空
間設計の評価を可能とすることができる。また、古代の
遺跡やあるいは開発などで既に存在しない空間を計算機
によって再現し、その空間配置の直観的な認識も可能と
なる。さらに、この発明による移動は既存のトレッドミ
ルのような外部から強制される運動ではなく、歩行者の
意思による歩行が実現できるため、歩行のリハビリテー
ションにも応用できる。
ト機構の歩行面の姿勢を任意の角度で歩行面保持機構に
よって保持し、歩行者の足先が歩行面に着地してから離
れるまでの立脚時間を計測し、この立脚時間に基づく歩
行者の動きと検出した腰位置とに連動してベルト機構の
ベルトの移動を速度制御するとともに、歩行者がベルト
機構上で歩行しているときの視点位置からの仮想空間を
表示するようにしたので、歩行者はわずかな空間内で広
域にわたる仮想空間内を自由に歩行移動することができ
る。仮想空間は計算機内に数値として定義されるもので
あり、情報さえあれば現実の有無を問わず再現が可能と
なる。したがって、たとえば建築物の構築の際に、ＣＡ
Ｄデータの段階で対象空間を実際に歩いてみることで空
間設計の評価を可能とすることができる。また、古代の
遺跡やあるいは開発などで既に存在しない空間を計算機
によって再現し、その空間配置の直観的な認識も可能と
なる。さらに、この発明による移動は既存のトレッドミ
ルのような外部から強制される運動ではなく、歩行者の
意思による歩行が実現できるため、歩行のリハビリテー
ションにも応用できる。
【図１】この発明の一実施形態の全体の構成を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図２】ベルト速度の制御方法を説明するための図であ
る。
る。
【図３】ベルト速度の制御を説明するためのフローチャ
ートである。
ートである。
【図４】停止状態から右足を踏み出して歩行を開始した
ときの動作分析図とそれに対応したベルト速度制御アル
ゴリズムを示す図である。
ときの動作分析図とそれに対応したベルト速度制御アル
ゴリズムを示す図である。
【図５】歩行中の動作分析とそれに対応したベルト速度
制御アルゴリズムを示す図である。
制御アルゴリズムを示す図である。
【図６】歩行停止の際の動作分析とそれに対応したベル
ト速度制御アルゴリズムを示す図である。
ト速度制御アルゴリズムを示す図である。
【図７】仮想空間内での位置更新方法を説明するための
図である。
図である。
【図８】歩行面の姿勢制御による斜面の提示を示す図で
ある。
ある。
１ ベルト機構 ２ 歩行者 ３ ３軸歩行面保持機構 ４ ＣＣＤカメラ ５ 糸式位置センサ ６ 磁気式位置姿勢計測装置 １０，２０，３０ 計算機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−88084（ＪＰ，Ａ) 実公 平５−30779（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G09B 9/00 A63B 22/02
Claims (2)
- 【請求項１】 任意方向の斜面を含む大規模仮想空間内
部を歩行移動できるような歩行感覚生成装置であって、 その上で歩行したときに、歩行による移動を相殺するた
めのベルト機構、 前記ベルト機構における歩行面の姿勢を任意角度に保持
する歩行面保持機構、 前記歩行者の歩行の足先位置を検出する足先位置検出手
段、前記歩行者の腰の位置を検出する腰位置検出手段、 前記足先位置検出手段の検出出力に基づいて、前記歩行
者の足先が歩行面に着地してから離れるまでの立脚時間
を計測し、その立脚時間に基づく前記歩行者の動きと前
記腰位置検出手段によって検出された腰の位置とに連動
して前記ベルト機構のベルトの移動を制御するための制
御手段、および前記ベルト機構上で歩行者が歩行してい
るときの視点位置からの仮想空間の映像を提示する表示
手段を備えた、歩行感覚生成装置。 - 【請求項２】 さらに、前記歩行者の頭部位置を検出す
る頭部位置検出手段を含み、 前記表示手段は、前記頭部位置検出手段によって検出さ
れた頭部の向きに応じた仮想空間の映像を表示 すること
を特徴とする、請求項１に記載の歩行感覚生成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5671098A JP2923493B1 (ja) | 1998-03-09 | 1998-03-09 | 歩行感覚生成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5671098A JP2923493B1 (ja) | 1998-03-09 | 1998-03-09 | 歩行感覚生成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2923493B1 true JP2923493B1 (ja) | 1999-07-26 |
| JPH11258973A JPH11258973A (ja) | 1999-09-24 |
Family
ID=13035046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5671098A Expired - Lifetime JP2923493B1 (ja) | 1998-03-09 | 1998-03-09 | 歩行感覚生成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2923493B1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101917421B1 (ko) | 2015-08-07 | 2018-11-09 | 도요타지도샤가부시키가이샤 | 보행 훈련 장치 및 그 보행 훈련 방법 |
| US11474534B2 (en) | 2017-03-01 | 2022-10-18 | Mitsubishi Electric Corporation | Information processing system |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6552698B1 (en) * | 2000-05-02 | 2003-04-22 | Agilent Technologies, Inc. | Immersive display system |
| JP4424869B2 (ja) * | 2001-03-16 | 2010-03-03 | 浜松ホトニクス株式会社 | 歩幅測定装置 |
| EP1769830A4 (en) * | 2004-07-12 | 2009-12-30 | Konami Digital Entertainment | GAME MACHINE |
| JP5431650B2 (ja) * | 2007-03-29 | 2014-03-05 | 株式会社Ｃｏｍｆｏｒｔ Ｌａｂ | ウォーキングナビゲーションシステム |
| JP5362962B2 (ja) * | 2007-03-29 | 2013-12-11 | 株式会社Ｃｏｍｆｏｒｔ Ｌａｂ | 靴またはインソールのフィッティングナビゲーションシステム |
| EP2435140B1 (en) * | 2009-05-28 | 2015-09-16 | Ben Gurion University Of The Negev Research And Development Authority | Balance perturbation system and trainer |
| JP6041445B2 (ja) * | 2014-03-17 | 2016-12-07 | 株式会社オオバ | ランニングシミュレータ、制御装置およびプログラム |
| TWI619529B (zh) * | 2016-02-04 | 2018-04-01 | 原相科技股份有限公司 | 跑步機及其跑道控制方法 |
| TWI615178B (zh) * | 2016-02-04 | 2018-02-21 | 原相科技股份有限公司 | 跑步機及其跑道控制方法 |
| US10293210B2 (en) | 2016-02-04 | 2019-05-21 | Pixart Imaging Inc. | Treadmill and control method for controlling the treadmill belt thereof |
| JP6699531B2 (ja) * | 2016-12-09 | 2020-05-27 | トヨタ自動車株式会社 | 歩行訓練装置 |
| CN117899440A (zh) * | 2024-02-20 | 2024-04-19 | 无锡威豪体育器材有限公司 | 一种带有显示装置的击剑用剑道 |
-
1998
- 1998-03-09 JP JP5671098A patent/JP2923493B1/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101917421B1 (ko) | 2015-08-07 | 2018-11-09 | 도요타지도샤가부시키가이샤 | 보행 훈련 장치 및 그 보행 훈련 방법 |
| US11474534B2 (en) | 2017-03-01 | 2022-10-18 | Mitsubishi Electric Corporation | Information processing system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11258973A (ja) | 1999-09-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990406 |