JP3200592B2 - Walking sensation generator - Google Patents

Walking sensation generator

Info

Publication number
JP3200592B2
JP3200592B2 JP00755099A JP755099A JP3200592B2 JP 3200592 B2 JP3200592 B2 JP 3200592B2 JP 00755099 A JP00755099 A JP 00755099A JP 755099 A JP755099 A JP 755099A JP 3200592 B2 JP3200592 B2 JP 3200592B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
walking
pedestrian
belt
movement
image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP00755099A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2000206862A (en
Inventor
春生 野間
勉 宮里
Original Assignee
株式会社エイ・ティ・アール知能映像通信研究所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社エイ・ティ・アール知能映像通信研究所 filed Critical 株式会社エイ・ティ・アール知能映像通信研究所
Priority to JP00755099A priority Critical patent/JP3200592B2/en
Publication of JP2000206862A publication Critical patent/JP2000206862A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3200592B2 publication Critical patent/JP3200592B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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、任意の方向に歩行が可能であって、大規
模仮想空間内部あるいは遠隔実空間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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a walking sensation generating apparatus, and more particularly, to a walking sensation generating apparatus capable of walking in an arbitrary direction and moving within a large-scale virtual space or a remote real space. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】限定された空間で広範囲にわたる大規模
な空間を任意の方向に自由に移動する感覚を模擬する技
術を実現できれば、新たに設計する移動環境の事前の設
計確認や時空間を越えた通信など多くの応用が期待でき
る。
2. Description of the Related Art If a technology that simulates the feeling of freely moving in a large space over a wide area in a limited space in a given direction can be realized, it is necessary to check the design of a new moving environment in advance and to go beyond time and space. Many applications can be expected, such as telecommunications.

【0003】これまでにいくつかの方式が提案されてき
たが、最も単純な例では、「Walk 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。
Several methods have been proposed so far, but the simplest example uses a keyboard, mouse, joystick, or the like, which is a normal computer interface, called “Walk Through”, and displays the information on the screen of the computer. Is a method of moving only the viewpoint of the virtual space displayed on the screen. In these, an operation input by a computer interface is reflected in a steering wheel steering metaphor imitating a mobile device such as a car or an aircraft, and a steering feeling as if the vehicle is actually being driven is presented.

【0004】より進んだ実施例は、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
などが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、操作者の操作に合せてそれらを平行移動,
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習得あるいは操作自
体を楽しむ遊技機器として用いられる。
A more advanced embodiment is an apparatus commonly called a simulator. In the former, the steering wheel and the accelerator used indirectly by the metaphor in the former are installed as a full-scale model of the operation input means and a part of the cockpit unit of the vehicle or the aircraft, or the whole thereof. Then, translate them according to the operation of the operator,
By tilting it, the acceleration and vibration accompanying the movement are virtually reproduced to present a more realistic sense of movement. In many cases, these are used as game machines that learn the operation of the simulated mobile device or enjoy the operation itself.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】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、まず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、歩行運動では単純に前進するだけでなく進路変
更や並進などの多様な動作がなされ、これらの挙動計測
が容易に実現できない点にあった。
The movement by walking is the most familiar means as a means of movement in daily life, and is a method suitable for perceiving the size of the space. There are few examples where the device has been realized. The reason is that the flow of information between humans and the device is simple in the conventional simulation device for mobile devices and is easy to process by the computer because of the device. However, various operations such as course change and translation are performed, and it is difficult to measure these behaviors easily.

【0006】また、それらの運動は一般に自由度が高く
また高速であるために、歩行移動動作がなされた際に歩
行者を定点に保持する動作相殺機構には同じ程度の自由
度と応答性が必要である。
In addition, since these movements generally have a high degree of freedom and a high speed, a motion canceling mechanism for holding a pedestrian at a fixed point when a walking movement is performed has the same degree of freedom and responsiveness. is necessary.

【0007】また、特開平6−210024号公報で提
案されているような歩行訓練機では、歩行者の位置に関
するPIフィードバック手法のみを用いているために、
一般に応答性が悪く、ベルトからなる落下防止のために
長大なベルト機構が必要となる問題がある。
Further, in a walking training machine proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-210024, since only the PI feedback method relating to the position of the pedestrian is used,
Generally, the response is poor, and there is a problem that a long belt mechanism is required to prevent the belt from falling.

【0008】また、本願発明者は、特願平10−567
10号において、歩行感覚生成装置を提案したが、この
装置では、直進動作のみを計測して相殺可能にしたもの
であり、進路変更などの動作には対応できず、進路変更
動作には頭部方向などの代替的な手法を用いるほかにな
かった。
The inventor of the present application has disclosed in Japanese Patent Application No. 10-567.
In No. 10, a walking sensation generating device was proposed, but this device measures only straight-running motions and makes it possible to cancel them out. There was no alternative but to use alternative methods such as directions.

【0009】さらに、2次元のベルト機構と等価な機構
の例として、「無限平面を用いた仮想歩行装置」日本バ
ーチャルリアリティー学会第2回大会論文集(1997
年9月)の方法では、小型のトレッドミルを横方向に複
数連結し、それらを連動させてトーラス形状のベルトの
面を実現して任意方向の歩行面を実現している。しか
し、これらは任意方向へ無限平面を設定できるが、駆動
に必要な装置が大型化し、高速な応答を要する行動動作
には十分追従できず、歩行というよりは摺足歩行のよう
な動作にしか対応できなかった。
Further, as an example of a mechanism equivalent to a two-dimensional belt mechanism, a paper entitled “Virtual Walking Device Using Infinite Plane”, Proceedings of the 2nd Conference of the Virtual Reality Society of Japan (1997)
In the method of September 1998), a plurality of small treadmills are connected in the lateral direction, and the treadmills are linked to each other to realize a torus-shaped belt surface, thereby realizing a walking surface in an arbitrary direction. However, these can set an infinite plane in any direction, but the device required for driving is large, and it can not sufficiently follow behavioral actions requiring high-speed response, and can only perform actions like sliding foot walking rather than walking. I couldn't respond.

【0010】それゆえに、この発明の主たる目的は、歩
行者の歩行動作に連動する歩行面により、限られた空間
内で斜面を含む仮想の3次元大空間あるいは遠隔の実空
間を歩行しているかのような感覚を生成できるような歩
行感覚生成装置を提供することである。
[0010] Therefore, a main object of the present invention is to determine whether a user walks in a virtual three-dimensional large space including a slope or a remote real space in a limited space by a walking surface interlocking with a walking motion of a pedestrian. It is an object of the present invention to provide a walking sensation generating device capable of generating a feeling like the following.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
人間による歩行動作から前進移動と進路変更動作を計測
し、歩行による移動を相殺する歩行感覚生成装置であっ
て、その上で両足を踏み出して歩行したときに、歩行に
よる移動を相殺するためのベルト機構と、ベルト機構の
ベルト面を水平面内で回転させる回転機構と、歩行動作
を非接触で計測するための歩行計測手段と、歩行計測手
段によって任意方向への歩行であることが計測されたと
き、その任意方向までの角度だけベルト機構を回転機構
によって回転させる制御手段とを備えて構成される。
The invention according to claim 1 is
A walking sensation generation device that measures forward movement and course change movement from human walking movement and cancels movement due to walking, and a belt for canceling movement due to walking when walking by stepping on both feet. Mechanism, a rotation mechanism for rotating the belt surface of the belt mechanism in a horizontal plane, walking measurement means for measuring the walking motion in a non-contact manner, and when walking is measured in an arbitrary direction by the walking measurement means. And control means for rotating the belt mechanism by a rotation mechanism by an angle up to the arbitrary direction.

【0012】請求項2に係る発明では、請求項1の歩行
計測手段は足先の動きを計測し、制御手段は、足先の横
方向への動きが検出されたことに応じて進路変更角度を
推定する角度推定手段と、推定された角度だけ回転機構
によってベルト機構を回転させて斜め前方に振り出され
た足が常にベルトの左右方向の中央付近に着地させるた
めの回転制御手段と備えて構成される。
In the invention according to claim 2, the walking measuring means of claim 1 measures the movement of the toe, and the control means determines the course change angle in response to the detection of the lateral movement of the toe. Angle estimation means for estimating the angle of the belt, and rotation control means for rotating the belt mechanism by the rotation mechanism by the estimated angle so that the foot swinging obliquely forward always lands near the center of the belt in the left-right direction. Be composed.

【0013】請求項3の制御手段は、歩行計測手段によ
って足先の直進動作が検出されたことに応じて、歩行者
の歩行速度と歩行者位置を推定する歩行推定手段と、そ
の推定に応じて歩行者をベルトの前後方向中央位置で保
持するようにベルト機構を駆動させるベルト機構制御手
段とを備えて構成される。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a pedestrian estimating means for estimating a pedestrian's walking speed and a pedestrian's position in response to detection of a straight forward movement of a toe by the gait measuring means. And a belt mechanism control means for driving the belt mechanism so as to hold the pedestrian at the center position in the front-rear direction of the belt.

【0014】請求項4に係る発明は、さらに、歩行者に
仮想空間または実空間の画像を提示する画像提示手段を
設け、仮想空間の画像をソフトウェアによって生成して
画像提示手段に与える仮想空間生成手段と、歩行者の歩
行に連動して実空間を移動し、実空間の画像を撮像して
画像提示手段に与える移動ロボットとの少なくともいず
れか一方を備えて構成される。
The invention according to claim 4 further comprises an image presenting means for presenting an image of a virtual space or a real space to a pedestrian, generating a virtual space image by software and giving the image to the image presenting means. And at least one of a mobile robot that moves in the real space in conjunction with the walk of the pedestrian, captures an image of the real space, and provides the image to the image presenting means.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】図1はこの発明の概念を説明する
ための図であり、特に、(a)は直進動作の計測,相殺
方法を示し、図1(b)は進路変更動作の計測,相殺方
法を示す。
FIG. 1 is a diagram for explaining the concept of the present invention. In particular, FIG. 1 (a) shows a method for measuring and canceling a straight-ahead operation, and FIG. 1 (b) shows a method for measuring a course change operation. , Shows the offset method.

【0016】この発明では、歩行者の歩行動作に連動す
る歩行面により、限られた空間内で斜面を含む仮想の3
次元大空間あるいは遠隔の実空間を歩行しているかのよ
うな感覚を生成する。すなわち、図1(a)に示すよう
に、トレッドミル上の歩行者の足先動作をビデオカメラ
で計測し、直進動作についてはトレッドミルのベルト運
転速度を歩行動作に連動させて常に歩行者をベルトの前
後方向中央位置に保持する。このとき、歩行動作からの
歩行速度と歩行者位置を推定してベルト制御に用いるこ
とで、従来の歩行者の位置に関するPIフィードバック
手法よりも高速な応答が実現される。
According to the present invention, a virtual 3D including a slope in a limited space is provided by a walking surface interlocked with a walking motion of a pedestrian.
Generates the sensation of walking in a three-dimensional large space or a remote real space. That is, as shown in FIG. 1 (a), the foot motion of a pedestrian on a treadmill is measured by a video camera, and for a straight-ahead motion, the pedestrian is constantly linked with the belt driving speed of the treadmill in conjunction with the walking motion. The belt is held at the center in the front-rear direction. At this time, by estimating the walking speed and the pedestrian position from the walking operation and using them for belt control, a faster response than the conventional PI feedback method regarding the pedestrian position is realized.

【0017】また、進路変更動作については、図1
(b)に示すように、進路変更時のみ発生する足先の横
方向の動きを前述のビデオカメラで計測し、横方向の動
きが発生した際にベルト面全体を水平方向に回転させ
て、斜め前方に振り出された足が常にベルトの左右方向
の中央付近に着地するように動作の相殺を行なう。な
お、後者の動作の際には、歩行者のバランスを確保する
ために、常に歩行者をベルト面水平回転の中央付近に保
持する必要があるため、これらの歩行者位置保持制御に
は高速な応答性が要求される。この発明では、この点に
ついて前述のベルト速度制御手法によって高速応答性が
確保されている。
FIG. 1 shows the course change operation.
As shown in (b), the lateral movement of the toe generated only when the course is changed is measured by the above-described video camera, and when the lateral movement occurs, the entire belt surface is rotated in the horizontal direction. The operation is canceled so that the foot swung diagonally forward always lands near the center of the belt in the left-right direction. In the latter operation, it is necessary to keep the pedestrian near the center of the horizontal rotation of the belt surface at all times in order to secure the balance of the pedestrian. Responsiveness is required. According to the present invention, high-speed response is ensured in this respect by the above-described belt speed control method.

【0018】さらに、この発明では利用者に装着感の低
い反射シールを利用者の足先に貼り付けるだけで、前進
移動動作と進路変更動作を計測,推定することを特徴と
しており、使用にあたってはごく自然な歩行動作を行な
うだけでよい。同時に、ベルト面の2軸歩行ベルト面姿
勢保持機構を用いて歩行面の3次元形状である傾斜面な
どの状態とベルトの加減速時に発生する慣性力や進路変
更時の遠心力を擬似的に提示する。
Further, the present invention is characterized in that the forward moving operation and the course changing operation are measured and estimated simply by attaching a reflective seal having a low feeling of wearing to the user to the user's feet. It is only necessary to perform a very natural walking motion. Simultaneously, the state of the three-dimensional shape of the walking surface, such as an inclined surface, the inertia force generated when the belt is accelerated and decelerated, and the centrifugal force generated when the course is changed are simulated using the biaxial walking belt posture holding mechanism for the belt surface. Present.

【0019】この歩行感覚提示装置によって得られた歩
行動作結果をもとに、対象空間での移動量を計算するシ
ミュレーション処理によって対象空間での位置情報を管
理し、対象とする遠隔実空間、あるいは仮想空間の映像
を得る。
Based on the result of the walking motion obtained by the walking sensation presentation device, position information in the target space is managed by a simulation process for calculating the amount of movement in the target space, and the target remote real space or Get an image of the virtual space.

【0020】得られた映像や音響情報は、大スクリーン
と複数のスピーカ、あるいは頭部搭載型ディスプレイと
ヘッドホンによる映像,音響情報提示手段を適宜組合せ
る。
The obtained video and audio information are appropriately combined with a video and audio information presentation means using a large screen and a plurality of speakers, or a head mounted display and headphones.

【0021】また、遠隔の実空間を歩行しているかの感
覚を提示するために、計測される利用者の歩行動作によ
って制御される移動ロボットとそのロボットに搭載され
る映像,音響情報計測手段およびその情報を遠隔地から
利用者に伝送する無線通信手段も利用する。
Also, in order to present a sense of whether or not the user is walking in a remote real space, a mobile robot controlled by a measured walking motion of a user, and video and acoustic information measuring means mounted on the robot, and Wireless communication means for transmitting the information from a remote location to the user is also used.

【0022】図2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2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は歩行ベルト面回
転機構と2軸歩行ベルト面姿勢保持機構とを有してい
る。歩行ベルト面回転機構はJ1軸を中心に回転し、歩
行者2が進路変更したときにベルト機構1がその進路を
向くように回転させる。2軸歩行ベルト面姿勢保持機構
はJ2軸まわりを回転可能であって、ベルト機構を上り
と下りの斜面にするとともに、J3軸まわりを回転し、
歩行者2に生じる慣性力を相殺する。
FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of one embodiment of the present invention. In FIG. 2, the belt mechanism 1
Is a mechanism for canceling the movement caused by walking when the pedestrian 2 walks thereon, and is installed on the three-axis walking surface holding mechanism 3. The three-axis walking surface holding mechanism 3 has a walking belt surface rotating mechanism and a two-axis walking belt surface posture holding mechanism. The walking belt surface rotating mechanism rotates around the J1 axis, and rotates the belt mechanism 1 so as to face the course when the pedestrian 2 changes course. The two-axis walking belt surface attitude holding mechanism is rotatable about the J2 axis, and the belt mechanism is turned up and down slopes, and is rotated about the J3 axis,
The inertial force generated in the pedestrian 2 is offset.

【0023】ベルト機構1の前方には、歩行者2の足先
動作を計測するために、赤外線フィルタ付のCCDカメ
ラ4が設置されるとともに、その上には赤外線ランプ5
が設けられる。歩行者2の両足先端部には赤外線の反射
シール21,22が貼り付けられる。赤外線シール2
1,22は赤外線ランプ5からの赤外線を反射させ、そ
の反射光をCCDカメラ4が撮像することによって歩行
者2の歩行情報が獲得される。
In front of the belt mechanism 1, a CCD camera 4 with an infrared filter is installed in order to measure the foot movement of the pedestrian 2, and an infrared lamp 5
Is provided. Infrared reflective stickers 21 and 22 are attached to the tip of both feet of the pedestrian 2. Infrared seal 2
Reference numerals 1 and 22 reflect infrared light from the infrared lamp 5, and the reflected light is imaged by the CCD camera 4, thereby obtaining walking information of the pedestrian 2.

【0024】また、歩行者2の頭部の位置姿勢を計測す
るために磁気式位置姿勢センサ6が歩行者2の頭部に取
付けられる。さらに、歩行者2の前方には、歩行動作に
連動して仮想空間や実空間の映像情報を提示するための
後方投影方式の画像提示装置7が設置されている。映像
情報は計算機8によって与えられる。このために、計算
機8はソフトウェアによって仮想空間を生成するための
仮想空間管理および画像情報生成,移動ロボット制御管
理,大規模空間移動情報管理,全システム統合管理,歩
行動作解析,歩行感覚提示装置制御管理機能を有してい
る。
In order to measure the position and orientation of the head of the pedestrian 2, a magnetic position and orientation sensor 6 is attached to the head of the pedestrian 2. Further, in front of the pedestrian 2, an image presentation device 7 of a rear projection system for presenting video information in a virtual space or a real space in conjunction with a walking motion is installed. Video information is provided by the computer 8. For this purpose, the computer 8 is a virtual space management and image information generation for generating a virtual space by software, a mobile robot control management, a large-scale space movement information management, a whole system integrated management, a walking motion analysis, a walking sense presentation device control. Has a management function.

【0025】また、CCDカメラ4で検出された歩行情
報と磁気式位置姿勢センサ6で検出された頭部位置情報
は計算機9に入力される。計算機9は光学式位置追跡装
置と磁気式位置姿勢計測装置制御部と計測系制御部と駆
動系制御部とを有している。
The walking information detected by the CCD camera 4 and the head position information detected by the magnetic position and orientation sensor 6 are input to a computer 9. The computer 9 has an optical position tracking device, a magnetic position and orientation measurement device control unit, a measurement system control unit, and a drive system control unit.

【0026】さらに、ベルト機構1と3軸歩行面保持機
構3を駆動するために、駆動装置10が設置される。駆
動装置10はベルト機構駆動装置とベルト面回転保持機
構駆動装置とベルト面姿勢保持機駆動装置とを内蔵して
いる。そして、駆動装置10は計算機9の駆動系制御部
によって制御される。
Further, a driving device 10 is provided for driving the belt mechanism 1 and the three-axis walking surface holding mechanism 3. The driving device 10 includes a belt mechanism driving device, a belt surface rotation holding mechanism driving device, and a belt surface posture holding device driving device. The drive device 10 is controlled by a drive system control unit of the computer 9.

【0027】さらに、遠隔地の実空間の画像や映像情報
や音声情報を取得するために移動ロボット11が設けら
れている。移動ロボット11にはCCDカメラ12とマ
イクロホン13とが搭載されていて、遠隔地の実空間映
像情報や音声情報が取得され、無線通信機14によりア
ンテナ15を介して伝送される。これらの情報はアンテ
ナ18を介して無線通信機17によって受信され、計算
機8に与えられる。
Further, a mobile robot 11 is provided for acquiring images, video information and audio information of a remote real space. The mobile robot 11 is equipped with a CCD camera 12 and a microphone 13, and real-space video information and audio information of a remote place are acquired and transmitted by a wireless communication device 14 via an antenna 15. These pieces of information are received by the wireless communication device 17 via the antenna 18 and provided to the computer 8.

【0028】なお、図2に示した実施例では、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に、後方
投影方式の画像提示装置7が設置されているが、実施形
態によっては複数のスクリーンを用いて装置の周辺全体
を取り囲む方式や、頭部搭載型のディスプレイを使用し
てもよい。また、音響情報提示に関しても、多数のスピ
ーカを用いたり、ヘッドホンを使用することも可能であ
る。
In the embodiment shown in FIG. 2, a backward projection type image presentation device 7 is provided to present video information in a virtual space in conjunction with a walking operation. A system that surrounds the entire periphery of the device using a plurality of screens, or a head-mounted display may be used. Regarding the presentation of acoustic information, it is also possible to use a large number of speakers or use headphones.

【0029】図3はこの発明の一実施形態の歩行動作を
示す図であり、図4は同じく動作を説明するためのフロ
ーチャートである。
FIG. 3 is a diagram showing a walking operation according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation.

【0030】まず、図3および図4を参照して直進動作
について説明する。直進動作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、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
を制御する。
First, the straight traveling operation will be described with reference to FIGS. In the straight running operation, the foot position information and the waist position information are measured and the belt speed of the belt mechanism 1 is controlled in order to offset the movement of the body caused by walking without the pedestrian being conscious.

【0031】すなわち、歩行者2がベルト機構1上で歩
行を開始すると、ステップ(図示ではSPと略称する)
SP1において、CCDカメラ4が歩行者2の両足先端
部に貼り付けられた反射シール21,22からの反射光
を検知する。CCDカメラ4の検知出力は計算機9に与
えられ、ステップSP2において光学式位置追跡装置に
よって歩行者2の足先の運動情報が計測される。
That is, when the pedestrian 2 starts walking on the belt mechanism 1, a step (abbreviated as SP in the figure) is performed.
In SP1, the CCD camera 4 detects reflected light from the reflection seals 21 and 22 attached to the tips of both feet of the pedestrian 2. The detection output of the CCD camera 4 is given to the computer 9, and in step SP2, the motion information of the foot of the pedestrian 2 is measured by the optical position tracking device.

【0032】歩行者2の直進動作では、図3(a)に示
すように、歩行者2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上でのある歩行者保持目標
位置X0に保つ必要がある。理想的には、歩行速度に完
全に連動した速度で逆向きにベルトを走行することで目
的を達成できる。しかし、ベルト上での歩行速度を直接
計測することは難しいため、歩行者2の歩行動作から歩
行動作を推定することにより、ベルト機構1を制御す
る。制御量であるベルトの速度指令Vbは以下に述べる
2種類のフィードフォワードF1(歩行速度に関するフ
ィードバック)と、F2(歩行位置に関するPIフィー
ドバック)から決定される。
In the straight running operation of the pedestrian 2, when the pedestrian 2 is walking at a certain speed Vw, as shown in FIG. It must be kept at position X0. Ideally, the goal can be achieved by running the belt in the opposite direction at a speed that is completely linked to the walking speed. However, since it is difficult to directly measure the walking speed on the belt, the belt mechanism 1 is controlled by estimating the walking motion from the walking motion of the pedestrian 2. The belt speed command Vb, which is a control amount, is determined from the following two types of feedforward F1 (feedback related to walking speed) and F2 (PI feedback related to walking position).

【0033】まず、フィードフォワードF1について説
明する。ステップSP3において、計測可能な立脚時間
から歩行速度が推定される。ここで、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脚時間と遊脚時
間を計測したところ、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
とが判明した。
First, the feed forward F1 will be described. In step SP3, the walking speed is estimated from the measurable standing time. Here, the standing time is a mode in which one foot touches the ground when walking and moves backward relative to the body. On the other hand, a mode in which a foot that has fallen backward during swinging is swung forward is called a free leg mode, and walking is a motion in which the standing leg and the free leg are alternately repeated with left and right legs.
Here, when these standing time and free leg time were measured from the actual walking motion, the following formula (1) was used.
Stance time regardless of the pedestrian is found to be inversely proportional to approximately walking speed.

【0034】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、この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せた調整機能を
有する。
Vw '= a / T + b (1) where Vw' is the estimated walking speed, T is the standing time, and a and b
Is a constant. Strictly speaking, there are individual differences in the constant coefficients a and b. For this reason, in this embodiment, the user has a walking function by moving the belt in advance at a constant speed, and has an adjustment function that adjusts these parameters to match the walking characteristics of the individual.

【0035】次に、足先の運動の立・遊脚モードの判定
方法について説明する。ここでは、歩行者2の両足先位
置に反射シール21,22を貼り付け、前方に設置され
たCCDカメラ4によって光学的に反射シール21,2
2を計測する。そして、得られた両足先の検出信号を時
間的に差分して両足の速度情報を算出し、別に計測され
たベルト速度情報と比較すると、足先の運動の立・遊脚
モードが判定できる。この時間情報をもとにベルト上で
の歩行状態の解析を行ない、前述の計測から得られた回
帰式により歩行速度Vw′を推定して速度に関するフィ
ードフォワードを行なう。
Next, a description will be given of a method of determining the standing / swinging mode of the toe motion. Here, the reflective seals 21 and 22 are attached to the positions of both feet of the pedestrian 2, and optically reflective by the CCD camera 4 installed in front.
Measure 2. Then, the speed information of the both feet is calculated by temporally differentiating the obtained detection signals of the both feet, and is compared with the separately measured belt speed information, so that the standing / free leg mode of the motion of the feet can be determined. Based on this time information, the walking state on the belt is analyzed, and the walking speed Vw 'is estimated by the regression equation obtained from the above-mentioned measurement, and the speed is fed forward.

【0036】ここでは推定誤差と時間遅れを考慮して、 F1=−α・Vw′ … (2) としている。Here, considering the estimation error and the time delay, F1 = −α · Vw ′ (2)

【0037】図5は、1次ホールドによる歩行者速度推
定値を修正する方法を説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining a method of correcting the pedestrian speed estimated value by the primary hold.

【0038】この実施形態では、歩行速度推定はいずれ
かの足が着地する際にのみ行なわれるが、連続して変化
する歩行速度にできるだけ誤差を低減させて追従するた
めに、図5に示すような1次ホールドを用いて連続的に
補正している。ここで用いた1次ホールド手法は、最新
の推定値をVw′(n)とし、1つ前の推定値をVw′
(n−1)とし、Vw′(n)を計測してから現在まで
の経過時間をΔt,Vw′(n−1)を推定してからV
w′(n)を推定するまでの時間をΔTとすると、現在
の修正された推定歩行速度Vw′は次式で表わされる。
In this embodiment, the walking speed is estimated only when one of the feet lands, but in order to follow the continuously changing walking speed with as small an error as possible, as shown in FIG. Correction is continuously performed using a proper primary hold. In the primary hold method used here, the latest estimated value is set to Vw '(n), and the immediately preceding estimated value is set to Vw'.
(N−1), the elapsed time from the measurement of Vw ′ (n) to the present time is Δt, and after estimating Vw ′ (n−1), V
Assuming that the time until w ′ (n) is estimated is ΔT, the current corrected estimated walking speed Vw ′ is expressed by the following equation.

【0039】 Vw′=Vw′(n)+{Vw′(n)−Vw′(n−1)}・Δt/ΔT …(3) しかし、フィードフォワード制御では応答性が大幅に改
善するものの、依然として発生する推定誤差と機構部の
応答の時間遅れの影響が位置誤差となる。よって、補助
的に位置に関するフィードバックF2を付加する。
Vw ′ = Vw ′ (n) + {Vw ′ (n) −Vw ′ (n−1)} · Δt / ΔT (3) However, although the responsiveness is greatly improved in the feedforward control, The position error is caused by the estimation error that still occurs and the time delay of the response of the mechanism unit. Therefore, the feedback F2 relating to the position is added as an auxiliary.

【0040】F2に関しては、ステップSP5およびS
P6において、歩行者のベルト上での位置Xと歩行者保
持目標位置X0との距離誤差eをパラメータとして、P
Iフィードバックによる位置制御を行なう。ここでの歩
行者位置Xは前述のCCDカメラ4によって得られる両
足先位置の歩行方向の中点とする。これによって、ここ
では糸や超音波などによる特別な歩行者位置計測手段を
余分に必要としない。
Regarding F2, steps SP5 and S5
At P6, the distance error e between the position X of the pedestrian on the belt and the pedestrian holding target position X0 is used as a parameter,
Position control by I feedback is performed. Here, the pedestrian position X is the midpoint in the walking direction between the two toe positions obtained by the CCD camera 4 described above. This eliminates the need for extra pedestrian position measurement means using a thread or ultrasonic waves.

【0041】ここで、 X′=(Pl+Pr)/2 … (4) e=X′−X0 … (5) F2=β・e+γ・∫edt … (6) である。Here, X '= (Pl + Pr) / 2 (4) e = X'-X0 (5) F2 = β ・ e + γ∫edt (6)

【0042】なお、F2の計算は歩行者の足先位置情報
が更新されるたびに連続的に実行される。以上をまとめ
ると、ベルト速度指令Vbは次式で定義できる。
The calculation of F2 is executed continuously each time the pedestrian's toe position information is updated. In summary, the belt speed command Vb can be defined by the following equation.

【0043】Vb=F1+F2 … (7) なお、係数αとβ,γは制御が発散しない範囲で決定す
る定数である。
Vb = F1 + F2 (7) The coefficients α, β, and γ are constants determined within a range where the control does not diverge.

【0044】次に、進路変更動作相殺のための歩行動作
計測手段とベルト面水平回転制御方法について説明す
る。進路変更動作については、前述のように、進路変更
時のみ発生する遊脚の足先が斜め前方に踏み出される動
きを前述のCCDカメラ4と同じ手法で計測し、この横
方向の動きが発生した際にベルト面自体を水平方向に回
転させて、斜め前方に振り出された足が常にベルトの左
右方向の中央付近に着地するように動作の相殺を行な
う。
Next, the walking motion measuring means for canceling the course change motion and the belt surface horizontal rotation control method will be described. As for the course change operation, as described above, the movement of the toe of the free leg, which occurs only at the time of course change, being stepped diagonally forward is measured by the same method as the above-described CCD camera 4, and this lateral movement is generated. At this time, the belt surface itself is rotated in the horizontal direction to cancel the operation so that the foot swung obliquely forward always touches the vicinity of the center of the belt in the left-right direction.

【0045】図3(b)には、右足を前方に振り出した
状態で、右方向に進路を変えようとしている歩行動作を
示している。図3(b)において、右足が離床した位置
をPr0とすると、直進歩行している場合には遊脚動作
終了時にはPr0の正面のPr′に足が着地するが、右
に進路変更する際には、右斜め前方位置のPrへ足が着
地する。CCDカメラ4は足先の運動を連続的に計測し
ており、遊脚時にこのような横方向の運動が計測された
場合には、図3(b)に示すように、直進方向からの足
位置のずれ角angを0とするようにベルト面全体をJ
1軸で水平回転させる。この斜め前方への踏み出し動作
は、左右両足ともに同様に処理される。
FIG. 3 (b) shows a walking motion in which the right foot is swung forward to change the course to the right. In FIG. 3 (b), if the position where the right foot has left the floor is Pr0, the foot lands on Pr 'in front of Pr0 at the end of the free leg operation when the straight leg is running, but when changing course to the right. Means that the foot lands on Pr at the diagonally right forward position. The CCD camera 4 continuously measures the motion of the toes, and when such a lateral motion is measured during a free leg, as shown in FIG. Move the entire belt surface to J so that the displacement angle ang
Rotate horizontally on one axis. This stepping operation obliquely forward is similarly processed for both the left and right feet.

【0046】具体的には、図4のステップSP7におい
て、遊脚動作時に有意に振り出される足が左右に振れる
場合、つまりずれ角angが予め規定されているしきい
値以上に計測されると、図2に示した計算機8の歩行動
作解析部で進路変更動作に入っていると判定され、これ
を0とするようにステップSP8の修正処理によりθ j1
が制御される。制御系はステップSP9において、ずれ
角angを制御誤差入力,θj1を制御量とするPIフィ
ードバックを行なう。
Specifically, in step SP7 of FIG.
The leg that swings significantly during swing movement swings right and left
In other words, the threshold in which the deviation angle ang is specified in advance
When measured above the value, the walking motion of the computer 8 shown in FIG.
The operation analysis unit determines that a course change operation is in progress,
Is set to 0 by the correction processing in step SP8. j1
Is controlled. In step SP9, the control system shifts.
Enter angle ang as control error input, θj1PI control with
Perform feedback.

【0047】なお、後者の動作のためには、回転に伴う
遠心力の影響を最小限として歩行者2のバランスを確保
するために、常に歩行者2をベルト面水平回転の中央付
近に保持する必要がある。ここではベルト速度制御手法
によって高速応答性が確保されている。
For the latter operation, the pedestrian 2 is always held near the center of the horizontal rotation of the belt surface in order to minimize the influence of the centrifugal force due to the rotation and to secure the balance of the pedestrian 2. There is a need. Here, high-speed response is ensured by the belt speed control method.

【0048】また、歩行者の動作に連動して水平回転す
るベルト面にはベルト駆動系や計測系が設置されてい
る。これらの制御、あるいは電源のための複数の信号線
が基部からベルト面に接続されているが、これらの機械
的制約によりベルト面の回転は有限となる。しかし、た
とえば歩行者2が対象空間内で右に曲がる動作を何度も
繰返した場合、ベルト面自体もその動作を相殺するため
に右方向に回転せねばならない。そこで、水平面回転機
構の回転範囲の中央値から進路変更動作によってある角
度だけ回転している場合には、直進動作時に歩行動作に
影響の出ない低速で回転角度を回転範囲の中央部まで戻
す制御を同時に作用させる。これによって、機械的制約
のある水平回転機構においても、制約角度以上に進路変
更動作を実現できる。この部分はステップSP8の修正
処理に相当する。
A belt drive system and a measurement system are provided on the belt surface which rotates horizontally in conjunction with the motion of the pedestrian. Although a plurality of signal lines for these controls or power supplies are connected from the base to the belt surface, the rotation of the belt surface becomes finite due to these mechanical constraints. However, for example, when the pedestrian 2 repeats the operation of turning right in the target space many times, the belt surface itself has to rotate rightward to offset the operation. Therefore, when the vehicle is rotated by a certain angle from the center value of the rotation range of the horizontal plane rotation mechanism due to the course change operation, the rotation angle is returned to the center of the rotation range at a low speed that does not affect the walking operation during the straight-ahead operation. Act simultaneously. Thus, even in a horizontal rotation mechanism having mechanical restrictions, a course changing operation can be realized at a restricted angle or more. This part corresponds to the correction processing in step SP8.

【0049】図6は仮想空間内での位置更新手法を説明
するための図である。次に、図6を参照して、対象空間
内の移動動作管理方法について説明する。この実施形態
を用いることによって、歩行者2はベルト上をごく普通
に歩くだけで、合成される仮想空間内または遠隔地を実
際に歩行する感覚を得ることができる。以下では、前述
の歩行動作解析結果をもとに、対象移動空間内での移動
を実現するための手法についてまとめる。なお、これら
は計算機8に実装されている大規模空間移動情報管理部
によって処理される。
FIG. 6 is a diagram for explaining a method of updating a position in a virtual space. Next, a moving operation management method in the target space will be described with reference to FIG. By using this embodiment, the pedestrian 2 can obtain the sensation of actually walking in the synthesized virtual space or in a remote place only by walking on the belt very normally. Hereinafter, a method for realizing movement in the target movement space based on the above-described walking motion analysis result will be summarized. These are processed by the large-scale spatial movement information management unit mounted on the computer 8.

【0050】対象空間内を移動する際には、前進移動に
関しては前述の推定された方向速度Vw′を時間積分
し、仮想空間内での歩行者2の位置情報を連続的に更新
する。左右への進路変更は、前述の図3(b)を参照し
て説明した進路変更動作計測で得られた情報をもとに実
現される。すなわち、図6に示すように、ある遊脚時に
発生した直進方向からのずれ角angを、Vw′の方向
変化成分として時間積分時に加算する。
When moving in the target space, for the forward movement, the above-mentioned estimated directional speed Vw 'is integrated over time, and the position information of the pedestrian 2 in the virtual space is continuously updated. The course change to the left or right is realized based on the information obtained by the course change operation measurement described with reference to FIG. That is, as shown in FIG. 6, the deviation angle ang from the straight traveling direction generated at the time of a certain free leg is added as a direction change component of Vw 'at the time of time integration.

【0051】以上を数式として実現する。ある時間tで
の歩行者の位置をP(t)=(Px(t),P
y (t))と2次元の位置ベクトルで表現する。このと
きの歩行者の歩行速度をベルト表現でVw′(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での足先のずれ
角をangとする。これらにより、位置更新処理の1ス
テップ経過後の時刻t+1での歩行者の位置P(t+
1)は以下のように得られる。
The above is realized as a mathematical expression. The position of a pedestrian at a certain time t is represented by P (t) = (P x (t), P
y (t)) and a two-dimensional position vector. The walking speed of the pedestrian at this time is expressed as Vw ′ (t) =
(Vw ′ x (t), Vw ′ y (t)), and the angle of deviation of the toe at time t with respect to the x-axis of the coordinate system fixed to the walking space is ang. As a result, the pedestrian's position P (t +
1) is obtained as follows.

【0052】 Px (t+1)=Px (t)+cos(ang) ・|Vw′(t+1)・Δt| …(8) Py (t+1)=Py (t)+sin(ang) ・|Vw′(t+1)・Δt| …(9) ただし、前述の第(3)式とは異なり、Δtは時刻t+
1と時刻tの間の経過時間とする。
[0052] P x (t + 1) = P x (t) + cos (ang) · | Vw '(t + 1) · Δt | ... (8) P y (t + 1) = P y (t) + sin (ang) · | Vw '(T + 1) · Δt | (9) However, unlike the aforementioned equation (3), Δt is equal to the time t +
It is an elapsed time between 1 and time t.

【0053】この実施形態の利用目的は、仮想の世界、
あるいは遠隔の実世界を歩行しているかのような感覚を
提供することであり、移動動作の結果としての移動空間
を生成する。仮想空間と遠隔実空間のそれぞれを対象と
した場合の提示する映像・音響情報の取得方法とそれら
の提示方法ならびに歩行者の3次元形状の提示方法につ
いて説明する。
The purpose of use of this embodiment is a virtual world,
Alternatively, it is to provide a feeling as if walking in the remote real world, and generate a moving space as a result of the moving operation. A description will be given of a method of acquiring video / audio information to be presented and a method of presenting the three-dimensional shape of a pedestrian when targeting virtual space and remote real space.

【0054】移動運動の結果を歩行者2に伝える手段と
して、ユーザの眼前に何らかの映像提示手段と音響情報
提示手段を設ける。ここでは、図2に示すように、一例
として後方投影式の大形スクリーンを用いた画像提示装
置7を設置し、歩行動作に合せて変化する対象空間の映
像を提示する。しかし、これはたとえば歩行者の周囲全
天を覆うような映像投影装置やあるいは頭部搭載型の小
型ディスプレイであってもよい。また、対象となる空間
で発生する音響情報についても、複数のスピーカあるい
はヘッドホンによって歩行者に提示することができる。
As a means for transmitting the result of the locomotion to the pedestrian 2, some kind of video presenting means and acoustic information presenting means are provided in front of the user. Here, as shown in FIG. 2, as an example, an image presenting device 7 using a large screen of a rear projection type is installed, and an image of a target space that changes in accordance with a walking motion is presented. However, this may be, for example, an image projection device that covers the entire sky around the pedestrian, or a small head-mounted display. Also, acoustic information generated in a target space can be presented to a pedestrian through a plurality of speakers or headphones.

【0055】仮想空間は一般にCADなどで生成される
数値データの集合であり、これを計算機8の仮想空間管
理および画像情報生成部により映像信号として画像提示
装置7に表示する。この際には、前述の位置変更アルゴ
リズムからの移動情報とCADデータから得られる歩行
移動可能領域データとを照合して対象仮想空間内での位
置を決定する。続いて、歩行者2の頭部の姿勢を計測す
る磁気式位置姿勢センサ6の情報を組合せて仮想カメラ
の位置を決定することにより、任意の位置から見た任意
の方向のコンピュータグラフィックス画像を生成する。
音響情報に関しては、同じくCADデータ内に格納され
ている音響発生モデルを通じて計算機9によって合成さ
れ、歩行者2に提示される。
The virtual space is generally a set of numerical data generated by CAD or the like, and this is displayed on the image presentation device 7 as a video signal by the virtual space management and image information generation unit of the computer 8. In this case, the position in the target virtual space is determined by comparing the movement information from the above-described position change algorithm with the walking movable area data obtained from the CAD data. Subsequently, by determining the position of the virtual camera by combining information from the magnetic position and orientation sensor 6 that measures the orientation of the head of the pedestrian 2, a computer graphics image in an arbitrary direction viewed from an arbitrary position can be obtained. Generate.
The sound information is synthesized by the computer 9 through the sound generation model also stored in the CAD data, and is presented to the pedestrian 2.

【0056】遠隔実空間を歩行移動対象空間とする場合
は、CCDカメラ12とマイクロホン13を搭載した移
動ロボット11をその空間に配置し、位置変更アルゴリ
ズムからの移動情報を無線通信機17からアンテナ16
を介して伝送し、移動ロボット11ではアンテナ15を
介して無線通信機14がその情報を受けて自走する。移
動ロボット11に取付けられたCCDカメラ12の映像
とマイクロホン13による音響情報は無線通信機14か
らアンテナ15を介してシステム側のアンテナ16から
無線通信機17で受信され、前述の映像・音響情報提示
手段によって歩行者2に提示される。
When the remote real space is to be used as a walking and moving target space, the mobile robot 11 equipped with the CCD camera 12 and the microphone 13 is arranged in the space, and the movement information from the position change algorithm is transmitted from the wireless communication device 17 to the antenna 16.
, And in the mobile robot 11, the wireless communication device 14 receives the information via the antenna 15 and runs by itself. The image of the CCD camera 12 attached to the mobile robot 11 and the sound information from the microphone 13 are received by the wireless communication device 17 from the antenna 16 on the system side via the antenna 15 from the wireless communication device 14, and the above-described presentation of the image and sound information is performed. It is presented to the pedestrian 2 by means.

【0057】図7は歩行者の姿勢制御による斜面の提示
方法を説明するための図である。この実施形態のもう1
つの特徴として、歩行面の立体形状である斜面の再現機
能がある。ここでは、図7に示すように、仮想空間の場
合はCADデータの地形情報から、実空間の場合は移動
ロボット11に実装される傾斜角センサ(図示せず)に
よって、歩行者の存在する領域の傾きN2が得られる。
そして、ベルト面自体をJ2,J3軸を有する歩行面保
持機構によって傾斜させて歩行ベルト面を同一の傾斜N
bに一致させ、傾斜面が再現される。
FIG. 7 is a diagram for explaining a method of presenting a slope by controlling the posture of a pedestrian. Another of this embodiment
One of the features is a function of reproducing a slope, which is a three-dimensional shape of a walking surface. Here, as shown in FIG. 7, in the case of the virtual space, the area where the pedestrian is located is determined by the inclination angle sensor (not shown) mounted on the mobile robot 11 from the topographical information of the CAD data in the case of the real space. Is obtained.
Then, the belt surface itself is inclined by the walking surface holding mechanism having the J2 and J3 axes so that the walking belt surface has the same inclination N.
b, and the inclined surface is reproduced.

【0058】さらに、この実施形態では、実際の歩行と
は異なる慣性力が作用する。この慣性力を2軸歩行ベル
ト面姿勢保持機構により擬似的に再現する。
Further, in this embodiment, an inertial force different from the actual walking acts. This inertial force is reproduced in a pseudo manner by a two-axis walking belt surface posture holding mechanism.

【0059】図8は慣性力の擬似的な相殺と生成方法を
説明するための図である。まず、歩行者2が前方に加速
する場合、図8(a)に示すように、歩行者2が歩行速
度を上げた結果として、ベルト速度が加速度abeltで加
速した場合、歩行者2の質量をmとすると、歩行者には
m・abeltの慣性力が前方に作用する。加速度が大きい
ときには、この慣性力によって転倒の危険が生じる。そ
こで、ベルトの加速が発生する場合には、加速度に連動
してベルト面姿勢保持機構J2軸まわりにθj2だけ傾
け、歩行者2に作用する重力成分の斜面の前後方向に対
する水平分力によって擬似的に相殺する。θj2は次式の
ように計算される。
FIG. 8 is a diagram for explaining a method of pseudo cancellation and generation of inertial force. First, when the pedestrian 2 accelerates forward, as shown in FIG. 8A, when the belt speed is accelerated by the acceleration a belt as a result of the pedestrian 2 increasing the walking speed, the mass of the pedestrian 2 is increased. If m is m, the inertia force of ma belt acts on the pedestrian forward. When the acceleration is large, this inertial force causes a danger of falling. Therefore, when the belt is accelerated, the belt is tilted by θ j2 around the axis of the belt surface posture holding mechanism J2 in conjunction with the acceleration, and the gravitational component acting on the pedestrian 2 is simulated by the horizontal component force in the front-rear direction of the slope. Offset each other. θ j2 is calculated as follows.

【0060】 θj2=sin-1(abelt/g) … (10) ただし、gは重力加速度である。Θ j2 = sin −1 (a belt / g) (10) where g is the gravitational acceleration.

【0061】一方、実際に歩行者2が進路を変更する場
合には、歩行者2には回転する方向と外側に遠心力が作
用するが、この実施形態では回転動作自体を相殺するた
めに、この遠心力が作用しない。そこで、回転速度と連
動して2軸歩行ベルト面姿勢保持機構のJ3軸まわりに
θj3だけ傾け、歩行者2に作用する重力成分の斜面の横
方向に対する水平分力によって擬似的に生成する。θj3
は次式により計算される。
On the other hand, when the pedestrian 2 actually changes the course, a centrifugal force acts on the pedestrian 2 in the direction of rotation and on the outside. In this embodiment, however, in order to cancel the rotation itself, This centrifugal force does not work. Therefore, the gravitational component acting on the pedestrian 2 is generated in a pseudo manner by the horizontal component force in the lateral direction of the slope, inclining by θ j3 around the J3 axis of the biaxial walking belt surface posture holding mechanism in conjunction with the rotation speed. θ j3
Is calculated by the following equation.

【0062】 θj3=sin-1(r・ω2 /g) … (11) ただし、gは重力加速度であり、rとωは進路変更時の
回転半径と回転速度である。
Θ j3 = sin −1 (r · ω 2 / g) (11) where g is the gravitational acceleration, and r and ω are the turning radius and the turning speed when the course is changed.

【0063】上述のごとく、この実施形態によれば、歩
行者2はわずかな空間内で広域にわたる実空間あるいは
仮想空間内を歩行移動でき、情報さえあれば現実の有無
を問わず再現が可能である。また、いずれの空間も平面
だけでなく斜面などを含む3次元的な世界を対象として
いる。この利点により、たとえば建築物の構築の際に、
CADデータの段階で対象空間を実際に歩いてみること
で空間設計の評価が可能となる。また、古代の遺跡ある
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、その空間配置の直感的な認識も可能となる。さら
に、何らかのロボットと組合せて遠隔実空間の歩行感覚
を再現することにより、テレビ電話の拡張として遠隔地
に離れたユーザ同士が歩行しながらの会話が可能とな
る。さらに、この実施形態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。
As described above, according to this embodiment, the pedestrian 2 can walk and move in a real space or a virtual space over a wide area in a small space, and can reproduce any information with or without information, regardless of the presence or absence of reality. is there. In addition, each space targets a three-dimensional world including not only a plane but also a slope. With this advantage, for example, when building buildings,
It is possible to evaluate a space design by actually walking in the target space at the stage of CAD data. In addition, a space that does not already exist due to ancient archeological sites or development can be reproduced by a computer, and the intuitive recognition of the space arrangement becomes possible. Further, by reproducing walking sensation in a remote real space in combination with some kind of robot, it becomes possible for users who are distant to a remote place to have a conversation while walking as an extension of a videophone. Furthermore, since the movement according to this embodiment can be realized by a pedestrian's intention instead of a movement forced from the outside like an existing treadmill, it can be applied to walking rehabilitation.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、歩行
者がベルト機構上で任意の方向へ歩行したとき、その歩
行動作を非接触で計測し、計測した角度だけベルト機構
を回転させるようにしたので、歩行者の斜め前方に振り
出された足が常にベルトの左右方向の中央付近に着地す
るように動作の相殺を行なうことができる。したがっ
て、歩行者はごく自然な歩行動作を行なうだけで済む。
As described above, according to the present invention, when a pedestrian walks in an arbitrary direction on the belt mechanism, the walking motion is measured in a non-contact manner, and the belt mechanism is rotated by the measured angle. Thus, the motion can be offset so that the foot swung obliquely forward of the pedestrian always lands near the center of the belt in the left-right direction. Therefore, the pedestrian need only perform a very natural walking motion.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の概念を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining the concept of the present invention.

【図2】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。
FIG. 2 is a block diagram showing an overall configuration of an embodiment of the present invention.

【図3】この発明の一実施形態の歩行動作を説明するた
めの図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a walking operation according to the embodiment of the present invention.

【図4】この発明の一実施形態の動作を説明するための
フローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of the embodiment of the present invention;

【図5】1次ホールドによる歩行者速度推定値を修正す
る方法を説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining a method of correcting a pedestrian speed estimated value by a primary hold.

【図6】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。
FIG. 6 is a diagram for explaining a method of updating a position in a virtual space.

【図7】歩行面の姿勢制御による斜面の提示方法を説明
するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining a method of presenting a slope by posture control of a walking surface.

【図8】慣性力の擬似的な相殺と生成方法を説明するた
めの図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining a method of pseudo cancellation and generation of inertial force.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 赤外線ランプ 6 磁気式位置姿勢センサ 7 画像提示装置 8,9 計算機 10 駆動装置 11 移動ロボット 12 CCDカメラ 13 マイクロホン 14,17 無線通信機 15,16 アンテナ 21,22 反射シール DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Belt mechanism 2 Pedestrian 3 3-axis walking surface holding mechanism 4 CCD camera 5 Infrared lamp 6 Magnetic position and orientation sensor 7 Image presentation device 8,9 Computer 10 Drive device 11 Mobile robot 12 CCD camera 13 Microphone 14,17 Wireless communication device 15,16 Antenna 21,22 Reflective seal

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−308876(JP,A) 特開 平10−55132(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G09B 9/00 A61H 1/02 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-6-308876 (JP, A) JP-A-10-55132 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G09B 9/00 A61H 1/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 人間による歩行動作から前進移動と進路
変更動作を計測し、歩行による移動を相殺する歩行感覚
生成装置であって、 その上で両足を踏み出して歩行したときに、歩行による
移動を相殺するためのベルト機構、 前記ベルト機構のベルト面を水平面内で回転させる回転
機構、 歩行動作と歩行位置とを非接触で計測する歩行計測手
段、および前記歩行計測手段によって任意方向への歩行
であることが計測されたとき、その任意方向までの角度
だけ前記ベルト機構を前記回転機構によって回転させる
制御手段を備えた、歩行感覚生成装置。
1. A measured forward movement and course change operation from the walking movement by human, a walking sensation generating device to cancel the movement due to walking, when walking taken the feet thereon, a movement by walking A belt mechanism for canceling, a rotating mechanism for rotating a belt surface of the belt mechanism in a horizontal plane, a walking measuring means for measuring a walking operation and a walking position in a non-contact manner, and a walking in an arbitrary direction by the walking measuring means. A walking sensation generation device, comprising: control means for rotating the belt mechanism by the rotation mechanism by an angle up to an arbitrary direction when it is measured.
【請求項2】 前記歩行計測手段は、足先の動きを計測
し、 前記制御手段は、 前記歩行計測手段によって足先の横方向への動きが検出
されたことに応じて、進路変更角度を推定する角度推定
手段と、 前記角度推定手段によって推定された角度だけ前記回転
機構によって前記ベルト機構を回転させて斜め前方に振
り出された足が常にベルトの左右方向の中央付近に着地
させるための回転制御手段とを含む、請求項1に記載の
歩行感覚生成装置。
2. The walking measuring means measures the movement of a toe, and the control means sets a course change angle in response to the lateral movement of the toe being detected by the walking measuring means. Angle estimation means for estimating, and for rotating the belt mechanism by the rotation mechanism by the angle estimated by the angle estimation means, so that the foot swung obliquely forward always lands near the center of the belt in the left-right direction. The walking sensation generation device according to claim 1, further comprising: a rotation control unit.
【請求項3】 前記制御手段は、 前記歩行計測手段によって足先の直進動作が検出された
ことに応じて、歩行者の歩行速度と歩行者位置を推定す
る歩行推定手段と、 前記歩行推定手段による推定に応じて、前記歩行者をベ
ルトの前後方向中央位置で獲得するように前記ベルト機
構を駆動させるベルト機構制御手段とを含む、請求項2
に記載の歩行感覚生成装置。
3. The walking estimating means, wherein the controlling means estimates a walking speed and a pedestrian position of the pedestrian in response to the detection of the straight-ahead movement of the toe by the walking measuring means; And a belt mechanism control means for driving the belt mechanism so as to obtain the pedestrian at a center position in the front-rear direction of the belt according to the estimation by the control unit.
3. The walking sensation generating device according to 1.
【請求項4】 さらに、歩行者に仮想空間または実空間
の画像を提示する画像提示手段を設けるとともに、さら
に前記仮想空間の画像をソフトウェアによって生成して
前記画像提示手段に与える仮想空間生成手段と、前記歩
行者の歩行に連動して遠隔実空間を移動し、実空間の画
像を撮像して前記画像提示手段に与える移動ロボットと
の少なくとも一方を備えた、請求項1に記載の歩行感覚
生成装置。
4. An image presenting means for presenting an image of a virtual space or a real space to a pedestrian, and a virtual space generating means for generating the image of the virtual space by software and giving the image to the image presenting means. The walking sensation generation according to claim 1, further comprising at least one of a mobile robot that moves in a remote real space in conjunction with the walk of the pedestrian, captures an image of the real space, and gives the image to the image presenting means. apparatus.
JP00755099A 1999-01-14 1999-01-14 Walking sensation generator Expired - Fee Related JP3200592B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP00755099A JP3200592B2 (en) 1999-01-14 1999-01-14 Walking sensation generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP00755099A JP3200592B2 (en) 1999-01-14 1999-01-14 Walking sensation generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000206862A JP2000206862A (en) 2000-07-28
JP3200592B2 true JP3200592B2 (en) 2001-08-20

Family

ID=11668917

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP00755099A Expired - Fee Related JP3200592B2 (en) 1999-01-14 1999-01-14 Walking sensation generator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3200592B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109219426A (en) * 2016-06-08 2019-01-15 八乐梦医用床有限公司 Rehabilitation training sub-controlling unit and computer program
US11801010B2 (en) 2017-03-02 2023-10-31 Wataru Wakita Walking sense presentation device and presentation method

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005500912A (en) * 2001-02-27 2005-01-13 アンソロトロニックス インコーポレイテッド Robot apparatus and wireless communication system
JP4581087B2 (en) * 2005-01-31 2010-11-17 国立大学法人九州工業大学 Walking training support device
JP4823858B2 (en) 2006-11-01 2011-11-24 本田技研工業株式会社 Mobility performance test equipment
JP4900953B2 (en) * 2007-05-23 2012-03-21 国立大学法人秋田大学 Traffic vision perception ability inspection system using virtual reality technology
NL1035236C2 (en) * 2008-03-31 2009-10-01 Forcelink B V Device and method for offering target indications for foot placement to persons with a walking disorder.
JP6526367B2 (en) * 2017-03-01 2019-06-05 三菱電機株式会社 Information processing system
JP6926914B2 (en) * 2017-10-05 2021-08-25 トヨタ自動車株式会社 Walking training system and its control method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109219426A (en) * 2016-06-08 2019-01-15 八乐梦医用床有限公司 Rehabilitation training sub-controlling unit and computer program
US11801010B2 (en) 2017-03-02 2023-10-31 Wataru Wakita Walking sense presentation device and presentation method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2000206862A (en) 2000-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Siu et al. Virtual reality without vision: A haptic and auditory white cane to navigate complex virtual worlds
JP5265159B2 (en) Program and game device
JP6355978B2 (en) Program and image generation apparatus
EP3694617B1 (en) Apparatus for use in a virtual reality system
US20080267450A1 (en) Position Tracking Device, Position Tracking Method, Position Tracking Program and Mixed Reality Providing System
JP2020527432A (en) Racing simulation
WO2019203189A1 (en) Program, information processing device, and information processing method
US20110250962A1 (en) System and method for a 3d computer game with true vector of gravity
JP2000516829A (en) Omnidirectional treadmill
JP3200592B2 (en) Walking sensation generator
GB2560004A (en) Virtual reality
US20190204909A1 (en) Apparatus and Method of for natural, anti-motion-sickness interaction towards synchronized Visual Vestibular Proprioception interaction including navigation (movement control) as well as target selection in immersive environments such as VR/AR/simulation/game, and modular multi-use sensing/processing system to satisfy different usage scenarios with different form of combination
TW200303257A (en) Bipedal moving device
WO2015137169A1 (en) Terrain determination device, legged mobile robot, robot system, control method for legged mobile robot, and control method for robot system
JP2923493B1 (en) Walking sensation generator
JPH09138637A (en) Pseudo visibility device
KR20160099075A (en) Image Simulating System, Apparatus for Controlling Platform and Method for Controlling Platform
Bouguila et al. Realizing a new step-in-place locomotion interface for virtual environment with large display system
JP3190026B1 (en) Humanoid robot experience presentation device and master-slave control device
US11107364B2 (en) Method to enhance first-person-view experience
Hilsendeger et al. Navigation in virtual reality with the wii balance board
JPH11153949A (en) Body feeling motion device
JPWO2008132851A1 (en) Entertainment device, computer program, and computer-readable recording medium
JP2015039589A (en) Driving simulation device using mobile terminal, and driving simulation program
Zordan et al. MechVR: A physics-based proxy for locomotion and interaction in a virtual environment

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: 20010605

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees