DE112018001710T5 - Gehhilfssystem, Gehhilfsverfahren und Gehhilfsprogramm - Google Patents

Abstract

Ein Gehassistenzsystem enthält: eine Informationsausgabeeinheit (260); eine Bewegungsdetektionseinheit (220), die eine Bewegung eines Benutzers detektiert; eine Fußaufsetzpositiondetektionseinheit (230), die eine Fußaufsetzposition des Benutzers detektiert; eine Bestimmungseinheit (240), die auf der Basis einer von der Bewegungsdetektionseinheit detektierten Gehbewegung des Benutzers, der von der Fußaufsetzpositiondetektionseinheit detektierten Fußaufsetzposition und Dynamik eine empfohlene Fußaufsetzposition bestimmt, die eine Fußaufsetzposition ist, die zum Stabilisieren einer Gehbewegung des Benutzers geeignet ist; und eine Ausgabesteuereinheit (250), die an die Informationsausgabeeinheit Information ausgibt, die die von der Bestimmungseinheit bestimmte empfohlene Fußaufsetzposition angibt.

Description

• [Technisches Gebiet]
• Die die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehhilfssystem, ein Gehhilfsverfahren und ein Gehhilfsprogramm.
• Es wird die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2017 - 64853 , eingereicht am 29. März 2017, beansprucht, deren Inhalt hiermit unter Bezugnahme aufgenommen wird.
• [Technischer Hintergrund]
• Herkömmlich ist eine Technik bekannt, um Körperbewegungsinformation von einem Benutzer zu erfassen, der auf einer beweglichen Oberfläche eines Laufbands oder dergleichen geht oder läuft, und Zielindikatoren für die Position der Füße auf der bewegbaren Oberfläche anzuzeigen oder eine Wertung in Bezug auf eine Bewegungshaltung auf der Basis der erfassten Körperinformation auszugeben (siehe zum Beispiel Patentliteratur 1 und 2).
• [Zitatliste]
• [Patentliteratur]
• [Patentliteratur 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. 2009-240775
• [Patentliteratur 2] Internationale PCT-Veröffentlichung Nr. WO 2013/129606
• [Zusammenfassung der Erfindung]
• [Technisches Problem]
• In dem Verfahren dieser herkömmlichen Technik könnte die Position, an der die Füße aufsetzen, nicht mit Schritten und zu Zeiten angezeigt werden, die für einen Benutzer geeignet sind. Dementsprechend könnten sich Gehbewegungen eines Benutzers nicht geeignet anleiten lassen.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die im Hinblick auf die vorgenannten Umstände abgestellt ist, ist es, ein Gehhilfssystem, ein Gehhilfsverfahren und ein Gehhilfsprogramm anzugeben, die Gehbewegungen eines Benutzers richtig anleiten können.
• [Lösung für das Problem]
• (1): Ein Gehhilfssystem enthält eine Informationsausgabevorrichtung; einen Bewegungsdetektor, der eine Bewegung eines Benutzers detektiert; einen Fußaufsetzpositiondetektor, der eine Aufsetzposition der Füße des Benutzers detektiert; einen Bestimmer, der auf der Basis von vom Bewegungsdetektor detektierten Gehbewegungen des Benutzers, der vom Fußaufsetzpositiondetektor detektierten Fußaufsetzposition und Dynamik, eine empfohlene Fußaufsetzposition bestimmt, die eine Fußaufsetzposition für die Füße ist, die zum Stabilisieren von Gehbewegungen des Benutzers geeignet ist; und einen Ausgabecontroller, der an die Informationsausgabevorrichtung Information ausgibt, die die vom Bestimmer bestimmte empfohlene Fußaufsetzposition angibt.
• (2): In (1) kann die Dynamik ein Dynamikmodell sein, das ein Inverspendel repräsentierende Bewegungen eines Oberkörpers oder eines Schwerpunkts in der horizontalen Richtung enthält, wobei der Bestimmer auf der Basis einer Gehbewegung des Benutzers, der Fußaufsetzposition und des Dynamikmodells eine empfohlene Fußaufsetzposition des Benutzers bestimmt, derart, dass Bewegungen des Benutzers auf eine vorbestimmte Bewegung konvergieren.
• (3): in (2) kann die vorbestimmte Bewegung ein stetiger Gang sein.
• (4): In einem von (1) bis (3) kann der Bestimmer, im Falle des Fußaufsetzens zu einer gegenwärtigen Zeit, eine empfohlene Fußaufsetzposition kontinuierlich bestimmen.
• (5): In einem von (1) bis (4) kann der Bestimmer eine empfohlene Fußaufsetzposition mittels eines Kennfelds oder eines gemäß tiefem Lernen erhaltenen neuronalen Netzwerks bestimmen.
• (6): In einem von (1) bis (5) kann ferner eine Hilfsvorrichtung enthalten sein, die Bewegungen der Füße des Benutzers unterstützt; und ein Hilfscontroller, der die Füße des Benutzers durch die Hilfsvorrichtung zu der empfohlenen Fußaufsetzposition führt.
• (7): In einem von (1) bis (6) kann ferner ein Orientierungsdetektor enthalten sein, der Orientierungen der Füße des Benutzers in Bezug auf eine Referenzrichtung detektiert, wenn die Füße des Benutzers aufgesetzt haben, wobei der Bestimmer die empfohlene Fußaufsetzposition auf der Basis der vom Orientierungsdetektor detektierten Orientierungen derart bestimmen kann, dass eine Trajektorie eines Schwerpunkts des Körpers des Benutzers in Antwort auf Orientierungen der Füße gedreht wird.
• (8): In einem von (1) bis (7) kann der Bestimmer eine auf Basis der Bewegungsgeschwindigkeit, der Fußaufsetzposition und der Dynamik bestimmte empfohlene Fußaufsetzposition zu einer Position korrigieren, die dem Benutzer näher ist, wenn eine gegenwärtige Bewegungsgeschwindigkeit des Benutzers beschleunigt wird, und die auf der Basis der Bewegungsgeschwindigkeit, der Fußaufsetzposition und der Dynamik bestimmte empfohlene Fußaufsetzposition zu einer Position korrigieren, die vom Benutzer weiter entfernt ist, wenn die gegenwärtige Bewegungsgeschwindigkeit des Benutzers verzögert wird.
• (9): In einem von (1) bis (8) kann ferner ein Bedienungsempfänger enthalten sein, der eine Bedienung von dem Benutzer empfängt, und kann der Bestimmer Anzeigemodi schalten und die empfohlene Fußaufsetzposition auf der Basis von Details einer vom Bedienungsempfänger empfangenen Bedienung bestimmen.
• (10): Ein Gehhilfsverfahren mittels eines Computers enthält: Detektieren einer Bewegung eines Benutzers; Detektieren einer Fußaufsetzposition des Benutzers; Bestimmen einer empfohlenen Fußaufsetzposition, die eine Aufsetzposition der Füße ist, die zum Stabilisieren von Gehbewegungen des Benutzers geeignet ist, auf der Basis von detektierten Gehbewegungen des Benutzers, der detektierten Fußaufsetzposition und Dynamik; und Ausgeben von Information, die die bestimmte empfohlene Fußaufsetzposition angibt, an eine Informationsausgabevorrichtung.
• (11): Ein Gehhilfsprogramm veranlasst einen Computer zum Detektieren einer Bewegung eines Benutzers; Detektieren einer Fußaufsetzposition des Benutzers; Bestimmen einer empfohlenen Fußaufsetzposition, die eine Aufsetzposition der Füße ist, die zum Stabilisieren von Gehbewegungen des Benutzers geeignet ist, auf der Basis von detektierten Gehbewegungen des Benutzers, der detektierten Fußaufsetzposition und Dynamik; und Ausgeben von Information, die die bestimmte empfohlene Fußaufsetzposition angibt, an eine Informationsausgabevorrichtung.
• [Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
• Gemäß (1) bis (5), (10) oder (11) kann das Gehhilfssystem Gehbewegungen eines Benutzers richtig anleiten.
• Gemäß (6) kann das Gehhilfssystem durch eine Unterstützungsvorrichtung die Füße eines Benutzers zu empfohlenen Fußaufsetzpositionen führen. Dementsprechend kann der Benutzer mit seinen Füßen in der Nähe der empfohlenen Fußaufsetzpositionen leicht aufsetzen.
• Gemäß (7) kann ein Benutzer glattgängigen Kurvengang in einer gewünschten Richtung erzielen.
• Gemäß (8) oder (9) kann das Gehhilfssystem empfohlene Fußaufsetzpositionen in einem einem Benutzer zugeordneten Modus anzeigen.
• Figurenliste
• 1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Gehhilfssystem 10 einer ersten Ausführung zeigt.
• 2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Funktionskonfiguration des Gehhilfssystems 10 der ersten Ausführung zeigt.
• 3 ist ein Erläuterungsdiagramm für Dynamik 271.
• 4 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer ZielFußaufsetzposition (Ziel-ZMP) eines stetigen Gangs und einer Gangperiode.
• 5 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines ersten Ausführungsbeispiels eines Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmungsverfahrens.
• 6 ist ein Diagramm zum Beschreiben von empfohlenen Fußaufsetzpositionen basierend auf dem ersten Ausführungsbeispiel.
• 7 ist ein Erläuterungsdiagramm in Bezug auf einen Schritt nach einem nächsten Schritt, der vorläufig für die empfohlene Fußaufsetzposition-Bestimmung gesetzt wird.
• 8 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer anfänglichen Divergenzkomponente eines stetigen Gangs.
• 9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Beziehung zwischen einer Schwerpunktsbewegungsgeschwindigkeit V(t_curr), einer Schwerpunktsposition X(t_curr) und einer gegenwärtigen Divergenzkomponente q(t_curr) zeigt.
• 10 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer parallelen Bewegung einer Fußaufsetzposition.
• 11 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines zweiten Ausführungsbeispiels des Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmungsverfahrens.
• 12 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines dritten Ausführungsbeispiels des Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmungsverfahrens.
• 13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Szene zeigt, die zu einem beliebigen Moment auf einer Anzeige 260 angezeigt wird.
• 14 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Ablaufs eines Empfohlene-Fußaufsetzposition-Anzeigeprozesses der ersten Ausführung zeigt.
• 15 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer sequentiellen Anzeige von empfohlenen Fußaufsetzpositionen zeigt.
• 16 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer zweiten Ausführung eines Gehhilfssystems..
• 17 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer empfohlenen Fußaufsetzposition P_aim zeigt.
• 18 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Funktionskonfiguration eines Gehhilfssystems 10A einer dritten Ausführung zeigt.
• 19 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zum Erhalt von empfohlenen Fußaufsetzpositionen mittels eines neuronalen Netzwerks zeigt.
• 20 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Gehhilfssystem 10B zeigt, das einen Bedienungsempfänger 282 und einen Modusschalter 284 in einer Anzeigevorrichtung 200B enthält.
• [Beschreibung der Ausführungen]
• Nachfolgend werden Ausführungen eines Gehhilfssystems, eines Gehhilfsverfahrens und eines Gehhilfsprogramms der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
• [Erste Ausführung]
• 1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Gehhilfssystem 10 einer ersten Ausführung zeigt. Das Gehhilfssystem 10 enthält zum Beispiel einen Bewegungsinformationsdetektor 100 und eine Anzeigevorrichtung 200. Der Bewegungsinformationsdetektor 100 detektiert Information über eine Bewegung (zum Beispiel eine Schrittbewegung) eines Benutzers P. Der Bewegungsinformationsdetektor 100 enthält zum Beispiel einen Oberkörperinformationsdetektor 110 und einen Fußinformationsdetektor 120. Der Oberkörperinformationsdetektor 110, der Fußinformationsdetektor 120 und die Anzeigevorrichtung 200 sind miteinander derart verbunden, dass sie zum Beispiel verdrahtet oder drahtlos kommunizieren können.
• Zumindest ein Oberkörperinformationsdetektor 110 ist am Oberkörper des Benutzers P angebracht, der das Gehhilfssystem 10 benutzt. Der Oberkörperinformationsdetektor 110 kann zum Beispiel einen Beschleunigungssensor oder einen Winkelbeschleunigungssensor enthalten, und die Position, Geschwindigkeit und Orientierung des Oberkörpers des Benutzers P durch Ausführung eines vorbestimmten Berechnungsprozesses wie etwa einer Strapdown-Methode, auf der Basis von Detektionsergebnissen des Sensors und des Winkelbeschleunigungssensors detektieren. Zumindest ein Fußinformationsdetektor 120 ist an den linken und rechten Füßen des Benutzers P angebracht. Der Fußinformationsdetektor 120 kann zum Beispiel einen Beschleunigungssensor und einen Winkelbeschleunigungssensor und die Positionen, Geschwindigkeiten und Orientierungen der linken und rechten Füße des Benutzers P durch Ausführung eines vorbestimmten Rechenprozesses wie etwa einer Strapdown-Methode auf der Basis von Detektionsergebnissen des Beschleunigungssensors und des Winkelbeschleunigungssensors detektieren.
• Die Anzeigevorrichtung 200 ist zum Beispiel eine Augmented Reality (AR)-Vorrichtung, die zusätzliche Information anzeigt, die auf einen vom Benutzer P visuell erkannten realen Raum aufgelagert wird. Die Anzeigevorrichtung 200 kann ein Virtual Reality (VR)-Vorrichtung sein, die eine virtuelle Realität anzeigt. Die Anzeigevorrichtung 200 ist zum Beispiel eine brillenartige Anzeige oder am Kopf angebrachte Anzeige, die am Kopf des Benutzers P angebracht ist. Die Anzeigevorrichtung 200 bestimmt empfohlene Fußaufsetzpositionen der Füße des Benutzers P auf der Basis der vom Oberkörperinformationsdetektor 110 und Fußinformationsdetektor 120 detektierten Beschleunigungen und Orientierungen, und gibt Information aus, die den bestimmten empfohlenen Fußaufsetzpositionen entspricht.
• 2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Funktionskonfiguration des Gehhilfssystems 10 der ersten Ausführung zeigt. Der Oberkörperinformationsdetektor 110 enthält zum Beispiel eine Kommunikationseinrichtung 111, einen Beschleunigungssensor 112 und einen Winkelgeschwindigkeitssensor 113. Der Beschleunigungssensor 112 detektiert eine Beschleunigung des Oberkörpers des Benutzers P. Der Winkelgeschwindigkeitssensor 113 detektiert eine Winkelgeschwindigkeit (zum Beispiel Neigung) des Oberkörpers des Benutzers P. Der Oberkörperinformationsdetektor 110 leitet die Position, Geschwindigkeit und Orientierung des Oberkörpers des Benutzers P auf der Basis der vom Beschleunigungssensor 112 und dem Winkelgeschwindigkeitssensor 113 detektierten Information her. Die Kommunikationseinrichtung 111 enthält eine Kommunikationsschnittstelle zur Durchführung einer Kommunikation zwischen den Vorrichtungen durch ein verdrahtetes oder drahtloses Netzwerk und kommuniziert mit einer Kommunikationseinrichtung 121 der Anzeigevorrichtung 200. Die Kommunikationseinrichtung 111 gibt die vom Oberkörperinformationsdetektor 110 hergeleitete Position, Geschwindigkeit und Orientierung des Oberkörpers des Benutzers P an die Kommunikationseinrichtung 121 aus.
• Der Fußinformationsdetektor 120 enthält Fußinformationsdetektoren 120-1 und 120-2, die an den linken und rechten Beinen des Benutzers P angebracht sind. Jeder der Fußinformationsdetektoren 120-1 und 120-2 enthält eine Kommunikationseinrichtung 121, einen Beschleunigungssensor 122 und einen Winkelgeschwindigkeitssensor 123. Der Beschleunigungssensor 122 detektiert eine Beschleunigung des Fußes, an dem er angebracht ist. Der Winkelgeschwindigkeitssensor 123 detektiert eine Winkelgeschwindigkeit des Fußes, an dem er angebracht ist. Der Fußinformationsdetektor 120 leitet die Positionen, Geschwindigkeiten und Orientierungen der Füße des Benutzers P auf der Basis der vom Beschleunigungssensor 122 und dem Winkelgeschwindigkeitssensor 123 detektierten Information her. Die Kommunikationseinrichtung 121 enthält eine Kommunikationsschnittstelle zur Durchführung von Kommunikation zwischen den Vorrichtungen durch ein verdrahtetes oder drahtloses Netzwerk und kommuniziert mit der Kommunikationseinrichtung 121 der Anzeigevorrichtung 200. Die Kommunikationseinrichtung 121 gibt an die Kommunikationseinrichtung 121 die von dem Fußinformationsdetektor 120 hergeleiteten Positionen, Geschwindigkeiten und Orientierungen der Füße des Benutzers P aus.
• Der Bewegungsinformationsdetektor 100 kann, als andere Variante, zum Beispiel eine Kameravorrichtung enthalten, die eine Bewegung des Benutzers P aufnimmt. In diesem Fall erfasst der Bewegungsinformationsdetektor Aufnahmedaten in Bezug auf den Benutzer P von der in der Außenumgebung installierten Kameravorrichtung, und detektiert die Positionen und Orientierung des Oberkörpers und der Füße des Benutzers P auf der Basis der erfassten Aufnahmedaten. Der Bewegungsinformationsdetektor 100 kann, als andere Variante, auch ein Gelenkwinkelsensor sein, der an jeweiligen Gelenken (zumindest Hüftgelenk und Knie) des Benutzers P angebracht ist. Der Bewegungsinformationsdetektor 100 kann, als andere Variante, auch ein Haltungssensor sein, der einen Beschleunigungssensor und einen Winkelgeschwindigkeitssensor (und einen geomagnetischen Sensor) enthält, der an jeweiligen Körperteilen des Benutzers P angebracht ist, wie etwa dem Bein, dem Oberschenkel und Oberkörper. Der Bewegungsinformationsdetektor 100 kann als andere Variante ein magnetischer relativer Positionssensor sein, der eine relative Positionsbeziehung zwischen dem Oberkörper und den Füßen des Benutzers durch eine am Oberkörper des Benutzers P angebracht Magnetfelderzeugungsvorrichtung und einen an den Füßen des Benutzers P angebrachten Magnetsensor detektiert. Der Bewegungsinformationsdetektor 100 kann auch eine Kombination von allen oder einigen der oben beschriebenen Varianten sein.
• Die Anzeigevorrichtung 200 enthält zum Beispiel eine Kommunikationseinrichtung 210, einen Schwerpunktposition/Geschwindigkeitsdetektor 220, einen Fußaufsetzposition/Orientierungsdetektor 230, einen Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240, einen Anzeigecontroller 250, eine Anzeige 260 und einen Speicher 270. Der Schwerpunktposition/Geschwindigkeitsdetektor 220, der Fußaufsetzposition/Orientierungsdetektor 230, der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 und der Anzeigecontroller 250 sind zum Beispiel durch einen Hardwareprozessor analysiert, wie etwa eine zentrale Prozessoreinheit (CPU), die ein Programm (Software) ausführt. Alle oder einige dieser Komponenten können auch durch Hardware (Schaltungsteil einschließlich einer Schaltung) realisiert werden, wie etwa einer Large Scale Integration (LSI)-Schaltung, eine anwenderspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein feldprogrammierbares Gate Array (FPGA) und eine Graphikprozessoreinheit (GPU), oder kann gemeinsam durch Software und Hardware realisiert werden. Das Programm kann in einer Speichervorrichtung wie etwa einem Festplattenlaufwerk (HDD) oder einen Flashspeicher vorab gespeichert sein oder kann in einem separaten Speichermedium wie etwa einer DVD oder einer CD-ROM gespeichert sein und in dem Speicher installiert werden, wenn das Speichermedium in ein Laufwerk eingesetzt wird. Eine Kombination des Bewegungsinformationsdetektors 100 und des Schwerpunktposition/Geschwindigkeitsdetektors 220 ist ein Beispiel eines „Bewegungsdetektors“. Der Fußaufsetzposition/Orientierungsdetektor 230 ist ein Beispiel eines „Fußaufsetzpositionsdetektors“ und eines „Orientierungsdetektors“. Der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 ist ein Beispiel eines „Bestimmers“. Der Anzeigecontroller 250 ist ein Beispiel eines „Ausgabecontrollers“. Die Anzeige 260 ist ein Beispiel einer „Informationsausgabevorrichtung“.
• Die Kommunikationseinrichtung 210 enthält eine Kommunikationsschnittstelle zur Durchführung von Kommunikation zwischen den Vorrichtungen durch ein verdrahtetes oder drahtloses Netzwerk, und kommuniziert mit der Kommunikationseinrichtung 111 des Oberkörperinformationsdetektors 110 und der Kommunikationseinrichtung 121 des Fußinformationsdetektors 120.
• Der Schwerpunktposition/Geschwindigkeitsdetektor 220 detektiert eine Schwerpunktposition und eine Geschwindigkeit des Benutzers P auf der Basis der vom Oberkörperinformationsdetektor 110 im Bewegungsinformationsdetektor 100 und Geschwindigkeit des Oberkörpers und der von den Fußinformationsdetektoren 120-1 und 120-2 in dem Bewegungsinformationsdetektor 100 detektierten Positionen und Geschwindigkeiten der linken und rechten Füße. Zum Beispiel setzt der Schwerpunktposition/Geschwindigkeitsdetektor 220 gewichtete Mittelwerte der Position und Geschwindigkeit jedes von jedem Detektor erfassten Teils als Schwerpunktposition und Geschwindigkeit. Wenn sich der Oberkörperinformationsdetektor 110 in der Nähe des Schwerpunkts des Benutzers P befindet, kann der Schwerpunktposition/Geschwindigkeitsdetektor 220, als Schwerpunktbewegungsgeschwindigkeit eine Bewegungsgeschwindigkeit setzen, die durch Ausführen eines Integraloperationsprozesses an vom Oberkörperinformationsdetektor 110 detektierten Beschleunigungen berechnet wird. Der Schwerpunktposition/Geschwindigkeitsdetektor 220 kann eine Schwerpunktposition berechnen, indem er einen Integraloperationsprozess an der Schwerpunktbewegungsgeschwindigkeit durchführt.
• Der Fußaufsetzposition/Orientierungsdetektor 230 detektiert Fußaufsetzpositionen und Orientierungen der Füße in einem Schritt (Körperbewegung während des Gangs) des Benutzers P. Insbesondere detektiert der Fußaufsetzposition/Orientierungsdetektor 230 eine Zeit, zu der eine vom Beschleunigungssensor 122 erfasste Beschleunigung eine Spitze angibt, zum Beispiel als Zeit, zu der ein Fuß des Benutzers aufsetzt. Der Fußaufsetzposition/Orientierungsdetektor 230 berechnet eine Fußaufsetzposition aus Positionen der Füße des Benutzers P zu den Fußaufsetzzeiten. Der Fußaufsetzposition/Orientierungsdetektor 230 detektiert Orientierungen der Füße in Bezug auf eine Referenzrichtung zu der Fußaufsetzzeit als Fußaufsetzorientierungen. Der Fußaufsetzposition/Orientierungsdetektor 230 speichert die detektierten Fußaufsetzpositionen und Orientierungen der Füße in dem Speicher 270 als Fußaufsetzposition/Orientierungsinformation 272.
• Der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 bestimmt dem Benutzer P zu empfehlende Fußaufsetzpositionen auf der Basis einer vom Schwerpunktposition/Geschwindigkeitsdetektor 220 detektierten Schwerpunktbewegungsgeschwindigkeit des Benutzers P, vom Fußaufsetzposition/Orientierungsdetektor 230 detektierten Positionen und Orientierungen der Füße des Benutzers P, und im Speicher 270 gespeicherter Dynamik 271. Die Dynamik 271 ist zum Beispiel eine Dynamik, die mittels eines linearen Inverspendels einen Schritt modelliert, wenn eine Person in Bewegung ist. Funktionen des Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmers 240 werden im Detail später beschrieben.
• Der Anzeigecontroller 250 steuert Funktionen in Bezug auf die Bildanzeige der Anzeigevorrichtung 200. Insbesondere steuert der Anzeigecontroller 250 die Anzeige 260 derart, dass die Anzeige 260 Information, die eine vom Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 bestimmte empfohlene Fußaufsetzposition angibt, als vorbestimmte Zeitgebung anzeigt. Die eine empfohlen Fußaufsetzposition angebende Information ist zum Beispiel ein Objektbild, das eine vorbestimmte Form oder dergleichen, wie etwa eine Fußform, eine rechteckige Form, eine Kreisform oder eine ovale Form enthält. Zum Beispiel kann eine vorbestimmte Farbe oder Form zu dem Objektbild hinzugefügt werden. Die vorbestimmte Zeitgebung ist zum Beispiel eine Zeitgebung basierend auf einer vergangenen Gangperiode des Benutzers P. Die vorbestimmte Zeitgebung kann eine Zeit sein, zu der ein Fuß vermutlich von dem Boden gelöst wird, oder eine Zeitgebung, zu der eine vom Winkelgeschwindigkeitssensor 113 des Oberkörperinformationsdetektors 110 erhaltene Neigung des Oberkörpers eine Neigung eingenommen hat, die gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist. Die Zeitgebung, zu der ein Fuß vermutlich vom Boden gelöst wird, ist zum Beispiel eine Zeit, zu der eine vom Beschleunigungssensor 122 des Fußinformationsdetektors 120 erfasste Beschleunigung gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert aufwärts wird. Die vorbestimmte Zeitgebung kann eine vorbestimmte Periode sein. Die vorbestimmte Periode kann zum Beispiel eine gesamte Periode oder die letzte Hälfte einer Schwingphase sein.
• Die Anzeige 260 zeigt ein Objektbild, das eine empfohlene Fußaufsetzposition angibt, auf einer Anzeige zum Beispiel auf der Basis der Steuerung des Anzeigecontrollers 250 an. Die Anzeige 260 kann das Objektbild zum Beispiel zweidimensional auf einem durchlässigen Display anzeigen, oder kann das Objektbild mittels eines 3D-Displays aus polarisierten Gläsern oder Flüssigkristallverschlussgläsern oder dergleichen dreidimensional anzeigen. Ein spezifisches Beispiel eines Objektsbilds, das auf einem Bildschirm der Anzeige 260 angezeigt wird, wird später beschrieben.
• Der Speicher 270 enthält zum Beispiel ein HDD, einen Flashspeicher, einen elektronisch löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EEPROM), einen Festwertspeicher (ROM), einen Direktzugriffspeicher (RAM) oder dergleichen, und speichert verschiedene Programme, die von einem Prozessor wie etwa einer in der Anzeigevorrichtung 200 enthaltenen CPU ausgeführt werden sollen, wie etwa Firmware und Anwenderprogramme, Ergebnisse eines von dem Prozessor ausgeführten Prozesses und dergleichen. Zum Beispiel sind die Dynamiken 271 der Fußaufsetzposition/Orientierungsinformation 272 in dem Speicher 270 gespeichert. Fußaufsetzposition/Orientierungsinformation 272 ist zum Beispiel Fußaufsetzpositionen und Orientierungen der Füße, die mehreren vorherigen Schritten entsprechen, die von dem Fußaufsetzposition/Orientierungsdetektor 230 detektiert wurden.
• <Betreffend Dynamik 271>
• Hier wird die in der vorliegenden Ausführung angewendete Dynamik 271 beschrieben. 3 ist ein Diagramm zur Beschreibung der Dynamik 271. Die Dynamik 271 verwendet zum Beispiel ein lineares Inverspendel mit einer konstanten Materialpunkthöhe als Mensch-Dynamikmodell. Es sei angenommen, dass eine horizontale Position des Inverspendelmaterialpunkts eine horizontale Position eines jeweiligen Punkts, der zum Oberkörper fest ist, oder eine horizontale Position eines festen Schwerpunkts repräsentiert. Es sei angenommen, dass eine Bewegung auf einer Sagittalebene und eine Bewegung an einer Lateralfläche voneinander unabhängig sind. Es sei angenommen, dass eine Nullmomentpunkt (ZMP)-Position auf eine Fußaufsetzposition gesetzt wird (insbesondere einen Bodenprojektionspunkt des Knöchels eines aufsetzenden Beins).
• Wenn hier die horizontale Position des Inverspendels auf X_pend gesetzt ist, die Höhe (konstanter Wert) des Inverspedels auf h gesetzt ist, die ZMP-Position auf x_ZMP gesetzt ist, und Wertbeschleunigungskonstante auf g gesetzt ist, ergibt sich eine Beziehung des Ausdrucks (1) zwischen einer Bewegung des Materialpunkts des linearen Inverspendels und der ZMP-Position.
  [Math. 1] $${\ddot{x}}_{pend}=\frac{g}{h}\left(x_{pend}-x_{ZMP}\right)$$

  
• Die zwei schwarzen Punkte, die auf dem Element am linken Term von Ausdruck (1) angegeben sind, repräsentieren einen Ableitungswert zweiter Ordnung. Wenn ein positiver Eigenwert des Inverspendels auf λ₀ gesetzt ist, ergibt sich λ₀ durch Ausdruck (2).
  [Math. 2] $${\lambda }_0=\sqrt{g/h}$$

  
• Hier werden vorläufige Werte p und q bestimmt und nach Ausdruck (3) repräsentiert.
  [Math. 3] $$\left(\begin{array}{c}p\\ q\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}1& -1/{\lambda }_0\\ 1& 1/{\lambda }_0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}_{pend}\\ {\dot{x}}_{pend}\end{array}\right)$$

  
• Im Ausdruck (3) repräsentiert ein schwarzer Punkt, der auf dem unteren Element unter den Elementen des Spaltenvektors des rechten Terms angegeben ist, einen Ableitungswert. Ausdruck (3) wird mittels der vorläufigen Werte p und q in Ausdruck (4) umgewandelt.
  [Math.. 4] $$\frac{d}{dt}\left(\begin{array}{c}p\\ q\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}-{\lambda }_0& 0\\ 0& {\lambda }_0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}p\\ q\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}{\lambda }_0\\ -{\lambda }_0\end{array}\right)x_{ZMP}$$

  
• Wenn x_ZMP ein konstanter Wert x_{ZMP_C} ist, ist eine allgemeine Lösung der Ausdruck (5).
  [Math. 5] $$\left(\begin{array}{c}p\\ q\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{C}_1{e}^{-{\lambda }_{0}t}+x_{ZMP\_c}\\ C_2{e}^{{\lambda }_{0}t}+x_{ZMP\_c}\end{array}\right)$$

  
• Hier sind C1 und C2 beliebige Konstanten. Das heißt, wenn die Zeitkonstanten 1/λ₀ sind, konvergiert p auf eine Inverspendel-Stützpunktposition x_{ZMP_C} und divergiert q. Aufgrund dieser Eigenschaften wird p Konvergenzkomponente genannt und wird q Divergenzkomponente genannt. Da die Konvergenzkomponente p natürlich auf die Stützpunktposition konvergiert, wird angenommen, dass die Konvergenzkomponente p ignoriert wird und nur die Divergenzkomponente q für Abbruchbedingungen berücksichtigt wird.
• Dann erhält man Ausdruck (6) gemäß Ausdruck (4).
  [Math. 6] $$q\left(t\right)=e^{{\lambda }_{0}t}q\left(0\right)-{\lambda }_0{e}^{{\lambda }_{0}t}{\displaystyle {\int }_0^{\tau }{e}^{-{\lambda }_0\tau }}{x}_{ZMP}\left(\tau \right)d\tau$$

  
• Das heißt, die Divergenzkomponente q enthält einen Divergenzkomponenten-Anfangswertterm und einen Ziel-ZMP-Term. Wenn ein Ziel-ZMP gleich 0 ist, wird sichergestellt, dass die Divergenzkomponente q zu einer beliebigen Zeit zum e^λ0Ta-fachen nach Ta (Ta ≥ 0) Sekunden nach der beliebigen Zeit wird. Dies wird „Eigenschaft 1“ genannt.
• Nun wird ein stetiger Gang basierend auf den Bedingungen der vorgenannten Eigenschaft 1 betrachtet. Der stetige Gang ist eine endliche Bewegung (zwei aufeinanderfolgende Schritte) und ist ein Gang, in der eine relative Positionsbeziehung und eine relative Geschwindigkeit zwischen jedem Fuß und dem Inverspendel kontinuierlich werden, wenn eine Bewegung eines Gangs wiederholt wird. Der stetige Gang ist zum Beispiel ein Gang, in dem die relative Positionsbeziehung zwischen jedem Fuß des Benutzers P und dem Inverspendel sowie eine Änderungsrate der relativen Positionsbeziehung (d.h. relative Geschwindigkeit) in einer Anfangsstufe mit jenen am Ende konsistent sind. Wenn jede Fußaufsetzposition und Orientierung und eine Ziel-ZMP-Trajektorie gesetzt sind, wird primär eine Trajektorie eines einfachen Inverspendelmodells des Dauerzustands bestimmt.
• Der stetige Gang ist ein Gang, in dem periodische Bewegungen kontinuierlich erzeugt werden, mit der Ausnahme von Bewegungsbeträgen auf dem globalen Koordinatensystem, durch abwechselnde Wiederholung der Erzeugung eines zweischrittigen Gangs (nachfolgend wird der erste Schritt als „erster stetiger Gang“ bezeichnet, und wird der zweite Schritt als „zweiter stetiger Gang“ bezeichnet). Das heißt, ein Anfangszustand und ein Endzustand des stetigen Gangs müssen miteinander konsistent sein, außer für die Positionen und Orientierung auf dem globalen Koordinatensystem. Nachfolgend wird diese Bedingung „Stetiger-Gang-Kontinuitätsbedingung“ genannt.
• 4 ist ein Programm zum Beschreiben einer Zielfußaufsetzposition (Ziel-ZMP) eines stetigen Gangs und einer Gangperiode. Die horizontale Achse von 4 repräsentiert Zeit und die vertikale Achse repräsentiert eine ZMP-Position. Wenn eine Ziel-ZMP in einer Periode von Zeit 0 bis zur Zeit t gleich 1 ist, wird der Einfluss der Ziel-ZMP in dieser Periode auf eine Divergenzkomponente zur Zeit T auf R(T). Wenn hier X_ZMP(t) = 1, wird R(t) durch Gleichung (7) gemäß Ausdruck (6) repräsentiert.
  [Math. 7] $$\begin{array}{c}R\left(T\right)=-{\lambda }_0{e}^{{\lambda }_{0}T}{\displaystyle {\int }_0^T{e}^{-{\lambda }_0\tau }d\tau }\\ =-e^{{\lambda }_{0}T}\left(1-e^{-{\lambda }_{0}T}\right)\end{array}$$

  
• Wenn hier die Anfangszeit auf 0 gesetzt ist, eine Periode des ersten stetigen Gangs auf T_cyc1 gesetzt ist, eine Periode des zweiten stetigen Gangs auf T_cyc2 gesetzt ist, ein Ziel-ZMP des ersten stetigen Gangs auf X_ZMP1 gesetzt ist, und eine Ziel-ZMP des zweiten stetigen Gangs auf X_ZMP2 gesetzt ist, wie in 4 mit einer Ziel-ZMP-Trajektorie angegeben, wird ein Wert des Einflusses des Ziel-ZMP des ersten stetigen Gangs auf eine Divergenzkomponente am Ende des zweiten stetigen Gangs zum e^λ0T2 -fachen eines Werts des Einflusses des Ziel-ZMP des ersten stetigen Gangs an einer Divergenzkomponente am Ende des ersten stetigen Gangs gemäß der vorgenannten „Eigenschaft 1“. Dementsprechend wird ein Wert q_cyc ^zmp des Einflusses der Ziel-ZMP-Trajektorie der gesamten Periode auf eine Divergenzkomponente am Ende des stetigen Gangs so, wie mit Ausdruck (8) repräsentiert.
  [Math. 8] $$q_{cyc}^{ZMP}=e^{{\lambda }_0{T}_2}{x}_{ZMP1}R\left(T_1\right)+x_{ZMP2}R\left(T_2\right)$$

  
• Eine Divergenzkomponente q(t_E ) zur Endzeit des stetigen Gangs ist so, wie mit Ausdruck (9) gemäß den Ausdrücken (6) bis (8) repräsentiert.
  [Math. 9] $$q\left(t_E\right)=e^{{\lambda }_0{t}_E}q\left(0\right)+q_{cyc}^{ZMP}$$

  
• Das heißt, eine End-Divergenzkomponente eines stetigen Gangs kann auf der Basis einer anfänglichen Divergenzkomponente und einer ZMP-Trajektorie analytisch erhalten werden. Eine anfängliche Divergenzkomponente eines stetigen Gangs kann aus den vorgenannten Ausdrücken und der Stetiger-Gang-Kontinuitätsbedingung analytisch erhalten werden.
• <Erstes Ausführungsbeispiel des Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmungsverfahrens>
• Nun wird ein erstes Ausführungsbeispiel eines Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmungsverfahrens in dem Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 im Detail beschrieben. Zunächst werden Begriffe und Symbole definiert, die in der folgenden Beschreibung verwendet werden. „Eine Periode eines Schritts“ ist eine Periode vom Aufsetzen eines Beins bis zum Aufsetzen des anderen Beins. Ein ab dem letzten Aufsetzen beginnender Schritt wird als „gegenwärtiger Schritt“ bezeichnet und durch „Curr.“ abgekürzt. Ein Schritt vor dem gegenwärtigen Schritt wird als „vorheriger Schritt“ bezeichnet und mit „B1.“ abgekürzt. Ferner wird ein Schritt vor dem vorherigen Schritt als „vorletzter Schritt“ bezeichnet und mit „B2“ abgekürzt. Ein Schritt nach dem gegenwärtigen Schritt wird als „nächster Schritt“ bezeichnet und mit „N1“ abgekürzt. Ferner wird ein nächstfolgender Schritt als „übernächster Schritt“ bezeichnet und mit „N2“ abgekürzt. Ferner wird ein nächstanschließender Schritt als „zweiter übernächster Schritt“ bezeichnet und mit „N3“ abgekürzt. Ferner wird ein nächstanschließender Schritt als „dritter übernächster Schritt Schritt“ bezeichnet und mit „N4“ abgekürzt. Eine Fußaufsetzposition in der Anfangsstufe eines Gangs wird als „Fußaufsetzposition des Gangs“ bezeichnet. Eine Orientierung des Aufsetzens (Orientierung eines aufgesetzten Fußes) in einer Anfangsstufe eines Gangs wird als „Orientierung des Aufsetzens des Gangs“ bezeichnet. Fußaufsetzpositionen des vorletzten Schritts (B2), des vorherigen Schritts (B1), des gegenwärtigen Schritts (Curr), des nächsten Schritts (N1), des übernächsten Schritts (N2), des zweiten übernächsten Schritts (N3) und des dritten übernächsten Schritts (N4) werden mit „P(B2), P(B1), P(Curr), P(N1), P(N2), P(N3), P(N4)“ bezeichnet.
• Fußaufsetzorientierungen des vorletzten Schritts (B2), des vorherigen Schritts (B1), des gegenwärtigen Schritts (Curr), des nächsten Schritts (N1), des übernächsten Schritts (N2), des zweiten übernächsten Schritts (N3) und des dritten übernächsten Schritts (N4) werden mit „S(B2), S(B1), S(Curr), S(N1), S(N2), S(N3), S(N4)“ bezeichnet. Perioden (Schrittzeiten) des vorletzten Schritts (B2), des vorherigen Schritts (B1), des gegenwärtigen Schritts (Curr), des nächsten Schritts (N1), des übernächsten Schritts (N2) und des zweiten übernächsten Schritts (N3) werden mit „T(B2), T(B1), T(Curr), T(N1), T(N2), T(N3)“ bezeichnet.
• 5 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines ersten Ausführungsbeispiels des Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmungsverfahrens. Die horizontale Achse von 5 repräsentiert die Zeit, und die vertikale Achse repräsentiert eine ZMP (Fußaufsetzposition). 5 repräsentiert ein Beispiel einer vergangenen ZMP-Trajektorie und einer Ziel-ZMP-Trajektorie, die ab der gegenwärtigen Zeit gesetzt werden soll. Obwohl die Ziel-ZMP-Trajektorie in 5 als eindimensionale Trajektorie dargestellt ist, wird in der Praxis die Ziel-ZMP-Trajektorie als zweidimensionale oder dreidimensionale Trajektorie dargestellt.
• 6 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer empfohlenen Fußaufsetzposition basierend auf dem ersten Ausführungsbeispiel. Im Beispiel von 6 sind die Fußaufsetzpositionen und Orientierungen des Schritts vor dem letzten (B2), des vorherigen Schritts (B1), des gegenwärtigen Schritts (Curr) und des nächsten Schritts (N1) mittels einer rechteckigen Form dargestellt.
• Zuerst erfasst der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 Fußaufsetzpositionen (P(B2), P(B1) und P(Curr)), Gangfußaufsetzorientierungen (S(B2), S(B1) und S(Curr)) und Gangperioden (T(B2), T(B1) und T(Curr)) des vorletzten Schritts (B2), des vorherigen Schritts (B1) und des gegenwärtigen Schritts (Curr) durch den Fußinformationsdetektor 120. In der vorliegenden Ausführung ist die Periode T(Curr) des gegenwärtigen Schritts eine Zeit ab der letzten Aufsetzzeit bis zur gegenwärtigen Zeit, wie in 5 gezeigt. Dann bestimmt der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 die Fußaufsetzposition P(N1) und Orientierung S(N1) des nächsten Schritts (N1) auf der Basis der Gangfußaufsetzpositionen (P(B2), P(B1) und P(Curr)) und der Gangfußorientierungen (S(B2), S(B1) und S(Curr)).
• Insbesondere bestimmt der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 die Fußaufsetzposition P(N1) und die Orientierung S(N1) des nächsten Schritts N1 derart, dass der vorletzte Schritt B2, der vorherige Schritt B1 und der gegenwärtige Schritt Curr und der nächste Schritt N1 zu einem stetiger Gang werden. Zum Beispiel bestimmt der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 die Fußaufsetzposition und die Orientierung des nächsten Schritts N1, so dass die Fußaufsetzposition und die Orientierung des nächsten Schritts N1 basierend auf der Fußaufsetzposition und der Orientierung des gegenwärtigen Schritts Curr mit der Fußaufsetzposition und der Orientierung des vorangehenden Schritts P1 basierend auf der Fußaufsetzposition und Orientierung des vorletzten Schritts B2 konsistent sind. Der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 kann, auf der Basis der vom Fußaufsetzposition/Orientierungsdetektor 230 detektierten Orientierungen, die empfohlenen Fußaufsetzpositionen derart bestimmen, dass die Trajektorie des Schwerpunkts des Körpers des Benutzers P sich in Antwort auf Orientierungen der Füße dreht. Dementsprechend kann ein glatter Kurvengang in einer vom Benutzer P gewünschten Richtung durchgeführt werden.
• 7 ist ein Diagramm zum Beschreiben von Schritten ab dem übernächsten Schritt, die vorläufig für die empfohlene Fußaufsetzposition-Bestimmung gesetzt werden. Im Beispiel von 7 sind die Fußaufsetzpositionen und Orientierungen des übernächsten Schritts N2 und des zweiten übernächsten Schritts N3 mittels einer rechteckigen Form dargestellt. Der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 bestimmt die Fußaufsetzpositionen P(N2) und P(N3) und die Orientierungen S(N2) und S(N3) derart, dass der gegenwärtige Schritt Curr, der nächste Schritt N1, der übernächste Schritt N2 und der zweite übernächste Schritt N3 zu den gleichen stetigen Gängen werden wie der vorletzte Schritt B2, der vorherige Schritt B1, der gegenwärtige Schritt Curr und der nächste Schritt N1. Das heißt, der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 bestimmt die Fußaufsetzpositionen und die Orientierungen der Schritte N2 und N3 derart, dass relative Positionsbeziehungen der Fußaufsetzpositionen und Orientierungen der Schritte B2, B1, Curr und N1 mit relativen Beziehungen der Fußaufsetzpositionen und Orientierungen der Schritte Curr, N1, N2 und N3 konsistent sind.
• Ferner macht der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 die Periode T(N1) des nächsten Schritts N1 mit der Periode T(B1) des vorherigen Schritts B1 konsistent, und macht die Periode T(N2) des übernächsten Schritts N2 mit der Periode T(Curr) des gegenwärtigen Schritts Curr konsistent, wie in 5 gezeigt. Daher ist es möglich, richtige empfohlene Fußaufsetzpositionen gemäß der Asymmetrie der linken und rechten Fußaufsetzzeiten des Benutzers P anzuzeigen. Daher wird es möglich, empfohlene Fußaufsetzpositionen zu richtigen Zeiten gemäß Zuständen der Füße anzuzeigen, obwohl ein Fuß des Benutzers P verletzt oder gelähmt ist. Der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 kann die Periode T(N2) des übernächsten Schritts N2 mit der Periode T(B2) des vorletzten Schritts B2 konsistent machen. Alternativ kann der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 die Periode T(N2) des übernächsten Schritts N2 auf eine Periode zwischen der Periode T(Curr) des gegenwärtigen Schritts Curr und der Periode T(B2) des vorletzten Schritts B2 setzen.
• Der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 erhält eine Anfangs-Divergenzkomponente q_cyc_init eines stetigen Gangs gemäß dem gegenwärtigen Schritt Curr, dem nächsten Schritt N1, dem übernächsten Schritt N2 und dem zweiten übernächsten Schritt N3. 8 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Anfangs-Divergenzkomponente eines stetigen Gangs. Der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 bestimmt eine Anfangs-Divergenzkomponente eines stetigen Gangs basierend auf der Fußaufsetzposition und der Orientierung (Koordinatinatensystem O-X-Y von 8) des nächsten Schritts N1 als die Anfangs-Divergenzkomponente q_cyc_init des stetigen Gangs. Insbesondere erhält der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 die Anfangs-Divergenzkomponente q_cyc_init mittels der Dynamik 271, so dass die Anfangs-Divergenzkomponente q_cyc_init basierend auf der Fußaufsetzposition und der Orientierung des nächsten Schritts N1 mit einer Anfangs-Divergenzkomponente q_cyc_init‘ basierend auf der Fußaufsetzposition/Orientierung (Koordinatinatensystem O'-X'-Y' von 7) des zweiten übernächsten Schritts N3 konsistent ist. Der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 kann eine Anfangs-Inverspendel-Materialpunkposition und Geschwindigkeit des stetigen Gangs derart erhalten, dass die Stetiger-Gang-Kontinuitätsbedingung erfüllt ist, und die Anfangs-Divergenzkomponente q_cyc_init des stetigen Gangs aus dem erhaltenen Ergebnis erhalten.
• Der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 erfasst eine gegenwärtige Schwerpunktbewegungsgeschwindigkeit V(t_curr) und Schwerpunktposition X(t_curr) zum Beispiel durch den Schwerpunktposition/Geschwindigkeitsdetektor 220. Dann erhält der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 eine gegenwärtige Divergenzkomponente q(t_curr) gemäß „q(t_curr) = x(t_curr) + v(t_curr)/ λ₀“ auf der Basis der Schwerpunktbewegungsgeschwindigkeit V(t_curr) und der Schwerpunktposition X(t_curr). 9 zeigt ein Beispiel einer Beziehung zwischen der Schwerpunktbewegungsgeschwindigkeit V(t_curr), der Schwerpunktposition X(t_curr) und der gegenwärtigen Divergenzkomponente q(t_curr).
• Der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 führt eine parallele Bewegung der Anfangs-Divergenzkomponente q_cyc_init, der Fußaufsetzposition P(N1) des nächsten Schritts N1, der Fußaufsetzposition P(N2) des übernächsten Schritts N2 und der Fußaufsetzposition P(N3) des zweiten übernächsten Schritts N3 derart durch, dass die Anfangs-Divergenzkomponente q_cyc_init mit der gegenwärtigen Divergenzkomponente q(t_curr) konsistent ist.
• 10 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer parallelen Bewegung von Fußaufsetzpositionen. Wenn die Anfangs-Divergenzkomponente q_cyc_init und die Fußaufsetzpositionen P(N1), P(N2) und P(N3) nach paralleler Bewegung jeweils durch q_cyc_init', P(N1)', P(N2)' und P(N3)' ausgedrückt werden, erfasst der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 deren parallele Positionen gemäß „P'(N1) = P(N1) + q(t_curr) - q_cyc_init,“ „P'(N2) = P(N2) + q(t_curr) - q_cyc_init,“ „P'(N3) = P(N3) + q(t_curr) - q_cyc_init“ und „q_cyc_init' = q(t_curr)“. Dann bestimmt der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 die parallel bewegte Fußaufsetzposition P(N1)' des nächsten Schritts N1' als empfohlene Fußaufsetzposition P_aim.
• <Zweites Ausführungsbeispiel des Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmungsverfahrens>
• Nun wird ein zweites Ausführungsbeispiel des Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmungsverfahrens beschrieben. Es gibt Fälle, in denen zwischen dem Aufsetzen der Füße des Benutzers P und der Bewegung eines ZMP zur nächsten Fußaufsetzposition eine Verzögerung auftritt, wenn eine empfohlene Fußaufsetzposition angezeigt wird. Dementsprechend führt der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 eine parallele Bewegung der Anfangs-Divergenzkomponente q_cyc_init des stetigen Gangs, der Fußaufsetzposition P(N1) des nächsten Schritts N1, der Fußaufsetzposition P(N2) des übernächsten Schritts N2 und der Fußaufsetzposition P(N3) des zweiten übernächsten Schritts N3 durch, derart, dass eine geschätzte Divergenzkomponente q(t_curr + Ta) nach einer vorbestimmten Zeit Ta ab der gegenwärtigen Zeit mit der Anfangs-Divergenzkomponente q_cyc_init des stetigen Gangs konsistent ist, anstatt eine parallele Bewegung der gegenwärtigen Divergenzkomponente q_cyc_init, der Fußaufsetzposition P(N1) des nächsten Schritts N1, der Fußaufsetzposition P(N2) des übernächsten Schritts N2, und der Fußaufsetzposition P(N3) des zweiten übernächsten Schritts N3 derart durchzuführen, dass die Anfangs-Divergenzkomponente q(t_curr) des stetigen Gangs mit der gegenwärtigen Divergenzkomponente q_cyc_init konsistent ist.
• 9 ist ein Programm zur Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels des Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmungsverfahrens. Die horizontale Achse von 11 repräsentiert die Zeit, und die vertikale Achse repräsentiert eine ZMP (Fußaufsetzposition). Der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 nimmt an, dass die ZMP auf der gegenwärtigen Fußaufsetzposition P(Curr) gehalten wird, und schätzt die geschätzte Divergenzkomponente q(t_curr + Ta) nach der vorbestimmten Zeit Ta ab der gegenwärtigen Zeit mittels der Dynamik 271, wie in 11 gezeigt. Dann bestimmt der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 die parallel bewegte Fußaufsetzposition P(N1') des nächsten Schritts N1' als empfohlene Fußaufsetzposition P_aim.
• <Drittes Ausführungsbeispiel des Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmungsverfahrens>
• Nun wird ein drittes Ausführungsbeispiel des Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmungsverfahrens beschrieben. 12 ist ein Diagramm zum Beschreiben des dritten Ausführungsbeispiels des Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmungsverfahrens. Die horizontale Achse von 12 repräsentiert die Zeit, und die vertikale Achse repräsentiert eine ZMP (Fußaufsetzposition). In den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen des Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmungsverfahrens kann eine Fußaufsetz-Zeitgebung vom Benutzer P nach Wunsch bestimmt werden, wohingegen im dritten Ausführungsbeispiel der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 auch eine nächste empfohlene Fußaufsetzzeit bestimmt und den Benutzer P anleitet, zur empfohlenen Fußaufsetz-Zeitgebung aufzusetzen. Der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 verzögert zum Beispiel die zu empfehlende nächste Fußaufsetz-Zeitgebung (nächste empfohlene Fußaufsetzzeit), um eine Periode T(B2) ab einer Startzeit der gegenwärtigen Schritt-Startzeit bis zu einer Startzeit des vorletzten Schritts. Das heißt, der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 macht die Periode T(Curr) des gegenwärtigen Schritts mit der Periode T(B2) des vorletzten Schritts konsistent, wie in 12 gezeigt. Der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 bestimmt eine empfohlene Fußaufsetzposition zur nächsten empfohlenen Fußaufsetzzeit. Insbesondere führt der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 eine Parallelbewegung der Anfangs-Divergenzkomponente q_cyc_init des stetigen Gangs, der Fußaufsetzposition P(N1) des nächsten Schritts N1, der Fußaufsetzposition P(N2) des übernächsten Schritts N2 und der Fußaufsetzposition P(N3) des zweiten übernächsten Schritts N3 derart durch, dass eine geschätzte Divergenzkomponente q_next_land zur nächsten empfohlenen Fußaufsetzzeit mit der Anfangs-Divergenzkomponente q_cyc_init des stetigen Gangs konsistent ist. In diesem Fall nimmt der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 an, dass die ZMP auf der gegenwärtigen Fußaufsetzposition P(Curr) gehalten werden soll, und schätzt die Divergenzkomponente q_next-land mittels der Dynamik 271, wie in 12 gezeigt. Dann bestimmt der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 die parallel bewegte Fußaufsetzposition P(N1') des nächsten Schritts N1 als empfohlene Fußaufsetzposition P_aim. Der Anzeigecontroller 250 führt eine Anzeige durch, durch die eine Restzeit ab einer Zeit kurz vor einer empfohlenen Fußaufsetzzeit bis zur empfohlenen Fußaufsetzzeit sichergestellt wird, und repräsentiert auch eine empfohlene Fußaufsetzposition. Die empfohlene Fußaufsetzposition wird zum Beispiel zu einer vorbestimmten Zeit vor der empfohlenen Fußaufsetzzeit bestimmt. Wenn die empfohlene Fußaufsetzposition angezeigt wird, kann sie an einer festen Position angezeigt werden, bis das Aufsetzen des Fußes abgeschlossen ist, oder kann gemäß einer Änderung einer Divergenzkomponente einer Bewegung zu jedem Moment nachberechnet und angezeigt werden.
• <Anzeigebildschirm-Beispiel>
• Nun wird ein Beispiel einer Bildschirmanzeige auf der Anzeige 260 beschrieben. 13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Bildschirms zeigt, der auf der Anzeige 260 zu einem beliebigen Moment angezeigt wird. Eine Bodenfläche 264 oder dergleichen, die sich im realen Raum befindet, wird auf einem Bildschirm 262 der Anzeige 260 angezeigt. Der Anzeigecontroller 250 zeigt ein Objektbild 266, das eine voreingestellte Fußaufsetzposition des Benutzers P angibt, an einer empfohlenen Fußaufsetzposition P_aim an, die durch den Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 bestimmt ist.
• Das Objektbild 266 wird zusätzlich im realen Raum angezeigt, der vom Benutzer P visuell erkannt wird. Das Objektbild 266 kann zusätzlich einem virtuellen Raum angezeigt werden, der von der Anzeigevorrichtung 200 angezeigt wird. Das Objektbild 266 kann ein stehendes Bild sein, das aus einem Einzelbild aufgebaut ist, oder ein bewegtes Bild (ein Video), das mehrere Einzelbilder enthält. Dementsprechend kann der Benutzer P eine Fußaufsetzposition leicht sicherstellen.
• <Prozessablauf>
• 14 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Ablaufs eines Empfohlene-Fußaufsetzposition-Verzögerungsprozesses der ersten Ausführung zeigt. Zuerst detektiert der Bewegungsinformationsdetektor 100 Positionen und Geschwindigkeiten des Oberkörpers und Positionen und Geschwindigkeiten der linken und rechten Füße des Benutzers P (Schritt S100). Dann berechnet der Schwerpunktposition/Geschwindigkeitsdetektor 220 Schwerpunktpositionen und Geschwindigkeiten des Benutzers P auf der Basis der Positionen und Geschwindigkeiten des Oberkörpers und der Positionen und Geschwindigkeiten der linken und rechten Füße des Benutzers P (Schritt S102). Anschließend erfasst der Fußaufsetzposition/Orientierungsdetektor 230 Fußaufsetzpositionen und Orientierungen der Füße (Schritt S104).
• Dann bestimmt der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 empfohlene Fußaufsetzpositionen auf der Basis der Schwerpunktpositionen und Geschwindigkeiten, der Fußaufsetzpositionen und Orientierungen der Füße des Benutzers P und der Dynamik 271, die vorab in dem Speicher 270 gespeichert ist (Schritt S106). Anschließend zeigt der Anzeigecontroller 250 ein Fußaufsetzpositionen angebendes Objektbild an Positionen an, die den empfohlenen Fußaufsetzpositionen entsprechen (Schritt S108).
• Dann bestimmt der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240, ob die Anzeige von empfohlenen Fußaufsetzpositionen fortgesetzt werden soll (Schritt S110). Zum Beispiel setzt der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 die Anzeige der empfohlenen Fußaufsetzpositionen nur im Falle der letzten Zeitperiode eines Gangs fort. Wenn bestimmt wird, dass die Anzeige der empfohlenen Fußaufsetzpositionen fortgesetzt werden soll, kehrt der Prozess zum Prozess von Schritt S100 zurück. Wenn bestimmt wird, dass die Anzeige der empfohlenen Fußaufsetzpositionen nicht fortgesetzt wird, endet der Prozess dieses Flussdiagramms.
• 15 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Fortsetzung der Anzeige von empfohlenen Fußaufsetzpositionen zeigt. Zum Beispiel führt der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 den Prozess des in 14 gezeigten Flussdiagramms zu einer vorbestimmten Zeit in einem Gang bis zum nächsten Fußaufsetzpunkt wiederholt durch, um eine empfohlene Fußaufsetzposition zu jeder Zeit erneut zu bestimmen. Dementsprechend wird ein Objektbild 266A, das eine empfohlene Fußaufsetzposition angibt, kontinuierlich bewegt und angezeigt, wie in 15 gezeigt.
• Gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführung ist es möglich, empfohlene Fußaufsetzpositionen des Benutzers P, die gemäß einem dynamischen Modell erfasst werden, auf der Anzeige 260 anzuzeigen, um Gehbewegungen des Benutzers richtig anzuleiten.
• [Zweite Ausführung]
• Nun wird eine zweite Ausführung eines Gehhilfssystems beschrieben. Eine detaillierte Beschreibung in dem Gehhilfssystem in der zweiten Ausführung ist hier weggelassen, weil hierauf die gleiche Konfiguration des oben beschriebenen Gehhilfssystems 10 der ersten Ausführung angewendet werden kann. Bei einem Gang auf einem Laufband und einem einer anderen Person folgenden Gang ist eine Fußaufsetzposition auf einen vorbestimmten Bereich beschränkt. Dementsprechend wird in der zweiten Ausführung eine empfohlene Fußaufsetzposition bestimmt, wenn eine Fußaufsetzposition zu jeder Zeit auf einen vorbestimmten Bereich beschränkt ist. In diesem Fall bestimmt der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 Fußaufsetzpositionen eines gewünschten stetigen Gangs (nachfolgend gibt es Fälle, in denen der gewünschte stetige Gang einfach als „stetiger Gang“ abgekürzt wird, auf der Basis der zuvor genannten Beschränkung und vergangener Fußaufsetzpositionen des Benutzers P. Der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 erhält eine Anfangs-Divergenzkomponente des stetigen Gangs und erhält ferner eine Differenz zwischen einer gegenwärtigen Divergenzkomponente und der Anfangs-Divergenzkomponente des idealen stetigen Gangs. Man erhält eine Differenz zwischen einer gegenwärtigen Fußaufsetzposition und einer idealen Fußaufsetzposition.
• Der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 bestimmt einen Korrekturbetrag eines gewünschten Schritts gemäß einer linearen Kombination dieser Differenzen, und bestimmt empfohlene Fußaufsetzpositionen durch Addieren des Korrekturbetrags des gewünschten Schritts zu Fußaufsetzpositionen des stetigen Gangs. Der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 wird nachfolgend im näheren Detail beschrieben. Andere Komponenten als der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 können die gleichen sein wie jene der ersten Ausführung.
• 16 ist ein Diagramm zum Beschreiben der zweiten Ausführung des Gehhilfssystems. Im Beispiel von 16 sind Fußaufsetzpositionen von Gängen mit einer rechteckigen Form dargestellt. In der zweiten Ausführung misst der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 die Fußaufsetzposition P(B2) des vorletzten Schritts, die Fußaufsetzpositionen P(B1) des vorherigen Schritts, und die Fußaufsetzposition (P(Curr) des gegenwärtigen Schritts. In der zweiten Ausführung sei angenommen, dass der Benutzer auf einer bewegbaren Oberfläche eines Laufbands oder dergleichen geht. Dementsprechend kann angenommen werden, dass eine Orientierung mit einer Voranbewegungsrichtung konsistent ist. Daher braucht das Gehhilfssystem 10 in der zweiten Ausführung keine Funktion zum Detektieren einer Fußaufsetzorientierung enthalten.
• Der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 bestimmt Fußaufsetzpositionen P(N0), P(N1), P(N2) und P(N3) eines stetigen Gangs (N0, N1, N2 und N3) auf der Basis eines vorbestimmten Bereichs in Bezug auf Fußaufsetzpositionen und eine Linie von vergangenen Fußaufsetzpositionen (zum Beispiel eine Linie von Fußaufsetzpositionen (B2, B1 und Curr). Der vorbestimmte Bereich in Bezug auf die Fußaufsetzpositionen ist zum Beispiel ein Bereich, in dem ein Abstand zwischen einem Fuß und dem vorderen Ende der bewegbaren Oberfläche eines Laufbands während des Aufsetzens gleich oder größer als ein vorbestimmter Abstand ist, und ein Abstand zwischen dem Fuß und dem hinteren Ende der beweglichen Oberfläche des Laufbands, wenn der Fuß vom Boden gelöst ist, gleich oder größer als ein vorbestimmter Abstand ist. Es wird angenommen, dass Schritte des stetigen Gangs (ein Schritt zwischen P(N0) und P(N1), ein Schritt zwischen P(N1) und P(N2) und ein Schritt zwischen P(N2) und P(N3)) die gleiche Schrittweite L haben. Die Schrittweite L wird zum Beispiel als das 0,5-fache der Summe Lb eines Schritts zwischen dem vorletzten Schritt B2 und dem vorherigen Schritt B1 und eines Schritts zwischen dem vorherigen Schritt B1 und dem gegenwärtigen Schritt Curr bestimmt (L = Lb/2).
• Der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 bestimmt Fußaufsetzpositionen derart, dass bei stetigem Gang horizontale Positionen von Fußaufsetzpositionen (P(N0) und P(N2)) des linken Beins die gleichen sind wie horizontale Positionen der Fußaufsetzpositionen (P(N1) und P(N3)) des rechten Beins, und jede Fußaufsetzposition des linken Beins und jede Fußaufsetzposition des rechten Beins vorbestimmte Positionen von einer bestimmten Referenzlinie nach rechts und links einnehmen (zum Beispiel die Mittellinie des Laufbands oder dergleichen).
• Es sei angenommen, dass der gegenwärtige Schritt Curr zur gegenwärtigen Zeit aufsetzt. In diesem Fall ist die Periode T(Curr) des gegenwärtigen Schritts eine Zeit ab einer gegenwärtigen Schrittaufsetzzeit bis zur gegenwärtigen Zeit. Eine Bewegungsgeschwindigkeit des stetigen Gangs ist mit einer Geschwindigkeit der beweglichen Oberfläche des Laufbands konsistent. Das heißt, eine Periode eines Schritts des stetigen Gangs (Hälfte einer Periode eines vollständigen Gangs) wird als L/V bestimmt.
• Der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 erhält die gegenwärtige Divergenzkomponente q(t_curr) und die Anfangs-Divergenzkomponente q_cyc_init des stetigen Gangs wie in der ersten Ausführung. Wenn die gegenwärtige Divergenzkomponente q(t_curr) mit der Anfangs-Divergenzkomponente q_cyc_init des stetigen Gangs konsistent ist, und die Fußaufsetzposition (P(Curr) des gegenwärtigen Schritts mit der Fußaufsetzposition P(No) des stetigen Gangs konsistent ist, ist es denkbar, dass der Benutzer P zur gegenwärtigen Zeit an der Fußaufsetzposition P(N1) aufsetzt, so dass ein Gang des Benutzers P ab der gegenwärtigen Zeit in die Nähe des stetigen Gangs gelangt. Es ist denkbar, dass der Gang des Benutzers P ab der gegenwärtigen Zeit von dem stetiger Gang stark unterschiedlich wird, wenn eine Differenz (nachfolgend mit q_diff bezeichnet), zwischen der gegenwärtigen Divergenzkomponente q(t_curr) und der Anfangs-Divergenzkomponente q_cyc_init des stetigen Gangs zunimmt. Es ist denkbar, dass der Gang des Benutzers P ab der gegenwärtigen Zeit vom stetigen Gang stark unterschiedlich wird, wenn eine Differenz (nachfolgend mit P diff bezeichnet) zwischen der Fußaufsetzposition P(Curr) des gegenwärtigen Schritts und der Fußaufsetzposition P(N0) des stetigen Gangs zunimmt.
• Dementsprechend berechnet der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 eine empfohlene Fußaufsetzposition P_aim zum Beispiel gemäß „P_aim = k1*P_diff + k2*q_diff“. k1 und k2 sind zum Beispiel vorbestimmte Verstärkungen. 17 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der empfohlenen Fußaufsetzposition P_aim zeigt. Im Beispiel von 17 ist die empfohlene Fußaufsetzposition P_aim mit einer rechteckigen Form für die Fußaufsetzpositionen und Orientierung jedes in 16 gezeigten Gangs dargestellt. Auf diese Weise werden in der zweiten Ausführung Divergenzkomponenten eines gegenwärtigen Zustands (gegenwärtige Fußaufsetzposition) und Schwerpunkts (oder des Oberkörpers des Benutzers P rückgekoppelt, um Fußaufsetzpositionen zu bestimmen, und daher kann eine Schwerpunktposition des Benutzers P stabilisiert werden und kann eine Fußaufsetzposition als richtige Position auf dem Laufband indiziert werden.
• [Dritte Ausführung]
• Nun wird eine dritte Ausführung des Gehhilfssystems beschrieben. 18 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Funktionskonfiguration eines Gehhilfssystems 10A der dritten Ausführung zeigt. Gleichen Komponenten wie jenen des Gehhilfssystems 10 der ersten Ausführung sind unter den Komponenten des Gehhilfssystems 10A in der dritten Ausführung die gleichen Bezugszeichen gegeben, und deren detaillierte Beschreibung wird hier weggelassen.
• Das Gehhilfssystem 10A der dritten Ausführung enthält eine Gehhilfsvorrichtung 400 und enthält einen Gehhilfscontroller 280 in der Anzeigevorrichtung 200A im Vergleich zur ersten Ausführung. Die Gehhilfsvorrichtung 400 ist ein Beispiel einer „Hilfsvorrichtung“. Der Gehhilfscontroller 280 ist ein Beispiel eines „Hilfscontrollers“. Dementsprechend beruht die folgende Beschreibung auf dem Gehhilfscontroller 230 und der Gehhilfsvorrichtung 400.
• Der Gehhilfscontroller 280 erzeugt Steuerinformation zum Führen der Füße des Benutzers P zu einer vorbestimmten Zeitgebung auf der Basis der vom Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 bestimmten empfohlenen Fußaufsetzpositionen, und gibt die erzeugte Steuerinformation an die Gehhilfsvorrichtung 400 aus.
• Die Gehhilfsvorrichtung 400 ist an der Taille oder den Füßen des Benutzers P angebracht und steuert das Strecken und Beugen der Beine durch Antriebsmotoren von Gelenkteilen und dergleichen. Auf der Basis der Steuerinformation gemäß dem Gehhilfscontroller 280 treibt die Gehhilfsvorrichtung 400 die Motoren an und führt die Füße des Benutzers P derart, dass der Benutzer P auf seinen Füßen an den empfohlenen Fußaufsetzpositionen aufsetzen kann.
• Gemäß der oben beschriebenen dritten Ausführung kann das Gehhilfssystem 10A die Füße des Benutzers P zu den empfohlenen Fußaufsetzpositionen gemäß der Gehhilfsvorrichtung 400 führen, zusätzlich dazu, die gleichen Effekte wie jene der ersten Ausführung zu erzeugen. Daher kann der Benutzer seine Füße nahe den empfohlenen Fußaufsetzpositionen leicht aufsetzen.
• <Modifizierte Beispiele>
• Hier werden modifizierte Beispiele der oben beschriebenen Ausführungen beschrieben. Obwohl in dem oben beschriebenen Gehhilfssystem 10 die Funktion zum Bestimmen von empfohlenen Fußaufsetzpositionen in der Anzeigevorrichtung 200 bereitgestellt wird, kann die vorgenannte Funktion auch in anderen Vorrichtungen als der Anzeigevorrichtung 200 enthalten sein. Wenn zum Beispiel ein Objekt, das eine empfohlene Fußaufsetzposition angibt, auf eine reale Straßenoberfläche oder dergleichen projiziert wird, kann eine Projektionsvorrichtung an der Taille oder dergleichen des Benutzers P angebracht sein, und kann ein Objektbild, das eine empfohlene Fußaufsetzposition angibt, von der an der Hüfte angebrachten Projektionsvorrichtung auf eine Straßenoberfläche projiziert werden, anstelle der Anzeigevorrichtung 200. Dementsprechend braucht der Benutzer die Anzeigevorrichtung 200 nicht auf seinem Kopf anbringen, und kann daher die Belastung des Kopfs reduzieren. Wenn ein Helfer, der dem Benutzer P beim Gehen hilft, den Benutzer P begleitet, kann auch der Helfer die empfohlenen Fußaufsetzpositionen erkennen. Dementsprechend kann der Helfer einen Gang des Benutzers P geeignet unterstützen.
• Die Anzeigevorrichtung 200 kann ein tragbares Kommunikationsterminal sein, wie etwa ein Smartphone oder ein Tablet-Terminal. In diesem Fall hält der Benutzer P das tragbare Kommunikationsterminal und bewegt seine Füße gemäß empfohlenen Fußaufsetzpositionen, die auf einem Bildschirm des Kommunikationsterminals angezeigt werden. Die Anzeigevorrichtung 200 kann in einem beweglichen Roboter enthalten sein, der mit dem Benutzer P läuft. Der Bewegungsinformationsdetektor 100 kann in dem beweglichen Roboter enthalten sein, der mit dem Benutzer P läuft.
• In dem Gehhilfssystem kann, als an den Benutzer P auszugebende Information, anstelle oder zusätzlich zu einem Objektbild, Audio ausgegeben werden. In diesem Fall enthält die Anzeigevorrichtung 200 eine Audioausgabevorrichtung wie etwa einen Lautsprecher. Inhalte des ausgegebenen Audios sind Information zum Anleiten der Füße zum Aufsetzen wie etwa zum Beispiel „etwas mehr vorwärts“ und „langsam“. Dementsprechend kann der Benutzer gemäß der Audioinformation einen richtigen Gang durchführen, ohne ein Objektbild zu betrachten. Die oben beschriebenen Ausführungen können mit einigen oder allen anderen Ausführungen oder modifizierten Beispielen kombiniert werden.
• Als anderes modifiziertes Beispiel kann ein Dynamikmodell, das auch den durch Haltungsänderungen des Oberkörpers verursachten Einfluss berücksichtigt, als die Dynamik 271 verwendet werden, die auf die oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungen angewendet wird. Das Dynamikmodell, das auch den durch Haltungsänderungen des Oberkörpers verursachten Einfluss berücksichtigt, kann zum Beispiel ein Dynamikmodell sein, das ein Inverspendelmodell entsprechend einer Bewegung des Oberkörpers in der horizontalen Richtung enthält, sowie ein Schwungrad entsprechend einer Drehbewegung des Oberkörpers. Dementsprechend ist es möglich, Fußaufsetzpositionen besser zu bestimmen.
• Als anderes Beispiel kann offline ein Kennfeld erzeugt werden, das eine Fußaufsetzposition-Historie und gegenwärtige Bewegungsinformation eines Benutzers, die von dem Bewegungsinformationsdetektor 100 detektiert wird, als Eingänge aufweist, und empfohlene Fußaufsetzpositionen, die durch den in der ersten Ausführung dargestellten Algorithmus bestimmt werden, als Ausgänge aufweist. In diesem Fall werden, wenn ein Benutzer tatsächlich geht, empfohlene Fußaufsetzpositionen mittels des Kennfelds bestimmt.
• Als anderes modifiziertes Beispiel kann der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 empfohlene Fußaufsetzpositionen mittels eines neuronalen Netzwerks detektieren. 19 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zum Beschaffen von empfohlenen Fußaufsetzpositionen mittels eines neuronalen Netzwerks zeigt. Der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 kann ein neuronales Netzwerk zum Beispiel gemäß tiefem Lernen konstruieren, das eine Fußaufsetzposition-Historie und die gegenwärtige Bewegungsinformation des Benutzers P, die von dem Bewegungsinformationsdetektor 100 detektiert wird, als Eingänge aufweist, und eine empfohlene Fußaufsetzposition als Ausgang aufweist, wie in 19 gezeigt, und empfohlene Fußaufsetzpositionen mittels des konstruierten neuronalen Netzwerks beschaffen. Zum Beispiel kann die Fußaufsetzposition-Historie die Fußaufsetzposition P(B2) und Periode T(B2) des vorletzten Schritts sein, und die Fußaufsetzposition P(B1) und Periode T(B1) des vorherigen Schritts. Zum Beispiel kann die gegenwärtige Bewegungsinformation die Fußaufsetzposition P(Curr), Periode T(Curr), Schwerpunktposition X(Curr) und Schwerpunktbewegungsgeschwindigkeit V(Curr) des gegenwärtigen Schritts sein.
• Als anderes modifiziertes Beispiel kann die Anzeigevorrichtung 200 einen Bedienungsempfänger und einen Modusschalter enthalten, so dass eine Mehrzahl von gemäß den ersten bis dritten Ausführungen bestimmten empfohlenen Fußaufsetzpositionen sowie eine Mehrzahl von Anzeigeverfahren ausgewählt und angezeigt werden können, anstelle der Anzeige einer empfohlenen Fußaufsetzposition, die durch ein empfohlenes Fußaufsetzposition-Bestimmungsverfahren bestimmt ist, auf der Anzeigevorrichtung 200. 20 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Gehhilfssystems 10B zeigt, das einen Bedienungsempfänger 282 und einen Modusschalter 284 in einer Anzeigevorrichtung 200B aufweist. Im Beispiel von 20 sind gleichen Komponenten wie jenen des Gehhilfssystems 10 der ersten Ausführung die gleichen Namen und Bezugszeichen gegeben. Die folgende Beschreibung beruht hauptsächlich auf einem Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240A, dem Bedienungsempfänger 282 und dem Modusschalter 284.
• Der Bedienungsempfänger 282 empfängt Bedienungsinhalte von dem Benutzer P. Zum Beispiel kann der Bedienungsempfänger 282 ein mechanischer Schalter wie etwa ein Knopf sein, oder ein Schalter, der in der Anzeigevorrichtung 200 B vorgesehen ist. Der Bedienungsempfänger 282 kann eine grafische Benutzerschnittstelle (GUI) sein, die auf der Anzeige 260 angezeigt wird. Der Bedienungsempfänger 282 empfängt zum Beispiel eine Informationseingabe über einen Anzeigemodus von dem Benutzer P. Wenn das Objektbild 266, das eine empfohlene Fußaufsetzposition angibt, auf dem Bildschirm 262 angezeigt wird, enthält der Anzeigemodus zum Beispiel einen ersten Modus zum Anzeigen des Objektbilds 266 an einer festen Position und einen zweiten Modus zum Anzeigen des Objektbilds 266, während eine empfohlene Fußaufsetzposition wie das Objektbild 266A bewegt wird.
• Der Modusschalter 284 schaltet einen Modus auf der Basis eines vom Bedienungsempfänger 282 empfangenen Anzeigemodus um und gibt geschaltete Modusinformation an den Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240A aus. Der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240A wählt eines der ersten bis dritten Ausführungsbeispiele des Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmungsverfahrens, wenn der Modus zum ersten Modus geschaltet worden ist. Der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240A kann eine Neubestimmung eines empfohlenen Fußaufsetzens für jeden Moment oder eine Bestimmung nur zu einem vorbestimmten Moment (empfohlenen Fußaufsetzzeit) auswählen. Wenn die Bestimmung nur zu einem vorbestimmten Moment durchgeführt wird (empfohlene Fußaufsetzzeit), kann der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240A eine empfohlene Fußaufsetzposition derart bestimmen, dass die empfohlene Fußaufsetzposition in Bezug auf den Boden nicht bewegt wird (Anzeigen der empfohlenen Fußaufsetzposition an einer festen Position in Bezug auf den Boden).
• Der Modusschalter 284 kann Empfohlene-Fußaufsetzposition-Anzeigezeiten, Schritte und dergleichen gemäß dem Alter und einer Verletzung oder einem Rehabilitationsgrad des Benutzers P schalten, anstelle von oder zusätzlich zu dem ersten Modus und dem zweiten Modus.
• Der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 korrigiert eine anzuzeigende empfohlene Fußaufsetzposition auf eine Position in der Nähe des Benutzers P, wenn vom Bedienungsempfänger 282 eine Bedienung empfangen worden ist, um die Bewegungsgeschwindigkeit des Benutzers P auf höher zu beschleunigen als die gegenwärtige Bewegungsgeschwindigkeit. Dementsprechend setzt der Benutzer P seine Füße an der korrigierten empfohlenen Fußaufsetzposition auf, so dass sich der Schwerpunkt nach vorne neigt und er daher beschleunigt gehen kann. Der Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer 240 korrigiert eine empfohlene Fußaufsetzposition auf eine vom Benutzer P weiter entfernte Position, wenn von dem Bedienungsempfänger 282 eine Bedienung empfangen worden ist, um die Bewegungsgeschwindigkeit des Benutzers P auf langsamer zu verzögern als die gegenwärtige Bewegungsgeschwindigkeit. Dementsprechend setzt der Benutzer P seine Füße an der korrigierten empfohlenen Fußaufsetzposition auf, so dass der Schwerpunkt dahinter bleibt und er somit verzögert gehen kann.
• Gemäß den oben beschriebenen modifizierten Ausführungen kann das Gehhilfssystem 10B eine Benutzerbedienung empfangen und Anzeigemodi von empfohlenen Fußaufsetzpositionen schalten, und kann somit empfohlene Fußaufsetzpositionen durch ein Anzeigeverfahren anzeigen, das Bedingungen wie etwa Geschmäcker und das Alter eines Benutzers erfüllt.
• Während oben Ausführungsbeispiele zum Verkörpern der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungen beschränkt, und es können verschiedene Modifikationen und Ersatzmaßnahmen vorgenommen werden, ohne von der Idee oder dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
• Bezugszeichenliste

10, 10A, 10B

Gehhilfssystem

100

Bewegungsinformationsdetektor

110

Oberkörperinformationsdetektor

111, 121, 210

Kommunikationseinrichtung

112, 122

Beschleunigungssensor

113, 123

Winkelgeschwindigkeitssensor

120

Fußinformationsdetektor

200

Anzeigevorrichtung

220

Schwerpunktposition/Geschwindigkeitsdetektor

230

Fußaufsetzposition/Orientierungsdetektor

240

Empfohlene-Fußaufsetzposition-Bestimmer

250

Anzeigecontroller

260

Anzeige

270

Speicher

271

Dynamik

272

Fußaufsetzposition/Orientierungsinformation

280

Gehhilfscontroller

282

Bedienungsempfänger

284

Modusschalter

400

Gehhilfsvorrichtung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 2017 [0002]
• JP 64853 [0002]
• WO 2013/129606 [0003]

Claims (11)

1. Gehhilfssystem, welches aufweist: eine Informationsausgabevorrichtung; einen Bewegungsdetektor, der eine Bewegung eines Benutzers detektiert; einen Fußaufsetzpositiondetektor, der eine Aufsetzposition der Füße des Benutzers detektiert; einen Bestimmer, der auf der Basis von vom Bewegungsdetektor detektierten Gehbewegungen des Benutzers, der vom Fußaufsetzpositiondetektor detektierten Fußaufsetzposition und Dynamik eine empfohlene Fußaufsetzposition bestimmt, die eine Fußaufsetzposition für die Füße ist, die zum Stabilisieren von Gehbewegungen des Benutzers geeignet ist; und einen Ausgabecontroller, der an die Informationsausgabevorrichtung Information ausgibt, die die vom Bestimmer bestimmte empfohlene Fußaufsetzposition angibt.
2. Das Gehhilfssystem nach Anspruch 1, wobei die Dynamik ein Dynamikmodell ist, das ein Inverspendel repräsentierende Bewegungen eines Oberkörpers oder eines Schwerpunkts in der horizontalen Richtung enthält, wobei der Bestimmer auf der Basis einer Gehbewegung des Benutzers, der Fußaufsetzposition und des Dynamikmodells eine empfohlene Fußaufsetzposition des Benutzers derart bestimmt, dass Bewegungen des Benutzers auf eine vorbestimmte Bewegung konvergieren.
3. Das Gehhilfssystem nach Anspruch 2, wobei die vorbestimmte Bewegung ein stetiger Gang ist.
4. Das Gehhilfssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Bestimmer, im Falle des Fußaufsetzens zu einer gegenwärtigen Zeit, eine empfohlene Fußaufsetzposition kontinuierlich bestimmt.
5. Das Gehhilfssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Bestimmer eine empfohlene Fußaufsetzposition mittels eines Kennfelds oder eines gemäß tiefem Lernen erhaltenen neuronalen Netzwerks bestimmt.
6. Das Gehhilfssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das ferner aufweist: eine Hilfsvorrichtung, die Bewegungen der Füße des Benutzers unterstützt; und einen Hilfscontroller, der die Füße des Benutzers durch die Hilfsvorrichtung zu der empfohlenen Fußaufsetzposition führt.
7. Das Gehhilfssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das ferner einen Orientierungsdetektor aufweist, der Orientierungen der Füße des Benutzers in Bezug auf eine Referenzrichtung detektiert, wenn die Füße des Benutzers aufgesetzt haben, wobei der Bestimmer die empfohlene Fußaufsetzposition auf der Basis der vom Orientierungsdetektor detektierten Orientierungen derart bestimmt, dass eine Trajektorie eines Schwerpunkts des Körpers des Benutzers in Antwort auf Orientierungen der Füße gedreht wird.
8. Das Gehhilfssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Bestimmer eine auf Basis der Bewegungsgeschwindigkeit, der Fußaufsetzposition und der Dynamik bestimmte empfohlene Fußaufsetzposition zu einer Position korrigiert, die dem Benutzer näher ist, wenn eine gegenwärtige Bewegungsgeschwindigkeit des Benutzers beschleunigt wird, und die auf der Basis der Bewegungsgeschwindigkeit, der Fußaufsetzposition und der Dynamik bestimmte empfohlene Fußaufsetzposition zu einer Position korrigiert, die vom Benutzer weiter entfernt ist, wenn die gegenwärtige Bewegungsgeschwindigkeit des Benutzers verzögert wird.
9. Das Gehhilfssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das ferner einen Bedienungsempfänger aufweist, der eine Bedienung von dem Benutzer empfängt, wobei der Bestimmer Anzeigemodi schaltet und die empfohlene Fußaufsetzposition auf der Basis von Details einer vom Bedienungsempfänger empfangenen Bedienung bestimmt.
10. Gehhilfsverfahren mittels eines Computers, welches aufweist: Detektieren einer Bewegung eines Benutzers; Detektieren einer Fußaufsetzposition des Benutzers; Bestimmen einer empfohlenen Fußaufsetzposition, die eine Aufsetzposition der Füße ist, die zum Stabilisieren von Gehbewegungen des Benutzers geeignet ist, auf der Basis von detektierten Gehbewegungen des Benutzers, der detektierten Fußaufsetzposition und Dynamik; und Ausgeben von Information, die die bestimmte empfohlene Fußaufsetzposition angibt, an eine Informationsausgabevorrichtung.
11. Gehhilfsprogramm, welches einen Computer veranlasst zum: Detektieren einer Bewegung eines Benutzers; Detektieren einer Fußaufsetzposition des Benutzers; Bestimmen einer empfohlenen Fußaufsetzposition, die eine Aufsetzposition der Füße ist, die zum Stabilisieren von Gehbewegungen des Benutzers geeignet ist, auf der Basis von detektierten Gehbewegungen des Benutzers, der detektierten Fußaufsetzposition und Dynamik; und Ausgeben von Information, die die bestimmte empfohlene Fußaufsetzposition angibt, an eine Informationsausgabevorrichtung.

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