JP2923493B1 - Walking sensation generator - Google Patents

Walking sensation generator

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JP2923493B1
JP2923493B1 JP5671098A JP5671098A JP2923493B1 JP 2923493 B1 JP2923493 B1 JP 2923493B1 JP 5671098 A JP5671098 A JP 5671098A JP 5671098 A JP5671098 A JP 5671098A JP 2923493 B1 JP2923493 B1 JP 2923493B1
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walking
pedestrian
belt
belt mechanism
movement
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春生 野間
勉 宮里
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株式会社エイ・ティ・アール知能映像通信研究所
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Abstract

【要約】 【課題】 大規模な空間を仮想的に歩行によって移動す
ることを可能にし得る歩行感覚生成装置を提供する。 【解決手段】 ベルト機構1の歩行面の姿勢が3軸歩行
面保持機構3によって任意の角度に保持され、CCDカ
メラ4によって歩行者2の足先位置が検出され、糸式位
置センサ5によって歩行者2の腰部位置が検出され、磁
気式位置姿勢計測装置6によって頭部位置が検出され、
計算機20は足先位置と腰部位置と頭部位置とに基づい
て歩行者の立脚時間を計測して、歩行者の動きに連動し
て計算機30がベルト機構1のベルトの移動を制御する
とともに歩行者2がベルト機構1上で歩行しているとき
の視点位置からの仮想空間が大型スクリーン7によって
表示される。
An object of the present invention is to provide a walking sensation generation device capable of virtually moving in a large-scale space by walking. SOLUTION: The posture of a walking surface of a belt mechanism 1 is held at an arbitrary angle by a three-axis walking surface holding mechanism 3, a toe position of a pedestrian 2 is detected by a CCD camera 4, and walking is performed by a thread type position sensor 5. The waist position of the person 2 is detected, and the head position is detected by the magnetic position and orientation measurement device 6,
The computer 20 measures the pedestrian's standing time based on the toe position, the waist position, and the head position, and the computer 30 controls the movement of the belt of the belt mechanism 1 and walks in conjunction with the movement of the pedestrian. The virtual screen from the viewpoint position when the person 2 is walking on the belt mechanism 1 is displayed on the large screen 7.

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、任意の方向の斜面を含む大規模仮想空間
内部を歩行して移動できるような歩行感覚生成装置に関
する。
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 and moving inside a large-scale virtual space including a slope in an arbitrary direction.

【0002】[0002]

【従来の技術】限定された空間で広範囲にわたる空間の
移動を模擬する技術は、移動環境を自由に生成できるメ
リットがあり、これまでにいくつかの方式で提案されて
きた。最も単純な例では、「work through」と呼ばれる
通常の計算機のインタフェースであるキーボードやマウ
スあるいはジョイスティックなどを用い、計算機の画面
内に表示される仮想空間の視点のみを移動する手法であ
る。これらでは、計算機インタフェースによる操作入力
を車や航空機などの移動機器を模したハンドル操縦メタ
ファに反映させ、実際に操縦しているかのような操縦感
覚を提示することができる。
2. Description of the Related Art Techniques for simulating the movement of a wide space in a limited space have the merit of freely creating a moving environment, and have been proposed in several systems. In the simplest example, a method of moving only the viewpoint of the virtual space displayed on the screen of the computer using a keyboard, a mouse, a joystick, or the like, which is a normal computer interface called "work through", is used. In these, the operation input by the computer interface is reflected on a steering wheel steering metaphor imitating a mobile device such as a car or an aircraft, so that it is possible to present a steering sensation as if the vehicle is actually being operated.

【0003】より進んだ実施例として、通常シミュレー
タと呼ばれている装置である。これらでは、前者におい
てメタファによって間接的に利用していたハンドルやア
クセルなどの操作入力手段と、車両や航空機の操縦席ユ
ニットの一部、あるいはそれら全体を原寸大模型として
設置する。そして、操作者の操作に合わせてそれらを並
行移動,傾斜させて移動に伴う加速や振動を仮想的に再
現し、より臨場感の高い移動感覚を提示する。多くの場
合、これらは模擬している移動機器の操作を取得、ある
いは操作自体を楽しむ遊技機として用いられている。
A more advanced embodiment is an apparatus commonly called a simulator. In these, operation input means such as a steering wheel and an accelerator, which are indirectly used by a metaphor in the former, and a part or the whole of a cockpit unit of a vehicle or an aircraft are installed as a full-scale model. Then, they are parallelly moved and tilted in accordance with the operation of the operator to virtually reproduce the acceleration and vibration accompanying the movement, thereby presenting a more realistic sense of movement. In many cases, these are used as gaming machines that acquire the operation of the simulated mobile device or enjoy the operation itself.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述の機器による移動
に比べて歩行による移動は、移動手段として日常では最
も身近な手段であり、かつ空間の広さを知覚するに適し
た手法であるが、これまでに前述のような歩行シミュレ
ーション装置が実現された例は少ない。その理由とし
て、従来の移動機器のシミュレーション装置では人間と
装置の間の情報の流れが機器を介するために単純であ
り、計算機による処理が容易であったが、歩行移動では
人体の挙動の計測が容易に実現できない点にあった。
[0006] Compared to the above-described movement by the device, the movement by walking is the most familiar means as a means of transportation in daily life and is a method suitable for perceiving the size of the space. To date, there are few examples in which the above-described walking simulation device has been realized. The reason for this is that in the conventional mobile device simulation device, the flow of information between humans and the device was simple because it passed through the device, and processing by the computer was easy. There was a point that it could not be easily realized.

【0005】それゆえに、この発明の主たる目的は、人
間の歩行動作を解析し、任意の方向の斜面を含む大規模
仮想空間内部を歩行移動できるような歩行感覚生成装置
を提供することである。
[0005] Therefore, a main object of the present invention is to provide a walking sensation generating apparatus which analyzes a human walking motion and can walk and move in a large-scale virtual space including a slope in an arbitrary direction.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
任意方向の傾斜面を含む大規模仮想空間内部を歩行移動
できるような歩行感覚生成装置であって、その上で歩行
したときに、歩行による移動を相殺するためのベルト機
構と、ベルト機構における歩行面の姿勢を任意角度に保
持する歩行面保持機構と、歩行者の歩行の足先位置を検
出する足先位置検出手段と、歩行者の腰の位置を検出す
る腰位置検出手段と、足先位置検出手段の検出出力に基
づいて歩行者の足先が歩行面に着地してから離れるまで
立脚時間を計測し、その立脚時間に基づく歩行者の動
と腰位置検出手段によって検出された腰の位置とに連
動してベルト機構のベルトの移動を制御するための制御
手段と、ベルト機構上で歩行者が歩行しているときの視
点位置からの仮想空間の映像を提示する表示手段とを備
えて構成される。
The invention according to claim 1 is
A walking sensation generation device capable of walking and moving inside a large-scale virtual space including an inclined surface in an arbitrary direction, wherein a belt mechanism for canceling the movement due to walking when walking on the walking sensation, and walking in the belt mechanism detect a walking surface holding mechanism for holding the attitude of the surface at any angle, and feet position detecting means for detecting the toe position of the pedestrian walking, the position of the hip of a pedestrian
From the waist position detecting means to the pedestrian's toe landing on the walking surface based on the detection output of the toe position detecting means.
Control means for measuring the standing time of the belt mechanism and controlling the movement of the belt of the belt mechanism in conjunction with the movement of the pedestrian based on the standing time and the waist position detected by the waist position detecting means; Display means for presenting an image of the virtual space from the viewpoint position when the pedestrian is walking on the top.

【0007】請求項2に係る発明では、さらに歩行者の
頭部位置を検出する頭部位置検出手段を含み、表示手段
は頭部位置検出手段によって検出された頭部の向きに応
じた仮想空間の映像を表示する。
[0007] In the invention according to claim 2, the pedestrian is further
Display means including a head position detecting means for detecting a head position;
Corresponds to the direction of the head detected by the head position detection means.
Displays an image of the same virtual space.

【0008】[0008]

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】図1はこの発明の一実施形態の全
体の構成を示すブロック図である。図1において、ベル
ト機構1は歩行者2がその上で歩行したときに、歩行に
よる移動を相殺する機構であり、3軸歩行面保持機構3
の上に設置されている。3軸歩行面保持機構3はベルト
機構1の歩行面の姿勢を任意の角度に保持して斜面を生
成する。
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a belt mechanism 1 is a mechanism for canceling the movement caused by walking when a pedestrian 2 walks thereon, and a three-axis walking surface holding mechanism 3
It is installed on. The three-axis walking surface holding mechanism 3 generates a slope by holding the posture of the walking surface of the belt mechanism 1 at an arbitrary angle.

【0010】ベルト機構1の前方には、歩行者2の脚部
の運動情報を獲得するためにCCDカメラ4が配置され
る。なお、CCDカメラ4によって歩行者2の脚部の運
動情報を獲得するために、歩行者2の両足先端部には赤
外線の反射シールPl,Prが貼り付けられる。
A CCD camera 4 is disposed in front of the belt mechanism 1 in order to acquire motion information of the legs of the pedestrian 2. In order to obtain the motion information of the legs of the pedestrian 2 by the CCD camera 4, infrared reflective stickers Pl and Pr are attached to the tips of both feet of the pedestrian 2.

【0011】また、歩行者2のベルト機構1上での位置
を計測するために糸式位置センサ5と歩行者2の頭部の
位置姿勢を計測するための磁気式位置姿勢計測装置6が
配置される。さらに、歩行者2の前方には、歩行動作に
連動して仮想空間の映像情報を提示するための後方投影
方式のプロジェクタ装置と大型スクリーン7が設置され
ている。映像情報は計算機10によって生成される。こ
のため、計算機10には、画像情報生成部と大規模仮想
空間情報管理および全システム統合管理部と、歩行動作
解析部および歩行感覚提示装置制御指令部とが内蔵され
ている。
In addition, a thread type position sensor 5 for measuring the position of the pedestrian 2 on the belt mechanism 1 and a magnetic position and orientation measuring device 6 for measuring the position and orientation of the head of the pedestrian 2 are arranged. Is done. Further, in front of the pedestrian 2, a rear projection type projector device and a large screen 7 for presenting video information in a virtual space in conjunction with the walking motion are installed. The video information is generated by the computer 10. For this reason, the computer 10 has a built-in image information generation unit, large-scale virtual space information management and integrated management system for all systems, a walking motion analysis unit, and a walking sensation presentation device control command unit.

【0012】また、CCDカメラ4が検出された足先位
置と糸式位置センサ5で検出された腰部位置と磁気式位
置姿勢計測装置6で検出された頭部位置は計算機20に
入力される。計算機20は光学式位置追跡装置と糸式位
置計測装置制御部と磁気位置姿勢計測装置制御部と計測
系制御部とを内蔵している。
The toe position detected by the CCD camera 4, the waist position detected by the thread position sensor 5, and the head position detected by the magnetic position and orientation measuring device 6 are input to a computer 20. The computer 20 incorporates an optical position tracking device, a thread position measurement device control unit, a magnetic position and orientation measurement device control unit, and a measurement system control unit.

【0013】さらに、ベルト機構1と3軸歩行面保持機
構3を制御するために計算機30が設けられ、この計算
機30にはベルトおよび姿勢保持器駆動装置と駆動系制
御部とが内蔵されている。
Further, a computer 30 is provided for controlling the belt mechanism 1 and the three-axis walking surface holding mechanism 3, and the computer 30 incorporates a belt and attitude holder driving device and a drive system controller. .

【0014】図2はベルト速度の制御方法を説明するた
めの図であり、図3は同じくフローチャートである。
FIG. 2 is a diagram for explaining a method of controlling the belt speed, and FIG. 3 is a flowchart similarly.

【0015】この発明の実施形態では歩行者が意識する
ことなく歩行による体の移動を相殺するために、装着感
の低い方式で両足先位置情報と腰部位置情報を計測し、
ベルト機構1のベルト速度を制御している。この制御目
的は、歩行者がある速度Vwで歩行しているとき、歩行
者2をベルト機構1上でのある基準位置X0上に保つこ
とである。したがって、制御量であるベルトの速度指令
Vbは2種類のフィードバックから決定される。F1は
走行速度に関するフィードバックであり、F2は歩行位
置に関するフィードバックである。
[0015] In the embodiment of the present invention, in order to cancel the movement of the body due to walking without the pedestrian being conscious, the foot position information and the waist position information are measured by a method with a low wearing feeling,
The belt speed of the belt mechanism 1 is controlled. The purpose of this control is to keep the pedestrian 2 at a certain reference position X0 on the belt mechanism 1 when the pedestrian is walking at a certain speed Vw. Therefore, the belt speed command Vb, which is a control amount, is determined from two types of feedback. F1 is feedback on the traveling speed, and F2 is feedback on the walking position.

【0016】まず、F1について説明する。歩行速度を
直接計測することは難しいため、この実施形態では、計
測可能な立脚時間から歩行速度を推定する。立脚時間と
は歩行時に片足が地面に接地し、体に対して相対的に後
方に移動するモードである。一方、歩行時に後方に下が
った足を前方に振り出すモードは遊脚モードと呼ばれ、
歩行はこの立脚と遊脚を左右の足で交互に繰返す運動で
ある。ここで、実際の歩行動作からこれらの立・遊脚時
間を計測したところ、次の第(1)式に示すような形式
で、歩行者によらず立脚時間がほぼ歩行速度に比例する
ことが計測された。
First, F1 will be described. Since it is difficult to directly measure the walking speed, in this embodiment, the walking speed is estimated from the measurable standing time. The standing time is a mode in which one foot touches the ground during walking and moves backward relative to the body. On the other hand, a mode in which the foot that has fallen backward during swinging is swung forward is called a swing mode.
Walking is a movement in which the standing leg and the free leg are alternately repeated with the left and right feet. Here, when these standing and swinging leg times were measured from actual walking motions, the standing time was almost proportional to the walking speed regardless of the pedestrian in the form as shown in the following equation (1). It was measured.

【0017】Vw′=a・T+b…(1) ただし、Vw′は推定歩行速度、Tは立脚時間、a,b
は定数である。厳密には、定数係数a,bには個人差が
ある。そのため、実施形態では、事前にベルトを一定速
度で動かして利用者に歩行してもらい、このパラメータ
の調整を行なって個人の歩行特性に合わせた調整機能を
有している。
Vw '= aT + 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. Therefore, in the embodiment, the user has a walking function by moving the belt in advance at a constant speed, and has an adjustment function that adjusts this parameter to match the walking characteristics of the individual.

【0018】図3を参照してより具体的に説明すると、
まず歩行者2の両足先位置Pl,Prに赤外線反射シー
ルを貼り付け、ステップSP1で前方に設置されている
CCDカメラ4によって光学的にPl,Prが計測され
る。得られたPl,PrをステップSP2で時間的に差
分して両足の速度情報を算出し、別に計測されるベルト
速度情報と比較した上で、足先の運動の立・遊脚モード
を判定する。この情報をもとにベルト上での歩行状態の
解析を行ない、ステップSP3で前述の計測が得られた
回帰式により歩行速度Vw′が推定され、ステップSP
4で速度に関するフィードバックが行なわれる。
More specifically, with reference to FIG.
First, an infrared reflective seal is attached to both foot positions Pl and Pr of the pedestrian 2, and in step SP1, the CCD camera 4 installed in front of the pedestrian 2 optically measures Pl and Pr. The obtained Pl and Pr are temporally differentiated in step SP2 to calculate the speed information of both feet, and compare with the separately measured belt speed information to determine the standing / swinging mode of the toe motion. . The walking state on the belt is analyzed based on this information, and the walking speed Vw 'is estimated by the regression equation obtained in step SP3, and the walking speed is estimated in step SP3.
At 4, feedback on speed is provided.

【0019】一方、F2に関しては、ステップSP5で
糸式位置センサ5によってベルト上で歩行者位置Xが計
測され、ステップSP6で歩行者基準位置X0との距離
誤差eをパラメータとして位置制御が行なわれ、F2の
フィードバックが行なわれる。
On the other hand, with respect to F2, the pedestrian position X is measured on the belt by the thread position sensor 5 in step SP5, and position control is performed in step SP6 using the distance error e from the pedestrian reference position X0 as a parameter. , F2.

【0020】ステップSP8において以上をまとめ、目
標ベルト速度Vbが第(2)式のように定義される。
In step SP8, the above is summarized, and the target belt speed Vb is defined as in the following equation (2).

【0021】 Vb=F1(Vw′)+F2(e)…(2) この発明の一実施形態での各フィードバック関数の形式
は第(3)式に示すように、F1はVw′,F2はeを
引数とした1次の線形フィードバックを採用している。
Vb = F1 (Vw ') + F2 (e) (2) In the embodiment of the present invention, the form of each feedback function is F1 is Vw' and F2 is e, as shown in Expression (3). Is used as the first order linear feedback.

【0022】Vb=αVw′+βe…(3) なお、係数αとβは制御が発散しない範囲で決定する定
数である。
Vb = αVw '+ βe (3) The coefficients α and β are constants determined within a range in which control does not diverge.

【0023】図4は停止状態から右足踏み出しで歩行を
開始したときの動作分析図(a),(b)とそれに対応
したベルト速度制御アルゴリズム(c)を示す図であ
る。図4(a)(c)の大文字のアルファベットはそれ
ぞれの足の着地や離床イベント発生を示す記号であり、
図4(b)は横軸を時間として両足先の遊・立脚モード
の遷移を示している。
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing motion analysis (a) and (b) when walking is started by stepping on the right foot from a stopped state, and a corresponding belt speed control algorithm (c). 4 (a) and 4 (c) are symbols indicating the landing of each foot and the occurrence of a leaving event.
FIG. 4B shows transition of the play / stand mode between both feet with the horizontal axis representing time.

【0024】図4(c)に示すステップSP11のまず
停止状態からステップSP12で右足で踏み出し
(A),着地後(B)に左足を離床した瞬間(C)に踏
み出しを検知し、ステップSP13で足の重複歩幅L1
が大人の標準的な重複歩幅の1/2以上ならばステップ
SP14で歩行開始と判定する。なお、重複歩幅とは片
足の離床から接地するまでの間隔であり、両足が接地し
た状態での両足間の前後間隔を示す歩幅とは異なる。
From step SP11 shown in FIG. 4 (c), the step is started with the right foot in step SP12 (A), the step is detected at the moment when the left foot is released (C) after landing (B) in step SP12, and the step is detected in step SP13. Foot overlap length L 1
If is equal to or more than 大人 of the standard overlapping stride of the adult, it is determined that the walking is started in step SP14. Note that the overlapping stride is an interval from when one foot leaves the floor until it touches the ground, and is different from the stride indicating the front-back distance between the two feet when both feet are touching the ground.

【0025】次に、ステップSP15で位置誤差ルール
F2によってベルト機構1が駆動される。なお、ステッ
プSP13において歩幅が標準歩幅の1/2以上を満た
さない場合には足位置は停止しているものと判定し、ベ
ルト機構1の駆動は行なわれない。次に、ステップSP
16で先に踏み出し右足が再び離床するタイミング
(D,E)を待って、ステップSP17でこの足の立脚
時間t1 を計測し、ステップSP18で回帰式によって
速度を推定することでベルトの速度制御に推定法歩行速
度ルールF1が加えられる。それ以降は、次の図5で示
す走行フェーズに移行する。なお、便宜上ここでは右足
踏み切りでの動作遷移を示しているが、アルゴリズムは
踏み出し足に依存しない。
Next, in step SP15, the belt mechanism 1 is driven by the position error rule F2. If the stride does not satisfy 以上 or more of the standard stride in step SP13, it is determined that the foot position has stopped, and the belt mechanism 1 is not driven. Next, step SP
At step 16, after waiting for the timing (D, E) of stepping out of the right foot again, the standing time t 1 of this foot is measured at step SP 17, and the speed is estimated by a regression equation at step SP 18 to control the speed of the belt. Is added to the estimation walking speed rule F1. Thereafter, the process shifts to the traveling phase shown in FIG. In addition, although the operation transition at the time of stepping off the right foot is shown here for convenience, the algorithm does not depend on the stepping foot.

【0026】図5は歩行中の動作分析とそれに対応した
ベルト速度制御アルゴリズムを示す図である。この図5
においても、図中の記号などは前述の図4と同様であ
る。ここで、右足での着地(A)からの状態制御を示す
が、アルゴリズムは踏み出し足に依存しない。
FIG. 5 is a diagram showing a motion analysis during walking and a belt speed control algorithm corresponding thereto. This figure 5
Also, the symbols in the figure are the same as those in FIG. Here, the state control from landing (A) with the right foot is shown, but the algorithm does not depend on the stepping foot.

【0027】ステップSP21においてまず右足が着地
した瞬間(G)に、ステップSP22で右足の重複歩幅
2 が計測される。重複歩幅は後で述べる停止アルゴリ
ズムで使用される。次いで、ステップSP23で左足の
離床(H)を検知し、ステップSP24で立脚時間t2
が計測される。この際に、ステップSP25でベルト速
度アルゴリズムのF1のパラメータVw′が更新され
る。以後、ステップSP26〜SP29により、(I→
J→K→L)と交互に立・遊脚動作を繰返すために、そ
れぞれの重複歩幅L3 ,L4 、立脚時間t3 ,t4 の計
測が繰返される。したがって、F1はステップSP30
で数Hzの歩行のタイミングで更新され、一方F2はよ
り速い周期(実施形態では30Hz)で更新される。ま
た、この後で述べる停止アルゴリズムのために遊脚時間
も計測される。
[0027] First moment the right foot lands at step SP21 (G), overlapping stride L 2 of the right foot is measured in step SP22. The overlapping stride is used in the stop algorithm described below. Next, at step SP23, the left foot (H) is detected, and at step SP24, the standing time t 2.
Is measured. At this time, the parameter Vw 'of F1 of the belt speed algorithm is updated in step SP25. Thereafter, at steps SP26 to SP29, (I →
(J → K → L), the measurement of the overlapped stride length L 3 , L 4 and the standing time t 3 , t 4 is repeated. Therefore, F1 is equal to step SP30
Is updated at the timing of walking of several Hz, while F2 is updated at a faster cycle (30 Hz in the embodiment). Also, the idle leg time is measured for the stop algorithm described later.

【0028】図6は歩行停止動作時の動作分析とそれに
対応したベルト制御アルゴリズムを示す図である。この
図6においても記号などは図4と同じである。また、こ
こでは右足での着地(M)から両足が停止する状態
(Q)までの状態制御を示しているが、同様にアルゴリ
ズムは踏み出し足に依存しない。
FIG. 6 is a diagram showing an operation analysis at the time of a walking stop operation and a belt control algorithm corresponding thereto. The symbols and the like in FIG. 6 are the same as those in FIG. Here, the state control from the landing (M) with the right foot to the state (Q) where both feet stop is shown, but the algorithm does not depend on the stepping foot.

【0029】図6(c)においてステップSP31で右
足の着地が検知され、ステップSP34で右足の離床
(B)を検知するまでは前述の歩行フェーズと同様であ
るが、ステップSP35において右足の着地を検知した
瞬間(Q)において、ステップSP36で1)重複歩幅
がこれまでの70%以下、2)遊脚時間t5 がこれまで
の半分以下、3)右足が停止後に一定時間左足が動かな
い点の3条件が満たされた際にベルト機構1の駆動は停
止される。なお、この実施形態では、この停止判定は歩
行フェーズの一部として実装される。
In FIG. 6C, until the landing of the right foot is detected in step SP31 and the leaving of the right foot (B) is detected in step SP34, it is the same as the above-described walking phase, but the landing of the right foot is detected in step SP35. in sensed instantaneous (Q), step SP36 in 1) 70% overlap stride ever less, 2) following the free leg time t 5 half past, 3) that the right foot does not move a certain time left after stopping When the three conditions are satisfied, the driving of the belt mechanism 1 is stopped. In this embodiment, this stop determination is implemented as a part of the walking phase.

【0030】図1に示した実施形態によって、歩行者2
はベルト上を歩いているのではなく、合成される仮想空
間内を歩行する感覚を得ることができる。前述の歩行動
作解析結果をもとに、より臨場感の高い仮想空間内での
移動を実現するための手法についてまとめて説明する。
これらは図1の計算機10内の大規模仮想空間情報管理
部と画像情報生成部によって実現される。
According to the embodiment shown in FIG.
Can feel like walking in a virtual space that is synthesized instead of walking on a belt. Based on the results of the above-described walking motion analysis, a technique for realizing movement in a virtual space having a higher sense of reality will be described.
These are realized by the large-scale virtual space information management unit and the image information generation unit in the computer 10 of FIG.

【0031】図7は仮想空間内での位置更新方法を説明
するための図である。歩行によって仮想空間内を移動す
る際には、前述の前進方向の速度制御に加えて、左右方
向への進路変更の機能が必要となる。前進移動に関して
は、前述の推定された歩行速度Vw′を時間積分し、仮
想空間内での歩行者の位置情報を連続的に更新する。ま
た、左右への進路変更は、図7に示すように、歩行者の
頭部の方向θを、Vw′の方向変化成分として時間積分
時に加算する。頭部の方向は図1に示した仮想空間の画
像生成に用いる磁気位置姿勢計測装置6によって得られ
る情報の一部となる。
FIG. 7 is a diagram for explaining a method of updating a position in a virtual space. When moving in the virtual space by walking, in addition to the above-described speed control in the forward direction, a function of changing the course in the left-right direction is required. As for the forward movement, the above-mentioned estimated walking speed Vw 'is integrated over time, and the position information of the pedestrian in the virtual space is continuously updated. Further, as shown in FIG. 7, the course change to the left or right is performed by adding the direction θ of the pedestrian's head as a direction change component of Vw ′ at the time of time integration. The direction of the head becomes a part of the information obtained by the magnetic position and orientation measurement device 6 used for generating the image of the virtual space shown in FIG.

【0032】これらの説明を数式として表現すると、あ
る時間tでの歩行者の位置がP(t)=(Px (t),
y (t))のように2次元の1ベクトルで表現され
る。このときの歩行者の歩行速度をベクトル表現でV
w′(t)=(Vw′x (t),Vw′y (t))、歩
行空間に固定される座標系のx軸を基準とした時刻tで
の頭部の方向の回転角度をθとする。これらより、時刻
t+1での歩行者の位置P(t+1)は以下のように得
られる。
When these descriptions are expressed as mathematical expressions, the position of the pedestrian at a certain time t is represented by P (t) = (P x (t),
(P y (t)) as a two-dimensional one vector. The walking speed of the pedestrian at this time is represented by V in vector expression.
w ′ (t) = (Vw ′ x (t), Vw ′ y (t)), and the rotation angle of the direction of the head at time t with respect to the x-axis of the coordinate system fixed to the walking space is θ. And From these, the position P (t + 1) of the pedestrian at the time t + 1 is obtained as follows.

【0033】 Px (t+1)=Px (t)+cosθ・|Vw′(t)・Δt|…(4) Py (t+1)=Py (t)+sinθ・|Vw′(t)・Δt|…(5) ただし、Δtは時刻t+1と時刻tの間の経過時間とす
る。
P x (t + 1) = P x (t) + cos θ · | Vw ′ (t) · Δt | (4) Py (t + 1) = P y (t) + sin θ · | Vw ′ (t) · Δt (5) where Δt is the elapsed time between time t + 1 and time t.

【0034】図8は歩行面の姿勢制御による斜面の提示
を説明するための図である。この発明の一実施形態の特
徴として、歩行面の斜度の再現機能がある。図8に示す
ように、まず仮想空間内での歩行者の存在する領域の傾
きN2を仮想空間の地形情報から得る。そして、ベルト
面自体をJ1,J2,J3軸を有する3軸歩行面保持機
構3によって回転させて、歩行ベルト面を同一の傾斜N
bに一致させて傾斜面を再現する。
FIG. 8 is a view for explaining presentation of a slope by posture control of a walking surface. One of the features of the embodiment of the present invention is a function of reproducing a slope of a walking surface. As shown in FIG. 8, first, a slope N2 of a region where a pedestrian exists in the virtual space is obtained from topographical information of the virtual space. Then, the belt surface itself is rotated by the three-axis walking surface holding mechanism 3 having the J1, J2, and J3 axes so that the walking belt surface has the same inclination N.
b to reproduce the inclined surface.

【0035】仮想空間への没入感を高めるために、図1
に示すように歩行者2の目前に後方投影式の大型スクリ
ーン7を設置し、歩行動作に合わせた空間の映像が提示
される。ここで、前述の位置変更アルゴリズムからの情
報をもとに仮想空間の映像を高速に表示する。また、別
の例として頭部に小型のディスプレイ(head mounteddi
splay)を使用して没入感を得るようにしてもよい。
In order to increase the sense of immersion in the virtual space, FIG.
As shown in FIG. 7, a large screen 7 of a rear projection type is installed in front of the pedestrian 2 and an image of a space according to the walking motion is presented. Here, the image of the virtual space is displayed at high speed based on the information from the above-described position change algorithm. As another example, a small display (head mounted
splay) may be used to provide immersion.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、ベル
ト機構の歩行面の姿勢を任意の角度で歩行面保持機構に
よって保持し、歩行者の足先が歩行面に着地してから離
れるまでの立脚時間を計測し、この立脚時間に基づく
行者の動きと検出した腰位置とに連動してベルト機構の
ベルトの移動を速度制御するとともに、歩行者がベルト
機構上で歩行しているときの視点位置からの仮想空間を
表示するようにしたので、歩行者はわずかな空間内で広
域にわたる仮想空間内を自由に歩行移動することができ
る。仮想空間は計算機内に数値として定義されるもので
あり、情報さえあれば現実の有無を問わず再現が可能と
なる。したがって、たとえば建築物の構築の際に、CA
Dデータの段階で対象空間を実際に歩いてみることで空
間設計の評価を可能とすることができる。また、古代の
遺跡やあるいは開発などで既に存在しない空間を計算機
によって再現し、その空間配置の直観的な認識も可能と
なる。さらに、この発明による移動は既存のトレッドミ
ルのような外部から強制される運動ではなく、歩行者の
意思による歩行が実現できるため、歩行のリハビリテー
ションにも応用できる。
As described above, according to the present invention, the posture of the walking surface of the belt mechanism is held at an arbitrary angle by the walking surface holding mechanism, and the pedestrian's toes are released after landing on the walking surface.
The pedestrian measures the standing time until the pedestrian moves and controls the speed of the belt movement of the belt mechanism in conjunction with the movement of the pedestrian based on the standing time and the detected waist position. Since the virtual space from the viewpoint position when walking is displayed, the pedestrian can freely walk and move in the virtual space over a wide area in a small space. The virtual space is defined as a numerical value in a computer, and if there is information, it can be reproduced regardless of the presence or absence of reality. Therefore, for example, when constructing a building, CA
It is possible to evaluate the space design by actually walking in the target space at the stage of the D data. In addition, a space that does not already exist due to ancient archeological sites or developments can be reproduced by a computer, and intuitive recognition of the space arrangement becomes possible. Furthermore, the movement according to the present invention is not a forced movement from the outside as in an existing treadmill, but can be performed by a pedestrian's will. Therefore, the movement can be applied to rehabilitation of walking.

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

【図1】この発明の一実施形態の全体の構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】ベルト速度の制御方法を説明するための図であ
る。
FIG. 2 is a diagram for explaining a belt speed control method.

【図3】ベルト速度の制御を説明するためのフローチャ
ートである。
FIG. 3 is a flowchart illustrating control of a belt speed.

【図4】停止状態から右足を踏み出して歩行を開始した
ときの動作分析図とそれに対応したベルト速度制御アル
ゴリズムを示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating an operation analysis when a right foot is stepped on from a stop state to start walking and a belt speed control algorithm corresponding thereto.

【図5】歩行中の動作分析とそれに対応したベルト速度
制御アルゴリズムを示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing motion analysis during walking and a belt speed control algorithm corresponding thereto.

【図6】歩行停止の際の動作分析とそれに対応したベル
ト速度制御アルゴリズムを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a motion analysis when stopping walking and a belt speed control algorithm corresponding thereto.

【図7】仮想空間内での位置更新方法を説明するための
図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a method of updating a position in a virtual space.

【図8】歩行面の姿勢制御による斜面の提示を示す図で
ある。
FIG. 8 is a diagram illustrating presentation of a slope by posture control of a walking surface.

【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 糸式位置センサ 6 磁気式位置姿勢計測装置 10,20,30 計算機 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Belt mechanism 2 Pedestrian 3 3-axis walking surface holding mechanism 4 CCD camera 5 Thread position sensor 6 Magnetic position and orientation measurement device 10, 20, 30 Computer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−88084(JP,A) 実公 平5−30779(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G09B 9/00 A63B 22/02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-2-88084 (JP, A) JP 5-30779 (JP, Y2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G09B 9/00 A63B 22/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 任意方向の斜面を含む大規模仮想空間内
部を歩行移動できるような歩行感覚生成装置であって、 その上で歩行したときに、歩行による移動を相殺するた
めのベルト機構、 前記ベルト機構における歩行面の姿勢を任意角度に保持
する歩行面保持機構、 前記歩行者の歩行の足先位置を検出する足先位置検出手
段、前記歩行者の腰の位置を検出する腰位置検出手段、 前記足先位置検出手段の検出出力に基づいて、前記歩行
者の足先が歩行面に着地してから離れるまでの立脚時間
を計測し、その立脚時間に基づく前記歩行者の動きと前
記腰位置検出手段によって検出された腰の位置とに連動
して前記ベルト機構のベルトの移動を制御するための制
御手段、および前記ベルト機構上で歩行者が歩行してい
るときの視点位置からの仮想空間の映像を提示する表示
手段を備えた、歩行感覚生成装置。
1. A walking sensation generating device capable of walking and moving inside a large-scale virtual space including a slope in an arbitrary direction, wherein a belt mechanism for canceling movement due to walking when walking on the walking feeling generating device, A walking surface holding mechanism that holds a posture of a walking surface in a belt mechanism at an arbitrary angle, a toe position detecting unit that detects a toe position of the pedestrian's walking, and a waist position detecting unit that detects a waist position of the pedestrian , based on the detection output of the feet position detecting means, the pedestrian toes to measure the standing time until away from the landing to the walking surface, before the movement of the pedestrian based on the stance time
Control means for controlling the movement of the belt of the belt mechanism in conjunction with the waist position detected by the waist position detection means , and from the viewpoint position when a pedestrian is walking on the belt mechanism A walking sensation generation device comprising a display unit for presenting an image of a virtual space.
【請求項2】 さらに、前記歩行者の頭部位置を検出す
る頭部位置検出手段を含み、 前記表示手段は、前記頭部位置検出手段によって検出さ
れた頭部の向きに応じた仮想空間の映像を表示 すること
を特徴とする、請求項1に記載の歩行感覚生成装置。
2. The method according to claim 1, further comprising detecting a head position of the pedestrian.
Head position detecting means, wherein the display means is detected by the head position detecting means.
The walking sensation generating apparatus according to claim 1, wherein an image of a virtual space corresponding to the orientation of the head is displayed .
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