JP3497402B2 - 運動状態生成装置及び運動状態生成プログラムを記録した記録媒体 - Google Patents
運動状態生成装置及び運動状態生成プログラムを記録した記録媒体Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、人間の歩行などの
運動状態をコンピュータを用いて生成する運動状態生成
方法及び該方法をコンピュータに実行させるためのプロ
グラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
に関するものである。
運動状態をコンピュータを用いて生成する運動状態生成
方法及び該方法をコンピュータに実行させるためのプロ
グラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】人間が歩行する際に足と床とが接する部
分において人間が床から受ける反力が床反力である。床
反力は人間の歩行状態を反映しており、人間工学的な解
析や臨床医学的な分析材料として広く用いられている。
一般に、床反力データはフォースプレート等を用いて、
ある時間間隔ごとに単位面積あたりにかかる力を、足と
フォースプレートとの設置面積にわたって合計したもの
が用いられている。
分において人間が床から受ける反力が床反力である。床
反力は人間の歩行状態を反映しており、人間工学的な解
析や臨床医学的な分析材料として広く用いられている。
一般に、床反力データはフォースプレート等を用いて、
ある時間間隔ごとに単位面積あたりにかかる力を、足と
フォースプレートとの設置面積にわたって合計したもの
が用いられている。
【０００３】図９(a)は、典型的な片足のみの床反力の
時間変化を、実際にデータを採取してグラフ化したもの
である。横軸は時間であり、数字は１サイクル（左右１
歩づつの合計２歩）に対する時間の割合を示している。
典型的な例を挙げると、例えば1分あたりの歩数を１０
０歩とすると、１歩に要する時間は0.6秒であり、１サ
イクルは1.2秒となる。縦軸は体重に対する床反力の割
合を示す。本図において、「progressional」は歩行す
る方向の成分であり、「vertical」は鉛直上向き方向で
あり、「lateral」は床反力の左右方向の成分で、立脚
足の内側を正としている。なお、ここで言う１歩とは、
片方の足の着地から他方の足が着地するまでであり、１
歩の開始からしばらくの間は両足支持となる。図９(a)
においては、片足の着地からその足が地面を離れるまで
を示しており、Gait Cycleの50%までが１歩である。図
９(b)において、両足の床反力と１歩との関係について
示した。なお、本図においては、「vertical」のみを示
した。
時間変化を、実際にデータを採取してグラフ化したもの
である。横軸は時間であり、数字は１サイクル（左右１
歩づつの合計２歩）に対する時間の割合を示している。
典型的な例を挙げると、例えば1分あたりの歩数を１０
０歩とすると、１歩に要する時間は0.6秒であり、１サ
イクルは1.2秒となる。縦軸は体重に対する床反力の割
合を示す。本図において、「progressional」は歩行す
る方向の成分であり、「vertical」は鉛直上向き方向で
あり、「lateral」は床反力の左右方向の成分で、立脚
足の内側を正としている。なお、ここで言う１歩とは、
片方の足の着地から他方の足が着地するまでであり、１
歩の開始からしばらくの間は両足支持となる。図９(a)
においては、片足の着地からその足が地面を離れるまで
を示しており、Gait Cycleの50%までが１歩である。図
９(b)において、両足の床反力と１歩との関係について
示した。なお、本図においては、「vertical」のみを示
した。
【０００４】上述のように、床反力は人間が歩行する際
に床から与えられる力であるから、実際に測定して得ら
れた床反力を用いることで、逆に人間の歩行状態を再現
することができる。このため、コンピュータに予め測定
された床反力を入力しておくと、その床反力を利用して
コンピュータグラフィックスによるアニメーションによ
り前記人間の歩行映像を合成することができる。つま
り、実際の人間の床反力を測定すると、コンピュータ上
でその人間の動きを再現することができる。
に床から与えられる力であるから、実際に測定して得ら
れた床反力を用いることで、逆に人間の歩行状態を再現
することができる。このため、コンピュータに予め測定
された床反力を入力しておくと、その床反力を利用して
コンピュータグラフィックスによるアニメーションによ
り前記人間の歩行映像を合成することができる。つま
り、実際の人間の床反力を測定すると、コンピュータ上
でその人間の動きを再現することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、人間の
歩行状態は非常に複雑な運動であり、さらに床反力は体
重や歩幅などで著しい個人差がある。このため、ある人
間の床反力は、その人間の歩行状態を再現するためにし
か用いることはできない。したがって、例えば体重や歩
幅が異なる人間の歩行状態をコンピュータ上でアニメー
ション生成するには、各々の人間について床反力を測定
しなければならない。また、勾配や階段などの地形に応
じた歩行状態を生成するためには、実際にその地形を再
現して予め床反力を測定しておく必要があるため、種々
の地形を歩行する歩行状態を生成したい場合には、各々
の地形を実際に再現し、各地形についてのデータを採取
しなければならず、非常に手間がかかっていた。
歩行状態は非常に複雑な運動であり、さらに床反力は体
重や歩幅などで著しい個人差がある。このため、ある人
間の床反力は、その人間の歩行状態を再現するためにし
か用いることはできない。したがって、例えば体重や歩
幅が異なる人間の歩行状態をコンピュータ上でアニメー
ション生成するには、各々の人間について床反力を測定
しなければならない。また、勾配や階段などの地形に応
じた歩行状態を生成するためには、実際にその地形を再
現して予め床反力を測定しておく必要があるため、種々
の地形を歩行する歩行状態を生成したい場合には、各々
の地形を実際に再現し、各地形についてのデータを採取
しなければならず、非常に手間がかかっていた。
【０００６】上記事情に鑑み、本発明においては、歩容
や体重などの個人差に応じた歩行状態等を容易に生成す
ることができる運動状態生成方法を提供することを目的
とする。また、本発明の他の目的は、種々の地形に応じ
た運動状態を容易に生成することができる運動状態生成
方法を提供することを目的とする。さらに、このような
運動状態生成方法をコンピュータに実行させるためのプ
ログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒
体を提供することを目的とする。
や体重などの個人差に応じた歩行状態等を容易に生成す
ることができる運動状態生成方法を提供することを目的
とする。また、本発明の他の目的は、種々の地形に応じ
た運動状態を容易に生成することができる運動状態生成
方法を提供することを目的とする。さらに、このような
運動状態生成方法をコンピュータに実行させるためのプ
ログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒
体を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
歩行する人物像と床が接する部分において前記人物像が
床から受ける反力の、一歩にわたる時間変化を、ｘ方
向、ｙ方向、ｚ方向の各成分ごとに３個の三角関数の和
を用いて近似的に生成し、前記近似された床反力の時間
変化を用いて人物像が歩行する際の重心位置の時間変化
を生成する運動状態生成装置であって、前記人物像の歩
容を入力して、歩行の周期を算出する手段と、前記周期
から前記三角関数の位相を決定する手段と、予め決めら
れた前期三角関数の各項の係数を記憶しておく手段と、
一歩の歩行の際の地形情報を入力する手段と、前記地形
情報に応じて、予め記憶されている前記三角関数の各項
の係数を読み出す手段と、前記三角関数の各項の係数と
位相から前記各成分の床反力の時間変化を前記三角関数
の和により近似する関数を合成する手段と、前記関数を
用いて一歩にわたり両足にかかる床反力を合成する手段
と、前記人物像の重心の初期位置、初期速度及び体重を
入力する手段と、前記体重、重心の初期位置、重心の初
期速度及び前記床反力の時間変化を用いて、前記人物像
の重心位置の時間変化を数値積分により計算する手段と
を備えたことを特徴とする。
歩行する人物像と床が接する部分において前記人物像が
床から受ける反力の、一歩にわたる時間変化を、ｘ方
向、ｙ方向、ｚ方向の各成分ごとに３個の三角関数の和
を用いて近似的に生成し、前記近似された床反力の時間
変化を用いて人物像が歩行する際の重心位置の時間変化
を生成する運動状態生成装置であって、前記人物像の歩
容を入力して、歩行の周期を算出する手段と、前記周期
から前記三角関数の位相を決定する手段と、予め決めら
れた前期三角関数の各項の係数を記憶しておく手段と、
一歩の歩行の際の地形情報を入力する手段と、前記地形
情報に応じて、予め記憶されている前記三角関数の各項
の係数を読み出す手段と、前記三角関数の各項の係数と
位相から前記各成分の床反力の時間変化を前記三角関数
の和により近似する関数を合成する手段と、前記関数を
用いて一歩にわたり両足にかかる床反力を合成する手段
と、前記人物像の重心の初期位置、初期速度及び体重を
入力する手段と、前記体重、重心の初期位置、重心の初
期速度及び前記床反力の時間変化を用いて、前記人物像
の重心位置の時間変化を数値積分により計算する手段と
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
【０００９】 請求項２記載の発明は、歩行する人物像
と床が接する部分において前記人物像が床から受ける反
力の、一歩にわたる時間変化を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方
向の各成分ごとに３個の三角関数の和を用いて近似的に
生成し、前記近似された床反力の時間変化を用いて人物
像が歩行する際の重心位置の時間変化を生成する運動状
態生成装置であって、前記人物像の歩容を入力して、歩
行の周期を算出する手段と、前記周期から前記三角関数
の位相を決定する手段と、予め決められた前期三角関数
の各項の係数を記憶しておく手段と、一歩の歩行の際の
地形情報を入力する手段と、前記地形情報に応じて、予
め記憶されている前記三角関数の各項の係数を読み出す
手段と、前記三角関数の各項の係数と位相から前記各成
分の床反力の時間変化を前記三角関数の和により近似す
る関数を合成する手段と、前記関数を用いて一歩にわた
り両足にかかる床反力を合成する手段と、前記人物像の
重心の初期位置及び初期速度及び一歩の歩行終了時の重
心位置を入力する手段と、前記人物像の体重を入力する
手段と、前記体重、重心の初期位置および終了時位置、
重心の初期速度、前記床反力の時間変化を用いて、前記
人物像の重心位置の時間変化を数値積分により計算し、
計算結果の重心位置と前記終了時位置との差が閾値内に
なければ、前記三角関数の和にかかる係数を増減させて
再度計算し、計算結果の重心位置と前記終了時位置との
差がある閾値内にあれば計算を終了する手段とを備えた
ことを特徴とする。
と床が接する部分において前記人物像が床から受ける反
力の、一歩にわたる時間変化を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方
向の各成分ごとに３個の三角関数の和を用いて近似的に
生成し、前記近似された床反力の時間変化を用いて人物
像が歩行する際の重心位置の時間変化を生成する運動状
態生成装置であって、前記人物像の歩容を入力して、歩
行の周期を算出する手段と、前記周期から前記三角関数
の位相を決定する手段と、予め決められた前期三角関数
の各項の係数を記憶しておく手段と、一歩の歩行の際の
地形情報を入力する手段と、前記地形情報に応じて、予
め記憶されている前記三角関数の各項の係数を読み出す
手段と、前記三角関数の各項の係数と位相から前記各成
分の床反力の時間変化を前記三角関数の和により近似す
る関数を合成する手段と、前記関数を用いて一歩にわた
り両足にかかる床反力を合成する手段と、前記人物像の
重心の初期位置及び初期速度及び一歩の歩行終了時の重
心位置を入力する手段と、前記人物像の体重を入力する
手段と、前記体重、重心の初期位置および終了時位置、
重心の初期速度、前記床反力の時間変化を用いて、前記
人物像の重心位置の時間変化を数値積分により計算し、
計算結果の重心位置と前記終了時位置との差が閾値内に
なければ、前記三角関数の和にかかる係数を増減させて
再度計算し、計算結果の重心位置と前記終了時位置との
差がある閾値内にあれば計算を終了する手段とを備えた
ことを特徴とする。
【００１０】
【００１１】 請求項３記載の発明は、歩行する人物像
と床が接する部分において前記人物像が床から受ける反
力の、一歩にわたる時間変化を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方
向の各成分ごとに３個の三角関数の和を用いて近似的に
生成し、前記近似された床反力の時間変化を用いて人物
像が歩行する際の重心位置の時間変化を生成する運動状
態生成プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能
な記録媒体であって、前記運動状態生成プログラムは、
前記人物像の歩容を入力して、歩行の周期を算出する処
理と、前記周期から前記三角関数の位相を決定する処理
と、予め決められた前期三角関数の各項の係数を記憶し
ておく処理と、一歩の歩行の際の地形情報を入力する処
理と、前記地形情報に応じて、予め記憶されている前記
三角関数の各項の係数を読み出す処理と、前記三角関数
の各項の係数と位相から前記各成分の床反力の時間変化
を前記三角関数の和により近似する関数を合成する処理
と、前記関数を用いて一歩にわたり両足にかかる床反力
を合成する処理と、前記人物像の重心の初期位置、初期
速度及び体重を入力する処理と、前記体重、重心の初期
位置、重心の初期速度及び前記床反力の時間変化を用い
て、前記人物像の重心位置の時間変化を数値積分により
計算する処理とをコンピュータに行わせることを特徴と
する。
と床が接する部分において前記人物像が床から受ける反
力の、一歩にわたる時間変化を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方
向の各成分ごとに３個の三角関数の和を用いて近似的に
生成し、前記近似された床反力の時間変化を用いて人物
像が歩行する際の重心位置の時間変化を生成する運動状
態生成プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能
な記録媒体であって、前記運動状態生成プログラムは、
前記人物像の歩容を入力して、歩行の周期を算出する処
理と、前記周期から前記三角関数の位相を決定する処理
と、予め決められた前期三角関数の各項の係数を記憶し
ておく処理と、一歩の歩行の際の地形情報を入力する処
理と、前記地形情報に応じて、予め記憶されている前記
三角関数の各項の係数を読み出す処理と、前記三角関数
の各項の係数と位相から前記各成分の床反力の時間変化
を前記三角関数の和により近似する関数を合成する処理
と、前記関数を用いて一歩にわたり両足にかかる床反力
を合成する処理と、前記人物像の重心の初期位置、初期
速度及び体重を入力する処理と、前記体重、重心の初期
位置、重心の初期速度及び前記床反力の時間変化を用い
て、前記人物像の重心位置の時間変化を数値積分により
計算する処理とをコンピュータに行わせることを特徴と
する。
【００１２】
【００１３】 請求項４記載の発明は、歩行する人物像
と床が接する部分において前記人物像が床から受ける反
力の、一歩にわたる時間変化を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方
向の各成分ごとに３個の三角関数の和を用いて近似的に
生成し、前記近似された床反力の時間変化を用いて人物
像が歩行する際の重心位置の時間変化を生成する運動状
態生成プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能
な記録媒体であって、前記運動状態生成プログラムは、
前記人物像の歩容を入力して、歩行の周期を算出する処
理と、前記周期から前記三角関数の位相を決定する処理
と、予め決められた前期三角関数の各項の係数を記憶し
ておく処理と、一歩の歩行の際の地形情報を入力する処
理と、前記地形情報に応じて、予め記憶されている前記
三角関数の各項の係数を読み出す処理と、前記三角関数
の各項の係数と位相から前記各成分の床反力の時間変化
を前記三角関数の和により近似する関数を合成する処理
と、前記関数を用いて一歩にわたり両足にかかる床反力
を合成する処理と、前記人物像の重心の初期位置及び初
期速度及び一歩の歩行終了時の重心位置を入力する処理
と、前記人物像の体重を入力する処理と、前記体重、重
心の初期位置および終了時位置、重心の初期速度、前記
床反力の時間変化を用いて、前記人物像の重心位置の時
間変化を数値積分により計算し、計算結果の重心位置と
前記終了時位置との差が閾値内になければ、前記三角関
数の和にかかる係数を増減させて再度計算し、計算結果
の重心位置と前記終了時位置との差がある閾値内にあれ
ば計算を終了する処理とをコンピュータに行わせること
を特徴とする。
と床が接する部分において前記人物像が床から受ける反
力の、一歩にわたる時間変化を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方
向の各成分ごとに３個の三角関数の和を用いて近似的に
生成し、前記近似された床反力の時間変化を用いて人物
像が歩行する際の重心位置の時間変化を生成する運動状
態生成プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能
な記録媒体であって、前記運動状態生成プログラムは、
前記人物像の歩容を入力して、歩行の周期を算出する処
理と、前記周期から前記三角関数の位相を決定する処理
と、予め決められた前期三角関数の各項の係数を記憶し
ておく処理と、一歩の歩行の際の地形情報を入力する処
理と、前記地形情報に応じて、予め記憶されている前記
三角関数の各項の係数を読み出す処理と、前記三角関数
の各項の係数と位相から前記各成分の床反力の時間変化
を前記三角関数の和により近似する関数を合成する処理
と、前記関数を用いて一歩にわたり両足にかかる床反力
を合成する処理と、前記人物像の重心の初期位置及び初
期速度及び一歩の歩行終了時の重心位置を入力する処理
と、前記人物像の体重を入力する処理と、前記体重、重
心の初期位置および終了時位置、重心の初期速度、前記
床反力の時間変化を用いて、前記人物像の重心位置の時
間変化を数値積分により計算し、計算結果の重心位置と
前記終了時位置との差が閾値内になければ、前記三角関
数の和にかかる係数を増減させて再度計算し、計算結果
の重心位置と前記終了時位置との差がある閾値内にあれ
ば計算を終了する処理とをコンピュータに行わせること
を特徴とする。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の
実施形態である歩行状態生成方法（運動状態生成方法）
を実現する装置の構成図である。図において、100は床
反力関数生成手段である。101は歩容取得手段（速度取
得手段）であり、歩容を取得すると共に、一次結合の基
底となる三角関数の位相に現れる歩行の周期を決定す
る。102は位相決定手段であり、前記周期より、三角関
数の位相を決定する。103は項数決定手段であり、一次
結合の基底となる関数を何項目まで用いるかを決定す
る。104は係数決定手段であり、係数記憶手段106に予め
記憶されている係数と、項数決定手段103で決定された
項数について、三角関数の係数を決定する。105は関数
合成手段であり、位相決定手段102で決定された位相を
有する三角関数に対し、係数決定手段104で決定された
係数を乗じて、項数決定手段103で決定した項数分の和
を求め、さらに必要に応じて実数を乗じて床反力を表現
する関数を生成する手段である。
て、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の
実施形態である歩行状態生成方法（運動状態生成方法）
を実現する装置の構成図である。図において、100は床
反力関数生成手段である。101は歩容取得手段（速度取
得手段）であり、歩容を取得すると共に、一次結合の基
底となる三角関数の位相に現れる歩行の周期を決定す
る。102は位相決定手段であり、前記周期より、三角関
数の位相を決定する。103は項数決定手段であり、一次
結合の基底となる関数を何項目まで用いるかを決定す
る。104は係数決定手段であり、係数記憶手段106に予め
記憶されている係数と、項数決定手段103で決定された
項数について、三角関数の係数を決定する。105は関数
合成手段であり、位相決定手段102で決定された位相を
有する三角関数に対し、係数決定手段104で決定された
係数を乗じて、項数決定手段103で決定した項数分の和
を求め、さらに必要に応じて実数を乗じて床反力を表現
する関数を生成する手段である。
【００１７】200は重心位置生成手段である。201は初期
条件決定手段であり、人間の一歩の開始時の重心の初期
位置及び初期速度を取得するとともに、初期条件記憶手
段206に格納する。202は体重決定手段であり、人間の体
重を取得すると共に、体重記憶手段（質量記憶手段）20
7に格納する。203は床反力合成手段であり、関数合成手
段105で合成された関数と、体重記憶手段207に格納され
た体重を用いて左右の足が受ける床反力を合成する。20
4は重心位置計算手段であり、床反力合成手段203で合成
された床反力を時間で積分することにより重心の速度及
び位置を計算する。
条件決定手段であり、人間の一歩の開始時の重心の初期
位置及び初期速度を取得するとともに、初期条件記憶手
段206に格納する。202は体重決定手段であり、人間の体
重を取得すると共に、体重記憶手段（質量記憶手段）20
7に格納する。203は床反力合成手段であり、関数合成手
段105で合成された関数と、体重記憶手段207に格納され
た体重を用いて左右の足が受ける床反力を合成する。20
4は重心位置計算手段であり、床反力合成手段203で合成
された床反力を時間で積分することにより重心の速度及
び位置を計算する。
【００１８】なお、上記記憶手段としては、ハードディ
スク装置や光磁気ディスク装置、ROM(Read-Only Memor
y)等の不揮発性メモリ、CD-ROM等の読み出しのみが可能
な記憶媒体、RAM(Random Access Memory)などのような
揮発性メモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成
されているものとする。さらに、上記装置の周辺機器と
して、キーボード等の入力装置、ＣＲＴ（Cathode Ray
Tube）等の表示機器等が（不図示）が接続されているも
のとする。また、上記各処理手段としては、専用のハー
ドウェアにより実現されるものであってもよく、また、
この処理部はメモリ及びCPU（中央演算装置）により構
成され、各処理手段の機能を実現するためのプログラム
をメモリにロードして実行することによりその機能を実
現させるものであってもよい。
スク装置や光磁気ディスク装置、ROM(Read-Only Memor
y)等の不揮発性メモリ、CD-ROM等の読み出しのみが可能
な記憶媒体、RAM(Random Access Memory)などのような
揮発性メモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成
されているものとする。さらに、上記装置の周辺機器と
して、キーボード等の入力装置、ＣＲＴ（Cathode Ray
Tube）等の表示機器等が（不図示）が接続されているも
のとする。また、上記各処理手段としては、専用のハー
ドウェアにより実現されるものであってもよく、また、
この処理部はメモリ及びCPU（中央演算装置）により構
成され、各処理手段の機能を実現するためのプログラム
をメモリにロードして実行することによりその機能を実
現させるものであってもよい。
【００１９】次に、本実施形態の動作を説明する。本実
施形態においては、以下、座標を右手系で取り、歩行者
の進行方向をx軸の正の向きに取り、鉛直上向きをy軸の
正の向きに取る。この場合、z軸の正の向きは歩行者の
右手方向を指すことになる。ただし、図９(a)および以
下の説明では、「lateral」すなわち床反力の左右方向
の成分は、立脚足の外側を正としている。本実施形態で
は一次結合の基底となる三角関数を
施形態においては、以下、座標を右手系で取り、歩行者
の進行方向をx軸の正の向きに取り、鉛直上向きをy軸の
正の向きに取る。この場合、z軸の正の向きは歩行者の
右手方向を指すことになる。ただし、図９(a)および以
下の説明では、「lateral」すなわち床反力の左右方向
の成分は、立脚足の外側を正としている。本実施形態で
は一次結合の基底となる三角関数を
【００２０】
【数式１】
【００２１】で表す。ここでｔは時間変数であり、iは
x,y,zのいずれかの方向を示す。Ｔは足の着地からその
足が地面を離れるまでの時間（支持相）であり、kは自
然数である。
x,y,zのいずれかの方向を示す。Ｔは足の着地からその
足が地面を離れるまでの時間（支持相）であり、kは自
然数である。
【００２２】まず、図２に示すフローチャートのSP1に
おいて、歩容取得手段101が歩容を取得する。本実施形
態では、キーボードから単位時間当たりの歩数である歩
容νが入力される。次に、SP2において、入力された歩
容νを用いて以下のようにＴの値を決定する。まず、 Ｔstep = 1/ν (2) により、一歩の時間Ｔstepを決定する。ここで、１サイ
クルすなわち左右一歩づつの時間をＴcycleとし、遊脚
相（足が地面から離れて着地するまで）をＴswing、両
足支持相をＴdsとすると、明らかに以下の関係が成立す
る。 Ｔcycle = ２Ｔstep = Ｔ ＋ Ｔswing Ｔds = Ｔ - Ｔstep = Ｔstep - Ｔswing ここで、例えばＴds=0.25Ｔstepなどとすることによ
り、ＴstepからＴの値を求めることができる。前記比例
係数0.25の値は、他の値を用いても構わないし、一歩ご
とに変化させても良い。
おいて、歩容取得手段101が歩容を取得する。本実施形
態では、キーボードから単位時間当たりの歩数である歩
容νが入力される。次に、SP2において、入力された歩
容νを用いて以下のようにＴの値を決定する。まず、 Ｔstep = 1/ν (2) により、一歩の時間Ｔstepを決定する。ここで、１サイ
クルすなわち左右一歩づつの時間をＴcycleとし、遊脚
相（足が地面から離れて着地するまで）をＴswing、両
足支持相をＴdsとすると、明らかに以下の関係が成立す
る。 Ｔcycle = ２Ｔstep = Ｔ ＋ Ｔswing Ｔds = Ｔ - Ｔstep = Ｔstep - Ｔswing ここで、例えばＴds=0.25Ｔstepなどとすることによ
り、ＴstepからＴの値を求めることができる。前記比例
係数0.25の値は、他の値を用いても構わないし、一歩ご
とに変化させても良い。
【００２３】なお、上記歩容取得手段101は歩容を直接
取得するのではなく、例えば歩行速度ｖおよび一歩の歩
幅度ｄを入力して歩容を求め、SP2において Ｔstep = 1/ν = ｄ/ｖ (3) としてもよい。
取得するのではなく、例えば歩行速度ｖおよび一歩の歩
幅度ｄを入力して歩容を求め、SP2において Ｔstep = 1/ν = ｄ/ｖ (3) としてもよい。
【００２４】次に、SP3に進み、位相決定手段102が
(ｎx,ｎy,ｎz) = (2,1,1) (4)
とし、前記Ｔの値を用いることによって(1)式右辺の位
相を決定する。
相を決定する。
【００２５】次に、SP4に進み、項数決定手段103が三角
関数の個数を決定する。本実施形態では項数を３とす
る。
関数の個数を決定する。本実施形態では項数を３とす
る。
【００２６】次に、SP5に進み、係数決定手段104が以下
の係数を決定する。 ａxk = -0.14286/2k-1 ＋ δxk, (k=1,2,3), (5) (ａy1,ａy2,ａy3) = (1.3,0.1,0.4) ＋ (δy1,δy2,δy3), (6) (ａz1,ａz2,ａz3) = (0.07,-0.03,-0.03) ＋ (δz1,δz2,δz3), (7) 但し、δxk,δyk,δzk（k=1,2,3）は係数の第１項に比
べてその絶対値が非常に小さい値であり、通常は０とし
ても良い。また、kの値は、前記項数決定手段103で決定
された項数に合わせ、k=1,2,3である。これらの係数
は、予め係数記憶手段106に記憶されているが、係数決
定手段104が係数記憶手段106から読みだした後に適宜変
更してもよい。例えば、δxk,δyk,δzk（k=1,2,3）の
値を適当に変更することで、明瞭な個人差を出すことが
できる。
の係数を決定する。 ａxk = -0.14286/2k-1 ＋ δxk, (k=1,2,3), (5) (ａy1,ａy2,ａy3) = (1.3,0.1,0.4) ＋ (δy1,δy2,δy3), (6) (ａz1,ａz2,ａz3) = (0.07,-0.03,-0.03) ＋ (δz1,δz2,δz3), (7) 但し、δxk,δyk,δzk（k=1,2,3）は係数の第１項に比
べてその絶対値が非常に小さい値であり、通常は０とし
ても良い。また、kの値は、前記項数決定手段103で決定
された項数に合わせ、k=1,2,3である。これらの係数
は、予め係数記憶手段106に記憶されているが、係数決
定手段104が係数記憶手段106から読みだした後に適宜変
更してもよい。例えば、δxk,δyk,δzk（k=1,2,3）の
値を適当に変更することで、明瞭な個人差を出すことが
できる。
【００２７】次に、SP6に進み、以上の式(1)、位相、項
数、係数を用い、関数合成手段105がその線形和を計算
する。
数、係数を用い、関数合成手段105がその線形和を計算
する。
【００２８】
【数式２】
【００２９】ここで、ｗx,ｗy,ｗz,は体重を表す係数で
ある。これは、係数決定手段104までで表現された数値
は体重に対する相対値で表現されているため、現実の値
との整合性を取るためである。もちろん、相対値で表現
された関数を取得したい場合はここで、ｗx=ｗy=ｗz=1.
0としてもよい。
ある。これは、係数決定手段104までで表現された数値
は体重に対する相対値で表現されているため、現実の値
との整合性を取るためである。もちろん、相対値で表現
された関数を取得したい場合はここで、ｗx=ｗy=ｗz=1.
0としてもよい。
【００３０】次に、SP7に進み、初期条件決定手段（境
界条件決定手段）201が、人体重心位置の初期位置及び
初期速度を取得する。取得した初期位置及び初期速度
は、初期条件記憶手段（境界条件記憶手段）206に格納
される。本実施形態においては、キーボードによって入
力された値を取得するが、歩行状態を連続して生成する
場合は、直前の一歩の終了値を記憶手段から取得するよ
うにしても良い。次にSP8に進み、体重決定手段202が人
間の体重を決定し、体重記憶手段207に格納される。体
重はキーボードなどから入力してもよいし、予め他の記
憶手段に記憶されているものとしてもよい。
界条件決定手段）201が、人体重心位置の初期位置及び
初期速度を取得する。取得した初期位置及び初期速度
は、初期条件記憶手段（境界条件記憶手段）206に格納
される。本実施形態においては、キーボードによって入
力された値を取得するが、歩行状態を連続して生成する
場合は、直前の一歩の終了値を記憶手段から取得するよ
うにしても良い。次にSP8に進み、体重決定手段202が人
間の体重を決定し、体重記憶手段207に格納される。体
重はキーボードなどから入力してもよいし、予め他の記
憶手段に記憶されているものとしてもよい。
【００３１】次にSP9に進み、床反力合成手段203が、こ
れらの手段で決定された値及び関数合成手段105で合成
された関数を用いて、床反力を合成する。この時、重心
移動に影響を与えるのは両足からの床反力の合計であ
り、本発明でいう「一歩」は開始からしばらくの間は両
足支持となるため、それぞれの足からの床反力の合計と
なる。例えば、「左踵着地」から「右踵着地」までのあ
る一歩に関する床反力の場合、図９(b)で示される床反
力で例えれば、左足の着地から両足支持の間は左右の合
計値となる。その後一歩の終了までは右足からの床反力
がゼロであるため、実質的に左足からのみの床反力とな
る。
れらの手段で決定された値及び関数合成手段105で合成
された関数を用いて、床反力を合成する。この時、重心
移動に影響を与えるのは両足からの床反力の合計であ
り、本発明でいう「一歩」は開始からしばらくの間は両
足支持となるため、それぞれの足からの床反力の合計と
なる。例えば、「左踵着地」から「右踵着地」までのあ
る一歩に関する床反力の場合、図９(b)で示される床反
力で例えれば、左足の着地から両足支持の間は左右の合
計値となる。その後一歩の終了までは右足からの床反力
がゼロであるため、実質的に左足からのみの床反力とな
る。
【００３２】次に、SP10に進み、重心位置計算手段204
が、床反力合成手段203によって合成された床反力の近
似値を用いて、重心位置の時間変化を計算する。すなわ
ち、体重記憶手段に格納されている体重から求められる
人体の質量をＭ、位置ベクトルをｒ(ｔ)、重力加速度ベ
クトルをｇ、左足の床反力ベクトルをＦL(ｔ)、右足の
床反力ベクトルをＦR(ｔ)とすると、一歩の歩行におい
て重心位置に対する運動方程式は以下のようになる。
が、床反力合成手段203によって合成された床反力の近
似値を用いて、重心位置の時間変化を計算する。すなわ
ち、体重記憶手段に格納されている体重から求められる
人体の質量をＭ、位置ベクトルをｒ(ｔ)、重力加速度ベ
クトルをｇ、左足の床反力ベクトルをＦL(ｔ)、右足の
床反力ベクトルをＦR(ｔ)とすると、一歩の歩行におい
て重心位置に対する運動方程式は以下のようになる。
【００３３】
【数３】
【００３４】この方程式を用いて、以下の処理手順によ
り、重心位置を計算する。なお、この処理手順では時間
変数を離散的にｔ=ｔ0,ｔ1...のように表す。時間間隔
Δt=ｔi +1 - ｔiは、例えばＴＶ映像の１フレームに相
当する1/30秒としても良い。また、ｒ(ｔ0)、∂ｒ(ｔ0)
/∂ｔはそれぞれ初期条件決定手段201で決定され初期条
件記憶手段206に格納されている重心位置及び速度の初
期値である。
り、重心位置を計算する。なお、この処理手順では時間
変数を離散的にｔ=ｔ0,ｔ1...のように表す。時間間隔
Δt=ｔi +1 - ｔiは、例えばＴＶ映像の１フレームに相
当する1/30秒としても良い。また、ｒ(ｔ0)、∂ｒ(ｔ0)
/∂ｔはそれぞれ初期条件決定手段201で決定され初期条
件記憶手段206に格納されている重心位置及び速度の初
期値である。
【００３５】１．i=0 とする。ｒ(ｔi)、∂ｒ(ｔi)/∂
ｔ は既知である。 ２．(9)式により、∂2ｒ(ｔi)/∂ｔ2 を求める。 ３．∂ｒ(ｔi+1)/∂ｔ = ∂ｒ(ｔi)/∂ｔ ＋ Δt∂2ｒ
(ｔi+1)/∂ｔ2 により、∂ｒ(ｔi+1)/∂ｔを求める。 ４．ｒ(ｔi+1) = ｒ(ｔi) ＋ Δt∂ｒ(ｔi+1)/∂ｔ に
より、ｒ(ｔi+1)を求める。 ５．処理を終了しなければ i=i+1 として２．に戻る。
ｔ は既知である。 ２．(9)式により、∂2ｒ(ｔi)/∂ｔ2 を求める。 ３．∂ｒ(ｔi+1)/∂ｔ = ∂ｒ(ｔi)/∂ｔ ＋ Δt∂2ｒ
(ｔi+1)/∂ｔ2 により、∂ｒ(ｔi+1)/∂ｔを求める。 ４．ｒ(ｔi+1) = ｒ(ｔi) ＋ Δt∂ｒ(ｔi+1)/∂ｔ に
より、ｒ(ｔi+1)を求める。 ５．処理を終了しなければ i=i+1 として２．に戻る。
【００３６】なお、ここで用いた数値積分は単純なオイ
ラー法であるが、他の手段を用いても良い。以上によ
り、人間が歩行する際に足が床と接する部分において床
から受ける反力の時間変化を解析関数を用いて近似的に
生成し、人間の重心位置の時間変化を容易に生成するこ
とができる。したがって容易に個人差に応じた歩行状態
を得ることができるので、各々の人間について実際の床
反力を測定することなく、歩容、体重などを入力するだ
けで、個人差に応じたアニメーション映像などを容易に
生成することができる。すなわち、重心位置計算手段20
4が算出した重心位置の時間変化ｒ(ｔ)と、別に取得し
た手や足などの重心に対する相対的な動きとを組み合わ
せ、これをCRTに表示させたり、あるいはこの歩行状態
をデータとして記憶手段に格納することができる。
ラー法であるが、他の手段を用いても良い。以上によ
り、人間が歩行する際に足が床と接する部分において床
から受ける反力の時間変化を解析関数を用いて近似的に
生成し、人間の重心位置の時間変化を容易に生成するこ
とができる。したがって容易に個人差に応じた歩行状態
を得ることができるので、各々の人間について実際の床
反力を測定することなく、歩容、体重などを入力するだ
けで、個人差に応じたアニメーション映像などを容易に
生成することができる。すなわち、重心位置計算手段20
4が算出した重心位置の時間変化ｒ(ｔ)と、別に取得し
た手や足などの重心に対する相対的な動きとを組み合わ
せ、これをCRTに表示させたり、あるいはこの歩行状態
をデータとして記憶手段に格納することができる。
【００３７】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。図３は、本発明の第２の実施形態である歩行状
態生成方法を実現する装置の構成図である。本実施形態
では、地形取得手段401が設けられ、地形取得手段401が
取得した地形情報に応じて係数決定手段304が係数を決
定するようになっている。その他は前記第１の実施形態
と同様の構成である。すなわち、地形取得手段401が人
間の歩行を再現しようとしている地形情報を取得し、係
数決定手段304において、地形が平地であるか、登り勾
配であるか、下り勾配であるかを判定し、(8b)式Ｆy(t)
の三角関数の一次結合係数を決定する。 詳細には、図
４のフローチャートSP5aで示したように、係数決定手段
304は、まずSP5a-1においてａxk，ａzkを決定した後、S
P5a-2において一歩の開始時において支持脚が着地した
位置の高さｈと、次の足が着地する位置の高さｈnextと
を比較し、以下の処理手順によりａykを決定する。この
とき、ある正の値εを誤差判定基準として判定してもよ
い。
明する。図３は、本発明の第２の実施形態である歩行状
態生成方法を実現する装置の構成図である。本実施形態
では、地形取得手段401が設けられ、地形取得手段401が
取得した地形情報に応じて係数決定手段304が係数を決
定するようになっている。その他は前記第１の実施形態
と同様の構成である。すなわち、地形取得手段401が人
間の歩行を再現しようとしている地形情報を取得し、係
数決定手段304において、地形が平地であるか、登り勾
配であるか、下り勾配であるかを判定し、(8b)式Ｆy(t)
の三角関数の一次結合係数を決定する。 詳細には、図
４のフローチャートSP5aで示したように、係数決定手段
304は、まずSP5a-1においてａxk，ａzkを決定した後、S
P5a-2において一歩の開始時において支持脚が着地した
位置の高さｈと、次の足が着地する位置の高さｈnextと
を比較し、以下の処理手順によりａykを決定する。この
とき、ある正の値εを誤差判定基準として判定してもよ
い。
【００３８】１．ｈ＝ｈnext（誤差を用いる場合は｜ｈ
next−ｈ｜＜ε）の場合、平地と判定して、(6)式を用
いる。(SP5a-3) ２．ｈ＜ｈnext（誤差を用いる場合はｈnext−ｈ≧ε）
の場合、登りと判定して (ａy1,ａy2,ａy3) = (1.3,0.0,0.4) ＋ (δy1,δy2,δy3), (10) を用いる。(SP5a-4) ３．ｈ＞ｈnext（誤差を用いる場合はｈnext−ｈ≦−
ε）の場合、下りと判定して (ａy1,ａy2,ａy3) = (1.3,0.25,0.4) ＋ (δy1,δy2,δy3), (11) を用いる。(SP5a-5) これらの係数は係数記憶手段106に記憶されいるもので
あり、判定結果に基づき係数決定手段104が適当な係数
を選択して決定する。なお、そのほかの処理手段のフロ
ーチャートは図２に示したものと同様である。
next−ｈ｜＜ε）の場合、平地と判定して、(6)式を用
いる。(SP5a-3) ２．ｈ＜ｈnext（誤差を用いる場合はｈnext−ｈ≧ε）
の場合、登りと判定して (ａy1,ａy2,ａy3) = (1.3,0.0,0.4) ＋ (δy1,δy2,δy3), (10) を用いる。(SP5a-4) ３．ｈ＞ｈnext（誤差を用いる場合はｈnext−ｈ≦−
ε）の場合、下りと判定して (ａy1,ａy2,ａy3) = (1.3,0.25,0.4) ＋ (δy1,δy2,δy3), (11) を用いる。(SP5a-5) これらの係数は係数記憶手段106に記憶されいるもので
あり、判定結果に基づき係数決定手段104が適当な係数
を選択して決定する。なお、そのほかの処理手段のフロ
ーチャートは図２に示したものと同様である。
【００３９】以上説明したように、床反力関数の係数を
変えることによって歩行する地形の形状（勾配、階段な
ど）に応じた床反力を得ることが可能となる。
変えることによって歩行する地形の形状（勾配、階段な
ど）に応じた床反力を得ることが可能となる。
【００４０】次に、本発明の第３の実施形態について説
明する。図５は、本発明の第３の実施形態である歩行状
態生成方法を実現する装置の構成図である。本実施形態
においては、上記初期条件決定手段の代わりに、歩行の
初期条件及び終期条件を取得して境界条件記憶手段506
に格納する境界条件決定手段501が設けられている。ま
た、重心位置計算手段509における処理手順が異なって
いる。その他の構成は上記第２の実施形態と同様であ
る。
明する。図５は、本発明の第３の実施形態である歩行状
態生成方法を実現する装置の構成図である。本実施形態
においては、上記初期条件決定手段の代わりに、歩行の
初期条件及び終期条件を取得して境界条件記憶手段506
に格納する境界条件決定手段501が設けられている。ま
た、重心位置計算手段509における処理手順が異なって
いる。その他の構成は上記第２の実施形態と同様であ
る。
【００４１】本実施形態では、境界条件決定手段501
が、一歩の歩行開始時の初期条件である重心初期位置及
び初期速度に加えて、終期条件として一歩の歩行終了時
の重心位置を決定する。これらの境界条件はキーボード
から入力されるが、適当な手段を用いて地形や歩幅から
計算しても良いし、予め他の記憶手段に記憶されている
こととしてもよい。取得した境界条件は境界条件記憶手
段506に格納される。また、重心位置計算手段509が、図
６のフローチャートSP10aで示した以下の処理手順を行
う。以下の処理はベクトル表現で表しているが、x,y,z
それぞれの方向で独立に行っても良い。また、Ｔstepを
Ｎ＋１個の時間間隔とし、ｔN = ｔ0＋Ｔstepとしてい
る。
が、一歩の歩行開始時の初期条件である重心初期位置及
び初期速度に加えて、終期条件として一歩の歩行終了時
の重心位置を決定する。これらの境界条件はキーボード
から入力されるが、適当な手段を用いて地形や歩幅から
計算しても良いし、予め他の記憶手段に記憶されている
こととしてもよい。取得した境界条件は境界条件記憶手
段506に格納される。また、重心位置計算手段509が、図
６のフローチャートSP10aで示した以下の処理手順を行
う。以下の処理はベクトル表現で表しているが、x,y,z
それぞれの方向で独立に行っても良い。また、Ｔstepを
Ｎ＋１個の時間間隔とし、ｔN = ｔ0＋Ｔstepとしてい
る。
【００４２】１．i=0 とする。ｒ(ｔi)、∂ｒ(ｔi)/∂
ｔ、ｒ(ｔi＋Ｔstep)は既知である。(SP10a-1) ２．(9)式により、∂2ｒ(ｔi+1)/∂ｔ2 を求める。 ３．∂ｒ(ｔi+1)/∂ｔ = ∂ｒ(ｔi)/∂ｔ ＋ Δt∂2ｒ
(ｔi+1)/∂ｔ2 により、∂ｒ(ｔi+1)/∂ｔを求める。 ４．ｒ(ｔi+1) = ｒ(ｔi) ＋ Δt∂ｒ(ｔi+1)/∂ｔ に
より、ｒ(ｔi+1)を求める(以上SP10a-2)。 ５．i=i+1とし(SP10a-3)、i=Ｎでなければ２に戻る(SP1
0a-4)。 ６．ｒ(ｔN)と境界条件記憶手段506に格納された重心の
終期位置とを比較し、それらが等しいか、あるいはその
差が一定の誤差以内にあるかを判定する(SP10a-5)。 ７．等しいか一定の誤差内であれば終了する。 ８．そうでなければ、(8a)〜(8c)式のｗx,ｗy,ｗzのう
ち、３．の条件に合致しない方向のものを適宜変化させ
て１．へ戻り、再び同じ区間の計算を行う(SP10a-6)。 なお、上記処理を終了した後、引き続きさらに次の一歩
の計算を行ってもよい。
ｔ、ｒ(ｔi＋Ｔstep)は既知である。(SP10a-1) ２．(9)式により、∂2ｒ(ｔi+1)/∂ｔ2 を求める。 ３．∂ｒ(ｔi+1)/∂ｔ = ∂ｒ(ｔi)/∂ｔ ＋ Δt∂2ｒ
(ｔi+1)/∂ｔ2 により、∂ｒ(ｔi+1)/∂ｔを求める。 ４．ｒ(ｔi+1) = ｒ(ｔi) ＋ Δt∂ｒ(ｔi+1)/∂ｔ に
より、ｒ(ｔi+1)を求める(以上SP10a-2)。 ５．i=i+1とし(SP10a-3)、i=Ｎでなければ２に戻る(SP1
0a-4)。 ６．ｒ(ｔN)と境界条件記憶手段506に格納された重心の
終期位置とを比較し、それらが等しいか、あるいはその
差が一定の誤差以内にあるかを判定する(SP10a-5)。 ７．等しいか一定の誤差内であれば終了する。 ８．そうでなければ、(8a)〜(8c)式のｗx,ｗy,ｗzのう
ち、３．の条件に合致しない方向のものを適宜変化させ
て１．へ戻り、再び同じ区間の計算を行う(SP10a-6)。 なお、上記処理を終了した後、引き続きさらに次の一歩
の計算を行ってもよい。
【００４３】 人間の歩行状態（運動状態）を生成する
場合は、速度（歩行速度）に加え、歩幅度をも取得する
ことで、歩行する人間の歩行状態を生成するための床反
力を得ることができる。歩行速度と歩幅度の代わりに、
直接歩容（単位時間あたりの歩数）を取得することとし
てもよい。前述した運動状態生成装置は、予め用意され
ている典型的な床反力を適宜変更することで個人差に応
じた床反力を得ることができ、この床反力を用いること
で、例えば人間の重心位置の運動状態を生成することが
できる。なお、係数は実測値に基づくものでもよいし、
シミュレーションで求められた値等、実測値に基づかな
いものであってもよい。また、運動状態生成装置は、予
め用意されている典型的な床反力を適宜変更すること
で、例えば個人差などに応じた床反力を得ることがで
き、この床反力を用いることで、人間の重心位置の運動
状態を生成することができる。また、運動状態生成装置
は、以下のように具体化することができる。すなわち、
キーボードから入力された歩容と、予め測定しておいた
典型的な床反力に基づいて定められた係数を用い、フー
リエ級数として三角関数の和を求めて床反力関数を得
る。この床反力関数と人間の体重から重心の運動方程式
を求め、境界条件として重心の初期位置及び初期速度を
用いることで、重心の運動状態を生成する。このように
して、実際に床反力の測定を行わなくとも、人間の個人
差に応じた運動状態を自在に生成することができる。な
お、運動体は歩行する人間に限るものではなく、予め典
型的な床反力を測定しておけば、いかなる運動体の運動
であっても運動状態を生成することができるのは言うま
でもない。また、運動状態生成装置においては、境界条
件として重心の終期位置も与えられるので、重心の初期
位置と終期位置の２点間の運動状態を生成することがで
きる。また、運動状態生成装置においては、床反力関数
生成の際に、地形の情報も用いられるので、種々の地形
に応じた運動状態が生成される。地形の種類としては、
勾配、階段、起伏などが挙げられる。さらに、以上の運
動状態生成する処理をコンピュータに実行させるための
プログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に
記録しておくことにより、前述の運動状態生成処理がコ
ンピュータを利用して実現できる。なお、「コンピュー
タ読み取り可能な記憶媒体」とは、フロッピーディス
ク、光磁気ディスク、 ROM 、 CD-ROM 等の可搬媒体、コン
ピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶
装置のことをいう。以上説明したように、本実施形態に
よって、歩行する人間の重心位置を望ましい位置に達す
るように計算することができるので、階段等、一歩ごと
の位置が決められている場合の歩行状態などを生成する
ことができる。
場合は、速度（歩行速度）に加え、歩幅度をも取得する
ことで、歩行する人間の歩行状態を生成するための床反
力を得ることができる。歩行速度と歩幅度の代わりに、
直接歩容（単位時間あたりの歩数）を取得することとし
てもよい。前述した運動状態生成装置は、予め用意され
ている典型的な床反力を適宜変更することで個人差に応
じた床反力を得ることができ、この床反力を用いること
で、例えば人間の重心位置の運動状態を生成することが
できる。なお、係数は実測値に基づくものでもよいし、
シミュレーションで求められた値等、実測値に基づかな
いものであってもよい。また、運動状態生成装置は、予
め用意されている典型的な床反力を適宜変更すること
で、例えば個人差などに応じた床反力を得ることがで
き、この床反力を用いることで、人間の重心位置の運動
状態を生成することができる。また、運動状態生成装置
は、以下のように具体化することができる。すなわち、
キーボードから入力された歩容と、予め測定しておいた
典型的な床反力に基づいて定められた係数を用い、フー
リエ級数として三角関数の和を求めて床反力関数を得
る。この床反力関数と人間の体重から重心の運動方程式
を求め、境界条件として重心の初期位置及び初期速度を
用いることで、重心の運動状態を生成する。このように
して、実際に床反力の測定を行わなくとも、人間の個人
差に応じた運動状態を自在に生成することができる。な
お、運動体は歩行する人間に限るものではなく、予め典
型的な床反力を測定しておけば、いかなる運動体の運動
であっても運動状態を生成することができるのは言うま
でもない。また、運動状態生成装置においては、境界条
件として重心の終期位置も与えられるので、重心の初期
位置と終期位置の２点間の運動状態を生成することがで
きる。また、運動状態生成装置においては、床反力関数
生成の際に、地形の情報も用いられるので、種々の地形
に応じた運動状態が生成される。地形の種類としては、
勾配、階段、起伏などが挙げられる。さらに、以上の運
動状態生成する処理をコンピュータに実行させるための
プログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に
記録しておくことにより、前述の運動状態生成処理がコ
ンピュータを利用して実現できる。なお、「コンピュー
タ読み取り可能な記憶媒体」とは、フロッピーディス
ク、光磁気ディスク、 ROM 、 CD-ROM 等の可搬媒体、コン
ピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶
装置のことをいう。以上説明したように、本実施形態に
よって、歩行する人間の重心位置を望ましい位置に達す
るように計算することができるので、階段等、一歩ごと
の位置が決められている場合の歩行状態などを生成する
ことができる。
【００４４】なお、上記各実施形態において、各データ
の取得方法として、キーボードなどから入力してもよい
し、記憶手段から読み出すこととしてもよい。さらに、
ネットワーク経由等で取得することとしてもよい。
の取得方法として、キーボードなどから入力してもよい
し、記憶手段から読み出すこととしてもよい。さらに、
ネットワーク経由等で取得することとしてもよい。
【００４５】
【実施例】上記第３の実施形態において示した歩行状態
生成方法を用いて、床反力及び歩行状態を生成した。１
００歩／分の歩行速度で運動するものとし、平地の場合
の歩幅を７０cm、階段の幅を３０cm、高さを１６cmとし
た。その結果を図７、図８に示した。図７は片足の床反
力であり、図８(a)は合成された床反力、図８(b)は歩行
時の重心速度、図８(c)は歩行時の重心位置であり、い
ずれも一歩の開始（支持脚の踵着地）から終了（遊脚の
踵着地）までを示した。
生成方法を用いて、床反力及び歩行状態を生成した。１
００歩／分の歩行速度で運動するものとし、平地の場合
の歩幅を７０cm、階段の幅を３０cm、高さを１６cmとし
た。その結果を図７、図８に示した。図７は片足の床反
力であり、図８(a)は合成された床反力、図８(b)は歩行
時の重心速度、図８(c)は歩行時の重心位置であり、い
ずれも一歩の開始（支持脚の踵着地）から終了（遊脚の
踵着地）までを示した。
【００４６】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、例えば
歩容や体重などの個人差や、地形に応じた床反力を容易
に生成することができる。さらに、この床反力を用いる
ことで、実際の床反力を測定することなく、運動状態を
生成することができる。したがって、歩容や体重、地形
などを入力するだけで、容易に各個人、地形に応じたア
ニメーションを容易に生成することが可能である。
歩容や体重などの個人差や、地形に応じた床反力を容易
に生成することができる。さらに、この床反力を用いる
ことで、実際の床反力を測定することなく、運動状態を
生成することができる。したがって、歩容や体重、地形
などを入力するだけで、容易に各個人、地形に応じたア
ニメーションを容易に生成することが可能である。
【図１】 本発明の第１の実施形態である歩行状態生成
方法を実現する装置の構成図である。
方法を実現する装置の構成図である。
【図２】 同装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】 本発明の第２の実施形態である歩行状態生成
方法を実現する装置の構成図である。
方法を実現する装置の構成図である。
【図４】 同装置の動作の一部を示すフローチャートで
ある。
ある。
【図５】 本発明の第３の実施形態である歩行状態生成
方法を実現する装置の構成図である。
方法を実現する装置の構成図である。
【図６】 同装置の動作の一部を示すフローチャートで
ある。
ある。
【図７】 本発明の実施形態による床反力生成例を示す
図である。
図である。
【図８】 本発明の実施形態による歩行状態生成例を示
す図である。
す図である。
【図９】 典型的な床反力を示した図であり、(a)は片
足の床反力、(b)は両足の床反力と一歩の定義を示した
図である。
足の床反力、(b)は両足の床反力と一歩の定義を示した
図である。
101 歩容取得手段（速度取得手段）
104,304 係数決定手段
105 関数合成手段
106 係数記憶手段
202 体重決定手段
203 床反力合成手段
204,509 重心位置計算手段
206 初期条件記憶手段（境界条件記憶手段）
207 体重記憶手段（質量記憶手段）
401 地形取得手段
501 境界条件決定手段
506 境界条件記憶手段
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(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G06T 13/00,15/70
Claims (4)
- 【請求項１】 歩行する人物像と床が接する部分におい
て前記人物像が床から受ける反力の、一歩にわたる時間
変化を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の各成分ごとに３個の
三角関数の和を用いて近似的に生成し、前記近似された
床反力の時間変化を用いて人物像が歩行する際の重心位
置の時間変化を生成する運動状態生成装置であって、 前記人物像の歩容を入力して、歩行の周期を算出する手
段と、 前記周期から前記三角関数の位相を決定する手段と、 予め決められた前期三角関数の各項の係数を記憶してお
く手段と、 一歩の歩行の際の地形情報を入力する手段と、 前記地形情報に応じて、予め記憶されている前記三角関
数の各項の係数を読み出す手段と、 前記三角関数の各項の係数と位相から前記各成分の床反
力の時間変化を前記三角関数の和により近似する関数を
合成する手段と、 前記関数を用いて一歩にわたり両足にかかる床反力を合
成する手段と、 前記人物像の重心の初期位置、初期速度及び体重を入力
する手段と、 前記体重、重心の初期位置、重心の初期速度及び前記床
反力の時間変化を用いて、前記人物像の重心位置の時間
変化を数値積分により計算する手段と を備えたことを特徴とする運動状態生成装置。 - 【請求項２】 歩行する人物像と床が接する部分におい
て前記人物像が床から受ける反力の、一歩にわたる時間
変化を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の各成分ごとに３個の
三角関数の和を用いて近似的に生成し、前記近似された
床反力の時間変化を用いて人物像が歩行する際の重心位
置の時間変化を生成する運動状態生成装置であって、 前記人物像の歩容を入力して、歩行の周期を算出する手
段と、 前記周期から前記三角関数の位相を決定する手段と、 予め決められた前期三角関数の各項の係数を記憶してお
く手段と、 一歩の歩行の際の地形情報を入力する手段と、 前記地形情報に応じて、予め記憶されている前記三角関
数の各項の係数を読み出す手段と、 前記三角関数の各項の係数と位相から前記各成分の床反
力の時間変化を前記三角関数の和により近似する関数を
合成する手段と、 前記関数を用いて一歩にわたり両足にかかる床反力を合
成する手段と、 前記人物像の重心の初期位置及び初期速度及び一歩の歩
行終了時の重心位置を入力する手段と、 前記人物像の体重を入力する手段と、 前記体重、重心の初期位置および終了時位置、重心の初
期速度、前記床反力の時間変化を用いて、前記人物像の
重心位置の時間変化を数値積分により計算し、計算結果
の重心位置と前記終了時位置との差が閾値内になけれ
ば、前記三角関数の和にかかる係数を増減させて再度計
算し、計算結果の重心位置と前記終了時位置との差があ
る閾値内にあれば計算を終了する手段と を備えたことを特徴とする運動状態生成装置。 - 【請求項３】 歩行する人物像と床が接する部分におい
て前記人物像が床から受ける反力の、一歩にわたる時間
変化を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の各成分ごとに３個の
三角関数の和を用いて近似的に生成し、前記近似された
床反力の時間変化を用いて人物像が歩行する際の重心位
置の時間変化を生成する運動状態生成プログラムを記録
したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、 前記運動状態生成プログラムは、 前記人物像の歩容を入力して、歩行の周期を算出する処
理と、 前記周期から前記三角関数の位相を決定する処理と、 予め決められた前期三角関数の各項の係数を記憶してお
く処理と、 一歩の歩行の際の地形情報を入力する処理と、 前記地形情報に応じて、予め記憶されている前記三角関
数の各項の係数を読み出す処理と、 前記三角関数の各項の係数と位相から前記各成分の床反
力の時間変化を前記三角関数の和により近似する関数を
合成する処理と、 前記関数を用いて一歩にわたり両足にかかる床反力を合
成する処理と、 前記人物像の重心の初期位置、初期速度及び体重を入力
する処理と、 前記体重、重心の初期位置、重心の初期速度及び前記床
反力の時間変化を用いて、前記人物像の重心位置の時間
変化を数値積分により計算する処理と をコンピュータに行わせることを特徴とする運動状態生
成プログラムを記録した記録媒体。 - 【請求項４】 歩行する人物像と床が接する部分におい
て前記人物像が床から受ける反力の、一歩にわたる時間
変化を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の各成分ごとに３個の
三角関数の和を用いて近似的に生成し、前記近似された
床反力の時間変化を用いて人物像が歩行する際の重心位
置の時間変化を生成する運動状態生成プログラムを記録
したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、 前記運動状態生成プログラムは、 前記人物像の歩容を入力して、歩行の周期を算出する処
理と、 前記周期から前記三角関数の位相を決定する処理と、 予め決められた前期三角関数の各項の係数を記憶してお
く処理と、 一歩の歩行の際の地形情報を入力する処理と、 前記地形情報に応じて、予め記憶されている前記三角関
数の各項の係数を読み出す処理と、 前記三角関数の各項の係数と位相から前記各成分の床反
力の時間変化を前記三角関数の和により近似する関数を
合成する処理と、 前記関数を用いて一歩にわたり両足にかかる床反力を合
成する処理と、 前記人物像の重心の初期位置及び初期速度及び一歩の歩
行終了時の重心位置を入力する処理と、 前記人物像の体重を入力する処理と、 前記体重、重心の初期位置および終了時位置、重心の初
期速度、前記床反力の時間変化を用いて、前記人物像の
重心位置の時間変化を数値積分により計算し、計算結果
の重心位置と前記終了時位置との差が閾値内になけれ
ば、前記三角関数の和にかかる係数を増減させて再度計
算し、計算結果の重心位置と前記終了時位置との差があ
る閾値内にあれば計算を終了する処理と をコンピュータに行わせることを特徴とする運動状態生
成プログラムを記録した記録媒体。
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|---|---|---|---|
| JP4918099A JP3497402B2 (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | 運動状態生成装置及び運動状態生成プログラムを記録した記録媒体 |
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| JP4918099A JP3497402B2 (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | 運動状態生成装置及び運動状態生成プログラムを記録した記録媒体 |
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ID=12823860
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4918099A Expired - Fee Related JP3497402B2 (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | 運動状態生成装置及び運動状態生成プログラムを記録した記録媒体 |
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| CN104831185A (zh) * | 2015-04-16 | 2015-08-12 | 河北钢铁股份有限公司 | 低成本高强度工程机械用钢板及其生产方法 |
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1999
- 1999-02-25 JP JP4918099A patent/JP3497402B2/ja not_active Expired - Fee Related
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