JP5431650B2 - ウォーキングナビゲーションシステム - Google Patents
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このため、近年良い歩き方を指導する歩き方教室が脚光を浴びている。
この発明によれば、足底圧計測手段は利用者が履く靴の内側に装着されるので、歩行中に利用者の足自体が受ける足底圧分布を正確に計測でき、利用者の歩き方の良否を的確に診断できる。
また、この発明によれば、歩行手段により利用者を歩行させ、足底圧計測手段により計測された歩行中の足底圧分布の動的変化に基づいて利用者の歩行をリアルタイムに診断し、表示手段により歩行中の利用者に対して常時提示できるので、利用者は歩行中に悪い点をその都度是正することができ、長時間歩きながら良い歩き方を効果的に習得することができる。
この発明によれば、歩行特徴演算手段により歩行中の利用者の歩行特徴を演算し、マッチング手段により利用者の歩行特徴とあらかじめ記録した教師の歩行特徴とのマッチング演算をリアルタイムに行うので、良い歩き方についての絶対的な判定基準がない場合でも、良い歩き方をする教師がいれば、このシステムによりあらかじめ当該教師を歩行させてその歩行特徴を演算して記録しておくことで、当該教師の歩き方を基準として利用者の歩き方を診断することができる。
マッチング演算は、教師の歩行特徴と利用者の歩行特徴とを、時間軸および圧力軸について正規化した上で、その一致度を演算するなどの方法により行うことができる。
また、例えば、演算された一致度を点数化し、利用者の歩行ステップ毎に表示手段に表示するようにしてもよい。これにより、利用者は点数を確認しながら歩くことで自然に良い歩き方を習得することができる。
この発明によれば、歩行特徴として歩行時の足底の荷重点軌跡を求め、それに基づいて利用者の歩行状況を診断するので、利用者が歩行時に荷重をどのように移動させながら歩行しているかを的確に診断でき、良い姿勢で歩いているか否かを間接的に判断できる。
この場合に、荷重点軌跡としては、一定時間内に一定以上の圧力を受けている足底部分の位置から荷重中心位置を求め、その位置変化に注目して歩行状況を診断するようにしてもよく、一定時間毎に足底圧分布の圧力値から重心位置を求め、その位置変化に注目して歩行状況を診断するようにしてもよく、荷重中心位置や重心位置における圧力値を含めた3次元データとして歩行状況を診断するようにしてもよい。
この発明によれば、表示手段により歩行中の利用者の歩行特徴が各ステップ毎に教師の歩行特徴と対比して表示されるので、利用者は自己の歩行特徴を教師の歩行特徴に近づけるように意識して歩くことで良い歩き方を効果的に習得することができる。
この発明によれば、歩行面の傾斜を変化させることができる歩行面傾斜設定手段を備え、利用者に各種の傾斜条件下で歩行させ、あらかじめ記録した教師の歩行特徴のうち、現在の傾斜条件に対応する歩行特徴を取り出してマッチング演算をリアルタイムに行うので、利用者の歩行状況をいろんな条件下での歩き方から総合的に診断することができる。
この発明によれば、このシステムにより歩行中の利用者が教師による歩き方の改善アドバイスを受けた場合に、そのときの利用者の歩行特徴に対応させて教師の改善アドバイスが記録されるので、同じような癖を有する利用者に対して教師なしで改善アドバイスを与えることができる。従って、多数の利用者に対する教師アドバイスが蓄積されれば、利用者は教師がいなくても教師がいる場合と同様の指導を受けることができる。
尚、表示手段は、画面にメッセージを表示することに限定されるものではなく、音声によってガイダンスを与えることも含まれる。
また、歩行特徴とアドバイスとの関係をニューラルネットワークにより構成し、教師アドバイス記録手段により当該ニューラルネットワークを学習させ、利用者の歩行特徴とのマッチング演算は、学習されたニューラルネットワークに利用者の歩行特徴を入力することで教師アドバイスが得られるようにしたものでもよい。
この場合においても、前述のように、歩行面に傾斜をつける歩行面傾斜設定手段を備え、設定された傾斜条件毎に独立に教師アドバイスを記録し、利用者の歩行中の傾斜設定に対応する教師アドバイスデータとマッチング演算を行うようにしてもよい。
また、後述のように、表示手段に風景映像を表示するようにしてもよく、歩行手段としてその場で全方向に移動できるものを用いてもよく、歩行条件毎に独立に教師アドバイスを記録し、利用者の歩行条件と対応する教師アドバイスデータとマッチング演算を行うようにしてもよい。
前記診断手段は、前記足底圧計測手段により計測された足底の各部位の圧力の動的変化に基づき、左右の各足について、いずれかの部位の圧力が最初に所定の圧力を超えた時点からすべての部位の圧力が所定の圧力を一定時間下回った時点までの足底の各部位の圧力変化を記録する歩行圧力変化記録手段と、あらかじめ前記歩行手段により前記足底圧計測手段が装着された靴を履いた教師を歩行させ、前記歩行圧力変化記録手段により教師の歩行時の足底の各部位における圧力変化を記録する教師歩行圧力変化記録手段と、前記歩行圧力変化記録手段により記録された利用者の歩行時の足底の各部位の圧力変化と前記教師歩行圧力変化記録手段により記録された教師の歩行時の足底の各部位における圧力変化とのマッチング演算をリアルタイムに行うマッチング手段とを有するものでもよい。
この発明によれば、足底圧計測手段により歩行中の利用者の足底の複数の部位における圧力変化を計測し、歩行圧力変化記録手段により、左右の各足について、着地から離地までの足底の各部位の圧力変化を記録し、マッチング手段により利用者の足底の各部位の圧力変化とあらかじめ記録した教師の足底の各部位の圧力変化とのマッチング演算をリアルタイムに行うので、良い歩き方についての絶対的な判定基準がない場合でも、良い歩き方をする教師がいれば、このシステムによりあらかじめ当該教師を歩行させて足底の各部位の圧力変化を記録しておくことで当該教師の歩き方を基準として利用者の歩行状況を診断することができる。
マッチング演算は、利用者の足底の各部位の圧力変化と対応する教師の足底の各部位の圧力変化とを、時間軸および圧力軸について正規化した上で、それぞれ個別に一致度を演算して、その結果に基づいて総合評価するなどの方法により行うことができる。総合評価は、単純加算するものでもよく、部位毎に重みをつけて加算するものでもよい。
また、例えば、演算された一致度を点数化し、利用者の歩行ステップ毎に表示手段に表示するようにしてもよい。これにより、利用者は点数を確認しながら歩くことで自然に良い歩き方を習得することができる。
この場合においても、前述のように、歩行面に傾斜をつける歩行面傾斜設定手段を備え、設定された傾斜条件毎に独立に教師データを記録し、利用者の歩行中の傾斜設定に対応する教師データとマッチング演算を行うようにしてもよい。
また、後述のように、表示手段に風景映像を表示するようにしてもよく、歩行手段としてその場で全方向歩行できるものを用いてもよく、歩行条件毎に独立に教師データを記録し、利用者の歩行条件と対応する教師データとマッチング演算を行うようにしてもよい。
この発明によれば、歩行時の左右の足の足底圧分布の動的変化を比較することで歩行バランスを診断することができる。
左右の足底圧分布の動的変化の比較は、例えば、左右の荷重点軌跡が鏡像関係にあることを最良として、相違度を演算するものでもよく、単に左右の最大荷重や平均荷重を比較するものでもよく、以下に述べる歩行タイミングを左右で比較するようにしてもよい。
また、歩行面傾斜設定手段により歩行面に傾斜を与え、それによる歩行バランスの変化を教師の歩行バランスと比較して適正な歩き方をしているか否かを診断するようにしてもよい。
この発明によれば、歩行中の足底圧分布の動的変化から歩行タイミングが適正かどうかを診断することができる。
また、歩行面傾斜設定手段により歩行面に傾斜を与え、それによる歩行タイミングの変化を教師の歩行タイミングと比較して適正な歩き方をしているか否かを診断するようにしてもよい。
この発明によれば、利用者の歩行による床面荷重分布を計測する歩行床面荷重分布計測手段を備え、利用者の歩行時の床面荷重分布に基づいて歩行状況を診断できるので、足底圧分布だけでは正確に判断できない歩幅や、足の開き角度、左右の足の開き幅等の情報を抽出して利用者の歩行状況を診断できる。
この発明によれば、映像再生手段により利用者が歩行した距離に同期して風景映像データが再生されるので、バーチャルリアリティにより実際のコースを歩いているような感覚が得られ、長時間歩いても飽きるがことなく、快適にウォーキングナビゲーションを受けることができる。
歩行距離は、ベルト式の走行装置ではローラーの回転数等により取得することができるが、足に加速度計をつけて演算により求めるようにしてもよく、上記床面荷重分布計測手段を有するものでは、左右の足の歩幅とステップ数から求めるようにしてもよい。
風景映像データは、実際の屋外で録画した映像を用い、歩行距離に合わせて映像の再生スピードを調節するようにしてもよく、複数の静止画像を組合せて、歩行距離に合わせて一定の範囲で静止映像をズームしたり、歩行距離に合わせて複数の静止画像から補間した画像を順次生成したりするようにしてもよい。また、CGによる合成映像を使用するようにしてもよい。
この発明によれば、足底圧計測手段により足底圧の離地時の圧力から利用者の歩幅を推定するので、足底圧計測手段以外の特別なセンサーを設ける必要がなく、簡便に風景映像データを用いたバーチャルリアリティ歩行を実現できる。
この発明によれば、歩行手段の歩行面に傾斜を与える歩行面傾斜設定手段を備え、風景映像に対応して歩行面の傾斜情報が記録された風景映像データを用い、再生中の風景映像データに記録された傾斜情報に基づいて歩行面の傾斜を逐次制御するようにしたので、利用者に対して実際の歩行コースを歩くのと同等の負荷が与えられ、実際の歩行コースに近い条件でウォーキングナビゲーションを受けることができる。
この発明によれば、その場で全方向に歩行でき、利用者の歩行方位が検出できる全方向歩行手段を用い、風景映像の再生中に分岐情報が検出された場合に、歩行手段により検出された歩行方向に対応する風景映像データに切替えることができるので、利用者は歩行コースを自らの意思で選択しながらウォーキングナビゲーションを受けることができ、より楽しみながら良い歩き方を習得できる。
この発明によれば、利用者は歩行手段によりその場で全方位に歩くことができるので、直進時の歩き方の診断だけでなく、左右への方向転換時の歩き方についても診断することができる。例えば、直進時、右回転時、左回転時における教師の歩行特徴をあらかじめ登録しておき、利用者に対してこれらの歩行メニューを組み合わせた歩行を指示することで、総合的な歩き方の診断を行うことができる。
また、風景映像データとして準備したコースを教師にあらかじめ歩いてもらって教師の歩行特徴を連続的に記録しておき、利用者が風景映像を見ながら歩いたときの歩行特徴を、記録された教師の歩行特徴と逐次比較して診断し、その診断結果を再生中の風景映像にスーパーインポーズするようにしてもよい。
この発明によれば、歩行面が平面である略球状の芯体を収縮性の膜体で被覆し、芯体支持手段により膜体で覆われた芯体を支持するようにしたものであって、利用者が芯体の歩行面を歩行することで膜体が芯体に対して歩行方向にスライドし、その移動量を膜体移動検出手段により検出するので、その場で全方向に歩行でき、歩行距離と歩行方向を検出可能な全方向歩行手段を提供できる。
この発明によれば、歩行手段の周囲を囲むように円筒状または半球状のディスプレイを設置し、歩行時の全方位の映像を表示するので、利用者は全方位の風景映像を見渡すことができ、いずれの方向にも自由に歩いて行くことができ、よりリアリティのあるウォーキングナビゲーションを実施することができる。
円筒状または半球状のディスプレイに表示する映像は、複数方向の映像や静止画を基に合成することで生成することができ、それぞれの方向への歩行距離に同期して映像を再生すればよい。
この発明によれば、芯体を歩行面の中心を通る軸に対して回転させる芯体回転手段を備え、利用者の歩行方向が常に一定の方向となるように制御されるので、平面タイプの表示手段を用いた場合でも、利用者を常に表示手段に正対させることができる。
この発明によれば、利用者に球体の内部を歩行させるものであって、利用者の歩行による球体の回転を球体回転検出手段により検出するので、その場で全方向に歩行でき、歩行距離と歩行方向を検出可能な全方向歩行手段を提供できる。
この発明によれば、表示手段として利用者の頭部に固定したヘッドマウントディスプレイを使用するので、利用者は指示された歩行コースを歩きながら、そのコースに対応した歩行状況の診断をリアルタイムに受けることができる。
このシステムは、利用者が履く靴の中に装着されるインソールタイプの足底圧センサー10と、足底圧センサー10からの信号を制御演算装置に送信する通信装置18と、足底圧センサー10が装着された靴を履いた利用者を歩行させる歩行装置20と、歩行装置20を制御して所定の歩行プログラムに従って歩行させ、足底圧センサー10からの信号を受信して利用者の歩行状況を診断する制御演算装置30と、歩行中の風景映像と歩行状況の診断結果を表示するための表示装置40とを備える。
この実施形態の足底圧センサー10は、下敷12の上に、4つの2次元圧力分布センサー14a、14b、14c、14dを足の裏の形状に合わせて配列し、それをクッション材16で覆ったインソールタイプのものであり、このようなインソールタイプの足底圧センサーを靴に装着して使用する。
この実施形態では、足底圧センサー10は、4つの2次元分布圧力センサー14a、14b、14c、14dにおいて一定の圧力を超える部分が検出されたら、検出位置を足の裏全体を1つの2次元座標系とした位置に変換し、検出された圧力値とともに、通信装置18に送信する信号処理回路(図示省略)を備えている。
利用者が歩いた歩行距離は、ローラー22aに設けた回転検出機構24により検出され、制御演算装置30に伝達される。
また、利用者がベルトを蹴って歩行したときにその場歩行できるように、ベルトの移動を抑制するベルト移動抑制機構25a、25b、25c、25dを備える。このベルト移動抑制機構25は、利用者の蹴る力にあわせて手動で調節するものでもよいが、利用者の歩行面での位置を検出し、それが常に一定範囲となるように自動調節されるようにしてもよい。
更に、この歩行装置20は、歩行面の傾斜を調節するためのシリンダ式の傾斜設定機構26a、26b、26c、26dを備えており、制御演算装置30からの指令により歩行面の傾斜を前後左右に設定し、利用者に対して平地、登り坂、降り坂、左傾斜、右傾斜を組み合わせた歩行プログラムを与えることができる。
図3に、利用者歩行ナビゲーション処理(S100)の処理手順を示す。
最初に、利用者に歩行パターンを選択させ(S102)、それに対応する風景映像データを取得し(S104)、利用者の歩行に同期して映像が再生されるように、後述の映像再生処理(S200)を起動する(S106)。
そして、左右の演算フラグがともにセットされ、左右の足のワンステップの歩行特徴の演算終了が確認されたら(S114)、演算終了フラグをリセットした上で(S116)、歩行特徴演算処理(S300)により演算された利用者の左右の足の歩行特徴と、後述の教師データ記録処理(S400)により記録された教師データのうち同じ歩行パターンの同じ傾斜条件における教師の歩行特徴との動的マッチング演算を行って、利用者の歩行特徴を点数化する(S118)。ここで、動的マッチング演算とは、利用者の歩行特徴データの着地から離地までの時間を教師データに合わせて時間伸縮させた上で、各時刻における双方の歩行特徴の一致度を演算して累積化するものである。
一般に、良い歩き方とされるのは、足の裏にかかる荷重が、かかとの中心で着地し、足の外側を経由し、母指から離地する、いわゆる「あおり足」とされているので、ここでは歩行特徴として荷重点軌跡を演算し、ワンステップ毎にリアルタイムに同一条件の教師の荷重点軌跡と動的マッチング演算を行うものとした。
更に、利用者の歩行タイミング診断として、例えば、歩行特徴演算処理において得られた左右の足の着地時間と離地時間をもとに、左右の足の着地時間と踏み換え時間との関係を理想的な歩き方と対比して点数化したり、教師の踏み換えタイミングと対比して点数化したりすることなどを行う(S124)。
尚、表示装置40に表示する内容として、上記のような診断処理による点数だけでなく、例えば、図13(1)に示すように、歩行特徴演算処理により得られた利用者の左右の歩行特徴を表示したり、利用者の歩行特徴を教師の歩行特徴と対比して表示したりするようにしてもよい。これにより、足の裏への荷重のかけ方をビジュアルに判断でき、どのようにしたら改善できるかを自ら的確に判断できる。
風景映像としては、CGによって合成したものを用いることもできるが、実際に歩行コースに沿って撮影した映像を用いるようにしてもよい。また、現地の写真などによる静止画像を基にしてズーム処理によって動画としたり、2箇所での静止画像から中間地点の映像を補間処理によって生成して動画とするようにしてもよい。
この実施形態で使用する風景映像データには、動画映像が用いられ、図11に示すように、映像信号とともに、表示される映像に対応する歩行面の傾斜情報が音声トラック等を利用して記録されたものが用いられる。
映像再生処理が起動されると、風景映像データから傾斜情報を取得し(S202)、傾斜が変更されている場合は(S204)、歩行装置の傾斜設定機構26a、26b、26c、26dに対して当該傾斜を設定する(S206)。尚、この場合に、傾斜の変更は急激に行わず、段階的に行うことが望ましい。
次に、歩行装置の回転検出機構24から移動量を取得し(S208)、移動があった場合は(S210)、その移動量に同期させて映像再生速度を調整する(S212)。
以上の処理を最初から繰り返し、映像データが終了するか又は終了ボタンがセットされたら(S214)、歩行終了フラグをセットし(S216)、映像再生処理を終了する。
以上の処理により、利用者が歩行装置により歩行した距離にあわせて風景映像が再生され、当該風景映像の歩行コースに合わせて歩行面の傾斜が設定され、利用者は実際に現地を歩いたのと同じ感覚でウォーキングナビゲーションを受けることができる。
最初に、新たなステップにおいて足底圧センサー10から初めて所定数の圧力検出データが受信されたときをもって着地検出とし(S302)、荷重点軌跡データP(x,y,i)を初期化し、(S303)、時刻iを0とする(S304)。
そして、着地検出後、前回の圧力検出データの受信から一定時間以上にわたって圧力検出データが受信されないときをもって離地検出とし(S306)、離地が検出されるまで、以下の荷重点軌跡データの記録を行う。
すなわち、単位時間が経過するまでに(S308)、圧力計測センサーから圧力検出データが受信されたら(S310)、そのデータを仮保存し(S312)、単位時間が経過したときに(S308)、所定数のデータが保存されていたら(S320)、保存されていたデータの重心位置と重心荷重を演算してP(x,y,i)に記録し、時刻iをインクリメントして(S326)、S306から繰り返す。
離地が検出されたら(S306)、データの記録があるかどうかを確認し(S330)、データが記録されている場合は演算終了フラグをセットする(S332)。
以上の処理を最初から繰り返し、前述の歩行終了フラグがセットされていたら(S334)、歩行特徴演算処理を終了する。
この処理は、教師に各種の歩行パターンを歩行させてその歩行特徴を記録するものであるので、S402からS412の処理は、利用者歩行ナビゲーション処理のS102からS112と同様である。
そして、左足の演算終了フラグがセットされて左足の歩行特徴の演算終了が確認されたら(S414)、左足の演算終了フラグをリセットした上で(S416)、歩行特徴演算処理(S300)により演算された教師の左足の歩行特徴を教師データに記録する(S418)。また、右足の演算終了フラグがセットされて右足の歩行特徴の演算終了が確認されたら(S420)、右足の演算終了フラグをリセットした上で(S422)、歩行特徴演算処理(S300)により演算された教師の右足の歩行特徴を教師データに記録する(S424)。
以上の処理をS414から繰り返し、歩行終了フラグがセットされていたら(S428)、記録された教師データについて、同一の歩行パターンについて歩行特徴の平均化処理を行ってデータの集約化を図り(S428)、教師データ記録処理を終了する。
この処理は、サンプルとなる利用者に各種の歩行パターンを歩行させ、教師が当該利用者に対して行ったアドバイスを音声メッセージとして記録するものであるので、この場合においても、S502からS512の処理は、利用者歩行ナビゲーション処理のS102からS112と同様である。
そして、左足の演算終了フラグがセットされて左足の歩行特徴の演算終了が確認されたら(S514)、左足の演算終了フラグをリセットした上で(S516)、教師アドバイスがあった場合に(S518)、歩行特徴演算処理(S300)により演算された当該利用者の左足の歩行特徴を教師アドバイスデータに記録するとともに(S520)、当該教師のアドバイス音声メッセージを教師アドバイスデータに記録する(S522)。また、右足の演算終了フラグがセットされて右足の歩行特徴の演算終了が確認されたら(S524)、右足の演算終了フラグをリセットした上で(S526)、教師アドバイスがあった場合に(S528)、歩行特徴演算処理(S300)により演算された当該利用者の右足の歩行特徴を教師アドバイスデータに記録するとともに(S530)、当該教師のアドバイス音声メッセージを教師アドバイスデータに記録する(S532)。
以上の処理をS514から繰り返し、歩行終了フラグがセットされたら(S534)、記録された教師アドバイスデータについて、同一の歩行パターンについて歩行特徴の平均化処理を行ってアドバイスメッセージの集約化を図り(S536)、教師アドバイス記録処理を終了する。
また、教師アドバイスは音声メッセージにより行うものとしたが、表示装置に文字やイラストで表示するようにしてもよい。
石井喜八・西山哲成編著の「スポーツ動作学入門」によれば、一般に歩行動作中の足の裏の各部位における圧力の動的変化は、図14のようなものであるとされている。
従って、例えば、利用者の足の裏の各部位における圧力値の動的変化パターンを歩行特徴とし、教師の足の裏の対応する各部位の圧力値の動的変化パターンとの動的マッチング演算を行って、それぞれの部位における一致度を集計して、利用者の歩行状況を点数化するようにしてもよい。
また、例えば、典型的な悪い歩き方の歩行特徴を不良歩行データとして登録しておき、利用者の歩行特徴を不良歩行データに登録されている歩行特徴と動的マッチング演算を行い、所定の一致度が得られた場合に、該当する不良歩行であることをリアルタイムに表示するようにしてもよい。
この場合において、不良歩行データに、そのような歩き方をした場合に生ずる障害の例を示した画像や、それを改善する方法のアドバイス等を記録しておき、登録されているいずれかの歩行特徴と所定の一致度が得られた場合に、その歩行特徴に対応して記録されている画像を表示したり、アドバイスを音声出力したりするようにしてもよい。例えば、利用者の歩行特徴に不良歩行データに登録されたものが発見されたら、「背筋をのばして歩きましょう」、「かかとをつけて歩くようにしましょう」、「足の裏全体を使って歩きましょう」等の音声メッセージをリアルタイムに出力するようにしてもよく、表示装置に図13(2)に示すような画像を表示するようにしてもよい。この画像は、歩行によって足の骨のどの部分に負担がかかっているかを表示するものである。
また、上記実施形態では、利用者の歩行状況を診断するためのセンサーとして足底圧センサーのみを用いているが、その他に、足の筋電位を計測する筋電位センサー、足の歩幅等を検出するための加速度センサー、傾斜センサーやテレビカメラ等により姿勢を計測する姿勢センサー、腕の振りを計測する腕振り検出センサー等を利用者に装着させ、それらのセンサーにより計測された情報を併用して利用者の歩行状況を診断するようにしてもよい。
また、歩行装置の歩行面に荷重検出センサーを設け、歩行における荷重分布を計測して各ステップにおける足の位置や向きを求め、歩幅や足の開き角度、左右の開き幅などを演算することによる歩行状況の診断を併用するようにしてもよい。
その他に、利用者の脈拍、血圧、酸素飽和度を計測するセンサーを利用者に装着させ、それらのセンサーにより計測された情報をもとに、利用者にとって適度な運動量となるように歩行パターンを調節する機能を設けるようにしてもよい。
また、上記実施形態における歩行装置は、直進歩行しかできないが、表示画面等に方位の変更を指定できる入力手段を設け、これによって後述のように再生映像の分岐点において進行方向を指定できるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、利用者が歩行した距離は、歩行装置のローラーに設けられた回転検出機構により検出するものとして説明したが、足底圧センサーにより検出された蹴りだし圧力から歩幅を推定して歩行距離を求めるようにしてもよい。また、利用者に加速度センサーを装着して移動距離を演算するようにしてもよい。
この実施例にかかる全方向歩行装置50は、利用者が歩行する歩行面を有する円盤状の芯体51と、芯体51の全面を覆う収縮性の膜体であって、利用者が歩行面上を歩行した際に芯体51に対してスライドすることでその場歩行を行うことができる膜体52とから構成される。
膜体52で覆われた芯体51は芯体支持ベアリング55a,55b,55c,55d,55e、55f、55g、55hによって架台に支持され、利用者が歩行面を歩行したことによる膜体52の移動量は、膜体移動検出器54によって2方向の移動成分が検出され、制御演算装置30において利用者の歩行距離と歩行方向が演算される。
尚、利用者が歩行面を歩行したときに芯体51が回転することは好ましくないので、芯体側に設けられたマグネット53a、53b、53c、53dと、台側に設けられたマグネット56a、56b、56c、56dとによって、芯体が回転しないように保持している。
また、架台には膜体52の移動を抑制するための膜大移動抑制機構57a、57b,57d,57eを備えており、利用者が芯体51の歩行面を歩行したときに利用者の位置が一定範囲となるように膜体52の移動が抑制される。この膜体移動抑制機構57は、利用者の蹴る力にあわせて手動で調節するものでもよいが、利用者の歩行面での位置を検出し、それが常に一定範囲となるように自動調節されるようにしてもよい。
また、この実施形態においても、歩行面の傾斜を調節するための傾斜設定機構58a、58b、58c、58dを備えており、制御演算装置30からの指令により歩行面の傾斜を前後左右に設定し、利用者に対して平地、登り坂、降り坂、左傾斜、右傾斜を組み合わせた歩行プログラムを与えることができる。
このような円筒型ディスプレイ80に表示する風景映像は、複数の方向について撮像した映像を合成して生成することができる。また、パノラマ撮影した静止画像を用い、それをズーム処理によって動画としたり、各地点でのパノラマ静止画像をもとに中間地点の映像を補間処理によって生成して動画とするようにしてもよい。
これにより、前述の映像再生処理S200において、映像データから分岐情報が検出されたら、全方向移動装置の移動検出機構54により検出された歩行方法と合致する映像データ番号の映像に接続することで、利用者は風景映像に合わせて自由に歩行ルートを選択しながらウォーキングナビゲーションを受けることができる。
また、上記実施形態は、利用者の歩行により膜体が芯体の周囲をすべることでその場歩行できるようにしたものであるが、芯体の随所に支持ベアリングを設けて膜体が芯体の外周を任意の方向にスライドできるようにしてもよい。
この実施例の全方向歩行装置60も、第1実施例の全方向歩行装置50と同様に、円盤状の芯体51とそれを覆う収縮性の膜体52とから構成されるものであるが、この実施例の全方向歩行装置60では、第1実施例の全方向歩行装置50の架台側マグネット56に代えて、架台側に全周にわたって設けられたステップコイル62を備え、これによる磁界をステップ状に変化させることで、芯体を架台に対して回転させることができるようにしたものである。
また、芯体51には、歩行面上の利用者の向きを検出するために荷重検出センサー64が設けられ、荷重検出センサー64により得られた情報は通信装置66を介して制御演算装置30に伝達され、制御伝達装置30において、検出された荷重分布から利用者の左右の足の位置と向きを判定し、その中間線の方向を利用者の向きとして、これが常に表示装置40の方向となるように芯体51の回転を制御する。これにより、利用者が芯体51上で方向を変えても、利用者の向きが常に表示装置を向くように芯体51が回転するので、第1実施例のような円筒型ディスプレイを用いることなく通常の平面表示装置を用いて、全方位歩行のウォーキングナビゲーションを行うことができる。
この実施例の全方向歩行装置70は、利用者に中空の球体71の内部を歩行させるものである。
球体71は、球体支持ベアリング72a、72b、72c、72dによって架台に支持され、球体の回転は回転検出機構73により2方向の回転成分が検出され、制御演算装置30において利用者の歩行距離と歩行方向が演算される。
また、架台には球体71の回転を抑制するための球体回転抑制機能74a、74b、74c、74dを備えており、利用者が球体の内部を歩行したときに利用者の位置が一定範囲となるように球体51の回転が抑制される。この球体回転抑制機能74は、利用者の蹴る力にあわせて手動で調節するものでもよいが、利用者の歩行面での位置を検出し、それが常に一定範囲となるように自動調節されるようにしてもよい。
この場合には、表示手段としてヘッドマウントディスプレイを用い、利用者が装着しているヘッドマウントディスプレイに歩行パターンを提示することで利用者に指定されたコースを歩行させ、歩行中はヘッドマウントディスプレイに歩行状況の診断結果をリアルタイムに表示することでウォーキングナビゲーションを行うことができる。
このような本願発明のウォーキングナビゲーションシステムをスポーツジムや家庭内に設置することで、歩き方の指導者が不在の場合でも利用者がこのシステムを用いて自ら良い歩き方のトレーニングを行うことができる。
本願発明の全方向歩行装置は、体感ゲーム等における入力手段としても活用できる。
また、本願発明のインソールタイプのセンサーと、歩行診断機能を備えた携帯型制御装置とを組み合わせ、歩行状況や重心位置から美脚診断をしたり、エステや足ツボマッサージのガイダンスを行ったり、ベターウォークを達成するグッズ等とすることができ、健康管理分野において高い需要が見込まれる。
12 下敷
14 2次元圧力分布センサー
16 クッション材
18 足底検出センサー用通信装置
20 歩行装置
21 ベルト
22 ローラー
23 歩行面支持台
24 回転検出機構
25 ベルト移動抑制機構
26 傾斜設定機構
30 制御演算装置
40 表示装置
50 第1実施例の全方向歩行装置
51 円盤状芯体
52 歩行検出用収縮性膜体
53 芯体側マグネット
54 膜体移動検出機構
55 芯体支持ベアリング
56 架台側マグネット
57 膜体移動抑制機構
58 傾斜設定機構
60 第2実施例の全方向歩行装置
62 架台側ステップコイル
64 荷重検出センサー
66 荷重検出センサー用通信装置
70 第3実施例の全方向歩行装置
71 中空球体
72 球体支持ベアリング
73 球体回転検出機能
74 球体回転抑制機構
80 円筒ディスプレイ
90 ヘッドマウントディスプレイ
Claims (8)
- 利用者が履く靴の内側に装着され、歩行により利用者の足が受ける足底圧分布を計測する足底圧計測手段と、
前記足底圧計測手段が装着された靴を履いた利用者を、位置を変えずにその場で歩行させる歩行手段と、
前記足底圧計測手段により計測された利用者の歩行中の圧力計測データに基づき利用者の歩行状況をリアルタイムに診断する演算を行う制御演算手段と、
前記制御演算手段によって演算された利用者の歩行状況の診断結果を、前記歩行手段によって歩行中の利用者が常時視認可能なように表示する表示手段と、
を備え、
前記制御演算手段が、
左右のそれぞれの足について、前記足底圧計測手段により計測された圧力計測データを取得し、前記取得された圧力計測データに基づいて、歩行中の利用者の着地と離地を検出し、前記検出された着地から離地までの歩行ステップにおける圧力計測データの単位時間毎の重心位置を求めることによって、歩行中の利用者の歩行特徴として、各足の荷重点軌跡を演算する歩行特徴演算機能と、
前記歩行特徴演算機能により演算された歩行中の利用者の各足の荷重点軌跡のそれぞれを、記憶手段に理想的な歩行特徴として予め記憶された各足の荷重点軌跡のそれぞれに対して、時間伸縮させた上で各時刻における一致度を演算して累積化することにより利用者の歩行状況を診断する歩行状況診断機能と、
前記歩行状況診断機能による利用者の歩行状況の診断結果を前記表示手段に表示させる診断結果表示機能と、
を有し、
前記歩行手段によって歩行中の利用者の各歩行ステップにおける荷重点軌跡を予め記憶された理想的な荷重点軌跡とリアルタイムに比較した診断結果を連続的に提供するようにしたことを特徴とする、ウォーキングナビゲーションシステム。 - 前記制御演算手段が、前記足底圧計測手段が装着された靴を履いた教師を前記歩行手段により歩行させた際の歩行中の教師の歩行特徴を、前記歩行特徴演算機能により演算し、前記演算された各足の荷重点軌跡を理想的な歩行特徴として前記記憶手段に記憶させる教師歩行特徴記録機能を有することを特徴とする、請求項1に記載のウォーキングナビゲーションシステム。
- 前記歩行手段は、歩行面の傾斜を設定することができる歩行面傾斜設定手段を有し、
前記記憶手段には、理想的な歩行特徴として、前記歩行面傾斜設定手段によって設定される傾斜条件毎に独立に各足の荷重点軌跡が記憶され、
前記歩行状況診断機能は、前記歩行特徴演算機能により演算された歩行中の利用者の各足の荷重点軌跡のそれぞれを、前記記憶手段に理想的な歩行特徴として予め記憶された各足の荷重点軌跡のうち、前記歩行面傾斜設定手段により現在設定されている傾斜条件に対応する各足の荷重点軌跡のそれぞれに対して、時間伸縮させた上で各時刻における一致度を演算して累積化することにより利用者の歩行状況を診断する機能を有する、
ことを特徴とする、請求項1または請求項2に記載のウォーキングナビゲーションシステム。 - 前記制御演算手段が、前記足底圧計測手段が装着された靴を履いたサンプルとなる利用者を前記歩行手段により歩行させた際の歩行中の利用者の各足の荷重点軌跡を前記歩行特徴演算機能により演算し、歩行中の前記サンプルとなる利用者に対して教師による歩き方のアドバイスがあった場合に、前記演算されたサンプル利用者の各足の荷重点軌跡とそれに対する教師のアドバイスメッセージを対応させて前記記憶手段に記憶させる教師アドバイス記録機能を有し、
前記歩行状況診断機能は、前記歩行特徴演算機能により演算された歩行中の利用者の各足の荷重点軌跡のそれぞれを、前記記憶手段に記憶された前記サンプルとなる利用者の各足の荷重点軌跡のそれぞれに対して、時間伸縮させた上で各時刻における一致度を演算して累積化し、前記記憶手段において所定の一致度を有する歩行特徴が検出された場合に、前記記憶手段において対応して記憶された教師のアドバイスメッセージを取り出す機能を有し、
前記診断結果表示機能は、前記歩行状況診断機能により取り出された教師のアドバイスメッセージを前記表示手段に出力させる機能を有する、
ことを特徴とする、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のウォーキングナビゲーションシステム。 - 前記歩行特徴演算機能は、歩行中の利用者の歩行特徴として、左右のそれぞれの足について、前記着地から離地までの歩行ステップにおける圧力計測データから、足底の複数の部位における圧力値の時間変化データを取得する機能を有し、
前記歩行状況診断機能は、前記歩行特徴演算機能により取得された各足における前記足底の複数の部位における圧力値の時間変化データのそれぞれを、前記記憶手段に理想的な歩行特徴として予め記憶された各足における前記足底の複数の部位における圧力値の時間変化データのそれぞれに対して、時間伸縮させた上で各時刻における一致度を演算して集計することにより利用者の歩行状況を診断する機能を有する、
ことを特徴とする、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のウォーキングナビゲーションシステム。 - 前記記憶手段には歩行時の風景映像が記録された風景映像データが記憶され、
前記制御演算手段が、前記記憶手段に記憶された風景映像データを取得し、前記歩行手段により利用者が歩行した移動量を取得し、前記取得された風景映像データを前記取得された移動量に基づいて同期させて再生し前記表示手段に表示させる映像再生機能を有し、
前記歩行手段によって歩行中の利用者に対して、歩行中の風景映像を表示しながら同時に歩行状況の診断結果をリアルタイムに提供できるようにしたものであって、
前記歩行手段は、歩行面の傾斜を設定することができる歩行面傾斜設定手段を有し、
前記記憶手段に記憶された風景映像データには、風景映像に対応して歩行面の傾斜を設定する傾斜設定情報が記憶され、
前記映像再生機能は、前記記憶手段より再生中の風景映像データに対応して記憶されている前記傾斜設定情報を取得し、前記歩行面傾斜設定手段に、前記取得された傾斜設定情報に基づいて歩行面の傾斜を設定させる機能を有し、
前記記憶手段には、理想的な歩行特徴として、前記歩行面傾斜設定手段によって設定される傾斜条件毎に独立に各足の荷重点軌跡が記憶され、
前記歩行状況診断機能は、前記歩行特徴演算機能により演算された歩行中の利用者の各足の荷重点軌跡のそれぞれを、前記記憶手段に理想的な歩行特徴として予め記憶された各足の荷重点軌跡のうち、前記歩行面傾斜設定手段により現在設定されている傾斜条件に対応する各足の荷重点軌跡のそれぞれに対して、時間伸縮させた上で各時刻における一致度を演算して累積化することにより利用者の歩行状況を診断する機能を有する、
ことを特徴とする、請求項1に記載のウォーキングナビゲーションシステム。 - 前記歩行手段は、利用者がその場で全方向に歩行できるものであって、利用者が歩行した方位を検出する歩行方位検出手段を有し、
前記記憶手段に記憶される風景映像データには、歩行路に分岐路が存在する映像部分に、分岐の方向と分岐後に接続される風景映像データが指定される分岐情報が記憶され、
前記映像再生機能は、再生中の風景映像データにおいて前記分岐情報が検出された場合に、前記歩行方位検出手段より利用者が歩行した歩行方位を取得し、前記分岐情報に基づいて、前記記憶手段から前記取得された利用者の歩行方位と合致する方向に分岐した後に接続される風景映像データを取得し、再生中の映像を切替える機能を有する、
ことを特徴とする、請求項6に記載のウォーキングナビゲーションシステム。 - 前記制御演算手段が、前記足底圧計測手段が装着された靴を履いた教師を、前記映像再生機能によって再生される風景映像データによって設定される各種の歩行パターンについて、前記歩行手段により歩行させた際の歩行中の教師の各足の荷重点軌跡を、前記歩行特徴演算機能により演算し、前記演算された各足の荷重点軌跡を理想的な歩行特徴として前記記憶手段に記憶させる教師歩行特徴記録機能を有し、
前記歩行状況診断機能は、前記歩行特徴演算機能により演算された歩行中の利用者の各足の荷重点軌跡のそれぞれを、前記教師歩行特徴記録機能により前記記憶手段に記憶された教師の各足の荷重点軌跡のうち、現在映像再生機能により再生されている風景映像データと同じ歩行パターンについての各足の荷重点軌跡のそれぞれに対して、時間伸縮させた上で各時刻における一致度を演算して累積化することによって利用者の歩行状況を診断する機能を有し、
風景映像データとして用意された各種の歩行パターンを歩行している利用者の各歩行ステップにおける荷重点軌跡を、同じ歩行パターンを歩行した教師の荷重点軌跡とリアルタイムに比較することによって、利用者の歩行状況を連続的に診断できるようにしたことを特徴とする、請求項6または請求項7に記載のウォーキングナビゲーションシステム。
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