(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、利用者に対して歩き方をナビゲーションするシステムに関し、特に歩行時の足底圧を検出して良い歩き方をナビゲーションすることができるウォーキングナビゲーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人は良い歩き方をすることで、姿勢が良くなり、骨や筋肉等の特定部位への負担の集中による障害の発生が予防され、長時間歩いても疲れにくい効率的な歩き方ができるばかりでなく、循環器系統の活動が活発化されるなど、健康的にも美容的にも優れた効果を発揮すると言われている。
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。
【０００３】
しかしながら、健康的・美容的に良い歩き方を学ぶためには、知識や経験の豊富な指導者のいる教室に通う必要があり、時間的・費用的な負担が大きい。また、外見だけで良い歩き方をしているか否かを判断することは難しく、定量的な指導方法も確立されていないのが実情である。
【０００４】
このような観点から、人の歩き方を定量的に診断する従来技術として、例えば、特許文献１，２，３，４では、歩行面に２次元の圧力分布を計測する圧力センサーを備え、利用者がその上を歩行した際の時系列の圧力分布を計測し、その計測結果から足の領域を抽出し、利用者の歩行動作を分析して診断するものが開示されている。
【０００５】
また、特許文献５では、無端ベルトによる走行装置の支持脚に荷重を検出する荷重検出手段を備え、その支持脚荷重データを解析して利用者の足に与える衝撃を推定し、走行に関する評価指標を表示するものが開示されている。
【０００６】
一方、特許文献６，７，８，９では、靴の底面に圧力センサーを備え、靴が床から受ける圧力を計測するものが開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１１３８８４号公報
【特許文献２】特開２０００−３５０６１号公報
【特許文献３】特開２００１−４１８３５号公報
【特許文献４】特開２００２−２３３５１７号公報
【特許文献５】特開平９−１２２２６９号公報
【特許文献６】特開２００４−２３９６２２号公報
【特許文献７】特開２００５−１４４１０６号公報
【特許文献８】特開２００５−１９２７４４号公報
【特許文献９】特開２００５−２１４８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１，２，３，４の装置では、歩行面に圧力センサーを備えるので、利用者が歩行時に使用する靴を履いて歩行した場合には、利用者の足自体が受ける圧力の分布を正しく計測することができず、良い歩き方をしているか否かを正しく判定することが困難であるという問題があった。また、利用者は歩行により移動するので、歩行中に歩き方の診断結果をリアルタイムに見ることができず、悪い歩き方をその都度是正しながら歩くことで良い歩き方を習得するという目的には適合しない。更には、利用者は圧力センサーを施設したエリア内しか歩くことができないので、連続して長距離歩行した場合の診断を行うことができず、悪い歩き方をリアルタイムに提示してその都度是正しながら長時間歩くことで良い歩き方を習得するという目的には適合しない。
【０００９】
一方、特許文献５の装置では、無限ベルトによる走行装置の支持脚に荷重検出手段を備え、利用者がその場走行することで足に受ける衝撃を評価して表示することができるが、荷重検出手段は走行装置の支持脚の荷重を検出するものであって、利用者が歩行時に自分の足に受ける圧力の分布を直接計測するものではないので、このような装置を歩き方の良否を診断する目的に転用することは困難である。
【００１０】
また、特許文献６，７，８，９の圧力センサーは、靴が床から受ける圧力を計測するものであって、利用者が歩行時に自分の足に受ける圧力の分布を直接計測するものではないので、このようなセンサーを利用者の歩き方の良否を診断する目的に転用することは困難である。
【００１１】
それ故に、この発明の主たる目的は、利用者が通常使用する靴を用いて長時間歩いた場合の歩き方の良否を診断でき、歩行中に悪い歩き方をリアルタイムに提示し、その都度是正することで良い歩き方を効果的に習得できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明にかかるウォーキングナビゲーションシステムは、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力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足底圧分布の動的変化に基づき利用者の歩行状況をリアルタイムに診断する診断手段と、前記診断手段による診断結果を歩行中の利用者に対して表示する表示手段とを備えたものである。
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。
【００１３】
前記診断手段は、前記足底圧計測手段により計測された歩行中の利用者の足底圧分布の動的変化に基づき利用者の歩行特徴をリアルタイムに演算する歩行特徴演算手段と、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、前記歩行特徴演算手段により歩行中の教師の歩行特徴を演算して記録する教師歩行特徴記録手段と、前記利用者歩行特徴演算手段により演算された利用者の歩行特徴と前記教師歩行特徴記録手段により記録され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、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。
【００１４】
前記歩行特徴演算手段は、前記足底圧計測手段により計測された利用者の足底圧分布の動的変化に基づき歩行特徴として足底の荷重点軌跡を求める機能を有するものでもよい。
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。
【００１５】
前記表示手段は、前記歩行特徴演算手段により演算された歩行中の利用者の歩行特徴を、各ステップ毎に教師の歩行特徴と対比して表示する機能を有するものでもよい。
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。
【００１６】
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、前記教師歩行特徴記録手段は、前記演算された教師の歩行特徴を前記歩行面傾斜設定手段により設定されている傾斜条件毎に独立に記録するものであって、前記マッチング手段は、前記利用者歩行特徴演算手段により演算された利用者の歩行特徴と、前記教師歩行特徴記録手段により記録されている教師の歩行特徴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機能を有するものでもよい。
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。
【００１７】
前記診断手段は、前記足底圧計測手段により計測された歩行中の利用者の足底圧分布の動的変化に基づき利用者の歩行特徴をリアルタイムに演算する歩行特徴演算手段と、前記歩行手段により歩行中の利用者に対して教師による歩き方の改善アドバイスがあった場合に、当該利用者の歩行特徴とそれに対する教師の改善アドバイスを対応させて記録する教師アドバイス記録手段とを有し、前記利用者歩行特徴演算手段により演算された利用者の歩行特徴と前記教師アドバイス記録手段により記録されている歩行特徴とのマッチング演算をリアルタイムに行い、所定の一致度を有する歩行特徴が検出された場合に、前記検出された歩行特徴に対応して記録されている教師アドバイスを取り出して前記表示手段に出力する機能を有するものでもよい。
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。
【００１８】
前記足底圧計測手段は、足底の複数の部位における圧力変化を計測するものであって、
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。
【００１９】
前記診断手段は、前記足底圧計測手段により計測された左右の足の足底圧分布の動的変化を比較して歩行バランスを診断する機能を更に有するものでもよい。
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。
【００２０】
前記歩行特徴演算手段は、前記足底圧計測手段により計測された利用者の足底圧分布の動的変化から、左右のそれぞれの足について、最初に所定の圧力を超えた着地時刻と、着地後に一定時間所定の圧力を下回った離地時刻とを求め、歩行タイミングを診断する機能を更に有するものでもよい。
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。
【００２１】
前記歩行手段は、利用者の歩行により歩行床面が受けた歩行床面荷重分布を計測する歩行床面荷重計測手段を有し、前記診断手段は、前記歩行床面荷重計測手段により計測された利用者の歩行時の歩行床面荷重分布から利用者の歩幅、進行方向に対する足の開き角度、左右の足の開き幅を演算して歩行状況を診断する機能を更に有するものでもよい。
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。
【００２２】
歩行時の風景映像が記録された風景映像データを有し、前記歩行手段により利用者が歩行した距離に基づいて前記風景映像データを同期して再生する映像再生手段を有するものでもよい。
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。
【００２３】
前記映像再生手段は、前記足底圧計測手段により計測された足底圧の離地時の圧力に基づき、事前に蹴り出し力と歩幅の関係を学習させた歩幅推定テーブルを用いて利用者の歩幅を推定し、前記推定された歩幅に基づいて前記風景映像データを同期して再生する機能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。
【００２４】
前記風景映像データには、風景映像に対応して歩行面の傾斜情報が記録され、前記歩行手段は、歩行面に傾斜を与える歩行面傾斜設定手段を有し、前記映像再生手段により再生中の風景映像データに記録された前記傾斜情報に基づいて歩行面の傾斜を制御する機能を有するものでもよい。
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。
【００２５】
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を指定する分岐情報が記録され、前記映像再生手段は、再生中の風景映像データにおいて分岐情報が検出された場合に、再生中の映像を前記歩行方位検出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機能を有するものでもよい。
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。
【００２６】
前記歩行手段は、少なくとも歩行面が平面である略球状の芯体と、前記芯体を覆う収縮性の膜体と、前記膜体で覆われた前記芯体を支持する芯体支持手段と、利用者が前記芯体の歩行面の前記膜体上を歩行した際の前記膜体の前記芯体の中心軸に対する移動を少なくとも２方向で検出する膜体移動検出手段とを有するものでもよい。
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。
【００２７】
前記表示手段は、前記歩行手段の周囲を囲むように設置される円筒状または半球状のディスプレイであって、歩行時の全方位の映像が表示されるものでもよい。
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。
【００２８】
前記芯体支持手段は、前記芯体を前記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有し、前記膜体移動検出手段により検出された移動方向に基づいて、利用者の歩行方向が常に一定の方向となるように前記芯体回転手段を制御する機能を有するものでもよい。
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。
【００２９】
前記歩行手段は、利用者に中空の球体の内部を歩行させるものであって、球体の垂直方向の回転を少なくとも２方向で検出する球体回転検出手段を有するものでもよい。
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。
【００３０】
前記表示手段は、利用者の頭部に固定されるヘッドマウントディスプレイであって、利用者に対して歩行コースを指示する機能を有し、前記診断手段は、前記表示手段により指示された歩行コースに対応して利用者の歩行状況をリアルタイムに診断する機能を有するものでもよい。
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。
【発明の効果】
【００３１】
以上のように、この発明によれば、利用者が通常使用する靴を用いて長時間歩いた場合の歩き方の良否を診断でき、歩行中に悪い歩き方をリアルタイムに提示し、その都度是正することで良い歩き方を効果的に習得できるという効果がある。
【００３２】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図１に、本願発明の一実施形態にかかるウォーキングナビゲーションシステムの概略構成を示す。
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。
【００３４】
図２に、足底圧センサー１０の概略構成を示す。
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。
【００３５】
歩行装置２０は、ループ状に形成されたベルト２１を、２つのローラー２２ａ、２２ｂで支持したものであって、利用者が歩行面支持台２３の上を歩行することによってベルト２１がスライドし、その場歩行ができる自走式歩行装置を用いている。
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。
【００３６】
制御演算装置３０は、パーソナルコンピュータなどのマイクロプロセッサーにより構成され、通信装置１８からの足底圧検出情報の受信処理、歩行装置の回転検出機構２４の信号を取得して歩行距離を演算する歩行距離演算処理、歩行面の傾斜を制御する歩行面傾斜制御処理、表示装置４０への出力処理などの一般的な処理の他に、後述のように、利用者に対して歩行状況を診断してナビゲーションを行う利用者歩行ナビゲーション処理（Ｓ１００）、ナビゲーションを受ける歩行パターンに対応する風景映像を利用者の歩行に同期して表示するとともに、風景映像に対応して歩行面の傾斜を設定する映像再生処理（Ｓ２００）、足底圧センサーにより計測された足底圧分布に基づいて利用者の歩行特徴を演算する歩行特徴演算処理（Ｓ３００）、利用者の歩行特徴を診断するための基礎となる教師のデータを記録する教師データ記録処理（Ｓ４００）、歩行中の利用者に対して教師によりアドバイスメッセージを与えるための基礎となる教師アドバイスデータを記録する教師アドバイス記録処理（Ｓ５００）など、利用者に対してウォーキングナビゲーションを行うための特有の処理が実行される。
【００３７】
表示装置４０は、歩行中の利用者に対して、風景映像を表示するとともに、歩行状況の診断結果をリアルタイムに表示するものであり、通常の液晶型モニター等を使用することができる。また、歩行中の利用者に対して教師アドバイスを音声メッセージによりリアルタイムに与えるための音声出力を備える。
【００３８】
次に、ウォーキングナビゲーションのための特有の処理について説明する。
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）。
【００３９】
次に、左足と右足のそれぞれについて、ワンステップの歩行特徴の演算が終了したことを示す演算終了フラグを初期化した上で（Ｓ１０８）、左足と右足のそれぞれについて歩行特徴演算処理（Ｓ３００）を起動する（Ｓ１１０、Ｓ１１２）。
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。
【００４０】
また、利用者の歩行の左右のバランス診断として、例えば、左右の最大荷重の差に基づいて点数化したり、荷重点軌跡をもとに左右のあおり度の差に基づいて点数化したり、一方の足の歩行特徴の水平軸を反転させ、他方の足の歩行特徴と動的マッチング演算を行って左右の歩行特徴の一致度を点数化することなどを行う（Ｓ１２２）。
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）。
【００４１】
次に、以上の処理によって得られた診断結果を表示装置４０に表示する（Ｓ１２６）。これにより、利用者の歩き方がリアルタイムに点数表示されるので、その点数を上げるように工夫して歩くことで良い歩き方が自然に身につく。
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。
【００４２】
また、歩行特徴演算処理により演算された利用者の歩行特徴を、後述の教師アドバイス記録処理（Ｓ４００）により記録されている教師アドバイス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歩行特徴との動的マッチング演算を行い、所定の一致度を有する歩行特徴が登録されていた場合には、教師アドバイスが登録されているので（Ｓ１２８）、登録されている音声メッセージを取り出して表示装置４０に出力する（Ｓ１３０）。
【００４３】
以上の処理をＳ１１４から繰り返し、後述のように、映像信号が終了するか又は終了ボタンが押され、歩行終了フラグがセットされていたら（Ｓ１３２）、利用者歩行ナビゲーション処理を終了する。
【００４４】
歩行中に表示装置に表示する風景映像は、利用者が表示装置４０に表示される映像を見ながら歩くことで、実際にその風景の場所を歩いているような実感（バーチャルリアリティ）を与え、ウォーキングナビゲーションを楽しく行えるようにするものである。
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。
【００４５】
図４に、映像再生処理（Ｓ２００）の処理手順を示す。
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。
【００４６】
図５に、歩行特徴演算処理（Ｓ３００）の処理手順を示す。
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。
【００４７】
上記歩行特徴演算では、所定数の圧力検出データの重心位置と重心荷重を演算して記録するものとして説明したが、所定時間内に一定以上の圧力が検出された場合に、その中心位置を荷重点として記録するようにしてもよく、単に所定時間内の最大荷重点の軌跡を記録するようにしてもよい。
【００４８】
図６に、教師データ記録処理（Ｓ４００）の処理手順を示す。
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。
【００４９】
図７に、教師アドバイス記録処理（Ｓ５００）の処理手順を示す。
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。
【００５０】
尚、教師アドバイス記録処理においては、教師アドバイスの記録はリアルタイムに行うものとして説明したが、利用者の歩行特徴をすべて記録し、データ収録後に教師が当該利用者のビデオ映像を確認しながら入力するようにしてもよい。
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。
【００５１】
上記実施形態では、足底圧センサーは、複数の圧力分布センサーを配列したものを用いるものとして説明したが、本願発明はこれに限定されるものではなく、足の形にあせて一体形成された圧力分布センサーを用いてもよく、また歩行特徴を計測する上で必要となる複数の部位の圧力値を個別に計測する圧力センサーをインソールに配列し、各圧力センサーにより検出された圧力値をもとに歩行特徴を演算するようにしてもよい。
【００５２】
また、歩行特徴として、ここでは足の裏の荷重点軌跡を求めて診断するものとして説明したが、本願発明はこれに限定されるものではなく、足底圧センサーから得られるあらゆる情報を歩行特徴とすることができる。
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。
【００５３】
また、上記実施形態では、利用者の歩行状況の診断は、教師データとのマッチング処理を行って診断結果をリアルタイムに表示するものと（Ｓ１１８、Ｓ１２６）、教師アドバイスデータとのマッチング処理を行って教師のアドバイスをリアルタイムに音声出力するものと（Ｓ１２０、Ｓ１３０）、左右のバランス診断処理を行ってリアルタイムに表示するものと（Ｓ１２２、Ｓ１２６）、歩行タイミング診断処理を行ってリアルタイムに表示するものと（Ｓ１２４、Ｓ１２６）、をすべて実施するものとして説明したが、いずれかの処理のみを行うようにしてもよく、これらの処理を適宜組み合わせて行うようにしてもよい。
【００５４】
また、上記実施形態では、利用者の歩行特徴の診断は教師データとの比較により行うものとしたが、本願発明はこれに限定されるものではなく、あらかじめ登録された理想的な歩行特徴との動的マッチング演算を行うようにしてもよい。
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。
【００５５】
また、歩行特徴と姿勢との関係を分析した姿勢推定データを用い、歩行中の利用者の歩行特徴から利用者の姿勢を推定し、推定された姿勢を表したアバタ等による画像やアニメーションを表示装置にリアルタイムに表示するようにしてもよい。また、姿勢推定データにおいて、推定された姿勢を改善するためのアドバイス（例えば、インソールの調節方法）を記録しておき、ナビゲーションの終了時に利用者に対して該当するアドバイスを提示するようにしてもよい。
【００５６】
上記実施形態では、足底圧センサーは、利用者の足が受ける垂直方向の圧力のみを検出しているが、水平方法の圧力も検出して歩行における推進力や回転力についても診断するようにしてもよい。
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。
【００５７】
上記実施形態では、歩行手段として自走式歩行装置を用いたが、電動式歩行装置を用いるようにしてもよく、これを用いて、歩行プログラムとして歩行スピードに変化を与えたものを加えてもよい。
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。
【００５８】
次に、本願発明の他の実施形態にかかるウォーキングナビゲーションシステムとして、全方向歩行装置を用いたものについて説明する。
【００５９】
図８に、第１実施例の全方向歩行装置５０を用いたウォーキングナビゲーションシステムの概略構成を示す。
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。
【００６０】
この実施形態では、利用者は全方向に対してその場歩行することができるので、表示装置には全方位の映像が表示される円筒ディスプレイ８０が用いられ、利用者は円筒ディスプレイ８０に表示された全方位の映像を見ながら希望する方向に自由に歩行できる。
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。
【００６１】
このような全方向歩行装置を用いてウォーキングナビゲーションを行う場合の映像データの一例を図１２に示す。この場合の映像データには、映像信号と傾斜情報の他に、映像の途中で分岐路がある場合の分岐情報として、分岐の方向と、その方向に分岐したときに接続される映像データ番号とが音声トラックに登録されたものを用いる。
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。
【００６２】
上記実施形態では、芯体は円盤状のものとして説明したが、歩行面のみが平面であればよく、歩行面のみを平面とした球体でもよい。
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。
【００６３】
図９に、第２実施例の全方向歩行装置６０を用いたウォーキングナビゲーションシステムの概略構成を示す。
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。
【００６４】
上記実施形態では、利用者の向きを検出するために歩行面に荷重検出センサーを設けるものとして説明したが、利用者が向いている方向を検出する方位センサーを装着させ、その情報を通信装置１８を介して制御演算装置３０に伝達するようにしてもよい。
【００６５】
図１０に、第３実施例の全方向歩行装置７０を用いたウォーキングナビゲーションシステムの概略構成を示す。
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。
【００６６】
この実施例の全方向歩行装置では、利用者は球体の内部を歩行するので、利用者に対する風景映像の提供や診断結果の表示はヘッドマウントディスプレイ９０により行われ、ヘッドマウントディスプレイ９０に表示する画像は、制御演算装置３０から通信装置１８を介して提供される。
【００６７】
上記実施形態では、歩行手段として、利用者を歩行装置により歩行させるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、表示手段によって利用者に対して歩行パターンを提示し、利用者にその指示に従って歩行させ、その際の足底圧計測手段からの情報をもとに利用者の歩行状況をリアルタイムに診断す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。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
この発明によれば、利用者が通常使用する靴を用いて長時間歩いた場合の歩き方の良否を診断でき、歩行中に悪い歩き方をリアルタイムに提示してその都度是正することで良い歩き方を効果的に習得できるウォーキングナビゲーションシステムが提供される。
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。
【００６９】
歩行時に表示する映像としては、例えば、世界遺産などの観光地を散策するコース、都会などにおけるショッピングコース、名画を見て歩くコース、映画のシーンを再現したコース、ハイキングコース、ジョギングコース等が考えられ、これらのバリエーションをシリーズ化し、映像ソフトとして定期的に提供するようにしてもよい。
【００７０】
本願発明のインソールタイプの足底圧センサーは、体感ゲーム用のセンサーとしても活用でき、スポーツ選手のプレイ解析を行ったり、足への負担を解析したり、シューズの適正評価を行ったりするスポーツ医学にも応用できる。
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。
【００７１】
また、本願発明のウォーキングナビゲーションシステムは、治療解析機能を付加することで足部診断治療システムとしたり、靴のフィッティング診断機能を付加することでシューズナビゲーションシステムとしたり、ウォーキングによるトレーニングを目的として健康管理機能を付加した美容健康管理システムとしたり、スポーツ選手の管理養成プログラムを付加してスポーツ選手養成システムとしたり、バーチャルリアリティを用いたゲーム機能を付加してバーチャルスポーツゲームシステムとしたり、理学療法機能を付加して障害者用歩行システムとしたりすることができ、各種のビジネス展開が考えられる。
【００７２】
本願発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本願発明の効果を奏する限り、各実施形態で述べた構成要素を適宜入れ替えたり、新たな構成要素を追加したり、一部の構成要素を削除したりしてもよいことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本願発明の一実施形態にかかるウォーキングナビゲーションシステムの概略構成図である。
【図２】本願発明の一実施形態にかかるウォーキングナビゲーションシステムに使用されるインソールタイプの足底圧センサーの例を示す概略構成図である。
【図３】本願発明の一実施形態にかかるウォーキングナビゲーションシステムの利用者方向ナビゲーション処理の処理手順を示す図である。
【図４】本願発明の一実施形態にかかるウォーキングナビゲーションシステムの映像再生処理の処理手順を示す図である。
【図５】本願発明の一実施形態にかかるウォーキングナビゲーションシステムの歩行特徴演算処理の処理手順を示す図である。
【図６】本願発明の一実施形態にかかるウォーキングナビゲーションシステムの教師データ記録処理の処理手順を示す図である。
【図７】本願発明の一実施形態にかかるウォーキングナビゲーションシステムの教師アドバイス記録処理の処理手順を示す図である。
【図８】本願発明の他の実施形態にかかるウォーキングナビゲーションシステム（第１実施例の全方向歩行装置を使用したもの）の概略構成図である。
【図９】本願発明の他の実施形態にかかるウォーキングナビゲーションシステム（第２実施例の全方向歩行装置を使用したもの）の概略構成図である。
【図１０】本願発明の他の実施形態にかかるウォーキングナビゲーションシステム（第３実施例の全方向歩行装置を使用したもの）の概略構成図である。
【図１１】本願発明の一実施形態にかかるウォーキングナビゲーションシステムの風景映像データの一例を示す図である。
【図１２】本願発明の他の実施形態にかかるウォーキングナビゲーションシステムの風景映像データの一例を示す図である。
【図１３】本願発明の一実施形態にかかるウォーキングナビゲーションシステムの表示画面の一例を示す図である。
【図１４】本願発明の更に他の実施形態にかかるウォーキングナビゲーションシステムにおける足底圧センサーの構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０  足底圧センサー
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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