(57)【要約】【課題】  人間等のエージェントの、作業性等の観点から適当な運動の自由度を持って許容しながらも、当該エージェントの移動を可能とする運動環境生成システムを提供する。【解決手段】  運動環境生成システム１は、利用者Ａに装着される装具３に先端部が連結され、基部２に後端部が連結されるアーム４と、実空間要素Ｓの配置態様を検知する第１認識要素２１と、仮想空間要素Ｖの配置態様を認識する第２認識要素２２と、実空間要素Ｓの配置態様及び仮想空間要素Ｖの配置態様の相対的な関係に基づいて、アーム４の作動を制御するように構成された制御装置６とを備える。【選択図】  図１
2014061555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自律的な動作が可能なエージェントを移動させる移動装置と、
前記エージェントの一部である実空間における空間要素である実空間要素の位置及び姿勢の少なくともいずれかを表す配置態様を認識するように構成された第１認識要素と、
前記移動装置の配置態様に対して独立して配置態様が決定される仮想的な空間要素である仮想空間要素の配置態様を認識するように構成された第２認識要素と、
前記第１認識要素が認識した前記実空間要素の配置態様及び前記第２認識要素が認識した前記仮想空間要素の配置態様の相対的な関係に基づいて、前記移動装置の作動を制御するように構成されている制御装置とを備えることを特徴とする運動環境生成システム。
【請求項２】
請求項１に記載の運動環境生成システムにおいて、前記制御装置は、前記第１認識要素が認識した前記実空間要素の配置態様及び前記第２認識要素が認識した前記仮想空間要素の配置態様の相対的な関係に基づいて、前記実空間要素の配置態様の目標となる目標配置態様を設定し、前記実空間要素の配置態様が、前記目標配置態様となるように前記移動装置の作動を制御することを特徴とする運動環境生成システム。
【請求項３】
請求項１に記載の運動環境生成システムにおいて、前記制御装置は、前記第１認識要素が認識した前記実空間要素の配置態様及び前記第２認識要素が認識した前記仮想空間要素の配置態様の相対的な関係に基づいて、前記エージェントに作用する外力の合力の目標値である目標力を設定し、前記設定された目標力によって設定された目標力に基づいて前記移動装置の作動を制御することを特徴とする運動環境生成システム。
【請求項４】
請求項３に記載の運動環境生成システムにおいて、前記制御装置は、前記目標力を、前記実空間要素と前記仮想空間要素との間の距離に基づいて設定することを特徴とする運動環境生成システム。
【請求項５】
請求項４に記載の運動環境生成システムにおいて、前記制御装置は、前記距離に所定の第１係数を乗じて得られる力である仮想バネ力と前記距離の時間変化に所定の第２係数を乗じて得られる力である仮想ダンパ力とに基づいて前記目標力を設定することを特徴とする運動環境生成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装具を装着したエージェントに対して、運動環境を生成するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、作業者が高所で作業をできるように、アームに接続されたバケットに作業者を載せ、バケットが所定の高さに位置するようにアームを制御するロボットが知られている（特許文献１）。作業者は、例えば、手元にあるコントローラを操作することによって、アームの動作を制御し、バケットごと、自らの位置を変化させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平７−６７２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、作業者は、作業中等のように両手が塞がっているような状態で、コントローラを操作することは通常困難なことが多い。このような場合には、手に持っているものを他の場所に置く等のように、両手が塞がっている状態を解除した後でコントローラを操作することになり、作業者の作業性に乏しい場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、人間等のエージェントの、作業性等の観点から適当な運動の自由度を持って許容しながらも、当該エージェントの移動を可能とする運動環境生成システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の運動環境生成システムは、自律的な動作が可能なエージェントを移動させる移動装置と、前記エージェントの一部である実空間における空間要素である実空間要素の位置及び姿勢の少なくともいずれかを表す配置態様を認識するように構成された第１認識要素と、前記移動装置の配置態様に対して独立して配置態様が決定される仮想的な空間要素である仮想空間要素の配置態様を認識するように構成された第２認識要素と、前記第１認識要素が認識した前記実空間要素の配置態様及び前記第２認識要素が認識した前記仮想空間要素の配置態様の相対的な関係に基づいて、前記移動装置の作動を制御するように構成されている制御装置とを備えることを特徴とする。
【０００７】
ここで、空間要素とは、単独で実空間において配置態様、すなわち、位置及び姿勢の少なくともいずれかを定義しうるものであり、具体的には、点、線分、面若しくは立体又はそれらの組み合わせである。
【０００８】
本発明によれば、エージェントが、当該エージェントの一部である実空間要素と仮想空間要素との相対的な関係を適宜変化させることで、制御装置は、当該相対的な関係に応じて当該エージェントを移動させることができる。このように、例えば、エージェントとしての人間が、作業中で両手が塞がっているような状態であっても当該状態を維持したまま、自身の一部である実空間要素の配置態様を変更するだけで、当該人間が移動できる。以上のように、エージェントによる作業性の低下を抑制しつつ、エージェントを移動させることができる。
【０００９】
本発明において、前記制御装置は、前記第１認識要素が認識した前記実空間要素の配置態様及び前記第２認識要素が認識した前記仮想空間要素の配置態様の相対的な関係に基づいて、前記実空間要素の配置態様の目標となる目標配置態様を設定し、前記実空間要素の配置態様が、前記目標配置態様となるように前記移動装置の作動を制御することが好ましい。これにより、制御装置は、実空間要素の配置態様が目標配置態様となるように、エージェントを移動させることができる。
【００１０】
本発明において、前記制御装置は、前記第１認識要素が認識した前記実空間要素の配置態様及び前記第２認識要素が認識した前記仮想空間要素の配置態様の相対的な関係に基づいて、前記エージェントに作用する外力の合力の目標値である目標力を設定し、前記設定された目標力によって設定された目標力に基づいて前記移動装置の作動を制御することが好ましい。これにより、エージェントが、実空間要素の配置態様を変化させることで、当該実空間要素の配置態様と仮想空間要素の配置態様との相対的な関係が変化し、当該相対的な関係の変化によって移動装置から所望の目標力を得ることができ、当該目標力に応じた移動ができる。
【００１１】
本発明において、前記制御装置は、前記目標力を、前記実空間要素と前記仮想空間要素との間の距離に基づいて設定することが好ましい。これにより、エージェントが、実空間要素と仮想空間要素との間の距離を調整することで、制御装置の制御によって、移動装置から所望の目標力を得ることができ、当該目標力に応じた移動ができる。
【００１２】
本発明において、前記制御装置は、前記距離に所定の第１係数を乗じて得られる力である仮想バネ力と前記距離の時間変化に所定の第２係数を乗じて得られる力である仮想ダンパ力とに基づいて前記目標力を設定することが好ましい。第１係数の大きさが大きい程仮想バネ力が大きくなり、第２係数の大きさが大きい程仮想ダンパ力が大きくなる。制御装置は、第１係数及び第２係数の大きさに応じた目標力を設定するので、第１係数及び第２係数を適宜設定することで様々な目標力を設定でき、当該目標力に応じてエージェントを移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態の運動環境生成システムの概念図。
【図２】第１実施形態の運動環境生成システムの制御装置の構成図。
【図３】第１実施形態の運動環境生成システムにおいて、利用者Ａが仮想空間要素上を移動するときについてＸ−Ｙ方向に沿って見た図。
【図４】第１実施形態の運動環境生成システムにおいて、利用者Ａが仮想空間要素上を移動するときについてＺ方向に沿って見た図。
【図５】利用者が仮想的な水平面を移動している状態を示す図。
【図６】第２実施形態の運動環境生成システムの制御装置の構成図。
【図７】第２実施形態の運動環境生成システムにおいて、利用者Ａが仮想空間要素上を移動するときについてＸ−Ｙ方向に沿って見た図。
【図８】第２実施形態の運動環境生成システムにおいて、利用者Ａが仮想空間要素上を移動するときについてＺ方向に沿って見た図。
【図９】利用者が仮想的な水平面を移動している状態を示す図。
【図１０】（ａ）は、利用者が仮想的な鉛直面に沿って上方向に移動するときを示し、（ｂ）は、利用者が仮想的な鉛直面の法線方向に当該鉛直面から離れる方向に移動するときを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１実施形態］
（運動環境生成システムの構成）
本発明の第１実施形態としての運動環境生成システム１は、エージェントとしての人間（以下、「利用者」という）Ａの身体の一部である実空間要素Ｓ（図３参照）の配置態様と、仮想空間要素Ｖの配置態様との相対的な関係に基づいて、当該利用者Ａに対して移動装置としてのアーム４が作動するように制御される。
【００１５】
図１に示されるように、運動環境生成システム１は、基部２と、装具３と、アーム４と、制御装置６と、モーションキャプチャ７（図２参照）とを備える。
【００１６】
基部２は、水平面Ｈに固定されている。装具３は、利用者Ａが装着可能に形成されている。詳細には、装具３は、所謂フライングハーネスであり、利用者Ａの腰骨（腰骨稜）の位置で胴回りに巻かれる腰ベルトと、利用者Ａの左右の角脚の大腿部上部に巻かれる２つの股ベルトとを備える。装具の腰ベルト及び股ベルトの各々は、利用者Ａが装着した状態である装着状態において、該装着状態が解除された脱着状態になることを防止するために、利用者Ａの胴部及び大腿部を確実に保持できるように構成されている。
【００１７】
モーションキャプチャ７は、トラッカーによって、実空間要素Ｓに貼着された複数のマークの位置を時系列的に追うように構成されている。複数のマークの時系列的な位置の変化に基づいて、実空間要素Ｓの位置及び姿勢の時系列的な変化を検知できる。モーションキャプチャ７は、利用者Ａの実空間要素Ｓの各時点における位置及び姿勢を検知することができればよく、光ファイバー式、光学式、機械式及び画像処理式等いずれの構成であってもよい。
【００１８】
ここで、本実施形態においては、実空間要素Ｓは、右脚の足平（以下、「右足平」という）ＥＲ及び左脚の足平（以下、「左足平」という）ＥＬのうち所定の条件（後述）を満たした脚の足平Ｅ（図３参照）に設定されている。以降の説明では、左右を区別するために、参照符号の末尾に符号「Ｌ」又は「Ｒ」を付加することがある。また、左右の区別が不要の場合又はまとめて表す場合には、符号「Ｌ」又は「Ｒ」を省略する。
【００１９】
本実施形態では、足平Ｅの外周に複数のマークが貼着されている。また、後述するように、制御装置６は、足平Ｅの代表点の位置を実位置Ｐact（図３参照）と設定している。足平Ｅの先端部（爪先）と後端部（踵）とに貼着されたマークによって得られた各位置を結ぶ線の中心点が、足平Ｅの代表点として設定されている。
【００２０】
アーム４は、複数の関節機構Ｊk(k=1,2,...,n)と、当該複数の関節機構Ｊkを介して連結されている複数のリンク部材Ｌkとを備えている。関節機構の数及び各関節機構の自由度（１〜３）は任意に設計されうる。
【００２１】
アーム４を構成するアクチュエータの動作に応じて、各関節機構Ｊkの回転自由度に応じた軸回りの関節角度ｑkが制御されることにより、第ｋ−１リンクＬk-1に対する第ｋリンクＬkの相対的な姿勢が調節される。運動環境生成システム１は各関節角度ｑkに応じた信号を出力する関節角度センサ（図示略）をさらに備え、制御装置６は各関節角度センサからの出力信号に基づいて各関節角度ｑkを測定する。
【００２２】
また、アーム４の先端部には、装具３が連結されている。このとき、装具３は、当該アーム４から装具３に対して作用する力と、装具３から利用者Ａに対して作用する力とが同等となるようにアーム４に連結されている。これにより、アーム４から利用者Ａに対して想定通りの力を効率良く作用させることができる。
【００２３】
制御装置６は、電子制御ユニット（ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏ回路等により構成されている。）又はコンピュータにより構成されている。制御装置６には、モーションキャプチャ７等から出力された信号が入力される。制御装置６は、これらの入力された信号等に基づいて、アーム４の作動を制御する。
【００２４】
（運動環境生成システムの機能）
次に、制御装置６によって実行される処理について説明する。
【００２５】
（制御装置の構成）
図２に示されている制御装置６は、第１認識要素２１と、第２認識要素２２と、基準足平決定要素２３と、目標配置態様決定要素２４と、ゲイン乗算部２５と、アーム制御要素２６とを備える。制御装置６の各構成要素は、メモリと、当該メモリから必要なデータ及びプログラムを読み出した上で、後述する担当演算処理を実行する演算処理装置（ＣＰＵ）とにより構成されている。
【００２６】
第１認識要素２１は、実空間要素Ｓの位置及び姿勢の少なくともいずれかを表す配置態様を認識するように構成されている。本実施形態において、第１認識要素２１は、モーションキャプチャ７が検知した複数のマークの位置によって、当該実空間要素Ｓの位置及び姿勢を認識する。本実施形態においては、利用者Ａの両脚の足平（以下、「両足平」という）Ｅが、実空間要素Ｓとして設定されている。このように、本実施形態においては、制御装置６の第１認識要素２１が本発明の第１認識要素として機能するように構成されている。なお、モーションキャプチャ７が、本発明の第１認識要素の構成要素であってもよい。
【００２７】
また、本実施形態において、第２認識要素２２は、仮想空間要素Ｖの配置態様を、図示しない入力装置を介して利用者Ａ又はオペレータ等によって任意に入力設定されることで認識してもよいし、予め設定された仮想空間要素Ｖを所定のメモリから呼び出すことによって認識するように構成されていてもよい。本実施形態では、仮想空間要素Ｖは、本実施形態では、水平面に平行な仮想的な平板（以下、「仮想板」ともいう）に設定されている（図３〜図５を参照）。なお、簡単化のため、仮想板Ｖを図示する際には、厚みについては省略して示している。
【００２８】
このように、本実施形態においては、制御装置６の第２認識要素２２が本発明の第２認識要素として機能するように構成されている。なお、オペレータ等が操作するリモコン等の入力装置が、本発明の第２認識要素の構成要素であってもよい。
【００２９】
基準足平決定要素２３は、第１認識要素２１が認識した実空間要素Ｓの配置態様と、第２認識要素２２が認識した仮想空間要素Ｖの配置態様とに基づいて、基準足平を決定する。
【００３０】
目標配置態様決定要素２４は、基準足平決定要素２３が決定した基準足平Ｅの配置態様と、第２認識要素２２が認識した仮想空間要素Ｖの配置態様とに基づいて、基準足平Ｅの目標となる位置である目標位置Ｐcmdを決定する。
【００３１】
ゲイン乗算部２５は、目標配置態様決定要素２４が決定した目標位置Ｐcmdと、基準足平Ｅの配置態様（本実施形態では、実位置Ｐact）との偏差が入力され、前記偏差に所定のゲインＫｐを乗算して目標速度Ｖcmdを得る。所定のゲインＫｐは、実位置Ｐactの目標位置Ｐcmdに対する収束性を高めるような値に設定される。ここで、目標速度Ｖcmdとは、基準足平Ｅの目標速度であるが、基準足平Ｅは、制御装置６の制御によって配置態様が変化すると共に、利用者Ａの意思によってもその配置態様が変化するので、ここでは、便宜上、アーム４の先端部の目標速度として表す。
【００３２】
アーム制御要素２６は、ゲイン乗算部２５が出力した目標速度Ｖcmdに対して、基部２を基準として定義されるヤコビ行列Ｊｃの疑似逆行列Ｊｃ+を用いた演算処理を施すことにより得られる各関節機構Ｊkの目標となる関節速度（関節速度指令値）ｄｑcmd(k)/dtを出力する。
【００３３】
これにより、アーム４は、各関節機構Ｊkの実関節速度ｄｑact(k)/dtが、関節速度指令値ｄｑcmd(k)/dtとなるように制御される。このとき、アーム制御要素２６は、実関節速度ｄｑact(k)/dtの関節速度指令値ｄｑcmd(k)/dtに対する収束性を高めるために、各関節機構Ｊkに設けられた角度センサの時間微分値又は角速度センサ等によって検知された実関節速度ｄｑact(k)/dtに基づいて、フィードバック制御を行っている。
【００３４】
なお、本実施形態において、グローバル座標系は、鉛直方向上方を＋ｚ方向とし、且つこれに対して垂直な２つの方向の各々をｘ方向、ｙ方向とする３次元直交座標系として定義されている。
【００３５】
（機能）
制御装置６は、両足平Ｅのうち基準足平決定要素２３によって決定された一方の脚の基準足平Ｅの配置態様と、仮想空間要素Ｖの配置態様との相対的な関係に基づいて目標位置Ｐcmdを決定する（例えば、図３（ｂ）及び図４（ｂ）を参照）。
【００３６】
また、図３〜図５においては、基準足平Ｅが黒く塗り潰して示されている。
【００３７】
基準足平決定要素２３は、仮想板Ｖ上に片脚の足平Ｅのみが位置している場合には（図３（ｂ）、図４（ｂ）、図３（ｄ）及び図４（ｄ）参照）、当該仮想板Ｖ上に位置している足平Ｅを基準足平として決定する。ここで、「足平Ｅが仮想板Ｖ上に位置している場合」とは、足平Ｅの位置が、仮想板Ｖ内に含まれている場合を表す。また、仮想空間要素Ｖが仮想的な面又は厚さが０の板である場合には、足平Ｅの位置が、仮想空間要素Ｖの表面の任意の点の位置と一致している場合に、「足平Ｅが仮想空間要素Ｖ上に位置している場合」となる。図３（ｂ）及び図４（ｂ）においては、右足平ＥＲのみが仮想板Ｖ上に位置しているので、右足平ＥＲが基準足平として決定される。図３（ｄ）及び図４（ｄ）においては、左足平ＥＬのみが仮想板Ｖ上に位置しているので、左足平ＥＬが基準足平として決定される。
【００３８】
また、基準足平決定要素２３は、仮想板Ｖ上に両足平Ｅが位置している場合には（図３（ａ）、図４（ａ）、図３（ｃ）及び図４（ｃ）参照）、次に示されるようにして基準足平を決定する。
【００３９】
基準足平決定要素２３は、仮想板Ｖ上に両足平Ｅが位置している場合には、利用者Ａの重心ＣＧを仮想板Ｖに投影したときの点（以下、「重心投影点」という）Ｐcgと、両足平Ｅの代表点の各々との距離が短い方の足平Ｅを基準足平として決定する。基準足平を決定する時点で、当該距離が同一であった場合には、それまでの基準足平がそのまま基準足平として決定される。なお、この時点で、当該距離が同一であった場合に、基準足平を切り替えるようにしてもよい。
【００４０】
図３（ａ）及び図４（ａ）においては、右足平ＥＲの代表点と重心投影点Ｐcgとの間の距離ＤＲと、左足平ＥＬの代表点と重心投影点Ｐcgとの間の距離ＤＬとを比較すると、距離ＤＲの方が小さいので、基準足平決定要素２３は、右足平ＥＲを基準足平として決定する。これにより、右足平ＥＲが、目標位置Ｐcmdを決定するために仮想空間要素Ｖの配置態様との相対的な関係が考慮される実空間要素Ｓとなる。
【００４１】
図３（ｃ）及び図４（ｃ）においては、距離ＤＬが距離ＤＲよりも小さいので、基準足平決定要素２３は、左足平ＥＬを基準足平として決定する。これにより、左足平ＥＬが、目標位置Ｐcmdを決定するために仮想空間要素Ｖの配置態様との相対的な関係が考慮される実空間要素Ｓとなる。
【００４２】
基準足平決定要素２３が基準足平を決定したときの当該基準足平の代表点の位置が、当該基準足平の目標位置Ｐcmdとして設定される。
【００４３】
図３（ａ）及び図４（ａ）の状態から、右足平ＥＲが、ｚ方向にΔｚだけ「−ｚ方向」に移動し（図３（ｂ）参照）、ｙ方向にΔｙだけ「−ｙ方向」に移動し（図４（ｂ）参照）、ｘ方向にΔｘだけ「＋ｘ方向」に移動して（図４（ｂ）参照）、図３（ｂ）及び図４（ｂ）の状態になった場合について考察する。この場合、アーム制御要素２６には、この３つの差Δｘ、Δｙ及びΔｚ（すなわち、目標位置Ｐcmdと実位置Ｐactとの偏差）に基づいた目標速度Ｖcmdが入力され、アーム４の力が作用して利用者Ａが移動する。
【００４４】
次に、図３（ｃ）及び図４（ｃ）の状態から、左足平ＥＬが、ｚ方向にΔｚだけ「−ｚ方向」に移動し（図３（ｄ）参照）、ｙ方向にΔｙだけ「−ｙ方向」に移動し（図４（ｄ）参照）、ｘ方向にΔｘだけ「＋ｘ方向」に移動して（図４（ｄ）参照）、図３（ｄ）及び図４（ｄ）の状態になった場合について考察する。アーム制御要素２６には、この３つの差Δｘ、Δｙ及びΔｚ（すなわち、目標位置Ｐcmdと実位置Ｐactとの偏差）に基づいた目標速度Ｖcmdが入力され、アーム４の力が作用して利用者Ａが移動する。
【００４５】
以上のようにして目標位置Ｐcmdが決定されるので、運動環境生成システム１は、利用者Ａが仮想板Ｖ上で、両脚を、地上で歩行するときに比べて比較的短い周期で、互いに逆位相に屈曲と伸展とを繰り返すように動かすこと（以下、「バタ足運動」という）で、図３及び図４における「（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ａ）→…」のように状態が遷移する。これにより、図５に示されるように、運動環境生成システム１は、当該利用者Ａに空中を「Ａ１→Ａ２→Ａ３」のように移動させることができる。図５の「Ａ１」の状態が「図３（ａ）及び図４（ａ）」の状態に対応し、「Ａ２」の状態が「図３（ｃ）及び図４（ｃ）」の状態に対応し、「Ａ３」の状態がその次の「図３（ａ）及び図４（ａ）」の状態に対応する。このように、利用者Ａは、バタ足運動により、仮想板Ｖ上に沿って自在に空中移動することができる。
【００４６】
仮想板Ｖ上では、上記の説明以外の運動もできる。
【００４７】
例えば、利用者Ａが両脚の膝を曲げるように大腿部を上方に向かって持ち上げることで、両足平Ｅが上方に持ち上がる。このときには、制御装置６は、上方に移動した足平Ｅを仮想板Ｖ上の目標位置Ｐcmdに近付けるために、利用者Ａを下方に移動させるようにアーム４から利用者Ａに力を作用させる。これにより、制御装置６は、仮想板Ｖ上であたかもしゃがんでいるかのように利用者Ａを動かすことができる。
【００４８】
また、利用者Ａが基準足平Ｅの脚の膝を伸ばしたときに、基準足平Ｅが仮想板Ｖよりも下方に移動した場合には、制御装置６は、基準足平Ｅを仮想板Ｖ上の目標位置Ｐcmdに近付けるために、利用者Ａを上方に移動させるようにアーム４から利用者Ａに力を作用させる。
【００４９】
（第１実施形態の変形例）
第１実施形態では、目標配置態様決定要素２４が、目標位置Ｐcmdを、基準足平Ｅが決定されたときの当該基準足平Ｅの代表点の位置に設定しているが、それ以外の形態で目標位置Ｐcmdが決定されてもよい。例えば、目標配置態様決定要素２４は、基準足平Ｅの配置態様が変化したときに、目標位置Ｐcmdを、基準足平Ｅが決定されたときの当該基準足平Ｅの代表点から、当該基準足平Ｅの実位置Ｐactとは反対側に所定の距離だけ離れた位置に決定してもよい。
【００５０】
例えば、目標配置態様決定要素２４が、基準足平である右足平ＥＲの配置態様が破線で示されている状態（図４（ｂ）参照）から実線で示されている状態に変化したことが検知された場合、当該配置態様が変化する前に基準足平である右足平ＥＲの代表点の位置に対して、当該検知時の右足平ＥＲの実位置Ｐactとは反対側に所定の距離だけ離れた位置を、目標位置Ｐcmdとして決定する。これにより、目標位置Ｐcmdを、基準足平Ｅが決定されたときの当該基準足平Ｅの代表点の位置に設定している場合に比べて、利用者Ａによる基準足平Ｅの動きに応じて、基準足平Ｅの移動方向とは反対方向に、より大きく利用者Ａを移動させることができる。
【００５１】
また、目標配置態様決定要素２４は、基準足平とは異なる足平（以下、「非基準足平」という）の配置態様と、仮想空間要素Ｖの配置態様との相対的な関係に基づいて、目標位置Ｐcmdを決定してもよい。例えば、目標配置態様決定要素２４は、前記変形例における所定の距離を決定することで目標位置Ｐcmdを決定してもよい。このとき、例えば、仮想空間要素Ｖと非基準足平との間の距離が長いほど、所定の距離を長くしてもよい。
【００５２】
また、目標配置態様決定要素２４は、非基準足平の配置態様と、基準足平の配置態様との相対的な関係に基づいて、目標位置Ｐcmdを決定してもよい。例えば、目標配置態様決定要素２４は、前記変形例における所定の距離を決定することで目標位置Ｐcmdを決定してもよい。このとき、例えば、基準足平と非基準足平との間の距離が長いほど、所定の距離を長くしてもよい。
【００５３】
また、第１実施形態において、目標配置態様決定要素２４は、実空間要素Ｓの目標位置Ｐcmdを決定しているが、付加的又は代替的に、実空間要素Ｓの目標姿勢を決定してもよい。これにより、実空間要素Ｓの配置態様と仮想空間要素Ｖの配置態様との相対的な関係に基づいて、利用者Ａの位置に加えて又は替えて姿勢を制御できる。
【００５４】
このとき、基準足平Ｅの決定時点における当該基準足平Ｅと仮想空間要素Ｖとの相対姿勢が維持されるように、その後の当該基準足平の目標姿勢が決定される。
【００５５】
基準足平Ｅの姿勢は、足平Ｅの後端部を始点とし先端部終点とするベクトルとしての接線ベクトルと、代表点における法線ベクトルとにより定義される。同じく基準足平Ｅの決定時点における仮想空間要素Ｖの姿勢は、当該基準足平Ｅの代表点における法線ベクトル（又は、当該代表点がｚ方向等の所定方向について仮想空間要素Ｖの表面に投影された点）及び接線ベクトルにより定義される。
【００５６】
そして、制御装置６は、基準足平Ｅの姿勢が変化したことを検知すると、上記２つの接線ベクトルと２つの法線ベクトルとに基づいた現時点の仮想空間要素Ｖと基準足平Ｅとの間の相対姿勢を、目標姿勢に近付けるように、アーム４の動作が制御される。
【００５７】
基準足平Ｅの決定時点における基準足平Ｅと非基準足平Ｅとの相対姿勢が勘案されて、当該基準足平の目標姿勢が設定されてもよい。非基準足平Ｅの姿勢は、当該非基準足平Ｅの代表点における当該非基準足平Ｅの接線ベクトル及び法線ベクトルで定義される。このとき、基準足平Ｅの決定時点における基準足平Ｅと仮想空間要素Ｖとの相対姿勢を維持するための目標姿勢と、基準足平Ｅの決定時点における基準足平Ｅと非基準足平Ｅとの相対姿勢を維持するための目標姿勢とが一致しない場合には、基準足平Ｅと仮想空間要素Ｖとの相対姿勢が維持されるような目標姿勢に従ってアーム４の動作が制御された後、基準足平Ｅと非基準足平Ｅとの相対姿勢を維持するような目標姿勢に従って、アーム４の動作が制御される。
【００５８】
また、第１実施形態では、基準足平決定要素２３が、右足平ＥＲと左足平ＥＬとが仮想空間要素Ｖ上に位置したときに、新たな基準足平を決定しているが、それ以外の形態で新たな基準足平が決定されてもよい。例えば、基準足平決定要素２３は、新たな基準足平を決定した後、所定の時間が経過するまで新たな基準足平を決定することを停止してもよい。ここで、所定の時間は、基準足平が利用者Ａの意図に反して切り替わることにより、利用者Ａの移動をスムーズに行うことが困難になることを防止できる程度の時間に設定される。
【００５９】
また、例えば、利用者Ａが、両脚を逆位相で屈曲と伸展を繰り返すような運動による仮想板Ｖ上を移動するような場合には、基準足平決定要素２３は、新たな基準足平を決定した後、当該運動の周期が所定の周期となるまでは、新たな基準足平を決定することを停止してもよい。ここで、所定の周期は、例えば、利用者Ａが地上で歩行するときに、両脚が互いに逆位相で屈曲と伸展とを繰り返す運動周期のうち、半歩行周期（屈曲のみ又は伸展のみ）に設定される。これにより、利用者Ａは、地上における歩行のように、両脚を逆位相で屈曲と伸展を繰り返すような運動による移動を空中でもできる。
【００６０】
また、モーションキャプチャ７が利用者Ａの両脚の配置態様を検知し、第１認識要素２１が利用者Ａの両脚の動きを検知する。そして、基準足平決定要素２３は、第１認識要素２１の検知結果から、利用者Ａが歩行するかのように、両脚が互いに逆位相で屈曲と伸展とを繰り返す動きをしていると判断される場合には、互いの脚が、屈曲又は伸展の途中ですれ違ったときに基準足平の切り替えを許可してもよい。
【００６１】
また、本実施形態では、重心投影点Ｐcgと、両足平Ｅの代表点の各々との距離が短い方の足平Ｅを基準足平として決定しているが、その他の態様によって基準足平を決定してもよい。例えば、装具３の代表点を仮想空間要素Ｖに投影したときの点と、両足平Ｅの代表点の各々との距離が短い方の足平Ｅを基準足平として決定してもよい。この場合、装具３の代表点とは、例えば、装具３がエージェントの腰周りに巻かれるベルトを備えている場合には、当該ベルトの長さ方向及び幅方向において中心となる点である。
【００６２】
また、運動環境生成システム１には、基準足平が右足平ＥＲと左足平ＥＬのいずれであるかを報知するように構成された報知部が設けられていてもよい。これにより、現時点で基準足平に決定されている足平Ｅがいずれであるかを利用者Ａに対して報知できる。報知部としては、例えば、光で報知するランプ等の光発生部、音で報知するスピーカ等の音発生部、又は振動で報知するバイブレータ等の振動発生部等が挙げられる。
【００６３】
また、第１実施形態では、仮想空間要素Ｖは配置態様が変化しなかったが、アーム４の配置態様とは独立して、仮想空間要素Ｖの配置態様が変化してもよい。例えば、仮想空間要素Ｖとして水平面に平行な仮想的な面が設定され、所定の時間間隔で仮想的な面が所定の距離づつ上昇してもよい。このときの仮想的な面の上昇はｚ方向のみの移動であるが、利用者Ａが、当該仮想的な面上をｘ方向及びｙ方向に向かって移動するように実空間要素Ｓを動かせば、当該利用者Ａは、仮想的な面の上昇に伴ってｚ方向に向かって上昇すると共に、当該実空間要素Ｓの動きに応じてｘ方向及びｙ方向に移動することができる。
【００６４】
［第２実施形態］
第２実施形態の運動環境生成システム１は、第１実施形態の運動環境生成システム１に比べて、実空間要素Ｓの目標位置Ｐcmdを設定するのではなく、目標力Ｆcmdを設定する点が異なっている。
【００６５】
（制御装置の構成）
図６に示されている本実施形態の運動環境生成システム１の制御装置６は、第１認識要素２１と、第２認識要素２２と、目標力設定要素１２３と、目標速度設定要素１２４と、アーム制御要素２６とを備える。制御装置６の各構成要素は、メモリと、当該メモリから必要なデータ及びプログラムを読み出した上で、後述する担当演算処理を実行する演算処理装置（ＣＰＵ）とにより構成されている。なお、本実施形態の第１認識要素２１、第２認識要素２２及びアーム制御要素２６は、第１実施形態の第１認識要素２１、第２認識要素２２及びアーム制御要素２６と同じであるので説明を省略する。
【００６６】
目標力設定要素１２３は、第１認識要素２１が認識した実空間要素Ｓの配置態様、及び第２認識要素２２が認識した仮想空間要素Ｖの配置態様に基づいて、利用者Ａが自身に作用していると感じる外力の合力（アーム４から作用する力と、利用者Ａに作用する重力mgとの合力）の目標力Ｆcmdを設定する。
【００６７】
目標速度設定要素１２４は、関係式（２１）に示されるように、目標力設定要素１２３が設定した目標力Ｆcmdを、利用者Ａの質量ｍで除算した結果を時間積分して得られる値を、実空間要素Ｓの移動速度（実速度）Ｖactの目標速度Ｖcmdとして設定し、アーム制御要素２６に対して出力する。
【００６８】
【数１】
2014061555.tif 000003
【００６９】
このようにして、実空間要素Ｓの実速度Ｖactが、目標力Ｆcmdに基づいて得られる目標速度Ｖcmdとなるように制御されたアーム４によって、利用者Ａが移動する。このとき、目標速度Ｖcmdは目標力Ｆcmdに基づいた値となっているので、アーム４によって移動させられている利用者Ａは、目標力Ｆcmdと同等の外力の合力が当該利用者Ａに作用したときのような移動となる。
【００７０】
（機能）
目標力設定要素１２３による目標力Ｆcmdの設定方法について説明する。
【００７１】
目標力設定要素１２３は、実空間要素Ｓの配置態様及び仮想空間要素Ｖの配置態様の相対的な関係に基づいて、目標力Ｆcmdを設定する。
【００７２】
また、本実施形態において、グローバル座標系は、鉛直方向上方を＋ｚ方向とし、且つこれに対して垂直な２つの方向の各々をｘ方向、ｙ方向とする３次元直交座標系として定義されている。また、利用者Ａの前方向とは前額面の法線方向のうち当該利用者Ａの背側から腹側に向かう方向であり、利用者Ａの後方向とは当該前方向とは反対方向である。以降の説明において、「斜め下後方」とは「後方向且つ下方向の２つの成分が含まれる方向」であり、「斜め上後方」とは「後方向且つ上方向の２つの成分が含まれる方向」であり、「斜め上前方」とは「前方向且つ上方向の２つの成分が含まれる方向」であり、「斜め下前方」とは「前方向且つ下方向の２つの成分が含まれる方向」である。
【００７３】
本実施形態では、仮想空間要素Ｖは、本実施形態では、水平面に平行な仮想的な平面（以下、「仮想面」という）に設定されている（図７〜図９を参照）。
【００７４】
また、図７〜図９においては、仮想空間要素Ｖよりも下側に位置している足平Ｅが黒く塗り潰して示されている。
【００７５】
まず、目標力設定要素１２３は、実空間要素Ｓが仮想空間要素Ｖを所定の方向に通過する前の状態から、実空間要素Ｓが仮想空間要素Ｖを所定の方向に通過したときの当該実空間要素Ｓの代表点を現代表点ＳＡ（後述する図７及び図８参照）と設定する。また、目標力設定要素１２３は、実空間要素Ｓが仮想空間要素Ｖを所定の方向に通過したときの代表点ＳＡが位置していた点を基準点ＳＡ′（後述する図７及び図８参照）と設定する。
【００７６】
そして、目標力設定要素１２３は、基準点ＳＡ′が始点であり、現代表点ＳＡが終点である移動ベクトルＭを設定し、当該移動ベクトルＭ（後述する図７及び図８参照）の方向を「実空間要素Ｓの移動方向」と設定する。このため、移動ベクトルＭの大きさは、実空間要素Ｓが移動した距離（以下、「移動距離ＭD」という）を表す。目標力設定要素１２３は、移動ベクトルＭに応じて様々な方法によって目標力Ｆcmdを設定する。
【００７７】
次に、図７及び図８を参照して目標力Ｆcmdを設定する具体的な例を説明する。なお、当該例において、実空間要素Ｓは利用者Ａの両足平に設定されている。
【００７８】
本具体例において、目標力設定要素１２３は、目標力Ｆcmdを関係式（２２）に従って設定する（図７（ａ）及び図８（ａ）参照）。
【００７９】
(22)
Fcmd1 = k・MD + C・dMD/dt ..(22-1)
Fcmd2 = (1-α)・mg ..(22-2)
Fcmd = Fcmd1 + Fcmd2 ..(22-3)。
【００８０】
ここで、「ｋ」は弾性係数（本発明における第１係数に相当する）であり、「Ｃ」は減衰係数（本発明における第２係数に相当する）であり、「dMD/dt」は移動距離ＭDの単位時間辺りの変化量である。なお、本実施形態において、減衰係数Ｃは、実空間要素Ｓが仮想空間要素Ｖよりも下側に位置しているとき、且つ上側から下側に向かって移動しているときに０より大きな値に設定され、それ以外のときには０に設定される。移動距離ＭDは、鉛直方向において、実空間要素Ｓが仮想空間要素Ｖより高い場合には、０に設定される。また、「ｍ」は利用者Ａの質量であり、「ｇ」は重力加速度である（なお、重力加速度gは、グローバル座標系におけるｘ，ｙ，ｚの３つの成分で表したとき「g=(0,0,-g)」と表される。但し、このときｚ成分の「g」は重力加速度gのスカラー値である）。また、「α」は１未満の値に設定されればよい。なお当該例においては、αは常に「0.9」に設定されている。
【００８１】
関係式（２２−３）に示されるように、目標力Ｆcmdは、第１力Ｆcmd1と第２力Ｆcmd2との合力である。第１力Ｆcmd1は、関係式（２２−１）に従って得られる力であり、弾性係数ｋの仮想バネＫ（図７参照）によって得られる力である仮想バネ力（関係式（２２−１）の右辺第１項）と、減衰係数Ｃの仮想ダンパＤ（図７参照）によって得られる力である仮想ダンパ力（関係式（２２−１）の右辺第２項）との合力である。第１力Ｆcmd1は、移動ベクトルの方向とは反対方向のベクトルで表される力である。第２力Ｆcmd2は、関係式（２２−２）に従って得られる力であり、重力方向に沿ったベクトルで表される力である。
【００８２】
実空間要素Ｓの代表点が仮想空間要素Ｖを上側から下側に向かって通過する前においては（図７（ｂ）、図８（ｂ）、図７（ｄ）及び図８（ｄ）参照）、移動ベクトルＭが０であるので、第１力Ｆcmd1は０となり、目標力Ｆcmdは、第２力Ｆcmd2と同一になる。この場合、第２力Ｆcmd2は「0.1mg」であるので、当該第２力Ｆcmd2は、利用者Ａに重力mgのみが外力として作用しているときに比べて、利用者Ａをゆっくりと重力方向に向かって下降させる力になる。
【００８３】
また、実空間要素Ｓの代表点が仮想空間要素Ｖを上側から下側に向かって通過した後は（図７（ａ）、図８（ａ）、図７（ｃ）及び図８（ｃ）参照）、当該通過した方向の移動ベクトルＭに応じて、関係式（２２−１）に従って第１力Ｆcmd1が設定され、第１力Ｆcmd1と第２力Ｆcmd2との合力が目標力Ｆcmdとして設定される。このとき、移動ベクトルＭが所定の大きさ以上の場合には、第１力Ｆcmd1が、（１−α）ｍｇよりも大きくなるように、弾性係数ｋ及び減衰係数Ｃが設定されている。従って、移動ベクトルＭが所定の大きさ以上の場合には、目標力Ｆcmdのｚ成分は正となる。このとき、目標力Ｆcmdは、利用者Ａを少なくとも上方に持ち上げるような力になる。また、このとき、第１力Ｆcmd1のｚ成分以外のｘ成分及びｙ成分については、移動ベクトルＭのｘ成分及びｙ成分と弾性係数ｋ及び減衰係数Ｃとに応じた値となる。
【００８４】
移動ベクトルＭが所定の大きさ以上になることにより、アーム４の作動によって利用者Ａが上方に移動することで、実空間要素Ｓの代表点が仮想空間要素Ｖよりも上方に移動した場合、当該移動しているときの利用者Ａの慣性力によって、利用者Ａの上方への移動がすぐに停止せず、当該慣性力に応じて実空間要素Ｓの代表点が仮想空間要素Ｖよりも所定の距離だけ上方に移動することとなる（図７（ｂ）及び図７（ｄ）参照）。
【００８５】
このときの所定の距離は、利用者Ａが、実空間要素Ｓを下方向に移動させることで（例えば、利用者Ａが下側に向かって蹴るような動作をすることで）、実空間要素Ｓの代表点が上側から下側に向かって仮想空間要素Ｖを通過するときには、弾性係数ｋが大きくなるほど長くなる。
【００８６】
このように、弾性係数ｋが大きい値に設定されていると、利用者Ａは、実空間要素Ｓを下方向に移動させることで、仮想空間要素Ｖに対して、あたかも弾性部材の上でジャンプしているかのような運動を行うことができる。
【００８７】
これとは逆に、弾性係数ｋが小さい値に設定されていると、前記慣性力が小さいので、前記所定の距離が弾性係数ｋが大きい値に比べると、小さくなり、利用者Ａは、仮想空間要素Ｖに沿うような運動を行うことができる。
【００８８】
また、例えば、弾性係数ｋが０よりも大きな値に設定されていると共に、減衰係数Ｃが０に設定されていると仮定する。この場合、利用者Ａによって実空間要素Ｓの代表点が仮想空間要素Ｖを上方から下方に向かって通過して、移動ベクトルＭが所定の大きさよりも大きくなったとき、第１力Ｆcmd1が０よりも大きくなる。そして、第１力Ｆcmd1のｚ方向成分が、第２力Ｆcmd2及びアーム４の先端部が下方に移動していることによる利用者Ａの慣性力のｚ方向成分の合計した力よりも大きくなったときに、アーム４の作動により利用者Ａが上方に移動する。
【００８９】
この上方への移動によって、実空間要素Ｓの代表点が仮想空間要素Ｖ以上の高さになったとき、移動ベクトルＭが０になることで第１力Ｆcmd1が０になり、目標力Ｆcmdが第２力Ｆcmd2と同一になった後、アーム４の先端部が上方に移動することによる利用者Ａの慣性力のｚ方向成分が第２力Ｆcmd2よりも小さくなったときに、アーム４によって目標力Ｆcmdのｚ成分「0.1mg」に応じた速度で利用者Ａが下方に移動する。この下方への移動によって、再び、実空間要素Ｓの代表点が仮想空間要素Ｖを上方から下方に向かって通過する。このように、上下方向の移動を繰り返す振動のような運動を行うことができる。なお、振動のような運動ではなく、該振動に対して所定の減衰の運動となるように設定する場合には、減衰係数Ｃを０ではない値に適宜設定すればよい。
【００９０】
以下、具体的な例について説明する。
【００９１】
まず、利用者Ａが実空間要素Ｓである右足平ＥＲの代表点を、斜め下後方に向かって、ｚ方向にΔｚだけ「−ｚ方向」に移動し（図７（ａ）参照）、ｙ方向にΔｙだけ「−ｙ方向」に移動し（図８（ａ）参照）、ｘ方向にΔｘだけ「＋ｘ方向」に移動して（図８（ａ）参照）、仮想空間要素Ｖである仮想面Ｖを通過させた場合について説明する。この場合には、移動ベクトルＭの方向は、利用者Ａの斜め下後方である。従って、移動ベクトルＭの方向とは反対方向の力となる第１力Ｆcmd1は、斜め上前方の力となる。また、第２力Ｆcmd2は、常に重力方向の力である。移動ベクトルＭが所定の大きさ以上の場合には、当該第２力Ｆcmd2のｚ方向成分の大きさは、第１力Ｆcmd1よりも小さな値になる。このとき、第１力Ｆcmd1と第２力Ｆcmd2との合力である目標力Ｆcmdは、斜め上前方に向かう力となる。
【００９２】
従って、利用者Ａが右足平ＥＲの代表点を仮想面Ｖに対して斜め下後方に向かって通過させることで、右足平ＥＲの代表点の実速度Ｖactが、斜め上前方に向かう目標力Ｆcmdに基づいた目標速度Ｖcmdとなるようにアーム４が制御される。これにより、利用者Ａが、アーム４の作動によって斜め上前方に向かって移動する。
【００９３】
そして、この斜め上前方への移動によって、右足平ＥＲの代表点が仮想面Ｖよりも上方に移動し（図７（ｂ）及び図８（ｂ）参照）、該移動による利用者Ａの慣性力のｚ方向成分が第２力Ｆcmd2よりも小さくなった場合、下方向へ移動する目標力Ｆcmdと、斜め上前方への移動によるｘ方向及びｙ方向への利用者Ａの慣性力とによって、利用者Ａが斜め下前方へ移動する。
【００９４】
そして、この斜め下前方への移動により右足平ＥＲの代表点が仮想面Ｖ上に位置する辺りで、利用者Ａが、実空間要素Ｓの左足平ＥＬの代表点を、斜め下後方に、ｚ方向にΔｚだけ「−ｚ方向」に移動し（図７（ｃ）参照）、ｙ方向にΔｙだけ「−ｙ方向」に移動し（図８（ｃ）参照）、ｘ方向にΔｘだけ「＋ｘ方向」に移動させる（図８（ｃ）参照）。これにより、図７（ａ）及び図８（ａ）のときと同様に、目標力Ｆcmdが斜め上前方に向かう力となり、利用者Ａが、アーム４の作動によって斜め上前方に向かって移動する。
【００９５】
そして、この斜め上前方への移動によって、左足平ＥＬの代表点が仮想面Ｖよりも上方に移動し、該移動による利用者Ａの慣性力のｚ方向成分が、第２力Ｆcmd2よりも小さくなる（図７（ｄ）及び図８（ｄ）参照）。このときは、上述したように、目標力Ｆcmdは第２力Ｆcmd2と同一になっている。そして、下方向へ移動する目標力Ｆcmdと、斜め上前方への移動によるｘ方向及びｙ方向への利用者Ａの慣性力とによって、利用者Ａが、斜め下前方へ移動する。
【００９６】
この斜め下前方への移動により左足平ＥＬの代表点が仮想面Ｖ上に位置する辺りで、利用者Ａが、実空間要素Ｓの右足平ＥＲの代表点を斜め下後方に移動させると、図７（ａ）及び図８（ａ）に戻る。
【００９７】
以上のように目標力Ｆcmdが決定されるので、運動環境生成システム１は、利用者Ａが仮想面Ｖを斜め下後方に向かって蹴ることを繰り返すことで、図７及び図８における「（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ａ）→…」のように状態が遷移する。これにより、図９に示されるように、運動環境生成システム１は、当該利用者Ａに空中を「Ａ１→Ａ２→Ａ３→Ａ４→Ａ５」のように前方に向かって飛び跳ねているかのように移動させることができる。図９の「Ａ１」の状態が「（ａ）」の状態に対応し、「Ａ２」の応対が「（ｂ）」の状態に対応し、「Ａ３」の状態が「（ｃ）」の状態に対応し、「Ａ４」の状態が「（ｄ）」の状態に対応し、「Ａ５」の状態が「（ａ）」の状態に対応する。このように、利用者Ａは、利用者Ａが仮想面Ｖを斜め下後方に向かって蹴ることを繰り返すことで、仮想板Ｖ上に沿って自在に空中移動することができる。
【００９８】
以上の説明では、利用者Ａがあたかも前方に向かって飛び跳ねているかのように移動するときについて例示したが、仮想面Ｖ上ではこれ以外の運動もできる。
【００９９】
例えば、移動ベクトルＭが、利用者Ａの斜め下前方に利用者Ａが実空間要素Ｓである足平Ｅの代表点を移動させた場合、第１力Ｆcmd1は、斜め上後方の力となる。このとき、第２力Ｆcmd2のｚ方向成分の大きさが第１力Ｆcmd1のｚ方向成分の大きさよりも小さければ、目標力Ｆcmdは斜め上後方の力となる。
【０１００】
従って、利用者Ａが、足平Ｅの代表点を仮想面Ｖに対して斜め下前方に通過させることで、足平Ｅの代表点の実速度Ｖactが、斜め上後方に向かう目標力Ｆcmdに基づいた目標速度Ｖcmdとなるように、アーム４が制御される。これにより、利用者Ａは、アーム４の作動によって斜め上後方に向かって移動する。利用者Ａによって、足平Ｅの代表点を仮想面Ｖに対して斜め下前方に通過させることが繰り返されると、利用者Ａを後方に向かって移動させることができる。
【０１０１】
また、移動ベクトルＭの方向がｚ方向に一致する場合には、利用者Ａを、ｘ方向及びｙ方向に移動させることなく、ｚ方向のみに向かって移動させることができる。
【０１０２】
（第２実施形態の変形例）
また、第２実施形態において、第１力Ｆcmd1を設定する際に、１つの仮想バネＫと１つの仮想ダンパＤとを並列に接続したモデルを用いているが、それ以外の態様によって第１力Ｆcmd1を設定してもよい。例えば、１つの仮想バネＫと１つの仮想ダンパＤとを直列に接続してもよい。更に、仮想バネＫ及び仮想ダンパＤの少なくともいずれかを複数で構成し、並列接続又は直列接続を任意に組み合わせて構成してもよい。
【０１０３】
（全体的な変形例）
以下、上記２つの実施形態に共通する変形例について説明する。
【０１０４】
（鉛直面）
上記の説明においては、仮想空間要素Ｖを水平面に平行な平板又は平面に設定しているが、鉛直面に設定した例について、図１０を参照して説明する。このとき、実空間要素Ｓは、利用者Ａの両腕の手の平Ｓに設定されている。
【０１０５】
制御装置６は、例えば、第１実施形態のように目標位置Ｐcmdを決定する場合においては、両腕の手の平のうち所定の条件を満たした腕の手の平Ｓを基準手平Ｓとしている。ここで、所定の条件は、第１実施形態で、基準足平を決定するときと同様に、片腕の手の平Ｓのみが仮想的な鉛直面（以下、「仮想面」という）Ｖ上に位置している場合には、当該手の平Ｓを基準手平Ｓとする。また、所定の条件は、両腕の手の平Ｓが仮想面Ｖ上に位置している場合には、利用者Ａの重心ＣＧを仮想面Ｖに投影したときの重心投影点Ｐcgと、両腕の手の平Ｓの代表点の各々との間の距離が短い方という条件である。ここで、手の平Ｓの代表点とは、例えば、当該手の平Ｓの中指の先と当該手の平Ｓの手首との付け根の中心点とを結ぶ線の中心点である。
【０１０６】
そして、制御装置６は、基準手平Ｓの配置態様と、第２認識要素２２が認識した仮想面Ｖの配置態様とに基づいて、基準手平Ｓの目標となる位置である目標位置Ｐcmdを決定する。そして、基準手平Ｓを下方向に動かすことで、基準手平Ｓの代表点の位置が、当該基準手平Ｓとして決定されたときの当該基準手平Ｓの代表点の位置を目標位置Ｐcmdとなるように、アーム４が利用者Ａを上方向に移動させる（図１０（ａ）参照）。
【０１０７】
また、利用者Ａが、基準手平Ｓではない手平Ｓの代表点を、基準手平Ｓの代表点よりも重心投影点Ｐcgに近い位置となるように、当該基準手平Ｓではない手平を仮想面Ｖ上に位置させることで、当該基準手平Ｓではない手平Ｓが基準手平Ｓに切り替わる。
【０１０８】
このように、利用者Ａは、基準手平Ｓを下方向へ移動させた後に基準手平Ｓを切り替えることを繰り返すことで、空中を上方向に移動できる。
【０１０９】
また、制御装置６は、例えば、第２実施形態のように目標力Ｆcmdを決定する場合においては、当該目標力Ｆcmdを、関係式（２２）に従って設定する。このとき、関係式（２２−２）のαは、０に設定される。これにより、利用者Ａに作用する重力によって、当該利用者Ａが下方に下がることを防止できる。
【０１１０】
また、手の平Ｓが仮想面Ｖを通過していない状態においては、手の平Ｓが仮想面Ｖに近付くような力を、アーム４から利用者Ａに対して付与している。これにより、手の平Ｓが仮想面Ｖから離れた状態が維持される（例えば、仮想面Ｖから離れすぎて手が届かなくなるような状態が維持される）ことを防止できる。
【０１１１】
利用者Ａが、手の平Ｓを、仮想面Ｖを通過するように下方に移動させた場合、目標力Ｆcmdが上方向の力成分を含むため、当該利用者Ａは、アーム４の作動によって上方に移動する（図１０（ａ）参照）。このように、利用者Ａは、手の平Ｓを仮想面Ｖを通過するように下方に移動させることを繰り返すことで、空中を上方向に移動できる。
【０１１２】
また、利用者Ａが、手の平Ｓを仮想面Ｖに対して横方向に通過するように移動させた場合、当該利用者Ａは、アーム４の作動によって、仮想面Ｖから離れる方向（手の平の移動とは反対方向）に移動する（図１０（ｂ）参照）。
【０１１３】
（実空間要素の配置態様と仮想空間要素の配置態様との相対的な関係）
制御装置は、実空間要素が、仮想空間要素に対して所定の姿勢である間、実空間要素と仮想空間要素とが近付くように移動装置によってエージェントを移動させ、実空間要素が、仮想空間要素に対して所定の姿勢以外の姿勢になったときに、エージェントの移動を停止するように移動装置を制御してもよい。
【０１１４】
例えば、エージェントの顔を実空間要素として設定したときに、上記所定の姿勢として、エージェントの顔が仮想空間要素に対して正面を向いていると設定した場合、エージェントの顔の動きに応じて移動装置がエージェントを移動させる。
【０１１５】
また、例えば、実空間要素の姿勢と仮想空間要素の姿勢との相対的な関係として、予め複数の関係が設定されており、制御装置は、当該相対的な関係が、第１の関係であるときに、実空間要素を仮想空間要素に近付けるように移動装置によってエージェントを移動させ、第２の関係であるときに、第１の関係のときに比べて異なる速度（例えば、速い速度）で移動装置によってエージェントを移動させ、第３の関係であるときに、実空間要素を仮想空間要素に遠ざけるように移動装置によってエージェントを移動させ、第４の関係であるときに、エージェントの移動を停止するように移動装置を制御してもよい。
【０１１６】
また、制御装置は、実空間要素と仮想空間要素との配置態様の時間変化に応じて、移動装置によってエージェントを移動させてもよい。このように、本発明における相対的な関係とは、互いの配置態様の相対的な関係だけではなく、互いの配置態様の相対的な関係の時間変化も含む。例えば、実空間要素を仮想空間要素に近付ける速度に応じて、移動装置によってエージェントを移動させるときの速度を設定してもよい。
【０１１７】
このように、本発明における配置態様とは、位置及び姿勢の少なくともいずれかに加え、位置の時間変化及び姿勢の時間変化の少なくともいずれかを表す。
【０１１８】
（仮想空間要素）
仮想空間要素は、平板又は平面である必要はなく、点、線、平面以外の面、立体等様々な形状を用いることができる。例えば、実空間要素が、エージェントの足平に設定され、仮想空間要素が、エージェントの足平の大きさ程度の複数の仮想的な平板を階段状に配置したものとして設定されていてもよい。このとき、実空間要素が仮想空間要素を上から下に向かって通過したときに、制御装置が、エージェントを上方に移動させるように移動装置を制御する場合には、当該エージェントは、階段を上るかのように空中を移動することができる。このように、仮想空間要素の形状としては、階段状以外にも、例えば、ハシゴのような形状、ロープのような形状等、様々なものが挙げられる。
【０１１９】
また、仮想空間要素を空中に設定する必要はなく、例えば、壁面又は地面等のような実空間要素の面等の形状に沿うように仮想空間要素が設定されてもよい。
【０１２０】
また、エージェント又は装具を装着していないエージェントが、コントローラ等の入力機器を操作することで、任意のタイミングで仮想空間要素を、適宜設定できるように構成されていてもよい。
【０１２１】
（実空間要素）
また、エージェントの実空間要素は、足平以外であってもよい。例えば、頭部、胴部、手の甲、指先、肘、膝、尻、大腿及び尾等のエージェントの身体のいずれの部位、エージェントが支持している部材（例えば、棒等）、又はエージェントに接続されている部材であってもよい。
【０１２２】
また、エージェントの実空間要素は、１つのみ設定されるものであってもよいし、複数設定されてもよい。この場合、両脚の足平又は両腕の手の平等の組み合わせに限らず、例えば、手の平と足平を実空間要素と設定してもよいし、エージェントの身体の全ての部位を実空間要素として設定してもよい。
【０１２３】
この場合、例えば、第２実施形態のように目標力Ｆcmdを決定する場合には、各部位において第２実施形態の関係式（２２）によって得られる力を設定し、これらの力の合力を、アームからエージェントに作用させる目標力Ｆcmdとしてもよい。また、目標力Ｆcmdは、関係式（２２）によって得られる力の合力ではなく、これらの力の平均であってもよいし、第１の所定の条件を満たしている１又は複数の部位の目標力Ｆcmdを選択してもよいし、第２の所定の条件を満たしている１又は複数の目標力Ｆcmdを選択してもよい。
【０１２４】
「第１の所定の条件」としては、例えば、「最も前方にある」、「最も後方にある」、「最も上方にある」、「最も下方にある」、「最も移動方向側にある」、「移動方向とは最も反対側にある」、「速度が最も速い」、「速度が最も遅い」、「仮想空間要素に最も近い」又は「仮想空間要素に最も遠い」等、実空間要素の位置、姿勢及び速度、又は実空間要素と仮想空間要素との相対的な配置態様に応じて様々な条件が挙げられる。
【０１２５】
また、「第２の所定の条件」としては、例えば、「最も大きい」、「最も小さい」、「中央値」又は「平均に最も近い」等、様々な条件が挙げられる。
【０１２６】
また、エージェントの身体の所定の複数の部位のうち、所定の条件を満たした１又は複数の部位を実空間要素として設定してもよい。このときの所定の条件は、例えば、上記第１の所定の条件である。
【０１２７】
また、コントローラ等の入力機器によって、仮想空間要素の配置態様と相対的な関係が考慮される実空間要素を適宜変更できるようにしてもよい。
【０１２８】
（その他）
また、移動装置はアームに限らず、例えば、利用者Ａ等のエージェントが乗車できる車両であってもよい。
【０１２９】
本発明の装具の構成は、上記２つの実施形態の装具３の構成に限らない。例えば、装具が、腰のみを保持するように構成されていてもよいし、大腿部下部付近から腰椎付近までを覆うように構成されていてもよい。このとき、装具は、利用者Ａの胴体に装着されると共に、アーム４から装具に対して作用する力と、装具から利用者Ａに対して作用する力とが同等となるようにアーム４に連結されていることが望ましい。
【０１３０】
また、本実施形態の基部２は、水平面Ｈに固定されているが、これに限らず、当該基部２の位置を移動可能に構成されていてもよい。また、基部２が水平面Ｈ上に位置しておらず、水平面Ｈに対して斜めの面等に位置していてもよい。
【０１３１】
また、本実施形態では、エージェントとして人間を想定しているが、エージェントは、人間のみに限らず、自律的な動作が可能であれば、犬又は猫等の動物、ロボット等であってもよい。
【０１３２】
本発明の運動環境生成システムは、上記のような様々な変形例について、任意に組み合わせて構成することができる。
【符号の説明】
【０１３３】
１…運動環境生成システム、Ａ…利用者（エージェント）、Ｖ…仮想空間要素、Ｓ…実空間要素、３…装具、４…アーム（移動装置）、６…制御装置（制御装置、第１認識要素、第２認識要素）、２１…第１認識要素、２２…第２認識要素、ｋ…弾性係数（第１係数）、Ｃ…減衰係数（第２係数）。
【図２】
2014061555.tif 000004
【図５】
2014061555.tif 000005
【図６】
2014061555.tif 000006
【図９】
2014061555.tif 000007
【図１０】
2014061555.tif 000008
【図１】
2014061555.tif 000009
【図３】
2014061555.tif 000010
【図４】
2014061555.tif 000011
【図７】
2014061555.tif 000012
【図８】
2014061555.tif 000013