(57)【要約】【課題】歩行のリハビリテーションのために、都市空間や風景等の現実の環境のような実写映像空間の中を自分の足で歩き回ることが出来る没入歩行感覚呈示装置を実現する。【解決手段】没入ディスプレイ装置２と歩行感覚呈示装置３を組み合わせ、没入ディスプレイ装置２は、ユーザ５の視野範囲をカバーする水平２７０度、垂直６０度のスクリーン７と、投影装置８とを備え、歩行感覚呈示装置３は、ユーザ５の足に対して足の動作軌跡を呈示するものであり、足裏を置くフットパッドを有する足載せ具２１を備えており、この足載せ具２１は、前後及び上下方向に可動して足の歩行動作軌跡に沿って移動するとともに、体重などで足裏に加わる力を検出する力センサを備え、この力センサによりユーザ５の歩行状態を検出して、この検出に基づき足の歩行動作軌跡を制御可能である。【選択図】図１
2008220580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
没入ディスプレイと、該没入ディスプレイで囲まれた空間に歩行感覚呈示装置を配置し組み合わせて成る没入歩行感覚呈示装置であって、
前記没入ディスプレイは、ユーザの視野範囲をカバーするスクリーンと、該スクリーンに映像を投影する投影装置とを備え、
前記歩行感覚呈示装置は、ユーザの足に対して足の動作軌跡を呈示し、
前記投影装置は、前記歩行感覚呈示装置を利用して模擬的に歩行する際の前記足の動作軌跡に同期して動く映像を、前記没入ディスプレイに投影し、
ユーザが、その場にいながら、前記映像の空間を視覚及び体に受ける感覚を通して、模擬的な歩行体験を可能とすることを特徴とする没入歩行感覚呈示装置。
【請求項２】
前記歩行感覚呈示装置は、足裏を置くフットパッドを有する足載せ具を備えており、該足載せ具は、前後及び上下方向に可動して足の歩行動作軌跡に沿って移動するとともに、足の歩行動作軌跡をコントロールすることができることを特徴とする請求項１に記載の没入歩行感覚呈示装置。
【請求項３】
前記歩行感覚呈示装置の足載せ具は、体重などで足裏に加わる力を検出する力センサを備えており、該力センサによりユーザの歩行状態を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の没入歩行感覚呈示装置。
【請求項４】
前記歩行感覚呈示装置の足載せ具は、アクチュエータにより踵側が上方に傾動可能な踵上げ機構を備えていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の没入歩行感覚呈示装置。
【請求項５】
前記歩行感覚呈示装置の足載せ具は、つま先が上方に可動な構成であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の没入歩行感覚呈示装置。
【請求項６】
没入ディスプレイに投影する映像は、全方位映像撮影装置によって撮影され前記視野範囲に対応し編集された実写映像又はコンピュータグラッフィック映像であり、
前記実写映像は、リアルタイム又は一端記憶手段に記憶後投影される構成であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の没入歩行感覚呈示装置。
【請求項７】
前記没入歩行感覚呈示装置は、ユーザの体の動きをセンシングするセンサを備え、該センサの検出データから作成したＣＧを没入ディスプレイで投影し、ユーザ自身が自己の動きをリアルタイム又は訓練後に確認することが出来ることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の没入歩行感覚呈示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行のリハビリテーションのために、映像空間の中を自分の足で歩き回ることが出来る没入歩行感覚呈示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、歩行リハビリテーションシステムとしては、ロコマット（Locomat。非特許文献１参照) や筑波大のＨＡＬ（人間が運動しようとする際に生じる生体電位信号に着目し、皮膚表面で検出・処理することで、思い通りに人間の力を増幅させるロボットスーツ非特許文献２参照）のように、足の各関節にロボットアームを沿わせ全ての関節の動きを決める構成か、トレッドミルのように全く拘束のないもののどちらかしか無い。
【０００３】
リハビリテーションにおいては、足の動作軌跡に 加えて上半身、特に腰の回旋運動の訓練をすることが重要であるが、これらのシステムは拘束が強すぎるか、拘束が無いため十分な訓練が出来ない。
【０００４】
また、ベルリン工科大は、足載せをリンク機構のみで軌道を決めるリハビリテーションシステムを開発している (非特許文献３参照）が、決まった軌道しか足載せを移動できず、任意の足の動作軌跡を描くことが出来ない。また、映像と関連的にリハビリが可能なように、映像によるフィードバック が行なわれるシステムではない。
【０００５】
従来のリハビリテーション機器において、映像によるフィードバックが行なわれている歩行リハビリテーションシステムとし ては、ＰＷ−１０のようなトレッドミル（日立製作所製）と小型平面ディスプレイを用いた例がある。
【０００６】
また、トレッドミルやトレーニング自転車等の運動器具に画像提示装置が対応付けられており、運動器具で運動している運動者の動きに応じてその画像提示装置で提示される映像情報が変化する協調運動感覚体験装置が知られている（特許文献１参照）。 
【０００７】
さらに、平坦地、坂道、凹凸や傾斜面、段差等いろいろな地形を織り交ぜた歩行環境を歩行、昇降するような体感を呈示でき、しかもコンパクトで低価格な仮想歩行装置は、本発明者によりすでに提案されている（特許文献２参照）。
【０００８】
そして、球面スクリーンの内方に向けて投影光を投影するプロジェクタ、第１の反射鏡、凸面鏡である第２の反射鏡を配設し、プロジェクタからの投影光を、球面スクリーンの全周面に投影して球面スクリーンの全周面に臨場感溢れる画像を投影する全周球面スクリーン投影装置は、本発明者によりすでに提案されている（特許文献３参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−１２９１２２号公報
【特許文献２】特開２００１−０８７４１５号公報
【特許文献３】特開２０００−５６４１５号公報
【非特許文献１】http://control.ee.ethz.ch/〜ifareg/gait/gait.php
【非特許文献２】http://www.nedo.go.jp/expo2005/robot/prototype/jyutaku013.html
【非特許文献３】http://userpage.fu-berlin.de/〜bhesse/e_index.html
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
リハビリテーションにおいては、足の動作軌跡に加えて上半身、特に 腰の回旋運動の訓練をすることが重要であるが、非特許文献１、２のシステムでは拘束が強すぎ、また単なるトレッドミルでは拘束力が無いため十分な訓練が出来ない。また、特許文献１、２記載の装置では、視覚呈示がない、或いは十分ではなく、歩行感覚の欠如や、やる気の低下という問題がある。
【００１１】
本発明は、従来のリハビリテーション機器で不足していた問題点を解決するリハビリテーション機器を実現するものであり、歩行のリハビリテーションのために、風景等の現実の環境のような実写映像空間の中を自分の足で歩き回ることが出来る没入歩行感覚呈示装置を実現することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記課題を解決するために、没入ディスプレイと、該没入ディスプレイで囲まれた空間に歩行感覚呈示装置を配置し組み合わせて成る没入歩行感覚呈示装置であって、前記没入ディスプレイは、ユーザの視野範囲をカバーするスクリーンと、該スクリーンに映像を投影する投影装置とを備え、前記歩行感覚呈示装置は、ユーザの足に対して足の動作軌跡を呈示し、前記投影装置は、前記歩行感覚呈示装置を利用して模擬的に歩行する際の前記足の動作軌跡に同期して動く映像を、前記没入ディスプレイに投影し、ユーザが、その場にいながら、前記映像の空間を視覚及び体に受ける感覚を通して、模擬的な歩行体験を可能とすることを特徴とする没入歩行感覚呈示装置を提供する。
【００１３】
前記歩行感覚呈示装置は、足裏を置くフットパッドを有する足載せ具を備えており、該足載せ具は、前後及び上下方向に可動して足の歩行動作軌跡に沿って移動するとともに、足の歩行動作軌跡をコントロールすることができることが好ましい。
【００１４】
前記歩行感覚呈示装置の足載せ具は、体重などで足裏に加わる力を検出する力センサを備えており、該力センサによりユーザの歩行状態を検出する構成とすることが好ましい。
【００１５】
前記歩行感覚呈示装置の足載せ具は、アクチュエータにより踵側が上方に傾動可能な踵上げ機構を備えていることが好ましい。
【００１６】
前記歩行感覚呈示装置の足載せ具は、つま先が上方に可動な構成であることが好ましい。
【００１７】
前記没入ディスプレイに投影する映像は、全方位映像撮影装置によって撮影され前記視野範囲に対応し編集された実写映像又はコンピュータグラッフィック映像であり、前記実写映像は、リアルタイム又は一端記憶手段に記憶後投影される構成であることが好ましい。
【００１８】
前記没入歩行感覚呈示装置は、ユーザの体の動きをセンシングするセンサを備え、該センサの検出データから作成したＣＧを没入ディスプレイで投影し、ユーザ自身が自己の動きをリアルタイム又は訓練後に確認することが出来ることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、次のような効果が生じる。
（１）リハビリテーションおよび健康の維持、増進
この没入歩行感覚呈示装置では、ユーザの視野のほとんどを覆うスクリーンに投影された映像と足へのフィードバックが連動し、あたかも風景等の現実の環境を歩行しているかのような高い没入感を作り出すことができる。
【００２０】
そして、本発明の没入歩行感覚呈示装置を使用すれば、自分の住んでいる町や、なかなか行けない場所を健常者と同じように自分の足で歩いたような感覚を持って、リハビリテーションが行える。また、健常者についても、この没入歩行感覚呈示装置で運動を行なうことで、健康の維持、増進が計れる。
【００２１】
本発明の没入歩行感覚呈示装置は、従来の足の関節にリンクを付けるロボットリハビリテーションシステムと異なり、足の甲部以外は拘束されないため、腰の回旋など歩行に重要な訓練および理学療法士の介入が可能な点が挙げられる。
【００２２】
特に、本発明の没入歩行感覚呈示装置は、構造として患者の背後がフリースペースになっており、足載せ具への乗降が容易で、理学療法士が腰の回旋運動を背後から腰を持って教えることができ、この点は従来のリハビリテーション機器とは大きく異なり、顕著な効果である。
【００２３】
本発明は、コンビュータ制御のリンク駆動モータ、昇降モータ及び踵上げモータ等のアクチュエータを用いることで、足載せ具（フットパッド）を任意の軌道を移動させることが可能である。足下のフットパッド表面に付設された力センサの入力によって動作のタイミングを調整出来るので、現実の歩行動作にきわめて近い動作をすることができる。
【００２４】
（２）エンタテイメント性の向上
コンバットシミュレータやロールプレイングゲームなどで、広い空間を自分の足で歩き回るゲームへの応用が可能である。また、ネットワークを介して装置同士を接続することで、他のプレーヤーと空間を共有することも出来、遠隔地の人たちと一緒に所望の空間を歩き回ることが出来る。
【００２５】
（３）空間設計の便宜的手段を提供
住宅の間取り設計や土木建築による都市景観のシミュレータ等、自分の足で歩き回ることで直接、空間の広がりなどを確認するシステムに応用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明に係る没入歩行感覚呈示装置を実施するための最良の形態を実施例に基づき図面を参照して、以下説明する。
【実施例】
【００２７】
図１は、本発明に係る没入歩行感覚呈示装置の全体構成を示す斜視図である。本発明に係る没入歩行感覚呈示装置１は、主に、没入ディスプレイ装置２、歩行感覚呈示装置３、及び制御装置４（図９参照）とから成る。
【００２８】
没入ディスプレイ装置２は、歩いている風景等の空間の様子を映し出す装置である。没入ディスプレイ装置２において投影する映像は、後記する全周映像撮影装置（全周撮影カメラ）等により撮影される実写映像、又はコンピュータグラフィックス技術（ＣＧ）により作成されＣＧ映像である。
【００２９】
歩行感覚呈示装置３は、脳卒中など何らかの障害によって歩行リハビリテーションや健康維持を行なうユーザ５の足を、一般的な健常者などの足の動作軌跡など任意の足の動作軌跡に沿って動かす装置である。
【００３０】
さらに、必要に応じて、歩行感覚呈示装置３に、モーションキャプチャ６を付設してもよい。このモーションキャプチャ６は、ユーザの体の各部位をコンピュータグラフィックスとして、ユーザ５の体の位置姿勢を表示するための装置である。以下、本発明に係る没入歩行感覚呈示装置１における上記各装置について詳述する。
【００３１】
（没入ディスプレイ装置）
図１〜図３は、没入ディスプレイ装置２を説明する図である。没入ディスプレイ装置２は、スクリーン７と投影装置８とから構成される。投影装置８は、プロジェクタ９及び凸面鏡１０を備えており、制御装置４によって制御される。
【００３２】
なお、本実施例の没入ディスプレイ装置２では、投影装置としてプロジェクタ９を利用する構成を説明するが、プロジェクタを利用することなく、大型液晶テレビを利用する構成であってもよい。また、プロジェクタを使用しない曲面ディスプレイ等、各種のディスプレイ装置も利用可能である。
【００３３】
スクリーン７の形状は、球面が望ましいが、ユーザの視野範囲をカバーするスクリーンであれば、多面体スクリーン、円筒スクリーン等でもよい。本実施例では、スクリーン７は、図１〜図３に示すように、球体１１の一部の内面から構成されるもので説明する。即ち、図２（ｂ）に示すように、球体１１の中心から垂直６０度の領域外の上下の部分（想像線で示す部分）を削除し、さらに、図２（ａ）に示すように、球体１１の後方の平面９０度の部分を削除して成る湾曲状の環状体から成る。
【００３４】
スクリーン７は、支持フレーム７’に取り付けられ、ユーザ５の顔がスクリーン７の中心とほぼ同じ高さになるように、床の上方に支持されている。スクリーン７で囲まれる内部の空間に、プロジェクタ９を配置し、スクリーン７の内面にプロジェクタ９によって映像を投影することができる。この映像は、後述する歩行感覚呈示装置３を利用して模擬的に歩行する際の足の動作軌跡に同期して動く映像である。図２（ｃ）は、スクリーン７を、正面に対面して見た図である。
【００３５】
このように、スクリーン７は、図２（ａ）、（ｃ）に示すように、水平２７０度（後方部分の平面９０度の部分が削除されている。）、そして図２（ｂ）に示すように垂直６０度の視野角を持つので、人間の視野のほとんどをカバーすることができる。
【００３６】
そして、スクリーン７は、後方部分の平面９０度の部分が削除され開放部分１２が形成されているので、ユーザ５はこの開放部分１２からスクリーン７内に容易に出入りできる。さらに、スクリーン７は、上下が十分開放されているので、投影装置８の設置のスペースが十分とれ、また、必要に応じてリハビリテーション中のユーザ５を吊るバンドやハーネス等を天井からスクリーン７で囲まれる空間内に吊り下げる等、各種の機器の設置の自由度が増す。
【００３７】
この実施例では、図１、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、プロジェクタ９、及びプロジェクタ９の映像をスクリーン７に投影する凸面鏡１０の組み合わせが、３組設けられている。３つのプロジェクタ９は、スクリーン７の平面２７０度の範囲内で平面周方向に等間隔で配置されている。３つのプロジェクタ９に対向して、３つの凸面鏡１０がスクリーン７の平面２７０度の範囲内で平面周方向に等間隔で配置されている。
【００３８】
このような構成によって、プロジェクタ９及び凸面鏡１０の組み合わせ３組が、スクリーン７の３つの領域にそれぞれの実写映像を投影する。これにより、スクリーン７上に、水平２７０度、垂直６０度の視野角を有する画面が投影され、しかもこの画面は高解像度である。そのため、ユーザ５は、スクリーン７に投影される実写映像を見ることで、現実の環境内に没入しているかのような感じを受けることが可能となる。
【００３９】
プロジェクタ９から投影される映像は、凸面鏡１０によってゆがめられるため、あらかじめテクスチャマッピング（Texture Mapping：３次元ＣＧにおいてモデリングされた物体の表面に、柄や模様などを張り付ける技術。）によって映像を変形させ、スクリーン７に投影された時に正しい位置に結像させる。なお、投影する映像は実写映像だけでなくＣＧ映像やこれらを合成した映像も可能である。                                 
【００４０】
ところで、没入ディスプレイ装置で投影する実写映像は、図４に示すような全周撮影カメラ１３によって撮影される。この全周撮影カメラ１３は、基台１４上に、例えば透明のアクリル材料で形成された円筒ケース１５を取付け、その頂部に凸面鏡１６を真下に向けて設け、真下にＣＣＤカメラ１７を設けて成るものである。なお、このＣＣＤカメラ１７は、無線制御の移動台車上に設けて、没入ディスプレイ装置で投影する実写映像を無線制御によって撮影する構成としてもよい。
【００４１】
この全周撮影カメラ１３によって、水平面内で全周囲（水平周方向３６０度）、かつ垂直約６０度のビデオ映像である実写映像を撮影することが可能となる。そして、この実写映像情報をコンピュータ内に取り込み、画像処理ソフトを利用して、スクリーン７に合わせて、水平周方向２７０度のみの映像を抽出し、さらに水平周方向に３分割し、３つの映像情報に編集する。この３つの映像情報を３つのプロジェクタ９によってスクリーン７に投影すれば、スクリーン７上に、水平２７０度、垂直６０度の視野角を有する画面が投影されることとなる。
【００４２】
以上は１つのＣＣＤカメラ１７によって３つの映像情報を作成する場合であるが、３つのＣＣＤカメラ１７で３つの映像情報を予め撮影するようにし、それらを３台のプロジェクタ９でそれぞれを１つのスクリーン７に投影して合成し、水平２７０度、垂直６０度の視野角を有する実写映像が投影されるようにしてもよい。
【００４３】
（歩行感覚呈示装置）
図１に示すように、スクリーン７で囲まれた内側の空間に、歩行感覚呈示装置３が設置されている。図５〜図７は、歩行感覚呈示装置３を説明するための図である。図５（ａ）は、歩行感覚呈示装置３の全体構成を示す。歩行感覚呈示装置３は、左右一対のガイドレール１８と、この左右一対のレール１８を前後方向に摺動する左右一対の摺動台１９と、摺動台１９を駆動する左右一対のリンク機構２０と、摺動台１９に対して上下動可能な足載せ具２１とを備えている。
【００４４】
摺動台１９は、図５（ｃ）に示すように、足載せ具２１の下方においてガイドレール１８と直交する内側方向に伸びる支持プレート１９’を一体に有している。この支持プレート１９’の底部には転動コロ５０が設けられ、床面を転動可能走行するように構成されている。この支持プレート１９’は、摺動台１９及び足載せ具２１が内側に倒れる方向のモーメントをおさえる支持機能を有する。
【００４５】
リンク機構２０は、図５（ａ）、図６（ａ）に示すように、それぞれの先端が互いに枢着軸２２で枢着された駆動リンク２３と従動リンク２４とを備えている。従動リンク２４の基端は、摺動台１９に枢着されている。
【００４６】
駆動リンク２３の基端に固定された駆動軸２５は、リンク駆動モータ２６によって適宜、減速機構（図示せず）を介して回転駆動するように構成されている。これによって、駆動リンク２３が駆動軸２５の軸心を中心にして回転（正転及び逆転）する。この結果、従動リンク２４を介して摺動台１９をガイドレール１８の前後長手方向に摺動する。
【００４７】
なお、図示はしないが、リンク駆動モータ２６によってクランク軸を回転させて、このクランク軸に駆動リンク２３の基端を枢着することで、リンク機構２０の往復動作を可能とする構成としてもよい。
【００４８】
摺動台１９は、その上に足載せ具２１を昇降させる昇降機構２７が設けられている。この昇降機構２７は、図５（ａ）〜（ｃ）、図６（ａ）に示すように、摺動台１９の上面に起立した支柱２８と、この支柱２８の上端に設けた昇降モータ２９と、支柱２８に沿って設けられ軸心を中心に回転する螺軸３０とを有する。
【００４９】
昇降モータ２９は、昇降機構２７のアクチュエータとして機能する。図５（ｃ）に示すように、足載せ具２１は、その支持基部３１が支柱２８に対して昇降可能に摺動するとともに、螺軸３０と螺合している。従って、昇降モータ２６が駆動し螺軸３０が回転すると足載せ具２１は昇降動作する。
【００５０】
足載せ具２１は、リンク機構２０によるガイドレール１８に沿った前後方向への移動と、昇降機構２７による昇降とによって、人の足の動作軌跡と同じような軌跡で、足載せ具２１を移動することができる。健常者の足の動作軌跡に模した足載せ具２１の動作軌跡を図６（ｂ）の表において示す。図６（ｂ）の表において、右方向（横軸に沿って右方向）が歩いて前進する方向に対応する。縦軸は高さ方向に対応する。
【００５１】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、足載せ具２１は、支持基部３１に固定して取り付けられた固定基板３２を備え、この基板３２に踵上げ機構３３が設けられている。踵上げ機構３３は、基板３２の内側の上面には踵上げモータ３４及び減速機構３５が設けられ、基板３２の外側の上面には傾動中間板３６が設けられている。踵上げモータ３４は、踵上げ機構３３のアクチュエータとして機能する。
【００５２】
基板３２の前部に設けられた回転軸３７に傾動中間板３６の前縁部が固定部材３８によって固定されている。この回転軸３７は、踵上げモータ３４によって減速機構３５を介して回動し、これによって、傾動中間板３６は、回転軸３７とともにその前縁を中心に後縁が持ち上がるように傾動する。
【００５３】
図７に示す踵上げ機構３３は、傾動中間板３６の概念を分かりやすく説明するために、傾動中間板３６の回転中心である回転軸３７と、ユーザの足との関係については明確に示していない。結論的には、傾動中間板３６の回転軸３７は、ユーザの足の指の先端の位置よりも足の親指付け根あたりの位置に設置する構成であると、スムースな踵上げが可能となり、足の締め具のずれも少なくなる。                              
【００５４】
このような傾動中間板３６と回転軸３７の設置位置について、図８を参照して以下に説明する。ここでは、傾動中間板３６の動きを説明するためにフットパッド３９を省略する。足の指から付け根までの部分（足の前部５１）と、足の指の付け根から踵までの部分（足の後部５２）が、関節（模式的に回転軸３７で示す。）を中心回転可能である。この状態を、図８（ａ）、（ｂ）によって模式的に示し、図８（ａ）の状態から、歩行の際に踵上げする時には、図８（ｂ）のように回転軸３を中心に回転する。
【００５５】
このような踵上げ動作に対して、図８（ｃ）、（ｄ）に示すように、傾動中間板３６が足の指の先端側に回転可能に基板３２に枢着されていると、図８（ｄ）に示すように、傾動中間板３６が足裏に十分追従できず、足に余分な負担がかかるとともに、締め具５３が足の甲に対してずれてしまう等の問題が生じる。
【００５６】
そこで、図８（ｅ）、（ｆ）に示すように、指の付け根の関節の位置に回転軸３７を取り付け、この回転軸３７を中心に傾動中間板３６を基板３２に対して回転可能とする構成にすると、図８（ｆ）に示すように、傾動中間板３６が足裏にぴったり合うように回転して足の動きに応答できるので、足に余分な力がかからず、また締め具５３が足の甲に対してずれてしまう等の問題も防止できる。
【００５７】
図７（ｂ）に示すように、傾動中間板３６の後縁部にフットパッド３９の後縁部がヒンジ４０によって枢着されおり、フットパッド３９は、傾動中間板３６に対して上縁部が持ち上がる方向に回動可能である。従って、フットパッド３９にユーザ５の足を載置すると、踵上げモータ３４により傾動中間板３６の傾動で踵が持ち上がるとともに、つま先も拘束されることなく自由に上方に動くことができる。
【００５８】
さらに、左右一対のフットパッド３９の表面には、図５（ｃ）に示すように、それぞれ力センサ４１（例えば、ストレインゲージ、ロードセル、圧電素子等）が付設されている。この力センサ４１による検出出力が、後記する制御装置４（コンピュータ）に入力され、左右のフットパッド３９の力センサ４１の検出出力から、左右の足に加わる体重の差を検出することが出来る。なお、フットパッド３９には足を固定する締め具５３を設けることで、ユーザ５は、足載せ具２１から足が外れないようにすることができる。
【００５９】
図１及び図５（ａ）に示すように、スクリーン７の内側の位置に手摺りフレーム４２が設けられている。ユーザ５が、没入歩行感覚呈示装置１を使用する際に、左右一対のフットパッド３９に足を載せて載置するが、手摺りフレーム４２を把持しながら行えば、上半身は安定して保持することができる。
【００６０】
（モーションキャプチャ）
モーションキャプチャ６は、ユーザ５の体の各部位の位置をリアルタイムに計測し、その計測結果を、コンピュータを利用した制御装置４に転送し、制御装置４においてコンピュータグラフィックスとして、ユーザ５の体の位置姿勢を表示する装置である。具体的には、モーションキャプチャ６で計測された各部位の位置の信号に基づき、制御装置４において、没入ディスプレイ用描画ソフトに従って描画する構成である
【００６１】
これは、歩行訓練中に体が傾いていることをユーザ５に分りやすく見せたり、鏡とは異なって任意の視点から眺めた自分の体の動きをさせることで、正しい動きを訓練する補助的な役割を果たす。モーションキャプチャ６は、図１（ａ）に示すように、歩行感覚呈示装置３の背後に設置されており、その計測は、ユーザ５の体にマーカ（反射マーカ、カラーマーカ等）を取り付け、その動きをユーザ５の背後からビデオカメラ（複数台のカメラが好ましい。）で撮影して計測することで行う。反射マーカを利用する場合は、カメラの方向からライトでユーザに光を照射することが好ましい。
【００６２】
カメラで撮影した画像は、制御装置４（コンピュータ）（図９参照）にセットされた画像入力ボード（図示せず）によりに取り込まれる。制御装置４には、そのメモリ４６に３次元座標計測ソフトが搭載されており、制御装置４に取り込まれた画像から、マーカを自動計測し、３次元座標値を求めることができる。３次元解析ソフトをメモリ４６内に搭載しておけば、３次元座標値から、計測点の速度や距離等のデータを算出することが可能となる。
【００６３】
（制御装置）
図９は、本発明の没入歩行感覚呈示装置１の制御装置４を説明する図である。この制御装置４は、コンピュータを利用するものであり、通常のコンピュータと同様、データバス４３で接続された、入力部４４、ＣＰＵ４５、メモリ４６、記憶装置４７、及び出力部４８等を備えている。入力部４４及び出力部４８をインターネットに接続してもよい。
【００６４】
制御装置４の入力部４４には、入力手段４９（キーボード等）、フットパッド３９の力センサ４１、モーションキャプチャ６、ＣＣＤカメラ１７等が接続されている。出力部４８には、モータ制御装置５０、投影装置８（プロジェクタ９）等が接続されている。モータ制御装置５０には、リンク駆動モータ２６、昇降モータ２９及び踵上げモータ３４が接続されており、制御装置４からの制御信号を受けて、３つのモータ２６、２９、３４のそれぞれの始動、停止、回転速度等の動作を制御する。
【００６５】
メモリ４６には、没入歩行感覚呈示装置１を動作させるための歩行感覚呈示ソフトが搭載されている。この歩行感覚呈示ソフトは、リンク駆動モータ２６、昇降モータ２９及び踵上げモータ３４の動作について、いくつかの動作パターンを提供する。
【００６６】
さらに、この歩行感覚呈示ソフトに従って、制御装置４は、力センサ４１、モーションキャプチャ６等の入力信号に応じて、その出力部４８から制御出力信号をモータ制御装置５０に送り、リンク駆動モータ２６、昇降モータ２９及び踵上げモータ３４をそれぞれ動作させ、さらに、歩行感覚呈示装置３の動作状態に対応して没入ディスプレイ装置２の動作を制御することができる。即ち、プロジェクタ９は、ユーザ５が歩行感覚呈示装置３を利用して模擬的に歩行する際の、足の動作軌跡に同期して動く映像を、スクリーン７に投影する。
【００６７】
（作用）
実施例の没入歩行感覚呈示装置１の具体的な動作について説明する。没入ディスプレイ装置２によって、街角や田園の風景等の実環境の実写映像がスクリーン７に映し出される。そして、この映像は、人が実環境を歩くと、この歩行に同期して変化する。このような映像に合わせて、ユーザ５は、歩行感覚呈示装置３によって歩行動作を行うことができる。
【００６８】
例えば、入力手段４９によって、通常の健常者の歩行パターンが選択されている場合について説明する。健常者の歩行パターンが選択されていると、歩行感覚呈示ソフトに従って、制御装置４は、次のような健常者の歩行パターン動作を行うように、制御動作が実行される。
【００６９】
ユーザ５が左右の足載せ具２１に足を載せて歩行動作をする場合、左右の足のフットパッド３９の前後方向への移動は、それぞれリンク駆動モータ２６が正転（前進）又は逆転（後退）で生じる。そして、左右の足のフットパッド３９の昇降は、それぞれ昇降モータ２９の正転（前進）又は逆転（後退）で生じる。これらフットパッド３９の前後移動及び昇降によって、足載せ具２１は左右の足の通常の動作軌跡に沿って移動し、ユーザ５は左右のフットパッド３９に足を載せていると、自然に、歩行動作が行えることとなる。
【００７０】
この場合、リンク駆動モータ２６及び昇降モータ２９の動作のタイミングは次のように行われる。踏み出す足（後足）と反対側の足（前足）が着地している（フットパットの最下位の位置に着いている）時であって、力センサ４１で計測された前足に加わっている力が、後足よりもある程度大きくなった時に、後足が載っているフットパッド３９側のリンク駆動モータ２６及び昇降モータ２９を動作させて、後足のフットパッド３９を前進かつ上昇させる。同時に、前足のフットパッド３９側の駆動モータを動作させて、後退させる。
【００７１】
このような制御動作を繰り返すことで、ユーザ５は歩き続けることが出来る。図６（ｂ）に呈示する軌跡は、健常者の足の動作軌跡を元に作成フットパッド３９の移動軌跡である。また、両足の力を均等にすることで立ち止まることも出来る。
【００７２】
入力手段４９によって、この移動軌跡の上下のスケールおよび周期を変更入力すると、歩行感覚呈示ソフトは、これらの入力信号に応じて、足の動作軌跡の修正された歩行制御信号を出力部４８からモータ制御装置５０に出力し、足の動作軌跡を変えて、ユーザ５への負荷をコントロールすることができる。なお、軌跡データは本人の歩行データに基づき、基本となる健常者の歩行パターンを修正した歩行パターン等、各種のバリエーションが選択可能である。
【００７３】
通常の歩行動作において、踏み出す足（後足）が踏み出す際には、踵がつま先に対して持ち上がる。これに対して、本発明に係る歩行感覚呈示装置３の足載せ具２１では、踵上げ機構３３によって傾動中間板３６及びフットパッド３９が、踵上げモータ３４により回転軸３７とともに回動して、後縁部が持ち上がり傾動するので、踵やアキレス腱に負担がかからず、通常の歩行動作と同様の歩行動作を行うことができる。
【００７４】
この踵上げ機構３３によって傾動中間板３６を傾動する動作は、上記のように、踏み出す足（後足）と反対側の足（前足）が着地している（フットパッドの最下位の位置に着いている）時であって、力センサ４１で計測された前足に加わっている力が、後足よりもある程度大きくなった時、要するに、踏み出し動作を検出したときに、制御装置４において、傾動中間板３６を傾動させる傾動信号をモータ制御装置５０に出力して、踵上げモータ３４を回転始動して、傾動中間板３６及びフットパッド３９を傾動するようにすればよい。
【００７５】
そして、通常の歩行動作において、足を前に出した時には、つま先が少し上がる。本発明に係る歩行感覚呈示装置３の足載せ具２１では、傾動中間板３６に対してフットパッド３９の後縁部が枢着されているので、足を前に出した時につま先が少し上がることに連動してフットパッド３９の前縁部が持ち上がるので、つま先が少し上がった状態になっても足首を痛めることが防止される。                    
【００７６】
このようにつま先が上がる場合に、傾動中間板３６に対してフットパッド３９の前縁部が持ち上がる構成は、単に傾動中間板３６に対してフットパッド３９を枢着して足のつま先の動きに沿うような構成としてもよいが、さらにアクチュエータ（モータ駆動）により積極的に傾動中間板３６に対してフットパッド３９を可動する構成としてもよい。
【００７７】
前記のように、踏み出す足（後足）と反対側の足（前足）が着地している（フットパットの最下位の位置に着いている）時であって、力センサ４１で計測された前足に加わっている力が、後足よりもある程度大きくなった時、要するに、踏み出し動作の検出の度、その検出信号をコンピュータに入力する。
【００７８】
この検出の回数を単位時間あたり算出する。実際は、例えば、３回程度の各回の検出の時間間隔の平均値でその瞬間における単位時間あたり算出する。そして、これと、予め制御装置４（コンピュータ）に入力し記憶させておいたそのユーザ５の歩幅とから、制御装置４でその歩行速度が算出される。
【００７９】
或いは、モーションキャプチャ６で足の動き、例えば、後ろ足が踏み出す動作を検出し、その検出信号を制御装置４（コンピュータ）に入力する。そして、その単位時間当たりの検出回数と、予め制御装置４に入力し記憶させておいたそのユーザ５の歩幅に基づいて、制御装置４でそのユーザ５の歩行速度が算出される構成としてもよい。
【００８０】
いずれにしろ、ユーザ５の歩行感覚呈示装置３における歩行速度に応じて（同期して）、没入ディスプレイ装置２で映像を投影する速度を変え、実写映像上の風景等が変化する速度を変える。即ち、プロジェクタ９は、ユーザ５が歩行感覚呈示装置３を利用して模擬的に歩行する際の、足の動作軌跡に同期して動く映像を、スクリーン７に投影する。これにより、あたかも、街角や田園等の実環境内を、自分の足の速度で歩いているような没入歩行感覚を得ることができる。
【００８１】
以上、本発明に係る|没入歩行感覚呈示装置を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内でいろいろな実施例があることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明に係る没入歩行感覚呈示装置は、上記のような構成であり、呈示する映像上の風景等の環境を任意に変更できるので、様々な産業上の分野に応用可能である。その代表的なものとしては以下のものがある。
【００８３】
（１）リハビリテーションおよび健康の維持、増進
自分の住んでいる町やなかなかいけない揚所を健常者と同じように自分の足で歩いたような感覚を得ながら、自然にリハビリテーションが行える。健常者についても本装置で運動を行なうことで、健康の維持、増進が計れる。また、平地だけでなく、階段などの凹凸のある地形を歩く訓練にも適用可能である。
【００８４】
本発明に係る没入歩行感覚呈示装置のポイントとしては、従来の足の関節にリンクを付けるロボットリハビリテーションシステムと異なり、足以外は拘束されないため、腰の回旋など歩行に重要な訓練および理学療法士の介入が可能な点が挙げられる。また、ネットワークを介して装置同士を接続することで、遠隔地の人たちと一緒にある空間を歩き回ることも出来る。
【００８５】
（３）エンタテイメント
コンバットシミュレータやロールプレイングゲームなどで、広い空間を自分の足で歩き回るゲームへの応用が可能である。ネットワークを介して他のプレーヤーと空間を共有することも出来る。
【００８６】
（３）空間設計
住宅の間取り設計や土木建築による都市景観のシミュレータなど、自分の足で歩き回ることで直接空間の広がりなどを確認するシステムにも応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の没入歩行感覚呈示装置の実施例の全体構成を説明する斜視図である。
【図２】本発明の実施例のスクリーンを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図を示す。
【図３】本発明の実施例の投影装置の配置状況を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図を示す。
【図４】本発明の実施例で投影する実写映像を取得するための全周カメラの構成を説明する図である。
【図５】本発明の実施例の歩行感覚呈示装置を説明する図であり、（ａ）は側方から見た全体斜視図、（ｂ）は背後から見た正面図、（ｃ）は（ｂ）の要部拡大図である。
【図６】本発明の実施例の歩行感覚呈示装置を説明する図であり、（ａ）はそのリンク機構及び昇降機構の側面を模式的に示す図であり、（ｂ）は足載せ具の移動軌跡を説明する図である。
【図７】本発明の実施例の歩行感覚呈示装置における踵上げ機構を説明する図であり、（ａ）は踵上げ機構が動作していない状態を示し、（ｂ）は踵上げ機構が動作している状態のフットパッド等の状態を示す。
【図８】本発明の実施例の歩行感覚呈示装置における踵上げ機構の傾動中間板の回転軸の設置位置を説明する図である。
【図９】本発明の実施例の制御装置を説明する図である。
【符号の説明】
【００８８】
１  没入歩行感覚呈示装置                   
２  没入ディスプレイ装置                   
３  歩行感覚呈示装置                       
４  制御装置                               
５  ユーザ（使用者）                       
６  モーションキャプチャ                   
７  スクリーン
７’支持フレーム                             
８  投影装置                               
９  プロジェクタ                           
１０  凸面鏡                               
１１  球体                                 
１２  スクリーンの後方開放部分             
１３  全周撮影カメラ                       
１４  基台                                 
１５  円筒                                 
１６  凸面鏡                               
１７  ＣＣＤカメラ                         
１８  ガイドレール                         
１９  摺動台                               
２０  リンク機構                           
２１  足載せ具                             
２２  駆動リンクと従動リンクの枢着軸       
２３  駆動リンク                           
２４  従動リンク                           
２５  駆動リンクの駆動軸                   
２６  リンク駆動モータ                     
２７  昇降機構                             
２８  支柱                                 
２９  昇降モータ                           
３０  螺軸                                 
３１  支持基部                             
３２  基板                                 
３３  踵上げ機構                           
３４  踵上げモータ                         
３５  減速機構                             
３６  傾動中間板                           
３７   回転軸                               
３８  固定部材                             
３９  フットパッド                         
４０  ヒンジ                               
４１  力センサ                             
４２  手摺りフレーム                       
４３  データバス                           
４４  入力部                               
４５  ＣＰＵ                               
４６  メモリ                               
４７  記憶装置                             
４８  出力部                               
４９  入力手段                             
５０  モータ制御装置
５１  足の前部
５２  足の後部
５３  締め具
【図１】
2008220580.tif 000003
【図２】
2008220580.tif 000004
【図３】
2008220580.tif 000005
【図４】
2008220580.tif 000006
【図５】
2008220580.tif 000007
【図６】
2008220580.tif 000008
【図７】
2008220580.tif 000009
【図８】
2008220580.tif 000010
【図９】
2008220580.tif 000011