(57)【要約】【課題】歩行者Ｐは全方向に任意の軌道で自由に歩行し、現実の空間を歩行したかのような自然な歩行感覚を得ることができる。【解決手段】この全方向歩行感覚呈示装置は、歩行者Ｐの足および可動床Ａ〜Ｄの位置を計測するための位置センサ、４台の可動床Ａ〜Ｄ、および制御装置２とを備え、前後左右の全方向に移動可能な可動床Ａ〜Ｄを集めて、歩行者Ｐがいる場所及びその周辺に歩行面を作り、可動床Ａ〜Ｄが循環することによって、歩行者Ｐの歩いた分だけ歩行面を構成する可動床が逆に動き、歩行者Ｐが載っていない可動床が順方向に動いて、新たに歩行者Ｐが載る可動床を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平面内の任意の方向に動くことが可能な可動床を少なくとも３つ以上備え、歩行者が前進することなく一ヶ所で歩行動作を行うことができるようにしたことを特徴とする全方向歩行感覚呈示装置。
【請求項２】
上記複数の可動床の集合体で歩行面を構成し、歩行者の歩行動作に従って可動床が逆方向に動き、歩行者が載っていない可動床が順方向に動いて、新たに歩行者が載る可動床を提供することを特徴とする、請求項１に記載の全方向歩行感覚呈示装置。
【請求項３】
上記可動床の上に、昇降動作と傾斜動作を行う昇降傾動機構を有する凹凸面呈示器を設け、歩行面の凹凸や傾斜を模擬することができるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の全方向歩行感覚呈示装置。
【請求項４】
上記可動床が、ベルト回転器であり、該ベルト回転器は、ベルトの進行方向と直交する方向に移動することができることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の全方向歩行感覚呈示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行者があたかも実際に歩行したかのような自然な歩行感覚を得ることのできる全方向歩行感覚呈示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
位置を変えずに歩行感覚が得られるような装置は、従来よりいくつかの方式が開発されてきた。最も実現しやすいのはトレッドミルを歩行者の足の動きに合わせて逆方向に動かす装置である（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
全方向に移動を打ち消す機能をもたせる装置として、小さな転動体を床にしきつめ、それらを歩行者の足の動きに合わせて逆回転させる装置が提案されている。一例として、転動体にコロを用いる装置（例えば、特許文献３参照。）や、ローラを用いる装置（例えば、特許文献４参照。）がある。
【０００４】
全く別の構成として、左右の足の下に小さな可動床を提供し、床が足を追従することによって、任意の地面を模擬するという、本発明者が提案した装置もある（特許文献５参照。）。
【特許文献１】特開２０００−２０６８６２号公報
【特許文献２】特開２００２−１６２８９４号公報
【特許文献３】特表２０００−５１６８２９号公報
【特許文献４】特開２００２−１５９５９３号公報
【特許文献５】特許第３３７３４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１、２に記載のトレッドミルは、前後方向しか動けないので、歩行者の方向変換への完全な対応は不可能である。この点、特許文献３、４に記載の装置は全方向に対応できるが、足の裏がいくつかの点または線分で支えられるため、面で床を踏む実世界の歩行とは異なった現象が起きる。そのため、十分な摩擦力を提供するのに限界があり、感覚的にも違和感を生む。さらに、転動体の耐久性にも問題がある。
【０００６】
特許文献５に記載の装置は、階段等の凹凸面が呈示できるという特徴をもつ反面、可動床が足の動きを高速かつ正確に追従することに限界があり、歩行者が床の動きを意識しなければならないという欠点がある。
【０００７】
本発明は、全方向へ移動可能な可動床を複数台組み合わせる構成によって上記従来の全ての問題を解決することのできる全方向歩行感覚呈示装置を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するために、水平面内の任意の方向に動くことが可能な可動床を少なくとも３つ以上備え、歩行者が前進することなく一ヶ所で歩行動作を行うことができるようにしたことを特徴とする全方向歩行感覚呈示装置提供する。
【０００９】
上記複数の可動床の集合体で歩行面を構成し、歩行者の歩行動作に従って可動床が逆方向に動き、歩行者が載っていない可動床が順方向に動いて、新たに歩行者が載る可動床を提供する構成としてもよい。
【００１０】
上記可動床の上に、昇降動作と傾斜動作を行う昇降傾動機構を有する凹凸面呈示器を設け、歩行面の凹凸や傾斜を模擬することができるような構成としてもよい。
【００１１】
上記可動床が、ベルト回転器であり、該ベルト回転器は、ベルトの進行方向と直交する方向に移動することができるような構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る全方向歩行感覚呈示装置によると、歩行者は全方向に任意の軌道で自由に歩行しても可動床が歩行者の歩行動作を打ち消すように追従して移動するので、歩行者はあたかも現実の空間を歩行したかのような自然な歩行感覚を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係る全方向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図面を参照して、以下説明する。
【００１４】
（基本的な構成）  
バーチャルな空間における自然な歩行感覚を得るためには、歩行運動を行わせつつ、体の位置を一定に保つ移動の打ち消しが不可欠である。移動の打ち消しを行うためには、歩行者Ｐの足の動きに合わせて床を逆方向に駆動する装置が必要である。
【００１５】
本発明は、前後左右斜めの全方向に移動可能な床（本明細書では「可動床」という。）を複数台集合し、歩行者Ｐがいる場所及びその周辺に歩行面を作り、この歩行面を可動床が循環して移動することによって循環型歩行面となして、歩行者Ｐの移動の打ち消しを行う。
【００１６】
即ち、歩行面を構成する可動床が、歩行者Ｐの歩いた分だけが逆に動き、歩行者Ｐが載っていない可動床が順方向に動いて、新たに歩行者Ｐが載る可動床を提供し、循環型歩行面を構成するものである。このような構成により、歩行者Ｐは、実際は前進することなく一ヶ所で歩行動作を行うことができるようにしたことを特徴とするものである。
【００１７】
（可動床の形状と数について）
本発明に係る全方向歩行感覚呈示装置では複数台の可動床を循環移動させて利用するが、この可動床の形状と数の適正化について本発明者は鋭意研究を進め、可動床の形状と数についていろいろな態様を想到し、それぞれについて比較検討を行ったので、この点をまず図１により説明する。
【００１８】
複数の可動床の集合体により循環型歩行面を構成するためには、各可動床の形状と、必要な可動床の総数を決定する必要がある。歩行面は合同な図形が隙間なく集まって構成されるので、それが可能な形状は、正三角形、正方形、正六角形である。図１（ａ）〜（ｃ）に、それぞれ正三角形の可動床Ｔ、正方形の可動床Ｓ、正六角形の可動床Ｈを示す。
【００１９】
その中でどれが望ましいかを考えるうえで重要な観点は、歩行者Ｐはどこで立ち止まって方向を変えるかわからないということである。各可動床の常に中央に歩行者Ｐがいれば問題は簡単であるが、縁の部分を歩くことも当然ありうる。従って、各可動床の頂点の部分に立った場合でも、その周辺に床を提供する必要がある。このような状況において必要となる可動床の数は、図１（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示すように、正三角形の可動床Ｔの場合は６つであり、正方形の可動床Ｓと正六角形の可動床Ｈの場合は３つである。
【００２０】
歩行者Ｐが可動床の集合体の縁の頂点に近づいた時は、その頂点の周辺に可動床を集めて歩行面を提供しなければならない。従って、頂点の周囲をなるべく少ない可動床で敷き詰められる形状が望ましいことになる。その観点において正三角形は不利である。
【００２１】
次に正方形と正六角形を比較すると、正六角形を敷き詰めて平面を構成する方式は一通りしかないが、正方形の場合は２つの正方形の頂点を合わせた位置が、必ずしももう一つの正方形の辺の中央になくてもよいので、組み合わせに自由度が高い。これは歩行者Ｐの進行方向に応じて、可動床の集合体の構成を選べるという点において有利である。以上のような考察に基づいて、可動床の形状は正方形が最適であることがわかる。
【００２２】
（可動床の種類毎の最低必要床数）
次に、歩行面を構成するのに必要な可動床の最小数を考える。歩行者Ｐが立つのに必要な可動床の数は前述のように３である。歩行者Ｐが移動した場合に新しい可動床を提供するためには、歩行者Ｐが行き去って用がなくなった可動床が、歩行者Ｐの進行方向に動いて、新たな歩行面を作る必要がある。それに必要な可動床の数は、可動床が動く速さとトレードオフの関係にある。可動床の最大速度が歩行者Ｐに比べて無限に速ければ、前述の３個でも可能である。
【００２３】
歩行者Ｐが頂点に位置から移動すれば、足が載っていない可動床ができるので、それが歩行者Ｐの進行方向に移動することができる。但し、それを実現するためには、可動床に要求されるスペックは非常に高くなる。このような検討結果を踏まえて、後述する実施例１、２の全方向歩行感覚呈示装置では、４つの可動床の集合体で全方向に歩行面を有する構成とした。
【実施例１】
【００２４】
図２（ａ）は、本発明に係る全方向歩行感覚呈示装置の実施例１の全体構成を説明する図である。この全方向歩行感覚呈示装置１は、歩行者Ｐの左右の足３、４および可動床の位置を計測するための位置センサ、４台の可動床Ａ〜Ｄ、及び制御装置２とを備えている。制御装置２は、位置センサからの位置信号を入力して４台の可動床２の動作を制御するものであり、具体的には計算機（パソコン）が利用される。
【００２５】
（位置センサ）
位置センサは、４台の可動床Ａ〜Ｄと歩行者Ｐの左右の足３、４の計６つの検知対象の移動位置を非接触で同時に計測するものであり、位置センサ発信器５と位置センサ受信器６とから構成される。位置センサは、金属やモータのノイズ等の影響を受けにくい必要がある。そのために、本実施例１では、超音波計測装置を利用（具体的には、INTERSENSE社のIS-600mark2を利用）している。
【００２６】
位置センサ発信器５は、４台の可動床Ａ〜Ｄと歩行者Ｐの左右の足３、４の計６つの対象物のそれぞれに取り付けられる。位置センサ受信器６は、位置センサ発信器５の位置と歩行者Ｐの位置関係によって位置センサ発信器５からの信号を捕捉できない場所が出来るため、複数の位置センサ受信器６を設ける構成とする。本実施例１では、図２（ａ）に示すように、４台の可動床Ａ〜Ｄの周囲において周方向に等間隔（１２０°）の３方向の位置に、それぞれ位置センサ受信器６が計３つ配置される。
【００２７】
歩行者Ｐの歩行動作の検出は次のように行われる。図２（ｂ）に示すように、歩行者Ｐの左右の足３、４の位置の中点ｍの真上に、体の重心Ｇが位置すると仮定する。全方向歩行感覚呈示装置１における歩行領域（可動床の上で歩行者Ｐが歩行動作をする領域）の中心に予め不感領域７を設定しておく。
【００２８】
歩行者Ｐが歩行動作に至らないがその体を少し動かしても、図２（ｃ）に示すように、歩行者Ｐの左右の足３、４の中点ｍの位置の上方にある体の重心Ｇが、不感領域７の外に出なければ、歩行者は歩行動作を行ったとは認識されない。
【００２９】
しかしながら、歩行者が歩行動作を行い、歩行者Ｐの左右の足３、４の中点ｍの位置の上方にある体の重心Ｇが、図２（ｄ）に示すように、不感領域７の外に出たときには、歩行していると判断する。このように、不感領域７は、歩行動作に至らない小さな動作や振動に起因する歩行動作と認定される誤動作を防止し、歩行動作を確実に検出するために設定されたものである。
【００３０】
（可動床）
本実施例１で利用する可動床Ａ〜Ｄは、それぞれ水平面内で全方向に移動可能な台であるが、従来、全方向に移動可能な全方向移動車両は、すでに知られている（例えば、特開平７−１７４４２号公報参照。）。しかしながら、本発明における可動床Ａ〜Ｄは、単に全方向に可動であるだけでなく、位置センサで検出された可動床及び歩行者Ｐの位置のデータに基づき制御装置２（パソコン）で生成された制御信号によって、任意の軌道で移動することのできる構成を特徴とする。本発明に係る可動床Ａ〜Ｄの構成について次に説明する。
【００３１】
４台の可動床Ａ〜Ｄは、それぞれ互いに同じ構造である。可動床は、正方形基板を有し、この基板上に人間を乗せて全方向に移動可能な構造である。基板はなるべく厚みがないものが望ましい。図３（ａ）、（ｂ）は、可動床Ａ〜Ｄの一例を示すものであり、この可動床（構造の説明上、これを「可動床８」とする。）の正方形の基板９の下面（裏面）に、基板９の４辺に平行に４つの駆動輪１０〜１３が取り付けられている。
【００３２】
要するに、可動床８は、前後方向（図３（ａ）中の上下方向）に移動するために左右一対の駆動輪１０、１１が設けられており、横方向（図３（ａ）中の左右方向）に移動するために前後一対の駆動輪１２、１３が設けられている。これらの左右一対の駆動輪１０、１１と前後一対の駆動輪１２、１３の取付けられる向きは、互いに直角の方向である。
【００３３】
さらに、各駆動輪は、その駆動輪全体が回転して移動する方向とは直角方向に駆動輪が転動可能であるように、その周縁に複数の補助転動輪１４が、駆動輪とは直角の方向に揃えられて回転可能に設けられている。例えば、可動床８が左右一対の駆動輪１０、１１により前後方向に移動する際に、前後一対の駆動輪１２、１３は、その補助輪１４が設置面１５を転動するので、可動床８は滑らかに移動することが可能となる。
【００３４】
このような構造の４つの駆動輪１０〜１３の回転速度をそれぞれ独立的に制御することで、前後左右に移動可能とし、鉛直軸まわりの回転を可能とし、水平面内で全方向に移動可能であり、任意の軌道で移動できるように構成されている。駆動輪の１０〜１３の駆動手段について次に説明する。
【００３５】
可動床８の４つの駆動輪１０〜１３は、それぞれ回転軸１６に固定されており、回転軸１６は基板９から垂設された一対の支持板１７に回転可能に取り付けられている。支持板１７の外面には、回転軸１６を回転駆動するモータＭ１〜Ｍ４、モータの電源用の電池１８、及び受信・制御器Ｃ１〜Ｃ４が取り付けられている。
【００３６】
図４において後述する全方向歩行感覚呈示装置１の制御システムにおいて、制御装置２でモータＭ１〜Ｍ４の目標速度が演算されて制御信号が生成される。この制御信号は、トランスミッタ１９から発信され、モータＭ１〜Ｍ４に設けられた受信・制御器Ｃ１〜Ｃ４で受信され、この制御信号によりモータＭ１〜Ｍ４は回転速度がそれぞれ独立的に制御される。モータＭ１〜Ｍ４の回転速度を制御することにより、４つの駆動輪１０〜１３のそれぞれの回転速度を制御し、これにより、可動床８は、上述のとおり、前後左右に移動し、鉛直軸まわりの回転が可能であり、これにより任意の軌道で任意の方向に移動できる。
【００３７】
（制御装置２）
本実施例１の全方向歩行感覚呈示装置１の制御装置２及びこの制御装置２を含む制御システム２０の全体について図４において説明する。４台の可動床Ａ〜Ｄ及び歩行者Ｐの左右の足３、４に位置センサ発振器５が取り付けられている。各位置センサ発信器５から発信された（図４では、可動床Ａの位置センサ発信器５からの発信状況を示すが他位置センサ発信器５からの発信も同じである。）位置検出信号は、３つの位置センサ受信器６のいずれかにより検出され、パソコンに入力されるように構成されている。
【００３８】
制御装置２を構成するパソコンは、予め４つの可動床Ａ〜Ｄの循環移動を制御する制御ソフトがインストールされており、位置センサ受信器６から送られてきた４台の可動床Ａ〜Ｄ及び歩行者Ｐの左右の足３、４の位置検出信号に基づき、制御ソフトに従って可動床Ａ〜Ｄのそれぞれの移動軌道乃至移動速度等の信号を生成する。この信号は、パソコンに接続されたトランスミッタ１９から可動床Ａ〜Ｄに発信されるように構成されている。
【００３９】
可動床Ａ〜Ｄは、それぞれトランスミッタ１９からの信号を受信しモータＭ１〜Ｍ４を制御する受信・制御器Ｃ１〜Ｃ４が設けられている。これにより、受信・制御器Ｃ１〜Ｃ４は、トランスミッタ１９からの信号を受信しモータＭ１〜Ｍ４を制御し、後述するように、可動床Ａ〜Ｄが循環動作可能なように所定の軌道で移動する。
【００４０】
なお、図３、４では、各可動床は、４つのモータＭ１〜Ｍ４のそれぞれについて受信・制御器Ｃ１〜Ｃ４を設けた構成を示したが、可動床のモータ及び受信・制御器は、可動床の走行機構の構成によりいろいろな態様がある。例えば、可動床に１つの受信・制御器を設け、この１つの受信・制御器で可動床の４つのモータＭ１〜Ｍ４をそれぞれ独立的に同時に制御するような構成としてもよい。
【００４１】
（実施例１の作用）
以上の構成から成る本発明に係る全方向歩行感覚呈示装置の実施例１の作用を、その特徴である４台の可動床Ａ〜Ｄの循環移動を中心にして説明する。上述のとおり４台の可動床Ａ〜Ｄはそれぞれ前後左右に移動可能であり、さらに鉛直軸まわりの回転が可能である。本発明では、これらの４台の可動床Ａ〜Ｄの移動を組み合わせて、全体的に循環移動させるような構成としている。
【００４２】
４台の可動床Ａ〜Ｄの循環に関しては、いろいろな構成、動作パターンが考えられる。ここでは、常に３台の可動床８が歩行者Ｐの歩行動作を打ち消し、残りの１台が歩行者Ｐの動きを先読みして新しい床を作るための移動を行うという基本的な考えに基づく構成、動作パターンを説明する。４台の可動床Ａ〜Ｄの配置に異方性があるため、歩行者Ｐが、可動床８の辺と平行に歩行（辺に沿って歩行）する場合と、可動床８の辺と対角方向に歩行する場合に分けて説明する。
【００４３】
（１）可動床の辺と平行な歩行
図５、６は、実施例１の全方向歩行感覚呈示装置１において、歩行者Ｐが可動床の辺と平行な歩行を行う場合を示す図であり、図中、白矢印は歩行者Ｐの歩行方向を示し、実線の矢印は可動床の循環移動方向を示す。説明の都合上、図５、６における前後左右は図５（ａ）、図６（ａ）に示すように、図における上下を前後とし、左右を左右とする。以下、歩行者Ｐが可動床の辺と平行であって前方に歩行する場合（図５参照。）と歩行者Ｐが可動床の辺と平行であって横方向に歩行する場合（図６参照。）を示す。
【００４４】
前方に歩行する場合の可動床の動作：
歩行者Ｐが前方に（白矢印の方向）に歩き始めると、全方向歩行感覚呈示装置１における可動床Ａ〜Ｄの循環動作は次のように行われる。
（イ）歩行者Ｐの歩行動作を打ち消すように、可動床Ａ、Ｂが進行方向と逆方向（後方）に動く。それと同時に可動床Ｃが可動床Ａの前に移動を開始する。歩行者Ｐの両足が可動床Ｂの上から外れ、可動床Ａの上に完全に移ったら、可動床Ｂは右側に移動する。（図５（ａ）参照）。
【００４５】
（ロ）可動床Ａ、Ｃは歩行者Ｐの進行方向と逆（後方）に移動する。それと同時に可動床Ｄが可動床Ｃの前に移動を開始する。歩行者Ｐの両足が可動床Ｃの上に移ったら、可動床Ａは左側に移動する（図５（ｂ）参照）。
【００４６】
（ハ）以上の動作を歩行者Ｐの動きに合わせて繰り返す（図５（ｃ）参照）。これにより、歩行者Ｐは実際は前進することなく一ヶ所であたかも前方へ歩行しているかのような歩行動作を行うことができる
【００４７】
横方向に歩行する場合の可動床の動作：
次に、歩行者が横方向（図６に示す例では左横方向）に歩き始めると、可動床Ａ〜Ｄの循環動作は次のように行われる。
（ニ）歩行者Ｐの歩行動作を検出すると、歩行者Ｐの歩行動作を打ち消すように、可動床Ａ、Ｂ、Ｄが進行方向と逆方向に動く。それと同時に可動床Ｃが可動床Ａと可動床Ｄの間に向かって（図６（ｂ）に示す状態に向けて）移動を開始する。（図６の（ａ）参照）。
【００４８】
（ホ）歩行者Ｐの両足が可動床Ｄの上に完全に移った時、可動床Ｃは可動床Ｄの前に向けて移動する。可動床Ａ、Ｂは、可動床Ｄを避けるように、歩行者Ｐの前方及び後方に移動する。（図６（ｂ）参照）。
【００４９】
（ヘ）この結果、図６（ｃ）に示す配置になる。これは図５（ａ）の配置を左に９０度回転させたものと同等な配置となり、以降は図５と同様の動作（図５では前方に歩行し、図６では左横方向に歩行し進行方向は異なるが、可動床の循環動作は同じ状態にある。）を繰り返す。これにより、歩行者Ｐは実際は横方向に移動することなく一ヶ所であたかも横方向に歩行しているかのような歩行動作を行うことができる。
【００５０】
（２）可動床の対角線方向の歩行
図７は、歩行者Ｐが可動床８の辺と対角線方向の歩行を行う場合であり、歩行者Ｐが白矢印の方向（前方に）に歩き始めると、これに対して、可動床Ａ〜Ｄの循環動作は次のように行われる。なお、説明の都合上、図７における前後左右は図７（ａ）に示すように、図における上下を前後とし、左右を左右とする。
【００５１】
（イ）歩行者Ｐの歩行動作を打ち消すように、可動床Ａ、Ｂ、Ｄが進行方向と逆方向に動く。それと同時に可動床Ｃが可動床Ａ、Ｄの間に向かって（図７（ｂ）に示す状態に向けて）移動を開始する。（図７（ａ）参照）。
【００５２】
（ロ）可動床Ａ、Ｃ、Ｄが歩行者Ｐの進行方向と逆方向に動く。それと同時に可動床Ｂが可動床Ｃと可動床Ｄの間に向かって（図７（ｃ）に示す状態に向けて）移動を開始する（図７（ｂ））。
（ハ）以上の動作を繰り返す（図７（ｃ）参照）。これにより、歩行者Ｐは実際は斜め前方に移動することなく一ヶ所であたかも斜め前方に歩行しているかのような歩行動作を行うことができる。
【００５３】
以上は、定常的に同じ方向に歩行している場合の動作であるが、歩行方向が途中で変わった場合は、進行方向に床面が常に存在するよう、歩行者Ｐが足を乗せていない可動床が移動すように動作する。
【００５４】
以上、可動床の循環動作について、歩行者Ｐが定常的に同じ方向に（前方、横方向及び斜め方向）に歩行している場合を例を挙げて説明したが、このような方向への歩行だけでなく、歩行者Ｐが周辺の全ての方向への歩行に対応できるように、可動床は循環動作をする。歩行方向が途中で変わった場合でも、進行方向に床面が常に存在するよう、歩行者Ｐが足を乗せていない可動床が循環動作を行う。
【００５５】
このような変則的な場合での可動床の循環動作も、基本的には上記前方、横方向及び斜め方向への移動と同じであり、歩行者Ｐの左右の足３、４の動きを位置センサで検知し、歩行者Ｐの進行方向と反対方向に可動床を移動させるとともに、歩行者Ｐの進行方向で待ち受けるように可動床を移動させる動作を組み合わせてなる。
【００５６】
ところで、歩行者Ｐが一定速度で連続して歩いている状態では、移動方向を予測できる。その場合、予想される進行方向に待ち受け用の可動床を集中し、歩行者Ｐが行きそうもない歩行の可動床は提供しない、という循環アルゴリズムも可能である。そのような予測が成功すれば、限られた可動床を有効に使うことができる。
【００５７】
なお、以上の実施例１においては、可動床Ａ〜Ｄの形状は正方形とし、可動床の数は４つとする構成について説明したが、可動床の形状と数については、このように正方形の可動床を４つ用いるという構成に限定することはない。
【実施例２】
【００５８】
図８は、本発明に係る全方向歩行感覚呈示装置の実施例２を説明する図である。この実施例２は、実施例１において、全方向歩行感覚呈示装置における４台可動床Ａ〜Ｄのそれぞれに、凹凸面の感覚を呈示する手段（これを「凹凸面呈示器」という。）を設けることで、歩行者Ｐに対して、より現実的な歩行感覚を与える構成にしたものである。実施例２における可動床が循環動作する構成は実施例１と同じであるので、実施例１と共通する構成についてはその説明は省略する。
【００５９】
図８（ａ）は、４台可動床Ａ〜Ｄのそれぞれに凹凸面呈示器を設けて集合した全体構成の平面図であり、上記のとおり可動床Ａ〜Ｄの循環動作は実施例１と同様である。図８（ｂ）は、一台の可動床（可動床Ａ〜Ｄに共通な符号を付して「可動床８」という。）としてに凹凸面呈示器２１を付設してなる構成の平面図を示している。図８（ｃ）、（ｄ）は凹凸面呈示器２１を側面から見た模式図を示す。
【００６０】
昇降傾動機構２２と、この昇降傾動機構２２により傾斜動作（「傾動」ともいう）が可能な足載せ板２３が組合されてユニット２４が形成されている。凹凸面呈示器２１は、ユニット２４が、可動床８の基板の上面に、図８（ｂ）に示すように縦横マトリクス状に３×３の計９つ設置して構成される。
【００６１】
各ユニット２４において、昇降傾動機構２２は、図８（ｃ）、（ｄ）に模式的示すように、各種の直動アクチュエータ２５（例えば、油圧アクチュエータ等）により上下動杆２６（油圧アクチュエータの場合はピストンロッドに相当する。）を有し、この直動アクチュエータ２５の上下動杆２６介して足載せ板２３を上下方向に移動且つ傾斜可能とすると構成である。
【００６２】
ユニット２４の具体的な構造の一例を図８（ｅ）、（ｆ）に示す。このユニット２４は、３本の油圧アクチュエータ２７と足載せ板２３とを有し、３本の油圧アクチュエータ２７の上下動杆２８（ピストンロッド）の上端が、それぞれ足載せ板２３の底面の三角形の頂点の位置に球面軸受２９を介して取り付けられて構成される。
【００６３】
このような構成の凹凸面呈示器２１を採用することにより、可動床８の歩行面は、昇降傾動機構２２で上下動可能且つ傾動可能に設けられた足載せ板２３が９つマトリクス状に集合した分割面として形成され、現実の歩行面を模擬した凹凸面や傾斜面を呈示することが可能となる。
【００６４】
なお、図８（ｅ）、（ｆ）に示すような昇降傾動機構２２自体は、本発明者の出願に係る特許第３３７３４６０号明細書に開示されているが、本発明は、単にこのような昇降傾動機構２２を特徴とするものではない。
【００６５】
本発明では、昇降傾動機構２２を有するユニット２４が９つマトリクス状に可動床８に設けられ、９つの傾動可能な足載せ板２３が集合して１つの可動床の歩行面を形成し、さらに同じ構造の複数の可動床（実施例２では可動床Ａ〜Ｄ）を集合し、各可動床を循環的に移動することで、より現実に近い歩行感覚を歩行者Ｐに与える全方向歩行感覚呈示装置を実現することを特徴とする。
【実施例３】
【００６６】
本発明に係る全方向歩行感覚呈示装置の実施例３を図９〜１２において説明する。この実施例３は、基本的な考えは実施例１と同じであるが、可動床の構造及びその循環移動手段が異なる。実施例３は、図９（ａ）にその全体構造を示すように、可動床としてベルトが前後方向に走行回転するベルト回転器３０を利用した構成を特徴とする。
【００６７】
可動床、即ちベルト回転器３０は、上記可動床の数について説明したとおり、少なくとも３台以上設けることが必要であり、この実施例３では、３台のベルト回転器３０（以下、ベルト回転器３０の３台について説明する際には「ベルト回転器Ａ〜Ｃ」とする。図中では３０（Ａ）〜３０（Ｂ）と表示する。）を設けた。そして、これら３台のベルト回転器Ａ〜Ｃは、それぞれのベルト３１が前後方向に回転走行可能であるとともに、ベルト３１の走行回転方向（前後方向）と直交する方向（横方向、図中左右方向）に、循環用レール３２に案内されて循環して移動可能な構成としたことを特徴とする。
【００６８】
実施例３の具体的な構造を、図９、図１０で説明する。図９（ｂ）に示すように、図中で左右方向に延びる互いに平行な前後２本の循環用レール３２が、機枠３３の前後の枠３４に複数の支持杆３５で固定されている。図９（ａ）、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、循環用レール３２の内周面には無端チェーン３６（「ラック」として機能する。）が固定して取り付けられている。
【００６９】
各ベルト回転器３０のフレーム３７の前後部分に、支持板３８が垂直に固設されている。この支持板３８の外側には、循環用レール３２の外周面に形成された案内溝３９を転動する左右一対の車輪４０が取り付けられているとともに、無端チェーン３６に内周側から噛み合うスプロケット４１（「ピニオン」として機能する。）が駆動軸４２を介して回転可能に設けられている。
【００７０】
要するに、循環用レール３２の外側から左右一対の車輪４０が走行可能に配設され、循環用レール３２の内側に固設された無端チェーン３６の内周側からスプロケット４１が噛み合う構造である。支持板３７の内側にはスプロケット駆動用モータ４３が取り付けられており、このスプロケット駆動用モータ４３により駆動軸４２が駆動される。スプロケット４１がスプロケット駆動用モータ４３で駆動回転されると、ベルト回転器３０が循環用レール３２に沿って循環移動する構成となっている。
【００７１】
なお、スプロケット４１は、前後一対設けてもよいが前後のいずれか一方に設ける構成としてもよい。即ち、前後の循環用レール３２のそれぞれの内周面に無端チェーン３６を設け、前後の無端チェーン３６にそれぞれ噛み合うように前後一対のスプロケット４１駆動軸４２の前後端に取付けスプロケット駆動用モータ４３で駆動されるような構成としてもよいし、或いは前後の循環用レール３２の一方のみにおいて無端チェーン３６にスプロケット４１を噛み合うような構成としてもよい。
【００７２】
ベルト回転器３０は、ベルト３１が前後の回転ローラ４４の間に回転可能に装着されている。前後の回転ローラ４４は、フレーム３７に回転可能に取り付けられた前後の回転軸４５に固定して取り付けられており、前後の回転軸４５のいずれか一つがベルト駆動用モータ４６により回転駆動される。
【００７３】
このベルト回転器３０の駆動機構の詳細な説明は省略するが、一例を図１０（ｃ）、（ｄ）で簡単に説明する。前後の回転軸４５はベルト回転器３０のフレーム３７に軸支されているが、このフレーム３７の側部に、ベルト３１の内側（図中左方）に向けてベルト駆動用モータ４６が取付けられている。
【００７４】
このベルト駆動用モータ４６の出力が、減速歯車列４８を介し、回転軸４５に固定された歯車４９に伝達される。これにより回転軸４５が回転し、ベルト回転器３０のベルトが回転する。なお、回転ローラ４４の一部が欠けている間隙部分において回転軸４５に歯車４９が取り付けられているから歯車４９がベルト３１に接触することがない。
【００７５】
実施例３の位置センサ検知装置における位置センサ発信器５は、歩行者Ｐの左右の足及び３台のベルト回転器Ａ〜Ｃのそれぞれに取り付けられている。又、３台のベルト回転器Ａ〜Ｃには、それぞれベルト回転器３０用の受信・制御器４７が設けられている。ベルト回転器３０に取り付けられる位置センサ発信器５及び受信・制御器４７は、例えば、図１０（ｂ）に示すように、支持板３８や図示はしないがフレーム３７等に取り付けられる。
【００７６】
そして、位置センサ発信器５からの信号を検知する位置センサ受信器６は、実施例１のように歩行者Ｐの周囲の３箇所に設けてもよいが、図９（ａ）に示すように、歩行者Ｐの後方（又は前方）及び側方の計２箇所でもよい。
【００７７】
実施例３の３台のベルト回転器Ａ〜Ｃのそれぞれのベルト回転動作及び３台のベルト回転器Ａ〜Ｃの循環移動を制御する制御システム５０を、図１２に示す。この制御システム５０は、実施例１の図４に示す構成と基本的には同じであるので、その詳細な説明は省略するが、概略次のような構成となっている。
【００７８】
左右の足及び３台のベルト回転器Ａ〜Ｃにそれぞれ取り付けられた位置センサ発信器５からのそれぞれの位置信号は、２箇所に設置された位置センサ受信器６で受信されるように構成されている。受信された位置信号は、制御装置２に入力され、各ベルト回転器３０のベルト回転動作と循環移動を制御する信号が生成される。
【００７９】
この制御装置２で生成された制御信号は、トランスミッタ１９に送られ、トランスミッタ１９から無線信号として、３台のベルト回転器Ａ〜Ｃの受信・制御器４７に送信される。受信・制御器４７は、トランスミッタ１９から送信される制御信号を受信し、スプロケット駆動用モータ４３とベルト駆動用モータ４６を制御する構成となっている。
【００８０】
（実施例３の作用）
以上のような構成の実施例３の全方向歩行感覚呈示装置の作用を説明する。図９〜１０において、位置センサ受信器６は、歩行者Ｐの足及び３台のベルト回転器Ａ〜Ｃにそれぞれ取り付けた位置センサ発信器５から（図１２では、左足位置センサ発信器５からの発信状況を示すが他の位置センサ発信器５からの発信も同じである。）、左右の足及び３台のベルト回転器Ａ〜Ｃの位置信号を受信する。
【００８１】
そして、位置センサ受信器６から入力された位置信号に基づき、制御装置は３台のベルト回転器Ａ〜Ｃそれぞれのベルト駆動用モータ４６とスプロケット駆動用モータ４３の動作を制御する制御信号を生成し、トランスミッタ１９から受信・制御器４７に送信する。３台のベルト回転器Ａ〜Ｃの受信・制御器４７は、それぞれ独立してベルト駆動用モータ４６及びスプロケット駆動用モータ４３を回転制御する。
【００８２】
ところで、図９（ａ）に示すように、歩行者Ｐが単に前方に向けて歩行動作を行う場合は、位置センサ受信器６は、歩行者Ｐの左右の足の前後方向に変動する位置信号を受信し検知する。この位置信号に基づいて、制御装置２は歩行者Ｐの前後方向への動きを打ち消すようにベルト回転器Ａ又はＢのベルト３１が矢印のように後方に向けて走行回転する制御信号を生成する。この制御信号に基づいてベルト回転器Ａ又はＢのベルト駆動用モータ４６が制御されて、ベルト３１が回転し、歩行者Ｐは前後方向への擬似的な歩行を行うことができる。
【００８３】
そして、図１１（ａ）で白抜き矢印に示すように、歩行者Ｐが横方向（図中では右方向）に歩行する場合は、位置センサ受信器６は、歩行者Ｐの足に取り付けた位置センサ発信器５から、左右の足の左右方向へ変動する位置信号を受信し検知する。さらに、３台のベルト回転器Ａ〜Ｃのセンサ発信器５からの位置信号も位置センサ受信器６で受信して検知する。
【００８４】
制御装置２は、左右の足及び３台のベルト回転器Ａ〜Ｃのそれぞれ位置信号に基づいて、制御信号を生成し、この制御信号により３台のベルト回転器Ａ〜Ｃは制御されて、それぞれ独立して循環用レールに沿って矢印のように図中で左方に向けてそれぞれ制御された速度で循環移動する。
【００８５】
これにより、２台のベルト回転器Ａ、Ｃは、図１１（ａ）で実線矢印に示すように、図中で右から左に向けて移動するので、歩行者Ｐの横方向への動きを打ち消すことができ、歩行者Ｐは図中右方向への擬似的な歩行を行うことができる。そして、歩行者Ｐが通り過ぎたベルト回転器Ｃが歩行者Ｐの進行方向に回って、待ち受け面を提供することができ、長距離の歩行もできる。
【００８６】
さらに、図１１（ｂ）で白抜き矢印に示すように、歩行者Ｐが斜め前方に歩行する場合は、位置センサ受信器６は、歩行者Ｐの左右の足及び３台のベルト回転器Ａ〜Ｃにそれぞれ取り付けた位置センサ発信器５から、それぞれの位置信号を受信する。制御装置２は、これらの位置信号に基づいて、制御信号を生成する。
【００８７】
この制御信号により、２台のベルト回転器Ａ、Ｂは、それぞれベルト駆動用モータ４６が制御されて、選択的にベルトが走行回転する。同時に、３台のベルト回転器Ａ〜Ｃは、それぞれスプロケット駆動用モータ４３が制御され、それぞれ独立して循環レールに沿って横方向に制御された速度で循環移動し、歩行者Ｐが通り過ぎたベルト３１が歩行者Ｐの進行方向に回って、待ち受け面を提供する。これにより、歩行者Ｐの斜め前方向への動きを打ち消すことができ、歩行者Ｐは斜め前方への擬似的な歩行を行うことができる。
【００８８】
以上の実施例３によると、歩行者Ｐはベルト３１上で水平面内の任意の方向に動くことができ、この意味で実施例３は実施例１と同等の機能を発揮することができる。なお、実施例３の全方向歩行感覚呈示装置は、人間の歩行に対応するために大型のものが必要になるが、ベルト回転器３０と循環レール３２の組み合わせで、歩行者Ｐの全方向の歩行に対応できるから、実施例１における複数の正方形可動床を循環移動するものに比べて、その可動床を循環させる機構は単純で簡単となる。
【００８９】
以上、本発明に係る全方向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】
【００９０】
人間にとって足で歩くというのは最も自然な移動手段である。人間が自分の周囲の空間を認識する場合に、歩いて移動するという行為は極めて重要な意味を持つ。観光地に行った時に、バスに乗って見せられたものと自分の足で見つけたものの印象が大きく異なるのは、誰もが持つ経験であろう。
【００９１】
ところで、本発明に係る全方向歩行感覚呈示装置によると、歩行者Ｐは全方向に任意の軌道で自由に歩行し、現実の空間を歩行したかのような自然な歩行感覚を得ることができるので、よりリアルな旅行の擬似体験が可能になる。このことは、実世界における旅行が困難な高齢者や身障者にとって、より有意義である。
【００９２】
また、本発明に係る全方向歩行感覚呈示装置は、様々なトレーニングシミュレータにも有効である。例えば、災害時の避難行動の訓練や研究は、現実に災害を起すのが困難である以上、この装置を使うことが不可欠である。また、各種スポーツの練習にも好適である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の原理及び可動床の形状と数について説明する図である。
【図２】本発明に係る全方向歩行感覚呈示装置の実施例１を説明する図であり、（ａ）は全体構成を説明する図であり、（ｂ）は歩行動作検出の原理を説明する図である。
【図３】実施例１の可動床の構成を説明する図であり、（ａ）は底面図であり、（ｂ）は正面図である。
【図４】実施例１の制御装置及び制御システムを説明する図である。
【図５】実施例１の可動床の動作を説明する図である。
【図６】実施例１の可動床の動作を説明する図である。
【図７】実施例１の可動床の動作を説明する図である。
【図８】本発明に係る全方向歩行感覚呈示装置の実施例２を説明する図であり、（ａ）は複数台の可動床の全体を示し、（ｂ）は一つの可動床を示し、（ｃ）、（ｄ）は実施例２の凹凸面呈示器を説明する模式図であり、（ｅ）、（ｆ）は凹凸面呈示器の具体的な構成を説明する図である。
【図９】本発明に係る全方向歩行感覚呈示装置の実施例３を説明する図であり、（ａ）は全体構成及び動作例を示し、（ｂ）は機枠及び循環用レールの構成を示す。
【図１０】実施例３の要部を説明する図であり、（ａ）は要部正面を示し、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面を示す。（ｃ）、（ｄ）はベルト回転器を説明する図であり、（ｃ）は（ｄ）のＹ−Ｙ断面を示す。
【図１１】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ実施例３の動作例を説明する図である。
【図１２】実施例３の制御装置及び制御システムを説明する図である。
【符号の説明】
【００９４】
１  全方向歩行感覚呈示装置
２  制御装置                        
３  左右の足                    
５  位置センサ発信器                
６  位置センサ受信器                
７  不感領域                        
８  可動床                          
９  可動床の基板                    
１０、１１  左右一対の駆動輪            
１２、１３  前後一対の駆動輪            
１４  補助輪                        
１５  設置面                        
１６  駆動輪の回転軸                
１７  回転軸の支持板                
１８  電池                          
１９  トランスミッタ                
２０  制御システム                  
２２  昇降傾動機構                  
２３  足載せ板                      
２４  ユニット                          
２５  直動アクチュエータ            
２６  上下動杆                      
２７  油圧アクチュエータ                
２８  上下動杆                          
２９  球面軸受                      
３０  ベルト回転器                  
３１  ベルト                        
３２  循環用レール                 
３３  機枠                         
３４  機枠の前後の枠         
３５  支持杆                       
３６  無端チェーン                 
３７  ベルト回転器のフレーム   
３８  支持板                       
３９  循環用レールの外周側の案内溝 
４０  左右一対の車輪               
４１  スプロケット                 
４２  駆動軸                       
４３  スプロケット駆動用のモータ   
４４  前後の回転ローラ             
４５  回転軸                       
４６  ベルト駆動用モータ           
４７  ベルト回転器の受信・制御器   
４８  減速歯車                     
４９  歯車                         
５０  実施例３の制御システム       
Ａ〜Ｄ  可動床
Ｃ１〜Ｃ４  受信・制御器
Ｇ  体の重心                        
Ｍ１〜Ｍ４  モータ
ｍ    歩行者の左右の足の位置の中点
Ｐ  歩行者    
【図１】
2005084356.tif 000003
【図２】
2005084356.tif 000004
【図３】
2005084356.tif 000005
【図４】
2005084356.tif 000006
【図５】
2005084356.tif 000007
【図６】
2005084356.tif 000008
【図７】
2005084356.tif 000009
【図８】
2005084356.tif 000010
【図９】
2005084356.tif 000011
【図１０】
2005084356.tif 000012
【図１１】
2005084356.tif 000013
【図１２】
2005084356.tif 000014