JP2008307207A - Action measuring instrument - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は動作計測装置に関し、特にたとえば、所定の部位に加速度センサの装着された被験者の動作についての動作データを検出して動作データ記憶手段に記憶する、動作計測装置に関する。 The present invention relates to a motion measurement device, and more particularly to a motion measurement device that detects motion data about a motion of a subject wearing an acceleration sensor at a predetermined site and stores the motion data in a motion data storage unit.
従来のこの種の動作計測装置の一例が特許文献１に開示される。この特許文献１に開示される行動検知装置では、人体への装着面に２つのＣＣＤ素子が設けられる。この２つのＣＣＤ素子のそれぞれが検出したそれぞれの移動ベクトルを判定し、移動ベクトルが互いに逆の方向を示している場合には、行動検知装置がその中心点を中心に回転していることとなる。そして、行動検知装置が回転している場合には、回転方向の機器ずれを検知して加速度出力を補正する。
しかし、背景技術では、行動検知装置を装着したときに、既に正しい装着状態から回転してしまっている場合には、その後に検出された回転方向の機器ずれに基づいて加速度出力を補正したとしても、行動検知装置を装着したときの装着状態での加速度を検出できるに留まり、正しい装着状態（姿勢）での加速度を検出することができない。また、この背景技術では、ＣＣＤ素子が配置される２次元平面内での回転については補正可能であるが、そのような２次元平面と交差する方向の回転すなわち３次元的な回転があっても加速度を補正することができない。つまり、被験者の行動を正確に計測（検出）することができない。 However, in the background art, when the behavior detection device is mounted, if the rotation has already been rotated from the correct mounting state, the acceleration output may be corrected based on the device deviation in the rotation direction detected after that. The acceleration in the wearing state when the action detecting device is worn can be detected, and the acceleration in the correct wearing state (posture) cannot be detected. In this background art, the rotation in the two-dimensional plane where the CCD element is arranged can be corrected. However, even if there is a rotation in a direction crossing the two-dimensional plane, that is, a three-dimensional rotation. The acceleration cannot be corrected. That is, the behavior of the subject cannot be accurately measured (detected).
それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、動作計測装置を提供することである。 Therefore, a main object of the present invention is to provide a novel motion measuring apparatus.
この発明の他の目的は、正確に動作を計測できる、動作計測装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide an operation measuring apparatus capable of accurately measuring an operation.
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用した。なお、括弧内の参照符号および補足説明等は、本発明の理解を助けるために後述する実施の形態との対応関係を示したものであって、本発明を何ら限定するものではない。 The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems. The reference numerals in parentheses, supplementary explanations, and the like indicate correspondence relationships with embodiments described later to help understanding of the present invention, and do not limit the present invention in any way.
請求項１の発明は、所定の部位に加速度センサの装着された被験者の動作についての動作データを検出して動作データ記憶手段に記憶する動作計測装置であって、所定の方向で加速度センサを被験者の所定の部位に装着し、当該被験者が所定の動作を行うときに当該加速度センサからの加速度データを取得して基準データとして予め記憶する基準データ記憶手段、所定の部位に加速度センサを装着した被験者が所定の動作を行うとき、当該加速度センサからの加速度データを検出する加速度データ検出手段、および加速度データ検出手段によって検出された加速度データと、基準データ記憶手段に記憶された基準データとに基づいて、加速度センサからの加速度データを補正するための補正値を算出する補正値算出手段を備える、動作計測装置である。 The invention of claim 1 is an operation measuring device for detecting operation data about an operation of a subject having an acceleration sensor attached to a predetermined part and storing the operation data in an operation data storage means, wherein the acceleration sensor is connected to the subject in a predetermined direction. Reference data storage means for acquiring acceleration data from the acceleration sensor and storing it in advance as reference data when the subject performs a predetermined motion, and a subject wearing the acceleration sensor at the predetermined site Based on the acceleration data detected by the acceleration data detection means, the acceleration data detected by the acceleration data detection means, and the reference data stored in the reference data storage means when performing a predetermined operation A motion measurement device comprising correction value calculation means for calculating a correction value for correcting acceleration data from the acceleration sensor. It is.
請求項１の発明では、動作計測装置（１８）は、所定の部位（たとえば、右手，左手，右足，左足）に加速度センサ（３２）の装着された被験者の動作についての動作データを検出して動作データ記憶手段（２０）に記憶する。基準データ記憶手段（２０）は、所定の方向（基準となる方向）で加速度センサを被験者の所定の部位に装着し、当該被験者が所定の動作（たとえば、右手を上げる、左手を上げる、右足を前に出す、左足を前に出す）を行うときに当該加速度センサからの加速度データを取得して基準データとして予め記憶する。また、加速度データ検出手段（１８，Ｓ５）は、所定の部位に加速度センサを装着した被験者が所定の動作を行うとき、当該加速度センサからの加速度データを検出する。補正値算出手段（１８，Ｓ２７，Ｓ２９，Ｓ３１，Ｓ３３）は、加速度データ検出手段によって検出された加速度データと、基準データ記憶手段に記憶された基準データとに基づいて、加速度センサからの加速度データを補正するための補正値を算出する。 In the first aspect of the invention, the motion measuring device (18) detects motion data about the motion of the subject wearing the acceleration sensor (32) in a predetermined part (for example, right hand, left hand, right foot, left foot). The data is stored in the operation data storage means (20). The reference data storage means (20) attaches the acceleration sensor to a predetermined part of the subject in a predetermined direction (reference direction), and the subject performs a predetermined action (for example, raising the right hand, raising the left hand, Acceleration data from the acceleration sensor is acquired and stored in advance as reference data. The acceleration data detection means (18, S5) detects acceleration data from the acceleration sensor when a subject wearing the acceleration sensor at a predetermined site performs a predetermined operation. The correction value calculation means (18, S27, S29, S31, S33) is acceleration data from the acceleration sensor based on the acceleration data detected by the acceleration data detection means and the reference data stored in the reference data storage means. A correction value for correcting is calculated.
請求項１の発明によれば、検出した加速度データと予め記憶してある基準データとに基づいて補正値を算出するので、この補正値を用いることにより、それ以降に検出される加速度データを補正すれば、所定の方向で加速度センサを装着した状態とほぼ同じ動作データを検出することができる。つまり、正確に動作を計測することができる。 According to the first aspect of the present invention, the correction value is calculated based on the detected acceleration data and the reference data stored in advance, so that the acceleration data detected thereafter is corrected by using this correction value. By doing so, it is possible to detect almost the same operation data as when the acceleration sensor is mounted in a predetermined direction. That is, the operation can be accurately measured.
請求項２の発明は請求項１に従属し、基準データ記憶手段は、複数の加速度センサのそれぞれを所定の方向で被験者の複数の所定の部位にそれぞれ装着したときに、当該複数の加速度センサからの加速度データをそれぞれの基準データとして予め記憶し、複数の加速度センサを被験者の複数の所定の部位のそれぞれに装着したとき、加速度データ検出手段は複数の加速度センサからの加速度データをそれぞれ検出し、補正値算出手段は、複数の加速度センサからの加速度データのそれぞれと、当該加速度データと対応する基準データのそれぞれとに基づいて、それぞれの加速度データを補正するための補正値を当該複数の加速度センサのそれぞれについて算出する。 The invention of claim 2 is dependent on claim 1, and the reference data storage means is configured to detect from the plurality of acceleration sensors when the plurality of acceleration sensors are respectively attached to the plurality of predetermined portions of the subject in a predetermined direction. Acceleration data is stored in advance as respective reference data, and when a plurality of acceleration sensors are attached to each of a plurality of predetermined parts of a subject, acceleration data detection means detects acceleration data from the plurality of acceleration sensors, The correction value calculating means calculates correction values for correcting each acceleration data based on each of the acceleration data from the plurality of acceleration sensors and each of the reference data corresponding to the acceleration data. It calculates about each of.
請求項２の発明では、複数の加速度センサが、被験者の複数の部位（たとえば、両手首および両足首）に装着される。したがって、基準データも各部位について予め記憶される。補正値算出手段は、各部位に装着された加速度センサのそれぞれについての補正値を算出する。 In the invention of claim 2, a plurality of acceleration sensors are attached to a plurality of parts (for example, both wrists and both ankles) of the subject. Accordingly, reference data is also stored in advance for each part. The correction value calculation means calculates a correction value for each acceleration sensor attached to each part.
請求項２の発明においても、請求項１の発明と同様に、正確に動作を計測することができる。 In the invention of claim 2 as well, as in the invention of claim 1, the operation can be accurately measured.
請求項３の発明は請求項２に従属し、加速度センサが装着されるべき部位のそれぞれに対応して所定の閾値を記憶する閾値記憶手段、閾値記憶手段に記憶された所定の閾値と、加速度データ検出手段によって検出された加速度データの最大変化量とを比較する比較手段、および比較手段の結果、最大変化量が所定の閾値を超えるとき、当該最大変化量を示す加速度についての加速度データを出力する加速度センサを、当該所定の閾値に対応する部位の加速度を検出する加速度センサとして決定する部位決定手段をさらに備える。 The invention according to claim 3 is dependent on claim 2, and includes threshold value storage means for storing a predetermined threshold value corresponding to each part to which the acceleration sensor is to be attached, a predetermined threshold value stored in the threshold value storage means, and acceleration. The comparison means for comparing the maximum change amount of the acceleration data detected by the data detection means, and when the maximum change amount exceeds a predetermined threshold as a result of the comparison means, the acceleration data for the acceleration indicating the maximum change amount is output. The apparatus further includes part determining means for determining the acceleration sensor to be used as an acceleration sensor for detecting the acceleration of the part corresponding to the predetermined threshold.
請求項３の発明では、閾値記憶手段（２０）、比較手段（１８，Ｓ１１）および部位決定手段（１８，Ｓ１９）がさらに設けられる。閾値記憶手段は、加速度センサが装着されるべき部位のそれぞれに対応して所定の閾値を記憶する。比較手段は、閾値記憶手段に記憶された所定の閾値と、加速度データ検出手段によって検出された加速度データの最大変化量とを比較する。部位決定手段は、最大変化量が所定の閾値を超えるとき、当該最大変化量を示す加速度についての加速度データを出力する加速度センサを、当該所定の閾値に対応する部位の加速度を検出する加速度センサとして決定する。つまり、被験者に所定の動作を行わせることにより、動きの大きい部位と、出力の変化が大きい加速度センサとを対応付けるのである。 In the invention of claim 3, a threshold value storage means (20), a comparison means (18, S11) and a part determination means (18, S19) are further provided. The threshold value storage means stores a predetermined threshold value corresponding to each part where the acceleration sensor is to be attached. The comparison unit compares the predetermined threshold value stored in the threshold value storage unit with the maximum change amount of the acceleration data detected by the acceleration data detection unit. When the maximum amount of change exceeds a predetermined threshold, the part determining means uses an acceleration sensor that outputs acceleration data about the acceleration indicating the maximum change as an acceleration sensor that detects the acceleration of the part corresponding to the predetermined threshold. decide. In other words, by causing the subject to perform a predetermined action, a part having a large movement is associated with an acceleration sensor having a large output change.
請求項３の発明によれば、加速度センサとその装着位置とを対応付けるので、全て同じ加速度センサを用意すれば足り、特定の加速度センサを特定の部位に装着するなどの対応づけを特にする必要がない。つまり、被験者が加速度センサを装着する場合の煩わしさを軽減することができる。 According to the invention of claim 3, since the acceleration sensor and the mounting position thereof are associated with each other, it is sufficient to prepare the same acceleration sensor for all, and it is necessary to make a particular correspondence such as mounting a specific acceleration sensor on a specific part. Absent. That is, the troublesomeness when the subject wears the acceleration sensor can be reduced.
請求項４の発明は請求項１ないし３のいずれかに従属し、補正値算出手段は、加速度センサを所定の方向で被験者に装着した状態からの回転角度に関する補正値を算出する。 The invention of claim 4 is dependent on any one of claims 1 to 3, and the correction value calculation means calculates a correction value related to a rotation angle from a state in which the acceleration sensor is attached to the subject in a predetermined direction.
請求項４の発明では、補正値算出手段は、加速度センサを所定の方向で被験者に装着した状態からの回転角度（ずれ）を補正する補正値を算出する。たとえば、回転角度は、３次元の回転についての角度である。 In the invention of claim 4, the correction value calculating means calculates a correction value for correcting the rotation angle (deviation) from the state in which the acceleration sensor is mounted on the subject in a predetermined direction. For example, the rotation angle is an angle for three-dimensional rotation.
請求項４の発明によれば、装着された加速度センサの回転角度を補正するので、装着方向に拘わらず、正しい装着状態と同等の動作データを計測することができる。 According to the invention of claim 4, since the rotation angle of the mounted acceleration sensor is corrected, it is possible to measure operation data equivalent to the correct mounting state regardless of the mounting direction.
この発明によれば、検出した加速度データと予め記憶してある基準データとに基づいて補正値を算出するので、この補正値を用いることにより、それ以降に検出される加速度データを補正すれば、正しい方向で加速度センサを装着した状態とほぼ同じ動作データを検出することができる。つまり、正確に動作を計測することができる。 According to the present invention, the correction value is calculated based on the detected acceleration data and the pre-stored reference data. By using this correction value, if acceleration data detected thereafter is corrected, Almost the same operation data as when the acceleration sensor is mounted in the correct direction can be detected. That is, the operation can be accurately measured.
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実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。 The above object, other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the drawings.
図１を参照して、この実施例の動作計測システム１０は、複数のセンサ装置１２を含み、各センサ装置１２は被験者の所定の部位に装着される（図５参照）。この実施例では、被験者の様々な動作を計測するようにするため、複数のセンサ装置１２を被験者に装着するようにしてあるが、歩行動作だけを計測するように、単純な動作のみを検出する場合には、センサ装置１２を１つ装着するようにしてもよい。 With reference to FIG. 1, the motion measurement system 10 of this embodiment includes a plurality of sensor devices 12, and each sensor device 12 is attached to a predetermined part of a subject (see FIG. 5). In this embodiment, in order to measure various movements of the subject, a plurality of sensor devices 12 are attached to the subject, but only simple movements are detected so as to measure only walking movements. In this case, one sensor device 12 may be attached.
また、動作計測システム１０は、中継器１４を含み、上述したセンサ装置１２と中継器１４とが無線通信可能に接続される。この実施例では、センサ装置１２および中継器１４を被験者に装着するため、被験者の動作の邪魔にならないように、センサ装置１２と中継器１４との間で無線により通信するようにしてあるが、有線接続されてもよいことは勿論である。図示は省略するが、この実施例では、中継器１４もまた、被験者の動作の邪魔にならないように、無線により、アクセスポイントを介してネットワーク１６に接続される。ただし、中継器１４は、ネットワーク１６に有線接続されるようにしてもよい。図示は省略するが、被験者が様々な場所に存在（移動）する場合には、各場所や移動経路に、それぞれアクセスポイントが設けられる。 The motion measurement system 10 includes a repeater 14, and the sensor device 12 and the repeater 14 described above are connected so as to be capable of wireless communication. In this embodiment, since the sensor device 12 and the repeater 14 are attached to the subject, the sensor device 12 and the repeater 14 communicate wirelessly so as not to obstruct the subject's operation. Of course, it may be wired. Although illustration is omitted, in this embodiment, the repeater 14 is also wirelessly connected to the network 16 via an access point so as not to interfere with the operation of the subject. However, the repeater 14 may be wired to the network 16. Although illustration is omitted, when the subject exists (moves) at various locations, an access point is provided at each location or travel route.
さらに、動作計測システム１０は、ネットワーク１６を含み、センサ装置１２は、中継器１４およびネットワーク１６を介して、コンピュータ１８に通信可能に接続される。コンピュータ１８は、ＰＣ或いはＰＤＡのような汎用のコンピュータであり、この実施例では、コンピュータ１８は動作計測装置として機能する。また、コンピュータ１８には、データベース２０が接続される。ただし、センサ装置１２は、コンピュータ１８が無線通信機能を備える場合には、当該コンピュータ１８との間で直接通信することも可能である。 Furthermore, the motion measurement system 10 includes a network 16, and the sensor device 12 is communicably connected to the computer 18 via the repeater 14 and the network 16. The computer 18 is a general-purpose computer such as a PC or a PDA. In this embodiment, the computer 18 functions as an operation measuring device. A database 20 is connected to the computer 18. However, the sensor device 12 can directly communicate with the computer 18 when the computer 18 has a wireless communication function.
なお、この実施例では、データベース２０は、コンピュータ１８に直接接続するように示してあるが、ネットワーク１６を介して通信可能に接続するようにしてもよい。また、図示は省略するが、コンピュータ１８の内部メモリ（ハードディスク，ＲＯＭ，ＲＡＭ）をデータベース２０として用いるようにしてもよい。 In this embodiment, the database 20 is shown to be directly connected to the computer 18, but may be connected to be communicable via the network 16. Although not shown, the internal memory (hard disk, ROM, RAM) of the computer 18 may be used as the database 20.
図２（Ａ）および（Ｂ）に示すように、データベース２０には、基準データのテーブルおよびセンサ装着の識別テーブルについてのデータが記憶される。ただし、センサ装置の識別テーブルは、被験者の動作の計測を開始するとき作成される。 As shown in FIGS. 2A and 2B, the database 20 stores data on a reference data table and a sensor mounting identification table. However, the identification table of the sensor device is created when measurement of the subject's movement is started.
図２（Ａ）に示す基準データのテーブルは、後述するように、正しい向き（基準の状態）でセンサ装置１２を被験者に装着し、当該被験者が所定の動作を行った場合に、各センサ装置１２から出力される加速度データが基準データとして各動作に対応づけて記憶されている。ここで、図２（Ａ）からも分かるように、所定の動作は、「右手を上げる」、「左手を上げる」、「右足を前に出す」および「左足を前に出す」の４種類である。また、基準データは、厳密に言うと、各センサ装置１２の加速度データが示す加速度を軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）毎に平均した平均値のデータである。したがって、平均値は、センサ装置１２毎に算出され、全センサ装置１２についての平均値ではない。 As will be described later, the reference data table shown in FIG. 2A is obtained when the sensor device 12 is mounted on a subject in a correct orientation (reference state) and the subject performs a predetermined operation. The acceleration data output from 12 is stored as reference data in association with each operation. Here, as can be seen from FIG. 2 (A), there are four types of predetermined actions: “Raise the right hand”, “Raise the left hand”, “Put the right foot forward” and “Put the left foot forward”. is there. Strictly speaking, the reference data is data of an average value obtained by averaging the acceleration indicated by the acceleration data of each sensor device 12 for each axis (X axis, Y axis, Z axis). Therefore, the average value is calculated for each sensor device 12 and is not an average value for all the sensor devices 12.
また、基準データは、センサ装置１２が装着される部位毎に記述される。したがって、基準データは、対応する部位に装着されたセンサ装置１２で検出される加速度の平均値についてのデータである。具体的には、「右手を上げる」に対応して、右手首に正しく装着されたセンサ装置１２の加速度の平均値（ＸＡ，ＹＡ，ＺＡ）のデータが記憶される。また、「左手を上げる」に対応して、左手首に正しく装着されたセンサ装置１２の加速度の平均値（ＸＢ，ＹＢ，ＺＢ）のデータが記憶される。さらに、「右足を前に出す」に対応して、右足首に正しく装着されたセンサ装置１２の加速度の平均値（ＸＣ，ＹＣ，ＺＣ）のデータが記憶される。さらにまた、「左足を前に出す」に対応して、左足首に正しく装着されたセンサ装置１２の加速度の平均値（ＸＤ，ＹＤ，ＺＤ）のデータが記憶される。 The reference data is described for each part where the sensor device 12 is mounted. Therefore, the reference data is data on the average value of acceleration detected by the sensor device 12 attached to the corresponding part. Specifically, data of average values (X A , Y A , Z A ) of acceleration of the sensor device 12 correctly mounted on the right wrist is stored in correspondence with “raising the right hand”. Corresponding to “raise the left hand”, data of average values (X B , Y B , Z B ) of acceleration of the sensor device 12 correctly mounted on the left wrist is stored. Further, in correspondence with “pull out the right foot forward”, data of average values (X C , Y C , Z C ) of acceleration of the sensor device 12 correctly mounted on the right ankle is stored. Furthermore, in correspondence with “Put out the left foot forward”, data of average values (X D , Y D , Z D ) of acceleration of the sensor device 12 correctly mounted on the left ankle is stored.
さらに、所定の動作のそれぞれに対応して、それぞれのセンサ装置１２が装着された部位を識別（決定）するための閾値が記憶される。図２（Ａ）に示す例では、「右手首」に対応して閾値１が記憶され、「左手首」に対応して閾値３が記憶され、「右足首」に対応して閾値４が記憶され、そして、「左足首」に対応して閾値２が記憶される。ただし、閾値１−４は実験により経験的に得られた数値である。したがって、閾値１−４は、使用する加速度センサの種類や被験者等によって適宜変更されるべきである。 Furthermore, a threshold value for identifying (determining) a site where each sensor device 12 is mounted is stored corresponding to each predetermined operation. In the example shown in FIG. 2A, threshold value 1 is stored corresponding to “right wrist”, threshold value 3 is stored corresponding to “left wrist”, and threshold value 4 is stored corresponding to “right ankle”. Then, the threshold value 2 is stored corresponding to “left ankle”. However, the threshold value 1-4 is a numerical value obtained experimentally by experiment. Therefore, the threshold value 1-4 should be appropriately changed depending on the type of acceleration sensor used, the subject, and the like.
また、データベース２０には、センサ装置の識別テーブルのデータが記憶される。このセンサ装置の識別テーブルでは、被験者の部位に対応して、当該部位に装着されたセンサ装置１２の識別情報が記憶される。たとえば、各センサ装置１２から送信される加速度データには、対応するセンサ装置１２のＢｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール３６のＭＡＣアドレスが付加されている。このため、コンピュータ１８では、このＭＡＣアドレスを識別情報として各センサ装置１２を識別するようにしてある。なお、簡単のため、図２（Ｂ）では、ＭＡＣアドレスを４桁のアルファベットで示してある。ただし、各センサ装置１２の識別情報を別途ＥＥＰＲＯＭに記憶しておくようにしてもよいし、ＤＩＰスイッチを設けておき、識別情報を任意に設定可能にするようにしてもよい。 The database 20 stores data of an identification table of the sensor device. In the identification table of the sensor device, the identification information of the sensor device 12 attached to the part is stored corresponding to the part of the subject. For example, the acceleration data transmitted from each sensor device 12 is added with the MAC address of the Bluetooth module 36 of the corresponding sensor device 12. Therefore, the computer 18 identifies each sensor device 12 using this MAC address as identification information. For simplicity, in FIG. 2B, the MAC address is indicated by a four-digit alphabet. However, the identification information of each sensor device 12 may be separately stored in the EEPROM, or a DIP switch may be provided so that the identification information can be arbitrarily set.
具体的には、図２（Ｂ）に示す例では、右手首に装着されているセンサ装置１２の識別情報は「ＡＡＡＡ」であり、左手首に装着されているセンサ装置１２の識別情報は「ＢＢＢＢ」であり、右足首に装着されているセンサ装置１２の識別情報は「ＣＣＣＣ」であり、そして、左足首に装着されているセンサ装置１２の識別情報は「ＤＤＤＤ」である。 Specifically, in the example shown in FIG. 2B, the identification information of the sensor device 12 attached to the right wrist is “AAAA”, and the identification information of the sensor device 12 attached to the left wrist is “AAAA”. The identification information of the sensor device 12 attached to the right ankle is “CCCC”, and the identification information of the sensor device 12 attached to the left ankle is “DDDD”.
なお、センサ装置１２の装着位置の識別（決定）方法については後述するため、ここではその説明は省略する。 In addition, since the method for identifying (determining) the mounting position of the sensor device 12 will be described later, the description thereof is omitted here.
図３はセンサ装置１２の電気的な構成を示すブロック図である。図３に示すように、センサ装置１２はＣＰＵ３０を含み、ＣＰＵ３０には加速度センサ３２およびＲＡＭ３４が接続される。加速度センサ３２としては、汎用の多軸（この実施例では、３軸）加速度センサを用いることができる。たとえば、日立金属株式会社製の３軸加速度センサ（型式：Ｈ４８Ｃ）を用いることができる。また、ＣＰＵ３０には、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）モジュール３６が接続され、このＢｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール３６にはアンテナ３８が接続される。加速度センサ３２で検出された加速度についてのデータ（加速度データ）が、ＣＰＵ３０の指示の下、ＲＡＭ３４に一時記憶され、一定時間（たとえば、１０秒）毎に、一定時間分の加速度データがＢｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール３６およびアンテナ３８を介して中継器１４に送信される。 FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of the sensor device 12. As shown in FIG. 3, the sensor device 12 includes a CPU 30, and an acceleration sensor 32 and a RAM 34 are connected to the CPU 30. As the acceleration sensor 32, a general-purpose multi-axis (three-axis in this embodiment) acceleration sensor can be used. For example, a three-axis acceleration sensor (model: H48C) manufactured by Hitachi Metals, Ltd. can be used. Further, a Bluetooth (registered trademark) module 36 is connected to the CPU 30, and an antenna 38 is connected to the Bluetooth module 36. Data on acceleration detected by the acceleration sensor 32 (acceleration data) is temporarily stored in the RAM 34 under the instruction of the CPU 30, and acceleration data for a fixed time is converted into the Bluetooth module 36 every fixed time (for example, 10 seconds). And transmitted to the repeater 14 via the antenna 38.
図４は中継器１４の電気的な構成を示すブロック図である。図４に示すように、中継器１４はＣＰＵ５０を含み、ＣＰＵ５０には、インターフェイス５２およびＲＡＭ５４が接続される。インターフェイス５２によって、中継器１４はネットワーク１６に接続される。また、ＣＰＵ５０には、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール５６が接続され、このＢｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール５６にはアンテナ５８が接続される。したがって、近距離無線によって、上述したように、センサ装置１２と中継器１４とが通信可能に接続されるのである。中継器１４では、ＣＰＵ５０は、アンテナ５８およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール５６を介してセンサ装置１２からの加速データを受信し、この加速度データをＲＡＭ５４に一時記憶して、その後、インターフェイス５２およびネットワーク１６を介してコンピュータ１８に送信する。 FIG. 4 is a block diagram showing an electrical configuration of the repeater 14. As shown in FIG. 4, the repeater 14 includes a CPU 50, and an interface 52 and a RAM 54 are connected to the CPU 50. The repeater 14 is connected to the network 16 by the interface 52. In addition, a Bluetooth module 56 is connected to the CPU 50, and an antenna 58 is connected to the Bluetooth module 56. Therefore, as described above, the sensor device 12 and the repeater 14 are communicably connected by short-range wireless communication. In the repeater 14, the CPU 50 receives acceleration data from the sensor device 12 via the antenna 58 and the Bluetooth module 56, temporarily stores this acceleration data in the RAM 54, and then computer via the interface 52 and the network 16. 18 to send.
図５は複数のセンサ装置１２および中継器１４が被験者に装着された状態を模式的に示す。この実施例では、被験者の右手首、左手首、右足首および左足首のそれぞれにセンサ装置１２が装着され、被験者の腰部（胴体）に中継器１４が装着される。ただし、中継器１４は腰部に装着する必要はなく、たとえば、被験者が使用するリュックサックやウエストポーチ等に入れておいてもよい。 FIG. 5 schematically shows a state in which a plurality of sensor devices 12 and a repeater 14 are attached to a subject. In this embodiment, the sensor device 12 is attached to each of the subject's right wrist, left wrist, right ankle, and left ankle, and the repeater 14 is attached to the waist (body) of the subject. However, the repeater 14 does not need to be attached to the waist, and may be put in, for example, a rucksack or a waist pouch used by the subject.
このような構成の動作計測システム１０では、被験者が動作すると、それに伴って被験者に装着された各センサ装置１２の加速度センサ３２で加速度が検出される。各センサ装置１２では、検出された加速度に対応する加速度データが、上述したように、コンピュータ１８に送信される。コンピュータ１８では、各センサ装置１２に対応付けて加速度データをデータベース２０に記憶する。これによって、被験者の動作に対応する動作データが計測されるのである。 In the motion measurement system 10 having such a configuration, when the subject moves, the acceleration is detected by the acceleration sensor 32 of each sensor device 12 attached to the subject. In each sensor device 12, acceleration data corresponding to the detected acceleration is transmitted to the computer 18 as described above. The computer 18 stores acceleration data in the database 20 in association with each sensor device 12. As a result, motion data corresponding to the motion of the subject is measured.
たとえば、図６（Ａ）に示すように、右手首にセンサ装置１２が正しく（正しい方向で）装着された場合には、加速度センサ３２は、手の甲側に装着され、手の甲を上向きにして指を伸ばしたときに、指先の方向を前方とすると、被験者が前方を向いた状態で、Ｘ軸は左方向であり、Ｙ軸は前方であり、Ｚ軸は上方向である。この図６（Ａ）に示す装着状態を基準の状態とする。また、図示は省略するが、左手首に装着されるセンサ装置１２も同様である。 For example, as shown in FIG. 6A, when the sensor device 12 is correctly mounted on the right wrist (in the correct direction), the acceleration sensor 32 is mounted on the back side of the hand, and the finger is placed with the back of the hand facing upward. Assuming that the direction of the fingertip is forward when stretched, the X axis is the left direction, the Y axis is the forward direction, and the Z axis is the upward direction with the subject facing forward. The mounting state shown in FIG. 6A is a reference state. Moreover, although illustration is abbreviate | omitted, the sensor apparatus 12 with which a left wrist is mounted | worn is also the same.
なお、図６（Ａ）−図６（Ｃ）では、分かり易くするために、センサ装置１２のうちの加速度センサ３２のみを示してある。また、図示は省略するが、センサ装置１２は、リストバンドのような固定具によって被験者に装着される。 In FIGS. 6A to 6C, only the acceleration sensor 32 of the sensor device 12 is shown for easy understanding. Moreover, although illustration is abbreviate | omitted, the sensor apparatus 12 is mounted | worn with a test subject by fixing tools, such as a wristband.
図６（Ｂ）および図６（Ｃ）は、誤った方向で加速度センサ３２（センサ装置１２）を右手首に装着した状態を示す。図６（Ｂ）に示す状態は、図６（Ａ）に示す基準の状態において、加速度センサ３２を、Ｚ軸を中心に右ネジとは逆向きに約９０°回転した状態（９０°回転）である。また、図６（Ｃ）に示す状態は、図６（Ａ）に示す基準の状態において、加速度センサ３２を、Ｚ軸を中心に右ネジとは逆向きに約１３５°回転した後に、さらに図６（Ａ）におけるＹ軸を中心に右ネジの方向に約９０°回転した状態（複雑回転）である。ただし、図６（Ｃ）では、加速度センサ３２の裏面（図６（Ａ），（Ｂ）で手首に接する面）に斜線を付して示してある。 FIGS. 6B and 6C show a state where the acceleration sensor 32 (sensor device 12) is attached to the right wrist in the wrong direction. The state shown in FIG. 6B is a state in which the acceleration sensor 32 is rotated about 90 ° around the Z axis in the direction opposite to the right screw (90 ° rotation) in the reference state shown in FIG. 6A. It is. In addition, the state shown in FIG. 6C is the same as that in the reference state shown in FIG. 6A, after the acceleration sensor 32 is rotated about 135 ° about the Z axis in the direction opposite to the right-hand screw. 6 (A) shows a state (complex rotation) rotated about 90 ° in the direction of the right-hand thread around the Y axis. However, in FIG. 6C, the back surface of the acceleration sensor 32 (the surface in contact with the wrist in FIGS. 6A and 6B) is hatched.
図示は省略するが、足首に装着されるセンサ装置１２の正しい向き（基準の状態）は、手首に装着されるセンサ装置１２と同様である。簡単に説明すると、センサ装置１２は、被験者が直立した状態で、足の甲側（脛側）に装着され、その脛が向く方向を前方としたときに、加速度センサ３２のＸ軸が被験者から見て左方向であり、Ｙ軸が下向きであり、Ｚ軸が前方向である。 Although illustration is omitted, the correct orientation (reference state) of the sensor device 12 attached to the ankle is the same as that of the sensor device 12 attached to the wrist. Briefly, the sensor device 12 is mounted on the back side of the foot (the shin side) with the subject standing upright, and the X axis of the acceleration sensor 32 is from the subject when the direction in which the shin faces is forward. The left direction is seen, the Y axis is downward, and the Z axis is forward.
ただし、各センサ装置１２はいずれも同じものであり、どのセンサ装置１２をどの部位に装着するかは被験者の自由であり、被験者毎に異なったり、同じ被験者であっても毎回異なったりする。したがって、被験者の動作を正確に検出するためには、どのセンサ装置１２がどの部位に装着されているかを事前に知る必要がある。 However, each of the sensor devices 12 is the same, and it is up to the subject to decide which sensor device 12 is to be attached to which part. Therefore, in order to accurately detect the movement of the subject, it is necessary to know in advance which sensor device 12 is attached to which part.
また、各センサ装置１２が常に正しい向き（基準の状態）で装着されるとは限らない。つまり、図６（Ｂ）および図６（Ｃ）に示すように、誤った方向で加速度センサ３２（センサ装置１２）を装着した場合には、正しく加速度データを検出することができない。このため、被験者の動作を正確に検出することができない。 Further, the sensor devices 12 are not always mounted in the correct orientation (reference state). That is, as shown in FIGS. 6B and 6C, when the acceleration sensor 32 (sensor device 12) is mounted in the wrong direction, the acceleration data cannot be detected correctly. For this reason, a test subject's operation | movement cannot be detected correctly.
そこで、この実施例では、被験者が所定の動作を行った場合に、対応する動作データ（各部位の加速度データ）を検出し、まず、複数のセンサ装置１２のそれぞれの装着位置を決定し、その後、所定の動作についての基準データに対する、検出した動作データの３次元の回転量を補正するための補正値を算出する。このようにすれば、その後に、動作データを検出する場合には、補正値を用いて各センサ装置１２からの加速度データを補正することにより、基準の状態でセンサ装置１２を装着した場合と同等の動作データを得ることができる。 Therefore, in this embodiment, when the subject performs a predetermined motion, corresponding motion data (acceleration data of each part) is detected, and first, the mounting positions of the plurality of sensor devices 12 are determined, and then Then, a correction value for correcting the three-dimensional rotation amount of the detected motion data with respect to the reference data for the predetermined motion is calculated. In this way, when the operation data is subsequently detected, the acceleration data from each sensor device 12 is corrected using the correction value, which is equivalent to the case where the sensor device 12 is mounted in the reference state. Operation data can be obtained.
簡単に説明すると、まず、この実施例では、所定の動作を行ったときの加速度に基づいて、４つのセンサ装置１２のそれぞれの装着位置（右手首，左手首，右足首，左足首）を判別（決定）する。ここでは、センサ装置１２の装着位置を容易に判断できるようにするため、所定の動作としては、上述したように、右手を上げ、左足を前に出し、左手を上げた後、右足を前に出すのような４つの動作が選択される。このとき、動作毎に（時系列に従って）、加速度の変化量（最大変化量）が所定の閾値以上になったセンサ装置１２を検出して、当該センサ装置１２を当該動作に対応する部位に装着されているものとして認識する。 Briefly, first, in this embodiment, the mounting positions (right wrist, left wrist, right ankle, left ankle) of each of the four sensor devices 12 are determined based on the acceleration when a predetermined operation is performed. (decide. Here, in order to make it easy to determine the mounting position of the sensor device 12, as described above, as described above, the right hand is raised, the left foot is moved forward, the left hand is raised, and the right foot is moved forward. Four actions, such as issuing, are selected. At this time, for each operation (according to time series), the sensor device 12 whose acceleration change amount (maximum change amount) is equal to or greater than a predetermined threshold is detected, and the sensor device 12 is attached to a part corresponding to the operation. Recognize as being.
たとえば、右手を上げる動作のときに、加速度の最大変化量が閾値１を超えるセンサ装置１２は右手首に装着されていると認識される。また、左足を前に出す動作のときに、加速度の最大変化量が閾値２を超えるセンサ装置１２は左足首に装着されていると認識される。さらに、左手を上げる動作のときに、加速度の最大変化量が閾値３を超えるセンサ装置１２は左手首に装着されていると認識される。そして、右足を前に出す動作のときに、加速度の最大変化量が閾値４を超えるセンサ装置１２は右足首に装着されていると認識される。 For example, during the action of raising the right hand, it is recognized that the sensor device 12 whose maximum change in acceleration exceeds the threshold value 1 is attached to the right wrist. Further, when the left foot is moved forward, it is recognized that the sensor device 12 having the maximum acceleration change amount exceeding the threshold value 2 is attached to the left ankle. Furthermore, it is recognized that the sensor device 12 in which the maximum amount of change in acceleration exceeds the threshold value 3 is attached to the left wrist during the operation of raising the left hand. When the right foot is moved forward, it is recognized that the sensor device 12 having the maximum acceleration change amount exceeding the threshold 4 is attached to the right ankle.
この認識結果がデータベース２０に記録され、図２（Ｂ）に示したようなセンサ装置の識別テーブルが生成される。ただし、閾値を超えるセンサ装置１２が存在しない場合には、コンピュータ１８は被験者に対して音声や画面表示或いはその両方によって、センサ装置１２が正しく装着されていない旨や動作が正しくない旨のエラーを発する。 This recognition result is recorded in the database 20, and an identification table of the sensor device as shown in FIG. 2B is generated. However, when there is no sensor device 12 exceeding the threshold, the computer 18 gives an error to the subject that the sensor device 12 is not correctly mounted or that the operation is not correct due to voice and / or screen display. To emit.
次に、加速度（加速度データ）を補正する場合について説明する。図７は、基準の場合において、（１）気をつけの姿勢（直立の姿勢）、（２）前に倣えの姿勢（両手を延ばした状態で肩の高さまで上げた姿勢）、（３）（２）の状態のままで掌が下に向くように手首を回転した姿勢を、順番に実行した場合の右手首に装着されたセンサ装置１２に設けられる加速度センサ３２の加速度の時系列変化を示す。ただし、区間１が（１）の姿勢の場合の加速度変化に対応し、区間２が（２）の姿勢の場合の加速度変化に対応し、区間３が（３）の姿勢の場合の加速度変化に対応する。 Next, a case where the acceleration (acceleration data) is corrected will be described. FIG. 7 shows, in the case of the reference, (1) a careful posture (upright posture), (2) a pre-copied posture (a posture raised to the height of the shoulder with both hands extended), (3) The time series change of the acceleration of the acceleration sensor 32 provided in the sensor device 12 attached to the right wrist when the posture of rotating the wrist so that the palm faces downward in the state of (2) is sequentially executed is shown. Show. However, it corresponds to the acceleration change when the section 1 is in the posture of (1), corresponds to the acceleration change when the section 2 is in the posture of (2), and changes in the acceleration when the section 3 is the posture of (3). Correspond.
図６（Ｂ）に示したように、右手首に装着された加速度センサ３２（センサ装置１２）を、基準の状態からＺ軸を中心に、右ネジとは逆向きに約９０°回転させた状態では、上記（１）から（３）の姿勢を連続的に行う動作に対応して、図８に示すように、その加速度は変化する。基準の状態における加速度センサ３２のＹ軸の方向と、９０°回転した状態における加速度センサ３２のＸ軸の方向とが同じ向きであるため、図７と図８とを比較して分かるように、基準の状態におけるＹ軸方向の加速度の変化と、９０°回転した状態におけるＸ軸方向の加速度の変化とがほぼ同じである。また、基準の状態と９０°回転した状態とでは、加速度センサ３２のＺ軸の方向は変化しないため、各状態でＺ軸方向の加速度はほぼ同じである。さらに、基準の状態における加速度センサ３２のＸ軸の方向と、９０°回転した状態における加速度センサ３２のＹ軸の方向とが約１８０°異なるため、基準の状態におけるＸ軸方向の加速度の変化と、９０°回転した状態におけるＹ軸方向の加速度の変化を上下に反転した波形とがほぼ同じである。 As shown in FIG. 6B, the acceleration sensor 32 (sensor device 12) attached to the right wrist is rotated about 90 ° from the reference state around the Z axis in the direction opposite to the right screw. In the state, the acceleration changes as shown in FIG. 8 corresponding to the operation of continuously performing the postures (1) to (3). Since the direction of the Y-axis of the acceleration sensor 32 in the reference state and the direction of the X-axis of the acceleration sensor 32 in the state rotated by 90 ° are the same direction, as can be seen by comparing FIG. 7 and FIG. The change in acceleration in the Y-axis direction in the reference state is substantially the same as the change in acceleration in the X-axis direction in the state rotated by 90 °. Further, the Z-axis direction of the acceleration sensor 32 does not change between the reference state and the 90 ° rotated state, and therefore the acceleration in the Z-axis direction is almost the same in each state. Furthermore, since the X-axis direction of the acceleration sensor 32 in the reference state and the Y-axis direction of the acceleration sensor 32 in the rotated state by 90 ° differ by about 180 °, the change in acceleration in the X-axis direction in the reference state The waveform obtained by reversing the change in acceleration in the Y-axis direction in the state rotated 90 ° is substantially the same.
また、図６（Ｃ）に示したように、右手首に装着された加速度センサ３２（センサ装置１２）を、基準の状態からＺ軸を中心に、右ネジとは逆向きに約１３５°回転させ、さらに、基準の状態におけるＹ軸を中心に、右ネジの方向に約９０°回転させた状態では、上記（１）から（３）の姿勢に対応して、図９に示すように、その加速度は変化する。図７と図９とを比較して分かるように、基準の状態と複雑回転の状態とでは、各軸方向の加速度の変化は大きく異なっている。 Further, as shown in FIG. 6C, the acceleration sensor 32 (sensor device 12) attached to the right wrist is rotated about 135 ° from the reference state around the Z axis in the direction opposite to the right screw. Furthermore, in a state where it is rotated about 90 ° in the direction of the right screw around the Y axis in the reference state, as shown in FIG. 9, corresponding to the postures (1) to (3) above, The acceleration changes. As can be seen by comparing FIG. 7 and FIG. 9, the change in acceleration in each axis direction is greatly different between the reference state and the complex rotation state.
このように、加速度センサ３２（センサ装置１２）を装着する向きが正しくない場合には、当然のことながら、正しく加速度を検出することができない。そこで、上述したように、各部位に装着された加速度センサ３２（センサ装置１２）を識別した後に、その装着方向に応じた補正値（この実施例では、回転行列）を求める。以下、具体的に説明することにする。 As described above, when the direction in which the acceleration sensor 32 (sensor device 12) is attached is not correct, the acceleration cannot be detected correctly. Therefore, as described above, after identifying the acceleration sensor 32 (sensor device 12) attached to each part, a correction value (rotation matrix in this embodiment) corresponding to the attachment direction is obtained. A specific description will be given below.
まず、被験者がセンサ装置１２を装着した状態における（１）の姿勢、（２）の姿勢、（３）の姿勢についての３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）の加速度の平均値をそれぞれ（ｘ１，ｙ１，ｚ１），（ｘ２，ｙ２，ｚ２），（ｘ３，ｙ３，ｚ３）とし、これを３×３行列とみなすと、数１に示すように行列Ｘとする。 First, the average values of the accelerations of the three axes (X, Y, Z axes) for the posture (1), the posture (2), and the posture (3) in a state where the subject wears the sensor device 12 are (x 1 , y 1 , z 1 ), (x 2 , y 2 , z 2 ), (x 3 , y 3 , z 3 ), and this is regarded as a 3 × 3 matrix, the matrix X And
［数１］
[Equation 1]
また、基準の状態において予め計測しておいた、（１）の姿勢、（２）の姿勢、（３）の姿勢についての３軸の加速度の値をそれぞれ（ｘ１／，ｙ１／，ｚ１／），（ｘ２／，ｙ２／，ｚ２／），（ｘ３／，ｙ３／，ｚ３／）とし、これを３×３行列の値を、数２に示すように、行列Ａとする。ただし、「／」は、各文字の上側に記載される横棒（バー）を意味する。以下、同様である。 In addition, the values of the three-axis acceleration for the posture (1), the posture (2), and the posture (3), which are measured in advance in the reference state, are (x 1 /, y 1 /, z 1 /), (x 2 /, y 2 /, z 2 /), (x 3 /, y 3 /, z 3 /), which is represented by the following equation 2 as the value of the 3 × 3 matrix: Let it be matrix A. However, “/” means a horizontal bar (bar) described above each character. The same applies hereinafter.
［数２］
[Equation 2]
ここで、上述したように、センサ装置１２の装着方向ないし装着角度の違いによって、このセンサ装置１２に設けられる加速度センサ３２は基準の状態から回転された位置で装着されている。したがって、その回転を表わす行列をＲとすると、基準となる位置・角度で装着したときに得られるはずの加速度の値（ｘ／，ｙ／，ｚ／）には、数３の関係が成り立つ。また、このことから、数４が成立する。 Here, as described above, the acceleration sensor 32 provided in the sensor device 12 is mounted at a position rotated from the reference state depending on the mounting direction or mounting angle of the sensor device 12. Therefore, if the matrix representing the rotation is R, the relationship of Equation 3 is established between the acceleration values (x /, y /, z /) that should be obtained when the device is mounted at the reference position / angle. Also, from this, Equation 4 is established.
［数３］
[Equation 3]
［数４］
Ｘ＝Ｒ×Ａ
この数３および数４から数５が成り立ち、さらに、数６が成り立ち、この数６に従って数７が得られる。
[Equation 4]
X = R × A
Equation 3 and Equation 4 to Equation 5 are satisfied, and Equation 6 is satisfied, and Equation 7 is obtained according to Equation 6.
［数５］
[Equation 5]
［数６］
Ｒ−１＝Ａ×Ｘ−１
［数７］
[Equation 6]
R −1 = A × X −1
[Equation 7]
このように、予め求めていた基準の状態で所定の動作を行った場合における加速度の平均値の行列Ａと、被験者が定められた姿勢を連続的に取った（所定の動作を行った）ときの加速度の行列Ｘとから、計測された加速度（ｘ，ｙ，ｚ）を、基準とする位置・角度に装着したときに得られるはずの加速度（ｘ／，ｙ／，ｚ／）に変換することができる。 Thus, when the matrix A of the average value of acceleration in the case where a predetermined motion is performed in a predetermined reference state and the subject's determined posture are continuously taken (the predetermined motion is performed) The measured acceleration (x, y, z) is converted from the acceleration matrix X to the acceleration (x /, y /, z /) that should be obtained when mounted at the reference position / angle. be able to.
このような補正値（回転行列Ｒ）を各センサ装置１２（加速度センサ３２）について算出しておけば、その後、各加速度センサ３２からの加速度（加速度データ）を補正することにより、正しい位置・角度で装着された場合と同様に、被験者の動作についての動作データを検出することができる。 If such a correction value (rotation matrix R) is calculated for each sensor device 12 (acceleration sensor 32), the correct position / angle is corrected by correcting the acceleration (acceleration data) from each acceleration sensor 32 thereafter. As in the case of wearing the mobile phone, motion data regarding the motion of the subject can be detected.
たとえば、図８に示した９０°回転の場合についての補正値は数８で示され、図９に示した複雑回転の場合についての補正値は数９で示される。 For example, the correction value for the 90 ° rotation shown in FIG. 8 is expressed by Equation 8, and the correction value for the complex rotation shown in FIG.
［数８］
[Equation 8]
［数９］
[Equation 9]
また、図８に示した９０°回転の場合についての加速度の変化を、上述のようにして求めた補正値によって補正すると、図１０に示すような加速度の変化が得られる。これは、図７に示した基準の場合の結果とほぼ同じである（近似している）ことが分かる。同様に、図９に示した複雑回転の場合についての加速度の変化を、上述のようにして求めた補正値によって補正すると、図１１に示すような加速度の変化が得られる。かかる場合にも、図７に示した基準の場合の結果とほぼ同じであることが分かる。 Further, when the change in acceleration in the case of the 90 ° rotation shown in FIG. 8 is corrected by the correction value obtained as described above, the change in acceleration as shown in FIG. 10 is obtained. It can be seen that this is almost the same (approximate) as the result in the case of the reference shown in FIG. Similarly, when the change in acceleration in the case of the complex rotation shown in FIG. 9 is corrected by the correction value obtained as described above, the change in acceleration as shown in FIG. 11 is obtained. Also in this case, it can be seen that the result is almost the same as the result in the case of the reference shown in FIG.
具体的には、図１に示したコンピュータ１８のＣＰＵ（図示せず）が図１２および図１３に示す補正値の算出処理を実行する。ただし、図１２および図１３に示す補正値の算出処理では、所定の動作についての基準データがメモリに記憶されているものとする。 Specifically, a CPU (not shown) of the computer 18 shown in FIG. 1 executes correction value calculation processing shown in FIGS. However, in the correction value calculation process shown in FIGS. 12 and 13, it is assumed that reference data for a predetermined operation is stored in the memory.
図１２に示すように、コンピュータ１８は補正値の算出処理を開始すると、ステップＳ１で、変数ｉおよびｊを初期化する（ｉ＝１，ｊ＝１）。続くステップＳ３では、所定の動作［ｉ］を指示する。上述したように、この実施例では、所定の動作［ｉ］は、右手を上げる［ｉ＝１］、左足を前に出す［ｉ＝２］、左手を上げる［ｉ＝３］、右足を前に出す［ｉ＝４］の４つの動作である。 As shown in FIG. 12, when the computer 18 starts the correction value calculation process, variables i and j are initialized at step S1 (i = 1, j = 1). In a succeeding step S3, a predetermined operation [i] is instructed. As described above, in this embodiment, the predetermined operation [i] is to raise the right hand [i = 1], to move the left foot forward [i = 2], to raise the left hand [i = 3], and to move the right foot forward. [I = 4].
したがって、ステップＳ３では、コンピュータ１８は、所定の動作［ｉ］を被験者に指示するべく、対応する動作についての合成音声データをメモリ（図示せず）から読み出し、Ｄ／Ａ変換および増幅の処理を施した後、コンピュータ１８に設けられるスピーカ（図示せず）から出力する。ただし、センサ装置１２にＤ／Ａ変換器、増幅器およびスピーカを設けておき、コンピュータ１８から所定の動作［ｉ］を指示するための合成音声データをネットワーク１６および中継器１４を介して送信して、被験者が装着するセンサ装置１２から所定の動作［ｉ］の指示を音声出力するようにしてもよい。また、音声による指示に限定される必要はなく、コンピュータ１８に接続されるディスプレイにテキスト表示することにより、動作を指示してもよい。かかる場合には、センサ装置１２にディスプレイドライバ（インターフェイス）およびディスプレイを設けておき、コンピュータ１８の指示に従ってそのディスプレイに所定の動作［ｉ］の指示をテキスト表示するようにしてもよい。さらには、音声出力とテキスト表示との両方で所定の動作［ｉ］を指示するようにしてもよい。 Accordingly, in step S3, the computer 18 reads out synthesized voice data for the corresponding action from a memory (not shown) to instruct the subject to perform a predetermined action [i], and performs D / A conversion and amplification processing. After the application, the sound is output from a speaker (not shown) provided in the computer 18. However, the sensor device 12 is provided with a D / A converter, an amplifier and a speaker, and the synthesized voice data for instructing a predetermined operation [i] is transmitted from the computer 18 via the network 16 and the repeater 14. The instruction of the predetermined operation [i] may be output by voice from the sensor device 12 worn by the subject. Moreover, it is not necessary to be limited to a voice instruction, and the operation may be instructed by displaying text on a display connected to the computer 18. In such a case, the sensor device 12 may be provided with a display driver (interface) and a display, and an instruction for a predetermined operation [i] may be displayed as text on the display in accordance with an instruction from the computer 18. Furthermore, a predetermined operation [i] may be instructed by both voice output and text display.
次のステップＳ５では、全てのセンサ装置１２からの加速度データを検出し、データベース２０に記憶する。続いて、ステップＳ７では、閾値［ｉ］を読み出す。ここで、閾値［ｉ］は、所定の動作［ｉ］に対応した値であり、実験により、基準の状態で所定の動作［ｉ］を行ったときに経験的に得られた値である。続くステップＳ９では、加速度データ［ｊ］をメモリから読み出す。ここでは、各センサ装置１２からの加速度データを区別するために変数ｊを用いてある。 In the next step S5, acceleration data from all the sensor devices 12 are detected and stored in the database 20. Subsequently, in step S7, the threshold value [i] is read. Here, the threshold value [i] is a value corresponding to the predetermined operation [i], and is a value empirically obtained when the predetermined operation [i] is performed in a reference state by experiment. In subsequent step S9, acceleration data [j] is read from the memory. Here, a variable j is used to distinguish acceleration data from each sensor device 12.
そして、ステップＳ１１では、加速度データ［ｊ］の最大変化量（絶対値）が閾値［ｉ］よりも大きいかどうかを判断する。ステップＳ１１で“ＮＯ”であれば、つまり加速度データ［ｉ］の最大変化量が閾値［ｉ］以下であれば、ステップＳ１３で、変数ｊを１加算し（ｊ＝ｊ＋１）、変数ｊが４よりも大きいかどうかを判断する。つまり、すべての加速度データ［ｊ］について閾値［ｉ］と比較したかどうかを判断する。ステップＳ１５で“ＮＯ”であれば、つまり変数ｊが４以下であれば、そのままステップＳ９に戻って、次の加速度データ［ｊ］について処理を実行する。一方、ステップＳ１５で“ＹＥＳ”であれば、つまり変数ｊが４よりも大きければ、加速度データを正しく検出できていないと判断して、ステップＳ１７で、エラーを被験者に発して、図１３に示すように、補正値の算出処理を終了する。たとえば、ステップＳ１７では、被験者に対して、正しくセンサ装置１２が装着されていない旨および所定の動作が正しくない旨のメッセージが音声ないしテキスト表示或いはそれらの両方によって実行される。 In step S11, it is determined whether the maximum change amount (absolute value) of the acceleration data [j] is larger than the threshold value [i]. If “NO” in the step S11, that is, if the maximum change amount of the acceleration data [i] is equal to or less than the threshold value [i], the variable j is incremented by 1 (j = j + 1) and the variable j is 4 in the step S13. To determine if it is greater than That is, it is determined whether or not all acceleration data [j] is compared with the threshold value [i]. If “NO” in the step S15, that is, if the variable j is 4 or less, the process returns to the step S9 as it is and the process is executed for the next acceleration data [j]. On the other hand, if “YES” in the step S15, that is, if the variable j is larger than 4, it is determined that the acceleration data is not correctly detected, and an error is issued to the subject in a step S17, as shown in FIG. In this way, the correction value calculation process is terminated. For example, in step S <b> 17, a message that the sensor device 12 is not correctly mounted and that a predetermined operation is not correct is executed to the subject by voice or text display or both.
また、ステップＳ１１で“ＹＥＳ”であれば、つまり加速度データ［ｊ］の最大変化量が閾値［ｉ］よりも大きければ、ステップＳ１９で、加速度データ［ｊ］に対応する加速度センサ３２（センサ装置１２）の装着位置を、所定の動作［ｉ］に対応する部位に決定する。たとえば、この実施例では、所定の動作［１］は、右手を上げる動作であるため、かかる場合には、ステップＳ１９では、当該センサ装置１２の装着位置を右手首に設定する。また、所定の動作［２］は、左足を前に出す動作であるため、かかる場合には、ステップＳ１９では、当該センサ装置１２の装着位置を左足首に設定する。さらに、所定の動作［３］は、左手を上げる動作であるため、かかる場合には、ステップＳ１９では、当該センサ装置１２の装着位置を左手首に設定する。そして、所定の動作［４］は、右足を前に出す動作であるため、かかる場合には、ステップＳ１９では、当該センサ装置１２の装着位置を右足首に設定する。具体的には、コンピュータ１８は、データベース２０に、図２（Ｂ）に示したようなセンサ装置の識別テーブルを作成する。ただし、この識別テーブルは、コンピュータ１８の内部メモリに作成するようにしてもよい。詳細な説明は省略するが、他のセンサ装置１２についても同様である。 If “YES” in the step S11, that is, if the maximum change amount of the acceleration data [j] is larger than the threshold value [i], the acceleration sensor 32 (sensor device) corresponding to the acceleration data [j] in a step S19. The mounting position of 12) is determined as a part corresponding to the predetermined operation [i]. For example, in this embodiment, the predetermined operation [1] is an operation of raising the right hand. In such a case, in step S19, the mounting position of the sensor device 12 is set to the right wrist. In addition, since the predetermined operation [2] is an operation of moving the left foot forward, in this case, in step S19, the mounting position of the sensor device 12 is set to the left ankle. Furthermore, since the predetermined operation [3] is an operation of raising the left hand, in such a case, in step S19, the mounting position of the sensor device 12 is set to the left wrist. Since the predetermined operation [4] is an operation of moving the right foot forward, in this case, in step S19, the mounting position of the sensor device 12 is set to the right ankle. Specifically, the computer 18 creates an identification table for the sensor device as shown in FIG. However, this identification table may be created in the internal memory of the computer 18. Although the detailed description is omitted, the same applies to the other sensor devices 12.
続くステップＳ２１では、変数ｉを１加算する（ｉ＝ｉ＋１）。そして、ステップＳ２３では、変数ｉが４よりも大きいかどうかを判断する。つまり、すべてのセンサ装置１２の装着位置を決定したかどうかを判断する。ステップＳ２３で“ＮＯ”であれば、つまり変数ｉが４以下であれば、ステップＳ２５で、変数ｊを初期化（リセット）して（ｊ＝ｊ＋１）、ステップＳ３に戻る。つまり、次の所定の動作［ｉ］を被験者に指示する。一方、ステップＳ２３で“ＹＥＳ”であれば、つまり変数ｉが４よりも大きければ、すべてのセンサ装置１２の装着位置を決定したと判断して、図１３に示すステップＳ２７に進む。 In the subsequent step S21, the variable i is incremented by 1 (i = i + 1). In step S23, it is determined whether or not the variable i is larger than 4. That is, it is determined whether or not the mounting positions of all the sensor devices 12 have been determined. If “NO” in the step S23, that is, if the variable i is 4 or less, the variable j is initialized (reset) (j = j + 1) in a step S25, and the process returns to the step S3. That is, the next predetermined operation [i] is instructed to the subject. On the other hand, if “YES” in the step S23, that is, if the variable i is larger than 4, it is determined that the mounting positions of all the sensor devices 12 have been determined, and the process proceeds to a step S27 shown in FIG.
ステップＳ２７では、右手首に装着されたセンサ装置１２からの加速度データと、右手を上げる動作の基準データとから、上述したように、補正値１を算出し、当該センサ装置１２に対応付けてメモリ（内部メモリまたはデータベース２０）に記憶する。続く、ステップＳ２９では、左手首に装着されたセンサ装置１２からの加速度データと、左手を上げる動作の基準データとから、上述したように、補正値２を算出し、当該センサ装置１２に対応付けてメモリに記憶する。次に、ステップＳ３１では、右足首に装着されたセンサ装置１２からの加速度データと、右足を前に出す動作の基準データとから、上述したように、補正値３を算出し、当該センサ装置１２に対応付けてメモリに記憶する。そして、ステップＳ３３では、左足首に装着されたセンサ装置１２からの加速度データと、左足を前に出す動作の基準データとから、上述したように、補正値４を算出し、当該センサ装置１２に対応付けてメモリに記憶して、補正値の算出処理を終了する。 In step S27, as described above, the correction value 1 is calculated from the acceleration data from the sensor device 12 attached to the right wrist and the reference data for the action of raising the right hand, and is stored in association with the sensor device 12. Store in (internal memory or database 20). Subsequently, in step S29, as described above, the correction value 2 is calculated from the acceleration data from the sensor device 12 attached to the left wrist and the reference data for the action of raising the left hand, and is associated with the sensor device 12. To store in memory. Next, in step S31, as described above, the correction value 3 is calculated from the acceleration data from the sensor device 12 attached to the right ankle and the reference data for the operation of moving the right foot forward, and the sensor device 12 Are stored in the memory in association with In step S33, as described above, the correction value 4 is calculated from the acceleration data from the sensor device 12 attached to the left ankle and the reference data for the operation of moving the left foot forward. The correction value is calculated and stored in the memory, and the correction value calculation process is terminated.
なお、この実施例では、４つのセンサ装置１２を用いるため、図１２および図１３に示した補正値の算出処理では、変数ｉおよびｊの最大値を４としてあるが、変数ｉおよびｊの数値はセンサ装置１２の数に従って適宜変更される。 In this embodiment, since the four sensor devices 12 are used, the maximum values of the variables i and j are set to 4 in the correction value calculation processing shown in FIGS. Is appropriately changed according to the number of sensor devices 12.
また、図示は省略するが、被験者が動作するに従ってセンサ装置１２の向きが変化する可能性があるため、一定時間（たとえば、１０分）毎に、補正値を算出し直す（更新する）ようにしてもよい。かかる場合には、図１２および図１３の補正値の算出処理において、ステップＳ９−Ｓ１９の処理を削除した処理を実行すればよい。 Although illustration is omitted, since the orientation of the sensor device 12 may change as the subject moves, the correction value is recalculated (updated) every certain time (for example, 10 minutes). May be. In such a case, in the correction value calculation process of FIGS. 12 and 13, a process in which the processes of steps S9 to S19 are deleted may be executed.
この実施例によれば、センサ装置を正しく装着したときに予め検出した基準データと、検出した動作データとに基づいて補正値を算出し、この補正値を用いて各センサ装置で検出される加速度データを補正するので、正しい装着状態と同等の動作データを検出することができる。つまり、センサ装置の装着状態に拘わらず、被験者の動作を正確に検出することができる。 According to this embodiment, the correction value is calculated based on the reference data detected in advance when the sensor device is correctly mounted and the detected operation data, and the acceleration detected by each sensor device using this correction value. Since the data is corrected, it is possible to detect operation data equivalent to a correct wearing state. That is, it is possible to accurately detect the movement of the subject regardless of the wearing state of the sensor device.
したがって、たとえば、センサ装置を正しく装着したときのあらゆる動作についての動作データ（基準動作データ）を動作毎に記憶しておけば、この基準動作データと、被験者の補正後の動作データ（補正動作データ）とをＤＰマッチング法やＨＭＭ（隠れマルコフモデル）法を用いて、基準動作データが示す動作を被験者の動作として特定（認識）することができる。 Therefore, for example, if motion data (reference motion data) for every motion when the sensor device is correctly mounted is stored for each motion, this reference motion data and motion data after correction of the subject (corrected motion data) ) And DP matching method or HMM (Hidden Markov Model) method can be used to identify (recognize) the motion indicated by the reference motion data as the motion of the subject.
なお、この実施例では、データ量を削減するために、センサ装置の装着位置を判別するための動作と、各センサ装置からの加速度データの補正値を算出するための動作とを同じにしてあるが、これらは異なる動作であってもよい。ただし、異なる動作にする場合には、全てのセンサ装置の装着位置を決定した後に、補正値を算出するための動作を被験者に実行させて、新たに加速度データを収集する必要がある。また、異なる動作についての基準データを用意しておく必要もある。 In this embodiment, in order to reduce the amount of data, the operation for determining the mounting position of the sensor device and the operation for calculating the correction value of the acceleration data from each sensor device are the same. However, these may be different operations. However, in the case of different motions, after determining the mounting positions of all the sensor devices, it is necessary to cause the subject to perform motions for calculating correction values and newly collect acceleration data. It is also necessary to prepare reference data for different operations.
１０ …動作計測システム
１２ …センサ装置
１４ …中継器
１６ …ネットワーク
１８ …コンピュータ
２０ …データベース
３０，５０ …ＣＰＵ
３２ …加速センサ
３６，５６ …Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Motion measuring system 12 ... Sensor apparatus 14 ... Repeater 16 ... Network 18 ... Computer 20 ... Database 30, 50 ... CPU
32 ... Acceleration sensor 36, 56 ... Bluetooth module
Claims (4)
所定の方向で前記加速度センサを前記被験者の所定の部位に装着し、当該被験者が所定の動作を行うときに当該加速度センサからの加速度データを取得して基準データとして予め記憶する基準データ記憶手段、
前記所定の部位に前記加速度センサを装着した前記被験者が前記所定の動作を行うとき、当該加速度センサからの加速度データを検出する加速度データ検出手段、および
前記加速度データ検出手段によって検出された加速度データと、前記基準データ記憶手段に記憶された基準データとに基づいて、前記加速度センサからの加速度データを補正するための補正値を算出する補正値算出手段を備える、動作計測装置。 A motion measurement device that detects motion data about a motion of a subject wearing an acceleration sensor at a predetermined site and stores the motion data in a motion data storage means,
Reference data storage means for attaching the acceleration sensor to a predetermined part of the subject in a predetermined direction, acquiring acceleration data from the acceleration sensor when the subject performs a predetermined operation, and storing the acceleration data in advance as reference data;
Acceleration data detection means for detecting acceleration data from the acceleration sensor when the subject wearing the acceleration sensor at the predetermined site performs the predetermined motion; and acceleration data detected by the acceleration data detection means; An operation measuring device comprising correction value calculation means for calculating a correction value for correcting acceleration data from the acceleration sensor based on reference data stored in the reference data storage means.
前記複数の加速度センサを前記被験者の前記複数の所定の部位のそれぞれに装着したとき、前記加速度データ検出手段は前記複数の加速度センサからの加速度データをそれぞれ検出し、
前記補正値算出手段は、前記複数の加速度センサからの加速度データのそれぞれと、当該加速度データと対応する基準データのそれぞれとに基づいて、それぞれの加速度データを補正するための補正値を当該複数の加速度センサのそれぞれについて算出する、請求項１記載の動作計測装置。 The reference data storage means preliminarily uses acceleration data from the plurality of acceleration sensors as respective reference data when the plurality of acceleration sensors are respectively attached to the plurality of predetermined portions of the subject in a predetermined direction. Remember,
When the plurality of acceleration sensors are attached to each of the plurality of predetermined parts of the subject, the acceleration data detection unit detects acceleration data from the plurality of acceleration sensors,
The correction value calculation means determines a correction value for correcting each acceleration data based on each of the acceleration data from the plurality of acceleration sensors and each of the reference data corresponding to the acceleration data. The motion measurement device according to claim 1, wherein the motion measurement device calculates each of the acceleration sensors.
前記閾値記憶手段に記憶された所定の閾値と、前記加速度データ検出手段によって検出された加速度データの最大変化量とを比較する比較手段、および
前記比較手段の結果、前記最大変化量が前記所定の閾値を超えるとき、当該最大変化量を示す加速度についての加速度データを出力する加速度センサを、当該所定の閾値に対応する部位の加速度を検出する加速度センサとして決定する部位決定手段をさらに備える、請求項２記載の動作計測装置。 Threshold storage means for storing a predetermined threshold corresponding to each part to which each acceleration sensor is to be attached;
A comparison means for comparing the predetermined threshold value stored in the threshold value storage means with the maximum change amount of the acceleration data detected by the acceleration data detection means; and as a result of the comparison means, the maximum change amount is the predetermined change amount The apparatus further comprises a part determining unit that determines an acceleration sensor that outputs acceleration data about an acceleration indicating the maximum change amount as an acceleration sensor that detects acceleration of a part corresponding to the predetermined threshold when the threshold is exceeded. 2. The motion measuring apparatus according to 2.
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