JP2016221008A - Load detection method, load detection device, and load detection program - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect the presence or absence of a load in any region of a human body.SOLUTION: A load detection device 1 comprises a first calculation unit 1a, a second calculation unit 1b, and a determination unit 1c. The first calculation unit 1a calculates a first angle indicating the inclination of a region 2a of a subject 2 on the basis of a first measurement result obtained by an acceleration sensor 3 fitted to the subject 2. The second calculation unit 1b calculates a second angle indicating the inclination of the region 2a on the basis of a second measurement result of the subject 2 obtained by another sensor of a kind different from the acceleration sensor 3. The determination unit 1c determines the presence or absence of a load on the region 2a on the basis of the difference between the first angle and the second angle.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は負荷検出方法、負荷検出装置および負荷検出プログラムに関する。   The present invention relates to a load detection method, a load detection device, and a load detection program.

職業性疾病の1つとして、腰痛が知られている。例えば、腰痛は、重い荷物を持ち上げた場合に椎間板や筋肉などに急激な力が加わり損傷することで発症すると言われている。
また、人体の特定箇所に加わる負荷を測定する技術が提案されている。例えば、作業者の体幹に装着された角度センサと、作業者の足底に装着された荷重センサとにより検出された情報に基づいて、腰部に加わる負荷を算出する腰痛予防装置が提案されている。また、膝部と踵部とに3軸加速度計を装着させ、3軸加速度計から測定した加速度に基づいて算出された力積から膝部、踵部に加わる負荷量が計測される技術が提案されている。
Low back pain is known as one of occupational diseases. For example, low back pain is said to develop when a heavy load is lifted and a sudden force is applied to the intervertebral disc or muscles to damage it.
In addition, a technique for measuring a load applied to a specific part of a human body has been proposed. For example, a low back pain prevention device has been proposed that calculates a load applied to the lower back based on information detected by an angle sensor attached to the trunk of the worker and a load sensor attached to the sole of the worker. Yes. Also proposed is a technique in which a three-axis accelerometer is attached to the knee and the buttocks, and the load applied to the knee and hips is measured from the impulse calculated based on the acceleration measured from the three-axis accelerometer. Has been.

特開2012−183291号公報JP 2012-183291 A 特開2012−183294号公報JP 2012-183294 A

上記の技術では、腰部、膝部、踵部といった人体における特定の部位に加わる負荷を測定できるのみであるという問題がある。
1つの側面では、本発明は、人体のどの部位でも負荷の有無を検出可能な負荷検出方法、負荷検出装置および負荷検出プログラムを提供することを目的とする。
In the above technique, there is a problem that it is only possible to measure a load applied to a specific part of the human body such as the waist, knee, and buttocks.
In one aspect, an object of the present invention is to provide a load detection method, a load detection device, and a load detection program capable of detecting the presence or absence of a load at any part of a human body.

1つの態様では、負荷検出方法が提供される。この負荷検出方法は、コンピュータが、人体に装着された加速度センサによる第1の測定結果に基づいて、人体の部位の傾きを示す第1の角度を算出し、加速度センサとは異なる種類の他のセンサによる人体の第2の測定結果に基づいて、部位の傾きを示す第2の角度を算出し、第1の角度と第2の角度との差分に基づいて、部位にかかる負荷の有無を判定する。   In one aspect, a load detection method is provided. In this load detection method, the computer calculates a first angle indicating the inclination of the part of the human body based on the first measurement result by the acceleration sensor attached to the human body, and other types different from the acceleration sensor. Based on the second measurement result of the human body by the sensor, a second angle indicating the inclination of the part is calculated, and the presence / absence of a load applied to the part is determined based on the difference between the first angle and the second angle. To do.

また、1つの態様では、負荷検出装置が提供される。この負荷検出装置は第1の算出部と第2の算出部と判定部とを有する。第1の算出部は、人体に装着された加速度センサによる第1の測定結果に基づいて、人体の部位の傾きを示す第1の角度を算出する。第2の算出部は、加速度センサとは異なる種類の他のセンサによる人体の第2の測定結果に基づいて、部位の傾きを示す第2の角度を算出する。判定部は、第1の角度と第2の角度との差分に基づいて、部位にかかる負荷の有無を判定する。   In one aspect, a load detection device is provided. The load detection device includes a first calculation unit, a second calculation unit, and a determination unit. The first calculation unit calculates a first angle indicating the inclination of the part of the human body based on a first measurement result by the acceleration sensor attached to the human body. The second calculation unit calculates a second angle indicating the inclination of the part based on the second measurement result of the human body by another sensor different from the acceleration sensor. The determination unit determines the presence or absence of a load applied to the part based on the difference between the first angle and the second angle.

また、1つの態様では、負荷検出プログラムが提供される。この負荷検出プログラムは、コンピュータに、人体に装着された加速度センサによる第1の測定結果に基づいて、人体の部位の傾きを示す第1の角度を算出し、加速度センサとは異なる種類の他のセンサによる人体の第2の測定結果に基づいて、部位の傾きを示す第2の角度を算出し、第1の角度と第2の角度との差分に基づいて、部位にかかる負荷の有無を判定する、処理を実行させる。   In one aspect, a load detection program is provided. The load detection program calculates a first angle indicating the inclination of the part of the human body based on the first measurement result by the acceleration sensor attached to the human body on the computer, and other types different from the acceleration sensor. Based on the second measurement result of the human body by the sensor, a second angle indicating the inclination of the part is calculated, and the presence / absence of a load applied to the part is determined based on the difference between the first angle and the second angle. To execute the process.

1つの側面では、人体のどの部位でも負荷の有無を検出できる。   In one aspect, the presence or absence of a load can be detected at any part of the human body.

第1の実施の形態の負荷検出装置を示す図である。It is a figure which shows the load detection apparatus of 1st Embodiment. 第2の実施の形態の負荷検出システムを示す図である。It is a figure which shows the load detection system of 2nd Embodiment. 負荷検出装置のハードウェア例を示す図である。It is a figure which shows the hardware example of a load detection apparatus. 被験者に加速度センサと反射マーカを装着させている状態を示す図である。It is a figure which shows the state which has made the test subject wear the acceleration sensor and the reflective marker. 負荷検出装置の機能例を示す図である。It is a figure which shows the function example of a load detection apparatus. センサ角度の算出について示す図である。It is a figure shown about calculation of a sensor angle. 負荷判定処理の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of a load determination process. 負荷の発生箇所を特定する処理について示す図である。It is a figure shown about the process which pinpoints the generation | occurrence | production location of load. 負荷判定処理の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of a load determination process. 負荷の向きおよび大きさの算出について示す図である。It is a figure shown about calculation of the direction and magnitude | size of load. 2次元座標に変換する第1の方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 1st method converted into a two-dimensional coordinate. 2次元座標に変換する第2の方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 2nd method converted into a two-dimensional coordinate. 第3の実施の形態の負荷検出装置の機能例を示す図である。It is a figure which shows the function example of the load detection apparatus of 3rd Embodiment.

以下、本実施の形態について図面を参照して説明する。
[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施の形態の負荷検出装置を示す図である。負荷検出装置1は、第1の算出部1a、第2の算出部1b、判定部1cおよび演算部1dを有する。第1の算出部1a、第2の算出部1b、判定部1cおよび演算部1dは、CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)などを含み得る。「プロセッサ」には、複数のプロセッサの集合(マルチプロセッサ)も含まれ得る。
Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram illustrating a load detection device according to the first embodiment. The load detection device 1 includes a first calculation unit 1a, a second calculation unit 1b, a determination unit 1c, and a calculation unit 1d. The first calculation unit 1a, the second calculation unit 1b, the determination unit 1c, and the calculation unit 1d are a CPU (Central Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and an FPGA (Field Programmable Gate). Array) and the like. The “processor” may include a set of multiple processors (multiprocessor).

負荷検出装置1は、被験者2の身体の部位2aにかかる負荷の有無を検出する装置である。部位2aは、例えば、被験者2の背中や肩など、被験者2の身体の任意の箇所とすることができる。   The load detection device 1 is a device that detects the presence or absence of a load on the body part 2 a of the subject 2. The part 2a can be an arbitrary part of the body of the subject 2, such as the back or shoulder of the subject 2, for example.

被験者2は、加速度センサ3を装着する。加速度センサ3は、例えば、3軸加速度センサである。この場合、加速度センサ3は、3軸方向に対する加速度の値を測定する。また、例えば、加速度センサ3は部位2aに装着されてもよいし、あるいは、部位2aの周囲の複数箇所に加速度センサ3が装着されてもよい。負荷検出装置1は、加速度センサ3による測定結果を取得することができる。   The subject 2 wears the acceleration sensor 3. The acceleration sensor 3 is, for example, a triaxial acceleration sensor. In this case, the acceleration sensor 3 measures the acceleration value in the three-axis directions. Further, for example, the acceleration sensor 3 may be attached to the part 2a, or the acceleration sensor 3 may be attached to a plurality of places around the part 2a. The load detection device 1 can acquire a measurement result by the acceleration sensor 3.

また、負荷検出装置1は、モーションキャプチャによる被験者2の身体の測定結果を取得することができる。図1では、撮像デバイス4と演算部1dとを含む光学式のモーションキャプチャシステム5が例示されている。撮像デバイス4は、被験者2を撮像する。演算部1dは、撮像デバイス4による測定値に基づいて、被験者2の身体に関する測定結果を出力する。   Moreover, the load detection apparatus 1 can acquire the measurement result of the body of the subject 2 by motion capture. In FIG. 1, an optical motion capture system 5 including an imaging device 4 and a calculation unit 1d is illustrated. The imaging device 4 images the subject 2. The computing unit 1 d outputs a measurement result related to the body of the subject 2 based on the measurement value obtained by the imaging device 4.

例えば、被験者2の部位2aおよびその周辺に複数のマーカが装着され、撮像デバイス4は、これらのマーカを撮像する。なお、複数台の撮像デバイス4によって異なる位置から各マーカが撮像されてもよい。演算部1dは、撮像デバイス4による撮像結果に基づいて、各マーカの3次元空間上の位置を測定する。   For example, a plurality of markers are attached to the part 2a of the subject 2 and the periphery thereof, and the imaging device 4 images these markers. In addition, each marker may be imaged from different positions by a plurality of imaging devices 4. The computing unit 1d measures the position of each marker in the three-dimensional space based on the imaging result by the imaging device 4.

なお、演算部1dの機能は、負荷検出装置1とは別の装置に実装されてもよい。また、撮像デバイス4としては、例えば、可視領域を撮像するデバイス、赤外領域を撮像するデバイス、これらを組み合わせた複合デバイスなどが用いられてもよい。さらに、モーションキャプチャシステム5としては、光学式のものに限らず、例えば、磁気センサを用いた磁気式などの他の方式を用いたシステムを利用することもできる。   Note that the function of the calculation unit 1d may be implemented in a device different from the load detection device 1. Further, as the imaging device 4, for example, a device that captures an image in the visible region, a device that captures an image in the infrared region, or a composite device that combines these devices may be used. Furthermore, the motion capture system 5 is not limited to an optical system, and a system using another system such as a magnetic system using a magnetic sensor can also be used.

第1の算出部1aは、加速度センサ3による測定結果を取得する。第2の算出部1bは、モーションキャプチャシステム5による測定結果を取得する。これらの測定結果は、同じ時刻に測定されたものである。なお、第1の算出部1aおよび第2の算出部1bは、これらの測定結果をリアルタイムで取得してもよいし、あるいは、記憶装置(図示せず)に蓄積された測定結果の中からこれらの測定結果を取得してもよい。   The first calculation unit 1a acquires a measurement result by the acceleration sensor 3. The second calculation unit 1b acquires a measurement result by the motion capture system 5. These measurement results are measured at the same time. Note that the first calculation unit 1a and the second calculation unit 1b may acquire these measurement results in real time, or from among the measurement results accumulated in a storage device (not shown). The measurement result may be acquired.

第1の算出部1aは、加速度センサ3による測定結果に基づいて、部位2aの傾きを示す第1の角度を算出する。例えば、第1の算出部1aは、加速度センサ3が測定したx方向、y方向、z方向の測定値に基づいて、重力の方向を基準とした第1の角度を算出する。第2の算出部1bは、モーションキャプチャシステム5による測定結果に基づいて、部位2aの傾きを示す第2の角度を算出する。なお、第1の角度および第2の角度は、3次元空間上の角度であってもよいし、所定の基準平面上における角度であってもよい。   The first calculation unit 1a calculates a first angle indicating the inclination of the part 2a based on the measurement result by the acceleration sensor 3. For example, the first calculator 1a calculates the first angle based on the direction of gravity based on the measured values in the x, y, and z directions measured by the acceleration sensor 3. The second calculation unit 1b calculates a second angle indicating the inclination of the part 2a based on the measurement result by the motion capture system 5. Note that the first angle and the second angle may be angles on a three-dimensional space or angles on a predetermined reference plane.

ここで、部位2aが動いていないとき、加速度センサ3の測定結果には重力加速度成分のみが含まれ、運動加速度成分が含まれない。このような状態では、加速度センサ3の測定結果に基づく第1の角度には、誤差が発生しにくい。しかし、部位2aが加速を伴って動いているとき、加速度センサ3の測定結果には重力加速度成分に加えて運動加速度成分も含まれる。このような状態では、第1の角度には、運動加速度成分による誤差が発生する。   Here, when the part 2a is not moving, the measurement result of the acceleration sensor 3 includes only the gravitational acceleration component and does not include the motion acceleration component. In such a state, an error hardly occurs in the first angle based on the measurement result of the acceleration sensor 3. However, when the part 2a is moving with acceleration, the measurement result of the acceleration sensor 3 includes a motion acceleration component in addition to the gravitational acceleration component. In such a state, an error due to the motion acceleration component occurs at the first angle.

一方、モーションキャプチャシステム5による測定結果に基づく第2の角度には、部位2aが動いているか否かにかかわらず、誤差が発生しにくい。このため、第1の角度と第2の角度との差分が0でない場合には、部位2aが動いており、第1の角度に運動加速度成分による誤差が発生していると推定される。   On the other hand, an error is unlikely to occur at the second angle based on the measurement result by the motion capture system 5 regardless of whether or not the part 2a is moving. For this reason, when the difference between the first angle and the second angle is not 0, the part 2a is moving, and it is estimated that an error due to the motion acceleration component occurs in the first angle.

判定部1cは、このような第1の角度に生じ得る誤差を利用して、部位2aに負荷がかかっているか否かを判定する。すなわち、判定部1cは、第1の角度と第2の角度との差分に基づいて、部位2aにかかる負荷の有無を判定する。第1の角度と第2の角度とに差分がある場合、その原因は、運動加速度成分によるものである。第1の角度と第2の角度とに差分がある部位2aには運動加速度が加わっているため、運動の第2の法則(F=ma:Fは力、mは質量、aは運動加速度)から、部位2aに負荷がかかっているといえる。このように、判定部1cは、第1の角度と第2の角度とに差分がある場合、部位2aに負荷がかかっていると判定する。なお、負荷がかかっていると判定する部位2aは、身体の特定の領域に限定してもよいし、広範囲な領域を示してもよい。   The determination unit 1c determines whether or not a load is applied to the part 2a by using such an error that may occur in the first angle. That is, the determination unit 1c determines the presence / absence of a load applied to the part 2a based on the difference between the first angle and the second angle. If there is a difference between the first angle and the second angle, the cause is due to the motion acceleration component. Since motion acceleration is added to the part 2a having a difference between the first angle and the second angle, the second law of motion (F = ma: F is force, m is mass, and a is motion acceleration) Therefore, it can be said that the load is applied to the part 2a. Thus, the determination part 1c determines with the load being applied to the site | part 2a, when there exists a difference in a 1st angle and a 2nd angle. Note that the part 2a that is determined to be loaded may be limited to a specific region of the body, or may represent a wide region.

以上の第1の実施の形態によれば、負荷検出装置1は、加速度センサ3に基づく角度の算出誤差を利用することで、部位2aにかかる負荷の有無を正確に判定することができる。また、加速度センサ3の測定値に基づく傾きと、モーションキャプチャによる測定値に基づく傾きは、被験者2の身体のどの部位でも検出可能である。したがって、負荷検出装置1は、このように傾きを検出可能な部位であれば、被験者2の身体のどの部位でも負荷の有無を判定することができる。   According to the first embodiment described above, the load detection device 1 can accurately determine the presence or absence of a load on the part 2a by using an angle calculation error based on the acceleration sensor 3. In addition, the inclination based on the measurement value of the acceleration sensor 3 and the inclination based on the measurement value obtained by motion capture can be detected at any part of the body of the subject 2. Therefore, the load detection device 1 can determine whether or not there is a load at any part of the body of the subject 2 as long as the part can detect the inclination in this way.

なお、上記の例では、モーションキャプチャシステム5による測定結果に基づく第2の角度が算出されているが、傾斜計などのセンサが計測した測定結果に基づいて第2の角度が算出されてもよい。   In the above example, the second angle based on the measurement result by the motion capture system 5 is calculated. However, the second angle may be calculated based on the measurement result measured by a sensor such as an inclinometer. .

[第2の実施の形態]
図2は、第2の実施の形態の負荷検出システムを示す図である。負荷検出システムは、負荷検出装置100、加速度センサ200a,200b,・・・およびカメラ300a〜300dを含む。負荷検出装置100、加速度センサ200a,200b,・・・およびカメラ300a〜300dは、ネットワークを介して接続される。加速度センサの数は、2つに限定されない。カメラの数は、4つに限定されない。
[Second Embodiment]
FIG. 2 is a diagram illustrating a load detection system according to the second embodiment. The load detection system includes a load detection device 100, acceleration sensors 200a, 200b, ..., and cameras 300a to 300d. The load detection device 100, the acceleration sensors 200a, 200b,... And the cameras 300a to 300d are connected via a network. The number of acceleration sensors is not limited to two. The number of cameras is not limited to four.

負荷検出装置100は、図1の負荷検出装置1の一例であり、加速度センサ200a,200b,・・・は、図1の加速度センサ3の一例であり、カメラ300a〜300dは、図1の撮像デバイス4の一例である。   The load detection device 100 is an example of the load detection device 1 of FIG. 1, the acceleration sensors 200a, 200b,... Are an example of the acceleration sensor 3 of FIG. 2 is an example of a device 4;

負荷検出装置100は、加速度センサ200a,200b,・・・およびカメラ300a〜300dから取得した情報を解析して、人体の部位に加わる負荷を検出する装置である。   The load detection device 100 is a device that analyzes information acquired from the acceleration sensors 200a, 200b,... And the cameras 300a to 300d and detects a load applied to a part of the human body.

加速度センサ200a,200b,・・・は、被験者に装着される、いわゆる“ウェアラブルセンサ”である。また、加速度センサ200a,200b,・・・は、重力方向を基準とした3軸方向の加速度を検出する3軸加速度センサである。なお、3軸方向がどのように規定されるかについては後述する。   The acceleration sensors 200a, 200b,... Are so-called “wearable sensors” that are worn by the subject. The acceleration sensors 200a, 200b,... Are triaxial acceleration sensors that detect acceleration in three axial directions with respect to the direction of gravity. Note that how the three-axis directions are defined will be described later.

負荷検出装置100とカメラ300a〜300dとにより、光学式モーションキャプチャシステムが構築される。光学式モーションキャプチャシステムでは、被験者に反射マーカ(以下、マーカという場合がある)が装着される。反射マーカに光を当て反射マーカから反射された光をカメラ300a〜300dが撮像する。負荷検出装置100は、カメラ300a〜300dが撮像した情報を基に三角測量の原理を用いて、3次元空間における反射マーカの位置(3次元座標)を算出する。   An optical motion capture system is constructed by the load detection device 100 and the cameras 300a to 300d. In an optical motion capture system, a subject is equipped with a reflective marker (hereinafter sometimes referred to as a marker). The cameras 300a to 300d capture the light reflected on the reflective marker and reflected from the reflective marker. The load detection apparatus 100 calculates the position (three-dimensional coordinate) of the reflective marker in a three-dimensional space using the principle of triangulation based on information captured by the cameras 300a to 300d.

図3は、負荷検出装置のハードウェア例を示す図である。負荷検出装置100は、プロセッサ101、RAM(Random Access Memory)102、HDD(Hard Disk Drive)103、画像信号処理部104、入力信号処理部105、読み取り装置106および通信インタフェース107,107aを有する。   FIG. 3 is a diagram illustrating a hardware example of the load detection device. The load detection device 100 includes a processor 101, a RAM (Random Access Memory) 102, an HDD (Hard Disk Drive) 103, an image signal processing unit 104, an input signal processing unit 105, a reading device 106, and communication interfaces 107 and 107a.

プロセッサ101は、負荷検出装置100全体を制御する。プロセッサ101は、複数のプロセッシング要素を含むマルチプロセッサであってもよい。プロセッサ101は、例えばCPU、DSP、ASICまたはFPGAなどである。また、プロセッサ101は、CPU、DSP、ASIC、FPGAなどのうちの2以上の要素の組み合わせであってもよい。   The processor 101 controls the entire load detection apparatus 100. The processor 101 may be a multiprocessor including a plurality of processing elements. The processor 101 is, for example, a CPU, DSP, ASIC, or FPGA. The processor 101 may be a combination of two or more elements among a CPU, a DSP, an ASIC, an FPGA, and the like.

RAM102は、負荷検出装置100の主記憶装置である。RAM102は、プロセッサ101に実行させるOSのプログラムやアプリケーションプログラムの少なくとも一部を一時的に記憶する。また、RAM102は、プロセッサ101による処理に用いる各種データを記憶する。   The RAM 102 is a main storage device of the load detection device 100. The RAM 102 temporarily stores at least part of an OS program and application programs to be executed by the processor 101. The RAM 102 stores various data used for processing by the processor 101.

HDD103は、負荷検出装置100の補助記憶装置である。HDD103は、内蔵した磁気ディスクに対して、磁気的にデータの書き込みおよび読み出しを行う。HDD103には、OSのプログラム、アプリケーションプログラム、および各種データが格納される。負荷検出装置100は、フラッシュメモリやSSD(Solid State Drive)などの他の種類の補助記憶装置を備えてもよく、複数の補助記憶装置を備えてもよい。   The HDD 103 is an auxiliary storage device of the load detection device 100. The HDD 103 magnetically writes and reads data to and from the built-in magnetic disk. The HDD 103 stores an OS program, application programs, and various data. The load detection device 100 may include other types of auxiliary storage devices such as flash memory and SSD (Solid State Drive), or may include a plurality of auxiliary storage devices.

画像信号処理部104は、プロセッサ101からの命令に従って、負荷検出装置100に接続されたディスプレイ11に画像を出力する。ディスプレイ11としては、CRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ、液晶ディスプレイ(LCD:Liquid Crystal Display)、有機EL(Electro-Luminescence)ディスプレイなど各種のディスプレイを用いることができる。負荷検出装置100は、ディスプレイ11を一体に備えてもよい。   The image signal processing unit 104 outputs an image to the display 11 connected to the load detection device 100 in accordance with an instruction from the processor 101. As the display 11, various displays such as a CRT (Cathode Ray Tube) display, a liquid crystal display (LCD), and an organic EL (Electro-Luminescence) display can be used. The load detection device 100 may include the display 11 as an integral unit.

入力信号処理部105は、負荷検出装置100に接続された入力デバイス12から入力信号を取得し、プロセッサ101に出力する。入力デバイス12としては、マウスやタッチパネルなどのポインティングデバイスやキーボードなどの各種の入力デバイスを用いることができる。負荷検出装置100には、複数の種類の入力デバイスが接続されてもよい。負荷検出装置100は、入力デバイス12を一体に備えてもよい。   The input signal processing unit 105 acquires an input signal from the input device 12 connected to the load detection device 100 and outputs the input signal to the processor 101. As the input device 12, various input devices such as a pointing device such as a mouse and a touch panel and a keyboard can be used. A plurality of types of input devices may be connected to the load detection device 100. The load detection apparatus 100 may include the input device 12 integrally.

読み取り装置106は、可搬型の記録媒体13に記録されたプログラムやデータを読み取る装置である。記録媒体13として、例えば、フレキシブルディスク(FD:Flexible Disk)やHDDなどの磁気ディスク、CD(Compact Disc)やDVD(Digital Versatile Disc)などの光ディスク、光磁気ディスク(MO:Magneto-Optical disk)を使用できる。また、記録媒体13として、例えば、フラッシュメモリカードなどの不揮発性の半導体メモリを使用することもできる。読み取り装置106は、例えば、プロセッサ101からの命令に従って、記録媒体13から読み取ったプログラムやデータをRAM102またはHDD103に格納する。   The reading device 106 is a device that reads a program and data recorded on the portable recording medium 13. As the recording medium 13, for example, a magnetic disk such as a flexible disk (FD) or an HDD, an optical disk such as a CD (Compact Disc) or a DVD (Digital Versatile Disc), or a magneto-optical disk (MO) is used. Can be used. Further, as the recording medium 13, for example, a non-volatile semiconductor memory such as a flash memory card can be used. For example, the reading device 106 stores the program and data read from the recording medium 13 in the RAM 102 or the HDD 103 in accordance with an instruction from the processor 101.

通信インタフェース107は、ネットワークを介して、加速度センサ200a,200b,・・・と通信を行う。通信インタフェース107aは、ネットワークを介して、カメラ300a〜300dと通信を行う。通信インタフェース107,107aは、有線通信インタフェースでもよいし、無線通信インタフェースでもよい。   The communication interface 107 communicates with the acceleration sensors 200a, 200b,... Via the network. The communication interface 107a communicates with the cameras 300a to 300d via a network. The communication interfaces 107 and 107a may be wired communication interfaces or wireless communication interfaces.

図4は、被験者に加速度センサと反射マーカを装着させている状態を示す図である。被験者900の背中には、背骨に沿って直線上に加速度センサと反射マーカが交互に装着される。例えば、被験者900の背中には、上側から加速度センサ200a、反射マーカ400a、加速度センサ200b、反射マーカ400bが順に装着される。反射マーカは、所定の間隔で装着される。例えば、所定の間隔とは、6cmである。また、背骨を腰椎などの5つの領域に分けたそれぞれの領域の境目に少なくとも1つの反射マーカが装着されるようにしてもよい。加速度センサは、両側の反射マーカの中間の位置に装着される。なお、後述するように、本実施の形態では、反射マーカの位置が負荷の有無が検出される対象部位となる。   FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which the subject is wearing an acceleration sensor and a reflective marker. On the back of the subject 900, an acceleration sensor and a reflective marker are alternately mounted on a straight line along the spine. For example, the acceleration sensor 200a, the reflection marker 400a, the acceleration sensor 200b, and the reflection marker 400b are sequentially attached to the back of the subject 900 from the upper side. The reflective markers are attached at predetermined intervals. For example, the predetermined interval is 6 cm. Further, at least one reflection marker may be attached to the boundary of each region obtained by dividing the spine into five regions such as the lumbar spine. The acceleration sensor is mounted at an intermediate position between the reflection markers on both sides. Note that, as will be described later, in the present embodiment, the position of the reflective marker is a target site where the presence or absence of a load is detected.

被験者900は、加速度センサと反射マーカを装着した状態で何らかの動作を行う。負荷検出装置100は、ネットワークを介して、動作中の被験者900の背中に装着されている各加速度センサが測定した測定値を取得する。   The subject 900 performs some operation while wearing the acceleration sensor and the reflective marker. The load detection apparatus 100 acquires a measurement value measured by each acceleration sensor mounted on the back of the subject 900 in operation via the network.

なお、図4では、背中に加速度センサと反射マーカが装着されているが、他の部位に装着されてもよい。例えば、脇腹に沿って直線上に加速度センサと反射マーカが交互に装着されてもよい。   In FIG. 4, the acceleration sensor and the reflective marker are attached to the back, but they may be attached to other parts. For example, an acceleration sensor and a reflective marker may be alternately mounted on a straight line along the flank.

図5は、負荷検出装置の機能例を示す図である。負荷検出装置100は、取得部110、センサ角度算出部120、モーションキャプチャ処理部130、座標変換部140、マーカ角度算出部150、負荷判定部160、負荷情報算出部170および履歴記憶部180を有する。   FIG. 5 is a diagram illustrating a function example of the load detection device. The load detection apparatus 100 includes an acquisition unit 110, a sensor angle calculation unit 120, a motion capture processing unit 130, a coordinate conversion unit 140, a marker angle calculation unit 150, a load determination unit 160, a load information calculation unit 170, and a history storage unit 180. .

取得部110、センサ角度算出部120、モーションキャプチャ処理部130、座標変換部140、マーカ角度算出部150、負荷判定部160、負荷情報算出部170は、例えば、プロセッサ101が実行するプログラムのモジュールとして実装される。履歴記憶部180は、例えば、RAM102またはHDD103に確保した記憶領域として実装される。   The acquisition unit 110, the sensor angle calculation unit 120, the motion capture processing unit 130, the coordinate conversion unit 140, the marker angle calculation unit 150, the load determination unit 160, and the load information calculation unit 170 are, for example, modules of a program executed by the processor 101. Implemented. The history storage unit 180 is mounted as a storage area secured in the RAM 102 or the HDD 103, for example.

取得部110は、加速度センサ200とカメラ300とから同じ時刻に測定された測定値を取得する。なお、図5の加速度センサ200は、加速度センサ200a,200b,・・・を1つにまとめて示したものである。図5のカメラ300は、カメラ300a〜300dを1つにまとめて示したものである。   The acquisition unit 110 acquires measurement values measured from the acceleration sensor 200 and the camera 300 at the same time. In addition, the acceleration sensor 200 of FIG. 5 collectively shows the acceleration sensors 200a, 200b,. The camera 300 in FIG. 5 shows the cameras 300a to 300d together.

取得部110は、リアルタイムに加速度センサ200とカメラ300とから測定値を取得しなくてもよい。例えば、一旦、加速度センサ200とカメラ300とから出力される測定値がHDD103に格納された後、取得部110は、HDD103から同じ時刻に測定された加速度センサ200とカメラ300それぞれの測定値を取得する。   The acquisition unit 110 may not acquire measurement values from the acceleration sensor 200 and the camera 300 in real time. For example, once the measurement values output from the acceleration sensor 200 and the camera 300 are stored in the HDD 103, the acquisition unit 110 acquires the respective measurement values of the acceleration sensor 200 and the camera 300 measured at the same time from the HDD 103. To do.

取得部110が加速度センサ200から取得する測定値は、加速度センサ毎のx方向、y方向、z方向の加速度である。取得部110がカメラ300から取得する情報は、各反射マーカを撮像した情報である。   The measurement values acquired by the acquisition unit 110 from the acceleration sensor 200 are accelerations in the x, y, and z directions for each acceleration sensor. Information acquired by the acquisition unit 110 from the camera 300 is information obtained by imaging each reflection marker.

センサ角度算出部120は、各加速度センサが測定した測定値を基に、各加速度センサが装着されている箇所の、被験者から見て左右方向および前後方向それぞれの傾斜角度を算出する。以下、加速度センサの装着箇所の傾斜角度を「センサ角度」と記載する場合がある。本実施の形態では、センサ角度は、加速度センサが装着された位置における背中の傾斜角度を示し、静止している場合、これは加速度センサ自体の傾斜角度と等価である。   The sensor angle calculation unit 120 calculates the tilt angles in the left-right direction and the front-rear direction, as viewed from the subject, at the location where each acceleration sensor is mounted, based on the measurement values measured by each acceleration sensor. Hereinafter, the inclination angle of the place where the acceleration sensor is mounted may be referred to as “sensor angle”. In the present embodiment, the sensor angle indicates the inclination angle of the back at the position where the acceleration sensor is mounted. When the sensor angle is stationary, this is equivalent to the inclination angle of the acceleration sensor itself.

なお、加速度センサが被験者に傾いた状態で装着されている場合、センサ角度算出部120は、左右方向の傾斜角度を補正したセンサ角度を算出する。加速度センサが被験者に傾いた状態で装着されていない場合、センサ角度算出部120は、算出された傾斜角度をそのままセンサ角度とする。   Note that when the acceleration sensor is attached to the subject in a tilted state, the sensor angle calculation unit 120 calculates a sensor angle obtained by correcting the tilt angle in the left-right direction. When the acceleration sensor is not attached to the subject in a tilted state, the sensor angle calculation unit 120 uses the calculated tilt angle as it is as the sensor angle.

モーションキャプチャ処理部130は、カメラ300から取得した情報を基に三角測量の原理を用いて、各反射マーカの位置(3次元座標)を算出する。なお、これ以後、反射マーカの位置を単に「マーカ位置」と記載する場合がある。   The motion capture processing unit 130 calculates the position (three-dimensional coordinate) of each reflective marker using the principle of triangulation based on the information acquired from the camera 300. Hereinafter, the position of the reflective marker may be simply referred to as “marker position”.

座標変換部140は、モーションキャプチャ処理部130が算出した各マーカ位置の3次元座標を2次元座標に変換する。具体的には、座標変換部140は、マーカ位置の3次元座標を、被験者の前後方向に沿った垂直な平面上の2次元座標と、被験者の左右方向に沿った水平な平面上の2次元座標とに変換する。   The coordinate conversion unit 140 converts the three-dimensional coordinates of each marker position calculated by the motion capture processing unit 130 into two-dimensional coordinates. Specifically, the coordinate converter 140 converts the three-dimensional coordinates of the marker position into two-dimensional coordinates on a vertical plane along the subject's front-rear direction and two-dimensional coordinates on a horizontal plane along the subject's left-right direction. Convert to coordinates.

マーカ角度算出部150は、センサ角度算出部120によって算出されたセンサ角度と、座標変換部140によって算出されたマーカ位置の2次元座標の両方から、マーカ位置の傾斜角度をそれぞれ個別に算出する。以下、マーカ位置の傾斜角度を「マーカ角度」と記載する場合がある。本実施の形態では、マーカ角度は、反射マーカが装着された位置における背中の傾斜角度を示し、これは反射マーカ自体の傾斜角度と等価である。   The marker angle calculation unit 150 individually calculates the inclination angle of the marker position from both the sensor angle calculated by the sensor angle calculation unit 120 and the two-dimensional coordinates of the marker position calculated by the coordinate conversion unit 140. Hereinafter, the inclination angle of the marker position may be referred to as “marker angle”. In the present embodiment, the marker angle indicates the inclination angle of the back at the position where the reflection marker is mounted, and this is equivalent to the inclination angle of the reflection marker itself.

マーカ角度算出部150は、センサ角度を補間演算し、マーカ位置の角度(マーカ角度)を算出する。具体的には、2つの加速度センサの間に反射マーカが存在するので、マーカ角度算出部150は、例えば、当該2つの加速度センサそれぞれの位置でのセンサ角度の平均をマーカ位置の角度とみなす。   The marker angle calculation unit 150 performs an interpolation operation on the sensor angle and calculates an angle of the marker position (marker angle). Specifically, since a reflective marker exists between two acceleration sensors, the marker angle calculation unit 150 regards, for example, the average of sensor angles at the respective positions of the two acceleration sensors as the angle of the marker position.

また、マーカ角度算出部150は、各マーカ位置の2次元座標に基づいて、マーカ位置の角度(マーカ角度)を算出する。例えば、マーカ角度算出部150は、算出対象のマーカ位置の反射マーカと、これに隣接する反射マーカのそれぞれの2次元座標から、マーカ角度を算出する。   In addition, the marker angle calculation unit 150 calculates the marker position angle (marker angle) based on the two-dimensional coordinates of each marker position. For example, the marker angle calculation unit 150 calculates the marker angle from the two-dimensional coordinates of the reflection marker at the marker position to be calculated and the reflection marker adjacent thereto.

なお、モーションキャプチャ処理部130によって各マーカ位置の傾きが直接算出可能な場合もある。この場合、例えば、マーカ角度算出部150は、算出されたマーカ位置の傾きを左右方向と前後方向の各成分に分離する。マーカ角度算出部150は、分離された各成分を、上記の2次元座標に基づく左右方向および前後方向の傾きの代わりに出力する。   In some cases, the motion capture processing unit 130 can directly calculate the inclination of each marker position. In this case, for example, the marker angle calculation unit 150 separates the calculated inclination of the marker position into each component in the left-right direction and the front-rear direction. The marker angle calculation unit 150 outputs the separated components in place of the inclination in the left-right direction and the front-rear direction based on the two-dimensional coordinates.

負荷判定部160は、マーカ位置毎に、センサ角度を基に算出されたマーカ角度と、2次元座標を基に算出されたマーカ角度とに差分があるか否かを判定する。角度に差分がある場合、原因は、運動加速度成分により生じた前者のマーカ角度の誤差によるものである。角度に差分があるマーカ位置には運動加速度が加わっているため、運動の第2の法則(F=ma:Fは力、mは質量、aは運動加速度)から、マーカ位置に負荷が加えられているといえる。そのため、負荷判定部160は、角度に差分があるマーカ位置を負荷が加えられている箇所と判定する。負荷判定部160は、負荷が加えられている箇所の情報(マーカ番号など)を履歴記憶部180に格納する。また、角度に差分がない場合、負荷判定部160は、対応するマーカ位置には負荷が加えられていないと判定する。   The load determination unit 160 determines, for each marker position, whether there is a difference between the marker angle calculated based on the sensor angle and the marker angle calculated based on the two-dimensional coordinates. When there is a difference in angle, the cause is due to an error in the former marker angle caused by the motion acceleration component. Since the motion acceleration is added to the marker position having a difference in angle, a load is applied to the marker position from the second law of motion (F = ma: F is force, m is mass, and a is motion acceleration). It can be said that. Therefore, the load determination unit 160 determines a marker position having a difference in angle as a place where a load is applied. The load determination unit 160 stores information (marker number or the like) of the portion where the load is applied in the history storage unit 180. When there is no difference in angle, the load determination unit 160 determines that no load is applied to the corresponding marker position.

なお、本実施の形態では負荷の測定箇所をマーカ位置としているが、センサ位置でもよい。具体的には、マーカ角度算出部150は、各マーカ位置の2次元座標に基づいて算出されたマーカ角度を補間演算し、センサ位置での角度を算出する。そして、センサ位置毎にセンサ角度と、マーカ角度を基に算出されたセンサ角度とに差分があるか否かを判定してもよい。   In this embodiment, the load measurement point is the marker position, but it may be the sensor position. Specifically, the marker angle calculation unit 150 interpolates the marker angle calculated based on the two-dimensional coordinates of each marker position, and calculates the angle at the sensor position. Then, for each sensor position, it may be determined whether there is a difference between the sensor angle and the sensor angle calculated based on the marker angle.

負荷情報算出部170は、負荷が加えられていると判定されたマーカ位置について、負荷の向きと大きさを算出する。負荷が加えられている向きは運動加速度の向きなので、負荷情報算出部170は、運動加速度の向きと大きさを、マーカ位置の周囲に装着された加速度センサの測定値に基づいて算出する。運動加速度の向きが、マーカ位置に加えられている負荷の向きとして出力される。また、運動の第2の法則から、運動加速度の大きさは、負荷の大きさを示す指標として出力される。   The load information calculation unit 170 calculates the direction and magnitude of the load for the marker position determined to be loaded. Since the direction in which the load is applied is the direction of the motion acceleration, the load information calculation unit 170 calculates the direction and magnitude of the motion acceleration based on the measurement value of the acceleration sensor attached around the marker position. The direction of the motion acceleration is output as the direction of the load applied to the marker position. Further, from the second law of motion, the magnitude of motion acceleration is output as an index indicating the magnitude of load.

また、負荷情報算出部170は、負荷の大きさを、現時点で計測された運動加速度と過去に同じマーカ位置で計測された運動加速度の大きさとの比に基づき、過去の計測時での負荷に対する相対的な大きさとして出力してもよい。この場合、負荷情報算出部170は、過去に計測された運動加速度を履歴記憶部180から取得する。   Further, the load information calculation unit 170 determines the magnitude of the load with respect to the load at the time of the past measurement based on the ratio between the motion acceleration measured at the present time and the magnitude of the motion acceleration measured at the same marker position in the past. You may output as a relative magnitude. In this case, the load information calculation unit 170 acquires the motion acceleration measured in the past from the history storage unit 180.

履歴記憶部180は、各マーカ位置での負荷の計測結果の情報を記憶する。例えば、当該情報は、マーカ番号、負荷の有無、負荷の向き、運動加速度または負荷の大きさを含む。   The history storage unit 180 stores information on load measurement results at each marker position. For example, the information includes a marker number, presence / absence of load, load direction, motion acceleration, or load magnitude.

なお、負荷検出装置100による各センサ位置の負荷の計測は、一定間隔に設定された計測時刻毎に行われる。履歴記憶部180は、各計測時刻での負荷の計測結果の情報を蓄積する。蓄積された情報は、負荷情報算出部170が、負荷の大きさを相対的な値とし算出する際に利用される。   Note that the load at each sensor position is measured by the load detection device 100 at every measurement time set at a constant interval. The history storage unit 180 accumulates information on load measurement results at each measurement time. The accumulated information is used when the load information calculation unit 170 calculates the load magnitude as a relative value.

図6は、センサ角度の算出について示す図である。図6の右上側では、加速度センサ200aが被験者900の背中に装着されていることを示している。
図6の左上側に示すように、加速度センサ200aは、x方向、y方向、z方向のそれぞれに対する加速度を測定する。x方向、y方向、z方向は、重力gの方向に対する相対的な方向として検知される。
FIG. 6 is a diagram illustrating calculation of the sensor angle. The upper right side of FIG. 6 shows that the acceleration sensor 200a is attached to the back of the subject 900.
As shown in the upper left side of FIG. 6, the acceleration sensor 200a measures accelerations in the x direction, the y direction, and the z direction. The x direction, the y direction, and the z direction are detected as directions relative to the direction of gravity g.

x方向は、被験者900の背中に対して前後方向に直交する方向を示し、y方向は、被験者900の背中に対して左右方向に直交する方向を示す。本実施の形態では、図6に示すように、x方向については被験者900の後側方向を正の方向とし、y方向については被験者900の右側方向を正の方向とする。z方向は、被験者900の背中に沿った方向を示す。本実施の形態では、図6に示すように、z方向については被験者900の上側方向を正の方向とする。   The x direction indicates a direction orthogonal to the front-rear direction with respect to the back of the subject 900, and the y direction indicates a direction orthogonal to the left-right direction with respect to the back of the subject 900. In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the rear direction of the subject 900 is the positive direction for the x direction, and the right direction of the subject 900 is the positive direction for the y direction. The z direction indicates a direction along the back of the subject 900. In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the upper direction of subject 900 is the positive direction in the z direction.

センサ角度算出部120は、加速度センサによる上記のような測定値に基づいてセンサ角度を算出する。上からi番目のセンサ位置でのセンサ角度としては、被験者900の左右方向に対するセンサ角度θiS01と、被験者900の前後方向に対するセンサ角度θiS02とが算出される。なお、iは1以上の整数であり、その最大値は加速度センサの個数である。 The sensor angle calculation unit 120 calculates the sensor angle based on the measurement value as described above by the acceleration sensor. The sensor angle of the i-th sensor position from above, the sensor angle theta IS01 in the left-and-right direction of the subject 900, and a sensor angle theta IS02 respect the longitudinal direction of the subject 900 is calculated. Note that i is an integer of 1 or more, and the maximum value is the number of acceleration sensors.

具体的には、図6の下側に示すように、前後方向に対するセンサ角度θiS02は、被験者900の前後方向を含む垂直な平面における、鉛直上方向に対する角度として算出される。また、図示しないが、左右方向に対するセンサ角度θiS01は、被験者900の左右方向を含む垂直な平面における、鉛直上方向に対する角度として算出される。なお、加速度センサの装着箇所が左右方向に対して傾いていない場合、左右方向に対する角度のずれは0°となる。 Specifically, as shown in the lower side of FIG. 6, the sensor angle θ iS02 with respect to the front-rear direction is calculated as an angle with respect to the vertical upward direction on a vertical plane including the front-rear direction of the subject 900. Although not shown, the sensor angle θ iS01 with respect to the left-right direction is calculated as an angle with respect to the vertical upward direction on a vertical plane including the left-right direction of the subject 900. In addition, when the mounting location of the acceleration sensor is not inclined with respect to the left-right direction, the angle deviation with respect to the left-right direction is 0 °.

図7は、負荷判定処理の概要を示す図である。図7(i)は、センサ位置とマーカ位置の例を示す。図7(i)に示すように、被験者900には加速度センサと反射マーカとが交互に装着される。本実施の形態では、背骨に沿って加速度センサと反射マーカとが装着される。   FIG. 7 is a diagram showing an outline of the load determination process. FIG. 7 (i) shows examples of sensor positions and marker positions. As shown in FIG. 7 (i), the subject 900 is alternately mounted with an acceleration sensor and a reflective marker. In the present embodiment, an acceleration sensor and a reflective marker are attached along the spine.

センサ角度算出部120は、各センサ位置に対応する加速度センサから取得した測定結果に基づいて、各センサ位置での傾斜角度(センサ角度)を算出する。図7(ii)は、各センサ位置で加速度センサによって測定された測定値を基にセンサ角度が算出されることを示している。   The sensor angle calculation unit 120 calculates an inclination angle (sensor angle) at each sensor position based on the measurement result acquired from the acceleration sensor corresponding to each sensor position. FIG. 7 (ii) shows that the sensor angle is calculated based on the measurement values measured by the acceleration sensor at each sensor position.

負荷の測定箇所はマーカ位置であることから、マーカ角度算出部150は、算出された各センサ位置でのセンサ角度に基づいて、各マーカ位置でのマーカ角度を補間演算により算出する。図7(iii)は、センサ角度を補間演算することでマーカ位置でのマーカ角度が算出されることを示している。マーカ角度は、例えば、対応する反射マーカの上下に存在する2つの加速度センサの位置におけるそれぞれのセンサ角度を平均した角度である。なお、実際には、上からi番目のマーカ位置のマーカ角度として、左右方向に対するマーカ角度θiS1と、前後方向に対するマーカ角度θiS2とが算出される。 Since the load measurement point is the marker position, the marker angle calculation unit 150 calculates the marker angle at each marker position by interpolation based on the calculated sensor angle at each sensor position. FIG. 7 (iii) shows that the marker angle at the marker position is calculated by interpolation calculation of the sensor angle. The marker angle is, for example, an angle obtained by averaging the sensor angles at the positions of the two acceleration sensors existing above and below the corresponding reflective marker. In practice, as a marker angle of the i-th marker position from the top, the marker angle theta iS1 in the left-and-right direction, and the marker angle theta IS2 for the longitudinal direction it is calculated.

これに加え、マーカ角度算出部150は、モーションキャプチャによる測定結果に基づく各マーカ位置の2次元座標を用いて、各マーカ位置でのマーカ角度を算出する。図7(v)は、被験者900に装着される反射マーカの位置のみを示している。図7(iv)は、マーカ角度算出部150により、各マーカ位置の2次元座標に基づいて、マーカ位置でのマーカ角度が算出されることを示している。なお、実際には、上からi番目のマーカ位置のマーカ角度として、左右方向に対するマーカ角度θiM1と、前後方向に対するマーカ角度θiM2とが算出される。 In addition, the marker angle calculation unit 150 calculates the marker angle at each marker position using the two-dimensional coordinates of each marker position based on the measurement result by motion capture. FIG. 7 (v) shows only the position of the reflective marker attached to the subject 900. FIG. FIG. 7 (iv) shows that the marker angle calculation unit 150 calculates the marker angle at the marker position based on the two-dimensional coordinates of each marker position. In practice, as a marker angle of the i-th marker position from the top, the marker angle theta IM1 in the left-and-right direction, and the marker angle theta iM2 against the longitudinal direction it is calculated.

負荷判定部160は、図7(iii)のように算出されたマーカ角度と、図7(iv)のように算出された同じマーカ位置でのマーカ角度とを比較し、角度に差分があるか否かを判定する。負荷判定部160は、マーカ角度に差分があるマーカ位置を負荷が加えられている箇所と判定する。   The load determination unit 160 compares the marker angle calculated as shown in FIG. 7 (iii) with the marker angle calculated at the same marker position as shown in FIG. 7 (iv), and whether there is a difference between the angles. Determine whether or not. The load determination unit 160 determines a marker position having a difference in marker angle as a place where a load is applied.

図8は、負荷の発生箇所を特定する処理について示す図である。図8では例として、前後方向に対するマーカ角度についてのみ示す。
被験者の背中には、上から順に反射マーカ400a,400b,400c,400dが装着されている。図8(A)は、センサ角度から算出したマーカ角度θiS2を示す。例えば、上から1番目の反射マーカ400aの位置での前後方向に対するマーカ角度は、「θ1S2」と表される。図8(B)は、2次元座標に基づいて算出したマーカ角度θiM2を示す。例えば、上から1番目の反射マーカ400aの位置での前後方向に対するマーカ角度は、「θ1M2」と表される。
FIG. 8 is a diagram illustrating processing for specifying a load occurrence location. FIG. 8 shows only the marker angle with respect to the front-rear direction as an example.
Reflective markers 400a, 400b, 400c, and 400d are attached to the subject's back in order from the top. FIG. 8A shows the marker angle θ iS2 calculated from the sensor angle. For example, the marker angle with respect to the front-rear direction at the position of the first reflective marker 400a from the top is represented as “θ 1S2 ”. FIG. 8B shows the marker angle θ iM2 calculated based on the two-dimensional coordinates. For example, the marker angle with respect to the front-rear direction at the position of the first reflective marker 400a from the top is represented as “θ 1M2 ”.

ここで、i番目のマーカ位置に負荷が加わっている場合、センサ角度に基づくマーカ角度θiS2には、動きによって生じる誤差が含まれる。この誤差は、i番目のマーカ位置での加速度センサによる(仮想的な)測定値に、重力加速度成分だけでなく運動加速度成分が含まれることから生じる。一方、i番目のマーカ位置についての2次元座標に基づくマーカ角度θiM2には、そのマーカ位置が動いているか否かに起因する誤差が発生しない。 Here, when a load is applied to the i-th marker position, the marker angle θ iS2 based on the sensor angle includes an error caused by movement. This error occurs because the (virtual) measured value by the acceleration sensor at the i-th marker position includes not only the gravitational acceleration component but also the motion acceleration component. On the other hand, the marker angle θ iM2 based on the two-dimensional coordinates for the i-th marker position does not cause an error due to whether or not the marker position is moving.

そこで、負荷判定部160は、同じマーカ位置でのマーカ角度θiS2とマーカ角度θiM2との差分を算出する。差分が0でない場合、i番目のマーカ位置には負荷が加えられていると推定できる。例えば、負荷判定部160は、1番目の反射マーカ400aの位置のマーカ角度θ1S2とマーカ角度θ1M2との差分を算出する。算出された差分が0でない場合、負荷判定部160は、反射マーカ400aの位置を負荷が加えられている箇所と特定する。 Therefore, the load determining unit 160 calculates the difference between the marker angle theta IS2 and the marker angle theta iM2 at the same marker position. When the difference is not 0, it can be estimated that a load is applied to the i-th marker position. For example, the load determining unit 160 calculates the difference between the first position of the reflective markers 400a of the marker angle theta 1S2 and the marker angle theta 1M2. When the calculated difference is not 0, the load determination unit 160 specifies the position of the reflective marker 400a as a place where a load is applied.

このようにして、負荷判定部160は、マーカ角度の差分が0でないマーカ位置を負荷が加えられている箇所として特定する。また、マーカ角度に差分がない場合、負荷判定部160は、対応するマーカ位置には負荷が加えられていないと判定する。   In this way, the load determination unit 160 identifies a marker position where the marker angle difference is not 0 as a place where a load is applied. If there is no difference in the marker angle, the load determination unit 160 determines that no load is applied to the corresponding marker position.

次に、負荷検出装置100の処理の詳細について、フローチャートを用いて説明する。
図9は、負荷判定処理の例を示すフローチャートである。以下、図9に示す処理をステップ番号に沿って説明する。
Next, details of processing of the load detection apparatus 100 will be described using a flowchart.
FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of the load determination process. In the following, the process illustrated in FIG. 9 will be described in order of step number.

(S11)取得部110は、各加速度センサが時刻tに測定したx方向、y方向、z方向の測定値を取得する。また、取得部110は、時刻tに各カメラが反射マーカを撮像した情報を取得する。   (S11) The acquisition unit 110 acquires measurement values in the x direction, the y direction, and the z direction measured by each acceleration sensor at time t. Moreover, the acquisition part 110 acquires the information which each camera imaged the reflective marker at the time t.

(S12)センサ角度算出部120は、ステップS11で取得した各加速度センサの測定値を基に、各加速度センサが装着されたセンサ位置についての左右方向および前後方向それぞれの傾斜角度を算出する。算出される傾斜角度は、重力の方向を基準とした角度として表される。上からi番目のセンサ位置での左右方向の傾斜角度φiS1、前後方向の傾斜角度φiS2は、それぞれ次の式(1−1),(1−2)に従って算出される。なお、XiS,YiS,ZiSは、それぞれi番目の加速度センサによるx方向、y方向、z方向についての加速度の測定値を示す。 (S12) The sensor angle calculation unit 120 calculates the tilt angles in the left-right direction and the front-rear direction for the sensor position where each acceleration sensor is mounted, based on the measurement value of each acceleration sensor acquired in step S11. The calculated tilt angle is expressed as an angle with respect to the direction of gravity. Inclination angle phi iS1 in the horizontal direction in the i-th sensor position from above, the front-rear direction of the inclination angle phi IS2, the following formula, respectively (1-1) is calculated according to (1-2). X iS , Y iS , and Z iS indicate acceleration measured values in the x, y, and z directions by the i-th acceleration sensor, respectively.

Figure 2016221008
Figure 2016221008

(S13)センサ角度算出部120は、傾斜角度φiS1,φiS2を補正することで、センサ角度θiS01,θiS02を算出する。この補正は、加速度センサが傾いた状態で被験者に装着された場合による誤差を低減するためのものである。ここでは、加速度センサのy方向が傾いた場合、すなわち、被験者の後側から見たときに加速度センサが左右方向に傾いた状態で装着された場合を想定して、左右方向の傾斜角度φiS1を補正する。 (S13) The sensor angle calculation unit 120 calculates the sensor angles θ iS01 and θ iS02 by correcting the tilt angles φ iS1 and φ iS2 . This correction is for reducing an error caused when the acceleration sensor is attached to the subject in a tilted state. Here, assuming that the y direction of the acceleration sensor is tilted, that is, when the acceleration sensor is mounted in a tilted state when viewed from the rear side of the subject, the tilt angle φ iS1 in the left and right direction is assumed. Correct.

基準姿勢(すなわち、加速度センサが被験者に傾いていない状態で装着された場合)で加速度センサの左右方向の傾斜角度をφi01と表すと、左右方向、前後方向のセンサ角度θiS01,θiS02は、次の式(2)に従って算出される。
(θiS01,θiS02)=(φiS1−φi01,φiS2) ・・・(2)
センサ平面と左右方向の面は平行であると仮定しているため、センサ角度θiS02と傾斜角度φiS2は、同じ角度になる。
When the inclination angle in the left-right direction of the acceleration sensor is expressed as φ i01 in the reference posture (that is, when the acceleration sensor is not inclined to the subject), the sensor angles θ iS01 , θ iS02 in the left-right direction and the front-rear direction are Is calculated according to the following equation (2).
iS01 , θ iS02 ) = (φ iS1 −φ i01 , φ iS2 ) (2)
Since it is assumed that the sensor plane and the plane in the left-right direction are parallel, the sensor angle θ iS02 and the tilt angle φ iS2 are the same angle.

(S14)マーカ角度算出部150は、センサ角度を補間演算し、各マーカ位置での左右方向、前後方向のマーカ角度θiS1,θiS2を算出する。マーカ角度θiS1,θi
S2は、次の式(3−1),(3−2)に従って算出される。
θiS1=(θiS01+θ(i+1)S01)/2 ・・・(3−1)
θiS2=(θiS02+θ(i+1)S02)/2 ・・・(3−2)
このように、2つのセンサ位置でのセンサ角度に基づいて、マーカ位置でのマーカ角度が算出される。例えば、i=1の場合、マーカ角度算出部150は、加速度センサ2
00a,200bの位置のセンサ角度を用いて、反射マーカ400aの位置のマーカ角度を算出する。なお、2つのセンサ角度からマーカ角度を算出するため、反射マーカ数は、加速度センサ数よりも1つ少ない。
(S14) The marker angle calculation unit 150 interpolates the sensor angle, and calculates the marker angles θ iS1 and θ iS2 in the horizontal direction and the front-rear direction at each marker position. Marker angle θ iS1 , θ i
S2 is calculated according to the following equations (3-1) and (3-2).
θ iS1 = (θ iS01 + θ (i + 1) S01 ) / 2 (3-1)
θ iS2 = (θ iS02 + θ (i + 1) S02 ) / 2 (3-2)
In this manner, the marker angle at the marker position is calculated based on the sensor angles at the two sensor positions. For example, in the case of i = 1, the marker angle calculation unit 150 includes the acceleration sensor 2
The marker angle at the position of the reflective marker 400a is calculated using the sensor angle at the positions 00a and 200b. Since the marker angle is calculated from the two sensor angles, the number of reflective markers is one less than the number of acceleration sensors.

また、他の方法として、マーカ角度算出部150は、例えば、各センサ角度の変化を関数によって近似し、その関数を用いてマーカ角度θiS1,θiS2を算出してもよい。
例えば、マーカ角度算出部150は、左右方向、前後方向それぞれについて、センサ位置とセンサ角度との関係を2次関数によって近似し、その2次関数を用いてマーカ角度θiS1,θiS2を算出する。
As another method, for example, the marker angle calculation unit 150 may approximate each sensor angle change by a function and calculate the marker angles θ iS1 and θ iS2 using the function.
For example, the marker angle calculation unit 150 approximates the relationship between the sensor position and the sensor angle with a quadratic function in each of the left-right direction and the front-rear direction, and calculates the marker angles θ iS1 and θ iS2 using the quadratic function. .

(S15)モーションキャプチャ処理部130は、ステップS11で取得した反射マーカを撮像した情報を基に、三角測量の原理を用いて、マーカ位置を示す3次元座標を算出する。   (S15) The motion capture processing unit 130 calculates the three-dimensional coordinates indicating the marker position using the principle of triangulation based on the information obtained by imaging the reflective marker acquired in step S11.

(S16)座標変換部140は、算出した各マーカ位置の3次元座標を、被験者の左右方向および前後方向にそれぞれ対応する2次元座標に変換する。
ステップS15,S16の処理は、例えば、次のように行われる。カメラによって撮像される際、被験者は、モーションキャプチャにおいて定義される3次元座標系(マーカ座標系)における特定の方向を向くように配置される。例えば、この3次元座標系では、水平面上にx軸とy軸が設定され、鉛直方向にz軸が設定されているとする。そして、被験者は、x軸の方向を向くように配置される。なお、この場合、y軸は被験者の左右方向に伸びる。
(S16) The coordinate conversion unit 140 converts the calculated three-dimensional coordinates of each marker position into two-dimensional coordinates respectively corresponding to the left-right direction and the front-rear direction of the subject.
The processes of steps S15 and S16 are performed as follows, for example. When imaged by the camera, the subject is arranged to face a specific direction in a three-dimensional coordinate system (marker coordinate system) defined in motion capture. For example, in this three-dimensional coordinate system, it is assumed that the x axis and the y axis are set on the horizontal plane, and the z axis is set in the vertical direction. And a test subject is arrange | positioned so that it may face the direction of an x-axis. In this case, the y-axis extends in the left-right direction of the subject.

ステップS15では、i番目のマーカ位置の3次元座標(XiM,YiM,ZiM)が算出される。ステップS16において、座標変換部140は、左右方向に対応する2次元座標(XiC1,YiC1)として(YiM,ZiM)を算出し、前後方向に対応する2次元座標(XiC2,YiC2)として(XiM,ZiM)を算出する。 In step S15, the three-dimensional coordinates (X iM , Y iM , Z iM ) of the i-th marker position are calculated. In step S16, the coordinate converter 140, two-dimensional coordinates corresponding to the left-right direction (X iC1, Y iC1) as (Y iM, Z iM) to calculate the two-dimensional coordinates corresponding to the longitudinal direction (X Ic2, Y (X iM , Z iM ) is calculated as iC2 ).

なお、ステップS15,S16では、後の図11または図12で説明する方法が用いられてもよい。
(S17)マーカ角度算出部150は、ステップS16で変換した各マーカ位置の2次元座標を基に、各マーカ位置のマーカ角度θiM1,θiM2を算出する。
In steps S15 and S16, the method described later with reference to FIG. 11 or FIG. 12 may be used.
(S17) The marker angle calculation unit 150 calculates the marker angles θ iM1 and θ iM2 of each marker position based on the two-dimensional coordinates of each marker position converted in step S16.

例えば、i番目のマーカ位置での前後方向についてのマーカ角度θiM2は、次の式(4−1),(4−2)に従って算出される。なお、式(4−1)はiが2以上の場合の計算式であり、式(4−2)はi=1の場合の計算式である。 For example, the marker angle θ iM2 in the front-rear direction at the i-th marker position is calculated according to the following equations (4-1) and (4-2). Formula (4-1) is a calculation formula when i is 2 or more, and Formula (4-2) is a calculation formula when i = 1.

Figure 2016221008
Figure 2016221008

式(4−2)で示すように、マーカ角度算出部150は、最上部(1番目)のマーカ位置のマーカ角度を2番目のマーカ位置のマーカ角度と同じものとみなす。
また、マーカ角度算出部150は、マーカ位置のマーカ角度θiM2を次の式(5−1),(5−2),(5−3)に従って算出してもよい。なお、式(5−1)はi=マーカ数の場合、式(5−2)は2≦i<マーカ数の場合、式(5−3)はi=1の場合の計算式である。
As shown in Expression (4-2), the marker angle calculation unit 150 regards the marker angle at the uppermost (first) marker position as the same as the marker angle at the second marker position.
The marker angle calculation unit 150 may calculate the marker angle θ iM2 at the marker position according to the following equations (5-1), (5-2), and (5-3). Formula (5-1) is a calculation formula when i = number of markers, Formula (5-2) is a calculation formula when 2 ≦ i <number of markers, and Formula (5-3) is a calculation formula when i = 1.

Figure 2016221008
Figure 2016221008

なお、i番目のマーカ位置での左右方向についてのマーカ角度θiM1は、式(4−1),(4−2),(5−1),(5−2),(5−3)において、θiM2の代わりにθiM1を代入し、(XiC2,YiC2)の代わりに(XiC1,YiC1)を代入することで算出することができる。 Note that the marker angle θ iM1 in the left-right direction at the i-th marker position is expressed by the equations (4-1), (4-2), (5-1), (5-2), and (5-3). , Θ iM1 can be substituted for θ iM2 , and (X iC1 , Y iC1 ) can be substituted for (X iC2 , Y iC2 ).

(S18)負荷判定部160は、マーカ位置毎に、センサ角度に基づくマーカ角度と2次元座標に基づくマーカ角度との差分を算出する。具体的には、負荷判定部160は、(θiS1−θiM1)および(θiS2−θiM2)を算出する。 (S18) The load determination unit 160 calculates a difference between the marker angle based on the sensor angle and the marker angle based on the two-dimensional coordinates for each marker position. Specifically, the load determination unit 160 calculates (θ iS1 −θ iM1 ) and (θ iS2 −θ iM2 ).

(S19)負荷判定部160は、角度に差分があるマーカ位置を負荷が加えられている箇所として特定する。
実際の処理としては、例えば、負荷判定部160は、ステップS18において、左右方向および前後方向のそれぞれについてマーカ角度の差分の絶対値を算出し、ステップS19において、算出された絶対値を所定の閾値と比較する。閾値は、0より大きい値に設定される。負荷判定部160は、左右方向と前後方向の少なくとも一方について、差分の絶対値が閾値を超える場合に、対応するマーカ位置に負荷が加えられていると判定する。
(S19) The load determination unit 160 specifies a marker position having a difference in angle as a place where a load is applied.
As an actual process, for example, the load determination unit 160 calculates the absolute value of the difference between the marker angles in the left-right direction and the front-rear direction in step S18, and in step S19, calculates the calculated absolute value as a predetermined threshold value. Compare with The threshold is set to a value greater than zero. The load determination unit 160 determines that a load is applied to the corresponding marker position when the absolute value of the difference exceeds a threshold value in at least one of the left-right direction and the front-rear direction.

なお、ステップS19で所定の閾値と比較する値は、マーカ位置における加速度ベクトルを考慮した値とされてもよい。例えば、負荷判定部160は、マーカ位置における重力加速度ベクトルGeと、センサから算出したマーカの位置における加速度ベクトルArを用いて、「Ge・Ar/(||Ge||・||Ar||)」という式に従って値Hを算出する。マーカ位置における加速度ベクトルArは、例えば、マーカ位置を挟んだ両側のセンサ位置での加速度の測定値に基づく加速度ベクトルを、平均することで算出される。||Ge||,||Ar||は、それぞれ重力加速度ベクトルGeおよび加速度ベクトルArの大きさ(ノルム)を示す。ステップS19では、負荷判定部160は、例えば、値Hに所定の重み係数を乗算した値と、上記の差分の絶対値とを加算した値と、上記の閾値とを比較することで、マーカ位置に負荷が加えられているかを判定する。 Note that the value compared with the predetermined threshold value in step S19 may be a value that takes into account the acceleration vector at the marker position. For example, the load determining unit 160, and the gravity acceleration vector G e at the marker position, by using the acceleration vector A r at the position of the marker calculated from sensor, "G e · A r / (|| G e || · | The value H is calculated according to the equation | A r ||) ”. Acceleration vector A r at the marker position, for example, an acceleration vector based on the measurement value of the acceleration at the sensor position of both sides of the marker position is calculated by averaging. || G e || and || A r || indicate the magnitude (norm) of the gravitational acceleration vector G e and the acceleration vector A r , respectively. In step S19, for example, the load determination unit 160 compares the value obtained by multiplying the value H by a predetermined weighting factor with the absolute value of the difference, and the threshold value, thereby comparing the marker position. It is determined whether a load is applied to.

(S20)負荷情報算出部170は、各ステップS19で負荷が加えられていると特定されたマーカ位置について、負荷の向きと大きさを算出する。
なお、ステップS20において負荷の相対的な大きさを算出するために履歴記憶部180内の過去の情報が参照される場合には、ステップS20ではさらに次のような処理が行われる。負荷情報算出部170は、負荷の相対的な大きさを算出する過程で得られた運動加速度の値を、マーカ位置を示す識別情報および測定時刻と対応付けて履歴記憶部180に登録する。負荷情報算出部170は、すべてのマーカ位置について運動加速度の値を履歴記憶部180に登録する。ステップS19で負荷が加えられていないと判定されたマーカ位置については、運動加速度=0と登録される。
(S20) The load information calculation unit 170 calculates the direction and magnitude of the load for the marker position identified as being loaded in each step S19.
If past information in the history storage unit 180 is referred to in step S20 to calculate the relative magnitude of the load, the following processing is further performed in step S20. The load information calculation unit 170 registers the value of motion acceleration obtained in the process of calculating the relative magnitude of the load in the history storage unit 180 in association with the identification information indicating the marker position and the measurement time. The load information calculation unit 170 registers the values of motion acceleration in the history storage unit 180 for all marker positions. For the marker position determined to be unloaded in step S19, motion acceleration = 0 is registered.

なお、以上の図9では、左右方向および前後方向の両方のマーカ角度を用いて処理が実行されたが、例えば、左右方向と前後方向の一方についてのマーカ角度を用いて処理が実行されてもよい。この場合、左右方向と前後方向の一方に対する負荷の有無を検出可能である。   In FIG. 9, the processing is executed using both the left and right and front and rear marker angles. However, for example, even when the processing is executed using the left and right and front and rear marker angles. Good. In this case, it is possible to detect the presence or absence of a load on one of the left and right directions and the front and rear direction.

ここで、ステップS20の処理の具体例について、図10を用いて説明する。
図10は、負荷の向きおよび大きさの算出について示す図である。はじめに、負荷が加えられている向きは運動加速度の向きなので、負荷情報算出部170は、マーカ位置での運動加速度を算出する。運動加速度は、加速度センサの測定値に基づいて算出される。
Here, a specific example of the process of step S20 will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a diagram illustrating calculation of the direction and size of the load. First, since the direction in which the load is applied is the direction of motion acceleration, the load information calculation unit 170 calculates the motion acceleration at the marker position. The motion acceleration is calculated based on the measured value of the acceleration sensor.

例えば、負荷が加えられている箇所として、上からi番目の反射マーカ400_iが特定されているものとする。ここで、実際には、反射マーカ400_iの位置には加速度センサが搭載されていない。そこで、負荷情報算出部170は、反射マーカ400_iの位置での加速度センサによる加速度の仮想的な測定値(bx,by,bz)を、そのマーカ位置の周囲の複数の加速度センサの測定値から補間演算によって算出する。例えば、測定値(bx,by,bz)は、i番目の加速度センサの測定値(XiS,YiS,ZiS)と、(i+1)番目の加速度センサの測定値(X(i+1)S,Y(i+1)S,Z(i+1)S)との平均を、x成分、y成分、z成分のそれぞれについて算出することで得られる。 For example, it is assumed that the i-th reflective marker 400 — i from the top is specified as a place where a load is applied. Here, actually, no acceleration sensor is mounted at the position of the reflective marker 400 — i. Therefore, the load information calculation unit 170 uses the virtual measurement values (b x , b y , b z ) of the acceleration by the acceleration sensor at the position of the reflective marker 400 — i to measure the plurality of acceleration sensors around the marker position. Calculate by interpolation from the value. For example, the measurement values (b x , b y , b z ) are the measurement values (X iS , Y iS , Z iS ) of the i th acceleration sensor and the measurement values (X (i (i + 1)) of the (i + 1) th acceleration sensor. +1) S , Y (i + 1) S , Z (i + 1) S ) are obtained by calculating each of the x component, the y component, and the z component.

図10(A)では、加速度センサの測定値についての座標系(センサ座標系)のx軸、y軸、z軸を、それぞれXS、YS、ZSで表している。また、反射マーカの3次元座標についての座標系(マーカ座標系)のx軸、y軸、z軸を、それぞれXM、YM、ZMで表している。マーカ座標系は、前述のように、モーションキャプチャにおいて定義される3次元座標系である。ここでは例として、マーカ座標系のXM軸の方向は被験者の前方方向であり、YM軸の方向は被験者の右方向であり、ZM軸の方向は鉛直上側方向であるものとする。 In FIG. 10A, the x-axis, y-axis, and z-axis of the coordinate system (sensor coordinate system) for the measurement values of the acceleration sensor are represented by X S , Y S , and Z S , respectively. Further, the x-axis, y-axis, and z-axis of the coordinate system (marker coordinate system) for the three-dimensional coordinates of the reflective marker are represented by X M , Y M , and Z M , respectively. As described above, the marker coordinate system is a three-dimensional coordinate system defined in motion capture. As an example, here, the direction of X M axis of the marker coordinate system is a forward direction of the subject, the direction of Y M axis is the right direction of the subject, the direction of the Z M axis is assumed to be vertical upwards.

また、図10(A)に示すbは、反射マーカ400_iの位置での加速度の測定値(bx,by,bz)が示す全加速度ベクトルである。全加速度ベクトルbには、重力加速度ベクトルgの成分と運動加速度ベクトルa’の成分とが含まれるため、b=g+a’という式で表すことができる。重力加速度gの向きと大きさは予めわかっているので、負荷情報算出部170は、全加速度ベクトルbと重力加速度ベクトルgのそれぞれの向きと大きさに基づき、a’=b−gという式によって運動加速度aの向きと大きさを算出することができる。 Further, b shown in FIG. 10A is the total acceleration vector indicated by the measured acceleration values (b x , b y , b z ) at the position of the reflective marker 400 — i . Since the total acceleration vector b includes a component of the gravitational acceleration vector g and a component of the motion acceleration vector a ′, it can be expressed by the equation b = g + a ′. Since the direction and magnitude of the gravitational acceleration g are known in advance, the load information calculation unit 170 uses the formula a ′ = b−g based on the respective directions and magnitudes of the total acceleration vector b and the gravitational acceleration vector g. The direction and magnitude of the motion acceleration a can be calculated.

ただし、図10(A)に示すようにセンサ座標系とマーカ座標系は異なるため、負荷情報算出部170は、センサ座標系の値である測定値(bx,by,bz)を、マーカ座標系における測定値(bxM,byM,bzM)に変換する。ここで、反射マーカ400_iがYS軸を中心に角度θiM2だけ傾いているものとする。この場合、YM軸はYS軸と一致する。また、この角度θiM2は、反射マーカ400_iの2次元座標を基に算出されたマーカ角度である。 However, since the sensor coordinate system and the marker coordinate system are different as shown in FIG. 10A, the load information calculation unit 170 obtains the measured values (b x , b y , b z ) as values of the sensor coordinate system. Converted to measurement values (b xM , b yM , b zM ) in the marker coordinate system. Here, it is assumed that the reflection marker 400 — i is inclined by the angle θ iM2 around the Y S axis. In this case, the Y M axis coincides with the Y S axis. The angle θ iM2 is a marker angle calculated based on the two-dimensional coordinates of the reflective marker 400 — i.

図10(B)では、被験者の左右方向から見たときのセンサ座標系とマーカ座標系との関係を表している。マーカ座標系における測定値(bxM,byM,bzM)は、次の式(6−1),(6−2),(6−3)によって表される。 FIG. 10B shows the relationship between the sensor coordinate system and the marker coordinate system when viewed from the left-right direction of the subject. The measurement values (b xM , b yM , b zM ) in the marker coordinate system are expressed by the following equations (6-1), (6-2), and (6-3).

Figure 2016221008
Figure 2016221008

負荷情報算出部170は、変換後の測定値(bxM,byM,bzM)を用いて、次の式(7)に従って運動加速度ベクトルa’を算出する。なお、重力加速度ベクトルgは、(0,0,G)と表される。 The load information calculation unit 170 calculates the motion acceleration vector a ′ according to the following equation (7) using the converted measurement values (b xM , b yM , b zM ). The gravitational acceleration vector g is expressed as (0, 0, G).

Figure 2016221008
Figure 2016221008

式(7)から、運動加速度aの向きと大きさを運動加速度ベクトルa’の向きと大きさとしてそれぞれ算出することができる。負荷が加えられている向きは運動加速度の向きと同じなので、負荷情報算出部170は、式(7)が示すベクトルの向きを負荷が加えられている向きとして出力する。   From Expression (7), the direction and magnitude of the motion acceleration a can be calculated as the direction and magnitude of the motion acceleration vector a '. Since the direction in which the load is applied is the same as the direction of the motion acceleration, the load information calculation unit 170 outputs the direction of the vector indicated by Equation (7) as the direction in which the load is applied.

また、負荷の大きさは、運動加速度と質量との乗算値として算出される。検出対象箇所の質量は予め決まる定数であり、各マーカ位置での質量を同一とみなすと、負荷情報算出部170は、負荷の大きさを示す指標として、式(7)から算出される運動加速度aの大きさを出力することができる。   Further, the magnitude of the load is calculated as a product of the motion acceleration and the mass. The mass of the detection target location is a constant determined in advance, and assuming that the mass at each marker position is the same, the load information calculation unit 170 uses the motion acceleration calculated from Equation (7) as an index indicating the magnitude of the load. The magnitude of a can be output.

また、他の方法として、負荷情報算出部170は、負荷の大きさを示す指標を、前回の測定時刻と今回の測定時刻との相対的な大きさとして出力してもよい。具体的には、負荷情報算出部170は、履歴記憶部180を参照して、ステップS19で特定したマーカ位置についての時刻(t−1)での運動加速度の大きさ||a(t−1)||を取得する。時刻(t−1)での当該マーカ位置での負荷の大きさは、次の式(8−1)によって表される。
||F(t−1)||=m・||a(t−1)|| ・・・(8−1)
また、負荷検出対象の時刻tでの運動加速度の大きさ||a(t)||を用いて、ステップS19で特定したマーカ位置での時刻tの負荷は、次の式(8−2)によって表される。
||F(t)||=m・||a(t)|| ・・・(8−2)
負荷情報算出部170は、時刻tでの負荷の大きさを示す指標として、次の式(8−3)により、相対的な負荷の大きさ||F(t)||/||F(t−1)||を算出する。
As another method, the load information calculation unit 170 may output an index indicating the magnitude of the load as a relative magnitude between the previous measurement time and the current measurement time. Specifically, the load information calculation unit 170 refers to the history storage unit 180, and the magnitude of motion acceleration at the time (t-1) for the marker position specified in step S19 || a (t-1 ) || The magnitude of the load at the marker position at time (t-1) is expressed by the following equation (8-1).
|| F (t−1) || == m · || a (t−1) || (8-1)
Further, using the magnitude of motion acceleration at the time t of the load detection object || a (t) ||, the load at the time t at the marker position specified in step S19 is expressed by the following equation (8-2). Represented by
|| F (t) || == m · || a (t) || (8-2)
The load information calculation unit 170 uses the following expression (8-3) as an index indicating the magnitude of the load at time t, and calculates the relative load magnitude || F (t) || / || F ( t-1) || is calculated.

Figure 2016221008
Figure 2016221008

なお、負荷情報算出部170は、負荷の大きさを示す指標として、運動加速度の代わりに力積や運動量を用いてもよい。
ところで、ステップS16での各マーカ位置を示す3次元座標を2次元座標に変換する処理は、以下の2つの方法を用いて実行されてもよい。1つ目の方法について、図11を用いて説明する。
Note that the load information calculation unit 170 may use impulse or exercise amount instead of exercise acceleration as an index indicating the magnitude of the load.
By the way, the process which converts the three-dimensional coordinate which shows each marker position in step S16 into a two-dimensional coordinate may be performed using the following two methods. The first method will be described with reference to FIG.

図11は、2次元座標に変換する第1の方法を説明するための図である。図11では、モーションキャプチャにより、Xp,Yp,Zp軸によって表される3次元空間における各反射マーカの座標が特定されているものとする。Xp軸およびYp軸は水平面に沿っており、Zp軸の方向は鉛直方向である。 FIG. 11 is a diagram for explaining a first method of converting into two-dimensional coordinates. In FIG. 11, it is assumed that the coordinates of each reflective marker in the three-dimensional space represented by the X p , Y p , and Z p axes are specified by motion capture. The X p axis and the Y p axis are along the horizontal plane, and the direction of the Z p axis is the vertical direction.

座標変換部140は、主成分分析を用いて、各反射マーカのXp,Ypの値(座標)の分散が最大となる固有ベクトルを算出する。図11では、固有ベクトルをq1で表している。例えば、図11では、被験者がベクトルq1の方向に前屈しているので、各反射マーカのXp,Ypの値の分散が最大となる方向は、ベクトルq1の向きである。この場合、各反射マーカは、q1−Zp平面に存在する。 Coordinate conversion unit 140, using principal component analysis, X p of the reflective markers, variance of the values of Y p (coordinates) to calculate the eigenvector with the maximum. In FIG. 11, the eigenvector is represented by q 1 . For example, in FIG. 11, since the subject is bent forward in the direction of the vector q 1 , the direction in which the variance of the values of X p and Y p of each reflection marker is maximum is the direction of the vector q 1 . In this case, each reflection marker exists in the q 1 -Z p plane.

ただし、被験者の動きが前後方向であるかはわからない。そこで、座標変換部140は、例えば、加速度センサによって検出された加速度変化が前後方向のみであると判定した場合に、各反射マーカはq1−Zp平面に存在すると判定する。また、他の方法としては、被験者に前後方向にのみ動くように指示が与えられてもよい。 However, it is not known whether the subject's movement is in the front-rear direction. Therefore, for example, when the coordinate conversion unit 140 determines that the acceleration change detected by the acceleration sensor is only in the front-rear direction, the coordinate conversion unit 140 determines that each reflective marker exists in the q 1 -Z p plane. As another method, the subject may be instructed to move only in the front-rear direction.

座標変換部140は、反射マーカ毎に、反射マーカのXp,Ypの値と方向q1との内積を算出する。これにより、Xp,Ypの値(座標)が、ベクトルq1上に射影される。座標変換部140は、各反射マーカを表した3次元座標について、算出した内積の値をXiC2、Zpの値をYiC2に設定した2次元座標(XiC2,YiC2)に変換する。
なお、以上の説明では被験者が前後方向に動いた場合について示したが、左右方向に動く場合でも同様の処理によって2次元座標に変換できる。ただし、上記の第1の方法では、左右方向と前後方向の一方に対応する2次元座標にのみ変換可能である。
The coordinate conversion unit 140 calculates the inner product of the X p and Y p values of the reflective marker and the direction q 1 for each reflective marker. Thereby, the values (coordinates) of X p and Y p are projected onto the vector q 1 . The coordinate conversion unit 140 converts the calculated inner product value to X iC2 and the value of Z p to Y iC2 (X iC2 , Y iC2 ) for the three-dimensional coordinates representing each reflective marker.
In the above description, the case where the subject moves in the front-rear direction has been described, but even when the subject moves in the left-right direction, it can be converted into two-dimensional coordinates by the same processing. However, in the first method, conversion can be made only to two-dimensional coordinates corresponding to one of the left-right direction and the front-rear direction.

次に、2つ目の方法について、図12を用いて説明する。図12は、2次元座標に変換する第2の方法を説明するための図である。図12では、モーションキャプチャにより、Xr,Yr,Zr軸によって表される3次元空間における各反射マーカの座標が特定されているものとする。Xr軸およびYr軸は水平面に沿っており、Zr軸の方向は鉛直方向である。 Next, the second method will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a diagram for explaining a second method of converting to two-dimensional coordinates. In Figure 12, the motion capture, X r, Y r, it is assumed that the coordinates of each reflective markers are identified in the three-dimensional space represented by Z r axis. X r-axis and Y r axis is along the horizontal plane, the direction of the Z r axis is vertical.

図12では、背中以外に被験者の両肩にも反射マーカ401a,401bが装着される。また、反射マーカ401a,401bは、両肩以外の箇所に装着されてもよい。例えば、被験者の両腕に反射マーカ401a,401bが装着される。反射マーカ401a,401bは、背骨の位置よりも左右方向にずれた位置に装着される。   In FIG. 12, the reflective markers 401a and 401b are attached to both shoulders of the subject in addition to the back. Moreover, the reflective markers 401a and 401b may be attached to places other than both shoulders. For example, reflection markers 401a and 401b are attached to both arms of the subject. The reflective markers 401a and 401b are attached at positions shifted in the left-right direction from the position of the spine.

座標変換部140は、反射マーカ401a,401bをXr−Yr平面に射影する。射影した反射マーカ401a,401bの位置をそれぞれ点R1,R2とする。座標変換部140は、原点Qから、点R1,R2を含む直線に直交するベクトルq2を算出する。座標変換部140は、反射マーカ毎に、反射マーカのXr,Yrの各成分の値とベクトルq2との内積を算出する。これにより、Xr,Yrの値(座標)が、ベクトルq2上に射影される。座標変換部140は、各反射マーカを表した3次元座標について、算出した内積の値をXiC2、Zrの値をYiC2に設定した、前後方向についての2次元
座標(XiC2,YiC2)に変換する。
Coordinate conversion unit 140, projecting reflective markers 401a, the 401b to X r -Y r plane. The positions of the projected reflection markers 401a and 401b are points R 1 and R 2 , respectively. The coordinate conversion unit 140 calculates a vector q 2 orthogonal to the straight line including the points R 1 and R 2 from the origin Q. Coordinate conversion unit 140, for each reflective markers, and calculates an inner product between the value and the vector q 2 of each component of X r, Y r of the reflective markers. Thereby, the values (coordinates) of X r and Y r are projected onto the vector q 2 . The coordinate conversion unit 140 sets two-dimensional coordinates (X iC2 , Y iC2 ) in the front-rear direction, with the calculated inner product value set to X iC2 and the value of Z r set to Y iC2 for the three-dimensional coordinates representing each reflective marker. ).

また、座標変換部140は、Xr−Yr平面においてベクトルq2に直交するベクトルq3を算出する。座標変換部140は、反射マーカ毎に、反射マーカのXr,Yrの値とベクトルq3との内積を算出する。これにより、Xr,Yrの値(座標)が、ベクトルq3上に射影される。座標変換部140は、各反射マーカを表した3次元座標について、算出した内積の値をXiC1、Zrの値をYiC1に設定した、左右方向についての
2次元座標(XiC1,YiC1)に変換する。
In addition, the coordinate conversion unit 140 calculates a vector q 3 that is orthogonal to the vector q 2 in the X r -Y r plane. The coordinate conversion unit 140 calculates the inner product of the values of the reflection markers X r and Y r and the vector q 3 for each reflection marker. Thereby, the values (coordinates) of X r and Y r are projected onto the vector q 3 . The coordinate conversion unit 140 sets two-dimensional coordinates (X iC1 , Y iC1 ) in the left-right direction with the calculated inner product value set to X iC1 and the value of Z r set to Y iC1 for the three-dimensional coordinates representing each reflective marker. ).

このように、2つの方法を用いて、各マーカ位置を示す3次元座標を2次元座標に変換することもできる。
第2の実施の形態によれば、加速度センサとモーションキャプチャとを用いて、被験者に加わる負荷の箇所を特定できる。そして、特定した箇所に加わる負荷の向きおよび負荷の大きさを特定できる。負荷の検出箇所は、傾きを算出可能な箇所であれば被験者の身体のどの箇所にも設定できる。
In this way, it is possible to convert three-dimensional coordinates indicating each marker position into two-dimensional coordinates using two methods.
According to 2nd Embodiment, the location of the load added to a test subject can be specified using an acceleration sensor and a motion capture. Then, the direction and magnitude of the load applied to the specified location can be specified. The load detection location can be set at any location on the subject's body as long as the slope can be calculated.

[第3の実施の形態]
次に、第3の実施の形態を説明する。前述の第2の実施の形態との相違する事項を主に説明し、共通する事項の説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described. Differences from the second embodiment will be mainly described, and descriptions of common matters will be omitted.

第2の実施の形態では、加速度センサとモーションキャプチャとを用いて、被験者に加わる負荷の箇所を特定した。第3の実施の形態では、加速度センサと傾斜計とを用いて、被験者に加わる負荷の箇所を特定する機能を提供する。   In 2nd Embodiment, the location of the load added to a test subject was specified using the acceleration sensor and the motion capture. In 3rd Embodiment, the function which pinpoints the location of the load added to a test subject is provided using an acceleration sensor and an inclinometer.

第3の実施の形態では、加速度センサと傾斜計とが被験者に装着される。例えば、図4のように被験者900の背中に複数の加速度センサが装着され、反射マーカに代えて傾斜計が装着される。すなわち、加速度センサと傾斜計とが、交互に装着される。   In the third embodiment, an acceleration sensor and an inclinometer are attached to the subject. For example, as shown in FIG. 4, a plurality of acceleration sensors are mounted on the back of the subject 900, and an inclinometer is mounted instead of the reflective marker. That is, the acceleration sensor and the inclinometer are alternately mounted.

図13は、第3の実施の形態の負荷検出装置の機能例を示す図である。負荷検出装置100aは、取得部110a、センサ角度算出部120、負荷判定部160a、負荷情報算出部170a、履歴記憶部180aおよび角度算出部190を有する。負荷検出装置100aは、図3の負荷検出装置100と同様のハードウェア構成によって実現される。また、負荷検出装置100aの通信インタフェース107aは、ネットワークを介して、傾斜計と通信を行う。取得部110a、センサ角度算出部120、負荷判定部160a、負荷情報算出部170aおよび角度算出部190は、例えば、負荷検出装置100aが備えるプロセッサ101が実行するプログラムのモジュールとして実装される。   FIG. 13 is a diagram illustrating an example of functions of the load detection device according to the third embodiment. The load detection apparatus 100a includes an acquisition unit 110a, a sensor angle calculation unit 120, a load determination unit 160a, a load information calculation unit 170a, a history storage unit 180a, and an angle calculation unit 190. The load detection device 100a is realized by a hardware configuration similar to that of the load detection device 100 in FIG. Further, the communication interface 107a of the load detection device 100a communicates with an inclinometer via a network. For example, the acquisition unit 110a, the sensor angle calculation unit 120, the load determination unit 160a, the load information calculation unit 170a, and the angle calculation unit 190 are implemented as modules of programs executed by the processor 101 included in the load detection device 100a.

取得部110aは、加速度センサ200と傾斜計500とから同じ時刻に測定された測定値を取得する。傾斜計500は、被験者に装着された複数の傾斜計を1つにまとめて示したものである。ここで、傾斜計500は、2軸傾斜計でもよいし、3軸傾斜計でもよい。傾斜計500が2軸傾斜計の場合、取得部110aは、各傾斜計の装着箇所についての左右方向または前後方向の傾きを示す測定値を傾斜計毎に取得する。傾斜計500が3軸傾斜計の場合、取得部110は、傾斜計毎にx方向、y方向、z方向の測定値を取得する。   The acquisition unit 110a acquires measurement values measured at the same time from the acceleration sensor 200 and the inclinometer 500. The inclinometer 500 collectively shows a plurality of inclinometers attached to the subject. Here, the inclinometer 500 may be a two-axis inclinometer or a three-axis inclinometer. When the inclinometer 500 is a biaxial inclinometer, the acquisition unit 110a acquires, for each inclinometer, a measurement value that indicates the inclination in the left-right direction or the front-rear direction with respect to the installation location of each inclinometer. When the inclinometer 500 is a triaxial inclinometer, the acquisition unit 110 acquires measurement values in the x direction, the y direction, and the z direction for each inclinometer.

センサ角度算出部120は、第2の実施の形態と同様に、加速度センサ毎に取得された測定値を基に、各センサ位置での左右方向および前後方向のそれぞれの傾斜角度を算出する。センサ角度算出部120は、これらのうち左右方向の傾斜角度を補正することで、各センサ位置での左右方向および前後方向のそれぞれのセンサ角度を算出する。   Similarly to the second embodiment, the sensor angle calculation unit 120 calculates the respective tilt angles in the left-right direction and the front-rear direction at each sensor position based on the measurement values acquired for each acceleration sensor. The sensor angle calculation unit 120 calculates the respective sensor angles in the left-right direction and the front-rear direction at each sensor position by correcting the tilt angle in the left-right direction among these.

角度算出部190は、センサ角度および傾斜計500の測定値のそれぞれに基づいて、傾斜計500の位置(以下、「傾斜計位置」と記載する場合がある)における角度を算出する。具体的には、角度算出部190は、第2の実施の形態のマーカ角度算出部150と同様の手順により、傾斜計位置における左右方向および前後方向のそれぞれの角度を、各センサ角度を補間演算することによって算出する。また、角度算出部190は、傾斜計500が3軸傾斜計の場合、傾斜計毎に取得された測定値を基に、各傾斜計位置における左右方向および前後方向のそれぞれの角度を算出する。傾斜計が左右方向および前後方向のそれぞれの角度を直接出力する場合、角度算出部190は、取得部110aによって取得されたそれらの角度をそのまま負荷判定部160aに出力する。   The angle calculation unit 190 calculates an angle at the position of the inclinometer 500 (hereinafter sometimes referred to as “inclinometer position”) based on the sensor angle and the measured value of the inclinometer 500. Specifically, the angle calculation unit 190 interpolates the respective angles in the left-right direction and the front-rear direction at the inclinometer position and the respective sensor angles by the same procedure as the marker angle calculation unit 150 of the second embodiment. To calculate. In addition, when the inclinometer 500 is a triaxial inclinometer, the angle calculation unit 190 calculates respective angles in the left-right direction and the front-rear direction at each inclinometer position based on the measurement values acquired for each inclinometer. When the inclinometer directly outputs the respective angles in the left-right direction and the front-rear direction, the angle calculation unit 190 outputs the angles acquired by the acquisition unit 110a as they are to the load determination unit 160a.

ここで、傾斜計の測定値に基づく角度には、傾斜計の装着位置が動いていることによる誤差が生じない。そこで、負荷判定部160aは、傾斜計位置毎に、センサ角度に基づく傾斜計位置の角度と、傾斜計の測定値に基づく傾斜計位置の角度とに差分があるか否かを判定する。角度に差分がある場合、原因は、運動加速度成分により生じた前者の角度の誤差によるものである。角度に差分がある傾斜計位置には運動加速度が加わっているため、運動の第2の法則(F=ma:Fは力、mは質量、aは運動加速度)から、傾斜計位置に負荷が加えられているといえる。そのため、負荷判定部160aは、角度に差分がある傾斜計位置を負荷が加えられている箇所と判定する。負荷判定部160aは、負荷が加えられている箇所の情報(傾斜計番号など)を履歴記憶部180に格納する。   Here, the angle based on the measured value of the inclinometer does not cause an error due to the movement of the mounting position of the inclinometer. Therefore, for each inclinometer position, the load determination unit 160a determines whether there is a difference between the angle of the inclinometer position based on the sensor angle and the angle of the inclinometer position based on the measured value of the inclinometer. When there is a difference in angle, the cause is due to the error in the former angle caused by the motion acceleration component. Since motion acceleration is added to the inclinometer position with a difference in angle, the load is applied to the inclinometer position from the second law of motion (F = ma: F is force, m is mass, and a is motion acceleration). It can be said that it has been added. Therefore, the load determination unit 160a determines that the inclinometer position having a difference in angle is a place where a load is applied. The load determination unit 160a stores information (inclinometer number and the like) on the location where the load is applied in the history storage unit 180.

負荷情報算出部170aは、負荷が加えられている向きと大きさを算出する。前述のように、傾斜計の測定値に基づく傾斜計位置の角度には、運動加速度による誤差が含まれないので、この角度は地上座標系の鉛直方向を基準とした正確な角度を示しているといえる。これはすなわち、傾斜計の測定値に基づく角度は、傾斜計位置における加速度センサの3次元座標系の、地上座標系に対する回転角度を示す。   The load information calculation unit 170a calculates the direction and size of the load. As described above, the angle of the inclinometer position based on the measured value of the inclinometer does not include an error due to motion acceleration, so this angle indicates an accurate angle based on the vertical direction of the ground coordinate system. It can be said. That is, the angle based on the measured value of the inclinometer indicates the rotation angle of the three-dimensional coordinate system of the acceleration sensor at the inclinometer position with respect to the ground coordinate system.

そこで、負荷情報算出部170aは、第2の実施の形態の負荷情報算出部170によるセンサ座標系のマーカ座標系への変換と同様の手順により、傾斜計の測定値に基づく角度を用いて、センサ座標系を地上座標系へ変換する。これにより、負荷情報算出部170aは、第2の実施の形態と同様の手順で、傾斜計位置における加速度センサの仮想的な測定値に基づいて、傾斜計位置での運動加速度の向きと大きさを算出することができる。負荷情報算出部170aは、第2の実施の形態の負荷情報算出部170と同様の手順で、運動加速度の向きと大きさから、傾斜計位置での負荷の向きと、負荷の大きさを示す指標とを出力する。   Therefore, the load information calculation unit 170a uses the angle based on the measured value of the inclinometer in the same procedure as the conversion of the sensor coordinate system to the marker coordinate system by the load information calculation unit 170 of the second embodiment, Convert the sensor coordinate system to the ground coordinate system. As a result, the load information calculation unit 170a performs the direction and magnitude of the motion acceleration at the inclinometer position based on the virtual measurement value of the acceleration sensor at the inclinometer position in the same procedure as in the second embodiment. Can be calculated. The load information calculation unit 170a indicates the direction of the load at the inclinometer position and the magnitude of the load from the direction and magnitude of the motion acceleration in the same procedure as the load information calculation unit 170 of the second embodiment. Output the indicator.

履歴記憶部180aは、各傾斜計位置における運動加速度の大きさを、計測時刻毎に記憶する。記憶された運動加速度の大きさは、負荷情報算出部170aが相対的な負荷の大きさを算出する際に参照される。   The history storage unit 180a stores the magnitude of motion acceleration at each inclinometer position for each measurement time. The magnitude of the stored motion acceleration is referred to when the load information calculation unit 170a calculates the relative load magnitude.

このように、第3の実施の形態によれば、加速度センサと傾斜計とを用いて、被験者に加わる負荷の箇所を特定できる。そして、特定した箇所に加わる負荷の向きおよび負荷の大きさを特定できる。第2の実施の形態と同様に、負荷の検出箇所は、傾きを算出可能な箇所であれば被験者の身体のどの箇所にも設定できる。   Thus, according to 3rd Embodiment, the location of the load added to a test subject can be specified using an acceleration sensor and an inclinometer. Then, the direction and magnitude of the load applied to the specified location can be specified. Similar to the second embodiment, the load detection location can be set at any location on the subject's body as long as the slope can be calculated.

なお、第1の実施の形態の情報処理は、負荷検出装置1に用いられるプロセッサに、プログラムを実行させることで実現できる。第2,3の実施の形態の情報処理は、プロセッサ101にプログラムを実行させることで実現できる。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録できる。   Note that the information processing according to the first embodiment can be realized by causing a processor used in the load detection device 1 to execute a program. The information processing of the second and third embodiments can be realized by causing the processor 101 to execute a program. The program can be recorded on a computer-readable recording medium.

例えば、プログラムを記録した記録媒体を配布することで、プログラムを流通させることができる。また、取得部110、センサ角度算出部120、モーションキャプチャ処理部130、座標変換部140、マーカ角度算出部150、負荷判定部160、負荷情報算出部170に相当する機能を実現するプログラムを別個のプログラムとし、各プログラムを別個に配布してもよい。取得部110、センサ角度算出部120、モーションキャプチャ処理部130、座標変換部140、マーカ角度算出部150、負荷判定部160、負荷情報算出部170の機能が別個のコンピュータにより実現されてもよい。図13の取得部110a、センサ角度算出部120、角度算出部190、負荷判定部160aおよび負荷情報算出部170aについても同様である。コンピュータは、例えば、記録媒体に記録されたプログラムを、RAM102やHDD103に格納し(インストールし)、当該記憶装置からプログラムを読み込んで実行してもよい。   For example, the program can be distributed by distributing a recording medium on which the program is recorded. In addition, separate programs for realizing functions corresponding to the acquisition unit 110, the sensor angle calculation unit 120, the motion capture processing unit 130, the coordinate conversion unit 140, the marker angle calculation unit 150, the load determination unit 160, and the load information calculation unit 170 are provided. Each program may be distributed separately. The functions of the acquisition unit 110, the sensor angle calculation unit 120, the motion capture processing unit 130, the coordinate conversion unit 140, the marker angle calculation unit 150, the load determination unit 160, and the load information calculation unit 170 may be realized by separate computers. The same applies to the acquisition unit 110a, the sensor angle calculation unit 120, the angle calculation unit 190, the load determination unit 160a, and the load information calculation unit 170a in FIG. For example, the computer may store (install) the program recorded in the recording medium in the RAM 102 or the HDD 103 and read and execute the program from the storage device.

1 負荷検出装置
1a 第1の算出部
1b 第2の算出部
1c 判定部
1d 演算部
2 被験者
2a 部位
3 加速度センサ
4 撮像デバイス
5 モーションキャプチャシステム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Load detection apparatus 1a 1st calculation part 1b 2nd calculation part 1c Judgment part 1d Operation part 2 Test subject 2a Part 3 Acceleration sensor 4 Imaging device 5 Motion capture system

Claims (8)

コンピュータが、
人体に装着された加速度センサによる第1の測定結果に基づいて、前記人体の部位の傾きを示す第1の角度を算出し、
前記加速度センサとは異なる種類の他のセンサによる前記人体の第2の測定結果に基づいて、前記部位の傾きを示す第2の角度を算出し、
前記第1の角度と前記第2の角度との差分に基づいて、前記部位にかかる負荷の有無を判定する、
負荷検出方法。
Computer
Based on the first measurement result by the acceleration sensor attached to the human body, a first angle indicating the inclination of the part of the human body is calculated,
Based on a second measurement result of the human body by another sensor different from the acceleration sensor, a second angle indicating the inclination of the part is calculated,
Based on the difference between the first angle and the second angle, the presence / absence of a load on the part is determined.
Load detection method.
前記第2の測定結果は、前記他のセンサを含むモーションキャプチャシステムによる測定結果である、請求項1に記載の負荷検出方法。   The load detection method according to claim 1, wherein the second measurement result is a measurement result by a motion capture system including the other sensor. 前記部位に負荷がかかっていると判定した場合、前記第1の測定結果に基づく前記部位における加速度ベクトルと前記第2の角度とに基づいて、前記部位にかかる負荷の向きと負荷の大きさを示す指標とを算出する、請求項2に記載の負荷検出方法。   When it is determined that a load is applied to the part, the direction and the magnitude of the load applied to the part are determined based on the acceleration vector and the second angle in the part based on the first measurement result. The load detection method according to claim 2, wherein an index to be indicated is calculated. 前記向きおよび前記指標の算出では、前記第2の角度に基づいて前記第1の測定結果を前記第2の測定結果が定義される座標系の値に変換した第3の測定結果を算出し、前記第3の測定結果から重力加速度成分を除去して得られる運動加速度成分に基づいて前記向きおよび前記指標を算出する、請求項3に記載の負荷検出方法。   In the calculation of the orientation and the index, a third measurement result obtained by converting the first measurement result into a coordinate system value in which the second measurement result is defined based on the second angle is calculated. The load detection method according to claim 3, wherein the direction and the index are calculated based on a motion acceleration component obtained by removing a gravitational acceleration component from the third measurement result. 前記第2の測定結果は、前記部位の位置を示す、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の負荷検出方法。   The load detection method according to claim 1, wherein the second measurement result indicates a position of the part. 前記第1の角度は、前記部位の周辺に装着された前記加速度センサによる前記第1の測定結果を補間演算して算出される、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の負荷検出方法。   6. The load detection method according to claim 1, wherein the first angle is calculated by interpolating the first measurement result obtained by the acceleration sensor mounted around the part. 7. . 人体に装着された加速度センサによる第1の測定結果に基づいて、前記人体の部位の傾きを示す第1の角度を算出する第1の算出部と、
前記加速度センサとは異なる種類の他のセンサによる前記人体の第2の測定結果に基づいて、前記部位の傾きを示す第2の角度を算出する第2の算出部と、
前記第1の角度と前記第2の角度との差分に基づいて、前記部位にかかる負荷の有無を判定する判定部と、
を有する負荷検出装置。
A first calculation unit that calculates a first angle indicating an inclination of a portion of the human body based on a first measurement result by an acceleration sensor attached to the human body;
A second calculation unit for calculating a second angle indicating the inclination of the part based on a second measurement result of the human body by another sensor different from the acceleration sensor;
A determination unit that determines the presence or absence of a load applied to the part based on a difference between the first angle and the second angle;
A load detecting device.
コンピュータに、
人体に装着された加速度センサによる第1の測定結果に基づいて、前記人体の部位の傾きを示す第1の角度を算出し、
前記加速度センサとは異なる種類の他のセンサによる前記人体の第2の測定結果に基づいて、前記部位の傾きを示す第2の角度を算出し、
前記第1の角度と前記第2の角度との差分に基づいて、前記部位にかかる負荷の有無を判定する、
処理を実行させる負荷検出プログラム。
On the computer,
Based on the first measurement result by the acceleration sensor attached to the human body, a first angle indicating the inclination of the part of the human body is calculated,
Based on a second measurement result of the human body by another sensor different from the acceleration sensor, a second angle indicating the inclination of the part is calculated,
Based on the difference between the first angle and the second angle, the presence / absence of a load on the part is determined.
A load detection program that executes processing.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018105723A1 (en) * 2016-12-09 2018-06-14 国立大学法人北海道大学 Load measuring device, assistance device, load measuring method, and load measuring program

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003090979A1 (en) * 2002-04-26 2003-11-06 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha System for estimating attitude of leg type moving robot itself
JP2004157850A (en) * 2002-11-07 2004-06-03 Olympus Corp Motion detector
US20070032748A1 (en) * 2005-07-28 2007-02-08 608442 Bc Ltd. System for detecting and analyzing body motion
JP2014054483A (en) * 2012-09-14 2014-03-27 Univ Of Tokyo Hand motion measuring apparatus
JP2015077362A (en) * 2013-10-18 2015-04-23 国立大学法人名古屋大学 Measuring device, wearing type motion assisting apparatus, and injury risk evaluation method
JP2015134149A (en) * 2013-12-17 2015-07-27 国立大学法人北海道大学 Load calculation device, aid, load calculation method, and program

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003090979A1 (en) * 2002-04-26 2003-11-06 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha System for estimating attitude of leg type moving robot itself
JP2004157850A (en) * 2002-11-07 2004-06-03 Olympus Corp Motion detector
US20070032748A1 (en) * 2005-07-28 2007-02-08 608442 Bc Ltd. System for detecting and analyzing body motion
JP2014054483A (en) * 2012-09-14 2014-03-27 Univ Of Tokyo Hand motion measuring apparatus
JP2015077362A (en) * 2013-10-18 2015-04-23 国立大学法人名古屋大学 Measuring device, wearing type motion assisting apparatus, and injury risk evaluation method
JP2015134149A (en) * 2013-12-17 2015-07-27 国立大学法人北海道大学 Load calculation device, aid, load calculation method, and program

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018105723A1 (en) * 2016-12-09 2018-06-14 国立大学法人北海道大学 Load measuring device, assistance device, load measuring method, and load measuring program

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