JP2000046578A

JP2000046578A - 歩幅測定装置

Info

Publication number: JP2000046578A
Application number: JP10216188A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Kachi; 俊彦加地; Yoshio Takahashi; 好夫高橋; Junichi Kida; 純一喜田; Tomoyasu Amano; 智康天野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-07-30
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2000-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】ＧＰＳを用いた徘徊老人探査器では、ＧＰＳ
による位置情報がアーケード、街路樹、ビル等により遮
られて入手できなくなることがあるのが問題である。そ
こでＧＰＳ情報を用いずに現在位置を測定する装置を提
供する。【解決手段】人体の左右の足首に送信機１１と受信機
３１を取り付け、１００Hz程度の音波を送受信し、送信
した音波と受信した音波の位相差により歩幅を測定す
る。さらに歩行距離に補正をかけることにより、精度の
高い位置情報を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、歩幅測定方法及び
装置に関し、特に歩行距離、及び歩行方向を正確に検出
できる方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年人口に占める高齢者の比率が高まる
につれて、老人介護についての問題が数多く発生してい
る。この内、痴呆老人の徘徊問題については徘徊を防
止、もしくは老人を速やかに保護する方法及び装置が数
多く提案されているが、中でもＧＰＳにより得た位置情
報をＰＨＳ等の通信機器によって送信する徘徊老人探査
器が注目されている。

【０００３】前記徘徊老人探査器は老人にＧＰＳ回路と
ＰＨＳ等の通信機器により構成された携帯端末を装着さ
せ、家庭内に配置した基地局から必要なときに送信要求
を出せば、現在の老人の位置が前記携帯端末から送信さ
れて、基地局側の地図上に表示されるというシステムで
あり、多くの企業、地方自治体により検討がなされてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＧＰＳによる
位置情報の入手には下記のような問題点がある。（１）アーケード、地下街、街路樹の多い歩道等の空が
見えないような場所では、衛星の電波が到達しないた
めに位置情報が入手できない。

【０００５】（２）市街地等、ビルが数多く立地したよ
うな所では、ビルに反射した電波が干渉するために、正
確な位置情報を得られない場合がある。

【０００６】（３）位置情報に意図的に誤差成分が挿入
されているために、十分な精度が得られない場合があ
る。

【０００７】これらの問題点を補うためには、人体に何
らかのセンサを取り付け、これにより歩行距離を測定し
て位置情報を補正する必要がある。現在普及が進んでい
るカーナビゲーションシステムでは、自動車に取り付け
た加速度センサや振動ジャイロを用いた、いわゆる自立
航法による補正が発達しているが、人間の歩行において
も加速度センサによる計測が提案されている（特開平９
−１５２３５５号公報）。またその他の方法として、振
動センサもしくは感圧センサを用いて歩行時の歩数を計
測して、あらかじめ計測しておいた歩幅と乗算すること
により歩行距離を求める方法が提案されている（特許登
録第２５５２１３５号、他）。

【０００８】ところが、上記の加速度センサによる計測
では、人間の歩行は自動車と比較して速度が遅いために
加速度の変化が微量であり、検出が難しいために精度の
高い正確な計測が困難であり、また上記の振動センサに
よる歩数と歩幅による計測では、あらかじめ歩幅が一定
でまっすぐに歩くという条件が必要であり、一般の成人
に比較して歩行がおぼつかない老人では歩幅のばらつき
や蛇行が起こるために、距離が増すに従って誤差が拡大
するという問題点があった。

【０００９】本発明では、以上のような問題点を解消す
るためになされたもので、ＧＰＳによる位置情報を用い
ずに、精度の高い現在位置を測定することのできる歩幅
測定装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【問題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
歩幅測定装置は、人体の左右の足首に装着し、音波を送
信する送信機と、上記送信機から送信した音波を受信
し、上記送信した音波と該受信した音波との位相差を測
定し、上記送信機と該受信機との間の距離を測定する受
信機とを備えたものである。

【００１１】本発明の請求項２は、上記請求項１記載の
歩幅測定装置において、上記送信機及び上記受信機に、
それぞれ時計を内蔵させ、該送信機と該受信機を、相互
に接続して双方に内蔵した上記時計の時刻合わせを行う
ことを可能とするものである。

【００１２】本発明の請求項３は、上記請求項１記載の
歩幅測定装置において、上記受信機が、上記送信機と該
受信機との間の距離の変化より、足の着地を判別するも
のである。

【００１３】本発明の請求項４は、上記請求項１記載の
歩幅測定装置において、上記受信機が、上記送信機と該
受信機との間の距離の変化より、足の踏み出し方向を判
別するものである。

【００１４】本発明の請求項５は、上記請求項１記載の
歩幅測定装置において、上記送信機、及び上記受信機の
足首への取付状態における、上記送信機に内蔵された送
信部、及び上記受信機に内蔵された受信部の位置が、一
方が足首の前方寄りであり、他方が足首の後方寄りであ
ることにより、上記受信機が、上記送信部と上記受信部
との間の距離の所定歩数以上の変化から、上記送信機、
及び該受信機のいずれを左足の足首に装着し、いずれを
右足の足首に装着したかを判別するものである。

【００１５】本発明の請求項６は、上記請求項１ないし
５のいずれかに記載の歩幅測定装置において、上記受信
機に、ＧＰＳ受信機、ＰＨＳ等の通信装置、及び地磁気
センサを装着したものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
歩幅測定装置について、図を参照しつつ説明する。

【００１７】実施の形態１．図１〜図４は、本実施の形
態１による歩幅測定装置の構成を説明するための図であ
り、図５〜図９は、この歩幅測定装置の動作を説明する
ための図である。

【００１８】図１は本発明の実施の形態１による歩幅測
定装置の送信機の形状、及び左足への取付状態を示す図
である。１１は、内部の足の踵寄りに送信部１４が組み
込まれている送信機である。前記送信機１１の爪先側の
側面には、該送信機１１と図３における受信機３１とを
接続するための接続コネクタ１２が設けられている。前
記送信機１１は、マジックテープ等１３に取り付けられ
ており、左足１５の足首に簡便に装着できるようになっ
ている。また図２は、前記送信機１１の内部ブロック図
であり、該送信機１１の内部には前記送信部１４の他
に、ＣＰＵ２１、及び時計２２が組み込まれている。

【００１９】次に図３は本発明の実施の形態による歩幅
測定装置の受信機の形状、及び右足への取付状態を示す
図である。前記受信機３１の内部には、足の爪先寄りに
受信部３４が組み込まれている。前記受信機３１の踵側
の側面には、該受信機３１と前記送信機１１とを接続す
るための接続コネクタ３２が設けられている。前記受信
機３１は、マジックテープ等３３に取り付けられてお
り、右足３５の足首に簡便に装着できるようになってい
る。また図４は、前記受信機３１の内部ブロック図であ
り、該受信機３１の内部には前記受信部３４の他に、Ｃ
ＰＵ４１、時計４２、及び位相検出部４３が組み込まれ
ている。

【００２０】また、前記送信機１１は、前記接続コネク
タ１２に該送信機１１の時刻を常時出力しており、前記
受信機３１は、前記接続コネクタ１２と前記接続コネク
タ３２の接続により該送信機１１の時刻が得られるよう
になると、自動的に該受信機３１の時刻を該送信機１１
の時刻に合わせるという機能を備える。

【００２１】次に動作について説明する。図５は前記送
信機１１から１００Ｈｚの音波を送信した場合の、前記
送信機１１から送信した音波と、前記受信機３１により
受信した音波の関係を示す図である。前記送信機１１は
１００Ｈｚの送信音波５１を送信し、前記受信機３１は
受信した受信音波５２の前記送信音波５１との位相の遅
れ５３により、前記送信機１１と該受信機３１との相対
距離を計算する。また１００Ｈｚの音波は１０ｍｓが１
周期であり、前記受信機３１は１０ｍｓ間隔で送信音波
との位相を比較する。

【００２２】次に図６は前記送信機１１と前記受信機３
１とを足首に装着して歩行したときの状態を示す図であ
る。ここで６１は左足を、６２は右足をそれぞれ示し、
６３は右足を踏み出したときの送受信機間の距離を、６
４は左足を踏み出したときの送受信機間の距離をそれぞ
れ示している。

【００２３】図７は図６の状態における前記送信機１１
と前記受信機３１との間の距離の変化をグラフ化した図
である。ピーク７１を、左足を前に踏み出したときとす
れば、ディップ７２は右足が踏み出す途中で左足の横に
来たときであり、ピーク７３は右足を前に踏み出したと
きである。従って前記送信機１１と前記受信機３１との
距離を連続的に測定していけば、ピーク時の距離を歩幅
と見なすことができる。

【００２４】次に図８は、上記歩幅測定装置を装着して
の歩行状態における、足の踏み出し方向の変化による進
行方向に対する歩行距離の変化の補正方法を示す図であ
る。８０１，８０３，８０４，８０５は、前記送信機１
１を足首に装着した左足であり、８０２は前記受信機３
１を足首に装着した右足である。図において、測定を開
始する直前の前記左足８０１から、最初の１歩目の前記
右足８０２を踏み出したときに、前記左足８０１と前記
右足８０２との間隔８２１を固定値１５ｃｍと見なし、
基準座標８３１を決定する。この作業は測定開始時に１
度行うだけであり、前記基準座標８３１はあくまでも両
足の移動場所を座標上で表現するために必要なものであ
り、その後の進行方向と一致する必要はない。従って前
記両足の間隔８２１は任意の値でかまわない。ここでは
通常の平均的な両足の間隔として１５ｃｍに設定してい
る。次に、左足８０５は、これまでの進行方向と同じ向
きに足を踏み出した場合の左足８０３に対して微妙に角
度を持って踏み出した状態であり、前記左足８０１から
前記左足８０５まで移動している時間の中間点にある左
足８０４での前記右足８０２からの距離８１２を測定し
ておく。この距離８１２と、前記左足８０５と前記右足
８０２との距離８１３と、前記左足８０１と前記右足８
０２との距離８１１の３つのパラメータに余弦定理をあ
てはめ、前記右足８０２から前記左足８０５への距離
を、前記基準座標８３１に対して平行移動距離８２２と
垂直移動距離８２３に分解して算出する。

【００２５】以降、足を踏み出す毎に上記の作業を繰り
返すことにより、踏み出し方向を判別し、進行方向に対
する歩行距離の微妙な変化を補正する事ができ、精度の
良い歩行距離の測定をすることができる。

【００２６】次に図９は前記送信機１１と前記受信機３
１との距離の変化をグラフ化した図である。本実施の形
態１では前記送信部１４が左足首の前方寄りで、前記受
信部３４が右足首の後方寄りに取り付けられているの
で、前記送信部１４、及び前記受信部３４を足首の中心
に取り付けた場合の相対距離の変化９１に対して、歩行
時に左足を前に踏み出したときの両足の相対距離９２が
長くなり、右足を前に踏み出したときの両足の相対距離
９３が短くなる。この相対距離の差を歩行データから検
出して、左右の足を判別する。これにより、図８で示し
た歩行距離の微妙な変化が、左右どちらの足で発生して
いるのかを認識することができる。

【００２７】このように本実施の形態１によれば、歩幅
測定装置の装着者の歩行距離、及び歩行方向を、歩幅の
測定、及び踏み出し方向の判別によって正確に計測する
ことにより、精度の高い正確な現在位置を得ることがで
きる。

【００２８】なお、上記実施の形態１では、内部の足の
踵寄りに送信部が組み込まれた送信機を左足に、内部の
足の爪先寄りに受信部が組み込まれた受信機を右足にそ
れぞれ取り付けたが、これは送信機を右足に、受信機を
左足にそれぞれ取り付けたものとしてもよく、あるい
は、送信機の内部の足の爪先寄りに送信部を組み込み、
受信機の内部の足の踵寄りに受信部を組み込んだものと
してもよい。

【００２９】実施の形態２．図１０は、上記実施の形態
１による歩幅測定装置の受信機にＧＰＳ、及びＰＨＳ、
及び地磁気センサを装着した本発明の実施の形態２にお
ける徘徊老人探査器を示す図であり、図１１は、上記受
信機の内部ブロック図である。

【００３０】図１０及び図１１において、１０５は内部
にＧＰＳアンテナ１０１、及びＧＰＳユニット１１３、
及び地磁気センサ１０３が組み込まれている受信機であ
り、外部のＰＨＳ１０４とは外部ケーブル１０２を介し
て接続されている。また、前記受信機１０５のその他の
構成については実施の形態１のものと同様に、受信部１
０６，接続コネクタ１０７，ＣＰＵ１１１，位相検出部
１１２，時計１１４をそれぞれ備える。なお送信機の構
成については、実施の形態１のものと同様である。

【００３１】上記徘徊老人探査器は、前記受信機１０５
に装着した前記ＧＰＳアンテナ１０１から前記ＧＰＳユ
ニット１１３を通した位置情報を前記ＣＰＵ１１１が入
手し、前記外部ケーブル１０２を介して前記ＰＨＳ１０
４より家庭内の基地局に一定時間間隔で自動的に送信す
るシステムである。あるいは家庭局側からの呼び出しに
応じて位置情報を送信するシステムであっても良い。

【００３２】次に動作について説明する。まず、老人が
上記徘徊老人探査器を装着した状態で住宅から外出する
と、ＧＰＳによる位置情報が入手される。住宅の緯度経
度は既知の値であるから、あらかじめ住宅の位置を基準
として入力しておくことにより、初期のＧＰＳによる位
置情報の誤差成分をキャンセルすることができる。前記
歩幅測定装置は、前記地磁気センサ１０３から方位を入
手し、歩行方向を判別して歩幅による移動距離測定を開
始する。ＧＰＳによる位置情報と前記歩幅測定装置によ
る位置情報が徐々にずれていくような状態では、前記歩
幅測定装置による位置情報が間違っていると判断して、
歩幅に一定の数値を乗ずることにより補正を行う。この
補正を一定間隔で行うことにより、歩幅測定の精度を向
上させる。

【００３３】一方、通常はＧＰＳによる位置情報を使用
するが、ＧＰＳによる位置情報と前記歩幅測定装置によ
る位置情報が大きく異なる場合には、ＧＰＳによる位置
情報の誤差成分が増大したと判断して、前記歩幅測定装
置による位置情報を用いるようにする。外出途中でアー
ケード、あるいは街路樹の多い場所等にさしかかり、Ｇ
ＰＳによる位置情報が得られない状態になった場合は、
前記歩幅測定装置による位置情報と、前記地磁気センサ
１０３による方位情報により現在位置測定を行う。

【００３４】図１２はアーケード内で上記徘徊老人探査
器を携帯した老人が歩くのを止めて立ち止まり、次に元
の道を引き返し始めた状態を示す図である。アーケード
内のためＧＰＳ信号は得られないので、歩幅測定の波形
１２１と前記地磁気センサ１０３の示す方位１２２によ
り老人の行動を測定する。

【００３５】今、老人が北の方角に歩いている状態を１
２３とすると前記地磁気センサの示す方位１２２は北を
指し示す。そして、１２４の状態では、歩幅測定の波形
１２１が変動しなくなったことにより老人が立ち止まっ
たことが認識される。続いて１２５の状態では、前記地
磁気センサの示す方位１２２が方向の変化を捕らえ、老
人が逆の方向を向いたことが認識される。さらに１２６
の状態では、前記歩幅測定の波形１２１が変動を始め、
老人が再び歩き出したことが認識される。

【００３６】また、さらなる悪条件として、住宅の玄関
がアーケード内にあって出発地点からＧＰＳによる位置
情報が得られないような場合であっても、あらかじめ住
宅の位置を基準として入力しておけば、そこからの移動
距離として現在位置を測定できる。

【００３７】このように本実施の形態２によるＧＰＳを
用いた徘徊老人探査器では、上記実施の形態１の効果に
おいて、歩幅測定装置の装着者の歩行距離、及び歩行方
向を、歩幅の測定、及び踏み出し方向の判別によって正
確に計測することにより、精度の高い正確な現在位置を
得ることができたのに加え、ＧＰＳを用いたことによ
り、さらに、より高い精度で正確な現在位置を得ること
ができる。

【００３８】なお、本実施の形態２では、位置情報を送
信するのにＰＨＳを用いたが、これは、その他の通信手
段を用いたものとしてもよい

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明の請求項１に係る歩
幅測定装置によれば、人体の左右の足首に装着され、音
波を送信する送信機と、上記送信機から送信した音波を
受信し、上記送信した音波と該受信した音波との位相差
を測定し、上記送信機と該受信機との間の距離を測定す
る受信機とを備えたので、上記測定した距離により、歩
幅を計算することができるという効果がある。

【００４０】本発明の請求項２によれば、請求項１の歩
幅測定装置において、上記送信機及び上記受信機は、そ
れぞれ時計を内蔵し、該送信機と該受信機は、相互に接
続して双方に内蔵した上記時計の時刻合わせを行うこと
が可能であるので、測定時において上記送信機と上記受
信機の両者をケーブル等で接続する必要が無くなるとい
う効果がある。

【００４１】本発明の請求項３によれば、請求項１の歩
幅測定装置において、上記受信機は、上記送信機と該受
信機との間の距離の変化より、足の着地を判別するもの
であるので、足の裏への感圧センサやフットスイッチ等
を用いることなく足の着地を認識することができ、正確
な歩幅測定を行うことができるという効果がある。

【００４２】本発明の請求項４によれば、請求項１の歩
幅測定装置において、上記受信機は、上記送信機と該受
信機との間の距離の変化より、足の踏み出し方向を判別
するものであるので、歩行中の微妙な進行方向の変化
を、特別なセンサを用いることなく認識できるという効
果がある。

【００４３】本発明の請求項５によれば、請求項１の歩
幅測定装置において、上記送信機、及び上記受信機の足
首への取付状態における、上記送信機に内蔵された送信
部及び上記受信機に内蔵された受信部の位置は、一方が
足首の前方寄りで、他方が足首の後方寄りであり、上記
受信機は、上記送信部と該受信部との間の距離の所定歩
数以上の変化から、上記送信機、及び上記受信機のいず
れを左足の足首に装着し、いずれを右足の足首に装着し
たかを判別することができるので、左右どちらに向かお
うとしているかを、特別なセンサを用いることなく判別
できるという効果がある。

【００４４】本発明の請求項６によれば、請求項１ない
し５のいずれかに記載の歩幅測定装置において、上記受
信機にＧＰＳ受信機、ＰＨＳ等の通信装置、及び地磁気
センサを装着したので、アーケード内等でＧＰＳ信号が
受信できなくなった場合でも、地磁気センサと歩幅測定
による現在位置補正を行うことにより、正確に現在位置
を検出することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における歩幅測定装置の
送信機の外見図である。

【図２】上記歩幅測定装置の送信機の構成を示す内部ブ
ロック図である。

【図３】上記歩幅測定装置の受信機の外見図である。

【図４】上記歩幅測定装置の受信機の構成を示す内部ブ
ロック図である。

【図５】上記歩幅測定装置の送受信音波の位相比較図で
ある。

【図６】上記歩幅測定装置を装着しての歩行状態を示す
図である。

【図７】上記歩幅測定装置を装着しての歩行状態におけ
る送受信機間の相対距離を示す図である。

【図８】上記歩幅測定装置を装着しての歩行状態におけ
る、足の踏み出し方向の変化による進行方向に対する歩
行距離の変化の補正方法を示す図である。

【図９】上記歩幅測定装置を装着しての歩行状態におけ
る左右の足の判別方法を示す図である。

【図１０】本発明の実施の形態２における、上記歩幅測
定装置を備えた徘徊老人探査器を示す図である。

【図１１】上記歩幅測定装置を備えた徘徊老人探査器の
受信機の構成を示す内部ブロック図である。

【図１２】アーケード内で徘徊老人探査器を携帯した老
人が歩くのを止めて立ち止まり、次に元の道を引き返し
始めた状態を示す図である。

【符号の説明】

１１送信機１２，３２，１０７接続コネクタ１３，３３マジックテープ等１４送信部１５左足２１，４１，１１１ＣＰＵ２２，４２，１１４時計３１受信機３４，１０６受信部３５右足４３，１１２位相検出部６１左足６２右足６３右足を踏み出したときの送受信部間の距離６４左足を踏み出したときの送受信部間の距離１０１ＧＰＳアンテナ１０２外部ケーブル１０３地磁気センサ１０４ＰＨＳ１０５受信機１１３ＧＰＳユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者喜田純一香川県高松市古新町８番地の１松下寿電子工業株式会社内 (72)発明者天野智康香川県高松市古新町８番地の１松下寿電子工業株式会社内Ｆターム(参考） 2F024 BA01 BA09 BA10 BA15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】音波を用いる歩幅測定装置において、人体の左右の足首に装着され、音波を送信する送信機
と、上記送信機から送信した音波を受信し、上記送信した音
波と該受信した音波との位相差を測定し、上記送信機と
該受信機との間の距離を測定する受信機とを備えたこと
を特徴とする歩幅測定装置。
【請求項２】請求項１記載の歩幅測定装置において、上記送信機及び上記受信機は、それぞれ時計を内蔵し、該送信機と該受信機は、相互に接続して双方に内蔵した
上記時計の時刻合わせを行うことが可能であることを特
徴とする歩幅測定装置。
【請求項３】請求項１記載の歩幅測定装置において、上記受信機は、上記送信機と該受信機との間の距離の変
化より、足の着地を判別するものであることを特徴とす
る歩幅測定装置。
【請求項４】請求項１記載の歩幅測定装置において、上記受信機は、上記送信機と該受信機との間の距離の変
化より、足の踏み出し方向を判別するものであることを
特徴とする歩幅測定装置。
【請求項５】請求項１記載の歩幅測定装置において、上記送信機、及び上記受信機の足首への取付状態におけ
る、上記送信機に内蔵された送信部、及び上記受信機に
内蔵された受信部の位置は、一方が足首の前方寄りで、
他方が足首の後方寄りであり、上記受信機は、上記送信部と上記受信部との間の距離の
所定歩数以上の変化から上記送信機、及び該受信機のい
ずれを左足の足首に装着し、いずれを右足の足首に装着
したかを判別することができることを特徴とする歩幅測
定装置。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載の歩
幅測定装置において、上記受信機は、ＧＰＳ受信機、ＰＨＳ等の通信装置、及
び地磁気センサを装着したことを特徴とする歩幅測定装
置。