JP2002328134A - 姿勢状態及び方位の検出装置 - Google Patents
姿勢状態及び方位の検出装置Info
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- JP2002328134A JP2002328134A JP2001132980A JP2001132980A JP2002328134A JP 2002328134 A JP2002328134 A JP 2002328134A JP 2001132980 A JP2001132980 A JP 2001132980A JP 2001132980 A JP2001132980 A JP 2001132980A JP 2002328134 A JP2002328134 A JP 2002328134A
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- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Accommodation For Nursing Or Treatment Tables (AREA)
- Emergency Alarm Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 人体などの運動体の動きが正常であるか異常
であるかを判断するのに適した姿勢状態及び方位の検出
装置を提供すること。 【解決手段】 水平面で直交する２方向の軸と該２方向
の軸に直交する垂直な軸とを有する３方向の軸のうち少
なくとも１軸方向において被測定者などの運動体の加速
度成分を測定する加速度センサ13を設ける。さらに、２
方向の軸において運動体の地磁気成分をそれぞれ測定す
る磁気センサ13を設ける。加速度センサで測定された加
速度成分を用いて運動体の傾斜角度をマイクロプロセッ
サ15で計算する。また磁気センサで測定された地磁気成
分を用いて運動体の方位をマイクロプロセッサ15で計算
する。さらに、加速度センサで測定された加速度成分と
傾斜角度計算手段で計算された傾斜角度とから運動体の
姿勢状態を判別する。
であるかを判断するのに適した姿勢状態及び方位の検出
装置を提供すること。 【解決手段】 水平面で直交する２方向の軸と該２方向
の軸に直交する垂直な軸とを有する３方向の軸のうち少
なくとも１軸方向において被測定者などの運動体の加速
度成分を測定する加速度センサ13を設ける。さらに、２
方向の軸において運動体の地磁気成分をそれぞれ測定す
る磁気センサ13を設ける。加速度センサで測定された加
速度成分を用いて運動体の傾斜角度をマイクロプロセッ
サ15で計算する。また磁気センサで測定された地磁気成
分を用いて運動体の方位をマイクロプロセッサ15で計算
する。さらに、加速度センサで測定された加速度成分と
傾斜角度計算手段で計算された傾斜角度とから運動体の
姿勢状態を判別する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、人体などの運動体
の姿勢状態及び方位を検出する検出装置に関する。この
検出装置は、人体の姿勢状態及び人体の向きを常時測定
するのに適した装置である。
の姿勢状態及び方位を検出する検出装置に関する。この
検出装置は、人体の姿勢状態及び人体の向きを常時測定
するのに適した装置である。
【０００２】
【従来の技術】高齢者や幼病者など、介護もしくは保護
を必要とする者（以下、要介護者と称する）が、介添人
なしで行動する必要のあるケースでは、介護者もしくは
保護者が要介護人の健康状態を常時把握していることを
求められる場合がある。監視者から離れた位置にいる人
物の健康状態を監視する方法としては、特開平８−２２
４２２２号公報及び特開平９−２５３０５７号公報に開
示された方法がある。
を必要とする者（以下、要介護者と称する）が、介添人
なしで行動する必要のあるケースでは、介護者もしくは
保護者が要介護人の健康状態を常時把握していることを
求められる場合がある。監視者から離れた位置にいる人
物の健康状態を監視する方法としては、特開平８−２２
４２２２号公報及び特開平９−２５３０５７号公報に開
示された方法がある。
【０００３】特開平８−２２４２２２号公報の方法は、
運動体である被測定者に傾斜センサ及び呼吸の有無を測
定するセンサを取り付け、両センサによる測定結果を演
算して異常の有無を判定し、異常が検出された場合には
無線通信により監視者に連絡する方法である。呼吸の有
無を測定するセンサは、被測定者が身につけた腰部のベ
ルトの内側に圧力センサを取り付け、呼吸に伴う腹部の
動きにより発生するベルト内側の規則的な圧力変動を検
出するものである。この方法を図８を参照して説明す
る。
運動体である被測定者に傾斜センサ及び呼吸の有無を測
定するセンサを取り付け、両センサによる測定結果を演
算して異常の有無を判定し、異常が検出された場合には
無線通信により監視者に連絡する方法である。呼吸の有
無を測定するセンサは、被測定者が身につけた腰部のベ
ルトの内側に圧力センサを取り付け、呼吸に伴う腹部の
動きにより発生するベルト内側の規則的な圧力変動を検
出するものである。この方法を図８を参照して説明す
る。
【０００４】図８は監視システムにおける被測定者が身
につける子機101の構造を例示したものであり、傾斜セ
ンサ107及び圧力センサ108からの測定データは子機のケ
ース103内の信号処理基板105にて処理され、送受信モジ
ュール104を介して監視者側に随時送信される。ベルト
掛金具102は圧力センサ108を被測定者のベルト内側に固
定する機能を持つ。また固定の信号送信機からの信号を
受信コイル109で受信し、同信号に含まれる位置情報か
ら被測定者の現在の位置情報を得る。
につける子機101の構造を例示したものであり、傾斜セ
ンサ107及び圧力センサ108からの測定データは子機のケ
ース103内の信号処理基板105にて処理され、送受信モジ
ュール104を介して監視者側に随時送信される。ベルト
掛金具102は圧力センサ108を被測定者のベルト内側に固
定する機能を持つ。また固定の信号送信機からの信号を
受信コイル109で受信し、同信号に含まれる位置情報か
ら被測定者の現在の位置情報を得る。
【０００５】一方、特開平９−２５３０５７号公報に示
された方法は、少なくとも２つのスポット投影器及び１
台の撮影装置を設け、運動体である被測定者のいる空間
に前記投影器により格子状にスポットパターンを投影
し、撮影装置によって被測定者の位置や動きを検出する
システムである。前記スポット投影器からのスポット光
は赤外線レーザである。スポット投影器が少なくとも２
台以上ある理由は、被測定者の微細な動き、大まかな動
きの双方を捉えるためである。前記撮影装置には変形し
た格子による立体的な映像が映し出されることとなる。
スポット光の照射範囲内で被測定者が何らかの動きを見
せると、この格子による立体映像に変化が生じるので、
監視者は被測定者の動きを把握することができる。この
方法を図９を参照して説明する。
された方法は、少なくとも２つのスポット投影器及び１
台の撮影装置を設け、運動体である被測定者のいる空間
に前記投影器により格子状にスポットパターンを投影
し、撮影装置によって被測定者の位置や動きを検出する
システムである。前記スポット投影器からのスポット光
は赤外線レーザである。スポット投影器が少なくとも２
台以上ある理由は、被測定者の微細な動き、大まかな動
きの双方を捉えるためである。前記撮影装置には変形し
た格子による立体的な映像が映し出されることとなる。
スポット光の照射範囲内で被測定者が何らかの動きを見
せると、この格子による立体映像に変化が生じるので、
監視者は被測定者の動きを把握することができる。この
方法を図９を参照して説明する。
【０００６】図９は監視システムの構成を例示したもの
であり、監視装置を病室111に設置し、ナースステーシ
ョン115にて監視するシステムである。複数のスポット
投影器（図示せず）から被測定者である患者が寝ている
ベッド112に照射された赤外レーザ光の映像は、センサ1
14にて撮影され、ケーブル116にてナースステーション1
15内のデータ処理装置117に送られる。データ処理装置1
17は、ケーブル119によって送られるベッド上の患者の
動きに反応するベッドセンサ113からの出力信号と共に
前記赤外レーザ光の映像を処理し、異常と判断した場合
にはアラーム通報手段118を動作させて看護人に異常を
知らせる。ベッドセンサ113は患者の体重及びその移動
を検出するもので、荷重センサ、圧力センサ、歪みゲー
ジ等が用いられる。また病室111の窓120には全面に赤外
線遮断フィルム121が貼られ、センサ114の撮影画像への
外部からの入射赤外光の影響を低減する措置が講じられ
ている。
であり、監視装置を病室111に設置し、ナースステーシ
ョン115にて監視するシステムである。複数のスポット
投影器（図示せず）から被測定者である患者が寝ている
ベッド112に照射された赤外レーザ光の映像は、センサ1
14にて撮影され、ケーブル116にてナースステーション1
15内のデータ処理装置117に送られる。データ処理装置1
17は、ケーブル119によって送られるベッド上の患者の
動きに反応するベッドセンサ113からの出力信号と共に
前記赤外レーザ光の映像を処理し、異常と判断した場合
にはアラーム通報手段118を動作させて看護人に異常を
知らせる。ベッドセンサ113は患者の体重及びその移動
を検出するもので、荷重センサ、圧力センサ、歪みゲー
ジ等が用いられる。また病室111の窓120には全面に赤外
線遮断フィルム121が貼られ、センサ114の撮影画像への
外部からの入射赤外光の影響を低減する措置が講じられ
ている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の方法に
は以下に記す問題があった。
は以下に記す問題があった。
【０００８】まず特開平８−２２４２２２号公報に開示
された方法では、呼吸に伴う腹部の動きを検出する必要
があるため、被測定者が圧力センサの装着のためにベル
トもしくは類似の器具を身に付けている必要がある。し
たがって、特に幼児などベルトの装着が慣習化していな
い被測定者に対し、検出装置を違和感なく装着させるこ
とには問題があった。
された方法では、呼吸に伴う腹部の動きを検出する必要
があるため、被測定者が圧力センサの装着のためにベル
トもしくは類似の器具を身に付けている必要がある。し
たがって、特に幼児などベルトの装着が慣習化していな
い被測定者に対し、検出装置を違和感なく装着させるこ
とには問題があった。
【０００９】また前記の傾斜センサは装着者の体の傾き
を測定する機能しか有していないので、被測定者が自主
的にしゃがんだり、一時的に横になったり、または安楽
椅子に腰を下ろすなど、とくに問題のない行動をとった
場合であっても異常な状況と判断してしまう場合があ
る。
を測定する機能しか有していないので、被測定者が自主
的にしゃがんだり、一時的に横になったり、または安楽
椅子に腰を下ろすなど、とくに問題のない行動をとった
場合であっても異常な状況と判断してしまう場合があ
る。
【００１０】さらに呼吸の有無を測定するセンサが異常
を捉えた時には呼吸が停止しているのであるから、被測
定者はすでに重篤の状態に陥っていると考えなくてはな
らず、その時点で監視者が異常を初めて認識して救済の
行動を開始するのでは遅すぎる。
を捉えた時には呼吸が停止しているのであるから、被測
定者はすでに重篤の状態に陥っていると考えなくてはな
らず、その時点で監視者が異常を初めて認識して救済の
行動を開始するのでは遅すぎる。
【００１１】したがって、特開平８−２２４２２２号公
報に示された方法は、人体の動きの異常を検出する方法
としては不十分である。
報に示された方法は、人体の動きの異常を検出する方法
としては不十分である。
【００１２】また特開平９−２５３０５７号公報に開示
された方法では、２つのスポット投影器及び１台の撮影
装置は固定設置されているので、被測定者がこの投影及
び撮影の範囲内に留まっている場合にしか監視を行うこ
とができない。つまり、監視可能な範囲が部屋の中など
の閉じられた空間内に限られてしまう。また常時照射さ
れる赤外線レーザ光は被測定者の身体、とくに眼に対し
て悪影響を与える可能性がある。そのため、屋外を含め
た広い空間で自由に活動する人物を常時監視するには適
さず、また被測定者の身体に影響を与える虞もある。
された方法では、２つのスポット投影器及び１台の撮影
装置は固定設置されているので、被測定者がこの投影及
び撮影の範囲内に留まっている場合にしか監視を行うこ
とができない。つまり、監視可能な範囲が部屋の中など
の閉じられた空間内に限られてしまう。また常時照射さ
れる赤外線レーザ光は被測定者の身体、とくに眼に対し
て悪影響を与える可能性がある。そのため、屋外を含め
た広い空間で自由に活動する人物を常時監視するには適
さず、また被測定者の身体に影響を与える虞もある。
【００１３】したがって、特開平９−２５３０５７号公
報に示された方法も、人体の動きの異常を検出する方法
としてはやはり不適当である。
報に示された方法も、人体の動きの異常を検出する方法
としてはやはり不適当である。
【００１４】それ故に本発明の課題は、人体などの運動
体の動きが正常であるか異常であるかを判断するのに適
した姿勢状態及び方位の検出装置を提供することにあ
る。
体の動きが正常であるか異常であるかを判断するのに適
した姿勢状態及び方位の検出装置を提供することにあ
る。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、水平面
で直交する２方向の軸と該２方向の軸に直交する垂直な
軸とを有する３方向の軸のうち少なくとも１軸方向にお
いて運動体の加速度成分を測定する加速度センサと、前
記２方向の軸において運動体の地磁気成分をそれぞれ測
定する磁気センサと、前記加速度センサで測定された加
速度成分を用いて運動体の傾斜角度を計算する傾斜角度
計算手段と、前記磁気センサで測定された地磁気成分を
用いて運動体の方位を計算する方位計算手段と、前記加
速度センサで測定された加速度成分と前記傾斜角度計算
手段で計算された傾斜角度とから運動体の姿勢状態を判
別する姿勢状態判別手段と、前記姿勢状態及び方位を出
力する出力手段とを含むことを特徴とする姿勢状態及び
方位の検出装置が得られる。
で直交する２方向の軸と該２方向の軸に直交する垂直な
軸とを有する３方向の軸のうち少なくとも１軸方向にお
いて運動体の加速度成分を測定する加速度センサと、前
記２方向の軸において運動体の地磁気成分をそれぞれ測
定する磁気センサと、前記加速度センサで測定された加
速度成分を用いて運動体の傾斜角度を計算する傾斜角度
計算手段と、前記磁気センサで測定された地磁気成分を
用いて運動体の方位を計算する方位計算手段と、前記加
速度センサで測定された加速度成分と前記傾斜角度計算
手段で計算された傾斜角度とから運動体の姿勢状態を判
別する姿勢状態判別手段と、前記姿勢状態及び方位を出
力する出力手段とを含むことを特徴とする姿勢状態及び
方位の検出装置が得られる。
【００１６】前記３方向の軸の各々の回りにおいて運動
体の角速度成分を測定する３軸のジャイロをさらに含
み、前記傾斜角度計算手段は、前記加速度センサで測定
された加速度成分と前記ジャイロで測定された角速度成
分とを用いて運動体の傾斜角度を計算し、前記方位計算
手段は、前記磁気センサで測定された地磁気成分と前記
ジャイロで測定された角速度成分とを用いて運動体の方
位を計算するようにしてもよい。
体の角速度成分を測定する３軸のジャイロをさらに含
み、前記傾斜角度計算手段は、前記加速度センサで測定
された加速度成分と前記ジャイロで測定された角速度成
分とを用いて運動体の傾斜角度を計算し、前記方位計算
手段は、前記磁気センサで測定された地磁気成分と前記
ジャイロで測定された角速度成分とを用いて運動体の方
位を計算するようにしてもよい。
【００１７】前記姿勢状態判別手段は、前記傾斜角度計
算手段で計算された傾斜角度に基づいて、運動体の姿勢
が複数に分類されている姿勢リストのうち１つであるこ
とを判別し、前記加速度センサで測定された加速度に基
づいて、運動体の状態が複数に分類されている状態リス
トのうち１つであることを判別し、結果として運動体が
１つの姿勢状態にあると判別するようにしてもよい。
算手段で計算された傾斜角度に基づいて、運動体の姿勢
が複数に分類されている姿勢リストのうち１つであるこ
とを判別し、前記加速度センサで測定された加速度に基
づいて、運動体の状態が複数に分類されている状態リス
トのうち１つであることを判別し、結果として運動体が
１つの姿勢状態にあると判別するようにしてもよい。
【００１８】前記出力手段は、前記姿勢状態の出力とし
て4ビットを割り当て、方位の出力として4ビットを割り
当て、合計として8ビットの出力としてもよい。
て4ビットを割り当て、方位の出力として4ビットを割り
当て、合計として8ビットの出力としてもよい。
【００１９】
【作用】被測定者が転倒した場合の体の動きをセンサに
て検出し、監視者が異常状態を認識できる。人間が転倒
する場合には、人体に横倒しになる動きが生じるので、
傾斜センサによってその発生を知ることができる。ただ
し傾斜センサのみではその動きを被測定者が主体的に行
ったものかどうかを判断できないので、前記傾斜センサ
及び人体の急激な傾斜の進行に伴って加えられる加速度
を測定するセンサをさらに用いる。即ち傾斜センサより
も比較的広範囲の周波数領域の加速度が検出できる1軸
以上の加速度センサを使用する。この加速度センサによ
って傾斜と衝撃加速度の両方が測定できる。
て検出し、監視者が異常状態を認識できる。人間が転倒
する場合には、人体に横倒しになる動きが生じるので、
傾斜センサによってその発生を知ることができる。ただ
し傾斜センサのみではその動きを被測定者が主体的に行
ったものかどうかを判断できないので、前記傾斜センサ
及び人体の急激な傾斜の進行に伴って加えられる加速度
を測定するセンサをさらに用いる。即ち傾斜センサより
も比較的広範囲の周波数領域の加速度が検出できる1軸
以上の加速度センサを使用する。この加速度センサによ
って傾斜と衝撃加速度の両方が測定できる。
【００２０】まず転倒時には、主体的な運動では生じる
ことのない衝撃による大きな加速度が加わることを利用
して、この動きを随時測定する。つまり例えばx, yの２
方向の加速度センサを用いて被測定者の動きが転倒なの
か、被測定者自身が主体的に行った運動であるのかを判
断する。被測定者に突然大きな加速度が加わって体の向
きが急激に変動し、しかも被測定者の体の向きが変動し
たまま元に戻らない場合には、被測定者は転倒して起き
上がることができないものと推定される。また、被測定
者が主体的に体を傾けたり横たわったりする動きをとっ
た場合では、x,yの２方向の傾斜角の変動は重力加速度
の向きの変化に関しては転倒の場合と大差ないと考えら
れる。ただし大きな衝撃により被測定者に加えられる一
時的な加速度は、転倒の場合よりもはるかに小さなもの
になる。これは、被測定者が主体的に体を傾ける場合に
は、安全に動作を行おうとするために転倒の場合よりも
ずっとゆっくりと一連の動作を行うためである。
ことのない衝撃による大きな加速度が加わることを利用
して、この動きを随時測定する。つまり例えばx, yの２
方向の加速度センサを用いて被測定者の動きが転倒なの
か、被測定者自身が主体的に行った運動であるのかを判
断する。被測定者に突然大きな加速度が加わって体の向
きが急激に変動し、しかも被測定者の体の向きが変動し
たまま元に戻らない場合には、被測定者は転倒して起き
上がることができないものと推定される。また、被測定
者が主体的に体を傾けたり横たわったりする動きをとっ
た場合では、x,yの２方向の傾斜角の変動は重力加速度
の向きの変化に関しては転倒の場合と大差ないと考えら
れる。ただし大きな衝撃により被測定者に加えられる一
時的な加速度は、転倒の場合よりもはるかに小さなもの
になる。これは、被測定者が主体的に体を傾ける場合に
は、安全に動作を行おうとするために転倒の場合よりも
ずっとゆっくりと一連の動作を行うためである。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１を参照して、本発明の実施の
形態に係る姿勢状態及び方位の検出装置の構成について
説明する。
形態に係る姿勢状態及び方位の検出装置の構成について
説明する。
【００２２】この姿勢状態及び方位の検出装置は姿勢角
度センサユニット11を含んでいる。姿勢角度センサユニ
ット11は、水平方向２軸、垂直方向１軸の互いに直交す
る３軸x, y, zの回りの角速度成分ωx, ωy, ωzをそれ
ぞれ測定する３軸のジャイロ12と、互いに直交する水平
方向の２軸x, yの加速度成分Ax, Ayをそれぞれ測定する
加速度センサ13と、同じく水平方向の２軸x, yの地磁気
成分Mx, Myをそれぞれ測定する磁気センサ14とより構成
されるセンサ部分を含んでいる。ジャイロ12は、被測定
者又は被測定体の３軸方向の角速度成分を測定する。加
速度センサ13は、被測定体の２軸方向の加速度成分を測
定する。磁気センサ14は、被測定体の2軸方向の地磁気
成分を測定する。これらによる測定値は演算機構である
マイクロプロセッサ15に入力され、そこで傾斜角度及び
方位角度が計算され、それらの結果を表す出力16が姿勢
角度センサユニット11の外部の後述する処理装置（図示
せず）に伝達される。
度センサユニット11を含んでいる。姿勢角度センサユニ
ット11は、水平方向２軸、垂直方向１軸の互いに直交す
る３軸x, y, zの回りの角速度成分ωx, ωy, ωzをそれ
ぞれ測定する３軸のジャイロ12と、互いに直交する水平
方向の２軸x, yの加速度成分Ax, Ayをそれぞれ測定する
加速度センサ13と、同じく水平方向の２軸x, yの地磁気
成分Mx, Myをそれぞれ測定する磁気センサ14とより構成
されるセンサ部分を含んでいる。ジャイロ12は、被測定
者又は被測定体の３軸方向の角速度成分を測定する。加
速度センサ13は、被測定体の２軸方向の加速度成分を測
定する。磁気センサ14は、被測定体の2軸方向の地磁気
成分を測定する。これらによる測定値は演算機構である
マイクロプロセッサ15に入力され、そこで傾斜角度及び
方位角度が計算され、それらの結果を表す出力16が姿勢
角度センサユニット11の外部の後述する処理装置（図示
せず）に伝達される。
【００２３】図２を参照して、被測定者が前記姿勢角度
センサユニットを装着し、行動する場合の例について説
明する。被測定者22は姿勢角度センサユニット21を体へ
の密着性の高い衣服の胸部のポケットに収納することで
体への密着度を高めて固定し、体の動きの正確な測定を
図っている。密着性の低い衣服を身に着けていたり、体
の他の部位に姿勢角度センサユニット21を装着したりし
た場合には、正確な姿勢角度の測定が困難になることが
判明している。図２において、被測定者22は図のx軸が
正となる方向を向いており、y軸は被測定者22の左手
側、z軸は同じく上方である。また姿勢角度Rollは被測
定者22の体が左右に傾く方向、Pitchは前後に傾く方
向、であり、方位角度Yawは左右に向く方向である。
センサユニットを装着し、行動する場合の例について説
明する。被測定者22は姿勢角度センサユニット21を体へ
の密着性の高い衣服の胸部のポケットに収納することで
体への密着度を高めて固定し、体の動きの正確な測定を
図っている。密着性の低い衣服を身に着けていたり、体
の他の部位に姿勢角度センサユニット21を装着したりし
た場合には、正確な姿勢角度の測定が困難になることが
判明している。図２において、被測定者22は図のx軸が
正となる方向を向いており、y軸は被測定者22の左手
側、z軸は同じく上方である。また姿勢角度Rollは被測
定者22の体が左右に傾く方向、Pitchは前後に傾く方
向、であり、方位角度Yawは左右に向く方向である。
【００２４】図１及び図２を共に参照して、姿勢角度セ
ンサユニットのマイクロプロセッサ１５について説明す
る。
ンサユニットのマイクロプロセッサ１５について説明す
る。
【００２５】ジャイロ12から出力された３軸x, y, zの
回りの角速度成分ωx, ωy, ωz及び加速度センサ13か
ら出力された２軸x, yの加速度成分Ax, Ayを用いて傾斜
角度Roll, Pitchを以下の数１，２式により計算する。
回りの角速度成分ωx, ωy, ωz及び加速度センサ13か
ら出力された２軸x, yの加速度成分Ax, Ayを用いて傾斜
角度Roll, Pitchを以下の数１，２式により計算する。
【００２６】
【数１】Roll(n) = Roll(n-1) + ωx × Δt -k ×(-si
nAy -ωx × Δt)
nAy -ωx × Δt)
【数２】Pitch(n) = Pitch(n-1) + ωy × Δt -k ×(s
inAx -ωy × Δt) ここで、Roll(n), Pitch(n)は現在の傾斜角度、Roll(n-
1), Pitch(n-1)は1周期前に計算された傾斜角度、Δtは
1周期の時間、kは1以下の定数である。なお、被測定者2
2の傾斜角度を計算するとき、マイクロプロセッサ15は
傾斜角度計算手段として働く。
inAx -ωy × Δt) ここで、Roll(n), Pitch(n)は現在の傾斜角度、Roll(n-
1), Pitch(n-1)は1周期前に計算された傾斜角度、Δtは
1周期の時間、kは1以下の定数である。なお、被測定者2
2の傾斜角度を計算するとき、マイクロプロセッサ15は
傾斜角度計算手段として働く。
【００２７】さらに、ジャイロから出力された３軸x,
y, zの回りの角速度成分ωx, ωy,ωz及び磁気センサか
ら出力された２軸x, yの地磁気成分Mx, Myを用いて方位
角度Yawを以下の数３式により計算する。
y, zの回りの角速度成分ωx, ωy,ωz及び磁気センサか
ら出力された２軸x, yの地磁気成分Mx, Myを用いて方位
角度Yawを以下の数３式により計算する。
【００２８】
【数３】Yaw(n) = Yaw(n-1) + ωz × Δt -k ×(-tan
(My/Mx) -ωz × Δt) ここで、Yaw(n)は現在の方位角度、Yaw(n-1)は1周期前
に計算された方位角度、Δtは1周期の時間、kは1以下の
定数である。
(My/Mx) -ωz × Δt) ここで、Yaw(n)は現在の方位角度、Yaw(n-1)は1周期前
に計算された方位角度、Δtは1周期の時間、kは1以下の
定数である。
【００２９】また下記表１に示すように、方位出力は方
位角度から下記の１６方位に変換したものである。それ
ぞれの方位に割り当てられている数字は１６方位を4ビ
ットで出力するために割り当てられた方位コードであ
る。なお、被測定者22の方位を計算するとき、マイクロ
プロセッサ15は方位計算手段として働く。
位角度から下記の１６方位に変換したものである。それ
ぞれの方位に割り当てられている数字は１６方位を4ビ
ットで出力するために割り当てられた方位コードであ
る。なお、被測定者22の方位を計算するとき、マイクロ
プロセッサ15は方位計算手段として働く。
【００３０】
【表１】 さらに、姿勢角度センサユニット11を被測定者22に実際
に装着させ、様々な行動を行わせて出力16を得た。姿勢
角度センサユニット11は被測定者22の体への密着性の高
い衣服の胸部のポケットに収納固定された。姿勢角度セ
ンサユニット11のセンサ部において、３軸のジャイロ12
としては圧電振動式セラミックジャイロを用い、２軸の
磁気センサ14としてはMR式磁気センサを用い、２軸の加
速度センサ13としては半導体式加速度センサを用いた。
なお、姿勢角度センサユニット11の装着の向きは決まっ
ており、姿勢角度センサユニット11を直立させた状態で
収納固定する必要がある。
に装着させ、様々な行動を行わせて出力16を得た。姿勢
角度センサユニット11は被測定者22の体への密着性の高
い衣服の胸部のポケットに収納固定された。姿勢角度セ
ンサユニット11のセンサ部において、３軸のジャイロ12
としては圧電振動式セラミックジャイロを用い、２軸の
磁気センサ14としてはMR式磁気センサを用い、２軸の加
速度センサ13としては半導体式加速度センサを用いた。
なお、姿勢角度センサユニット11の装着の向きは決まっ
ており、姿勢角度センサユニット11を直立させた状態で
収納固定する必要がある。
【００３１】第１に「直立」状態での測定結果を図３に
示す。測定時には被測定者は北を向いて直立不動の状態
をとっていた。傾斜角度Roll, Pitch、方位角度Yaw及び
加速度Ax, Ayの値はいずれもほぼゼロであった。
示す。測定時には被測定者は北を向いて直立不動の状態
をとっていた。傾斜角度Roll, Pitch、方位角度Yaw及び
加速度Ax, Ayの値はいずれもほぼゼロであった。
【００３２】第２に「歩行」状態の測定結果を図４に示
す。測定時には被測定者は向きを変えずに北向きにまっ
すぐ歩行した。被測定者が歩行時に軽く腕を振ったため
に体が回転する方向にわずかに揺れ、方位角度Yawが10d
egほどの幅で振動している。また、加速度Ax, Ayは足を
着く際の衝撃の影響で約±0.25Gの範囲の値となってい
る。ただし歩き方には個人差があり、とくに本発明での
監視対象と目される老人や障害者はゆっくりと歩いた
り、杖を付いて歩いたりする場合が多いと考えられるた
め、常に図４のような値となるとは限らない。
す。測定時には被測定者は向きを変えずに北向きにまっ
すぐ歩行した。被測定者が歩行時に軽く腕を振ったため
に体が回転する方向にわずかに揺れ、方位角度Yawが10d
egほどの幅で振動している。また、加速度Ax, Ayは足を
着く際の衝撃の影響で約±0.25Gの範囲の値となってい
る。ただし歩き方には個人差があり、とくに本発明での
監視対象と目される老人や障害者はゆっくりと歩いた
り、杖を付いて歩いたりする場合が多いと考えられるた
め、常に図４のような値となるとは限らない。
【００３３】第３に被測定者が「方向転換」を行う場合
の測定結果を図５に示す。北方向から西方向へ進路を変
えた動作を測定した。方位角度Yawが90deg変化したが、
それ以外は図４に示した「歩行」の場合の状態とほぼ同
じ値が得られている。
の測定結果を図５に示す。北方向から西方向へ進路を変
えた動作を測定した。方位角度Yawが90deg変化したが、
それ以外は図４に示した「歩行」の場合の状態とほぼ同
じ値が得られている。
【００３４】第４に「転倒」の測定結果を図６に示す。
被測定者が北向きに直立し、かつ静止した状態から左側
に倒れる動作を行って、その際の値の変化を測定した。
転倒の動作中（図中の3〜5秒の間）に、被測定者には大
きな振幅の加速度が加わっていることがわかる。また、
転倒の後には傾斜角度のRoll（左右の傾き）が−75deg
に変化し、またAy（左右の加速度）が重力加速度の影響
でほぼ1Gになっている。今回の測定では安全を考慮し
て、被測定者は倒れるときに手をついて体をかばう動作
を行っている。このために図６のように加えられた加速
度の出力が最大で振幅1.5G、転倒の動作に要した時間が
2秒間程度となっているが、実際の転倒時には被測定者
が意識を失った状態であったり、あるいは転倒の原因が
車に接触するなど不慮の事故であったりすることが想定
されるため、今回の実験よりも加速度の振幅はより大き
く、また転倒時間はより短くなることが予想される。
被測定者が北向きに直立し、かつ静止した状態から左側
に倒れる動作を行って、その際の値の変化を測定した。
転倒の動作中（図中の3〜5秒の間）に、被測定者には大
きな振幅の加速度が加わっていることがわかる。また、
転倒の後には傾斜角度のRoll（左右の傾き）が−75deg
に変化し、またAy（左右の加速度）が重力加速度の影響
でほぼ1Gになっている。今回の測定では安全を考慮し
て、被測定者は倒れるときに手をついて体をかばう動作
を行っている。このために図６のように加えられた加速
度の出力が最大で振幅1.5G、転倒の動作に要した時間が
2秒間程度となっているが、実際の転倒時には被測定者
が意識を失った状態であったり、あるいは転倒の原因が
車に接触するなど不慮の事故であったりすることが想定
されるため、今回の実験よりも加速度の振幅はより大き
く、また転倒時間はより短くなることが予想される。
【００３５】第５に被測定者が自ら「横たわる（自律横
臥）」動作を行う場合の測定結果を図7に示す。被測定
者が仰向けにゆっくりと横たわる動作を行って測定し
た。動作の後には姿勢角度のPitch（前後の傾き）が75d
egに変化し、またAx（前後の加速度）が重力加速度の影
響でほぼ1Gになっている。図５の場合の「転倒」とは異
なり、加速度Ax, Ayには動作中の急な衝撃が原因の大き
な振幅がほとんど観測されず、単に重力加速度の向きの
変化のみが現れていることがわかる。
臥）」動作を行う場合の測定結果を図7に示す。被測定
者が仰向けにゆっくりと横たわる動作を行って測定し
た。動作の後には姿勢角度のPitch（前後の傾き）が75d
egに変化し、またAx（前後の加速度）が重力加速度の影
響でほぼ1Gになっている。図５の場合の「転倒」とは異
なり、加速度Ax, Ayには動作中の急な衝撃が原因の大き
な振幅がほとんど観測されず、単に重力加速度の向きの
変化のみが現れていることがわかる。
【００３６】以上の測定結果をもとに、姿勢角度センサ
ユニット11の出力16から被測定者が「転倒」したかどう
かを判別する処理装置について検討する。この判別を実
行するとき、処理装置は姿勢状態判別手段として働く。
ここで判定したい事項は、被測定者が「どのような姿勢
状態であるか」ではなく、「安全な状態であるか、危険
な状態であるか」ということである。つまり、被測定者
がどちらの方向に体を横たえているかという事実を把握
する必要はなく、転倒したのかそれとも自らの意思で体
を横たえたのかという点であり、またもし転倒した場合
にはその際に被測定者に加えられた衝撃の程度（激し
さ）が重要である。以上をもとに、処理装置が姿勢角度
センサユニット11の出力16から以下の２種のパラメータ
「Tilt」及び「Acc」を計算し、転倒状態の判定値とす
る。
ユニット11の出力16から被測定者が「転倒」したかどう
かを判別する処理装置について検討する。この判別を実
行するとき、処理装置は姿勢状態判別手段として働く。
ここで判定したい事項は、被測定者が「どのような姿勢
状態であるか」ではなく、「安全な状態であるか、危険
な状態であるか」ということである。つまり、被測定者
がどちらの方向に体を横たえているかという事実を把握
する必要はなく、転倒したのかそれとも自らの意思で体
を横たえたのかという点であり、またもし転倒した場合
にはその際に被測定者に加えられた衝撃の程度（激し
さ）が重要である。以上をもとに、処理装置が姿勢角度
センサユニット11の出力16から以下の２種のパラメータ
「Tilt」及び「Acc」を計算し、転倒状態の判定値とす
る。
【００３７】Tilt=(Roll2+Pitch2)1/2 Acc=(Ax2+Ay2)1/2 加速度Ax, Ayは重力加速度、被測定者の運動による加速
度、及び衝撃加速度が混合された測定値である。ここ
で、「危険な状態」を判別するために最も重要である衝
撃加速度の寄与分を、加速度の絶対値であるAccから抽
出する方法を検討する。衝撃加速度は比較的短い時間に
のみ加えられ、かつ他の原因による加速度に比べて大き
な値であることがわかっている。従ってAccの単位時間
あたりの変化量（p-p値）であるパラメータDelta-Accを
定義し、その大きさをもとに被測定者に加えられた衝撃
加速度の激しさを判断する。ここにおける測定では単位
時間を0.2sとしている。
度、及び衝撃加速度が混合された測定値である。ここ
で、「危険な状態」を判別するために最も重要である衝
撃加速度の寄与分を、加速度の絶対値であるAccから抽
出する方法を検討する。衝撃加速度は比較的短い時間に
のみ加えられ、かつ他の原因による加速度に比べて大き
な値であることがわかっている。従ってAccの単位時間
あたりの変化量（p-p値）であるパラメータDelta-Accを
定義し、その大きさをもとに被測定者に加えられた衝撃
加速度の激しさを判断する。ここにおける測定では単位
時間を0.2sとしている。
【００３８】図３〜７に示した測定結果から各運動の
「測定終了時点でのTilt（以下Tilten d）」の値と「測
定中のDelta-Accの最大値（以下Delta-Accmax）」を計
算し、その結果を表２に示す。
「測定終了時点でのTilt（以下Tilten d）」の値と「測
定中のDelta-Accの最大値（以下Delta-Accmax）」を計
算し、その結果を表２に示す。
【００３９】
【表２】 表２によれば、Tiltendの値は被測定者が立っている姿
勢（直立、歩行、方向転換）及び横たわっている姿勢
（転倒、自律横臥）の２種の姿勢に大きく分類され、ま
たDelta-Accmaxは静止状態（直立）、動作状態（歩行、
方向転換、自律横臥）及び衝撃状態（転倒）の３種の状
態に分類されることがわかる。
勢（直立、歩行、方向転換）及び横たわっている姿勢
（転倒、自律横臥）の２種の姿勢に大きく分類され、ま
たDelta-Accmaxは静止状態（直立）、動作状態（歩行、
方向転換、自律横臥）及び衝撃状態（転倒）の３種の状
態に分類されることがわかる。
【００４０】以上のようにさまざまな人間の動作はTilt
end及びDelta-Accmaxというパラメータを計算すること
によって複数の姿勢状態（ここでは２姿勢と３状態で6
種の姿勢状態）に分類できる。分類した結果を表３に示
す。
end及びDelta-Accmaxというパラメータを計算すること
によって複数の姿勢状態（ここでは２姿勢と３状態で6
種の姿勢状態）に分類できる。分類した結果を表３に示
す。
【００４１】
【表３】 表３中の数値は姿勢状態を4ビットで出力するために割
り当てられた姿勢状態コードである。
り当てられた姿勢状態コードである。
【００４２】最終的な出力は姿勢状態4ビット及び方位4
ビットの合計8ビットである。例えば被測定者が南向き
に歩行しているときには、姿勢状態は「2:立位・運
動」、方位は「8:南」と検出されるので16進数で「28」
と出力される。このようにわずか8ビットの出力で人間
の姿勢状態と方位とを出力できる。姿勢状態と方位とを
出力するとき、上述した処理装置は出力手段として働
く。
ビットの合計8ビットである。例えば被測定者が南向き
に歩行しているときには、姿勢状態は「2:立位・運
動」、方位は「8:南」と検出されるので16進数で「28」
と出力される。このようにわずか8ビットの出力で人間
の姿勢状態と方位とを出力できる。姿勢状態と方位とを
出力するとき、上述した処理装置は出力手段として働
く。
【００４３】図１−図７を用いて説明した姿勢状態及び
方位の検出装置によると、被測定者が装着した姿勢角度
センサユニットからの出力をもとに、Tiltend及びDelta
-Acc maxの２種類のパラメータを演算し、その値を分類
することによって、被測定者の姿勢状態を常に把握でき
る。姿勢角度センサユニットによって被測定者の状況を
常時監視する際には、呼吸の有無を測定するセンサは不
要であるので、そのセンサの使用に付随する問題点が生
じることはなく、また監視のために赤外レーザ光を使用
するものではないので、測定できる範囲が室内などの限
られた空間に限定されることはなく、また赤外レーザ光
の照射による人体への影響を考慮する必要もない。
方位の検出装置によると、被測定者が装着した姿勢角度
センサユニットからの出力をもとに、Tiltend及びDelta
-Acc maxの２種類のパラメータを演算し、その値を分類
することによって、被測定者の姿勢状態を常に把握でき
る。姿勢角度センサユニットによって被測定者の状況を
常時監視する際には、呼吸の有無を測定するセンサは不
要であるので、そのセンサの使用に付随する問題点が生
じることはなく、また監視のために赤外レーザ光を使用
するものではないので、測定できる範囲が室内などの限
られた空間に限定されることはなく、また赤外レーザ光
の照射による人体への影響を考慮する必要もない。
【００４４】したがって、被測定者の姿勢状態の常時監
視が可能となり、また他のサービスと組み合わせること
によって被測定者である高齢者や幼病者などの要介護者
が、介添人なしで行動する場合の社会生活の上で存在す
る危険を減少させることが可能である。しかも、出力デ
ータが8ビットと非常に小さいのでデータの蓄積に負担
がかからなく、データの解析を容易に行うことができ
る。
視が可能となり、また他のサービスと組み合わせること
によって被測定者である高齢者や幼病者などの要介護者
が、介添人なしで行動する場合の社会生活の上で存在す
る危険を減少させることが可能である。しかも、出力デ
ータが8ビットと非常に小さいのでデータの蓄積に負担
がかからなく、データの解析を容易に行うことができ
る。
【００４５】上述ではジャイロを含んだ構成の姿勢角度
センサユニットで説明してきたが、ジャイロを含まない
構成も可能である。後者の場合は加速度センサと磁気セ
ンサの出力から姿勢状態及び方位を計算する。加速度セ
ンサの出力だけで姿勢状態を判断するためのパラメータ
であるTiltend及びDelta-Accmaxを計算するには例えば
以下の方法がある。加速度センサの出力を周波数成分か
ら層別し、便宜的に周波数の高い部分を衝撃加速度、周
波数の低い部分を重力加速度として分離する方法があ
る。重力加速度からTiltendを計算し、衝撃加速度からD
elta-Accmaxを求めることによって姿勢状態が判別でき
る。ただし、傾斜角度や方位の検出精度や、誤判断の防
止の点で、ジャイロを含んだ構成のほうが望ましい。
センサユニットで説明してきたが、ジャイロを含まない
構成も可能である。後者の場合は加速度センサと磁気セ
ンサの出力から姿勢状態及び方位を計算する。加速度セ
ンサの出力だけで姿勢状態を判断するためのパラメータ
であるTiltend及びDelta-Accmaxを計算するには例えば
以下の方法がある。加速度センサの出力を周波数成分か
ら層別し、便宜的に周波数の高い部分を衝撃加速度、周
波数の低い部分を重力加速度として分離する方法があ
る。重力加速度からTiltendを計算し、衝撃加速度からD
elta-Accmaxを求めることによって姿勢状態が判別でき
る。ただし、傾斜角度や方位の検出精度や、誤判断の防
止の点で、ジャイロを含んだ構成のほうが望ましい。
【００４６】なお、上述ではマイクロプロセッサ15とは
別に処理装置を設けたものを例にとって説明したが、マ
イクロプロセッサ15が処理装置の役割も果たすように構
成してもよい。
別に処理装置を設けたものを例にとって説明したが、マ
イクロプロセッサ15が処理装置の役割も果たすように構
成してもよい。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
人体などの運動体の動きが正常であるか異常であるかを
判断するのに適した姿勢状態及び方位の検出装置を提供
することができる。
人体などの運動体の動きが正常であるか異常であるかを
判断するのに適した姿勢状態及び方位の検出装置を提供
することができる。
【図１】本発明の実施の形態に係るにおける姿勢状態及
び方位の検出装置に含まれる姿勢角度センサユニットの
構成図である。
び方位の検出装置に含まれる姿勢角度センサユニットの
構成図である。
【図２】被測定者が図１の姿勢角度センサユニットを装
着し、行動する場合の実施例の説明図である。
着し、行動する場合の実施例の説明図である。
【図３】被測定者が図１の姿勢角度センサユニットを装
着して行動する場合の、「直立」状態であった際の各セ
ンサの測定結果を示したグラフである。
着して行動する場合の、「直立」状態であった際の各セ
ンサの測定結果を示したグラフである。
【図４】被測定者が図１の姿勢角度センサユニットを装
着して行動する場合の、「歩行」動作を行った際の各セ
ンサの測定結果を示したグラフである。
着して行動する場合の、「歩行」動作を行った際の各セ
ンサの測定結果を示したグラフである。
【図５】被測定者が図１の姿勢角度センサユニットを装
着して行動する場合の、「方向転換」を行った際の各セ
ンサの測定結果を示したグラフである。
着して行動する場合の、「方向転換」を行った際の各セ
ンサの測定結果を示したグラフである。
【図６】被測定者が図１の姿勢角度センサユニットを装
着して行動する場合の、「転倒」動作を行った際の各セ
ンサの測定結果を示したグラフである。
着して行動する場合の、「転倒」動作を行った際の各セ
ンサの測定結果を示したグラフである。
【図７】被測定者が図１の姿勢角度センサユニットを装
着して行動する場合の、「自律横臥」を行った際の各セ
ンサの測定結果を示したグラフである。
着して行動する場合の、「自律横臥」を行った際の各セ
ンサの測定結果を示したグラフである。
【図８】離れた位置にいる人物の行動を監視する従来方
法の一例を説明するための図である。
法の一例を説明するための図である。
【図９】離れた位置にいる人物の行動を監視する従来方
法の他例を説明するための図である。
法の他例を説明するための図である。
11 センサユニット 12 ジャイロ 13 加速度センサ 14 磁気センサ 15 マイクロプロセッサ 16 出力 21 姿勢角度センサユニット 22 被測定者
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０８Ｂ 21/02 Ｇ０１Ｃ 21/12 Ｎ // Ｇ０１Ｃ 21/08 Ａ６１Ｂ 5/10 ３００Ｄ 21/12 ３１０Ａ (72)発明者 阿部 洋 宮城県仙台市太白区郡山六丁目７番１号 株式会社トーキン内 (72)発明者 大宮司 実 宮城県仙台市太白区郡山六丁目７番１号 株式会社トーキン内 (72)発明者 木村 廣文 東京都新宿区西新宿二丁目１番１号 エ ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株 式会社内 Ｆターム(参考） 2F034 AA19 AB08 AC20 BA10 2F063 AA37 BA29 BD15 DD08 FA13 JA10 4C038 VA16 VA20 VB01 VC20 4C341 LL10 5C086 AA22 AA49 BA30 CA08 CA21 CA22 CB40 DA02
Claims (4)
- 【請求項１】 水平面で直交する２方向の軸と該２方向
の軸に直交する垂直な軸とを有する３方向の軸のうち少
なくとも１軸方向において運動体の加速度成分を測定す
る加速度センサと、 前記２方向の軸において運動体の地磁気成分をそれぞれ
測定する磁気センサと、 前記加速度センサで測定された加速度成分を用いて運動
体の傾斜角度を計算する傾斜角度計算手段と、 前記磁気センサで測定された地磁気成分を用いて運動体
の方位を計算する方位計算手段と、 前記加速度センサで測定された加速度成分と前記傾斜角
度計算手段で計算された傾斜角度とから運動体の姿勢状
態を判別する姿勢状態判別手段と、 前記姿勢状態及び方位を出力する出力手段とを含むこと
を特徴とする姿勢状態及び方位の検出装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の姿勢状態及び方位の検
出装置において、 前記３方向の軸の各々の回りにおいて運動体の角速度成
分を測定する３軸のジャイロをさらに含み、 前記傾斜角度計算手段は、前記加速度センサで測定され
た加速度成分と前記ジャイロで測定された角速度成分と
を用いて運動体の傾斜角度を計算し、 前記方位計算手段は、前記磁気センサで測定された地磁
気成分と前記ジャイロで測定された角速度成分とを用い
て運動体の方位を計算することを特徴とする姿勢状態及
び方位の検出装置。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載の姿勢状態及び方
位の検出装置において、 前記姿勢状態判別手段は、 前記傾斜角度計算手段で計算された傾斜角度に基づい
て、運動体の姿勢が複数に分類されている姿勢リストの
うち１つであることを判別し、 前記加速度センサで測定された加速度に基づいて、運動
体の状態が複数に分類されている状態リストのうち１つ
であることを判別し、 結果として運動体が１つの姿勢状態にあると判別するこ
とを特徴とする姿勢状態及び方位の検出装置。 - 【請求項４】 請求項１−３のいずれかに記載の姿勢状
態及び方位の検出装置において、 前記出力手段は、 前記姿勢状態の出力として4ビットを割り当て、 方位の出力として4ビットを割り当て、 合計として8ビットの出力としたことを特徴とする姿勢
状態及び方位の検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001132980A JP2002328134A (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | 姿勢状態及び方位の検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001132980A JP2002328134A (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | 姿勢状態及び方位の検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002328134A true JP2002328134A (ja) | 2002-11-15 |
Family
ID=18980917
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001132980A Pending JP2002328134A (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | 姿勢状態及び方位の検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002328134A (ja) |
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