JP2002500768A - 運動中の性能を測定する方法及びシステムと、このシステムにおいて使用する運動靴 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 面に沿って走行又は歩行中の人間の速度を測定するシステム。１個の加速度センサ（８）が、順方向における加速度を測定し、増幅され、アナログディジタル変換機（１２）によって実際的に標本化された加速度信号を供給する。前記ディジタル信号を、マイクロプロセッサ（１４）によって処理し、マイクロプロセッサ（１４）は、歩幅及び歩期間を前記ディジタル化加速度信号から決定し、速度及び移動距離を計算するアルゴリズムを実行する。このようにして得られた信号を、無線周波数送信機（１６）によって送信し、時計又は他の装置（２）における受信機（１６）において受信し、前記装置（２）は、走行者又は歩行者によって見ることができるディスプレイ（２０）を具える。前記速度及び移動距離を、平均速度、最高速度、合計移動距離、消費カロリー及び心拍数のような他の有用な情報と共に、ディスプレイ（２０）において表示する。

Description

【発明の詳細な説明】 運動中の性能を測定する方法及びシステムと、このシステムにおいて使用する運 動靴 本発明は、走行及び歩行中の、速度、移動距離、経過時間、平均速度、人間又 は動物によって消費されるカロリーを決定する方法及びシステムに関係する。 過去において、規則的な運動が心臓血管に関する問題に対して重要であること が明らかにわかっている。さらに、規則的な運動は、人間の精神状態において肯 定的な作用を持つことがわかっている。したがって、多くの個人が、規則的なジ ョギング、ランニング又はウォーキングの彼ら自身の健康プログラムに向かう。 走行は、身体におけるその治療作用に関して認識されている。心肺の健康を向上 させ、血圧を下げるのを助け、心臓病に関係するコレステロールを減少させ、体 重を減少させる。ウォーキング、ジョギングおよびランニングの人気の高まりの ため、歩く、ゆっくり走る又は走るこれらの人々を援助する装置の数も同様に増 加している。市場ですでに一般的な装置は、一般にステップカウンタすなわち歩 数計と呼ばれる装置である。走行者又は歩行者の歩幅が一定ならば、前記歩数計 は、前記走行者又は歩行者の速度および移動距離の測定を与える。しかしながら 、前記歩幅は、一般的には一定でなく、種々の速度に対して確実に一定でなく、 したがって、これらの装置はあまり正確ではない。 歩幅の入力なしで走行者の速度を測定する、先行技術において既知の装置があ る。これらの方法の１つは、米国特許明細書第４５７８７６９号に記載されてお り、この方法は、走行又は歩行速度を、靴及び地面間の接触時間を測定すること によって計算する。しかしながら、接触時間及び速度間の関係は、８ｋｍ／ｈ以 上の走行速度に関してのみ線形である。歩行中の歩行速度及び移動距離の正確な 決定は、この装置では不可能である。さらに、前記関係及び前記決定は、人間に 依存する。 より正確な装置は、国際出願番号ＷＯ９７／２１９８３から既知である。この 既知の装置において、加速度センサ及び回転センサと、数学的計算を行い、各ス テップの距離及び高さを決定する電子回路とを、走行者の一方の靴の底に配置す る。この既知の装置は、走行者の足の移動を測定するために、３個の加速度セン サ及び３個の回転センサを使用する。この既知の装置は、複雑であり、比較的高 価であることは、理解されるであろう。 本発明の目的は、先行技術の装置の欠点を克服し、比較的安価且つ簡単で、使 用が手軽な、走行補助物用の新たな改善された測定方法及びシステムを提供する ことである。 本発明のさらなる目的は、走行者の速度を容易且つ正確に決定することができ る走行補助物を提供することである。 本発明の依然としてさらなる目的は、走行者の移動距離を容易且つ正確に決定 することができる走行補助物を提供することである。 本発明の他の目的は、平均速度及び最高速度と、走行者が移動した合計距離と 、走行者の歩幅と、走行者によって消費されたカロリー数とを容易且つ正確に決 定することができる走行補助物を提供することである。 上記及び他の目的を達成するために、本発明によれば、 運動する人の足の移動方向における加速度を測定し、前記加速度に応じた加速 度信号を供給する加速度センサと、 前記加速度信号の波形を分析し、前記分析から、前記運動する人の足によって 行われる一歩の間の、前記足の移動の開始及び終了を決定する手段と、 前記足の速度を前記一歩中の時間の関数として計算し、前記足によって移動さ れた距離を前記一歩中の時間の関数として計算するために、前記移動の開始及び 終了間の加速度信号を一重積分及び二重積分する手段と、 加速度誤差を、前記一歩の終了及び開始間に経過した時間で割った前記足の移 動の終了時における速度と等しくすることによって前記加速度誤差を計算する手 段と、 前記加速度誤差を、前記足の移動の終了及び開始間に経過した時間に関して二 重積分することによって、距離誤差を計算する手段と、 前記距離誤差を、前記一歩中に移動した距離から引くことによって、補正され た距離を計算する手段とを具える、運動中の性能を測定する手段が提供される。 本発明において、走行又は歩行中の速度及び移動距離を決定するために使用す る方法は、走行者又は歩行者の足の加速度の常時監視に基づいている。これを、 走行者の順方向速度及び歩幅を監視すべき場合、前記足のつま先及びかかと間、 又は、前記靴の先及びかかと間のラインと平行の順方向における、又は、走行者 の垂直速度及びジャンプ高を測定すべき場合、垂直方向における、又は、運動中 の性能を測定したい何かにおける何らかの方向における加速度を測定する、走行 者の足又は靴に装着された、又は、靴に搭載された最小限１個の加速度計によっ て行う。前記加速度計によって発生された信号を処理し、分析する。 前記加速度信号を解釈するために使用するアルゴリズムは、基本的に３つの主 な機能、すなわち、一歩の開始及び終了の決定と、前記加速器信号の二重積分と 、前記二重積分信号の補正とから成る。前記一歩の開始及び終了の決定を、前記 加速度信号の波形を分析することによって行う。前記開始及び終了間の加速度信 号の一重積分は、結果として、時間の関数としての前記足の速度を生じ、前記加 速度信号の二重積分は、時間の関数としての前記足の距離を与える。 しかしながら、前記加速度センサによって感知される加速度は、歩行又は走行 方向における足又は靴の真の加速度と同じではない。前記足又は靴と地面との間 の角度が常時変化するため、前記歩行又は走行方向における加速度と、前記加速 度センサによって感知された加速度との間には、複雑な関係が存在する。さらに 、この変化する角度のため、重力加速度も、結果として、きわめて複雑な信号を 生じる。しかしながら、本発明は、他の条件を使用する場合、時間の関数として の前記角度を知る必要がないことを実現した。 一歩の終了時において、地面に着地するため、前記足又は靴の速度はゼロにな る。一歩の開始から一歩の終了までの前記加速度信号の一重積分の結果、すなわ ち、前記一歩の終了時における前記足又は靴の速度は、しかしながら、前記加速 度信号における余分な成分のため、ゼロに等しくならない。この余分な成分を、 前記一歩の終了時における速度から計算し、前記一歩中に移動した補正された距 離を計算するために使用する。前記走行者の速度を、前記補正された距離を連続 する歩の間に経過した時間で割ることによって計算する。この方法において、前 記走行者の移動距離及び速度を、複数の加速度センサ及び回転センサを使用する ことなく、正確に測定することができる。 運動する人の質量のような個人データを入力することによって、この運動する 人によって消費されるカロリー数を計算することができる。心拍数モニタを追加 し、心拍数データを、単位時間あたりに前記運動する人によって消費されるカロ リーと組み合わせることによって、前記運動する人の健康又は体調を表す数を発 生することができる。本走行補助システムは、さらに、手首又はどこかに取り付 けられ、現在の速度、歩幅、経過時間、平均速度、最高速度、合計移動距離、消 費カロリー及び健康指示を表示する表示ユニットを具えてもよい。前記加速度セ ンサ及び信号処理手段を具えるユニットと、前記表示ユニットとの間の通信を、 好適には、前記センサユニットにおける無線送信機と、前記表示ユニットにおけ る受信機とによって行う。 前記加速度センサを、前記運動する人の足に装着すべきユニットに組み込んで もよい。このユニットを、運動靴の底に組み込むこともできる。このユニットは 、さらに、前記信号処理手段及び送信機を具えてもよい。 本発明の上記及び他の特徴及び利点は、添付した図面の参照を伴う、本発明の 好例である実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。 図１は、足に装着されたセンサユニットと、手首に取り付けられた受信及び表 示ユニットとを示す、走行者の斜視図である。 図２は、本発明の原理にしたがって動作する内蔵加速度センサを有する運動靴 の部分的な断面図である。 図３は、走行者が履いた運動靴の先及びかかと間のラインと平行方向における 、前記走行者の足の加速を示す。 図４は、本走行補助システムを形成する電子ユニットのブロック図を示す。 図５は、走行者が６ｋｍ／ｈで歩いているときの加速度センサ信号の波形の一 例を示す。 図６は、走行者が９ｋｍ／ｈで走っているときの加速度センサ信号の波形の一 例を示す。 図７は、走行者による速度及び移動距離を計算するアルゴリズムのメインプロ グラムのフローチャートを示す。 図８は、走行者の速度を計算するルーチンのフローチャートを示す。 同様の参照符を、これらの図面及び好適実施形態の説明において、同じ又はき わめて同様の項目を示すために使用する。 図１は、手首に表示ユニット２を取り付け、運動靴４を履いた、歩く又は走る 人を示す。靴４の１つに、センサユニット６を装着する。しかしながら、センサ ユニット６を、図２により詳細に示すような靴の底に組み込んでもよい。センサ ユニット６を、人の足に直接装着してもよい。図４は、表示装置２及びセンサユ ニット６におけるエレクトロニクスのブロック図を示す。センサユニット６は、 靴４の先及びかかと間、又は、前記人がセンサユニット６を足に直接装着する場 合において前記人の足のつま先及びかかと間のラインとほぼ平行方向における加 速度を感知するように取り付けられた加速度センサ８を具える。図３は、内蔵セ ンサユニット６を有する靴４を履いた走る人を示す。矢印は、靴４の先及びかか と間のラインに沿った靴４の加速方向を示す。加速度センサ８を、図３における 矢印が示す方向において高感度となるように取りつけるべきである。この目的に 好適な加速度センサは、例えば、ムラタによって製造されているＰＫＧＳ−００ ＬＡ−ＴＣ形式の圧電加速度計である。センサユニット６は、さらに、加速度セ ンサ８からの加速度信号ＡＳを、アナログディジタル変換機（ＡＤＣ）１２に適 切なレベルに増幅する増幅器１０を具え、ＡＤＣ１２は、前記増幅されたアナロ グ加速度信号をディジタル信号に変換する。前記ディジタル信号をマイクロプロ セッサ１４に供給し、マイクロプロセッサ１４は、前記加速度センサ信号の波形 の分析と、前記走る人の速度、歩幅及び他のパラメータの計算と、送信機１６を 駆動する信号の発生とを行う。表示ユニット２は、受信機１８及びディスプレイ ２０を具える。 センサユニット６の上述した電子機能を行う必要があるこれらの電子部品を、 小さいプリント回路基板上に取りつけ、前記靴底内部に取りつけるか、靴４の側 部の１つ又は上部に装着された小型ケースに入れてもよい。 前記走行者又は歩行者は、現在の走行又は歩行速度、移動距離、平均速度、経 過時間等を読むことができなければならない。この目的のため、腕時計における 、小型携帯用装置における、又は、何か他の方法でユーザに利用可能に形成され た ディスプレイが必要である。靴４における、又は、靴４に装着されたセンサ６と 、手首のまわり又は他の場所の表示ユニット２との間の通信を、無線とする。こ のデータ伝送は、シクロコンピュータのセンサ及び表示ユニット間のデータ伝送 ときわめてよく似ているかもしれない。シクロコンピュータは、回転する自転車 の車輪に接近したセンサから反復パルス信号を受け、この信号と前記車輪の円周 とに基づいて自転車速度を計算する。同じ原理を、本発明において使用すること ができる。靴４において位置する、又は、靴４に装着されたセンサユニット６に おけるマイクロプロセッサ１４は、一秒あたりのメータにおける速度を、一秒あ たりの特定な数の実質的な車輪周囲に相当する、一秒あたりのパルス数に変換す る。小型ＲＦ発振回路は、前記パルスを表示ユニット２に送り、表示ユニット２ は、主に標準的なシクロコンピュータと同様のエレクトロニクスを含む。他の可 能性は、速度及び他の測定データの情報を有する情報バイトを伝送することであ る。 ディスプレイ２０において、速度、平均速度、最高速度、移動距離、合計距離 、移動時間、クロック時間及び消費カロリーを監視する。前記消費カロリーを計 算するために、ユーザの質量が必要であり、表示ユニット２におけるコンピュー タに、慣例的な方法において、例えば、表示ユニット２におけるボタン２２によ って入力しなければならない。同じ測定装置を有する他の走行者又は歩行者との 干渉を避けるために、前記無線送信を暗号化しなければならない。 加速度センサ８の加速度信号ＡＳは、順方向における、すなわち、走行者のつ ま先奉公における、靴４の加速度を表す。すべての歩は以前の歩と同様であるた め、この加速度信号は、反復する種類のものであるが、前記出力信号は、走行又 は歩行速度及びスタイルに応じて大きく変化する。しかしながら、１つの重要な 特徴は、すべての歩に関して共通であり、前記加速度信号の波形において反映さ れ、前記足は、一歩の開始時において静止し、一歩の終了時において再び静止す る。これは、明らかなように思われるが、前記加速度信号の解釈及び分析におい てきわめて重要である。 図５は、６ｋｍ／ｈで歩く人の２．５秒間の増幅された加速度信号ＡＳの一例 を示す。比較的小さい負のピークＢＳは、前記靴が地面を離れ、動き出した瞬間 に対応する、一歩の開始を示す。大きな負のピーク後のゼロ交差ＥＳは、前記靴 が地面に再び着地し、動きが停止した瞬間に対応する、一歩の終了を示す。２つ のゼロ交差間の時間を、歩時間ＳＴとする。図６は、９ｋｍ／ｈで走る人に関す る加速度信号ＡＳを示す。この信号においても、比較的小さい負のピークは、一 歩の開始を示し、ゼロ交差は、一歩の終了を示す。 加速度信号ＡＳに、マイクロコンピュータ１４によって実行されるアルゴリズ ムを用いる。前記アルゴリズムの第１の主な機能は、一歩の開始及び終了を見つ けることである。これを、加速度信号ＡＳの波形を解析し、前記信号における一 歩の開始を示す比較的小さい負のピークＢＳと、一歩の終了を示すゼロ交差ＥＳ 直前の比較的大きい負のピークとを見つけることによって行う。負のピークを、 前記加速度信号の第１導関数が負から正に変わるときを監視することによって検 出することができる。さらに、加速度信号ＡＳの平滑化バージョンを常時監視す る。最終的に、２つの最小値、すなわち、全体的な最小値と、前記足が地面を離 れる瞬間におけるより小さい負のピークＢＳにほぼ近くの局所的な最小値とを記 録する。特定の負のピークにおいて、前記加速度信号の値が特定の制限より小さ い場合、前記ピークを検出する。このピーク発見アルゴリズムを、図７のフロー チャートに関連してより詳細に説明する。足の地面への着地の強打が高い加速度 ピークを引き起こすため、前記歩の終了を、加速度信号ＡＳにおいて比較的容易 に認識することができる。しかしながら、前記歩の開始を見つけることは、より 難しい。前記足が地面において静止し、次の歩のために空気中に乗り出させられ るのを待っている間、加速度信号ＡＳは、図５及び６における瞬時ＢＳにおける 波形から認められるように、ゼロではない。これは、いくつかの理由、すなわち 、前記足の着地後の衝撃の遅い回復、前記靴の着地及び地面からの離脱間におけ る前記靴の緊張を緩めている間の足の一定の動き、及び、前記足の急な角度の動 きによる重力加速度の弱まる寄与のためである。 前記アルゴリズムの第２の主な機能は、前記歩の開始ＢＳ及び終了ＥＳ間の積 分時間ＩＴ中の、加速度信号ＡＳの一重及び積分である。前記加速度信号の一重 積分は、結果として、時間の関数としての移動する足の速度ｖ（ｔ）を生じ、前 記加速度信号の二重積分は、時間の関数としての前記足の移動距離ｘ（ｔ）を与 える。 ｖ（ｔ）＝∫ａ（ｔ）ｄｔ ｘ（ｔ）＝∫∫ａ（ｔ）ｄｔ² しかしながら、加速度信号ＡＳは、歩行又は走行方向における前記足の加速度 を表すだけではない。前記靴及び地面間の角度が常に変化するため、前記歩行又 は走行方向における加速度と、加速度センサによって感知された加速度との間に 複雑な関係が存在する。さらに、この変化する角度のため、重力加速度も結果と して信号を発生する。他の寄与は、前記エレクトロニクスからくる。ゼロ加速度 に関する信号電圧は、常に同じではなく、すなわち、前記加速度信号のオフセッ トは、増幅器１０における偏差と、前記加速度センサそれ自体における温度偏差 とによって、正確にはわからない。 しかしながら、歩の終了ＥＳにおいて前記靴の速度が、地面に着地したためゼ ロであるという条件を使用する場合、これらの信号寄与を必要としないことが、 本発明の重要な態様である。前記足が動き始めた時の前記歩の開始ＢＳから、前 記足が動きを止めた時の前記歩の終了ＥＳまでの、前記加速度信号の積分、すな わち、前記歩の終了時における前記靴の速度ｖ（ｔ＝ＥＳ）は、しかしながら、 上述した信号寄与によって生じる加速度信号における誤差によって、ゼロに等し くならない。この誤差ａ_errを、前記歩の終了時に得られる速度ｖ（ｔ＝Ｅｓ） を積分時間ＩＴで割ることによって計算することができる。 ａ_err＝ｖ（ＥＳ）／ＩＴ 加速度誤差ａ_errを知ることによって、前記歩幅における誤差ｘ_errは、 となる。補正された歩幅ｘ_corrを、積分時間ＩＴについての前記加速度信号の二 重積分の後に見つかった歩幅ｘ（ｔ＝Ｅｓ）から、誤差ｘ_errを引くことによっ て計算する。 ｘ_corr＝ｘ（ＥＳ）−ｘ_err 歩行又は走行速度ｖを、前記補正された歩幅を歩時間ＳＴによって割ることによ って実際的に計算する。 人間の足取りは少し不規則であり、前記速度の決定も小さく偏差しているかもし れないため、前記速度は、前記計算された速度を以前の歩の速度と平均化するこ とによって幾分滑らかにすると、精度が上がる。 本システムを、前記歩幅を測定したのとほとんど同じように、歩又はジャンプ 高を測定するために、前記走行者の順方向に対して垂直方向において感度が高い 他の加速度センサによって拡張することができる。 前記歩行又は走行速度と、前記走行者又は歩行者のエネルギー消費との間に、 かなり正確な関係が存在する。前記走行者の質量が既知の場合、合計のエネルギ ー消費を、前記速度データから計算することができる。速度における消費カロリ ーの依存性は、歩行及び走行に関して、異なった勾配及び交点を有するが、線形 である。この目的のため、表示ユニット２に、前記走行者の体重を入力するボタ ン２２及び格納するメモリ２４と、センサユニット６から受けた速度データ及び 前記走行者の体重とを結合し、前記走行者によって消費されたカロリー数を計算 するある種の計算ユニットとを設けてもよい。しかしながら、前記走行者の体重 を、個人向けの体重計と同様のやり方で、運動靴４に取り付けられたセンサによ って自動的に測定してもよい。 上述したシステムに追加することができる別個のシステムは、例えば、心拍数 モニタ又は高度計である。単位時間あたりの心拍数及びエネルギー消費間の関係 を、ユーザーの健康又は体調を表す数値に変換することができる。前記走行補助 物によってコーチされたバランスのとれた運動は、前記エネルギー消費を、心拍 数の関数として測定することができ、そこから、ユーザのＶＯ_2,max（ｍｌ／ｍ ｉｎ／ｋｇ）において示される健康を推定することができる。 本発明は、人間の運動性能を測定することに限定されない。本発明を、動物、 例えば、馬及び犬と共に使用することができることを理解すべきである。特に、 馬に関して、ジャンプ高を感知する追加の加速度センサが有用な特徴である。 上述したアルゴリズムを、ここで、図７及び８に示すフローチャートの参照と 共に詳細に示す。図７におけるブロックは、以下の記入を有する。 図８におけるボックスは、以下の記入を有する。 これらのフローチャートの説明において、テキストの左の番号は、図７及び８に おけるブロックを示す。 図７は、前記アルゴリズムのメインプログラムのフローチャートを示す。 １ マイクロプロセッサ１４は、アナログディジタル変換機１２に指令し、加速 度センサ８の増幅された信号の新たな値を獲得し、この得られた値を変数Ａｄｃ Ｘに入れる。 ２ その後、変数ＡｄｃＸにおける値を、変数ａｉにおける値と平均化する。こ のようにして得られた平滑化値を、変数ａｉに再び格納する。したがって、この 変数は、この時点における平滑化加速度値を表す。さらに、カウンタCoutInterv alを１増分する。このカウンタは、歩の開始から、すなわち、前の歩の終了から のループ数を計数する。 ３、３Ａ、３Ｂ 変数ａｉにおける値を、前のループのａｉの値を格納する変数 ａｉｏｌｄの値と比較する。ａｉがａｉｏｌｄより大きい場合、この時点におけ る加速度信号の勾配は正であり、ビットslopexを設定する（ブロック３Ａ）。ａ ｉの値がａｉｏｌｄより小さい場合、ビットslopexをリセットする（ブロック３ Ｂ）。 ４ 変数StepTimeにおける値は、前の歩の歩時間を表す。この値に基づいて、ウ ィンドウを設定し、CountUpperの値をStepTimeの３／４倍に等しくし、CountLow erの値をStepTimeの１／４倍に等しくする。 ５、５Ａ カウンタCountIntervalがCountUpper及びCountLowerによって設定さ れたウィンドウ内である場合、ａｉの値を、変数minwindowlocと比較する。ａｉ がminwindowlocより小さい場合、minwindowlocをａｉに等しくし、この変数が、 前記時間ウィンドウ内のａｉの最小値の軌跡を保持するようにする。 ６、６Ａ ａｉがminlocより小さい場合、後者の変数の値をａｉに等しくし、こ の変数minlocが、前記歩全体におけるａｉの最小値の軌跡を保持するようにする 。 ７ 前記加速度信号の最も新しい８個の値の移動平均を計算し、結果として、前 記加速度信号のきわめて平滑化されたバージョンを生じる。ｘａｖに格納された 前記平滑化バージョンを、前記足の移動の開始時における小さい負のピーク（図 ５及び６におけるＢＳ）を見つける道具として使用する。 ８、８Ａ カウンタCountIntervalの値がCountUpper及びCountLowerによって設 定されたウィンドウ内であり、この時点において、前記加速度信号が負のピーク の最小値であることが明らかであり、slopexoldが偽及びslopexが真であり、こ の最小値の値がminwindow及びxavの中間値より小さい場合（ブロック８における 条件）、（ブロック８Ａ）前記足の移動の開始時における小さい負のピークが見 つかる。これを、前記加速度信号の一重及び二重積分を開始することができる合 図とし、これは、ビットｐｐの設定と、積分変数ｖｘ及びｘｐ及び積分カウンタ ｎの初期化とをもたらす。さらに、変数takeoffをCountIntervalの値に等しくし 、StepTimeが前記歩の終了時において既知の場合、歩行又は走行に関係している か否かを決定することができるようにする。minwindowの値を、この変数に関係 する局所変数、すなわち、minwindowlocの平滑化バージョンとする。この平滑化 を、前記歩の終了時に行い、前記アルゴリズムにおいて後に現れる。 ９、９Ａ カウンタCountIntervalがCountLowerより大きく、この瞬時において 、slopexoldが偽であり、slopexが真であるため、前記加速度信号が負のピーク の最小値であることが明らかであり、この最小値の値が、変数offxに格納された ゼロ加速ラインと、minlocの平滑化バージョンであるminとの中間値より小さい 場合、前記歩の終了前の最も大きい負のピーク（図５及び６におけるゼロ交差Ｅ Ｓの左側のピーク）に関係する大きい負のピークを見つける。前記ピークを見つ けたということを、ビットPeakを設定することによって保持する（ブロック９Ａ ）。 １０、１０Ａ 前記大きい負のピークを見つけた後、加速度変数ａｉの値は、ゼ ロ加速度ラインoffxと交差する。この交点を、Peakが真であり、ａｉがoffxより 大きく、aioldがoffxより小さい場合、見つける（ブロック１０）。この瞬時は 、前記歩の終了に関係するため、きわめて重要である。多くのことを、前記歩 の終了において処理しなければならない。 ａ．最小検出器の平滑化バージョンmin及びminwindowを計算し、前記局所バー ジョンを、１０２３の最小値にリセットする。 ｂ．ビットPeak及びppをリセットする。 ｃ．変数StepTimeの新たな値を、カウンタCountIntervalにおける値と等しく し、カウンタCountIntervalをゼロにリセットする。 ｄ．前記歩行及び走行速度を計算し、この計算を、以下に示すサブルーチンCa lculation of speedにおいて行う。 ｅ．前記速度の計算後、積分変数ｖｘ、ｘｐ及びｎをゼロにリセットするが、 これを、ブロック８Ａにおいて、前記小さい負のピークが前記足の移動の開始時 に見つかった瞬時においても行う。 １１，１１Ａ ビットppが真である場合（ブロック１１）、前記プロセッサは、 速度ｖｘを得るために前記加速度ａｉを積分し、距離ｘｐを得るために前記速度 を積分する（ブロック１１Ａ）。ａｉ及びｖｘの値を、８で割り、変数ｖｘ及び ｘｐが、１６ビット変数に格納することができる最大値である６５５３５より大 きくなるのを防ぐ。 １２ 前記アルゴリズムの最終ステップは、ａｉにおける値をaioldにシフトし 、slopexの値をslopexoldにシフトすることである。この後、前記ループは、ブ ロック１におけるループの開始において再び開始する。 図８は、サブルーチンCalculation of speedのフローチャートを示す。 ２１ 前記マイクロプロセッサは、正の整数によってのみ計算を行うことができ る。もちろん、前記足の移動中、正及び負の双方の加速度が生じる。これは、あ るマッピングを行い、前記加速度の正及び負の双方の値を、アナログディジタル 変換機によって許可される１０ビット制度にマッピングされるようにしなければ ならないことを意味する。この論理的マッピングは、ゼロ加速度を２の１０乗の 半分である５１２に等しくする。前記加速度の負の値は５１２より小さく、前記 加速度の正の値は５１２より大きい。これは、加速度ai及び速度vxの積分中、前 記積分を、実際のゼロに関して行わず、変数offxに格納された５１２のオフセッ トに関して行うことも意味する。これらの追加の領域を、前記積分後にvx及び xpにおいて得られた値から引かなければならない。前記一重積分の場合において 引かなければならない値を、変数vxshiftにおいて格納し、オーバフローを防ぐ ために前記積分中に導入された（図７、ブロック１１Ａ）オフセットoffxのｎ倍 を８で割ったものに等しくする。前記二重積分の場合において引かなければなら ない値を、変数xpshiftにおいて格納し、８の平方、すなわち、６４で割ったオ フセットoffxの（ｎ＋１）倍のｎ倍の１／２倍に等しくする。 ２２ 積分カウンタｎがゼロでない場合、その積分が実際に行われたことを意味 し、前記速度の計算を開始することができ、そうでなければ、前記計算をスキッ プする。 ２３、２３Ａ、２３Ｂ 重力がない完全なシステムにおいて、vxにおける値引く vxshiftの値は、前記歩の終了における足が地面において静止しているため、ゼ ロになるべきである。しかしながら、実際には、そうではない。したがって、vx における値を使用し、歩幅xpの補正を計算する。vxがvxshiftより大きい場合、 減算vx-vxshiftを、負の数を得る危険性なしに行うことができる。この場合にお いて、前記加速度における仮想オフセットaxoffを、この差をｎで割ることによ って計算する（ブロック２３Ａ）。vxの値がvxshiftより小さい場合、前記差は 、結果として、負の値を生じるであろう。したがって、別個のルーチン（ブロッ ク２３Ｂ）は、前記加速度におけるオフセットを、vxをvxshiftから引き、nで割 ることによって計算する。その後、xpの補正を、(1/2)*n(n+1)及びaxoff/8を掛 けることによって計算する（ブロック２３Ａ及び２３Ｂ）。 ２４ ここで、歩時間StepTime及び歩幅xpの双方が既知であるため、前記歩行又 は走行速度を計算することができる。しかしながら、前記速度は、km/h又はmi/h では表されず、既知の仮想車輪周囲を仮定するシクロコンピュータに関して、２ つの順次の信号間の時間において表される。これを、StepTimeをxpで割り、その 結果にある較正係数（この場合において、１０２４）をかけることによって計算 する。この値を、変数NewSpeedValueに格納する。 ２５、２５Ａ このプログラムのこの部分は、補正の改善である.試験から、前 記走行速度が３０％程度高すぎると推定される。前記アルゴリズムが、歩行及び 走行間を区別できることから（ブロック２５）、この誤差を、NewSpeedValueに ４ ／３を掛ける（ブロック２５Ａ）ことによって、容易に補正することができる。 前記靴又は足が地面の上にある時間が、歩行中は前記歩時間の５０％より長く、 走行中は前記歩時間の５０％より短いことが、観測から明らかである． ２６ 最終的に、２つ又はそれ以上の歩に関して平滑化を行い、前記速度データ の変動を減少する。実際の速度を変数SpeedValueに格納する。 ２７ このサブルーチンは、準備ができており、制御は、前記アルゴリズムのメ インプログラムに帰る。 明らかに、上述した本発明の好適実施形態の多くの変更及び変形は、当業者に は明らかであろう。本発明は、開示した特定の実施形態には限定されず、その範 囲は、添付した請求の範囲によってのみ決定されるということを理解すべきであ る。

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｇ０１Ｐ 7/00 Ｇ０１Ｐ 7/00 15/00 15/00 Ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 運動中の性能を測定するシステムにおいて、運動する人の足の移動方向に おける加速度を測定し、前記加速度に応じた加速度信号を信号処理手段に供給す る加速度センサを具え、前記信号処理手段が、 前記加速度信号の波形を分析し、前記分析から、前記運動する人の足によって 行われる一歩の間の、前記足の移動の開始及び終了を決定する手段と、 前記足の速度を前記一歩中の時間の関数として計算し、前記足によって移動さ れた距離を前記一歩中の時間の関数として計算するために、前記移動の開始及び 終了間の加速度信号を一重積分及び二重積分する手段と、 加速度誤差を、前記一歩の終了及び開始間に経過した時間で割った前記足の移 動の終了時における速度と等しくすることによって前記加速度誤差を計算する手 段と、 前記加速度誤差を、前記足の移動の終了及び開始間に経過した時間に関して二 重積分することによって、距離誤差を計算する手段と、 前記距離誤差を、前記一歩中に移動した距離から引くことによって、補正され た距離を計算する手段とを具えることを特徴とするシステム。 ２．請求の範囲１に記載のシステムにおいて、前記信号処理手段が、 前記運動する人の速度を、前記補正された距離を連続する歩間に経過した時間 で割ることによって計算する手段をさらに具えることを特徴とするシステム。 ３．請求の範囲１又は２に記載のシステムにおいて、前記移動方向を、前記運動 する人の足のかかと及びつま先間のラインにほぼ平行としたことを特徴とするシ ステム。 ４．請求の範囲１、２又は３に記載のシステムにおいて、前記移動方向を、前記 運動する人の足のかかと及びつま先間のラインに対してほぼ垂直としたことを特 徴とするシステム。 ５．請求の範囲１、２、３又は４に記載のシステムにおいて、前記運動する人の 個人データを前記信号処理手段に入力する手段をさらに具えることを特徴とする システム。 ６．請求の範囲５に記載のシステムにおいて、前記データが、前記運動する人の 質量を具え、前記信号処理手段が、前記速度及び質量から前記運動する人によっ て消費されたカロリー数を計算するように動作することを特徴とするシステム。 ７．請求の範囲６に記載のシステムにおいて、前記データが、前記運動する人の 心拍数を具え、前記信号処理手段が、前記心拍数及び単位時間あたりに消費され るカロリーから健康指示を計算するように動作することを特徴とするシステム。 ８．請求の範囲１、２、３、４、５、６又は７に記載のシステムにおいて、前記 信号処理手段に結合され、運動パラメータを表示する表示手段をさらに具えるこ とを特徴とするシステム。 ９．請求の範囲８に記載のシステムにおいて、前記運動パラメータが、現在速度 、平均速度、最高速度、歩幅、移動距離、経過時間、消費カロリー数及び健康指 示のうち少なくとも１つを具えることを特徴とするシステム。 １０．請求の範囲８に記載のシステムにおいて、前記信号処理手段を前記表示装 置に結合する無線送信機及び受信機をさらに具えることを特徴とするシステム。 １１．請求の範囲１ないし１０のいずれか１つに記載のシステムにおいて使用す る加速度センサを具える運動靴において、加速度に応じた加速度信号を供給する 前記加速度センサを、該運動靴の移動方向における加速度を測定するように取り 付けたことを特徴とする運動靴。 １２．請求の範囲１１に記載の運動靴において、前記移動方向を、該靴のかかと 及び先間のラインとほぼ平行にしたことを特徴とする運動靴。 １３．請求の範囲１１に記載の運動靴において、前記移動方向を、前記靴のかか と及び先間のラインに対してほぼ垂直にしたことを特徴とする運動靴。 １４．請求の範囲１１、１２又は１３に記載の運動靴において、前記加速度信号 に関する又は前記加速度信号から得られたデータを送信する送信機をさらに具え ることを特徴とする運動靴。 １５．請求の範囲１１、１２、１３又は１４に記載の運動靴において、信号処理 手段をさらに具え、前記信号処理手段が、前記加速度信号の波形を分析し、前記 分析から、前記運動する人の足によって行われる一歩の間の、前記足の移動の開 始及び終了を決定する手段と、 前記足の速度を前記一歩中の時間の関数として計算し、前記足によって移動さ れた距離を前記一歩中の時間の関数として計算するために、前記移動の開始及び 終了間の加速度信号を一重積分及び二重積分する手段と、 加速度誤差を、前記一歩の終了及び開始間に経過した時間で割った前記足の移 動の終了時における速度と等しくすることによって前記加速度誤差を計算する手 段と、 前記加速度誤差を、前記足の移動の終了及び開始間に経過した時間に関して積 分することによって、距離誤差を計算する手段と、 前記距離誤差を、前記一歩中に移動した距離から引くことによって、補正され た距離を計算する手段とを具えることを特徴とする運動靴。 １６．請求の範囲１１、１２、１３、１４又は１５に記載の運動靴において、前 記信号処理手段が、 前記運動する人の速度を、前記補正された距離を連続する歩間に経過した時間 で割ることによって計算する手段をさらに具えることを特徴とする運動靴。 １７． 運動中の性能を測定する方法において、 加速度センサによって、運動する人の足の移動方向における加速度を測定し、 前記加速度に応じた加速度信号を供給するステップと、 前記加速度信号を処理するステップとを具え、前記加速度信号を処理するステ ップが、 前記加速度信号の波形を分析し、前記分析から、前記運動する人の足によって 行われる一歩の間の、前記足の移動の開始及び終了を決定するステップと、 前記足の速度を前記一歩中の時間の関数として計算し、前記足によって移動さ れた距離を前記一歩中の時間の関数として計算するために、前記移動の開始及び 終了間の加速度信号を一重積分及び二重積分するステップと、 加速度誤差を、前記一歩の終了及び開始間に経過した時間で割った前記足の移 動の終了時における速度と等しくすることによって前記加速度誤差を計算する手 ステップと、 前記加速度誤差を、前記足の移動の終了及び開始間に経過した時間に関して二 重積分することによって、距離誤差を計算するステップと、 前記距離誤差を、前記一歩中に移動した距離から引くことによって、補正され た距離を計算するステップとを具えることを特徴とする方法。 １８．請求の範囲１７に記載の方法において、前記信号処理ステップが、 前記補正された距離を、連続する歩間に経過した時間で割ることによって、前 記運動する人の速度を計算するステップを具えることを特徴とする方法。 １９．請求の範囲１７又は１８に記載の方法において、前記移動方向を、前記運 動する人の足のかかと及びつま先間のラインとほぼ平行に選択したことを特徴と する方法。 ２０．請求の範囲１７、１８又は１９に記載の方法において、前記移動方向を、 前記運動する人の足のかかと及びつま先間のラインに対してほぼ垂直に選択した ことを特徴とする方法。