JP2005160726A - 運動状態センシング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】適切な歩行方法や走行方法のトレーニング等に適用することが可能な運動状態センシング装置を提供する。
【解決手段】 使用者が、下肢に装着する運動状態センシング装置１は、加速度センサ５と、演算部６と、データ蓄積部７と、表示・報知部８および、通信部９とから構成されている。さらに、通信部９により分析・表示装置２３へデータ蓄積部７に蓄積されたデータを転送することにで、より詳細な運動状態の解析が可能となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、人間の歩行時や走行時における足・脚部の負担状態および運動状態の検出する運動状態センシング装置に関するものである。

従来から、たとえば、歩数などから、消費エネルギを予測することにより、健康管理を目的とするものや、
計っている人間に対してのフィードバックが一定であった。この結果、個人個人に対応したフィードバック、たとえばたとえば若年層と老年層では同じ歩数や消費カロリーでも一日の運動量として十分なのか、もっと歩かねばならないのかを区別することがなかった。

特許文献１に開示されるように、加速度および角加速度センサの情報を用いて人体の行動を分類することにより、消費エネルギーを算出する運動測定装置が提供されている。
特開２００２−２６３０８６号公報

前記の前者の従来例では、歩数のみを消費エネルギーとする場合には、歩行時も走行時も同数数であれば、当該歩数に体重、身長等一定条件を基にした係数を乗じて消費エネルギーを算出している。したがって、本来差が生じる歩行時も走行時の消費エネルギーは同じであると推定されてしまう。また、後者の従来例では、歩行や走行時における状態のデータを長時間蓄積するまでには至っていない。たとえば、歩数を数え表示装置に表示するとか、数えた歩数から消費カロリーを計り表示装置に表示するなど、単に運動量をセンシングしそれを表示する機能を持つのみで、通知に関しては無線などで通知することはなかった。また、このため、運動量センシング結果緊急事態をセンシングできたとしてもそれを他者に通知する方法がなかった。

本発明は、前記の点に鑑みて為されたもので、一軸以上の加速度センサと表示・報知部分、演算部分を有した運動状態センシング装置により、歩行時や走行時において、使用者の足部に生じる加速度の測定を時系列で長時間蓄積するとともに、足・脚部への負担のレベルにより表示・報知を行なうことで、歩行時や走行時における、足・脚部の負担状態および運動状態を検出して、適切な歩行方法や走行方法のトレーニング等に適用することが可能であり、緊急事態を他者に通知することができる運動状態センシング装置を提供することにある。

上述の目的を達成するために、請求項1の発明では、１軸以上の加速度センサとデータ蓄積部とを有する運動状態センシング装置であって、使用者が下肢に装着することにより、使用者の運動状態を検出し蓄積することを特徴とする。

請求項1の発明によれば、運動量センシングは下肢で行なうことにより、精度の高いセンシングを実現し、歩行時や走行時において、使用者の足部に生じる加速度の測定を時系列で長時間蓄積できる。

請求項2の発明では、請求項１の発明において、少なくとも１軸以上の加速度出力により、足の着地衝撃力を算出する演算部を有するとともに、該演算部の演算結果を蓄積する演算データ蓄積部または、及び、該演算部の演算結果を表示する表示装置を有することを特徴とする。

請求項2の発明によれば、足・脚部への負担のレベルにより表示・報知を行なうことで、使用者の歩行時や走行時における足・脚部の負担状態および運動状態を知らせることができ、利便性が増す。

請求項３の発明では、請求項２の発明において、演算部は、少なくとも１軸以上の加速度出力により、足の振り出し力を算出することを特徴とする。

請求項３の発明によれば、使用者の腰部や膝部の疲労度合いを算出することが可能となる。

請求項４の発明では、演算部は、少なくとも１軸以上の加速度出力間隔により、歩行ピッチまたは歩数を算出することを特徴とする。

請求項４の発明によれば、請求項２の発明において、使用者の歩行や走行周期変動を求めることができ、疲れ度合いを求めることができる。

請求項５の発明では、請求項２乃至請求項４の発明において、演算部は、外部の記憶装置へデータの出力を行うとともに、該記憶装置から入力されるデータを演算することを特徴とする。

請求項５の発明によれば、より詳細な使用者の運動量解析が可能となる。

請求項６の発明では、請求項２乃至請求項５の発明において、演算部は、使用者の身長、体重、性別を入力することにより、歩行ピッチと歩数または、及び、振り出し力より消費エネルギを演算することを特徴とする。

請求項６の発明によれば、使用者の一日の間の適度な運動量を知ることでき、不足している運動量を補うための運動処方を示すことできる。

請求項７の発明では、請求項２乃至請求項6の発明において、演算部は、少なくとも１軸以上の加速度出力により、緊急事態を検知するとともに、この緊急事態であることを使用者以外に通報できるようにすることを特徴とする。

請求項７の発明によれば、緊急事態を他者に通知することができ、さらに利便性が増す。

一軸以上の加速度センサと表示・報知部分、演算部分、演算データ蓄積部とを有した運動状態センシング装置により、歩行時や走行時において、使用者の足部に生じる加速度の測定を時系列で長時間蓄積することができる。足・脚部への負担のレベルにより表示・報知を行なうことで、歩行時や走行時における、足・脚部の負担状態および運動状態を検出して、適切な歩行方法や走行方法のトレーニング等に適用することが可能になるとともに、緊急事態を他者に通知することができる。

（実施形態１）
本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。図１は、運動状態センシング装置の人体への装着例について、簡略に示したものである。一軸以上の加速度センサ5を有した運動状態センシング装置１は、人体の下肢に装着し携行するものである。ここで、装着する人体の部位は、図１に示すように足の甲の上でも、靴の靴紐を用いて靴の上に装着する形態でも、足首などにベルトで装着する形態でもかまわない。

なお、検出する加速度の向きは、図２の矢印で示す向き、すなわち下肢の膝関節２と下肢の足関節３を結ぶ向きの成分を検出することを基本とする。この加速度センサ5により、歩行時などに足部４が着地する際の加速度や、足部が地面を蹴り出す際の加速度、あるいは、図２に示すように脚を前に蹴り出す際の加速度を検出することにより、使用者の運動状態を当該加速度より算出を行なう。

次に、本発明の運動状態センシング装置１の構成を表すブロック図を図３、図４に示す。運動状態センシング装置１は、図３においては、加速度センサ４と、データ蓄積部５とから構成されている。ここで、データ蓄積部５に蓄積される加速度センサ４の出力は、後述する加速度値に変換される前の値である。

また図4においては、加速度センサ４と、演算部６と、演算データ蓄積部７と、表示・報知部８および、通信部９とから構成されている。さらに、通信部９により図５に示す分析・表示装置２３へデータ蓄積部７に蓄積されたデータを転送することにより、詳細な運動状態の解析が可能となる。

まず、演算部６について図６をもちいて詳細に示す。演算部6では予め使用者の年齢、身長、体重、性別の内少なくとも、身長、体重、性別を入力装置１６から入力することにより、演算部6内の不揮発メモリに蓄積されたデータテーブル１５より、標準体重を算出する。この標準体重は、入力された体重と比較され、その差分を体重補正係数として後に加速度から、膝負荷あるいは蹴りだし力等を算出し、比較を行なうために用いる。加速度センサ４の入力はアナログデータとして入力された場合は、アナログのローパスフィルタ１０を介し、平滑化処理されたあとＡ／Ｄ変換回路１１により、Ａ／Ｄ変換され加速度演算回路１２で加速度値として変換される。この変換された加速度値は、ある時間間隔ごとに演算データ蓄積部であるメモリ回路１３へ蓄積される。ここで、加速度値は前述した体重補正係数により、膝負担値に変換される。

こうして変換された膝負担値は、例えば、ある閾値以上になれば、比較演算回路１４が表示・報知部８に通知し、表示・報知部８は、警告音（音声でもよい）を鳴らして、異常状態を早急に本人に知らせることができる。

なお、入力装置１６からは、上述した膝負担値の閾値を所望の値に変更する入力が可能となとなっている。これにより異常状態でなくても、たとえば、一万歩歩いた時点で通知して欲しい場合には歩数カウントが、１０、０００になると表示・報知部８に通知し、表示、警告音、音声などで使用者に知らせてもよい。たとえば、「現在の歩数は１０、０００歩です。」などである。また、歩数ピッチを１２０歩／１分に保ちたい場合などは、音声通知を１２０回／１分程度動作させ、定期的に運動状態を音声で使用者に知らせるようにしてもよい。

さらに、図１０に示すように通信装置９を無線回路とすれば、演算結果を別体の無線通信装置３０に無線通信し、別体の無線通信装置３０が表示または、音声あるいは、振動などで人体に通知するようにしてもよい。これにより、装着者は下肢などで計測した運動状態を、別体の無線通信装置３０としては下肢よりも確認しやすいたとえば、ＰＤＡや、ＰＤＡに接続されたイヤホン３１などで確認することが可能となる。

また、膝負担値は５段階などの段階評価を行い、それを表示・報知部８において棒グラフで表示（不図示）を行なうことも可能であり、上述した閾値を３に設定しておけば警告音をならしてもよいし、表示を赤色などの色を用いて発せられようにしてもよい。

次に、図７を用いて分析・表示装置２３について詳細に説明する。分析・表示装置２３は、運動状態センシング装置1の演算部６に組み込まれてもかまわないが、ここでは、分析・表示装置２３をパーソナルコンピュータとして、これに転送する一例を挙げる。運動状態センシング装置１のデータ蓄積部7に蓄積された使用者のデータは通信部９から、分析・表示装置２３のデータ通信部２２を介してデータ蓄積部１７に転送される。この転送されるデータは、膝負担値に変換されたものであっても、図３に示す構成例におけるデータ蓄積部５に蓄積された加速度値に変換される前の値であってもよい。

なお、このデータ蓄積部１７には、これまでのデータや比較のためのデータ（適切な歩行方法や走行方法のトレーニングをした場合の加速度データや、年齢(Ag)、身長(St)、体重(Ｗｇ)、性別(Ｓｘ)から導出される基礎代謝データなど）を蓄積することが可能である。転送されたデータは、比較演算部１８にて、これまでのデータや比較のためのデータとの比較を行い、その結果を表示部１９に表示する。

なお、比較のためのデータは、ネットワーク接続部２０を介して、外部ネットワーク２１へ接続されたセンター装置（不図示）へ転送または、外部ネットワーク２１に接続された他の運動状態センシング装置からのデータもセンター装置から入手することが可能である。こうして、外部ネットワーク２１へ接続することにより、他の運動状態センシング装置を装着した人のデータとの比較もできることになる。

次に、足の衝撃力及び、足の振りだし力の算出方法について、図８、図９を用いて説明を行なう。まず足の衝撃力の算出方法については、一軸だけの加速度センサで構成され場合には、ピーク２４の値に体重および身長から求められた係数の積和算により求められる。また足の振りだし力の算出方法について、図８を用いて説明を行なう。図８は加速度センサを足首に装着した場合の測定波形の一例を示している。図８において、ピーク２４からピーク２５までの間が、片足の踵着床時の間隔である。このとき、足が地面についている期間を立脚期２６、足が地面から離れている期間を遊脚期２７とすると、立脚期２６と遊脚期２７の加速度の振幅量の積分値のそれぞれの差を脚の振り出し加速度の大きさと決める。こうして決められた加速度と、予め入力された体重から求められ得た係数の積和算により、脚の振り出し力を求める。

さらに、歩数および歩行ピッチは、図８に示すピーク値を積算して、ピーク値間隔を時間に置き換えることにより算出できる。ここで、ピーク値間隔２８は、周波数解析を行なうことにより、使用者の歩行や走行の周期変動を求めることができ、疲れ度合いを求めることが可能となる。
上記により求められた活動量Ｋｍを基に、以下の方法にて総消費エネルギーを算出する。使用者の身長、体重、性別を入力することにより、年齢および性別毎に構成されるテーブルよりパラメータを抽出し、身長および体重と抽出されたパラメータより基礎代謝の演算と単位時あたりの基礎代謝の演算を行なう。また、基礎代謝の演算結果と歩行ピッチ、歩数、振り出し力のいずれかにより消費エネルギーの演算を行ない、前述した基礎代謝Ｂｍの演算結果より総消費エネルギを算出する。すなわち、運動があるときの総消費エネルギー（積算値）Ｃ(ｋｃａｌ) ＝ Ｂｍ ＋ これまでの消費エネルギー ＋ Ｋｍ（活動量） となる。ここで、基礎代謝量(ｋｃａｌ/ 日) = 基礎代謝基準値(ｋｃａｌ/ｍ² / 時)×体表面積(ｍ² ) ×２４ｈｒにて求められる。これにより、一日の間の適度な運動量を知ることでき、不足している運動量を補うための運動処方を示すことできる。
（実施形態２）
本実施形態の運動状態センシング装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、図１１に示すように、加速度センサ５ほか、脈波センサ５−１、血圧センサ５−２によって計られた脈波、血圧はＡ／Ｄ変換器１０を介して加速度演算回路１２に送られる点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して、説明を省略する。

まず、加速度センサ５、脈波センサ５−１、血圧センサ５−２によって計られた加速度、脈波、血圧は、それぞれＡ／Ｄ変換器１０を介して演算回路２９に送られ、そこで運動状態や健康状態やを演算する。ここで演算した結果とあらかじめ緊急時（使用者が歩行中に倒れた場合）における加速度、脈波、血圧の値およびパターンをメモリ回路１３に格納しておき、演算結果がメモリ回路１３に格納してある緊急時のパターンと一致したときには、比較演算回路１４が緊急時であることを通信部９に送信し、この通信部９が外部に対して緊急時を知らせるようにする。

ここで、通信部９が携帯端末であれば、あらかじめ設定されてある電話番号宛てに携帯電話端末がその旨発信することもできる。これにより、緊急時において所定の人にその状態を通知出来るようになる。また表示・通知部8の音声回路に加えてスピーカー（不図示）を備えておけば、緊急時であることを確認すると、通知回路による外部への通知とともに、スピーカーからの音声によって緊急事態を装着者の周りの人間に知らせることも可能となる。

なお、上述した各実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、種々の変更が可能であることは勿論である。

本願発明の実施形態１に係る運動状態センシング装置の装着例を示す図である。 運動状態センシング装置の加速度測定方向の一例を示す図である。 本願発明の実施形態１に係る運動状態センシング装置の機能ブロック図である。 上記運動状態センシング装置の他の機能ブロック図である。 運動状態センシング装置とデータ分析表示装置との接続を示す図である。 運動状態センシング装置の演算部を説明する図である。 データ分析表示装置を説明する図である。 測定波形例を用いた算出方法を説明する図である。 歩行ピッチを説明する図である。 本願発明の実施形態２に係る運動状態センシング装置の装着例を示す図である。 本願発明の実施形態２に係る運動状態センシング装置の機能ブロック図である。

符号の説明

１ 運動状態センシング装置
５ 加速度センサ
６ 演算部
７ データ蓄積部
８ 表示・報知部
９ 通信部
１０ アナログのローパスフィルタ
１１ Ａ／Ｄ変換回路
１２ 加速度演算回路
１３ メモリ回路路
１６ 入力装置
１７ データ蓄積部
１８ 比較演算部
１９ 表示部
２０ ネットワーク接続部
２１ 外部ネットワーク
２３ 分析・表示装置
２４ ピーク
２５ ピーク
２６ 立脚期
２７ 遊脚期
２８ ピーク値間隔
２９ 演算回路
３０ 無線通信装置
３１ イヤホン

Claims (7)

1. １軸以上の加速度センサとデータ蓄積部とを有する運動状態センシング装置であって、使用者が下肢に装着することにより、使用者の運動状態を検出し蓄積することを特徴とする運動状態センシング装置。
2. 少なくとも１軸以上の加速度出力により、足の着地衝撃力を算出する演算部を有するとともに、該演算部の演算結果を蓄積する演算データ蓄積部または、及び、該演算部の演算結果を表示する表示部を有することを特徴とする請求項１に記載の運動状態センシング装置。
3. 前記演算部は、少なくとも１軸以上の加速度出力により、足の振り出し力を算出することを特徴とする請求項２に記載の運動状態センシング装置。
4. 前記演算部は、少なくとも１軸以上の加速度出力間隔により、歩行ピッチまたは歩数を算出することを特徴とする請求項２に記載の運動状態センシング装置。
5. 前記演算部は、外部の記憶装置へデータの出力を行うとともに、該記憶装置から入力されるデータを演算することを特徴とする請求項２乃至請求項４に記載の運動状態センシング装置。
6. 前記演算部は、使用者の身長、体重、性別を入力することにより、歩行ピッチと歩数または、及び、振り出し力より消費エネルギーを演算することを特徴とする請求項２乃至請求項５に記載の運動状態センシング装置。
7. 前記演算部は、少なくとも１軸以上の加速度出力により、緊急事態を検知するとともに、この緊急事態であることを使用者以外に通報できるようにしたことを特徴とする請求項２乃至請求項６に記載の運動状態センシング装置。
   

Images