JP2007160076A - Human posture and motion discrimination apparatus and energy consumption calculation apparatus - Google Patents

Human posture and motion discrimination apparatus and energy consumption calculation apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a human posture and motion discrimination apparatus capable of precisely discriminating that a person is in either state of standing, sitting, being recumbent, running, walking, ascending the stairs, descending the stairs, or tumbling using a triaxial acceleration sensor worn on a human body. <P>SOLUTION: This human posture and motion discrimination apparatus for discriminating the posture and motion states of a person using an acceleration detecting means worn on the human body placing its front/rear in the X direction, its right/left in the Y direction and its vertical direction in the Z direction, is provided with: the acceleration detecting means detecting the X-directional acceleration, the Y-directional acceleration and the Z-directional acceleration which orthogonally cross one another; a means for calculating a Z-directional posture component from the detected Z-directional acceleration; a means for calculating a mean value of motor components of resultant composite accelerations of three-directional accelerations from the detected three-directional accelerations; and a first discrimination means discriminating that the person is in either state of the posture states or the motion states based on the calculated Z-directional posture component and the mean value of the motion components of the resultant composite accelerations of the tree-directional accelerations. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は人の姿勢動作判別装置に関し、特に人体に装着した3軸加速度センサを用いて、その人が立位、座位、臥位、走行、歩行、階段上昇、階段下降、転倒のいずれの状態にあるかを判別する人の姿勢動作判別装置に関する。
さらには、本発明はエネルギー消費量算出装置に関し、特に人体に装着した3軸加速度センサを用いて、その人が立位、座位、臥位、走行、歩行、階段上昇、階段下降のいずれの状態にあるかを判別し、当該姿勢動作状態に応じたエネルギー消費量を算出するエネルギー消費量算出装置に関する。
The present invention relates to a human posture motion discriminating apparatus, and in particular, using a three-axis acceleration sensor mounted on a human body, the person is in a standing, sitting, lying, running, walking, stair climbing, stair descent, or falling state The present invention relates to a posture motion discrimination device for a person who discriminates whether or not there is any.
Furthermore, the present invention relates to an energy consumption calculation device, and in particular, using a three-axis acceleration sensor attached to a human body, the person can be in a standing position, sitting position, standing position, running, walking, stair climbing, or stair descent. It is related with the energy consumption calculation apparatus which discriminate | determines whether it exists and calculates the energy consumption according to the said attitude | position movement state.

少子高齢化が急速に進み、特に高齢者の介護は社会問題化している。要介護者の中には、外出すると行方不明になったり急に倒れたりするおそれがあるため、外出時に付添いの必要な人達がいる。また、現在は介護不要であっても身体の衰え等により自由な行動に自信が持てず、家に引きこもりがちな人達もいる。後者は要介護予備軍といわれ、近い将来に介護負担増につながる人達である。このような人達が一人で外出し自由に行動できるようにして生きる喜びを持たせ、特に後者の人達が再び社会に貢献できるようにすることは社会的な責務である。そのためには、プライバシーを保護しつつ人の動作状態を監視し、危険な状態になったときには直ちに救援に駆けつけることができるシステムを構築する必要がある。   With the declining birthrate and aging population, nursing care for elderly people is becoming a social problem. Some care recipients may need to be accompanied when they go out because they may go missing or suddenly fall over. In addition, there are some people who are not confident in free behavior due to the body's weakness and tend to stay home even if they do not need care. The latter are said to be care-reserve reserves and will lead to an increase in care burden in the near future. It is a social responsibility to make such people have the joy of living by being able to go out alone and to make the latter people contribute to society again. To that end, it is necessary to construct a system that can monitor a person's operation state while protecting privacy, and can rush to rescue immediately when it becomes dangerous.

このようなシステムは従来から提案されており、人体の腰部に2軸加速度計を装着し、人の体軸方向および前後方向の加速度変化から、その人が立っているか、座っているか、臥しているか、歩行しているか、電車、自動車、自転車に乗車しているか等を判定する技術が示されている(例えば、非特許文献1参照)。また、3軸加速度計を装着して、上下方向、前後方向、横方向の直交3軸の加速度変化から、歩行、走行、立位静止、転倒の各状態を判定する技術が示されている(例えば、特許文献1参照)。しかし、上記文献の技術では人の具体的な動作状態、特に安定状態なのか危険状態なのかを精度よく判定できず、信頼性に問題が残されていた。   Such a system has been proposed in the past, and a two-axis accelerometer is attached to the lumbar part of the human body, and the person is standing, sitting or hesitating from the acceleration change in the human body axis direction and the front-rear direction. A technique for determining whether a person is walking, walking, riding a train, a car, a bicycle, or the like (see, for example, Non-Patent Document 1). In addition, a technique is shown in which a triaxial accelerometer is attached to determine each state of walking, running, standing still, and falling from the three-axis acceleration change in the vertical direction, the front-rear direction, and the horizontal direction ( For example, see Patent Document 1). However, the technique of the above-mentioned document cannot accurately determine whether a person is in a specific operating state, particularly a stable state or a dangerous state, and a problem remains in reliability.

さらに、我が国における死因の6割以上となる生活習慣病についても迅速な対応が求められている。特に40歳代から50歳代のいわゆる働き盛りの世代においては悪性新生物、心疾患、脳血管疾患、糖尿病といった生活習慣病対策が重要であるが、これまで我が国における生活習慣病対策としては早期発見、早期治療を目指す二次予防に力が注がれてきた。生活習慣病の多くは無自覚なまま病態が進行し、気がついたときには脳卒中や心筋梗塞などの重篤な症状発作を起こし、その結果生活の質の低下をもたらすことが極めて重大な問題となる。そこで、近年においては生活習慣を変えることで疾病の発症・進行を防止することが期待されており、健康増進・発症予防を目的とする一次予防の考え方が重視されるようになっている。生活習慣の改善とは、家庭における食生活や運動習慣の改善などを意味し、運動習慣については早足歩行などの無理のない運動を毎日の生活習慣としていくことが理想とされている。そして、これを実現するためには身体活動量ないしはエネルギー消費量の正確な把握が欠かせない。   In addition, prompt response is required for lifestyle-related diseases, which account for more than 60% of the causes of death in Japan. In particular, in the so-called working generations in their 40s to 50s, life-style related diseases such as malignant neoplasms, heart diseases, cerebrovascular diseases, and diabetes are important. Efforts have been focused on secondary prevention aimed at discovery and early treatment. Many life-style related diseases progress without being conscious, and when they are noticed, severe symptoms such as stroke and myocardial infarction occur, resulting in a decrease in the quality of life. Therefore, in recent years, it is expected to prevent the onset and progression of diseases by changing lifestyle habits, and the concept of primary prevention for the purpose of health promotion and onset prevention has been emphasized. The improvement of lifestyle habits means improvement of eating habits and exercise habits at home, and it is ideal for exercise habits to make daily exercise a comfortable exercise such as walking fast. And in order to realize this, it is indispensable to accurately grasp the amount of physical activity or energy consumption.

日常生活における身体活動量を測定しようとする技術、特に加速度センサを用いた技術については、従来から種々の方法や装置が提案されている。例えば、検出した加速度から被験者の運動質量の力積MVを求め、求めた力積から消費カロリーを計算する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。しかし、足が地面に接地する際に発生する加速度の大きさは無視することができないため、加速度センサで検出した加速度を積分することによって得られる速度Vには大きな誤差が含まれる。このため、運動質量の力積MVにも大きな誤差が生じて精度の高いカロリー計算を得ることは期待できない。また、加速度センサにより体動を検出して運動成分を求め、求めた運動成分から消費カロリーを計算する方法が提案されているが(例えば、特許文献3参照)、この方法では階段昇降の判別が困難である。したがって、運動形態と消費されるエネルギーとの間には密接な関係があるところ、運動形態を正確に判別できない方法では精度の高いカロリー計算を行うことはできない。
日本機械学会誌1996Vol.101No.950p14〜16 特開平10−295649号公報 特開2001−258870号公報 特開2004−141669号公報
Conventionally, various methods and devices have been proposed for techniques for measuring the amount of physical activity in daily life, particularly techniques using acceleration sensors. For example, a method has been proposed in which an impulse MV of a subject's kinetic mass is obtained from detected acceleration, and calorie consumption is calculated from the obtained impulse (see, for example, Patent Document 2). However, since the magnitude of the acceleration generated when the foot contacts the ground cannot be ignored, the speed V obtained by integrating the acceleration detected by the acceleration sensor includes a large error. For this reason, a large error also occurs in the impulse MV of the kinetic mass, and it cannot be expected to obtain a highly accurate calorie calculation. In addition, a method has been proposed in which body motion is detected by an acceleration sensor to obtain an exercise component, and calorie consumption is calculated from the obtained exercise component (see, for example, Patent Document 3). Have difficulty. Therefore, there is a close relationship between the exercise form and the energy consumed, and therefore, it is not possible to calculate calories with high accuracy by a method that cannot accurately determine the exercise form.
Journal of the Japan Society of Mechanical Engineers 1996 Vol. 101No. 950p14-16 Japanese Patent Laid-Open No. 10-295649 JP 2001-258870 A JP 2004-141669 A

本発明の解決すべき課題は、人体に装着した3軸加速度センサを用いて、その人が立位、座位、臥位、走行、歩行、階段上昇、階段下降、転倒のいずれの状態にあるかを正確に判別することができる人の姿勢動作判別装置を提供することである。また、人体に装着した3軸加速度センサを用いて、その人が立位、座位、臥位、走行、歩行、階段上昇、階段下降のいずれの状態にあるかを正確に判別し、当該姿勢動作状態に応じたエネルギー消費量を正確に算出することができるエネルギー消費量算出装置を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is whether the person is standing, sitting, lying, running, walking, climbing stairs, descending stairs, or falling using a triaxial acceleration sensor attached to the human body. It is an object of the present invention to provide a posture / motion discrimination apparatus for a person who can accurately discriminate the movement. In addition, using a three-axis acceleration sensor attached to the human body, it is possible to accurately determine whether the person is standing, sitting, lying, running, walking, climbing stairs, or descending stairs. It is to provide an energy consumption calculation device that can accurately calculate the energy consumption according to the state.

本発明は、上記課題を解決すべく本発明者が誠意検討した結果、完成されたものであり、その要旨とするところは以下の通りである。   The present invention has been completed as a result of sincerity studies by the inventor in order to solve the above-described problems, and the gist thereof is as follows.

(1)人体にX方向が前後、Y方向が左右、Z方向が上下となるように装着した加速度検出手段を用いて姿勢動作状態を判別する人の姿勢動作判別装置において、互いに直交するX方向の加速度G、Y方向の加速度GおよびZ方向の加速度Gを検出する加速度検出手段と、検出したZ方向の加速度GからZ方向の姿勢成分GSZを演算する手段と、検出した3方向の加速度から3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEを演算する手段と、演算したZ方向の姿勢成分GSZと3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEから立位、座位、臥位からなる姿勢状態と走行、歩行、階段上昇、階段下降、転倒からなる動作状態のいずれの状態にあるかを判別する第1の判別手段を備えることを特徴とする人の姿勢動作判別装置。 (1) In a human posture motion discriminating apparatus for discriminating a posture / motion state using acceleration detecting means mounted on the human body so that the X direction is front and back, the Y direction is right and left, and the Z direction is vertical, the X directions orthogonal to each other Acceleration detecting means for detecting acceleration G X , Y-direction acceleration G Y and Z-direction acceleration G Z, and means for calculating a Z-direction attitude component G SZ from the detected Z-direction acceleration G Z , Means G MXYZAVE for calculating the combined acceleration component of the three-direction acceleration from the three-direction acceleration, and the average value G of the combined acceleration component of the calculated Z-direction posture component G SZ and the three-direction acceleration. provided standing from MXYZAVE, sitting, running and posture state consisting of decubitus, walking, stair rise, stair descending, the first determining means for determining whether the one of the state of the operation state consisting overturning Door attitude motion determining apparatus of people characterized by.

(2)検出したX方向の加速度GからX方向の姿勢成分GSXを演算する手段と、演算したX方向の姿勢成分GSXとZ方向の姿勢成分GSZから立位、座位、臥位のいずれの姿勢状態にあるかを判別する第2の判別手段を備えることを特徴とする前記(1)に記載の人の姿勢動作判別装置。
(3)検出したZ方向の加速度GからZ方向の姿勢成分の変化量ΔGSZを演算する手段と、検出したX方向の加速度GとY方向の加速度GからX方向とY方向の加速度の合成加速度GXYを演算する手段と、演算したX方向とY方向の加速度の合成加速度GXYおよびZ方向の姿勢成分の変化量ΔGSZから走行、歩行、階段上昇、階段下降からなる通常動作と転倒からなる危険動作のいずれの動作状態にあるかを判別する第3の判別手段を備えることを特徴とする前記(1)または(2)に記載の人の姿勢動作判別装置。
(2) Means for calculating the X-direction posture component G SX from the detected X-direction acceleration G X , and standing, sitting, and lying from the calculated X-direction posture component G SX and Z-direction posture component G SZ (2) The human posture / motion discriminating device according to (1), further comprising: a second discriminating unit that discriminates which posture state of the human body.
(3) Means for calculating the change amount ΔG SZ of the posture component in the Z direction from the detected acceleration G Z in the Z direction, and the detected X direction acceleration G X and the Y direction acceleration G Y from the X direction and the Y direction It means for calculating a resultant acceleration G XY acceleration, running from the variation .DELTA.G SZ synthetic acceleration G XY and Z directions of the orientation component of the acceleration of the calculated X and Y directions, walking, stair rise consists stairs descending normal The human posture / motion discriminating apparatus according to (1) or (2), further comprising third discriminating means for discriminating whether the motion state is a dangerous motion consisting of a motion or a fall.

(4)演算した3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEから走行とそれ以外の通常動作のいずれの動作状態にあるかを判別する第4の判別手段を備えることを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の人の姿勢動作判別装置。
(5)検出したX方向の加速度GからX方向の運動成分の平均値GMXAVEを演算する手段と、検出したY方向の加速度Gの周波数スペクトルを解析する周波数解析手段と、当該周波数解析手段により解析されたY方向の加速度の周波数スペクトルのピークパワー値Sを検出する手段と、検出したZ方向の加速度GからZ方向の運動成分の平均値GMZAVEを演算する手段と、演算したX方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、Z方向の運動成分の平均値GMZAVEおよびピークパワー値Sの各々に予め定めた所定の係数を乗じて和を採った演算結果から歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを判別する第5の判別手段を備えることを特徴とする前記(4)に記載の人の姿勢動作判別装置。
(4) A fourth discriminating means for discriminating whether the vehicle is in the running state or the other normal operation state from the average value G MXYZAVE of the motion component of the combined acceleration of the calculated accelerations in the three directions is provided. The human posture / movement discriminating apparatus according to any one of (1) to (3).
(5) means for calculating an average value G MXAVE component of motion in the X direction from the acceleration G X of the detected X-direction, a frequency analysis means for analyzing the frequency spectrum of the acceleration G Y of the detected Y-direction, the frequency analysis Means for detecting the peak power value S Y of the frequency spectrum of the acceleration in the Y direction analyzed by the means, means for calculating the average value G MZAVE of the motion component in the Z direction from the detected acceleration G Z in the Z direction, X-direction orientation component G SX, the average value G MXAVE the X-direction component of motion, the sum is multiplied by a predetermined coefficient determined in advance in each of the average value G MZAVE and peak power value S Y and Z direction motion component (5) The method according to (4), further comprising: a fifth discriminating unit that discriminates whether the normal operation state of walking, stair climbing, or stair descent is based on the obtained calculation result. Attitude operation discrimination device.

(6)検出したX方向の加速度GからX方向の運動成分の平均値GMXAVEを演算する手段と、検出した3方向の加速度の周波数スペクトルを解析する周波数解析手段と、当該周波数解析手段により解析された3方向のパワースペクトルからY方向とZ方向の基本周波数のパワースペクトル値YMAXとZMAXを演算する手段と、演算したX方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、パワースペクトル値YMAXおよびZMAXを入力として予め定めた各動作状態のメンバーシップ関数を用いてファジィ推論を行うことにより歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを判別する第6の判別手段を備えることを特徴とする前記(4)に記載の人の姿勢動作判別装置。 (6) means for calculating an average value G MXAVE component of motion in the X direction from the acceleration G X of the detected X-direction, a frequency analysis means for analyzing the frequency spectrum of the acceleration of the detected three directions, by the frequency analysis means Means for calculating power spectrum values Y MAX and Z MAX of fundamental frequencies in the Y direction and the Z direction from the analyzed power spectra in the three directions, the calculated X direction orientation component G SX , and the average value of the X direction motion components G MXAVE and power spectrum values Y MAX and Z MAX are used as inputs to determine whether the normal operation state is walking, stair climbing, or stair descent by performing fuzzy inference using membership functions for each motion state determined in advance. A human posture / motion discriminating device according to (4), further comprising sixth discriminating means for discriminating.

(7)さらに、前記周波数解析手段により解析された3方向のパワースペクトルから歩行率Rを演算する手段を備え、前記第6の判別手段が、歩行率Rに対応した予め定めた各動作状態のメンバーシップ関数を用いてファジィ推論を行うことにより歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを判別することを特徴とする前記(6)に記載の人の姿勢動作判別装置。
(8)さらに、加速度検出手段を装着した人が歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを入力する動作状態入力手段と、入力された真の動作状態と、入力されたX方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、パワースペクトル値YMAXおよびZMAXに基づいて、予め定めた各動作状態のメンバーシップ関数を書き換えるメンバーシップ関数学習手段を備えることを特徴とする前記(6)または(7)に記載の人の姿勢動作判別装置。
(7) Furthermore, it has a means for calculating the walking rate R from the power spectrum in the three directions analyzed by the frequency analyzing means, and the sixth discriminating means has a predetermined operation state corresponding to the walking rate R. The human posture / movement discriminating apparatus according to (6), wherein it is discriminated whether the normal operation state is walking, stair climbing or stair descent by performing fuzzy inference using a membership function.
(8) Furthermore, an operation state input means for inputting whether the person wearing the acceleration detection means is in a normal operation state of walking, stairs climbing, or stairs descending, and the inputted true motion state. Membership function learning means for rewriting a membership function of each predetermined motion state based on the X-direction posture component G SX , the X-direction motion component average value G MXAVE , and the power spectrum values Y MAX and Z MAX The human posture / movement discriminating apparatus according to (6) or (7), wherein:

(9)前記判別手段による判別結果を装置本体の外部に設置した外部機器に送信する無線通信手段を備えることを特徴とする前記(1)〜(8)のいずれか1項に記載の人の姿勢動作判別装置。 (9) The human communication apparatus according to any one of (1) to (8), further comprising: a wireless communication unit that transmits a determination result by the determination unit to an external device installed outside the apparatus main body. Posture motion discrimination device.

(10)人体にX方向が前後、Y方向が左右、Z方向が上下となるように装着した加速度検出手段を用いて立位、座位、臥位、走行、歩行、階段上昇、階段下降からなる姿勢動作状態を判別し、当該姿勢動作状態に応じたエネルギー消費量を算出するエネルギー消費量算出装置において、立位、座位、臥位における基礎代謝量および走行、歩行、階段上昇、階段下降における歩行率とエネルギー消費量との相関関係を示す回帰式を記憶する回帰式記憶手段と、互いに直交するX方向の加速度G、Y方向の加速度GおよびZ方向の加速度Gを検出する加速度検出手段と、検出したX方向の加速度GからX方向の姿勢成分GSXおよびX方向の運動成分の平均値GMXAVEを演算する手段と、検出したZ方向の加速度GからZ方向の姿勢成分GSZおよびZ方向の運動成分の平均値GMZAVEを演算する手段と、検出した3方向の加速度の周波数スペクトルを各々解析する周波数解析手段と、当該周波数解析手段により解析されたY方向の加速度の周波数スペクトルのピークパワー値Sを検出する手段と、前記周波数解析手段により解析されたX方向の加速度の周波数スペクトルのピーク周波数とZ方向の加速度の周波数スペクトルのピーク周波数を検出するピーク周波数検出手段と、検出したX方向の加速度の周波数スペクトルのピーク周波数とZ方向の加速度の周波数スペクトルのピーク周波数から歩行率Rを検出する手段と、検出した3方向の加速度から3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEを演算する手段と、演算したZ方向の姿勢成分GSZと3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEから立位、座位、臥位からなる姿勢状態と走行、歩行、階段上昇、階段下降からなる動作状態のいずれの状態にあるかを判別する第1の判別手段と、演算したX方向の姿勢成分GSXとZ方向の姿勢成分GSZから立位、座位、臥位のいずれの姿勢状態にあるかを判別する第2の判別手段と、演算した3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEから走行とそれ以外の通常動作のいずれの通常動作状態にあるかを判別する第3の判別手段と、演算したX方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、Z方向の運動成分の平均値GMZAVEおよびピークパワー値Sの各々に予め定めた所定の係数を乗じて和を採った演算結果から歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを判別する第4の判別手段と、前記判別手段による判別結果にしたがって適用すべき基礎代謝量または回帰式を選択する回帰式選択手段と、選択された基礎代謝量または回帰式に基づいて姿勢動作状態に応じたエネルギー消費量を算出するエネルギー消費量算出手段を備えることを特徴とするエネルギー消費量算出装置。 (10) Standing, sitting, standing, running, walking, stair climbing, and stair descent using acceleration detecting means mounted on the human body so that the X direction is front and back, the Y direction is right and left, and the Z direction is vertical In an energy consumption calculation device that discriminates the posture movement state and calculates the energy consumption according to the posture movement state, the basal metabolic rate and running in the standing position, sitting position, and the standing position, walking, walking up the stairs, walking down the stairs Acceleration detection for detecting a regression equation storage means for storing a regression equation indicating a correlation between the rate and energy consumption, and an X-direction acceleration G X , a Y-direction acceleration G Y and a Z-direction acceleration G Z which are orthogonal to each other Z means and, means for calculating an average value G MXAVE component of motion of the orientation component G SX and the X-direction in the X direction from the acceleration G X of the detected X-direction, from the acceleration G Z of the detected Z-direction Means for calculating an average value G MZAVE the orientation component G SZ and Z direction motion component countercurrent, and frequency analyzing means for each analyzing the frequency spectrum of the acceleration detected in three directions, were analyzed by the frequency analysis means Y It means for detecting a peak power value S Y of the frequency spectrum of the direction of acceleration, to detect the peak frequency of the frequency spectrum of the acceleration of the peak frequency and the Z-direction of the frequency spectrum of the acceleration of the analyzed X-direction by the frequency analysis means Peak frequency detection means, means for detecting the walking rate R from the peak frequency of the detected frequency spectrum of the acceleration in the X direction and the peak frequency of the frequency spectrum of the acceleration in the Z direction, and acceleration in the three directions from the detected acceleration in the three directions It means for calculating an average value G MXYZAVE component of motion of the combined acceleration of the calculated Z Any average value G MXYZAVE movement component of the resultant acceleration of the orientation component G SZ and 3 the direction of acceleration of the direction standing, sitting, running and posture state consisting of decubitus, walking, stair rise, the operating condition consisting of stairs descending A first discriminating means for discriminating whether the vehicle is in a standing state, and discriminating whether the posture state is standing, sitting or lying from the computed X-direction posture component G SX and Z-direction posture component G SZ Second discriminating means, and third discriminating means for discriminating whether the vehicle is in the normal operation state of running or other normal operation from the average value G MXYZAVE of the motion component of the combined acceleration of the calculated three-direction acceleration If, computed X-direction orientation component G SX, the average value G MXAVE the X-direction component of motion, a predetermined coefficient determined in advance in each of the average value G MZAVE and peak power value S Y and Z direction motion component multiply A fourth discriminating means for discriminating whether it is a normal operation state of walking, stair climbing or stair descent from the calculation result obtained by taking the sum, and a basal metabolic rate or regression to be applied according to the discrimination result by the discrimination means Energy consumption calculation comprising: a regression equation selection means for selecting an expression; and an energy consumption calculation means for calculating an energy consumption amount corresponding to the posture / motion state based on the selected basal metabolic rate or regression equation apparatus.

(11)人体にX方向が前後、Y方向が左右、Z方向が上下となるように装着した加速度検出手段を用いて立位、座位、臥位、走行、歩行、階段上昇、階段下降からなる姿勢動作状態を判別し、当該姿勢動作状態に応じたエネルギー消費量を算出するエネルギー消費量算出装置において、立位、座位、臥位における基礎代謝量および走行、歩行、階段上昇、階段下降における歩行率とエネルギー消費量との相関関係を示す回帰式を記憶する回帰式記憶手段と、互いに直交するX方向の加速度G、Y方向の加速度GおよびZ方向の加速度Gを検出する加速度検出手段と、検出したX方向の加速度GからX方向の姿勢成分GSXおよびX方向の運動成分の平均値GMXAVEを演算する手段と、検出したZ方向の加速度GからZ方向の姿勢成分GSZを演算する手段と、検出した3方向の加速度の周波数スペクトルを各々解析する周波数解析手段と、当該周波数解析手段により解析された3方向のパワースペクトルからY方向とZ方向の基本周波数のパワースペクトル値YMAXとZMAXを演算する手段と、前記周波数解析手段により解析された3方向のパワースペクトルから歩行率Rを演算する手段と、検出した3方向の加速度から3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEを演算する手段と、演算したZ方向の姿勢成分GSZと3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEから立位、座位、臥位からなる姿勢状態と走行、歩行、階段上昇、階段下降からなる動作状態のいずれの状態にあるかを判別する第1の判別手段と、演算したX方向の姿勢成分GSXとZ方向の姿勢成分GSZから立位、座位、臥位のいずれの姿勢状態にあるかを判別する第2の判別手段と、演算した3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEから走行とそれ以外の通常動作のいずれの通常動作状態にあるかを判別する第3の判別手段と、演算したX方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、パワースペクトル値YMAXおよびZMAXを入力として歩行率Rに対応した予め定めた各動作状態のメンバーシップ関数を用いてファジィ推論を行うことにより歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを判別する第5の判別手段と、前記判別手段による判別結果にしたがって適用すべき基礎代謝量または回帰式を選択する回帰式選択手段と、選択された基礎代謝量または回帰式に基づいて姿勢動作状態に応じたエネルギー消費量を算出するエネルギー消費量算出手段を備えることを特徴とするエネルギー消費量算出装置。 (11) Standing, sitting, standing, running, walking, stair climbing, and stair descent using acceleration detecting means mounted on the human body so that the X direction is front and back, the Y direction is right and left, and the Z direction is vertical. In an energy consumption calculation device that discriminates the posture movement state and calculates the energy consumption according to the posture movement state, the basal metabolic rate and running in the standing position, sitting position, and the standing position, walking, walking up the stairs, walking down the stairs Acceleration detection for detecting a regression equation storage means for storing a regression equation indicating a correlation between the rate and energy consumption, and an X-direction acceleration G X , a Y-direction acceleration G Y and a Z-direction acceleration G Z which are orthogonal to each other Z means and, means for calculating an average value G MXAVE component of motion of the orientation component G SX and the X-direction in the X direction from the acceleration G X of the detected X-direction, from the acceleration G Z of the detected Z-direction Means for calculating the orientation component G SZ countercurrent, and frequency analyzing means for each analyzing the frequency spectrum of the acceleration of the detected three directions, from the power spectrum of the three directions which are analyzed by the frequency analyzing means in the Y and Z directions Means for calculating the power spectrum values Y MAX and Z MAX of the fundamental frequency, means for calculating the walking rate R from the power spectrum in the three directions analyzed by the frequency analysis means, and three directions from the detected acceleration in the three directions. Means for calculating an average value G MXYZAVE of the motion component of the combined acceleration of the acceleration, and standing, sitting, and from the calculated posture component G SZ of the Z direction and the average value G MXYZAVE of the combined acceleration of the three-direction acceleration The first discrimination that discriminates between the posture state consisting of the position and the operation state consisting of running, walking, stair climbing, and stair descent Means, a second discriminating means for discriminating from the calculated X-direction posture component G SX and the Z-direction posture component G SZ whether the posture is in the standing position, the sitting position or the supine position, and the calculated three directions A third discriminating means for discriminating from the average value G MXYZAVE of the movement component of the acceleration of the acceleration of the normal operation state of running and other normal operation, and the calculated X-direction posture component G SX , Walking, staircase by performing fuzzy inference using membership function of each predetermined motion state corresponding to walking rate R, using average value G MXAVE of power component in X direction and power spectrum values Y MAX and Z MAX as input A fifth discriminating means for discriminating whether it is in the normal operating state of rising or stair descent, and a basal metabolic rate or regression equation to be applied according to the discrimination result by the discriminating means And-option regression equation selection means, the energy consumption calculation unit, characterized in that it comprises an energy consumption amount calculation means for calculating the energy consumption in accordance with the posture operation state based on the basal metabolic rate or regression formula is selected.

(12)さらに、加速度検出手段を装着した人が歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを入力する動作状態入力手段と、入力された真の動作状態と、入力されたX方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、パワースペクトル値YMAXおよびZMAXに基づいて、予め定めた各動作状態のメンバーシップ関数を書き換えるメンバーシップ関数学習手段を備えることを特徴とする前記(11)に記載のエネルギー消費量算出装置。 (12) Furthermore, an operation state input means for inputting whether the person wearing the acceleration detection means is in a normal operation state of walking, stairs climbing or stairs descending, and the input true motion state. Membership function learning means for rewriting a membership function of each predetermined motion state based on the X-direction posture component G SX , the X-direction motion component average value G MXAVE , and the power spectrum values Y MAX and Z MAX The energy consumption calculation device according to (11), characterized in that:

(13)算出したエネルギー消費量を一定時間毎に順次記憶する消費量記憶手段と、算出したエネルギー消費量を表示する表示手段を備えることを特徴とする前記(10)〜(12)のいずれか1項に記載のエネルギー消費量算出装置。
(14)算出したエネルギー消費量を積算する手段と、積算したエネルギー消費量を記憶する積算消費量記憶手段と、積算したエネルギー消費量を表示する表示手段を備えることを特徴とする前記(10)〜(13)のいずれか1項に記載のエネルギー消費量算出装置。
(15)立位、座位、臥位における基礎代謝量または走行、歩行、階段上昇、階段下降における歩行率とエネルギー消費量との相関関係を示す回帰式を入力する回帰式入力手段を備えることを特徴とする前記(10)〜(14)のいずれか1項に記載のエネルギー消費量算出装置。
(13) Any one of the above (10) to (12), characterized by comprising consumption amount storage means for sequentially storing the calculated energy consumption amount at regular intervals, and display means for displaying the calculated energy consumption amount. The energy consumption calculation device according to Item 1.
(14) The above (10), characterized by comprising means for integrating the calculated energy consumption, integrated consumption storage means for storing the integrated energy consumption, and display means for displaying the integrated energy consumption. The energy consumption calculation device according to any one of to (13).
(15) Provided with a regression equation input means for inputting a regression equation indicating the correlation between the basal metabolic rate or running, walking, stair climbing, and stair descent in the standing position, sitting position, and standing position and energy consumption. The energy consumption calculation device according to any one of (10) to (14), characterized in that it is characterized.

(A)第1の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置によれば、その人が姿勢状態にあるのか動作状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
(B)第1の判別手段と第2の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置によれば、その人が立位、座位、臥位のいずれの状態にあるのか、動作状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
(C)第1の判別手段と第3の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置によれば、その人が姿勢状態にあるのか、転倒状態にあるのか、転倒以外の通常動作状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
(D)第1の判別手段と第2の判別手段と第3の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置によれば、その人が立位、座位、臥位のいずれの状態にあるのか、転倒状態にあるのか、転倒以外の通常動作状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
(A) According to the human posture / motion discriminating apparatus according to the present invention including the first discriminating means, it is possible to discriminate with high accuracy whether the person is in the posture state or the motion state.
(B) According to the posture / movement determination apparatus for a person according to the present invention including the first determination means and the second determination means, whether the person is in a standing position, a sitting position, or a lying position, an operating state Can be determined with high accuracy.
(C) According to the human posture / motion discriminating apparatus according to the present invention including the first discriminating means and the third discriminating means, whether the person is in the posture state, in the fall state, or normal operation other than the fall It is possible to determine whether the state is in a state with high accuracy.
(D) According to the posture / movement determination apparatus for a person according to the present invention including the first determination means, the second determination means, and the third determination means, the person is in a standing position, a sitting position, or a lying position Therefore, it is possible to determine with high accuracy whether the vehicle is in the fall state, the fall state, or the normal operation state other than the fall state.

(E)第1の判別手段と第4の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置によれば、その人が姿勢状態にあるのか、走行状態にあるのか、走行以外の通常動作状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
(F)第1の判別手段と第2の判別手段と第4の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置によれば、その人が立位、座位、臥位のいずれの状態にあるのか、走行状態にあるのか、走行以外の通常動作状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
(G)第1の判別手段と第3の判別手段と第4の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置によれば、その人が姿勢状態にあるのか、転倒状態にあるのか、走行状態にあるのか、走行以外の通常動作状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
(H)第1の判別手段と第2の判別手段と第3の判別手段と第4の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置によれば、その人が立位、座位、臥位のいずれの状態にあるのか、転倒状態にあるのか、走行状態にあるのか、走行以外の通常動作状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
(E) According to the human posture / motion discriminating apparatus according to the present invention including the first discriminating means and the fourth discriminating means, whether the person is in the posture state, the running state, or the normal operation other than the running It is possible to determine whether the state is in a state with high accuracy.
(F) According to the posture / movement determination apparatus for a person according to the present invention including the first determination means, the second determination means, and the fourth determination means, the person can be in a standing position, a sitting position, or a lying position. It is possible to determine with high accuracy whether the vehicle is in a traveling state or in a normal operation state other than traveling.
(G) According to the posture / movement determination apparatus for a person according to the present invention including the first determination means, the third determination means, and the fourth determination means, whether the person is in a posture state or in a fall state Therefore, it is possible to determine with high accuracy whether the vehicle is in a traveling state or a normal operation state other than traveling.
(H) According to the posture / movement determination apparatus for a person according to the present invention including the first determination means, the second determination means, the third determination means, and the fourth determination means, the person is in a standing position, a sitting position, It is possible to determine with high accuracy whether the vehicle is in the prone position, whether it is in a fall state, whether it is in a traveling state, or in a normal operation state other than traveling.

(I)第1の判別手段と第4の判別手段と第5の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置によれば、その人が姿勢状態にあるのか、走行、歩行、階段上昇、階段下降のいずれの状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
(J)第1の判別手段と第2の判別手段と第4の判別手段と第5の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置によれば、その人が立位、座位、臥位のいずれの状態にあるのか、走行、歩行、階段上昇、階段下降のいずれの状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
(K)第1の判別手段と第3の判別手段と第4の判別手段と第5の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置によれば、その人が姿勢状態にあるのか、転倒状態にあるのか、走行、歩行、階段上昇、階段下降のいずれの状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
(L)第1の判別手段と第2の判別手段と第3の判別手段と第4の判別手段と第5の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置によれば、その人が立位、座位、臥位のいずれの状態にあるのか、転倒状態にあるのか、走行、歩行、階段上昇、階段下降のいずれの状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
(M)前記した第5の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置によれば、その人が歩行、階段上昇、階段下降のいずれの状態にあるのかを高い確度で判別することができるが、第5の判別手段に代えて、予め定めた各動作状態のメンバーシップ関数を用いてファジィ推論を行う第6の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置によれば、さらに高い確度でその人が歩行、階段上昇、階段下降のいずれの状態にあるのかを判別することができる。
(N)さらに、歩行率Rを自己検出する本発明に係る人の姿勢動作判別装置によれば、歩行率Rに対応した予め定めた各動作状態のメンバーシップ関数を用いてファジィ推論を行うことができるので、その人が歩行、階段上昇、階段下降のいずれの状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
(O)さらに、メンバーシップ関数学習手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置によれば、加速度検出手段を装着した人に最適なメンバーシップ関数を容易に作成することができるので、さらに高い確度で歩行、階段上昇、階段下降のいずれの状態にあるのかを判別することができる。
(I) According to the human posture / motion discriminating apparatus according to the present invention including the first discriminating means, the fourth discriminating means, and the fifth discriminating means, whether the person is in the posture state, running, walking, stairs It is possible to determine with high accuracy whether the state is ascending or descending stairs.
(J) According to the posture / movement determination apparatus for a person according to the present invention including the first determination means, the second determination means, the fourth determination means, and the fifth determination means, the person is standing, sitting, It can be discriminated with high accuracy whether it is in the prone position, or it is in the state of running, walking, stair climbing, or stair descent.
(K) According to the posture / movement determination apparatus for a person according to the present invention including the first determination means, the third determination means, the fourth determination means, and the fifth determination means, is the person in a posture state? Therefore, it is possible to determine with high accuracy whether the vehicle is in a fall state or is in a state of running, walking, stair climbing, or stair descent.
(L) According to the posture / movement determination apparatus for a person according to the present invention including the first determination means, the second determination means, the third determination means, the fourth determination means, and the fifth determination means, It is possible to discriminate with high accuracy whether the vehicle is in a standing, sitting, or lying position, in a falling state, or in a running, walking, stair climbing, or stair descent state.
(M) According to the human posture / movement discriminating apparatus according to the present invention having the fifth discriminating means described above, it is possible to discriminate with high accuracy whether the person is in the state of walking, stair climbing or stair descent. However, according to the human posture / motion discriminating apparatus according to the present invention, which comprises sixth discriminating means for performing fuzzy inference using membership functions of predetermined motion states instead of the fifth discriminating means. It is possible to determine whether the person is walking, climbing the stairs, or descending the stairs with higher accuracy.
(N) Furthermore, according to the human posture / motion discriminating apparatus according to the present invention that self-detects the walking rate R, the fuzzy inference is performed using the membership function of each predetermined motion state corresponding to the walking rate R. Therefore, it is possible to determine with high accuracy whether the person is in a walking state, climbing stairs, or descending stairs.
(O) Furthermore, according to the human posture / motion discriminating apparatus according to the present invention including the membership function learning means, it is possible to easily create an optimal membership function for the person wearing the acceleration detecting means. It is possible to determine whether the state is walking, climbing stairs, or descending stairs with high accuracy.

(P)本発明に係るエネルギー消費量算出装置によれば、その人が立位、座位、臥位、走行、歩行、階段上昇、階段下降のいずれの状態にあるかを正確に判別することができるので、当該姿勢動作状態に応じたエネルギー消費量を正確に算出することができる。
(Q)さらに歩行、階段上昇、階段下降の判別にファジィ推論を用いる本発明に係るエネルギー消費量算出装置によれば、歩行、階段上昇、階段下降のいずれの動作状態にあるのかを高い確度で判別することができるので、各動作状態に応じたエネルギー消費量をさらに正確に算出することができる。
(P) According to the energy consumption calculation device of the present invention, it is possible to accurately determine whether the person is standing, sitting, lying, running, walking, climbing stairs, or descending stairs. Therefore, the energy consumption amount corresponding to the posture movement state can be accurately calculated.
(Q) Furthermore, according to the energy consumption calculation apparatus according to the present invention that uses fuzzy reasoning to discriminate between walking, stair climbing, and stair descent, it is highly accurate whether it is in the operating state of walking, stair climbing or stair descent. Since the determination can be made, the energy consumption corresponding to each operation state can be calculated more accurately.

以下、図1〜図29を参照して、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図1は加速度検出手段10である3軸加速度センサ11の装着位置と軸方向を説明するための模式図である。本発明においては、図1に示すようにX軸方向が前後、Y軸方向が左右、Z軸方向が上下となるように3軸加速度センサ11を被験者に装着する。3軸加速度センサ11は、動作の起点となり、動作や姿勢の変化に対して最も変化の見られる腰部に装着することが望ましい。さらに望ましくは前腸骨棘下部に装着することが望ましい。また、直立静止(立位)時にX軸の加速度が0G、Y軸が0G、Z軸が1Gとなるように角度補正することが望ましい。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a mounting position and an axial direction of a triaxial acceleration sensor 11 that is an acceleration detecting means 10. In the present invention, as shown in FIG. 1, the three-axis acceleration sensor 11 is attached to the subject so that the X-axis direction is front and rear, the Y-axis direction is left and right, and the Z-axis direction is vertical. It is desirable that the triaxial acceleration sensor 11 be attached to the waist where the movement is the starting point and changes most with respect to the movement or posture change. More preferably, it is preferably attached to the lower part of the anterior iliac spine. It is also desirable to correct the angle so that the X-axis acceleration is 0G, the Y-axis is 0G, and the Z-axis is 1G when standing upright (standing).

図2は本発明に係る人の姿勢動作判別装置1の判別方法を示すフローチャートの一例である。この例においては、第1の判別手段40により立位、座位、臥位からなる姿勢状態と走行、歩行、階段上昇、階段下降、転倒からなる動作状態のいずれの状態にあるかを判別する。そして、姿勢状態と判別したときは第2の判別手段41へ、動作状態と判別したときは第3の判別手段42に移行する。
第2の判別手段41においては立位、座位、臥位のいずれの姿勢状態にあるかを判別し、第3の判別手段42においては走行、歩行、階段上昇、階段下降からなる通常動作と転倒からなる危険動作のいずれの動作状態にあるかを判別する。そして、第3の判別手段42において通常動作と判別したときは第4の判別手段43に移行する。
第4の段別手段43においては走行とそれ以外の通常動作のいずれの動作状態にあるかを判別し、走行以外の動作状態と判別したときは第5の判別手段44に移行し、歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを判別する。
FIG. 2 is an example of a flowchart showing a discrimination method of the human posture / motion discrimination device 1 according to the present invention. In this example, the first discriminating means 40 discriminates between a posture state consisting of standing, sitting and lying and an operating state consisting of running, walking, stair climbing, stair descent, and falling. When the posture state is determined, the process proceeds to the second determination unit 41, and when the movement state is determined, the process proceeds to the third determination unit 42.
The second determining means 41 determines whether the posture is standing, sitting or lying, and the third determining means 42 is a normal operation consisting of running, walking, stair climbing, and stair descent and falling. It is determined which of the operation states of the dangerous operation consists of. When the third determining means 42 determines that the operation is normal, the routine proceeds to the fourth determining means 43.
In the fourth step 43, it is determined whether the vehicle is in a running state or a normal operation other than traveling, and when it is determined that the operation state is other than traveling, the process proceeds to the fifth determining unit 44, where walking, It is determined whether the stairs are moving up or down.

本発明に係る人の姿勢動作判別装置1の第1の判別手段40について説明する。当該第1の判別手段40においては、図2に示すようにZ方向の姿勢成分GSZと3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEから立位、座位、臥位からなる姿勢状態と走行、歩行、階段上昇、階段下降、転倒からなる動作状態のいずれの状態にあるかを判別する。
Z方向の姿勢成分GSZは、加速度検出手段10により検出したZ方向の加速度Gから下記の(1)式により演算した値であり、検出したZ方向の加速度Gと演算結果であるZ方向の姿勢成分GSZとの関係を図3に示す。
なお、本発明においては、図4に示すように100Hzのサンプリング周波数でX方向の加速度G(i)、Y方向の加速度G(i)およびZ方向の加速度G(i)を検出するとともに、これを所定の加速度データ記憶手段20に記憶し、記憶した加速度データ512個分に対して姿勢動作判別に用いるデータを導き出すための演算処理を加速度演算手段30により行うが、サンプリング周波数およびデータ長Nはこれに限定されるものではない。
The first discrimination means 40 of the human posture / motion discrimination device 1 according to the present invention will be described. The In the first discriminating means 40, standing from the average value G MXYZAVE movement component of the resultant acceleration in the Z direction orientation component G SZ and 3 the direction of the acceleration as shown in FIG. 2, locus, consisting supine posture It is determined whether the state is an operating state consisting of running, walking, stair climbing, stair descent, or falling.
Orientation component G SZ in the Z direction is a value calculated from the acceleration G Z of the detected Z-direction by the following equation (1) by the acceleration detecting means 10, a calculation result with the acceleration G Z of the detected Z-direction Z FIG. 3 shows the relationship with the orientation component GSZ in the direction.
In the present invention, as shown in FIG. 4, the acceleration G X (i) in the X direction, the acceleration G Y (i) in the Y direction, and the acceleration G Z (i) in the Z direction are detected at a sampling frequency of 100 Hz. At the same time, this is stored in the predetermined acceleration data storage means 20, and the acceleration calculation means 30 performs arithmetic processing for deriving data used for posture action discrimination for 512 pieces of stored acceleration data. The length N is not limited to this.


3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEは、加速度検出手段10により検出した3方向の加速度から下記の(2)、(3)式により演算した値である。 The average value G MXYZAVE of the motion component of the combined acceleration of the accelerations in the three directions is a value calculated by the following equations (2) and (3) from the accelerations in the three directions detected by the acceleration detecting means 10.

立位、座位、臥位からなる姿勢状態と走行、歩行、階段上昇、階段下降、転倒からなる動作状態のいずれの状態にあるかを判別するためにZ方向の姿勢成分GSZと3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEを用いる理由について説明する。
図5は各姿勢動作とZ方向の姿勢成分GSZの関係を示す分布図である。演算したZ方向の姿勢成分GSZと所定の閾値を比較することにより臥位とそれ以外の姿勢動作状態とを判別できることがわかる。また、図6は各姿勢動作と3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEの関係を示す分布図である。演算した3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEと所定の閾値を比較することにより立位、座位からなる姿勢状態とそれ以外の動作状態とを判別できることがわかる。
In order to determine whether the posture state is composed of standing, sitting, and lying down and the movement state including running, walking, stair climbing, stair descent, and falling, the Z direction posture component G SZ and the three directions The reason for using the average value G MXYZAVE of the motion component of the combined acceleration of acceleration will be described.
FIG. 5 is a distribution diagram showing the relationship between each posture action and the posture component GSZ in the Z direction. It can be seen that by comparing the calculated Z-direction posture component GSZ with a predetermined threshold value, it is possible to discriminate the supine position from other posture operation states. FIG. 6 is a distribution diagram showing the relationship between the average value G MXYZAVE of the motion component of the combined acceleration of each posture action and the acceleration in three directions. It can be seen that by comparing the average value G MXYZAVE of the combined acceleration of the calculated three-direction acceleration with a predetermined threshold value, the posture state composed of standing and sitting and the other motion state can be discriminated.

本発明に係る人の姿勢動作判別装置1の第2の判別手段41について説明する。当該第2の判別手段41においては、図2に示すようにX方向の姿勢成分GSXとZ方向の姿勢成分GSZから立位、座位、臥位のいずれの姿勢状態にあるかを判別する。
X方向の姿勢成分GSXは、加速度検出手段10により検出したX方向の加速度Gから下記の(4)式により演算した値であり、Z方向の姿勢成分GSZは、加速度検出手段10により検出したZ方向の加速度Gから前記(1)式により演算した値である。
The second determination means 41 of the human posture / movement determination apparatus 1 according to the present invention will be described. In the second discriminating means 41, as shown in FIG. 2, it is discriminated from the X-direction posture component G SX and the Z-direction posture component G SZ whether the posture state is standing, sitting or lying. .
The X-direction attitude component G SX is a value calculated from the X-direction acceleration G X detected by the acceleration detection means 10 according to the following equation (4). The Z-direction attitude component G SZ is obtained by the acceleration detection means 10. is a value calculated by the equation (1) from the acceleration G Z of the detected Z-direction.

立位、座位、臥位のいずれの姿勢状態にあるかを判別するためにX方向の姿勢成分GSXとZ方向の姿勢成分GSZを用いる理由について説明する。
図7は立位、座位、臥位とX方向の姿勢成分GSXおよびZ方向の姿勢成分GSZの関係を示す分布図である。演算したX方向の姿勢成分GSXとZ方向の姿勢成分GSZをプロットし、どの領域に位置するかにより立位、座位、臥位のいずれの姿勢状態にあるかを判別できることがわかる。
The reason why the posture component G SX in the X direction and the posture component G SZ in the Z direction are used to determine whether the posture state is the standing position, the sitting position, or the supine position will be described.
FIG. 7 is a distribution diagram showing the relationship between the standing position, the sitting position, and the supine position and the posture component G SX in the X direction and the posture component G SZ in the Z direction. The calculated X-direction posture component G SX and Z-direction posture component G SZ are plotted, and it can be seen that the posture state of the standing position, the sitting position, or the supine position can be discriminated depending on which region is located.

本発明に係る人の姿勢動作判別装置1の第3の判別手段42について説明する。当該第3の判別手段42においては、図2に示すようにX方向とY方向の加速度の合成加速度GXYおよびZ方向の姿勢成分の変化量ΔGSZから走行、歩行、階段上昇、階段下降からなる通常動作と転倒からなる危険動作のいずれの動作状態にあるかを判別する。
X方向とY方向の加速度の合成加速度GXYは、加速度検出手段10により検出したX方向の加速度GとY方向の加速度Gから下記の(5)式により演算した値であり、Z方向の姿勢成分の変化量ΔGSZは前記(1)式により演算したGSZの所定時間における変化量である。
The third discrimination means 42 of the human posture / motion discrimination device 1 according to the present invention will be described. In the third discriminating means 42, as shown in FIG. 2, from the combined acceleration G XY of the acceleration in the X direction and the Y direction and the change amount ΔG SZ of the posture component in the Z direction, from running, walking, stair climbing, and stair descent It is determined whether the normal operation or the dangerous operation consisting of a fall is present.
The combined acceleration G XY of the acceleration in the X direction and the Y direction is a value calculated by the following equation (5) from the acceleration G X in the X direction detected by the acceleration detecting means 10 and the acceleration G Y in the Y direction. the variation .DELTA.G SZ of the orientation component is the change amount at a predetermined time G SZ computed by the equation (1).

走行、歩行、階段上昇、階段下降からなる通常動作と転倒からなる危険動作のいずれの動作状態にあるかを判別するためにX方向とY方向の加速度の合成加速度GXYおよびZ方向の姿勢成分の変化量ΔGSZを用いる理由について説明する。
図8は各動作とX方向とY方向の加速度の合成加速度GXYの関係を示す分布図である。合成加速度GXYのみでは転倒をそれ以外の動作状態と判別できないことがわかる。しかし、転倒時、より詳細には転倒の瞬間におけるZ方向の姿勢成分の変化量ΔGSZは、走行等の動作状態と比較すると明らかに大きいので、X方向とY方向の加速度の合成加速度GXYおよびZ方向の姿勢成分の変化量ΔGSZを用いることにより、転倒とそれ以外の動作状態を判別することとした。
The combined acceleration GXY and the Z-direction attitude components of the acceleration in the X and Y directions to determine whether the operation state is normal operation consisting of running, walking, stair climbing, and stair descent, or dangerous motion consisting of falling. The reason why the change amount ΔG SZ is used will be described.
FIG. 8 is a distribution diagram showing the relationship between each motion and the combined acceleration GXY of the accelerations in the X and Y directions. It can be seen that the fall cannot be distinguished from other operating states only by the combined acceleration GXY . However, since the change amount ΔG SZ of the posture component in the Z direction at the time of the fall, more specifically at the moment of the fall, is obviously larger than the operation state such as running, the combined acceleration G XY of the acceleration in the X direction and the Y direction. Further, by using the change amount ΔG SZ of the posture component in the Z direction, the fall and the other operation state are determined.

本発明に係る人の姿勢動作判別装置1の第4の判別手段43について説明する。当該第4の判別手段43においては、図2に示すように3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEから走行とそれ以外の通常動作のいずれの動作状態にあるかを判別する。
3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEは、加速度検出手段10により検出した3方向の加速度から前記(2)、(3)式により演算した値である。
The 4th discrimination | determination means 43 of the human posture movement discrimination | determination apparatus 1 which concerns on this invention is demonstrated. In the fourth determination means 43, as shown in FIG. 2, it is determined from the average value G MXYZAVE of the motion component of the combined acceleration of the accelerations in the three directions whether the vehicle is in a running state or other normal operation state. .
The average value G MXYZAVE of the motion component of the combined acceleration of the accelerations in the three directions is a value calculated from the accelerations in the three directions detected by the acceleration detecting means 10 according to the expressions (2) and (3).

走行とそれ以外の通常動作のいずれの動作状態にあるかを判別するために3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEを用いる理由について説明する。
前記したように図6は各姿勢動作と3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEの関係を示す分布図である。演算した3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEと所定の閾値を比較することにより走行とそれ以外の動作状態とを判別できることがわかる。
The reason why the average value G MXYZAVE of the motion component of the combined acceleration of the accelerations in the three directions is used to determine whether the vehicle is in the running state or the normal operation other than that will be described.
As described above, FIG. 6 is a distribution diagram showing the relationship between the average value G MXYZAVE of the motion components of the combined acceleration of each posture motion and the acceleration in the three directions. It can be seen that the running and other operating states can be discriminated by comparing the average value G MXYZAVE of the motion component of the combined acceleration of the calculated accelerations in the three directions with a predetermined threshold value.

本発明に係る人の姿勢動作判別装置1の第5の判別手段44について説明する。当該第5の判別手段44においては、図2に示すようにX方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、Z方向の運動成分の平均値GMZAVEおよびピークパワー値Sの各々に予め定めた所定の係数を乗じて和を採った演算結果Z1、Z2から歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを判別する。
X方向の姿勢成分GSXは、加速度検出手段10により検出したX方向の加速度Gから前記(4)式により演算した値である。
X方向の運動成分の平均値GMXAVEは、加速度検出手段10により検出したX方向の加速度Gから下記の(6)、(7)式により演算した値である。
The fifth determination means 44 of the human posture / movement determination apparatus 1 according to the present invention will be described. In the fifth discriminating means 44, as shown in FIG. 2, the X-direction posture component G SX , the X-direction motion component average value G MXAVE , the Z-direction motion component average value G MZAVE and the peak power value S It is determined from the calculation results Z1 and Z2 obtained by multiplying each of Y by a predetermined coefficient in advance whether the normal operation state is walking, stair climbing, or stair descent.
The X-direction posture component G SX is a value calculated from the X-direction acceleration G X detected by the acceleration detection means 10 according to the above equation (4).
The average value G MXAVE of the motion component in the X direction is a value calculated from the acceleration G X in the X direction detected by the acceleration detection means 10 according to the following equations (6) and (7).

Z方向の運動成分の平均値GMZAVEは、加速度検出手段10により検出したZ方向の加速度Gから下記の(8)、(9)式により演算した値である。 The average value G MZAVE of the motion component in the Z direction is a value calculated by the following equations (8) and (9) from the acceleration G Z in the Z direction detected by the acceleration detecting means 10.


ピークパワー値Sは、加速度検出手段10により検出したY方向の加速度Gの周波数解析を行い、当該周波数解析により解析されたY方向の加速度の周波数スペクトルのピークパワー値である。なお、当該周波数解析には高速フーリエ変換(FFT)を行うのが望ましい。また、本発明においては512ポイントでFFT解析している。 The peak power value S Y is a peak power value of the frequency spectrum of the acceleration in the Y direction analyzed by the frequency analysis of the acceleration G Y in the Y direction detected by the acceleration detecting means 10. For the frequency analysis, it is desirable to perform fast Fourier transform (FFT). In the present invention, FFT analysis is performed at 512 points.

次に、演算したX方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、Z方向の運動成分の平均値GMZAVEおよびピークパワー値Sを要素とする2つの判別関数Z1、Z2を下記の(10)、(11)式により演算する。 Next, orientation component of the calculated X-direction G SX, the average value G MXAVE the X-direction component of motion, the two discriminant functions and the average value G MZAVE and peak power value S Y and Z direction motion component elements Z1, Z2 is calculated by the following equations (10) and (11).

歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを判別するために、X方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、Z方向の運動成分の平均値GMZAVEおよびピークパワー値S、さらには、これらを要素とする判別関数Z1、Z2を用いる理由について説明する。 In order to determine which of the normal operation states of walking, stair climbing, and stair descent, the posture component G SX in the X direction, the average value G MXAVE of the motion component in the X direction, and the average value G of the motion component in the Z direction The reason why the MZAVE and the peak power value S Y and the discriminant functions Z1 and Z2 having these as elements are used will be described.

図9は歩行、階段上昇、階段下降時におけるX方向の運動成分の平均値GMXAVEと歩行率との関係を示す分布図である。歩行時のプロット領域が階段上昇および階段下降のプロット領域よりも高い位置にあり、X方向の運動成分の平均値GMXAVEが歩行と他の動作状態を判別するための判別要素として利用できることがわかる。 FIG. 9 is a distribution diagram showing the relationship between the average value G MXAVE of the motion component in the X direction during walking, stair climbing, and stair descent and the walking rate. It can be seen that the plot area during walking is higher than the plot area for stair climbing and descent, and the average value G MXAVE of the motion component in the X direction can be used as a discriminating element for discriminating walking and other motion states. .

図10は歩行、階段上昇、階段下降時におけるZ方向の運動成分の平均値GMZAVEと歩行率との関係を示す分布図である。階段下降時のプロット領域が歩行および階段上昇のプロット領域よりも高い位置にあり、Z方向の運動成分の平均値GMZAVEが階段下降と他の動作状態を判別するための判別要素として利用できることがわかる。 FIG. 10 is a distribution diagram showing the relationship between the average value GMZAVE of the motion component in the Z direction and the walking rate when walking, climbing stairs, and descending stairs. The plot area at the time of stairs descent is higher than the plot area for walking and stairs rise, and the average value G MZAVE of the motion component in the Z direction can be used as a discriminating element for discriminating between the stairs descent and other motion states. Recognize.

図11は歩行、階段上昇、階段下降時におけるX方向の姿勢成分GSXと歩行率との関係を示す分布図であり、図12は別の被験者について行ったときの分布図である。また、図13は歩行、階段上昇、階段下降時におけるピークパワー値Sと歩行率との関係を示す分布図であり、図14は別の被験者について行ったときの分布図である。歩行、階段上昇および階段下降時におけるX方向の姿勢成分GSXには個人差があり、階段上昇と他の動作状態を判別するための判別要素としてX方向の姿勢成分GSXのみを利用するには判定精度に問題が生じるが、判別要素にピークパワー値Sを併用することにより判定精度を向上できることがわかる。 FIG. 11 is a distribution diagram showing the relationship between the posture component GSX in the X direction and the walking rate at the time of walking, stair climbing, and stair descent, and FIG. 12 is a distribution diagram when performed on another subject. FIG. 13 is a distribution diagram showing the relationship between the peak power value SY and the walking rate at the time of walking, stair climbing, and stair descent, and FIG. 14 is a distribution diagram when performing for another subject. There are individual differences in the posture component G SX in the X direction during walking, stair climbing, and stair descent, and only the posture component G SX in the X direction is used as a discriminating element for discriminating the stair climbing and other motion states. However, it can be seen that the determination accuracy can be improved by using the peak power value SY together with the determination element.

これらの技術的知見から本発明者は、歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを判別するための判別要素として、X方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、Z方向の運動成分の平均値GMZAVEおよびピークパワー値Sを採用したのである。また、より判別しやすくするためにこれらを要素とする判別関数Z1、Z2を採用したのである。図15は、被験者10人が歩行、階段上昇および階段下降したときの判別関数Z1とZ2をプロットした分布図である。この例においては、下記の(12)、(13)式により判別関数Z1、Z2を演算しているが、これらの係数は演算したX方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、Z方向の運動成分の平均値GMZAVEおよびピークパワー値Sを用いて多変量解析法により算出したものである。なお、この例における判定精度は歩行時で99%、階段上昇時で98%、階段下降時で99.8%である。したがって、予め被験者の歩行、階段上昇、階段下降時におけるX方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、Z方向の運動成分の平均値GMZAVEおよびピークパワー値Sを演算しておき、これらのデータを用いて多変量解析を行い、各判別要素の係数を算出しておくことにより、判定精度をより向上させることができる。よって、これらの係数を入力する係数入力手段50およびこれらを記憶する係数記憶手段51を備えることが望ましい。 From these technical findings, the present inventor used the posture component G SX in the X direction and the motion component in the X direction as a discriminating element for discriminating whether the normal operation state is walking, stair climbing, or stair descent. mean value G MXAVE, it was adopted average value G MZAVE and peak power value S Y and Z direction motion component. In order to make discrimination easier, discriminant functions Z1 and Z2 having these as elements are employed. FIG. 15 is a distribution diagram in which discriminant functions Z1 and Z2 are plotted when 10 test subjects walk, climb the stairs, and descend the stairs. In this example, the discriminant functions Z1 and Z2 are calculated by the following formulas (12) and (13). These coefficients are the average values of the calculated X-direction posture component G SX and X-direction motion component. G MXAVE, and is calculated by using the average value G MZAVE and peak power value S Y and Z direction motion component multivariate analysis. The determination accuracy in this example is 99% when walking, 98% when climbing the stairs, and 99.8% when descending the stairs. Thus, previously subject walking, stair rise, X direction orientation component G SX during stair descending, the average value G MXAVE the X-direction component of motion, the mean value G MZAVE and peak power value S Y and Z direction motion component By calculating, performing multivariate analysis using these data, and calculating the coefficient of each discriminating element, the determination accuracy can be further improved. Therefore, it is desirable to include a coefficient input means 50 for inputting these coefficients and a coefficient storage means 51 for storing them.

図16は本発明に係る人の姿勢動作判別装置1の構成の一例を示す構成図である。加速度データ記憶手段20としては、検出した加速度テータを記憶できるものであれば特に限定されるものではないが、RAMやハードディスクを用いることが望ましい。判別結果を記憶する判別結果記憶手段60や係数記憶手段51についても同様である。また、加速度演算手段30としてはCPUを用いることができるし、ソフトウェアで実現することもできる。   FIG. 16 is a block diagram showing an example of the configuration of the human posture / movement discriminating apparatus 1 according to the present invention. The acceleration data storage means 20 is not particularly limited as long as it can store the detected acceleration data, but it is desirable to use a RAM or a hard disk. The same applies to the discrimination result storage means 60 and the coefficient storage means 51 that store the discrimination results. Further, a CPU can be used as the acceleration calculation means 30, or can be realized by software.

以上説明したように、(1)演算したZ方向の姿勢成分GSZと3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEから立位、座位、臥位からなる姿勢状態と走行、歩行、階段上昇、階段下降、転倒からなる動作状態のいずれの状態にあるかを判別する第1の判別手段40と、(2)演算したX方向の姿勢成分GSXとZ方向の姿勢成分GSZから立位、座位、臥位のいずれの姿勢状態にあるかを判別する第2の判別手段41と、(3)演算したX方向とY方向の加速度の合成加速度GXYおよびZ方向の姿勢成分の変化量ΔGSZから走行、歩行、階段上昇、階段下降からなる通常動作と転倒からなる危険動作のいずれの動作状態にあるかを判別する第3の判別手段42と、(4)演算した3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEから走行とそれ以外の通常動作のいずれの動作状態にあるかを判別する第4の判別手段43と、(5)演算したX方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、Z方向の運動成分の平均値GMZAVEおよびピークパワー値Sの各々に予め定めた所定の係数を乗じて和を採った演算結果から歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを判別する第5の判別手段44を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置1によれば、加速度検出手段を装着した人(被験者)が立位、座位、臥位、走行、歩行、階段上昇、階段下降および転倒のいずれの状態にあるかを高い確度で判別することができる。 As described above, (1) the posture state composed of standing, sitting, and lying down, running, and walking from the average value G MXYZAVE of the combined acceleration of the calculated Z-direction posture component G SZ and the acceleration in the three directions. A first discriminating means 40 for discriminating whether the operating state is a stair climbing, a stair descent, or a falling, and (2) the calculated X-direction posture component G SX and Z-direction posture component G SZ. Second discriminating means 41 for discriminating whether the posture state is standing, sitting or supine from (3) the combined accelerations G XY and Z direction posture components of the calculated X and Y direction accelerations A third discriminating means 42 for discriminating from the change amount ΔG SZ of the normal operation consisting of running, walking, stair climbing, and stair descent and the dangerous motion consisting of falling, and (4) calculating 3 Combined acceleration of direction acceleration And fourth determination means 43 for determining whether the average value G MXYZAVE component of motion is in one operating state of the traveling and other normal operation, (5) of the calculated X-direction orientation component G SX, the X-direction mean value G MXAVE component of motion, the walking from the Z direction component of motion average G MZAVE and peak power value S Y each predetermined coefficient multiplying operation result of adopting the sum determined in advance in of stairs rising, stair descent According to the human posture / motion discriminating apparatus 1 according to the present invention including the fifth discriminating means 44 for discriminating which of the normal operating states, the person (subject) wearing the acceleration detecting means is standing and sitting. It is possible to determine with high accuracy whether the vehicle is in a saddle position, running, walking, stair climbing, stair descent or falling.

次に、本発明に係る人の姿勢動作判別装置1の別の実施形態について説明する。図20は本発明に係る人の姿勢動作判別装置1の別の判別方法を示すフローチャートの一例である。図28は本発明に係る人の姿勢動作判別装置1の構成の別の一例を示す構成図である。この例においては、前記した第5の判別手段44に代えて、ファジィ推論を行う第6の判別手段45を備えることにより、その人が歩行、階段上昇、階段下降のいずれの状態にあるのかを判別する。   Next, another embodiment of the human posture / movement discriminating apparatus 1 according to the present invention will be described. FIG. 20 is an example of a flowchart showing another discrimination method of the human posture / motion discrimination device 1 according to the present invention. FIG. 28 is a block diagram showing another example of the configuration of the human posture / movement discrimination device 1 according to the present invention. In this example, instead of the fifth discriminating means 44 described above, by providing the sixth discriminating means 45 for performing fuzzy inference, it is possible to determine whether the person is in the state of walking, climbing stairs or descending stairs. Determine.

本発明に係る人の姿勢動作判別装置1の第6の判別手段45について説明する。当該第6の判別手段45においては、図20に示すようにX方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、パワースペクトル値YMAXおよびパワースペクトル値ZMAXを入力として予め定めた各動作状態のメンバーシップ関数を用いてファジィ推論を行うことにより歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを判別する。
X方向の姿勢成分GSXは、加速度検出手段10により検出したX方向の加速度Gから前記(4)式により演算した値である。
X方向の運動成分の平均値GMXAVEは、加速度検出手段10により検出したX方向の加速度Gから前記(6)、(7)式により演算した値である。
パワースペクトル値YMAXは、図21に示すように、加速度検出手段10により検出した3方向の加速度の周波数解析を行い、当該周波数解析により解析された3方向のパワースペクトルから演算したY方向の基本周波数のパワースペクトル値である。
パワースペクトル値ZMAXは、図21に示すように、加速度検出手段10により検出した3方向の加速度の周波数解析を行い、当該周波数解析により解析された3方向のパワースペクトルから演算したZ方向の基本周波数のパワースペクトル値である。
なお、当該周波数解析には高速フーリエ変換(FFT)を行うのが望ましい。また、本発明においては512ポイントでFFT解析している。また、基本周波数の抽出方法としては特に限定されるものではないが、図21に示すように少なくとも歩行、階段上昇、階段下降の通常動作状態においては、X方向の基本周波数とZ方向の基本周波数とがほぼ一致し(一方の基本周波数が片方の基本周波数の整数倍にならない程度)、これらの基本周波数の1/2とY方向の基本周波数とがほぼ一致することから、これらの関係を利用して基本周波数を抽出することができる。
The sixth discrimination means 45 of the human posture / motion discrimination device 1 according to the present invention will be described. In the sixth discriminating means 45, as shown in FIG. 20, the X-direction attitude component G SX , the X-direction motion component average value G MXAVE , the power spectrum value Y MAX and the power spectrum value Z MAX are inputted in advance. By performing fuzzy inference using the membership function of each determined operation state, it is determined whether the normal operation state of walking, stair climbing or stair descent is present.
The X-direction posture component G SX is a value calculated from the X-direction acceleration G X detected by the acceleration detection means 10 according to the above equation (4).
The average value G MXAVE of the motion component in the X direction is a value calculated from the acceleration G X in the X direction detected by the acceleration detecting means 10 according to the equations (6) and (7).
As shown in FIG. 21, the power spectrum value Y MAX is obtained by performing frequency analysis of the acceleration in the three directions detected by the acceleration detecting means 10 and calculating the basic value in the Y direction calculated from the power spectrum in the three directions analyzed by the frequency analysis. It is the power spectrum value of the frequency.
As shown in FIG. 21, the power spectrum value Z MAX is obtained by performing frequency analysis of the acceleration in the three directions detected by the acceleration detecting means 10 and calculating the basic value in the Z direction calculated from the power spectrum in the three directions analyzed by the frequency analysis. It is the power spectrum value of the frequency.
For the frequency analysis, it is desirable to perform fast Fourier transform (FFT). In the present invention, FFT analysis is performed at 512 points. Further, although the fundamental frequency extraction method is not particularly limited, as shown in FIG. 21, at least in the normal operation state of walking, stair climbing, and stair descent, the fundamental frequency in the X direction and the fundamental frequency in the Z direction. Is almost the same (one fundamental frequency is not an integral multiple of one fundamental frequency), and ½ of these fundamental frequencies and the fundamental frequency in the Y direction are almost identical. Thus, the fundamental frequency can be extracted.

次に、X方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、パワースペクトル値YMAXおよびパワースペクトル値ZMAXをファジィ推論の入力とする理由について説明する。
X方向の姿勢成分GSXについて説明する。前記したように図11は歩行、階段上昇、階段下降時におけるX方向の姿勢成分GSXと歩行率との関係を示す分布図で、図12は別の被験者について行ったときの分布図である。これらの分布図からは個人差が見受けられるものの、X方向の姿勢成分GSXが大きければ、階段上昇と他の動作状態を判別するための判別要素として、また、X方向の姿勢成分GSXが小さければ、階段下降と他の動作状態を判別するための判別要素として利用できることがわかる。
Next, the reason why the attitude component G SX in the X direction, the average value G MXAVE of the motion component in the X direction, the power spectrum value Y MAX, and the power spectrum value Z MAX are used as inputs for fuzzy inference will be described.
The posture component G SX in the X direction will be described. As described above, FIG. 11 is a distribution diagram showing the relationship between the posture component GSX in the X direction and the walking rate at the time of walking, stair climbing, and stair descent, and FIG. 12 is a distribution diagram when performed on another subject. . Although there are individual differences from these distribution charts, if the posture component G SX in the X direction is large, it can be used as a discriminating element for discriminating stair climbing and other motion states, and the posture component G SX in the X direction If it is small, it can be seen that it can be used as a discriminating element for discriminating stairs descending from other operating states.

X方向の運動成分の平均値GMXAVEについて説明する。前記したように図9は歩行、階段上昇、階段下降時におけるX方向の運動成分の平均値GMXAVEと歩行率との関係を示す分布図である。この分布図からは歩行時のプロット領域が階段上昇および階段下降のプロット領域よりも高い位置にあり、X方向の運動成分の平均値GMXAVEが歩行と他の動作状態を判別するための判別要素として利用できることがわかる。 The average value G MXAVE of the motion component in the X direction will be described. As described above, FIG. 9 is a distribution diagram showing the relationship between the average value G MXAVE of the motion component in the X direction and the walking rate when walking, climbing stairs, and descending stairs. From this distribution map, the plot area at the time of walking is higher than the plot area of the stair climbing and stair descent, and the average value G MXAVE of the motion component in the X direction is a discriminating element for discriminating walking and other motion states It can be used as.

パワースペクトル値YMAXについて説明する。図22は歩行、階段上昇、階段下降時におけるパワースペクトル値YMAXと歩行率との関係を示す分布図である。この分布図からは階段上昇時のプロット領域が歩行時および階段下降時のプロット領域よりも高い位置にあり、パワースペクトル値YMAXが階段上昇と他の動作状態を判別するための判別要素として利用できることがわかる。 The power spectrum value Y MAX will be described. FIG. 22 is a distribution diagram showing the relationship between the power spectrum value Y MAX and the walking rate when walking, climbing stairs, and descending stairs. From this distribution chart, the plot area at the time of stairs rising is higher than the plot area at the time of walking and stairs descending, and the power spectrum value Y MAX is used as a discriminating element for discriminating the stairs ascent and other operating states I understand that I can do it.

パワースペクトル値ZMAXについて説明する。図23は歩行、階段上昇、階段下降時におけるパワースペクトル値ZMAXと歩行率との関係を示す分布図である。この分布図からは階段下降時のプロット領域が歩行時および階段上昇時のプロット領域よりも高い位置にあり、パワースペクトル値ZMAXが階段下降と他の動作状態を判別するための判別要素として利用できることがわかる。 The power spectrum value Z MAX will be described. FIG. 23 is a distribution diagram showing the relationship between the power spectrum value Z MAX and the walking rate when walking, climbing stairs, and descending stairs. From this distribution chart, the plot area at the time of stairs descending is higher than the plot area at the time of walking and ascending stairs, and the power spectrum value Z MAX is used as a discriminating element for discriminating between stairs descending and other operating states. I understand that I can do it.

これらの技術的知見から、(1)X方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、パワースペクトル値YMAXおよびパワースペクトル値ZMAXに関するメンバーシップ関数を図24(a)〜(d)に示すように予め作成しておき、(2)さらには以下に示すファジィルール1〜3を予め作成しておき、(3)人体に装着した加速度検出手段10から時々刻々と検出される3方向の加速度データに対し前記した所定の演算を行うことにより得られるX方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、パワースペクトル値YMAXおよびパワースペクトル値ZMAXを入力として予め定めた各動作状態のメンバーシップ関数を用いてファジィ推論を行うことにより、歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを判別するのが、第6の判別手段45である。次に、ファジィルールについて説明する。 From these technical findings, (1) membership functions relating to the posture component G SX in the X direction, the average value G MXAVE of the motion component in the X direction, the power spectrum value Y MAX and the power spectrum value Z MAX are shown in FIG. ~ (D) is created in advance, (2) and the fuzzy rules 1 to 3 shown below are created in advance, and (3) the acceleration detection means 10 attached to the human body is detected momentarily. X direction posture component G SX , X direction motion component average value G MXAVE , power spectrum value Y MAX and power spectrum value Z MAX Is used as input to perform fuzzy inference using the membership function of each motion state determined in advance. To determine whether the normal operating state of the shift, a discriminating means 45 of the sixth. Next, the fuzzy rule will be described.

ルール1: if GSX=大 and YMAX=大 then 階段上昇
ルール2: if GMXAVE=大 then 歩行
ルール3: if GSX=小 and ZMAX=大 then 階段上昇
Rule 1: if G SX = Large and Y MAX = Large then the stairs rise Rule 2: if G MXAVE = Large then Walk Rule 3: if G SX = Small and Z MAX = Large the stairs rise

ルール1では図24(a)のメンバーシップ関数が使用され、演算されたX方向の姿勢成分GSXを適用して適合度が算出され、および図24(c)のメンバーシップ関数が使用され、演算されたパワースペクトル値YMAXを適用して適合度が算出され、これらの適合度のAND(論理積)による適合度が算出される。
同様に、ルール2では図24(b)のメンバーシップ関数が使用され、演算されたX方向の運動成分の平均値GMXAVEを適用して適合度が算出される。
同様に、ルール3では図24(a)のメンバーシップ関数が使用され、演算されたX方向の姿勢成分GSXを適用して適合度が算出され、および図24(d)のメンバーシップ関数が使用され、演算されたパワースペクトル値ZMAXを適用して適合度が算出され、これらの適合度のAND(論理積)による適合度が算出される。
Rule 1 uses the membership function of FIG. 24 (a), calculates the fitness by applying the calculated orientation component G SX in the X direction, and uses the membership function of FIG. 24 (c). The fitness is calculated by applying the calculated power spectrum value Y MAX , and the fitness by AND (logical product) of these fitness is calculated.
Similarly, in the rule 2, the membership function shown in FIG. 24B is used, and the fitness is calculated by applying the calculated average value G MXAVE of the motion components in the X direction.
Similarly, in the rule 3, the membership function of FIG. 24A is used, the fitness is calculated by applying the calculated posture component G SX in the X direction, and the membership function of FIG. The fitness is calculated by applying the power spectrum value Z MAX used and calculated, and the fitness by AND (logical product) of these fitness is calculated.

そして、各ルールにおける適合度が算出されると、各ルールのメンバーシップ関数の論理和(重ね合わせ)の重心をとることにより歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかが判別される。なお、脱ファジィ化の手法としては特に限定されるものではなく、例えば、Max−Min法を用いることができる。   Then, when the fitness for each rule is calculated, it is determined whether it is in the normal operation state of walking, climbing stairs, or descending stairs by taking the center of gravity of the logical sum (superposition) of the membership functions of each rule. Is done. The defuzzification method is not particularly limited, and for example, the Max-Min method can be used.

メンバーシップ関数の作成方法としては特に限定されるものではなく、X方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、パワースペクトル値YMAXおよびパワースペクトル値ZMAXそれぞれの度数分布から作成することが望ましく、Mandani法を用いることができる。そして、作成したメンバーシップ関数は、メンバーシップ関数記憶手段73に記憶しておく。なお、図24(a)〜(d)に示したメンバーシップ関数は度数分布から作成したものであり、具体的には、歩行率100step/minで歩行、階段上昇、階段下降したときのそれぞれの度数分布から作成している。 The method for creating the membership function is not particularly limited, and the frequency distribution of the posture component G SX in the X direction, the average value G MXAVE of the motion component in the X direction, the power spectrum value Y MAX and the power spectrum value Z MAX It is desirable that the Mandani method can be used. The created membership function is stored in the membership function storage means 73. Note that the membership functions shown in FIGS. 24A to 24D are created from the frequency distribution. Specifically, each of the membership functions when walking, climbing stairs, and descending stairs at a walking rate of 100 step / min. Created from frequency distribution.

図25は、ファジィ推論を用いた第6の判別手段45の判定精度を示すグラフであり、試験条件は以下の通りである。
(1)被験者:24名
(2)被験者の動作条件:指定した歩行率60〜130step/min(10step/minきざみ)で歩行、階段上昇、階段下降の各動作
(3)使用したファジィルール:ルール1〜3
(4)使用したメンバーシップ関数:図24(a)〜(d)に示したメンバーシップ関数
FIG. 25 is a graph showing the determination accuracy of the sixth determination means 45 using fuzzy inference, and the test conditions are as follows.
(1) Subjects: 24 (2) Subject motion conditions: Walking, stair climbing, and stair descent motions at a specified walking rate of 60-130 step / min (10 step / min increments) (3) Fuzzy rule used: rule 1-3
(4) Membership function used: Membership function shown in FIGS.

前記したように使用したメンバーシップ関数は、歩行率100step/minで歩行、階段上昇、階段下降したときのそれぞれの度数分布から作成したメンバーシップ関数であるが、被験者が歩行率60〜130step/min(10step/minきざみ)で歩行、階段上昇、階段下降しても、約80%以上の精度で各動作状態を判別できることを確認することができた。   The membership function used as described above is a membership function created from the respective frequency distributions when walking, climbing stairs, and descending stairs at a walking rate of 100 step / min. The subject has a walking rate of 60 to 130 step / min. It was confirmed that each operation state could be discriminated with an accuracy of about 80% or more even when walking, climbing stairs, or descending stairs at 10 step / min increments.

そこで、本発明者はさらなる判別精度の向上を目指し、人体に装着した加速度検出手段10から時々刻々と検出される加速度を用いて当該人の歩行率Rを自動的に検出し、自動検出した歩行率Rに対応した予め定めたメンバーシップ関数を用いてファジィ推論を行うことにより歩行、階段上昇、階段下降の判別精度を向上させる判別方法に想到した。   Therefore, the present inventor aims to further improve the discrimination accuracy, and automatically detects the walking rate R of the person using the acceleration detected every moment from the acceleration detecting means 10 attached to the human body, and automatically detects the walking. The present inventors have come up with a discrimination method that improves the discrimination accuracy of walking, stair climbing, and stair descent by performing fuzzy inference using a predetermined membership function corresponding to the rate R.

歩行率Rの検出については、検出したX方向の加速度とZ方向の加速度の周波数スペクトルを周波数解析手段33を用いて各々周波数解析(FFT解析)し、解析されたX方向の加速度の周波数スペクトルのピーク周波数とZ方向の加速度の周波数スペクトルのピーク周波数を検出し、両者の周波数を比較し、より低いほうのピーク周波数を選択することにより歩行率Rを検出することができる。後述する表1は、当該方法を採用した場合の判定精度を示したものである。表1より高い精度で歩行、階段上昇、階段下降時における歩行率を検出できることがわかる。   Regarding the detection of the walking rate R, the frequency spectrum of the detected acceleration in the X direction and the acceleration in the Z direction is subjected to frequency analysis (FFT analysis) using the frequency analysis means 33, and the frequency spectrum of the analyzed acceleration in the X direction is analyzed. The walking rate R can be detected by detecting the peak frequency and the peak frequency of the frequency spectrum of the acceleration in the Z direction, comparing both frequencies, and selecting the lower peak frequency. Table 1 to be described later shows the determination accuracy when the method is adopted. It can be seen that the walking rate at the time of walking, stair climbing, and stair descent can be detected with higher accuracy than Table 1.

当該周波数解析には周波数解析手段33を用いた高速フーリエ変換(FFT)を行うのが望ましい。また、本発明においては512ポイントでFFT解析している。また、ピーク周波数の抽出方法としては特に限定されるものではないが、図21に示すように少なくとも歩行、階段上昇、階段下降の通常動作状態においては、X方向の基本周波数とZ方向の基本周波数とがほぼ一致し(一方の基本周波数が片方の基本周波数の整数倍にならない程度)、これらの基本周波数の1/2とY方向の基本周波数とがほぼ一致することから、これらの関係を利用してピーク周波数を抽出することができる。これは、人体に装着した加速度検出手段10から時々刻々と検出される加速度データにノイズが多く、周波数解析しても本来の周波数、すなわち歩行率を示す周波数においてピークが現われない場合に有効である。   For the frequency analysis, it is desirable to perform fast Fourier transform (FFT) using frequency analysis means 33. In the present invention, FFT analysis is performed at 512 points. The peak frequency extraction method is not particularly limited. As shown in FIG. 21, at least in the normal operation state of walking, stair climbing, and stair descent, the fundamental frequency in the X direction and the fundamental frequency in the Z direction. Are almost the same (one fundamental frequency is not an integral multiple of one fundamental frequency), and ½ of these fundamental frequencies and the fundamental frequency in the Y direction are almost identical. Thus, the peak frequency can be extracted. This is effective when there is a lot of noise in the acceleration data detected from moment to moment by the acceleration detection means 10 worn on the human body, and no peak appears at the original frequency, that is, the frequency indicating the walking rate even after frequency analysis. .

以上は、(1)X方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、パワースペクトル値YMAXおよびパワースペクトル値ZMAXを入力としてファジィ推論を行うことにより歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを判別することができる第6の判別手段45の基本原理、ならびに(2)人体に装着した加速度検出手段から時々刻々と検出される加速度を用いて当該人の歩行率Rを自動的に検出し、自動検出した歩行率Rに対応したメンバーシップ関数を用いてファジィ推論を行うことによって、より判定精度を向上できることを説明したが、判定精度を向上させる方法はこれに限定されるものではない。 As described above, (1) walking, stair climbing by performing fuzzy inference using the posture component G SX in the X direction, the average value G MXAVE of the motion component in the X direction, the power spectrum value Y MAX and the power spectrum value Z MAX as inputs. Using the basic principle of the sixth discriminating means 45 that can discriminate which of the normal operating states of stairs descending, and (2) acceleration detected momentarily from the acceleration detecting means attached to the human body It has been explained that the determination accuracy can be further improved by automatically detecting the walking rate R of the person and performing fuzzy inference using the membership function corresponding to the automatically detected walking rate R. However, the determination accuracy is improved. The method is not limited to this.

例えば、第6の判別手段45と同じく歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを判別する第5の判別手段44においては、Z方向の運動成分の平均値GMZAVEを用いた。これは、歩行、階段上昇、階段下降時におけるZ方向の運動成分の平均値GMZAVEと歩行率Rとの関係を示す図10に示すように、階段下降時のプロット領域が歩行および階段上昇のプロット領域よりも高い位置にあり、Z方向の運動成分の平均値GMZAVEが階段下降と他の動作状態を判別するための判別要素として利用できるという技術的知見に基づいたものである。したがって、ファジィ推論を行う第6の判別手段45においても、前記したファジィルール1〜3に以下に示すルールを追加することにより判定精度を向上させることができる。なお、図24(e)にGMZAVEのメンバーシップ関数の一例を示す。
ルール4: if GMZAVE=大 then 階段下降
For example, in the fifth determination means 44 for determining whether the normal operation state of walking, stair climbing or stair descent is the same as the sixth determination means 45, the average value G MZAVE of the motion component in the Z direction is used. It was. As shown in FIG. 10 showing the relationship between the average value G MZAVE of the movement component in the Z direction and the walking rate R during walking, stair climbing, and stair descent, the plot area at the time of stair descent is that of walking and stair climbing. This is based on the technical knowledge that the average value G MZAVE of the movement component in the Z direction can be used as a discriminating element for discriminating the descent from the staircase and other operation states. Therefore, also in the 6th discrimination | determination means 45 which performs a fuzzy reasoning, the determination precision can be improved by adding the rule shown below to the above-mentioned fuzzy rules 1-3. FIG. 24 (e) shows an example of the membership function of GMZAVE .
Rule 4: if G MZAVE = large then down the stairs

さらには、パワースペクトル値YMAXを正規化することによっても判定精度を向上させることができる。図26(a)は、正規化する前の歩行、階段上昇、階段下降におけるパワースペクトル値YMAXを、図26(b)は正規化後のパワースペクトル値YMAXを示す模式図である。図26(a)に示すように特定(マイナー)の人のパワースペクトル値YMAXは平均的な人のパワースペクトル値YMAXよりも値が低く、しかも歩行、階段上昇、階段下降における分布が重なるため、このままではファジィ推論を行っても判定精度に限界がある。しかし、下記の(14)式により正規化を行えば、歩行、階段上昇、階段下降におけるパワースペクトル値YMAXは図26(b)に示すようになり、これら動作の判定精度向上が期待できる。なお、(14)式におけるBは各動作ごとのパワースペクトル値YMAXの平均値である。したがって、前記したファジィルール1〜3に以下に示すルールを追加することにより判定精度を向上させることができる。なお、図24(f)に正規化したYMAX、すなわちCのメンバーシップ関数の一例を示す。
ルール5: if C=大 then 階段上昇
Further, the determination accuracy can be improved by normalizing the power spectrum value Y MAX . FIG. 26A is a schematic diagram illustrating the power spectrum value Y MAX in walking, stair climbing, and stair descent before normalization, and FIG. 26B is a schematic diagram illustrating the power spectrum value Y MAX after normalization. As shown in FIG. 26 (a), the power spectrum value Y MAX of a specific (minor) person is lower than the average person's power spectrum value Y MAX , and the distributions in walking, stair climbing, and stair descent overlap. Therefore, even if fuzzy inference is performed as it is, the determination accuracy is limited. However, if normalization is performed according to the following equation (14), the power spectrum value Y MAX for walking, stair climbing, and stair descent is as shown in FIG. 26B, and improvement in the determination accuracy of these operations can be expected. In the equation (14), BY is an average value of the power spectrum values Y MAX for each operation. Therefore, the accuracy of determination can be improved by adding the following rules to the fuzzy rules 1 to 3 described above. Incidentally, Y MAX normalized to FIG 24 (f), i.e., an example of a membership function C Y.
Rule 5: if C Y = large then stairs rise

以上は、度数分布等に基づいて予め定めたメンバーシップ関数を用いてファジィ推論を行う方法であるが、姿勢動作判別装置1にメンバーシップ関数の学習能力(機能)を持たせることにより、さらに判定精度を向上させることができる。図16に示すように本発明に係る姿勢動作判別装置1には、時々刻々と変化する加速度データが入力され、それに伴い加速度演算手段30であるGSX演算手段31等において演算値GSX等が演算され、当該演算値GSX等を用いて各姿勢動作が判別される。したがって、加速度検出手段10を装着した人が歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを入力することにより、入力された真の動作状態と、そのときのGSX等の演算値との関係を対応づけることができる。すなわち、加速度検出手段10を装着した人(被験者)のその人特有の歩行、階段上昇、階段下降におけるGSX等の演算値を把握できる。例えば、GSX等の演算値がある特定の範囲ならば、学習によりその人が歩行状態にあると判定できるのである。 The above is a method of performing fuzzy inference using a predetermined membership function based on a frequency distribution, etc., but further determination is made by providing the posture motion discriminating apparatus 1 with the learning function (function) of the membership function. Accuracy can be improved. As shown in FIG. 16, acceleration data that changes from moment to moment is input to the posture movement determination device 1 according to the present invention, and a calculation value G SX or the like is obtained by a G SX calculation unit 31 or the like as the acceleration calculation unit 30. It is calculated and each posture action is discriminated using the calculated value G SX or the like. Accordingly, by inputting whether the person wearing the acceleration detecting means 10 is in a normal operation state of walking, stair climbing, or stair descent, the inputted true motion state and calculation of G SX and the like at that time are performed. The relationship with the value can be associated. That is, it is possible to grasp the calculation values such as G SX in the person (subject) wearing the acceleration detecting means 10 in the walking, stairs ascending, and stairs descending. For example, if a calculated value such as G SX is within a certain range, it can be determined by learning that the person is in a walking state.

メンバーシップ関数の学習能力(機能)はこれを利用したものであり、加速度検出手段10を装着した人が歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを入力する動作状態入力手段71と、入力された真の動作状態と、入力されたX方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、パワースペクトル値YMAXおよびZMAXに基づいて、メンバーシップ記憶手段73に記憶された予め定めた各動作状態のメンバーシップ関数を書き換えるメンバーシップ関数学習手段72を備えることにより当該学習機能を実現することができる。これにより、メンバーシップ関数学習能力を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置1によれば、加速度検出手段10を装着した人に最適なメンバーシップ関数を容易に作成することができるので、さらに高い確度で歩行、階段上昇、階段下降のいずれの状態にあるのかを判別することができる。なお、前記したとおり、メンバーシップ関数はこれに限定されるものではなく、前記したGMZAVEやC等のメンバーシップ関数を追加して用いることができる。 The learning function (function) of the membership function utilizes this, and an operation state input means for inputting whether the person wearing the acceleration detection means 10 is in a normal operation state of walking, climbing stairs or descending stairs. 71, membership storage means based on the input true motion state, the input X-direction posture component G SX , the average value G MXAVE of the X-direction motion component, and the power spectrum values Y MAX and Z MAX The learning function can be realized by including membership function learning means 72 for rewriting the membership function of each predetermined operation state stored in 73. Thereby, according to the human posture movement discriminating apparatus 1 according to the present invention having the membership function learning ability, it is possible to easily create an optimal membership function for the person wearing the acceleration detecting means 10, It is possible to determine whether the state is walking, climbing stairs, or descending stairs with high accuracy. Incidentally, as described above, the membership functions is not limited thereto, it can be used in addition to the membership functions of the G MZAVE and C Y, etc. described above.

動作状態入力手段71としては特に限定されるものではなく、電気的あるいは機械的に歩行、階段上昇、階段下降のいずれの動作状態にあるのかを入力できるものであれば形式は問わない。また、メンバーシップ記憶手段73、メンバーシップ関数学習手段72についても特に限定されるものではなく、例えば、RAMやハードディスクを用いることができる。メンバーシップ関数学習手段72におけるメンバーシップ関数の書き換えについてはCPUを用いることができるし、ソフトウェアで実現することもできる。   The operation state input means 71 is not particularly limited, and any form can be used as long as it can input an operation state of walking, climbing stairs, or descending stairs electrically or mechanically. Further, the membership storage unit 73 and the membership function learning unit 72 are not particularly limited, and for example, a RAM or a hard disk can be used. For rewriting the membership function in the membership function learning means 72, a CPU can be used, or it can be realized by software.

なお、本発明に係る人の姿勢動作判別装置1における判別手段の構成例は、上記したものに限定されるものではない。
例えば、第1の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置1によれば、その人が姿勢状態にあるのか動作状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
また、第1の判別手段と第2の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置1によれば、その人が立位、座位、臥位のいずれの状態にあるのか、動作状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
さらに、第1の判別手段と第3の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置1によれば、その人が姿勢状態にあるのか、転倒状態にあるのか、転倒以外の通常動作状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
あるいは、第1の判別手段と第2の判別手段と第3の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置1によれば、その人が立位、座位、臥位のいずれの状態にあるのか、転倒状態にあるのか、転倒以外の通常動作状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
In addition, the structural example of the discrimination | determination means in the human posture movement discrimination | determination apparatus 1 which concerns on this invention is not limited to an above-described thing.
For example, according to the human posture / motion discriminating apparatus 1 according to the present invention including the first discriminating means, it is possible to discriminate with high accuracy whether the person is in the posture state or the motion state.
Further, according to the human posture / motion discriminating apparatus 1 according to the present invention including the first discriminating means and the second discriminating means, whether the person is in the standing position, the sitting position or the lying position, the operating state Can be determined with high accuracy.
Furthermore, according to the human posture / motion discriminating apparatus 1 according to the present invention including the first discriminating means and the third discriminating means, whether the person is in the posture state, the fall state, or the normal motion other than the fall It is possible to determine whether the state is in a state with high accuracy.
Alternatively, according to the posture / movement determination apparatus 1 of the person according to the present invention including the first determination means, the second determination means, and the third determination means, the person can be in a standing position, a sitting position, or a lying position. Therefore, it is possible to determine with high accuracy whether the vehicle is in the fall state, the fall state, or the normal operation state other than the fall state.

また、第1の判別手段と第4の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置1によれば、その人が姿勢状態にあるのか、走行状態にあるのか、走行以外の通常動作状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
さらには、第1の判別手段と第2の判別手段と第4の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置1によれば、その人が立位、座位、臥位のいずれの状態にあるのか、走行状態にあるのか、走行以外の通常動作状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
あるいは、第1の判別手段と第3の判別手段と第4の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置1によれば、その人が姿勢状態にあるのか、転倒状態にあるのか、走行状態にあるのか、走行以外の通常動作状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
そして、第1の判別手段と第2の判別手段と第3の判別手段と第4の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置1によれば、その人が立位、座位、臥位のいずれの状態にあるのか、転倒状態にあるのか、走行状態にあるのか、走行以外の通常動作状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
Also, according to the human posture / motion discriminating apparatus 1 according to the present invention including the first discriminating means and the fourth discriminating means, whether the person is in the posture state, the running state, or the normal operation other than the running It is possible to determine whether the state is in a state with high accuracy.
Furthermore, according to the human posture / movement discriminating apparatus 1 according to the present invention comprising the first discriminating means, the second discriminating means, and the fourth discriminating means, the person can be in a standing position, a sitting position, or a lying position. It is possible to determine with high accuracy whether the vehicle is in a state, a traveling state, or a normal operation state other than traveling.
Alternatively, according to the human posture / motion discriminating apparatus 1 according to the present invention comprising the first discriminating means, the third discriminating means, and the fourth discriminating means, whether the person is in the posture state or in the fall state Therefore, it is possible to determine with high accuracy whether the vehicle is in a traveling state or a normal operation state other than traveling.
And according to the human posture / movement discriminating apparatus 1 according to the present invention comprising the first discriminating means, the second discriminating means, the third discriminating means, and the fourth discriminating means, the person is standing, sitting, It is possible to determine with high accuracy whether the vehicle is in the prone position, whether it is in a fall state, whether it is in a traveling state, or in a normal operation state other than traveling.

また、第1の判別手段と第4の判別手段と第5の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置1によれば、その人が姿勢状態にあるのか、走行、歩行、階段上昇、階段下降のいずれの状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
さらには、第1の判別手段と第2の判別手段と第4の判別手段と第5の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置1によれば、その人が立位、座位、臥位のいずれの状態にあるのか、走行、歩行、階段上昇、階段下降のいずれの状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
あるいは、第1の判別手段と第3の判別手段と第4の判別手段と第5の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置1によれば、その人が姿勢状態にあるのか、転倒状態にあるのか、走行、歩行、階段上昇、階段下降のいずれの状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
Also, according to the human posture / motion discriminating apparatus 1 according to the present invention comprising the first discriminating means, the fourth discriminating means, and the fifth discriminating means, whether the person is in the posture state, running, walking, stairs It is possible to determine with high accuracy whether the state is ascending or descending stairs.
Furthermore, according to the human posture / movement discriminating apparatus 1 according to the present invention comprising the first discriminating means, the second discriminating means, the fourth discriminating means, and the fifth discriminating means, the person is standing and sitting. It is possible to discriminate with high accuracy whether the vehicle is in the recumbent position, or is in the state of running, walking, climbing the stairs, or descending the stairs.
Alternatively, according to the human posture / motion determination device 1 according to the present invention including the first determination unit, the third determination unit, the fourth determination unit, and the fifth determination unit, whether the person is in the posture state or not. Therefore, it is possible to determine with high accuracy whether the vehicle is in a fall state or is in a state of running, walking, stair climbing, or stair descent.

同様に、第1の判別手段と第4の判別手段と第6の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置1によれば、その人が姿勢状態にあるのか、走行、歩行、階段上昇、階段下降のいずれの状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
さらには、第1の判別手段と第2の判別手段と第4の判別手段と第6の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置1によれば、その人が立位、座位、臥位のいずれの状態にあるのか、走行、歩行、階段上昇、階段下降のいずれの状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
あるいは、第1の判別手段と第3の判別手段と第4の判別手段と第6の判別手段を備える本発明に係る人の姿勢動作判別装置1によれば、その人が姿勢状態にあるのか、転倒状態にあるのか、走行、歩行、階段上昇、階段下降のいずれの状態にあるのかを高い確度で判別することができる。
Similarly, according to the posture / movement determination apparatus 1 for a person according to the present invention including the first determination means, the fourth determination means, and the sixth determination means, whether the person is in a posture state, running, walking, It is possible to determine with high accuracy whether the stairs are rising or falling.
Furthermore, according to the human posture / movement discriminating apparatus 1 according to the present invention comprising the first discriminating means, the second discriminating means, the fourth discriminating means, and the sixth discriminating means, the person is standing and sitting. It is possible to discriminate with high accuracy whether the vehicle is in the recumbent position, or is in the state of running, walking, climbing the stairs, or descending the stairs.
Alternatively, according to the posture / motion determination apparatus 1 of a person according to the present invention including the first determination means, the third determination means, the fourth determination means, and the sixth determination means, whether the person is in the posture state. Therefore, it is possible to determine with high accuracy whether the vehicle is in a fall state or is in a state of running, walking, stair climbing, or stair descent.

また、前記判別手段による判別結果を装置本体の外部に設置した外部機器に送信する無線通信手段70を備えることが望ましい。これにより、高齢者などの弱者が一人で外出するなど安心して自由に行動することができる。また、いざというときには迅速な救援活動を実施することも可能となる。したがって要介護者にも生きる喜びが与えられ、ひきこもりがちな要介護予備軍には社会的貢献の機会をもたらすことができ、さらには介護者の負担をも著しく軽減することができる。   In addition, it is desirable to include wireless communication means 70 for transmitting the result of determination by the determination means to an external device installed outside the apparatus main body. Thereby, a weak person such as an elderly person can act freely with peace of mind such as going out alone. In case of emergency, it is also possible to carry out quick relief activities. Therefore, the care recipient is also given the joy of living, and the care-reserving reserve army who tends to stay behind can be provided with opportunities for social contribution, and the burden on the caregiver can be significantly reduced.

次に、本発明に係るエネルギー消費量算出装置101について説明する。本発明に係るエネルギー消費量算出装置は、第一段階として立位、座位、臥位、走行、歩行、階段上昇、階段下降からなる姿勢動作状態を判別し、第二段階として判別した姿勢動作状態に応じたエネルギー消費量を算出する。
図17は第一段階である姿勢動作の判別方法を示すフローチャートの一例であり、図19は本発明に係るエネルギー消費量算出装置101の構成の一例を示す構成図である。この例においては、第1の判別手段140により立位、座位、臥位からなる姿勢状態と走行、歩行、階段上昇、階段下降からなる動作状態のいずれの状態にあるかを判別する。そして、姿勢状態と判別したときは第2の判別手段141へ、動作状態と判別したときは第3の判別手段142に移行する。
第2の判別手段141においては立位、座位、臥位のいずれの姿勢状態にあるかを判別し、第3の判別手段142においては走行とそれ以外の通常動作のいずれの動作状態にあるかを判別し、走行以外の動作状態と判別したときは第4の判別手段143に移行し、歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを判別する。
Next, the energy consumption calculation apparatus 101 according to the present invention will be described. The energy consumption calculation device according to the present invention determines the posture operation state consisting of standing, sitting, lying, running, walking, stair climbing, and stair descent as the first step, and the posture operation state determined as the second step. The energy consumption corresponding to is calculated.
FIG. 17 is an example of a flowchart showing a posture motion discrimination method that is the first stage, and FIG. 19 is a block diagram showing an example of the configuration of the energy consumption calculating apparatus 101 according to the present invention. In this example, the first discriminating means 140 discriminates between a posture state consisting of standing, sitting and lying and an operating state consisting of running, walking, climbing stairs, and descending stairs. When the posture state is determined, the process proceeds to the second determination unit 141, and when the posture state is determined, the process proceeds to the third determination unit 142.
The second discrimination means 141 discriminates whether the posture is standing, sitting or lying, and the third discrimination means 142 is in any state of running or other normal operation. When it is determined that the operating state is other than traveling, the process proceeds to the fourth determining unit 143 to determine which of the normal operating state is walking, stair climbing, or stair descent.

本発明に係るエネルギー消費量算出装置101の第1の判別手段140について説明する。当該第1の判別手段においては、図17に示すようにZ方向の姿勢成分GSZと3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEから立位、座位、臥位からなる姿勢状態と走行、歩行、階段上昇、階段下降からなる動作状態のいずれの状態にあるかを判別する。
Z方向の姿勢成分GSZは、加速度検出手段により検出したZ方向の加速度Gから前記(1)式により演算した値である。また、3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEは、加速度検出手段により検出した3方向の加速度から前記(2)、(3)式により演算した値である。
なお、立位、座位、臥位からなる姿勢状態と走行、歩行、階段上昇、階段下降からなる動作状態のいずれの状態にあるかを判別するためにZ方向の姿勢成分GSZと3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEを用いる理由およびその原理については本発明に係る人の姿勢動作判別装置1の第1の判別手段40と同じである。
The first determination unit 140 of the energy consumption calculation apparatus 101 according to the present invention will be described. In the first discriminating means, as shown in FIG. 17, a posture state composed of a standing position, a sitting position, and a supine position based on an average value G MXYZAVE of a combined acceleration component of Z-direction posture component G SZ and acceleration in three directions. And whether it is in an operation state consisting of running, walking, stair climbing, or stair descent.
The posture component G SZ in the Z direction is a value calculated by the above equation (1) from the acceleration G Z in the Z direction detected by the acceleration detecting means. Further, the average value G MXYZAVE of the motion component of the combined acceleration of the accelerations in the three directions is a value calculated by the equations (2) and (3) from the accelerations in the three directions detected by the acceleration detecting means.
In addition, in order to discriminate between the posture state consisting of standing, sitting, and lying down and the operation state consisting of running, walking, stair climbing, and stair descent, the Z direction posture component G SZ and the three directions The reason for using the average value G MXYZAVE of the motion component of the combined acceleration of acceleration and the principle thereof are the same as those of the first discriminating means 40 of the human posture / motion discriminating apparatus 1 according to the present invention.

本発明に係るエネルギー消費量算出装置101の第2の判別手段141について説明する。当該第2の判別手段においては、図17に示すようにX方向の姿勢成分GSXとZ方向の姿勢成分GSZから立位、座位、臥位のいずれの姿勢状態にあるかを判別する。
X方向の姿勢成分GSXは、加速度検出手段により検出したX方向の加速度Gから前記(4)式により演算した値であり、Z方向の姿勢成分GSZは、加速度検出手段により検出したZ方向の加速度Gから前記(1)式により演算した値である。
なお、立位、座位、臥位のいずれの姿勢状態にあるかを判別するためにX方向の姿勢成分GSXとZ方向の姿勢成分GSZを用いる理由およびその原理については本発明に係る人の姿勢動作判別装置1の第2の判別手段41と同じである。
The second determination unit 141 of the energy consumption calculation apparatus 101 according to the present invention will be described. In the second determination means, as shown in FIG. 17, it is determined from the X-direction posture component G SX and the Z-direction posture component G SZ whether the posture state is standing, sitting or lying.
The X-direction posture component G SX is a value calculated from the X-direction acceleration G X detected by the acceleration detection means according to the equation (4), and the Z-direction posture component G SZ is detected by the acceleration detection means. wherein the direction of the acceleration G Z (1) is a value calculated by formula.
The reason why the posture component G SX in the X direction and the posture component G SZ in the Z direction are used to determine whether the posture is in the standing position, the sitting position, or the supine position and the principle thereof are described in detail in the following. This is the same as the second discriminating means 41 of the posture / motion discriminating apparatus 1.

本発明に係るエネルギー消費量算出装置101の第3の判別手段142について説明する。当該第3の判別手段においては、図17に示すように3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEから走行とそれ以外の通常動作のいずれの動作状態にあるかを判別する。
3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEは、加速度検出手段により検出した3方向の加速度から前記(2)、(3)式により演算した値である。
なお、走行とそれ以外の通常動作のいずれの動作状態にあるかを判別するために3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEを用いる理由およびその原理については本発明に係る人の姿勢動作判別装置1の第4の判別手段43と同じである。
The 3rd discrimination means 142 of the energy consumption calculation apparatus 101 which concerns on this invention is demonstrated. In the third determining means, as shown in FIG. 17, it is determined from the average value G MXYZAVE of the motion component of the combined acceleration of the accelerations in the three directions whether the vehicle is in the running state or the other normal operation state.
The average value G MXYZAVE of the motion component of the combined acceleration of the accelerations in the three directions is a value calculated by the equations (2) and (3) from the accelerations in the three directions detected by the acceleration detecting means.
The reason why the average value G MXYZAVE of the motion component of the combined acceleration of the three directions of acceleration is used to determine whether the vehicle is in the running state or the normal operation other than that, and the principle thereof are described in detail. This is the same as the fourth discriminating means 43 of the posture / motion discriminating apparatus 1.

本発明に係るエネルギー消費量算出装置101の第4の判別手段143について説明する。当該第4の判別手段においては、図17に示すようにX方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、Z方向の運動成分の平均値GMZAVEおよびピークパワー値Sの各々に予め定めた所定の係数を乗じて和を採った演算結果Z1、Z2から歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを判別する。
X方向の姿勢成分GSXは、加速度検出手段により検出したX方向の加速度Gから前記(4)式により演算した値である。また、X方向の運動成分の平均値GMXAVEは、加速度検出手段により検出したX方向の加速度Gから前記(6)、(7)式により演算した値である。Z方向の運動成分の平均値GMZAVEは、加速度検出手段により検出したZ方向の加速度Gから前記(8)、(9)式により演算した値である。また、ピークパワー値Sは、加速度検出手段により検出したY方向の加速度Gの周波数解析を行い、当該周波数解析により解析されたY方向の加速度の周波数スペクトルのピークパワー値である。
なお、歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを判別するために、X方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、Z方向の運動成分の平均値GMZAVEおよびピークパワー値S、さらには、これらを要素とする判別関数Z1、Z2を用いる理由およびその原理については本発明に係る人の姿勢動作判別装置1の第5の判別手段44と同じである。したがって、本発明に係るエネルギー消費量算出装置においても、各判別要素の係数を入力する係数入力手段150およびこれらを記憶する係数記憶手段151を備えることが望ましい。
The 4th discrimination | determination means 143 of the energy consumption calculation apparatus 101 which concerns on this invention is demonstrated. In the fourth discriminating means, as shown in FIG. 17, the X-direction posture component G SX , the X-direction motion component average value G MXAVE , the Z-direction motion component average value G MZAVE and the peak power value S Y From each of the calculation results Z1 and Z2 obtained by multiplying each by a predetermined coefficient and determining the sum, it is determined which of the normal operation states of walking, stair climbing and stair descent.
The X-direction posture component G SX is a value calculated by the equation (4) from the X-direction acceleration G X detected by the acceleration detecting means. In addition, the average value G MXAVE of the motion component in the X direction is a value calculated by the equations (6) and (7) from the acceleration G X in the X direction detected by the acceleration detecting means. The average value G MZAVE of the motion component in the Z direction is a value calculated by the equations (8) and (9) from the acceleration G Z in the Z direction detected by the acceleration detecting means. The peak power value S Y is a peak power value of the frequency spectrum of the acceleration in the Y direction analyzed by the frequency analysis of the acceleration G Y in the Y direction detected by the acceleration detecting means.
In addition, in order to determine which of the normal operation states of walking, stair climbing, and stair descent, the X direction posture component G SX , the X direction motion component average value G MXAVE , and the Z direction motion component average The reason for using the value G MZAVE and the peak power value S Y , and the discriminant functions Z1 and Z2 having these as elements and the principle thereof are the same as the fifth discriminating means 44 of the human posture / motion discriminating device 1 according to the present invention. The same. Therefore, it is desirable that the energy consumption calculation apparatus according to the present invention also includes the coefficient input means 150 for inputting the coefficients of the respective discriminating elements and the coefficient storage means 151 for storing them.

次に、本発明に係るエネルギー消費量算出装置101の別の実施形態について説明する。図27は本発明に係るエネルギー消費量算出装置101の別の判別方法を示すフローチャートの一例であり、図29は本発明に係るエネルギー消費量算出装置101の構成の別の一例を示す構成図である。この例においては、前記した第4の判別手段143に代えて、ファジィ推論を行う第5の判別手段144を備えることにより、その人が歩行、階段上昇、階段下降のいずれの状態にあるのかを判別する。   Next, another embodiment of the energy consumption calculation apparatus 101 according to the present invention will be described. FIG. 27 is an example of a flowchart showing another determination method of the energy consumption calculation apparatus 101 according to the present invention, and FIG. 29 is a configuration diagram showing another example of the configuration of the energy consumption calculation apparatus 101 according to the present invention. is there. In this example, in place of the above-described fourth discriminating means 143, by providing fifth discriminating means 144 for performing fuzzy inference, it is possible to determine whether the person is in a walking state, stairs up, or stairs down. Determine.

本発明に係るエネルギー消費量算出装置101の第5の判別手段144について説明する。当該第5の判別手段においては、図27に示すようにX方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、パワースペクトル値YMAXおよびパワースペクトル値ZMAXを入力として予め定めた各動作状態のメンバーシップ関数を用いてファジィ推論を行うことにより歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを判別する。
X方向の姿勢成分GSXは、加速度検出手段10により検出したX方向の加速度Gから前記(4)式により演算した値である。
X方向の運動成分の平均値GMXAVEは、加速度検出手段110により検出したX方向の加速度Gから前記(6)、(7)式により演算した値である。
パワースペクトル値YMAXは、図21に示すように、加速度検出手段110により検出した3方向の加速度の周波数解析を行い、当該周波数解析により解析された3方向のパワースペクトルから演算したY方向の基本周波数のパワースペクトル値である。
パワースペクトル値ZMAXは、図21に示すように、加速度検出手段110により検出した3方向の加速度の周波数解析を行い、当該周波数解析により解析された3方向のパワースペクトルから演算したZ方向の基本周波数のパワースペクトル値である。
The 5th discrimination means 144 of the energy consumption calculation apparatus 101 which concerns on this invention is demonstrated. In the fifth discriminating means, as shown in FIG. 27, the X-direction posture component G SX , the average value G MXAVE of the X-direction motion component, the power spectrum value Y MAX and the power spectrum value Z MAX are determined in advance as inputs. In addition, by performing fuzzy inference using the membership function of each operation state, it is determined whether the normal operation state of walking, stair climbing, or stair descent is present.
The X-direction posture component G SX is a value calculated from the X-direction acceleration G X detected by the acceleration detection means 10 according to the above equation (4).
The average value G MXAVE of the motion component in the X direction is a value calculated from the acceleration G X in the X direction detected by the acceleration detection means 110 according to the equations (6) and (7).
As shown in FIG. 21, the power spectrum value Y MAX is obtained by performing frequency analysis of the acceleration in the three directions detected by the acceleration detecting means 110 and calculating the basic value in the Y direction calculated from the power spectrum in the three directions analyzed by the frequency analysis. It is the power spectrum value of the frequency.
As shown in FIG. 21, the power spectrum value Z MAX is obtained by performing frequency analysis of the acceleration in the three directions detected by the acceleration detecting means 110 and calculating the basic value in the Z direction calculated from the power spectrum in the three directions analyzed by the frequency analysis. It is the power spectrum value of the frequency.

なお、歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを判別するために、X方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、パワースペクトル値YMAXおよびパワースペクトル値ZMAXを用いる理由およびその原理については本発明に係る人の姿勢動作判別装置1の第6の判別手段45で説明した内容と同じである。
また、ファジィ推論全般に関して、例えば、使用するファジィルール、使用するメンバーシップ関数およびその作成方法、メンバーシップ学習機能等についても、本発明に係る人の姿勢動作判別装置1の第6の判別手段45で説明した内容と同じである。
Note that in order to determine which of the normal operation state is walking, stair climbing, or stair descent, the posture component G SX in the X direction, the average value G MXAVE of the motion component in the X direction, the power spectrum value Y MAX and the power The reason why the spectrum value Z MAX is used and the principle thereof are the same as those described in the sixth determination unit 45 of the human posture / movement determination apparatus 1 according to the present invention.
Further, regarding fuzzy reasoning in general, for example, the fuzzy rule to be used, the membership function to be used and the creation method thereof, the membership learning function, etc., the sixth discrimination means 45 of the human posture movement discrimination device 1 according to the present invention. This is the same as described in.

本発明に係るエネルギー消費量算出装置101は、立位、座位、臥位における基礎代謝量および走行、歩行、階段上昇、階段下降における歩行率とエネルギー消費量との相関関係を示す回帰式を記憶する回帰式記憶手段180と、前記判別手段による判別結果にしたがって適用すべき基礎代謝量または回帰式を選択する回帰式選択手段181と、選択された基礎代謝量または回帰式に基づいて姿勢動作状態に応じたエネルギー消費量を算出するエネルギー消費量算出手段182を備えるので、これについて説明する。   The energy consumption calculation apparatus 101 according to the present invention stores a basal metabolic rate in standing, sitting and lying positions and a regression equation indicating the correlation between the walking rate and energy consumption in running, walking, stair climbing, and stair descent. A regression equation storage unit 180, a regression equation selection unit 181 for selecting a basal metabolic rate or a regression equation to be applied according to a discrimination result by the discrimination unit, and a posture motion state based on the selected basal metabolic rate or the regression equation The energy consumption calculating means 182 for calculating the energy consumption corresponding to the above will be provided, which will be described.

図18は歩行、階段上昇、階段下降時における分時酸素摂取量VO2と歩行率との関係を示す分布図である。分時酸素摂取量VO2と歩行率との間には密接な相関関係が成立し、この関係を回帰式により表せることがわかる。また、歩行率を検出することができれば、前記回帰式により分時酸素摂取量VO2を算出できることがわかる。なお、図18の縦軸は分時酸素摂取量VO2であるが、採気した吸気ガスから酸素濃度、二酸化炭素濃度およびガス量を求め、吸気中の酸素量と呼気中の酸素量を求め、分時酸素摂取量VO2と二酸化炭素産出量を求め、呼吸交換比を求め、酸素1リットル当たりに生ずる熱量Kを求め、分時酸素摂取量VO2(l/min)と熱量K(kcal)の積を演算することにより、エネルギー消費量Q(kcal/min)を求めることができる。 FIG. 18 is a distribution diagram showing the relationship between the minute oxygen intake V O2 and the walking rate during walking, stair climbing, and stair descent. It can be seen that a close correlation is established between the minute oxygen intake VO2 and the walking rate, and this relationship can be expressed by a regression equation. In addition, if the walking rate can be detected, it can be seen that the minute oxygen intake V O2 can be calculated by the regression equation. Although the vertical axis of FIG. 18 is the partial oxygen intake amount at the time of V O2, the oxygen concentration of the intake gas Ibis, determine the carbon dioxide concentration and gas volume determines the oxygen content of the oxygen content and in the breath during inspiration The minute oxygen uptake V O2 and the carbon dioxide output are obtained, the respiratory exchange ratio is obtained, the calorie K generated per liter of oxygen is obtained, the minute oxygen uptake V O2 (l / min) and the calorie K (kcal) ) To calculate the energy consumption Q (kcal / min).

歩行率Rの検出については、検出したX方向の加速度とZ方向の加速度の周波数スペクトルを各々周波数解析(FFT解析)し、解析されたX方向の加速度の周波数スペクトルのピーク周波数とZ方向の加速度の周波数スペクトルのピーク周波数を検出し、両者の周波数を比較し、より低いほうのピーク周波数を選択することにより歩行率を検出することができる。表1は、当該方法を採用した場合の判定精度を示したものである。表1より高い精度で歩行、階段上昇、階段下降時における歩行率を検出できることがわかる。   For detecting the walking rate R, frequency analysis (FFT analysis) of the detected X-direction acceleration and Z-direction acceleration is performed, and the peak frequency of the analyzed X-direction acceleration frequency spectrum and the Z-direction acceleration are analyzed. The walking rate can be detected by detecting the peak frequency of the frequency spectrum, comparing the two frequencies, and selecting the lower peak frequency. Table 1 shows the determination accuracy when the method is adopted. It can be seen that the walking rate at the time of walking, stair climbing, and stair descent can be detected with higher accuracy than Table 1.

図19は本発明に係るエネルギー消費量算出装置101の構成の一例を示す構成図である。加速度データ記憶手段120としては、検出した加速度テータを記憶できるものであれば特に限定されるものではないが、RAMやハードディスクを用いることが望ましい。判別結果を記憶する判別結果記憶手段160や係数記憶手段151、さらには立位、座位、臥位における基礎代謝量および走行、歩行、階段上昇、階段下降における歩行率とエネルギー消費量との相関関係を示す回帰式を記憶する回帰式記憶手段180についても同様である。また、加速度演算手段130としてはCPUを用いることができるし、ソフトウェアで実現することもできる。   FIG. 19 is a block diagram showing an example of the configuration of the energy consumption calculation apparatus 101 according to the present invention. The acceleration data storage means 120 is not particularly limited as long as it can store the detected acceleration data, but it is preferable to use a RAM or a hard disk. Discrimination result storage means 160 for storing discrimination results and coefficient storage means 151, and further, basal metabolic rate in standing position, sitting position and prone position, and correlation between walking rate and energy consumption in running, walking, stair climbing, and stair descent The same applies to the regression equation storage means 180 that stores the regression equation indicating Further, a CPU can be used as the acceleration calculation means 130, and can also be realized by software.

したがって、本発明に係るエネルギー消費量算出装置101によれば、前記判別手段により立位、座位、臥位、走行、歩行、階段上昇、階段下降からなる姿勢動作状態を判別することができ、さらには各動作時における歩行率についても検出することができるので、回帰式記憶手段180に記憶させた立位、座位、臥位における基礎代謝量および走行、歩行、階段上昇、階段下降における歩行率とエネルギー消費量との相関関係を示す回帰式に基づいて、各姿勢動作状態に応じたエネルギー消費量を高い精度で算出することができる。   Therefore, according to the energy consumption calculation apparatus 101 according to the present invention, it is possible to determine the posture / operation state including standing, sitting, lying, running, walking, stair climbing, and stair descent using the determination unit. Can also detect the walking rate during each movement, so that the basal metabolic rate and running, walking, climbing stairs, walking rate in descending stairs stored in the regression equation storage means 180 Based on the regression equation indicating the correlation with the energy consumption amount, the energy consumption amount corresponding to each posture movement state can be calculated with high accuracy.

また、本発明に係るエネルギー消費量算出装置101は、算出したエネルギー消費量を一定時間毎に順次記憶する消費量記憶手段183と、算出したエネルギー消費量を表示する消費量表示手段184を備えることが望ましい。これにより、リアルタイムでエネルギー消費量を確認することができる。なお、消費量表示手段184としては特に限定されるものではないが、携帯性から液晶を用いた表示装置を用いるのが望ましい。   The energy consumption calculation apparatus 101 according to the present invention includes a consumption storage unit 183 that sequentially stores the calculated energy consumption every predetermined time, and a consumption display unit 184 that displays the calculated energy consumption. Is desirable. Thereby, energy consumption can be confirmed in real time. The consumption display means 184 is not particularly limited, but it is desirable to use a display device using liquid crystal for portability.

また、本発明に係るエネルギー消費量算出装置101は、算出したエネルギー消費量を積算する消費量積算手段185と、積算したエネルギー消費量を記憶する積算消費量記憶手段186と、積算したエネルギー消費量を表示する積算消費量表示手段187を備えることが望ましい。これにより、リアルタイムでエネルギー消費積算量を確認することができる。なお、消費量表示手段187としても特に限定されるものではないが、携帯性から液晶を用いた表示装置を用いるのが望ましい。   The energy consumption calculation apparatus 101 according to the present invention includes a consumption integration unit 185 that integrates the calculated energy consumption, an integrated consumption storage unit 186 that stores the integrated energy consumption, and an integrated energy consumption. It is desirable to provide an integrated consumption amount display means 187 for displaying. Thereby, the energy consumption integrated amount can be confirmed in real time. The consumption display means 187 is not particularly limited, but it is desirable to use a display device using liquid crystal for portability.

また、本発明に係るエネルギー消費量算出装置101は、立位、座位、臥位における基礎代謝量または走行、歩行、階段上昇、階段下降における歩行率とエネルギー消費量との相関関係を示す回帰式を入力する回帰式入力手段179を備えることが望ましい。基礎代謝量または運動に伴うエネルギー消費量には個人差があるため、回帰式入力手段を備えることにより、より精度の高いエネルギー消費量を算出することができる。   In addition, the energy consumption calculation apparatus 101 according to the present invention is a regression equation that indicates the correlation between the basal metabolism or the walking rate in running, walking, rising stairs, and descending stairs and energy consumption in standing, sitting, and standing positions. It is desirable to include regression equation input means 179 for inputting. Since there is an individual difference in the basal metabolic rate or the energy consumption accompanying exercise, the energy consumption with higher accuracy can be calculated by providing the regression equation input means.

3軸加速度センサの装着位置と軸方向を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the mounting position and axial direction of a 3-axis acceleration sensor. 本発明に係る人の姿勢動作判別装置の判別方法を示すフローチャートの一例である。It is an example of the flowchart which shows the discrimination | determination method of the human posture movement discrimination | determination apparatus based on this invention. 加速度波形の姿勢成分と運動成分を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the attitude | position component and motion component of an acceleration waveform. 加速度データの演算処理方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the calculation processing method of acceleration data. 各姿勢動作とZ方向の姿勢成分GSZの関係を示す分布図である。FIG. 7 is a distribution diagram showing the relationship between each posture action and a posture component GSZ in the Z direction. 各姿勢動作と3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEの関係を示す分布図である。Is a distribution diagram showing the relationship between the average value G MXYZAVE component of motion of the combined acceleration of accelerations in the orientation operation and three directions. 立位、座位、臥位とX方向の姿勢成分GSXおよびZ方向の姿勢成分GSZの関係を示す分布図である。FIG. 6 is a distribution diagram showing a relationship between a standing position, a sitting position, and a supine position and a posture component G SX in the X direction and a posture component G SZ in the Z direction. 各動作とX方向とY方向の加速度の合成加速度GXYの関係を示す分布図である。It is a distribution map which shows the relationship of each operation | movement and the synthetic acceleration GXY of the acceleration of a X direction and a Y direction. 歩行、階段上昇、階段下降時におけるX方向の運動成分の平均値GMXAVEと歩行率との関係を示す分布図である。It is a distribution map which shows the relationship between the average value GMXAVE of the movement component of the X direction at the time of a walk, stairs rise, and stairs descent, and a walk rate. 歩行、階段上昇、階段下降時におけるZ方向の運動成分の平均値GMZAVEと歩行率との関係を示す分布図である。It is a distribution map which shows the relationship between the average value GMZAVE of the movement component of the Z direction at the time of a walk, stairs raise, and stairs descent, and a walk rate. 歩行、階段上昇、階段下降時におけるX方向の姿勢成分GSXと歩行率との関係を示す分布図の一例である。It is an example of the distribution map which shows the relationship between the attitude | position component GSX of the X direction at the time of a walk, stairs raise, and stairs descent, and a walk rate. 歩行、階段上昇、階段下降時におけるX方向の姿勢成分GSXと歩行率との関係を示す分布図の他の例である。It is another example of the distribution map which shows the relationship between the attitude | position component GSX of the X direction at the time of a walk, stairs rise, and stairs descent, and a walk rate. 歩行、階段上昇、階段下降時におけるピークパワー値Sと歩行率との関係を示す分布図の一例である。Walking, stair rise, which is an example of a distribution diagram showing the relationship between the peak power value S Y and walking rate during stair descent. 歩行、階段上昇、階段下降時におけるピークパワー値Sと歩行率との関係を示す分布図の他の例である。Walking, stair rise, which is another example of a distribution diagram showing the relationship between the peak power value S Y and walking rate during stair descent. 判別関数Z1とZ2をプロットした分布図である。It is the distribution figure which plotted discriminant function Z1 and Z2. 本発明に係る人の姿勢動作判別装置の構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the person's attitude | position discrimination | determination apparatus based on this invention. 本発明に係るエネルギー消費量算出装置の姿勢動作判別方法を示すフローチャートの一例である。It is an example of the flowchart which shows the attitude | position determination method of the energy consumption calculation apparatus which concerns on this invention. 分時酸素摂取量VO2と歩行率との関係を示す分布図である。It is a distribution map which shows the relationship between minute oxygen intake VO2 and a walking rate. 本発明に係るエネルギー消費量算出装置の構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the energy consumption calculating device which concerns on this invention. 本発明に係る人の姿勢動作判別装置の別の判別方法を示すフローチャートの一例である。It is an example of the flowchart which shows another discrimination | determination method of the human posture movement discrimination | determination apparatus which concerns on this invention. パワースペクトル値YMAXとZMAXを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for explaining a power spectrum value Y MAX and Z MAX. 歩行、階段上昇、階段下降時におけるパワースペクトル値YMAXと歩行率との関係を示す分布図である。Walking, stair rise is a distribution diagram showing the relationship between the power spectral value Y MAX and walking rate during stair descent. 歩行、階段上昇、階段下降時におけるパワースペクトル値ZMAXと歩行率との関係を示す分布図である。Walking, stair rise is a distribution diagram showing the relationship between the power spectral value Z MAX and the walking rate during stair descent. メンバーシップ関数の一例を示すための模式図である。It is a schematic diagram for showing an example of a membership function. ファジィ推論を用いた第6の判別手段45の判定精度を示すグラフである。It is a graph which shows the determination precision of the 6th discrimination | determination means 45 using a fuzzy reasoning. パワースペクトル値YMAXの正規化を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating normalization of the power spectrum value YMAX. 本発明に係るエネルギー消費量算出装置の別の判別方法を示すフローチャートの一例である。It is an example of the flowchart which shows another discrimination method of the energy consumption calculation apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る人の姿勢動作判別装置の構成の別の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows another example of a structure of the person's attitude | position determination apparatus based on this invention. 本発明に係るエネルギー消費量算出装置の構成の別の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows another example of a structure of the energy consumption calculation apparatus which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 姿勢動作判別装置
10 加速度検出手段 11 3軸加速度センサ
12 A/Dコンバータ 20 加速度データ記憶手段
30 加速度演算手段 31 GSX演算手段
32 GMXAVE演算手段 33 周波数解析手段
34 S検出手段 35 GSZ演算手段
36 ΔGSZ演算手段 37 GMZAVE演算手段
38 GXY演算手段 39 GMXYZAVE演算手段
40 第1の判別手段 41 第2の判別手段
42 第3の判別手段 43 第4の判別手段
44 第5の判別手段 45 第6の判別手段
50 係数入力手段 51 係数記憶手段
60 判別結果記憶手段 70 無線通信手段
71 動作状態入力手段 72 メンバーシップ関数学習手段
73 メンバーシップ関数記憶手段 74 YMAX演算手段
75 ZMAX演算手段 76 歩行率演算手段

101 エネルギー消費量算出装置
110 加速度検出手段 111 3軸加速度センサ
112 A/Dコンバータ 120 加速度データ記憶手段
130 加速度演算手段 131 GSX演算手段
132 GMXAVE演算手段 133 周波数解析手段
134 S検出手段 135 GSZ演算手段
137 GMZAVE演算手段 139 GMXYZAVE演算手段
140 第1の判別手段 141 第2の判別手段
142 第3の判別手段 143 第4の判別手段
144 第5の判別手段
150 係数入力手段 151 係数記憶手段
160 判別結果記憶手段 170 無線通信手段
171 動作状態入力手段 172 メンバーシップ関数学習手段
173 メンバーシップ関数記憶手段 174 YMAX演算手段
175 ZMAX演算手段 176 歩行率演算手段
179 回帰式入力手段
180 回帰式記憶手段 181 回帰式選択手段
182 エネルギー消費量算出手段 183 消費量記憶手段
184 消費量表示手段 185 消費量積算手段
186 積算消費量記憶手段 187 積算消費量表示手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Posture movement discrimination device 10 Acceleration detection means 11 3-axis acceleration sensor
12 A / D converter 20 the acceleration data storage unit 30 acceleration calculating means 31 G SX calculating means 32 G MXAVE calculating unit 33 frequency analyzer 34 S Y detection means 35 G SZ calculating means 36 .DELTA.G SZ calculating means 37 G MZAVE calculating means 38 G XY calculation means 39 G MXYZAVE calculation means 40 First determination means 41 Second determination means 42 Third determination means 43 Fourth determination means 44 Fifth determination means 45 Sixth determination means 50 Coefficient input means 51 Coefficient Storage means 60 Discrimination result storage means 70 Wireless communication means 71 Operation state input means 72 Membership function learning means 73 Membership function storage means 74 Y MAX calculation means 75 Z MAX calculation means 76 Walking rate calculation means

DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Energy consumption calculation apparatus 110 Acceleration detection means 111 3-axis acceleration sensor
112 A / D converter 120 the acceleration data storage unit 130 acceleration calculating means 131 G SX calculating means 132 G MXAVE calculating unit 133 frequency analysis means 134 S Y detector 135 G SZ calculating means 137 G MZAVE calculating means 139 G MXYZAVE calculation means 140 first 1 discriminating means 141 second discriminating means 142 third discriminating means 143 fourth discriminating means 144 fifth discriminating means 150 coefficient input means 151 coefficient storage means 160 discrimination result storage means 170 wireless communication means 171 operation state input means 172 membership function learning unit 173 membership function storage means 174 Y MAX operating means 175 Z MAX operating means 176 walking rate calculating means 179 regression equation input unit 180 regression equation storage unit 181 regression equation selection means 182 et Energy consumption calculating means 183 consumption storage unit 184 consumption display means 185 consumption amount integrating means 186 integrated consumption storage means 187 integrated consumption display means

Claims (15)

人体にX方向が前後、Y方向が左右、Z方向が上下となるように装着した加速度検出手段を用いて姿勢動作状態を判別する人の姿勢動作判別装置において、
互いに直交するX方向の加速度G、Y方向の加速度GおよびZ方向の加速度Gを検出する加速度検出手段と、
検出したZ方向の加速度GからZ方向の姿勢成分GSZを演算する手段と、
検出した3方向の加速度から3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEを演算する手段と、
演算したZ方向の姿勢成分GSZと3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEから立位、座位、臥位からなる姿勢状態と走行、歩行、階段上昇、階段下降、転倒からなる動作状態のいずれの状態にあるかを判別する第1の判別手段を備えることを特徴とする人の姿勢動作判別装置。
In a human posture / motion discriminating apparatus that discriminates a posture / motion state using acceleration detecting means mounted on the human body so that the X direction is front and back, the Y direction is right and left, and the Z direction is vertical,
Acceleration detecting means for detecting an acceleration G X in the X direction orthogonal to each other, an acceleration G Y in the Y direction, and an acceleration G Z in the Z direction;
Means for calculating a posture component G SZ in the Z direction from the detected acceleration G Z in the Z direction;
Means for calculating an average value G MXYZAVE of the motion component of the combined acceleration of the accelerations in the three directions from the detected accelerations in the three directions;
From the calculated Z-direction posture component G SZ and the average value G MXYZAVE of the combined acceleration motion component from the posture state consisting of standing, sitting, and lying down and running, walking, stair climbing, stair descent, falling A human posture / motion discriminating device comprising first discriminating means for discriminating which of the following motion states is present.
検出したX方向の加速度GからX方向の姿勢成分GSXを演算する手段と、
演算したX方向の姿勢成分GSXとZ方向の姿勢成分GSZから立位、座位、臥位のいずれの姿勢状態にあるかを判別する第2の判別手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の人の姿勢動作判別装置。
It means for calculating the X direction orientation component G SX from the acceleration G X of the detected X-direction,
Claim, characterized in that it comprises calculating the X direction orientation component G SX and Z direction standing from orientation component G SZ, locus, a second determination means for determining whether the one of the orientation states decubitus The human posture / movement discriminating apparatus according to 1.
検出したZ方向の加速度GからZ方向の姿勢成分の変化量ΔGSZを演算する手段と、
検出したX方向の加速度GとY方向の加速度GからX方向とY方向の加速度の合成加速度GXYを演算する手段と、
演算したX方向とY方向の加速度の合成加速度GXYおよびZ方向の姿勢成分の変化量ΔGSZから走行、歩行、階段上昇、階段下降からなる通常動作と転倒からなる危険動作のいずれの動作状態にあるかを判別する第3の判別手段を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の人の姿勢動作判別装置。
Means for calculating a change amount ΔG SZ of the posture component in the Z direction from the detected acceleration G Z in the Z direction;
Means for calculating a combined acceleration G XY of the acceleration in the X direction and the Y direction from the detected acceleration G X in the X direction and the acceleration G Y in the Y direction;
Based on the combined acceleration G XY of the calculated acceleration in the X and Y directions and the amount of change ΔG SZ in the posture component in the Z direction, either normal operation consisting of running, walking, stair climbing, stair descent, or dangerous motion consisting of falling The apparatus according to claim 1, further comprising a third discriminating unit that discriminates whether or not the person is present.
演算した3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEから走行とそれ以外の通常動作のいずれの動作状態にあるかを判別する第4の判別手段を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の人の姿勢動作判別装置。
4. A fourth discriminating means for discriminating whether the vehicle is in a running state or other normal operation state from an average value G MXYZAVE of the motion component of the combined acceleration of the calculated accelerations in the three directions. The human posture motion discrimination device according to any one of 1 to 3.
検出したX方向の加速度GからX方向の運動成分の平均値GMXAVEを演算する手段と、
検出したY方向の加速度Gの周波数スペクトルを解析する周波数解析手段と、
当該周波数解析手段により解析されたY方向の加速度の周波数スペクトルのピークパワー値Sを検出する手段と、
検出したZ方向の加速度GからZ方向の運動成分の平均値GMZAVEを演算する手段と、
演算したX方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、Z方向の運動成分の平均値GMZAVEおよびピークパワー値Sの各々に予め定めた所定の係数を乗じて和を採った演算結果から歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを判別する第5の判別手段を備えることを特徴とする請求項4に記載の人の姿勢動作判別装置。
It means for calculating an average value G MXAVE the X direction motion component from the acceleration G X of the detected X-direction,
A frequency analysis means for analyzing the frequency spectrum of the acceleration G Y of the detected Y-direction,
Means for detecting a peak power value S Y of the frequency spectrum of the acceleration of the analyzed Y direction by the frequency analysis means,
Means for calculating an average value G MZAVE of motion components in the Z direction from the detected acceleration G Z in the Z direction;
Computed X-direction orientation component G SX, the average value G MXAVE the X direction motion component is multiplied by a predetermined coefficient determined in advance in each of the average value G MZAVE and peak power value S Y and Z direction motion component sum 5. The human posture / movement discriminating apparatus according to claim 4, further comprising: a fifth discriminating unit that discriminates whether a normal operation state of walking, stair climbing, or stair descent is obtained based on a calculation result obtained from the above.
検出したX方向の加速度GからX方向の運動成分の平均値GMXAVEを演算する手段と、
検出した3方向の加速度の周波数スペクトルを解析する周波数解析手段と、
当該周波数解析手段により解析された3方向のパワースペクトルからY方向とZ方向の基本周波数のパワースペクトル値YMAXとZMAXを演算する手段と、
演算したX方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、パワースペクトル値YMAXおよびZMAXを入力として予め定めた各動作状態のメンバーシップ関数を用いてファジィ推論を行うことにより歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを判別する第6の判別手段を備えることを特徴とする請求項4に記載の人の姿勢動作判別装置。
It means for calculating an average value G MXAVE the X direction motion component from the acceleration G X of the detected X-direction,
A frequency analysis means for analyzing a frequency spectrum of the detected acceleration in three directions;
Means for calculating power spectrum values Y MAX and Z MAX of fundamental frequencies in the Y direction and the Z direction from power spectra in three directions analyzed by the frequency analyzing means;
Performing fuzzy inference using membership functions of predetermined motion states with the calculated X-direction attitude component G SX , X-direction motion component average value G MXAVE , power spectrum values Y MAX and Z MAX as inputs 5. The human posture / motion discriminating apparatus according to claim 4, further comprising sixth discriminating means for discriminating whether the normal operation state is walking, stair climbing, or stair descent.
さらに、前記周波数解析手段により解析された3方向のパワースペクトルから歩行率Rを演算する手段を備え、
前記第6の判別手段が、歩行率Rに対応した予め定めた各動作状態のメンバーシップ関数を用いてファジィ推論を行うことにより歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを判別することを特徴とする請求項6に記載の人の姿勢動作判別装置。
Furthermore, a means for calculating the walking rate R from the power spectrum in the three directions analyzed by the frequency analyzing means,
Whether the sixth determination means is in a normal operation state of walking, stair climbing, or stair descent by performing fuzzy inference using a membership function of each motion state corresponding to the walking rate R. 7. The human posture / motion discriminating device according to claim 6, wherein the human posture / motion discriminating device is discriminated.
さらに、加速度検出手段を装着した人が歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを入力する動作状態入力手段と、
入力された真の動作状態と、入力されたX方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、パワースペクトル値YMAXおよびZMAXに基づいて、予め定めた各動作状態のメンバーシップ関数を書き換えるメンバーシップ関数学習手段を備えることを特徴とする請求項6または7に記載の人の姿勢動作判別装置。
Furthermore, an operation state input means for inputting whether the person wearing the acceleration detection means is in a normal operation state of walking, stair climbing, or stair descent;
Based on the input true motion state, the input X-direction posture component G SX , the average value G MXAVE of the X-direction motion component, the power spectrum values Y MAX and Z MAX , 8. The human posture / movement discriminating apparatus according to claim 6 or 7, further comprising membership function learning means for rewriting the membership function.
前記判別手段による判別結果を装置本体の外部に設置した外部機器に送信する無線通信手段を備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の人の姿勢動作判別装置。
9. The human posture / movement discriminating apparatus according to claim 1, further comprising a wireless communication unit that transmits a discrimination result of the discriminating unit to an external device installed outside the apparatus main body.
人体にX方向が前後、Y方向が左右、Z方向が上下となるように装着した加速度検出手段を用いて立位、座位、臥位、走行、歩行、階段上昇、階段下降からなる姿勢動作状態を判別し、当該姿勢動作状態に応じたエネルギー消費量を算出するエネルギー消費量算出装置において、
立位、座位、臥位における基礎代謝量および走行、歩行、階段上昇、階段下降における歩行率とエネルギー消費量との相関関係を示す回帰式を記憶する回帰式記憶手段と、
互いに直交するX方向の加速度G、Y方向の加速度GおよびZ方向の加速度Gを検出する加速度検出手段と、
検出したX方向の加速度GからX方向の姿勢成分GSXおよびX方向の運動成分の平均値GMXAVEを演算する手段と、
検出したZ方向の加速度GからZ方向の姿勢成分GSZおよびZ方向の運動成分の平均値GMZAVEを演算する手段と、
検出した3方向の加速度の周波数スペクトルを各々解析する周波数解析手段と、
当該周波数解析手段により解析されたY方向の加速度の周波数スペクトルのピークパワー値Sを検出する手段と、
前記周波数解析手段により解析されたX方向の加速度の周波数スペクトルのピーク周波数とZ方向の加速度の周波数スペクトルのピーク周波数を検出するピーク周波数検出手段と、
検出したX方向の加速度の周波数スペクトルのピーク周波数とZ方向の加速度の周波数スペクトルのピーク周波数から歩行率Rを検出する手段と、
検出した3方向の加速度から3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEを演算する手段と、
演算したZ方向の姿勢成分GSZと3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEから立位、座位、臥位からなる姿勢状態と走行、歩行、階段上昇、階段下降からなる動作状態のいずれの状態にあるかを判別する第1の判別手段と、
演算したX方向の姿勢成分GSXとZ方向の姿勢成分GSZから立位、座位、臥位のいずれの姿勢状態にあるかを判別する第2の判別手段と、
演算した3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEから走行とそれ以外の通常動作のいずれの通常動作状態にあるかを判別する第3の判別手段と、
演算したX方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、Z方向の運動成分の平均値GMZAVEおよびピークパワー値Sの各々に予め定めた所定の係数を乗じて和を採った演算結果から歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを判別する第4の判別手段と、
前記判別手段による判別結果にしたがって適用すべき基礎代謝量または回帰式を選択する回帰式選択手段と、
選択された基礎代謝量または回帰式に基づいて姿勢動作状態に応じたエネルギー消費量を算出するエネルギー消費量算出手段を備えることを特徴とするエネルギー消費量算出装置。
Posture action state consisting of standing, sitting, standing, running, walking, stair climbing, and stair descent using acceleration detection means mounted on the human body so that the X direction is front and back, the Y direction is left and right, and the Z direction is vertical In the energy consumption calculation device that calculates the energy consumption according to the posture movement state,
A regression equation storage means for storing a regression equation indicating a correlation between a basal metabolism amount in a standing position, a sitting position and a standing position and a walking rate in running, walking, stair climbing, and stair descent and energy consumption;
Acceleration detecting means for detecting an acceleration G X in the X direction orthogonal to each other, an acceleration G Y in the Y direction, and an acceleration G Z in the Z direction;
Means for calculating an average value G MXAVE of the X-direction posture component G SX and the X-direction motion component from the detected X-direction acceleration G X ;
Means for calculating an attitude value G SZ in the Z direction and an average value G MZAVE of the motion component in the Z direction from the detected acceleration G Z in the Z direction;
Frequency analysis means for analyzing the detected frequency spectrum of the acceleration in the three directions,
Means for detecting a peak power value S Y of the frequency spectrum of the acceleration of the analyzed Y direction by the frequency analysis means,
Peak frequency detection means for detecting the peak frequency of the frequency spectrum of the acceleration in the X direction analyzed by the frequency analysis means and the peak frequency of the frequency spectrum of the acceleration in the Z direction;
Means for detecting the walking rate R from the peak frequency of the detected frequency spectrum of the acceleration in the X direction and the peak frequency of the frequency spectrum of the acceleration in the Z direction;
Means for calculating an average value G MXYZAVE of the motion component of the combined acceleration of the accelerations in the three directions from the detected accelerations in the three directions;
Computed Z direction orientation component G SZ and three directions standing from the average value G MXYZAVE component of motion of the combined acceleration of accelerations, sitting, running and posture state consisting of decubitus, walking, stair rise consists stairs descending movement First determining means for determining which state of the state is present;
A second discriminating unit for discriminating from the calculated X-direction posture component G SX and Z-direction posture component G SZ whether the posture state is a standing position, a sitting position, or a supine position;
Third discriminating means for discriminating from the average value G MXYZAVE of the motion component of the combined acceleration of the calculated three-direction acceleration whether the vehicle is in a normal operation state of running or other normal operation;
Computed X-direction orientation component G SX, the average value G MXAVE the X direction motion component is multiplied by a predetermined coefficient determined in advance in each of the average value G MZAVE and peak power value S Y and Z direction motion component sum A fourth discrimination means for discriminating whether it is in a normal operation state of walking, stair climbing or stair descent from the calculation result obtained by taking
A regression formula selection means for selecting a basal metabolic rate or regression formula to be applied according to the discrimination result by the discrimination means;
An energy consumption calculation device comprising: energy consumption calculation means for calculating an energy consumption according to the posture movement state based on the selected basal metabolic rate or regression equation.
人体にX方向が前後、Y方向が左右、Z方向が上下となるように装着した加速度検出手段を用いて立位、座位、臥位、走行、歩行、階段上昇、階段下降からなる姿勢動作状態を判別し、当該姿勢動作状態に応じたエネルギー消費量を算出するエネルギー消費量算出装置において、
立位、座位、臥位における基礎代謝量および走行、歩行、階段上昇、階段下降における歩行率とエネルギー消費量との相関関係を示す回帰式を記憶する回帰式記憶手段と、
互いに直交するX方向の加速度G、Y方向の加速度GおよびZ方向の加速度Gを検出する加速度検出手段と、
検出したX方向の加速度GからX方向の姿勢成分GSXおよびX方向の運動成分の平均値GMXAVEを演算する手段と、
検出したZ方向の加速度GからZ方向の姿勢成分GSZを演算する手段と、
検出した3方向の加速度の周波数スペクトルを各々解析する周波数解析手段と、
当該周波数解析手段により解析された3方向のパワースペクトルからY方向とZ方向の基本周波数のパワースペクトル値YMAXとZMAXを演算する手段と、
前記周波数解析手段により解析された3方向のパワースペクトルから歩行率Rを演算する手段と、
検出した3方向の加速度から3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEを演算する手段と、
演算したZ方向の姿勢成分GSZと3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEから立位、座位、臥位からなる姿勢状態と走行、歩行、階段上昇、階段下降からなる動作状態のいずれの状態にあるかを判別する第1の判別手段と、
演算したX方向の姿勢成分GSXとZ方向の姿勢成分GSZから立位、座位、臥位のいずれの姿勢状態にあるかを判別する第2の判別手段と、
演算した3方向の加速度の合成加速度の運動成分の平均値GMXYZAVEから走行とそれ以外の通常動作のいずれの動作状態にあるかを判別する第3の判別手段と、
演算したX方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、パワースペクトル値YMAXおよびZMAXを入力として歩行率Rに対応した予め定めた各動作状態のメンバーシップ関数を用いてファジィ推論を行うことにより歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを判別する第5の判別手段と、
前記判別手段による判別結果にしたがって適用すべき基礎代謝量または回帰式を選択する回帰式選択手段と、
選択された基礎代謝量または回帰式に基づいて姿勢動作状態に応じたエネルギー消費量を算出するエネルギー消費量算出手段を備えることを特徴とするエネルギー消費量算出装置。
Posture action state consisting of standing, sitting, standing, running, walking, stair climbing, and stair descent using acceleration detection means mounted on the human body so that the X direction is front and back, the Y direction is left and right, and the Z direction is vertical In the energy consumption calculation device that calculates the energy consumption according to the posture movement state,
A regression equation storage means for storing a regression equation indicating a correlation between a basal metabolism amount in a standing position, a sitting position and a standing position and a walking rate in running, walking, stair climbing, and stair descent and energy consumption;
Acceleration detecting means for detecting an acceleration G X in the X direction orthogonal to each other, an acceleration G Y in the Y direction, and an acceleration G Z in the Z direction;
Means for calculating an average value G MXAVE of the X-direction posture component G SX and the X-direction motion component from the detected X-direction acceleration G X ;
Means for calculating a posture component G SZ in the Z direction from the detected acceleration G Z in the Z direction;
Frequency analysis means for analyzing the frequency spectrum of the detected acceleration in three directions,
Means for calculating power spectrum values Y MAX and Z MAX of fundamental frequencies in the Y direction and the Z direction from power spectra in three directions analyzed by the frequency analyzing means;
Means for calculating the walking rate R from the power spectrum in three directions analyzed by the frequency analysis means;
Means for calculating an average value G MXYZAVE of the motion component of the combined acceleration of the accelerations in the three directions from the detected accelerations in the three directions;
Computed Z direction orientation component G SZ and three directions standing from the average value G MXYZAVE component of motion of the combined acceleration of accelerations, sitting, running and posture state consisting of decubitus, walking, stair rise consists stairs descending movement A first determination means for determining which of the states,
A second discriminating unit for discriminating from the calculated X-direction posture component G SX and Z-direction posture component G SZ whether the posture state is a standing position, a sitting position, or a supine position;
Third discriminating means for discriminating from the average value G MXYZAVE of the motion component of the combined acceleration of the calculated accelerations in the three directions whether the vehicle is in a running state or other normal operation state;
Using the calculated posture component G SX in the X direction, the average value G MXAVE of the motion component in the X direction, and the power spectrum values Y MAX and Z MAX as input, membership functions of predetermined motion states corresponding to the walking rate R are used. A fifth discriminating means for discriminating whether it is in a normal operation state of walking, stair climbing or stair descent by performing fuzzy reasoning;
A regression formula selection means for selecting a basal metabolic rate or regression formula to be applied according to the discrimination result by the discrimination means;
An energy consumption calculation device comprising: energy consumption calculation means for calculating an energy consumption according to the posture movement state based on the selected basal metabolic rate or regression equation.
さらに、加速度検出手段を装着した人が歩行、階段上昇、階段下降のいずれの通常動作状態にあるかを入力する動作状態入力手段と、
入力された真の動作状態と、入力されたX方向の姿勢成分GSX、X方向の運動成分の平均値GMXAVE、パワースペクトル値YMAXおよびZMAXに基づいて、予め定めた各動作状態のメンバーシップ関数を書き換えるメンバーシップ関数学習手段を備えることを特徴とする請求項11に記載のエネルギー消費量算出装置。
Furthermore, an operation state input means for inputting whether the person wearing the acceleration detection means is in a normal operation state of walking, stair climbing, or stair descent;
Based on the input true motion state, the input X-direction posture component G SX , the average value G MXAVE of the X-direction motion component, the power spectrum values Y MAX and Z MAX , 12. The energy consumption calculation device according to claim 11, further comprising membership function learning means for rewriting the membership function.
算出したエネルギー消費量を一定時間毎に順次記憶する消費量記憶手段と、
算出したエネルギー消費量を表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項10〜12のいずれか1項に記載のエネルギー消費量算出装置。
Consumption storage means for sequentially storing the calculated energy consumption at regular intervals;
The energy consumption calculation apparatus according to any one of claims 10 to 12, further comprising display means for displaying the calculated energy consumption.
算出したエネルギー消費量を積算する手段と、
積算したエネルギー消費量を記憶する積算消費量記憶手段と、
積算したエネルギー消費量を表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項10〜13のいずれか1項に記載のエネルギー消費量算出装置。
Means for integrating the calculated energy consumption;
An integrated consumption storage means for storing the integrated energy consumption;
The energy consumption calculation device according to claim 10, further comprising display means for displaying the accumulated energy consumption.
立位、座位、臥位における基礎代謝量または走行、歩行、階段上昇、階段下降における歩行率とエネルギー消費量との相関関係を示す回帰式を入力する回帰式入力手段を備えることを特徴とする請求項10〜14のいずれか1項に記載のエネルギー消費量算出装置。
It is provided with a regression equation input means for inputting a regression equation indicating a correlation between a walking rate and energy consumption in running, walking, stair climbing, and stair descent in standing, sitting, and standing positions. The energy consumption calculation device according to any one of claims 10 to 14.
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