JP2008173248A - 人体昇降検知装置及び活動量計 - Google Patents

Abstract

【課題】気圧センサ等他の手段を用いず、加速度センサの加速度検知出力のみで被装着者の階段の昇り降りを判別することができる人体昇降検知装置及びそれを用いて正確な活動量を計測できる活動量計を提供することにある。
【解決手段】活動量計１に内蔵する人体昇降検知装置２は、３軸加速度センサ４と、３軸加速度センサ４の加速度検知出力から体動を検出する体動検出部５と、体動検出部５が体動を検出していないときの３軸加速度センサ４の加速度検知が得られるｘ軸を重力軸と決定する重力軸決部６と、体動検出部５が体動検出しているときの３軸加速度センサ４の各軸の加速度検知出力から得られる少なくともｘ軸のベクトルを投影してこの投影結果に基づいて人体の昇り降りを判別する昇降判別部７を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、階段等における昇り降りを検知する人体昇降検知装置及び活動量計に関するものである。

使用者の身体の活動を検知して使用者に生活改善のデータを提示するための装置として、運動レベル経時記憶装置（例えば特許文献１）が提供されている。

この特許文献１に開示されている運動レベル経時記憶装置は、運動強度の測定を行うために一つの加速度センサを用いて、使用者の歩数をカウントするとともに、カウント値と加速度センサが出力する最大電圧値とに基づいた運動量レベルの代表値を演算し、経時的変化を記憶するものである。

また、複数の加速度センサを用いて、その中で垂直方向の加速度センサを選び、その加速度センサ出力から歩数を検出する体動検出装置（例えば特許文献２）も提供されている。

この特許文献２に開示されている体動検出装置は、複数の加速度センサの一つを選んで演算を行って一方向だけの加速度について運動レベルを算出している。
特許第３０２７３４６号公報 特開２００２−１９１５８０号公報

ところで、上述の特許文献１，２に開示されているものも、使用者が平地歩行を行うことを前提とするもので、階段昇降と平地歩行との消費カロリーの違いを考慮していなかった。またそのような階段等の昇降を判別する手段も備えていなかった。

例えば、人間の歩行を平地、昇り、降りの３つを例に挙げて考えてみると、平地に比べて昇りの場合、人間は重力加速度に抗して運動するため平地よりも加速度センサに観測される加速度は小さくなる。しかしながら平地に比べて上り坂の方が活動量は多くなる。また、平地に比べて降りの場合、人間は重力加速度の方向に運動することと、着地の際の足にかかる衝撃とを考え合わせると、平地よりも加速度センサに観測される加速度は大きくなる。

これらは、平地に比べて、昇りの場合は活動量は大きくなり、降りの場合は活動量が小さくなる、という事実に反する。

このような昇り降りを判別するめに気圧センサ等加速度センサ以外の手段を設けたものもあるが、センサの扱いが加速度センサとは別であるため、演算処理の負担が大きくなる上に、センサのコストも高くなるという課題があった。

本発明は、上述の点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、気圧センサ等他の手段を用いず、加速度センサの加速度検知出力のみで被装着者の階段の昇り降りを判別することができる人体昇降検知装置及びそれを用いて正確な活動量を計測できる活動量計を提供することにある。

上述の目的を達成するために、請求項１の人体昇降検知装置に係る発明では、人体に装着される３軸加速度センサと、前記３軸加速度センサの加速度検知出力から体動を検出する体動検出手段と、該体動検出手段が体動を検出していないときの前記３軸加速度センサの加速度検出出力に基づいて重力軸を決定する重力軸決定手段と、該重力軸決定手段で決定された重力軸に、前記体動検出手段が体動検出しているときの前記３軸加速度センサの加速度検知出力から、少なくとも前記重力軸に対応する軸のベクトルを前記重力軸に投影してこの投影結果に基づいて人体の昇り降りを判別する昇降判別手段とを備えていることを特徴とする。

請求項２の人体昇降検知装置に係る発明では、請求項１の発明において、前記昇降判別手段は、前記３軸加速度センサの加速度検出出力から求まる各軸のベクトルと、前記重力軸との間の角度に基づき人体の昇り降りを判別することを特徴とする。

請求項３の人体昇降検知装置に係る発明では、請求項１又は２の発明において、前記重力軸決定手段は、前記体動検出手段から一定時間振動を検出されない度に重力軸を更新することを特徴とする。

請求項４の活動量計に係る発明では、前記請求項１乃至３の何れかの人体昇降検知装置と、前記３軸加速度センサの検知出力に基づき人体の活動量を演算する演算手段とを有し、前記人体昇降検知装置の昇降検知結果に基づいて前記演算手段で演算される活動量を補正することを特徴とする。

請求項５の活動量計に係る発明では、請求項４の発明において、前記演算手段は、前記活動量を演算する３軸加速度センサの検知出力として、重力軸加速度の各軸成分を、３軸加速度センサが検知する各軸成分から差し引いた加速度情報を用いることを特徴とする。

人体昇降検知装置に係る発明、気圧センサ等他の手段を用いず、３軸加速度センサの加速度検知出力のみで被装着者の階段等の昇り降りを判別することができ、コスト的にも安価であるという効果がある。

また、活動量計に係る発明は、平地歩行の消費カロリーとは異なる階段等の昇り降り時の消費カロリーを考慮した正確な活動量演算を可能とした活動量計を実現できるという効果がある。

以下本発明を実施形態により説明する。
（実施形態１）
図１は、人体昇降検知装置２を内蔵した活動量計１の構成を示しており、本実施形態の活動量計１は、被装着者Ｍ（図２参照）の階段Ｓ等の昇り降りを人体昇降検知装置２で検知し、その検知結果に基づいて活動量演算部（演算手段）３で演算する活動量を補正することで、階段Ｓ等の昇り降りの消費カロリーと平地の消費カロリーとの違いを加味した正確な活動量を求めるようにしたものであり、人体昇降検知装置２及び活動量演算部３以外に、動作電源として電池電源（図示せず）、操作・表示部８、活動量計１全体の制御処理を行う制御部９を備えている。

人体昇降検知装置２は、３軸加速度センサ４の加速度検知信号の変化から被装着者Ｍの体動を検出する体動検出部（体動検出手段）５と、体動検出部５が体動を検出していない、つまり静止状態のときの３軸加速度センサ４の加速度検出が一定時間以上変化しない場合にその状態を静止とみなし、加速度出力がある軸を重力加速度方向、つまり重力軸と決定して記憶する重力軸決定部（重力軸決定手段）６と、この重力軸決定部６で決定された重力軸と、体動検出部５が体動検出しているときに３軸加速度センサ４から出力される各軸の加速度検出出力から上述の重力軸に対応した軸のベクトルを重力軸決定部６で決定された重力軸に投影し、その投影結果から被装着者Ｍが昇り又は降り中若しくは平地歩行かを判別する昇降判別部７とからなる。

ここで、上述の重力軸決定、昇り降り判別を図２に基づいて詳説する。まず、活動量計１の動作を初期設定として重力軸決定を行う。この場合被装着者Ｍは図２（ａ）に示すように平地に立って静止する。そして被側着者Ｍは例えば操作・表示部８を操作して初期設定モードに活動量計１の動作を設定する。この設定により制御部８の制御の下で人体昇降検知装置２が動作を開始し、静止状態下での３軸加速度センサ４からの加速度検知出力を取り込んだ重力軸決定部５がこのときに加速度検知出力がある軸（図２（ａ）ではｘ、ｙ、ｚの軸の内のｘ軸）として記憶する。

この初期設定後、通常状態に戻すと以後活動量計１を装着した被装着者Ｍが歩行を含む運動を開始すると、活動量計１は、制御部９の下で人体昇降検知装置２の昇降検知に基づいて活動量演算部３で演算補正した活動量を操作・表示部８で表示する動作を開始する。

この活動量計１の動作と人体昇降検知装置２の動作を図２及び図３のフローチャートに基づいて詳説する。

まず、被装着者Ｍに装着された活動量計１は、被装着者Ｍが運動を開始すると、活動演算部３は、人体昇降検知装置２と共用する３軸加速度センサ４からの加速度検知出力を読み込み（ＳＰ１）、この加速度検知出力に基づいて消費カロリー量から活動量を演算する（ＳＰ２）。そして人体昇降検知装置２の検知出力が昇り又は降りを示すか平地を示すかをチェックし（ＳＰ３）、検知結果が平地を示す場合にはその演算した活動量を内蔵記憶部（図示せず）に記憶するとともに、操作・表示部８で表示させる（ＳＰ４）。一方昇り又は降りを示す場合には演算した活動量を補正し（ＳＰ５）、その補正した活動量をＳＰ４で記憶と表示する処理を行う。

ここで人体昇降検知装置２の検知動作を図２（ｂ）、（ｃ）に基づいて説明する。

被装着者Ｍが階段Ｓを昇る場合には、その人体は図２（ｂ）に示すように平地及び静止状態（図２（ａ）に示す状態）に比べてわずかに前傾し、階段Ｓを降りる場合には図２（ｃ）に示すようにわずか後傾する。従って体動検出部４が体動検出しているときにおいて、重力軸に対応する３軸加速度センサ３のｘ軸のベクトルを重力軸決定部６で記憶してある重力軸に投影して重力軸に対するｘ軸の角度が＋方向にあるのか−方向にあるのかを昇降判別部７でチェックして一定以上＋方向に傾いている場合には前傾、つまり昇りと判別し、また一定以上−方向に傾いている場合、後傾と判別し、重力軸に対して一定範囲内でに収まる傾きのときは平地と判別し、その判別結果を昇降判別部７から活動量演算部３に出力するのである。

ここで昇りの場合には平地よりも消費カロリー量が増えるので、活動量演算部３は昇りの場合には平地とみなして演算した活動量に所定量加算する補正を行い、逆に降りの場合には所定量減算する補正を行うのである。

このようにして本実施形態の活動量計１は、被装着者Ｍｇが歩行（運動）している場所が昇り又は降りの場合には演算して求まる活動量を補正することで、正確な活動量を測定することができるのである。

尚上述の場合にはｘ軸のみに着目して昇り、降りの判別を行っているが、重力軸の決定に、ｘ、ｙ、ｚの３軸の合成ベクトルを用いて決定し、て昇り、降りの判別にも合成ベクトルを用いて行うようにしても勿論良い。

また重力軸の決定を初期設定として行っているが、体動検出部５が一定時間以上体動件検出しない場合、つまり静止状態が一定時間継続しているときに重力軸を決定することで、被装着者Ｍが歩行（運動）を一定時間停止する度に重力決定部６は記憶している重力加速度の方向（重力軸）を更新するようにしても良い。

更に、活動量計１の活動量演算部３は、活動量演算に用いる３軸加速度センサ４の各軸の加速度検知出力から、重力軸決定時の各軸成分の加速度検知出力を差し引いて活動量演算を行うようにすることで、重力加速度と、人体由来の加速度を完全に分離して正確な活動量を求めることができる。

本発明の活動量計の一実施形態の構成図である。 同上に用いる人体昇降検知装置の動作説明図である。 同上の全体動作の説明用フローチャートである。

符号の説明

１ 活動量計
２ 人体昇降検知装置
３ 活動量演算部
４ ３軸加速度センサ
５ 体動検出部
６ 重力軸決定部
７ 昇降判別部
８ 操作・表示部
９ 制御部

Claims (5)

1. 人体に装着される３軸加速度センサと、前記３軸加速度センサの加速度検知出力から体動を検出する体動検出手段と、該体動検出手段が体動を検出していないときの前記３軸加速度センサの加速度検出出力に基づいて重力軸を決定する重力軸決定手段と、該重力軸決定手段で決定された重力軸に、前記体動検出手段が体動検出しているときの前記３軸加速度センサの加速度検知出力から、少なくとも前記重力軸に対応する軸のベクトルを前記重力軸に投影してこの投影結果に基づいて人体の昇り降りを判別する昇降判別手段とを備えていることを特徴とする人体昇降検知装置。
2. 前記昇降判別手段は、前記３軸加速度センサの加速度検出出力から得られる各軸のベクトルと、前記重力軸との間の角度に基づき人体の昇り降りを判別することを特徴とする請求項１記載の人体昇降検知装置。
3. 前記重力軸決定手段は、前記体動検出手段から一定時間振動を検出されない度に重力軸を更新することを特徴とする請求項１又は２記載の人体昇降検知装置。
4. 前記請求項１乃至３の何れかの人体昇降検知装置と、前記３軸加速度センサの検知情報に基づき人体の活動量を演算する演算手段とを有し、前記人体昇降検知装置の昇降検知結果に基づいて前記演算手段で演算される活動量を補正することを特徴とする活動量計。
5. 前記演算手段は、前記活動量を演算する３軸加速度センサの検知出力として、重力軸加速度の各軸成分を、３軸加速度センサが検知する各軸成分から差し引いた加速度情報を用いることを特徴とする請求項４記載の活動量計。

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