JP2008191992A

JP2008191992A - 歩数計

Info

Publication number: JP2008191992A
Application number: JP2007027011A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Sugai; 吉則菅井
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2027-02-06
Also published as: JP5001669B2

Abstract

【課題】簡単な構成によって歩行か否かの判断をより適正に行うことにより、歩数計測精度を向上させること。
【解決手段】１個の加速度センサ１０７は歩行を検出して対応する歩行信号を出力し、検出回路１０５は加速度センサ１０７からの信号中の歩行に対応する周期の信号を通過し、検出回路１０６は腕振りに対応する周期の信号を通過し、ＣＰＵ１０１は、検出回路１０５、１０６の双方から信号が入力されている場合に歩行していると判断して、検出回路１０５からの信号を歩行信号として計数し、歩数計測を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、歩数を計測する歩数計に関する。

従来から、歩数を計測するために歩数計が使用されている。前記歩数計には、腕や腰に装着して使用する方式の歩数計や携帯用バッグ等に収納した状態で使用する方式の歩数計などがある。
例えば、腕に装着して使用する腕歩数計においては、歩数計測精度を向上するために、腕振りを検出して２歩ずつ計測する方法や、上下の体動を検出し１歩ずつ計測する方法等が考えられている（特許文献１参照）。

実使用上は、２歩ずつ計測する方法では停止時に腕振りが１周期に達していない場合、最大２歩の計測誤差が出てしまう。これに対して、上下の体動を検出し１歩ずつ計測する方法では検出精度が上がる。したがって、ユーザにとっても２歩ずつ計測するより、１歩ずつ計測する方法の方が認識しやすい。
また、歩行を検出するセンサとしては、機械式の接点信号を検出する機械式センサと、加速度センサなどの体動を検出し計測するセンサが知られている。

前記機械式センサの場合は、音がすることや、取り付け角度の違いにより正確な計測ができない等の問題がある(特許文献２、３参照）。よって現在は、加速度センサを使用した歩数計が主流となっている。
前記腕歩数計に使用するような腕に装着して使用する加速度センサの場合、体動（特に腕の動作）を検出するので、歩行しない場合でも、事務作業等の腕の動きだけで歩数計測されてしまうことがあるという問題がある。

図１０及び図１１は腕歩数計を使用して歩数計測を行う時のノイズの影響を示す一般的な波形図で、図１０は腕を振らずに歩行（腕振りなし歩行）したときにセンサから出力される信号の波形図、図１１は腕を振りながら歩行（腕振り歩行）したときにセンサから出力される信号の波形図である。
歩行のみによる信号は図１０のようになるが、これに体動（この場合は腕振り）が加わると、図１１のように、本来の歩行を表す信号に体動によるノイズが重畳された信号になる。

したがって、前記体動ノイズを歩行による信号と誤検出し、歩数計測に誤差が生じるという問題がある。
この問題を回避する方法として、歩行検出用のセンサとは別に、体動を検出する体動センサを設け、前記体動センサからの信号を用いて、ノイズを除去し、歩行検出の精度を向上とすることが考えられるが、歩行検出用のセンサと体動検出用のセンサが必要になるため、構成が複雑になり又、高価になるという問題がある。

特開２００４−２０４１５号公報（段落〔００１９〕〜〔００５２〕、図１〜図９）特開２００４−１２５５５１号公報（段落〔００２１〕〜〔００４５〕、図１〜図３）特開２００２−２２１４３４号公報（段落［００１６］〜［００４９］、図１〜図８）

本発明は、前記問題に鑑み成されたもので、簡単な構成によって歩行か否かの判断をより適正に行うことにより、歩数計測精度を向上させることを課題としている。

本発明によれば、歩行を検出して対応する歩行信号を出力する１個のセンサと、前記センサからの信号中の第１周期の信号を通過する第１フィルタ手段と、前記センサからの信号中の、前記第１周期よりも大きい第２の周期の信号を通過する第２フィルタ手段と、前記第１フィルタ手段と第２フィルタ手段の双方から信号が出力されている場合に、前記第１フィルタ手段からの信号に基づいて歩数を算出する算出手段とを備えて成ることを特徴とする歩数計が提供される。
算出手段は、第１フィルタ手段と第２フィルタ手段の双方から信号が出力されている場合に、前記第１フィルタ手段からの信号に基づいて歩数を算出する。

ここで、前記第１フィルタ手段及び第２フィルタ手段から出力される信号の周期が所定関係にあるか否かを判断する判断手段を備え、前記第１フィルタ手段及び第２フィルタ手段から出力される信号の周期が所定関係にあると前記判断手段が判断した場合に、前記歩数算出手段は前記第１フィルタ手段からの信号に基づいて歩数を算出するように構成してもよい。

また、前記判断手段が、前記第２フィルタ手段から出力される信号の周期は前記第１フィルタ手段から出力される信号の周期の約２倍であると判断した場合に、前記算出手段は前記第１フィルタ手段からの信号に基づいて歩数を算出するように構成してもよい。
また、前記第１、第２フィルタ手段は、各々、第１周期、第２の周期の信号を通過するバンドパスフィルタを備えて成るように構成してもよい。

また、前記センサは、感度軸が１軸の加速度センサであるように構成してもよい。
また、少なくとも前記センサは腕に装着して使用されるように構成してもよい。

本発明によれば、簡単な構成によって歩行か否かの判断をより適正に行うことにより、歩数計測精度を向上させることが可能になる。

本発明の実施の形態に係る歩数計の概要を説明すると、一般に歩行時には腕を振ること（腕振り歩行）に着目し、腕振り歩行時と、腕を振らずに歩行（腕振りなし歩行）時のセンサ出力波形は、前述した通り、前記２種類の歩行パターンでは明らかな波形の差が見られ、腕振り無しの状態をノイズと考えれば、歩行時とそうでないときの差別化が可能と考えられる。

そこで、本実施の形態では、腕振り歩行時には、腕振りと上下の体動信号が合成してセンサから出力されるので、それを分別し、両方の波形があれば歩行と判断し、歩行に対応する信号に基づいて歩数を算出するようにしている。尚、前記歩行には、走行や、腕振りは走行時と同様の姿勢で行うと共に速い歩行を行うエクササイズ歩行も含まれる。

図１は、本発明の実施の形態に係る歩数計のブロック図であり、後述する各実施の形態に共通するブロック図である。
図１において、歩数計は、中央処理装置（ＣＰＵ）１０１、所定周波数の信号を生成する発振回路１０２、発振回路１０２からの信号を分周して計時動作の基準となる時計信号をＣＰＵ１０１に出力する分周回路１０３、キースイッチ等によって構成されたキー入力手段１０４、歩行を検出して対応する歩行信号を出力する加速度センサ１０７、加速度センサ１０７からの信号中の第１周期領域の信号をＣＰＵ１０１に出力する検出回路１０５を備えている。

また歩数計は、加速度センサ１０７からの信号中の第２周期領域（前記第１周期領域よりも大きい周期領域）の信号をＣＰＵ１０１に出力する検出回路１０６、液晶表示装置等によって構成された表示部１０８、歩数等のデータを記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１１０、ＣＰＵ１０１が実行するプログラムを記憶した読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１１１、前記各回路要素に駆動電力を供給する電源１１２とを備えている。

ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１１１に記憶したプログラムを実行することによって、前記時計信号を計数することによる現在時刻の計時処理をはじめとして、後述するような歩数の算出処理、各回路要素の制御処理等を行う。
センサを構成する加速度センサ１０７は、感度軸が１軸の加速度センサである。少なくとも加速度センサ１０７は腕に装着して使用される。

ここで、検出回路１０５は第１フィルタ手段を構成し、検出回路１０６は第２フィルタ手段を構成している。ＣＰＵ１０１は、算出手段、制御手段、前記第１フィルタ手段及び第２フィルタ手段から出力される信号の周期が所定関係にあるか否かを判断する判断手段を構成し、ＲＡＭ１１０及びＲＯＭ１１１は記憶手段を構成し、キー入力手段は操作手段を構成している。また、ＣＰＵ１０１、発振回路１０２及び分周回路１０３は計時手段を構成している。

図２は、検出回路１０５、１０６の詳細構成を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付している。
図２において、検出回路１０５は、加速度センサ１０７からの信号の中の第１周期範囲の信号（歩行に対応する歩行信号）を通過するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２０１、バンドパスフィルタ２０１からの信号を増幅して出力する増幅回路（ＡＭＰ）２０２、増幅回路２０２からの信号を所定基準レベルと比較して２値化したデジタル信号（Ａ信号）をＣＰＵ１０１に出力する２値化回路２０３を備えている。

また、検出回路１０６は、加速度センサ１０７からの信号の中の第２周期範囲（第1周期範囲よりも遅い周期）の信号（手振り信号に相当する周期）を通過するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２０５、バンドパスフィルタ２０５からの信号を増幅して出力する増幅回路（ＡＭＰ）２０６、増幅回路２０６からの信号を所定基準レベルと比較して２値化したデジタル信号（Ｂ信号）をＣＰＵ１０１に出力する２値化回路２０７を備えている。

図３は、バンドパスフィルタ２０１、２０５の特性を示す図である。横軸は周期、縦軸は通過する信号レベルである。歩数計を腕に装着して歩行や走行を行う場合、一般に、腕振りの周期は、歩行や走行の周期の約２倍である。
したがって、本実施の形態では、歩行時に得られる歩行信号の周期を０．８秒、腕振りの周期を１．６秒であるとし、図３に示すように、バンドパスフィルタ２０１の中心周期は約０．８秒、バンドパスフィルタ２０５の中心周期は約１．６秒に設定されている、即ち、バンドパスフィルタ２０１の中心周波数はバンドパスフィルタ２０５の中心周波数の約２倍に設定されている。

これにより、歩行時の信号と腕振りによる信号が分別できるので、ＣＰＵ１０１等により両方の信号が入力されているかを確認し、両方とも信号があれば歩行中と判断して、歩数を計測するようにしている。
尚、前記中心周期は、腰に装着して使用する方式の歩数計や、携帯用バッグに収納した状態で使用する方式の歩数計等、方式によって異なる値に設定することができる。

前記の如くバンドパスフィルタ２０１、２０５の通過帯域特性が設定されているため、検出回路１０５は加速度センサ１０７からの信号中の歩行に対応する検出信号を通過させて、図４のＡ信号として示すデジタル信号をＣＰＵ１０１に出力し、検出回路１０６は加速度センサ１０７からの信号中の腕振りに対応する信号を通過させて、図４のＢ信号として示すデジタル信号をＣＰＵ１０１に出力する。ここで、Ｂ信号の周期はＡ信号の周期の約２倍である。
図５〜図７は、本発明の第１の実施の形態に係る歩数計の処理を示すフローチャートで、主として、ＣＰＵ１０１がＲＯＭ１１１に記憶したプログラムを実行することによって行う処理を示している。

以下、図１〜図７を参照して、本第１の実施の形態に係る歩数計の動作を説明する。
先ず、使用者が自己の腕（例えば手首）に歩数計を装着した状態で、キー入力手段１０４を操作することによって歩数計測開始を指示すると、ＣＰＵ１０１は、分周回路１０３からの時計信号を計数して計時動作を開始すると共に、加速度センサ１０７からの信号を計数して歩数計測動作を開始する。

加速度センサ１０７は、体動を検出して、検出回路１０５、１０６を経由し信号をＣＰＵ１０１に入力する。加速度センサ１０７からの信号のうち、第１周期の信号は検出回路１０５を介してＡ信号（歩行に対応する検出信号）としてＣＰＵ１０１に入力される。また、加速度センサ１０７からの信号のうち、第２周期の信号は検出回路１０６を介してＢ信号（腕振りに対応する信号）としてＣＰＵ１０１に入力される。

ＣＰＵ１０１は、図５において、検出回路１０６からのＢ信号を検出すると（ステップＳ５０１）、Ｂ信号を初めて検出したと判断した場合（ステップＳ５０２）、歩行開始したか否か未だ確定できないため正規の歩数として計数するのではなく、仮の歩数として計数することを表す保留フラグをオンにし（ステップＳ５０３）、歩行の終了を検出するために歩行終了タイマをスタートさせる（ステップＳ５０４）。

ＣＰＵ１０１は、処理ステップＳ５０２において、Ｂ信号を初めて検出したのではないと判断すると、この状態では歩行していると判断して保留フラグをオフにし（ステップＳ５０５）、手が振られていることを表す手振りフラグをオンにして処理ステップＳ５０４に移行する（ステップＳ５０６）。

ＣＰＵ１０１は、検出回路１０５からのＡ信号を検出すると（図６のステップＳ６０１）、手振りフラグがオンか否か、即ち、手を振っている状態か否かを判断し（ステップＳ６０２）、手振りフラグがオフ（手を振っていない状態）と判断した場合、更に、保留フラグがオフと判断すると（ステップＳ６０６）、手を振っていない状態で検出回路１０５から信号が入力されたということであり、検出した信号が歩行による信号ではないと判断して、計数せずに処理を終わる。
ＣＰＵ１０１は、処理ステップＳ６０６において保留フラグがオンと判断すると、歩行している可能性があると判断して、仮に歩数を計数して記憶しておくための歩数保留バッファに１加算する（ステップＳ６０７）。

一方、ＣＰＵ１０１は、処理ステップＳ６０２において、手振りフラグがオン、即ち、手を振っている状態と判断すると、既に正規の歩数として計数している歩数に前記歩数保留バッファの計数値及び今回検出したＡ信号１歩分を加算（歩数＋歩数保留バッファ＋１）することによって現在の総歩数を算出し（ステップＳ６０３）、歩数保留バッファの計数値を０にクリアした後（ステップＳ６０４）、表示部１０８に前記現在の歩数を表示し（ステップＳ６０５）、以後、信号Ａが検出されるたびに前記処理を繰り返して通常の歩行計測を行う。

ＣＰＵ１０１は、処理ステップＳ５０４において歩行終了タイマをスタートさせた後、信号が検出されない時間が所定時間継続した場合、即ち、歩行終了タイマがタイムアップした場合（図７のステップＳ７０１）、歩行を停止したと判断して、前記保留フラグ及び手振りフラグをオフにすると共に、歩数保留バッファをクリアして０にする（ステップＳ７０２）。

以上述べたように、本発明の第１の実施の形態に係る歩数計によれば、ＣＰＵ１０１は、Ｂ信号とＡ信号の双方を検出した場合、例えば、腕振りに相当するＢ信号を検出している状態で歩行に相当するＡ信号を検出した場合に、歩行が行われていると判断して前記歩行に相当するＡ信号（歩行信号）を計数している。

即ち、例えば腕歩数計の場合、仕事中に手を動かすことにより発生する信号を歩行信号と誤認識し、歩数が計測されてしまう現象が起こる。それを回避するために、歩行中であるか否かを検出し、歩行中の場合のみ、加速度センサ１０７からの信号を歩行信号として扱う。歩行中かどうかの判断は、腕を振って歩いている場合の信号と、腕を振らずに歩いている場合の信号の違いから、腕振り信号と、歩行時に発生する上下の体動信号を別々に検出することにより行うようにしている。

したがって、歩行か否かの判断をより適正に行うことが可能になるので、歩行を伴わない体動を歩行と誤認する恐れを抑制でき、歩数計測精度を向上させることが可能になる。例えば、歩行時とそうでない事務作業時等に発生するノイズ信号との差別化ができ、より正確な歩数計測が可能となる。
また、歩行を検出するためのセンサを１つしか使用していないため、構成が簡単である。

図８及び図９は、本発明の第２の実施の形態に係る歩数計の処理を示すフローチャートで、図５〜図７と同一処理を行う部分には同一符号を付している。
本第２の実施の形態と前記第１の実施の形態の主な相違点は、本第２の実施の形態では、検出回路１０５、１０６から出力される信号の周期を計測し、検出回路１０５、１０６から出力される信号の周期が所定の関係を満足する場合に、歩行が行われていると判断して、歩数計測を行うようにしている点である。

以下、図１、図２、図８、図９に沿って、前記第１の実施の形態と相違する部分について、本第２の実施の形態に係る歩数計の動作を説明する。
図８において、ＣＰＵ１０１は、検出回路１０６からのＢ信号を検出すると（ステップＳ５０１）、Ｂ信号は初めて検出したのではないと判断した場合（ステップＳ５０２）、この状態では歩行していると判断して保留フラグをオフに又、手振りフラグをオンにした後（ステップＳ５０５、Ｓ５０６）、検出回路１０６からのＢ信号の周期（手振り周期）を計測し（ステップＳ８０１）、歩行の終了を検出するために歩行終了タイマをスタートさせる（ステップＳ５０４）。

一方、図９において、ＣＰＵ１０１は、検出回路１０５からのＡ信号を検出すると（ステップＳ６０１）、Ａ信号の周期（歩数周期）を計測する（ステップＳ９０１）。
次に、ＣＰＵ１０１は、手振りフラグがオンか否か、即ち、手を振っている状態か否かを判断し（ステップＳ６０２）、手振りフラグがオン、即ち、手を振っている状態と判断すると、更に、前記手振り周期と歩数周期が所定の関係を満足するか否かを判断する（ステップＳ９０２）。

前記所定の関係として、本実施の形態では、手振り周期が歩数周期の約２倍の関係、即ち、歩数周期×２×Ｘ≦手振り周期≦歩数周期×２×Ｙ（例えば、Ｘ＝０．８、Ｙ＝１．２）としている。尚、前記所定の関係は、使用する歩数計の種類や方式等、歩数計の特性に応じた関係に設定することができる。

ＣＰＵ１０１は、前記手振り周期と歩数周期が前記所定の関係を満足すると判断した場合、処理ステップＳ６０３〜Ｓ６０５の処理を行う、前記手振り周期と歩数周期が前記所定の関係を満足しないと判断した場合には、処理ステップＳ６０６、Ｓ６０７の処理を行い、Ａ信号を検出するたびに前記処理を繰り返す。

また、ＣＰＵ１０１は、処理ステップＳ５０４において歩行終了タイマをスタートさせた後、信号が検出されない時間が所定時間継続した場合、即ち、歩行終了タイマがタイムアップした場合、図７と同様に、歩行を停止したと判断して、前記保留フラグ及び手振りフラグをオフにすると共に、歩数保留バッファをクリアして０にする（ステップＳ７０２）。

以上述べたように、本第２の実施の形態に係る歩数計によれば、前記第１の実施の形態と同様の効果を奏するのみならず、ＣＰＵ１０１が手振り周期と歩数周期が所定の関係を満足すると判断した場合に、歩行か否かの判断をより正確に行うことが可能になり、より正確な歩数計測が可能になる。特に、手振り周期が歩数周期の約２倍か否かを判断した場合、少なくともセンサを腕に装着して歩数計測を行う腕歩数計に好適である。

尚、前記実施の形態では、歩数計として腕歩数計の例で説明したが、腰に装着して使用する方式の歩数計や、携帯用バッグに収納して携帯しながら歩数を計測する方式の歩数計等、各種歩数計に適用可能である。

腕や腰に装着して、あるいは携帯用バッグ等に収納した状態で、歩行や走行等の各種移動動作における歩数計測を行う歩数計に適用可能である。

本発明の実施の形態に係る歩数計のブロック図である。本発明の実施の形態に係る歩数計の部分詳細ブロック図である。本発明の実施の形態に係る歩数計の特性図である。本発明の実施の形態に係る歩数計の波形図である。本実施の第１の形態における処理を示すフローチャートである。本実施の第１の形態における処理を示すフローチャートである。本実施の第１の形態における処理を示すフローチャートである。本実施の第２の形態における処理を示すフローチャートである。本実施の第２の形態における処理を示すフローチャートである。歩行時に得られる一般的な波形図である。歩行時に得られる一般的な波形図である。

符号の説明

１０１・・・算出手段、制御手段、判断手段及び計時手段を構成するＣＰＵ
１０２・・・計時手段を構成する発振回路
１０３・・・計時手段を構成する分周回路
１０４・・・操作手段を構成するキー入力手段
１０５・・・第１フィルタ手段を構成する検出回路
１０６・・・第２フィルタ手段を構成する検出回路
１０７・・・センサを構成する加速度センサ
１０８・・・表示手段を構成する表示部
１１０・・・記憶手段を構成するＲＡＭ
１１１・・・記憶手段を構成するＲＯＭ
１１２・・・電源
２０１、２０５・・・バンドパスフィルタ
２０２、２０６・・・増幅回路
２０３、２０６・・・２値化回路

Claims

歩行を検出して対応する歩行信号を出力する１個のセンサと、前記センサからの信号中の第１周期の信号を通過する第１フィルタ手段と、前記センサからの信号中の、前記第１周期よりも大きい第２の周期の信号を通過する第２フィルタ手段と、前記第１フィルタ手段と第２フィルタ手段の双方から信号が出力されている場合に、前記第１フィルタ手段からの信号に基づいて歩数を算出する算出手段とを備えて成ることを特徴とする歩数計。
前記第１フィルタ手段及び第２フィルタ手段から出力される信号の周期が所定関係にあるか否かを判断する判断手段を備え、
前記第１フィルタ手段及び第２フィルタ手段から出力される信号の周期が所定関係にあると前記判断手段が判断した場合に、前記歩数算出手段は前記第１フィルタ手段からの信号に基づいて歩数を算出することを特徴とする請求項１記載の歩数計。
前記判断手段が、前記第２フィルタ手段から出力される信号の周期は前記第１フィルタ手段から出力される信号の周期の約２倍であると判断した場合に、
前記算出手段は前記第１フィルタ手段からの信号に基づいて歩数を算出することを特徴とする請求項２記載の歩数計。
前記第１、第２フィルタ手段は、各々、第１周期、第２の周期の信号を通過するバンドパスフィルタを備えて成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の歩数計。
前記センサは、感度軸が１軸の加速度センサであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の歩数計。
少なくとも前記センサは腕に装着して使用されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の歩数計。