JP2008246181A

JP2008246181A - 活動量計

Info

Publication number: JP2008246181A
Application number: JP2007095264A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Kitado; 正晴北堂
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-10-16

Abstract

【課題】正確な活動量を算出できる活動量計を提供することにある。
【解決手段】活動量計は、人体に装着され重力方向、および水平方向の加速度を検出する加速度検出手段１と、加速度検出手段１により得られた加速度を元にして人の行動シーンを判定する行動シーン判定手段２と、行動シーン判定手段２による判定結果に基づいて加速度検出手段１により得られた加速度から活動量を算出する活動量算出手段３とを備え、行動シーン判定手段２は、加速度検出手段１により得られた前記重力方向の加速度と前記水平方向の加速度との比率と、加速度検出手段１により得られた各加速度をベクトル成分とするノルムとを元にして人の行動シーンを判定するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、人の活動量を算出する活動量計に関するものである。

従来から、人体に装着され互いに直交する３軸の加速度を検出する加速度センサと、加速度センサにより得られた加速度を元にして活動量を算出する演算処理部とを備えた活動量計が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に示すような活動量計では、アメリカスポーツ医学会で用いられている、運動時の消費エネルギが安静時の消費エネルギの何倍になっているか示す値である「ＭＥＴｓ」値からなる運動強度を活動量として算出するように構成されており、活動量を算出するにあたっては、加速度センサにより得られた加速度の変動平均（分散）と活動量との相関関係を示す演算式（すなわち、加速度の変動平均を運動強度に変換する換算式）を利用している。
特開２００６−２０４４４６号公報

ところで、人が歩いているときと走っているときとでは、加速度センサにより得られた加速度が同じでも活動量が異なるという結果が得られている。つまり、人の活動量は行動シーン（運動状態）によって異なる。

これに対して、上記特許文献１に示すような活動量計では、加速度の変動平均と活動量との相関関係を示す１つの演算式を用いており、その活動量が人のどのような行動シーンにおける活動量かまでは考慮していないため、おおよその活動量を算出することはできていたが、正確な活動量を算出するという点では不十分であった。

本発明は上述の点に鑑みて為されたもので、その目的は、正確な活動量を算出できる活動量計を提供することにある。

上述の問題を解決するために、請求項１の発明では、人体に装着され重力方向、および水平方向の各加速度を検出する加速度検出手段と、加速度検出手段により得られた加速度を元にして人の行動シーンを判定する行動シーン判定手段と、行動シーン判定手段による判定結果に基づいて加速度検出手段により得られた加速度から活動量を算出する活動量算出手段とを備え、行動シーン判定手段は、加速度検出手段により得られた前記重力方向の加速度と前記水平方向の加速度との比率と、加速度検出手段により得られた各加速度をベクトル成分とするノルムとを元にして人の行動シーンを判定するように構成されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、人が移動しているときには水平方向の加速度に対する重力方向の加速度の比率も加速度のノルムも大きいが、移動を伴わない活動のときには上記比率も加速度のノルムも小さくなること、また人の移動が乗物によるものである場合には上記比率は大きいが加速度のノルムは小さくなることに着目し、加速度検出手段により得られた重力方向の加速度と水平方向の加速度との比率と、加速度検出手段により得られた各加速度をベクトル成分とするノルムと元にして判定した行動シーンに応じて活動量を算出するから、人の行動シーンの違いを活動量に反映でき、正確な活動量を算出できる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、行動シーン判定手段は、上記行動シーンが座位、立位、歩行、走行、および乗物のいずれであるかを判定するように構成されていることを特徴とする。

請求項２の発明によれば、座位、立位、歩行、走行、および乗物それぞれにおける活動量の違いを反映できるから、正確な活動量を算出できる。

請求項３の発明では、請求項１または２の発明において、行動シーン判定手段は、加速度検出手段により得られた加速度から単位時間当たりの歩数を算出し、当該歩数により人の行動シーンを判定するように構成されていることを特徴とする。

請求項３の発明によれば、単位時間当たりの歩数により行動シーンを判定するので、加速度とは異なる観点から行動シーンを判定できるから、加速度が同じ場合であっても、行動シーンを判定でき、さらに正確な活動量の算出が行える。

請求項４の発明では、請求項１〜３のうちいずれか１項の発明において、活動量算出手段は、加速度から活動量を算出する際に使用する演算式を行動シーン毎に有し、行動シーン判定手段の判定結果に基づいて使用する演算式を選択するように構成されていることを特徴とする。

請求項４の発明によれば、１つの演算式だけで活動量の算出を行う場合に比べて、正確な活動量を算出できる。

本発明は、人の行動シーンの違いを活動量に反映できて、正確な活動量を算出できるという効果を奏する。

（実施形態１）
本実施形態の活動量計は、図１に示すように、人体に装着され互いに直交する３軸の加速度を検出する加速度検出手段１と、加速度検出手段１により得られた加速度を元にして人の行動シーンを判定する行動シーン判定手段２と、行動シーン判定手段２による判定結果に基づいて加速度検出手段１により得られた加速度から活動量を算出する活動量算出手段３と、活動量算出手段３で算出した活動量などを表示する表示手段４と、加速度検出手段１により得られた加速度などの種々のデータが記憶されるＲＡＭやＨＤＤなどの記憶装置からなる記憶手段５と、活動量計のオンオフ操作などを行うための操作手段（図示せず）と、活動量計を駆動する電池などの電源手段（図示せず）と、これらを収納する筐体（図示せず）とを備えている。なお、上記筐体は、例えば樹脂成形品などからなり、人が携行可能な大きさに形成されている。

加速度検出手段１は、例えば、互いに垂直な３軸の各加速度をアナログ形式で出力する３軸の加速度センサ（図示せず）と、当該３軸の加速度センサの出力を所定周期でサンプリングしデジタル形式に変換して出力する加速度検出回路（図示せず）とを備えている。なお、上記３軸の加速度センサとしてはデジタル形式で出力するものを利用してもよく、この場合は、Ａ／Ｄ変換を行う加速度検出回路を省略できる。

ここで、上記３軸の加速度センサは、重力方向の加速度と、水平方向の加速度とを検出するために用いられるものであって、人体の前後（進行）方向（以下、「ｘ軸方向」と称する）と、人体の幅（横）方向（以下、「ｙ軸方向」と称する）と、人体の身長（上下）方向（以下、「ｚ軸方向」と称する）との加速度を検出可能なように人体に装着され、ｘ軸方向の加速度とｙ軸方向の加速度の合成加速度が水平方向の加速度として、ｚ軸方向の加速度が重力方向の加速度としてそれぞれ用いられる。なお、加速度検出回路には、３軸の加速度センサの各軸と、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向それぞれの方向とのずれを補正する機能を設けるようにしてもよい。

上記３軸の加速度センサとしては、例えば、小型で低消費電力なＭＥＭＳ（MicroElectro Mechanical Systems）を利用した加速度センサを用いている。なお、加速度センサとしては、ピエゾ抵抗型の加速度センサや、静電容量型の加速度センサなどを採用することができる。また、３軸の加速度センサとしては、２軸の加速度センサと１軸の加速度センサとを組み合わせて３軸の加速度値を出力可能としたものを用いてもよいし、１軸の加速度センサを３つ用いて３軸の加速度値を出力可能としたものを用いてもよい。

行動シーン判定手段２は、加速度検出手段１により得られた重力方向の加速度の変動平均と水平方向の加速度の変動平均との比率からなる第１判定値Ｔ１と、加速度検出手段１により得られた各加速度をベクトル成分とするノルムの平均値からなる第２判定値Ｔ２とを元にして人の行動シーンを判定するように構成されている。

ここで、第１判定値Ｔ１は、重力方向の加速度の変動平均をＳｖ、水平方向の加速度の変動平均をＳｈとすれば、次式（１）で表される。すなわち、本実施形態における第１判定値Ｔ１は、水平方向の加速度の変動平均Ｓｈに対する重力方向の加速度の変動平均Ｓｖの比率を示している。なお、次式（１）からも明らかなように第１判定値Ｔ１は無次元の値である。

ここで、重力方向の加速度の変動平均Ｓｖは、ｚ軸方向の加速度の変動平均であり、水平方向の加速度の変動平均Ｓｈは、ｘ軸方向の加速度の変動平均とｙ軸方向の加速度の変動平均との合成値である。したがって、ｘ軸方向の加速度の変動平均をＳｘ、ｙ軸方向の加速度の変動平均をＳｙ、ｚ軸方向の加速度の変動平均をＳｚとすれば、Ｓｖ＝Ｓｚ、Ｓｈ＝（Ｓｘ^２＋Ｓｙ^２）^１／２となる。

そして、各軸方向の加速度の変動平均Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚは、各軸方向の加速度の標準偏差であるから、加速度検出手段１により得られたｘ軸方向の加速度をＡｘ_ｉ、ｙ軸方向の加速度をＡｙ_ｉ、ｚ軸方向の加速度をＡｚ_ｉとすれば、変動平均Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚは次式（２）〜（４）で表すことができる。なお、標準偏差を算出するにあたっては、標本分散ではなく不偏分散を用いている。また、ｎは、一定時間における各加速度のサンプリング数を示す整数である。

ここで、Ｓｈ＝（Ｓｘ^２＋Ｓｙ^２）^１／２であるから、Ｓｈは、次式（５）で表すことができる。

一方、第２判定値Ｔ２は、各軸方向の加速度をベクトル成分とするノルムの平均値であるから、｛（Ａｘ_ｉ ^２＋Ａｙ_ｉ ^２＋Ａｚ_ｉ ^２）^１／２｝／ｉで表すことができる。本実施形態では、第２判定値Ｔ２の単位を[Ｇ]としている。

行動シーン判定手段２は、上述したようにして得られる第１判定値Ｔ１、第２判定値Ｔ２を用いて行動シーンの判定を行う。本実施形態における行動シーン判定手段２は、行動シーンが「座位」、「立位」、「歩行」、「走行」、および「乗物」のいずれであるかを判定するように構成されている。ここで、「座位」は人が座っている状態、「立位」は人が立っている状態、「乗物」は、人が電車や自動車などの人力をほとんど必要としない乗物に乗っている状態の行動シーンをそれぞれ示し、これら「座位」、「立位」、「乗物」は、歩行を伴わない低強度の行動である「生活活動」に含まれる。なお、「乗物」は、人が電車や自動車などの人力をほとんど必要としない乗物に乗っている状態であるから、自転車などに乗っている状態は含まない。

例えば、図２に示すように、第１判定値Ｔ１が０．１未満で且つ第２判定値Ｔ２が０．１５[Ｇ]未満であれば「座位」と判定し、第１判定値Ｔ１が０．１以上０．５未満で且つ第２判定値Ｔ２が０．３[Ｇ]未満であれば「立位」と判定し、第１判定値Ｔ１が０．５以上で且つ第２判定値Ｔ２が０．３[Ｇ]未満であれば「乗物」と判定し、第１判定値Ｔ１が０．５以上１．０未満で且つ第２判定値Ｔ２が０．３[Ｇ]以上であれば「歩行」と判定し、第１判定値Ｔ１が１．０以上で且つ第２判定値Ｔ２が０．３[Ｇ]以上であれば「走行」と判定し、いずれの行動シーンにも該当しない場合には、加速度検出手段１により得られた加速度は、例えば、活動量計を体に装着せずに手で持って動かしている場合など、活動量を測定すべきではない原因によるものであるとし、「ＮＧ（計測エラー）」と判定する。

ところで、図２に示すような数値は、あくまで一例であって、これに限定する趣旨ではない。なお、行動シーンの判定に用いる数値は、実際に加速度検出手段１より得た第１判定値Ｔ１および第２判定値Ｔ２の値と、そのときの人の行動シーンとの統計的なデータにより設定すればよい。

また、行動シーン判定手段２は、行動シーンが「座位」、「立位」、「歩行」、「走行」、「乗物」のいずれかであると判定したときのみ、その判定結果を活動量算出手段３に出力して活動量の算出を行わせるように構成されている。したがって、行動シーン判定手段２により「ＮＧ（計測エラー）」と判定された際には、活動量算出手段３では、活動量の算出が行われないようになっている。

活動量算出手段３は、行動シーン判定手段２の判定結果を受け取った際に、加速度検出手段１により得られた加速度、本実施形態では加速度検出手段１により得られた各軸の加速度をベクトル成分とするノルムの所定時間における変動平均Ｓａ＝（Ｓｘ^２＋Ｓｙ^２＋Ｓｚ^２）^１／２により活動量を算出するものであって、活動量を算出するにあたっては、行動シーン判定手段２の判定結果に基づいた演算式を使用するように構成されている。

つまり、活動量算出手段３は、加速度から活動量を算出する際に使用する演算式（加速度を活動量に換算する換算式）を行動シーン毎に有し、行動シーン判定手段２の判定結果に基づいて活動量の算出に使用する演算式を選択する。例えば、行動シーン判定手段２により行動シーンが「座位」と判定された場合には座位用の演算式を使用し、「立位」と判定された場合には立位用の演算式を使用し、「歩行」と判定された場合には歩行用の演算式を使用し、「走行」と判定された場合には走行用の演算式を使用し、「乗物」と判定された場合には乗物用の演算式を使用する。

これら行動シーンに対応する演算式は、人の行動シーンを変化させずに（人の運動状態はそのままで）、その運動の強さのみを変化させた際の変動平均Ｓａと活動量の相関関係を利用した近似式により求めることができる。例えば、活動量をＩ［ＭＥＴｓ］とすれば、座位用の演算式は下式（６）で、乗物用の演算式は下式（７）で、立位用の演算式は下式（８）で、歩行用の演算式は下式（９）で、走行用の演算式は下式（１０）でそれぞれ表される。なお、ａ〜ｆは上記近似により得られる係数であり、一般にａ＜ｂ＜ｃ＜ｄとなる。また、定数ｇは、変動平均Ｓａが０．６[Ｇ]である場合に、下式（９），（１０）が連続する（下式（９），（１０）の値が等しくなる）ような値である。

したがって、本実施形態の活動量計における変動平均Ｓａと活動量Ｉとの関係は、図３に示すグラフのようになる。なお、図３に示すグラフでは、Ａが「座位」、Ｂが「乗物」、Ｃが「立位」、Ｄが「歩行」、Ｅが「走行」をそれぞれ示している。

ところで、活動量算出手段３は、上記のように活動量を算出する機能の他に、１時間や１日などの単位時間における活動量の平均や、エクササイズ［ＭＥＴｓ・ｈ］、１日のエクササイズ量、消費カロリ、歩数、運動時間など、人の活動に関する種々のデータ（以下、「活動データ」と称する）を算出するように構成されていてもよい。なお、エクササイズや、消費カロリなどの算出方法は、従来周知のものを利用できるから詳細な説明を省略する。また、活動量算出手段３は、活動データを記憶手段５に記憶させることで、各活動データの履歴を残すように構成されている。

なお、行動シーン判定手段２および活動量算出手段３は、例えば上記筐体に収納されたマイクロコンピュータなどのハードウェア資源からなる演算処理手段（図示せず）と、当該演算処理手段に情報の演算、加工などを行わせるソフトウェアとにより実現されている。また、上記演算処理手段は、行動シーン判定手段２および活動量算出手段３の他に、表示手段４を制御する表示制御手段（図示せず）など、活動量計の種々の機能を発揮するために必要な手段を備えている。

表示手段４は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの画像表示装置（図示せず）およびその駆動回路（図示せず）で構成されたものであって、上記表示制御手段により、記憶手段５に記憶された活動データを上記画像表示装置に表示するように制御される。また、操作手段は、活動量計のオンオフ操作用のスイッチや、活動量の演算を開始させるスイッチ、活動量の表示をリセットするスイッチ、表示する活動データを切り替えるためのスイッチなどを備えているものである。

以上述べた本実施形態の活動量計では、例えば、第１判定値Ｔ１が０．１未満で且つ第２判定値Ｔ２が０．１５[Ｇ]未満であれば、行動シーン判定手段２により行動シーンが「座位」であると判定され、上式（６）を用いて活動量Ｉの算出が行われる。また、第１判定値Ｔ１が０．１以上０．５未満で且つ第２判定値Ｔ２が０．３[Ｇ]未満であれば、行動シーン判定手段２により行動シーンが「立位」であると判定され、上式（８）を用いて活動量Ｉの算出が行われる。また、第１判定値Ｔ１が０．５以上で且つ第２判定値Ｔ２が０．３[Ｇ]未満であれば、行動シーン判定手段２により行動シーンが「乗物」であると判定され、上式（７）を用いて活動量Ｉの算出が行われる。また、第１判定値Ｔ１が０．５以上１．０未満で且つ第２判定値Ｔ２が０．３[Ｇ]以上であれば、行動シーン判定手段２により行動シーンが「歩行」であると判定され、上式（９）を用いて活動量Ｉの算出が行われる。また、第１判定値Ｔ１が１．０以上で且つ第２判定値Ｔ２が０．３[Ｇ]以上であれば、行動シーン判定手段２により行動シーンが「走行」であると判定され、上式（１０）を用いて活動量Ｉの算出が行われる。また、いずれの行動シーンにも該当しない場合には、行動シーン判定手段２により「ＮＧ（計測エラー）」と判定され、活動量Ｉの算出は行われない。

本実施形態の活動量計によれば、人が移動しているときには水平方向の加速度に対する重力方向の加速度の比率も加速度のノルムも大きいが、移動を伴わない活動のときには上記比率も加速度のノルムも小さくなること、また人の移動が乗物によるものである場合には上記比率は大きいが加速度のノルムは小さくなることに着目し、加速度検出手段１により得られた重力方向の加速度の変動平均Ｓｖと水平方向の加速度の変動平均Ｓｈとの比率からなる第１判定値Ｔ１と、加速度検出手段１により得られた各加速度をベクトル成分とするノルムの平均値からなる第２判定値Ｔ２と元にして行動シーンを判定し、その判定結果に応じて活動量を算出するから、人の行動シーンの違いを活動量に反映でき、正確な活動量を算出できる。また、行動シーン判定手段２は、行動シーンが「座位」、「立位」、「歩行」、「走行」、および「乗物」のいずれであるかを判定するので、「座位」、「立位」、「歩行」、「走行」、および「乗物」それぞれにおける活動量の違いを反映できる。

さらに、活動量算出手段３は、各行動シーンに対応して演算式を変更するから、１つの演算式だけで活動量の算出を行う場合に比べて、正確な活動量を算出できる。

なお、活動量算出手段３では、上式（１０）に示すような２次式に代えて、上式（６）〜（９）と同様に、下式（１１）に示すような１次式を採用してもよい。この場合、ｂ＜ｈであって、定数ｊは、変動平均Ｓａが０．６[Ｇ]である場合に、下式（９），（１１）が連続する（下式（９），（１１）の値が等しくなる）ような値である。

なお、本実施形態で挙げた「座位」、「立位」、「乗物」、「歩行」、「走行」などの行動シーンはあくまで一例であって、これに限定する趣旨ではない。また、上記変動平均から活動量を算出するにあたっては、上式（６）〜（１１）に示すような演算式ではなく、データテーブルなどを利用してもよい。

さらに、本実施形態における加速度検出手段１は、互いに直交する３軸の加速度を検出する加速度センサを利用したものであったが、互いに直交する２軸の加速度を検出する加速度センサを利用するようにしてもよく、結果的に、重力方向と水平方向の加速度が得られるものであればよい。

（実施形態２）
本実施形態の活動量計は、行動シーン判定手段２の構成が上記実施形態１と異なっており、その他の構成は上記実施形態１と同様であるから図示および説明を省略する。

本実施形態における行動シーン判定手段２は、上述したように第１判定値Ｔ１および第２判定値Ｔ２を用いて行動シーンを判定する主判定機能と、加速度検出手段１により得られた加速度から算出した単位時間（本実施形態では１分）当たり歩数を用いて行動シーンを判定する副判定機能とを有している。

上記副判定機能は、加速度検出手段１により得られた加速度から単位時間当たりの歩数を算出し、当該単位時間当たりの歩数と所定の閾値とを比較することで、行動シーンが、「座位」、「立位」、および「乗物」からなる「生活活動」と、「歩行」と、「走行」とのいずれであるかを判定するように構成されている。例えば、単位時間当たりの歩数が第１の閾値未満であれば、行動シーンを「生活活動」と判定し、第１の閾値より大きい第２の閾値以上であれば、行動シーンを「走行」と判定し、第１の閾値以上第２の閾値未満であれば、行動シーンを「歩行」と判定する。

ここで、上記第１の閾値は、「生活活動」と「歩行」と「走行」との境界となる値であって、例えば、人の行動シーンが「生活活動」から「歩行」に切り換わる際の上記単位時間当たりの歩数の統計データなどから得ることができる。同様に、第２の閾値は、「歩行」と「走行」との境界となる値であって、例えば、人の行動シーンが「歩行」から「走行」に切り換わる際の上記単位時間当たりの歩数の統計データなどから得ることができる。

なお、歩数のカウントは、例えば、加速度検出手段１により得られた各軸の加速度をベクトル成分とするノルムにおいて、ピーク値が所定の閾値を越えるピークの数をカウントすることにより行われる。加速度検出手段１により得られた加速度から人の歩数をカウントする方法は、従来周知のものを採用できるから詳細な説明は省略する。

そして、行動シーン判定手段２は、主判定機能と副判定機能との判定結果が一致（副判定機能により「生活活動」と判定された際には、主判定機能の判定結果が、「座位」、「立位」、「乗物」のいずれかであれば一致しているとする）した際にのみ判定結果を活動量算出手段３に出力して、活動量算出手段３に活動量の算出を行わせるようになっている。すなわち、行動シーン判定手段２は、主判定機能の判定結果が測定エラーであるとき、または主判定機能と副判定機能との判定結果が一致しない際には、いずれの行動シーンにも該当せず、加速度検出手段１により得られた加速度は、例えば、活動量計を体に装着せずに手で持って動かしている場合など、活動量を測定すべきではない原因によるものと判定する。この場合、行動シーンが特定されないから、活動量算出手段３による活動量の算出は行われないようになっている。

したがって、本実施形態の活動量計によれば、主判定機能と副判定機能の２種類の判定を行うから、行動シーンの判定が正確に行えるようになり、その結果、さらに正確な活動量が算出できるようになる。特に、副判定機能では、単位時間当たりの歩数により行動シーンを判定するので、加速度とは異なる観点から行動シーンを判定できるから、加速度が同じ場合であっても、行動シーンを判定でき、さらに正確な活動量が算出できる。

なお、本実施形態では、２種類の判定を行うようにしているが、さらに多くの判定を行うようにしてもよいし、その判定方法も上記方法に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない程度に変更してもよい。

実施形態１の活動量計のブロック図である。同上における説明図である。加速度の変動平均と活動量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１加速度検出手段
２行動シーン判定手段
３活動量算出手段

Claims

人体に装着され重力方向、および水平方向の各加速度を検出する加速度検出手段と、加速度検出手段により得られた加速度を元にして人の行動シーンを判定する行動シーン判定手段と、行動シーン判定手段による判定結果に基づいて加速度検出手段により得られた加速度から活動量を算出する活動量算出手段とを備え、
行動シーン判定手段は、加速度検出手段により得られた前記重力方向の加速度と前記水平方向の加速度との比率と、加速度検出手段により得られた各加速度をベクトル成分とするノルムとを元にして人の行動シーンを判定するように構成されていることを特徴とする活動量計。
行動シーン判定手段は、上記行動シーンが座位、立位、歩行、走行、および乗物のいずれであるかを判定するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の活動量計。
行動シーン判定手段は、加速度検出手段により得られた加速度から単位時間当たりの歩数を算出し、当該歩数により人の行動シーンを判定するように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の活動量計。
活動量算出手段は、加速度から活動量を算出する際に使用する演算式を行動シーン毎に有し、行動シーン判定手段の判定結果に基づいて使用する演算式を選択するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の活動量計。