JP2008250963A

JP2008250963A - 歩数計

Info

Publication number: JP2008250963A
Application number: JP2007095195A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Kidera; 和憲木寺; Yoshihiro Matsumura; 吉浩松村
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
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: JP5032874B2

Abstract

【課題】歩数を精度よく計数する。
【解決手段】機器動作がスタートすると、演算部６は、サンプリング部６０により加速度センサ１から各軸の加速度を取得してサンプリングする。その後、加速度算出部６１が、サンプリング部６０でサンプリングされた各加速度の合成加速度を算出する。その後、歩数計数部６３が合成加速度と閾値を比較し、合成加速度が閾値を超えてかつピークを検出すると、タイマ４を起動して第２の時間の計測を開始し、第２の時間中に合成加速度が閾値を超えた状態でのピーク数を計数する。ここで、合成加速度が閾値を超えたピーク時からマスク時間が経過するまでピーク数の計数を停止する。マスク時間が経過するとピーク数の計数は再開される。その後、第２の時間が経過するとタイマ４が停止する。その後、第２の時間内で計数されたピーク数と一定回数を比較し、ピーク数が一定回数を超えた場合、歩数計数を開始する。
【選択図】図１

Description

本発明は、歩数計に関するものである。

従来の歩数計として、身体などに装着され、加速度センサで測定された加速度のピーク（加速度の傾きが正から負へ代わる点）を検出して装着者の歩数を計数するものがある。このような歩数計の一例として、特許文献１には、３軸加速度センサの出力値に基づいて重力加速度方向を検出することによって検出感度の方向依存性を改善したものが開示されている。
特開２００５−１５７４６５号公報（段落００１１〜００３０及び図１）

しかしながら、従来の歩数計には、１歩の動作時に加速度のピークが２個以上現れた場合、各ピークを１歩と誤認識して歩数を計数してしまうという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目的は、歩数を精度よく計数することができる歩数計を提供することにある。

請求項１の発明は、加速度センサと、前記加速度センサで測定された加速度が予め設定された閾値を超えた状態で、当該加速度のピークを検出するごとに歩数を１増加させる歩数計数を行う歩数計数手段とを備え、前記歩数計数手段が、前記加速度が前記閾値を超えた状態で前記ピークを検出した時点から予め設定された第１の時間、前記歩数計数を停止することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記歩数計数手段が、予め設定された第２の時間内に、前記加速度が前記閾値を超えた状態で当該加速度のピークを検出した回数が一定回数を超えた時点から前記歩数計数を開始することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記歩数計数手段が、前記歩数の計数の開始時に、前記第２の時間内に前記ピークを検出した回数を前記歩数に追加することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項の発明において、前記加速度を用いて活動量を算出する活動量算出手段を備え、前記歩数計数手段が、前記活動量が一定量を超えた時点から前記歩数計数を開始することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、加速度が閾値を超えた状態で上記加速度のピークを検出した時点から第１の時間、歩数計数を停止することによって、１歩の動作時において加速度に複数のピークが発生した場合であっても２歩以上と計数することを防止できるので、歩数を精度よく計数することができる。

請求項２の発明によれば、歩行の場合、加速度のピークが一定回数より多く現れることから、歩行時とそれ以外の体動やノイズとを区別することができるので、歩数をより精度よく計数することができる。

請求項３の発明によれば、歩行と判断したときに、第２の時間内にピークを検出した回数も歩数に追加することによって、歩行開始時の歩数を計数することができるので、歩数をさらに精度よく計数することができる。

請求項４の発明によれば、歩行には一定量以上の活動量が必要であることから、活動量が一定量を超えたときに歩行と判断することによって、歩数をより精度よく計数することができる。

（実施形態１）
まず、実施形態１の歩数計の構成について図１，２を用いて説明する。この歩数計は、図１に示すように、加速度センサ１と、使用者が機器動作のスタート／ストップを行うための押ボタン２０（図２参照）を有する操作入力部２と、メモリ３と、タイマ４と、歩数や活動量を表示する表示部５と、機器の中枢をなすものであって、加速度センサ１で測定された加速度の入力処理、操作入力部２からの操作情報の入力処理、メモリ３に対する情報の読み書き処理、タイマ４の起動処理及び表示部５への表示処理を行う演算部６と、１次電池（例えばボタン電池やコイン電池など）によって各部１〜６に電力を供給する電源部７と、各部１〜７を内蔵するとともに押ボタン２０を前面に露出させる合成樹脂製の筐体８（図２参照）とを備えている。

加速度センサ１は、小型で低消費電力なＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を利用した３軸加速度センサであり、互いに垂直な３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の各加速度Ｘ，Ｙ，Ｚを測定し、測定した各加速度Ｘ，Ｙ，Ｚを演算部６にアナログ出力する。なお、加速度センサ１は３軸加速度センサに限定されるものではなく、１軸加速度センサや２軸加速度センサであってもよい。

メモリ３には、機器の製造時又は機器動作のスタート時に予め設定された後述の閾値Ｌ１及び一定回数Ｌ２などの情報、後述の活動量情報並びに歩数情報が記憶されている。

表示部５は、図２に示すように筐体８の前面に露出する液晶画面５０を備え、演算部６（図１参照）から後述の歩数情報や活動量情報が入力されると、入力された情報に基づいて歩数や活動量を液晶画面５０に表示する。

図１に示す演算部６はマイクロコンピュータからなり、加速度センサ１から各加速度Ｘ，Ｙ，Ｚを取得してサンプリングするサンプリング部６０と、サンプリング部６０でサンプリングされた各加速度Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎの合成値である加速度Ｆ１を算出する加速度算出部６１と、加速度算出部６１で算出された加速度Ｆ１に基づいて活動量を算出する活動量算出部６２と、加速度算出部６１で算出された加速度Ｆ１が閾値Ｌ１を超える回数を歩数として計数する歩数計数部６３と、表示部５を制御する表示制御部６４と、操作入力部２からの操作情報を処理する操作処理部６５とを備えている。

サンプリング部６０は、加速度センサ１から各加速度Ｘ，Ｙ，Ｚがアナログ入力されると、アナログ入力された各加速度Ｘ，Ｙ，Ｚを、例えば１０Ｈｚ以上など予め設定されたサンプリング周波数でサンプリングし、サンプリングした各加速度を加速度算出部６１に出力する。以下、サンプリング開始時からｎ回目にサンプリングされた各加速度をＸｎ，Ｙｎ，Ｚｎ（ｎ＝１，２，３・・・）で表わす。

加速度算出部６１は、サンプリング部６０でサンプリングされた各加速度Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎを用いて次式のように加速度Ｆ１を算出する。算出された加速度Ｆ１は活動量算出部６２及び歩数計数部６３に出力される。図３には、加速度算出部６１で算出された加速度Ｆ１が示されている。

図１に示す活動量算出部６２は、一定時間ごとに加速度算出部６１からの加速度Ｆ１を用いて次式のように標本分散σ^２を算出し、算出した標本分散σ^２に基づいて活動量を算出する。算出された活動量の情報（活動量情報）は表示制御部６４に出力される。

歩数計数部６３は、加速度算出部６１からの加速度Ｆ１と、メモリ３に記憶されている閾値Ｌ１とを比較し、加速度Ｆ１が閾値Ｌ１を超えた状態で、加速度Ｆ１のピークを検出するごとに歩数をインクリメント（１増加）させる歩数計数を行う。ここで、加速度Ｆ１のピークとは、加速度Ｆ１の傾きが正から負へ代わる点をいう。一方、加速度Ｆ１が閾値Ｌ１以下であれば、歩数をインクリメントしないようにする。このように閾値Ｌ１を設けることで、歩行以外の体動やノイズによって発生したピークを歩数として計数することを防止する。計数された歩数の情報（歩数情報）は表示制御部６４に出力されるとともにメモリ３に記憶される。

ここで、加速度Ｆ１のピークは、さまざまな要因によって図３に示すように割れてしまうため（図３のＡとＢ）、このような割れたピークＡ，Ｂをすべて歩数として計数してしまうと、実際の歩数よりも多く計数してしまうことになる。このような問題を解決するために、歩数計数部６３はタイマ４を起動し、加速度Ｆ１が閾値Ｌ１を超えた状態でピークを検出した時点から例えば０．１秒間以上０．３秒間以下など予め設定されたマスク時間（第１の時間）Ｔ１だけ歩数計数を停止する。マスク時間Ｔ１における歩数計数の停止は、フィルタなどを備えることで実現することができる。マスク時間Ｔ１が経過すると、歩数計数部６３は歩数計数を再開する。これにより、図３のピークＡは歩数として計数されるが、図３のピークＢはマスク時間Ｔ１内であるので、歩数として計数されない。なお、後述の歩数計数開始前においても同様である。

ところで、歩行が開始すると、加速度Ｆ１のピークが連続して現れる。このことから、歩数計数部６３は、機器動作がスタートしてから歩数計数を開始するにあたって、加速度Ｆ１が閾値Ｌ１を超えるとタイマ４を起動し、予め設定された第２の時間Ｔ２内に、加速度Ｆ１が閾値Ｌ１を超えた状態で、加速度のピークを検出した回数が一定回数Ｌ２を超えると、歩き始めと認識し、その時点から歩数計数を開始する。第２の時間Ｔ２は数秒から２０秒程度がよく、一定回数Ｌ２は、１秒あたりのピーク数が０．５回以上１回以下となるような範囲がよい。なお、加速度Ｆ１が閾値Ｌ１を超えたことを検出するごとにタイマ４は起動されることから、上記タイマ４は同時に複数の第２の時間Ｔ２を計測することになる。

上記歩数計数部６３の動作の具体例について図３を用いて説明する。例えば一定回数Ｌ２を８回とすると、図３の時間ｔ１１〜ｔ１２の場合、第２の時間Ｔ２内に加速度Ｆ１が閾値Ｌ１を超えた回数が４回しかないので、歩数計数は開始されない。時間ｔ２１〜ｔ２２の場合も、加速度Ｆ１が閾値Ｌ１を超えた回数が７回しかないので、歩数計数は開始されない。これに対して、時間ｔ３１〜ｔ３２の場合、加速度Ｆ１が閾値Ｌ１を超えた回数が１０回であるので、歩数計数は開始される。

一方、歩数計数開始後において、歩数計数部６３は、第２の時間Ｔ２内に加速度Ｆ１が閾値Ｌ１を超えた回数が全くなくなると、歩数計数を終了する。

図１に示す表示制御部６４は、活動量算出部６２からの活動量情報及び歩数計数部６３からの歩数情報に基づいて、液晶画面５０（図２参照）に活動量及び歩数を表示させるように表示部５を制御する。

操作処理部６５は、使用者による操作入力部２への操作入力によって、機器動作のスタート／ストップや累積保存している歩数総計のリセット、歩数計数開始時から現時点までの歩数表示、累積保存している歩数総計の表示、活動量の表示など、歩数計として必要とされる操作を行えるように構成されている。

次に、本実施形態の動作について図１，４を用いて説明する。まず、使用者による操作入力部２への操作入力によって機器動作がスタートすると、演算部６は、サンプリング部６０により加速度センサ１から各軸の加速度Ｘ，Ｙ，Ｚを取得し、例えば２０Ｈｚのサンプリング周波数でサンプリングする。その後、加速度算出部６１が、サンプリング部６０でサンプリングされた各加速度Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎから加速度Ｆ１を算出する。

その後、歩数計数部６３が加速度Ｆ１と閾値Ｌ１を比較し、加速度Ｆ１が閾値Ｌ１を超えてかつピーク（加速度Ｆ１の傾きが正から負へ変わる点）を検出すると（ステップＳ１）、タイマ４を起動して第２の時間Ｔ２の計測を開始し（ステップＳ２）、第２の時間Ｔ２中に加速度Ｆ１が閾値Ｌ１を超えた状態でのピーク数を計数する（ステップＳ３）。ここで、歩数計数部６３は、加速度Ｆ１が閾値Ｌ１を超えたピーク時からマスク時間Ｔ１が経過するまでピーク数の計数を停止する。マスク時間Ｔ１が経過するとピーク数の計数は再開される。その後、第２の時間Ｔ２が経過するとタイマ４が停止する（ステップＳ４）。その後、歩数計数部６３は第２の時間Ｔ２内で計数されたピーク数と一定回数Ｌ２を比較し（ステップＳ５）、ピーク数が一定回数Ｌ２を超えた場合、歩数計数を開始する（ステップＳ６）。これに対して、ピーク数が一定回数Ｌ２以下の場合、歩数計数を開始せずにステップＳ１に戻る。

歩数計数を開始した後、歩数計数部６３は、加速度Ｆ１が閾値Ｌ１を超えてかつピーク（加速度Ｆ１の傾きが正から負へ変わる点）を検出すると（ステップＳ７）、タイマ４を起動して第２の時間Ｔ２の計測を開始し（ステップＳ８）、第２の時間Ｔ２中において加速度Ｆ１が閾値Ｌ１を超えてピークを検出するごとに歩数を１増加させて歩数情報を表示制御部６４に出力する（ステップＳ９）。表示部５は、表示制御部６４からの歩数情報に基づいて、液晶画面５０（図２参照）に歩数を表示する。ここで、加速度Ｆ１が閾値Ｌ１を超えたピーク時からマスク時間Ｔ１が経過するまで歩数計数を停止する。マスク時間Ｔ１が経過すると歩数計数が再開される。その後、第２の時間Ｔ２が経過するとタイマ４が停止する（ステップＳ１０）。このとき、歩数計数部６３は、第２の時間Ｔ２中の歩数が０であるか否かを判断する（ステップＳ１１）。歩数が０でなければ、ステップＳ７に戻って歩数計数を継続する。これに対して、歩数が０である場合、歩数計数を終了して（ステップＳ１２）、ステップＳ１に戻る。

使用者による操作入力部２への操作入力によって機器動作がストップされるまでは、ステップＳ１〜Ｓ１３の動作が繰り返し行われる。

以上、本実施形態によれば、加速度Ｆ１が閾値Ｌ１を超えた状態で上記加速度のピークを検出した時点からマスク時間Ｔ１、歩数計数を停止することによって、１歩の動作時において加速度Ｆ１に複数のピークが発生した場合であっても２歩以上と計数することを防止できる。また、歩行の場合、加速度Ｆ１のピークが一定回数Ｌ２より多く現れることから、歩行時とそれ以外の体動やノイズとを区別することができる。これらによって、歩数を精度よく計数することができる。

なお、実施形態１の変形例として、演算部６の加速度算出部６１が、各加速度Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎの合成値である加速度Ｆ１を算出する機能に代えて、ｎ回目にサンプリングされた各加速度Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎと前回（ｎ−１回目）にサンプリングされた各加速度Ｘｎ−１，Ｙｎ−１，Ｚｎ−１との差分ΔＸ，ΔＹ，ΔＺの合成値を加速度Ｆ２として算出する機能を有するものであってもよい。

本変形例の加速度算出部６１は、サンプリング部６０でサンプリングされた各加速度Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎと前回サンプリングされた各加速度Ｘｎ−１，Ｙｎ−１，Ｚｎ−１との差分ΔＸ（＝Ｘｎ−Ｘｎ−１），ΔＹ（＝Ｙｎ−Ｙｎ−１），ΔＺ（＝Ｚｎ−Ｚｎ−１）をそれぞれ算出し、この算出した差分ΔＸ，ΔＹ，ΔＺを用いて次式のように加速度Ｆ２を算出し、歩数計数部６３に出力する。

以上、本変形例によれば、歩数計数を行うにあたって、加速度センサ１の各加速度Ｘｎ，Ｘｎ−１，Ｙｎ，Ｙｎ−１，Ｚｎ，Ｚｎ−１が持つオフセットの影響を低減することができるので、別途オフセット補正用の電子機器などを備える必要がなく、これにより低コスト化を図ることができるとともに、より高精度な歩数計数を行うことができる。

（実施形態２）
実施形態２の歩数計は、演算部６の歩数計数部６３が、活動量が一定量Ｌ３を超えた時点から歩数計数を開始する点で、実施形態１と相違している。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態のメモリ３には、閾値Ｌ１及び一定回数Ｌ２とともに、機器の製造時又は機器動作のスタート時に予め設定された一定量Ｌ３の情報が記憶されている。

また、本実施形態の演算部６の歩数計数部６３は、機器動作がスタートしてから歩数計数を開始するにあたって、第２の時間Ｔ２内に加速度Ｆ１が閾値Ｌ１を超えた回数と一定回数Ｌ２を比較するのではなく、活動量算出部６２で算出された活動量と、メモリ３に記憶されている一定量Ｌ３とを比較し、活動量が一定量Ｌ３を超えると、その時点から歩数計数を開始する。

次に、本実施形態の動作について図１，４，５を用いて説明する。なお、本実施形態の動作を示すフローチャートは、図４の（Ｓ１）〜（Ｓ５）を図５の（Ｓ１ａ），（Ｓ５ａ）に置き換えたものである。まず、使用者による操作入力部２への操作によって機器動作がスタートすると、演算部６の活動量算出部６２は加速度Ｆ１の標本分散σ^２に基づいて活動量を算出する（図５のステップＳ１ａ）。その後、歩数計数部６３は活動量と一定量Ｌ３を比較し（図５のステップＳ５ａ）、活動量が一定量Ｌ３を超えた場合、歩数計数を開始する（図４のステップＳ６）。これに対して、活動量が一定量Ｌ３以下の場合、歩数計数を開始せずにステップＳ１ａに戻る。歩数計数開始後の動作（図４のステップＳ７〜Ｓ１３）は実施形態１と同様である。

以上、本実施形態によれば、歩行には一定量以上の活動量が必要であることから、活動量が一定量Ｌ３を超えたときに歩行と判断することによって、歩数をより精度よく計数することができる。

（実施形態３）
実施形態３の歩数計は、演算部６の歩数計数部６３が、歩数計数の開始時に、第２の時間Ｔ２内に、加速度が閾値Ｌ１を超えた状態で上記加速度のピークを検出したピーク数を歩数に追加する点で、実施形態１と相違している。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の動作について図１，４，６を用いて説明する。なお、本実施形態の動作を示すフローチャートは、図４の（Ｓ６）を図６の（Ｓ６ａ）に置き換えたものである。まず、使用者による操作入力部２への操作によって機器動作がスタートすると、実施形態１と同様に、演算部６の歩数計数部６３は、加速度Ｆ１が閾値Ｌ１を超えてかつピーク（加速度Ｆ１の傾きが正から負へ変わる点）を検出すると（図４のステップＳ１）、第２の時間Ｔ２中のピーク数を計数する（図４のステップＳ２〜Ｓ４）。その後、第２の時間Ｔ２内で計数されたピーク数と一定回数Ｌ２を比較し（図４のステップＳ５）、ピーク数が一定回数Ｌ２以下の場合、歩数計数を開始せずにステップＳ１に戻る。これに対して、ピーク数が一定回数Ｌ２を超えた場合、第２の時間Ｔ２中に計数されたピーク数も歩数に追加して歩数計数を開始する（図６のステップＳ６ａ）。歩数計数開始後の動作（図４のステップＳ７〜Ｓ１３）は実施形態１と同様である。

以上、本実施形態によれば、歩行と判断したときに、第２の時間Ｔ２内にピークを検出した回数も歩数に追加することによって、歩行開始時の歩数を計数することができるので、歩数をさらに精度よく計数することができる。

なお、実施形態３の変形例として、歩数計数の開始の判断として第２の時間Ｔ２内のピーク数を用いた比較に代えて、実施形態２のように活動量を用いた比較を行ってもよい。

また、実施形態１〜３の変形例として、歩数計数の開始の判断としてピーク数と活動量の両方を用いた比較を行ってもよい。

本変形例の動作について図１，４，７を用いて説明する。なお、本変形例の動作を示すフローチャートは、図４の（Ｓ１），（Ｓ５）を図７の（Ｓ１ｂ），（Ｓ５ｂ）に置き換えたものである。まず、使用者による操作入力部２への操作によって機器動作がスタートすると、演算部６の歩数計数部６３は、加速度Ｆ１が閾値Ｌ１を超えてかつピークを検出し、活動量算出部６２が活動量を算出すると（図７のステップＳ１ｂ）、歩数計数部６３が第２の時間Ｔ２中のピーク数を計数する（図７のステップＳ２〜Ｓ４）。その後、歩数計数部６３は、第２の時間Ｔ２内で計数されたピーク数と一定回数Ｌ２を比較するとともに、活動量と一定量Ｌ３を比較し（図７のステップＳ５ｂ）、ピーク数が一定回数Ｌ２を超え、さらに活動量が一定量Ｌ３を超えた場合、歩数計数を開始する（図４のステップＳ６）。これに対して、ピーク数が一定回数Ｌ２以下の場合又は活動量が一定量Ｌ３以下の場合、歩数計数を開始せずにステップＳ１に戻る。歩数計数開始後の動作（図４のステップＳ７〜Ｓ１３）は実施形態１〜３と同様である。

実施形態１〜３の構成を示すブロック図である。同上の外観図である。同上の加速度を示す図である。実施形態１の動作を示すフローチャートである。実施形態２の動作の要部を示すフローチャートである。実施形態３の動作の要部を示すフローチャートである。実施形態１〜３の変形例の動作の要部を示すフローチャートである。

符号の説明

１加速度センサ
４タイマ
６演算部
６０サンプリング部
６１加速度算出部
６３歩数計数部

Claims

加速度センサと、
前記加速度センサで測定された加速度が予め設定された閾値を超えた状態で、当該加速度のピークを検出するごとに歩数を１増加させる歩数計数を行う歩数計数手段と
を備え、
前記歩数計数手段が、前記加速度が前記閾値を超えた状態で前記ピークを検出した時点から予め設定された第１の時間、前記歩数計数を停止する
ことを特徴とする歩数計。
前記歩数計数手段が、予め設定された第２の時間内に、前記加速度が前記閾値を超えた状態で当該加速度のピークを検出した回数が一定回数を超えた時点から前記歩数計数を開始することを特徴とする請求項１記載の歩数計。
前記歩数計数手段が、前記歩数の計数の開始時に、前記第２の時間内に前記ピークを検出した回数を前記歩数に追加することを特徴とする請求項２記載の歩数計。
前記加速度を用いて活動量を算出する活動量算出手段を備え、
前記歩数計数手段が、前記活動量が一定量を超えた時点から前記歩数計数を開始する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の歩数計。