JP2009223775A - 活動量計 - Google Patents

Abstract

【課題】小型かつ安価な構成により、本体が受けた衝撃を記録可能な活動量計を提供する。
【解決手段】活動量計本体１には、体動を検知するための加速度センサからなる加速度検出部１３が搭載されている。ＣＰＵ１０は、加速度センサの出力を観測することによって、活動量計本体１に加わる衝撃（たとえば落下による衝撃）を検知する。検知された衝撃に関するデータはメモリ部１４に記憶され、表示部１５や外部機器にて確認することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、加速度センサを用いて人体の活動を計測する活動量計に関する。

加速度センサを用いて人体の活動を計測する活動量計が知られている。たとえば歩数計は活動量計の一形態であり、歩行による動加速度の変化をセンサで検知し、歩行数をカウントするものである。

この種の活動量計は常に携行されるものであるため、落下による故障のリスクが高く、その対策は重要である。しかしながら、従来の活動量計にあっては、動作不良が発生した場合にその原因が活動量計本体の落下によるものか否かを判断することができなかった。それゆえ、動作不良時の故障解析が充分に行えず、製品の品質向上が図れないという問題がある。

製品に加わる衝撃を検知し記録する装置として、以下のものがある。特許文献１には、輸送中の製品（パソコンなど）の振動、衝撃等を検知する加速度センサを備えた、輸送環境データ記憶装置が開示されている。この装置では、検知した輸送中の環境データを、装置に装着した外部記憶装置に記録することができる。特許文献２には、品物が様々な操作により受ける加速度を測定、記憶する衝撃記録器が開示されている。この装置では、測定された加速度と前回測定された加速度の差を記憶するため、発生した全ての加速度と加速度波形を少ない記憶容量で記録することができる。
特開２００２−３５０１９４号公報 特開２００１−２４１９７５号公報

しかしながら、特許文献１の装置は、製品本体とは別に、製品の梱包部に設置されるものであり、装置が大がかりであるとともに製品個別に設置することは不可能である。また特許文献２の装置も、製品とは別体であり、装置が大がかりになることは否めない。活動量計は携行容易であるように小型であることが要求されるため、特許文献１、２に開示されているような装置を活動量計に付加するのは現実的でない。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、小型かつ安価な構成により、本体が受けた衝撃を記録可能な活動量計を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用する。

本発明の活動量計は、活動量計本体に搭載された、体動を検知するための加速度センサと、前記加速度センサの出力を観測することによって、前記活動量計本体に加わる衝撃を検知する衝撃検知手段と、前記衝撃検知手段により検知された衝撃に関するデータを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された衝撃に関するデータを出力する出力手段と、を備える。

本発明によれば、体動検知のための加速度センサを用いて、活動量計本体が受けた衝撃も併せて検知できるので、活動量計に対して衝撃検知用の特別なハードウエアを追加する必要がなく、小型かつ安価な構成を実現できる。しかも、活動量計の使用中は常に本体へ
の衝撃を記録することができるので、動作不良が発生した場合に、その原因が活動量計が受けた衝撃によるものか否かを判断することができる。したがって、動作不良時の故障解析が充分に行え、製品の品質向上が図れる。

ここで「衝撃」とは、極めて短い時間に急激に加えられる荷重を意味し、典型的には、活動量計本体の自由落下による地面（床）との衝突の衝撃である。

前記衝撃検知手段は、所定の閾値以上の大きさの加速度を観測した場合に、前記衝撃が前記活動量計本体に加わったと判断することができる。ここで「所定の閾値」は、体動により観測され得る加速度の大きさよりも十分に大きい値に設定するとよい。このように加速度の大きさに着目することで、体動と衝撃とを好適に判別することが可能となる。

また、前記衝撃検知手段は、加速度がほぼゼロＧの状態が所定の時間以上続いた場合に、前記活動量計本体が自由落下していると判断するとよい。さらに、前記衝撃検知手段は、加速度がほぼゼロＧの状態が所定の時間以上続いた後に、所定の閾値以上の大きさの加速度を観測した場合に、自由落下による衝撃が前記活動量計本体に加わったと判断するとよい。このように、加速度の大きさだけでなく自由落下状態の有無にも着目することで、落下による衝撃を精度よく判別できる。たとえば体動や乗り物（自動車、エレベータなど）により瞬間的に大きな加速度が作用したとしても、それを落下による衝撃と誤判定することがなくなるため、データの信頼性および有用性が向上する。

前記衝撃に関するデータは、自由落下に関する情報と衝撃に関する情報を含むことが好ましい。また、前記衝撃に関するデータは、衝撃を検知した日時の情報を含むとよい。

本発明によれば、小型かつ安価な構成により、活動量計本体が受けた衝撃を記録することができる。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。

活動量計は、人の身体活動（体動）を検知し記録するための機器である。人の身体活動は、計画的・意図的に実施する「運動」と家事などの「生活活動」とに分けられる。また運動には、歩行（ウォーキング）、走行（ジョギング）をはじめとして様々な種類があり、生活活動にも、掃除、洗濯、通勤など様々な種類がある。本発明の活動量計は全ての種類の身体活動を検知・記録の対象とする必要はなく、特定の身体活動のみを対象とするものでもよい。以下の実施形態では、歩行数を記録する活動量計（歩数計）を一具体例として挙げる。

（第１実施形態）
＜装置構成＞
図１は、活動量計の内部構成を示すブロック図であり、図２は、活動量計の外観を示す図である。活動量計本体１は、ＣＰＵ（演算回路）１０、操作ＳＷ１１、通信部１２、加速度検出部１３、メモリ部１４、表示部１５、電源部１６、電源切替部１７などを備えている。

ＣＰＵ１０は、予め記憶されたプログラムに従って、歩行の検知、歩行数のカウント、運動強度や運動量（消費エネルギー）の算出、歩行実績の出力などの各種演算処理、並びに、メモリ部１４、表示部１５、通信部１２などの制御を実行する機能を担っている。また、ＣＰＵ１０は、活動量計本体１に加わる衝撃（落下の衝撃など）を検知し、その衝撃
に関するデータ（以下単に「衝撃データ」とよぶ）をメモリ部１４に記録する機能も有している。

操作ＳＷ１１は、歩行数のリセット、表示の切り替え、各種設定値の入力などの操作を行うためのユーザインターフェイスである。通信部１２は、パーソナルコンピュータ、プリンタ、体組成計などの外部機器と無線通信又は有線通信でデータを送受信するための外部インターフェイスである。加速度検出部１３は、歩行や走行などの体動を検知するための手段であり、たとえば２軸または３軸の加速度センサにより構成される。メモリ部１４は、歩行に関するデータ（歩行数、消費カロリーなど）、衝撃データ、各種設定値などを記憶する不揮発性の記憶手段である。表示部１５は、歩行に関するデータや衝撃データを表示するための機能であり、たとえば液晶ディスプレイなどで構成される。電源部１６は活動量計本体１の各部位に電力を供給するもので、たとえば充電池などで構成される。電源切替部１７は、活動量計本体１の電源のオン／オフを切り替えるものである。

＜体動の検知・記録＞
利用者が活動量計を携帯または装着して歩行を行うと、その振動（主に垂直方向の動加速度の変動）が加速度検出部１３によって検知される。ＣＰＵ１０は、加速度検出部１３から得られる各軸の加速度センサ出力を解析することによって、歩数をカウントする。カウントされた歩数はメモリ部１４に格納され、必要に応じて表示部１５に出力される（図２参照）。

＜衝撃の検知・記録＞
ＣＰＵ１０は、加速度センサ出力を観測することによって、体動の検知だけでなく、衝撃（極めて短い時間に急激に加えられる荷重であり、典型的には、活動量計本体の自由落下による地面（床）との衝突の衝撃。）の検知・記録を行う。ＣＰＵ１０のこの機能が本発明の衝撃検知手段に対応する。

図３のフローチャートに沿って、第１実施形態の衝撃検知処理の流れを説明する。図３の処理は、活動量計の電源がオンになると自動的に起動し、上述した体動の検知・記録と並行に実行される。なお図３の処理は活動量計の電源がオフになると終了する。

ステップＳ１において、ＣＰＵ１０は、各軸の加速度センサ出力から合成加速度を算出する。ここで、合成加速度は、各軸のセンサ出力値の二乗和の平方根であり、向きをもたないスカラー値である。衝撃検知に合成加速度を利用するのは、活動量計がどのような向きで落下するか（活動量計に対してどの方向から衝撃が作用するか）不明だからである。言い換えれば、多軸の加速度センサの合成加速度を評価することにより、任意の方向の衝撃を検知可能となる。

図４は、活動量計を自由落下させたときに観測される合成加速度の波形の一例である。横軸は時間［ｓｅｃ］、縦軸は合成加速度［Ｇ］を示している。加速度センサに対しては常に重力加速度が作用しているため、活動量計が静止しているときは合成加速度の値は１．０Ｇとなる。そして、活動量計が自由落下すると、合成加速度の値は約ゼロＧとなり、活動量計が地面に衝突すると、衝撃を示すピーク（図４では約６．０Ｇ）が現れる。歩行や家事などの体動による加速度変動は大きくても１．０Ｇ程度であるため、落下時の衝撃と体動とでは合成加速度の波形に有意な差がでる。

ステップＳ２において、ＣＰＵ１０は、合成加速度の値と所定の閾値とを比較する。この閾値は、体動により観測され得る合成加速度の最大値よりも、十分に大きい値（たとえば５．０Ｇ）に設定される。そして、ＣＰＵ１０は、閾値以上の合成加速度を観測した場合に、「体動」ではなく「衝撃」が活動量計本体１に加わったと判断し（Ｓ２；ＹＥＳ）
、ステップＳ３において、このときの合成加速度の値と日時を衝撃データとしてメモリ部１４に記録する。図５はメモリ部１４に記録された衝撃データの一例である。図５の例では５回分の衝撃データが記録されている。

＜衝撃データの確認＞
メモリ部１４に記録された衝撃データは、表示部１５にて確認することができる。また通信部１２を介して衝撃データを外部機器に転送し、パーソナルコンピュータなどで衝撃データを閲覧したり、プリンタで衝撃データを印字したりすることも可能である。ただし、衝撃データは、製造者が動作不良時の原因究明や故障解析に利用するためのログ情報であって、活動量計の利用者には無用な情報であるため、衝撃データの表示や転送は一般の利用者が容易に行えないようにしておくほうが好ましい。たとえば、衝撃データの確認モードに入るために、通常の使用では行わないスイッチ操作を要求したり、パスワードを要求したりすることが考えられる。

図６は、衝撃データの確認モードの一例を示している。操作ＳＷ１１の３つのボタン１１ａ〜１１ｃのうち、左右の２つのボタン１１ａ、１１ｃを押しながら、中央ボタン１１ｂを２回押すと、衝撃データの確認モードになる。表示部１５には、活動量計が衝撃を検知した回数が「衝撃回数：５回」のように表示される。さらに、ボタン操作を行うことで、各回の衝撃の検知日時や衝撃の強さ（合成加速度の値）を閲覧可能である。

以上述べた本実施形態の構成によれば、体動検知のための加速度センサを用いて、活動量計本体が受けた衝撃も併せて検知できるので、活動量計に対して衝撃検知用の特別なハードウエアを追加する必要がなく、小型かつ安価な構成を実現できる。しかも、活動量計の使用中は常に本体への衝撃を記録することができるので、動作不良が発生した場合に、その原因が活動量計が受けた衝撃によるものか否かを判断することができる。したがって、動作不良時の故障解析が充分に行え、製品の品質向上が図れる。

また、合成加速度を評価に用いているため、どのような姿勢で活動量計が落下しても、その衝撃を検知することができる。また合成加速度の大きさを評価に用いることにより、体動と衝撃と簡便かつ好適に判別することが可能である。

（第２実施形態）
次に、図７のフローチャートを参照して、第２実施形態の衝撃検知処理の流れを説明する。第２実施形態では、合成加速度の波形から自由落下に関する情報を抽出し評価する点が第１実施形態と異なる。その他の構成については第１実施形態と同様であるため、以下、第２実施形態に特有の部分を中心に説明する。図７の処理は、活動量計の電源がオンになると自動的に起動し、上述した体動の検知・記録と並行に実行される。なお図７の処理は活動量計の電源がオフになると終了する。

ステップＳ１０において、ＣＰＵ１０は、落下時間のカウンタをゼロにリセットする。ステップＳ１１において、ＣＰＵ１０は、第１実施形態のステップＳ１と同様、各軸の加速度センサ出力から合成加速度を算出する。

ステップＳ１２において、ＣＰＵ１０は、合成加速度の値を第１の閾値（たとえば０．０５Ｇ）と比較することにより、合成加速度の値がほぼゼロＧとみなせるか否かを判定する。図４に示すように、活動量計が自由落下している状態のときに、合成加速度はほぼゼロＧを示す。合成加速度の値がほぼゼロＧの間（Ｓ１２；ＹＥＳ）、ＣＰＵ１０は、落下時間のカウンタをカウントアップする（Ｓ１３）。これにより、活動量計が自由落下している時間が計測される。

合成加速度の値がゼロＧでなくなると（Ｓ１２；ＮＯ）、ＣＰＵ１０は、合成加速度の値と第２の閾値とを比較する。この第２の閾値は、体動により観測され得る合成加速度の最大値よりも、十分に大きい値（たとえば５．０Ｇ）に設定されている。そして、ＣＰＵ１０は、第２の閾値以上の合成加速度を観測した場合に、衝撃が活動量計本体１に加わったと判断し（Ｓ１４；ＹＥＳ）、ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５において、ＣＰＵ１０は、落下時間のカウント値が所定値（たとえば０．２秒）以上か否かを調べる。落下時間のカウント値（つまり合成加速度がほぼゼロＧの期間）が所定値以上続いていた場合、ＣＰＵ１０は、自由落下による衝撃が活動量計本体に加わったと判断する（Ｓ１６）。逆に、カウント値が所定値より短い場合は、ＣＰＵ１０は、自由落下以外の衝撃が活動量計本体に加わったと判断する（Ｓ１７）。そして、ステップＳ１８において、合成加速度の値、検知日時、落下時間（Ｓ１６の場合のみ）などの情報が、衝撃データとしてメモリ部１４に記録される。図８はメモリ部１４に記録された衝撃データの一例である。２回目の衝撃は落下時間が記録されておらず、自由落下以外の原因によるものであることがわかる。

衝撃データの確認モードでは、自由落下に関する情報も閲覧できる。たとえば、「自由落下：４回」のように自由落下の回数を出力したり、「３：０．６ｓ、５．５Ｇ」（３回目の衝撃は、０．６秒間自由落下し、５．５Ｇの衝撃であった、という意味）のように落下時間と衝撃の強さを出力したりできる。あるいは、落下時間を高さに換算することで、どれくらいの高さから落下したかを出力するようにしてもよい。

以上述べた構成により、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。加えて、第２実施形態では、合成加速度の大きさだけでなく自由落下状態の有無にも着目することで、落下による衝撃かどうかを精度よく判別できる。たとえば体動や乗り物（自動車、エレベータなど）により瞬間的に大きな加速度が作用したとしても、それを落下による衝撃と誤判定することがなくなるため、データの信頼性および有用性が向上する。

（変形例）
上記実施形態は本発明の一具体例を例示したものにすぎない。本発明の範囲は上記実施形態に限られるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。たとえば、上記実施形態では活動量計本体の表示部で衝撃データを確認しているが、衝撃データを外部機器に転送し、外部機器にて衝撃データを表示したり印刷したりすることも好ましい。また、上記実施形態では、衝撃の強さなどを数値で出力しているが、衝撃を検知したときの合成加速度波形をメモリ部１４に記録しておき、波形をそのまま表示部や外部機器に出力できるようにすることも好ましい。また上記実施形態では歩数計を例示しているが、歩行以外の身体活動を計測する活動量計にも本発明は適用可能である。

図１は、活動量計の内部構成を示すブロック図である。 図２は、活動量計の外観を示す図である。 図３は、第１実施形態の衝撃検知処理のフローチャートである。 図４は、活動量計を自由落下させたときに観測される合成加速度の波形の一例である。 図５は、第１実施形態の衝撃データの一例である。 図６は、衝撃データの確認モードの一例を示している。 図７は、第２実施形態の衝撃検知処理のフローチャートである。 図８は、第２実施形態の衝撃データの一例である。

符号の説明

１ 活動量計本体
１０ ＣＰＵ
１１ 操作スイッチ
１２ 通信部
１３ 加速度検出部
１４ メモリ部
１５ 表示部
１６ 電源部
１７ 電源切替部

Claims (7)

1. 活動量計本体に搭載された、体動を検知するための加速度センサと、
   前記加速度センサの出力を観測することによって、前記活動量計本体に加わる衝撃を検知する衝撃検知手段と、
   前記衝撃検知手段により検知された衝撃に関するデータを記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶された衝撃に関するデータを出力する出力手段と、
   を備えた活動量計。
2. 前記衝撃は、前記活動量計本体の自由落下によるものである請求項１に記載の活動量計。
3. 前記衝撃検知手段は、所定の閾値以上の大きさの加速度を観測した場合に、前記衝撃が前記活動量計本体に加わったと判断する請求項１または２に記載の活動量計。
4. 前記衝撃検知手段は、加速度がほぼゼロＧの状態が所定の時間以上続いた場合に、前記活動量計本体が自由落下していると判断する請求項１〜３のいずれかに記載の活動量計。
5. 前記衝撃検知手段は、加速度がほぼゼロＧの状態が所定の時間以上続いた後に、所定の閾値以上の大きさの加速度を観測した場合に、自由落下による衝撃が前記活動量計本体に加わったと判断する請求項１または２に記載の活動量計。
6. 前記衝撃に関するデータは、自由落下に関する情報と衝撃に関する情報を含む請求項４または５に記載の活動量計。
7. 前記衝撃に関するデータは、衝撃を検知した日時の情報を含む請求項１〜６のいずれかに記載の活動量計。

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