JP2013143996A - 運動計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歩行中または走行中における身体運動のデータを容易に計測することのできる技術を提供する。
【解決手段】身体に装着され、歩行中または走行中における周期的な動作をする装着部位の加速度を少なくとも計測する運動センサ部と、運動センサ部による計測値を処理する処理部とを備え、身体運動のデータを計測する運動計測装置を提供する。ここで、処理部が、ｙ軸方向における運動センサ部による加速度αｙの計測値から、身体運動のデータとして、装着部位の動作の一周期分に対応するｙ軸方向の加速度αｙの波形を抽出する処理機能を有している。加速度αｙの波形が、身体の右足および左足の接地による２つのピークαｙａ、αｙｃと、これらと反対向きの、腕の振り下ろしによるピークαｙｄとを含むものである。
【選択図】図８

Description

本発明は、運動計測装置に関し、特に、歩行中または走行中における身体運動のデータを計測する運動計測装置に適用して有効な技術に関する。

特許第４６１２９２８号（特許文献１）、特許第４０２１１３７号（特許文献２）および特許第３９８４２５３号（特許文献３）には、身体（被験者）がどのような運動をしているか、その運動パターンを推定する技術が開示されている。

特許第４６１２９２８号 特許第４０２１１３７号 特許第３９８４２５３号

特許文献１〜３に記載のような技術によれば、例えばデスクワーク、歩行、走行など、複数ある運動パターンのうち、どの運動パターンに近い状態であるか、すなわち被験者がどのような運動をしているかを大まかに推定することができる。しかしながら、これらの技術は、各運動パターンの詳細、例えば走行しているときに、経時的にどのような運動状態で走行しているかまでは明らかにすることは困難であると考えられる。例えば、特許文献３に記載のような技術は、各運動パターンのデータをマッピングデータとして予め作成しておき、このマッピングデータと現在の運動状態のデータとを照合して、運動パターンを推定するものであり、経時的な状態のマッピングデータを用意しておくことは現実的でないからである。

ところで、走行中などの運動状態（腕振りなどの走行フォームや、それに伴う物理量）は、例えば、モーションキャプチャによる画像解析技術を用いて明らかにすることができる。しかしながら、画像解析技術を用いて運動状態をデータとして計測（解析）するには、時間が多く割かれ、また、狭い場所（例えばトレッドミル）での計測はできるが、広い場所（例えばフィールド）での計測は困難であると考えられる。また、広い場所での計測ができたとしても大掛かりになってしまうものと考えられる。例えば、モーションキャプチャによる計測では、画像から運動状態を算出しやすくするため、一般的には身体各所にマーカーと呼ばれる小型の発光体または蛍光体などを装着し、更に背景を暗くするなど、画像の認識をしやすくするための設備・機器が必要となるため、専用のスタジオの限られた空間内での計測に限定される等の問題点がある。

また、例えば、マラソンランナーの走行中における運動状態の指示は、ランナーを観察する伴走者（コーチ）の経験などによることが多分にあるが、客観的な指標を示すことができれば、より明確なアドバイスを送ることもできると考えられる。

本発明の目的は、歩行中または走行中における身体運動のデータを容易に計測することのできる技術を提供することにある。本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。本発明の一実施形態における運動計測装置は、身体に装着され、歩行中または走行中における周期的な動作をする装着部位の加速度を少なくとも計測する運動センサ部と、前記運動センサ部による計測値を処理する処理部とを備え、身体運動のデータを計測するものである。ここで、前記処理部が、所定方向における前記運動センサ部による加速度の計測値から、身体運動のデータとして、前記装着部位の動作の一周期分に対応する前記所定方向の加速度波形を抽出する処理機能を有している。前記所定方向の加速度波形が、前記身体の一方および他方側の足の接地による２つのピークと、前記２つのピークの向きと反対向きの、前記装着部位の動きによるピークとを含むものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば次のとおりである。本発明の一実施形態によれば、歩行中または走行中における身体運動のデータを容易に計測することができる。

本発明の実施形態１における運動計測装置の構成要部を示すブロック線図である。 身体の一方側の腕に装着された状態であって、センサ座標系における運動計測装置を示す説明図である。 本発明の実施形態１における運動計測装置の外観を示す正面図である。 図３のｙ１−ｙ１線における運動計測装置の断面図である。 走行状態の身体動作を模式的に示す説明図である。 図５に続く走行状態の身体動作を模式的に示す説明図である。 走行状態の身体動作に伴う運動計測装置の移動を平面視で捉えた説明図である。 図５および図６の走行状態の身体動作に対応する、運動計測装置の運動センサ部による計測値を示す特性図である。 本発明の実施形態１における運動計測装置の処理部の構成要部を示すブロック線図である。 実際の測定値と、運動計測装置による算出値とを比較した結果であって、接地率の算定精度の説明図である。 実際の測定値と、運動計測装置による算出値とを比較した結果であって、接地率の算定精度の説明図である。 実際の測定値と、運動計測装置による算出値とを比較した結果であって、接地率の算定精度の説明図である。 実際の測定値と、運動計測装置による算出値とを比較した結果であって、接地率と周期の分布図である。 実際の測定値と、運動計測装置による算出値とを比較した結果であって、接地率とｙ軸方向の加速度ピークの分布図である。 実際の測定値と、運動計測装置による算出値とを比較した結果であって、接地率とｘ軸方向の加速度ピークの分布図である。 実際の測定値と、運動計測装置による算出値とを比較した結果であって、接地率と比率の分布図である。 実際の測定値と、運動計測装置による算出値とを比較した結果であって、走行速度の算定精度の説明図である。 実際の測定値と、運動計測装置による算出値とを比較した結果であって、走行速度の算定精度の説明図である。 実際の測定値と、運動計測装置による算出値とを比較した結果であって走行速度の算定精度の説明図である。 実際の測定値と、運動計測装置による算出値とを比較した結果であって、走行速度と周期の分布図である。 実際の測定値と、運動計測装置による算出値とを比較した結果であって、走行速度とｙ軸方向の加速度ピークの分布図である。 実際の測定値と、運動計測装置による算出値とを比較した結果であって、走行速度とｘ軸方向の加速度ピークの分布図である。 実際の測定値と、運動計測装置による算出値とを比較した結果であって、走行速度と比率の分布図である。 センサ座標系と静止座標系との関係を示す説明図である。 腕振りの軌跡を算出した結果であって、走行状態の身体動作に伴う運動計測装置の移動を静止座標系で捉えた説明図である。 本発明の実施形態２における運動計測装置の構成要部を示すブロック線図である。 本発明の実施形態２における運動計測装置の一部の外観を示す斜視図である。

以下の本発明の実施形態では、必要な場合に複数のセクションなどに分けて説明するが、原則、それらはお互いに無関係ではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細などの関係にある。このため、全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

また、構成要素の数（個数、数値、量、範囲などを含む）については、特に明示した場合や原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。また、構成要素などの形状に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合などを除き、実質的にその形状などに近似または類似するものなどを含むものとする。

［実施形態１］
本実施形態１に係る、ジョギングやマラソンにおける走行中の種々の身体運動のデータ（例えば腕振りの状態、走行速度などの物理量）を計測する運動計測装置１０の構成について、図１〜図４を参照して説明する。図１は運動計測装置１０の構成要部を示すブロック線図である。図２は身体の一方側の左腕１００（例えば手首）に装着された状態であって、センサ座標系（ｘｙｚ）における運動計測装置１０を示す説明図である。図３は運動計測装置１０の外観を示す正面図（平面図）であり、図４は図３のｙ１−ｙ１線の断面図である。なお、本実施形態では、運動計測装置１０内で算出して得られた算出値も、最終的（出力された際）には運動計測装置１０で計測された計測値として説明する。

運動計測装置１０は、図１に示すように、運動センサ部１１と、処理部１２と、表示出力部１３と、記憶部１４と、スイッチ部１５と、時計部１６と、電源部１７とを備えて構成されている。この運動計測装置１０は、外観上、本体部２１とバンド部２２とからなる腕輪２０（装着具）として構成され、左腕１００に取り付けやすいようになっている（図３、図４参照）。

運動計測装置１０の運動センサ部１１は、互いが直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸で構成されるセンサ座標系において、３軸方向の加速度（αｘ、αｙ、αｚ）を計測する加速度センサと、各３軸周りの角速度（ωｘ、ωｙ、ωｚ）を計測する角速度センサとを有して構成されている。加速度センサや角速度センサは、例えば、半導体製造技術により製造されたＭＥＭＳ（Micro Electrical Mechanical Systems）である。

これにより、身体の一方側の左腕１００に装着された運動センサ部１１（運動計測装置１０）は、走行中における腕振りの加速度または角速度の少なくともいずれか一方を計測することができる。なお、左腕１００に装着された運動計測装置１０では、本体部２１に運動センサ部１１が内蔵されているため（図３、図４参照）、運動センサ部１１が装着された左腕１００の装着面から垂直方向がｚ軸の方向、左腕１００の長さ（リーチ）方向がｘ軸の方向、左腕１００の長さ方向と直交する方向がｙ軸の方向となる。

運動計測装置１０の処理部１２は、図１に示すように、信号路を介して運動センサ部１１と接続されており、運動センサ部１１による加速度や角速度の計測値（信号データ）を処理する機能（例えばマイクロプロセッサ）を有して構成されている。処理部１２は、運動センサ部１１の他に、信号路を介して表示出力部１３、記憶部１４、スイッチ部１５および時計部１６とも接続されており、これらの間で信号データの送受信を行う。

運動計測装置１０の表示出力部１３は、処理部１２で処理された身体運動のデータを出力する機能（例えば液晶ディスプレイなどの文字・図形の表示装置）を有して構成されている。例えば、複数の身体動作のデータをレーダーチャートにして、表示して、全体として一つの指標を表すこともできる。

運動計測装置１０の記憶部１４は、処理部１２の各処理機能を実行するためのプログラムを保存する機能（例えばＲＯＭ）や、運動センサ部１１による計測値を保存する機能（例えばＲＡＭ）を有して構成されている。

運動計測装置１０のスイッチ部１５は、運動計測装置１０（処理部１２）へ動作開始および停止を指示したり、データを入力したりする機能（例えばボタン）を有して構成されている。

運動計測装置１０の時計部１６は、処理部１２が処理する各種データのタイミングを合わせる機能（例えばクロックＩＣ）を有して構成されている。

運動計測装置１０の電源部１７は、運動センサ部１１、処理部１２などへ電力を供給する機能や、電力を充電しておく機能（例えばリチウムイオン電池およびこれを制御する充電ＩＣ）を有して構成されている。なお、図１では、説明を明解にするために、電源部と各部との接続を図示していない。

腕輪２０の運動計測装置１０では、図３および図４に示すように、センサ座標系のｘｙ平面に平行に設けられる配線基板２３と、表示出力部１３の液晶ディスプレイ２４と、電源部１７のリチウムイオン電池２５とが本体部２１内に設けられ、スイッチ部１５のボタン２６が本体部２１外に設けられている。この本体部２１に取り付けられたバンド部２２によって、左腕１００の手首（図２参照）に運動計測装置１０が固定して装着される。なお、図３では、説明を明解にするために、配線基板２３などの一部の部品を透視した状態（破線）で示している。

配線基板２３は、絶縁樹脂層によって各配線層が電気的に分離され、各配線層間をビア（Ｖｉａ）で電気的に接続されたものである。この配線基板２３の一方側の表面（装着時腕側に位置する搭載面）の中心部に運動センサ部１１の３軸加速度センサ３０が搭載され、その周囲部に運動センサ部１１の３軸角速度センサ３１が搭載されている。また、配線基板の他方側の表面の中心部に処理部１２のマイクロプロセッサ３２が搭載されている。なお、配線基板２３には、３軸加速度センサ３０、３軸角速度センサ３１、マイクロプロセッサ３２の他に、例えば、記憶部１４のＲＯＭ（Read Only Memory）、時計部１６のクロックＩＣ（Integrated Circuit）などのチップ部品が搭載されるが、説明を明解にするために、図３および図４では、図示を省略している。

運動計測装置１０では、センサ座標系の原点に位置するように３軸加速度センサ３０が設けられている。また、３軸加速度センサ３０は、左腕１００の太さ方向（ｚ方向）の中心により近く位置するように、左腕１００側の配線基板２３の表面に設けられている。このような位置に３軸加速度センサ３０を設けることで、配線基板２３中心に回転した際の回転モーメントの影響を少なくでき、より正確に走行中における周期的な動作（腕振り）をする左腕１００（装着部位）の加速度、すなわち身体運動のデータを計測することができる。

また、配線基板２３に搭載される最大のチップ部品、例えばマイクロプロセッサ３２を中心部に設けたり、また、配線基板２３の側面側のそれぞれにリチウムイオン電池２５を設けたりすることで、運動計測装置１０の重心バランスをとっている。このような重心バランスをとることで、より正確に走行中における身体運動のデータを計測することができる。

ここで、走行中における腕振りの加速度および角速度について、図５〜図８を参照して説明する。図５および図６は走行状態の身体動作を模式的に示す説明図（走行フォーム）である。また、図７は走行状態の身体動作に伴う運動計測装置１０の移動、言い換えると装着部位（左腕１００の手首）の移動を平面視で捉えた説明図である。また、図８は図５および図６の走行状態の身体動作に対応する、運動計測装置１０の運動センサ部１１による加速度および角速度の計測値を示す特性図（基本波形）である。図８中の横軸は時間ｔ、縦軸は加速度α、角速度ωである。なお、図５〜図７に示す方向Ｈは走行方向であり、方向Ｖはこれと直交する方向（鉛直方向）を示している。

図５および図６では、運動計測装置１０が装着された身体の一方側の左腕１００と、身体の他方側の右足１０１と、身体の一方側の左足１０２とが、走行中においてどのように連係しているかを示している。左足１０２が前に出るのに連係して左腕１００が後ろに下がり（図示しない右腕が前に出て）、右足１０１が前に出るのに連係して左腕１００が前に出ている（図示しない右腕が後ろに下がる）。

図５および図６に示す状態は、連続して繰り返されるとし、右足１０１のつま先が走行面（地面）に接地した状態Ａ、右足１０１のつま先が走行面から離れた状態Ｂ、左足１０２のつま先が走行面に接地した状態Ｃ、左足１０２のつま先が走行面から離れた状態Ｄとしている。また、図５中の状態ａは右足１０１から受ける走行面からの反力が最大の状態、状態ｂは左腕１００（手首）を最も後ろに下がった状態を示している。また、図６中の状態ｃは左足１０２から受ける走行面からの反力が最大の状態、状態ｄは左腕１００（手首）を最も前に出した状態を示している。なお、図７および図８中の符号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、図５および図６で示す状態Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対応している。

本実施形態では、運動計測装置１０を左腕１００の手首に装着し、運動センサ部１１による加速度（αｘ、αｙ、αｚ）および角速度（ωｘ、ωｙ、ωｚ）の計測値（信号データ）を、図７に示すような腕振りの一周期分に対応させて抽出する（切り出す）。ここで、図５および図６に示すように、右足１０１の接地開始に対応すると考えられるαｙのゼロクロス点を起点、すなわち状態Ａとして設定している。なお、運動センサ部１１の各信号には、個人差や走行速度によるバラツキがあるが、高域成分を無視すると、概ね図８に示すような基本波形となる。

ここで、走行フォーム（図５、図６参照）に対応する、図８に示す加速度および角速度の基本波形（身体運動のデータ）の因果関係について説明する。

加速度αｙは、Ａ−Ｂ間、Ｃ−Ｄ間の２つのピークαｙａ、αｙｃが、それぞれ右足１０１と左足１０２が接地したとき走行面（地面）から受ける反力成分が表れている。また、加速度αｙは、Ｄ−Ａ間のピークαｙｄが、左腕１００の手首が前にきたときの振り下ろし（図７参照）の影響として表れていると考えられる。加速度αｙでは、ピークαｙａ、αｙｃがプラス成分の向きとなり、ピークαｙｄが反対向きのマイナス成分となっている。

加速度αｘは、加速度αｙと同様、接地の反力成分が表れるが、左腕１００の軸に沿った前後の加速度成分が加算されており、左腕１００の手首が前にあるＤ−Ａ間ではプラス、後ろにあるＢ−Ｃ間ではマイナスの成分として表れている。

加速度αｚは、加速度αｙと同様、接地の反力成分が表れるが、個人差により±の極性がある。ｚ軸（手の甲）が水平より上向きの時はプラス（図８中、実線で示す）、下向きの時はマイナス（図８中、破線で示す）となっている。

角速度ωｚは、主として肩を中心とする前後の回転成分に対応し、身体の前（正面）から後ろ（背中）に移動するＤ−Ｂ間はプラス、後ろから前のＢ−Ｄ間はマイナスの値となる。

角速度ωｙは、主として方向Ｖの軸を中心とする左腕１００の開閉動作に対応し、左腕１００が開く動作にあたるＤ−Ｂ間はプラス、閉じる動作のＢ−Ｄ間はマイナスの値となる。

なお、角速度ωｘは、図８中に示していないが、手首を捩る動作に対応し、角速度ωｚのｚ軸と、角速度ωｙのｙ軸とのズレによる成分が表れているものと考えられる。

このように、左腕１００の手首に装着した運動計測装置１０の運動センサ部１１の加速度および角速度の波形（身体運動のデータ）によれば、走行中における腕振り動作（身体運動のデータ）を容易に計測することができる。具体的には、ピークαｙａやピークαｙｃがわかれば、地面からの反力の程度がわかり、これから跳ねなどの脚力の程度の指標を得ることができる。また、ピークαｙｄがわかれば、左腕１００を振り下ろす力、言い換えると腕振りの力強さの指標を得ることができる。

次に、身体運動のデータを計測する方法について、運動計測装置１０の処理部１２の処理機能に基づき、図１および図９などを参照して説明する。図９は運動計測装置１０の処理部１２の構成要部を示すブロック線図であり、処理部１２は処理機能Ｓ１０〜Ｓ６０を有している。なお、プログラムによって、処理部１２（例えばマイクロプロセッサ３２）の各処理機能は実行される。

まず、処理部１２は、スイッチ部１５の状態を監視し、例えば腕輪２０のボタン２６が押されるまで、加速度および角速度の計測の開始を待つ（処理機能Ｓ１０）。

ボタン２６が押されると、処理部１２は、運動センサ部１１へ加速度および角速度の計測を指示し、計測を開始する（処理機能Ｓ２０）。

続いて、処理部１２は、計測された加速度および角速度を、時計部１６による時間とともに、記憶部１４で記憶する（処理機能Ｓ３０）。

続いて、処理部１２は、加速度および角速度を計測しながら、または計測した後、記憶部１４に記憶された加速度および角速度の計測値から、図８に示したような一周期分の加速度および角速度の波形を抽出する（処理機能Ｓ４０）。

例えば、所定方向（ｙ軸方向）における運動センサ部１１による加速度αｙの計測値から、身体運動のデータとして、腕振りの一周期分に対応するｙ軸方向の加速度αｙの波形を抽出する。具体的には、身体の右足１０１および左足１０２の接地による２つのピークピークαｙａ、αｙｃと、２つのピークαｙａ、αｙｃの向きと反対向きの、腕振りの振り下ろしによるピークαｙｄとを含むように、ｙ軸方向の加速度αｙの波形を抽出する。このように運動計測装置１０によれば、身体運動のデータとして、走行中における腕振り動作を容易に計測することができる。

また、加速度αｙの波形のゼロクロス点の位置（状態Ａ）を参照し、これからの時間に合わせた、加速度αｘ、αｚや角速度ωｘ、ωｙ、ωｚの、腕振りの一周期分に対応する波形も抽出することができる。また、ｙ軸方向と直交するｘ軸方向における運動センサ部１１による加速度αｘの計測値から、身体運動のデータとして、抽出されたｙ軸方向の加速度αｙの波形の一周期分に対応するｘ軸方向の加速度αｘの波形を抽出することができる。具体的には、身体の右足１０１および左足１０２の接地による２つのピークαｘａ、αｘｃを含むように、ｘ軸方向の加速度αｘの波形を抽出する。

続いて、処理部１２は、抽出された腕振りの一周期分に対応する加速度の波形（身体運動データ）などを参照して、別の身体運動のデータを算出する（処理機能Ｓ５０）。

続いて、処理部１２は、これら身体運動のデータの算出結果を、表示出力部１３に送信して、例えば液晶ディスプレイ２４に表示する（処理機能Ｓ６０）。

次に、接地率や走行速度（身体運動のデータ）を算出する処理部１２の処理機能について説明する。ここで、接地率は、身体における各足毎の接地している時間と接地していない時間との割合であり、具体的には、右足１０１が走行面に接地している時間と左足１０２が走行面に接地している時間との和を一周期Ｔｐで割った値である。また、走行速度は、身体の走行中における速度である。

運動計測装置１０では、接地率や走行速度を重回帰分析により算出（計測）している。これによれば、直接計測することが困難な目的変数である接地率や走行速度を、複数の説明変数の一次式（回帰式）を用いて算出することができる。

例えば、目的変数をｙ、説明変数をｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４とし、定数項（切片）をａ０、回帰係数をａ１〜ａ４とすると、その回帰式は次の式（１）のようになる。

ｙ＝ａ０＋ａ１・ｘ１＋ａ２・ｘ２＋ａ３・ｘ３＋ａ４・ｘ４ （１）

回帰係数ａ１〜ａ４は、目的変数の実際のサンプル値と、ｙの差分（残差）の二乗和が最小となるように決定される。残差の二乗をａ１〜ａ４で偏微分し、これを０とおくと、４個の一次式が得られるので、最終的に４変数の一次方程式を解くことになる。

処理部１２が重回帰分析の目的変数として接地率を算出するにあたり、図８に示した波形の特徴量から、ｙ軸方向の加速度αｙの波形の周期Ｔｐ（またはｘ軸方向の加速度αｘの波形の周期Ｔｐ）と、ピークαｙａの加速度αｙの値と、ピークαｘａの加速度αｙｘの値と、ピークαｙｄの前後のゼロクロス間の期間ｔｄとを参照して重回帰分析の説明変数とする。具体的には、ｘ１を周期Ｔｐ、ｘ２を加速度αｙのピーク（最大値）αｙａ、ｘ３を加速度αｘのピーク（最大値）αｘａ、ｘ４をＲ（＝ｔｄ×２／Ｔｐ：負の時間の比率）とする。

なお、比率Ｒは、運動センサ部１１（運動計測装置１０）を走行方向の前（身体の正面側）に突き出した後の、振り下ろしを開始する時点から、右足１０１が接地するまでの期間ｔｄを、周期Ｔｐとの比率で表した指標である。すなわち、振り下ろし動作の大きさではなく、タイミングのずれ幅を表している。

三名（Ｋ氏、Ｔ氏、Ｍ氏）の走行からそれぞれ複数個のデータを抽出して、接地率について、モーションキャプチャによる実際の測定値と、運動計測装置１０（処理部１２）による算出値とを比較した結果について、図１０〜図１６を参照して説明する。図１０はＫ氏、図１１はＴ氏、図１２はＭ氏の、接地率の算出精度の説明図である。図１３は三名の接地率と周期の分布図であり、図１４は三名の接地率とｙ軸方向の加速度ピークαｙａの分布図であり、図１５は三名の接地率とｘ軸方向の加速度ピークαｘａの分布図であり、図１６は三名の接地率とＲ（比率）の分布図である。

この結果から、三名全体の接地率において、その残差の標準偏差として０．０３０を得ている。また、図１５に示すように、接地率と加速度αｘａの分布をみると、三名の分布が完全に分離しており、これらをクラスタに分けて接地率を算出したとすると、その残差の標準偏差として０．０１０〜０．０１５を得ている。すなわち、例えば、個人、あるいは中級者、上級者、トップアスリートのように分離することで、接地率（身体運動のデータ）をより正確に計測することができる。

なお、接地率が低いほど走行速度が速くなる傾向があることや、接地率が低いほど滞空時間が長くなり，その結果として地面からの反力が大きくなることを本発明者らは見出している。

次に、三名（Ｋ氏、Ｔ氏、Ｍ氏）の走行からそれぞれ複数個のデータを抽出して、走行速度について、実際の測定値と、運動計測装置１０（処理部１２）による算出値とを比較した結果について、図１７〜図２３を参照して説明する。図１７はＫ氏、図１８はＴ氏、図１９はＭ氏の、走行速度の算定精度の説明図である。図２０は三名の走行速度と周期の分布図であり、図２１は三名の走行速度とｙ軸方向の加速度ピークαｙａの分布図であり、図２２は三名の走行速度とｘ軸方向の加速度ピークαｘａの分布図であり、図２３は三名の走行速度とＲ（比率）の分布図である。

この結果から、三名全体の走行速度において、その残差の標準偏差として０．９３ｋｍ／ｈを得ている。これらが正規分布に従うとすると、±０．９３ｋｍ／ｈの範囲内に収まる確率は６８％、±１．８６ｋｍ／ｈの範囲内に収まる確率は９５％となる。また、図２２に示すように、走行速度と加速度αｘａの分布をみると、三名の分布が完全に分離しており、これらをクラスタに分けて走行速度を算出することができる。

このように、重回帰分析により接地率や走行速度を算出（推定）するにあたり、加速度αｙと加速度αｘの２軸の成分、特に、加速度αｙが重要であると考えられる。加速度αｙが重要である理由は、以下のとおりである。

接地率や走行速度は、基本的に腕振りの大きさではなく、足の接地時に地面から受ける反力の大きさに依存する。このため、角速度ではなく加速度から推定することになるが、着地時における運動計測装置１０（運動センサ部１１）の角度（本実施形態では手首の角度）が重要なポイントになる。例えば、手の甲が地面と水平方向を指す場合、地面からの反力は加速度αｘとαｙに大きく現れ、加速度αｚは無視することができる。また、着地時に左腕１００が地面に対してほぼ水平方向を向いていれば、加速度αｘも無視し、加速度αｙのみで算出することができる。

また、本実施形態では、センサ座標系の加速度の波形から、接地率や走行速度を計測しているので、運動センサ部１１にオフセット雑音が含まれていても、その影響を無視することができる。

ここで、センサ座標系から静止座標系に変換して加速度の波形を抽出することもできると考えられる。しかしながら、センサ座標系から静止座標系への変換には、加速度の２階積分、角速度の積分操作が必要となるため、オフセット雑音をいかに除去するかが課題となる。さらに積分操作において、角度の初期値をどのように与えるかも問題となる。後述の腕振りの軌跡を求める場合は、周期性があるという仮定のもとに、初期値やオフセット雑音を算出（推定）しているが、精度や演算量など解決すべき課題が山積する。このため、本実施形態のように、センサ座標系の加速度の波形から、接地率や走行速度を計測することは有効である。

次に、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の加速度（αｘ、αｙ、αｚ）と角速度（ωｘ、ωｙ、ωｚ）の計測値から、三次元的な腕振りの軌跡を算出する処理部１２の処理機能について説明する。

加速度を時間積分すれば速度が得られ、さらにこれを積分すれば位置を求めることができるが、運動センサ部１１が回転運動を伴うため、図２４に示すようなセンサ座標系（ｘｙｚ）から静止座標系（ＸＹＺ）への変換を行う必要がある。そこで、角速度からサンプリング時間における回転行列を求め、これらを漸化的に乗じることにより、角度を求める。ここで、積分定数に相当する初速度と、センサ座標系の初期値（オイラー角）を与える必要がある。なお、重力加速度の初期方向ベクトルは初期値（オイラー角）から求めることができる。

理論的なパラメータ数は初期速度とオイラー角の６つとなるが、実際のセンサ出力には加速度と角速度のオフセット成分が含まれるため、実質的なパラメータは１２となる。軌跡（位置）を算出するため、加速度と角速度に加え角度、速度、位置のそれぞれが、図８に示したような周期性を満たすように、パラメータの値をシミュレーションにより決定する。角度については、角速度とそのオフセット成分の最適化により比較的簡単に求められる。これに対し、速度と位置については、パラメータ数が９となり全検索では膨大な演算時間を要するため、山登り法を用いて最適化を検索する。

図２５はＫ氏の走行速度１２ｋｍ／ｈにおける、腕振りの軌跡を算出した結果であって、走行状態の身体動作に伴う運動計測装置１０の移動を静止座標系で捉えた説明図である。軌跡推定の精度を評価するため、三名（Ｋ氏、Ｔ氏、Ｍ氏）の走行について、モーションキャプチャによる走行フォームおよびその軌跡を実際の測定値とし、その実際の測定値と運動計測装置１０による算出値とを比較すると、三名中の二名については、類似した形状を示しており、大きさについても±２０％程度の誤差に収まる結果が得られている。なお、他の一名については、腕の振りが大きすぎて運動センサが飽和した（非線形性となる）ものと考えられる。この点については、より測定範囲の広い運動センサを用いることで解決できるものと考えられる。

このように、運動計測装置１０を用いることで、走行中における腕振りの軌跡（身体運動のデータ）を容易に計測することができることがわかる。

次に、前傾度（身体運動のデータ）を算出する処理部１２の処理機能について説明する。ここで、前傾度は、走行中における身体の姿勢が前傾となっている指標（例えば鉛直軸に対しての角度）である。なお、身体が前傾となると、走行速度が遅くなる傾向があることを本発明者らは見出している。

前述した腕振りの軌跡を計測することができれば、走行中における身体の姿勢が、走行面に対する鉛直軸からどの程度傾いているか（前傾度）を計測することができる。また、前傾度は、加速度センサの重力加速度成分（オフセットレベルのズレ）から算出（推定）することもできると考えられる。

次に、例えば、図８に示したような一周期分のｙ軸方向の加速度αｙの波形を参照して、消費エネルギ（身体運動のデータ）を算出する処理部１２の処理機能について説明する。例えば、消費エネルギ（基礎代謝エネルギを含む）は次の式（２）から算出することができる。

消費エネルギ＝行動別係数×体重×時間×補正係数 （２）

例えば、日本体育協会スポーツ科学委員会により、２０〜２９歳の男性を基準として、種々の行動の形態（運動パターン）ごとに単位体重（ｋｇ）当たりの消費エネルギが「行動別係数」として与えられており、それを利用することができる。行動別係数は、例えば、９０ｍ／ｍｉｎの歩行であれば０．０９ｋｃａｌ／ｋｇ／ｍｉｎ、軽めのジョギングであれば０．１４８ｋｃａｌ／ｋｇ／ｍｉｎ、強めのジョギングであれば０．１６８ｋｃａｌ／ｋｇ／ｍｉｎである。

また、例えば、第４次改定「日本人の栄養所要量」により、年齢や性別の異なる使用者については、消費エネルギに関する「補正係数」が与えられており、それを利用することができる。補正係数は、例えば、２０〜２９歳の男性であれば１、２０〜２９歳の女性であれば０．９７１である。

これら行動別係数や補正係数は、記憶部１４に記憶しておき、処理部１２で消費エネルギを算出するときに記憶部１４から読み出される。また、体重については、例えば、運動計測装置１０のスイッチ部１５により使用者自ら入力し、記憶部１４に記憶しておき、処理部１２で消費エネルギを算出するときに記憶部１４から読み出される。

そして、式（２）の時間については、図８に示したような加速度または角速度の波形の一周期Ｔｐを用いれば、腕振りの一周期分の消費エネルギを算出（計測）することができる。また、一周期分の消費エネルギを加算していけば、走行した全体の消費エネルギも算出することできる。

次に、例えば、図８に示したような一周期分のｙ軸方向の加速度αｙの波形を参照して、走行ピッチ（身体運動のデータ）を算出する処理機能について説明する。ここで、走行ピッチは、単位時間あたりの歩数である。処理部１２は、加速度αｙの波形から、右足１０１と左足１０２の２歩分を一周期Ｔｐで割れば、走行ピッチを算出（計測）することができる。

次に、例えば、図８に示したような一周期分のｙ軸方向の加速度αｙの波形を参照して、疲労度（身体運動のデータ）を算出する処理機能について説明する。ここで、疲労度とは、歩行中または走行中における身体の揺らぎまたは体幹部の傾斜角度のいずれかの指標である。なお、疲労度が大きくなると、身体運動の揺らぎや体幹部の傾斜角度が大きくなることを本発明者らは見出している。

運動計測装置１０は、処理部１２が、腕振りの振り下ろしによるピークαｙｄに伴うゼロクロス点の位置と、ピークαｙｄとは異なるピークαｙｂに伴うゼロクロス点の位置とを参照して、疲労度を算出する処理機能を有している。この運動計測装置１０では、図８に示した加速度αｙの波形から、負にある部分（期間ｔｂ、ｔｄの部分）の二乗平均をそれぞれ求め、これらの比を疲労度としている。すなわち、疲労度は次の式（３）のようになる。

疲労度＝（ｔｂ内のαｙの二乗平均）／（ｔｄ内のαｙの二乗平均） （３）

期間ｔｄは、左腕１００（運動計測装置１０）を走行方向の前（身体の正面側）に突き出した後の、振り下ろしを開始する時点から、右足１０１が接地するまでの時間である。このため、例えば、疲労して腕振り（振り下げ）の力が弱くなってくると期間ｔｄも短くなり、この期間内の加速度αｙの二乗平均の値も小さくなる。すなわち、疲労度が大きくなってくることがわかる。なお、背中側の腕の振りをみている期間ｔｂは、疲労による影響は期間ｔｄよりも小さいものと考えられる。

次に、記憶部１４で記憶された計測値と、運動センサ部１１による計測値とを比較する処理部１２の処理機能について説明する。処理部１２は、前回（過去）に走行した結果から得られた身体運動のデータを記憶部１４から取り出し、これを現在走行中における運動センサ部１１から得られた身体運動のデータと比較する。比較結果は、走行中であれば、そのまま表示出力部１３へ出力してもよいし、また、再度記憶部１４に記憶してもよい。

本実施形態で説明してきた運動計測装置１０は、身体の一方側の腕（例えば左腕１００）に装着され、走行中における腕振りの加速度を少なくとも計測する運動センサ部１１と、運動センサ部１１による計測値を処理する処理部１２とを備えている。この運動計測装置１０によれば、走行中における身体運動のデータを容易に計測することができる。

なお、本実施形態では、運動センサ部１１を身体の一方側の左腕１００に装着し、そのセンサ座標系（ｘｙｚ）において、身体運動のデータを計測しているが、身体の他方側の右腕に運動センサ部１１を装着した場合であってもよい。この場合、加速度αｙなどの符号の補正をすればよく、同様の作用、効果を得ることができる。

また、本実施形態では、ジョギングやマラソンにおける走行中の身体運動のデータを計測する場合について説明したが、歩行中の身体運動のデータ（例えば身体の歩行中における単位時間あたりの歩数である歩行ピッチなど）も計測することができる。歩行も走行も腕振りを伴い、足と腕が連係する動作であって、運動計測装置１０は、これから身体運動のデータを計測するものでからである。

［実施形態２］
前記実施形態１では、運動計測装置１０を、腕輪２０で一体型とした場合について説明した。本実施形態２では、運動計測装置１０を、腕輪とこれとは別体の分離型とした場合について、図２６および図２７を参照して説明する。図２６は分離型の運動計測装置１０の構成要部を示すブロック線図である。図２７は運動計測装置１０の一部（腕輪２０Ａ）の外観を示す斜視図である。

分離型の運動計測装置１０は、外観上、腕輪２０Ａ（リストバンド型）と、これとは別体のコンピュータ３３（例えば、タブレット型、ノート型、デスクトップ型のパーソナルコンピュータ）とで構成されている。腕輪２０Ａは、運動センサ部１１と、処理部１２Ａと、表示出力部１３Ａと、記憶部１４Ａと、スイッチ部１５Ａと、時計部１６Ａと、電源部１７Ａと、送受信部３４Ａとを備えて構成されている。また、コンピュータ３３は、処理部１２Ｂと、表示出力部１３Ｂと、記憶部１４Ｂと、スイッチ部１５Ｂと、時計部１６Ｂと、電源部１７Ｂと、送受信部３４Ｂとを備えて構成されている。

運動センサ部１１と、送受信部３４Ａと、処理部１２Ａとが、腕輪２０Ａに搭載され、他方の送受信部３３Ｂと、処理部１２Ｂとが、腕輪２０Ａとは別体のコンピュータ３３に搭載されるが、送受信部３４Ａと、送受信部３４Ｂは対をなしており、例えば、無線（例えば２．４ＧＨｚ周波数帯域）を用いて信号の送受信を行うことができる。なお、一対の送受信部３４Ａ、３４Ｂは、計測値（データ）の送受信について、無線に限らず、有線（例えばＵＳＢ）であってもよい。

腕輪２０Ａを走行中のランナーが装着し、コンピュータ３３を伴走者が使用すれば、走行中における身体運動のデータを得た伴走者が、ランナーに指示することもできる。また、走行後は、ランナー自身で結果を見ることができる。

腕輪２０Ａは、図２７に示すように、バックル部３６で固定するリストバンド型であって、極力小型化、軽量化した構成となっている。腕輪２０Ａは、腕輪２０のような液晶ディスプレイ２４を設けず、表示出力部１３Ａとして、腕輪２０Ａの表面に等間隔で円周状に配置された１２個の発光ダイオード３５を有して構成されている。１２個の発光ダイオード３５の点滅により、運動計測装置１０が、計測中である、通信中であるなどの、どのような状態かを表示することができる。また、１２個の発光ダイオード３５を円周状に配置することで、大まかな時間として把握することができる。

また、腕輪２０Ａの小型化、軽量化のため、スイッチ部１５Ａでは、ボタンを一つだけ設け、計測の開始、停止のみを行わせてもよい。また、例えば、腕輪２０Ａの処理部１２Ａでは、複雑な算出処理を行わず、処理機能Ｓ２０（図９参照）により得られた加速度および角速度の計測値（データ）を別体のコンピュータ３３に送信するようにすれば、処理能力が高い大型のマイクロプロセッサを搭載する必要がなくなるので、腕輪２０Ａの小型化、軽量化も図ることもできる。このとき、コンピュータ３３に、複雑な処理機能、例えば、加速度および角速度を記憶部１４Ｂで記憶させる処理機能Ｓ３０、一周期分の加速度および角速度を抽出する処理機能Ｓ４０、身体運動のデータを算出する処理機能Ｓ５０や、それを表示する処理機能Ｓ６０を持たせればよい。

本実施形態で説明してきた分離型の運動計測装置１０は、身体の一方側の左腕１００に腕輪２０Ａとして装着され、走行中における腕振りの加速度を少なくとも計測する運動センサ部１１と、運動センサ部１１による計測値を処理する、腕輪２０Ａの処理部１２Ａおよびコンピュータ３３の処理部１２Ｂを含む処理部１２とを備えている。この運動計測装置１０によれば、前記実施形態１と同様に、走行中における身体運動のデータを容易に計測することができる。さらに、腕輪２０Ａの小型化、軽量化を図ることができ、これを装着されたランナーから、より正確な計測値を得ることができ、より正確な身体運動のデータを計測することができる。

以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、代表的なものの新規な特徴およびこれによって得られる作用、効果を簡単に説明すれば、次のとおりである。

運動計測装置１０は、身体に装着され、歩行中または走行中における周期的な動作をする左腕１００（装着部位）の加速度を少なくとも計測する運動センサ部１１と、運動センサ部１１による計測値を処理する処理部１２とを備え、身体運動のデータを計測するものである。ここで、処理部１２が、ｙ軸方向（所定方向）における運動センサ部１１による加速度αｙの計測値から、身体運動のデータとして、左腕１００の動作の一周期分に対応するｙ軸方向の加速度αｙの波形を抽出する処理機能を有している。加速度αｙの波形が、身体の右足１０１および左足１０２の接地による２つのピークαｙａ、αｙｃと、２つのピークαｙａ、αｙｃの向きと反対向きの、左腕１００の振り下ろし（装着部位の動き）によるピークαｙｄとを含むものである。

これによれば、運動センサ部１１を左腕１００に装着するだけで、歩行中または走行中における身体運動のデータを容易に計測することができる。身体運動のデータは、例えば、接地率、走行速度、ピッチ、ストライド（歩幅）、腕振りの軌跡、運動強度、推定競技レベル、最大酸素摂取量などがあげられる。また、ピークαｙａやピークαｙｃがわかれば、地面からの反力の程度がわかり、これから跳ねなどの脚力の程度の指標を得ることができる。また、ピークαｙｄがわかれば、左腕１００を振り下ろす力、言い換えると腕振りの力強さの指標を得ることができる。

なお、運動センサ部１１の装着部位は、歩行中または走行中における周期的な動作をするものであれば身体の右腕であってもよく、また足（特に足首）などであってもよい。また、運動センサ部１１をシューズに内蔵することも考えられる。

そして、運動計測装置１０は、ｙ軸方向の加速度αｙの波形を抽出する処理機能が、左腕１００（装着部位）の振り下ろし（装着部位の動き）によるピークαｙｄに伴うゼロクロス点の位置を参照して、一周期分を抽出することが好ましい。

これによれば、地面に対する鉛直方向において、右足１０１、左足１０２の接地による反力と反対向きに左腕１００が振り下ろされるため、ピークおよびゼロクロス点の位置の抽出が容易であり、これから加速度αｙの波形の一周期分を抽出するのも容易にできる。

なお、ピークαｙｂに伴うゼロクロス点の位置を参照することもできるが、よりピーク強度の強いピークαｙｄに伴うゼロクロス点の位置を参照する方が、加速度αｙの波形の一周期分をより正確に抽出するができる。

そして、運動計測装置１０は、身体運動のデータを、身体の歩行中における単位時間あたりの歩数である歩数ピッチ、または身体の走行中における単位時間当たりの歩数である走行ピッチとし、処理部１２が、ｙ軸方向の加速度αｙの波形の周期Ｔｐを参照して、歩行ピッチまたは走行ピッチを算出する処理機能を有することが好ましい。

これによれば、歩行ピッチまたは走行ピッチは、歩行中または走行中の身体運動のデータとして指標となり、これを参照して別のデータも算出（計測）することができる。

そして、運動計測装置１０は、処理部１２が、ｙ軸方向（所定方向）の加速度αｙの波形の周期Ｔｐ、ピーク値（例えばピークαｙａ、αｙｃ）およびゼロクロス点の位置（例えば期間ｔｄ）を参照して重回帰分析の説明変数とし、重回帰分析の目的変数として身体運動のデータを算出する処理機能を有することが好ましい。

これによれば、周期Ｔｐ、ピークαｙａ、αｙｃ、期間ｔｄは、重回帰分析において、歩行中または走行中における腕振りの特徴量となり、これらを説明変数とすれば、目的変数として例えば接地率や走行速度などを計測することができる。

そして、運動計測装置１０は、処理部１２が、ｙ軸と直交するｘ軸方向における運動センサ部１１による加速度αｘの計測値から、身体運動のデータとして、抽出されたｙ軸方向の加速度αｙの波形の一周期分に対応するｘ軸方向の加速度αｘの波形を抽出する処理機能を有することが好ましい。ここで、ｘ軸方向の加速度αｘの波形は、身体の右足１０１および左足１０２の接地による２つのピークαｘａ、αｘｃを含むものである。さらに、運動計測装置１０は、処理部１２が、ｙ軸方向の加速度αｙの波形の周期Ｔｐ、ピーク値（例えばピークαｙａ）およびゼロクロス点の位置（例えば期間ｔｄ）と、ｘ軸方向の加速度αｘの波形のピーク値（例えばピークαｘａ）とを参照して重回帰分析の説明変数とし、重回帰分析の目的変数として、身体運動のデータを算出する処理機能を有することが好ましい。

これによれば、周期Ｔｐ、ピークαｙａ、αｘａ、期間ｔｄは、重回帰分析において、歩行中または走行中における腕振りの特徴量となり、これらを説明変数とすれば、目的変数として例えば接地率や走行速度などを計測することができる。

そして、運動計測装置１０は、身体運動のデータを、身体における右足１０１、左足１０２毎の接地している時間と接地していない時間との割合である接地率とし、処理部１２が、重回帰分析の目的変数として、接地率を算出する処理機能を有することが好ましい。

これによれば、接地率は、歩行中または走行中の身体運動のデータとして指標となり、これを参照して別のデータを算出（計測）することもできる。

そして、運動計測装置１０は、身体運動のデータを、身体の歩行中における歩行速度、または身体の走行中における走行速度とし、処理部１２が、重回帰分析の目的変数として、歩行速度または走行速度を算出する処理機能を有することが好ましい。

これによれば、歩行速度または走行速度は、歩行中または走行中の身体運動のデータとして重要な指標であり、これを参照して別のデータを算出（計測）することもできる。

そして、運動計測装置１０は、運動センサ部１１と処理部１２との計測値の送受信を無線で行う一対の送受信部３４Ａ、３４Ｂを備えることが好ましい。ここで、運動センサ部１１と、一方の送受信部３４Ａと、処理部１２の一部１２Ａとが、腕（装着部位）に装着される腕輪２０Ａ（装着具）に搭載され、他方の送受信部３４Ｂと、処理部１２の他部１２Ｂとが、腕輪２０Ａと別体３３に搭載されている。

これによれば、腕輪２０Ａの小型化、軽量化を図ることができ、これを装着された被験者（ランナー）から、より正確な計測値を得ることができ、より正確な身体運動のデータを計測することができる。

また、運動計測装置１０は、腕輪２０Ａ（装着具）に搭載され、身体運動のデータを出力する出力部１３Ａを備えることが好ましい。ここで、出力部１３Ａが、腕輪２０Ａの表面に等間隔で円周状に配置された１２個の発光ダイオード３５を有して構成されている。

これによれば、１２個の発光ダイオード３５により、運動計測装置１０が、計測中である、通信中であるなどの、どのような状態かを表示することができる。また、１２個の発光ダイオード３５を円周状に配置することで、大まかな時間として把握することができる。このような配置に限らず、複数個の発光ダイオード３５を均等に平行に配置して組み合わせてもよい。また、発光色を変えたり、発光強度を変えたりすることで、より様々な情報を表示することもできる。

また、運動計測装置１０は、運動センサ部１１による計測値を保存する記憶部１４を備えることが好ましい。

これによれば、データロガーとして、歩行中または走行中に得られた大量の計測値（データ）すべてを保存することもでき、歩行中や走行中に限らず、歩行や走行後に、データ処理して身体運動のデータを計測することもできる。

また、運動計測装置１０は、処理部１２が、記憶部１４で保存された計測値と、運動センサ部１１による計測値とを比較する処理機能を有することが好ましい。

これによれば、例えば、現在走行中のものと、保存した前回走行したものやベストタイムで走行したものとを比較した結果を、身体運動のデータとして得ることができる。

そして、運動計測装置１０は、運動センサ部１１が、所定方向のｙ軸と、ｙ軸と直交するｘ軸と、ｘ軸およびｙ軸のそれぞれに直交するｚ軸とで構成されるセンサ座標系において、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の方向の加速度αｘ、αｙ、αｚおよび軸周りの角速度ωｘ、ωｙ、ωｚをそれぞれ計測する加速度センサおよび角速度センサを有して構成されることが好ましい。

加速度αｘ、αｙ、αｚや角速度ωｘ、ωｙ、ωｚの多くの計測値を得ることができれば、様々な身体運動のデータを計測（算出）することができる。また、加速度αｘ、αｙ、αｚや角速度ωｘ、ωｙ、ωｚから、センサ座標系から静止座標系に変換することもできる。センサ座標系からではなく、静止座標系から計測値を得ることができれば、より身体運動の解析が容易になり、歩行中または走行中における身体運動のデータを容易に計測することができると考えられる。

また、運動計測装置１０は、装着部位が、左腕１００であり、運動センサ部１１が装着された左腕１００の装着面から垂直方向をｚ軸方向、左腕１００の長さ方向をｘ軸方向、左腕１００の長さ方向と直交する方向をｙ軸の方向とし、身体運動のデータを、歩行中または走行中における腕振りの軌跡とし、処理部１２が、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の加速度αｘ、αｙ、αｚと角速度ωｘ、ωｙ、ωｚの計測値から、腕振りの軌跡を算出する処理機能を有することが好ましい。

これによれば、腕振りの軌跡は、歩行中または走行中の身体運動のデータとして指標となり、これを参照して別のデータを算出（計測）することもできる。

そして、運動計測装置１０は、身体運動のデータを、歩行中または走行中における身体の消費エネルギとし、処理部１１が、ｙ軸方向の加速度αｙの波形の周期Ｔｐを参照して、消費エネルギを算出する処理機能を有することが好ましい。

これによれば、消費エネルギは、歩行中または走行中の身体運動のデータとして指標となり、これを参照して別のデータを算出（計測）することもできる。

そして、運動計測装置１０は、身体運動のデータを、歩行中または走行中における身体の揺らぎまたは体幹部の傾斜角度のいずれかの指標である疲労度とし、処理部１２が、左腕１００の振り下ろしによるピークαｙｄに伴うゼロクロス点の位置（例えば期間ｔｄ）と、２つのピークαｙａ、αｙｃの向きと反対向きであって、左腕１００の振り下ろしによるピークと異なるピークαｙｃに伴うゼロクロス点の位置（例えば期間ｔｂ）とを参照して、疲労度を算出する処理機能を有することが好ましい。

これによれば、疲労度は、歩行中または走行中の身体運動のデータとして指標となり、これを参照して別のデータを算出（計測）することもできる。

さらに、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

前記実施形態では、出力部として、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）などの表示装置を用いた場合について説明したが、視覚に頼らず運動計測装置からの信号を感じ取れる音声出力装置や、振動出力装置などを用いることもできる。これらによれば、走行中であっても運動計測装置を見ずに、身体運動のデータを知ることができる。また、運動センサ部を搭載した腕輪に搭載せずに別体の例えばイヤホン（音声出力装置）として出力部を構成することもできる。出力部を別体とした場合、無線（例えば２．４ＧＨｚ周波数帯域）を用いて信号の送受信を行うことができる。

前記実施形態では、装着具を腕輪で構成した場合について説明したが、腕の部位に固定できれば腕輪の形態に限るものではなく、例えば、シール状として手の甲に貼り付けたり、サポータのように肘周りに固定したりしても、同様の作用、効果を得ることができると考えられる。

１０ 運動計測装置
１１ 運動センサ部
１２ 処理部
１３ 表示出力部
１４ 記憶部
１５ スイッチ部
１６ 時計部
１７ 電源部
２０ 腕輪
２１ 本体部
２２ バンド部
２３ 配線基板
２４ 液晶ディスプレイ
２５ リチウムイオン電池
２６ ボタン
３０ ３軸加速度センサ
３１ ３軸角速度センサ
３２ マイクロプロセッサ
３３ コンピュータ
３４Ａ、３４Ｂ 送受信部
３５ 発光ダイオード
３６ バックル部
１００ 左腕
１０１ 右足
１０２ 左足

Claims (15)

1. 身体に装着され、歩行中または走行中における周期的な動作をする装着部位の加速度を少なくとも計測する運動センサ部と、
   前記運動センサ部による計測値を処理する処理部と
   を備え、身体運動のデータを計測する運動計測装置であって、
   前記処理部が、所定方向における前記運動センサ部による加速度の計測値から、身体運動のデータとして、前記装着部位の動作の一周期分に対応する前記所定方向の加速度波形を抽出する処理機能を有し、
   前記所定方向の加速度波形が、前記身体の一方および他方側の足の接地による２つのピークと、前記２つのピークの向きと反対向きの、前記装着部位の動きによるピークとを含むことを特徴とする運動計測装置。
2. 請求項１記載の運動計測装置において、
   前記所定方向の加速度波形を抽出する処理機能が、前記装着部位の動きによるピークに伴うゼロクロス点の位置を参照して、一周期分を抽出することを特徴とする運動計測装置。
3. 請求項１または２記載の運動計測装置において、
   身体運動のデータを、前記身体の歩行中における単位時間あたりの歩数である歩数ピッチ、または前記身体の走行中における単位時間当たりの歩数である走行ピッチとし、
   前記処理部が、前記所定方向の加速度波形の周期を参照して、前記歩行ピッチまたは走行ピッチを算出する処理機能を有することを特徴とする運動計測装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の運動計測装置において、
   前記処理部が、前記所定方向の加速度波形の周期、ピーク値およびゼロクロス点の位置を参照して重回帰分析の説明変数とし、重回帰分析の目的変数として身体運動のデータを算出する処理機能を有することを特徴とする運動計測装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の運動計測装置において、
   前記処理部が、前記所定方向と直交する直交方向における前記運動センサ部による加速度の計測値から、身体運動のデータとして、抽出された前記所定方向の加速度波形の一周期分に対応する前記直交方向の加速度波形を抽出する処理機能を有し、
   前記直交方向の加速度波形が、前記身体の一方および他方側の足の接地による２つのピークを含み、
   前記処理部が、前記所定方向の加速度波形の周期、ピーク値およびゼロクロス点の位置と、前記直交方向の加速度波形のピーク値とを参照して重回帰分析の説明変数とし、重回帰分析の目的変数として、身体運動のデータを算出する処理機能を有することを特徴とする運動計測装置。
6. 請求項４または５記載の運動計測装置において、
   身体運動のデータを、前記身体における各足毎の接地している時間と接地していない時間との割合である接地率とし、
   前記処理部が、重回帰分析の目的変数として、前記接地率を算出する処理機能を有することを特徴とする運動計測装置。
7. 請求項４〜６のいずれか一項に記載の運動計測装置において、
   身体運動のデータを、前記身体の歩行中における歩行速度、または前記身体の走行中における走行速度とし、
   前記処理部が、重回帰分析の目的変数として、前記歩行速度または走行速度を算出する処理機能を有することを特徴とする運動計測装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の運動計測装置において、
   前記運動センサ部と前記処理部との計測値の送受信を無線で行う一対の送受信部を備え、
   前記運動センサ部と、一方の前記送受信部と、前記処理部の一部とが、前記装着部位に装着される装着具に搭載され、
   他方の前記送受信部と、前記処理部の他部とが、前記装着具と別体に搭載されることを特徴とする運動計測装置。
9. 請求項８記載の運動計測装置において、
   前記装着具に搭載され、身体運動のデータを出力する出力部を備え、
   前記出力部が、前記装着具の表面に等間隔で円周状に配置された１２個の発光ダイオードを有して構成されることを特徴とする運動計測装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の運動計測装置において、
    前記運動センサ部による計測値を保存する記憶部を備えることを特徴とする運動計測装置。
11. 請求項１０記載の運動計測装置において、
    前記処理部が、前記記憶部で保存された計測値と、前記運動センサ部による計測値とを比較する処理機能を有することを特徴とする運動計測装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の運動計測装置において、
    前記運動センサ部が、前記所定方向のｙ軸と、前記ｙ軸と直交するｘ軸と、前記ｘ軸およびｙ軸のそれぞれに直交するｚ軸とで構成されるセンサ座標系において、前記ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の方向の加速度および軸周りの角速度をそれぞれ計測する加速度センサおよび角速度センサを有して構成されることを特徴とする運動計測装置。
13. 請求項１２記載の運動計測装置において、
    前記装着部位が、腕であり、
    前記運動センサ部が装着された前記腕の装着面から垂直方向を前記ｚ軸の方向、前記腕の長さ方向を前記ｘ軸の方向、前記腕の長さ方向と直交する方向をｙ軸の方向とし、
    身体運動のデータを、歩行中または走行中における腕振りの軌跡とし、
    前記処理部が、前記ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の加速度と角速度の計測値から、前記腕振りの軌跡を算出する処理機能を有することを特徴とする運動計測装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の運動計測装置において、
    身体運動のデータを、歩行中または走行中における身体の消費エネルギとし、
    前記処理部が、前記所定方向の加速度波形の周期を参照して、前記消費エネルギを算出する処理機能を有することを特徴とする運動計測装置。
15. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載の運動計測装置において、
    身体運動のデータを、歩行中または走行中における身体の揺らぎまたは体幹部の傾斜角度のいずれかの指標である疲労度とし、
    前記処理部が、前記装着部位の動きによるピークに伴うゼロクロス点の位置と、前記２つのピークの向きと反対向きであって、前記装着部位の動きによるピークと異なるピークに伴うゼロクロス点の位置とを参照して、前記疲労度を算出する処理機能を有することを特徴とする運動計測装置。

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