JP2014176461A - Walking measurement system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、歩行計測システムに関する。 The present invention relates to a walking measurement system.
従来、例えばMulti-target stepping test(MTST)等の歩行訓練において、被験者の歩行時の歩行特性(脚部の運び)を計測する歩行計測システムが用いられている。この種の技術として、例えば特許文献1には、歩行訓練のデータを記録して訓練状況を定量的に把握し、過去のデータとの比較により訓練データを診断装置に応用することが図られた足跡分析装置が記載されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in walking training such as Multi-target stepping test (MTST), a walking measurement system that measures walking characteristics (leg transport) during walking of a subject is used. As this kind of technology, for example,
この特許文献1に記載された足跡分析装置は、画像取り込み装置と画像演算装置と表示装置とを備え、画像取り込み装置により取り込まれた画像から、各足の床面接触位置及び床面接触位置の各足毎の経時変化を画像演算装置により演算し、表示装置に床面接触位置の各足毎の経時変化を表示している。
The footprint analysis apparatus described in
ところで、一般的に、歩行計測システムでは、被験者の脚部の状態によっては観測値に対する信頼度(観測精度)は異なってしまう等のため、被験者の脚部位置を特定することが困難になる場合があり、脚部位置を精度よくトレース(追跡)することができないおそれがある。 By the way, generally, in the walking measurement system, the reliability (observation accuracy) for the observation value varies depending on the state of the subject's leg, and therefore it is difficult to specify the position of the subject's leg. There is a possibility that the leg position cannot be traced accurately.
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、脚部位置を精度よくトレースすることができる歩行計測システムを提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, and makes it a subject to provide the walk measurement system which can trace a leg part position accurately.
上記課題を解決するため、本発明に係る歩行計測システムは、水平方向に沿って走査するように検出波を出射し、該検出波の反射状態に基づいて該検出波を反射した物体との距離に関する距離情報を経時的に取得する距離情報取得手段と、距離情報取得手段で取得された距離情報に少なくとも基づいて、被験者の脚部位置を経時的に特定する脚部位置特定手段と、を備えている。脚部位置特定手段は、距離情報に少なくとも基づき脚部位置の観測値である脚部観測位置を検出する観測位置検出部と、過去の時刻の脚部位置に少なくとも基づき脚部位置の予測値である脚部予測位置を算出する予測位置算出部と、脚部観測位置及び脚部予測位置の相関処理を行って脚部位置を特定する相関処理部と、を有している。相関処理部は、脚部予測位置を基準に所定範囲に拡がるゲートを設定するゲート設定部と、脚部観測位置がゲート内に存在するとき、該脚部観測位置を脚部位置として対応付ける対応付け部と、を含んでいる。ゲート設定部は、ゲートの範囲を被験者の脚部の状態に応じて変化させる。 In order to solve the above problem, the walking measurement system according to the present invention emits a detection wave so as to scan along the horizontal direction, and the distance from the object that reflects the detection wave based on the reflection state of the detection wave Distance information acquisition means for acquiring distance information over time, and leg position specifying means for specifying a subject's leg position over time based at least on the distance information acquired by the distance information acquisition means ing. The leg position specifying means includes an observation position detection unit that detects a leg observation position that is an observation value of the leg position based at least on the distance information, and a predicted value of the leg position based on at least a leg position at a past time. A prediction position calculation unit that calculates a certain leg predicted position; and a correlation processing unit that performs a correlation process between the leg observation position and the leg predicted position to identify the leg position. The correlation processing unit is configured to associate a gate setting unit that sets a gate extending in a predetermined range with respect to the predicted leg position and a leg observation position as a leg position when the leg observation position exists in the gate. Part. The gate setting unit changes the range of the gate according to the state of the leg of the subject.
この歩行計測システムでは、脚部位置を特定する際の相関処理において設定されるゲートの範囲を、被験者の脚部の状態に応じて変化させることができる。これにより、検出された脚部観測位置の信頼度が脚部状態に応じて異なることを考慮でき、この脚部の状態の違いに起因して脚部位置を精度よく特定できないことを抑制できる。その結果、脚部位置を精度よくトレースすることが可能となる。 In this walking measurement system, the range of the gate set in the correlation process when specifying the leg position can be changed according to the state of the leg of the subject. Thereby, it can be considered that the reliability of the detected leg observation position differs depending on the leg state, and it is possible to prevent the leg position from being accurately identified due to the difference in the state of the leg. As a result, the leg position can be traced with high accuracy.
また、脚部位置特定手段は、被験者の脚部が遊脚状態又は立脚状態の何れであるかを判定する立脚遊脚判定部をさらに有しており、ゲート設定部は、脚部が遊脚状態と判定されたときのゲートの範囲を、脚部が立脚状態と判定されたときのゲートの範囲に比べて大きくなるように変化させることが好ましい。脚部が遊脚状態のときには、脚部の急な加速にも対応する必要性が高い一方で、脚部が立脚状態のときには、その必要性が低く脚部観測位置の信頼度が高いという特徴が見出される。そこでこのように、脚部が遊脚状態と判定されたときに、立脚状態のときと比べて大きくなるようにゲートの範囲を変化させることにより、立脚期と遊脚期との脚部の動きの特徴を生かして脚部位置を精度よくトレースすることが可能となる。 The leg position specifying means further includes a standing leg swing leg determining unit that determines whether the leg part of the subject is in a free leg state or a standing leg state. It is preferable to change the range of the gate when the state is determined to be larger than the range of the gate when the leg is determined to be in the standing state. When the leg is in the free leg state, it is highly necessary to cope with sudden acceleration of the leg, while when the leg is in the standing state, the necessity is low and the reliability of the leg observation position is high. Is found. Thus, when the leg is determined to be in the swinging state, the movement of the leg in the stance phase and the swinging phase is changed by changing the range of the gate so as to be larger than that in the standing state. It is possible to accurately trace the position of the leg by making use of this feature.
また、ゲート設定部は、ゲートの範囲を、被験者の脚部の速度が大きくなるに連れて大きくなるように変化させることが好ましい。検出される脚部観測位置の信頼度は脚部の速度に応じて異なっており、速度が大きいほど低下するという知見が見出される。そこでこのように、脚部の速度が大きくなるに連れて大きくなるようにゲートの範囲を変化させることにより、脚部の速度に係る当該知見を考慮して脚部位置を精度よくトレースすることが可能となる。 Moreover, it is preferable that a gate setting part changes the range of a gate so that it may become large as the speed of a test subject's leg part becomes large. There is a finding that the reliability of the detected leg observation position varies depending on the speed of the leg, and decreases as the speed increases. Therefore, in this way, by changing the gate range so as to increase as the leg speed increases, the leg position can be accurately traced in consideration of the knowledge related to the leg speed. It becomes possible.
また、ゲート設定部は、検出波の出射方向から見て被験者の一方の脚部が隠れた状態である場合、一方の脚部に係るゲートの範囲を、当該隠れた状態が継続するに連れて大きくなるように変化させることが好ましい。一方の脚部が隠れたとき、この一方の脚部は隠れている間にも移動している可能性があり、現れた時点で大きい速度を有している場合がある。そこでこのように、一方の脚部について隠れた状態が継続するに連れてゲートの範囲を大きくなるように変化させることにより、一方の脚部が隠れた場合を好適に考慮して脚部位置を精度よくトレースすることが可能となる。 In addition, when one leg of the subject is hidden as viewed from the detection wave emission direction, the gate setting unit determines the range of the gate related to the one leg as the hidden state continues. It is preferable to change so that it may become large. When one leg is hidden, this one leg may move while it is hidden, and may have a high speed when it appears. Therefore, in this way, by changing the range of the gate to increase as the hidden state continues for one leg, the position of the leg is preferably determined in consideration of the case where one leg is hidden. It becomes possible to trace with high accuracy.
ここで、通常、被験者の両脚部が互いに交差した状態であるクロスステップの検出は、それら両脚部の着床位置により判定すれば足りる。しかし、被験者が体の向き(体幹)自体を進行方向とは異なる方向に向けて移動する場合には、両脚部の着床位置だけでは、クロスステップを精度よく検出することが困難となるおそれがある。この点、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、クロスステップが検出されるときには、両脚部それぞれの脚部位置及び軌跡が特徴的な傾向を有することを見出した。すなわち、一方の脚部の着床位置が所定位置に位置しているとき、この一方の脚部を他方の脚部が弧を描くように回避しながら移動するという傾向があることを見出した。
従って、本発明の歩行計測システムにおいては、脚部位置特定手段で特定された脚部位置に少なくとも基づいて、被験者における一方及び他方の脚部が互いに交差した状態であるクロスステップを検出するクロスステップ検出手段をさらに備え、クロスステップ検出手段は、複数の脚部位置の中から複数の着床位置を特定し、一方の脚部における複数の着床位置のうち互いに最も近い一対の着床位置を通る着床ラインを設定し、着床ラインに平行で、且つ着床ラインから一方の脚部の内側に第1所定距離離れる第1基準ラインを設定すると共に、着床ラインに平行で、且つ着床ラインから一方の脚部の外側に第2所定距離離れる第2基準ラインを設定し、他方の脚部における着床位置が、第1基準ラインよりも一方の脚部の外側に位置したときにおいて、一方の脚部についての一対の着床位置間における脚部位置の軌跡の一部が、第2基準ラインよりも一方の脚部の外側に位置している場合、クロスステップを検出することが好ましい。
これにより、クロスステップの際の上記特徴的な傾向を利用し、クロスステップを精度よく検出することが可能となる。
Here, it is usually sufficient to detect the cross step in which the legs of the subject cross each other based on the landing positions of the legs. However, when the subject moves the body direction (trunk) itself in a direction different from the traveling direction, it may be difficult to accurately detect the cross step only with the landing positions of both legs. There is. In this regard, as a result of repeated studies by the present inventors, it has been found that when a cross step is detected, the leg positions and trajectories of both legs have a characteristic tendency. That is, when the landing position of one leg is located at a predetermined position, it has been found that there is a tendency to move while avoiding the one leg so that the other leg draws an arc.
Therefore, in the walking measurement system of the present invention, a cross step for detecting a cross step in which one and the other leg of the subject cross each other based on at least the leg position specified by the leg position specifying means. The cross-step detection means further includes a plurality of landing positions from among the plurality of leg positions, and a pair of landing positions that are closest to each other among the plurality of landing positions on one leg. A first landing line that is parallel to the landing line and that is separated from the landing line by a first predetermined distance from the landing line, and is parallel to the landing line, and A second reference line that is separated by a second predetermined distance from the floor line to the outside of one leg is set, and the landing position on the other leg is positioned outside the one leg from the first reference line. If a part of the trajectory of the leg position between the pair of landing positions for one leg is located outside the one leg from the second reference line, a cross step is detected. Is preferred.
This makes it possible to detect the cross step with high accuracy by using the characteristic tendency at the time of the cross step.
また、脚部位置特定手段は、被験者の脚部の太さに関する脚部情報が記憶された記憶部をさらに有し、観測位置検出部は、距離情報から脚部のエッジ位置を検出し、エッジ位置及び脚部情報から脚部観測位置を検出することが好ましい。この場合、脚部観測位置を精度よく検出することができる。 The leg position specifying unit further includes a storage unit that stores leg information related to the thickness of the leg of the subject, and the observation position detection unit detects the edge position of the leg from the distance information, and It is preferable to detect the leg observation position from the position and leg information. In this case, the leg observation position can be detected with high accuracy.
また、距離情報取得手段は、被験者の脛部の高さに対応する高さ位置において検出波が出射されるように設置されていることが好ましい。この場合、被験者の脛部を基準に脚部位置を特定することができる。これにより、例えばつま先部に比べて脛部の速度は安定していることから、脚部位置を安定してトレースすることができる。 Moreover, it is preferable that the distance information acquisition means is installed so that a detection wave is emitted at a height position corresponding to the height of the subject's shin. In this case, the leg position can be specified with reference to the subject's shin. Thereby, since the speed of a shin part is stable compared with a toe part, for example, a leg part position can be traced stably.
また、距離情報取得手段は、被験者の前方側から検出波が出射されるように設置されていることが好ましい。これにより、例えば検出波の出射方向から見て一方の脚部が他方の脚部に隠れる場合、この一方の脚部は立脚状態となり易く、よって、隠れた一方の脚部における脚部観測位置の信頼度を高めることができる。 Moreover, it is preferable that the distance information acquisition means is installed so that a detection wave is emitted from the front side of the subject. As a result, for example, when one leg is hidden by the other leg as viewed from the direction in which the detection wave is emitted, the one leg tends to be in a standing state, and thus the leg observation position of the hidden one leg is Reliability can be increased.
本発明によれば、脚部位置を精度よくトレースすることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to accurately trace the leg position.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are used for the same or corresponding elements, and duplicate descriptions are omitted.
図1は一実施形態に係る歩行計測システムの構成を示すブロック図であり、図2は図1の歩行計測システムが適用されたMTSTを示す概略図である。図1及び図2に示すように、歩行計測システム100は、歩行する被験者1の脚部位置及び脚部の動きを検知して特定することによって被験者1の歩行特性を取得するものであり、レーザレンジセンサ(Laser Range Sensor,距離情報取得手段)10と、電子制御装置(脚部位置特定手段)20と、モニタ30と、を含んで構成されている。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a walking measurement system according to an embodiment, and FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an MTST to which the walking measurement system of FIG. 1 is applied. As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the walking
ここでの歩行計測システム100は、例えば高齢者や足腰の不自由な者等の被験者1の歩行訓練の一つであるMulti-Target Stepping Test (MTST)に適用することができ、歩行訓練の転倒予防への効果を評価し、定量的な歩行計測や歩行能力評価することができる。
The
MTSTとは、運動機能及び認知機能を同時に強化するための歩行訓練であって、三色のターゲット2がランダムに複数配置されたマット等の歩行路3を用意し、この歩行路3上の指定された一色のターゲット2のみを踏むように被験者1が進行方向4に沿って歩くという歩行訓練である。なお、MTSTでは、図示するように、被験者1の転倒等を避けるため、歩行訓練士等の介添人5が被験者1の隣あるいは後方に連れ添って行われる。また、図2中においては、紙面奥側がスタート側であり、紙面手前側がゴール側とされている。
MTST is a walking training for simultaneously strengthening the motor function and cognitive function, and prepares a
図3は、図1の歩行計測システムのレーザレンジセンサを説明する平面図である。レーザレンジセンサ10は、ある高さの二次元平面におけるセンサ周辺の物体までの距離である二次元平面距離情報(距離情報)を取得するものである。図3に示すように、このレーザレンジセンサ10は、水平方向に沿って走査するようにレーザ光(検出波)Lを出射すると共に、このレーザ光Lの反射状態に基づいて、レーザ光Lを反射した物体との距離に関する二次元平面距離情報を経時的に取得する。
FIG. 3 is a plan view for explaining a laser range sensor of the walking measurement system of FIG. The
具体的には、図2及び図3に示すように、レーザレンジセンサ10では、レーザ光Lを出射すると共に、このレーザ光Lを回転ミラーで反射させることにより、歩行路3を含む測定領域においてレーザ光Lを扇状に水平方向に走査する。そして、例えば被験者1の脚部Fで反射されたレーザ光Lの反射光を受光し、反射光の検出角度(走査角度)、及びレーザ光Lの出射から受光までの時間(伝播時間)を計測し、該脚部Fとの角度及び距離に係る情報を含む二次元平面距離情報を検出する。
Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, the
このレーザレンジセンサ10は、レーザ光Lを出射する光窓部の高さが調整可能に構成されており、被験者1の脛部の高さ(つまり、足首から膝下までの高さ)に対応する高さ位置でレーザ光Lが出射されるように設置されている。また、このレーザレンジセンサ10の光窓部の高さは、脚部Fが遊脚期(脚部Fが遊脚状態の時期))で離床すること及び被験者1がレーザレンジセンサ10から離れている場合にも脚部Fを検出可能にすることを考慮し、脚部Fの幅が最大となる平均高さに基づき設定され、例えば床面から0.27mとされている。
The
また、このレーザレンジセンサ10は、歩行路3の進行方向4の先にてレーザ光Lの出射方向が歩行路3に向くように配置されており、被験者1の前方側から被験者1に向けてレーザ光Lが出射されるようになっている。また、レーザレンジセンサ10は、そのレーザ光Lの出射方向が床面に対して水平になるように設置されている。
Further, the
なお、レーザレンジセンサ10としては、測距範囲が0.1〜30m、測域角度が270deg、測距精度が±30mm、角度分解能が0.25deg、及びサンプリング周期が25ms/scanのものが用いられている。ちなみに、レーザレンジセンサ10は、そのタイプや仕様(スペック)について限定されるものではなく、例えば測定環境に応じて種々のものを用いることができる。
As the
電子制御装置20は、レーザレンジセンサ10で取得した二次元平面距離情報に基づく演算を行って被験者1の脚部Fの位置である脚部位置を経時的に特定し、被験者1の歩行特性を取得するものである。電子制御装置20としては、例えば、パーソナルコンピュータや専用制御用コンピュータが用いられ、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read OnlyMemory)、RAM(Random Access Memory)等を含んで構成されている。
The
この電子制御装置20は、機能的要素として、被験者1の脚部位置の観測値である脚部観測位置を検出する観測位置検出部21と、被験者1の脚部位置の予測値である脚部予測位置を算出する予測位置算出部22と、脚部観測位置及び脚部予測位置の相関処理を行い脚部位置の特定(割当て)を行う相関処理部23と、特定した脚部位置の事後処理を行う事後処理部24と、脚部Fが立脚状態又は遊脚状態の何れであるかを判定する立脚遊脚判定部25と、を有している。
The
観測位置検出部21は、二次元平面距離情報に基づいて脚部観測位置を検出するものである。具体的には、観測位置検出部21は、脚部Fの二次元平面距離情報が特徴的な形状となることに鑑み、二次元平面距離情報からエッジ検出処理して脚部Fのエッジ位置を検出し、複数の観測パターンを用いたパターン認識によって、エッジ位置から脚部Fの候補点として脚部観測位置を検出する。このとき、本実施形態では、被験者1の脚部Fの太さに関する脚部情報を用い、脚部Fの太さを既知としている。
The observation
予測位置算出部22は、過去の時刻の脚部位置に基づいて脚部予測位置を算出するものであり、具体的には、過去の脚部位置と該脚部Fの速度から脚部予測位置を算出する。相関処理部23は、脚部観測位置及び脚部予測位置の相対的な位置関係から脚部位置を特定するものであり、ゲート設定部23a及び対応付け部23bを含んでいる。
The predicted
ゲート設定部23aは、混雑環境下において目標に相関し得る脚部観測位置を限定するためのものとして、脚部予測位置を中心に所定範囲に拡がる判定範囲であるゲートを設定する。また、このゲート設定部23aは、脚部Fの状態である脚部の状態(立脚、遊脚、速さ及び隠れ)に応じて、ゲートの範囲を変化させる(詳しくは後述)。
The
対応付け部23bは、脚部観測位置がゲート内に存在するときに、このゲート内の脚部観測位置のみを目標に対応付けし、例えば脚部観測位置を脚部位置として特定する。また、対応付け部23bは、脚部観測位置がゲート内に存在しないとき、脚部予測位置を目標に対応付けし、例えば脚部予測位置を脚部位置として特定する。
When the leg observation position exists in the gate, the associating
事後処理部24は、特定した脚部位置から観測ノイズの影響を除去するものであり、例えば、脚部位置に対して人間行動モデルに基づく演算を行うことにより、該脚部位置からレーザレンジセンサ10のノイズの影響を除去する。立脚遊脚判定部25は、脚部Fの速度に基づいて、脚部Fが立脚状態又は遊脚状態の何れであるかの立脚遊脚判定を行うものである。
The
なお、遊脚状態とは、身体の重みのかからない脚部の状態を意味し、床面(地面)から脚部Fが離れている状態を含んでいる。立脚状態とは、身体の重みがかかっている脚部の状態を意味し、床面に脚部Fが接地している状態を含んでおり、支持脚状態とも称する。 The free leg state means a state of the leg that does not apply weight to the body, and includes a state where the leg F is separated from the floor (ground). The standing state means the state of the leg part where the weight of the body is applied, and includes the state where the leg part F is in contact with the floor, and is also referred to as a supporting leg state.
また、電子制御装置20は、機能的要素として、脚部Fが床面に着床した位置である着床位置を取得する着床位置取得部26と、指定されたターゲット2(図2参照)を被験者1が正しく踏んだか否かを判定するステップ判定部27と、脚部Fの一方及び他方が互いに交差した状態であるクロスステップを検出するクロスステップ検出部28と、歩行特性に係る各情報が記憶される記憶部29と、をさらに有している。
Further, the
着床位置取得部26は、脚部Fの速度に基づき着床位置を取得する。ここでは、立脚期(脚部Fが立脚状態の時期)の際に脚部Fの速さが最も小さくなった時刻を着床時刻とし、その時刻における脚部位置を着床位置としている。ステップ判定部27は、ターゲット2に対応する位置にステップ判定領域を設定し、このステップ判定領域内に着床位置が含まれる場合に、該ターゲット2を正しく踏んだと判定する。
The landing
クロスステップ検出部28は、一方の脚部Fにおける複数の着床位置のうち互いに最も近い一対の着床位置から着床ラインL0、第1基準ラインL1及び第2基準ラインL2を設定し、これらラインL0〜L3を基準にしてクロスステップを検出する(詳しくは後述)。
The cross
記憶部29は、脚部位置、脚部Fの速度、立脚遊脚判定部25の立脚遊脚判定結果、ステップ判定部27の判定結果、及びクロスステップ検出部28の検出結果に関する情報を、時刻(サンプリング時刻)に関連付けて少なくとも格納する。また、記憶部29は、被験者1の脚部Fの太さ(脛部の直径に対応する長さ)に関する脚部情報を格納する。この脚部Fの太さは、例えば被験者1に歩行前若しくは歩行後に、レーザレンジセンサ10を用いて検出することによって取得できる。
The
モニタ30は、電子制御装置20による演算結果を表示するためのものである。ここでのモニタ30は、記憶部29に記憶された各情報を例えば被験者1の歩行特性や正しく移動できたか否かの移動結果等として表示し、被験者1にフィードバックする。なお、モニタ30は、表示に代えて又は加えて音声等を出力する構成としてもよい。また、モニタ30に代えて若しくは加えて、演算結果等を紙媒体にプリント出力する出力部をさらに備えていてもよい。
The
次に、本実施形態の歩行計測システム100を用いてMTSTおける歩行特性を計測する場合について、図4に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
Next, the case where the walking characteristic in MTST is measured using the
まず、歩行計測システム100では、レーザレンジセンサ10による二次元平面距離情報の取得、及び取得した二次元平面距離情報に基づく処理を逐次行い、被験者1の両脚部FR,FLの脚部位置及び速度をカルマンフィルタにより推定し、追跡する。以下、サンプリング時刻kにおける処理を例示して説明する。
First, in the walking
[脚部観測位置の検出]
図5は、図1の歩行計測システムによる脚部位置の特定を説明するための図である。図5(a)に示すように、レーザレンジセンサ10で取得した二次元平面距離情報から、観測位置検出部21により被験者1の脚部観測位置ykを検出する(S1)。具体的には、二次元平面距離情報から脚部Fのエッジ位置Eを検出し、検出したエッジ位置の位置関係に基づいて、複数の観測パターンO1〜O5(図6及び図7参照)を用いたパターン検出によって脚部観測位置ykを検出する。
[Detection of leg observation position]
FIG. 5 is a diagram for explaining the specification of the leg position by the walking measurement system of FIG. 1. As shown in FIG. 5A, the observation
図6及び図7は、脚部観測位置の検出に用いられる観測パターンの例を説明する図である。図6(a)はSL(Single Leg)パターンを用いた例、図6(b)はLT(two LegsTogether)パターンを用いた例、図6(c)はFSO(Forward StraddleObservable)パターンを用いた例である。図7(a)はFSU(Forward StraddleUnobservable)パターンを用いた例、図7(b)はUO(Unobservable)パターンを用いた例である。 6 and 7 are diagrams for explaining examples of observation patterns used for detection of leg observation positions. 6A is an example using an SL (Single Leg) pattern, FIG. 6B is an example using an LT (two Legs Together) pattern, and FIG. 6C is an example using an FSO (Forward Straddle Observable) pattern. It is. FIG. 7A shows an example using an FSU (Forward Straddle Unobservable) pattern, and FIG. 7B shows an example using a UO (Unobservable) pattern.
図6及び図7に示すように、SLパターンとしての観測パターンO1は、脚部Fが単独でレーザレンジセンサ10から完全に観測できている状態である。LTパターンとしての観測パターンO2は、脚部Fがそろってレーザレンジセンサ10から完全に観測できている状態である。FSOパターンとしての観測パターンO3は、片方の脚部Fや杖等の影響によってパターンが壇状になり、エッジ位置E間の幅が被験者1の脚部Fの幅の1/2以上あり、脚部Fの中心位置がレーザレンジセンサ10から観測できている状態である。
As shown in FIGS. 6 and 7, the observation pattern O <b> 1 as the SL pattern is a state in which the leg portion F can be completely observed from the
FSUパターンとしての観測パターンO4は、FSOパターンと同様にパターンが壇状になるが、エッジ位置E間の幅が被験者1の脚部Fの幅の1/2未満で脚部Fの中心位置がレーザレンジセンサ10から直接観測できない状態である。UOパターンとしての観測パターンO5は、片方の脚部Fや杖等の影響によって観測できない状態である。
The observation pattern O4 as the FSU pattern has a platform shape like the FSO pattern, but the width between the edge positions E is less than ½ of the width of the leg F of the subject 1 and the center position of the leg F is The
なお、脚部観測位置ykの検出において、観測パターンO1〜O4を満たさないエッジ位置Eは脚部Fではないと判定する。また、MTSTでは測定領域が予め分かっていることから、不要な相関処理を避けるために、歩行路3の領域に対して所定長広い領域を測定領域とし、測定領域外の脚部観測位置ykとそれに対応するエッジ位置Eは除外する。
Incidentally, in the detection of the legs observation position y k, it does not satisfy the observed pattern O1~O4 edge position E is determined not to be a leg F. In addition, since the measurement region is known in advance in MTST, in order to avoid unnecessary correlation processing, a region wide by a predetermined length with respect to the region of the
ここで、脚部観測位置ykの検出では、脚部Fの太さ(脛部の直径に対応する長さ)wを用いており、例えば、図7(a)に示すFSUパターンの観測パターンO4では、右脚部FRについて、エッジ位置E間の中央が脚部観測位置ykとして検出されるのではなく、例えばエッジ位置Eから太さwの1/2だけ内側に入った位置が脚部観測位置ykとして検出される。以上のように複数の観測パターンO1〜O5に応じて脚部Fの脚部観測位置を検出することにより、レーザレンジセンサ10から見て脚部Fが重なって隠れた場合にも、脚部Fを好適に検出することが可能となる。
Here, in the detection of the leg observation position y k , the thickness (length corresponding to the diameter of the shin part) w of the leg F is used. For example, the observation pattern of the FSU pattern shown in FIG. in O4, the right leg F R, the center between the edge position E is not being detected as a leg observed position y k, a position that has entered the inside by half the thickness w, for example, from the edge position E It is detected as a leg observed position y k. As described above, by detecting the leg observation position of the leg F according to the plurality of observation patterns O1 to O5, even when the leg F overlaps and is hidden when viewed from the
[脚部予測位置の算出]
続いて、図5(b)に示すように、過去の時刻の脚部位置に基づいて、予測位置算出部22により脚部予測位置y^k(図中の×印を参照)を算出する(S2)。具体的には、下式(1),(2)に示す線形離散時間方程式で記述される移動モデルにカルマンフィルタを用いて推定を行うとし、前サンプリング時刻k−1で得た各状態推定値を基に、下式(1)から事前状態推定値及び事前誤差共分散行列を下式(3),(4)によりそれぞれ求める。
Subsequently, as shown in FIG. 5 (b), based on the leg position at the past time, the predicted
ここで、Mは追跡する目標数、vkは平均ベクトル0で共分散行列Qのシステム雑音ベクトル、wkは平均ベクトル0で共分散行列Rの観測雑音ベクトルであり、互いに独立な正規性白色雑音と仮定している。そして、下式(5)に基づき,脚部予測位置y^kを算出する。
[相関処理]
続いて、図5(c)に示すように、相関処理部23により脚部観測位置yk及び脚部予測位置y^kの相関処理を行って、脚部位置Pkを特定する(S3)。具体的には、脚部予測位置y^kを中心とする円形のゲートGを設定し、この中に入った脚部観測位置ykのみを脚部位置Pkとするメモリトラッキングを行う。ここでは、Χ2検定に基づいて、脚部観測位置ykが次式(6)を満たす場合に該脚部観測位置ykがゲートG内に存在すると判定する。
Subsequently, as shown in FIG. 5 (c), by performing the correlation processing of the legs observation position y k and leg predicted position y ^ k by the
なお,Skはレーザレンジセンサ10の観測雑音共分散行列Rとカルマンフィルタの予測誤差共分散行列Pk/k-1により算出される残差共分散行列であり、次式(7)で得られる。また、Gは、検定の有意水準に基づき設定されるパラメータである。
ゲートG内に脚部観測位置ykが得られなかった場合には、カルマンフィルタによる前サンプリング時刻k−1からの脚部予測位置y^kを現時刻kにおける脚部位置Pkとするメモリトラッキングを行う。ゲートG内に複数の脚部観測位置ykが得られた場合には,NN(Nearest Neighbor)法等を使った対応付けを行ってもよいし、また、ゲートGが重なった場合には,GNN(Global Nearest Neighbor)法を用いてもよい。 If the leg observation position y k is not obtained in the gate G, the memory tracking is performed with the predicted leg position y ^ k from the previous sampling time k−1 by the Kalman filter as the leg position P k at the current time k. I do. When a plurality of leg observation positions y k are obtained in the gate G, association using the NN (Nearest Neighbor) method or the like may be performed, and when the gates G overlap, A Global Nearest Neighbor (GNN) method may be used.
[事後処理]
続いて、事後処理部24により、脚部位置Pkに対して人間行動モデルに基づく演算を行うことにより、該脚部位置Pkからレーザレンジセンサ10のノイズの影響を除去する(S4)。
[post process]
Subsequently, the
[立脚遊脚判定]
続いて、立脚遊脚判定部25により、脚部Fの速度に基づいて、脚部Fが立脚状態又は遊脚状態の何れであるかの立脚遊脚判定を行う(S5)。人間の歩行においては、脚部Fの速度を指標とすることで各脚部Fの状態を識別することが可能であることが見出される。そこで、上記S5では、時刻kにおける右脚部FRの速度vR kと左脚部FLの速度vL kとを、カルマンフィルタによる推定値を用いて求める。そして、これら速度vR k,vL kの大小関係から、遊脚状態又は立脚状態を判定する。
[Standing leg detection]
Subsequently, the standing leg swing
図8は、立脚遊脚判定を説明するための脚部の速度を示すグラフである。図8中において、小さい黒丸印は遊脚状態の脚部Fに係る値を示し、二重の丸印(大きい黒丸印を含む)は立脚状態の脚部Fに係る値を示している(図5,11〜13において同様)。図8に示すように、ここでの立脚遊脚判定では、被験者1に躓くような動きがあった際には両脚部FR,FLが離床する場合もあることを考慮し、立脚期の最大速度vst_maxと遊脚期の最小速度vsw_minを定義し,脚部Fの速度vが最大速度vst_maxを超えた場合は遊脚状態とし、最小速度vsw_minよりも遅い場合は立脚状態としている。
FIG. 8 is a graph showing the leg speed for explaining the standing leg swing leg determination. In FIG. 8, a small black circle indicates a value related to the leg F in the free leg state, and a double circle (including a large black circle) indicates a value related to the leg F in the standing state (FIG. 8). 5, 11-13). As shown in FIG. 8, in the stance swing determination here, considering that sometimes legs F R, is F L to ambulation is when there is a movement like stumbling in the
好ましいとして、最大速度vst_maxについては人の平均歩行速度1.1m/sの1/3に設定することができ、最小速度vsw_minについては最大速度vst_maxの1/2に設定することができる。なお、上記の立脚遊脚判定では、例えば速度vL k,vR kのうち大きい方に係る脚部Fを遊脚状態とし、小さい方に係る脚部Fを立脚状態として判定してもよい。 Preferably, the maximum speed v st_max can be set to 1/3 of the average walking speed of a person 1.1 m / s, and the minimum speed v sw_min can be set to 1/2 of the maximum speed v st_max. . In the above-mentioned stance swing leg determination, for example, the leg F related to the larger one of the speeds v L k and v R k may be determined as the free leg state, and the leg F related to the smaller one may be determined as the stance state. .
続いて、二次元平面距離情報の取得が終了するまで上記S1〜S5が繰り返し実施され、被験者1の両脚部FR,FLの脚部位置Pkがトレースされることとなる(S6)。 Subsequently, the above S1~S5 are repeated until the acquisition of the two-dimensional plane distance information is completed, the legs of the subject 1 F R, leg position P k of F L is to be traced (S6).
ここで、本実施形態においては、上記相関処理(上記S3)にて設定するゲートGの範囲を、被験者1の脚部の状態に応じて変化させている。すなわち、前サンプリング時刻k−1における脚部Fの状態を考慮し、被験者1の脚部Fの太さw、時刻k−1における脚部Fの速度v(k−1)、及び、レーザレンジセンサ10で観測できなかった時間を用いて下表1に示すようにゲートGの範囲を設定する。ここで、H(k)は、時刻kにおいて連続して脚部Fが観測できなかった回数である。また、解析結果及び人間の平均移動速度を考慮し、a=0.75,b=1.0,vst=1.1,vsw=vst/2としている。
具体的には、図5(c)に示すように、脚部Fが遊脚期のゲートG1の範囲を大きく設定する一方で、脚部Fが立脚期のゲートG2の範囲を、遊脚期のゲートG1に対し、観測精度は高いために小さく設定する。つまり、脚部Fが遊脚状態と判定されたときのゲートG1の範囲を、脚部Fが立脚状態と判定されたときのゲートG2の範囲に比べて大きくなるように変化させる。 Specifically, as shown in FIG. 5 (c), the leg F sets the range of the gate G1 in the swing phase while the leg F sets the range of the gate G2 in the stance phase, The gate G1 is set small because the observation accuracy is high. That is, the range of the gate G1 when the leg F is determined to be in the free leg state is changed to be larger than the range of the gate G2 when the leg F is determined to be in the standing state.
ここでは、立脚期のゲートG2の基本サイズa・wと、遊脚期のゲートG1の基本サイズb・wとについて、a・w<b・wとなるように設定する。なお、立脚期のゲートG2の基本サイズa・wは、レーザレンジセンサ10の性能誤差に基づき定まる最小値を用いることができる。
Here, the basic size a · w of the gate G2 in the stance phase and the basic size b · w of the gate G1 in the stance phase are set to satisfy a · w <b · w. As the basic size a · w of the gate G2 in the stance phase, a minimum value determined based on the performance error of the
また、脚部観測位置ykの信頼度は脚部Fの速度vに応じて異なり、速度vが大きいほど観測精度は低下する。よって、ゲートGの範囲について、サンプリング時刻k−1における速度v(k−1)とサンプリング周期Δtとの積(Δt間の移動量)を加え、速度vが大きいほど範囲が大きくなるように設定する。 In addition, the reliability of the leg observation position y k varies depending on the speed v of the leg F, and the observation accuracy decreases as the speed v increases. Therefore, for the range of the gate G, the product of the velocity v (k−1) at the sampling time k−1 and the sampling period Δt (the amount of movement between Δt) is added, and the range increases as the velocity v increases. To do.
さらに、クロスステップ等によってレーザレンジセンサ10に対し脚部Fが隠れて検出できない場合には,該脚部Fが隠れていた間に移動した場合も考慮し、隠れていた時間H(k)とその間の速度vとに応じてゲートGの範囲を大きくする。つまり、レーザ光Lの出射方向から見て一方の脚部Fが隠れた状態である場合、この一方の脚部Fに係るゲートGの範囲を、当該隠れた状態が継続するに連れて大きくなるように変化させる。 Furthermore, when the leg F is hidden and cannot be detected by the cross step or the like, the case where the leg F moves while it is hidden is also considered, and the hidden time H (k) The range of the gate G is increased according to the speed v during that time. That is, when one leg F is hidden when viewed from the emission direction of the laser beam L, the range of the gate G related to the one leg F increases as the hidden state continues. To change.
ここでは、例えば、上記脚部観測位置の検出におけるパターン検出の結果、UOパターン(図7(b)参照)とされたとき、隠れる直前の脚部Fが立脚状態であった場合には速度vstで移動しているものとする一方、遊脚状態であった場合にはvsw(但し、vsw>vst)で移動しているものとし、ゲートGの範囲を拡大する。 Here, for example, when the UO pattern (see FIG. 7B) is obtained as a result of pattern detection in the detection of the leg observation position, the speed v is obtained when the leg F just before being hidden is in the standing state. On the other hand, it is assumed that it is moving at st. On the other hand, if it is in the swinging state, it is assumed that it is moving at v sw (where v sw > v st ), and the range of the gate G is expanded.
以上の処理より,追跡する脚部FをゲートG内に含有した上で、脚部F以外の脚部観測位置ykが含有されることを極力防ぎ、これにより、左右の脚部FR,FLや介添人5の脚部を誤識別することが低減される。つまり、ゲートGの範囲を変化させることにより、杖や介添人5等による誤検出を軽減することが可能となる。例えば図5(c)に示す例では、被験者1が使用する杖の位置が脚部観測位置y’kとして検出された場合でも、この脚部観測位置y’kが脚部位置Pkとして特定されてしまうのを回避できる。また、脚部Fが一時的に観測不能な場合にも,刻々とゲートGの範囲を拡大することにより、脚部Fが観測可能な状態に復帰したときに該脚部Fを好適にトレースできる。
By the above processing, the leg F to be tracked is contained in the gate G, and the leg observation position y k other than the leg F is prevented from being contained as much as possible. As a result, the left and right legs F R , it is reduced to erroneously identify the legs of F L and
次に、上記S1〜S6の後、着床位置取得部26により、立脚期の際に最も早さが小さくなった時刻を着床時刻(図8中の大きい黒丸印を参照)として求め、着床時刻における脚部位置Pkを着床位置として取得する(S7)。続いて、取得した複数の着床位置の全てについて、ステップ判定部27により、被験者1が指定されたターゲット2(図2参照)を正しく踏んだか否かを判定する(S8)。
Next, after the above S1 to S6, the landing
図9(a)は、ステップ判定により用いられる脚部モデルを示す図であり、図9(b)はステップ判定におけるステップ判定領域を示す図である。上記S8では、図9に示すように、高齢者の身体データの平均値に基づく脚部モデル40を作成し、取得した着床位置に該脚部モデル40を設定すると共に、指定された色のターゲット2に対しステップ判定領域41を設定する。そして、脚部モデル40が設定された着床位置がステップ判定領域41内に含まれる場合、ターゲット2を正しく踏んだと判定する。
FIG. 9A is a diagram illustrating a leg model used for step determination, and FIG. 9B is a diagram illustrating a step determination region in step determination. In S8, as shown in FIG. 9, a
続いて、取得した複数の着床位置の全てについて、クロスステップ検出部28により被験者1のクロスステップを検出する(S9)。具体的には、以下に説明するように、遊脚状態の脚部Fが弧を描くように立脚状態の脚部Fを回避しながら移動した場合、クロスステップの検出を行う。
Subsequently, the cross
図10は、クロスステップ検出の一例を説明するための図である。図10中においては、上側が進行方向とされ、脚部位置Pkが黒丸印で表され、脚部位置Pkのうち着床位置が大きい黒丸印で表されている。図10に示すように、右脚部FRが着床位置51に着床した場合、一時刻前の右脚部FRの着床位置50を原点とし、着床位置51をx軸にとるxy座標系を定義し、着床位置50,51を通るように延びる着床ライン52を設定する。
FIG. 10 is a diagram for explaining an example of cross-step detection. In FIG. 10, the upper side is the traveling direction, the leg position Pk is represented by a black circle, and the landing position of the leg position Pk is represented by a large black circle. As shown in FIG. 10, if the right leg F R is implanted in the
また、着床ライン52に平行で且つ着床ライン52から右脚部FRの内側(y軸方向の負側,図示左側)に所定距離wcだけ離れる第1基準ライン53を設定する。これと共に、着床ライン52に平行で且つ着床ライン52から右脚部FRの外側(y軸方向の正側、図示右側)に所定距離wcだけ離れる第2基準ライン54を設定する。なお、wcは閾値であって、被験者1の脚部Fの太さwを考慮して、wc=w/2としている。
Also, setting the
そして、図示する状態のように、左脚部FLにおける着床位置55が、第1基準ライン53よりも右脚部FRの外側に位置したときにおいて、右脚部FRについての着床位置50,51間における脚部位置Pkの軌跡60の一部が、第2基準ライン54よりも右脚部FRの外側に位置している場合、左右の脚部FR,FLが交差したとしてクロスステップを検出する。
Then, as in the state illustrated, at the time when the
以上により、電子制御装置20による処理が終了し、その後、被験者1の歩行特性の計測結果、ステップ判定結果及びクロスステップ検出結果がモニタ30に表示され、被験者1にフィードバックされることとなる。
As described above, the processing by the
ところで、ゲートGの範囲が大きいと、脚部Fの急激な速度変化にも対応可能であるが、この場合、杖や介添人5(図2参照)の脚部等もゲートG内に含有されてしまい、相関処理が複雑になることがあり、誤検出が生じるおそれが高くなる。一方で,ゲートGの範囲が小さいと、ゲートG内に脚部観測位置ykが含有され難くなるために誤検出が生じる可能性は低いものの、脚部Fの急激な速度変化に対応できない場合がある。 By the way, when the range of the gate G is large, it is possible to cope with a rapid change in the speed of the leg F. In this case, the leg of the cane or the attendant 5 (see FIG. 2) is also included in the gate G. As a result, the correlation process may be complicated, and the risk of erroneous detection increases. On the other hand, when the range of the gate G is small, although the legs observation position y k in the gate G is unlikely that false detection occurs in order to become difficult to contain, when it can not correspond to the rapid change in velocity of leg F There is.
この点、本実施形態の歩行計測システム100では、上述したように、脚部位置Pkを特定する際の相関処理(上記S3)で設定されるゲートGの範囲を、被験者1の脚部Fの状態に応じて変化させることができる。これにより、検出された脚部観測位置ykの信頼度が脚部Fの状態に応じて異なることを考慮でき、脚部Fの状態の違いに起因して脚部位置Pkを精度よく特定できないことを抑制できる。つまり、歩行における特徴を生かし、クロスステップ等による脚部Fの隠れや、介添人5及び杖等が二次元平面距離情報に含まれることに好適に対応することができ、脚部位置Pkを精度よくトレースすることが可能となる。
In this respect, in the
また、脚部Fが遊脚状態のときには、ゲートGの範囲を脚部Fの急加速に対応させる必要性が高く、脚部観測位置ykに脚部Fが存在するという信頼度が低くなる。一方、脚部Fが立脚状態のときには、ゲートGの範囲を脚部Fの急加速に対応させる必要性が低く、脚部観測位置の信頼度が高くなる。よって、本実施形態では、上述したように、脚部Fが遊脚状態又は立脚状態の何れであるかを判定し、そして、脚部Fが遊脚状態のゲートG1の範囲を、脚部Fが立脚状態と判定されたときのゲートG2の範囲に比べて大きくなるように変化させている。これにより、立脚期と遊脚期との脚部Fの動きの特徴を生かし、脚部位置Pkを精度よくトレースすることが可能となる。 Further, when the leg F is in the free leg state, it is highly necessary to make the range of the gate G correspond to the rapid acceleration of the leg F, and the reliability that the leg F exists at the leg observation position y k is low. . On the other hand, when the leg F is in the standing state, it is less necessary to make the range of the gate G correspond to the rapid acceleration of the leg F, and the reliability of the leg observation position is increased. Therefore, in the present embodiment, as described above, it is determined whether the leg F is in the free leg state or the standing leg state, and the range of the gate G1 in which the leg F is in the free leg state is determined as the leg F. Is larger than the range of the gate G2 when it is determined to be in the standing state. Accordingly, it is possible to accurately trace the leg position P k by making use of the characteristics of the movement of the leg F during the stance phase and the swing phase.
また、検出される脚部観測位置ykの信頼度は、脚部Fの速度に応じて異なり、脚部Fの速度が大きいほど低下するという知見が見出される。そこで、本実施形態では、上述したように、脚部Fの速度が大きくなるに連れて大きくなるようにゲートGの範囲を変化させており、これにより、脚部Fの速度に係る当該知見を考慮して脚部観測位置ykを精度よくトレースすることが可能となる。 Further, it is found that the reliability of the detected leg observation position y k varies depending on the speed of the leg F, and decreases as the speed of the leg F increases. Therefore, in the present embodiment, as described above, the range of the gate G is changed so that the speed of the leg F increases as the speed of the leg F increases. Considering this, the leg observation position y k can be traced with high accuracy.
また、レーザレンジセンサ10に対して一方の脚部Fが他方の脚部F等に隠れたとき、この一方の脚部Fは、隠れている間にも移動している可能性があり、その後に現れた時点(レーザレンジセンサ10により観察可能になった時点)で大きい速度を有している場合がある。この点、本実施形態では、上述したように、脚部Fの隠れた状態が継続するに連れて、該脚部FのゲートGの範囲を大きくなるように変化させている。これにより、例えば、隠れた脚部Fが大きい速度を有して現れた場合でも、この脚部Fの脚部位置Pkを精度よく特定することができる。すなわち、脚部Fが隠れた場合を好適に考慮して脚部位置Pkを精度よくトレースすることが可能となる。
Further, when one leg F is hidden behind the other leg F or the like with respect to the
また、通常、直進の歩行訓練のクロスステップ検出を行う場合、被験者1がゴール方向を向いて移動している場合には、左右の脚部FR,FLの着床位置の座標による判定を行えばよい。しかし、体の向き自体をゴール方向ではなく次のターゲット2の方向に向けて移動する場合、着床位置だけではクロスステップを検出することは困難である。
Further, usually, when performing the cross step detection of the walking training straight, if the subject 1 is moving toward a goal direction, left and right leg portions F R, the determination by the coordinates of the landing position of F L Just do it. However, when the body itself moves toward the direction of the
そこで、本実施形態では、上述したように、一方の脚部Fにおける複数の着床位置のうち互いに最も近い一対の着床位置50,51から着床ラインL0、第1及び第2基準ラインL1,L2を設定している。そして、他方の脚部Fにおける着床位置55が、第1基準ラインL1よりも一方の脚部Fの外側に位置したときにおいて、一方の脚部Fについての着床位置50,51間の脚部位置Pkの軌跡の一部が、第2基準ラインL2よりも一方の脚部Fの外側に位置する場合、クロスステップを検出している。
Therefore, in the present embodiment, as described above, the landing line L0, the first and second reference lines L1 from the pair of
これにより、クロスステップの際の特徴的な傾向、すなわち、クロスステップ時には、一方の脚部Fの着床位置が所定位置に位置し、この一方の脚部Fを他方の脚部Fが弧を描くように回避しつつ移動するという傾向を好適に利用することができ、その結果、クロスステップを精度よく検出することが可能となる。 Thus, a characteristic tendency at the time of cross step, that is, at the time of cross step, the landing position of one leg F is located at a predetermined position, and the one leg F is arced by the other leg F. The tendency to move while avoiding drawing can be preferably used, and as a result, the cross step can be accurately detected.
また、本実施形態では、上述したように、被験者1の脚部Fの太さwに関する脚部情報を記憶部29に記憶しており、二次元距離情報から検出したエッジ位置E及び脚部Fの太さから脚部観測位置ykを検出している。これにより、例えば、他方の脚部Fや杖等の影響によって一方の脚部Fの中心位置がレーザレンジセンサ10から直接観測できない状態(上記FSUパターン等の状態)であっても、脚部観測位置ykを精度よく検出することができる。
In the present embodiment, as described above, the leg information related to the thickness w of the leg F of the subject 1 is stored in the
また、本実施形態では、上述したように、被験者1の脛部の高さに対応する高さ位置においてレーザ光Lが出射されるようにレーザレンジセンサ10が設置されている。これにより、被験者1の脛部を基準に脚部位置Pkを特定することができる。その結果、例えばつま先部に比べ脛部の速度は安定しており速度変動が急峻でないことから、脚部位置Pkを安定して好適にトレースすることができる。
In the present embodiment, as described above, the
また、本実施形態では、上述したように、被験者1の前方側からレーザ光Lが出射されるようにレーザレンジセンサ10が設置されている。これにより、例えばレーザ光Lの出射方向から見て一方の脚部Fが他方の脚部Fに隠れる場合、この一方の脚部Fは立脚状態となり易い。よって、隠れた脚部Fにについて、その急加速に対応させる必要性を低減でき、脚部観測位置ykの信頼度を高めることができる。
In the present embodiment, as described above, the
図11は歩行計測システムにより計測された脚部位置のトレース結果の例を示す図であり、図12は図11中の丸枠内の拡大図である。図12(a)は一の時刻における状態を示し、図12(b)は図12(a)で示す状態より所定時間経過後における状態を示している。 FIG. 11 is a diagram showing an example of the trace result of the leg position measured by the walking measurement system, and FIG. 12 is an enlarged view in a round frame in FIG. 12A shows a state at one time, and FIG. 12B shows a state after a predetermined time has elapsed from the state shown in FIG. 12A.
図11及び図12(a)に示すように、右脚部FRの脚部観測位置ykが右脚部FRのゲートG1から外れているが、左脚部FLは立脚期であるため、ゲートG2の範囲は小さく、ゲートG2には右脚部FRの脚部観測位置ykは含まれない。よって,左脚部FLはゲートG2内において左脚部FLの脚部観測位置ykと対応付けることができ、右脚部FRについては、脚部予測位置y^kを用いてメモリトラッキングによる移動を行いながらゲートG1の範囲を拡大し、図12(b)に示すように、所定時間経過後には、ゲートG1内に脚部観測位置ykを検出できる。これにより、精度よいトレースを実現することが可能となっている。 As shown in FIG. 11 and FIG. 12 (a), the but legs observation position y k of the right leg portion F R is out of the gate G1 of the right leg portion F R, the left leg F L is the stance Therefore, the range of the gate G2 is small, the legs observation position y k of the right leg portion F R to the gate G2 are not included. Therefore, the left leg F L can be associated with leg observation position y k of the left leg portion F L in the gate G2, the right leg portion F R, memory tracking with legs predicted position y ^ k expanding the range of the gate G1 while moving by, as shown in FIG. 12 (b), and after a predetermined time has elapsed, can detect the leg observation position y k in the gate G1. As a result, it is possible to realize a precise trace.
図13は、歩行計測システムにより計測された脚部位置のトレース結果の他の例を示す図である。図13に示す結果において、ターゲット2のステップ判定をビデオカメラにより判定した場合には、ターゲット2が正しく踏まれた回数が414回であったところ、本実施形態の上記ステップ判定により判定した場合には、410回であった。これにより、99%(410/414)という高い精度でステップ判定が可能となることを確認することができた。
FIG. 13 is a diagram illustrating another example of the trace result of the leg position measured by the walking measurement system. In the result shown in FIG. 13, when the step determination of the
また、図13に示す結果において、クロスステップ検出をビデオカメラによる解析で行った場合には、19回のクロスステップが検出されたところ、本実施形態の上記クロスステップ検出では、15回のクロスステップを検出することができた。また、本実施形態では、誤ってクロスステップを検出することはなかった。 Further, in the result shown in FIG. 13, when cross step detection is performed by analysis with a video camera, 19 cross steps are detected. In the cross step detection of the present embodiment, 15 cross steps are detected. Could be detected. In the present embodiment, no cross step is detected by mistake.
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments. The present invention can be modified without departing from the scope described in the claims or applied to other embodiments. May be.
例えば、上記実施形態では、歩行計測システム100をMTSTおける歩行特性の計測に適応したが、これに限定されず、その他の種々の歩行訓練等における歩行特性の計測に適応することができる。また、上記実施形態では、ゲートGを脚部予測位置y^kを中心とする円形に設定したが、ゲートGは脚部予測位置y^kを基準に設定されていればよく、また、円形以外のその他の形状に設定されていてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the walking
また、上記実施形態では、脚部Fの立脚、遊脚、速さ及び隠れに応じてゲートGの範囲を可変したが、これら少なくとも1つに応じてゲートGの範囲を可変してもよいし、その他の脚部Fの状態に応じてゲートGの範囲を可変してもよい。 In the above embodiment, the range of the gate G is varied according to the stance, swing leg, speed, and hiding of the leg F. However, the range of the gate G may be varied according to at least one of these. The range of the gate G may be varied according to the state of other legs F.
また、上記実施形態では、クロスステップ検出において、第1及び第2基準ライン53,54を着床ライン52から共に所定距離wcだけ離れるように設定したが、これに限定されるものではない。第1基準ライン53が着床ライン52から離れる第1所定距離と、第2基準ライン54が着床ライン52から離れる第2所定距離とは、互いに等しくなくてもよいし、その他の閾値であってもよい。
In the above embodiment, in the cross-step detection, although both set away by a predetermined distance w c a first and
また、上記実施形態では、歩行計測システム100を用いて歩行特性を計測する場合、上記S1〜上記S6をリアルタイム処理で実施した後、上記S7〜上記S9を非リアルタイム処理で実施しているが、これに限定されるものではない。上記S1〜上記S6を非リアルタイム処理で実施してもよいし、また、上記S7〜上記S9をリアルタイム処理で実施してもよい。
Moreover, in the said embodiment, when measuring a walk characteristic using the
なお、上記実施形態では、遊脚状態の脚部FのゲートG1の範囲を、立脚状態の脚部FのゲートG2の範囲に比べて大きくなるように変化させたが、場合によっては、立脚状態の脚部FのゲートG2の範囲を、遊脚状態の脚部FのゲートG1の範囲に比べて小さくなるように変化させてもよい。上記において、着床位置取得部26及びクロスステップ検出部28が、特許請求の範囲のクロスステップ検出手段を構成する。
In the above embodiment, the range of the gate G1 of the leg F in the free leg state is changed so as to be larger than the range of the gate G2 of the leg F in the standing leg state. The range of the gate G2 of the leg F may be changed to be smaller than the range of the gate G1 of the leg F in the free leg state. In the above, the landing
10…レーザレンジセンサ(距離情報取得手段)、20…電子制御装置(脚部位置特定手段)、21…観測位置検出部、22…予測位置算出部、23…相関処理部、23a…ゲート設定部、23b…対応付け部、25…立脚遊脚判定部、26…着床位置取得部(クロスステップ検出手段)、28…クロスステップ検出部(クロスステップ検出手段)、29…記憶部、100…歩行計測システム、F…脚部、FL…左脚部(脚部)、FR…右脚部(脚部)、L…レーザ光(検出波)。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記距離情報取得手段で取得された前記距離情報に少なくとも基づいて、被験者の脚部位置を経時的に特定する脚部位置特定手段と、を備え、
前記脚部位置特定手段は、
前記距離情報に少なくとも基づき前記脚部位置の観測値である脚部観測位置を検出する観測位置検出部と、
過去の時刻の前記脚部位置に少なくとも基づき前記脚部位置の予測値である脚部予測位置を算出する予測位置算出部と、
前記脚部観測位置及び前記脚部予測位置の相関処理を行って前記脚部位置を特定する相関処理部と、を有し、
前記相関処理部は、
前記脚部予測位置を基準に所定範囲に拡がるゲートを設定するゲート設定部と、
前記脚部観測位置が前記ゲート内に存在するとき、該脚部観測位置を前記脚部位置として対応付ける対応付け部と、を含んでおり、
前記ゲート設定部は、前記ゲートの範囲を前記被験者の脚部の状態に応じて変化させる、ことを特徴とする歩行計測システム。 A distance information acquisition unit that emits a detection wave so as to scan along a horizontal direction, and acquires distance information related to a distance from an object that reflects the detection wave based on a reflection state of the detection wave;
Leg position specifying means for specifying the position of the leg of the subject over time based on at least the distance information acquired by the distance information acquiring means,
The leg position specifying means includes:
An observation position detector that detects a leg observation position that is an observation value of the leg position based at least on the distance information;
A predicted position calculating unit that calculates a predicted leg position that is a predicted value of the leg position based at least on the leg position at a past time;
A correlation processing unit that performs correlation processing of the leg observation position and the predicted leg position to identify the leg position;
The correlation processing unit
A gate setting unit that sets a gate that extends into a predetermined range based on the predicted leg position;
An association unit that associates the leg observation position as the leg position when the leg observation position is present in the gate;
The said gate setting part changes the range of the said gate according to the state of the said test subject's leg part, The walk measurement system characterized by the above-mentioned.
前記ゲート設定部は、前記脚部が遊脚状態と判定されたときの前記ゲートの範囲を、前記脚部が立脚状態と判定されたときの前記ゲートの範囲に比べて大きくなるように変化させる、ことを特徴とする請求項1記載の歩行計測システム。 The leg position specifying means further includes a standing leg swing leg determining unit that determines whether the leg of the subject is in a free leg state or a standing leg state,
The gate setting unit changes the range of the gate when the leg is determined to be in a free leg state so as to be larger than the range of the gate when the leg is determined to be in a standing state. The walking measurement system according to claim 1, wherein:
前記クロスステップ検出手段は、
複数の前記脚部位置の中から複数の着床位置を特定し、
前記一方の脚部における複数の前記着床位置のうち互いに最も近い一対の着床位置を通る着床ラインを設定し、
前記着床ラインに平行で、且つ前記着床ラインから前記一方の脚部の内側に第1所定距離離れる第1基準ラインを設定すると共に、
前記着床ラインに平行で、且つ前記着床ラインから前記一方の脚部の外側に第2所定距離離れる第2基準ラインを設定し、
前記他方の脚部における前記着床位置が、前記第1基準ラインよりも前記一方の脚部の外側に位置したときにおいて、前記一方の脚部についての前記一対の着床位置間における前記脚部位置の軌跡の一部が、前記第2基準ラインよりも前記一方の脚部の外側に位置している場合、前記クロスステップを検出する、ことを特徴とする請求項1〜4の何れか一項記載の歩行計測システム。 Cross step detecting means for detecting a cross step in which one and the other leg of the subject cross each other based on at least the leg position specified by the leg position specifying means;
The cross step detection means includes:
Identifying a plurality of landing positions from among the plurality of leg positions;
Setting a landing line that passes through a pair of landing positions closest to each other among the plurality of landing positions in the one leg,
A first reference line that is parallel to the landing line and that is separated from the landing line by a first predetermined distance inside the one leg, and
A second reference line that is parallel to the landing line and that is separated from the landing line by a second predetermined distance outside the one leg,
When the landing position of the other leg is positioned outside the one leg from the first reference line, the leg between the pair of landing positions of the one leg 5. The cross step is detected when a part of the locus of the position is located outside the one leg part with respect to the second reference line. 6. The walking measurement system according to the item.
前記観測位置検出部は、前記距離情報から前記脚部のエッジ位置を検出し、前記エッジ位置及び前記脚部情報から前記脚部観測位置を検出する、ことを特徴とする請求項1〜5の何れか一項記載の歩行計測システム。 The leg position specifying means further includes a storage unit in which leg information related to the thickness of the subject's leg is stored,
The said observation position detection part detects the edge position of the said leg part from the said distance information, The said leg part observation position is detected from the said edge position and the said leg part information, It is characterized by the above-mentioned. The walking measurement system according to any one of claims.
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