JP2014180483A - 運動支援装置、運動思案方法及び運動支援プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】運動動作中の腕振りの程度を正確に判断し、運動者に運動動作状態を適切に伝達するとともに、適正な運動動作状態に誘導することができる運動支援装置、運動支援方法及び運動支援プログラムを提供する。
【解決手段】運動支援装置は、ユーザＵＳの上腕部に装着された端末１００において、加速度センサ１１０及び角速度センサ１２０から取得されたセンサデータに基づいて、ユーザＵＳの運動動作中の腕振り角度を含む運動動作状態を把握し、当該腕振り角度に対して評価情報を付与する。次回以降の運動動作において取得した腕振り角度と、評価情報の付与された腕振り角度とを比較し、その結果に基づいて適正な運動動作状態に誘導するための運動支援情報をユーザＵＳに提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、運動支援装置、運動支援方法及び運動支援プログラムに関し、特に、人体の運動時の動作状態（運動動作状態）を把握して、当該運動動作を適正な状態に誘導する機能を備えた運動支援装置、運動支援方法及び運動支援プログラムに関する。

近年、健康志向の高まりにより、日常的にランニングやウォーキング等の運動を行って健康状態を維持、増進する人々が増えている。また、日常の運動を通して、各種の競技大会やレース等への参加を目指す人も増加している。このような人々は、効率的かつ効果的な運動内容を実現するために、自らの運動動作状態を数値やデータで測定したり記録したりして、トレーニングに活用することに意識や関心が非常に高い。

ここで、運動動作状態を正確に把握するための手法として、運動のペースやピッチ、脈拍数、体温、血圧、呼吸数、エネルギー消費量等の、種々の指標を用いることが有効であることが知られている。このような指標を用いた運動動作状態の把握方法については、例えば特許文献１に記載されている。

特開平１０−２９０８５４号公報

上述したような種々の指標のうち、ランニングやウォーキング等の運動動作においては、当該運動動作中にどれだけ腕が振れているかという、腕振りの程度は、運動者が効率的に運動（走行や歩行）を行っているかを判断するための重要な指標であると考えられている。しかしながら、腕振りの程度（腕が十分触れているか否か）を正確に把握し、その情報を運動者に適切に伝達することができる技術については、未だ確立されていなかった。

なお、運動中の腕振りに関する技術については、例えば特開２０１１−２００５５８号公報に、運動中の心電信号や心拍数を検出する生体情報取得装置において、腕振り検知センサを用いて、腕振りの切り返しタイミングを検出し、当該タイミングの心電信号を間引くことにより、腕振りに起因するノイズの影響を除去する手法が記載されている。しかしながら、この技術においては、腕振り検知センサからの検知信号を、運動動作状態を把握するための指標として用いるものではなかった。

そこで、本発明は、運動動作中の腕振りの程度を正確に判断し、運動者に運動動作状態を適切に伝達するとともに、適正な運動動作状態に誘導することができる運動支援装置、運動支援方法及び運動支援プログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る運動支援装置は、
利用者の運動時の動作状態に関連する動作データを検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記動作データに基づいて、前記利用者が腕振り動作を伴う特定の動作状態にあるか否かを判別する動作状態判別部と、
前記動作状態判別部が、前記利用者が前記特定の動作状態にあると判別したとき、前記検出部により検出された前記動作データに基づいて、前記特定の動作状態における前記腕振り動作の１周期内の腕振りの状態を連続的に監視して、該１周期内における前記利用者の腕の最大振り角度を腕振り角度として算出する腕振り角度算出部と、
前記腕振り角度を適切な角度に誘導するための運動支援情報を提供する情報提供部と、
を備えることを特徴とする。

本発明に係る運動支援方法は、
利用者の運動時の動作状態に関連する動作データを検出し、該動作データに基づいて、前記利用者が腕振り動作を伴う特定の動作状態にあるか否かを判別し、
前記利用者が前記特定の動作状態にあると判別したとき、前記動作データに基づいて、前記特定の動作状態における前記腕振り動作の１周期内の腕振りの状態を連続的に監視して、該１周期内における前記利用者の腕の最大振り角度を腕振り角度として算出し、
前記腕振り角度を適切な角度に誘導するための運動支援情報を提供する、
ことを特徴とする。

本発明に係る運動支援プログラムは、
コンピュータに、
利用者の運動時の動作状態に関連する動作データを検出させて、該動作データに基づいて、前記利用者が腕振り動作を伴う特定の動作状態にあるか否かを判別させ、
前記利用者が前記特定の動作状態にあると判別したとき、前記動作データに基づいて、前記特定の動作状態における前記腕振り動作の１周期内の腕振りの状態を連続的に監視させて、該１周期内における前記利用者の腕の最大振り角度を腕振り角度として算出させ、
前記腕振り角度を適切な角度に誘導するための運動支援情報を提供させる、
ことを特徴とする。

本発明によれば、運動動作中の腕振りの程度を正確に判断し、運動者に運動動作状態を適切に伝達するとともに、適正な運動動作状態に誘導することができる。

本発明に係る運動支援装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。 第１の実施形態に係る運動支援装置の一構成例を示す機能ブロック図である。 第１の実施形態に係る運動支援装置における運動支援方法の一例を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る運動支援方法により実行される腕姿勢検出処理の一例を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る運動支援方法により取得されるセンサデータの一例を示す信号波形図である。 第１の実施形態に係る運動支援方法により実行される腕姿勢のトラッキング動作（腕振り状態の検出動作）を示す概念図である。 第１の実施形態に係る運動支援方法により実行される腕振り状態判断・支援処理の一例を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る運動支援装置を示す概略構成図である。 第２の実施形態に係る運動支援装置の一構成例を示す機能ブロック図である。 第２の実施形態に係る運動支援方法により実行される腕姿勢のトラッキング動作（腕振り状態の検出動作）を示す概念図である。 第３の実施形態に係る運動支援装置を示す概略構成図る。 第３の実施形態に係る運動支援装置の一構成例を示す機能ブロック図である。

以下、本発明に係る運動支援装置、運動支援方法及び運動支援プログラムについて、実施形態を示して詳しく説明する。ここでは、ユーザがウォーキング（歩行）やランニング（走行）を行う場合について説明する。

＜第１の実施形態＞
（運動支援装置）
図１は、本発明に係る運動支援装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。ここで、図１（ａ）は、本実施形態に係る運動支援装置を人体に装着した状態を示す概略図であり、図１（ｂ）、（ｃ）は、本実施形態に係る運動支援装置の一例を示す概略構成図である。図２は、本実施形態に係る運動支援装置の一構成例を示す機能ブロック図である。図２（ａ）は、上腕部に装着する運動支援装置の一例を示す概略構成図であり、図２（ｂ）は、前腕部に装着する運動支援装置の一例を示す概略構成図である。

本実施形態に係る運動支援装置は、例えば図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、運動者であるユーザＵＳの上腕部に装着される端末（第１の端末）１００と、前腕部（手首）に装着される端末（第２の端末）２００と、を有している。

（端末１００）
端末１００は、例えば図１（ｂ）に示すように、上腕部取付型（又はアームバンド型）の外観形状を有し、大別して、ユーザＵＳの運動動作状態を把握して、当該運動動作状態を示す運動動作情報を取得する機器本体１０１と、ユーザＵＳの上腕部に巻き付けることにより、機器本体１０１を装着するためのベルト部１０２と、を備えている。

端末１００は、具体的には、例えば図２（ａ）に示すように、概略、加速度センサ（検出部）１１０と、角速度センサ（検出部）１２０と、入力操作部１３０と、表示部１４０と、演算回路（動作状態判別部、腕振り角度算出部、腕振り状態判断部、情報提供部）１５０と、メモリ部（評価情報保存部）１６０と、通信回路部１７０と、電源供給部１８０と、を備えている。

加速度センサ１１０は、例えば３軸加速度センサを有し、ユーザＵＳの運動動作中に端末１００に加わる加速度を検出して、加速度データとして出力する。この加速度センサ１１０から出力される加速度データは、互いに直交する３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）方向の信号成分として出力され、運動動作中の身体の前後方向や左右方向、上下方向の加速度に対応付けられる。この３軸方向の加速度データは、後述する演算回路１５０において合成され、時間データに関連付けられて、メモリ部１６０の所定の記憶領域に保存される。

角速度センサ１２０は、例えば３軸角速度センサを有し、ユーザＵＳの運動動作中に端末１００に加わる角速度を検出して、角速度データとして出力する。この角速度センサ１２０から出力される角速度データは、互いに直交する３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）方向の信号成分として出力され、運動動作中の腕の前後方向や左右方向、上下方向の角速度に対応付けられる。この３軸方向の角速度データは、後述する演算回路１５０において合成され、時間データに関連付けられて、メモリ部１６０の所定の記憶領域に保存される。

入力操作部１３０は、例えば図１（ｂ）に示すように、機器本体１０１の前面や側面に設けられた操作スイッチや、後述する表示部１４０の前面側（視野側）に設けられたタッチパネル、機器本体１０１に有線や無線通信により接続されるキーボード等の入力手段を有している。このような入力操作部１３０は、上述した加速度センサ１１０や角速度センサ１２０におけるセンシング動作（測定動作）のＯＮ、ＯＦＦ制御や、後述する腕振り状態の評価の入力、表示部１４０に表示される各種項目の設定等の入力操作に用いられる。ここで、操作スイッチやタッチパネル、キーボード等の各種の入力手段は、いずれか１つを備えているものであってもよいし、複数の入力手段を有しているものであってもよい。なお、複数の入力手段を有している場合には、それらにより実現される機能は、同一又は同等のものであってもよいし、各入力手段に特有の機能を有しているものであってもよい。

表示部１４０は、例えばカラーやモノクロ表示が可能な液晶方式や、有機ＥＬ素子等の発光素子方式の表示パネルを有している。表示部１４０は、少なくとも上述した加速度センサ１１０や角速度センサ１２０により取得されたセンサデータに基づいて生成される運動動作情報、現在時刻やセンシング動作の経過時間等の時間情報、運動動作状態を評価するための入力画面、運動支援情報の提供方法の設定画面等を表示する。これらの情報は、文字情報や画像情報を有し、表示部１４０に１乃至複数の情報が同時に表示されるものであってもよいし、上述した入力操作部１３０を操作することにより、１乃至複数の情報が順次表示されるものであってもよい。

なお、本実施形態に係る端末１００は、後述する端末２００の表示部２３１や、端末１００に有線や無線通信により接続されたその他の電子機器の表示部に、上記の各種の情報や入力画面、設定画面等が表示される構成を有している場合には、機器本体１０１に表示部１４０が設けられていない構成を有しているものであってもよい。ここで、その他の電子機器とは、端末２００のような専用機器であってもよいし、パーソナルコンピュータやタブレット端末、スマートフォン（高機能携帯電話機）等の汎用の情報通信装置であってもよい。

メモリ部１６０は、大別して、データメモリと、プログラムメモリと、作業用メモリと、を有している。データメモリは、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリを有し、上述した加速度センサ１１０や角速度センサ１２０により取得されたセンサデータが、時間データに関連付けられて所定の記憶領域に保存される。また、データメモリは、後述する運動支援方法においてセンサデータに基づいて生成される運動動作情報や、運動動作状態の良し悪しを示す評価情報、運動動作状態の判断結果に基づく運動支援情報等が、所定の記憶領域に保存される。プログラムメモリは、ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）を有し、加速度センサ１１０や角速度センサ１２０におけるセンシング動作や、表示部１４０における各種情報の表示動作等の、各構成における所定の動作を実行するための制御プログラムが保存される。また、プログラムメモリは、ユーザＵＳにより評価情報が付与された運動動作情報に基づいて、ユーザＵＳの運動動作状態が良好か否かを判断し、適正な運動動作状態に誘導する一連の運動支援動作（運動支援方法）を実行するためのアルゴリズムプログラムが保存される。作業用メモリは、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）を有し、上記制御プログラム及びアルゴリズムプログラムを実行する際に使用する各種データや、生成される各種データが一時的に保存される。なお、メモリ部１６０は、その一部又は全部が、例えばメモリカード等のリムーバブル記憶媒体としての形態を有し、端末１００（又は機器本体１０１）に対して着脱可能に構成されているものであってもよい。

演算回路１５０は、計時機能を有するＣＰＵ（中央演算処理装置）やＭＰＵ（マイクロプロセッサ）等の演算装置であって、所定の動作クロックに基づいて、上述したメモリ部１６０（プログラムメモリ）に保存された所定の制御プログラムを実行する。これにより、演算回路１５０は、加速度センサ１１０や角速度センサ１２０におけるセンシング動作や、表示部１４０における情報表示動作等の、各種の動作を制御する。また、演算回路１５０は、上記動作クロックに基づいて、メモリ部１６０（プログラムメモリ）に保存された所定のアルゴリズムプログラムを実行する。これにより、演算回路１５０は、ユーザＵＳの運動動作状態を把握して判断し、適正な運動動作状態に近づけるように誘導する一連の運動支援動作を実行する。なお、演算回路１５０において実行される制御プログラムやアルゴリズムプログラムは、予め演算回路１５０の内部に組み込まれているものであってもよい。

通信回路部１７０は、加速度センサ１１０や角速度センサ１２０により取得されたセンサデータに基づいて生成される運動動作情報や運動支援情報等を、後述する端末２００に送信する際のインターフェースとして機能する。ここで、通信回路部１７０を介して、端末１００と端末２００との間で、運動支援情報等を送受信する手法としては、例えば各種の無線通信方式や、通信ケーブルを介した有線による通信方式を適用することができる。

無線通信方式を用いて運動支援情報等を送受信する場合には、例えばデジタル機器用の近距離無線通信規格であるブルートゥース（Bluetooth（登録商標））や、この通信規格において低消費電力型の通信規格として策定されたブルートゥースローエナジー（Bluetooth（登録商標） low energy（LE））、又は、これらと同等の通信方式を良好に適用することができる。このような無線通信方式によれば、後述する電源供給部１８０として、例えば環境発電技術等を用いて生成された小電力であっても良好にデータ伝送を行うことができる。

電源供給部１８０は、端末１００の機器本体１０１内部の各構成に駆動用電力を供給する。電源供給部１８０は、例えば市販のコイン型電池やボタン型電池等の一次電池や、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池を適用することができる。また、電源供給部１８０は、これらの一次電池や二次電池のほか、振動や光、熱、電磁波等のエネルギーにより発電する環境発電（エナジーハーベスト）技術による電源等を適用することもできる。

（端末２００）
端末２００は、例えば図１（ｃ）に示すように、前腕部取付型（又は腕時計型）の外観形状を有し、大別して、上記の端末１００により取得された運動動作情報、及び、当該運動動作情報に基づく運動支援情報を提供する機器本体２０１と、ユーザＵＳの前腕部（手首）に巻き付けることにより、機器本体２０１を装着するためのベルト部２０２と、を備えている。

端末２００は、具体的には、例えば図２（ｂ）に示すように、概略、通信回路部２１０と、入力操作部２２０と、表示部（情報提供部）２３１と、音響部（情報提供部）２３２と、振動部（情報提供部）２３３と、演算回路２４０と、メモリ部２５０と、電源供給部２６０と、を備えている。

通信回路部２１０は、上述した端末１００により取得された運動動作情報や運動支援情報等を受信する際のインターフェースとして機能する。ここで、通信回路部２１０を介して、端末１００との間で、運動動作情報や運動支援情報等を送受信する手法としては、上述した各種の無線通信方式や有線通信方式が適用される。

入力操作部２２０は、例えば図１（ｃ）に示すように、機器本体２０１の前面や側面に設けられた操作スイッチや、後述する表示部２３１の前面側（視野側）に設けられたタッチパネル、機器本体２０１に有線や無線通信により接続されるキーボード等の入力手段を有している。このような入力操作部２２０は、上述した端末１００における運動動作状態の判断結果に基づく運動支援情報の提供動作のＯＮ、ＯＦＦ制御や、表示部１４０に表示される各種項目の設定等の入力操作に用いられる。ここで、操作スイッチやタッチパネル、キーボード等の各種の入力手段は、上述した端末１００と同様に、いずれか１つを備えているものであってもよいし、複数の入力手段を有しているものであってもよい。

表示部２３１は、例えばカラーやモノクロ表示が可能な液晶方式や、有機ＥＬ素子等の発光素子方式の表示パネルを有している。表示部２３１は、少なくとも上述した端末１００により取得されたセンサデータに基づいて生成される運動動作情報、現在時刻やセンシング動作の経過時間等の時間情報、運動動作状態の判断結果に基づく運動支援情報等を表示する。これらの情報は、文字情報や画像情報を有し、表示部２３１に１乃至複数の情報が同時に表示されるものであってもよいし、１乃至複数の情報が順次表示されるものであってもよい。

音響部２３２は、ブザーやスピーカ等の音響機器を有している。音響部２３２は、所定の音色や音パターン（アラーム音）、音声メッセージ等の音情報を発生することにより、後述する運動支援方法において、ユーザＵＳの運動動作状態が良好か否か判断された結果に応じた運動支援情報を、聴覚を通してユーザＵＳに提供（報知）する。振動部２３３は、振動モータや振動子等の振動機器（バイブレータ）を有している。振動部２３３は、所定の振動パターンやその強弱等の振動情報を発生することにより、後述する運動支援方法において、ユーザＵＳの運動動作状態が良好か否か判断された結果に応じた運動支援情報を、触覚を通してユーザＵＳに提供（報知）する。

なお、本実施形態に係る端末２００は、ユーザＵＳに運動支援情報を提供（報知）する情報提供手段として、表示部２３１のみを備えているものであってもよいし、表示部２３１に加えて、又は、表示部２３１に替えて、音響部２３２及び振動部２３３のうち、少なくともいずれか一つを備えた構成を有しているものであってもよい。

メモリ部２５０は、上述した端末１００と同様に、大別して、データメモリと、プログラムメモリと、作業用メモリと、を有している。データメモリは、上述した端末１００により取得され、通信回路部２１０を介して受信された運動支援情報等が、所定の記憶領域に保存される。プログラムメモリは、通信回路部２１０におけるデータ伝送動作や、表示部２３１や音響部２３２、振動部２３３における上記運動支援情報等の提供動作等の、各構成における所定の動作を実行するための制御プログラムが保存される。作業用メモリは、上記制御プログラムを実行する際に使用する各種データや、生成される各種データが一時的に保存される。なお、メモリ部２５０は、上述した端末１００と同様に、その一部または全部がリムーバブル記憶媒体としての形態を有し、端末２００（又は機器本体２０１）に対して着脱可能に構成されているものであってもよい。

演算回路２４０は、上述した端末１００と同様に、計時機能を有するＣＰＵやＭＰＵ等の演算装置であって、所定の動作クロックに基づいて、上述したメモリ部２５０に保存された所定の制御プログラムを実行することにより、通信回路部２１０におけるデータ伝送動作や、表示部２３１や音響部２３２、振動部２３３における運動支援情報等の提供動作等の、各種の動作を制御する。なお、演算回路２４０において実行される制御プログラムは、予め演算回路２４０の内部に組み込まれているものであってもよい。

電源供給部２６０は、端末２００の機器本体２０１内部の各構成に駆動用電力を供給する。電源供給部２６０は、上述した端末１００の電源供給部１８０と同様に、一次電池や二次電池を適用することができるほか、環境発電技術による電源等を適用することもできる。

（運動支援方法）
次に、本実施形態に係る運動支援装置における運動支援方法について説明する。ここでは、ユーザＵＳが運動動作としてランニングを行う場合の運動支援方法について説明する。

図３は、本実施形態に係る運動支援装置における運動支援方法の一例を示すフローチャートである。図４は、本実施形態に係る運動支援方法により実行される腕姿勢検出処理の一例を示すフローチャートである。図５は、本実施形態に係る運動支援方法により取得されるセンサデータの一例を示す信号波形図である。図６は、本実施形態に係る運動支援方法により実行される腕姿勢のトラッキング動作（腕振り状態の検出動作）を示す概念図である。図７は、本実施形態に係る運動支援方法により実行される腕振り状態判断・支援処理の一例を示すフローチャートである。

本実施形態に係る運動支援方法においては、図３に示すように、大別して、腕姿勢検出処理（ステップＳ１００）と、腕振り評価処理（ステップＳ２００）と、腕振り状態判断・支援処理（ステップＳ３００）と、が順次実行される。ここで、腕振り状態判断・支援処理（ステップＳ３００）は、少なくとも１回、腕姿勢検出処理（ステップＳ１００）と腕振り評価処理（ステップＳ２００）とを行った後の、２回目以降のランニング動作時に行われる運動支援動作であり、前回のランニング動作時までの腕振り角度データとその腕振り角度データに付与された評価情報（ラベル）とがメモリ部１６０に保存されている状態で行われる動作である。

（腕姿勢検出処理）
腕姿勢検出処理（ステップＳ１００）においては、まず、ユーザＵＳが身体に装着した端末１００及び端末２００の電源スイッチを操作することにより、端末１００及び端末２００を起動させる。次いで、ユーザＵＳがランニング動作の開始に先立って、又は、開始後に、端末１００の入力操作部１３０や端末２００の入力操作部２２０を操作することにより、端末１００におけるセンシング動作が開始されるとともに、端末２００における各種の情報提供動作が開始される。

これにより、ユーザＵＳが上腕部に装着した端末１００において、図４のフローチャートに示すように、加速度センサ１１０により運動動作中の加速度データが随時検出され、また、角速度センサ１２０により角速度データが随時検出される。演算回路１５０は、これらのセンサデータを、それぞれ時間データに関連付けてメモリ部１６０（データメモリ）の所定の記憶領域に随時保存する（ステップＳ１０１）。

ここで、ステップＳ１０１により取得される加速度データは、例えば図５（ａ）に示すような信号波形図で表される。図５（ａ）においては、加速度センサ１１０により検出された３軸方向の加速度データを、演算回路１５０により合成処理した合成加速度の時間変化を示す。また、ステップＳ１０１により取得される角速度データは、例えば図５（ｂ）に示すような信号波形図で表される。図５（ｂ）においては、角速度センサ１２０により検出された３軸方向の角速度データを、演算回路１５０により合成処理した合成角速度の時間変化を示す。図５（ａ）、（ｂ）に示す信号波形から明らかなように、ランニング時の人体に加わる合成加速度と合成角速度の信号波形には、略一定の周期で極大値や極小値が現れ、さらに、これらの極大値や極小値の出現タイミングが密接な対応関係を有している。

次いで、演算回路１５０は、取得した加速度データに基づいて、ユーザＵＳがランニングを行っているか否かを判別する（ステップＳ１０２）。具体的には、図５（ａ）に示した合成加速度の信号波形がランニング時に特有の波形を有しているか否かに基づいて判別を行う。すなわち、ランニング時には合成加速度の信号波形に、特定の周期や強度等を有する特徴的な変化が観測されることが知られている。したがって、３軸方向の加速度データや合成加速度の信号波形を観測することにより、ユーザＵＳがランニングを行っているか否かを正確に判別することができる。なお、ランニングの判別処理については、上記の手法のほかに、ユーザＵＳが予めランニングを行ったときの加速度データを登録しておき、当該登録データ又はその信号波形と、ステップＳ１０１において取得した加速度データとを比較することにより判別するものであってもよい。

次いで、ステップＳ１０２において、ユーザＵＳがランニングを行っていると判別された場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）には、演算回路１５０は、当該ランニング動作における着地タイミングを検知する（ステップＳ１０３）。具体的には、図５（ａ）に示した合成加速度の信号波形において、極大値（図中、丸囲みで表示）は、ユーザＵＳの足が着地したときの衝撃（着地衝撃）に起因するものであるとみなすことができるので、演算回路１５０により加速度センサ１１０により随時検出される加速度データを監視して、極大値を示すタイミングを検知する。ここで、検知された着地タイミングは、後述するステップＳ１０７において実行される腕姿勢のトラッキング動作における、１周期分の動作期間の開始タイミング及び終了タイミングとなる。また、演算回路１５０は、この着地タイミングを検知することにより、ランニング中の歩数やピッチに関する情報を取得して、メモリ部１６０（データメモリ）の所定の記憶領域に保存する。ここで、歩数は、着地衝撃の回数（着地タイミング）をカウントすることにより算出され、また、ピッチは、時間当たりの歩数をカウントすることにより算出される。

一方、ステップＳ１０２において、ユーザＵＳがランニングを行っていると判別されなかった場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）には、加速度データや合成加速度の観測を継続する。また、ステップＳ１０３において、着地タイミングが検知されなかった場合（ステップＳ１０３；Ｎｏ）には、後述するステップＳ１０７以降の処理動作を実行する。

次いで、ステップＳ１０３において、着地タイミングが検知されたとき（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）、演算回路１５０は、１周期分のトラッキング動作における腕振り角度を算出して、算出した腕振り角度のデータ（腕振り角度データ）を記録する（ステップＳ１０４）。具体的には、演算回路１５０は、後述するステップＳ１０９において、１周期分のトラッキング動作期間中に記録された複数の腕姿勢のデータから、当該腕姿勢データの差分の最大値を、当該１周期における腕振り角度として算出して、算出した腕振り角度データをメモリ部１６０の所定の記憶領域に保存する。なお、腕振り角度は、肩の関節（図６に示すＮａ）から端末１００に設けられた角速度センサ１２０までの距離と、角速度データに基づいて取得される角速度ω_ｔの値に基づいて算出される。ここで、上記の腕振り角度の算出処理は、概念的には、次式（１）のように表すことができる。すなわち、次式（１）においては、後述するステップＳ１０９において記録された腕姿勢をＡ_ｋ（ｋ＝１〜ｎ；ｎは正の整数）、算出される腕振り角度をOutputとした場合、任意の２つの腕姿勢Ａ_ｐとＡ_ｑ（ｐ、ｑ＝１〜ｎ）における腕の位置により規定される方向角の差分である角度angle（Ａ_ｐ，Ａ_ｑ）を算出し、それらの角度のうち、最大値（max）となる角度を腕振り角度として抽出する処理が実行される。なお、式（１）は、腕振り角度の算出処理を行うための具体的な関数式を示すものではなく、処理の概念を示すものに過ぎない。

次いで、端末１００において取得したセンサデータに基づいて取得した歩数やピッチ、腕振り角度の値が、前腕部に装着した端末２００の表示部２３１に運動動作情報として表示される（ステップＳ１０５）。具体的には、端末１００の演算回路１５０は、ステップＳ１０３において算出された歩数やピッチ、及び、ステップＳ１０４において算出した腕振り角度を、メモリ部１６０から抽出して、通信回路部１７０を介して端末２００に送信する。端末２００の演算回路２４０は、通信回路部２１０を介して受信した、これらのデータを含む運動動作情報を、所定の表示形式で表示部２３１に表示させる。

ここで、ステップＳ１０５において、端末２００の表示部２３１に運動動作情報として表示される腕振り角度の値は、当該表示動作の直前に取得された値ではなく、後述するステップＳ１０７において実行される腕姿勢のトラッキング動作における、現時点から１周期以上前に取得した値に設定する。これは、一般に、ユーザＵＳが前腕部に装着された端末２００の表示部２３１を視認する動作においては、腕振り動作が一時的に停止したり、腕振りが小さくなったり、あるいは、通常とは異なる大きな変化を伴ったりする。そのため、その影響を受けて腕振りが不十分なときの値が表示されないようにするものである。

次いで、演算回路１５０は、後述するステップＳ１０７において実行される腕姿勢のトラッキング動作におけるトラッキングデータを初期化する（ステップＳ１０６）。具体的には、演算回路１５０は、ステップＳ１０３において着地タイミングを検知することにより、１つ前の周期におけるトラッキング動作により取得した腕姿勢データをクリア（消去）するとともに、次の周期のトラッキング動作を開始するためのタイミングを、上記着地タイミングに対応させて設定する。ここで、次の周期のトラッキング動作の開始タイミングは、１つ前の周期の（すなわち、現在実行されている）トラッキング動作の終了タイミングに相当する。

次いで、ステップＳ１０３において、着地タイミングが検知されていないとき（ステップＳ１０３；Ｎｏ）、演算回路１５０は、角速度センサ１２０により検出される角速度データを、上記の開始タイミングを基点として順次積分することにより、腕姿勢の変化をトラッキング（連続的に監視）する動作を開始する（ステップＳ１０７）。このトラッキング動作は、ステップＳ１０３において、１つの着地タイミングから次の着地タイミングが検知されるまでの期間、すなわち、ランニング動作の１歩分の期間を１周期として実行され、上述したステップＳ１０６により、周期ごとに１つ前の周期において取得したトラッキングデータ（腕姿勢データ）が初期化される。

ステップＳ１０７においては、具体的には、図５（ｂ）に示した合成角速度の信号波形に基づいて、ランニング動作中の腕の位置や腕振りの方向等の腕振りに関する情報が取得される。すなわち、３軸方向の角速度データや合成角速度の信号波形を観測することにより、ユーザＵＳの運動動作中の腕振りの状態を正確に把握することができる。そこで、演算回路１５０により、角速度センサ１２０により随時検出される３軸方向の角速度データの積分値に基づいて、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、肩の関節Ｎａを支点としたときの上腕ＡＭａの位置や腕振りの方向を監視する。ここで、腕振り時の角速度ω_ｔは、相互に直交するｘ、ｙ、ｚの３軸方向の角速度成分を、それぞれω_ｘ、ω_ｙ、ω_ｚとした場合、次式（２）で表される。

そして、演算回路１５０により、随時算出される角速度ωが極小値となるタイミングを検知する（ステップＳ１０８）。具体的には、図６（ｂ）に示すように、上腕ＡＭａが一方向（例えば図中ＤＲａ方向）に最大限に振れた後、腕振り方向が逆方向（例えば図中ＤＲｂ方向）に変化する、腕振り端に相当するタイミングでは、角速度ωが極小値（≒０）となる。そこで、演算回路１５０により、図５（ｂ）に示した合成角速度の信号波形において、角速度が極小値（図中、丸囲みで表示）を示すタイミングを検知する。

次いで、ステップＳ１０８において、角速度ωの極小値が検知された場合（ステップＳ１０８；Ｙｅｓ）には、演算回路１５０は、当該タイミングにおける腕姿勢を順次記録する（ステップＳ１０９）。具体的には、演算回路１５０は、角速度ωが極小値であると判断した場合、当該タイミングにおける腕の位置（方向角）を含む腕姿勢のデータをメモリ部１６０の所定の記憶領域に保存する。演算回路１５０は、このようなステップＳ１０８、Ｓ１０９における処理を繰り返し実行する。

ここで、ステップＳ１０８、Ｓ１０９において、図５（ｂ）に示したような合成角速度の信号波形を詳しく検証すると、角速度が極小値を示すタイミング近傍では、角速度が細かく変化しており、図６（ｂ）に示したように、ユーザＵＳの腕振り方向が変化する、腕振り端に相当するタイミングだけなく、それ以外の複数のタイミングで極小値が存在する場合がある。このような場合、ステップＳ１０８において、角速度が連続して変動している中で、どの極小値が腕振り方向の変化（腕振り端）に起因するものであるかを判別することは困難である。そこで、本実施形態においては、ステップＳ１０９において、角速度が極小値を示す複数のタイミング（図６（ｂ）中、丸囲みで表示）における腕姿勢を記録する。

一方、ステップＳ１０８において、角速度ωの極小値が検知されないとき（ステップＳ１０８；Ｎｏ）には、ユーザＵＳが端末１００の入力操作部１３０や端末２００の入力操作部２２０を操作して、センシング動作を終了させるまで、あるいは、電源をオフするまで、ステップＳ１０１に戻って、上述したステップＳ１０１〜Ｓ１０９の一連の処理動作を繰り返し実行する（ステップＳ１１０；Ｎｏ）。

このような腕姿勢検出処理について、本願発明者が検証実験を行ったところ、ユーザＵＳのランニング時の画像から推定した腕振り角度と、上述した一連の処理動作に基づいて、上腕部に装着された角速度センサにより検出された角速度データに基づいて推定した腕振り角度との相関係数は、０．９５を超える極めて高い値を示した。したがって、本実施形態に係る手法により、ランニング時の腕振り角度を精度良く取得できることが判明した。

なお、上述した腕姿勢検出処理においては、ステップＳ１０３において、加速度データが極大値を示すタイミングを着地タイミングとする場合について説明したが、本発明はこの手法に限定されるものではない。例えば図５（ａ）に示したような加速度の信号波形を詳しく検証すると、足が着地することに起因する加速度の極大値以外のタイミングでも、加速度が細かく変化しており、複数のタイミングで極大値が存在する場合がある。このような場合には、例えば極大値、且つ、加速度の値が所定の閾値（例えば４０ｍ／ｓ^２）以上、あるいは、極大値、且つ、加速度の時間変化量（時間微分値）が所定値以上、という条件を満たすタイミングを算出又は抽出することにより、正確な着地タイミングを検知することができる。

また、上述したステップＳ１０４において、演算回路１５０により算出される腕振り角度を、ステップＳ１０８、Ｓ１０９において角速度ωが極小値となった各タイミングにおける腕姿勢データ（腕の方向角）の差分の最大値に設定した場合について説明したが、本発明はこの手法に限定されるものではない。例えば、角速度データを積分して求められた腕の前方（図６（ａ）に示したＤＲａ方向）への方向角の最大値と、後方（図６（ｂ）に示したＤＲｂ方向）への方向角の最大値との差分に相当する角度を、腕振り角度に設定するようにしてもよい。

また、ステップＳ１０５において、端末２００の表示部２３１に表示された運動動作情報をユーザＵＳが視認する際に、腕振り動作が一時的に停止したり、腕振りが小さくなったり、あるいは、通常とは異なる大きな変化を伴ったりすることによる、腕振り角度への影響を回避する手法として、現時点よりも１周期以上前に取得した値を表示する手法を示したが、本発明はこの手法に限定されるものではない。例えば、端末２００に加速度センサを内蔵することにより、ユーザＵＳが表示部を視認しているときの腕の状態を検出して、当該状態の検出時のみ、表示の更新を停止したり、現時点よりも１周期以上前に取得した値を表示したりする手法を適用するものであってもよい。具体的には、ランニング動作中は、上下方向の加速度の大きさが非常に大きくなる。一方、ユーザＵＳが端末２００の表示部２３１を視認する動作を行う場合、少なくとも前腕部を持ち上げて、表示部２３１が視認できる位置及び角度になるように端末２００を移動させる必要がある。したがって、ランニング動作中に、表示部２３１を視認する際には、表示部２３１を含む平面に対して垂直方向の加速度が大きくなる（動作条件１）。加えて、この場合には、腕を持ち上げた状態が一時的に保持されるため、腕姿勢の変化が小さくなり、角速度の大きさが小さくなる（動作条件２）。そこで、上記の動作条件１、２の両方の状態を同時に検出した場合は、ユーザＵＳがランニング動作中に端末２００の表示部２３１を視認しているものと判断して、表示部２３１における腕振り角度の表示の更新を停止する。

また、上述したステップＳ１０５においては、腕振り角度を含む運動動作情報をユーザＵＳに提供する手法として、端末２００の表示部２３１に表示する手法について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、運動動作情報がユーザＵＳに適切に提供されるものであればよく、例えば上述した表示部２３１への表示に加え、又は、表示部２３１への表示に替えて、端末１００や端末２００に設けられた音響部から音声情報やアラーム音等により運動動作情報を提供するものであってもよいし、振動部から振動情報により提供するものであってもよい。

また、上述したステップＳ１０７においては、腕姿勢の変化のトラッキング動作を開始するタイミング（又は終了タイミング）として、加速度が極大値を示す着地タイミングに設定した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、トラッキング動作の１周期分の動作期間が、腕振り動作の１周期分に対応する期間となっていればよく、例えば、上記の着地タイミングからある一定時間だけずれた（経過した）任意のタイミングを、トラッキング動作の開始タイミング及び終了タイミングに設定するようにしてもよい。

（腕振り評価処理）
腕振り評価処理（ステップＳ２００）においては、ランニング動作の終了後、当該動作中に上述した腕姿勢検出処理により取得し、端末１００のメモリ部１６０に保存された腕振り角度を、端末２００の表示部２３１、又は、端末１００の表示部１４０に表示する。ここで、表示部２３１又は表示部１４０に表示される腕振り角度は、上述した腕姿勢検出処理により取得した各周期における腕振り角度が一覧（リスト）形式やグラフ形式等で表示される。

次いで、ユーザＵＳは、表示部２３１又は表示部１４０に表示された腕振り角度を閲覧し、当該腕振り角度に対して、例えばランニング動作時の調子の良し悪し等の主観的な評価情報（ラベル）を付与する。そして、端末１００の演算回路１５０は、評価情報を腕振り角度に関連付けてメモリ部１６０の所定の記憶領域に保存する。なお、上述した主観的な評価情報に加えて、ランニング当時の気温や風速、路面の状態等の客観的な評価情報を付与するものであってもよい。

（腕振り状態判断・支援処理）
腕振り状態判断・支援処理（ステップＳ３００）は、上記のように２回目以降のランニング動作時に行われる動作であり、図７のフローチャートに示すように、上述した腕姿勢検出処理（図４参照）に示したステップＳ１０１〜Ｓ１０４と同様に、まず、ユーザＵＳが端末１００及び端末２００を起動させることにより、加速度センサ１１０により運動動作中の加速度データが随時検出され、また、角速度センサ１２０により角速度データが随時検出される（ステップＳ３０１）。次いで、取得した加速度データに基づいて、ユーザＵＳがランニングを行っているか否かを判別し（ステップＳ３０２）、ランニングを行っていると判別された場合（ステップＳ３０２；Ｙｅｓ）には、着地タイミングが検知される（ステップＳ３０３）。ここで、検知された着地タイミングは、後述するステップＳ３０９において実行される腕姿勢のトラッキング動作における開始タイミング（又は終了タイミング）となる。次いで、ステップＳ３０３において、着地タイミングが検知されたとき（ステップＳ３０３；Ｙｅｓ）、後述するステップＳ３１１において、１周期分のトラッキング動作期間中に記録された複数の腕姿勢のデータから、当該腕姿勢データの差分の最大値である腕振り角度を算出して、算出した腕振り角度データをメモリ部１６０に保存する（ステップＳ３０４）。

次いで、ステップＳ３０４において取得された腕振り角度と、上述した腕振り評価処理においてユーザＵＳにより良好であると評価されてメモリ部１６０に保存された腕振り角度とを比較して、腕振りが良好であるか否かを判断する（ステップＳ３０５）。取得した腕振り角度と、良好であると評価された腕振り角度とが一致又は同等であり、現時点の腕姿勢が良好であると判断された場合（ステップＳ３０５；Ｙｅｓ）には、端末１００において取得したセンサデータに基づいて取得した歩数やピッチ、上述した腕振り角度の値が、前腕部に装着した端末２００の表示部２３１に運動動作情報として表示される（ステップＳ３０６）。

一方、ステップＳ３０５において、取得した腕振り角度と、良好であると評価された腕振り角度とが一致しない又は同等ではなく、現時点の腕姿勢が良好でないと判断された場合（ステップＳ３０５；Ｎｏ）には、演算回路１５０は、取得した腕振り角度とともに、当該判断結果や現時点の腕姿勢を適正化するための運動支援情報をユーザＵＳに提供する（ステップＳ３０７）。具体的には、演算回路１５０は、例えば取得した腕振り角度が、腕振り評価処理において良好であると評価された腕振り角度よりも小さい場合には、その腕振り角度とともに、例えば「腕の振りが小さいです」等のメッセージ（判断結果）や、腕振り角度を大きくするように促して、現時点の腕姿勢を適正な状態（良好な腕姿勢）に誘導するために、例えば「腕を大きく振ってください」等のメッセージ（警告や注意等の運動支援情報）を、端末２００の表示部２３１に表示させて、ユーザＵＳに提供する。

ここで、ステップＳ３０６及びＳ３０７における、運動動作情報や運動支援情報の表示方法としては、予め設定した１乃至複数の情報が表示部２３１に同時に表示されるものであってもよいし、順次表示されるものであってもよい。また、ユーザＵＳが入力操作部２２０を操作することにより、所望の情報が同時に、又は、順次表示されるものであってもよい。さらに、運動動作情報や運動支援情報の提供方法としては、表示部２３１への表示に加えて、又は、表示部２３１への表示に替えて、音響部２３２により音声情報やアラーム音等を提供したり、振動部２３３により振動情報を提供したりするものであってもよい。

次いで、演算回路１５０は、後述するステップＳ３０８において実行される腕姿勢のトラッキング動作におけるトラッキングデータを初期化する（ステップＳ３０８）。これにより、１つ前の周期におけるトラッキング動作により取得した腕姿勢データがクリアされとともに、次の周期のトラッキング動作を開始するためのタイミングが、上記着地タイミングに設定される。

次いで、ステップＳ３０３において、着地タイミングが検知されていないとき（ステップＳ３０３；Ｎｏ）、演算回路１５０は、角速度センサ１２０により検出される角速度データを積分することにより、ランニング動作の１歩分の期間に対応する１周期分の、腕姿勢の変化をトラッキングする（ステップＳ３０９）。そして、演算回路１５０により、随時算出される角速度が極小値となるタイミングを検知したとき（ステップＳ３１０；Ｙｅｓ）には、当該タイミングにおける腕の位置（方向角）を含む腕姿勢のデータを順次記録する（ステップＳ３１１）。演算回路１５０は、このようなステップＳ３１０、Ｓ３１１における処理を繰り返し実行する。

一方、ステップＳ３１０において、角速度の極小値が検知されないとき（ステップＳ１１０；Ｎｏ）には、ユーザＵＳが端末１００におけるセンシング動作を終了させるまで、あるいは、電源をオフするまで、ステップＳ３０１に戻って、上述したステップＳ３０１〜Ｓ３１１の一連の処理動作を繰り返し実行する（ステップＳ３１２；Ｎｏ）。

なお、上述したステップＳ３０４、Ｓ３０５においては、取得した腕振り角度に基づいて、腕姿勢が良好であるか否かを判断する手法を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ランニング動作中の腕振り角度の時間的変化を求め、当該腕振り角度の変化が、予め腕姿勢が良好であると評価した所定の範囲内にあるか否かに基づいて判断するものであってもよい。この場合、現時点の腕振り角度の変化が所定の範囲を逸脱する場合には、上述したように、ユーザＵＳに警告や注意等の運動支援情報が提供される。

上述したように、本実施形態においては、まず、人体の上腕部に装着した端末１００に内蔵された加速度センサ１１０及び角速度センサ１２０により検出されたセンサデータに基づいて、ユーザの動作状態がランニング中であるか否かが判断される。そして、ランニング中であると判断された場合には、足の着地を検知したタイミングを開始タイミングとして、腕姿勢（すなわち角速度）の変化をトラッキングする処理が実行される。これにより、角速度が極小値となった各タイミングにおける腕姿勢が記録され、腕振り動作の１周期分に対応する期間における腕姿勢データの差分の最大値である腕振り角度に対して評価情報が付与される。そして、この評価情報が付与された腕振り角度に基づいて、次回以降の運動動作において取得された腕振り角度が比較され、その比較結果に基づいて、腕姿勢を適正な状態に誘導するための運動支援情報がユーザに提供される。

したがって、本実施形態によれば、ランニング等の運動動作中に腕をどの程度振っているのかを正確に判断することができる指標を出力することができるので、ユーザに腕振り角度を含む運動動作状態を適切に伝達することができるとともに、適正な運動動作状態に誘導するための運動支援を行うことができる。

特に、ランニング等の運動動作中は、足の着地を検知するたびに腕振り角度が随時更新されるので、腕振り角度を含む運動動作状態をほぼリアルタイムで推定して、運動支援情報とともにユーザに提供することができる。これにより、腕振り角度や腕姿勢の時間変化、安定した腕振りができているかどうか（すなわち、腕振り角度のばらつきが大きいか、小さいか）、調子のよいときの腕振りとの差異等を、リアルタイムで把握して判断することができるとともに、適正な運動動作状態を実現するための改善方法（例えば腕振りを大きくする等）を迅速に提供することができる。

また、本実施形態においては、ユーザに運動動作情報や運動支援情報を提供するための端末が、人体の前腕部（手首）に装着する腕時計型の外観形状を有しているので、ユーザが運動動作中であっても、ユーザに特に意識をさせることなく、歩数やピッチ、腕振り角度を含む運動動作情報を良好に取得することができる。また、このような端末において、表示部を視認する動作を行った場合であっても、例えば現時点から１周期以上前に取得した値を提供するようにしているので、腕振り状態の変化が運動動作情報や運動支援情報に影響を与えることはない。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係る運動支援装置の第２の実施形態について説明する。
上述した第１の実施形態に示した運動支援装置においては、人体の上腕部に装着された端末１００において、加速度センサ１１０及び角速度センサ１２０により取得されたセンサデータに基づいて、ユーザＵＳの運動動作中の腕振り角度を含む運動動作状態を把握し、前腕部に装着された端末２００において、運動動作情報、及び、当該運動動作情報に基づく運動支援情報をユーザＵＳに提供する構成について説明した。第２の実施形態においては、上腕部又は前腕部に装着された単一の端末において、ユーザＵＳの運動動作中の腕振り角度を含む運動動作状態を把握し、運動動作情報及び運動支援情報をユーザＵＳに提供する構成を有している。

図８は、第２の実施形態に係る運動支援装置を示す概略構成図である。ここで、図８（ａ）は、本実施形態に係る運動支援装置を人体の上腕部に装着した状態（第１の例）を示す概略図であり、図８（ｂ）は、本実施形態に係る運動支援装置を人体の前腕部に装着した状態（第２の例）を示す概略図である。図９は、本実施形態に係る運動支援装置の一構成例を示す機能ブロック図である。ここで、上述した第１の実施形態と同等の処理については同一の符号を付して、その説明を簡略化する。また、図１０は、本実施形態に係る運動支援方法により実行される腕姿勢のトラッキング動作（腕振り状態の検出動作）を示す概念図である。

本実施形態の第１の例に係る運動支援装置は、図８（ａ）に示すように、上述した第１の実施形態（図１（ｂ）参照）と同様に、上腕部取付型（又はアームバンド型）の外観形状を有し、ユーザＵＳの上腕部に装着される端末１００のみを有している。また、本実施形態の第２の例に係る運動支援装置２００は、図８（ｂ）に示すように、上述した第１の実施形態（図１（ｃ）参照）と同様に、前腕部取付型（又は腕時計型）の外観形状を有し、ユーザＵＳの前腕部（手首）に装着される端末２００のみを有している。

端末１００又は２００は、具体的には、例えば図９に示すように、概略、加速度センサ（検出部）１１０と、角速度センサ（検出部）１２０と、入力操作部１３０と、表示部（情報提供部）１４１と、音響部（情報提供部）１４２と、振動部（情報提供部）１４３と、演算回路（動作状態判別部、腕振り角度算出部、腕振り状態判断部、情報提供部）１５０と、メモリ部１６０と、電源供給部１８０と、を備えている。すなわち、本実施形態に係る端末１００又は２００は、それぞれ、一の筐体を有する装置において、上述した第１の実施形態に示した端末１００における腕振り角度を含む運動動作状態を把握して判断する機能と、端末２００における運動動作情報や運動支援情報をユーザＵＳに提供する機能との双方を併せ持った構成を有している。なお、図示を省略したが、端末１００及び２００は、外部の電子機器との間で、有線や無線通信により所定のデータを送受信するための通信回路部を備えているものであってもよい。

このような構成を有する運動支援装置においても、図１０（ａ）〜（ｄ）に示すように、上述した第１の実施形態に示した運動支援方法と同様に、肩の関節Ｎａを支点として上腕ＡＭａが一方向（例えば図中ＤＲａ方向）に最大限に振れた後、腕振り方向が逆方向（例えば図中ＤＲｂ方向）に変化する、腕振り端に相当するタイミングが、角速度データに基づいて算出される角速度ωの変化に基づいて判断される。そして、１周期分のトラッキング動作期間中に、角速度ωが極小値（≒０）となるタイミングで取得された複数の腕姿勢のデータから、当該腕姿勢データの差分の最大値が、当該１周期における腕振り角度として取得される。

したがって、本実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様に、ランニング等の運動動作中に腕をどの程度振っているのかを正確に把握して判断することができるので、ユーザに腕振り角度を含む運動動作状態を適切に伝達することができるとともに、適正な運動動作状態に誘導するための運動支援を行うことができる。

特に、本実施形態においては、単一の端末に、ユーザの運動動作中の腕振り角度を含む運動動作状態を把握して判断する機能と、運動動作情報や運動支援情報をユーザＵＳに提供する機能との双方を併せ持った構成を有しているので、人体に装着する機器の数を少なくすることができ、装着時や入力操作時の煩わしさを軽減することができる。

ここで、第１の例においては、図８（ａ）、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、端末１００が上腕部ＡＭａに装着されているため、取得された腕振り角度を含む運動動作情報や、当該運動動作情報に基づく運動支援情報を表示部１４１に表示する情報提供方法を適用した場合、運動動作中にユーザＵＳは表示部１４１を視認することができない場合や困難な場合がある。このような場合には、本実施形態においては、表示部１４１への表示に加え、又は、表示部１４１への表示に替えて、音響部１４２から音声情報やアラーム音等を発生させることにより、また、振動部１４３から振動情報を発生させることにより、上記の運動動作情報や運動支援情報をユーザＵＳに適切に提供することができる。

また、第２の例においては、図８（ｂ）、図１０（ｃ）、（ｄ）に示すように、加速度センサ１１０や角速度センサ１２０を備えた端末２００が肩の関節Ｎａに対して、上腕ＡＭａ及び肘の関節Ｎｂを介して接続された前腕ＡＭｂに装着されているため、上述した第１の実施形態や本実施形態の第１の例に示したように、肩の関節Ｎａに直接繋がる上腕ＡＭａの位置（方向角）や角速度を検出する場合に比較して、腕振り角度の推定精度が低下する場合がある。このような場合には、本実施形態においては、ランニング等の運動動作中の前腕部の腕振り動作に特有の成分を予め測定又は推定して、検出された方向角や角速度を適宜補正することにより、腕振り角度を比較的精度良く推定することができ、ユーザに適切な運動動作情報や運動支援情報を提供することができる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明に係る運動支援装置の第３の実施形態について説明する。
上述した第１及び第２の実施形態に示した運動支援装置においては、人体の上腕部又は前腕部に装着された端末により、ユーザＵＳの運動動作中の歩数やピッチ、腕振り角度を含む運動動作状態を把握して判断し、運動動作情報や運動支援情報をユーザＵＳに提供する構成について説明した。第３の実施形態においては、人体に装着された端末により取得したセンサデータや、歩数やピッチ等の計算結果、腕振り角度や腕姿勢の時間変化等の種々の情報を、当該端末以外の独立した電子機器やネットワークに接続された電子機器に保存する構成を有している。

図１１は、第３の実施形態に係る運動支援装置を示す概略構成図である。図１２は、本実施形態に係る運動支援装置の一構成例を示す機能ブロック図である。図１２（ａ）は、本実施形態に係る運動支援装置に適用される情報通信装置の一例を示す概略構成図であり、図１２（ｂ）は、運動支援装置に適用されるネットワークサーバの一例を示す概略構成図である。ここで、上述した第１及び第２の実施形態と同等の構成については同一の符号を付して、その説明を簡略化する。

第３の実施形態に係る運動支援装置は、例えば図１１に示すように、大別して、端末１００、２００と、情報通信装置３００と、ネットワーク４００と、ネットワークサーバ５００と、を有している。ここで、端末１００、２００は、上述した第１及び第２の実施形態と同様に、運動動作中に取得されたセンサデータに基づいて、歩数やピッチ、腕振り角度を取得する機能と、当該端末１００、２００の外部に独立して設けられた情報通信装置３００や、ネットワーク４００に接続されたネットワークサーバ５００との間で、所定のデータを送受信する機能と、を有している。

情報通信装置３００は、端末１００や２００と有線や無線通信により接続され、端末１００や２００との間でデータの送受信が可能な機器であって、例えば図１１に示すように、ノートブック型やデスクトップ型のパーソナルコンピュータやタブレット端末、スマートフォン等の汎用機器、もしくは、専用機器が適用される。

情報通信装置３００は、具体的には、例えば図１２（ａ）に示すように、概略、通信回路部３１０と、入力操作部３２０と、表示部３３０と、演算回路３４０と、メモリ部３５０と、電源供給部３６０と、を備えている。ここで、通信回路部３１０は、端末１００又は２００において運動動作中に取得されたセンサデータや、当該センサデータに基づいて算出される歩数やピッチ、腕振り角度等のデータ（便宜的に「運動データ」と記す）を、端末１００又は２００から受信する際のインターフェースとして機能する。また、通信回路部３１０は、端末１００又は２００から受信した運動データについて、ユーザＵＳが評価情報を付与したデータ（便宜的に「評価データ」と記す）を、端末１００又は２００に送信する際のインターフェースとして機能する。また、通信回路部３１０は、端末１００又は２００との間で運動データや評価データを送受信する機能に加え、インターネットやＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワーク４００への接続機能を備えている。

また、演算回路３４０は、計時機能を有する演算装置であって、所定の動作クロックに基づいて、通信回路部３１０における運動データや評価データの伝送動作やネットワーク４００との接続動作、運動データや評価データのメモリ部３５０への保存、読み出し動作、表示部３３０における運動データ等の表示動作等の、各種の動作を制御する。なお、演算回路３４０において実行される制御プログラムは、メモリ部３５０に保存されているものであってもよいし、演算回路３４０の内部に予め組み込まれているものであってもよい。

なお、入力操作部３２０と、表示部３３０と、電源供給部３６０は、それぞれ上述した各実施形態に示した端末１００、２００の入力操作部１３０、２２０と、表示部１４０、１４１、２３１と、電源供給部１８０、２６０と同等の機能を有しているので、その説明を省略する。

ネットワークサーバ５００は、端末１００や２００が直接、あるいは、上述した情報通信装置３００を介して、データの送受信が可能なように接続されるネットワーク４００に接続されている。ネットワークサーバ５００は、具体的には、例えば図１２（ｂ）に示すように、概略、通信回路部５１０と、入力操作部５２０と、表示部５３０と、演算回路５４０と、メモリ部５５０と、電源供給部５６０と、を備えている。ここで、通信回路部５１０は、ネットワーク４００への接続機能を備え、端末１００又は２００から送信される運動データを、ネットワーク４００を介して直接、あるいは、上述した情報通信装置３００及びネットワークを介して受信する際のインターフェースとして機能する。また、通信回路部５１０は、メモリ部５５０から読み出された評価データを、ネットワーク４００を介して端末１００又は２００に送信する際のインターフェースとして機能する。

また、演算回路５４０は、計時機能を有する演算装置であって、所定の動作クロックに基づいて、通信回路部５１０における運動データや評価データの伝送動作やネットワーク４００との接続動作、運動データや評価データのメモリ部５５０への保存、読み出し動作等の、各種の動作を制御する。なお、演算回路５４０において実行される制御プログラムは、メモリ部５５０に保存されているものであってもよいし、演算回路５４０の内部に予め組み込まれているものであってもよい。

なお、入力操作部５２０と、表示部５３０と、電源供給部５６０は、それぞれ上述した各実施形態に示した端末１００、２００の入力操作部１３０、２２０と、表示部１４０、１４１、２３１と、電源供給部１８０、２６０と同等の機能を有しているので、その説明を省略する。

このような構成を有する運動支援装置において、図１１に示すように、端末１００又は２００が有線や無線通信により、情報通信装置３００にのみ接続された構成においては、端末１００又は２００において運動動作中に取得されたセンサデータや、当該センサデータに基づいて算出される歩数やピッチ、腕振り角度等の運動データが情報通信装置３００に送信されて、メモリ部３５０に保存される。ユーザＵＳは、情報通信装置３００に保存された運動データを表示部３３０に表示することにより、当該運動データに含まれる腕振り角度に対して、調子の良し悪しを示す評価情報を付与し、評価データとしてメモリ３５０に保存する。次いで、情報通信装置３００のメモリ部３５０に保存された評価データを読み出して、通信回路部３１０を介して端末１００又は２００に送信して、メモリ部１６０、２５０に保存する。

これにより、次回以降の運動動作において、情報通信装置３００から送信された評価データに基づいて、端末１００又は２００において取得された腕振り角度を含む運動データが比較され、その結果に基づいて、運動動作情報や運動支援情報がユーザＵＳに提供される。

なお、運動データに対して調子の良し悪しを示す評価情報を付与する評価処理は、情報通信装置３００のメモリ部３５０に保存された運動データを、有線や無線通信により接続された端末１００又は２００の表示部１４０、１４１、２３１に表示させた状態で行い、評価情報の付与後の評価データを情報通信装置３００のメモリ部３５０に保存するものであってもよい。

また、図１１に示すように、端末１００又は２００が有線や無線通信により、ネットワーク４００を介して直接、あるいは、上述した情報通信装置３００及びネットワーク４００を介してネットワークサーバ５００に接続された構成においては、端末１００又は２００において運動動作中に取得された運動データがネットワークサーバ５００に送信されて、メモリ部５５０に保存される。ユーザＵＳは、端末１００又は２００、情報通信装置３００によりネットワーク４００を介してネットワークサーバ５００にアクセスし、メモリ部５５０に保存された運動データを、端末１００又は２００の表示部１４０、１４１、２３１や情報通信装置３００の表示部３３０に表示させた状態で、当該運動データに含まれる腕振り角度に対して、調子の良し悪しを示す評価情報を付与し、評価データとしてメモリ５５０に保存する。次いで、ネットワークサーバ５００のメモリ部５５０に保存された評価データを読み出して、ネットワーク４００を介して直接、あるいは、ネットワーク４００及び情報通信装置３００を介して端末１００又は２００に送信して、メモリ部１６０、２５０に保存する。

これにより、次回以降の運動動作において、ネットワークサーバ５００から送信された評価データに基づいて、端末１００又は２００において取得された腕振り角度を含む運動データが比較され、その結果に基づいて、運動動作情報や運動支援情報がユーザＵＳに提供される。

したがって、本実施形態においても、上述した第１及び第２の実施形態と同様に、ランニング等の運動動作中の腕振りの程度を正確に把握して判断することができるので、ユーザに腕振り角度を含む運動動作状態を適切に伝達することができるとともに、適正な運動動作状態に誘導するための運動支援を行うことができる。

特に、本実施形態においては、人体に装着した端末により取得された運動データを、随時情報通信装置やネットワークサーバに送信してメモリ部に保存することができ、また、運動データに対する評価情報の付与処理を情報通信装置やネットワークサーバ上で行うことができるので、人体に装着する端末を、比較的少ない記憶容量（メモリ）を有し、かつ、簡易な演算処理機能を有する装置構成で実現することができる。

なお、上述した各実施形態においては、腕振り評価処理において、取得した腕振り角度に対して、ユーザＵＳが調子の良し悪しを示す評価情報を付与し、腕振り状態判断・支援処理において、評価情報が付与された腕振り角度に基づいて、現時点の腕振り角度を比較判断する手法を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、腕振り評価処理及び腕振り状態判断・支援処理において、上記の腕振り角度に加え、センサデータに基づいて算出される歩数やピッチ等の情報を、評価情報を付与する際や比較判断を行う際の要素として含めるものであってもよい。

また、上述した各実施形態においては、運動支援装置を構成する端末１００、２００を、人体の上腕部や前腕部に装着して、当該端末１００、２００により検出される加速度データに基づいて、運動動作状態（ランニングやウォーキングしているか否か）の判別や、腕振り状態（腕姿勢）の検出動作における１周期（１歩に対応する期間）の設定を行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、加速度センサを内蔵した端末を人体の胸部や腰部等の体幹に装着して、上記の加速度データを取得するものであってもよい。これによれば、上腕部や前腕部に装着した場合に比較して、姿勢変化が生じ難く、運動動作中の人体の重心付近の加速度を安定して取得することができるので、腕振りの影響を受けない正確な加速度を検出することができ、運動動作状態の判別や、検出動作の１周期の設定を適切に行うことができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲を含むものである。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。

（付記）
［１］
利用者の運動時の動作状態に関連する動作データを検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記動作データに基づいて、前記利用者が腕振り動作を伴う特定の動作状態にあるか否かを判別する動作状態判別部と、
前記動作状態判別部が、前記利用者が前記特定の動作状態にあると判別したとき、前記検出部により検出された前記動作データに基づいて、前記特定の動作状態における前記腕振り動作の１周期内の腕振りの状態を連続的に監視して、該１周期内における前記利用者の腕の最大振り角度を腕振り角度として算出する腕振り角度算出部と、
前記腕振り角度を適切な角度に誘導するための運動支援情報を提供する情報提供部と、
を備えることを特徴とする運動支援装置である。

［２］
前記腕振り角度に対する評価情報を該腕振り角度に対応させて保存する評価情報保存部と、
前記腕振り角度算出部により算出された前記腕振り角度と、前記評価情報保存部に保存されている前記評価情報に対応した前記腕振り角度と、の比較に基づいて、前記腕振り角度の良否を判断する腕振り状態判断部と、
を備え、
前記情報提供部は、前記腕振り状態判断部による前記判断の結果に基づいて、前記腕振り角度を前記適切な角度に誘導するように前記運動支援情報を提供することを特徴とする［１］に記載の運動支援装置である。

［３］
前記検出部は、前記利用者における前記特定の動作に伴って発生する加速度を検出する加速度センサと、前記腕振り動作における前記腕の動きに対応する角速度を検出する角速度センサと、を有し、
前記動作状態判別部は、前記加速度センサにより検出される加速度データに基づいて、前記利用者が前記特定の動作状態にあるか否かを判別し、
前記腕振り角度算出部は、前記角速度センサにより検出される角速度データを時間に対して積分した値に基づいて、前記腕振りの動作における前記腕の角度を算出して、前記１周期内の前記角速度データが極小値を示す複数のタイミングでの前記腕の角度を取得し、該複数のタイミングにおける異なる二つのタイミングでの前記腕の角度の差分の最大値を前記腕振り角度として算出することを特徴とする［１］又は［２］に記載の運動支援装置である。

［４］
前記腕振り角度算出部は、前記加速度センサにより検出される加速度データに基づいて、前記利用者の足の着地タイミングを検知し、前記着地タイミングを、前記腕振りの角度を算出する際の、前記１周期の開始タイミング及び終了タイミングとすることを特徴とする［３］に記載の運動支援装置である。

［５］
前記検出部は、少なくとも前記角速度センサが前記腕の任意の位置に設けられていることを特徴とする［３］又は［４］に記載の運動支援装置である。

［６］
前記腕振り角度算出部は、前記角速度センサにより検出される角速度データの値と、前記角速度センサが設けられている前記腕の支点となる肩から前記角速度センサが設けられた位置までの距離と、に基づいて前記腕振りの角度を算出することを特徴とする［５］に記載の運動支援装置である。

［７］
前記情報提供部は、前記運動支援情報に応じた可視情報を表示する表示部、前記運動支援情報に応じた音情報を発生する音響部、及び、前記運動支援情報に応じた振動情報を発生する振動部のうち、少なくともいずれか一つを有していることを特徴とする［１］乃至［６］のいずれかに記載の運動支援装置である。

［８］
前記検出部、前記動作状態判別部、前記振り角度算出部、前記評価情報保存部、及び、前記腕振り状態判断部は、第１の端末に設けられ、前記情報提供部は、前記第１の端末とは異なる第２の端末に設けられ、
前記第１の端末と前記第２の端末は、前記人体の異なる部位に設けられていること特徴とする［１］乃至［７］のいずれかに記載の運動支援装置である。

［９］
前記検出部、前記動作状態判別部、前記振り角度算出部、前記評価情報保存部、前記腕振り状態判断部、及び、前記情報提供部は、単一の端末に設けられていること特徴とする［１］乃至［７］のいずれかに記載の運動支援装置である。

［１０］
少なくとも前記評価情報保存部は、前記端末に対して、ネットワークを介して接続されていること特徴とする［８］又は［９］に記載の運動支援装置である。

［１１］
利用者の運動時の動作状態に関連する動作データを検出し、該動作データに基づいて、前記利用者が腕振り動作を伴う特定の動作状態にあるか否かを判別し、
前記利用者が前記特定の動作状態にあると判別したとき、前記動作データに基づいて、前記特定の動作状態における前記腕振り動作の１周期内の腕振りの状態を連続的に監視して、該１周期内における前記利用者の腕の最大振り角度を腕振り角度として算出し、
前記腕振り角度を適切な角度に誘導するための運動支援情報を提供する、
ことを特徴とする運動支援方法である。

［１２］
コンピュータに、
利用者の運動時の動作状態に関連する動作データを検出させて、該動作データに基づいて、前記利用者が腕振り動作を伴う特定の動作状態にあるか否かを判別させ、
前記利用者が前記特定の動作状態にあると判別したとき、前記動作データに基づいて、前記特定の動作状態における前記腕振り動作の１周期内の腕振りの状態を連続的に監視させて、該１周期内における前記利用者の腕の最大振り角度を腕振り角度として算出させ、
前記腕振り角度を適切な角度に誘導するための運動支援情報を提供させる、
ことを特徴とする運動支援プログラムである。

１００ 端末
１０１ 機器本体
１１０ 加速度センサ
１２０ 角速度センサ
１３０ 入力操作部
１４０ 表示部
１５０ 演算回路
１６０ メモリ部
１７０ 通信回路部
２００ 端末
２０１ 機器本体
２１０ 通信回路部
２２０ 入力操作部
２３１ 表示部
２３２ 音響部
２３３ 振動部
２４０ 演算回路
２５０ メモリ部
３００ 情報通信装置
４００ ネットワーク
５００ ネットワークサーバ
ＵＳ ユーザ

Claims (12)

1. 利用者の運動時の動作状態に関連する動作データを検出する検出部と、
   前記検出部により検出された前記動作データに基づいて、前記利用者が腕振り動作を伴う特定の動作状態にあるか否かを判別する動作状態判別部と、
   前記動作状態判別部が、前記利用者が前記特定の動作状態にあると判別したとき、前記検出部により検出された前記動作データに基づいて、前記特定の動作状態における前記腕振り動作の１周期内の腕振りの状態を連続的に監視して、該１周期内における前記利用者の腕の最大振り角度を腕振り角度として算出する腕振り角度算出部と、
   前記腕振り角度を適切な角度に誘導するための運動支援情報を提供する情報提供部と、
   を備えることを特徴とする運動支援装置。
2. 前記腕振り角度に対する評価情報を該腕振り角度に対応させて保存する評価情報保存部と、
   前記腕振り角度算出部により算出された前記腕振り角度と、前記評価情報保存部に保存されている前記評価情報に対応した前記腕振り角度と、の比較に基づいて、前記腕振り角度の良否を判断する腕振り状態判断部と、
   を備え、
   前記情報提供部は、前記腕振り状態判断部による前記判断の結果に基づいて、前記腕振り角度を前記適切な角度に誘導するように前記運動支援情報を提供することを特徴とする請求項１に記載の運動支援装置。
3. 前記検出部は、前記利用者における前記特定の動作に伴って発生する加速度を検出する加速度センサと、前記腕振り動作における前記腕の動きに対応する角速度を検出する角速度センサと、を有し、
   前記動作状態判別部は、前記加速度センサにより検出される加速度データに基づいて、前記利用者が前記特定の動作状態にあるか否かを判別し、
   前記腕振り角度算出部は、前記角速度センサにより検出される角速度データを時間に対して積分した値に基づいて、前記腕振りの動作における前記腕の角度を算出して、前記１周期内の前記角速度データが極小値を示す複数のタイミングでの前記腕の角度を取得し、該複数のタイミングにおける異なる二つのタイミングでの前記腕の角度の差分の最大値を前記腕振り角度として算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の運動支援装置。
4. 前記腕振り角度算出部は、前記加速度センサにより検出される加速度データに基づいて、前記利用者の足の着地タイミングを検知し、前記着地タイミングを、前記腕振りの角度を算出する際の、前記１周期の開始タイミング及び終了タイミングとすることを特徴とする請求項３に記載の運動支援装置。
5. 前記検出部は、少なくとも前記角速度センサが前記腕の任意の位置に設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の運動支援装置。
6. 前記腕振り角度算出部は、前記角速度センサにより検出される角速度データの値と、前記角速度センサが設けられている前記腕の支点となる肩から前記角速度センサが設けられた位置までの距離と、に基づいて前記腕振りの角度を算出することを特徴とする請求項５に記載の運動支援装置。
7. 前記情報提供部は、前記運動支援情報に応じた可視情報を表示する表示部、前記運動支援情報に応じた音情報を発生する音響部、及び、前記運動支援情報に応じた振動情報を発生する振動部のうち、少なくともいずれか一つを有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の運動支援装置。
8. 前記検出部、前記動作状態判別部、前記振り角度算出部、前記評価情報保存部、及び、前記腕振り状態判断部は、第１の端末に設けられ、前記情報提供部は、前記第１の端末とは異なる第２の端末に設けられ、
   前記第１の端末と前記第２の端末は、前記人体の異なる部位に設けられていること特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の運動支援装置。
9. 前記検出部、前記動作状態判別部、前記振り角度算出部、前記評価情報保存部、前記腕振り状態判断部、及び、前記情報提供部は、単一の端末に設けられていること特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の運動支援装置。
10. 少なくとも前記評価情報保存部は、前記端末に対して、ネットワークを介して接続されていること特徴とする請求項８又は９に記載の運動支援装置。
11. 利用者の運動時の動作状態に関連する動作データを検出し、該動作データに基づいて、前記利用者が腕振り動作を伴う特定の動作状態にあるか否かを判別し、
    前記利用者が前記特定の動作状態にあると判別したとき、前記動作データに基づいて、前記特定の動作状態における前記腕振り動作の１周期内の腕振りの状態を連続的に監視して、該１周期内における前記利用者の腕の最大振り角度を腕振り角度として算出し、
    前記腕振り角度を適切な角度に誘導するための運動支援情報を提供する、
    ことを特徴とする運動支援方法。
12. コンピュータに、
    利用者の運動時の動作状態に関連する動作データを検出させて、該動作データに基づいて、前記利用者が腕振り動作を伴う特定の動作状態にあるか否かを判別させ、
    前記利用者が前記特定の動作状態にあると判別したとき、前記動作データに基づいて、前記特定の動作状態における前記腕振り動作の１周期内の腕振りの状態を連続的に監視させて、該１周期内における前記利用者の腕の最大振り角度を腕振り角度として算出させ、
    前記腕振り角度を適切な角度に誘導するための運動支援情報を提供させる、
    ことを特徴とする運動支援プログラム。

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