JP2016059729A - 測定装置、測定方法及び測定プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
このため、本発明の課題は、走行時においても着地に関するデータを確実に測定可能とすることである。
人体に取り付けられ、前後方向、左右方向、上下方向それぞれの加速度を所定時間毎に測定して加速度信号を出力する加速度センサと、
前記人体が進行方向に移動しているときに、前記加速度センサから出力される前後方向、左右方向、上下方向のそれぞれの前記加速度信号の波形に基づいて、前記人体の足の動きに関するタイミングを取得する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
上下方向の前記加速度信号に対して平滑化処理を行い、前記上下方向の加速度信号の前記平滑化処理後の波形が極大値を示すタイミングを第一基準タイミングとし、
前記上下方向の加速度信号を二度積分することで、前記加速度センサの高さ位置を表す高さ位置の波形を求め、
当該高さ位置の波形が極大値を示すタイミングを第二基準タイミングとし、
前記第二基準タイミングと、前記第二基準タイミングより時間的に後であって前記第二基準タイミングに最も近い前記第一基準タイミングとの間の第一探索期間において、前記前後方向の加速度信号の波形における前記進行方向に対する減速動作に対応する極値を求め、前記極値のタイミングに基づいて前記人体の足の着地タイミングを取得することを特徴とする測定装置が提供される。
<請求項6>
進行方向に移動している人体に取り付けられ、前後方向、左右方向、上下方向それぞれの加速度を所定時間毎に測定する加速度センサから出力される加速度信号の波形に基づいて、前記人体の足の動作に関するタイミングを取得する測定方法であって、
上下方向の前記加速度信号に対して平滑化処理を行い、前記上下方向の加速度信号の前記平滑化後の波形が極大値を示すタイミングを第一基準タイミングとし、
前記上下方向の加速度信号を二度積分することで、前記加速度センサの高さ位置を表す高さ位置の波形を求め、
当該高さ位置の波形が極大値を示すタイミングを第二基準タイミングとし、
前記第二基準タイミングと、前記第二基準タイミングより時間的に後であって前記第二基準タイミングに最も近い前記第一基準タイミングとの間の第一探索期間において、前記前後方向の加速度信号の波形における前記進行方向に対する減速動作に対応する極値を求め、前記極値のタイミングに基づいて前記人体の足の着地タイミングを取得することを特徴とする測定方法が提供される。
<請求項7>
進行方向に移動している人体に取り付けられ、前後方向、左右方向、上下方向それぞれの加速度を所定時間毎に測定する加速度センサから出力される加速度信号の波形に基づいて、前記人体の足の動作に関するタイミングを取得するコンピュータに、
上下方向の加速度信号に対して平滑化処理を行い、前記上下方向の加速度信号の前記平滑化後の波形が極大値を示すタイミングを第一基準タイミングとして取得させ、
前記上下方向の加速度信号を二度積分することで、前記加速度センサの高さ位置を表す高さ位置の波形を求めさせ、
当該高さ位置の波形が極大値を示すタイミングを第二基準タイミングとして取得させ、
前記第二基準タイミングと、前記第二基準タイミングより時間的に後であって前記第二基準タイミングに最も近い前記第一基準タイミングとの間の第一探索期間において、前記前後方向の加速度信号の波形における前記進行方向に対する減速動作に対応する極値を求め、前記極値のタイミングに基づいて前記人体の足の着地タイミングを取得させることを特徴とする測定プログラムが提供される。
なお、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
図1に示すように、測定装置1は、本体部2と、ベルト部3とを有しており、ベルト部3によって、ユーザの腰の位置で本体部2が固定されている。ここで、左右方向をX軸とし、前後方向をY軸とし、上下方向をZ軸とする。X軸においては左手方向を正、右手方向を負とする。Y軸においては進行方向逆向きを正とし、進行方向を負とする。Z軸においては上方向を正、下方向を負とする。
図2に示すように本体部2は、加速度センサ4、通信部5、表示部6、操作部7及びこれらを制御する制御部8を備えて構成されている。
加速度センサ4は、前後方向、左右方向、上下方向それぞれの加速度を所定時間(例えば5ms)毎に測定し、測定した加速度に対応する加速度信号を制御部8に出力するようになっている。
通信部5は、取得したデータを制御部8による制御に基づいて外部の情報端末に出力するものであり、例えばUSB端子などの有線式の通信部や、Bluetooth(登録商標)などの近距離無線通信規格を採用した通信部である。
表示部6は、取得したデータを制御部8による制御に基づいて表示するものであり、例えば液晶パネルなどである。
操作部7は、電源のON/OFFを切り替える電源ボタン(図示省略)、データ取得の開始/停止を指示する開始/停止ボタン(図示省略)、表示内容を切り替える表示切替ボタン(図示省略)等を備えており、この操作部7からの指示に基づいて制御部8は各部を制御するようになっている。
具体的には、制御部8は、所定時間毎に加速度センサ4から出力される前後方向、左右方向、上下方向それぞれの加速度信号をRAM中に記憶し、前後方向、左右方向、上下方向それぞれの時間軸に対する加速度信号の波形を作成する。そして制御部8は、前後方向、左右方向、上下方向それぞれの加速度信号の波形に基づいて着地に関するデータを算出する。
図3は、測定処理の流れを示すフローチャートである。
なお、この処理ではユーザが所定距離だけ走った分の前後方向、左右方向、上下方向それぞれの加速度信号の波形が、処理の実行前に取得されている場合を例示して説明する。例えば、開始/停止ボタンが操作されることによってデータ取得が開始されてから、ユーザが所定距離だけ走り終わり、開始/停止ボタンが再度操作されデータ取得が停止されると、制御部8は上記測定処理に関するプログラムを読み出して実行する。
図4は、前後方向、左右方向、上下方向それぞれの加速度信号の波形の一部分を例示的に抜き出して示すグラフである。以下の説明では、前記測定処理に加速度信号の波形がどう用いられているかを、図4を参照して説明する。また、本実施形態では、図4に示す部分にのみ上記測定処理が施される場合を例示して説明するが、当該測定処理は、前後方向、左右方向、上下方向それぞれの加速度信号の波形の全体を対象として実行される。
次いで、制御部8は、平滑化後の上下方向の加速度信号Z2の波形の極大値Zmaxを求め、この極大値Zmaxを示すタイミングを第一基準タイミングとして時間軸を分割する(ステップS2)。図4では、極大値Zmaxに基づいて線P1,P2,P3で時間軸を分割している。この線P1と,線P2の間の分割領域、線P2と線P3との間の分割領域を第一分割領域R1と称す。
次いで、制御部8は、各第一分割領域R1内にある高さ位置波形Tの極大値Tmaxを示すタイミングを第二基準タイミングとして時間軸を分割する。図4では、極大値Tmaxに基づいて線P4,P5,P6で時間軸を分割している。この線P4,P5,P6を歩の切れ目(例えば奇数歩目と偶数歩目の境界)に設定する(ステップS4)。この線P4,P5,P6で分割された領域を第二分割領域と称す。なお、説明の便宜上、以下においては、連続する二つの第二分割領域のうち、先(時間的に前)の方を「先の第二分割領域R21」とし、後(時間的に後)の方を「後の第二分割領域R22」とする。
図4では、先の第二分割領域R21に正の極大値Ymaxが一つあり、後の第二分割領域R22に正の極大値Ymaxが二つある場合を例示している。
ここで、着地時においてはその着地動作による衝撃によって減速するために、前後方向の加速度信号Yの波形には正の値にピーク(極大値)が生じることになる。この正の極大値Ymaxが、進行方向に対して減速を示す極値である。
しかし、走り方や速度によっては同様のピークが複数生じることもある。換言すると、着地時においては前後方向の加速度信号Yの波形に少なくとも一つは正の極大値が生じることになる。このため、ステップS6では、正の極大値が一つであるか否かを判断している。なお、本実施形態では、前後方向の加速度信号Yの波形は、進行方向逆向きを正とし、進行方向を負としているため、減速を示す極値が正の極大値Ymaxとなっているが、正負が逆の場合は減速を示す極値が負の極小値となる。
具体的には、制御部8は、後の第二分割領域R22の前半部分内において、所定間隔内に左右方向の加速度信号X波形の極値Xm1,Xm2,Xm3が三つ存在し、なおかつ当該三つの極値Xm1,Xm2,Xm3のうち隣接する極値Xm1,Xm2,Xm3の差分が所定値以上であると、左右のブレを示す波形として認定する。そして、制御部8は三つの極値Xm1,Xm2,Xm3のうち最初に発生した極値Xm1に近い正の極大値Ymaxを特定する。
なお、「所定間隔」や、「所定値」については、実験やシミュレーションなどにより得られた値が用いられる。具体的には所定間隔としては40〜100msの範囲に収まる値が好ましく、70msがより好ましい。また、所定値としては5〜15m/s2の範囲に収まる値が好ましく、10m/s2がより好ましい。
なお、前記最初の正の極大値Ymax1が存在しなかった場合には、制御部8は、第二分割領域R21,R22の92〜97%の範囲に収まる所定地点を離地タイミングとする。
これにより、着地に関するデータ(着地タイミング、離地タイミング及び接地時間)が算出されたので、制御部8は測定処理を終了する。
また、最初の正の極大値Ymax1が存在しなかった場合には、第二分割領域R21,R22の92〜97%の範囲に収まる所定地点を離地タイミングとするので、最初の正の極大値Ymax1が存在しない場合でも離地タイミングを推測することができる。
この接地時間においては、足の裏に圧力センサを取り付けて測定された接地時間と比しても相関が高いことが見受けられた。
また、各第二分割領域R21,R22のうち後半部分で、前後方向の加速度信号Yの波形の値が負から正、つまり加速から減速へと変化した地点を離地タイミングとしてもよい。この地点が存在しなかった場合には、第二分割領域R21,R22の92〜97%の範囲に収まる所定地点を離地タイミングとする。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
<請求項1>
人体に取り付けられ、前後方向、左右方向、上下方向それぞれの加速度を所定時間毎に測定して加速度信号を出力する加速度センサと、
前記人体が進行方向に移動しているときに、前記加速度センサから出力される前後方向、左右方向、上下方向のそれぞれの前記加速度信号の波形に基づいて、前記人体の足の動きに関するタイミングを取得する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
上下方向の前記加速度信号に対して平滑化処理を行い、前記上下方向の加速度信号の前記平滑化処理後の波形が極大値を示すタイミングを第一基準タイミングとし、
前記上下方向の加速度信号を二度積分することで、前記加速度センサの高さ位置を表す高さ位置の波形を求め、
当該高さ位置の波形が極大値を示すタイミングを第二基準タイミングとし、
前記第二基準タイミングと、前記第二基準タイミングより時間的に後であって前記第二基準タイミングに最も近い前記第一基準タイミングとの間の第一探索期間において、前記前後方向の加速度信号の波形における前記進行方向に対する減速動作に対応する極値を求め、前記極値のタイミングに基づいて前記人体の足の着地タイミングを取得することを特徴とする測定装置。
<請求項2>
請求項1に記載の測定装置において、
前記制御部は、
前記第一探索期間内に前記減速動作に対応する前記極値が一つの場合は、当該極値のタイミングを前記着地タイミングとして取得し、
前記第一探索期間内に前記減速動作に対応する前記極値が二つ以上ある場合は、前記探索期間内において、前記左右方向の加速度信号の波形の極値が一定間隔内に三つ存在し、且つ、当該三つの極値のうち隣接する極値の差分が所定値以上であるときに、前記三つの極値のうち最初に発生した極値に最も近い前記極値のタイミングを着地タイミングとして取得することを特徴とする測定装置。
<請求項3>
請求項1又は2に記載の測定装置において、
前記制御部は、
前記第一基準タイミングと、前記第一基準タイミングより時間的に後であって前記第一基準タイミングに最も近い前記第二基準タイミングとの間の第二探索期間内において、前記前後方向の加速度信号の波形が加速から減速へと変化した後に最初の減速を示す極値を探索し、当該最初の減速を示す極値が存在した場合に、前記極値のタイミングを前記人体の足の離地タイミングとして取得することを特徴とする測定装置。
<請求項4>
請求項3に記載の測定装置において、
前記制御部は、前記最初の減速を示す極値が存在しなかった場合には、前記第二探索期間の開始から該第二探索期間の92〜97%のタイミングを離地タイミングとして取得することを特徴とする測定装置。
<請求項5>
請求項3又は4に記載の測定装置において、
前記制御部は、前記着地タイミングと前記離地タイミングとの差分を前記人体の足の接地時間として取得することを特徴とする測定装置。
<請求項6>
進行方向に移動している人体に取り付けられ、前後方向、左右方向、上下方向それぞれの加速度を所定時間毎に測定する加速度センサから出力される加速度信号の波形に基づいて、前記人体の足の動作に関するタイミングを取得する測定方法であって、
上下方向の前記加速度信号に対して平滑化処理を行い、前記上下方向の加速度信号の前記平滑化後の波形が極大値を示すタイミングを第一基準タイミングとし、
前記上下方向の加速度信号を二度積分することで、前記加速度センサの高さ位置を表す高さ位置の波形を求め、
当該高さ位置の波形が極大値を示すタイミングを第二基準タイミングとし、
前記第二基準タイミングと、前記第二基準タイミングより時間的に後であって前記第二基準タイミングに最も近い前記第一基準タイミングとの間の第一探索期間において、前記前後方向の加速度信号の波形における前記進行方向に対する減速動作に対応する極値を求め、前記極値のタイミングに基づいて前記人体の足の着地タイミングを取得することを特徴とする測定方法。
<請求項7>
進行方向に移動している人体に取り付けられ、前後方向、左右方向、上下方向それぞれの加速度を所定時間毎に測定する加速度センサから出力される加速度信号の波形に基づいて、前記人体の足の動作に関するタイミングを取得するコンピュータに、
上下方向の加速度信号に対して平滑化処理を行い、前記上下方向の加速度信号の前記平滑化後の波形が極大値を示すタイミングを第一基準タイミングとして取得させ、
前記上下方向の加速度信号を二度積分することで、前記加速度センサの高さ位置を表す高さ位置の波形を求めさせ、
当該高さ位置の波形が極大値を示すタイミングを第二基準タイミングとして取得させ、
前記第二基準タイミングと、前記第二基準タイミングより時間的に後であって前記第二基準タイミングに最も近い前記第一基準タイミングとの間の第一探索期間において、前記前後方向の加速度信号の波形における前記進行方向に対する減速動作に対応する極値を求め、前記極値のタイミングに基づいて前記人体の足の着地タイミングを取得させることを特徴とする測定プログラム。
2 本体部
3 ベルト部
4 加速度センサ
5 通信部
6 表示部
7 操作部
8 制御部
R1 第一分割領域
R21,R22 第二分割領域
X 左右方向の加速度信号
Y 前後方向の加速度信号
Z1 上下方向の加速度信号
Claims (7)
- 人体に取り付けられ、前後方向、左右方向、上下方向それぞれの加速度を所定時間毎に測定して加速度信号を出力する加速度センサと、
前記人体が進行方向に移動しているときに、前記加速度センサから出力される前後方向、左右方向、上下方向のそれぞれの前記加速度信号の波形に基づいて、前記人体の足の動きに関するタイミングを取得する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
上下方向の前記加速度信号に対して平滑化処理を行い、前記上下方向の加速度信号の前記平滑化処理後の波形が極大値を示すタイミングを第一基準タイミングとし、
前記上下方向の加速度信号を二度積分することで、前記加速度センサの高さ位置を表す高さ位置の波形を求め、
当該高さ位置の波形が極大値を示すタイミングを第二基準タイミングとし、
前記第二基準タイミングと、前記第二基準タイミングより時間的に後であって前記第二基準タイミングに最も近い前記第一基準タイミングとの間の第一探索期間において、前記前後方向の加速度信号の波形における前記進行方向に対する減速動作に対応する極値を求め、前記極値のタイミングに基づいて前記人体の足の着地タイミングを取得することを特徴とする測定装置。 - 請求項1に記載の測定装置において、
前記制御部は、
前記第一探索期間内に前記減速動作に対応する前記極値が一つの場合は、当該極値のタイミングを前記着地タイミングとして取得し、
前記第一探索期間内に前記減速動作に対応する前記極値が二つ以上ある場合は、前記探索期間内において、前記左右方向の加速度信号の波形の極値が一定間隔内に三つ存在し、且つ、当該三つの極値のうち隣接する極値の差分が所定値以上であるときに、前記三つの極値のうち最初に発生した極値に最も近い前記極値のタイミングを着地タイミングとして取得することを特徴とする測定装置。 - 請求項1又は2に記載の測定装置において、
前記制御部は、
前記第一基準タイミングと、前記第一基準タイミングより時間的に後であって前記第一基準タイミングに最も近い前記第二基準タイミングとの間の第二探索期間内において、前記前後方向の加速度信号の波形が加速から減速へと変化した後に最初の減速を示す極値を探索し、当該最初の減速を示す極値が存在した場合に、前記極値のタイミングを前記人体の足の離地タイミングとして取得することを特徴とする測定装置。 - 請求項3に記載の測定装置において、
前記制御部は、前記最初の減速を示す極値が存在しなかった場合には、前記第二探索期間の開始から該第二探索期間の92〜97%のタイミングを離地タイミングとして取得することを特徴とする測定装置。 - 請求項3又は4に記載の測定装置において、
前記制御部は、前記着地タイミングと前記離地タイミングとの差分を前記人体の足の接地時間として取得することを特徴とする測定装置。 - 進行方向に移動している人体に取り付けられ、前後方向、左右方向、上下方向それぞれの加速度を所定時間毎に測定する加速度センサから出力される加速度信号の波形に基づいて、前記人体の足の動作に関するタイミングを取得する測定方法であって、
上下方向の前記加速度信号に対して平滑化処理を行い、前記上下方向の加速度信号の前記平滑化後の波形が極大値を示すタイミングを第一基準タイミングとし、
前記上下方向の加速度信号を二度積分することで、前記加速度センサの高さ位置を表す高さ位置の波形を求め、
当該高さ位置の波形が極大値を示すタイミングを第二基準タイミングとし、
前記第二基準タイミングと、前記第二基準タイミングより時間的に後であって前記第二基準タイミングに最も近い前記第一基準タイミングとの間の第一探索期間において、前記前後方向の加速度信号の波形における前記進行方向に対する減速動作に対応する極値を求め、前記極値のタイミングに基づいて前記人体の足の着地タイミングを取得することを特徴とする測定方法。 - 進行方向に移動している人体に取り付けられ、前後方向、左右方向、上下方向それぞれの加速度を所定時間毎に測定する加速度センサから出力される加速度信号の波形に基づいて、前記人体の足の動作に関するタイミングを取得するコンピュータに、
上下方向の加速度信号に対して平滑化処理を行い、前記上下方向の加速度信号の前記平滑化後の波形が極大値を示すタイミングを第一基準タイミングとして取得させ、
前記上下方向の加速度信号を二度積分することで、前記加速度センサの高さ位置を表す高さ位置の波形を求めさせ、
当該高さ位置の波形が極大値を示すタイミングを第二基準タイミングとして取得させ、
前記第二基準タイミングと、前記第二基準タイミングより時間的に後であって前記第二基準タイミングに最も近い前記第一基準タイミングとの間の第一探索期間において、前記前後方向の加速度信号の波形における前記進行方向に対する減速動作に対応する極値を求め、前記極値のタイミングに基づいて前記人体の足の着地タイミングを取得させることを特徴とする測定プログラム。
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