JP2017192563A - 活動量計および運動量算出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定速移動と非定速移動を区別し、その運動量を精度よく計測可能な技術を提供する。【解決手段】活動量計および運動量算出装置は、使用者の体動を検知するための加速度センサと、前記加速度センサの出力に基づいて、前記使用者が定速で移動しているかまたは非定速で移動しているか判定する判定手段と、前記加速度センサの出力に基づいて、運動量を算出する算出手段と、を備え、前記算出手段は、前記判定手段が前記使用者は非定速で移動していると判定した場合に、前記使用者の運動量を定速で移動している場合よりも高く算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、活動量計および運動量算出装置に関する。

近年、生活習慣病の予防や体型の維持などの観点から、運動習慣の重要性が認められている。運動を習慣化するためには、自分の運動量（消費カロリー）を把握、管理することが有効とされている。この場合、一口に運動と言っても、ランニングや体操といった意図的な運動だけでなく、日常の歩行、掃除や洗濯などに伴う、生活に欠かせない身体活動についても管理の対象となる。

従来、このような目的のために、活動量計が利用されてきた（特許文献１参照）。従来の活動量計は、使用者の走行や歩行を含む移動時の運動量の算出において、所定期間（例えば２０〜６０秒間）毎の運動強度［ＭＥＴｓ］からその期間内の運動量を算出していた。

特開２００９−０２８３１２号公報

ところで、近年の新たな知見により、同じ歩行であっても、例えば定速で歩行する場合よりも、加速（歩き始めなど）や減速（停止など）を伴う非定速の歩行の方が実際に消費される運動量が高いことが分かった。しかし従来の活動量計にあっては、定速移動と非定速移動を区別しないため、算出される運動量が実際に消費される運動量よりも小さく見積もられてしまう可能性があった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、運動量を精度よく計測可能な技術を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用する。

本発明に係る運動量算出装置は、使用者の体動を検知するための加速度センサの出力に基づいて、前記使用者が定速で移動しているかまたは非定速で移動しているか判定する判定手段と、前記加速度センサの出力に基づいて、運動量を算出する算出手段と、を備える。そして、前記算出手段は、前記判定手段が前記使用者は非定速で移動していると判定した場合に、前記使用者の運動量を定速で移動している場合よりも高く算出する

人間の移動時の運動量は、定速で移動する場合よりも加減速を伴う非定速の移動の場合の方が高い傾向にある。本発明はこの点に着目し、前記使用者の移動が定速であるか非定速であるか判定する。そして本発明の運動量算出装置は、前記使用者が非定速で移動している場合には、定速で移動している場合に比べて運動量を高く算出する。これによって本発明の運動量算出装置は、前記使用者の移動の状態を反映させた上で、精度よく運動量を算出することができる。

運動強度は前記使用者の移動速度と相関がある。例えば、前記使用者の移動速度が大き
いほど、運動強度は高くなる。そこで、本発明は単位期間の間の運動強度の差分に着目し、使用者の移動状態を判定するとよい。具体的には、本発明の判定手段は、単位期間毎に使用者の運動強度を算出し、最新の単位期間に算出した運動強度と前回の単位期間に算出した運動強度との差分に基づいて、前記使用者が定速で移動しているかまたは非定速で移動しているか判定するとよい。これによって本発明の運動量算出装置は、精度の高い運動量の算出を簡易に実現できる。また、運動量の算出が簡易になることで、演算の高速化も期待できる。

判定には、前記差分と予め設定した閾値との比較に基づいて判定してもよい。例えば、前記差分が前記閾値を下回る場合に前記判定手段は前記使用者が定速で移動していると判断する。また、前記差分が閾値を上回る場合に、前記判定手段は前記使用者が非定速で移動していると判断する。これによって本発明の運動量算出装置は、精度の高い運動量の算出を簡易に実現できる。また、運動量の算出が簡易になることで、演算の高速化も期待できる。

運動量の算出は、例えば、前記使用者が定速で移動している場合の単位期間の運動量に、前記使用者の移動状態（加速または減速）に応じて補正を施すという方法が考えられる。具体的には、前記算出手段は、前記加速度センサの出力に基づいて前記使用者の単位期間毎の運動量を算出する運動量算出手段と、前記判定部の判定結果に基づいて前記運動量を補正する補正手段と、を備えるとよい。これによって本発明の運動量算出装置は、精度の高い運動量の算出を簡易に実現できる。また、運動量の算出が簡易になることで、演算の高速化も期待できる。

また、前記加速度センサと前記運動量算出装置を一体に備え、活動量計として構成されてもよい。具体的には、本発明の活動量計は、使用者の体動を検知するための加速度センサと、前記加速度センサの出力に基づいて前記使用者の運動量を算出する上述の運動量算出装置と、を備えるとよい。この構成によれば、外部に運動量算出を行う演算装置が不要となり、活動量計のみから運動量の算出を行うことができる。

本発明には、前記運動量算出装置の各機能を実行させるプログラムも含まれる。具体的には、コンピュータを、上述した運動量算出装置の各手段として機能させるためのプログラムは本発明に含まれる。つまり、前記加速度センサを備える機器と前記プログラムを実行可能な機器を接続することによって、精度の高い運動量の算出を簡易に実現できる。

本発明によれば、定速移動と非定速移動を区別し、その運動量を精度よく計測可能な技術を提供できる。

図１は、活動量計の内部構成を示すブロック図である。 図２は、制御部１０の機能を示す機能ブロック図である。 図３は、使用者の移動状態が定速であるか非定速であるか判定するフロー図である。 図４は、運動量算出装置の構成の一例を示す構成図である。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。

＜活動量計の構成＞
図１は、活動量計の内部構成を示すブロック図である。活動量計１は、制御部１０、操
作部１１、Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２、加速度センサ１３、メモリ１４、表示部１５、電源１６を備える。
制御部１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などを備える。図２は、本実施形態の制御部１０の機能ブロック図である。制御部１０は、加速度センサ１３の出力信号の信号処理、使用者の移動が定速であるか非定速であるかの判定、運動量や運動強度の算出、運動量の補正、操作部１１からの入力信号の処理、Ｉ／Ｆ１２を経由する通信制御、表示部１５の制御などの機能を担う。つまり、制御部１０は判定部２１、算出部２２の機能を備える。さらに算出部２２は、運動量算出部３１と補正部３２を備える。なお制御部１０の各機能は、メモリ１４に格納されたプログラムを制御部１０が備えるＣＰＵが実行することにより実現される。ただし、制御部１０の一部または全部の機能をＡＳＩＣやＦＰＧＡで実現することもできる。なお、制御部１０が備える判定部２１、算出部２２（運動量算出部３１、補正部３２）の各機能により、本発明の運動量算出手段が構成される。

操作部１１は、目標の設定、歩数や表示のリセット、各種設定値の入力などの操作を行うためのユーザーインターフェースである。
Ｉ／Ｆ１２は、体組成計やパーソナル・コンピュータ等の外部機器と無線通信又は有線通信でデータを送受信するための外部インターフェースである。
メモリ１４は、歩数、運動量、運動強度などの記録、利用者に関する情報（身体データ含む）、ＣＰＵに実行させるプログラム、プログラムが利用する各種設定値などのデータを記憶する不揮発性の記憶手段である。
表示部１５は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）などで構成される表示手段であり、歩数、運動量、運動強度、目標達成度などの情報を表示可能である。
電源１６は、本実施形態の活動量計１の各部に電力を供給する。

＜加速度センサ＞
加速度センサ１３は、使用者の体動を検知するための検知手段である。本実施形態では１軸の加速度センサを用いるものとして説明するが、多軸の加速度センサを用いてもよい。加速度センサ１３の種類としては、静電容量型センサ、圧電型センサなどどのような原理のセンサでも利用可能である。

加速度センサ１３から出力される生の信号には、重力加速度（静的加速度）の変動に対応する低周波成分が含まれている。そこで、ハイパスフィルタを用いて低周波成分を除去し、使用者の体動（歩行や走行）による動的加速度の成分のみを取り出すとよい。このような出力信号を用いることにより、体動の正確な判別と、運動量や運動強度の正確な算出が可能となる。なお、動的加速度の変化のみを検出するタイプのセンサを用いた場合には、上述したハイパスフィルタのような構成は不要である。

＜加速度の算出＞
使用者が本実施形態の活動量計１を使用中の場合、加速度センサ１３の出力値は常に変動しているため、ある一時点における瞬時値を採用しても意味がない。そこで本実施形態では、予め決められた期間（単位期間）の出力信号を統計的に処理することによって、その期間における加速度の大きさの代表値が算出される。なお、単位期間は短過ぎるとわずかな速度変化が過大に検出され、長過ぎると速度変化が平均化され検出されなくなってしまう。本実施形態では、単位期間は、例えば１０〜２０秒間とする。

本実施形態では、単位期間１０秒間の信号から約４００点のサンプリングが行われるとする。そして、単位期間のサンプリング値の相加平均（基準値）が算出される。次に、サンプリング値と基準値の差（偏差）の絶対値が計算され、偏差の絶対値の相加平均が求められる。偏差の絶対値の相加平均は平均偏差とよばれる統計量であり、本実施形態では、
その値が単位期間における加速度の代表値として用いられる。なお、加速度の代表値は平均偏差に限定されず、平均（相加平均、相乗平均）、最大値、最小値、中間値、偏差、標準偏差などどのような値を採用してもよい。

加速度の代表値は、一軸の加速度センサ１３の検知方向について算出される。下記式において、Ｘは加速度センサ１３の検知方向の加速度の代表値である。また、ｘｉはサンプリング値であり、ａｘはサンプリング値の相加平均であり、Ｎはサンプル数である。

＜運動強度及び運動量の算出＞
運動強度は、上述の加速度の代表値Ｘと、実験により予め求めた算出式（換算式）から算出される。算出式とは、運動強度と加速度の代表値Ｘとの対応を示す関係式である。上述の計算により、ある単位期間の加速度の代表値Ｘが算出されると、算出式を用いて加速度の代表値Ｘに対応する運動強度が決まる。求められた運動強度［ＭＥＴｓ］から運動量（Ｅｘ値または消費カロリー）が算出される。運動強度から運動量への換算は公知の手法を利用することができる。なお、運動強度及び運動量の算出は、本実施形態においては制御部１０にて行われる。

＜定速／非定速の判定＞
本実施形態における、使用者の移動が定速であるか非定速であるかの判定の方法を、図３に示すフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ２０１では、制御部１０が加速度センサ１３の出力信号に基づいて単位期間における運動強度[ＭＥＴｓ]を算出する。
ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１で算出された運動強度に基づいて、運動量算出部３１が単位期間の運動量を算出する。

ステップＳ２０３では、判定部２１が単位期間の間の運動強度の差分と閾値との比較を行う。具体的には、判定部２１は、最新の単位期間に算出された運動強度（以下「最新運動強度」と呼ぶ）から前回の単位期間に算出された運動強度（以下「前回運動強度」と呼ぶ）を引いた差分（以下「順差分」と呼ぶ）を算出し、順差分が閾値を上回るかどうか判定する。順差分が閾値を上回る場合（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）、ステップＳ２０４に進む。順差分が閾値を下回る場合（ステップＳ２０３：ＮＯ）、ステップＳ２０５に進む。なお、本実施形態では閾値を２ＭＥＴｓとする。この閾値の値は、人間が普通に歩き続けている場合の運動強度の変化は±１ＭＥＴｓ以内であり、運動強度が２ＭＥＴｓ以上変化した場合に比較的明確に歩行状態が変化する、という発明者らの実験による知見に基づくものである。

ステップＳ２０５では、前回運動強度から最新運動強度を引いた差分（以下「逆差分」と呼ぶ）が、閾値を上回るかどうか判定する。逆差分が閾値を上回る場合（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、ステップＳ２０６に進む。逆差分が閾値を下回る場合（ステップＳ２０５：ＮＯ）、ステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０４では、ステップＳ２０３の判定結果に基づいて、判定部２１は使用者が加速していると判定する。加速している場合とは、例えば使用者が停止状態から歩き始めるような場合である。
ステップＳ２０６では、ステップＳ２０５の判定結果に基づいて、判定部２１は使用者が減速していると判定する。減速している場合とは、例えば使用者が歩行状態から停止す
るような場合である。
ステップＳ２０７では、ステップＳ２０３及びステップＳ２０５の判定結果に基づいて、判定部２１は使用者が定速移動していると判定する。定速移動と判定された場合には、さらにステップＳ２０９に進み、運動量は補正されない。

ステップＳ２０８では、使用者が非定速で移動している場合、すなわち加速または減速している場合に、補正部３２はステップＳ２０２で算出された運動量が増加するように補正を行う。本実施形態では補正の方法として、補正部３２がステップＳ２０２で算出された運動量に係数を掛けて補正を行う。本実施形態では、この係数は１．２であるとする。なお、係数は順差分および逆差分に応じて変更してもよい。例えば、差分値（順差分および逆差分）と補正係数の対応を示すテーブルを用意しておき、差分値に基づいて補正係数を変更するなどしてもよい。

ステップＳ２０８およびステップＳ２０９の処理が終了すると、ステップＳ２１０に進む。ステップＳ２１０では、電源１６がＯＦＦの場合（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、本フローチャートの処理を終了する。電源１６がＯＮの場合（ステップＳ２１０：ＮＯ）、ステップＳ２０１に戻る。

以上述べたように、本実施形態の活動量計１および運動量算出装置は、加速度センサの出力信号に基づいて使用者の移動状態が定速であるか非定速であるか判別し、非定速の場合は定速の場合より高い運動量を見積もることができる。これにより、使用者の運動量を従来の方法よりも精度良く算出できる。また本実施形態では、単位期間の間の運動強度の差分と閾値の比較に基づいて、使用者の移動が定速であるか非定速であるか判定し、使用者の移動状態が非定速の場合に単位期間毎に算出された運動量を補正することによって実現した。このことは、精度の高い運動量を簡易に算出することに寄与する。また、簡易な演算は処理の高速化につながる。しかも、本実施形態は運動量の演算処理だけで実現できるので、従来の活動量計のハードウェアを変更することなく、ソフトウェアを変更するだけでよい。

本実施形態では、加速度センサ１３と運動量算出を行う運動量算出装置とが一体となる構成を説明した。しかし、加速度センサまたは加速度センサを備える活動量計と運動量算出装置とが別体となる構成も本発明に含まれる。本発明の運動量算出装置の構成の一例を説明するために図４を示す。図４において、活動量計または加速度センサは、有線通信または無線通信によってスマートフォンなどの演算機能を備える情報機器に接続される。ここでスマートフォンは、上述の判定部２１、算出部２２（運動量算出部３１、補正部３２）を備える制御部１０を有する。すなわち、本実施形態においてスマートフォンは本発明の運動量算出装置として機能する。加速度センサの出力データは、上述の通信手段を介してスマートフォンに入力され、運動量の算出はスマートフォン上で実行される。なお、加速度センサの出力データはアナログ信号でもよいし、フィルタリングやサンプリング処理を施した後のデジタル信号でもよい。この構成によれば、スマートフォン上でデータの記録・管理や通信機能を利用したデータの共有などを行うことができる。なお、本実施形態では、運動量算出装置としてスマートフォンを例に説明したが、他にもモバイルＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、タブレットＰＣ、ウェアラブル端末、ＰＤＡ（Ｐ
ｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）や携帯電話など、運動量算出装置の機能を備える任意の情報機器を用いることができる。

なお、上述した実施形態の構成は本発明の一具体例を示したものにすぎない。本発明の範囲は上記実施形態に限られるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、順差分または逆差分と閾値から決定される移動状態を、加速／減速／定速の３段階に分類した。しかし、本発明はこれに限定されることなく、移動状態を多段階に分類してもよい。例えば、順差分または逆差分の値に応じて、加速または減速の移動状態がそれぞれ多段階に分類されてもよい。例えば、順差分が２ＭＥＴｓ以上、４ＭＥＴｓ未満の場合は加速第１段階に該当し、補正係数は１．２であるとする。順差分が４ＭＥＴｓ以上の場合は加速第２段階に該当し、補正係数は１．５であるとする。この方法によれば、運動量は加速または減速の度合いに応じて細かく補正され、精度の高い運動量の算出が可能となる。

なお、上記実施形態では定速／非定速の判定に運動強度[ＭＥＴｓ]が用いられたが、別の物理量または計算値を用いてもよい。例えば、運動強度の代わりに平均加速度を用いてもよい。この場合、加速度センサの出力値を平均化すればよく、運動強度を用いた場合よりも演算が簡易になる。また、順差分に対する閾値と、逆差分に対する閾値とをそれぞれ異なる値に設定してもよい。さらに、補正係数は、加速の場合と減速の場合で変えてもよい。例えば、加速の場合の補正係数は、減速の場合の補正係数よりも大きく設定してもよい。

１ 活動量計
１０ 制御部
１１ 操作部
１２ Ｉ／Ｆ
１３ 加速度センサ
１４ メモリ
１５ 表示部
１６ 電源
２１ 判定部
２２ 算出部
３１ 運動量算出部
３２ 補正部

Claims (6)

1. 使用者の体動を検知するための加速度センサの出力に基づいて、前記使用者が定速で移動しているかまたは非定速で移動しているか判定する判定手段と、
   前記加速度センサの出力に基づいて、運動量を算出する算出手段と、
   を備え、
   前記算出手段は、前記判定手段が前記使用者は非定速で移動していると判定した場合に、前記使用者の運動量を定速で移動している場合よりも高く算出する
   ことを特徴とする運動量算出装置。
2. 前記判定手段は、単位期間毎に前記使用者の運動強度を算出し、最新の単位期間に算出した運動強度と前回の単位期間に算出した運動強度との差分に基づいて、前記使用者が定速で移動しているかまたは非定速で移動しているか判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の運動量算出装置。
3. 前記判定手段は、前記差分が閾値を下回る場合に前記使用者は定速で移動していると判定し、前記差分が前記閾値を上回る場合に非定速で移動していると判定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の運動量算出装置。
4. 前記算出手段は、
   前記加速度センサの出力に基づいて前記使用者の単位期間毎の運動量を算出する運動量算出手段と、
   前記判定部の判定結果に基づいて前記運動量を補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の運動量算出装置。
5. 使用者の体動を検知するための加速度センサと、
   前記加速度センサの出力に基づいて前記使用者の運動量を算出する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の運動量算出装置と、
   を備える活動量計。
6. コンピュータを、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載された運動量算出装置の各手段として機能させるためのプログラム。

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