JP2019055215A - 計測装置、計測方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】運動動作における一歩に要する時間を高い精度で計測する。【解決手段】計測装置１００であって、重力加速度の方向と反対方向の加速度を経時的に検出する第１検出部３ａと、進行方向の加速度を経時的に検出する第２検出部３ｂと、検出された重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化と、検出された進行方向の加速度とに基づいて、ユーザの足が接地した時点を特定するＹ軸極値特定部４ｅと、特定されたユーザの足が接地した時点に基づいて、運動動作における一歩に要する時間を算出する一歩時間算出部４ｆと、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、計測装置、計測方法及びプログラムに関する。

従来、加速度センサを用いて、歩行動作や走行動作（ランニング）等の運動動作を解析する様々な技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。運動動作の解析にあたって必要となる基本的な情報として、運動動作における一歩に要する時間がある。
例えば、３軸加速度センサが搭載された携帯端末をユーザが把持した状態で歩行する際に、３軸加速度センサによって検出された加速度データの合成加速度を算出し、算出された合成加速度と手振りの回数に相当する歩数との関係性から、一歩に要する時間を算出する技術がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−２６７１５２号公報 特開２０１１−９０５４８号公報

しかしながら、走行動作の場合、重力加速度の方向に対応する軸の出力値が相対的に大きくなり、上記特許文献２のように３軸の加速度データを足しこんで合成加速度とした場合でも支配的になってしまう。このため、走行速度が速くなると、合成加速度を用いて算出される一歩に要する時間の精度が悪化してしまうといった問題がある。

そこで、本発明の課題は、運動動作における一歩に要する時間を高い精度で計測することができる計測装置、計測方法及びプログラムを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明に係る計測装置は、
ユーザの進行動作に伴って発生する鉛直方向の加速度を経時的に検出する第１検出手段と、前記進行動作に伴って発生する進行方向の加速度を経時的に検出する第２検出手段と、前記第１検出手段により検出された鉛直方向の加速度の経時的変化と、前記第２検出手段により検出された進行方向の加速度が極値をとる時点とに基づいて、前記ユーザの足が接地した第１時点を特定する第１特定手段と、前記第１特定手段により特定された前記第１時点に基づいて、前記進行動作における一歩に要する時間を取得する第１取得手段と、を備えたことを特徴としている。

また、本発明に係る計測方法は、
ユーザの進行動作に伴って発生する鉛直方向の加速度を経時的に検出し、前記進行動作に伴って発生する進行方向の加速度を経時的に検出し、検出された前記鉛直方向の加速度の経時的変化と、検出された前記進行方向の加速度が極値をとる時点とに基づいて、前記ユーザの足が接地した第１時点を特定し、特定された前記第１時点に基づいて、前記進行動作における一歩に要する時間を取得する、ことを特徴としている。

また、本発明に係るプログラムは、
計測装置のコンピュータを、ユーザの進行動作に伴って発生する鉛直方向の加速度を経時的に検出する第１検出手段、前記進行動作に伴って発生する進行方向の加速度を経時的に検出する第２検出手段、前記第１検出手段により検出された前記鉛直方向の加速度の経時的変化と、前記第２検出手段により検出された進行方向の加速度が極値をとる時点とに基づいて、前記ユーザの足が接地した第１時点を特定する特定手段、前記特定手段により特定された前記第１時点に基づいて、前記進行動作における一歩に要する時間を取得する取得手段、として機能させることを特徴としている。

本発明によれば、運動動作における一歩に要する時間を高い精度で計測することができる。

本発明を適用した一実施形態の計測装置の概略構成を示すブロック図である。 図１の計測装置がユーザに取り付けられた状態を模式的に示す図である。 図１の計測装置による計測処理に係る動作の一例を示すフローチャートである。 図３の計測処理における走行状態処理に係る動作の一例を示すフローチャートである。 図３の計測処理における歩行状態処理に係る動作の一例を示すフローチャートである。 図１の計測装置の加速度センサの出力波形の一例を模式的に示す図である。 図１の計測装置の加速度センサの出力波形の一例を模式的に示す図である。

以下に、本発明について、図面を用いて具体的な態様を説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。

図１は、本発明を適用した一実施形態の計測装置１００の概略構成を示すブロック図である。また、図２は、計測装置１００が腰に取り付けられたユーザの運動動作を模式的に示す図である。

図１に示すように、本実施形態の計測装置１００は、中央制御部１と、メモリ２と、加速度検出部３と、計測処理部４と、表示部５と、操作入力部６とを備えている。
また、中央制御部１、メモリ２、加速度検出部３、計測処理部４及び表示部５は、バスライン７を介して接続されている。

また、図２に示すように、計測装置１００は、例えば、歩行動作や走行動作等の運動動作を行うユーザの所定位置（例えば、腰等）に取付け可能となっている。また、計測装置１００は、Ｘ軸方向が重力加速度の方向と反対方向（上向き）となるとともに、Ｙ軸方向がユーザの進行方向となるような向きにユーザに取り付けられている（詳細後述）。

中央制御部１は、計測装置１００の各部を制御するものである。具体的には、中央制御部１は、例えば、図示は省略するが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）を備え、ＲＯＭに記憶された計測装置１００用の各種処理プログラム（図示略）に従って各種の制御動作を行う。その際に、ＣＰＵは、ＲＡＭ内の格納領域内に各種処理結果を格納させ、必要に応じてその処理結果を表示部５に表示させる。
ＲＡＭは、ＣＰＵにより実行される処理プログラム等を展開するためのプログラム格納領域や、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果等を格納するデータ格納領域などを備える。
ＲＯＭは、コンピュータ読み取り可能なプログラムコードの形態で格納されたプログラム、具体的には、計測装置１００で実行可能なシステムプログラム、当該システムプログラムで実行可能な各種処理プログラムや、これら各種処理プログラムを実行する際に使用されるデータ等を記憶する。

メモリ２は、例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等により構成され、中央制御部１、加速度検出部３、計測処理部４及び表示部５等によって処理されるデータ等を一時記憶する。

加速度検出部３は、当該装置本体の所定の軸方向の加速度を検出する。
すなわち、加速度検出部３は、例えば、互いに直交する２軸方向の加速度をそれぞれ検出する２軸加速度センサ（図示略）を具備し、このセンサを用いてＸ軸方向及びＹ軸方向の各々の加速度をそれぞれ検出する。具体的には、加速度検出部３は、第１検出部３ａと、第２検出部３ｂとを具備している。

第１検出部（第１検出手段）３ａは、ユーザの運動動作に伴って発生する重力加速度の方向と反対方向の加速度を経時的に検出する。
具体的には、例えば、２軸加速度センサは、そのＸ軸方向が重力加速度の方向と反対方向（上向き）となるような向きに配設されており（図２参照）、第１検出部３ａは、重力加速度の方向と反対方向の加速度を常時又は所定の時間間隔毎に検出し、検出された信号を所定の周波数（例えば、２００Ｈｚ等）でサンプリングして、Ｘ軸加速度データACCXとして取得する（図６（ａ）参照）。

第２検出部（第２検出手段）３ｂは、ユーザの運動動作に伴って発生する進行方向の加速度を経時的に検出する。
具体的には、例えば、２軸加速度センサは、そのＹ軸方向が進行方向となるような向きに配設されており（図２参照）、第２検出部３ｂは、進行方向の加速度を常時又は所定の時間間隔毎に検出し、検出された信号を所定の周波数（例えば、２００Ｈｚ等）でサンプリングして、Ｙ軸加速度データACCYとして取得する（図６（ｂ）参照）。

また、加速度検出部３は、各サンプリング時点にて第１検出部３ａにより取得されたＸ軸加速度データACCX及び第２検出部３ｂにより取得されたＹ軸加速度データACCYを対応付けてメモリ２に出力しても良い。

計測処理部４は、加速度取得部４ａと、変動取得部４ｂと、変動判定部４ｃと、Ｘ軸極値特定部４ｄと、Ｙ軸極値特定部４ｅと、一歩時間算出部４ｆとを具備している。
なお、計測処理部４の各部は、例えば、所定のロジック回路から構成されているが、当該構成は一例であってこれに限られるものではない。

加速度取得部４ａは、加速度検出部３により検出された加速度を取得する。
具体的には、加速度取得部４ａは、例えば、メモリ２に一時的に格納されている加速度検出部３の第１検出部３ａにより検出された所定時間（例えば、１秒）分のＸ軸加速度データACCXや、第２検出部３ｂにより検出された所定時間（例えば、１秒）分のＹ軸加速度データACCY等をメモリ２から読み出して取得する。

変動取得部４ｂは、進行方向の加速度の変動を取得する。
すなわち、変動取得部（取得手段）４ｂは、加速度検出部３の第２検出部３ｂにより検出された進行方向の加速度の変動を算出して取得する。具体的には、変動取得部４ｂは、例えば、加速度取得部４ａにより取得された所定時間（例えば、１秒）分のＹ軸加速度データACCY（波形データ）の中で加速度の最大値と最小値をそれぞれ特定して、その差分を算出する。そして、変動取得部４ｂは、算出された最大値と最小値の差分を進行方向の加速度の変動として取得する。
なお、上記した進行方向の加速度の変動の取得手法は、一例であってこれに限られるものではなく、適宜任意に変更可能である。

変動判定部４ｃは、変動取得部４ｂにより取得された進行方向の加速度の変動が所定の判定値よりも大きいか否かを判定する。
ここで、所定の判定値は、進行方向の加速度の変動（例えば、加速度の最大値と最小値の差分）を用いて運動動作が歩行動作であるか走行動作であるかを判定するために経験的に求められる。つまり、運動動作が歩行動作である場合には、進行方向の加速度の変動が相対的に小さくなることから所定の判定値以下となり、一方、運動動作が走行動作である場合には、進行方向の加速度の変動が相対的に大きくなることから所定の判定値よりも大きくなるように、当該所定の判定値は調整されている。

Ｘ軸極値特定部４ｄは、重力加速度の方向と反対方向の加速度が極値をとる時点を特定する。
すなわち、Ｘ軸極値特定部（第２特定手段）４ｄは、加速度検出部３の第１検出部３ａにより検出された重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化に基づいて、当該加速度が極値をとる時点（例えば、極大値をとる時点t1）を特定する。
具体的には、例えば、変動判定部４ｃにより進行方向の加速度の変動が所定の判定値よりも大きいと判定されると、Ｘ軸極値特定部４ｄは、加速度取得部４ａにより取得された所定時間（例えば、１秒）分のＸ軸加速度データACCX（波形データ）に対して所定のローパスフィルタを用いた平滑化処理を施す。そして、Ｘ軸極値特定部４ｄは、平滑化されたＸ軸加速度データACCXの中で、加速度の値が所定の基準値th1よりも大きくなり、且つ、当該所定の基準値th1を跨いで波形の傾きが「正」を示す時点t0をそれぞれ特定する（図７（ａ）参照）。ここで、所定の基準値th1は、例えば、重力加速度等を考慮して経験的に求められる。
そして、Ｘ軸極値特定部４ｄは、平滑化されたＸ軸加速度データACCXの中で、特定された各時点t0から時間軸の正の方向に走査して、加速度が極大値をとる時点t1をそれぞれ特定する。すなわち、走行動作では身体の上下動を伴うことから、遊脚初期にて上向きの加速度が極大となる時点t1が複数存在する。

なお、例えば、加速度検出部３の２軸加速度センサのＸ軸方向の向きが重力加速度の方向となっている場合には、Ｘ軸極値特定部４ｄは、Ｘ軸加速度データACCXの中で、重力加速度の方向と反対方向の加速度が極小値をとる時点を特定するようにしても良い。

Ｙ軸極値特定部４ｅは、進行方向の加速度が極値をとる時点を特定する。
すなわち、Ｙ軸極値特定部（第１特定手段）４ｅは、加速度検出部３の第１検出部３ａにより検出された重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化と、第２検出部３ｂにより検出された進行方向の加速度とに基づいて、ユーザの足が接地した時点を特定する。具体的には、変動判定部４ｃにより進行方向の加速度の変動が所定の判定値よりも大きいと判定された場合に、Ｙ軸極値特定部４ｅは、第１検出部３ａにより検出された重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化に基づいて（より具体的には、Ｘ軸極値特定部４ｄにより特定された加速度が極大値をとる時点t1を基準として）、第２検出部３ｂにより検出された進行方向の加速度が極値をとる時点（例えば、極小値をとる時点t2）をユーザの足が接地した時点として特定する。
例えば、Ｙ軸極値特定部４ｅは、加速度取得部４ａにより取得された所定時間（例えば、１秒）分のＹ軸加速度データACCY（波形データ）の中で、Ｘ軸極値特定部４ｄにより特定された加速度が極大値をとる各時点t1から時間軸の負の方向に走査して、最初に加速度の値が「負」で、且つ、加速度が極小値をとる時点t2（ユーザの足が接地した時点）をそれぞれ特定する（図７（ｂ）参照）。すなわち、走行動作では各足が接地することで進行方向と反対方向に力が作用し、その後、進行方向の加速度が大きくなるという動作を繰り返すことから、進行方向の加速度が極小となる時点t2が複数存在する。

なお、例えば、加速度検出部３の２軸加速度センサのＹ軸方向の向きが進行方向と反対方向となっている場合には、Ｙ軸極値特定部４ｅは、Ｙ軸加速度データACCYの中で、進行方向の加速度が極大値をとる時点を特定するようにしても良い。

一歩時間算出部４ｆは、運動動作における一歩に要する時間を算出する。
すなわち、一歩時間算出部（算出手段）４ｆは、Ｙ軸極値特定部４ｅによりユーザの足が接地した時点として特定された進行方向の加速度が極値をとる時点（例えば、極小値をとる時点t2）に基づいて、運動動作における一歩に要する時間を算出する。具体的には、変動判定部４ｃにより進行方向の加速度の変動が所定の判定値よりも大きいと判定された場合に、走行状態処理（図４参照）にて、一歩時間算出部４ｆは、Ｙ軸極値特定部４ｅにより特定された進行方向の加速度が極小値をとる各時点t2を「歩の切目」として、隣合う二つの時点t2どうしの時間間隔を走行動作における一歩に要する時間としてそれぞれ算出する。

また、変動判定部４ｃにより進行方向の加速度の変動が所定の判定値よりも大きくない（以下である）と判定された場合に、歩行状態処理（図５参照）にて、一歩時間算出部４ｆは、加速度検出部３の第１検出部３ａにより検出された重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化に基づいて、歩行動作における一歩に要する時間を算出する。具体的には、例えば、一歩時間算出部４ｆは、加速度取得部４ａにより取得された所定時間（例えば、１秒）分のＸ軸加速度データACCX（波形データ）に対して所定のローパスフィルタを用いた平滑化処理を施す。そして、一歩時間算出部４ｆは、平滑化されたＸ軸加速度データACCXの中で、加速度の値が所定の基準値よりも大きくなり、且つ、当該所定の基準値を跨いで波形の傾きが「正」を示す時点を「歩の切目」としてそれぞれ特定する。ここで、所定の基準値は、例えば、重力加速度等を考慮して経験的に求められる。
そして、一歩時間算出部４ｆは、特定された隣合う二つの時点どうしの時間間隔を歩行動作における一歩に要する時間としてそれぞれ算出する。

表示部５は、例えば、発光ダイオードや所謂７セグ型の液晶表示パネルなどを有して構成され、各種の情報を報知する。具体的には、表示部５は、例えば、加速度検出部３により検出された加速度や計測処理部４により計測された運動動作における一歩に要する時間等を表示する。

操作入力部６は、例えば、数値、文字等を入力するためのデータ入力キーや、データの選択、送り操作等を行うための上下左右移動キーや各種機能キー等によって構成されている。また、操作入力部６は、ユーザにより押下されたキーの押下信号を中央制御部１のＣＰＵに出力する。
なお、操作入力部６としてタッチパネル（図示略）を表示部５の表示画面に配設して、タッチパネルの接触位置に応じて各種の指示を入力するような構成としても良い。

＜計測処理＞
次に、計測装置１００による計測処理について、図３〜図７を参照して説明する。
図３は、計測処理に係る動作の一例を示すフローチャートである。
なお、計測装置１００は、２軸加速度センサのＸ軸方向が重力加速度の方向と反対方向となるとともに、Ｙ軸方向がユーザの進行方向となるような向きにユーザの腰に取り付けられているものとする。また、計測処理は、加速度検出部３による加速度データのサンプリング周期毎に行われる処理である。

図３に示すように、先ず、ユーザが運動動作を行う際に、加速度検出部３は、２軸加速度センサを用いてＸ軸方向及びＹ軸方向の各々の加速度を所定のサンプリング周期で検出する（ステップＳ１）。具体的には、第１検出部３ａは、重力加速度の方向と反対方向の加速度を検出し、検出された信号を所定の周波数（例えば、２００Ｈｚ等）でサンプリングしてＸ軸加速度データACCXとして取得するとともに（図６（ａ）参照）、第２検出部３ｂは、進行方向の加速度を検出し、検出された信号を所定の周波数（例えば、２００Ｈｚ等）でサンプリングしてＹ軸加速度データACCYとして取得する（図６（ｂ）参照）。
そして、加速度検出部３は、取得されたＸ軸加速度データACCX及びＹ軸加速度データACCYを対応付けてメモリ２に出力し、メモリ２は、例えば、リングバッファから構成された一時記憶領域にＸ軸加速度データACCX及びＹ軸加速度データACCYを一時的に格納する（ステップＳ２）。
なお、メモリ２の一時記憶領域には、例えば、２秒分のＸ軸加速度データACCX及びＹ軸加速度データACCYを格納可能となっている。

次に、計測処理部４は、メモリ２の一時記憶領域に所定時間（例えば、１秒）分のＸ軸加速度データACCX及びＹ軸加速度データACCYが格納されているか否かを判定する（ステップＳ３）。
ここで、所定時間（例えば、１秒）分のＸ軸加速度データACCX及びＹ軸加速度データACCYが格納されていないと判定されると（ステップＳ３；ＮＯ）、中央制御部１のＣＰＵは、処理をステップＳ１に戻し、加速度検出部３は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の各々の加速度を所定のサンプリング周期で検出する。

一方、所定時間（例えば、１秒）分のＸ軸加速度データACCX及びＹ軸加速度データACCYが格納されていると判定されると（ステップＳ３；ＹＥＳ）、加速度取得部４ａは、メモリ２から直近で所定時間分のＹ軸加速度データACCYを読み出して取得する（ステップＳ４）。例えば、サンプリング周波数が２００Ｈｚで１秒分のＹ軸加速度データACCYであれば、加速度取得部４ａは、２００個分の経時的な加速度のデータを取得する。
続けて、変動取得部４ｂは、加速度取得部４ａにより取得された所定時間分のＹ軸加速度データACCYの中で加速度の最大値と最小値の差分を算出し、算出された最大値と最小値の差分を進行方向の加速度の変動として取得する（ステップＳ５）。

次に、変動判定部４ｃは、変動取得部４ｂにより取得された進行方向の加速度の変動が所定の判定値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ６）。
ここで、進行方向の加速度の変動が所定の判定値よりも大きいと判定されると（ステップＳ６；ＹＥＳ）、運動動作が走行動作であると考えられ、計測処理部４は、走行状態処理（図４参照）を行う（ステップＳ７；詳細後述）。一方、進行方向の加速度の変動が所定の判定値よりも大きくないと判定されると（ステップＳ６；ＮＯ）、運動動作が歩行動作であると考えられ、計測処理部４は、歩行状態処理（図５参照）を行う（ステップＳ８；詳細後述）。

その後、中央制御部１のＣＰＵは、ユーザによる操作入力部６の所定操作に基づいて終了指示が入力されたか否かを判定する（ステップＳ９）。
ここで、終了指示が入力されていないと判定されると（ステップＳ９；ＮＯ）、中央制御部１のＣＰＵは、処理をステップＳ１に戻し、上記した各処理の実行を制御する。
一方、終了指示が入力されたと判定されると（ステップＳ９；ＹＥＳ）、中央制御部１のＣＰＵは、当該計測処理を終了する。

＜走行状態処理＞
次に、計測処理における走行状態処理について、図４を参照して説明する。
図４は、走行状態処理に係る動作の一例を示すフローチャートである。

図４に示すように、先ず、加速度取得部４ａは、メモリ２から取得済みのＹ軸加速度データACCYに対応する直近で所定時間（例えば、１秒）分のＸ軸加速度データACCXを読み出して取得する（ステップＳ１１）。
次に、Ｘ軸極値特定部４ｄは、加速度取得部４ａにより取得された所定時間分のＸ軸加速度データACCXに対して所定のローパスフィルタを用いた平滑化処理を施す（ステップＳ１２）。続けて、Ｘ軸極値特定部４ｄは、平滑化されたＸ軸加速度データACCXの中で、加速度の値が所定の基準値th1よりも大きくなり、且つ、当該所定の基準値th1を跨いで波形の傾きが「正」を示す時点t0をそれぞれ特定する（ステップＳ１３；図７（ａ）参照）。そして、Ｘ軸極値特定部４ｄは、特定された各時点t0から時間軸の正の方向に走査して、加速度が極大値をとる時点t1をそれぞれ特定する（ステップＳ１４；図７（ａ）参照）。

次に、Ｙ軸極値特定部４ｅは、所定時間（例えば、１秒）分のＹ軸加速度データACCYの中で、Ｘ軸極値特定部４ｄにより特定された加速度が極大値をとる各時点t1から時間軸の負の方向に走査して、加速度の値が「負」で、且つ、加速度が極小値をとる時点t2をそれぞれ特定する（ステップＳ１５；図７（ｂ）参照）。
そして、一歩時間算出部４ｆは、Ｙ軸極値特定部４ｅにより特定された進行方向の加速度が極小値をとる各時点t2を「歩の切目」として、隣合う二つの時点t2どうしの時間間隔を走行動作における一歩に要する時間としてそれぞれ算出する（ステップＳ１６；図７（ｂ）参照）。
なお、算出された走行動作における一歩に要する時間は、所定の記憶手段（例えば、メモリ２等）に記憶されても良い。

＜歩行状態処理＞
次に、計測処理における歩行状態処理について、図５を参照して説明する。
図５は、歩行状態処理に係る動作の一例を示すフローチャートである。

図５に示すように、先ず、加速度取得部４ａは、メモリ２から直近で所定時間（例えば、１秒）分のＸ軸加速度データACCXを読み出して取得する（ステップＳ２１）。

次に、一歩時間算出部４ｆは、加速度取得部４ａにより取得された所定時間分のＸ軸加速度データACCXに対して所定のローパスフィルタを用いた平滑化処理を施す（ステップＳ２２）。続けて、一歩時間算出部４ｆは、平滑化されたＸ軸加速度データACCXの中で、加速度の値が所定の基準値よりも大きくなり、且つ、当該所定の基準値を跨いで波形の傾きが「正」を示す時点を「歩の切目」としてそれぞれ特定する（ステップＳ２３）。
そして、一歩時間算出部４ｆは、特定された隣合う二つの時点どうしの時間間隔を歩行動作における一歩に要する時間としてそれぞれ算出する（ステップＳ２４）。
なお、算出された歩行動作における一歩に要する時間は、所定の記憶手段（例えば、メモリ２等）に記憶されても良い。

以上のように、本実施形態の計測装置１００によれば、第１検出部３ａにより検出された重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化と、第２検出部３ｂにより検出された進行方向の加速度とに基づいて、ユーザの足が接地した時点を特定し、特定されたユーザの足が接地した時点に基づいて、運動動作における一歩に要する時間を算出するので、走行速度が速くなった場合であっても、足が接地することで進行方向と反対方向に力が作用することを利用して、運動動作における一歩に要する時間を高い精度で計測することができる。

すなわち、走行動作等のように進行方向の加速度の変動が所定の判定値よりも大きい場合には、重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化と、進行方向の加速度とに基づいて、進行方向の加速度が極値をとる時点（ユーザの足が接地した時点）を特定することができ、進行方向の加速度が極値をとる時点を「歩の切目」として走行動作における一歩に要する時間を高い精度で計測することができる。具体的には、重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化に基づいて特定された当該加速度が極値をとる時点（例えば、極大値をとる時点t1）を基準として、重力加速度の方向と反対方向の加速度が極値をとる時点から時間軸の負の方向に走査して、最初に進行方向の加速度が極値をとる時点（例えば、極小値をとる時点t2）を特定することができる。つまり、走行動作では各足が接地することで進行方向と反対方向に力が作用し、その後、進行方向の加速度が大きくなるという動作を繰り返すことから、例えば、進行方向の加速度が極小値をとる時点t2を「歩の切目」として走行動作における一歩に要する時間を高い精度で計測することができる。
また、歩行動作等のように進行方向の加速度の変動が所定の判定値以下の場合には、重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化に基づいて、歩行動作における一歩に要する時間を高い精度で算出することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
上記実施形態にあっては、一歩時間算出部４ｆは、歩行動作における一歩に要する時間を算出するようにしたが、少なくとも走行動作における一歩に要する時間を算出する構成であれば良い。

また、計測装置１００の構成は、上記実施形態に例示したものは一例であり、これらに限られるものではない。

加えて、上記実施形態にあっては、第１検出手段、第２検出手段、第１特定手段及び算出手段としての機能を、中央制御部１の制御下にて、第１検出部３ａ、第２検出部３ｂ、Ｙ軸極値特定部４ｅ及び一歩時間算出部４ｆが駆動することにより実現される構成としたが、これに限られることものではなく、中央制御部１のＣＰＵによって所定のプログラム等が実行されることにより実現される構成としても良い。
すなわち、プログラムを記憶するプログラムメモリ（図示略）に、第１検出処理ルーチン、第２検出処理ルーチン、特定処理ルーチン及び算出処理ルーチンを含むプログラムを記憶しておく。そして、第１検出処理ルーチンにより中央制御部１のＣＰＵを、ユーザの運動動作に伴って発生する重力加速度の方向と反対方向の加速度を経時的に検出する手段として機能させるようにしても良い。また、第２検出処理ルーチンにより中央制御部１のＣＰＵを、ユーザの運動動作に伴って発生する進行方向の加速度を経時的に検出する手段として機能させるようにしても良い。また、特定処理ルーチンにより中央制御部１のＣＰＵを、検出された重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化と、検出された進行方向の加速度とに基づいて、ユーザの足が接地した時点を特定する手段として機能させるようにしても良い。また、算出処理ルーチンにより中央制御部１のＣＰＵを、特定されたユーザの足が接地した時点に基づいて、運動動作における一歩に要する時間を算出する手段として機能させるようにしても良い。

同様に、取得手段、第２特定手段についても、中央制御部１のＣＰＵによって所定のプログラム等が実行されることにより実現される構成としても良い。

さらに、上記の各処理を実行するためのプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な媒体として、ＲＯＭやハードディスク等の他、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を適用することも可能である。また、プログラムのデータを所定の通信回線を介して提供する媒体としては、キャリアウェーブ（搬送波）も適用される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
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。
〔付記〕
＜請求項１＞
ユーザの運動動作に伴って発生する重力加速度の方向と反対方向の加速度を経時的に検出する第１検出手段と、
前記運動動作に伴って発生する進行方向の加速度を経時的に検出する第２検出手段と、
前記第１検出手段により検出された重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化と、前記第２検出手段により検出された進行方向の加速度とに基づいて、前記ユーザの足が接地した時点を特定する第１特定手段と、
前記第１特定手段により特定された前記ユーザの足が接地した時点に基づいて、前記運動動作における一歩に要する時間を算出する算出手段と、
を備えたことを特徴とする計測装置。
＜請求項２＞
前記第２検出手段により検出された進行方向の加速度の変動を算出して取得する取得手段を更に備え、
前記第１特定手段は、
前記取得手段により取得された前記進行方向の加速度の変動が所定の判定値よりも大きい場合に、前記重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化と、前記第２検出手段により検出された進行方向の加速度とに基づいて、前記ユーザの足が接地した時点を特定することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
＜請求項３＞
前記第１検出手段により検出された重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化に基づいて、当該加速度が極値をとる時点を特定する第２特定手段を更に備え、
前記第１特定手段は、
前記第２特定手段により特定された時点を基準として、前記ユーザの足が接地した時点を特定することを特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。
＜請求項４＞
前記第１特定手段は、
前記第２特定手段により特定された時点から時間軸の負の方向に走査して最初に前記進行方向の加速度が極値をとる時点を前記ユーザの足が接地した時点として特定することを特徴とする請求項３に記載の計測装置。
＜請求項５＞
前記算出手段は、更に、
前記取得手段により取得された前記進行方向の加速度の変動が所定の判定値以下の場合に、前記重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化に基づいて、前記運動動作における一歩に要する時間を算出することを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
＜請求項６＞
前記運動動作は、歩行動作及び走行動作のうち、少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の計測装置。
＜請求項７＞
ユーザの運動動作に伴って発生する重力加速度の方向と反対方向の加速度を経時的に検出する第１検出処理と、
前記運動動作に伴って発生する進行方向の加速度を経時的に検出する第２検出処理と、
前記第１検出処理により検出された重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化と、前記第２検出処理により検出された進行方向の加速度とに基づいて、前記ユーザの足が接地した時点を特定する特定処理と、
前記特定処理により特定された前記ユーザの足が接地した時点に基づいて、前記運動動作における一歩に要する時間を算出する算出処理と、
を含むことを特徴とする計測方法。
＜請求項８＞
計測装置のコンピュータを、
ユーザの運動動作に伴って発生する重力加速度の方向と反対方向の加速度を経時的に検出する第１検出手段、
前記運動動作に伴って発生する進行方向の加速度を経時的に検出する第２検出手段、
前記第１検出手段により検出された重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化と、前記第２検出手段により検出された進行方向の加速度とに基づいて、前記ユーザの足が接地した時点を特定する特定手段、
前記特定手段により特定された前記ユーザの足が接地した時点に基づいて、前記運動動作における一歩に要する時間を算出する算出手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。

１００ 計測装置
１ 中央制御部
２ メモリ
３ 加速度検出部
３ａ 第１検出部
３ｂ 第２検出部
４ 計測処理部
４ａ 加速度取得部
４ｂ 変動取得部
４ｄ Ｘ軸極値特定部
４ｅ Ｙ軸極値特定部
４ｆ 一歩時間算出部

しかしながら、走行動作の場合、重力加速度の方向に対応する軸の出力値が相対的に大きくなり、上記特許文献２のように３軸の加速度データを足しこんで合成加速度とした場合でも支配的になってしまう。このため、走行速度が速くなると、合成加速度を用いて算出される一歩に要する時間の精度が悪化してしまう。そのため、走行動作において、一歩に要する時間を高い精度で計測するためには、走行している人物の足が接地した時点を正確に特定する必要があるが、上記特許文献１及び２においては、走行している人物の足が接地した時点を正確に特定できないといった問題がある。

そこで、本発明の課題は、走行している人物の足が接地した時点を正確に特定することができる計測装置、計測方法及びプログラムを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明に係る計測装置は、
ユーザの進行動作に伴って発生する鉛直方向の加速度を経時的に検出する第１検出手段と、前記進行動作に伴って発生する進行方向の加速度を経時的に検出する第２検出手段と、前記第１検出手段により検出された鉛直方向の加速度の経時的変化と、前記第２検出手段により検出された進行方向の加速度が極値をとる時点とに基づいて、前記ユーザの足が接地した第１時点を特定する第１特定手段と、を備えたことを特徴としている。

また、本発明に係る計測方法は、
ユーザの進行動作に伴って発生する鉛直方向の加速度を経時的に検出し、前記進行動作に伴って発生する進行方向の加速度を経時的に検出し、検出された前記鉛直方向の加速度の経時的変化と、検出された前記進行方向の加速度が極値をとる時点とに基づいて、前記ユーザの足が接地した第１時点を特定する、ことを特徴としている。

また、本発明に係るプログラムは、
計測装置のコンピュータを、ユーザの進行動作に伴って発生する鉛直方向の加速度を経時的に検出する第１検出手段、前記進行動作に伴って発生する進行方向の加速度を経時的に検出する第２検出手段、前記第１検出手段により検出された前記鉛直方向の加速度の経時的変化と、前記第２検出手段により検出された進行方向の加速度が極値をとる時点とに基づいて、前記ユーザの足が接地した第１時点を特定する特定手段、として機能させることを特徴としている。

本発明によれば、走行している人物の足が接地した時点を正確に特定することができる。

Claims (13)

1. ユーザの進行動作に伴って発生する鉛直方向の加速度を経時的に検出する第１検出手段と、
   前記進行動作に伴って発生する進行方向の加速度を経時的に検出する第２検出手段と、
   前記第１検出手段により検出された鉛直方向の加速度の経時的変化と、前記第２検出手段により検出された進行方向の加速度が極値をとる時点とに基づいて、前記ユーザの足が接地した第１時点を特定する第１特定手段と、
   前記第１特定手段により特定された前記第１時点に基づいて、前記進行動作における一歩に要する時間を取得する第１取得手段と、
   を備えたことを特徴とする計測装置。
2. 前記第２検出手段により検出された進行方向の加速度の変動を取得する第２取得手段を更に備え、
   前記第１特定手段は、
   前記第２取得手段により取得された前記進行方向の加速度の変動が第１の予め定めた値よりも大きい場合に、前記鉛直方向の加速度の経時的変化と、前記第２検出手段により検出された進行方向の加速度が極値をとる時点とに基づいて、前記第１時点を特定することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
3. 鉛直方向上向きの加速度を正の値とするとき、前記鉛直方向の加速度の時系的変化の波形が第２の予め定めた値において正の傾きとなる第３時点から前記鉛直方向の加速度の時系的変化の波形に沿って時間軸の正の向きに走査し、当該鉛直方向の加速度が極大値をとる時点を、前記鉛直方向の加速度が極値をとる第２時点として特定する第２特定手段を更に備え、
   前記第１特定手段は、
   前記第２特定手段により特定された第２時点を基準として、前記第１時点を特定することを特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。
4. 鉛直方向下向きの加速度を正の値とするとき、前記鉛直方向の加速度の時系的変化の波形が第２の予め定めた値において負の傾きとなる第３時点から前記鉛直方向の加速度の時系的変化の波形に沿って時間軸の正の向きに走査し、当該鉛直方向の加速度が極小値をとる時点を、前記鉛直方向の加速度が極値をとる第２時点として特定する第２特定手段を更に備え、
   前記第１特定手段は、
   前記第２特定手段により特定された第２時点を基準として、前記第１時点を特定することを特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。
5. 前記第１特定手段は、
   前記第２特定手段により特定された第２時点から前記進行方向の加速度の時系的変化の波形に沿って時間軸の負の向きに走査し、前記進行方向の加速度が最初に極値をとる時点を見つけ、その時点を前記第１時点として特定することを特徴とする請求項３又は４に記載の計測装置。
6. 前記第１特定手段は、
   進行方向前向きの加速度を正の値とするとき、前記第２特定手段により特定された第２時点から前記進行方向の加速度の時系的変化の波形に沿って時間軸の負の向きに走査し、最初に前記進行方向の加速度が負の極値をとる時点を見つけ、その時点を前記第１時点として特定することを特徴とする請求項３又は４に記載の計測装置。
7. 前記第１特定手段は、
   進行方向後ろ向きの加速度を正の値とするとき、前記第２特定手段により特定された第２時点から前記進行方向の加速度の時系的変化の波形に沿って時間軸の負の向きに走査し、最初に前記進行方向の加速度が正の極値をとる時点を見つけ、その時点を前記第１時点として特定することを特徴とする請求項３又は４に記載の計測装置。
8. 前記第１取得手段は、更に、
   前記第２取得手段により取得された前記進行方向の加速度の変動が第１の予め定めた値以下の場合に、前記鉛直方向の加速度の経時的変化に基づいて、前記進行動作における一歩に要する時間を取得することを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
9. 前記第１取得手段は、
   鉛直方向上向きの加速度を正の値とするとき、前記第１検出手段により検出された鉛直方向の加速度の時系的変化の波形が、第２の予め定めた値において正の傾きとなる第３時点に基づいて、前記進行動作における一歩に要する時間を取得することを特徴とする請求項８に記載の計測装置。
10. 前記第１取得手段は、
    鉛直方向下向きの加速度を正の値とするとき、前記第１検出手段により検出された鉛直方向の加速度の時系的変化の波形が、第２の予め定めた値において負の傾きとなる第３時点に基づいて、前記進行動作における一歩に要する時間を取得することを特徴とする請求項８に記載の計測装置。
11. 前記進行動作は、歩行動作及び走行動作のうち、少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の計測装置。
12. ユーザの進行動作に伴って発生する鉛直方向の加速度を経時的に検出し、
    前記進行動作に伴って発生する進行方向の加速度を経時的に検出し、
    検出された前記鉛直方向の加速度の経時的変化と、検出された前記進行方向の加速度が極値をとる時点とに基づいて、前記ユーザの足が接地した第１時点を特定し、
    特定された前記第１時点に基づいて、前記進行動作における一歩に要する時間を取得する、
    ことを特徴とする計測方法。
13. 計測装置のコンピュータを、
    ユーザの進行動作に伴って発生する鉛直方向の加速度を経時的に検出する第１検出手段、
    前記進行動作に伴って発生する進行方向の加速度を経時的に検出する第２検出手段、
    前記第１検出手段により検出された前記鉛直方向の加速度の経時的変化と、前記第２検出手段により検出された進行方向の加速度が極値をとる時点とに基づいて、前記ユーザの足が接地した第１時点を特定する特定手段、
    前記特定手段により特定された前記第１時点に基づいて、前記進行動作における一歩に要する時間を取得する取得手段、
    として機能させることを特徴とするプログラム。
    

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