JP2020138557A - 判定装置、制御システム、通信システム、学習モデル、学習モデルの生成方法、コンピュータプログラム、および、記憶媒体 - Google Patents

判定装置、制御システム、通信システム、学習モデル、学習モデルの生成方法、コンピュータプログラム、および、記憶媒体 Download PDF

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和也 桑山
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Abstract

【課題】判定装置、制御システム、通信システム、学習モデル、学習モデルの生成方法、コンピュータプログラム、および、記憶媒体の提供。
【解決手段】人力駆動車の走行に関する走行情報に基づき、ライダーの身体的コンディションを判定する。
【選択図】図4

Description

本発明は、判定装置、制御システム、通信システム、学習モデル、学習モデルの生成方法、コンピュータプログラム、および、記憶媒体に関する。
自転車に関する情報を収集するシステムが知られている。例えば、特許文献1には、搭載されたコンポーネントに関する情報を収集し、収集した情報をライダーに報知するシステムが開示されている。
特開2015−131533号公報
現在、収集した情報を、より便利な方法でライダーの走行に活用することが求められている。
本発明は、人力駆動車のライダーの身体的コンディションを判定する判定装置、制御システム、通信システム、学習モデル、学習モデルの生成方法、コンピュータプログラム、および、記憶媒体を提供することを目的とする。
本発明の第1側面に係る判定装置は、人力駆動車の走行に関する走行情報に基づき、ライダーの身体的コンディションを判定する。
この判定装置によれば、人力駆動車の走行情報に基づき、ライダーの身体的コンディションを判定するので、例えば、人力駆動車のライダーがあとどれくらい走行することができるのかを把握することができる。
前記第1側面に係る第2側面の判定装置は、前記走行情報の入力に応じて前記身体的コンディションを示すデータを出力するように構成される学習モデルを用いて、前記身体的コンディションを判定する。
この判定装置によれば、走行情報の入力に応じて身体的コンディションを出力する学習モデルを用いるので、効率良くライダーの身体的コンディションを判定できる。
前記第1または第2側面に係る第3側面の判定装置において、前記走行情報は、前記人力駆動車の速度、加速度、地理的な位置、傾斜角度、走行距離、走行時間、ケイデンス、パワー、車輪の回転速度、走行路、風向、風速、外気の温度、および、外気の湿度のうちの少なくとも1つに関する情報を含む。
この判定装置によれば、様々な走行情報を用いて、ライダーの身体的コンディションを判定できる。
前記第1から第3側面のいずれか1つに係る第4側面の判定装置は、前記走行情報、および、人力駆動車のライダーに関するライダー情報に基づき、前記ライダーの身体的コンディションを判定する。
この判定装置によれば、走行情報およびライダー情報に基づき、ライダーの身体的コンディションを判定するので、例えば、人力駆動車のライダーがあとどれくらい走行することができるのかを把握することができる
前記第4側面に係る第5側面の判定装置は、前記走行情報および前記ライダー情報の入力に応じて前記身体的コンディションを示すデータを出力するように構成される学習モデルを用いて、前記身体的コンディションを判定する。
この判定装置によれば、走行情報およびライダー情報の入力に応じて身体的コンディションを出力する学習モデルを用いるので、効率良くライダーの身体的コンディションを判定できる。
前記第4または第5側面に係る第6側面の判定装置において、前記ライダー情報は、前記ライダーの性別、年齢、身長、体重、筋肉量、脂肪量、心拍、体温、発汗、血圧、呼吸、筋電、および、脳波のうちの少なくとも1つに関する情報を含む。
この判定装置によれば、様々なライダー情報を用いて、ライダーの身体的コンディションを判定できる。
本発明の第7側面に係る制御システムは、前記第1から第6側面のいずれか1つに係る判定装置と、前記判定装置から出力される情報に基づいて、前記人力駆動車のコンポーネントを制御する制御装置と、を備える。
この制御システムによれば、判定装置による判定結果に応じて人力駆動車のコンポーネントを制御するので、例えばライダーの身体的コンディションが悪化している場合に、ライダーの身体的負担を軽減するようなコンポーネントの制御が可能となる。
前記第7側面に係る第8側面の制御システムにおいて、前記コンポーネントは、報知装置を含む。
この制御システムによれば、判定装置において判定した身体的コンディションをライダーに報知できる。
前記第8側面に係る第9側面の制御システムにおいて、前記制御装置は、推奨走行経路に関する情報を報知するように前記報知装置を制御する。
この制御システムによれば、例えばライダーの身体的コンディションが悪化している場合に、ライダーの身体的負担を軽減するような推奨走行経路を報知できる。
前記第8または第9側面に係る第10側面の制御システムにおいて、前記制御装置は、飲食および休憩の少なくとも1つに関する情報を報知するよう前記報知装置を制御する。
この制御システムによれば、例えばライダーの身体的コンディションが悪化している場合に、飲食または休憩をライダーに促すことができる。
前記第7から第10側面のいずれか1つに係る第11側面の制御システムにおいて、前記コンポーネントは、変速装置を含む。
この制御システムによれば、例えばライダーの体力が悪化している場合に、ライダーの身体的負担を軽減するように変速装置の動作を制御できる。
本発明の第12側面に係る通信システムは、前記第1から第6側面に係る判定装置と、外部装置と通信する通信装置と、を備え、前記通信装置は、前記判定装置から出力される情報を前記外部装置へ送信する。
この通信システムによれば、判定装置において判定したライダーの身体的コンディションの情報を外部装置に通知できる。外部装置は、他の人力駆動車に搭載される通信装置を含む。外部装置は、ライダーの身体的コンディションの情報を収集するサーバ装置であってもよい。
前記第12側面に係る第13側面の通信システムにおいて、前記判定装置から出力される情報は、前記身体的コンディションに関する警報情報を含む。
この通信システムによれば、例えば、ライダーの身体的コンディションが悪化した場合、または、悪化が予想される場合等において、警報情報を出力することができる。
前記第12または第13側面に係る第14側面の通信システムにおいて、前記通信装置は、他の人力駆動車の判定装置によって判定され、前記他の人力駆動車の通信装置から送信される他のライダーの身体的コンディションに関する情報を受信する。
この通信システムによれば、他の人力駆動車の通信装置から送信される他のライダーの身体的コンディションに関する情報を受信する。例えば、複数のライダーが集団走行している場合であって、何れかのライダーの身体的コンディションが悪化した場合、そのライダーの身体的負担を軽減できるように、飲食または休憩を促したり、走行速度を落としたりすることができる。
前記第12から第14側面のいずれか1つに係る第15側面の通信システムにおいて、前記通信装置は、信号機および交通量の少なくとも1つに関する情報を含む走行環境情報を前記外部装置から受信する。
この通信システムによれば、走行環境情報を外部装置から受信するので、例えば、受信した走行環境情報に基づき、ライダーに報知する推奨走行経路を生成できる。
前記第15側面に係る第16側面の通信システムは、前記走行環境情報に基づき、推奨走行経路に関する情報を報知する報知装置をさらに備える。
この通信システムによれば、走行環境情報に基づく推奨走行経路をライダーに報知できるので、例えばライダーの身体的コンディションが悪化している場合、ライダーの身体的負担を軽減できる。
本発明の第17側面に係る学習モデルは、人力駆動車の走行に関する走行情報が入力される入力層と、前記走行情報と、ライダーの身体的コンディションとの関係を学習した中間層と、前記身体的コンディションを示すデータを出力する出力層と、を備え、前記入力層に入力される情報に基づき、前記中間層において演算し、前記身体的コンディションを示すデータを前記出力層から出力する処理に用いられる。
この学習モデルによれば、人力駆動車の走行情報からライダーの身体的コンディションを示すデータを出力する実行環境を、コンピュータによって実現できる。
本発明の第18側面に係る学習モデルの生成方法は、人力駆動車の走行に関する走行情報と、ライダーの身体的コンディションを示すデータと、に基づき、前記走行情報から前記ライダーの前記身体的コンディションを判定する処理に用いられる学習モデルを、コンピュータを用いて生成する。
この学習モデルの生成方法によれば、人力駆動車の走行情報と、ライダーの身体的コンディションを示すデータとを収集することによって、ライダーの身体的コンディションを判定するための学習モデルを生成できる。
本発明の第19側面に係るコンピュータプログラムは、人力駆動車の走行に関する走行情報に基づき、ライダーの身体的コンディションを判定する処理を、コンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
このコンピュータプログラムによれば、人力駆動車の走行情報からライダーの身体的コンディションを示すデータを出力する実行環境を、コンピュータによって実現できる。
前記第19側面に係る第20側面の記憶媒体は、前述のコンピュータプログラムが記憶される。
この記憶媒体によれば、記憶媒体に記憶されているコンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることによって、人力駆動車の走行情報からライダーの身体的コンディションを判定する実行環境を、コンピュータによって実現できる。
本願によれば、人力駆動車のライダーの身体的コンディションを判定できる。
第1実施形態の判定装置が適用される人力駆動車の側面図である。 第1実施形態に係る判定装置の内部構成を示すブロック図である。 第1実装例における学習モデルの構成図である。 第1実施形態における判定手順を説明するフローチャートである。 第2実施形態に係る制御システムを説明するブロック図である。 第2実施形態における制御手順を示すフローチャートである。 表示装置に表示される情報の一例を示す模式図である。 表示装置に表示される情報の他の例を示す模式図である。 第3実施形態に係る通信システムを説明するブロック図である。 第3実施形態における制御手順を示すフローチャートである。 サーバ装置の内部構成を示すブロック図である。 学習モデルの生成手順を説明するフローチャートである。 第5実施形態における判定手順を説明するフローチャートである。 第2実装例における学習モデルの構成図である。 第3実装例における学習モデルの構成図である。
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
(第1実施形態)
図1は第1実施形態の判定装置100が適用される人力駆動車1の側面図である。人力駆動車1は、走行のための原動力に関して、少なくとも部分的に人力を用いる車両である。内燃機関または電動機のみを原動力に用いる車両は、本実施形態の人力駆動車1から除外される。人力駆動車1は、例えば、ロードバイク、マウンテンバイク、クロスバイク、シティサイクル等を含む自転車である。人力駆動車1は、電気エネルギーを用いて人力駆動車1の推進をアシストする電動アシスト機構を備える電動アシスト自転車であってもよい。
人力駆動車1は、車両本体10、前輪12、後輪14、ハンドルバー16、サドル18、および、駆動機構20を備える。以下の説明において、前後、左右、および、上下の各方向を表す用語は、ライダーが人力駆動車1のサドル18に着座した状態における方向を基準として用いられる。
車両本体10は、フレーム10Aおよびフロントフォーク10Bを備える。前輪12は、フロントフォーク10Bに回転可能に支持される。後輪14は、フレーム10Aに回転可能に支持される。ハンドルバー16は、グリップ16Aを含み、前輪12の進行方向を変更できるように、フレーム10Aに支持される。
駆動機構20は、人力駆動力を後輪14へ伝達する。駆動機構20は、クランク22、フロントスプロケットアセンブリ24A、リアスプロケットアセンブリ24B、チェーン26、および、一対のペダル28,28を含む。
クランク22は、右クランク22A、左クランク22B、および、クランク軸22Cを含む。クランク軸22Cは、フレーム10Aに回転可能に支持される。右クランク22Aおよび左クランク22Bは、それぞれクランク軸22Cに連結される。一対のペダル28,28の一方は右クランク22Aに回転可能に支持され、他方は左クランク22Bに回転可能に支持される。
フロントスプロケットアセンブリ24Aは、クランク軸22Cに連結されており、クランク軸22Cと一体的に回転する。フロントスプロケットアセンブリ24Aは、一例では、外径が異なる複数のフロントスプロケットを含む。複数のフロントスプロケットの外径は、クランク軸22の回転軸心と平行な方向において、車両本体10の中心面から外側に向かって大きくなる。
リアスプロケットアセンブリ24Bは、後輪14のハブ(図示略)に回転可能に支持される。リアスプロケットアセンブリ24Bは、一例では、外径が異なる複数のリアスプロケットを含む。複数のリアスプロケットの外径は、ハブアセンブリの回転軸心と平行な方向において、車両本体10の中心面から外側に向かって小さくなる。
チェーン26は、フロントスプロケットアセンブリ24Aおよびリアスプロケットアセンブリ24Bに巻き掛けられる。ペダル28,28に加えられる人力駆動力によってクランク22が前転すると、フロントスプロケットアセンブリ24Aがクランク22と共に前転する。フロントスプロケットアセンブリ24Aの回転は、チェーン26を介してリアスプロケットアセンブリ24Bに伝達し、後輪14を回転させる。チェーン26の代わりに、ベルトまたはシャフトを用いてもよい。
人力駆動車1は、更に、操作装置30、変速装置32および33、アジャスタブルシートポスト34、サスペンション装置36、および、バッテリユニット38を備えてもよい。
操作装置30はライダーによって操作される操作部30Aを含む。操作部30Aの一例は操作ボタンまたは操作スイッチである。操作部30Aの他の例は、ハンドルバー16に設けられるブレーキレバーである。ブレーキレバーを左右に倒す都度、変速装置32における変速段数または変速比を変更することができる。操作装置30は、操作部30Aによって、アジャスタブルシートポスト34の動作切り替え、サスペンション装置36の動作切り替え等、人力駆動車1が備える各種コンポーネントの制御を指示する操作を受け付ける。
操作装置30は、操作部30Aの操作に応じた信号を変速装置32または他のコンポーネントへ送信できるように、各コンポーネントと通信接続されてもよい。一例では、操作装置30は、通信線、または、PLC(Power Line Communication)が可能な電線によって変速装置32および他のコンポーネントと通信接続される。他の例では、操作装置30は、無線通信が可能な無線通信ユニットによって変速装置32および他のコンポーネントと通信接続される。操作部30Aが操作された場合、例えば変速装置32の変速段を変更するための制御信号が変速装置32へ送信され、その信号に応じて変速装置32が動作することによって、変速段数または変速比が変更される。
変速装置32は、操作装置30から送信される制御信号に応じて動作が制御される人力駆動車1のコンポーネントの1つである。変速装置32は、電動アクチュエータ32Aおよびチェーンガイド32Bを備える。電動アクチュエータ32Aの一例は、電動モータである。変速装置32は、電動アクチュエータ32Aを駆動し、チェーンガイド32を動作させることによって、チェーン26が巻き掛けられるリアスプロケットを変更し、人力駆動車1の変速比を切り替える。
変速装置32の一例は外装変速機である。変速装置32が外装変速機である場合、リアスプロケットアセンブリ24Bは、外径が異なる複数のリアスプロケットを含む。変速装置32は、シフトアップを指示する制御信号を操作装置30から受信した場合、チェーン26が巻き掛けられるリアスプロケットを、現在のリアスプロケットよりも外径が小さいリアスプロケットに変更するように、電動アクチュエータ32Aによってチェーンガイド32Bを動作させる。変速装置32は、シフトダウンを指示する制御信号を操作装置30から受信した場合、チェーン26が巻き掛けられるリアスプロケットを、現在のリアスプロケットよりも外径が大きいリアスプロケットに変更するように、電動アクチュエータ32Aによってチェーンガイド32Bを動作させる。
変速装置33は、操作装置30から送信される制御信号に応じて動作が制御される人力駆動車1のコンポーネントの1つである。変速装置33は、電動アクチュエータ33Aおよびチェーンガイド33Bを備える。電動アクチュエータ33Aの一例は、電動モータである。変速装置33は、電動アクチュエータ33Aの駆動によって、チェーンガイド33Bを動作させることで、チェーン26が巻き掛けられるフロントスプロケットを変更し、人力駆動車1の変速比を切り替える。
変速装置33の一例は外装変速機である。変速装置33が外装変速機である場合、フロントスプロケットアセンブリ24Aは、外径が異なる複数のフロントスプロケットを含む。本実施形態において、変速装置33は、シフトアップを指示する制御信号を操作装置30から受信した場合、チェーン26が巻き掛けられるフロントスプロケットを、現在のスプロケットよりも外径が大きいスプロケットに変更するように電動アクチュエータ33Aによってチェーンガイド33Bを動作させる。変速装置33は、シフトダウンを指示する制御信号を操作装置30から受信した場合、例えば、チェーン26が巻き掛けられるフロントスプロケットを、現在のフロントスプロケットよりも外径が小さいフロントスプロケットに変更するように、電動アクチュエータ33Aによってチェーンガイド33Bを動作させる。
変速装置32および33は内装変速機であってもよい。例えば、変速装置32が内装変速機である場合、変速装置32は例えば後輪14のハブに設けられ、リアスプロケットアセンブリ24Bに入力された回転を変速して後輪14に伝達する。このとき、リアスプロケットアセンブリ24Bに含まれるリアスプロケットは単一である。変速装置32および33の少なくとも1つは、無段変速機であってもよい。
アジャスタブルシートポスト34は、フレーム10Aに取り付けられる。アジャスタブルシートポスト34は、電動アクチュエータ34Aを含む。電動アクチュエータ34Aは、サドル18をフレーム10Aに対して上昇および下降させる。電動アクチュエータ34Aは例えば電動モータである。アジャスタブルシートポスト34は、動作パラメータとして、フレーム10Aに対するサドル18の支持位置を設定することによって制御することが可能なコンポーネントの1つである。
サスペンション装置36は、一例では、フロントフォーク10Bに設けられ、前輪12に加えられた衝撃を減衰するフロントサスペンションである。サスペンション装置36は、電動アクチュエータ36Aを含む。電動アクチュエータ36Aは例えば電動モータである。サスペンション装置36は、動作パラメータとして、例えば、減衰率、反発力、ストローク量、およびロックアウト状態を設定することによって制御することが可能なコンポーネントの1つである。サスペンション装置36は、後輪14に加えられた衝撃を減衰するリアサスペンションであってもよい。
バッテリユニット38は、バッテリ38Aおよびバッテリホルダ38Bを含む。バッテリ38Aは、1または複数のバッテリセルを含む蓄電池である。バッテリホルダ38Bは、人力駆動車1のフレーム10Aに固定される。バッテリ38Aは、バッテリホルダ38Bに、着脱可能に取り付けられる。バッテリ38Aは、変速装置32および33、アジャスタブルシートポスト34、サスペンション装置36などにそれぞれ電気的に接続される。
人力駆動車1は、更に、車速センサS1、ケイデンスセンサS2、トルクセンサS3、傾斜センサS4、加速度センサS5、位置センサS6、および、気象センサS7の少なくとも1つを備えてもよい。以下の説明において、それぞれを個別に説明する必要がない場合、センサS1〜S7とも記載する。
車速センサS1は、人力駆動車1の速度に応じた信号を出力するセンサである。車速センサS1は、フレーム10Aまたはフロントフォーク10Bに取り付けられる。車速センサS1は、例えばホール素子を含み、前輪12または後輪14に設けられる磁石(図示略)を検出することによって、前輪12または後輪14の回転速度を計測する。一例では、車速センサS1は、前輪12または後輪14の回転速度を示す信号を出力する。他の例では、車速センサS1は、計測した前輪12または後輪14の回転速度に基づき、人力駆動車1の速度を算出し、算出した速度を示す信号を出力する。
ケイデンスセンサS2は、ケイデンスを示す信号を出力するセンサである。ケイデンスセンサS2は、フレーム10Aに取り付けられる。ケイデンスセンサS2は、例えばホール素子を含み、右クランク22Aまたは左クランク22Bに設けられる磁石(図示略)を検出することによって、クランク軸22Cの単位時間当たりの回転数を計測する。
トルクセンサS3は、クランク22に加えられるトルクに応じた信号を出力するセンサである。トルクセンサS3は、右クランク22A、左クランク22B、クランク軸22C、フロントスプロケットアセンブリ24A、または、クランク軸22Cからフロントスプロケットアセンブリ24Aまでの駆動経路の何れかに設けられる。トルクセンサS3は、歪みセンサ、磁歪センサ、光センサ、または、圧力センサ等を含み、クランク22に加えられるトルクを検出する。
判定装置100は、ケイデンスセンサS2によって検出されるクランク軸22Cの単位時間当たりの回転数と、トルクセンサS3によって検出されるクランク22に加えられるトルクと、に基づき、人力駆動車100に加えられるパワーを算出することができる。
傾斜センサS4は、人力駆動車1の傾斜角度に応じた信号を出力するセンサである。傾斜センサS4が検出する傾斜角度は、例えば、人力駆動車1の左右方向に沿うピッチ軸まわりの回転角度である。傾斜センサS4は、一例として、ピッチ角度の角速度を検出するセンサを含み、ピッチ軸まわりの角速度を積分した値をピッチ角度として算出する。傾斜センサS4は、人力駆動車1の前後方向に沿うロール軸まわりの回転角度、および、人力駆動車1の上下方向に沿うヨー軸まわりの回転速度を併せて計測する構成であってもよい。
加速度センサS5は、人力駆動車1の前後方向の加速度に応じた信号を出力するセンサである。加速度センサS5は、例えば、フレーム10Aに設けられ、前後方向の加速度が加えられた場合における錘の変位を静電容量または抵抗値の変化として検出することによって加速度を計測する。加速度センサS5は、人力駆動車の左右方向の加速度、および、人力駆動車1の上下方向の加速度を併せて計測するように構成されてもよい。また、加速度センサS5は、人力駆動車1のヨー軸、ロール軸、およびピッチ軸まわりの加速度を併せて計測するように構成されてもよい。
位置センサS6は、人力駆動車1の現在位置を示す信号を出力するセンサである。位置センサS6は、フレーム10Aまたはハンドルバー16に取り付けられる。位置センサS6は、例えばGPS(Global Positioning System)通信機を含み、GPS衛星からの電波を受信することによって、人力駆動車1の現在位置を測位する。位置センサS6は、測位した位置情報を逐次記録するメモリを備え、メモリに記録した位置情報に基づき、人力駆動車1が走行した走行路の情報を出力する構成であってもよい。
気象センサS7は、人力駆動車1の周囲の気象を計測し、計測結果を出力する計測装置である。気象センサS7は、フレーム10Aに取り付けられ、風向、風速、外気の温度、および、外気の湿度のうちの少なくとも1つを計測する。気象センサS7は、外部の気象サーバ(図示略)と通信し、気象サーバから、人力駆動車1の周囲の風向、風速、外気の温度、および、外気の湿度のうちの少なくとも1つの情報を取得する構成であってもよい。
人力駆動車1のライダーには、心拍計M1、体温計M2、発汗計M3、血圧計M4、呼吸計M5、筋電計M6、脳波計M7、および、体組成計M8のうちの少なくとも1つが装着されてもよい。以下の説明において、それぞれを個別に説明する必要がない場合、計測装置M1〜M8とも記載する。計測装置M1〜M8は図2において図示される。
心拍計M1は、ライダーの心拍数を計測する計測装置である。心拍計M1は、例えばライダーの胸部に装着され、ライダーの心電図を測定する。心拍計M1は、心電図の変化から心拍を検出し、心拍の間隔から心拍数を算出する。また、心拍計M1は、ライダーの手首に装着され、ライダーの脈波を検出することによって心拍数を算出してもよい。
体温計M2は、ライダーの体温を計測する計測装置である。体温計M2は、例えばライダーの耳に取り付けられ、ライダーの体の表面から発せられる赤外線を検出する。体温計M2は、発せられる赤外線の強度に基づいてライダーの体温を算出する。体温計M2は、ライダーの体温を測定できるセンサであればよく、例えば、熱により抵抗値が変化するサーミスタを用いてもよい。
発汗計M3は、ライダーの発汗量を計測する計測装置である。発汗計M3は、例えばライダーの手に装着され、ライダーの体の表面から発せられる水分を検出する湿度センサを含む。発汗計M3は、湿度センサにより検出された湿度に基づいて、ライダーの発汗量を算出する。
血圧計M4は、ライダーの血圧を計測する計測装置である。血圧計M4は、例えばライダーの腕に装着され、ライダーの血圧を示す計測結果を出力する。
呼吸計M5は、ライダーの呼吸の流量を計測する計測装置である。呼吸計M5は、ライダーの口に装着され、ライダーの呼吸の流量を示す計測結果を出力する。
筋電計M6は、ライダーの筋肉における活動電位を計測する計測装置である。筋電計M6は、例えばライダーの脚に装着される電極を備え、この電極によって計測したEMG(electromyogram)を出力する。
脳波計M7は、ライダーの脳波を計測する計測装置である。脳波計M7は、ライダーの頭部に装着され、脳内の神経細胞の電気活動に由来した電気現象をEEG(electroencephalogram)、MEG(magnetoencephalogram)等の手法を用いて計測する。電気現象を計測する構成に代えて、神経細胞発火後の二次的な現象として起こる脳血流または代謝の変化をfMRI(functional magnetic resonance imaging)、NIRS(Near Infrared Spectroscopy)等の手法を用いて計測してもよい。
体組成計M8は、ライダーの筋肉量および脂肪量を計測する計測装置である。体組成計M8は、例えばライダーの生体組織に微弱な電流を流す電極を備え、生体組織のインピーダンスを計測することによって、ライダーの筋肉量および脂肪量を計測する。体組成計M8は、計測した筋肉量および脂肪量のデータを出力する。
人力駆動車1に搭載される判定装置100は、センサS1〜S7の出力に基づき走行情報を取得する。走行情報は、人力駆動車1の速度、前輪12または後輪14の回転速度、ケイデンス、パワー、傾斜角度、加速度、地理的な位置、走行路、風向、風速、外気の温度、および、外気の湿度のうちの少なくとも1つを含む。
判定装置100は、更に、計測装置M1〜M8の計測結果からライダー情報を取得する。ライダー情報は、ライダーの性別、年齢、身長、体重、筋肉量、脂肪量、心拍、体温、発汗、血圧、呼吸、筋電、および、脳波のうちの少なくとも1つに関する情報を含む。ライダーの性別、年齢、身長、体重、筋肉量、脂肪量は、走行中の変化が比較的小さい第1ライダー情報として分類できる。心拍、体温、発汗、血圧、呼吸、筋電、および、脳波は、走行中の変化が比較的大きい第2ライダー情報として分類できる。これらの情報は、ライターによって判定装置100に入力され、判定装置100内に記憶される。
判定装置100は、センサS1〜S7を用いて走行情報を取得し、計測装置M1〜M8を用いてライダー情報を取得する構成としたが、ライダーが携帯するスマートフォンなどの携帯端末、または、ライダーに装着されるウェアラブル端末等を用いて、走行情報およびライダー情報の一部を取得する構成としてもよい。この場合、判定装置100は、有線通信または無線通信によって、ライダーの携帯端末またはウェアラブル端末から走行情報およびライダー情報の少なくとも1つを取得すればよい。
判定装置100は、人力駆動車1の走行に関する走行情報に基づき、ライダーの身体的コンディションを判定する。本実施形態において、判定装置100は、走行情報、および、人力駆動車1のライダーに関するライダー情報に基づき、ライダーの身体的コンディションを判定する。ここで、判定装置100は、走行情報、および、第1ライダー情報に基づき、ライダーの身体的コンディションを判定してもよいし、走行情報、第1ライダー情報、および、第2ライダー情報に基づき、ライダーの身体的コンディションを判定してもよい。身体的コンディションは、例えば、人力駆動車1のライダーがあとどれくらい走行できるのかを示す総合的なステータスである。換言すれば、身体的コンディションはライダーの残り体力を表す。
以下、判定装置100の構成について説明する。
図2は第1実施形態に係る判定装置100の内部構成を示すブロック図である。判定装置100は、コンピュータの一種である。一例では、判定装置100は、人力駆動車1に搭載されるサイクルコンピュータなどの専用端末である。他の例では、判定装置100は、人力駆動車1のライダーが携帯するスマートフォン、タブレットなどの汎用端末である。判定装置100は、入力部102、演算処理部104、記憶部106、および、出力部108を備える。
入力部102は、センサS1〜S7および計測装置M1〜M8を接続する通信インタフェースを備える。入力部102が備える通信インタフェースは、例えば有線のインタフェースであり、センサS1〜S7および計測装置M1〜M8を通信ケーブルを介して接続する。入力部102は、通信ケーブルを介して、センサS1〜S7および計測装置M1〜M8から出力される信号を受信する。入力部102から入力された信号は、記憶部106に時系列的に記憶されてもよい。入力部102に接続されるセンサS1〜S7および計測装置M1〜M8の一部は、無線通信インタフェースにより接続されてもよい。無線通信インタフェースとして、Bluetooth(登録商標) 、WiFi(登録商標)、ZigBee(登録商標)、LTE(Long Term Evolution)、および、その他の無線LAN(Local Area Network)を含む通信規格に準じた通信インタフェースを用いることができる。
演算処理部104は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などを備える。演算処理部104が備えるROMには、判定装置100が備えるハードウェア各部の動作を制御するためのコンピュータプログラム等が記憶される。演算処理部104内のCPUは、ROMに記憶されたコンピュータプログラムを実行し、ハードウェア各部の動作を制御することによって、人力駆動車1の走行情報に基づき、ライダーの身体的コンディションを判定する処理を実現する。演算処理部104が備えるRAMには、演算の実行中に利用されるデータが一時的に記憶される。
演算処理部104は、CPU、ROMおよびRAMを備える構成としたが、GPU(Graphics Processing Unit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、DSP(Digital Signal Processor)、量子プロセッサ、揮発性または不揮発性のメモリ等を備える1または複数の演算回路であってもよい。
記憶部106は、EEPROM(Electronically Erasable Programmable Read Only Memory)、SRAM(Static Random Access Memory)などのメモリを備える。記憶部106は、演算処理部104によって実行される判定処理プログラム110を含む各種コンピュータプログラム、および、後述する学習モデル120等を記憶する。
判定処理プログラム110は、コンピュータに、人力駆動車1の走行情報に基づき、ライダーの身体的コンディションを判定する処理を実行させるためのコンピュータプログラムである。本実施の形態において、判定処理プログラム110は、コンピュータに、人力駆動車1の走行情報およびライダー情報に基づき、ライダーの身体的コンディションを判定する処理を実行させるためのコンピュータプログラムである。演算処理部104は、判定処理プログラム110を実行することによって、人力駆動車1の走行情報およびライダー情報に基づき、ライダーの身体的コンディションを判定する。
判定処理プログラム110を含む各種コンピュータプログラムは、コンピュータプログラムが記憶される記憶媒体Mによって提供され得る。記憶媒体Mは、例えば、CD−ROM、USBメモリ、SD(Secure Digital)カード、マイクロSDカード、コンパクトフラッシュ(登録商標)などの可搬型メモリである。本実施形態において、記憶媒体Mは、判定処理プログラム110を含む各種コンピュータプログラムを読み取り可能に記憶する非一時的な記憶媒体である。演算処理部104は、読取装置を用いて記憶媒体Mから各種コンピュータプログラムを読み取り、読み取った各種コンピュータプログラムを記憶部106にインストールする。
記憶部106に記憶される学習モデル120は、その定義情報によって記述される。学習モデル120の定義情報は、学習モデル120の構造情報、学習モデル120で用いられるノード間の重みおよびバイアスなどの各種パラメータ等を含む。本実施形態では、人力駆動車1の走行情報およびライダー情報と、ライダーの身体的コンディションを示すデータとを教師データとして、所定の学習アルゴリズムによって学習された学習モデル120が記憶部106に記憶される。学習アルゴリズムとしては、ニューラルネットワークを用いた教師ありの深層学習アルゴリズムを用いることができる。教師ありの深層学習アルゴリズムに代えて、教師なしの学習アルゴリズムを用いてもよく、リカレントニューラルネットワークを用いてもよい。
出力部108は、演算処理部104による判定結果を出力する出力インタフェースを備える。判定結果の出力形式は任意である。一例では、出力部108は、液晶ディスプレイ、有機EL(Electro-Luminescence)ディスプレイ等の表示デバイスを備える。この場合、出力部108は、ライダーの身体的コンディションを示すデータを文字情報または画像情報により表示デバイスに表示してもよい。他の例では、出力部108は、スピーカ等の音声出力デバイスを備える。この場合、出力部108は、ライダーの身体的コンディションを示す音声を音声出力デバイスから出力してもよい。更に他の例では、出力部108は、通信インタフェースを備える。この場合、出力部108は、ライダーの身体的コンディションを示すデータを通信インタフェースに接続された外部機器へ出力してもよい。
図3は第1実装例における学習モデル120の構成図である。学習モデル120は、例えば、深層学習を含む機械学習の学習モデルであり、ニューラルネットワークによって構成されている。第1実装例における学習モデル120は、入力層122、中間層124A,124B、および、出力層126を備える。図3の例では、2つの中間層124A,124Bを記載しているが、中間層の数は2つに限定されず、3つ以上であってもよい。
入力層122、中間層124A,124B、および、出力層126には、1つまたは複数のノードが存在し、各層のノードは、前後の層に存在するノードと一方向に所望の重みおよびバイアスで結合されている。入力層122のノードの数と同数の成分を有するベクトルデータが学習モデル120の入力データとして与えられる。例えば、入力層122の各ノードには、センサS1〜S7の出力信号に基づき得られるデータ、および、計測装置M1〜M8の計測結果を示すデータが与えられる。入力層122の各ノードには、センサS1〜S7の出力信号および計測装置M1〜M8の計測結果をそのまま与えるのではなく、入力層122への入力形態に適合するように、演算処理部104が変換したデータを与えてもよい。
入力層122には、人力駆動車1の走行に関する走行情報が入力される。本実施形態において、入力層122には、人力駆動車1の走行に関する走行情報、および、人力駆動車1のライダーに関するライダー情報が入力される。入力層122の各ノードに与えられたデータは、最初の中間層124Aに与えられる。その中間層124Aにおいて重みおよびバイアスを含む活性化関数を用いて出力が算出され、算出された値が次の中間層124Bに与えられ、以下同様にして出力層126の出力が求められるまで次々と後の層に伝達される。ノード間を結合する重み、バイアス等の各種パラメータは、所定の学習アルゴリズムによって学習される。各種パラメータを学習する学習アルゴリズムには、例えば深層学習の学習アルゴリズムが用いられる。本実施形態では、人力駆動車1の走行情報およびライダー情報と、ライダーの身体的コンディションを示すデータとを教師データとして、所定の学習アルゴリズムによって各種パラメータを学習することができる。中間層124Aおよび124Bは、走行情報と、ライダーの身体的コンディションとの関係を学習している。本実施形態において、中間層124Aおよび124Bは、走行情報およびライダー情報と、ライダーの身体的コンディションとの関係を学習している。
出力層126は、ライダーの身体的コンディションを示すデータ、すなわち判定結果、を出力する。出力層126による判定結果の出力形態は任意である。例えば、出力層126を第0ノードから第10ノードまでの11個のノードで構成し、第0ノードからライダーの残り体力が100%である確率、第1ノードからライダーの残り体力が90%である確率、…、第10ノードからライダーの残り体力が0%である確率といったように、各ノードからライダーの残り体力を示すデータを出力してもよい。ここで、残り体力が100%の状態は、人力駆動車1の走行を開始する前のライダーの身体的コンディションから実質的に変化がない状態を表す。出力層126を構成するノードの数、および、各ノードに割り当てる出力データは、上述の例に限定されるものではなく、適宜設計することが可能である。
図4は第1実施形態における判定手順を説明するフローチャートである。判定装置100の演算処理部104は、ステップS101において、人力駆動車1の走行情報およびライダー情報を取得する。具体的には、演算処理部104は、入力部102を通じて、センサS1〜S7の出力信号および計測装置M1〜M8の計測結果を取得する。演算処理部104は、取得したセンサS1〜S7の出力信号および計測装置M1〜M8の計測結果を加工し、学習モデル120の入力層122に与える入力データを生成してもよい。
演算処理部104は、ステップS102において、取得した走行情報およびライダー情報を学習モデル120の入力層122に入力することによって学習モデル120による演算を実行する。入力層122の各ノードには、走行情報およびライダー情報を示すデータが与えられる。入力層122の各ノードに与えられたデータは、隣接する中間層124Aのノードへ出力される。中間層124Aではノード間の重みおよびバイアスを含む活性化関数を用いた演算が行われ、演算結果は後段の中間層124Bへ出力される。中間層124Bにおいて、さらに、ノード間の重みおよびバイアスを含む活性化関数を用いた演算が行われ、演算結果は出力層126の各ノードへ出力される。このようにして、学習モデル120では、ライダーの身体的コンディションの判定結果が得られる。すなわち、学習モデル120は、入力層122に入力された走行情報に基づき、中間層124A,124Bにおいて演算し、ライダーの身体的コンディションを示すデータを出力層126から出力する処理に用いられる。本実施形態において、学習モデル120は、入力層122に入力された走行情報およびライダー情報に基づき、中間層124A,124Bにおいて演算し、ライダーの身体的コンディションを示すデータを出力層126から出力する処理に用いられる。
演算処理部104は、ステップS103において、学習モデル120による演算結果を出力層126から取得する。出力層126を構成する各ノードからは、ライダーの身体的コンディションを示すデータが得られる。身体的コンディションを示すデータは、例えば、ライダーの残り体力がX%(Xは例えば100,90,…,0)である確率を表す。
演算処理部104は、ステップS104において、学習モデル120の出力層126から取得した演算結果に基づき、ライダーの身体的コンディションを判定する。例えば、演算処理部104は、出力層126の各ノードから出力される確率のうち、確率が最も高い状態をライダーの身体的コンディションとして判定する。
以上のように、判定装置100は、人力駆動車1の走行情報の入力に応じてライダーの身体的コンディションを示すデータを出力するように構成される学習モデル120を用いて、ライダーの身体的コンディションを判定する。判定装置100は、人力駆動車1の走行情報、および、人力駆動車1のライダーに関するライダー情報の入力に応じてライダーの身体的コンディションを示すデータを出力するように構成される学習モデル120を用いて、ライダーの身体的コンディションを判定する。第1実施形態における判定装置100は、学習モデル120を用いることによって、センサS1〜S7から得られる人力駆動車1の走行情報、および、計測装置M1〜M8から得られるライダー情報に基づき、ライダーの身体的コンディションを判定する。
本実施形態では、学習モデル120を用いてライダーの身体的コンディションを判定する構成としたが、各種センサS1〜S7から得られる人力駆動車1の走行情報、および、各種計測装置M1〜M8から得られるライダー情報を入力とし、ライダーの身体的コンディションを示すデータを出力する関数またはテーブルを用いて、ライダーの身体的コンディションを判定してもよい。
本実施形態では、学習モデル120における出力層126の各ノードから、ライダーの残り体力がX%(Xは例えば100,90,…,0)である確率を出力する構成としたが、ライダーの消費カロリーが特定の値Y(YはY1,Y2,…,Yn等の離散的な値)である確率を出力する構成としてもよい。演算処理部104は、出力層126からの出力に基づいて、ライダーの消費カロリーを推定し、推定した消費カロリーと、走行を開始する前の値とを比較することによって、身体的コンディションを判定してもよい。
他の出力形態では、学習モデル120における出力層126の各ノードから、ライダーへの負荷が特定の値Z(ZはZ1,Z2,…,Zn等の離散的な値)である確率を出力する構成としてもよい。演算処理部104は、出力層126からの出力に基づいて、ライダーへの負荷を推定し、推定した負荷に基づきライダーの身体的コンディションを判定してもよい。
(第2実施形態)
第2実施形態では、判定装置100による判定結果に基づき、人力駆動車1のコンポーネントを制御する制御システムについて説明する。
図5は第2実施形態に係る制御システムを説明するブロック図である。第2実施形態に係る制御システムは、判定装置100と、判定装置100による判定結果に基づき、人力駆動車1のコンポーネントを制御する制御装置200とを備える。判定装置100の内部構成は、第1実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
制御装置200は、制御部202、記憶部204、入力部206、および、出力部208を備える。制御部202は、例えば、CPU、ROM、RAMなどを備える。制御部202が備えるROMには、制御装置200が備えるハードウェア各部の動作を制御するための制御プログラム等が記憶される。制御部202内のCPUは、ROMに記憶された制御プログラム、および、記憶部204に記憶された各種プログラムを実行し、ハードウェア各部の動作を制御することによって、本願の制御装置を実現する。具体的には、制御部202は、入力部206を通じて入力される判定装置100からの判定結果に基づき、人力駆動車1のコンポーネントを制御する制御信号を生成し、生成した制御信号を出力部208から出力する。
制御部202は上述の構成に限定されない。制御部202は、シングルコアCPU、マルチコアCPU、FPGA、揮発性または不揮発性のメモリ等を含む1または複数の制御回路であればよい。また、制御部202は、日時情報を出力するクロック、計測開始指示を与えてから計測終了指示を与えるまでの経過時間を計測するタイマ、数をカウントするカウンタ等の機能を備えていてもよい。
記憶部204は、EEPROM、SRAMなどのメモリを備える。記憶部204には、制御部202によって実行されるコンピュータプログラム、および、このコンピュータプログラムが用いるデータ等が記憶される。
入力部206は、ケーブルを介して判定装置100が接続されるインタフェースを備える。入力部206には、判定装置100から出力される判定結果が入力される。入力部206に入力される判定結果は、ライダーの身体的コンディションを示すデータである。入力部206は、入力された判定結果を制御部202へ出力する。本実施形態では、ケーブルを介して判定装置100を接続する構成としたが、無線通信のインタフェースを介して、判定装置100と制御装置200との間でデータを送受信できるように構成してもよい。無線通信では、Bluetooth 、WiFi、ZigBee、LTE、その他の無線LAN等の通信規格に準じた無線通信方式が利用できる。
出力部208は、ケーブルを介して制御対象のコンポーネントが接続されるインタフェースを備える。出力部208は、制御部202から出力される制御信号を制御対象のコンポーネントへ出力する。本実施形態では、ケーブルを介して人力駆動車1のコンポーネントを接続する構成としたが、無線通信のインタフェースを介して、制御装置200と人力駆動車1のコンポーネントとの間でデータを送受信できるように構成してもよい。無線通信では、上述した各種の通信規格に準拠した無線通信方式が利用できる。
制御装置200に接続されるコンポーネントは、一例では、報知装置220を含む。報知装置220は、表示装置220Aまたは音声出力装置220Bを含む。
表示装置220Aは、出力部208から出力される制御信号に基づいて情報を表示する液晶表示パネル等を備える。表示装置220Aは、ライダーから視認できる人力駆動車1の適宜箇所に設けられる。制御装置200は、判定装置100の判定結果に基づきライダーに報知すべき文字情報または画像情報を生成し、生成した文字情報または画像情報を出力部208から表示装置220Aへ出力させる。
音声出力装置220Bは、出力部208から出力される制御信号に基づいて音声を出力するスピーカ等を備える。音声出力装置220Bは、出力する音声がライダーによって聴き取ることがきる人力駆動車1の適宜箇所に設けられる。制御装置200は、判定装置100の判定結果に基づきライダーに報知すべき音声情報を生成し、生成した音声情報を出力部208から音声出力装置220Bへ出力させる。
図6は第2実施形態における制御手順を示すフローチャートである。制御装置200の制御部202は、ステップS201において、判定装置100による判定結果を取得した場合、ステップS202において、判定装置100による判定結果に基づき制御対象のコンポーネントを制御する制御信号を生成する。たとえば、制御対象のコンポーネントが表示装置220Aである場合、制御部202は、文字情報または画像情報を表示装置220Aに表示させるべく制御信号を生成する。制御対象のコンポーネントが音声出力装置220Bである場合、制御部202は、音声情報を音声出力装置220Bから出力させるべく制御信号を生成する。
制御部202は、ステップS203において、ステップS202において生成した制御信号を出力部208から制御対象のコンポーネントへ出力し、制御対象のコンポーネントを制御する。
表示装置220Aは、制御装置200からの制御信号に基づき文字情報または画像情報を表示する。図7は表示装置220Aに表示される情報の一例を示す模式図である。図7の例では、ライダーの残り体力が40%まで低下している旨の文字情報と、飲食または休憩が必要である旨の文字情報とを表示装置220Aに表示している状態を示している。
図8は表示装置220Aに表示される情報の他の例を示す模式図である。図8の例では、ライダーに推奨する走行経路の画像情報を表示装置220Aに表示している状態を示している。制御装置200の制御部202は、人力駆動車1の現在地から目的地に向かう経路が複数存在する場合、各経路における走行距離を算出し、算出した走行距離が最も短くなるような経路を推奨する走行経路として表示装置220Aに表示させる。目的地についてはライダーにより設定される。制御部202は、走行距離が最も短くなる経路を推奨する構成に代えて、走行経路における高低差が最も小さくなるような経路を推奨する走行経路として表示装置220Aに表示させてもよい。制御装置200は、既知の手法を用いて、人力駆動車1の現在地から目的地までの経路情報を取得することが可能である。制御装置200は、外部の地図サーバにアクセスすることが可能である場合、地図サーバが提供するAPI(Application Programming Interface)を利用し、現在地および目的地の情報を与えることによって経路情報を取得できる。
以上のように、第2実施形態では、ライダーの身体的コンディションの判定結果に応じて、人力駆動車1のコンポーネントを制御するので、必要に応じて、ライダーに飲食または休憩を促したり、ライダーに推奨する走行経路を提示したりすることできる。
第2実施形態では、制御装置200による制御対象のコンポーネントを表示装置220Aまたは音声出力装置220Bとしたが、これらに限らず、人力駆動車1が備える変速装置32または33であってもよい。制御対象のコンポーネントが変速装置32である場合、制御装置200の制御部202は、判定装置100による判定結果に基づき、変速装置32の動作を制御する制御信号を生成し、出力部208から変速装置32へ出力する。これにより、制御装置200は、ライダーの身体的コンディションが悪化している状況下において、変速装置32における変速比または変速段数を変更する制御を行い、ライダーの身体的負担を軽減してもよい。制御対象のコンポーネントが変速装置33である場合、制御装置200の制御部202は、判定装置100による判定結果に基づき、変速装置33の動作を制御する制御信号を生成し、出力部208から変速装置33へ出力する。これにより、制御装置200は、ライダーの身体的コンディションが悪化している状況下において、変速装置33における変速比または変速段数を変更する制御を行い、ライダーの身体的負担を軽減してもよい。
第2実施形態では、判定装置100および制御装置200をそれぞれ独立した装置として記載したが、判定装置100および制御装置200が一体となった装置であってもよい。
(第3実施形態)
第3実施形態では、判定装置100と外部装置との間で通信する通信システムについて説明する。
図9は第3実施形態に係る通信システムを説明するブロック図である。第3実施形態に係る通信システムは、判定装置100と、判定装置100から出力される情報を外部装置へ送信する通信装置300と、を備える。判定装置100の内部構成は、第1実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
通信装置300は、制御部302、記憶部304、入力部306、および、通信部308を備える。制御部302は、例えば、CPU、ROM、RAMなどを備える。制御部302が備えるROMには、通信装置300が備えるハードウェア各部の動作を制御するための制御プログラム等が記憶される。制御部302内のCPUは、ROMに記憶された制御プログラム、および、記憶部304に記憶された各種プログラムを実行し、ハードウェア各部の動作を制御することによって、本願の通信装置を実現する。具体的には、制御部302は、入力部306を通じて入力される判定装置100からの判定結果を外部装置へ送信する。外部装置は、一例では、他の人力駆動車1Aに搭載される通信装置300Aである。図9では、便宜的に、通信装置300Aを一台だけ示しているが、複数台の通信装置300Aと通信できるようにしてもよい。外部装置は、他の例では、インターネット網などの通信ネットワークに接続されたサーバ装置400である。サーバ装置400については、第4実施形態において、図11を用いて説明する。
制御部302は上述の構成に限定されない。制御部302は、シングルコアCPU、マルチコアCPU、FPGA、揮発性または不揮発性のメモリ等を含む1または複数の制御回路であればよい。また、制御部302は、日時情報を出力するクロック、計測開始指示を与えてから計測終了指示を与えるまでの経過時間を計測するタイマ、数をカウントするカウンタ等の機能を備えていてもよい。
記憶部304は、EEPROM、SRAMなどのメモリを備える。記憶部304には、制御部302によって実行されるコンピュータプログラム、および、このコンピュータプログラムが用いるデータ等が記憶される。
入力部306は、ケーブルを介して判定装置100を接続するインタフェースを備える。入力部306には、判定装置100から出力される判定結果が入力される。入力部306に入力される判定結果は、ライダーの身体的コンディションを示すデータである。入力部306は、入力された判定結果を制御部302へ出力する。本実施形態では、ケーブルを介して判定装置100を接続する構成としたが、無線通信のインタフェースを介して、判定装置100と通信装置300との間でデータを送受信できるように構成してもよい。無線通信では、Bluetooth 、WiFi、ZigBee、LTE、その他の無線LAN等の通信規格に準じた無線通信方式が利用できる。
通信部308は、通信インタフェースを備える。通信インタフェースには、例えば、WiFi、LTE、その他の無線LAN等の通信規格に準拠した通信インタフェースが利用される。通信装置300は、他の人力駆動車1Aに搭載される通信装置300Aへ通知すべき情報を通信部308から送信する。通信装置300は、他の人力駆動車1Aに搭載される通信装置300Aから送信される自装置宛の情報を通信部308にて受信する。
図10は第3実施形態における制御手順を示すフローチャートである。通信装置300の制御部302は、ステップS301において、判定装置100による判定結果を取得し、ステップS302において、判定装置100から取得した判定結果に基づき、他の人力駆動車1Aに搭載される通信装置300Aへ送信すべき情報を生成する。たとえば、制御部302は、判定結果を示す文字情報または画像情報を生成する。制御部302が生成する文字情報は、図7に示すように、ライダーの残り体力を示す文字情報、または、飲食または休憩を促す文字情報を含んでもよい。制御部302が生成する画像情報は、図8に示すように、ライダーに推奨する走行経路についての画像情報を含んでもよい。
制御部202は、ステップS303において、ステップS302において生成した情報を、通信部308を通じて他の人力駆動車1Aの通信装置300Aへ送信する。
第3実施形態の通信装置300は、判定装置100による判定結果の情報を他の人力駆動車1Aの通信装置300へ送信する構成としたが、通信装置300は、他の人力駆動車1Aの判定装置によって判定され、他の人力駆動車1Aの通信装置300Aから送信される他のライダーの身体的コンディションに関する情報を受信してもよい。
通信装置300は、判定装置100にて判定結果が得られる都度、他の人力駆動車1Aに搭載される通信装置300Aへ判定結果の情報を送信する必要はなく、ライダーの身体的コンディションが悪化している場合にのみ、身体的コンディションに関する警報情報を出力してもよい。
通信装置300は、信号機および交通量の少なくとも1つに関する情報を含む走行環境情報を外部装置から受信してもよい。具体的には、通信装置300は、信号機および交通量の少なくとも1つに関する走行環境情報を送信する外部サーバと通信可能である場合、外部サーバから送信される走行環境情報を通信部308にて受信してもよい。
通信装置300が実施形態2で説明した表示装置220Aに接続されている場合、制御部302は、通信部308にて受信した走行環境情報に基づき、ライダーに推奨する推奨走行経路に関する情報を生成し、生成した情報を表示装置220Aに表示させる構成としてもよい。
以上のように、実施形態3では、人力駆動車1に搭載される判定装置100にて判定したあるライダーの身体的コンディションの情報を、他の人力駆動車1Aのライダーに報知できる。複数のライダーが集団走行している場合であって、何れかのライダーの身体的コンディションが悪化した場合、そのライダーの身体的負担を軽減できるように、飲食または休憩を促したり、走行速度を落としたりすることができる。
第3実施形態では、判定装置100および通信装置300をそれぞれ独立した装置として記載したが、判定装置100および通信装置300が一体となった装置であってもよい。
第3実施形態における通信システムは、判定装置100および通信装置300を備える構成としたが、第2実施形態において説明した制御装置200を更に備える構成であってもよい。
(第4実施形態)
第4実施形態では、判定装置100において用いられる学習モデル120の生成方法について説明する。
判定装置100にて用いられる学習モデル120は、例えば、外部のサーバ装置400によって生成される。図11はサーバ装置400の内部構成を示すブロック図である。サーバ装置400は、制御部402、記憶部404、入力部406、および、通信部408を備える。
制御部402は、例えば、CPU、ROM、RAMなどを備える。制御部402が備えるROMには、サーバ装置400が備えるハードウェア各部の動作を制御するための制御プログラム等が記憶される。制御部402内のCPUは、ROMに記憶された制御プログラム、および、記憶部404に記憶された各種プログラムを実行し、ハードウェア各部の動作を制御する。
制御部402は上述の構成に限定されない。制御部402は、CPU、ROM、および、RAMを備えた構成に限定されない。制御部402は、例えば、GPU、FPGA、DSP、量子プロセッサ、揮発性または不揮発性のメモリ等を含む1または複数の制御回路または演算回路であってもよい。また、制御部402は、日時情報を出力するクロック、計測開始指示を与えてから計測終了指示を与えるまでの経過時間を計測するタイマ、数をカウントするカウンタ等の機能を備えていてもよい。
記憶部404は、ハードディスクドライブなどの記憶装置を備える。記憶部404には、制御部402によって実行される各種コンピュータプログラム、サーバ装置400が生成する学習モデル410等が記憶される。
入力部406は、各種データまたはプログラムを記録した記録媒体から、データおよびプログラムを取得するための入力インタフェースを備える。入力部406を通じて入力された各種データおよびプログラムは記憶部404に記憶される。
通信部408は通信インタフェースを備える。通信部408は、例えば、サーバ装置400を宛先として通信装置300から送信されるデータを受信すると共に、通信装置300へ送信すべきデータを送信する。
以下、サーバ装置400にて学習モデル410を生成する手順について説明する。
図12は学習モデル410の生成手順を説明するフローチャートである。サーバ装置400の制御部402は、ステップS401において、入力部406または通信部408を通じて、学習モデル410を学習するための教師データを取得する。教師データは、例えば、人力駆動車1の走行に関する走行情報、および、人力駆動車1のライダーに関するライダー情報と、ライダーの身体的コンディションを示すラベルデータとを含む。学習モデル410を生成する初期段階では、教師データは、例えばサーバ装置400の管理者等によって設定されてもよい。学習が進めば、学習モデル410による推定結果を用いて、教師データを設定する構成としてもよい。後者の場合、学習モデル410への入力と、推定結果として得られるラベルデータとを、教師データとして設定できる。
制御部402は、ステップS402において、教師データとして含まれる走行情報およびライダー情報を学習モデル410へ入力する。学習が開始される前の段階では、学習モデル410を記述する定義情報には、初期設定値が与えられる。学習モデル410は、第1実施形態において説明した学習モデル120と同様に、図3に示す学習モデル120と同様に、入力層、中間層、および、出力層を備える。学習モデル410の入力層を構成する各ノードには、走行情報およびライダー情報が与えられる。入力層の各ノードに与えられた情報は、隣接する中間層のノードへ出力される。中間層ではノード間の重みおよびバイアスを含む活性化関数を用いた演算が行われ、中間層による演算結果が出力層の各ノードへ出力される。制御部402は、ステップS403において、学習モデル410による演算結果を出力層の各ノードから取得する。
制御部402は、ステップS404において、ステップS403にて得られた演算結果を評価し、ステップS405において、学習モデル410の学習が完了したか否かを判断する。具体的には、制御部402は、ステップS403において得られる演算結果と教師データとに基づく誤差関数を用いて演算結果を評価することができる。誤差関数は、目的関数、損失関数、または、コスト関数とも呼ばれる。制御部402は、最急降下法などの勾配降下法により誤差関数を最適化する過程で、誤差関数が閾値以下または閾値以上となった場合、学習モデル410の学習が完了したと判断する。制御部402は、過学習の問題を避けるために、交差検定、早期打ち切りなどの手法を取り入れ、適切なタイミングにて学習を終了させてもよい。
ステップS405において学習が完了していないと判断した場合、制御部402は、ステップS406において、中間層で用いられるノード間の重みおよびバイアスを更新し、処理をステップS401へ戻す。制御部402は、出力層から入力層に向かって、ノード間の重みおよびバイアスを順次更新する誤差逆伝搬法を用いて、各ノード間の重みおよびバイアスを更新することができる。
ステップS405において学習が完了したと判断した場合、制御部402は、ステップS406において、学習済みの学習モデル410として記憶部404に記憶させ、本フローチャートによる処理を終了する。
以上のように、サーバ装置400において実行される学習モデルの生成方法では、人力駆動車1の走行に関する走行情報に基づき、走行情報からライダーの身体的コンディションを判定する処理に用いられる学習モデルを、生成できる。第4実施形態におけるサーバ装置400は、人力駆動車1の走行情報およびライダー情報と、ライダーの身体的コンディションを示すデータとに基づき、走行情報およびライダー情報からライダーの身体的コンディションを判定する処理に用いられる学習モデル410を生成できる。判定装置100は、サーバ装置400から学習済みの学習モデル410をダウンロードし、記憶部106に記憶させることによって、学習モデル410を用いてライダーの身体的コンディションを判定することができる。
(第5実施形態)
第5実施形態では、サーバ装置400においてライダーの身体的コンディションを判定する構成について説明する。
サーバ装置400の記憶部404に記憶される学習モデル410が学習済みである場合、この学習モデル410を用いてライダーの身体的コンディションを判定することができる。第5実施形態では、通信装置300が人力駆動車1に搭載される。判定装置100は人力駆動車1に搭載されていなくてもよい。通信装置300の内部構成は第3実施形態と同様である。
第5実施形態における通信装置300は、入力部306を通じて、センサS1〜S7および計測装置M1〜M8から走行情報およびライダー情報を取得する。通信装置300は、センサS1〜S7および計測装置M1〜M8から取得した走行情報およびライダー情報を、通信部308を通じてサーバ装置400へ送信する。サーバ装置400は、通信装置300から送信される走行情報およびライダー情報を受信し、受信した走行情報およびライダー情報を用いて、ライダーの身体的コンディションを判定する。すなわち、第5実施形態においては、サーバ装置400が本願の判定装置として機能するように構成されている。
図13は第5実施形態における判定手順を説明するフローチャートである。通信装置300は、ステップS501において、人力駆動車1の走行情報およびライダー情報を取得する。具体的には、通信装置300は、入力部306を通じて、センサS1〜S7の出力信号および計測装置M1〜M8の計測結果を取得する。
通信装置300は、ステップS502において、ステップS501において取得した走行情報およびライダー情報をサーバ装置400へ送信する。
サーバ装置400は、ステップS503において、通信装置300から送信される走行情報およびライダー情報を受信する。ステップS504において、サーバ装置400の制御部402は、ステップS503において受信した走行情報およびライダー情報を学習モデル410の入力層に入力することによって学習モデル410による演算を実行する。入力層の各ノードには、走行情報およびライダー情報を示すデータが与えられる。入力層の各ノードに与えられたデータは、隣接する中間層のノードへ出力される。中間層ではノード間の重みおよびバイアスを含む活性化関数を用いた演算が行われ、中間層による演算結果は後段の出力層へ出力される。学習モデル410の出力層は、ライダーの身体的コンディションを示すデータを出力する。
制御部402は、ステップS505において、学習モデル410による演算結果を学習モデル410の出力層から取得する。出力層を構成する各ノードからは、ライダーの身体的コンディションを示すデータが得られる。身体的コンディションを示すデータは、例えば、ライダーの残り体力がX%(Xは例えば100,90,…,0)である確率である。学習モデル410は、残り体力についての確率に代えて、消費カロリーが特定の値である確率、ライダーへの負荷が特定の値である確率などを出力してもよい。
制御部402は、ステップS506において、学習モデル410の出力層から取得した演算結果に基づき、ライダーの身体的コンディションを判定する。例えば、制御部402は、出力層の各ノードから出力される確率のうち、確率が最も高い状態をライダーの身体的コンディションとして判定する。
制御部402は、ステップS507において、身体的コンディションの判定結果を通信部408より通信装置300へ送信する。
通信装置300の制御部302は、ステップS508において、サーバ装置400から送信される身体的コンディションの判定結果を、通信部308を通じて受信する。
以上のように、第5実施形態では、人力駆動車1が判定装置100を備えていない場合であっても、サーバ装置400を通じて、ライダーの身体的コンディションの判定結果を取得できる。
(第6実施形態)
第6実施形態では、学習モデルの第2実装例について説明する。
図14は第2実装例における学習モデル140の構成図である。第2実装例における学習モデル140は、リカレントニューラルネットワークの一種であるseq2seq(sequence to sequence)モデルである。学習モデル140は、例えばサーバ装置400によって生成され、判定装置100の記憶部106に記憶される。
学習モデル140は、時系列データが入力されるm個のエンコーダE1〜Emと、時系列データを出力するn個のデコーダD1〜Dnとを備える。インデックスのmおよびnは2以上の整数である。図14において、エンコーダE1〜EmおよびデコーダD1〜Dnは、単一のブロックとして記載しているが、入力層および隠れ層を含む2〜8層程度の複数の層を有する。エンコーダE1〜EmおよびデコーダD1〜Dnの内部構造、ならびに、エンコーダE1〜EmおよびデコーダD1〜Dnにおける内部パラメータの学習方法については公知であるため、その詳細な説明を省略する。本実施形態では、人力駆動車1の走行情報またはライダー情報のうちの1つの時系列データを学習モデル140への入力とし、ライダーの身体的コンディションを示す時系列データを出力するように、学習モデル140の内部パラメータが学習される。
図14において横方向は時間ステップを表し、図中左方向から右方向へ手順が進行していることを表している。エンコーダE1〜Emのそれぞれには、人力駆動車1の走行情報またはライダー情報のうちの1つの時系列データが入力される。例えば、ケイデンスセンサS2の出力を学習モデル140への入力とした場合、判定装置100の演算処理部104は、時系列データとして得られるケイデンスの値K1,K2,…Kmを順次エンコーダE1〜Emに入力する。
エンコーダE1〜Emの隠れ層には、内部状態として、入力されたケイデンスの時系列データが内部ベクトルctとして記録される。ここで、tはタイムステップを表し、エンコーダE1〜Em内では1〜mの値をとる。内部ベクトルctは、入力ごとに値のステップへ受け渡されていき、全ての入力が終わった時点でデコーダD1に受け渡す内部ベクトルcmが得られる。
最終のエンコーダEmにおける内部ベクトルcmはデコーダD1へ受け渡される。デコーダD1には出力の開始を指示する予約語が入力される。図14の例では、予約語として<go>を記載しているが、予め設定された固定値であればよい。エンコーダEmから内部ベクトルcmが受け渡され、出力の開始を指示する予約語が入力された場合、デコーダD1は出力h1を出力し、内部ベクトルはcm+1へ変化する。デコーダD1の出力h1は、次のステップにおけるデコーダD2への入力に用いられる。デコーダD1の内部ベクトルcm+1は、次のステップにおけるデコーダD2の内部状態として使用される。このようにして、D1,D2,…Dn−1の出力htおよび内部ベクトルctは、順次次のデコーダD2,D3,…,Dnに入力され、最終のデコーダDnが出力終了を表す予約語<eos>を出力するまで順次演算が実行される。
以上の結果、デコーダD1〜Dn−1のそれぞれ得られるn−1個の出力h1〜hn−1が、学習モデル140の最終的な出力となる。これらの出力h1〜hn−1は、ライダーの身体的コンディションを示す時系列データを表す。
演算処理部104は、学習モデル140のデコーダD1〜Dn−1からライダーの身体的コンディションを示す時系列データを取得する。演算処理部104は、エンコーダE1〜Emへの時系列データの入力と、デコーダD1〜Dn−1から出力される時系列データの取得とを順次繰り返すことによって、ライダーの身体的コンディションの経時変化を判定することができる。
(第7実施形態)
第7実施形態では、学習モデルの第3実装例について説明する。
図15は第3実装例における学習モデル160の構成図である。第3実装例における学習モデル160は、CNN(Convolutional Neural Networks)、R−CNN(Region-based CNN)などによる学習モデルであり、入力層162、中間層164、および、出力層166を備える。学習モデル160は、人力駆動車1の走行情報またはライダー情報の時系列変化を示すグラフの画像の入力に対して、ライダーの身体的コンディションを示すデータを出力するように学習される。学習モデル160は、例えばサーバ装置400によって生成され、判定装置100の記憶部106に記憶される。
判定装置100の演算処理部104は、入力部102を通じて、人力駆動車1の走行情報およびライダー情報を取得した場合、それらの時系列変化を示すグラフを生成し、生成したグラフの画像を出力する。
入力層162には、人力駆動車1の走行情報およびライダー情報の時系列変化を示すグラフの画像が入力される。例えば、入力層162には、横軸を時間、縦軸を人力駆動車1のケイデンス、ライダーの心拍等の値とした時系列グラフの画像が入力される。グラフには、複数の走行情報およびライダー情報の時系列変化が含まれていてもよい。
中間層164は、例えば、畳み込み層164a、プーリング層164b、および、全結合層164cにより構成される。中間層164における畳み込み層164aおよびプーリング層164bは交互に複数設けられていてもよい。畳み込み層164aおよびプーリング層164bは、入力層162を通じて入力されるグラフの画像から特徴量を抽出する。畳み込み層164aおよびプーリング層164bにて抽出される特徴量は、例えば、グラフの傾き、極大点、極小点などである。畳み込み層164aおよびプーリング層164bによって抽出された特徴量は、全結合層164cを通じて出力層166へ出力される。
出力層166は、全結合層164cから入力される特徴量に基づき、ライダーの身体的コンディションを示すデータを出力する。
演算処理部104は、学習モデル160の出力層166からライダーの身体的コンディションを示すデータを取得する。演算処理部104は、取得したライダーの身体的コンディションを示すデータに基づき、ライダーの身体的コンディションを判定することができる。
今回開示された実施形態は、全ての点において例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
1…人力駆動車、30…操作装置、32,33…変速装置、34…アジャスタブルシートポスト、36…サスペンション装置、38…バッテリユニット、100…判定装置、102…入力部、104…演算処理部、106…記憶部、108…出力部、110…判定処理プログラム、120,140,160…学習モデル、200…制御装置、202…制御部、204…記憶部、206…入力部、208…出力部、300…通信装置、302…制御部、304…記憶部、306…入力部、308…通信部、400…サーバ装置、402…制御部、404…記憶部、406…入力部、408…通信部

Claims (20)

  1. 人力駆動車の走行に関する走行情報に基づき、ライダーの身体的コンディションを判定する判定装置。
  2. 前記走行情報の入力に応じて前記身体的コンディションを示すデータを出力するように構成される学習モデルを用いて、前記身体的コンディションを判定する、請求項1に記載の判定装置。
  3. 前記走行情報は、前記人力駆動車の速度、加速度、地理的な位置、傾斜角度、走行距離、走行時間、ケイデンス、パワー、車輪の回転速度、走行路、風向、風速、外気の温度、および、外気の湿度のうちの少なくとも1つに関する情報を含む、請求項1または2に記載の判定装置。
  4. 前記走行情報、および、前記人力駆動車のライダーに関するライダー情報に基づき、前記ライダーの身体的コンディションを判定する、請求項1から3のいずれか一項に記載の判定装置。
  5. 前記走行情報および前記ライダー情報の入力に応じて前記身体的コンディションを示すデータを出力するように構成される学習モデルを用いて、前記身体的コンディションを判定する、請求項4に記載の判定装置。
  6. 前記ライダー情報は、前記ライダーの性別、年齢、身長、体重、筋肉量、脂肪量、心拍、体温、発汗、血圧、呼吸、筋電、および、脳波のうちの少なくとも1つに関する情報を含む、請求項4または5に記載の判定装置。
  7. 請求項1から6のいずれか一項に記載の判定装置と、
    前記判定装置から出力される情報に基づいて、前記人力駆動車のコンポーネントを制御する制御装置と、
    を備える制御システム。
  8. 前記コンポーネントは、報知装置を含む、請求項7に記載の制御システム。
  9. 前記制御装置は、推奨走行経路に関する情報を報知するように前記報知装置を制御する、請求項8に記載の制御システム。
  10. 前記制御装置は、飲食および休憩の少なくとも1つに関する情報を報知するよう前記報知装置を制御する、請求項8または9に記載の制御システム。
  11. 前記コンポーネントは、変速装置を含む、請求項7から10のいずれか一項に記載の制御システム。
  12. 請求項1から6のいずれか一項に記載の判定装置と、
    外部装置と通信する通信装置と、を備え、
    前記通信装置は、前記判定装置から出力される情報を前記外部装置へ送信する、通信システム。
  13. 前記判定装置から出力される情報は、前記身体的コンディションに関する警報情報を含む、請求項12に記載の通信システム。
  14. 前記通信装置は、他の人力駆動車の判定装置によって判定され、前記他の人力駆動車の通信装置から送信される他のライダーの身体的コンディションに関する情報を受信する、請求項12または13に記載の通信システム。
  15. 前記通信装置は、信号機および交通量の少なくとも1つに関する情報を含む走行環境情報を前記外部装置から受信する、請求項12から14のいずれか一項に記載の通信システム。
  16. 前記走行環境情報に基づき、推奨走行経路に関する情報を報知する報知装置をさらに備える、請求項15に記載の通信システム。
  17. 人力駆動車の走行に関する走行情報が入力される入力層と、
    前記走行情報と、ライダーの身体的コンディションとの関係を学習した中間層と、
    前記身体的コンディションを示すデータを出力する出力層と、を備え、
    前記入力層に入力される情報に基づき、前記中間層において演算し、前記身体的コンディションを示すデータを前記出力層から出力する処理に用いられる、学習モデル。
  18. 人力駆動車の走行に関する走行情報と、ライダーの身体的コンディションを示すデータと、に基づき、前記走行情報から前記ライダーの前記身体的コンディションを判定する処理に用いられる学習モデルを、コンピュータを用いて生成する、学習モデルの生成方法。
  19. 人力駆動車の走行に関する走行情報に基づき、ライダーの身体的コンディションを判定する処理を、コンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
  20. 請求項19に記載のコンピュータプログラムが記憶される記憶媒体。
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