JP2022108984A - Walking measuring system - Google Patents

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Abstract

To highly accurately track leg positions of an object person.SOLUTION: A walking measuring system 100 comprises a laser range sensor 10 and a data analysis section 24. The laser range sensor 10 acquires two-dimensional plane distance information over time. The data analysis section 24 acquires moving trajectories of leg parts of a subject 1 on the basis of, the two-dimensional plane distance information. The data analysis section 24 includes a leg detection part 26 for detecting observation values on the basis of the two-dimensional plane distance information, a predicted position calculation part 27c for calculating predicted positions of both leg parts on the basis of observation values in past time, and a correlation processing part 27d associating the observation values with the predicted positions of both leg parts. The correlation processing part 27d sets up a first gate GA1, also sets a second gate GA2 expanding according to the observation values of pieces of past time, with the predicted positions of both leg parts used as a reference, and associates the predicted positions of both leg parts relative to the observation values present in a range where the first gate GA1 and the second gate GA2 are overlapped.SELECTED DRAWING: Figure 10

Description

本発明は、歩行計測システムに関する。 The present invention relates to a walking measurement system.

高齢化に伴う健康増進及び介護予防事業の一環として、歩行訓練が福祉関連施設等で実施されている。歩行能力、動的バランス及び敏捷性等を総合した機能的移動能力を評価可能な運動試験の一つに、例えばTimed up and go(TUG)試験がある。TUG試験は、被験者(対象者)が椅子に座った状態から立ち上がり、例えば3m先のマーカをターンして再び椅子に座る試験である。 As part of health promotion and nursing care prevention projects associated with aging, walking training is being carried out at welfare facilities and the like. One of the motor tests that can evaluate functional mobility ability, which includes walking ability, dynamic balance and agility, is, for example, the Timed up and go (TUG) test. The TUG test is a test in which a subject (subject) sits on a chair, stands up, turns a marker 3 m ahead, and sits on the chair again.

近年、このような歩行試験において歩行する対象者の脚部位置を追跡するシステムとして、特許文献1に記載された歩行計測システムが開発されている。歩行計測システムは、水平方向に沿って走査するように検出波を出射し、該検出波の反射状態に基づいて物体との距離に関する距離情報を経時的に取得する距離情報取得部と、距離情報に少なくとも基づいて対象者の脚部の移動軌跡を取得するデータ解析部と、を備える。データ解析部では、距離情報から脚部の位置候補である観測値を検出し、当該観測値と脚部との対応付け(相関処理)を行う。 In recent years, a walking measurement system described in Patent Document 1 has been developed as a system for tracking the leg positions of a subject walking in such a walking test. The walking measurement system includes a distance information acquisition unit that emits detection waves so as to scan along the horizontal direction and acquires distance information regarding the distance to an object over time based on the reflection state of the detection waves; and a data analysis unit that obtains a movement trajectory of the subject's leg based at least on: The data analysis unit detects an observed value that is a position candidate for the leg from the distance information, and associates (correlates) the observed value with the leg.

特開2016-137226号公報JP 2016-137226 A

上述した技術では、過去の時刻の観測値から対象者の両脚部の予測位置を算出し、予測位置を基準に拡がるゲートを設定する。設定したゲート内に存在する観測値に基づいて、対象者の脚部の移動軌跡を取得する。しかしこの場合、例えば対象者を介添する介添人等の他者の脚部位置を、誤って対象者の脚部位置として追跡してしまう可能性がある。 In the above-described technique, the predicted positions of the legs of the subject are calculated from the observed values of the past time, and the gates are set based on the predicted positions. The trajectory of the subject's legs is acquired based on the observed values within the set gate. However, in this case, there is a possibility that the leg position of another person, such as a caregiver who assists the subject, may be erroneously tracked as the leg position of the subject.

本発明は、対象者の脚部位置を精度よく追跡することが可能な歩行計測システムを提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a walking measurement system capable of accurately tracking the leg positions of a subject.

本発明に係る歩行計測システムは、歩行する対象者の脚部位置を追跡する歩行計測システムであって、水平方向に沿って走査するように検出波を出射し、該検出波の反射状態に基づいて該検出波を反射した物体との距離に関する距離情報を経時的に取得する距離情報取得部と、距離情報取得部で取得された距離情報に少なくとも基づき、対象者の脚部の移動軌跡を取得するデータ解析部と、を備え、データ解析部は、距離情報に基づいて、脚部の位置候補である1又は複数の観測値を検出する脚検出部と、過去の時刻の観測値に少なくとも基づいて、対象者の両脚部の予測位置を算出する予測位置算出部と、観測値と両脚部の予測位置との対応付けを行う相関処理部と、を有し、相関処理部は、両脚部の予測位置を基準に拡がる第1ゲートを設定すると共に、過去の時刻の観測値に応じて両脚部の予測位置を基準に拡がる第2ゲートを設定し、第1ゲートと第2ゲートとが重なる領域内に存在する観測値に対して、両脚部の予測位置を対応付けする。 A gait measurement system according to the present invention is a gait measurement system that tracks the position of the legs of a walking target person. a distance information acquiring unit that acquires, over time, distance information relating to the distance to the object that reflected the detection wave, and a movement trajectory of the subject's legs based on at least the distance information acquired by the distance information acquiring unit. a data analysis unit for detecting, based on the distance information, a leg detection unit for detecting one or a plurality of observation values that are position candidates for the leg; a predicted position calculation unit that calculates predicted positions of both legs of the subject; A first gate that expands based on the predicted position is set, and a second gate that expands based on the predicted position of both legs is set according to the observed value at the past time, and the area where the first gate and the second gate overlap. We map the predicted positions of both legs to the observations in .

この歩行計測システムでは、例えば介添人等の他者の脚部位置が観測値として誤検出された場合でも、当該観測値が両脚部の予測位置に対応付けされてしまうのを第1ゲートによって抑制することができるのに加えて、第2ゲートによっても抑制することができる。したがって、他者の脚部位置を対象者の脚部位置として誤追跡してしまうことを抑制することができ、対象者の脚部位置を精度よく追跡することが可能となる。 In this gait measurement system, even if the leg positions of another person, such as a caregiver, are erroneously detected as observed values, the first gate prevents the observed values from being associated with the predicted positions of both legs. In addition, it can also be suppressed by the second gate. Therefore, erroneous tracking of the leg position of the other person as the leg position of the subject can be suppressed, and the leg position of the subject can be accurately tracked.

本発明に係る歩行計測システムでは、相関処理部は、直前の処理時刻において対象者の右脚部に対応付けられた観測値と対象者の左脚部に対応付けられた観測値との双方が存在する場合、右脚部の予測位置と左脚部の予測位置との間の位置を中心に拡がる第2ゲートを設定してもよい。この場合、確度の高い両脚部の予測位置の間の位置を中心にして、第2ゲートを設定することができる。 In the walking measurement system according to the present invention, the correlation processing unit determines whether both the observed value associated with the subject's right leg and the observed value associated with the subject's left leg at the immediately preceding processing time are If present, a second gate may be established centered around a position between the predicted position of the right leg and the predicted position of the left leg. In this case, the second gate can be set centering on the position between the predicted positions of both legs with high accuracy.

本発明に係る歩行計測システムでは、相関処理部は、直前の処理時刻において両脚部のうちの何れか一方に対応付けられた観測値のみが存在する場合、両脚部のうちの当該何れか一方の予測位置を基準に拡がる第2ゲートを設定してもよい。この場合、両脚部のうちの確度の高い当該何れか一方の予測位置を基準にして、第2ゲートを設定することができる。 In the walking measurement system according to the present invention, if there is only an observation value associated with one of the legs at the immediately preceding processing time, the correlation processing unit A second gate that expands based on the predicted position may be set. In this case, the second gate can be set based on the predicted position of one of the legs, which has a high degree of certainty.

本発明に係る歩行計測システムでは、相関処理部は、直前の処理時刻において対象者の右脚部に対応付けられた観測値と対象者の左脚部に対応付けられた観測値との双方が存在しない場合、右脚部の予測位置と左脚部の予測位置との間の位置を中心に拡がる第2ゲートを設定してもよい。これにより、両脚部の予測位置の確度がともに高くないと想定し得る場合に、両脚部の予測位置の間の位置を中心にして、第2ゲートを設定することができる。 In the gait measurement system according to the present invention, the correlation processing unit determines whether both the observed value associated with the subject's right leg and the observed value associated with the subject's left leg at the immediately preceding processing time are If not, a second gate may be set up that extends around a position between the predicted position of the right leg and the predicted position of the left leg. Thus, when it can be assumed that the predicted positions of both legs are not highly accurate, the second gate can be set centering on the position between the predicted positions of both legs.

本発明に係る歩行計測システムでは、第2ゲートは、楕円であって、その長軸と短軸の比率が8:5であってもよい。これにより、対象者に対して第2ゲートの短軸方向に他者が近接する場合に、対象者の脚部位置を精度よく追跡する上記効果が特に有効となる。 In the walking measurement system according to the present invention, the second gate may be an ellipse having a major axis to minor axis ratio of 8:5. As a result, when another person approaches the subject in the direction of the short axis of the second gate, the effect of accurately tracking the leg position of the subject is particularly effective.

本発明に係る歩行計測システムは、対象者の歩行試験に用いられるシステムであって、歩行試験は、対象者が、椅子に着席した状態から椅子に対して離れて配置されたマーカに向かって歩行し、マーカをターンした後、椅子に戻って再び着席する試験であり、第2ゲートは、椅子からマーカに向かう方向に長尺な形状であってもよい。この場合、第2ゲートをTUG試験に適した形状とすることができる。 A walking measurement system according to the present invention is a system used for a walking test of a subject. Then, after turning the marker, it is a test to return to the chair and sit down again, and the second gate may be elongated in the direction from the chair to the marker. In this case, the second gate can have a shape suitable for TUG testing.

本発明に係る歩行計測システムでは、第1ゲートは、対象者の右脚部の予測位置を基準に拡がるゲートと、対象者の左脚部の予測位置を基準に拡がるゲートと、を含んでいてもよい。この場合、誤検出された観測値が両脚部の予測位置に対応付けされてしまうことを、2つの第1ゲートにより効果的に抑制することが可能となる。 In the walking measurement system according to the present invention, the first gate includes a gate that expands based on the predicted position of the subject's right leg, and a gate that expands based on the predicted position of the subject's left leg. good too. In this case, the two first gates can effectively prevent erroneously detected observation values from being associated with predicted positions of both legs.

本発明に係る歩行計測システムでは、第1ゲートの範囲は、可変であり、第2ゲートの範囲は、固定であってもよい。この場合、可変の第1ゲートにより柔軟に観測値を限定すると共に、固定の第2ゲートで確実に観測値を限定することができる。 In the walking measurement system according to the present invention, the range of the first gate may be variable and the range of the second gate may be fixed. In this case, the observation value can be flexibly limited by the variable first gate, and the observation value can be reliably limited by the fixed second gate.

本発明によれば、対象者の脚部位置を精度よく追跡することが可能な歩行計測システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a walking measurement system capable of accurately tracking the leg positions of a subject.

図1は、一実施形態に係る歩行計測システムの構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a walking measurement system according to one embodiment. 図2は、図1の歩行計測システムが適用されたTUG試験を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a TUG test to which the gait measurement system of FIG. 1 is applied. 図3は、図1の歩行計測システムのレーザレンジセンサを説明する平面図である。3 is a plan view illustrating a laser range sensor of the walking measurement system of FIG. 1. FIG. 図4(a)は、観測値の検出に用いられる観測パターンの例を説明する図である。図4(b)は、観測値の検出に用いられる観測パターンの例を説明する図である。図4(c)は、観測値の検出に用いられる観測パターンの例を説明する図である。FIG. 4A is a diagram illustrating an example of an observation pattern used for detecting observed values. FIG. 4(b) is a diagram for explaining an example of an observation pattern used for detecting observed values. FIG. 4(c) is a diagram for explaining an example of an observation pattern used for detecting observed values. 図5(a)は、観測値の検出に用いられる観測パターンの例を説明する図である。図5(b)は、観測値の検出に用いられる観測パターンの例を説明する図である。FIG. 5(a) is a diagram for explaining an example of an observation pattern used for detecting an observed value. FIG. 5(b) is a diagram for explaining an example of an observation pattern used for detecting observed values. 図6(a)は、観測値の検出に用いられる観測パターンの例を説明する図である。図6(b)は、観測値の検出に用いられる観測パターンの例を説明する図である。FIG. 6A is a diagram illustrating an example of an observation pattern used for detecting observed values. FIG. 6(b) is a diagram for explaining an example of an observation pattern used for detecting observed values. 図7(a)は、観測値の検出に用いられる観測パターンの例を説明する図である。図7(b)は、観測値の検出に用いられる観測パターンの例を説明する図である。FIG. 7A is a diagram illustrating an example of an observation pattern used for detecting observed values. FIG. 7(b) is a diagram for explaining an example of an observation pattern used for detecting observed values. 図8は、歩行モデルを説明する図である。FIG. 8 is a diagram for explaining a walking model. 図9は、脚部の予測位置を説明する図である。FIG. 9 is a diagram for explaining predicted positions of the legs. 図10は、第1ゲート及び第2ゲートを説明する図である。FIG. 10 is a diagram explaining the first gate and the second gate. 図11は、第1ゲート及び第2ゲートを説明する他の図である。FIG. 11 is another diagram illustrating the first gate and the second gate. 図12は、図1の歩行計測システムにおける処理を示すフローチャートである。FIG. 12 is a flow chart showing processing in the walking measurement system of FIG. 図13(a)は、パーティクルフィルタを用いた対応付けを説明する図である。図13(b)は、パーティクルフィルタを用いた対応付けを説明する図である。図13(c)は、パーティクルフィルタを用いた対応付けを説明する図である。FIG. 13A is a diagram illustrating association using a particle filter. FIG. 13B is a diagram illustrating association using a particle filter. FIG. 13C is a diagram illustrating association using a particle filter. 図14(a)は、パーティクルフィルタを用いた対応付けを説明する図である。図14(b)は、パーティクルフィルタを用いた対応付けを説明する図である。図14(c)は、パーティクルフィルタを用いた対応付けを説明する図である。FIG. 14A is a diagram illustrating association using a particle filter. FIG. 14B is a diagram illustrating association using a particle filter. FIG. 14C is a diagram illustrating association using a particle filter. 図15は、比較例に係る歩行計測システム及び実施例に係る歩行計測システムによるTUG試験の追跡結果を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing the tracking results of the TUG test by the gait measurement system according to the comparative example and the gait measurement system according to the example.

以下、図面を参照しつつ本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are used for the same or corresponding elements, and overlapping descriptions are omitted.

図1は、一実施形態に係る歩行計測システムの構成を示すブロック図である。図2は、図1の歩行計測システムが適用されたTUG試験を説明する概略図である。図1及び図2に示すように、歩行計測システム100は、椅子2と、マーカ3と、レーザレンジセンサ(Laser Range Sensor,距離情報取得部)10と、圧力センサ15と、電子制御装置20と、モニタ30と、ポール40と、を備える。歩行計測システム100は、歩行する被験者(対象者)1の脚部位置を追跡するシステムであって、定量的な歩行計測及び歩行能力評価を行うことができる。歩行計測システム100は、被験者1の歩行試験に用いられるシステムである。歩行計測システム100は、例えば歩行能力や動的バランス、敏捷性等を総合した機能的移動能力を評価する歩行試験の一つであるTUG試験に好適に適用することができる。 FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a walking measurement system according to one embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram explaining a TUG test to which the gait measurement system of FIG. 1 is applied. As shown in FIGS. 1 and 2, the walking measurement system 100 includes a chair 2, a marker 3, a laser range sensor (laser range sensor, distance information acquisition unit) 10, a pressure sensor 15, and an electronic control device 20. , a monitor 30 and a pole 40 . The gait measurement system 100 is a system that tracks the leg positions of a walking subject (subject) 1, and is capable of performing quantitative gait measurement and walking ability evaluation. A walking measurement system 100 is a system used for a walking test of the subject 1 . The gait measurement system 100 can be suitably applied to the TUG test, which is one of the gait tests for evaluating the functional mobility ability that integrates walking ability, dynamic balance, agility, and the like, for example.

TUG試験では、被験者1は、椅子2に座った状態から立ち上がり、所定距離(例えば3m)前方のコーン等のマーカ3に向かって歩行し、当該マーカ3をターンし、その後、椅子2まで戻って再び椅子2に着席する。TUG試験は、厚生労働省の体力測定マニュアルの一つである。TUG試験では、走らない最大歩行速度での歩行が求められる。マーカ3としては、ターン位置の目印となるものであれば、種々のマーカを用いることができる。TUG試験では、マーカ3とレーザレンジセンサ10との位置合わせを行うために、複数(ここでは2本)の基準部材としてのポール40が使用される。ポール40は、所定高さの円柱状外形を有する。所定高さは、レーザレンジセンサ10から出射されるレーザ光の高さ位置(レーザレンジセンサ10の光窓部の高さ)よりもポール40の上端が上方に位置する高さである。ポール40としては、その形状等は特に限定されず、種々のポールが使用される。歩行計測システム100は、このようなTUG試験における被験者1の両脚部の移動履歴及び歩行パラメータを計測して評価する。 In the TUG test, the subject 1 stands up from a chair 2, walks toward a marker 3 such as a cone ahead of a predetermined distance (for example, 3 m), turns the marker 3, and then returns to the chair 2. Sit in chair 2 again. The TUG test is one of the physical fitness measurement manuals of the Ministry of Health, Labor and Welfare. The TUG test requires walking at maximum walking speed without running. As the marker 3, various markers can be used as long as they mark the turn position. In the TUG test, a plurality of (here, two) poles 40 as reference members are used to align the marker 3 and the laser range sensor 10 . The pole 40 has a cylindrical outer shape with a predetermined height. The predetermined height is a height at which the upper end of the pole 40 is located above the height position of the laser light emitted from the laser range sensor 10 (the height of the light window portion of the laser range sensor 10). As the pole 40, the shape and the like are not particularly limited, and various poles are used. The walking measurement system 100 measures and evaluates the movement history and walking parameters of both legs of the subject 1 in such a TUG test.

歩行計測システム100は、2本のポール40をレーザレンジセンサ10で検出することで、2本のポール40の中心同士を結ぶ直線を一軸に持つ平面座標系を定義することができ、マーカ3が設置される床面をこの平面座標系とすることができる。この場合、2本のポール40とマーカ3との位置関係を厳密に調整すれば(具体的には、2本のポール40を結ぶ線分の中点から、この線分の垂直線上の3mの位置にマーカ3を設置すれば)、レーザレンジセンサ10の設置位置及び/又は向きをラフに位置合わせをしたとしても、レーザレンジセンサ10とマーカ3との相対位置関係を厳密に把握することが可能となる。 By detecting the two poles 40 with the laser range sensor 10, the walking measurement system 100 can define a planar coordinate system having a straight line connecting the centers of the two poles 40 as one axis. The floor on which it is installed can be used as this plane coordinate system. In this case, if the positional relationship between the two poles 40 and the marker 3 is strictly adjusted (specifically, from the midpoint of the line segment connecting the two poles 40, the distance of 3 m on the vertical line of this line segment) If the marker 3 is installed at the position), even if the installation position and/or orientation of the laser range sensor 10 are roughly aligned, the relative positional relationship between the laser range sensor 10 and the marker 3 can be strictly grasped. It becomes possible.

歩行計測システム100は、レーザレンジセンサ10で被験者1の両脚部をスキャンした際にみられる特徴的なパターンによって、脚部の位置候補である観測値としての脚部観測位置(以下、「観測値」又は「観測位置」ともいう)を取得し、カルマンフィルタを用いた追跡を行い、取得した両脚部の移動軌跡に基づき歩行パラメータを算出する。 The walking measurement system 100 determines leg observation positions (hereinafter referred to as “observed values ” or “observation position”) is obtained, tracking is performed using a Kalman filter, and walking parameters are calculated based on the obtained movement trajectory of both legs.

具体的には、歩行計測システム100では、被験者1の両脚部が接近する状況及び一時的に脚部がレーザレンジセンサ10から観測できない状況に対して、脚部の見失い及び誤識別を低減するために、5種類の観測パターンに基づき観測値を取得する。また、脚部の状態を考慮した有効領域(ゲート)を用いて、観測値と予測値との対応付けを行う。以下において、「脚部」を単に「脚」とも称し、「立脚部」を単に「立脚」とも称し、「遊脚部」を単に「遊脚」とも称する。「左脚部」を単に「左脚」とも称し、「右脚部」を単に「右脚」とも称する。「片脚部」を単に「片脚」とも称し、「両脚部」を単に「両脚」とも称する。 Specifically, in the walking measurement system 100, in a situation in which both legs of the subject 1 are approaching and a situation in which the legs cannot be temporarily observed by the laser range sensor 10, loss of sight of the legs and erroneous identification are reduced. Secondly, observation values are obtained based on five kinds of observation patterns. Also, the observed values and predicted values are associated with each other using an effective region (gate) that takes into account the state of the leg. Hereinafter, the "leg" may be simply referred to as the "leg", the "standing leg" may be simply referred to as the "standing leg", and the "free leg" may be simply referred to as the "free leg". The "left leg" is also simply referred to as the "left leg", and the "right leg" is also simply referred to as the "right leg". "One leg" may be simply referred to as "one leg", and "both legs" may be simply referred to as "both legs".

実際の人の歩行(両脚の速度)は周期的に変化する。特に、TUG試験では、被験者1に走らない最大歩行速度で行うように指示を与えるため、両脚の速度変化が大きい。そこで、歩行計測システム100では、歩行位相を考慮した加減速モデルを歩行モデルとして適用する。人は、歩行する際に、片脚を軸足(立脚)としてもう一方の脚(遊脚)を振るといった周期的な運動を行う。「歩行位相」とは、人の歩行中の両脚の周期的な運動を立脚と遊脚との振りの状態に基づいて分類したものである(例えば図8参照)。 Actual human walking (speed of both legs) changes periodically. In particular, in the TUG test, the test subject 1 was instructed to walk at the maximum walking speed without running, so the speed change of both legs was large. Therefore, in the walking measurement system 100, an acceleration/deceleration model considering the walking phase is applied as the walking model. BACKGROUND ART When a person walks, he/she performs a periodic motion such as swinging one leg (a stance leg) and swinging the other leg (a free leg). "Walking phase" is a classification of the periodic movements of both legs during walking based on the state of swinging of the stance leg and the free leg (see FIG. 8, for example).

また、歩行計測システム100では、パーティクルフィルタを利用し、観測値と予測値との対応付けをパーティクルフィルタで行い、各仮説(対応付け)に対する両脚部の状態量更新には、カルマンフィルタを用いる。その際に、歩行位相の遷移及び観測パターンの遷移を考慮して,各パーティクルの尤度としての重みを算出する。 In the walking measurement system 100, a particle filter is used to associate observed values with predicted values, and a Kalman filter is used to update the state quantities of both legs for each hypothesis (association). At that time, the weight as the likelihood of each particle is calculated in consideration of the transition of the walking phase and the transition of the observation pattern.

図3は、図1の歩行計測システム100のレーザレンジセンサ10を説明する平面図である。レーザレンジセンサ10は、両脚部の移動軌跡を取得するためのセンサである。レーザレンジセンサ10は、ある高さの二次元平面におけるセンサ周辺の物体までの距離である二次元平面距離情報(以下、単に「距離情報」ともいう)を取得する。図3に示すように、レーザレンジセンサ10は、水平方向に沿って走査するようにレーザ光(検出波)Lを出射すると共に、このレーザ光Lの反射状態に基づいて、レーザ光Lを反射した被験者1の脚部F(右脚部F及び左脚部F)との距離に関する二次元平面距離情報を経時的に取得する。 FIG. 3 is a plan view illustrating the laser range sensor 10 of the walking measurement system 100 of FIG. 1. FIG. The laser range sensor 10 is a sensor for acquiring the locus of movement of both legs. The laser range sensor 10 acquires two-dimensional plane distance information (hereinafter also simply referred to as “distance information”) that is the distance to an object around the sensor on a two-dimensional plane at a certain height. As shown in FIG. 3, the laser range sensor 10 emits a laser beam (detection wave) L so as to scan along the horizontal direction, and reflects the laser beam L based on the reflection state of the laser beam L. Two-dimensional plane distance information regarding the distance to the legs F (right leg F R and left leg F L ) of the subject 1 is acquired over time.

具体的には、レーザレンジセンサ10では、レーザ光Lを出射すると共に、このレーザ光Lを回転ミラーで反射させることにより、測定領域においてレーザ光Lを扇状に水平方向に走査する。より具体的には、レーザレンジセンサ10は、被験者1と、被験者1の両側に設置されたポール40が測定領域に含まれるように、レーザ光Lを扇状に水平方向に走査する。そして、例えば被験者1の脚部Fで反射されたレーザ光Lの反射光を受光し、反射光の検出角度(走査角度)、及びレーザ光Lの出射から受光までの時間(伝播時間)を計測し、該脚部Fとの角度及び距離に係る情報を含む距離情報を検出する。 Specifically, the laser range sensor 10 emits the laser light L and reflects the laser light L with a rotating mirror, thereby scanning the measurement area with the laser light L in a fan shape in the horizontal direction. More specifically, the laser range sensor 10 horizontally scans the laser light L in a fan shape so that the subject 1 and the poles 40 installed on both sides of the subject 1 are included in the measurement area. Then, for example, the reflected light of the laser light L reflected by the leg F of the subject 1 is received, and the detection angle (scanning angle) of the reflected light and the time from emission to reception of the laser light L (propagation time) are measured. Then, distance information including information on the angle and distance to the leg F is detected.

レーザレンジセンサ10は、例えばTUG試験試行前もしくはTUG試験試行後に被験者1にレーザ光Lをスキャンし、被験者1の脚部Fの幅(脛部の直径に対応する長さ)に関する脚部情報を検出する。レーザレンジセンサ10は、検出した距離情報及び脚部情報を電子制御装置20へ出力する。 For example, the laser range sensor 10 scans the subject 1 with the laser light L before the TUG test trial or after the TUG test trial, and obtains leg information regarding the width of the leg F of the subject 1 (length corresponding to the diameter of the shin). To detect. The laser range sensor 10 outputs the detected distance information and leg information to the electronic control unit 20 .

レーザレンジセンサ10は、レーザ光Lを出射する光窓部の高さが調整可能に構成されている。レーザレンジセンサ10は、被験者1の脛部の高さ(つまり、足首から膝下までの高さ)に対応する高さ位置でレーザ光Lが出射されるように設置されている。レーザレンジセンサ10の光窓部の高さは、マーカ3でレーザ光Lが反射しないように、マーカ3の高さよりも高い位置とされている。レーザレンジセンサ10の光窓部の高さは、遊脚期に被験者1の脚部Fが離床した場合にも当該脚部Fを観測可能であること、及び、脚部Fの幅が最大となる平均高さを考慮して、例えば床面(地面)から0.15m~0.27m(ここでは、0.27m)とされている。 The laser range sensor 10 is configured such that the height of the light window through which the laser light L is emitted can be adjusted. The laser range sensor 10 is installed so that the laser beam L is emitted at a height position corresponding to the height of the shin of the subject 1 (that is, the height from the ankle to the knee). The height of the light window portion of the laser range sensor 10 is higher than the height of the marker 3 so that the laser light L is not reflected by the marker 3 . The height of the light window portion of the laser range sensor 10 is such that the leg F of the subject 1 can be observed even when the leg F of the subject 1 leaves the floor during the swing phase, and the width of the leg F is the maximum. Considering the average height, for example, 0.15 m to 0.27 m (here, 0.27 m) from the floor surface (ground).

レーザレンジセンサ10は、椅子2の座部下方に形成された空間内にて、レーザ光Lの出射方向がマーカ3側に向くように配置されている。レーザレンジセンサ10は、マーカ3に近づく(椅子2から遠ざかる)被験者1の後方側から、つまり、マーカ3から遠ざかる(椅子2に近づく)被験者1の前方側から、当該被験者1にレーザ光Lを照射する。レーザレンジセンサ10は、レーザ光Lの出射方向が床面に対して水平になるように設置されている。 The laser range sensor 10 is arranged in a space formed below the seat portion of the chair 2 so that the emission direction of the laser light L is directed toward the marker 3 side. The laser range sensor 10 emits a laser beam L to the subject 1 from the rear side of the subject 1 approaching the marker 3 (moving away from the chair 2), that is, from the front side of the subject 1 moving away from the marker 3 (approaching the chair 2). Irradiate. The laser range sensor 10 is installed so that the emission direction of the laser light L is horizontal to the floor surface.

レーザレンジセンサ10としては、測距範囲が0.1~30m、測域角度が270deg、測距精度が±30mm、角度分解能が0.25deg、及びサンプリング周期が25ms/scanのセンサが用いられている。ちなみに、レーザレンジセンサ10は、そのタイプや仕様(スペック)について限定されるものではなく、例えば測定環境に応じて種々のものを用いることができる。なお、レーザレンジセンサ10は、例えばEMI(電磁ノイズ)の悪影響を抑制するために、筐体により囲まれていてもよい。 As the laser range sensor 10, a sensor with a ranging range of 0.1 to 30 m, a ranging angle of 270 deg, a ranging accuracy of ±30 mm, an angular resolution of 0.25 deg, and a sampling period of 25 ms/scan is used. there is Incidentally, the type and specifications of the laser range sensor 10 are not limited, and various types can be used according to the measurement environment, for example. Note that the laser range sensor 10 may be surrounded by a housing in order to suppress adverse effects of EMI (electromagnetic noise), for example.

圧力センサ15は、被験者1が椅子2から立ち上がる事象と、椅子2に着席する事象とを検出するセンサである。圧力センサ15は、椅子2の座面上に敷かれるように設けられている。圧力センサ15は、印加された圧力に関する圧力情報を検出し、当該圧力情報を電子制御装置20へ出力する。ここでの圧力センサ15の圧力情報は電圧値であり、当該電圧値は、マイコン基板を介してA/D変換されて電子制御装置20へ入力される。電子制御装置20は、立ち上がり事象とその時刻とを関連付けて記憶し、着席事象とその時刻とを関連付けて記憶する。 The pressure sensor 15 is a sensor that detects an event in which the subject 1 stands up from the chair 2 and an event in which the subject 1 sits down on the chair 2 . The pressure sensor 15 is provided so as to be laid on the seat surface of the chair 2 . The pressure sensor 15 detects pressure information regarding the applied pressure and outputs the pressure information to the electronic control unit 20 . The pressure information of the pressure sensor 15 here is a voltage value, and the voltage value is A/D converted via the microcomputer board and input to the electronic control unit 20 . The electronic control unit 20 associates and stores the rising event and its time, and associates and stores the seating event and its time.

電子制御装置20は、レーザレンジセンサ10で取得した距離情報に基づく演算を行って被験者1の脚部Fの位置及び速度を経時的に特定し、被験者1の歩行特性を取得する。電子制御装置20は、音(音声)及び表示の少なくとも何れかのスタート合図(後述)を、被験者1に対して出力する。スタート合図は、計測者の操作に応じて電子制御装置20から出力される。電子制御装置20は、スタート合図の時刻を記憶する。なお、スタート合図は、電子制御装置20とは別の機器又は計測者により実行してもよい。この場合、スタート合図の時刻は、電子制御装置20とは別の機器又は計測者により、電子制御装置20へ入力される。 The electronic control unit 20 performs calculations based on the distance information acquired by the laser range sensor 10 to specify the position and speed of the leg F of the subject 1 over time, and acquires the walking characteristics of the subject 1 . The electronic control unit 20 outputs at least one of a start signal (described later) of sound (voice) and display to the subject 1 . The start signal is output from the electronic control unit 20 according to the operation of the measurer. The electronic control unit 20 stores the time of the start signal. Note that the start signal may be given by a device other than the electronic control unit 20 or by a measurer. In this case, the time of the start signal is input to the electronic control unit 20 by a device other than the electronic control unit 20 or by a measurer.

電子制御装置20としては、例えば、パーソナルコンピュータや専用制御用コンピュータが用いられ、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read OnlyMemory)、RAM(Random Access Memory)等を含んで構成されている。電子制御装置20は、機能的要素として、センサデータ取得部21と、記憶部22と、着席判定部23、データ解析部24と、を有している。 As the electronic control unit 20, for example, a personal computer or a dedicated control computer is used, and includes a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), and the like. The electronic control unit 20 has a sensor data acquisition unit 21, a storage unit 22, a seating determination unit 23, and a data analysis unit 24 as functional elements.

センサデータ取得部21は、レーザレンジセンサ10で検出した距離情報と圧力センサ15で検出した圧力情報とを、同期して取得する。また、センサデータ取得部21は、電子制御装置20に記憶されたスタート合図の時刻に同期して距離情報を取得してもよい。センサデータ取得部21は、レーザレンジセンサ10で検出した脚部情報を取得する。センサデータ取得部21は、取得した距離情報、脚部情報及び圧力情報を記憶部22へ出力する。センサデータ取得部21は、取得した圧力情報を着席判定部23へ出力する。 The sensor data acquisition unit 21 acquires the distance information detected by the laser range sensor 10 and the pressure information detected by the pressure sensor 15 in synchronization. Further, the sensor data acquisition unit 21 may acquire the distance information in synchronization with the start signal time stored in the electronic control unit 20 . The sensor data acquisition unit 21 acquires leg information detected by the laser range sensor 10 . The sensor data acquisition unit 21 outputs the acquired distance information, leg information, and pressure information to the storage unit 22 . The sensor data acquisition unit 21 outputs the acquired pressure information to the seating determination unit 23 .

記憶部22は、センサデータ取得部21で取得した距離情報及び圧力情報を、処理時刻(サンプリング時刻)に関連付けて格納する。記憶部22は、センサデータ取得部21で取得した被験者1の脚部情報を格納する。着席判定部23は、センサデータ取得部21で取得した圧力センサ15の圧力情報に基づいて、被験者1が着席したか否かを判定する。例えば着席判定部23は、圧力センサ15からの電圧値が閾値よりも大きく立ち上がっている場合に、着席していると判定する。着席判定部23は、圧力センサ15からの電圧値が閾値以下の場合に、着席していないと判定する。着席判定部23は、判定結果を記憶部22に出力し、記憶部22は、当該判定結果を記憶する。 The storage unit 22 stores the distance information and the pressure information acquired by the sensor data acquisition unit 21 in association with the processing time (sampling time). The storage unit 22 stores leg information of the subject 1 acquired by the sensor data acquisition unit 21 . The seating determination unit 23 determines whether or not the subject 1 is seated based on the pressure information of the pressure sensor 15 acquired by the sensor data acquisition unit 21 . For example, the seating determination unit 23 determines that the person is seated when the voltage value from the pressure sensor 15 rises higher than the threshold value. The seating determination unit 23 determines that the person is not seated when the voltage value from the pressure sensor 15 is equal to or less than the threshold. The seating determination unit 23 outputs the determination result to the storage unit 22, and the storage unit 22 stores the determination result.

データ解析部24は、TUG試験試行後において記憶部22に保存された保存データを解析することにより、被験者1の歩行パラメータを取得する。データ解析部24は、レーザレンジセンサ10で取得された距離情報に少なくとも基づき、パーティクルフィルタを用いて、被験者1の脚部Fの移動軌跡を取得する。データ解析部24は、脚検出部(観測値検出部)26、脚追跡部27、及び歩行パラメータ算出部28を有する。歩行パラメータとしては、一般的歩行パラメータ及びTUG試験に関する歩行パラメータがある。 The data analysis unit 24 acquires the walking parameters of the subject 1 by analyzing the stored data stored in the storage unit 22 after the trial of the TUG test. Based on at least the distance information acquired by the laser range sensor 10, the data analysis unit 24 acquires the movement trajectory of the leg F of the subject 1 using a particle filter. The data analysis unit 24 has a leg detection unit (observed value detection unit) 26 , a leg tracking unit 27 , and a walking parameter calculation unit 28 . Gait parameters include general gait parameters and gait parameters for the TUG test.

一般的歩行パラメータは、一般的な歩行試験において転倒リスクを評価するための歩行パラメータであって、着床位置、歩行速度[m/秒]、歩数[歩]、歩行率[歩/秒]、歩幅[m]、ストライド長[m]、歩隔[m]、及び、立脚時間(片脚立脚時間[s]及び両脚立脚時間[s]の少なくとも何れか)を含む。TUG試験に関する歩行パラメータは、TUG試験において転倒リスクを評価するためのパラメータであって、反応時間(立上がり時間)[秒]、TUG遂行時間[秒]、ターン方向、一歩目時間(一歩目の離床時間)[秒]、及び、マーカ3との最短距離[m]を含む。 General gait parameters are gait parameters for evaluating fall risk in a general gait test, and include landing position, walking speed [m / sec], number of steps [steps], walking rate [steps / sec], It includes stride length [m], stride length [m], stride interval [m], and stance time (at least one of single leg stance time [s] and double leg stance time [s]). Gait parameters for the TUG test are parameters for evaluating fall risk in the TUG test, reaction time (rise time) [seconds], TUG execution time [seconds], turn direction, first step time (first step leaving the floor time) [seconds] and the shortest distance to the marker 3 [m].

歩行パラメータは、次の5つのフェーズで区分して算出することができる。換言すると、歩行パラメータは、次の5つのフェーズ毎に算出される。このとき、歩幅、ストライド長、歩隔、片脚立脚時間、両脚立脚時間については、その平均、標準偏差及び変動係数がフェーズ毎に算出される。なお、歩行パラメータは、これらの5つのフェーズに区切って算出される場合に限定されず、全体(区切らない)で算出されてもよいし、前半及び後半(左右)の2つに区切って算出されてもよい。各フェーズの区分は、例えば被験者1の脚部Fの位置等に基づいて行うことができる。
(1)スターティングフェーズ(Starting phase)
(2)フォーワードフェーズ(Forward phase)
(3)ターニングフェーズ(Turning phase)
(4)リターンフェーズ(Return phase)
(5)シッティングダウンフェーズ(Sitting down phase)
A walking parameter can be calculated by classifying it into the following five phases. In other words, gait parameters are calculated for each of the following five phases. At this time, the mean, standard deviation, and coefficient of variation of the stride length, stride length, step interval, single leg stance time, and double leg stance time are calculated for each phase. In addition, the walking parameter is not limited to the case where it is calculated by dividing into these five phases, and may be calculated as a whole (not divided), or calculated by dividing into two phases, the first half and the latter half (left and right). may Each phase can be divided based on the position of the leg F of the subject 1, for example.
(1) Starting phase
(2) Forward phase
(3) Turning phase
(4) Return phase
(5) Sitting down phase

スターティングフェーズは、着席状態から歩行開始までのフェーズである。例えばスターティングフェーズは、椅子2から一定範囲を被験者1が抜けるまでのフェーズである。
フォーワードフェーズは、歩行開始から旋回動作手前までのフェーズである。例えばフォーワードフェーズは、被験者1が歩行動作を開始してからマーカ3を回る前までのフェーズである。ターニングフェーズは、旋回動作時のフェーズである。例えばターニングフェーズは、被験者1がマーカ3を回っている間のフェーズである。リターンフェーズは、旋回動作後から着席前までのフェーズである。例えばリターンフェーズは、被験者1がマーカ3を回った後から着席する前までのフェーズである。シッティングダウンフェーズは、椅子に戻って振り返って着席する際のフェーズである。例えばシッティングダウンフェーズは、椅子2から一定範囲を被験者1が一度抜けた後に再び当該一定範囲に入っているときのフェーズである。一定範囲は、例えば椅子2からマーカ3側に0.25mの範囲である。
The starting phase is the phase from the sitting state to the start of walking. For example, the starting phase is a phase from the chair 2 until the subject 1 leaves a certain range.
The forward phase is a phase from the start of walking to just before the turning motion. For example, the forward phase is a phase from when the subject 1 starts walking to before going around the marker 3 . The turning phase is the phase during turning motion. For example, the turning phase is the phase during which subject 1 turns around marker 3 . The return phase is a phase from after turning motion to before sitting down. For example, the return phase is a phase from after subject 1 turns around marker 3 to before sitting down. The sitting down phase is the phase when you return to your chair and turn around to sit down. For example, the sitting-down phase is a phase when the subject 1 leaves the certain range from the chair 2 once and then enters the certain range again. The certain range is, for example, a range of 0.25 m from the chair 2 to the marker 3 side.

着床位置は、脚部Fが床面に着床した位置である。歩行率は、単位時間当たりの歩数である。片脚立脚時間は、同じ脚の着床(接床)から離床までの時間である。両脚立脚時間は、一方の脚の着床から他方の脚の離床までの時間である。歩幅は、一方の脚の着床位置(例えば踵位置)から他方の脚の着床位置までの距離である。ストライド長は、同じ脚についての隣接する着床位置間の距離である。歩隔は、前額面における(被験者1を正面から見た場合における)両脚の踵の間隔である。 The landing position is the position where the leg F has landed on the floor surface. The walking rate is the number of steps per unit time. The single leg stance time is the time from landing (contacting) to leaving the same leg. The double leg stance time is the time from landing of one leg to leaving the other leg. The stride is the distance from the landing position of one leg (for example, the heel position) to the landing position of the other leg. Stride length is the distance between adjacent landing positions for the same leg. The step distance is the distance between the heels of both legs on the frontal plane (when the subject 1 is viewed from the front).

反応時間は、歩行試験の開始時刻(スタート合図の時刻)から被験者1が立ち上がる(臀部が椅子2の座面から離れる)までの時間である。TUG遂行時間は、TUG試験の遂行時間であり、歩行試験の開始時刻から終了まで(椅子2に着席した被験者1が動き出してから再び着席するまで)の時間である。一歩目時間は、歩行試験の開始時刻から被験者1が一歩目の脚部Fを上げる(離床する)までの時間である。マーカ3との最短距離は、マーカ3中心と脚部Fの移動軌跡との最短距離である。 The reaction time is the time from the start of the walking test (the time of the start signal) until the subject 1 stands up (the buttocks are separated from the seat surface of the chair 2). The TUG execution time is the execution time of the TUG test, which is the time from the start time to the end of the walking test (from when the subject 1 sitting on the chair 2 starts to move until he sits down again). The first step time is the time from the start time of the walking test to when the subject 1 raises the leg F for the first step (leaving the floor). The shortest distance to the marker 3 is the shortest distance between the center of the marker 3 and the locus of movement of the leg F.

本実施形態において、データ解析部24は、レーザレンジセンサ10で取得された距離情報に基づいて、1又は複数の観測値を検出する。データ解析部24は、複数のパーティクル毎に、観測値、観測値無しとする観測結果のうちの何れかに対して、被験者1の両脚部の予測位置のそれぞれをランダムに対応付けし、両脚部の位置を時間に関連付けて取得する。これと共に、データ解析部24は、歩行位相の遷移、及び、両脚部が該当する観測パターンの遷移から重みを算出する。データ解析部24は、複数のパーティクルの中から重みに基づいて何れかの対応付けのパーティクルを選出し、選出した当該パーティクルにおける両脚部の予測位置に基づいて、被験者1の脚部Fの移動軌跡を取得する。以下、データ解析部24の処理について詳細に説明する。 In this embodiment, the data analysis unit 24 detects one or more observation values based on the distance information acquired by the laser range sensor 10 . The data analysis unit 24 randomly associates each of the predicted positions of the legs of the subject 1 with one of the observed values and the observation result of no observed value for each of the plurality of particles, and Get the position of the in relation to time. Along with this, the data analysis unit 24 calculates the weight from the transition of the walking phase and the transition of the observation pattern corresponding to both legs. The data analysis unit 24 selects particles with some association based on the weight from among the plurality of particles, and based on the predicted positions of both legs of the selected particles, the movement trajectory of the legs F of the subject 1 to get The processing of the data analysis unit 24 will be described in detail below.

[脚検出]
図4~図7は、観測値の検出に用いられる観測パターンの例を説明する図である。図4(a)及び図6(a)は、SL(Single Leg)パターンの例を説明する図である。図4(b)及び図6(b)は、LT(twoLegs Together)パターンの例を説明する図である。図4(c)及び図7(a)は、FS_O(Forward Straddle Observable)パターンの例を説明する図である。図5(a)及び図7(b)は、FS_U(Forward Straddle Unobservable)パターンの例を説明する図である。図5(b)は、UO(Unobservable)パターンの例を説明する図である。
[Leg detection]
4 to 7 are diagrams for explaining examples of observation patterns used for detecting observation values. FIGS. 4A and 6A are diagrams illustrating examples of SL (Single Leg) patterns. FIGS. 4B and 6B are diagrams illustrating examples of LT (twoLegs Together) patterns. FIGS. 4C and 7A are diagrams illustrating examples of FS_O (Forward Straddle Observable) patterns. FIGS. 5A and 7B are diagrams illustrating examples of FS_U (Forward Straddle Unobservable) patterns. FIG. 5B is a diagram illustrating an example of a UO (Unobservable) pattern.

脚検出部26は、予め設定された観測パターンを用いて、レーザレンジセンサ10が取得した二次元平面距離情報に基づき、被験者1の脚部Fの位置候補である観測値(観測値ベクトルy :=(x ,y ),(j=1…J))を検出する。具体的には、脚検出部26は、脚部Fの二次元平面距離情報が特徴的な形状となることに鑑み、二次元平面距離情報にエッジ検出処理を施して脚部FのエッジEの位置を検出する。脚検出部26は、複数の観測パターンを用いたパターン認識によって、当該エッジEの位置から観測値を検出する。このとき、脚検出部26は、被験者1の脚部Fの幅wに関する脚部情報を用い、脚部Fの幅wを既知とする。脚検出部26による脚検出について、以下に詳説する。なお、以下では、「観測値ベクトル」を単に「観測値」ともいう。 The leg detection unit 26 uses a preset observation pattern to obtain an observation value (observation value vector y k j :=(x k j , y k j ), (j=1...J)). Specifically, in view of the fact that the two-dimensional plane distance information of the leg F has a characteristic shape, the leg detection unit 26 performs edge detection processing on the two-dimensional plane distance information to determine the edge E of the leg F. Detect location. The leg detection unit 26 detects an observation value from the position of the edge E by pattern recognition using a plurality of observation patterns. At this time, the leg detection unit 26 uses the leg information regarding the width wl of the leg F of the subject 1 , and assumes that the width wl of the leg F is known. Leg detection by the leg detection unit 26 will be described in detail below. In addition, below, an "observation value vector" is also simply referred to as an "observation value."

被験者1がレーザレンジセンサ10の計測範囲内に存在し、レーザレンジセンサ10と被験者1の間に障害物がない場合には、レーザレンジセンサ10が取得する二次元平面距離情報は、図4(a)~図5(b)に示すような特徴的な形となる。脚検出部26は、5種類の観測パターンを考慮した脚検出手法により、観測値を算出する。 When the subject 1 exists within the measurement range of the laser range sensor 10 and there is no obstacle between the laser range sensor 10 and the subject 1, the two-dimensional planar distance information acquired by the laser range sensor 10 is shown in FIG. It has a characteristic shape as shown in a) to FIG. 5(b). The leg detection unit 26 calculates an observed value by a leg detection method considering five types of observation patterns.

脚検出部26は、まず、レーザレンジセンサ10で取得した右からi番目の距離情報をlとし、隣接するレーザレンジセンサ10の二次元平面距離情報が被験者1の脚部Fの幅wに対して、下記数式1を満たす場合、エッジe (h=B,F)を検出する。このとき、l>li+1の場合は、エッジe =i及びエッジe m+1=i+1とする。l<li+1の場合は、エッジe =i及びエッジe m+1=i+1とする。上添え字Bは、レーザレンジセンサ10に対して奥側のエッジEであることを示し、上添え字Fは、手前側のエッジEであることを示す。下添え字m(m=1,・・・,M)はm番目に検出したエッジEであることを示す。Mは、時刻(以下、「処理時刻」ともいう)kにおいて検出したエッジEの総数である。

Figure 2022108984000002
The leg detection unit 26 first sets the i-th distance information from the right acquired by the laser range sensor 10 to l i , and the two-dimensional plane distance information of the adjacent laser range sensor 10 is the width w l of the leg F of the subject 1. , edge e h m (h=B, F) is detected when the following formula 1 is satisfied. At this time, if l i >l i+1 , edge e B m =i and edge e F m+1 = i+1. If l i <l i+1 , let edge e F m =i and edge e B m+1 = i+1. The superscript B indicates the edge E on the far side with respect to the laser range sensor 10, and the superscript F indicates the edge E on the front side. A subscript m (m=1, . . . , M k ) indicates that the edge E is detected m-th. M k is the total number of edges E detected at time k (hereinafter also referred to as “processing time”).
Figure 2022108984000002

そして、連続した4つのエッジe ,e n+1,e n+2,e n+3の位置関係及びエッジe n+1,e n+2間の幅wに基づいて、5種類の観測パターンに分類し、観測値yを算出する。ただし、n=1,・・・,M-3で、下添え字kは時刻kにおける観測位置であることを示す。 Then, based on the positional relationship of the four continuous edges ehn , ehn +1 , ehn +2 , ehn +3 and the width w e between the edges ehn +1 , ehn +2 , it is classified into five types of observation patterns. and calculate the observed value yk . However, n=1, . . . , M k −3, and the subscript k indicates the observation position at time k.

図4(a)及び図6(a)に示すように、SLパターンとしての観測パターンO1は、脚部Fが単独でレーザレンジセンサ10から完全に観測できている場合の観測パターンである。観測パターンO1は、エッジEの組み合わせが(e ,e n+1,e n+2,e n+3)を満たすと共に、エッジE間の幅が0.5w<w≦1.5wを満たす。このとき、観測値yは、被験者1の脚部Fの幅wを考慮して、図4(a)に示すように求められる。例えば観測値y は、図示するように、(e n+1+e n+2)/2を通るラインと脚部Fの幅wの1/2とから求められる。 As shown in FIGS. 4A and 6A, the observation pattern O1 as the SL pattern is an observation pattern when the leg F can be completely observed by the laser range sensor 10 alone. Observation pattern O1 has a combination of edges E satisfying ( eBn , eFn +1 , eFn +2 , eBn +3 ) and a width between edges E satisfying 0.5w1 < we≤1.5wl . Fulfill. At this time, the observed value yk is obtained as shown in FIG. For example, the observed value y k j is obtained from the line passing through (e F n+1 +e F n+2 )/2 and 1/2 the width w l of the leg F, as shown.

図4(b)及び図6(b)に示すように、LTパターンとしての観測パターンO2は、脚部Fがそろってレーザレンジセンサ10から完全に観測できている場合の観測パターンである。観測パターンO2は、エッジEの組み合わせが(e ,e n+1,e n+2,e n+3),(e ,e n+1,e n+2,e n+3)又は(e ,e n+1,e n+2,e n+3)を満たすと共に、エッジE間の幅が1.5w<w<3.0wを満たす。このとき、観測値yは、被験者1の両脚が揃っていることを考慮して、図4(b)に示すように求められる。例えば観測値y j+1は、図示するように、(e n+1+3e n+2)/4を通るラインと脚部Fの幅wの1/2とから求められる。例えば観測値y は、図示するように、(3e n+1+e n+2)/4を通るラインと脚部Fの幅wの1/2とから求められる。 As shown in FIGS. 4B and 6B, the observation pattern O2 as the LT pattern is an observation pattern when all the legs F are completely observable from the laser range sensor 10. FIG. Observation pattern O2 is such that the combination of edges E is ( eBn , eFn +1 , eFn +2 , eBn +3 ), ( eFn , eBn +1 , eFn +2 , eBn + 3 ) or ( eBn , e F n+1 , e B n+2 , e F n+3 ) and the width between edges E satisfies 1.5wl <w e < 3.0wl . At this time, the observed value yk is obtained as shown in FIG. For example, the observed value y k j+1 is obtained from the line passing through (e F n+1 +3e F n+2 )/4 and 1/2 the width w l of the leg F, as shown. For example, the observed value y k j is obtained from the line passing through (3e F n+1 +e F n+2 )/4 and 1/2 the width w l of the leg F, as shown.

図4(c)及び図7(a)に示すように、FS_Oパターンとしての観測パターンO3は、片方の脚部Fや杖等の影響によってパターンが段状になり、エッジEの位置間の幅が被験者1の脚部Fの幅wの1/2以上あり、且つ、脚部Fの中心位置がレーザレンジセンサ10から観測できている場合の観測パターンである。観測パターンO3は、エッジEの組み合わせが(e ,e n+1,e n+2,e n+3)又は(e ,e n+1,e n+2,e n+3)を満たすと共に、エッジE間の幅が0.5w≦w<1.5wを満たす。このとき、観測値yは、被験者1の脚部Fの中心位置がレーザレンジセンサ10から観測できることを考慮して、図4(c)に示すように求められる。例えば観測値y は、図示するように、(e n+1+e n+2)/2を通るラインと脚部Fの幅wの1/2とから求められる。 As shown in FIGS. 4(c) and 7(a), the observation pattern O3 as the FS_O pattern has a stepped pattern due to the influence of one of the legs F, a cane, etc., and the width between the positions of the edge E is 1/2 or more of the width wl of the leg F of the subject 1 and the central position of the leg F can be observed from the laser range sensor 10. FIG. Observation pattern O3 is such that the combination of edges E satisfies ( eFn , eBn +1 , eFn +2 , eBn +3 ) or ( eBn , eFn +1 , eBn +2 , eFn + 3 ) and edges The width between E satisfies 0.5w l ≤ w e <1.5w l . At this time, the observed value yk is obtained as shown in FIG. For example, the observed value y k j is obtained from the line passing through (e B n+1 +e F n+2 )/2 and ½ the width w l of the leg F, as shown.

図5(a)及び図7(b)に示すように、FS_Uパターンとしての観測パターンO4は、FS_Oパターンである観測パターンO3に対して、エッジE間の幅が被験者1の脚部Fの幅wの1/2より小さく、且つ、脚部Fの中心位置がレーザレンジセンサ10から直接観測できない場合の観測パターンである。観測パターンO3は、エッジEの組み合わせが(e ,e n+1,e n+2,e n+3)又は(e ,e n+1,e n+2,e n+3)を満たすと共に、エッジE間の幅が0.3w<w<0.5wを満たす。このとき、観測パターンO1~O3とは異なり脚部Fの中心位置がレーザレンジセンサ10で直接観測できないため、観測値yは、図5(a)に示すように仮想的に算出される。例えば観測値y は、図示するように、e n+1を通るライン及びe n+2を通るラインと、脚部Fの幅wの1/2と、から求められる。図7(b)中の中抜きの正方形は、仮想のエッジを示す。 As shown in FIGS. 5A and 7B, the observation pattern O4 as the FS_U pattern has a width between the edges E that is the width of the leg F of the subject 1, as opposed to the observation pattern O3 as the FS_O pattern. This is an observation pattern when wl is smaller than 1/2 and the center position of the leg F cannot be directly observed from the laser range sensor 10 . Observation pattern O3 is such that the combination of edges E satisfies ( eFn , eBn +1 , eFn +2 , eBn +3 ) or ( eBn , eFn +1 , eBn +2 , eFn + 3 ) and edges The width between E satisfies 0.3w l <w e <0.5w l . At this time, unlike the observation patterns O1 to O3, the central position of the leg F cannot be directly observed by the laser range sensor 10, so the observed value yk is virtually calculated as shown in FIG. 5(a). For example, the observed value y k j is determined from the lines passing through e B n+1 and e F n+2 and ½ of the width wl of the leg F, as shown. Hollow squares in FIG. 7(b) indicate virtual edges.

図5(b)に示すように、UOパターンとしての観測パターンO5は、一方の脚部Fが他方の脚部Fに隠れる際やレーザレンジセンサ10よりも高く脚部Fを上げた際等における、観測できない場合の観測パターンである。 As shown in FIG. 5B, the observation pattern O5 as the UO pattern is when one leg F is hidden behind the other leg F or when the leg F is raised higher than the laser range sensor 10. , is the observation pattern when it cannot be observed.

なお、脚部Fがレーザレンジセンサ10から直接観測できない状況においても、FS_Uパターンである観測パターンO4を定義して仮想的に観測値yを求めることで、脚部Fの位置の計測精度の向上が期待される。観測値yの検出では、観測パターンO1~O4を満たさないエッジEの位置は脚部Fではないと判定することができる。また、不要な相関処理を避けるために、歩行路の領域に対して所定長広い領域を測定領域とし、測定領域外の観測値yとそれに対応するエッジEの位置とを除外する。 Even in a situation where the leg F cannot be directly observed from the laser range sensor 10, the measurement accuracy of the position of the leg F can be improved by defining the observation pattern O4, which is the FS_U pattern, and virtually obtaining the observed value yk. Expected to improve. In detecting the observed value yk , it can be determined that the position of the edge E that does not satisfy the observed patterns O1 to O4 is not the leg F. Also, in order to avoid unnecessary correlation processing, an area that is wider than the area of the walking path by a predetermined length is set as the measurement area, and the observed value yk outside the measurement area and the position of the edge E corresponding thereto are excluded.

観測値yの検出では、エッジEの位置間の中央ではなく、例えばエッジEの位置から脚部Fの幅wの1/2だけ内側に入った位置が、観測値yとして検出される。以上のように複数の観測パターンO1~O5に応じて脚部Fの観測値yを検出することにより、レーザレンジセンサ10から見て一方の脚部Fが重なって隠れた場合にも、脚部Fを好適に検出することが可能となる。 In the detection of the observed value yk , the observed value yk is detected not at the center between the positions of the edge E but, for example, at a position inside by 1/2 of the width wl of the leg F from the position of the edge E. be. As described above, by detecting the observed value yk of the leg F according to a plurality of observation patterns O1 to O5, even when one of the legs F overlaps and is hidden when viewed from the laser range sensor 10, the leg It becomes possible to suitably detect the part F.

[脚追跡]
脚追跡部27は、歩行位相を考慮した歩行モデルを用いた予測処理を行い、両脚部の位置及び速度を推定する。予測処理では、カルマンフィルタを用いている。
[Leg Tracking]
The leg tracking unit 27 performs prediction processing using a gait model that considers the gait phase, and estimates the positions and velocities of both legs. The prediction process uses a Kalman filter.

図8は、歩行モデルを説明する図である。人は、歩行する際、一方の脚を軸足(立脚)としながら他方の脚(遊脚)を振って歩行を進める。両脚は、着床によって遊脚と立脚とを変えながら、加減速を伴う周期的に運動する。図8に示すように、そこで、脚追跡部27では、脚部Fの移動速度v及び加速度aの変化に着目して、静止時も含めた以下の6つの歩行位相を含む歩行モデルを適用する。
・位相0: 静止時で両脚が立脚
・位相1:左脚が遊脚(加速,振上げ動作),右脚が立脚
・位相2:左脚が遊脚(減速,着床に向けた動作),右脚が立脚
・位相3:左脚が立脚,右脚が遊脚(加速,振上げ動作)
・位相4: 左脚が立脚,右脚が遊脚(減速,着床に向けた動作)
・位相5:両脚が遊脚(歩行時には見られない)
FIG. 8 is a diagram for explaining a walking model. BACKGROUND ART When a person walks, one leg is used as a pivot (standing leg) and the other leg (a free leg) is swung to proceed with walking. Both legs periodically move with acceleration and deceleration while changing between a free leg and a stance leg upon landing. As shown in FIG. 8, therefore, the leg tracking unit 27 applies a gait model including the following six gait phases including the time of rest, focusing on changes in the movement speed v and acceleration a of the leg F. .
・Phase 0: Standing with both legs at rest ・Phase 1: Left leg swinging (acceleration, swinging motion), right leg standing ・Phase 2: Left leg swinging (deceleration, motion toward landing) , Right leg standing ・Phase 3: Left leg standing, right leg swinging (acceleration, swinging motion)
・Phase 4: Left leg in stance, right leg in swing (deceleration, movement toward landing)
・Phase 5: Both legs swing (not seen when walking)

なお、TUG試験では被験者1に走らない最大歩行速度で行うように指示を与えることから、両脚の速度変化が大きい。そのため、加減速を行うモデルが歩行モデルとして適用されている。また、人の重心を追跡する場合には,状態変数に角度,角速度を含んだ非線形モデルが用いられることが多い一方、TUG試験においては、ターン動作時に両脚の移動方向が急激に変化することから、移動方向に対する指向性を持たない線形の移動モデルを適用することが望ましい。そこで、歩行モデルとしては、移動方向に対する指向性を持たない線形の移動モデルを適用する。 In the TUG test, the test subject 1 was instructed to walk at a maximum walking speed that did not run, so the speed change of both legs was large. Therefore, a model that accelerates and decelerates is applied as a walking model. In addition, when tracking the center of gravity of a person, a nonlinear model that includes angle and angular velocity as state variables is often used. , it is desirable to apply a linear motion model that has no directivity with respect to the direction of motion. Therefore, as the walking model, a linear movement model that does not have directivity with respect to the direction of movement is applied.

脚追跡部27は、左右の各脚部Fに対して位置及び速度を状態量ベクトルとして状態方程式を設定し、各脚部Fに対して追跡処理を行う。脚追跡部27は、立脚、遊脚(加速)及び遊脚(減速)の3つの運動モデルを定義する。このような加減速を伴う歩行モデルを考慮した場合の各脚部Fの離散時間システム方程式は、下記数式2で与えられる。上付き添え字fは、f=L,Rでそれぞれ左脚及び右脚を示す。

Figure 2022108984000003
The leg tracking unit 27 sets a state equation for each of the left and right legs F using the position and velocity as state quantity vectors, and performs tracking processing on each leg F. FIG. The leg tracker 27 defines three motion models: stance, swing (acceleration) and swing (deceleration). A discrete-time system equation of each leg F when considering such a walking model involving acceleration and deceleration is given by Equation 2 below. The superscript f indicates the left and right legs with f=L, R, respectively.
Figure 2022108984000003

状態量ベクトルは、下記数式3に示される。下記数式4は、それぞれ時刻kにおける被験者1の各脚部Fの位置及び速度である。

Figure 2022108984000004

Figure 2022108984000005
The state quantity vector is shown in Equation 3 below. Equation 4 below is the position and velocity of each leg F of the subject 1 at time k.
Figure 2022108984000004

Figure 2022108984000005

ベクトルuf,m は、歩行位相に応じて与えられる未知の外部入力(加速度入力)であり、下記数式5に示す。上付き添え字mは、m番目の運動モデルを示す。モデル1を立脚(静止)の運動モデルとし、モデル2を遊脚(加速)の運動モデルとし、モデル3を遊脚(減速)の運動モデルとしている。立脚時の運動モデル1においては0、遊脚で加速する運動モデル2においては進行方向に対して正の値、遊脚で減速する運動モデル3においては進行方向に対して負の値として与える。加速度入力の大きさは、過去Nac時間ステップ分の遊脚中の加速ベクトル(下記数式6参照)のノルムの平均値として算出する。

Figure 2022108984000006

Figure 2022108984000007
A vector u f,m k is an unknown external input (acceleration input) given according to the walking phase, and is shown in Equation 5 below. The superscript m indicates the mth motion model. A model 1 is a motion model of a standing leg (still), a model 2 is a motion model of a free leg (acceleration), and a model 3 is a motion model of a free leg (deceleration). The motion model 1 at the time of standing is given as 0, the motion model 2 accelerating with the free leg is given a positive value in the traveling direction, and the motion model 3 decelerating with the free leg is given a negative value in the traveling direction. The magnitude of the acceleration input is calculated as the average value of the norms of the acceleration vectors (see Equation 6 below) during the free leg for the past Nac time steps.
Figure 2022108984000006

Figure 2022108984000007

また、脚部Fの動きは移動方向を含め変動するため、運動モデルから変動を加速度外乱として、システム雑音(下記数式7参照)に含め、平均0及び共分散行列Qの正規性白色雑音で与えるものとする。状態方程式の状態遷移行列A、入力行列B 及び駆動行列Bは、それぞれ下記数式8となる。

Figure 2022108984000008

Figure 2022108984000009
In addition, since the movement of the leg F fluctuates, including the direction of movement, the fluctuation from the motion model is treated as an acceleration disturbance and included in the system noise (see Equation 7 below). shall give. The state transition matrix A f , the input matrix B f u , and the drive matrix B f of the state equation are represented by Equation 8 below.
Figure 2022108984000008

Figure 2022108984000009

また、レーザレンジセンサ10を用いて取得した各脚部Fの観測値y を下記数式9とすると、観測方程式は、下記数式10で与えられる。ここで、Δy は平均0、共分散Rの正規性白色雑音であるとする。このとき、行列Cは、下記数式11となる。

Figure 2022108984000010

Figure 2022108984000011

Figure 2022108984000012
Further, when the observed value y f k of each leg F obtained using the laser range sensor 10 is represented by Equation 9 below, the observation equation is given by Equation 10 below. Here, Δy f k is normal white noise with mean 0 and covariance R f . At this time, the matrix C f is given by Equation 11 below.
Figure 2022108984000010

Figure 2022108984000011

Figure 2022108984000012

図1に示されるように、脚追跡部27は、立脚遊脚判定部27a、歩行位相判定部27b、予測位置算出部27c、相関処理部27d、更新処理部27e、重み算出部27f、及び、リサンプリング部27gを有する。 As shown in FIG. 1, the leg tracking unit 27 includes a stance free leg determination unit 27a, a walking phase determination unit 27b, a predicted position calculation unit 27c, a correlation processing unit 27d, an update processing unit 27e, a weight calculation unit 27f, and a It has a resampling section 27g.

立脚遊脚判定部27aは、脚部Fの速度に基づいて、脚部Fが立脚(支持脚)及び遊脚の何れであるかを判定する立脚遊脚判定を行う。立脚遊脚判定部27aは、右脚において、下記数式12を満たす場合に立脚と判定する一方、下記数式13を満たす場合に遊脚と判定する。vst_thは立脚の速度閾値を示し、vsw_thは遊脚の速度閾値を示す。立脚遊脚判定部27aは、左脚においても同様に、つまり、右脚と左脚とを入れ替えた下記数式12及び下記数式13により、立脚遊脚判定を行う。

Figure 2022108984000013

Figure 2022108984000014
The stance/swing determination unit 27a performs stance/swing determination to determine whether the leg F is a stance (supporting leg) or a swing based on the speed of the leg. The stance/free leg determination unit 27a determines that the right leg is in the stance position when the following formula 12 is satisfied, and determines that the right leg is in the free position when the following formula 13 is satisfied. v st_th indicates the stance speed threshold and v sw_th indicates the swing speed threshold. The stance swing determination unit 27a similarly performs the stance swing determination for the left leg, that is, according to the following formulas 12 and 13 in which the right leg and the left leg are interchanged.
Figure 2022108984000013

Figure 2022108984000014

歩行位相判定部27bは、両脚部の相対的な位置関係及び速度に基づいて歩行位相を判定し、歩行位相が位相0~5の何れであるかを特定する。具体的には、まず、両脚部とも立脚の場合、位相0と特定する。次に、左脚部が遊脚で右脚部が立脚の場合、左脚部の右脚部に対する位置ベクトルと左脚部の速度ベクトルの内積(下記数式14参照)が正の値をとるときには位相1と特定し、負の値をとるときには位相2と特定する。また、左脚部が立脚で右脚部が遊脚の場合、同様に、右脚部の左脚部に対する位置ベクトルと右脚部の速度ベクトルの内積が正の値をとるときには位相3と特定し、負の値をとるときには位相4と特定する。両脚部が遊脚の場合、位相5と特定する。歩行位相判定部27bで歩行位相が位相5と特定した場合、データ解析部24は、被験者1が走行していると判定する。

Figure 2022108984000015
The walking phase determination unit 27b determines the walking phase based on the relative positional relationship and speed of both legs, and specifies which of phases 0 to 5 the walking phase is. Specifically, first, phase 0 is specified when both legs are standing. Next, when the left leg is a free leg and the right leg is a stance leg, when the inner product of the position vector of the left leg with respect to the right leg and the velocity vector of the left leg (see Equation 14 below) takes a positive value, Identify phase 1 and identify phase 2 when it takes a negative value. Similarly, when the left leg is the stance leg and the right leg is the free leg, phase 3 is specified when the inner product of the position vector of the right leg with respect to the left leg and the velocity vector of the right leg takes a positive value. and specifies phase 4 when it takes a negative value. If both legs are free legs, specify phase 5. When the walking phase determination unit 27b identifies phase 5 as the walking phase, the data analysis unit 24 determines that the subject 1 is running.
Figure 2022108984000015

ここで、本実施形態の脚追跡部27では、Rao-Blackwellizedパーティクルフィルタ(以下、単に「パーティクルフィルタ」ともいう)を用いて、歩行位相及び脚部Fの観測パターンの遷移を考慮した、複数時刻にわたる対応付けの仮説に基づく両脚追跡手法を採用している。複数物体の追跡においては、追跡対象と時刻kにおいてセンサで取得した観測値yとの対応付けc(cは対応付けのインデックスを示す)及び追跡対象の状態量xを推定する必要がある。対応付け及び追跡対象の状態は、パーティクルフィルタのみでも求められ得るが、対応付けの組合せ毎に状態量に関してパーティクルを多数生成する必要があり、計算量が大きい。そのため、パーティクルフィルタでは、下記数式15により、追跡対象の状態量と対応付けを求める。なお、例えばパーティクル数は100としてもよい。

Figure 2022108984000016
Here, in the leg tracking unit 27 of the present embodiment, a Rao-Blackwellized particle filter (hereinafter also simply referred to as a "particle filter") is used to consider the transition of the observation pattern of the gait phase and the leg F. It employs a two-legged tracking method based on the hypothesis of matching across In tracking multiple objects, it is necessary to estimate the correspondence c k (c k is the index of the correspondence) between the tracked object and the observed value y k obtained by the sensor at time k, and the state quantity x k of the tracked object. There is The correspondence and the state of the tracked object can be obtained only by the particle filter, but it is necessary to generate a large number of particles with respect to the state quantity for each combination of correspondences, and the amount of calculation is large. Therefore, in the particle filter, the state quantity and the correspondence of the tracked object are obtained by the following Equation 15. Note that the number of particles may be 100, for example.
Figure 2022108984000016

パーティクルフィルタでは、p(c1:k|ベクトルy1:k)において、ある観測が得られた際に、対応付けのみをパーティクルフィルタで算出する。次に、p(ベクトルx|c1:k,ベクトルy1:k)において、対応付けられた観測値yに従いカルマンフィルタで状態量を更新する。状態量の更新処理はカルマンフィルタで行うため、それぞれの対応付けの組合せ毎に多数のパーティクルを生成する必要がない。脚追跡部27では、歩行位相及び観測パターンの状態遷移確率に基づき、各パーティクルの尤度として重みを算出することで、例えば高齢者等の被験者1の旋回動作を含む歩行における両脚追跡性能を向上する。 In the particle filter, when a certain observation is obtained in p(c 1:k |vector y 1:k ), only the correspondence is calculated by the particle filter. Next, in p(vector x k |c 1:k , vector y 1:k ), the state quantity is updated by the Kalman filter according to the associated observed value y k . Since the state quantity update process is performed by the Kalman filter, it is not necessary to generate a large number of particles for each combination of associations. The leg tracking unit 27 calculates the weight as the likelihood of each particle based on the walking phase and the state transition probability of the observed pattern, thereby improving both-leg tracking performance in walking including turning movements of the subject 1, such as an elderly person. do.

予測位置算出部27cは、カルマンフィルタを用いて両脚部の位置を予測することで、両脚部の予測位置を算出する。予測位置算出部27cは、複数のパーティクル毎に、過去の時刻の両脚部の位置に基づいて、時刻kにおける各脚部Fの予測位置である脚部予測位置(以下、単に「予測位置」ともいう,図9の「×」を参照)を算出する。上付きの(n),(n=1,…,N)はn番目のパーティクルであることを示す。各脚部Fの予測位置ベクトルy^f,(n) k/k-1は、上記数式(2)で示した状態方程式により、下記数式16で与えられる。ベクトルx^f,(n) k/k-1は、n番目のパーティクルの時刻kにおける事前状態推定値を示す。ベクトルx^f,(n) k-1/k-1は、n番目のパーティクルの時刻k-1における事後状態推定値である。なお、図9中では、「◇」は観測値yを示し、ラインは脚部Fの移動軌跡を示し、ライン上における「□」及び「■」は左脚部及び右脚部の位置をそれぞれ示す(以降の図において同様)。なお、以下では、「予測位置ベクトル」を単に「予測位置」ともいう。

Figure 2022108984000017
The predicted position calculator 27c calculates the predicted positions of both legs by predicting the positions of both legs using a Kalman filter. The predicted position calculation unit 27c calculates, for each of a plurality of particles, the predicted leg position (hereinafter simply referred to as "predicted position"), which is the predicted position of each leg F at time k, based on the positions of both legs at past times. (see "x" in FIG. 9) is calculated. Superscripts (n), (n=1, . . . , N) indicate n-th particles. The predicted position vector ŷ f,(n) k/k−1 of each leg F is given by Equation 16 below from the state equation shown in Equation (2) above. The vector x̂ f,(n) k/k−1 denotes the prior state estimate of the nth particle at time k. The vector x̂ f,(n) k−1/k−1 is the posterior state estimate of the nth particle at time k−1. In FIG. 9, "◇" indicates the observed value yk , the line indicates the movement trajectory of the leg F, and "□" and "■" on the line indicate the positions of the left leg and the right leg. Each is shown (the same applies to subsequent figures). Note that, hereinafter, the "predicted position vector" is also simply referred to as the "predicted position".
Figure 2022108984000017

相関処理部27dは、両脚部の予測位置と観測値yとの対応付けを行う。相関処理部27dは、両脚部の予測位置と観測値yとの対応付けをパーティクル毎にランダムに行う。ただし、相関処理部27dは、対応付けを行う観測値yを限定するために、予測位置にゲートGA(図10参照)を設定し、「(i)ゲートGA内に含まれる1又は複数の観測値y」と、観測値yに誤検出が含まれる場合も考慮して「(ii)観測値y 無しとする観測結果(観測値yが無い場合)」と、の何れかに対して両脚部の予測位置のそれぞれをランダムに対応付けする。 The correlation processing unit 27d associates the predicted positions of both legs with the observed value yk . The correlation processing unit 27d randomly associates the predicted positions of both legs with the observed value yk for each particle. However, the correlation processing unit 27d sets a gate GA (see FIG. 10) at the predicted position in order to limit the observed value yk to be associated, and "( i ) one or more contained in the gate GA Observed value y k ”, and considering the case where the observed value y k includes false detection, “(ii) Observation result with no observed value y f k (when there is no observed value y k )” Each of the predicted positions of both legs is randomly associated with each other.

本実施形態では、ゲートGAは、第1ゲートGA1及び第2ゲートGA2を含む。すなわち、相関処理部27dは、両脚部の予測位置を基準に拡がる第1ゲートGA1を設定すると共に、過去の時刻の観測値に応じて両脚部の予測位置を基準に拡がる第2ゲートGA2を設定する。相関処理部27dは、上記(i)の場合、第1ゲートGA1と第2ゲートGA2とが重なる領域内に存在する観測値yに対して両脚部の予測位置を対応付けする。 In this embodiment, the gates GA include a first gate GA1 and a second gate GA2. That is, the correlation processing unit 27d sets the first gate GA1 that expands based on the predicted positions of both legs, and sets the second gate GA2 that expands based on the predicted positions of both legs according to the observed value at the past time. do. In the case of (i) above, the correlation processing unit 27d associates the predicted positions of both legs with the observed value yk present in the region where the first gate GA1 and the second gate GA2 overlap.

第1ゲートGA1は、被験者1の右脚部Fの予測位置を基準に拡がるゲートと、被験者1の左脚部Fの予測位置を基準に拡がるゲートと、を含む。ここでの第1ゲートGA1は、両脚部の各予測位置(図10の実線の「×」参照)を中心として拡がる2つの円形領域である。第1ゲートGA1の範囲は、可変である。例えば脚部Fが遊脚状態と判定されたときの第1ゲートGA1の範囲を、脚部Fが立脚状態と判定されたときの第1ゲートGA1の範囲に比べて広くなるように変化させてもよい。例えば第1ゲートGA1の範囲を、脚部Fの速度vが大きいほど広くなるように変化させてもよい。 The first gate GA1 includes a gate that expands based on the predicted position of the subject's 1 right leg FR and a gate that expands based on the predicted position of the subject's 1 left leg FL . Here, the first gate GA1 is two circular areas extending around each predicted position of both legs (see solid line "x" in FIG. 10). The range of the first gate GA1 is variable. For example, the range of the first gate GA1 when the leg F is determined to be in the free leg state is changed to be wider than the range of the first gate GA1 when the leg F is determined to be in the stance state. good too. For example, the range of the first gate GA1 may be changed so as to increase as the velocity v of the leg F increases.

第2ゲートGA2は、椅子2からマーカ3に向かう方向に長尺な形状である。第2ゲートGA2は、椅子2からマーカ3に向かう方向を長軸方向とする楕円である。第2ゲートGA2の楕円は、被験者1の横側に介添人がいることが多いことを考慮し、その長軸と短軸の比率が8:5である。第2ゲートGA2の範囲は、固定である。第2ゲートGA2の範囲は、一般的な人の歩幅に基づいて予め定められた所定範囲である。 The second gate GA2 has a shape elongated in the direction from the chair 2 toward the marker 3 . The second gate GA2 is an ellipse with the major axis extending from the chair 2 toward the marker 3 . The ellipse of the second gate GA2 has a ratio of major axis to minor axis of 8:5, taking into account that the caregiver is often present on the lateral side of the subject 1 . The range of the second gate GA2 is fixed. The range of the second gate GA2 is a predetermined range determined in advance based on the stride length of a typical person.

例えば、椅子2からマーカ3に向かう水平方向をx座標とし、椅子2からマーカ3に向かう水平方向と直交する水平方向をy座標とした場合、第2ゲートGA2の楕円は、((x-x)/a)+((y-y)/b)<1で表すことができる。このとき、中心座標は、(xc,yc)である。aは、定数であって、例えば0.8である。bは、定数であって、例えば0.5である。 For example, if the horizontal direction from the chair 2 to the marker 3 is the x-coordinate and the horizontal direction from the chair 2 to the marker 3 is the y-coordinate, the ellipse of the second gate GA2 is ((xx c )/a) 2 +((y−y c )/b) 2 <1. At this time, the center coordinates are (xc, yc). a is a constant, for example 0.8. b is a constant, for example 0.5.

第2ゲートGA2の設定について、具体的に説明する。相関処理部27dは、過去の時刻の両脚部の観測値yそれぞれの有無に応じて、両脚部の予測位置を基準に拡がる第2ゲートGA2を設定する。図10に示されるように、相関処理部27dは、直前の処理時刻において被験者1の右脚部Fに対応付けられた観測値yと被験者1の左脚部Fに対応付けられた観測値yとの双方が存在する場合、現在の処理時刻において、右脚部Fの予測位置と左脚部Fの予測位置との間の位置を中心に拡がる第2ゲートGA2を設定する。図示するように、ここでの第2ゲートGA2の中心は、右脚部Fの予測位置と左脚部Fの予測位置との間の中間位置である(図中の点線の「×」参照))。直前の処理時刻とは、現在の処理時刻の1つ前の処理時刻である。例えば、現在の処理時刻は時刻kであり、直前の処理時刻は時刻k-1である。 The setting of the second gate GA2 will be specifically described. The correlation processing unit 27d sets a second gate GA2 that expands based on the predicted positions of both legs according to the presence or absence of each observed value yk of both legs at a past time. As shown in FIG. 10, the correlation processing unit 27d performs the observation value y k associated with the right leg F R of the subject 1 at the immediately preceding processing time and the left leg FL of the subject 1 with the observed value y k associated with the If both observations yk and yk exist, set a second gate GA2 that spreads around a position between the predicted position of the right leg FR and the predicted position of the left leg FL at the current processing time. do. As shown, the center of the second gate GA2 here is the intermediate position between the predicted position of the right leg FR and the predicted position of the left leg FL (dotted line "x" in the figure). reference)). The immediately preceding processing time is the processing time immediately before the current processing time. For example, the current processing time is time k and the previous processing time is time k-1.

相関処理部27dは、図11に示されるように、直前の処理時刻において両脚部のうちの何れか一方に対応付けられた観測値yのみが存在する場合、現在の処理時刻においては、両脚部のうちの当該何れか一方の予測位置を中心に拡がる第2ゲートGA2を設定する。 As shown in FIG. 11, the correlation processing unit 27d determines that, at the current processing time, if there is only an observed value yk associated with one of the two legs at the immediately preceding processing time, both legs A second gate GA2 is set that spreads around the predicted position of one of the parts.

相関処理部27dは、直前の処理時刻において被験者1の右脚部Fに対応付けられた観測値yと被験者1の左脚部Fに対応付けられた観測値yとの双方が存在しない場合、現在の処理時刻においては、右脚部Fの予測位置と左脚部Fの予測位置との間の位置を中心に拡がる第2ゲートGA2を設定する。ここでの第2ゲートGA2の中心は、右脚部Fの予測位置と左脚部Fの予測位置との間の中間位置である。 The correlation processing unit 27d determines that both the observed value y k associated with the right leg F R of the subject 1 and the observed value y k associated with the left leg FL of the subject 1 are If not, at the current processing time, set a second gate GA2 that extends around a position between the predicted position of the right leg FR and the predicted position of the left leg FL . The center of the second gate GA2 here is the intermediate position between the predicted position of the right leg FR and the predicted position of the left leg FL .

観測値yが第1ゲートGA1に含まれているか否か、及び、観測値yが第2ゲートGA2に含まれるか否かは、下記数式17を利用して判定する。d(n)2 f,jは、マハラノビス距離であり、下記数式18で与えられる。Sf,(n) は、観測予測誤差(y -y^f,(n) k/k-1)の共分散行列である。Gは、第1ゲートGA1及び第2ゲートGA2のそれぞれに対応する。Gは、観測値yが二次元ベクトルでカルマンフィルタを用いる本実施形態の場合、自由度2のカイ二乗(χ)分布に基づいて決定される。

Figure 2022108984000018

Figure 2022108984000019
Whether or not the observed value yk is included in the first gate GA1 and whether or not the observed value yk is included in the second gate GA2 are determined using Equation 17 below. d (n) 2 f,j is the Mahalanobis distance and is given by Equation 18 below. S f,(n) k is the covariance matrix of the observed prediction errors (y j k −ŷ f,(n) k/k−1 ). G corresponds to each of the first gate GA1 and the second gate GA2. G is determined based on a chi-square (χ 2 ) distribution with two degrees of freedom in the present embodiment where the observations y k are two-dimensional vectors and a Kalman filter is used.
Figure 2022108984000018

Figure 2022108984000019

更新処理部27eは、複数のパーティクル毎に、相関処理部27dによる対応付けの後、脚部Fの状態量を更新する。具体的には、更新処理部27eは、複数のパーティクル毎に、相関処理部27dにより対応付けを行った観測値yを用いて、カルマンフィルタの更新処理(例えば、共分散行列等の状態量の更新)を行う。ただし、更新処理部27eは、対応付けを行った観測値yがない場合(例えば、UOパターンとしての観測パターンO5の場合)、事前状態推定値及び事前共分散行列をそれぞれ事後状態推定値及び事後共分散行列とする。これにより、複数のパーティクル毎に、両脚部の位置及び速度が推定される。また、更新処理部27eは、複数のパーティクル毎に、推定された両脚部の位置及び速度の情報に基づき、歩行位相判定部27bにより歩行位相を判定する。 The update processing unit 27e updates the state quantity of the leg F after the correlation processing unit 27d associates the plurality of particles with each other. Specifically, the update processing unit 27e updates the Kalman filter (for example, state quantities such as covariance matrices) using observed values yk associated by the correlation processing unit 27d for each of a plurality of particles. update). However, if there is no observed value yk associated with the update processing unit 27e (for example, in the case of the observation pattern O5 as the UO pattern), the a priori state estimation value and the a priori covariance matrix are changed to the posterior state estimation value and the a priori covariance matrix, respectively. Let be the posterior covariance matrix. As a result, the positions and velocities of both legs are estimated for each of a plurality of particles. Further, the update processing unit 27e determines the walking phase by the walking phase determining unit 27b based on the estimated position and speed information of both legs for each of the plurality of particles.

重み算出部27fは、複数のパーティクル毎に、更新処理部27eによる更新の後、被験者1の歩行状態の遷移から重みw(n) を算出する。具体的には、重み算出部27fは、各パーティクルの重みw(n) を、各脚の一時刻前からの歩行位相(位相0~5)及び脚部Fの観測パターン(観測パターンO1~O5)の遷移確率から、下記数式19のように算出(更新)する。

Figure 2022108984000020
The weight calculator 27f calculates the weight w (n) k from the transition of the walking state of the subject 1 after the updating by the update processor 27e for each of the plurality of particles. Specifically, the weight calculation unit 27f calculates the weight w (n) k of each particle by calculating the walking phase (phases 0 to 5) of each leg from one time earlier and the observation pattern of the leg F (observation pattern O1 to From the transition probability of O5), it is calculated (updated) as shown in Equation 19 below.
Figure 2022108984000020

上記数式19における第二項目は、各脚部Fのカルマンフィルタの観測値yの尤度及び観測パターンO1~O5の状態遷移確率の積で算出される。本実施形態では、一時刻前の観測パターンO1~O5からの遷移確率行列を下記数式20のように定義した。下記数式20の横の並びは、左から順に、遷移前(1時刻前)の観測パターンO1~O5(SLパターン,LTパターン,FS_Oパターン,FS_Uパターン,UOパターン)のそれぞれに対応する。下記数式20の縦の列の値は、上から順に、遷移前の観測パターンから観測パターンO1~O5へ遷移する確率を示す。下記数式20で表されるように、重みw(n) を算出するための観測パターンO1~O5の遷移は、次の特徴を有する。1時刻前に脚が単独で観測される状態である観測パターンO1の場合は、次の時刻でも観測パターンO1である確率が高くなるように設定されており、逆に、もう片方の脚でほとんど隠れてしまう観測パターンO4に遷移することはないように設定されている。1時刻前に両脚が揃っている状態である観測パターンO2の場合は、次の時刻でも観測パターンO2である確率と脚が単独で観測される状態である観測パターンO1に遷移する確率とが高くなるように設計されている。1時刻前に両脚がずれて段状に観測される状態である観測パターンO3の場合は、次の時刻でも観測パターンO3である確率と脚が単独で観測される観測パターンO1あるいはもう片方の脚にほとんど隠れてしまう状態である観測パターンO4に遷移する確率とが高くなるように設計されている。1時刻前がもう片方の脚にほとんど隠れてしまう観測パターンO4の場合は、次の時刻でも同じ観測パターンO4である確率と、もう片方の脚の後方から外れて観測が可能になる観測パターンO3あるいは片方の脚に完全に隠れてしまう観測パターンO5になる確率とが高くなるように設定されている。一時刻前に脚が観測できていない観測パターンO5の場合は、次の時刻でも観測パターンO5である確率が高く、他の観測パターンにはほぼ同程度の確率で遷移するように設定されている。

Figure 2022108984000021
The second term in Equation 19 is calculated by multiplying the likelihood of the observed value yk of the Kalman filter of each leg F and the state transition probabilities of the observed patterns O1 to O5. In this embodiment, the transition probability matrix from the observation patterns O1 to O5 one hour before is defined as shown in Equation 20 below. The horizontal arrangement of Equation 20 below corresponds to observation patterns O1 to O5 (SL pattern, LT pattern, FS_O pattern, FS_U pattern, UO pattern) before the transition (one time before) in order from the left. The values in the vertical columns of Equation 20 below indicate the probabilities of transition from the observation pattern before transition to the observation patterns O1 to O5 in order from the top. As represented by Equation 20 below, the transition of the observation patterns O1 to O5 for calculating the weight w (n) k has the following features. In the case of the observation pattern O1 in which the leg is observed alone one time before, the probability of the observation pattern O1 being observed at the next time is set to be high. It is set so as not to transition to the hidden observation pattern O4. In the case of the observation pattern O2 in which both legs are aligned one time ago, the probability of being in the observation pattern O2 at the next time and the probability of transition to the observation pattern O1 in which the leg is observed alone are both high. is designed to be In the case of the observation pattern O3 in which both legs are observed in a stepped manner one time before, the probability that the observation pattern O3 will be observed at the next time as well as the observation pattern O1 in which the leg is observed alone or the other leg. It is designed to increase the probability of transition to the observation pattern O4, which is almost hidden in the . In the case of the observation pattern O4 that is almost hidden behind the other leg one time earlier, the probability that it will be the same observation pattern O4 at the next time, and the observation pattern O3 that will be out of the back of the other leg and can be observed. Alternatively, it is set to increase the probability of the observation pattern O5 being completely hidden behind one leg. In the case of the observation pattern O5 in which the leg was not observed one time ago, the probability that it will be the observation pattern O5 also at the next time is high, and it is set to transition to the other observation patterns with almost the same probability. .
Figure 2022108984000021

上記数式19における第三項目は、歩行位相の状態遷移確率に関する。本実施形態では、一時刻前の位相0~5からの遷移確率行列を下記数式21のように定義した。下記数式21の横の並びは、左から順に、遷移前(1時刻前)の位相0~5のそれぞれに対応する。下記数式21の縦の列の値は、上から順に、遷移前の位相から遷移後の位相0~5へ遷移する確率を示す。下記数式21で表されるように、重みw(n) を算出するための位相0~5の遷移は、次の特徴を有する。1時刻前に静止状態である位相0の場合は、次の時刻でも位相0である確率と左右いずれかの脚で歩き始める際の位相1および3に遷移する確率とが高くなるように設定されている。1時刻前に左脚が遊脚で加速している位相1の場合は、次の時刻でも位相1である確率と減速する位相2に遷移する確率とが高くなるように設定されている。1時刻前に左脚が遊脚で減速している位相2の場合は、次の時刻でも位相2である確率と右脚が遊脚で加速し始める位相3あるいはそのまま静止してしまう位相0に遷移する確率とが高くなるように設定されている。右脚が遊脚である位相3,4に関しても、位相1,2と同様の遷移を考慮した設計を行っている。また、位相0~4の場合には、次の時刻で歩行時には現れない位相5へ遷移する確率は非常に小さく設計されている。また、1時刻前が位相5の場合には、次の時刻で位相0~4へ同等の確率で遷移するように設計している。

Figure 2022108984000022
The third item in Equation 19 relates to the state transition probability of the walking phase. In the present embodiment, the transition probability matrix from phases 0 to 5 one time earlier is defined as shown in Equation 21 below. The horizontal arrangement of Equation 21 below corresponds to phases 0 to 5 before the transition (one time before) in order from the left. The values in the vertical columns of Equation 21 below indicate the probability of transition from the phase before the transition to the phases 0 to 5 after the transition in order from the top. As represented by Equation 21 below, the transition of phases 0 to 5 for calculating the weight w (n) k has the following characteristics. In the case of phase 0, which is the stationary state one time ago, the setting is made so that the probability of being in phase 0 at the next time and the probability of transitioning to phases 1 and 3 when starting to walk with either the left or right leg are high. ing. In the case of phase 1, in which the left leg is free and accelerating one time before, the probability of being in phase 1 and the probability of transitioning to phase 2, in which the left leg is decelerating, are set to be high at the next time. In the case of phase 2 in which the left leg is decelerating with a free leg one time before, the probability that it will be phase 2 at the next time as well as the phase 3 where the right leg starts to accelerate with a free leg or phase 0 where it stops as it is It is set so that the probability of transition is high. Phases 3 and 4, in which the right leg is the free leg, are also designed considering the same transition as phases 1 and 2. Moreover, in the case of phases 0 to 4, the probability of transition to phase 5, which does not appear during walking, is designed to be very small at the next time. In addition, if the phase 5 is one time before, it is designed to transition to the phases 0 to 4 at the next time with the same probability.
Figure 2022108984000022

本実施形態では、重み算出部27fは、被験者1の歩行試験のフェーズがスターティングフェーズである場合、更新処理部27eによる更新の後、複数のパーティクルの中から、右脚部Fの推定位置が左脚部Fの推定位置よりも左側にある(換言すると、左脚部Fの推定位置が右脚部Fの推定位置よりも右側にある)一部を選択する。つまり、重み算出部27fは、スターティングフェーズにおいて左右の脚部Fが入れ替わって誤推定されたであろう一部のパーティクルを選択する。そして、重み算出部27fは、選択した一部のパーティクルについての重みw(n) を小さくする(例えば1/10にする)。具体的には、重み算出部27fは、選択した一部のパーティクルについて、上記数式19の右辺に0よりも大きく1よりも小さい係数(例えば1/10)をかけたものを用いて、重みw(n) を算出(更新)する。 In this embodiment, when the phase of the walking test of the subject 1 is the starting phase, the weight calculator 27f selects the estimated position of the right leg FR from among the plurality of particles after the update by the update processor 27e. is to the left of the estimated position of the left leg FL (in other words, the estimated position of the left leg FL is to the right of the estimated position of the right leg FR). In other words, the weight calculator 27f selects some particles that would have been erroneously estimated because the left and right legs F were switched in the starting phase. Then, the weight calculation unit 27f reduces the weight w (n) k for some of the selected particles (for example, to 1/10). Specifically, the weight calculator 27f calculates the weight w (n) Calculate (update) k .

なお、右脚部Fの推定位置が左脚部Fの推定位置よりも左側にあるか否かは、y座標系において右端を0として左側を正とする場合、どちらの推定位置のy座標が大きいかに基づいて判定することができる。 Whether or not the estimated position of the right leg FR is on the left side of the estimated position of the left leg FL is determined by determining which estimated position y It can be determined based on whether the coordinates are large.

リサンプリング部27gは、重みw(n) に基づいて淘汰及び複製されるように複数のパーティクルをリサンプリングする。例えばリサンプリング部27gは、重みw(n) が小さいほど淘汰され且つ重みw(n) が大きいほど複製されるように、複数のパーティクルをリサンプリングする。具体的には、リサンプリング部27gは、各パーティクルの重みw(n) を正規化し、下記数式22により有効サンプルサイズを算出する。リサンプリング部27gは、Neff が閾値より小さい場合に、リサンプリングを行う。例えばリサンプリング部27gは、等間隔リサンプリングを行う。なお、リサンプリング部27gで実施されるリサンプリングの具体的手法は特に限定されず、公知の種々のリサンプリング手法を用いてもよい。

Figure 2022108984000023
The resampling unit 27g resamples a plurality of particles so as to be selected and duplicated based on the weight w (n) k . For example, the resampling unit 27g resamples a plurality of particles such that the smaller the weight w (n) k , the smaller the particles are eliminated and the larger the weight w (n) k , the larger the particles are replicated. Specifically, the resampling unit 27g normalizes the weight w (n) k of each particle, and calculates the effective sample size by Equation 22 below. The resampling unit 27g performs resampling when N eff k is smaller than the threshold. For example, the resampling unit 27g performs equal-interval resampling. The specific method of resampling performed by the resampling unit 27g is not particularly limited, and various known resampling methods may be used.
Figure 2022108984000023

脚追跡部27は、複数のパーティクルにおいて全時刻における両脚部の位置及び速度が推定された後であって最終的な重みw(n) の更新及びリサンプリングがなされた後、複数のパーティクルの中から重みw(n) に基づいて何れかの対応付けのパーティクルを選出する。ここでは、脚追跡部27は、複数のパーティクルの中から重みw(n) が最も大きい何れか一つを選出する。脚追跡部27は、選出した当該パーティクルにおける両脚部の位置及び速度に基づいて、被験者1の脚部Fの移動軌跡を取得する。 The leg tracking unit 27 estimates the positions and velocities of the legs of the plurality of particles at all times, and after the final weight w (n) k is updated and resampled, and Particles of any correspondence are selected from among them based on the weight w (n) k . Here, the leg tracking unit 27 selects one of the particles with the largest weight w (n) k . The leg tracking unit 27 acquires the movement trajectory of the legs F of the subject 1 based on the positions and velocities of the legs of the selected particles.

[歩行パラメータの算出]
歩行パラメータ算出部28は、取得した両脚部の移動軌跡から、歩行パラメータを算出する。歩行パラメータ算出部28は、立脚時間算出部28aと、着床位置算出部28bと、歩幅、歩隔及びストライド長算出部28cと、一歩目時間算出部28dと、反応時間算出部28eと、TUG遂行時間算出部28fと、を有する。
[Calculation of walking parameters]
The walking parameter calculation unit 28 calculates walking parameters from the obtained movement trajectories of both legs. The walking parameter calculation unit 28 includes a stance time calculation unit 28a, a landing position calculation unit 28b, a step length, step interval and stride length calculation unit 28c, a first step time calculation unit 28d, a reaction time calculation unit 28e, and a TUG. and an execution time calculator 28f.

立脚時間算出部28aは、片脚立脚時間及び両脚立脚時間を求める。本実施形態では、片脚立脚時間及び両脚立脚時間を求めるために、両脚の踵と中足骨部とに圧力センサを取り付けて行った被験者実験の解析結果に基づいて、接床時刻及び離床時刻を移動軌跡の取得後に厳密に算出する。 The stance time calculator 28a obtains the one-leg stance time and the two-leg stance time. In the present embodiment, in order to obtain the single-leg stance time and the double-leg stance time, pressure sensors were attached to the heels and metatarsals of both legs. is strictly calculated after obtaining the movement trajectory.

着床位置算出部28bは、歩幅,ストライド長,歩隔を算出するために、まず着床位置を求める。着床位置算出部28bは、レーザレンジセンサ10が脛の高さの脚部Fの移動軌跡を取得することから、直接、脚部Fの位置を計測することは困難である。そこで、着床位置算出部28bは、立脚中に脚部Fの速さが最小となった時刻に脚部Fが床面に対して垂直になることを考慮し、その時刻の脚部Fの位置を着床位置として算出する。 The landing position calculator 28b first obtains the landing position in order to calculate the stride length, stride length, and stride interval. It is difficult for the landing position calculation unit 28b to directly measure the position of the leg F because the laser range sensor 10 acquires the locus of movement of the leg F at the height of the shin. Therefore, the landing position calculation unit 28b considers that the leg F becomes perpendicular to the floor at the time when the speed of the leg F becomes minimum during standing, and calculates the position of the leg F at that time. The position is calculated as the landing position.

歩幅、歩隔及びストライド長算出部28cは、算出した着床位置に基づいて、歩幅と歩隔とストライド長とを算出する。一歩目時間算出部28dは、スタート合図の時刻から一歩目の脚部Fが離床した時刻までの時間差を、一歩目時間として算出する。反応時間算出部28eは、椅子2の上に設置した圧力センサ15からの電圧値が、座っている状態から変動した時刻(閾値以下へ下がった時刻)を、反応時刻として算出する。反応時間算出部28eは、スタート合図の時刻から反応時刻までの時間差を、反応時間として算出する。 The step length, step interval and stride length calculation unit 28c calculates the step length, the step interval and the stride length based on the calculated landing position. The first step time calculation unit 28d calculates the time difference from the time when the start signal is given to the time when the leg F leaves the floor for the first step as the first step time. The reaction time calculator 28e calculates the time when the voltage value from the pressure sensor 15 installed on the chair 2 fluctuates from the sitting state (the time when it drops below the threshold value) as the reaction time. The reaction time calculator 28e calculates the time difference from the start signal time to the reaction time as the reaction time.

TUG遂行時間算出部28fは、被験者1が再び椅子2に着席すると圧力センサ15の電圧値が変動することを利用し、当該電圧値の立上がり時刻を終了時刻とする。つまり、圧力センサ15で検出した圧力情報に基づいて、被験者1の椅子2への着席を検出する。TUG遂行時間算出部28fは、スタート合図から終了時刻までの時間差を、TUG試験の試験遂行時間として算出する。 The TUG execution time calculation unit 28f utilizes the fact that the voltage value of the pressure sensor 15 fluctuates when the subject 1 sits on the chair 2 again, and sets the rise time of the voltage value as the end time. That is, based on the pressure information detected by the pressure sensor 15, seating of the subject 1 on the chair 2 is detected. The TUG execution time calculation unit 28f calculates the time difference from the start signal to the end time as the test execution time of the TUG test.

また、歩行パラメータ算出部28は、両脚部の移動軌跡とマーカ3の中心位置とに基づいて、マーカ3との最短距離を算出する。歩行パラメータ算出部28は、取得した両脚部の移動軌跡から、その他の一般的歩行パラメータを算出する。 Also, the walking parameter calculator 28 calculates the shortest distance to the marker 3 based on the movement trajectory of both legs and the center position of the marker 3 . The walking parameter calculator 28 calculates other general walking parameters from the obtained movement trajectory of both legs.

モニタ30は、データ解析部24で解析した解析結果を出力する出力部である。モニタ30は、データ解析部24で解析した解析結果を表示し、被験者1にフィードバックする。モニタ30は、センサデータ取得部21で取得された、又は、記憶部22に記憶された距離情報、脚部情報及び圧力情報を出力することもできる。なお、モニタ30は、表示に代えて又は加えて音声等を出力する構成としてもよい。また、モニタ30に代えて若しくは加えて、演算結果等を紙媒体にプリント出力するプリンタを備えていてもよい。モニタ30は、電子制御装置20と一体的に設けられていてもよく、例えばパーソナルコンピュータや専用制御用コンピュータ等の表示部であってもよい。 The monitor 30 is an output unit that outputs the analysis result analyzed by the data analysis unit 24 . The monitor 30 displays the analysis results analyzed by the data analysis unit 24 and feeds them back to the subject 1 . The monitor 30 can also output distance information, leg information, and pressure information acquired by the sensor data acquisition unit 21 or stored in the storage unit 22 . Note that the monitor 30 may be configured to output audio or the like in place of or in addition to the display. Further, instead of or in addition to the monitor 30, a printer may be provided for printing out the calculation results and the like on a paper medium. The monitor 30 may be provided integrally with the electronic control device 20, and may be, for example, a display unit of a personal computer, a dedicated control computer, or the like.

[歩行計測システム100による歩行計測]
次に、本実施形態の歩行計測システム100を用いてTUG試験における歩行特性を計測する場合について、図12に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
[Walk measurement by walking measurement system 100]
Next, a case of measuring walking characteristics in a TUG test using the walking measurement system 100 of this embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

図12に示すように、TUG試験における計測の処理は、キャリブレーションフェーズ(試行前のキャリブレーション)と、計測フェーズ(TUG試験の試行中の計測)と、解析フェーズ(試行後のデータ解析)と、の3つのフェーズに分けられる。キャリブレーションフェーズでは、2本のポール40を用いてレーザレンジセンサ10の位置合わせ、及び、被験者1の脚部Fの幅wの計測が行われる。キャリブレーション終了後、例えば電子制御装置20から音で被験者1にスタート合図(TUG試験開始の指示)が通知され、計測フェーズに移行する。計測フェーズでは、レーザレンジセンサ10の距離情報と圧力センサ15の圧力情報とが同期されて取得及び保存される。そして、圧力情報から被験者1の着席が検出された後、解析フェーズに移行する。解析フェーズでは、データ解析部24において、保存したデータを基に両脚部の位置の追跡が行われて移動軌跡が取得され、取得された移動軌跡に基づいて歩行パラメータが算出される。以下に具体的に説明する。 As shown in FIG. 12, the measurement process in the TUG test includes a calibration phase (calibration before the trial), a measurement phase (measurement during the trial of the TUG test), and an analysis phase (data analysis after the trial). , are divided into three phases. In the calibration phase, two poles 40 are used to align the laser range sensor 10 and to measure the width wl of the leg F of the subject 1 . After the calibration is finished, for example, the electronic control unit 20 notifies the subject 1 of a start signal (instruction to start the TUG test) by sound, and shifts to the measurement phase. In the measurement phase, the distance information from the laser range sensor 10 and the pressure information from the pressure sensor 15 are acquired and stored in synchronization. After the seating of the subject 1 is detected from the pressure information, the analysis phase is entered. In the analysis phase, the data analysis unit 24 tracks the positions of both legs based on the stored data, acquires the movement trajectory, and calculates the walking parameters based on the acquired movement trajectory. A specific description will be given below.

まず、被験者1に動作を開始させる前に、キャリブレーションが実行される。キャリブレーションでは、レーザレンジセンサ10によるスキャンが実行される。すなわち、レーザレンジセンサ10から、水平方向に沿って走査するようにレーザ光Lが出射され、レーザ光Lの反射状態に基づいて距離情報が取得される(ステップS1)。これにより、被験者1の脚部F及び2つのポール40の位置が観測される。 First, calibration is performed before the subject 1 starts to move. In calibration, scanning by the laser range sensor 10 is performed. That is, the laser light L is emitted from the laser range sensor 10 so as to scan along the horizontal direction, and distance information is acquired based on the reflection state of the laser light L (step S1). Thereby, the positions of the legs F of the subject 1 and the two poles 40 are observed.

観測された脚部Fのエッジ位置間の幅から、被験者1の脚部Fの幅(脚部情報)wが検出される(ステップS2)。検出された脚部情報は記憶部22に保存される。レーザレンジセンサ10で2つのポール40の位置関係を求めることで、レーザレンジセンサ10がマーカ3に対して適切な位置及び方向で設置されているか否かが計測者等によって確認され、必要に応じてレーザレンジセンサ10の位置合わせが実施される(ステップS3)。なお、前述したように2本のポール40とマーカ3との相対位置関係を厳密にさえすれば、レーザレンジセンサ10の設置精度は粗くても構わない。 The width (leg information) wl of the leg F of the subject 1 is detected from the observed width between the edge positions of the leg F (step S2). The detected leg information is stored in the storage unit 22 . By obtaining the positional relationship between the two poles 40 with the laser range sensor 10, the measurer or the like can confirm whether or not the laser range sensor 10 is installed in an appropriate position and direction with respect to the marker 3. Then, the laser range sensor 10 is aligned (step S3). As described above, as long as the relative positional relationship between the two poles 40 and the marker 3 is strict, the installation accuracy of the laser range sensor 10 may be rough.

キャリブレーションが終了するまで、上記ステップS1~ステップS3における一連の処理が繰り返し実施される(ステップS4)。キャリブレーションが終了してから何秒か経過後、自動的に(又は、計測者による手動で)スタート合図が被験者1に通知され、TUG試験が開始される(ステップS5)。 A series of processes in steps S1 to S3 are repeated until the calibration is completed (step S4). A few seconds after the end of the calibration, a start signal is sent to the subject 1 automatically (or manually by the measurer), and the TUG test is started (step S5).

TUG試験の試行中においては、レーザレンジセンサ10によるスキャンが実行され、センサデータ取得部21により、被験者1の脚部Fの距離に関する距離情報が経時的に取得される(ステップS6)。センサデータ取得部21により、圧力センサ15から圧力情報が取得される(ステップS7)。着席判定部23により、当該圧力情報に基づいて被験者1が起立したか否かが判定される(ステップS8)。被験者1が起立していないと判定された場合、上記ステップS6の処理へ戻る。被験者1が起立していると判定された場合、着席判定部23により、当該圧力情報に基づいて被験者1が着席したか否かが判定される(ステップS9)。着席していないと判定された場合、未だTUG試験の途中であり、上記ステップS6の処理へ戻る。被験者1が着席したと判定された場合、TUG試験が終了したとして、以下のデータ解析が実行される。 During the trial of the TUG test, scanning is performed by the laser range sensor 10, and distance information regarding the distance of the leg F of the subject 1 is acquired over time by the sensor data acquisition unit 21 (step S6). Pressure information is acquired from the pressure sensor 15 by the sensor data acquisition unit 21 (step S7). The seating determination unit 23 determines whether or not the subject 1 has stood up based on the pressure information (step S8). If it is determined that the subject 1 is not standing, the process returns to step S6. If it is determined that the subject 1 is standing, the seating determination unit 23 determines whether or not the subject 1 is seated based on the pressure information (step S9). If it is determined that the person is not seated, the TUG test is still in progress, and the process returns to step S6. If it is determined that Subject 1 is seated, the TUG test is considered complete and the following data analysis is performed.

データ解析では、脚位置の追跡プロセスが行われ、パーティクルフィルタにおける複数のパーティクルの初期化が行われる(ステップS10)。時刻kにおいて、保存された距離情報に基づき脚検出部26により観測値yが検出される(ステップS11)。時刻kにおいて、各パーティクル毎に、予測位置算出部27cにより予測位置が算出される(ステップS12)。時刻kにおいて、各パーティクル毎に、相関処理部27dによりランダムに対応付けが行われる(ステップS13)。時刻kにおいて、各パーティクル毎に、更新処理部27eにより状態量が更新される(ステップS14)。これにより、時刻kにおける両脚部の位置及び速度が推定される。時刻kにおいて、各パーティクル毎に、重み算出部27fにより重みw(n) が算出される(ステップS15)。時刻kにおいて、リサンプリング部27gによりリサンプリングが行われる(ステップS16)。 The data analysis includes a leg position tracking process and initialization of multiple particles in the particle filter (step S10). At time k , the leg detector 26 detects the observed value yk based on the stored distance information (step S11). At time k, the predicted position is calculated for each particle by the predicted position calculator 27c (step S12). At time k, each particle is randomly associated by the correlation processing unit 27d (step S13). At time k, the state quantity is updated for each particle by the update processing unit 27e (step S14). This estimates the position and velocity of both legs at time k. At time k, the weight calculator 27f calculates the weight w (n) k for each particle (step S15). At time k, resampling is performed by the resampling unit 27g (step S16).

続いて、記憶部22に記憶された保存データ(時刻に関連付けられて保存された距離情報)の全てについて、上記データ解析に係る各処理が終了したかを判定するデータ終了判定が行われる(ステップS17)。上記ステップS17でNoの場合、次の時刻の上記ステップS11の処理へ以降する。一方、上記ステップS17でYesの場合、脚位置の追跡プロセスが終了したと判断される。 Subsequently, for all of the stored data (distance information stored in association with time) stored in the storage unit 22, a data end determination is performed to determine whether each process related to the data analysis is completed (step S17). If No in step S17, the process proceeds to step S11 at the next time. On the other hand, if Yes in step S17, it is determined that the leg position tracking process has ended.

その後、脚追跡部27は、複数のパーティクルの中から重みw(n) が最も大きい何れか一つを選出する。脚追跡部27は、選出した当該パーティクルにおける両脚部の位置及び速度に基づいて、TUG試験における被験者1の両脚部の移動軌跡を取得する。そして、歩行パラメータ算出部28により、取得した両脚部の移動軌跡から歩行パラメータが算出される(ステップS18)。保存データ解析の解析結果及び/又は歩行パラメータがモニタ30に出力される(ステップS19)。 After that, the leg tracking unit 27 selects one of the particles with the largest weight w (n) k . The leg tracking unit 27 acquires the movement trajectory of the legs of the subject 1 in the TUG test based on the positions and velocities of the legs of the selected particles. Then, the walking parameter calculation unit 28 calculates walking parameters from the obtained movement trajectory of both legs (step S18). The analysis result of the stored data analysis and/or walking parameters are output to the monitor 30 (step S19).

以上、歩行計測システム100では、例えば介添人等の他者の脚部位置が観測値yとして誤検出された場合でも、当該観測値yが両脚部の予測位置に対応付けされてしまうのを第1ゲートGA1によって抑制することができるのに加えて、第2ゲートGA2によっても抑制することができる。したがって、他者の脚部位置を被験者1の脚部位置として誤追跡してしまうことを抑制することができ、被験者1の脚部位置を精度よく追跡することが可能となる。 As described above, in the walking measurement system 100, even if the leg position of another person such as a caregiver is erroneously detected as the observed value yk , the observed value yk is associated with the predicted positions of both legs. can be suppressed by the first gate GA1 and also by the second gate GA2. Therefore, erroneous tracking of the leg position of the other person as the leg position of the subject 1 can be suppressed, and the leg position of the subject 1 can be accurately tracked.

歩行計測システム100では、相関処理部27dは、直前の処理時刻において被験者1の右脚部Fに対応付けられた観測値yと被験者1の左脚部Fに対応付けられた観測値yとの双方が存在する場合、右脚部Fの予測位置と左脚部Fの予測位置との間の位置を中心に拡がる第2ゲートGA2を設定する。この場合、確度の高い両脚部の予測位置の間の位置を中心にして、第2ゲートGA2を設定することができる。 In the walking measurement system 100, the correlation processing unit 27d combines the observed value yk associated with the right leg F R of the subject 1 and the observed value associated with the left leg FL of the subject 1 at the immediately preceding processing time. yk are present, then set a second gate GA2 that spans a position between the predicted position of the right leg FR and the predicted position of the left leg FL. In this case, the second gate GA2 can be set around the position between the predicted positions of both legs with high accuracy.

歩行計測システム100では、相関処理部27dは、直前の処理時刻において両脚部のうちの何れか一方に対応付けられた観測値yのみが存在する場合、両脚部のうちの当該何れか一方の予測位置を基準に拡がる第2ゲートGA2を設定する。この場合、両脚部のうちの確度の高い当該何れか一方の予測位置を基準にして、第2ゲートGA2を設定することができる。 In the walking measurement system 100, if there is only an observed value yk associated with one of the legs at the immediately preceding processing time, the correlation processing unit 27d A second gate GA2 that expands based on the predicted position is set. In this case, the second gate GA2 can be set based on the predicted position of one of the legs, which has a high degree of accuracy.

歩行計測システム100では、相関処理部27dは、直前の処理時刻において右脚部Fに対応付けられた観測値yと左脚部Fに対応付けられた観測値yとの双方が存在しない場合、右脚部Fの予測位置と左脚部Fの予測位置との間の位置を中心に拡がる第2ゲートGA2を設定する。これにより、両脚部の予測位置の確度がともに高くないと想定し得る場合においては、両脚部の予測位置の間の位置を中心にして、第2ゲートGA2を設定することができる。 In the walking measurement system 100, the correlation processing unit 27d determines that both the observed value yk associated with the right leg F R and the observed value yk associated with the left leg FL at the immediately preceding processing time are If not, then set a second gate GA2 that extends around a position between the predicted position of the right leg FR and the predicted position of the left leg FL . As a result, when it can be assumed that the predicted positions of both legs are not highly accurate, the second gate GA2 can be set centering on the position between the predicted positions of both legs.

歩行計測システム100では、第2ゲートGA2は、楕円であって、その長軸と短軸の比率が8:5である。これにより、被験者1に対して第2ゲートGA2の短軸方向に近接する他者が存在し易い場合に、被験者1の脚部位置を精度よく追跡する上記効果が特に有効となる。 In the walking measurement system 100, the second gate GA2 is an ellipse with a major axis to minor axis ratio of 8:5. As a result, the effect of accurately tracking the leg position of the subject 1 is particularly effective when there is likely to be another person close to the subject 1 in the short axis direction of the second gate GA2.

歩行計測システム100は、被験者1のTUG試験に用いられるシステムであり、第2ゲートGA2は、椅子2からマーカ3に向かう方向に長尺な形状である。この場合、第2ゲートGA2をTUG試験に適した形状とすることができる。 A walking measurement system 100 is a system used for a TUG test of a subject 1, and a second gate GA2 has an elongated shape in the direction from the chair 2 toward the marker 3. As shown in FIG. In this case, the second gate GA2 can have a shape suitable for the TUG test.

歩行計測システム100では、第1ゲートGA1は、被験者1の右脚部Fの予測位置を基準に拡がるゲートと、被験者1の左脚部Fの予測位置を基準に拡がるゲートと、を含んでいる。この場合、誤検出された観測値yが両脚部の予測位置に対応付けされてしまうことを、2つの第1ゲートGA1により効果的に抑制することが可能となる。 In the walking measurement system 100, the first gate GA1 includes a gate that expands based on the predicted position of the right leg FR of the subject 1 and a gate that expands based on the predicted position of the left leg FL of the subject 1. I'm in. In this case, the two first gates GA1 can effectively prevent the erroneously detected observed value yk from being associated with the predicted positions of both legs.

歩行計測システム100では、第1ゲートGA1の範囲は可変であり、第2ゲートGA2の範囲は、固定である。この場合、可変の第1ゲートGA1により柔軟に観測値yを限定すると共に、固定の第2ゲートGA2で確実に観測値yを限定することができる。 In the walking measurement system 100, the range of the first gate GA1 is variable, and the range of the second gate GA2 is fixed. In this case, the observation value yk can be flexibly limited by the variable first gate GA1 , and the observation value yk can be reliably limited by the fixed second gate GA2.

歩行計測システム100では、スターティングフェーズにおいて左右の脚部Fが入れ替わって誤推定されたであろう一部のパーティクルについて、その重みw(n) を小さくする。これにより、スターティングフェーズにおいて左右の脚部Fが実際とは入れ替わって追跡されてしまう誤追跡を、抑制することができる。スターティングフェーズにおける被験者1の脚部Fの挙動は特徴的であり、左右の脚部Fが入れ替わる誤追跡はスターティングフェーズで特に生じ易いことから、スターティングフェーズの当該誤追跡を抑制できる作用効果は有効である。 In the walking measurement system 100, the weight w (n) k of some particles that would have been erroneously estimated due to the switching of the left and right legs F in the starting phase is reduced. As a result, it is possible to suppress erroneous tracking in which the left and right legs F are tracked while being reversed from the actual ones in the starting phase. The behavior of the leg F of the subject 1 in the starting phase is characteristic, and erroneous tracking in which the left and right legs F are switched is particularly likely to occur in the starting phase, so the effect of suppressing the erroneous tracking in the starting phase. is valid.

歩行計測システム100では、複数のパーティクル毎に、被験者1の両脚部の予測位置それぞれを観測値に対応付けする。これにより、複数の対応付けの可能性を持つことができる。そして、複数のパーティクルの中から重みw(n) に基づき何れかの対応付けのパーティクルを選出して両脚部の予測位置を決定し、移動軌跡を取得する。この重みw(n) は、歩行する被験者1の脚部Fに見出される特有の特徴、すなわち、歩行位相及び観測パターンの遷移から算出される。よって、複数の対応付けの可能性のうち被験者1にとって尤もらしい何れかに基づいて、移動軌跡を取得することが可能となる。したがって、誤った対応付けに基づき移動軌跡を取得してしまうことを抑制することができ、被験者1の脚部位置を精度よく追跡することが可能となる。誤追跡を低減することが可能となる。 In the walking measurement system 100, each predicted position of both legs of the subject 1 is associated with an observed value for each of a plurality of particles. This allows for multiple association possibilities. Then, particles with some association are selected from among the plurality of particles based on the weight w (n) k , the predicted positions of both legs are determined, and the movement trajectory is obtained. This weight w (n) k is calculated from the unique features found in the leg F of the subject 1 walking, that is, the transition of the walking phase and observation pattern. Therefore, it is possible to acquire the movement trajectory based on which of the plurality of possible associations is most likely for the subject 1 . Therefore, it is possible to prevent the movement trajectory from being acquired based on an erroneous association, and it is possible to accurately track the leg position of the subject 1 . It is possible to reduce erroneous tracking.

歩行計測システム100では、歩行位相の遷移に基づき重みw(n) を算出する。この場合、歩行位相が周期的に変化することを考慮して、各パーティクルの重みw(n) を算出することができる。 The walking measurement system 100 calculates the weight w (n) k based on the transition of the walking phase. In this case, the weight w (n) k of each particle can be calculated in consideration of the fact that the walking phase changes periodically.

歩行計測システム100では、両脚部が該当する観測パターンの遷移に基づき、重みw(n) を算出する。この場合、両脚部の観測パターンが周期的に変化することを考慮して、各パーティクルの重みw(n) を算出することができる。 In the walking measurement system 100, the weight w (n) k is calculated based on the observation pattern transition corresponding to both legs. In this case, the weight w (n) k of each particle can be calculated in consideration of the fact that the observation patterns of both legs change periodically.

歩行計測システム100では、データ解析部24は、脚検出部26、予測位置算出部27c及び相関処理部27dを有する。脚検出部26は、距離情報から観測値yを検出する。予測位置算出部27cは、複数のパーティクル毎に、両脚部の予測位置を、過去の時刻の両脚部の位置に基づいて算出する。相関処理部27dは、複数のパーティクル毎に、予測位置を基準にゲートGAを設定し、ゲートGA内に存在する観測値y及び観測値y無しとする観測結果のうちの何れかに対して、被験者1の両脚部の予測位置のそれぞれをランダムに対応付けする。この場合、予測位置を基準に設定したゲートGAを利用して、各パーティクルにおける対応付けを行うができる。 In the walking measurement system 100, the data analysis section 24 has a leg detection section 26, a predicted position calculation section 27c, and a correlation processing section 27d. The leg detection unit 26 detects the observed value yk from the distance information. The predicted position calculator 27c calculates the predicted positions of both legs for each of a plurality of particles based on the positions of the legs at the past time. The correlation processing unit 27d sets a gate GA based on the predicted position for each of a plurality of particles, and for any of the observed value yk existing in the gate GA and the observed value yk not present, Then, each predicted position of both legs of the subject 1 is randomly associated. In this case, each particle can be associated using the gate GA set based on the predicted position.

歩行計測システム100では、データ解析部24は、更新処理部27e及び重み算出部27fを有する。更新処理部27eでは、複数のパーティクル毎に、相関処理部27dによる対応付けの後、脚部Fの状態量を更新する。重み算出部27fは、複数のパーティクル毎に、更新処理部27eによる更新の後、歩行位相及び観測パターンの遷移から重みw(n) を算出する。この場合、パーティクルフィルタを用いた脚部位置の追跡において、各パーティクルの重みw(n) を具体的に算出することができる。 In the walking measurement system 100, the data analysis section 24 has an update processing section 27e and a weight calculation section 27f. The update processing unit 27e updates the state quantity of the leg F for each of a plurality of particles after the correlation processing unit 27d performs the association. After updating by the update processing unit 27e, the weight calculation unit 27f calculates the weight w (n) k from the transition of the walking phase and the observation pattern for each of the plurality of particles. In this case, the weight w (n) k of each particle can be specifically calculated in tracking the leg position using the particle filter.

歩行計測システム100では、予測位置算出部27cは、カルマンフィルタを用いて両脚部の位置を予測することで、両脚部の予測位置を算出する。更新処理部27eは、カルマンフィルタの更新処理を行う。この場合、カルマンフィルタを利用して、被験者1の脚部位置を精度よく追跡することができる。 In the walking measurement system 100, the predicted position calculator 27c calculates the predicted positions of both legs by predicting the positions of both legs using a Kalman filter. The update processing unit 27e updates the Kalman filter. In this case, the Kalman filter can be used to accurately track the leg position of the subject 1 .

歩行計測システム100では、データ解析部24は、リサンプリング部27gを有する。リサンプリング部27gは、重みw(n) に基づき淘汰及び複製されるように、複数のパーティクルをリサンプリングする。この場合、パーティクルフィルタを用いた脚部位置の追跡において、必要なパーティクルの数を抑えることができる。少ないパーティクル数で対応付けの仮説の保持と状態量の推定とが可能となる。 In the walking measurement system 100, the data analysis section 24 has a resampling section 27g. The resampling unit 27g resamples a plurality of particles so that they are selected and duplicated based on the weight w (n) k . In this case, the number of particles required for tracking leg positions using a particle filter can be reduced. With a small number of particles, it is possible to hold the correspondence hypothesis and estimate the state quantity.

図13及び図14は、パーティクルフィルタを用いた対応付けを説明する図である。図13(a)は時刻kの第1パーティクルPT1における対応付けの結果を示し、図13(b)は時刻kの第2パーティクルPT2における対応付けの結果を示し、図13(c)は時刻kの第3パーティクルPT3における対応付けの結果を示す。図14(a)は時刻k+1の第1パーティクルPT1における対応付けの結果を示し、図14(b)は時刻k+1の第2パーティクルPT2における対応付けの結果を示し、図14(c)は時刻k+1の第3パーティクルPT3における対応付けの結果を示す。 13 and 14 are diagrams for explaining association using a particle filter. 13(a) shows the result of matching for the first particle PT1 at time k, FIG. 13(b) shows the result of matching for the second particle PT2 at time k, and FIG. 13(c) shows the result of matching at time k. 3 shows the result of association in the third particle PT3 of . 14(a) shows the result of matching for the first particle PT1 at time k+1, FIG. 14(b) shows the result of matching for the second particle PT2 at time k+1, and FIG. 14(c) shows the result of matching at time k+1. 3 shows the result of association in the third particle PT3 of .

図13(a)~図13(c)の例では、誤検出の観測値y と観測値y とが検出されている。第1パーティクルP1では、左脚の予測位置が観測値y に対応付けされ、右脚の予測位置が観測値y に対応付けられている。第2パーティクルP2では、左脚の予測位置が観測値y に対応付けされ、右脚の予測位置が観測値y に対応付けられている。第3パーティクルP3では、左脚の予測位置が観測値無しとする観測結果に対応付けられ、右脚の予測位置が観測値y に対応付けられている。第3パーティクルでは、左脚の予測位置に対応付けされる観測値が無いことから、左脚の予測位置が左脚の位置として取得される。このような例では、重みw(1) >重みw(2) >重みw(3) となる。 In the examples of FIGS. 13(a) to 13(c), erroneously detected observation values y k 1 and y k 2 are detected. For the first particle P1, the predicted position of the left leg is associated with the observed value yk1 , and the predicted position of the right leg is associated with the observed value yk2 . For the second particle P2, the predicted position of the left leg is associated with the observed value yk2 , and the predicted position of the right leg is associated with the observed value yk1 . In the third particle P3, the predicted position of the left leg is associated with the observation result of no observed value, and the predicted position of the right leg is associated with the observed value yk2 . For the third particle, since there is no observed value associated with the predicted position of the left leg, the predicted position of the left leg is acquired as the position of the left leg. In such an example, weight w (1) k > weight w (2) k > weight w (3) k .

図14(a)~図14(c)の例では、観測値yk+1 と観測値yk+1 とが検出されている。第1パーティクルP1では、左脚の予測位置が観測値yk+1 に対応付けされ、右脚の予測位置が観測値yk+1 に対応付けられている。第2パーティクルP2では、左脚の予測位置が観測値yk+1 に対応付けされ、右脚の予測位置が観測値yk+1 に対応付けられている。第3パーティクルP3では、左脚の予測位置が観測値yk+1 に対応付けられ、右脚の予測位置が観測値yk+1 に対応付けられている。このような例では、重みw(3) k+1>>重みw(2) k+1>重みw(1) k+1となる。その結果、リサンプリングにより、例えば第1パーティクルPT1は淘汰されると共に、第3パーティクルPT3は複製されることとなる。 In the examples of FIGS. 14(a) to 14(c), the observed value y k+1 1 and the observed value y k+1 2 are detected. For the first particle P1, the predicted position of the left leg is associated with the observed value y k+1 2 , and the predicted position of the right leg is associated with the observed value y k+1 1 . For the second particle P2, the predicted position of the left leg is associated with the observed value y k+1 2 , and the predicted position of the right leg is associated with the observed value y k+1 1 . For the third particle P3, the predicted position of the left leg is associated with the observed value y k+1 1 , and the predicted position of the right leg is associated with the observed value y k+1 2 . In such an example, weight w (3) k+1 >> weight w (2) k+1 > weight w (1) k+1 . As a result, by resampling, for example, the first particle PT1 is eliminated and the third particle PT3 is duplicated.

図15は、比較例に係る歩行計測システム及び実施例に係る歩行計測システム100によるTUG試験の追跡結果を示す図である。試験結果において、実施例は、歩行計測システム100に対応する。比較例1は、パーティクルフィルタを用いた対応付けを実施せず、且つ、第2ゲートGA2を設定しない以外は、歩行計測システム100と同様なシステムに対応する。比較例2は、スターティングフェーズで左右の脚部Fが入れ替わって誤推定された一部のパーティクルについての重みw(n) を小さくする上記処理を実施せず、且つ、第2ゲートGA2を設定しない以外は、歩行計測システム100と同様なシステムに対応する。 FIG. 15 is a diagram showing the tracking results of the TUG test by the gait measurement system according to the comparative example and the gait measurement system 100 according to the example. In the test results, the example corresponds to the walking measurement system 100 . Comparative Example 1 corresponds to a system similar to the walking measurement system 100 except that the matching using the particle filter is not performed and the second gate GA2 is not set. Comparative Example 2 does not perform the above process of reducing the weight w (n) k for some particles misestimated due to the switching of the left and right legs F in the starting phase, and the second gate GA2 is set to It corresponds to the same system as the walking measurement system 100 except that it is not set.

試験対象となる被験者1の人数は138名である。図中の誤追跡内容における「左右の脚部の入れ替わり」とは、被験者1の左脚部Fを右脚部Fとして追跡、及び/又は、右脚部Fを左脚部Fとして追跡した状況が発生した場合である。図中の誤追跡内容における「介添人の脚部を誤追跡」とは、介添人の脚部を誤って被験者1の脚部Fであるとして追跡した状況が発生した場合である。 The number of subjects 1 to be tested is 138 persons. In the figure, the ``swapping of left and right legs'' in the mistracking content means that the left leg FL of the subject 1 is tracked as the right leg FR and/or the right leg FR is tracked as the left leg FL . This is when the situation tracked as occurs. In the mistracking content in the figure, "wrong tracking of the leg of the attendant" is a case where the leg of the attendant is erroneously tracked as the leg F of the subject 1. FIG.

図15に示されるように、実施例では、比較例1,2に比べて、全体の追跡成功率が向上している。これにより、被験者1の脚部位置を精度よく追跡可能となるという歩行計測システム100の作用効果を確認することができる。 As shown in FIG. 15, in the example, compared with the first and second comparative examples, the overall tracking success rate is improved. This makes it possible to confirm the effect of the walking measurement system 100 that the leg positions of the subject 1 can be tracked with high accuracy.

また、実施例では、比較例1,2に比べて、介添人の脚部を誤追跡してしまった数が低減している。これにより、介添人(他者)の脚部位置を被験者1の脚部位置として誤追跡してしまうことを抑制できるという歩行計測システム100の作用効果を確認することができる。特に実施例では、介添人の脚部を誤追跡してしまった数がフェーズによらずに低減していることから、当該作用効果は、スターティングフェーズにおいて重みw(n) を小さくする上記処理よりも、第2ゲートGA2を設定したことが寄与していることがわかる。 Moreover, in the example, the number of erroneous tracking of the attendant's leg is reduced compared to the comparative examples 1 and 2. Accordingly, it is possible to confirm the effect of the walking measurement system 100 that it is possible to suppress erroneous tracking of the leg position of the attendant (another person) as the leg position of the subject 1 . In particular, in the embodiment, the number of erroneous tracking of the leg of the attendant is reduced regardless of the phase. It can be seen that the setting of the second gate GA2 contributes more than the processing.

また、実施例では、比較例2に比べて、スターティングフェーズでの左右の脚部Fの入れ替わりの数が大きく低減している。これにより、スターティングフェーズで左右の脚部Fが実際とは入れ替わって追跡されてしまう誤追跡を抑制できるという歩行計測システム100の作用効果を確認することができる。当該作用効果は、スターティングフェーズでもたらされることから、スターティングフェーズにおいて重みw(n) を小さくする上記処理が特に寄与していることがわかる。 Moreover, in the example, the number of changes of the left and right legs F in the starting phase is greatly reduced compared to the second comparative example. As a result, it is possible to confirm the action and effect of the walking measurement system 100 that it is possible to suppress erroneous tracking in which the left and right legs F are tracked in the starting phase while being actually switched. Since the effect is brought about in the starting phase, it can be seen that the above process of reducing the weight w (n) k in the starting phase particularly contributes.

歩行計測システム100では、小型で二次元平面の距離情報が取得可能なレーザレンジセンサ10と圧力センサ15と用いて、TUG試験の計測における誤識別の少ない両脚部の位置の追跡及び計測精度の向上を実現できる。歩行計測システム100では、歩行試験の試行中にリアルタイムで解析するのではなく、歩行試験が終了した後にデータ解析部24により解析(後解析)する。これにより、厳密な移動軌跡及び歩行パラメータの算出が可能となる。なお、歩行計測システム100では、歩行試験を試行しながらデータ解析部24で歩行特性を解析することも勿論可能である。 In the walking measurement system 100, the laser range sensor 10 and the pressure sensor 15, which are compact and capable of acquiring distance information on a two-dimensional plane, are used to track the position of both legs with little misidentification in TUG test measurement and to improve measurement accuracy. can be realized. In the gait measurement system 100, analysis (post-analysis) is performed by the data analysis unit 24 after the gait test is completed, rather than performing real-time analysis during the gait test. This makes it possible to calculate precise movement trajectories and walking parameters. In addition, in the walking measurement system 100, it is of course possible to analyze the walking characteristics by the data analysis unit 24 while trying the walking test.

[変形例]
以上、本発明の一態様について説明したが、本発明の一態様は上記実施形態に限られず、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。
[Modification]
Although one aspect of the present invention has been described above, one aspect of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be modified or applied to other things within the scope of not changing the gist described in each claim. .

上記実施形態では、被験者1の歩行位相の遷移及び観測パターンの遷移から重みw(n) を算出したが、これの何れか一方のみから重みw(n) を算出してもよい。上記実施形態では、重みw(n) を算出する上記数式19は、観測パターンの遷移に係る第二項目と歩行位相の遷移に係る第三項目との積で表されているが、第二項目と第三項目との和又は差で表されていてもよい。上記実施形態において、歩行状態の遷移としては歩行位相の遷移及び観測パターンの遷移に限られず、その他の両脚部の位置に基づく歩行状態の遷移であってもよい。 In the above embodiment, the weight w (n) k is calculated from the transition of the walking phase of the subject 1 and the transition of the observation pattern, but the weight w (n) k may be calculated from only one of them. In the above embodiment, the above Equation 19 for calculating the weight w (n) k is represented by the product of the second item related to the transition of the observation pattern and the third item related to the transition of the walking phase. It may be represented by the sum or difference between the item and the third item. In the above embodiment, the transition of the walking state is not limited to the transition of the walking phase and the transition of the observation pattern, and may be a transition of the walking state based on the positions of other legs.

上記実施形態では、リサンプリング部27gにより複数のパーティクルをリサンプリングしたが、場合によっては、リサンプリング部27gは無くてもよい。上記実施形態では、重みw(n) が最も大きいパーティクルにおける両脚部の位置及び速度から脚部Fの移動軌跡を取得したが、これに限定されない。例えば重みw(n) が所定以上のパーティクルの何れかから移動軌跡を取得してもよい。要は、重みw(n) に基づいて何れかの対応付けのパーティクルを選出し、選出した当該パーティクルから移動軌跡を取得すればよい。 Although a plurality of particles are resampled by the resampling unit 27g in the above embodiment, the resampling unit 27g may be omitted in some cases. In the above embodiment, the movement trajectory of the leg F is obtained from the positions and velocities of both legs of the particle with the largest weight w (n) k , but the present invention is not limited to this. For example, the movement trajectory may be acquired from any of the particles whose weight w (n) k is equal to or greater than a predetermined value. In short, it suffices to select a particle of any correspondence based on the weight w (n) k and acquire the movement trajectory from the selected particle.

上記実施形態では、歩行計測システム100をTUG試験おける歩行特性の計測に適用したが、これに限定されず、例えばMTST(Multi-target stepping test)及びその他の種々の歩行訓練等における歩行特性の計測に歩行計測システム100を適用することができる。 In the above embodiment, the gait measurement system 100 is applied to measure gait characteristics in the TUG test, but is not limited to this, for example MTST (Multi-target stepping test) and measurement of gait characteristics in various other walking exercises The walking measurement system 100 can be applied to

上記実施形態では、第1ゲートGA1及び第2ゲートGA2の形状、大きさ及び中心位置等は、特に限定されない。第1ゲートGA1及び第2ゲートGA2の形状、大きさ及び中心位置等としては、種々の要因に応じて、種々の形状、大きさ及び中心位置を採用してもよい。上記実施形態では、第1ゲートGA1の大きさを可変としたが、第1ゲートGA1の大きさは固定であってもよい。上記実施形態では、第2ゲートGA2の大きさを固定としたが、第2ゲートGA2の大きさは可変であってもよい。 In the above embodiment, the shape, size, center position, etc. of the first gate GA1 and the second gate GA2 are not particularly limited. Various shapes, sizes and center positions may be employed as the shape, size and center position of the first gate GA1 and the second gate GA2 depending on various factors. Although the size of the first gate GA1 is variable in the above embodiment, the size of the first gate GA1 may be fixed. Although the size of the second gate GA2 is fixed in the above embodiment, the size of the second gate GA2 may be variable.

例えば、第2ゲートGA2の形状は、MTSTにおける歩行特性の計測に歩行計測システム100を適用する場合には、MTSTの特徴に鑑みて真円であってもよい。また例えば、第2ゲートGA2の形状は、被験者1の進行方向に長尺な形状であってもよく、この場合には、被験者1がマーカ3をターンする際には、第2ゲートGA2の長尺方向がターンに応じて180°回転するように変化する。また例えば、第2ゲートGA2の形状、大きさ及び中心位置の少なくとも何れかは、歩行試験の各フェーズごとに異なっていてもよい。 For example, when the gait measurement system 100 is applied to measure gait characteristics in MTST, the shape of the second gate GA2 may be a perfect circle in view of the characteristics of MTST. Further, for example, the shape of the second gate GA2 may be elongated in the direction in which the subject 1 moves. In this case, when the subject 1 turns the marker 3, the length of the second gate GA2 The shaku direction changes to rotate 180 degrees according to the turn. Also, for example, at least one of the shape, size and center position of the second gate GA2 may be different for each phase of the walking test.

上記実施形態では、直前の処理時刻の観測値yに応じて両脚部の予測位置を基準に拡がる第2ゲートGA2を設定したが、直前の処理時刻の観測値yに限定されず、過去の観測値yに応じて拡がる第2ゲートGA2を設定すればよい。上記実施形態では、データ解析部24によりパーティクルフィルタを用いて被験者1の脚部Fの移動軌跡を取得したが、パーティクルフィルタを用いずに(つまり、パーティクルフィルタを用いた対応付けを実施せずに)被験者1の脚部Fの移動軌跡を取得してもよい。 In the above embodiment, the second gate GA2 is set to expand based on the predicted positions of both legs according to the observed value yk at the immediately preceding processing time, but is not limited to the observed value yk at the immediately preceding processing time. A second gate GA2 that expands according to the observed value yk of is set. In the above embodiment, the movement trajectory of the leg F of the subject 1 was acquired by the data analysis unit 24 using the particle filter, but without using the particle filter (that is, without performing association using the particle filter) ) The locus of movement of the leg F of the subject 1 may be obtained.

上記実施形態では、距離情報取得部としてレーザレンジセンサ10を用いたが、床面から所定高さの位置における距離情報を取得可能なものであれば、種々のセンサや装置を用いることができる。例えば、上述の二次元平面距離情報を取得可能とされた赤外線センサ等を、距離情報取得部として用いてもよい。上記実施形態は、レーザレンジセンサ10を1つ備えるが、複数備えていてもよい。上記実施形態では、基準部材としてポール40を用いたが、これに限定されない。基準部材としては、マーカ3に対するレーザレンジセンサ10の位置合わせを行い得る部材であれば、種々の部材を用いてもよい。 In the above embodiment, the laser range sensor 10 is used as the distance information acquisition unit, but various sensors and devices can be used as long as they can acquire distance information at a position at a predetermined height from the floor surface. For example, an infrared sensor or the like capable of acquiring the two-dimensional plane distance information described above may be used as the distance information acquisition unit. Although one laser range sensor 10 is provided in the above embodiment, a plurality of laser range sensors may be provided. Although the pole 40 is used as the reference member in the above embodiment, the present invention is not limited to this. As the reference member, various members may be used as long as they can align the laser range sensor 10 with the marker 3 .

上記実施形態では、マーカ3に近づく(椅子2から遠ざかる)被験者1の後方側からレーザ光Lが照射されるようにレーザレンジセンサ10を配置したが、マーカ3に近づく被験者1の前方側からレーザ光Lが照射されるようにレーザレンジセンサ10を配置してもよい。場合によっては、マーカ3に近づく被験者1の側方側からレーザ光Lが照射されるようにレーザレンジセンサ10を配置してもよい。上記実施形態では、椅子2の下部にレーザレンジセンサ10を配置したが、レーザレンジセンサ10の配置位置は限定されず、被験者1に対するレーザ光Lの照射態様に応じてレーザレンジセンサ10を配置すればよい。 In the above embodiment, the laser range sensor 10 is arranged so that the laser beam L is emitted from the rear side of the subject 1 approaching the marker 3 (moving away from the chair 2). The laser range sensor 10 may be arranged so that the light L is emitted. In some cases, the laser range sensor 10 may be arranged so that the laser beam L is emitted from the lateral side of the subject 1 approaching the marker 3 . In the above embodiment, the laser range sensor 10 is arranged under the chair 2, but the arrangement position of the laser range sensor 10 is not limited. Just do it.

上記実施形態では、被験者1の椅子2からの立上がり(動出し)及び椅子2への着席を圧力センサ15の圧力情報により判別したが、圧力センサ15による判別に加えて又は圧力センサ15を省略し、レーザレンジセンサ10の検出結果に基づいて当該立上がり及び当該着席を判別してもよい。上記実施形態では、圧力情報に基づいて被験者1の立上がり及び着席を検出したが、圧力情報に基づいて立上がりのみを検出してもよいし、圧力情報に基づいて着席のみを検出してもよい。 In the above-described embodiment, whether the subject 1 stands up from the chair 2 (starts to move) or sits down on the chair 2 is determined by the pressure information of the pressure sensor 15. , the standing up and the sitting may be determined based on the detection result of the laser range sensor 10 . In the above embodiment, standing up and sitting down of the subject 1 are detected based on the pressure information, but only standing up may be detected based on the pressure information, or only sitting down may be detected based on the pressure information.

なお、本発明は、上記歩行計測システム100により実施される歩行計測方法として捉えることができる。本発明は、当該歩行計測方法(上記歩行計測システム100の各処理)をコンピュータに実行させる歩行計測プログラムとして捉えることができる。 The present invention can be regarded as a walking measurement method implemented by the walking measurement system 100 described above. The present invention can be regarded as a walking measurement program that causes a computer to execute the walking measuring method (each process of the walking measuring system 100).

上記実施形態及び変形例における各構成には、上述した材料及び形状に限定されず、様々な材料及び形状を適用することができる。上記実施形態又は変形例における各構成は、他の実施形態又は変形例における各構成に任意に適用することができる。上記実施形態又は変形例における各構成の一部は、本発明の一態様の要旨を逸脱しない範囲で適宜に省略可能である。 Various materials and shapes can be applied to each configuration in the above embodiments and modifications without being limited to the materials and shapes described above. Each configuration in the above embodiment or modification can be arbitrarily applied to each configuration in another embodiment or modification. A part of each configuration in the above embodiment or modification can be omitted as appropriate without departing from the gist of one aspect of the present invention.

1…被験者(対象者)、10…レーザレンジセンサ(距離情報取得部)、24…データ解析部、26…脚検出部(観測値検出部)、27c…予測位置算出部、27d…相関処理部、27e…更新処理部、27f…重み算出部、27g…リサンプリング部、100…歩行計測システム、F…脚部、GA1…第1ゲート、GA2…第2ゲート、L…レーザ光(検出波)。 Reference Signs List 1 test subject (subject), 10 laser range sensor (distance information acquisition unit), 24 data analysis unit, 26 leg detection unit (observed value detection unit), 27c predicted position calculation unit, 27d correlation processing unit , 27e... update processing unit, 27f... weight calculation unit, 27g... resampling unit, 100... walking measurement system, F... leg, GA1... first gate, GA2... second gate, L... laser light (detection wave) .

Claims (8)

歩行する対象者の脚部位置を追跡する歩行計測システムであって、
水平方向に沿って走査するように検出波を出射し、該検出波の反射状態に基づいて該検出波を反射した物体との距離に関する距離情報を経時的に取得する距離情報取得部と、
前記距離情報取得部で取得された前記距離情報に少なくとも基づき、前記対象者の脚部の移動軌跡を取得するデータ解析部と、を備え、
前記データ解析部は、
前記距離情報に基づいて、前記脚部の位置候補である1又は複数の観測値を検出する脚検出部と、
過去の時刻の前記観測値に少なくとも基づいて、前記対象者の両脚部の予測位置を算出する予測位置算出部と、
前記観測値と前記両脚部の予測位置との対応付けを行う相関処理部と、を有し、
前記相関処理部は、
前記両脚部の予測位置を基準に拡がる第1ゲートを設定すると共に、過去の時刻の前記観測値に応じて前記両脚部の予測位置を基準に拡がる第2ゲートを設定し、
前記第1ゲートと前記第2ゲートとが重なる領域内に存在する前記観測値に対して、前記両脚部の予測位置を対応付けする、歩行計測システム。
A walking measurement system for tracking the leg positions of a walking subject,
a distance information acquisition unit that emits detection waves so as to scan in the horizontal direction and acquires distance information over time regarding the distance to an object that reflected the detection waves based on the reflection state of the detection waves;
a data analysis unit that acquires a movement trajectory of the subject's leg based at least on the distance information acquired by the distance information acquisition unit;
The data analysis unit
a leg detection unit that detects one or more observation values that are position candidates of the leg based on the distance information;
a predicted position calculation unit that calculates predicted positions of both legs of the subject based on at least the observed values at past times;
a correlation processing unit that associates the observed values with the predicted positions of the legs,
The correlation processing unit
setting a first gate that expands based on the predicted positions of the legs, and setting a second gate that expands based on the predicted positions of the legs according to the observed value at a past time;
A walking measurement system, wherein the predicted positions of the legs are associated with the observed values present in an area where the first gate and the second gate overlap.
前記相関処理部は、直前の処理時刻において前記対象者の右脚部に対応付けられた前記観測値と前記対象者の左脚部に対応付けられた前記観測値との双方が存在する場合、前記右脚部の予測位置と前記左脚部の予測位置との間の位置を中心に拡がる前記第2ゲートを設定する、請求項1に記載の歩行計測システム。 When both the observed value associated with the right leg of the subject and the observed value associated with the left leg of the subject exist at the immediately preceding processing time, the correlation processing unit 2. The walking measurement system according to claim 1, wherein said second gate is set so as to spread around a position between said predicted position of said right leg and said predicted position of said left leg. 前記相関処理部は、直前の処理時刻において前記両脚部のうちの何れか一方に対応付けられた前記観測値のみが存在する場合、前記両脚部のうちの当該何れか一方の予測位置を中心に拡がる前記第2ゲートを設定する、請求項1又は2に記載の歩行計測システム。 When there is only the observed value associated with one of the legs at the immediately preceding processing time, the correlation processing unit performs 3. The walking measurement system according to claim 1, wherein said widening second gate is set. 前記相関処理部は、直前の処理時刻において前記対象者の右脚部に対応付けられた前記観測値と前記対象者の左脚部に対応付けられた前記観測値との双方が存在しない場合、前記右脚部の予測位置と前記左脚部の予測位置との間の位置を中心に拡がる前記第2ゲートを設定する、請求項1~3の何れか一項に記載の歩行計測システム。 If the correlation processing unit does not have both the observed value associated with the right leg of the subject and the observed value associated with the left leg of the subject at the immediately preceding processing time, 4. The walking measurement system according to any one of claims 1 to 3, wherein the second gate is set so as to spread around a position between the predicted position of the right leg and the predicted position of the left leg. 前記第2ゲートは、楕円であって、その長軸と短軸の比率が8:5である、請求項1~4の何れか一項に記載の歩行計測システム。 The walking measurement system according to any one of claims 1 to 4, wherein said second gate is an ellipse having a major axis to minor axis ratio of 8:5. 前記対象者の歩行試験に用いられるシステムであって、
前記歩行試験は、前記対象者が、椅子に着席した状態から前記椅子に対して離れて配置されたマーカに向かって歩行し、前記マーカをターンした後、前記椅子に戻って再び着席する試験であり、
前記第2ゲートは、前記椅子から前記マーカに向かう方向に長尺な形状である、請求項1~5の何れか一項に記載の歩行計測システム。
A system for use in a gait test of said subject, comprising:
The walking test is a test in which the subject is seated on a chair, walks toward a marker placed away from the chair, turns the marker, then returns to the chair and sits down again. can be,
The walking measurement system according to any one of claims 1 to 5, wherein the second gate has a shape elongated in a direction from the chair toward the marker.
前記第1ゲートは、前記対象者の右脚部の予測位置を基準に拡がるゲートと、前記対象者の左脚部の予測位置を基準に拡がるゲートと、を含む、請求項1~6の何れか一項に記載の歩行計測システム。 The first gate includes a gate that expands based on the predicted position of the subject's right leg and a gate that expands based on the predicted position of the subject's left leg. 1. The walking measurement system according to 1. 前記第1ゲートの範囲は、可変であり、
前記第2ゲートの範囲は、固定である、請求項1~7の何れか一項に記載の歩行計測システム。
the range of the first gate is variable;
The walking measurement system according to any one of claims 1 to 7, wherein the range of said second gate is fixed.
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