JP2023116897A - 速度算出装置、速度算出方法、及び速度算出プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器の動きに対応する速度を、精度よく算出することが可能な速度算出装置を提供する。【解決手段】速度算出装置１００は、センサ情報取得部１１１と、速度推定部１１２と、平均速度算出部１１３と、関係情報算出部１１４と、速度確定部１１５とを備える。センサ情報取得部１１１は、電子機器にかかる加速度に関するセンサ情報を、加速度センサから取得する。速度推定部１１２は、センサ情報に基づいて、電子機器の動きに対して推定される推定速度を算出する。平均速度算出部１１３は、センサ情報に対してフィルタ処理及び積分処理を行い、電子機器の動きに対応する平均速度を算出する。関係情報算出部１１４は、推定速度と、平均速度との対応関係を示す関係情報を算出する。速度確定部１１５は、関係情報と、速度推定部で算出された現在の推定速度と、に基づいて、現在の電子機器の動きに対応する速度を確定する。【選択図】図３

Description

本開示は、速度算出装置、速度算出方法、及び速度算出プログラムに関する。

ユーザが保持して使用する電子機器に対して、ユーザの手の動きに関する加速度等の数値を算出し、算出した結果に基づいて、適切に電子機器が使用されているか否かを判定し、ユーザにフィードバックする技術が提案されている。特許文献１には、電動歯ブラシの使用における歯のブラッシング活動を指導する歯ブラシの管理指導システムが開示されている。特許文献１に開示された管理指導システムは、歯ブラシに設けられた加速度センサにより取得した情報に基づいて、ユーザが適切にブラッシングを行っているか否かを判定する。

特表２０２０－５３４８７９号公報

特許文献１に開示された管理指導システムにおいては、加速度に含まれる重力成分を除去し、算出される加速度の精度を向上させる。しかし、電子機器には、重力以外にも、電子機器自体の駆動振動やユーザから受ける反力等のノイズが含まれる場合がある。すなわち、電子機器の動きに対応する情報の算出においては、電子機器にかかるノイズ等を除去した、より精度の高い算出方法が望まれる。

本開示は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本開示の目的は、電子機器の動きに対応する速度を、精度よく算出することが可能な速度算出装置を提供することにある。

本開示の態様に係る速度算出装置は、電子機器に設けられ、電子機器の動きに対応する速度を算出する速度算出装置であって、電子機器にかかる加速度に関するセンサ情報を、加速度センサから取得するセンサ情報取得部と、センサ情報に基づいて、電子機器の動きに対して推定される推定速度を算出する速度推定部と、センサ情報に対してフィルタ処理及び積分処理を行い、電子機器の動きに対応する平均速度を算出する平均速度算出部と、推定速度と、平均速度との対応関係を示す関係情報を算出する関係情報算出部と、関係情報と、速度推定部で算出された現在の推定速度と、に基づいて、現在の電子機器の動きに対応する速度を確定する速度確定部と、を備える。

本開示の他の態様に係る速度算出方法は、コンピュータによって実行される速度算出方法であって、電子機器にかかる加速度に関するセンサ情報を、加速度センサから取得し、センサ情報に基づいて、電子機器の動きに対して推定される推定速度を算出し、センサ情報に対してフィルタ処理及び積分処理を行い、電子機器の動きに対応する平均速度を算出し、推定速度と、平均速度との対応関係を示す関係情報を算出し、関係情報と、現在の推定速度と、に基づいて、現在の電子機器の動きに対応する速度を確定する。

本開示の他の態様に係る速度算出プログラムは、電子機器にかかる加速度に関するセンサ情報を、加速度センサから取得し、センサ情報に基づいて、電子機器の動きに対して推定される推定速度を算出し、センサ情報に対してフィルタ処理及び積分処理を行い、電子機器の動きに対応する平均速度を算出し、推定速度と、平均速度との対応関係を示す関係情報を算出し、関係情報と、現在の推定速度と、に基づいて、現在の電子機器の動きに対応する速度を確定する処理を、コンピュータに実行させる。

本開示によれば、電子機器の動きに対応する速度を、精度よく算出することが可能な速度算出装置を提供することができる。

本実施形態に係る速度算出装置を備える電動歯ブラシの概略図である。 本実施形態に係る速度算出装置の概略構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る速度算出装置の機能的構成を示すブロック図である。 本実施形態に係るセンサ情報取得部で取得した加速度の波形の一例を示す図である。 本実施形態に係る速度推定部の機能的構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る絶対値化処理部で絶対値化した加速度の波形の一例を示す図である。 本実施形態に係る第１移動平均処理部で移動平均処理した加速度の波形の一例を示す図である。 本実施形態に係る平均速度算出部の機能的構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る第１ローパス処理部でローパス処理を行った加速度の波形の一例を示す図である。 本実施形態に係るハイパス処理部でハイパス処理を行った加速度の波形の一例を示す図である。 本実施形態に係る速度算出部で算出した速度の波形の一例を示す図である。 本実施形態に係る第２ローパス処理部でローパス処理を行った速度の波形の一例を示す図である。 本実施形態に係る第２移動平均処理部で移動平均処理を行った速度の波形の一例を示す図である。 本実施形態に係る平均速度確定処理部における平均速度確定の処理について説明するための図である。 本実施形態に係る速度算出装置の処理の一例を示すフローチャートである。 本実施形態に係る速度推定処理の一例を示すフローチャートである。 本実施形態に係る平均速度算出処理の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、又は、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

（速度算出装置１００の概略構成）
本実施形態に係る速度算出装置１００は、電子機器に設けられ、電子機器の動きに対応する速度を算出する。以下、電子機器として電動歯ブラシ１が適用される場合の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態に係る速度算出装置１００を備える電動歯ブラシ１の外観を示す図である。図１に示すように、電動歯ブラシ１は、作動スイッチ１０と、速度算出装置１００とを備える。図１に示す例において、電動歯ブラシ１の長手方向（図１の上下方向）をＹ軸方向と定める。また、図１の左右方向をＸ軸方向と定め、図１の奥行き方向をＺ軸方向として定める。

電動歯ブラシ１は、ユーザによる作動スイッチ１０のオン及びオフにより、作動及び停止する。速度算出装置１００は、電動歯ブラシ１を把持するユーザの手の動きに対する速度を算出する。

図２は、電動歯ブラシ１の構成を示すブロック図である。図２に示すように、電動歯ブラシ１は、速度算出装置１００と、作動スイッチ１０と、センサ部１１とを備える。本実施形態においてセンサ部１１は、加速度センサにより構成される。

速度算出装置１００は、制御部１１０と、記憶部１２０と、入出力ＩＦ１４０（インタフェース、Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）とを含んで構成される。また、速度算出装置１００は、通信ＩＦ１３０を含んでもよい。速度算出装置１００は、ＣＰＵ（制御部１１０）、メモリ（記憶部１２０）、及び入出力ＩＦ１４０を備える汎用のマイクロコンピュータとして構成してもよい。この場合、マイクロコンピュータには、速度算出装置１００として機能させるためのコンピュータプログラムがインストールされていてもよい。コンピュータプログラムを実行することにより、マイクロコンピュータは、速度算出装置１００が備える複数の情報処理回路として機能する。なお、本実施形態では、ソフトウェアによって速度算出装置１００が備える複数の情報処理回路を実現する例を示すが、もちろん、以下に示す各情報処理を実行するための専用のハードウェアを用意して、情報処理回路を構成することも可能である。また、複数の情報処理回路を個別のハードウェアにより構成してもよい。

制御部１１０は、記憶部１２０に格納されたプログラム（図示なし）に基づいて動作し、図３に示す各機能を実行する。なお、プログラムは、記憶部１２０に格納される形態に限定されず、例えば、速度算出装置１００内の、ＲＯＭ等（図示なし）に記憶された構成としてもよい。

記憶部１２０は、センサ部１１により取得したセンサ情報を、入出力ＩＦ１４０を介して取得し記憶する。また、記憶部１２０は、上述の通り、制御部１１０において実行される各機能に対するプログラムを記憶してもよい。なお、記憶部１２０に格納されるセンサ情報やプログラムは、一つのストレージデバイスの中に物理的又は論理的に分けて設けられた領域として構成されていてもよい。あるいは、物理的に異なる複数のストレージデバイスに各データの記憶部１２０を設ける構成としてもよい。

通信ＩＦ１３０は、有線及び／又は無線ネットワークを介して、速度算出装置１００と、外部の各種機器との通信を行うためのインタフェースである。ユーザは、通信ＩＦ１３０を介して、速度算出装置１００の制御プログラムの更新を行ってもよい。またユーザは、通信ＩＦ１３０を介して、記憶部１２０に記憶されたセンサ情報等を取得してもよい。

入出力ＩＦ１４０は、速度算出装置１００と、電動歯ブラシ１の作動スイッチ１０、及びセンサ部１１との間のデータ、制御信号等を送受信するためのインタフェースである。また、入出力ＩＦ１４０は、ユーザが速度算出装置１００との間においてデータをやり取りするための構成要素（インタフェース）として機能してもよい。

（速度算出装置１００の機能的構成）
図３は、本実施形態に係る速度算出装置１００の機能的構成を示すブロック図である。

図３に示すように、速度算出装置１００の制御部１１０は、センサ情報取得部１１１と、速度推定部１１２と、平均速度算出部１１３と、関係情報算出部１１４と、速度確定部１１５と、出力部１１６と、を機能として備える。

センサ情報取得部１１１は、センサ部１１で取得した電動歯ブラシ１のセンサ情報を加速度情報として取得する。すなわち、センサ情報取得部１１１は、電動歯ブラシ１にかかる加速度に関するセンサ情報を、加速度センサであるセンサ部１１から取得する。また、センサ情報取得部１１１は、取得したセンサ情報をセンサ情報ＤＢ１２１に格納する。

本実施形態において、センサ情報取得部１１１が取得する加速度センサのセンサ情報は、所定の方向に対する加速度情報である。所定の方向は、例えば、図１に示すＹ軸方向であり、ユーザが電動歯ブラシ１を保持（把持）し、電動歯ブラシ１の長手方向であるＹ軸方向に電動歯ブラシ１を移動させながらブラッシングを行う際の加速度を取得する。なお、センサ情報における加速度の所定の方向は、本実施形態の構成を限定するものではなく、例えば、図１に示すＸ軸方向又はＺ軸方向の加速度に対する加速度情報であってもよい。

図４は、センサ部１１で取得した電動歯ブラシ１の加速度の波形を示す図である。図４に示す図おいて、横軸には時間が設定され、縦軸にはセンサ部１１で取得した加速度が設定される。図４に示すように、加速度は、所定の方向に対して、プラスの値とマイナスの値が繰り返される一定の周期性を有している。例えば、図４に示す例においては、約１．２秒の周期で加速度の波形が繰り返されている。すなわち、図４は、電動歯ブラシ１を把持するユーザが、約１．２秒の間隔で、電動歯ブラシ１を所定の方向に往復させている場合の例を示している。

速度推定部１１２は、センサ情報取得部１１１で所得した電動歯ブラシ１の加速度情報に基づいて、電動歯ブラシ１の速度を推定する。すなわち、速度推定部１１２は、センサ情報に相当する加速度情報に基づいて、電動歯ブラシ１の動きに対して推定される推定速度を算出する。また、速度推定部１１２は、算出した推定速度を、算出した推定速度に対応するセンサ情報と関連付けてセンサ情報ＤＢ１２１に格納する。なお、推定速度の格納場所は、センサ情報ＤＢ１２１に限定するものではなく、対応するセンサ情報と関連付けて、センサ情報ＤＢ１２１とは異なる記憶場所に格納してもよい。

速度推定部１１２は、図５に示すように、第１単位変換処理部１１２ａと、絶対値化処理部１１２ｂと、第１移動平均処理部１１２ｃと、推定サイクル平均速度決定部１１２ｄとを、さらに機能として備える。

第１単位変換処理部１１２ａは、センサ情報取得部１１１で取得した加速度の値をＳＩ単位系（国際単位系）に変換する。第１単位変換処理部１１２ａにおける単位系の変換は、以下の式（１）に基づいて実施される。ａ_ｓ［ｎ］は、センサ情報取得部１１１で取得した加速度情報において、ｎ番目のサンプル時の加速度を示す。ａ［ｎ］は、単位変換後のｎ番目のサンプル時の加速度を示す。

絶対値化処理部１１２ｂは、第１単位変換処理部１１２ａにおいて、ＳＩ単位系に変換された加速度（ａ）の絶対値化の処理を行う。絶対値化処理部１１２ｂにおける絶対値化の処理は、後述の第１移動平均処理部１１２ｃで１サイクル当りの平均加速度の大きさを求める為に実施される。図６Ａは、絶対値化処理部１１２ｂで絶対値化を行った加速度（ａ_ａ）の波形の一例を示す。図６Ａに示すように、絶対値化処理部１１２ｂは、第１単位変換処理部１１２ａにおいて、ＳＩ単位系に変換された加速度（ａ）のマイナス部分がプラス側に折り返された形で示される。

第１移動平均処理部１１２ｃは、絶対値化処理部１１２ｂで絶対値化を行った加速度（ａ_ａ）に対し、予測される１サイクルの区間で移動平均を算出する。すなわち、第１移動平均処理部１１２ｃは、所定の区間を１サイクルにして、サイクル当りの平均加速度を求める。第１移動平均処理部１１２ｃにおいては、以下の式（２）で示される処理が実施される。上線付きａ［ｎ］は、第１移動平均処理部１１２ｃで算出された加速度（ａ_ｍ）である。

図６Ｂは、移動平均処理を実施した加速度の一例を示す図である。図６Ｂにおいて、移動平均処理を実施した加速度（ａ_ｍ）は点線で示されている。図６Ｂに示す例においては、１区間を１サイクル分の１．２秒とし、１サイクルにおいて１２０サンプルとした場合の例を示している。すなわち、図６Ｂに示す例においては、上記式（２）において、１サイクル当りのサンプル数Ｔは、１２０として計算した場合の例が示されている。

推定サイクル平均速度決定部１１２ｄは、第１移動平均処理部１１２ｃで算出した加速度の移動平均を推定サイクル平均速度（上線付きＶ_ｅ）として決定する。本実施形態においては、推定サイクル平均速度決定部１１２ｄは、移動平均処理された加速度（ａ_ｍ）を推定サイクル平均速度として決定する。これは、例えば、電動歯ブラシ１を所定の方向に往復運動させる場合、加速度が三角関数に近似され、「加速度≒速度」となる特徴に基づくものである。なお、推定サイクル平均速度は、推定速度に相当する。

例えば、図６Ｂに示す例において、推定サイクル平均速度決定部１１２ｄは、移動平均加速度（ａ_ｍ）が２．８ｍ／ｓ^２での場合、推定サイクル平均速度（上線付きＶ_ｅ）を２．８ｍ／ｓとして決定する。すなわち、図６Ｂに示す例においては、推定速度は、２．８ｍ／ｓとして推定される。

次に平均速度算出部１１３について説明する。平均速度算出部１１３は、センサ情報に対してフィルタ処理及び積分処理を行い、電動歯ブラシ１の動きに対応する平均速度を算出する。

平均速度算出部１１３は、図７に示すように、第２単位変換処理部１１３ａと、第１ローパス処理部１１３ｂと、ハイパス処理部１１３ｃと、速度算出部１１３ｄとを、機能として備える。また、平均速度算出部１１３は、第２ローパス処理部１１３ｅと、第２移動平均処理部１１３ｆと、平均速度確定処理部１１３ｇとを、さらに機能として備える。

第２単位変換処理部１１３ａは、センサ部１１で取得した加速度をＳＩ単位系（国際単位系）に変換する。第２単位変換処理部１１３ａで実施される単位変換処理は、上述の第１単位変換処理部１１２ａと同様、上記式（１）に基づいて実施される。

第１ローパス処理部１１３ｂは、第２単位変換処理部１１３ａでＳＩ単位に変換された加速度（ａ_ｓ）に対し、フィルタ処理としてローパス処理（ローパスフィルタ処理）を行う。第１ローパス処理部１１３ｂにおいては、以下の式（３）に示すように、一般的なローパス処理が実施される。ここでｋ_１は、所定の係数であり、速度算出装置１００が適用される電子機器の特徴に応じて設定可能であるとする。ａ_ｌは、第１ローパス処理部１１３ｂにおいて実施された加速度を示す。第１ローパス処理部１１３ｂは、フィルタ処理としてローパス処理を実施し、加速度の低周波成分を通過させる、すなわち高周波成分を除去することにより、電動歯ブラシ１の駆動や反力といった高周波ノイズを除去することが可能となる。

図８Ａは、第１ローパス処理部１１３ｂでローパス処理を行った結果の一例を示すグラフである。

ハイパス処理部１１３ｃは、第１ローパス処理部１１３ｂでローパス処理を行った加速度（ａ_ｌ）に対し、フィルタ処理としてハイパス処理（ハイパスフィルタ処理）を行う。ハイパス処理部１１３ｃにおいては、以下の式（４）に示すように、一般的なハイパス処理が実施される。ここでｋ_２は、所定の係数であり、速度算出装置１００が適用される電子機器の特徴に応じて設定可能であるとする。ａ_ｈは、ハイパス処理部１１３ｃにおいて実施された加速度を示す。ハイパス処理部１１３ｃは、フィルタ処理としてハイパス処理を実施し、加速度の高周波成分を通過させる、すなわち低周波成分を除去することにより、電動歯ブラシ１に対してかかる重力の成分を除去することが可能となる。

図８Ｂは、ハイパス処理部１１３ｃでハイパス処理を行った結果の一例を示すグラフである。

速度算出部１１３ｄは、ハイパス処理部１１３ｃでハイパス処理を行った結果に対して、積分処理による速度算出を行う。速度算出部１１３ｄにおいては、以下の式（５）に示すように、積分処理が実施される。ここで、式（５）におけるｓは、加速度センサのサンプリングタイムである。例えば、１区間が１．２秒、１２０サンプルの場合、サンプリングタイムのｓは、１０ｍｓとなる。Ｖ_ｉは、速度算出部１１３ｄで算出された速度を示す。

図８Ｃは、速度算出部１１３ｄで算出された速度（Ｖ_ｉ）の一例を示すグラフである。

第２ローパス処理部１１３ｅは、速度算出部１１３ｄで算出された速度（Ｖ_ｉ）に対し、フィルタ処理としてローパス処理（ローパスフィルタ処理）を行う。第２ローパス処理部１１３ｅにおいては、以下の式（６）に示すように、一般的なローパス処理が実施される。ここでｋ_３は、所定の係数であり、速度算出装置１００が適用される電子機器の特徴に応じて設定可能であるとする。Ｖ_ｌは、第２ローパス処理部１１３ｅにおいて実施された速度を示す。第２ローパス処理部１１３ｅにおいては、後述の平均速度確定処理部１１３ｇに対するデータの前処理として実施される。

図８Ｄは、第２ローパス処理部１１３ｅでローパス処理を行った結果の一例を示すグラフである。図８Ｄにおいて、第２ローパス処理部１１３ｅによりローパス処理された速度（Ｖ_ｌ）は、点線で示される波形となる。なお、第２ローパス処理部１１３ｅにおけるローパス処理の結果を分かりやすく示すため、図８Ｄに示される速度（Ｖ_ｉ）の波形は、図８Ｃに示される速度（Ｖ_ｉ）とは異なるケースにおける速度（Ｖ_ｉ）の波形を例として示している。

第２移動平均処理部１１３ｆは、第２ローパス処理部１１３ｅでローパス処理を行った速度（Ｖ_ｌ）に対し、予測される１サイクルの区間で移動平均処理を行う。具体的には、以下の式（７）に示される処理が行われる。

図８Ｅは、第２移動平均処理部１１３ｆで移動平均処理が実施された速度の一例を示す図である。図８Ｅにおいて、移動平均処理が実施された速度（Ｖ_ｍ）は、一点鎖線で示されている。

平均速度確定処理部１１３ｇは、第２移動平均処理部１１３ｆで算出された速度の移動平均（Ｖ_ｍ）に対し、最大速度と最小速度との間の平均速度を算出する。すなわち、平均速度確定処理部１１３ｇは、前サイクルの最大速度と最小速度との間の平均速度を算出する。具体的には、以下の式（８）により平均速度が算出される。上線付きＶ［ｎ］は、ｎ番目のサンプル時のサイクルにおける平均の速さを示す。ｎ_ｍａｘは、速度（移動平均）の極値（上限又は下限）に対し、直前の最大速度のサンプルのｎ番目を示す。ｎ_ｍｉｎは、速度（移動平均）の極値（上限又は下限）に対し、直前の最小速度のサンプルのｎ番目を示す。

図８Ｆは、平均速度確定処理部１１３ｇにおける平均速度の算出処理について説明するための図である。図８Ｆの（１）のタイミングにおいて、平均速度確定処理部１１３ｇは、速度の最大値であるサンプル点ｎ_ｍａｘと、最小値であるサンプル点ｎ_ｍｉｎの平均速度Ａを計測する。この平均速度Ａは、図８Ｆの（２）に示す移動平均の下限において前サイクルの速度と認定される。

同様に、図８Ｆの（３）のタイミングにおいて、平均速度確定処理部１１３ｇは、速度の最小値であるサンプル点ｎ_ｍｉｎと、最大値であるサンプル点ｎ_ｍａｘの平均速度Ｂを計測する。この平均速度Ｂは、図８Ｆの（４）に示す移動平均の上限において前サイクルの速度と認定される。

このように、第２移動平均処理部１１３ｆにおいて、移動平均処理を行うことで、移動平均処理された結果が実際の速度に対応する時間よりも遅れて現れる。そのため、所定の区間における平均速度と、移動平均処理を行った速度との対応付けが容易となり、平均速度確定処理部１１３ｇは、平均速度の算出においてより精度を高めることが可能となる。

関係情報算出部１１４は、過去のサイクルの推定サイクル平均速度（上線付きＶ_ｅ）である推定速度と、平均速度確定処理部１１３ｇで算出した平均速度（上線付きＶ）とに基づいて速度を確定するための関係式を算出する。すなわち、関係情報算出部１１４は、推定速度（上線付きＶｅ）と、平均速度（上線付きＶ）との対応関係を示す関係情報を算出する。関係情報算出部１１４においては、最小二乗法により、過去のサイクルの推定サイクル平均速度（推定速度、上線付きＶ_ｅ）と、平均速度確定処理部１１３ｇで算出したサイクル平均速度（上線付きＶ）との関係式（線形近似）を算出する。これにより、速度算出装置１００は、推定速度と平均速度の対応関係をより正確に示す関係式（関係情報）を算出することが可能となる。本実施形態において、関係式は、関係情報に相当する。

関係情報算出部１１４で算出される関係式は式（９）により定められる。ここで、α及びβは関係式における係数である。

上記式（９）におけるα及びβは、以下の式（１０）及び式（１１）により定まる。

速度確定部１１５は、関係情報算出部１１４で算出されたα、β及び関係式に基づいて、サイクル平均速度を確定する。具体的には、速度確定部１１５は、関係情報である関係式と、速度推定部１１２で算出された現在の推定速度と、に基づいて、現在の電動歯ブラシ１の動きに対応する速度を確定する。すなわち、速度推定部１１２で推定された現在の推定サイクル平均速度（上線付きＶ_ｅ［ｎ_ｎｏｗ］）を上記式（９）に当てはめることにより、より正確な速度（上線付きＶ［ｎ_ｎｏｗ］）を確定することができる。

出力部１１６は、速度確定部１１５で確定した速度（上線付きＶ［ｎ_ｎｏｗ］）に従って、所定の判定結果を出力する。ここで所定の判定結果は、確定した速度（上線付きＶ［ｎ_ｎｏｗ］）が電動歯ブラシ１の使用において問題が無いか否かを判定した結果であってもよい。例えば、出力部１１６は、所定のアプリケーション（図示なし）によって判定結果を出力する構成としてもよい。

（速度算出装置１００の処理フロー）
次に、速度算出装置１００における速度算出処理（速度算出方法）について、図９～図１１のフローチャートに基づいて説明する。図９～図１１のフローチャートに示す速度算出装置１００の一連の動作は、作動スイッチ１０のオンにより、電動歯ブラシ１が起動されると開始され、作動スイッチ１０のオフにより処理を終了する。また、図９～図１１に示すフローチャートは、電源スイッチ（図示なし）のオフや処理終了の割り込みによっても処理は終了する。また、以下のフローチャートの説明において、上述の速度算出装置１００の説明で記載した内容と同じ内容については、省略又は簡略化して説明する。

ステップＳ９０１において、制御部１１０は、作動スイッチ１０がオンであるか否かを判定する。ステップＳ９０１において、制御部１１０は、作動スイッチ１０がオンであると判定した場合（ステップＳ９０１：ＹＥＳ）には、処理はステップＳ９０２に進む。一方で、ステップＳ９０１において、制御部１１０は、作動スイッチ１０がオンでないと判定した場合（ステップＳ９０１：ＮＯ）には、処理は、ステップＳ９０１に戻る。すなわち、制御部１１０は、作動スイッチ１０がオンになるまで、ステップＳ９０１の処理を繰り返し実施する。

ステップＳ９０２において、センサ情報取得部１１１は、センサ部１１で取得した電動歯ブラシ１のセンサ情報を加速度情報として取得する。本実施形態において、センサ情報取得部１１１が取得する加速度センサのセンサ情報は、所定の方向に対する加速度情報である。次に処理はステップＳ９０３に進む。

ステップＳ９０３において、速度推定部１１２は、センサ情報取得部１１１で所得した電動歯ブラシ１の加速度情報に基づいて、電動歯ブラシ１の速度を推定する。すなわち、速度推定部１１２は、センサ情報に相当する加速度情報に基づいて、電動歯ブラシ１の動きに対して推定される推定速度を算出する。具体的には、図１０のフローチャートに示される処理によって、速度推定部１１２は、速度を推定する。図１０に示すフローチャートの処理の詳細については後述する。次に処理はステップＳ９０４に進む。

ステップＳ９０４において、平均速度算出部１１３は、センサ情報に対してフィルタ処理及び積分処理を行い、電動歯ブラシ１の動きに対応する平均速度を算出する。具体的には、図１１のフローチャートに示される処理によって、平均速度算出部１１３は、センサ情報に対してフィルタ処理及び積分処理を行い、電動歯ブラシ１の動きに対応する平均速度を算出する。図１１に示すフローチャートの処理の詳細については後述する。次に処理はステップＳ９０５に進む。

ステップＳ９０５において、関係情報算出部１１４は、過去のサイクルの推定サイクル平均速度（上線付きＶ_ｅ）である推定速度と、平均速度確定処理部１１３ｇで算出した平均速度（上線付きＶ）とに基づいて速度を確定するための関係式を算出する。すなわち、関係情報算出部１１４は、推定速度（上線付きＶｅ）と、平均速度（上線付きＶ）との対応関係を示す関係情報を算出する。関係情報算出部１１４においては、最小二乗法により、過去のサイクルの推定サイクル平均速度（推定速度、上線付きＶ_ｅ）と、平均速度確定処理部１１３ｇで算出したサイクル平均速度（上線付きＶ）との関係式（線形近似）を算出する。これにより、速度算出装置１００は、推定速度と平均速度の対応関係をより正確に示す関係式（関係情報）を算出することが可能となる。本実施形態において、関係式は、関係情報に相当する。次に処理はステップＳ９０６に進む。

ステップＳ９０６において、速度確定部１１５は、関係情報算出部１１４で算出されたα、β及び関係式に基づいて、サイクル平均速度を確定する。具体的には、速度確定部１１５は、関係情報である関係式と、速度推定部１１２で算出された現在の推定速度と、に基づいて、現在の電動歯ブラシ１の動きに対応する速度を確定する。すなわち、速度推定部１１２で推定された現在の推定サイクル平均速度（上線付きＶ_ｅ［ｎ_ｎｏｗ］）を上記式（９）に当てはめることにより、より正確な速度（上線付きＶ［ｎ_ｎｏｗ］）を確定することができる。次に処理はステップＳ９０７に進む。

ステップＳ９０７において、制御部１１０は、作動スイッチ１０がオフであるか否かを判定する。ステップＳ９０７において、制御部１１０は、作動スイッチ１０がオフであると判定した場合（ステップＳ９０７：ＹＥＳ）には、処理は終了する。一方で、ステップＳ９０７において、制御部１１０は、作動スイッチ１０がオフでないと判定した場合（ステップＳ９０７：ＮＯ）には、処理は、ステップＳ９０２に戻り、ステップＳ９０２からの処理を繰り返し実施する。

（速度推定処理）
次に、図９のステップＳ９０３における速度推定処理について、図１０のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ１００１において、第１単位変換処理部１１２ａは、センサ情報取得部１１１で取得した加速度の値をＳＩ単位系（国際単位系）に変換する。第１単位変換処理部１１２ａにおける単位系の変換は、上述の式（１）に基づいて実施される。次に処理はステップＳ１００２に進む。

ステップＳ１００２において、絶対値化処理部１１２ｂは、第１単位変換処理部１１２ａにおいて、ＳＩ単位系に変換された加速度（ａ）の絶対値化を行う。絶対値化処理部１１２ｂにおける絶対値化の処理は、第１移動平均処理部１１２ｃで１サイクル当りの平均加速度の大きさを求める為に実施される。次に処理はステップＳ１００３に進む。

ステップＳ１００３において、第１移動平均処理部１１２ｃは、絶対値化処理部１１２ｂで絶対値化を行った加速度（ａ_ａ）に対し、予測される１サイクルの区間で移動平均を算出する。すなわち、第１移動平均処理部１１２ｃは、所定の区間を１サイクルにして、サイクル当りの平均加速度を求める。第１移動平均処理部１１２ｃにおいては、上述の式（２）で示される処理が実施される。次に処理はステップＳ１００４に進む。

ステップＳ１００４において、推定サイクル平均速度決定部１１２ｄは、第１移動平均処理部１１２ｃで算出した加速度の移動平均を、推定サイクル平均速度（推定速度、上線付きＶ_ｅ）として決定する。本実施形態においては、推定サイクル平均速度決定部１１２ｄは、移動平均処理された加速度（ａ_ｍ）を推定サイクル平均速度（推定速度）として決定する。これは、例えば、電動歯ブラシ１を所定の方向に往復運動させる場合、加速度が三角関数に近似され、「加速度≒速度」となる特徴に基づくものである。その後処理は、図９に示すフローチャートのステップＳ９０３に戻る。

（平均速度算出処理）
次に、図９のステップＳ９０４における平均速度算出処理について、図１１のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ１１０１において、第２単位変換処理部１１３ａは、センサ部１１で取得した加速度をＳＩ単位系（国際単位系）に変換する。第２単位変換処理部１１３ａで実施される単位変換処理は、上述の第１単位変換処理部１１２ａと同様、上記式（１）に基づいて実施される。次に処理はステップＳ１１０２に進む。

ステップＳ１１０２において、第１ローパス処理部１１３ｂは、第２単位変換処理部１１３ａでＳＩ単位に変換された加速度（ａ_ｓ）に対しローパス処理を行う。第１ローパス処理部１１３ｂにおいては、上述の式（３）に示すように、一般的なローパス処理が実施される。ステップＳ１１０２において、第１ローパス処理部１１３ｂは、加速度の低周波成分を通過させる、すなわち高周波成分を除去することにより、電動歯ブラシ１の駆動や反力等の高周波ノイズを除去することが可能となる。次に処理はステップＳ１１０３に進む。

ステップＳ１１０３において、ハイパス処理部１１３ｃは、第１ローパス処理部１１３ｂでローパス処理を行った加速度（ａ_ｌ）に対し、ハイパス処理を行う。ハイパス処理部１１３ｃにおいては、上述の式（４）に示すように、一般的なハイパス処理が実施される。ステップＳ１１０３において、ハイパス処理部１１３ｃは、加速度の高周波成分を通過させる、すなわち低周波成分を除去することにより、電動歯ブラシ１に対してかかる重力の成分を除去することが可能となる。次に処理はステップＳ１１０４に進む。

ステップＳ１１０４において、速度算出部１１３ｄは、ハイパス処理部１１３ｃでハイパス処理を行った結果に対して、積分処理による速度算出を行う。速度算出部１１３ｄにおいては、上述の式（５）に示すように、積分処理が実施される。次に処理はステップＳ１１０５に進む。

ステップＳ１１０５において、第２ローパス処理部１１３ｅは、速度算出部１１３ｄで算出された速度（Ｖ_ｉ）に対し、ローパス処理を行う。第２ローパス処理部１１３ｅにおいては、上述の式（６）に示すように、一般的なローパス処理が実施される。次に処理はステップＳ１１０６に進む。

ステップＳ１１０６において、第２移動平均処理部１１３ｆは、第２ローパス処理部１１３ｅでローパス処理を行った速度（Ｖ_ｌ）に対し、予測される１サイクルの区間で移動平均処理を行う。具体的には、上述の式（７）に示される処理が行われる。次に処理はステップＳ１１０７に進む。

ステップＳ１１０７において、平均速度確定処理部１１３ｇは、第２移動平均処理部１１３ｆで算出された速度の移動平均（Ｖ_ｍ）に対し、最大速度、最小速度間の平均速度を算出する。具体的には、上述の式（８）により平均速度が算出される。その後処理は、図９に示すフローチャートのステップＳ９０４に戻る。

上述の通り、速度算出装置１００は、センサ情報取得部１１１と、速度推定部１１２と、平均速度算出部１１３と、関係情報算出部１１４と、速度確定部１１５とを備える。センサ情報取得部１１１は、電子機器にかかる加速度に関するセンサ情報を、加速度センサから取得する。速度推定部１１２は、センサ情報に基づいて、電子機器の動きに対して推定される推定速度を算出する。平均速度算出部１１３は、センサ情報に対してフィルタ処理及び積分処理を行い、電子機器の動きに対応する平均速度を算出する。関係情報算出部１１４は、推定速度と、平均速度との対応関係を示す関係情報を算出する。速度確定部１１５は、関係情報と、速度推定部１１２で算出された現在の推定速度と、に基づいて、現在の電子機器の動きに対応する速度を確定する。

すなわち、速度算出装置１００は、電子機器の動きに対して推定される推定速度と、電子機器の動きに対応する平均速度との対応関係を示す関係情報を用いて、電子機器の動きに対応する速度を算出する。これにより、速度算出装置１００は、単に電子機器の動きに対して推定される推定速度を電子機器の動きに対応する速度として算出するよりも、より精度よく電子機器に対応する速度を算出することが可能となる。

また、速度算出装置１００の平均速度算出部１１３のフィルタ処理は、高周波成分を除去するローパスフィルタ処理を含んでもよい。これにより、速度算出装置１００は、電子機器の動きに対応する速度の算出において、電子機器の駆動や反力等の高周波ノイズを除去することが可能となる。

また、速度算出装置１００の平均速度算出部１１３のフィルタ処理は、低周波成分を除去するハイパスフィルタ処理をさらに含んでもよい。これにより、速度算出装置１００は、電子機器の動きに対応する速度の算出において、低周波成分を除去することにより、電子機器に対してかかる重力の成分を除去することが可能となる。

また、速度算出装置１００の関係情報算出部１１４は、最小二乗法により、電子機器の動きに対して推定される推定速度と、電子機器の動きに対応する平均速度との対応関係を示す関係情報を算出してもよい。これにより、速度算出装置１００は、推定速度と平均速度の対応関係をより正確に示す関係情報を算出することが可能となる。

また、速度算出装置１００の平均速度算出部１１３は、さらに移動平均処理を行うことにより、平均速度を算出してもよい。これにより、移動平均処理された結果が、実際の速度に対応する時間よりも遅れて現れるため、所定の区間における平均速度と、移動平均処理を行った速度との対応付けが容易となる。そのため、速度算出装置１００は、平均速度の算出においてより精度を高めることが可能となる。

（他の実施形態）
以上、本実施形態を説明したが、実施形態はこれらに限定されるものではなく、実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。また、さまざまな実施形態の一部又は全部を組み合わせて新たな実施形態とすることも可能である。すなわち、上述の実施形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲、又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

上述の実施形態においては、電子機器として電動歯ブラシ１である場合の実施形態を示した。本実施形態に係る速度算出装置１００は、電子機器を使用するユーザの手の動きを判定するための装置として、例えば、アイロンや電動シェーバー等に適用してもよい。この場合、上述の電動歯ブラシ１の場合においては、１．２秒としていた１サイクルの間隔を電子機器に合わせて、１．２秒より短い時間又は長い時間に設定してもよい。また、速度算出装置１００の適用においては、ユーザが手で把持する電子機器に限定するものではなく、例えば、速度算出装置１００が適用可能な電子機器は、ユーザの体に装着するものであってもよい。これにより、所定の目的に合わせてユーザの体の動きが適切か否かを判定することが可能な速度算出装置１００を実現することが可能となる。

また、上述した速度算出方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム（速度算出プログラム）及びそのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体は、本実施形態の範囲に含まれる。ここで、コンピュータで読み取り可能な記録媒体の種類は任意である。また、上述のコンピュータプログラムは、上述の記録媒体に記録されたものに限られず、電気通信回線、無線又は有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク等を経由して伝送されるものであってもよい。

以下に、本実施形態に係る速度算出装置１００、速度算出方法、及び速度算出プログラムの特徴について記載する。

（１）電子機器に設けられ、電子機器の動きに対応する速度を算出する速度算出装置１００は、以下の構成を有する。
（ｉ）電子機器にかかる加速度に関するセンサ情報を、加速度センサから取得するセンサ情報取得部１１１を含む。
（ｉｉ）センサ情報に基づいて、電子機器の動きに対して推定される推定速度を算出する速度推定部１１２を含む。
（ｉｉｉ）センサ情報に対してフィルタ処理及び積分処理を行い、電子機器の動きに対応する平均速度を算出する平均速度算出部１１３を含む。
（ｉｖ）推定速度と、平均速度との対応関係を示す関係情報を算出する関係情報算出部１１４を含む。
（ｖ）関係情報と、速度推定部１１２で算出された現在の推定速度と、に基づいて、現在の電子機器の動きに対応する速度を確定する速度確定部１１５を含む。

本開示によれば、速度算出装置１００は、電子機器の動きに対して推定される推定速度と、電子機器の動きに対応する平均速度との対応関係を示す関係情報を用いて、電子機器の動きに対応する速度を算出する。これにより、速度算出装置１００は、単に電子機器の動きに対して推定される推定速度を電子機器の動きに対応する速度として算出するよりも、より精度よく電子機器に対応する速度を算出することが可能となる。

（２）フィルタ処理は、高周波成分を除去するローパスフィルタ処理を含んでもよい。

本開示によれば、速度算出装置１００は、電子機器の動きに対応する速度の算出において、電子機器の駆動や反力等の高周波ノイズを除去することが可能となる。

（３）フィルタ処理は、低周波成分を除去するハイパスフィルタ処理をさらに含んでもよい。

本開示によれば、速度算出装置１００は、電子機器の動きに対応する速度の算出において、低周波成分を除去することにより、電子機器に対してかかる重力の成分を除去することが可能となる。

（４）関係情報算出部１１４は、最小二乗法により、関係情報を算出してもよい。

本開示によれば、速度算出装置１００は、推定速度と平均速度の対応関係をより正確に示す関係情報を算出することが可能となる。

（５）平均速度算出部１１３は、さらに移動平均処理を行うことにより、平均速度を算出してもよい。

本開示によれば、速度算出装置１００は、移動平均処理された結果が、実際の速度に対応する時間よりも遅れて現れるため、所定の区間における平均速度と、移動平均処理を行った速度との対応付けが容易となる。そのため、速度算出装置１００は、平均速度の算出においてより精度を高めることが可能となる。

（６）コンピュータによって実行される速度算出方法は、以下の処理を有する。
（ｉ）電子機器にかかる加速度に関するセンサ情報を、加速度センサから取得する処理を含む。
（ｉｉ）センサ情報に基づいて、電子機器の動きに対して推定される推定速度を算出する処理を含む。
（ｉｉｉ）センサ情報に対してフィルタ処理及び積分処理を行い、電子機器の動きに対応する平均速度を算出する処理を含む。
（ｉｖ）推定速度と、平均速度との対応関係を示す関係情報を算出する処理を含む。
（ｖ）関係情報と、現在の推定速度と、に基づいて、現在の電子機器の動きに対応する速度を確定する処理を含む。

本開示によれば、速度算出方法は、電子機器の動きに対して推定される推定速度と、電子機器の動きに対応する平均速度との対応関係を示す関係情報を用いて、電子機器の動きに対応する速度を算出する。これにより、速度算出方法は、単に電子機器の動きに対して推定される推定速度を電子機器の動きに対応する速度として算出するよりも、より精度よく電子機器に対応する速度を算出することが可能となる。

（７）コンピュータに実行させるための速度算出プログラムは、以下の処理を有する。
（ｉ）電子機器にかかる加速度に関するセンサ情報を、加速度センサから取得する処理を含む。
（ｉｉ）センサ情報に基づいて、電子機器の動きに対して推定される推定速度を算出する処理を含む。
（ｉｉｉ）センサ情報に対してフィルタ処理及び積分処理を行い、電子機器の動きに対応する平均速度を算出する処理を含む。
（ｉｖ）推定速度と、平均速度との対応関係を示す関係情報を算出する処理を含む。
（ｖ）関係情報と、現在の推定速度と、に基づいて、現在の電子機器の動きに対応する速度を確定する処理を含む。

本開示によれば、速度算出プログラムは、電子機器の動きに対して推定される推定速度と、電子機器の動きに対応する平均速度との対応関係を示す関係情報を用いて、電子機器の動きに対応する速度を算出する。これにより、速度算出プログラムは、単に電子機器の動きに対して推定される推定速度を電子機器の動きに対応する速度として算出するよりも、より精度よく電子機器に対応する速度を算出することが可能となる。

本開示は、ユーザが保持して所定の方向に移動させながら使用する電子機器に適用可能である。具体的には、電動歯ブラシ、電動シェーバー、アイロンなどに、本開示は適用可能である。

１ 電動歯ブラシ
１０ 作動スイッチ
１１ センサ部
１００ 速度算出装置
１１１ センサ情報取得部
１１２ 速度推定部
１１３ 平均速度算出部
１１４ 関係情報算出部
１１５ 速度確定部
１１６ 出力部
１２１ センサ情報ＤＢ

Claims (7)

1. 電子機器に設けられ、前記電子機器の動きに対応する速度を算出する速度算出装置であって、
   前記電子機器にかかる加速度に関するセンサ情報を、加速度センサから取得するセンサ情報取得部と、
   前記センサ情報に基づいて、前記電子機器の動きに対して推定される推定速度を算出する速度推定部と、
   前記センサ情報に対してフィルタ処理及び積分処理を行い、前記電子機器の動きに対応する平均速度を算出する平均速度算出部と、
   前記推定速度と、前記平均速度との対応関係を示す関係情報を算出する関係情報算出部と、
   前記関係情報と、前記速度推定部で算出された現在の前記推定速度と、に基づいて、現在の前記電子機器の動きに対応する前記速度を確定する速度確定部と、を備える速度算出装置。
2. 前記フィルタ処理は、高周波成分を除去するローパスフィルタ処理を含む、請求項１に記載の速度算出装置。
3. 前記フィルタ処理は、低周波成分を除去するハイパスフィルタ処理をさらに含む、請求項２に記載の速度算出装置。
4. 前記関係情報算出部は、最小二乗法により、前記関係情報を算出する、請求項１から３のいずれか一項に記載の速度算出装置。
5. 前記平均速度算出部は、さらに移動平均処理を行うことにより、前記平均速度を算出する、請求項１から４のいずれか一項に記載の速度算出装置。
6. コンピュータによって実行される速度算出方法であって、
   電子機器にかかる加速度に関するセンサ情報を、加速度センサから取得し、
   前記センサ情報に基づいて、前記電子機器の動きに対して推定される推定速度を算出し、
   前記センサ情報に対してフィルタ処理及び積分処理を行い、前記電子機器の動きに対応する平均速度を算出し、
   前記推定速度と、前記平均速度との対応関係を示す関係情報を算出し、
   前記関係情報と、現在の前記推定速度と、に基づいて、現在の前記電子機器の動きに対応する速度を確定する、速度算出方法。
7. 電子機器にかかる加速度に関するセンサ情報を、加速度センサから取得し、
   前記センサ情報に基づいて、前記電子機器の動きに対して推定される推定速度を算出し、
   前記センサ情報に対してフィルタ処理及び積分処理を行い、前記電子機器の動きに対応する平均速度を算出し、
   前記推定速度と、前記平均速度との対応関係を示す関係情報を算出し、
   前記関係情報と、現在の前記推定速度と、に基づいて、現在の前記電子機器の動きに対応する速度を確定する処理を、コンピュータに実行させるための速度算出プログラム。

Images