JP2787143B2 - 運動変化検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は対象とする運動物体のリ
アルタイムでの運動変化の検出装置と制御装置に関す
る。

【０００２】車両の走行状態、エンジンの運動状態、機
械の運動状態、機械振動状態、飛行中および点検中の航
空機の機体振動（運動）状態等における異常運動及び異
常振動の検出装置とその制御装置とに関する。

【０００３】タービン流量計等各種流量計を用いた流量
変化検出制御装置、及び各種流速、圧力計等を用いた流
れの運動、圧力変化及び振動検出装置に関する。

【０００４】生体の運動信号を対象とする場合には、例
えば人体の心拍（脈拍）変化検出装置とこの装置を利用
した車両の居眠り運転防止装置や、エヤロバイク、トレ
ッドミル等の運動量に対する最適負荷量の制御可能な運
動機械、器具装置等に関する。

【０００５】また対象とする運動物体から検出される信
号が、対象物体から散乱もしくは放射された電磁波（お
よび超音波）のドップラー信号（或は単に検出対象の変
位量に比例するパルス信号）の場合、それを利用してい
るすべての機械機器の運動変化検出装置に関する。

【０００６】

【従来の技術】従来のリアルタイムでの運動変化検出装
置においては、変位検出器から検出された変位信号の変
化を測定することによるものと、速度検出器から検出さ
れた速度信号の変化を測定することによるものと、加速
度検出器から検出された加速度信号の変化とを計測する
ことによって運動変化を検出する方法が取られていた。

【０００７】しかし、それら検出信号が、対象物体の運
動の微少変化検出に使われる場合、一般にその変化量は
小さい。従って変化量を大きく抽出するために、それら
信号を微分する手段も使われるが、信号にはノイズが含
まれていることが多く、ノイズも同時に微分され、その
微少運動変化の正確な検出は、困難となることが多い。

【０００８】また、運動変化検出装置が、工業機械、工
業生産ライン上の異常検出に使用される場合、運動変化
検出信号はアナログ信号で、電気環境条件の悪い箇所で
の異常検出においては、異常検出の為のアナログ信号の
しきい値レベルを高く設定するために、異常検出された
ときには、もう既に機械やラインにある程度の破損を及
ぼしているのが実状のようである。

【０００９】また、異常検出の確実性を高めるために、
アナログ信号にハイパスフィルターを使用すると、微少
な運動変化の検出信号もノイズと共に除去され、早期異
常検出の信頼性を欠いているのが、実状のようである。

【００１０】また車両、船舶の運転者や機械のオペレー
ターである人体の心拍（脈拍）変化や他の生体信号を利
用した車両、船舶、機械の居眠り運転防止装置、さらに
車両、船舶、機械の運転者、航空機の操縦者が運転操縦
不能な身体異常をきたした時の異常検出装置とその自動
運転、自動操縦への切り替え装置、さらにその逆の機械
の異常検出による、自動運転（操縦）から手動運転（操
縦）への切り替え装置、また走行中の車両でのパンクや
道路面の露結等によるスリップや、レールの異常等によ
る車輪の回転異常を早期に検出し、その異常警告発生装
置や自動運転への一時切り替え装置等は、まだリアルタ
イムでの検出信号に対する信頼性が低く、未だ実用化さ
れていないのが実状のようである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
技術上のリアルタイムでの運動変化を認識する検出信号
の問題点を解消し、Ｓ／Ｎ比、信頼性、正確度が高い運
動変化検出装置とその検出信号を利用した制御装置の提
供を目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、運動に比例する信号の性質により３つに
分け、それらを次のような手段で構成する。

【００１３】第１の構成は、対象とする運動物体の運動
を信号として抽出するために、その運動が時系列化され
たパルスの時間間隔に比例する信号として抽出される場
合、その信号化手段と、

【００１４】前記信号抽出手段より抽出された時系列信
号から、パルスの時間間隔もしくは分周化手段により分
周されたパルスの時間間隔を連続計測しその時間をパラ
メータＴとするデジタル化手段と、

【００１５】デジタル化手段によりサンプル抽出された
パラメータＴを時間列 1、2、3、・・mに基ずいて、直接もし
くは適当な平滑手段を施しＴ1、Ｔ2、Ｔ3、・・Ｔmと時
系列化し、それらＴの任意時間間隔ｎ（ｎ＝1、2、3、・・
・）での差、即ちＴmとＴm-nとの差に比例する量を時刻
ｔmでの１次差分値 △Ｔm,nとして求める微分出力手段
と、

【００１６】前記微分出力手段により入力された時系列
△Ｔj,n（ｊ＝1、2、3、・・・m）の 任意時間間隔ｋ（ｋ＝1、
2、3、・・・）での差、即ち△Ｔm,nと△Ｔm-k,nとの差に比
例する量を時間ｔmでの２次差分値 △²Ｔmn,kとして求
める２次微分出力手段と、

【００１７】前記微分出力手段により入力された時系列
△Ｔj,n（ｊ＝1、2、3、・・・m）の ａ乗値の、任意時間間隔
ｋでの差、即ち（△Ｔm,n）^aと（△Ｔm-k,n）^aとの差に
比例する量を時刻ｔmでのａ乗値の差分値として求めそ
の時系列化されたパラメータを時刻ｔmのａ乗アクショ
ン、更に△Ｔm,nと△Ｔm-k,nとの和に比例する量と前記
２次微分出力手段から得られた△²Ｔmn,kとの積を加速
度アクションとし時刻ｔm の時系列化されたパラメータ
をそれぞれアクションＡＣｍ、ＡＣｍ’とするアクショ
ン出力手段と、

【００１８】前記微分出力手段により入力された△Ｔm,
n と、２次微分出力手段より入力された△²Ｔmn,kとの
積を求め、その積の時系列化されたパラメータを時刻ｔ
mのパワー、Ｐm とするパワー出力手段と

【００１９】予期される運動変化の特徴を抽出するため
に、その変化に対応する前記出力手段で出力されたアク
ションＡＣｍ、ＡＣｍ’とパワーＰｍの波形変化の認識
から特徴を抽出する波形認識出力手段と

【００２０】前記アクションＡＣｍ、ＡＣｍ’とパワー
Ｐｍに対して別途設定された設定運動変化量に比例する
しきい値とのレベル比較認識の出力手段と

【００２１】前記運動変化を制御する必要のある時、前
記アクションＡＣｍ、ＡＣｍ’とパワーＰｍに対して別
途設定されたレベルからの変位量を運動変化の制御に変
換する制御出力手段とからなる。

【００２２】第２の構成は前記の信号抽出手段より抽出
された時系列信号から、一定時間間隔のパルス数を別途
定められたサンプリング時間間隔で連続計測しそのパル
ス数をパラメータＦとするデジタル化手段と、

【００２３】このデジタル化手段によりサンプル抽出さ
れたパラメータＦをサンプリングされた時間列 1、2、3、・
・m に基ずいて、直接もしくは適当な平滑手段を施しＦ
1、Ｆ2、Ｆ3、・・・Ｆmと時系列化し、それらＦの任意
時間間隔ｎ（ｎ＝1、2、3、・・・）での差、即ちＦmとＦm-n
との差に比例する量をｍ番目のサンプリング時刻ｔmで
の１次差分値 △Ｆm,nとして求める微分出力手段と、

【００２４】前記微分出力手段により入力された時系列
△Ｆj,n（ｊ＝1、2、3、・・・m）の 任意時間間隔ｋ（ｋ＝1、
2、3、・・・）での差、即ち△Ｆm,nと△Ｆm-k,nとの差に比
例する量をサンプリング時刻ｔmでの２次差分値 △²Ｆm
n,kとして求める２次微分出力手段と、

【００２５】前記微分手段により入力された時系列△Ｆ
j,n（ｊ＝1、2、3、・・・m）の ａ乗値の、任意時間間隔ｋで
の差、即ち（△Ｆm,n）^aと（△Ｆm-k,n）^aとの差に比例
する量をサンプリング時刻ｔmでのａ乗値の差分値とし
て求めその時系列化されたパラメータを時刻ｔmのａ乗
アクション、更に△Ｆm,nと△Ｆm-k,nとの和に比例する
量と、前記２次微分出力手段から得られた△²Ｆmn,kと
の積を、加速度アクションとし時刻ｔm の時系列化され
たパラメータをそれぞれアクションＦＡＣｍ、ＦＡＣ
ｍ’とするアクション出力手段と、

【００２６】微分出力手段により入力されたパラメータ
△Ｆm,n と、２次微分出力手段より入力されたパラメー
タ△²Ｆmn,kとの積を求め、その積の時系列化されたパ
ラメータをサンプリング時刻ｔmのパワー、ＦＰmとする
パワー出力手段と

【００２７】予期される運動変化の特徴を抽出するため
に、その変化に対応する前記出力手段で出力されたアク
ションＦＡＣｍ、ＦＡＣｍ’とパワーＦＰｍの波形変化
の認識から特徴を抽出する波形認識出力手段と

【００２８】前記アクションＦＡＣｍ、ＦＡＣｍ’とパ
ワーＦＰｍに対して別途設定された設定運動変化量に比
例するしきい値とのレベル比較認識の出力手段と

【００２９】前記運動変化を制御する必要のある時、前
記アクションＦＡＣｍ、ＦＡＣｍ’とパワーＦＰｍに対
して別途設定されたレベルからの変位量を運動変化の制
御に変換する制御出力手段とからなる。

【００３０】第３の構成は、対象とする運動物体の運動
を信号として抽出するために、その運動をアナログ信号
に比例する信号として抽出する信号化手段と、

【００３１】この信号抽出手段より抽出されたアナログ
時系列信号から、別途定められたサンプリング時間間隔
で連続計測しそのアナログ量をパラメータＡＮとするデ
ジタル化手段と、

【００３２】このデジタル化手段によりサンプル抽出さ
れたパラメータＡＮをサンプリングされた時間列 1、2、
3、・・・m に基ずいて、直接もしくは適当な平滑手段を施
しＡＮ1、ＡＮ2、ＡＮ3、・・・ＡＮmと時系列化し、そ
れらＡＮの任意時間間隔ｎ（ｎ＝1、2、・・）での差、即ち
ＡＮmとＡＮm-nとの差に比例する量をｍ番目のサンプリ
ング時刻ｔmでの１次差分値 △ＡＮm,nとして求める微
分出力手段と、

【００３３】前記微分出力手段により入力された時系列
△ＡＮj,n（ｊ＝1、2、3、・・・m）の 任意時間間隔ｋ（ｋ＝
1、2、3、・・・）での差、即ち△ＡＮm,nと△ＡＮm-k,nとの
差に比例する量をサンプリング時刻ｔmでの２次差分値
△²ＡＮmn,kとして求める２次微分出力手段と、

【００３４】前記微分手段により入力された時系列△Ａ
Ｎj,n（ｊ＝1、2、・・m）の ａ乗値の、任意時間間隔ｋで
の差、即ち（△ＡＮm,n）^aと（△ＡＮm-k,n）^aとの差に
比例する量を時刻ｔmでのａ乗値の差分値として求めそ
の時系列化されたパラメータを時刻ｔmのａ乗アクショ
ン、更に△ＡＮm,nと△ＡＮm-k,nとの和に比例する量と
前記２次微分出力手段から得られた△²ＡＮmn,kとの積
を加速度アクションとし時刻ｔm の時系列化されたパラ
メータをそれぞれアクションＡＮＡＣｍ、ＡＮＡＣｍ’
とするアクション出力手段と、

【００３５】微分出力手段により入力された△ＡＮm,n
と、２次微分出力手段より入力された△²ＡＮmn,kとの
積を求め、その積の時系列化されたパラメータをサンプ
リング時刻ｔmのパワー、ＡＮＰmとするパワー出力手段
と

【００３６】予期される運動変化の特徴を抽出するため
に、その変化に対応する前記出力手段により出力された
アクションＡＮＡＣｍ、ＡＮＡＣｍ’とパワーＡＮＰｍ
の波形変化の認識から特徴を抽出する波形認識出力手段
と

【００３７】前記アクションＡＮＣｍ、ＡＮＡＣｍ’と
パワーＡＮＰｍに対して別途設定された設定運動変化量
に比例するしきい値とのレベル比較認識の出力手段と

【００３８】前記運動変化を制御する必要のある時、前
記アクションＡＮＣｍ、ＡＮＡＣｍ’とパワーＡＮＰｍ
に対して別途設定されたレベルからの変位量を運動変化
の制御に変換する制御出力手段とからなる。

【００３９】

【作用】第１の構成のように手段を構成したことによ
り、次の作用が働く。

【００４０】対象とする運動物体の運動が時系列化され
たパルスの時間間隔に比例する信号化手段より抽出され
た時系列信号の、パルスの時間間隔もしくは分周された
パルスの時間間隔をパラメータＴとするデジタル化手段
は、パルスの時間間隔Ｔへの電気的なノイズの混入を防
止し、運動そのものに付随するノイズはＴへ残し、その
運動変化を忠実にリアルタイムで再現する作用がある。
即ち、パルスの時間間隔Ｔを、一般化された運動変位記
述パラメータとする作用がある。このパラメータ化は機
械運動の記述のみならず、例えば生体の脈拍間隔はパラ
メータＴと表示することができるので、心臓の運動変化
を生体が置かれた環境変化による生体の運動或は状態変
化をもパラメータＴで記述できる作用がある。

【００４１】このデジタル化手段によりサンプル抽出さ
れたパラメータＴをＴ1、Ｔ2、Ｔ3、・・Ｔmと時系列化
し、それらＴの任意時間間隔ｎ（ｎ＝1、2、3、・・）での
差、即ちＴmとＴm-nとの差に比例する量を時刻ｔmでの
１次差分値 △Ｔm,nとして求める微分出力手段は、先に
適度な平滑手段の施されていないパラメータＴの速度成
分を算出する際にも、時間間隔ｎを適当に選ぶことによ
り運動そのものに付随するノイズの影響が弱められた速
度成分を得る作用がある。更にＴmとＴm-nとの差に比例
する量をそのべき乗値とするとそのＳ／Ｎ比を一層上げ
る作用がある。

【００４２】前記微分出力手段により入力された時系列
△Ｔj,n（ｊ＝1、2、3、・・・m）の 任意時間間隔ｋ（ｋ＝1、
2、3、・・・）での差、即ち△Ｔm,nと△Ｔm-k,nとの差に比
例する量を時間ｔmでの２次差分値 △²Ｔmn,kとして求
める２次微分出力手段は、パラメータＴの加速度成分を
算出する際に、時間間隔ｋを適当に選ぶことによりＴの
速度成分上に変換された運動そのものに付随するノイズ
の影響が弱められた加速度成分を得る作用がある。更
に、△Ｔm,nと△Ｔm-k,nとの差に比例する量をそのべき
乗値とするとそのＳ／Ｎ比を一層上げる作用がある。

【００４３】前記微分出力手段により入力された時系列
△Ｔj,n（ｊ＝1、2、3、・・・m）の ａ乗値の、任意時間間隔
ｋでの差、即ち（△Ｔm,n）^aと（△Ｔm-k,n）^aとの差に
比例する量を時刻ｔmでのａ乗値の差分値として求めそ
の時系列化されたパラメータを時刻ｔmのａ乗アクショ
ン、更に△Ｔm,nと△Ｔm-k,nとの和に比例する量と前記
２次微分出力手段から得られた△²Ｔmn,kとの積を加速
度アクションとしそれぞれ時刻ｔm の時系列化されたパ
ラメータをアクションＡＣｍ、ＡＣｍ’とするアクショ
ン出力手段は、ａ乗アクションが２乗アクションの場
合、ＡＣｍとＡＣｍ’とは同一である。また、それら
は、下記の数式１に表示されるように、前記２次微分出
力手段で得られた加速度成分と前記微分出力手段で得ら
れた速度成分の時刻ｍとｍ−ｋとの加算平均値の積なの
で、時間間隔ｋを最適に選択することにより、前記２次
微分出力手段で得られる加速度成分を大きく増幅した、
しかもＳ／Ｎ比の高い信号を得る作用がある。

【数１】

【００４４】 ＡＣm’=（△Ｔm,n−△Ｔm-k,n）・（△Ｔm,n＋△Ｔm-k,n）

【００４５】更に、加速度成分だけを一層増幅したい場
合は、そのべき乗値として出力される△²Ｔmn,kとの積
である下記の数式２の加速度アクションを出力する作用
がある。この時、出力される各々のアクションＡＣm、
ＡＣm’は、時系列化されている信号なのでその適度な
平滑手段をとればＳ／Ｎ比を一層高める作用がある。

【数２】

【００４６】 ＡＣｍ＝△²Ｔmn,k ・（△Ｔm,n＋△Ｔm-k,n）

【００４７】前記微分出力手段により入力されたパラメ
ータ△Ｔm,n と、２次微分出力手段より入力されたパラ
メータ△²Ｔmn,kとの積を求め、その積の時系列化され
たパラメータを時刻ｔmのパワー、Ｐmとするパワー出力
手段は、△Ｔm,nと△²Ｔmn,kとが速度成分と加速度成分
とに１次比例する時、既にＳ／Ｎ比が向上されている、
速度成分と加速度成分との積に比例する量なので、更に
Ｓ／Ｎ比が高められたパワー、即ち単位時間当りのエネ
ルギーに比例する量を出力する作用がある。つまり、そ
のパワーが、下記の数式３とも表示されるので、時間間
隔ｋを最適に選択することにより、時刻ｍで速度成分が
ある程度存在すれば、時刻ｍ−ｋからの速度変化（加速
度）に起因するパワー変化を大きく増幅出力する作用が
ある。

【数３】

【００４８】Ｐm＝△Ｔm,n・（△Ｔm,n−△Ｔm-k,n）

【００４９】また、２乗アクションと同様に、△Ｔm,n
と△Ｔm-k,nとの差のべき乗に比例する△²Ｔmn,kを用い
て出力されるパワーＰｍは、加速度変化のＳ／Ｎ比を一
層高めた出力となる。また、これらは時系列化されてい
る信号なのでその適度な平滑手段をとればＳ／Ｎ比を更
に向上させる作用がある。

【００５０】予期される運動変化の特徴を抽出するため
に、その変化に対応する前記出力手段で出力されたアク
ションＡＣｍ、ＡＣｍ’とパワーＰｍの波形変化の認識
から特徴を抽出する波形認識出力手段は、前記手段で出
力される各々のアクションとパワーが信頼性、Ｓ／Ｎ比
の高い信号なので、２つの信号を同時に使用することに
より目的とされる運動変化の確実な認識検出をする作用
がある。

【００５１】前記各々のアクションとパワーに対して別
途設定された設定運動変化量に比例するしきい値とのレ
ベル比較認識の出力手段は前記手段で出力される各々の
アクションとパワーがＳ／Ｎ比の高い信号なので、設定
されるしきい値もＳ／Ｎ比が高く、運動変化検出が正確
に信号のレベル比較でできる作用がある。

【００５２】従って、前記アクションとパワーが機械的
な運動している操作、或は監視される側の対象物から出
力されている場合、その比較検出結果はその運動を監視
したり、操っているオペレータへ認知させる指令作用が
ある。オペレータが人間である場合、視聴臭覚や感覚に
認識させる装置を、またオペレータが別の機器や機械で
ある場合はその制御装置を、別途定められた操作手順に
安全確実に従うよう指令する作用がある。

【００５３】また、逆に前記アクションとパワーが操
作、或は監視する側の機械的或は生体的な運動している
オペレータ側から出力されている場合、その比較検出結
果はそのオペレータ自身へ認知させる指令作用がある。
オペレータが人間である場合、視聴臭覚や感覚に認識さ
せる装置や、そのオペレータを操作、或は監視任務から
切り放し、別途定められた操作手順に安全確実に従うよ
う、別の機械機器や制御装置を切り替え作動させる作用
がある。オペレータが別の機器や機械である場合は、そ
の制御装置を別途定められた操作手順に安全確実に従う
よう切り替え作動指令をする作用がある。

【００５４】前記運動変化を制御する必要のある時、前
記アクションとパワーに対して別途設定されたレベルか
らの変位量を運動変化の制御量に変換し出力する制御出
力手段は、別途設定された運動からの変動をなくする作
用や、別途設定された運動からの大きなずれを元に戻す
作用や、別途定められた最適な運動をするように自動制
御する作用がある。

【００５５】第２の構成のように手段を構成したことに
より、次の作用が働く。対象とする運動物体の運動が時
系列化したパルスの時間間隔に比例する信号化手段より
抽出されたパルスの時系列信号の、別途指定された時間
間隔のパルス数を、さらに先の別途指定された時間より
長いサンプリング時間間隔で連続計測しそのパルス数を
パラメータＦとするデジタル化手段は、パルスの時系列
信号上への電気的なノイズパルスの混入する影響を微少
なものとする作用がある。よって、運動によるノイズは
パルス数に残されたまま運動変化を忠実にリアルタイム
で再現し、パルス数Ｆを、一般化された運動変位記述パ
ラメータとする作用がある。

【００５６】このデジタル化手段によりサンプル抽出さ
れたパラメータＦをサンプリングされた時間列 1、2、3、・
・・m に基ずいてＦ1、Ｆ2、Ｆ3、・・・Ｆmと時系列化す
ると、第２の構成のように構成した残りの手段は、前記
第１の構成に対応する残りの各手段の作用と同じ作用を
なす。

【００５７】第３の構成のように手段を構成したことに
より、次の作用が働く。対象とする運動物体の運動を信
号として抽出するために、その運動をアナログ信号に比
例する信号として抽出する信号化手段に関しては、アナ
ログ信号上への電気的ノイズの混入の影響をかなり受け
るが、適当な電気ノイズ除去手段を施してノイズの混入
影響を最小限としたアナログ信号を取り扱う場合には、
除去された電気ノイズと性質の異なる運動ノイズは残さ
れたまま運動変化を忠実にリアルタイムで再現し、その
アナログ量を、連続した運動変位記述パラメータとする
作用がある。

【００５８】この信号抽出手段より抽出された一般化さ
れた連続変位パラメータであるアナログ信号から、別途
指定されたあるサンプリング時間間隔で連続計測しその
アナログ量を変位パラメータＡＮとするデジタル化手段
によりサンプル抽出されたそのパラメータＡＮをサンプ
リングされた時間列 1、2、3、・・・m に基ずいてＡＮ1、Ａ
Ｎ2、ＡＮ3、・・・ＡＮmと時系列化すると、第３の構成
のように構成した残りの手段は、前記第１の構成に対応
する残りの各手段の作用と同等な作用をなす。

【００５９】

【実施例】本発明の運動変化検出装置について図１、図
２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９とを用
いて説明する。

【００６０】図１は、運動変化検出装置の概念を示すブ
ロック図で、対象とする運動物体は複数でもよく、また
それらは、それぞれ独立運動をしていてもよいが、相互
作用をしている様子が物体間の破線で示されている。ま
た検出装置の各手段が並列に処理する様子を図示してい
る。

【００６１】図２は、前記作用の項で述べられた第１の
構成で用いられた運動変化検出装置の各手段の作用とそ
の効果を、説明するためのものである。その検出される
運動変化はノイズを含んだ微少な各種異常変位運動をシ
ミュレーションした疑似信号である。

【００６２】図３、図４、図５、図６は、対象運動物体
を走行中の車両の車輪とし、その回転運動の変化検出の
ためのシミュレーションテスト結果例で、従来の技術を
用いて実施され得る可能性のある異常運動検出方法との
比較結果を示す。

【００６３】図７は、対象運動物体を、機械機器、車
両、船舶、航空機等を操作、運転、操舵、操縦中のオペ
レータの生体から抽出される脈拍変動とし、リアルタイ
ムでの脈拍変動のオペレーションに対する不適性検出、
例えば居眠り状態、心不全状態等の検出のためのシミュ
レーションテスト結果のうち正常状態のもので、脈拍間
隔時間Ｔを運動変位記述パラメータとし、脈拍変動は生
体が置かれている環境に起因するものとしている。

【００６４】図８、図９は、人体の上腕に実施された非
観血血圧測定のデータで、上腕に巻かれたカフは、小型
電動ポンプで加圧されている。対象とする運動変化は、
カフの圧力変動である。その変動は、加圧中はポンプに
起因するものと、カフ圧で圧迫されている動脈血管の管
壁運動に起因するものとからなり、図８は、ポンプによ
る加圧中のデータで、図９は、最高、最低血圧値を測定
するために、ポンプを停止して圧力を一定の排気率で下
げ、それら最高、最低血圧値を与える管壁運動の特徴を
カフ圧力変動から検出した実施例である。

【００６５】図１に於て、１は対象とする生体、もしく
は物体の運動、２ａはその運動変位を信号として抽出す
る信号化手段、３ａはその信号を運動変位記述と後段の
信号処理のため時系列パラメータとするデジタル化手
段、４ａは微分出力手段、５ａは２次微分出力手段、６
ａはアクション出力手段、７ａはパワー出力手段、８ａ
は波形比較、波形認識、レベル比較の判定出力手段、９
ａは３ａ、６ａ、７ａ、８ａの各過程の出力をモニター
するための映像出力手段、１０ａは８ａの判定出力によ
る警報出力手段、１１ａは制御量算出及びその制御出力
手段、１２ａは１１ａの出力で駆動したり、別途指定さ
れた制御手段によって１を駆動する制御装置である。

【００６６】また１３は別の対象となる生体、もしくは
物体の運動で、１と相互作用があり１３を制御する必要
がある場合は、１３に設置された運動変化検出装置の１
１ｂへ１に設置されている運動変化検出装置の８ａから
の出力を入力し１３に対して設置されている制御装置の
１２ｂにより制御される。また、１と１３の情報交換機
能は８ａと８ｂ間の破線で表示されている。そして、こ
れら相互作用、相互情報交換は、１４の別の対象物体を
加えて複数間の入出力にも拡張できる。

【００６７】簡単化するために対象物体数を２として、
説明する。その一例は、１が車両を運転する人間の脈拍
変動で１３が運転されている車両となる。この時、運転
者の居眠り状態や、過度な目まいや、心停止状態等の運
転不能状態が検出されたとすると、８ａと８ｂとの情報
交換により、車両は警報１０ｂを鳴らしスピードを緩め
る等の制御処置を取る。この様な脈拍変動のシミュレー
ションデータの一例が図４に示されてある。

【００６８】ここで２、３、４、５、９、１０と１２の
手段は従来から知られている装置、手段を用いて構成で
きる。４、５は後段で用いれられる信号処理手段に関連
しているので４、５、６、７、８と１１とをまとめて概
説する。

【００６９】第１の構成で用いられたデジタル化手段３
によって出力され、それらに平滑手段が施されていない
時系列信号Ｔmを時刻ｔmの変位パラメータとして説明す
る。また説明に関して、物理的なパラメータとの対応を
重視するために、微分出力手段４、２次微分出力手段５
での比例する差分量はそのべき乗項ではなく、１次比例
する量とする。また、アクション出力手段７でのａ乗は
２乗とし、べき乗項は、１次比例する量とする。実施例
に於ても、物理的なパラメータとの対応を明確にするた
めに同様な出力パラメータを使用した。

【００７０】先ず、対象とする運動変化からノイズを除
去する手段として、時系列信号Ｔmの時刻 ｔm から過去
の時刻ｔm-n までのｎ個の移動平均をとる。移動平均さ
れたＴmの単位時間当りの１次差分は次の数式４で与え
られる。

【００７１】

【数４】△Ｔm,n＝（Ｔm−Ｔm-n）／n

【００７２】次に、１次差分値の時系列信号 △Ｔm,n
の時刻ｔm から過去の時刻 ｔm-k までの k 個の移動平
均をとり、それをもとにした単位時間当りのＴmの２次
差分値は次の数式５で与えられる。

【００７３】

【数５】△²Ｔmn,k＝（△Ｔm,n−△Ｔm-k,n）／k ＝（（Ｔm−Ｔm-n）−（Ｔm-k−Ｔm-k-n））／n／k または ＝（（Ｔm−Ｔm-k）−（Ｔm-n−Ｔm-n-k））／n／k ＝△²Ｔmk,n

【００７４】ここで上式の 1／n、1／k、 1／n／kは常
数なのので省略しても良い。更に、時系列信号Ｔmの時
刻 ｔm から過去の時刻ｔm-n までのｎ個の移動平均と
１次差分値の時系列信号 △Ｔm,n の時刻ｔm から過去
の時刻 ｔm-k までの k 個の移動平均とはどちらを先に
取っても同等なものとなる。この２次差分の物理的な解
釈は n＝k とすると次の様になる。

【００７５】△²Ｔmn,nと表示される２次差分手段は、
△Ｔm,nと△Ｔm-n,nとの大きさを時刻ｔm-nを支点とし
て天秤にかける操作手段で、次数式６で示されるの差分
量を測ることと同等である。

【００７６】

【数６】 △²Ｔmn,n＝（Ｔm−Ｔm-n）−（Ｔm-n−Ｔm-2n）

【００７７】従って、△Ｔm,n と△Ｔm-n,n の各々の絶
対値を天秤にかけると位相が異なっていてもその大きさ
が同程度であれば相互に打ち消し合う。よって振幅変動
が大きく変化するＴm が増幅され、振幅変動がほぼ一定
なノイズや単調な運動変化等は全て除去される。この絶
対値に比例した量を天秤にかける手段が、アクション出
力手段で次式で与えられる。なお絶対値に比例した量を
２乗値とすると次の数式７で示されるように単位時間当
たりの運動エネルギーの大きさを天秤にかける操作手段
である。

【００７８】

【数７】ＡＣm=（△Ｔm,n）²−（△Ｔm-n,n）²

【００７９】ｎがｋに等しくない時は下記の数式８で表
示される様に、時刻ｍとｍ−ｋとでの速度変化つまり加
速度成分とそれら速度成分の加算平均値との積なので、
時間間隔ｋを最適に選択することにより、速度成分に付
随したノイズや不必要な速度成分を除去し、その平均速
度値で加速度成分を大きく増幅し、Ｓ／Ｎ比の高い信号
を得る作用がある。

【００８０】

【数８】ＡＣm =（△Ｔm,n）²−（△Ｔm-k,n）² =（△Ｔm,n−△Ｔm-k,n）・（△Ｔm,n＋△Ｔm-k,n）

【００８１】また、リアルタイムで出力されるアクショ
ンＡＣmは、時系列化されている信号なのでその移動平
均等の適度な平滑手段をとればＳ／Ｎ比を一層高める作
用がある。従って、このＡＣmの波形の変化から対象と
する運動変化の、つまり加速度変化の特徴を容易に見い
だすことができる。

【００８２】次に、パワーＰm は上式ＡＣmで速度成分
の積を時刻ｔm かｔm-k かのどちらか一方の成分とした
もので次の数式９で与えられる。

【００８３】

【数９】Ｐm ＝△Ｔm,n・△²Ｔmn,k ＝△Ｔm,n・（△Ｔm,n−△Ｔm-k,n）

【００８４】この式からも明白である様に運動の速度変
化をもたらすには、多大な単位時間当たりのエネルギ
ー、即ちパワーを必要とする。即ち、時間間隔ｋを最適
に選択することにより、時刻ｍで速度成分がある程度存
在すれば、時刻ｍ−ｋからの速度変化（加速度）に起因
するパワーを大きく増幅出力する作用がある。例えば、
大きな負から正への速度変化があり、速度成分△Ｔm,n
が正、△Ｔm-k,n が負の量であるとする。すると、そ
の大きな正の変化を時刻 ｔmの速度成分△Ｔm,nで増幅
したものがＰｍである。また、上記のＰｍの式からも明
瞭であるように、Ｐｍは、△Ｔm,nと△Ｔm-k,nとの相関
強度を測る作用もある。そして、出力されるパワーＰｍ
は、時系列化されている信号なのでその移動平均等の適
度な平滑手段をとればＳ／Ｎ比を一層高める作用があ
る。従って、リヤルタイムでのレベル比較による特異な
運動変化検出には最適である。なお上述の差分操作に関
して単位時間当たりの差分操作は、分周手段により、２
単位、３単位時間当たりの適当な差分操作へと拡張でき
る。

【００８５】作用の項でも説明したが、加速度成分だけ
を一層増幅したい場合、△²Ｔmn,kを△Ｔm,nと△Ｔm-k,
nとの差のべき乗に比例する量とすれば、加速度アクシ
ョン、パワーは、加速度変化のＳ／Ｎ比を一層高められ
た出力となる。また、それらの移動平均等の適度な平滑
手段をとれば、Ｓ／Ｎ比を更に向上させる。

【００８６】制御作用に関しては、数式９に表示される
ように、設定された運動に対して、速度、加速度変化を
考慮に入れた単一のパラメータである単位時間当たりの
エネルギーの消費量であるパワー値をもとに、未来の時
刻ｔm'に於ける△Ｔm',nを現時刻ｔm'-k の△Ｔm'-k,n
からリアルタイムで算出しＴm'の値に変換し、制御量
に変換することができる。アクションに関しても同様な
作用がある。

【００８７】また、信号が第３の構成例の様に、アナロ
グ信号の場合、デジタル化手段３ａ，ｂを介せず４、
５、６、７、８段に、従来技術で用いられるフィルタ
ー、微積分器、乗算器、比較器等のハード機器を用いた
構成とし、同様な作用を実施できる。

【００８８】図２に於て、図に従って説明する。１５は
デジタル化手段３によりサンプル抽出された時系列信号
Ｔmで、それは、基準値Ｔｏからのオフセット値であ
る。このＴm 最大振幅変動は、Ｔｏ値（５０ｍ秒）の約
０.２％である。Ｔm 上には様々な変動があり、１５
ａ、１５ｃはノイズ、１５ｂ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１
５ｇは様々な異常変動を表示している。

【００８９】１６は、微分出力手段４により得られた１
次差分値の時系列信号△Ｔm,n で、１６ａ、１６ｃは
ノイズ、１６ｂ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇは様
々な異常変動の微分出力手段４による表示である。

【００９０】１７は、２次微分出力手段５により得られ
た２次差分値 △²Ｔmn,kで、１７ａ、１７ｃはノイズ、
１７ｂ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆ、１７ｇは様々な異常
変動の２次微分出力手段による表示である。

【００９１】１８はアクション出力手段６により得られ
たＡＣmで、１８ａ、１８ｃはノイズ、１８ｂ、１８
ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇは様々な異常変動のアクシ
ョン出力手段６による表示である。

【００９２】１９はパワー出力手段７により得られたパ
ワー、Ｐmで、１９ａ、１９ｃはノイズ、１９ｂ、１９
ｄ、１９ｅ、１９ｆ、１９ｇは様々な異常変動のパワー
出力手段７による表示である。

【００９３】各信号の相対的な大きさは、１５を１とす
ると１６、１７は４分の１で１８、１９は１６分の１に
縮小して図示したものである。また縦軸は相対的なスケ
ールで１５’、１６’、１７’、１８’、１９’は各々
の出力信号の基準レベルである。また横軸は共通の時間
軸で単位は秒で最小間隔目盛りは２０で示される５秒で
ある。図から明瞭であるように各種の運動変化が１８、
１９上に６、７と８の手段で用いれられる信号処理手段
について概説されたように従来の技術では無し得ない感
度で検出されている。

【００９４】図３、図４、図５、図６は走行中の車両の
車輪の回転運動を表示している。その回転数は約３７０
０ｒｐｍで約９％の変動をしながら走行している同一な
シミュレーションデータである。図３には、２１、２
２、２３と２５が全体的な関連を記述するために表示さ
れている。図４には２１、２２と２３のみそれら運動変
化を見やすくするためにそれらの基準レベルを変えて表
示し直したものである。図５、図６にはそれぞれ２４、
２５のみ表示されている。

【００９５】２１は、車輪が１回転に要する時間を連続
計測し３のデジタル化手段で時系列信号Ｔｍとし、回転
数が、３７００ｒｐｍに相当する基準レベルＴｏからの
オフセット値、ＴｏとＴｍとの差の大きさを、縦軸方向
に２１’を基準レベルとし、横軸に積算回転数（走行距
離）としたグラフである。横軸の最小目盛り２６は、１
００回転である。以後、時系列信号Ｔｍをそのオフセッ
ト値、として取り扱う。

【００９６】２１ａは車輪の急速な回転減少変化の存在
した箇所で、その運動変化は、２１のＴｍを微分出力手
段４により得た２２の速度信号△Ｔm,n上に減速変化２
２ａと、そして元の速度に戻ろうとする増速変化２２ｂ
として出力される。

【００９７】さらに２１ａの運動変化は、２次微分出力
手段５により得られた２３の加速度信号△²Ｔmn,k上に
減増速変化特有の加速度変化２３ａ、２３ｂとして出力
される。

【００９８】次にその運動変化は、アクション出力手段
８により得られた２４のアクション、ＡＣm 上に、２４
ａ,ａ’、２４ｂ,ｂ’、２４ｃ,ｃ’と、２４ｄ,ｄ’と
からなる一連の上下方向に大きなレベル変化を伴ったア
クション変動として出力される。この特徴抽出は従来の
技術を用いて無し得なかったものである。

【００９９】このアクション出力に対するレベル変化の
検出による車輪の異常運動検出は第図５に表示されてい
て、２４ｅの基準レベルである２４’からのレベル変化
を１００％とすると、最初の急速な減速変化に対応する
２４ａ，ａ’は、それぞれ４６０％と９８０％である。
次に元の速度に戻ろうとする急な増速変化に対応する２
４ｃ，ｃ’の２４ｃは５４０％となる。

【０１００】更に、この一連の運動変化は、パワー出力
手段７より得られた２５のパワー、Ｐm 上に、２５ａ,
ａ’、２５ｂ,ｂ’、２５ｃ,ｃ’と、 ２５ｄ,ｄ’と
からなる一連の上下方向に大きなレベル変化を伴ったパ
ワー変動として出力される。この特徴抽出は従来の技術
を用いて無し得なかったものである。

【０１０１】このパワー出力に対するレベル変化の検出
による車輪の異常運動検出は、図６に表示されていて、
２５ｅの基準レベルである２５’からのレベル変化を１
００％とすると、最初の急速な減速変化に対応する２５
ａ，ａ’は、それぞれ、５００％と９２０％である。次
に元の速度に戻ろうとする急な増速変化に対応する２５
ｃ，ｃ’の２５ｃは１０４０％となる。

【０１０２】また、運動変化の検出時間に関しては、２
５ｂ,ｂ’が速度がその運動変化で最低になったところ
で、最初の急速な減速変化検出２５ａから２５ｂまで、
３秒程、２５ｃまで８秒程時間がそれぞれ経過してい
る。

【０１０３】上記アクション、パワーとの比較のため
に、従来の技術を用いて実施され得るだろうと思われ
る、速度、加速度のレベル変化検出の説明を簡単にす
る。

【０１０４】先ず２２ｅの速度レベル変化は、基準レベ
ル２２’からの変化を１００％とすると、減少レベル２
２ａは４５０％で ２５ａ のレベル検出から約３秒遅れ
ている。次に２３ｅの加速度レベル変化は、基準レベル
２３’からの変化を１００％とすると、減少レベル２３
ａは３４０％となる。その検出は２５ａより１.５秒遅
れる。増加レベル２３ｂは、４４０％で、その検出は２
５ａより８秒遅れの２５ｃの検出と同時刻となる。従っ
て、パワーとアクションとを用いたレベル、波形比較に
よる車輪の回転運動の急減速変化検出は従来の技術に比
べ、正確にしかも迅速に実施できる。

【０１０５】各信号の相対的な大きさは、２１を１とす
ると２２、２３も１で２４と２５は４分の１に縮小して
図示したものである。また縦軸は相対的なスケールで、
横軸は各信号に対して共通である。

【０１０６】図７に於て、脈拍間隔時間Ｔをデジタル化
出力手段３により出力される運動変位記述のパラメータ
Ｔｍとし、基準脈拍時間Ｔｏ（脈拍数６５に相当）から
のオフセット値即ちＴｏとＴｍとの差の相対変動を２７
として表示し、縦軸方向に、２７’を基準レベルとし、
横軸に積算脈拍数としたグラフである。横軸の一目盛り
は、１００心拍数である。以後、時系列信号Ｔｍはその
オフセット値として取り扱う。２７の脈拍変動は約５％
で、それは生体が置かれている環境に起因するものとし
ている。

【０１０７】２８は２７を微分出力手段４により得た１
次差分値 の時系列信号 △Ｔm,n で脈拍運動の速度とし
て出力される。次に２９は２次微分出力手段５により得
られた２７の２次差分値 △²Ｔmn,k つまり脈拍運動の
加速度として出力される。

【０１０８】３０は、アクション出力手段６により得ら
れたＡＣm である。また３０ａは３０に対して仮に設定
された脈拍運動変化検出のためのレベルである。これ以
上の変動が検出されると、その生体は、例えば活動的で
周囲の環境変化に目覚めていると判断される。従ってそ
の生体が、車両１３の運転者１であれば、安全に運転可
能な状態であると判定される。逆に、設定されたレベル
に変動が達しない場合は、例えば居眠り等による運転不
能状態とみなし、１０ａと１０ｂとによる運転者と車両
から周囲に対する警報出力、１１ｂと１２ｂによる、別
途定められた車両の安全停止処置等を実施する。設定レ
ベルには、個人差が在るが、個人の生体データを予め８
ａもしくは８ｂに学習させる機能と情報交換機能によ
り、その個人差、運転状況差等を含ませることができ
る。同様に、３０の波形の変動特徴抽出からも、同様な
学習、情報交換機能が可能となる。次に３１は、パワー
出力手段７により得られたパワー、Ｐm である。３１ａ
は３０ａと同様な働きをＰｍに対してなす。

【０１０９】従来の技術で、上述した機能と同様な働き
を、リアルタイムで実施するものはないが、２７の信号
のスペクトル解析から生体機能の異常検出や、逆に生体
機能をリラックスさせるために生体に対する最適な環
境、機器、器具等を設計しようとする試みはなされてい
る。

【０１１０】また、高カロリー輸液中、輸血中、抗癌剤
注入中や点滴中等の被検者の心拍運動（別の生体運動で
もよい）を１、そして注入される流量を１３とし、２７
のデータが心拍変動で、別の２７と同様なデータを流量
とする。この時、点滴流量が被検者の初期の理想的な心
機能状態（或は生体状態）に設定されていると、その後
心機能（或は生体機能）に変化が生じても、心臓（或は
生体臓器）に負担かけることなく、８ａから出力された
３０、３１の変化を無くする様、最適な注入流量を自動
調節することができる。

【０１１１】プラント等に於ける互いに相関のある複数
の流量制御に関しても、それぞれの流量１、１３、１４
等がデジタル化手段３ａ、３ｂ等で、それぞれ２７の様
に出力されていると、３０と３１とを用いた複数の流量
制御は、その速度、加速度変化をも同時に、考慮してい
るので、人体に注液中、生体機能に負担が掛からないよ
うにするのと同様に、他のポンプ等の機械、電動機器に
負担をかけない最適な流量制御を実施できる。安全な制
御対象となるものは、流量のみならず如何なる物理量で
もよい。従って、工業プラント等のより安全な無人化操
業にたいしても上述の制御は可能となる。

【０１１２】図８、図９に於て、カフ圧力変動信号は、
発信回路に組み込まれた可変容量型圧力センサーからパ
ルスの時系列信号として抽出された信号である。そして
第２の構成のデジタル化手段によって連続計測されたそ
のパルス数からカフ圧力に比例するパルス数を一般化さ
れた運動変位記述パラメータＦとし、さらに時系列化し
カフ圧力値に変換された値がＦｍで、図中その時間推移
が３２と図示されている。その縦軸のスケールは水銀圧
力計表示されているもので、その単位はｍｍＨｇであ
る。

【０１１３】３３は、３２から微分手段により得られた
１次差分値 の時系列信号△Ｆm,nの時間推移で、縦軸
は、相対スケールでその基準レベルは３３’である。３
４は、同様に３２から、２次微分手段により得られた２
次差分値 △²Ｆmn,kの時間推移で、縦軸は、相対スケー
ルでその基準レベルは３４’である。

【０１１４】３５は、アクション出力手段により得られ
たＦＡＣm の時間推移で、縦軸は相対スケールでその基
準レベルは３５’である。

【０１１５】３６は、パワー出力手段により得られたパ
ワー、ＦＰm の時間推移で、縦軸は相対スケールでその
基準レベルは３６’である。

【０１１６】３７は、カテーテルと圧力センサーを用い
て、人体の大動脈の圧力を観血的に測定したもので、動
脈の脈動血流の圧力変動の時間推移が３２と同じ水銀圧
力計の縦軸スケールに表示されていて、基準レベルは共
に０である。この圧力変動は、通常、大動脈の下方の上
腕の動脈血管にそのまま伝達するので、圧力変動３７が
カフ圧力３２と交わる領域３７ａで特異なカフ圧力変動
を起こす。カフを小型電動ポンプで加圧中は、その機械
的振動ノイズがカフ圧に付加されている３２からでも、
これらの特徴のある運動変化はある程度認識できるよう
に前記微分と２次微分手段で３３ａと３４ａに抽出され
ている。しかし、そのレベル比較による検出は不可能で
ある。この様な、困難な状況に於ても、３７と３２の細
部にわたる相互作用３７ａが、アクション出力手段とパ
ワー出力手段によって、３５ａ、３６ａに抽出されてい
る。そして、それらの相互作用による特異な運動変化検
出は、レベル比較による手段でも可能となる様子が、図
８に図示されている。

【０１１７】３８は、心電計から取られたＥＣＧＩ信号
で、大動脈血流の圧力変動を生み出している心臓のポン
プ作動のトリガー信号である。３８’はその基準レベル
である。

【０１１８】図９に於て、最高、最低血圧値を測定する
ために、ポンプを停止して圧力を一定の排気率で下げて
いるので図８の様な機械振動ノイズは無い。この時、最
高、最低血圧値を与える管壁運動の特徴をカフ圧力変動
から検出した実施例である。大動脈の圧力変動が、即ち
３７ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌが、
カフ圧力に潰されていた上腕の動脈管に到達した時、一
定の排気率で減圧されているカフ圧に動脈管壁の伸縮運
動が圧力変動に及ぼす影響が、それぞれ３２、３３、３
４、３５、３６上のアルファベット、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、
ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌとして図示されている。

【０１１９】３７ｃの山はその圧力脈波の最高血圧値
で、３２が丁度その山に接している。この時の３２の圧
力値を読み取ることにより、非観血に最高血圧値を測定
できる。この管壁運動の運動変化の特徴は、３５ｃに代
表される。つまり、この時までカフ圧力により完全に押
し潰されていた動脈管は到達した脈波の山の部分で少し
押し開かれ、そして脈圧の急激な減少と共に急に押しつ
ぶされる。その時、３５ｃを３５ｂと比較すると、３２
と３７とが始めて交わったカフ圧変動は３２ｃであるこ
とがわかる。カフ圧の大きさにより様々な管壁運動の変
化の特徴が３５ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌに
表示されている。特に３５ｌはカフ圧の負荷が無くなっ
た状態で、管壁運動が拘束を受けてないことを表してい
る。この時、３７ｌの谷が最低血圧値を３２に与える。
逆に完全な拘束を受けている状態が３５ｂより前の管壁
運動変化で、３５ｂと３５ｌは類似している。従って、
非観血に血圧を測定するのに重要な要素となる一部拘束
を受けた管壁運動変化の検出は、３５の波形認識でする
ことができる。また、３６の様々な波形からも３５と同
様な事がいえる。また３５と３６は、３３と３４に比べ
て１６分の１に縮小されている。

【０１２０】

【発明の効果】対象とする運動物体が如何なるものであ
っても、３種のうち何れかのデジタル化手段で、その運
動の記述が一般化された時系列パラメータで記述される
と、運動自体にノイズがある場合でもそのパラメータの
ａ乗、加速度アクション、パワーの各時系列信号を用い
た信号のレベル比較、波形認識は、従来法にくらべＳ／
Ｎ比の遥かに大きい、信頼性の高い運動変化の特徴検出
をリアルタイムで実施することができる。更にアクショ
ン、パワー出力手段で出力される信号は、制御装置へリ
アルタイムで速度、加速度変化も考慮に入れたダイナミ
ックな制御量に変換できる優れた特徴を持っている。特
に、電気環境条件が悪い中での運動変化検出において、
もし第１と第２の請求項のデジタル化手段が適用できれ
ば、その効果は第３の請求項のデジタル化手段を用いた
ときより遥かに高くなる。

【０１２１】従って、生体信号、例えば人体の脈拍変動
も一種の運動変化として容易に解析でき、従来のスペク
トル解析方法では無し得なかった、人体が置かれている
回りの環境に対する微妙な変化も、第２図に示された微
少運動中のノイズが付随する数々の異常運動に対しての
Ｓ／Ｎ比の大きい検出と同様にリアルタイムで信頼性の
たかい運動変化検出が可能となる。

【０１２２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係わる基本構成図

【図２】疑似微少変動信号を用いて、従来の技術で成さ
れ得る可能性のある運動変化検出方法と本発明の方法と
の比較結果を示す実データ。

【図３】走行中の車両の車輪の回転運動をシミュレーシ
ョンした実回転信号を用いて従来の技術で成され得る可
能性のある運動変化検出方法と本発明の方法との比較結
果を示す実データ。

【図４】走行中の車両の車輪の回転運動をシミュレーシ
ョンした実回転信号を用いて従来の技術で成され得る可
能性のある運動変化検出方法により処理された実デー
タ。

【図５】走行中の車両の車輪の回転運動をシミュレーシ
ョンした実回転信号を本発明のアクション出力手段を用
いて処理された実データ。

【図６】走行中の車両の車輪の回転運動をシミュレーシ
ョンした実回転信号を本発明のパワー出力手段を用いて
処理された実データ。

【図７】人体の脈拍間隔時間を生体が置かれている環境
変化による生体の機能の運動変化を記述するパラメータ
として、そのシミュレーションデータを用いて従来の技
術で成され得る可能性のある運動変化検出方法と本発明
の方法との比較結果を示す実データ。

【図８】非観血血圧測定中のカフ圧力の変動が、カフを
加圧する小型電動ポンプによる機械振動と、カフに狭搾
されている動脈血管壁の伸縮運動によるもので、機械振
動をノイズと見なし、血管壁の運動変化を従来の技術で
検出され得る可能性のある運動変化検出方法と本発明の
方法との比較結果を示す実データ。

【図９】非観血血圧測定中のカフ圧力の変動で、最高、
最低血圧値を検出するカフ圧力変動の運動変化の検出を
本発明の運動変化検出の方法で示した人体臨床実験デー
タ。

【符号の説明】

１、１３、１４ 物体の運動 ２ａ、２ｂ 信号化手段 ３ａ、３ｂ デジタル化手段 ４ａ、４ｂ 微分出力手段 ５ａ、５ｂ ２次微分出力手段 ６ａ、６ｂ アクション出力手段 ７ａ、７ｂ パワー出力手段 ８ａ、８ｂ 波形比較、認識、レベル比較の判定出力手
段 ９ａ、９ｂ 映像出力手段 １０ａ、１０ｂ 警報出力手段 １１ａ、１１ｂ 制御量算出、出力手段 １２ａ、１２ｂ 制御装置 １５、２１ デジタル化手段による時系列信号Ｔｍ １５、１６、１７、１８ａ，ｃ ノイズ １５、１６、１７、１８ｂ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ 異常運動 １６、２２ 微分出力手段による出力△Ｔｍ，ｎ １７、２３ ２次微分出力手段による出力△^２Ｔｍｎ，
ｋ １８、２４ アクション出力手段による出力ＡＣｍ １９、２５ パワー出力手段による出力Ｐｍ １５’，１６’，１７’，１８’，１９’，２１’，２
２’，２３’，２４’，２５’基準レベル ２０ ５秒 ２１ａ、２２ａ，ｂ、 ２３ａ，ｂ、２４ａ，ａ’、
ｂ，ｂ’、ｃ，ｃ’、ｄ，ｄ’、２５ａ，ａ’、ｂ，
ｂ’、ｃ，ｃ’、ｄ，ｄ’ 車輪の急速な回転減少と増
加変化 ２６ １００回転 ３２ デジタル化手段による時系列信号Ｔｍ ３３ 微分出力手段による出力△ＦＴｍ，ｎ ３４ ２次微分出力手段による出力△^２ＦＴｍｎ，ｋ ３５ アクション出力手段による出力ＦＡＣｍ ３６ パワー出力手段による出力ＦＰｍ ３７ 大動脈の圧力 ３８ 心電図ＥＣＧＩ ３３’，３４’，３５’，３６’，３８’ 基準レベル ３３ａ、３４ａ、３５ａ、３６ａ、３７ａ 大動脈の圧
力波３７がカフ圧力３２と交わる領域 ３２、３３、３４、３５、３６上のｂ，ｃ，ｄ，ｅ，
ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｊ，ｋ，ｌ 動脈管壁の伸縮運動 ３７上のｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｊ，ｋ，ｌ
動脈管壁の伸縮運動を生じさせる大動脈の圧力波 ３８上のｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｊ，ｋ，ｌ
ＥＣＧＩで心臓に機械的なポンプ作動をさせ大動脈の
各圧力波を作る電気的なトリガー信号

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象とする運動物体の運動を信号として
   抽出するために、その運動を時系列化されたパルスの時
   間間隔に比例する信号として抽出する信号化手段と、 前記信号抽出手段より抽出された時系列信号から、パル
   スの時間間隔もしくは分周化手段により分周されたパル
   スの時間間隔を連続計測しその時間をパラメータＴとす
   るデジタル化手段と、 デジタル化手段によりサンプル抽出されたパラメータＴ
   を時間列 1、2、3、・・mに基ずいて、直接もしくは適当な平
   滑手段を施しＴ1、Ｔ2、Ｔ3、・・Ｔmと時系列化し、そ
   れらＴの任意時間間隔ｎ（ｎ＝1、2、3、・・・）での差、即
   ちＴmとＴm-nとの差に比例する量を時刻ｔmでの１次差
   分値△Ｔm,nとして求める微分出力手段と、 前記微分出力手段により入力された時系列△Ｔj,n（ｊ
   ＝1、2、・・m）の 任意時間間隔ｋ（ｋ＝1、2、・・）での差、
   即ち△Ｔm,nと△Ｔm-k,nとの差に比例する量を時間ｔm
   での２次差分値 △²Ｔmn,kとして求める２次微分出力手
   段と、 前記微分出力手段により入力された時系列△Ｔj,n（ｊ
   ＝1、2、・・m）の ａ乗値の、任意時間間隔ｋ（ｋ＝1、2、・
   ・）での差、即ち（△Ｔm,n）^aと（△Ｔm-k,n）^aとの差
   に比例する量を時刻ｔmでのａ乗値の差分値として求め
   その時系列化されたパラメータを時刻ｔmのａ乗アクシ
   ョン、更に△Ｔm,nと△Ｔm-k,nとの和に比例する量と前
   記２次微分出力手段から得られた△²Ｔmn,kとの積を加
   速度アクションとし時刻ｔm の時系列化されたパラメー
   タをそれぞれアクションＡＣｍ、ＡＣｍ’とするアクシ
   ョン出力手段と、 前記微分出力手段により入力された△Ｔm,n と、２次微
   分出力手段より入力された△²Ｔmn,kとの積を求め、そ
   の積の時系列化されたパラメータを時刻ｔmのパワー、
   Ｐmとするパワー出力手段と予期される運動変化の特徴
   を抽出するために、その変化に対応する前記出力手段で
   出力されたアクションＡＣｍ、ＡＣｍ’とパワーＰｍの
   波形変化の認識から特徴を抽出する波形認識出力手段と
   前記アクションＡＣｍ、ＡＣｍ’とパワーＰｍに対して
   別途設定された設定運動変化量に比例するしきい値との
   レベル比較認識の出力手段と前記運動変化を制御する必
   要のある時、前記アクションＡＣｍ、ＡＣｍ’とパワー
   Ｐｍに対して別途設定されたレベルからの変位量を運動
   変化の制御に変換する制御出力手段とを備えてなる運動
   変化検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１の信号抽出手段より抽出された
   パルスの時系列信号から、別途定められた時間間隔のパ
   ルス数を別途定められたサンプリング時間間隔で連続計
   測しそのパルス数をパラメータＦとするデジタル化手段
   と、 このデジタル化手段によりサンプル抽出されたパラメー
   タＦをサンプリングされた時間列 1、2、3、・・m に基ずい
   て、直接もしくは適当な平滑手段を施しＦ1、Ｆ2、Ｆ3、
   ・・Ｆmと時系列化し、それらＦの任意時間間隔ｎ（ｎ
   ＝1、2、3、・・・）での差、即ちＦmとＦm-nとの差に比例す
   る量をｍ番目のサンプリング時刻ｔmでの１次差分値 △
   Ｆm,nとして求める微分出力手段と、 前記微分出力手段により入力された時系列△Ｆj,n（ｊ
   ＝1、2、・・m）の 任意時間間隔ｋ（ｋ＝1、2、・・）での差、
   即ち△Ｆm,nと△Ｆm-k,nとの差に比例する量をサンプリ
   ング時刻ｔmでの２次差分値 △²Ｆmn,kとして求める２
   次微分出力手段と、 前記微分手段により入力された時系列△Ｆj,n（ｊ＝1、
   2、・・m）の ａ乗値の、任意時間間隔ｋ（ｋ＝1、2、・・）で
   の差、即ち（△Ｆm,n）^aと（△Ｆm-k,n）^aとの差に比例
   する量をサンプリング時刻ｔmでのａ乗値の差分値とし
   て求めその時系列化されたパラメータを、時刻ｔmのａ
   乗アクション、更に△Ｆm,nと△Ｆm-k,nとの和に比例す
   る量と、前記２次微分出力手段から得られた△²Ｆmn,k
   との積を加速度アクションとし、時刻ｔm の時系列化さ
   れたパラメータを、それぞれアクション、ＦＡＣｍ、Ｆ
   ＡＣｍ’とするアクション出力手段と、 微分出力手段により入力された△Ｆm,n と、２次微分出
   力手段より入力された△²Ｆmn,kとの積を求め、その積
   の時系列化されたパラメータをサンプリング時刻ｔmの
   パワー、ＦＰmとするパワー出力手段と予期される運動
   変化の特徴を抽出するために、その変化に対応する前記
   出力手段で出力されたアクションＦＡＣｍ、ＦＡＣｍ’
   とパワーＦＰｍの波形変化の認識から特徴を抽出する波
   形認識出力手段と前記アクションＦＡＣｍ、ＦＡＣｍ’
   とパワーＦＰｍに対して別途設定された設定運動変化量
   に比例するしきい値とのレベル比較認識の出力手段と前
   記運動変化を制御する必要のある時、前記アクションＦ
   ＡＣｍ、ＦＡＣｍ’とパワーＦＰｍに対して別途設定さ
   れたレベルからの変位量を運動変化の制御に変換する制
   御出力手段とを備えてなる運動変化検出装置。
3. 【請求項３】 対象とする運動物体の運動を信号として
   抽出するために、その運動をアナログ信号に比例する信
   号として抽出する信号化手段と、 この信号抽出手段より抽出されたアナログ時系列信号か
   ら、別途定められたサンプリング時間間隔で連続計測し
   そのアナログ量をパラメータＡＮとするデジタル化手段
   と、 このデジタル化手段によりサンプル抽出されたパラメー
   タＡＮをサンプリングされた時間列 1、2、3、・・m に基ず
   いて、直接もしくは適当な平滑手段を施しＡＮ1、ＡＮ
   2、ＡＮ3、・・ＡＮmと時系列化し、それらＡＮの任意時
   間間隔ｎ（ｎ＝1、2、・・）での差、即ちＡＮmとＡＮm-nと
   の差に比例する量をｍ番目のサンプリング時刻ｔmでの
   １次差分値 △ＡＮm,nとして求める微分出力手段と、 前記微分出力手段により入力された時系列△ＡＮj,n
   （ｊ＝1、2、・・・m）の 任意時間間隔ｋ（ｋ＝1、2、・・）で
   の差、即ち△ＡＮm,nと△ＡＮm-k,nとの差に比例する量
   をサンプリング時刻ｔmでの２次差分値 △²ＡＮmn,kと
   して求める２次微分出力手段と、 前記微分出力手段により入力された時系列△ＡＮj,n
   （ｊ＝1、2、・・m）のａ乗値の任意時間間隔ｋでの差、即
   ち（△ＡＮm,n）^aと（△ＡＮm-k,n）^aとの差に比例する
   量を時刻ｔmでのａ乗値の差分値として求めその時系列
   化されたパラメータを時刻ｔmのａ乗アクション、更に
   △ＡＮm,nと△ＡＮm-k,nとの和に比例する量と前記２次
   微分出力手段から得られた△²ＡＮmn,kとの積を加速度
   アクションとし時刻ｔmの時系列化されたパラメータを
   それぞれアクションＡＮＡＣｍ、ＡＮＡＣｍ’とするア
   クション出力手段と、 微分出力手段により入力された△ＡＮm,n と、２次微分
   出力手段より入力された△²ＡＮmn,kとの積を求め、そ
   の積の時系列化されたパラメータをサンプリング時刻ｔ
   mのパワー、ＡＮＰmとするパワー出力手段と予期される
   運動変化の特徴を抽出するために、その変化に対応する
   前記出力手段により出力されたアクションＡＮＡＣｍ、
   ＡＮＡＣｍ’とパワーＡＮＰｍの波形変化の認識から特
   徴を抽出する波形認識出力手段と前記アクションＡＮＣ
   ｍ、ＡＮＡＣｍ’とパワーＡＮＰｍに対して別途設定さ
   れた設定運動変化量に比例するしきい値とのレベル比較
   認識の出力手段と前記運動変化を制御する必要のある
   時、前記アクションＡＮＣｍ、ＡＮＡＣｍ’とパワーＡ
   ＮＰｍに対して別途設定されたレベルからの変位量を運
   動変化の制御に変換する制御出力手段とを備えてなる運
   動変化検出装置。