JP3834855B2

JP3834855B2 - 歩幅測定方法及びその装置

Info

Publication number: JP3834855B2
Application number: JP33786795A
Authority: JP
Inventors: 裕記石川; 俊宏森; 正平野; 智氣窪田
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2015-11-30
Also published as: JPH09152355A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歩幅測定方法及びその装置に関し、特に、歩幅・歩行距離を正確に検出・表示できる歩幅測定方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の健康に対する意識の向上により、積極的に歩行を行う必要が認識され、歩行数を表示するための歩行計が種々提供されている。ここで、歩行計には、歩数のみでなく歩行距離を表示するものがある。この歩行距離は、歩行時の歩幅に歩数を乗算することによって求められている。ここで、歩行時の歩幅は、各人で異なり、また、同一人でも体調等により変わってくるが、歩行距離を正確に表示するためには、歩幅を正確に計測する必要がある。
【０００３】
また、傷病者のリハビレテーションにおいて、歩行訓練が取り入れられることがあるが、膝等を故障した場合には、一定の歩幅で歩く指導が成されることがある。係る際にも歩幅が正確に計り得る装置が必要となる。
【０００４】
ここで、歩幅を正確に測定するための歩行距離計として、特開昭５８−１８９５０９号公報の技術が提案されている。この歩行距離計では、加速度センサを用い、検出した加速度を２回積分することにより１回の歩行時の進行距離、即ち、歩幅を算出している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、歩行者の腰に取り付けられた加速度センサによる出力を図３を参照して説明する。この加速度センサには、圧電素子に加わる荷重・捩じれ等を電圧の値に変えるものを用いている。
【０００６】
ここで、図３に示すように加速度センサからの出力は、実際の歩行に関係するＡ部分と、実際の歩行とは直接関係しないＢ部分とから成ることが判明した。このＢ部分は、足を着地させた際の衝撃による加速度変化等に基づく出力であると考えられる。ここで、特開昭５８−１８９５０９号の歩行距離計では、図３に示す実際の歩行に関係するＡ部分と、実際の歩行とは直接関係しないＢ部分とを併せて２回積分しているため、正確に歩幅を検出することができなかった。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、歩幅を正確に求めることができる歩幅測定方法及びその装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１の歩幅測定方法では、
人体に取り付けられた加速度センサの出力から歩行時の歩き方に関する成分を人の移動に伴う（進行方向への）加速度以外の成分として取り除くステップと、
上記ステップにより成分の除かれた加速度に対応する歩幅を、加速度と歩幅との対応テーブルから検索するステップと、、から成り、
前記加速度に対応する歩幅を加速度と歩幅との対応テーブルから検索するステップが、
歩幅の変化分を、検出された加速度と基準加速度との変化分に基づき、該加速度の変化分と歩幅の変化分との対応テーブルから検索し、該歩幅の変化分と基準歩幅とを加算して歩幅を探索するステップからなることを技術的特徴とする。
【００１１】
上記の目的を達成するため、請求項２の歩幅測定装置では、
人体に取り付けられる加速度センサと、
前記加速度センサの出力から歩行時の歩き方に関する成分を人の移動に伴う（進行方向への）加速度以外の成分として取り除くフィルタ手段と、
加速度と歩幅との対応テーブルと、
前記フィルタ手段の出力に基づき、前記対応テーブルを検索して歩幅を検索する歩幅検索手段と、を有し、
前記歩幅検索手段が、
歩幅の変化分を、検出された加速度と基準加速度との変化分に基づき、該加速度の変化分と歩幅の変化分との対応テーブルから検索し、該歩幅の変化分と基準歩幅とを加算して歩幅を探索することを技術的特徴とする。
【００１４】
【作用】
請求項１の構成では、人体に取り付けられた加速度センサからの出力の出力から歩行時の歩き方に関する成分を人の移動に伴う（進行方向への）加速度以外の成分として取り除くため、歩行中の加速度成分のみを抽出できる。また、加速度以外の成分の除かれた加速度に対応する歩幅を、加速度と歩幅との対応テーブルから検索するため、正確に歩幅を検索できる。
【００１６】
請求項１の構成では、歩幅の変化分を、検出された加速度と基準加速度との変化分に基づき加速度の変化分と歩幅の変化分との対応テーブルから検索する。
【００１７】
請求項２の構成では、フイルタ手段が、人体に取り付けられた加速度センサからの出力から歩行時の歩き方に関する成分を人の移動に伴う（進行方向への）加速度以外の成分として取り除くため、歩行中の加速度成分のみを抽出できる。また、歩幅検索手段が、加速度以外の成分の除かれた加速度に対応する歩幅を、加速度と歩幅との対応テーブルから検索するため、正確に歩幅を検索できる。
【００１９】
請求項２の構成では、歩幅検索手段が、歩幅の変化分を、検出された加速度と基準加速度との変化分に基づき加速度の変化分と歩幅の変化分との対応テーブルから検索する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施態様について図を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施態様に係る歩幅測定装置１０の構成を示すブロック図である。歩幅測定装置１０には、圧電素子に加わる荷重に基づき加速度を電圧値として出力する加速度センサ３０と、携帯した者の歩行毎に振り子が振れて信号を出力する歩数計測センサ３２と、地磁気を検出するための地磁気検出センサ３４とが接続されている。
【００２１】
この歩幅測定装置１０は、歩幅の算出、歩数の積算等の処理を行うＣＰＵ１２と、ＣＰＵ１２の演算した歩幅、歩数等を表示する表示部１４と、制御用のプログラム等の保持されているＲＡＭ１６と、ＣＰＵ１２の作業領域として用いられるＲＯＭ１８とを有し、加速度センサ３０の出力は、当該出力を増幅する増幅部２０と、増幅された出力をフーリエ変換するフーリエ変換部２２と、フーリエ変換された出力中の特定の周波数線分のみを取り出すフィルター部２４と、該フィルター部２４の出力（アナログ値）をデェジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器２６とを介して、ＣＰＵ１２へ入力されるようになっている。
【００２２】
ここで、上記フーリエ変換部２２及びフィルター部２４は、加速度センサ３０により検出された加速度中の、人の移動に伴う（進行方向への）加速度以外の成分を除去する動作を行う。この処理について、図３及び図４を参照して説明する。図３は、歩幅測定装置１０を携帯した人の歩行時の加速度を加速度センサ３０により検出した値を図３に示す。この図３では一歩分の加速度値の変化が表されている。加速度は、上述したように歩行に関係する０〜数１０Hz程度の周波数成分（Ａ部分）と、実際の歩行とは直接関係しない数１００Hz程度の周波数成分（Ｂ部分）とから成る。このＢ部分は、足を着地させた際の衝撃による加速度変化等に基づく出力と考えられる。このＡ部分は、歩幅が変わるのに従い変化する。また、Ｂ部分は、歩幅よりも歩き方により変化する。例えば、摺り足で歩けば、Ｂ部分のピーク値は下がり持続時間も短くなり、着地時の衝撃が大きければピーク値が上がり持続時間も長くなる。
【００２３】
このように加速度センサ３０による出力には、歩行により発生する人の移動に伴う（進行方向への）加速度とは直接関係しない成分（Ｂ部分）が含まれる。このため、第１実施態様では、フーリエ変換を行い特定の周波数成分のみを取り出す。即ち、図３に示す加速度センサの出力を、フーリエ変換部２２でフーリエ変換して図４に示すような周波数成分の値を得る。ここで、高い方のピークが図３に示すＡ部に相当し、低い方のピークがＢ部に相当している。このため、フィルター部２４にて、Ａ部に相当する高い方のピークに相当する周波数成分のみを通過させる。そして、この周波数成分の値（アナログ値）をＡ／Ｄ変換器２６にてデェジタル値に変換して、ＣＰＵ１２へ入力する。
【００２４】
引き続き、図１に示す歩幅測定装置１０を携帯した者が歩行した際の、ＣＰＵ１２による歩幅の検出処理について、図２のフローチャートを参照して説明する。ここで、加速度センサ３０は、該歩行者が進行する方向に対して水平な加速度成分が検出できるよう、ベルトの留金の位置に取り付けられているものとする。先ず、ＣＰＵ１２は、初期化の指示がなされたかを判断する（Ｓ１０）、ここで、初期化がなされないときは（Ｓ１０がＮｏ）、歩幅測定装置１０のスイッチがオンされたかを判断する（Ｓ１４）。ここで、スイッチがオンされると（Ｓ１４がＹｅｓ）、ステップ１６以下の歩幅検出処理を開始する。
【００２５】
ステップ１６では、図１に示す一歩毎に出力を送出する歩数計測センサ３２からの出力が有ったか、即ち、一歩ぶん歩いたかを判断する。ここで、歩数計測センサ３２からの出力があると（Ｓ１６がＹｅｓ）、図３及び図４を参照して上述したように加速度センサ３０からの歩行による加速度成分のみを抽出した加速度信号を入力する（Ｓ１８）。そして、今回入力した加速度が、一歩前の加速度から変化したかを判断する（Ｓ２０）。ここで、変化のない場合には（Ｓ２０がＮｏ）、歩幅として一歩前の歩幅を採用し（Ｓ２２）、そして、今回の歩行時の歩幅を加えることにより歩行した距離を演算する（Ｓ３２）。その後、図１に示す表示部１４に、歩幅、歩数、歩行距離を表示する（Ｓ３４）。最後に、スイッチがオフされたかを判断し（Ｓ３６）、スイッチがオフされない限り（Ｓ３６がＮｏ）、ステップ１６に戻り歩幅検出処理を繰り返す。
【００２６】
ここで、上述したステップ２０における歩幅が変化したかの判断において、歩幅が変化している際、例えば、一歩前の加速度の値が“５０”で、今回の加速度の値が“４９”のとき（Ｓ２０がＹｅｓ）、この加速度値“４９”を記憶した後（Ｓ２４）、加速度の変化量を歩幅の変化量に換算する（Ｓ２６）。この換算用のテーブルについて、図５を参照して説明する。この換算用のテーブルは、加速度の変化量に対応する歩幅の変化量から成る。例えば、一歩前の加速度の値が“５０”で、今回の加速度の値が“４９”のときには、加速度の変化量“−１”に対応する−１cmの歩幅変化量を得れるよう構成されている。ＣＰＵ１２は、このテーブルを参照して歩幅変化量を求め、そして、前回の歩幅が４５cmであったとすれば、この歩幅４５cmから歩幅変化量である１cmを減算して今回の歩幅を得る（Ｓ２８）。その後、この歩幅４４cmを記憶する（Ｓ３０）。
【００２７】
なお、ＣＰＵ１２は、地磁気検出センサ３４からの出力に基づき歩行時の進行方向を求め、表示部１４に出発地点からの移動方向（例えば、北北東に４．１２Km）も併せて表示するようになっている。
【００２８】
引き続き、この歩幅測定装置１０に個々の使用者の歩幅を測定させ、当該使用者に合わせて歩幅が測定できるようにする初期化処理について説明する。初期化が行われる際には、図２に示すステップ１０の初期化かの判断がＹｅｓとなり、初期化処理に進む（Ｓ１２）。この初期化処理について、当該処理のサブルーチンを示す図６を参照して説明する。
【００２９】
この歩幅測定装置１０では、初期化を行う際に、予め設定された距離（ここでは１０ｍとする）を実際に歩行した際の加速度及び歩行数から、一歩当たりの加速度及び歩幅を測定する。この測定は、使用者が、図示しないリセットボタンを押してから歩行を開始し、１０ｍ地点を通過した際に、再びリセットボタンを押すことにより行う。
【００３０】
ＣＰＵ１２は、まず、リセットボタンが押されたかを判断する（Ｓ５２）。ここで、使用者が、歩行を開始する際にリセットボタンを押すと（Ｓ５２がＹｅｓ）、ＣＰＵ１２は、歩数計測センサ３２からの出力が有ったかを判断し、歩数計測センサ３２からの出力があると（Ｓ５４がＹｅｓ）、加速度センサ３０からの歩行時の人の移動に伴う（進行方向への）加速度成分のみを抽出した加速度信号を入力する（Ｓ５６）。そして、入力した加速度を記憶する（Ｓ５８）とともに、歩数（現時点では１）を保持した後（Ｓ６０）、リセットボタンが押されたかを判断する（Ｓ６２）。ここで、リセットボタンの押されない限り（Ｓ６２がＮｏ）、ステップ５４に戻り次の１歩分の測定を行う。そして、１０ｍ地点に到達し、使用者が再びリセットボタンを押すと（Ｓ６２がＹｅｓ）、算出した加速度の平均値を求めると共に、この１０ｍの距離に基づき歩幅を算出する（Ｓ６４）。そして、この算出した加速度の平均値と歩幅とに基づき基準値（基準加速度に対応する基準歩幅）を更新する（Ｓ６６）。
【００３１】
この第１実施態様では、測定した加速度の平均値と、算出した歩幅とに基づき基準値を更新する。そして、歩幅は、測定した加速度値と基準値の加速度との差に基づき、図５を参照して上述したテーブルの値を参照して補正する。なお、上述した例では、初期化時に測定した値に基づき、基準値のみを更新するようにしたが、基準値の更新のみでなく、測定した値に基づき図５に示す補正用のテーブル値も併せて更新するようにもできる。
【００３２】
この第１実施態様によれば、加速度センサ３０の出力中から歩行による加速度成分以外を取り除いているため、一人一人で異なる足の着地時の衝撃に基づく偏差が無くなり、正確に歩幅を測定することができる。更に、この第１実施態様では、実際に歩行を行いデータを収集し、この歩行時のデータに基づき歩幅を算出することにより、一人一人の歩き方に合わせて正確な値を測定することができる。なお、この実施態様の歩幅測定装置１０には、標準的な加速度に対応する歩幅が基準値として予め設定されており、装置の初期化を行う以前にも歩幅を算出できるようになっている。
【００３３】
なお、上述した実施態様で、加速度センサ３０の出力をフーリエ変換した後、所定の周波数成分のみを抽出することで、歩行時の加速度成分以外の成分を取り除いた。ここで、不要分を除くという概念には、加速度の特徴的部分のみをフィルターにより抽出し、この抽出した成分と対応するように予め設定したテーブル値に基づき加速度を歩幅へ換算する方法も含まれる点に注意されたい。
【００３４】
引き続き、本発明の第２実施態様に係る歩幅測定装置１０について図７乃至図９を参照して説明する。図７は、第２実施態様の歩幅測定装置１０の構成を示している。この歩幅測定装置１０には、加速度センサ３０と、人工衛星からの電波をアンテナ３６ａを介して受信して現在位置を算出するＧＰＳ受信機３６とが接続されている。そして、加速度センサ３０からの出力は、増幅部２０を介して、ゲート部２５及び高周波成分検出部２３に入力されるようになっている。ゲート部２５を通過した加速度信号は、Ａ／Ｄ変換器２６に加えられるよう構成されている。
【００３５】
ここで、高周波成分検出部２３及びゲート部２５による信号処理について説明する。高周波成分検出部２３は、図３に示すＢ部、即ち、使用者が足を踏み降ろした際に発生する高周波（１００〜３００Hz）の成分を時刻ｔ２にて検出すると、この検出信号をＣＰＵ１２及びゲート部２５へ出力する。即ち、第１実施態様では、歩数計測センサ３２を設けて、１歩の歩行を検出したが、この第２実施態様では、１歩の歩行を高周波成分検出部２３を設けることにより、歩数計測センサ３２を用いることなく検出している。
【００３６】
ゲート部２５は、上記高周波成分検出部２３からの検出信号に基づき、図３中のｔ１からｔ２までの期間において加速度センサ側からの出力を通過させる。即ち、歩行時の加速度であるＡ部のみを通過させ、歩行時の加速度とは無関係なＢ部を通過させないようにする。これにより第１実施態様と同様にして、歩行時の加速度ではない成分を除去している。
【００３７】
次に、第２実施態様に係る歩幅測定装置１０のＣＰＵ１２による歩幅検出処理について図８のフローチャートを参照して説明する。先ず、ＣＰＵ１２は、歩幅測定装置１０のスイッチがオンされたかを判断する（Ｓ１１）。ここで、スイッチがオンされると（Ｓ１１がＹｅｓ）、ステップ１７以下の歩幅検出処理を開始する。
【００３８】
ステップ１７では、図７に示す高周波成分検出部２３からの検出信号が有ったか、即ち、一歩ぶん歩いたかを判断する。ここで、高周波成分検出部２３からの検出信号があると（Ｓ１７がＹｅｓ）、歩行時の加速度成分のみを抽出した加速度信号を入力する（Ｓ１８）。そして、初期化のタイミングかを判断する（Ｓ１９）、ここで、初期化が開始されないときは（Ｓ１９がＮｏ）、図９に示す加速度値と歩幅との対応テーブルを参照して歩幅を検索する（Ｓ２１）。そして、今回の歩行時の歩幅を加えることにより、歩行した距離を演算する（Ｓ３２）。その後、図７に示す表示部１４に、歩幅、歩数、歩行距離を表示する（Ｓ３４）。最後に、スイッチがオフされたかを判断し（Ｓ３６）、スイッチがオフされない限り（Ｓ３６）、ステップ１７に戻り歩幅検出処理を繰り返す。
【００３９】
引き続き、この歩幅測定装置１０に使用者の歩幅を測定させる初期化処理について説明する。なお、上述した第１実施態様では、使用者がリセットボタンを押し、所定距離を歩行することにより初期化を行ったが、この第２実施態様では、使用中、即ち、歩幅の測定中に自動的に初期化が行われるように構成されている。ここでは、歩幅の測定開始後、１分が経過し歩幅が安定した時点で（Ｓ１９がＹｅｓ）、初期化が開始されるものとする。この初期化処理について引き続き図８を参照して説明する。
【００４０】
この歩幅測定装置１０では、歩幅の測定中に初期化を開始する。即ち、加速度を入力した後に（Ｓ１８）、初期化開始のタイミングかを判断し（Ｓ１９）、このタイミング（測定開始から１分経過）から（Ｓ１９がＹｅｓ）、前述した測定と並行して初期化処理を進める。まず、初期化開始時の現在位置を計測したかを判断し（Ｓ７０）、現在位置が未計測である初期化処理開始時には（Ｓ７０がＹｅｓ）、ＧＰＳ受信機３６からの信号に基づき現在位置を計測する（Ｓ７２）。そして、上記ステップ１８にて入力した加速度を記憶する（Ｓ７４）と共に、歩行数（現時点では１）を保持した後（Ｓ７６）、所定歩数（ここでは１００歩）歩いたかを判断する（Ｓ７８）。ここで１００歩あるくまでは（Ｓ７８がＮｏ）、この時点でステップ２１側の処理に戻る。ステップ７４、７６の処理を１００回繰り返し、１００歩分のデータを収集すると（Ｓ７８がＹｅｓ）、初期化完了時の現在位置を求め（Ｓ８０）、上記ステップ７２で初期化を開始した時の位置と、１００歩あるいたステップ８０の時点で計測した位置との差から、１００歩の歩行により進んだ距離を求め、併せて加速度の平均値を求め、そして、１００歩分の距離に基づき歩幅を算出する（Ｓ８２）。その後、この算出した加速度の平均値と歩幅とに基づき図９に示す加速度と歩幅のテーブルを更新する（Ｓ８４）。
【００４１】
加速度センサ３０による出力は、使用者の取り付け方により異なる。即ち、進行方向に対して水平に加速度が検出できるように正しく取り付けられるか、或いは、進行方向に対して偏位した方向に取り付けられるかで加速度センサの出力は異なってくる。このため初期化を行った位置と異なる位置に加速度センサを取り付けた際には、歩幅を正確に測定できなくなる。これに対して、この第２実施態様の歩幅測定装置１０では、実際に加速度センサ３０が使用者に取り付けられた状態で初期化を行うと共に、この状態で歩幅を計測するため、加速度センサ３０の取り付け位置に係わらず、正確に歩幅を求めることができる。
【００４２】
【効果】
以上記述したように本発明の歩幅測定方法及びその装置によれば、正確に歩幅を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施態様に係る歩幅測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す歩幅測定装置のＣＰＵによる処理を示すフローチャートである。
【図３】図１に示す加速度センサからの出力の波形図である。
【図４】図１に示すフーリエ変換部の出力の波形図である。
【図５】加速度変化量と歩幅変化量との対応を示すテーブルである。
【図６】歩幅測定装置のＣＰＵによる初期化処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施態様に係る歩幅測定装置の構成を示すブロック図である。
【図８】図７に示す歩幅測定装置のＣＰＵによる処理を示すフローチャートである。
【図９】加速度と歩幅との対応を示すテーブルである。
【符号の説明】
１０歩幅測定装置
１２ＣＰＵ
２２フーリエ変換部
２４フィルター部
３０加速度センサ
３２歩数計測センサ

Claims

人体に取り付けられた加速度センサの出力から歩行時の歩き方に関する成分を人の移動に伴う加速度以外の成分として取り除くステップと、
上記ステップにより成分の除かれた加速度に対応する歩幅を、加速度と歩幅との対応テーブルから検索するステップと、から成り、
前記加速度に対応する歩幅を加速度と歩幅との対応テーブルから検索するステップが、
歩幅の変化分を、検出された加速度と基準加速度との変化分に基づき、該加速度の変化分と歩幅の変化分との対応テーブルから検索し、該歩幅の変化分と基準歩幅とを加算して歩幅を探索するステップからなることを特徴とする歩幅測定方法。
人体に取り付けられる加速度センサと、
前記加速度センサの出力から歩行時の歩き方に関する成分を人の移動に伴う加速度以外の成分として取り除くフィルタ手段と、
加速度と歩幅との対応テーブルと、
前記フィルタ手段の出力に基づき、前記対応テーブルを検索して歩幅を検索する歩幅検索手段と、を有し、
前記歩幅検索手段が、
歩幅の変化分を、検出された加速度と基準加速度との変化分に基づき、該加速度の変化分と歩幅の変化分との対応テーブルから検索し、該歩幅の変化分と基準歩幅とを加算して歩幅を探索することを特徴とする歩幅測定装置。