JP3908930B2 - 消費エネルギー算出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行又は歩行による消費エネルギーを算出する消費エネルギー算出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
健康維持、増進には走行(ジョギング)又は歩行(ウォーキング)が手軽にでき、普及人口も増加してきている。しかし、どのくらい運動したかを客観的に把握することが運動意欲を維持するためにも重要となってきている。走行又は歩行による人(被測定者)の運動量を測定するための装置は、これまでに各種提供されている。これらの装置では、被測定者の運動量として、移動距離、移動速度、又は消費エネルギーなどが算出される。
【0003】
例えば、特開平7−144039号公報(文献1)に記載の運動測定装置は、走行又は歩行による振動の発生時間間隔及び振動量で表される運動強度を基準として運動種類を判別し、運動種類ごとの累積時間と運動種類に対応した定数との積を合計することで消費エネルギーを求めている。
【0004】
また、特開平8−131425号公報(文献2)には、被測定者に装着された加速度センサによって加速度波形を取得し、得られた加速度波形のパターンを認識して行動を類別し、類別された各行動の消費エネルギーを算出し、さらにそれらの消費エネルギーを総和して総消費エネルギーを算出している運動量測定装置が開示されている。
【0005】
また、運動指標測定装置として、加速度センサからの信号をFFT処理することで求める走行ピッチと、走行ピッチ及び勾配に応じて補正された歩幅と、高度差と、体重とから運動強度を求めているものが、特開平10−290854号公報(文献3)に記載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した各文献に記載された装置及び用いている算出方法では、走行又は歩行による被測定者の消費エネルギーを充分な精度で簡便に求めることができないという問題があった。まず文献1では、振動の発生時間間隔及び振動量から消費エネルギーを算出しているが、算出手順が複雑になり消費エネルギーを簡便に算出することができない。
【0007】
また文献2では、加速度波形から運動の種類を判別し、運動の種類ごとに運動強度から消費エネルギーを算出したものをそれぞれ総和することで総消費エネルギーを算出しているが、本来の運動に関係のない動きも含めた消費エネルギーが算出されるため、正確な消費エネルギーを算出することができない。また文献3では、加速度センサからの信号をFFT処理することで走行ピッチを求めているが、この走行ピッチは平均値であり、これに応じて補正される歩幅も平均値となることから、一歩ごとの細かな単位で歩幅を算出することができず精度良く消費エネルギーを算出することができなくなる。
【0008】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、走行又は歩行による消費エネルギーを正確かつ簡便に算出することが可能な消費エネルギー算出装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明に係る消費エネルギー算出装置は、被測定者が走行又は歩行によって消費する消費エネルギーを算出する算出装置であって、(1)被測定者の走行又は歩行における着地の時間間隔をストライド時間として記録したデータを入力するストライド時間入力手段と、(2)ストライド時間入力手段から入力されたストライド時間に基づいて被測定者の静止状態と移動状態とを判別する移動状態判別手段と、(3)移動状態判別手段によって判別された静止状態から次の静止状態までの時間に基づいて移動期間を判別する移動期間判別手段と、(4)移動期間に含まれる複数のストライド時間のそれぞれに対して、ストライド時間から一歩ごとの歩幅を算出する歩幅算出手段と、(5)移動期間に含まれる複数のストライド時間のそれぞれに対して算出された複数の歩幅と被測定者の体重とから被測定者の消費エネルギーを算出する消費エネルギー算出手段とを備え、移動状態判別手段は、ストライド時間が、所定の閾値時間以下の場合を移動状態と判別し、所定の閾値時間を超える場合を静止状態と判別することを特徴とする。
【0010】
本願発明者は、走行又は歩行による被測定者の消費エネルギーの算出方法について検討した結果、ストライド時間から被測定者の移動状態や歩幅などを推定して消費エネルギーの算出を行うことが可能であることを見出した。すなわち、上記した構成の消費エネルギー算出装置によれば、ストライド時間から一歩ごとの歩幅を求めることができるので、被測定者の走行又は歩行による移動距離を正確かつ簡便に算出することができる。また、ストライド時間から移動状態、静止状態、及び移動期間を判別することにより、消費エネルギーの算出を行う期間を確実に選択することができる。以上より、ストライド時間のデータから、消費エネルギーを正確に算出することができる。
【0011】
上記した構成においては、歩幅算出手段によって算出された歩幅のデータを表示する歩幅表示手段と、消費エネルギー算出手段によって算出された消費エネルギーのデータを表示する消費エネルギー表示手段とをさらに備えることが好ましい。これにより、被測定者は、走行又は歩行での歩幅及び消費エネルギーの情報を容易に確認することができる。
【0012】
また、ストライド時間と速さ感覚との関係を示す速さ感覚テーブル、ストライド時間と速度との関係を示す速度テーブル、及びストライド時間と歩幅との関係を示す歩幅テーブルの少なくとも一つをあらかじめ用意し、テーブルを用いてストライド時間から速さ感覚、速度、又は歩幅に変換する変換手段をさらに備えることを特徴とする。
【0013】
上記変換手段によれば、消費エネルギー又は歩幅だけでなく、速さ感覚又は速度を求めることができる。また、あらかじめ用意されたテーブルを用いているので、ストライド時間から簡便に速さ感覚、速度、又は歩幅に変換することができる。
【0014】
上記した構成においては、変換手段によって変換された速さ感覚を表示する速さ感覚表示手段と、変換手段によって変換された速度を表示する速度表示手段とをさらに備えることが好ましい。これにより、被測定者は、走行又は歩行での速さ感覚及び速度の情報を容易に確認することができる。
【0015】
また、移動状態判別手段は、ストライド時間が、所定の閾値時間以下の場合を移動状態と判別し、所定の閾値時間を超える場合を静止状態と判別することを特徴とする。
【0016】
このように、ストライド時間から閾値時間を用いて移動状態と静止状態を判別することで、移動に関係するストライドのみを確実に選択することができるので、精度良く消費エネルギーを算出することができる。
【0017】
また、移動期間判別手段は、移動状態判別手段によって判別された静止状態から次の静止状態までの間が、所定の閾値歩数以上の場合を移動期間と判別することを特徴とする。
【0018】
このように、所定の歩数以上の連続した移動を消費エネルギーの算出に用いる期間として判別することで、本来の運動に関係する移動のみを確実に選択することができるので、精度良く消費エネルギーを算出することができる。
【0019】
また、ストライド時間入力手段から入力されたストライド時間のデータを補正するストライド時間補正処理手段をさらに備え、ストライド時間補正処理手段は、所定の閾値時間以上のストライド時間を検出するとともに、次に検出される所定の閾値時間以上のストライド時間まで所定の閾値時間未満のストライド時間を積算することを特徴とする。
【0020】
このように、所定の閾値時間より短いストライド時間を積算する処理を行うことで、不要な振動の検出を除去して正確なストライド時間を得ることができる。
【0021】
さらにストライド時間補正処理手段は、ストライド時間の平均値を算出して、平均値の2倍の値を中心とする所定の範囲にストライド時間が含まれる場合に、ストライド時間を半分に分割することを特徴とする。
【0022】
このように、所定の範囲に含まれるストライド時間を半分に分割する処理を行うことで、着地の検出ミスが補正されて正確なストライド時間を得ることができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明に係る消費エネルギー算出装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【0024】
図1は、本発明に係る消費エネルギー算出装置の第1実施形態の構成について示すブロック図である。本装置は、走行又は歩行による人(被測定者)の運動量に関して、被測定者が走行又は歩行によって消費する消費エネルギーを算出する算出装置である。本実施形態に係る消費エネルギー算出装置1は、ストライド時間データを入力するストライド時間入力部11と、ストライド時間から移動状態等を判別する移動状態判別部12と、移動期間を判別する移動期間判別部13と、一歩ごとの歩幅を算出する歩幅算出部14と、消費エネルギーを算出する消費エネルギー算出部15とを備える。
【0025】
ストライド時間入力部11は、ストライド時間データを入力する。ここで、ストライド時間とは、被測定者の走行又は歩行における着地の時間間隔のことである。このようなストライド時間のデータは、例えば、被測定者の腰のベルトなどに装着された携帯型測定器などのストライド時間測定手段によって取得される。このような測定器では、例えば、測定器を装着している被測定者の振動などから着地を検出して、その時間間隔からストライド時間データを取得する。
【0026】
移動状態判別部12は、ストライド時間入力部11から入力されたストライド時間に基づいて、被測定者が移動しつつある移動状態と、移動せずに静止している静止状態とを判別する。移動状態と静止状態とを判別する方法としては、好ましくは、あらかじめ設定された閾値時間による判別方法が用いられる。この方法では、ストライド時間が、所定の閾値時間以下の場合を移動状態と判別し、所定の閾値時間を超える場合を静止状態と判別する。
【0027】
また、移動期間判別部13は、移動状態判別部12によって判別された静止状態から次の静止状態までの時間に基づいて移動期間を判別する。この移動期間が、消費エネルギーの算出に用いられる期間となる。
【0028】
移動期間判別部13によって判別された移動期間のデータは、ストライド時間入力部11からのストライド時間データとともに、歩幅算出部14に入力される。歩幅算出部14は、移動期間における一歩ごとの歩幅を算出する。ここでは、移動期間に含まれる複数のストライド時間のそれぞれに対して、ストライド時間から一歩ごとの歩幅を算出する。
【0029】
そして、消費エネルギー算出部15は、歩幅算出部14によって算出された歩幅のデータと、あらかじめ与えられた被測定者の体重のデータとから被測定者の消費エネルギーを算出する。例えば、移動期間に含まれる複数のストライド時間のそれぞれに対して算出された複数の歩幅から移動距離を求めて、移動距離と被測定者の体重とから消費エネルギーを算出する。
【0030】
本実施形態における消費エネルギー算出装置の効果について説明する。上記した消費エネルギー算出装置では、被測定者の走行又は歩行におけるストライド時間から消費エネルギーを算出している。従来、被測定者の歩数によって運動量を算出する歩数計は多いが、歩数のみでは、一歩ごとの歩幅などの具体的な歩行条件を考慮することができないので、充分な精度で運動量を算出することはできない。これに対して、本消費エネルギー算出装置によれば、被測定者の走行又は歩行に対して連続的に記録されたストライド時間を用いることによって、歩行条件をも考慮して、消費エネルギーを正確に算出することができる。
【0031】
また、被測定者の運動量の測定について、上述したように、文献1での振動の発生時間間隔及び振動量を用いる方法などの様々な方法が提案されている。しかしながら、これらの方法では、消費エネルギーの算出方法が複雑になり、また、その算出精度も充分には得られない。これに対して、本消費エネルギー算出装置によれば、ストライド時間のデータのみから消費エネルギーを正確かつ簡便に算出することができる。
【0032】
すなわち、本願発明者は、消費エネルギー算出の対象となる被測定者の走行又は歩行において、ストライド時間と歩幅との間には一定の関係があることを見出した。この関係を利用すれば、移動期間内での消費エネルギーの算出方法について、ストライド時間から一歩ごとの歩幅を求めることができるので、移動距離を正確かつ簡便に算出することが可能となる。そして、正確な移動距離が算出されることで、消費エネルギーを正確に算出することができる。
【0033】
また、消費エネルギーを算出する期間については、ストライド時間から移動状態と静止状態を判別することで、移動に関係するストライドのみを確実に選択することができる。さらに、所定の期間以上の連続した移動期間を判別することで、本来の運動に関係する移動期間のみを確実に選択して消費エネルギーの算出を行うことができる。
【0034】
また、移動状態判別部12における移動状態等の判別については、あらかじめ設定された閾値時間による判別方法を用いている。このように、ストライド時間に閾値時間を適用して移動状態と静止状態とを判別することで、移動に関係するストライドのみを確実に選択することができるので、精度良く消費エネルギーを算出することができる。
【0035】
具体的な閾値時間としては、例えば、通常の歩行におけるストライド時間は800ms以下、ジョギング、マラソンにおいては300ms、250ms程度であることから、被測定者が静止している場合は少なくともストライド時間が800ms以上となるので、閾値時間を800msとすることが好ましい。あるいは、他の条件を考慮して、上記以外の数値に閾値時間を設定しても良い。例えば、静止状態とゆっくりした移動とが繰り返される場合には、閾値時間を2秒とすることが好ましい。また、閾値時間を用いる方法以外にも、他の移動状態及び静止状態の判別方法を用いても良い。さらに、上記したように歩行、ジョギング、又はマラソンなどにおけるストライド時間がわかっている場合、ストライド時間に基づいて速さを求めることも可能である。
【0036】
また、移動期間判別部13における移動期間の判別については、あらかじめ閾値歩数を設定しておき、閾値歩数以上の移動の場合を移動期間とすることが好ましい。このように、所定の歩数以上の連続した移動を消費エネルギーの算出に用いる期間として判別することで、本来の運動に関係する移動のみを確実に選択することができるので、精度良く消費エネルギーを算出することができる。
【0037】
具体的な閾値歩数としては、例えば、10歩、あるいは20歩とすることが好ましい。また、閾値歩数に代えて閾値距離を用い、閾値距離以上の移動の場合を移動期間としても良い。このような閾値距離としては、例えば、100mに設定することが好ましい。
【0038】
ここで、具体的なストライド時間データの一例を示すとともに、上記した装置における消費エネルギーの算出方法の概略を説明する。図2は、本データ例におけるストライド時間データを記録する際に被測定者が行った歩行(走行)方法を示す図である。被測定者は最初に、ゆっくり歩きで固定距離D=34mを移動した後、停止して向きを変える。次に、復路を普通歩きで移動した後に停止して向きを変える。そして、往路を早歩きで移動した後に停止して向きを変える。最後に、復路をジョギングで移動した後に停止する。
【0039】
このように、被測定者の速さ感覚(主観的な速さ)に応じて等速で往復運動を繰り返し、携帯型測定器によってストライド時間を測定し記録した。また、到着、出発時に携帯型測定器のスイッチを押して、イベント信号を入れても良い。このイベント信号はその時間間隔が携帯型測定器に記録される。本データ例では、計測開始及び終了時にイベント信号を用いた。また、移動と静止とを明確に区別するため、端まで移動して向きを変える際に3〜4秒間静止することとした。
【0040】
図3は、図2に示す方法で記録したストライド時間データを表したグラフで、縦軸をストライド時間、横軸を歩数としている。また図4は、図3を縦軸方向に拡大したグラフである。図4において、期間T1はゆっくり歩きによる移動期間、期間T2は普通歩きによる移動期間、期間T3は早歩きによる移動期間、期間T4はジョギングによる移動期間である。また、各移動期間T1、T2、T3、T4の間は、それぞれ被測定者が静止状態にある静止期間T0となっている。
【0041】
この図から、移動の速さが速くなればストライド時間は短くなることがわかる。また、静止していればストライド時間が著しく長くなって、移動状態と静止状態とを容易に区別できることがわかる。これらを利用すれば、消費エネルギーの算出に用いる移動期間について判別することができる。さらに、ストライド時間と歩幅との相関を用いれば、ストライド時間に対応する歩幅が求められ、この歩幅から、被測定者の消費エネルギーを算出することができる。
【0042】
図5は、本発明に係る消費エネルギー算出装置の第2実施形態の構成について示すブロック図である。本実施形態に係る消費エネルギー算出装置2は、ストライド時間入力部11と、移動状態判別部12と、移動期間判別部13と、歩幅算出部14と、消費エネルギー算出部15とを備え、さらに、ストライド時間から速さ感覚、速度、又は歩幅に変換する変換部26と、ストライド時間入力部11から得られたストライド時間のデータを補正するストライド時間補正処理部27と、各データを表示する表示装置28とを備える。
【0043】
これらのうち、ストライド時間入力部11、移動状態判別部12、移動期間判別部13、歩幅算出部14、及び消費エネルギー算出部15については、第1実施形態と略同様の機能を有する。
【0044】
変換部26には、ストライド時間と速さ感覚との関係を示す速さ感覚テーブル261、ストライド時間と速度との関係を示す速度テーブル262、及びストライド時間と歩幅との関係を示す歩幅テーブル263の少なくとも一つがあらかじめ用意されている。変換部26は、移動期間判別部13によって判別された移動期間に含まれる複数のストライド時間のそれぞれに対して、速さ感覚テーブル261、速度テーブル262、又は歩幅テーブル263を用いてストライド時間から速さ感覚、速度、又は歩幅に変換する。
【0045】
ここで、変換部26によって変換された歩幅は、消費エネルギー算出部15において、歩幅算出部14によって算出された歩幅に代えて消費エネルギーの算出に用いることができる。
【0046】
ストライド時間補正処理部27は、ストライド時間入力部11から入力されたストライド時間データについて必要に応じて補正処理を行う。補正処理の方法としては、不要な振動によって検出された余分なストライド時間を積算するとともに、振動を検出できなかった着地を補間する。具体的には、例えば、余分なストライド時間の積算については、所定の閾値時間以上のストライド時間を検出するとともに、次に検出される所定の閾値時間以上のストライド時間まで所定の閾値時間未満のストライド時間を積算する方法がある。さらに、着地の補間については、ストライド時間の平均値を算出し、平均値の2倍の値を中心とする所定の範囲にストライド時間が含まれる場合には、検出ミスがあったものとしてストライド時間を半分に分割する方法がある。
【0047】
表示装置28は、歩幅のデータを表示する歩幅表示部24aと、消費エネルギーのデータを表示する消費エネルギー表示部25aと、速さ感覚を表示する速さ感覚表示部261aと、速度を表示する速度表示部262aとを備えている。歩幅表示部24aには、歩幅算出部14によって算出された歩幅のデータ、及び変換部26によって変換された歩幅のデータが表示される。消費エネルギー表示部25aには、消費エネルギー算出部15によって算出された消費エネルギーのデータが表示される。速さ感覚表示部261aには、変換部26によって変換された速さ感覚が表示される。速度表示部262aには、変換部26によって変換された速度が表示される。
【0048】
本実施形態における消費エネルギー算出装置によれば、被測定者の走行又は歩行に対して連続的に記録されたストライド時間を用いることによって、歩行条件をも考慮して、消費エネルギーを正確に算出することができる。また、ストライド時間のデータのみから消費エネルギーを正確かつ簡便に算出することができる。
【0049】
すなわち、移動期間内での消費エネルギーの算出方法について、ストライド時間から一歩ごとの歩幅を求めることができるので、移動距離を正確かつ簡便に算出することが可能となる。そして、正確な移動距離が算出されることで、消費エネルギーを正確に算出することができる。また、消費エネルギーを算出する期間については、ストライド時間から移動状態と静止状態を判別することで、移動に関係するストライドのみを確実に選択することができる。さらに、所定の期間以上の連続した移動期間を判別することで、本来の運動に関係する移動期間のみを確実に選択して消費エネルギーの算出を行うことができる。
【0050】
また、本実施形態においては、歩幅演算部14とは別に、テーブル(関係表)を用いてデータの変換を行う変換部26が設けられている。この変換部26では、あらかじめ用意されたテーブルを用いているので、ストライド時間から簡便に速さ感覚、速度、又は歩幅に変換することができる。そして、テーブルを用いてストライド時間から歩幅に変換できるので、移動距離が未知であっても歩幅を算出して、消費エネルギーを算出することができる。
【0051】
なお、歩幅算出部14における歩幅の算出については、移動距離が既知であれば、移動期間に含まれる複数のストライド時間と、その移動期間での移動距離とから、一歩ごとの歩幅を算出することができる。また、移動距離が未知であれば、あらかじめ求められたストライド時間と歩幅との相関を示す関係式などから、一歩ごとの歩幅を算出することができる。
【0052】
また、入力されたストライド時間のデータに対して補正処理を行うストライド時間補正処理部27を設けている。これにより、所定の閾値時間より短いストライド時間を積算する処理を行うことで、不要な振動の検出が除去される。さらに、所定の範囲に含まれるストライド時間を半分に分割する処理を行うことで、着地の検出ミスが補正されて正確なストライド時間を得ることができる。
【0053】
また、本消費エネルギー算出装置2によって求められたそれぞれのデータを表示する表示装置28が設けられている。この表示装置28によって歩幅のデータ、消費エネルギーのデータ、速さ感覚、又は速度、あるいはそれらとストライド時間との相関などが表示されることで、これらの情報を容易に確認することが可能となる。
【0054】
上記した実施形態による消費エネルギー算出装置を用いた消費エネルギーの算出方法について具体的に説明する。ここで、消費エネルギーの算出に用いられる歩幅は、身長差や体型、運動能力などによって、被測定者となる個人ごとに異なる。これに対して、図2に示すように、あらかじめ被測定者に固定距離Dを様々な速さ感覚で移動してもらい、そのストライド時間及び歩幅などについてのデータを取っておけば、各個人に合わせてストライド時間と歩幅との関係を定めて、消費エネルギーをより正確に算出することができる。あるいは、それらのデータから、変換部26においてその個人に適用されるテーブル261、262、263をあらかじめ作成することも可能である。
【0055】
以下においては、このように消費エネルギー算出の基準として図2に示したような移動を行ってもらった際に取得されたデータ例によって、歩幅や消費エネルギーなどの各運動量の値、あるいはそれらの算出方法について説明する。ただし、以下に説明する各運動量の算出方法は、このような特殊な歩行方法による場合に限らず、被測定者が通常の走行又は歩行を行っている場合にも同様に適用が可能である。
【0056】
また、各個人に適用されるストライド時間と歩幅との関係等については、上述したように個人ごとに基準データを測定して関係式やテーブルを作成することも可能であるが、例えば、各個人のデータを平均して求められた一般的な関係式やテーブルなどをあらかじめ用意しておき、それを用いる方法なども可能である。
【0057】
まず、歩幅算出部14における歩幅の算出方法、及び変換部26における各データの変換方法について説明する。ここで、ストライド時間と歩幅との関係が未知の場合を考えると、歩幅を求めるには、連続して移動(走行又は歩行)していることとその移動距離が必要である。また、図3のように途中で静止状態が混入していると、距離がわかっても正確な歩幅を求めることはできない。
【0058】
歩幅算出部14においては、移動期間判別部13によって判別された移動期間について歩幅の算出を行うとともに、一歩ごとの歩幅がストライド時間にほぼ反比例するとの関係を用いて歩幅を算出する方法を用いることができる。すなわち、移動期間における移動距離をD、ストライド時間データ列をs1,s2,…,snとすると、snの逆数を用いて移動距離Dを内分することで、被測定者ごとの速さに応じた歩幅を算出することができる。
【0059】
具体的には、1/s1,1/s2,…,1/snを求め、その積算値をIS=Σ(1/sn)とすれば、一歩ごとの歩幅d1,d2,…,dnを、dn=D×(1/sn)/ISで算出できる。図6は、歩幅算出部14によって求められた歩幅を各移動期間T1〜T4ごとに分けて表したグラフで、縦軸を歩幅、横軸を歩数としており、A1が期間T1でのゆっくり歩き、A2が期間T2での普通歩き、A3が期間T3での早歩き、A4が期間T4でのジョギングを示している。
【0060】
なお、図6から、同じ移動期間におけるそれぞれのストライド時間は概ね等しいものの、必ずしも一定とはならないことがわかる。これは、路面の凹凸、歩きの慣れ、体調などが影響していると考えられる。そこで、歩幅の平均値、分散値を求めることによって、被測定者の歩行能力を評価又は比較することができる。この平均値は被測定者の歩き方に対する歩幅を意味しており、分散値は上記した体調などの影響による歩き方のばらつきに対応している。また、歩行開始、終了時の歩幅等が平均からずれることが多いので、距離が短い場合には、前後5歩程度は平均計算から除去することなどの考慮が必要なことがある。
【0061】
また図7は、図6の結果からストライド時間と歩幅との関係を表したグラフで、縦軸をストライド時間、横軸を歩幅としており、B1がゆっくり歩き、B2が普通歩き、B3が早歩き、B4がジョギングを示している。このように、ストライド時間と歩幅との間には一定の相関がある。そして、このストライド時間と歩幅との関係を歩幅テーブル263に記憶しておけば、変換部26において、歩幅テーブル263を用いてストライド時間から歩幅に変換することができる。あるいは、この関係から式を求めて、その関係式を歩幅算出部14での歩幅算出に用いても良い。
【0062】
図8は、速さ感覚ごとに、移動時間、平均速度、平均歩幅、歩数、平均ストライド時間、総距離をまとめた表である。このようなデータから、ストライド時間と速さ感覚との相関や、ストライド時間と速度との相関などを求めることができる。
【0063】
図9は、ストライド時間と速度との関係を表したグラフで、縦軸をストライド時間、横軸を速度としている。この図から、ストライド時間と速度との関係にはほぼ逆比例の関係があることがわかる。この傾きは個人ごとに異なり、歩行能力が優れるにしたがって右側に平行移動してくる。この変化を見れば運動効果の評価が可能となる。そして、このストライド時間と速度との関係を速度テーブル262に記憶しておけば、変換部26において、速度テーブル262を用いてストライド時間から速度に変換することができる。あるいは、この関係から式を求めてその関係式を用いても良い。
【0064】
図10は、歩幅と速度との関係を表したグラフで、縦軸を歩幅、横軸を速度としている。さらに、ストライド時間と速さ感覚との関係も同様に求められ、速さ感覚テーブル261に記憶しておけば、変換部26において、速さ感覚テーブル261を用いてストライド時間から速さ感覚に変換することができる。あるいは、この関係から式を求めてその関係式を用いても良い。
【0065】
図11は、速さ感覚と歩数との関係を表したグラフで、縦軸を速さ感覚、横軸を歩数としており、変換部26によって縦軸のストライド時間が速さ感覚に変換されている。また、このようなグラフにおいて、横軸の歩数を時間に変換してやれば、時間の変化に伴う速さ感覚の変化を知ることができる。さらに、ストライド時間の変化から被測定者の行動を推定することができる。例えば、静止及びゆっくりとした移動を繰り返していれば、ショッピングなどの商品を見ながら移動するような行動をしていると推定することができる。
【0066】
次に、消費エネルギー算出部15における消費エネルギーの算出について説明する。消費エネルギー算出部15は、歩幅算出部14によって算出された歩幅、又は変換部26によって変換された歩幅と、被測定者の体重とから消費エネルギーを算出する。すなわち、例えば、移動期間に含まれる複数のストライド時間のそれぞれに対して算出された複数の歩幅から移動距離を求めることによって、移動距離と被測定者の体重とから消費エネルギーを算出することができる。
【0067】
移動距離からの消費エネルギーの算出方法としては、消費エネルギーが移動距離及び被測定者の体重に比例するとして、その比例関係から消費エネルギーを算出することができる。例えば、体重1kgを1km移動するために必要なエネルギーは1kcal(4184J)とされていることから、被測定者の体重と移動距離との積を求めることで消費エネルギーを算出することができる。この方法では、例えば、体重60kgの人が10km移動したとすると、60kg×10km=600kcalとなる。
【0068】
また、上記以外の算出方法を用いて、消費エネルギーを算出することも可能である。図12は、消費エネルギーと速度との関係を体重別に表したグラフで、縦軸を消費エネルギー、横軸を速度としている。また、グラフW1〜W8については、一番上のW1が体重80kgの場合を示しており、以下5kgずつ軽くなって、一番下のW8が体重45kgの場合を示している。消費エネルギーと速度とは、図12に示すように、被測定者の体重に応じて一定の関係があることが知られており、この関係から消費エネルギーを求めても良い。また、運動強度に応じた酸素摂取量を示すMETS(Metabolic Equivalent)から消費エネルギーを求めても良い。
【0069】
次に、ストライド時間補正処理部27におけるストライド時間データの補正処理について説明する。ここで用いた携帯型測定器は、振り子センサによって着地の振動を検出しているが、このような測定器では、振り子センサの固有振動数、体の複雑な振動、足の振り上げ、着地時の強い振動などの影響により、不要な振動が検出される場合がある。特に、足の振り上げ、着地時の強い振動などの影響によって不要な振動が多く発生する。図13は、生のストライド時間データの一部を表したグラフで、縦軸をストライド時間、横軸を歩数としている。例えば、図13でストライド時間が100ms以下の部分に表れている比較的短いストライド時間が不要な振動の検出を表している。
【0070】
不要な振動の検出を除去する方法として、一度着地を検出した後、一定の時間は着地しないことから、その時間は振動を検出しないように不感時間を設定する方法が考えられる。しかし、単純に不感時間を設定するだけでは正確なストライド時間を記録することができないので、ストライド時間に基づいて正確に消費エネルギーを算出するためには、不感時間を設定する方法では解決することができない。
【0071】
そこで、ストライド時間補正処理部27は、ストライド時間入力部11から入力されたストライド時間データに含まれる検出ミスの補正を行う。図14は、ストライド時間補正処理部27の処理の流れを示すフローチャートである。
【0072】
まず、ストライド時間入力部11から入力されたストライド時間から所定の閾値時間以上のストライド時間を検出する(ステップS1)。次に、ステップS1で検出された所定の閾値時間以上のストライド時間から次に検出されるストライド時間までの閾値時間よりも短いストライド時間を積算し、不要な振動の検出を除去する(ステップS2)。さらに、ストライド時間の平均値を算出する(ステップS3)。そして、平均値の2倍の値を中心とする範囲にストライド時間が含まれる場合に、ストライド時間を半分に分割する処理を行って、検出されなかった着地のデータを補う(ステップS4)。
【0073】
図15は、このようにして補正した結果の一部を表したグラフで、縦軸をストライド時間、横軸を歩数としている。これを図13と比較すると、図13でストライド時間が100ms以下の部分に表れていた不要な振動の検出が除去されている。また、除去されたストライド時間が加算されているため、全体的にストライド時間が増加している。なお、図3及び図4に示したストライド時間データは、このような補正処理を行った後のものである。
【0074】
また、左右の変動周期と振り子センサの固有振動数が共鳴して、振動パターンを発生させることがある。しかし、このような場合は左右の加算平均によって除去することが可能である。
【0075】
本発明による消費エネルギー算出装置は、上述した実施形態及び実施例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、本発明に係る消費エネルギー算出装置に、インターネット経由でストライド時間データを送信し、消費エネルギーを算出することも可能である。
【0076】
図16は、インターネット経由でストライド時間データを送信し、消費エネルギーを算出するネットワークシステムの概略構成図である。本システムにおいては、例えば、各個人の健康状態を管理している健康センター内に、図1又は図5に示したような消費エネルギー算出装置1が設置される。そして、携帯型測定器40に記録されているストライド時間データは、パソコン41、携帯電話42、携帯端末43、又は伝送部44などを利用してインターネット50経由で健康センターに送信され、健康センター内の消費エネルギー算出装置1において消費エネルギーが算出される。また、算出された消費エネルギーは、インターネット50経由で、パソコン41、携帯電話42、又は携帯端末43などを利用して閲覧することができる。
【0077】
まず、ストライド時間データを送信した場合の健康センター内における処理について説明する。被測定者である利用者は、インターネット50経由で健康センター内の消費エネルギーデータ配信装置3にアクセスして、利用者ID及びパスワードを入力する。インターフェース部31から入力された利用者ID及びパスワードは受信部32で受信される。そして、ID認識部33で利用者が認証されると、ストライド時間データの送信が可能となり、課金処理部35で課金処理が行われる。送信されたストライド時間データは、要求判別部34によって消費エネルギー算出装置1に入力される。そして、消費エネルギー算出装置1によって算出された消費エネルギーのデータは、データベース36に記録される。
【0078】
次に、消費エネルギーデータを閲覧する場合の健康センター内の処理について説明する。ストライド時間データ送信のときと同様に、利用者はインターネット50経由で健康センター内の消費エネルギーデータ配信装置3にアクセスして、利用者ID及びパスワードを入力する。そして、ID認識部33で利用者が認証されると、要求判別部34からデータ作成部37に出力データ作成の指示が送られる。データ作成部37は、データベース36から利用者の消費エネルギーデータを検索して送信部38に出力する。そして、利用者の消費エネルギーデータは、送信部38からインターフェース部31に送信されて、インターネット50経由で利用者に送信される。ここで、パソコン41を利用してホームページから消費エネルギーデータを閲覧する場合は無料であるが、携帯電話42を利用して閲覧する場合には、携帯電話42の画面用に表示が変換され、一回当たり所定の料金が課金される。この料金は、一月ごとに集計して利用者に請求される。
【0079】
上記のように、本発明による消費エネルギー算出装置を用いた消費エネルギーデータ配信装置によれば、被測定者は、その歩幅や消費エネルギーなどの運動量のデータを容易に知ることができる。また、このような消費エネルギー算出装置は、各家庭などに配置しても良い。
【0080】
このような消費エネルギーなどのデータは、生活習慣の客観的な情報として、ダイエットなどの健康管理ばかりでなく、糖尿病患者の運動量把握、スポーツ選手の運動量把握にも応用が可能である。また、本発明で用いた手法は、運動における繰り返しサイクルの周期時間が基本となっており、他のスポーツにも応用が可能である。例えば、水泳のストロークに対応させることで、水泳選手のストローク距離、ストローク時間に応用することができる。
【0081】
なお、上述した消費エネルギー算出装置では、ストライド時間から求められた歩幅から、例えば被測定者の移動距離によって消費エネルギーを算出している。走行や歩行に関する限り、被測定者の消費エネルギーは移動距離が同じであればほとんど同じである。したがって、上記した算出方法によれば、走行や歩行による消費エネルギーを移動速度などによらずに正確に評価することができ、被測定者に対して適正な運動の目安等を提供することができる。
【0082】
また、被測定者の歩幅自体も、運動量のデータとして有効である。すなわち、走行又は歩行での歩幅は、個人差はあるが、速く移動すれば歩幅が広くなる。そして、この歩幅は、被測定者の筋力に依存し、筋力がなければ歩幅を広げることができない。したがって、一定期間にわたる歩幅の変化をみることにより、被測定者の筋力はや心肺機能等の強化について評価することができる。
【0083】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した通り、本発明に係る消費エネルギー算出装置は、被測定者の走行又は歩行に対して連続的に記録されたストライド時間を用いることによって、歩行条件をも考慮して、消費エネルギーを正確に算出することができる。また、ストライド時間のデータのみから消費エネルギーを正確かつ簡便に算出することができる。
【0084】
すなわち、移動期間内での消費エネルギーの算出方法について、ストライド時間から一歩ごとの歩幅を求めることができるので、移動距離を正確かつ簡便に算出することが可能となる。そして、正確な移動距離が算出されることで、消費エネルギーを正確に算出することができる。また、消費エネルギーを算出する期間については、ストライド時間から移動状態と静止状態を判別することで、移動に関係するストライドのみを確実に選択することができる。さらに、所定の期間以上の連続した移動期間を判別することで、本来の運動に関係する移動期間のみを確実に選択して消費エネルギーの算出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係る消費エネルギー算出装置の構成を示すブロック図である。
【図2】ストライド時間データを記録する際に被測定者が行った歩行(走行)方法を示す図である。
【図3】図2に示す方法で記録したストライド時間データを表したグラフである。
【図4】図3のグラフを縦軸方向に拡大したグラフである。
【図5】第2実施形態に係る消費エネルギー算出装置の構成を示すブロック図である。
【図6】各移動期間ごとの歩幅を表したグラフである。
【図7】ストライド時間と歩幅との関係を表したグラフである。
【図8】速さ感覚ごとに、移動時間、平均速度、平均歩幅、歩数、平均ストライド時間、総距離をまとめた表である。
【図9】ストライド時間と速度との関係を表したグラフである。
【図10】歩幅と速度との関係を表したグラフである。
【図11】速さ感覚と歩数との関係を表したグラフである。
【図12】消費エネルギーと速度との関係を表したグラフである。
【図13】生のストライド時間データの一部を表したグラフである。
【図14】ストライド時間補正処理部における処理の流れを示すフローチャートである。
【図15】ストライド時間補正処理後のストライド時間データの一部を表したグラフである。
【図16】インターネット経由でストライド時間データを送信し、消費エネルギーを算出するネットワークシステムの概略構成図である。
【符号の説明】
1、2…消費エネルギー算出装置、
11…ストライド時間入力部、
12…移動状態判別部、13…移動期間判別部、
14…歩幅算出部、24a…歩幅表示部、
15…消費エネルギー算出部、25a…消費エネルギー表示部、
26…変換部、27…ストライド時間補正処理部、
261…速さ感覚テーブル、261a…速さ感覚表示部、
262…速度テーブル、262a…速度表示部、263…歩幅テーブル、
3…消費エネルギーデータ配信装置、
31…インターフェース部、32…受信部、33…ID認識部、
34…要求判別部、35…課金処理部、36…データベース、
37…データ作成部、38…送信部、
40…携帯型測定器、41…パソコン、42…携帯電話、43…携帯端末、
44…伝送部、50…インターネット。
Claims (7)
- 被測定者が走行又は歩行によって消費する消費エネルギーを算出する算出装置であって、
前記被測定者の走行又は歩行における着地の時間間隔をストライド時間として記録したデータを入力するストライド時間入力手段と、
前記ストライド時間入力手段から入力された前記ストライド時間に基づいて前記被測定者の静止状態と移動状態とを判別する移動状態判別手段と、
前記移動状態判別手段によって判別された前記静止状態から次の静止状態までの時間に基づいて移動期間を判別する移動期間判別手段と、
前記移動期間に含まれる複数のストライド時間のそれぞれに対して、前記ストライド時間から一歩ごとの歩幅を算出する歩幅算出手段と、
前記移動期間に含まれる前記複数のストライド時間のそれぞれに対して算出された複数の前記歩幅と前記被測定者の体重とから前記被測定者の消費エネルギーを算出する消費エネルギー算出手段と、
を備え、
前記移動状態判別手段は、前記ストライド時間が、所定の閾値時間以下の場合を前記移動状態と判別し、前記所定の閾値時間を超える場合を前記静止状態と判別することを特徴とする消費エネルギー算出装置。 - 前記歩幅算出手段によって算出された前記歩幅のデータを表示する歩幅表示手段と、
前記消費エネルギー算出手段によって算出された前記消費エネルギーのデータを表示する消費エネルギー表示手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の消費エネルギー算出装置。 - 前記ストライド時間と速さ感覚との関係を示す速さ感覚テーブル、前記ストライド時間と速度との関係を示す速度テーブル、及び前記ストライド時間と歩幅との関係を示す歩幅テーブルの少なくとも一つをあらかじめ用意し、前記テーブルを用いて前記ストライド時間から前記速さ感覚、前記速度、又は前記歩幅に変換する変換手段をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の消費エネルギー算出装置。
- 前記変換手段によって変換された前記速さ感覚を表示する速さ感覚表示手段と、
前記変換手段によって変換された前記速度を表示する速度表示手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の消費エネルギー算出装置。 - 前記移動期間判別手段は、前記移動状態判別手段によって判別された前記静止状態から前記次の静止状態までの間が、所定の閾値歩数以上の場合を前記移動期間と判別することを特徴とする請求項1に記載の消費エネルギー算出装置。
- 前記ストライド時間入力手段から入力された前記ストライド時間のデータを補正するストライド時間補正処理手段をさらに備え、
前記ストライド時間補正処理手段は、所定の閾値時間以上のストライド時間を検出するとともに、次に検出される前記所定の閾値時間以上のストライド時間まで前記所定の閾値時間未満のストライド時間を積算することを特徴とする請求項1に記載の消費エネルギー算出装置。 - 前記ストライド時間補正処理手段は、前記ストライド時間の平均値を算出して、前記平均値の2倍の値を中心とする所定の範囲に前記ストライド時間が含まれる場合に、前記ストライド時間を半分に分割することを特徴とする請求項6に記載の消費エネルギー算出装置。
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