JP4552667B2 - 活動量計 - Google Patents

Description

本発明は、使用者の運動レベルを提示する活動量計に関するものである。

使用者の身体の活動を検知して使用者に生活改善のデータを提示するための装置として運動レベル経時記憶装置が従来提供されている（特許文献１）。
特許第３０２７３４６号公報（段落番号００４０、００４１、図４）

上記の特許文献１に開示されている運動レベル経時記憶装置は、文字通り使用者の身体の活動を検知して、その検知した諸元データを収集記憶して使用者に提示するものに過ぎず、しかも運動強度の測定方法は加速度センサを用いて使用者の歩数をカウントするとともに、カウント値と加速度センサが出力する最大電圧値とに基づいたものであって、精度良い運動強度を求めることができなかった。

本発明は、上述の点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、使用者の運動強度を精度良く計測することができる運動量計測装置を用いて使用者に最適な運動強度に対応した運動強度を計測して、リアルタイムに効果的な運動レベルを使用者に提示して使用者のモチベーションを高めることができる活動量計を提供することにある。

上述の目的を達成するために請求項１の活動量計の発明では、生体の体動を検知する検知手段、所定時間における前記検知信号の変動平均を演算する第１の演算手段、前記変動平均或いは変動平均の積分値を用いて運動強度値を演算する第２の演算手段、及び演算されて求まった運動強度値を記憶する記憶手段を備えた運動量計測装置と、所定の最適運動強度を設定する運動強度設定手段と、前記所定の最適運動強度と前記運動量計測装置で求められる運動強度値とを比較して、前記所定の最適運動強度に対応する運動レベル以上の運動レベルでの持続時間及びその積算時間を提示する運動レベル出力手段とを有することを特徴とする。

請求項１の活動量計の発明によれば、使用者の運動強度値を加速度センサ等の生体の体動を検知する検知手段の出力値を用いて容易に且つ精度良く計測することができる。

また、使用者に応じた最適な運動強度に対応した運動量を計測して、リアルタイムに効果的な運動レベルを使用者に提示して使用者のモチベーションを高めることができる。

請求項２の活動量計の発明では、請求項１の発明において、前記運動強度設定手段は、酸素摂取量のデータに基づいて算出された前記所定の最適運動強度を設定することを特徴とする。

請求項２の活動量計の発明によれば、使用者の運動能力レベルに応じた最適運動強度を既存のデータから設定することができる。

請求項３の活動量計の発明では、請求項１の発明において、前記運動強度設定手段は、前記使用者が操作される操作手段を具備し、該使用者が使用中に前記操作手段を操作したときに前記運動量計測装置が計測する運動量から求められる運動強度値を前記所定の最適運動強度を設定することを特徴とする。

請求項３の活動量計の発明によれば、使用者が実感する最適な運動強度を最適運動強度として設定することができ、使用者の運動能力や体力に合致した運動レベルの提示が可能となる。

請求項４の活動良計の発明では、請求項１の発明において、前記運動強度設定手段は、前記運動量計測装置が計測する運動量から算出される嫌気性作業閾値に基づいて前記所定の最適運動強度を設定することを特徴とする。

請求項４の発明の活動量計の発明によれば、最も効率的な運動に対応した最適運動強度を設定することができる。

請求項５の活動量計の発明で、請求項１乃至４の何れかの発明において、使用者の運動履歴を記憶する記憶部を備えていることを特徴とする。

請求項５の活動量計の発明によれば、使用者が必要に応じて自分の運動レベルの変遷や、運動量の変遷を知ることができ、特に効果的な運動強度の継続時間や積算時間を知ることで、日常生活における運動時間を増やす等使用者のモチベーションを一層高めることができる。

本発明は、使用者の運動強度を精度良く計測することができる運動量計測装置を用いることで、使用者に応じた最適な運動強度に対応した運動量を計測して、リアルタイムに効果的な運動レベルを使用者に提示して使用者のモチベーションを高めることができる活動量計を提供できるという効果がある。

以下本発明を実施形態により説明する。
（実施形態１）
図１は本実施形態の活動量計の回路構成を、図２は活動量計本体８の外観構成を夫々示しており、本実施形態の活動量計は、使用者の体動を検知する検知手段としての、例えば３軸の加速度センサ１と、各種データの入力のための複数の操作ボタン２０等からなる入力操作部２及び後述する使用者の運動強度や運動の積算時間等の履歴データや、更に設定された所定の運度強度を記憶するメモリ部３と、メモリ部３に記憶した運動レベルや履歴データを表示する液晶表示器４と、メモリ部３で記憶したデータを外部に送信するためのシリアル通信装置５と、活動量計の中枢を無し、メモリ部３に対するデータの読み書き処理、液晶表示器４の表示に対する制御、更にシリアル通信装置５を通じてのデータの送受信処理、また入力操作部２からのデータの取り込みと処理、加速度センサ１で計測される運動量から使用者の運動強度を演算して求める運動計測演算処理と、設定された所定の最適運動強度と演算された使用者の運動強度との比較に基づいて運動レベルを求める演算処理とを行うマイクロコンピュータからなる演算処理部６とで構成され、演算処理部６の運動計測演算処理の機能と、加速度センサ１と、使用者の運動強度を記憶する記憶手段としてのメモリ部３とで活動量計の主要構成の一つである運動量計測装置を構成している。

尚人体の加速度を計測することができるものであれば、１軸以上の加速度計測手段を用いても良く、３軸の加速度センサに特に限定されるものでない。

次に本実施形態での運動量計測装置としての機能を説明する。

つまり加速度センサ１の出力値（出力信号）を取り込む演算処理部６は、一定時間ｔｗの加速度の変動平均（標準偏差値）を求める演算機能と、この変動平均（或いはその積分値）から、運動強度ｗｉを求める演算機能とを備えている。

この運動強度ｗｉの演算は、呼気ガス計測装置により運度強度を変化させ測定した酸素消費量と、加速度分散値との関係式により演算する。演算方法については、図３を用いて説明する。ある一定時間ｔｗ[秒]の各軸の変動分の合成値を算出する。その合成値の時間平均（標準偏差）をＳｗとすると以下の式により得られる。

ここで、ａｘｋ、ａｙｋ、ａｚｋは一定時間ｔｗ［秒］のｋ番目における加速度サンプリング値を示し、ｂｘ、ｂｙ、ｂｚは一定時間ｔｗ［秒］における平均値を示す。

従って、一定時間ｔｗにおける運動強度ｗｉの値は図４に示したデータにより求まる。
つまり、図４でプロットされた点（加速度の変動平均値）と後述するＭＥＴｓ値の関連を散布図上で示した点を最小自乗近似して得られた図４の直線の関係が
ｙ＝ａｘ＋ｂ、相関関数Ｒ＝０．９２で示される。
（ｙ：加速度変動値 ｘ：ＭＥＴｓ値）
加速度変動値ｙ、つまり上述の合成値の時間平均値Ｓｗが求まると、一定時間ｔｗの運動強度ｗｉ（ＭＥＴｓ値）は次の式から求まる。

ｗｉ＝αＳｗ＋β …（２）
ここでα、βは呼気ガス計測装置により運度強度を変化させ測定した酸素消費量と、加速度分散値との間に得られた関係式における係数。

尚、運動強度の値はアメリカスポーツ医学会で用いられている、運動時の消費エネルギーが安静時の消費エネルギーの何倍になっているか示す値 「ＭＥＴｓ」値を基準としている。

また前記方法では一定時間ｔｗとして４秒から１５秒が適当な値であるが、活動強度（運動強度）の算出時間幅を長くする場合、例えば１分以上にする場合などでは、時間平均Ｓｗをとった後、運動強度ｗｉを演算する。従って新たな時間幅をＴｗとすると、
ｗｉ＝α（ΣＳｗ×（Ｔｗ／ｔｗ））＋β …（２）’となる。

尚変動平均の積分値或いは所定時間以上の時間における時間積分値を用いて運動強度ｗｉを演算するようにしても良い。

かように求めた運動強度を演算処理部６はメモリ部３に記憶させる。

以上のように運動量計測装置の演算手段として働く演算処理部６は、上述のように求めた運動強度と比較する所定の最適運動強度を下記のように設定する運動強度設定機能を備えている。

具体的には１９８９年、「厚生省 健康づくりのための運動所要量策定委員会」が定めた、日本人の体重１キログラム当たりに１分間に摂取できる酸素の最大量（ｍｌ／ｋｇ／分）の推定値（表１）と維持目標（表２）を用いて下記のように所定の最適運動強度を定める。

ここで生活活動強度Ｉとは事務的な仕事やこれに類似した仕事に従事しているものや幼児のいない専業主婦などで、余暇にも特に運動をしていない者を対象とし、生活活動強度IIとは製造業、サービス業などに従事する者、乳幼児の世話に手間のかかる主婦などを対象とする。

而して表１及び表２を基に運動能力レベルを３段階（Ｉ〜ＩＩＩ）を定め、それぞれの運動能力レベルに応じた、所定の最適運動強度（最適運動強度 Ａａ）を次式（３）により定める。また、運動能力レベルと表１、表２との対応は次の通りである。

運動能力レベルＩ → 生活活動強度Ｉ
運動能力レベルII → 維持目標値
運動能力レベルIII → 生活活動強度II
Ａａ ＝ ＶＯ_{ｉ＿ａｇｅ} ／２／３．５ …（３）
尚、ＶＯ_{ｉ＿ａｇｅ}は各運動能力レベルＩ〜IIIの各年齢階級での最大酸素摂取量の値である。

次に使用者（被測定対象者）に応じた所定の最適運動強度の設定の手法について説明を行う。
まず（３）式によって定められたテーブル（表３）の値を製造メーカ側において予めメモリ部３に記憶させておく。

次に使用者が活動量計を使用するに当たり、入力操作部２の操作ボタンを操作することにより運動強度の設定モードを設定する。このモードでは演算処理部６の制御の下で使用者が自己の年齢、性別、自己申告による運動レベルを入力する画面が液晶表示器４に表示され、使用者はこの表示画面を確認しながら年齢、性別、運動レベルを入力する。尚この画面では夫々を選択する画面であって、操作ボタンの操作で年齢、性別、運動レベルが選択できるようになっている。

さて、入力が確定されると、演算処理部６は入力された情報を基に、メモリ部３に記憶されたテーブル（表３）から該当する運動レベルに対応した設定値を読み出し当該使用者の効果的な最適運動強度として記憶装置２３に登録設定する。

この設定後、使用者が本実施形態の活動量計を身体に装着し、入力操作部２の操作ボタンの操作により動作モードを使用モードに設定すると、演算処理部６は加速度センサ１からのデータのサンプリングを開始して運動強度の演算を上述の式（１），（２）に基づいて開始するとともに、求めた運動強度値と設定した運動強度値とを比較して、当該使用者が設定した運動強度に対応する運動レベル以上の運動時間の持続時間及びその積算時間を算出する処理を行ってメモリ部３に蓄積する。

そしてこれら情報を液晶表示器２においてリアルタイムに表示することで、使用者に対して自己の運動レベルを提示することができることになる。

また加速度センサ１の出力値から演算処理部６により求められた運動量は運動強度毎に運動時間が積算されメモリ部３に記憶される。この記憶された運動強度毎の運動時間は演算処理部６の制御の下で液晶表示器２に図５（ａ）〜（ｃ）に示すように表示されるようになっている。つまり演算処理部６は液晶表示器２を用いて運動レベルを使用者に提示する運動レベル出力手段を構成する。図５（ａ）のバーグラフ１０はその運動強度毎の運動時間の表示例を示しており、例えば運動強度は”１”〜”１１”までの１１段階でその日一日の運動時間の積算を１目盛り５分で示している。また設定された所定の最適運動強度の運動時間はバーグラフ１１で示され、所定の最適運動強度を例えば５分継続すれば一目盛り増えるようになっており、全ての目盛りが表示されれば、６０分間所定の運動をしたこととなる。それは、一日の所定の運動量の目標とすることができる。尚バーグラフ１０の数字は時刻を示し、その時刻が午前か、午後か、一日かは表示欄１２で表示される。

表示部位１３は入力した年齢や性別運動レベルなどから定めた最適な運動強度値の一つ上のレベルと下のレベルを表示するものであり、例えば「白」目盛りで上のレベルを、「黒」目盛りで下のレベルを示す。また、過去の運動履歴は運動日表示欄１４で表示する運動日を入力操作部２の所定の操作ボタン２０の操作によりインクリメント又はデクリメントすることにより、バーグラフ１０や、バーグラフ１１の表示を過去の履歴とすることも可能である。また表示欄１５は消費エネルギーや所定の運動を行った時間、歩数等を表示する欄であり、その単位は右隣りの表示欄１４で表示される。また表示欄１７は現在時刻の表示欄で、演算処理部６の内蔵時計機能の計時時刻が表示される。

図５（ｂ）は所定の運動を行った時間をバーグラフ１０で表示し、表示欄１５によりその積算時間［分］を表示した一例である。

図５（ｃ）は運動強度と運動時間から消費エネルギーに変換し、時間毎の消費エネルギーをバーグラフ１０で表示し、表示欄１５でトータルの消費エネルギー［ｋｃａｌ］を 表示したものである。

図５（ａ）の例も図５（ｂ）の例も表示欄１４の表示日を入力操作部２の操作ボタン２０の操作で変更することにより過去の履歴データを読み出して表示させることができる。
（実施形態２）
上記実施形態１では所定の最適運動強度Ａａを予めメモリ部３に登録してあるテーブルから使用者が選択した性別、年齢、運動レベルに該当する値を呼び出しことで、設定するようにしたものであるが、本実施形態では、使用者がある一定の運動強度に達したと感じたときに、その時点で活動量計の入力操作部２を操作することで、当該運動強度を最適な運動強度として設定するようにしたものである。

つまり本実施形態では、図６に示すように入力操作部２の操作ボタン２０の一つとして活動量計本体８の上面に設定ボタン２０’を設けるとともに、演算処理部６の制御の下で、例えば１分毎に漸増するピッチ音をスピーカ７より出力させる機能を付加し、例えば使用者が当該活動計量を使用モードに設定して使用を開始すると、スピーカ７より上記ピッチ音を発鳴させ、使用者はそのピッチ音に合わせて歩行する。そして使用者が主観評価により「少ししんどいくらいの運動」に達しったとき、設定ボタン２０を入力すると、それまで加速度センサ１のデータに基づいてリアルタイムに運動強度を測定しているため、演算処理部６は設定ボタン２０’が押された時点で測定している運動強度を最適な運動強度Ａａとしてメモリ部３に登録設定する処理を行うのである。尚本実施形態の回路構成を図７に示す。

この登録設定された最適な運動強度Ａａとそれ以後の測定される運動強度との比較演算や運動レベルの提示処理や履歴表示は実施形態１に準ずるものとしてここでは説明は省略する。

尚本実施形態の設定機能を用いることにより、使用者が設定する運動強度の履歴に基づいてその人の運動能力の変遷が明確になるため、使用者は体力の低下や向上を、履歴データを液晶表示器４で表示させることで知ることができる。
（実施形態３）
本実施形態は、設定する所定の最適運動強度として、前記運動量計測装置が計測する運動量から算出される嫌気性作業閾値（以下ＡＴポイントという）に基づいて前記所定の最適運動強度を設定する点に特徴がある。ここで、ＡＴポイントとは、有酸素的なエネルギー産生機構に、無酸素的なエネルギー産生が加わり始める運動強度であり、ＡＴポイント直前の運動強度が最も効率的な運動であると知られており、このＡＴポイントは通常、運動強度を漸増させ、呼気ガス量から酸素摂取量などを測定することにより測定され、時間と呼気ガス量の屈曲点がその点である。

本実施形態では図１の回路構成を用い、加速度センサ１の出力値からＡＴポイントを検出することによって最適な運動強度Ａａを決定する機能を演算処理部６に持たせてある。

その決定方法を図８（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。

図８（ａ）、（ｂ）は運動能力の異なる２名の呼気ガス量と加速度の実験結果を示しており、加速度は横軸方向（進行方向に対して横方向）ｙの加速度の変動値である。図において右軸に呼気ガス摂取量、左軸に加速度の変動値（分散値）、横軸に時間を夫々とっている。呼気ガス摂取量のデータ（ｉ）に近似曲線（ii）を描画することにより、ＡＴポイント（Ｐ）が推定できる。この推定されたＡＴポイント（Ｐ）における加速度変動値を算出すると、何れの場合も０．２５［Ｇ］前後の値である。従って横方向の加速度変動値(iii）を基準に０．２５［Ｇ］を基準に最適運動強度を算出できる。また、図９に示すＡＴポイントにおける加速度変動平均値を各軸（ｘ、ｙ、ｚ）及び全軸（ｘｙｚ）の合成の場合について求めたデータからわかるように鉛直方向ｘ、進行方向ｚ及び３軸（全軸ｘｙｚ）の合成成分よりも、横軸方向ｙが最適な運動強度Ａａの算出に適していることがわかる。但しこの値は使用者の腰部に活動量計を装着した場合(本実施形態ではこの装着を標準とする）の値であって、他の部位に装着する場合は、その部位に応じた値によって算出するように設定しておけば良い。

而して本実施形態では、加速度センサ１の出力値からＡＴポイントを検出しその検出したＡＴポイントにより自動的に最適な運動強度Ａａを設定することができるので、使用者が設定のための操作を行う必要がなくなる。

尚設定された最適な運動強度Ａａとそれ以後の測定される運動強度との比較演算や運動レベルの提示処理や履歴の表示処理は実施形態１に準ずるものとしてここでは説明は省略する。

実施形態１の回路構成図である。 実施形態１の外観を示す斜視図である。 実施形態１における運動強度の変換の演算方法の説明図である。 実施形態１の運動強度の計算に用いるデータを示す図である。 実施形態１の液晶表示器での表示の説明図である。 実施形態２の外観を示す斜視図である。 実施形態２の回路構成図である。 実施形態３の最適な運動強度の設定説明図である。 実施形態３のＡＴポイントにおける加速度変動平均値の説明図である。

符号の説明

１ 加速度センサ
２ 入力操作部
２０ 操作ボタン
３ メモリ部
４ 液晶表示器
５ シリアル通信装置
６ 演算処理部

Claims (5)

1. 生体の体動を検知する検知手段、所定時間における前記検知信号の変動平均を演算する第１の演算手段、前記変動平均或いは変動平均の積分値を用いて運動強度値を演算する第２の演算手段、及び演算されて求まった運動強度値を記憶する記憶手段を備えた運動量計測装置と、所定の最適運動強度を設定する運動強度設定手段と、前記所定の最適運動強度と前記運動量計測装置で求められる運動強度値とを比較して、前記所定の最適運動強度に対応する運動レベル以上の運動レベルでの持続時間及びその積算時間を提示する運動レベル出力手段とを有することを特徴とする活動量計。
2. 前記運動強度設定手段は、酸素摂取量のデータに基づいて算出された前記所定の最適運動強度を設定することを特徴とする請求項１記載の活動量計。
3. 前記運動強度設定手段は、前記使用者が操作される操作手段を具備し、該使用者が使用中に前記操作手段を操作したときに前記運動量計測装置が計測する運動量から求められる運動強度値を前記所定の最適運動強度として設定することを特徴とする請求項１記載の活動量計。
4. 前記運動強度設定手段は、前記運動量計測装置が計測する運動量から算出される嫌気性作業閾値に基づいて前記所定の最適運動強度を設定することを特徴とする請求項１記載の活動量計。
5. 使用者の運動履歴を記憶する記憶手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか記載の活動量計。

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