JP4706310B2 - Pedometer - Google Patents
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Description
本発明は、歩数計に関するものである。 The present invention relates to a pedometer.
従来、ベルトに装着せず、ポケット等に入れても測定できる歩数計が提供されている(例えば特許文献1)。この歩数計は複数の加速度センサと、角度検出センサとの組み合わせにより、角度センサが検出する本体の向きに対応した加速度センサの出力信号を選択する方法や、複数の加速度センサの内、加速度センサの振動の大きい振動出力を取り出す方法が採用されている。
ところで、上述の特許文献1に開示されている歩数計の構成では、歩数計の向きによって同じ加速度を与えた場合でも加速度センサの出力値が異なってくるため、選択された方向に対応する加速度センサの出力値が定められた値以上となった数を歩数と計数するのみでは、精度の良い計数ができないという問題があった。
By the way, in the configuration of the pedometer disclosed in the above-mentioned
本発明は、上述の問題点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、歩数の計数精度が向上するとともに向きによる精度変化が少ない歩数計を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a pedometer which improves the counting accuracy of the number of steps and has little change in accuracy depending on the direction.
上述の目的を達成するために、請求項1の発明では、3軸加速度センサと、該3軸加速度センサから出力される3軸の加速度値の合成値を算出するとともに該合成値の大きさに基づいて歩数を算出する歩数算出手段と、進行方向の加速度変動量と予め定められた閾値とを比較して加速度変動量が閾値を越えているか否かにより歩数算出手段による歩数算出の有/無を決定する手段とを備えていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a composite value of the triaxial acceleration sensor and the triaxial acceleration value output from the triaxial acceleration sensor is calculated and the magnitude of the composite value is calculated. the basis of the number of steps calculation means for calculating the number of steps, the step count calculation unloading by step number calculating means by determining whether the amount of acceleration change exceeds the threshold value is compared with a predetermined threshold value and the acceleration change amount in the traveling direction Yes / And a means for determining nothing.
請求項1の発明によれば、3軸の加速度値の合成値を用いることで、歩数計の向きがどの方向に向いていても歩数を正確に計数することができ、一方向の出力値のみで歩数を計数する場合に比べて精度変化も少ない。また、請求項1の発明によれば、定位置で上下動作と歩行とを区別することで、歩数の計数精度を高めることができる。
According to the invention of
請求項2の発明では、3軸加速度センサと、該3軸加速度センサから出力される3軸の加速度値の合成値を算出するとともに該合成値の大きさに基づいて歩数を算出する歩数算出手段と、一定期間の前記合成値の平均、標準偏差、分散の何れか一つの演算値と、当該演算値に対応して予め定めた閾値とを比較して演算値が閾値を越え且つ進行方向の加速度変動量が予め定められた閾値を越えているか、否かにより歩数算出手段による歩数算出の有/無を決定する手段とを備えていることを特徴とする。
In the invention of
請求項2の発明によれば、3軸の加速度値の合成値を用いることで、歩数計の向きがどの方向に向いていても歩数を正確に計数することができ、一方向の出力値のみで歩数を計数する場合に比べて精度変化も少ない。また、請求項2の発明によれば、一定期間の歩数の計数誤差を無くし且つ歩数の計数精度を高めることができる。
According to the invention of
請求項3の発明では、請求項1又は2の発明において、前記歩数算出手段で算出する所定単位歩数及び該所定単位歩数の最初の一歩と最後の一歩の時刻差とに基づいて歩行速度を算出する算出手段を備えていることを特徴とする。
In the invention of
請求項3の発明によれば、歩行速度計測機能を併せ持った歩数計を提供することができる。
According to the invention of
請求項4の発明では、請求項1乃至3の何れか記載の発明において、前記歩数算出手段が3軸加速度センサの出力をサンプリングして取り込む周期は、出力値が歩行中を示す所定値以上の場合の周期より、前記出力値が前記所定値未満のときのサンプリング周期を長くしていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the period of time of the step count calculating means sampling and capturing the output of the triaxial acceleration sensor is equal to or greater than a predetermined value indicating that the walking is in progress. The sampling period when the output value is less than the predetermined value is longer than the period of the case.
請求項4の発明によれば、歩行中でない場合の3軸加速度センサのサンプリング周期を長くすることで、3軸加速度センサでの消費電力を小さくし、且つ歩数算出手段の演算負担を小さくして、演算に要する消費電力を小さくすることができ、結果電源として電池を用いた場合の電池消耗の低減が図れる。
According to the invention of
請求項5の発明では、請求項1乃至4の何れか記載の発明において、前記3軸加速度センサの加速度の大きさと向きとで操作情報を取り込むユーザーインタフェースを有していることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the invention, there is provided a user interface according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, which has a user interface that takes in operation information according to the magnitude and direction of acceleration of the three-axis acceleration sensor.
請求項5の発明によれば、歩数計を手で振ったりすることで、操作入力ができ、そのため操作釦を用いる操作入力部を設ける必要も無く、また操作釦の大きさの限界から制限されていた歩数計の小型化が可能となり、しかも3軸加速度センサを操作情報の信号源として兼用できるため、コストも高くならない。 According to the fifth aspect of the present invention, the operation input can be performed by shaking the pedometer by hand. Therefore, there is no need to provide an operation input unit using the operation button, and the operation button is limited by the size limit. Therefore, the pedometer can be reduced in size, and the three-axis acceleration sensor can be used as a signal source for operation information, so that the cost does not increase.
本発明は、3軸の加速度値の合成値を用いることで、歩数計の向きがどの方向に向いていても歩数を正確に計数することができ、一方向の出力値のみで歩数を計数する場合に比べて精度変化も少ないという効果がある。 In the present invention, by using a composite value of three-axis acceleration values, the number of steps can be accurately counted regardless of the direction of the pedometer, and the number of steps is counted only with an output value in one direction. Compared to the case, there is an effect that the change in accuracy is small.
以下本発明を実施形態により説明する。
(実施形態1)
本実施形態は、3軸加速度センサ1と、マイクロコンピュータからなる演算処理装置2と、メモリ部3と、電池電源4と、歩数等を含む情報を表示するための液晶表示器のような表示器5と、設定や操作のための押釦群からなる操作入力部6とから構成され、歩数計本体Hの内部に3軸加速度センサ1と、演算処理装置2と、メモリ部3と、電池電源4とを内蔵するとともに、表示器5を表示面が外部に臨むように歩数計本体Hに装着し、操作入力部6を押釦が外部から操作可能なように歩数計本体Hに装着してある。
Embodiments of the present invention will be described below.
(Embodiment 1)
In the present embodiment, a display device such as a liquid crystal display for displaying information including a
演算処理装置2は、3軸加速度センサ1から出力される3軸の加速度値を所定周期でサンプリングするとともに、サンプリング毎に3軸の加速度値の合成値を算出して歩数を計数する歩数算出手段20と、表示器4に対する制御、操作入力部6の操作情報の処理、更にメモリ部3の読み書きの制御を担う制御処理手段21とを歩数計の基本機能としてソフトウェアで実現している。
The
ここで歩数算出手段20は3軸の加速度値の合成値の平方根を算出する合成値算出機能20aと、算出された合成値の平方根に基づいて歩数を計数する歩数計数機能20bとを備えており、合成値算出機能20aは3軸加速度センサ1から出力される各軸X、Y、Zの加速度の値をax、ay、azとしたとき、合成した加速度値、つまり合成値Aを以下の式(1)に基づいて算出する。
Here, the step count calculating means 20 includes a composite
A= ax 2+ay 2+az 2 …(1)
而して例えば、3軸加速度センサ1が直流成分を検出可能な場合、歩数計が静止している場合は必ず重力加速度1Gが合成値Aとして求まることになる。また、静止していない場合も直流成分として、必ず1Gが合成値Aに含まれることになる。
A = a x 2 + a y 2 + a z 2 (1)
Thus, for example, when the
従って合成値Aの平方根の値は重力加速度を含んだ歩数計が受けた加速度の大きさであり、この大きさは歩数計の向きによらない。つまり、歩数計がどの向きに合っても正確に歩数を算出することが可能である。 Therefore, the value of the square root of the composite value A is the magnitude of acceleration received by the pedometer including gravitational acceleration, and this magnitude does not depend on the direction of the pedometer. That is, it is possible to accurately calculate the number of steps regardless of the orientation of the pedometer.
而して、歩数算出手段20の合成値算出機能20aで算出した合成値Aの平方根の値を取り込む歩数計数機能20では、歩数計数のために予めメモリ部3に登録している閾値T2と合成値Aの平方根の値とを比較して合成値Aの平方根の値が閾値T1を超えていれば一歩と計数して計数値を積算する処理を行い、その時点の積算値を歩数データとして制御処理手段21へ送出する。
Thus, in the
尚合成値算出機能20aでの演算を簡単にするために平方根を取らない合成値Aをそのまま用いても構わない。
In order to simplify the calculation in the composite
さて制御処理手段21では歩数算出手段20から送られてくる歩数データを表示器4で数値表示するための処理を行って表示データを表示器4に送ることで、表示値を積算値の変化に応じて時々刻々更新表示させることで被測定者に現時点の歩数を提示する。
The control processing means 21 performs a process for displaying the step count data sent from the step count calculation means 20 on the
尚計数した歩数をメモリ部3に累積保存して、1週間単位や1か月単位での歩数総計の確認等ができるようになっている。
The counted number of steps is accumulated and stored in the
操作入力部6は歩数計測スタート/ストップの操作、累積保存している歩数総計のリセット、更に表示を歩数計測スタートから現時点までの歩数表示や累積保存している歩数総計の表示など歩数計として必要な操作ができるようになっており、操作された入力情報は制御処理手段21に取り込まれ、表示器5の制御、メモリ部3の読み書き制御が為されるようになっている。
(実施形態2)
ところで、被操作者が歩数計を装着又は携行しているものの歩行していない状態(例えば電車に乗車している場合)などにおいても振動が歩数計に伝わって、これにより3軸加速度センサ1が出力する加速度値の合成値Aに基づいて歩数算出手段20が歩数を計数してしまう恐れがある。
The
(Embodiment 2)
By the way, the vibration is transmitted to the pedometer even when the operated person wears or carries the pedometer but is not walking (for example, when riding on a train), and the
そこで瞬間的な加速度の検出や、少しの動きではある一定以上の加速度値を示さない場合には歩数計数を行わないように、歩数計数手段20内に図2に示すように上述の合成値Aの一定期間の平均値(又は分散値或いは標準偏差値)を算出し、この算出結果と予めメモリ部3に登録してある閾値T2とを比較して、算出結果が閾値T2以上無ければ歩行していないと判断して歩数計数機能20bに対して合成値Aの平方根の値と閾値T1との比較に基づいた歩数計数を止める指示を与える、つまり歩数計数を無くす処理を行う歩行判断機能20cを付加した点に特徴がある。
Therefore, in order not to perform step count counting when instantaneous acceleration is detected or an acceleration value above a certain level is not shown by a slight movement, the above-described composite value A as shown in FIG. An average value (or variance value or standard deviation value) for a certain period of time is calculated, and the calculated result is compared with a threshold value T2 registered in advance in the
而して、本実施形態では、合成値Aの一定期間の平均値(又は分散値或いは標準偏差値)が閾値T2未満の場合、歩数を計数しないことにより、期間の歩数の計数誤差を少なくすることができることになる。 Thus, in the present embodiment, when the average value (or variance value or standard deviation value) of the composite value A for a certain period is less than the threshold value T2, the number of steps is not counted, thereby reducing the counting error of the number of steps in the period. Will be able to.
尚その他の構成は実施形態1に準ずるため、実施形態1の構成及びその説明を参照してここでは図示及び説明を省略する。 Since other configurations are the same as those in the first embodiment, the illustration and description are omitted here with reference to the configuration of the first embodiment and the description thereof.
尚上述の歩行判断機能20cの代わりに、定位置で被測定者が定位置で上下する場合には前後方向の加速度はほとんど生じないが、歩行している場合は、上下動に加え進行方向の加速度が歩行周期に合わせて変化するため、3軸加速度センサ1の各軸の加速度値の変化を検出することで歩行であるか否かを判断する歩行判断機能を用いても良い。該歩行判断機能と、上述の歩行判断機能20cとを併用して両機能が共に歩行と判断したときのみ歩数計数機能20bによって歩数計数を行うようにして良く、この場合一層の歩数計数の精度を高めることができる。
(実施形態3)
ところで歩数が計数できれば、歩行速度を算出することが可能となるが、例えば一歩と計数したときの時刻と、次に一歩と計数したときの時刻を、3軸加速度センサ1の加速度検出信号をサンプリングする周期を最小単位として保存し、次の一歩を計数したときの時刻と先に保存した時刻との時間間隔で、予め設定している被測定者の歩幅を割ると歩行速度を算出することができるが、計数エラーがあったときには誤差が多くなる。
Instead of the above-described
(Embodiment 3)
If the number of steps can be counted, the walking speed can be calculated. For example, the time when counting one step and the time when counting next step are sampled from the acceleration detection signal of the
本実施形態では、実施形態1或いは2の歩数計に、計数エラーによる誤差が生じにくい歩行速度を測定する歩行速度計測手段を付加したものである。 In this embodiment, walking speed measuring means for measuring a walking speed in which an error due to a counting error is unlikely to occur is added to the pedometer of the first or second embodiment.
図3は本実施形態の機能構成を示すものであり、実施形態1(或いは実施形態2)において、演算処理装置2内に歩行速度計測手段22を追加した点で、実施形態1(或いは実施形態2)と相違している。
FIG. 3 shows a functional configuration of the present embodiment. In the first embodiment (or the second embodiment), the first embodiment (or the second embodiment) is the same as the first embodiment (or the second embodiment) in that a walking speed measuring means 22 is added to the
つまり、本実施形態は上述の歩数を計数機能以外に設けた歩行速度計測手段22は、複歩数を一定単位歩数と、歩幅と、最初の一歩と最後の一歩の時間間隔で割ることにより誤差を減らすようにしたもので、下式(2)のようにn歩を単位歩数として、その最初の一歩の時刻と最後の一歩の時刻との時間差で、予め設定している歩幅×歩数(n−1)を除することで、n歩の平均歩行速度Sを算出するようにしたものである。尚n歩は少なくとも3以上であり、誤差を減らすためには10歩以上が望ましい。 In other words, in this embodiment, the walking speed measuring means 22 provided with the above-mentioned steps other than the counting function eliminates the error by dividing the number of steps by a fixed unit number of steps, the step length, and the time interval between the first step and the last step. As shown in the following formula (2), n steps are set as the unit number of steps, and the time difference between the time of the first step and the time of the last step is set as a predetermined step length × step number (n− By dividing 1), the average walking speed S of n steps is calculated. Note that n steps are at least 3 or more, and 10 steps or more are desirable to reduce the error.
S=(歩数(n−1)×歩幅)/(最後の一歩の時刻−最初の一歩の時刻) …(2)
以上のようにして本実施形態では、歩数計としての機能の他に歩行速度計測計としても機能することができる。尚、計測される歩行速度は、制御処理手段21の制御の下で表示器5に歩数と併行表示される。勿論操作入力部6の操作によって切り換え表示するようにしても良い。
(実施形態4)
ところで、歩数の算出を行う場合、3軸加速度センサ1の3軸の加速度値のピーク検出を行うため、歩行周期を2〜3Hzをした場合、少なくとも6Hz以上のサンプリング周期(サンプリング周波数)で加速度値のサンプリングを行わなければならない。
S = (number of steps (n−1) × step length) / (time of last step−time of first step) (2)
As described above, in this embodiment, in addition to the function as a pedometer, it can also function as a walking speed meter. The measured walking speed is displayed along with the number of steps on the display 5 under the control of the control processing means 21. Of course, switching display may be performed by operating the
(Embodiment 4)
By the way, when calculating the number of steps, the peak value of the triaxial acceleration value of the
一方サンプリング周波数を上がると、3軸加速度センサ1への電源供給や、演算処理装置2で演算量の増加のため、電力を多く消費する。
On the other hand, when the sampling frequency is increased, a large amount of electric power is consumed due to the supply of power to the
そこで、本実施形態は、電力消費を抑えるため、3軸加速度センサ1の加速度値が所定値未満の場合には、歩数算出手段20は、歩数計が動かされたかどうかを検出するに十分なサンプリング周期(1Hz〜0.2Hz)で加速度値を取り込み、歩数計が少しでもでも動かされた場合(加速度を検出した場合)は元のサンプリング周期(例えば6Hz)に戻すように歩数算出手段20にサンプリング周波数の可変機能を持たせている。
Therefore, in the present embodiment, in order to reduce power consumption, when the acceleration value of the
而して本実施形態では、精度を確保しつつ消費電力が少ない歩数計を実現できることになる。 Thus, in this embodiment, it is possible to realize a pedometer with low power consumption while ensuring accuracy.
尚その他の構成は実施形態1〜3の何れの構成でも良いので、ここでは図示及び説明は省略する。 Since other configurations may be any of the configurations of the first to third embodiments, illustration and description thereof are omitted here.
(実施形態5)
一般的には歩数計は携帯を考慮し、小型に作成されるため入力操作部6の操作釦が小さく操作し難いとい課題があった。
(Embodiment 5)
In general, since the pedometer is made small in consideration of carrying, there is a problem that the operation button of the
一方、歩数計を使用する場合、被測定者のベルトに装着したりポケットなどに入れて使用するが、この場合歩数計の向きの変化は少なく、また被測定者が歩行している場合は一定方向にほぼ同周期である一定範囲内の加速度を連続で検出しているという特徴がある。 On the other hand, when using a pedometer, it is worn on the subject's belt or put in a pocket, etc., but in this case the pedometer's orientation changes little and is constant when the subject is walking. It is characterized by continuously detecting acceleration within a certain range having substantially the same period in the direction.
本実施形態では、前記特徴を利用して歩数計本体Hの向きを手で変化させたり、振ることにより、操作釦の操作の代わりとするものである。 In the present embodiment, the direction of the pedometer main body H is changed by hand or shaken by using the above feature, and the operation button can be operated instead.
つまり本実施形態では図5に示すように3軸加速度センサ1の出力を取り込む操作判別手段23を備え、3軸加速度センサ1とともにユーザーインタフェースを構成している。尚その他の構成は実施形態1〜4の何れの構成でも良いので全体構成の図示及び説明は省略する。
That is, in this embodiment, as shown in FIG. 5, an
ここで、6つの操作釦を設けた操作入力部の代わりとする場合、六面体の歩数計本体Hの各面に6つの操作入力を振り分け、重力上方向を向いている面番号が操作可能な操作入力となる。つまり操作判別手段23は3軸加速度センサ1の各軸の出力から歩数計本体Hの向き(面番号)を判別し、更に振られるパターン、更に出力の大きさから、面番号に対して割り付けてパターンや出力の大きさに対応付けた操作情報を生成して制御処理手段21へ出力するようになっている。例えば当該面番号を上方向に向けた状態で上下方向に1回振った場合には押釦を1ショット操作した場合に対応する操作情報を、また振る強度を強くしたり、2回振る間隔を短くした場合には押釦を長押し操作した場合に対応する操作情報を発生するというように3軸加速度センサ1の出力から所定の操作情報を出力するのである。
Here, when the operation input unit is provided with six operation buttons, the six operation inputs are distributed to each surface of the hexahedral pedometer main body H, and the operation that can operate the surface number facing the upward direction of gravity is performed. Input. That is, the operation discriminating means 23 discriminates the direction (surface number) of the pedometer main body H from the output of each axis of the
而して本実施形態では、被測定者が操作入力を行う場合、歩数計本体Hを手で持って所望の操作入力に対応した面番号の面を重力方向に対して上向きにし、その状態で所定のパターンで振ることで所望の操作入力が行えることになる。 Thus, in this embodiment, when the measurement subject performs an operation input, the pedometer body H is held by hand and the surface having the surface number corresponding to the desired operation input is directed upward with respect to the direction of gravity. A desired operation input can be performed by shaking in a predetermined pattern.
1 3軸加速度センサ
2 演算処理装置
20 歩数算出手段
20a 合成値算出機能
20b 歩数計数機能
21 制御処理手段
3 メモリ部
4 電池電源
5 表示器
6 操作入力部
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