JP5032875B2 - 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.
従来の歩数計として、身体などに装着され、加速度センサで測定された加速度のピーク(加速度の傾きが正から負へ代わる点)を検出して装着者の歩数を計数するものがある。このような歩数計の一例として、特許文献1には、3軸加速度センサの出力値に基づいて重力加速度方向を検出することによって検出感度の方向依存性を改善したものが開示されている。
しかしながら、従来の歩数計には、加速度センサの出力にオフセットが含まれているため、歩数計数において上記オフセットの影響が大きいという問題があった。 However, since the conventional pedometer includes an offset in the output of the acceleration sensor, there is a problem that the influence of the offset is large in counting the number of steps.
本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目的は、加速度センサの出力に含まれるオフセットの影響を低減しつつ、歩数計数に用いるデータの値を大きくすることができる歩数計を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is a pedometer capable of increasing the value of data used for step count counting while reducing the influence of offset included in the output of the acceleration sensor. Is to provide.
請求項1の発明は、加速度センサと、前記加速度センサの出力と一定時間前の当該加速度センサの出力との差分の絶対値を算出する差分算出手段と、前記差分の絶対値を用いて歩数を計数する歩数計数手段とを備え、前記一定時間が過去の一定範囲の時間帯であり、前記差分算出手段が、前記加速度センサの出力と前記時間帯の各時間での出力との差分の絶対値を算出して当該差分の絶対値の最大値を抽出し、前記歩数計数手段が、前記差分の絶対値の最大値を用いて歩数を計数することを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, an acceleration sensor, difference calculation means for calculating an absolute value of a difference between the output of the acceleration sensor and the output of the acceleration sensor a predetermined time ago, and the number of steps using the absolute value of the difference are calculated. and a step counting means for counting said predetermined time is the time zone of the past within a predetermined range, said difference calculating means, the absolute value of the difference between the output at each time of the time zone and an output of the acceleration sensor Is calculated, the maximum value of the absolute value of the difference is extracted, and the step counting means counts the number of steps using the maximum value of the absolute value of the difference.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記加速度センサの出力を用いて活動量を算出する活動量算出手段を備え、前記歩数係数部が前記活動量の大きさに応じて複数の歩行形態を区別し、前記歩行形態ごとに歩数を計数することを特徴とする。
The invention of
請求項1の発明によれば、一定時間前の出力との差分の絶対値を算出することによって、加速度センサの出力に含まれるオフセットの影響を低減しつつ、歩数計数に用いるデータの値を大きくすることができる。 According to the first aspect of the present invention, the absolute value of the difference from the output before a certain time is calculated, thereby reducing the influence of the offset included in the output of the acceleration sensor and increasing the value of the data used for step count counting. can do.
また、請求項1の発明によれば、一定範囲の時間帯の各時間の出力との差分の絶対値の最大値を算出することによって、加速度センサの出力に含まれるオフセットの影響を低減しつつ、歩数計数に用いるデータの値をさらに大きくすることができる。 Further, according to the invention of claim 1, by calculating the maximum value of the absolute value of the difference between the output of each time time zone of a range, while reducing the influence of the offset included in the output of the acceleration sensor The value of data used for counting the number of steps can be further increased.
請求項2の発明によれば、活動量の大きさに応じて歩行形態を区別し、歩行形態ごとに歩数を計数することができる。
According to invention of
(実施形態1)
実施形態1の構成について図1,2を用いて説明する。本実施形態の歩数計は、図1に示すように、加速度センサ1と、使用者が機器動作のスタート/ストップを行うための押ボタン20(図2参照)を有する操作入力部2と、メモリ3と、タイマ4と、歩数や活動量を表示する表示部5と、機器の中枢をなすものであって、加速度センサ1で測定された加速度の入力処理、操作入力部2からの操作情報の入力処理、メモリ3に対する情報の読み書き処理、タイマ4の起動処理及び表示部5への表示処理を行う演算部6と、1次電池(例えばボタン電池やコイン電池など)によって各部1〜6に電力を供給する電源部7と、各部1〜7を内蔵するとともに押ボタン20を前面に露出させる合成樹脂製の筐体8(図2参照)とを備えている。
(Embodiment 1)
The configuration of the first embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the pedometer of the present embodiment includes an acceleration sensor 1, an
加速度センサ1は、小型で低消費電力なMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)を利用した3軸加速度センサであり、互いに垂直な3軸(x軸、y軸、z軸)の各加速度X,Y,Zを測定し、測定した各加速度X,Y,Zを演算部6にアナログ出力する。なお、加速度センサ1は3軸加速度センサに限定されるものではなく、1軸加速度センサや2軸加速度センサであってもよい。
The acceleration sensor 1 is a three-axis acceleration sensor using a small and low power consumption MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), and each acceleration X, Y, Z is measured, and the measured accelerations X, Y, and Z are output to the
メモリ3には、機器の製造時又は機器動作のスタート時に予め設定された後述の閾値L1の情報、後述の活動量情報及び歩数情報が記憶されている。
The
表示部5は、図2に示すように筐体8の前面に露出する液晶画面50を備え、演算部6(図1参照)から後述の歩数情報や活動量情報が入力されると、入力された情報に基づいて歩数や活動量を液晶画面50に表示する。
As shown in FIG. 2, the
図1に示す演算部6はマイクロコンピュータからなり、加速度センサ1から各加速度X,Y,Zを取得してサンプリングするサンプリング部60と、サンプリング部60でサンプリングされた各加速度Xn、Yn,Znから差分ΔX,ΔY,ΔZを算出し、上記差分ΔX,ΔY,ΔZの合成値である加速度F1を算出する加速度算出部61と、加速度算出部61で算出された加速度F1に基づいて活動量を算出する活動量算出部62と、加速度算出部61で算出された加速度F1が閾値L1を超える回数を歩数として計数する歩数計数部63と、表示部5を制御する表示制御部64と、操作入力部2からの操作情報を処理する操作処理部65とを備えている。
The
サンプリング部60は、加速度センサ1から各加速度X,Y,Zがアナログ入力されると、アナログ入力された各加速度X,Y,Zを、例えば10Hz以上など予め設定されたサンプリング周波数でサンプリングし、サンプリングした各加速度を加速度算出部61に出力する。以下、サンプリング開始時からn回目にサンプリングされた各加速度をXn,Yn,Zn(n=1,2,3・・・)で表わす。
When each acceleration X, Y, Z is input from the acceleration sensor 1 as an analog signal, the
ここで、加速度センサ1のオフセットを考慮すると、n回目にサンプリングされた各加速度Xn,Yn,Znは、次式で表わすことができる。次式において、Xgn,Ygn,Zgnは各軸における真の加速度成分であり、Xoffn,Yoffn,Zoffnは各軸におけるオフセットである。 Here, in consideration of the offset of the acceleration sensor 1, each acceleration Xn, Yn, Zn sampled at the nth time can be expressed by the following equation. In the following equation, Xgn, Ygn, and Zgn are true acceleration components on each axis, and Xoffn, Yoffn, and Zoffn are offsets on each axis.
加速度算出部61は、サンプリング部60で現在(n回目)にサンプリングされた各加速度Xn,Yn,Znと、予め設定された過去の一定時間帯(例えば0.5秒前から0.2秒前までの間の時間帯)の各時間にサンプリングされた各加速度Xn-i,Yn-i,Zn-iとの差分ΔX(=Xn−Xn-i),ΔY(=Yn−Yn-i),ΔZ(=Zn−Zn-i)をそれぞれ算出し、この算出した差分ΔX,ΔY,ΔZを用いて次式のように加速度F1をそれぞれ算出する。ここで、差分ΔX,ΔY,ΔZができるだけ大きくなるように、上記一定時間帯は、各加速度X,Y,Zの半周期を含む時間帯であることが好ましい。
The
ΔX2,ΔY2,ΔZ2は、次式で表わすことができる。 ΔX 2 , ΔY 2 , ΔZ 2 can be expressed by the following equations.
ここで、加速度センサ1のオフセットは、電源電圧依存性や温度依存性などがあるが、ほとんどが比較的緩やかに変化するものであって、短時間では大きく変化しない。したがって、10Hz以上のサンプリング周波数のように短いサンプリング間隔であれば、オフセットはほぼ等しいとみなすことができる。したがって、加速度F1は、数2から次式のように表わすことができる。
Here, the offset of the acceleration sensor 1 has power supply voltage dependency, temperature dependency, and the like, but most of them change relatively slowly and do not change greatly in a short time. Therefore, if the sampling interval is short such as a sampling frequency of 10 Hz or more, the offsets can be regarded as almost equal. Therefore, the acceleration F1 can be expressed by the following equation from
算出した複数の加速度F1の中から最大値を求め、この最大値を補正加速度Fとする。図3には、補正加速度F(図3のA)が示されている。比較として、各加速度Xn,Yn,Znの合成値F2(数5)も示されている(図3のB)。図3によると、補正加速度Fはオフセットが除去されているため、合成値F2よりも絶対値が小さくなっている。しかし、補正加速度Fの変化は合成値F2と同様に大きいので、後述の歩数計数部63が歩数を計数するのに十分なものである。
A maximum value is obtained from the plurality of calculated accelerations F1, and this maximum value is set as a corrected acceleration F. FIG. 3 shows the corrected acceleration F (A in FIG. 3). As a comparison, a combined value F2 (Equation 5) of each acceleration Xn, Yn, Zn is also shown (B in FIG. 3). According to FIG. 3, since the offset is removed from the corrected acceleration F, the absolute value is smaller than the combined value F2. However, since the change in the corrected acceleration F is as large as the composite value F2, it is sufficient for the
上式から明らかなように、加速度F1から各軸におけるオフセットXoffn,Yoffn,Zoffn,Xoffn-1,Yoffn-1,Zoffn-1を除去することができる。また、加速度Xn,Yn,Zn及び加速度Xn-i,Yn-i,Zn-iには、それぞれ重力加速度成分が含まれることになるが、10Hz以上のサンプリング周波数のように短いサンプリング間隔であれば、重力加速度成分はほぼ等しいとみなすことができるために、加速度F1から重力加速度成分を除去することができる。これにより、歩数計の向きがどの方向を向いていても歩数を正確に計数することができて、加速度センサ1の向きによる検出感度の変化を低減できる。 As is apparent from the above equation, offsets Xoffn, Yoffn, Zoffn, Xoffn-1, Yoffn-1, and Zoffn-1 in each axis can be removed from the acceleration F1. The accelerations Xn, Yn, Zn and accelerations Xn-i, Yn-i, and Zn-i each contain a gravitational acceleration component, but if the sampling frequency is short such as a sampling frequency of 10 Hz or more, Since the gravitational acceleration component can be regarded as substantially equal, the gravitational acceleration component can be removed from the acceleration F1. As a result, the number of steps can be accurately counted regardless of the direction of the pedometer, and the change in detection sensitivity due to the direction of the acceleration sensor 1 can be reduced.
活動量算出部62は、一定時間ごとに加速度算出部61からの加速度F1を用いて次式から標本分散σ2を算出し、この標本分散σ2に基づいて活動量を算出する。算出された活動量の情報(活動量情報)は表示制御部64に出力されるとともにメモリ3に記憶される。
The activity
歩数計数部63は、加速度算出部61からの補正加速度Fと、メモリ3に記憶されている閾値L1とを比較し、補正加速度Fが閾値L1を越えた状態で、補正加速度Fのピークを検出すると歩数をインクリメント(1増加)させる。ここで、補正加速度Fのピークとは、補正加速度Fの傾きが正から負へ代わる点をいう。一方、補正加速度Fが閾値L1以下であれば、歩数をインクリメントしないようにする。このように閾値L1を設けることで、歩行以外の体動やノイズによって発生したピークを歩数として計数することを防止する。
The
ところで、歩数計数部63は、活動量算出部62で測定された活動量の大きさに応じて複数の歩行形態を区別し、歩行形態ごとに歩数を計数する。歩行形態としては、例えば「だらだら歩き」や「きびきび歩き」、「走行」などがある。活動量が2.5Mets未満であると、歩行形態「だらだら歩き」としての歩数を計数し、活動量が2.5Mets以上6Mets未満であると、歩行形態「きびきび歩き」としての歩数を計数し、活動量が6Mets以上であると、歩行形態「走行」としての歩数を計数する。歩行形態ごとに計数された歩数の情報(歩数情報)は表示制御部64に出力されるとともにメモリ3に記憶される。
By the way, the
表示制御部64は、活動量算出部62からの活動量情報及び歩数計数部63からの歩行形態ごとの歩数情報に基づいて、液晶画面50(図2参照)に活動量及び歩行形態ごとの歩数を表示させるように表示部5を制御する。
Based on the activity amount information from the activity
操作処理部65は、使用者による操作入力部2での操作入力によって、機器動作のスタート/ストップや累積保存している歩数総計のリセット、歩数計数開始時から現時点までの歩数表示、累積保存している歩数総計の表示、活動量の表示などの歩数計として必要とされる操作を行えるように構成されている。
The
以上、本実施形態によれば、一定範囲の時間帯の各時間の加速度Xn-i,Yn-i,Zn-iとの差分ΔX,ΔY,ΔZの絶対値の最大値を算出することによって、加速度センサ1の出力に含まれるオフセットの影響を低減しつつ、歩数計数に用いるデータの値を大きくすることができる。また、活動量の大きさに応じて歩行形態を区別し、歩行形態ごとに歩数を計数することができる。 As described above, according to the present embodiment, by calculating the maximum value of the absolute values of the differences ΔX, ΔY, ΔZ from the accelerations Xn-i, Yn-i, Zn-i in each time in a certain range of time zone, The value of data used for counting the number of steps can be increased while reducing the influence of the offset included in the output of the acceleration sensor 1. Moreover, a walk form can be distinguished according to the magnitude | size of activity amount, and the number of steps can be counted for every walk form.
なお、実施形態1の変形例として、加速度F1を数2で表わしているが、計算の容易性を考慮すると、ルート計算を行わずに、F1=ΔX2+ΔY2+ΔZ2としてもよい。
As a modification of the first embodiment, the acceleration F1 is expressed by
また、本実施形態の他の変形例として、加速度算出部61は、サンプリング部60でサンプリングされた各加速度Xn,Yn,Znから次式のように加速度F3nを算出してもよい。
As another modification of the present embodiment, the
そして、加速度算出部61は、加速度F3nと、予め設定された過去の一定時間帯(例えば0.5秒前から0.2秒前まで)の各加速度F3n-iとから次式のように差分F4を算出する。
Then, the
ここで、加速度センサ1のオフセットを考慮すると、n回目に取得した各加速度Xn,Yn,Zn及びn−i回目に取得した各加速度Xn-i,Yn-i,Zn-iは数1で表わすことができる。 Here, considering the offset of the acceleration sensor 1, the accelerations Xn, Yn, Zn acquired at the nth time and the accelerations Xn-i, Yn-i, Zn-i acquired at the nith time are expressed by the following equation (1). be able to.
したがって、差分F4におけるX,Y,Zの各項であるF4x,F4y,F4zは、次式で表わすことができる。 Therefore, F4x, F4y, and F4z, which are X, Y, and Z terms in the difference F4, can be expressed by the following equations.
ここで、加速度センサ1のオフセットは、10Hz以上のサンプリング周期のように短いサンプリング間隔であれば、ほぼ等しい(Xoffn≒Xoffn-i)とみなすことができるため、F4x,F4y,F4zは、次式のように表わすことができる。 Here, since the offset of the acceleration sensor 1 can be regarded as almost equal (Xoffn≈Xoffn-i) if the sampling interval is short such as a sampling period of 10 Hz or more, F4x, F4y, and F4z are expressed by the following equations. It can be expressed as
したがって、本変形例の場合、Xoffn,Yoffn,Zoffnの項が残るために実施形態1とは異なり加速度センサ1のオフセットXoffn,Yoffn,Zoffn,Xoffn-1,Yoffn-1,Zoffn-1をすべて除去することはできないが、オフセットの2乗の項をすべて除去することができるため、従来の歩数計に比べて、オフセットの影響を低減することができる。 Therefore, in the case of this modification, the terms Xoffn, Yoffn, and Zoffn remain, and unlike the first embodiment, the offsets Xoffn, Yoffn, Zoffn, Xoffn-1, Yoffn-1, and Zoffn-1 of the acceleration sensor 1 are all removed. Although it is not possible to remove all the square terms of the offset, the influence of the offset can be reduced as compared with the conventional pedometer.
(実施形態2)
本実施形態の歩数計は、加速度算出部61が、加速度センサ1の各加速度Xn,Yn,Znと予め設定された一定時間前の各加速度Xn-i,Yn-i,Zn-iとの差分ΔX,ΔY,ΔZの絶対値を算出し、歩数計数部63が、算出した差分ΔX,ΔY,ΔZの絶対値を用いて歩数を計数する点で、実施形態1と相違している。なお、実施形態1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 2)
In the pedometer of the present embodiment, the
本実施形態の加速度算出部61は、サンプリング部60で現在(n回目)にサンプリングされた各加速度Xn,Yn,Znと、過去の一定時間帯の各時間ではなく、一定時間前(例えば0.5秒前など)にサンプリングされた各加速度Xn-i,Yn-i,Zn-iとの差分ΔX,ΔY,ΔZを算出し、この算出した差分ΔX,ΔY,ΔZと数1〜数3とを用いて数4のような加速度F1を算出する。本実施形態では、この算出した加速度F1をそのまま補正加速度Fとして用いる。ここで、差分ΔX,ΔY,ΔZができるだけ大きくなるように、上記一定時間は、各加速度X,Y,Zの半周期程度であることが好ましい。
The
本実施形態の歩数計数部63は、上記補正加速度Fと、メモリ3に記憶されている閾値L1とを比較し、補正加速度Fが閾値L1を越えた状態で、補正加速度Fのピークを検出すると歩数をインクリメント(1増加)し、補正加速度Fが閾値L1以下であれば、歩数をインクリメントしないようにする。
The
以上、本実施形態によれば、一定時間前の各加速度Xn-i,Yn-i,Zn-iとの差分ΔX,ΔY,ΔZの絶対値を算出することによって、加速度センサ1の各加速度Xn,Yn,Znに含まれるオフセットの影響を低減しつつ、歩数計数に用いるデータの値を大きくすることができる。 As described above, according to the present embodiment, by calculating the absolute values of the differences ΔX, ΔY, ΔZ from the respective accelerations Xn-i, Yn-i, Zn-i before a certain time, each acceleration Xn of the acceleration sensor 1 is calculated. , Yn, and Zn, the value of data used for the step count can be increased while reducing the influence of the offset.
(実施形態3)
本実施形態の歩数計は、加速度算出部61が活動量の大きさに応じて、差分ΔX,ΔY,ΔZを算出するために用いられる一定時間を決定する点で、実施形態2と相違している。なお、実施形態2と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 3)
Pedometer of this embodiment, the
本実施形態の加速度算出部61は、活動量算出部62で算出された活動量をフィードバックして取得し、取得した活動量の大きさから歩行形態を推測して上記一定時間を決定する。具体的には、活動量が大きいと「走行」と判断し、一定時間を短くする。一方、活動量が小さいと「だらだら歩き」と判断し、一定時間を長くする。
The
以上、本実施形態によれば、活動量の大きさから歩行形態を推測することができ、歩行形態を考慮した歩数計数を行うことができるので、上記歩数計数の精度を高めることができる。 As described above, according to the present embodiment, the walking form can be estimated from the magnitude of the activity amount, and the number of steps counted in consideration of the walking form can be performed. Therefore, the accuracy of the number of steps counting can be improved.
1 加速度センサ
6 演算部
60 サンプリング部
61 加速度算出部
63 歩数計数部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
前記加速度センサの出力と一定時間前の当該加速度センサの出力との差分の絶対値を算出する差分算出手段と、
前記差分の絶対値を用いて歩数を計数する歩数計数手段とを備え、
前記一定時間が過去の一定範囲の時間帯であり、
前記差分算出手段が、前記加速度センサの出力と前記時間帯の各時間での出力との差分の絶対値を算出して当該差分の絶対値の最大値を抽出し、
前記歩数計数手段が、前記差分の絶対値の最大値を用いて歩数を計数する
ことを特徴とする歩数計。 An acceleration sensor;
A difference calculating means for calculating an absolute value of a difference between the output of the acceleration sensor and the output of the acceleration sensor a predetermined time ago;
A step counting means for counting the number of steps using the absolute value of the difference ,
The certain period of time is a certain period of time in the past,
The difference calculation means calculates the absolute value of the difference between the output of the acceleration sensor and the output at each time of the time zone, and extracts the maximum value of the absolute value of the difference,
The pedometer characterized in that the step counting means counts the number of steps using the maximum absolute value of the difference .
前記歩数係数部が前記活動量の大きさに応じて複数の歩行形態を区別し、前記歩行形態ごとに歩数を計数する
ことを特徴とする請求項1記載の歩数計。 Comprising an activity amount calculating means for calculating an activity amount using an output of the acceleration sensor;
2. The pedometer according to claim 1, wherein the step coefficient unit distinguishes a plurality of walking forms in accordance with the amount of activity and counts the number of steps for each walking form .
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