JP5176622B2

JP5176622B2 - 歩数計

Info

Publication number: JP5176622B2
Application number: JP2008069093A
Authority: JP
Inventors: 雄司朝田; 賢治橋野
Original assignee: Omron Healthcare Co Ltd
Current assignee: Omron Healthcare Co Ltd
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2008-03-18
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2028-03-18
Also published as: US20110004440A1; DE112009000547T5; RU2010142274A; CN101999131A; JP2009223744A; DE112009000547B4; WO2009116480A1; RU2459181C2; CN101999131B

Description

本発明は、歩数計に関する。

従来、歩数計として、加速度センサを有する歩数計が知られている。そのような歩数計では、歩行による加速度の変動（波形；時系列波形）が加速度センサで検知される。そして、加速度センサから得られた波形に基づいて利用者の歩数をカウントする。具体的には、複数人から得られたサンプル波形の振幅、周期などに基づいて予め閾値（固定閾値）が決定され、当該閾値が一歩の判定に用いられる。そのため、歩き方が特徴的な人などに対して正確に歩数をカウントすることができないことなどが問題とされている。特徴的な歩き方とは、例えば、すり足などである。一般に、すり足では、振幅が小さく、周期が長い波形が得られる傾向にある。

このような問題に鑑みた従来技術として、例えば、特許文献１，２がある。特許文献１には、履物のかかと部分に配置する荷重センサユニットと、荷重センサユニットの検出結果に基づいて歩数計測などを行う計測ユニットと、を備える歩数計測器が開示されている。特許文献２には、所定時間内における加速度センサの出力波形のピーク値に基づいて、閾値（一歩の判定に用いられる判定基準）を調整する歩数計が開示されている。

しかしながら、歩数計を特許文献１に開示されているような構成とすると、歩数計（少なくとも、荷重センサユニット）を靴に装着しなくてはならないため、着脱が不便となる。また、荷重センサユニットの感度は手動で調整しなくてはならないため、ユーザの負担が大きくなる。歩数計を特許文献２に開示されているような構成とすると、所定時間内の波形にノイズが混入した場合に、判定基準を誤調整してしまう。
特開２００１−１４３０４９号公報特開２００７−１４８７０２号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、簡易な方法で、一歩の判定に用いられる判定基準を精度よく設定することのできる歩数計を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用する。

本発明の歩数計は、加速度センサを有し、前記加速度センサから得られる波形に基づいて利用者の歩数をカウントするための計測モードと、前記計測モードで一歩の判定に用いられる判定基準を学習するための学習モードとを切り換え可能な歩数計であって、前記学習モードにおいて、利用者に学習用の歩行を行わせ、前記学習用の歩行における歩数を表す基準歩数と、前記学習用の歩行の間に前記加速度センサから得られる基準波形とに基づいて前記判定基準を設定する判定基準設定手段を有することを特徴とする。

この構成によれば、学習モードで利用者に歩かせる歩数（基準歩数）と、それによって加速度センサから得られた波形（基準波形）とに基づいて判定基準が設定されるため、得られた波形が何歩によるものなのかが明確となる。それにより、所定時間内に加速度センサから得られた波形に基づいて判定基準を設定するよりも精度よい判定基準を設定するこ
とができる（所定時間内に加速度センサから得られた波形に基づいて判定基準を設定する場合、得られた波形が何歩分の波形なのか正確に判断できないため、精度よい判定基準が得られない場合がある）。また、利用者が学習用の歩行を行うだけという非常に簡易な方法で判定基準を設定できるので、靴に装着したり、手動で設定したりするのに比べ、利用者への負担を減らすことができる。なお、基準歩数は、例えば、歩数計内に予め設定（記憶）された歩数であってもよいし、利用者によって教示された歩数であってもよい。利用者に歩かせる歩数を定義できれば、どのようなものであってもよい。

前記判定基準設定手段は、前記学習用の歩行が行われた期間を前記基準歩数で分割し、前記分割された各期間における波形を、一歩を表す波形とみなして前記判定基準を設定することが好ましい。この構成によれば、基準歩数で分割された期間における波形が一歩を表す波形とみなされるため、一歩を表す波形を容易に得ることができる。それにより、歩数計による処理を大幅に軽減することができる。

前記判定基準は、前記加速度センサから得られる波形の振幅の閾値を含み、前記判定基準設定手段は、前記分割された各期間における波形の振幅値に基づいて前記閾値を決定することが好ましい。また、前記判定基準は、前記加速度センサから得られる波形の周期の判定基準を含み、前記判定基準設定手段は、前記分割された各期間における波形の周期に基づいて前記周期の判定基準を決定することが好ましい。この構成によれば、一歩を表す複数の波形に基づいて振幅や周期の判定基準を決定することができるため、波形全体に基づいて判定基準を決定するよりも精度よい判定基準を設定することができる（波形全体に基づいて判定基準を決定する場合、その波形が何歩分の波形なのか正確に判断できない場合がある。その場合、精度よい判定基準を得ることができない）。また、加速度センサから得られる波形は、その振幅や周期によって歩行の特徴を表すことができるため、振幅や周期に対する判定基準を定めることにより、歩行状態に応じて最適な判定基準を設定することができる。

前記判定基準設定手段は、前記分割された期間における波形の振幅値が外れ値である場合、当該波形を前記閾値の決定に用いる波形から除外することが好ましい。ノイズ波形の振幅値は、一般に歩行時の振幅値と大きく異なる。そのため、分割された期間における波形の振幅値が外れ値である場合、当該波形をノイズを含む波形とみなすことができる。そのような波形を閾値（判定基準）の決定に用いる波形から除外することにより、ノイズの影響の無い判定基準を得ることができる

前記学習モードにおいて、前記基準波形の記録開始及び終了を指示するためのスイッチを有することが好ましい。これにより、利用者は自身のタイミングで学習用の歩行を行うことができるため、急なタイミングで基準波形の記録開始及び終了が行われるよりも基準歩数のより正確な波形を得ることができる。

前記基準歩数を設定する基準歩数設定手段を有することが好ましい。これにより、利用者は学習用の歩行として何歩歩けばよいか、予め歩数計内に設定しておくことができる。そのため、学習をより効率的に行うことができる。

前記学習モードにおいて、前記基準歩数を報知する基準歩数報知手段を有することが好ましい。これにより、利用者はこれから何歩歩けばよいか、何歩の歩行で判定基準が決定されるのかなどを把握することができる。

前記学習モードにおいて、学習モードであることを報知する学習モード報知手段を有することが好ましい。これにより、利用者は現在のモードが学習モードか否か把握できる。そのため、学習（判定基準の設定）のミスを低減することができる。少なくとも、この構
成により、計測モードを学習モードと勘違いし、学習用の歩行を行ってしまうなどのミスを無くすことができる。

前記判定基準設定手段の処理が行われたか否かを報知する処理状態報知手段を有することが好ましい。これにより、利用者は学習（判定基準の設定）が行われたか否かを把握することができる。そして、学習が行われていない場合には利用者に学習を行わせる契機につながる。

複数の判定基準を記憶する判定基準記憶手段と、前記複数の判定基準のうち１つを選択する判定基準選択手段と、を有することが好ましい。これにより、複数の歩行状態のそれぞれに応じた判定基準を適宜利用することができる。例えば、歩数計を複数人で利用する場合、各人は自身の歩行状態についての判定基準を歩数計に記憶させておき、利用するときに自身の判定基準を選択するだけでよいため、効率よく利用できる。

前記計測モード時の計測結果および当該計測に用いた判定基準を、外部機器に伝送する伝送手段を有することが好ましい。これにより、計測結果の利用の幅が広がる。例えば、計測結果や判定基準を利用者の生活状況などを把握するための要素として利用することが期待できる。

本発明によれば、簡易な方法で、一歩の判定に用いられる判定基準を精度よく設定することのできる歩数計を提供することができる。

従来、歩数計として、加速度センサを有する歩数計が知られている。そのような歩数計では、歩行による加速度の変動（波形；時系列波形）が加速度センサで検知される。そして、加速度センサから得られた波形に基づいて利用者の歩数をカウントする。具体的には、複数人から得られたサンプル波形の振幅、周期などに基づいて予め閾値（固定閾値）が決定され、当該閾値が一歩の判定に用いられる。

図１，２は、それぞれ、一般的な歩行（歩き方）により加速度センサから得られた波形、すり足により加速度センサから得られた波形を示す図である。図１，２を比較すると、すり足の波形は、一般的な歩行の波形よりも、振幅が小さく、周期が長くなる傾向にあることがわかる。通常、固定閾値は、一般的な歩行の波形に対して最適な値に設定される。そのため、すり足のような特徴的な歩き方の場合、正確に歩数をカウントすることができない。

そこで、本発明の実施形態に係る歩数計は、利用者の歩数をカウントするための計測モードと、計測モードで一歩の判定に用いられる判定基準を学習するための学習モードとを切り換え可能とし、学習によって利用者の歩き方に適した判定基準を設定可能な構成とする。以下に図面を参照して、本実施形態について例示的に詳しく説明する。

（歩数計の構成）
図３は、本実施形態に係る歩数計１の内部構成を示すブロック図である。図３に示すように、歩数計１は、加速度センサ２、制御部３、操作部４、Ｉ／Ｆ５、メモリ６、表示部７、報音部８、電源９などを備えている。

加速度センサ２は、加速度を検知するセンサである。本実施形態では、加速度センサ２は、歩行や走行などの身体運動による加速度を検知するためのものである。

制御部３は、マイコンなどで構成されるもので、予め記憶されたプログラムに従って、歩数の計測、判定基準の設定、歩行ピッチ（周期）や歩幅の算出、目標歩数に対する残歩数の算出・更新などの各種演算処理、並びに、表示部７や報音部８の制御などを実行する機能を担っている。制御部３の機能（判定基準の設定）の詳細については後述する。

操作部４は、モード（計測モードと学習モード）の切り換え、歩数のリセット、目標歩数の設定、各種設定値の入力などの操作を行うためのユーザインターフェイス（スイッチなど）である。Ｉ／Ｆ５は、体組成計やパーソナル・コンピュータなどの外部機器と無線通信又は有線通信でデータを送受信するための外部インターフェイスである。例えば、歩数の計測結果と当該計測に用いられた判定基準などを外部機器へ送信する。メモリ６は、各種設定値、歩数、目標運動量、残運動時間、利用者に関する情報などのデータを記憶する不揮発性の記憶媒体である。表示部７は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）などで構成される表示手段であり、測定された歩数、目標歩数などの情報を表示する。報音部８は、制御部３の制御に従って操作音、歩行ピッチ音、警告音などを鳴らす。

（学習モード）
以下に、図面を参照して、本実施形態に係る歩数計の学習モードでの学習方法の一例について説明する。学習モードでは、利用者に学習用の歩行を行わせ、学習用の歩行における歩数（基準歩数）と、学習用の歩行の間に加速度センサ２から得られた波形（加速度の時間変化；基準波形）とに基づいて判定基準の設定を行う。図４は、学習方法の流れの一例を示すフローチャートである。なお、本実施形態では基準歩数は予めメモリ６に記憶されているものとし、利用者は記憶されている基準歩数分だけ学習用の歩行を行う。歩数計１は利用者（例えば利用者の腰周りなど）に装着されているものとする。

まず、利用者が操作部４により、歩数計１のモードを学習モードに切り換える（ステップＳ４１）。

次に、利用者が操作部４により、基準波形の記録開始を指示する（ステップＳ４２）。

そして、利用者が基準歩数分（例えば５歩）だけ歩く（ステップＳ４３）。

次に、利用者が操作部４により、基準波形の記録終了を指示する（ステップＳ４４）

以上の工程を経て、利用者の歩行に対する判定基準が設定される。

（判定基準の設定方法１）
以下に、図面を参照して、本実施形態に係る歩数計１における判定基準の設定方法について詳しく説明する。図５は、一般的な歩行の基準波形（図４のステップＳ４３によって得られた波形）を示す図である。なお、基準歩数を５歩として説明する。

まず、制御部３は、学習用の歩行が行われた期間（図４のステップＳ４２〜ステップＳ４４までの期間）を基準歩数で分割する。即ち、図５の基準波形５１は全期間の１／５毎に分割される。基準波形５１は５歩分の波形であるので、分割された各期間における波形（部分波形）は一歩分の波形とみなすことができる。

そして、分割された各期間における波形の振幅値及び周期に基づいて判定基準（振幅の閾値、周期の判定基準）を決定する。

振幅の閾値は、例えば、各部分波形の最大値の平均値や各部分波形の最小値の平均値などに基づいて決定される。本実施形態では、最大値の平均値は正の値、最小値の平均値は
負の値となるため、最大値の平均値の８０％を第１の閾値、最小値の平均値の８０％を第２の閾値とする。

また、上述したように、分割された各期間における波形は一歩分の波形とみなすことができるので、分割された期間（分割期間）は一歩分の周期とみなすことができる。そこで、本実施形態では、周期の判定基準を分割期間に基づいて決定する。具体的には、分割期間の±２０％の期間を周期の判定基準とする。

本実施形態では、計測モードにおいて、第１の閾値を上回り、次いで第２の閾値を下回る波形、且つ、周期が分割期間の±２０％である波形に対してのみ一歩と判定する。

このように、本実施形態に係る歩数計では、学習を行うことにより、その人の歩き方に適した判定基準を設定することができる。例えば、歩き方がすり足であったとしても、学習用の歩行を行うだけで、上記方法と同様の方法により、最適な判定基準が設定される（図６）。

（判定基準の設定方法２）

次に、基準波形記録時にノイズが混入した場合の判定基準の設定方法について詳しく説明する。図７は、ノイズ波形を含む基準波形を示す図である。基準歩数は５歩とする。なお、上記判定基準の設定方法と異なる部分のみについて説明し、それ以外は同様とし、説明を省略する。

ノイズ波形の振幅値は一般に歩行時の振幅値と大きく異なる。そのため、各部分波形の振幅値の内、ノイズを含む部分波形の振幅値は、他の部分波形の振幅値に対して外れ値となる。そこで、本実施形態では、振幅の閾値などを決定する際に、振幅値が外れ値となる部分波形を除外する。図７の例では、５つの部分波形の内、２つ部分波形の振幅値が外れ値となるため、３つの部分波形に基づいて閾値が決定される。これにより、ノイズの影響の無い判定基準を設定することができる。外れ値の決定方法は、例えば、各部分波形の振幅値うち、分散の大きい部分波形を外れ値とみなせばよい。

以上述べたように、本実施形態では、基準歩数と基準波形に基づいて判定基準が設定されるため、得られた波形が何歩によるものなのかが明確となる。それにより、所定時間内に加速度センサから得られた波形に基づいて判定基準を設定するよりも精度よい判定基準を設定することができる。更に、利用者が学習用の歩行を行うだけという非常に簡易な方法で判定基準を設定できるので、靴に装着したり、手動で設定したりするのに比べ、利用者への負担を減らすことができる。また、本実施形態では、基準波形の記録開始及び終了を操作部４で指示する構成（図４のステップＳ４２及びステップＳ４４）としたため、利用者は自身のタイミングで学習用の歩行を行うことができる。それにより、急なタイミングで基準波形の記録開始及び終了が行われるよりも基準歩数のより正確な波形を得ることができる。

なお、実際に学習を行う場合、記録された基準波形は、図８に示すように、記録開始から歩きだすまで、及び、歩き終えてから記録終了までに、歩行とは関係の無い波形を含んでしまう。そこで、記録開始から波形が所定の値を超えるまでの期間（図８のｔ１）と記録終了からさかのぼって波形が所定の値を超えるまでの期間（図８のｔ２）を除外するとよい。それにより、得られる波形を歩行による波形のみとすることができるため、より精度よい判定基準を得ることができる。

なお、歩数計は体の片側に装着されることが多く（例えば、洋服の右ポケットの中に歩
数計を入れるなど）、図９に示すように、右足の一歩と左足の一歩とで得られる波形が異なる場合がある（図９の波形は、基準歩数と６歩した場合の基準波形である）。そのため、分割された各期間のうち、（記録開始側から数えて）偶数番目の期間と奇数番目の期間とに基づいて別々に判定基準を決定するとよい。一歩の判定は、一方の判定基準を満たす波形の後に他方の判定基準を満たす波形が得られた場合に、当該他方の判定基準を満たす波形に対して一歩と判定すればよい。

なお、振幅の閾値は、第１の閾値のみであってもよいし、第２の閾値のみであってもよい。第１の閾値は最大値の平均値の８０％でなくてもよい。何％であってもよい。利用者が何％にするか設定可能な構成としてもよい。第２の閾値についても同様である。第１の閾値や第２の閾値に限らず、振幅に関する閾値であればよい。

なお、周期の判定基準は分割期間の±２０％の期間でなくてもよい。何％であってもよい。本実施形態では、基準波形の全体の期間を歩数で等間隔に分割したが、等間隔でなくてもよい。その場合、各分割期間の平均値などに基づいて周期の判定基準を決定すればよい。また、周期の判定基準は分割期間に基づいて決定しなくてもよい。例えば、分割期間内の波形について波形解析を行い厳密な周期を算出し、算出された周期に基づいて周期の判定基準を決定してもよい。周期の判定基準を決定する際に、分割や波形解析によって得られた周期のうち、分散が大きい波形（分割期間）は除外してもよい。周期に関する判定基準であればどのように決定してもよい。

なお、一歩の判定方法は本実施形態で述べた方法（第１の閾値を上回り、次いで第２の閾値を下回る波形、且つ、周期が分割期間の±２０％である波形に対してのみ一歩と判定する）に限らない。例えば、第１の閾値、第２の閾値、周期の判定基準のいずれか１つのみで判定してもよい。振幅の大きさと、第１の閾値と第２の閾値の差とを比較して判定してもよい。一歩か否か判定することができればどのような判定方法であってもよい。

なお、本実施形態では、基準歩数が予めメモリ６に記憶されているものとしたが、利用者が学習用の歩行前または後に基準歩数を手入力や音声などにより教示してもよい。また、基準歩数は５歩に限らない。基準歩数は適宜設定可能であってもよい。利用者が予め基準歩数を設定可能とすることにより、学習や計測をより効率的に行うことができる。また、基準歩数を多めに設定することにより、より精度の高い判定基準を得ることができる。

なお、学習モードにおいて、表示部７や報音部８などにより基準歩数を報知するとよい。例えば、表示部７に「基準歩数：５歩」、「５歩歩いてください」などの表示をしてもよいし、報音部８から「基準歩数は５歩です」、「５歩歩いてください」などの音声を発してもよい。これにより、利用者はこれから何歩歩けばよいか、何歩の歩行で判定基準が決定されるのかなどを把握することができる。

なお、学習モードにおいて、表示部７や報音部８などにより学習モードであることを報知するとよい。例えば、学習モード時に表示部７に「学習モード」などの表示をしてもよいし、学習モードに切り換えたときに報音部８から「学習モードに移ります」などの音声を発してもよい。また、計測モード時に表示部７に「計測モード」などの表示をしてもよいし、計測モードに切り換えたときに報音部８から「計測モードに移ります」などの音声を発してもよい。これにより、利用者は現在のモードが学習モードか否か把握できる。そのため、学習（判定基準の設定）のミスを低減することができる。少なくとも、この構成により、計測モードを学習モードと勘違いし、学習用の歩行を行ってしまうなどのミスを無くすことができる。

なお、学習（判定基準の設定）が行われたか否かを報知するとよい。例えば、表示部７
に「学習済み」、「判定基準有り」などを表示するとよい。これにより、利用者は学習が行われたか否かを把握することができる。そして、学習が行われていない場合には利用者に学習を行わせる契機につながる。また、学習を行った日付も報知するとよい。学習を行った日付を報知することにより、利用者に学習を定期的に行うきっかけを与えることができる。

なお、メモリ６や他の記憶装置に複数の判定基準を記憶し、複数の判定基準のうち１つを選択可能とするとよい。これにより、複数の歩行状態のそれぞれに応じた判定基準を適宜利用することができる。例えば、歩数計を複数人で利用する場合、各人は自身の歩行状態についての判定基準を歩数計に記憶させておき、利用するときに自身の判定基準を選択するだけでよいため、効率よく利用できる。

図１は、一般的な歩行により加速度センサから得られた波形を示す図である。図２は、すり足により加速度センサから得られた波形を示す図である。図３は、本実施形態に係る歩数計の内部構成を示すブロック図である。図４は、学習方法の流れの一例を示すフローチャートである。図５は、一般的な歩行の基準波形を示す図である。図６は、すり足の基準波形を示す図である。図７は、ノイズ波形を含む基準波形を示す図である。図８は、加速度センサから得られる基準波形の具体例を示す図である。図９は、加速度センサから得られる基準波形の一例を示す図である。

符号の説明

１歩数計
２加速度センサ
３制御部
４操作部
６メモリ
７表示部
８報音部
９電源
５１基準波形

Claims

加速度センサを有し、
前記加速度センサから得られる波形に基づいて利用者の歩数をカウントするための計測モードと、前記計測モードで一歩の判定に用いられる判定基準を学習するための学習モードとを切り換え可能な歩数計であって、
前記学習モードにおいて、利用者に学習用の歩行を行わせ、前記学習用の歩行における歩数を表す基準歩数と、前記学習用の歩行の間に前記加速度センサから得られる基準波形とに基づいて前記判定基準を設定する判定基準設定手段を有し、
前記判定基準設定手段は、前記学習用の歩行が行われた期間を前記基準歩数で分割し、前記分割された各期間における波形を、一歩を表す波形とみなして前記判定基準を設定する
ことを特徴とする歩数計。
前記判定基準設定手段は、前記学習用の歩行が行われた期間を前記基準歩数で等分割し、前記等分割された各期間における波形を、一歩を表す波形とみなして前記判定基準を設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の歩数計。
前記判定基準は、前記加速度センサから得られる波形の振幅の閾値を含み、
前記判定基準設定手段は、前記分割された各期間における波形の振幅値に基づいて前記閾値を決定する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の歩数計。
前記判定基準設定手段は、前記分割された期間における波形の振幅値が外れ値である場合、当該波形を前記閾値の決定に用いる波形から除外する
ことを特徴とする請求項３に記載の歩数計。
前記判定基準は、前記加速度センサから得られる波形の周期の判定基準を含み、
前記判定基準設定手段は、前記分割された各期間における波形の周期に基づいて前記周期の判定基準を決定する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の歩数計。
前記学習モードにおいて、前記基準波形の記録開始及び終了を指示するためのスイッチを有する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の歩数計。
前記基準歩数を設定する基準歩数設定手段を有する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の歩数計。
前記学習モードにおいて、前記基準歩数を報知する基準歩数報知手段を有する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の歩数計。
前記学習モードにおいて、学習モードであることを報知する学習モード報知手段を有する
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の歩数計。
前記判定基準設定手段の処理が行われたか否かを報知する処理状態報知手段を有する
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の歩数計。
複数の判定基準を記憶する判定基準記憶手段と、
前記複数の判定基準のうち１つを選択する判定基準選択手段と、
を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の歩数計。
前記計測モード時の計測結果および当該計測に用いた判定基準を、外部機器に伝送する伝送手段を有する
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の歩数計。