JP5342929B2 - 体動判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、体動判定装置に関する。

従来から、使用者の体動を判定する装置の一つとして歩数計があり、使用者の体動を検出して、歩行（走行を含む。以下同じ。）か否かを判定したり、歩行と判定した場合には歩数（ステップ）をカウントしたり、更には、この歩数に応じた消費エネルギーを算出したりすることが可能となっている。また、その他の体動判定装置としては、例えば、特許文献１に示すようなものが提案されている。

特開２００２−１９１５８０号公報

しかしながら、従来の歩数計では、使用者が歩行を行っていることを判定したり、その歩数をカウントしたりすることはできても、使用者が、リズムよく左右の脚を一定のピッチで踏み出して歩行しているか否か、更には、左右のいずれに偏った歩行であるのか、というような、歩行の仕方を評価することはできないものであった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、使用者の体動を検出し、歩行及び／又は走行のピッチやバランスを判定することができる体動判定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の体動判定装置は、使用者の体動情報を取得する体動情報取得手段と、前記体動情報取得手段が取得した体動情報に基づいて前記使用者の体動が歩行か否かを判定する歩行判定手段と、前記歩行判定手段によって歩行であると判定された体動情報を用いて前記使用者の歩行状態を判定する体動判定手段と、を備え、前記体動情報は、前記使用者の体動により生ずる加速度値であり、前記歩行判定手段は、前記加速度値の波形の振幅が、第１閾値を超える大きさの振幅であるか否かにより歩行としての１歩がなされたか否かを判断するとともに、変動係数が第２閾値以下となる状態で所定歩数以上みられるか否かを判断し、これを満たす場合に歩行と判定することを特徴とする。なお、本発明において、歩行の語には走行の意味を含むものとする。

また、本発明の体動判定装置の前記歩行状態には、前記使用者の歩行のピッチの一定性、及び／又は、前記使用者の歩行の左右のバランスを含むことを特徴とする。

また、本発明の体動判定装置の前記体動情報取得手段は、少なくとも、前記使用者の体動についての左右方向及び上下方向の加速度値を検出可能な加速度センサであることを特徴とする。

また、本発明の体動判定装置において、前記体動判定手段は、前記使用者の歩行に対応する加速度値を周波数解析することによって、前記使用者の歩行のピッチの一定性を判定することを特徴とする。
また、本発明の体動判定装置において、前記体動判定手段は、前記使用者の歩行中に取得された左右方向の加速度値及び上下方向の加速度値について、加速度値のパワースペクトルと周波数との関係を周波数解析し、基本周波数以外の大きなピークがあるか否かに応じて、左右の脚を一定ピッチで踏み出して歩行しているか否か、を判定することを特徴とする。
また、本発明の体動判定装置において、前記体動判定手段は、前記使用者の歩行中に取得された左右方向の加速度値及び上下方向の加速度値について、加速度値のパワースペクトルと周波数との関係を周波数解析し、ノイズが多く含まれているか否かに応じて、歩行のリズムが良いか否か、を判定することを特徴とする。

また、本発明の体動判定装置において、前記体動判定手段は、前記使用者の歩行に対応する加速度値を示す波形を解析することによって、前記使用者の歩行の左右のバランスを判定することを特徴とする。
また、本発明の体動判定装置において、前記体動判定手段は、前記使用者の歩行中に取得された左右方向の加速度値の軸と時間軸との関係で、前記使用者の歩行に対応する加速度値を示す波形を解析し、加速度値の＋側への出力波形と−側への出力波形とが、同じ時間間隔で順次繰り返されている場合には、左右のバランスが良い歩行と判定し、加速度値の＋側への出力波形と−側への出力波形とが、異なる時間間隔で繰り返されている場合には、左右方向のうち、時間間隔が長い出力波形を示す側に偏った歩行であると判定することを特徴とする。

また、本発明の体動判定装置において、前記体動判定手段は、前記使用者の歩行の左右のバランスの偏りの度合いを判定することを特徴とする。
また、本発明の体動判定装置において、前記体動判定手段は、加速度値の＋側への出力波形の時間間隔と、−側への出力波形の時間間隔と、の割合に応じて、前記使用者の歩行の左右のバランスの偏りの度合いを判定することを特徴とする。

使用者の体動を検出し、歩行状態（例えば、歩行及び／又は走行のピッチや左右のバランス）を判定することができる体動判定装置を提供することができる。これにより、使用者は、自己の歩行及び／又は走行の癖を容易に把握することができ、矯正を行う際の目安とすることが可能となる。

本発明に係る体動判定装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係る体動判定装置の判定処理の流れを示すフローチャートである。 本発明に係る体動判定装置の加速度センサの出力について周波数解析の例を示す図であって、（ａ）は、Ｘ軸センサが検出した加速度値のパワースペクトルを縦軸、周波数を横軸にとったグラフ、（ｂ）は、Ｙ軸センサが検出した加速度値のパワースペクトルを縦軸、周波数を横軸にとったグラフ、（ｃ）は、Ｚ軸センサが検出した加速度値のパワースペクトルを縦軸、周波数を横軸にとったグラフである。 本発明に係る体動判定装置の加速度センサの出力について、左脚及び右脚のピッチが一定でない歩行の場合の、周波数解析の例を示す図であって、（ａ）は、Ｘ軸センサが検出した加速度値のパワースペクトルを縦軸、周波数を横軸にとったグラフ、（ｂ）は、Ｙ軸センサが検出した加速度値のパワースペクトルを縦軸、周波数を横軸にとったグラフ、（ｃ）は、Ｚ軸センサが検出した加速度値のパワースペクトルを縦軸、周波数を横軸にとったグラフである。 本発明に係る体動判定装置の加速度センサの出力について、リズムが悪い歩行の場合の、周波数解析の例を示す図であって、（ａ）は、Ｘ軸センサが検出した加速度値のパワースペクトルを縦軸、周波数を横軸にとったグラフ、（ｂ）は、Ｙ軸センサが検出した加速度値のパワースペクトルを縦軸、周波数を横軸にとったグラフ、（ｃ）は、Ｚ軸センサが検出した加速度値のパワースペクトルを縦軸、周波数を横軸にとったグラフである。 本発明の体動判定装置の加速度センサ（Ｘ軸センサ）の出力の波形解析の例を示す図であり、（ａ）は、バランスがよい歩行の場合の波形を示す図、（ｂ）は、左脚のステップのピッチが右脚のステップのピッチよりも長い歩行の場合の波形を示す図、（ｃ）は、右脚のピッチが左脚のピッチよりも長い歩行の場合の波形を示す図である。 本発明に係る体動判定装置の結果表示の例を示す図である。 本発明の体動判定装置の変形例に係る判定処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態としての体動判定装置について、図面を参照しつつ説明する。図１は、体動判定装置１０の構成を示すブロック図である。図１に示すように、体動判定装置１０は、操作部２１、表示部２２、電源部２３、加速度センサ３１、演算部３２、記憶部３３、計時部３４、Ａ／Ｄ変換器３５、及び、制御部４０を備える。以下に、各部の詳細な構成について説明する。

まず、本発明において、体動情報とは、使用者の体動に関する情報であり、より具体的には、使用者の体動（例えば、歩行、走行、これら以外の運動）を反映する情報であり、体動の強弱に関する体動情報（体動強度）や、体動の反復性・連続性、同じ体動が繰り返されているときの体動のピッチ（体動ピッチ）や回数（例えば歩数）などが挙げられる。体動強度としては、使用者の体動の加速度値に関するデータを用いるのが好適である。また、加速度値に関するデータとしては、体動ごとの上限ピーク値から下限ピーク値を差し引いた値、体動ごとの加速度値自体、一定時間当たりの加速度値の積算値（「加速度値の大きさ」）など、適宜採択可能である。また、体動とは、使用者の体の動作全般を指し、歩行、走行のほか、これら以外の活動が含まれる。

操作部２１（生体情報取得手段、入力手段）は、主として、使用者の生体情報の入力や、体動判定装置１０の設定事項を入力するための入力手段として機能する。操作部２１の個数・形状・操作方法は特に限定されるものではなく、ボタン式、タッチセンサ式、ダイヤル式など適宜採択可能である。ここで、操作部２１によって入力される生体情報としては、一例として、体重、身長、年齢、一歩あたりの距離などをあげることができるが、特に限定されるものではない。また、設定事項とは、使用者が体動判定装置１０を使用する上での設定事項であり、例えば、体動判定装置１０の初期設定、現在日時、表示部２２における表示内容の切り替え、後述の判定モードの選択などが挙げられる。このように入力された生体情報や設定事項は、制御部４０の制御により、記憶部３３（例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ））に記憶され、表示部２２に表示されるようになっている。

表示部２２は、制御部４０から送られてくるデータを表示するための表示手段であって、主として使用者の生体情報や設定事項の表示、操作の案内表示、現在時刻・日付・曜日の表示、その使用日における通算の消費エネルギー・歩数・歩行距離、これらの過去数日分のデータの表示などを行う。表示内容は記憶部３３に記憶されており、制御部４０は、記憶部３３にあらかじめ記憶されたプログラムにしたがい、体動判定装置１０の使用状況に応じて、記憶部３３からデータを読み出して、表示部２２に表示させるようになっている。表示部２２は、一例として、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）などの液晶を用いたものを採用すればよいが、表示部２２と操作部２１とを、例えばタッチパネル機能を備えた液晶表示パネルとして一体的に構成してもよい。

電源部２３は、電池（バッテリー）などの電力供給源によって構成される電力供給手段であり、体動判定装置１０の各構成部材には、制御部４０を介して電力が供給されるようになっている。

体動判定装置１０は、内部機構として、加速度センサ３１、演算部３２、記憶部３３、計時部３４、Ａ／Ｄ変換器３５、及び制御部４０を備える。演算部３２及び制御部４０は、それぞれ集積回路により構成することが好ましく、演算部３２及び制御部４０を一体的に構成してもよい。

記憶部３３は、揮発性メモリ（図示せず）、不揮発性メモリ（図示せず）などによって構成される記憶手段である。揮発性メモリは、制御部４０による処理等のための各種データを一時的に記憶できるようになっている。また、演算部３２の演算処理時の記憶領域としても機能する。不揮発性メモリは、長期保存すべきデータの記憶に使用される。例えば、使用者により入力された生体情報の記憶、消費エネルギー算出式の記憶、後述の判定処理のためのプログラム、その他の各種プログラムの記憶などに用いることができるようになっている。

計時部３４は、所定時間の経過の計測や、所定時間が経過しているか否かの判断を行い、例えば、使用者が体動判定装置１０の使用を開始した時点からの経過時間の計測や、使用者の体動ピッチ（例えば、１歩当たりに要した時間）を判断することが可能である。なお、本実施形態では、計時部３４は独立の構成要素としているが、計時回路として制御部４０に一体化された構成とし、制御部４０自身により所定時間を経過しているか否かの判断を行うようにしてもよい。

加速度センサ３１は、使用者の体動に関する体動情報を取得する体動情報取得手段であり、使用者の体動によって生じる加速度値に応じ、出力値が変化するセンサである。より具体的には、加速度センサ３１は、互いに直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向の体動をそれぞれ検出することができるように、Ｘ軸センサ３１ａ、Ｙ軸センサ３１ｂ、Ｚ軸センサ３１ｃを有し（図１参照）、Ｘ軸センサ３１ａ、Ｙ軸センサ３１ｂ、Ｚ軸センサ３１ｃの各出力値を合成した値を加速度値として取得することができるようになっている。なお、本実施形態においては、Ｘ軸センサ３１ａは使用者の体動の左右方向（肩幅方向）の加速度、Ｙ軸センサ３１ｂは使用者の体動の上下方向（身長方向）の加速度、Ｚ軸センサ３１ｃは使用者の体動の前後方向の加速度をそれぞれ検出して出力するものとして説明する。このように、本実施形態においては、体動情報取得手段として加速度センサ３１を用いるため、使用者の体動強度は加速度値に関するデータとなっており、加速度値が高ければ体動強度が強く、加速度値が低ければ体動強度が弱いものとして、体動情報を取得することができる。さらに、使用者の体動の加速度値を３軸方向のそれぞれで検出できるので、それぞれの出力値に応じて、使用者の歩行状態（例えば、歩行や走行のリズム、ピッチ、左右のバランス）を判定することが可能となる。

加速度センサ３１により取得される出力は、制御部４０や演算部３２等による処理のために、Ａ／Ｄ変換器３５によりアナログ−デジタル変換される。より具体的には、Ｘ軸センサ３１ａ、Ｙ軸センサ３１ｂ、Ｚ軸センサ３１ｃによって取得されたアナログデータとしての各出力値は、それぞれＡ／Ｄ変換器３５ａ、Ａ／Ｄ変換器３５ｂ、Ａ／Ｄ変換器３５ｃによってデジタルデータに変換されるとともに、計時部３４と連動して、取得開始からの経過時間に対応させて記憶部３３に記憶されるようになっている。また、演算部３２により、Ｘ軸センサ３１ａ、Ｙ軸センサ３１ｂ、Ｚ軸センサ３１ｃの各出力値のＡ／Ｄ変換値を合成することにより、加速度値（加速度値のＡ／Ｄ変換値）を計算により求め、計時部３４と連動して、取得開始からの経過時間に対応させて記憶部３３に記憶させてもよい。このように、経過時間に対応させて加速度値を取得すれば、取得された順に時系列的に加速度値を観察することで、体動強度のみならず、体動の反復性・連続性の有無、同じ体動が繰り返されているときのピッチ（体動ピッチ）や回数（例えば歩数）を体動情報として同時に取得することが可能となる。
加速度センサ３１によって使用者のあらゆる体動による加速度値をより正確に取得するために、体動判定装置１０の使用者への装着は、使用者の身体に可能な限り密着していることが好ましい。さらに、加速度センサ３１のＸ軸センサ３１ａ、Ｙ軸センサ３１ｂ、Ｚ軸センサ３１ｃのそれぞれの検出方向が、使用者に対して所定の方向と一致させながら、体動判定装置１０を使用者の体幹部（胸部や腹部）の中心に固定するようにする。
このように取得された体動情報は、制御部４０の制御により、記憶部３３に記憶させ、その一部（例えば歩数）が表示部２２に表示される。

図１に示すように、制御部４０は、操作部２１、表示部２２、電源部２３、加速度センサ３１、演算部３２、記憶部３３、計時部３４、及び、Ａ／Ｄ変換器３５と電気的に接続されており、制御部４０によって各動作が制御されるようになっている。

また、制御部４０は、後述の演算部３２とともに、体動情報取得手段としての加速度センサ３１によって取得された体動情報について、ピッチの一定性や左右バランスを判定する体動判定手段として機能する。より具体的には、連続的な歩行（走行を含む）が所定時間行われていると判断された場合において、その歩行が、一定のピッチを刻むようなリズムの良いものか否か、左右のいずれに偏った歩行であるか、を判定する。この判定に際しては、前記所定時間において取得された歩行による加速度値について、周波数解析や波形解析を行うものであり、その詳細な具体例については後述する。

なお、制御部４０は、歩行判定手段及び歩数カウント手段としても機能する。なお、制御部４０による歩行判定方法及び歩数カウント方法についての一例を以下に簡単に説明する。制御部４０は、加速度センサ３１によって取得された加速度値を、Ａ／Ｄ変換器３５によってＡ／Ｄ変換させ、取得された順に時系列的に記憶部３３に記憶させるとともに、横軸に経過時間（単位：秒）、縦軸に加速度値のＡ／Ｄ変換値（単位：カウント）をとり、順次取得される総ての加速度値のＡ／Ｄ変換値をプロットして波形を取得し、加速度値の推移をみて、一例として、次のように処理する。
加速度値の波形の振幅が歩行としての１歩と判断できるか否かを、第１閾値Ｘを超える大きさの振幅であるか否かにより判断する。そして、このような波が、所定の変動係数が第２閾値Ｙ以下となるばらつきがない状態で所定個数以上みられるか否かを判断し、これを満たす波形を確認できる場合は、連続的な歩行であると判定する。さらに、そのピーク値ごとに１歩としてカウントしていく。なお、変動係数とは、標準偏差を平均で割った値である。

演算部３２は、制御部４０の制御のもと種々の演算処理を行うことが可能な演算手段であり、例えば、加速度センサ３１の出力値についての周波数解析、波形解析、記憶部３３に記憶された使用者の生体情報や体動情報（例えば歩数）に基づいて、使用者の消費エネルギーの算出を行う。

次に、体動判定装置１０を用いた判定処理について、図２を参照して説明する。図２は、体動判定装置１０の判定処理の流れを示すフローチャートである。

体動判定装置１０を起動させた後、使用者により操作部２１を操作させて、消費エネルギーの算出、その他の各種処理に必要な生体情報（例えば体重、身長、年齢、一歩あたりの距離など）を入力させるとともに、入力された生体情報を、記憶部３３の所定領域に記憶させる（ステップＳ１０）。

初期設定が終了した後、体動判定装置１０は使用者の身体に装着されると、体動判定装置１０により使用者の体動情報を取得し、記憶部３３へ記憶する（ステップＳ１１）。より具体的には、加速度センサ３１によって使用者の体動による加速度値を取得し、Ａ／Ｄ変換器３５は、加速度センサ３１のＸ軸センサ３１ａ、Ｙ軸センサ３１ｂ、Ｚ軸センサ３１ｃによって取得されたアナログデータとしての各出力値を、それぞれＡ／Ｄ変換するとともに、制御部４０は、計時部３４から、取得が開始された時点からの経過時間を同時に取得して、各出力値のＡ／Ｄ変換値を、その取得開始から所定の経過時間に対応させて記憶部３３に記憶する。

取得した体動情報について、使用者が連続的な歩行（及び／又は走行。以下同じ。）をしているものと評価できるか否かを判定する歩行判定を行う（ステップＳ１２）。この歩行判定の条件は特に限定されるものではないが、一例としては、加速度値の波形の振幅が歩行としての１歩と判断できるか否かを、第１閾値Ｘを超える大きさの振幅であるか否かにより判断し、かつ、所定の変動係数が第２閾値Ｙ以下となるばらつきがない状態で、所定個数以上みられるか否かを判断し、これを満たす波形を確認できる場合は、歩行であると判定すればよい。

制御部４０は、歩行判定の条件を満たすという判断がされた後、その条件を継続的に満たす体動情報が取得できているか、換言すれば、歩行が中断されていないかどうかを判断する（ステップＳ１３）。

歩行が中断されていないと判断した場合には（ステップＳ１３でＮｏ）、制御部４０は、連続的に歩行している時間を計算する（ステップＳ１４）。制御部４０は、連続歩行時間が、所定時間Ｔ以上であるか否かを判断し（ステップＳ１６）、所定時間Ｔに満たない場合には（ステップＳ１６でＮｏ）、結果表示を適宜更新し（ステップＳ２０）、体動情報の取得・記憶を継続する（ステップＳ１１）。所定時間Ｔとしては、後述のバランス判定（ステップＳ１９）を適切に行うことができる任意の時間を設定すればよい。
一方、歩行が中断されたと判断された場合には（ステップＳ１３でＹｅｓ）、制御部４０は、連続歩行時間をクリアするなどして（ステップＳ１５）、結果表示を適宜更新し（ステップＳ２０）、体動情報の取得・記憶を継続する（ステップＳ１１）。なお、結果表示として変更すべき事項がない場合には、ステップＳ２０を通らずに、直接ステップＳ１１へ移行してもよい。

制御部４０は、連続歩行時間が、所定時間Ｔ以上であると判断した場合には（ステップＳ１６でＹｅｓ）、周波数解析を行う（ステップＳ１７）。周波数解析は、使用者の歩行において、左脚のステップと右脚のステップとのピッチを判断するために行うものであり、図３を参照して説明する。図３（ａ）は、使用者の左右方向に係るＸ軸センサ３１ａが検出した加速度値のパワースペクトルを縦軸、周波数を横軸にとったグラフ、（ｂ）は、使用者の上下方向に係るＹ軸センサ３１ｂが検出した加速度値のパワースペクトルを縦軸、周波数を横軸にとったグラフ、（ｃ）は、使用者の前後方向に係るＺ軸センサ３１ｃが検出した加速度値のパワースペクトルを縦軸、周波数を横軸にとったグラフである。

図３では、１分（６０秒）間に１２０歩（１２０ｒｐｍ）のペースで歩行した場合の例であるため、１秒当たり、左脚によるステップと右脚によるステップとを１回ずつ、計２歩の歩行を行うペースとなる。
まず、上下方向の加速度については、１秒当たり、一方の脚（例えば左脚）のステップによって上下方向に１周期分の加速度値が検出されたあと、直ぐに他方の脚（例えば右脚）のステップによって上下方向に１周期分の加速度値が検出されるので、Ｙ軸センサ３１ｂは１秒間に２周期分の加速度値を検出することになる。その結果、図３（ｂ）に示すように、横軸の２Ｈｚにおいてピークを確認することができる。なお、２Ｈｚ周辺以外の周波数で表れる加速度値は、腕振りその他の動作による測定ノイズであると考えられる。

一方、左右方向の加速度については、１秒当たり、一方の脚（例えば左脚）のステップによって一方の方向（左脚ステップの場合は右方向）に関して１／２周期分の加速度値が検出されたあと、直ぐに他方の脚（例えば右脚）のステップによって他方の方向（右脚ステップの場合は左方向）に関して１／２周期分の加速度値が検出されるので、Ｘ軸センサ３１ａは１秒間に１周期分の加速度値を検出することになる。その結果、図３（ａ）に示すように、横軸の１Ｈｚにおいてピークを確認することができる。

なお、使用者の前後方向についての加速度値を検出するＺ軸センサ３１ｃについても同様に周波数解析を行ってもよいが（図３（ｃ）参照）、本実施形態においては、使用者の左右方向に係るＸ軸センサ３１ａ、及び、使用者の上下方向に係るＹ軸センサ３１ｂからの加速度値を周波数解析すれば足りる。

図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、使用者の上下方向に関する加速度値は周波数２Ｈｚにピークを確認でき、左右方向に関する加速度値は、そのちょうど半分の周波数１Ｈｚがピークとなっていることを明確に確認することができるため、このことから、この使用者は、一定のリズムで左右の脚を一定ピッチで等間隔に踏み出して歩行しているものとして判定することが可能となる。

一方、左右の脚のステップのピッチが等間隔でない場合には、図３に示すような明確な波形が得られない。ここで、図４は、本発明に係る体動判定装置の加速度センサの出力について、左脚及び右脚のピッチが一定でない歩行の場合の、周波数解析の例を示す図であって、（ａ）は、Ｘ軸センサが検出した加速度値のパワースペクトルを縦軸、周波数を横軸にとったグラフ、（ｂ）は、Ｙ軸センサが検出した加速度値のパワースペクトルを縦軸、周波数を横軸にとったグラフ、（ｃ）は、Ｚ軸センサが検出した加速度値のパワースペクトルを縦軸、周波数を横軸にとったグラフである。
左脚のステップのピッチが、右脚のステップのピッチよりも短い、というように左右のピッチが等間隔でない場合には、例えば、図４（ａ）に示すように、左右方向の加速度値について、１Ｈｚ以外の周波数においてもピークが現れ、同様に、図４（ｂ）に示すように、上下方向の加速度値について、２Ｈｚ以外の周波数においてもピークが現れる、というような波形を確認することができる。このことから、この使用者は、一方の脚のステップのピッチが、他方の脚のステップのピッチよりも短い（又は長い）、として判定することが可能となる。

また、図５は、本発明に係る体動判定装置の加速度センサの出力について、リズムが悪い歩行の場合の、周波数解析の例を示す図であって、（ａ）は、Ｘ軸センサが検出した加速度値のパワースペクトルを縦軸、周波数を横軸にとったグラフ、（ｂ）は、Ｙ軸センサが検出した加速度値のパワースペクトルを縦軸、周波数を横軸にとったグラフ、（ｃ）は、Ｚ軸センサが検出した加速度値のパワースペクトルを縦軸、周波数を横軸にとったグラフである。
左右の脚のステップのピッチがランダムであったり、止まりかけたりする場合には、図４よりもさらにノイズの多い波形が確認されることになる。例えば、左右方向に係るＸ軸センサ３１ａ、上下方向に係るＹ軸センサ３１ｂ、前後方向に係るＺ軸センサ３１ｃの各加速度値について周波数解析を行うと、図５（ａ）乃至（ｃ）に示すように、ノイズの多い波形が確認される。このことから、この使用者は、歩行のリズムが悪いものとして判定することが可能となる。

このように、少なくとも、使用者が歩行したときの左右方向（Ｘ軸方向）の加速度値及び上下方向（Ｙ軸方向）の加速度値についての周波数解析を行えば、使用者は、一定のリズムで左右の脚を一定ピッチで等間隔に踏み出して歩行しているのか、一方の脚のステップのピッチが他方の脚のステップのピッチよりも短い（又は長い）か、歩行のリズムが悪いか、を判定することが可能となる。従って、左右のいずれの脚のステップのピッチが、他方の脚のステップのピッチに対して短い（長い）のか、まで判断する必要がないのであれば、後述の波形解析（ステップＳ１８）を行うことなく、判定の処理（ステップＳ１９）を行ってもよい。

次に、制御部４０は、波形解析を行う（ステップＳ１８）。波形解析は、使用者の歩行において、左右のいずれの脚のステップのピッチが、他方の脚のステップのピッチに対して短い（長い）のか、を判断するために行うものであり、図６を参照して説明する。図６は、本発明の体動判定装置の加速度センサ（Ｘ軸センサ）の出力の波形解析の例を示す図であり、（ａ）は、バランスがよい歩行の場合の波形を示す図、（ｂ）は、左脚のステップのピッチが右脚のステップのピッチよりも長い歩行の場合の波形を示す図、（ｃ）は、右脚のピッチが左脚のピッチよりも長い歩行の場合の波形を示す図である。図６（ａ）乃至（ｃ）のいずれについても、縦軸にＸ軸センサ３１ａの出力値（Ａ／Ｄ変換値）、横軸に時間をとったときの波形である。また、図６において、Ｘ軸センサ３１ａの出力値は、右方向への加速度値は＋（プラス）側へ推移し、左方向への加速度値は−（マイナス）側へ推移するものとして表している。したがって、各波形は、グラフの下方向への凸部が左脚１歩、次の上方向への凸部が右脚１歩、さらに次の下方向への凸部が左脚１歩、というように、使用者の歩行と対応している。

図６（ａ）では、加速度値の＋側（右方向）への出力波形と−側（左方向）への出力波形とが、同じ時間間隔で順次繰り返されており、かつ、互いにほぼ反転した波形形状となっている。これにより、左右方向（Ｘ軸方向）に偏りのないバランスの良い歩行であることを確認することが可能である。

一方、図６（ｂ）では、加速度値の＋側（右方向）への出力波形と−側（左方向）への出力波形とが、図６（ａ）のような反転波形ではない。すなわち、加速度値の＋側（右方向）への出力よりも、−側（左方向）への出力の方が、大きく弧を描くような波形であり、１歩当りの−側（左方向）への出力の時間間隔が長くなっている。従って、左方向に偏った左バランスの歩行であることを確認することが可能である。また、例えば、−側（左方向）と＋側（右方向）との各時間間隔の割合に応じて、左方向への偏りの度合いを求めることも可能である。

さらに、図６（ｃ）においても、加速度値の＋側（右方向）への出力波形と−側（左方向）への出力波形とが、図６（ａ）のような反転波形ではなく、加速度値の−側（左方向）への出力よりも、＋側（右方向）への出力の方が、大きく弧を描くような波形であり、１歩当りの＋側（右方向）への出力の時間間隔が長くなっている。従って、右方向に偏った右バランスの歩行であることを確認することが可能である。また、例えば、−側（左方向）と＋側（右方向）との各時間間隔の割合に応じて、右方向への偏りの度合いを求めることも可能である。

次に、制御部４０は、上述の周波数解析（ステップＳ１７）、波形解析（ステップＳ１８）の各結果に基づいて、使用者の体動としての歩行についてバランス判定を行う（ステップＳ１９）。より具体的には、周波数解析の結果に基づいて、すなわち、使用者が歩行したときの左右方向（Ｘ軸方向）の加速度値及び上下方向（Ｙ軸方向）の加速度値についての周波数解析を行うことにより、使用者は、一定のリズムで左右の脚を一定ピッチで等間隔に踏み出して歩行しているのか、一方の脚のステップのピッチが他方の脚のステップのピッチよりも短い（又は長い）か、歩行のリズムが悪いか、を判定する。また、波形解析の結果に基づいて、左右のいずれの脚のステップのピッチが、他方の脚のステップのピッチに対して短い（長い）のか、を判定する。

制御部４０は、前記バランス判定の結果を、結果表示として、表示部２２に更新する（ステップＳ２０）。判定の結果表示としては、特に限定されるものではないが、一例として、図７に示すような結果表示を行えばよい。図７は、本発明に係る体動判定装置の結果表示の例を示す図である。図７に示すように、左右方向に帯状に設けられた指示領域２１ａと、その中心に固定的に表示されたセンター表示２１ｂ（図７では、破線及び三角形の図形）とを有し、判定（ステップＳ１９）の結果に応じて指示領域２１ａ内で長手方向に移動可能な指示部２１ｃを設ける。従って、例えば、周波数解析の結果、図４のような波形が確認され、波形解析の結果、図６（ｂ）のような波形が確認されたときは、図７に示すように、指示部２１ｃは、センター表示２１ｂに対して左側を指示するようにする。また、波形解析において、−側（左方向）と＋側（右方向）との各時間間隔の割合に応じて求めた左方向への偏りの度合いが、低い場合はセンター表示２１ｂ寄り、高い場合はセンター表示２１ｂから離れる方向に、指示部２１ｃを指示させるようにする。
また、結果表示としては、前記判定の結果表示のみならず、消費エネルギー、歩数、歩行距離などを表示しても良い。さらに、使用者による操作部２１の操作により、各表示の切替えが可能な構成としても良い。

つづいて、図８を参照しつつ、本発明の体動判定装置の変形例について説明する。ここで、図８は、本発明の体動判定装置の変形例に係る判定処理の流れを示すフローチャートである。
図８に示す変形例においては、上述の実施形態の体動判定装置のように自動的に歩行バランス判定が実行されるのではなく、使用者が判定開始の操作を行ってから歩行バランス判定を行うものである。従って、変形例に係る体動判定装置では、上述の実施形態の体動判定装置のような消費エネルギーや歩数の算出等を自動的に行う一方で、バランス判定モードを使用者自身によって任意に開始させる構成や、バランスの判定のみを行って消費エネルギーや歩数の算出等は行わない構成とすることもできる。以下に判定処理の流れを説明する。
なお、上述の実施形態と共通する部材については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

まず、使用者は、変形例に係る体動判定装置を起動させた後、操作部２１を操作して、消費エネルギーの算出その他の各種処理に必要な生体情報（例えば体重、身長、年齢、一歩あたりの距離など）を予め入力する。入力された生体情報は、記憶部３３の所定領域に記憶される。

次に、使用者は、変形例に係る体動判定装置を自身の身体に装着した後に、入力手段としての操作部２１を操作することによって判定処理を開始させ、図２のステップＳ１１と同様に、体動判定装置は使用者の体動情報を取得し、記憶部３３へ記憶する（ステップＳ１００）。制御部４０は、取得した体動情報について、図２のステップＳ１２同様、使用者が連続的な歩行をしているものと評価できるか否かを判定する歩行判定を行い（ステップＳ１０１）、歩行判定の条件を満たすという判断がされたか、換言すれば、歩行が開始されたかどうかを判断する（ステップＳ１０２）。歩行が開始されていないと判断された場合には（ステップＳ１０２でＮｏ）、制御部４０は、ステップＳ１００からの処理を繰り返す。

歩行が開始されたと判断した場合には（ステップＳ１０２でＹｅｓ）、制御部４０は、引き続き、使用者の体動情報を取得し、記憶部３３へ記憶し（ステップＳ１０３）、使用者が連続的な歩行をしているものと評価できるか否かを判定する歩行判定を行う（ステップＳ１０４）。
制御部４０は、歩行が中断されていないかどうかを判断し（ステップＳ１０５）、歩行が中断されていないと判断した場合には（ステップＳ１０５でＮｏ）、連続的に歩行している時間を計算する（ステップＳ１０６）。制御部４０は、連続歩行時間が、所定時間Ｔ以上であるか否かを判断し（ステップＳ１０７）、所定時間Ｔに満たない場合には（ステップＳ１０７でＮｏ）、ステップＳ１０３からの処理を繰り返す。
一方、歩行が中断されたと判断された場合には（ステップＳ１０５でＹｅｓ）、制御部４０は、結果表示を行い（ステップＳ１１１）、判定処理を終了する。なお、この場合の結果表示としては、判定処理に必要な体動情報が取得できなかったものとして、エラー表示を行うなどすればよい。

制御部４０は、連続歩行時間が、所定時間Ｔ以上であると判断した場合には（ステップＳ１０７でＹｅｓ）、周波数解析を行う（ステップＳ１０８）。周波数解析については、上述の実施形態と同様に行えばよく、詳細な説明は省略する。次に、制御部４０は、波形解析を行う（ステップＳ１０９）。波形解析についても上述の実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。

つづいて、制御部４０は、上述の周波数解析（ステップＳ１０８）、波形解析（ステップＳ１０９）の各結果に基づいて、使用者の体動としての歩行についてバランス判定を行う（ステップＳ１１０）。より具体的には、周波数解析の結果に基づいて、すなわち、使用者が歩行したときの左右方向（Ｘ軸方向）の加速度値及び上下方向（Ｙ軸方向）の加速度値についての周波数解析を行うことにより、使用者は、一定のリズムで左右の脚を一定ピッチで等間隔に踏み出して歩行しているのか、一方の脚のステップのピッチが他方の脚のステップのピッチよりも短い（又は長い）か、歩行のリズムが悪いか、を判定する。また、波形解析の結果に基づいて、左右のいずれの脚のステップのピッチが、他方の脚のステップのピッチに対して短い（長い）のか、を判定する。

制御部４０は、前記バランス判定の結果を、結果表示として、表示部２２に表示する（ステップＳ１１１）。判定の結果表示としては、特に限定されるものではないが、一例として、上述の実施形態と同様に、図７に示すような結果表示を行えばよい。

１０ 体動判定装置
２１ 操作部
２２ 表示部
２３ 電源部
３１ 加速度センサ（体動情報取得手段）
３１ａ Ｘ軸センサ
３１ｂ Ｙ軸センサ
３１ｃ Ｚ軸センサ
３２ 演算部
３３ 記憶部
３４ 計時部
３５ Ａ／Ｄ変換器
３５ａ Ａ／Ｄ変換器
３５ｂ Ａ／Ｄ変換器
３５ｃ Ａ／Ｄ変換器
４０ 制御部（歩行判定手段、体動判定手段）

Claims (12)

1. 使用者の体動情報を取得する体動情報取得手段と、
   前記体動情報取得手段が取得した体動情報に基づいて前記使用者の体動が歩行か否かを判定する歩行判定手段と、
   前記歩行判定手段によって歩行であると判定された体動情報を用いて前記使用者の歩行状態を判定する体動判定手段と、
   を備え、
   前記体動情報は、前記使用者の体動により生ずる加速度値であり、
   前記歩行判定手段は、前記加速度値の波形の振幅が、第１閾値を超える大きさの振幅であるか否かにより歩行としての１歩がなされたか否かを判断するとともに、変動係数が第２閾値以下となる状態で所定歩数以上みられるか否かを判断し、これを満たす場合に歩行と判定する
   ことを特徴とする体動判定装置。
2. 前記歩行状態には、前記使用者の歩行のピッチの一定性を含むことを特徴とする請求項１に記載の体動判定装置。
3. 前記歩行状態には、前記使用者の歩行の左右のバランスを含むことを特徴とする請求項１に記載の体動判定装置。
4. 前記歩行状態には、前記使用者の歩行のピッチの一定性、及び、前記使用者の歩行の左右のバランスを含むことを特徴とする請求項１に記載の体動判定装置。
5. 前記体動判定手段は、前記使用者の歩行に対応する加速度値を周波数解析することによって、前記使用者の歩行のピッチの一定性を判定することを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の体動判定装置。
6. 前記体動情報取得手段は、少なくとも、前記使用者の体動についての左右方向及び上下方向の加速度値を検出可能な加速度センサであることを特徴とする請求項５に記載の体動判定装置。
7. 前記体動判定手段は、前記使用者の歩行中に取得された左右方向の加速度値及び上下方向の加速度値について、加速度値のパワースペクトルと周波数との関係を周波数解析し、基本周波数以外の大きなピークがあるか否かに応じて、左右の脚を一定ピッチで踏み出して歩行しているか否か、を判定することを特徴とする請求項６に記載の体動判定装置。
8. 前記体動判定手段は、前記使用者の歩行中に取得された左右方向の加速度値及び上下方向の加速度値について、加速度値のパワースペクトルと周波数との関係を周波数解析し、ノイズが多く含まれているか否かに応じて、歩行のリズムが良いか否か、を判定することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の体動判定装置。
9. 前記体動判定手段は、前記使用者の歩行に対応する加速度値を示す波形を解析することによって、前記使用者の歩行の左右のバランスを判定することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の体動判定装置。
10. 前記体動判定手段は、前記使用者の歩行の左右のバランスの偏りの度合いを判定することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の体動判定装置。
11. 前記体動判定手段は、前記使用者の歩行中に取得された左右方向の加速度値の軸と時間軸との関係で、前記使用者の歩行に対応する加速度値を示す波形を解析し、
    加速度値の＋側への出力波形と−側への出力波形とが、同じ時間間隔で順次繰り返されている場合には、左右のバランスが良い歩行と判定し、
    加速度値の＋側への出力波形と−側への出力波形とが、異なる時間間隔で繰り返されている場合には、左右方向のうち、時間間隔が長い出力波形を示す側に偏った歩行であると判定することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の体動判定装置。
12. 前記体動判定手段は、加速度値の＋側への出力波形の時間間隔と、−側への出力波形の時間間隔と、の割合に応じて、前記使用者の歩行の左右のバランスの偏りの度合いを判定することを特徴とする請求項１１に記載の体動判定装置。

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