JP6446922B2 - 計測装置、計測方法及びプログラム - Google Patents
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Description
例えば、3軸加速度センサが搭載された携帯端末をユーザが把持した状態で歩行する際に、3軸加速度センサによって検出された加速度データの合成加速度を算出し、算出された合成加速度と手振りの回数に相当する歩数との関係性から、一歩に要する時間を算出する技術がある(例えば、特許文献2参照)。
ユーザの進行動作に伴って発生する鉛直方向の加速度を経時的に検出する第1検出手段と、前記進行動作に伴って発生する進行方向の加速度を経時的に検出する第2検出手段と、前記第1検出手段により検出された鉛直方向の加速度の経時的変化と、前記第2検出手段により検出された進行方向の加速度が極値をとる時点とに基づいて、前記ユーザの足が接地した第1時点を特定する第1特定手段と、前記第1特定手段により特定された前記第1時点に基づいて、前記進行動作における一歩に要する時間を取得する第1取得手段と、を備えたことを特徴としている。
ユーザの進行動作に伴って発生する鉛直方向の加速度を経時的に検出し、前記進行動作に伴って発生する進行方向の加速度を経時的に検出し、検出された前記鉛直方向の加速度の経時的変化と、検出された前記進行方向の加速度が極値をとる時点とに基づいて、前記ユーザの足が接地した第1時点を特定し、特定された前記第1時点に基づいて、前記進行動作における一歩に要する時間を取得する、ことを特徴としている。
計測装置のコンピュータを、ユーザの進行動作に伴って発生する鉛直方向の加速度を経時的に検出する第1検出手段、前記進行動作に伴って発生する進行方向の加速度を経時的に検出する第2検出手段、前記第1検出手段により検出された前記鉛直方向の加速度の経時的変化と、前記第2検出手段により検出された進行方向の加速度が極値をとる時点とに基づいて、前記ユーザの足が接地した第1時点を特定する特定手段、前記特定手段により特定された前記第1時点に基づいて、前記進行動作における一歩に要する時間を取得する取得手段、として機能させることを特徴としている。
また、中央制御部1、メモリ2、加速度検出部3、計測処理部4及び表示部5は、バスライン7を介して接続されている。
RAMは、CPUにより実行される処理プログラム等を展開するためのプログラム格納領域や、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果等を格納するデータ格納領域などを備える。
ROMは、コンピュータ読み取り可能なプログラムコードの形態で格納されたプログラム、具体的には、計測装置100で実行可能なシステムプログラム、当該システムプログラムで実行可能な各種処理プログラムや、これら各種処理プログラムを実行する際に使用されるデータ等を記憶する。
すなわち、加速度検出部3は、例えば、互いに直交する2軸方向の加速度をそれぞれ検出する2軸加速度センサ(図示略)を具備し、このセンサを用いてX軸方向及びY軸方向の各々の加速度をそれぞれ検出する。具体的には、加速度検出部3は、第1検出部3aと、第2検出部3bとを具備している。
具体的には、例えば、2軸加速度センサは、そのX軸方向が重力加速度の方向と反対方向(上向き)となるような向きに配設されており(図2参照)、第1検出部3aは、重力加速度の方向と反対方向の加速度を常時又は所定の時間間隔毎に検出し、検出された信号を所定の周波数(例えば、200Hz等)でサンプリングして、X軸加速度データACCXとして取得する(図6(a)参照)。
具体的には、例えば、2軸加速度センサは、そのY軸方向が進行方向となるような向きに配設されており(図2参照)、第2検出部3bは、進行方向の加速度を常時又は所定の時間間隔毎に検出し、検出された信号を所定の周波数(例えば、200Hz等)でサンプリングして、Y軸加速度データACCYとして取得する(図6(b)参照)。
なお、計測処理部4の各部は、例えば、所定のロジック回路から構成されているが、当該構成は一例であってこれに限られるものではない。
具体的には、加速度取得部4aは、例えば、メモリ2に一時的に格納されている加速度検出部3の第1検出部3aにより検出された所定時間(例えば、1秒)分のX軸加速度データACCXや、第2検出部3bにより検出された所定時間(例えば、1秒)分のY軸加速度データACCY等をメモリ2から読み出して取得する。
すなわち、変動取得部(取得手段)4bは、加速度検出部3の第2検出部3bにより検出された進行方向の加速度の変動を算出して取得する。具体的には、変動取得部4bは、例えば、加速度取得部4aにより取得された所定時間(例えば、1秒)分のY軸加速度データACCY(波形データ)の中で加速度の最大値と最小値をそれぞれ特定して、その差分を算出する。そして、変動取得部4bは、算出された最大値と最小値の差分を進行方向の加速度の変動として取得する。
なお、上記した進行方向の加速度の変動の取得手法は、一例であってこれに限られるものではなく、適宜任意に変更可能である。
ここで、所定の判定値は、進行方向の加速度の変動(例えば、加速度の最大値と最小値の差分)を用いて運動動作が歩行動作であるか走行動作であるかを判定するために経験的に求められる。つまり、運動動作が歩行動作である場合には、進行方向の加速度の変動が相対的に小さくなることから所定の判定値以下となり、一方、運動動作が走行動作である場合には、進行方向の加速度の変動が相対的に大きくなることから所定の判定値よりも大きくなるように、当該所定の判定値は調整されている。
すなわち、X軸極値特定部(第2特定手段)4dは、加速度検出部3の第1検出部3aにより検出された重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化に基づいて、当該加速度が極値をとる時点(例えば、極大値をとる時点t1)を特定する。
具体的には、例えば、変動判定部4cにより進行方向の加速度の変動が所定の判定値よりも大きいと判定されると、X軸極値特定部4dは、加速度取得部4aにより取得された所定時間(例えば、1秒)分のX軸加速度データACCX(波形データ)に対して所定のローパスフィルタを用いた平滑化処理を施す。そして、X軸極値特定部4dは、平滑化されたX軸加速度データACCXの中で、加速度の値が所定の基準値th1よりも大きくなり、且つ、当該所定の基準値th1を跨いで波形の傾きが「正」を示す時点t0をそれぞれ特定する(図7(a)参照)。ここで、所定の基準値th1は、例えば、重力加速度等を考慮して経験的に求められる。
そして、X軸極値特定部4dは、平滑化されたX軸加速度データACCXの中で、特定された各時点t0から時間軸の正の方向に走査して、加速度が極大値をとる時点t1をそれぞれ特定する。すなわち、走行動作では身体の上下動を伴うことから、遊脚初期にて上向きの加速度が極大となる時点t1が複数存在する。
すなわち、Y軸極値特定部(第1特定手段)4eは、加速度検出部3の第1検出部3aにより検出された重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化と、第2検出部3bにより検出された進行方向の加速度とに基づいて、ユーザの足が接地した時点を特定する。具体的には、変動判定部4cにより進行方向の加速度の変動が所定の判定値よりも大きいと判定された場合に、Y軸極値特定部4eは、第1検出部3aにより検出された重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化に基づいて(より具体的には、X軸極値特定部4dにより特定された加速度が極大値をとる時点t1を基準として)、第2検出部3bにより検出された進行方向の加速度が極値をとる時点(例えば、極小値をとる時点t2)をユーザの足が接地した時点として特定する。
例えば、Y軸極値特定部4eは、加速度取得部4aにより取得された所定時間(例えば、1秒)分のY軸加速度データACCY(波形データ)の中で、X軸極値特定部4dにより特定された加速度が極大値をとる各時点t1から時間軸の負の方向に走査して、最初に加速度の値が「負」で、且つ、加速度が極小値をとる時点t2(ユーザの足が接地した時点)をそれぞれ特定する(図7(b)参照)。すなわち、走行動作では各足が接地することで進行方向と反対方向に力が作用し、その後、進行方向の加速度が大きくなるという動作を繰り返すことから、進行方向の加速度が極小となる時点t2が複数存在する。
すなわち、一歩時間算出部(算出手段)4fは、Y軸極値特定部4eによりユーザの足が接地した時点として特定された進行方向の加速度が極値をとる時点(例えば、極小値をとる時点t2)に基づいて、運動動作における一歩に要する時間を算出する。具体的には、変動判定部4cにより進行方向の加速度の変動が所定の判定値よりも大きいと判定された場合に、走行状態処理(図4参照)にて、一歩時間算出部4fは、Y軸極値特定部4eにより特定された進行方向の加速度が極小値をとる各時点t2を「歩の切目」として、隣合う二つの時点t2どうしの時間間隔を走行動作における一歩に要する時間としてそれぞれ算出する。
そして、一歩時間算出部4fは、特定された隣合う二つの時点どうしの時間間隔を歩行動作における一歩に要する時間としてそれぞれ算出する。
なお、操作入力部6としてタッチパネル(図示略)を表示部5の表示画面に配設して、タッチパネルの接触位置に応じて各種の指示を入力するような構成としても良い。
次に、計測装置100による計測処理について、図3〜図7を参照して説明する。
図3は、計測処理に係る動作の一例を示すフローチャートである。
なお、計測装置100は、2軸加速度センサのX軸方向が重力加速度の方向と反対方向となるとともに、Y軸方向がユーザの進行方向となるような向きにユーザの腰に取り付けられているものとする。また、計測処理は、加速度検出部3による加速度データのサンプリング周期毎に行われる処理である。
そして、加速度検出部3は、取得されたX軸加速度データACCX及びY軸加速度データACCYを対応付けてメモリ2に出力し、メモリ2は、例えば、リングバッファから構成された一時記憶領域にX軸加速度データACCX及びY軸加速度データACCYを一時的に格納する(ステップS2)。
なお、メモリ2の一時記憶領域には、例えば、2秒分のX軸加速度データACCX及びY軸加速度データACCYを格納可能となっている。
ここで、所定時間(例えば、1秒)分のX軸加速度データACCX及びY軸加速度データACCYが格納されていないと判定されると(ステップS3;NO)、中央制御部1のCPUは、処理をステップS1に戻し、加速度検出部3は、X軸方向及びY軸方向の各々の加速度を所定のサンプリング周期で検出する。
続けて、変動取得部4bは、加速度取得部4aにより取得された所定時間分のY軸加速度データACCYの中で加速度の最大値と最小値の差分を算出し、算出された最大値と最小値の差分を進行方向の加速度の変動として取得する(ステップS5)。
ここで、進行方向の加速度の変動が所定の判定値よりも大きいと判定されると(ステップS6;YES)、運動動作が走行動作であると考えられ、計測処理部4は、走行状態処理(図4参照)を行う(ステップS7;詳細後述)。一方、進行方向の加速度の変動が所定の判定値よりも大きくないと判定されると(ステップS6;NO)、運動動作が歩行動作であると考えられ、計測処理部4は、歩行状態処理(図5参照)を行う(ステップS8;詳細後述)。
ここで、終了指示が入力されていないと判定されると(ステップS9;NO)、中央制御部1のCPUは、処理をステップS1に戻し、上記した各処理の実行を制御する。
一方、終了指示が入力されたと判定されると(ステップS9;YES)、中央制御部1のCPUは、当該計測処理を終了する。
次に、計測処理における走行状態処理について、図4を参照して説明する。
図4は、走行状態処理に係る動作の一例を示すフローチャートである。
次に、X軸極値特定部4dは、加速度取得部4aにより取得された所定時間分のX軸加速度データACCXに対して所定のローパスフィルタを用いた平滑化処理を施す(ステップS12)。続けて、X軸極値特定部4dは、平滑化されたX軸加速度データACCXの中で、加速度の値が所定の基準値th1よりも大きくなり、且つ、当該所定の基準値th1を跨いで波形の傾きが「正」を示す時点t0をそれぞれ特定する(ステップS13;図7(a)参照)。そして、X軸極値特定部4dは、特定された各時点t0から時間軸の正の方向に走査して、加速度が極大値をとる時点t1をそれぞれ特定する(ステップS14;図7(a)参照)。
そして、一歩時間算出部4fは、Y軸極値特定部4eにより特定された進行方向の加速度が極小値をとる各時点t2を「歩の切目」として、隣合う二つの時点t2どうしの時間間隔を走行動作における一歩に要する時間としてそれぞれ算出する(ステップS16;図7(b)参照)。
なお、算出された走行動作における一歩に要する時間は、所定の記憶手段(例えば、メモリ2等)に記憶されても良い。
次に、計測処理における歩行状態処理について、図5を参照して説明する。
図5は、歩行状態処理に係る動作の一例を示すフローチャートである。
そして、一歩時間算出部4fは、特定された隣合う二つの時点どうしの時間間隔を歩行動作における一歩に要する時間としてそれぞれ算出する(ステップS24)。
なお、算出された歩行動作における一歩に要する時間は、所定の記憶手段(例えば、メモリ2等)に記憶されても良い。
また、歩行動作等のように進行方向の加速度の変動が所定の判定値以下の場合には、重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化に基づいて、歩行動作における一歩に要する時間を高い精度で算出することができる。
上記実施形態にあっては、一歩時間算出部4fは、歩行動作における一歩に要する時間を算出するようにしたが、少なくとも走行動作における一歩に要する時間を算出する構成であれば良い。
すなわち、プログラムを記憶するプログラムメモリ(図示略)に、第1検出処理ルーチン、第2検出処理ルーチン、特定処理ルーチン及び算出処理ルーチンを含むプログラムを記憶しておく。そして、第1検出処理ルーチンにより中央制御部1のCPUを、ユーザの運動動作に伴って発生する重力加速度の方向と反対方向の加速度を経時的に検出する手段として機能させるようにしても良い。また、第2検出処理ルーチンにより中央制御部1のCPUを、ユーザの運動動作に伴って発生する進行方向の加速度を経時的に検出する手段として機能させるようにしても良い。また、特定処理ルーチンにより中央制御部1のCPUを、検出された重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化と、検出された進行方向の加速度とに基づいて、ユーザの足が接地した時点を特定する手段として機能させるようにしても良い。また、算出処理ルーチンにより中央制御部1のCPUを、特定されたユーザの足が接地した時点に基づいて、運動動作における一歩に要する時間を算出する手段として機能させるようにしても良い。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
〔付記〕
<請求項1>
ユーザの運動動作に伴って発生する重力加速度の方向と反対方向の加速度を経時的に検出する第1検出手段と、
前記運動動作に伴って発生する進行方向の加速度を経時的に検出する第2検出手段と、
前記第1検出手段により検出された重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化と、前記第2検出手段により検出された進行方向の加速度とに基づいて、前記ユーザの足が接地した時点を特定する第1特定手段と、
前記第1特定手段により特定された前記ユーザの足が接地した時点に基づいて、前記運動動作における一歩に要する時間を算出する算出手段と、
を備えたことを特徴とする計測装置。
<請求項2>
前記第2検出手段により検出された進行方向の加速度の変動を算出して取得する取得手段を更に備え、
前記第1特定手段は、
前記取得手段により取得された前記進行方向の加速度の変動が所定の判定値よりも大きい場合に、前記重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化と、前記第2検出手段により検出された進行方向の加速度とに基づいて、前記ユーザの足が接地した時点を特定することを特徴とする請求項1に記載の計測装置。
<請求項3>
前記第1検出手段により検出された重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化に基づいて、当該加速度が極値をとる時点を特定する第2特定手段を更に備え、
前記第1特定手段は、
前記第2特定手段により特定された時点を基準として、前記ユーザの足が接地した時点を特定することを特徴とする請求項1又は2に記載の計測装置。
<請求項4>
前記第1特定手段は、
前記第2特定手段により特定された時点から時間軸の負の方向に走査して最初に前記進行方向の加速度が極値をとる時点を前記ユーザの足が接地した時点として特定することを特徴とする請求項3に記載の計測装置。
<請求項5>
前記算出手段は、更に、
前記取得手段により取得された前記進行方向の加速度の変動が所定の判定値以下の場合に、前記重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化に基づいて、前記運動動作における一歩に要する時間を算出することを特徴とする請求項2に記載の計測装置。
<請求項6>
前記運動動作は、歩行動作及び走行動作のうち、少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の計測装置。
<請求項7>
ユーザの運動動作に伴って発生する重力加速度の方向と反対方向の加速度を経時的に検出する第1検出処理と、
前記運動動作に伴って発生する進行方向の加速度を経時的に検出する第2検出処理と、
前記第1検出処理により検出された重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化と、前記第2検出処理により検出された進行方向の加速度とに基づいて、前記ユーザの足が接地した時点を特定する特定処理と、
前記特定処理により特定された前記ユーザの足が接地した時点に基づいて、前記運動動作における一歩に要する時間を算出する算出処理と、
を含むことを特徴とする計測方法。
<請求項8>
計測装置のコンピュータを、
ユーザの運動動作に伴って発生する重力加速度の方向と反対方向の加速度を経時的に検出する第1検出手段、
前記運動動作に伴って発生する進行方向の加速度を経時的に検出する第2検出手段、
前記第1検出手段により検出された重力加速度の方向と反対方向の加速度の経時的変化と、前記第2検出手段により検出された進行方向の加速度とに基づいて、前記ユーザの足が接地した時点を特定する特定手段、
前記特定手段により特定された前記ユーザの足が接地した時点に基づいて、前記運動動作における一歩に要する時間を算出する算出手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。
1 中央制御部
2 メモリ
3 加速度検出部
3a 第1検出部
3b 第2検出部
4 計測処理部
4a 加速度取得部
4b 変動取得部
4d X軸極値特定部
4e Y軸極値特定部
4f 一歩時間算出部
Claims (13)
- ユーザの進行動作に伴って発生する鉛直方向の加速度を経時的に検出する第1検出手段と、
前記進行動作に伴って発生する進行方向の加速度を経時的に検出する第2検出手段と、
前記第1検出手段により検出された鉛直方向の加速度の経時的変化と、前記第2検出手段により検出された進行方向の加速度が極値をとる時点とに基づいて、前記ユーザの足が接地した第1時点を特定する第1特定手段と、
前記第1特定手段により特定された前記第1時点に基づいて、前記進行動作における一歩に要する時間を取得する第1取得手段と、
を備えたことを特徴とする計測装置。 - 前記第2検出手段により検出された進行方向の加速度の変動を取得する第2取得手段を更に備え、
前記第1特定手段は、
前記第2取得手段により取得された前記進行方向の加速度の変動が第1の予め定めた値よりも大きい場合に、前記鉛直方向の加速度の経時的変化と、前記第2検出手段により検出された進行方向の加速度が極値をとる時点とに基づいて、前記第1時点を特定することを特徴とする請求項1に記載の計測装置。 - 鉛直方向上向きの加速度を正の値とするとき、前記鉛直方向の加速度の時系的変化の波形が第2の予め定めた値において正の傾きとなる第3時点から前記鉛直方向の加速度の時系的変化の波形に沿って時間軸の正の向きに走査し、当該鉛直方向の加速度が極大値をとる時点を、前記鉛直方向の加速度が極値をとる第2時点として特定する第2特定手段を更に備え、
前記第1特定手段は、
前記第2特定手段により特定された第2時点を基準として、前記第1時点を特定することを特徴とする請求項1又は2に記載の計測装置。 - 鉛直方向下向きの加速度を正の値とするとき、前記鉛直方向の加速度の時系的変化の波形が第2の予め定めた値において負の傾きとなる第3時点から前記鉛直方向の加速度の時系的変化の波形に沿って時間軸の正の向きに走査し、当該鉛直方向の加速度が極小値をとる時点を、前記鉛直方向の加速度が極値をとる第2時点として特定する第2特定手段を更に備え、
前記第1特定手段は、
前記第2特定手段により特定された第2時点を基準として、前記第1時点を特定することを特徴とする請求項1又は2に記載の計測装置。 - 前記第1特定手段は、
前記第2特定手段により特定された第2時点から前記進行方向の加速度の時系的変化の波形に沿って時間軸の負の向きに走査し、前記進行方向の加速度が最初に極値をとる時点を見つけ、その時点を前記第1時点として特定することを特徴とする請求項3又は4に記載の計測装置。 - 前記第1特定手段は、
進行方向前向きの加速度を正の値とするとき、前記第2特定手段により特定された第2時点から前記進行方向の加速度の時系的変化の波形に沿って時間軸の負の向きに走査し、最初に前記進行方向の加速度が負の極値をとる時点を見つけ、その時点を前記第1時点として特定することを特徴とする請求項3又は4に記載の計測装置。 - 前記第1特定手段は、
進行方向後ろ向きの加速度を正の値とするとき、前記第2特定手段により特定された第2時点から前記進行方向の加速度の時系的変化の波形に沿って時間軸の負の向きに走査し、最初に前記進行方向の加速度が正の極値をとる時点を見つけ、その時点を前記第1時点として特定することを特徴とする請求項3又は4に記載の計測装置。 - 前記第1取得手段は、更に、
前記第2取得手段により取得された前記進行方向の加速度の変動が第1の予め定めた値以下の場合に、前記鉛直方向の加速度の経時的変化に基づいて、前記進行動作における一歩に要する時間を取得することを特徴とする請求項2に記載の計測装置。 - 前記第1取得手段は、
鉛直方向上向きの加速度を正の値とするとき、前記第1検出手段により検出された鉛直方向の加速度の時系的変化の波形が、第2の予め定めた値において正の傾きとなる第3時点に基づいて、前記進行動作における一歩に要する時間を取得することを特徴とする請求項8に記載の計測装置。 - 前記第1取得手段は、
鉛直方向下向きの加速度を正の値とするとき、前記第1検出手段により検出された鉛直方向の加速度の時系的変化の波形が、第2の予め定めた値において負の傾きとなる第3時点に基づいて、前記進行動作における一歩に要する時間を取得することを特徴とする請求項8に記載の計測装置。 - 前記進行動作は、歩行動作及び走行動作のうち、少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項1〜8の何れか一項に記載の計測装置。
- ユーザの進行動作に伴って発生する鉛直方向の加速度を経時的に検出し、
前記進行動作に伴って発生する進行方向の加速度を経時的に検出し、
検出された前記鉛直方向の加速度の経時的変化と、検出された前記進行方向の加速度が極値をとる時点とに基づいて、前記ユーザの足が接地した第1時点を特定し、
特定された前記第1時点に基づいて、前記進行動作における一歩に要する時間を取得する、
ことを特徴とする計測方法。 - 計測装置のコンピュータを、
ユーザの進行動作に伴って発生する鉛直方向の加速度を経時的に検出する第1検出手段、
前記進行動作に伴って発生する進行方向の加速度を経時的に検出する第2検出手段、
前記第1検出手段により検出された前記鉛直方向の加速度の経時的変化と、前記第2検出手段により検出された進行方向の加速度が極値をとる時点とに基づいて、前記ユーザの足が接地した第1時点を特定する特定手段、
前記特定手段により特定された前記第1時点に基づいて、前記進行動作における一歩に要する時間を取得する取得手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。
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