JP7023234B2 - 歩行者の動きを推定する方法 - Google Patents
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Description
(a)歩行者の下肢に堅固に接続される、並びに、下肢の遠位端に対する実質的に回転の動きを有するような方法において位置付けられる、慣性測定手段によって、下肢の加速度及び角速度を取得する工程(ステップ)と、
(b)データ処理手段によって、測定される加速度及び測定される角速度に従って下肢の速さの推定の工程(ステップ)と、
(c)データ処理手段によって、測定される加速度、測定される角速度、及び慣性測定手段と遠位端との間のモーメントアームに従って、下肢の遠位端が地面に接している、歩行者の歩行の時間間隔を決定する工程(ステップ)と、
(d)決定される時間間隔中に、
- データ処理手段によって、測定される加速度及び測定される角速度に従って下肢の予想される速さを計算する工程(ステップ)と、
- 予想される速さに従って下肢の推定される速さを補正する工程(ステップ)と、
(e)データ処理手段によって、下肢の推定される速さに従って歩行者の動きを推定する工程(ステップ)とを含むことによって特徴付けられる、
方法に関する。
- 下肢の速さは、測定される角速度に従って地球基準フレーム内に表される測定される加速度の積分によって推定され、下肢の動きは、推定される速さの積分によって推定される。
- 予想される速さは、式
(外1)
によって与えられ、ここで、
(外2)
は、測定される角速度であり、
(外3)
は、モーメントアームである。
- 慣性測定手段は、足首と膝との間で下肢に位置付けられる。
- 工程(c)は、データ処理手段による、測定される角速度及びモーメントアームに従った予想される加速度の計算を含み、下肢の遠位端が地面と接している、歩行者の歩行の時間間隔は、測定される加速度及び予想される加速度に従って決定される。
-下肢の遠位端が地面と接している、歩行者の歩行の時間間隔は、工程(c)において、測定される加速度と予想される加速度との間の差が所定の閾値よりも少ない、歩行者の歩行の時間間隔として決定される。
- 予想される加速度は、式
(外4)
によって与えられ、ここで、
(外5)
は、測定される角速度であり、
(外6)
は、モーメントアームであり、
(外7)
は、重力の加速度である。
- 下肢の遠位端が地面と接している、歩行者の歩行の時間間隔は、工程(c)において、測定される加速度及び/又は測定される角速度が地面との下肢の遠位端の接触を表す所定のパターンに対応する、歩行者の歩行の時間間隔として決定される。
- 工程(c)における下肢の推定される速さの補正は、線形状態又は非線形状態を推定するフィルタの実装を含む。
- 本方法は、モーメントアームを決定する先行工程(先行ステップ)を含む。
- モーメントアームは、下肢の遠位端が地面と接している、歩行者の歩行の所定の時間間隔中に、測定される角速度及びモーメントアームに依存して、測定される加速度と予想される加速度との間の差を最小限に抑えることによって決定される。
- モーメントアームの決定は、線形状態及び非線形状態を推定するフィルタへのモーメントアームの積分を含む。
- 本方法は、データ処理手段による、歩行者の歩行中の障害を特定するために、推定される動きの分析という後続工程(後続ステップ)(f)を含む。
- 下肢に堅固に接続される、並びに、下肢の遠位端に対する実質的に回転の動きを有するような方法において位置付けられる、慣性測定手段によって取得される、歩行者の下肢の加速度及び角速度を受信する、モジュールと、
- 測定される加速度及び測定される角速度に従って下肢の速さを推定する、モジュールと、
- 測定される加速度、測定される角速度、及び慣性測定手段と遠位端との間のモーメントアームに従って、下肢の遠位端が地面と接している、歩行者の歩行の時間間隔を決定する、モジュールと、
- 決定される時間間隔内で、測定される角速度及びモーメントアームに従って下肢の予想される速さを計算する、モジュールと、
- 時間間隔内で、予想される速さに従って下肢の推定される速さを補正する、モジュールと、
- 下肢の推定される速さに従って歩行者の動きを推定する、モジュールとを実装するように構成されることを特徴とする、
機器関する。
- 当該機器は、慣性測定手段を含むケースである。
- 当該機器は、ケースを下肢に取り付ける手段と、磁力計と、通信手段とを更に含む。
- 当該機器は、慣性測定手段を含むケースとの通信に適した、移動端末又はサーバである。
(外8)
として示される。
(外9)
として示される、地球基準フレームに対する慣性測定ユニットの瞬時的な角速度(angular speed)を測定する。加速度計は、センサに加えられる重力の力以外の外力に対して敏感であり、
(外10)
として示される加速度が測定されるのを可能にする。理解されるように、慣性測定手段20は、磁気慣性測定のための手段20,24を形成するために、少なくとも1つの磁力計24を備えるのが有利である。磁力計24は、
(外11)
として示される場(field)を測定する。そのような磁力計24は、説明したように動きが相対的であるため、特に始動後に、歩行者の方位(即ち、水平面における方向)を示すのに有用である。何故ならば、説明したように、動きは相対的だからである。その場合、磁力計24は、最早不可欠でないが、角速度の測定に関連する誤差の蓄積後に逸れる方位を再配向(再方向付け)するために使用されることができる。
(外12)
及び角速度
(外13)
の取得を含む。本記述の残部において、下肢10の加速度(acceleration)/速さ(speed)/位置(position)が述べられるとき、これは慣性測定手段20にあることが理解される。
(外14)
及び
(外15)
として示され、地球基準フレーム内の加速度の単純な積分及び二重積分によってそれぞれ推定され、それは、以下に見られるように、(慣性測定手段20の移動基準フレーム内で与えられる)測定される加速度
(外16)
と、(角速度の測定値に基づいて更新される)地球基準フレームに対する慣性測定手段20の向きとに基づいて計算される。
(外17)
の反対に等しい。よって、ロール及びピッチは、以下の式によって与えられる。
(外18)
で示される。
(外19)
は、n個のサンプルステップの後の、この行列の推定を表す。
(外23)
とベクトル
(外24)
との間のベクトル積に等しい。
(外25)
は、慣性測定ユニットに基づいて知られている。従って、ベクトル差を計算するために、基底の変化を行わなければならない。基底行列(basis matrix)の変化に依存しないために、ベクトルのノルムを比較することができる。
(外27)
の10%よりも小さい、期間が選択される。換言すれば、下肢10の遠位端11が地面に接している、歩行者1の歩行の時間間隔は、工程(c)において、測定される加速度と理論上の加速度との間の差がこの所定の閾値よりも小さい、時間間隔として決定される。
(外28)
とベクトル
(外29)
のベクトル積に等しい。
(外30)
は、拡張カルマンフィルタの式に従って共分散行列に基づいて計算される。センサによって引き起こされる並びに近似によって引き起こされる誤差は、ガウス雑音(Gaussian noise)としてモデル化されることができる。分散(variance)は、静止しているセンサのノイズを測定することによって推定される。基底行列、速さ及び位置の変化を含む状態
(外31)
の推定のリセットは、補正項を追加することによって実行される。
(外32)
はアプリオリに(先験的に)知られていないことがあり得る。この場合、本方法は、有利には、モーメントアームを決定する先行工程(a0)を含む。その上、ケース2は、下肢10に沿って僅かに動くことができ、よって、
(外33)
を再決定するために、歩行中に(規則的な間隔で又は歩行者1の指示後に)工程(a0)を再び実施することができる。
(外34)
をカルマンフィルタの状態に直接的に積分することによって推定することが可能である。慣性測定手段20が、軸zが脚の軸と整列させられるような方法に取り付けられていると仮定するならば、モーメントアーム
(外35)
は軸zと整列していると考えることができ、x及びy座標はゼロである。
(外36)
を直接的に推定することもできる。この段階は例えば足が地面に接しているときに受ける衝撃に基づいて決定されることができる或いはこれはユーザが地面に接するよう意図的に足を置く所定の間隔であると説明された。
- 下肢に堅固に接続される、並びに、少なくとも下肢10の遠位端11が地面と接しているときに下肢10の遠位端11に対する実質的に回転の動きを有するような方法において位置付けられる、慣性測定手段20によって取得される、歩行者1の下肢10の加速度及び角速度を受信する、モジュールと、
- 測定される加速度及び測定される角速度に従って下肢10の速さを推定する、モジュールと、
- 測定される加速度、測定される角速度、及び慣性測定手段20と遠位端11との間のモーメントアームに従って、下肢10の遠位端11が地面と接している、歩行者1の歩行の時間間隔を決定する、モジュールと、
- 決定される時間間隔内で、測定される角速度及びモーメントアームに従って下肢10の予想される速さを計算する、モジュールと、
- 時間間隔内で、予想される速さに従って下肢10の推定される速さを補正する、モジュールと、
- 下肢10の推定される速さに従って歩行者1の動きを推定する、モジュールとを
実装するように構成される。
Claims (19)
- 歩行している歩行者の動きを推定する方法であって、
(a)前記歩行者の下肢に堅固に接続される、並びに、少なくとも前記下肢の遠位端が地面と接しているときに前記下肢の前記遠位端に対する実質的に回転の動きを有するような方法において位置付けられる、慣性測定手段によって、前記下肢の加速度及び角速度を取得する工程と、
(b)データ処理手段によって、測定される加速度及び測定される角速度に従って前記下肢の速さを推定する工程と、
(c)前記データ処理手段によって、前記測定される加速度、前記測定される角速度、及び前記慣性測定手段と前記遠位端との間のモーメントアームに従って、前記下肢の前記遠位端が地面に接している、前記歩行者の前記歩行の時間間隔を決定する工程と、
(d)該決定される時間間隔の間に、
前記データ処理手段によって、前記測定される角速度及び前記モーメントアームに従って前記下肢の予想される速さを計算する工程と、
該予想される速さに従って前記下肢の前記推定される速さを補正する工程と、
(e)前記データ処理手段によって、前記下肢の前記推定される速さに従って前記歩行者の前記動きを推定する工程とを含むことを特徴とする、
方法。 - 前記下肢の前記速さは、前記測定される角速度に従って地球基準フレーム内に表される前記測定される加速度の積分によって推定され、前記歩行者の前記動きは、前記推定される速さの積分によって推定される、請求項1に記載の方法。
- 前記慣性測定手段は、足首と膝との間で前記下肢に位置付けられる、請求項1乃至3のうちのいずれか1項に記載の方法。
- 前記工程(c)は、前記データ処理手段による、前記測定される角速度及び前記モーメントアームに従った予想される加速度の前記計算を含み、前記下肢の前記遠位端が地面と接している、前記歩行者の前記歩行の前記時間間隔は、前記測定される加速度及び前記予想される加速度に従って決定される、請求項1乃至4のうちのいずれか1項に記載の方法。
- 前記下肢の前記遠位端が地面と接している、前記歩行者の前記歩行の前記時間間隔は、前記工程(c)において、前記測定される加速度と前記予想される加速度との間の差が所定の閾値よりも少ない、前記歩行者の前記歩行の時間間隔として決定される、請求項5に記載の方法。
- 前記下肢の前記遠位端が地面と接している、前記歩行者の前記歩行の前記時間間隔は、前記工程(c)において、前記測定される加速度及び/又は前記測定される角速度が前記下肢の前記遠位端の接触を表す所定のパターンに対応する、前記歩行者の前記歩行の時間間隔として決定される、請求項1乃至4のうちのいずれか1項に記載の方法。
- 前記工程(c)における前記下肢の推定される速さの前記補正は、線形状態又は非線形状態を推定するフィルタの実装を含む、請求項1乃至8のうちのいずれか1項に記載の方法。
- 前記モーメントアームを決定する先行工程(a0)を含む、請求項1乃至9のうちのいずれか1項に記載の方法。
- 前記モーメントアームは、前記下肢の前記遠位端が地面と接している、前記歩行者の前記歩行の所定の時間間隔中に、前記測定される角速度及び前記モーメントアームに依存して、前記測定される加速度と予想される加速度との間の差を最小限に抑えることによって決定される、請求項10に記載の方法。
- 前記モーメントアームの決定は、前記フィルタへの前記モーメントアームの積分を含む、請求項9及び10に記載の方法。
- 歩行している歩行者の動きを推定する機器であって、
当該機器は、データ処理手段を含み、
該データ処理手段は、
- 前記歩行者の下肢に堅固に接続される、並びに、少なくとも前記下肢の遠位端が地面と接しているときに前記下肢の前記遠位端に対する実質的に回転の動きを有するような方法において位置付けられる、慣性測定手段によって取得される、前記歩行者の前記下肢の加速度及び角速度を受信する、モジュールと、
- 測定される加速度及び測定される角速度に従って前記下肢の速さを推定する、モジュールと、
- 前記測定される加速度、前記測定される角速度、及び前記慣性測定手段と前記遠位端との間のモーメントアームに従って、前記下肢の前記遠位端が地面と接している、前記歩行者の前記歩行の時間間隔を決定する、モジュールと、
- 該決定される時間間隔内で、前記測定される角速度及び前記モーメントアームに従って前記下肢の予想される速さを計算する、モジュールと、
- 前記時間間隔内で、前記予想される速さに従って前記下肢の前記推定される速さを補正する、モジュールと、
- 前記下肢の前記推定される速さに従って前記歩行者の前記動きを推定する、モジュールとを
実装するように構成されることを特徴とする、
機器。 - 当該機器は、前記慣性測定手段を含むケースである、請求項13に記載の機器。
- 前記ケースを前記下肢に取り付ける手段と、磁力計と、通信手段とを更に含む、請求項14に記載の機器。
- 当該機器は、前記慣性測定手段を含むケースとの通信に適した、移動端末又はサーバである、請求項15に記載の機器。
- 請求項16に記載の機器と、少なくとも1つの接続されるケースとを含む、システム。
- コンピュータプログラムであって、当該コンピュータプログラムがコンピュータで実行されるときに、請求項1乃至12のうちのいずれか1項に記載の歩行している歩行者の動きを推定する方法を実行する、コード指令を含む、コンピュータプログラム。
- コンピュータ機器によって可読である記憶手段であって、当該記憶手段上で、コンピュータプログラムが、請求項1乃至12のうちのいずれか1項に記載の歩行している歩行者の動きを推定する方法を実行するコード指令を含む、記憶手段。
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