JP7120449B2 - 歩行周期判定システム、歩行周期判定方法、およびプログラム - Google Patents
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Description
まず、本発明の第1の実施形態に係る歩行周期判定システムについて図面を参照しながら説明する。本実施形態の歩行周期判定システムは、靴などの履物に配置された加速度センサおよび角速度センサによって取得されるセンサデータを用いて姿勢角を算出し、姿勢角の時系列データに基づいて歩行周期を判定する。例えば、本実施形態の歩行周期判定システムは、靴の中敷き(インソールとも呼ぶ)に配置されたIMU(Inertial Measurement Unit)によって取得された加速度データおよび角速度データを用いて姿勢角を算出する。
次に、歩行周期判定システム1が備えるデータ取得装置11について図面を参照しながら説明する。図10は、データ取得装置11の構成の一例を示すブロック図である。データ取得装置11は、加速度センサ111、角速度センサ112、信号処理部113、およびデータ送信部114を有する。
次に、歩行周期判定システム1が備える歩行周期判定装置12について図面を参照しながら説明する。図11は、歩行周期判定装置12の構成の一例を示すブロック図である。歩行周期判定装置12は、受信部121、検出部122、および判定部125を有する。
次に、本実施形態の歩行周期判定装置12の動作について図面を参照しながら説明する。図12は、歩行周期判定装置12の動作について説明するためのフローチャートである。
次に、本実施形態の歩行周期判定装置12の判定部125による歩行周期判定処理について図面を参照しながら説明する。図13は、判定部125による歩行周期判定処理について説明するためのフローチャートである。
次に、本発明の第2の実施形態に係る歩行周期判定システムについて図面を参照しながら説明する。本実施形態の歩行周期判定システムは、立脚相の開始時刻以外に表れる姿勢角の極大と、遊脚相の開始時刻以外に表れる姿勢角の極小とを除外するための除外範囲を姿勢角に設定する点において第1の実施形態とは異なる。
図14は、本実施形態の歩行周期判定システム2の構成の概略を示すブロック図である。歩行周期判定システム2は、データ取得装置21、歩行周期判定装置22、および表示装置23を備える。データ取得装置21と歩行周期判定装置22とは、有線で接続されてもよいし、無線で接続されてもよい。また、歩行周期判定装置22と表示装置23とは、有線で接続されてもよいし、無線で接続されてもよいし、同じ端末装置として構成してもよい。なお、歩行周期判定装置22の判定結果を表示しない場合は、表示装置23を削除し、データ取得装置21と歩行周期判定装置22によって歩行周期判定システム2を構成してもよい。以下においては、データ取得装置21および表示装置23のそれぞれは、第1の実施形態のデータ取得装置11および表示装置13のそれぞれと構成や機能が同様であるため、詳細な説明は省略する。
次に、本実施形態の歩行周期判定装置22の動作について図面を参照しながら説明する。図19は、歩行周期判定装置22の動作について説明するためのフローチャートである。
次に、本実施形態の歩行周期判定装置22の除外部224による除外処理について図面を参照しながら説明する。図20は、除外部224による除外処理について説明するためのフローチャートである。
次に、本実施形態の歩行周期判定装置22の判定部225による歩行周期判定処理について図面を参照しながら説明する。図21は、判定部225による歩行周期判定処理について説明するためのフローチャートである。
次に、本発明の第3の実施形態に係る歩行周期判定システムについて図面を参照しながら説明する。本実施形態の歩行周期判定システムは、背屈ピークと底屈ピークとの間の期間を所定の比率で内分する閾値を定めて立脚相を細分化して判定する点において第1の実施形態とは異なる。
図22は、本実施形態の歩行周期判定システム3の構成の概略を示すブロック図である。歩行周期判定システム3は、データ取得装置31、歩行周期判定装置32、および表示装置33を備える。データ取得装置31と歩行周期判定装置32とは、有線で接続されてもよいし、無線で接続されてもよい。また、歩行周期判定装置32と表示装置33とは、有線で接続されてもよいし、無線で接続されてもよいし、同じ端末装置として構成してもよい。なお、歩行周期判定装置32の判定結果を表示しない場合は、表示装置33を削除し、データ取得装置31と歩行周期判定装置32によって歩行周期判定システム3を構成してもよい。以下においては、データ取得装置31および表示装置33のそれぞれは、第1の実施形態のデータ取得装置11および表示装置13のそれぞれと構成や機能が同様であるため、詳細な説明は省略する。
tc=(ts+tt)/2・・・(1)
判定部325は、極小値または極小値を検出部322から取得する。判定部325は、極小値と極大値を取得する順番に基づいて歩行判定を行う。判定部325は、極大値を取得した後に極小値を取得した場合、立脚相から遊脚相に遷移したと判定する。また、判定部325は、極小値を取得した後に極大値を取得した場合、遊脚相から立脚相に遷移したと判定する。
次に、本実施形態の歩行周期判定装置32の動作について図面を参照しながら説明する。図24は、歩行周期判定装置32の動作について説明するためのフローチャートである。
次に、本実施形態の歩行周期判定装置32の判定部325による歩行周期判定処理について図面を参照しながら説明する。図25は、判定部325による歩行周期判定処理について説明するためのフローチャートである。
次に、本発明の第4の実施形態に係る歩行周期判定システムについて図面を参照しながら説明する。本実施形態の歩行周期判定システムは、左右両方の履物に配置された加速度センサおよび角速度センサによって取得されるセンサデータを用いて姿勢角を算出する。本実施形態の歩行周期判定システムは、左右両方の足の姿勢角の時系列データに基づいて歩行周期を判定する点において第1の実施形態とは異なる。
図26は、本実施形態の歩行周期判定システム4の構成の概略を示すブロック図である。歩行周期判定システム4は、データ取得装置41R、データ取得装置41L、歩行周期判定装置42、および表示装置43を備える。データ取得装置41Rとデータ取得装置41Lは同様の構成・機能を有する。データ取得装置41Rおよびデータ取得装置41Lのそれぞれと、歩行周期判定装置42とは、有線で接続されてもよいし、無線で接続されてもよい。また、歩行周期判定装置42と表示装置43とは、有線で接続されてもよいし、無線で接続されてもよいし、同じ端末装置として構成してもよい。なお、歩行周期判定装置42の判定結果を表示しない場合は、表示装置43を削除し、データ取得装置41R、データ取得装置41L、および歩行周期判定装置42によって歩行周期判定システム4を構成してもよい。以下においては、データ取得装置41Rおよびデータ取得装置41Lは第1の実施形態のデータ取得装置11と構成や機能が同様であり、表示装置23は第1の実施形態の表示装置13と構成や機能が同様であるため、詳細な説明は省略する。
ここで、本発明の各実施形態に係る歩行周期判定装置の処理を実行するハードウェア構成について、図29の情報処理装置90を一例として挙げて説明する。なお、図29の情報処理装置90は、各実施形態の歩行周期判定装置の処理を実行するための構成例であって、本発明の範囲を限定するものではない。
11、21、31、41R、41L データ取得装置
12、22、32、42 歩行周期判定装置
13、23、33、43 表示装置
111 加速度センサ
112 角速度センサ
113 信号処理部
114 データ送信部
121、221、321 受信部
122、222、322 検出部
125、225、325 判定部
223、323 記憶部
224 除外部
421R、421L 受信部
422R、422L 検出部
425 判定部
Claims (10)
- 履物に設置されたセンサによって取得される加速度および角速度を含むセンサデータを受信する受信手段と、
前記センサデータに含まれる加速度および角速度を用いて少なくとも一方の足に関して、水平面に対する足裏面の角度である姿勢角の時系列データを生成し、前記姿勢角の時系列データから極大値および極小値を検出する検出手段と、
前記極大値および前記極小値の順序に基づいて歩行周期を判定する判定手段と、を備える歩行周期判定システム。 - 前記判定手段は、
前記極大値の検出時刻から次の前記極小値の検出時刻までの期間における歩行相を立脚相と判定し、
前記極小値の検出時刻から次の前記極大値の検出時刻までの期間における前記歩行相を遊脚相と判定する請求項1に記載の歩行周期判定システム。 - 前記極大値および前記極小値に基づいて前記姿勢角の除外範囲を設定する除外手段と、
前記姿勢角の除外上限値を設定するための第1所定値と、前記姿勢角の除外下限値を設定するための第2所定値とが少なくとも記憶される第1記憶手段と、を備え、
前記除外手段は、
前記極大値を受信した際に、それ以前に受信された前記極大値の最大値から前記第1所定値を減算した値を前記除外上限値に設定し、受信した前記極大値が前記除外上限値を上回る場合は前記極大値を前記判定手段に出力し、受信した前記極大値が前記除外上限値以下の場合は前記極大値を前記判定手段に出力せず、
前記極小値を受信した際に、それ以前に受信された前記極小値の最小値に前記第2所定値を加算した値を前記除外下限値に設定し、受信した前記極小値が前記除外下限値を下回る場合は前記極小値を前記判定手段に出力し、受信した前記極小値が前記除外下限値以上の場合は前記極小値を前記判定手段に出力しない請求項1または2に記載の歩行周期判定システム。 - 前記第1記憶手段には、
検出済の前記極大値の最大値と、検出済の前記極小値の最小値とが記憶され、
前記除外手段は、
前記極大値を受信した際に、新たに受信された前記極大値が、前記第1記憶手段に記憶された検出済の前記極大値の最大値よりも大きい場合、新たに受信された前記極大値で前記極大値の最大値を更新し、
前記極小値を受信した際に、新たに受信された前記極小値が、前記第1記憶手段に記憶された検出済の前記極小値の最小値よりも小さい場合、新たに受信された前記極小値で前記極小値の最小値を更新する請求項3に記載の歩行周期判定システム。 - 立脚中期の開始時刻を判定するための前記姿勢角の第1閾値と、遊脚前期の開始時刻を判定するための前記姿勢角の第2閾値とが少なくとも記憶される第2記憶手段を備え、
前記判定手段は、
前記姿勢角が前記第1閾値と一致した時刻を前記立脚中期の開始時刻として算出し、
前記姿勢角が前記第2閾値と一致した時刻を前記遊脚前期の開始時刻として算出し、
前記立脚中期の開始時刻と前記遊脚前期の開始時刻の中間の時刻を立脚終期の開始時刻として算出する請求項1乃至4のいずれか一項に記載の歩行周期判定システム。 - 前記受信手段は、
第1の履物に設置された第1センサによって取得される前記センサデータを受信する第1受信手段と、
第2の履物に設置された第2センサによって取得される前記センサデータを受信する第2受信手段と、を有し、
前記検出手段は、
前記第1受信手段によって受信される前記センサデータに含まれる加速度および角速度を用いて第1の足の前記姿勢角の時系列データを生成し、前記第1の足の前記姿勢角の時系列データから前記極大値および前記極小値を検出する第1検出手段と、
前記第2受信手段によって受信される前記センサデータに含まれる加速度および角速度を用いて第2の足の前記姿勢角の時系列データを生成し、前記第2の足の前記姿勢角の時系列データから前記極大値および前記極小値を検出する第2検出手段と、を有し、
前記判定手段は、
前記第2の足の前記姿勢角の時系列データから検出される前記極小値の検出時刻を前記第1の足の立脚中期の開始時刻と判定し、
前記第2の足の前記姿勢角の時系列データから検出される前記極大値の検出時刻を前記第1の足の遊脚前期の開始時刻と判定し、
前記第2の足の前記姿勢角の時系列データから検出される前記極小値の検出時刻と前記極大値の検出時刻の中間の時刻を前記第1の足の立脚終期の開始時刻と判定する請求項1乃至4のいずれか一項に記載の歩行周期判定システム。 - 履物に設置され、前記加速度および前記角速度を検出し、検出した前記加速度および前記角速度を含む前記センサデータを生成し、生成した前記センサデータを前記受信手段に送信するデータ取得装置を備える請求項1乃至6のいずれか一項に記載の歩行周期判定システム。
- 前記判定手段による判定結果を取得し、取得した前記判定結果を表示する表示装置を備える請求項1乃至7のいずれか一項に記載の歩行周期判定システム。
- 少なくとも一方の履物に設置されたセンサによって取得される加速度および角速度を含むセンサデータを受信し、
前記センサデータに含まれる加速度および角速度を用いて少なくとも一方の足に関して、水平面に対する足裏面の角度である姿勢角の時系列データを生成し、
前記姿勢角の時系列データから極大値および極小値を検出し、
前記極大値および前記極小値の順序に基づいて歩行周期を判定する歩行周期判定方法。 - 少なくとも一方の履物に設置されたセンサによって取得される加速度および角速度を含むセンサデータを受信する処理と、
前記センサデータに含まれる加速度および角速度を用いて少なくとも一方の足に関して、水平面に対する足裏面の角度である姿勢角の時系列データを生成する処理と、
前記姿勢角の時系列データから極大値および極小値を検出する処理と、
前記極大値および前記極小値の順序に基づいて歩行周期を判定する処理とをコンピュータに実行させるプログラム。
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