JP7182275B2 - Motion judgment system - Google Patents
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特許法第30条第2項適用 平成30年10月16日公開 https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000014.000006831.htmlApplication of Patent Act Article 30, Paragraph 2 Published October 16, 2018 https://prtimes. jp/main/html/rd/p/000000014.000006831. html
特許法第30条第2項適用 平成30年10月15日公開 https://www.youtube.com/watch?v=zaop4uwGgBQApplication of Patent Act Article 30, Paragraph 2 Published October 15, 2018 https://www. youtube. com/watch? v=zaop4uwGgBQ
特許法第30条第2項適用 平成30年10月16日公開 https://first-vr.com/pressrelease-firstvr-ai-excercise/Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act Published October 16, 2018 https://first-vr. com/pressrelease-firstvr-ai-excercise/
特許法第30条第2項適用 平成30年10月16日~10月18日公開 https://www.facebook.com/firstvrh21/posts/273009126686128/ https://www.facebook.com/firstvrh21/posts/274928623147185/ https://www.facebook.com/firstvrh21/posts/544074456040915/Application of Patent Act Article 30, Paragraph 2 Released from October 16 to October 18, 2018 https://www. facebook. com/firstvrh21/posts/273009126686128/https://www. facebook. com/firstvrh21/posts/274928623147185/https://www. facebook. com/firstvrh21/posts/544074456040915/
特許法第30条第2項適用 平成30年10月16日~10月18日公開 https://twitter.com/FirstVRofficial/status/1051989879167565825 https://twitter.com/FirstVRofficial/status/1052040178129195009 https://twitter.com/FirstVRofficial/status/1052152515364442113 https://twitter.com/FirstVRofficial/status/1052764409402089477Application of Patent Law Article 30, Paragraph 2 Released from October 16 to October 18, 2018 https://twitter. com/FirstVRoffice/status/1051989879167565825 https://twitter. com/FirstVRoffice/status/1052040178129195009 https://twitter. com/FirstVRoffice/status/1052152515364442113 https://twitter. com/FirstVRoffical/status/1052764409402089477
本発明は、人の運動が正しく遂行されているか否かを判定する、運動判定システムに関する。
BACKGROUND OF THE
人が健康を維持、向上させるには、日常生活の合間に適度な運動を行うことが推奨される。このため、スポーツジムや公共運動施設等が設けられ、多くの人々が利用している。 In order for people to maintain and improve their health, it is recommended that they exercise moderately during their daily lives. For this reason, sports gyms, public exercise facilities, etc. are established and used by many people.
発明者らは、先に特許文献1に記載されるような電気刺激装置を提案した。この特許文献1で提案した電気刺激装置は、ユーザの前腕に装着されるバンドに複数の電極を取り付けて、前腕の筋肉に電気刺激を与える装置である。
更に発明者らは、非特許文献1に記載される、筋肉の隆起を検出する赤外線センサを複数個装備した新たな電気刺激装置を開発した。
The inventors previously proposed an electrical stimulation device as described in
Furthermore, the inventors have developed a new electrical stimulator equipped with a plurality of infrared sensors for detecting muscle bulges, as described in Non-Patent
歩行や走行といった足の運動は、ランニングマシンとも呼ばれるトレッドミルに代表される機械を用いて、ユーザの運動量を検出したり、積算して表示する等の処理が比較的容易に可能である。
しかし、スクワットが正常に行われたか否かを正しく検出する機械は、これまで存在していない。
スクワットは歩行や走行を伴わず、全身の筋肉を鍛えることが可能な運動であり、スクワットが正常に行われたか否かを低価格で精緻に検出できるシステムが、スポーツジムや公共運動施設等にて望まれている。
For leg motions such as walking and running, it is relatively easy to detect, integrate, and display the user's amount of exercise using a machine typified by a treadmill, also known as a running machine.
However, until now there has been no machine that correctly detects whether a squat has been performed successfully.
A squat is an exercise that trains the muscles of the whole body without walking or running, and a low-cost system that can precisely detect whether a squat is performed normally is being used in sports gyms and public exercise facilities. is desired.
本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、低価格な装置を用いてスクワットが正常に行われたか否かを精緻に検出できる、運動判定システムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an exercise determination system that can precisely detect whether or not a squat is performed normally using a low-cost device.
上記課題を解決するために、本発明の運動判定システムは、ユーザの体部位の体表に装着される筋肉センサ装置と、筋肉センサ装置と近距離無線通信を行う運動検出装置とよりなる。
筋肉センサ装置は、ユーザの体部位の体表に巻き付けるベルトと、ベルトに複数個設けられ、赤外線LEDとフォトセンサで構成されるフォトリフレクタである筋変位センサと、筋変位センサの近傍に設けられ、ユーザの体部位の姿勢及び動作を検出するジャイロセンサと、筋変位センサから得られる筋変位データと、ジャイロセンサから得られる四元数データ及び三次元の加速度データを送信する近距離無線送信部とを具備する。
運動検出装置は、近距離無線送信部から送信される電波を受信して、筋変位データ、四元数データ及び三次元の加速度データを復調する近距離無線受信部と、筋変位データ、四元数データ及び三次元の加速度データに基づいてユーザが所定のトレーニングを正常に遂行したか否かを検出するトレーニングパターン検出部とを具備する。
In order to solve the above problems, the exercise determination system of the present invention comprises a muscle sensor device worn on the body surface of a user's body part, and an exercise detection device that performs short-range wireless communication with the muscle sensor device.
The muscle sensor device includes a belt that wraps around the user's body surface, a plurality of muscle displacement sensors that are provided on the belt and that are photoreflectors composed of infrared LEDs and photosensors, and a muscle displacement sensor that is provided in the vicinity of the muscle displacement sensor. , a gyro sensor that detects the posture and motion of the user's body parts, a short-range wireless transmitter that transmits muscle displacement data obtained from the muscle displacement sensor, quaternion data obtained from the gyro sensor, and three-dimensional acceleration data. and
The motion detection device includes a short-range wireless receiver that receives radio waves transmitted from a short-range wireless transmitter and demodulates muscle displacement data, quaternion data, and three-dimensional acceleration data; and a training pattern detection unit for detecting whether or not the user has normally performed a predetermined training based on the number data and the three-dimensional acceleration data.
本発明によれば、低価格な装置を用いて、ユーザ自身でスクワットが正常に行われたか否かを精緻に検出することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, it is possible to finely detect whether or not the user has performed the squat normally by using a low-cost device.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
[運動判定システム101:全体構成]
図1は、本発明の実施形態に係る運動判定システム101の全体構成と使用状態を示す概略図である。
運動判定システム101は、筋肉センサ装置102と運動検出装置103より構成される。
ユーザ104は筋肉センサ装置102を自らの腕に巻き付ける。そして、筋肉センサ装置102と、周知のスマートフォンやタブレットPC等の無線端末よりなる運動検出装置103とBlueTooth(登録商標)等の無線通信を確立した上で、スクワットを遂行する。すると、筋肉センサ装置102はユーザ104の腕の筋肉の状態と、内蔵するジャイロセンサ312(図3参照)から得られる、腕の動作を示す加速度や腕の姿勢を示す座標情報等を運動検出装置103へ送信する。
[Exercise Judgment System 101: Overall Configuration]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration and usage of an
A
A
運動検出装置103は、ユーザ104の腕の筋肉の状態と、加速度や座標情報等を基に、ユーザ104が正しくスクワットを遂行したか否かを判定する。
運動検出装置103は、ユーザ104が正しくスクワットを遂行したと判定した場合には、タッチパネルディスプレイ105に物理演算に基づくアニメーションV106を表示する。
The
When the
[筋肉センサ装置102:外観]
図2Aは、本発明の実施形態の例である筋肉センサ装置102の表面側の外観斜視図である。図2Bは、本発明の実施形態の例である筋肉センサ装置102の裏面側の外観斜視図である。筋肉センサ装置102は、大まかに本体部201と、表側ベルト202と、裏側ベルト203で構成される。
本体部201には中央に電源スイッチ204が設けられており、内部に後述する近距離無線通信部とジャイロセンサ312等を含むマイコンと電子回路、そしてリチウム二次電池が収納されている。
[Muscle sensor device 102: Appearance]
FIG. 2A is an external perspective view of the surface side of
A
表側ベルト202は本体部201を覆い、筋肉センサ装置102のベルト部分の全体を構成する。表側ベルト202の一方の先端にはバックル205が設けられ、他方にはバックル205に対応する穴206が複数個設けられている。このバックル205と穴206は、裏側ベルト203をユーザ104の腕に適切に密着させる役目を有する。
裏側ベルト203には筋変位センサの検出孔207が複数個設けられている。筋変位センサは近赤外線LEDとフォトトランジスタ等のフォトセンサの組よりなるフォトリフレクタを構成する。詳細は図3にて後述する。
The
The
[筋肉センサ装置102:ハードウェア構成]
図3は、筋肉センサ装置102のハードウェア構成を示すブロック図である。
バス301に接続されているCPU302、ROM303、RAM304、A/D変換器305、そして第二シリアルインターフェース306(図3中「第二シリアルI/F」と略記)は、周知のワンチップマイコン307を構成する。
筋変位センサ321、322…335を構成する赤外線LEDである赤外線発光素子321a、322a…335aのアノードは電源電圧ノード+Vccに接続されている。赤外線発光素子321a、322a…335aのカソードは第一マルチプレクサ308を通じて電流制限抵抗R309の一端に接続されている。電流制限抵抗R309の他端は接地されている。
なお、これ以降、筋変位センサ321、322…335を区別せず、一纏めに呼ぶ場合には、筋変位センサ群340と総称する。
[Muscle sensor device 102: hardware configuration]
FIG. 3 is a block diagram showing the hardware configuration of the
A
The anodes of the infrared
. . 335 are collectively referred to as a muscle
筋変位センサ321、322…335を構成するフォトトランジスタである赤外線受光素子321b、322b…335bのコレクタは電源電圧ノード+Vccに接続されている。赤外線受光素子321b、322b…335bのエミッタは第二マルチプレクサ310を通じてA/D変換器305に接続されていると共に、抵抗R311a、R311b、…R311hを通じて接地されている。
The collectors of the infrared
第一マルチプレクサ308及び第二マルチプレクサ310が、第二シリアルインターフェース306から制御信号を受けて、周期的に切り替え制御されることで、A/D変換器305には時分割で8個の筋変位センサ321、322…335の電圧信号が入力される。
この第一マルチプレクサ308及び第二マルチプレクサ310は、複数の筋変位センサ321、322…335のうちの1個を選択する。
第一マルチプレクサ308及び第二マルチプレクサ310を総称して、センサ用マルチプレクサと呼ぶことができる。
The
The
Collectively,
ワンチップマイコン307のバス301には周知のジャイロセンサ312と近距離無線通信部313も接続されており、ジャイロセンサ312が出力する姿勢情報及び加速度情報は、A/D変換器305でAD変換された8個の筋変位センサ321、322…335の情報と共に、近距離無線通信部313を通じて運動検出装置103へ送信される。
ワンチップマイコン307のバス301には更に、第一シリアルインターフェース314(図3中「第一シリアルI/F」と略記)が接続されている。なお、この第一シリアルインターフェース314は、ROM303に格納されているファームウェアをアップデートする際に用いられる他に、不図示の蓄電池に電力を供給するためにも用いられる。
A well-known
A first serial interface 314 (abbreviated as “first serial I/F” in FIG. 3) is further connected to the
筋変位センサ群340は、皮膚に赤外線LEDを用いて近赤外線を照射し、その反射光をフォトトランジスタで受光することで、筋肉の緊張状態をアナログ信号として検出する。すなわち、筋変位センサ配置面から腕の筋肉の表面までの距離の変化を検出する。
筋肉が収縮すると、筋肉が存在する皮膚の部分に生じる隆起によって、フォトリフレクタと筋肉の表面部分との距離が変動する。フォトリフレクタはこの距離の変動によって生じる近赤外線反射光の強弱を、フォトトランジスタで検出する。近赤外線は皮膚表面を透過する性質を有するので、筋肉の隆起状態を検出することに適している。
The muscle
When the muscle contracts, the bumps that form on the part of the skin where the muscle resides change the distance between the photoreflector and the surface portion of the muscle. The photoreflector uses a phototransistor to detect the intensity of the reflected near-infrared light caused by this distance variation. Since near-infrared rays have the property of penetrating the skin surface, they are suitable for detecting muscle protuberances.
[運動検出装置103:ハードウェア構成]
図4は、運動検出装置103のハードウェア構成を示すブロック図である。
周知のスマートフォンやタブレットPC等の無線端末よりなる運動検出装置103は、バス401に接続された、CPU402、ROM403、RAM404、LCDディスプレイである表示部405、透明電極を有する静電式位置検出装置を含む操作部406を備える。表示部405と操作部406は、周知のタッチパネルディスプレイ105を構成する。
また、バス401には、電気的に書き換え可能なフラッシュメモリ等の不揮発性ストレージ407と、近距離無線通信部408が接続されている。
不揮発性ストレージ407には、ネットワークOSと、無線端末を運動検出装置103として機能させるためのプログラムが格納されている。
[Movement detection device 103: hardware configuration]
FIG. 4 is a block diagram showing the hardware configuration of the
The
The
The
[運動検出装置103:ソフトウェア機能]
図5は、筋肉センサ装置102と運動検出装置103のソフトウェア機能を示すブロック図である。
筋肉センサ装置102の筋変位センサ群340から出力される信号は、A/D変換器305によってデジタルの筋変位データに変換される。
また、筋肉センサ装置102の持つジャイロセンサ312は、マイコン501を内蔵しており、マイコン501は四元数データと三次元の加速度データを出力する。
四元数(quaternion:クォータニオン)は、近年のジャイロセンサ312において標準的な、物品の姿勢を表すデータ出力形式である。
筋変位データと四元数データと加速度データは、近距離無線送信部502によって変調され、運動検出装置103へ送信される。
[Motion detection device 103: software function]
FIG. 5 is a block diagram showing the software functionality of the
A signal output from the muscle
The
A quaternion is a standard data output format for the
The muscle displacement data, the quaternion data, and the acceleration data are modulated by the short-range
運動検出装置103の近距離無線受信部503は、筋肉センサ装置102から送信された電波を受信し、筋変位データと四元数データと加速度データを復調する。
筋変位データはデマルチプレクサ504を通じてコンパレータ505に入力される。コンパレータ505は、プラス側入力端子に入力される筋変位データを筋変位閾値506と比較する。そして、筋変位データが筋変位閾値506以上である場合には論理の「真」を、逆の場合には論理の「偽」を出力する。
The short-range
Muscle displacement data is input to
コンパレータ505が出力する論理値データは、マルチプレクサ507を通じてフラグメモリ508に記録される。フラグメモリ508の出力はORゲート509に入力される。したがって、複数個設けられている筋変位センサ群340のうち、どれか一つでも筋変位データが筋変位閾値506以上である場合には、ORゲート509は論理の「真」を出力する。
このORゲート509の出力論理値は、スクワットパターン検出部510に入力される。
The logic value data output from
The output logical value of the
[スクワットパターン検出部510]
次に、図6を参照してスクワットパターン検出部510の処理を説明する。
図6は、スクワットパターン検出部510のソフトウェア機能を示すブロック図である。
四元数データは、初期姿勢検出部601に入力される。初期姿勢検出部601は、初期姿勢データ602と四元数データを照合して、四元数データが初期姿勢データ602に示される数値の範囲内に入った時に、論理の「真」を出力する。
初期姿勢検出部601はラッチ機能を内蔵し、一旦論理の「真」を出力すると、リセットパルスが入力されるまでは論理出力を「真」に維持する。
初期姿勢データ602には、スクワットの最初の段階におけるユーザ104の腕の位置を示す四元数データが格納されている。初期姿勢検出部601の論理値は、ANDゲートで構成されるスクワット判定部603に入力される。
[Squat pattern detector 510]
Next, the processing of squat
FIG. 6 is a block diagram showing software functions of the squat
The quaternion data is input to the initial
The initial
The
初期姿勢検出部601の論理値はまた、腕回転検査部604にも起動パルスとして入力される。
腕回転検査部604は初期姿勢検出部601の論理値が論理の「真」になった時に起動され、四元数データと腕回転テーブル605を読み込む。そして、腕回転検査部604はタイマ606が出力する時刻情報を受けて、腕の回転状態が腕回転テーブル605に記録されている値の範囲内にあるか否かを検査する。
The logical value of initial
The arm
所定の時間内にユーザ104の腕が腕回転テーブル605に記述されている通りの角度の範囲で回転したら、腕回転検査部604はユーザ104のスクワット動作が正常に完遂したと見做して、スクワット判定部603に論理の「真」を出力する。この論理の「真」は、リセットパルス(図6中の「A」)が与えられるまで維持される。
所定の時間内にユーザ104の腕が腕回転テーブル605に記述されている通りの角度の範囲で回転できなかった場合には、腕回転検査部604はユーザ104のスクワット動作が完遂できなかったと見做して、ORゲート607に論理の「真」を出力する。
腕回転検査部604の論理値は、スクワット判定部603に入力されると共に、ANDゲート608にも入力される。
If the user's 104 arm rotates within the range of angles described in the arm rotation table 605 within a predetermined time, the arm
If the arm rotation of the
The logic value of arm
初期姿勢検出部601の論理値はまた、下降量算出部609にも起動パルスとして入力される。
下降量算出部609は初期姿勢検出部601の論理値が論理の「真」になった時に起動して、三次元の加速度データを読み込む。そして、三次元の加速度をそれぞれ2乗して加算した後、平方根を算出することで、スカラ値の加速度データに変換する。その上で、スカラ値の加速度データを2回積分して、筋肉センサ装置102の下降量を算出する。下降量算出部609はリセットパルス(図6中の「B」)が与えられるまで、2回積分演算を継続する。下降量算出部609が出力する下降量データは、コンパレータ610に入力される。コンパレータ610は下降量データと下降量閾値611を比較して、下降量データが下降量閾値611以上になったら、論理の「真」を出力する。
The logical value of the initial
The descent
コンパレータ610の論理値は、スクワット判定部603に入力されると共に、論理反転されてANDゲート608にも入力される。このANDゲート608には腕回転検査部604の論理値も入力されている。すなわちANDゲート608は、腕回転検査部604が論理の「真」を出力している時にコンパレータ610の論理値が論理の「偽」を出力している場合に、論理の「真」を出力する。
ANDゲート608の論理値はORゲート607に入力される。すなわち、ANDゲート608が論理の「真」を出力すると、それはORゲート607を介して、初期姿勢検出部601、腕回転検査部604及び下降量算出部609にリセットパルスとして与えられる。
The logic value of the
The logical value of AND
スクワット判定部603はANDゲートであり、スクワット判定部603には、初期姿勢検出部601の論理値出力、腕回転検査部604の論理値出力、コンパレータ610の論理値出力、そしてORゲート607が出力する筋変位論理値出力が入力される。すなわち、これら論理値が全て論理の「真」になった時に、スクワット判定部603は論理の「真」を出力する。
但し、筋変位論理値は論理反転された後、ORゲート607を介して初期姿勢検出部601のリセット端子に論理の「真」がリセットパルスとして入力される。したがって、筋変位センサ群340の出力が全て筋変位閾値506未満になった時には、初期姿勢検出部601は論理の「偽」に転換する。更に、このリセットパルスは腕回転検査部604及び下降量算出部609にもそれぞれリセットパルスとして入力されるので、これらもリセットされる。
また、スクワット判定部603が論理の「真」を出力すると、この出力はディレイ612に入力される。ディレイ612はスクワット判定部603が論理の「真」を出力してから所定時間を経過したら、リセットパルスを出力する。
The
However, after the muscle displacement logical value is logically inverted, a logical “true” is input as a reset pulse to the reset terminal of the initial
Also, when the
更に前述の通り、腕回転検査部604がユーザ104の腕の回転動作が正常に行われなかったと判定した場合には、ORゲート607に論理の「真」を出力する。したがって、初期姿勢検出部601、下降量算出部609、そして腕回転検査部604自身のリセット端子に、リセットパルスが入力される。
加えて、腕回転検査部604が論理の「真」を出力している時にコンパレータ610の論理値が論理の「偽」を出力している場合には、ユーザ104の腕の回転動作が正常に行われたにもかかわらず、下降量が下降量閾値611未満であったことを意味する。そこで、ANDゲート608を通じてORゲート607に論理の「真」を出力する。
Furthermore, as described above, when the arm
In addition, if the logical value of the
すなわち、スクワットパターン検出部510は、先ず、初期姿勢検出部601がユーザ104の腕の位置が初期姿勢データ602に記載されている範囲にあると判断した時、スクワットの開始と判断する。その後、ユーザ104の腕の動作が以下に示す条件を満たしたことを検出すると、ユーザ104がスクワットが正常に遂行したと判断する。
(1)スクワットの開始からスクワットの終了まで、何れか1つ以上の筋変位データが筋変位閾値506以上である状態を維持していること。
この判断は筋変位論理値にて行われる。
(2)ユーザ104の腕の回転動作が腕回転テーブル605に記述されている四元数の範囲で完遂したこと。
この判断は腕回転検査部604にて行われる。
(3)ユーザ104の腕に装着された筋肉センサ装置102の下降量が下降量閾値611以上であること。
この判断は下降量算出部609とコンパレータ610にて行われる。
That is, first, when the initial
(1) From the start of the squat to the end of the squat, any one or more muscle displacement data must be maintained at or above the
This determination is made based on the muscle displacement logical value.
(2) The rotation of the arm of the
This determination is made by the arm
(3) The amount of descent of the
This determination is made by the
逆に、以下の条件の何れか1つで、スクワットは正常に行われなかったと判断して、リセットパルスを出力し、以降のスクワット検出動作を中断する。
(1)スクワットの開始からスクワットの終了まで、一瞬でも全ての筋変位データが筋変位閾値506未満になったとき。
(2)ユーザ104の腕の回転動作が腕回転テーブル605に記述されている四元数の範囲から外れたとき。
(3)ユーザ104の腕の回転動作が腕回転テーブル605に記述されている四元数の範囲で完遂した時点で、ユーザ104の腕に装着された筋肉センサ装置102の下降量が下降量閾値611未満であるとき。
Conversely, under any one of the following conditions, it is determined that the squat was not performed normally, a reset pulse is output, and subsequent squat detection operations are interrupted.
(1) When all the muscle displacement data are less than the muscle
(2) when the rotational movement of the arm of the
(3) When the arm rotation of the
図7は、腕回転テーブル605の一例を示す図である。
腕回転テーブル605は、時間フィールド、X軸フィールド、X軸誤差フィールド、Y軸フィールド、Y軸誤差フィールド、Z軸フィールド、Z軸誤差フィールド、W軸フィールド、W軸誤差フィールドを有する。
時間フィールドには、ユーザ104の腕が回転を開始した時点から経過した時間が格納される。
X軸フィールドには、時間フィールドに格納されている時間における、ユーザ104の腕の位置情報のうち、四元数のX軸における標準的な値が格納される。
X軸誤差フィールドには、時間フィールドに格納されている時間における、ユーザ104の腕の位置情報のうち、四元数のX軸における標準的な値に許される誤差範囲が格納される。
以下、Y軸フィールド、Y軸誤差フィールド、Z軸フィールド、Z軸誤差フィールド、W軸フィールド、W軸誤差フィールドも同様の値が格納される。
FIG. 7 is a diagram showing an example of the arm rotation table 605. As shown in FIG.
The arm rotation table 605 has a time field, an X-axis field, an X-axis error field, a Y-axis field, a Y-axis error field, a Z-axis field, a Z-axis error field, a W-axis field, and a W-axis error field.
The time field stores the time that has elapsed since the arm of the
The X-axis field stores the standard value on the X-axis of the quaternion of the arm position information of the
The X-axis error field stores the allowable error range for standard values of the X-axis of the quaternion in the arm position information of the
Similar values are stored in the Y-axis field, the Y-axis error field, the Z-axis field, the Z-axis error field, the W-axis field, and the W-axis error field.
この腕回転テーブル605の各レコードは、時間フィールドに記されている各時間における、「腕の三次元角度そのもの」に対して設定された腕の姿勢と誤差範囲になる。つまり、腕回転テーブル605とは「正解の三次元角度(四元数)の軌跡」そのものが時間毎に記述されている、ユーザ104の腕の回転動作における正解データが四元数及び誤差範囲にて記述されている。
腕回転検査部604は、各時間で測定された計測結果が誤差範囲内であるかどうかの判定を行っている。
例えば図7において、T2時点で(X,Y,Z,W)が(0.29,0.1,0.1,0.1)であれば正解と判定する。
一方、腕が止まっている状態、例えば、T2時点で(0.2,0.1,0.1,0.1)であれば、誤差範囲外と判定する。
Each record in the arm rotation table 605 is the arm posture and error range set for the "three-dimensional angle of the arm itself" at each time described in the time field. In other words, the arm rotation table 605 describes the “trajectory of the correct three-dimensional angle (quaternion)” itself for each time. are described.
The arm
For example, in FIG. 7, if (X, Y, Z, W) is (0.29, 0.1, 0.1, 0.1) at time T2, it is determined to be correct.
On the other hand, if the arm is stationary, for example, (0.2, 0.1, 0.1, 0.1) at time T2, it is determined to be outside the error range.
再び図5に戻って、運動検出装置103の機能ブロックの説明を続ける。
ユーザ104が正しくスクワットを遂行したことをスクワットパターン検出部510が検出すると、スクワットパターン検出部510は論理の「真」を出力する。表示制御部511はこの論理値を受けて、スクワットの成功をユーザ104に指し示すためのアニメーション動画等を表示部405に表示する。ここで表示されるアニメーション動画は、例えば物理演算エンジンを用いた幾何学的アニメーション動画である。
また、図示はしていないが、スクワットパターン検出部510の論理値を計数して、運動の達成度等を表示部405に表示するようにしてもよい。
Returning to FIG. 5 again, the description of the functional blocks of the
When the
Also, although not shown, the logic value of the squat
[スクワットにおける腕に装着された筋肉センサ装置102の下降量]
図8は、スクワットにおける腕に装着された筋肉センサ装置102の下降量を説明する概略図である。
先ず、ユーザ104は(a)に示すように、立った状態で肘をユーザ104の正面に突き出し、腕を90°に曲げて上方向に向けている。
次に、ユーザ104は(b)に示すように、屈みながら肘をユーザ104の後方へ回転させる。この時、腕は肘に対して90°に曲げた状態を維持している。
最後、ユーザ104は(c)に示すように、完全に屈んだ状態で肘をユーザ104の後方へ突き出す。この時も、腕は肘に対して90°に曲げた状態を維持している。
[Descent amount of
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the amount of descent of the
First, as shown in (a), the
Next, the
Finally, the
イメージM801は、(c)におけるユーザ104の腕の状態を、(a)におけるユーザ104の肩の位置に移動したイメージである。
このイメージM801を見ると判るように、ユーザ104の腕の回転によって筋肉センサ装置102が下降する距離は、距離L802である。一方、ユーザ104が屈むことによって筋肉センサ装置102が下降する距離は、距離L803である。したがって、ユーザ104が正しくスクワットを遂行した場合、筋肉センサ装置102は距離L802+距離L803の距離だけ下降する。そして、この距離L802+距離L803の値を、下降量閾値611として保持しておく。
An image M801 is an image obtained by moving the arm state of the
As can be seen from this image M801, the distance that the
スクワットにおける筋肉センサ装置102の下降量は、ユーザ104の体格によって異なる。そこで、運動検出装置103には予めユーザ104の体格を入力し、記憶する機能を持たせる。入力されたユーザ104の体格から、下降量閾値611を算出する。標準的な体型であれば、概ね身長の60~70%を設定するのが好ましい。
The amount of descent of
なお、本発明の実施形態において、筋肉センサ装置102はユーザ104の腕に装着して、スクワットという運動を検出したが、筋肉センサ装置102が装着される箇所は腕に限定されない。表側ベルト202及び裏側ベルト203を長く形成することで、ユーザ104の足や腹部等、ユーザ104の体部位の体表に装着することも可能である。
更に、運動判定システム101における運動の検出はスクワットに限定されない。レッグレイズ等の様々なトレーニングを検出の対象にすることが可能である。
In the embodiment of the present invention, the
Furthermore, motion detection in
したがって、これまで説明した機能ブロック等は、以下のように読み替えることができる。
「ユーザの腕に装着される筋肉センサ装置」は「ユーザの体部位の体表に装着される筋肉センサ装置」に、
「ユーザの腕に巻き付けるベルト」は「ユーザの体部位の体表に巻き付けるベルト」に、
「ユーザの腕の姿勢及び動作を検出するジャイロセンサ」は「ユーザの体部位の姿勢及び動作を検出するジャイロセンサ」に、
「筋変位データ、四元数データ及び三次元の加速度データに基づいてユーザがスクワットを正常に遂行したか否かを検出するスクワットパターン検出部」は「筋変位データ、四元数データ及び三次元の加速度データに基づいてユーザが所定のトレーニングを正常に遂行したか否かを検出するトレーニングパターン検出部」に、
「スクワットの最初の段階におけるユーザの腕の位置を示す四元数データが格納されている初期姿勢データ」は「トレーニングの最初の段階におけるユーザの体部位の姿勢を示す四元数データが格納されている初期姿勢データ」に、
「ユーザの腕の回転動作における正解データが四元数及び誤差範囲にて記述されている腕回転テーブル」は「ユーザの体部位の回転動作における正解データが四元数及び誤差範囲にて記述されている体部位回転テーブル」に、
「腕の回転状態が腕回転テーブルに記録されている値の範囲内にあるか否かを検査する腕回転検査部」は「体部位の回転状態が体部位回転テーブルに記録されている値の範囲内にあるか否かを検査する体部位回転検査部」に、
「スクワット判定部」は「トレーニング判定部」に、
それぞれ読み替えられる。
Therefore, the functional blocks and the like described so far can be read as follows.
"Muscle sensor device worn on the user's arm" is changed to "Muscle sensor device worn on the body surface of the user's body part",
"Belt wrapped around the user's arm" is changed to "Belt wrapped around the body surface of the user's body",
"Gyro sensor that detects the posture and motion of the user's arm" is changed to "Gyro sensor that detects the posture and motion of the user's body part",
``Squat pattern detection unit for detecting whether or not the user has performed a squat normally based on muscle displacement data, quaternion data, and three-dimensional acceleration data'' A training pattern detection unit that detects whether the user has normally performed a predetermined training based on the acceleration data of
"Initial posture data storing quaternion data indicating the position of the user's arms in the first stage of squat" is "stored quaternion data indicating the posture of the user's body parts in the first stage of training.""Initial Posture Data"
"An arm rotation table in which the correct data for the rotational movement of the user's arm is described as a quaternion and an error range" is "a correct data for the rotational movement of the user's body part is described as a quaternion and an error range.""Body part rotation table",
The ``arm rotation inspection unit that inspects whether the arm rotation state is within the range of values recorded in the arm rotation table'' is ``the rotation state of the body part is within the value recorded in the body part rotation table. In the body part rotation inspection unit that inspects whether it is within the range,
"Squat judgment part" to "training judgment part",
can be read separately.
本実施形態においては、運動判定システム101を開示した。
ユーザ104の腕に筋肉センサ装置102を装着する。そして、運動検出装置103は無線通信にて筋肉センサ装置102から得られる、筋変位センサ群340の筋変位データと、ジャイロセンサ312の四元数データ及び加速度データを取得して、リアルタイム演算を行い、ユーザ104が正しくスクワットを遂行したか否かを検出する。
これにより、トレッドミル等の高額な専用の器具を用いずに、低価格な筋肉センサ装置102と既存の無線端末を利用して、スクワットの検出が可能になる。
In this embodiment, the
The
This makes it possible to detect squats by using the low-cost
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and other modifications and applications can be made without departing from the gist of the present invention described in the claims. including.
101…運動判定システム、102…筋肉センサ装置、103…運動検出装置、104…ユーザ、105…タッチパネルディスプレイ、201…本体部、202…表側ベルト、203…裏側ベルト、204…電源スイッチ、205…バックル、206…穴、207…検出孔、301…バス、302…CPU、303…ROM、304…RAM、305…A/D変換器、306…第二シリアルインターフェース、307…ワンチップマイコン、308…第一マルチプレクサ、310…第二マルチプレクサ、312…ジャイロセンサ、313…近距離無線通信部、314…第一シリアルインターフェース、340…筋変位センサ群、401…バス、402…CPU、403…ROM、404…RAM、405…表示部、406…操作部、407…不揮発性ストレージ、408…近距離無線通信部、501…マイコン、502…近距離無線送信部、503…近距離無線受信部、504…デマルチプレクサ、505…コンパレータ、506…筋変位閾値、507…マルチプレクサ、508…フラグメモリ、509…ORゲート、510…スクワットパターン検出部、511…表示制御部、601…初期姿勢検出部、602…初期姿勢データ、603…スクワット判定部、604…腕回転検査部、605…腕回転テーブル、606…タイマ、607…ORゲート、608…ANDゲート、609…下降量算出部、610…コンパレータ、611…下降量閾値、612…ディレイ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記筋肉センサ装置は、
前記ユーザの前記体部位の体表に巻き付けるベルトと、
前記ベルトに複数個設けられ、赤外線LEDとフォトセンサで構成されるフォトリフレクタである筋変位センサ群と、
前記筋変位センサ群の近傍に設けられ、前記ユーザの前記体部位の姿勢及び動作を検出するジャイロセンサと、
前記筋変位センサ群から得られる筋変位データと、前記ジャイロセンサから得られる四元数データ及び三次元の加速度データを送信する近距離無線送信部と
を具備し、
前記運動検出装置は、
前記近距離無線送信部から送信される電波を受信して、前記筋変位データ、前記四元数データ及び前記三次元の加速度データを復調する近距離無線受信部と、
前記筋変位データ、前記四元数データ及び前記三次元の加速度データに基づいて前記ユーザが所定のトレーニングを正常に遂行したか否かを検出するトレーニングパターン検出部と
を具備する、運動判定システム。 A motion determination system comprising a muscle sensor device worn on a body surface of a body part of a user and a motion detection device performing short-range wireless communication with the muscle sensor device,
The muscle sensor device comprises:
a belt wrapped around the body surface of the body part of the user;
a group of muscle displacement sensors provided on the belt, which are photoreflectors composed of infrared LEDs and photosensors;
a gyro sensor provided near the group of muscle displacement sensors for detecting the posture and motion of the body part of the user;
a short-range wireless transmission unit that transmits muscle displacement data obtained from the group of muscle displacement sensors, quaternion data and three-dimensional acceleration data obtained from the gyro sensor,
The motion detection device comprises:
a short-range wireless receiver that receives radio waves transmitted from the short-range wireless transmitter and demodulates the muscle displacement data, the quaternion data, and the three-dimensional acceleration data;
an exercise determination system, comprising: a training pattern detection unit that detects whether or not the user has normally performed predetermined training based on the muscle displacement data, the quaternion data, and the three-dimensional acceleration data.
トレーニングの最初の段階における前記ユーザの前記体部位の姿勢を示す四元数データが格納されている初期姿勢データと前記四元数データを照合して、前記四元数データが前記初期姿勢データに示される数値の範囲内に入った時に、論理の「真」を出力する初期姿勢検出部と、
時刻情報を出力するタイマと、
前記初期姿勢検出部の論理値が論理の「真」になった時に起動して、前記ユーザの前記体部位の回転動作における正解データが四元数及び誤差範囲にて記述されている体部位回転テーブルを読み込み、前記タイマが出力する時刻情報を受けて、前記体部位の回転状態が前記体部位回転テーブルに記録されている値の範囲内にあるか否かを検査する体部位回転検査部と、
前記初期姿勢検出部の論理値が論理の「真」になった時に起動して、前記三次元の加速度データから前記筋肉センサ装置の下降量を算出する下降量算出部と、
前記下降量算出部が出力する前記下降量と、所定の下降量閾値とを比較するコンパレータと、
前記初期姿勢検出部の出力と、前記筋変位データが所定の筋変位閾値以上であるときに論理の「真」を示す筋変位論理値と、前記体部位回転検査部の出力と、前記コンパレータの出力の論理積を出力するトレーニング判定部と
を有する、請求項1に記載の運動判定システム。
The training pattern detection unit
The quaternion data is collated with initial posture data in which quaternion data representing postures of the body parts of the user in an initial stage of training are stored, and the quaternion data is used as the initial posture data. an initial posture detection unit that outputs a logical “true” when entering within the indicated numerical range;
a timer that outputs time information;
Body part rotation activated when the logical value of the initial posture detection unit becomes logical "true", and the correct data for the user's body part rotation is described by a quaternion and an error range. a body part rotation inspection unit that reads the table, receives time information output from the timer, and inspects whether or not the rotation state of the body part is within the range of values recorded in the body part rotation table; ,
a descent amount calculation unit that is activated when the logical value of the initial posture detection unit becomes logic "true" and calculates the descent amount of the muscle sensor device from the three-dimensional acceleration data;
a comparator for comparing the amount of descent output by the descent amount calculator with a predetermined descent amount threshold;
an output of the initial posture detection unit, a muscle displacement logic value indicating logical "true" when the muscle displacement data is equal to or greater than a predetermined muscle displacement threshold value, an output of the body part rotation inspection unit, and an output of the comparator; 2. The exercise determination system according to claim 1, further comprising a training determination unit that outputs a logical product of the outputs.
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