JP7420682B2 - Gait measurement system - Google Patents

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特許法第30条第2項適用 開催日 令和元年8月27日(開催期間:令和元年8月27日~令和元年8月30日) 集会名、開催場所 Dynamics and Design Conference 2019 九州大学伊都キャンパス (福岡県福岡市西区元岡744)Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act applies Event date: August 27, 2019 (Event period: August 27, 2019 to August 30, 2019) Meeting name and venue: Dynamics and Design Conference 2019 Kyushu University Ito Campus (744 Motooka, Nishi-ku, Fukuoka City, Fukuoka Prefecture)

本発明は、歩行計測システムに関する。 The present invention relates to a gait measurement system.

高齢化に伴う健康増進及び介護予防事業の一環として、歩行訓練が福祉関連施設等で実施されている。歩行能力、動的バランス及び敏捷性等を総合した機能的移動能力を評価可能な運動試験の一つにTimed up and go(TUG)試験がある。TUG試験は、被験者(対象者)が椅子に座った状態から立ち上がり、例えば3m先のマーカをターンして再び椅子に座る試験である。 Walking training is being carried out at welfare-related facilities as part of health promotion and care prevention projects associated with the aging of the population. A timed up and go (TUG) test is one of the exercise tests that can evaluate functional mobility, which includes walking ability, dynamic balance, agility, and the like. The TUG test is a test in which a subject (subject) stands up from a chair, turns around a marker 3 meters ahead, and sits back down on the chair.

近年、このような歩行試験において歩行する対象者の脚部位置を追跡するシステムとして、特許文献1に記載された歩行計測システムが開発されている。歩行計測システムは、水平方向に沿って走査するように検出波を出射し、該検出波の反射状態に基づいて物体との距離に関する距離情報を経時的に取得する距離情報取得部と、距離情報に少なくとも基づいて対象者の脚部の移動軌跡を取得するデータ解析部と、を備える。データ解析部では、距離情報から脚部の位置候補である観測値を検出し、当該観測値と脚部との対応付け(相関処理)を行う。 In recent years, a gait measurement system described in Patent Document 1 has been developed as a system for tracking the leg position of a walking subject in such a gait test. The walking measurement system includes a distance information acquisition unit that emits a detection wave so as to scan along the horizontal direction and acquires distance information regarding the distance to an object over time based on the reflection state of the detection wave; and a data analysis unit that obtains a movement trajectory of the subject's legs based on at least the following. The data analysis unit detects observed values that are position candidates for the legs from the distance information, and correlates the observed values with the legs (correlation processing).

特開2016-137226号公報JP2016-137226A

上述した技術では、例えばセンサノイズ等の影響で誤った観測値が検出された場合、その誤った観測値を対象者の脚部と対応付けしてしまう可能性がある。一度、このように対応付けを誤ってしまうと、それ以降の脚部位置の追跡において当該誤りを引きずり、例えば左右の脚部位置を実際とは逆にして追跡(左右の脚部位置を入れ替えて誤追跡)してしまうおそれがある。 In the above-mentioned technique, if an erroneous observed value is detected due to the influence of sensor noise, for example, there is a possibility that the erroneous observed value will be associated with the leg of the subject. Once you make a mistake in mapping in this way, the error will be carried over in subsequent tracking of leg positions, for example, the left and right leg positions may be tracked in the opposite direction (switching the left and right leg positions). There is a risk of incorrect tracking.

本発明は、対象者の脚部位置を精度よく追跡することが可能な歩行計測システムを提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a gait measurement system that can accurately track the position of a subject's legs.

本発明に係る歩行計測システムは、歩行する対象者の脚部位置を追跡する歩行計測システムであって、水平方向に沿って走査するように検出波を出射し、該検出波の反射状態に基づいて該検出波を反射した物体との距離に関する距離情報を経時的に取得する距離情報取得部と、距離情報取得部で取得された距離情報に少なくとも基づき、パーティクルフィルタを用いて、対象者の脚部の移動軌跡を取得するデータ解析部と、を備え、データ解析部は、距離情報に基づいて、脚部の位置候補である1又は複数の観測値を検出し、複数のパーティクル毎に、観測値及び観測値無しとする観測結果のうちの何れかに対して対象者の両脚部の予測位置のそれぞれをランダムに対応付けすると共に、当該両脚部の予測位置に基づく歩行状態の遷移から重みを算出し、複数のパーティクルの中から重みに基づいて何れかの対応付けのパーティクルを選出し、選出した当該パーティクルにおける両脚部の予測位置に基づいて、移動軌跡を取得する。 The gait measurement system according to the present invention is a gait measurement system that tracks the leg position of a walking subject, and emits a detection wave so as to scan along the horizontal direction, and based on the reflection state of the detection wave. a distance information acquisition unit that acquires distance information over time regarding the distance to the object that reflected the detection wave; a data analysis unit that acquires a movement trajectory of the leg, the data analysis unit detects one or more observation values that are position candidates of the leg based on the distance information, and calculates the observation value for each of the plurality of particles. The predicted positions of both legs of the subject are randomly associated with either the value or the observation result of no observed value, and the weight is calculated from the transition of the walking state based on the predicted positions of the legs. Then, a particle with any correspondence is selected from among the plurality of particles based on the weight, and a movement trajectory is obtained based on the predicted positions of both legs of the selected particle.

この歩行計測システムでは、複数のパーティクル毎に、対象者の両脚部の予測位置それぞれを観測値に対応付け(以下、単に「対応付け」ともいう)する。これにより、複数の対応付けの可能性を持つことができる。そして、複数のパーティクルの中から重みに基づき何れかの対応付けのパーティクルを選出して両脚部の予測位置を決定し、移動軌跡を取得する。この重みは、歩行する対象者の脚部に見出される特有の特徴である歩行状態の遷移から算出される。これにより、複数の対応付けの可能性のうち歩行する対象者にとって尤もらしい何れかの対応付けに基づいて、移動軌跡を取得することが可能となる。したがって、誤った対応付けに基づいて移動軌跡を取得してしまうことを抑制することができ、対象者の脚部位置を精度よく追跡することが可能となる。 In this walking measurement system, each predicted position of both legs of a subject is associated with an observed value for each of a plurality of particles (hereinafter also simply referred to as "association"). This allows for the possibility of multiple associations. Then, one of the associated particles is selected from among the plurality of particles based on the weight, the predicted positions of both legs are determined, and the movement trajectory is obtained. This weight is calculated from the transition of the walking state, which is a unique feature found in the legs of a walking subject. This makes it possible to obtain a movement trajectory based on any one of the possible associations that is plausible for the walking subject. Therefore, it is possible to prevent a movement trajectory from being acquired based on an erroneous association, and it is possible to accurately track the position of the subject's legs.

本発明に係る歩行計測システムでは、両脚部の位置に少なくとも基づく対象者の歩行状態の遷移は、歩行位相の遷移であってもよい。この場合、歩行位相が周期的に変化することを考慮して、各パーティクルの重みを算出することができる。 In the gait measurement system according to the present invention, the transition in the walking state of the subject based at least on the positions of both legs may be a transition in the walking phase. In this case, the weight of each particle can be calculated taking into account that the walking phase changes periodically.

本発明に係る歩行計測システムでは、両脚部の位置に少なくとも基づく対象者の歩行状態の遷移は、両脚部が該当する観測パターンであってもよい。この場合、両脚部の観測パターンが周期的に変化することを考慮して、各パーティクルの重みを算出することができる。 In the gait measurement system according to the present invention, the transition of the subject's walking state based at least on the positions of both legs may be an observation pattern to which both legs correspond. In this case, the weight of each particle can be calculated by taking into account that the observed pattern of both legs changes periodically.

本発明に係る歩行計測システムでは、データ解析部は、観測パターンを用いて、距離情報から観測値を検出する観測値検出部と、複数のパーティクル毎に、両脚部の予測位置を、過去の時刻の両脚部の位置に基づいて算出する予測位置算出部と、複数のパーティクル毎に、予測位置を基準に所定範囲に拡がるゲートを設定し、ゲート内に存在する観測値及び観測値無しとする観測結果のうちの何れかに対して、対象者の両脚部の予測位置のそれぞれをランダムに対応付けする相関処理部と、を有していてもよい。この場合、予測位置を基準に設定したゲートを利用して、各パーティクルでの対応付けを行うができる。 In the gait measurement system according to the present invention, the data analysis section includes an observation value detection section that detects an observation value from distance information using an observation pattern, and an observation value detection section that detects an observation value from distance information using an observation pattern. A predicted position calculation unit that calculates based on the positions of both legs of the particle, and a gate that spreads over a predetermined range based on the predicted position for each plurality of particles, and an observation that determines whether there are observed values or no observed values within the gate. It may also include a correlation processing unit that randomly associates predicted positions of both legs of the subject with any of the results. In this case, each particle can be associated using a gate set based on the predicted position.

本発明に係る歩行計測システムでは、データ解析部は、複数のパーティクル毎に、相関処理部による対応付けの後、対象者の脚部の状態量を更新する更新処理部と、複数のパーティクル毎に、更新処理部による更新の後、対象者の歩行状態の遷移から重みを算出する重み算出部と、を有する。この場合、パーティクルフィルタを用いた脚部位置の追跡において、各パーティクルの重みを具体的に算出することができる。 In the gait measurement system according to the present invention, the data analysis section includes an update processing section that updates state quantities of the legs of the subject after each of the plurality of particles is associated with the correlation processing section; , and a weight calculation unit that calculates the weight from the transition of the walking state of the subject after the update by the update processing unit. In this case, in tracking the leg position using a particle filter, the weight of each particle can be specifically calculated.

本発明に係る歩行計測システムでは、予測位置算出部は、カルマンフィルタを用いて両脚部の位置を予測することで、両脚部の予測位置を算出し、更新処理部は、カルマンフィルタの更新処理を行ってもよい。この場合、カルマンフィルタを利用して対象者の脚部位置を追跡することができる。 In the gait measurement system according to the present invention, the predicted position calculation section calculates the predicted positions of both legs by predicting the positions of both legs using a Kalman filter, and the update processing section performs an update process of the Kalman filter. Good too. In this case, the position of the subject's legs can be tracked using a Kalman filter.

本発明に係る歩行計測システムでは、データ解析部は、重みに基づき淘汰及び複製されるように複数のパーティクルをリサンプリングするリサンプリング部を有していてもよい。この場合、パーティクルフィルタを用いた脚部位置の追跡において、必要なパーティクルの数を抑えることができる。 In the walking measurement system according to the present invention, the data analysis section may include a resampling section that resamples the plurality of particles so that they are selected and duplicated based on weights. In this case, the number of particles required can be reduced in tracking the leg position using the particle filter.

本発明によれば、対象者の脚部位置を精度よく追跡することが可能な歩行計測システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a gait measurement system that can accurately track the position of a subject's legs.

図1は、一実施形態に係る歩行計測システムの構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a gait measurement system according to an embodiment. 図2は、図1の歩行計測システムが適用されたTUG試験を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a TUG test to which the gait measurement system of FIG. 1 is applied. 図3は、図1の歩行計測システムのレーザレンジセンサを説明する平面図である。FIG. 3 is a plan view illustrating the laser range sensor of the gait measurement system of FIG. 1. 図4(a)は、観測値の検出に用いられる観測パターンの例を説明する図である。図4(b)は、観測値の検出に用いられる観測パターンの例を説明する図である。図4(c)は、観測値の検出に用いられる観測パターンの例を説明する図である。FIG. 4A is a diagram illustrating an example of an observation pattern used for detecting observed values. FIG. 4(b) is a diagram illustrating an example of an observation pattern used for detecting observed values. FIG. 4(c) is a diagram illustrating an example of an observation pattern used for detecting observed values. 図5(a)は、観測値の検出に用いられる観測パターンの例を説明する図である。図5(b)は、観測値の検出に用いられる観測パターンの例を説明する図である。FIG. 5A is a diagram illustrating an example of an observation pattern used for detecting observed values. FIG. 5(b) is a diagram illustrating an example of an observation pattern used for detecting observed values. 図6(a)は、観測値の検出に用いられる観測パターンの例を説明する図である。図6(b)は、観測値の検出に用いられる観測パターンの例を説明する図である。FIG. 6A is a diagram illustrating an example of an observation pattern used for detecting observed values. FIG. 6(b) is a diagram illustrating an example of an observation pattern used for detecting observed values. 図7(a)は、観測値の検出に用いられる観測パターンの例を説明する図である。図7(b)は、観測値の検出に用いられる観測パターンの例を説明する図である。FIG. 7A is a diagram illustrating an example of an observation pattern used for detecting observed values. FIG. 7(b) is a diagram illustrating an example of an observation pattern used for detecting observed values. 図8は、歩行モデルを説明する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a walking model. 図9は、脚部の予測位置を説明する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating the predicted position of the leg. 図10は、脚部の予測位置に設定されたゲートを説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a gate set at a predicted position of a leg. 図11は、図1の歩行計測システムにおける処理を示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart showing processing in the gait measurement system of FIG. 図12(a)は、パーティクルフィルタを用いた対応付けを説明する図である。図12(b)は、パーティクルフィルタを用いた対応付けを説明する図である。図12(c)は、パーティクルフィルタを用いた対応付けを説明する図である。FIG. 12A is a diagram illustrating association using a particle filter. FIG. 12(b) is a diagram illustrating association using a particle filter. FIG. 12(c) is a diagram illustrating association using a particle filter. 図13(a)は、パーティクルフィルタを用いた対応付けを説明する図である。図13(b)は、パーティクルフィルタを用いた対応付けを説明する図である。図13(c)は、パーティクルフィルタを用いた対応付けを説明する図である。FIG. 13(a) is a diagram illustrating association using a particle filter. FIG. 13(b) is a diagram illustrating association using a particle filter. FIG. 13(c) is a diagram illustrating association using a particle filter. 図14(a)は、比較例に係るTUG試験の追跡結果を示す図である。図14(b)は、実施例に係るTUG試験の追跡結果を示す図である。FIG. 14(a) is a diagram showing the tracking results of the TUG test according to the comparative example. FIG. 14(b) is a diagram showing the tracking results of the TUG test according to the example.

以下、図面を参照しつつ本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or equivalent elements will be denoted by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted.

図1は、一実施形態に係る歩行計測システムの構成を示すブロック図である。図2は、図1の歩行計測システムが適用されたTUG試験を説明する概略図である。図1及び図2に示すように、歩行計測システム100は、椅子2と、マーカ3と、レーザレンジセンサ(Laser Range Sensor,距離情報取得部)10と、圧力センサ15と、電子制御装置20と、モニタ30と、ポール40と、を備える。歩行計測システム100は、例えば歩行能力や動的バランス、敏捷性等を総合した機能的移動能力を評価する歩行試験の一つであるTUG試験に好適に適用することができる。歩行計測システム100は、歩行する被験者(対象者)1の脚部位置を追跡するシステムであって、定量的な歩行計測及び歩行能力評価を行うことができる。 FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a gait measurement system according to an embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a TUG test to which the gait measurement system of FIG. 1 is applied. As shown in FIGS. 1 and 2, the gait measurement system 100 includes a chair 2, a marker 3, a laser range sensor (distance information acquisition unit) 10, a pressure sensor 15, and an electronic control device 20. , a monitor 30, and a pole 40. The gait measurement system 100 can be suitably applied to, for example, the TUG test, which is one of the gait tests that evaluate functional locomotor ability that comprehensively includes walking ability, dynamic balance, agility, and the like. The gait measurement system 100 is a system that tracks the leg position of a walking subject (subject) 1, and can perform quantitative gait measurement and walking ability evaluation.

TUG試験では、被験者1は、椅子2に座った状態から立ち上がり、所定距離(例えば3m)前方のコーン等のマーカ3に向かって歩行し、当該マーカ3をターンし、その後、椅子2まで戻って再び椅子2に着席する。TUG試験は、厚生労働省の体力測定マニュアルの一つである。TUG試験では、走らない最大歩行速度での歩行が求められる。マーカ3としては、ターン位置の目印となるものであれば、種々のマーカを用いることができる。TUG試験では、マーカ3とレーザレンジセンサ10との位置合わせを行うために、複数(ここでは2本)の基準部材としてのポール40が使用される。ポール40は、所定高さの円柱状外形を有する。所定高さは、レーザレンジセンサ10から出射されるレーザ光の高さ位置(レーザレンジセンサ10の光窓部の高さ)よりもポール40の上端が上方に位置する高さである。ポール40としては、その形状等は特に限定されず、種々のポールが使用される。歩行計測システム100は、このようなTUG試験における被験者1の両脚部の移動履歴及び歩行パラメータを計測して評価する。 In the TUG test, subject 1 stands up from sitting on chair 2, walks toward a marker 3 such as a cone a predetermined distance (for example, 3 m) ahead, turns at the marker 3, and then returns to chair 2. Take a seat again in chair 2. The TUG test is one of the Ministry of Health, Labor and Welfare's physical fitness measurement manuals. The TUG test requires walking at maximum walking speed without running. As the marker 3, various markers can be used as long as they serve as a mark for the turn position. In the TUG test, in order to align the marker 3 and the laser range sensor 10, a plurality of (here, two) poles 40 are used as reference members. The pole 40 has a cylindrical outer shape with a predetermined height. The predetermined height is a height at which the upper end of the pole 40 is located above the height position of the laser light emitted from the laser range sensor 10 (the height of the optical window portion of the laser range sensor 10). The shape of the pole 40 is not particularly limited, and various poles can be used. The gait measurement system 100 measures and evaluates the movement history and gait parameters of both legs of the subject 1 in such a TUG test.

歩行計測システム100は、2本のポール40をレーザレンジセンサ10で検出することで、2本のポール40の中心同士を結ぶ直線を一軸に持つ平面座標系を定義することができ、マーカ3が設置される床面をこの平面座標系とすることができる。この場合、2本のポール40とマーカ3との位置関係を厳密に調整すれば(具体的には、2本のポール40を結ぶ線分の中点から、この線分の垂直線上の3mの位置にマーカ3を設置すれば)、レーザレンジセンサ10の設置位置及び/又は向きをラフに位置合わせをしたとしても、レーザレンジセンサ10とマーカ3との相対位置関係を厳密に把握することが可能となる。 By detecting the two poles 40 with the laser range sensor 10, the gait measurement system 100 can define a plane coordinate system having one axis as a straight line connecting the centers of the two poles 40. The floor surface on which the device is installed can be used as this planar coordinate system. In this case, if the positional relationship between the two poles 40 and the marker 3 is strictly adjusted (specifically, from the midpoint of the line segment connecting the two poles 40 to the vertical line of this line segment, Even if the installation position and/or orientation of the laser range sensor 10 is roughly aligned, it is possible to accurately grasp the relative positional relationship between the laser range sensor 10 and the marker 3. It becomes possible.

歩行計測システム100は、レーザレンジセンサ10で被験者1の両脚部をスキャンした際にみられる特徴的なパターンによって、脚部の位置候補である観測値としての脚部観測位置(以下、「観測値」又は「観測位置」ともいう)を取得し、カルマンフィルタを用いた追跡を行い、取得した両脚部の移動軌跡に基づき歩行パラメータを算出する。 The gait measurement system 100 determines a leg observation position (hereinafter referred to as an "observation value") as an observation value that is a leg position candidate based on a characteristic pattern seen when both legs of the subject 1 are scanned by the laser range sensor 10. ” or “observation position”), tracking is performed using a Kalman filter, and walking parameters are calculated based on the acquired movement trajectory of both legs.

具体的には、歩行計測システム100では、被験者1の両脚部が接近する状況及び一時的に脚部がレーザレンジセンサ10から観測できない状況に対して、脚部の見失い及び誤識別を低減するために、5種類の観測パターンに基づき観測値を取得する。また、脚部の状態を考慮した有効領域(ゲート)を用いて、観測値と予測値との対応付けを行う。以下において、「脚部」を単に「脚」とも称し、「立脚部」を単に「立脚」とも称し、「遊脚部」を単に「遊脚」とも称する。「左脚部」を単に「左脚」とも称し、「右脚部」を単に「右脚」とも称する。「片脚部」を単に「片脚」とも称し、「両脚部」を単に「両脚」とも称する。 Specifically, in the gait measurement system 100, in order to reduce loss of sight and misidentification of the legs in situations where the legs of the subject 1 are close together and in situations where the legs cannot be observed from the laser range sensor 10 temporarily. Obtained values based on five types of observation patterns. Furthermore, using an effective region (gate) that takes into account the state of the leg, the observed values and predicted values are associated with each other. In the following, a "leg part" is also simply referred to as a "leg," a "standing leg part" is also simply referred to as a "standing leg," and a "swivel leg part" is also simply referred to as a "swivel leg." The "left leg" is also simply referred to as the "left leg," and the "right leg" is also simply referred to as the "right leg." "One leg" is also simply referred to as "one leg," and "both legs" is also simply referred to as "both legs."

実際の人の歩行(両脚の速度)は周期的に変化する。特に、TUG試験では、被験者1に走らない最大歩行速度で行うように指示を与えるため、両脚の速度変化が大きい。そこで、歩行計測システム100では、歩行位相を考慮した加減速モデルを歩行モデルとして適用する。人は、歩行する際に、片脚を軸足(立脚)としてもう一方の脚(遊脚)を振るといった周期的な運動を行う。「歩行位相」とは、人の歩行中の両脚の周期的な運動を立脚と遊脚との振りの状態に基づいて分類したものである(例えば図8参照)。 An actual person's gait (speed of both legs) changes periodically. In particular, in the TUG test, since subject 1 is instructed to perform at the maximum walking speed without running, there is a large change in the speed of both legs. Therefore, in the gait measurement system 100, an acceleration/deceleration model that takes the gait phase into consideration is applied as the gait model. When humans walk, they perform periodic movements such as pivoting one leg (stance leg) and swinging the other leg (swing leg). "Walking phase" is a classification of periodic movements of both legs during a person's walking based on the state of swing between the stance leg and the swing leg (see, for example, FIG. 8).

また、歩行計測システム100では、パーティクルフィルタを利用し、観測値と予測値との対応付けをパーティクルフィルタで行い、各仮説(対応付け)に対する両脚部の状態量更新には、カルマンフィルタを用いる。その際に、歩行位相の遷移及び観測パターンの遷移を考慮して,各パーティクルの尤度としての重みを算出する。 Furthermore, in the gait measurement system 100, a particle filter is used to correlate observed values and predicted values, and a Kalman filter is used to update the state quantities of both legs for each hypothesis (correspondence). At this time, the weight as the likelihood of each particle is calculated, taking into consideration the transition of the walking phase and the transition of the observed pattern.

図3は、図1の歩行計測システム100のレーザレンジセンサ10を説明する平面図である。レーザレンジセンサ10は、両脚部の移動軌跡を取得するためのセンサである。レーザレンジセンサ10は、ある高さの二次元平面におけるセンサ周辺の物体までの距離である二次元平面距離情報(以下、単に「距離情報」ともいう)を取得する。図3に示すように、レーザレンジセンサ10は、水平方向に沿って走査するようにレーザ光(検出波)Lを出射すると共に、このレーザ光Lの反射状態に基づいて、レーザ光Lを反射した被験者1の脚部F(右脚部F及び左脚部F)との距離に関する二次元平面距離情報を経時的に取得する。 FIG. 3 is a plan view illustrating the laser range sensor 10 of the gait measurement system 100 of FIG. 1. The laser range sensor 10 is a sensor for acquiring the locus of movement of both legs. The laser range sensor 10 acquires two-dimensional plane distance information (hereinafter also simply referred to as "distance information"), which is the distance to an object around the sensor on a two-dimensional plane at a certain height. As shown in FIG. 3, the laser range sensor 10 emits a laser beam (detection wave) L so as to scan along the horizontal direction, and also reflects the laser beam L based on the reflection state of the laser beam L. Two-dimensional plane distance information regarding the distance to the legs F (right leg F R and left leg F L ) of the subject 1 is acquired over time.

具体的には、レーザレンジセンサ10では、レーザ光Lを出射すると共に、このレーザ光Lを回転ミラーで反射させることにより、測定領域においてレーザ光Lを扇状に水平方向に走査する。より具体的には、レーザレンジセンサ10は、被験者1と、被験者1の両側に設置されたポール40が測定領域に含まれるように、レーザ光Lを扇状に水平方向に走査する。そして、例えば被験者1の脚部Fで反射されたレーザ光Lの反射光を受光し、反射光の検出角度(走査角度)、及びレーザ光Lの出射から受光までの時間(伝播時間)を計測し、該脚部Fとの角度及び距離に係る情報を含む距離情報を検出する。 Specifically, the laser range sensor 10 emits the laser beam L and reflects the laser beam L with a rotating mirror, thereby horizontally scanning the laser beam L in a fan shape in the measurement area. More specifically, the laser range sensor 10 scans the laser beam L in a fan shape in the horizontal direction so that the test subject 1 and the poles 40 installed on both sides of the test subject 1 are included in the measurement area. Then, for example, the reflected light of the laser beam L reflected by the leg F of the subject 1 is received, and the detection angle (scanning angle) of the reflected light and the time from emission to reception of the laser beam L (propagation time) are measured. Then, distance information including information regarding the angle and distance to the leg F is detected.

レーザレンジセンサ10は、例えばTUG試験試行前もしくはTUG試験試行後に被験者1にレーザ光Lをスキャンし、被験者1の脚部Fの幅(脛部の直径に対応する長さ)に関する脚部情報を検出する。レーザレンジセンサ10は、検出した距離情報及び脚部情報を電子制御装置20へ出力する。 The laser range sensor 10 scans the laser beam L onto the subject 1 before or after the TUG test trial, for example, and obtains leg information regarding the width of the leg F of the subject 1 (length corresponding to the diameter of the shin). To detect. The laser range sensor 10 outputs detected distance information and leg information to the electronic control device 20.

レーザレンジセンサ10は、レーザ光Lを出射する光窓部の高さが調整可能に構成されている。レーザレンジセンサ10は、被験者1の脛部の高さ(つまり、足首から膝下までの高さ)に対応する高さ位置でレーザ光Lが出射されるように設置されている。レーザレンジセンサ10の光窓部の高さは、マーカ3でレーザ光Lが反射しないように、マーカ3の高さよりも高い位置とされている。レーザレンジセンサ10の光窓部の高さは、遊脚期に被験者1の脚部Fが離床した場合にも当該脚部Fを観測可能であること、及び、脚部Fの幅が最大となる平均高さを考慮して、例えば床面(地面)から0.15m~0.27m(ここでは、0.27m)とされている。 The laser range sensor 10 is configured such that the height of the optical window portion that emits the laser beam L can be adjusted. The laser range sensor 10 is installed so that the laser beam L is emitted at a height position corresponding to the height of the shin of the subject 1 (that is, the height from the ankle to below the knee). The height of the optical window of the laser range sensor 10 is set higher than the height of the marker 3 so that the laser beam L is not reflected by the marker 3. The height of the optical window of the laser range sensor 10 is such that the leg F of the subject 1 can be observed even when the leg F leaves the bed during the swing phase, and the width of the leg F is at its maximum. Taking into consideration the average height, the height is, for example, 0.15 m to 0.27 m (here, 0.27 m) from the floor (ground).

レーザレンジセンサ10は、椅子2の座部下方に形成された空間内にて、レーザ光Lの出射方向がマーカ3側に向くように配置されている。レーザレンジセンサ10は、マーカ3に近づく(椅子2から遠ざかる)被験者1の後方側から、つまり、マーカ3から遠ざかる(椅子2に近づく)被験者1の前方側から、当該被験者1にレーザ光Lを照射する。レーザレンジセンサ10は、レーザ光Lの出射方向が床面に対して水平になるように設置されている。 The laser range sensor 10 is arranged in a space formed below the seat of the chair 2 so that the emission direction of the laser beam L is directed toward the marker 3 side. The laser range sensor 10 emits a laser beam L to the subject 1 from the rear side of the subject 1 approaching the marker 3 (moving away from the chair 2), that is, from the front side of the subject 1 moving away from the marker 3 (approaching the chair 2). irradiate. The laser range sensor 10 is installed so that the emission direction of the laser beam L is horizontal to the floor surface.

レーザレンジセンサ10としては、測距範囲が0.1~30m、測域角度が270deg、測距精度が±30mm、角度分解能が0.25deg、及びサンプリング周期が25ms/scanのセンサが用いられている。ちなみに、レーザレンジセンサ10は、そのタイプや仕様(スペック)について限定されるものではなく、例えば測定環境に応じて種々のものを用いることができる。なお、レーザレンジセンサ10は、例えばEMI(電磁ノイズ)の悪影響を抑制するために、筐体により囲まれていてもよい。 As the laser range sensor 10, a sensor with a distance measurement range of 0.1 to 30 m, a range measurement angle of 270 degrees, a distance measurement accuracy of ±30 mm, an angular resolution of 0.25 degrees, and a sampling period of 25 ms/scan is used. There is. Incidentally, the laser range sensor 10 is not limited in its type or specifications, and various types can be used depending on the measurement environment, for example. Note that the laser range sensor 10 may be surrounded by a housing in order to suppress the adverse effects of EMI (electromagnetic noise), for example.

圧力センサ15は、被験者1が椅子2から立ち上がる事象と、椅子2に着席する事象とを検出するセンサである。圧力センサ15は、椅子2の座面上に敷かれるように設けられている。圧力センサ15は、印加された圧力に関する圧力情報を検出し、当該圧力情報を電子制御装置20へ出力する。ここでの圧力センサ15の圧力情報は電圧値であり、当該電圧値は、マイコン基板を介してA/D変換されて電子制御装置20へ入力される。電子制御装置20は、立ち上がり事象とその時刻とを関連付けて記憶し、着席事象とその時刻とを関連付けて記憶する。 The pressure sensor 15 is a sensor that detects an event in which the subject 1 stands up from the chair 2 and an event in which the subject 1 takes a seat on the chair 2. The pressure sensor 15 is provided so as to be placed on the seat surface of the chair 2. The pressure sensor 15 detects pressure information regarding the applied pressure and outputs the pressure information to the electronic control device 20. The pressure information of the pressure sensor 15 here is a voltage value, and the voltage value is A/D converted via a microcomputer board and input to the electronic control unit 20. The electronic control unit 20 associates and stores a stand-up event and its time, and associates and stores a seating event and its time.

電子制御装置20は、レーザレンジセンサ10で取得した距離情報に基づく演算を行って被験者1の脚部Fの位置及び速度を経時的に特定し、被験者1の歩行特性を取得する。電子制御装置20は、音(音声)及び表示の少なくとも何れかのスタート合図(後述)を、被験者1に対して出力する。スタート合図は、計測者の操作に応じて電子制御装置20から出力される。電子制御装置20は、スタート合図の時刻を記憶する。なお、スタート合図は、電子制御装置20とは別の機器又は計測者により実行してもよい。この場合、スタート合図の時刻は、電子制御装置20とは別の機器又は計測者により、電子制御装置20へ入力される。 The electronic control device 20 performs calculations based on the distance information acquired by the laser range sensor 10, specifies the position and speed of the leg F of the subject 1 over time, and acquires the walking characteristics of the subject 1. The electronic control device 20 outputs at least one of a sound (voice) and a display start signal (described later) to the subject 1. The start signal is output from the electronic control device 20 in response to the measurement operator's operation. The electronic control unit 20 stores the time of the start signal. Note that the start signal may be given by a device other than the electronic control device 20 or by a measurer. In this case, the time of the start signal is input to the electronic control device 20 by a device different from the electronic control device 20 or by a measurer.

電子制御装置20としては、例えば、パーソナルコンピュータや専用制御用コンピュータが用いられ、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read OnlyMemory)、RAM(Random Access Memory)等を含んで構成されている。電子制御装置20は、機能的要素として、センサデータ取得部21と、記憶部22と、着席判定部23、データ解析部24と、を有している。 As the electronic control device 20, for example, a personal computer or a dedicated control computer is used, and is configured to include a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like. The electronic control device 20 includes a sensor data acquisition section 21, a storage section 22, a seating determination section 23, and a data analysis section 24 as functional elements.

センサデータ取得部21は、レーザレンジセンサ10で検出した距離情報と圧力センサ15で検出した圧力情報とを、同期して取得する。また、センサデータ取得部21は、電子制御装置20に記憶されたスタート合図の時刻に同期して距離情報を取得してもよい。センサデータ取得部21は、レーザレンジセンサ10で検出した脚部情報を取得する。センサデータ取得部21は、取得した距離情報、脚部情報及び圧力情報を記憶部22へ出力する。センサデータ取得部21は、取得した圧力情報を着席判定部23へ出力する。 The sensor data acquisition unit 21 acquires distance information detected by the laser range sensor 10 and pressure information detected by the pressure sensor 15 in synchronization. Further, the sensor data acquisition unit 21 may acquire the distance information in synchronization with the time of the start signal stored in the electronic control device 20. The sensor data acquisition unit 21 acquires leg information detected by the laser range sensor 10. The sensor data acquisition unit 21 outputs the acquired distance information, leg information, and pressure information to the storage unit 22. The sensor data acquisition section 21 outputs the acquired pressure information to the seating determination section 23 .

記憶部22は、センサデータ取得部21で取得した距離情報及び圧力情報を、処理時刻(サンプリング時刻)に関連付けて格納する。記憶部22は、センサデータ取得部21で取得した被験者1の脚部情報を格納する。着席判定部23は、センサデータ取得部21で取得した圧力センサ15の圧力情報に基づいて、被験者1が着席したか否かを判定する。例えば着席判定部23は、圧力センサ15からの電圧値が閾値よりも大きく立ち上がっている場合に、着席していると判定する。着席判定部23は、圧力センサ15からの電圧値が閾値以下の場合に、着席していないと判定する。着席判定部23は、判定結果を記憶部22に出力し、記憶部22は、当該判定結果を記憶する。 The storage unit 22 stores the distance information and pressure information acquired by the sensor data acquisition unit 21 in association with the processing time (sampling time). The storage unit 22 stores leg information of the subject 1 acquired by the sensor data acquisition unit 21. The seating determination unit 23 determines whether the subject 1 is seated based on the pressure information of the pressure sensor 15 acquired by the sensor data acquisition unit 21. For example, the seating determination unit 23 determines that the person is seated when the voltage value from the pressure sensor 15 rises to a value greater than a threshold value. The seating determination unit 23 determines that the person is not seated when the voltage value from the pressure sensor 15 is less than or equal to the threshold value. The seating determination unit 23 outputs the determination result to the storage unit 22, and the storage unit 22 stores the determination result.

データ解析部24は、TUG試験試行後において記憶部22に保存された保存データを解析することにより、被験者1の歩行パラメータを取得する。データ解析部24は、レーザレンジセンサ10で取得された距離情報に少なくとも基づき、パーティクルフィルタを用いて、被験者1の脚部Fの移動軌跡を取得する。データ解析部24は、脚検出部(観測値検出部)26、脚追跡部27、及び歩行パラメータ算出部28を有する。歩行パラメータとしては、一般的歩行パラメータ及びTUG試験に関する歩行パラメータがある。 The data analysis unit 24 acquires the walking parameters of the subject 1 by analyzing the stored data stored in the storage unit 22 after the TUG test trial. The data analysis unit 24 uses a particle filter to acquire the movement trajectory of the leg F of the subject 1 based on at least the distance information acquired by the laser range sensor 10. The data analysis section 24 includes a leg detection section (observed value detection section) 26, a leg tracking section 27, and a walking parameter calculation section 28. Gait parameters include general gait parameters and gait parameters related to the TUG test.

一般的歩行パラメータは、一般的な歩行試験において転倒リスクを評価するための歩行パラメータであって、着床位置、歩行速度[m/秒]、歩数[歩]、歩行率[歩/秒]、歩幅[m]、ストライド長[m]、歩隔[m]、及び、立脚時間(片脚立脚時間[s]及び両脚立脚時間[s]の少なくとも何れか)を含む。TUG試験に関する歩行パラメータは、TUG試験において転倒リスクを評価するためのパラメータであって、反応時間(立上がり時間)[秒]、TUG遂行時間[秒]、ターン方向、一歩目時間(一歩目の離床時間)[秒]、及び、マーカ3との最短距離[m]を含む。 General gait parameters are gait parameters for evaluating fall risk in a general gait test, and include landing position, walking speed [m/sec], number of steps [steps], gait rate [steps/sec], It includes step length [m], stride length [m], step distance [m], and stance time (at least one of one-leg stance time [s] and double-leg stance time [s]). Gait parameters related to the TUG test are parameters for evaluating the risk of falling in the TUG test, and include reaction time (rise time) [seconds], TUG execution time [seconds], turn direction, and first step time (first step time). time) [seconds] and the shortest distance to marker 3 [m].

歩行パラメータは、動作を開始してからマーカ3を回る前のフォーワードフェーズ(Forwardphase)、マーカ3を回っている間のターニングフェーズ(Turning phase)、及び、マーカ3を回ってから着席するまでのリターンフェーズ(Return phase)に分類されて算出される。換言すると、歩行パラメータは、これらのフェーズ毎に算出される。このとき、歩幅、ストライド長、歩隔、片脚立脚時間、両脚立脚時間については、その平均、標準偏差及び変動係数がフェーズ毎に算出される。なお、歩行パラメータは、フォーワードフェーズ、ターニングフェーズ及びリターンフェーズの3つに区切って算出される場合に限定されず、全体(区切らない)で算出されてもよいし、前半及び後半(左右)の2つに区切って算出されてもよい。 The gait parameters include the forward phase after starting the movement and before turning around marker 3, the turning phase while turning around marker 3, and the turning phase after turning around marker 3 until sitting down. It is classified and calculated as a return phase. In other words, gait parameters are calculated for each of these phases. At this time, the average, standard deviation, and coefficient of variation of the stride length, stride length, step interval, one-leg stance time, and double-leg stance time are calculated for each phase. Note that the gait parameters are not limited to being calculated by dividing them into the forward phase, turning phase, and return phase, but may be calculated as a whole (not divided), or in the first half and the second half (left and right). The calculation may be divided into two parts.

着床位置は、脚部Fが床面に着床した位置である。歩行率は、単位時間当たりの歩数である。片脚立脚時間は、同じ脚の着床(接床)から離床までの時間である。両脚立脚時間は、一方の脚の着床から他方の脚の離床までの時間である。歩幅は、一方の脚の着床位置(例えば踵位置)から他方の脚の着床位置までの距離である。ストライド長は、同じ脚についての隣接する着床位置間の距離である。歩隔は、前額面における(被験者1を正面から見た場合における)両脚の踵の間隔である。 The landing position is the position where the legs F land on the floor. Walking rate is the number of steps per unit time. Single-leg stance time is the time from when the same leg touches the floor to when it leaves the floor. The double-leg stance time is the time from one leg landing on the floor to the other leg leaving the floor. The stride length is the distance from the landing position of one leg (for example, the heel position) to the landing position of the other leg. Stride length is the distance between adjacent landing positions for the same leg. The step distance is the distance between the heels of both legs in the frontal plane (when subject 1 is viewed from the front).

反応時間は、歩行試験の開始時刻(スタート合図の時刻)から被験者1が立ち上がる(臀部が椅子2の座面から離れる)までの時間である。TUG遂行時間は、TUG試験の遂行時間であり、歩行試験の開始時刻から終了まで(椅子2に着席した被験者1が動き出してから再び着席するまで)の時間である。一歩目時間は、歩行試験の開始時刻から被験者1が一歩目の脚部Fを上げる(離床する)までの時間である。マーカ3との最短距離は、マーカ3中心と脚部Fの移動軌跡との最短距離である。 The reaction time is the time from the start time of the walking test (the time of the start signal) until the subject 1 stands up (the buttocks leave the seat of the chair 2). The TUG execution time is the execution time of the TUG test, and is the time from the start time to the end of the walking test (from when the subject 1 who is seated on the chair 2 begins to move until he is seated again). The first step time is the time from the start time of the walking test until the subject 1 raises the leg F (leaves the bed) for the first step. The shortest distance to the marker 3 is the shortest distance between the center of the marker 3 and the movement trajectory of the leg F.

本実施形態において、データ解析部24は、レーザレンジセンサ10で取得された距離情報に基づいて、1又は複数の観測値を検出する。データ解析部24は、複数のパーティクル毎に、観測値、観測値無しとする観測結果のうちの何れかに対して、被験者1の両脚部の予測位置のそれぞれをランダムに対応付けし、両脚部の位置を時間に関連付けて取得する。これと共に、データ解析部24は、歩行位相の遷移、及び、両脚部が該当する観測パターンの遷移から重みを算出する。データ解析部24は、複数のパーティクルの中から重みに基づいて何れかの対応付けのパーティクルを選出し、選出した当該パーティクルにおける両脚部の予測位置に基づいて、被験者1の脚部Fの移動軌跡を取得する。以下、データ解析部24の処理について詳細に説明する。 In this embodiment, the data analysis unit 24 detects one or more observed values based on distance information acquired by the laser range sensor 10. The data analysis unit 24 randomly associates each of the predicted positions of both legs of the subject 1 with either the observed value or the observation result of no observed value for each of the plurality of particles, and Get the position of in relation to time. Along with this, the data analysis unit 24 calculates weights from the transition of the walking phase and the transition of the observation pattern to which both legs correspond. The data analysis unit 24 selects particles with any correspondence from among the plurality of particles based on the weight, and calculates the movement trajectory of the legs F of the subject 1 based on the predicted positions of both legs in the selected particles. get. The processing of the data analysis unit 24 will be described in detail below.

[脚検出]
図4~図7は、観測値の検出に用いられる観測パターンの例を説明する図である。図4(a)及び図6(a)は、SL(Single Leg)パターンの例を説明する図である。図4(b)及び図6(b)は、LT(twoLegs Together)パターンの例を説明する図である。図4(c)及び図7(a)は、FS_O(Forward Straddle Observable)パターンの例を説明する図である。図5(a)及び図7(b)は、FS_U(Forward Straddle Unobservable)パターンの例を説明する図である。図5(b)は、UO(Unobservable)パターンの例を説明する図である。
[Leg detection]
4 to 7 are diagrams illustrating examples of observation patterns used for detecting observed values. FIGS. 4A and 6A are diagrams illustrating examples of SL (Single Leg) patterns. FIG. 4(b) and FIG. 6(b) are diagrams illustrating an example of an LT (twoLegs Together) pattern. FIG. 4C and FIG. 7A are diagrams illustrating examples of FS_O (Forward Straddle Observable) patterns. FIGS. 5A and 7B are diagrams illustrating examples of FS_U (Forward Straddle Unobservable) patterns. FIG. 5B is a diagram illustrating an example of a UO (Unobservable) pattern.

脚検出部26は、予め設定された観測パターンを用いて、レーザレンジセンサ10が取得した二次元平面距離情報に基づき、被験者1の脚部Fの位置候補である観測値(観測値ベクトルy :=(x ,y ),(j=1…J))を検出する。具体的には、脚検出部26は、脚部Fの二次元平面距離情報が特徴的な形状となることに鑑み、二次元平面距離情報にエッジ検出処理を施して脚部FのエッジEの位置を検出する。脚検出部26は、複数の観測パターンを用いたパターン認識によって、当該エッジEの位置から観測値を検出する。このとき、脚検出部26は、被験者1の脚部Fの幅wに関する脚部情報を用い、脚部Fの幅wを既知とする。脚検出部26による脚検出について、以下に詳説する。なお、以下では、「観測値ベクトル」を単に「観測値」ともいう。 The leg detection unit 26 uses a preset observation pattern to determine observed values (observed value vector y k j :=(x k j , y k j ), (j=1...J)) is detected. Specifically, considering that the two-dimensional plane distance information of the leg F has a characteristic shape, the leg detection unit 26 performs edge detection processing on the two-dimensional plane distance information to detect the edge E of the leg F. Detect location. The leg detection unit 26 detects an observation value from the position of the edge E by pattern recognition using a plurality of observation patterns. At this time, the leg detection unit 26 uses the leg information regarding the width wl of the leg F of the subject 1 to determine the width wl of the leg F as known. Leg detection by the leg detection section 26 will be explained in detail below. Note that hereinafter, the "observed value vector" is also simply referred to as "observed value."

被験者1がレーザレンジセンサ10の計測範囲内に存在し、レーザレンジセンサ10と被験者1の間に障害物がない場合には、レーザレンジセンサ10が取得する二次元平面距離情報は、図4(a)~図5(b)に示すような特徴的な形となる。脚検出部26は、5種類の観測パターンを考慮した脚検出手法により、観測値を算出する。 When the subject 1 is within the measurement range of the laser range sensor 10 and there is no obstacle between the laser range sensor 10 and the subject 1, the two-dimensional plane distance information acquired by the laser range sensor 10 is as shown in FIG. It has a characteristic shape as shown in a) to FIG. 5(b). The leg detection unit 26 calculates observed values using a leg detection method that takes into account five types of observation patterns.

脚検出部26は、まず、レーザレンジセンサ10で取得した右からi番目の距離情報をlとし、隣接するレーザレンジセンサ10の二次元平面距離情報が被験者1の脚部Fの幅wに対して、下記数式1を満たす場合、エッジe (h=B,F)を検出する。このとき、l>li+1の場合は、エッジe =i及びエッジe m+1=i+1とする。l<li+1の場合は、エッジe =i及びエッジe m+1=i+1とする。上添え字Bは、レーザレンジセンサ10に対して奥側のエッジEであることを示し、上添え字Fは、手前側のエッジEであることを示す。下添え字m(m=1,・・・,M)はm番目に検出したエッジEであることを示す。Mは、時刻kにおいて検出したエッジEの総数である。
The leg detection unit 26 first sets the i-th distance information from the right acquired by the laser range sensor 10 as l i , and the two-dimensional plane distance information of the adjacent laser range sensor 10 is the width w of the leg F of the subject 1 . On the other hand, if Equation 1 below is satisfied, an edge e h m (h=B, F) is detected. At this time, if l i >l i+1 , edge e B m =i and edge e F m+1 = i+1. If l i <l i+1 , the edge e F m =i and the edge e B m+1 = i+1. The superscript B indicates the edge E on the back side with respect to the laser range sensor 10, and the superscript F indicates the edge E on the near side. The subscript m (m=1, . . . , M k ) indicates the mth detected edge E. M k is the total number of edges E detected at time k.

そして、連続した4つのエッジe ,e n+1,e n+2,e n+3の位置関係及びエッジe n+1,e n+2間の幅wに基づいて、5種類の観測パターンに分類し、観測値yを算出する。ただし、n=1,・・・,M-3で、下添え字kは時刻kにおける観測位置であることを示す。 Then, based on the positional relationship of the four consecutive edges e h n , e h n+1 , e h n+2 , e h n+3 and the width w e between the edges e h n+1 and e h n+2 , it is classified into five types of observation patterns. Then, the observed value y k is calculated. However, where n=1, . . . , M k -3, the subscript k indicates the observation position at time k.

図4(a)及び図6(a)に示すように、SLパターンとしての観測パターンO1は、脚部Fが単独でレーザレンジセンサ10から完全に観測できている場合の観測パターンである。観測パターンO1は、エッジEの組み合わせが(e ,e n+1,e n+2,e n+3)を満たすと共に、エッジE間の幅が0.5w<w≦1.5wを満たす。このとき、観測値yは、被験者1の脚部Fの幅wを考慮して、図4(a)に示すように求められる。例えば観測値y は、図示するように、(e n+1+e n+2)/2を通るラインと脚部Fの幅wの1/2とから求められる。 As shown in FIGS. 4A and 6A, the observation pattern O1 as the SL pattern is an observation pattern when the leg F can be completely observed by the laser range sensor 10 alone. In observation pattern O1, the combination of edges E satisfies (e B n , e F n+1 , e F n+2 , e B n+3 ), and the width between edges E satisfies 0.5w l <w e ≦1.5w l Fulfill. At this time, the observed value yk is calculated as shown in FIG. 4(a), taking into consideration the width wl of the leg F of the subject 1. For example, the observed value y k j is determined from a line passing through (e F n+1 +e F n+2 )/2 and 1/2 of the width w l of the leg F, as shown in the figure.

図4(b)及び図6(b)に示すように、LTパターンとしての観測パターンO2は、脚部Fがそろってレーザレンジセンサ10から完全に観測できている場合の観測パターンである。観測パターンO2は、エッジEの組み合わせが(e ,e n+1,e n+2,e n+3),(e ,e n+1,e n+2,e n+3)又は(e ,e n+1,e n+2,e n+3)を満たすと共に、エッジE間の幅が1.5w<w<3.0wを満たす。このとき、観測値yは、被験者1の両脚が揃っていることを考慮して、図4(b)に示すように求められる。例えば観測値y j+1は、図示するように、(e n+1+3e n+2)/4を通るラインと脚部Fの幅wの1/2とから求められる。例えば観測値y は、図示するように、(3e n+1+e n+2)/4を通るラインと脚部Fの幅wの1/2とから求められる。 As shown in FIGS. 4(b) and 6(b), the observation pattern O2 as the LT pattern is an observation pattern when all the legs F can be completely observed from the laser range sensor 10. Observation pattern O2 has a combination of edges E such as (e B n , e F n+1 , e F n+2 , e B n+3 ), (e F n , e B n+1 , e F n+2 , e B n+3 ), or (e B n , e F n+1 , e B n+2 , e F n+3 ), and the width between the edges E satisfies 1.5 w l <w e <3.0 w l . At this time, the observed value yk is calculated as shown in FIG. 4(b), taking into account that both legs of subject 1 are aligned. For example, the observed value y k j+1 is obtained from a line passing through (e F n+1 +3e F n+2 )/4 and 1/2 of the width w l of the leg F, as shown in the figure. For example, the observed value y k j is obtained from a line passing through (3e F n+1 +e F n+2 )/4 and 1/2 of the width w l of the leg F, as shown in the figure.

図4(c)及び図7(a)に示すように、FS_Oパターンとしての観測パターンO3は、片方の脚部Fや杖等の影響によってパターンが段状になり、エッジEの位置間の幅が被験者1の脚部Fの幅wの1/2以上あり、且つ、脚部Fの中心位置がレーザレンジセンサ10から観測できている場合の観測パターンである。観測パターンO3は、エッジEの組み合わせが(e ,e n+1,e n+2,e n+3)又は(e ,e n+1,e n+2,e n+3)を満たすと共に、エッジE間の幅が0.5w≦w<1.5wを満たす。このとき、観測値yは、被験者1の脚部Fの中心位置がレーザレンジセンサ10から観測できることを考慮して、図4(c)に示すように求められる。例えば観測値y は、図示するように、(e n+1+e n+2)/2を通るラインと脚部Fの幅wの1/2とから求められる。 As shown in FIGS. 4(c) and 7(a), the observed pattern O3 as an FS_O pattern has a step-like pattern due to the influence of one leg F, a cane, etc., and the width between the edge E positions is This is an observation pattern when the width w l of the leg F of the subject 1 is 1/2 or more, and the center position of the leg F can be observed from the laser range sensor 10. Observation pattern O3 is such that the combination of edges E satisfies (e F n , e B n+1 , e F n+2 , e B n+3 ) or (e B n , e F n+1 , e B n+2 , e F n+3 ), and the edges The width between E satisfies 0.5 w l ≦w e <1.5 w l . At this time, the observed value yk is determined as shown in FIG. 4(c), taking into account that the center position of the leg F of the subject 1 can be observed from the laser range sensor 10. For example, the observed value y k j is obtained from a line passing through (e B n+1 +e F n+2 )/2 and 1/2 of the width w l of the leg F, as shown in the figure.

図5(a)及び図7(b)に示すように、FS_Uパターンとしての観測パターンO4は、FS_Oパターンである観測パターンO3に対して、エッジE間の幅が被験者1の脚部Fの幅wの1/2より小さく、且つ、脚部Fの中心位置がレーザレンジセンサ10から直接観測できない場合の観測パターンである。観測パターンO3は、エッジEの組み合わせが(e ,e n+1,e n+2,e n+3)又は(e ,e n+1,e n+2,e n+3)を満たすと共に、エッジE間の幅が0.3w<w<0.5wを満たす。このとき、観測パターンO1~O3とは異なり脚部Fの中心位置がレーザレンジセンサ10で直接観測できないため、観測値yは、図5(a)に示すように仮想的に算出される。例えば観測値y は、図示するように、e n+1を通るライン及びe n+2を通るラインと、脚部Fの幅wの1/2と、から求められる。図7(b)中の中抜きの正方形は、仮想のエッジを示す。 As shown in FIGS. 5(a) and 7(b), the observation pattern O4 as the FS_U pattern has a width between the edges E that is the width of the leg F of the subject 1 compared to the observation pattern O3 as the FS_O pattern. This is an observation pattern when w l is smaller than 1/2 and the center position of the leg F cannot be directly observed from the laser range sensor 10. Observation pattern O3 is such that the combination of edges E satisfies (e F n , e B n+1 , e F n+2 , e B n+3 ) or (e B n , e F n+1 , e B n+2 , e F n+3 ), and the edges The width between E satisfies 0.3 w l <w e <0.5 w l . At this time, unlike the observation patterns O1 to O3, the center position of the leg F cannot be directly observed by the laser range sensor 10, so the observed value yk is virtually calculated as shown in FIG. 5(a). For example, the observed value y k j is determined from a line passing through e B n+1 , a line passing through e F n+2 , and 1/2 of the width w l of the leg F, as shown in the figure. The hollow squares in FIG. 7(b) indicate virtual edges.

図5(b)に示すように、UOパターンとしての観測パターンO5は、一方の脚部Fが他方の脚部Fに隠れる際やレーザレンジセンサ10よりも高く脚部Fを上げた際等における、観測できない場合の観測パターンである。 As shown in FIG. 5(b), the observation pattern O5 as a UO pattern is observed when one leg F is hidden behind the other leg F or when the leg F is raised higher than the laser range sensor 10. , is an observation pattern when it cannot be observed.

なお、脚部Fがレーザレンジセンサ10から直接観測できない状況においても、FS_Uパターンである観測パターンO4を定義して仮想的に観測値yを求めることで、脚部Fの位置の計測精度の向上が期待される。観測値yの検出では、観測パターンO1~O4を満たさないエッジEの位置は脚部Fではないと判定することができる。また、不要な相関処理を避けるために、歩行路の領域に対して所定長広い領域を測定領域とし、測定領域外の観測値yとそれに対応するエッジEの位置とを除外する。 Note that even in a situation where the leg F cannot be directly observed from the laser range sensor 10, the measurement accuracy of the position of the leg F can be improved by defining the observation pattern O4, which is the FS_U pattern, and virtually obtaining the observed value yk . Improvement is expected. In detecting the observed value yk , it can be determined that the position of the edge E that does not satisfy the observed patterns O1 to O4 is not the leg F. Furthermore, in order to avoid unnecessary correlation processing, a region wider by a predetermined length than the area of the walking path is set as the measurement region, and observed values yk outside the measurement region and the position of the edge E corresponding thereto are excluded.

観測値yの検出では、エッジEの位置間の中央ではなく、例えばエッジEの位置から脚部Fの幅wの1/2だけ内側に入った位置が、観測値yとして検出される。以上のように複数の観測パターンO1~O5に応じて脚部Fの観測値yを検出することにより、レーザレンジセンサ10から見て一方の脚部Fが重なって隠れた場合にも、脚部Fを好適に検出することが可能となる。 In detecting the observed value yk , the observed value yk is not detected at the center between the positions of the edge E, but for example, a position located inside the position of the edge E by 1/2 of the width wl of the leg F. Ru. As described above, by detecting the observed value y k of the leg F according to the plurality of observation patterns O1 to O5, even when one leg F is overlapped and hidden from the laser range sensor 10, the leg It becomes possible to suitably detect portion F.

[脚追跡]
脚追跡部27は、歩行位相を考慮した歩行モデルを用いた予測処理を行い、両脚部の位置及び速度を推定する。予測処理では、カルマンフィルタを用いている。
[Leg tracking]
The leg tracking unit 27 performs prediction processing using a walking model that takes into account the walking phase, and estimates the position and speed of both legs. The prediction process uses a Kalman filter.

図8は、歩行モデルを説明する図である。人は、歩行する際、一方の脚を軸足(立脚)としながら他方の脚(遊脚)を振って歩行を進める。両脚は、着床によって遊脚と立脚とを変えながら、加減速を伴う周期的に運動する。図8に示すように、そこで、脚追跡部27では、脚部Fの移動速度v及び加速度aの変化に着目して、静止時も含めた以下の6つの歩行位相を含む歩行モデルを適用する。
・位相0: 静止時で両脚が立脚
・位相1:左脚が遊脚(加速,振上げ動作),右脚が立脚
・位相2:左脚が遊脚(減速,着床に向けた動作),右脚が立脚
・位相3:左脚が立脚,右脚が遊脚(加速,振上げ動作)
・位相4: 左脚が立脚,右脚が遊脚(減速,着床に向けた動作)
・位相5:両脚が遊脚(歩行時には見られない)
FIG. 8 is a diagram illustrating a walking model. When a person walks, he or she moves by using one leg as the pivot foot (stance leg) and swinging the other leg (swing leg). Both legs move periodically with acceleration and deceleration, changing between swing legs and stance legs upon landing on the floor. As shown in FIG. 8, the leg tracking unit 27 focuses on changes in the moving speed v and acceleration a of the leg F, and applies a walking model including the following six walking phases, including when standing still. .
・Phase 0: At rest, both legs are standing ・Phase 1: Left leg is swinging (acceleration, swinging motion), right leg is stance ・Phase 2: Left leg is swinging (deceleration, movement toward landing) , right leg is stance leg ・Phase 3: left leg is stance leg, right leg is swing leg (acceleration, swinging motion)
・Phase 4: Left leg is stance, right leg is swinging (deceleration, movement towards landing)
・Phase 5: Both legs are swinging (not seen when walking)

なお、TUG試験では被験者1に走らない最大歩行速度で行うように指示を与えることから、両脚の速度変化が大きい。そのため、加減速を行うモデルが歩行モデルとして適用されている。また、人の重心を追跡する場合には,状態変数に角度,角速度を含んだ非線形モデルが用いられることが多い一方、TUG試験においては、ターン動作時に両脚の移動方向が急激に変化することから、移動方向に対する指向性を持たない線形の移動モデルを適用することが望ましい。そこで、歩行モデルとしては、移動方向に対する指向性を持たない線形の移動モデルを適用する。 In addition, in the TUG test, subject 1 is instructed to perform at the maximum walking speed without running, so there is a large change in the speed of both legs. Therefore, a model that performs acceleration and deceleration is applied as a walking model. Additionally, when tracking a person's center of gravity, a nonlinear model that includes angle and angular velocity as state variables is often used. , it is desirable to apply a linear movement model that does not have directivity in the movement direction. Therefore, as a walking model, a linear movement model that has no directivity in the direction of movement is applied.

脚追跡部27は、左右の各脚部Fに対して位置及び速度を状態量ベクトルとして状態方程式を設定し、各脚部Fに対して追跡処理を行う。脚追跡部27は、立脚、遊脚(加速)及び遊脚(減速)の3つの運動モデルを定義する。このような加減速を伴う歩行モデルを考慮した場合の各脚部Fの離散時間システム方程式は、下記数式2で与えられる。上付き添え字fは、f=L,Rでそれぞれ左脚及び右脚を示す。
The leg tracking unit 27 sets a state equation for each of the left and right legs F using the position and velocity as a state quantity vector, and performs tracking processing for each leg F. The leg tracking unit 27 defines three motion models: stance leg, swing leg (acceleration), and swing leg (deceleration). A discrete time system equation for each leg F when such a walking model involving acceleration and deceleration is considered is given by Equation 2 below. The superscript f indicates left leg and right leg, where f=L and R, respectively.

状態量ベクトルは、下記数式3に示される。下記数式4は、それぞれ時刻kにおける被験者1の各脚部Fの位置及び速度である。

The state quantity vector is shown in Equation 3 below. Equation 4 below represents the position and velocity of each leg F of the subject 1 at time k.

ベクトルuf,m は、歩行位相に応じて与えられる未知の外部入力(加速度入力)であり、下記数式5に示す。上付き添え字mは、m番目の運動モデルを示す。モデル1を立脚(静止)の運動モデルとし、モデル2を遊脚(加速)の運動モデルとし、モデル3を遊脚(減速)の運動モデルとしている。立脚時の運動モデル1においては0、遊脚で加速する運動モデル2においては進行方向に対して正の値、遊脚で減速する運動モデル3においては進行方向に対して負の値として与える。加速度入力の大きさは、過去Nac時間ステップ分の遊脚中の加速ベクトル(下記数式6参照)のノルムの平均値として算出する。

The vector u f,m k is an unknown external input (acceleration input) given according to the walking phase, and is shown in Equation 5 below. The superscript m indicates the mth motion model. Model 1 is a stance leg (stationary) motion model, Model 2 is a swing leg (acceleration) motion model, and Model 3 is a swing leg (deceleration) motion model. It is given as 0 in kinematic model 1 during stance, a positive value in the moving direction in kinematic model 2 that accelerates with the free leg, and a negative value in the moving direction in kinematic model 3 that decelerates with the free leg. The magnitude of the acceleration input is calculated as the average value of the norm of the acceleration vector (see Equation 6 below) during the free leg for the past N ac time steps.

また、脚部Fの動きは移動方向を含め変動するため、運動モデルから変動を加速度外乱として、システム雑音(下記数式7参照)に含め、平均0及び共分散行列Qの正規性白色雑音で与えるものとする。状態方程式の状態遷移行列A、入力行列B 及び駆動行列Bは、それぞれ下記数式8となる。

In addition, since the movement of the leg F fluctuates including the direction of movement, the fluctuation from the motion model is treated as an acceleration disturbance and included in the system noise (see Equation 7 below), which is normal white noise with a mean of 0 and a covariance matrix Q f . shall be given. The state transition matrix A f , the input matrix B f u , and the driving matrix B f of the state equation are each expressed by Equation 8 below.

また、レーザレンジセンサ10を用いて取得した各脚部Fの観測値y を下記数式9とすると、観測方程式は、下記数式10で与えられる。ここで、Δy は平均0、共分散Rの正規性白色雑音であるとする。このとき、行列Cは、下記数式11となる。


Further, if the observed value y f k of each leg F obtained using the laser range sensor 10 is given by the following equation 9, the observation equation is given by the following equation 10. Here, it is assumed that Δy f k is normal white noise with a mean of 0 and a covariance R f . At this time, the matrix C f is expressed by Equation 11 below.


図1に示されるように、脚追跡部27は、立脚遊脚判定部27a、歩行位相判定部27b、予測位置算出部27c、相関処理部27d、更新処理部27e、重み算出部27f、及び、リサンプリング部27gを有する。 As shown in FIG. 1, the leg tracking unit 27 includes a stance leg swing determination unit 27a, a walking phase determination unit 27b, a predicted position calculation unit 27c, a correlation processing unit 27d, an update processing unit 27e, a weight calculation unit 27f, and It has a resampling section 27g.

立脚遊脚判定部27aは、脚部Fの速度に基づいて、脚部Fが立脚(支持脚)及び遊脚の何れであるかを判定する立脚遊脚判定を行う。立脚遊脚判定部27aは、右脚において、下記数式12を満たす場合に立脚と判定する一方、下記数式13を満たす場合に遊脚と判定する。vst_thは立脚の速度閾値を示し、vsw_thは遊脚の速度閾値を示す。立脚遊脚判定部27aは、左脚においても同様に、つまり、右脚と左脚とを入れ替えた下記数式12及び下記数式13により、立脚遊脚判定を行う。

The stance leg swing determining unit 27a performs stance leg swing determination to determine whether the leg F is a stance leg (support leg) or a swing leg, based on the speed of the leg F. The stance leg swing determining unit 27a determines that the right leg is a stance leg when the following formula 12 is satisfied, and determines that the right leg is a swing leg when the following formula 13 is satisfied. v st_th indicates the velocity threshold of the stance leg, and v sw_th indicates the velocity threshold of the swing leg. The stance leg swing determination unit 27a similarly performs stance leg swing determination for the left leg, that is, using the following equations 12 and 13, in which the right leg and the left leg are exchanged.

歩行位相判定部27bは、両脚部の相対的な位置関係及び速度に基づいて歩行位相を判定し、歩行位相が位相0~5の何れであるかを特定する。具体的には、まず、両脚部とも立脚の場合、位相0と特定する。次に、左脚部が遊脚で右脚部が立脚の場合、左脚部の右脚部に対する位置ベクトルと左脚部の速度ベクトルの内積(下記数式14参照)が正の値をとるときには位相1と特定し、負の値をとるときには位相2と特定する。また、左脚部が立脚で右脚部が遊脚の場合、同様に、右脚部の左脚部に対する位置ベクトルと右脚部の速度ベクトルの内積が正の値をとるときには位相3と特定し、負の値をとるときには位相4と特定する。両脚部が遊脚の場合、位相5と特定する。歩行位相判定部27bで歩行位相が位相5と特定した場合、データ解析部24は、被験者1が走行していると判定する。
The walking phase determination unit 27b determines the walking phase based on the relative positional relationship and speed of both legs, and specifies which of the phases 0 to 5 the walking phase is. Specifically, first, when both legs are standing, phase 0 is specified. Next, when the left leg is a swing leg and the right leg is a stance leg, when the inner product of the position vector of the left leg with respect to the right leg and the velocity vector of the left leg (see Equation 14 below) takes a positive value, It is specified as phase 1, and when it takes a negative value, it is specified as phase 2. In addition, when the left leg is a stance leg and the right leg is a swing leg, similarly, if the inner product of the position vector of the right leg with respect to the left leg and the velocity vector of the right leg takes a positive value, it is identified as phase 3. However, when it takes a negative value, it is specified as phase 4. When both legs are free legs, it is specified as phase 5. When the walking phase determination unit 27b identifies the walking phase as phase 5, the data analysis unit 24 determines that the subject 1 is running.

ここで、本実施形態の脚追跡部27では、Rao-Blackwellizedパーティクルフィルタ(以下、単に「パーティクルフィルタ」ともいう)を用いて、歩行位相及び脚部Fの観測パターンの遷移を考慮した、複数時刻にわたる対応付けの仮説に基づく両脚追跡手法を採用している。複数物体の追跡においては、追跡対象と時刻kにおいてセンサで取得した観測値yとの対応付けc(cは対応付けのインデックスを示す)及び追跡対象の状態量xを推定する必要がある。対応付け及び追跡対象の状態は、パーティクルフィルタのみでも求められ得るが、対応付けの組合せ毎に状態量に関してパーティクルを多数生成する必要があり、計算量が大きい。そのため、パーティクルフィルタでは、下記数式15により、追跡対象の状態量と対応付けを求める。なお、例えばパーティクル数は100としてもよい。
Here, the leg tracking unit 27 of the present embodiment uses a Rao-Blackwellized particle filter (hereinafter also simply referred to as a "particle filter") to calculate multiple time points in consideration of the transition of the walking phase and the observation pattern of the leg F. We employ a two-leg tracking method based on a hypothesis of correspondence between the two legs. In tracking multiple objects, it is necessary to estimate the correspondence between the tracked object and the observed value y k obtained by the sensor at time k (c k indicates the index of the correspondence) and the state quantity x k of the tracked object. There is. Although the correspondence and the state of the tracking target can be obtained using only a particle filter, it is necessary to generate a large number of particles regarding the state amount for each combination of correspondences, which requires a large amount of calculation. Therefore, in the particle filter, the correspondence with the state quantity of the tracking target is determined using Equation 15 below. Note that, for example, the number of particles may be 100.

パーティクルフィルタでは、p(c1:k|ベクトルy1:k)において、ある観測が得られた際に、対応付けのみをパーティクルフィルタで算出する。次に、p(ベクトルx|c1:k,ベクトルy1:k)において、対応付けられた観測値yに従いカルマンフィルタで状態量を更新する。状態量の更新処理はカルマンフィルタで行うため、それぞれの対応付けの組合せ毎に多数のパーティクルを生成する必要がない。脚追跡部27では、歩行位相及び観測パターンの状態遷移確率に基づき、各パーティクルの尤度として重みを算出することで、例えば高齢者等の被験者1の旋回動作を含む歩行における両脚追跡性能を向上する。 In the particle filter, when a certain observation is obtained in p(c 1:k |vector y 1:k ), only the correspondence is calculated by the particle filter. Next, in p (vector x k |c 1:k , vector y 1:k ), the state quantity is updated using a Kalman filter according to the associated observed value y k . Since the state quantity update process is performed using a Kalman filter, there is no need to generate a large number of particles for each association combination. The leg tracking unit 27 calculates a weight as the likelihood of each particle based on the walking phase and the state transition probability of the observed pattern, thereby improving the tracking performance of both legs during walking including turning movements of the subject 1, such as an elderly person. do.

予測位置算出部27cは、カルマンフィルタを用いて両脚部の位置を予測することで、両脚部の予測位置を算出する。予測位置算出部27cは、複数のパーティクル毎に、過去の時刻の両脚部の位置に基づいて、時刻kにおける各脚部Fの予測位置である脚部予測位置(以下、単に「予測位置」ともいう,図9の「×」を参照)を算出する。上付きの(n),(n=1,…,N)はn番目のパーティクルであることを示す。各脚部Fの予測位置ベクトルy^f,(n) k/k-1は、上記数式(2)で示した状態方程式により、下記数式16で与えられる。ベクトルx^f,(n) k/k-1は、n番目のパーティクルの時刻kにおける事前状態推定値を示す。ベクトルx^f,(n) k-1/k-1は、n番目のパーティクルの時刻k-1における事後状態推定値である。なお、図9中では、「◇」は観測値yを示し、ラインは脚部Fの移動軌跡を示し、ライン上における「□」及び「■」は左脚部及び右脚部の位置をそれぞれ示す(以降の図において同様)。なお、以下では、「予測位置ベクトル」を単に「予測位置」ともいう。
The predicted position calculation unit 27c calculates the predicted positions of both legs by predicting the positions of both legs using a Kalman filter. The predicted position calculation unit 27c calculates a predicted leg position (hereinafter also simply "predicted position"), which is the predicted position of each leg F at time k, for each of the plurality of particles based on the positions of both legs at past times. (see "×" in FIG. 9). The superscript (n), (n=1, . . . , N) indicates the n-th particle. The predicted position vector y^ f, (n) k/k-1 of each leg F is given by the following equation 16 based on the state equation shown in equation (2) above. The vector x^ f, (n) k/k-1 indicates the prior state estimate of the n-th particle at time k. The vector x^ f, (n) k-1/k-1 is the estimated posterior state of the n-th particle at time k-1. In FIG. 9, "◇" indicates the observed value yk , the line indicates the movement locus of leg F, and "□" and "■" on the line indicate the positions of the left leg and right leg. (The same applies to subsequent figures). Note that hereinafter, the "predicted position vector" is also simply referred to as "predicted position."

相関処理部27dは、両脚部の予測位置と観測値yとの対応付けをパーティクル毎にランダムに行う。ただし、相関処理部27dは、対応付けを行う観測値yを限定するために、予測位置にゲートGA(図10参照)を設定し、「(i)ゲートGA内に含まれる1又は複数の観測値y」と、観測値yに誤検出が含まれる場合も考慮して「(ii)観測値y 無しとする観測結果(観測値yが無い場合)」と、の何れかに対して両脚部の予測位置のそれぞれをランダムに対応付けする。観測値yがゲートGAに含まれるか否かは、下記数式17により判定する。ゲートGAは、予測位置(図10の「×」参照)を基準(中心)として所定範囲に拡がる有効領域である。ゲートGAの領域は変更してもよい。例えば、遊脚は立脚と比較して位置が変化しやすいことから、遊脚のゲートGAは立脚のゲートGAよりも広くなるように設定されていてもよい。
The correlation processing unit 27d randomly correlates the predicted positions of both legs with the observed values yk for each particle. However, in order to limit the observed values yk to be correlated, the correlation processing unit 27d sets a gate GA (see FIG. 10) at the predicted position, ``observed value y k '' and ``(ii) Observation result with no observed value y f k (when there is no observed value y k )'' considering the case where observed value y k includes false detection. The predicted positions of both legs are randomly associated with each leg. Whether or not the observed value y k is included in the gate GA is determined using Equation 17 below. The gate GA is an effective area that extends over a predetermined range with the predicted position (see "X" in FIG. 10) as a reference (center). The area of the gate GA may be changed. For example, since the position of the swing leg changes more easily than that of the stance leg, the gate GA for the swing leg may be set to be wider than the gate GA for the stance leg.

(n)2 f,jは、マハラノビス距離であり、下記数式18で与えられる。Sf,(n) は、観測予測誤差(y -y^f,(n) k/k-1)の共分散行列である。Gはゲートで、観測値yが二次元ベクトルでカルマンフィルタを用いる本実施形態の場合、自由度2のカイ二乗(χ)分布に基づいて決定される。
d (n) 2 f,j is the Mahalanobis distance, and is given by Equation 18 below. S f, (n) k is a covariance matrix of the observed prediction error (y j k −y^ f, (n) k/k−1 ). G is a gate, which is determined based on a chi-square (χ 2 ) distribution with two degrees of freedom in this embodiment where the observed value y k is a two-dimensional vector and uses a Kalman filter.

更新処理部27eは、複数のパーティクル毎に、相関処理部27dによる対応付けの後、脚部Fの状態量を更新する。具体的には、更新処理部27eは、複数のパーティクル毎に、相関処理部27dにより対応付けを行った観測値yを用いて、カルマンフィルタの更新処理(例えば、共分散行列等の状態量の更新)を行う。ただし、更新処理部27eは、対応付けを行った観測値yがない場合(例えば、UOパターンとしての観測パターンO5の場合)、事前状態推定値及び事前共分散行列をそれぞれ事後状態推定値及び事後共分散行列とする。これにより、複数のパーティクル毎に、両脚部の位置及び速度が推定される。また、更新処理部27eは、複数のパーティクル毎に、推定された両脚部の位置及び速度の情報に基づき、歩行位相判定部27bにより歩行位相を判定する。 The update processing unit 27e updates the state quantity of the leg F after the correlation processing unit 27d associates each particle with each other. Specifically, the update processing unit 27e uses the observed values yk that have been correlated by the correlation processing unit 27d for each of the plurality of particles to update the Kalman filter (for example, update the state quantities such as the covariance matrix). update). However, if there is no observed value yk that has been correlated (for example, in the case of observation pattern O5 as a UO pattern), the update processing unit 27e replaces the prior state estimate and the prior covariance matrix with the posterior state estimate and the prior covariance matrix, respectively. Let it be the posterior covariance matrix. As a result, the positions and speeds of both legs are estimated for each of the plurality of particles. Furthermore, the update processing unit 27e determines the walking phase of each of the plurality of particles by the walking phase determining unit 27b based on the information on the estimated positions and speeds of both legs.

重み算出部27fは、複数のパーティクル毎に、更新処理部27eによる更新の後、被験者1の歩行状態の遷移から重みw(n) を算出する。具体的には、重み算出部27fは、各パーティクルの重みw(n) を、各脚の一時刻前からの歩行位相(位相0~5)及び脚部Fの観測パターン(観測パターンO1~O5)の遷移確率から、下記数式19のように算出(更新)する。
The weight calculation unit 27f calculates a weight w (n) k for each of the plurality of particles from the transition of the walking state of the subject 1 after the update processing unit 27e updates. Specifically, the weight calculation unit 27f calculates the weight w (n) k of each particle based on the walking phase of each leg from one time ago (phases 0 to 5) and the observation patterns of leg F (observation patterns O1 to O1). From the transition probability of O5), it is calculated (updated) as shown in Equation 19 below.

上記数式19における第二項目は、各脚部Fのカルマンフィルタの観測値yの尤度及び観測パターンO1~O5の状態遷移確率の積で算出される。本実施形態では、一時刻前の観測パターンO1~O5からの遷移確率行列を下記数式20のように定義した。下記数式20の横の並びは、左から順に、遷移前(1時刻前)の観測パターンO1~O5(SLパターン,LTパターン,FS_Oパターン,FS_Uパターン,UOパターン)のそれぞれに対応する。下記数式20の縦の列の値は、上から順に、遷移前の観測パターンから観測パターンO1~O5へ遷移する確率を示す。下記数式20で表されるように、重みw(n) を算出するための観測パターンO1~O5の遷移は、次の特徴を有する。1時刻前に脚が単独で観測される状態である観測パターンO1の場合は、次の時刻でも観測パターンO1である確率が高くなるように設定されており、逆に、もう片方の脚でほとんど隠れてしまう観測パターンO4に遷移することはないように設定されている。1時刻前に両脚が揃っている状態である観測パターンO2の場合は、次の時刻でも観測パターンO2である確率と脚が単独で観測される状態である観測パターンO1に遷移する確率とが高くなるように設計されている。1時刻前に両脚がずれて段状に観測される状態である観測パターンO3の場合は、次の時刻でも観測パターンO3である確率と脚が単独で観測される観測パターンO1あるいはもう片方の脚にほとんど隠れてしまう状態である観測パターンO4に遷移する確率とが高くなるように設計されている。1時刻前がもう片方の脚にほとんど隠れてしまう観測パターンO4の場合は、次の時刻でも同じ観測パターンO4である確率と、もう片方の脚の後方から外れて観測が可能になる観測パターンO3あるいは片方の脚に完全に隠れてしまう観測パターンO5になる確率とが高くなるように設定されている。一時刻前に脚が観測できていない観測パターンO5の場合は、次の時刻でも観測パターンO5である確率が高く、他の観測パターンにはほぼ同程度の確率で遷移するように設定されている。
The second item in Equation 19 above is calculated as the product of the likelihood of the observed value y k of the Kalman filter of each leg F and the state transition probability of the observed patterns O1 to O5. In this embodiment, the transition probability matrix from observation patterns O1 to O5 one time ago is defined as shown in Equation 20 below. The horizontal arrangement of Equation 20 below corresponds to each of observation patterns O1 to O5 (SL pattern, LT pattern, FS_O pattern, FS_U pattern, and UO pattern) before transition (one time ago) from the left. The values in the vertical column of Equation 20 below indicate the probability of transitioning from the observation pattern before transition to observation patterns O1 to O5 in order from the top. As expressed by Equation 20 below, the transition of observation patterns O1 to O5 for calculating the weight w (n) k has the following characteristics. In the case of observation pattern O1, in which the leg is observed alone one time ago, the probability that the observation pattern O1 will be observed at the next time is high. It is set so that there is no transition to observation pattern O4, which is hidden. In the case of observation pattern O2, which is a state in which both legs are aligned one time ago, the probability of being in observation pattern O2 at the next time and the probability of transitioning to observation pattern O1, which is a state in which the legs are observed alone, are high. It is designed to be. In the case of observation pattern O3, in which both legs are observed in a stepped manner one time before, the probability that the next time will also be observation pattern O3, and the observation pattern O1 in which the legs are observed alone or the other leg. The design is such that the probability of transition to observation pattern O4, which is a state in which the observation pattern O4 is almost hidden, is high. If the observation pattern O4 is almost hidden behind the other leg one time ago, the probability that the same observation pattern O4 will be the same at the next time, and the observation pattern O3 that will be possible to observe after coming off the back of the other leg. Alternatively, the probability of the observation pattern O5 being completely hidden by one leg is set to be high. In the case of observation pattern O5 in which the leg was not observed one time ago, there is a high probability that it will be observation pattern O5 at the next time as well, and it is set so that it will transition to other observation patterns with almost the same probability. .

上記数式19における第三項目は、歩行位相の状態遷移確率に関する。本実施形態では、一時刻前の位相0~5からの遷移確率行列を下記数式21のように定義した。下記数式21の横の並びは、左から順に、遷移前(1時刻前)の位相0~5のそれぞれに対応する。下記数式21の縦の列の値は、上から順に、遷移前の位相から遷移後の位相0~5へ遷移する確率を示す。下記数式21で表されるように、重みw(n) を算出するための位相0~5の遷移は、次の特徴を有する。1時刻前に静止状態である位相0の場合は、次の時刻でも位相0である確率と左右いずれかの脚で歩き始める際の位相1および3に遷移する確率とが高くなるように設定されている。1時刻前に左脚が遊脚で加速している位相1の場合は、次の時刻でも位相1である確率と減速する位相2に遷移する確率とが高くなるように設定されている。1時刻前に左脚が遊脚で減速している位相2の場合は、次の時刻でも位相2である確率と右脚が遊脚で加速し始める位相3あるいはそのまま静止してしまう位相0に遷移する確率とが高くなるように設定されている。右脚が遊脚である位相3,4に関しても、位相1,2と同様の遷移を考慮した設計を行っている。また、位相0~4の場合には、次の時刻で歩行時には現れない位相5へ遷移する確率は非常に小さく設計されている。また、1時刻前が位相5の場合には、次の時刻で位相0~4へ同等の確率で遷移するように設計している。
The third item in Equation 19 above relates to the state transition probability of the walking phase. In this embodiment, the transition probability matrix from phases 0 to 5 one time ago is defined as shown in Equation 21 below. The horizontal arrangement of Equation 21 below corresponds to phases 0 to 5 before the transition (one time before) from the left. The values in the vertical column of Equation 21 below indicate the probability of transition from the pre-transition phase to the post-transition phase 0 to 5, starting from the top. As expressed by Equation 21 below, the transition of phases 0 to 5 for calculating the weight w (n) k has the following characteristics. If the phase is 0, which is a stationary state, one time ago, the probability of being in phase 0 at the next time and the probability of transitioning to phases 1 and 3 when starting to walk with either the left or right leg are set to be high. ing. If the left leg is in phase 1 and is accelerating with an idle leg one time ago, the probability of being in phase 1 at the next time and the probability of transitioning to phase 2 in which the left leg is decelerating are set to be high. If the left leg is in phase 2 and is decelerating in swing one time ago, the probability that the right leg will be in phase 2 at the next time as well as phase 3 where the right leg will start accelerating in swing or phase 0 where it will remain stationary. The probability of transition is set to be high. Phases 3 and 4, in which the right leg is free, are designed with the same transitions as phases 1 and 2 in mind. Furthermore, in the case of phases 0 to 4, the probability of transitioning to phase 5, which does not appear during walking, at the next time is designed to be extremely small. Furthermore, if the phase is 5 one time ago, it is designed to transition to phases 0 to 4 with equal probability at the next time.

リサンプリング部27gは、重みw(n) に基づいて淘汰及び複製されるように複数のパーティクルをリサンプリングする。例えばリサンプリング部27gは、重みw(n) が小さいほど淘汰され且つ重みw(n) が大きいほど複製されるように、複数のパーティクルをリサンプリングする。具体的には、リサンプリング部27gは、各パーティクルの重みw(n) を正規化し、下記数式22により有効サンプルサイズを算出する。リサンプリング部27gは、Neff が閾値より小さい場合に、リサンプリングを行う。例えばリサンプリング部27gは、等間隔リサンプリングを行う。なお、リサンプリング部27gで実施されるリサンプリングの具体的手法は特に限定されず、公知の種々のリサンプリング手法を用いてもよい。
The resampling unit 27g resamples the plurality of particles so that they are selected and duplicated based on the weight w (n) k . For example, the resampling unit 27g resamples a plurality of particles such that the smaller the weight w (n) k is, the more particles are culled, and the larger the weight w (n) k is, the more the particles are duplicated. Specifically, the resampling unit 27g normalizes the weight w (n) k of each particle and calculates the effective sample size using Equation 22 below. The resampling unit 27g performs resampling when N eff k is smaller than the threshold value. For example, the resampling unit 27g performs resampling at equal intervals. Note that the specific resampling method performed by the resampling unit 27g is not particularly limited, and various known resampling methods may be used.

脚追跡部27は、複数のパーティクルにおいて全時刻における両脚部の位置及び速度が推定された後であって最終的な重みw(n) の更新及びリサンプリングがなされた後、複数のパーティクルの中から重みw(n) に基づいて何れかの対応付けのパーティクルを選出する。ここでは、脚追跡部27は、複数のパーティクルの中から重みw(n) が最も大きい何れか一つを選出する。脚追跡部27は、選出した当該パーティクルにおける両脚部の位置及び速度に基づいて、被験者1の脚部Fの移動軌跡を取得する。 The leg tracking unit 27 estimates the positions and velocities of both legs of the plurality of particles at all times, and after the final weight w (n) k has been updated and resampled, the leg tracking unit 27 calculates the Particles with any correspondence are selected from among them based on the weight w (n) k . Here, the leg tracking unit 27 selects one of the plurality of particles having the largest weight w (n) k . The leg tracking unit 27 acquires the movement trajectory of the leg F of the subject 1 based on the position and velocity of both legs in the selected particle.

[歩行パラメータの算出]
歩行パラメータ算出部28は、取得した両脚部の移動軌跡から、歩行パラメータを算出する。歩行パラメータ算出部28は、立脚時間算出部28aと、着床位置算出部28bと、歩幅、歩隔及びストライド長算出部28cと、一歩目時間算出部28dと、反応時間算出部28eと、TUG遂行時間算出部28fと、を有する。
[Calculation of walking parameters]
The walking parameter calculating unit 28 calculates walking parameters from the acquired movement trajectories of both legs. The gait parameter calculation section 28 includes a stance time calculation section 28a, a landing position calculation section 28b, a step length, step distance and stride length calculation section 28c, a first step time calculation section 28d, a reaction time calculation section 28e, and a TUG. It has an execution time calculation section 28f.

立脚時間算出部28aは、片脚立脚時間及び両脚立脚時間を求める。本実施形態では、片脚立脚時間及び両脚立脚時間を求めるために、両脚の踵と中足骨部とに圧力センサを取り付けて行った被験者実験の解析結果に基づいて、接床時刻及び離床時刻を移動軌跡の取得後に厳密に算出する。 The stance time calculation unit 28a calculates the one-leg stance time and the double-leg stance time. In this embodiment, in order to determine the one-leg stance time and the double-leg stance time, the time of contact with the bed and the time of leaving the bed are determined based on the analysis results of a test subject in which pressure sensors were attached to the heels and metatarsals of both legs. is calculated strictly after acquiring the movement trajectory.

着床位置算出部28bは、歩幅,ストライド長,歩隔を算出するために、まず着床位置を求める。着床位置算出部28bは、レーザレンジセンサ10が脛の高さの脚部Fの移動軌跡を取得することから、直接、脚部Fの位置を計測することは困難である。そこで、着床位置算出部28bは、立脚中に脚部Fの速さが最小となった時刻に脚部Fが床面に対して垂直になることを考慮し、その時刻の脚部Fの位置を着床位置として算出する。 The landing position calculation unit 28b first calculates the landing position in order to calculate the stride length, stride length, and step distance. Since the laser range sensor 10 acquires the movement locus of the leg F at the height of the shin, it is difficult for the landing position calculation unit 28b to directly measure the position of the leg F. Therefore, the landing position calculation unit 28b takes into consideration that the leg F becomes perpendicular to the floor surface at the time when the speed of the leg F becomes the minimum during stance, and calculates the position of the leg F at that time. Calculate the position as the landing position.

歩幅、歩隔及びストライド長算出部28cは、算出した着床位置に基づいて、歩幅と歩隔とストライド長とを算出する。一歩目時間算出部28dは、スタート合図の時刻から一歩目の脚部Fが離床した時刻までの時間差を、一歩目時間として算出する。反応時間算出部28eは、椅子2の上に設置した圧力センサ15からの電圧値が、座っている状態から変動した時刻(閾値以下へ下がった時刻)を、反応時刻として算出する。反応時間算出部28eは、スタート合図の時刻から反応時刻までの時間差を、反応時間として算出する。 The step length, step distance, and stride length calculation unit 28c calculates the step length, step distance, and stride length based on the calculated landing position. The first step time calculation unit 28d calculates the time difference from the time of the start signal to the time when the leg F leaves the floor for the first step, as the first step time. The reaction time calculation unit 28e calculates the time when the voltage value from the pressure sensor 15 installed on the chair 2 changes from the sitting state (the time when it falls below the threshold value) as the reaction time. The reaction time calculation unit 28e calculates the time difference from the time of the start signal to the reaction time as the reaction time.

TUG遂行時間算出部28fは、被験者1が再び椅子2に着席すると圧力センサ15の電圧値が変動することを利用し、当該電圧値の立上がり時刻を終了時刻とする。つまり、圧力センサ15で検出した圧力情報に基づいて、被験者1の椅子2への着席を検出する。TUG遂行時間算出部28fは、スタート合図から終了時刻までの時間差を、TUG試験の試験遂行時間として算出する。 The TUG execution time calculation unit 28f takes advantage of the fact that the voltage value of the pressure sensor 15 changes when the subject 1 sits on the chair 2 again, and sets the rise time of the voltage value as the end time. That is, based on the pressure information detected by the pressure sensor 15, the seating of the subject 1 on the chair 2 is detected. The TUG performance time calculation unit 28f calculates the time difference from the start signal to the end time as the test performance time of the TUG test.

また、歩行パラメータ算出部28は、両脚部の移動軌跡とマーカ3の中心位置とに基づいて、マーカ3との最短距離を算出する。歩行パラメータ算出部28は、取得した両脚部の移動軌跡から、その他の一般的歩行パラメータを算出する。 Furthermore, the walking parameter calculation unit 28 calculates the shortest distance to the marker 3 based on the movement trajectory of both legs and the center position of the marker 3. The walking parameter calculation unit 28 calculates other general walking parameters from the acquired movement trajectory of both legs.

モニタ30は、データ解析部24で解析した解析結果を出力する出力部である。モニタ30は、データ解析部24で解析した解析結果を表示し、被験者1にフィードバックする。モニタ30は、センサデータ取得部21で取得された、又は、記憶部22に記憶された距離情報、脚部情報及び圧力情報を出力することもできる。なお、モニタ30は、表示に代えて又は加えて音声等を出力する構成としてもよい。また、モニタ30に代えて若しくは加えて、演算結果等を紙媒体にプリント出力するプリンタを備えていてもよい。モニタ30は、電子制御装置20と一体的に設けられていてもよく、例えばパーソナルコンピュータや専用制御用コンピュータ等の表示部であってもよい。 The monitor 30 is an output unit that outputs the analysis results analyzed by the data analysis unit 24. The monitor 30 displays the analysis results analyzed by the data analysis unit 24 and provides feedback to the subject 1. The monitor 30 can also output distance information, leg information, and pressure information acquired by the sensor data acquisition unit 21 or stored in the storage unit 22. Note that the monitor 30 may be configured to output audio or the like instead of or in addition to the display. Further, instead of or in addition to the monitor 30, a printer may be provided to print out calculation results and the like on a paper medium. The monitor 30 may be provided integrally with the electronic control device 20, and may be, for example, a display section of a personal computer, a dedicated control computer, or the like.

[歩行計測システム100による歩行計測]
次に、本実施形態の歩行計測システム100を用いてTUG試験における歩行特性を計測する場合について、図11に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
[Gait measurement by gait measurement system 100]
Next, the case where the gait characteristics in the TUG test are measured using the gait measurement system 100 of this embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 11.

図11に示すように、TUG試験における計測の処理は、キャリブレーションフェーズ(試行前のキャリブレーション)と、計測フェーズ(TUG試験の試行中の計測)と、解析フェーズ(試行後のデータ解析)と、の3つのフェーズに分けられる。キャリブレーションフェーズでは、2本のポール40を用いてレーザレンジセンサ10の位置合わせ、及び、被験者1の脚部Fの幅wの計測が行われる。キャリブレーション終了後、例えば電子制御装置20から音で被験者1にスタート合図(TUG試験開始の指示)が通知され、計測フェーズに移行する。計測フェーズでは、レーザレンジセンサ10の距離情報と圧力センサ15の圧力情報とが同期されて取得及び保存される。そして、圧力情報から被験者1の着席が検出された後、解析フェーズに移行する。解析フェーズでは、データ解析部24において、保存したデータを基に両脚部の位置の追跡が行われて移動軌跡が取得され、取得された移動軌跡に基づいて歩行パラメータが算出される。以下に具体的に説明する。 As shown in Figure 11, the measurement process in the TUG test consists of a calibration phase (calibration before the trial), a measurement phase (measurement during the TUG trial), and an analysis phase (data analysis after the trial). It can be divided into three phases: In the calibration phase, the two poles 40 are used to align the laser range sensor 10 and measure the width wl of the leg F of the subject 1. After the calibration is completed, a start signal (instruction to start the TUG test) is notified to the subject 1 by sound, for example, from the electronic control device 20, and the process moves to the measurement phase. In the measurement phase, distance information from the laser range sensor 10 and pressure information from the pressure sensor 15 are acquired and stored in synchronization. Then, after the seating of subject 1 is detected from the pressure information, the process moves to the analysis phase. In the analysis phase, the data analysis unit 24 tracks the positions of both legs based on the stored data to obtain a movement trajectory, and calculates walking parameters based on the obtained movement trajectory. This will be explained in detail below.

まず、被験者1に動作を開始させる前に、キャリブレーションが実行される。キャリブレーションでは、レーザレンジセンサ10によるスキャンが実行される。すなわち、レーザレンジセンサ10から、水平方向に沿って走査するようにレーザ光Lが出射され、レーザ光Lの反射状態に基づいて距離情報が取得される(ステップS1)。これにより、被験者1の脚部F及び2つのポール40の位置が観測される。 First, before subject 1 starts a movement, calibration is performed. In the calibration, a scan is performed by the laser range sensor 10. That is, the laser beam L is emitted from the laser range sensor 10 so as to scan along the horizontal direction, and distance information is acquired based on the reflection state of the laser beam L (step S1). Thereby, the positions of the leg F of the subject 1 and the two poles 40 are observed.

観測された脚部Fのエッジ位置間の幅から、被験者1の脚部Fの幅(脚部情報)wが検出される(ステップS2)。検出された脚部情報は記憶部22に保存される。レーザレンジセンサ10で2つのポール40の位置関係を求めることで、レーザレンジセンサ10がマーカ3に対して適切な位置及び方向で設置されているか否かが計測者等によって確認され、必要に応じてレーザレンジセンサ10の位置合わせが実施される(ステップS3)。なお、前述したように2本のポール40とマーカ3との相対位置関係を厳密にさえすれば、レーザレンジセンサ10の設置精度は粗くても構わない。 The width (leg information) w l of the leg F of the subject 1 is detected from the observed width between the edge positions of the leg F (step S2). The detected leg information is stored in the storage unit 22. By determining the positional relationship between the two poles 40 with the laser range sensor 10, a measurer etc. can confirm whether the laser range sensor 10 is installed at an appropriate position and direction with respect to the marker 3, and if necessary, Then, the positioning of the laser range sensor 10 is performed (step S3). Note that, as described above, as long as the relative positional relationship between the two poles 40 and the marker 3 is made strictly, the installation accuracy of the laser range sensor 10 may be rough.

キャリブレーションが終了するまで、上記ステップS1~ステップS3における一連の処理が繰り返し実施される(ステップS4)。キャリブレーションが終了してから何秒か経過後、自動的に(又は、計測者による手動で)スタート合図が被験者1に通知され、TUG試験が開始される(ステップS5)。 The series of processes in steps S1 to S3 described above are repeated until the calibration is completed (step S4). After several seconds have elapsed since the end of the calibration, a start signal is automatically (or manually by the measurer) notified to the subject 1, and the TUG test is started (step S5).

TUG試験の試行中においては、レーザレンジセンサ10によるスキャンが実行され、センサデータ取得部21により、被験者1の脚部Fの距離に関する距離情報が経時的に取得される(ステップS6)。センサデータ取得部21により、圧力センサ15から圧力情報が取得される(ステップS7)。着席判定部23により、当該圧力情報に基づいて被験者1が起立したか否かが判定される(ステップS8)。被験者1が起立していないと判定された場合、上記ステップS6の処理へ戻る。被験者1が起立していると判定された場合、着席判定部23により、当該圧力情報に基づいて被験者1が着席したか否かが判定される(ステップS9)。着席していないと判定された場合、未だTUG試験の途中であり、上記ステップS6の処理へ戻る。被験者1が着席したと判定された場合、TUG試験が終了したとして、以下のデータ解析が実行される。 During the trial of the TUG test, the laser range sensor 10 performs a scan, and the sensor data acquisition unit 21 acquires distance information regarding the distance of the leg F of the subject 1 over time (step S6). The sensor data acquisition unit 21 acquires pressure information from the pressure sensor 15 (step S7). The seating determination unit 23 determines whether the subject 1 has stood up based on the pressure information (step S8). If it is determined that the subject 1 is not standing up, the process returns to step S6. If it is determined that the subject 1 is standing up, the seating determination unit 23 determines whether the subject 1 is seated based on the pressure information (step S9). If it is determined that the person is not seated, the TUG test is still in progress, and the process returns to step S6. If it is determined that subject 1 is seated, it is assumed that the TUG test has ended, and the following data analysis is performed.

データ解析では、脚位置の追跡プロセスが行われ、パーティクルフィルタにおける複数のパーティクルの初期化が行われる(ステップS10)。時刻kにおいて、保存された距離情報に基づき脚検出部26により観測値yが検出される(ステップS11)。時刻kにおいて、各パーティクル毎に、予測位置算出部27cにより予測位置が算出される(ステップS12)。時刻kにおいて、各パーティクル毎に、相関処理部27dによりランダムに対応付けが行われる(ステップS13)。時刻kにおいて、各パーティクル毎に、更新処理部27eにより状態量が更新される(ステップS14)。これにより、時刻kにおける両脚部の位置及び速度が推定される。時刻kにおいて、各パーティクル毎に、重み算出部27fにより重みw(n) が算出される(ステップS15)。時刻kにおいて、リサンプリング部27gによりリサンプリングが行われる(ステップS16)。 In the data analysis, a leg position tracking process is performed and a plurality of particles in a particle filter are initialized (step S10). At time k, the leg detection unit 26 detects the observed value yk based on the stored distance information (step S11). At time k, a predicted position is calculated for each particle by the predicted position calculation unit 27c (step S12). At time k, the correlation processing unit 27d randomly correlates each particle (step S13). At time k, the state quantity is updated for each particle by the update processing unit 27e (step S14). As a result, the positions and speeds of both legs at time k are estimated. At time k, the weight calculation unit 27f calculates a weight w (n) k for each particle (step S15). At time k, resampling is performed by the resampling unit 27g (step S16).

続いて、記憶部22に記憶された保存データ(時刻に関連付けられて保存された距離情報)の全てについて、上記データ解析に係る各処理が終了したかを判定するデータ終了判定が行われる(ステップS17)。上記ステップS17でNoの場合、次の時刻の上記ステップS11の処理へ以降する。一方、上記ステップS17でYesの場合、脚位置の追跡プロセスが終了したと判断される。 Subsequently, a data end determination is performed to determine whether each process related to the data analysis has been completed for all of the stored data (distance information stored in association with time) stored in the storage unit 22 (step S17). If No in step S17, the process proceeds to step S11 at the next time. On the other hand, if the answer in step S17 is Yes, it is determined that the leg position tracking process has ended.

その後、脚追跡部27は、複数のパーティクルの中から重みw(n) が最も大きい何れか一つを選出する。脚追跡部27は、選出した当該パーティクルにおける両脚部の位置及び速度に基づいて、TUG試験における被験者1の両脚部の移動軌跡を取得する。そして、歩行パラメータ算出部28により、取得した両脚部の移動軌跡から歩行パラメータが算出される(ステップS18)。保存データ解析の解析結果及び/又は歩行パラメータがモニタ30に出力される(ステップS19)。 Thereafter, the leg tracking unit 27 selects one particle having the largest weight w (n) k from among the plurality of particles. The leg tracking unit 27 acquires the movement locus of both legs of the subject 1 in the TUG test based on the position and velocity of both legs in the selected particle. Then, the walking parameter calculation unit 28 calculates the walking parameters from the acquired movement trajectory of both legs (step S18). The analysis results and/or walking parameters of the saved data analysis are output to the monitor 30 (step S19).

以上、歩行計測システム100によれば、複数のパーティクル毎に、被験者1の両脚部の予測位置それぞれを観測値に対応付けする。これにより、複数の対応付けの可能性を持つことができる。そして、複数のパーティクルの中から重みw(n) に基づき何れかの対応付けのパーティクルを選出して両脚部の予測位置を決定し、移動軌跡を取得する。この重みw(n) は、歩行する被験者1の脚部Fに見出される特有の特徴、すなわち、歩行位相及び観測パターンの遷移から算出される。よって、複数の対応付けの可能性のうち被験者1にとって尤もらしい何れかに基づいて、移動軌跡を取得することが可能となる。したがって、誤った対応付けに基づき移動軌跡を取得してしまうことを抑制することができ、被験者1の脚部位置を精度よく追跡することが可能となる。誤追跡を低減することが可能となる。 As described above, according to the gait measurement system 100, each predicted position of both legs of the subject 1 is associated with an observed value for each of a plurality of particles. This allows for the possibility of multiple associations. Then, particles with any correspondence are selected from among the plurality of particles based on the weight w (n) k , the predicted positions of both legs are determined, and the movement trajectory is obtained. This weight w (n) k is calculated from the unique features found in the legs F of the walking subject 1, that is, the walking phase and the transition of the observed pattern. Therefore, it is possible to obtain a movement trajectory based on one of the plurality of association possibilities that is plausible for the subject 1. Therefore, it is possible to prevent a movement trajectory from being acquired based on an incorrect association, and it is possible to accurately track the leg position of the subject 1. This makes it possible to reduce erroneous tracking.

歩行計測システム100では、歩行位相の遷移に基づき重みw(n) を算出する。この場合、歩行位相が周期的に変化することを考慮して、各パーティクルの重みw(n) を算出することができる。 The gait measurement system 100 calculates the weight w (n) k based on the transition of the gait phase. In this case, the weight w (n) k of each particle can be calculated taking into account that the walking phase changes periodically.

歩行計測システム100では、両脚部が該当する観測パターンの遷移に基づき、重みw(n) を算出する。この場合、両脚部の観測パターンが周期的に変化することを考慮して、各パーティクルの重みw(n) を算出することができる。 The gait measurement system 100 calculates the weight w (n) k based on the transition of the observation pattern that applies to both legs. In this case, the weight w (n) k of each particle can be calculated by taking into account that the observed pattern of both legs changes periodically.

歩行計測システム100では、データ解析部24は、脚検出部26、予測位置算出部27c及び相関処理部27dを有する。脚検出部26は、距離情報から観測値yを検出する。予測位置算出部27cは、複数のパーティクル毎に、両脚部の予測位置を、過去の時刻の両脚部の位置に基づいて算出する。相関処理部27dは、複数のパーティクル毎に、予測位置を基準にゲートGAを設定し、ゲートGA内に存在する観測値y及び観測値y無しとする観測結果のうちの何れかに対して、被験者1の両脚部の予測位置のそれぞれをランダムに対応付けする。この場合、予測位置を基準に設定したゲートGAを利用して、各パーティクルにおける対応付けを行うができる。 In the gait measurement system 100, the data analysis section 24 includes a leg detection section 26, a predicted position calculation section 27c, and a correlation processing section 27d. The leg detection unit 26 detects the observed value yk from the distance information. The predicted position calculation unit 27c calculates the predicted positions of both legs for each of the plurality of particles based on the positions of both legs at past times. The correlation processing unit 27d sets a gate GA for each of the plurality of particles based on the predicted position, and calculates the value for either the observed value y k existing within the gate GA or the observed value y k absent. Then, the predicted positions of both legs of subject 1 are randomly associated with each other. In this case, it is possible to associate each particle using a gate GA set based on the predicted position.

歩行計測システム100では、データ解析部24は、更新処理部27e及び重み算出部27fを有する。更新処理部27eでは、複数のパーティクル毎に、相関処理部27dによる対応付けの後、脚部Fの状態量を更新する。重み算出部27fは、複数のパーティクル毎に、更新処理部27eによる更新の後、歩行位相及び観測パターンの遷移から重みw(n) を算出する。この場合、パーティクルフィルタを用いた脚部位置の追跡において、各パーティクルの重みw(n) を具体的に算出することができる。 In the gait measurement system 100, the data analysis section 24 includes an update processing section 27e and a weight calculation section 27f. The update processing unit 27e updates the state quantity of the leg F after the correlation processing unit 27d associates each particle with each other. The weight calculation unit 27f calculates a weight w (n) k for each plurality of particles from the transition of the walking phase and the observed pattern after the update processing unit 27e updates the particles. In this case, in tracking the leg position using a particle filter, the weight w (n) k of each particle can be specifically calculated.

歩行計測システム100では、予測位置算出部27cは、カルマンフィルタを用いて両脚部の位置を予測することで、両脚部の予測位置を算出する。更新処理部27eは、カルマンフィルタの更新処理を行う。この場合、カルマンフィルタを利用して、被験者1の脚部位置を精度よく追跡することができる。 In the gait measurement system 100, the predicted position calculation unit 27c calculates the predicted positions of both legs by predicting the positions of both legs using a Kalman filter. The update processing unit 27e performs Kalman filter update processing. In this case, the leg position of the subject 1 can be accurately tracked using the Kalman filter.

歩行計測システム100では、データ解析部24は、リサンプリング部27gを有する。リサンプリング部27gは、重みw(n) に基づき淘汰及び複製されるように、複数のパーティクルをリサンプリングする。この場合、パーティクルフィルタを用いた脚部位置の追跡において、必要なパーティクルの数を抑えることができる。少ないパーティクル数で対応付けの仮説の保持と状態量の推定とが可能となる。 In the gait measurement system 100, the data analysis section 24 includes a resampling section 27g. The resampling unit 27g resamples the plurality of particles so that they are selected and duplicated based on the weight w (n) k . In this case, the number of particles required can be reduced in tracking the leg position using the particle filter. It is possible to maintain the association hypothesis and estimate the state amount with a small number of particles.

図12及び図13は、パーティクルフィルタを用いた対応付けを説明する図である。図12(a)は時刻kの第1パーティクルPT1における対応付けの結果を示し、図12(b)は時刻kの第2パーティクルPT2における対応付けの結果を示し、図12(c)は時刻kの第3パーティクルPT3における対応付けの結果を示す。図13(a)は時刻k+1の第1パーティクルPT1における対応付けの結果を示し、図13(b)は時刻k+1の第2パーティクルPT2における対応付けの結果を示し、図13(c)は時刻k+1の第3パーティクルPT3における対応付けの結果を示す。 FIGS. 12 and 13 are diagrams illustrating association using a particle filter. FIG. 12(a) shows the result of the association for the first particle PT1 at time k, FIG. 12(b) shows the result of association for the second particle PT2 at time k, and FIG. 12(c) shows the result of association for the second particle PT2 at time k. The results of the association for the third particle PT3 are shown. FIG. 13(a) shows the result of the association in the first particle PT1 at time k+1, FIG. 13(b) shows the result of association in the second particle PT2 at time k+1, and FIG. 13(c) shows the result of association in the second particle PT2 at time k+1. The results of the association for the third particle PT3 are shown.

図12(a)~図12(c)の例では、誤検出の観測値y と観測値y とが検出されている。第1パーティクルP1では、左脚の予測位置が観測値y に対応付けされ、右脚の予測位置が観測値y に対応付けられている。第2パーティクルP2では、左脚の予測位置が観測値y に対応付けされ、右脚の予測位置が観測値y に対応付けられている。第3パーティクルP3では、左脚の予測位置が観測値無しとする観測結果に対応付けられ、右脚の予測位置が観測値y に対応付けられている。第3パーティクルでは、左脚の予測位置に対応付けされる観測値が無いことから、左脚の予測位置が左脚の位置として取得される。このような例では、重みw(1) >重みw(2) >重みw(3) となる。 In the examples of FIGS. 12(a) to 12(c), erroneously detected observed values y k 1 and y k 2 are detected. In the first particle P1, the predicted position of the left leg is associated with the observed value y k 1 , and the predicted position of the right leg is associated with the observed value y k 2 . In the second particle P2, the predicted position of the left leg is associated with the observed value y k 2 , and the predicted position of the right leg is associated with the observed value y k 1 . In the third particle P3, the predicted position of the left leg is associated with the observation result of no observed value, and the predicted position of the right leg is associated with the observed value y k 2 . For the third particle, since there is no observation value associated with the predicted position of the left leg, the predicted position of the left leg is acquired as the position of the left leg. In such an example, weight w (1) k > weight w (2) k > weight w (3) k .

図13(a)~図13(c)の例では、観測値yk+1 と観測値yk+1 とが検出されている。第1パーティクルP1では、左脚の予測位置が観測値yk+1 に対応付けされ、右脚の予測位置が観測値yk+1 に対応付けられている。第2パーティクルP2では、左脚の予測位置が観測値yk+1 に対応付けされ、右脚の予測位置が観測値yk+1 に対応付けられている。第3パーティクルP3では、左脚の予測位置が観測値yk+1 に対応付けられ、右脚の予測位置が観測値yk+1 に対応付けられている。このような例では、重みw(3) k+1>>重みw(2) k+1>重みw(1) k+1となる。その結果、リサンプリングにより、例えば第1パーティクルPT1は淘汰されると共に、第3パーティクルPT3は複製されることとなる。 In the examples shown in FIGS. 13(a) to 13(c), observed value y k+1 1 and observed value y k+1 2 are detected. In the first particle P1, the predicted position of the left leg is associated with the observed value y k+1 2 , and the predicted position of the right leg is associated with the observed value y k+1 1 . In the second particle P2, the predicted position of the left leg is associated with the observed value y k+1 2 , and the predicted position of the right leg is associated with the observed value y k+1 1 . In the third particle P3, the predicted position of the left leg is associated with the observed value y k+1 1 , and the predicted position of the right leg is associated with the observed value y k+1 2 . In such an example, weight w (3) k+1 >> weight w (2) k+1 > weight w (1) k+1 . As a result, by resampling, for example, the first particles PT1 are eliminated, and the third particles PT3 are duplicated.

図14(a)は、比較例に係るTUG試験の追跡結果を示す図である。図14(b)は、実施例に係るTUG試験の追跡結果を示す図である。比較例に係る追跡結果は、従来の歩行計測システムにより得られた追跡結果である。実施例に係る追跡結果は、歩行計測システム100により得られた追跡結果である。図14(a)に示されるように,比較例に係る追跡結果では、マーカ3を旋回する動作の開始時に左右の脚部Fが入替ってしまう誤追跡が確認できる(図中の破線丸枠内参照)。これに対して、図14(b)に示されるように,実施例に係る追跡結果では、パーティクルフィルタによる複数の仮説の保持と歩行位相及び観測パターンの遷移を考慮した相関処理とにより、両脚部が入れ替わることなく追跡を継続できることが確認できる。 FIG. 14(a) is a diagram showing the tracking results of the TUG test according to the comparative example. FIG. 14(b) is a diagram showing the tracking results of the TUG test according to the example. The tracking result according to the comparative example is a tracking result obtained by a conventional walking measurement system. The tracking results according to the embodiment are the tracking results obtained by the gait measurement system 100. As shown in FIG. 14(a), in the tracking results related to the comparative example, it can be confirmed that the left and right legs F are swapped at the start of the movement of turning the marker 3 (in the broken line circle frame in the figure). (see inside). On the other hand, as shown in FIG. 14(b), in the tracking results according to the example, both legs are It can be confirmed that tracking can be continued without being replaced.

歩行計測システム100では、小型で二次元平面の距離情報が取得可能なレーザレンジセンサ10と圧力センサ15と用いて、TUG試験の計測における誤識別の少ない両脚部の位置の追跡及び計測精度の向上を実現できる。歩行計測システム100では、歩行試験の試行中にリアルタイムで解析するのではなく、歩行試験が終了した後にデータ解析部24により解析(後解析)する。これにより、厳密な移動軌跡及び歩行パラメータの算出が可能となる。なお、歩行計測システム100では、歩行試験を試行しながらデータ解析部24で歩行特性を解析することも勿論可能である。 The gait measurement system 100 uses a small laser range sensor 10 and a pressure sensor 15 that can acquire distance information on a two-dimensional plane to track the positions of both legs and improve measurement accuracy with less misidentification during TUG test measurements. can be realized. In the gait measurement system 100, the data analysis unit 24 performs analysis (post-analysis) after the gait test is completed, rather than performing analysis in real time during the gait test trial. This makes it possible to accurately calculate the movement trajectory and walking parameters. Note that in the gait measurement system 100, it is of course possible for the data analysis unit 24 to analyze the gait characteristics while attempting the gait test.

[変形例]
以上、本発明の一態様について説明したが、本発明の一態様は上記実施形態に限られず、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。
[Modified example]
Although one aspect of the present invention has been described above, one aspect of the present invention is not limited to the above embodiments, and may be modified or applied to other things without changing the gist of each claim. .

上記実施形態では、被験者1の歩行位相の遷移及び観測パターンの遷移から重みw(n) を算出したが、これの何れか一方のみから重みw(n) を算出してもよい。上記実施形態では、重みw(n) を算出する上記数式19は、観測パターンの遷移に係る第二項目と歩行位相の遷移に係る第三項目との積で表されているが、第二項目と第三項目との和又は差で表されていてもよい。上記実施形態において、歩行状態の遷移としては歩行位相の遷移及び観測パターンの遷移に限られず、その他の両脚部の位置に基づく歩行状態の遷移であってもよい。 In the above embodiment, the weight w (n) k is calculated from the transition of the walking phase of the subject 1 and the transition of the observation pattern, but the weight w (n) k may be calculated from only one of them. In the above embodiment, the above formula 19 for calculating the weight w (n) k is expressed as the product of the second item related to the transition of the observed pattern and the third item related to the transition of the walking phase, but the second item It may be expressed as the sum or difference between the item and the third item. In the embodiment described above, the transition of the walking state is not limited to the transition of the walking phase and the transition of the observed pattern, but may be a transition of the walking state based on the positions of other legs.

上記実施形態では、リサンプリング部27gにより複数のパーティクルをリサンプリングしたが、場合によっては、リサンプリング部27gは無くてもよい。上記実施形態では、重みw(n) が最も大きいパーティクルにおける両脚部の位置及び速度から脚部Fの移動軌跡を取得したが、これに限定されない。例えば重みw(n) が所定以上のパーティクルの何れかから移動軌跡を取得してもよい。要は、重みw(n) に基づいて何れかの対応付けのパーティクルを選出し、選出した当該パーティクルから移動軌跡を取得すればよい。 In the embodiment described above, a plurality of particles are resampled by the resampling unit 27g, but depending on the case, the resampling unit 27g may not be necessary. In the above embodiment, the movement locus of the leg F is obtained from the position and velocity of both legs of the particle with the largest weight w (n) k , but the present invention is not limited thereto. For example, the movement trajectory may be acquired from any particle whose weight w (n) k is a predetermined value or more. In short, it is sufficient to select a particle with any correspondence based on the weight w (n) k and obtain a movement trajectory from the selected particle.

上記実施形態では、歩行計測システム100をTUG試験おける歩行特性の計測に適用したが、これに限定されず、例えばMTST、Rhythmic Stepping Exercise(RSE)、及び、その他の種々の歩行訓練等における歩行特性の計測に歩行計測システム100を適用することができる。 In the above embodiment, the gait measurement system 100 is applied to the measurement of gait characteristics in the TUG test, but the invention is not limited to this, and for example, gait characteristics in MTST, Rhythmic Stepping Exercise (RSE), and other various gait trainings. The gait measurement system 100 can be applied to the measurement of .

上記実施形態では、距離情報取得部としてレーザレンジセンサ10を用いたが、床面から所定高さの位置における距離情報を取得可能なものであれば、種々のセンサや装置を用いることができる。例えば、上述の二次元平面距離情報を取得可能とされた赤外線センサ等を、距離情報取得部として用いてもよい。上記実施形態は、レーザレンジセンサ10を1つ備えるが、複数備えていてもよい。上記実施形態では、基準部材としてポール40を用いたが、これに限定されない。基準部材としては、マーカ3に対するレーザレンジセンサ10の位置合わせを行い得る部材であれば、種々の部材を用いてもよい。 In the above embodiment, the laser range sensor 10 is used as the distance information acquisition unit, but various sensors and devices can be used as long as they can acquire distance information at a position at a predetermined height from the floor surface. For example, an infrared sensor or the like capable of acquiring the above-mentioned two-dimensional plane distance information may be used as the distance information acquisition section. Although the above embodiment includes one laser range sensor 10, it may include a plurality of laser range sensors. In the embodiment described above, the pole 40 is used as the reference member, but the present invention is not limited thereto. As the reference member, various members may be used as long as they can align the laser range sensor 10 with respect to the marker 3.

上記実施形態では、マーカ3に近づく(椅子2から遠ざかる)被験者1の後方側からレーザ光Lが照射されるようにレーザレンジセンサ10を配置したが、マーカ3に近づく被験者1の前方側からレーザ光Lが照射されるようにレーザレンジセンサ10を配置してもよい。場合によっては、マーカ3に近づく被験者1の側方側からレーザ光Lが照射されるようにレーザレンジセンサ10を配置してもよい。上記実施形態では、椅子2の下部にレーザレンジセンサ10を配置したが、レーザレンジセンサ10の配置位置は限定されず、被験者1に対するレーザ光Lの照射態様に応じてレーザレンジセンサ10を配置すればよい。 In the above embodiment, the laser range sensor 10 is arranged so that the laser beam L is irradiated from the rear side of the subject 1 approaching the marker 3 (away from the chair 2), but the laser range sensor 10 is irradiated from the front side of the subject 1 approaching the marker 3. The laser range sensor 10 may be arranged so as to be irradiated with the light L. In some cases, the laser range sensor 10 may be arranged so that the laser beam L is irradiated from the side of the subject 1 approaching the marker 3. In the above embodiment, the laser range sensor 10 is placed at the bottom of the chair 2, but the placement position of the laser range sensor 10 is not limited, and the laser range sensor 10 may be placed according to the irradiation mode of the laser beam L to the subject 1. Bye.

上記実施形態では、被験者1の椅子2からの立上がり(動出し)及び椅子2への着席を圧力センサ15の圧力情報により判別したが、圧力センサ15による判別に加えて又は圧力センサ15を省略し、レーザレンジセンサ10の検出結果に基づいて当該立上がり及び当該着席を判別してもよい。上記実施形態では、圧力情報に基づいて被験者1の立上がり及び着席を検出したが、圧力情報に基づいて立上がりのみを検出してもよいし、圧力情報に基づいて着席のみを検出してもよい。 In the embodiment described above, the standing up (movement) of the subject 1 from the chair 2 and the sitting on the chair 2 are determined based on the pressure information of the pressure sensor 15. , based on the detection results of the laser range sensor 10, the rising and seating may be determined. In the embodiment described above, standing up and sitting down of the subject 1 was detected based on the pressure information, but only standing up may be detected based on the pressure information, or only sitting down may be detected based on the pressure information.

なお、本発明は、上記歩行計測システム100により実施される歩行計測方法として捉えることができる。本発明は、当該歩行計測方法(上記歩行計測システム100の各処理)をコンピュータに実行させる歩行計測プログラムとして捉えることができる。 Note that the present invention can be understood as a gait measurement method implemented by the gait measurement system 100 described above. The present invention can be understood as a gait measurement program that causes a computer to execute the gait measurement method (each process of the gait measurement system 100 described above).

1…被験者(対象者)、10…レーザレンジセンサ(距離情報取得部)、24…データ解析部、26…脚検出部(観測値検出部)、27c…予測位置算出部、27d…相関処理部、27e…更新処理部、27f…重み算出部、27g…リサンプリング部、100…歩行計測システム、F…脚部、L…レーザ光(検出波)。 1... Subject (target person), 10... Laser range sensor (distance information acquisition section), 24... Data analysis section, 26... Leg detection section (observed value detection section), 27c... Predicted position calculation section, 27d... Correlation processing section , 27e...Update processing unit, 27f...Weight calculation unit, 27g...Resampling unit, 100...Walking measurement system, F...Leg, L...Laser light (detection wave).

Claims (7)

歩行する対象者の脚部位置を追跡する歩行計測システムであって、
水平方向に沿って走査するように検出波を出射し、該検出波の反射状態に基づいて該検出波を反射した物体との距離に関する距離情報を経時的に取得する距離情報取得部と、
前記距離情報取得部で取得された前記距離情報に少なくとも基づき、パーティクルフィルタを用いて、前記対象者の脚部の移動軌跡を取得するデータ解析部と、を備え、
前記データ解析部は、
前記距離情報に基づいて、前記脚部の位置候補である1又は複数の観測値を検出し、
複数のパーティクル毎に、前記観測値及び前記観測値無しとする観測結果のうちの何れかに対して前記対象者の両脚部の予測位置のそれぞれをランダムに対応付けすると共に、当該両脚部の予測位置に基づく歩行状態の遷移から重みを算出し、
複数の前記パーティクルの中から前記重みに基づいて何れかの対応付けのパーティクルを選出し、選出した当該パーティクルにおける前記両脚部の予測位置に基づいて、前記移動軌跡を取得する、歩行計測システム。
A gait measurement system that tracks the leg position of a walking subject,
a distance information acquisition unit that emits a detection wave so as to scan along a horizontal direction, and acquires distance information over time regarding a distance to an object that reflected the detection wave based on a reflection state of the detection wave;
a data analysis unit that uses a particle filter to acquire a movement trajectory of the leg of the subject based on at least the distance information acquired by the distance information acquisition unit;
The data analysis section includes:
Detecting one or more observed values that are position candidates for the leg based on the distance information,
For each of a plurality of particles, each of the predicted positions of both legs of the subject is randomly associated with either the observed value or the observation result of no observed value, and the predicted position of both legs of the subject is randomly associated. Calculate the weight from the transition of the walking state based on the position,
A gait measurement system that selects particles with any correspondence from among the plurality of particles based on the weights, and obtains the movement trajectory based on predicted positions of the legs in the selected particles.
前記両脚部の位置に少なくとも基づく前記対象者の歩行状態の前記遷移は、歩行位相の遷移である、請求項1に記載の歩行計測システム。 The gait measurement system according to claim 1, wherein the transition of the walking state of the subject based at least on the positions of both legs is a transition of a walking phase. 前記両脚部の位置に少なくとも基づく前記対象者の歩行状態の前記遷移は、前記両脚部が該当する観測パターンの遷移である、請求項1又は2に記載の歩行計測システム。 The gait measurement system according to claim 1 or 2, wherein the transition of the walking state of the subject based at least on the positions of the legs is a transition of an observation pattern to which the legs correspond. 前記データ解析部は、
予め設定された観測パターンを用いて、前記距離情報から前記観測値を検出する観測値検出部と、
複数の前記パーティクル毎に、前記両脚部の予測位置を、過去の時刻の前記両脚部の位置に基づいて算出する予測位置算出部と、
複数の前記パーティクル毎に、前記予測位置を基準に所定範囲に拡がるゲートを設定し、前記ゲート内に存在する前記観測値及び前記観測値無しとする観測結果のうちの何れかに対して、前記対象者の両脚部の予測位置のそれぞれをランダムに対応付けする相関処理部と、を有する、請求項1~3の何れか一項に記載の歩行計測システム。
The data analysis section includes:
an observed value detection unit that detects the observed value from the distance information using a preset observation pattern;
a predicted position calculation unit that calculates a predicted position of both the legs for each of the plurality of particles based on the positions of the legs at a past time;
For each of the plurality of particles, a gate that extends over a predetermined range based on the predicted position is set, and for either the observed value existing within the gate or the observation result in which there is no observed value, the The gait measurement system according to any one of claims 1 to 3, further comprising a correlation processing unit that randomly associates predicted positions of both legs of the subject.
前記データ解析部は、
複数の前記パーティクル毎に、前記相関処理部による対応付けの後、前記対象者の脚部の状態量を更新する更新処理部と、
複数の前記パーティクル毎に、前記更新処理部による更新の後、前記対象者の歩行状態の遷移から前記重みを算出する重み算出部と、を有する、請求項4に記載の歩行計測システム。
The data analysis section includes:
an update processing unit that updates the state quantity of the leg of the subject after being associated by the correlation processing unit for each of the plurality of particles;
The gait measurement system according to claim 4, further comprising: a weight calculation unit that calculates the weight based on a transition in the walking state of the subject after the update processing unit updates each of the plurality of particles.
前記予測位置算出は、カルマンフィルタを用いて前記両脚部の位置を予測することで、前記両脚部の予測位置を算出し、
前記更新処理部は、前記カルマンフィルタの更新処理を行う、請求項5に記載の歩行計測システム。
The predicted position calculation calculates the predicted position of both legs by predicting the positions of both legs using a Kalman filter,
The gait measurement system according to claim 5, wherein the update processing unit performs update processing of the Kalman filter.
前記データ解析部は、前記重みに基づき淘汰及び複製されるように複数の前記パーティクルをリサンプリングするリサンプリング部を有する、請求項1~6の何れか一項に記載の歩行計測システム。 7. The gait measurement system according to claim 1, wherein the data analysis section includes a resampling section that resamples the plurality of particles so that they are selected and duplicated based on the weights.
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