JP7479308B2 - Walking measurement system - Google Patents

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Description

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、例えば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。 As part of health promotion and nursing care prevention projects associated with the aging population, walking training is being implemented at welfare facilities and other facilities. One example of an exercise test that can evaluate functional mobility, combining walking ability, dynamic balance, agility, etc., is the Timed Up and Go (TUG) test. In the TUG test, the subject stands up from a seated position in a chair, turns around a marker, for example, 3 m away, and sits back down in 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 positions of a walking subject in such walking tests. The gait measurement system includes a distance information acquisition unit that emits detection waves to scan along the horizontal direction and acquires distance information related to the distance to an object over time based on the reflection state of the detection waves, and a data analysis unit that acquires the movement trajectory of the subject's legs based at least on the distance information. The data analysis unit detects observed values that are candidate leg positions from the distance information, and associates the observed values with the legs (correlation processing).

特開2016-137226号公報JP 2016-137226 A

上述した技術では、過去の時刻の観測値から対象者の両脚部の予測位置を算出し、予測位置を基準に拡がるゲートを設定する。設定したゲート内に存在する観測値に基づいて、対象者の脚部の移動軌跡を取得する。しかしこの場合、例えば対象者を介添する介添人等の他者の脚部位置を、誤って対象者の脚部位置として追跡してしまう可能性がある。 In the above-mentioned technology, the predicted positions of the subject's legs are calculated from observation values at past times, and a gate is set that expands based on the predicted positions. The movement trajectory of the subject's legs is obtained based on the observation values within the set gate. In this case, however, there is a risk that the leg positions of another person, such as an attendant accompanying the subject, may be mistakenly tracked as the leg positions of the subject.

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。 The objective 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、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する脚検出部と、過去の時刻の観測値に少なくとも基づいて、対象者の両脚部の予測位置を算出する予測位置算出部と、観測値と両脚部の予測位置との対応付けを行う相関処理部と、を有し、相関処理部は、両脚部の予測位置を基準に拡がる第1ゲートを設定すると共に、過去の時刻の観測値に応じて両脚部の予測位置を基準に拡がる第2ゲートを設定し、第1ゲートと第2ゲートとが重なる領域内に存在する観測値に対して、両脚部の予測位置を対応付けする。 The gait measurement system according to the present invention is a gait measurement system that tracks the leg positions of a walking subject, and includes a distance information acquisition unit that emits a detection wave to scan along the horizontal direction and acquires distance information over time regarding the distance to an object that reflected the detection wave based on the reflection state of the detection wave, and a data analysis unit that acquires the movement trajectory of the subject's legs based at least on the distance information acquired by the distance information acquisition unit. The data analysis unit includes a leg detection unit that detects one or more observation values that are candidate leg positions based on the distance information, a predicted position calculation unit that calculates predicted positions of both legs of the subject based at least on observation values at past times, and a correlation processing unit that associates the observation values with the predicted positions of both legs. The correlation processing unit sets a first gate that expands based on the predicted positions of both legs, and sets a second gate that expands based on the predicted positions of both legs according to the observation values at past times, and associates the predicted positions of both legs with observation values that exist in the area where the first gate and the second gate overlap.

この歩行計測システムでは、例えば介添人等の他者の脚部位置が観測値として誤検出された場合でも、当該観測値が両脚部の予測位置に対応付けされてしまうのを第1ゲートによって抑制することができるのに加えて、第2ゲートによっても抑制することができる。したがって、他者の脚部位置を対象者の脚部位置として誤追跡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 gait measurement system, even if the leg position of another person, such as an attendant, is erroneously detected as an observed value, the first gate can prevent the observed value from being associated with the predicted positions of both legs, and the second gate can also prevent this. Therefore, it is possible to prevent the leg positions of another person from being erroneously tracked as the leg positions of the subject, and it is possible to track the leg positions of the subject with high accuracy.

本発明に係る歩行計測システムでは、相関処理部は、直前の処理時刻において対象者の右脚部に対応付けられた観測値と対象者の左脚部に対応付けられた観測値との双方が存在する場合、右脚部の予測位置と左脚部の予測位置との間の位置を中心に拡がる第2ゲートを設定してもよい。この場合、確度の高い両脚部の予測位置の間の位置を中心にして、第2ゲートを設定することができる。 In the gait measurement system according to the present invention, the correlation processor may set a second gate extending from a position between the predicted positions of the right leg and the left leg when there are both observed values associated with the subject's right leg and left leg at the immediately preceding processing time. In this case, the second gate can be set centered on a position between the predicted positions of both legs with high accuracy.

本発明に係る歩行計測システムでは、相関処理部は、直前の処理時刻において両脚部のうちの何れか一方に対応付けられた観測値のみが存在する場合、両脚部のうちの当該何れか一方の予測位置を基準に拡がる第2ゲートを設定してもよい。この場合、両脚部のうちの確度の高い当該何れか一方の予測位置を基準にして、第2ゲートを設定することができる。 In the gait measurement system according to the present invention, the correlation processor may set a second gate that extends based on the predicted position of one of the legs when there is only an observation value associated with one of the legs at the immediately preceding processing time. In this case, the second gate can be set based on the predicted position of the one of the legs with the highest degree of accuracy.

本発明に係る歩行計測システムでは、相関処理部は、直前の処理時刻において対象者の右脚部に対応付けられた観測値と対象者の左脚部に対応付けられた観測値との双方が存在しない場合、右脚部の予測位置と左脚部の予測位置との間の位置を中心に拡がる第2ゲートを設定してもよい。これにより、両脚部の予測位置の確度がともに高くないと想定し得る場合に、両脚部の予測位置の間の位置を中心にして、第2ゲートを設定することができる。 In the gait measurement system according to the present invention, the correlation processor may set a second gate extending from a position between the predicted positions of the right leg and the left leg when there is neither an observed value associated with the subject's right leg nor an observed value associated with the subject's left leg at the immediately preceding processing time. This allows the second gate to be set centered on a position between the predicted positions of both legs when it is assumed that the accuracy of the predicted positions of both legs is not high.

本発明に係る歩行計測システムでは、第2ゲートは、楕円であって、その長軸と短軸の比率が8:5であってもよい。これにより、対象者に対して第2ゲートの短軸方向に他者が近接する場合に、対象者の脚部位置を精度よく追跡する上記効果が特に有効となる。 In the gait measurement system according to the present invention, the second gate may be an ellipse with a ratio of its major axis to its minor axis of 8:5. This makes the above-mentioned effect of tracking the subject's leg position with high accuracy particularly effective when another person approaches the subject in the minor axis direction of the second gate.

本発明に係る歩行計測システムは、対象者の歩行試験に用いられるシステムであって、歩行試験は、対象者が、椅子に着席した状態から椅子に対して離れて配置されたマーカに向かって歩行し、マーカをターンした後、椅子に戻って再び着席する試験であり、第2ゲートは、椅子からマーカに向かう方向に長尺な形状であってもよい。この場合、第2ゲートをTUG試験に適した形状とすることができる。 The gait measurement system according to the present invention is a system used for a walking test of a subject, in which the subject, seated in a chair, walks toward a marker placed away from the chair, turns around the marker, returns to the chair and sits down again, and the second gate may be long in the direction from the chair to the marker. In this case, the second gate may have a shape suitable for a TUG test.

本発明に係る歩行計測システムでは、第1ゲートは、対象者の右脚部の予測位置を基準に拡がるゲートと、対象者の左脚部の予測位置を基準に拡がるゲートと、を含んでいてもよい。この場合、誤検出された観測値が両脚部の予測位置に対応付けされてしまうことを、2つの第1ゲートにより効果的に抑制することが可能となる。 In the gait measurement system according to the present invention, the first gate may include a gate extending based on the predicted position of the subject's right leg, and a gate extending based on the predicted position of the subject's left leg. In this case, the two first gates can effectively prevent erroneously detected observed values from being associated with the predicted positions of both legs.

本発明に係る歩行計測システムでは、第1ゲートの範囲は、可変であり、第2ゲートの範囲は、固定であってもよい。この場合、可変の第1ゲートにより柔軟に観測値を限定すると共に、固定の第2ゲートで確実に観測値を限定することができる。 In the gait measurement system according to the present invention, the range of the first gate may be variable, and the range of the second gate may be fixed. In this case, the variable first gate can flexibly limit the observed values, while the fixed second gate can reliably limit the observed values.

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。 The present invention provides 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. 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. 4(a) is a diagram for explaining an example of an observation pattern used to detect an observation value, Fig. 4(b) is a diagram for explaining an example of an observation pattern used to detect an observation value, and Fig. 4(c) is a diagram for explaining an example of an observation pattern used to detect an observation value. 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 to detect an observation value, and Fig. 5B is a diagram illustrating an example of an observation pattern used to detect an observation value. 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. 6(a) is a diagram for explaining an example of an observation pattern used to detect an observation value, and Fig. 6(b) is a diagram for explaining an example of an observation pattern used to detect an observation value. 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。7A and 7B are diagrams illustrating an example of an observation pattern used to detect an observation value. 図8は、歩行モデルを説明する図である。FIG. 8 is a diagram for explaining 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 for explaining the predicted positions of the legs. 図10は、第1ゲート及び第2ゲートを説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the first gate and the second gate. 図11は、第1ゲート及び第2ゲートを説明する他の図である。FIG. 11 is another diagram illustrating the first gate and the second gate. 図12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. 12 is a flowchart showing the process in the gait measurement system of FIG. 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. 13A is a diagram for explaining matching using a particle filter, Fig. 13B is a diagram for explaining matching using a particle filter, and Fig. 13C is a diagram for explaining matching using a particle filter. 図14(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14(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14(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. 14(a) is a diagram for explaining matching using a particle filter, Fig. 14(b) is a diagram for explaining matching using a particle filter, and Fig. 14(c) is a diagram for explaining matching using a particle filter. 図15は、比較例に係る歩行計測システム及び実施例に係る歩行計測システムによるTUG試験の追跡結果を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing tracking results of the TUG test performed by the gait measurement system according to the comparative example and the gait measurement system according to the embodiment.

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。 Below, a preferred embodiment 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 designated by the same reference numerals, and duplicate descriptions 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、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。歩行計測システム100は、被験者1の歩行試験に用いられるシステムである。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。 Figure 1 is a block diagram showing the configuration of a gait measurement system according to one embodiment. Figure 2 is a schematic diagram explaining a TUG test to which the gait measurement system of Figure 1 is applied. As shown in Figures 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, an electronic control unit 20, a monitor 30, and a pole 40. 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. The gait measurement system 100 is a system used in a walking test of the subject 1. The gait measurement system 100 can be suitably applied to a TUG test, which is one of the walking tests that evaluates functional mobility by integrating walking ability, dynamic balance, agility, etc.

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, the subject 1 stands up from a seated position on a chair 2, walks toward a marker 3 such as a cone a predetermined distance (e.g., 3 m) ahead, turns around the marker 3, and then returns to the chair 2 and sits on the chair 2 again. The TUG test is one of the manuals for physical fitness measurement by the Ministry of Health, Labor and Welfare. In the TUG test, walking at the maximum walking speed without running is required. As the marker 3, various markers can be used as long as they can serve as a mark for the turning position. In the TUG test, multiple (here, two) poles 40 are used as reference members to align the marker 3 with the laser range sensor 10. The pole 40 has a cylindrical outer shape of 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 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 subject 1 during 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 with a straight line connecting the centers of the two poles 40 as one axis, and the floor surface on which the marker 3 is placed can be this plane coordinate system. In this case, by precisely adjusting the positional relationship between the two poles 40 and the marker 3 (specifically, by placing the marker 3 3 m from the midpoint of the line segment connecting the two poles 40 on a perpendicular line to this line segment), it is possible to precisely grasp the relative positional relationship between the laser range sensor 10 and the marker 3 even if the installation position and/or orientation of the laser range sensor 10 is roughly aligned.

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 obtains leg observation positions (hereinafter also referred to as "observation values" or "observation positions") as observation values that are candidate leg positions based on the characteristic patterns observed when the laser range sensor 10 scans both legs of the subject 1, performs tracking using a Kalman filter, and calculates gait parameters based on the obtained movement trajectories 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 losing sight of and misidentifying the legs in a situation where both legs of the subject 1 are close to each other and in a situation where the legs cannot be observed temporarily by the laser range sensor 10, observation values are acquired based on five types of observation patterns. In addition, the observed values are associated with predicted values using an effective area (gate) that takes into account the state of the legs. In the following, "leg" is also simply referred to as "leg", "standing leg" is also simply referred to as "standing leg", and "swing leg" is also simply referred to as "swing leg". "Left leg" is also simply referred to as "left leg", and "right leg" is also simply referred to as "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)。 Actual human walking (the speed of both legs) changes periodically. In particular, in the TUG test, subject 1 is instructed to walk at the maximum walking speed without running, so the speed of both legs changes significantly. Therefore, the gait measurement system 100 applies an acceleration/deceleration model that takes into account the walking phase as a walking model. When walking, people perform periodic movements in which one leg acts as the pivot foot (standing leg) and the other leg (swing leg) swings. "Gait phase" is a classification of the periodic movement of both legs while a person is walking, based on the state of swing of the standing leg and the swing leg (see Figure 8, for example).

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。 The gait measurement system 100 also uses a particle filter to match observed values with predicted values, and a Kalman filter is used to update the state quantities of both legs for each hypothesis (matching). At that time, the weighting of each particle as the likelihood is calculated, taking into account the transitions in the walking phase and the transitions in the observation 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。 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 movement trajectories of both legs. The laser range sensor 10 acquires two-dimensional plane distance information (hereinafter, simply referred to as "distance information"), which is the distance to an object around the sensor in a two-dimensional plane at a certain height. As shown in FIG. 3, the laser range sensor 10 emits a laser light (detection wave) L so as to scan along the horizontal direction, and acquires two-dimensional plane distance information over time regarding the distance to the legs F (right leg F R and left leg F L ) of the subject 1 that reflect the laser light L, based on the reflection state of the laser light L.

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 a laser beam L and reflects the laser beam L by a rotating mirror, scanning the laser beam L horizontally in a fan shape in the measurement area. More specifically, the laser range sensor 10 scans the laser beam L horizontally in a fan shape so that the measurement area includes the subject 1 and the poles 40 installed on both sides of the subject 1. Then, the laser range sensor 10 receives the reflected light of the laser beam L reflected by, for example, the leg F of the subject 1, measures the detection angle (scanning angle) of the reflected light and the time (propagation time) from the emission of the laser beam L to its reception, and detects distance information including information related to the angle and distance to the leg F.

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 subject 1 with a laser beam L, for example, before or after a TUG test trial, and detects leg information related to the width of the subject 1's leg F (the length corresponding to the diameter of the shin). The laser range sensor 10 outputs the 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 so that the height of the optical window that emits the laser light L can be adjusted. The laser range sensor 10 is installed so that the laser light L is emitted at a height position corresponding to the height of the shin of the subject 1 (i.e., the height from the ankle to below the knee). The height of the optical window of the laser range sensor 10 is set to a position higher than the height of the marker 3 so that the laser light L is not reflected by the marker 3. The height of the optical window of the laser range sensor 10 is set to, for example, 0.15 m to 0.27 m (here, 0.27 m) from the floor surface (ground surface) in consideration of the fact that the leg F of the subject 1 can be observed even when the leg F leaves the floor during the swing phase, and the average height at which the width of the leg F is maximum.

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 positioned in a space formed under the seat of the chair 2 so that the emission direction of the laser light L faces the marker 3 side. The laser range sensor 10 irradiates the laser light 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). The laser range sensor 10 is installed so that the emission direction of the laser light 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。 The laser range sensor 10 used has a measuring range of 0.1 to 30 m, a measuring angle of 270 deg, a measuring accuracy of ±30 mm, an angular resolution of 0.25 deg, and a sampling period of 25 ms/scan. The type and specifications of the laser range sensor 10 are not limited, and various types can be used depending on the measurement environment, for example. The laser range sensor 10 may be enclosed in a housing, for example to suppress the adverse effects of EMI (electromagnetic noise).

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 the events of the subject 1 standing up from the chair 2 and sitting down on the chair 2. The pressure sensor 15 is placed on the seat of the chair 2. The pressure sensor 15 detects pressure information related to 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 the microcomputer board and input to the electronic control device 20. The electronic control device 20 associates the standing up event with its time and stores it, and associates the sitting down event with its time and stores it.

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 unit 20 performs calculations based on the distance information acquired by the laser range sensor 10 to determine the position and speed of the leg F of the subject 1 over time and acquire the walking characteristics of the subject 1. The electronic control unit 20 outputs a start signal (described below) to the subject 1 in the form of at least a sound (audio) and/or a display. The start signal is output from the electronic control unit 20 in response to the operation of the measurer. The electronic control unit 20 stores the time of the start signal. The start signal may be issued by a device or a measurer other than the electronic control unit 20. In this case, the time of the start signal is input to the electronic control unit 20 by a device or a measurer other than the electronic control unit 20.

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。 The electronic control device 20 may be, for example, a personal computer or a dedicated control computer, and is configured to include a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), etc. The electronic control device 20 has, as functional elements, a sensor data acquisition unit 21, a storage unit 22, a seating determination unit 23, and a data analysis unit 24.

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 synchronously acquires the distance information detected by the laser range sensor 10 and the pressure information detected by the pressure sensor 15. The sensor data acquisition unit 21 may also acquire the distance information synchronously with the start signal time stored in the electronic control unit 20. The sensor data acquisition unit 21 acquires the 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 unit 21 outputs the acquired pressure information to the seating determination unit 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 memory 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 memory unit 22 stores the leg information of the subject 1 acquired by the sensor data acquisition unit 21. The seating determination unit 23 determines whether or not 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 subject 1 is seated when the voltage value from the pressure sensor 15 is greater than a threshold value. The seating determination unit 23 determines that the subject is not seated when the voltage value from the pressure sensor 15 is equal to or less than the threshold value. The seating determination unit 23 outputs the determination result to the memory unit 22, and the memory 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 data stored in the memory unit 22 after the TUG test trial. The data analysis unit 24 acquires the movement trajectory of the leg F of the subject 1 using a particle filter based at least on the distance information acquired by the laser range sensor 10. The data analysis unit 24 has a leg detection unit (observation value detection unit) 26, a leg tracking unit 27, and a walking parameter calculation unit 28. The walking parameters include general walking parameters and walking 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。 The general walking parameters are used to evaluate the risk of falling in a general walking test, and include landing position, walking speed [m/sec], number of steps [steps], walking rate [steps/sec], step length [m], stride length [m], step width [m], and stance time (at least one of single stance time [s] and double stance time [s]). The walking parameters related to the TUG test are used to evaluate the risk of falling in a TUG test, and include reaction time (time to stand up) [sec], TUG execution time [sec], turn direction, first step time (time to leave the bed for the first step) [sec], and shortest distance to marker 3 [m].

歩行パラメータは、次の5つのフェーズで区分して算出することができる。換言すると、歩行パラメータは、次の5つ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、これらの5つのフェーズ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。各フェーズの区分は、例えば被験者1の脚部Fの位置等に基づいて行うことができる。
(1)スターティングフェーズ(Starting phase)
(2)フォーワードフェーズ(Forward phase)
(3)ターニングフェーズ(Turning phase)
(4)リターンフェーズ(Return phase)
(5)シッティングダウンフェーズ(Sitting down phase)
The walking parameters can be calculated by dividing them into the following five phases. In other words, the walking parameters are calculated for each of the following five phases. At this time, for the step length, stride length, step width, single leg stance time, and double leg stance time, the average, standard deviation, and coefficient of variation are calculated for each phase. Note that the walking parameters are not limited to being calculated by dividing them into these five phases, but may be calculated overall (without dividing them), or may be calculated by dividing them into two parts, the first half and the second half (left and right). The division into each phase may be performed based on, for example, the position of the leg F of the subject 1, etc.
(1) Starting phase
(2) Forward phase
(3) Turning phase
(4) Return phase
(5) Sitting down phase

スターティングフェーズは、着席状態から歩行開始までのフェーズである。例えばスターティングフェーズは、椅子2から一定範囲を被験者1が抜けるまでのフェーズである。
フォーワードフェーズは、歩行開始から旋回動作手前までのフェーズである。例えばフォーワードフェーズは、被験者1が歩行動作を開始してからマーカ3を回る前までのフェーズである。ターニングフェーズは、旋回動作時のフェーズである。例えばターニングフェーズは、被験者1がマーカ3を回っている間のフェーズである。リターンフェーズは、旋回動作後から着席前までのフェーズである。例えばリターンフェーズは、被験者1がマーカ3を回った後から着席する前までのフェーズである。シッティングダウンフェーズは、椅子に戻って振り返って着席する際のフェーズである。例えばシッティングダウンフェーズは、椅子2から一定範囲を被験者1が一度抜けた後に再び当該一定範囲に入っているときのフェーズである。一定範囲は、例えば椅子2からマーカ3側に0.25mの範囲である。
The starting phase is the phase from the seated state to the start of walking. For example, the starting phase is the phase from the time when the subject 1 leaves the chair 2 within a certain range.
The forward phase is a phase from the start of walking to just before the turning motion. For example, the forward phase is a phase from when the subject 1 starts walking to before turning around the marker 3. The turning phase is a phase during the turning motion. For example, the turning phase is a phase during which the subject 1 turns around the marker 3. The return phase is a phase from after the turning motion to before sitting down. For example, the return phase is a phase from after the subject 1 turns around the marker 3 to before sitting down. The sitting down phase is a phase when the subject 1 returns to the chair, turns around, and sits down. For example, the sitting down phase is a phase when the subject 1 leaves a certain range from the chair 2 once and then re-enters the certain range. The certain range is, for example, a range of 0.25 m from the chair 2 to the marker 3 side.

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 leg F lands on the floor. The walking rate is the number of steps per unit time. The single stance time is the time from landing (on the floor) to lifting off the floor for the same leg. The double stance time is the time from landing on the floor for one leg to lifting off the other leg. The step length is the distance from the landing position of one leg (e.g., heel position) to the landing position of the other leg. The stride length is the distance between adjacent landing positions for the same leg. The step width is the distance between the heels of both legs in the frontal plane (when the 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 of the walking test (the time of the start signal) to when subject 1 stands up (the buttocks leave the seat of chair 2). The TUG performance time is the time it takes to perform the TUG test, and is the time from the start of the walking test to its end (the time when subject 1, seated on chair 2, starts moving and sits down again). The first step time is the time from the start of the walking test to when subject 1 lifts leg F for the first step (leaves the bed). The shortest distance to marker 3 is the shortest distance between the center of marker 3 and the movement trajectory of 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 observation values based on the distance information acquired by the laser range sensor 10. The data analysis unit 24 randomly associates the predicted positions of both legs of the subject 1 with either the observation value or the observation result of no observation value for each of the multiple particles, and acquires the positions of both legs in association with time. At the same time, 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 belong. The data analysis unit 24 selects one of the associated particles based on the weights from the multiple particles, and acquires the movement trajectory of the leg F of the subject 1 based on the predicted positions of both legs for the selected particle. 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 for explaining examples of observation patterns used to detect observed values. FIG. 4(a) and FIG. 6(a) are diagrams for explaining an example of a Single Leg (SL) pattern. FIG. 4(b) and FIG. 6(b) are diagrams for explaining an example of a two Legs Together (LT) pattern. FIG. 4(c) and FIG. 7(a) are diagrams for explaining an example of a Forward Straddle Observable (FS_O) pattern. FIG. 5(a) and FIG. 7(b) are diagrams for explaining an example of a Forward Straddle Unobservable (FS_U) pattern. FIG. 5(b) is a diagram for explaining an example of an Unobservable (UO) 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 detects an observation value (observation value vector ykj:=(xkj, ykj), (j=1...J)) which is a position candidate of the leg F of the subject 1 based on the two-dimensional plane distance information acquired by the laser range sensor 10 using a preset observation pattern . Specifically, in consideration of the fact that the two-dimensional plane distance information of the leg F has a characteristic shape, the leg detection unit 26 performs an edge detection process on the two-dimensional plane distance information to detect the position of the edge E of the leg F. 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 leg information related to the width wl of the leg F of the subject 1 and assumes that the width wl of the leg F is known. The leg detection by the leg detection unit 26 will be described in detail below. In the following, the "observation value vector" is also simply referred to as the "observation 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 planar distance information acquired by the laser range sensor 10 will have a characteristic shape as shown in Figures 4(a) to 5(b). The leg detection unit 26 calculates the observation value 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(以下、「処理時刻」ともいう)kにおいて検出したエッジEの総数である。
First, the leg detector 26 detects an edge e h m (h=B, F) when the i-th distance information from the right acquired by the laser range sensor 10 is l i and the two-dimensional plane distance information of the adjacent laser range sensor 10 satisfies the following formula 1 with respect to the width w l of the leg F of the subject 1. In this case, if l i >l i+1 , the edge e B m = i and the 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 that the edge E is on the far side of the laser range sensor 10, and the superscript F indicates that the edge E is on the near side. The subscript m (m=1, ..., M k ) indicates that the edge E is the m-th edge detected. M k is the total number of edges E detected at time (hereinafter also referred to as "processing 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 , and e h n+3 and the width w e between the edges e h n+1 and e h n+2 , the observation patterns are classified into five types, and the observation value y k is calculated, where n = 1, ..., M k -3, and 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 Fig. 4(a) and Fig. 6(a), the observation pattern O1 as the SL pattern is an observation pattern when the leg F can be completely observed by itself from the laser range sensor 10. In the observation pattern O1, the combination of edges E satisfies ( eBn , eFn +1 , eFn +2 , eBn +3 ), and the width between the edges E satisfies 0.5wl < we1.5wl . In this case, the observation value yk is calculated as shown in Fig. 4(a) taking into account the width wl of the leg F of the subject 1. For example, the observation value ykj is calculated from a line passing through ( eFn +1 + eFn +2 )/2 and 1/2 of the width wl 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 Fig. 4(b) and Fig. 6(b), the observation pattern O2 as the LT pattern is an observation pattern when the legs F are aligned and completely observable by the laser range sensor 10. In the observation pattern O2, the combination of edges E satisfies ( eBn , eFn +1 , eFn +2 , eBn +3 ), ( eFn , eBn +1, eFn+2 , eBn + 3 ) or ( eBn , eFn +1 , eBn +2 , eFn + 3 ), and the width between edges E satisfies 1.5wl < w e < 3.0wl . In this case, the observation value yk is calculated as shown in Fig. 4(b), taking into consideration that both legs of the subject 1 are aligned. For example, the observed value ykj +1 is obtained from a line passing through ( eFn +1 + 3eFn +2 )/4 and 1/2 the width wl of the leg F, as shown in the figure. For example, the observed value ykj is obtained from a line passing through ( 3eFn +1 + eFn +2 )/4 and 1/2 the width wl 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。 4(c) and 7(a), the observation pattern O3 as the FS_O pattern is an observation pattern in which the pattern is stepped due to the influence of one leg F or a walking stick, the width between the positions of the edges E is 1/2 or more of the width wl of the legs F of the subject 1, and the center position of the legs F can be observed by the laser range sensor 10. In the observation pattern O3, the combination of the edges E satisfies ( eFn , eBn +1 , eFn +2 , eBn +3 ) or ( eBn , eFn +1 , eBn +2 , eFn +3 ), and the width between the edges E satisfies 0.5wlwe < 1.5wl . In this case, the observation value yk is calculated as shown in FIG. 4(c), taking into consideration that the center position of the legs F of the subject 1 can be observed by the laser range sensor 10. For example, the observed value y k j is determined 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。 5(a) and 7(b), observation pattern O4 as an FS_U pattern is an observation pattern in which the width between edges E is smaller than 1/2 the width wl of leg F of subject 1 and the center position of leg F cannot be directly observed by laser range sensor 10, as compared with observation pattern O3 which is an FS_O pattern. Observation pattern O3 has a combination of edges E that satisfies ( eFn , eBn +1 , eFn +2 , eBn +3 ) or ( eBn , eFn + 1 , eBn +2 , eFn +3 ), and the width between edges E satisfies 0.3wl < we < 0.5wl . At this time, unlike observation patterns O1 to O3, the center position of leg F cannot be directly observed by laser range sensor 10, so the observation value yk is virtually calculated as shown in FIG. 5(a). For example, the observed value y k j can be determined from a line passing through e B n+1 and a line passing through e F n+2 , and 1/2 the width w l of the leg F. The hollow squares in Fig. 7(b) indicate imaginary 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), observation pattern O5 as a UO pattern is an observation pattern when one leg F cannot be observed, such as when it is hidden by the other leg F or when the leg F is raised higher than the laser range sensor 10.

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。 Even in a situation where the leg F cannot be directly observed by the laser range sensor 10, it is expected that the measurement accuracy of the position of the leg F can be improved by defining the observation pattern O4 , which is an FS_U pattern, and virtually obtaining the observation value yk. In detecting the observation value yk , it is possible to determine that the position of the edge E that does not satisfy the observation patterns O1 to O4 is not the leg F. Furthermore, in order to avoid unnecessary correlation processing, an area that is wider than the walkway area by a certain length is set as the measurement area, and the observation value yk outside the measurement area and the corresponding position of the edge E 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 observation value yk , the position detected is not the center between the positions of the edges E, but, for example, a position that is 1/2 the width wl of the leg F inward from the position of the edge E. By detecting the observation value yk of the leg F according to the multiple observation patterns O1 to O5 as described above, it becomes possible to appropriately detect the leg F even when one of the legs F is overlapped and hidden when viewed from the laser range sensor 10.

[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 a prediction process using a walking model that takes into account the walking phase, and estimates the positions and velocities 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 for explaining a walking model. When a person walks, one leg is used as a pivot leg (standing leg) while swinging the other leg (free leg) to proceed with walking. Both legs move periodically with acceleration and deceleration, switching between free and standing legs depending on the landing. As shown in FIG. 8, the leg tracking unit 27 applies a walking model including the following six walking phases, including when stationary, focusing on changes in the moving speed v and acceleration a of the leg F.
・Phase 0: At rest, both legs are standing ・Phase 1: Left leg is swinging (acceleration, swinging up), right leg is standing ・Phase 2: Left leg is swinging (deceleration, movement towards landing), right leg is standing ・Phase 3: Left leg is standing, right leg is swinging (acceleration, swinging up)
Phase 4: Left leg stance, right leg swing (deceleration, movement toward landing)
Phase 5: Both legs swing (not seen during 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 the TUG test, subject 1 is instructed to walk at the maximum speed without running, so there is a large change in the speed of both legs. For this reason, a model that accelerates and decelerates is applied as the walking model. Furthermore, when tracking a person's center of gravity, a nonlinear model that includes angles and angular velocity as state variables is often used, but in the TUG test, since the direction of movement of both legs changes suddenly when turning, it is desirable to apply a linear movement model that has no directionality with respect to the direction of movement. Therefore, as the walking model, a linear movement model that has no directionality with respect to 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 with the position and velocity as state quantity vectors, 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 considering such a walking model involving acceleration and deceleration is given by the following Equation 2. The superscript f indicates the left leg and the 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 the following formula 3. The following formula 4 respectively represent 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。

Vectors u f,m k are unknown external inputs (acceleration inputs) given according to the walking phase, and are shown in Equation 5 below. The superscript m indicates the m-th motion model. Model 1 is the motion model of the standing leg (stationary), model 2 is the motion model of the swing leg (acceleration), and model 3 is the motion model of the swing leg (deceleration). In motion model 1 at the time of stance, 0 is given, in motion model 2 in which the swing leg accelerates, a positive value is given in the forward direction, and in motion model 3 in which the swing leg decelerates, a negative value is given in the forward direction. 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 swing 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 movement direction, the fluctuation is included in the system noise (see Equation 7 below) as an acceleration disturbance from the motion model, and is given as normal white noise with mean 0 and covariance matrix Qf . The state transition matrix Af , input matrix Bfu , and drive matrix Bf of the state equation are respectively 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。


Furthermore, when the observed value y f k of each leg F acquired using the laser range sensor 10 is expressed by the following formula 9, the observation equation is given by the following formula 10. Here, Δy f k is assumed to be normal white noise with mean 0 and covariance R f . In this case, the matrix C f is expressed by the following formula 11.


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 a resampling unit 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 leg determiner 27a performs stance leg swing leg determination to determine whether the leg F is a stance leg (supporting leg) or a swing leg based on the speed of the leg F. The stance leg swing leg determiner 27a determines the right leg as a stance leg when the following formula 12 is satisfied, and determines the right leg as a swing leg when the following formula 13 is satisfied. v st_th indicates the speed threshold of the stance leg, and v sw_th indicates the speed threshold of the swing leg. The stance leg swing leg determiner 27a performs stance leg swing leg determination for the left leg in the same manner, that is, using the following formulas 12 and 13 with the right leg and the left leg swapped.

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 whether the walking phase is one of phases 0 to 5. Specifically, first, when both legs are standing, the phase is specified as 0. Next, when the left leg is a swing leg and the right leg is a standing leg, if the inner product of the position vector of the left leg relative to the right leg and the velocity vector of the left leg (see Equation 14 below) is a positive value, the phase is specified as 1, and if the inner product is a negative value, the phase is specified as 2. Similarly, when the left leg is a standing leg and the right leg is a swing leg, similarly, if the inner product of the position vector of the right leg relative to the left leg and the velocity vector of the right leg is a positive value, the phase is specified as 3, and if the inner product is a negative value, the phase is specified as 4. When both legs are swing legs, the phase is specified as 5. When the walking phase determination unit 27b determines that the walking phase is 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 this embodiment employs a method of tracking both legs based on a hypothesis of correspondence over multiple time periods, taking into account the transition of the walking phase and the observation pattern of the leg F, using a Rao-Blackwellized particle filter (hereinafter, simply referred to as a "particle filter"). In tracking multiple objects, it is necessary to estimate the correspondence c k (c k indicates the index of correspondence) between the tracked object and the observation value y k acquired by the sensor at time k, and the state quantity x k of the tracked object. The correspondence and the state of the tracked object can be obtained by the particle filter alone, but it is necessary to generate a large number of particles for the state quantity for each combination of correspondence, which results in a large amount of calculation. Therefore, in the particle filter, the state quantity and correspondence of the tracked object are obtained by the following formula 15. 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 an observation is obtained in p(c1 :k |vector y1 :k ), only the correspondence is calculated by the particle filter. Next, in p(vector xk |c1 :k , vector y1 :k ), the state quantity is updated by the Kalman filter according to the associated observation value yk . Since the state quantity update process is performed by the Kalman filter, it is not necessary to generate a large number of particles for each combination of correspondence. In the leg tracking unit 27, the weight is calculated as the likelihood of each particle based on the state transition probability of the walking phase and the observation pattern, thereby improving the performance of tracking both legs of the subject 1, for example, an elderly person, during walking including a turning motion.

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 leg predicted position (hereinafter also simply referred to as a "predicted position", see "x" in FIG. 9) which is the predicted position of each leg F at time k based on the positions of both legs at past times for each of a plurality of particles. The superscripts (n), (n=1, ..., N) indicate the nth particle. The predicted position vector y^ f,(n) k/k-1 of each leg F is given by the following formula 16 according to the state equation shown in the above formula (2). The vector x^ f,(n) k/k-1 indicates a prior state estimate value at time k of the nth particle. The vector x^ f,(n) k-1/k-1 is a posterior state estimate value at time k-1 of the nth particle. 9, "◇" indicates the observed value yk , the line indicates the movement trajectory of the leg F, and "□" and "■" on the line indicate the positions of the left leg and the right leg, respectively (the same applies to the subsequent figures). In the following, the "predicted position vector" will also be simply referred to as the "predicted position".

相関処理部27dは、両脚部の予測位置と観測値yとの対応付けを行う。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。 The correlation processing unit 27d associates the predicted positions of both legs with the observed value yk . The correlation processing unit 27d randomly associates the predicted positions of both legs with the observed value yk for each particle. However, in order to limit the observed value yk to be associated, the correlation processing unit 27d sets a gate GA (see FIG. 10) at the predicted position, and randomly associates each of the predicted positions of both legs with either "(i) one or more observed values yk included in the gate GA" or "(ii) an observation result in which the observed value yk is not present (when the observed value yk is not present)" in consideration of the case where the observed value yk includes a false positive.

本実施形態では、ゲートGAは、第1ゲートGA1及び第2ゲートGA2を含む。すなわち、相関処理部27dは、両脚部の予測位置を基準に拡がる第1ゲートGA1を設定すると共に、過去の時刻の観測値に応じて両脚部の予測位置を基準に拡がる第2ゲートGA2を設定する。相関処理部27dは、上記(i)の場合、第1ゲートGA1と第2ゲートGA2とが重なる領域内に存在する観測値yに対して両脚部の予測位置を対応付けする。 In this embodiment, the gate GA includes a first gate GA1 and a second gate GA2. That is, the correlation processor 27d sets the first gate GA1 that spreads based on the predicted positions of both legs, and sets the second gate GA2 that spreads based on the predicted positions of both legs according to the observation value at the past time. In the case of (i) above, the correlation processor 27d associates the predicted positions of both legs with the observation value yk that exists in the area where the first gate GA1 and the second gate GA2 overlap.

第1ゲートGA1は、被験者1の右脚部Fの予測位置を基準に拡がるゲートと、被験者1の左脚部Fの予測位置を基準に拡がるゲートと、を含む。ここでの第1ゲートGA1は、両脚部の各予測位置(図10の実線の「×」参照)を中心として拡がる2つの円形領域である。第1ゲートGA1の範囲は、可変である。例えば脚部Fが遊脚状態と判定されたときの第1ゲートGA1の範囲を、脚部Fが立脚状態と判定されたときの第1ゲートGA1の範囲に比べて広くなるように変化させてもよい。例えば第1ゲートGA1の範囲を、脚部Fの速度vが大きいほど広くなるように変化させてもよい。 The first gate GA1 includes a gate that expands based on the predicted position of the right leg F R of the subject 1 and a gate that expands based on the predicted position of the left leg F L of the subject 1. The first gate GA1 here is two circular areas that expand with the predicted positions of both legs (see the solid line "x" in FIG. 10) as centers. The range of the first gate GA1 is variable. For example, the range of the first gate GA1 when the leg F is determined to be in a swing state may be changed so as to be wider than the range of the first gate GA1 when the leg F is determined to be in a stance state. For example, the range of the first gate GA1 may be changed so as to be wider as the velocity v of the leg F is higher.

第2ゲートGA2は、椅子2からマーカ3に向かう方向に長尺な形状である。第2ゲートGA2は、椅子2からマーカ3に向かう方向を長軸方向とする楕円である。第2ゲートGA2の楕円は、被験者1の横側に介添人がいることが多いことを考慮し、その長軸と短軸の比率が8:5である。第2ゲートGA2の範囲は、固定である。第2ゲートGA2の範囲は、一般的な人の歩幅に基づいて予め定められた所定範囲である。 The second gate GA2 has an elongated shape extending from the chair 2 toward the marker 3. The second gate GA2 is an ellipse with the major axis extending from the chair 2 toward the marker 3. The ellipse of the second gate GA2 has a ratio of the major axis to the minor axis of 8:5, taking into consideration that an attendant is often present to the side of the subject 1. The range of the second gate GA2 is fixed. The range of the second gate GA2 is a predetermined range determined in advance based on the stride length of an average person.

例えば、椅子2からマーカ3に向かう水平方向をx座標とし、椅子2からマーカ3に向かう水平方向と直交する水平方向をy座標とした場合、第2ゲートGA2の楕円は、((x-x)/a)+((y-y)/b)<1で表すことができる。このとき、中心座標は、(xc,yc)である。aは、定数であって、例えば0.8である。bは、定数であって、例えば0.5である。 For example, if the horizontal direction from chair 2 to marker 3 is the x coordinate, and the horizontal direction perpendicular to the horizontal direction from chair 2 to marker 3 is the y coordinate, then the ellipse of second gate GA2 can be expressed as ((x- xc )/a) 2 + ((y- yc )/b) 2 < 1. In this case, the center coordinates are (xc, yc). a is a constant, for example, 0.8. b is a constant, for example, 0.5.

第2ゲートGA2の設定について、具体的に説明する。相関処理部27dは、過去の時刻の両脚部の観測値yそれぞれの有無に応じて、両脚部の予測位置を基準に拡がる第2ゲートGA2を設定する。図10に示されるように、相関処理部27dは、直前の処理時刻において被験者1の右脚部Fに対応付けられた観測値yと被験者1の左脚部Fに対応付けられた観測値yとの双方が存在する場合、現在の処理時刻において、右脚部Fの予測位置と左脚部Fの予測位置との間の位置を中心に拡がる第2ゲートGA2を設定する。図示するように、ここでの第2ゲートGA2の中心は、右脚部Fの予測位置と左脚部Fの予測位置との間の中間位置である(図中の点線の「×」参照))。直前の処理時刻とは、現在の処理時刻の1つ前の処理時刻である。例えば、現在の処理時刻は時刻kであり、直前の処理時刻は時刻k-1である。 The setting of the second gate GA2 will be specifically described. The correlation processing unit 27d sets the second gate GA2 that spreads based on the predicted positions of both legs depending on the presence or absence of the observed values y k of both legs at past times. As shown in FIG. 10, when both the observed value y k associated with the right leg F R of the subject 1 and the observed value y k associated with the left leg F L of the subject 1 exist at the immediately preceding processing time, the correlation processing unit 27d sets the second gate GA2 that spreads from a position between the predicted position of the right leg F R and the predicted position of the left leg F L at the current processing time. As shown in the figure, the center of the second gate GA2 here is the midpoint between the predicted position of the right leg F R and the predicted position of the left leg F L (see the dotted line "x" in the figure). The immediately preceding processing time is the processing time immediately before the current processing time. For example, the current processing time is time k, and the immediately preceding processing time is time k-1.

相関処理部27dは、図11に示されるように、直前の処理時刻において両脚部のうちの何れか一方に対応付けられた観測値yのみが存在する場合、現在の処理時刻においては、両脚部のうちの当該何れか一方の予測位置を中心に拡がる第2ゲートGA2を設定する。 As shown in FIG. 11, when there exists only an observation value y k corresponding to one of the two legs at the immediately previous processing time, the correlation processing unit 27 d sets a second gate GA2 extending from the predicted position of the one of the two legs at the current processing time.

相関処理部27dは、直前の処理時刻において被験者1の右脚部Fに対応付けられた観測値yと被験者1の左脚部Fに対応付けられた観測値yとの双方が存在しない場合、現在の処理時刻においては、右脚部Fの予測位置と左脚部Fの予測位置との間の位置を中心に拡がる第2ゲートGA2を設定する。ここでの第2ゲートGA2の中心は、右脚部Fの予測位置と左脚部Fの予測位置との間の中間位置である。 When there is neither an observed value yk associated with the right leg F R of the subject 1 nor an observed value yk associated with the left leg F L of the subject 1 at the immediately preceding processing time, the correlation processing unit 27d sets a second gate GA2 that extends at the current processing time centered on a position between the predicted positions of the right leg F R and the left leg F L. The center of the second gate GA2 here is the midpoint between the predicted positions of the right leg F R and the left leg F L.

観測値yが第1ゲートGA1に含まれているか否か、及び、観測値yが第2ゲートGA2に含まれるか否かは、下記数式17を利用して判定する。d(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、第1ゲートGA1及び第2ゲートGA2のそれぞれに対応する。Gは、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。

Whether the observed value y k is included in the first gate GA1 and whether the observed value y k is included in the second gate GA2 are determined using the following formula 17. d (n) 2 f,j is the Mahalanobis distance and is given by the following formula 18. S f,(n) k is the covariance matrix of the observed prediction error (y j k -y^ f,(n) k/k-1 ). G corresponds to each of the first gate GA1 and the second gate GA2. In the present embodiment in which the observed value y k is a two-dimensional vector and a Kalman filter is used, G is determined based on a chi-squared (χ 2 ) distribution with two degrees of freedom.

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 for each of the plurality of particles after the correlation processing unit 27d performs the correspondence process for each of the plurality of particles, using the observation value y k for which the correlation processing unit 27d performs the update process for the Kalman filter (for example, updating the state quantity such as the covariance matrix). However, when there is no corresponding observation value y k (for example, in the case of the observation pattern O5 as the UO pattern), the update processing unit 27e sets the prior state estimate value and the prior covariance matrix as the posterior state estimate value and the posterior covariance matrix, respectively. As a result, the position and speed of both legs are estimated for each of the plurality of particles. In addition, the update processing unit 27e determines the walking phase by the walking phase determination unit 27b based on the information on the estimated position and speed of both legs for each of the plurality of particles.

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。
After updating by the update processing unit 27e, 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. Specifically, the weight calculation unit 27f calculates (updates) the weight w (n) k for each particle from the transition probability of the walking phase (phases 0 to 5) of each leg from one time point before and the observation pattern (observation patterns O1 to O5) of the leg F, as shown in the following formula 19.

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 term in the above formula 19 is calculated as the product of the likelihood of the observation value y k of the Kalman filter of each leg F and the state transition probability of the observation patterns O1 to O5. In this embodiment, the transition probability matrix from the observation patterns O1 to O5 one time before is defined as in the following formula 20. The horizontal arrangement in the following formula 20 corresponds, from the left, to the observation patterns O1 to O5 (SL pattern, LT pattern, FS_O pattern, FS_U pattern, UO pattern) before the transition (one time before). The values in the vertical columns in the following formula 20 indicate, from the top, the probability of transition from the observation pattern before the transition to the observation patterns O1 to O5. As expressed in the following formula 20, the transition of the observation patterns O1 to O5 for calculating the weight w (n) k has the following characteristics. In the case of the observation pattern O1 in which the leg is observed alone one time before, it is set so that the probability of the observation pattern being O1 is high even at the next time, and conversely, it is set so that there is no transition to the observation pattern O4 in which the leg is almost hidden by the other leg. In the case of observation pattern O2, in which both legs are aligned one time before, the probability of the observation pattern being O2 at the next time and the probability of transitioning to observation pattern O1, in which the legs are observed alone, are designed to be high. In the case of observation pattern O3, in which both legs are shifted and observed in a stepped manner one time before, the probability of the observation pattern being O3 at the next time and the probability of transitioning to observation pattern O1, in which the legs are observed alone, or observation pattern O4, in which the legs are almost hidden by the other leg, are designed to be high. In the case of observation pattern O4, in which the legs are almost hidden by the other leg one time before, the probability of the same observation pattern O4 at the next time and the probability of the observation pattern being O3, in which the legs are out of sight behind the other leg and can be observed, or observation pattern O5, in which the legs are completely hidden by one leg, are set to be high. In the case of observation pattern O5, in which the legs were not observed one time before, the probability of the observation pattern being O5 at the next time is high, and the transition to other observation patterns is set to be approximately equal in 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 term in the above formula 19 relates to the state transition probability of the walking phase. In this embodiment, the transition probability matrix from phases 0 to 5 one time before is defined as in the following formula 21. The horizontal arrangement in the following formula 21 corresponds to phases 0 to 5 before the transition (one time before), from the left. The values in the vertical columns in the following formula 21 indicate the probability of transition from the phase before the transition to phases 0 to 5 after the transition, from the top. As expressed in the following formula 21, the transition of phases 0 to 5 for calculating the weight w (n) k has the following characteristics. In the case of phase 0, which is a stationary state one time before, the probability of being 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. In the case of phase 1, which is accelerating with the left leg as a swing leg one time before, the probability of being phase 1 at the next time and the probability of transitioning to phase 2, which is decelerating, are set to be high. In the case of phase 2, in which the left leg is swinging and decelerating one time before, the probability that it will remain in phase 2 at the next time and the probability of it transitioning to phase 3, in which the right leg starts to accelerate as a swing leg, or to phase 0, in which it remains stationary, are set to be high. For phases 3 and 4, in which the right leg is swinging, the design takes into consideration transitions similar to those of phases 1 and 2. In addition, in the case of phases 0 to 4, the design is such that the probability of transitioning to phase 5, which does not occur during walking, at the next time is very small. In addition, in the case of phase 5 one time before, the design is such that there is an equal probability of transitioning to phases 0 to 4 at the next time.

本実施形態では、重み算出部27fは、被験者1の歩行試験のフェーズがスターティングフェーズである場合、更新処理部27eによる更新の後、複数のパーティクルの中から、右脚部Fの推定位置が左脚部Fの推定位置よりも左側にある(換言すると、左脚部Fの推定位置が右脚部Fの推定位置よりも右側にある)一部を選択する。つまり、重み算出部27fは、スターティングフェーズにおいて左右の脚部Fが入れ替わって誤推定されたであろう一部のパーティクルを選択する。そして、重み算出部27fは、選択した一部のパーティクルについての重みw(n) を小さくする(例えば1/10にする)。具体的には、重み算出部27fは、選択した一部のパーティクルについて、上記数式19の右辺に0よりも大きく1よりも小さい係数(例えば1/10)をかけたものを用いて、重みw(n) を算出(更新)する。 In this embodiment, when the walking test of the subject 1 is in the starting phase, after the update by the update processing unit 27e, the weight calculation unit 27f selects a part of the particles in which the estimated position of the right leg F R is to the left of the estimated position of the left leg F L (in other words, the estimated position of the left leg F L is to the right of the estimated position of the right leg F R ) from among the particles. That is, the weight calculation unit 27f selects a part of the particles that would have been erroneously estimated due to the left and right legs F being swapped in the starting phase. Then, the weight calculation unit 27f reduces the weight w (n) k for the selected part of the particles (for example, to 1/10). Specifically, the weight calculation unit 27f calculates (updates) the weight w (n) k for the selected part of the particles by multiplying the right side of the above formula 19 by a coefficient (for example, 1/10) that is greater than 0 and less than 1.

なお、右脚部Fの推定位置が左脚部Fの推定位置よりも左側にあるか否かは、y座標系において右端を0として左側を正とする場合、どちらの推定位置のy座標が大きいかに基づいて判定することができる。 Whether the estimated position of the right leg F -R is to the left of the estimated position of the left leg F- L can be determined based on which estimated position has a larger y coordinate, where the right end is 0 in the y coordinate system and the left end is positive.

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 particles so that they are selected and replicated based on the weight w (n) k . For example, the resampling unit 27g resamples the particles so that the smaller the weight w (n) k , the more the particles are selected and the larger the weight w (n) k , the more the particles are replicated. Specifically, the resampling unit 27g normalizes the weight w (n) k of each particle and calculates the effective sample size by the following formula 22. The resampling unit 27g performs resampling when N eff k is smaller than a threshold value. For example, the resampling unit 27g performs equal-interval resampling. Note that the specific method of resampling 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。 After estimating the positions and velocities of both legs at all times for the plurality of particles and updating and resampling the final weight w (n) k , the leg tracking unit 27 selects a corresponding particle from the plurality of particles based on the weight w (n) k . Here, the leg tracking unit 27 selects one of the particles with the largest weight w (n) k . The leg tracking unit 27 obtains the movement trajectory of the leg F of the subject 1 based on the positions and velocities of both legs for 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 calculation unit 28 calculates walking parameters from the acquired movement trajectories of both legs. The walking parameter calculation unit 28 includes a stance time calculation unit 28a, a landing position calculation unit 28b, a step length, step width and stride length calculation unit 28c, a first step time calculation unit 28d, a reaction time calculation unit 28e, and a TUG execution time calculation unit 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 single-leg stance time and the double-leg stance time. In this embodiment, to calculate the single-leg stance time and the double-leg stance time, the floor contact time and floor departure time are precisely calculated after the movement trajectory is acquired, based on the analysis results of a subject experiment in which pressure sensors were attached to the heels and metatarsals of both legs.

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 determines the landing position in order to calculate the step length, stride length, and step width. Because the laser range sensor 10 acquires the movement trajectory of the leg F at shin height, 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 is at a minimum during stance, and calculates the position of the leg F at that time 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 width and stride length calculation unit 28c calculates the step length, step width 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 drops 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 uses the fact that the voltage value of the pressure sensor 15 changes when the subject 1 sits back down on the chair 2, and sets the rising time of this voltage value as the end time. In other words, it detects when the subject 1 sits down on the chair 2 based on the pressure information detected by the pressure sensor 15. The TUG execution time calculation unit 28f calculates the time difference from the start signal to the end time as the test execution 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。 The walking parameter calculation unit 28 also calculates the shortest distance to the marker 3 based on the movement trajectories 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 trajectories 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 memory unit 22. The monitor 30 may be configured to output voice or the like instead of or in addition to a display. Also, instead of or in addition to the monitor 30, a printer that prints out the calculation results, etc. on a paper medium may be provided. The monitor 30 may be provided integrally with the electronic control unit 20, and may be, for example, a display unit of a personal computer, a dedicated control computer, etc.

[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12に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
[Gait measurement using gait measurement system 100]
Next, a case where gait characteristics are measured in a TUG test using the gait measurement system 100 of this embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

図12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 FIG. 12, the measurement process in the TUG test is divided into three phases: a calibration phase (calibration before a trial), a measurement phase (measurement during a TUG test trial), and an analysis phase (data analysis after a trial). In the calibration phase, the laser range sensor 10 is aligned using two poles 40, and the width w1 of the leg F of the subject 1 is measured. After the calibration is completed, the electronic control device 20 notifies the subject 1 of a start signal (instruction to start the TUG test) by sound, for example, and the measurement phase begins. In the measurement phase, the distance information of the laser range sensor 10 and the pressure information of the pressure sensor 15 are acquired and stored in a synchronized manner. Then, after the subject 1 is detected as being seated from the pressure information, the analysis phase begins. In the analysis phase, the data analysis unit 24 tracks the positions of both legs based on the stored data to acquire a movement trajectory, and the walking parameters are calculated based on the acquired movement trajectory. This will be described 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 the subject 1 starts moving, calibration is performed. In the calibration, a scan is performed by the laser range sensor 10. That is, the laser range sensor 10 emits laser light L so as to scan along the horizontal direction, and distance information is obtained based on the reflection state of the laser light L (step S1). This allows the positions of the legs F of the subject 1 and the two poles 40 to be 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) wl of the leg F of the subject 1 is detected from the width between the observed edge positions of the leg F (step S2). The detected leg information is stored in the memory unit 22. By determining the positional relationship between the two poles 40 using the laser range sensor 10, a measurer or the like can check whether the laser range sensor 10 is installed in an appropriate position and direction relative to the marker 3, and align the laser range sensor 10 as necessary (step S3). As described above, the installation precision of the laser range sensor 10 can be coarse as long as the relative positional relationship between the two poles 40 and the marker 3 is strictly maintained.

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 above are repeated until the calibration is completed (step S4). A few seconds after the calibration is completed, a start signal is automatically given to the subject 1 (or manually by the examiner), and the TUG test begins (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 TUG test, a scan is performed by the laser range sensor 10, 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 or not based on the pressure information (step S8). If it is determined that the subject 1 has not stood up, the process returns to step S6. If it is determined that the subject 1 has stood up, the seating determination unit 23 determines whether the subject 1 has sat down or not based on the pressure information (step S9). If it is determined that the subject 1 has not sat down, the TUG test is still in progress, and the process returns to step S6. If it is determined that the subject 1 has sat down, the TUG test is deemed to have 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 the particle filter are initialized (step S10). At time k, the leg detection unit 26 detects an observation value y k based on the stored distance information (step S11). At time k, the predicted position calculation unit 27c calculates a predicted position for each particle (step S12). At time k, the correlation processing unit 27d randomly associates each particle (step S13). At time k, the update processing unit 27e updates the state quantity for each particle (step S14). This allows the positions and velocities of both legs at time k to be estimated. At time k, the weight calculation unit 27f calculates a weight w (n) k for each particle (step S15). At time k, the resampling unit 27g performs resampling (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。 Next, a data end determination is performed to determine whether each process related to the data analysis has been completed for all of the saved data (distance information saved in association with time) stored in the memory unit 22 (step S17). If the answer is No in step S17, the process proceeds to step S11 at the next time. On the other hand, if the answer is Yes in step S17, it is determined that the leg position tracking process has been completed.

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)。 Then, the leg tracking unit 27 selects one of the particles with the largest weight w (n) k . The leg tracking unit 27 acquires the movement trajectories of both legs of the subject 1 in the TUG test based on the positions and velocities of both legs in the selected particle. Then, the walking parameter calculation unit 28 calculates walking parameters from the acquired movement trajectories of both legs (step S18). The analysis results of the stored data analysis and/or the walking parameters are output to the monitor 30 (step S19).

以上、歩行計測システム100では、例えば介添人等の他者の脚部位置が観測値yとして誤検出された場合でも、当該観測値yが両脚部の予測位置に対応付けされてしまうのを第1ゲートGA1によって抑制することができるのに加えて、第2ゲートGA2によっても抑制することができる。したがって、他者の脚部位置を被験者1の脚部位置として誤追跡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。 As described above, in the gait measurement system 100, even if the leg position of another person, such as an attendant, is erroneously detected as the observed value yk , the observed value yk can be prevented from being associated with the predicted positions of both legs by the first gate GA1 and can also be prevented by the second gate GA2. Therefore, it is possible to prevent the leg positions of another person from being erroneously tracked as the leg positions of the subject 1, and it is possible to track the leg positions of the subject 1 with high accuracy.

歩行計測システム100では、相関処理部27dは、直前の処理時刻において被験者1の右脚部Fに対応付けられた観測値yと被験者1の左脚部Fに対応付けられた観測値yとの双方が存在する場合、右脚部Fの予測位置と左脚部Fの予測位置との間の位置を中心に拡がる第2ゲートGA2を設定する。この場合、確度の高い両脚部の予測位置の間の位置を中心にして、第2ゲートGA2を設定することができる。 In the gait measurement system 100, when there are both an observed value yk associated with the right leg F R of the subject 1 and an observed value yk associated with the left leg F L of the subject 1 at the immediately preceding processing time, the correlation processing unit 27d sets a second gate GA2 centered on a position between the predicted positions of the right leg F R and the left leg F L. In this case, the second gate GA2 can be set centered on a position between the predicted positions of both legs with high accuracy.

歩行計測システム100では、相関処理部27dは、直前の処理時刻において両脚部のうちの何れか一方に対応付けられた観測値yのみが存在する場合、両脚部のうちの当該何れか一方の予測位置を基準に拡がる第2ゲートGA2を設定する。この場合、両脚部のうちの確度の高い当該何れか一方の予測位置を基準にして、第2ゲートGA2を設定することができる。 In the gait measurement system 100, when there is only an observed value y k associated with one of the legs at the immediately preceding processing time, the correlation processor 27 d sets a second gate GA2 that expands based on the predicted position of the one of the legs. In this case, the second gate GA2 can be set based on the predicted position of the one of the legs with the highest accuracy.

歩行計測システム100では、相関処理部27dは、直前の処理時刻において右脚部Fに対応付けられた観測値yと左脚部Fに対応付けられた観測値yとの双方が存在しない場合、右脚部Fの予測位置と左脚部Fの予測位置との間の位置を中心に拡がる第2ゲートGA2を設定する。これにより、両脚部の予測位置の確度がともに高くないと想定し得る場合においては、両脚部の予測位置の間の位置を中心にして、第2ゲートGA2を設定することができる。 In the gait measurement system 100, when there is neither an observed value y k associated with the right leg F R nor an observed value y k associated with the left leg F L at the immediately preceding processing time, the correlation processing unit 27d sets a second gate GA2 centered on a position between the predicted positions of the right leg F R and the left leg F L. In this way, when it can be assumed that the accuracy of the predicted positions of both legs is not high, it is possible to set the second gate GA2 centered on a position between the predicted positions of both legs.

歩行計測システム100では、第2ゲートGA2は、楕円であって、その長軸と短軸の比率が8:5である。これにより、被験者1に対して第2ゲートGA2の短軸方向に近接する他者が存在し易い場合に、被験者1の脚部位置を精度よく追跡する上記効果が特に有効となる。 In the gait measurement system 100, the second gate GA2 is an ellipse with a ratio of its major axis to its minor axis of 8:5. This makes the above-mentioned effect of tracking the position of the legs of the subject 1 with high accuracy particularly effective when there is likely to be another person close to the subject 1 in the minor axis direction of the second gate GA2.

歩行計測システム100は、被験者1のTUG試験に用いられるシステムであり、第2ゲートGA2は、椅子2からマーカ3に向かう方向に長尺な形状である。この場合、第2ゲートGA2をTUG試験に適した形状とすることができる。 The gait measurement system 100 is a system used for the TUG test of the subject 1, and the second gate GA2 has a long shape extending from the chair 2 toward the marker 3. In this case, the second gate GA2 can be shaped to be suitable for the TUG test.

歩行計測システム100では、第1ゲートGA1は、被験者1の右脚部Fの予測位置を基準に拡がるゲートと、被験者1の左脚部Fの予測位置を基準に拡がるゲートと、を含んでいる。この場合、誤検出された観測値yが両脚部の予測位置に対応付けされてしまうことを、2つの第1ゲートGA1により効果的に抑制することが可能となる。 In the gait measurement system 100, the first gate GA1 includes a gate extending based on the predicted position of the right leg F R of the subject 1 and a gate extending based on the predicted position of the left leg F L of the subject 1. In this case, the two first gates GA1 can effectively prevent the erroneously detected observed value y k from being associated with the predicted positions of both legs.

歩行計測システム100では、第1ゲートGA1の範囲は可変であり、第2ゲートGA2の範囲は、固定である。この場合、可変の第1ゲートGA1により柔軟に観測値yを限定すると共に、固定の第2ゲートGA2で確実に観測値yを限定することができる。 In the gait measurement system 100, the range of the first gate GA1 is variable, and the range of the second gate GA2 is fixed. In this case, the observation value yk can be flexibly limited by the variable first gate GA1, and the observation value yk can be reliably limited by the fixed second gate GA2.

歩行計測システム100では、スターティングフェーズにおいて左右の脚部Fが入れ替わって誤推定されたであろう一部のパーティクルについて、その重みw(n) を小さくする。これにより、スターティングフェーズにおいて左右の脚部Fが実際とは入れ替わって追跡されてしまう誤追跡を、抑制することができる。スターティングフェーズにおける被験者1の脚部Fの挙動は特徴的であり、左右の脚部Fが入れ替わる誤追跡はスターティングフェーズで特に生じ易いことから、スターティングフェーズの当該誤追跡を抑制できる作用効果は有効である。 In the gait measurement system 100, the weight w (n) k is reduced for some particles that would have been erroneously estimated due to the left and right legs F being swapped in the starting phase. This makes it possible to suppress erroneous tracking in which the left and right legs F are tracked in a swapped position from the actual position in the starting phase. The behavior of the legs F of the subject 1 in the starting phase is characteristic, and erroneous tracking in which the left and right legs F are swapped is particularly likely to occur in the starting phase, so the effect of being able to suppress such erroneous tracking in the starting phase is effective.

歩行計測システム100では、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。 In the gait measurement system 100, the predicted positions of both legs of the subject 1 are associated with the observed values for each of the plurality of particles. This allows for a plurality of possible associations. Then, a particle with any of the associations is selected from the plurality of particles based on the weight w (n) k to determine the predicted positions of both legs and obtain a movement trajectory. This weight w (n) k is calculated from the unique features found in the legs F of the walking subject 1, that is, the transition of the walking phase and the observation pattern. Therefore, it is possible to obtain a movement trajectory based on any of the plurality of possible associations that is most likely for the subject 1. Therefore, it is possible to suppress the acquisition of a movement trajectory based on an incorrect association, and it is possible to accurately track the leg positions of the subject 1. It is 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。 In the gait measurement system 100, the weight w (n) k is calculated based on the transition of the gait phase. In this case, the weight w (n) k of each particle can be calculated taking into consideration that the gait 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。 In the gait measurement system 100, the weight w (n) k is calculated based on the transition of the observation patterns corresponding to both legs. In this case, the weight w (n) k of each particle can be calculated taking into consideration that the observation patterns of both legs change 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 unit 24 includes a leg detection unit 26, a predicted position calculation unit 27c, and a correlation processing unit 27d. The leg detection unit 26 detects the observation value y k 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 based on the predicted positions for each of the plurality of particles, and randomly associates the predicted positions of both legs of the subject 1 with either the observation value y k or the observation result with no observation value y k present within the gate GA. In this case, the association for each particle can be performed using the gate GA set based on the predicted positions.

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 unit 24 has an update processing unit 27e and a weight calculation unit 27f. The update processing unit 27e updates the state quantity of the leg F for each of the plurality of particles after the correlation processing unit 27d performs correspondence. The weight calculation unit 27f calculates the weight w (n) k from the transition of the walking phase and the observation pattern for each of the plurality of particles after the update processing unit 27e performs updating. In this case, the weight w (n) k of each particle can be specifically calculated in tracking the leg position using the particle filter.

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 an update process for the Kalman filter. In this case, the leg positions of the subject 1 can be tracked with high accuracy 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 unit 24 includes a resampling unit 27g. The resampling unit 27g resamples a plurality of particles so that they are selected and replicated based on the weight w (n) k . In this case, the number of particles required for tracking the leg position using a particle filter can be reduced. It becomes possible to hold the association hypothesis and estimate the state quantity with a small number of particles.

図13及び図14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(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13(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13(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14(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14(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14(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。 Figures 13 and 14 are diagrams explaining matching using a particle filter. Figure 13(a) shows the result of matching for the first particle PT1 at time k, Figure 13(b) shows the result of matching for the second particle PT2 at time k, and Figure 13(c) shows the result of matching for the third particle PT3 at time k. Figure 14(a) shows the result of matching for the first particle PT1 at time k+1, Figure 14(b) shows the result of matching for the second particle PT2 at time k+1, and Figure 14(c) shows the result of matching for the third particle PT3 at time k+1.

図13(a)~図13(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 FIG. 13(a) to FIG. 13(c), the erroneous detection of observed values y k 1 and y k 2 is 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 an observation result of no observed value, and the predicted position of the right leg is associated with the observed value y k 2. In the third particle P3, since there is no observed 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, the weight w (1) k > weight w (2) k > weight w (3) k .

図14(a)~図14(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 of FIG. 14(a) to FIG. 14(c), the observed value y k+1 1 and the 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, the weight w (3) k+1 >> the weight w (2) k+1 > the weight w (1) k+1 . As a result, for example, the first particle PT1 is eliminated and the third particle PT3 is duplicated by resampling.

図15は、比較例に係る歩行計測システム及び実施例に係る歩行計測システム100によるTUG試験の追跡結果を示す図である。試験結果において、実施例は、歩行計測システム100に対応する。比較例1は、パーティクルフィルタを用いた対応付けを実施せず、且つ、第2ゲートGA2を設定しない以外は、歩行計測システム100と同様なシステムに対応する。比較例2は、スターティングフェーズで左右の脚部Fが入れ替わって誤推定された一部のパーティクルについての重みw(n) を小さくする上記処理を実施せず、且つ、第2ゲートGA2を設定しない以外は、歩行計測システム100と同様なシステムに対応する。 15 is a diagram showing the tracking results of the TUG test by the gait measurement system according to the comparative example and the gait measurement system 100 according to the embodiment. In the test results, the embodiment corresponds to the gait measurement system 100. Comparative example 1 corresponds to a system similar to the gait measurement system 100, except that the matching using the particle filter is not performed and the second gate GA2 is not set. Comparative example 2 corresponds to a system similar to the gait measurement system 100, except that the above process of reducing the weight w (n) k for some particles that are erroneously estimated due to the left and right legs F being switched in the starting phase is not performed and the second gate GA2 is not set.

試験対象となる被験者1の人数は138名である。図中の誤追跡内容における「左右の脚部の入れ替わり」とは、被験者1の左脚部Fを右脚部Fとして追跡、及び/又は、右脚部Fを左脚部Fとして追跡した状況が発生した場合である。図中の誤追跡内容における「介添人の脚部を誤追跡」とは、介添人の脚部を誤って被験者1の脚部Fであるとして追跡した状況が発生した場合である。 The number of subjects 1 to be tested was 138. "Switching of left and right legs" in the erroneous tracking content in the figure refers to a situation in which the left leg F L of the subject 1 is tracked as the right leg F R and/or the right leg F R is tracked as the left leg F L. "Mistracking of attendant's legs" in the erroneous tracking content in the figure refers to a situation in which the attendant's legs are mistakenly tracked as the legs F of the subject 1.

図15に示されるように、実施例では、比較例1,2に比べて、全体の追跡成功率が向上している。これにより、被験者1の脚部位置を精度よく追跡可能となるという歩行計測システム100の作用効果を確認することができる。 As shown in FIG. 15, the overall tracking success rate is improved in the embodiment compared to Comparative Examples 1 and 2. This confirms the effect of the gait measurement system 100, which is capable of tracking the leg position of the subject 1 with high accuracy.

また、実施例では、比較例1,2に比べて、介添人の脚部を誤追跡してしまった数が低減している。これにより、介添人(他者)の脚部位置を被験者1の脚部位置として誤追跡してしまうことを抑制できるという歩行計測システム100の作用効果を確認することができる。特に実施例では、介添人の脚部を誤追跡してしまった数がフェーズによらずに低減していることから、当該作用効果は、スターティングフェーズにおいて重みw(n) を小さくする上記処理よりも、第2ゲートGA2を設定したことが寄与していることがわかる。 Furthermore, in the Example, the number of times the legs of the attendant were erroneously tracked was reduced compared to Comparative Examples 1 and 2. This confirms the effect of the gait measurement system 100, which is capable of suppressing erroneous tracking of the leg positions of the attendant (other person) as the leg positions of the subject 1. In particular, in the Example, the number of times the legs of the attendant were erroneously tracked was reduced regardless of the phase, which indicates that the effect is due to the setting of the second gate GA2 rather than the above process of reducing the weight w (n) k in the starting phase.

また、実施例では、比較例2に比べて、スターティングフェーズでの左右の脚部Fの入れ替わりの数が大きく低減している。これにより、スターティングフェーズで左右の脚部Fが実際とは入れ替わって追跡されてしまう誤追跡を抑制できるという歩行計測システム100の作用効果を確認することができる。当該作用効果は、スターティングフェーズでもたらされることから、スターティングフェーズにおいて重みw(n) を小さくする上記処理が特に寄与していることがわかる。 Furthermore, in the example, the number of interchanges of the left and right legs F during the starting phase is significantly reduced compared to Comparative Example 2. This confirms the effect of the gait measurement system 100, which is capable of suppressing erroneous tracking in which the left and right legs F are tracked in an interchanged position from the actual position during the starting phase. Since this effect is brought about during the starting phase, it can be seen that the above process of reducing the weight w (n) k during the starting phase is particularly contributory to this effect.

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 capable of acquiring distance information on a two-dimensional plane, thereby enabling tracking of the positions of both legs with fewer misidentifications during TUG test measurements and improving measurement accuracy. The gait measurement system 100 does not perform real-time analysis during the walking test, but instead performs analysis (post-analysis) by the data analysis unit 24 after the walking test is completed. This makes it possible to calculate precise movement trajectories and walking parameters. Of course, the gait measurement system 100 also makes it possible to analyze walking characteristics by the data analysis unit 24 while the walking test is being performed.

[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。
[Modification]
One aspect of the present invention has been described above, but this aspect of the present invention is not limited to the above embodiment, and may be modified or applied to other things without changing the gist of the claims.

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 and the transition of the observation pattern of the subject 1, 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 term related to the transition of the observation pattern and the third term related to the transition of the walking phase, but it may be expressed as the sum or difference of the second and third terms. In the above embodiment, the transition of the walking state is not limited to the transition of the walking phase and the transition of the observation pattern, and may be a transition of the walking state based on the positions of both 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 above embodiment, the resampling unit 27g resamples a plurality of particles, but in some cases, the resampling unit 27g may not be necessary. In the above embodiment, the movement trajectory of the leg F is obtained from the positions and velocities of both legs of the particle with the largest weight w (n) k , but this is not limiting. For example, the movement trajectory may be obtained from any of the particles with a weight w (n) k equal to or greater than a predetermined value. In short, any of the associated particles may be selected based on the weight w (n) k , and the movement trajectory may be obtained 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(Multi-target stepping test)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 measure walking characteristics in a TUG test, but this is not limited thereto, and the gait measurement system 100 can be applied to measure walking characteristics in, for example, a multi-target stepping test (MTST) and various other walking trainings.

上記実施形態では、第1ゲートGA1及び第2ゲートGA2の形状、大きさ及び中心位置等は、特に限定されない。第1ゲートGA1及び第2ゲートGA2の形状、大きさ及び中心位置等としては、種々の要因に応じて、種々の形状、大きさ及び中心位置を採用してもよい。上記実施形態では、第1ゲートGA1の大きさを可変としたが、第1ゲートGA1の大きさは固定であってもよい。上記実施形態では、第2ゲートGA2の大きさを固定としたが、第2ゲートGA2の大きさは可変であってもよい。 In the above embodiment, the shape, size, central position, etc. of the first gate GA1 and the second gate GA2 are not particularly limited. Various shapes, sizes, and central positions may be adopted as the shape, size, central position, etc. of the first gate GA1 and the second gate GA2 depending on various factors. In the above embodiment, the size of the first gate GA1 is variable, but the size of the first gate GA1 may be fixed. In the above embodiment, the size of the second gate GA2 is fixed, but the size of the second gate GA2 may be variable.

例えば、第2ゲートGA2の形状は、MTSTにおける歩行特性の計測に歩行計測システム100を適用する場合には、MTSTの特徴に鑑みて真円であってもよい。また例えば、第2ゲートGA2の形状は、被験者1の進行方向に長尺な形状であってもよく、この場合には、被験者1がマーカ3をターンする際には、第2ゲートGA2の長尺方向がターンに応じて180°回転するように変化する。また例えば、第2ゲートGA2の形状、大きさ及び中心位置の少なくとも何れかは、歩行試験の各フェーズごとに異なっていてもよい。 For example, when the gait measurement system 100 is applied to measure walking characteristics in the MTST, the shape of the second gate GA2 may be a perfect circle in consideration of the characteristics of the MTST. For example, the shape of the second gate GA2 may be elongated in the direction of travel of the subject 1, and in this case, when the subject 1 turns the marker 3, the elongated direction of the second gate GA2 changes so as to rotate 180° in response to the turn. For example, at least one of the shape, size, and center position of the second gate GA2 may be different for each phase of the walking test.

上記実施形態では、直前の処理時刻の観測値yに応じて両脚部の予測位置を基準に拡がる第2ゲートGA2を設定したが、直前の処理時刻の観測値yに限定されず、過去の観測値yに応じて拡がる第2ゲートGA2を設定すればよい。上記実施形態では、データ解析部24によりパーティクルフィルタを用いて被験者1の脚部Fの移動軌跡を取得したが、パーティクルフィルタを用いずに(つまり、パーティクルフィルタを用いた対応付けを実施せずに)被験者1の脚部Fの移動軌跡を取得してもよい。 In the above embodiment, the second gate GA2 is set to expand based on the predicted positions of both legs according to the observation value yk at the immediately preceding processing time, but the second gate GA2 may be set to expand according to the past observation value yk without being limited to the observation value yk at the immediately preceding processing time. In the above embodiment, the data analysis unit 24 acquires the movement trajectory of the leg F of the subject 1 using a particle filter, but the movement trajectory of the leg F of the subject 1 may be acquired without using a particle filter (i.e., without performing matching using a particle filter).

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, a 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 specified height from the floor surface. For example, an infrared sensor capable of acquiring the above-mentioned two-dimensional planar distance information may be used as the distance information acquisition unit. The above embodiment includes one laser range sensor 10, but multiple sensors may be included. In the above embodiment, a pole 40 is used as the reference member, but this is not limited to this. Various members may be used as the reference member as long as they are capable of aligning the laser range sensor 10 with 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 positioned so that the laser light L is irradiated from the rear side of the subject 1 approaching the marker 3 (moving away from the chair 2), but the laser range sensor 10 may also be positioned so that the laser light L is irradiated from the front side of the subject 1 approaching the marker 3. In some cases, the laser range sensor 10 may be positioned so that the laser light L is irradiated from the side of the subject 1 approaching the marker 3. In the above embodiment, the laser range sensor 10 is positioned under the chair 2, but the position of the laser range sensor 10 is not limited, and the laser range sensor 10 may be positioned according to the irradiation mode of the laser light L to the subject 1.

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 above embodiment, subject 1's standing up (moving out) from chair 2 and sitting down on chair 2 were determined based on pressure information from pressure sensor 15, but in addition to determination by pressure sensor 15 or omitting pressure sensor 15, the standing up and sitting down may be determined based on the detection results of laser range sensor 10. In the above embodiment, subject 1's standing up and sitting down were detected based on pressure information, but only standing up may be detected based on pressure information, or only sitting down may be detected based on 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。 The present invention can be understood as a gait measurement method implemented by the gait measurement system 100. 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).

上記実施形態及び変形例における各構成には、上述した材料及び形状に限定されず、様々な材料及び形状を適用することができる。上記実施形態又は変形例における各構成は、他の実施形態又は変形例における各構成に任意に適用することができる。上記実施形態又は変形例における各構成の一部は、本発明の一態様の要旨を逸脱しない範囲で適宜に省略可能である。 The components in the above embodiments and modifications are not limited to the materials and shapes described above, and various materials and shapes can be applied. The components in the above embodiments or modifications can be applied to the components in other embodiments or modifications as desired. Parts of the components in the above embodiments or modifications can be omitted as appropriate without departing from the gist of one aspect of the present invention.

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、GA1…第1ゲート、GA2…第2ゲート、L…レーザ光(検出波)。 1...Subject (subject), 10...Laser range sensor (distance information acquisition unit), 24...Data analysis unit, 26...Leg detection unit (observation value detection unit), 27c...Predicted position calculation unit, 27d...Correlation processing unit, 27e...Update processing unit, 27f...Weight calculation unit, 27g...Resampling unit, 100...Gait measurement system, F...Leg, GA1...First gate, GA2...Second gate, L...Laser light (detection wave).

Claims (8)

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、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する脚検出部と、
過去の時刻の前記観測値に少なくとも基づいて、前記対象者の両脚部の予測位置を算出する予測位置算出部と、
前記観測値と前記両脚部の予測位置との対応付けを行う相関処理部と、を有し、
前記相関処理部は、
前記両脚部の予測位置を基準に拡がる第1ゲートを設定すると共に、過去の時刻の前記観測値に応じて前記両脚部の予測位置を基準に拡がる第2ゲートを設定し、
前記第1ゲートと前記第2ゲートとが重なる領域内に存在する前記観測値に対して、前記両脚部の予測位置を対応付けする、歩行計測システム。
A gait measurement system for tracking a leg position of a walking subject, comprising:
a distance information acquiring unit that emits a detection wave so as to scan along a horizontal direction and acquires distance information over time relating to a distance to an object that has reflected the detection wave based on a reflection state of the detection wave;
a data analysis unit that acquires a movement trajectory of the subject's legs based at least on the distance information acquired by the distance information acquisition unit,
The data analysis unit
a leg detection unit that detects one or more observation values that are position candidates of the leg based on the distance information;
A predicted position calculation unit that calculates predicted positions of both legs of the subject based on at least the observed values at past times;
a correlation processor that correlates the observed values with the predicted positions of the legs,
The correlation processing unit
setting a first gate that spreads based on the predicted positions of both legs, and setting a second gate that spreads based on the predicted positions of both legs according to the observed values at past times;
The gait measurement system associates the predicted positions of both legs with the observed values that exist within an area where the first gate and the second gate overlap.
前記相関処理部は、直前の処理時刻において前記対象者の右脚部に対応付けられた前記観測値と前記対象者の左脚部に対応付けられた前記観測値との双方が存在する場合、前記右脚部の予測位置と前記左脚部の予測位置との間の位置を中心に拡がる前記第2ゲートを設定する、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 correlation processor sets the second gate extending from a position between the predicted position of the right leg and the predicted position of the left leg when both the observed value associated with the right leg of the subject and the observed value associated with the left leg of the subject exist at the immediately preceding processing time. 前記相関処理部は、直前の処理時刻において前記両脚部のうちの何れか一方に対応付けられた前記観測値のみが存在する場合、前記両脚部のうちの当該何れか一方の予測位置を中心に拡がる前記第2ゲートを設定する、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 correlation processor sets the second gate extending from a predicted position of one of the legs when only the observed value associated with one of the legs exists at the immediately preceding processing time. 前記相関処理部は、直前の処理時刻において前記対象者の右脚部に対応付けられた前記観測値と前記対象者の左脚部に対応付けられた前記観測値との双方が存在しない場合、前記右脚部の予測位置と前記左脚部の予測位置との間の位置を中心に拡がる前記第2ゲートを設定する、請求項1~3の何れか一項に記載の歩行計測システム。 The gait measurement system according to any one of claims 1 to 3, wherein the correlation processor sets the second gate extending from a position between the predicted position of the right leg and the predicted position of the left leg when both the observed value associated with the right leg of the subject and the observed value associated with the left leg of the subject at the immediately preceding processing time are not present. 前記第2ゲートは、楕円であって、その長軸と短軸の比率が8:5である、請求項1~4の何れか一項に記載の歩行計測システム。 The gait measurement system according to any one of claims 1 to 4, wherein the second gate is an ellipse with a ratio of its major axis to its minor axis being 8:5. 前記対象者の歩行試験に用いられるシステムであって、
前記歩行試験は、前記対象者が、椅子に着席した状態から前記椅子に対して離れて配置されたマーカに向かって歩行し、前記マーカをターンした後、前記椅子に戻って再び着席する試験であり、
前記第2ゲートは、前記椅子から前記マーカに向かう方向に長尺な形状である、請求項1~5の何れか一項に記載の歩行計測システム。
1. A system for use in gait testing of the subject, comprising:
The walking test is a test in which the subject walks from a seated state in a chair toward a marker disposed away from the chair, turns around the marker, and then returns to the chair and sits down again;
6. The gait measurement system according to claim 1, wherein the second gate is elongated in a direction from the chair to the marker.
前記第1ゲートは、前記対象者の右脚部の予測位置を基準に拡がるゲートと、前記対象者の左脚部の予測位置を基準に拡がるゲートと、を含む、請求項1~6の何れか一項に記載の歩行計測システム。 The gait measurement system according to any one of claims 1 to 6, wherein the first gate includes a gate that extends based on a predicted position of the subject's right leg and a gate that extends based on a predicted position of the subject's left leg. 前記第1ゲートの範囲は、可変であり、
前記第2ゲートの範囲は、固定である、請求項1~7の何れか一項に記載の歩行計測システム。
the range of the first gate is variable;
8. The gait measurement system according to claim 1, wherein a range of the second gate is fixed.
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