JP7480851B2 - 検出装置、検出システム、検出方法、およびプログラム - Google Patents
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Description
まず、第1の実施形態に係る検出システムについて図面を参照しながら説明する。本実施形態の検出システムは、歩行者の足部に設置されたセンサによって取得されたセンサデータを用いて、その歩行者の歩行イベントを検出する。特に、本実施形態においては、歩行者の片足の履物に設置されたセンサによって取得されたセンサデータを用いて、その歩行者の両足の歩行イベントを検出する。詳細については後述するが、歩行イベントは、足が地面に着く事象や、足が地面から離れる事象などを含む。本実施形態においては、右足を基準の足とし、左足を反対足とする系について説明する。本実施形態においては、左足を基準の足とし、右足を反対足とする系についても適用できる。
図1は、本実施形態の検出システム1の構成の一例を示すブロック図である。図1のように、検出システム1は、データ取得装置11および検出装置12を備える。データ取得装置11と検出装置12は、有線で接続されてもよいし、無線で接続されてもよい。また、データ取得装置11と検出装置12は、単一の装置で構成してもよい。また、検出システム1の構成からデータ取得装置11を除き、検出装置12だけで検出システム1を構成してもよい。
次に、データ取得装置11の詳細について図面を参照しながら説明する。図5は、データ取得装置11の詳細構成の一例を示すブロック図である。データ取得装置11は、加速度センサ111、角速度センサ112、制御部113、およびデータ送信部115を有する。また、データ取得装置11は、図示しない電源を含む。以下においては、加速度センサ111、角速度センサ112、制御部113、およびデータ送信部115の各々を動作主体として説明するが、データ取得装置11を動作主体とみなしてもよい。
次に、検出システム1が備える検出装置12の詳細について図面を参照しながら説明する。図6は、検出装置12の構成の一例を示すブロック図である。検出装置12は、抽出部121および検出部123を有する。
次に、検出装置12による歩行イベントの検出例について図面を参照しながら説明する。本実施形態においては、立脚相の中央のタイミング(立脚終期の開始)を、一歩行周期の起点に設定する。本実施形態においては、踵接地、反対足爪先離地、踵持ち上がり、反対足踵接地、爪先離地、足交差、および脛骨垂直を歩行イベントとして検出する例について説明する。以下においては、一歩行周期の歩行波形における時系列の順番ではなく、歩行イベントの検出の順番に沿って説明する。
まず、検出装置12は、一歩行周期分のY方向加速度の歩行波形から爪先離地のタイミングを検出する。
次に、検出装置12は、一歩行周期分のY方向加速度またはZ方向加速度の歩行波形から踵接地のタイミングを検出する。なお、一歩行周期分の歩行波形から爪先離地と踵接地を検出する順番は入れ替えてもよい。
次に、検出装置12は、一歩行周期分のロール角速度の歩行波形から反対足踵接地のタイミングを検出する。検出装置12は、Triangle thresholdingアルゴリズムを用いて、反対足踵接地を検出する。例えば、検出装置12は、一歩行周期の起点から爪先離地までの第1歩行波形W1から、反対足踵接地を検出する。
次に、検出装置12は、一歩行周期分のロール角速度の歩行波形から反対足爪先離地のタイミングを検出する。検出装置12は、Triangle thresholdingアルゴリズムを用いて、反対足爪先離地を検出する。例えば、検出装置12は、踵接地から一歩行周期の終点までの第3歩行波形W3から、反対足爪先離地を検出する。なお、一歩行周期分の歩行波形から反対足爪先離地と反対足踵接地を検出する順番は入れ替えてもよい。
次に、検出装置12は、一歩行周期分のZ方向加速度の歩行波形から脛骨垂直のタイミングを検出する。例えば、検出装置12は、爪先離地から踵接地までの第2歩行波形W2から、脛骨垂直を検出する。なお、一歩行周期分の歩行波形から脛骨垂直を検出する順番は、反対足爪先離地と反対足踵接地の前であってもよい。
次に、検出装置12は、一歩行周期分のY方向加速度の歩行波形から足交差のタイミングを検出する。例えば、検出装置12は、爪先離地から脛骨垂直までの歩行波形(第4歩行波形W4とも呼ぶ)から、足交差を検出する。
次に、検出装置12は、連続する二歩行周期分のロール角速度の歩行波形から踵持ち上がりのタイミングを検出する。検出装置12は、Triangle thresholdingアルゴリズムを用いて、踵持ち上がりのタイミングを検出する。例えば、検出装置12は、二歩行周期の歩行波形において、一歩行周期目(第1歩行周期)の反対足爪先離地から二歩行周期(第2歩行周期)の反対足踵接地までの歩行波形(第5歩行波形W5とも呼ぶ)から、踵持ち上がりを検出する。
次に、本実施形態の検出システム1の検出装置12の動作について図面を参照しながら説明する。以下においては、検出装置12の抽出部121と検出部123を動作の主体とする。なお、以下に示す動作の主体は、検出装置12であってもよい。
次に、検出部123の歩行イベント検出処理(図20のステップS18)の概要について図面を参照しながら説明する。図21は、検出部123の歩行イベント検出処理の一例について説明するためのフローチャートである。図21のフローチャートは概略的なものであり、個々の歩行イベントの検出については順次説明する。
次に、爪先離地を検出するアルゴリズムについて図面を参照しながら説明する。図22は、爪先離地を検出するアルゴリズムの一例について説明するためのフローチャートである。爪先離地は、遊脚相の開始のタイミングに相当する。
次に、踵接地を検出するアルゴリズムの一例について図面を参照しながら説明する。図23は、踵接地を検出するアルゴリズムの一例について説明するためのフローチャートである。踵接地は、立脚相の開始のタイミングに相当する。
次に、反対足踵接地を検出するアルゴリズムの一例について図面を参照しながら説明する。図24は、反対足踵接地を検出するアルゴリズムの一例について説明するためのフローチャートである。反対足踵接地は、立脚相の遊脚前期の開始のタイミングに相当する。
次に、反対足爪先離地を検出するアルゴリズムの一例について図面を参照しながら説明する。図25は、反対足爪先離地を検出するアルゴリズムの一例について説明するためのフローチャートである。反対足爪先離地は、立脚相の立脚中期の開始のタイミングに相当する。
次に、脛骨垂直を検出するアルゴリズムの一例について図面を参照しながら説明する。図26は、脛骨垂直を検出するアルゴリズムの一例について説明するためのフローチャートである。脛骨垂直は、遊脚相の遊脚終期の開始のタイミングに相当する。
次に、足交差を検出するアルゴリズムの一例について図面を参照しながら説明する。図27は、足交差を検出するアルゴリズムの一例について説明するためのフローチャートである。足交差は、遊脚相の遊脚中期の中央のタイミングに相当する。
次に、踵持ち上がりを検出するアルゴリズムの一例について図面を参照しながら説明する。図28は、踵持ち上がりを検出するアルゴリズムの一例について説明するためのフローチャートである。踵持ち上がりのタイミングは、立脚相の立脚終期の開始のタイミングに相当する。すなわち、踵持ち上がりのタイミングは、一歩行周期の始点と終点に相当する。
次に、第2の実施形態に係る検出システムについて図面を参照しながら説明する。本実施形態の検出システムは、歩行波形から検出された複数の歩行イベントの各々が発生した時刻を特定し、特定された時刻に基づいて歩容に関する時間因子を算出する。本実施形態の検出システムは、算出された歩容に関する時間因子を用いて、歩行者の身体状態を推定する。
図30は、検出装置22の構成の一例を示すブロック図である。検出装置22は、抽出部221、検出部223、計算部225、および推測部227を有する。
次に、本実施形態の検出システム2の動作について図面を参照しながら説明する。以下においては、検出システム2の検出装置22が、歩行波形から検出された歩行イベントの時間因子に基づいて歩行者の身体状態を推測する処理について説明する。以下においては、検出装置22を動作の主体として説明する。図35は、検出装置22が、歩行者の身体状態を推測する処理について説明するためのフローチャートである。
次に、検出装置22が、歩行波形から歩行者の身体状態を推測する処理の一例として、筋力低下状況を推測する例について説明する。図36は、検出装置22が、歩行者の筋力低下状況を推測する処理について説明するためのフローチャートである。以下においては、検出装置22を動作の主体として説明する。
R1=(T1a+T2a)/(Ta-T1a-T2a)・・・(1)
上記の式1は、一歩行周期における片足支持期間に対する両足支持期間の比率である。
次に、検出装置22が、歩行波形から歩行者の身体状態を推測する処理の一例として、骨密度を推測する例について説明する。図37は、検出装置22が、歩行者の骨密度を推測する処理について説明するためのフローチャートである。以下においては、検出装置22を動作の主体として説明する。
R2=(T1b-T2b-T3b)/(T1b+T2b-T3b)・・・(2)
上記の式2は、両足の立脚期間に対する、右足立脚期間と左足立脚期間の差の比率である。
次に、検出装置22が、歩行波形から歩行者の身体状態を推測する処理の一例として、基礎代謝を推測する例について説明する。図38は、検出装置22が、歩行者の基礎代謝を推測する処理について説明するためのフローチャートである。以下においては、検出装置22を動作の主体として説明する。
R3=(T1c-T2c)/(T1c+T2c)・・・(3)
上記の式3は、両右足のストライド時間に対する、左足のストライド時間の比率である。
次に、本実施形態の検出システム2の適用例について図面を参照しながら説明する。本適用例では、検出装置22によって出力された身体状態に関する指標を表示させたり、健康管理システム等に送信させたりする例である。以下の例においては、歩行者の靴の中にデータ取得装置が設置され、そのデータ取得装置によって計測された足の動きに関する物理量に基づくセンサデータが、歩行者の所持する携帯端末に送信されるものとする。携帯端末に送信されたセンサデータは、携帯端末にインストールされたプログラムによってデータ処理されるものとする。
次に、第3の実施形態に係る検出装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の検出装置は、各実施形態の検出装置を簡略化した構成である。
ここで、実施形態に係る検出装置等の処理を実行するハードウェア構成について、図43の情報処理装置90を一例として挙げて説明する。なお、図43の情報処理装置90は、各実施形態の検出装置等の処理を実行するための構成例であって、本発明の範囲を限定するものではない。
(付記1)
歩行者の一方の足部に設置されたセンサによって計測された足の動きに関する物理量に基づくセンサデータを用いて歩行に伴う時系列データを生成し、生成された前記時系列データから歩行波形を抽出する抽出部と、
前記抽出部によって抽出された前記歩行波形から、前記歩行者の両足の歩行イベントを検出する検出部と、を備える検出装置。
(付記2)
前記抽出部は、
前記歩行者の進行方向加速度の時系列データを生成し、
生成された前記進行方向加速度の時系列データから、一歩行周期分の前記進行方向加速度の歩行波形を抽出し、
前記検出部は、
抽出された一歩行周期分の前記進行方向加速度の歩行波形において、
最大ピークに含まれる二つの山の間に谷が検出されるタイミングを爪先離地のタイミングとして検出し、
最小ピークが検出されるタイミングと、前記最小ピークの次に現れる極大ピークが検出されるタイミングとの中点のタイミングを踵接地のタイミングとして検出する、付記1に記載の検出装置。
(付記3)
前記抽出部は、
前記歩行者のロール角速度の時系列データを生成し、
生成された前記ロール角速度の時系列データから、立脚終期の開始のタイミングを始点とする一歩行周期分の前記ロール角速度の歩行波形を抽出し、
前記検出部は、
抽出された一歩行周期分の前記ロール角速度の歩行波形を、前記爪先離地のタイミングと前記踵接地のタイミングで、第1歩行波形、第2歩行波形、および第3歩行波形に分割し、
前記ロール角速度の第1歩行波形から反対足踵接地のタイミングを検出し、
前記ロール角速度の第3歩行波形から反対足爪先離地のタイミングを検出する、付記2に記載の検出装置。
(付記4)
前記検出部は、
前記ロール角速度の第1歩行波形から前記ロール角速度が最大になる点を検出し、
前記ロール角速度の第1歩行波形の始点と、前記ロール角速度の第1歩行波形において前記ロール角速度が最大になる点とを結ぶ線分から、前記ロール角速度の第1歩行波形に下ろした垂線の長さが最大になる加速変曲点のタイミングを前記反対足踵接地のタイミングとして検出する、付記3に記載の検出装置。
(付記5)
前記検出部は、
前記ロール角速度の第3歩行波形から前記ロール角速度が最大になる点を検出し、
前記ロール角速度の第3歩行波形の始点と、前記ロール角速度の第3歩行波形において前記ロール角速度が最大になる点とを結ぶ線分から、前記ロール角速度の第3歩行波形に下ろした垂線の長さが最大になる減速変曲点のタイミングを前記反対足爪先離地のタイミングとして検出する、付記3または4に記載の検出装置。
(付記6)
前記抽出部は、
前記歩行者の重力方向加速度の時系列データを生成し、
生成された前記重力方向加速度の時系列データから、立脚終期の開始のタイミングを始点とする一歩行周期分の前記重力方向加速度の歩行波形を抽出し、
前記検出部は、
抽出された一歩行周期分の前記重力方向加速度の歩行波形を、前記爪先離地のタイミングと前記踵接地のタイミングで、第1歩行波形、第2歩行波形、および第3歩行波形に分割し、
前記重力方向加速度の第2歩行波形が最大になるタイミングを脛骨垂直のタイミングとして検出する、付記5に記載の検出装置。
(付記7)
前記検出部は、
一歩行周期分の前記進行方向加速度の歩行波形から、前記爪先離地のタイミングと前記脛骨垂直のタイミングの間の第4歩行波形を切り出し、
前記進行方向加速度の第4歩行波形に含まれる、前記脛骨垂直のタイミングに近い側のピークが最大になるタイミングを足交差のタイミングとして検出する、付記6に記載の検出装置。
(付記8)
前記抽出部は、
前記ロール角速度の時系列データから、前記立脚終期の開始のタイミングを始点とする二歩行周期分の前記ロール角速度の歩行波形を抽出し、
前記検出部は、
抽出された二歩行周期分の前記ロール角速度の歩行波形において、第1歩行周期の前記反対足爪先離地の点と、前記第1歩行周期に後続する第2歩行周期の前記反対足爪先離地の点とを結ぶ線分から、前記ロール角速度の歩行波形に下ろした垂線の長さが最大になる加速変曲点のタイミングを踵持ち上がりのタイミングとして検出する、付記5乃至7のいずれか一項に記載の検出装置。
(付記9)
前記歩行者の前記歩行波形から検出された前記歩行イベントの発生時刻を特定し、特定された前記歩行イベントの発生時刻に基づいて歩容に関する時間因子を算出する計算部と、
算出された前記時間因子に基づいて前記歩行者の身体状態を推測する推測部と、を備える、付記1乃至8のいずれか一項に記載の検出装置。
(付記10)
前記計算部は、
特定された前記歩行イベントの発生時刻に基づいて、両足支持期間と片足支持期間の比率に関する前記時間因子を算出し、
前記推測部は、
算出された前記時間因子に基づいて前記歩行者の筋力低下状態を推測する、付記9に記載の検出装置。
(付記11)
前記計算部は、
特定された前記歩行イベントの発生時刻に基づいて、右足立脚期間と左足立脚期間の比率に関する前記時間因子を算出し、
前記推測部は、
算出された前記時間因子に基づいて前記歩行者の骨密度を推測する、付記9または10に記載の検出装置。
(付記12)
前記計算部は、
特定された前記歩行イベントの発生時刻に基づいて、右足のストライド時間と左足のストライド時間の比率に関する前記時間因子を算出し、
前記推測部は、
算出された前記時間因子に基づいて前記歩行者の基礎代謝を推測する、付記9乃至11のいずれか一項に記載の検出装置。
(付記13)
付記1乃至12のいずれか一項に記載の検出装置と、
空間加速度および空間角速度を計測し、計測した前記空間加速度および前記空間角速度に基づいて前記センサデータを生成し、生成した前記センサデータを前記検出装置に送信するデータ取得装置と、を備える検出システム。
(付記14)
コンピュータが、
歩行者の一方の足部に設置されたセンサによって計測された足の動きに関する物理量に基づくセンサデータを用いて歩行に伴う時系列データを生成し、
生成された前記時系列データから歩行波形を抽出し、
抽出された前記歩行波形から、前記歩行者の両足の歩行イベントを検出する、検出方法。
(付記15)
歩行者の一方の足部に設置されたセンサによって計測された足の動きに関する物理量に基づくセンサデータを用いて歩行に伴う時系列データを生成する処理と、
生成された前記時系列データから歩行波形を抽出する処理と、
抽出された前記歩行波形から、前記歩行者の両足の歩行イベントを検出する処理と、をコンピュータに実行させるプログラム。
11、21 データ取得装置
12、22、32 検出装置
111 加速度センサ
112 角速度センサ
113 制御部
115 データ送信部
121、221、321 抽出部
123、223、323 検出部
225 計算部
227 推測部
Claims (9)
- 歩行者の一方の足部に設置されたセンサによって計測された足の動きに関する物理量に基づくセンサデータを用いて歩行に伴う前記歩行者の進行方向加速度の時系列データを生成し、生成された前記進行方向加速度の時系列データから一歩行周期分の前記進行方向加速度の歩行波形を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出された一歩行周期分の前記進行方向加速度の前記歩行波形から、前記歩行者の両足の歩行イベントを検出する検出手段と、を備え、
前記検出手段は、
最大ピークに含まれる二つの山の間に谷が検出されるタイミングを爪先離地のタイミングとして検出し、
最小ピークが検出されるタイミングと、前記最小ピークの次に現れる極大ピークが検出されるタイミングとの中点のタイミングを踵接地のタイミングとして検出する検出装置。 - 前記抽出手段は、
前記歩行者のロール角速度の時系列データを生成し、
生成された前記ロール角速度の時系列データから、立脚終期の開始のタイミングを始点とする一歩行周期分の前記ロール角速度の歩行波形を抽出し、
前記検出手段は、
抽出された一歩行周期分の前記ロール角速度の歩行波形を、前記爪先離地のタイミングと前記踵接地のタイミングで、第1歩行波形、第2歩行波形、および第3歩行波形に分割し、
前記ロール角速度の第1歩行波形から反対足踵接地のタイミングを検出し、
前記ロール角速度の第3歩行波形から反対足爪先離地のタイミングを検出する、請求項1に記載の検出装置。 - 前記検出手段は、
前記ロール角速度の第1歩行波形から前記ロール角速度が最大になる点を検出し、
前記ロール角速度の第1歩行波形の始点と、前記ロール角速度の第1歩行波形において前記ロール角速度が最大になる点とを結ぶ線分から、前記ロール角速度の第1歩行波形に下ろした垂線の長さが最大になる加速変曲点のタイミングを前記反対足踵接地のタイミングとして検出する、請求項2に記載の検出装置。 - 前記検出手段は、
前記ロール角速度の第3歩行波形から前記ロール角速度が最大になる点を検出し、
前記ロール角速度の第3歩行波形の始点と、前記ロール角速度の第3歩行波形において前記ロール角速度が最大になる点とを結ぶ線分から、前記ロール角速度の第3歩行波形に下ろした垂線の長さが最大になる減速変曲点のタイミングを前記反対足爪先離地のタイミングとして検出する、請求項2または3に記載の検出装置。 - 前記抽出手段は、
前記歩行者の重力方向加速度の時系列データを生成し、
生成された前記重力方向加速度の時系列データから、立脚終期の開始のタイミングを始点とする一歩行周期分の前記重力方向加速度の歩行波形を抽出し、
前記検出手段は、
抽出された一歩行周期分の前記重力方向加速度の歩行波形を、前記爪先離地のタイミングと前記踵接地のタイミングで、第1歩行波形、第2歩行波形、および第3歩行波形に分割し、
前記重力方向加速度の第2歩行波形が最大になるタイミングを脛骨垂直のタイミングとして検出する、請求項4に記載の検出装置。 - 前記歩行者の前記歩行波形から検出された前記歩行イベントの発生時刻を特定し、特定された前記歩行イベントの発生時刻に基づいて歩容に関する時間因子を算出する計算手段と、
算出された前記時間因子に基づいて前記歩行者の身体状態を推測する推測手段と、を備える請求項1乃至5のいずれか一項に記載の検出装置。 - 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の検出装置と、
空間加速度および空間角速度を計測し、計測した前記空間加速度および前記空間角速度に基づいて前記センサデータを生成し、生成した前記センサデータを前記検出装置に送信するデータ取得装置と、を備える検出システム。 - コンピュータが、
歩行者の一方の足部に設置されたセンサによって計測された足の動きに関する物理量に基づくセンサデータを用いて歩行に伴う前記歩行者の進行方向加速度の時系列データを生成し、
生成された前記進行方向加速度の時系列データから一歩行周期分の前記進行方向加速度の歩行波形を抽出し、
抽出された一歩行周期分の前記進行方向加速度の前記歩行波形から、前記歩行者の両足の歩行イベントを検出し、
前記検出において、
最大ピークに含まれる二つの山の間に谷が検出されるタイミングを爪先離地のタイミングとして検出し、
最小ピークが検出されるタイミングと、前記最小ピークの次に現れる極大ピークが検出されるタイミングとの中点のタイミングを踵接地のタイミングとして検出する検出方法。 - 歩行者の一方の足部に設置されたセンサによって計測された足の動きに関する物理量に基づくセンサデータを用いて歩行に伴う前記歩行者の進行方向加速度の時系列データを生成する処理と、
生成された前記進行方向加速度の時系列データから一歩行周期分の前記進行方向加速度の歩行波形を抽出する処理と、
抽出された一歩行周期分の前記進行方向加速度の前記歩行波形から、前記歩行者の両足の歩行イベントを検出する処理と、
前記検出する処理において、
最大ピークに含まれる二つの山の間に谷が検出されるタイミングを爪先離地のタイミングとして検出する処理と、
最小ピークが検出されるタイミングと、前記最小ピークの次に現れる極大ピークが検出されるタイミングとの中点のタイミングを踵接地のタイミングとして検出する処理と、をコンピュータに実行させるプログラム。
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