JP7484553B2 - 情報処理装置、地面反力波形推定方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、情報処理装置、地面反力波形推定方法及びプログラムに関する。

従来、ランニング研究の分野では、床反力計測装置を用いて計測される被験者による床に対する反力のデータに基づいて、ランニングスキルに関する様々な解析が行われている。かかる床反力計測装置においては、例えば、走行動作の指標となる荷重（力）と重心（位置）と分布（形状）を同時かつ高精度に測定することを目的として、フォースプレートに対する反力の分布形状を計測する分布形状計測シートを当該フォースプレートの上面に重ねて設けた床反力計測装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１－２９３２９号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている床反力計測装置では、フォースプレートを設置する場所やスペースに限りがあるため、１度の走行において数歩程度の床反力しか計測できず、この数歩程度の床反力のデータでは、ランニングに関する解析を行うための情報としては不十分であった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、ランニングに関する解析を行うための地面反力データを十分に取得できるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る情報処理装置は、
対象者が走行又は歩行している際に得られる加速度データを逐次取得する取得手段と、
前記取得手段により逐次取得された前記加速度データから導出される加速度のノルムを示す加速度ノルムデータに基づいて、ある期間ごとに、前記対象者が受ける地面反力のうちの当該対象者の着地による着地衝撃成分と当該対象者を押し進める推進成分とをそれぞれ推定するとともに、当該着地衝撃成分と当該推進成分とに基づいて、前記対象者が受ける地面反力を示す波形を推定する推定手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ランニングに関する解析を行うための地面反力データを十分に取得することができる。

本発明の実施の形態のランニング解析システムを示すブロック図である。 測定装置をユーザーが装着した状態を示す説明図である。 測定装置の機能構成を示すブロック図である。 ランニング解析装置の機能構成を示すブロック図である。 ランニング中の被験者の足がフォースプレートに着地したときの反力を計測した結果を示すグラフである。 着地衝撃に関するＶＩＰ、ＶＡＬＲ、ＶＩＬＲの３つのフォースプレート指標を示す図である。 上下方向の反力を示す波形と、３方向（左右方向、前後方向及び上下方向）の各反力のノルムを示すノルム波形と、を重ね合わせて示したグラフである。 ランニング指標導出処理の制御手順を示すフローチャートである。 ワールド座標系への座標変換処理がなされた加速度データの波形を示す図である。 加速度ノルムデータの波形とフォースプレート波形を重ね合わせて示したグラフである。 ランニング指標の導出方法を示す図である。 地面反力を示す波形の推定処理の制御手順を示すフローチャートである。 加速度ノルムデータの波形の補正方法を示す図である。 加速度ノルムデータの補正後の波形を示す図である。 地面反力の着地衝撃成分と推進成分の推定方法を示す図である。 着地衝撃成分の近似波形と推進成分の近似波形を示したグラフである。 推定フォースプレート波形とフォースプレート波形を示したグラフである。 着地衝撃成分の近似波形と推進成分の近似波形を示したグラフである。 推定フォースプレート波形とフォースプレート波形を示したグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は、図示例に限定されるものではない。

≪ランニング解析システム≫
図１及び図２を参照して、本実施の形態の構成を説明する。まず、図１を参照して、本実施の形態のランニング解析システム１を説明する。

図１は、本実施の形態のランニング解析システム１を示すブロック図である。
図１に示すように、ランニング解析システム１は、測定装置（情報処理装置）１０と、ランニング解析装置２０と、を備えて構成される。

測定装置１０は、ランニングのトレーニング時やレース時に対象者（ユーザー又はランナー等）に装着され当該トレーニング時や当該レース時の運動データ（例えば、加速度データ、角速度データ等）を採取し、当該運動データから導出されるランニング指標データを記録する装置である。測定装置１０は、例えば、図２に示すように、付属のベルトＢを有しており、ベルトＢによって、ユーザーの腰（仙骨）の位置で測定装置１０が固定されるようになっている。
なお、測定装置１０は、ベルトＢの代わりにクリップを有し、当該クリップによって、ユーザーのランニングウェアを挟むことによって、ユーザーの腰の位置で測定装置１０が固定されるようにしてもよい。

ランニング解析装置２０は、測定装置１０から取得したユーザーのランニング指標データを表示する装置である。ランニング解析装置２０としては、例えば、スマートウォッチや、スマートフォン、タブレットＰＣ等が挙げられる。以下では、ランニング解析装置２０がスマートウォッチであるものとして説明を行う。

≪測定装置≫
次に、図３を参照して、測定装置１０の機能構成を説明する。図３は、測定装置１０の機能構成を示すブロック図である。

図３に示すように、測定装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１２と、記憶部１３と、表示部１４と、操作部１５と、センサ部１６と、通信部１７と、を備えて構成される。測定装置１０の各部は、バス１８を介して接続されている。

ＣＰＵ（取得手段、推定手段、補正手段、検出手段、補間手段）１１は、測定装置１０の各部を制御する。ＣＰＵ１１は、記憶部１３に記憶されているシステムプログラム及びアプリケーションプログラムのうち、指定されたプログラムを読み出してＲＡＭ１２に展開し、当該プログラムとの協働で各種処理を実行する。

ＲＡＭ１２は、揮発性のメモリであり、各種のデータやプログラムを一時的に格納するワークエリアを形成する。

記憶部１３は、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）等により構成される。記憶部１３には、ＣＰＵ１１で実行されるシステムプログラムやアプリケーションプログラム、これらのプログラムの実行に必要なデータ等が記憶されている。また、記憶部１３には、ランニングのトレーニング時やレース時に採取された運動データ及び当該運動データから導出されたランニング指標データが記憶されるようになっている。

表示部１４は、複数のＬＥＤランプにより構成され、データの送信状態（例えば、データを送信中であるか否か）や、ＧＰＳ受信機のＯＮ／ＯＦＦ状態等を表示可能な表示部である。

操作部１５は、電源のＯＮ／ＯＦＦを切り替える電源ボタン（図示省略）、データ取得の開始／終了を指示する開始／終了ボタン（図示省略）等を備えており、この操作部１５からの指示に基づいてＣＰＵ１１は各部を制御するようになっている。

センサ部１６は、３軸加速度センサ、ジャイロセンサ、地磁気センサ等の測定装置１０の動きを検出可能なモーションセンサや、測定装置１０の位置情報を取得可能なＧＰＳ受信機などを備え、測定結果をＣＰＵ１１に出力する。

通信部１７は、ランニングのトレーニング時やレース時の運動データから導出されたランニング指標データを、ＣＰＵ１１による制御に基づいてランニング解析装置２０に送信するものであり、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線規格を採用した通信部や、ＵＳＢ端子などの有線式の通信部である。

≪ランニング解析装置≫
次に、図４を参照して、ランニング解析装置２０の機能構成を説明する。図４は、ランニング解析装置２０の機能構成を示すブロック図である。

ランニング解析装置２０は、ＣＰＵ２１と、ＲＡＭ２２と、記憶部２３と、表示部２４と、操作部２５と、通信部２６と、を備えて構成される。ランニング解析装置２０の各部は、バス２７を介して接続されている。

ＣＰＵ２１は、ランニング解析装置２０の各部を制御する。ＣＰＵ２１は、記憶部２３に記憶されているシステムプログラム及びアプリケーションプログラムのうち、指定されたプログラムを読み出してＲＡＭ２２に展開し、当該プログラムとの協働で各種処理を実行する。

ＲＡＭ２２は、揮発性のメモリであり、各種のデータやプログラムを一時的に格納するワークエリアを形成する。

記憶部２３は、例えば、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などにより構成される。記憶部２３には、ＣＰＵ２１で実行されるシステムプログラムやアプリケーションプログラム、これらのプログラムの実行に必要なデータ等が記憶されている。

表示部２４は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等で構成され、ＣＰＵ２１から指示された表示情報に従い各種表示を行う。

操作部２５は、ランニング解析装置２０の本体部に設けられる各種の操作ボタン（図示省略）や、表示部２４上に設けられるタッチセンサ（図示省略）等を有して構成され、ユーザーの入力操作を受け付けて、その操作情報をＣＰＵ２１に出力する。

通信部２６は、ランニング指標データを測定装置１０から受信するものであり、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線規格を採用した通信部や、ＵＳＢ端子などの有線式の通信部である。

≪測定装置の動作≫
次に、測定装置１０の動作であるランニング指標導出処理と地面反力を示す波形の推定処理について説明する。ここで、ランニング指標導出処理によって導出されるランニング指標は、フォースプレートを用いて導出される着地衝撃に関するＶＩＰ（Vertical Impact Peak）、ＶＡＬＲ（Vertical Average Loading Rate）、ＶＩＬＲ（Vertical Instantaneous Load Rate）の３つの指標（以下、フォースプレート指標と称す）と相関のある指標である。また、地面反力を示す波形の推定処理の推定対象となる波形は、上記の着地衝撃に関する３つのフォースプレート指標を導出する際に用いられる地面反力を示す波形（上下方向の反力を示す波形）である。そのため、測定装置１０の動作を説明する前に上記の地面反力を示す波形及び着地衝撃に関する３つのフォースプレート指標について説明する。

図５は、ランニング中の被験者の足がフォースプレートに着地したときの反力を計測した結果を示すグラフである。図中の破線で示されている波形は、ランニング中の被験者の左右方向の反力を、実線で示されている波形は、当該被験者の前後方向の反力を、１点鎖線で示されている波形は、当該被験者の上下方向の反力を示している。なお、左右方向においては左手方向を正、右手方向を負としている。前後方向においては進行方向逆向きを正、進行方向を負としている。上下方向においては上方向を正、下方向を負としている。また、このグラフは、計測された反力の値を被験者の体重の値で割ることにより正規化したものとなっている。つまり、このグラフにおける縦軸の単位［Ｎ／ｋｇ］は、加速度を表す単位［ｍ／ｓ^２］と同等のものになっている。

図５に示すように、上下方向の反力を示す波形（１点鎖線で示されている波形）、すなわち、後述する地面反力を示す波形の推定処理の推定対象となる波形（以下、フォースプレート波形と称す）は、通常、２つのピークを有している。これらのピークのうち一つ目のピーク（図中の左側のピーク）は、着地衝撃によって発生した力に起因するものであり、二つ目のピーク（図中の右側のピーク）は、被験者が身体を推進させる際に発生した力に起因するものとされている。なお、フォースプレート波形では、着地衝撃が小さい場合、ピークが一つの波形となるケースもある。

図６は、着地衝撃に関するＶＩＰ、ＶＡＬＲ、ＶＩＬＲの３つのフォースプレート指標を示す図である。図中に示されている波形は、正規化されたフォースプレート波形であって、グラフの縦軸は体重に対する垂直方向（上下方向）の地面反力（ｖＧＲＦ（ＢＷ）；Vertical Ground Reaction Force（Body Weight））を表しており、横軸は着地のタイミングを０％（STANCE）、当該着地の対象となる足の離地のタイミングを１００％（STANCE）として表している。
図６に示すように、ＶＩＰは、フォースプレート波形の一つ目のピーク（第１ピーク）のピーク値である。ＶＩＬＲは、ＶＩＰの値の２０％から８０％まで上昇する期間での傾きの最大値である。ＶＡＬＲは、ＶＩＰの値の２０％から８０％まで上昇する期間の平均傾きである。

図７は、フォースプレート波形（上下方向の反力を示す波形）と、３方向（左右方向、前後方向及び上下方向）の各反力のノルムを示すノルム波形と、を重ね合わせて示したグラフである。図中では、ノルム波形を実線の波形で示し、フォースプレート波形（上下方向の反力を示す波形）を破線の波形で示している。
図７に示すように、ノルム波形とフォースプレート波形（上下方向の反力を示す波形）は大部分が重なっている。このことから床反力（地面反力）のうちの大部分を上下方向の反力が占めていることがわかる。また、このことから測定装置１０によって得られる上下方向の加速度データ（後述）を考える際に加速度データのノルムを用いることで方向の拡散を逆推定することが可能になる。

＜ランニング指標導出処理＞
図８は、ランニング指標導出処理の制御手順を示すフローチャートである。なお、ランニング指標導出処理は、例えば、ランニングのトレーニングが開始される際に、上述の開始／終了ボタン（操作部１５）を介して、データ取得の開始を指示する押下操作がユーザーによってなされたことを契機として開始される処理である。

図８に示すように、まず、測定装置１０のＣＰＵ１１は、センサ部１６の３軸加速度センサで検出された加速度データ、及び、ジャイロセンサで検出された角速度データを逐次取得する（ステップＳ１）。

次いで、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１で取得された加速度データ及び角速度データをセンサ座標系からワールド座標系へ変換する座標変換処理を行う（ステップＳ２）。ここで、ワールド座標系の座標は、図２に示すように、Ｘ軸をランニング中のユーザーの左右方向、Ｙ軸を当該ユーザーの前後方向、Ｚ軸を当該ユーザーの上下方向であるものとする。また、Ｘ軸においては左手方向を正、右手方向を負とする。Ｙ軸においては進行方向逆向きを正、進行方向を負とする。Ｚ軸においては上方向を正、下方向を負とする。つまり、センサ座標系からワールド座標系への座標変換処理を行うことによって、上述したフォースプレート指標と同じ座標系において加速度データ及び角速度データを扱うことが可能となる。
なお、センサ座標系からワールド座標系へのデータ変換方法は公知であるため、その説明は省略する。

図９は、ワールド座標系への座標変換処理がなされた加速度データの波形を示す図である。図中の破線で示されている波形は、ランニング中のユーザーの左右方向（Ｘ軸）の加速度データを、実線で示されている波形は、当該ユーザーの前後方向（Ｙ軸）の加速度データを、１点鎖線で示されている波形は、当該ユーザーの上下方向（Ｚ軸）の加速度データを示している。
図９に示すように、ユーザーの上下方向（Ｚ軸）の加速度データの波形では、上述のフォースプレート波形に比べて、２つのピークが分り難い形状となっている。このことから加速度データはランニング中のユーザーの腰に装着された測定装置１０により採取されたデータであり、地面から受けた力が、ユーザーの足、脛、腿、腰のそれぞれの部位とこれらの部位をつなぐ足首、膝、股関節の各部位を伝達する際に当該力の方向や時間が拡散されて腰に伝わっていることがわかる。

次いで、ＣＰＵ１１は、ステップＳ２で座標変換処理がなされた加速度データ及び角速度データに基づいて、ユーザーの足が地面に着く着地のタイミング、及び、ユーザーの足が地面から離れる離地のタイミングを検出する（ステップＳ３）。
なお、着地のタイミングと離地のタイミングの各検出方法については、例えば、特開２０１８－８０１５号公報において開示されており、ここではその説明は省略する。

次いで、ＣＰＵ１１は、ステップＳ２で座標変換処理がなされた加速度データ、すなわちＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各加速度データのノルムを導出する（ステップＳ４）。ここで、Ｚ軸の加速度データには重力加速度が含まれるため、当該Ｚ軸の加速度データから重力加速度成分を差し引いた状態で上記加速度データのノルムを導出する。

図１０は、ステップＳ４で導出された加速度ノルムデータの波形とフォースプレート波形を重ね合わせて示したグラフである。図中では、フォースプレート波形を実線の波形で示し、加速度ノルムデータの波形を破線の波形で示している。
図１０に示すように、地面から受けた力がユーザーの腰に装着された測定装置１０に伝わる過程において、当該地面から受けた力のうちの着地衝撃成分は、その時間が短く大きなものであるため当該ユーザーの足と腰の中間にある身体部位や関節の影響が少なくそのまま伝わるが、当該地面から受けた力のうちの推進力成分は、当該ユーザーの筋肉で関節を動かすことで発生するため当該関節の影響を受け大きく拡散されているのがわかる。そこで、本実施形態では、フォースプレート波形と加速度ノルムデータの波形とで大差のない着地衝撃成分に着目し、ユーザーの着地のタイミングを示すポイントと第１ピークとを結ぶ直線の傾きをフォースプレート指標に相関のある指標（ランニング指標）としている。

次いで、ＣＰＵ１１は、ステップＳ４で導出された加速度ノルムデータの波形から上記の着地のタイミングから離地のタイミングまでの接地期間を切り出す（ステップＳ５）。例えば、図１１に示すように、１２．７３ｓのタイミングが着地のタイミングＴ１であり、１２．９ｓのタイミングが離地のタイミングＴ２である場合、当該着地のタイミングＴ１から離地のタイミングＴ２までの期間を接地期間として切り出す。

次いで、ＣＰＵ１１は、ステップＳ５で切り出された接地期間において、加速度ノルムデータの波形の第１ピークを検出する（ステップＳ６）。具体的には、図１１に示すように、ＣＰＵ１１は、ステップＳ５で切り出された接地期間において最初に現れる極大点、すなわち、当該接地期間でユーザーの着地のタイミングＴ１以降に現れる最初の極大点を第１ピークＰ１として検出する。

なお、第１ピークの検出方法は、上記の方法に限定されるものではなく、例えば、接地期間の複数の極大点のうちから極大値の大きい上位複数（例えば、４つ）の極大点を選出し、これらのうちで最初に現れる極大点を第１ピークとして検出してもよい。また、接地期間の複数の極大点のうちからプロミネンスの大きい上位複数（例えば、４つ）の極大点を選出し、これらのうちで最初に現れる極大点を第１ピークとして検出してもよい。また、別の観点から、ユーザーの足が着地したときの衝撃（着地衝撃）はランナーの後ろ方向に働くので、Ｙ軸の加速度が着地のタイミングから当該後ろ方向にある期間、すなわちＹ軸の加速度データの値が正の値となる期間において一番大きい極大点を第１ピークとして検出してもよいし、着地のタイミングから一定の期間（例えば、７０ｍｓ）の間に発生する極大点のうちで極大値が最大である極大点を第１ピークとして検出してもよい。また、第１ピークを検出する際は、加速度ノルムデータに対してフィルター処理を施すことによりノイズを除去したうえで第１ピークを検出するようにしてもよい。更には、加速度データのノルムを導出する前に当該加速度データに対してフィルター処理を施すようにしてもよい。

次いで、ＣＰＵ１１は、ステップＳ６で検出された第１ピークと、当該第１ピークが検出された接地期間における着地のタイミングを示す着地ポイントと、を結んだ直線の傾きをランニング指標として導出する（ステップＳ７）。具体的には、図１１に示すように、ＣＰＵ１１は、第１ピークＰ１と、着地のタイミングＴ１を示す着地ポイントＰ２と、を結んだ直線Ｌの傾きを導出する。ここで、フォースプレート波形の場合、着地のタイミングでは加速度が０であるのに対し、加速度ノルムデータの波形の場合、着地のタイミングの前でも加速度が０になることはない。そこで、着地のタイミングＴ１での加速度が０であるとみなし、第１ピークＰ１と、着地のタイミングＴ１を示す着地ポイントＰ２（加速度；０ｍ／ｓ^２）と、を結んだ直線Ｌの傾きを算出し当該傾きを推定値としている。

次いで、ＣＰＵ１１は、上述の開始／終了ボタン（操作部１５）を介して、データ取得の終了を指示する押下操作がユーザーによってなされたか否かを判定する（ステップＳ８）。

ステップＳ８において、開始／終了ボタン（操作部１５）を介して、データ取得の終了を指示する押下操作がユーザーによってなされていないと判定された場合（ステップＳ８；ＮＯ）、ＣＰＵ１１は、処理をステップＳ１へ戻し、それ以降の処理を繰り返し行う。
一方、ステップＳ８において、開始／終了ボタン（操作部１５）を介して、データ取得の終了を指示する押下操作がユーザーによってなされたと判定された場合（ステップＳ８；ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は、ランニング指標導出処理を終了する。

＜地面反力を示す波形の推定処理＞
図１２は、地面反力を示す波形の推定処理の制御手順を示すフローチャートである。なお、この地面反力を示す波形の推定処理は、ランニング指標導出処理と同様に、ランニングのトレーニング等が開始される際に、上述の開始／終了ボタン（操作部１５）を介して、データ取得の開始を指示する押下操作がユーザーによってなされたことを契機として開始される処理である。また、地面反力を示す波形の推定処理のステップＳ１１～ステップＳ１５の処理は、ランニング指標導出処理のステップＳ１～ステップＳ５の処理と同様の処理であるため、これらの処理の説明は省略し、ステップＳ１６以降の処理について説明する。

図１２に示すように、ステップＳ１６において、測定装置１０のＣＰＵ１１は、接地期間の加速度ノルムデータの波形を補正する（ステップＳ１６）。具体的には、図１３に示すように、１３．６９ｓのタイミングを着地のタイミングＴ１とし、１３．９４ｓのタイミングを離地のタイミングＴ２とする接地期間が切り出されている場合、ＣＰＵ１１は、当該着地のタイミングＴ１の加速度が０である地点を着地ポイントＰ２とし、当該着地ポイントＰ２と当該接地期間において最初に現れる極小点Ｐ３とを結んだ線分によって、加速度ノルムデータの波形を補正する。また、ＣＰＵ１１は、離地のタイミングＴ２の加速度が０である地点を離地ポイントＰ４とし、当該離地ポイントＰ４と当該接地期間において最後に現れる極小点Ｐ５とを結んだ線分によって、加速度ノルムデータの波形を補正する。

図１４は、加速度ノルムデータの補正後の波形を示す図である。図中の１点鎖線で示されている波形が加速度ノルムデータの補正後の波形である。また、図中の極小点Ｐ３に到達するまでの破線、及び、極小点Ｐ５以降の破線は上記補正を行う前の加速度ノルムデータの波形の一部を表している。また、図中の実線で示されている波形はフォースプレート波形である。
図１４の破線の波形が示すように、測定装置１０はユーザーの腰に装着された状態で使用され接地期間以外でも加速度が発生するため、同図の１点鎖線の波形のように加速度ノルムデータの波形の補正を行っている。なお、着地ポイントＰ２と極小点Ｐ３との間や、離地ポイントＰ４と極小点Ｐ５との間をスプライン補間によって補正するようにしてもよい。

次いで、ＣＰＵ１１は、加速度ノルムデータの補正後の波形から地面反力の着地衝撃成分と推進成分を推定する（ステップＳ１７）。具体的には、図１５に示すように、ＣＰＵ１１は、加速度ノルムデータの補正後の波形において、第１ピークＰ１を検出し、着地ポイントＰ２から当該第１ピークＰ１までを積分した値を着地衝撃の上昇分（図中の斜線部分）とし、この上昇分と同等の下降分があるものとして当該上昇分を２倍した値を着地衝撃成分として推定する。また、ＣＰＵ１１は、上述の補正後の波形において、着地ポイントＰ２から離地ポイントＰ４までを積分した値から着地衝撃成分を減算した値を推進成分として推定する。ここで、着地衝撃の上昇分をＣ１ａ、着地衝撃成分をＣ１、推進成分をＣ２、着地のタイミング（サンプリング点）を０、第１ピークのタイミング（サンプリング点）をｔ１、離地のタイミング（サンプリング点）をｔ２、それぞれのサンプリング点における加速度ノルムの値をＡ（ｎ）とすると、着地衝撃の上昇分Ｃ１ａは式（１）で、着地衝撃成分Ｃ１は式（２）で、推進成分Ｃ２は式（３）で表される。

次いで、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１７で推定された着地衝撃成分の近似波形を生成する（ステップＳ１８）。具体的には、ＣＰＵ１１は、まず、上述したサンプリング点が０であるポイント（着地のタイミング）が０、サンプリング点がｔ１であるポイント（第１ピークのタイミング）がπ／２、サンプリング点が２ｔ１であるポイントがπとなるように各サンプリング点の線形補間を行う。そして、ＣＰＵ１１は、線形補間がなされた各サンプリング点（ｘ；０～π）の値を“ｓｉｎｘ”に代入して得られる値の合計に対して、着地衝撃成分Ｃ１で割ることにより、近似式ｋ・ｓｉｎｘの係数ｋを導出し、当該近似式ｋ・ｓｉｎｘを導出する。そして、ＣＰＵ１１は、図１６に示すように、この近似式ｋ・ｓｉｎｘから着地衝撃成分の近似波形（図中の実線の波形）を生成する。なお、図１６の破線で示されている波形は、加速度ノルムデータの波形である。

次いで、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１７で推定された推進成分の近似波形を生成する（ステップＳ１９）。具体的には、ＣＰＵ１１は、まず、上述したサンプリング点が０であるポイント（着地のタイミング）が０、サンプリング点がｔ２であるポイント（離地のタイミング）がπとなるように各サンプリング点の線形補間を行う。そして、ＣＰＵ１１は、線形補間がなされた各サンプリング点（ｘ；０～π）の値を“ｓｉｎｘ”に代入して得られる値の合計に対して、推進成分Ｃ２で割ることにより、近似式ｍ・ｓｉｎｘの係数ｍを導出し、当該近似式ｍ・ｓｉｎｘを導出する。そして、ＣＰＵ１１は、図１６に示すように、この近似式ｍ・ｓｉｎｘから推進成分の近似波形（図中の１点鎖線の波形）を生成する。

次いで、ＣＰＵ１１は、推定フォースプレート波形を生成する（ステップＳ２０）。具体的には、ＣＰＵ１１は、図１７に示すように、ステップＳ１８で生成された着地衝撃成分の近似波形（図１６の実線の波形）と、ステップＳ１９で生成された推進成分の近似波形（図１６の１点鎖線の波形）と、を合成することで推定フォースプレート波形（図中の点線の波形）を生成する。なお、図１７の破線で示されている波形は、フォースプレート波形である。

次いで、ＣＰＵ１１は、上述の開始／終了ボタン（操作部１５）を介して、データ取得の終了を指示する押下操作がユーザーによってなされたか否かを判定する（ステップＳ２１）。

ステップＳ２１において、開始／終了ボタン（操作部１５）を介して、データ取得の終了を指示する押下操作がユーザーによってなされていないと判定された場合（ステップＳ２１；ＮＯ）、ＣＰＵ１１は、処理をステップＳ１１へ戻し、それ以降の処理を繰り返し行う。
一方、ステップＳ２１において、開始／終了ボタン（操作部１５）を介して、データ取得の終了を指示する押下操作がユーザーによってなされたと判定された場合（ステップＳ２１；ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は、地面反力を示す波形の推定処理を終了する。

なお、地面反力を示す波形の推定処理のステップＳ１８及びステップＳ１９では、着地衝撃成分と推進成分のそれぞれをサイン波で近似するようにしているが、コサイン波で近似するようにしてもよい。

具体的には、着地衝撃成分については、ＣＰＵ１１は、まず、サイン波で近似したときと同様に、サンプリング点が０であるポイント（着地のタイミング）が０、サンプリング点がｔ１であるポイント（第１ピークのタイミング）がπ／２、サンプリング点が２ｔ１であるポイントがπとなるように各サンプリング点の線形補間を行う。そして、ＣＰＵ１１は、線形補間がなされた各サンプリング点（ｘ；０～π）の値を“１－ｃｏｓｘ”に代入して得られる値の合計に対して、着地衝撃成分Ｃ１で割ることにより、近似式ｋ（１－ｃｏｓｘ）の係数ｋを導出し、当該近似式ｋ（１－ｃｏｓｘ）を導出する。そして、ＣＰＵ１１は、図１８に示すように、この近似式ｋ（１－ｃｏｓｘ）から着地衝撃成分の近似波形（図中の実線の波形）を生成する。また、推進成分については、ＣＰＵ１１は、まず、サイン波で近似したときと同様に、上述したサンプリング点が０であるポイント（着地のタイミング）が０、サンプリング点がｔ２であるポイント（離地のタイミング）がπとなるように各サンプリング点の線形補間を行う。そして、ＣＰＵ１１は、線形補間がなされた各サンプリング点（ｘ；０～π）の値を“１－ｃｏｓｘ”に代入して得られる値の合計に対して、推進成分Ｃ２で割ることにより、近似式ｍ（１－ｃｏｓｘ）の係数ｍを導出し、当該近似式ｍ（１－ｃｏｓｘ）を導出する。そして、ＣＰＵ１１は、図１８に示すように、この近似式ｍ（１－ｃｏｓｘ）から推進成分の近似波形（図中の１点鎖線の波形）を生成する。そして、ＣＰＵ１１は、図１９に示すように、上記の着地衝撃成分の近似波形（図１８の実線の波形）と、上記の推進成分の近似波形（図１８の１点鎖線の波形）と、を合成することで推定フォースプレート波形（図中の点線の波形）を生成する。

以上のように、本実施形態の測定装置１０は、ユーザー（対象者）が走行している際に得られる運動データを逐次取得し、逐次取得された運動データに基づいて、ある期間（接地期間）ごとに、ユーザーが受ける地面反力のうちの当該ユーザーの着地による着地衝撃成分と当該ユーザーを押し進める推進成分とをそれぞれ推定するとともに、当該着地衝撃成分と当該推進成分とに基づいて、ユーザーが受ける地面反力を示す波形を推定する。
したがって、測定装置１０によれば、ユーザーが受ける地面反力を示す波形をある期間（接地期間）ごとに推定することができるので、当該ある期間ごとに推定された地面反力を示す波形からランニングに関する解析を行うための地面反力データを十分に取得することができる。

また、測定装置１０は、加速度データから導出される加速度のノルムを示す加速度ノルムデータに基づいて、着地衝撃成分と推進成分とをそれぞれ推定するとともに、当該着地衝撃成分と当該推進成分とに基づいて、ユーザーが受ける地面反力を示す波形を推定する。
したがって、測定装置１０によれば、加速度ノルムデータを用いることで上下方向の加速度データを考える際に方向の拡散を逆推定することが可能となるので、着地衝撃成分と推進成分とをそれぞれ推定する際の精度を高めることができる。

また、測定装置１０は、ある期間（接地期間）ごとに、加速度ノルムデータの波形において、ユーザーの着地のタイミングを示す着地ポイントと、対応する当該ある期間において最初に現れる極小点と、を結ぶとともに、当該ユーザーの離地のタイミングを示す離地ポイントと、対応する当該ある期間において最後に現れる極小点と、を結ぶことによって、当該波形を補正し、補正された加速度ノルムデータの波形に基づいて、着地衝撃成分と推進成分とをそれぞれ推定するとともに、当該着地衝撃成分と当該推進成分とに基づいて、ユーザーが受ける地面反力を示す波形を推定する。
したがって、測定装置１０によれば、補正された加速度ノルムデータの波形に基づいて、着地衝撃成分と推進成分とをそれぞれ推定するので、着地衝撃成分と推進成分とをそれぞれ推定する際の精度をより高めることができる。この結果、ユーザーが受ける地面反力を示す波形を推定する際の精度もより高めることができるようになる。

また、測定装置１０は、補正された加速度ノルムデータの波形に基づいて、当該波形のピークを検出する。そして、測定装置１０は、補正された加速度ノルムデータの波形に基づいて、ユーザーの着地のタイミングから上記のピークを示すピークタイミングまでを積分した値を２倍した値を着地衝撃成分として推定するとともに、当該着地のタイミングから離地のタイミングまでを積分した値から当該着地衝撃成分を減算した値を前記推進成分として推定し、当該着地衝撃成分と当該推進成分をそれぞれ所定の波形で近似することで得られる近似波形を互いに合成した波形を、ユーザーが受ける地面反力を示す波形として推定する。
したがって、測定装置１０によれば、少なくとも着地衝撃成分に関しては着地衝撃の実態に即して推定するので、着地衝撃成分を推定する際の精度をより一層高めることができる。この結果、ユーザーが受ける地面反力を示す波形を推定する際の精度もより一層高めることができるようになる。

また、測定装置１０は、着地衝撃成分のうちのユーザーの着地のタイミングが０、ピークタイミングがπ／２、ピークタイミングを２倍したタイミングがπとなるように、当該着地衝撃成分の各サンプリングポイントを線形補間する。そして、測定装置１０は、各サンプリングポイントが線形補間された着地衝撃成分を所定のｓｉｎ波形で近似することで当該着地衝撃成分の近似波形を生成する。
したがって、測定装置１０によれば、着地衝撃成分の近似波形の生成を簡便に行うことができる。

また、測定装置１０は、更に、推進成分のうちのユーザーの着地のタイミングが０、離地のタイミングがπとなるように、当該推進成分の各サンプリングポイントを線形補間する。そして、測定装置１０は、各サンプリングポイントが線形補間された推進成分を所定のｓｉｎ波形で近似することで当該推進成分の近似波形を生成する。
したがって、測定装置１０によれば、推進成分の近似波形の生成を簡便に行うことができる。

また、測定装置１０は、ユーザーの腰部における運動データを逐次取得する。
したがって、測定装置１０によれば、自装置をユーザーの腰部に装着することで運動データを逐次取得することができるので、当該運動データを簡便に取得することができる。この結果、測定装置１０によれば、従来のように大掛かりな装置を用いることなく通常のランニングの際においてもユーザーが受ける地面反力の波形を逐次推定することができるので、例えば、レース時において当該地面反力を示す波形からフォースプレート指標を逐次導出することによって当該フォースプレート指標の変化を把握することができるようになる。

なお、上記実施形態における記述は、本発明に係る測定装置の一例であり、これに限定されるものではない。
例えば、上記実施形態の地面反力を示す波形の推定処理において、推進成分の近似波形を生成する際の当該推進成分の期間を着地のタイミングから離地のタイミング、すなわち接地期間として近似波形を生成したが、例えば、第１ピークのタイミングから離地のタイミングまでの期間を当該推進成分の期間として近似波形を生成するようにしてもよい。

また、上記実施形態の地面反力を示す波形の推定処理において、推進成分の近似波形を生成する場合、当該推進成分の期間内でサイン波又はコサイン波によって一様に近似したが、例えば、推進成分のピークを検出し、着地のタイミングから当該ピークまでの上昇分と、当該ピークから離地のタイミングまでの下降分と、で別々に近似（例えば、上昇分をコサイン波で近似、下降分をサイン波で近似）するようにしてもよい。

また、上記実施形態のランニング指標導出処理では、ランニング指標として、ユーザーの着地のタイミングを示すポイントと第１ピークとを結ぶ直線の傾きを導出するようにしたが、更に、当該傾きや当該第１ピークの値を所定の算出式に当てはめることで、上述したＶＩＰ、ＶＡＬＲ、ＶＩＬＲの３つのフォースプレート指標を算出するようにしてもよい。

また、上記実施形態のランニング指標導出処理及び地面反力を示す波形の推定処理は、測定装置１０のＣＰＵ１１により実行されたが、本発明はこれに限定されない。例えば、それぞれの処理の一部を、少なくとも一つのＣＰＵで実行すれば良い。具体的には、例えば、測定装置１０では第１の運動データを取得し、当該第１の運動データを通信部１７を介して、ランニング解析装置２０に送信する。そして、ランニング解析装置２０のＣＰＵ２１が、取得した第１の運動データを用いて、ランニング指標導出処理及び地面反力を示す波形の推定処理を行うようにしても良い。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲をその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。

〔付記〕
＜請求項１＞
対象者が走行又は歩行している際に得られる運動データを逐次取得する取得手段と、
前記取得手段により逐次取得された前記運動データに基づいて、ある期間ごとに、前記対象者が受ける地面反力のうちの当該対象者の着地による着地衝撃成分と当該対象者を押し進める推進成分とをそれぞれ推定するとともに、当該着地衝撃成分と当該推進成分とに基づいて、前記対象者が受ける地面反力を示す波形を推定する推定手段と、
を備えることを特徴とする情報処理装置。
＜請求項２＞
前記運動データは、加速度データであり、
前記推定手段は、前記加速度データから導出される加速度のノルムを示す加速度ノルムデータに基づいて、前記着地衝撃成分と前記推進成分とをそれぞれ推定するとともに、当該着地衝撃成分と当該推進成分とに基づいて、前記対象者が受ける地面反力を示す波形を推定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
＜請求項３＞
前記ある期間ごとに、前記加速度ノルムデータの波形において、前記対象者の着地のタイミングを示す着地ポイントと、対応する当該ある期間において最初に現れる極小点と、を結ぶとともに、当該対象者の離地のタイミングを示す離地ポイントと、対応する当該ある期間において最後に現れる極小点と、を結ぶことによって、当該波形を補正する補正手段を備え、
前記推定手段は、前記補正手段により補正された前記加速度ノルムデータの波形に基づいて、前記着地衝撃成分と前記推進成分とをそれぞれ推定するとともに、当該着地衝撃成分と当該推進成分とに基づいて、前記対象者が受ける地面反力を示す波形を推定する、
ことを特徴とする請求項２に記載の情報処理装置。
＜請求項４＞
前記補正手段により補正された前記加速度ノルムデータの波形に基づいて、当該波形のピークを検出する検出手段を備え、
前記推定手段は、前記補正手段により補正された前記加速度ノルムデータの波形に基づいて、前記対象者の着地のタイミングから前記検出手段によって検出された前記ピークを示すピークタイミングまでを積分した値を２倍した値を前記着地衝撃成分として推定するとともに、当該着地のタイミングから離地のタイミングまでを積分した値から当該着地衝撃成分を減算した値を前記推進成分として推定し、前記着地衝撃成分と前記推進成分をそれぞれ所定の波形で近似することで得られる近似波形を互いに合成した波形を前記対象者が受ける地面反力を示す波形として推定する、
ことを特徴とする請求項３に記載の情報処理装置。
＜請求項５＞
前記着地衝撃成分のうちの前記対象者の着地のタイミングが０、前記ピークタイミングがπ／２、前記ピークタイミングを２倍したタイミングがπとなるように、当該着地衝撃成分の各サンプリングポイントを線形補間する補間手段を備え、
前記推定手段は、前記補間手段によって各サンプリングポイントが線形補間された前記着地衝撃成分を所定のｓｉｎ波形で近似することで当該着地衝撃成分の近似波形を生成する、
ことを特徴とする請求項４に記載の情報処理装置。
＜請求項６＞
前記補間手段は、更に、前記推進成分のうちの前記対象者の着地のタイミングが０、離地のタイミングがπとなるように、当該推進成分の各サンプリングポイントを線形補間し、
前記推定手段は、前記補間手段によって各サンプリングポイントが線形補間された前記推進成分を所定のｓｉｎ波形で近似することで当該推進成分の近似波形を生成する、
ことを特徴とする請求項５に記載の情報処理装置。
＜請求項７＞
前記取得手段は、前記対象者の腰部における前記運動データを逐次取得する、
ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の情報処理装置。
＜請求項８＞
前記地面反力を示す波形は、時間に対して、前記対象者が受ける地面反力の大きさを示す波形である、
ことを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の情報処理装置。
＜請求項９＞
対象者が走行又は歩行している際に得られる運動データを逐次取得する取得工程と、
前記取得工程により逐次取得された前記運動データに基づいて、ある期間ごとに、前記対象者が受ける地面反力のうちの当該対象者の着地による着地衝撃成分と当該対象者を押し進める推進成分とをそれぞれ推定するとともに、当該着地衝撃成分と当該推進成分とに基づいて、前記対象者が受ける地面反力を示す波形を推定する推定工程と、
を含むことを特徴とする地面反力波形推定方法。
＜請求項１０＞
情報処理装置のコンピュータを、
対象者が走行又は歩行している際に得られる運動データを逐次取得する取得手段、
前記取得手段により逐次取得された前記運動データに基づいて、ある期間ごとに、前記対象者が受ける地面反力のうちの当該対象者の着地による着地衝撃成分と当該対象者を押し進める推進成分とをそれぞれ推定するとともに、当該着地衝撃成分と当該推進成分とに基づいて、前記対象者が受ける地面反力を示す波形を推定する推定手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。

１ ランニング解析システム
１０ 測定装置（情報処理装置）
１１ ＣＰＵ（取得手段、推定手段、補正手段、検出手段、補間手段）
１２ ＲＡＭ
１３ 記憶部
１４ 表示部
１５ 操作部
１６ センサ部
１７ 通信部
２０ ランニング解析装置
２１ ＣＰＵ
２２ ＲＡＭ
２３ 記憶部
２４ 表示部
２５ 操作部
２６ 通信部

Claims (9)

1. 対象者が走行又は歩行している際に得られる加速度データを逐次取得する取得手段と、
   前記取得手段により逐次取得された前記加速度データから導出される加速度のノルムを示す加速度ノルムデータに基づいて、ある期間ごとに、前記対象者が受ける地面反力のうちの当該対象者の着地による着地衝撃成分と当該対象者を押し進める推進成分とをそれぞれ推定するとともに、当該着地衝撃成分と当該推進成分とに基づいて、前記対象者が受ける地面反力を示す波形を推定する推定手段と、
   を備えることを特徴とする情報処理装置。
2. 前記ある期間ごとに、前記加速度ノルムデータの波形において、前記対象者の着地のタイミングを示す着地ポイントと、対応する当該ある期間において最初に現れる極小点と、を結ぶとともに、当該対象者の離地のタイミングを示す離地ポイントと、対応する当該ある期間において最後に現れる極小点と、を結ぶことによって、当該波形を補正する補正手段を備え、
   前記推定手段は、前記補正手段により補正された前記加速度ノルムデータの波形に基づいて、前記着地衝撃成分と前記推進成分とをそれぞれ推定するとともに、当該着地衝撃成分と当該推進成分とに基づいて、前記対象者が受ける地面反力を示す波形を推定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
3. 前記補正手段により補正された前記加速度ノルムデータの波形に基づいて、当該波形のピークを検出する検出手段を備え、
   前記推定手段は、前記補正手段により補正された前記加速度ノルムデータの波形に基づいて、前記対象者の着地のタイミングから前記検出手段によって検出された前記ピークを示すピークタイミングまでを積分した値を２倍した値を前記着地衝撃成分として推定するとともに、当該着地のタイミングから離地のタイミングまでを積分した値から当該着地衝撃成分を減算した値を前記推進成分として推定し、前記着地衝撃成分と前記推進成分をそれぞれ所定の波形で近似することで得られる近似波形を互いに合成した波形を前記対象者が受ける地面反力を示す波形として推定する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の情報処理装置。
4. 前記着地衝撃成分のうちの前記対象者の着地のタイミングが０、前記ピークタイミングがπ／２、前記ピークタイミングを２倍したタイミングがπとなるように、当該着地衝撃成分の各サンプリングポイントを線形補間する補間手段を備え、
   前記推定手段は、前記補間手段によって各サンプリングポイントが線形補間された前記着地衝撃成分を所定のｓｉｎ波形で近似することで当該着地衝撃成分の近似波形を生成する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の情報処理装置。
5. 前記補間手段は、更に、前記推進成分のうちの前記対象者の着地のタイミングが０、離地のタイミングがπとなるように、当該推進成分の各サンプリングポイントを線形補間し、
   前記推定手段は、前記補間手段によって各サンプリングポイントが線形補間された前記推進成分を所定のｓｉｎ波形で近似することで当該推進成分の近似波形を生成する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の情報処理装置。
6. 前記取得手段は、前記対象者の腰部における前記加速度データを逐次取得する、
   ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の情報処理装置。
7. 前記地面反力を示す波形は、時間に対して、前記対象者が受ける地面反力の大きさを示す波形である、
   ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の情報処理装置。
8. 対象者が走行又は歩行している際に得られる加速度データを逐次取得する取得工程と、
   前記取得工程により逐次取得された前記加速度データから導出される加速度のノルムを示す加速度ノルムデータに基づいて、ある期間ごとに、前記対象者が受ける地面反力のうちの当該対象者の着地による着地衝撃成分と当該対象者を押し進める推進成分とをそれぞれ推定するとともに、当該着地衝撃成分と当該推進成分とに基づいて、前記対象者が受ける地面反力を示す波形を推定する推定工程と、
   を含むことを特徴とする地面反力波形推定方法。
9. 情報処理装置のコンピュータを、
   対象者が走行又は歩行している際に得られる加速度データを逐次取得する取得手段、
   前記取得手段により逐次取得された前記加速度データから導出される加速度のノルムを示す加速度ノルムデータに基づいて、ある期間ごとに、前記対象者が受ける地面反力のうちの当該対象者の着地による着地衝撃成分と当該対象者を押し進める推進成分とをそれぞれ推定するとともに、当該着地衝撃成分と当該推進成分とに基づいて、前記対象者が受ける地面反力を示す波形を推定する推定手段、
   として機能させることを特徴とするプログラム。

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