WO2020194598A1 - 歩行判別装置、歩行判別方法、およびプログラム記録媒体 - Google Patents

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WO2020194598A1
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walking
acceleration
signal
posture angle
discrimination
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規之 殿内
和紀 井原
晨暉 黄
謙一郎 福司
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日本電気株式会社
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    • G—PHYSICS
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Definitions

  • the present invention relates to a gait discrimination device, a gait discrimination method, and a program that measure gait based on data acquired by a sensor attached to a foot.
  • Patent Document 1 discloses a pedometer for measuring the number of steps of a pedestrian based on acceleration data acquired by an acceleration sensor.
  • the device of Patent Document 1 is either a foot flat state in which the sole is in contact with the walking surface or a heel-off state in which the heel is away from the walking surface, based on the magnitude of acceleration of the portion that moves in response to the walking motion. Detect. Further, the apparatus of Patent Document 1 detects whether or not the magnitude of acceleration exceeds the peak threshold value.
  • the device of Patent Document 1 determines that one step has been performed when the second detection unit detects that the magnitude of the acceleration exceeds the peak threshold value after the start of the heel-off state is detected. Further, the device of Patent Document 1 takes one step when the foot flat state is detected in the first detection unit after the magnitude of the acceleration is detected in the second detection unit to exceed the peak threshold value. It is determined that the operation has been performed.
  • the device of Patent Document 1 measures the number of steps of a pedestrian based on the acceleration data acquired by the acceleration sensor. Therefore, the device of Patent Document 1 has a problem that the movement of the foot other than walking, such as the movement of the foot while sitting or the poor swaying, is erroneously detected as walking.
  • An object of the present invention is to provide a walking determination system that can measure a pedestrian's walking step by step based on sensor data in order to solve the above-mentioned problems.
  • the walking discrimination device of one aspect of the present invention is a data receiving unit that receives sensor data including acceleration and angular velocity acquired by a sensor installed on a shoe, and an acceleration determination unit that determines the positive or negative of the acceleration included in the sensor data.
  • the attitude angle calculation unit that calculates the attitude angle using the acceleration and angular velocity included in the sensor data, and the attitude angle calculation unit determines whether or not the attitude angle has exceeded the threshold, and the peak of the attitude angle.
  • a posture angle determination unit that determines whether or not is detected, a walking determination unit that determines walking based on the determination order by the acceleration determination unit and the posture angle determination unit, and an output unit that outputs the determination result by the walking determination unit. , Equipped with.
  • the sensor data including the acceleration and the angular velocity acquired by the sensor installed on the shoe is received, and the posture angle is calculated using the acceleration and the angular velocity included in the sensor data. It is determined whether or not the attitude angle exceeds the threshold, whether or not a negative peak of the attitude angle is detected, the positive or negative of the acceleration included in the sensor data is determined, and the positive peak of the attitude angle is detected. It is determined whether or not the walking has been performed, and the walking is determined based on the determination order.
  • the program of one aspect of the present invention includes a process of receiving sensor data including acceleration and angular velocity acquired by a sensor installed on a shoe, and a process of calculating an attitude angle using the acceleration and angular velocity included in the sensor data. , The process of determining whether the attitude angle exceeds the threshold, the process of determining whether or not a negative peak of the attitude angle is detected, the process of determining whether the acceleration included in the sensor data is positive or negative, and the attitude angle.
  • the computer is made to execute a process of determining whether or not a positive peak of is detected and a process of determining walking based on the determination order.
  • a walking determination system that can measure a pedestrian's walking step by step based on sensor data.
  • the walking determination system of the present embodiment calculates the attitude angle using the sensor data acquired by the acceleration sensor and the angular velocity sensor installed on the shoe, and makes a step-by-step walking determination based on the attitude angle and the acceleration signal pattern. Do. In particular, the walking determination system of the present embodiment performs step-by-step walking determination by discriminating between the sensor data measured while sitting on a chair and the sensor data measured by walking.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an outline of the configuration of the walking determination system 10 of the present embodiment.
  • the walking determination system 10 includes a data acquisition device 11 and a walking determination device 12.
  • the data acquisition device 11 and the walking determination device 12 may be connected by wire or wirelessly.
  • the data acquisition device 11 includes at least an acceleration sensor and an angular velocity sensor.
  • the data acquisition device 11 is installed on the user's shoes.
  • the data acquisition device 11 converts the data acquired by the acceleration sensor and the angular velocity sensor into digital data (also referred to as sensor data), and transmits the converted sensor data to the walking discrimination device 12.
  • the data acquisition device 11 is realized by, for example, an inertial measurement unit including an acceleration sensor and an angular velocity sensor.
  • An IMU Inertial Measurement Unit
  • the IMU includes a 3-axis accelerometer and an angular velocity sensor.
  • VG Vertical Gyro
  • the VG has the same configuration as the IMU, and can output the roll angle and pitch angle with reference to the direction of gravity by a technique called strap-down.
  • AHRS Altitude Heading Reference System
  • the AHRS has a configuration in which an electronic compass is added to the VG.
  • the AHRS can output the yaw angle in addition to the roll angle and pitch angle.
  • GPS / INS Global Positioning System / Inertial Navigation System
  • GPS / INS has a configuration in which GPS is added to AHRS. Since GPS / INS can calculate the position in the three-dimensional space in addition to the attitude angle (roll angle, pitch angle, yaw angle), the position can be estimated with high accuracy. Since the data acquisition device 11 calculates the attitude angle using the angular velocity sensor, it can be realized by the IMU.
  • the walking discrimination device 12 calculates the posture angle using the sensor data acquired by the data acquisition device 11.
  • the posture angle is the angle of the sole of the foot with respect to the horizontal plane.
  • the walking discrimination device 12 discriminates the user's walking by using the posture angle and the acceleration.
  • the gait discrimination device 12 is whether the sensor data is acquired when the user walks or is acquired by an operation other than walking. To determine.
  • the lower limbs are propelled in the order of toe takeoff, foot swing acceleration and deceleration (swing phase), and touchdown.
  • the posture angle is a negative peak (toe takeoff), the acceleration is positive (initial swing phase), and the acceleration is negative (between the middle swing stage and the final swing leg). If peaks with positive posture angles (grounding) can be detected in order, it is determined that one step of walking has been performed.
  • the walking discrimination device 12 is realized by software (application) or a circuit installed in a portable terminal device such as a smartphone, a mobile phone, a tablet, or a notebook personal computer. Further, when the gait discrimination device 12 is used for research data analysis or the like, it may be realized by software or a circuit installed in an information processing device such as a stationary computer or a server.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example in which the data acquisition device 11 is installed in the shoes 110.
  • the data acquisition device 11 is installed at a position corresponding to the back side of the arch of the foot.
  • the lateral direction of the pedestrian is set to the X-axis direction (rightward is positive)
  • the pedestrian's traveling direction is set to the Y-axis direction (forwardward is positive)
  • the gravity direction is set to the Z-axis direction (vertical upward is positive).
  • the walking discrimination device 12 calculates the posture angle using the acceleration data and the angular velocity data acquired by the data acquisition device 11.
  • the posture angle is at least one of a roll angle (rotation around the Z axis), a pitch angle (rotation around the X axis), and a yaw angle (rotation around the Y axis).
  • walking is discriminated based on the pitch angle (rotation around the X-axis).
  • FIGS. 1 and 2 are examples, and the configuration of the walking determination system 1 of the present embodiment is not limited to the same configuration.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of the data acquisition device 11.
  • the data acquisition device 11 includes an acceleration sensor 111, an angular velocity sensor 112, a signal processing unit 113, and a data transmission unit 114.
  • the acceleration sensor 111 is a sensor that measures acceleration in three axial directions.
  • the acceleration sensor 111 outputs the measured acceleration to the signal processing unit 113.
  • the angular velocity sensor 112 is a sensor that measures the angular velocity.
  • the angular velocity sensor 112 outputs the measured angular velocity to the signal processing unit 113.
  • the signal processing unit 113 acquires the acceleration and the angular velocity from each of the acceleration sensor 111 and the angular velocity sensor 112, respectively.
  • the signal processing unit 113 converts the acquired acceleration and angular velocity into digital data, and outputs the converted digital data (sensor data) to the data transmission unit 114.
  • the sensor data includes at least acceleration data obtained by converting the acceleration of analog data into digital data and angular velocity data obtained by converting the angular velocity of analog data into digital data.
  • the sensor data may include the acquisition time of raw data of acceleration and angular velocity.
  • the signal processing unit may be configured to output sensor data obtained by correcting the acquired raw data of acceleration and angular velocity, such as mounting error, temperature correction, and linearity correction.
  • the data transmission unit 114 acquires sensor data from the signal processing unit 113.
  • the data transmission unit 114 transmits the acquired sensor data to the walking discrimination device 12.
  • the data transmission unit 114 may transmit the sensor data to the walking discrimination device 12 via a cable or the like, or may transmit the sensor data to the walking discrimination device 12 via wireless communication.
  • the data transmission unit 114 can be configured to transmit sensor data to the gait determination device 12 via a wireless communication function (not shown) conforming to standards such as Bluetooth (registered trademark) and WiFi (registered trademark). ..
  • the above is an explanation of an example of the configuration of the data acquisition device 11.
  • the configuration of FIG. 3 is an example, and the configuration of the data acquisition device 11 included in the walking determination system 10 of the present embodiment is not limited to the same configuration.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of the walking discrimination device 12.
  • the walking discrimination device 12 includes a data receiving unit 121, an acceleration determination unit 122, a posture angle calculation unit 123, a posture angle determination unit 124, a timer 125, a walking discrimination unit 126, and an output unit 127.
  • the data receiving unit 121 acquires sensor data from the data acquisition device 11.
  • the data receiving unit 121 outputs the acceleration data included in the sensor data to the acceleration determination unit 122, and outputs the acceleration data and the angular velocity data included in the sensor data to the attitude angle calculation unit 123.
  • the acceleration determination unit 122 acquires acceleration data from the data reception unit 121.
  • the acceleration determination unit 122 determines whether the acquired acceleration is positive or negative.
  • the acceleration determination unit 122 outputs a determination result of whether the acceleration is positive or negative to the walking determination unit 126.
  • the acceleration determination unit 122 outputs a positive signal (also referred to as a first acceleration signal) when the acceleration is positive, and outputs a negative signal (also referred to as a second acceleration signal) when the acceleration is negative.
  • the attitude angle calculation unit 123 acquires acceleration data and angular velocity data from the data reception unit 121.
  • the attitude angle calculation unit 123 calculates the attitude angle using the acquired acceleration data and angular velocity data.
  • the posture angle calculation unit 123 outputs the calculated posture angle to the posture angle determination unit 124.
  • the posture angle determination unit 124 acquires the posture angle from the posture angle calculation unit 123.
  • the posture angle determination unit 124 determines whether or not the acquired posture angle exceeds the threshold value.
  • the posture angle determination unit 124 outputs a threshold value exceeding signal indicating that the posture angle exceeds the threshold value to the walking determination unit 126.
  • the posture angle determination unit 124 detects a negative peak and a positive peak of the posture angle.
  • the posture angle determination unit 124 detects a negative peak of the posture angle
  • the posture angle determination unit 124 outputs a negative peak signal (also referred to as a first attitude angle signal) indicating that the negative peak is detected to the walking determination unit 126.
  • a positive peak signal also referred to as a second attitude angle signal
  • the timer 125 adds time to the signal received by the walking determination unit 126.
  • the walking determination unit 126 can determine the order in which the threshold value exceeding signal, the negative peak signal, the positive signal, the negative signal, and the positive peak signal are received according to the time added by the timer 125.
  • the order of the signals can be determined based on the acquisition time, so that the timer 125 can be omitted.
  • the configuration in the broken line frame corresponds to the configuration in which the timer 125 is omitted.
  • the walking determination unit 126 receives a positive signal and a negative signal from the acceleration determination unit 122.
  • the walking determination unit 126 receives a threshold value exceeding signal, a negative peak signal, and a positive peak signal from the posture angle determination unit 124.
  • the walking determination unit 126 determines whether or not one step of walking has been performed based on the order in which the threshold value exceeding signal, the negative peak signal, the positive signal, the negative signal, and the positive peak signal are received.
  • the walking discrimination unit 126 outputs the discrimination result to the output unit 127.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining the general characteristics of walking.
  • the acceleration is almost 0 (a) unless the legs are moved.
  • the posture angle exceeds the threshold value, the posture angle has a negative peak (b), the acceleration is positive (c), the acceleration is negative (d), and the posture angle is a positive peak (e). It will be detected in order.
  • the walking determination unit 126 can detect the threshold value exceeding signal, the negative peak signal, the positive signal, the negative signal, and the positive peak signal in order, it determines that one step of walking has been performed.
  • FIG. 6 shows the acceleration (solid line) received by the walking discrimination device 12 and the posture angle (broken line) calculated by the walking discrimination device 12 on the same graph.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents acceleration and attitude angle.
  • the graph of FIG. 6 is for explaining the relationship between the acceleration and the time change of the posture angle, and a specific scale is omitted.
  • the walking discrimination device 12 detects that the posture angle exceeds the threshold value (1), it detects a negative peak (2) of the posture angle. In the example of FIG. 6, as time passes, the posture angle exceeds the threshold value in the negative direction.
  • the gait discriminating device 12 detects the negative peak (2) of the posture angle, it detects the positive / negative of the acceleration. At this time, if the walking discrimination device 12 changes the acceleration in the order of positive (3) and negative (4) and can detect the positive peak (5) of the posture angle, it determines that one step of walking has been performed. To do.
  • the output unit 127 acquires the determination result of whether or not one step of walking has been performed from the walking determination unit 126.
  • the output unit 127 outputs the acquired determination result.
  • the output unit 127 outputs the determination result to a step count measuring device or a step count measurement program that measures the number of steps based on the determination result of whether or not one step of walking has been performed.
  • the output unit 127 outputs the determination result to a display device that displays the determination result of whether or not one step of walking has been performed.
  • the output destination of the discrimination result is not limited to the step count measuring device or the display device as long as it is a device or program that uses the discrimination result.
  • the above is an explanation of an example of the configuration of the walking discrimination device 12.
  • the configuration of FIG. 4 is an example, and the configuration of the walking determination device 12 included in the walking determination system 1 of the present embodiment is not limited to the same configuration.
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining the operation of the walking discrimination device 12.
  • the walking discrimination device 12 is activated (step S11).
  • the walking discrimination device 12 receives the sensor data (acceleration / angular velocity) from the data acquisition device 11 (step S12).
  • the walking discrimination device 12 calculates the posture angle using the acceleration and the angular velocity included in the received sensor data (step S13).
  • the walking discrimination device 12 executes the walking discrimination process (step S14).
  • the walking discrimination device 12 outputs the discrimination result (step S15).
  • the above is the explanation of the operation of the walking discrimination device 12.
  • the flowchart of FIG. 7 is an example, and the operation of the walking determination device 12 of the present embodiment is not limited to the procedure as it is.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining the walking discrimination process by the walking discrimination device 12.
  • the walking discrimination device 12 determines whether or not the posture angle exceeds the threshold value (step S141). When the posture angle exceeds the threshold value (Yes in step S141), the process proceeds to step S142. On the other hand, when the posture angle does not exceed the threshold value (No in step S141), the walking determination device 12 determines that the person is not walking (step S147).
  • the walking discrimination device 12 determines whether or not a negative peak of the posture angle can be detected (step S142). If a negative peak of the posture angle is detected (Yes in step S142), the process proceeds to step S143. On the other hand, when the negative peak of the posture angle is not detected (No in step S142), the walking determination device 12 determines that the person is not walking (step S147).
  • the walking determination device 12 determines whether the acceleration is positive (step S143). If the acceleration is positive (Yes in step S143), the process proceeds to step S144. On the other hand, when the acceleration is not positive (No in step S143), the gait determination device 12 determines that the person is not walking (step S147).
  • the walking discrimination device 12 determines whether the acceleration has changed negatively (step S144). If the acceleration changes to negative (Yes in step S144), the process proceeds to step S145. On the other hand, when the acceleration does not change negatively (No in step S144), the walking determination device 12 determines that the person is not walking (step S147).
  • the walking discrimination device 12 determines whether or not a positive peak of the posture angle can be detected (step S145). When a positive peak of the posture angle is detected (Yes in step S145), the walking determination device 12 determines that one step walking has been performed (step S146). On the other hand, when the negative peak of the posture angle is not detected (No in step S145), the walking determination device 12 determines that the person is not walking (step S147).
  • the above is the description of the walking discrimination process by the walking discrimination device 12.
  • the process according to the flowchart of FIG. 8 is an example, and the walking discrimination process by the walking discrimination device 12 of the present embodiment is not limited to the procedure as it is.
  • a series of processes by the gait discrimination device 12 is executed as a routine process at the start of gait measurement.
  • a series of processes by the gait determination device 12 may be added between normal gait measurements.
  • a series of processes by the gait determination device 12 may be added step by step in the step count measurement in the gait measurement.
  • the walking determination system of the present embodiment includes a walking determination device having a data receiving unit, an acceleration determination unit, a posture angle calculation unit, a posture angle determination unit, a walking discrimination unit, and an output unit.
  • the data receiving unit receives sensor data including acceleration and angular velocity acquired by a sensor installed on the shoe.
  • the acceleration determination unit determines whether the acceleration included in the sensor data is positive or negative.
  • the attitude angle calculation unit calculates the attitude angle using the acceleration and the angular velocity included in the sensor data.
  • the posture angle determination unit determines whether or not the posture angle calculated by the posture angle calculation unit exceeds the threshold value, and also determines whether or not a peak of the posture angle is detected.
  • the walking discrimination unit discriminates walking based on the determination order by the acceleration determination unit and the posture angle determination unit.
  • the output unit outputs the discrimination result by the walking discrimination unit.
  • the acceleration determination unit outputs a first acceleration signal when the acceleration included in the sensor data is positive, and outputs a second acceleration signal when the acceleration included in the sensor data is negative. ..
  • the posture angle determination unit outputs a threshold value exceeding signal when the posture angle exceeds the threshold value. Further, the posture angle determination unit outputs a first posture angle signal when detecting a negative peak of the posture angle, and outputs a second posture angle signal when detecting a positive peak of the posture angle.
  • the gait determination unit walks when it receives the first posture angle signal, the first acceleration signal, the second acceleration signal, and the second posture angle signal in order after receiving the threshold value exceeding signal. Is determined to have been performed. Further, in one aspect of the present embodiment, when the first posture angle signal, the first acceleration signal, the second acceleration signal, and the second posture angle signal are received in order after receiving the threshold value exceeding signal, one step of walking is performed. Judge that it was done.
  • the walking discrimination device includes a timer that supplies time data to the walking discrimination unit.
  • the walking determination unit determines the order of the first posture angle signal, the first acceleration signal, the second acceleration signal, and the second posture angle signal based on the time data supplied by the timer.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining an example in which a sensor 100 is erroneously detected as walking when sitting on a chair with the sensor 100 attached to the ankle.
  • State A is a state in which the sole of the foot touches the ground and the shin is perpendicular to the ground.
  • State B is a state in which the sole of the foot touches the ground and the shin is oblique to the ground.
  • State C is a state in which the heel is off the ground and the shin is at an angle to the ground.
  • state changes frequently occur between states A, B, and C.
  • a state change such as a state A to a state B, a state C to a state A, and a state C to a state B behaves very similar to walking, and therefore may be erroneously detected as walking.
  • Acceleration and angular velocity thresholds can be set high to prevent false positives detected while sitting, but if the thresholds are set too high, walking detection omissions may occur during slow walking. There is sex.
  • the acceleration sensor is in a state of being offset when the axis with respect to the ground deviates from the initial position due to the influence of gravity. Therefore, when the angle of the sensor deviates from the initial state, the acceleration is always offset, and it becomes difficult to determine the state in which the foot is in contact with the ground (the state within the threshold value).
  • the method of this embodiment adds posture angle information to the increase / decrease in the acceleration of the foot due to the swing of the foot, so that the walking is discriminated based on the physical quantity reflecting the walking motion, so that there is little false detection. That is, according to the present embodiment, it is possible to provide a walking determination system that can measure the walking of a pedestrian step by step based on the sensor data.
  • the method of the present embodiment is suitable for health care that manages the physical condition of the user by daily recording and comparing the walking of the user during a normal time on a flat road.
  • FIG. 10 is a block diagram showing an outline of the configuration of the walking determination system 2 of the present embodiment.
  • the walking determination system 20 includes a data acquisition device 21 and a walking determination device 22. Since the main configurations and functions of the data acquisition device 21 and the walking discrimination device 22 are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof will be omitted. In the walking determination system 2 of the present embodiment, a part of the walking determination process by the walking determination device 22 is different from that of the first embodiment.
  • the walking determination device 22 determines whether or not one step of walking has been performed based on the order in which the threshold value exceeding signal, the negative peak signal, the positive signal, the negative signal, and the positive peak signal are received. At this time, if the walking discrimination device 22 receives the negative peak signal, the positive signal, the negative signal, and the positive peak signal in order within a predetermined time after receiving the threshold value exceeding signal, the walking is performed one step. Judged as
  • the gait discrimination device 22 receives the negative peak signal within the first predetermined time (dT 1 ) after receiving the threshold value exceeding signal.
  • the gait discrimination device 22 receives the positive signal within the second predetermined time (dT 2 ) after receiving the negative peak signal.
  • the gait determination device 22 receives the negative signal within the third predetermined time (dT 3 ) after receiving the positive signal.
  • the gait discrimination device 22 receives the positive peak signal within the fourth predetermined time (dT 4 ) after receiving the negative signal.
  • the walking discrimination device 22 manages the time until each of the threshold value exceeding signal, the negative peak signal, the positive signal, the negative signal, and the positive peak signal is received based on the time measured by the timer (not shown). To do.
  • the predetermined time set for each of the negative peak signal, positive signal, negative signal, and positive peak signal may be set in advance based on the theoretical value and the experimental value of walking. Further, the predetermined time set for each of the negative peak signal, the positive signal, the negative signal, and the positive peak signal may be configured to be set for each user. In addition, instead of the predetermined time set for each of the negative peak signal, the positive signal, the negative signal, and the positive peak signal, it is determined that the person is not walking when the predetermined time elapses after receiving the threshold value exceeding signal. It may be configured as.
  • FIG. 11 is a flowchart for explaining the walking discrimination process by the walking discrimination device 22.
  • the walking discrimination device 22 determines whether or not the posture angle exceeds the threshold value (step S241). When the posture angle exceeds the threshold value (Yes in step S241), the process proceeds to step S242. On the other hand, when the posture angle does not exceed the threshold value (No in step S241), the walking determination device 22 determines that the person is not walking (step S247).
  • the gait determination device 22 determines whether or not a negative peak of the posture angle can be detected within the first predetermined time (dT 1 ) (step S242). If a negative peak of the posture angle is detected within the first predetermined time (dT 1 ) (Yes in step S242), the process proceeds to step S243. On the other hand, when a negative peak of the posture angle is not detected within the first predetermined time (dT 1 ) (No in step S242), the gait determination device 22 determines that the person is not walking (step S247).
  • the gait determination device 22 determines whether or not it was possible to detect that the acceleration is positive within the second predetermined time (dT 2 ) (step S243). If it can be detected that the acceleration is positive within the second predetermined time (dT 2 ) (Yes in step S243), the process proceeds to step S244. On the other hand, if it is not possible to detect that the acceleration is positive within the second predetermined time (dT 2 ) (No in step S243), the gait determination device 22 determines that it is not walking (step S247).
  • the gait determination device 22 determines whether the acceleration has changed negatively within the third predetermined time (dT 3 ) (step S244). If the acceleration changes negatively within the third predetermined time (dT 3 ) (Yes in step S244), the process proceeds to step S245. On the other hand, when the acceleration does not change negatively within the third predetermined time (dT 3 ) (No in step S244), the walking determination device 22 determines that the person is not walking (step S247).
  • the gait determination device 22 determines whether or not a positive peak of the posture angle can be detected within the fourth predetermined time (dT 4 ) (step S245).
  • the walking determination device 22 determines that one step walking has been performed (step S246).
  • the walking determination device 22 determines that the person is not walking (step S247).
  • the above is the description of the walking discrimination process by the walking discrimination device 22.
  • the process according to the flowchart of FIG. 11 is an example, and the walking discrimination process by the walking discrimination device 22 of the present embodiment is not limited to the procedure as it is.
  • the walking determination system of the present embodiment includes a walking determination device having a data receiving unit, an acceleration determination unit, a posture angle calculation unit, a posture angle determination unit, a walking discrimination unit, and an output unit.
  • the data receiving unit receives sensor data including acceleration and angular velocity acquired by a sensor installed on the shoe.
  • the acceleration determination unit determines whether the acceleration included in the sensor data is positive or negative.
  • the attitude angle calculation unit calculates the attitude angle using the acceleration and the angular velocity included in the sensor data.
  • the posture angle determination unit determines whether or not the posture angle calculated by the posture angle calculation unit exceeds the threshold value, and also determines whether or not a peak of the posture angle is detected.
  • the walking discrimination unit discriminates walking based on the determination order by the acceleration determination unit and the posture angle determination unit.
  • the output unit outputs the discrimination result by the walking discrimination unit.
  • the walking determination unit receives the first posture angle signal, the first acceleration signal, the second acceleration signal, and the second posture angle signal in order within a predetermined time after receiving the threshold exceeding signal. At that time, it is determined that one step of walking has been performed.
  • the gait discrimination unit sequentially receives each signal within a predetermined time of each of the negative peak signal, the positive signal, the negative signal, and the positive peak signal. If so, it is determined that one step of walking has been performed. For example, after receiving the threshold exceeding signal, the gait determination unit receives the first posture angle signal within the first predetermined time, the first acceleration signal within the second predetermined time, the second acceleration signal within the third predetermined time, and the second. 4 When the second posture angle signals are sequentially received within a predetermined time, it is determined that one step of walking has been performed.
  • the predetermined signals when the predetermined signals are sequentially received within the predetermined time after receiving the threshold exceeding signal, it is determined that one step of walking has been performed.
  • the predetermined signals if the predetermined signals are not sequentially received within the predetermined time after receiving the threshold value exceeding signal, it is determined that the person is not walking. Therefore, according to the present embodiment, when the first attitude angle signal, the first acceleration signal, the second acceleration signal, and the second attitude angle signal are not received forever after receiving the threshold value exceeding signal, at that time. It is possible to detect that there is an abnormality in the signal received in. Further, according to the present embodiment, it is possible to distinguish between slow walking, rushing walking, running, and the like depending on how the predetermined time is set.
  • the information processing device 90 of FIG. 12 is a configuration example for executing the processing of the walking discrimination device of each embodiment, and does not limit the scope of the present invention.
  • the information processing device 90 includes a processor 91, a main storage device 92, an auxiliary storage device 93, an input / output interface 95, and a communication interface 96.
  • the interface is abbreviated as I / F (Interface).
  • the processor 91, the main storage device 92, the auxiliary storage device 93, the input / output interface 95, and the communication interface 96 are connected to each other via a bus 99 so as to be capable of data communication. Further, the processor 91, the main storage device 92, the auxiliary storage device 93, and the input / output interface 95 are connected to a network such as the Internet or an intranet via the communication interface 96.
  • the processor 91 expands the program stored in the auxiliary storage device 93 or the like into the main storage device 92, and executes the expanded program.
  • the software program installed in the information processing apparatus 90 may be used.
  • the processor 91 executes the process by the walking discrimination device according to the present embodiment.
  • the main storage device 92 has an area in which the program is expanded.
  • the main storage device 92 may be, for example, a volatile memory such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory). Further, a non-volatile memory such as MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory) may be configured / added as the main storage device 92.
  • a volatile memory such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory).
  • a non-volatile memory such as MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory) may be configured / added as the main storage device 92.
  • the auxiliary storage device 93 stores various data.
  • the auxiliary storage device 93 is composed of a local disk such as a hard disk or a flash memory. It is also possible to store various data in the main storage device 92 and omit the auxiliary storage device 93.
  • the input / output interface 95 is an interface for connecting the information processing device 90 and peripheral devices.
  • the communication interface 96 is an interface for connecting to an external system or device through a network such as the Internet or an intranet based on a standard or a specification.
  • the input / output interface 95 and the communication interface 96 may be shared as an interface for connecting to an external device.
  • the information processing device 90 may be configured to connect an input device such as a keyboard, mouse, or touch panel, if necessary. These input devices are used to input information and settings. When the touch panel is used as an input device, the display screen of the display device may also serve as the interface of the input device. Data communication between the processor 91 and the input device may be mediated by the input / output interface 95.
  • the information processing device 90 may be equipped with a display device for displaying information.
  • a display device it is preferable that the information processing device 90 is provided with a display control device (not shown) for controlling the display of the display device.
  • the display device may be connected to the information processing device 90 via the input / output interface 95.
  • the information processing device 90 may be provided with a disk drive, if necessary.
  • the disk drive is connected to bus 99.
  • the disk drive mediates between the processor 91 and a recording medium (program recording medium) (not shown), reading a data program from the recording medium, writing the processing result of the information processing apparatus 90 to the recording medium, and the like.
  • the recording medium can be realized by, for example, an optical recording medium such as a CD (Compact Disc) or a DVD (Digital Versatile Disc).
  • the recording medium may be realized by a semiconductor recording medium such as a USB (Universal Serial Bus) memory or an SD (Secure Digital) card, a magnetic recording medium such as a flexible disk, or another recording medium.
  • USB Universal Serial Bus
  • SD Secure Digital
  • the above is an example of the hardware configuration for enabling the walking discrimination device according to each embodiment of the present invention.
  • the hardware configuration of FIG. 12 is an example of the hardware configuration for executing the arithmetic processing of the walking discrimination device according to each embodiment, and does not limit the scope of the present invention.
  • the scope of the present invention also includes a program for causing a computer to execute a process related to the walking discrimination device according to each embodiment.
  • a program recording medium on which the program according to each embodiment is recorded is also included in the scope of the present invention.
  • the components of the walking discrimination device of each embodiment can be arbitrarily combined. Further, the components of the walking discrimination device of each embodiment may be realized by software or by a circuit.

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Abstract

センサデータに基づいて、歩行者の歩行を一歩単位で計測するために、靴に設置されたセンサによって取得される加速度および角速度を含むセンサデータを受信するデータ受信部と、センサデータに含まれる加速度の正負を判定する加速度判定部と、センサデータに含まれる加速度および角速度を用いて姿勢角を計算する姿勢角計算部と、姿勢角計算部によって算出された姿勢角が閾値を超えたか否かを判定するとともに、姿勢角のピークが検出されたか否かを判定する姿勢角判定部と、加速度判定部および姿勢角判定部による判定順序に基づいて歩行を判別する歩行判別部と、歩行判別部による判別結果を出力する出力部と、を備える歩行判別装置とする。

Description

歩行判別装置、歩行判別方法、およびプログラム記録媒体
　本発明は、足部に取り付けられたセンサによって取得されたデータに基づいて歩行を計測する歩行判別装置、歩行判別方法、およびプログラムに関する。
　体調管理を行うヘルスケアへの関心の高まりから、足部に取り付けられたセンサによって取得されたセンサデータを用いて歩数をカウントする技術が開発されている。
　特許文献１には、加速度センサによって取得された加速度データに基づいて、歩行者の歩数を計測する歩数計測装置について開示されている。特許文献１の装置は、歩行動作に応じて移動する部位の加速度の大きさに基づいて、足底が歩行面に接しているフットフラット状態と、踵が歩行面から離れたヒールオフ状態とのいずれかを検出する。また、特許文献１の装置は、加速度の大きさがピークしきい値を超えたか否かを検出する。特許文献１の装置は、ヒールオフ状態の開始が検出された後に第２の検出部において加速度の大きさがピークしきい値を超えたと検出された場合、１歩の動作が行われたと判定する。また、特許文献１の装置は、第２の検出部において加速度の大きさがピークしきい値を超えたと検出された後に第１の検出部においてフットフラット状態が検出された場合に、１歩の動作が行われたと判定する。
特開２０１６－２０６９０３号公報
　特許文献１の装置は、加速度センサによって取得された加速度データに基づいて歩行者の歩数を計測する。そのため、特許文献１の装置には、座った状態での足の移動や、貧乏ゆすりなどのように、歩行ではない足の動きも歩行として誤って検知してしまうという問題点があった。
　本発明の目的は、上述した課題を解決するために、センサデータに基づいて、歩行者の歩行を一歩単位で計測できる歩行判定システムを提供することにある。
　本発明の一態様の歩行判別装置は、靴に設置されたセンサによって取得される加速度および角速度を含むセンサデータを受信するデータ受信部と、センサデータに含まれる加速度の正負を判定する加速度判定部と、センサデータに含まれる加速度および角速度を用いて姿勢角を計算する姿勢角計算部と、姿勢角計算部によって算出された姿勢角が閾値を超えたか否かを判定するとともに、姿勢角のピークが検出されたか否かを判定する姿勢角判定部と、加速度判定部および姿勢角判定部による判定順序に基づいて歩行を判別する歩行判別部と、歩行判別部による判別結果を出力する出力部と、を備える。
　本発明の一態様の歩行判別方法においては、靴に設置されたセンサによって取得される加速度および角速度を含むセンサデータを受信し、センサデータに含まれる加速度および角速度を用いて姿勢角を計算し、姿勢角が閾値を超えたか否かを判定し、姿勢角の負のピークが検出されたか否かを判定し、センサデータに含まれる加速度の正負を判定し、姿勢角の正のピークとが検出されたか否かを判定し、判定順序に基づいて歩行を判別する。
　本発明の一態様のプログラムは、靴に設置されたセンサによって取得される加速度および角速度を含むセンサデータを受信する処理と、センサデータに含まれる加速度および角速度を用いて姿勢角を計算する処理と、姿勢角が閾値を超えたか否かを判定する処理と、姿勢角の負のピークが検出されたか否かを判定する処理と、センサデータに含まれる加速度の正負を判定する処理と、姿勢角の正のピークとが検出されたか否かを判定する処理と、判定順序に基づいて歩行を判別する処理とをコンピュータに実行させる。
　本発明によれば、センサデータに基づいて、歩行者の歩行を一歩単位で計測できる歩行判定システムを提供することが可能になる。
本発明の第１の実施形態に係る歩行判定システムの構成の概要を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る歩行判定システムが備えるデータ取得装置の配置例を示す概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る歩行判定システムが備えるデータ取得装置の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る歩行判定システムが備える歩行判別装置の構成の一例を示すブロック図である。 一般的な歩行の特徴について説明するための概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る歩行判定システムが行う歩行判定について説明するためのグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る歩行判定システムが備える歩行判別装置の動作について説明するためのフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る歩行判定システムが備える歩行判別装置による歩行判別処理について説明するためのフローチャートである。 人が椅子に座っているときの足の状態の一例を示す概念図である。 本発明の第２の実施形態に係る歩行判定システムの構成の概要を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る歩行判定システムが備える歩行判別装置による歩行判別処理について説明するためのフローチャートである。 本発明の各実施形態に係る歩行判定システムが備える歩行判別装置を実現するためのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
　以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお、以下の実施形態の説明に用いる全図においては、特に理由がない限り、同様箇所には同一符号を付す。また、以下の実施形態において、同様の構成・動作に関しては繰り返しの説明を省略する場合がある。また、図面中の矢印の向きは、一例を示すものであり、ブロック間の信号の向きを限定するものではない。
　（第１の実施形態）
　まず、本発明の第１の実施形態に係る歩行判定システムについて図面を参照しながら説明する。本実施形態の歩行判定システムは、靴に設置された加速度センサおよび角速度センサによって取得されるセンサデータを用いて姿勢角を算出し、姿勢角と加速度の信号パターンに基づいて一歩単位の歩行判定を行う。特に、本実施形態の歩行判定システムは、椅子に座った状態で計測されるセンサデータと、歩行によって計測されるセンサデータとを判別することによって一歩単位の歩行判定を行う。
　図１は、本実施形態の歩行判定システム１０の構成の概要を示すブロック図である。歩行判定システム１０は、データ取得装置１１と歩行判別装置１２とを備える。データ取得装置１１と歩行判別装置１２とは、有線で接続されてもよいし、無線で接続されてもよい。
　データ取得装置１１は、加速度センサと角速度センサを少なくとも含む。データ取得装置１１は、ユーザの靴に設置される。データ取得装置１１は、加速度センサおよび角速度センサによって取得されたデータをデジタルデータ（センサデータとも呼ぶ）に変換し、変換後のセンサデータを歩行判別装置１２に送信する。
　データ取得装置１１は、例えば、加速度センサと角速度センサを含む慣性計測装置よって実現される。慣性計測装置の一例として、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）を挙げられる。ＩＭＵは、３軸の加速度センサと角速度センサを含む。また、慣性計測装置の一例として、ＶＧ（Vertical Gyro）を挙げられる。ＶＧは、ＩＭＵと同様の構成であり、ストラップダウンという手法によって重力方向を基準としてロール角とピッチ角を出力できる。また、慣性計測装置の一例として、ＡＨＲＳ（Attitude Heading Reference System）を挙げられる。ＡＨＲＳは、ＶＧに電子コンパスを追加した構成を有する。ＡＨＲＳは、ロール角およびピッチ角に加えて、ヨー角を出力できる。また、慣性計測装置の一例として、ＧＰＳ／ＩＮＳ（Global Positioning System/Inertial Navigation System）を挙げられる。ＧＰＳ／ＩＮＳは、ＡＨＲＳにＧＰＳを追加した構成を有する。ＧＰＳ／ＩＮＳは、姿勢角（ロール角、ピッチ角、ヨー角）に加えて、３次元空間における位置を計算できるため、高精度で位置を推定できる。データ取得装置１１は、角速度センサを用いて姿勢角を計算するので、ＩＭＵによって実現できる。
　歩行判別装置１２は、データ取得装置１１によって取得されたセンサデータを用いて姿勢角を計算する。姿勢角とは、水平面に対する足裏の角度のことである。歩行判別装置１２は、姿勢角と加速度を用いてユーザの歩行を判別する。歩行判別装置１２は、データ取得装置１１から取得されるセンサデータに基づいて、そのセンサデータがユーザの歩行に伴って取得されたものなのか、歩行以外の動作に伴って取得されたものなのかを判別する。一般に、一歩の歩行においては、足指離地、足振りの加速および減速（遊脚期）、接地の順番で下肢が推進する。後述するように、歩行判別装置１２は、姿勢角が負のピーク（足指離地）、加速度が正（初期遊脚期）、加速度が負（遊脚中期と遊脚終期との間）、姿勢角が正のピーク（接地）を順番に検出できれば、一歩の歩行が行われたと判別する。
　歩行判別装置１２は、例えば、スマートフォンや携帯電話、タブレット、ノート型パーソナルコンピュータなどの携帯型の端末装置にインストールされたソフトウェア（アプリケーション）や、回路によって実現される。また、歩行判別装置１２は、研究のデータ解析等に用いられる場合は、例えば、据え置き型のコンピュータやサーバなどの情報処理装置にインストールされたソフトウェアや、回路によって実現されてもよい。
　図２は、データ取得装置１１を靴１１０の中に設置する一例を示す概念図である。図２の例では、データ取得装置１１は、足の土踏まずの裏側に当たる位置に設置される。本実施形態においては、歩行者の横方向をＸ軸方向（右向きが正）、歩行者の進行方向をＹ軸方向（前向きが正）、重力方向をＺ軸方向（鉛直上向きが正）に設定する。
　歩行判別装置１２は、データ取得装置１１によって取得される加速度データおよび角速度データを用いて姿勢角を計算する。例えば、姿勢角は、ロール角（Ｚ軸周りの回転）、ピッチ角（Ｘ軸周りの回転）、ヨー角（Ｙ軸周りの回転）のうち少なくともいずれかである。本実施形態においては、姿勢角の一例として、ピッチ角（Ｘ軸周りの回転）に基づいて歩行を判別する。
　以上が、歩行判定システム１の構成の概要についての説明である。なお、図１および図２の構成は一例であって、本実施形態の歩行判定システム１の構成をそのままの形態に限定するものではない。
　〔データ取得装置〕
　次に、歩行判定システム１が備えるデータ取得装置１１について図面を参照しながら説明する。図３は、データ取得装置１１の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、信号処理部１１３、およびデータ送信部１１４を有する。
　加速度センサ１１１は、３軸方向の加速度を計測するセンサである。加速度センサ１１１は、計測した加速度を信号処理部１１３に出力する。
　角速度センサ１１２は、角速度を計測するセンサである。角速度センサ１１２は、計測した角速度を信号処理部１１３に出力する。
　信号処理部１１３は、加速度センサ１１１および角速度センサ１１２のそれぞれから、加速度および角速度のそれぞれを取得する。信号処理部１１３は、取得した、加速度および角速度をデジタルデータに変換し、変換後のデジタルデータ（センサデータ）をデータ送信部１１４に出力する。センサデータには、アナログデータの加速度をデジタルデータに変換した加速度データと、アナログデータの角速度をデジタルデータに変換した角速度データとが少なくとも含まれる。なお、センサデータには、加速度および角速度の生データの取得時間が含まれてもよい。また、信号処理部は、取得した加速度や角速度の生データに対して、実装誤差や温度補正、直線性補正などの補正を行ったセンサデータを出力するように構成してもよい。
　データ送信部１１４は、信号処理部１１３からセンサデータを取得する。データ送信部１１４は、取得したセンサデータを歩行判別装置１２に送信する。データ送信部１１４は、ケーブルなどの有線を介してセンサデータを歩行判別装置１２に送信してもよいし、無線通信を介してセンサデータを歩行判別装置１２に送信してもよい。例えば、データ送信部１１４は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＷｉＦｉ（登録商標）などの規格に即した無線通信機能（図示しない）を介して、センサデータを歩行判別装置１２に送信するように構成できる。
　以上が、データ取得装置１１の構成の一例についての説明である。なお、図３の構成は一例であって、本実施形態の歩行判定システム１０が備えるデータ取得装置１１の構成をそのままの形態に限定するものではない。
　〔歩行判別装置〕
　次に、歩行判定システム１０が備える歩行判別装置１２について図面を参照しながら説明する。図４は、歩行判別装置１２の構成の一例を示すブロック図である。歩行判別装置１２は、データ受信部１２１、加速度判定部１２２、姿勢角計算部１２３、姿勢角判定部１２４、タイマー１２５、歩行判別部１２６、および出力部１２７を有する。
　データ受信部１２１は、データ取得装置１１からセンサデータを取得する。データ受信部１２１は、センサデータに含まれる加速度データを加速度判定部１２２に出力し、センサデータに含まれる加速度データおよび角速度データを姿勢角計算部１２３に出力する。
　加速度判定部１２２は、データ受信部１２１から加速度データを取得する。加速度判定部１２２は、取得した加速度の正負を判定する。加速度判定部１２２は、加速度が正であるか負であるかの判定結果を歩行判別部１２６に出力する。例えば、加速度判定部１２２は、加速度が正の場合には正信号（第１加速度信号とも呼ぶ）を出力し、加速度が負の場合には負信号（第２加速度信号とも呼ぶ）を出力する。
　姿勢角計算部１２３は、データ受信部１２１から加速度データおよび角速度データを取得する。姿勢角計算部１２３は、取得した加速度データと角速度データを用いて姿勢角を計算する。姿勢角計算部１２３は、算出した姿勢角を姿勢角判定部１２４に出力する。
　姿勢角判定部１２４は、姿勢角計算部１２３から姿勢角を取得する。姿勢角判定部１２４は、取得した姿勢角が閾値を越したか否かを判定する。姿勢角が閾値を越した場合、姿勢角判定部１２４は、姿勢角が閾値を越したことを示す閾値超過信号を歩行判別部１２６に出力する。
　また、姿勢角判定部１２４は、姿勢角の負のピークと、正のピークとを検出する。姿勢角判定部１２４は、姿勢角の負のピークを検出すると、負のピークを検出したことを示す負ピーク信号（第１姿勢角信号とも呼ぶ）を歩行判別部１２６に出力する。姿勢角判定部１２４は、姿勢角の正のピークを検出すると、正のピークを検出したことを示す正ピーク信号（第２姿勢角信号とも呼ぶ）を歩行判別部１２６に出力する。
　タイマー１２５は、歩行判別部１２６が受信する信号に時間を付加する。タイマー１２５によって付加された時間によって、閾値超過信号、負ピーク信号、正信号、負信号、正ピーク信号が受信された順番を歩行判別部１２６が判別できる。なお、センサデータにデータの取得時間が付加されている場合は、その取得時間に基づいて信号の順番を判別できるので、タイマー１２５を省略することができる。図４においては、破線の枠内の構成が、タイマー１２５を省略した構成に相当する。
　歩行判別部１２６は、加速度判定部１２２から正信号および負信号を受信する。歩行判別部１２６は、姿勢角判定部１２４から閾値超過信号、負ピーク信号、および正ピーク信号を受信する。歩行判別部１２６は、閾値超過信号、負ピーク信号、正信号、負信号、正ピーク信号を受信した順番に基づいて、一歩の歩行が行われたか否かを判別する。歩行判別部１２６は、出力部１２７に判別結果を出力する。
　図５は、歩行の一般的な特徴について説明するための概念図である。歩行をしていない場合、足を動かしていない限り、加速度はほぼ０である（ａ）。歩行をしている場合、姿勢角が閾値を超過した後に、姿勢角が負のピーク（ｂ）、加速度が正（ｃ）、加速度が負（ｄ）、姿勢角が正のピーク（ｅ）が順番に検出されることになる。このとき、歩行判別部１２６は、閾値超過信号、負ピーク信号、正信号、負信号、正ピーク信号を順番に検出できれば、一歩の歩行が行われたと判別する。
　図６は、歩行判別装置１２が受信する加速度（実線）と、歩行判別装置１２が算出する姿勢角（破線）とを同一のグラフ上にまとめたものである。図６のグラフは、横軸が時間、縦軸が加速度および姿勢角を示す。なお、図６のグラフは、加速度と姿勢角の時間変化の関係性を説明するためのものであり、具体的な目盛は省略する。
　歩行判別装置１２は、姿勢角が閾値を超えたこと（１）を検出すると、姿勢角の負のピーク（２）を検出する。図６の例では、時間の経過につれて、姿勢角が負の方向に向けて閾値を超える。歩行判別装置１２は、姿勢角の負のピーク（２）を検出すると、加速度の正負を検出する。このとき、歩行判別装置１２は、加速度が正（３）、加速度が負（４）の順に推移し、姿勢角の正のピーク（５）を検出できれば、一歩の歩行が行われたものと判別する。
　出力部１２７は、一歩の歩行が行われたか否かの判別結果を歩行判別部１２６から取得する。出力部１２７は、取得した判別結果を出力する。例えば、出力部１２７は、一歩の歩行が行われたか否かの判別結果に基づいて歩数を計測する歩数計測装置や歩数計測プログラムにその判別結果を出力する。また、例えば、出力部１２７は、一歩の歩行が行われたか否かの判別結果を表示する表示装置にその判別結果を出力する。なお、判別結果の出力先は、その判別結果を用いる装置やプログラムであれば、歩数計測装置や表示装置に限定されない。
　以上が、歩行判別装置１２の構成の一例についての説明である。なお、図４の構成は一例であって、本実施形態の歩行判定システム１が備える歩行判別装置１２の構成をそのままの形態に限定するものではない。
　（動作）
　次に、本実施形態の歩行判別装置１２の動作について図面を参照しながら説明する。図７は、歩行判別装置１２の動作について説明するためのフローチャートである。
　図７において、まず、歩行判別装置１２は、起動される（ステップＳ１１）。
　次に、歩行判別装置１２は、データ取得装置１１からセンサデータ（加速度・角速度）を受信する（ステップＳ１２）。
　次に、歩行判別装置１２は、受信したセンサデータに含まれる加速度および角速度を用いて姿勢角を計算する（ステップＳ１３）。
　次に、歩行判別装置１２は、歩行判別処理を実行する（ステップＳ１４）。
　次に、歩行判別装置１２は、判別結果を出力する（ステップＳ１５）。
　処理を継続する場合は、ステップＳ１２に戻る。処理を終了する場合は、図７のフローチャートに沿った処理は終了である。
　以上が、歩行判別装置１２の動作についての説明である。なお、図７のフローチャートは一例であって、本実施形態の歩行判別装置１２の動作をそのままの手順に限定するものではない。
　〔歩行判別処理〕
　次に、本実施形態の歩行判別装置１２による歩行判別処理について図面を参照しながら説明する。図８は、歩行判別装置１２による歩行判別処理について説明するためのフローチャートである。
　図８において、まず、歩行判別装置１２は、姿勢角が閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ１４１）。姿勢角が閾値を超えた場合（ステップＳ１４１でＹｅｓ）、ステップＳ１４２に進む。一方、姿勢角が閾値を超えなかった場合（ステップＳ１４１でＮｏ）、歩行判別装置１２は、歩行ではないと判定する（ステップＳ１４７）。
　次に、歩行判別装置１２は、姿勢角の負のピークを検出できたか判定する（ステップＳ１４２）。姿勢角の負のピークが検出された場合（ステップＳ１４２でＹｅｓ）、ステップＳ１４３に進む。一方、姿勢角の負のピークが検出されなかった場合（ステップＳ１４２でＮｏ）、歩行判別装置１２は、歩行ではないと判定する（ステップＳ１４７）。
　次に、歩行判別装置１２は、加速度が正であるか判定する（ステップＳ１４３）。加速度が正である場合（ステップＳ１４３でＹｅｓ）、ステップＳ１４４に進む。一方、加速度が正ではなかった場合（ステップＳ１４３でＮｏ）、歩行判別装置１２は、歩行ではないと判定する（ステップＳ１４７）。
　次に、歩行判別装置１２は、加速度が負に変化したか判定する（ステップＳ１４４）。加速度が負に変化した場合（ステップＳ１４４でＹｅｓ）、ステップＳ１４５に進む。一方、加速度が負に変化しなかった場合（ステップＳ１４４でＮｏ）、歩行判別装置１２は、歩行ではないと判定する（ステップＳ１４７）。
　次に、歩行判別装置１２は、姿勢角の正のピークを検出できたか判定する（ステップＳ１４５）。姿勢角の正のピークが検出された場合（ステップＳ１４５でＹｅｓ）、歩行判別装置１２は、一歩歩行が行われたものと判定する（ステップＳ１４６）。一方、姿勢角の負のピークが検出されなかった場合（ステップＳ１４５でＮｏ）、歩行判別装置１２は、歩行ではないと判定する（ステップＳ１４７）。
　以上が、歩行判別装置１２による歩行判別処理についての説明である。なお、図８のフローチャートに沿った処理は一例であって、本実施形態の歩行判別装置１２による歩行判別処理をそのままの手順に限定するものではない。
　例えば、歩行判別装置１２による一連の処理は、歩行計測の開始時のルーチン処理として実行される。また、歩行判別装置１２による一連の処理は、通常の歩行計測の合間に追加されてもよい。また、歩行判別装置１２による一連の処理は、歩行計測における歩数計測において、一歩ごとに追加されてもよい。
　以上のように、本実施形態の歩行判定システムは、データ受信部、加速度判定部、姿勢角計算部、姿勢角判定部、歩行判別部、および出力部を有する歩行判別装置を備える。データ受信部は、靴に設置されたセンサによって取得される加速度および角速度を含むセンサデータを受信する。加速度判定部は、センサデータに含まれる加速度の正負を判定する。姿勢角計算部は、センサデータに含まれる加速度および角速度を用いて姿勢角を計算する。姿勢角判定部は、姿勢角計算部によって算出された姿勢角が閾値を超えたか否かを判定するとともに、姿勢角のピークが検出されたか否かを判定する。歩行判別部は、加速度判定部および姿勢角判定部による判定順序に基づいて歩行を判別する。出力部は、歩行判別部による判別結果を出力する。
　本実施形態の一態様において、加速度判定部は、センサデータに含まれる加速度が正の場合に第１加速度信号を出力し、センサデータに含まれる加速度が負の場合に第２加速度信号を出力する。姿勢角判定部は、姿勢角が閾値を超えた際に閾値超過信号を出力する。また、姿勢角判定部は、姿勢角の負のピークを検出した際に第１姿勢角信号を出力し、姿勢角の正のピークを検出した際に第２姿勢角信号を出力する。
　本実施形態の一態様において、歩行判別部は、閾値超過信号を受信した後に、第１姿勢角信号、第１加速度信号、第２加速度信号、第２姿勢角信号を順番に受信した際に歩行が行われたと判定する。また、本実施形態の一態様において、閾値超過信号を受信した後に、第１姿勢角信号、第１加速度信号、第２加速度信号、第２姿勢角信号を順番に受信した際に一歩の歩行が行われたと判定する。
　本実施形態の一態様において、歩行判別装置は、歩行判別部に時間データを供給するタイマーを備える。歩行判別部は、タイマーによって供給される時間データに基づいて、第１姿勢角信号、第１加速度信号、第２加速度信号、第２姿勢角信号の順番を判別する。
　図９は、センサ１００を足首に装着した状態で椅子に座っている際に、歩行と誤検出される例について説明するための概念図である。状態Ａは、足裏が地面に接地し、すねが地面に対して垂直な状態である。状態Ｂは、足裏が地面に接地し、すねが地面に対して斜めな状態である。状態Ｃは、踵が地面から離れ、すねが地面に対して斜めな状態である。日常生活においては、状態Ａと状態Ｂと状態Ｃの間の状態変化が頻繁に起こる。例えば、状態Ａから状態Ｂ、状態Ｃから状態Ａ、状態Ｃから状態Ｂのような状態変化は、歩行とよく似た挙動であるため、歩行として誤検知されてしまう可能性がある。
　座った状態で検出される誤検知を防ぐために、加速度や角速度の閾値を高く設定することもできるが、閾値を高く設定しすぎると、ゆっくりとした歩行などにおいては歩行の検知漏れが発生する可能性がある。また、加速度センサは、重力の影響により、地面に対する軸が初期位置からずれるとオフセットが載った状態となる。そのため、センサの角度が初期状態からずれた場合、加速度に常時オフセットが載った状態になり、足が地面に接地された状態（閾値以内の状態）の判別が難しくなる。
　本実施形態の手法は、足振りに伴う足部の加速度の増減に姿勢角情報を追加することによって、歩行運動が反映された物理量に基づいて歩行の判別を行うために誤検知が少ない。すなわち、本実施形態によれば、センサデータに基づいて、歩行者の歩行を一歩単位で計測できる歩行判定システムを提供することが可能になる。
　また、本実施形態の手法によれば、傾斜道や階段を上り下りする際の歩行を除外し、平坦な道における歩行を判別できる。そのため、本実施形態の手法は、平坦な道における通常時のユーザの歩行を日々記録し、比較することによって、ユーザの体調管理を行うヘルスケアに好適である。
　（第２の実施形態）
　次に、本発明の第２の実施形態に係る歩行判定システムについて図面を参照しながら説明する。本実施形態の歩行判定システムは、歩行判別装置による歩行判別処理の一部が第１の実施形態とは異なる。以下においては、第１の実施形態と同様の構成・機能については、詳細な説明を省略する場合がある。
　図１０は、本実施形態の歩行判定システム２の構成の概要を示すブロック図である。歩行判定システム２０は、データ取得装置２１と歩行判別装置２２とを備える。データ取得装置２１と歩行判別装置２２の主な構成や機能は、第１の実施形態と同様であるので詳細な説明は省略する。本実施形態の歩行判定システム２は、歩行判別装置２２による歩行判別処理の一部が第１の実施形態とは異なる。
　歩行判別装置２２は、閾値超過信号、負ピーク信号、正信号、負信号、正ピーク信号を受信した順番に基づいて、一歩の歩行が行われたか否かを判別する。このとき、歩行判別装置２２は、閾値超過信号を受信してから、所定時間以内に、負ピーク信号、正信号、負信号、正ピーク信号が順番に受信された場合、一歩の歩行が行われたものと判定する。
　例えば、歩行判別装置２２は、閾値超過信号を受信してから、第１所定時間（ｄＴ1）以内に負ピーク信号を受信する。次に、歩行判別装置２２は、負ピーク信号を受信してから第２所定時間（ｄＴ2）以内に正信号を受信する。次に、歩行判別装置２２は、正信号を受信してから第３所定時間（ｄＴ3）以内に負信号を受信する。そして、歩行判別装置２２は、負信号を受信してから第４所定時間（ｄＴ4）以内に正ピーク信号を受信する。このように、歩行判別装置２２は、負ピーク信号、正信号、負信号、正ピーク信号のそれぞれの所定時間以内にそれぞれの信号が順番に受信された場合、一歩の歩行が行われたものと判定する。例えば、歩行判別装置２２は、タイマー（図示しない）によって計測される時間に基づいて、閾値超過信号、負ピーク信号、正信号、負信号、正ピーク信号のそれぞれが受信されるまでの時間を管理する。
　負ピーク信号、正信号、負信号、正ピーク信号のそれぞれに設定される所定時間は、歩行の理論値や実験値に基づいて事前に設定しておけばよい。また、負ピーク信号、正信号、負信号、正ピーク信号のそれぞれに設定される所定時間は、ユーザごとに設定するように構成してもよい。また、負ピーク信号、正信号、負信号、正ピーク信号のそれぞれに設定される所定時間ではなく、閾値超過信号を受信してから所定時間が経過して時点で、歩行ではないと判定するように構成してもよい。
　〔歩行判別処理〕
　次に、本実施形態の歩行判別装置２２による歩行判別処理について図面を参照しながら説明する。図１１は、歩行判別装置２２による歩行判別処理について説明するためのフローチャートである。
　図１１において、まず、歩行判別装置２２は、姿勢角が閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ２４１）。姿勢角が閾値を超えた場合（ステップＳ２４１でＹｅｓ）、ステップＳ２４２に進む。一方、姿勢角が閾値を超えなかった場合（ステップＳ２４１でＮｏ）、歩行判別装置２２は、歩行ではないと判定する（ステップＳ２４７）。
　次に、歩行判別装置２２は、第１所定時間（ｄＴ1）以内に姿勢角の負のピークを検出できたか判定する（ステップＳ２４２）。第１所定時間（ｄＴ1）以内に姿勢角の負のピークが検出された場合（ステップＳ２４２でＹｅｓ）、ステップＳ２４３に進む。一方、第１所定時間（ｄＴ1）以内に姿勢角の負のピークが検出されなかった場合（ステップＳ２４２でＮｏ）、歩行判別装置２２は、歩行ではないと判定する（ステップＳ２４７）。
　次に、歩行判別装置２２は、第２所定時間（ｄＴ2）以内に加速度が正であることを検出できたか判定する（ステップＳ２４３）。第２所定時間（ｄＴ2）以内に加速度が正であることを検出できた場合（ステップＳ２４３でＹｅｓ）、ステップＳ２４４に進む。一方、第２所定時間（ｄＴ2）以内に加速度が正であることを検出できなかった場合（ステップＳ２４３でＮｏ）、歩行判別装置２２は、歩行ではないと判定する（ステップＳ２４７）。
　次に、歩行判別装置２２は、第３所定時間（ｄＴ3）以内に加速度が負に変化したか判定する（ステップＳ２４４）。第３所定時間（ｄＴ3）以内に加速度が負に変化した場合（ステップＳ２４４でＹｅｓ）、ステップＳ２４５に進む。一方、第３所定時間（ｄＴ3）以内に加速度が負に変化しなかった場合（ステップＳ２４４でＮｏ）、歩行判別装置２２は、歩行ではないと判定する（ステップＳ２４７）。
　次に、歩行判別装置２２は、第４所定時間（ｄＴ4）以内に姿勢角の正のピークを検出できたか判定する（ステップＳ２４５）。第４所定時間（ｄＴ4）以内に姿勢角の正のピークが検出された場合（ステップＳ２４５でＹｅｓ）、歩行判別装置２２は、一歩歩行が行われたものと判定する（ステップＳ２４６）。一方、第４所定時間（ｄＴ4）以内に姿勢角の正のピークが検出されなかった場合（ステップＳ２４５でＮｏ）、歩行判別装置２２は、歩行ではないと判定する（ステップＳ２４７）。
　以上が、歩行判別装置２２による歩行判別処理についての説明である。なお、図１１のフローチャートに沿った処理は一例であって、本実施形態の歩行判別装置２２による歩行判別処理をそのままの手順に限定するものではない。
　以上のように、本実施形態の歩行判定システムは、データ受信部、加速度判定部、姿勢角計算部、姿勢角判定部、歩行判別部、および出力部を有する歩行判別装置を備える。データ受信部は、靴に設置されたセンサによって取得される加速度および角速度を含むセンサデータを受信する。加速度判定部は、センサデータに含まれる加速度の正負を判定する。姿勢角計算部は、センサデータに含まれる加速度および角速度を用いて姿勢角を計算する。姿勢角判定部は、姿勢角計算部によって算出された姿勢角が閾値を超えたか否かを判定するとともに、姿勢角のピークが検出されたか否かを判定する。歩行判別部は、加速度判定部および姿勢角判定部による判定順序に基づいて歩行を判別する。出力部は、歩行判別部による判別結果を出力する。
　本実施形態の一態様において、歩行判別部は、閾値超過信号を受信した後に、第１姿勢角信号、第１加速度信号、第２加速度信号、第２姿勢角信号を所定時間内において順番に受信した際に一歩の歩行が行われたと判定する。
　また、本実施形態の一態様において、歩行判別部は、閾値超過信号を受信した後に、負ピーク信号、正信号、負信号、正ピーク信号のそれぞれの所定時間以内にそれぞれの信号が順番に受信された場合、一歩の歩行が行われたものと判定する。例えば、歩行判別部は、閾値超過信号を受信した後に、第１所定時間以内に第１姿勢角信号、第２所定時間以内に第１加速度信号、第３所定時間以内に第２加速度信号、第４所定時間以内に第２姿勢角信号を順番に受信すると、一歩の歩行が行われたと判定する。
　以上のように、本実施形態においては、閾値超過信号を受信した後に、所定時間以内に所定信号が順番に受信された場合に、一歩の歩行が行われたと判定する。一方で、本実施形態においては、閾値超過信号を受信した後に、所定時間以内に所定の信号が順番に受信されなかった場合、歩行ではないと判定する。そのため、本実施形態によれば、閾値超過信号を受信した後に、第１姿勢角信号、第１加速度信号、第２加速度信号、および第２姿勢角信号がいつまでたっても受信されない場合に、その際に受信された信号に異常があることを検出できる。また、本実施形態によれば、所定時間の設定の仕方によって、ゆっくりとした歩行や、急いだ歩行、走行などを区別して判定することができる。
　（ハードウェア）
　ここで、本発明の各実施形態に係る歩行判別装置の処理を実行するハードウェア構成について、図１２の情報処理装置９０を一例として挙げて説明する。なお、図１２の情報処理装置９０は、各実施形態の歩行判別装置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。
　図１２のように、情報処理装置９０は、プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、入出力インターフェース９５および通信インターフェース９６を備える。図１２においては、インターフェースをＩ／Ｆ（Interface）と略して表記する。プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、入出力インターフェース９５および通信インターフェース９６は、バス９９を介して互いにデータ通信可能に接続される。また、プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３および入出力インターフェース９５は、通信インターフェース９６を介して、インターネットやイントラネットなどのネットワークに接続される。
　プロセッサ９１は、補助記憶装置９３等に格納されたプログラムを主記憶装置９２に展開し、展開されたプログラムを実行する。本実施形態においては、情報処理装置９０にインストールされたソフトウェアプログラムを用いる構成とすればよい。プロセッサ９１は、本実施形態に係る歩行判別装置による処理を実行する。
　主記憶装置９２は、プログラムが展開される領域を有する。主記憶装置９２は、例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリとすればよい。また、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）などの不揮発性メモリを主記憶装置９２として構成・追加してもよい。
　補助記憶装置９３は、種々のデータを記憶する。補助記憶装置９３は、ハードディスクやフラッシュメモリなどのローカルディスクによって構成される。なお、種々のデータを主記憶装置９２に記憶させる構成とし、補助記憶装置９３を省略することも可能である。
　入出力インターフェース９５は、情報処理装置９０と周辺機器とを接続するためのインターフェースである。通信インターフェース９６は、規格や仕様に基づいて、インターネットやイントラネットなどのネットワークを通じて、外部のシステムや装置に接続するためのインターフェースである。入出力インターフェース９５および通信インターフェース９６は、外部機器と接続するインターフェースとして共通化してもよい。
　情報処理装置９０には、必要に応じて、キーボードやマウス、タッチパネルなどの入力機器を接続するように構成してもよい。それらの入力機器は、情報や設定の入力に使用される。なお、タッチパネルを入力機器として用いる場合は、表示機器の表示画面が入力機器のインターフェースを兼ねる構成とすればよい。プロセッサ９１と入力機器との間のデータ通信は、入出力インターフェース９５に仲介させればよい。
　また、情報処理装置９０には、情報を表示するための表示機器を備え付けてもよい。表示機器を備え付ける場合、情報処理装置９０には、表示機器の表示を制御するための表示制御装置（図示しない）が備えられていることが好ましい。表示機器は、入出力インターフェース９５を介して情報処理装置９０に接続すればよい。
　また、情報処理装置９０には、必要に応じて、ディスクドライブを備え付けてもよい。ディスクドライブは、バス９９に接続される。ディスクドライブは、プロセッサ９１と図示しない記録媒体（プログラム記録媒体）との間で、記録媒体からのデータ・プログラムの読み出し、情報処理装置９０の処理結果の記録媒体への書き込みなどを仲介する。記録媒体は、例えば、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光学記録媒体で実現できる。また、記録媒体は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリやＳＤ（Secure Digital）カードなどの半導体記録媒体や、フレキシブルディスクなどの磁気記録媒体、その他の記録媒体によって実現してもよい。
　以上が、本発明の各実施形態に係る歩行判別装置を可能とするためのハードウェア構成の一例である。なお、図１２のハードウェア構成は、各実施形態に係る歩行判別装置の演算処理を実行するためのハードウェア構成の一例であって、本発明の範囲を限定するものではない。また、各実施形態に係る歩行判別装置に関する処理をコンピュータに実行させるプログラムも本発明の範囲に含まれる。さらに、各実施形態に係るプログラムを記録したプログラム記録媒体も本発明の範囲に含まれる。
　各実施形態の歩行判別装置の構成要素は、任意に組み合わせることができる。また、各実施形態の歩行判別装置の構成要素は、ソフトウェアによって実現してもよいし、回路によって実現してもよい。
　以上、実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　１０、２０　　歩行判定システム
　１１、２１　　データ取得装置
　１２、２２　　歩行判別装置
　１１１　　加速度センサ
　１１２　　角速度センサ
　１１３　　信号処理部
　１１４　　データ送信部
　１２１　　データ受信部
　１２２　　加速度判定部
　１２３　　姿勢角計算部
　１２４　　姿勢角判定部
　１２５　　タイマー
　１２６　　歩行判別部
　１２７　　出力部

Claims (10)

  1. 　靴に設置されたセンサによって取得される加速度および角速度を含むセンサデータを受信するデータ受信手段と、
    　前記センサデータに含まれる前記加速度の正負を判定する加速度判定手段と、
    　前記センサデータに含まれる前記加速度および前記角速度を用いて姿勢角を計算する姿勢角計算手段と、
    　前記姿勢角計算手段によって算出された前記姿勢角が閾値を超えたか否かを判定するとともに、前記姿勢角のピークが検出されたか否かを判定する姿勢角判定手段と、
    　前記加速度判定手段および前記姿勢角判定手段による判定順序に基づいて歩行を判別する歩行判別手段と、
    　前記歩行判別手段による判別結果を出力する出力手段と、を備える歩行判別装置。
  2. 　前記加速度判定手段は、
    　前記センサデータに含まれる前記加速度が正の場合に第１加速度信号を出力し、
    　前記センサデータに含まれる前記加速度が負の場合に第２加速度信号を出力し、
    　前記姿勢角判定手段は、
    　前記姿勢角が閾値を超えた際に閾値超過信号を出力し、
    　前記姿勢角の負のピークを検出した際に第１姿勢角信号を出力し、
    　前記姿勢角の正のピークを検出した際に第２姿勢角信号を出力する請求項１に記載の歩行判別装置。
  3. 　前記歩行判別手段は、
    　前記閾値超過信号を受信した後に、前記第１姿勢角信号、前記第１加速度信号、前記第２加速度信号、前記第２姿勢角信号を順番に受信した際に歩行が行われたと判定する請求項２に記載の歩行判別装置。
  4. 　前記歩行判別手段は、
    　前記閾値超過信号を受信した後に、前記第１姿勢角信号、前記第１加速度信号、前記第２加速度信号、前記第２姿勢角信号を順番に受信した際に一歩の歩行が行われたと判定する請求項２に記載の歩行判別装置。
  5. 　前記歩行判別手段に時間データを供給するタイマーを備え、
    　前記歩行判別手段は、
    　前記タイマーによって供給される前記時間データに基づいて、前記第１姿勢角信号、前記第１加速度信号、前記第２加速度信号、前記第２姿勢角信号の順番を判別する請求項２乃至４のいずれか一項に記載の歩行判別装置。
  6. 　前記歩行判別手段は、
    　前記閾値超過信号を受信した後に、前記第１姿勢角信号、前記第１加速度信号、前記第２加速度信号、前記第２姿勢角信号を所定時間内において順番に受信した場合に一歩の歩行が行われたと判定し、それ以外の場合は歩行ではないと判定する請求項２乃至５のいずれか一項に記載の歩行判別装置。
  7. 　前記歩行判別手段は、
    　前記閾値超過信号を受信した後に、第１所定時間以内に前記第１姿勢角信号を受信し、第２所定時間以内に前記第１加速度信号を受信し、第３所定時間以内に前記第２加速度信号を受信し、第４所定時間以内に前記第２姿勢角信号を順番に受信した場合に一歩の歩行が行われたと判定し、それ以外の場合は歩行ではないと判定する請求項２乃至６のいずれか一項に記載の歩行判別装置。
  8. 　請求項１乃至７のいずれか一項に記載の歩行判別装置と
    　靴に設置され、前記加速度および前記角速度を検出し、検出した前記加速度および前記角速度を含む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歩行判別装置に送信するデータ取得装置と、を備える歩行判定システム。
  9. 　靴に設置されたセンサによって取得される加速度および角速度を含むセンサデータを受信し、
    　前記センサデータに含まれる前記加速度および前記角速度を用いて姿勢角を計算し、
    　前記姿勢角が閾値を超えたか否かを判定し、
    　前記姿勢角の負のピークが検出されたか否かを判定し、
    　前記センサデータに含まれる前記加速度の正負を判定し、
    　前記姿勢角の正のピークとが検出されたか否かを判定し、
    　判定順序に基づいて歩行を判別する歩行判別方法。
  10. 　靴に設置されたセンサによって取得される加速度および角速度を含むセンサデータを受信する処理と、
    　前記センサデータに含まれる前記加速度および前記角速度を用いて姿勢角を計算する処理と、
    　前記姿勢角が閾値を超えたか否かを判定する処理と、
    　前記姿勢角の負のピークが検出されたか否かを判定する処理と、
    　前記センサデータに含まれる前記加速度の正負を判定する処理と、
    　前記姿勢角の正のピークとが検出されたか否かを判定する処理と、
    　判定順序に基づいて歩行を判別する処理とをコンピュータに実行させるプログラムを記録させたプログラム記録媒体。
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