(57)【要約】【課題】対象者の計測対象部位とこれに取付けられた慣性センサとの間の相対的な姿勢関係を適切に推定し得る方法を提供する。【解決手段】慣性センサ１０が取り付けられた対象者Ｐの大腿部等の計測対象部位の所定の方向（Ｙｂ軸方向）を一定に維持しつつ、該計測対象部位の姿勢をＹｂ軸周りの方向に変化させるように対象者の運動を行わせ、この運動中の１つ以上のサンプリング時刻で、センサ座標系ＣＳｓで見た３次元の角速度ベクトルを検出する。検出した角速度ベクトルに基づいて、計測対象部位のＹｂ軸方向が、センサ座標系ＣＳｓで見てどの方向のであるか特定する。【選択図】図４
2020146102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象者の計測対象部位に取付けられた慣性センサであって、該慣性センサに対してあらかじめ設定された３次元座標系であるセンサ座標系の各座標軸方向の角速度を検出可能な角速度センサを含む慣性センサと該計測対象部位との間の相対的な姿勢関係を推定する方法であって、
前記計測対象部位に対してあらかじめ設定された所定の方向である第１の方向を一定に維持しつつ、該計測対象部位の姿勢を該第１の方向の軸周りの方向に変化させるように前記対象者の運動を行わせる第１工程と、
該第１工程での１つ以上のサンプリング時刻で、前記センサ座標系の３つの座標軸方向のそれぞれの角速度の組を前記角速度センサにより検出する第２工程と、
該第２工程で検出された一組以上の角速度の組に基づいて、前記計測対象部位の前記第１の方向が、前記センサ座標系で見てどの方向であるかを示す第１姿勢データを特定する第３工程とを備えることを特徴とする慣性センサの取付け姿勢推定方法。
【請求項２】
請求項１記載の慣性センサの取付け姿勢推定方法において、
前記計測対象部位は、前記対象者の脚の下腿部又は大腿部であり、
前記第１の方向は、前記対象者の左右方向であり、
前記第１工程で前記対象者に行わせる運動は、前記脚の大腿部又は下腿部の姿勢をピッチ方向に変化させるように該脚を屈伸させることを少なくとも含む運動であることを特徴とする慣性センサの取付け姿勢推定方法。
【請求項３】
請求項１記載の慣性センサの取付け姿勢推定方法において、
前記計測対象部位は前記対象者の上体であり、
前記第１の方向は前記対象者の左右方向であり、
前記第１工程で前記対象者に行わせる運動は、該対象者の前記上体をピッチ方向に傾けることを少なくとも含む運動であることを特徴とする慣性センサの取付け姿勢推定方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の慣性センサの取付け姿勢推定方法において、
前記慣性センサは、前記センサ座標系の各座標軸方向の加速度を検出可能な加速度センサをさらに含む慣性センサであり、
前記第１の方向と異なる方向として前記計測対象部位に対してあらかじめ設定された第２の方向を鉛直方向に維持するように前記計測対象部位を静止させることを前記対象者に行わせる第４工程と、
該第４工程での１つ以上のサンプリング時刻で、前記センサ座標系の３つの座標軸方向のそれぞれの加速度の組を前記加速度センサにより検出する第５工程と、
該第５工程で検出された一組以上の加速度の組に基づいて、前記計測対象部位の前記第２の方向が、前記センサ座標系で見てどの方向であるかを示す第２姿勢データを特定する第６工程とをさらに備えることを特徴とする慣性センサの取付け姿勢推定方法。
【請求項５】
請求項４記載の慣性センサの取付け姿勢推定方法において、
前記計測対象部位は、前記対象者の脚の下腿部又は大腿部又は上体であり、
前記第２の方向は、前記対象者が直立姿勢で起立した状態、又は形が一定の物に該対象者の身体を当てて静止した状態で、鉛直方向に向けることが可能な方向であることを特徴とする慣性センサの取付け姿勢推定方法。
【請求項６】
請求項４又は５記載の慣性センサの取付け姿勢推定方法において、
前記第３工程で特定された前記第１姿勢データと、前記第６工程で特定された前記第２姿勢データとに基づいて、前記第１の方向及び第２の方向に直交する第３の方向が前記センサ座標系で見てどの方向であるかを示す第３姿勢データを特定する第７工程をさらに備えており、該第７工程では、前記第１姿勢データにより示される前記第１の方向のベクトルと、前記第２姿勢データにより示される前記第２の方向のベクトルとの外積演算により得られるベクトルを前記第３姿勢データとして特定することを特徴とする慣性センサの取付け姿勢推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度センサを含む慣性センサの対象者への取付け姿勢を推定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特許文献１、２に見られるように、対象者（人）の腰、脚等の計測対象部位に、加速度センサや角速度センサを含む慣性センサを取り付けておき、対象者の運動時に、計測対象部位の加速度や角速度を慣性センサにより計測することで、対象者の運動状態を観測する技術が知られている（例えば特許文献１、２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６３１９４４６号
【特許文献２】特開２００１６−１１２１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、計測対象部位に取付けられた慣性センサにより検出される加速度や角速度に基づいて、例えば該計測対象部位のどの方向に加速度が発生しているのかや、該計測対象部位のどの方向に角速度が発生しているのかを観測するためには、該計測対象部位と、これに取付けた慣性センサとの間の相対的な姿勢関係（計測対象部位に対する慣性センサの取付け姿勢）を事前に特定しておく必要がある。
【０００５】
一方、人である対象者の計測対象部位に、慣性センサを精度よく所定の姿勢で慣性センサを取り付けることは、一般には困難である。また、計測対象部位への慣性センサの取付けの容易さ等の観点から、計測対象部位に対する慣性センサの取付け姿勢の自由度が高いことが望ましい。
【０００６】
そこで、計測対象部位と、これに取付けた慣性センサとの間の相対的な姿勢関係を適切に推定（特定）し得る手法が望まる。ここで、当該手法としては、地磁気を利用する手法が一般的に考えられる。しかるに、地磁気は環境の影響を受けやすいので、該地磁気を利用する手法では、計測対象部位と慣性センサとの間の相対的な姿勢関係を高い信頼性で安定に推定することが困難である。
【０００７】
なお、前記特許文献１、２には、慣性センサの姿勢に関するキャリブレーションを行う技術が記載されているものの、当該技術は、計測対象部位と慣性センサとの間の相対的な姿勢関係を推定する技術ではない。
【０００８】
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、対象者の計測対象部位とこれに取付けられた慣性センサとの間の相対的な姿勢関係を適切に推定し得る方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の慣性センサの取付け姿勢推定方法は、上記の目的を達成するために、対象者の計測対象部位に取付けられた慣性センサであって、該慣性センサに対してあらかじめ設定された３次元座標系であるセンサ座標系の各座標軸方向の角速度を検出可能な角速度センサを含む慣性センサと該計測対象部位との間の相対的な姿勢関係を推定する方法であって、
前記計測対象部位に対してあらかじめ設定された所定の方向である第１の方向を一定に維持しつつ、該計測対象部位の姿勢を該第１の方向の軸周りの方向に変化させるように前記対象者の運動を行わせる第１工程と、
該第１工程での１つ以上のサンプリング時刻で、前記センサ座標系の３つの座標軸方向のそれぞれの角速度の組を前記角速度センサにより検出する第２工程と、
該第２工程で検出された一組以上の角速度の組に基づいて、前記計測対象部位の前記第１の方向が、前記センサ座標系で見てどの方向であるかを示す第１姿勢データを特定する第３工程とを備えることを特徴とする（第１発明）。
【００１０】
かかる本発明によれば、前記第１工程で、前記の如く対象者の運動を行うので、前記第２工程で検出される角速度の組（センサ座標系の３つの座標軸方向の角速度の組）により規定される角速度ベクトル（各サンプリング時刻での角速度ベクトル）は、前記計測対象部位の第１の方向に一致もしくはほぼ一致する方向のベクトルとなる。従って、前記第３工程において、計測対象部位の前記第１の方向が、センサ座標系で見てどの方向であるかを示す第１姿勢データを、第２工程で検出された一組以上の角速度の組に基づいて特定できる。
【００１１】
よって、第１発明によれば、対象者の計測対象部位の第１の方向が、慣性センサに対してどの方向であるかについての相対的な姿勢関係を適切に特定（推定）することができる。
【００１２】
上記第１発明では、前記計測対象部位が、例えば前記対象者の脚の下腿部又は大腿部であると共に、前記第１の方向が、前記対象者の左右方向である場合には、前記第１工程で前記対象者に行わせる運動は、前記脚の大腿部又は下腿部の姿勢をピッチ方向に変化させるように該脚を屈伸させることを少なくとも含む運動であることが好ましい（第２発明）。
【００１３】
これによれば、前記第１工程において、対象者の脚の下腿部又は大腿部での第１の方向を一定に維持しつつ、該大腿部又は下腿部の姿勢を該第１の方向の軸周りの方向に変化させるように対象者の運動を行わせることを容易且つ安定に実現することができる。ひいては、第３工程で、対象者の脚の大腿部又は下腿部に関する前記第１姿勢データを高い信頼性で特定することが可能となる。
【００１４】
また、上記第１発明では、前記計測対象部位が、例えば前記対象者の上体であると共に、前記第１の方向が、前記対象者の左右方向である場合には、前記第１工程で前記対象者に行わせる運動は、該対象者の前記上体をピッチ方向に傾けることを少なくとも含む運動であることが好ましい（第３発明）。
【００１５】
これによれば、前記第１工程において、対象者の上体の第１の方向を一定に維持しつつ、。該上体の姿勢を該第１の方向の軸周りの方向に変化させるように対象者の運動を行わせることを容易且つ安定に実現することができる。ひいては、第３工程で、対象者の上体に関する前記第１姿勢データを高い信頼性で特定することが可能となる。
【００１６】
また、上記第１〜第３発明では、前記慣性センサが、前記センサ座標系の各座標軸方向の加速度を検出可能な加速度センサをさらに含む慣性センサである場合には、前記第１の方向と異なる方向として前記計測対象部位に対してあらかじめ設定された第２の方向を鉛直方向に維持するように前記計測対象部位を静止させることを前記対象者に行わせる第４工程と、該第４工程での１つ以上のサンプリング時刻で、前記センサ座標系の３つの座標軸方向のそれぞれの加速度の組を前記加速度センサにより検出する第５工程と、該第５工程で検出された一組以上の加速度の組に基づいて、前記計測対象部位の前記第２の方向が、前記センサ座標系で見てどの方向であるかを示す第２姿勢データを特定する第６工程とをさらに備えることが好ましい（第４発明）。
【００１７】
これよれば、前記第５工程で検出される加速度は、鉛直方向の重力加速度に一致もしくはほぼ一致し、また、該鉛直方向は、計測対象部位の前記第２の方向が前記第４工程で一定に維持される方向である。従って、前記第６工程において、計測対象部位の前記第２の方向が、センサ座標系で見てどの方向であるかを示す第２姿勢データを、第５工程で検出された一組以上の角速度の組に基づいて特定できる。
【００１８】
よって、第４発明によれば、対象者の計測対象部位の第２の方向が、慣性センサに対してどの方向であるかについての相対的な姿勢関係を適切に特定（推定）することができる。
【００１９】
上記第４発明では、前記計測対象部位が、前記対象者の脚の下腿部又は大腿部又は上体である場合には、前記第２の方向は、前記対象者が直立姿勢で起立した状態、又は形が一定の物に該対象者の身体を当てて静止した状態で、鉛直方向に向けることが可能な方向であることが好ましい（第５発明）。
【００２０】
これによれば、前記第４工程での対象者の状態を容易に実現できる。
【００２１】
上記第４発明又は第５発明では、前記第３工程で特定された前記第１姿勢データと、前記第６工程で特定された前記第２姿勢データとに基づいて、前記第１の方向及び第２の方向に直交する第３の方向が前記センサ座標系で見てどの方向であるかを示す第３姿勢データを特定する第７工程をさらに備えており、該第７工程では、前記第１姿勢データにより示される前記第１の方向のベクトルと、前記第２姿勢データにより示される前記第２の方向のベクトルとの外積演算により得られるベクトルを前記第３姿勢データとして特定することが好ましい（第６発明）。
【００２２】
これによれば、計測対象部位の第１の方向及び第２の方向に直交する第３の方向が、センサ座標系で見てどの方向であるかを示す第２姿勢データを、特定済の第１姿勢データにより示される第１の方向のベクトルと、特定済の第２姿勢データにより示される第２の方向のベクトルとの外積演算によって、容易に特定することができる。
【００２３】
また、計測対象部位の第１の方向、第２の方向及び第３の方向の３つの方向をそれぞれ表す第１姿勢データ、第２姿勢データ及び第３姿勢データを特定することで、計測対象部位と慣性センサとの間の空間的な姿勢関係が特定されることとなり、例えば、センサ座標系で見た任意のベクトルを、計測対象部に対して設定された３次元座標系で見たベクトルに変換することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態（第１実施形態及び第２実施形態）を適用したシステムの全体の構成図。
【図２】図１のシステムに備えた慣性センサとセンザ座標系とを示す斜視図。
【図３】第１実施形態での対象者の計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂの座標軸Ｚｂの方向を推定する処理を示すフローチャート。
【図４】第１実施形態での対象者の計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂの座標軸Ｙｂの方向を推定する処理のために実行する対象者の動作を示す図。
【図５】第１実施形態での対象者の計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂの座標軸Ｙｂの方向を推定する処理を示すフローチャート。
【図６】図５のフローチャートのＳＴＥＰ１１の処理で検出される角速度の経時変化を例示するグラフ。
【図７】図５のフローチャートのＳＴＥＰ１２の処理で算出される固有ベクトルを例示する図。
【図８】第２実施形態での対象者の計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂの座標軸Ｚｂ又はＸｂの方向を推定する処理のために実行する対象者の腰掛け状態を示す図。
【図９】第２実施形態での対象者の脚の計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂの座標軸Ｙｂの方向を推定する処理のために実行する対象者の動作を示す図。
【図１０】第２実施形態での対象者の上体の計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂの座標軸Ｙｂの方向を推定する処理のために実行する対象者の動作を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を図１〜図７を参照して以下に説明する。図１を参照して、本実施形態では、対象者Ｐ（腕の図示は省略）の複数の計測対象部位のそれぞれに、慣性センサ１０(i)（ｉ＝１，２，…）が取り付けられている。例えば、対象者Ｐの上体の上部と腰部（上体の下部）と、各脚の大腿部と下腿部とがそれぞれ計測対象部位とされ、それぞれの計測対象部位に、慣性センサ１０(1)、１０(2)、１０(3)、１０(4)のそれぞれが、該計測対象部位と一体的に動くように、図示しないベルト等の適宜の取付部材を介して取り付けられている。
【００２６】
なお、慣性センサ１０(1)、１０(2)、１０(3)、１０(4)のそれぞれは、例えば歩行補助装置等、対象者Ｐに装着される装具に備えられたものであってもよい。以降の説明では、慣性センサ１０(1)、１０(2)、１０(3)、１０(4)のそれぞれを区別する必要がないときは、単に慣性センサ１０と称する。
【００２７】
各慣性センサ１０は、図２に示すように、その筐体１０ａ内に角速度センサ１１と加速度センサ１２とを含む。角速度センサ１１は、各慣性センサ１０に対してあらかじめ設定（定義）された３次元座標系（３軸直交座標系）であるセンサ座標系ＣＳｓの各座標軸Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓの方向（各座標軸Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ周りの方向）で該慣性センサ１０に生じる角速度を検出可能な公知の構成のセンサである。また、加速度センサ１２は、上記センサ座標系ＣＳｓの各座標軸Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ（以降、それぞれをＸｓ軸、Ｙｓ軸、Ｚｓ軸ということがある）の方向で慣性センサ１０に生じる並進加速度（重力に起因する加速度成分を含む）を検出可能な公知の構成のセンサである。
【００２８】
なお、図２に示すセンサ座標系ＣＳｓの各座標軸Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓの向きは例示的なものであり、各慣性センサ１０におけるセンサ座標系ＣＳｓの各座標軸Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓの向きは、任意に設計的に設定され得る。例えば、Ｚｓ軸方向と、Ｘｓ軸方向又はＹｓ軸方向とが、図示例と入れ替わっていてもよい。
【００２９】
また、各慣性センサ１０は、図示しない無線通信機が搭載されており、外部の計測処理装置２０と無線通信を行うことが可能である。該計測処理装置２０は、例えば、パソコン、スマートフォン、タブレット端末、あるいは、専用的な測定器等により構成され得る。そして、計測処理装置２０は、各慣性センサ１０との通信により、各慣性センサ１０から、角速度センサ１１及び加速度センサ１２のそれぞれの検出データを随時取得することが可能である。
【００３０】
なお、各慣性センサ１０と計測処理装置２０との間の通信を、例えば対象者Ｐに取付けた中継器を介して行うようにしてもよい。この場合、各慣性センサ１０と中継器との間の通信は有線通信であってもよい。さらに、計測処理装置２０は、対象者Ｐに取付け得るものであってもよく、あるいは、計測処理装置２０は、歩行補助装置等、対象者Ｐに装着される装具に備えられた装置であってもよい。これらの場合、各慣性センサ１０と計測処理装置２０との間の通信は有線通信であってもよい。
【００３１】
対象者Ｐの各計測対象部位には、例えば図１に例示する如く、３次元座標系（３軸直交座標系）である身体側座標系ＣＳｂ(i)（ｉ＝１，２，…）があらかじめ設定（定義）されている。
【００３２】
具体的には、慣性センサ１０(1)が取り付けられた対象者Ｐの上体の上部には、例えば、該上体の上部の前後方向と、該上体の上部の左右方向と、該上体の上部の体幹軸方向とを、３つの座標軸Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂのそれぞれの方向とする身体側座標系ＣＳｂ(1)が設定されている。
【００３３】
また、慣性センサ１０(2)が取り付けられた腰部（上体の下部）には、例えば、該腰部の前後方向と、該腰部の左右方向と、該腰部の体幹軸方向とを、３つの座標軸Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂのそれぞれの方向とする身体側座標系ＣＳｂ(2)が設定されている。
【００３４】
また、慣性センサ１０(3)が取り付けられた各脚の大腿部には、例えば、該大腿部の前後方向と、該大腿部の左右方向と、該大腿部の長手方向とを、３つの座標軸Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂのそれぞれの方向とする身体側座標系ＣＳｂ(3)が設定されている。
【００３５】
また、慣性センサ１０(４)が取り付けられた各脚の下腿部には、例えば、該下腿部の前後方向と、該下腿部の左右方向と、該下腿部の長手方向とを、３つの座標軸Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂのそれぞれの方向とする身体側座標系ＣＳｂ(4)が設定されている。
【００３６】
従って、本実施形態では、各計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂ(i)（ｉ＝１，２，…）は、対象者Ｐが水平な床面上で直立姿勢で起立した状態（図１に示す状態）での各計測対象部位の姿勢状態において、身体側座標系ＣＳｂ(i)の３つの座標軸Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ（以降、それぞれをＸｂ軸、Ｙｂ軸、Ｚｂ軸ということがある）の方向が、対象者Ｐの前後方向、左右方向、鉛直方向（重力方向）のそれぞれに一致もしくはほぼ一致するように設定されている。
【００３７】
以降の説明では、身体側座標系ＣＳｂ(1)、ＣＤｂ(2)、ＣＳｂ(3)、ＣＳｂ(4)のそれぞれを区別する必要がないときは、単に身体側座標系ＣＳｂと称する。なお、各身体側座標系ＣＳｂの各座標軸Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂの向きは任意に設定的に設定し得る。例えば、各身体側座標系ＣＳｂのＺｂ軸方向と、Ｘｂ軸方向又はＹｂ軸方向とが上記の例と入れ替わっていてもよい。
【００３８】
以上の如く慣性センサ１０(i)（ｉ＝１，２，…）及び計測処理装置２０を有するシステムでは、計測処理装置２０は、各慣性センサ１０による角速度及び加速度の検出データを用いて、対象者Ｐの上体及び各脚の運動状態を観測することが可能である。例えば、対象者Ｐの歩行等の運動時に、各計測対象部位のどの方向にどの程度の加速度が発生しているのか、もしくは、該加速度の方向や大きさがどのように経時変化するのか、あるいは、各計測対象部位の姿勢が、どのような方向にどの程度の角速度で変化しているのか、もしくは、該角速度の方向や大きさがどのように経時変化するのか等を観測することが可能である。
【００３９】
さらに、例えば、各慣性センサ１０の角速度及び加速度の検出データからストラップダウン方式の演算処理等により、グローバル座標系（対象者Ｐの運動環境に設定されたワールド座標系）で見た各計測対象部位の姿勢を逐次推定することも可能である。
【００４０】
この場合、各慣性センサ１０から得られる検出データは、該慣性センサ１０毎のセンサ座標系ＣＳｓで見た角速度もしくは加速度の検出データであるので、上記の如く対象者Ｐの運動状態を観測する上では、各計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂと、該計測対象部位に取付けられた慣性センサ１０のセンサ座標系ＣＳｓとの間の相対的な姿勢関係（換言すれば、各計測対処部位と、これに取付けられた慣性センサ１０との相対的な姿勢関係）を特定しておく必要がある。
【００４１】
一方、各慣性センサ１０を対象者Ｐの計測対象部位に取付ける際に、該計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂと、慣性センサ１０のセンサ座標系ＣＳｓとの間の相対的な姿勢関係（各計測対象部位と慣性センサ１０との相対的な姿勢関係）を精度よく所望の姿勢関係に合わせるように該慣性センサ１０を計測対象部位に取付けることは一般には困難である。
【００４２】
そこで、本実施形態では、各計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂと、該計測対象部位に取付けた慣性センサ１０のセンサ座標系ＣＳｓとの間の相対的な姿勢関係を、対象者Ｐの運動状態の観測に先立って、事前に特定（推定）する処理を実行する。
【００４３】
具体的には、各計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂの各座標軸Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂの向きが、該計測対処部位に取付けた慣性センサ１０のセンサ座標系ＣＳｓから見て、どの向きであるかを推定する処理（以降、座標軸方向推定処理という）が行われる。
【００４４】
この場合、各身体側座標系ＣＳｂの３つの座標軸Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂのうちの、座標軸Ｚｂについての座標軸方向推定処理は、次のように行われる。すなわち、この座標軸方向推定処理では、対象者Ｐは、図１に示す如く、直立姿勢で起立して静止する。なお、このとき、対象者Ｐに横方向の力が極力作用しないように、適宜の治具又は付添者により対象者Ｐの起立状態を補助するようにしてもよい。
【００４５】
このように対象者Ｐが直立姿勢で起立して静止した状態で、計測処理装置２０が、各計測対象部位毎に、図３のフローチャートに示す処理を実行する。具体的には、ＳＴＥＰ１において、計測処理装置２０は、所定時間の期間、各計測対象部位の慣性センサ１０の加速度センサ１２により、該慣性センサ１０のセンサ座標系ＣＳｓの各座標軸方向の加速度の組（換言すれば、該慣性センサ１０に発生している加速度ベクトルの各座標軸Ｘｓ，Ｙｓ、Ｚｓの方向の成分の組）を所定のサンプリング周期で逐次検出する。
【００４６】
これにより、計測処理装置２０は、対象者Ｐが直立姿勢で起立して静止した状態において、各計測対象部位毎に、複数のサンプリング時刻での慣性センサ１０の加速度ベクトル（該慣性センサ１０のセンサ座標系ＣＳｓで見た加速度ベクトル）の検出データを取得する。
【００４７】
次いで、ＳＴＥＰ２において、計測処理装置２０は、各計測対象部位毎に、慣性センサ１０のセンサ座標系ＣＳｓで見た加速度ベクトルの複数の検出データを平均化する処理を実行する。すなわち、計測処理装置２０は、各計測対象部位の慣性センサ１０のセンサ座標系ＣＳｓの各座標軸Ｘｓ、Ｙｓ，Ｚｓの方向の加速度の検出値の平均値を算出することで、これらの各座標軸Ｘｓ、Ｙｓ，Ｚｓ方向の加速度平均値の組からなる平均加速度ベクトル↑Ａs_aveを算出する。なお、本明細書では、“↑”を付した参照符号は、ベクトルを表す。
【００４８】
ここで、ＳＴＥＰ１で検出された加速度ベクトルは、対象者Ｐが直立姿勢で起立して静止した状態で、各慣性センサ１０の加速度センサ１２により検出された加速度ベクトルであるので、該加速度ベクトルは、鉛直方向の重力加速度のベクトルに一致もしくはほぼ一致する。そして、本実施形態では、対象者Ｐが直立姿勢で起立して静止した状態では、各計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂの各座標軸Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂのうちの、座標軸Ｚｂの方向（Ｚｂ軸方向）が鉛直方向に一致もしくはほぼ一致する。
【００４９】
従って、各計測対象部位毎に、ＳＴＥＰ２で算出される平均加速度ベクトル↑Ａs_aveの方向は、各計測対象部位の慣性センサ１０のセンサ座標系ＣＳｓで見た、該計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂのＺｂ軸方向を表しているとみなすことができる。
【００５０】
そこで、計測処理装置２０は、次にＳＴＥＰ３において、各計測対象部位について、ＳＴＥＰ２で算出した平均加速度ベクトル↑Ａs_aveの方向が、該計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂのＺｂ軸方向であるとして、該身体側座標系ＣＳｂから該計測対象部位の慣性センサ１０のセンサ座標系ＣＳｓへのベクトル量の座標変換を行うための変換行列Ｒ(CSb→CSs)のＺｂ軸に対応する列の成分を特定（推定）する。
【００５１】
上記変換行列Ｒ(CSb→CSs)は、次式（１）で示す如く、身体側座標系ＣＳｂで見た任意のベクトル(αxb、αyb、αzb)Tを、センサ座標系ＣＳｓで見たベクトル(αxs、αys、αzs)Tに座標変換する３次の行列である。なお、αxb、αyb、αzbのそれぞれは、身体側座標系ＣＳｂの座標軸Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂのそれぞれの方向の値、αxs、αys、αzsのそれぞれは、センサ座標系ＣＳｓの座標軸Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓのそれぞれの方向の値、添え字“T”は転置を意味する。なお、変換行列Ｒ(CSb→CSs)の各列のベクトル(e11、e21、e31)T、(e12、e22、e32)T、(e13、e23、e33)Tは、それぞれ単位ベクトルである。また、変換行列Ｒ(CSb→CSs)の転置行列Ｒ(CSb→CSs)Tが、センサ座標系ＣＳｓから身体側座標系ＣＳｂへの座標変換を行うための変換行列Ｒ(CSs→CSb)（＝Ｒ(CSb→CSs)の逆行列）となる。
【００５２】
【数１】
2020146102.tif 000003
【００５３】
この場合、変換行列Ｒ(CSb→CSs)のＺｂ軸に対応する列は、変換行列Ｒ(CSb→CSs)のうち、式（１）の右辺で、ベクトル(αxb、αyb、αzb)Tの第３成分αzb（Ｚｂ軸方向の成分）に掛かる列、すなわち、第３列である。そして、各計測対象部位について、ＳＴＥＰ２で算出した平均加速度ベクトル↑Ａs_aveの方向が、該計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂのＺｂ軸方向であるとみなした場合、平均加速度ベクトル↑Ａs_aveは、式（１）の右辺の (αxb、αyb、αzb)Tに(０、０、１)Tを代入して算出されるベクトルである(e13、e23、e33)Tに比例するベクトルとなる。
【００５４】
そこで、ＳＴＥＰ３では、計測処理装置２０は、各計測対象部位毎の変換行列Ｒ(CSb→CSs)の第３列のベクトル(e13、e23、e33)Tを、次式（２ａ）又は（２ｂ）により算出する。すなわち、計測処理装置２０は、各計測対象部位毎に、平均加速度ベクトル↑Ａs_aveを単位ベクトルに変換することで、変換行列Ｒ(CSb→CSs)の第３列のベクトル(e13、e23、e33)Tを算出する。
【００５５】
なお、式（２ａ）、（２ｂ）のいずれの式により第３列のベクトル(e13、e23、e33)Tを算出するかは、センサ座標系ＣＳｓ及び身体側座標系ＣＳｂのそれぞれの各座標軸の正方向を各座標軸の方向のどの向きに設定するかに依存する。
【００５６】
【数２】
2020146102.tif 000004
【００５７】
これにより、各計測対象部位毎に、変換行列Ｒ(CSb→CSs)のＺｂ軸に対応する列の成分が推定（特定）される。本実施形態では、各身体側座標系ＣＳｂの座標軸Ｚｂについての座標軸方向推定処理は上記の如く行われる。
【００５８】
なお、本実施形態では、各計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂのＺｂ軸方向が本発明における第２の方向に相当し、変換行列Ｒ(CSb→CSs)の第３列のベクトル(e13、e23、e33)Tが本発明における第２姿勢データに相当する。
【００５９】
次に、各身体側座標系ＣＳｂの３つの座標軸Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂのうちの、例えば座標軸Ｙｂについての座標軸方向推定処理は、次のように行われる。すなわち、この座標軸方向推定処理では、対象者Ｐは、例えば、図４に示す如く、直立姿勢で起立した状態（時刻ｔ0の状態）から、上体をピッチ方向（左右方向の軸周りの方向）で前傾させつつ、両脚をピッチ方向で屈曲させる（詳しくは、各脚の大腿部及び下腿部の姿勢をピッリ方向に変化させるように両脚を屈曲させる）という屈み動作を行い、次いで、この屈み動作により屈んだ状態（時刻ｔ1の状態）から、上体、並びに各脚の大腿部及び下腿部の姿勢を屈み動作と逆方向に変化させることによって、直立姿勢で起立した状態（時刻ｔ2の状態）に戻すという戻し動作を実行する。なお、この場合、対象者Ｐの上記屈み動作及び戻し動作を、付添者や適当な治具等により補助するようにしてもよい。また、対象者Ｐのこれらの動作は、比較的速やかに（あまり緩慢にならないように）行うことが好ましい。
【００６０】
このように対象者Ｐの運動を行うことと並行して、計測処理装置２０が、各計測対象部位毎に、図５のフローチャートに示す処理を実行する。具体的には、ＳＴＥＰ１１において、計測処理装置２０は、対象者Ｐの運動中に、各計測対象部位の慣性センサ１０の角速度センサ１１により、該慣性センサ１０のセンサ座標系ＣＳｓの各座標軸方向の角速度の組（換言すれば、該慣性センサ１０に発生している角速度ベクトルの各座標軸Ｘｓ，Ｙｓ、Ｚｓの方向の成分の組）を所定のサンプリング周期で逐次検出する。
【００６１】
これにより、計測処理装置２０は、対象者Ｐの前記屈み動作及び戻し動作の運動中に、各計測対象部位毎に、複数のサンプリング時刻での慣性センサ１０の角速度ベクトル（該慣性センサ１０のセンサ座標系ＣＳｓで見た角速度ベクトル）の検出データを取得する。この場合、角速度ベクトルの各座標軸Ｘｓ，Ｙｓ、Ｚｓの方向の成分の検出値は、例えば図６のグラフで例示する如き波形パターンで経時変化する。
【００６２】
次いで、ＳＴＥＰ１２において、計測処理装置２０は、各計測対象部位毎に、慣性センサ１０のセンサ座標系ＣＳｓで見た角速度ベクトルの複数の検出データ（前記屈み動作及び戻し動作のいずれか一方の運動中の検出データ）のから、公知の主成分分析の処理により、第１主成分の固有ベクトル↑Ｅを算出する。該第１主成分の固有ベクトル↑Ｅは、複数の検出データの角速度ベクトルの中心的な（もしくは代表的な）方向のベクトルである。例えば、センサ座標系ＣＳｓでの角速度ベクトルの複数の検出データを示す測定点が、図７に例示する如く得られた場合、主成分分析の処理により、図示の太線矢印で示す如きベクトル↑Ｅが、第１主成分の固有ベクトル↑Ｅとして算出される。
【００６３】
ここで、ＳＴＥＰ１１で検出された角速度ベクトルは、対象者Ｐが前記屈み動作及び戻し動作を順次行っている運動状態で、各慣性センサ１０の加速度センサ１２により検出された角速度ベクトルであるので、該角速度ベクトルの方向は、屈み動作及び戻し動作のそれぞれの運動中に、対象者Ｐの左右方向に一致もしくはほぼ一致する状態でほぼ一定の方向に保たれる。なお、角速度ベクトルの向きは、屈み動作と戻し動作とで逆向きになる。
【００６４】
そして、本実施形態では、対象者Ｐが前記屈み動作又は戻し動作を行っている運動状態では、対象者Ｐの上体の傾動及び各脚の屈伸がピッチ方向（左右方向の軸周り方向）に行われるので、各計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂの各座標軸Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂのうちの、座標軸Ｙｂの方向（Ｙｂ軸方向）が対象者Ｐの左右方向に一致もしくはほぼ一致する状態でほぼ一定に保たれる。
【００６５】
従って、各計測対象部位毎に、ＳＴＥＰ１２で算出される固有ベクトル↑Ｅの方向は、各計測対象部位の慣性センサ１０のセンサ座標系ＣＳｓで見た、該計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂのＹｂ軸方向を表しているとみなすことができる。
【００６６】
そこで、計測処理装置２０は、次にＳＴＥＰ１３において、各計測対象部位について、ＳＴＥＰ１２で算出した固有ベクトル↑Ｅの方向が、該計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂのＹｂ軸方向であるとして、前記変換行列Ｒ(CSb→CSs)のＹｂ軸に対応する列の成分を決定する。
【００６７】
この場合、変換行列Ｒ(CSb→CSs)のＹｂ軸に対応する列は、変換行列Ｒ(CSb→CSs)のうち、前記式（１）の右辺で、ベクトル(αxb、αyb、αzb)Tの第２成分αyb（Ｙｂ軸方向の成分）に掛かる列、すなわち、第２列である。そして、各計測対象部位について、ＳＴＥＰ１２で算出した固有ベクトル↑Ｅの方向が、該計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂのＹｂ軸方向であるとみなした場合、固有ベクトル↑Ｅは、前記式（１）の右辺の (αxb、αyb、αzb)Tに(０、１、０)Tを代入して算出されるベクトルである(e21、e22、e23)Tに比例するベクトルとなる。
【００６８】
そこで、ＳＴＥＰ１３では、計測処理装置２０は、各計測対象部位毎の変換行列Ｒ(CSb→CSs)の第２列のベクトル(e12、e22、e32)Tを、次式（３ａ）又は（３ｂ）により算出する。すなわち、計測処理装置２０は、各計測対象部位毎の固有ベクトル↑Ｅを、単位ベクトルに変換することで、変換行列Ｒ(CSb→CSs)の第２列のベクトル(e12、e22、e32)Tを算出する。
【００６９】
なお、式（３ａ）、（３ｂ）のいずれの式により第２列のベクトル(e12、e22、e32)Tを算出するかは、センサ座標系ＣＳｓ及び身体側座標系ＣＳｂのそれぞれの各座標軸の正方向を各座標軸の方向のどの向きに設定するかに依存する。
【００７０】
【数３】
2020146102.tif 000005
【００７１】
これにより、各計測対象部位毎に、変換行列Ｒ(CSb→CSs)のＹｂ軸成分に対応する列の成分が推定（特定）される。なお、ＳＴＥＰ１２で算出する固有ベクトル↑Ｅは、単位ベクトルであってもよく、この場合には、該固有ベクトル↑Ｅをそのまま、第２列のベクトル(e12、e22、e32)Tとして特定すればよい。本実施形態では、各身体側座標系ＣＳｂの座標軸Ｙｂについての座標軸方向推定処理は上記の如く行われる。
【００７２】
なお、本実施形態では、各計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂのＹｂ軸方向が本発明における第１の方向に相当し、変換行列Ｒ(CSb→CSs)の第２列のベクトル(e12、e22、e32)Tが本発明における第１姿勢データに相当する。
【００７３】
次に、各身体側座標系ＣＳｂの３つの座標軸Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂのうちの、残りの座標軸Ｘｂについての座標軸方向推定処理は、次のように行われる。すなわち、この座標軸方向推定処理では、計測処理装置２０は、変換行列Ｒ(CSb→CSs)のＸｂ軸成分に対応する第１列のベクトル(e11、e21、e31)Tを、前記した如く求めた第２列のベクトル (e12、e22、e32)Tと、第３列のベクトル(e13、e23、e33)Tとに直交する単位ベクトルとして求める。この場合、具体的には、第２列のベクトル(e12、e22、e32)Tと、第３列のベクトル(e13、e23、e33)Tとの外積演算（ベクトル積の演算）によって、第１列のベクトル(e11、e21、e31)Tが算出される。
【００７４】
なお、本実施形態では、各計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂのＸｂ軸方向が本発明における第３の方向に相当し、変換行列Ｒ(CSb→CSs)の第１列のベクトル(e11、e21、e31)Tが本発明における第３姿勢データに相当する。
【００７５】
本実施形態では、以上説明した如く、各計測対象部位毎に、変換行列Ｒ(CSb→CSs)の各列の成分が求められる。これにより、各計測対象部位毎に、センサ座標系ＣＳｓと、身体側座標系ＣＳｂとの間の相対的な姿勢関係（換言すれば、慣性センサ１０と計測対象部位との間の相対的な姿勢関係）が、変換行列Ｒ(CSb→CSs)によって特定される。
【００７６】
この場合、各計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂの座標軸Ｚｂに関する座標軸方向推定処理は、対象者Ｐが直立姿勢で起立した状態での加速度の検出データを用いて行われる。そして、対象者Ｐが直立姿勢で起立した状態では、各計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂの１つの座標軸方向であるＺｂ軸方向を、比較的安定に鉛直方向に一致もしくはほぼ一致する状態に保ち得る。従って、各計測対象部位毎に、センサ座標系ＣＳｓで見た、身体側座標系ＣＳｂのＺｂ軸方向を表す変換行列Ｒ(CSb→CSs)の列ベクトル（第３列のベクトル）を高い信頼性で特定し得る。
【００７７】
また、各計測対象部位でのセンサ座標系ＣＳｓで見た身体側座標系ＣＳｂの座標軸Ｙｂに関する座標軸方向推定処理は、対象者Ｐが前記屈み度さ又は戻し動作を行っている状態での角速度の検出データを用いて行われる。そして、対象者Ｐが前記屈み度さ及び戻し動作を順次行う場合、各計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂの１つの座標軸方向であるＹｂ軸方向と、該計測対象部位の慣性センサ１０の角速度ベクトルの方向とを、比較的安定に対象者Ｐの左右方向に一致もしくはほぼ一致する状態に保ち得る。従って、各計測対象部位毎に、センサ座標系ＣＳｓで見た、身体側座標系ＣＳｂのＹｂ軸方向を表す変換行列Ｒ(CSb→CSs)の列ベクトル（第２列のベクトル）を高い信頼性で特定し得る。
【００７８】
また、本実施形態では、前記屈み動作及びこれに続く戻し動作を一回行うことで、全ての計測対象部位について、座標軸Ｙｂに関する座標軸方向推定処理を実施することができる。
【００７９】
さらに、各計測対象部位毎に、センサ座標系ＣＳｓで見た、身体側座標系ＣＳｂのＸｂ軸方向を表す変換行列Ｒ(CSb→CSs)の列ベクトル（第１列のベクトル）は、上記の如く特定した他の２つの列ベクトル（第２列及び第３列のベクトル）から外積演算により求められるので、センサ座標系ＣＳｓで見た、身体側座標系ＣＳｂのＸｂ軸方向を表す変換行列Ｒ(CSb→CSs)の列ベクトル（第１列のベクトル）も、高い信頼性で特定し得る。
【００８０】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図８〜図１０を参照して説明する。なお、本実施形態は、前記第１実施形態と、座標軸方向推定処理の一部だけが第１実施形態と相違するものであるので、第１実施形態と同一の事項については説明を省略する。
【００８１】
前記第１実施形態では、各計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂのＺｂ軸方向を推定するために、対象者Ｐは直立姿勢で起立し、また、Ｙｂ軸方向を推定するために、対象者Ｐは屈み動作及び戻し動作を行うようにした。これに対して、本実施形態では、対象者Ｐは、各脚の大腿部の長手方向がほぼ水平になるようにして腰掛けることが可能な設置物、例えば椅子Ｃｈｒに腰かけた状態で、各計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂの２つの座標軸方向を推定し得る実施形態である。なお、本実施形態では、椅子Ｃｈｒは、本発明における「形が一定の物」の一例であり、椅子Ｃｈｒに対象者Ｐが腰かけた状態が、「形が一定の物」に対象者Ｐの身体を当てた状態に相当する。
【００８２】
本実施形態では、対象者Ｐの計測対象部位のうち、各脚の大腿部以外の各計測対象部位（上体の上部、腰部及び各脚の下腿部）の身体側座標系ＣＳｂの座標軸Ｚｂについての座標軸方向推定処理と、各脚の大腿部の身体側座標系ＣＳｂ（ＣＳｂ(3)）の座標軸Ｘｂについての座標軸方向推定処理とが次のように行われる。
【００８３】
この座標軸方向推定処理では、対象者Ｐは、例えば図８に示す如く、上体と各脚の下腿部とが鉛直方向に直立し、且つ、各脚の大腿部が椅子Ｃｈｒの座面上で水平方向に延在するように椅子Ｃｈｒに腰掛けた状態で静止する。なお、このとき、対象者Ｐの上体に横方向の力が極力作用しないように、適宜の治具又は付添者により対象者Ｐの上体の起立状態を補助するようにしてもよい。
【００８４】
このように対象者Ｐが椅子Ｃｈｒに腰かけた状態で、計測処理装置２０が、第１実施形態と同様に、前記ＳＴＥＰ１の処理（各慣性センサ１０の加速度センサ１２により加速度を検出する処理）を実行し、さらに、前記ＳＴＥＰ２の処理を実行することで、各計測対象部位毎に、平均加速度ベクトル↑Ａs_aveが算出される。
【００８５】
ここで、対象者Ｐが上記の如く椅子Ｃｈｒに腰かけた状態では、対象者Ｐの各脚の大腿部以外の各計測対象部位については、身体側座標系ＣＳｂのＺｂ軸方向が、鉛直方向（重力方向）に一致もしくはほぼ一致する。そこで、対象者Ｐの各脚の大腿部以外の各計測対象部位については、計測処理装置２０は、前記ＳＴＥＰ２の処理の実行後、第１実施形態と同様に、前記ＳＴＥＰ３の処理を実行することで、前記変換行列Ｒ(CSb→CSs)のＺｂ軸に対応する列（第３列）の成分を特定する。すなわち、計測処理装置２０は、対象者Ｐの各脚の大腿部以外の各計測対象部位については、前記式（２ａ）又は（２ｂ）の演算処理により、変換行列Ｒ(CSb→CSs)の第３列のベクトル(e13、e23、e33)Tを算出する。
【００８６】
一方、対象者Ｐが上記の如く椅子Ｃｈｒに腰かけた状態では、対象者Ｐの各脚の大腿部については、身体側座標系ＣＳｂ（ＣＳｂ(3)）のＸｂ軸方向が、鉛直方向（重力方向）に一致もしくはほぼ一致する。そこで、対象者Ｐの各脚の大腿部については、計測処理装置２０は、前記ＳＴＥＰ２で算出した平均加速度ベクトル↑Ａs_aveの方向が、該大腿部の身体側座標系ＣＳｂ（ＣＳｂ(3))のＸｂ軸方向であるとして、前記変換行列Ｒ(CSb→CSs)のＸｂ軸に対応する列の成分を特定（推定）する。
【００８７】
この場合、変換行列Ｒ(CSb→CSs)のＸｂ軸に対応する列は第１列であるので、計測処理装置２０は、次式（４ａ）又は（４ｂ）で示す如く、大腿部について求めた平均加速度ベクトル↑Ａs_aveを単位ベクトルに変換することで、変換行列Ｒ(CSb→CSs)の第１列のベクトルベクトル(e11、e21、e31)Tを算出する。
【００８８】
なお、式（４ａ）、（４ｂ）のいずれの式により第１列のベクトル(e11、e21、e31)Tを算出するかは、センサ座標系ＣＳｓ及び身体側座標系ＣＳｂのそれぞれの各座標軸の正方向を各座標軸の方向のどの向きに設定するかに依存する。
【００８９】
【数４】
2020146102.tif 000006
【００９０】
本実施形態では、上記の如く、対象者Ｐの各脚の大腿部以外の各計測対象部位（上体の上部、腰部及び各脚の下腿部）の身体側座標系ＣＳｂの座標軸Ｚｂについての座標軸方向推定処理と、各脚の大腿部の身体側座標系ＣＳｂの座標軸Ｘｂについての座標軸方向推定処理とが行われる。
【００９１】
なお、本実施形態では、対象者Ｐの各脚の大腿部以外の各計測対象部位については、該計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂのＺｂ軸方向が本発明における第２の方向に相当し、変換行列Ｒ(CSb→CSs)の第３列のベクトル(e13、e23、e33)Tが本発明における第２姿勢データに相当する。また、各脚の大腿部については、該大腿部の身体側座標系ＣＳｂのＸｂ軸方向が本発明における第２の方向に相当し、変換行列Ｒ(CSb→CSs)の第１列のベクトル(e11、e21、e31)Tが本発明における第２姿勢データに相当する。
【００９２】
次に、対象者Ｐの各脚の計測対象部位（大腿部、下腿部）の身体側座標系ＣＳｂの座標軸Ｙｂについての座標軸方向推定処理が例えば次のように行われる。すなわち、この座標軸方向推定処理では、対象者Ｐは、例えば、図９に示す如く、対象者Ｐが図８と同様に椅子Ｃｈｒに腰かけた状態（時刻ｔ10の状態）から、両脚を、股関節周りでピッチ方向に回転させるように上昇させるという脚上げ動作を行い、次いで、この脚上げ動作により両脚を上昇させた状態（時刻ｔ11の状態）から、両脚を、脚上げ動作と逆の動作（ピッチ方向での動作）によって、降ろして元の状態（時刻ｔ12の状態）に戻すという脚戻し動作を実行する。
【００９３】
なお、対象者Ｐの上記脚上げ動作及び脚戻し動作を、付添者や適宜の治具等により補助するようにしてもよい。また、上記脚上げ動作の開始時の状態（時刻ｔ10の状態）及び脚戻し動作の終了時の状態（時刻ｔ12の状態）では、対象者Ｐの各脚の下腿部や上体は、鉛直方向に対して傾いていてもよい。また、対象者Ｐの各脚の大腿部は、水平方向に対して傾いていてもよい。また、対象者Ｐの脚上げ動作及び脚戻し動作は、比較的速やかに（あまり緩慢にならないように）行うことが好ましい。
【００９４】
上記のように対象者Ｐの各脚の運動を行うことと並行して、計測処理装置２０が、各脚の大腿部及び下腿部のそれぞれ毎に、第１実施形態と同様に、前記した図５のフローチャートに示す処理（ＳＴＥＰ１１〜１３）を実行する。この場合、対象者Ｐの脚上げ動作又は脚戻し動作を実行している状態において、各脚の大腿部及び下腿部のそれぞれの慣性センサ１０に発生する角速度ベクトルは、対象者Ｐの左右方向に一致もしくはほぼ一致する状態でほぼ一定に保たれる。従って、図５のフローチャートに示す処理を実行することで、前記変換行列Ｒ(CSb→CSs)のＹｂ軸に対応する列の成分を適切に特定（推定）することができる。
【００９５】
次に、対象者Ｐの上体の計測対象部位（上体の上部、腰部）の身体側座標系ＣＳｂの座標軸Ｙｂについての座標軸方向推定処理が例えば次のように行われる。すなわち、この座標軸方向推定処理では、対象者Ｐは、例えば、図１０に示す如く、対象者Ｐが図８と同様に椅子Ｃｈｒに腰かけた状態（時刻ｔ20の状態）から、上体をピッチ方向で前傾させるという上体前傾動作を行い、次いで、この上体前傾動作により上体を前傾させた状態（時刻21の状態）から、上体をピッチ方向に後傾させて元の状態（時刻ｔ22の状態）に戻すという上体戻し動作を実行する。なお、この場合、対象者Ｐの上記上体前傾動作及び上体戻し動作を、付添者や、適宜の治具等により補助するようにしてもよい。また、上記上体前傾動作の開始時の状態（時刻ｔ20の状態）及び上体戻し動作の終了時の状態（時刻ｔ22の状態）では、上体の体幹軸方向が鉛直方向に対して傾いていてもよい。また、対象者Ｐのこれらの動作は、比較的速やかに（あまり緩慢にならないように）行うことが好ましい。
【００９６】
このように対象者Ｐの上体の運動を行うことと並行して、計測処理装置２０が、上体の上部及び腰部のそれぞれ毎に、第１実施形態と同様に、前記した図５のフローチャートに示す処理を実行する。この場合、対象者Ｐの上体前傾動作又は上体戻し動作を実行している状態において、上体の上部及び腰部のそれぞれの慣性センサ１０に発生する角速度ベクトルは、対象者Ｐの左右方向に一致もしくはほぼ一致する状態でほぼ一定に保たれる。従って、図５のフローチャートに示す処理を実行することで、前記変換行列Ｒ(CSb→CSs)のＹｂ軸に対応する列の成分を適切に特定（推定）することができる。
【００９７】
なお、対象者Ｐの前記脚上げ動作及び上体前傾動作を並行して実行すると共に、前記脚戻し動作及び上体戻し動作を並行して実行するようにしてもよい。この場合には、各脚の大腿部及び下腿部と、上体の上部及び腰部とのそれぞれの計測対象部位について、図５のフローチャートに示す処理を並行して実行することができる。
【００９８】
また、本実施形態では、対象者Ｐの各計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂのＹｂ軸方向が本発明における第１の方向に相当し、変換行列Ｒ(CSb→CSs)の第２列のベクトル(e12、e22、e32)Tが本発明における第１姿勢データに相当する。
【００９９】
次に、対象者Ｐの各脚の大腿部以外の各計測対象部位（上体の上部、腰部及び各脚の下腿部）の身体側座標系ＣＳｂの座標軸Ｘｂについての座標軸方向推定処理と、各脚の大腿部の身体側座標系ＣＳｂ（ＣＳｂ(3)）の座標軸Ｚｂについての座標軸方向推定処理とが次のように行われる。
【０１００】
すなわち、対象者Ｐの各脚の大腿部以外の各計測対象部位（上体の上部、腰部及び各脚の下腿部）の身体側座標系ＣＳｂの座標軸Ｘｂについての座標軸方向推定処理では、計測処理装置２０は、第１実施形態と同様に、各計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂのＹｂ軸に対応する第２列のベクトル(e12、e22、e32)Tと、Ｚｂ軸に対応する第３列のベクトル(e13、e23、e33)Tとの外積演算（ベクトル積の演算）によって、Ｘｂ軸に対応する第１列のベクトル(e11、e21、e31)Tが算出される。これにより、対象者Ｐの各脚の大腿部以外の各計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂのＸｂ軸方向（センサ座標系ＣＳｓで見た方向）が特定される。
【０１０１】
一方、対象者Ｐの各脚の大腿部については、計測処理装置２０は、変換行列Ｒ(CSb→CSs)のＺｂ軸成分に対応する第３列のベクトル(e13、e23、e33)Tを、該大腿部について前記した如く求めた第１列のベクトル (e11、e21、e31)Tと、第２列のベクトル(e12、e22、e32)Tとに直交する単位ベクトルとして求める。具体的には、第１列のベクトル(e11、e21、e31)Tと、第２列のベクトル(e12、e22、e32)Tとの外積演算（ベクトル積の演算）によって、第３列のベクトル(e13、e23、e33)Tが算出される。
【０１０２】
なお、本実施形態では、対象者Ｐの各脚の大腿部以外の各計測対象部位については、該計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂのＸｂ軸方向が本発明における第３の方向に相当し、変換行列Ｒ(CSb→CSs)の第１列のベクトル(e11、e21、e31)Tが本発明における第３姿勢データに相当する。また、各脚の大腿部については、該大腿部の身体側座標系ＣＳｂＺのＺｂ軸方向が本発明における第３の方向に相当し、変換行列Ｒ(CSb→CSs)の第３列のベクトル(e13、e23、e33)Tが本発明における第３姿勢データに相当する。
【０１０３】
本実施形態では、以上説明した如く、各計測対象部位毎に、変換行列Ｒ(CSb→CSs)の各列の成分が求められる。これにより、第１実施形態と同様に、各計測対象部位毎に、センサ座標系ＣＳｓと、身体側座標系ＣＳｂとの間の相対的な姿勢関係（換言すれば、慣性センサ１０と計測対象部位との間の相対的な姿勢関係）が、変換行列Ｒ(CSb→CSs)によって特定（推定）される。
【０１０４】
この場合、対象者Ｐの各脚の大腿部以外の各計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂの座標軸Ｚｂに関する座標軸方向推定処理と、各脚の大腿部の身体側座標系ＣＳｂの座標軸Ｘｂに関する座標軸方向推定処理は、対象者Ｐが図８に示した如く椅子Ｃｈｒに腰かけた状態での加速度の検出データを用いて行われる。そして、対象者Ｐのかかる腰掛け状態では、各脚の大腿部以外の各計測対象部位の身体側座標系ＣＳｂのＺｂ軸方向と、各脚の大腿部の身体側座標系ＣＳｂのＸｂ軸方向とを、比較的安定に鉛直方向（重力方向）に一致もしくはほぼ一致する状態に保ち得る。
【０１０５】
従って、各脚の大腿部以外の各計測対象部位のそれぞれについて、センサ座標系ＣＳｓで見た、身体側座標系ＣＳｂのＺｂ軸方向を表す変換行列Ｒ(CSb→CSs)の列ベクトル（第３列のベクトル）を高い信頼性で特定し得る。また、各脚の大腿部については、センサ座標系ＣＳｓで見た、身体側座標系ＣＳｂのＸｂ軸方向を表す変換行列Ｒ(CSb→CSs)の列ベクトル（第１列のベクトル）を高い信頼性で特定し得る。
【０１０６】
また、各計測対象部位でのセンサ座標系ＣＳｓで見た身体側座標系ＣＳｂの座標軸Ｙｂに関する座標軸方向推定処理は、対象者Ｐが前記脚上げ動作及び脚戻し動作を順次行っている状態、あるいは、対象者Ｐが前記上体前傾動作及び上体戻し動作を順次行っている状態での角速度の検出データを用いて行われる。そして、対象者Ｐが前記脚上げ動作及び脚戻し動作を順次行う場合、各脚の大腿部及び下腿部のそれぞれの身体側座標系ＣＳｂのＹｂ軸方向と、該大腿部及び下腿部のそれぞれの慣性センサ１０の角速度ベクトルの方向とを、比較的安定に対象者Ｐの左右方向に一致もしくはほぼ一致する状態に保ち得る。
【０１０７】
また、対象者Ｐが前記上体前傾動作及び上体戻し動作を順次行う場合、上体の上部及び腰部のそれぞれの身体側座標系ＣＳｂのＹｂ軸方向と、該上体の上部及び腰部のそれぞれの慣性センサ１０の角速度ベクトルの方向とを、比較的安定に対象者Ｐの左右方向に一致もしくはほぼ一致する状態に保ち得る。
【０１０８】
従って、第１実施形態と同様に、各計測対象部位毎に、センサ座標系ＣＳｓで見た、身体側座標系ＣＳｂのＹｂ軸方向を表す変換行列Ｒ(CSb→CSs)の列ベクトル（第２列のベクトル）を高い信頼性で特定し得る。
【０１０９】
さらに、対象者Ｐの各脚の大腿部以外の各計測対象部位については、センサ座標系ＣＳｓで見た、身体側座標系ＣＳｂのＸｂ軸方向を表す変換行列Ｒ(CSb→CSs)の列ベクトル（第１列のベクトル）は、上記の如く特定した他の２つの列ベクトル（第２列及び第３列のベクトル）から外積演算により求められる。従って、対象者Ｐの各脚の大腿部以外の各計測対象部位については、センサ座標系ＣＳｓで見た、身体側座標系ＣＳｂのＸｂ軸方向を表す変換行列Ｒ(CSb→CSs)の列ベクトル（第１列のベクトル）も、高い信頼性で特定し得る。
【０１１０】
また、対象者Ｐの各脚の大腿部については、センサ座標系ＣＳｓで見た、身体側座標系ＣＳｂのＺｂ軸方向を表す変換行列Ｒ(CSb→CSs)の列ベクトル（第３列のベクトル）は、上記の如く特定した他の２つの列ベクトル（第１列及び第２列のベクトル）から外積演算により求められる。従って、対象者Ｐの各脚の大腿部については、センサ座標系ＣＳｓで見た、身体側座標系ＣＳｂのＺｂ軸方向を表す変換行列Ｒ(CSb→CSs)の列ベクトル（第３列のベクトル）も、高い信頼性で特定し得る。
【０１１１】
さらに本実施形態では、座標軸方向推定処理で用いる加速度の検出データ又は角速度の検出データを、対象者Ｐの腰掛け状態で取得できるので、直立姿勢状態を取りにくい対象者Ｐ（例えば、小児、あるいは、脚力の弱い人等）についても、容易に適用することができる。
【０１１２】
なお、本発明は、以上説明した第１実施形態又は第２実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態を採用することもできる。以下に他の実施形態をいくつか説明する。
【０１１３】
前記各実施形態では、対象者Ｐの上体や各脚の計測対象部位の姿勢をピッチ方向に変化させる運動を行いながら、各計測対象部位の慣性センサ１０により角速度を検出し、その検出データに基づいて、センサ座標系ＣＳｓで見た、各計測対象部位の座標軸Ｙｂ（左右方向の座標軸）の方向を特定するようにした。
【０１１４】
これに代えて、例えば、対象者Ｐの上体や各脚の計測対象部位の姿勢をロール方向（対象者Ｐの前後方向の軸周り方向）に変化させる運動を行いながら、各計測対象部位の慣性センサ１０により角速度ベクトルを検出し、その検出データに基づいて、センサ座標系ＣＳｓで見た、各計測対象部位の座標軸Ｘｂ（前後方向の座標軸）の方向を特定するようにしてもよい。
【０１１５】
この場合、上記ロール方向の運動としては、例えば上体を左右に傾動させる運動、各脚を股関節の周りに左側又は右側に振り出す運動等を採用し得る。また、この場合、各計測対象部位のＹｂ軸方向は、例えば、前記変換行列Ｒ(CSb→CSs)のＺｂ軸方向を表す第３列のベクトル（これは、前記各実施形態と同様に特定し得る）と、Ｘｂ軸方向を表す第１列のベクトルとの外積演算により特定してもよい。
【０１１６】
また、各計測対象部位のＹｂ軸方向（又はＸｂ軸方向）を特定するために用いる角速度ベクトルを検出する対象者Ｐの運動は、各計測対象部位毎に各別に行ってもよい。
【０１１７】
また、前記各実施形態では、各計測対象部位の座標軸Ｙｂ（左右方向の座標軸）の方向を特定するために、角速度ベクトルの検出データから主成分分析の処理により、該角速度ベクトルの中心的（又は代表的）なベクトルとしての固有ベクトル↑Ｅを求め、該固有ベクトル↑Ｅの方向をＹｂ軸方向として特定するようにした。
【０１１８】
ただし、例えば、各計測対象部位の姿勢をピッチ方向に変化させる運動（例えば、前記屈み動作又は戻り動作等）の実行中に、検出される角速度ベクトルの大きさ（絶対値）がピーク値（極大値）となるサンプリング時刻（もしくは、その近辺のサンプリング時刻）で検出された１つの角速度ベクトル（又は角速度ベクトルの検出データにローパス特性のフィルタリングを施して得られた角速度ベクトル）の方向をＹｂ軸方向として特定するようにしてもよい。
【０１１９】
あるいは、例えば、各計測対象部位の姿勢をピッチ方向に変化させる運動の実行中に複数のサンプリング時刻で検出された複数の角速度ベクトルのそれぞれの３つの座標軸Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ方向の成分の相互の比率を平均化（重み付け平均を含む）し、その平均の比率を有するベクトル（該ベクトルの３つの座標軸Ｘａ、Ｙｓ、Ｚｓ方向の成分の相互の比率が当該平均の比率に一致するベクトル）の方向をＹｂ軸方向として特定するようにしてもよい。この場合、上記相互の比率を平均化する処理では、大きさ（絶対値）がより大きい角速度ベクトルついての上記相互の比率の重みを相対的に高くすることが望ましい。
【０１２０】
あるいは、例えば、各計測対象部位の姿勢をピッチ方向に変化させる運動の実行中に、逐次検出した角速度ベクトルの３つの座標軸成分のそれぞれを積分し、それらの積分値の相互の比率に一致する比率を有するベクトル（該ベクトルの３つの座標軸Ｘａ、Ｙｓ、Ｚｓ方向の成分の相互の比率が当該積分値の相互の比率に一致するベクトル）の方向をＹｂ軸方向として特定するようにしてもよい。
【０１２１】
上記の如くＹｂ軸方向を特定する手法は、計測対象部位のロール方向の運動中に角速度ベクトルを検出し、その角速度ベクトルから、Ｘｂ軸方向を特定する場合においても同様である。
【０１２２】
また、計測対象部位は、対象者Ｐの上体、又は各脚に限らず、例えば、対象者Ｐの腕に計測対象部位が設定されていてもよい。この場合、例えば、計測対象部位を有する腕を鉛直下方に垂らした状態での加速度の検出データから、腕の上下方向（長手方向）の座標軸方向を特定することが可能である。また、例えば、計測対象部位を有する腕を、肩関節の周りにピッチ方向で前方又は後方に振り出す運動の実行中に検出される角速度ベクトルから、腕の左右方向の座標軸方向を特定することが可能である。また、例えば、計測対象部位を有する腕を、肩関節の周りにロール方向で右側又は左側に振り出す運動の実行中に検出される角速度ベクトルから、腕の前後方向の座標軸方向を特定することが可能である。
【０１２３】
また、前記第２実施形態では、対象者Ｐが椅子Ｃｈｒに腰かけて静止した状態で、計測対象部位の身体座標系Ｃｂの１つの座標軸を鉛直方向に向けて、該座標軸についての座標軸方向推定処理を実行した。ただし、計測対象部位の身体座標系Ｃｂの１つの座標軸を鉛直方向に向けて静止し得るようにするために、対象者Ｐの身体の適当な部位を椅子Ｃｈｒ以外の他の物体（形状が一定の物体）に当接させ、その状態で、該計測対象部位の身体座標系Ｃｂの１つの座標軸（鉛直方向に向けた座標軸）についての座標軸方向推定処理を実行してもよい。
【符号の説明】
【０１２４】
Ｐ…対象者、１０…慣性センサ、ＣＳｓ…センサ座標系。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年12月24日(2019.12.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
【特許文献１】特許第６３１９４４６号
【特許文献２】特開２０１６−１１２１０８号公報