(57)【要約】【課題】簡易な構成であるにもかかわらず、信頼性に優れるエネルギー消費量報知装置を提供すること。【解決手段】親機１００から子機２００に複数のアンテナ１２を介してエネルギー消費量を送信し１１、子機２００の位置計測器１９は、受信した１８それらの電波の強度から子機２００の位置を計測し、親機１００に送信する１８。親機１００の計算器１３は、受信した１１子機２００の位置の履歴から子機２００の速度を計算し使用者のエネルギー消費量を計算して子機２００に送信する１１。子機２００は受信した１８エネルギー消費量を報知器２１が使用者に報知する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）
子機から子機が存在する位置に関する情報を電波によって受信する第１受信手段と、
該子機位置の履歴から子機の速度を計算し、さらに該子機速度から使用者のエネルギー消費量を計算するエネルギー消費量計算手段と、
該エネルギー消費量をプール周辺の複数の既知位置から子機に電波によって送信する第１送信手段と
を有する親機と、
（Ｂ）
前記エネルギー消費量を親機の複数の既知位置からの電波信号として受信する第２受信手段と、
該エネルギー消費量を使用者に報知する報知手段と、
前記受信手段によって受信した複数の電波のそれぞれの強度からプール内の子機の存在する位置を演算計測する位置計測手段と、
該子機位置に関する情報を電波によって親機に送信する第２送信手段と
を有し使用者に装着される子機と
を備えることを特徴とするエネルギー消費量報知装置。
【請求項２】
（Ａ）
子機から子機が存在する位置に関する情報及び子機の加速度に関する情報を電波によって受信する第１受信手段と、
該子機位置の履歴から子機の速度を計算し、さらに該子機速度及び子機加速度から使用者のエネルギー消費量を計算するエネルギー消費量計算手段と、
該エネルギー消費量をプール周辺の複数の既知位置から子機に電波によって送信する第１送信手段と
を有する親機と、
（Ｂ）
前記エネルギー消費量を親機の複数の既知位置からの電波信号として受信する第２受信手段と、
該エネルギー消費量を使用者に報知する報知手段と、
前記受信手段によって受信した複数の電波のそれぞれの強度からプール内の子機の存在する位置を演算計測する位置計測手段と、
子機の加速度を測定する加速度センサと、
前記子機位置に関する情報及び前記子機加速度に関する情報を電波によって親機に送信する第２送信手段と
を有し使用者に装着される子機と
を備えることを特徴とするエネルギー消費量報知装置。
【請求項３】
（Ａ）
子機からの電波を複数の既知位置において受信する第１受信手段と、
前記受信手段によって受信した電波のそれぞれの位置における強度からプール内の子機の存在する位置を演算計測する位置計測手段と、
該子機位置の履歴から子機の速度を計算し、さらに該子機速度から使用者のエネルギー消費量を計算するエネルギー消費量算出手段と、
該エネルギー消費量を子機に電波によって送信する第１送信手段と
を有する親機と、
（Ｂ）
前記エネルギー消費量を親機からの電波信号として受信する第２受信手段と、
該エネルギー消費量を使用者に報知する報知手段と、
電波信号を親機に送信する第２送信手段と
を有し使用者に装着される子機と
を備えることを特徴とするエネルギー消費量報知装置。
【請求項４】
（Ａ）
子機から子機の加速度に関する情報を電波によって複数の既知位置において受信する第１受信手段と、
前記受信手段によって受信した電波のそれぞれの位置における強度からプール内の子機の存在する位置を演算計測する位置計測手段と、
該子機位置の履歴から子機の速度を計算し、さらに該子機速度及び前記子機加速度から使用者のエネルギー消費量を計算するエネルギー消費量算出手段と、
該エネルギー消費量を子機に電波によって送信する第１送信手段と
を有する親機と、
（Ｂ）
前記エネルギー消費量を親機からの電波信号として受信する第２受信手段と、
該エネルギー消費量を使用者に報知する報知手段と、
子機の加速度を測定する加速度センサと、
該子機加速度に関する情報を電波によって親機に送信する第２送信手段と
を有し使用者に装着される子機と
を備えることを特徴とするエネルギー消費量報知装置。
【請求項５】
前記親機は、子機からの電波が途絶えたことを検知して警報する警報手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のエネルギー消費量報知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩数計と同じように、身体に装着して水中運動時のエネルギー消費量を報知するエネルギー消費量報知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の水中運動時のエネルギー消費量報知装置として、圧力センサを身体に装着して、水中運動時の体動によって生じる水圧を測定して、この水圧を時間積分しエネルギー消費量に換算して表示するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、加速度計によって身体の上下、前後、左右方向の加速度を測定して、その加速度の絶対値（大きさ）を時間積分し水中歩行時の身体活動量を推定することも知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３３９６８２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】清水潤他、「加速度計を用いた水中歩行時の運動強度推定とその評価」第１７回日本バイオメカニクス学会大会論集、２００２年９月１３日、２１６Ｅ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のエネルギー消費量報知装置は、いずれも正確にエネルギー消費量を報知するものとは言えず、その信頼性に課題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、簡易な構成であるにもかかわらず、信頼性に優れるエネルギー消費量報知装置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】
【０００８】
本発明のエネルギー消費量報知装置は、（Ａ）子機から子機が存在する位置に関する情報を電波によって受信する第１受信手段と、該子機位置の履歴から子機の速度を計算し、さらに該子機速度から使用者のエネルギー消費量を計算するエネルギー消費量計算手段と、該エネルギー消費量をプール周辺の複数の既知位置から子機に電波によって送信する第１送信手段とを有する親機と、（Ｂ）前記エネルギー消費量を親機の複数の既知位置からの電波信号として受信する第２受信手段と、該エネルギー消費量を使用者に報知する報知手段と、前記受信手段によって受信した複数の電波のそれぞれの強度からプール内の子機の存在する位置を演算計測する位置計測手段と、該子機位置に関する情報を電波によって親機に送信する第２送信手段とを有し使用者に装着される子機とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のエネルギー消費量報知装置は、（Ａ）子機から子機が存在する位置に関する情報及び子機の加速度に関する情報を電波によって受信する第１受信手段と、該子機位置の履歴から子機の速度を計算し、さらに該子機速度及び子機加速度から使用者のエネルギー消費量を計算するエネルギー消費量計算手段と、該エネルギー消費量をプール周辺の複数の既知位置から子機に電波によって送信する第１送信手段とを有する親機と、（Ｂ）前記エネルギー消費量を親機の複数の既知位置からの電波信号として受信する第２受信手段と、該エネルギー消費量を使用者に報知する報知手段と、前記受信手段によって受信した複数の電波のそれぞれの強度からプール内の子機の存在する位置を演算計測する位置計測手段と、子機の加速度を測定する加速度センサと、前記子機位置に関する情報及び前記子機加速度に関する情報を電波によって親機に送信する第２送信手段とを有し使用者に装着される子機とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のエネルギー消費量報知装置は、（Ａ）子機からの電波を複数の既知位置において受信する第１受信手段と、前記受信手段によって受信した電波のそれぞれの位置における強度からプール内の子機の存在する位置を演算計測する位置計測手段と、該子機位置の履歴から子機の速度を計算し、さらに該子機速度から使用者のエネルギー消費量を計算するエネルギー消費量算出手段と、該エネルギー消費量を子機に電波によって送信する第１送信手段とを有する親機と、（Ｂ）前記エネルギー消費量を親機からの電波信号として受信する第２受信手段と、該エネルギー消費量を使用者に報知する報知手段と、電波信号を親機に送信する第２送信手段とを有し使用者に装着される子機とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のエネルギー消費量報知装置は、（Ａ）子機から子機の加速度に関する情報を電波によって複数の既知位置において受信する第１受信手段と、前記受信手段によって受信した電波のそれぞれの位置における強度からプール内の子機の存在する位置を演算計測する位置計測手段と、該子機位置の履歴から子機の速度を計算し、さらに該子機速度及び前記子機加速度から使用者のエネルギー消費量を計算するエネルギー消費量算出手段と、該エネルギー消費量を子機に電波によって送信する第１送信手段とを有する親機と、（Ｂ）前記エネルギー消費量を親機からの電波信号として受信する第２受信手段と、該エネルギー消費量を使用者に報知する報知手段と、子機の加速度を測定する加速度センサと、該子機加速度に関する情報を電波によって親機に送信する第２送信手段とを有し使用者に装着される子機とを備えることを特徴とする。
【００１２】
また、前記親機は、子機からの電波が途絶えたことを検知して警報する警報手段を更に有することで、使用者が転倒したなどの事故を報知することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、エネルギー消費量などを送信する電波の強度から子機の位置を計測するため、簡易な構成であるにもかかわらず、信頼性に優れるエネルギー消費量報知装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１によるエネルギー消費量報知装置の構成を説明する図である。
【図２】本発明の実施例２によるエネルギー消費量報知装置の構成を説明する図である。
【図３】推定式による推定値と酸素消費量を実測した実測値との関係を示す散布図である。
【図４】男性の個々の試技における、推定式による推定値と酸素消費量の実測値との関係を示す図である。
【図５】女性の個々の試技における、推定式による推定値と酸素消費量の実測値との関係を示す図である。
【図６】本実施例の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１によるエネルギー消費量報知装置の構成を説明する図である。本実施例のエネルギー消費量報知装置は、親機１００と子機２００とから成る。親機１００は、送受信器１１、アンテナ１２、計算器１３、運動履歴ＤＢ１４、表示器１５、及び警報器１６から成る。子機２００は、アンテナ１７、送受信器１８、位置計測器１９、加速度センサ２０、及び報知器２１から成る。親機１００の送受信器１１と子機２００の送受信器１８とはそれぞれに接続されているアンテナ１２及びアンテナ１７を介して相互に電波による通信を行う。親機１００の送受信器１１は、プール周辺の適当な既知の位置に配置されている複数のアンテナ１２を介して、プール内にいる使用者に装着される子機２００にアンテナ１２毎に異なる電波を使用して子機２００に後述する使用者のエネルギー消費量を送信する。周波数を異ならせたり、又は色々な変調をして、電波を異ならせることができる。子機２００の送受信器１８は親機１００からエネルギー消費量を電波によって受信して、位置計測器１９は、その電波の強度からそれぞれのアンテナ１２までの距離を計算し子機２００のプール内の２次元平面上の位置を演算して計測する。その原理は三角形の３辺の長さによって三角形が定まることによる。加速度センサ２０は、ｘｙｚの３軸方向の３つの加速度センサを有し、それらの３軸方向の加速度から使用者の動きの加速度の絶対値（大きさ）を求める。送受信器１８は、位置計測器１９で計測した子機２００の位置、及び加速度センサ２０で求めた使用者の動きの加速度の絶対値を親機１００の送受信器１１に送信する。親機１００の計算器１３は、送受信器１１が受信した子機２００の位置及び使用者の動きの加速度の絶対値を運動履歴ＤＢ１４に記録し、その子機２００の位置の履歴から子機２００の速度を演算し、さらに使用者の動きの加速度の絶対値とから使用者のエネルギー消費量を計算する。その原理はシミュレーションによる。すなわち、何人かの被験者に本実施例の子機２００を装着して水中歩行させ、速度及び加速度を測定して記録し、その際の被験者の酸素消費量を測定して、エネルギー消費量との相関をとる。その際に、エネルギー消費量は、被験者の(1).性別、(2).年齢、(3).身長、(4).体重、(5).プール水深、(6).プール床面のすべりを変数とする関数であることを加味すると更に正確にシミュレートすることができる。
【００１７】
具体的には、下記の重回帰方程式（１）の各重回帰係数α1、α2、α3、α4を最小二乗法によって求める。
Ｙ＝α1Ｘ1＋α2Ｘ2＋α3Ｘ3＋α4                    （１）
ただし、
Ｙ：総酸素消費量
Ｘ1：安静時酸素消費量（人により異なるが経時変化はない）
Ｘ2：頭部の加速度（移動とは独立に体を動かしたことによる酸素消費量を推定）
Ｘ3：速度**３（水中移動による酸素消費量が移動速度の３乗に比例するため）
α1、α2、α3、α4：重回帰係数
【００１８】
被験者の(1).性別、(2).年齢、(3).身長、(4).体重は、Ｘ1に反映させる。例えば日本人の性別、年齢別の基礎代謝量及び性別、年齢別の基準身長、基準体重が厚生労働省から公表されているので、これを参考にして安静時酸素消費量Ｘ1を推定することができる。
【００１９】
移動とは独立に自分の体を動かすために用いられる酸素消費量に相当する値として、頭部に装着した子機２００の上下軸加速度、前後軸加速度の絶対値をそれぞれ二乗し、足し合わせ、５秒間累積して、その平均値をＸ2とする。
【００２０】
自分を移動させるための酸素消費量について、まず、水特有の抵抗の特性から、抗力Ｄは、
Ｄ＝(１／２)*Ｃd*Ｓ*ｒo*ｖ**２
ただし、
Ｃd：抗力係数
Ｓ：人の前面投影面積
ｒo：水の密度＝１.０
ｖ：人の移動速度
と計算される。前面投影面積Ｓは日本人の体表面積計算という知見をもとに、計算し、この全面積の半分が前方と考え、さらに身長と水深との比例した分だけが水の中に没しているとして求める。Ｃdは知り得ないので、これを含めて係数を求める。さらに、この抗力Ｄに速度ｖを掛けてパワー（単位時間あたりのエネルギー）を求める。すなわち、(１／２)*Ｓ*ｒo*ｖ**３に相当する値が、Ｘ3となる。Ｃdを合わせた係数α3を最小二乗法で求める。
【００２１】
図３は、推定式による推定値と酸素消費量を実測した実測値との関係を示す散布図である。図３(a)は男性２９名（２７歳から７３歳）が、図３(b)は女性２１名（３３歳から７１歳）が、屋内プール（１７．２ｍ×１.８ｍ、水深１．１ｍ、水温３０度）で分速２５ｍから分速４０ｍまでの速度によって水中歩行を行った際の実測値と推定値を示している。得られた推定式における推定精度は偏相関係数ｒ＝０．８９（男性）、ｒ＝０．８８（女性）となり、高い精度での推定が可能である。
【００２２】
図４及び図５は、個々の試技における、推定式による推定値と酸素消費量の実測値との関係を示す図である。図４は、男性の場合の４０の試技について示し、図５は、女性の場合の４０の試技について示す。これらから、加速度積分値と速度によって酸素消費量を高い精度によって推定することが可能であることが分かる。すなわち、本発明によって信頼性のあるエネルギー消費量が求められることが裏付けられる。
【００２３】
図１に戻って、運動履歴ＤＢ１４は、使用者の過去の水中歩行時のエネルギー消費量を記録しておき、表示器１５は、必要に応じて随時、この過去のエネルギー消費量を表示する。また、警報器１６は、子機２００がプール内に存在していて突然、アンテナ１２による電波の受信が途絶えた時に子機２００が水没、すなわち、使用者がプール内で転倒したと判断し、音又は光によって警報を発する。さらに、送受信器１１は、歩行中にその時々のエネルギー消費量を子機２００に送信する。子機２００は送受信器１８によって親機１００から受信したエネルギー消費量を報知器２１によって使用者に知らせる。これは音声によって骨伝導で知らせると、歩行中に特定の使用者にだけ知らせることができるので適する。これにより、使用者は子機２００を装着して水中歩行中にその時々のエネルギー消費量を知ることができる。本実施例では特に、親機１００から子機２００にエネルギー消費量を送信する電波の強度を子機２００が検出して子機２００の位置を計測するので、簡易な構成によって正確なエネルギー消費量を使用者に知らせることができる。
【００２４】
子機２００はゴーグルの形態をとることができる。通信には、ZigBee（登録商標）端末などの市販の製品を使用することができる。
【００２５】
図６は、本実施例の動作を説明する図である。計測開始して（ステップＳ１）、まず、移動軌跡中のプール内に入った地点を探索して（ｘ0,ｙ0）とし（ステップＳ２）、使用者がその地点（ｘ0,ｙ0）にいた時刻を運動開始時刻とする（ステップＳ３）。それから現在位置までの軌跡データを取得し（ステップＳ４）、プール長手方向のみを考えて速度ベクトルを算出し（ステップＳ５）、その速度ベクトルを速さ（絶対値）に変換して（ステップＳ６）、この速さ（ｍ／ｍｉｎ）を本人の運動状態変数のひとつとする（ステップＳ７）。また、一定時間幅τ（ｓｅｃ）における加速度を取得し（ステップＳ８）、極端な値を除去するフィルタリング後に、この加速度を全波整流して絶対値化して（ステップＳ９）、Ｔ（ｓｅｃ）（Ｔ＞τ）内の波形を積分して加速度の積分値とする（ステップＳ１０）。そして、これら速さ及び加速度積分値を運動時変数として（ステップＳ１１）、一定時間おきにその運動時変数及び本人個人変数（(1).性別、(2).年齢、(3).身長、(4).体重など）を推定式にあてはめてエネルギー消費量を算出する（ステップＳ１２）。
【実施例２】
【００２６】
図２は、本発明の実施例２によるエネルギー消費量報知装置の構成を説明する図である。本実施例のエネルギー消費量報知装置は、親機１００と子機２００とから成る。親機１００は、送受信器１１、アンテナ１２、計算器１３、運動履歴ＤＢ１４、表示器１５、及び警報器１６から成る。子機２００は、アンテナ１７、送受信器１８、加速度センサ２０、及び報知器２１から成る。本実施例では、子機２００が位置計測するのではなく、親機１００の送受信器１１が子機２００から子機２００の加速度を電波で受信して、計算器１３が、その電波の強度から子機２００の位置を演算し計測する点が実施例１と異なる。
【００２７】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。加速度は必ずしも考慮しなくても、速度だけで十分に正確にエネルギー消費量を求めることもできる。この場合、加速度センサ２０は必要ない。警報器１６は必ずしも必要ない。
【符号の説明】
【００２８】
１１  送受信器
１２  アンテナ
１３  計算器
１４  運動履歴ＤＢ
１５  表示器
１６  警報器
１７  アンテナ
１８  送受信器
１９  位置計測器
２０  加速度センサ
２１  報知器
１００  親機
２００  子機
【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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