(57)【要約】第１検出軸Ｘ’と第１姿勢軸Ｘとのなす角である補正角γに基づいて、加速度センサ１０が検出した（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）に沿う方向の加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）が、３つの姿勢軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に沿う方向の加速度（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）へ変換される。被着用部位の姿勢を表すピッチ角α及びロール角βは、補正角γに基づく変換により得られた加速度（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）に基づいて算出される。【選択図】図４
2017064972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被着用部位の姿勢を測定可能なウェアラブル装置であって、
互いに直交した３つの検出軸に沿う方向の加速度をそれぞれ検出する加速度センサと、
前記加速度センサが検出した前記加速度に基づいて、重力の方向に対する前記被着用部位の姿勢の基準を定める互いに直交した３つの姿勢軸における少なくとも１つの姿勢軸の周りの姿勢角を算出する姿勢角算出部とを備え、
前記３つの検出軸が張る検出座標系を１つの前記検出軸の周りで補正角だけ回転して平行移動した座標系が、前記３つの姿勢軸が張る姿勢座標系と一致し、
前記姿勢角算出部は、
前記加速度センサが検出した前記３つの検出軸に沿う方向の加速度を、前記補正角に基づいて、前記３つの姿勢軸に沿う方向の加速度へ変換し、
前記変換により得られた前記３つの姿勢軸における加速度に基づいて、少なくとも１つの前記姿勢軸の周りの前記姿勢角を算出する、
ウェアラブル装置。
【請求項２】
２つの前記姿勢軸において前記姿勢角を維持させながら、１つの前記検出軸と前記補正角をなす１つの前記姿勢軸において前記姿勢角を変化させる所定の運動が行われていることを示す信号を入力すると、前記加速度センサにおいて検出される前記加速度を取得する加速度取得部と、
前記所定の運動が行われているとき前記加速度取得部において取得された前記加速度に基づいて、前記補正角を算出する補正角算出部とを備える、
請求項１に記載のウェアラブル装置。
【請求項３】
前記３つの姿勢軸は、第１姿勢軸、第２姿勢軸、及び、第３姿勢軸からなり、
前記３つの検出軸は、前記第１姿勢軸と前記補正角をなす第１検出軸、前記第２姿勢軸と前記補正角をなす第２検出軸、及び、前記第３姿勢軸と平行な第３検出軸からなり、
前記加速度センサは、前記第１検出軸に沿う方向の第１加速度、前記第２検出軸に沿う方向の第２加速度、及び、前記第３検出軸に沿う方向の第３加速度をそれぞれ検出し、
前記所定の運動は、前記第２姿勢軸及び前記第３姿勢軸において前記姿勢角を維持させながら、前記第１姿勢軸において前記姿勢角を変化させる運動であり、
前記補正角算出部は、前記所定の運動が行われているとき前記加速度取得部において取得された前記第１加速度、前記第２加速度及び前記第３加速度に基づいて前記補正角を算出する、
請求項２に記載のウェアラブル装置。
【請求項４】
前記補正角算出部は、
前記所定の運動が行われているとき前記加速度取得部において取得された前記第１加速度、前記第２加速度及び前記第３加速度に基づいて、前記第１検出軸の周りにおける第１回転角及び第２検出軸の周りにおける第２回転角を算出し、
前記第１回転角と前記第２回転角との比率を算出し、
前記比率に基づいて前記補正角を取得する、
請求項３に記載のウェアラブル装置。
【請求項５】
前記補正角算出部は、
前記所定の運動が行われているとき前記加速度取得部において複数のタイミングで取得された前記第１加速度、前記第２加速度及び前記第３加速度に基づいて、それぞれの前記タイミングにおける前記第１回転角及び前記第２回転角を算出し、
前記複数のタイミングにおける前記第１回転角と前記第２回転角との比率をそれぞれ算出し、
前記複数のタイミングについて算出した複数の前記比率の平均値と分散を算出し、
前記平均値及び前記分散に基づいて前記比率の平均的な値の範囲を設定し、
当該範囲内に含まれる前記比率を特定し、
当該特定した比率の平均値である修正平均値を算出し、
前記修正平均値に基づいて前記補正角を取得する、
請求項４に記載のウェアラブル装置。
【請求項６】
前記姿勢角算出部において前記加速度の変換に用いられる前記補正角の情報を記憶する記憶部を備える、
又は、
前記姿勢角算出部において前記加速度の変換に用いられる前記補正角の情報を含んだ通信信号を処理する通信部を備える、
請求項１に記載のウェアラブル装置。
【請求項７】
着用されたウェアラブル装置のコンピュータが、重力の方向に対する被着用部位の姿勢の基準を定める互いに直交した３つの姿勢軸における少なくとも１つの姿勢軸の周りの姿勢角を算出する姿勢測定方法であって、
前記ウェアラブル装置が、互いに直交した３つの検出軸に沿う方向の加速度をそれぞれ検出する加速度センサを備えており、
前記３つの検出軸が張る検出座標系を１つの前記検出軸の周りで補正角だけ回転して平行移動した座標系が、前記３つの姿勢軸が張る姿勢座標系と一致しており、
前記加速度センサが検出した前記３つの検出軸に沿う方向の加速度を、前記補正角に基づいて、前記３つの姿勢軸に沿う方向の加速度へ変換するステップと、
前記変換により得られた前記３つの姿勢軸における加速度に基づいて、少なくとも１つの前記姿勢軸の周りの前記姿勢角を算出するステップとを有する、
姿勢測定方法。
【請求項８】
２つの前記姿勢軸において前記姿勢角を維持させながら、１つの前記検出軸と前記補正角をなす１つの前記姿勢軸において前記姿勢角を変化させる所定の運動が行われていることを示す信号を入力すると、前記加速度センサにおいて検出される前記加速度を取得するステップと、
前記所定の運動が行われているとき前記加速度を取得するステップにおいて取得された前記加速度に基づいて、前記補正角を算出するステップとを有する、
請求項７に記載の姿勢測定方法。
【請求項９】
前記３つの姿勢軸は、第１姿勢軸、第２姿勢軸、及び、第３姿勢軸からなり、
前記３つの検出軸は、前記第１姿勢軸と前記補正角をなす第１検出軸、前記第２姿勢軸と前記補正角をなす第２検出軸、及び、前記第３姿勢軸と平行な第３検出軸からなり、
前記加速度センサは、前記第１検出軸に沿う方向の第１加速度、前記第２検出軸に沿う方向の第２加速度、及び、前記第３検出軸に沿う方向の第３加速度をそれぞれ検出し、
前記所定の運動は、前記第２姿勢軸及び前記第３姿勢軸において前記姿勢角を維持させながら、前記第１姿勢軸において前記姿勢角を変化させる運動であり、
前記補正角を算出するステップでは、前記所定の運動が行われているとき前記加速度を取得するステップにおいて取得された前記第１加速度、前記第２加速度及び前記第３加速度に基づいて前記補正角を算出する、
請求項８に記載の姿勢測定方法。
【請求項１０】
前記補正角を算出するステップでは、
前記所定の運動が行われているとき前記加速度を取得するステップにおいて取得された前記第１加速度、前記第２加速度及び前記第３加速度に基づいて、前記第１検出軸の周りにおける第１回転角及び第２検出軸の周りにおける第２回転角を算出し、
前記第１回転角と前記第２回転角との比率を算出し、
前記比率に基づいて前記補正角を取得する、
請求項９に記載の姿勢測定方法。
【請求項１１】
前記補正角を算出するステップでは、
前記所定の運動が行われているとき前記加速度を取得するステップにおいて複数のタイミングで取得された前記第１加速度、前記第２加速度及び前記第３加速度に基づいて、それぞれの前記タイミングにおける前記第１回転角及び前記第２回転角を算出し、
前記複数のタイミングにおける前記第１回転角と前記第２回転角との比率をそれぞれ算出し
前記複数のタイミングについて算出した複数の前記比率の平均値と分散を算出し、
前記平均値及び前記分散に基づいて前記比率の平均的な値の範囲を設定し、
当該範囲内に含まれる前記比率を特定し、
当該特定した比率の平均値である修正平均値を算出し、
前記修正平均値に基づいて前記補正角を取得する、
請求項１０に記載の姿勢測定方法。
【請求項１２】
請求項７乃至１１の何れか一項に記載された姿勢測定方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、身体や衣服等に着用可能なウェアラブル装置に係り、特に加速度センサを備えたウェアラブル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ウェアラブル装置は、身体や衣服等に着用可能な比較的小型の電子機器であり、例えば、健康管理等のために身体の状態を計測する各種のセンサ（加速度センサ、角速度センサなど）や通信機能を備えたものが知られている（下記特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２２１４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
加速度センサが搭載されたウェアラブル装置の場合、重力の方向に対する被着用部位（頭部など）の傾き具合を姿勢として測定することが可能である。被着用部位を静止させた状態で加速度センサにより検出される加速度は、重力加速度を表す。被着用部位が所定の基準姿勢（直立姿勢など）にある場合における重力の方向を「基準方向」とすると、加速度センサの検出結果が示す重力の方向が基準方向に対してどの程度傾いているかを調べれば、基準の姿勢からの傾き具合として、被着用部位の姿勢を測定することができる。【０００５】
ところで、物体の姿勢を表す方法の１つとして、「ピッチ角」「ロール角」「ヨー角」を用いる方法が知られている。「ピッチ角」は、地面に水平な左右方向の軸の周りにおける回転角である。「ロール角」は、地面に水平な前後方向の軸の周りにおける回転角である。「ヨー角」は、地面に垂直な上下方向の軸の周りにおける回転角である。この「ピッチ角」「ロール角」「ヨー角」の基準となる３つの軸（以下、「姿勢軸」と記す場合がある。）は、互いに直交する。【０００６】
３軸の加速度センサの場合、互いに直交する３つの軸（以下、「検出軸」と記す場合がある。）に沿った方向の加速度がそれぞれ検出される。もし３つの検出軸と３つの姿勢軸とが基準姿勢において一致していれば、検出軸の周りおける重力加速度のベクトル（以下、「重力ベクトル」と記す場合がある。）の回転角から「ピッチ角」や「ロール角」を直接求めることができる。【０００７】
しかしながら、ウェアラブル装置を身体に着用する態様や、ウェアラブル装置の内部において加速度センサを配置する態様には種々の制約がある。そのため、基準姿勢において３つの検出軸と３つの姿勢軸とを一致させることが困難な場合がある。特に、地面に水平な２つ姿勢軸が左右方向及び前後方向に対して傾く場合が多い。その場合、地面に水平な姿勢軸の周りにおける「ピッチ角」や「ロール角」は、検出軸の周りにおける重力ベクトルの回転角と異なってしまう。例えば「ヨー角」「ロール角」を固定したまま「ピッチ角」のみ変わるように姿勢を変化させた場合、重力ベクトルは「ロール角」の姿勢軸の周りでは回転しないが、この姿勢軸に対して傾いた検出軸の周りでは回転する。そのため、検出軸の周りの回転角をそのまま「ピッチ角」や「ロール角」として取得した場合、測定結果の誤差が大きくなるという不利益がある。【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、加速度センサが検出する加速度に基づいて、被着用部位の姿勢を正確に測定可能なウェアラブル装置とその姿勢測定方法及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の観点に係るウェアラブル装置は、被着用部位の姿勢を測定可能なウェアラブル装置であって、互いに直交した３つの検出軸に沿う方向の加速度をそれぞれ検出する加速度センサと、前記加速度センサが検出した前記加速度に基づいて、重力の方向に対する前記被着用部位の姿勢の基準を定める互いに直交した３つの姿勢軸における少なくとも１つの姿勢軸の周りの姿勢角を算出する姿勢角算出部とを備える。前記３つの検出軸が張る検出座標系を１つの前記検出軸の周りで補正角だけ回転して平行移動した座標系が、前記３つの姿勢軸が張る姿勢座標系と一致する。前記姿勢角算出部は、前記加速度センサが検出した前記３つの検出軸に沿う方向の加速度を、前記補正角に基づいて、前記３つの姿勢軸に沿う方向の加速度へ変換し、前記変換により得られた前記３つの姿勢軸における加速度に基づいて、少なくとも１つの前記姿勢軸の周りの前記姿勢角を算出する。【００１０】
上記の構成によれば、前記補正角に基づいて、前記加速度センサが検出した前記３つの検出軸に沿う方向の加速度が、前記３つの姿勢軸に沿う方向の加速度へ変換される。前記姿勢軸の周りの前記姿勢角は、前記変換により得られた前記３つの姿勢軸における加速度に基づいて算出される。そのため、前記３つの姿勢軸と前記３つの検出軸とが一致してない場合でも、前記３つの検出軸に沿う方向の加速度に基づいて正確な前記姿勢角が算出される。【００１１】
好適に、上記ウェアラブル装置は、２つの前記姿勢軸において前記姿勢角を維持させながら、１つの前記検出軸と前記補正角をなす１つの前記姿勢軸において前記姿勢角を変化させる所定の運動が行われていることを示す信号を入力すると、前記加速度センサにおいて検出される前記加速度を取得する加速度取得部と、前記所定の運動が行われているとき前記加速度取得部において取得された前記加速度に基づいて、前記補正角を算出する補正角算出部とを備えてよい。【００１２】
上記の構成によれば、前記所定の運動が行われているときに前記加速度センサで検出された加速度に基づいて前記補正角が算出されるため、上記ウェアラブル装置の着用態様などに応じて前記補正角がばらつく場合でも、ばらつきが反映された正確な前記補正角が算出される。【００１３】
好適に、前記３つの姿勢軸は、第１姿勢軸、第２姿勢軸、及び、第３姿勢軸からなってよく、前記３つの検出軸は、前記第１姿勢軸と前記補正角をなす第１検出軸、前記第２姿勢軸と前記補正角をなす第２検出軸、及び、前記第３姿勢軸と平行な第３検出軸からなってよい。前記加速度センサは、前記第１検出軸に沿う方向の第１加速度、前記第２検出軸に沿う方向の第２加速度、及び、前記第３検出軸に沿う方向の第３加速度をそれぞれ検出してよい。前記所定の運動は、前記第２姿勢軸及び前記第３姿勢軸において前記姿勢角を維持させながら、前記第１姿勢軸において前記姿勢角を変化させる運動であってよい。前記補正角算出部は、前記所定の運動が行われているとき前記加速度取得部において取得された前記第１加速度、前記第２加速度及び前記第３加速度に基づいて前記補正角を算出してよい。【００１４】
好適に、前記補正角算出部は、前記所定の運動が行われているとき前記加速度取得部において取得された前記第１加速度、前記第２加速度及び前記第３加速度に基づいて、前記第１検出軸の周りにおける第１回転角及び第２検出軸の周りにおける第２回転角を算出し、前記第１回転角と前記第２回転角との比率を算出し、前記比率に基づいて前記補正角を取得してよい。【００１５】
好適に、前記補正角算出部は、前記所定の運動が行われているとき前記加速度取得部において複数のタイミングで取得された前記第１加速度、前記第２加速度及び前記第３加速度に基づいて、それぞれの前記タイミングにおける前記第１回転角及び前記第２回転角を算出し、前記複数のタイミングにおける前記第１回転角と前記第２回転角との比率をそれぞれ算出し、前記複数のタイミングについて算出した複数の前記比率の平均値と分散を算出し、前記平均値及び前記分散に基づいて前記比率の平均的な値の範囲を設定し、当該範囲内に含まれる前記比率を特定し、当該特定した比率の平均値である修正平均値を算出し、前記修正平均値に基づいて前記補正角を取得してよい。【００１６】
好適に、上記ウェアラブル装置は、前記姿勢角算出部において前記加速度の変換に用いられる前記補正角の情報を記憶する記憶部を備えよい。又は、上記ウェアラブル装置は、前記姿勢角算出部において前記加速度の変換に用いられる前記補正角の情報を含んだ通信信号を処理する通信部を備えてもよい。【００１７】
本発明の第２の観点は、着用されたウェアラブル装置が、重力の方向に対する被着用部位の姿勢の基準を定める互いに直交した３つの姿勢軸における少なくとも１つの姿勢軸の周りの姿勢角を算出する姿勢測定方法に関する。この姿勢測定方法において、前記ウェアラブル装置は、互いに直交した３つの検出軸に沿う方向の加速度をそれぞれ検出する加速度センサを備えており、前記３つの検出軸が張る検出座標系を１つの前記検出軸の周りで補正角だけ回転して平行移動した座標系が、前記３つの姿勢軸が張る姿勢座標系と一致する。この姿勢測定方法は、前記加速度センサが検出した前記３つの検出軸に沿う方向の加速度を、前記補正角に基づいて、前記３つの姿勢軸に沿う方向の加速度へ変換するステップと、前記変換により得られた前記３つの姿勢軸における加速度に基づいて、少なくとも１つの前記姿勢軸の周りの前記姿勢角を算出するステップとを有する。【００１８】
上記姿勢測定方法によれば、前記３つの姿勢軸と前記３つの検出軸とが一致してない場合でも、前記３つの検出軸に沿う方向の加速度に基づいて正確な前記姿勢角が算出される。【００１９】
好適に、上記姿勢測定方法は、２つの前記姿勢軸において前記姿勢角を維持させながら、１つの前記検出軸と前記補正角をなす１つの前記姿勢軸において前記姿勢角を変化させる所定の運動が行われていることを示す信号を入力すると、前記加速度センサにおいて検出される前記加速度を取得するステップと、前記所定の運動が行われているとき前記加速度を取得するステップにおいて取得された前記加速度に基づいて、前記補正角を算出するステップとを有してよい。
これにより、上記ウェアラブル装置の着用態様などに応じて前記補正角がばらつく場合でも、ばらつきが反映された正確な前記補正角が算出される。【００２０】
好適に、前記３つの姿勢軸は、第１姿勢軸、第２姿勢軸、及び、第３姿勢軸からなってよく、前記３つの検出軸は、前記第１姿勢軸と前記補正角をなす第１検出軸、前記第２姿勢軸と前記補正角をなす第２検出軸、及び、前記第３姿勢軸と平行な第３検出軸からなってよい。前記加速度センサは、前記第１検出軸に沿う方向の第１加速度、前記第２検出軸に沿う方向の第２加速度、及び、前記第３検出軸に沿う方向の第３加速度をそれぞれ検出してよい。前記所定の運動は、前記第２姿勢軸及び前記第３姿勢軸において前記姿勢角を維持させながら、前記第１姿勢軸において前記姿勢角を変化させる運動であってよい。前記補正角を算出するステップでは、前記所定の運動が行われているとき前記加速度を取得するステップにおいて取得された前記第１加速度、前記第２加速度及び前記第３加速度に基づいて前記補正角を算出してよい。【００２１】
好適に、前記補正角を算出するステップでは、前記所定の運動が行われているとき前記加速度を取得するステップにおいて取得された前記第１加速度、前記第２加速度及び前記第３加速度に基づいて、前記第１検出軸の周りにおける第１回転角及び第２検出軸の周りにおける第２回転角を算出し、前記第１回転角と前記第２回転角との比率を算出し、前記比率に基づいて前記補正角を取得してよい。【００２２】
好適に、前記補正角を算出するステップでは、前記所定の運動が行われているとき前記加速度を取得するステップにおいて複数のタイミングで取得された前記第１加速度、前記第２加速度及び前記第３加速度に基づいて、それぞれの前記タイミングにおける前記第１回転角及び前記第２回転角を算出し、前記複数のタイミングにおける前記第１回転角と前記第２回転角との比率をそれぞれ算出し前記複数のタイミングについて算出した複数の前記比率の平均値と分散を算出し、前記平均値及び前記分散に基づいて前記比率の平均的な値の範囲を設定し、当該範囲内に含まれる前記比率を特定し、当該特定した比率の平均値である修正平均値を算出し、前記修正平均値に基づいて前記補正角を取得してよい。【００２３】
本発明の第３の観点は、上記第２の観点に係る姿勢測定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、加速度センサが検出する加速度に基づいて、被着用部位の姿勢を正確に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係るウェアラブル装置の構成の一例を示す図である。
【図２】利用者に着用されたウェアラブル装置の一例を示す図である。図２Ａは利用者の右手側から見た図であり、図２Ｂは利用者の上方から見下ろした図である。
【図３】姿勢座標系と検出座標系の関係を示す図である。
【図４】検出座標系を平行移動させて検出座標系の原点を姿勢座標系の原点と一致させた状態を示す図である。
【図５】第１の実施形態に係るウェアラブル装置における補正角の算出処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態に係るウェアラブル装置における姿勢角の算出処理を説明するためのフローチャートである。
【図７】第１検出軸の周りの回転角と第２検出軸の周りの回転角との比率が補正角に応じて変化することを示す図である。
【図８】第２の実施形態に係るウェアラブル装置における補正角の算出処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態に係るウェアラブル装置１について説明する。
図１は、本実施形態に係るウェアラブル装置１の構成の一例を示す図である。図２は、ウェアラブル装置１の装着方法の一例を示す図である。
【００２７】
本実施形態に係るウェアラブル装置１は、加速度センサの検出結果に基づいて、被着用部位の姿勢を測定する。すなわち、ウェアラブル装置１は、加速度センサにより検出される重力ベクトルに基づいて、重力の方向に対する被着用部位の姿勢の基準を定める互いに直交した３つの姿勢軸（第１姿勢軸Ｘ，第２姿勢軸Ｙ，第３姿勢軸Ｚ）の周りの姿勢角を求める。図２の例において、ウェアラブル装置１は、利用者２が被る帽子５の右後方側面に取り付けられている。なお、ウェアラブル装置１の取り付け箇所は図２の例に限らず、帽子５の左側面や頂部、背面部、鍔などでもよい。また、ウェアラブル装置１を取り付ける物品は帽子に限定されず、例えばハンズフリー器具やヘッドセット、補聴器、眼鏡などでもよい。
【００２８】
図１に示すウェアラブル装置１は、加速度センサ１０と、処理部２０と、記憶部３０と、通信部４０と、操作入力部５０を有する。
【００２９】
加速度センサ１０は、互いに直交した３つの検出軸（第１検出軸Ｘ’，第２検出軸Ｙ’，第３検出軸Ｚ’）に沿う方向の加速度（第１加速度Ａｘ，第２加速度Ａｙ，第３加速度Ａｚ）をそれぞれ検出する。例えば加速度センサ１０は、ＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ  ｅｌｅｃｔｒｏ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ）による３軸加速度センサを含んで構成される。加速度センサ１０は、処理部２０の制御に従って、それぞれの方向の加速度を繰り返し検出する。
【００３０】
図３は、姿勢座標系６と検出座標系７の関係を示す図である。姿勢座標系６は、３つの姿勢軸（第１姿勢軸Ｘ，第２姿勢軸Ｙ，第３姿勢軸Ｚ）が張る座標系であり、検出座標系７は、３つの検出軸（第１検出軸Ｘ’，第２検出軸Ｙ’，第３検出軸Ｚ’）が張る座標系である。姿勢座標系６は、例えば図２において示すように、利用者２の頭部の中心に設定される。そのため、帽子５の側面に取り付けられているウェアラブル装置１の検出座標系７は、姿勢座標系６と一致しない。図２の例において、検出座標系７の原点Ｏ’は姿勢座標系６の原点Ｏより右側へ水平にずれており、第１検出軸Ｘ’は第１姿勢軸Ｘに対して傾いている。第３検出軸Ｚ’は第３姿勢軸Ｚと平行である。
【００３１】
図４は、検出座標系７を平行移動させて検出座標系７の原点Ｏ’を姿勢座標系６の原点Ｏと一致させた状態を示す図である。図４において示すように、第１検出軸Ｘ’と第１姿勢軸Ｘとのなす角は「γ」である。以降の説明では、「γ」を「補正角γ」と記す。
【００３２】
通信部４０は、不図示の外部機器との間で所定の通信方式によりデータをやり取りする装置である。例えば、通信部４０は、処理部２０において所定の処理を実行させるためのコマンドや、処理の実行に用いられるデータなどを外部機器から受信する。また、通信部４０は、処理部２０の処理結果のデータ（歩数のデータや、歩行動作の一歩の期間に関するデータなど）を外部機器へ送信する。例えば通信部４０は、スマートフォン等の携帯機器との間で比較的短距離の通信を行うＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの通信モジュールを含んで構成される。
【００３３】
入力部５０は、入力操作に応じた信号を発生する装置であり、例えばボタンやスイッチ等を含む。
【００３４】
処理部２０は、ウェアラブル装置１の全体的な動作の制御を行う装置であり、例えば記憶部３０に格納されるプログラムに従って処理を実行するコンピュータを含んで構成される。記憶部３０のプログラムは、ＲＯＭなどに予め記憶させてもよいし、通信部４０によって外部機器からロードしてもよい。或いは、ＵＳＢ等のインターフェース装置や記録媒体読み取り装置などを通じて外部からプログラムを入力し、記憶部３０に書き込んでもよい。なお、処理部２０における処理は、全てをコンピュータによって実行してもよいし、少なくとも一部を専用のハードウェア回路で実行してもよい。
【００３５】
処理部２０は、姿勢の測定に関する処理ブロックとして、加速度取得部２１と、補正角算出部２２と、姿勢角算出部２３を有する。
【００３６】
加速度取得部２１は、所定の運動が行われていることを示す信号が入力部５０において入力される場合、加速度センサ１０において検出される加速度を取得する。この所定の運動は、第２姿勢軸Ｙの周りの姿勢角であるロール角、及び、第３姿勢軸Ｚの周りの姿勢角であるヨー角を維持させながら、第１姿勢軸Ｘの周りの姿勢角であるピッチ角を変化させる運動であり、図２の例では、首を縦に振る運動である。例えば、加速度取得部２１は、所定の運動（首を立てに振る運動）が行われているとき加速度センサ１０において繰り返し検出された加速度を取得し、記憶部３０に格納する。
【００３７】
補正角算出部２２は、所定の運動（首を立てに振る運動）が行われているとき加速度取得部２１において取得された加速度に基づいて、補正角γを算出する。例えば補正角算出部２２は、次の近似式によって補正角γを算出する。
【００３８】
γ  ＝  ａｓｉｎ｛Ａｘ／√（Ａｘ２＋Ａｙ２＋Ａｚ２）｝  …（１）
【００３９】
式（１）において、「Ａｘ」は第１検出軸Ｘ’に沿った方向の第１加速度を示し、「Ａｙ」は第２検出軸Ｙ’に沿った方向の第２加速度を示し、「Ａｚ」は第３検出軸Ｚ’に沿った方向の第３加速度を示す。例えば補正角算出部２２は、複数のタイミングにおいて取得された複数組の加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）から式（１）によって複数の補正角γを算出し、それらの平均値を補正角γの算出結果として出力する。
【００４０】
姿勢角算出部２３は、加速度センサ１０において検出された加速度（Ａｘ’，Ａｙ’，Ａｚ’）と補正角算出部２２で算出された補正角γとに基づいて、第１姿勢軸Ｘの周りの姿勢角であるピッチ角と、第２姿勢軸Ｙの周りの姿勢角であるロール角を算出する。
【００４１】
まず、姿勢角算出部２３は、加速度センサ１０が検出した３つの検出軸（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）に沿う方向の加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）を、３つの姿勢軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に沿う方向の加速度（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）に変換する。この変換は、次の式で表される。
【００４２】
2017064972.tif 000003
【００４３】
式（２）において、「Ｂｘ」は第１姿勢軸Ｘに沿った方向の第１加速度を示し、「Ｂｙ」は第２姿勢軸Ｙに沿った方向の第２加速度を示し、「Ｂｚ」は第３姿勢軸Ｚに沿った方向の第３加速度を示す。
【００４４】
姿勢角算出部２３は、式（２）の変換により得られた加速度（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）に基づいて、第１姿勢軸Ｘの周りのピッチ角と、第２姿勢軸Ｙの周りのロール角をそれぞれ算出する。ピッチ角を「α」、ロール角を「β」とすると、それぞれ次の式で表される。
【００４５】
α  ＝  ａｔａｎ｛Ｂｙ／√（Ｂｘ２＋Ｂｚ２）｝    …（３）
β  ＝  ａｔａｎ（Ｂｘ／Ｂｚ）    …（４）
【００４６】
記憶部３０は、処理部２０におけるコンピュータのプログラムや、処理部２０の処理に使用される定数データ、処理の過程で一時的に保持される変数データ、処理結果のデータ（加速度Ａｘ〜Ａｚ、補正角γなど）を記憶する。記憶部３０は、例えばＲＯＭやＲＡＭ、不揮発性メモリなどを含んで構成される。
【００４７】
ここで、上述した構成を有する本実施形態に係る歩行測定装置１の動作を説明する。
図５は、第１の実施形態に係るウェアラブル装置１における補正角γの算出処理を説明するためのフローチャートである。
【００４８】
ＳＴ１００：
加速度取得部２１は、所定の運動（首を縦に振る運動）が行われていることを示す所定の信号が入力部５０において入力されたか否かを監視する。当該信号が入力部５０において入力された場合、加速度取得部２１はステップＳＴ１０５に進み、そうでない場合はステップＳＴ１００に留まって監視を続ける。
【００４９】
ＳＴ１０５：
加速度取得部２１は、加速度センサ１０において検出される加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）を取得し、ステップＳＴ１１０に進む。
【００５０】
ＳＴ１１０：
加速度取得部２１は、加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）の取得が完了したか否かを判定する。例えば加速度取得部２１は、ステップＳＴ１００からステップＳＴ１０５へ移行してからの経過時間を計時し、この時間が所定時間を超えた場合、加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）の取得が完了したと判定する。或いは、加速度取得部２１は、ステップＳＴ１００からステップＳＴ１０５へ移行してからの加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）の取得回数を計数し、この回数が所定数を超えた場合、加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）の取得が完了したと判定する。
【００５１】
ＳＴ１１５：
加速度取得部２１による加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）の取得が完了すると、補正角算出部２２は、取得された加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）に基づいて補正角γを算出する。複数の異なるタイミングで検出された複数の加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）が取得される場合、補正角算出部２２は、各タイミングにおける補正角γを式（１）により算出する。複数のタイミングについて算出した複数の補正角γが得られると、補正角算出部２２は、複数の補正角γの平均値を算出し、これを補正角γの算出結果として出力する。なお、この場合、補正角算出部２２は、全ての補正角γの平均値と分散を算出し、算出した平均値と分散に基づいて補正角γの平均的な範囲を設定し、この平均的な範囲内に含まれる補正角γのみの平均値を更に算出し、これを補正角γの算出結果として出力してもよい。これにより、平均的な範囲に含まれない誤差の大きい補正角γが除かれるため、最終的に得られる補正角γの誤差が小さくなる。
【００５２】
図６は、本実施形態に係るウェアラブル装置１における姿勢角（ピッチ角、ロール角）の算出処理を説明するためのフローチャートである。
【００５３】
ＳＴ２００：
加速度取得部２１は、加速度センサ１０において検出された加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）を取得する。
【００５４】
ＳＴ２０５：
姿勢角算出部２３は、ステップＳＴ２００において取得された加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）を、補正角算出部２２で算出された補正角γに基づいて例えば式（２）の行列計算を行うことにより、３つの姿勢軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に沿う方向の加速度（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）へ変換する。
【００５５】
ＳＴ２１０：
姿勢角算出部２３は、ステップＳＴ２０５で得られた加速度（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）を用いて、例えば式（３），式（４）により、ピッチ角α及びロール角βを算出する。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態に係るウェアラブル装置１によれば、第１検出軸Ｘ’と第１姿勢軸Ｘとのなす角である補正角γに基づいて、加速度センサ１０が検出した（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）に沿う方向の加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）が、３つの姿勢軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に沿う方向の加速度（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）へ変換される。被着用部位の姿勢を表すピッチ角α及びロール角βは、補正角γに基づく変換により得られた加速度（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）に基づいて算出される。そのため、姿勢座標系６と検出座標系７とが一致してない場合でも、検出座標系７の加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）に基づいて正確なピッチ角α及びロール角βを求めることができる。
【００５７】
また、本実施形態に係るウェアラブル装置１によれば、所定の運動（首を縦に振る動作）が行われているときに加速度センサ１０で検出された加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）に基づいて、補正角γが算出される。仮に補正角γとして固定値を用いたとすると、ウェアラブル装置１の着用態様などに応じて実際の補正角γがばらつくことにより、固定値が実際の補正角γに対して誤差を生じ易くなり、姿勢角（α，β）の算出精度が低下する。本実施形態では、ばらつきが反映された正確な補正角γを算出できるため、姿勢角（α，β）の算出精度の低下を抑制できる。
【００５８】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態に係るウェアラブル装置１は、補正角算出部２２における補正角の算出方法に関して図１に示すウェアラブル装置１と異なっており、他の構成については、図１に示すウェアラブル装置１と同じである。以下では、図１に示すウェアラブル装置１との相違する補正角算出部２２の動作について説明する。
【００５９】
図７は、第１検出軸Ｘ’の周りの回転角と第２検出軸Ｙ’の周りの回転角との比率Ｋが補正角γに応じて変化することを示す図である。
所定の運動、すなわち、第２姿勢軸Ｙの周りのロール角及び第３姿勢軸Ｚの周りのヨー角を維持させながら第１姿勢軸Ｘの周りのピッチ角を変化させる運動（首を縦に振る運動）を行った場合、図７に示すように、第１検出軸Ｘ’の周りの回転角と第２検出軸Ｙ’の周りの回転角とがほぼ傾き一定の比例関係を示す。第１検出軸Ｘ’の周りの回転角を横軸、第２検出軸Ｙ’の周りの回転角を縦軸とした場合、直線の傾きは補正角γを大きくするほど急になる。補正角γがゼロの場合（第１検出軸Ｘ’と第１姿勢軸Ｘが平行、かつ、第２検出軸Ｙ’と第２姿勢軸Ｙが平行の場合）、第１検出軸Ｘ’の周りの回転角が変化しても、第２検出軸Ｙ’の周りの回転角はほぼ一定となる。
【００６０】
このように、所定の運動（首を縦に振る運動）行った場合における第１検出軸Ｘ’の周りの回転角と第２検出軸Ｙ’の周りの回転角との比率Ｋは、補正角γに依存する。そこで、補正角算出部２２は、加速度センサ１０で検出された加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）から、第１検出軸Ｘ’の周りの回転角と第２検出軸Ｙ’の周りの回転角との比率Ｋを算出し、この比率Ｋに対応する補正角γを求める。
【００６１】
例えば、補正角算出部２２は、所定の運動（首を縦に振る運動）が行われているとき加速度取得部２１において取得された加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）に基づいて、第１検出軸Ｘ’の周りの回転角（以下、「第１回転角α’」と記す場合がある。）及び第２検出軸Ｙ’の周りの回転角（以下、「第２回転角β’」と記す場合がある。）を算出する。第１回転角α’及び第２回転角β’は、それぞれ次の式で表される。
【００６２】
α’  ＝  ａｔａｎ｛Ａｙ／√（Ａｘ２＋Ａｚ２）｝    …（５）
β’  ＝  ａｔａｎ（Ａｘ／Ａｚ）    …（６）
【００６３】
補正角算出部２２は、この第１回転角α’と第２回転角β’から両者の比率Ｋ（＝β’／α’）を算出し、比率Ｋに基づいて補正角γを取得する。補正角算出部２２は、比率Ｋから補正角γを取得する方法として、例えば記憶部３０に予め準備されたデータテーブルを参照する方法や、所定の近似式により比率Ｋから補正角γを直接算出する方法などを用いる。
【００６４】
なお、所定の運動（首を縦に振る運動）はあまり正確でない可能性があるため、補正角γの算出には複数の異なるタイミングで検出された複数の加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）を用いることが好ましい。この場合、例えば補正角算出部２２は、所定の運動（首を縦に振る運動）が行われているとき加速度取得部２１において複数のタイミングで取得された加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）に基づいて、それぞれのタイミングにおける第１回転角α’と第２回転角β’を算出する。次に、補正角算出部２２は、複数のタイミングにおける第１回転角α’と第２回転角β’との比率Ｋをそれぞれ算出し、複数のタイミングについて算出した複数の比率Ｋの平均値と分散を算出する。補正角算出部２２は、算出した平均値と分散値に基づいて、比率Ｋの平均的な値の範囲を設定する。例えば補正角算出部２２は、平均値を中心として、分散値に応じた幅を持つ範囲を「平均的な値の範囲」として設定する。補正角算出部２２は、複数のタイミングについて算出した複数の比率Ｋの中から、この「平均的な値の範囲」に含まれる比率Ｋを特定し、特定した比率Ｋの平均値である修正平均値を算出する。補正角算出部２２は、比率Ｋの修正平均値に基づいて補正角γを取得する。補正角算出部２２は、比率Ｋの修正平均値から補正角γを取得する方法として、例えばデータテーブルを参照する方法や、近似式により直接算出する方法などを用いる。
【００６５】
図８は、第２の実施形態に係るウェアラブル装置１における補正角γの算出処理を説明するためのフローチャートである。図８に示すフローチャートは、図５に示すフローチャートにおけるステップＳＴ１１５をステップＳＴ１２０〜ＳＴ１４５に置き換えたものであり、他のステップは図５に示すフローチャートと同じである。以下では、相違点であるステップＳＴ１２０〜ＳＴ１４５を説明する。
【００６６】
ＳＴ１２０：
加速度取得部２１による加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）の取得が完了すると、補正角算出部２２は、複数のタイミングにおいて取得された加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）に基づき、複数のタイミングの各々における第１回転角α’と第２回転角β’を算出する。
【００６７】
ＳＴ１２５：
補正角算出部２２は、ステップＳＴ１２０において算出した第１回転角α’と第２回転角β’に基づいて、複数のタイミングの各々における比率Ｋを算出する。
【００６８】
ＳＴ１３０：
補正角算出部２２は、複数のタイミングについて算出した複数の比率Ｋの平均値と分散を算出する。加速度取得部２１は、算出した平均値と分散値に基づいて、比率Ｋの「平均的な値の範囲」を設定する。例えば、加速度取得部２１は、平均値を中心とし、分散値に応じた幅を持つ範囲を「平均的な値の範囲」として設定する。
【００６９】
ＳＴ１３５：
補正角算出部２２は、複数のタイミングについて算出した複数の比率Ｋの中から、ステップＳＴ１３０で設定した「平均的な値の範囲」に含まれる比率Ｋを特定する。
【００７０】
ＳＴ１４０：
補正角算出部２２は、ステップＳＴ１３５において特定した比率Ｋの平均値を「修正平均値」として算出する。
【００７１】
ＳＴ１４５：
補正角算出部２２は、ステップＳＴ１４０で算出した比率Ｋの修正平均値に基づいて、補正角γを取得する。例えば補正角算出部２２は、記憶部３０に予め準備されたデータテーブルを参照する方法や、所定の近似式により比率Ｋから補正角γを直接算出する方法などにより、補正角γを取得する。
【００７２】
以上説明したように、本実施形態に係るウェアラブル装置１においても、第１の実施形態に係るウェアラブル装置１と同様の効果を奏することができる。
【００７３】
本発明は、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々のバリエーションを含んでいる。
【００７４】
例えば、上述した実施形態では、入力部５０の入力操作に基づいて、所定の運動が行われていることを判定しているが、本発明はこれに限定されない。本発明の他の実施形態では、通信部４０により外部の機器から入力される信号に基づいて、所定の運動が行われていること判定してもよい。
【００７５】
また、上述した実施形態では、式（２）に示すような行列による回転変換によって、検出座標系７の加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）を姿勢座標系６の加速度（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）に変換しているが、本発明はこれに限定されない。本発明の他の実施形態では、クオータニオンによる第３検出軸Ｚ’を中心とした回転変換によって、検出座標系７の加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）を姿勢座標系６の加速度（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）に変換してもよい。
【００７６】
加速度センサ１０において検出された加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）のクオータニオンＰは、クオータニオンの単位虚数ｉ，ｊ，ｋを用いて、次の式により表される。
【００７７】
Ｐ  ＝  Ａｘ・ｉ＋Ａｙ・ｊ＋Ａｚ・ｋ  …（７）
【００７８】
ただし、単位虚数ｉ，ｊ，ｋは次の関係を満たす。
【００７９】
ｉ２＝ｊ２＝ｋ２＝−１  …（８）
ｉ・ｊ＝ｋ        …（９）
ｊ・ｋ＝ｉ        …（１０）
ｋ・ｉ＝ｊ        …（１１）
ｉ・ｊ・ｋ＝−１  …（１２）
【００８０】
単位ベクトル（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚ）の周りにおける回転角γの回転を表すクオータニオンＱは、次の式で表される。
【００８１】
2017064972.tif 000004
【００８２】
クオータニオンＱの複素共役数であるクオータニオンＲは、次の式で表される。
【００８３】
2017064972.tif 000005
【００８４】
単位ベクトル（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚ）を第３検出軸Ｚ’に平行なベクトル（０，０，１）とすると、式（１３）のクオータニオンＱ及び式（１４）のクオータニオンＲはそれぞれ次の式で表される。
【００８５】
2017064972.tif 000006
2017064972.tif 000007
【００８６】
加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）のクオータニオンＰを、第３検出軸Ｚ’に平行なベクトル（０，０，１）の周りで回転角γだけ回転することにより得られるクオータニオンＰｔは、次の式で表される。
【００８７】
Ｐｔ  ＝  Ｑ・Ｐ・Ｒ    …（１７）
【００８８】
姿勢座標系６の加速度（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）は、式（１７）によって得られるクオータニオンＰｔにおける単位虚数ｉ，ｊ，ｋの係数として求められる。
【００８９】
Ｐｔ  ＝  ｗ＋ｉ・Ｂｘ＋ｊ・Ｂｙ＋ｋ・Ｂｚ  …（１８）
【００９０】
式（１８）における「ｗ」は、クオータニオンＰｔの実部である。
このように、クオータニオンを用いる方法でも、検出座標系７の加速度（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）を姿勢座標系６の加速度（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）に変換可能である。
【００９１】
また、上述した実施形態では、補正角γを補正角算出部２２によって算出しているが、本発明の他の実施形態では、記憶部３０に予め記憶した補正角γの情報を用いてもよいし、通信部４０において外部から取得した補正角γの情報を用いてもよい。
【００９２】
また、上述した実施形態では、人体についての姿勢の測定が行われているが、本発明はこの例に限定されない。本発明の他の実施形態では、人間以外の動物や機械などを姿勢の測定対象としてもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１…ウェアラブル装置、２…利用者、５…帽子、１０…加速度センサ、２０…処理部、２１…加速度取得部、２２…補正角算出部、２３…姿勢角算出部２３、３０…記憶部、４０…通信部、５０…入力部、Ｘ…第１姿勢軸、Ｙ…第２姿勢軸、Ｚ…第３姿勢軸、Ｘ’…第１検出軸、Ｙ’…第２検出軸、Ｚ’…第３検出軸、Ａｘ…第１加速度、Ａｙ…第２加速度、Ａｚ…第３加速度、γ…補正角
【図１】
2017064972.tif 000008
【図２】
2017064972.tif 000009
【図３】
2017064972.tif 000010
【図４】
2017064972.tif 000011
【図５】
2017064972.tif 000012
【図６】
2017064972.tif 000013
【図７】
2017064972.tif 000014
【図８】
2017064972.tif 000015
【国際調査報告】
2017064972.tif 000016
2017064972.tif 000017