(57)【要約】【課題】電波環境にかかわらずに対象者の歩幅その他の移動情報を測定でき、さらに、加速度センサの検知結果に含まれるノイズを抑えることができ、これらによって精度良く接地時刻を測定でき、正確な移動情報の算出に資することができる移動測定装置を提供する。【解決手段】進行方向の加速度が負の値をとりつつ増加する第１期間と、この第１期間につづく所定長さの第２期間とが設定され、進行速度算出部は、第１期間について算出した進行速度に基づいて第２期間の進行速度を算出し、加速度算出部は、進行速度算出部によって算出された第２期間の進行速度に基づいて第２期間における進行方向の加速度を算出し、移動測定装置は、さらに、片足の接地時刻を算出する接地時刻算出部と、接地時刻における進行速度がゼロとなるように、進行方向の加速度を補正する補正部とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象者の片足に装着される加速度センサと、
前記加速度センサによる検知結果に基づいて、前記対象者の進行方向の加速度を算出する加速度算出部と、
前記加速度算出部によって算出された、前記進行方向の加速度に基づいて前記対象者の進行速度を算出する進行速度算出部とを備えた移動測定装置であって、
前記進行方向の加速度が負の値をとりつつ増加する第１期間と、この第１期間につづく所定長さの第２期間とが設定され、
前記進行速度算出部は、前記第１期間について算出した進行速度に基づいて前記第２期間の進行速度を算出し、
前記加速度算出部は、前記進行速度算出部によって算出された前記第２期間の進行速度に基づいて前記第２期間における進行方向の加速度を算出し、
前記移動測定装置は、さらに、
前記片足の接地時刻を算出する接地時刻算出部と、
前記接地時刻における前記進行速度がゼロとなるように、前記進行方向の加速度を補正する補正部とを備えることを特徴とする移動測定装置。
【請求項２】
前記接地時刻算出部は、前記第２期間の加速度の極性の変化に基づいて前記片足の接地時刻を算出する請求項１に記載の移動測定装置。
【請求項３】
前記接地時刻は、前記第２期間の加速度がゼロとなる時刻である請求項２に記載の移動測定装置。
【請求項４】
前記補正部は、少なくとも前記第２期間の前記進行方向の加速度を補正する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の移動測定装置。
【請求項５】
前記補正部は、オフセット値を適用することによって、前記進行方向の加速度を補正する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の移動測定装置。
【請求項６】
前記進行速度算出部は、前記第１期間について算出した進行速度に基づいて、一次関数によって外挿することによって、前記第２期間の進行速度を算出する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の移動測定装置。
【請求項７】
連続する２つの前記接地時刻における、前記補正部によって補正された加速度に基づいて、前記対象者の歩幅を算出する請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の移動測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象者の歩幅その他の移動情報を測定する移動測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の監視システムは、監視用子機と監視用親機とを備え、監視用子機は、互いに異なる周波数の無線信号を送信し、監視用親機は、受信した無線信号から算出した空間特徴量に基づいて、その無線信号に対応する送信エリアにおける人間の動作を監視する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１６９９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の監視システムにおいては、監視用子機の位置によっては送信した無線信号が監視用親機に届きにくい場合があり、また、電波環境が悪い場合もある。これらの場合には慣性センサなどを用いて対象となる人間の歩数を推定する必要が生じ、測定精度を一定に維持することが難しいという問題がある。
【０００５】
これに対して、加速度センサを足に装着し、この加速度センサによる検知結果に基づいて歩行距離を測定する方法も考えられる。しかし、加速度センサによる検知結果にはノイズが含まれており、この検知結果から歩行距離を算出すると、毎回の検知結果に含まれるノイズが累積されるために、測定誤差が大きくなり、精度が低下していくという問題がある。
【０００６】
そこで本発明は、電波環境にかかわらずに対象者の歩幅その他の移動情報を測定でき、さらに、加速度センサの検知結果に含まれるノイズを抑えることができ、これらによって精度良く接地時刻を測定でき、正確な移動情報の算出に資することができる移動測定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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の移動測定装置は、対象者の片足に装着される加速度センサと、加速度センサによる検知結果に基づいて、対象者の進行方向の加速度を算出する加速度算出部と、加速度算出部によって算出された、進行方向の加速度に基づいて対象者の進行速度を算出する進行速度算出部とを備えた移動測定装置であって、進行方向の加速度が負の値をとりつつ増加する第１期間と、この第１期間につづく所定長さの第２期間とが設定され、進行速度算出部は、第１期間について算出した進行速度に基づいて第２期間の進行速度を算出し、加速度算出部は、進行速度算出部によって算出された第２期間の進行速度に基づいて第２期間における進行方向の加速度を算出し、移動測定装置は、さらに、片足の接地時刻を算出する接地時刻算出部と、接地時刻における進行速度がゼロとなるように、進行方向の加速度を補正する補正部とを備えることを特徴としている。
【０００８】
これにより、電波環境にかかわらずに対象者の歩幅その他の移動情報を測定でき、さらに、加速度センサの検知結果に含まれるノイズを抑えることができる。このノイズには、対象者の足の着地時の衝撃に対応するものと、着地時に限らずに発生するものとを含む。これによって精度良く接地時刻を測定することができ、正確な移動情報の算出に資することができる移動測定装置を提供することが可能となる。
【０００９】
本発明の移動測定装置において、接地時刻算出部は、第２期間の加速度の極性の変化に基づいて片足の接地時刻を算出することが好ましい。さらに、前記接地時刻は、第２期間の加速度がゼロとなる時刻であることが好ましい。
これにより、加速度センサの検知結果に含まれるノイズを抑えることができ、精度良く移動情報を算出することができる。
【００１０】
本発明の移動測定装置において、補正部は、少なくとも第２期間の進行方向の加速度を補正することが好ましい。また、補正部は、オフセット値を適用することによって、進行方向の加速度を補正することが好ましい。
これにより、補正演算処理の負担を小さくして高速な処理を行うことができる。
【００１１】
本発明の移動測定装置において、進行速度算出部は、第１期間について算出した進行速度に基づいて、一次関数によって外挿することによって、第２期間の進行速度を算出することが好ましい。
これにより、簡便な演算によって進行速度を精度良く算出でき、このように算出した進行速度に基づいて加速度を補正することで移動情報の算出を正確かつ高速に行うことが可能となる。
【００１２】
本発明の移動測定装置において、連続する２つの接地時刻における、補正部によって補正された加速度に基づいて、対象者の歩幅を算出することが好ましい。
これにより、ノイズの影響を抑えた加速度に基づいて算出できるため、高精度で歩幅を算出することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、電波環境にかかわらずに対象者の歩幅その他の移動情報を測定でき、さらに、加速度センサの検知結果に含まれるノイズを抑えることができる。これらによって精度良く接地時刻を測定でき、正確な移動情報の算出に資することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る移動測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態における演算部の構成を示すブロック図である。
【図３】（Ａ）は、加速度センサによる検知結果、及び、進行方向の加速度の例を示すグラフ、図３（Ｂ）は、進行速度の例を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態に係る移動測定装置による処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本実施形態に係る移動測定装置１０の構成を示すブロック図である。図２は、演算部３３の構成を示すブロック図である。図３（Ａ）は、加速度センサ２１による検知結果、及び、進行方向の加速度の例を示すグラフ、図３（Ｂ）は、進行速度の例を示すグラフである。図４は、移動測定装置１０による処理の流れを示すフローチャートである。
【００１６】
図１に示すように、移動測定装置１０は、（１）測定の対象者が装着する片足の靴２０の内部に設けられた、加速度センサ２１、処理部２２、及び、送信部２３と、（２）外部装置３０に設けられた、受信部３１、制御部３２、演算部３３、操作部３４、及び、表示部３５とからなる。
【００１７】
ここで、加速度センサ２１、処理部２２、及び、送信部２３は、対象者の片足の靴のみに設けてもよいが、両足の靴にそれぞれ設けてもよい。また、靴の内部ではなく外側に設けてもよい。さらにまた、これらをユニット化して、靴を介さずに対象者の片足に直接装着してもよい。
【００１８】
加速度センサ２１は、対象者の靴２０のかかと部分２０ｈに設けられている。この加速度センサ２１は、質量が加速度の向きに沿って移動するときの力を検知するものであり、例えば、質量を支持する梁と、梁の撓みを検知する歪センサとから構成され、歪センサで検知される歪量が前記力に比例する。質量と梁と歪センサとから成るセンサ部は３組設けられており、互いに直交する基準座標軸の３軸方向の加速度を検知できるように、それぞれの梁の撓み方向が３軸のそれぞれの方向に向けられている。３軸は、靴２０の上下方向（図１の上下方向）と、前後方向（図１の左右方向）と、これらの２方向に垂直な幅方向（図１の紙面に垂直な方向）とにそれぞれ設定される。加速度センサ２１による検知結果は処理部２２に出力される。
【００１９】
処理部２２では、加速度センサ２１からの検知出力のタイミングが測定され、加速度センサ２１による検知出力とそのタイミングは、送信部２３から逐次送信され、これらのデータは外部装置３０の受信部３１で受信され、その受信出力が制御部３２へ与えられる。この送受信は、例えばブルートゥース（登録商標）によって行われる。
【００２０】
制御部３２は、受信部３１で受信したデータを演算部３３へ与える。演算部３３は、図２に示すように、加速度算出部３６と、進行速度算出部３７と、接地時刻算出部３８と、補正部３９とを備える。
【００２１】
加速度算出部３６は、加速度センサ２１による検知結果のうち、上記前後方向と幅方向についての検知結果に基づいて、例えば、前後方向と幅方向の検知結果の自乗和に基づいて、対象者の進行方向の加速度を算出する。進行速度算出部３７は、加速度算出部３６によって算出された、進行方向の加速度を積算（積分）することによって、対象者の進行速度を算出する。接地時刻算出部３８は、進行方向の加速度の極性の変化に基づいて、測定対象の足の接地時刻を算出する。補正部３９は、接地時刻算出部３８が算出した接地時刻における進行速度がゼロとなるように、進行方向の加速度を補正する。
【００２２】
以下に、図３と図４を参照しつつ、演算部３３の加速度算出部３６、進行速度算出部３７、接地時刻算出部３８、及び、補正部３９における処理についてより具体的に説明する。図３（Ａ）、（Ｂ）の横軸は経過時間であり、図３（Ａ）の縦軸は加速度センサ２１による検知結果、又は、その検知結果に基づく算出値であり、図３（Ｂ）の縦軸は進行速度である。
【００２３】
図３（Ａ）において、３本の線Ａｘ、Ａｙ、Ａｚは、加速度センサ２１に設定された３つの検知軸における検知結果をそれぞれ示す。すなわち、線Ａｘ、Ａｙ、Ａｚは、靴２０の前後方向、幅方向、上下方向における加速度にそれぞれ対応する。また、線Ａｍは、線Ａｘ、Ａｙの自乗和に基づいて算出して得られた線であり、対象者の進行方向の加速度に対応する。
【００２４】
移動測定装置１０においては、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２が設定されており、演算部３３内の記憶部（不図示）に記憶されている。
第１期間Ｔ１は、進行方向の加速度が負の値をとりつつ増加する期間に対して設定されている。この第１期間Ｔ１は、対象者の歩行又は走行において、離地から着地までの過程のうちの後半の期間に対応する。第１期間Ｔ１は、図３（Ａ）に示す例のように、線Ａｍにおいてボトム値Ｐ１（極小値）からゼロクロス値Ｐ２までの負の値をとりつつ増加する期間の中で、３本の線Ａｘ、Ａｙ、Ａｚの変動が大きな変動期間Ｔ３よりも手前の期間が設定される。ここで、第１期間Ｔ１の開始時刻はボトム値Ｐ１をとる時刻としてもよいが、ボトム値Ｐ１よりも後の時刻とすると、ボトム値Ｐ１が最小値であることの判断が確実となるため好ましい。また、第１期間Ｔ１の終了時刻は、対象者の移動状態、例えば歩行又は走行の速度、によって異なる加速度の増加傾向に応じて設定するとよい。例えば、加速度値がボトム値Ｐ１の絶対値の５０％となった時を終了時刻とするとよい。
【００２５】
第２期間Ｔ２は、第１期間Ｔ１につづく期間であって所定長さに設定される。この第２期間Ｔ２の開始時刻は、線Ａｍにおいて負の値をとりつつ増加する期間内の時刻であり、対象者の足が着地する直前の時刻に対応する。また、この開始時刻は第１期間Ｔ１の終了時刻と一致することが好ましいが、終了時刻から一定時刻後であっても良い。上記所定長さは、第２期間Ｔ２にゼロクロス値Ｐ２の時刻が含まれるように設定することが好ましく、線Ａｍにおいて値がピーク値（極大値）を越えて減少する期間を含んでも良い。また、第２期間Ｔ２の終了時刻は、対象者の移動状態によって異なる加速度の増加傾向に応じて設定するとよい。
【００２６】
移動測定装置１０の処理開始にあたっては、まず、対象者が、その移動を始める際に、表示部３５に表示される指示にしたがって操作部３４を操作し、これに基づいて制御部３２は、この時点における対象者の位置を、移動を始める前の初期位置としての原点座標に設定する。
移動が開始されると、加速度センサ２１による検知出力のデータが順次送信部２３から送信され、受信部３１で受信されたデータは制御部３２を経て演算部３３に与えられる。
【００２７】
演算部３３では、加速度算出部３６によって、加速度センサ２１による検知出力のうち、靴２０の前後方向に沿った検知軸における検知出力と、幅方向に沿った検知軸における検知出力との自乗和が算出され、これに基づいて対象者の進行方向の加速度が順次算出される（図４のステップＳ１）。
【００２８】
また、加速度算出部３６では、現在の加速度と、その直前に算出した加速度とが順次比較され、加速度が減少する期間において極小値（図３（Ａ）のボトム値Ｐ１）が決定される。そして、ボトム値Ｐ１の検出時から所定時間後に第１期間Ｔ１が開始し、さらに、第１期間Ｔ１終了後に、それにつづく所定長さの第２期間Ｔ２を開始する。加速度算出部３６から進行速度算出部３７へ出力されるデータには、算出した加速度と、その加速度が検出された期間の情報とが含まれる。
【００２９】
上記ステップＳ１で算出された加速度は進行速度算出部３７へ出力され、進行速度算出部３７では、加速度を積算することによって進行速度が算出される（ステップＳ２）。ここで、第２期間Ｔ２における進行速度は、第２期間Ｔ２における、進行方向の加速度から積算するのではなく、第１期間Ｔ１の進行速度から、最小自乗法その他の近似法によって算出される。図３（Ｂ）に示す例のように、第１期間Ｔ１の進行速度Ｖｍ、すなわち対象者の足が着地に近づいている期間の進行速度はほぼ直線状に変化するため、これに対して最小自乗法を適用すると、第１期間Ｔ１につづく第２期間Ｔ２における進行速度Ｖｐを一次関数で外挿することが可能となる。
【００３０】
図３（Ａ）に示すように、上記変動期間Ｔ３における線Ａｘ、Ａｙ、Ａｚは、足の着地にともなう衝撃によって大きく変動するため、このときの加速度センサ２１の検知出力に基づいて進行速度を正確に算出することは困難である。これに対して、上述のように、第１期間Ｔ１の進行速度から第２期間Ｔ２の進行速度を近似計算すると、着地の衝撃の影響を受けることなく正確な進行速度を簡便に算出することができる。
【００３１】
上記ステップＳ２において算出された、第２期間Ｔ２の進行速度は加速度算出部３６へ出力され、この進行速度の時間変化を算出（微分）することによって、第２期間Ｔ２における、進行方向の加速度が算出される。算出された加速度と、これに対応する時刻との組み合わせは接地時刻算出部３８へ出力され、接地時刻算出部３８では、進行方向の加速度の極性が変化する時刻が算出され、この時刻が対象者の足の接地時刻に設定される（ステップＳ３）。進行方向の加速度の極性が変化する時刻は、負の値をとっていた加速度がゼロになった時刻（ゼロクロス時刻）である。なお、加速度の極性が変化する時刻としては、ゼロクロス時刻のほか、進行方向の加速度の増減率が所定値以下となってほぼ一定と見なせるようになった時刻、増加から減少に転じた時刻とすることもできる。
【００３２】
加速度算出部３６、進行速度算出部３７、及び、接地時刻算出部３８における算出結果は補正部３９へ与えられる。補正部３９においては、接地時刻における進行速度がゼロとなるように、進行方向の加速度を補正する（ステップＳ４）。
【００３３】
具体的には次のとおりである。まず、上記ステップＳ３で算出された接地時刻における進行速度がゼロとなるように、各時間の進行速度を一律にシフトする。すなわち、進行速度を増減させるオフセット値を設定し、このオフセット値分だけ、各時間の進行速度の値を増減させる。なお、進行速度のシフトは、少なくとも第２期間Ｔ２の進行速度について行うことが好ましく、さらに好ましくは全期間について行う。
【００３４】
つづいて、補正部３９において、シフトされた進行速度の時間変化を算出することによって進行方向の加速度を算出する。この加速度は、シフトされた進行速度に基づいて算出しているため、接地時刻における進行速度がゼロとなるように補正された加速度となる。
【００３５】
上記ステップＳ４で算出された、進行方向の加速度に基づいて対象者の移動情報を算出する（ステップＳ５）。例えば、進行方向の加速度を２回積分することにより、対象者の移動距離を算出することができる。また、連続する２つの接地時刻における、進行方向の加速度に基づいて対象者の歩幅を算出することができる。さらに、加速度センサ２１からの検知出力のうち、靴２０の前後方向と幅方向に対応する検知軸についての検知結果のベクトル和から、各時間における進行方向が算出でき、これを追跡することによって移動経路を特定することができる。
【００３６】
以上のように算出した、接地時刻、移動距離、歩幅、移動経路、その他の移動情報においては、上記ステップＳ２における近似計算によって着地時の衝撃の影響を抑えることができ、また、上記ステップＳ４における補正によって、着地時に限らずに加速度センサ２１からの検知出力に含まれるノイズを小さくすることが可能となり、よって、移動情報の測定精度を高めることができる。
【００３７】
以下に変形例について説明する。
接地時刻の算出は、圧電センサを用いて行うこともできる。圧電センサは、靴２０のかかと部分２０ｈに設けるとよい。圧電センサは、例えば、その厚み方向の変位を検知する圧電素子であり、衝撃センサとして重力方向において加わる力の変化を検知するように、厚み方向が靴２０の上下方向に対応するように配置される。一般に、歩行している者は地面に対してかかとから接地する。したがって、対象者が、かかとから足を地面に接地すると、その衝撃によって靴２０のかかと部分２０ｈに設けた圧電センサにかかる重力方向の力が急激に増加する。このため、圧電センサは、靴２０が地面に接したこと、すなわち足が接地したことを検知することができる。圧電センサによる検知結果は処理部２２に出力され、処理部２２では、靴２０が接地して圧電センサからの検知出力が急増したタイミング、すなわち接地時刻が測定される。この接地時刻は送信部２３から逐次送信され、外部装置３０の受信部３１で受信される。
【００３８】
また、角速度センサをさらに備えるとよい。角速度センサは、例えば、靴２０のかかと部分２０ｈに設ける。この角速度センサは、例えば、ＭＥＭＳ素子で構成された振動型ジャイロセンサであり、振動体の質量と、振動体の速度及びコリオリ力から角速度が求められる。角速度センサによる検知結果は処理部２２に出力される。処理部２２では、角速度センサからの検知出力のタイミングが測定され、角速度センサによる検知出力とそのタイミングは、送信部２３から逐次送信され、これらのデータは外部装置３０の受信部３１で受信され、その受信出力が制御部３２を経て演算部３３へ与えられる。演算部３３では、角速度センサによる検知された角速度に基づいて、靴２０の移動方向が算出される。
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明に係る移動測定装置は、電波環境にかかわらずに対象者の歩幅その他の移動情報を測定でき、さらに、加速度センサの検知結果に含まれるノイズを抑えることができる点で有用である。
【符号の説明】
【００４０】
１０    移動測定装置
２０    靴
２０ｈ  かかと部分
２１    加速度センサ
２２    処理部
２３    送信部
３０    外部装置
３１    受信部
３２    制御部
３３    演算部
３４    操作部
３５    表示部
３６    加速度算出部
３７    進行速度算出部
３８    接地時刻算出部
３９    補正部
Ｐ１    ボトム値
Ｐ２    ゼロクロス値
Ｔ１    第１期間
Ｔ２    第２期間
Ｔ３    変動期間
Ｖｍ    第１期間の進行速度
Ｖｐ    第２期間の進行速度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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