(57)【要約】  本発明は、物理測定に用いられる測定装置に関し、特に、動いている人の前進を測定するための方法および装置に関する。本発明の解決法において、動いている人の前進を示す量は、加速センサで測定される体の垂直加速値、および、測定された時間に基づいて計算することができる。本発明は、動いている人の前進を測定するため、様々な種類の移動の方法における多くの測定法に適用可能である従来の解決法よりも良くかつ単純な解決法を提供する意図を有する。【選択図】図１
2010533287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速センサによって測定される体の垂直加速の値と、測定された時間とに基づいて、動いている人の前進を示す以下の量のうちの少なくとも１つ、速度、ステップレート、歩数、歩幅、距離、および、前進の方法が計算されることにおいて特徴付けられる、動いている人の前進を測定する方法。
【請求項２】
陽の半周期、すなわち加速段階の間に入るステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘと、対応して、陰の半周期、すなわち制動段階の間に入る対応する前記ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎとが、体の垂直加速の測定値に基づいて定められることにおいて特徴付けられる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘが前記ステップ・サイクル別の測定された加速値の最大値として得られ、前記ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎが前記ステップ・サイクル別の測定された加速値の最小値として得られることにおいて特徴付けられる、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘが類推によってフィルタをかけられた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの最大値として得られ、前記ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎが類推によってフィルタをかけられた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの最小値として得られることにおいて特徴付けられる、請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘがデジタルフィルタリングされた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの最大値として得られ、前記ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎがデジタルフィルタリングされた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの最小値として得られることにおいて特徴付けられる、請求項２記載の方法。
【請求項６】
前記ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘが前記陽の半周期の間、時間と共に選択される前記デジタルフィルタリングされた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの平均値として得られ、前記ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎが前記陰の半周期の間、時間と共に選択される前記デジタルフィルタリングされた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの平均値として得られることにおいて特徴付けられる、請求項２記載の方法。
【請求項７】
前記デジタル・フィルタリングにおいて用いられる関数は、αｏｕｔ＝αｉｎ／√［１＋（ｆ／ｆ０）２］であり、ここでｆは周波数であり、ｆ０は最適に選択された境界周波数であることにおいて特徴付けられる、請求項５または６記載の方法。
【請求項８】
前記ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘがデジタル加重でフィルタをかけられた前記加速センサからの各々のステップ・サイクルの信号αｉｎの最大値として得られ、
前記ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎがデジタル加重でフィルタをかけられた前記加速センサからの各々のステップ・サイクルの信号αｉｎの最小値として得られることにおいて特徴付けられる、請求項２記載の方法。
【請求項９】
前記ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘが前記陽の半周期の間、時間と共に選択されるデジタル加重でフィルタをかけられた前記加速センサからの各々のステップ・サイクルの信号αｉｎの平均値として得られ、前記ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎが前記陰の半周期の間、時間と共に選択されるデジタル加重でフィルタをかけられた前記加速センサからの各々のステップ・サイクルの信号αｉｎの平均値として得られることにおいて特徴付けられる、請求項２記載の方法。
【請求項１０】
前記デジタル加重フィルタリングにおいて用いられる関数は、
αｏｕｔ（ｎ）＝（１−ｋ）＊αｏｕｔ（ｎ−１）＋αｉｎ＊ｋ，であり、ここでｎは、ｎ番目のサンプルを示し、ｋは加重要素であることにおいて特徴付けられる、請求項８または９記載の方法。
【請求項１１】
前記速度ｖは、前記垂直な加速の前記特徴的な最大加速値αｍａｘに基づいて、
2010533287.tif 000006
のように計算され、ここで、ｇは引力によって生じる加速であり、ｆｒｅｆは基準周波数であり、前記特徴的な最大加速αｍａｘは最適に選択された境界頻度ｆ０でフィルタをかけられた垂直加速の最大値であることにおいて特徴付けられる、請求項２から１０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１２】
前記速度ｖが、前記垂直加速の前記特徴的な最小加速αｍｉｎに基づいて、
ｖ≒ｋ・√｜αｍｉｎ｜
のように計算されることにおいて特徴付けられる、請求項２から１０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１３】
前記動いている人の前進を示す量を計算する際、１つのステップのために使われる時間Ｔｓｔｅｐが、前記垂直加速の測定値から導き出される加速グラフでの最大、最小または一定の値を上回るまたは下回る位置のような２つの同等の位置間の時間間隔として得られることにおいて特徴付けられる、請求項１から１２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１４】
前記歩幅Ｓｓｔｅｐは、次の公式ｓｓｔｅｐ＝ｖ＊Ｔｓｔｅｐを用いて計算されることにおいて特徴付けられる、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記ステップレートｆｓｔｅｐは、次の公式ｆｓｔｅｐ＝１／Ｔｓｔｅｐを用いて計算されることにおいて特徴付けられる、請求項１３または１４記載の方法。
【請求項１６】
前記歩数ｎが、垂直加速の前記測定値によって与えられる前記加速グラフ上の最大、最小または一定の値を上回るまたは下回る位置と同等の位置の数ｎに基づいて計算されることにおいて特徴付けられる、請求項１３、１４または１５記載の方法。
【請求項１７】
前記距離カバーされたｓは、前記歩幅の合計として、次のように
ｎ
ｓ＝  Σｓｓｔｅｐ（ｉ）
ｉ＝１
計算されることにおいて特徴付けられる、請求項１３から１６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１８】
前記方法が、加速最大値および最小値と、前記特徴的な最大および最小加速値αｍａｘおよびαｍｉｎと、および／または、前記ステップレートとに基づいて、ウォーキング、ランニング、および、スキーのような前進の方法を区別することにおいて特徴付けられる、請求項１から１７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１９】
前記方法が、ランニング、ウォーキング、ポールウォーキング、クロスカントリー・スキーのように各々の前進方法のために個々に較正することにおいて特徴付けられる、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記方法は、段階的なナビゲーションに用いられるように適応することにおいて特徴付けられる、請求項１から１９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２１】
前記動いている人の前進を示す以下の量のうちの少なくとも１つ、速度、ステップレート、歩数、歩幅、距離、および、移動の方法が、加速センサで測定される体の垂直加速の値と、前記測定時間とに基づいて計算されるように最小加速および時間を測定するために適応することにおいて特徴付けられる、動いている人の前進を測定するための装置。
【請求項２２】
前記装置が、前記陽の半周期、すなわち加速段階の間に入るステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘと、対応して、前記陰の半周期、すなわち制動段階の間に入る対応する前記ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎとが、前記体の垂直加速の測定値に基づいて定められるように適応することにおいて特徴付けられる、請求項２１に記載の動いている人の前進を測定するための装置。
【請求項２３】
前記ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘが前記ステップ・サイクル別の測定された加速値の最大値として決定され、前記ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎが前記ステップ・サイクル別の測定された加速値の最小値として決定されるように適応することにおいて特徴付けられる、請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
前記ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘが類推によってフィルタをかけられた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの最大値として決定され、前記ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎが類推によってフィルタをかけられた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの最小値として決定されるように適応することにおいて特徴付けられる、請求項２２記載の装置。
【請求項２５】
前記ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘがデジタルフィルタリングされた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの最大値として決定され、前記ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎがデジタルフィルタリングされた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの最小値として決定されるように適応することにおいて特徴付けられる、請求項２２記載の装置。
【請求項２６】
前記ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘが前記陽の半周期の間、時間と共に選択される前記デジタルフィルタリングされた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの平均値として決定され、前記ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎが前記陰の半周期の間、時間と共に選択される前記デジタルフィルタリングされた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの平均値として決定されるように適応することにおいて特徴付けられる、請求項２２記載の装置。
【請求項２７】
前記装置が、前記デジタル・フィルタリングにおいて、関数αｏｕｔ＝αｉｎ／√［１＋（ｆ／ｆ０）２］において用いられるように適応され、ここでｆは周波数であり、ｆ０は最適に選択された境界周波数であることにおいて特徴付けられる、請求項２５または２６記載の装置。
【請求項２８】
前記ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘがデジタル加重でフィルタをかけられた前記加速センサからの各々のステップ・サイクルの信号αｉｎの最大値として決定され、前記ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎがデジタル加重でフィルタをかけられた前記加速センサからの各々のステップ・サイクルの信号αｉｎの最小値として決定されることにおいて特徴付けられる、請求項２２記載の装置。
【請求項２９】
前記ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘが前記陽の半周期の間、時間と共に選択されるデジタル加重でフィルタをかけられた前記加速センサからの各々のステップ・サイクルの信号αｉｎの平均値として決定され、前記ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎが前記陰の半周期の間、時間と共に選択されるデジタル加重でフィルタをかけられた前記加速センサからの各々のステップ・サイクルの信号αｉｎの平均値として決定されることにおいて特徴付けられる、請求項２２記載の装置。
【請求項３０】
前記装置が、前記デジタル加重フィルタリングにおいて、関数：
αｏｕｔ（ｎ）＝（１−ｋ）＊αｏｕｔ（ｎ−１）＋αｉｎ＊ｋで用いられるように適用され、ここでｎは、ｎ番目のサンプルを示し、ｋは加重要素であることにおいて特徴付けられる、請求項２８または２９記載の装置。
【請求項３１】
前記装置が、前記速度ｖを前記垂直な加速の前記特徴的な最大加速値αｍａｘに基づいて、
2010533287.tif 000007
のように計算するように適応され、ここで、ｇは引力によって生じる加速であり、ｆｒｅｆは基準周波数であり、前記特徴的な最大加速αｍａｘは最適に選択された境界頻度ｆ０でフィルタをかけられた前記垂直加速の最大値であることにおいて特徴付けられる、請求項２２から３０のいずれか１つに記載の装置。
【請求項３２】
前記装置が、前記速度ｖを前記垂直加速の前記特徴的な最小加速αｍｉｎに基づいて、
ｖ≒ｋ・√｜αｍｉｎ｜のように計算すれるように適応されることにおいて特徴付けられる、請求項２２から３０のいずれか１つに記載の装置。
【請求項３３】
前記装置が、前記動いている人の前進を示す量を計算する際、１つのステップのために使われる時間Ｔｓｔｅｐを前記垂直加速の測定値から導き出される加速グラフでの最大、最小または一定の値を上回るまたは下回る位置のような２つの同等の位置間の時間間隔として決定するように適応されることにおいて特徴付けられる、請求項２１から３２のいずれか１つに記載の装置。
【請求項３４】
前記装置が、前記歩幅Ｓｓｔｅｐを次の公式ｓｓｔｅｐ＝ｖ＊Ｔｓｔｅｐを用いて計算するように適応されることにおいて特徴付けられる、請求項３３記載の装置。
【請求項３５】
前記装置が、前記ステップレートｆｓｔｅｐを次の公式ｆｓｔｅｐ＝１／Ｔｓｔｅｐを用いて計算するように適応されることにおいて特徴付けられる、請求項３３または３４記載の装置。
【請求項３６】
前記装置が、前記歩数ｎを垂直加速の前記測定値によって与えられる前記加速グラフ上の最大、最小または一定の値を上回るまたは下回る位置と同等の位置の数ｎに基づいて計算するように適応されることにおいて特徴付けられる、請求項３３、３４または３５記載の装置。
【請求項３７】
前記装置が、前記距離カバーされたｓを前記歩幅の合計として、次のように
ｎ
ｓ＝  Σｓｓｔｅｐ（ｉ）．
ｉ＝１
計算するように適応されることにおいて特徴付けられる、請求項２８または２９記載の装置。
【請求項３８】
前記装置が、加速最大値および最小値と、前記特徴的な最大および最小加速値αｍａｘおよびαｍｉｎと、および／または、前記ステップレートとに基づいて、ウォーキング、ランニング、および、スキーのような前進の方法を区別するように適応されることにおいて特徴付けられる、請求項２１から３７のいずれか１つに記載の装置。
【請求項３９】
前記装置が、ランニング、ウォーキング、ポールウォーキング、クロスカントリー・スキーのように各々の前進方法のために個々に較正するように適応されることにおいて特徴付けられる、請求項３８記載の装置。
【請求項４０】
前記装置が、段階的なナビゲーションに用いられるように適応されることにおいて特徴付けられる、請求項２１から３９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項４１】
前記装置が、高度計、衛星ナビゲーション装置および／または磁力計と協働するように適応されることにおいて特徴付けられる、請求項４０記載の装置。
【請求項４２】
前記装置は、マップ・データベースのデータおよび／または地形傾きデータを受信および／または利用するために適応されことにおいて特徴付けられる、請求項４０または４１記載の装置。
【請求項４３】
前記装置が、前記動いている人の前進を測定するための請求項２１から４２のいずれか１つに記載の装置を含むことにおいて特徴付けられる、動いている人の体の中央に置かれる装置。
【請求項４４】
前記動いている人の体の中央で配置される前記装置が、衣類、帽子、首、ポケット、または、前記動いている人のベルトに置かれることにおいて特徴付けられる、請求項４３記載の装置。
【請求項４５】
前記動いている人のためのディスプレイ・ユニットであって、前記動いている人のためのディスプレイ・ユニットが、動いている人の前進を測定する請求項２１から４２のいずれか１つに記載の装置と協働するように適応されることにおいて特徴付けられる、動いている人のためのディスプレイ・ユニット。
【請求項４６】
前記動いている人の前進を測定するためのシステムであって、前記システムが動いている人の前進を測定するための請求項２１から４２のいずれか１つに記載の装置を含み、この装置および前記動いている人のためのディスプレイ・ユニットと協働するように適応されることにおいて特徴付けられる、動いている人の前進を測定するためのシステム。
【請求項４７】
前記動いている人の前進を測定するための前記装置と、前記動いている人のための前記ディスプレイ・ユニットとが、１つの装置において一体化されることにおいて特徴付けられる、請求項４６記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は物理的測定に用いられる測定装置に関し、特に動いている人の前進を測定するための方法および装置に関するものである。本発明は、動いている人の前進を測定するため、従来のものよりも良くかつ単純な解決法を提供することを意図し、その解決法は異なる種類の移動における多くの方法に適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
例えば加速度または角速度センサ（慣性ナビゲーション）のような慣性センサに基づいてナビゲーションを実行する際にセンサ信号が統合される場合、統合時間が極端に長引かないことが重要であり、したがって、センサにおけるエラーを測定することによって生じる位置または方向におけるエラーを極端に増やす。それを防ぐため、多くの場合、動作を十分簡潔な周期的な反復性サイクルに分けることが目的になる。その方法は、段階的ナビゲーションと呼ばれている。運動コーチおよび競技やフィットネス運動、および、他のアウトドア活動において、例えば、歩幅と同様に、移動の速度、カバーされた距離、方向、ステップレート（歩調）およびステップ時間が測定されるそのような段階的なナビゲーションは重要である。移動の方法は、周期的動作が存在する例えば、ランニング、ウオ−キング、ポール・ウオ−キング、競歩、クロスカントリー・スキー、ダウンヒル・スポーツ、ローラー・スキー、ローラー・スケート、スケート等であってもよい。
【０００３】
慣性ナビゲーションは単独で運用可能である。または、衛星位置決めエラー状況の診断用の特に衛星信号が弱い範囲の領域において衛星ナビゲーションの精度を改良するため、または、衛星信号の受信の間の間隔を増やすことによって衛星ナビゲーションの動力消費量を減らすため、衛星ナビゲーションと組み合わせて使われることができる。
【０００４】
従来技術において、加速度センサを用いてカバーされる距離を測定することを意図するいくつかの解決法が存在する。例えば慣性ナビゲーションにおいて、カバーされる距離を測定するため、多くの場合加速度センサが使われる。加速度センサによって、足の接触時間、すなわち足が地面に接触する時間を測定することができる。例えば特許文献１は、従来技術に従ったそのような解決法を開示する。この特許に記載された方法では高速でのランニングには良い結果をもたらすが、地面を離れる場合の検出が難しいゆっくりとした速度のランニングにもウォーキングにも強くはない。
【０００５】
加速度センサは、単に歩数を計数し、歩数に基づいた距離、および、歩調に基づいた速度を推定する単純なスイッチ等であってもよい。これらの装置は、歩数計と呼ばれている。
【０００６】
従来技術による幾分進歩したシステムにおける解決法として、歩行者の実際の動作は、加速度センサによって足で測定されることができる。従来技術によるそのような解決法は、例えば特許文献２ないし４において開示される。
【０００７】
上述した特許公報において、多数の加速度センサおよび角運動センサからの測定信号は組み合わせられ、歩数計または接触時間測定値のものに比べ、精度の大幅な改善が達成される。しかしながら、従来技術によるこれらの解決法において、システムのサイズ、そのコストおよび動力消費量に現れるアルゴリズムの複雑さと同様に、地軸の傾きおよびその変動による地球の重力によって生じる誤差を補正するため、角運動センサと同様に多数のセンサ、線形加速度センサが必要であることが欠点である。
【０００８】
上記の測定システムを単純するため、地上で足が静止した一定期間の情報が利用され、したがって、自動的にリセットすることにより精度を改良することが目的であるように加速度センサを使用する従来技術による解決法が開示された。そのような技術での従来技術による解決法は、例えば特許文献５において開示される。しかしながら、その特許公報に記載されている方法は、動作の間に傾きが変わる場合の不正確さが欠点である。この場合、同様に計算も複雑であり、動力およびプログラム記憶容量を必要とする。
【０００９】
動作を検出し、動きの継続期間を測定するための従来技術による解決法は、加速度センサに基づいた開示された方法である。例えばそのような従来技術の解決法は、特許文献６において開示される。
【００１０】
従来技術によるさらなる解決法は、例えば、特許文献７および特許文献８においてアスリートの動きを測定する一般的な装置で開示される。
【００１１】
文献において、段階的なナビゲーションの従来技術によるいくつかの解決法が開示された。単純性を組み合わせて、すべてのこれらの周知の解決法において、低コスト、小さいサイズ、低い動力消費量、および、精度は問題である。示された解決法の主要なエラーの原因は、角度が変わるための測定信号への引力の結合、足と地面との接触の明白な検出、および、地面の接触での足のすべりであり、それによって、加速度信号および速度信号は、ゆがめられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許公報第４，５７８，７６９号
【特許文献２】米国特許出願２００２／００４０６０１号
【特許文献３】米国特許公報第５，９５５，６６７号
【特許文献４】カナダ特許公報第２，２１８，２４２号
【特許文献５】米国特許第６，３５６，８５６号
【特許文献６】米国特許公報第６，２９８，３１４号
【特許文献７】米国特許公報第７，０９２，８４６号
【特許文献８】国際出願公開ＷＯ００／２０８７４号
【発明の概要】
【００１３】
本発明の目的は、動いている人の前進を測定するための改良された方法および装置である。本発明による方法および装置によって、精度は上に示された最高の方法のそれに等しいが、傾き補正なしで１つの加速度センサを用いて複雑さがかなり減少した解決法で達成される。本発明のセンサの解決法は、異なる種類の移動を測定する多くの解決法に適用することができる。
【００１４】
本発明の第１の態様によれば、動いている人の前進を示す以下の量の少なくとも１つ、すなわち速度、ステップレート、歩数、歩幅、距離、および、移動の方法が、加速度センサにより測定される体の垂直加速度値に基づいて、および、測定時間に基づいて計算されるように、動いている人の前進を測定する方法が提供される。好ましくは、陽の半周期、すなわち加速段階の間に入るステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘ、および、対応して陰の半周期、すなわち制動段階の間に入るステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎは、体の垂直加速度の測定値に基づいて定められる。
【００１５】
好ましくは、ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速値αｍａｘは、ステップ・サイクル別の測定された加速値の最大値として得られ、特徴的な最小加速値αｍｉｎは、ステップ・サイクル別の測定された加速値の最小値として得られる。
【００１６】
あるいは、ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘは、類推によってフィルタをかけられた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの最大値として得られ、特徴的な最小加速αｍｉｎは、類推によってフィルタをかけられた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの最小値として得られる。
【００１７】
さらに代わりに、ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘは、デジタルフィルタリングされた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの最大値として得られ、特徴的な最小加速αｍｉｎは、デジタルフィルタリングされた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの最小値として得られる。
【００１８】
さらに代わりに、ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘは、陽の半周期の間に時間と共に選択されるデジタルフィルタリングされた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの平均値として得られ、ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎは、陰の半周期の間に時間と共に選択されるデジタルフィルタリングされた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの平均値として得られる。さらに好ましくは、デジタル・フィルタリングにおいて使用される関数は、
αｏｕｔ＝αｉｎ／√［１＋（ｆ／ｆ０）２］である。
ここでｆは周波数であり、ｆ０は適切に選択された境界周波数である。
【００１９】
さらに代わりに、ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘは、デジタル加重でフィルタをかけられた加速センサからの信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの最大値として得られ、および、特徴的な最小加速αｍｉｎは、デジタル加重でフィルタをかけられた加速センサからの信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの最小値として得られる。
【００２０】
さらに代わりに、ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘは、陽の半周期の間時間と共に選択されるデジタル加重でフィルタをかけられた加速センサからの信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの平均値として得られ、特徴的な最小加速αｍｉｎは、陰の半周期の間時間と共に選択されるデジタル加重でフィルタをかけられた加速センサからの信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの平均値として得られる。
【００２１】
好ましくは、デジタル加重フィルタリングにおいて使用される関数は、
αｏｕｔ（ｎ）＝（１−ｋ）＊αｏｕｔ（ｎ−１）＋αｉｎ＊ｋである。
ここでｎは、ｎ番目のサンプルを示し、ｋは加重要素である。
【００２２】
好ましくは、速度ｖは、垂直加速の特徴的な最大加速αｍａｘに基づいて次のように計算される。
2010533287.tif 000003
【００２３】
ここでｇは引力によって生じる加速であり、ｆｒｅｆは基準周波数であり、特徴的な最大加速αｍａｘは、最適に選択された境界周波数ｆ０でフィルタをかけられた垂直加速の最大値である。あるいは、速度ｖは、次のように垂直加速の特徴的な最小加速αｍｉｎに基づいて計算される。
【００２４】
ｖ≒ｋ・√｜αｍｉｎ｜
【００２５】
好ましくは、動いている人の前進を示す量を計算する際、１つのステップのために使われる時間Ｔｓｔｅｐは、垂直加速の測定された値から導き出される加速グラフ上での最大、最小または一定の値を上回るまたは下回る位置のような２つの同等の位置間の時間間隔として得られる。
【００２６】
好ましくは、歩幅ｓｓｔｅｐは、次の公式を用いて計算される。
ｓｓｔｅｐ＝ｖ＊Ｔｓｔｅｐ
【００２７】
好ましくは、ステップレートｆｓｔｅｐは、次の公式を用いて計算される。
ｆｓｔｅｐ＝１／・Ｔｓｔｅｐ
【００２８】
さらに好ましくは、歩数ｎは、垂直加速の測定された値により与えられた加速グラフ上での最大、最小または一定の値を上回るまたは下回る位置のような同等の位置の数ｎに基づいて計算される。
【００２９】
さらに好ましくは、カバーされた距離ｓは、歩幅の合計として計算される。
ｎ
ｓ＝  Σｓｓｔｅｐ（ｉ）  
ｉ＝１
【００３０】
好ましくは、本発明の方法は、加速の最大値および最小値、特徴的な最大および最小加速値αｍａｘおよびαｍｉｎ、および／または、ステップレートに基づいて、ウォーキング、ランニング、およびスキーのような前進の方法を区別する。好ましくは、方法は、ランニング、ウォーキング、ポールウォーキング、または、クロスカントリー・スキーのような各々の前進方法に個々の較正を作成する。好ましくは、方法は、段階的なナビゲーションに用いられるように構成される。
【００３１】
本発明の第２の態様によれば、動いている人の前進を測定するために装置が提供され、その装置は、動いている人の前進を示す以下のうちの少なくとも１つ、速度、ステップレート、歩数、歩幅、距離、および、前進の方法が、加速センサで測定される体の垂直加速の値に基づいて、および、測定された時間に基づいて計算されるように、最小加速および時間を測定するのに適している。
【００３２】
好ましくは、装置は、陽の半周期、すなわち加速段階の間に入るステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘを決定するのに適していて、対応して、体の垂直加速の測定値に基づいて、陰の半周期、すなわち制動段階の間に入るステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎを決定するのに適している。
【００３３】
好ましくは、装置は、ステップ・サイクル別の測定された加速値の最大値としてステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘを決定するのに適していて、ステップ・サイクル別の測定された加速値の最小値としてステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎを決定するのに適している。
【００３４】
あるいは、装置は、類推によってフィルタをかけられた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの最大値としてステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘ、および、類推によってフィルタをかけられた加速センサの各々のステップ・サイクルの最小値として特徴的な最小加速αｍｉｎを決定するのに適している。
【００３５】
さらにあるいは、装置は、デジタルフィルタリングされた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの最大値としてステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘ、および、デジタルフィルタリングされた加速センサの各々のステップ・サイクルの最小値として特徴的な最小加速αｍｉｎを決定するのに適している。
【００３６】
さらに代わりに、装置は、陽の半周期の間時間と共に選択されるデジタルフィルタリングされた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの平均値としてステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘ、および、陰の半周期の間時間と共に選択されるデジタルフィルタリングされた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの平均値として特徴的な最小加速αｍｉｎを決定するのに適している。さらに好ましくは、装置はデジタル・フィルタリング関数αｏｕｔ＝αｉｎ／√［１＋（ｆ／ｆ０）２］で使用されるのに適している。ここでｆは周波数であり、ｆ０は最適に選択された境界周波数である。
【００３７】
さらに代わりに、装置は、デジタル加重によってフィルタをかけられる加速センサからの信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの最大値としてステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘ、および、デジタル加重によってフィルタをかけられる加速センサからの信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの最小値として特徴的な最小加速αｍｉｎを決定するのに適している。
【００３８】
さらに代わりに、装置は、陽の半周期の間時間と共に選ばれたデジタル加重でフィルタをかけられた加速センサからの信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの平均値としてステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘ、および、陰の半周期の間時間と共に選ばれたデジタル加重でフィルタをかけられた加速センサからの信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの平均値として特徴的な最小加速αｍｉｎを決定するのに適している。さらに好ましくは、装置は関数：αｏｕｔ（ｎ）＝（１−ｋ）＊αｏｕｔ（ｎ−１）＋αｉｎ＊ｋを使用するためにデジタル加重フィルタリングにおいて適応され、ここでｎは、ｎ番目のサンプルを示し、ｋは加重要素である。
【００３９】
好ましくは、装置は、次のように垂直加速の特徴的な最大加速αｍａｘに基づいて、速度ｖを計算するのに適している。
2010533287.tif 000004
【００４０】
ここでｇは引力によって生じる加速であり、ｆｒｅｆは基準周波数であり、特徴的な最大加速αｍａｘは、最適に選択された境界周波数ｆ０でフィルタをかけられた垂直加速の最大値である。あるいは、装置は、次のように垂直加速の特徴的な最小加速αｍｉｎに基づいて、速度ｖを計算するのに適している。
ｖ≒ｋ・√｜αｍｉｎ｜
【００４１】
好ましくは、装置は、動いている人の前進を示す量を計算する際、垂直加速の測定値から導き出される加速グラフ上の最大、最小または一定の値を上回るまたは下回る位置のような２つの同等な位置間の時間間隔として１つのステップで使われる時間Ｔｓｔｅｐを決定するために適応される。
【００４２】
好ましくは、装置は次の公式を用いて歩幅ｓｓｔｅｐを計算するように適応される。
ｓｓｔｅｐ＝ｖ＊Ｔｓｔｅｐ
【００４３】
好ましくは、装置は次の公式を用いてステップレートｆｓｔｅｐを計算するように適応される。
ｆｓｔｅｐ＝１／・Ｔｓｔｅｐ
【００４４】
さらに好ましくは、装置は、垂直加速の測定された値により与えられた加速グラフ上での最大、最小または一定の値を上回るまたは下回る位置のような同等の位置の数ｎに基づいて歩数ｎを計算するように適応される。
【００４５】
さらに好ましくは、装置は、歩幅の合計としてカバーされた距離ｓを計算するように適応される。
【００４６】
ｎ
ｓ＝  Σｓｓｔｅｐ（ｉ）
ｉ＝１
【００４７】
好ましくは、装置は、加速の最大値および最小値、特徴的な最大および最小加速値αｍａｘおよびαｍｉｎ、および／または、ステップレートに基づいて、ウォーキング、ランニング、およびスキーのような前進の方法を区別するように適応される。
【００４８】
好ましくは、装置は、ランニング、ウォーキング、ポールウォーキング、または、クロスカントリー・スキーのような各々の前進方法に個々の較正を作成するように適応される。
【００４９】
好ましくは、装置は、段階的なナビゲーションに用いられるように適応される。さらに好ましくは、装置は、高度計、衛星ナビゲーション装置および／または磁力計と協働するように適応される。さらに好ましくは、装置は、マップ・データベース・データおよび／または地形傾きデータを受信および／または利用するために適応される。
【００５０】
本発明の第３の態様によれば、動いている人の体の中央に置かれる装置は、その装置が上記の通りに動いている人の前進を測定する装置を含むように提供される。好ましくは、動いている人の体の中央に置かれる装置は、動いている人の衣類、帽子、首、ポケットまたはベルトにおいて配置される。
【００５１】
本発明の第４の態様によれば、動いている人のためのディスプレイ・ユニットは、動いている人のためのディスプレイ・ユニットが上記の通りに装置と協働して動いている人の前進を測定するために適応するように提供される。
【００５２】
本発明の第５の態様によれば、動いている人の前進を測定するためのシステムは、システムは上記の通りに動いている人の前進を測定するための装置を含み、この装置および動いている人のためのディスプレイ・ユニットと協働するために適応するように提供される。好ましくは、動いている人の前進を測定するための前記装置と、動いている人のための前記ディスプレイ・ユニットとは、１つの装置において一体化される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
下記に、本発明およびその好ましい実施態様は、同封した図の例示的な参照によって詳述される。そこで、
【図１】図１は、本発明の測定装置の線図を示す。
【図２】図２は、本発明の測定装置の図を示す。
【図３】図３は、本発明の測定装置の変形例の図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
図１は、本発明の測定装置の線図を示す。装置は、測定ユニット１、記憶ユニット２、および、ディスプレイ・ユニット３から構成することができる。これらは、無線または有線の連結を用いて互いに通信する。いくつかのユニットまたはその全部は、同じケースまたはユニットにおいて一体化することができる。測定ユニットは、例えば、中央に近い人体の近くに取り付けられる。測定ユニットは典型的に、例えば衣類、帽子、首、ポケットのような、動いている人の衣服、または、中央近く、すなわち体の重心の近くの例えばベルトに配置される。ディスプレイ・ユニットは典型的に、明らかに目に見える位置において置かれる。それは例えば測定および保管ユニットにおいて一体化される、または、別々であることもできる。それはまた、腕時計、衛星ナビゲータ、移動端末、ラジオ受信機、プレーヤ等の一部であってもよい。測定装置のためのいかなる較正データも、１つのユニットまたはいくつかのユニットにおいて格納される。
【００５５】
図２は、本発明の測定装置の図を示す。測定ユニット１は、１から３つの軸の加速センサ４と、加速データの分析および診断のためのユニット５と、揮発性および不揮発性メモリ６と、通信ユニット７と、例えば電池、アキュムレータ、ハーベスタまたはいくつかの類似した装置のような電源８とを含むことができる。分析ユニットは例えば、マイクロプロセッサまたはＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）に基づいてもよい。メモリは例えば、ユーザ・データ、較正データ、測定データ、および、他のログ・データを格納する。通信ユニットは例えば、転送プロトコル発生器、必要なインタフェース、またはラジオ送信機、レシーバ、および、アンテナを含む。
【００５６】
測定ユニットは、人体の近くに固定されて、例えば中央の近く、すなわち体の重心近くに配置されることができる。測定ユニットは典型的に、例えば衣類、帽子、首、ポケットまたはベルトのように動いている人の衣類に置かれる。
【００５７】
図３は、本発明の他の測定ユニットの図を示す。速度およびカバーされる距離に加えて、移動したルートを知りたい場合、各々のステップまたは時に決定されるコンパス方向のための２または３つの軸の磁力計１１を他の測定ユニットに加えることができる。
【００５８】
本発明の解決法において、周期的動作の前進加速は、１以上の方向において測定されている。各々のステップ・サイクルの間に測定される垂直加速値から、陽の半周期または加速段階の間に起こる特徴的な最大加速αｍａｘおよび、それぞれ、陰の半周期または制動段階の間に起こる特徴的な最小加速αｍｉｎは、決定されている。
【００５９】
特徴的な最大加速αｍａｘ、および特徴的な最小加速αｍｉｎの値として、明らかにゼロとは異なる加速が定められ、それによって、それらが明らかに値αｍａｘおよびαｍｉｎより低いので、加速センサのゼロ点エラー、または、信号測定の傾きによって生じる引力の結合の影響は最小である。
【００６０】
本発明の解決法において、特徴的な最大加速αｍａｘおよび特徴的な最小加速αｍｉｎは例えば、加速センサで測定される生のデータから直接垂直加速値の最大および／または最小として定めることができる。あるいは、本発明の解決法において、値αｍａｘおよびαｍｉｎは、例えば機械的に信号αｉｎを減衰することにより加速センサ信号を類推によりフィルタリングすることによって定めることができる。
【００６１】
さらに代わりに、本発明の解決法において、値αｍａｘおよびαｍｉｎは、加速センサ信号αｉｎを例えばＲＣフィルタによってデジタル的にフィルタをかけることによって定義することができる。この場合、デジタル・フィルタリングにおいて、第１段階のフィルタリングにおいて使用される関数は例えば、αｏｕｔ＝αｉｎ／√［１＋（ｆ／ｆ０）２］であってもよく、ここでｆは周波数であり、ｆ０は−３ｄＢの境界周波数であり、値αｍａｘおよびαｍｉｎは、フィルタをかけられた加速値の最大および／または最小として、このフィルタをかけられた信号に基づいて定めることができる。
【００６２】
さらに代わりに、本発明の解決法において、値αｍａｘおよびαｍｉｎは、デジタル加重によって加速センサ信号αｉｎをフィルタリングすることによって定めることができる。ここで、デジタル加重において使用される関数は例えば、
αｏｕｔ（ｎ）＝（１−ｋ）＊αｏｕｔ（ｎ−１）＋αｉｎ＊ｋであってもよい。ここでｎは、ｎ番目のサンプルを示し、ｋは加重要素である。
【００６３】
さらに代わりに、本発明の解決法において、値αｍａｘおよびαｍｉｎは、陽および／または陰の半周期の間に選択される時間と共に測定された加速値から計算された平均値を用いて定めることができる。
【００６４】
１つのステップＴｓｔｅｐのために使われた時間は、垂直加速の測定された値によって与えられる加速グラフ上の最大、最小または一定の値を上回るまたは下回る位置のような２つの同等の位置間の時間間隔として得られる。ステップの間、地面の接触に費やされる時間Ｔｃは、測定された垂直加速値から導き出される加速グラフのゼロ加速の時間の長さに基づいて得られる。
【００６５】
ランニングにおいて、速度は、接触時間の逆と離れる際に発生する力とに比例することに留意するべきである。体の平均的垂直加速がゼロであるので、
Ｔｃ・αｍａｘ＋（Ｔｓｔｅｐ−Ｔｃ）・αｍｉｎ＝０
移動ｖの速度は、特徴的な最大加速αｍａｘに基づいて得られる。換言すれば、
2010533287.tif 000005
【００６６】
であり、そこで、ｇは引力によって生じる加速であり、ｆｒｅｆは基準周波数であり、特徴的な最大加速αｍａｘは、例えば、境界周波数ｆ０＝６Ｈｚで強くフィルタをかけられる垂直加速の最大値である。ランニングの際、中央または体の他のいくつかの部分の特徴的な最大加速αｍａｘは、前進の速度の良い目安である。
【００６７】
ウォーキングにおいて、速度は、垂直加速の特徴的な最小加速αｍｉｎに基づいて得られる、換言すれば、ｖ≒ｋ・√｜αｍｉｎ｜である。係数kは、ある程度、加速データのフィルタリングの境界周波数に依存する。ウォーキングの際、中央または体の他のいくつかの部分の特徴的な最小加速αｍｉｎは、前進の速度の良い目安である。
【００６８】
本発明の解決法において、歩幅ｓｓｔｅｐは、公式ｓｓｔｅｐ＝ｖ＊Ｔｓｔｅｐを用いて計算することができ、および、対応して、ステップ速度または歩調ｆｓｔｅｐは、公式ｆｓｔｅｐ＝１／Ｔｓｔｅｐを用いて計算することができる。
【００６９】
本発明の解決法において、ランニングおよびウォーキングは、前進のステップレートおよび速度に基づいて互いに区別することができる。低速のランニングで、非線形モデルが使われることができ、ランニングおよびウォーキングは互いに適応することができる。
【００７０】
本発明の解決法において、歩数ｎは、垂直加速の測定値によって与えられる加速グラフ上の最大、最小または一定の値を上回るまたは下回る位置のような同等の位置の数ｎに基づいて計算することができる。さらに、本発明の解決法において、カバーされた距離sは、歩幅の合計として計算することができる。
【００７１】
ｎ
ｓ＝  Σｓｓｔｅｐ（ｉ）
ｉ＝１
【００７２】
本発明の解決法において、１つの軸の単一の加速センサが使われることができ、したがって、上で示された公式の計算の例えばマイクロコントローラによる実施は、単純な作業である。消費製品に十分な精度が達成される手段によって、小さく、低コストかつ低動力センサの解決法がこのことにより可能になる。個々の較正なしで、１キロメートルを上回る距離での相対的なエラーは１０％少ない。
【００７３】
本発明の解決法において、多くの軸の加速センサが、同様に使われることができ、それは例えば、固定した位置でのランニングの診断を可能にする。
【００７４】
本発明の解決法において、２つの軸の磁力計もまた、あらゆる歩幅および方向が得られる手段によって使うことができる。体の傾きが多少一定であるので、傾き補正が同様に存在する。方向および速度の較正は、前後に直線で走ることによって実行されることができる。
【００７５】
本発明の解決法において、値がそれらと比較すると大きい数である特徴的な最大加速αｍａｘおよび特徴的な最小加速αｍｉｎを用いる場合、速度推定は、加速センサのゼロ点エラーから、または、傾きによって生じる計測信号への引力結合から最小の影響を受ける。例えばウォーキング、ランニング、および、スキーのような前進の方法は、特徴的な最大加速αｍａｘおよび特徴的な最小加速αｍｉｎおよび／またはステップ速度に基づいて、互いに区別することができる。
【００７６】
本発明の解決法において、ステップ・サイクルの間に測定される加速値に基づき、各々のステップ・サイクルの特徴的な最大の加速および特徴的な最小加速値αｍａｘおよびαｍｉｎは、速度、ステップ速度、ステップ長さを評価して定められ、距離は、例えばポリノームを使って、単純な算数を用いて低い動力消費量で計算することができる。
【００７７】
較正されない場合であっても、システムは良い精度を提供する。精度を改良するため、例えば、ランニング、ウォーキング、ポールウォーキング、またはクロスカントリー・スキーのような前進の異なるモードに個々の較正が作成されてもよい。これは、１つの速度または多くの速度を用いて周知の距離において実行されてもよい。較正を繰り返すことによって、確率論的なエラーによって生じる速度および距離におけるエラーは減少し、それによって、精度はさらに改良される。新規な較正データは、適切なデジタル・フィルタリングによって古いデータに加えられることができる。加えて精度のさらなる改良のため、特徴的な最大および最小加速値αｍａｘおよびαｍｉｎに関する情報は、接触時間データ、高度計から得られる高度および地形傾きデータの変更、および／または、衛星ナビゲーションと組み合わせることができる。
【００７８】
完全な段階的なナビゲーション・ユニットは、磁力計から得られるステップ・データをコンパス方向に加えることによって提供される。磁力計は、例えば垂直軸の周りを回転することによって調整されることができる。取付けにおける方向エラーは例えば、選択された較正ルートを前後に歩くことによりすぐ調整されることができる。絶対的な座標データは、このナビゲーション・ユニットを衛星ナビゲーションと組み合わせることによって得られる。座標および動きの整合性の検査が高度、および、高度の変化に基づくように実行されるので、精度は、マップ・データベースおよび高度計と、ナビゲーション・ユニットとを組み合わせることによってさらに改良される。
【００７９】
主な測定方向に対して垂直な加速センサ信号を用いて、移動の効率の尺度は得られる。
【００８０】
本発明の解決法において、特徴的な最大の加速および特徴的な最小加速値αｍａｘおよびαｍｉｎ、および／または１以上の軸の加速センサから得られる最大および／または最小加速値は、人の前進の速度を推定するために使うことができる。加速センサの信号は、速度推定値ができるだけ正確かつ信頼性が高いように機械的、電子的、アナログおよび／またはデジタル・フィルタリングによって最適にフィルタをかけることができる。本発明の解決法において、ステップ時間、ステップレート、歩幅、および、距離がステップから累算された距離は、連続的な最大値または最小値の間で速度および時間間隔に基づいて計算することができる。
【００８１】
本発明の解決法において、ウォーキング、ランニング、および、スキー、または、他の方法の前進は、例えば、体の中央の最大および最小加速、特徴的な最大および最小加速値αｍａｘおよびαｍｉｎおよび／またはステップ速度に基づいて、互いに区別することができる。
【００８２】
本発明の解決法において、ランニングおよびウォーキングする平均的な人のパラメータは、測定システムの個々の較正なしで利用することができる。測定システムは、例えばランニングまたはウォーキングのような前進の一定の方法のための１つの速度または多数の速度の個々の較正によって、較正することができる。本発明の解決法において、測定システムの較正は、新規なデータがデジタル・フィルタリングによって古いデータと組み合わせられるように繰り返すことができる。測定システムの精度は、接触時間データを最大および最小加速データと組み合わせることによって改良されることができる。
【００８３】
本発明の解決法において、各々のステップの方向または時に観察されるカバーされる距離の方向は、速度推定値と、２または３つの軸の磁力計から得られるコンパス方向とを組み合わせることによって決定することができる。磁力計、および、取付け方向エラーは、垂直軸の周りを回転することによって、および、選択された較正ルートを前後に歩くことによって、補正されることができる。
【００８４】
本発明の解決法において、移動の効率は、特徴的な最大加速値および特徴的な最小加速値αｍａｘおよびαｍｉｎ、および／または、それらに直角の角度で測定された最大および最小加速値データを組み合わせることによって、推定することができる。
【００８５】
本発明の方法および装置によって、傾き補正のなしの１つの加速センサを用いたかなり単純な実施による解決法によって、上で示される最高の方法のそれに等しい精度が達成される。
【００８６】
本発明の方法および装置によって、従来のシステムの複雑なアルゴリズムは避けられ、低コスト、低い動力消費量、および、小型化が達成される。
【００８７】
本発明の方法および装置の低い動力消費量により、小型電池が可能になり、それに長い寿命を与える、または、例えば、測定装置（収集）で起こっている運動エネルギーの回復に基づく電池なしでの解決法を与える。
【００８８】
本発明の方法および装置の単純な測定アルゴリズムによって、計算が測定ユニットにおいて完全に実行されることができ、それにより測定ユニットからデータ転送の必要性を減らし、したがって、無線通信を利用したデータ伝送の動力消費量を減らす。
【００８９】
本発明の解決法の測定ユニットの小型化によって、ユニットは、例えば、衣類、帽子、首、ポケットのように、動いている人の衣服で、または体の中央近く、すなわち、ベルトのような体の重心の近くで配置されることができる。本発明の方法は、例えば、遅いおよび速いランニングの両方、様々な速度でのウォーキング、ポールウォーキング、クロスカントリー・スキー、ダウンヒル・スポーツ、ローラー・スキー、ローラー・スケート、および、スケートに適用できる。
【００９０】
本発明の方法および装置は、垂直加速のための１つの軸の加速センサによって与えられる体の最大および最小加速値、および／または、特徴的な最大および最小加速値αｍａｘおよびαｍｉｎに基づいて、動いている人の速度、歩幅、および、カバーした距離を測定するために使うことができる。本発明の解決法において、加速度信号は、加速度信号が速度のできるだけ良い画像を与えるように最適にフィルタをかけることができる。
【００９１】
本発明の解決法において、ウォーキングおよびランニングの様に動いている人の移動の方法は、歩調および移動の速度に基づいて互いに区別することができる。本発明の解決法において、ウォーキングおよびランニングしている平均的な人のパラメータは、測定システムのいかなる個々の較正なしでも利用されることができる。本発明の解決法は、ウォーキングおよびランニングの測定システムにおける単一の位置での較正を可能にする。
【００９２】
本発明の解決法は、縦の加速のセンサによる固定した位置でのランニングの診断を可能にする。本発明の解決法は、２または３つの軸のコンパスによって、各々のステップの方向およびカバーされた距離が決定されることを可能にする。本発明の解決法は、前後に同じルートを進むことによってコンパスの取付けエラーの較正を可能にする。
【図１】
2010533287.tif 000008
【図２】
2010533287.tif 000009
【図３】
2010533287.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成21年5月11日(2009.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速センサによって測定される体の垂直加速の値と、測定された時間とに基づいて、動いている人の前進を示す以下の量のうちの少なくとも１つ、速度、ステップレート、歩数、歩幅、距離、および、前進の方法が計算され、
それによって、陽の半周期、すなわち加速段階の間に入るステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘと、対応して、陰の半周期、すなわち制動段階の間に入る対応する前記ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎとが、体の垂直加速の測定値に基づいて定められ、
前記ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘが前記陽の半周期の間、時間と共に選ばれるデジタル的にフィルタをかけられた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの平均値として得られ、前記ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎが前記陰の半周期の間、時間と共に選ばれるデジタル的にフィルタをかけられた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの平均値として得られることにおいて特徴付けられる、動いている人の前進を測定する方法。
【請求項２】
前記ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘが類推によってフィルタをかけられた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの最大数として得られ、前記ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎが類推によってフィルタをかけられた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの最小数として得られることにおいて特徴付けられる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記デジタル・フィルタリングにおいて用いられる関数は、
αｏｕｔ＝αｉｎ／√［１＋（ｆ／ｆ０）２  ］
であり、ここでｆは周波数であり、ｆ０は最適に選択された境界周波数であることにおいて特徴付けられる、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘがデジタル加重でフィルタをかけられた前記加速センサからの各々のステップ・サイクルの信号αｉｎの最大数として得られ、
前記ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎがデジタル加重でフィルタをかけられた前記加速センサからの各々のステップ・サイクルの信号αｉｎの最小数として得られ、
前記デジタル加重フィルタリングにおいて用いられる関数は、
αｏｕｔ（ｎ）＝（１−ｋ）＊αｏｕｔ（ｎ−１）＋αｉｎ＊ｋ
であり、ここでｎは、ｎ番目のサンプルを示し、ｋは加重要素であることにおいて特徴付けられる、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘが前記陽の半周期の間、時間と共に選ばれるデジタル加重でフィルタをかけられた前記加速センサからの各々のステップ・サイクルの信号αｉｎの平均値として得られ、前記ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎが前記陰の半周期の間、時間と共に選ばれるデジタル加重でフィルタをかけられた前記加速センサからの各々のステップ・サイクルの信号αｉｎの平均値として得られ、
前記デジタル加重フィルタリングにおいて用いられる関数は、
αｏｕｔ（ｎ）＝（１−ｋ）＊αｏｕｔ（ｎ−１）＋αｉｎ＊ｋ
であり、ここでｎは、ｎ番目のサンプルを示し、ｋは加重要素であることにおいて特徴付けられる、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記速度ｖは、前記垂直な加速の前記特徴的な最大加速値αｍａｘに基づいて、
2010533287.tif 000011
のように計算され、ここで、ｇは引力によって生じる加速であり、ｆｒｅｆは基準周波数であり、前記特徴的な最大加速αｍａｘは最適に選択された境界頻度ｆ０でフィルタをかけられた前記垂直加速の最大値であることにおいて特徴付けられる、請求項１から５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
前記速度vが、前記垂直加速の前記特徴的な最小加速αｍｉｎに基づいて、  
ｖ≒ｋ・√｜αｍｉｎ｜，のように計算されることにおいて特徴付けられる、請求項１から５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
前記動いている人の前進を示す量を計算する際、１つのステップのために使われる時間Ｔｓｔｅｐが、前記垂直加速の測定値から導き出される加速グラフでの最大、最小または一定の値を上回るまたは下回る位置のような２つの同等の位置間の時間間隔として得られることにおいて特徴付けられる、請求項１から７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
前記歩幅Ｓｓｔｅｐは、次の公式ｓｓｔｅｐ＝ｖ＊Ｔｓｔｅｐを用いて計算されることにおいて特徴付けられる、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記ステップレートｆｓｔｅｐは、次の公式ｆｓｔｅｐ＝１／Ｔｓｔｅｐを用いて計算されることにおいて特徴付けられる、請求項８または９記載の方法。
【請求項１１】
前記歩数ｎが、垂直加速の前記測定値によって与えられる前記加速グラフ上の最大、最小または一定の値を上回るまたは下回る位置と同等の位置の数ｎに基づいて計算されることにおいて特徴付けられる、請求項８、９または１０記載の方法。
【請求項１２】
前記距離カバーされたｓは、前記歩幅の合計として、次のように
ｎ
ｓ＝  Σｓｓｔｅｐ（ｉ）
ｉ＝１
計算されることにおいて特徴付けられる、先行する請求項８から１１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１３】
前記方法が、加速最大値および最小値と、前記特徴的な最大および最小加速値αｍａｘおよびαｍｉｎと、および／または、前記ステップレートとに基づいて、ウォーキング、ランニング、および、スキーのような前進の方法を区別することにおいて特徴付けられる、先行する請求項１から１２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１４】
前記方法が、ランニング、ウォーキング、ポールウォーキング、クロスカントリー・スキーのように各々の前進方法のために個々に較正することにおいて特徴付けられる、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記方法は、段階的なナビゲーションに用いられるように適応することにおいて特徴付けられる、請求項１から１４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
前記動いている人の前進を示す以下の量のうちの少なくとも１つ、速度、ステップレート、歩数、歩幅、距離、および、移動の方法が、加速センサで測定される体の垂直加速の値と、前記測定時間とに基づいて計算されるように最小加速および時間を測定するために適応し、
それによって、前記装置が、前記陽の半周期、すなわち加速段階の間に入るステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘと、対応して、前記陰の半周期、すなわち制動段階の間に入る対応する前記ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎとが、前記体の垂直加速の測定値に基づいて定められるように適応し、
前記ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘが前記陽の半周期の間、時間と共に選ばれる前記デジタル的にフィルタをかけられた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの平均値として決定され、前記ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎが前記陰の半周期の間、時間と共に選ばれる前記デジタル的にフィルタをかけられた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの平均値として決定されるように適応することにおいて特徴付けられる、動いている人の前進を測定するための装置。
【請求項１７】
前記ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘが類推によってフィルタをかけられた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの最大数として決定され、前記ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎが類推によってフィルタをかけられた加速センサ信号αｉｎの各々のステップ・サイクルの最小数として決定されるように適応することにおいて特徴付けられる、請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
前記装置が、前記デジタル・フィルタリングにおいて、関数：αｏｕｔ＝αｉｎ／√［１＋（ｆ／ｆ０）２  ］，において用いられるように適応され、ここでｆは周波数であり、ｆ０は最適に選択された境界周波数であることにおいて特徴付けられる、請求項２５または２６記載の装置。
【請求項１９】
前記ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘがデジタル加重でフィルタをかけられた前記加速センサからの各々のステップ・サイクルの信号αｉｎの最大数として決定され、前記ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎがデジタル加重でフィルタをかけられた前記加速センサからの各々のステップ・サイクルの信号αｉｎの最小数として決定され、
それによって、前記装置が、前記デジタル加重フィルタリングにおいて、関数：
αｏｕｔ（ｎ）＝（１−ｋ）＊αｏｕｔ（ｎ−１）＋αｉｎ＊ｋ，で用いられるように適用され、ここでｎは、ｎ番目のサンプルを示し、ｋは加重要素であることにおいて特徴付けられる、請求項１６記載の装置。
【請求項２０】
前記ステップ・サイクル別の特徴的な最大加速αｍａｘが前記陽の半周期の間、時間と共に選ばれるデジタル加重でフィルタをかけられた前記加速センサからの各々のステップ・サイクルの信号αｉｎの平均値として決定され、前記ステップ・サイクル別の特徴的な最小加速αｍｉｎが前記陰の半周期の間、時間と共に選ばれるデジタル加重でフィルタをかけられた前記加速センサからの各々のステップ・サイクルの信号αｉｎの平均値として決定され、
それによって、前記装置が、前記デジタル加重フィルタリングにおいて、関数：
αｏｕｔ（ｎ）＝（１−ｋ）＊αｏｕｔ（ｎ−１）＋αｉｎ＊ｋ，で用いられるように適用され、ここでｎは、ｎ番目のサンプルを示し、ｋは加重要素であることにおいて特徴付けられる、請求項１６記載の装置。
【請求項２１】
前記装置が、前記速度ｖを前記垂直な加速の前記特徴的な最大加速値αｍａｘに基づいて、
2010533287.tif 000012
のように計算するように適応され、ここで、ｇは引力によって生じる加速であり、ｆｒｅｆは基準周波数であり、前記特徴的な最大加速αｍａｘは最適に選択された境界頻度ｆ０でフィルタをかけられた前記垂直加速の最大値であることにおいて特徴付けられる、請求項１６から２０のいずれか１つに記載の装置。
【請求項２２】
前記装置が、前記速度ｖを前記垂直加速の前記特徴的な最小加速αｍｉｎに基づいて、  
ｖ≒ｋ・√｜αｍｉｎ｜
のように計算されるように適応されることにおいて特徴付けられる、請求項１６から２０のいずれか１つに記載の装置。
【請求項２３】
前記装置が、前記動いている人の前進を示す量を計算する際、１つのステップのために使われる時間Ｔｓｔｅｐを前記垂直加速の測定値から導き出される加速グラフでの最大、最小または一定の値を上回るまたは下回る位置のような２つの同等の位置間の時間間隔として決定するように適応されることにおいて特徴付けられる、請求項１６から２２のいずれか１つに記載の装置。
【請求項２４】
前記装置が、前記歩幅Ｓｓｔｅｐを次の公式：ｓｓｔｅｐ＝ｖ＊Ｔｓｔｅｐを用いて計算するように適応されることにおいて特徴付けられる、請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
前記装置が、前記ステップレートｆｓｔｅｐを次の公式ｆｓｔｅｐ＝１／Ｔｓｔｅｐを用いて計算するように適応されることにおいて特徴付けられる、請求項２３または２４記載の装置。
【請求項２６】
前記装置が、前記歩数ｎを垂直加速の前記測定値によって与えられる前記加速グラフ上の最大、最小または一定の値を上回るまたは下回る位置と同等の位置の数ｎに基づいて計算するように適応されることにおいて特徴付けられる、請求項２３、２４または２５記載の装置。
【請求項２７】
前記装置が、前記距離カバーされたｓを前記歩幅の合計として、次のように
ｎ
ｓ＝  Σｓｓｔｅｐ（ｉ）
ｉ＝１
計算するように適応されることにおいて特徴付けられる、請求項２３または２６記載の装置。
【請求項２８】
前記装置が、加速最大値および最小値と、前記特徴的な最大および最小加速値αｍａｘおよびαｍｉｎと、および／または、前記ステップレートとに基づいて、ウォーキング、ランニング、および、スキーのような前進の方法を区別するように適応されることにおいて特徴付けられる、請求項１６から２７のいずれか１つに記載の装置。
【請求項２９】
前記装置が、ランニング、ウォーキング、ポールウォーキング、クロスカントリー・スキーのように各々の前進方法のために個々に較正するように適応されることにおいて特徴付けられる、請求項２８記載の装置。
【請求項３０】
前記装置が、段階的なナビゲーションに用いられるように適応されることにおいて特徴付けられる、先行する請求項１６から２９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３１】
前記装置が、高度計、衛星ナビゲーション装置および／または磁力計と協働するように適応されることにおいて特徴付けられる、請求項３０記載の装置。
【請求項３２】
前記装置は、マップ・データベースのデータおよび／または地形傾きデータを受信および／または利用するために適応されことにおいて特徴付けられる、請求項３０または３１記載の装置。
【請求項３３】
前記装置が、前記動いている人の前進を測定するための先行する請求項１６から３２のいずれか１つに記載の装置を含むことにおいて特徴付けられる、動いている人の体の中央に置かれる装置。
【請求項３４】
前記動いている人の体の中央で配置される前記装置が、衣類、帽子、首、ポケット、または、前記動いている人のベルトに置かれることにおいて特徴付けられる、請求項３３記載の装置。
【請求項３５】
前記動いている人のためのディスプレイ・ユニットであって、前記動いている人のためのディスプレイ・ユニットが、動いている人の前進を測定する請求項１６から３２のいずれか１つに記載の装置と協働するように適応されることにおいて特徴付けられる、動いている人のためのディスプレイ・ユニット。
【請求項３６】
前記動いている人の前進を測定するためのシステムであって、前記システムが動いている人の前進を測定するための請求項１６から３２のいずれか１つに記載の装置を含み、この装置および前記動いている人のためのディスプレイ・ユニットと協働するように適応されることにおいて特徴付けられる、動いている人の前進を測定するためのシステム。
【請求項３７】
前記動いている人の前進を測定するための前記装置と、前記動いている人のための前記ディスプレイ・ユニットとが、１つの装置において一体化されることにおいて特徴付けられる、請求項３６記載のシステム。
【国際調査報告】
2010533287.tif 000013
2010533287.tif 000014
2010533287.tif 000015
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