(57)【要約】【課題】精度よく歩行姿勢を判定する。【解決手段】本体部を装着するユーザの歩行に従って加速度センサ４０から出力される時系列の加速度を受理する手段と、受理される時系列の加速度のうちから、１歩行期間に相当する加速度を抽出する歩行期間抽出手段と、１歩行期間の加速度を積分する積分手段と、積分手段が出力する積分値に基づき、１歩行期間内における本体部の移動の軌跡を取得する取得手段と、取得された軌跡に基づき、所定の判定基準に従って歩行姿勢を判定する判定手段と、を含む。取得手段は、１歩行期間の積分値から、当該１歩行期間の加速度に含まれる誤差成分を導出する誤差導出手段と、導出された誤差成分を用いて、１歩行期間の積分値を補正する補正手段と、を有する。【選択図】図５
2012205816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部と、
前記本体部の加速度を検出するための加速度センサと、
前記本体部を装着するユーザの歩行姿勢を判定するための制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記本体部を装着するユーザの歩行に従って前記加速度センサから出力される時系列の加速度を受理する手段と、
受理される時系列の加速度のうちから、１歩行期間に相当する加速度を抽出する歩行期間抽出手段と、
前記１歩行期間の加速度を積分する積分手段と、
前記積分手段が出力する積分値に基づき、１歩行期間内における前記本体部の移動の軌跡を取得する取得手段と、
取得された前記軌跡に基づき、所定の判定基準に従って歩行姿勢を判定する判定手段と、を含み、
前記取得手段は、
前記１歩行期間の前記積分値から、当該１歩行期間の加速度に含まれる誤差成分を導出する誤差導出手段と、
導出された前記誤差成分を用いて、前記１歩行期間の前記積分値を補正する補正手段と、を有する、歩行姿勢判定装置。
【請求項２】
前記１歩行期間は、ユーザの一方の足の接地から、当該一方の足の次の接地までに要する時間を指す、請求項１に記載の歩行姿勢判定装置。
【請求項３】
前記誤差導出手段は、
前記誤差成分として、前記１歩行期間の前記積分値の区間平均を算出する、請求項１または２に記載の歩行姿勢判定装置。
【請求項４】
前記誤差導出手段は、
前記誤差成分として、前記積分手段による前記１歩行期間の積分における累積誤差を算出する、請求項１または２に記載の歩行姿勢判定装置。
【請求項５】
前記誤差導出手段は、
前記誤差成分を、前記１歩行期間の前記積分値を用いた回帰式から算出する、請求項１または２に記載の歩行姿勢判定装置。
【請求項６】
前記誤差導出手段は、
前記誤差成分を、前記１歩行期間の前記積分値の移動平均から算出する、請求項１または２に記載の歩行姿勢判定装置。
【請求項７】
前記加速度センサが検出する加速度は、
前記本体部の鉛直方向および左右方向の直交する２軸の各方向の加速度を含む、請求項１から６のいずれかに記載の歩行姿勢判定装置。
【請求項８】
本体部を装着するユーザの歩行に従って、本体部に加わる時系列の加速度を受理する手段と、
受理される時系列の加速度のうちから、１歩行期間に相当する加速度を抽出する歩行期間抽出手段と、
前記１歩行期間の加速度を積分する積分手段と、
前記積分手段が出力する積分値に基づき、１歩行期間内における前記本体部の移動の軌跡を取得する取得手段と、
取得された前記軌跡に基づき、所定の判定基準に従って歩行姿勢を判定する判定手段と、を備え、
前記取得手段は、
前記１歩行期間の前記積分値から、当該１歩行期間の加速度に含まれる誤差成分を導出する誤差導出手段と、
導出された前記誤差成分を用いて、前記１歩行期間の前記積分値を補正する補正手段と、を含む、歩行姿勢判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、歩行姿勢判定装置に関し、特に、当該装置を所定部位に装着するユーザの歩行姿勢を判定するのに適した歩行姿勢判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ユーザが装着する加速度センサからの３軸の加速度信号に基づいて、腰部の移動軌跡を算出し、移動軌跡から歩行姿勢を判定する装置が提供されている。
【０００３】
移動軌跡は、加速度信号を２回積分することから算出できる。しかし、単純な２回積分では、積分定数項の初期値を決める手段が別途必要であり、また、誤差が累積し、正確な軌跡が得られない。つまり、加速度信号と人体の動作は、それぞれ誤差成分を含む。誤差成分は、加速度センサのゼロドリフト誤差、加速度センサの位置ズレ、不定周期の人体動作などに起因する。したがって、単純に２回積分した場合には、誤差が累積されてしまい、累積された誤差により軌跡に誤差成分が含まれる。
【０００４】
誤差を補正する技術としては、例えば特許文献１（特開２００６−１７７７４９号公報）および特許文献２（特開２００３−１３０６２９号公報）に示す回帰線を用いて誤差を除去する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１７７７４９号公報
【特許文献２】特開２００３−１３０６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の回帰線を用いて誤差を除去する方法は、測定中の誤差補正処理ができない。
【０００７】
また、回帰式算出には、測定開始から完了までの全データを必要とするため、回帰曲線とデータとの相関が低い場合、誤差が補正できない。例えば、加速度信号の周期が変化する場合、相関が低くなり、補正による誤差が生じる。したがって、これら技術を適用しても、正確な歩行姿勢の判定は困難である。
【０００８】
それゆえに、本発明の目的は、加速度に含まれる誤差を除去して歩行姿勢を判定する歩行姿勢判定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、本体部と、本体部の加速度を検出するための加速度センサと、本体部を装着するユーザの歩行姿勢を判定するための制御手段と、を備える。
【００１０】
制御手段は、本体部を装着するユーザの歩行に従って加速度センサから出力される時系列の加速度を受理する手段と、受理される時系列の加速度のうちから、１歩行期間に相当する加速度を抽出する歩行期間抽出手段と、１歩行期間の加速度を積分する積分手段と、積分手段が出力する積分値に基づき、１歩行期間内における本体部の移動の軌跡を取得する取得手段と、取得された前記軌跡に基づき、所定の判定基準に従って歩行姿勢を判定する判定手段と、を含み、取得手段は、１歩行期間の前記積分値から、当該１歩行期間の加速度に含まれる誤差成分を導出する誤差導出手段と、導出された誤差成分を用いて、１歩行期間の積分値を補正する補正手段と、を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、加速度に含まれる誤差を除去して歩行姿勢を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る活動量計の外観図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る活動量計の使用状態を示す図である。
【図３】ユーザの歩行時の腰の軌跡を歩行の進行方向から見た例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る活動量計のハードウェア構成図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る活動量計の機能の概略を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るメインフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態に係るサブフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態に係るサブフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態に係る歩行に伴う加速度の変化を模式的に示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る補正の概念を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る区間平均を用いた補正を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る１歩行期間毎の補正を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る１歩行期間毎の補正を説明するための図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る姿勢の判定手順を説明するための図である。
【図１５】本発明の実施の形態に係る１歩行期間毎の他の補正を説明するための図である。
【図１６】本発明の実施の形態に係る１歩行期間毎の他の補正を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１４】
本実施の形態においては、歩行姿勢判定装置が、歩数測定だけでなく、運動や生活活動（たとえば、掃除機をかける、軽い荷物運び、炊事など）における活動量（運動量ともいう）も測定することが可能な活動量計であることとして実施の形態を説明する。しかし、これに限定されず、歩行姿勢判定装置は、歩数測定が可能な歩数計であってもよい。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態に係る活動量計１００の外観図である。図１を参照して、活動量計１００は、本体部１９１およびクリップ部１９２から主に構成される。クリップ部１９２は、活動量計１００をユーザの着衣などに固定するために用いられる。
【００１６】
本体部１９１には、後述する操作部３０の一部を構成する表示切替／決定スイッチ１３１、メモリスイッチ１３２および１３３、ならびにディスプレイ２０が設けられる。
【００１７】
ディスプレイ２０に表示される情報には、ユーザである被測定者について測定された歩数、活動量（消費カロリーなど）および姿勢判定の結果などが含まれる。表示切替／決定スイッチ１３１は、ディスプレイ２０に表示されるべき情報の種類を切替えるために操作される。また、歩数、活動量および姿勢判定の結果は、測定日時と関連付けされて後述のメモリ５０に格納される。ユーザは、メモリスイッチ１３２，１３３を操作することにより、測定日時の順番に従ってメモリ５０から情報を読出し、ディスプレイ２０に表示することができる。
【００１８】
本実施の形態においては、ディスプレイ２０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid  Crystal  Display）で構成されるが、これに限定されず、ＥＬ（Electro  Luminescence）ディスプレイなど他の種類のディスプレイであってもよい。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態に係る活動量計１００の使用状態を示す図である。図２を参照して、活動量計１００は、たとえば、ユーザの腰部のベルトに、クリップ部１９２を用いて装着される。この実施の形態においては、活動量計１００は、ユーザの腰の近辺に固定して装着されることが望ましい。
【００２０】
なお、本実施の形態において、歩行時のユーザの進行方向をＺ軸（進む向きを正方向）とし、歩行時のユーザの左右方向をＸ軸（右向きを正方向）とし、鉛直方向をＹ軸（鉛直上向きを正方向）とする座標系を用いることとする。
【００２１】
図３は、ユーザの歩行時の腰の軌跡を歩行の進行方向から見た例を示す図である。図３の（Ａ）は、歩行時の腰の軌跡をユーザの画像と重ねた図である。図３の（Ｂ）は、ユーザの歩行時の腰の軌跡をグラフで模式的に表わした図である。
【００２２】
図３に示す軌跡は、歩行時において、Ｚ軸に垂直な面であるＸＹ平面に投影した軌跡である。ＸＹ平面は、Ｘ軸と、これに直交するＹ軸で規定される座標平面に相当する。
【００２３】
歩行においては、通常、右足の踵が地面から離されてから、右足が最も高い位置に到達した後に、右足の踵が地面に接触し、次に、左足の踵が地面から離されてから、左足が最も高い位置に到達した後に、左足の踵が地面に接触するといった過程で足が動かされる。ここでは、一方の足（たとえば、右足）の踵の１回目の接地から、当該一方の足の踵の次の接地までの期間を、踵接地期間と言う。
【００２４】
このような歩行の過程において、ユーザの腰の軌跡は、まず、右下から左上に向かい、左上の最も高い位置に到達した後に、左下に向かい、左下の最も低い位置に到達した後に、右上に向かい、右上の最も高い位置に到達した後に、右下に向かい、右下の最も低い位置に到達するといった特定のパターンとなる。したがって、ユーザの歩行時の腰の軌跡の、理想的な歩行の軌跡との相関を測定することで、歩行時の姿勢を判定することができる。
【００２５】
図４は、本発明の実施の形態に係る活動量計１００のハードウェア構成図である。図４を参照して、活動量計１００は、全体を制御するためのＣＰＵ（Central  Processing  Unit）１０、ディスプレイ２０、表示切替／決定スイッチ１３１、ならびにメモリスイッチ１３２および１３３を有する操作部３０、加速度センサ４０、ＣＰＵ１０で実行されるプログラムおよび各種データを格納するためのメモリ５０、タイマ６０、電池等の電源７０、および外部のコンピュータと有線／無線で通信するための通信Ｉ／Ｆ（インターフェイスの略）８０を含む。さらに、活動量計１００は、音声を出力するための機能を含むようにしてもよい。
【００２６】
操作部３０は、前述の表示切替／決定スイッチ１３１、ならびにメモリスイッチ１３２および１３３を含み、これらのスイッチが操作されたことを示す操作信号をＣＰＵ１０に送信する。
【００２７】
加速度センサ４０は、ユーザの歩行などにより活動量計１００に加わる加速度成分を得るため、ＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）技術の半導体式のものが用いられるが、これに限定されず、機械式または光学式など他の方式のものであってもよい。加速度センサ４０は、本実施の形態においては、３軸方向それぞれの加速度を示す検出信号をＣＰＵ１０に出力する。なお、加速度センサ４０は、直交する３軸方向のうちの少なくともＸ，Ｙ軸方向の加速度を測定できる。
【００２８】
メモリ５０は不揮発性のメモリを含む。具体的には、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、およびＲＡＭ（Random  Access  Memory）などを含む。
【００２９】
メモリ５０は、活動量計１００を制御するためのプログラムのデータ、活動量計１００を制御するために用いられるデータ、活動量計１００の各種機能を設定するための設定データ、および、歩数や活動量などの測定日時と対応する測定結果のデータなどを記憶する。また、メモリ５０は、プログラムが実行されるときのワークメモリなどとして用いられる。
【００３０】
ＣＰＵ１０は、メモリ５０に記憶された活動量計１００を制御するためのプログラムに従って、操作部３０からの操作信号に応じて、加速度センサ４０からの検出信号に基づいて、演算処理を行い、またメモリ５０についてのデータの読み書き、およびディスプレイ２０に対する表示を制御する。電源７０は、取替可能な電池を含み、活動量計１００の各部に電力を供給する。
【００３１】
活動量計１００は、通信Ｉ／Ｆ８０を介して外部のコンピュータ６００と通信する。コンピュータ６００は、ＣＰＵ６０１、メモリ６０２、通信のための通信Ｉ／Ｆ（インターフェイス）６０３、表示など情報の出力機能を担う出力部６０４、および外部から記録媒体６０６が着脱自在に装着されて装着された記録媒体６０６をアクセスするメモリドライバなどのＩ／Ｆ（インターフェイス）６０５を備える。コンピュータ６００は、活動量計１００で測定された加速度データを、活動量計１００から受信し、受信したデータに基づき歩行姿勢の判定、活動量の評価など、を行う。したがって、本実施の形態に係る歩行姿勢の判定は、活動量計１００に代替してコンピュータ６００に行わせることもできる。
【００３２】
図５は、本発明の実施の形態に係る活動量計１００の機能の概略を示すブロック図である。図５を参照して、活動量計１００のＣＰＵ１０は、加速度受理部１０１、歩行期間抽出部１０２、位置取得部１０３、軌跡取得部１０４、姿勢判定部１０５、および表示制御部１０６を含む。
【００３３】
また、活動量計１００のメモリ５０は、記憶領域に相当する加速度データ記憶部５１、歩行期間記憶部５３、位置記憶部５５、軌跡記憶部５７、および判定結果記憶部５９を含む。
【００３４】
なお、本実施の形態においては、ＣＰＵ１０に含まれるこれらの各部は、ＣＰＵ１０によって、後述する図６〜図８のためのプログラムが実行されることによって、ＣＰＵ１０に構成されることとする。しかし、これに限定されず、ＣＰＵ１０に含まれるこれらの各部は、それぞれ、ハードウェア回路として構成されてもよく、またはプログラムとハードウェア回路との組合せにより構成されるとしてもよい。
【００３５】
また、メモリ５０に含まれるこれらの各部は、メモリ５０に構成されることに替えて、レジスタなどのＣＰＵ１０の内蔵メモリに一時的に構成されるようにしてもよい。
【００３６】
加速度受理部１０１は、加速度センサ４０からの出力信号に基づき、３軸方向の加速度データＡｘ（ｔ），Ａｙ（ｔ），Ａｚ（ｔ）を検出する。
【００３７】
そして、加速度受理部１０１は、サンプリング周期ごとの加速度データＡｘ（ｔ），Ａｙ（ｔ），Ａｚ（ｔ）をメモリ５０の加速度データ記憶部５１に格納する。変数ｔは時間（例えば、単位はsec）を指す。なお、サンプリング周期は、後述の１歩行期間に比べて十分に短い。
【００３８】
歩行期間抽出部１０２は、加速度データ記憶部５１に記憶された加速度データＡｘ（ｔ），Ａｙ（ｔ）に基づいて踵接地点による歩行期間を特定する。歩行期間抽出部１０２は、上下軸方向（ｙ方向）の加速度データＡｙ（ｔ）のうち、右足歩行期間の加速度および左足歩行期間の加速度を判定する。ここで、一方の足での歩行期間（すなわち一歩分の歩行期間）は、踵接地区間に相当し、当該足の踵の接地から次の踵の接地までの期間とする。右足歩行期間では左右軸方向（ｘ方向）の加速度データＡｘ（ｔ）のうちの右側加速度が最大となり、左足歩行期間では左右軸方向（ｘ方向）の加速度データＡｘ（ｔ）のうちの左側加速度が最大となる。
【００３９】
図９は、本発明の実施の形態に係る歩行に伴う加速度の変化を模式的に示す図である。図９を参照して、歩行期間について説明する。図９の下段の実線で表わされた加速度データＡｘ（ｔ）の変化においては、右側加速度が正、左側加速度が負で表わされているので、上に凸の加速度変化期間が右足歩行期間を表わし、下に凸の加速度変化期間が左足歩行期間を表わしている。
【００４０】
上下軸方向（ｙ方向）の加速度データＡｙ（ｔ）については、一方の足での歩行期間に、加速度が０から徐々に増加して最大値に達した後、徐々に減少して０を経て最小値に至り、その後再び徐々に増加して０に戻る、という変化を示す。図９の上段の破線で表わされた加速度データＡｙ（ｔ）の変化においては、加速度の増加側が正、減速側が負で表わされているので、上に凸および下に凸の一組の周期が一方の足の歩行期間（すなわち一歩分の歩行期間）を表わしている。
【００４１】
そこで、歩行期間抽出部１０２は、図９に示されるように、加速度データ記憶部５１の左右軸方向の加速度データＡｘ（ｔ）の周期を上下軸方向の加速度データＡｙ（ｔ）の周期に測定時刻を同期させて重ねるように処理することで、上下軸方向の加速度データＡｙ（ｔ）変化の周期が、右足歩行期間の上下軸方向の加速度データＡｙ（ｔ）の変化を表わしたものであるか、左足歩行期間の上下軸方向の加速度データＡｙ（ｔ）変化を表わしたものであるかを判定し、判定結果に基づき、加速度データ記憶部５１の加速度データＡｘ（ｔ）およびＡｙ（ｔ）から、それぞれの歩行期間（踵接地区間）の加速度データを読出し、歩行期間記憶部５３に格納する。
【００４２】
位置取得部１０３は、歩行期間記憶部５３の歩行期間の加速度データを用いてＸ軸およびＹ軸それぞれの活動量計１００の短時間（ここでは、１歩分の時間（Ｔ秒））での相対位置Ｘ（ｔ）およびＹ（ｔ）を算出する。
【００４３】
具体的には、積分処理部１１０は、１歩行期間の加速度データＡｘ（ｔ）およびＡｙ（ｔ）それぞれを積分することによって、Ｘ軸およびＹ軸方向それぞれの速度データＶｘ（ｔ）およびＶｙ（ｔ）を算出する。
【００４４】
次いで、速度データＶｘ（ｔ）およびＶｙ（ｔ）それぞれを積分することによって、Ｘ軸およびＹ軸方向それぞれのＴ時間での初期位置に対する相対位置Ｘ（ｔ）およびＹ（ｔ）を算出する。ここで、初期位置はＸＹ平面における歩行を開始した位置に相当する。
【００４５】
本実施の形態では、１歩行期間毎に算出された積分値を上述した誤差を除去する目的で、補正部１１２によって補正する。図１０は、本発明の実施の形態に係る補正の概念を説明する図である。図１１は、本発明の実施の形態に係る平均を用いた補正を説明するための図である。ここでは、加速度データＡｘ（ｔ）を用いた補正を説明するが、同様に、加速度データＡｙ（ｔ）の補正にも適用することができる。
【００４６】
図１０を参照して、１歩行期間の加速度データＡｘ（ｔ）のデータの理想的な波形は、誤差を含まない正弦波波形２００であると想定すると、その積分処理によって得られる波形２０１は、積分定数が０の波形２０１を指す。一方、誤差が含まれる場合には積分処理により得られる波形２０２は積分定数Ｃ（≠０）を有する。この積分定数Ｃは、元の加速度データＡｘ（ｔ）のデータに含まれる誤差に起因する。そこで、補正部１１２は積分定数がゼロとなるように、積分処理結果の値（積分値という）を補正する。
【００４７】
図１１を参照して、補正部１１２は、１歩行期間毎に、当該１歩行期間に取得された信号を用いて補正する。補正手順を以下に説明する。
【００４８】
（ステップ１）：積分処理部１１０は、歩行期間記憶部５３から読出された１歩行期間毎に加速度データＡｘ（ｔ）のデータ（値）を、１階積分することにより速度成分である速度データＶｘ（ｔ）を取得する。
【００４９】
（ステップ２）：補正部１１２は、（ステップ１）で取得された速度データＶｘ（ｔ）について、その区間平均ＭＶｘを算出する（図１１を参照）。なお、区間平均ＭＶｘは、速度データＶｘ（ｔ）の積分区間（１歩行期間）における平均値を指し、公知の演算によって算出することができる。
【００５０】
（ステップ３）：補正部１１２は、（ステップ２）で取得された区間平均Ｍｘを用いて速度データＶｘ（ｔ）を補正する。具体的には、Ｖｘ（ｔ）＝Ｖｘ（ｔ）−ＭＶｘにより、１歩行期間毎に算出された速度成分を補正（更新・変更）する。
【００５１】
（ステップ４）：積分処理部１１０は、１歩行期間毎に速度データＶｘ（ｔ）を、１階積分することにより変位（距離）成分である変位データＤｘ（ｔ）を取得する。ここで、変位（距離）は、初期位置からの移動距離を指す。
【００５２】
（ステップ５）：補正部１１２は、（ステップ４）で取得された変位データＤｘ（ｔ）について、その区間平均Ｍｄｘを算出する（図１１を参照）。なお、区間平均Ｍｄｘは、変位データＤｘ（ｔ）の積分区間（１歩行期間）における平均値を指し、公知の演算によって算出することができる。
【００５３】
（ステップ６）：補正部１１２は、（ステップ５）で取得された区間平均Ｍｄｘを用いて変位データＤｘ（ｔ）を補正する。具体的には、Ｄｘ（ｔ）＝Ｄｘ（ｔ）−Ｍｄｘにより、１歩行期間毎に算出された変位を補正する。
【００５４】
このように加速度から、積分により１歩行期間毎に速度および変位（距離）を算出し、算出した速度および距離を積分区間平均を用いて補正することによって、１歩行期間毎の速度および変位に関する積分定数をゼロにする、またはゼロに近づけることができ、さらに、１歩行期間毎の積分を繰返すことによる誤差の累積をゼロにする、またはゼロに近づけることが可能となる。
【００５５】
図１２と図１３は、本発明の実施の形態に係る１歩行期間毎の補正を説明するための図である。図１２の（Ｃ）には、加速度センサ４０から取得する加速度データＡｘ（ｔ）による波形に一例が示される。この波形を上述の補正をすることなく２階積分によって変位（距離）を取得すると、変位は図１２の（Ａ）の波形３００ように変化する。これは、積分定数の累積による誤差３０１が含まれるからである。同様にして、加速度データＡｙ（ｔ）についても、補正することなく積分により変位（距離）を取得すると、その変位にも累積誤差が含まれることになる。したがって、ＸＹ平面において、取得されたＸ，Ｙ軸方向について変位をプロットした場合には図１２の（Ｂ）のように、歩行による移動の軌跡を一意に特定することができなくなり、後述する歩行姿勢の判定が困難となる。
【００５６】
これに対して、本実施の形態のように補正を行った場合には、取得される距離は、図１３の（Ａ）の波形４００ように変化する。これは、積分定数の累積による誤差４０１が排除（ゼロに近づける）されるからである。したがって、ＸＹ平面において、誤差を含まない距離（変位）をＸ，Ｙ軸方向についてプロットした場合には図１３の（Ｂ）のように、歩行による移動の軌跡を一意に特定することが可能となり、後述する歩行姿勢の判定精度を得ることができる。
【００５７】
（処理フローチャート）
図６は、本発明の実施の形態に係るメインフローチャートである。図７と図８は、本発明の実施の形態に係るサブフローチャートである。これらフローチャートを参照して、被測定者の歩行姿勢判定の処理について説明する。
【００５８】
まず、ユーザは活動量計１００を装着し、操作部３０の図示がない測定スイッチを操作して、測定開始の指示を入力し、また、再度、測定スイッチを操作することにより測定終了の指示を入力することができる。ユーザは、測定開始の指示を入力すると歩行を開始する。
【００５９】
ＣＰＵ１０が測定開始の指示を入力すると、加速度受理部１０１は加速度センサ４０からの出力に基づき、加速度データＡｘ（ｔ）およびＡｙ（ｔ）のデータを入力し、入力したデータを加速度データ記憶部５１に格納する（ステップＳ１）。
【００６０】
歩行期間抽出部１０２は、加速度データ記憶部５１から読出す加速度データから、上述した手順に従って、Ｘ軸およびＹ軸方向のそれぞれの加速度データＡｘ（ｔ）およびＡｙ（ｔ）について１歩行期間に相当するデータを抽出する。抽出した１歩行期間のデータを歩行期間記憶部５３に格納する（ステップＳ５）。
【００６１】
続いて、位置取得部１０３によりＸ軸およびＹ軸に係る位置が取得される（ステップＳＳ７）。この詳細を図７と図８を参照して説明する。
【００６２】
図７を参照して、まず１歩行期間の加速度データＡｘ（ｔ）を用いてＸ軸方向の変位が取得されて（ステップＳ２０）、また、当該１歩行期間の加速度データＡｙ（ｔ）を用いてＹ軸方向の変位が取得される（ステップＳ２３）。ステップＳ２０とステップＳ２３の処理は、図８に示す手順を同様に適用することができるので、ここではＸ軸方向の変位の取得について説明する。
【００６３】
まず、積分処理部１１０は、歩行期間記憶部５３から読出された１歩行期間毎に加速度データＡｘ（ｔ）のデータ（値）を、１階積分することにより速度成分である速度データＶｘ（ｔ）を取得する（ステップＳ３０）。
【００６４】
補正部１１２は、取得された速度データＶｘ（ｔ）について、その区間平均ＭＶｘを算出し、算出した区間平均ＭＶｘを用いて、Ｖｘ（ｔ）＝Ｖｘ（ｔ）−ＭＶｘにより、１歩行期間毎に算出された速度成分を補正する（ステップＳ３３）。
【００６５】
続いて、積分処理部１１０は、１歩行期間毎に速度成分であるＶｘ（ｔ）のデータを、１階積分することにより変位（距離）成分である変位データＤｘ（ｔ）を取得する（ステップＳ３５）。補正部１１２は、取得された変位データＤｘ（ｔ）について、その区間平均Ｍｄｘを算出し、算出した区間平均Ｍｄｘを用いて、Ｄｘ（ｔ）＝Ｄｘ（ｔ）−Ｍｄｘにより、１歩行期間毎に算出された変位成分を補正する（ステップＳ３７）。補正後の変位成分であるＤｘ（ｔ）は位置記憶部５５に格納される（ステップＳ３９）。
【００６６】
これにより、ステップＳ２０におけるＸ軸方向の変位成分の取得が終了する。ステップＳ２３では、図８の手順に従って、Ｙ方向の変位成分を取得する。この結果、位置記憶部５５には、１歩行期間について取得された変位データＤｘ（ｔ）およびＤｙ（ｔ）が格納が完了する。その後、処理は図６の元の処理に戻る。
【００６７】
図６を参照して、ＣＰＵ１０は操作部３０から測定終了の指示を入力したか否かを判定する（ステップＳ９）。この指示は、姿勢判定の要求指示であってもよい。
【００６８】
ＣＰＵ１０は、指示を入力したと判定すると（ステップＳ９でＹＥＳ）、処理を後述のステップＳ１１へ移行させるが、指示を入力しないと判定すると（ステップＳ９でＮＯ）、処理はステップＳ１に戻す。これにより、加速度受理部１０１および歩行期間抽出部１０２には、加速度センサ４０の出力に基づき次の１歩行期間の加速度データＡｘ（ｔ）およびＡｙ（ｔ）のデータが取得されて、位置取得部１０３によりデータが積分処理および補正処理されることにより変位が取得される。
【００６９】
指示を入力した場合には（ステップＳ９でＹＥＳ）、軌跡取得部１０４は、位置記憶部５５から１歩行期間の変位である変位データＤｘ（ｔ）とＤｙ（ｔ）を読出し、読出した両データを同一時間ｔに基づく座標（Ｄｘ（ｔ），Ｄｙ（ｔ））として、ＸＹ平面にプロットすることにより、軌跡データ（たとえば、図１３の（Ｂ）を参照）を取得する（ステップＳ１１）。軌跡データは、軌跡記憶部５７において、たとえば配列型のデータとして格納される。
【００７０】
続いて、姿勢判定部１０５は、軌跡記憶部５７から読出した軌跡データに基づき歩行時の姿勢を判定し、判定の結果を判定結果記憶部５９に格納するとともに、表示制御部１０６に出力する（ステップＳ１３）。表示制御部１０６は、姿勢判定部１０５から入力する判定結果、または判定結果記憶部５９から読出した判定結果をディスプレイ２０に出力する（ステップＳ１５）。なお、判定結果は、表示とともに音声にて出力してもよく、または表示に代替して音声で出力してもよい。
【００７１】
（姿勢の判定）
図１４は、本発明の実施の形態に係る姿勢の判定手順を説明するための図である。姿勢判定部１０５による判定処理を説明する。ここでは、軌跡記憶部５７の１歩行期間のデータに基づき、図１４のような軌跡がプロットされると想定する。
【００７２】
図１４には、ＸＹ平面に投影した軌跡のパターンによって示される特徴点（１）〜（８）が例示される。特徴点（１）は、歩行期間のうち、右足が接地したときの点であり、特徴点（２）は、歩行期間のうち、右足が立脚しているときの点（特に鉛直方向に最も高い位置にユーザの腰があるときの点）であり、特徴点（３）は、歩行期間のうち、左足が接地したときの点であり、特徴点（４）は、歩行期間のうち、左足が立脚しているときの点（特に鉛直方向に最も高い位置にユーザの腰があるときの点）であり、特徴点（５）は、歩行期間のうち、右足が接地したときの点である。
【００７３】
特徴点（６）は、歩行期間のうち、最も右側にユーザの腰があるときの点であり、特徴点（７）は、歩行期間のうち、最も左側にユーザの腰があるときの点であり、特徴点（８）は、歩行期間における、腰の軌跡の交点である。
【００７４】
姿勢判定部１０５は、図１４の軌跡に基づき、図示されるような各特徴点間の距離ＨＬ，ＨＲ，ＷＬおよびＷＲを取得し、取得した距離に基づき、たとえば以下のようなロジックに従って姿勢を判定する。
【００７５】
腰上下運動の左右バランス：
ＲＬ＝(ＨＬ−ＨＲ)／(ＨＬ＋ＨＲ)
ＩＦ｜ＲＬ｜≧０．１５  ＴＨＥＮ“姿勢バランス悪い”
ＥＬＳＥ“姿勢バランス良い”
腰左右運動の左右バランス：
ＲＬ＝(ＷＬ−ＷＲ)／(ＷＬ＋ＷＲ)
ＩＦ｜ＲＬ｜≧１．０  ＴＨＥＮ“姿勢バランス悪い”
ＥＬＳＥ“姿勢バランス良い”
（他の補正方法）
位置取得部１０３は、誤差を排除するために積分の区間平均を用いたが、区間平均に代替して、回帰式を用いて誤差を排除するための補正をしてもよい。
【００７６】
図１５と図１６は、本発明の実施の形態に係る１歩行期間毎の他の補正を説明するための図である。図１５の（Ａ）と（Ｂ）は、たとえば図１２の（Ｃ）の加速度データＡｘ（ｔ）のデータから、補正をすることなく２階積分によって変位（距離）を取得すると、変位は図１５の（Ａ）の波形３００ように変化する。これは、積分定数の累積による誤差３０１が含まれるからであり、同様にして、加速度データＡｙ（ｔ）についても、補正することなく積分により変位（距離）を取得すると、その変位にも累積誤差が含まれることになる。したがって、取得される軌跡（図１５の（Ｂ）参照）からは、歩行による移動軌跡を一意に特定することができない。
【００７７】
ここで、発明者らは、誤差３０１は、ゼロからほぼ単調的に増加することに着目し、直線近似によって誤差を推定（算出）する。
【００７８】
具体的には、積分処理部１１０は、歩行期間記憶部５３から読出した１歩行期間の加速度データを所定区間毎に（たとえば１サンプリング周期毎に）積分する、いわゆる区分求積法に従って所定区間毎に積分値を算出する。補正部１１２は、算出した各積分値を最小２乗法などに従って回帰分析することによって、誤差３０１の単調増加を示す近似式である一次回帰式Ｆ（ｔ）（Ｆ（ｔ）＝ａｔ＋ｂ）を導出する。なお、ａ，ｂは分析により求まる係数である。ここで、所定区間は１歩行期間に比較して十分に短い期間である。
【００７９】
補正部１１２は式Ｆ（ｔ）を用いて、所定区間毎に対応する誤差を算出し、算出した誤差を、積分処理部１１０によって算出された当該所定区間の積分値から減じることによって、当該積分値を補正する。したがって、区間平均よりも精度よく誤差を算出することができる。
【００８０】
このような回帰式を用いた補正を、加速度データＡｘ（ｔ）,Ａｙ（ｔ）の１階積分に適用することにより速度データＶｘ（ｔ）,Ｖｙ（ｔ）を算出し、さらに速度データＶｘ（ｔ）,Ｖｙ（ｔ）の１階積分に適用することにより変位データＤｘ（ｔ）,Ｄｙ（ｔ）を算出する。これにより、上述の区間平均を用いる場合よりも、補正の精度を高くすることができる。
【００８１】
回帰式を用いた補正により取得される距離（変位データＤｘ（ｔ）,Ｄｙ（ｔ））は、図１６の（Ａ）の波形５００のように変化する。これは、積分定数の累積による誤差５０１が排除される（または、ゼロに近づく）からである。したがって、軌跡記憶部５７において取得される軌跡からは、図１６の（Ｂ）のように、歩行による移動軌跡を一意に特定することが可能となる。
【００８２】
（さらなる他の補正方法）
上述した区間平均を、ユーザの歩行周期に基づき算出するようにしてもよい。ここで、歩行周期とは、１歩行期間の長さ（時間）を指す。
【００８３】
活動量計１００のサンプリング周期は常に同じであるとしても、活動量計１００を装着するユーザによって歩行の仕方は異なる、または同一ユーザであっても路面などの条件によって歩行の仕方は異なることから、１歩行期間の長さは同じとはならない。したがって、歩行周期のばらつきから、加速度センサ４０が１歩行期間毎にサンプリングする（出力する）加速度データの個数は相違することになる。
【００８４】
そこで、補正部１１２は、移動平均により区間平均を算出する。すなわち、１歩行期間に加速度受理部１０１が受理した加速度データの個数に応じて異なる大きさの重み値を算出し、算出した重み値を、区間平均を算出するための各積分データに付加し、重み付けされた積分データを用いて区間平均を算出する。
【００８５】
これにより、重み付けのない区間平均に比べて、歩行周期の変化に従う重み付けがなされた区間平均を用いて補正する方が、歩行周期の長さに依存しない補正が可能となる。
【００８６】
（さらなる他の補正方法）
本実施の形態では、１歩行期間毎に積分処理することにより、速度および変位を算出する。したがって、１歩行期間の積分処理毎に、図１０で説明した当該１歩行期間の累積誤差成分である積分定数Ｃが導出される。このような積分定数について何ら処理をしないと、次位の１歩行期間の積分処理に対する誤差として累積されることになる。その場合には、次位の１歩行期間の開始位置は、本来は初期位置に一致するべきところ、累積された積分定数に相当する距離だけ初期位置からずれた位置を指すことになる。したがって、歩行の全期間に渡って、このように積分定数が累積加算されると、ユーザの移動軌跡を一意に特定することができず、歩行姿勢の判定が困難となる。
【００８７】
そこで、補正部１１２は、１歩行期間毎に、次位の１歩行期間の開始位置が初期位置に一致するように、当該１歩行期間の積分処理によって算出された誤差（積分定数に相当）を算出し、算出した誤差を用いて当該１歩行期間の積分処理によって算出される終了位置の積分値を、初期位置に対する相対位置Ｘ（ｔ）およびＹ（ｔ）を指示するように補正する。これにより、次位の１歩行期間の開始位置は、初期位置に対する相対位置Ｘ（ｔ）およびＹ（ｔ）を指示することになる。これにより、各１歩行期間について、１歩行期間の開始位置を初期位置に一致させることが可能となり、その結果、ユーザの移動軌跡を一意に特定することが可能となる。
【００８８】
これに代替して、１歩行期間の積分処理により算出された誤差（積分定数に相当）を用いて、次位の１歩行期間の開始位置の積分値を、初期位置に対する相対位置Ｘ（ｔ）およびＹ（ｔ）を指示するように補正してもよい。
【００８９】
上述した実施の形態では、加速度データを２階積分することにより変位を導出し、各階の積分毎に補正をすることにより、補正を２回行うが、補正の回数は１回でもよい。たとえば、加速度から速度への積分に関しては補正を省略し、速度から変位への積分に関してのみ補正を行うようにしてもよい。または、加速度から速度への積分に関してのみ補正を行い、速度から変位への積分に関しては補正を省略するようにしてもよい。
【００９０】
このように各補正の方法によれば、１歩行期間毎に補正をするとしたので、歩行周期によらず誤差のない軌跡を取得することができる。また、歩行中に補正を行うことができることから、歩行中にリアルタイムに歩行姿勢判定の結果を出力することができる。また、補正は１歩行期間毎に行うことから、歩行中の全ての加速度、速度および変位のデータを格納しておく必要は無く、メモリの使用量を少なくできる。
【００９１】
（他の実施の形態）
上述の実施の形態の活動量計１００による歩行期間の判定、軌跡取得、姿勢判定および出力の機能は、コンピュータ６００が備えてもよい。
【００９２】
コンピュータ６００は、活動量計１００で測定された加速度データを、活動量計１００から受信し、受信したデータに基づき歩行姿勢の判定、活動量の評価など、を行う。したがって、本実施の形態に係る歩行姿勢の判定は、活動量計１００に代替してコンピュータ６００に行わせることもできる。
【００９３】
コンピュータ６００は、典型的には、汎用のコンピュータで構成される。コンピュータ６００で実行される上述の各種機能に係るプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）などの記録媒体６０６に格納されて流通する。記録媒体６０６に格納されたプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）ドライブに相当の機能を有するＩ／Ｆ２５によって読取られ、コンピュータ６００内のメモリ６０２の一部であるハードディスク（図示せず）などへ格納される。あるいは、上位のホストコンピュータなどからネットワークを通じてプログラムをダウンロードするように構成してもよい。
【００９４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９５】
４０  加速度センサ、５１  加速度データ記憶部、５３  歩行期間記憶部、５５  位置記憶部、５７  軌跡記憶部、５９  判定結果記憶部、１００  活動量計、１０１  加速度受理部、１０２  歩行期間抽出部、１０３  位置取得部、１０４  軌跡取得部、１０５  姿勢判定部、１０６  表示制御部、１１０  積分処理部、１１２  補正部。
【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】
2012205816.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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