(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定者が走行又は歩行によって消費する消費エネルギーを算出する算出装置であって、
前記被測定者の走行又は歩行における着地の時間間隔をストライド時間として記録したデータを入力するストライド時間入力手段と、
前記ストライド時間入力手段から入力された前記ストライド時間に基づいて前記被測定者の静止状態と移動状態とを判別する移動状態判別手段と、
前記移動状態判別手段によって判別された前記静止状態から次の静止状態までの時間に基づいて移動期間を判別する移動期間判別手段と、
前記移動期間に含まれる複数のストライド時間のそれぞれに対して、前記ストライド時間から一歩ごとの歩幅を算出する歩幅算出手段と、
前記移動期間に含まれる前記複数のストライド時間のそれぞれに対して算出された複数の前記歩幅と前記被測定者の体重とから前記被測定者の消費エネルギーを算出する消費エネルギー算出手段と、
を備え、
前記移動状態判別手段は、前記ストライド時間が、所定の閾値時間以下の場合を前記移動状態と判別し、前記所定の閾値時間を超える場合を前記静止状態と判別することを特徴とする消費エネルギー算出装置。
【請求項２】
前記歩幅算出手段によって算出された前記歩幅のデータを表示する歩幅表示手段と、
前記消費エネルギー算出手段によって算出された前記消費エネルギーのデータを表示する消費エネルギー表示手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の消費エネルギー算出装置。
【請求項３】
前記ストライド時間と速さ感覚との関係を示す速さ感覚テーブル、前記ストライド時間と速度との関係を示す速度テーブル、及び前記ストライド時間と歩幅との関係を示す歩幅テーブルの少なくとも一つをあらかじめ用意し、前記テーブルを用いて前記ストライド時間から前記速さ感覚、前記速度、又は前記歩幅に変換する変換手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の消費エネルギー算出装置。
【請求項４】
前記変換手段によって変換された前記速さ感覚を表示する速さ感覚表示手段と、
前記変換手段によって変換された前記速度を表示する速度表示手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の消費エネルギー算出装置。
【請求項５】
前記移動期間判別手段は、前記移動状態判別手段によって判別された前記静止状態から前記次の静止状態までの間が、所定の閾値歩数以上の場合を前記移動期間と判別することを特徴とする請求項１に記載の消費エネルギー算出装置。
【請求項６】
前記ストライド時間入力手段から入力された前記ストライド時間のデータを補正するストライド時間補正処理手段をさらに備え、
前記ストライド時間補正処理手段は、所定の閾値時間以上のストライド時間を検出するとともに、次に検出される前記所定の閾値時間以上のストライド時間まで前記所定の閾値時間未満のストライド時間を積算することを特徴とする請求項１に記載の消費エネルギー算出装置。
【請求項７】
前記ストライド時間補正処理手段は、前記ストライド時間の平均値を算出して、前記平均値の２倍の値を中心とする所定の範囲に前記ストライド時間が含まれる場合に、前記ストライド時間を半分に分割することを特徴とする請求項６に記載の消費エネルギー算出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行又は歩行による消費エネルギーを算出する消費エネルギー算出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
健康維持、増進には走行（ジョギング）又は歩行（ウォーキング）が手軽にでき、普及人口も増加してきている。しかし、どのくらい運動したかを客観的に把握することが運動意欲を維持するためにも重要となってきている。走行又は歩行による人（被測定者）の運動量を測定するための装置は、これまでに各種提供されている。これらの装置では、被測定者の運動量として、移動距離、移動速度、又は消費エネルギーなどが算出される。
【０００３】
例えば、特開平７−１４４０３９号公報（文献１）に記載の運動測定装置は、走行又は歩行による振動の発生時間間隔及び振動量で表される運動強度を基準として運動種類を判別し、運動種類ごとの累積時間と運動種類に対応した定数との積を合計することで消費エネルギーを求めている。
【０００４】
また、特開平８−１３１４２５号公報（文献２）には、被測定者に装着された加速度センサによって加速度波形を取得し、得られた加速度波形のパターンを認識して行動を類別し、類別された各行動の消費エネルギーを算出し、さらにそれらの消費エネルギーを総和して総消費エネルギーを算出している運動量測定装置が開示されている。
【０００５】
また、運動指標測定装置として、加速度センサからの信号をＦＦＴ処理することで求める走行ピッチと、走行ピッチ及び勾配に応じて補正された歩幅と、高度差と、体重とから運動強度を求めているものが、特開平１０−２９０８５４号公報（文献３）に記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した各文献に記載された装置及び用いている算出方法では、走行又は歩行による被測定者の消費エネルギーを充分な精度で簡便に求めることができないという問題があった。まず文献１では、振動の発生時間間隔及び振動量から消費エネルギーを算出しているが、算出手順が複雑になり消費エネルギーを簡便に算出することができない。
【０００７】
また文献２では、加速度波形から運動の種類を判別し、運動の種類ごとに運動強度から消費エネルギーを算出したものをそれぞれ総和することで総消費エネルギーを算出しているが、本来の運動に関係のない動きも含めた消費エネルギーが算出されるため、正確な消費エネルギーを算出することができない。また文献３では、加速度センサからの信号をＦＦＴ処理することで走行ピッチを求めているが、この走行ピッチは平均値であり、これに応じて補正される歩幅も平均値となることから、一歩ごとの細かな単位で歩幅を算出することができず精度良く消費エネルギーを算出することができなくなる。
【０００８】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、走行又は歩行による消費エネルギーを正確かつ簡便に算出することが可能な消費エネルギー算出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明に係る消費エネルギー算出装置は、被測定者が走行又は歩行によって消費する消費エネルギーを算出する算出装置であって、（１）被測定者の走行又は歩行における着地の時間間隔をストライド時間として記録したデータを入力するストライド時間入力手段と、（２）ストライド時間入力手段から入力されたストライド時間に基づいて被測定者の静止状態と移動状態とを判別する移動状態判別手段と、（３）移動状態判別手段によって判別された静止状態から次の静止状態までの時間に基づいて移動期間を判別する移動期間判別手段と、（４）移動期間に含まれる複数のストライド時間のそれぞれに対して、ストライド時間から一歩ごとの歩幅を算出する歩幅算出手段と、（５）移動期間に含まれる複数のストライド時間のそれぞれに対して算出された複数の歩幅と被測定者の体重とから被測定者の消費エネルギーを算出する消費エネルギー算出手段とを備え、移動状態判別手段は、ストライド時間が、所定の閾値時間以下の場合を移動状態と判別し、所定の閾値時間を超える場合を静止状態と判別することを特徴とする。
【００１０】
本願発明者は、走行又は歩行による被測定者の消費エネルギーの算出方法について検討した結果、ストライド時間から被測定者の移動状態や歩幅などを推定して消費エネルギーの算出を行うことが可能であることを見出した。すなわち、上記した構成の消費エネルギー算出装置によれば、ストライド時間から一歩ごとの歩幅を求めることができるので、被測定者の走行又は歩行による移動距離を正確かつ簡便に算出することができる。また、ストライド時間から移動状態、静止状態、及び移動期間を判別することにより、消費エネルギーの算出を行う期間を確実に選択することができる。以上より、ストライド時間のデータから、消費エネルギーを正確に算出することができる。
【００１１】
上記した構成においては、歩幅算出手段によって算出された歩幅のデータを表示する歩幅表示手段と、消費エネルギー算出手段によって算出された消費エネルギーのデータを表示する消費エネルギー表示手段とをさらに備えることが好ましい。これにより、被測定者は、走行又は歩行での歩幅及び消費エネルギーの情報を容易に確認することができる。
【００１２】
また、ストライド時間と速さ感覚との関係を示す速さ感覚テーブル、ストライド時間と速度との関係を示す速度テーブル、及びストライド時間と歩幅との関係を示す歩幅テーブルの少なくとも一つをあらかじめ用意し、テーブルを用いてストライド時間から速さ感覚、速度、又は歩幅に変換する変換手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１３】
上記変換手段によれば、消費エネルギー又は歩幅だけでなく、速さ感覚又は速度を求めることができる。また、あらかじめ用意されたテーブルを用いているので、ストライド時間から簡便に速さ感覚、速度、又は歩幅に変換することができる。
【００１４】
上記した構成においては、変換手段によって変換された速さ感覚を表示する速さ感覚表示手段と、変換手段によって変換された速度を表示する速度表示手段とをさらに備えることが好ましい。これにより、被測定者は、走行又は歩行での速さ感覚及び速度の情報を容易に確認することができる。
【００１５】
また、移動状態判別手段は、ストライド時間が、所定の閾値時間以下の場合を移動状態と判別し、所定の閾値時間を超える場合を静止状態と判別することを特徴とする。
【００１６】
このように、ストライド時間から閾値時間を用いて移動状態と静止状態を判別することで、移動に関係するストライドのみを確実に選択することができるので、精度良く消費エネルギーを算出することができる。
【００１７】
また、移動期間判別手段は、移動状態判別手段によって判別された静止状態から次の静止状態までの間が、所定の閾値歩数以上の場合を移動期間と判別することを特徴とする。
【００１８】
このように、所定の歩数以上の連続した移動を消費エネルギーの算出に用いる期間として判別することで、本来の運動に関係する移動のみを確実に選択することができるので、精度良く消費エネルギーを算出することができる。
【００１９】
また、ストライド時間入力手段から入力されたストライド時間のデータを補正するストライド時間補正処理手段をさらに備え、ストライド時間補正処理手段は、所定の閾値時間以上のストライド時間を検出するとともに、次に検出される所定の閾値時間以上のストライド時間まで所定の閾値時間未満のストライド時間を積算することを特徴とする。
【００２０】
このように、所定の閾値時間より短いストライド時間を積算する処理を行うことで、不要な振動の検出を除去して正確なストライド時間を得ることができる。
【００２１】
さらにストライド時間補正処理手段は、ストライド時間の平均値を算出して、平均値の２倍の値を中心とする所定の範囲にストライド時間が含まれる場合に、ストライド時間を半分に分割することを特徴とする。
【００２２】
このように、所定の範囲に含まれるストライド時間を半分に分割する処理を行うことで、着地の検出ミスが補正されて正確なストライド時間を得ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明に係る消費エネルギー算出装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２４】
図１は、本発明に係る消費エネルギー算出装置の第１実施形態の構成について示すブロック図である。本装置は、走行又は歩行による人（被測定者）の運動量に関して、被測定者が走行又は歩行によって消費する消費エネルギーを算出する算出装置である。本実施形態に係る消費エネルギー算出装置１は、ストライド時間データを入力するストライド時間入力部１１と、ストライド時間から移動状態等を判別する移動状態判別部１２と、移動期間を判別する移動期間判別部１３と、一歩ごとの歩幅を算出する歩幅算出部１４と、消費エネルギーを算出する消費エネルギー算出部１５とを備える。
【００２５】
ストライド時間入力部１１は、ストライド時間データを入力する。ここで、ストライド時間とは、被測定者の走行又は歩行における着地の時間間隔のことである。このようなストライド時間のデータは、例えば、被測定者の腰のベルトなどに装着された携帯型測定器などのストライド時間測定手段によって取得される。このような測定器では、例えば、測定器を装着している被測定者の振動などから着地を検出して、その時間間隔からストライド時間データを取得する。
【００２６】
移動状態判別部１２は、ストライド時間入力部１１から入力されたストライド時間に基づいて、被測定者が移動しつつある移動状態と、移動せずに静止している静止状態とを判別する。移動状態と静止状態とを判別する方法としては、好ましくは、あらかじめ設定された閾値時間による判別方法が用いられる。この方法では、ストライド時間が、所定の閾値時間以下の場合を移動状態と判別し、所定の閾値時間を超える場合を静止状態と判別する。
【００２７】
また、移動期間判別部１３は、移動状態判別部１２によって判別された静止状態から次の静止状態までの時間に基づいて移動期間を判別する。この移動期間が、消費エネルギーの算出に用いられる期間となる。
【００２８】
移動期間判別部１３によって判別された移動期間のデータは、ストライド時間入力部１１からのストライド時間データとともに、歩幅算出部１４に入力される。歩幅算出部１４は、移動期間における一歩ごとの歩幅を算出する。ここでは、移動期間に含まれる複数のストライド時間のそれぞれに対して、ストライド時間から一歩ごとの歩幅を算出する。
【００２９】
そして、消費エネルギー算出部１５は、歩幅算出部１４によって算出された歩幅のデータと、あらかじめ与えられた被測定者の体重のデータとから被測定者の消費エネルギーを算出する。例えば、移動期間に含まれる複数のストライド時間のそれぞれに対して算出された複数の歩幅から移動距離を求めて、移動距離と被測定者の体重とから消費エネルギーを算出する。
【００３０】
本実施形態における消費エネルギー算出装置の効果について説明する。上記した消費エネルギー算出装置では、被測定者の走行又は歩行におけるストライド時間から消費エネルギーを算出している。従来、被測定者の歩数によって運動量を算出する歩数計は多いが、歩数のみでは、一歩ごとの歩幅などの具体的な歩行条件を考慮することができないので、充分な精度で運動量を算出することはできない。これに対して、本消費エネルギー算出装置によれば、被測定者の走行又は歩行に対して連続的に記録されたストライド時間を用いることによって、歩行条件をも考慮して、消費エネルギーを正確に算出することができる。
【００３１】
また、被測定者の運動量の測定について、上述したように、文献１での振動の発生時間間隔及び振動量を用いる方法などの様々な方法が提案されている。しかしながら、これらの方法では、消費エネルギーの算出方法が複雑になり、また、その算出精度も充分には得られない。これに対して、本消費エネルギー算出装置によれば、ストライド時間のデータのみから消費エネルギーを正確かつ簡便に算出することができる。
【００３２】
すなわち、本願発明者は、消費エネルギー算出の対象となる被測定者の走行又は歩行において、ストライド時間と歩幅との間には一定の関係があることを見出した。この関係を利用すれば、移動期間内での消費エネルギーの算出方法について、ストライド時間から一歩ごとの歩幅を求めることができるので、移動距離を正確かつ簡便に算出することが可能となる。そして、正確な移動距離が算出されることで、消費エネルギーを正確に算出することができる。
【００３３】
また、消費エネルギーを算出する期間については、ストライド時間から移動状態と静止状態を判別することで、移動に関係するストライドのみを確実に選択することができる。さらに、所定の期間以上の連続した移動期間を判別することで、本来の運動に関係する移動期間のみを確実に選択して消費エネルギーの算出を行うことができる。
【００３４】
また、移動状態判別部１２における移動状態等の判別については、あらかじめ設定された閾値時間による判別方法を用いている。このように、ストライド時間に閾値時間を適用して移動状態と静止状態とを判別することで、移動に関係するストライドのみを確実に選択することができるので、精度良く消費エネルギーを算出することができる。
【００３５】
具体的な閾値時間としては、例えば、通常の歩行におけるストライド時間は８００ｍｓ以下、ジョギング、マラソンにおいては３００ｍｓ、２５０ｍｓ程度であることから、被測定者が静止している場合は少なくともストライド時間が８００ｍｓ以上となるので、閾値時間を８００ｍｓとすることが好ましい。あるいは、他の条件を考慮して、上記以外の数値に閾値時間を設定しても良い。例えば、静止状態とゆっくりした移動とが繰り返される場合には、閾値時間を２秒とすることが好ましい。また、閾値時間を用いる方法以外にも、他の移動状態及び静止状態の判別方法を用いても良い。さらに、上記したように歩行、ジョギング、又はマラソンなどにおけるストライド時間がわかっている場合、ストライド時間に基づいて速さを求めることも可能である。
【００３６】
また、移動期間判別部１３における移動期間の判別については、あらかじめ閾値歩数を設定しておき、閾値歩数以上の移動の場合を移動期間とすることが好ましい。このように、所定の歩数以上の連続した移動を消費エネルギーの算出に用いる期間として判別することで、本来の運動に関係する移動のみを確実に選択することができるので、精度良く消費エネルギーを算出することができる。
【００３７】
具体的な閾値歩数としては、例えば、１０歩、あるいは２０歩とすることが好ましい。また、閾値歩数に代えて閾値距離を用い、閾値距離以上の移動の場合を移動期間としても良い。このような閾値距離としては、例えば、１００ｍに設定することが好ましい。
【００３８】
ここで、具体的なストライド時間データの一例を示すとともに、上記した装置における消費エネルギーの算出方法の概略を説明する。図２は、本データ例におけるストライド時間データを記録する際に被測定者が行った歩行（走行）方法を示す図である。被測定者は最初に、ゆっくり歩きで固定距離Ｄ＝３４ｍを移動した後、停止して向きを変える。次に、復路を普通歩きで移動した後に停止して向きを変える。そして、往路を早歩きで移動した後に停止して向きを変える。最後に、復路をジョギングで移動した後に停止する。
【００３９】
このように、被測定者の速さ感覚（主観的な速さ）に応じて等速で往復運動を繰り返し、携帯型測定器によってストライド時間を測定し記録した。また、到着、出発時に携帯型測定器のスイッチを押して、イベント信号を入れても良い。このイベント信号はその時間間隔が携帯型測定器に記録される。本データ例では、計測開始及び終了時にイベント信号を用いた。また、移動と静止とを明確に区別するため、端まで移動して向きを変える際に３〜４秒間静止することとした。
【００４０】
図３は、図２に示す方法で記録したストライド時間データを表したグラフで、縦軸をストライド時間、横軸を歩数としている。また図４は、図３を縦軸方向に拡大したグラフである。図４において、期間Ｔ１はゆっくり歩きによる移動期間、期間Ｔ２は普通歩きによる移動期間、期間Ｔ３は早歩きによる移動期間、期間Ｔ４はジョギングによる移動期間である。また、各移動期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４の間は、それぞれ被測定者が静止状態にある静止期間Ｔ０となっている。
【００４１】
この図から、移動の速さが速くなればストライド時間は短くなることがわかる。また、静止していればストライド時間が著しく長くなって、移動状態と静止状態とを容易に区別できることがわかる。これらを利用すれば、消費エネルギーの算出に用いる移動期間について判別することができる。さらに、ストライド時間と歩幅との相関を用いれば、ストライド時間に対応する歩幅が求められ、この歩幅から、被測定者の消費エネルギーを算出することができる。
【００４２】
図５は、本発明に係る消費エネルギー算出装置の第２実施形態の構成について示すブロック図である。本実施形態に係る消費エネルギー算出装置２は、ストライド時間入力部１１と、移動状態判別部１２と、移動期間判別部１３と、歩幅算出部１４と、消費エネルギー算出部１５とを備え、さらに、ストライド時間から速さ感覚、速度、又は歩幅に変換する変換部２６と、ストライド時間入力部１１から得られたストライド時間のデータを補正するストライド時間補正処理部２７と、各データを表示する表示装置２８とを備える。
【００４３】
これらのうち、ストライド時間入力部１１、移動状態判別部１２、移動期間判別部１３、歩幅算出部１４、及び消費エネルギー算出部１５については、第１実施形態と略同様の機能を有する。
【００４４】
変換部２６には、ストライド時間と速さ感覚との関係を示す速さ感覚テーブル２６１、ストライド時間と速度との関係を示す速度テーブル２６２、及びストライド時間と歩幅との関係を示す歩幅テーブル２６３の少なくとも一つがあらかじめ用意されている。変換部２６は、移動期間判別部１３によって判別された移動期間に含まれる複数のストライド時間のそれぞれに対して、速さ感覚テーブル２６１、速度テーブル２６２、又は歩幅テーブル２６３を用いてストライド時間から速さ感覚、速度、又は歩幅に変換する。
【００４５】
ここで、変換部２６によって変換された歩幅は、消費エネルギー算出部１５において、歩幅算出部１４によって算出された歩幅に代えて消費エネルギーの算出に用いることができる。
【００４６】
ストライド時間補正処理部２７は、ストライド時間入力部１１から入力されたストライド時間データについて必要に応じて補正処理を行う。補正処理の方法としては、不要な振動によって検出された余分なストライド時間を積算するとともに、振動を検出できなかった着地を補間する。具体的には、例えば、余分なストライド時間の積算については、所定の閾値時間以上のストライド時間を検出するとともに、次に検出される所定の閾値時間以上のストライド時間まで所定の閾値時間未満のストライド時間を積算する方法がある。さらに、着地の補間については、ストライド時間の平均値を算出し、平均値の２倍の値を中心とする所定の範囲にストライド時間が含まれる場合には、検出ミスがあったものとしてストライド時間を半分に分割する方法がある。
【００４７】
表示装置２８は、歩幅のデータを表示する歩幅表示部２４ａと、消費エネルギーのデータを表示する消費エネルギー表示部２５ａと、速さ感覚を表示する速さ感覚表示部２６１ａと、速度を表示する速度表示部２６２ａとを備えている。歩幅表示部２４ａには、歩幅算出部１４によって算出された歩幅のデータ、及び変換部２６によって変換された歩幅のデータが表示される。消費エネルギー表示部２５ａには、消費エネルギー算出部１５によって算出された消費エネルギーのデータが表示される。速さ感覚表示部２６１ａには、変換部２６によって変換された速さ感覚が表示される。速度表示部２６２ａには、変換部２６によって変換された速度が表示される。
【００４８】
本実施形態における消費エネルギー算出装置によれば、被測定者の走行又は歩行に対して連続的に記録されたストライド時間を用いることによって、歩行条件をも考慮して、消費エネルギーを正確に算出することができる。また、ストライド時間のデータのみから消費エネルギーを正確かつ簡便に算出することができる。
【００４９】
すなわち、移動期間内での消費エネルギーの算出方法について、ストライド時間から一歩ごとの歩幅を求めることができるので、移動距離を正確かつ簡便に算出することが可能となる。そして、正確な移動距離が算出されることで、消費エネルギーを正確に算出することができる。また、消費エネルギーを算出する期間については、ストライド時間から移動状態と静止状態を判別することで、移動に関係するストライドのみを確実に選択することができる。さらに、所定の期間以上の連続した移動期間を判別することで、本来の運動に関係する移動期間のみを確実に選択して消費エネルギーの算出を行うことができる。
【００５０】
また、本実施形態においては、歩幅演算部１４とは別に、テーブル（関係表）を用いてデータの変換を行う変換部２６が設けられている。この変換部２６では、あらかじめ用意されたテーブルを用いているので、ストライド時間から簡便に速さ感覚、速度、又は歩幅に変換することができる。そして、テーブルを用いてストライド時間から歩幅に変換できるので、移動距離が未知であっても歩幅を算出して、消費エネルギーを算出することができる。
【００５１】
なお、歩幅算出部１４における歩幅の算出については、移動距離が既知であれば、移動期間に含まれる複数のストライド時間と、その移動期間での移動距離とから、一歩ごとの歩幅を算出することができる。また、移動距離が未知であれば、あらかじめ求められたストライド時間と歩幅との相関を示す関係式などから、一歩ごとの歩幅を算出することができる。
【００５２】
また、入力されたストライド時間のデータに対して補正処理を行うストライド時間補正処理部２７を設けている。これにより、所定の閾値時間より短いストライド時間を積算する処理を行うことで、不要な振動の検出が除去される。さらに、所定の範囲に含まれるストライド時間を半分に分割する処理を行うことで、着地の検出ミスが補正されて正確なストライド時間を得ることができる。
【００５３】
また、本消費エネルギー算出装置２によって求められたそれぞれのデータを表示する表示装置２８が設けられている。この表示装置２８によって歩幅のデータ、消費エネルギーのデータ、速さ感覚、又は速度、あるいはそれらとストライド時間との相関などが表示されることで、これらの情報を容易に確認することが可能となる。
【００５４】
上記した実施形態による消費エネルギー算出装置を用いた消費エネルギーの算出方法について具体的に説明する。ここで、消費エネルギーの算出に用いられる歩幅は、身長差や体型、運動能力などによって、被測定者となる個人ごとに異なる。これに対して、図２に示すように、あらかじめ被測定者に固定距離Ｄを様々な速さ感覚で移動してもらい、そのストライド時間及び歩幅などについてのデータを取っておけば、各個人に合わせてストライド時間と歩幅との関係を定めて、消費エネルギーをより正確に算出することができる。あるいは、それらのデータから、変換部２６においてその個人に適用されるテーブル２６１、２６２、２６３をあらかじめ作成することも可能である。
【００５５】
以下においては、このように消費エネルギー算出の基準として図２に示したような移動を行ってもらった際に取得されたデータ例によって、歩幅や消費エネルギーなどの各運動量の値、あるいはそれらの算出方法について説明する。ただし、以下に説明する各運動量の算出方法は、このような特殊な歩行方法による場合に限らず、被測定者が通常の走行又は歩行を行っている場合にも同様に適用が可能である。
【００５６】
また、各個人に適用されるストライド時間と歩幅との関係等については、上述したように個人ごとに基準データを測定して関係式やテーブルを作成することも可能であるが、例えば、各個人のデータを平均して求められた一般的な関係式やテーブルなどをあらかじめ用意しておき、それを用いる方法なども可能である。
【００５７】
まず、歩幅算出部１４における歩幅の算出方法、及び変換部２６における各データの変換方法について説明する。ここで、ストライド時間と歩幅との関係が未知の場合を考えると、歩幅を求めるには、連続して移動（走行又は歩行）していることとその移動距離が必要である。また、図３のように途中で静止状態が混入していると、距離がわかっても正確な歩幅を求めることはできない。
【００５８】
歩幅算出部１４においては、移動期間判別部１３によって判別された移動期間について歩幅の算出を行うとともに、一歩ごとの歩幅がストライド時間にほぼ反比例するとの関係を用いて歩幅を算出する方法を用いることができる。すなわち、移動期間における移動距離をＤ、ストライド時間データ列をｓ１，ｓ２，…，ｓｎとすると、ｓｎの逆数を用いて移動距離Dを内分することで、被測定者ごとの速さに応じた歩幅を算出することができる。
【００５９】
具体的には、１／ｓ１，１／ｓ２，…，１／ｓｎを求め、その積算値をＩＳ＝Σ（１／ｓｎ）とすれば、一歩ごとの歩幅ｄ１，ｄ２，…，ｄｎを、ｄｎ＝Ｄ×（１／ｓｎ）／ＩＳで算出できる。図６は、歩幅算出部１４によって求められた歩幅を各移動期間Ｔ１〜Ｔ４ごとに分けて表したグラフで、縦軸を歩幅、横軸を歩数としており、Ａ１が期間Ｔ１でのゆっくり歩き、Ａ２が期間Ｔ２での普通歩き、Ａ３が期間Ｔ３での早歩き、Ａ４が期間Ｔ４でのジョギングを示している。
【００６０】
なお、図６から、同じ移動期間におけるそれぞれのストライド時間は概ね等しいものの、必ずしも一定とはならないことがわかる。これは、路面の凹凸、歩きの慣れ、体調などが影響していると考えられる。そこで、歩幅の平均値、分散値を求めることによって、被測定者の歩行能力を評価又は比較することができる。この平均値は被測定者の歩き方に対する歩幅を意味しており、分散値は上記した体調などの影響による歩き方のばらつきに対応している。また、歩行開始、終了時の歩幅等が平均からずれることが多いので、距離が短い場合には、前後５歩程度は平均計算から除去することなどの考慮が必要なことがある。
【００６１】
また図７は、図６の結果からストライド時間と歩幅との関係を表したグラフで、縦軸をストライド時間、横軸を歩幅としており、Ｂ１がゆっくり歩き、Ｂ２が普通歩き、Ｂ３が早歩き、Ｂ４がジョギングを示している。このように、ストライド時間と歩幅との間には一定の相関がある。そして、このストライド時間と歩幅との関係を歩幅テーブル２６３に記憶しておけば、変換部２６において、歩幅テーブル２６３を用いてストライド時間から歩幅に変換することができる。あるいは、この関係から式を求めて、その関係式を歩幅算出部１４での歩幅算出に用いても良い。
【００６２】
図８は、速さ感覚ごとに、移動時間、平均速度、平均歩幅、歩数、平均ストライド時間、総距離をまとめた表である。このようなデータから、ストライド時間と速さ感覚との相関や、ストライド時間と速度との相関などを求めることができる。
【００６３】
図９は、ストライド時間と速度との関係を表したグラフで、縦軸をストライド時間、横軸を速度としている。この図から、ストライド時間と速度との関係にはほぼ逆比例の関係があることがわかる。この傾きは個人ごとに異なり、歩行能力が優れるにしたがって右側に平行移動してくる。この変化を見れば運動効果の評価が可能となる。そして、このストライド時間と速度との関係を速度テーブル２６２に記憶しておけば、変換部２６において、速度テーブル２６２を用いてストライド時間から速度に変換することができる。あるいは、この関係から式を求めてその関係式を用いても良い。
【００６４】
図１０は、歩幅と速度との関係を表したグラフで、縦軸を歩幅、横軸を速度としている。さらに、ストライド時間と速さ感覚との関係も同様に求められ、速さ感覚テーブル２６１に記憶しておけば、変換部２６において、速さ感覚テーブル２６１を用いてストライド時間から速さ感覚に変換することができる。あるいは、この関係から式を求めてその関係式を用いても良い。
【００６５】
図１１は、速さ感覚と歩数との関係を表したグラフで、縦軸を速さ感覚、横軸を歩数としており、変換部２６によって縦軸のストライド時間が速さ感覚に変換されている。また、このようなグラフにおいて、横軸の歩数を時間に変換してやれば、時間の変化に伴う速さ感覚の変化を知ることができる。さらに、ストライド時間の変化から被測定者の行動を推定することができる。例えば、静止及びゆっくりとした移動を繰り返していれば、ショッピングなどの商品を見ながら移動するような行動をしていると推定することができる。
【００６６】
次に、消費エネルギー算出部１５における消費エネルギーの算出について説明する。消費エネルギー算出部１５は、歩幅算出部１４によって算出された歩幅、又は変換部２６によって変換された歩幅と、被測定者の体重とから消費エネルギーを算出する。すなわち、例えば、移動期間に含まれる複数のストライド時間のそれぞれに対して算出された複数の歩幅から移動距離を求めることによって、移動距離と被測定者の体重とから消費エネルギーを算出することができる。
【００６７】
移動距離からの消費エネルギーの算出方法としては、消費エネルギーが移動距離及び被測定者の体重に比例するとして、その比例関係から消費エネルギーを算出することができる。例えば、体重１ｋｇを１ｋｍ移動するために必要なエネルギーは１ｋｃａｌ（４１８４Ｊ）とされていることから、被測定者の体重と移動距離との積を求めることで消費エネルギーを算出することができる。この方法では、例えば、体重６０ｋｇの人が１０ｋｍ移動したとすると、６０ｋｇ×１０ｋｍ＝６００ｋｃａｌとなる。
【００６８】
また、上記以外の算出方法を用いて、消費エネルギーを算出することも可能である。図１２は、消費エネルギーと速度との関係を体重別に表したグラフで、縦軸を消費エネルギー、横軸を速度としている。また、グラフＷ１〜Ｗ８については、一番上のＷ１が体重８０ｋｇの場合を示しており、以下５ｋｇずつ軽くなって、一番下のＷ８が体重４５ｋｇの場合を示している。消費エネルギーと速度とは、図１２に示すように、被測定者の体重に応じて一定の関係があることが知られており、この関係から消費エネルギーを求めても良い。また、運動強度に応じた酸素摂取量を示すＭＥＴＳ（Ｍｅｔａｂｏｌｉｃ  Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ）から消費エネルギーを求めても良い。
【００６９】
次に、ストライド時間補正処理部２７におけるストライド時間データの補正処理について説明する。ここで用いた携帯型測定器は、振り子センサによって着地の振動を検出しているが、このような測定器では、振り子センサの固有振動数、体の複雑な振動、足の振り上げ、着地時の強い振動などの影響により、不要な振動が検出される場合がある。特に、足の振り上げ、着地時の強い振動などの影響によって不要な振動が多く発生する。図１３は、生のストライド時間データの一部を表したグラフで、縦軸をストライド時間、横軸を歩数としている。例えば、図１３でストライド時間が１００ｍｓ以下の部分に表れている比較的短いストライド時間が不要な振動の検出を表している。
【００７０】
不要な振動の検出を除去する方法として、一度着地を検出した後、一定の時間は着地しないことから、その時間は振動を検出しないように不感時間を設定する方法が考えられる。しかし、単純に不感時間を設定するだけでは正確なストライド時間を記録することができないので、ストライド時間に基づいて正確に消費エネルギーを算出するためには、不感時間を設定する方法では解決することができない。
【００７１】
そこで、ストライド時間補正処理部２７は、ストライド時間入力部１１から入力されたストライド時間データに含まれる検出ミスの補正を行う。図１４は、ストライド時間補正処理部２７の処理の流れを示すフローチャートである。
【００７２】
まず、ストライド時間入力部１１から入力されたストライド時間から所定の閾値時間以上のストライド時間を検出する（ステップＳ１）。次に、ステップＳ１で検出された所定の閾値時間以上のストライド時間から次に検出されるストライド時間までの閾値時間よりも短いストライド時間を積算し、不要な振動の検出を除去する（ステップＳ２）。さらに、ストライド時間の平均値を算出する（ステップＳ３）。そして、平均値の２倍の値を中心とする範囲にストライド時間が含まれる場合に、ストライド時間を半分に分割する処理を行って、検出されなかった着地のデータを補う（ステップＳ４）。
【００７３】
図１５は、このようにして補正した結果の一部を表したグラフで、縦軸をストライド時間、横軸を歩数としている。これを図１３と比較すると、図１３でストライド時間が１００ｍｓ以下の部分に表れていた不要な振動の検出が除去されている。また、除去されたストライド時間が加算されているため、全体的にストライド時間が増加している。なお、図３及び図４に示したストライド時間データは、このような補正処理を行った後のものである。
【００７４】
また、左右の変動周期と振り子センサの固有振動数が共鳴して、振動パターンを発生させることがある。しかし、このような場合は左右の加算平均によって除去することが可能である。
【００７５】
本発明による消費エネルギー算出装置は、上述した実施形態及び実施例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、本発明に係る消費エネルギー算出装置に、インターネット経由でストライド時間データを送信し、消費エネルギーを算出することも可能である。
【００７６】
図１６は、インターネット経由でストライド時間データを送信し、消費エネルギーを算出するネットワークシステムの概略構成図である。本システムにおいては、例えば、各個人の健康状態を管理している健康センター内に、図１又は図５に示したような消費エネルギー算出装置１が設置される。そして、携帯型測定器４０に記録されているストライド時間データは、パソコン４１、携帯電話４２、携帯端末４３、又は伝送部４４などを利用してインターネット５０経由で健康センターに送信され、健康センター内の消費エネルギー算出装置１において消費エネルギーが算出される。また、算出された消費エネルギーは、インターネット５０経由で、パソコン４１、携帯電話４２、又は携帯端末４３などを利用して閲覧することができる。
【００７７】
まず、ストライド時間データを送信した場合の健康センター内における処理について説明する。被測定者である利用者は、インターネット５０経由で健康センター内の消費エネルギーデータ配信装置３にアクセスして、利用者ＩＤ及びパスワードを入力する。インターフェース部３１から入力された利用者ＩＤ及びパスワードは受信部３２で受信される。そして、ＩＤ認識部３３で利用者が認証されると、ストライド時間データの送信が可能となり、課金処理部３５で課金処理が行われる。送信されたストライド時間データは、要求判別部３４によって消費エネルギー算出装置１に入力される。そして、消費エネルギー算出装置１によって算出された消費エネルギーのデータは、データベース３６に記録される。
【００７８】
次に、消費エネルギーデータを閲覧する場合の健康センター内の処理について説明する。ストライド時間データ送信のときと同様に、利用者はインターネット５０経由で健康センター内の消費エネルギーデータ配信装置３にアクセスして、利用者ＩＤ及びパスワードを入力する。そして、ＩＤ認識部３３で利用者が認証されると、要求判別部３４からデータ作成部３７に出力データ作成の指示が送られる。データ作成部３７は、データベース３６から利用者の消費エネルギーデータを検索して送信部３８に出力する。そして、利用者の消費エネルギーデータは、送信部３８からインターフェース部３１に送信されて、インターネット５０経由で利用者に送信される。ここで、パソコン４１を利用してホームページから消費エネルギーデータを閲覧する場合は無料であるが、携帯電話４２を利用して閲覧する場合には、携帯電話４２の画面用に表示が変換され、一回当たり所定の料金が課金される。この料金は、一月ごとに集計して利用者に請求される。
【００７９】
上記のように、本発明による消費エネルギー算出装置を用いた消費エネルギーデータ配信装置によれば、被測定者は、その歩幅や消費エネルギーなどの運動量のデータを容易に知ることができる。また、このような消費エネルギー算出装置は、各家庭などに配置しても良い。
【００８０】
このような消費エネルギーなどのデータは、生活習慣の客観的な情報として、ダイエットなどの健康管理ばかりでなく、糖尿病患者の運動量把握、スポーツ選手の運動量把握にも応用が可能である。また、本発明で用いた手法は、運動における繰り返しサイクルの周期時間が基本となっており、他のスポーツにも応用が可能である。例えば、水泳のストロークに対応させることで、水泳選手のストローク距離、ストローク時間に応用することができる。
【００８１】
なお、上述した消費エネルギー算出装置では、ストライド時間から求められた歩幅から、例えば被測定者の移動距離によって消費エネルギーを算出している。走行や歩行に関する限り、被測定者の消費エネルギーは移動距離が同じであればほとんど同じである。したがって、上記した算出方法によれば、走行や歩行による消費エネルギーを移動速度などによらずに正確に評価することができ、被測定者に対して適正な運動の目安等を提供することができる。
【００８２】
また、被測定者の歩幅自体も、運動量のデータとして有効である。すなわち、走行又は歩行での歩幅は、個人差はあるが、速く移動すれば歩幅が広くなる。そして、この歩幅は、被測定者の筋力に依存し、筋力がなければ歩幅を広げることができない。したがって、一定期間にわたる歩幅の変化をみることにより、被測定者の筋力はや心肺機能等の強化について評価することができる。
【００８３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した通り、本発明に係る消費エネルギー算出装置は、被測定者の走行又は歩行に対して連続的に記録されたストライド時間を用いることによって、歩行条件をも考慮して、消費エネルギーを正確に算出することができる。また、ストライド時間のデータのみから消費エネルギーを正確かつ簡便に算出することができる。
【００８４】
すなわち、移動期間内での消費エネルギーの算出方法について、ストライド時間から一歩ごとの歩幅を求めることができるので、移動距離を正確かつ簡便に算出することが可能となる。そして、正確な移動距離が算出されることで、消費エネルギーを正確に算出することができる。また、消費エネルギーを算出する期間については、ストライド時間から移動状態と静止状態を判別することで、移動に関係するストライドのみを確実に選択することができる。さらに、所定の期間以上の連続した移動期間を判別することで、本来の運動に関係する移動期間のみを確実に選択して消費エネルギーの算出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る消費エネルギー算出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ストライド時間データを記録する際に被測定者が行った歩行（走行）方法を示す図である。
【図３】図２に示す方法で記録したストライド時間データを表したグラフである。
【図４】図３のグラフを縦軸方向に拡大したグラフである。
【図５】第２実施形態に係る消費エネルギー算出装置の構成を示すブロック図である。
【図６】各移動期間ごとの歩幅を表したグラフである。
【図７】ストライド時間と歩幅との関係を表したグラフである。
【図８】速さ感覚ごとに、移動時間、平均速度、平均歩幅、歩数、平均ストライド時間、総距離をまとめた表である。
【図９】ストライド時間と速度との関係を表したグラフである。
【図１０】歩幅と速度との関係を表したグラフである。
【図１１】速さ感覚と歩数との関係を表したグラフである。
【図１２】消費エネルギーと速度との関係を表したグラフである。
【図１３】生のストライド時間データの一部を表したグラフである。
【図１４】ストライド時間補正処理部における処理の流れを示すフローチャートである。
【図１５】ストライド時間補正処理後のストライド時間データの一部を表したグラフである。
【図１６】インターネット経由でストライド時間データを送信し、消費エネルギーを算出するネットワークシステムの概略構成図である。
【符号の説明】
１、２…消費エネルギー算出装置、
１１…ストライド時間入力部、
１２…移動状態判別部、１３…移動期間判別部、
１４…歩幅算出部、２４ａ…歩幅表示部、
１５…消費エネルギー算出部、２５ａ…消費エネルギー表示部、
２６…変換部、２７…ストライド時間補正処理部、
２６１…速さ感覚テーブル、２６１ａ…速さ感覚表示部、
２６２…速度テーブル、２６２ａ…速度表示部、２６３…歩幅テーブル、
３…消費エネルギーデータ配信装置、
３１…インターフェース部、３２…受信部、３３…ＩＤ認識部、
３４…要求判別部、３５…課金処理部、３６…データベース、
３７…データ作成部、３８…送信部、
４０…携帯型測定器、４１…パソコン、４２…携帯電話、４３…携帯端末、
４４…伝送部、５０…インターネット。
【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】
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【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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