(57)【要約】      （修正有）【課題】ユーザーに装着されて使用される携帯型の電子機器において、走行時の着地位置算出可能とする技術を提供する。【解決手段】着地位置評価装置としての携帯型電子機器２０は、ユーザーの体幹の一部位に装着された第１慣性センサー（第１ＩＭＵ）３０と、ユーザーの下肢または下肢に装着された装着物に装着された第２慣性センサー（第２ＩＭＵ）３０ａ，３０ｂと、第１ＩＭＵ３０および第２ＩＭＵ３０ａ，３０ｂの検出値を用いてユーザーの着地位置を算出し、算出した着地位置の評価を行う着地位置評価部２２０と、を備え、着地位置評価部２２０は、ユーザーの走行時の着地を判定する着地判定部２２１と、着地判定部２２１による着地判定時の第１ＩＭＵ３０の位置と第２ＩＭＵ３０ａ，３０ｂの位置との差を求める差分算出部２２２と、を含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザーの体幹の一部位に装着された第１慣性センサーと、
前記ユーザーの下肢または前記下肢に装着された装着物に装着された第２慣性センサーと、
前記第１慣性センサーおよび前記第２慣性センサーの検出値を用いて前記ユーザーの着地位置を算出し、該着地位置の評価を行う着地位置評価部と、を備え、
前記着地位置評価部は、前記ユーザーの走行時の着地を判定する着地判定部と、前記着地判定部による着地判定時の前記第１慣性センサーの位置と前記第２慣性センサーの位置との差を求める差分算出部と、を含むことを特徴とする着地位置評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の着地位置評価装置において、
前記第２慣性センサーは前記ユーザーの足首または靴に装着されることを特徴とする着地位置評価装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の着地位置評価装置において、
前記第１慣性センサーは、前記ユーザーの腰部に装着されることを特徴とする着地位置評価装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の着地位置評価装置において、
前記第２慣性センサーは、前記ユーザーの両方の下肢または両足に履いた靴に装着されることを特徴とする着地位置評価装置。
【請求項５】
ユーザーの体幹の一部位に装着された第１慣性センサーの検出値と、前記ユーザーの下肢または前記下肢に装着された装着物に装着された第２慣性センサーの検出値と、を用いて前記ユーザーの走行時の着地位置を算出することと、
前記着地位置の算出結果から、前記ユーザーの走行時の着地判定をすることと、
前記着地判定時の前記第１慣性センサーの位置と前記第２慣性センサーの位置との差を求めることと、
前記着地判定時の前記第１慣性センサーの位置と前記第２慣性センサーの位置との差に基づいて前記ユーザーの走行時の着地位置を評価することと、
を特徴とする着地位置評価方法。
【請求項６】
請求項５に記載の着地位置評価方法において、
前記第２慣性センサーを、前記ユーザーの足首または靴に装着することを特徴とする着地位置評価方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の着地位置評価方法において、
前記第１慣性センサーを、前記ユーザーの腰部に装着することを特徴とする着地位置評価方法。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか一項に記載の着地位置評価方法において、
前記第２慣性センサーを、前記ユーザーの両方の下肢または両足に履いた靴に装着することを特徴とする着地位置評価方法。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれか一項に記載の着地位置評価方法において、
前記着地判定は、前記第１慣性センサー、または前記第２慣性センサーにより計測される加速度を座標変換し、前記ユーザーの進行方向に沿った加速度により判定することを特徴とする着地位置評価方法。
【請求項１０】
請求項５〜８のいずれか一項に記載の着地位置評価方法において、
前記着地位置評価は、着地時の前記第１慣性センサーの検出位置と前記第２慣性センサーの検出位置との差分の水平成分より算出される距離を、前記ユーザーの着地時の重心位置と着地位置との距離とし、前記距離の大小により評価することを特徴とする着地位置評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行時の着地位評価法、及び着地位置評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ランニング等の運動を行うユーザーの胴体部や腕に装着して使用される携帯型の電子機器が普及している。このような携帯型の電子機器は、加速度センサーやジャイロセンサーといった各種のセンサーを内蔵し、内蔵センサーの検出値を用いて、位置や走行速度、心拍数や歩数、走行ペースといった各種の運動データを算出する機能を備えたものも開発されており、人気が高い（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１４０１５８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、日々のランニングの記録とは別に、走行フォームなどのランニング自体を評価し、ユーザーに報せる一種のコーチング機能があれば便利であり、望まれる。例えば、ランニングを評価する指標の一つとして、走行時の着地位置があり、重心のほぼ真下に着地すること（真下着地）が望ましいとされている。これは、重心より前方に着地した場合にはブレーキ力がかかるが、重心のほぼ真下に着地すると地面からの反力によるブレーキ力が小さくなるためである。また、真下着地の場合には、更に重心の上下方向の移動が小さくなるという利点もある。こういった点を総合して、真下着地は、エネルギー効率の良いランニングと考えられている。
【０００５】
従来、走行時の着地位置を評価する方法としては、体幹の１部位（例えば腰）に装着された慣性センサーを用いた方法がある。この方法では、慣性センサーにより検出した鉛直方向加速度が最大値となるポイントを、重心が着地位置の略真上にある「立脚中期」として検出し、この立脚中期に基づいて着地位置を算出する。しかしながら、このように体幹に装着した一つの慣性センサーにより重心の移動距離を計算して求めた鉛直方向加速度が最大値となるポイントは、ユーザーのランニングフォームの個人差によってばらつきが生じて真の立脚中期と異なるポイントとなることにより、着地位置の評価結果に誤差が生じる虞があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ユーザーに装着されて使用される携帯型の電子機器において、走行時の着地位置の評価を高精度に行うことを可能とする技術を提案することである。
【０００７】
［適用例１］本適用例に係る着地位置評価装置は、ユーザーの体幹の一部位に装着された第１慣性センサーと、前記ユーザーの下肢または前記下肢に装着された装着物に装着された第２慣性センサーと、前記第１慣性センサーおよび前記第２慣性センサーの検出値を用いて前記ユーザーの着地位置を算出し、該着地位置の評価を行う着地位置評価部と、を備え、前記着地位置評価部は、前記ユーザーの走行時の着地を判定する着地判定部と、前記着地判定部による着地判定時の前記第１慣性センサーの位置と前記第２慣性センサーの位置との差を求める差分算出部と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、ユーザーの体幹に装着した第１慣性センサーと、下肢またはユーザーが履いた靴に装着した第２慣性センサーとの検出値を用いて、着地判定部により走行時の着地を判定し、差分算出部により着地判定時の第１慣性センサーの位置と第２慣性センサーの位置との差を求める。つまり、着地判定時における、第１慣性センサーにより検出される重心の位置と、第２慣性センサーにより検出されるユーザーの着地位置との差（重心着地位置間距離）を求め、その差の大小によりユーザーの走行時の着地位置の良し悪しを評価することができる。これにより、従来の、立脚中期の検出値を用いた着地位置の算出に基づく着地位置評価に比して、ユーザーごとの走行フォームの個人差の影響を軽減できるので、精度の高い着地位置評価を行うことができる。
従って、ユーザー毎のフォームの個人差の影響による誤差を抑え、高精度な着地位置の評価を行うことが可能な着地位置評価装置を提供することができる。
【０００９】
［適用例２］上記適用例に記載の着地位置評価装置において、前記第２慣性センサーは前記ユーザーの足首または靴に装着されることが好ましい。
【００１０】
本適用例によれば、着地位置評価に際して、ユーザーの着地時の重心と足の位置関係が重要であるため、第２慣性センサーをユーザーの足首またはユーザーが履いている靴に装着することで、第２慣性センサーを下肢の上部に装着した場合と比較して、より正確な重心との位置関係を算出することができるので、高精度な着地位置評価が可能となる。
【００１１】
［適用例３］上記適用例に記載の着地位置評価装置において、前記第１慣性センサーは、前記ユーザーの腰部に装着されることが好ましい。
【００１２】
本適用例によれば、着地位置評価に際して、第１慣性センサーを、走行中に比較的動きの少ないユーザーの腰部に装着することにより、走行時の慣性を安定して検出することができ、また、走行フォームの個人差の影響も受けにくくなることによって、より正確な着地位置の算出ができるので、高精度な着地位置評価が可能となる。
【００１３】
［適用例４］上記適用例に記載の着地位置評価装置において、前記第２慣性センサーは、前記ユーザーの両方の下肢または両足に履いた靴に装着されることが好ましい。
【００１４】
本適用例によれば、第２慣性センサーをユーザーの両方の下肢または両足に履いた靴に装着することにより、両足の着地位置を算出することができるので、より正確な着地位置評価が可能となる。
【００１５】
［適用例５］本適用例に係る着地位置評価方法は、ユーザーの体幹の一部位に装着された第１慣性センサーの検出値と、前記ユーザーの下肢または前記下肢に装着された装着物に装着された第２慣性センサーの検出値と、を用いて前記ユーザーの走行時の着地位置を算出することと、前記着地位置の算出結果から、前記ユーザーの走行時の着地判定をすることと、前記着地判定時の前記第１慣性センサーの位置と前記第２慣性センサーの位置との差を求めることと、前記着地判定時の前記第１慣性センサーの位置と前記第２慣性センサーの位置との差に基づいて前記ユーザーの走行時の着地位置を評価することと、を含むことを特徴とする。
【００１６】
本適用例によれば、ユーザーの体幹に装着した第１慣性センサーと、下肢またはユーザーが履いた靴に装着した第２慣性センサーとの検出値を用いてユーザーの着地位置をそれぞれ算出し、各着地位置の差を求めて、その差に基づいて着地位置の良し悪しを評価する。これにより、従来の、誤差が生じやすい立脚中期の検出値を用いた着地位置の算出に基づく着地位置評価に比して、ユーザーごとの走行フォームの個人差の影響を軽減できるので、精度の高い着地位置評価を行うことができる。
また、着地位置算出結果や着地位置評価結果を、リアルタイムでユーザーに報知することができるため、ユーザーは走行を継続しながら着地位置を改善することができる。
【００１７】
［適用例６］上記適用例に記載の着地位置評価方法において、前記第２慣性センサーは、前記ユーザーの足首または靴に装着することが好ましい。
【００１８】
本適用例によれば、着地位置評価に際して、ユーザーの着地時の重心と足の位置関係が重要であるため、第２慣性センサーをユーザーの足首またはユーザーが履いている靴に装着することで、第２慣性センサーを下肢の上部に装着した場合と比較して、より正確な重心との位置関係を算出することができるので、高精度な着地位置評価が可能となる。
【００１９】
［適用例７］上記適用例に記載の着地位置評価方法において、前記第１慣性センサーは、前記ユーザーの腰部に装着することが好ましい。
【００２０】
本適用例によれば、着地位置評価に際して、第１慣性センサーを、走行中に比較的動きの少ないユーザーの腰部に装着することにより、走行時の慣性を安定して検出することができ、また、走行フォームの個人差の影響を受けにくくなるので、より正確な着地位置の算出が可能となり、高精度な着地位置評価が可能となる。
【００２１】
［適用例８］上記適用例に記載の着地位置評価方法において、前記第２慣性センサーは、前記ユーザーの両方の下肢または両足に履いた靴に装着することが好ましい。
【００２２】
本適用例によれば、第２慣性センサーをユーザーの両方の下肢または両足に履いた靴に装着することにより、両足の着地位置を算出することができるので、より正確な着地位置評価が可能となる。
【００２３】
［適用例９］上記適用例に記載の着地位置評価方法において、前記着地判定は、前記第１慣性センサー、または前記第２慣性センサーにより計測される加速度を座標変換し、前記ユーザーの進行方向に沿った加速度により判定することが好ましい。
【００２４】
本適用例によれば、着地位置の特徴は進行方向の加速度に明確に表れるため、第１慣性センサー、または第２慣性センサーにより計測される加速度をユーザーの進行方向をｘ軸とする座標系に変換することによって、より高い精度にて、着地位置の判定、および着地位置評価を行うことができる。
【００２５】
［適用例１０］上記適用例に記載の着地位置評価方法において、前記着地位置評価は、前記第１慣性センサーの検出位置と前記第２慣性センサーの検出位置との差分の水平成分より算出される距離を、前記ユーザーの着地時の重心位置と着地位置との距離とし、前記距離の大小により評価することが好ましい。
【００２６】
本適用例によれば、着地時の第１慣性センサーの検出位置と第２慣性センサーの検出位置との差分の水平成分から算出される距離は、着地時のユーザーの重心と足の水平距離と考えることが可能であるため、ユーザーが重心からどれだけ離れた位置に着地しているかによって着地位置評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態１に係る携帯型電子機器の構成例を示す説明図。
【図２】ランニングにおける着地時の着地位置と重心位置の説明図。
【図３】実施形態１に係る着地タイミングの判定の説明図。
【図４】実施形態１に係る携帯型電子機器の機能構成図。
【図５】実施形態１に係る評価結果の表示例。
【図６】実施形態１に係る着地位置評価処理のフローチャート。
【図７】実施形態２に係る携帯型電子機器の機能構成図。
【図８】実施形態２に係る着地位置評価処理のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。
【００２９】
（実施形態１）
図１は、本実施形態における携帯型電子機器２０の構成例である。この携帯型電子機器２０は、ランニングの際にユーザー１０の胴体部や腰部などの体幹に装着して利用される。携帯型電子機器２０には、操作スイッチ２１やディスプレイ２２、スピーカー２３等が設けられているとともに、第１慣性センサー（以下、第１ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）と記す）３０と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリーを実装した制御装置（不図示）とを内蔵している。また、携帯型電子機器２０は、ユーザーが履く靴に装着された第２慣性センサー（以下、第２ＩＭＵと記す）３０ａ，３０ｂを含んで構成される。本実施形態では、ユーザーが両足に履いた靴の各々に第２ＩＭＵ３０ａおよび第２ＩＭＵ３０ｂが装着されている。即ち、携帯型電子機器２０は、体幹に装着された第１ＩＭＵ３０と、ユーザーが履いた靴に装着された第２ＩＭＵ３０ａ，３０ｂとを備えている。なお、第２ＩＭＵ３０ａ，３０ｂは、ユーザーが履いた靴に装着される構成に限らず、ユーザーの下肢、またはズボンや靴下等の下肢の装着物に装着されていればよい。ただし、好ましくは下肢の膝より足に近い部位に装着された方がよく、例えば、足首に装着する構成とすることがより好ましい。
また、本明細書における体幹とは、体肢（手足）を除いた部分を指し、頭部，首部，胸部，腹部，腰部を含む部位であり、本実施例では腰部にセンサーを装着した例を説明する 。
【００３０】
第１ＩＭＵ３０および第２ＩＭＵ３０ａ，３０ｂは、加速度センサー及びジャイロセンサーを有するセンサーユニットである。加速度センサーは、当該センサーに対応付けられた三次元直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）であるセンサー座標系（ローカル座標系）における加速度を検出する。ジャイロセンサーは、当該センサーに対応付けられた三次元直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）であるセンサー座標系における角速度を検出する。
【００３１】
なお、加速度センサーのセンサー座標系とジャイロセンサーのセンサー座標系とは座標軸が同一として説明するが、異なる場合には、座標変換行列演算を行うことで一方の座標系を他方の座標系に変換することが可能である。座標変換行列演算については、公知の手法を適用することができる。
【００３２】
携帯型電子機器２０は、第１ＩＭＵ３０及び第２ＩＭＵ３０ａ，３０ｂの計測結果を用いた慣性航法演算を行って、当該機器の位置や速度、姿勢等を算出することができる。また、携帯型電子機器２０は、慣性航法演算の算出結果を用いて、ランニングにかかる運動解析機能の一種であるユーザー１０の走行時の着地位置の評価が可能な着地位置評価装置として好適に用いられる。
【００３３】
ここで、移動体座標系、及び、絶対座標系、を定義する。移動体座標系は、ユーザー１０に対応付けられた三次元直交座標系（Ｐ，Ｑ，Ｒ）であり、ユーザー１０の進行方向（向き）をＲ軸正方向、鉛直上方向をＱ軸正方向、Ｒ軸及びＱ軸それぞれに直交するユーザー１０の左右方向をＰ軸、としている。絶対座標系は、例えば地球中心地球固定座標系であるＥＣＥＦ（Earth Centered Earth Fixed）座標系として定められる三次元座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）であり、Ｙ軸正方向が鉛直上方向、Ｘ，Ｚ軸が水平方向となっている。
【００３４】
次に、走行時の着地位置、および、その評価、判定方法等について説明する。図２は、ランニング（走行）における着地時の着地位値と重心位置の説明図である。図２において、ユーザー１０の進行方向（Ｒ軸正方向）を右方向として、ユーザー１０の着地時の姿勢を示している。
【００３５】
（Ａ）着地位置の評価
ランニングでは、ユーザーの重心のほぼ真下に着地すること（以下、「真下着地」という）が望ましいとされている。つまり、図２に示す走行中のユーザー１０の着地のタイミングにおいて、ユーザー１０の重心１１の位置と着地位置１２との間の進行方向に沿った距離である重心着地位置間距離Ｄが短い方がよい。すなわち、この重心着地位置間距離Ｄが短いほど、着地位置１２について“良い”評価となる。
【００３６】
（Ｂ）着地の判定
着地のタイミングは、ユーザー１０の進行方向に沿った加速度（進行方向加速度；Ｒ軸方向加速度）から判定する。
【００３７】
図３は、一歩分の進行方向加速度のグラフを示す図である。図３では、進行方向加速度のグラフとともに、床反力の大きさのグラフも併せて示している。グラフの横軸は時刻、縦軸は進行方向加速度、及び、床反力、である。このグラフは、加速度センサーを胴体部（腰部）に装着したユーザーが、床反力計を設置した床面上を走行する実験によって得られたものである。
【００３８】
ここで、加速度センサーによって得られる加速度は、当該センサーに対応付けられたセンサー座標系（ｘ，ｙ，ｚ）における加速度である。このセンサー座標系における加速度を移動体座標系における加速度に変換した後の移動体座標系のＲ軸における加速度が、図３のグラフに示した進行方向加速度となる。なお、センサー座標系から移動体座標系への変換は、慣性航法演算の過程で実施される。
【００３９】
床反力は、脚が地面（床面）に接している状態において生じる力（反力）であり、脚が地面（床面）に接していない状態ではゼロである。つまり、図３のグラフにおいて、床反力の大きさがゼロから増加に転じた時刻ｔ１が着地のタイミングである。
【００４０】
また、進行方向加速度は、着地すると、床反力によるブレーキ力が働くことによって、瞬間的に負の方向に大きく変動する。そして、この進行方向加速度のグラフと床反力の大きさのグラフとを比較すると、着地タイミングにおいて進行方向加速度が極大値となっている。つまり、着地から離地までの一歩分の進行方向加速度において、最小値となる時刻ｔ２の直前の極大値の時刻ｔ１が着地タイミングとなる。この極大値を検出することで着地タイミングを判定することができる。
【００４１】
（Ｃ）着地タイミングにおける重心着地位置間距離Ｄの算出
着地タイミングの判定により着地と判定された時のユーザー１０の重心１１の位置と着地位置１２の位置とは、第１ＩＭＵ３０、第２ＩＭＵ３０ａ、３０ｂの検出値に基づいた慣性航法演算の結果、移動体座標系（Ｐ、Ｑ、Ｒ）上の位置として算出される。従って、着地タイミングにおける第１ＩＭＵ３０の移動体座標系上の位置と、第２ＩＭＵ３０ａ，３０ｂの移動体座標系上の位置との差を計算し、得られる移動体座標系上の距離のうちユーザー１０の進行方向に沿った距離（進行方向距離；Ｒ軸方向距離）が、重心着地位置間距離Ｄとなる。
なお、真下に着地しているか判断するために必要な情報は重心着地位置間距離Ｄの水平成分のみであるため、着地位置評価に際しては水平成分のみを使用する。
【００４２】
（Ｄ）評価結果の表示
上記のようにして求めた一歩毎の距離ΔＲは、着地位置の評価結果として、例えば、図５（ａ）に示すようにディスプレイ２２に表示される。図５（ａ）は、評価結果の表示例である。図５（ａ）では、横軸を移動距離、縦軸を算出回数（度数）としたヒストグラム形式とした表示例を示している。
【００４３】
また、減速期における移動距離を走行中にリアルタイムに算出し、最新の移動距離を過去の移動距離と識別して表示することもできる。このような場合には、図５（ｂ）に示すように、一歩の走行毎に、当該走行の減速期における移動距離を算出し、新たに算出した移動距離に該当する度数を「１」加算して表示を更新するともに、新たに算出した移動距離に該当するグラフ４１に所定のマーク４２を付加表示したり、このグラフ４１を強調表示したりすることができる。
【００４４】
また、一歩毎の距離ΔＲを算出する度に、数値として表示することとしてもよい。減速期の移動距離が短いほど、重心直下に着地したことを示すため、ユーザーにとっては、これだけでも有意な指標となる。
【００４５】
また、図１に示した携帯型電子機器２０の表示機能を担う端末装置を別体とし、携帯型電子機器２と当該端末装置間を無線通信で接続する構成とするならば、当該端末装置に評価結果を表示させることとしてもよい。端末装置は、腕時計型の装置としてもよいし、スマートフォンやタブレット端末として構成してもよい。
【００４６】
［内部構成］
図４は、携帯型電子機器２０の機能構成（内部構成）を示すブロック図である。図４において、携帯型電子機器２０は、第１ＩＭＵ３０と、第２ＩＭＵ３０ａ，３０ｂと、操作部１１０と、表示部１２０と、音出力部１３０と、通信部１４０と、時計部１５０と、処理部２００と、記憶部３００とを備えて構成される。
【００４７】
第１ＩＭＵ３０は、加速度センサー３１およびジャイロセンサー３２を含んでいる。また、第２ＩＭＵ３０ａおよび第２ＩＭＵ３０ｂのうち、一方の第２ＩＭＵ３０ａは、加速度センサー３１ａおよびジャイロセンサー３２ａを有し、他方の第２ＩＭＵ３０ｂは、加速度センサー３１ｂおよびジャイロセンサー３２ｂを有する。第１ＩＭＵ３０および第２ＩＭＵ３０ａ，３０ｂの各加速度センサー３１，３１ａ，３１ｂは、センサー座標系の各軸（ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸）における加速度を検出する。各加速度センサー３１，３１ａ，３１ｂによって検出された加速度（センサー座標加速度）は、計測時刻と対応付けて、センサー座標加速度データ３３１として蓄積記憶される。また、第１ＩＭＵ３０および第２ＩＭＵ３０ａ，３０ｂの各ジャイロセンサー３２，３２ａ，３２ｂは、センサー座標系の各軸（ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸）における角速度を検出する。各ジャイロセンサー３２，３３ａ，３２ｂによって検出された角速度（センサー座標角速度）は、計測時刻と対応付けて、センサー座標角速度データ３３２として蓄積記憶される。第１ＩＭＵ３０および第２ＩＭＵ３０ａ，３０ｂにおいて、各ＩＭＵ間の時刻同期は、携帯型電子機器２０のタイムスタンプを第１ＩＭＵ３０および第２ＩＭＵ３０ａ，ＩＭＵ３０ｂにブロードキャストし、各ＩＭＵがタイムスタンプを受信した時刻のそれぞれのローカルタイムスタンプを携帯型電子機器２０に送信し、これにより得られる２つのタイムスタンプ（第１ＩＭＵ３０によるタイムスタンプと、第２ＩＭＵ３０ａ，３０ｂによるタイムスタンプ）により時間軸を補正することによって行われる。
【００４８】
操作部１１０は、例えばタッチパネルやボタンスイッチ等の入力装置で実現され、なされた操作に応じた操作信号を処理部２００に出力する。図１の操作スイッチ２１がこれに該当する。
【００４９】
表示部１２０は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示装置で実現され、処理部２００からの表示信号に基づく各種表示を行う。図１のディスプレイ２２がこれに該当する。
【００５０】
音出力部１３０は、例えばスピーカー等の音出力装置で実現され、処理部２００からの音信号に基づく各種音出力を行う。図１のスピーカー２３がこれに該当する。
【００５１】
通信部１４０は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線通信装置や、有線用の通信ケーブルのジャックや制御回路等によって実現され、外部装置との通信を行う。
【００５２】
時計部１５０は、携帯型電子機器２０の内部時計であり、水晶発振器等を有する発振回路によって構成され、計時した現在時刻や、指定タイミングからの経過時間等の時間信号を、処理部２００に出力する。
【００５３】
処理部２００は、例えばＣＰＵ等の演算装置で実現され、記憶部３００に記憶されたプログラムやデータ、操作部１１０からの操作信号等に基づいて、携帯型電子機器２０の全体制御を行う。本実施形態では、処理部２００は、慣性航法演算部２１０と、演算部としての着地位置評価部２２０とを有する。
【００５４】
慣性航法演算部２１０は、第１ＩＭＵ３０、第２ＩＭＵ３０ａ，３０ｂの検出結果（加速度センサー３１，３１ａ，３１ｂによって検出されるセンサー座標加速度、及び、ジャイロセンサー３２，３２ａ，３２ｂによって検出されるセンサー座標角速度）を用いて、慣性航法演算処理を行って、絶対座標系における位置（絶対座標位置）、速度（絶対座標速度）、及び、姿勢角（絶対座標姿勢角）を算出する。慣性航法演算処理の過程においては、センサー座標系（ｘ，ｙ，ｚ）から移動体座標系（Ｐ，Ｑ，Ｒ）及び絶対座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）への座標変換が行われる。
【００５５】
詳細に説明する。ユーザーが停止している時に作用する力は重力加速度のみであること、ユーザーが移動を開始した時に作用する力は重力加速度の他には移動方向の加速度のみであることを参照して、第１ＩＭＵ３０および第２ＩＭＵ３０ａ，３０ｂの検出結果から、絶対座標系における第１ＩＭＵ３０および第２ＩＭＵ３０ａ，３０ｂの初期の姿勢角（絶対座標姿勢角）を求める。すなわち、初期状態の移動体座標系（Ｐ，Ｑ，Ｒ）を定義することができ、センサー座標系から移動体座標系への座標変換行列が求められる。よって、ユーザーの移動開始位置を設定後、第１ＩＭＵ３０および第２ＩＭＵ３０ａ，３０ｂの検出結果から移動体座標系の移動速度ベクトルを随時算出し、これを継ぎ足し積算していくことで慣性航法演算を実現する。移動開始位置を絶対座標系上で指定することで、絶対座標系における走行中の位置及び速度が求められることになる。
【００５６】
また、ジャイロセンサー３２，３２ａ，３２ｂの検出値を用いて絶対座標姿勢角を随時修正することで、ユーザーの向きを随時把握できるため、移動体座標系を随時更新して、慣性航法による演算結果として、ユーザーの移動中の絶対座標位置、絶対座標速度、及び、絶対座標姿勢角が得られる。
【００５７】
しかし、走行中の移動体座標系のＲ軸方向（図１参照）は、走行中のユーザー１０の体の向きに応じて変化するものとなる。具体的には、走行する際、ユーザー１０は、左右の順で脚を繰り出すため、腰を含む胴体部を左右交互にねじって進行する。つまり、胴体部の向きが左右に振れるため、胴体部の向きをＲ軸方向とする移動体座標系は、ヨー角が周期的に変化することになる。この結果、単純に移動体座標系で求めた移動速度ベクトルを継ぎ足すように積算していくと、絶対座標位置、絶対座標速度、及び、絶対座標姿勢角に誤差が混入し、正確に求められない。
【００５８】
そこで、胴体部の左右の回転（ねじり）をノイズとみなして、慣性航法による演算結果の誤差を補正する補正処理を行って移動体座標系を補正する。具体的には、状態ベクトルＸを、絶対速度ベクトル、絶対座標姿勢角、絶対座標位置及びヨー角の各値の変化分（前回値と今回値との差：誤差）とし、観測値Ｚを、ジャイロセンサー３２，３２ａ，３２ｂの検出値から求まるヨー角の変化とするカルマンフィルター処理を適用して、絶対座標速度、絶対座標姿勢角、及び、絶対座標位置を補正する。この補正処理の結果、ヨー角の変化が抑えられ、ユーザー１０の進行方向、すなわち移動体座標系のＲ軸方向が補正される。本実施形態では、慣性航法演算部２１０は、従来手法の慣性航法演算に、このカルマンフィルターによる補正処理を組み込んだ演算処理を随時実行することとする。以下では単に「慣性航法演算」或いは「慣性航法演算処理」と称するが、何れも上記補正処理を組み込んだ処理のことである。
【００５９】
慣性航法演算部２１０による慣性航法演算の演算結果は、慣性航法演算データ３４０として記憶される。慣性航法演算データ３４０は、絶対座標系における各時刻の速度、位置、及び、姿勢角のデータである絶対座標速度データ３４４、絶対座標位置データ３４５、及び、絶対座標姿勢角データ３４６と、移動体座標系における各時刻の加速度、速度、及び、位置のデータである移動体座標加速度データ３４１、移動体座標速度データ３４２、及び、移動体座標位置データ３４３と、を含んでいる。
【００６０】
着地位置評価部２２０は、着地判定部２２１と、差分算出部２２２と、評価結果表示制御部２２６とを有し、第１ＩＭＵ３０および第２ＩＭＵ３０ａ，３０ｂの検出結果を用いたユーザー１０の着地位置の評価を行う。
【００６１】
着地判定部２２１は、第１ＩＭＵ３０の加速度センサー３１、および第２ＩＭＵ３０ａ，３０ｂの加速度センサー３１ａ，３１ｂの検出値をもとに、着地タイミングを判定する。すなわち、一歩分の進行方向加速度における最小値の直前の極大値の時刻を、着地タイミングとして判定する（図３参照）。ここで、進行方向加速度は、移動体座標加速度データ３４１のＲ軸における加速度として記憶されている。
【００６２】
差分算出部２２２は、着地判定部２２１によって着地と判定された時刻に、慣性航法演算部２１０によって算出された第１ＩＭＵ３０および第２ＩＭＵ３０ａ，ＩＭＵ３０ｂの移動体座標系（Ｐ、Ｑ、Ｒ）上の位置をそれぞれ取得し、それらの位置の差を計算する。すなわち、着地タイミングの移動体座標系における、重心１１と着地位置１２との間の距離である重心着地位置間距離Ｄ（図２を参照）を算出する。そして、算出された重心着地位置間距離Ｄは、着地位置評価データ３５０としてＰ軸、Ｑ軸、Ｒ軸の各成分ごとに記憶される。
【００６３】
評価結果表示制御部２２６は、着地位置評価データ３５０をもとに、着地位置の評価結果を表示部１２０へ表示する制御を行う。この評価結果の表示は、走行終了後に行うこととしても良いし（図５（ａ）参照）、或いは、走行中にリアルタイムに一歩毎に更新表示することとしても良い（図５（ｂ）参照）。
【００６４】
記憶部３００は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置で実現され、処理部２００が携帯型電子機器２０を統合的に制御するためのプログラムやデータ等を記憶しているとともに、処理部２００の作業領域として用いられ、処理部２００が各種プログラムに従って実行した演算結果や、第１ＩＭＵ３０および第２ＩＭＵ３０ａ，３０ｂからのセンサーデータ等が一時的に格納される。
【００６５】
本実施形態では、記憶部３００には、慣性航法演算プログラム３１０と、着地位置評価プログラム３２０と、センサーデータ３３０と、慣性航法演算データ３４０と、着地位置評価データ３５０とが記憶される。センサーデータ３３０は、センサー座標加速度データ３３１と、センサー座標角速度データ３３２とを含む。慣性航法演算プログラム３１０は、処理部２００を慣性航法演算部２１０として機能させるためのプログラムであり、着地位置評価プログラム３２０は、処理部２００を着地位置評価部２２０として機能させるためのプログラムである。
【００６６】
［処理の流れ］
図６は、着地位置評価処理の流れを説明するフローチャートである。この処理は、着地位置評価部２２０が着地位置評価プログラム３２０に従って実行する処理であり、携帯型電子機器２０を装着したユーザー１０によって、走行開始前に評価開始指示がなされることで実行が開始される。
【００６７】
先ず、加速度センサーの検出値（加速度）から、一歩の着地期間の終了を判定する（ステップＳ１）。ユーザーの何れの足も着地していない滞空期間における加速度の変動は、何れかの足が着地している着地期間における加速度の変動と比較して小さい。このことから、加速度の変動から、着地期間と滞空期間とを区別して判定することができる。一歩の着地期間の終了を判定すると（ステップＳ１：ＹＥＳ）、当該終了した一歩の走行について着地位置の評価を行う。
【００６８】
すなわち、慣性航法演算部２１０が、当該終了した一歩分の第１ＩＭＵ３０及び第２ＩＭＵ３０ａ，３０ｂの移動体座標系上の位置に基づいて着地位置を算出する（ステップＳ３）。次いで、着地判定部２２１が、当該終了した一歩分の進行方向加速度から、着地タイミングを判定する（ステップＳ５）。次いで、差分算出部２２２が、判定された着地タイミングにおける移動体座標上の第１ＩＭＵ３０および第２ＩＭＵ３０ａ，ＩＭＵ３０ｂの位置をそれぞれ取得し、それらの位置の差、すなわち、着地タイミングにおける、重心１１と着地位置１２との間の距離である重心着地位置間距離Ｄ（図２を参照）を算出する（ステップＳ７）。
【００６９】
その後、着地位置評価部２２０は、評価終了指示がなされたかを判断する（ステップＳ１１）。評価終了指示がなされていないならば（ステップＳ１１：ＮＯ）、ステップＳ１に戻る。評価終了指示がなされたならば（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、評価結果表示制御部２２６が、評価結果の表示を行う（ステップＳ１３）。以上の処理を行うと、着地位置評価部２２０は、本処理を終了する。
【００７０】
［作用効果］
このように、本実施形態の携帯型電子機器２０によれば、ユーザーの体幹に装着した第１ＩＭＵ３０と、下肢またはユーザーが履いた靴に装着した第２ＩＭＵ３０ａ、または第２ＩＭＵ３０ｂとの検出値を用いて、着地判定部２２１によりユーザーの走行時の着地を判定し、差分算出部２２２により着地判定時の第１ＩＭＵ３０の位置と、第２ＩＭＵ３０ａまたは第２ＩＭＵ３０ｂの位置との差を求める。つまり、着地判定時における、第１ＩＭＵ３０により検出される重心の位置と、第２ＩＭＵ３０ａまたは第２ＩＭＵ３０ｂにより検出されるユーザーの着地位置との差である重心着地位置間距離Ｄを求め、その差の大小によりユーザーの走行時の着地位置の良し悪しを評価することができる。これにより、従来の、立脚中期の検出値を用いた着地位置の算出に基づく着地位置評価に比して、ユーザーごとの走行フォームの個人差の影響を軽減できるので、ユーザーの走行時の着地位置の評価を高精度に行うことができる。
【００７１】
（実施形態２）
図７は、実施形態２に係る携帯型電子機器２０の機能構成図である。また、図８は、実施形態２に係る着地位置評価処理のフローチャートである。本実施形態に係る着地評価装置について、これらの図を参照して説明する。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。
【００７２】
図７において、実施形態２の携帯型電子機器１０２０は、記憶部３００に、目標とする着地位置データである目標着地位置データ３６０と、その目標着地位置データ３６０に基づいた評価指標となる閾値３６１を記憶している。
【００７３】
また、着地位置評価部２２０には、着地位置判定部２２３が含まれる。着地位置判定部２２３は、記憶部３００に記憶された目標着地位置データ３６０と差分算出部２２２で算出された結果とを比較し、記憶部３００に記憶された閾値３６１を超えたか判定する。
【００７４】
本実施形態では、着地位置評価部２２０による着地位置評価において、例えば、着地位置が閾値３６１を超えた場合のように、着地位置判定部２２３がユーザーに着地位置の異常判定をした場合、評価結果表示制御部２２６により、表示部１２０に着地位置が異常であることを、光の点灯・点滅や文字やアイコンなどの画像によって表示したり、音出力部１３０により着地位置の異常を伝える音声やブザー音などを出力したりするなどの、ユーザーに対してアラート発報をする制御を行う。
【００７５】
［処理の流れ］
図８に示す着地位置評価処理の流れを説明するフローチャートにおいて、ステップＳ１からステップＳ７までは実施形態１と同様の流れにより処理がなされる。次に記憶部３００に記憶された目標着地位置データ３６０と差分算出部２２２で算出された結果を比較し、記憶部３００に記憶された閾値３６１を超えか否かを判定する（ステップＳ１９）。判定結果が閾値３６１を超えている場合（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）には、評価結果表示制御部２２６が、表示部１２０を制御して、表示部１２０に光や画像によって着地位置が不適切であることを発報するとともに、音出力部１３０を制御し、ブザー音を出力して、着地位置が不適切であることユーザーに発報する（ステップＳ２１）。判定結果が閾値３６１を超えていない（ステップＳ１９：Ｎｏ）場合には、実施形態１と同様に評価終了指示がなされたかを判断を行い（ステップＳ１１）評価終了指示がなされていないならば（ステップＳ１１：ＮＯ）、ステップＳ１に戻り、評価終了指示がなされたならば（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、評価結果表示制御部２２６が評価結果の表示を行い（ステップＳ１３）、本処理を終了する。
【００７６】
［作用効果］
このように、本実施形態の携帯型電子機器１０２０によれば、目標とする着地位置を逸脱したと判定されたことを、ユーザーがリアルタイムに認識することができるので、着地位置に代表される走行フォームの修正を図りながら、ランニングすることができる。
また、表示部１２０とともに、音出力部１３０により着地位置の異常等をユーザーに対して発報するので、ユーザーが走行中に表示部１２０を見ることなく着地位置の異常等をリアルタイムに認識できるので、走行への支障を及ぼすことなく、ランニングおよび走行フォームのチェックを継続することができる。また、音出力部１３０の音によりユーザーが走行フォームの異常等を認識し、表示部１２０の表示により詳細な内容を確認するなどの使い方も可能である。
【００７７】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。
【００７８】
（変形例）（
＜マンマシンインターフェイス機能＞
上述の実施形態で説明した携帯型電子機器２０のマンマシンインターフェイス機能を有する装置を設けることとしてもよい。具体的には、例えば、表示部１２０に相当する機能を有する端末装置を腕時計型の装置として実現し、携帯型電子機器２０と無線通信で通信接続させる。そして、着地位置評価部２２０による評価結果を、随時端末装置に表示させることとしてもよい。また、表示部１２０のみならず、操作部１１０や音出力部１３０に相当する機能を当該端末装置に設けてもよい。
【００７９】
［作用効果］
このように、マンマシンインターフェイス機能を有する装置を設けることにより、走行中の表示の確認や、携帯型電子機器２０の操作が容易となる。
【００８０】
以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態およびその変形例について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、着地位置評価装置としての携帯型電子機器等の構成、動作や、それを用いた着地位置評価方法についても、本実施形態で説明したものや方法に限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１０…ユーザー、１１…重心、１２…着地位置、２０，１０２０…着地位置評価装置としての携帯型電子機器、２１…操作スイッチ、２２…ディスプレイ、２３…スピーカー、３０…第１慣性センサーとしての第１ＩＭＵ、３０ａ，３０ｂ…第２慣性センサーとしての第２ＩＭＵ、３１，３１ａ，３１ｂ…加速度センサー、３２，３２ａ，３２ｂ…ジャイロセンサー、４１…グラフ、４２…所定のマーク、１１０…操作部、１２０…表示部、１３０…音出力部、１４０…通信部、１５０…時計部、２００…処理部、２１０…慣性航法演算部、２２０…着地位置評価部、２２１…着地判定部、２２２…差分算出部、２２３…着地位置判定部、２２６…評価結果表示制御部、３００…記憶部、３１０…慣性航法演算プログラム、３２０…着地位置評価プログラム、３３０…センサーデータ、３３１…センサー座標加速度データ、３３２…センサー座標角速度データ、３４０…慣性航法演算データ、３４１…移動体座標加速度データ、３４２…移動体座標速度データ、３４３…移動体座標位置データ、３４４…絶対座標速度データ、３４５…絶対座標位置データ、３４６…絶対座標姿勢角データ、３５０…着地位置評価データ、３６０…目標着地位置データ、３６１…閾値。
【図１】
2016158699.tif 000003
【図２】
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【図３】
2016158699.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016158699.tif 000009
【図８】
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