(57)【要約】  装置を着用するユーザの転倒の検出。プロセッサは、時間サンプリングを実施し、加速度ベクトル、角速度、および２地点間距離の、一定時間にわたる複数の値を入力するよう構成されている。プロセッサは、一定時間にわたり加速度ベクトルから重力方向を判定するよう構成されている。プロセッサは、角速度を一定時間にわたり積分して、重力方向に対する保護装置の配向角を生成するよう構成されている。プロセッサは、２地点間距離および配向角に応答して、一定時間にわたり地面からの距離センサまでの高さを判定するよう構成されている。プロセッサは、加速度計により測定された下向きの加速度における変化により、または、地面から距離センサまでの判定された高さにおける急速な減少により、潜在的な転倒事象の開始を示すよう構成されている。プロセッサは、２地点間距離および配向角に応答して、地面から距離センサまでの、潜在的な転倒事象の開始の前の少なくとも１つの高さと、潜在的な転倒事象の開始の後の少なくとも１つの高さと、を判定するよう構成されている。【選択図】図２
2017528241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザにより着用可能な装置であって、
プロセッサと、
前記プロセッサに動作可能に取り付けられた加速度センサであって、前記保護装置の加速度ベクトルを検知するよう構成された加速度センサと、
前記プロセッサに動作可能に取り付けられたジャイロスコープセンサであって、前記装置の角速度を検知するよう構成されたジャイロスコープセンサと、
前記プロセッサに動作可能に取り付けられた距離センサであって、前記保護装置と地面上の１つの地点との間の２地点間距離を測定するよう構成された距離センサと
を含み、
前記プロセッサは、時間サンプリングを実施し、一定時間にわたり、前記加速度ベクトル、前記角速度、および前記２地点間距離の複数のそれぞれの値を入力するよう、構成され、
前記プロセッサは、一定時間にわたり前記加速度ベクトルから重力方向を判定するよう構成され、
前記プロセッサは、前記角速度を一定時間にわたり積分して、前記重力方向に対する前記保護装置の配向角を生成するよう構成され、
前記プロセッサは前記２地点間距離および前記配向角に応答して、一定時間にわたり地面から前記距離センサまでの高さを判定するよう構成され、
前記プロセッサは、前記加速度計により測定された下向きの加速度における変化により、または、前記地面から前記距離センサまでの判定された高さにおける急速な減少により、潜在的な転倒事象の開始を示すよう構成され、
前記プロセッサは、前記２地点間距離および前記配向角に応答して、前記地面から前記距離センサまでの、前記潜在的な転倒事象の前記開始の前の少なくとも１つの高さと、前記潜在的な転倒事象の前記開始の後の少なくとも１つの高さと、を判定するよう構成されている、
装置。
【請求項２】
前記プロセッサは、前記加速度計から判定された下向きの加速度から、差し迫った転倒を示す時間ｔｆにおける事前決定された高さ閾値より小さい高さを判定することと、前記時間ｔｆの前の事前決定された時間間隔の間の前記潜在的な転倒事象の前記開始の後の前記距離センサの前記少なくとも１つの高さを判定することと、を行うよう構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記プロセッサは、前記潜在的な転倒事象の後の前記少なくとも１つの高さと、下向き方向における同時測定された加速度成分から予測される計算による高さと、を相互に関連付けることにより、転倒の完了の予期を検証するよう構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記プロセッサは、前記潜在的な転倒事象の前の前記少なくとも１つの高さおよび前記潜在的な転倒事象の後の前記少なくとも１つの高さから判定された速度と、前記下向き方向における同時測定された加速度成分を積分することにより予測される速度と、を相互に関連付けることにより、転倒の完了の予期を検証するよう構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記プロセッサは、前記潜在的な転倒事象の前の前記少なくとも１つの高さ、および前記潜在的な転倒事象の後の前記少なくとも１つの高さから判定された下向きの加速度と、前記下向き方向における同時測定された加速度成分と、を相互に関連付けることにより、転倒の完了の予期を検証するよう構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記プロセッサに動作可能に接続可能である保護装置であって、前記プロセッサによる作動に応答して、前記転倒から前記ユーザを保護するよう構成されている、保護装置、
をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記プロセッサは、（ｉ）前記ユーザがエクササイズを実施中であることを示す、前記計算による高さの前記減少に引き続き、計算による高さが増加する場合を除き、または、（ｉｉ）輸送手段上で立位の状態にある前記ユーザに対して典型的である、転倒前の前記少なくとも１つの高さおよび転倒後の前記少なくとも１つの高さが、前記加速度計により測定された下向き方向における同時測定された加速度から予測される計算による高さと実質的に相互に関連付けられていない場合を除き、一定時間にわたり前記計算による高さが迅速に減少したとき、前記保護装置を作動させるよう構成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記プロセッサは、（ｉｉｉ）前記高さにおける変動が、地表面から計算される状態から前記地表面上の１つの物体から計算される状態への変化に対して典型的であることを示す、前記計算による高さが一定時間にわたり不連続的である場合を除き、または、（ｉｖ）前記高さ計算値における減少が、階段を昇っているかまたは降りている前記ユーザに対して典型的である場合を除き、転倒に対応する、前記高さが迅速に減少したとき、前記保護装置を作動させるよう構成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
プロセッサと、前記プロセッサに動作可能に取り付けられた、加速度センサ、ジャイロスコープセンサ、距離センサと、保護装置と、を含む、ユーザにより着用可能な装置を使用する、転倒検出のための方法であって、
マイクロコントローラの制御下で、一定時間にわたりサンプリングを実施し、それにより、一定時間にわたり加速度ベクトルおよび角速度の複数のそれぞれの値を入力し、前記距離センサと地面上の１つの地点との間の２地点間距離を測定することと、
前記加速度ベクトルから重力方向を判定することと、
前記角速度を積分し、前記重力方向に対する前記装置の配向角を生成することと、
前記加速度計により測定された下向きの加速度における変化により、または前記地面から前記距離センサまでの前記判定された高さにおける急速な減少により、潜在的な転倒事象の開始を示すことと、
前記２地点間距離および前記配向角に応答して、前記地面から前記距離センサまでの、前記潜在的な転倒事象の前記開始の前の少なくとも１つの高さと、前記潜在的な転倒事象の前記開始の後の少なくとも１つの高さと、を判定することと、
を含む、方法。
【請求項１０】
前記加速度計から判定された下向きの加速度から、差し迫った転倒を示す時間ｔｆにおける事前決定された高さ閾値よりも小さい高さを判定することと、
前記時間ｔｆの前の事前決定された時間間隔の間の前記潜在的な転倒事象の前記開始の後の前記距離センサの前記少なくとも１つの高さを前記判定することと、
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記潜在的な転倒事象の前記開始の後の前記少なくとも１つの高さと、前記下向き方向における同時測定された加速度成分から予測される計算による高さと、を相互に関連付けることにより、転倒の完了の予期を検証すること、
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
（ｉ）前記ユーザがエクササイズを実施中であることを示す、前記計算による高さの前記減少に引き続き、計算による高さが増加する場合を除き、または、（ｉｉ）輸送手段上で立位の状態にある前記ユーザに対して典型的である、転倒事象の開始の前の前記少なくとも１つの高さ、および潜在的な転倒事象の開始の後の前記少なくとも１つの高さが、前記加速度計により測定された前記下向き方向における同時測定された加速度から予測される計算による高さと実質的に相互に関連付けられていない場合を除き、前記計算による高さが迅速に減少したとき、保護装置を作動させること、
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
（ｉｉｉ）前記高さにおける変動が、地表面から計算される状態から前記地表面上の１つの物体から計算される状態への変化に対して典型的であることを示す、前記計算による高さが一定時間にわたり不連続的である場合を除き、または（ｉｖ）前記高さ計算値における減少が、階段を昇っているかまたは降りている前記ユーザに対して典型的である場合を除き、前記計算による高さが迅速に減少したとき、保護装置を作動させること、
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記加速度センサにより検知される前記加速度ベクトルは、重力の定常加速度と、前記ユーザの動きに起因する動的加速度と、を含み、重力方向は、
（ｉ）前記検出装置を着用する前記ユーザが動かない状態にあることが判定されたときには前記方向が前記重力の定常加速度により判定されることと、
（ｉｉ）前記検出装置を着用する前記ユーザが動く状態にある時間的期間にわたり前記加速度ベクトルを平均し、その結果生成された平均値から前記重力方向を判定することと、
からなる群より選択される少なくとも１つのアルゴリズムにより判定される、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記加速度センサが、前記地面から前記距離センサまでの前記高さにおける急速な減少を伴わないエレベータ使用に対して典型的である加速度における急速な変化を示したとき、保護装置の作動を防止すること、
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記潜在的な転倒事象の後の前記少なくとも１つの高さが、前記加速度計により測定される前記下向き方向における同時測定された加速度から予測される計算による高さと実質的に相互に関連付けられている場合、前記潜在的な転倒事象を実際の転倒事象として前記検証すること、
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
前記潜在的な転倒事象を前記示すとき、高さの計算のための測定サンプリングレートを増加させ、より高いサンプリングレートで、前記潜在的な転倒事象の後の前記少なくとも１つの高さを計算すること、
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１８】
前記ユーザがエクササイズを実施中であることを示す、前記潜在的な転倒事象の後の前記少なくとも１つの高さが減少し続けない場合、保護装置の作動を防止すること、
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１９】
前記潜在的な転倒事象の後の前記少なくとも１つの高さが減少し続けず、前記ユーザが移動中の輸送手段上で立位を保っている場合、保護装置の作動を防止すること、
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項２０】
前記潜在的な転倒事象の後の前記少なくとも１つの高さは、減少し続けず、前記高さ計算値が、地表面から測定および計算される状態から、前記地表面上に配置された１つの物体から測定および計算される状態へと変動することを示す場合、保護装置の作動を防止すること、
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項２１】
前記高さ計算値の減少が、階段を昇っているかまたは降りている前記ユーザに対して典型的である場合、保護装置の作動を防止すること、
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項２２】
前記加速度センサが、前記エレベータ床面の上方の前記装置の前記高さにおける急速な減少を伴わないエレベータ使用に対して典型的である加速度における不連続的な変化を示す場合、保護装置の作動を防止すること、
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転倒検出を行うための着用可能な装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
毎年、世界中の何百万人もの高齢者（特に女性）が転倒を経験し、その結果、主に股関節部の骨折、および大腿骨頚部骨折が発生している。高齢者における股関節部の骨折の結果として、身体的苦痛、自立性の損失、衰退する心理状態、および高い死亡率がもたらされる。
【０００３】
本出願者の米国特許出願公開第２０１３０３１２１６８号では、エアバッグを含むユーザの腰部上に着用されるベルト状のポーチを含む、能動的股関節部保護具システムおよび股関節部骨折保護のための方法が開示されている。なお、このシステムが転倒を検出すると、ただちにエアバッグがより大きいサイズに膨張され、衝撃時にユーザの大腿部が地面を打たないことが確保される。ポーチは、距離測定センサ、加速度センサ、および空間方位センサを含む。エアバッグを含む空気圧システムが、ポーチ内、または他の場所に、担持される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
装置を着用するユーザの転倒を検出するための様々な装置および方法が本明細書で開示される。本装置は、プロセッサと、プロセッサに動作可能に取り付けられた加速度センサと、を含む。加速度センサは、保護装置の加速度ベクトルを検知するよう構成されている。ジャイロスコープセンサがプロセッサに動作可能に取り付けられている。ジャイロスコープセンサは、装置の角速度を検知するよう構成されている。距離センサがプロセッサに動作可能に取り付けられている。距離センサは、保護装置と地面上の１つの地点との間の２地点間距離を測定するよう構成されている。プロセッサは、時間サンプリングを実施することと、一定時間にわたり加速度ベクトル、角速度、および２地点間距離の複数の値を入力することと、を行うよう構成されている。プロセッサは、一定時間にわたり加速度ベクトルから重力方向を判定するよう構成されている。プロセッサは、角速度を一定時間にわたり積分して、重力方向に対する保護装置の配向角を生成するよう構成されている。プロセッサは、２地点間距離および配向角に応答して、一定時間にわたり地面からの距離センサまでの高さを判定するよう構成されている。プロセッサは、加速度計により測定された下向きの加速度における変化により、または、地面から距離センサまでの判定された高さにおける急速な減少により、潜在的な転倒事象の開始を示すよう構成されている。プロセッサは、２地点間距離および配向角に応答して、地面から距離センサまでの、潜在的な転倒事象の開始の前の少なくとも１つの高さと、潜在的な転倒事象の開始の後の少なくとも１つの高さと、を判定するよう構成されている。
【０００５】
プロセッサは、加速度計から判定された下向きの加速度から、差し迫った転倒を示す時間ｔｆにおける事前決定された高さ閾値より小さい（地面から加速度計までの）高さを判定することと、時間ｔｆの前の事前決定された時間間隔の間の潜在的な転倒事象の開始の後の距離センサの少なくとも１つの高さを判定することと、を行うよう構成され得る。
【０００６】
プロセッサは、潜在的な転倒事象の開始の後の少なくとも１つの高さと、下向き方向における同時測定された加速度成分から予測される計算による高さと、を相互に関連付けることにより、転倒の完了の予期を検証するよう構成され得る。
【０００７】
プロセッサは、潜在的な転倒事象の前の少なくとも１つの高さおよび潜在的な転倒事象の後の少なくとも１つ高さから判定された速度と、下向き方向における同時測定された加速度成分を積分することにより予測される速度と、を相互に関連付けることにより、転倒の完了の予期を検証するよう構成され得る。
【０００８】
プロセッサは、潜在的な転倒事象の前の少なくとも１つの高さおよび潜在的な転倒事象の後の少なくとも１つの高さから判定された下向きの加速度と、下向き方向における同時測定された加速度成分と、を相互に関連付けることにより、転倒の完了の予期を検証するよう構成され得る。
【０００９】
保護装置（例えばエアバッグ）がプロセッサに接続され得る。プロセッサによる作動に応答する保護装置は、転倒からユーザを保護するよう構成されている。
【００１０】
プロセッサは、（ｉ）ユーザがエクササイズを実施中であることを示す、計算による高さの減少に引き続き、計算による高さが増加する場合を除き、または（ｉｉ）輸送手段上で立位を保っているユーザに対して典型的である、転倒の前の少なくとも１つの高さおよび転倒の後の少なくとも１つの高さが、加速度計により同時測定された下向き方向における加速度から予測される、計算による高さと実質的に相互に関連付けられない場合を除き、計算による高さが一定時間にわたり急速に減少したときに保護装置を作動させるよう構成され得る。
【００１１】
プロセッサは、（ｉｉｉ）高さにおける変化が、地表面から計算される状態から、地表面上の１つの物体から計算される状態への変化に対して典型的であることを示す、計算による高さが一定時間にわたり不連続的である場合を除き、または（ｉｖ）高さの計算値の減少が、階段を昇っているかまたは降りているユーザに対して典型的である場合を除き、高さが転倒に応答して急速に減少したときに保護装置を作動させるよう構成されている。
【００１２】
加速度センサにより検知される加速度ベクトルは、重力の定常加速度を含み得、ユーザの動きに起因する動的加速度を含み得る。重力の下向き方向は、（ｉ）検出装置を着用するユーザが動かない状態にあることが判定されたときには下向き方向を重力の定常加速度により判定することにより、および／または（ｉｉ）検出装置を着用するユーザが動く状態にある時間的期間にわたり加速度ベクトルを平均し、その結果生成された平均値から重力の下向き方向を判定することにより、判定され得る。
【００１３】
保護装置の作動は、加速度センサが、例えばエレベータ使用に対して典型的であるが、しかし地表面から距離センサまでの高さにおける急速な減少を伴わない、下向きの加速度を示した場合には、防止され得る。
【００１４】
マイクロコントローラの制御下で、床面または地面から装置までの高さが、それぞれ、一定時間にわたり計算される。潜在的な転倒事象の開始は、高さにおける急速な減少により、および／または不連続的な加速度により、示される。潜在的な転倒事象の開始は、床面からまたは地面への装置の潜在的な転倒事象の後の少なくとも１つの高さ計算値により、実際の転倒事象として検証される。保護装置は、潜在的な転倒事象の後の計算による高さ（単数または複数）も実際の転倒事象を示す場合、作動され得る。
【００１５】
潜在的な転倒事象を示す際には、高さ計算値のために使用されるサンプリング測定レートを増加させ、潜在的な転倒事象の後の高さ計算が、より高いサンプリングレートで実施され得る。
【００１６】
保護装置の作動は、エクササイズなどの運動パターンを指す、潜在的な転倒事象後の高さ計算値（単数または複数）が減少し続けない場合、防止され得る。
【００１７】
保護装置の作動は、ユーザが、バスまたは電車等の移動中の輸送手段上で立位を保っていることを示す、潜在的な転倒事象の後の高さ計算値（単数または複数）が減少し続けない場合、防止され得る。
【００１８】
保護装置の作動は、高さ計算値が、地表面から計算される状態から、地表面上に配置された１つの物体から計算される状態へと変動することを示す、潜在的な転倒事象後の高さ計算値（単数または複数）が減少し続けない場合、防止され得る。
【００１９】
保護装置の作動は、潜在的な転倒事象の後の高さ計算値（単数または複数）が、階段を昇っているかまたは降りているユーザに対して典型的である場合、防止され得る。
【００２０】
保護装置の作動は、加速度センサが、エレベータ使用に対して典型的であり、且つ、エレベータ床面から装置までの計算による高さの急速な減少を伴わない、加速度における不連続的な変化を示す場合、防止され得る。
【００２１】
前述の態様および／または他の態様は、添付の図面とあわせて検討すると、以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【００２２】
本発明について、以下の添付の図面を参照して、単なる例示として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の特徴に係る人により着用される保護装置の一実施形態を示す図である。
【図２】本発明の特徴に係る人により装着される保護装置の一実施形態を着用する人の側面図である。
【図３Ａ】本発明の特徴に係る代表的な距離センサの内部側面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの距離センサからの透過ビームと、地表面から散乱または反射された散乱ビームと、を示す図である。
【図４】本発明の特徴に係る転倒検出装置のシステムブロック図である。
【図５】本発明の特徴に係る転倒検出装置を操作する方法のフローチャートである。
【図６】本発明のさらなる特徴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】
【００２４】
前述の態様および／または他の態様は、添付の図面とあわせて検討すると、以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【００２５】
本発明の特徴について、これから詳細に参照する。本発明の事例が、添付の図面で図示されている。なおこれらの図面の全体を通して、同様の参照番号は同様の構成要素を指す。これらの特徴について、図面を参照することにより本発明を説明するために、以下で説明する。
【００２６】
本発明の特徴について詳細な説明を加えるに先立ち、本発明が、その適用において、以下の記載に、または図面での図示に説明される、構成要素の設計および配列に関する詳細に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の特徴が可能であり、様々な方法および実施形態において実施または実行されることが可能である。また、本明細書で用いる述語および用語は、説明の目的のために用いられたものであり、限定としてみなされるべきではないことも、理解されたい。
【００２７】
導入として、本発明の態様は、例えばユーザの腰に着用可能であり、且つ、高い信頼性をもって実際の転倒と、転倒のように見られ得る他の事象と、を区別することを意図する転倒検出装置を対象とする。真の転倒と他の事象とを高い信頼性をもって区別するために、高さ検証が転倒プロセスの全体を通して使用され得る。加速度センサ（単数または複数）の測定値に基づいて計算される高さの検証は、ジャイロスコープセンサにより測定される傾斜角または配向角と組み合わせて、地面上または床面上の１つの地点まで距離を測定する距離センサにより実施される。
【００２８】
現在に至るまで、転倒に対してユーザを検出および保護しようとする能動的装置の先行技術に係る開示は、偽陽性検出率が低い状態での高い信頼性で転倒を識別することにおいて、十分に良好な結果を有さず、保護手段の不必要な作動が生じ得る。実際的で実現可能な能動的な転倒保護システムでは、偽陽性検出は略ゼロに（例えば、偽陽性検出が数ヶ月ごとにわずか１回）保持される。しかし保護要素（例えばエアバッグ）を作動させるための決定は、ユーザが床面と衝突する前に保護的要素（単数または複数）の膨張による保護を作動させるために、潜在的な転倒事象の開始が発生し得る旨の第１の指示の後に十分迅速になされなければならない。転倒の少なくとも第１部分の全体にわたる追加的な距離検知および高さ判定が、実際の転倒検出率を著しく低下させることなく偽陽性の転倒検出事象を防止するために、使用され得る。いくつかの事象は実際の転倒に類似するものと見られる場合があり、これらの事象の間の保護要素（単数または複数）の作動は、低い偽陽性検出率を達成するために、防止され得る。これらの事象は、以下を含むが、これらに限定されない。
・エレベータ使用
・バスによる移動（立位の乗車）
・階段の下降（速いペースの下降は問題である）
・エクササイズ
【００２９】
真の転倒を検出し、これらの事象および他の類似の事象の発生後の偽陽性の作動を排除するために、３つの高さのデータ点が使用され得る。２つのデータ点が顕著な高さの減少を示し、潜在的な転倒事象の開始を提供すると、１つのまたは追加的なデータ点は、潜在的な転倒事象の開始の後に、真の転倒が発生しつつあることを検証するために使用される。作動以前に使用される高さデータ点が多いほど、真の転倒事象の判定の信頼性および偽陽性の事象の排除が良好となる。下向き（−Ｚ）方向における加速度計により測定される加速度ＡＺにおける変化は、潜在的な転倒事象の開始を示し得る。転倒の完了の真の予期による潜在的な転倒事象の開始の検証は、床面または地面までの距離を測定することにより実施され得る。距離の測定は、下向き方向における加速度の測定と相互に関連付けられ得る。この相互関連付けは、いくつかの方法、すなわち距離測定値の微分、および／または、下向きの加速度の測定値の積分で、実施され得る。
【００３０】
エレベータ使用は、下向きの加速度における急峻な変化のために、転倒のように見られ得る。
【００３１】
上向きに加速中のエレベータ内にいるユーザによる転倒が発生した場合には、加速度において顕著な変化が見られない場合があり、転倒の完了の検証は、地面または床面までの距離測定値を使用して実施される。
【００３２】
特に立位状態でのバスでの移動は、加速度および／または向きにおける急峻な変化により自由転倒のように見られる場合があり、エクササイズは、床面までの距離の突然の変化と、急峻な加速度変化と、により、スクワットなどの状況では、転倒として見られる場合がある。
【００３３】
したがって、ユーザの腰に着用可能であり、且つ装置の保護要素の偽陽性の作動を最小化する能力を有する、リアルタイム転倒検出および転倒関連負傷予防の装置が必要とされ、係る装置を有することは有利となるであろう。
【００３４】
ここで図面を参照する。ここで図１を参照すると、本発明の特徴に係る人により着用される保護ベルト１２が図示されている。保護ベルト１２は、人の腰に巻き付けられた状態で示されている。保護ベルト１２上には、２つの距離センサ１０Ｌおよび１０Ｒが人の左側および右側にそれぞれ示されている。
【００３５】
保護ベルトは、１つまたは複数の加速度センサまたは加速度計、および、例えばジャイロスコープなどの方位センサを含む（これらの双方は保護ベルト１２の内部にあり、図１では図示されていない）。
【００３６】
保護ベルト１２に対して座標系Ｏｘ，ｙ，ｚを取り付けると有用である。保護ベルト１２はｘｙ平面上にある。ｚ軸はｘｙ平面の方向を決定する。方向運動学（Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ）が、グローバル座標系ＯＸＹＺに対する保護ベルト１２の相対的方位を判定するために使用され得る。グローバル座標系ＸＹＺおよび保護ベルト１２座標系Ｏｘｙｚの双方が、原点Ｏを共有する。３つのデカルト軸ｘ，ｙ，ｚ座標系Ｏｘ，ｙ，ｚが図１に示されており、その周りに回転角ピッチ、ロール、およびヨーが画定される。ｚ軸は人の長手方向軸（足から頭部）に対応する。ｙ軸は、右から左に人を横断する水平軸である。ｘ軸は、後方から前方へ人を横断する水平軸である。
【００３７】
前方への転倒は、図示のようにｙ軸周りの正のピッチ角θｐｉｔｃｈに対応する。右側への転倒は、正のロール角θｒｏｌｌに対応する。左側への転倒は、負のロール角θｒｏｌｌに対応する。立位を保ちながら垂直ｚ軸周りに右に回転する人は、正のヨー角θｙａｗに対応する。垂直ｚ軸周りに左に回転する人は、負のヨー角θｙａｗに対応する。
【００３８】
ここで図２を参照すると、本発明の特徴に係る人により着用される保護ベルト１２を装着している人の側面図が示されている。左側の距離センサ１０Ｌが示されている。距離センサ１０Ｌから放射される光ビームの伝搬方向における距離センサ１０Ｌと地表点ＰＬとの間の２地点間距離Ｄが示されている。距離センサ１０Ｌから地表点ＰＬまでの光線と距離センサ１０Ｌから地表面または床面までの法線との間の配向角θＬが示されている。地表面または床面からの高さＨＬが、距離センサ１０Ｌと地表面との間に示されている。一般に、距離Ｄと高さＨとの間の数学的関係は、以下の式で表される：
【数１】
2017528241.tif 000003
式中、配向角θは、幾何学的回転動作または方向余弦行列により角度θｐｉｔｃｈ、θｒｏｌｌ、θｙａｗから導かれ得る。
【００３９】
ここで図３Ａを参照すると、蓋部が取り外されて本発明の特徴に係る距離センサ１０Ｌの内部の詳細がさらに図示された状態の、代表的な距離センサ１０Ｌの側面図が示されている。距離センサ１０Ｌのハウジング３０２上に取り付けられた縁部として図示されるプリント回路基板（ＰＣＢ）３１０上に取り付けられた光源（例えば、レーザダイオード３０８）が示されている。２つの入射光線により囲まれたビームを放出するレーザダイオード３０８が示されている。このビームは、ミラー３０４から窓３０６を通して透過ビーム３２０として反射される。ここで図３Ｂも参照すると、地表面から散乱された、距離センサ１０Ｌから発した透過ビーム３２０が示されている。散乱光の１部分がビーム３２２として示されており、ビーム３２２は、窓３１６および光学レンズ３１４を介して距離センサ１０Ｌに入射する。光学レンズ３１４から発する光線は、検出器ミラー３１２から線形光学検出器３２６の表面上へと反射される。窓３１６および光学レンズ３１４の双方はハウジング３０２に取り付けられ、光学検出器３１６はＰＣＢ３１０上に取り付けられている。光学検出器３２６の表面上でのビーム３２２から検出された光の線形光学検出器３２６上における線形位置は、図２で示されるセンサ１０Ｌと地面上の地点ＰＬとの間の距離ＤＬに応答する。距離センサ１０Ｌおよび１０Ｒは、Ｍｉｃｒｏ−Ｅｐｓｉｌｏｎ（登録商標）（ＭＩＣＲＯ−ＥＰＳＩＬＯＮ本社Ｋｏｅｎｉｇｂａｃｈｅｒ  Ｓｔｒ．  １５・９４４９６  Ｏｒｔｅｎｂｕｒｇ／ドイツ）によるレーザ距離センサＩＬＲ１０３０／１０３１であり得る。
【００４０】
ここで図４を参照すると、本発明の特徴に係る股関節部保護ベルト１２のシステムブロック図が示されている。マイクロコントローラまたはプロセッサ４２がメモリ４０に対して双方向に接続されている。マイクロコントローラ４２に対する入力は、ジャイロスコープセンサ４４の出力を含む。この出力は、それぞれロール、ピッチ、およびヨーの角速度ωｒ、ωｐ、およびωｙに比例するアナログ信号またはデジタル信号（例えば毎秒ラジアンを単位とする）を提供する。ジャイロスコープセンサ４４の具体例としては、ＭＥＭＳ運動センサ：３軸デジタル出力ジャイロスコープ（パーツ番号Ｌ３ＧＤ２０、ＳＴＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（登録商標）ＨＵＮＴＳＶＩＬＬＥ，ＡＬ，３０３  Ｗｉｌｌｉａｍｓ  ａｖｅｎｕｅ，Ｓｕｉｔｅ  １０１１，３５８０１，アメリカ）が挙げられる。マイクロコントローラ４２に対するさらなる入力は、加速度計４６の出力を含む。この出力は、それぞれデカルト軸ｘｙｚに沿った加速度のデータ測定値ＡＸ、ＡＹ、およびＡＺ（例えばメートル毎秒毎秒を単位とする）を提供する。加速度計４６の具体例としては、Ａｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ社（Ｏｎｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｗａｙ，Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ  ９１０６，Ｎｏｒｗｏｏｄ，ＭＡ０２０６２−９１０６，アメリカ）製の加速度計（パーツ番号：ＡＤＸＬ３２５ＢＣＰＺ−ＲＬ７）が挙げられる。マイクロコントローラ４２に対するさらなる入力は、距離センサ１０Ｌおよび１０Ｒの出力を含む。この出力は、距離センサ１０Ｌと地表点ＰＬとの間の距離の、および距離センサ１０Ｒと地表点ＰＲとの間の距離の、測定値（例えばメートルを単位とする）をそれぞれＤＬおよびＤＲとして提供する。マイクロコントローラ４２はエアバッグアクチュエータ４３に出力を提供する。エアバッグアクチュエータ４３は、距離センサ１０Ｌならびに１０Ｒ、加速度計４６、およびジャイロスコープセンサ４４からのリアルタイム入力に応答する。加速度計４６および／またはジャイロスコープセンサ４４は、特定の距離センサ１０と同一場所に配置されてもよく、および／または、保護ベルト１２の他の場所（単数または複数）に配置されてもよく、および／または、ユーザの身体の他の部分上に着用可能であってもよい。身体および／または保護ベルト１２の様々な地点に配置された様々な距離センサ１０、加速度計４６、およびジャスコセンサ４４からの測定データを、マイクロコントローラ４２に供給するために、ワイヤレス通信が利用されてもよい。
【００４１】
ここで図５も参照すると、本発明の特徴に係る保護ベルト１２を使用するための方法５０１のフローチャートが示されている。方法５０１は、マイクロコントローラ４２上で実行されるアルゴリズムとして実装される。ステップ５０３、５２０、５２４、および５３０は同時に実行されてもよい。ユーザがベルト１２を着用した状態で、加速度５０５ＡＸ、ＡＹ、およびＡＺがステップ５０３で測定される。下向き方向５０７は、測定された加速度５０５ＡＸ、ＡＹ、およびＡＺから判定可能である。ユーザが動かず、ある時間的期間にわたり立位の状態にある場合、加速度計４６は、下向き方向５０７において重力の実質的に定常な加速度を出力する。代替的に、ユーザが動いている場合、重力の下向き方向は、測定された加速度５０５を処理することにより近似され得る（例えば加速度５０５を一定時間にわたり平均すると、重力の下向き方向５０７に近づき得る）。
【００４２】
角速度ωｒ、ωｐ、およびωｙは、ステップ５２０で測定される。重力の下向き方向に対する角速度５２２ωｒ、ωｐ、およびωｙをステップ５２４で積分すると、ロール、ピッチ、およびヨーの回転角（θｒ、θｐ、およびθｙ）５０９が生成される。回転角（θｒ、θｐ、およびθｙ）５０９は、それぞれ重力の下向き方向に対するロール、ピッチ、およびヨーに対して生成される。
【００４３】
ステップ５３０では距離５３２ＤＬおよびＤＲが、それぞれ距離センサ１０Ｌおよび１０Ｒに対して測定される。
【００４４】
測定された距離５３２ＤＬおよびＤＲと、ロール、ピッチ、およびヨーの回転角（θｒ、θｐ、およびθｙ）５０９と、が、方向余弦行列５４０の形式に入力されると、距離センサ１０Ｌから地上点ＰＬまでの光線と地表面または床面までの法線との間の配向角θＬ、および距離センサ１０Ｒから地上点ＰＲまでの光線と地表面または床面までの法線との間の配向角θＲが判定される。
【００４５】
高さＨＬおよびＨＲ５４２は、配向角θＬおよびθＲから計算される。
【００４６】
ここで図６も参照すると、本発明の特徴を示すフローチャート６０が示されている。初期高さは、例えばユーザの立位での腰の高さ（約１メートル）である。保護ベルト１２から地表面または床面までの１つまたは複数の高さＨＬおよびＨＲは、フィードバックループ６１により示される反復的な様式で計算される。高さ計算５０１の１秒あたりの測定における反復速度、またはサンプリングレートは、マイクロコントローラ４２により制御される。高さＨＬおよびＨＲにおける急速な減少は、判定ブロック５４３において潜在的な転倒の指示として受け取られ得る。しかし偽陽性指示の回数は、好適には、検出装置１２のエアバッグの所望による作動または膨張（ステップ５４６）を行う前に、転倒の完了の検証を行うこと（ステップ５４４）により排除される。高い信頼性をもって真の転倒を検出するために、１つまたは複数の冗長な高さ計算（ステップ５０１）が、潜在的な転倒事象の開始５４３の後に実施され得る。さらなる高さ計算値が、実際の転倒を検出することにおける信頼性を高めるために使用され得る。高さ計算値ＨＬおよびＨＲは、偽陽性の転倒検出を回避するための手段として、転倒の間の全体を通じて提供され得る。
【００４７】
エアバッグの膨張の防止（ステップ５４８）は、エクササイズ実行中で、測定される高さにおける減少が制御され且つ反復的である潜在的な転倒状況において、起こり得る。椅子への急峻的着座は、転倒の明確な指示としては排除され、測定された高さが不連続的である場合、エアバッグの膨張は防止される（ステップ５４８）。距離センサは全般に、床面までの距離を測定し、その後、椅子までのはるかに短い距離を測定する。
【００４８】
慣性センサの使用
慣性センサ、ジャイロスコープ４４、および／または加速度計４６は、以下のように、速度における変化ΔＶＺと、高さにおける変化ΔＺと、を判定するために使用され得る。
【数２】
2017528241.tif 000004
【数３】
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式中ｇは重力の下向きの加速度であり、ａｚは加速度計から導かれた下向きの加速度である。下向き方向は、少なくとも部分的にジャイロスコープ４４配向情報から判定され得る。Δｔは測定間の時間間隔である。指数１、２、３、……は時間ｔにわたる測定値を示す。
【００４９】
慣性センサ、ジャイロスコープ４４、および／または加速度計４６に基づいて、新しい垂直方向距離Ｚ２値が運動学を用いて以下のように予測され得る。
【数４】
2017528241.tif 000006
【００５０】
距離センサ１０のうちの１つ（または複数）が一時的にブロックされた後でさえも、転倒事象の後の（好適には転倒の最終の２００ミリ秒の間の）単一の距離測定値は、距離センサ１０を使用した測定値と慣性センサからの予測とを相互に関連付けることにより、転倒事象の完了を検証および予測するにあたり十分であり得る。
【００５１】
図６に戻って参照すると、検証（ステップ５４４）は、本発明の一実施形態にしたがって以下のように実施され得る。
・潜在的な転倒事象の開始が測定または計算される（下向きの加速度または高さにおける顕著な減少）。
・慣性センサに基づく下向きの加速度は、高さ閾値（例えば４０センチメートル）と、転倒の完了が差し迫っていることが予期される時間ｔｆと、を判定し得る。高さ閾値は、ユーザの動作能力に基づいて、事前に決定、または事前に較正され得る。高さ閾値は３０〜５０センチメールの範囲で変動し得る。
・事前決定された時間間隔（例えば１００〜３００ミリ秒）が、転倒の完了が差し迫っていると予期される時間ｔｆの前に選択される。事前決定された時間間隔の間、１つまたは複数の高さ５４２が、事前に格納された結果から計算される（ステップ５０１）。時間ｔｆの前の事前決定された時間間隔の間の計算による高さ５４２ＨＬおよびＨＲが、転倒の完了を検証するために使用され、検証の後、所望により保護的装置（例えばエアバッグなど）が作動され得る（ステップ５４６）。
【００５２】
様々な検証／関連付けオプションが利用可能である：
・加速度計およびジャイロスコープから計算された高さは、距離センサにより測定された高さを用いて検証され得る。
・地面に向かう速度が、高さＨＬおよびＨＲ５４２から計算され（図５）、慣性センサから推定される地面に向かう速度ＶＺと比較される。
・地面に向かう速度ＶＺの連続性が実際の転倒シナリオと比較され得る。
・下向きの加速度は、計算による高さＨＬおよびＨＲ５４２の２回微分、および／または慣性センサから判定される下向きの速度における変化ΔＶＺの微分、のいずれか一方または両方から、実際の転倒と一致するものと判定され得る。
・垂直方向高さの変化ΔＺのパターンが使用され、実際の転倒シナリオのパターンと比較され得る。
【００５３】
同時測定の文脈において本明細書で使用される「同時」という用語は、１ミリ秒以下のオーダーの、異なるセンサ間の測定間の時間差を指す。本明細書で使用される、「リアルタム」、および／または「一定時間にわたる」監視またはサンプリングという用語は、事象の（例えば測定の）時間と、事象の処理と、の間の最大時間レイテンシが１００ミリ秒より小さいことを指す。
【００５４】
本明細書で使用される「ユーザ」という用語は、人、動物、またはアンドロイドロボットなどの機械を指し得る。
【００５５】
本明細書で使用される「下向き」という用語は、重力により引かれる方向を指す。
【００５６】
「上向き」方向は正であり、「下向き」方向は負である。
【００５７】
本明細書で使用される「サンプリングレート」という用語は、例えば、距離、加速度、および／または角速度などの、単位時間あたりの測定回数を単位とする（例えば毎秒２００測定など）、センサによる測定の速度を指す。
【００５８】
「不連続的」な高さ測定値の文脈における本明細書で使用される「不連続」という用語は、立位姿勢における腰の高さ（通常は１００ｃｍ）の２０％より大きい、計算による高さにおける変化を指す。
【００５９】
下向きの加速度の測定値の変化の文脈における本明細書で使用される「変化」という用語は、２０％より大きい下向きの加速度における減少（または、測定される下向きの加速度が重力加速度ｇから少なくとも０．８ｇまで変化すること）を指す。
【００６０】
高さの「迅速」な減少の文脈における「迅速」という用語は、２００ミリ秒以下の時間的期間における、現在のまたは既定の高さ測定値の２０％よりも大きい減少を指す。
【００６１】
本明細書で使用される「潜在的な転倒事象の開始」という用語は、計算による高さにおける「迅速」な減少の測定値、または、下向き方向における加速度の変化の測定値を指す。
【００６２】
高さの計算または判定の文脈における潜在的な転倒事象の開始の「前」および潜在的な転倒事象の開始の「後」という本明細書で使用される用語は、サンプリングされた測定値から得られる少なくとも２つの計算値が、少なくとも２００ミリ秒だけ時間的に隔てられていることを指す。
【００６３】
本明細書で使用される「１つの」（「ａ」、「ａｎ」）という冠詞（例えば「１つのエアバッグ」（“ａｎ  ａｉｒ  ｂａｇ”）、「１つのセンサ」（“ａ  ｓｅｎｓｏｒ”）、「１つのデータパラメータ」（“ａ  ｄａｔａ  ｐａｒａｍｅｔｅｒ”））は、「１つまたは複数」の意味を有する（すなわち「１つまたは複数のエアバッグ」、「１つまたは複数のセンサ」、および「１つまたは複数のデータパラメータ」）。
【００６４】
本願では、男女区別のない用語が使用され、人称代名詞「彼」および「彼女」は本明細書では相互交換可能に使用される。
【００６５】
記載された実施形態および添付の請求項の、すべての省略可能および好適な特徴および変更は、本明細書で教示される本発明のすべての態様において使用可能である。さらに、独立請求項の個々の特徴の他にも、記載された実施形態の、すべての省略可能および好適な特徴および変更は、互いに対して組み合わせ可能および相互交換可能である。
【００６６】
本発明の選択された特徴について図示および説明してきたが、本発明がこれらの説明の特徴に限定されないものであることを理解されたい。代わって、本発明の原則から逸脱することなく、これらの特徴に変化が加えられ得ることを理解されたい。なお本発明の範囲は、請求項により定められる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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