JP2003093566A - 運動識別方法および運動センシングモジュール - Google Patents
運動識別方法および運動センシングモジュールInfo
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/084—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass
Landscapes
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 手首に装着される機器が有する３軸加速度
センサが検出した加速度データのみを用いて身体の運動
や身振りを識別することができる手法を提供すること。
またこの手法によって小型化され、装着の負担が少な
く、低コスト、低消費電力化が可能な運動センシングモ
ジュールを提供すること。 【解決手段】 手首部分に装着された３軸の加速度セン
サによって計測された加速度データ（低周波成分を除去
した）を２回積分して位置情報とし、所定の時間内にお
ける位置ベクトルの平均的な大きさおよび方向を算出
し、算出されたデータに基づいて行われた運動の種類を
識別する運動識別方法。また３軸加速度センサおよび識
別回路を内蔵した運動センシングモジュール。
センサが検出した加速度データのみを用いて身体の運動
や身振りを識別することができる手法を提供すること。
またこの手法によって小型化され、装着の負担が少な
く、低コスト、低消費電力化が可能な運動センシングモ
ジュールを提供すること。 【解決手段】 手首部分に装着された３軸の加速度セン
サによって計測された加速度データ（低周波成分を除去
した）を２回積分して位置情報とし、所定の時間内にお
ける位置ベクトルの平均的な大きさおよび方向を算出
し、算出されたデータに基づいて行われた運動の種類を
識別する運動識別方法。また３軸加速度センサおよび識
別回路を内蔵した運動センシングモジュール。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、身体が行う運動の
種類やその強度を自動的に識別する方法あるいは装置に
関する。
種類やその強度を自動的に識別する方法あるいは装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年健康や医療への関心がますます高ま
り、健康と身体の運動機能との関係が一層強く意識され
ている。そこで例えば、身体の運動量を使用者が負担に
感じないような手軽な機器（運動センサを内蔵し身体の
一部に取り付ける）で検出し、健康管理に役立てようと
いう提案は数多い。また一方では言語を用いないコミュ
ニケーションの一手段として、使用者の身振り動作を判
断し、その結果を他者に通信等で知らせようとする提案
もある。
り、健康と身体の運動機能との関係が一層強く意識され
ている。そこで例えば、身体の運動量を使用者が負担に
感じないような手軽な機器（運動センサを内蔵し身体の
一部に取り付ける）で検出し、健康管理に役立てようと
いう提案は数多い。また一方では言語を用いないコミュ
ニケーションの一手段として、使用者の身振り動作を判
断し、その結果を他者に通信等で知らせようとする提案
もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】身体の諸提案におい
て、身体の複数箇所に運動センサを常時装着することは
なるべくは避けたい。装着を１か所とした場合、身体の
重心に近い腰の部分が選択されることもあるが、身体全
体の運動と相関性の高い運動をすると考えられるし身振
り検出も可能で、腕時計が普及しているため違和感もな
い腕部がよく用いられる。しかし人体の特定の１か所で
ある腕部の運動センス結果によって人体の行っている運
動を識別しあるいは運動量を推定することは必ずしも容
易ではなく、そのための簡便かつ最適な方法は、従来提
案されていなかった。
て、身体の複数箇所に運動センサを常時装着することは
なるべくは避けたい。装着を１か所とした場合、身体の
重心に近い腰の部分が選択されることもあるが、身体全
体の運動と相関性の高い運動をすると考えられるし身振
り検出も可能で、腕時計が普及しているため違和感もな
い腕部がよく用いられる。しかし人体の特定の１か所で
ある腕部の運動センス結果によって人体の行っている運
動を識別しあるいは運動量を推定することは必ずしも容
易ではなく、そのための簡便かつ最適な方法は、従来提
案されていなかった。
【０００４】また腕部の運動にしても、完全を期すには
３軸方向の加速度と３軸方向の角速度の６つの運動要素
を測定せねばならない。殊に角速度の計測は振動ジャイ
ロスコープが必要であるが、ジャイロセンサは加速度セ
ンサと異なりセンサ用振動体を励振せねばならず、計測
項目の増加もさることながら、センサ自体の構造も計測
回路も複雑になるので、完全な計測を行おうとすると機
器も大型且つ高価になり、消費電力も大きくなることは
避けがたい。
３軸方向の加速度と３軸方向の角速度の６つの運動要素
を測定せねばならない。殊に角速度の計測は振動ジャイ
ロスコープが必要であるが、ジャイロセンサは加速度セ
ンサと異なりセンサ用振動体を励振せねばならず、計測
項目の増加もさることながら、センサ自体の構造も計測
回路も複雑になるので、完全な計測を行おうとすると機
器も大型且つ高価になり、消費電力も大きくなることは
避けがたい。
【０００５】本発明は、腕部分に装着される機器に３軸
方向の加速度を計測できる加速度センサを内蔵させ、こ
のセンサで検出された加速度データを用いて身体の運動
や身振りを識別することができる方法を提供することで
あり、またそのことによって小型化されて装着の負担が
少なく、低コスト化、低消費電力化が可能な運動センシ
ングモジュールを提供することを目的とする。
方向の加速度を計測できる加速度センサを内蔵させ、こ
のセンサで検出された加速度データを用いて身体の運動
や身振りを識別することができる方法を提供することで
あり、またそのことによって小型化されて装着の負担が
少なく、低コスト化、低消費電力化が可能な運動センシ
ングモジュールを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の運動識別方法は次の特徴を備える。 （１）身体の所定の部位に装着された３軸の加速度セン
サによって計測された加速度データを２回積分して位置
情報とし、所定の時間内における位置ベクトルの平均的
な大きさおよび方向を算出し、算出されたデータに基づ
いて行われた運動の種類を識別すること。
本発明の運動識別方法は次の特徴を備える。 （１）身体の所定の部位に装着された３軸の加速度セン
サによって計測された加速度データを２回積分して位置
情報とし、所定の時間内における位置ベクトルの平均的
な大きさおよび方向を算出し、算出されたデータに基づ
いて行われた運動の種類を識別すること。
【０００７】本発明の運動識別方法は更に以下の特徴の
いずれかを備えることがある。 （２）前記加速度データは所定の周波数以下の低周波成
分をカットされていること。 （３）前記身体の所定の部位は手首であること。
いずれかを備えることがある。 （２）前記加速度データは所定の周波数以下の低周波成
分をカットされていること。 （３）前記身体の所定の部位は手首であること。
【０００８】上記目的を達成するため本発明の運動セン
シングモジュールは次の特徴を備える。 （４）３軸の加速度センサと、該加速度センサによって
計測された加速度データに所定の時間演算を加える演算
装置とを内蔵し、身体の所定の部位に装着される携帯可
能な機器であって、前記演算装置は、加速度データを２
回積分して位置情報とし、前記所定の時間内における位
置ベクトルの平均的な大きさおよび方向を算出し、算出
されたデータに基づいて、行われた運動の種類を識別す
ること。
シングモジュールは次の特徴を備える。 （４）３軸の加速度センサと、該加速度センサによって
計測された加速度データに所定の時間演算を加える演算
装置とを内蔵し、身体の所定の部位に装着される携帯可
能な機器であって、前記演算装置は、加速度データを２
回積分して位置情報とし、前記所定の時間内における位
置ベクトルの平均的な大きさおよび方向を算出し、算出
されたデータに基づいて、行われた運動の種類を識別す
ること。
【０００９】本発明の運動センシングモジュールは更に
以下の特徴のいずれかを備えることがある。 （５）前記加速度データは所定の周波数以下の低周波成
分をカットされていること。 （６）前記身体の所定の部位は手首であること。
以下の特徴のいずれかを備えることがある。 （５）前記加速度データは所定の周波数以下の低周波成
分をカットされていること。 （６）前記身体の所定の部位は手首であること。
【００１０】（７）前記３軸の加速度センサは、板の面
より重心が離れた負荷質量を固着し、該負荷質量に作用
する加速度による前記板の変形を圧電的に検出する構成
を有すること。
より重心が離れた負荷質量を固着し、該負荷質量に作用
する加速度による前記板の変形を圧電的に検出する構成
を有すること。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は本発明の方法および装置の
実施の形態の一例および座標軸の方向を示す正面図であ
る。運動センシングモジュール１は腕時計に近い大き
さ、似た外観の装置で、３軸加速度センサ、加速度デー
タの演算装置、必要なデータの記憶装置、演算結果の液
晶表示装置、外部機器との無線通信装置（必要に応じ
て）、操作部材、電源等を内蔵し、腕時計と同様腕巻き
バンド２によって、例えば左手首３の手の甲側に装着さ
れる。Ｘ、Ｙ、Ｚは運動センシングモジュール１に固定
された直交座標軸である。即ち図示したＸはほぼ腕軸の
方向、Ｙはほぼ掌の幅方向、Ｚは指を伸ばした手の甲に
ほぼ垂直な方向となる。
実施の形態の一例および座標軸の方向を示す正面図であ
る。運動センシングモジュール１は腕時計に近い大き
さ、似た外観の装置で、３軸加速度センサ、加速度デー
タの演算装置、必要なデータの記憶装置、演算結果の液
晶表示装置、外部機器との無線通信装置（必要に応じ
て）、操作部材、電源等を内蔵し、腕時計と同様腕巻き
バンド２によって、例えば左手首３の手の甲側に装着さ
れる。Ｘ、Ｙ、Ｚは運動センシングモジュール１に固定
された直交座標軸である。即ち図示したＸはほぼ腕軸の
方向、Ｙはほぼ掌の幅方向、Ｚは指を伸ばした手の甲に
ほぼ垂直な方向となる。
【００１２】３軸加速度センサは既に採用可能な多数の
提案があるので形態を特定する必要はないが、基本的に
は圧電性を有する材料を含んで作られ、作用する加速度
により生じる慣性力よって撓みうる部分を有し、かつ慣
性力の方向によって異なる撓みと異なる圧電作用を呈
し、それを検出する電極を有するものが小型に構成でき
消費電力も小さいので優れている。
提案があるので形態を特定する必要はないが、基本的に
は圧電性を有する材料を含んで作られ、作用する加速度
により生じる慣性力よって撓みうる部分を有し、かつ慣
性力の方向によって異なる撓みと異なる圧電作用を呈
し、それを検出する電極を有するものが小型に構成でき
消費電力も小さいので優れている。
【００１３】図５は本発明に用いるのに好適な金属円板
を用いた３軸加速度センサの具体的な１例を示し、
（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。金属の
本体部分は７ｍｍ×７ｍｍ×２ｍｍの燐青銅のブロック
材を加工して、中心軸２２と直径６ｍｍ、厚さ０．２ｍ
ｍの金属円板２１とを削り出し、周囲の削り残した枠状
の部分を金属円板２１と一体化したその支持体２０と
し、その下面はセンサの容器に固定される。中心軸２２
にはリング状の負荷質量２３が圧入されている。故に負
荷質量２３の重心は金属円板２１の面から下方に離れた
位置に偏心している。また図中にＸＹＺ座標軸の方向や
負荷質量２３の重心に作用する各軸方向の加速度Ｇｘ、
Ｇｙ、Ｇｚを記している。
を用いた３軸加速度センサの具体的な１例を示し、
（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。金属の
本体部分は７ｍｍ×７ｍｍ×２ｍｍの燐青銅のブロック
材を加工して、中心軸２２と直径６ｍｍ、厚さ０．２ｍ
ｍの金属円板２１とを削り出し、周囲の削り残した枠状
の部分を金属円板２１と一体化したその支持体２０と
し、その下面はセンサの容器に固定される。中心軸２２
にはリング状の負荷質量２３が圧入されている。故に負
荷質量２３の重心は金属円板２１の面から下方に離れた
位置に偏心している。また図中にＸＹＺ座標軸の方向や
負荷質量２３の重心に作用する各軸方向の加速度Ｇｘ、
Ｇｙ、Ｇｚを記している。
【００１４】圧電板２４は７ｍｍ×７ｍｍ×０．１２ｍ
ｍの薄板状で板厚方向に分極したＰＺＴ等の圧電性磁器
材料より成り、上面側にに８枚の軸対称に配置された扇
状の電極膜（それぞれ等形のＸ電極膜２５、２６、Ｙ電
極膜２７、２８、およびそれらの約半分の面積を有する
Ｚ電極膜２９、３０、３１、３２）が形成され、下面は
金属円板２１の上面に接着されており、金属円板２１は
圧電板２４の共通電極（参照用電極）を兼ねている。な
おセンサ全体は通常気密容器に収用され、また各電極膜
２５〜３２や金属円板２１はそれぞれ柔軟なリード線と
絶縁端子を介して加速度検出回路に接続されるが、容器
や結線の構造、および回路は図示を省略した。
ｍの薄板状で板厚方向に分極したＰＺＴ等の圧電性磁器
材料より成り、上面側にに８枚の軸対称に配置された扇
状の電極膜（それぞれ等形のＸ電極膜２５、２６、Ｙ電
極膜２７、２８、およびそれらの約半分の面積を有する
Ｚ電極膜２９、３０、３１、３２）が形成され、下面は
金属円板２１の上面に接着されており、金属円板２１は
圧電板２４の共通電極（参照用電極）を兼ねている。な
おセンサ全体は通常気密容器に収用され、また各電極膜
２５〜３２や金属円板２１はそれぞれ柔軟なリード線と
絶縁端子を介して加速度検出回路に接続されるが、容器
や結線の構造、および回路は図示を省略した。
【００１５】図５（ｃ）、（ｄ）は加速度による変形状
態を示す略図である。図示方位は図５（ｂ）の断面図と
同じである。加速度Ｇｘが作用すると、（ｃ）のように
負荷質量２３の重心には逆方向に慣性力Ｆｘが発生し、
負荷質量２３が力の方向に変位し、金属円板２１（特に
その中央部）は波形に変形する。金属円板２１の上側に
貼付した圧電板２４（以下図示せず）においては、Ｘ電
極膜２５に覆われた部位の圧電材料は凸側なので伸び、
Ｘ電極膜２６に覆われた部位の圧電材料は凹型になるの
で縮み、各電極膜には逆極性で撓み量に比例する電圧
（参照電極の電位に対して）が発生する。なお慣性力Ｆ
ｘによるＹ電極膜２７、２８に覆われた部位の変形は凹
凸等量であるから電圧の発生はない。（図示しないが、
加速度Ｇｙも板面に平行な方向に作用するので、向きは
垂直だが同様の現象を生じ、Ｙ電極膜２７、２８に逆電
圧が発生する。）
態を示す略図である。図示方位は図５（ｂ）の断面図と
同じである。加速度Ｇｘが作用すると、（ｃ）のように
負荷質量２３の重心には逆方向に慣性力Ｆｘが発生し、
負荷質量２３が力の方向に変位し、金属円板２１（特に
その中央部）は波形に変形する。金属円板２１の上側に
貼付した圧電板２４（以下図示せず）においては、Ｘ電
極膜２５に覆われた部位の圧電材料は凸側なので伸び、
Ｘ電極膜２６に覆われた部位の圧電材料は凹型になるの
で縮み、各電極膜には逆極性で撓み量に比例する電圧
（参照電極の電位に対して）が発生する。なお慣性力Ｆ
ｘによるＹ電極膜２７、２８に覆われた部位の変形は凹
凸等量であるから電圧の発生はない。（図示しないが、
加速度Ｇｙも板面に平行な方向に作用するので、向きは
垂直だが同様の現象を生じ、Ｙ電極膜２７、２８に逆電
圧が発生する。）
【００１６】また加速度Ｇｚが作用すると、図５（ｄ）
のように負荷質量２３の重心には慣性力Ｆｚが発生し、
金属円板２１を上に凹型に変形させる。この場合は圧電
板２４は全ての部位で等しく縮むことになるので、Ｚ電
極膜２９〜３２には同極性かつ等量の電圧が発生する。
以上のような作用があるから、Ｘ電極膜２５、２６およ
びＹ電極膜２７、２８の出力をそれぞれ２つの差動増幅
器の入力部に接続し、Ｚ電極膜２９〜３２をまとめて増
幅器の入力部に接続して、それらの出力の変化を計測す
ることにより、加速度の各方向成分の大きさを知ること
ができる。このように、本例の加速度センサは小型で簡
単な構造でありながら３軸の加速度計測が可能であり、
腕時計型の機器に内蔵するのに適している。
のように負荷質量２３の重心には慣性力Ｆｚが発生し、
金属円板２１を上に凹型に変形させる。この場合は圧電
板２４は全ての部位で等しく縮むことになるので、Ｚ電
極膜２９〜３２には同極性かつ等量の電圧が発生する。
以上のような作用があるから、Ｘ電極膜２５、２６およ
びＹ電極膜２７、２８の出力をそれぞれ２つの差動増幅
器の入力部に接続し、Ｚ電極膜２９〜３２をまとめて増
幅器の入力部に接続して、それらの出力の変化を計測す
ることにより、加速度の各方向成分の大きさを知ること
ができる。このように、本例の加速度センサは小型で簡
単な構造でありながら３軸の加速度計測が可能であり、
腕時計型の機器に内蔵するのに適している。
【００１７】本発明の実施の形態の一例において使用さ
れた加速度センサ（検出回路を含む）はマイクロストー
ン社製で、その特性は以下のようである。 検出範囲：±４０ｍ／ｓｑｕａｒｅｓｅｃ、検出感度：
＋５０ｍＶ／ｍ／ｓｑｕａｒｅｓｅｃ、外形寸法：Ｗ２
０ｍｍ×Ｄ１２．５ｍｍ×Ｈ５ｍｍ。
れた加速度センサ（検出回路を含む）はマイクロストー
ン社製で、その特性は以下のようである。 検出範囲：±４０ｍ／ｓｑｕａｒｅｓｅｃ、検出感度：
＋５０ｍＶ／ｍ／ｓｑｕａｒｅｓｅｃ、外形寸法：Ｗ２
０ｍｍ×Ｄ１２．５ｍｍ×Ｈ５ｍｍ。
【００１８】図２（ａ）はこのようにして得られた各軸
方向の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚの波形（横軸は時間、縦
軸は検出電圧である）の一例を示す波形図で、歩行運動
における腕振りの場合である。加速度データは例えば５
０Ｈｚでサンプリングされデジタルデータとして所定の
時間（任意であるが例えば数秒ないし数分間とする・そ
の期間内で運動の反復回数が多い方が識別精度が向上す
ると考えられる）記憶される。また図２（ｂ）は各加速
度データを２回積分して得られた刻々のセンサの位置情
報を３次元座標上に再合成した、推定された軌跡の斜視
図であり、手首が体側に沿って主にＹ方向に往復する状
態が示されている。４は１回の計測の始点、５は終点で
ある。（厳密に正確なものではなく概念的な図であ
る。）
方向の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚの波形（横軸は時間、縦
軸は検出電圧である）の一例を示す波形図で、歩行運動
における腕振りの場合である。加速度データは例えば５
０Ｈｚでサンプリングされデジタルデータとして所定の
時間（任意であるが例えば数秒ないし数分間とする・そ
の期間内で運動の反復回数が多い方が識別精度が向上す
ると考えられる）記憶される。また図２（ｂ）は各加速
度データを２回積分して得られた刻々のセンサの位置情
報を３次元座標上に再合成した、推定された軌跡の斜視
図であり、手首が体側に沿って主にＹ方向に往復する状
態が示されている。４は１回の計測の始点、５は終点で
ある。（厳密に正確なものではなく概念的な図であ
る。）
【００１９】なお、本発明では最終的に腕の反復動作に
よって運動の解析を行うので、積分する際に発生するオ
フセット成分は位置の積算誤差となる。そのため各加速
度波形から低周波成分（例えば約１Ｈｚ以下）を除かね
ばならない。加速度センサ自体にも電荷のリークがある
ので直流成分や超低周波成分は自動的に除かれるが、目
的周波数以下の周波数成分を確実にカットするため、セ
ンサ回路内に高域通過フィルタを挿入してある。
よって運動の解析を行うので、積分する際に発生するオ
フセット成分は位置の積算誤差となる。そのため各加速
度波形から低周波成分（例えば約１Ｈｚ以下）を除かね
ばならない。加速度センサ自体にも電荷のリークがある
ので直流成分や超低周波成分は自動的に除かれるが、目
的周波数以下の周波数成分を確実にカットするため、セ
ンサ回路内に高域通過フィルタを挿入してある。
【００２０】図３は位置ベクトルの大きさおよび方向を
定義する斜視図である。Ｖは加速度を２回積分した結果
により求められた、ある時点の位置ベクトルで、ベクト
ルの始点は積分期間内における位置の軌跡の重心（全位
置ベクトルの平均の位置）であり、これを座標の原点と
する。位置ベクトルＶの先端はその瞬間におけるセンサ
（運動センシングモジュール）の変位の大きさと変位の
方位を表わす。〔故に図２（ｂ）は位置ベクトルＶの先
端の軌跡となる。〕変位の方位は位置ベクトルＶのＸ−
Ｚ面からの傾角θと位置ベクトルＶのＸ−Ｚ面への射影
がＺ軸となす角φをもって表わす。但しθ、φは位置ベ
クトルＶの向きにかかわらず、−９０°＜θ≦＋９０
°、−１８０°＜φ≦＋１８０°の範囲で定めることと
する。
定義する斜視図である。Ｖは加速度を２回積分した結果
により求められた、ある時点の位置ベクトルで、ベクト
ルの始点は積分期間内における位置の軌跡の重心（全位
置ベクトルの平均の位置）であり、これを座標の原点と
する。位置ベクトルＶの先端はその瞬間におけるセンサ
（運動センシングモジュール）の変位の大きさと変位の
方位を表わす。〔故に図２（ｂ）は位置ベクトルＶの先
端の軌跡となる。〕変位の方位は位置ベクトルＶのＸ−
Ｚ面からの傾角θと位置ベクトルＶのＸ−Ｚ面への射影
がＺ軸となす角φをもって表わす。但しθ、φは位置ベ
クトルＶの向きにかかわらず、−９０°＜θ≦＋９０
°、−１８０°＜φ≦＋１８０°の範囲で定めることと
する。
【００２１】多数の加速度データを数値積分して所定期
間内に多数の位置ベクトルを得て、これらから運動セン
シングモジュールの使用者の運動を識別する。まず多数
の位置ベクトルの大きさの平均値は腕（手首）の反復的
運動のいわば振幅に関係し、運動の強度を表わすと共
に、その値の程度は運動の種類によっても異なるので運
動の識別にも用い得る。また多数の位置ベクトルの平均
的な方向（方位角θ、φ）はかなりの程度運動の種類に
より固有なものと考えられる。（例えば肘を伸ばして、
あるいは曲げて腕を振った場合を比較すれば、当然セン
サの運動方向が変化し、位置ベクトルの方向も異なって
来る。）
間内に多数の位置ベクトルを得て、これらから運動セン
シングモジュールの使用者の運動を識別する。まず多数
の位置ベクトルの大きさの平均値は腕（手首）の反復的
運動のいわば振幅に関係し、運動の強度を表わすと共
に、その値の程度は運動の種類によっても異なるので運
動の識別にも用い得る。また多数の位置ベクトルの平均
的な方向（方位角θ、φ）はかなりの程度運動の種類に
より固有なものと考えられる。（例えば肘を伸ばして、
あるいは曲げて腕を振った場合を比較すれば、当然セン
サの運動方向が変化し、位置ベクトルの方向も異なって
来る。）
【００２２】図４は本発明の方法によって識別された各
種の運動をヒストグラムとして示したもので、１種類の
運動を行っている期間の位置ベクトルの平均的な大きさ
と平均的な方位角θおよびφをグラフ化した。基準面に
は方位角のφ軸、θ軸を直交させてとり、グラフの高さ
として位置ベクトルの平均的な大きさをとった。被験者
として４０歳男性の健常者を選び、左手首に加速度セン
サを内蔵した運動センシングモジュールを巻き、運動靴
を着用させた。サンプリング周波数は５０Ｈｚ、Ａ／Ｄ
変換精度は１０ｂｉｔとした。
種の運動をヒストグラムとして示したもので、１種類の
運動を行っている期間の位置ベクトルの平均的な大きさ
と平均的な方位角θおよびφをグラフ化した。基準面に
は方位角のφ軸、θ軸を直交させてとり、グラフの高さ
として位置ベクトルの平均的な大きさをとった。被験者
として４０歳男性の健常者を選び、左手首に加速度セン
サを内蔵した運動センシングモジュールを巻き、運動靴
を着用させた。サンプリング周波数は５０Ｈｚ、Ａ／Ｄ
変換精度は１０ｂｉｔとした。
【００２３】運動としては合計９種類とし、全身的運動
とほぼ腕のみの身振り的運動の双方をとりあげた。１１
はウォーキング（手を振ることを意識して歩く）、１２
は走行（ランニング）、１３はジョギング、１４は拍
手、１５はバイバイ（手を振る身振り）、１６は遅い歩
行、１７は普通の歩行、１８は速い歩行、１９はポケッ
ト（両手をポケットに入れた状態での歩行）である。
とほぼ腕のみの身振り的運動の双方をとりあげた。１１
はウォーキング（手を振ることを意識して歩く）、１２
は走行（ランニング）、１３はジョギング、１４は拍
手、１５はバイバイ（手を振る身振り）、１６は遅い歩
行、１７は普通の歩行、１８は速い歩行、１９はポケッ
ト（両手をポケットに入れた状態での歩行）である。
【００２４】図４の各種の運動パターンの特徴について
若干考察する。歩行については、速度を増すにつれて腕
の振りが大きくなり、平均のθも立ってきてＹ方向成分
が増している。ウォーキング、走行、ジョギングは歩行
（普通）に比べ肘を曲げた動作になるのでＸ軸方向の成
分が増す（平均のφが９０°に近づく）。ウォーキング
は腕の振りを意識するため走行やジョギングよりも強度
が大きい。また拍手は加速度情報中にインパルス性の高
調波成分が多く含まれるので、従来よく行われた加速度
情報から直接運動パターンを抽出する手法ではバラツキ
が大きくなり識別精度が低下していた。加速度波形の相
互相関を用いた手法でも同様であった。本発明の２回積
分を用いる手法の方が識別精度が勝っていることがわか
った。
若干考察する。歩行については、速度を増すにつれて腕
の振りが大きくなり、平均のθも立ってきてＹ方向成分
が増している。ウォーキング、走行、ジョギングは歩行
（普通）に比べ肘を曲げた動作になるのでＸ軸方向の成
分が増す（平均のφが９０°に近づく）。ウォーキング
は腕の振りを意識するため走行やジョギングよりも強度
が大きい。また拍手は加速度情報中にインパルス性の高
調波成分が多く含まれるので、従来よく行われた加速度
情報から直接運動パターンを抽出する手法ではバラツキ
が大きくなり識別精度が低下していた。加速度波形の相
互相関を用いた手法でも同様であった。本発明の２回積
分を用いる手法の方が識別精度が勝っていることがわか
った。
【００２５】図４より、各種の運動はそれぞれ固有の強
度と方向性を持ち、多種類の運動を行ったにもかかわら
ず、加速度から計算された運動軌跡の強度、方向のパタ
ーンの特徴によりそれらが明瞭に区別できることが明白
である。故に少なくともある個人については、彼のデー
タを記憶しておいて比較することにより、再度同種の運
動のいずれかを行った場合にはその運動の種類を識別す
ることが十分に可能であることがわかる。更には、個人
的特徴を登録しなくても識別できる運動の種類もあるこ
とが期待される。また本発明の手法は、手話のようなコ
ミュニケーションを便利に行う（例えば通訳を可能にす
る）補助ツールへの応用発展もなされる可能性が大き
い。
度と方向性を持ち、多種類の運動を行ったにもかかわら
ず、加速度から計算された運動軌跡の強度、方向のパタ
ーンの特徴によりそれらが明瞭に区別できることが明白
である。故に少なくともある個人については、彼のデー
タを記憶しておいて比較することにより、再度同種の運
動のいずれかを行った場合にはその運動の種類を識別す
ることが十分に可能であることがわかる。更には、個人
的特徴を登録しなくても識別できる運動の種類もあるこ
とが期待される。また本発明の手法は、手話のようなコ
ミュニケーションを便利に行う（例えば通訳を可能にす
る）補助ツールへの応用発展もなされる可能性が大き
い。
【００２６】次に、本発明の実施の形態におけるいくつ
かの変形例について言及しておく。まず位置ベクトルの
データ（大きさ、方位角）の平均の取り方であるが、普
通に用いられる相加平均に限定されるものではない。多
種類の運動の識別精度向上を目的とする限り、相乗平均
や何らかの重み付けを伴う加重平均、調和平均、あるい
は中央値の採用、異常値の排除後の処理や、その他デー
タをある関数に変換してから平均操作する一般化された
手法を用いることができる。また演算結果に適宜補正を
加えることも許される。
かの変形例について言及しておく。まず位置ベクトルの
データ（大きさ、方位角）の平均の取り方であるが、普
通に用いられる相加平均に限定されるものではない。多
種類の運動の識別精度向上を目的とする限り、相乗平均
や何らかの重み付けを伴う加重平均、調和平均、あるい
は中央値の採用、異常値の排除後の処理や、その他デー
タをある関数に変換してから平均操作する一般化された
手法を用いることができる。また演算結果に適宜補正を
加えることも許される。
【００２７】また運動センシングモジュールを装着する
身体部位は、手首、特に左手首がまず検討されるべきで
あるが、使用者の状況等の条件や、識別すべき運動の種
類によっては他の部位も用いられ得る。また装置の複雑
化を厭わず、身体の複数部位にそれぞれセンサを装着
し、相互に通信を行って、異なる部位の異なる運動デー
タを総合して更に多種類あるいは高度の運動識別を行う
こともあり得る。
身体部位は、手首、特に左手首がまず検討されるべきで
あるが、使用者の状況等の条件や、識別すべき運動の種
類によっては他の部位も用いられ得る。また装置の複雑
化を厭わず、身体の複数部位にそれぞれセンサを装着
し、相互に通信を行って、異なる部位の異なる運動デー
タを総合して更に多種類あるいは高度の運動識別を行う
こともあり得る。
【００２８】
【発明の効果】本発明の運動識別方法および運動センシ
ングモジュールにおいては、３軸の加速度データを２回
積分して得た位置ベクトルを用いて運動の識別を行うよ
うにしたので、容易かつ確実に多種類の運動を識別し、
またその強度も知ることができるようになった。また簡
単な構造の加速度センサおよび検出回路のみを使用する
ことができるので、識別方法も容易であり、運動センシ
ングモジュールの小型化、低廉化、低消費電力化に寄与
することができた。
ングモジュールにおいては、３軸の加速度データを２回
積分して得た位置ベクトルを用いて運動の識別を行うよ
うにしたので、容易かつ確実に多種類の運動を識別し、
またその強度も知ることができるようになった。また簡
単な構造の加速度センサおよび検出回路のみを使用する
ことができるので、識別方法も容易であり、運動センシ
ングモジュールの小型化、低廉化、低消費電力化に寄与
することができた。
【００２９】また加速度データから低周波成分を除去し
た場合には、積算誤差を減らして反復性の運動の識別精
度を向上させることができた。また加速度センサを手首
に装着することにより、運動を妨げずかつ違和感なく識
別測定を行うことができた。また偏心錘つきの板状の圧
電センサを用いると、１個のコンパクトな振動体で３軸
加速度センサであるから、運動センシングモジュールの
簡素化、小型化が実現できて好ましい。
た場合には、積算誤差を減らして反復性の運動の識別精
度を向上させることができた。また加速度センサを手首
に装着することにより、運動を妨げずかつ違和感なく識
別測定を行うことができた。また偏心錘つきの板状の圧
電センサを用いると、１個のコンパクトな振動体で３軸
加速度センサであるから、運動センシングモジュールの
簡素化、小型化が実現できて好ましい。
【図１】本発明の方法および装置の実施の形態の一例お
よび座標軸の方向を示す正面図である。
よび座標軸の方向を示す正面図である。
【図２】（ａ）は加速度波形の一例を示す波形図、
（ｂ）は加速度を２回積分して得られた位置情報を示す
斜視図である。
（ｂ）は加速度を２回積分して得られた位置情報を示す
斜視図である。
【図３】位置ベクトルの大きさおよび方向を定義する斜
視図である。
視図である。
【図４】本発明の方法によって識別された各種の運動を
示すヒストグラムである。
示すヒストグラムである。
【図５】本発明に用いられる３軸加速度センサの具体例
を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、
（ｃ）、（ｄ）は加速度による変形状態を示した断面の
略図である。
を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、
（ｃ）、（ｄ）は加速度による変形状態を示した断面の
略図である。
【符号の説明】
１ 運動センシングモジュール
２ 腕巻きバンド
３ 左手首
４ 始点
５ 終点
１１ ウォーキング
１２ 走行
１３ ジョギング
１４ 拍手
１５ バイバイ
１６ 歩行（遅い）
１７ 歩行（普通）
１８ 歩行（速い）
１９ ポケット
２０ 支持体
２１ 金属円板
２２ 中心軸
２３ 負荷質量
２４ 圧電板
２５、２６ Ｘ電極膜
２７、２８ Ｙ電極膜
２９、３０、３１、３２ Ｚ電極膜
Ｆｘ Ｘ方向の慣性力
Ｆｚ Ｚ方向の慣性力
Ｇｘ Ｘ方向の加速度
Ｇｙ Ｙ方向の加速度
Ｇｚ Ｚ方向の加速度
Ｖ 位置ベクトル
Ｘ、Ｙ、Ｚ 座標軸
φ、θ 位置ベクトルの方位角
Claims (7)
- 【請求項１】 身体の所定の部位に装着された３軸の加
速度センサによって計測された加速度データを２回積分
して位置情報とし、所定の時間内における位置ベクトル
の平均的な大きさおよび方向を算出し、算出されたデー
タに基づいて行われた運動の種類を識別することを特徴
とする運動識別方法。 - 【請求項２】 前記加速度データは所定の周波数以下の
低周波成分をカットされていることを特徴とする請求項
１の運動識別方法。 - 【請求項３】 前記身体の所定の部位は手首であること
を特徴とする請求項１または２の運動識別方法。 - 【請求項４】 ３軸の加速度センサと、該加速度センサ
によって計測された加速度データに所定の時間演算を加
える演算装置とを内蔵し、身体の所定の部位に装着され
る携帯可能な機器であって、前記演算装置は、加速度デ
ータを２回積分して位置情報とし、前記所定の時間内に
おける位置ベクトルの平均的な大きさおよび方向を算出
し、算出されたデータに基づいて、行われた運動の種類
を識別することを特徴とする運動センシングモジュー
ル。 - 【請求項５】 前記加速度データは所定の周波数以下の
低周波成分をカットされていることを特徴とする請求項
４の運動センシングモジュール。 - 【請求項６】 前記身体の所定の部位は手首であること
を特徴とする請求項４または５の運動センシングモジュ
ール。 - 【請求項７】 前記３軸の加速度センサは、板の面より
重心が離れた負荷質量を固着し、該負荷質量に作用する
加速度による前記板の変形を圧電的に検出する構成を有
することを特徴とする請求項４、５または６の運動セン
シングモジュール。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001333496A JP2003093566A (ja) | 2001-09-26 | 2001-09-26 | 運動識別方法および運動センシングモジュール |
| PCT/JP2002/001998 WO2002069803A1 (fr) | 2001-03-06 | 2002-03-05 | Detecteur applicable au mouvement d'un corps |
| US10/468,850 US7028547B2 (en) | 2001-03-06 | 2002-03-05 | Body motion detector |
| EP02703913A EP1366712A4 (en) | 2001-03-06 | 2002-03-05 | DETECTOR APPLICABLE TO THE MOVEMENT OF A BODY |
| KR1020027014811A KR20030004387A (ko) | 2001-03-06 | 2002-03-05 | 신체 동작 검출 장치 |
| CNB028005163A CN1287733C (zh) | 2001-03-06 | 2002-03-05 | 身体动作检测装置 |
| TW091103982A TW516949B (en) | 2001-03-06 | 2002-03-05 | A device for detecting movement of human body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001333496A JP2003093566A (ja) | 2001-09-26 | 2001-09-26 | 運動識別方法および運動センシングモジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003093566A true JP2003093566A (ja) | 2003-04-02 |
Family
ID=19148745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001333496A Pending JP2003093566A (ja) | 2001-03-06 | 2001-09-26 | 運動識別方法および運動センシングモジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003093566A (ja) |
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- 2001-09-26 JP JP2001333496A patent/JP2003093566A/ja active Pending
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070731 |
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