JP2013190377A - 状態検出装置、電子機器、測定システム及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】 加速度計測を行い、計算量を抑制しつつ、移動速度等の推定を行うことができる状態検出装置、電子機器、測定システム及びプログラム等の提供。
【解決手段】 状態検出装置100は、加速度センサー200から検出加速度を取得する取得部110と、検出加速度の少なくとも一つの座標軸成分から得られる値を所与の期間積算する積算処理を行い、加速度積算値Iを求める積算処理部120と、速度を推定するために用いる速度指標値rをr=aI2+bI+c(係数a、b及び定数cは所与の実数)の関係式に従って求める速度指標値演算部130と、を含む。
【選択図】 図1
【解決手段】 状態検出装置100は、加速度センサー200から検出加速度を取得する取得部110と、検出加速度の少なくとも一つの座標軸成分から得られる値を所与の期間積算する積算処理を行い、加速度積算値Iを求める積算処理部120と、速度を推定するために用いる速度指標値rをr=aI2+bI+c(係数a、b及び定数cは所与の実数)の関係式に従って求める速度指標値演算部130と、を含む。
【選択図】 図1
Description
本発明は、状態検出装置、電子機器、測定システム及びプログラム等に関係する。
歩行や走行状況を計測し、そこから移動距離や移動速度を算出しようとする装置では、大きく分類すると二つのアプローチがとられてきている。
まず、第1のアプローチとして、ユーザーが歩行しているか走行しているかという情報とは別に、距離情報もしくは速度情報を外部から取得して、歩行走行状況の測定を補正する方法がある。第1のアプローチの代表的な具体例としては、GPS(Global Positioning System)などの測位システムを利用する方法や、ICタグ(RFID:Radio Frequency IDentification)を使う方法などが挙げられる。
一方、第2のアプローチとして、加速度などの歩行や走行に伴う物理情報をより詳細に得て、歩幅を補正するか、歩幅に関わらず速度や距離を推定しようとする方法がある。第2のアプローチには、多様な方法があるが、第2のアプローチはさらに以下のAのアプローチとBのアプローチの2つに分類することができる。
まず、Aのアプローチについて説明する。人間の歩行もしくは走行は、理想的には、等速運動として第1近似できる。実際には、ステップごとに速度の変動サイクルがあるため、加速度は皆無ではないが、重心移動という観点からすれば、その加速度の変化は大きくない。ところが、足について考えれば分かる通り、走行中も足は、重心の前に振り出され、地面に設置し、さらに後方に蹴り出されるという運動を繰り返す。このように足については、重心と大きく異なる加速度運動をサイクリックに繰り返しているため、足の運動を測定することにより、歩幅等を測定することが可能である。なお、手についても足ほどではないが、腕フリ運動があるため、サイクリックな加速度運動が存在する。そのため、Aのアプローチでは、手足に取り付けた計測装置により、正確に歩幅等を推定し、速度や距離の測定精度を向上させる。
これに対し、Bのアプローチは、手足以外の部位、例えば胸や腰などに装着した計測装置により速度や距離を算出しようとするものである。胸や腰は重心位置に近く、上記のような理由で足や手ほどは、加速度運動は明瞭ではない。各ステップを検出するためには、十分な振動は存在するが、足のように歩幅を直接測定できるわけではない。このため、精度向上のために多くの測定方法が考案されてきており、特許文献1に示すような先行技術が開示されている。
まず、第1のアプローチにおいては、第1に、外部インフラが無い又は使用できない場所(GPSの場合は屋内)では、速度推定を行うことができないという問題点がある。また第2に、外部との無線通信が頻繁に必要であること、第3に、消費電力が大であり、電池寿命が短くなりすぎること、第4に、狭い場所を走り回る場合には誤差が大きいことなどの問題点がある。
一方、第2のアプローチのうち、Aのアプローチでは、上述した第1〜第4の問題点はないが、例えば足に装着するフットポッド形の装置を用いる場合には、胸につける心拍計や胸の表示装置とは別に、足にもセンサーを取り付ける必要があり、使用者の利便性を損なうという問題点がある。
さらに、Bのアプローチを採用する前述した特許文献1では、Aのアプローチ同様に上述した第1〜第4の問題点はないが、加速度合成ベクトルの生成において平方根演算が必要であり、さらに平均値を求めるために除算が必要となるため、計算量が大きいという問題点がある。
そこで、本出願人は、第2のアプローチのうち、Bのアプローチに基づいて、ユーザーの移動速度や移動距離を推定するための手法であって、より計算量の小さい手法を提案する。
本発明の幾つかの態様によれば、加速度計測を行い、計算量を抑制しつつ、移動速度等の推定を行うことができる状態検出装置、電子機器、測定システム及びプログラム等を提供することができる。
本発明の一態様は、加速度センサーから検出加速度を取得する取得部と、前記検出加速度の少なくとも一つの座標軸成分から得られる値を所与の期間積算する積算処理を行い、加速度積算値Iを求める積算処理部と、速度を推定するために用いる速度指標値rをr=aI2+bI+c(係数a、b及び定数cは所与の実数)の関係式に従って求める速度指標値演算部と、を含む状態検出装置に関係する。
本発明の一態様では、乗算及び加算のみを行うことにより、検出加速度から速度指標値を算出する。よって、平方根や除算などの演算は不要であるため、計算量を抑制することが可能である。
また、本発明の一態様では、運動解析座標系の第一の座標軸Yが鉛直線に平行な座標軸である場合に、前記積算処理部は、前記積算処理として、前記検出加速度の第一の座標軸成分を取得し、少なくとも前記第一の座標軸成分の絶対値に対応する値を積算して、前記加速度積算値Iを求める処理を行ってもよい。
これにより、例えば同一の積算処理に用いる複数の検出加速度の座標軸成分の中に、符号の異なる座標軸成分が存在する場合でも、加速度積算値を正しく算出すること等が可能になる。
また、本発明の一態様では、前記運動解析座標系において、前記第一の座標軸Yと、第二の座標軸Xと、第三の座標軸Zとが互いに直交する場合に、前記積算処理部は、前記積算処理として、前記検出加速度の前記第一の座標軸成分に基づき第一の積算値Iyを求め、前記検出加速度の前記第二の座標軸成分に基づき第二の積算値Ixを求め、前記検出加速度の前記第三の座標軸成分に基づき第三の積算値Izを求めて、前記第一の積算値Iyと前記第二の積算値Ixと前記第三の積算値Izとを積算して前記加速度積算値Iを求める処理を行ってもよい。
これにより、例えば、検出加速度の座標軸成分の三軸全てを用いて、積算処理を行って、加速度積算値を求め、速度推定精度を向上させること等が可能になる。
また、本発明の一態様では、前記積算処理部は、前記運動解析座標系における前記検出加速度の前記第一の座標軸成分の絶対値に対応する値として、前記第一の座標軸成分のn乗(nは正の偶数)を求め、求めた前記第一の座標軸成分のn乗を積算する処理を行ってもよい。
これにより、検出加速度の第一の座標軸成分の絶対値に対応する値として、第一の座標軸成分のn乗(nは正の偶数)を用いる場合には、乗算処理のみによって第一の座標軸成分の絶対値に対応する値を求めること等が可能になり、計算量を抑制すること等が可能になる。
また、本発明の一態様では、実測値から得られた前記係数a、b及び前記定数cを記憶する記憶部を含み、前記速度指標値演算部は、前記記憶部から取得される前記係数a、b及び前記定数cに基づいて、前記速度指標値rを求めてもよい。
これにより、例えばユーザー間の速度推定精度のばらつきを抑えること等が可能になる。
また、本発明の一態様では、ユーザーの運動状態を判定する運動状態判定部を含み、前記速度指標値演算部は、前記運動状態に応じて、使用する前記係数a、b及び前記定数cを切り替えてもよい。
これにより、例えば運動状態別の速度推定精度のばらつきを抑えること等が可能になる。
また、本発明の一態様では、速度実測値に基づいてキャリブレーション処理を行うキャリブレーション処理部を含み、前記速度指標値演算部は、速度推定値Vdを求める際にユーザーの移動速度の基準とする速度である基準速度Vsと前記係数a、b及び前記定数cのうち、少なくとも一つの値を、前記キャリブレーション処理の結果に基づいて変更してもよい。
これにより、例えば外部装置に依らず、本実施形態の状態検出装置が係数a、b、定数c及び基準速度Vsの値を決定すること等が可能になる。
また、本発明の一態様では、前記速度指標値演算部により求められた前記速度指標値rに基づいて、距離指標値sを求める距離指標値演算部を含んでもよい。
これにより、乗算及び加算のみを行うことにより、ユーザーの移動距離を距離指標値として求めること等が可能となる。すなわち、平方根や除算などの演算は不要であるため、計算量を抑制すること等が可能となる。
また、本発明の一態様では、前記距離指標値演算部により求められた前記距離指標値sと、基準距離Dsとに基づいて、乗算処理を行い、距離推定値Ddを求める距離推定値演算部を含んでもよい。
これにより、例えば距離指標値に基づいて、より意味を捉えやすい距離推定値Ddを算出すること等が可能になる。すなわち、ユーザーにより分かりやすい値を提示すること等が可能になる。
また、本発明の一態様では、前記積算処理部は、速度推定タイミングM1では、先行する速度推定タイミングT1〜Ti(iは2以上の正の整数)のそれぞれで求められた加速度積算値IT1〜ITiの総和から加速度積算値IM1を求め、前記速度推定タイミングM1の次の速度推定タイミングM2では、先行する速度推定タイミングT2〜T(i+1)のそれぞれで求められた加速度積算値IT2〜IT(i+1)の総和から加速度積算値IM2を求めてもよい。
これにより、速度指標値にヒステリシス特性を与えること等が可能になる。
また、本発明の一態様では、前記速度指標値演算部により求められた前記速度指標値rと、基準速度Vsとに基づいて、乗算処理を行い、速度推定値Vdを求める速度推定値演算部を含んでもよい。
これにより、例えば速度指標値に基づいて、より意味を捉えやすい速度推定値Vdを算出すること等が可能になる。
本発明の他の態様は、前記状態検出装置と前記加速度センサーとを含むことを特徴とする電子機器。
また、本発明の他の態様は、前記状態検出装置を含む測定システムに関係する。
これにより、例えば状態検出装置により行われる処理の一部をサーバーに実行させること等が可能になり、状態検出装置の処理量を削減すること等が可能になる。
また、本発明の他の態様は、上記各部としてコンピューターを機能させるプログラムに関係する。
以下、本実施形態について説明する。まず、本実施形態の概要を説明し、次に本実施形態のシステム構成例について説明する。そして、本実施形態の手法について具体例を交えつつ詳細に説明し、最後に、フローチャートを用いて本実施形態の処理の流れについて説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
1.概要
式(1)に示すように、歩幅pに対して歩数hを乗ずれば、おおよその距離dが求まるというのは紀元前から知られている人間の歩行、走行と距離の関係である。
式(1)に示すように、歩幅pに対して歩数hを乗ずれば、おおよその距離dが求まるというのは紀元前から知られている人間の歩行、走行と距離の関係である。
例えば、1歩が60cmで、10歩であったから大体6mといった測定方法は現在でもよく行われており、古くは「歩」をもって土地の面積の測定などに用いられたことが古代中国の文献などにも現れている。
距離dを移動するのに時間tを要したことが測定できれば、式(2)のように走行速度vを求めることができる。
ただし、上記のような測定方法は大きな誤差を伴うのも事実である。それは主として、人間の歩幅pが必ずしも一定ではないという事実による。
なお、左右の一歩が異なる場合が多いことを考えると、式(3)のように、左足の歩幅pleftと右足の歩幅prightの和を1サイクル幅wとして、wに基づいて距離等を計算する方が精度が良い。
このため、歩行や走行状況を計測し、そこから距離や速度を算出しようとする装置では、大きく分類すると二つのアプローチがとられてきている。
まず、第1のアプローチとして、ユーザーが歩行しているか走行しているかという情報とは別に、距離情報もしくは速度情報を外部から取得して、歩行走行状況の測定を補正する方法がある。第1のアプローチの代表的な具体例としては、GPS(Global Positioning System)などの測位システムを利用する方法や、ICタグ(RFID:Radio Frequency IDentification)を使う方法などが挙げられる。
一方、第2のアプローチとして、加速度などの歩行や走行に伴う物理情報をより詳細に得て、歩幅を補正するか、歩幅に関わらず速度や距離を推定しようとする方法がある。第2のアプローチには、多様な方法があるが、第2のアプローチはさらに以下のAのアプローチとBのアプローチの2つに分類することができる。
まず、Aのアプローチについて説明する。人間の歩行もしくは走行は、理想的には、等速運動として第1近似できる。実際には、ステップごとに速度の変動サイクルがあるため、加速度は皆無ではないが、重心移動という観点からすれば、その加速度の変化は大きくない。ところが、足について考えれば分かる通り、走行中も足は、重心の前に振り出され、地面に設置し、さらに後方に蹴り出されるという運動を繰り返す。このように足については、重心と大きく異なる加速度運動をサイクリックに繰り返しているため、足の運動を測定することにより、歩幅等を測定することが可能である。なお、手についても足ほどではないが、腕フリ運動があるため、サイクリックな加速度運動が存在する。そのため、Aのアプローチでは、手足に取り付けた計測装置により、正確に歩幅等を推定し、速度や距離の測定精度を向上させる。
これに対し、Bのアプローチは、手足以外の部位、例えば胸や腰などに装着した計測装置により速度や距離を算出しようとするものである。胸や腰は重心位置に近く、上記のような理由で足や手ほどは、加速度運動は明瞭ではない。各ステップを検出するためには、十分な振動は存在するが、足のように歩幅を直接測定できるわけではない。このため、精度向上のために多くの測定方法が考案されてきており、前述した特許文献1に示すような先行技術が開示されている。
次に、各アプローチの問題点について説明する。まず、第1のアプローチにおいては、第1に、外部インフラが無い又は使用できない場所(GPSの場合は屋内)では、速度推定を行うことができないという問題点がある。また第2に、外部との無線通信が頻繁に必要であること、第3に、消費電力が大であり、電池寿命が短くなりすぎること、第4に、狭い場所を走り回る場合には誤差が大きいことなどの問題点がある。
一方、第2のアプローチのうち、Aのアプローチでは、上述した第1〜第4の問題点はないが、例えば足に装着するフットポッド形の装置を用いる場合には、胸につける心拍計や胸の表示装置とは別に、足にもセンサーを取り付ける必要があり、使用者の利便性を損なうという問題点がある。
さらに、Bのアプローチを採用する前述した特許文献1では、Aのアプローチ同様に上述した第1〜第4の問題点はないが、加速度合成ベクトルの生成において平方根演算が必要であり、さらに平均値を求めるために除算が必要となるため、計算量が大きいという問題点がある。
そこで、本出願人は、第2のアプローチのうち、Bのアプローチに基づいて、ユーザーの移動速度や移動距離を推定するための手法であって、より計算量の小さい手法を提案する。すなわち、本実施形態の状態検出装置は、ユーザーの手や足以外の部位に付けて、加速度計測を行い、計算量を抑制しつつ、移動速度等の推定を行うことができる。
前述したように、従来も加速度計測を行って、移動速度を求める手法は各種考案されているが、本実施形態の場合には、第1に、1軸から3軸までの範囲で、加速度センサーの測定可能軸数を問わないという他の先行技術にはない特徴がある。ただし、軸数が多くなるほど精度が高まる。
また第2に、乗算及び加算のみを行うことにより、加速度から速度を示す指標を算出することが可能であるという特徴がある。すなわち、平方根や除算などの演算は不要であるため、計算量を抑制することが可能となる。
そして第3に、歩数、歩幅、歩行ピッチ等とは独立して、移動速度等の推定が可能であるという特徴がある。さらに、計測した歩数や歩幅、歩行ピッチなどを、速度推定結果の補正に用いることも可能である。
2.システム構成例
図1(A)に本実施形態の状態検出装置を含む電子機器900をユーザー10が胸部に装着している例を示す。なお、本実施形態では、電子機器900を胸部に装着しているが、手や足以外の部位であれば胸部以外の位置に装着していてもよい。
図1(A)に本実施形態の状態検出装置を含む電子機器900をユーザー10が胸部に装着している例を示す。なお、本実施形態では、電子機器900を胸部に装着しているが、手や足以外の部位であれば胸部以外の位置に装着していてもよい。
次に、図1(B)に本実施形態の状態検出装置100及びこれを含む電子機器900(又は測定システム)の詳細な構成例を示す。
状態検出装置100は、取得部110と、積算処理部120と、速度指標値演算部130と、速度推定値演算部140と、記憶部150と、運動状態判定部160と、距離指標値演算部170と、距離推定値演算部180と、キャリブレーション処理部190と、を含む。また、状態検出装置100を含む電子機器900の例としては、加速度センサー200や、後述する図9(A)に図示するアンテナ部300、無線通信部400などを含む歩数計などが挙げられる。なお、状態検出装置100及びこれを含む電子機器900は、図1(B)の構成に限定されず、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加したりするなどの種々の変形実施が可能である。また、本実施形態の状態検出装置100の一部又は全部の機能は、アンテナ部300及び無線通信部400と通信により接続されたサーバーにより実現されてもよい。
次に各部で行われる処理について説明する。
取得部110は、加速度センサー200から検出加速度を取得する。取得部110は、加速度センサー200との通信を行うインターフェース部であり、バス等を利用するものである。
積算処理部120は、検出加速度に基づいて後述する積算処理を行い、加速度積算値を求める。
速度指標値演算部130は、加速度積算値に基づいて、速度を推定するために用いる速度指標値を求める。
速度推定値演算部140は、速度指標値と基準速度とに基づいて乗算処理を行い、速度推定値を求める。
記憶部150は、速度指標値を求める際に用いる係数等の情報を記憶するとともに、各部のワーク領域となるものであり、その機能はRAM等のメモリーやHDD(ハードディスクドライブ)などにより実現できる。
運動状態判定部160は、ユーザーの運動状態を判定する。
距離指標値演算部170は、速度指標値に基づいて、距離指標値を求める。
距離推定値演算部180は、距離指標値と基準距離とに基づいて、乗算処理を行い、距離推定値を求める。
キャリブレーション処理部190は、速度実測値に基づいて後述するキャリブレーション処理を行う。
なお、積算処理部120と、速度指標値演算部130と、速度推定値演算部140と、運動状態判定部160と、距離指標値演算部170と、距離推定値演算部180と、キャリブレーション処理部190は、各種プロセッサー(CPU等)、ASIC(ゲートアレイ等)などのハードウェアや、プログラムなどにより実現できる。
そして、加速度センサー200は、例えば外力によって抵抗値が増減する素子等で構成され、三軸の加速度情報を検知する。但し、本実施形態における加速度センサー200の軸数は、三軸に限定されるものではない。
3.本実施形態の手法
まず、本実施形態の状態検出処理の中で求めるデータを、順に図2に示す。本実施形態ではまず初めに、加速度センサー200から検出加速度を取得する(S101)。次に、取得した検出加速度に基づいて、後述する加速度積算値を算出し(S102)、算出した加速度積算値に基づいて、後述する速度指標値を算出する(S103)。そして、算出した速度指標値に基づいて、後述する速度推定値を算出する(S104)。大まかに言えば、本実施形態ではこのような中間値を経て、本実施形態の目的であるユーザーの移動速度(又は移動距離)等を得る。なお、最終的にユーザーの移動速度(移動距離)として求められる値は、速度指標値(距離指標値)であっても、速度推定値(距離推定値)であってもよい。理由は後述する。以下、本実施形態の手法について詳細に説明する。
まず、本実施形態の状態検出処理の中で求めるデータを、順に図2に示す。本実施形態ではまず初めに、加速度センサー200から検出加速度を取得する(S101)。次に、取得した検出加速度に基づいて、後述する加速度積算値を算出し(S102)、算出した加速度積算値に基づいて、後述する速度指標値を算出する(S103)。そして、算出した速度指標値に基づいて、後述する速度推定値を算出する(S104)。大まかに言えば、本実施形態ではこのような中間値を経て、本実施形態の目的であるユーザーの移動速度(又は移動距離)等を得る。なお、最終的にユーザーの移動速度(移動距離)として求められる値は、速度指標値(距離指標値)であっても、速度推定値(距離推定値)であってもよい。理由は後述する。以下、本実施形態の手法について詳細に説明する。
本実施形態の状態検出装置100は、加速度センサー200から検出加速度を取得する取得部110と、検出加速度の少なくとも一つの座標軸成分から得られる値を所与の期間積算する積算処理を行い、加速度積算値Iを求める積算処理部120と、速度を推定するために用いる速度指標値rをr=aI2+bI+c(係数a、b及び定数cは所与の実数)の関係式に従って求める速度指標値演算部130と、を含む。
ここで、検出加速度とは、加速度センサー200により検出される加速度のことをいう。例えば、加速度センサー200が、X軸、Y軸、Z軸の3軸について加速度を検出する場合には、検出加速度は、式(4)のようなベクトルAで表される。式(4)においては、xがX軸成分、yがY軸成分、zがZ軸成分を表す。ただし、検出加速度は、3軸の加速度を成分とするベクトルであるとは限らず、数学的にこれと等価な形式で表されても良い。
また、本実施形態における積算処理とは、検出加速度の少なくとも一つの座標軸成分から得られる値を所与の期間積算する処理のことである。具体的には、例えば検出加速度の少なくとも一つの座標軸成分であるX軸成分を、連続して検出された3回分足し合わせること等を指す。
このようにして、積算処理の結果得られる値のことを加速度積算値という。具体的には、本例における加速度積算値Iは式(5)のようになる。式(5)において、x1はあるタイミングにおける検出加速度のX軸成分、x2はx1の次のタイミングの検出加速度のX軸成分、x3はx2の次のタイミングの検出加速度のX軸成分を指す。
なお、本例では、3回連続して加速度を検出する期間を所与の期間として設定している。但し、所与の期間はこれに限定されず、任意に設定してもよい。理想的には所与の期間は、左右1歩を1サイクルとして2サイクルを含むことができる時間であることが望ましい。また、この時間を定めるために走行ピッチを測定して時間を求めても良いが、処理の簡略化のため、4秒間あるいは8秒間といった通常の走行では必ず2サイクルが含まれると考えられる時間幅を所与の期間として設定しても良い。
また、ここでは、一つの座標軸成分についてのみ積算処理を行う例を挙げたが、これに限定されない。3軸の加速度成分全てについて積算処理を行う例については後述する。
そして、算出した加速度積算値Iを式(6)に代入して、速度指標値rを求める。式(6)において、係数a、b及び定数cは所与の実数である。なお、速度指標値rを式(6)に従って求める処理は、数学的にこれと等価な処理であれば変形実施することも可能である。
また、ここで速度指標値とは、ユーザーの移動速度を表す値である。すなわち、速度指標値は後述する速度推定値を含む概念である。そのため、速度指標値を求めた段階で本実施形態の目的の一つであるユーザーの移動速度の特定は達成される。
また、速度指標値は、必ずしも国際単位系により表される値でなくても良い。速度指標値が国際単位系以外により表される値である一例としては、例えば図3に示すような基準速度とユーザーの移動速度の比(倍率)などが挙げられる。図3は、縦軸を速度として、サンプル1(SP1)の速度V1とサンプル2(SP2)の速度V2を基準(DS)の速度Vs(基準速度)と比較したグラフである。基準速度とユーザーの移動速度の比(倍率)である速度指標値r1及びr2は、式(6)のrとして求められる。なお、以下の実施例の説明では、速度指標値を、基準速度とユーザーの移動速度の比(倍率)として扱う。
これにより、ユーザーの移動速度を速度指標値として求めることが可能となる。また、乗算及び加算のみを行うことにより、検出加速度から速度指標値を算出することが可能である。すなわち、平方根や除算などの演算は不要であるため、計算量を抑制することが可能となる。
以上のように、本実施形態の状態検出装置100は、ユーザーの手や足以外の部位に付けて、加速度計測を行い、計算量を抑制しつつ、移動速度等の推定を行うことができる。
また、本実施形態の状態検出装置100は、速度指標値演算部130により求められた速度指標値rと、基準速度Vsとに基づいて、乗算処理を行い、速度推定値Vdを求める速度推定値演算部140を含んでもよい。
すなわち、前述した図3の例においては、式(7)及び式(8)に従って、サンプル1(SP1)の速度推定値V1とサンプル2(SP2)の速度推定値V2を算出する。
ここで、基準速度Vsとは、ユーザーの移動速度の基準となる速度のことをいい、式(6)の係数a、b及び定数cの組み合わせと一対一に対応付けられる値である。基準速度Vsとしては、例えば、統計的に算出した人間の歩行する速度の平均値などを用いてもよい。但し、基準速度Vsはこれに限定されるものではなく、任意の値に設定することが可能である。なお、その場合には、基準速度Vsを変更するのに合わせて、式(6)の係数a、b及び定数cの組み合わせも、変更後の基準速度Vsと対応する値に変更する必要がある。なぜなら、係数a、b及び定数cの組み合わせが基準速度Vsと対応していなければ、これら係数等の組み合わせと加速度積算値Iから求められる速度指標値rも、基準速度Vsと速度推定値Vdの比(倍率)を正しく表していない値になってしまうためである。従って、例えば、基準速度Vsをユーザーの移動速度に比べて遥かに大きい値に設定した場合には、係数a、b及び定数cを変更前より小さい値に設定し直す必要がある。
またここで、速度推定値Vdとは、狭義の速度指標値であり、ユーザーの移動速度として推定される値のことをいう。速度推定値Vdには、一見して意味を捉えやすい値が相応しいため、主に国際単位系において表されることが望ましい。但し、これに限定されない。前述した図3の例では、V1とV2が速度推定値Vdとなる。
これにより、例えば速度指標値に基づいて、より意味を捉えやすい速度推定値Vdを算出すること等が可能になる。すなわち、ユーザーにより分かりやすい値を提示すること等が可能になる。
以上のようにして、速度推定値を求めると、加速度積算値と速度推定値の関係は、例えば図4のようになる。図4は、横軸を加速度積算値とし、縦軸を速度推定値(m/s)とするグラフであり、P1等の四角形の点が実際に推定した結果を表している。図4の結果を参照すると、加速度積算値と速度推定値は、図のような曲線S1により表されることが分かる。なお、グラフ中でW1の範囲に分布する点は、ユーザーが歩行している時に速度推定された点であり、R1の範囲に分布する点は、ユーザーが走行している時に速度推定された点である。
また、検出加速度の座標軸成分は常に正の値であるとは限らず、検出加速度の座標軸成分が正から負になる場合には、前述した積算処理を正しく行えない場合もある。具体的には、例えば加速度を2回検出した分を積算する処理を行う場合に、1回目に北に1(m/s2)の加速度を検出し、2回目に南に1(m/s2)の加速度を検出した場合には、実際には移動していたものの、加速度積算値は0(m/s2)になってしまい、正しい速度推定を行うことができない。
そこで、運動解析座標系の第一の座標軸Yが鉛直線に平行な座標軸である場合に、積算処理部120は、積算処理として、検出加速度の第一の座標軸成分を取得し、少なくとも第一の座標軸成分の絶対値に対応する値を積算して、加速度積算値Iを求める処理を行ってもよい。
ここで、第一の座標軸成分の絶対値に対応する値としては、第一の座標軸成分の絶対値そのものを用いてもよい。
また、積算処理部120は、運動解析座標系における検出加速度の第一の座標軸成分の絶対値に対応する値として、第一の座標軸成分のn乗(nは正の偶数)を求め、求めた第一の座標軸成分のn乗を積算する処理を行ってもよい。
この場合には、加速度積算値Iは例えば式(9)により求められる。式(9)において、iはサンプル番号、jはサンプル開始番号、mはサンプリング数を示し、i、j、mは正の整数である。
なお前提として、ここでは、加速度センサー座標系と運動解析座標系が一致しており、かつ運動解析座標系の第一の座標軸Yが鉛直線に平行な座標軸であるとしている。なお、運動解析座標系とは、速度推定処理等を行う場合に、基準として用いる座標系のことをいう。運動解析座標系は、ローカル座標系であっても、ワールド座標系(グローバル座標系)であってもよい。また、加速度センサー座標系とは、加速度センサー200が加速度を検出する際に基準とするローカル座標系(ボディー座標系)のことをいう。そのため、検出加速度は、加速度センサー座標系において表現された加速度(ベクトル)となる。従って、加速度センサー座標系と運動解析座標系が一致していない場合には、検出加速度の座標変換処理を行う必要がある。座標変換処理の方法は任意であり、公知の手法を用いればよい。
これにより、例えば同一の積算処理に用いる複数の検出加速度の座標軸成分の中に、符号の異なる座標軸成分が存在する場合でも、積算処理において打ち消し合わずに、加速度積算値を正しく算出すること等が可能になる。
さらに、検出加速度の第一の座標軸成分の絶対値に対応する値として、第一の座標軸成分のn乗(nは正の偶数)を用いる場合には、乗算処理のみによって第一の座標軸成分の絶対値に対応する値を求めること等が可能になり、計算量を抑制すること等が可能になる。
これまでは、一軸の座標軸成分を積算する例について説明してきたが、本実施形態では、一軸に限らず三軸の座標軸成分を積算して加速度積算値を求めてもよい。
すなわち、運動解析座標系において、第一の座標軸Yと、第二の座標軸Xと、第三の座標軸Zとが互いに直交する場合に、積算処理部120は、積算処理として、検出加速度の第一の座標軸成分に基づき第一の積算値Iyを求め、検出加速度の第二の座標軸成分に基づき第二の積算値Ixを求め、検出加速度の第三の座標軸成分に基づき第三の積算値Izを求めて、第一の積算値Iyと第二の積算値Ixと第三の積算値Izとを積算して加速度積算値Iを求める処理を行ってもよい。
ここで、検出加速度の第二の座標軸成分とは、例えば水平面を表す2つの座標軸のうち、一方の座標軸の加速度成分のことをいう。また、検出加速度の第三の座標軸成分とは、例えば水平面を表す2つの座標軸のうち、第二の座標軸とは異なる他方の座標軸の加速度成分のことをいう。さらに具体的には、図5のように、Y軸方向が鉛直方向Gと一致する場合には、例えばX軸成分が第二の座標軸成分であり、Z軸成分が第三の座標軸成分である。
また、加速度積算値Iは例えば式(10)より、第一の積算値Iyは式(11)により、第二の積算値Ixは式(12)により、第三の積算値Izは式(13)により求められる。式(10)〜式(13)において、iはサンプル番号、jはサンプル開始番号、mはサンプリング数を示し、i、j、m、nは正の整数である。
なお、変形例として、第一の積算値Iy、第二の積算値Ix、第三の積算値Izのいずれか又は全てに任意の係数を乗算したり、加速度積算値Iを算出する際に任意の定数項を積算したりしてもよい。さらに、数学的にこれと等価な演算を行って、加速度積算値を求めても良い。
さらに具体的な例について、図5を用いて説明する。まず、図5において、SP1により表される加速度を検出した後に、SP2により表される加速度を検出したとする。この際に、二つの検出加速度の積算処理を行うと加速度積算値は式(14)のようになる。なお、式(14)では、n=2としている。
ここで、積算処理に用いる検出加速度の軸数(横軸)と相関係数(縦軸)の関係を図6のグラフに示す。相関係数は、本実施形態において推定した速度推定値と実際のユーザーの移動速度との相関値を表すものであり、相関係数が大きくなるほど、速度推定値と実際のユーザーの移動速度とが近似していることを示している。また、系列Aは被験者Aについてのデータ、系列Bは被験者Bについてのデータ、系列Cは被験者Cについてのデータを表す。図6を示す通り、全ての系列データにおいて、軸数が1軸から3軸に増えるにつれて、相関係数が大きくなっていることが確認できる。すなわち、軸数を増やせば速度推定精度が向上することが分かる。
これにより、例えば、検出加速度の座標軸成分の三軸全てを用いて、積算処理を行って、加速度積算値を求め、速度推定精度を向上させること等が可能になる。
さて、前述した係数a、b及び定数cには、使用する軸数や積算処理を行う所定の期間に応じて、異なる値が設定されることが望ましい。
さらに、前述した係数a、b及び定数cには、使用するユーザー毎に適した値が設定されることが望ましい。なぜなら、ユーザーによって歩き方や走り方が異なるため、加速度積算値が同じであったとしても、実際の移動速度も同じになるとは限らないためである。
そこで、本実施形態の状態検出装置100は、実測値から得られた係数a、b及び定数cを記憶する記憶部150を含んでもよい。そして、速度指標値演算部130は、記憶部150から取得される係数a、b及び定数cに基づいて、速度指標値rを求めてもよい。
ここで、実測値とは、例えば実際のユーザーの移動速度等のことを指す。
これにより、実測値に基づいて特定された適切な係数a、b及び定数cを記憶して、速度指標値を求める際に、記憶された係数a、b及び定数cを用いること等が可能になる。従って、ユーザー間の速度推定精度のばらつきを抑えること等が可能になる。
また、前述した係数a、b及び定数cには、現在のユーザーの運動状態に適した値が設定されることが望ましい。なぜなら、ユーザーが歩いている時と、走っている時では、加速度積算値が同じであったとしても、実際の移動速度も同じになるとは限らないためである。
そこで、本実施形態の状態検出装置100は、ユーザーの運動状態を判定する運動状態判定部160を含んでもよい。そして、速度指標値演算部130は、運動状態に応じて、使用する係数a、b及び定数cを切り替えてもよい。
ここで、運動状態とは、例えば、ユーザーが歩いている状態や走っている状態、停止している状態等のことをいう。また、運動状態として、より詳細な情報を考慮してもよい。より詳細な情報とは、ユーザーの移動速度や移動距離、移動時間等の情報のことである。
この際には、前回推定した速度推定値と所定の閾値とを比較するなどして運動状態を判定してもよい。例えば、所定の閾値よりも速度推定値が一定期間大きかった場合には、運動状態は走行状態であると判断する。但し、運動状態の判定方法はこれに限定されない。
これにより、運動状態に応じて特定された適切な係数a、b及び定数cを、速度指標値を求める際に用いること等が可能になる。従って、運動状態別の速度推定精度のばらつきを抑えること等が可能になる。
なお、係数a、b及び定数cとして、必ずしもユーザー毎や運動状態毎に異なる値を使わなければならないわけではなく、全ての場合において共通の値を用いても当然よい。
ここまでは、外部装置において、係数a、b及び定数cの値が特定される例を説明したが、本実施形態の状態検出装置100が係数a、b及び定数c等の値を決定しても良い。
すなわち、本実施形態の状態検出装置100は、速度実測値に基づいてキャリブレーション処理を行うキャリブレーション処理部190を含んでもよい。そして、速度指標値演算部130は、速度推定値Vdを求める際にユーザーの移動速度の基準とする速度である基準速度Vsと係数a、b及び定数cのうち、少なくとも一つの値を、キャリブレーション処理の結果に基づいて変更してもよい。
ここで、速度実測値とは、前述した実測値の一つであり、ユーザーの実際の移動速度を外部機器等により測定した値のことをいう。
ただし、実際には、速度実測値を直接取得(測定)することが困難な場合もある。そのため、本実施形態の状態検出装置100は、所定の距離をユーザーが歩行又は走行した結果と、後述する距離推定値Ddとに基づいてキャリブーション処理を行うキャリブレーション処理部190を含んでも良い。この場合には、所定の距離をユーザーが歩行又は走行した結果と、後述する距離推定値Ddとに基づいて、ユーザーの移動速度を推定し、推定した移動速度を速度実測値として用いて、キャリブレーション処理を行っても良い。つまり、速度実測値は、ユーザーが実際に移動した距離等から推定した値であっても良い。
また、キャリブレーション処理とは、例えば、係数a、b、定数c及び基準速度Vs等の値を適切な値に調整する処理などのことをいう。
図7を用いて具体例を説明する。図7は、縦軸を移動速度(m/s)、横軸を加速度積算値としたグラフであり、係数a、b、定数c及び基準速度Vsの初期値(デフォルト値)を用いた時の加速度積算値と移動速度との関係を示している。また、ここでは、実際のユーザーの移動速度を曲線UDとして示す。さらに、キャリブレーション処理を行う前の基準速度Vsと速度指標値rを乗算して得られる速度推定値Vdを曲線ADとして示す。
この時、例えば加速度積算値がIkである時には、速度実測値と速度推定値が共にV1であり、一致しているが、加速度積算値がImである時には、速度推定値はV2、速度実測値はV3であり、速度実測値と速度推定値が一致していない。そのため、加速度積算値がImである時にも速度実測値と速度推定値が一致するようにキャリブレーション処理を行う必要がある。
そこで、本例のキャリブレーション処理では、加速度積算値がIkである時と、Imである時の2点について、速度実測値を取得し、これを基準速度Vsと比較し、式(15)及び式(16)に表す速度指標値(rkとrm)を求める。
そして、式(6)において、加速度積算値がIkである場合に、速度指標値がrkとなり、加速度積算値がImである場合に、速度指標値がrmとなるように、係数a、b、定数cを調整する。また、場合によっては、基準速度Vsを調整する。なお、本例では、加速度積算値がIkである時と、Imである時の2点について、速度指標値を求める処理を行ったが、本実施形態ではこれに限定されない。
また、ここでキャリブレーション処理の結果とは、例えば前述した例では速度指標値r(rkとrm)であったり、速度指標値rに基づいて求められた係数a、b、定数c及び基準速度Vsのいずれか又は全ての変更を指示する情報のことであったりする。但し、これらに限定されない。
これにより、例えば外部装置に依らず、本実施形態の状態検出装置100が係数a、b、定数c及び基準速度Vsの値を決定すること等が可能になる。従って、ユーザーが使用する際に、わざわざ他の装置等を準備して、キャリブレーション処理を行う手間を省くことができ、より利便性を高めること等が可能となる。
また、本実施形態の状態検出装置100は、速度指標値演算部130により求められた速度指標値rに基づいて、距離指標値sを求める距離指標値演算部170を含んでもよい。
ここで、距離指標値と距離推定値は、前述した速度指標値と速度推定値と同様の関係にある。そのため、前述した説明の速度に関する記述を、距離に置き換えれば良いため、詳細な説明は省略する。
速度指標値に基づいて、距離指標値を求める際には、単純に速度指標値に移動時間を乗算すればよい。
これにより、ユーザーの移動距離を距離指標値として求めること等が可能となる。また、乗算及び加算のみを行うことにより、検出加速度から速度指標値を算出すること等が可能である。すなわち、平方根や除算などの演算は不要であるため、計算量を抑制すること等が可能となる。
また、本実施形態の状態検出装置100は、距離指標値演算部170により求められた距離指標値sと、基準距離Dsとに基づいて、乗算処理を行い、距離推定値Ddを求める距離推定値演算部180を含んでもよい。
具体的には、式(17)に従って、距離推定値Ddを求める。但し、数学的にこれと等価な演算を行うことにより、距離推定値Ddを求めてもよい。なお、基準距離は基準速度と同様の概念であるため、詳細な説明は省略する。
これにより、例えば距離指標値に基づいて、より意味を捉えやすい距離推定値Ddを算出すること等が可能になる。すなわち、ユーザーにより分かりやすい値を提示すること等が可能になる。
ここで、移動中にユーザーが左右にぶれたりすること等により、加速度が大きく変わることがある。このような要因による移動速度の変化は、できるだけ小さくすることが望ましい。そのため、本実施形態では、速度指標値を演算する際に用いる加速度積算値の移動平均値を求め、速度指標値にヒステリシス特性を与える。
すなわち、積算処理部120は、速度推定タイミングM1では、先行する速度推定タイミングT1〜Ti(iは2以上の正の整数)のそれぞれで求められた加速度積算値IT1〜ITiの総和から加速度積算値IM1を求め、速度推定タイミングM1の次の速度推定タイミングM2では、先行する速度推定タイミングT2〜T(i+1)のそれぞれで求められた加速度積算値IT2〜IT(i+1)の総和から加速度積算値IM2を求めてもよい。
ここで、速度推定タイミングとは、速度推定処理を行うタイミングのことをいう。速度推定タイミングは、検出加速度を取得するタイミング(サンプリングタイミング)と同じ周期で訪れるものであっても良いし、サンプリングタイミングと異なる周期で訪れるものであってもよい。
ここで、i=4とした場合の具体例を図8に示す。なお、図8の例では、説明の簡略化のため、速度推定タイミング(M1及びM2)とサンプリングタイミングは同じタイミングであり、同じ周期で訪れるものとする。この時、速度推定タイミングM1において求められる加速度積算値は式(18)のようになり、速度推定タイミングM1において求められる加速度積算値は式(19)のようになる。
また、式(18)及び式(19)では、i=4による除算を行っているが、実際には除算を行わずに、係数a、b及び定数cの値を調整してもよい。除算を行わない場合であっても、速度指標値にヒステリシス特性を与えることは可能であり、不要な計算を削減することにもなる。
これにより、速度指標値にヒステリシス特性を与えること等が可能になる。従って、例えば移動中にユーザーが左右にぶれたりする等の要因による移動速度の変化を抑制すること等が可能となる。
次に、本実施形態の状態検出装置100を電子機器900へ実装する方法(構成要素の配置方法)について、図9(A)と図9(B)を用いて説明する。図9(A)は電子機器900に含まれる第1の電子基板700の表面を、図9(B)は第1の電子基板700の裏面を示している。なお、図示するに当たって混同を避けるため、図9(A)及び図9(B)では、電子機器900を表す枠から第1の電子基板700を表す枠を離して描画しているが、実際には両者は一致している。後述する第2の電子基板800についても同様である。
まず、本実施形態の電子機器900は、状態検出装置100と加速度センサー200とを含んでもよい。
また、本実施形態の電子機器900は、状態検出装置100と、加速度センサー200と、無線通信部400と、アンテナ部300と、状態検出装置100と無線通信部400とを動作させる電池500(電池ソケット)と、を含んでもよい。
例えば電子機器900は歩数計などである。なお、図9(B)の600は、心拍測定電極端子であり、必要に応じて実装する。本実施形態においては、心拍測定電極端子600はなくても構わない。
ここで、無線通信部400は、状態検出装置100とアンテナ部300の通信に関する制御を行う。無線通信部400は、各種プロセッサー(CPU等)、ASIC(ゲートアレイ等)などのハードウェアや、プログラムなどにより実現できる。
また、アンテナ部300は、高周波エネルギーを電波(電磁波)として空間に放射(送信)、あるいは逆に空間の電波(電磁波)を高周波エネルギーへ相互に変換(受信)する装置である。なお、本実施形態のアンテナ部300は、少なくとも送信機能を有している。さらに、アンテナ部300は、電子機器900に対して、1つまたは複数設けられ、例えばアンテナ部300が複数設けられる場合には、各アンテナの口径が異なっていてもよい。
しかし、加速度センサー200とアンテナ部300とを同じ基板に実装する場合には、アンテナ部300が発する電波(電磁波)の影響により、加速度センサー200の検出結果に誤差が生じることがある。そのため、従来は、加速度センサー200とアンテナ部300とをそれぞれ別の基板上に離して設置し、加速度センサー200の検出結果に誤差が生じないようにしていた。しかし、この場合には、各基板の厚みにより、電子機器900が大きくなり、これを運動中に胸部等に付けると、運動の妨げになる等の問題があった。
そこで、本実施形態では図9(A)及び図9(B)に示すように、状態検出装置100と、加速度センサー200と、無線通信部400と、電池500は、第1の電子基板700に実装され、アンテナ部300は、無線通信部400の第1の方向DR1側に実装され、加速度センサー200は、無線通信部400の第2の方向DR2側に実装されてもよい。
ここで、第2の方向DR2は、第1の方向DR1と異なる方向であり、例えば図9(A)に示す通り、第1の方向DR1と略反対方向である。
これにより、加速度センサー200とアンテナ部300とを離して実装すること等が可能になり、加速度センサー200の検出結果にアンテナ部300が発する電波を要因とする誤差が生じにくくすること等が可能になる。
さらに、状態検出装置100と、加速度センサー200と、無線通信部400と、アンテナ部300と、電池500とを1枚の基板上に実装して、電子機器900をよりコンパクトにすること等が可能となる。これにより、運動中に胸部等に電子機器900を装着しても、運動の妨げにならないようにすること等が可能になる。
また、電子機器900において、アンテナ部300は、無線通信部400の第1の方向側に取り付けられる第2の電子基板800に実装されてもよい。
なお、第2の電子基板800の裏面の基板パターンは排除しておくことが望ましい。また、第2の電子基板800は、図9(A)及び図9(B)に示すように、第1の電子基板700の端に重ねて配置されることが望ましい。但し、これに限定されず、例えば、第2の電子基板800を第1の電子基板700と一部のみ重ねて配置するなどしてもよい。
これにより、加速度センサー200とアンテナ部300とをより離して実装すること等が可能になり、加速度センサー200の検出結果にアンテナ部300が発する電波を要因とする誤差がより生じにくくすること等が可能になる。
また、電子機器900において、状態検出装置100と加速度センサー200と無線通信部400は、第1の電子基板700の表面に実装され、電池500は、第1の電子基板700の裏面に実装されてもよい。
これにより、電子機器900をさらに薄くすること等が可能となる。
また、本実施形態の測定システムは、状態検出装置100を含んでもよい。
例えば、このような測定システムの例としては、前述した電子機器を含む測定システムであって、アンテナ部300及び無線通信部400と通信により接続されたサーバーにより、状態検出装置100の一部又は全部の機能が実現される測定システム等が挙げられる。
これにより、例えば状態検出装置100により行われる処理の一部をサーバーに実行させること等が可能になり、状態検出装置100の処理量を削減すること等が可能になる。
なお、本実施形態の状態検出装置100等は、その処理の一部または大部分をプログラムにより実現してもよい。この場合には、CPU等のプロセッサーがプログラムを実行することで、本実施形態の状態検出装置100等が実現される。具体的には、情報記憶媒体に記憶されたプログラムが読み出され、読み出されたプログラムをCPU等のプロセッサーが実行する。ここで、情報記憶媒体(コンピューターにより読み取り可能な媒体)は、プログラムやデータなどを格納するものであり、その機能は、光ディスク(DVD、CD等)、HDD(ハードディスクドライブ)、或いはメモリー(カード型メモリー、ROM等)などにより実現できる。そして、CPU等のプロセッサーは、情報記憶媒体に格納されるプログラム(データ)に基づいて本実施形態の種々の処理を行う。即ち、情報記憶媒体には、本実施形態の各部としてコンピューター(操作部、処理部、記憶部、出力部を備える装置)を機能させるためのプログラム(各部の処理をコンピューターに実行させるためのプログラム)が記憶される。
4.処理の流れ
以下では、図9のフローチャートを用いて、本実施形態の処理の流れについて説明する。
以下では、図9のフローチャートを用いて、本実施形態の処理の流れについて説明する。
まず、加速度センサーから検出加速度を取得する(S201)。この時、加速度センサーから取得される検出加速度は加速度センサー座標系における値により表されている。そのため、加速度センサー座標系から運動解析座標系へ検出加速度の座標変換処理を行う(S202)。
次に、座標変換処理後の検出加速度の各座標軸成分について積算処理を行い(S203)、各座標軸の積算値の総和を算出する(S204)。すなわち、前述した式(10)の処理を行う。
ここで、検出加速度に基づいて、ユーザーの運動状態の判定処理を行い(S205)、運動状態の判定処理の結果に基づいて、係数a、b、定数c及び基準速度Vsの切り替え処理を行う(S206)。
そして、式(6)に示すように、各座標軸の積算値の総和と係数a、b及び定数cに基づいて、速度指標値を算出し(S207)、式(7)のように速度指標値と基準速度の乗算処理を行って、速度推定値を算出する(S208)。
最後に、速度推定値に移動時間を乗算して距離推定値の算出を行い(S209)、表示部や無線通信部等に出力する(S210)。
以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形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、状態検出装置、電子機器、測定システム及びプログラム等の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
100 状態検出装置、110 取得部、120 積算処理部、
130 速度指標値演算部、140 速度推定値演算部、150 記憶部、
160 運動状態判定部、170 距離指標値演算部、180 距離推定値演算部、
190 キャリブレーション処理部、200 加速度センサー、300 アンテナ部、
400 無線通信部、500 電池(電池ソケット)、600 心拍測定電極端子、
700 第1の電子基板、800 第2の電子基板、900 電子機器
130 速度指標値演算部、140 速度推定値演算部、150 記憶部、
160 運動状態判定部、170 距離指標値演算部、180 距離推定値演算部、
190 キャリブレーション処理部、200 加速度センサー、300 アンテナ部、
400 無線通信部、500 電池(電池ソケット)、600 心拍測定電極端子、
700 第1の電子基板、800 第2の電子基板、900 電子機器
Claims (14)
- 加速度センサーから検出加速度を取得する取得部と、
前記検出加速度の少なくとも一つの座標軸成分から得られる値を所与の期間積算する積算処理を行い、加速度積算値Iを求める積算処理部と、
速度を推定するために用いる速度指標値rをr=aI2+bI+c(係数a、b及び定数cは所与の実数)の関係式に従って求める速度指標値演算部と、
を含む状態検出装置。 - 請求項1において、
運動解析座標系の第一の座標軸Yが鉛直線に平行な座標軸である場合に、
前記積算処理部は、
前記積算処理として、前記検出加速度の第一の座標軸成分を取得し、少なくとも前記第一の座標軸成分の絶対値に対応する値を積算して、前記加速度積算値Iを求める処理を行うことを特徴とする状態検出装置。 - 請求項2において、
前記運動解析座標系において、前記第一の座標軸Yと、第二の座標軸Xと、第三の座標軸Zとが互いに直交する場合に、
前記積算処理部は、
前記積算処理として、前記検出加速度の前記第一の座標軸成分に基づき第一の積算値Iyを求め、前記検出加速度の前記第二の座標軸成分に基づき第二の積算値Ixを求め、前記検出加速度の前記第三の座標軸成分に基づき第三の積算値Izを求めて、前記第一の積算値Iyと前記第二の積算値Ixと前記第三の積算値Izとを積算して前記加速度積算値Iを求める処理を行うことを特徴とする状態検出装置。 - 請求項2又は3において、
前記積算処理部は、
前記運動解析座標系における前記検出加速度の前記第一の座標軸成分の絶対値に対応する値として、前記第一の座標軸成分のn乗(nは正の偶数)を求め、求めた前記第一の座標軸成分のn乗を積算する処理を行うことを特徴とする状態検出装置。 - 請求項1乃至4のいずれかにおいて、
実測値から得られた前記係数a、b及び前記定数cを記憶する記憶部を含み、
前記速度指標値演算部は、
前記記憶部から取得される前記係数a、b及び前記定数cに基づいて、前記速度指標値rを求めることを特徴とする状態検出装置。 - 請求項1乃至5のいずれかにおいて、
ユーザーの運動状態を判定する運動状態判定部を含み、
前記速度指標値演算部は、
前記運動状態に応じて、使用する前記係数a、b及び前記定数cを切り替えることを特徴とする状態検出装置。 - 請求項1乃至6のいずれかにおいて、
速度実測値に基づいてキャリブレーション処理を行うキャリブレーション処理部を含み、
前記速度指標値演算部は、
速度推定値Vdを求める際にユーザーの移動速度の基準とする速度である基準速度Vsと前記係数a、b及び前記定数cのうち、少なくとも一つの値を、前記キャリブレーション処理の結果に基づいて変更することを特徴とする状態検出装置。 - 請求項1乃至7のいずれかにおいて、
前記速度指標値演算部により求められた前記速度指標値rに基づいて、距離指標値sを求める距離指標値演算部を含むことを特徴とする状態検出装置。 - 請求項8において、
前記距離指標値演算部により求められた前記距離指標値sと、基準距離Dsとに基づいて、乗算処理を行い、距離推定値Ddを求める距離推定値演算部を含むことを特徴とする状態検出装置。 - 請求項1乃至9のいずれかにおいて、
前記積算処理部は、
速度推定タイミングM1では、先行する速度推定タイミングT1〜Ti(iは2以上の正の整数)のそれぞれで求められた加速度積算値IT1〜ITiの総和から加速度積算値IM1を求め、
前記速度推定タイミングM1の次の速度推定タイミングM2では、先行する速度推定タイミングT2〜T(i+1)のそれぞれで求められた加速度積算値IT2〜IT(i+1)の総和から加速度積算値IM2を求めることを特徴とする状態検出装置。 - 請求項1乃至10のいずれかにおいて、
前記速度指標値演算部により求められた前記速度指標値rと、基準速度Vsとに基づいて、乗算処理を行い、速度推定値Vdを求める速度推定値演算部を含むことを特徴とする状態検出装置。 - 請求項1乃至11のいずれかに記載の前記状態検出装置と前記加速度センサーとを含むことを特徴とする電子機器。
- 請求項1乃至11のいずれかに記載の前記状態検出装置を含むことを特徴とする測定システム。
- 加速度センサーから検出加速度を取得する取得部と、
前記検出加速度の少なくとも一つの座標軸成分から得られる値を所与の期間積算する積算処理を行い、加速度積算値Iを求める積算処理部と、
速度指標値rをr=aI2+bI+c(係数a、b及び定数cは所与の実数)の式に基づいて求める速度指標値演算部として、
コンピューターを機能させることを特徴とするプログラム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012058328A JP2013190377A (ja) | 2012-03-15 | 2012-03-15 | 状態検出装置、電子機器、測定システム及びプログラム |
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JPWO2017065061A1 (ja) * | 2015-10-13 | 2018-08-02 | アルプス電気株式会社 | 歩行計測装置、歩行計測方法及びプログラム |
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2012
- 2012-03-15 JP JP2012058328A patent/JP2013190377A/ja active Pending
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JPWO2017065061A1 (ja) * | 2015-10-13 | 2018-08-02 | アルプス電気株式会社 | 歩行計測装置、歩行計測方法及びプログラム |
US10794723B2 (en) | 2015-10-13 | 2020-10-06 | Alps Alpine Co., Ltd. | Walking measurement device, walking measurement method, and program |
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