JP2020177598A - 運動データ取得装置、運動データ出力方法、プログラム及び運動データ処理システム - Google Patents
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Abstract
Description
周期的な動作の繰り返しから成る運動に関する運動データを周期ごとに取得する運動データ取得手段と、
前記運動データ取得手段によって取得された前記運動データに基づいて、前記周期的な動作の基準データを生成する基準データ生成手段と、
前記基準データ生成手段によって生成された前記基準データと前記運動データ取得手段によって取得された各周期の運動データのそれぞれとの差分データを導出する差分データ導出手段と、
前記基準データと前記差分データとを対応付けて出力するデータ出力手段と、
を備えることを特徴とする。
運動データ取得装置と運動データ処理装置とを備えた運動データ処理システムであって、
前記運動データ取得装置は、
周期的な動作の繰り返しから成る運動に関する運動データを周期ごとに取得する運動データ取得手段と、
前記運動データ取得手段によって取得された前記運動データに基づいて、前記周期的な動作の基準データを生成する基準データ生成手段と、
前記基準データ生成手段によって生成された前記基準データと前記運動データ取得手段によって取得された各周期の運動データのそれぞれとの差分データを導出する差分データ導出手段と、
前記基準データと前記差分データとを対応付けて送信するデータ送信手段と、
を備え、
前記運動データ処理装置は、
前記データ送信手段により送信された前記基準データと前記差分データとを受信するデータ受信手段と、
前記データ受信手段によって受信された前記前記基準データと前記差分データとに基づいて、前記各周期の運動データを復元する復元手段と、
を備えることを特徴する。
まず、図1を参照して、本実施形態の構成を説明する。図1は、本実施形態の運動データ処理システム1を示す概略構成図である。
図2に示すように、運動データ取得装置10は、本体部10Aと、ベルト部10Bとを有しており、ベルト部10Bによって、ユーザーの腰の位置で本体部10Aが固定されている。ここで、左右方向をX軸とし、前後方向をY軸とし、上下方向をZ軸とする。X軸においては左手方向を正、右手方向を負とする。Y軸においては進行方向逆向きを正とし、進行方向を負とする。Z軸においては上方向を正、下方向を負とする。
次に、図3を参照して、運動データ取得装置10の機能構成を説明する。図3は、運動データ取得装置10の機能構成を示すブロック図である。
次に、図4〜図12を用いて、運動データ取得装置10で実行されるランニング動作におけるサイクル(周期)の各局面のデータの測定処理について説明する。
なお、この処理ではユーザーが所定距離だけ走った分の前後方向、左右方向、上下方向それぞれの加速度信号が、処理の実行前に取得されている場合を例示して説明する。例えば、開始ボタンが操作されることによってデータ取得が開始されてから、ユーザーが所定距離だけ走り終わり、終了ボタンが操作されデータ取得が停止されると、CPU11は上記測定処理に関するプログラムを読み出して実行する。
図6及び図8〜図12は、前後方向、左右方向、及び上下方向の加速度信号の波形の一部分を例示的に抜き出して示すグラフである。以下の説明では、上記測定処理に加速度信号の波形がどう用いられているかを、図6及び図8〜図12を参照して説明する。また、本実施形態では、図6及び図8〜図12に示す部分にのみ上記測定処理が施される場合を例示して説明するが、当該測定処理は、前後方向、左右方向、及び上下方向それぞれの加速度信号の波形の全体を対象として実行される。
図4に示すように、上記測定処理が実行されると、CPU11は、まず、着地タイミング設定処理を行う(ステップS1)。ここで、着地タイミングとは、ランニング動作におけるサイクルの一局面であり、走っているユーザーの足(一方の足)が地面に触れたタイミングを指す。なお、着地タイミング設定処理の詳細については後述する。
これにより、ランニング動作におけるサイクルの各局面のデータ(着地タイミング、最下点タイミング、離地タイミング、最高点タイミング及び接地時間)が算出されて、CPU11は測定処理を終了する。
図5は、着地タイミング設定処理の流れを示すフローチャートである。
図6は、前後方向、左右方向、及び上下方向の加速度信号の波形の一部分を例示的に抜き出して示すグラフである。以下の説明では、着地タイミング設定処理に加速度信号の波形がどう用いられているかを、図6を参照して説明する。また、本実施形態では、図6に示す部分にのみ着地タイミング設定処理が施される場合を例示して説明するが、着地タイミング設定処理は、前後方向、左右方向、及び上下方向それぞれの加速度信号の波形の全体を対象として実行される。
次いで、CPU11は、平滑化後の上下方向の加速度信号AccZ2の波形の極大値Zmaxを求め、この極大値Zmaxを示すタイミングを基準タイミング(第四基準タイミング)として時間軸を分割する(ステップS12)。図6では、極大値Zmaxに基づいて線P1,P2,P3で時間軸を分割している。この線P1と,線P2の間の分割領域、線P2と線P3との間の分割領域を第一分割領域R1と称す。
次いで、CPU11は、各第一分割領域R1内にある高さ位置波形Tの極大値Tmaxを示すタイミングを基準タイミング(第一基準タイミング)として時間軸を分割する。図6では、極大値Tmaxに基づいて線P4,P5,P6で時間軸を分割している。この線P4,P5,P6を歩の切れ目(例えば奇数歩目と偶数歩目の境界)に設定する(ステップS14)。この線P4,P5,P6で分割された領域を第二分割領域と称す。なお、説明の便宜上、以下においては、連続する二つの第二分割領域のうち、先(時間的に前)の方を「先の第二分割領域R21」とし、後(時間的に後)の方を「後の第二分割領域R22」とする。
図6では、先の第二分割領域R21に正の極大値Ymaxが一つあり、後の第二分割領域R22に正の極大値Ymaxが二つある場合を例示している。
ここで、着地時においてはその着地動作による衝撃によって減速するために、前後方向の加速度信号AccYの波形には正の値にピーク(極大値)が生じることになる。この正の極大値Ymaxが、進行方向に対して減速を示す極値である。
しかし、走り方や速度によっては同様のピークが複数生じることもある。換言すると、着地時においては前後方向の加速度信号AccYの波形に少なくとも一つは正の極大値が生じることになる。このため、ステップS16では、正の極大値が一つであるか否かを判断している。なお、本実施形態では、前後方向の加速度信号AccYは、進行方向逆向きを正とし、進行方向を負としているため、前後方向の加速度信号AccYの波形における減速を示す極値が正の極大値Ymaxとなっているが、正負が逆の場合は減速を示す極値が負の極小値となる。
具体的には、CPU11は、後の第二分割領域R22の前半部分内において、所定間隔内に左右方向の加速度信号AccXの波形の極値Xm1,Xm2,Xm3が三つ存在し、なおかつ当該三つの極値Xm1,Xm2,Xm3のうち隣接する極値Xm1,Xm2,Xm3の差分が所定値以上であると、左右のブレを示す波形として認定する。そして、CPU11は三つの極値Xm1,Xm2,Xm3のうち最初に発生した極値Xm1に近い正の極大値Ymaxを特定する。
なお、「所定間隔」や、「所定値」については、実験やシミュレーションなどにより得られた値が用いられる。具体的には所定間隔としては40〜100msの範囲に収まる値が好ましく、70msがより好ましい。また、所定値としては5〜15m/s2の範囲に収まる値が好ましく、10m/s2がより好ましい。
図7は、離地タイミング設定処理の流れを示すフローチャートである。
図8、図10、図11は、前後方向、及び上下方向の加速度信号の波形の一部分を例示的に抜き出して示すグラフである。
図9は、図8に示すグラフのうち、28.9秒から29.1秒の間の一部分を拡大したグラフである。
以下の説明では、離地タイミング設定処理に加速度信号の波形がどう用いられているかを、図8〜図11を参照して説明する。また、本実施形態では、図8〜図11に示す部分にのみ離地タイミング設定処理が施される場合を例示して説明するが、離地タイミング設定処理は、前後方向、及び上下方向それぞれの加速度信号の波形の全体を対象として実行される。
具体的には、CPU11は、前後方向の加速度信号AccYに対して、タップ数が11〜15(ここで、タップ数はサンプリング周波数が200Hzであって、サンプリング周期が5msである場合のサンプル数であって、移動平均を算出する期間が対象とする信号の前後25〜35msの期間(第1期間)である場合に対応する)の三角移動平均(第一の移動平均)を算出し、当該三角移動平均による平滑化処理後の第1信号(以下、FAccY_2と称す)を求めるとともに、タップ数が3〜5(タップ数はサンプリング周波数が200Hzである場合のサンプル数であって、移動平均を算出する期間が対象とする信号の前後5〜10msの期間(第2期間)である場合に対応する)の三角移動平均(第二の移動平均)を算出し、当該三角移動平均による平滑化処理後の第2信号(以下、FAccY_1と称する)を求める。ここで、三角移動平均は対象とする信号のノイズを低減する効果を有するものであり、周知の手法である。この三角移動平均による平滑化処理においては、タップ数(サンプル数)を多くする程、信号が平滑化される効果が大きくなる。
ここで、プラスゼロクロスタイミング(ZC)を探索するに際して、図9の破線の丸で囲った領域に示すように、離地前にも、AccYの値がノイズや体の動き方によって負から正に急峻に変化するタイミングが発生してしまう場合がある。そして、タップ数が比較的小さいFAccY_1ではこの急峻な変化が残っていて、同様に負から正に急峻に変化する。これに対して、図9に示すように、タップ数が比較的大きいFAccY_2では、AccYやFAccY_1では負から正に急峻に変化する場合であっても、この急峻な変化が緩和されて、負から正に変化するタイミングは現れないようになる。そこで、本実施形態では、タップ数を比較的大きくしたFAccY_2を用いることによって、プラスゼロクロスタイミング(ZC)を適正に探索することができるようにしている。なお、上記のタップ数はサンプリング周波数が200Hzでサンプリング周期が5msの場合であり、タップ数は加速度信号のサンプリング周波数によって変化する。また、サンプリング数、サンプリング期間は上記の値に限定されるものではなく、上記の値の近傍であればよい。
ステップS27において、このときの変数nが示すサンプリングタイミングが第三基準タイミング(LMX)でないと判定された場合(ステップS27;NO)、ステップS25へ戻り、CPU11は、ステップS25以降の処理を繰り返し行う。
一方、ステップS27において、このときの変数nが示すサンプリングタイミングが第三基準タイミング(LMX)であると判定された場合(ステップS27;YES)、すなわち、第二基準タイミング(ZC)と第三基準タイミング(LMX)との間において、上記差分が閾値TH未満であるという条件が満たされなかった場合、CPU11は、図10に示すように、当該第三基準タイミング(LMX)を離地タイミングとして設定し(ステップS28)、離地タイミング設定処理を終了する。
ステップS29の判定処理でAccZの値が所定値C1未満であるか否かを判定しているのは、足が地面に設置している間は、AccZの値が正側すなわち上向きになっており、AccZの値が所定値C1以上である場合(例えば、図10の破線の丸で囲った領域参照)は、足はまだ地面に接していると想定されるためである。ここで、所定値C1は、重力加速度9.80665m/s2よりも若干大きい値(例えば、12m/s2)とする。
また、ステップS29の判定処理でFAccY_1の値が特定値C2以上であるか否かを判定しているのは、FAccY_1の極大値に対して、FAccY_1の値が非常に小さい場合(図11の破線の丸で囲った領域参照)は、そのタイミングにおいてAccYの上昇率が0になっていたとしても、まだ足が地面から離れていないと想定されるためであり、離地タイミングでは、比較的大きな速度の変化(減少)が生じると想定されるためである。ここで、特定値C2は、第二基準タイミング(ZC)から第二分割領域の後端(例えば、図8の線L2参照)までの範囲におけるFAccY_1の値の最大値に所定の係数(例えば、40〜60%)を掛けた値とする。
一方、ステップS29において、上記判定条件を満たしていると判定された場合(ステップS29;YES)、CPU11は、このときの変数nが示すサンプリングタイミング(図9及び図11参照)を離地タイミングとして設定し(ステップS30)、離地タイミング設定処理を終了する。
次に、図14を参照して、運動データ処理装置20の機能構成を説明する。図14は、運動データ処理装置20の機能構成を示すブロック図である。
次に、図15及び1図6を用いて、運動データ処理システム1の動作について説明する。図15は、運動データ処理システム1のうち運動データ取得装置10側の動作の一例を示すフローチャートである。図16は、運動データ処理システム1のうち運動データ処理装置20側の動作の一例を示すフローチャートである。
例えば、ユーザーがランニングを開始する際、当該ユーザーにより操作部14の開始ボタン(図示省略)の押下操作がなされると、運動データ取得装置10のCPU11は、モーションセンサ部15により出力される運動データ(センシングデータ)の取得を開始(ステップS31)し、カウンタをクリアするとともに、平均データフラグをOFFにする(ステップS32)。
そして、ステップS34において、ランニングにおける1周期が経過したと判定された場合(ステップS34;YES)、CPU11は、カウンタの値を1インクリメントする(ステップS35)。
一方、ステップS36において、カウンタの値が1〜9のいずれでもないと判定された場合(ステップS36;NO)、CPU11は、ステップS37をスキップして、ステップS43へ移行する。
一方、ステップS44において、直近の1周期分の周期データの周期時間と平均データの周期時間とが一致しないと判定された場合(ステップS44;NO)、CPU11は、直近の1周期分の周期データの周期時間が平均データの周期時間と一致するように周期時間を補正し(ステップS45)、ステップS46へ移行する。
一方、ステップS48において、ランニングピッチに変化がないと判定された場合(ステップS48;NO)、CPU11は、ステップS49をスキップして、ステップS50へ移行する。
一方、ステップS50において、ユーザーによる操作部14の終了ボタンの押下操作がなされたと判定された場合(ステップS50;YES)、CPU11は、運動データ取得装置10による処理を終了する。
図6に示すように、まず、運動データ処理装置20のCPU21は、ユーザーがランニングを行っている際に、通信部26を介して運動データ取得装置10から1周期分の周期データ(運動データ)を受信したか否かを判定する(ステップS31)。
一方、ステップS51において、1周期分の周期データ(運動データ)を受信していないと判定された場合(ステップS51;NO)、CPU21は、ステップS52をスキップして、ステップS53へ移行する。
一方、ステップS53において、平均データ(基準データ)を受信していないと判定された場合(ステップS53;NO)、CPU21は、通信部26を介して運動データ取得装置10から差分データを受信したか否かを判定する(ステップS55)。
一方、ステップS55において、差分データを受信したと判定された場合(ステップS55;YES)、CPU21は、受信した差分データと対応付けられている平均データと、当該差分データとに基づいて、元の周期データに復元する(ステップS56)。
一方、ステップS59において、運動データ取得装置10とのデータ通信が切断されたと判定された場合(ステップS59;NO)、CPU21は、ステップS52で保存された周期データ、及び、ステップS56又はステップS58で復元された周期データを記憶部23に保存し(ステップS60)、CPU21は、運動データ処理装置20による処理を終了する。
したがって、運動データ取得装置10によれば、各周期の運動データを平均データと差分データとに変換することによって、当該各周期の運動データの少量化を図ることができるので、運動データ処理装置20に対して各周期の運動データを効率良く出力できる。
したがって、運動データ処理システム1によれば、各周期の運動データを平均データと差分データとに変換することによって、運動データ取得装置10から運動データ処理装置20へ送信される各周期の運動データの少量化を図ることができるので、運動データ取得装置10から運動データ処理装置20へ各周期の運動データを効率良く出力できる。これにより、データ通信の速度を上げることなく各周期の運動データを運動データ取得装置10から運動データ処理装置20へリアルタイムに送信して当該運動データの処理を行うことが可能となる。
例えば、上記実施形態において、周期的な動作の繰り返しから成る運動としてランニングを一例に挙げて説明を行ったが、当該運動はランニングに限定されるものではなく、ウォーキング、水泳、スキー、スケート、自転車などの周期的な動作の繰り返しから成る運動を対象としてもよい。また、上記実施形態において、左足が地面に触れた接地時をランニングの周期の起点としたが、当該ランニングの周期の起点は、左足が地面に触れた接地時に限定されるものではなく、例えば、右足が地面に触れた接地時や、左足の接地中にユーザーの腰が最も低い位置を通過した最下時等をランニングの周期の起点としてもよい。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲のとおりである。
〔付記〕
<請求項1>
周期的な動作の繰り返しから成る運動に関する運動データを周期ごとに取得する運動データ取得手段と、
前記運動データ取得手段によって取得された前記運動データに基づいて、前記周期的な動作の基準データを生成する基準データ生成手段と、
前記基準データ生成手段によって生成された前記基準データと前記運動データ取得手段によって取得された各周期の運動データのそれぞれとの差分データを導出する差分データ導出手段と、
前記基準データと前記差分データとを対応付けて出力するデータ出力手段と、
を備えることを特徴とする運動データ取得装置。
<請求項2>
前記基準データの周期時間と前記運動データ取得手段によって取得された一周期の運動データの周期時間とが異なる場合、当該運動データの周期時間を当該基準データの周期時間と同じ長さに補正する補正手段を備え、
前記差分データ導出手段は、前記補正手段によって補正された運動データがある場合、前記基準データと当該補正された運動データとの差分データを導出し、
前記データ出力手段は、前記補正手段によって補正された運動データがある場合、当該補正がなされた際の補正係数を更に対応付けて出力する、
ことを特徴とする請求項1に記載の運動データ取得装置。
<請求項3>
前記基準データ生成手段は、所定数の周期の運動データを平均化することにより前記基準データを生成する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の運動データ取得装置。
<請求項4>
周期的な動作の繰り返しから成る運動に関する運動データを周期ごとに取得する運動データ取得工程と、
前記運動データ取得工程によって取得された前記運動データに基づいて、前記周期的な動作の基準データを生成する基準データ生成工程と、
前記基準データ生成工程によって生成された前記基準データと前記運動データ取得工程によって取得された各周期の運動データのそれぞれとの差分データを導出する差分データ導出工程と、
前記基準データと前記差分データとを対応付けて出力するデータ出力工程と、
を含むことを特徴とする運動データ出力方法。
<請求項5>
コンピュータを、
周期的な動作の繰り返しから成る運動に関する運動データを周期ごとに取得する運動データ取得手段、
前記運動データ取得手段によって取得された前記運動データに基づいて、前記周期的な動作の基準データを生成する基準データ生成手段、
前記基準データ生成手段によって生成された前記基準データと前記運動データ取得手段によって取得された各周期の運動データのそれぞれとの差分データを導出する差分データ導出手段、
前記基準データと前記差分データとを対応付けて出力するデータ出力手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。
<請求項6>
運動データ取得装置と運動データ処理装置とを備えた運動データ処理システムであって、
前記運動データ取得装置は、
周期的な動作の繰り返しから成る運動に関する運動データを周期ごとに取得する運動データ取得手段と、
前記運動データ取得手段によって取得された前記運動データに基づいて、前記周期的な動作の基準データを生成する基準データ生成手段と、
前記基準データ生成手段によって生成された前記基準データと前記運動データ取得手段によって取得された各周期の運動データのそれぞれとの差分データを導出する差分データ導出手段と、
前記基準データと前記差分データとを対応付けて送信するデータ送信手段と、
を備え、
前記運動データ処理装置は、
前記データ送信手段により送信された前記基準データと前記差分データとを受信するデータ受信手段と、
前記データ受信手段によって受信された前記前記基準データと前記差分データとに基づいて、前記各周期の運動データを復元する復元手段と、
を備えることを特徴する運動データ処理システム。
10 運動データ取得装置
11 CPU(運動データ取得手段、基準データ生成手段、差分データ導出手段、データ出力手段、補正手段)
16 通信部(データ送信手段)
20 運動データ処理装置
21 CPU(復元手段)
26 通信部(データ受信手段)
Claims (6)
- 周期的な動作の繰り返しから成る運動に関する運動データを周期ごとに取得する運動データ取得手段と、
前記運動データ取得手段によって取得された前記運動データに基づいて、前記周期的な動作の基準データを生成する基準データ生成手段と、
前記基準データ生成手段によって生成された前記基準データと前記運動データ取得手段によって取得された各周期の運動データのそれぞれとの差分データを導出する差分データ導出手段と、
前記基準データと前記差分データとを対応付けて出力するデータ出力手段と、
を備えることを特徴とする運動データ取得装置。 - 前記基準データの周期時間と前記運動データ取得手段によって取得された一周期の運動データの周期時間とが異なる場合、当該運動データの周期時間を当該基準データの周期時間と同じ長さに補正する補正手段を備え、
前記差分データ導出手段は、前記補正手段によって補正された運動データがある場合、前記基準データと当該補正された運動データとの差分データを導出し、
前記データ出力手段は、前記補正手段によって補正された運動データがある場合、当該補正がなされた際の補正係数を更に対応付けて出力する、
ことを特徴とする請求項1に記載の運動データ取得装置。 - 前記基準データ生成手段は、所定数の周期の運動データを平均化することにより前記基準データを生成する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の運動データ取得装置。 - 周期的な動作の繰り返しから成る運動に関する運動データを周期ごとに取得する運動データ取得工程と、
前記運動データ取得工程によって取得された前記運動データに基づいて、前記周期的な動作の基準データを生成する基準データ生成工程と、
前記基準データ生成工程によって生成された前記基準データと前記運動データ取得工程によって取得された各周期の運動データのそれぞれとの差分データを導出する差分データ導出工程と、
前記基準データと前記差分データとを対応付けて出力するデータ出力工程と、
を含むことを特徴とする運動データ出力方法。 - コンピュータを、
周期的な動作の繰り返しから成る運動に関する運動データを周期ごとに取得する運動データ取得手段、
前記運動データ取得手段によって取得された前記運動データに基づいて、前記周期的な動作の基準データを生成する基準データ生成手段、
前記基準データ生成手段によって生成された前記基準データと前記運動データ取得手段によって取得された各周期の運動データのそれぞれとの差分データを導出する差分データ導出手段、
前記基準データと前記差分データとを対応付けて出力するデータ出力手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。 - 運動データ取得装置と運動データ処理装置とを備えた運動データ処理システムであって、
前記運動データ取得装置は、
周期的な動作の繰り返しから成る運動に関する運動データを周期ごとに取得する運動データ取得手段と、
前記運動データ取得手段によって取得された前記運動データに基づいて、前記周期的な動作の基準データを生成する基準データ生成手段と、
前記基準データ生成手段によって生成された前記基準データと前記運動データ取得手段によって取得された各周期の運動データのそれぞれとの差分データを導出する差分データ導出手段と、
前記基準データと前記差分データとを対応付けて送信するデータ送信手段と、
を備え、
前記運動データ処理装置は、
前記データ送信手段により送信された前記基準データと前記差分データとを受信するデータ受信手段と、
前記データ受信手段によって受信された前記前記基準データと前記差分データとに基づいて、前記各周期の運動データを復元する復元手段と、
を備えることを特徴する運動データ処理システム。
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JP2018068669A (ja) * | 2016-10-28 | 2018-05-10 | 株式会社フジキン | 運動アドバイザシステム |
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- 2019-04-23 JP JP2019081481A patent/JP7255340B2/ja active Active
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