JP2021007762A - Exercise support apparatus, exercise support method, and exercise support program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、人体の運動時の動作状態（運動状態）を把握して、その効率性の評価や向上に役立てることができる運動支援装置及び運動支援方法、運動支援プログラムに関する。 The present invention relates to an exercise support device, an exercise support method, and an exercise support program that can grasp the motion state (exercise state) of the human body during exercise and use it for evaluation and improvement of its efficiency.
近年、健康志向の高まりなどを背景に、日常的にランニングやウォーキング、サイクリング等の運動を行う人々が増えている。一方、ランニングやサイクリングのように、比較的均一な動作を長い時間、周期的に繰り返す運動の研究分野においては、従来、運動中に測定される酸素摂取量に基づいて、運動能力やその効率性（例えば、ランニングエコノミー）を評価する手法が知られている。 In recent years, the number of people who perform exercises such as running, walking, and cycling on a daily basis is increasing against the background of increasing health consciousness. On the other hand, in the research field of exercise that repeats relatively uniform movements for a long period of time, such as running and cycling, exercise ability and its efficiency are conventionally based on the oxygen uptake measured during exercise. A method for evaluating (for example, running economy) is known.
ここで、運動中の酸素摂取量を測定する手法としては、例えば特許文献１に記載されているように、被験者がサンプリングチューブを介して測定装置に接続されたマウスピースやマスクを装着した状態で、トレッドミル上で走行して、ランニング中の被験者の呼気を直接採取する手法が広く知られている。
Here, as a method of measuring the oxygen uptake during exercise, for example, as described in
上述した特許文献１に記載されているように、被験者の酸素摂取量を直接測定する手法においては、装置構成が大型かつ据え置き式であることに加え、被験者が比較的重く、嵩張る装置を装着した状態で、トレッドミル上で走行しなければならない。このような手法においては、被験者の負担が大きいうえ、測定環境や条件が制限されることになり、日常のトラックやロード（路上）での練習や、実際の競技会やレースの場での測定を行うことは事実上不可能であった。そのため、トレッドミル上での走行状態とは異なる練習やレースの場において、走行距離や時間の経過による酸素摂取量や運動能力、その効率性の変化を把握して評価することができない、という問題を有していた。また、このような装置は、一般に高価であるため、研究目的か一流のアスリートでない限り、容易に利用することができない、という問題も有していた。
As described in
そこで、本発明においては上記問題点に鑑みて、被験者の酸素摂取量を簡易に推定することができる運動支援装置及び運動支援方法、運動支援プログラムを提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, it is an object of the present invention to provide an exercise support device, an exercise support method, and an exercise support program that can easily estimate the oxygen uptake of a subject.
本発明に係る運動支援装置は、
互いに直交する３軸方向の加速度を検出することにより、移動動作中の利用者の動作速度の変化を計測して加速度データとして出力する加速度センサと、前記３軸の各々を中心とする回転方向の角速度を検出することにより、前記移動動作中の利用者の進行方向の変化を計測して角速度データとして出力するジャイロセンサと、を有するセンサから前記加速度データ及び前記角速度データを取得するセンサデータ取得部と、
前記加速度データに基づいて前記利用者の単位時間当たりの酸素摂取量を推定する演算処理部と、
を備え、
演算処理部は、
前記加速度データ及び前記角速度データのいずれかに基づいて、前記移動動作における前記利用者の一方の足の接地タイミングの間隔を一周期として検出し、
複数の周期における前記加速度データの波形を平均した平均波形を算出し、
前記一方の足の接地タイミングから他方の足の接地タイミングまでの期間について、複数の前記加速度データの波形を平均した第１の波形を算出し、
前記他方の足の接地タイミングから前記一方の足の接地タイミングまでの期間について、複数の前記加速度データの波形を平均した第２の波形を算出し、
前記平均波形に基づいて前記第１の波形及び前記第２の波形を正規化して、前記正規化された前記第１の波形及び前記第２の波形を、時間が連続するように繋ぎ合わせることにより、前記移動動作における正規化された一周期の平均波形を生成し、
前記正規化された平均波形の周期に基づいて、単位動作力を算出し、
前記単位動作力と前記酸素摂取量との前記利用者に固有の相関関係に基づいて、前記酸素摂取量を推定することを特徴とする。
The exercise support device according to the present invention
An acceleration sensor that measures changes in the user's operating velocity during moving motion and outputs it as acceleration data by detecting accelerations in the three axial directions that are orthogonal to each other, and an acceleration sensor in the rotation direction centered on each of the three axes. A sensor data acquisition unit that acquires the acceleration data and the angular velocity data from a sensor having a gyro sensor that measures a change in the traveling direction of the user during the moving operation and outputs it as angular velocity data by detecting the angular velocity. When,
An arithmetic processing unit that estimates the oxygen uptake per unit time of the user based on the acceleration data, and
With
The arithmetic processing unit
Based on either the acceleration data or the angular velocity data, the interval of the contact timing of one foot of the user in the movement operation is detected as one cycle.
An average waveform obtained by averaging the waveforms of the acceleration data in a plurality of cycles is calculated.
For the period from the contact timing of one foot to the contact timing of the other foot, a first waveform obtained by averaging the waveforms of the plurality of acceleration data is calculated.
For the period from the contact timing of the other foot to the contact timing of the one foot, a second waveform obtained by averaging the waveforms of the plurality of acceleration data is calculated.
By normalizing the first waveform and the second waveform based on the average waveform, and joining the normalized first waveform and the second waveform so as to be continuous in time. , Generates a normalized one-cycle average waveform in the moving motion,
The unit motion force is calculated based on the period of the normalized average waveform.
It is characterized in that the oxygen uptake is estimated based on the correlation peculiar to the user between the unit movement force and the oxygen uptake.
また、本発明に係る運動支援装置は、
互いに直交する３軸方向の加速度を検出することにより、移動動作中の利用者の動作速度の変化を計測して加速度データとして出力する加速度センサと、前記３軸の各々を中心とする回転方向の角速度を検出することにより、前記移動動作中の利用者の進行方向の変化を計測して角速度データとして出力するジャイロセンサと、を有するセンサから前記加速度データ及び前記角速度データを取得するセンサデータ取得部と、
前記加速度データに基づいて前記利用者の単位時間当たりの酸素摂取量の変動を推定する演算処理部と、
を備え、
演算処理部は、
前記加速度データ及び前記角速度データのいずれかに基づいて、前記移動動作における前記利用者の一方の足の接地タイミングの間隔を一周期として検出し、
複数の周期における前記加速度データの波形を平均した平均波形を算出し、
前記一方の足の接地タイミングから他方の足の接地タイミングまでの期間について、複数の前記加速度データの波形を平均した第１の波形を算出し、
前記他方の足の接地タイミングから前記一方の足の接地タイミングまでの期間について、複数の前記加速度データの波形を平均した第２の波形を算出し、
前記平均波形に基づいて前記第１の波形及び前記第２の波形を正規化して、前記正規化された前記第１の波形及び前記第２の波形を、時間が連続するように繋ぎ合わせることにより、前記移動動作における正規化された一周期の平均波形を生成し、
前記正規化された平均波形の周期に基づいて、単位動作力を算出し、
前記単位動作力の変動に応じて前記酸素摂取量の変動を推定することを特徴とする。
Further, the exercise support device according to the present invention is
An acceleration sensor that measures changes in the user's operating velocity during moving motion and outputs it as acceleration data by detecting accelerations in the three axial directions that are orthogonal to each other, and an acceleration sensor in the rotation direction centered on each of the three axes. A sensor data acquisition unit that acquires the acceleration data and the angular velocity data from a sensor having a gyro sensor that measures a change in the traveling direction of the user during the moving operation and outputs it as angular velocity data by detecting the angular velocity. When,
An arithmetic processing unit that estimates fluctuations in oxygen uptake per unit time of the user based on the acceleration data, and
With
The arithmetic processing unit
Based on either the acceleration data or the angular velocity data, the interval of the contact timing of one foot of the user in the movement operation is detected as one cycle.
An average waveform obtained by averaging the waveforms of the acceleration data in a plurality of cycles is calculated.
For the period from the contact timing of one foot to the contact timing of the other foot, a first waveform obtained by averaging the waveforms of the plurality of acceleration data is calculated.
For the period from the contact timing of the other foot to the contact timing of the one foot, a second waveform obtained by averaging the waveforms of the plurality of acceleration data is calculated.
By normalizing the first waveform and the second waveform based on the average waveform, and joining the normalized first waveform and the second waveform so as to be continuous in time. , Generates a normalized one-cycle average waveform in the moving motion,
The unit motion force is calculated based on the period of the normalized average waveform.
It is characterized in that the fluctuation of the oxygen uptake is estimated according to the fluctuation of the unit operating force.
本発明に係る運動支援方法は、
互いに直交する３軸方向の加速度を検出することにより、移動動作中の利用者の動作速度の変化を計測して加速度データとして出力する加速度センサと、前記３軸の各々を中心とする回転方向の角速度を検出することにより、前記移動動作中の利用者の進行方向の変化を計測して角速度データとして出力するジャイロセンサと、を有するセンサから前記加速度データ及び前記角速度データを取得するステップと、
前記加速度データ及び前記角速度データのいずれかに基づいて、前記移動動作における前記利用者の一方の足の接地タイミングの間隔を一周期として検出し、
複数の周期における前記加速度データの波形を平均した平均波形を算出し、
前記一方の足の接地タイミングから他方の足の接地タイミングまでの期間について、複数の前記加速度データの波形を平均した第１の波形を算出し、
前記他方の足の接地タイミングから前記一方の足の接地タイミングまでの期間について、複数の前記加速度データの波形を平均した第２の波形を算出し、
前記平均波形に基づいて前記第１の波形及び前記第２の波形を正規化して、前記正規化された前記第１の波形及び前記第２の波形を、時間が連続するように繋ぎ合わせることにより、前記移動動作における正規化された一周期の平均波形を生成し、
前記正規化された平均波形の周期に基づいて、単位動作力を算出するステップと、
前記単位動作力と前記利用者の単位時間当たりの酸素摂取量との前記利用者に固有の相関関係に基づいて、前記酸素摂取量を推定するステップと、
を含むことを特徴とする。
The exercise support method according to the present invention
An acceleration sensor that measures changes in the user's operating velocity during moving motion and outputs it as acceleration data by detecting accelerations in the three axial directions that are orthogonal to each other, and an acceleration sensor in the rotation direction centered on each of the three axes. A step of acquiring the acceleration data and the angular velocity data from a sensor having a gyro sensor that measures a change in the traveling direction of the user during the moving operation and outputs the angular velocity data by detecting the angular velocity.
Based on either the acceleration data or the angular velocity data, the interval of the contact timing of one foot of the user in the movement operation is detected as one cycle.
An average waveform obtained by averaging the waveforms of the acceleration data in a plurality of cycles is calculated.
For the period from the contact timing of one foot to the contact timing of the other foot, a first waveform obtained by averaging the waveforms of the plurality of acceleration data is calculated.
For the period from the contact timing of the other foot to the contact timing of the one foot, a second waveform obtained by averaging the waveforms of the plurality of acceleration data is calculated.
By normalizing the first waveform and the second waveform based on the average waveform, and joining the normalized first waveform and the second waveform so as to be continuous in time. , Generates a normalized one-cycle average waveform in the moving motion,
A step of calculating a unit motion force based on the period of the normalized average waveform, and
A step of estimating the oxygen uptake based on the user-specific correlation between the unit movement force and the oxygen uptake of the user per unit time.
It is characterized by including.
本発明は、
運動支援装置における運動支援プログラムであって、
前記運動支援装置は、互いに直交する３軸方向の加速度を検出することにより、移動動作中の利用者の動作速度の変化を計測して加速度データとして出力する加速度センサと、前記３軸の各々を中心とする回転方向の角速度を検出することにより、前記移動動作中の利用者の進行方向の変化を計測して角速度データとして出力するジャイロセンサと、を有するセンサから前記加速度データ及び前記角速度データを取得するセンサデータ取得部を有し、
コンピュータに、
前記センサデータ取得部より前記加速度データ及び前記角速度データを取得させ、
前記加速度データ及び前記角速度データのいずれかに基づいて、前記移動動作における前記利用者の一方の足の接地タイミングの間隔を一周期として検出し、
複数の周期における前記加速度データの波形を平均した平均波形を算出し、
前記一方の足の接地タイミングから他方の足の接地タイミングまでの期間について、複数の前記加速度データの波形を平均した第１の波形を算出し、
前記他方の足の接地タイミングから前記一方の足の接地タイミングまでの期間について、複数の前記加速度データの波形を平均した第２の波形を算出し、
前記平均波形に基づいて前記第１の波形及び前記第２の波形を正規化して、前記正規化された前記第１の波形及び前記第２の波形を、時間が連続するように繋ぎ合わせることにより、前記移動動作における正規化された一周期の平均波形を生成し、
前記正規化された平均波形の周期に基づいて、単位動作力を算出させ、
前記単位動作力と前記利用者の単位時間当たりの酸素摂取量との前記利用者に固有の相関関係に基づいて、前記酸素摂取量を推定させることを特徴とする運動支援プログラム。
The present invention
An exercise support program for exercise support devices
The motion support device measures an acceleration of a user's motion velocity during a moving motion by detecting accelerations in three axial directions orthogonal to each other and outputs the acceleration data as acceleration data, and each of the three axes. The acceleration data and the angular velocity data are obtained from a sensor having a gyro sensor that measures a change in the traveling direction of the user during the moving operation and outputs it as angular velocity data by detecting the angular velocity in the rotation direction around the center. It has a sensor data acquisition unit to acquire
On the computer
The acceleration data and the angular velocity data are acquired from the sensor data acquisition unit.
Based on either the acceleration data or the angular velocity data, the interval of the contact timing of one foot of the user in the movement operation is detected as one cycle.
An average waveform obtained by averaging the waveforms of the acceleration data in a plurality of cycles is calculated.
For the period from the contact timing of one foot to the contact timing of the other foot, a first waveform obtained by averaging the waveforms of the plurality of acceleration data is calculated.
For the period from the contact timing of the other foot to the contact timing of the one foot, a second waveform obtained by averaging the waveforms of the plurality of acceleration data is calculated.
By normalizing the first waveform and the second waveform based on the average waveform, and joining the normalized first waveform and the second waveform so as to be continuous in time. , Generates a normalized one-cycle average waveform in the moving motion,
The unit motion force is calculated based on the period of the normalized average waveform.
An exercise support program characterized in that the oxygen uptake is estimated based on the correlation peculiar to the user between the unit movement force and the oxygen uptake per unit time of the user.
本発明によれば、被験者の酸素摂取量を簡易に推定することができる。 According to the present invention, the oxygen uptake of a subject can be easily estimated.
以下に、本発明に係る運動支援装置及び運動支援方法、運動支援プログラムについて、実施形態を示して詳しく説明する。なお、以下の実施形態においては、本発明に係る運動支援装置のユーザ（被験者）がランニングを行う場合について詳しく説明するが、比較的均一な動作を長い時間、周期的に繰り返す運動であれば、ウォーキングやサイクリング等の他の運動に適用するものであってもよい。 Hereinafter, the exercise support device, the exercise support method, and the exercise support program according to the present invention will be described in detail by showing embodiments. In the following embodiment, the case where the user (subject) of the exercise support device according to the present invention runs is described in detail, but if it is an exercise in which a relatively uniform motion is periodically repeated for a long time, It may be applied to other exercises such as walking and cycling.
＜第１の実施形態＞
（運動支援装置）
図１は、本発明に係る運動支援装置の第１の実施形態を示す概略図である。図２は、本実施形態に係る運動支援装置に適用される構成例を示す機能ブロック図である。図２（ａ）はセンサ機器の構成例を示す機能ブロック図であり、図２（ｂ）は外部表示機器の構成例を示す機能ブロック図である。図３は、本実施形態に係る運動支援装置に適用されるＫ値と酸素摂取量ＶＯ２との相関関係の一例を示す検証データである。
<First Embodiment>
(Exercise support device)
FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of the exercise support device according to the present invention. FIG. 2 is a functional block diagram showing a configuration example applied to the exercise support device according to the present embodiment. FIG. 2A is a functional block diagram showing a configuration example of a sensor device, and FIG. 2B is a functional block diagram showing a configuration example of an external display device. FIG. 3 is verification data showing an example of the correlation between the K value and the oxygen uptake VO 2 applied to the exercise support device according to the present embodiment.
第１の実施形態に係る運動支援装置は、例えば図１（ａ）、（ｂ）に示すように、被験者であるユーザＵＳの胴体に装着されるセンサ機器１００と、センサ機器１００により取得されたセンサデータ等に基づいて算出又は推定される、ユーザＵＳの運動能力やその効率性を規定し評価するための指標（後述するＫ値、酸素摂取量ＶＯ２；以下、「運動能力評価指標」と記す）を含む、運動状態に関する解析結果を表示する外部表示機器２００と、を有している。
The exercise support device according to the first embodiment is acquired by the
(センサ機器１００)
センサ機器１００は、ランニングやウォーキング、サイクリング等の運動中の身体の周期的な動作を、モーションセンサを用いて測定し、収集したセンサデータに基づいて、運動中のユーザＵＳの運動能力評価指標を含む、運動状態に関する各種の解析データを算出又は推定する機能を有している。
(Sensor device 100)
The
センサ機器１００は、例えば図１（ａ）、（ｂ）に示すように、直方体形状や曲面体形状等を有する小型の電子機器であって、運動中のユーザＵＳの身体の動きをモーションセンサにより正確に測定するために、ユーザＵＳの背中側の腰部に密着して装着される。ここで、センサ機器１００の装着箇所は、少なくともユーザＵＳの運動中、胴体の動きに対応した動きをする人体の部位に密着して装着されるものであればよく、具体的には、運動中に胴体の動きと対応することなく激しく動く四肢や頭部等の部位を除く、胴体及び頸部の付け根の任意の箇所に装着されるものであればよい。また、センサ機器１００装着方法は、例えばユーザＵＳが着用しているウェアＴＷやベルトにクリップで挟み込む形態や接着テープで貼り付ける形態等を適用して着脱可能に装着するものであってもよいし、吸盤や粘着部材等を介して直接人体に着脱可能に装着されるものであってもよいし、ユーザＵＳが着用しているウェアの生地に組み込んだ形態を適用するものであってもよい。
As shown in FIGS. 1A and 1B, for example, the
センサ機器１００は、具体的には、例えば図２（ａ）に示すように、センサ部１１０と、速度情報取得部１２０と、演算処理部１３０と、メモリ部１５０と、インターフェース部（以下、「Ｉ／Ｆ部」と略記する）１６０と、電源供給部１７０と、を備えている。
Specifically, as shown in FIG. 2A, for example, the
センサ部１１０は、モーションセンサとして加速度センサ１１２とジャイロセンサ（角速度センサ）１１４とを有し、ユーザＵＳの運動中の身体の動きを測定する。加速度センサ１１２は、３軸加速度センサを有し、互いに直交する３軸方向の加速度を検出することにより、ユーザＵＳの運動中の動作速度の変化を計測する。ジャイロセンサ１１４は、３軸角速度センサを有し、上記加速度を規定する３軸の各々を中心とする回転方向の角速度を検出することにより、ユーザＵＳの運動中の動作方向の変化を計測する。加速度センサ１１２により検出された加速度データ、及び、ジャイロセンサ１１４により検出された角速度データは、各々、経過時間の時間データに関連付けられてメモリ部１５０に保存される。
The
ここで、運動中の身体に働く力は、作用反作用の関係から、当該運動における身体活動によって発揮される力と同等であることから、加速度センサやジャイロセンサ等のモーションセンサにより身体に働く力を測定することは、身体活動により発揮される力（すなわち、運動能力）を測定することを意味する。なお、加速度センサ１１２及びジャイロセンサ１１４の３軸方向は、例えば図１（ａ）にしたランニング中の人体の前後方向をｙ軸（ユーザＵＳの進行方向を−方向）とし、人体の左右方向をｘ軸（ユーザＵＳの左方向を＋方向）とし、ｘ−ｙ平面に直交する人体の上下方向をｚ軸（ユーザＵＳの頭上方向を＋方向）となるように設定されている。また、各軸の＋方向に向かって右回り方向に生じる角速度が＋方向に設定されている。
Here, since the force acting on the body during exercise is equivalent to the force exerted by the physical activity in the exercise due to the relationship of action and reaction, the force acting on the body by a motion sensor such as an acceleration sensor or a gyro sensor is used. To measure means to measure the force exerted by physical activity (that is, athletic ability). As for the three-axis directions of the
速度情報取得部１２０は、移動する運動中のユーザＵＳの移動速度（ランニングの場合は、走行速度）に関する情報を取得する。速度情報取得部１２０は、例えば、全地球測位システム（ＧＰＳ；Global Positioning System）のＧＰＳ衛星から送信される速度情報に関する信号を直接受信して、運動中の移動速度を取得する手法を適用することができる。この場合、速度情報取得部１２０は、ＧＰＳ信号の受信機能を有している。
The speed
また、速度情報取得部１２０は、例えば、ジャイロセンサ１１４により取得されたユーザＵＳの進行方向の変化と、予め用意されたランニングコース等の移動経路に関する地図データとを参照し、移動経路上の位置の変化から算出される移動距離と経過時間とに基づいて移動速度を算出する手法を適用することもできる。この場合、速度情報取得部１２０は、地図データ等の保存、参照機能を有している。
Further, the speed
また、速度情報取得部１２０は、例えば、移動経路上やその近傍に設置された、ワイファイ（WiFi；wireless fidelity（登録商標））等の無線通信のアクセスポイントやビーコン発信器、磁気発生装置等から送信される、位置を特定する信号等を受信することにより、現在位置を特定し、移動距離と経過時間とに基づいて移動速度を算出する手法を適用することもできる。ここで、位置を特定する信号等を送信するアクセスポイントやビーコン発信器、磁気発生装置は、商用目的で常設されているものであってもよいし、競技会やレースの開催期間中や特定の練習時のみ設置される仮設のものであってもよい。この場合、速度情報取得部１２０は、無線通信信号やビーコンの受信機能、又は、磁気センサ等の磁気の検出機能を有している。
Further, the speed
なお、ユーザＵＳの運動中の移動速度を取得する手法は、これらのいずれか一つであってもよいし、これらを任意に組み合わせて補完的に使用するものであってもよいし、これら以外の他の手法を適用するものであってもよい。速度情報取得部１２０により取得された速度データは、経過時間の時間データに関連付けられて、後述するメモリ部１５０に保存される。
The method for acquiring the moving speed of the user US during exercise may be any one of these, or any combination of these may be used in a complementary manner, or other than these. Other methods may be applied. The speed data acquired by the speed
演算処理部１３０は、計時機能を備えたＣＰＵ（中央演算処理装置）やＭＰＵ（マイクロプロセッサ）等の演算処理装置であって、所定の制御プログラムを実行することにより、加速度センサ１１２やジャイロセンサ１１４におけるセンシング動作や、後述するメモリ部１５０における各種のデータ等の保存及び読出し動作、Ｉ／Ｆ部１６０における外部表示機器２００への解析データの出力動作等の、センサ機器１００全体の動作を制御する。また、演算処理部１３０は、所定のアルゴリズムプログラムを実行することにより、センサ部１１０により取得されたセンサデータ、及び、速度情報取得部１２０により取得された速度データに基づいて、運動中のユーザＵＳの運動能力評価指標を含む、運動状態に関する各種の解析データを算出又は推定する処理を実行する。
The
演算処理部１３０は、例えば図２（ａ）に示すように、地軸推定部１３２と、接地検出部１３４と、周期検出部１３６と、Ｋ値計算部（単位動作力計算部）１３８と、ＶＯ２推定部１４０と、を有している。
As shown in FIG. 2A, for example, the
地軸推定部１３２は、上述したセンサ部１１０により取得されたセンサデータに基づいて、地表に垂直な重力方向を示す地軸（鉛直軸）を推定する。具体的には、地軸推定部１３２は、加速度センサ１１２により検出される３軸方向の加速度を、走行動作の数周期分又は一定期間分について平均化することにより、重力方向のベクトルを算出し、これに基づいて地軸を特定する。
The earth's axis estimation unit 132 estimates the earth's axis (vertical axis) indicating the direction of gravity perpendicular to the ground surface based on the sensor data acquired by the
接地検出部１３４は、センサ部１１０により検出されたセンサデータに基づいて、運動中にユーザＵＳの左右いずれかの足が地面に接地したタイミングを検出する。具体的には、一般的な走行動作においては、地軸推定部１３２により推定された地軸に基づいて重力方向に検出される加速度の時間変化は、ユーザＵＳの左右いずれかの足が接地するタイミングに密接に関連した波形を示すので、接地検出部１３４は、この波形変化に基づいて接地タイミングを検出する。
The ground
なお、接地検出部１３４は、上述したように、運動中にユーザＵＳの左右いずれかの足が地面に接地したタイミングを単に検出するだけでなく、運動中に接地した足が左右のいずれの足であるかを判定する左右接地検出機能（後述する変形例の左右接地検出部１４４参照）を備えるものであってもよい。
As described above, the ground
周期検出部１３６は、接地検出部１３４により検出されたユーザＵＳの左右いずれかの足の一歩ごとの接地タイミング、及び、走行動作は左右の足が交互に接地するという前提に基づいて、右→左→右、又は、左→右→左の足の運びからなる走行動作の１周期分の時間を算出する。なお、走行動作における周期を算出する手法は、上記の手法に限定されるものではなく、他の手法を適用するものであってもよい。
The
Ｋ値計算部１３８は、センサ部１１０により取得されたセンサデータ、及び、上記の周期検出部１３６により算出された走行動作の１周期の時間に基づいて、ユーザＵＳにより、１分間当たりにユーザＵＳの身体の体重１ｋｇ分に作用している力、すなわち、ユーザＵＳの身体の体重１ｋｇ分に作用している力の１分間当たりの平均値を算出する。本実施形態においては、走行動作の１分間あたりにユーザＵＳの身体の体重１ｋｇ分に作用している力（単位動作力）を「Ｋ値」と称し、運動能力評価指標の一つとして規定する。
The K value calculation unit 138 is based on the sensor data acquired by the
具体的には、走行動作における１周期の期間に人体に作用している力の累積値は、次の式（１１）に示すように、時間関数であるＦ（人体に働く力）を１周期に亘って積分することにより算出される。したがって、１周期にユーザＵＳの身体の体重１ｋｇ分に作用している力の累積値Ｗは、式（１１）に示すＦの積分値をユーザＵＳの体重ｍで除することにより算出される。ここで、時間関数で表される力Ｆは、加速度ａと質量（体重ｍ）とを乗じた値であるので、ユーザＵＳの身体の体重１ｋｇ分に働く力の累積値Ｗは、加速度ａを１周期に亘って積分することにより算出される。この力の累積値Ｗの単位は、（Ｎ／ｋｇ／周期）となる。また、加速度センサ１１２に適用される３軸加速度センサにおいては、直交するｘ、ｙ、ｚの各軸方向の加速度が検出されるので、これらの二乗平均値を求めることにより加速度の大きさ（上記の加速度ａ）が算出される。
Specifically, the cumulative value of the force acting on the human body during one cycle of the running motion is F (force acting on the human body), which is a time function, for one cycle, as shown in the following equation (11). It is calculated by integrating over. Therefore, the cumulative value W of the force acting on 1 kg of the body weight of the user US in one cycle is calculated by dividing the integral value of F shown in the equation (11) by the body weight m of the user US. Here, since the force F expressed by the time function is a value obtained by multiplying the acceleration a and the mass (body weight m), the cumulative value W of the forces acting on the body weight of the user US for 1 kg is the acceleration a. It is calculated by integrating over one cycle. The unit of the cumulative value W of this force is (N / kg / cycle). Further, in the three-axis acceleration sensor applied to the
そして、次の式（１２）に示すように、上記の力の累積値Ｗを周期検出部１３６により算出された走行動作の１周期分の時間Ｔ（単位は秒；sec）で除し、６０を乗じて分単位に換算することにより、１分間当たりにユーザＵＳの身体の体重１ｋｇ分に作用している力Ｋ、すなわち、１周期の期間において、ユーザＵＳの身体の体重１ｋｇ分に作用している力の１分間当たりの平均値、が算出される。この力Ｋの単位は、（Ｎ／ｋｇ／min）となる。
Then, as shown in the following equation (12), the cumulative value W of the above forces is divided by the time T (unit: seconds; sec) for one cycle of the running motion calculated by the
なお、走行動作における１分間当たりにユーザＵＳの身体の体重１ｋｇ分に作用している力Ｋを算出する手法は、上記の手法に限定されるものではない。例えば、センサ機器１００のセンサ部１１０により取得されたセンサデータに基づいて、走行動作の運動状態に関する解析データとして一般に良く使われているピッチＰ（１分間の歩数；単位はstep／min）が算出されている場合には、走行動作における１周期は左右２歩分の接地タイミングの間隔の合計であることから、次の式（１３）に示すように、加速度ａを１周期（時間Ｔ）に亘って積分した値（力の累積値Ｗ；上式（１１）参照）にピッチＰ／２を乗じることにより、上述した１分間当たりにユーザＵＳの身体の体重１ｋｇ分に作用している力Ｋを算出することができる。
The method for calculating the force K acting on the body weight of the user US for 1 kg per minute in the running motion is not limited to the above method. For example, based on the sensor data acquired by the
ＶＯ２推定部１４０は、Ｋ値計算部１３８により算出された、１分間当たりにユーザＵＳの身体の体重１ｋｇ分に作用している力Ｋに基づいて、予め取得されたユーザＵＳ固有のＫ値と酸素摂取量ＶＯ２との相関関係を参照することにより、ユーザＵＳの今回の走行動作における、ユーザＵＳが、１分間当たりに体重１ｋｇ当たりに摂取する酸素量（酸素摂取量ＶＯ２）を推定する。この酸素摂取量ＶＯ２の単位は、（ｍｌ／ｋｇ／min）となる。本実施形態においては、ＶＯ２推定部１４０により推定される酸素摂取量ＶＯ２を、上記Ｋ値とともに、運動能力評価指標の一つとして規定する。 VO 2 estimation unit 140, calculated by the K value calculation unit 138, based on the force K acting on the body weight 1kg content of the user US of the body per minute, has been previously obtained user US-specific K values By referring to the correlation between and oxygen uptake VO 2 , the amount of oxygen (oxygen uptake VO 2 ) that the user US ingests per 1 kg of body weight per minute in this running operation of the user US is estimated. To do. The unit of this oxygen uptake VO 2 is (ml / kg / min). In the present embodiment, the oxygen uptake VO 2 estimated by the VO 2 estimation unit 140 is defined as one of the athletic ability evaluation indexes together with the above K value.
ここで、Ｋ値と酸素摂取量ＶＯ２との相関関係について、本願発明者らが各種実験により検証したところ、ユーザＵＳの体格や性別、心肺機能、走行時のフォーム等の生理的能力の違いにより、ユーザＵＳ毎に個別の特性を有していることが判明した。 Here, when the inventors of the present application verified the correlation between the K value and the oxygen uptake VO 2 by various experiments, the difference in the physique and gender of the user US, the cardiopulmonary function, the physiological ability such as the form during running, etc. It was found that each user US has individual characteristics.
具体的には、例えば図３（ａ）〜（ｆ）に示すように、生理的能力が異なる６人のユーザＵＳがトレッドミル上で走行した場合に測定されたＫ値と酸素摂取量ＶＯ２との関係は、相関係数が０．９７〜０．９９であり、いずれも酸素摂取量ＶＯ２が増加するとＫ値が一次関数的に上昇するという比較的高い線形性を有している。一方、Ｋ値と酸素摂取量ＶＯ２との相関関係を示す回帰線の傾き及び切片の値は、各個人の生理的能力に起因して個人毎に互いに異なる値を有している。具体的には、図３（ａ）では、傾き４．２６、切片５８４．６９、図３（ｂ）では、傾き４．３３、切片６２８．８４、図３（ｃ）では、傾き５．５１、切片６４４．１５、図３（ｄ）では、傾き９．４９、切片３９６．６６、図３（ｅ）では、傾き６．９０、切片５４８．７０、図３（ｆ）では、傾き７．５８、切片５３５．６１となっている。
Specifically, for example, as shown in FIGS. 3 (a) to 3 (f), the K value and oxygen uptake VO 2 measured when six user USs having different physiological abilities run on a treadmill. The correlation coefficient is 0.97 to 0.99, and both have a relatively high linearity that the K value increases linearly as the oxygen uptake VO 2 increases. On the other hand, the slope of the regression line and the intercept value showing the correlation between the K value and the oxygen uptake VO 2 have different values for each individual due to the physiological ability of each individual. Specifically, in FIG. 3A, the slope is 4.26 and the intercept is 584.69, in FIG. 3B, the slope is 4.33 and the intercept is 628.84, and in FIG. 3C, the slope is 5.51. , Section 644.15, Slope 9.49 in FIG. 3 (d), Slope 396.66, Slope 6.90 in FIG. 3 (e), Slope 548.70,
このような検証結果によれば、ユーザＵＳごとに生理的能力が異なるため、他のユーザＵＳとの間でＫ値を比較することによりユーザＵＳ間の走行時の酸素摂取量ＶＯ２の値を比較することはできないものの、例えば、同一のユーザＵＳ個人の中では、予め取得したＫ値と酸素摂取量ＶＯ２との相関関係を参照することにより、Ｋ値の変化から、走行時のフォームの影響等による酸素摂取量ＶＯ２の変化について、高い精度で推定することができることが判明した。なお、上記の各個人の回帰線の傾き及び切片の値は、各個人に対応させてメモリ部１５０の所定の記憶領域に保存されている。
According to such verification results, since the physiological ability differs for each user US, the value of oxygen uptake VO 2 during running between user USs can be determined by comparing the K value with other user USs. Although it is not possible to compare, for example, in the same user US individual, by referring to the correlation between the K value acquired in advance and the oxygen uptake VO 2 , the change in the K value can be seen in the form of the running form. It was found that the change in oxygen uptake VO 2 due to the influence can be estimated with high accuracy. The slope of the regression line and the intercept value of each individual are stored in a predetermined storage area of the
メモリ部１５０は、センサ部１１０により取得されたセンサデータ（加速度データ、角速度データ）、及び、速度情報取得部１２０により取得された速度データを、経過時間の時間データに関連付けて所定の記憶領域に順次保存する。また、メモリ部１５０は、上述した演算処理部１３０において、所定の制御プログラムやアルゴリズムプログラムを実行することにより、運動中に取得されたセンサデータに基づいて算出又は推定される運動能力評価指標を含む、運動状態に関する各種の解析データ等を所定の記憶領域に保存する。なお、メモリ部１５０は、その一部または全部がリムーバブル記憶媒体としての形態を有し、センサ機器１００に対して着脱可能に構成されているものであってもよい。
The
Ｉ／Ｆ部１６０は、後述する外部表示機器２００に対して、センサ機器１００において取得された各種の解析データ等を所定の方法や方式で出力する。具体的には、Ｉ／Ｆ部１６０は、例えばブルートゥース（登録商標）（Bluetooth（登録商標））やワイファイ（WiFi（登録商標））等の各種の無線通信方式を使用してセンサ機器１００から外部表示機器２００に、各種の解析データ等を出力する手法を適用することができる。また、Ｉ／Ｆ部１６０は、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）規格の通信ケーブル（ＵＳＢケーブル）等や、メモリカード等のリムーバブル記憶媒体を介して、外部表示機器２００に解析データ等を出力する手法を適用することもできる。
The I /
電源供給部１７０は、センサ機器１００内部の各構成に駆動用電力を供給するバッテリであって、周知のボタン型電池等の一次電池や、リチウムイオン電池等の二次電池のほか、振動や光、熱、電磁波等のエネルギーにより発電する環境発電技術による電源等を、単独で、又は、適宜組み合わせて適用することができる。
The
(外部表示機器２００)
外部表示機器２００は、上述したセンサ機器１００によりユーザＵＳの運動中に取得したセンサデータ等に基づいて算出又は推定された運動能力評価指標（Ｋ値、酸素摂取量）を含む、運動状態に関する解析結果を、ユーザＵＳが指定した任意の表示形態、又は、予め設定された表示形態で表示する機能を有している。
(External display device 200)
The
外部表示機器２００は、例えば図１（ａ）に示すように、表示機能を備えた電子機器であって、パーソナルコンピュータやスマートフォン、タブレット機器、腕時計型又はリストバンド型のリスト機器、専用端末等を適用することができる。すなわち、外部表示機器２００は、ユーザＵＳが運動中に携帯又は装着しているものであってもよいし、ユーザが携帯することなく、別個に設置されているものであってもよい。
The
外部表示機器２００は、具体的には、例えば図２（ｂ）に示すように、操作部２１０と、Ｉ／Ｆ部２２０と、制御部２３０と、メモリ部２４０と、表示部２５０と、報知部２６０と、電源供給部２７０と、を有している。
Specifically, as shown in FIG. 2B, for example, the
操作部２１０は、外部表示機器２００に付設されるキーボードやマウス、タッチパッド、後述する表示部２５０の前面に設けられたタッチパネル、機器筐体の前面や側面に設けられた押しボタン等の入力手段を有している。操作部２１０は、センサ機器１００から出力された運動能力評価指標を含む、運動状態に関する解析結果を表示部２５０に所定の表示形態で表示させる際の入力操作に用いられる。また、Ｉ／Ｆ部２２０は、無線や有線による所定の通信方式や、リムーバブル記憶媒体を介する方法により、センサ機器１００において取得された各種の解析データ等を取り込む。
The
制御部２３０は、ＣＰＵやＭＰＵ等の演算処理装置であって、所定の制御プログラムを実行することにより、表示部２５０における各種データや情報の表示動作や、報知部２６０における報知動作、メモリ部２４０における各種データ等の保存及び読出し動作、Ｉ／Ｆ部２２０におけるセンサ機器１００からの解析データ等の取り込み動作等の、外部表示機器２００全体の動作を制御する。メモリ部２４０は、Ｉ／Ｆ部２２０を介してセンサ機器１００から出力された各種の解析データ等を所定の記憶領域に保存する。
The
表示部２５０は、例えば液晶方式や発光素子方式等の表示パネルを有し、少なくとも操作部２１０を用いた入力操作に関するアイコンやメニュー、センサ機器１００から出力された各種の解析データ等を、ユーザＵＳが操作部２１０を用いて指定した任意の表示形態、又は、予め設定された表示形態で、解析結果として表示する。なお、表示部２５０において表示される解析結果の具体例については後述する。また、表示部２５０は、上記の情報の他に、外部表示機器２００が備える各種の機能に関連した情報や、時刻情報等を表示するものであってもよい。
The
報知部２６０は、例えば発光部や音響部、振動部、刺激部等の報知手段を有している。報知部２６０は、例えば表示部２５０に表示される解析結果に連動して、当該解析結果が所定の基準値や許容範囲に対して逸脱している程度に応じて、一段階又は複数段階の報知情報を出力する。報知部２６０から出力される報知情報は、視覚や聴覚、触覚等を通してユーザＵＳに提供される。なお、報知部２６０における報知動作の具体例については後述する。
The
電源供給部２７０は、外部表示機器２００内部の各構成に駆動用電力を供給する。電源供給部２７０は、ノート型のパーソナルコンピュータやスマートフォン、タブレット端末、リスト機器等の携帯型の電子機器においては、リチウムイオン電池等の二次電池が適用される。また、デスクトップ型のパーソナルコンピュータ等の据置型の電子機器においては、商用交流電源が適用される。
The
なお、本実施形態においては、外部表示機器２００がセンサ機器１００から出力された各種の解析データ等を、所定の表示形態の解析結果として表示するための機能を備える場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、外部表示機器２００として、ユーザＵＳが運動中に携帯又は装着するスマートフォンやリスト機器等を適用する場合には、当該外部表示機器２００の操作部２１０をユーザＵＳが操作することにより、Ｉ／Ｆ部２２０を介して操作信号を送信して、センサ機器１００におけるセンシング動作の開始や終了、運動能力評価指標を含む各種の解析データの算出又は推定処理の進行状況等を制御する機能等を有しているものであってもよい。
In the present embodiment, the case where the
（運動支援方法）
次に、本実施形態に係る運動支援装置における制御方法（運動支援方法）について、図面を参照して説明する。なお、以下に示す運動支援方法は、センサ機器１００の演算処理部１３０、及び、外部表示機器２００の制御部２３０において、所定のプログラムを実行することにより実現される。
図４は、本実施形態に係る運動支援方法の一例を示すフローチャートである。
(Exercise support method)
Next, the control method (exercise support method) in the exercise support device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. The exercise support method shown below is realized by executing a predetermined program in the
FIG. 4 is a flowchart showing an example of the exercise support method according to the present embodiment.
本実施形態に係る運動支援方法においては、図４のフローチャートに示すように、まず、ユーザＵＳがセンサ機器１００を腰部に装着した状態で、ランニング等の走行動作を開始することにより、センサ機器１００の演算処理部１３０は、センサ部１１０の加速度センサ１１２及びジャイロセンサ１１４によりユーザＵＳの身体の動きに対応したセンサデータ（加速度データ、角速度データ）を検出させるとともに、速度情報取得部１２０により速度データを取得させて、時間データに関連付けてメモリ部１５０の所定の記憶領域に保存させる（ステップＳ１０２）。このようなセンサデータ等の検出処理は、ユーザＵＳが走行動作を終了するまでの間、所定のサンプリング周期で定期的に継続して実行されて、センサデータ及び速度データがサンプリングの時間データに関連付けられてメモリ部１５０の所定の記憶領域に順次保存される。
In the exercise support method according to the present embodiment, as shown in the flowchart of FIG. 4, first, the
次いで、演算処理部１３０は、ユーザＵＳが走行動作を終了した後、あるいは、上記のセンサデータ及び速度データが所定の時間（少なくとも走行動作の１周期分の時間）分以上、収集された時点で、運動中のユーザＵＳの運動能力評価指標（Ｋ値、酸素摂取量ＶＯ２）を含む、運動状態に関する各種の解析データを算出又は推定する一連の処理動作を実行する。
Next, the
具体的には、演算処理部１３０は、まず、地軸推定部１３２において、加速度センサ１１２により検出された３軸方向の加速度データに基づいて、重力方向のベクトルを算出し、地軸を特定する地軸推定処理を実行する（ステップＳ１０４）。次いで、演算処理部１３０は、接地検出部１３４において、加速度センサ１１２により検出された加速度データのうち、地軸推定処理により推定された地軸に基づいて重力方向に検出される加速度成分の時間変化を示す波形に基づいて、ユーザＵＳの左右いずれかの足が地面に接地したタイミングを検出する接地検出処理を実行する（ステップＳ１０６）。
Specifically, the
次いで、演算処理部１３０は、周期検出部１３６において、接地検出処理により検出された接地タイミングに基づいて、走行動作の１周期分の時間を算出する運動周期検出処理を実行する（ステップＳ１０８）。次いで、演算処理部１３０は、Ｋ値計算部１３８において、加速度センサ１１２により取得された加速度データ、及び、運動周期検出処理により算出された走行動作の１周期の時間に基づいて、走行動作の１分間当たりにユーザＵＳの身体の体重１ｋｇ分に作用している力であるＫ値を算出するＫ値算出処理を実行する（ステップＳ１１０）。
Next, the
次いで、演算処理部１３０は、ＶＯ２推定部１４０において、Ｋ値算出処理より算出された力Ｋに基づいて、予め取得されたユーザＵＳ固有のＫ値と酸素摂取量ＶＯ２との相関関係を参照することにより、ユーザＵＳの今回、又は、直近の走行動作における酸素摂取量ＶＯ２を推定するＶＯ２推定処理を実行する（ステップＳ１１２）。なお、上記のステップＳ１０４〜Ｓ１１２の一連の処理動作において、算出又は推定される各データや運動能力評価指標を含む各種の解析データは、時間データに関連付けられてメモリ部１５０の所定の記憶領域に保存される。
Next, the
次いで、演算処理部１３０は、Ｉ／Ｆ部１６０を介して、センサ機器１００と外部表示機器２００とが無線や有線による通信方式により接続されることにより、又は、メモリカード等のリムーバブル記憶媒体が接続されることにより、メモリ部１５０に保存されている各種の解析データ等を出力する（ステップＳ１１４）。ここで、センサ機器１００から無線や有線による通信方式により、又は、リムーバブル記憶媒体を介して外部表示機器２００に出力される各種の解析データ等は、上記のステップＳ１０４〜Ｓ１１２の一連の処理動作により算出又は推定された運動能力評価指標（Ｋ値、酸素摂取量ＶＯ２）や速度データ等をそのまま出力するものであってもよいし、後述する解析結果の表示例に対応した関連付けがされた状態で出力されるものであってもよい。
Next, in the
次いで、外部表示機器２００の制御部２３０は、Ｉ／Ｆ部２２０を介して、センサ機器１００から出力された各種の解析データ等を取り込んで、メモリ部２４０の所定の記憶領域に保存する。そして、ユーザＵＳが外部表示機器２００の操作部２１０を操作して、表示部２５０に任意の解析結果を表示する入力操作が行われると、制御部２３０は、メモリ部２４０に保存された各種の解析データ等の中から、指示された解析結果に関連するデータを抽出して解析結果として表示部２５０に所定の表示形態で表示する（ステップＳ１１６）。ここで、制御部２３０は、表示部２５０に表示された解析結果について、例えば走行速度に対する酸素摂取量ＶＯ２が、予め設定された所定の基準値や許容範囲に対して、超過する等の逸脱が生じた場合には、表示部２５０や報知部２６０において、表示色や発光色を段階的に変化させたり（緑→黄→赤）、アラーム音の音量や音色を変化させたりしてもよい。また、外部表示機器２００として、ユーザＵＳが運動中に携帯又は装着するスマートフォンやリスト機器等を適用する場合には、振動の強度やパターンを変化させたり、人体に軽度の電気ショックを与えたりしてもよい。なお、人体に軽度の電気ショックを与える報知方法を利用する場合には、外部表示機器２００の筐体の人体に接触する箇所に、微量の電流を流すための電極が露出した構造が適用される。
Next, the
このように、本実施形態においては、身体に密着させて装着したセンサ機器１００のモーションセンサにより検出されるセンサデータに基づいて運動中の身体に働く力を算出し、その力が身体活動によって発揮される力と同等であることを利用して、１分間当たりにユーザＵＳの身体の体重１ｋｇ分に作用する力（Ｋ値）を算出することで、ユーザＵＳが、１分間当たりに体重１ｋｇ当たりに摂取する酸素量（酸素摂取量ＶＯ２）を推定する。
As described above, in the present embodiment, the force acting on the body during exercise is calculated based on the sensor data detected by the motion sensor of the
本実施形態においては、上記の酸素摂取量ＶＯ２を求める際に、予め取得されたユーザＵＳ固有のＫ値と酸素摂取量ＶＯ２との相関関係を参照することにより、走行時のフォームに起因する酸素摂取量ＶＯ２の変化を高い精度で推定することができ、ユーザＵＳの運動能力やその効率性を適切に評価することができる。 In the present embodiment, when the above oxygen uptake VO 2 is obtained, the correlation between the user US-specific K value acquired in advance and the oxygen uptake VO 2 is referred to, which is caused by the running form. The change in oxygen uptake VO 2 to be performed can be estimated with high accuracy, and the exercise ability of the user US and its efficiency can be appropriately evaluated.
また、本実施形態においては、モーションセンサを備えた小型のセンサ機器１００を身体に密着して装着させた簡易な測定環境で、走行時の酸素摂取量ＶＯ２を高い精度で推定することができるので、日常の練習や実際のレース等、場所や時間、費用を選ぶことなく必要なときにいつでも酸素摂取量ＶＯ２を推定して、運動能力やその効率性を適切に評価することができる。
Further, in the present embodiment, the oxygen uptake VO 2 during running can be estimated with high accuracy in a simple measurement environment in which a
＜変形例＞
次に、上述した第１の実施形態における変形例について図面を参照して説明する。
図５は、本実施形態に係る運動支援装置の変形例を示す機能ブロック図である。ここで、上述した実施形態と同等の構成については同一の符号を付してその説明を簡略化する。図６、図７は、本変形例に適用される平均波形検出処理の説明図である。
<Modification example>
Next, a modification of the above-described first embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 5 is a functional block diagram showing a modified example of the exercise support device according to the present embodiment. Here, the same reference numerals are given to the configurations equivalent to those of the above-described embodiment to simplify the description. 6 and 7 are explanatory views of the average waveform detection process applied to this modification.
上述した第１の実施形態においては、運動中にセンサ部１１０により取得されたセンサデータ（加速度データ、角速度データ）に基づいて、演算処理部１３０により地軸検出、接地検出を行い、走行動作の１周期分の時間を算出する場合について説明した。ここで、一般的な走行動作において、予期しない静止や躓き、ふらつき等の、本来の周期的な動作以外の突発的な動作が発生して、センサ部１１０により取得されるセンサデータのなまりや、走行動作の１周期にばらつきが生じると、上述した式（１１）〜式（１３）に関連するＫ値計算部１３８やＶＯ２推定部１４０において運動能力評価指標（Ｋ値、酸素摂取量ＶＯ２）が正確に算出又は推定されなくなる場合がある。
In the first embodiment described above, the
そこで、本変形例においては、例えば図５に示すように、上述した第１の実施形態に示した構成に加え、運動中に接地した足が左右のいずれの足であるかを判定する左右接地検出部１４４と、運動中の走行動作の突発的な変化による周期のばらつきを抑制する平均化処理を行う平均波形検出部１４６と、を有している。
Therefore, in this modified example, for example, as shown in FIG. 5, in addition to the configuration shown in the first embodiment described above, left and right ground contact for determining which foot is the left or right foot touched during exercise. It has a
左右接地検出部１４４は、一般的な走行動作において、運動中に人体の前後方向に設定されたｙ軸について検出される角速度の時間変化は、左右の各足の運びに密接に関連した波形を示すので、この波形変化に基づいて、上述した接地検出部１３４と同等の機能により検出された接地タイミングについて左右のいずれの足が接地したかを判定する。なお、左右の各足の接地タイミングを判定する手法としては、ｙ軸の角速度データを用いる手法の他に、ｘ軸の加速度データを用いる手法や、ｚ軸の角速度データを用いる手法を適用するものであってもよい。
In general running motion, the left and right ground
平均波形検出部１４６は、まず、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、周期検出部１３６により算出された走行動作の各周期のセンサデータ（３軸方向の加速度データ）を、各周期の時間を同じ時間にするように正規化し、この１周期の期間を例えば０〜４００のサンプルポイントに分割し、各周期の同一サンプルポイントのセンサデータを平均した波形を求め、０〜３９９の各サンプルポイントについて各周期の検出波形と平均波形との差分を算出する。平均波形検出部１４６は、このような検出波形と平均波形との差分の算出処理を、センサ部１１０に設定されたｘ、ｙ、ｚの各軸について実行し、図６（ｄ）に示すように、これらの３軸の二乗平均値を求めて、０〜３９９の各サンプルポイントにおける二乗平均値を合算することにより、各周期における平均波形との差分を求める。これは、各サンプルポイントにおける加速度の平均ベクトルと個別ベクトルの差分ベクトルを求め、差分ベクトルの大きさを１周期に亘って合算することに相当する。
First, as shown in FIGS. 6A to 6C, the average
次いで、平均波形検出部１４６は、各周期の順番を上記の差分の小さい順にソートして、センサデータの検出波形の平均に必要な数の周期を抽出して、平均化処理に利用する。例えば、１０波形の平均を求める場合には、ソートされた各周期の波形の先頭から１０波形分を選択し、２０波形の平均を求める場合には、先頭から２０波形分を選択して次の平均化処理を行う。
Next, the average
ここで、平均波形検出部１４６は、センサデータの検出波形について、左足と右足を別々に正規化して平均する。これは、例えば、左足の接地から次の左足の着地までの時間をそろえる場合、右足の接地時間にばらつきが生じると、右足の接地タイミングの近辺の波形になまりが発生するため、このような波形のなまりの影響を抑制するためである。
Here, the average
センサデータの検出波形の平均化処理においては、平均波形検出部１４６は、まず、平均化のために選択された各検出波形の周期を求めて、これらの周期の平均値（cyc）を算出する。次いで、各周期において左足の接地から右足の接地までの時間を求めて、これらの時間の平均値（cyc_L）を算出する。次いで、各周期において右足の接地から左足の接地までの時間を求めて、上記と同様にこれらの時間の平均値（cyc_R）を算出する。
In the process of averaging the detected waveforms of the sensor data, the average
次いで、これらの平均値に基づいて、正規化の対象となるサンプルポイントの数を次式のように求める。
左足ポイント数＝round(400×cyc_L/cyc)
右足ポイント数＝round(400×cyc_R/cyc)
Then, based on these average values, the number of sample points to be normalized is calculated by the following equation.
Number of left foot points = round (400 x cyc_L / cyc)
Number of right foot points = round (400 x cyc_R / cyc)
そして、これらのサンプルポイントを連続するように繋ぎ合わせることにより、０〜４００のサンプルポイントに分割された１周期分のデータとする。例えば図７（ａ）においては、左足のポイント数が１９７である場合の補完データの波形を示し、図７（ｂ）においては、右足のポイント数が２０３である場合の補完データの波形を示し、これらの左足と右足の補完データを連続するように繋ぎ合わせることにより、図７（ｃ）に示すように、０〜４００のサンプルポイントからなる１周期分の平均波形が得られる。 Then, by connecting these sample points so as to be continuous, data for one cycle divided into 0 to 400 sample points is obtained. For example, FIG. 7 (a) shows the waveform of the complementary data when the number of points of the left foot is 197, and FIG. 7 (b) shows the waveform of the complementary data when the number of points of the right foot is 203. By connecting the complementary data of the left foot and the right foot in succession, as shown in FIG. 7 (c), an average waveform for one cycle consisting of 0 to 400 sample points can be obtained.
このように、本変形例においては、各周期のセンサデータについて右足区間と左足区間とを別々に求めた補完データを平均化することにより、接地時の検出波形の大きな変化をなまらせることなく、かつ、ノイズが除去された滑らかな波形（平均波形）を得ることができる。 As described above, in this modified example, by averaging the complementary data obtained by separately obtaining the right foot section and the left foot section for the sensor data of each cycle, a large change in the detected waveform at the time of touchdown is not blunted. Moreover, a smooth waveform (average waveform) from which noise has been removed can be obtained.
ここで、平均化処理により得られた平均波形は、周期の時間Ｔが既知であり、その周期を４００サンプルポイントのセンサデータ（加速度データ）で表した波形である。
１サンプルポイント当たりの時間は、Ｔ／４００（sec）となるので、４００サンプルポイントの加速度の大きさをすべて合計したものにＴ／４００を乗じることにより、１周期にユーザＵＳの身体の体重１ｋｇ分に働く力の累積値Ｗが求められる。
Here, the average waveform obtained by the averaging process is a waveform in which the time T of the cycle is known and the cycle is represented by sensor data (acceleration data) of 400 sample points.
Since the time per sample point is T / 400 (sec), by multiplying the sum of all the acceleration magnitudes of 400 sample points by T / 400, the body weight of the user US is 1 kg per cycle. The cumulative value W of the force acting on the minute is obtained.
ここで、１分間当たりにユーザＵＳの身体の体重１ｋｇ分に作用している力Ｋを求めるためには、時間Ｔの単位が秒（sec）であるので、上記の式（１２）に示したように、力の累積値Ｗに６０／Ｔを乗じることになる。したがって、力Ｋの値は、４００サンプルポイントの加速度の大きさを足し合わせたものに、６０／４００を乗じることにより求めることができる。そして、上述した第１の実施形態と同様に、ＶＯ２推定部１４０において、力Ｋに基づいて、予め取得されたユーザＵＳ固有のＫ値と酸素摂取量ＶＯ２との相関関係を参照することにより、ユーザＵＳの今回の走行動作における酸素摂取量ＶＯ２を推定することができる。 Here, in order to obtain the force K acting on 1 kg of the body weight of the user US per minute, the unit of time T is seconds (sec), so it is shown in the above equation (12). As described above, the cumulative value W of the force is multiplied by 60 / T. Therefore, the value of the force K can be obtained by multiplying the sum of the magnitudes of the accelerations of 400 sample points by 60/400. Then, as in the first embodiment described above, in the VO 2 estimation unit 140, based on the force K, the reference to the correlation between the previously acquired user US-specific K value and oxygen uptake VO 2 Therefore, the oxygen uptake VO 2 in the current running operation of the user US can be estimated.
このように、本変形例においては、走行動作における１分間当たりにユーザＵＳの身体の体重１ｋｇ分に作用している力Ｋを求める際に、ランニング等の運動の特徴である動作の周期性に着目して、平均波形を利用することにより、予期しない静止や躓き、ふらつき等の、本来の周期的な動作以外の突発的な動作に影響されることなく、定常的に走行した場合と同等のフォームに起因する酸素摂取量ＶＯ２を推定することができる。
As described above, in this modification, when the force K acting on the body weight of the
また、上記実施形態においては、Ｋ値と酸素摂取量ＶＯ２との相関関係を示す回帰線の傾き及び切片の個人毎の値がメモリ部１５０に保存されていて、回帰線の傾き及び切片の値に基づいてＫ値より酸素摂取量ＶＯ２の値を推定するとした。ここで、この回帰線の傾き及び切片の値が求められていない場合には、酸素摂取量ＶＯ２の正確な値を推定することは困難である。しかしながら、各個人においては、体重や体型等に大きな変化がなければ、Ｋ値と酸素摂取量ＶＯ２との間には一定の相関関係が存在していると考えることができる。そのため、Ｋ値の変動は酸素摂取量ＶＯ２の変動に対応していると考えることができる。すなわち、Ｋ値がある割合で増加した場合は酸素摂取量ＶＯ２も同じ割合で増加したと考えることができ、Ｋ値がある割合で減少した場合は酸素摂取量ＶＯ２も同じ割合で減少したと考えることができる。これにより、Ｋ値の変動を求めることにより、各個人における酸素摂取量ＶＯ２の変動を推定して、各個人の運動能力やその効率性の変動を評価することができる。
Further, in the above embodiment, the slope of the regression line indicating the correlation between the K value and the oxygen uptake VO 2 and the individual value of the intercept are stored in the
＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係る運動支援装置の第２の実施形態について図面を参照して説明する。
図８は、第２の実施形態に係る運動支援装置に適用される構成例を示す機能ブロック図である。図８（ａ）はセンサ機器の構成例を示す機能ブロック図であり、図８（ｂ）は外部表示機器の構成例を示す機能ブロック図である。ここで、上述した第１の実施形態と同等の構成については同一の符号を付してその説明を簡略化する。
<Second embodiment>
Next, a second embodiment of the exercise support device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 8 is a functional block diagram showing a configuration example applied to the exercise support device according to the second embodiment. FIG. 8A is a functional block diagram showing a configuration example of the sensor device, and FIG. 8B is a functional block diagram showing a configuration example of the external display device. Here, the same reference numerals are given to the configurations equivalent to those of the first embodiment described above to simplify the description.
上述した第１の実施形態においては、センサ機器１００により、運動中のセンサデータを取得し、当該センサデータに基づいてＫ値及び酸素摂取量ＶＯ２等の運動能力評価指標を算出し、外部表示機器２００により、当該運動能力評価指標を含む解析結果を表示する場合について説明した。第２の実施形態においては、センサ機器１００は、運動中のセンサデータを取得する機能のみを有し、外部表示機器２００は当該運動中、又は、当該運動の終了後に、センサ機器１００から取得したセンサデータに基づいて運動能力評価指標を算出して、解析結果を表示する機能を有している。
In the first embodiment described above, the
本実施形態に係る運動支援装置に適用されるセンサ機器１００は、例えば図８（ａ）に示すように、センサ部１１０と、速度情報取得部１２０と、制御部３３０と、メモリ部１５０と、Ｉ／Ｆ部１６０と、電源供給部１７０と、を有している。ここで、センサ部１１０、速度情報取得部１２０、メモリ部１５０、Ｉ／Ｆ部１６０、電源供給部１７０は、上述した第１の実施形態と同等の構成及び機能を有している。
The
制御部３３０は、所定の制御プログラムを実行することにより、センサ部１１０や速度情報取得部１２０、メモリ部１５０、Ｉ／Ｆ部１６０における各種の動作を制御する。これにより、センサ機器１００は、上述した第１の実施形態に示した構成（図２（ａ）参照）において、少なくとも、ランニング等の運動中に取得されたセンサデータや速度データを時間データに関連付けてメモリ部１５０に順次保存する機能と、Ｉ／Ｆ部１６０により、運動中に取得したセンサデータや速度データを外部表示機器２００にそのまま出力する機能と、を有している。
The
外部表示機器２００は、例えば図８（ｂ）に示すように、操作部２１０と、Ｉ／Ｆ部２２０と、演算処理部４３０と、メモリ部２４０と、表示部２５０と、報知部２６０と、電源供給部２７０と、を有している。ここで、操作部２１０、Ｉ／Ｆ部２２０、メモリ部２４０、表示部２５０、報知部２６０及び電源供給部２７０は、上述した第１の実施形態と同等の構成及び機能を有している。また、演算処理部４３０は、上述した第１の実施形態に示した演算処理部１３０と同等の機能を有する、地軸推定部４３２と、接地検出部４３４と、周期検出部４３６と、Ｋ値計算部４３８と、ＶＯ２推定部４４０と、を有している。
As shown in FIG. 8B, for example, the
演算処理部４３０は、所定の制御プログラムを実行することにより、上述した第１の実施形態と同様に、表示部２５０における表示動作や、報知部２６０における報知動作、メモリ部２４０における各種データ等の保存及び読出し動作、Ｉ／Ｆ部２２０におけるセンサ機器１００からのセンサデータや速度データ等の取り込み動作等の、外部表示機器２００全体の動作を制御する。また、演算処理部４３０は、所定のアルゴリズムプログラムを実行することにより、センサ部１１０から出力されたセンサデータや速度データに基づいて、運動中のユーザＵＳの運動能力評価指標（Ｋ値、酸素摂取量ＶＯ２）を含む、運動状態に関する各種の解析データを算出又は推定する処理を実行する。
By executing a predetermined control program, the
すなわち、本実施形態においては、センサ機器１００は、データロガーとしての機能を有し、外部表示機器２００は、センサ機器１００から出力されたセンサデータに基づいて、Ｋ値や酸素摂取量ＶＯ２等の運動能力評価指標を算出して、解析結果を表示部２５０に表示する機能を有している。
That is, in the present embodiment, the
これにより、本実施形態によれば、センサ機器１００における処理負担が大幅に軽減されるので、装置を小型化したりバッテリによる駆動時間を長くしたりすることができる。また、センサ機器１００に比較して処理能力の高い演算処理装置を備えた外部表示機器２００により運動能力評価指標の算出処理や解析結果の表示動作を行うことができるので、演算処理を高速化することができる。
As a result, according to the present embodiment, the processing load on the
なお、本実施形態においては、外部表示機器２００がセンサ機器１００から出力されたセンサデータ等に基づいて、運動能力評価指標を算出し、解析結果を表示する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、外部表示機器２００として、運動中にユーザが携帯又は装着するスマートフォンやリスト機器等を適用する場合には、外部表示機器２００は、例えばＩ／Ｆ部２２０を介してセンサ機器１００との間で双方向の無線通信を行うことにより、操作部２１０における操作に応じて、センサ機器１００における各種の動作（センシング動作の開始又は終了、センサデータ等の出力又は停止等）を制御する機能を有しているものであってもよい。
In the present embodiment, the case where the
また、本実施形態においては、外部表示機器２００の演算処理部４３０が、上述した第１の実施形態に示した、センサ機器１００の演算処理部１３０に対応した構成（図２（ａ）参照）を有する場合について説明したが、上述した第１の実施形態の変形例に示した、センサ機器１００の演算処理部１３０に対応した構成（図５参照）を有するものであってもよい。
Further, in the present embodiment, the
（解析結果の表示例）
次に、上述した各実施形態に示した運動支援装置において、外部表示機器２００の表示部２５０に表示される解析結果の例について、図面を参照して具体的に説明する。
図９〜図１７は、本発明に係る運動支援装置における解析結果の表示例を示す図である。
(Display example of analysis result)
Next, in the exercise support device shown in each of the above-described embodiments, an example of the analysis result displayed on the
9 to 17 are diagrams showing a display example of analysis results in the exercise support device according to the present invention.
図９、図１０は、実際のレースにおいて取得されたセンサデータ及び速度データに基づいて算出又は推定された、走行速度に対するＫ値及び酸素摂取量ＶＯ２、ピッチ、上下動、スライド身長比の変化を示す解析結果である。ここで、図９、図１０中の「Standard protocol」は、事前の練習において走行速度を変えて７本走行した際に取得したセンサデータに基づいて算出された運動能力評価指標（Ｋ値、酸素摂取量ＶＯ２）の速度変化を示す特性線である。また、図１１〜図１３は、実際のレースにおいて取得されたセンサデータ及び速度データに基づいて算出又は推定された、走行距離に対する走行速度、ピッチ、上下動の変化を示す解析結果である。 9 and 10 show changes in K value and oxygen uptake VO2 , pitch, vertical movement, and slide height ratio with respect to running speed, which are calculated or estimated based on sensor data and speed data acquired in an actual race. It is an analysis result showing. Here, the "Standard protocol" in FIGS. 9 and 10 is an athletic ability evaluation index (K value, oxygen) calculated based on the sensor data acquired when seven runs were carried out at different running speeds in the preliminary practice. It is a characteristic line showing the rate change of the intake amount VO 2 ). Further, FIGS. 11 to 13 are analysis results showing changes in running speed, pitch, and vertical movement with respect to running distance, which are calculated or estimated based on sensor data and speed data acquired in an actual race.
これらの解析結果の表示例によれば、今回のレースでは走行時のフォームが悪く、図９に示すように、酸素摂取量ＶＯ２（又はＫ値）が、練習時（Standard protocol）に比較して大きくなっていたことが分かる。 According to the display example of these analysis results, the form during running was poor in this race, and as shown in FIG. 9, the oxygen uptake VO 2 (or K value) was compared with that during practice (Standard protocol). You can see that it was getting bigger.
そこで、このような結果となった原因を探るために、関連指標として、ピッチ、上下動、スライド身長比の走行速度に対する変化を具体的に見ると、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、どの解析結果も練習時（Standard protocol）と異なった傾向を示しているが、図１０（ａ）に示す走行速度に対するピッチの変化が、走行速度に対する酸素摂取量ＶＯ２（又はＫ値）の変化と比較的似ていることがわかる。 Therefore, in order to find out the cause of such a result, the changes in pitch, vertical movement, and slide height ratio with respect to the running speed are specifically viewed as related indexes, and are shown in FIGS. 10 (a) to 10 (c). As shown, all the analysis results show different tendencies from those during practice (Standard protocol), but the change in pitch with respect to the running speed shown in FIG. 10 (a) is the oxygen uptake VO 2 (or K value) with respect to the running speed. ) Is relatively similar to the change.
また、図１１〜図１３に示すように、酸素摂取量ＶＯ２（又はＫ値）は、レース時の走行速度、上下動の変化とは相関が低いが、一方、ピッチに対しては同じような変化傾向を示している（相関が高い）ことがわかる。
したがって、今回のレースでの結果は、普段よりピッチが大きくなったことが主要因と推測される。
Further, as shown in FIGS. 11 to 13, the oxygen uptake VO 2 (or K value) has a low correlation with the change in running speed and vertical movement during the race, but is the same for the pitch. It can be seen that the change tendency is high (high correlation).
Therefore, it is presumed that the main reason for the result of this race was that the pitch was larger than usual.
図１４〜図１６は、月日の異なる練習において取得されたセンサデータ及び速度データに基づいて算出又は推定された、走行速度に対するＫ値及び酸素摂取量ＶＯ２の変化を示す解析結果である。ここで、図１４〜図１６に示された解析結果は、上述した図３（ａ）に示したＫ値と酸素摂取量ＶＯ２との相関関係が得られたユーザＵＳと同一人物によるものである。ここで、図３（ａ）に示された回帰線の式は、次式のように表される。
Ｙ＝4.26Ｘ＋584.69
Ｙ：Ｋ（Ｎ／ｋｇ／min）
Ｘ：ＶＯ２（ｍｌ／ｋｇ／min）
14 to 16 was calculated or estimated based on the sensor data and the velocity data obtained at a different practice of date, an analysis result indicating a K value and the change in oxygen uptake VO 2 with respect to the running speed. Here, the analysis results shown in FIGS. 14 to 16 are based on the same person as the user US who obtained the correlation between the K value shown in FIG. 3 (a) and the oxygen uptake VO 2 described above. is there. Here, the equation of the regression line shown in FIG. 3A is expressed as the following equation.
Y = 4.26X + 584.69
Y: K (N / kg / min)
X: VO 2 (ml / kg / min)
これに基づいて、ＹからＸを求める計算は、次式のように表される。
Ｘ＝0.23Ｙ−137.34
この式のＹに図１４のグラフのＫ値を当てはめることにより、図１５のグラフに示す走行速度に対する酸素摂取量ＶＯ２の変化を示す解析結果に換算される。
Based on this, the calculation for finding X from Y is expressed as follows.
X = 0.23Y-137.34
By applying the K value of the graph of FIG. 14 to Y of this equation, it is converted into an analysis result showing the change of oxygen uptake VO 2 with respect to the running speed shown in the graph of FIG.
これらの解析結果の表示例によれば、図１４、図１５に示すように、２０１５年１０月３１日の練習時に比較して、２０１５年１２月１９日の練習時のＫ値及び酸素摂取量ＶＯ２が低くなっていることがわかる。また、２０１６年５月５日の練習時のＫ値及び酸素摂取量ＶＯ２は２０１５年１２月１９日の練習時に比較して、低速域では変化が無いものの、高速域で低くなっていることがわかる。このことから、練習の成果によりフォームが良くなっているものと推測される。 According to the display examples of these analysis results, as shown in FIGS. 14 and 15, the K value and oxygen uptake during the practice on December 19, 2015 are compared with those during the practice on October 31, 2015. It can be seen that VO 2 is low. Also, the K value and the oxygen intake VO 2 during practice May 5, 2016 as compared to when practicing December 19, 2015, although there is no change in the low-speed range, that is lower in the high speed range I understand. From this, it is presumed that the form has improved due to the results of the practice.
さらに、図１６に示すように、実際のレース時に使用する、５．４ｍ／ｓ〜６．２ｍ／ｓの速度を一定に保持して比較した場合においても、２０１５年１０月３１日の練習時に比較して、２０１５年１２月１９日の練習時の酸素摂取量ＶＯ２が低くなっていることがわかる。また、２０１６年５月５日の練習時の酸素摂取量ＶＯ２は低速域では変化が無いものの、高速域で低くなっていることがわかる。このことからも、練習の成果によりフォームが良くなっているものと推測される。 Further, as shown in FIG. 16, even when the speeds of 5.4 m / s to 6.2 m / s used in the actual race are kept constant and compared, at the time of practice on October 31, 2015. in comparison, it can be seen that the oxygen intake amount at the time of exercise of the December 19, 2015 VO 2 is low. In addition, oxygen intake VO 2 at the time of practice of May 5, 2016 Although the change in the low-speed range is not, it can be seen that is lower in the high-speed range. From this, it is presumed that the form has improved due to the results of the practice.
図１７は、外部表示機器として、リスト機器を適用した場合のアラーム通知の表示例である。この表示例においては、例えば図１７（ａ）に示すように、例えば実際のレース中に取得されたセンサデータ及び速度データに基づいて算出又は推定された、スプリットや走行距離、酸素摂取量ＶＯ２等の解析結果が、外部表示機器２００であるリスト機器の表示部２５０に数値情報２５４として随時表示される。ここで、図１７（ａ）に示すように、数値情報２５４として表示される解析結果が、予め設定された基準値や許容範囲内にある場合には、数値情報２５４の文字サイズや背景２５２の発光色は初期状態（基準色は例えば緑色）に設定される。一方、図１７（ｂ）、（ｃ）に示すように、数値情報２５４として表示される解析結果が、基準値や許容範囲を逸脱した場合には、その程度に応じて数値情報２５４の文字サイズを大きくしたり、背景２５２の発光色を危険色（例えば赤色）や警告色（例えば黄色）に変更したりして、運動状態の変化や異常をユーザＵＳに通知する。ここで、ユーザＵＳへの通知方法は、表示部２５０における表示に加え、報知部２６０によりアラーム音の音量や音色を変化させたり、振動の強度やパターンを変化させたり、人体に軽度の電気ショックを与えたりしてもよい。
FIG. 17 is a display example of an alarm notification when a wrist device is applied as an external display device. In this display example, for example, as shown in FIG. 17A, split, mileage, and oxygen uptake VO 2 calculated or estimated based on, for example, sensor data and speed data acquired during an actual race. The analysis result of the above is displayed as
なお、上述したような表示例は、一例であって、本発明はこれに限定されるものではない。また、外部表示機器２００への解析結果の表示は、ユーザＵＳが走行動作を終了した後に、取得した全てのセンサデータについて所定の演算処理を行って、解析結果を一括して表示するものであってもよいし、ユーザＵＳの走行動作中に、センサデータが所定の時間（例えば１周期）分以上、収集された時点で所定の演算処理を行って、ユーザが携帯又は装着しているスマートフォンやリスト機器に解析結果を随時表示するものであってもよい。
The display example as described above is an example, and the present invention is not limited thereto. Further, the analysis result is displayed on the
このように、本実施形態によれば、日常の練習や実際のレースの場において取得したセンサデータ等に基づいて、走行距離や時間の経過によるＫ値や酸素摂取量ＶＯ２等の運動能力評価指標を含む各種の解析データの変化を、解析結果として表示部２５０に表示することができるので、ユーザはその変化の傾向や特性を適切に把握して評価することができ、運動状態やフォームの改善等に役立てることができる。
また、本実施形態によれば、表示された解析結果が、所定の基準値や許容範囲に対して逸脱している程度に応じて報知情報を出力することができるので、解析結果の変化や異常を迅速かつ確実に把握して、運動状態やフォームの改善等に役立てることができる。
As described above, according to the present embodiment, the exercise ability evaluation such as the K value and the oxygen uptake VO 2 according to the mileage and the passage of time is based on the sensor data acquired in the daily practice and the actual race. Since changes in various analysis data including indexes can be displayed on the
Further, according to the present embodiment, since the notification information can be output according to the degree to which the displayed analysis result deviates from a predetermined reference value or allowable range, changes or abnormalities in the analysis result can be output. Can be used to improve exercise status and form by quickly and surely grasping.
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲を含むものである。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
Although some embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
Hereinafter, the inventions described in the claims of the original application of the present application will be added.
（付記）
［１］
移動動作中の利用者の身体の動作状態に対応するセンサデータを出力するセンサ部と、
前記センサデータに基づいて前記利用者の単位時間当たりの酸素摂取量を推定する演算処理部と、
を備え、
演算処理部は、
前記センサデータに基づいて、前記利用者の身体の単位重さ分に作用している力の前記単位時間当たりの平均値を単位動作力として算出し、
前記単位動作力と前記酸素摂取量との前記利用者に固有の相関関係に基づいて、前記酸素摂取量を推定することを特徴とする運動支援装置。
(Additional note)
[1]
A sensor unit that outputs sensor data corresponding to the operating state of the user's body during mobile operation,
An arithmetic processing unit that estimates the oxygen uptake per unit time of the user based on the sensor data, and
With
The arithmetic processing unit
Based on the sensor data, the average value of the force acting on the unit weight of the user's body per unit time is calculated as the unit motion force.
An exercise support device for estimating the oxygen uptake based on a correlation specific to the user between the unit movement force and the oxygen uptake.
［２］
演算処理部は、
前記センサデータに基づいて、前記利用者の前記移動動作の周期を検出し、
前記利用者の身体の単位重さ分に作用している力の前記周期の期間に亘る累積値を算出し、
前記累積値に基づいて前記単位動作力を算出することを特徴とする［１］に記載の運動支援装置。
[2]
The arithmetic processing unit
Based on the sensor data, the cycle of the movement operation of the user is detected.
The cumulative value of the force acting on the unit weight of the user's body over the period of the cycle is calculated.
The exercise support device according to [1], wherein the unit motion force is calculated based on the cumulative value.
［３］
前記演算処理部において、前記酸素摂取量は前記単位動作力の一次関数とされ、複数の利用者における前記一次関数の係数が互いに異なっており、
前記演算処理部は、特定の前記利用者における前記一次関数の特定の係数を記憶しており、前記特定の利用者の前記酸素摂取量を推定するときに、前記特定の係数を用いて前記特定の利用者の前記酸素摂取量を推定することを特徴とする［１］又は［２］に記載の運動支援装置。
[3]
In the arithmetic processing unit, the oxygen uptake is regarded as a linear function of the unit operating force, and the coefficients of the linear function in a plurality of users are different from each other.
The arithmetic processing unit stores a specific coefficient of the linear function in the specific user, and when estimating the oxygen uptake of the specific user, the specific coefficient is used. The exercise support device according to [1] or [2], which estimates the oxygen uptake of the user.
［４］
前記センサ部は、前記移動動作において前記身体に加わる加速度を検出して加速度データとして出力する加速度センサと、前記移動動作において前記身体に加わる角速度を検出して角速度データとして出力するジャイロセンサと、を有し、
前記演算処理部は、前記加速度データ及び前記角速度データのいずれかに基づいて、前記移動動作の周期を検出することを特徴とする［１］乃至［３］のいずれかに記載の運動支援装置。
[4]
The sensor unit includes an acceleration sensor that detects the acceleration applied to the body in the moving motion and outputs it as acceleration data, and a gyro sensor that detects the angular velocity applied to the body in the moving motion and outputs it as angular velocity data. Have and
The exercise support device according to any one of [1] to [3], wherein the arithmetic processing unit detects a cycle of the movement operation based on either the acceleration data or the angular velocity data.
［５］
前記センサ部は、前記利用者の前記移動動作に対して、前記利用者の胴体の動きに対応した動きをする人体の部位に密着して装着されることを特徴とする［１］乃至［４］のいずれかに記載の運動支援装置。
[5]
The sensor unit is attached in close contact with a part of the human body that moves in response to the movement of the user's torso in response to the user's movement movement [1] to [4]. ] The exercise support device according to any one of.
［６］
前記演算処理部は、
前記移動動作における前記利用者の一方の足の接地タイミングの間隔を一周期とし、複数の周期における前記センサデータの波形を平均した平均波形を算出し、
前記一方の足の接地タイミングから他方の足の接地タイミングまでの期間について、複数の前記センサデータの波形を平均した第１の波形を算出し、
前記他方の足の接地タイミングから前記一方の足の接地タイミングまでの期間について、複数のセンサデータの波形を平均した第２の波形を算出し、
前記平均波形に基づいて前記第１の波形及び前記第２の波形を正規化して、前記正規化された前記第１の波形及び前記第２の波形を、時間が連続するように繋ぎ合わせることにより、前記移動動作における正規化された一周期の平均波形を生成して、前記周期を検出し、
前記正規化された平均波形の周期に基づいて、前記動作力を算出することを特徴とする［１］乃至［５］のいずれかに記載の運動支援装置。
[6]
The arithmetic processing unit
An average waveform obtained by averaging the waveforms of the sensor data in a plurality of cycles is calculated by setting the interval of the contact timing of one foot of the user in the moving operation as one cycle.
For the period from the ground contact timing of one foot to the ground contact timing of the other foot, a first waveform obtained by averaging the waveforms of the plurality of sensor data is calculated.
A second waveform obtained by averaging the waveforms of a plurality of sensor data was calculated for the period from the contact timing of the other foot to the contact timing of the one foot.
By normalizing the first waveform and the second waveform based on the average waveform, and joining the normalized first waveform and the second waveform so as to be continuous in time. , Generates a normalized one-cycle average waveform in the moving motion, detects the period, and
The exercise support device according to any one of [1] to [5], wherein the motion force is calculated based on the period of the normalized average waveform.
［７］
前記酸素摂取量を運動能力評価指標として含む解析結果を、所定の表示形態で表示する表示部を、さらに備えることを特徴とする［１］乃至［６］のいずれかに記載の運動支援装置。
[7]
The exercise support device according to any one of [1] to [6], further comprising a display unit that displays an analysis result including the oxygen uptake as an exercise ability evaluation index in a predetermined display form.
［８］
移動動作中の利用者の身体の動作状態に対応するセンサデータを出力するセンサ部と、
前記センサデータに基づいて前記利用者の単位時間当たりの酸素摂取量の変動を推定する演算処理部と、
を備え、
演算処理部は、
前記センサデータに基づいて、前記利用者の身体の単位重さ分に作用している力の前記単位時間当たりの平均値を単位動作力として算出し、
前記単位動作力の変動に応じて前記酸素摂取量の変動を推定することを特徴とする運動支援装置。
[8]
A sensor unit that outputs sensor data corresponding to the operating state of the user's body during mobile operation,
An arithmetic processing unit that estimates fluctuations in oxygen uptake per unit time of the user based on the sensor data, and
With
The arithmetic processing unit
Based on the sensor data, the average value of the force acting on the unit weight of the user's body per unit time is calculated as the unit motion force.
An exercise support device characterized in that the fluctuation of the oxygen uptake is estimated according to the fluctuation of the unit movement force.
［９］
移動動作中の利用者の身体の動作状態に対応するセンサデータを出力するセンサ部より前記センサデータを取得するステップと、
前記センサデータに基づいて、前記利用者の身体の単位重さ分に作用している力の単位時間当たりの平均値を単位動作力として算出するステップと、
前記単位動作力と前記利用者の前記利用者の前記単位時間当たりの酸素摂取量との前記利用者に固有の相関関係に基づいて、前記利用者の前記酸素摂取量を推定するステップと、
を含むことを特徴とする運動支援方法。
[9]
A step of acquiring the sensor data from a sensor unit that outputs sensor data corresponding to the operating state of the user's body during the moving operation, and
Based on the sensor data, a step of calculating the average value per unit time of the force acting on the unit weight of the user's body as a unit motion force, and
A step of estimating the oxygen uptake of the user based on the correlation peculiar to the user between the unit movement force and the oxygen uptake of the user per unit time of the user.
An exercise support method characterized by including.
［１０］
運動支援装置における運動支援プログラムであって、
前記運動支援装置は、移動動作中の利用者の身体の動作状態に対応するセンサデータを出力するセンサ部を有し、
コンピュータに、
前記センサ部より前記センサデータを取得させ、
前記センサデータに基づいて、前記利用者の身体の単位重さ分に作用している力の単位時間当たりの平均値を単位動作力として算出させ、
前記単位動作力と前記利用者の前記利用者の前記単位時間あたりの酸素摂取量との前記利用者に固有の相関関係に基づいて前記利用者の前記酸素摂取量を推定させることを特徴とする運動支援プログラム。
[10]
An exercise support program for exercise support devices
The exercise support device has a sensor unit that outputs sensor data corresponding to the operating state of the user's body during the moving motion.
On the computer
The sensor data is acquired from the sensor unit, and the sensor data is acquired.
Based on the sensor data, the average value per unit time of the force acting on the unit weight of the user's body is calculated as the unit motion force.
It is characterized in that the oxygen uptake of the user is estimated based on the correlation peculiar to the user between the unit movement force and the oxygen uptake of the user per unit time of the user. Exercise support program.
１００ センサ機器
１１０ センサ部
１１２ 加速度センサ
１１４ ジャイロセンサ
１２０ 速度情報取得部
１３０ 演算処理部
１３２ 地軸推定部
１３４ 接地検出部
１３６ 周期検出部
１３８ Ｋ値計算部
１４０ ＶＯ２推定部
１４４ 左右接地検出部
１４６ 平均波形検出部
１５０ メモリ部
１６０ Ｉ／Ｆ部
２００ 外部表示機器
２１０ 操作部
２２０ Ｉ／Ｆ部
２３０ 制御部
２４０ メモリ部
２５０ 表示部
２６０ 報知部
３３０ 制御部
４３０ 演算処理部
４３２ 地軸推定部
４３４ 接地検出部
４３６ 周期検出部
４３８ Ｋ値計算部
４４０ ＶＯ２推定部
ＵＳ ユーザ
100
利用者の腰部に装着され、互いに直交する３軸方向の加速度を検出することにより、前記利用者の移動動作に伴う前記３軸方向についての動作速度の変化を計測して加速度データとして出力する加速度センサと、前記３軸の各々を中心とする回転方向の角速度を検出することにより、前記利用者の前記移動動作に伴う前記３軸方向についての動作方向の変化を計測して角速度データとして出力するジャイロセンサと、を有するセンサから前記加速度データ及び前記角速度データをセンサデータとして取得するセンサデータ取得部と、
前記利用者の身体の単位重さ分に作用している力の単位時間当たりの平均値である単位動作力と、前記利用者が単位時間当たりに単位重さ分について摂取する酸素量である酸素摂取量と、の相関関係を示す相関テーブルが、利用者毎に記憶されている記憶部と、
前記移動動作に伴う前記利用者の前記酸素摂取量を導出する演算処理部と、
を備え、
前記演算処理部は、
前記センサデータから得られる加速度の鉛直方向成分の時系列的変化を示す波形に基づいて、前記利用者における何れか一方の足の接地タイミングから前記一方の足の次回の接地タイミングまでにかかる平均時間を検出する第１処理と、
所定の算出式における係数に前記第１処理で検出された平均時間を代入することにより得られる前記単位動作力と、前記利用者に対応する前記相関テーブルと、に基づいて、前記移動動作に伴う前記利用者の前記酸素摂取量を導出する第２処理と、
を実行し、
前記第１処理は、
前記一方の足の接地タイミングから前記一方の足の次回の接地タイミングまでの期間に対応する前記波形を、前記一方の足の接地タイミングから他方の足の接地タイミングまでの第１期間に対応する第１波形と、前記他方の足の接地タイミングから前記一方の足の次回の接地タイミングまでの第２期間に対応する第２波形と、に分けて、複数回分の前記波形を適用することにより、前記第１波形と前記第２波形とを個別に平均化して前記第１期間における第１平均時間と前記第２期間における第２平均時間を導出する第１サブ処理と、
前記第１平均時間に前記第２平均時間を加えることにより前記平均時間を導出する第２サブ処理と、
を含むことを特徴とする運動支援装置。
Is mounted on the user's waist, acceleration output by detecting an acceleration in three axial directions perpendicular to each other, as the acceleration data by measuring a change in the operating speed of the said three directions caused by the movement of the user a sensor, by detecting the angular velocity of the rotating direction around each of the three axes, and outputs the angular velocity data to measure the direction of movement of change for the three-axis direction due to the movement of the user A sensor data acquisition unit that acquires the acceleration data and the angular velocity data as sensor data from a sensor having a gyro sensor.
The unit movement force, which is the average value per unit time of the force acting on the unit weight of the user's body, and the oxygen, which is the amount of oxygen that the user ingests for the unit weight per unit time. A correlation table showing the correlation between the intake amount and the intake amount is stored in the storage unit for each user.
An arithmetic processing unit that derives the oxygen uptake of the user associated with the moving operation, and
With
The arithmetic processing unit
On the basis of the waveform showing a time-series change in the vertical component of the resultant acceleration from sensor data, the usage Average time from the ground timing of one of the legs until the next ground timing of the one leg in person The first process to detect
Accompanied by the moving motion based on the unit motion force obtained by substituting the average time detected in the first process into the coefficient in the predetermined calculation formula and the correlation table corresponding to the user. The second process of deriving the oxygen uptake of the user and
And run
The first process is
The waveform corresponding to the period from the contact timing of one foot to the next contact timing of the one foot corresponds to the first period from the contact timing of one foot to the contact timing of the other foot. The waveform is divided into one waveform and a second waveform corresponding to the second period from the contact timing of the other foot to the next contact timing of the one foot, and the waveforms for a plurality of times are applied. A first sub-process in which the first waveform and the second waveform are individually averaged to derive the first average time in the first period and the second average time in the second period.
A second sub-process for deriving the average time by adding the second average time to the first average time, and
An exercise support device characterized by including .
運動支援装置における運動支援方法であって、
利用者の腰部に装着され、互いに直交する３軸方向の加速度を検出することにより、前記利用者の移動動作に伴う前記３軸方向についての動作速度の変化を計測して加速度データとして出力する加速度センサと、前記３軸の各々を中心とする回転方向の角速度を検出することにより、前記利用者の前記移動動作に伴う前記３軸方向についての動作方向の変化を計測して角速度データとして出力するジャイロセンサと、を有するセンサから前記加速度データ及び前記角速度データをセンサデータとして取得するセンサデータ取得ステップと、
前記利用者の身体の単位重さ分に作用している力の単位時間当たりの平均値である単位動作力と、前記利用者が単位時間当たりに単位重さ分について摂取する酸素量である酸素摂取量と、の相関関係を示す相関テーブルが、利用者毎に記憶されている記憶ステップと、
前記移動動作に伴う前記利用者の前記酸素摂取量を導出する演算ステップと、
を含み、
前記演算ステップは、
前記センサデータから得られる加速度の鉛直方向成分の時系列的変化を示す波形に基づいて、前記利用者における何れか一方の足の接地タイミングから前記一方の足の次回の接地タイミングまでにかかる平均時間を検出する第１処理と、
所定の算出式における係数に前記第１処理で検出された平均時間を代入することにより得られる前記単位動作力と、前記利用者に対応する前記相関テーブルと、に基づいて、前記移動動作に伴う前記利用者の前記酸素摂取量を導出する第２処理と、
を実行し、
前記第１処理は、
前記一方の足の接地タイミングから前記一方の足の次回の接地タイミングまでの期間に対応する前記波形を、前記一方の足の接地タイミングから他方の足の接地タイミングまでの第１期間に対応する第１波形と、前記他方の足の接地タイミングから前記一方の足の次回の接地タイミングまでの第２期間に対応する第２波形と、に分けて、複数回分の前記波形を適用することにより、前記第１波形と前記第２波形とを個別に平均化して前記第１期間における第１平均時間と前記第２期間における第２平均時間を導出する第１サブ処理と、
前記第１平均時間に前記第２平均時間を加えることにより前記平均時間を導出する第２サブ処理と、
を含むことを特徴とする運動支援方法。
It is an exercise support method in an exercise support device.
Is mounted on the user's waist, acceleration output by detecting an acceleration in three axial directions perpendicular to each other, as the acceleration data by measuring a change in the operating speed of the said three directions caused by the movement of the user a sensor, by detecting the angular velocity of the rotating direction around each of the three axes, and outputs the angular velocity data to measure the direction of movement of change for the three-axis direction due to the movement of the user A sensor data acquisition step of acquiring the acceleration data and the angular velocity data as sensor data from a sensor having a gyro sensor, and
The unit movement force, which is the average value per unit time of the force acting on the unit weight of the user's body, and the oxygen, which is the amount of oxygen that the user ingests for the unit weight per unit time. A correlation table showing the correlation between intake and intake is stored for each user, and the storage steps are stored.
An arithmetic step for deriving the oxygen uptake of the user associated with the moving operation, and
Including
The calculation step is
Based on the waveform showing the time-series change of the vertical component of the acceleration obtained from the sensor data, the average time taken from the contact timing of one of the feet to the next contact timing of the one foot in the user. The first process to detect
Accompanied by the moving motion based on the unit motion force obtained by substituting the average time detected in the first process into the coefficient in the predetermined calculation formula and the correlation table corresponding to the user. The second process of deriving the oxygen uptake of the user and
And run
The first process is
The waveform corresponding to the period from the contact timing of one foot to the next contact timing of the one foot corresponds to the first period from the contact timing of one foot to the contact timing of the other foot. The waveform is divided into one waveform and a second waveform corresponding to the second period from the contact timing of the other foot to the next contact timing of the one foot, and the waveforms for a plurality of times are applied. A first sub-process in which the first waveform and the second waveform are individually averaged to derive the first average time in the first period and the second average time in the second period.
A second sub-process for deriving the average time by adding the second average time to the first average time, and
An exercise support method characterized by including.
運動支援装置のコンピュータに、
利用者の腰部に装着され、互いに直交する３軸方向の加速度を検出することにより、前記利用者の移動動作に伴う前記３軸方向についての動作速度の変化を計測して加速度データとして出力する加速度センサと、前記３軸の各々を中心とする回転方向の角速度を検出することにより、前記利用者の前記移動動作に伴う前記３軸方向についての動作方向の変化を計測して角速度データとして出力するジャイロセンサと、を有するセンサから前記加速度データ及び前記角速度データをセンサデータとして取得するセンサデータ取得部、
前記利用者の身体の単位重さ分に作用している力の単位時間当たりの平均値である単位動作力と、前記利用者が単位時間当たりに単位重さ分について摂取する酸素量である酸素摂取量と、の相関関係を示す相関テーブルが、利用者毎に記憶されている記憶部、
前記移動動作に伴う前記利用者の前記酸素摂取量を導出する演算処理部、
として機能させ、
前記演算処理部は、
前記センサデータから得られる加速度の鉛直方向成分の時系列的変化を示す波形に基づいて、前記利用者における何れか一方の足の接地タイミングから前記一方の足の次回の接地タイミングまでにかかる平均時間を検出する第１処理と、
所定の算出式における係数に前記第１処理で検出された平均時間を代入することにより得られる前記単位動作力と、前記利用者に対応する前記相関テーブルと、に基づいて、前記移動動作に伴う前記利用者の前記酸素摂取量を導出する第２処理と、
を実行し、
前記第１処理は、
前記一方の足の接地タイミングから前記一方の足の次回の接地タイミングまでの期間に対応する前記波形を、前記一方の足の接地タイミングから他方の足の接地タイミングまでの第１期間に対応する第１波形と、前記他方の足の接地タイミングから前記一方の足の次回の接地タイミングまでの第２期間に対応する第２波形と、に分けて、複数回分の前記波形を適用することにより、前記第１波形と前記第２波形とを個別に平均化して前記第１期間における第１平均時間と前記第２期間における第２平均時間を導出する第１サブ処理と、
前記第１平均時間に前記第２平均時間を加えることにより前記平均時間を導出する第２サブ処理と、
を含むことを特徴とする運動支援プログラム。
On the computer of the exercise support device ,
Acceleration that is attached to the waist of the user and detects accelerations in the three axial directions that are orthogonal to each other to measure changes in the operating velocity in the three axial directions that accompany the movement of the user and output them as acceleration data. By detecting the angular velocity in the rotation direction centered on each of the three axes with the sensor, the change in the operation direction in the three axis directions accompanying the movement operation of the user is measured and output as angular velocity data. A sensor data acquisition unit that acquires the acceleration data and the angular velocity data as sensor data from a sensor having a gyro sensor.
The unit movement force, which is the average value per unit time of the force acting on the unit weight of the user's body, and the oxygen, which is the amount of oxygen that the user ingests for the unit weight per unit time. A storage unit in which a correlation table showing the correlation between intake and intake is stored for each user,
An arithmetic processing unit that derives the oxygen uptake of the user associated with the moving operation ,
To function as
The arithmetic processing unit
Based on the waveform showing the time-series change of the vertical component of the acceleration obtained from the sensor data, the average time taken from the contact timing of one of the feet to the next contact timing of the one foot in the user. The first process to detect
Accompanied by the moving motion based on the unit motion force obtained by substituting the average time detected in the first process into the coefficient in the predetermined calculation formula and the correlation table corresponding to the user. The second process of deriving the oxygen uptake of the user and
And run
The first process is
The waveform corresponding to the period from the contact timing of one foot to the next contact timing of the one foot corresponds to the first period from the contact timing of one foot to the contact timing of the other foot. The waveform is divided into one waveform and a second waveform corresponding to the second period from the contact timing of the other foot to the next contact timing of the one foot, and the waveforms for a plurality of times are applied. A first sub-process in which the first waveform and the second waveform are individually averaged to derive the first average time in the first period and the second average time in the second period.
A second sub-process for deriving the average time by adding the second average time to the first average time, and
An exercise support program characterized by including .
Claims (8)
前記加速度データに基づいて前記利用者の単位時間当たりの酸素摂取量を推定する演算処理部と、
を備え、
演算処理部は、
前記加速度データ及び前記角速度データのいずれかに基づいて、前記移動動作における前記利用者の一方の足の接地タイミングの間隔を一周期として検出し、
複数の周期における前記加速度データの波形を平均した平均波形を算出し、
前記一方の足の接地タイミングから他方の足の接地タイミングまでの期間について、複数の前記加速度データの波形を平均した第１の波形を算出し、
前記他方の足の接地タイミングから前記一方の足の接地タイミングまでの期間について、複数の前記加速度データの波形を平均した第２の波形を算出し、
前記平均波形に基づいて前記第１の波形及び前記第２の波形を正規化して、前記正規化された前記第１の波形及び前記第２の波形を、時間が連続するように繋ぎ合わせることにより、前記移動動作における正規化された一周期の平均波形を生成し、
前記正規化された平均波形の周期に基づいて、単位動作力を算出し、
前記単位動作力と前記酸素摂取量との前記利用者に固有の相関関係に基づいて、前記酸素摂取量を推定することを特徴とする運動支援装置。 An acceleration sensor that measures changes in the user's operating velocity during moving motion and outputs it as acceleration data by detecting accelerations in the three axial directions that are orthogonal to each other, and an acceleration sensor in the rotation direction centered on each of the three axes. A sensor data acquisition unit that acquires the acceleration data and the angular velocity data from a sensor having a gyro sensor that measures a change in the traveling direction of the user during the moving operation and outputs it as angular velocity data by detecting the angular velocity. When,
An arithmetic processing unit that estimates the oxygen uptake per unit time of the user based on the acceleration data, and
With
The arithmetic processing unit
Based on either the acceleration data or the angular velocity data, the interval of the contact timing of one foot of the user in the movement operation is detected as one cycle.
An average waveform obtained by averaging the waveforms of the acceleration data in a plurality of cycles is calculated.
For the period from the contact timing of one foot to the contact timing of the other foot, a first waveform obtained by averaging the waveforms of the plurality of acceleration data is calculated.
For the period from the contact timing of the other foot to the contact timing of the one foot, a second waveform obtained by averaging the waveforms of the plurality of acceleration data is calculated.
By normalizing the first waveform and the second waveform based on the average waveform, and joining the normalized first waveform and the second waveform so as to be continuous in time. , Generates a normalized one-cycle average waveform in the moving motion,
The unit motion force is calculated based on the period of the normalized average waveform.
An exercise support device for estimating the oxygen uptake based on a correlation specific to the user between the unit movement force and the oxygen uptake.
前記演算処理部は、特定の前記利用者における前記一次関数の特定の係数を記憶しており、前記特定の利用者の前記酸素摂取量を推定するときに、前記特定の係数を用いて前記特定の利用者の前記酸素摂取量を推定することを特徴とする請求項１に記載の運動支援装置。 In the arithmetic processing unit, the oxygen uptake is regarded as a linear function of the unit operating force, and the coefficients of the linear function in a plurality of users are different from each other.
The arithmetic processing unit stores a specific coefficient of the linear function in the specific user, and when estimating the oxygen uptake of the specific user, the specific coefficient is used. The exercise support device according to claim 1, wherein the oxygen uptake of the user is estimated.
前記加速度データに基づいて前記利用者の単位時間当たりの酸素摂取量の変動を推定する演算処理部と、
を備え、
演算処理部は、
前記加速度データ及び前記角速度データのいずれかに基づいて、前記移動動作における前記利用者の一方の足の接地タイミングの間隔を一周期として検出し、
複数の周期における前記加速度データの波形を平均した平均波形を算出し、
前記一方の足の接地タイミングから他方の足の接地タイミングまでの期間について、複数の前記加速度データの波形を平均した第１の波形を算出し、
前記他方の足の接地タイミングから前記一方の足の接地タイミングまでの期間について、複数の前記加速度データの波形を平均した第２の波形を算出し、
前記平均波形に基づいて前記第１の波形及び前記第２の波形を正規化して、前記正規化された前記第１の波形及び前記第２の波形を、時間が連続するように繋ぎ合わせることにより、前記移動動作における正規化された一周期の平均波形を生成し、
前記正規化された平均波形の周期に基づいて、単位動作力を算出し、
前記単位動作力の変動に応じて前記酸素摂取量の変動を推定することを特徴とする運動支援装置。 An acceleration sensor that measures changes in the user's operating velocity during moving motion and outputs it as acceleration data by detecting accelerations in the three axial directions that are orthogonal to each other, and an acceleration sensor in the rotation direction centered on each of the three axes. A sensor data acquisition unit that acquires the acceleration data and the angular velocity data from a sensor having a gyro sensor that measures a change in the traveling direction of the user during the moving operation and outputs it as angular velocity data by detecting the angular velocity. When,
An arithmetic processing unit that estimates fluctuations in oxygen uptake per unit time of the user based on the acceleration data, and
With
The arithmetic processing unit
Based on either the acceleration data or the angular velocity data, the interval of the contact timing of one foot of the user in the movement operation is detected as one cycle.
An average waveform obtained by averaging the waveforms of the acceleration data in a plurality of cycles is calculated.
For the period from the contact timing of one foot to the contact timing of the other foot, a first waveform obtained by averaging the waveforms of the plurality of acceleration data is calculated.
For the period from the contact timing of the other foot to the contact timing of the one foot, a second waveform obtained by averaging the waveforms of the plurality of acceleration data is calculated.
By normalizing the first waveform and the second waveform based on the average waveform, and joining the normalized first waveform and the second waveform so as to be continuous in time. , Generates a normalized one-cycle average waveform in the moving motion,
The unit motion force is calculated based on the period of the normalized average waveform.
An exercise support device characterized in that the fluctuation of the oxygen uptake is estimated according to the fluctuation of the unit movement force.
前記加速度データ及び前記角速度データのいずれかに基づいて、前記移動動作における前記利用者の一方の足の接地タイミングの間隔を一周期として検出し、
複数の周期における前記加速度データの波形を平均した平均波形を算出し、
前記一方の足の接地タイミングから他方の足の接地タイミングまでの期間について、複数の前記加速度データの波形を平均した第１の波形を算出し、
前記他方の足の接地タイミングから前記一方の足の接地タイミングまでの期間について、複数の前記加速度データの波形を平均した第２の波形を算出し、
前記平均波形に基づいて前記第１の波形及び前記第２の波形を正規化して、前記正規化された前記第１の波形及び前記第２の波形を、時間が連続するように繋ぎ合わせることにより、前記移動動作における正規化された一周期の平均波形を生成し、
前記正規化された平均波形の周期に基づいて、単位動作力を算出するステップと、
前記単位動作力と前記利用者の単位時間当たりの酸素摂取量との前記利用者に固有の相関関係に基づいて、前記酸素摂取量を推定するステップと、
を含むことを特徴とする運動支援方法。 An acceleration sensor that measures changes in the user's operating velocity during moving motion and outputs it as acceleration data by detecting accelerations in the three axial directions that are orthogonal to each other, and an acceleration sensor in the rotation direction centered on each of the three axes. A step of acquiring the acceleration data and the angular velocity data from a sensor having a gyro sensor that measures a change in the traveling direction of the user during the moving operation and outputs the angular velocity data by detecting the angular velocity.
Based on either the acceleration data or the angular velocity data, the interval of the contact timing of one foot of the user in the movement operation is detected as one cycle.
An average waveform obtained by averaging the waveforms of the acceleration data in a plurality of cycles is calculated.
For the period from the contact timing of one foot to the contact timing of the other foot, a first waveform obtained by averaging the waveforms of the plurality of acceleration data is calculated.
For the period from the contact timing of the other foot to the contact timing of the one foot, a second waveform obtained by averaging the waveforms of the plurality of acceleration data is calculated.
By normalizing the first waveform and the second waveform based on the average waveform, and joining the normalized first waveform and the second waveform so as to be continuous in time. , Generates a normalized one-cycle average waveform in the moving motion,
A step of calculating a unit motion force based on the period of the normalized average waveform, and
A step of estimating the oxygen uptake based on the user-specific correlation between the unit movement force and the oxygen uptake of the user per unit time.
An exercise support method characterized by including.
前記運動支援装置は、互いに直交する３軸方向の加速度を検出することにより、移動動作中の利用者の動作速度の変化を計測して加速度データとして出力する加速度センサと、前記３軸の各々を中心とする回転方向の角速度を検出することにより、前記移動動作中の利用者の進行方向の変化を計測して角速度データとして出力するジャイロセンサと、を有するセンサから前記加速度データ及び前記角速度データを取得するセンサデータ取得部を有し、
コンピュータに、
前記センサデータ取得部より前記加速度データ及び前記角速度データを取得させ、
前記加速度データ及び前記角速度データのいずれかに基づいて、前記移動動作における前記利用者の一方の足の接地タイミングの間隔を一周期として検出し、
複数の周期における前記加速度データの波形を平均した平均波形を算出し、
前記一方の足の接地タイミングから他方の足の接地タイミングまでの期間について、複数の前記加速度データの波形を平均した第１の波形を算出し、
前記他方の足の接地タイミングから前記一方の足の接地タイミングまでの期間について、複数の前記加速度データの波形を平均した第２の波形を算出し、
前記平均波形に基づいて前記第１の波形及び前記第２の波形を正規化して、前記正規化された前記第１の波形及び前記第２の波形を、時間が連続するように繋ぎ合わせることにより、前記移動動作における正規化された一周期の平均波形を生成し、
前記正規化された平均波形の周期に基づいて、単位動作力を算出させ、
前記単位動作力と前記利用者の単位時間当たりの酸素摂取量との前記利用者に固有の相関関係に基づいて、前記酸素摂取量を推定させることを特徴とする運動支援プログラム。 An exercise support program for exercise support devices
The motion support device measures an acceleration of a user's motion velocity during a moving motion by detecting accelerations in three axial directions orthogonal to each other and outputs the acceleration data as acceleration data, and each of the three axes. The acceleration data and the angular velocity data are obtained from a sensor having a gyro sensor that measures a change in the traveling direction of the user during the moving operation and outputs it as angular velocity data by detecting the angular velocity in the rotation direction around the center. It has a sensor data acquisition unit to acquire
On the computer
The acceleration data and the angular velocity data are acquired from the sensor data acquisition unit.
Based on either the acceleration data or the angular velocity data, the interval of the contact timing of one foot of the user in the movement operation is detected as one cycle.
An average waveform obtained by averaging the waveforms of the acceleration data in a plurality of cycles is calculated.
For the period from the contact timing of one foot to the contact timing of the other foot, a first waveform obtained by averaging the waveforms of the plurality of acceleration data is calculated.
For the period from the contact timing of the other foot to the contact timing of the one foot, a second waveform obtained by averaging the waveforms of the plurality of acceleration data is calculated.
By normalizing the first waveform and the second waveform based on the average waveform, and joining the normalized first waveform and the second waveform so as to be continuous in time. , Generates a normalized one-cycle average waveform in the moving motion,
The unit motion force is calculated based on the period of the normalized average waveform.
An exercise support program characterized in that the oxygen uptake is estimated based on the correlation peculiar to the user between the unit movement force and the oxygen uptake per unit time of the user.
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