JP5032875B2

JP5032875B2 - 歩数計

Info

Publication number: JP5032875B2
Application number: JP2007095196A
Authority: JP
Inventors: 和憲木寺; 健司西野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: JP2008250964A

Description

本発明は、歩数計に関するものである。

従来の歩数計として、身体などに装着され、加速度センサで測定された加速度のピーク（加速度の傾きが正から負へ代わる点）を検出して装着者の歩数を計数するものがある。このような歩数計の一例として、特許文献１には、３軸加速度センサの出力値に基づいて重力加速度方向を検出することによって検出感度の方向依存性を改善したものが開示されている。
特開２００５−１５７４６５号公報（段落００１１〜００３０及び図１）

しかしながら、従来の歩数計には、加速度センサの出力にオフセットが含まれているため、歩数計数において上記オフセットの影響が大きいという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目的は、加速度センサの出力に含まれるオフセットの影響を低減しつつ、歩数計数に用いるデータの値を大きくすることができる歩数計を提供することにある。

請求項１の発明は、加速度センサと、前記加速度センサの出力と一定時間前の当該加速度センサの出力との差分の絶対値を算出する差分算出手段と、前記差分の絶対値を用いて歩数を計数する歩数計数手段とを備え、前記一定時間が過去の一定範囲の時間帯であり、前記差分算出手段が、前記加速度センサの出力と前記時間帯の各時間での出力との差分の絶対値を算出して当該差分の絶対値の最大値を抽出し、前記歩数計数手段が、前記差分の絶対値の最大値を用いて歩数を計数することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記加速度センサの出力を用いて活動量を算出する活動量算出手段を備え、前記歩数係数部が前記活動量の大きさに応じて複数の歩行形態を区別し、前記歩行形態ごとに歩数を計数することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、一定時間前の出力との差分の絶対値を算出することによって、加速度センサの出力に含まれるオフセットの影響を低減しつつ、歩数計数に用いるデータの値を大きくすることができる。

また、請求項１の発明によれば、一定範囲の時間帯の各時間の出力との差分の絶対値の最大値を算出することによって、加速度センサの出力に含まれるオフセットの影響を低減しつつ、歩数計数に用いるデータの値をさらに大きくすることができる。

請求項２の発明によれば、活動量の大きさに応じて歩行形態を区別し、歩行形態ごとに歩数を計数することができる。

（実施形態１）
実施形態１の構成について図１，２を用いて説明する。本実施形態の歩数計は、図１に示すように、加速度センサ１と、使用者が機器動作のスタート／ストップを行うための押ボタン２０（図２参照）を有する操作入力部２と、メモリ３と、タイマ４と、歩数や活動量を表示する表示部５と、機器の中枢をなすものであって、加速度センサ１で測定された加速度の入力処理、操作入力部２からの操作情報の入力処理、メモリ３に対する情報の読み書き処理、タイマ４の起動処理及び表示部５への表示処理を行う演算部６と、１次電池（例えばボタン電池やコイン電池など）によって各部１〜６に電力を供給する電源部７と、各部１〜７を内蔵するとともに押ボタン２０を前面に露出させる合成樹脂製の筐体８（図２参照）とを備えている。

加速度センサ１は、小型で低消費電力なＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を利用した３軸加速度センサであり、互いに垂直な３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の各加速度Ｘ，Ｙ，Ｚを測定し、測定した各加速度Ｘ，Ｙ，Ｚを演算部６にアナログ出力する。なお、加速度センサ１は３軸加速度センサに限定されるものではなく、１軸加速度センサや２軸加速度センサであってもよい。

メモリ３には、機器の製造時又は機器動作のスタート時に予め設定された後述の閾値Ｌ１の情報、後述の活動量情報及び歩数情報が記憶されている。

表示部５は、図２に示すように筐体８の前面に露出する液晶画面５０を備え、演算部６（図１参照）から後述の歩数情報や活動量情報が入力されると、入力された情報に基づいて歩数や活動量を液晶画面５０に表示する。

図１に示す演算部６はマイクロコンピュータからなり、加速度センサ１から各加速度Ｘ，Ｙ，Ｚを取得してサンプリングするサンプリング部６０と、サンプリング部６０でサンプリングされた各加速度Ｘn、Ｙn，Ｚnから差分ΔＸ，ΔＹ，ΔＺを算出し、上記差分ΔＸ，ΔＹ，ΔＺの合成値である加速度Ｆ１を算出する加速度算出部６１と、加速度算出部６１で算出された加速度Ｆ１に基づいて活動量を算出する活動量算出部６２と、加速度算出部６１で算出された加速度Ｆ１が閾値Ｌ１を超える回数を歩数として計数する歩数計数部６３と、表示部５を制御する表示制御部６４と、操作入力部２からの操作情報を処理する操作処理部６５とを備えている。

サンプリング部６０は、加速度センサ１から各加速度Ｘ，Ｙ，Ｚがアナログ入力されると、アナログ入力された各加速度Ｘ，Ｙ，Ｚを、例えば１０Ｈｚ以上など予め設定されたサンプリング周波数でサンプリングし、サンプリングした各加速度を加速度算出部６１に出力する。以下、サンプリング開始時からｎ回目にサンプリングされた各加速度をＸn，Ｙn，Ｚn（ｎ＝１，２，３・・・）で表わす。

ここで、加速度センサ１のオフセットを考慮すると、ｎ回目にサンプリングされた各加速度Ｘn，Ｙn，Ｚnは、次式で表わすことができる。次式において、Ｘgn，Ｙgn，Ｚgnは各軸における真の加速度成分であり、Ｘoffn，Ｙoffn，Ｚoffnは各軸におけるオフセットである。

加速度算出部６１は、サンプリング部６０で現在（ｎ回目）にサンプリングされた各加速度Ｘn，Ｙn，Ｚnと、予め設定された過去の一定時間帯（例えば０．５秒前から０．２秒前までの間の時間帯）の各時間にサンプリングされた各加速度Ｘn-i，Ｙn-i，Ｚn-iとの差分ΔＸ（＝Ｘn−Ｘn-i），ΔＹ（＝Ｙn−Ｙn-i），ΔＺ（＝Ｚn−Ｚn-i）をそれぞれ算出し、この算出した差分ΔＸ，ΔＹ，ΔＺを用いて次式のように加速度Ｆ１をそれぞれ算出する。ここで、差分ΔＸ，ΔＹ，ΔＺができるだけ大きくなるように、上記一定時間帯は、各加速度Ｘ，Ｙ，Ｚの半周期を含む時間帯であることが好ましい。

ΔＸ^２，ΔＹ^２，ΔＺ^２は、次式で表わすことができる。

ここで、加速度センサ１のオフセットは、電源電圧依存性や温度依存性などがあるが、ほとんどが比較的緩やかに変化するものであって、短時間では大きく変化しない。したがって、１０Ｈｚ以上のサンプリング周波数のように短いサンプリング間隔であれば、オフセットはほぼ等しいとみなすことができる。したがって、加速度Ｆ１は、数２から次式のように表わすことができる。

算出した複数の加速度Ｆ１の中から最大値を求め、この最大値を補正加速度Ｆとする。図３には、補正加速度Ｆ（図３のＡ）が示されている。比較として、各加速度Ｘn，Ｙn，Ｚnの合成値Ｆ２（数５）も示されている（図３のＢ）。図３によると、補正加速度Ｆはオフセットが除去されているため、合成値Ｆ２よりも絶対値が小さくなっている。しかし、補正加速度Ｆの変化は合成値Ｆ２と同様に大きいので、後述の歩数計数部６３が歩数を計数するのに十分なものである。

上式から明らかなように、加速度Ｆ１から各軸におけるオフセットＸoffn，Ｙoffn，Ｚoffn，Ｘoffn-1，Ｙoffn-1，Ｚoffn-1を除去することができる。また、加速度Ｘn，Ｙn，Ｚn及び加速度Ｘn-i，Ｙn-i，Ｚn-iには、それぞれ重力加速度成分が含まれることになるが、１０Ｈｚ以上のサンプリング周波数のように短いサンプリング間隔であれば、重力加速度成分はほぼ等しいとみなすことができるために、加速度Ｆ１から重力加速度成分を除去することができる。これにより、歩数計の向きがどの方向を向いていても歩数を正確に計数することができて、加速度センサ１の向きによる検出感度の変化を低減できる。

活動量算出部６２は、一定時間ごとに加速度算出部６１からの加速度Ｆ１を用いて次式から標本分散σ^２を算出し、この標本分散σ^２に基づいて活動量を算出する。算出された活動量の情報（活動量情報）は表示制御部６４に出力されるとともにメモリ３に記憶される。

歩数計数部６３は、加速度算出部６１からの補正加速度Ｆと、メモリ３に記憶されている閾値Ｌ１とを比較し、補正加速度Ｆが閾値Ｌ１を越えた状態で、補正加速度Ｆのピークを検出すると歩数をインクリメント（１増加）させる。ここで、補正加速度Ｆのピークとは、補正加速度Ｆの傾きが正から負へ代わる点をいう。一方、補正加速度Ｆが閾値Ｌ１以下であれば、歩数をインクリメントしないようにする。このように閾値Ｌ１を設けることで、歩行以外の体動やノイズによって発生したピークを歩数として計数することを防止する。

ところで、歩数計数部６３は、活動量算出部６２で測定された活動量の大きさに応じて複数の歩行形態を区別し、歩行形態ごとに歩数を計数する。歩行形態としては、例えば「だらだら歩き」や「きびきび歩き」、「走行」などがある。活動量が２．５Ｍｅｔｓ未満であると、歩行形態「だらだら歩き」としての歩数を計数し、活動量が２．５Ｍｅｔｓ以上６Ｍｅｔｓ未満であると、歩行形態「きびきび歩き」としての歩数を計数し、活動量が６Ｍｅｔｓ以上であると、歩行形態「走行」としての歩数を計数する。歩行形態ごとに計数された歩数の情報（歩数情報）は表示制御部６４に出力されるとともにメモリ３に記憶される。

表示制御部６４は、活動量算出部６２からの活動量情報及び歩数計数部６３からの歩行形態ごとの歩数情報に基づいて、液晶画面５０（図２参照）に活動量及び歩行形態ごとの歩数を表示させるように表示部５を制御する。

操作処理部６５は、使用者による操作入力部２での操作入力によって、機器動作のスタート／ストップや累積保存している歩数総計のリセット、歩数計数開始時から現時点までの歩数表示、累積保存している歩数総計の表示、活動量の表示などの歩数計として必要とされる操作を行えるように構成されている。

以上、本実施形態によれば、一定範囲の時間帯の各時間の加速度Ｘn-i，Ｙn-i，Ｚn-iとの差分ΔＸ，ΔＹ，ΔＺの絶対値の最大値を算出することによって、加速度センサ１の出力に含まれるオフセットの影響を低減しつつ、歩数計数に用いるデータの値を大きくすることができる。また、活動量の大きさに応じて歩行形態を区別し、歩行形態ごとに歩数を計数することができる。

なお、実施形態１の変形例として、加速度Ｆ１を数２で表わしているが、計算の容易性を考慮すると、ルート計算を行わずに、Ｆ１＝ΔＸ^２＋ΔＹ^２＋ΔＺ^２としてもよい。

また、本実施形態の他の変形例として、加速度算出部６１は、サンプリング部６０でサンプリングされた各加速度Ｘn，Ｙn，Ｚnから次式のように加速度Ｆ３nを算出してもよい。

そして、加速度算出部６１は、加速度Ｆ３nと、予め設定された過去の一定時間帯（例えば０．５秒前から０．２秒前まで）の各加速度Ｆ３n-iとから次式のように差分Ｆ４を算出する。

ここで、加速度センサ１のオフセットを考慮すると、ｎ回目に取得した各加速度Ｘn，Ｙn，Ｚn及びｎ−ｉ回目に取得した各加速度Ｘn-i，Ｙn-i，Ｚn-iは数１で表わすことができる。

したがって、差分Ｆ４におけるＸ，Ｙ，Ｚの各項であるＦ４ｘ，Ｆ４ｙ，Ｆ４ｚは、次式で表わすことができる。

ここで、加速度センサ１のオフセットは、１０Ｈｚ以上のサンプリング周期のように短いサンプリング間隔であれば、ほぼ等しい（Ｘoffn≒Ｘoffn-i）とみなすことができるため、Ｆ４ｘ，Ｆ４ｙ，Ｆ４ｚは、次式のように表わすことができる。

したがって、本変形例の場合、Ｘoffn，Ｙoffn，Ｚoffnの項が残るために実施形態１とは異なり加速度センサ１のオフセットＸoffn，Ｙoffn，Ｚoffn，Ｘoffn-1，Ｙoffn-1，Ｚoffn-1をすべて除去することはできないが、オフセットの２乗の項をすべて除去することができるため、従来の歩数計に比べて、オフセットの影響を低減することができる。

（実施形態２）
本実施形態の歩数計は、加速度算出部６１が、加速度センサ１の各加速度Ｘn，Ｙn，Ｚnと予め設定された一定時間前の各加速度Ｘn-i，Ｙn-i，Ｚn-iとの差分ΔＸ，ΔＹ，ΔＺの絶対値を算出し、歩数計数部６３が、算出した差分ΔＸ，ΔＹ，ΔＺの絶対値を用いて歩数を計数する点で、実施形態１と相違している。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の加速度算出部６１は、サンプリング部６０で現在（ｎ回目）にサンプリングされた各加速度Ｘn，Ｙn，Ｚnと、過去の一定時間帯の各時間ではなく、一定時間前（例えば０．５秒前など）にサンプリングされた各加速度Ｘn-i，Ｙn-i，Ｚn-iとの差分ΔＸ，ΔＹ，ΔＺを算出し、この算出した差分ΔＸ，ΔＹ，ΔＺと数１〜数３とを用いて数４のような加速度Ｆ１を算出する。本実施形態では、この算出した加速度Ｆ１をそのまま補正加速度Ｆとして用いる。ここで、差分ΔＸ，ΔＹ，ΔＺができるだけ大きくなるように、上記一定時間は、各加速度Ｘ，Ｙ，Ｚの半周期程度であることが好ましい。

本実施形態の歩数計数部６３は、上記補正加速度Ｆと、メモリ３に記憶されている閾値Ｌ１とを比較し、補正加速度Ｆが閾値Ｌ１を越えた状態で、補正加速度Ｆのピークを検出すると歩数をインクリメント（１増加）し、補正加速度Ｆが閾値Ｌ１以下であれば、歩数をインクリメントしないようにする。

以上、本実施形態によれば、一定時間前の各加速度Ｘn-i，Ｙn-i，Ｚn-iとの差分ΔＸ，ΔＹ，ΔＺの絶対値を算出することによって、加速度センサ１の各加速度Ｘn，Ｙn，Ｚnに含まれるオフセットの影響を低減しつつ、歩数計数に用いるデータの値を大きくすることができる。

（実施形態３）
本実施形態の歩数計は、加速度算出部６１が活動量の大きさに応じて、差分ΔＸ，ΔＹ，ΔＺを算出するために用いられる一定時間を決定する点で、実施形態２と相違している。なお、実施形態２と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の加速度算出部６１は、活動量算出部６２で算出された活動量をフィードバックして取得し、取得した活動量の大きさから歩行形態を推測して上記一定時間を決定する。具体的には、活動量が大きいと「走行」と判断し、一定時間を短くする。一方、活動量が小さいと「だらだら歩き」と判断し、一定時間を長くする。

以上、本実施形態によれば、活動量の大きさから歩行形態を推測することができ、歩行形態を考慮した歩数計数を行うことができるので、上記歩数計数の精度を高めることができる。

実施形態１〜３の構成を示すブロック図である。同上の外観図である。同上の加速度センサの出力を示す図である。

符号の説明

１加速度センサ
６演算部
６０サンプリング部
６１加速度算出部
６３歩数計数部

Claims

加速度センサと、
前記加速度センサの出力と一定時間前の当該加速度センサの出力との差分の絶対値を算出する差分算出手段と、
前記差分の絶対値を用いて歩数を計数する歩数計数手段とを備え、
前記一定時間が過去の一定範囲の時間帯であり、
前記差分算出手段が、前記加速度センサの出力と前記時間帯の各時間での出力との差分の絶対値を算出して当該差分の絶対値の最大値を抽出し、
前記歩数計数手段が、前記差分の絶対値の最大値を用いて歩数を計数する
ことを特徴とする歩数計。
前記加速度センサの出力を用いて活動量を算出する活動量算出手段を備え、
前記歩数係数部が前記活動量の大きさに応じて複数の歩行形態を区別し、前記歩行形態ごとに歩数を計数する
ことを特徴とする請求項１記載の歩数計。