JP6152763B2 - 運動支援装置及び運動支援方法、運動支援プログラム - Google Patents
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Description
周期的に足を動かして移動する運動中の利用者の前記足の動きに対応する3軸方向の加速度信号を取得する加速度計測部と、
前記運動中の利用者の一歩に相当する1周期分の足の動きに対応する上下方向の前記加速度信号における、前記利用者の足の動きの1周期の期間内での第1の最大値を取得する上下加速度最大値取得部と、
前記1周期の期間内で、前記3軸方向における少なくとも2軸方向の前記加速度信号を合成した合成加速度信号における第2の最大値の時間位置の前後で、前記合成加速度信号に対する前記利用者の足の着地と離地に関わる2つの変化点を探索する信号処理部と、
前記信号処理部における前記探索により前記2つの変化点が検出されたときに、前記2つの変化点の間の時間を極値間隔として取得し、前記上下方向の加速度信号の前記第1の最大値と前記極値間隔に基づいて、前記運動中の利用者の前記足の接地時間を算出する接地時間算出部と、
を有することを特徴とする。
周期的に足を動かして移動する運動中の利用者の前記足の動きに対応する3軸方向の加速度信号を取得し、
前記運動中の利用者の一歩に相当する1周期分の足の動きに対応する上下方向の前記加速度信号における、前記利用者の足の動きの1周期の期間内での第1の最大値を算出し、
前記1周期の期間内で、前記3軸方向における少なくとも2軸方向の前記加速度信号を合成した合成加速度信号における第2の最大値の時間位置の前後で、前記合成加速度信号に対する前記利用者の足の着地と離地に関わる2つの変化点の探索を行い、
前記探索により前記2つの変化点が検出されたときに、前記2つの変化点の間の時間を極値間隔として取得し、前記上下方向の加速度信号の前記第1の最大値と前記極値間隔に基づいて、前記運動中の利用者の前記足の接地時間を算出し、前記2つの変化点の少なくとも一方が検出されなかったときに、前記上下方向の加速度信号の前記第1の最大値に基づいて前記接地時間を算出し、
前記接地時間を所定の基準値と比較して、前記比較の判定結果に応じた運動支援情報を前記利用者に提供する、
ことを特徴とする。
コンピュータに、
周期的に足を動かして移動する運動中の利用者の前記足の動きに対応する3軸方向の加速度信号を取得させ、
前記運動中の利用者の一歩に相当する1周期分の足の動きに対応する上下方向の前記加速度信号における、前記利用者の足の動きの1周期の期間内での第1の最大値を算出させ、
前記1周期の期間内で、前記3軸方向における少なくとも2軸方向の前記加速度信号を合成した合成加速度信号における第2の最大値の時間位置の前後で、前記合成加速度信号に対する前記利用者の足の着地と離地に関わる2つの変化点を探索させ、
前記探索により前記2つの変化点が検出されたときに、前記2つの変化点の間の時間を極値間隔として取得させ、前記上下方向の加速度信号の前記第1の最大値と前記極値間隔に基づいて、前記運動中の利用者の前記足の接地時間を算出させ、前記2つの変化点の少なくとも一方が検出されなかったときに、前記上下方向の加速度信号の前記第1の最大値に基づいて前記接地時間を算出させ、
前記接地時間を所定の基準値と比較して、前記比較の判定結果に応じた運動支援情報を前記利用者に提供させる、
ことを特徴とする。
<第1の実施形態>
(運動支援装置)
次に、本実施形態に係る運動支援装置における運動支援方法について説明する。
図3は、本実施形態に係る運動支援装置において実行される運動支援方法の一例を示すフローチャートである。図4は、本実施形態に係る運動支援方法に適用される足の接地時間の推定方法の一例を示すフローチャートである。図5は、本実施形態に係る接地時間の推定方法に適用される上下方向の加速度信号の最大値取得処理の一例を示すフローチャートである。図6は、本実施形態に係る運動支援方法により取得される3軸方向の加速度信号の一例を示す信号波形図である。図7は、本実施形態に係る接地時間の推定方法に適用される上下方向の加速度信号の最大値取得処理を説明するための図である。図8は、本実施形態に係る接地時間の推定方法に適用される極値間隔取得処理の一例を示すフローチャートである。図9は、本実施形態に係る接地時間の推定方法に適用される極値間隔取得処理を説明するための図である。
上下加速度最大値取得処理においては、具体的には、例えば図5のフローチャートに示すように、まず、信号処理部124は、収集された3軸方向の加速度信号から、運動中の周期的な足の動きにおける1周期(1歩)分の、上下方向の加速度信号を抽出して取得する(ステップS121)。
次に、極値間隔取得処理においては、具体的には、例えば図8のフローチャートに示すように、まず、信号処理部124は、収集された3軸方向の加速度信号から、1周期(1歩)分の、3軸方向の加速度信号を抽出して取得する(ステップS131)。なお、1周期(1歩)分の加速度信号の抽出方法は、例えば上述したステップS121と同等の手法を適用することができる。このようにして抽出された、1周期分の上下方向の加速度信号の信号波形の一例は、図9中に粗い点線で示され、前後方向加速度信号の信号波形の一例は、図9中に細かい点線で示される。
合成加速度=((上下加速度)2+(前後加速度)2 )1/2 ・・・(11)
このようにして生成された、合成加速度信号の信号波形の一例は、図9中に実線で示される。
次に、接地時間算出処理においては、具体的には、例えば図4のフローチャートに示すように、まず、信号処理部124は、極値間隔取得処理(ステップS112)において極値間隔(W)が取得されたか否かを判定する(ステップS113)。極値間隔(W)が正常に取得できた場合には、信号処理部124は、次の(1)式(第1の計算式)に従って、係数a1、b1、c1及び上下方向の加速度信号の最大値(P)、極値間隔(W)に基づいて、接地時間を算出する(ステップS114)。
接地時間=a1×上下加速度最大値+b1×極値間隔
+c1×上下加速度最大値×極値間隔 ・・・(1)
a1=0.0070(0.0063〜0.0158)
b1=1.5270(1.4584〜1.8768)
c1=-0.0746(−0.1404〜−0.0688)
接地時間=b1×極値間隔+上下加速度最大値×(c1×極値間隔+a1) ・・・(2)
上述した係数a1、b1、c1の数値範囲においては、(2)式の第1項(b1×極値間隔)は、実際の接地時間よりも必ず大きくなり、第2項(上下加速度最大値×(c1×極値間隔+a1))は必ず負の値になる。これは、接地時間と上下方向の加速度とは、逆の動きをする傾向、つまり接地時間が短いほど上下方向の加速度が大きくなる傾向があり、この逆方向の動きにより極値間隔(W)が調整されていることによるものと考えることができる。
接地時間=a2×(1/上下加速度最大値) ・・・(3)
a2=0.0169(0.0109〜0.0267)
次に、上述した運動支援装置及び運動支援方法における作用効果について検証する。
図10は、フォースプレートを用いて取得される地面反力に基づいて求められる接地時間(実際の接地時間)と上下方向の加速度との関係を示す図であり、図11は、本実施形態において算出される接地時間と実際の接地時間との関係を示す図である。
次に、本発明の第2の実施形態に係る運動支援装置及び運動支援方法について説明する。
上述した第1の実施形態においては、加速度計測部110により取得された3軸方向の加速度信号をそのまま用いて接地時間推定処理を実行する場合について説明した。第2の実施形態においては、加速度計測部110により取得された3軸方向の加速度信号について、チェスト機器100を装着した上体の傾き等の影響を補正することを特徴としている。
図12は、本発明に係る運動支援装置の第2の実施形態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。
次に、本実施形態に係る運動支援装置における運動支援方法について説明する。
図13は、本実施形態に係る運動支援装置において実行される運動支援方法の一例を示すフローチャートである。ここで、上述した第1の実施形態と同等の手順については、その説明を簡略化する。また、図14は、本実施形態に係る運動支援方法に適用される加速度信号の軸補正処理の一例を示すフローチャートである。図15は、本実施形態に係る加速度信号の軸補正処理により補正された3軸方向の加速度信号の一例を示す信号波形図である。
次に、本発明の第3の実施形態に係る運動支援装置及び運動支援方法について説明する。
上述した第1及び第2の実施形態においては、身体に装着したチェスト機器100単体(単一の機器)で、ユーザUSの運動中に取得したセンサデータに基づいて、足の接地時間を推定し、接地時間や各種の運動情報の変化や異常等を分析して、特定の状態が発生した場合にリアルタイムで運動支援情報を報知する場合について説明した。第3の実施形態においては、チェスト機器100に加え、身体に装着した別体の報知機器(別個の機器)を備え、接地時間や各種の運動情報の変化や異常等の判定結果を、報知機器を介してリアルタイムで提供することを特徴としている。
図16は、本発明に係る運動支援装置の第3の実施形態を示す概略図である。ここで、図16(a)は、本実施形態に係る運動支援装置を人体に装着した状態を示す概略図である。また、図16(b)は、本実施形態に係る運動支援装置に適用される報知機器の一構成例を示す外観図である。図17は、本実施形態に係る運動支援装置に適用されるチェスト機器の一構成例を示す機能ブロック図である。ここで、図17(a)は、本実施形態に係るチェスト機器の一構成例を示す機能ブロック図であり、図17(b)は、本実施形態に係るチェスト機器の他の構成例を示す機能ブロック図である。図18は、本実施形態に係る運動支援装置に適用される報知機器の一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、同一又は同等の符号を付してその説明を簡略化する。
次に、本実施形態に係る運動支援装置における運動支援方法について説明する。ここでは、図17(a)に示した構成を有するチェスト機器100を適用した場合の運動支援方法について説明するが、図17(b)に示した構成を有する場合には、軸補正した加速度信号を用いて、略同等の運動支援方法が実行される。
次に、本発明の第4の実施形態に係る運動支援装置及び運動支援方法について説明する。
上述した第1乃至第3の実施形態においては、チェスト機器100によりユーザUSの運動中に取得したセンサデータに基づいて、足の接地時間を推定し、接地時間や各種の運動情報の変化や異常等を分析して、その判定結果に応じた報知信号を生成する場合について説明した。第4の実施形態においては、チェスト機器100により取得したセンサデータを、外部の情報処理装置(別個の機器)に転送して、当該情報処理装置において足の接地時間を推定し、接地時間や各種の運動情報の変化や異常等を分析して、その判定結果に応じた運動支援情報を報知することを特徴としている。
図20は、本発明に係る運動支援装置の第4の実施形態を示す概念図である。図21は、本実施形態に係る運動支援装置に適用される情報処理装置の一構成例を示す機能ブロック図である。図22は、本実施形態に係る運動支援装置に適用されるネットワークサーバの一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乃至第3の実施形態と同等の構成については、同一又は同等の符号を付してその説明を簡略化する。
次に、本実施形態に係る運動支援装置における運動支援方法について説明する。
図23は、本実施形態に係る運動支援装置において実行される運動支援方法の一例を示すフローチャートである。ここで、上述した第1乃至第3の実施形態と同等の手順については、その説明を簡略化する。
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。
[1]
周期的に足を動かして移動する運動中の利用者の身体の動きに対応する3軸方向の加速度信号を取得する加速度計測部と、
前記運動中の利用者の1周期分の足の動きに対応する上下方向の前記加速度信号における最大値を取得する上下加速度最大値取得部と、
前記1周期分の前記3軸方向における少なくとも2軸方向の前記加速度信号を合成した合成加速度信号における最大値の時間位置の前後で、前記合成加速度信号に対する前記利用者の足の着地と離地に関わる2つの変化点を取得したときに、前記2つの変化点間の時間を極値間隔として取得する極値間隔取得部と、
前記極値間隔取得部により前記極値間隔が取得されたとき、前記上下方向の加速度信号の前記最大値と前記極値間隔に基づいて、前記運動中の利用者の前記足の接地時間を算出する接地時間算出部と、
を有することを特徴とする運動支援装置。
前記接地時間算出部は、前記極値間隔取得部において前記極値間隔が取得されなかったとき、前記上下方向の加速度信号の前記最大値に基づいて前記接地時間を算出することを特徴とする[1]に記載の運動支援装置。
前記極値間隔取得部は、
前記合成加速度信号の最大値の時間位置の前後方向に、所定のしきい値以下となる極小値を探索し、前記最大値の前方向で前記最大値に最も近い第1の極小値と前記最大値の後方向で前記最大値に最も近い第2の極小値とを前記2つの変化点として取得し、前記第1の極小値と前記第2の極小値との間の時間を、前記極値間隔として取得することを特徴とする[1]又は[2]に記載の運動支援装置。
前記加速度計測部により取得された前記上下方向の加速度信号を重力方向と一致させるように、前記加速度信号の各軸を回転させて、各軸の前記加速度信号の値を補正する軸補正部を有し、
前記上下加速度最大値取得部は、前記軸補正部により補正された前記加速度信号に基づいて、前記上下方向の加速度信号の最大値を取得し、
前記極値間隔取得部は、前記軸補正部により補正された前記加速度信号に基づいて前記極値間隔を取得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。
前記運動中の利用者の前記3軸の回転方向の角速度信号を取得する角速度計測部を有し、
前記軸補正部は、前記角速度計測部により取得された前記角速度信号に基づいて、前記重力方向を推定して、前記加速度信号の値を補正することを特徴とする[4]に記載の運動支援装置。
前記接地時間算出部により算出された前記接地時間を所定の基準値と比較して、前記比較の判定結果に応じて報知信号を生成する判定部と、
前記報知信号に基づいて、所定の運動支援情報を前記利用者に提供する情報提供部と、
を有することを特徴とする[1]乃至[5]のいずれかに運動支援装置。
前記加速度計測部及び前記記憶部と、前記上下加速度最大値取得部、前記極値間隔取得部、前記接地時間算出部及び前記判定部と、前記情報提供部は、それぞれ直接的又は間接的にネットワークに接続され、
前記上下加速度最大値取得部、前記極値間隔取得部及び前記接地時間算出部は、前記ネットワークを介して受信した前記加速度信号に基づいて、それぞれ、前記上下方向の加速度信号の最大値及び前記合成加速度信号における前記極値間隔を取得して、前記接地時間を算出し、
前記情報提供部は、前記ネットワークを介して受信した、少なくとも前記判定部における前記判定結果に応じた前記報知信号に基づいて、前記運動支援情報を前記利用者に提供することを特徴とする[6]に記載の運動支援装置。
前記加速度計測部により取得された前記加速度信号を随時保存する記憶部を有し、
前記上下加速度最大値取得部、前記極値間隔取得部及び前記接地時間算出部は、前記運動終了後に、前記記憶部に保存された前記加速度信号に基づいて、それぞれ、前記上下方向の加速度信号の最大値及び前記極値間隔を取得して、前記接地時間を算出することを特徴とする[1]乃至[7]のいずれかに記載の運動支援装置。
周期的に足を動かして移動する運動中の利用者の身体の動き身体の動きに対応する3軸方向の加速度信号を取得し、
前記運動中の利用者の1周期分の足の動きに対応する上下方向の前記加速度信号における最大値を算出し、
前記1周期分の前記3軸方向における少なくとも2軸方向の前記加速度信号を合成した合成加速度信号における最大値の時間位置の前後で、前記合成加速度信号に対する前記利用者の足の着地と離地に関わる2つの変化点を取得したときに、前記2つの変化点間の時間を極値間隔として取得し、
前記極値間隔が取得されたとき、前記上下方向の加速度信号の前記最大値と前記極値間隔に基づいて、前記運動中の利用者の前記足の接地時間を算出し、前記極値間隔が取得されなかったとき、前記上下方向の加速度信号の前記最大値に基づいて前記接地時間を算出し、
前記接地時間を所定の基準値と比較して、前記比較の判定結果に応じた運動支援情報を前記利用者に提供する、
ことを特徴とする運動支援方法。
コンピュータに、
周期的に足を動かして移動する運動中の利用者の身体の動き身体の動きに対応する3軸方向の加速度信号を取得させ、
前記運動中の利用者の1周期分の足の動きに対応する上下方向の前記加速度信号における最大値を算出させ、
前記1周期分の前記3軸方向における少なくとも2軸方向の前記加速度信号を合成した合成加速度信号における最大値の時間位置の前後で、前記合成加速度信号に対する前記利用者の足の着地と離地に関わる2つの変化点を取得したときに、前記2つの変化点間の時間を極値間隔として取得させ、
前記極値間隔が取得されたとき、前記上下方向の加速度信号の前記最大値と前記極値間隔に基づいて、前記運動中の利用者の前記足の接地時間を算出させ、前記極値間隔が取得されなかったとき、前記上下方向の加速度信号の前記最大値に基づいて前記接地時間を算出させ、
前記接地時間を所定の基準値と比較して、前記比較の判定結果に応じた運動支援情報を前記利用者に提供させる、
ことを特徴とする運動支援プログラム。
110 加速度計測部
120、320、520 演算処理回路
122 制御部
124 信号処理部
126 判定部
128 軸補正部
130、330、530 記憶部
150、250 報知部
152、252 振動部
154、254 音響部
170 角速度計測部
180、280、380、580 インターフェース部
200 リスト機器
256 表示部
300 情報処理装置
350 表示部
400 ネットワーク
500 ネットワークサーバ
600 データベース
700 ユーザ端末
US ユーザ
Claims (12)
- 周期的に足を動かして移動する運動中の利用者の前記足の動きに対応する3軸方向の加速度信号を取得する加速度計測部と、
前記運動中の利用者の一歩に相当する1周期分の足の動きに対応する上下方向の前記加速度信号における、前記利用者の足の動きの1周期の期間内での第1の最大値を取得する上下加速度最大値取得部と、
前記1周期の期間内で、前記3軸方向における少なくとも2軸方向の前記加速度信号を合成した合成加速度信号における第2の最大値の時間位置の前後で、前記合成加速度信号に対する前記利用者の足の着地と離地に関わる2つの変化点を探索する信号処理部と、
前記信号処理部における前記探索により前記2つの変化点が検出されたときに、前記2つの変化点の間の時間を極値間隔として取得し、前記上下方向の加速度信号の前記第1の最大値と前記極値間隔に基づいて、前記運動中の利用者の前記足の接地時間を算出する接地時間算出部と、
を有することを特徴とする運動支援装置。 - 前記接地時間算出部は、前記接地時間をT、前記第1の最大値をP、前記極値間隔をW、a,bを正の定数、cを負の定数としたとき、式(1)によって前記接地時間を算出することを特徴とする請求項1に記載の運動支援装置。
T=a×P+b×W+c×P×W ・・・(1) - 前記接地時間算出部は、前記信号処理部において前記2つの変化点の少なくとも一方が検出されなかったとき、前記上下方向の加速度信号の前記第1の最大値に基づいて前記接地時間を算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の運動支援装置。
- 前記接地時間算出部は、前記接地時間をT、前記第1の最大値をP、dを正の定数としたとき、式(2)によって前記接地時間を算出することを特徴とする請求項3に記載の運動支援装置。
接地時間T=d×(1/P) ・・・(2) - 前記信号処理部は、
前記合成加速度信号の最大値の時間位置の前後方向に、所定のしきい値以下となる極小値を探索し、
前記最大値の前方向で前記最大値に最も近い第1の極小値と前記最大値の後方向で前記最大値に最も近い第2の極小値とを前記2つの変化点として取得し、
前記接地時間算出部は、前記第1の極小値と前記第2の極小値との間の時間を、前記極値間隔として取得することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の運動支援装置。 - 前記加速度計測部により取得された前記上下方向の加速度信号を重力方向と一致させるように、前記加速度信号の各軸を回転させて、各軸の前記加速度信号の値を補正する軸補正部を有し、
前記上下加速度最大値取得部は、前記軸補正部により補正された前記加速度信号に基づいて、前記上下方向の加速度信号の最大値を取得し、
前記信号処理部は、前記軸補正部により補正された前記加速度信号に基づいて前記2つの変化点を探索することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の運動支援装置。 - 前記運動中の利用者の前記3軸の回転方向の角速度信号を取得する角速度計測部を有し、
前記軸補正部は、前記角速度計測部により取得された前記角速度信号に基づいて、前記重力方向を推定して、前記加速度信号の値を補正することを特徴とする請求項6に記載の運動支援装置。 - 前記接地時間算出部により算出された前記接地時間を所定の基準値と比較して、前記比較の判定結果に応じて報知信号を生成する判定部と、
前記報知信号に基づいて、所定の運動支援情報を前記利用者に提供する情報提供部と、を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに運動支援装置。 - 前記加速度計測部と、前記上下加速度最大値取得部、前記信号処理部、前記接地時間算出部及び前記判定部と、前記情報提供部は、それぞれ直接的又は間接的にネットワークに接続され、
前記上下加速度最大値取得部、前記信号処理部及び前記接地時間算出部は、前記ネットワークを介して受信した前記加速度信号に基づいて、それぞれ、前記上下方向の加速度信号の最大値及び前記合成加速度信号における前記極値間隔を取得して、前記接地時間を算出し、
前記情報提供部は、前記ネットワークを介して受信した、少なくとも前記判定部における前記判定結果に応じた前記報知信号に基づいて、前記運動支援情報を前記利用者に提供することを特徴とする請求項8に記載の運動支援装置。 - 前記加速度計測部により取得された前記加速度信号を随時保存する記憶部を有し、
前記上下加速度最大値取得部、前記信号処理部及び前記接地時間算出部は、前記運動終了後に、前記記憶部に保存された前記加速度信号に基づいて、それぞれ、前記上下方向の加速度信号の最大値及び前記極値間隔を取得して、前記接地時間を算出することを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の運動支援装置。 - 周期的に足を動かして移動する運動中の利用者の前記足の動きに対応する3軸方向の加速度信号を取得し、
前記運動中の利用者の一歩に相当する1周期分の足の動きに対応する上下方向の前記加速度信号における、前記利用者の足の動きの1周期の期間内での第1の最大値を算出し、
前記1周期の期間内で、前記3軸方向における少なくとも2軸方向の前記加速度信号を合成した合成加速度信号における第2の最大値の時間位置の前後で、前記合成加速度信号に対する前記利用者の足の着地と離地に関わる2つの変化点の探索を行い、
前記探索により前記2つの変化点が検出されたときに、前記2つの変化点の間の時間を極値間隔として取得し、前記上下方向の加速度信号の前記第1の最大値と前記極値間隔に基づいて、前記運動中の利用者の前記足の接地時間を算出し、前記2つの変化点の少なくとも一方が検出されなかったときに、前記上下方向の加速度信号の前記第1の最大値に基づいて前記接地時間を算出し、
前記接地時間を所定の基準値と比較して、前記比較の判定結果に応じた運動支援情報を前記利用者に提供する、
ことを特徴とする運動支援方法。 - コンピュータに、
周期的に足を動かして移動する運動中の利用者の前記足の動きに対応する3軸方向の加速度信号を取得させ、
前記運動中の利用者の一歩に相当する1周期分の足の動きに対応する上下方向の前記加速度信号における、前記利用者の足の動きの1周期の期間内での第1の最大値を算出させ、
前記1周期の期間内で、前記3軸方向における少なくとも2軸方向の前記加速度信号を合成した合成加速度信号における第2の最大値の時間位置の前後で、前記合成加速度信号に対する前記利用者の足の着地と離地に関わる2つの変化点を探索させ、
前記探索により前記2つの変化点が検出されたときに、前記2つの変化点の間の時間を極値間隔として取得させ、前記上下方向の加速度信号の前記第1の最大値と前記極値間隔に基づいて、前記運動中の利用者の前記足の接地時間を算出させ、前記2つの変化点の少なくとも一方が検出されなかったときに、前記上下方向の加速度信号の前記第1の最大値に基づいて前記接地時間を算出させ、
前記接地時間を所定の基準値と比較して、前記比較の判定結果に応じた運動支援情報を前記利用者に提供させる、
ことを特徴とする運動支援プログラム。
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