JP6540138B2 - 運動計測装置、運動計測方法及びプログラム - Google Patents
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Description
計測対象者の体軸回りの回動運動を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された前記回動運動から前記計測対象者の自転車走行におけるペダルの回動周期を特定する第1の特定手段と、
前記第1の特定手段によって特定された回動周期に基づいて、前記自転車走行における活動量を算出する第1の算出手段と、
を備えることを特徴とする。
本実施形態の運動計測装置1は、図1に示すように、ベルト等を介して計測対象者(ユーザ)の腰に取り付けられ、体幹の動きを加速度/角速度として取得して、種々の運動状態(本実施形態においては、歩行、走行、自転車走行)に応じた活動量を計測する。その後、運動計測装置1は、計測結果を腕等に装着して使用するリスト型の表示装置2に出力する。ユーザは、表示装置2での表示で計測結果(活動量)を確認する。
運動計測装置1は、図2に示すように、制御部11と、センサユニット12と、入力部13と、LCD(Liquid Crystal Display)14と、時計回路15と、ROM(Read Only Memory)16と、RAM(Random Access Memory)17と、GPS(Global Positioning System)アンテナ18と、GPSモジュール19と、無線通信用アンテナ20と、無線通信モジュール21と、ドライブ22とを備えている。
センサユニット12は、3軸加速度センサ、地磁気センサ、あるいは気温センサ等の各種センサを備えている。
LCD14は、制御部11の指示に従って画像を出力する。例えば、LCD14は、各種画像やユーザインターフェースの画面を表示する。本実施形態においては、LCD14に入力部13の位置入力センサが重畳して配置され、タッチパネルが構成されている。
時計回路15は、システムクロックあるいは発振器により生成される信号から時刻信号を生成し、現在時刻を出力する。
RAM17は、制御部11が各種処理を実行する際のワークエリアを提供する。
GPSアンテナ18は、GPSにおける衛星から発信される電波を受信して電気信号に変換し、変換した電気信号(以下、「GPS信号」と称する。)をGPSモジュール19に出力する。
GPSモジュール19は、GPSアンテナ18から入力されたGPS信号に基づいて、運動計測装置1の位置(緯度、経度、高度)およびGPSによって示される現在時刻を検出する。また、GPSモジュール19は、検出した位置および現在時刻を示す情報を制御部11に出力する。
無線通信モジュール21は、制御部11の指示に従って、無線通信用アンテナ20を介して他の装置に信号を送信する。また、無線通信モジュール21は、他の装置から送信された信号を受信し、受信した信号が示す情報を制御部11に出力する。
ドライブ22には、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、あるいは半導体メモリ(例えばフラッシュメモリ)等よりなる、リムーバブルメディア31が適宜装着される。リムーバブルメディア31は、画像のデータ等の各種データを記憶することができる。
活動量計測処理とは、センサユニット12から取得したセンサ値に基づいて、各種運動状態における動作を加味した活動量を計測する一連の処理をいう。
また、リムーバブルメディア31の一領域には、センサ値記憶部71が設定される。
センサ値記憶部71には、センサユニット12から取得したセンサ値や軸補正後のセンサ値が記憶される。
本実施形態において、センサユニット12は計測対象者の腰に装着されているために、直立している歩行・走行、ハンドル操作を行っているような自転車走行時には、鉛直軸に対して、前傾しているために、センサ値の上下軸も鉛直軸に対して前傾するようにずれている。
このため、本実施形態においては、軸補正部52により、前傾状態でずれているセンサ値の上下方向を重力方向(鉛直方向)に合わせる軸補正を行う。
具体的には、軸補正部52は、例えば、各軸の加速度成分を、値の変化の規則性が見られる走動作の周期の数周期分の値を平均化する。当該平均化により残った重力成分から、重力方向を特定する。
軸補正部52は、特定した重力方向と上下方向の加速度を一致するように加速度と各速度の各軸を回転させて軸補正を行う。その後、軸補正を行った加速度と角速度は、センサ値記憶部71に記憶される。
具体的には、運動状態判定部53は、取得した重力加速度の最大値が自転車の走行時における重力加速度の範囲となる場合には、自転車に乗って走行している状態(以下、「自転車走行状態」という。)と判定し、重力加速度の最大値が歩行時における重力加速度の範囲となる場合には、歩行している状態(以下、「歩行状態」という。)と判定し、重力加速度の最大値が走行時における重力加速度の範囲となる場合には、走行している状態(以下、「走行状態」という。)と判定する。
図4は、各種の運動状態における実際の重力加速度の遷移を示す図である。
図4の例に示すように、実際に自転車の走行をした時には、重力加速度の最大値が1.2Gを超えない範囲で、重力加速度が遷移している傾向が見られる。
また、実際に歩行した時には、重力加速度の最大値が1.2G以上であり2G以下の範囲で重力加速度が遷移している傾向が見られる。
また、実際に走行時には、重力加速度の最大値が2Gを超えるような傾向が見られる。
このため、本実施形態においては、上述した運動状態における重力加速度の遷移の傾向から、運動状態を判定するように構成している。即ち、本実施形態においては、重力加速度の最大値が1.2Gを超えない場合には、自転車走行状態と判定し、重力加速度の最大値が1.2G以上であり2G以下の範囲である場合には、歩行状態と判定し、重力加速度の最大値が2Gを超えるような場合には、走行状態と判定するように構成する。
活動量計測処理部54は、運動状態判定部53による判定結果が自転車走行状態であった場合には、自転車活動量計測処理を実行する。自転車活動量計測処理の実行の結果、自転車の走行動作が加味された活動量が算出される。
具体的には、活動量計測処理部54は、以下のような処理動作を行う。
[平滑化]
活動量計測処理部54は、センサ値記憶部71から所定の期間(例えば、4秒)の体軸回りの角速度(軸補正前の角速度)を取得し、ノイズ除去を目的として平滑化を行う。
[ペダリングの周期の決定]
そして、活動量計測処理部54は、平滑化された角速度(軸補正後の角速度)の移動平均を求めて、移動平均値を算出する。算出した移動平均値と、平滑化された角速度の交点を求めて、当該求められた交点の時間をペダルの回転(以下、「ペダリング」という。)の周期として算出する。
[ケイデンスの計測(周期判定)]
次に、活動量計測処理部54は、算出したペダリングの周期から所定時間(本実施形態においては、1分)当たりのペダリング数(以下、「ケイデンス」という。)を計測する。
[活動量の算出]
最後に、活動量計測処理部54は、算出したケイデンスに対して、自転車用の活動量が加味された定数を用いて(自転車用の活動量が加味された所定の乗数をかけて)、自転車走行時の活動量を算出する。
活動量計測処理部54は、運動状態判定部53による判定結果が歩行状態であった場合には、歩行活動量計測処理を実行する。歩行活動量計測処理の実行の結果、歩行動作が加味された活動量が算出される。
具体的には、活動量計測処理部54は、以下のような処理動作を行う。
[平滑化]
活動量計測処理部54は、センサ値記憶部71から所定の期間(例えば、4秒)の鉛直方向の加速度(軸補正後の加速度)を取得し、ノイズ除去を目的として平滑化を行う。
[歩行の計測(周期判定)]
そして、活動量計測処理部54は、平滑化された加速度の移動平均を求めて、移動平均値を算出する。算出した移動平均値と、平滑化された加速度の交点を求めて、当該求められた交点の時間を歩行周期として計測する。
[活動量の算出]
最後に、活動量計測処理部54は、計測した歩行の周期に対して、走行用の活動量が加味された定数を用いて(走行用の活動量が加味された所定の乗数をかけて)、自転車走行時の活動量を算出する。
活動量計測処理部54は、運動状態判定部53による判定結果が走行状態であった場合には、走行活動量計測処理を実行する。走行活動量計測処理の実行の結果、走行動作が加味された活動量が算出される。
具体的には、活動量計測処理部54は、以下のような処理動作を行う。
[平滑化]
活動量計測処理部54は、センサ値記憶部71から所定の期間(例えば、4秒)の鉛直方向の加速度(軸補正後の加速度)を取得し、ノイズ除去を目的として平滑化を行う。
[走行の計測(周期判定)]
そして、活動量計測処理部54は、平滑化された加速度の移動平均を求めて、移動平均値を算出する。算出した移動平均値と、平滑化された加速度の交点を求めて、当該求められた交点の時間を走行周期として計測する。
[活動量の算出]
最後に、活動量計測処理部54は、計測した走行の周期に対して、走行用の活動量が加味された定数を用いて(走行用の活動量が加味された所定の乗数をかけて)、走行時の活動量を算出する。
活動量計測処理は、ユーザによる入力部13への活動量計測処理開始の操作により開始される。
活動量計測処理の開始にあたり、センサユニット12から加速度と各速度のセンサ値がセンサ値取得部51により取得される。そして、軸補正部52により、取得したセンサ値に対して、鉛直方向に軸を合わせる軸補正が行われて、センサユニット12から取得した加速度と角速度のセンサ値と、軸補正を行った加速度と角速度のセンサ値がセンサ値記憶部71に記憶される。
軸補正後の加速度の最大値が1.2Gを超えない場合には、ステップS11において[AcZ<1.2g(自転車走行状態)]と判定されて、処理はステップS12に進む。
軸補正後の加速度が1.2G以上であり2G以下の範囲である場合には、ステップS11において[1.2g<AcZ<2g(歩行状態)]と判定されて、処理はステップS13に進む。
軸補正後の加速度が2Gを超える場合には、ステップS11において[AcZ<1.2g(走行状態)]と判定されて、処理はステップS13に進む。
センサ値取得部51は、計測対象者の体軸回りの回動運動を検出する。
活動量計測処理部54は、センサ値取得部51によって検出された回動運動から計測対象者の自転車走行におけるペダルの回動周期を特定する。
活動量計測処理部54は、特定された回動周期に基づいて、自転車走行における活動量を算出する。
これにより、運動計測装置1においては、自転車走行における活動量を計測することができる。
活動量計測処理部54は、センサ値取得部51によって検出された角速度に対し、平滑化を施した上で、平滑化された角速度における所定の期間の移動平均値を算出し、この移動平均値と平滑化された角速度の交点を求め、この交点間の時間を回動周期として特定する。
これにより、運動計測装置1においては、自転車走行における活動量を確実に計測することができる。
センサ値取得部51は、加速度を取得する。
軸補正部52は、センサ値取得部51によって取得された加速度の加速度成分の軸方向を、重力方向に基づいて補正する。
運動状態判定部53は、軸補正部52により軸方向が補正された加速度に基づいて、計測対象者の運動状態を特定する。
これにより、運動計測装置1においては、例えば、歩行、走行、自転車走行等の種々の運動状態を特定することができる。
運動状態判定部53は、周期的に変化する所定期間の軸補正部52により補正された加速度の最大値から計測対象者の運動状態を特定する。
これにより、運動計測装置1においては、運動動作の特定の精度を高めることができる。
これにより、運動計測装置1においては、歩行、走行、自転車走行の運動動作を特定することができる。
また、活動量計測処理部54は、活動量計測処理部54によって特定された2足移動運動の周期に基づいて、活動量を算出する。
これにより、運動計測装置1においては、歩行又は走行における活動量を計測することができる。
これにより、運動計測装置1においては、計測対象者の体軸回りの加速度や角速度を計測することができる。
また、上述の実施形態では、センサ値取得部51が、計測対象者の体軸回りの角速度を取得し、活動量計測処理部54は、センサ値取得部51によって取得された角速度からペダル運動の回動周期を特定するようにしたが、これに限らず、計測対象者の体軸回りの加速度の変化や地磁気センサの出力の変化からペダル運動の回動周期を特定するようにしてもよい。
例えば、本発明は、活動量計測処理機能を有する電子機器一般に適用することができる。具体的には、例えば、本発明は、ノート型のパーソナルコンピュータ、プリンタ、テレビジョン受像機、ビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯型ナビゲーション装置、携帯電話機、スマートフォン、ポータブルゲーム機等に適用可能である。
換言すると、図3の機能的構成は例示に過ぎず、特に限定されない。即ち、上述した一連の処理を全体として実行できる機能が運動計測装置1に備えられていれば足り、この機能を実現するためにどのような機能ブロックを用いるのかは特に図3の例に限定されない。
また、1つの機能ブロックは、ハードウェア単体で構成してもよいし、ソフトウェア単体で構成してもよいし、それらの組み合わせで構成してもよい。
コンピュータは、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータであってもよい。また、コンピュータは、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能なコンピュータ、例えば汎用のパーソナルコンピュータであってもよい。
[付記1]
計測対象者の体軸回りの回動運動を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された前記回動運動から前記計測対象者の自転車走行におけるペダルの回動周期を特定する第1の特定手段と、
前記第1の特定手段によって特定された回動周期に基づいて、前記自転車走行における活動量を算出する第1の算出手段と、
を備えることを特徴とする運動計測装置。
[付記2]
前記検出手段は、前記計測対象者の体軸回りの角速度を検出し、
前記第1の特定手段は、前記検出手段によって検出された角速度に対し、平滑化を施した上で、平滑化された角速度における所定の期間の移動平均値を算出し、この移動平均値と前記平滑化された角速度の交点を求め、この交点間の時間を回動周期として特定する、
ことを特徴とする付記1に記載の運動計測装置。
[付記3]
加速度を取得する加速度取得手段と、
前記加速度取得手段によって取得された前記加速度の加速度成分の軸方向を、重力方向に基づいて補正する補正手段と、
前記補正手段により軸方向が補正された加速度に基づいて、計測対象者の運動状態を特定する第2の特定手段と、
を更に備えることを特徴とする付記1又は2に記載の運動計測装置。
[付記4]
前記加速度取得手段は、周期的に変化する所定期間における加速度を取得し、
前記第2の特定手段は、前記周期的に変化する所定期間の前記補正手段によって補正された加速度の最大値から前記計測対象者の運動状態を特定する、
ことを特徴とする付記3に記載の運動計測装置。
[付記5]
前記第2の特定手段は、前記計測対象者の運動状態として、歩行と、走行と、自転車走行の運動状態を特定する、
ことを特徴とする付記3又は4に記載の運動計測装置。
[付記6]
前記補正手段により補正された前記加速度の移動平均から歩行又は走行における2足移動運動の周期を特定する第3の特定手段と、
前記第3の特定手段によって特定された前記2足移動運動の周期に基づいて、当該2足移動運動の活動量を算出する第2の算出手段と、
を備えることを特徴とする付記5に記載の運動計測装置。
[付記7]
前記計測対象者の体幹に装着されることを特徴とする付記1乃至6の何れかに記載の運動計測装置。
[付記8]
計測対象者の体軸回りの回動運動を検出する検出ステップと、
前記検出ステップによって検出された前記回動運動から前記計測対象者の自転車走行におけるペダルの回動周期を特定する特定ステップと、
特定された回動周期に基づいて、前記自転車走行における活動量を算出する算出ステップと、
を備えることを特徴とする運動計測方法。
[付記9]
コンピュータを、
計測対象者の体軸回りの回動運動を検出する検出手段、
前記検出手段によって検出された前記回動運動から前記計測対象者の自転車走行におけるペダルの回動周期を特定する特定手段、
前記特定手段によって特定された回動周期に基づいて、前記自転車走行における活動量を算出する算出手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。
Claims (9)
- 計測対象者の体軸回りの回動運動を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された前記回動運動から前記計測対象者の自転車走行におけるペダルの回動周期を特定する第1の特定手段と、
前記第1の特定手段によって特定された回動周期に基づいて、前記自転車走行における活動量を算出する第1の算出手段と、
を備えることを特徴とする運動計測装置。 - 前記検出手段は、前記計測対象者の体軸回りの角速度を検出し、
前記第1の特定手段は、前記検出手段によって検出された角速度に対し、平滑化を施した上で、平滑化された角速度における所定の期間の移動平均値を算出し、この移動平均値と前記平滑化された角速度の交点を求め、この交点間の時間を回動周期として特定する、
ことを特徴とする請求項1に記載の運動計測装置。 - 加速度を取得する加速度取得手段と、
前記加速度取得手段によって取得された前記加速度の加速度成分の軸方向を、重力方向に基づいて補正する補正手段と、
前記補正手段により軸方向が補正された加速度に基づいて、計測対象者の運動状態を特定する第2の特定手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の運動計測装置。 - 前記加速度取得手段は、周期的に変化する所定期間における加速度を取得し、
前記第2の特定手段は、前記周期的に変化する所定期間の前記補正手段によって補正された加速度の最大値から前記計測対象者の運動状態を特定する、
ことを特徴とする請求項3に記載の運動計測装置。 - 前記第2の特定手段は、前記計測対象者の運動状態として、歩行と、走行と、自転車走行の運動状態を特定する、
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の運動計測装置。 - 前記補正手段により補正された前記加速度の移動平均から歩行又は走行における2足移動運動の周期を特定する第3の特定手段と、
前記第3の特定手段によって特定された前記2足移動運動の周期に基づいて、当該2足移動運動の活動量を算出する第2の算出手段と、
を備えることを特徴とする請求項5に記載の運動計測装置。 - 前記計測対象者の体幹に装着されることを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の運動計測装置。
- 計測対象者の体軸回りの回動運動を検出する検出ステップと、
前記検出ステップによって検出された前記回動運動から前記計測対象者の自転車走行におけるペダルの回動周期を特定する特定ステップと、
特定された回動周期に基づいて、前記自転車走行における活動量を算出する算出ステップと、
を備えることを特徴とする運動計測方法。 - コンピュータを、
計測対象者の体軸回りの回動運動を検出する検出手段、
前記検出手段によって検出された前記回動運動から前記計測対象者の自転車走行におけるペダルの回動周期を特定する特定手段、
前記特定手段によって特定された回動周期に基づいて、前記自転車走行における活動量を算出する算出手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。
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