JP6690343B2 - 測定装置、測定方法、及び測定プログラム - Google Patents
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Description
本発明は、測定装置、測定方法、及び測定プログラムに関する。
従来、人体に加速度センサを取り付けた状態で歩行したときの、加速度センサの進行方向に対する出力結果と、鉛直方向に対する出力結果とから、例えば歩行時における着地タイミングや離地タイミング、接地時間等に関するデータを測定することのできる測定方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。
しかしながら、上記特許文献１に開示されている測定方法では、走行時において、特に走り始めなどの速度が遅い状態や、スピードに乗り速度が速くなった状態では、加速度センサからの前後方向の出力結果の波形が安定せず、離地に関するデータを誤検出してしまう場合があった。
そこで、本発明の課題は、走行時においても離地に関するデータを精度良く測定することである。
そこで、本発明の課題は、走行時においても離地に関するデータを精度良く測定することである。
前記課題を解決するために、本発明の一の態様によれば、
生体に装着され、前記生体の動きに対応する加速度を検出して前記加速度に対応する加速度信号を出力する加速度センサと、
前記生体が進行方向に移動しているときに前記加速度信号に基づいて、前記生体の足の動きに関する少なくとも一つの動作タイミングを取得する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記加速度信号に基づいて、前記進行方向の加速度信号を第１加速度信号として算出するとともに、上下方向の加速度信号を第２加速度信号として算出し、
前記第１加速度信号の第１期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第１信号と、前記第１加速度信号の前記第１期間より短い第２期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第２信号と、前記第２加速度信号を二度積分した第３信号と、を算出し、
前記第１信号、前記第２信号及び前記第３信号に基づいて、前記生体の足が離地したタイミングと推定される離地タイミングを前記動作タイミングとして取得することを特徴とする測定装置が提供される。
生体に装着され、前記生体の動きに対応する加速度を検出して前記加速度に対応する加速度信号を出力する加速度センサと、
前記生体が進行方向に移動しているときに前記加速度信号に基づいて、前記生体の足の動きに関する少なくとも一つの動作タイミングを取得する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記加速度信号に基づいて、前記進行方向の加速度信号を第１加速度信号として算出するとともに、上下方向の加速度信号を第２加速度信号として算出し、
前記第１加速度信号の第１期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第１信号と、前記第１加速度信号の前記第１期間より短い第２期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第２信号と、前記第２加速度信号を二度積分した第３信号と、を算出し、
前記第１信号、前記第２信号及び前記第３信号に基づいて、前記生体の足が離地したタイミングと推定される離地タイミングを前記動作タイミングとして取得することを特徴とする測定装置が提供される。
また、本発明の他の態様によれば、
測定装置における測定方法であって、
前記測定装置は、生体に装着され、前記生体の動きに対応する加速度を検出して前記加速度に対応する加速度信号を出力する加速度センサと、前記生体が進行方向に移動しているときに前記加速度信号に基づいて、前記生体の足の動きに関する少なくとも一つの動作タイミングを取得する制御部と、を有し、
前記加速度信号に基づいて、前記進行方向の加速度信号を第１加速度信号として算出するとともに、上下方向の加速度信号を第２加速度信号として算出し、
前記第１加速度信号の第１期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第１信号と、前記第１加速度信号の前記第１期間より短い第２期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第２信号と、前記第２加速度信号を二度積分した第３信号と、を算出し、
前記第１信号、前記第２信号及び前記第３信号に基づいて、前記生体の足が離地したタイミングと推定される離地タイミングを前記動作タイミングとして取得することを特徴とする測定方法が提供される。
測定装置における測定方法であって、
前記測定装置は、生体に装着され、前記生体の動きに対応する加速度を検出して前記加速度に対応する加速度信号を出力する加速度センサと、前記生体が進行方向に移動しているときに前記加速度信号に基づいて、前記生体の足の動きに関する少なくとも一つの動作タイミングを取得する制御部と、を有し、
前記加速度信号に基づいて、前記進行方向の加速度信号を第１加速度信号として算出するとともに、上下方向の加速度信号を第２加速度信号として算出し、
前記第１加速度信号の第１期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第１信号と、前記第１加速度信号の前記第１期間より短い第２期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第２信号と、前記第２加速度信号を二度積分した第３信号と、を算出し、
前記第１信号、前記第２信号及び前記第３信号に基づいて、前記生体の足が離地したタイミングと推定される離地タイミングを前記動作タイミングとして取得することを特徴とする測定方法が提供される。
また、本発明の他の態様によれば、
測定装置における測定プログラムであって、
前記測定装置は、生体に装着され、前記生体の動きに対応する加速度を検出して前記加速度に対応する加速度信号を出力する加速度センサと、前記生体が進行方向に移動しているときに前記加速度信号に基づいて、前記生体の足の動きに関する少なくとも一つの動作タイミングを取得する制御部と、を有し、
前記加速度信号に基づいて、前記進行方向の加速度信号を第１加速度信号として算出させるとともに、上下方向の加速度信号を第２加速度信号として算出させ、
前記第１加速度信号の第１期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第１信号と、前記第１加速度信号の前記第１期間より短い第２期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第２信号と、前記第２加速度信号を二度積分した第３信号と、を算出させ、
前記第１信号、前記第２信号及び前記第３信号に基づいて、前記生体の足が離地したタイミングと推定される離地タイミングを前記動作タイミングとして取得させることを特徴とする測定プログラムが提供される。
測定装置における測定プログラムであって、
前記測定装置は、生体に装着され、前記生体の動きに対応する加速度を検出して前記加速度に対応する加速度信号を出力する加速度センサと、前記生体が進行方向に移動しているときに前記加速度信号に基づいて、前記生体の足の動きに関する少なくとも一つの動作タイミングを取得する制御部と、を有し、
前記加速度信号に基づいて、前記進行方向の加速度信号を第１加速度信号として算出させるとともに、上下方向の加速度信号を第２加速度信号として算出させ、
前記第１加速度信号の第１期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第１信号と、前記第１加速度信号の前記第１期間より短い第２期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第２信号と、前記第２加速度信号を二度積分した第３信号と、を算出させ、
前記第１信号、前記第２信号及び前記第３信号に基づいて、前記生体の足が離地したタイミングと推定される離地タイミングを前記動作タイミングとして取得させることを特徴とする測定プログラムが提供される。
本発明によれば、走行時においても離地に関するデータを精度良く測定することができる。
以下、本発明に係る測定装置１について説明する。
なお、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
なお、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
図１は、本実施形態に係る測定装置１をユーザが装着した状態を示す説明図である。
図１に示すように、測定装置１は、本体部２と、ベルト部３とを有しており、ベルト部３によって、ユーザの腰の位置で本体部２が固定されている。ここで、左右方向をＸ軸とし、前後方向をＹ軸とし、上下方向をＺ軸とする。Ｘ軸においては左手方向を正、右手方向を負とする。Ｙ軸においては進行方向逆向きを正とし、進行方向を負とする。Ｚ軸においては上方向を正、下方向を負とする。
図１に示すように、測定装置１は、本体部２と、ベルト部３とを有しており、ベルト部３によって、ユーザの腰の位置で本体部２が固定されている。ここで、左右方向をＸ軸とし、前後方向をＹ軸とし、上下方向をＺ軸とする。Ｘ軸においては左手方向を正、右手方向を負とする。Ｙ軸においては進行方向逆向きを正とし、進行方向を負とする。Ｚ軸においては上方向を正、下方向を負とする。
図２は、本実施形態に係る本体部２の主制御構成を示すブロック図である。
図２に示すように本体部２は、加速度センサ４、通信部５、表示部６、操作部７、及びこれらを制御する制御部８を備えて構成されている。
加速度センサ４は、互いに直交する３軸方向の加速度を測定し、測定した加速度に対応する３軸方向の加速度信号を制御部８に出力するようになっている。
通信部５は、取得したデータを制御部８による制御に基づいて外部の情報端末に出力するものであり、例えばＵＳＢ端子などの有線式の通信部や、Bluetooth（登録商標）などの近距離無線通信規格を採用した通信部である。
表示部６は、取得したデータを制御部８による制御に基づいて表示するものであり、例えば液晶パネルなどである。
操作部７は、電源のＯＮ／ＯＦＦを切り替える電源ボタン（図示省略）、データ取得の開始／停止を指示する開始／停止ボタン（図示省略）、表示内容を切り替える表示切替ボタン（図示省略）等を備えており、この操作部７からの指示に基づいて制御部８は各部を制御するようになっている。
図２に示すように本体部２は、加速度センサ４、通信部５、表示部６、操作部７、及びこれらを制御する制御部８を備えて構成されている。
加速度センサ４は、互いに直交する３軸方向の加速度を測定し、測定した加速度に対応する３軸方向の加速度信号を制御部８に出力するようになっている。
通信部５は、取得したデータを制御部８による制御に基づいて外部の情報端末に出力するものであり、例えばＵＳＢ端子などの有線式の通信部や、Bluetooth（登録商標）などの近距離無線通信規格を採用した通信部である。
表示部６は、取得したデータを制御部８による制御に基づいて表示するものであり、例えば液晶パネルなどである。
操作部７は、電源のＯＮ／ＯＦＦを切り替える電源ボタン（図示省略）、データ取得の開始／停止を指示する開始／停止ボタン（図示省略）、表示内容を切り替える表示切替ボタン（図示省略）等を備えており、この操作部７からの指示に基づいて制御部８は各部を制御するようになっている。
制御部８は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ（いずれも図示せず）からなり、ＲＯＭに記録された処理プログラムをＲＡＭに展開してＣＰＵによりこの処理プログラムを実行するものである。
具体的には、制御部８は、加速度センサ４から出力される３軸方向の加速度信号を所定のサンプリング周期（例えば、２００Ｈｚ）でサンプリングして、ＲＡＭ中に記憶し、サンプリングした加速度信号を周知の手法により前後方向、左右方向、上下方向それぞれの加速度信号に変換し、変換後の前後方向、左右方向、上下方向のそれぞれの時間軸に対する波形を作成する。そして制御部８は、前後方向、左右方向、上下方向それぞれの加速度信号の波形に基づいて、ランニング動作におけるサイクルの各局面のデータを算出する。
具体的には、制御部８は、加速度センサ４から出力される３軸方向の加速度信号を所定のサンプリング周期（例えば、２００Ｈｚ）でサンプリングして、ＲＡＭ中に記憶し、サンプリングした加速度信号を周知の手法により前後方向、左右方向、上下方向それぞれの加速度信号に変換し、変換後の前後方向、左右方向、上下方向のそれぞれの時間軸に対する波形を作成する。そして制御部８は、前後方向、左右方向、上下方向それぞれの加速度信号の波形に基づいて、ランニング動作におけるサイクルの各局面のデータを算出する。
次に、本実施形態に係る測定装置１で実行される上記各局面のデータの測定処理について説明する。この測定処理によって本発明に係る測定方法が実行される。
図３は、測定処理の流れを示すフローチャートである。
なお、この処理ではユーザが所定距離だけ走った分の前後方向、左右方向、上下方向それぞれの加速度信号が、処理の実行前に取得されている場合を例示して説明する。例えば、開始／停止ボタンが操作されることによってデータ取得が開始されてから、ユーザが所定距離だけ走り終わり、開始／停止ボタンが再度操作されデータ取得が停止されると、制御部８は上記測定処理に関するプログラムを読み出して実行する。
図５、及び図７〜１１は、前後方向、左右方向、及び上下方向の加速度信号の波形の一部分を例示的に抜き出して示すグラフである。以下の説明では、上記測定処理に加速度信号の波形がどう用いられているかを、図５、及び図７〜１１を参照して説明する。また、本実施形態では、図５、及び図７〜１１に示す部分にのみ上記測定処理が施される場合を例示して説明するが、当該測定処理は、前後方向、左右方向、及び上下方向それぞれの加速度信号の波形の全体を対象として実行される。
図３は、測定処理の流れを示すフローチャートである。
なお、この処理ではユーザが所定距離だけ走った分の前後方向、左右方向、上下方向それぞれの加速度信号が、処理の実行前に取得されている場合を例示して説明する。例えば、開始／停止ボタンが操作されることによってデータ取得が開始されてから、ユーザが所定距離だけ走り終わり、開始／停止ボタンが再度操作されデータ取得が停止されると、制御部８は上記測定処理に関するプログラムを読み出して実行する。
図５、及び図７〜１１は、前後方向、左右方向、及び上下方向の加速度信号の波形の一部分を例示的に抜き出して示すグラフである。以下の説明では、上記測定処理に加速度信号の波形がどう用いられているかを、図５、及び図７〜１１を参照して説明する。また、本実施形態では、図５、及び図７〜１１に示す部分にのみ上記測定処理が施される場合を例示して説明するが、当該測定処理は、前後方向、左右方向、及び上下方向それぞれの加速度信号の波形の全体を対象として実行される。
図３に示すように、上記測定処理が実行されると、制御部８は、先ず、着地タイミング設定処理を行う（ステップＳ１）。ここで、着地タイミングとは、ランニング動作におけるサイクルの一局面であり、走っているユーザの足（一方の足）が地面に触れたタイミングを指す。なお、着地タイミング設定処理の詳細については後述する。
次いで、制御部８は、最下点タイミングの設定を行う（ステップＳ２）。具体的には、制御部８は、後述する高さ位置波形Ｔの極小値Ｔｍｉｎ（図５参照）を示すタイミングを最下点タイミングとして設定する。ここで、最下点タイミングとは、ランニング動作におけるサイクルの一局面であり、走っているユーザの足（一方の足）が地面に触れている間において、腰が最も低い位置を通過したタイミングを指す。
次いで、制御部８は、離地タイミング設定処理を行う（ステップＳ３）。ここで、離地タイミングとは、ランニング動作におけるサイクルの一局面であり、走っているユーザの足（一方の足）が地面から離れたタイミングを指す。なお、離地タイミング設定処理の詳細については後述する。
次いで、制御部８は、最高点タイミングの設定を行う（ステップＳ４）。具体的には、制御部８は、後述する高さ位置波形Ｔの極大値Ｔｍａｘ（図５参照）を示すタイミングを最高点タイミングとして設定する。ここで、最高点タイミングとは、ランニング動作におけるサイクルの一局面であり、走っているユーザの足（一方の足）が地面から離れた後、腰が最も高い位置を通過したタイミングを指す。
次いで、制御部８は、着地タイミング設定処理によって設定された着地タイミングと、離地タイミング設定処理によって設定された離地タイミングと、の差分の時間を接地時間として算出する（ステップＳ５）。
これにより、ランニング動作におけるサイクルの各局面のデータ（着地タイミング、最下点タイミング、離地タイミング、最高点タイミング、及び接地時間）が算出されて、制御部８は測定処理を終了する。
これにより、ランニング動作におけるサイクルの各局面のデータ（着地タイミング、最下点タイミング、離地タイミング、最高点タイミング、及び接地時間）が算出されて、制御部８は測定処理を終了する。
次に、上記の測定処理における着地タイミング設定処理（ステップＳ１）の詳細について説明する。
図４は、着地タイミング設定処理の流れを示すフローチャートである。
図５は、前後方向、左右方向、及び上下方向の加速度信号の波形の一部分を例示的に抜き出して示すグラフである。以下の説明では、着地タイミング設定処理に加速度信号の波形がどう用いられているかを、図５を参照して説明する。また、本実施形態では、図５に示す部分にのみ着地タイミング設定処理が施される場合を例示して説明するが、着地タイミング設定処理は、前後方向、左右方向、及び上下方向それぞれの加速度信号の波形の全体を対象として実行される。
図４は、着地タイミング設定処理の流れを示すフローチャートである。
図５は、前後方向、左右方向、及び上下方向の加速度信号の波形の一部分を例示的に抜き出して示すグラフである。以下の説明では、着地タイミング設定処理に加速度信号の波形がどう用いられているかを、図５を参照して説明する。また、本実施形態では、図５に示す部分にのみ着地タイミング設定処理が施される場合を例示して説明するが、着地タイミング設定処理は、前後方向、左右方向、及び上下方向それぞれの加速度信号の波形の全体を対象として実行される。
図４に示すように、着地タイミング設定処理が実行されると、制御部８は、先ず、上下方向の加速度信号（第２加速度信号）ＡｃｃＺ１に対して例えば移動平均等の周知の平滑化処理を行う（ステップＳ１１）。
次いで、制御部８は、平滑化後の上下方向の加速度信号ＡｃｃＺ２の波形の極大値Ｚｍａｘを求め、この極大値Ｚｍａｘを示すタイミングを基準タイミング（第四基準タイミング）として時間軸を分割する（ステップＳ１２）。図５では、極大値Ｚｍａｘに基づいて線Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で時間軸を分割している。この線Ｐ１と，線Ｐ２の間の分割領域、線Ｐ２と線Ｐ３との間の分割領域を第一分割領域Ｒ１と称す。
次いで、制御部８は、平滑化後の上下方向の加速度信号ＡｃｃＺ２の波形の極大値Ｚｍａｘを求め、この極大値Ｚｍａｘを示すタイミングを基準タイミング（第四基準タイミング）として時間軸を分割する（ステップＳ１２）。図５では、極大値Ｚｍａｘに基づいて線Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で時間軸を分割している。この線Ｐ１と，線Ｐ２の間の分割領域、線Ｐ２と線Ｐ３との間の分割領域を第一分割領域Ｒ１と称す。
次いで、制御部８は、平滑化前の上下方向の加速度信号ＡｃｃＺ１を第一分割領域Ｒ１毎に二度積分することで、加速度センサ４の高さ位置を表す高さ位置波形Ｔを求める（ステップＳ１３）。
次いで、制御部８は、各第一分割領域Ｒ１内にある高さ位置波形Ｔの極大値Ｔｍａｘを示すタイミングを基準タイミング（第一基準タイミング）として時間軸を分割する。図５では、極大値Ｔｍａｘに基づいて線Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６で時間軸を分割している。この線Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６を歩の切れ目（例えば奇数歩目と偶数歩目の境界）に設定する（ステップＳ１４）。この線Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６で分割された領域を第二分割領域と称す。なお、説明の便宜上、以下においては、連続する二つの第二分割領域のうち、先(時間的に前)の方を「先の第二分割領域Ｒ２１」とし、後（時間的に後）の方を「後の第二分割領域Ｒ２２」とする。
次いで、制御部８は、各第一分割領域Ｒ１内にある高さ位置波形Ｔの極大値Ｔｍａｘを示すタイミングを基準タイミング（第一基準タイミング）として時間軸を分割する。図５では、極大値Ｔｍａｘに基づいて線Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６で時間軸を分割している。この線Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６を歩の切れ目（例えば奇数歩目と偶数歩目の境界）に設定する（ステップＳ１４）。この線Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６で分割された領域を第二分割領域と称す。なお、説明の便宜上、以下においては、連続する二つの第二分割領域のうち、先(時間的に前)の方を「先の第二分割領域Ｒ２１」とし、後（時間的に後）の方を「後の第二分割領域Ｒ２２」とする。
次いで、制御部８は、各第二分割領域Ｒ２１，Ｒ２２のうち前半部分（例えば歩の切れ目（線Ｐ４，Ｐ５）から、平滑化後の上下方向の加速度信号ＡｃｃＺ２の波形の極大値位置（線Ｐ２，Ｐ３））内において、前後方向の加速度信号（第１加速度信号）ＡｃｃＹの波形の正の極大値を探索する（ステップＳ１５）。
図５では、先の第二分割領域Ｒ２１に正の極大値Ｙｍａｘが一つあり、後の第二分割領域Ｒ２２に正の極大値Ｙｍａｘが二つある場合を例示している。
図５では、先の第二分割領域Ｒ２１に正の極大値Ｙｍａｘが一つあり、後の第二分割領域Ｒ２２に正の極大値Ｙｍａｘが二つある場合を例示している。
次いで、制御部８は、各第二分割領域Ｒ２１，Ｒ２２の前半部分にある正の極大値Ｙｍａｘが一つであるか否かを判断し、一つである場合にはその正の極大値Ｙｍａｘを特定しステップＳ１８に移行し、二つ以上である場合にはステップＳ１７に移行する（ステップＳ１６）。
ここで、着地時においてはその着地動作による衝撃によって減速するために、前後方向の加速度信号ＡｃｃＹの波形には正の値にピーク（極大値）が生じることになる。この正の極大値Ｙｍａｘが、進行方向に対して減速を示す極値である。
しかし、走り方や速度によっては同様のピークが複数生じることもある。換言すると、着地時においては前後方向の加速度信号ＡｃｃＹの波形に少なくとも一つは正の極大値が生じることになる。このため、ステップＳ１６では、正の極大値が一つであるか否かを判断している。なお、本実施形態では、前後方向の加速度信号ＡｃｃＹは、進行方向逆向きを正とし、進行方向を負としているため、前後方向の加速度信号ＡｃｃＹの波形における減速を示す極値が正の極大値Ｙｍａｘとなっているが、正負が逆の場合は減速を示す極値が負の極小値となる。
ここで、着地時においてはその着地動作による衝撃によって減速するために、前後方向の加速度信号ＡｃｃＹの波形には正の値にピーク（極大値）が生じることになる。この正の極大値Ｙｍａｘが、進行方向に対して減速を示す極値である。
しかし、走り方や速度によっては同様のピークが複数生じることもある。換言すると、着地時においては前後方向の加速度信号ＡｃｃＹの波形に少なくとも一つは正の極大値が生じることになる。このため、ステップＳ１６では、正の極大値が一つであるか否かを判断している。なお、本実施形態では、前後方向の加速度信号ＡｃｃＹは、進行方向逆向きを正とし、進行方向を負としているため、前後方向の加速度信号ＡｃｃＹの波形における減速を示す極値が正の極大値Ｙｍａｘとなっているが、正負が逆の場合は減速を示す極値が負の極小値となる。
ステップＳ１７では、制御部８は、左右方向の加速度信号ＡｃｃＸの波形に基づいて複数の正の極大値Ｙｍａｘから一つ特定する。例えば、走行による着地時においては、片足だけが着地することになるため、上体は左右方向に傾くことになる。このとき、無意識のうちに体勢を整えるために、左右方向に上体が揺れ動くことになる。つまり、左右方向の加速度信号ＡｃｃＸの波形においては、着地時に左右のブレを示す波形が現れることになる。この波形を基にすれば、着地時を特定することが可能である。
具体的には、制御部８は、後の第二分割領域Ｒ２２の前半部分内において、所定間隔内に左右方向の加速度信号ＡｃｃＸの波形の極値Ｘｍ１，Ｘｍ２，Ｘｍ３が三つ存在し、なおかつ当該三つの極値Ｘｍ１，Ｘｍ２，Ｘｍ３のうち隣接する極値Ｘｍ１，Ｘｍ２，Ｘｍ３の差分が所定値以上であると、左右のブレを示す波形として認定する。そして、制御部８は三つの極値Ｘｍ１，Ｘｍ２，Ｘｍ３のうち最初に発生した極値Ｘｍ１に近い正の極大値Ｙｍａｘを特定する。
なお、「所定間隔」や、「所定値」については、実験やシミュレーションなどにより得られた値が用いられる。具体的には所定間隔としては４０〜１００ｍｓの範囲に収まる値が好ましく、７０ｍｓがより好ましい。また、所定値としては５〜１５ｍ/ｓ２の範囲に収まる値が好ましく、１０ｍ/ｓ２がより好ましい。
具体的には、制御部８は、後の第二分割領域Ｒ２２の前半部分内において、所定間隔内に左右方向の加速度信号ＡｃｃＸの波形の極値Ｘｍ１，Ｘｍ２，Ｘｍ３が三つ存在し、なおかつ当該三つの極値Ｘｍ１，Ｘｍ２，Ｘｍ３のうち隣接する極値Ｘｍ１，Ｘｍ２，Ｘｍ３の差分が所定値以上であると、左右のブレを示す波形として認定する。そして、制御部８は三つの極値Ｘｍ１，Ｘｍ２，Ｘｍ３のうち最初に発生した極値Ｘｍ１に近い正の極大値Ｙｍａｘを特定する。
なお、「所定間隔」や、「所定値」については、実験やシミュレーションなどにより得られた値が用いられる。具体的には所定間隔としては４０〜１００ｍｓの範囲に収まる値が好ましく、７０ｍｓがより好ましい。また、所定値としては５〜１５ｍ/ｓ２の範囲に収まる値が好ましく、１０ｍ/ｓ２がより好ましい。
次いで、制御部８は、特定した正の極大値Ｙｍａｘの位置（時間）を着地タイミングとして設定し（ステップＳ１８）、着地タイミング設定処理を終了する。
次に、上記の測定処理における離地タイミング設定処理（ステップＳ３）の詳細について説明する。
図６は、離地タイミング設定処理の流れを示すフローチャートである。
図７、図９、図１０は、前後方向、及び上下方向の加速度信号の波形の一部分を例示的に抜き出して示すグラフである。
図８は、図７に示すグラフのうち、２８．９秒から２９．１秒の間の一部分を拡大したグラフである。
以下の説明では、離地タイミング設定処理に加速度信号の波形がどう用いられているかを、図７〜図１０を参照して説明する。また、本実施形態では、図７〜図１０に示す部分にのみ離地タイミング設定処理が施される場合を例示して説明するが、離地タイミング設定処理は、前後方向、及び上下方向それぞれの加速度信号の波形の全体を対象として実行される。
図６は、離地タイミング設定処理の流れを示すフローチャートである。
図７、図９、図１０は、前後方向、及び上下方向の加速度信号の波形の一部分を例示的に抜き出して示すグラフである。
図８は、図７に示すグラフのうち、２８．９秒から２９．１秒の間の一部分を拡大したグラフである。
以下の説明では、離地タイミング設定処理に加速度信号の波形がどう用いられているかを、図７〜図１０を参照して説明する。また、本実施形態では、図７〜図１０に示す部分にのみ離地タイミング設定処理が施される場合を例示して説明するが、離地タイミング設定処理は、前後方向、及び上下方向それぞれの加速度信号の波形の全体を対象として実行される。
図６に示すように、離地タイミング設定処理が実行されると、制御部８は、先ず、前後方向の加速度信号（第１加速度信号）ＡｃｃＹに対して移動平均を用いた平滑化処理を行う（ステップＳ２１）。
具体的には、制御部８は、前後方向の加速度信号ＡｃｃＹに対して、タップ数が１１〜１５（ここで、タップ数はサンプリング周波数が２００Ｈｚであって、サンプリング周期が５ｍｓである場合のサンプル数であって、移動平均を算出する期間が対象とする信号の前後２５〜３５ｍｓの期間（第１期間）である場合に対応する）の三角移動平均（第一の移動平均）を算出し、当該三角移動平均による平滑化処理後の第１信号（以下、ＦＡｃｃＹ_２と称す）を求めるとともに、タップ数が３〜５（タップ数はサンプリング周波数が２００Ｈｚである場合のサンプル数であって、移動平均を算出する期間が対象とする信号の前後５〜１０ｍｓの期間（第２期間）である場合に対応する）の三角移動平均（第二の移動平均）を算出し、当該三角移動平均による平滑化処理後の第２信号（以下、ＦＡｃｃＹ_１と称する）を求める。ここで、三角移動平均は対象とする信号のノイズを低減する効果を有するものであり、周知の手法である。この三角移動平均による平滑化処理においては、タップ数（サンプル数）を多くする程、信号が平滑化される効果が大きくなる。
具体的には、制御部８は、前後方向の加速度信号ＡｃｃＹに対して、タップ数が１１〜１５（ここで、タップ数はサンプリング周波数が２００Ｈｚであって、サンプリング周期が５ｍｓである場合のサンプル数であって、移動平均を算出する期間が対象とする信号の前後２５〜３５ｍｓの期間（第１期間）である場合に対応する）の三角移動平均（第一の移動平均）を算出し、当該三角移動平均による平滑化処理後の第１信号（以下、ＦＡｃｃＹ_２と称す）を求めるとともに、タップ数が３〜５（タップ数はサンプリング周波数が２００Ｈｚである場合のサンプル数であって、移動平均を算出する期間が対象とする信号の前後５〜１０ｍｓの期間（第２期間）である場合に対応する）の三角移動平均（第二の移動平均）を算出し、当該三角移動平均による平滑化処理後の第２信号（以下、ＦＡｃｃＹ_１と称する）を求める。ここで、三角移動平均は対象とする信号のノイズを低減する効果を有するものであり、周知の手法である。この三角移動平均による平滑化処理においては、タップ数（サンプル数）を多くする程、信号が平滑化される効果が大きくなる。
次いで、制御部８は、変数ｎを、サンプリング周期（例えば、５ｍｓ）毎のサンプリングタイミングに、時間の経過に応じて順次付した番号として、第二分割領域（上述の図５における線Ｐ４、Ｐ５間、又は、線Ｐ５、Ｐ６間の第二分割領域と同様に設定される領域であり、図７の線Ｌ１，Ｌ２間の領域）のうちの後半部分において、ＦＡｃｃＹ_２が負から正、すなわち加速から減速へと変化するタイミング（プラスゼロクロスタイミング；ｎ＝ＺＣ）を探索する（ステップＳ２２）。そして、制御部８は、探索して取得した上記タイミング（ＺＣ）を第二基準タイミングとして設定する。図７〜図１０では、第二基準タイミングを線ＬＺＣで示している。
ここで、プラスゼロクロスタイミング（ＺＣ）を探索するに際して、図８の破線の丸で囲った領域に示すように、離地前にも、ＡｃｃＹの値がノイズや体の動き方によって負から正に急峻に変化するタイミングが発生してしまう場合がある。そして、タップ数が比較的小さいＦＡｃｃＹ_１ではこの急峻な変化が残っていて、同様に負から正に急峻に変化する。これに対して、図８に示すように、タップ数が比較的大きいＦＡｃｃＹ_２では、ＡｃｃＹやＦＡｃｃＹ_１では負から正に急峻に変化する場合であっても、この急峻な変化が緩和されて、負から正に変化するタイミングは現れないようになる。そこで、本実施形態では、タップ数を比較的大きくしたＦＡｃｃＹ_２を用いることによって、プラスゼロクロスタイミング（ＺＣ）を適正に探索することができるようにしている。なお、上記のタップ数はサンプリング周波数が２００Ｈｚでサンプリング周期が５ｍｓの場合であり、タップ数は加速度信号のサンプリング周波数によって変化する。また、サンプリング数、サンプリング期間は上記の値に限定されるものではなく、上記の値の近傍であればよい。
ここで、プラスゼロクロスタイミング（ＺＣ）を探索するに際して、図８の破線の丸で囲った領域に示すように、離地前にも、ＡｃｃＹの値がノイズや体の動き方によって負から正に急峻に変化するタイミングが発生してしまう場合がある。そして、タップ数が比較的小さいＦＡｃｃＹ_１ではこの急峻な変化が残っていて、同様に負から正に急峻に変化する。これに対して、図８に示すように、タップ数が比較的大きいＦＡｃｃＹ_２では、ＡｃｃＹやＦＡｃｃＹ_１では負から正に急峻に変化する場合であっても、この急峻な変化が緩和されて、負から正に変化するタイミングは現れないようになる。そこで、本実施形態では、タップ数を比較的大きくしたＦＡｃｃＹ_２を用いることによって、プラスゼロクロスタイミング（ＺＣ）を適正に探索することができるようにしている。なお、上記のタップ数はサンプリング周波数が２００Ｈｚでサンプリング周期が５ｍｓの場合であり、タップ数は加速度信号のサンプリング周波数によって変化する。また、サンプリング数、サンプリング期間は上記の値に限定されるものではなく、上記の値の近傍であればよい。
次いで、制御部８は、第二分割領域（図７の線Ｌ１，Ｌ２で分割された領域）のうちの後半部分において、ＦＡｃｃＹ_２が極大値となるタイミング（ＬＭＸ）を探索する（ステップＳ２３）。そして、制御部８は、上記タイミング（ＬＭＸ）を第三基準タイミングとして設定する。図７〜図１０では、第三基準タイミングを線ＬＬＭＸで示している。
次いで、制御部８は、第二基準タイミングと第三基準タイミングとの間、すなわち線ＬＺＣ，ＬＬＭＸで分割された探索期間において、先ず、第二基準タイミングから１サンプリング周期後のサンプリングタイミング（ｎ＝ＺＣ＋１、ステップＳ２４）から第三基準タイミング（ＬＭＸ）の間のサンプリング周期毎のＦＡｃｃＹ_１の値の、ＦＡｃｃＹ_１の１サンプリング周期前の値に対する差分（ＦＡｃｃＹ_１（ｎ）−ＦＡｃｃＹ_１（ｎ−１））を算出し、当該差分の値が予め定められた閾値ＴＨ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。ここで、ステップＳ２５の閾値処理は、例えば、ノイズや体の固有の動き等の影響によって、第二基準タイミングの後、極大値が一気に現れる場合や、途中で変曲点が見られる波形の後に極大値が現れる場合に、離地タイミングを正確に特定できるようにすることを目的としてなされている。また、当該閾値処理では、ＡｃｃＹのデータに含まれているノイズの影響を抑制するため、ＦＡｃｃＹ_１を用いている。ここで、閾値ＴＨは、０ｍ／ｓ２に近い値（例えば、０．５ｍ／ｓ２）とする。なお、閾値ＴＨは、ＦＡｃｃＹ_１の極大値に応じて段階的に設定しても良い。例えば、ＦＡｃｃＹ_１の極大値が５ｍ／ｓ２未満の場合は０．５ｍ／ｓ２とし、当該極大値が５ｍ／ｓ２以上の場合は１．０ｍ／ｓ２とする。
ステップＳ２５において、上記差分が閾値ＴＨ未満でないと判定された場合（ステップＳ２５；ＮＯ）、制御部８は、上記変数ｎを１インクリメントし（ステップＳ２６）、このときの変数ｎが示すサンプリングタイミングが第三基準タイミング（ＬＭＸ）であるか否かを判定する（ステップＳ２７）。
ステップＳ２７において、このときの変数ｎが示すサンプリングタイミングが第三基準タイミング（ＬＭＸ）でないと判定された場合（ステップＳ２７；ＮＯ）、ステップＳ２５へ戻り、制御部８は、ステップＳ２５以降の処理を繰り返し行う。
一方、ステップＳ２７において、このときの変数ｎが示すサンプリングタイミングが第三基準タイミング（ＬＭＸ）であると判定された場合（ステップＳ２７；ＹＥＳ）、すなわち、第二基準タイミング（ＺＣ）と第三基準タイミング（ＬＭＸ）との間において、上記差分が閾値ＴＨ未満であるという条件が満たされなかった場合、制御部８は、図９に示すように、当該第三基準タイミング（ＬＭＸ）を離地タイミングとして設定し（ステップＳ２８）、離地タイミング設定処理を終了する。
ステップＳ２７において、このときの変数ｎが示すサンプリングタイミングが第三基準タイミング（ＬＭＸ）でないと判定された場合（ステップＳ２７；ＮＯ）、ステップＳ２５へ戻り、制御部８は、ステップＳ２５以降の処理を繰り返し行う。
一方、ステップＳ２７において、このときの変数ｎが示すサンプリングタイミングが第三基準タイミング（ＬＭＸ）であると判定された場合（ステップＳ２７；ＹＥＳ）、すなわち、第二基準タイミング（ＺＣ）と第三基準タイミング（ＬＭＸ）との間において、上記差分が閾値ＴＨ未満であるという条件が満たされなかった場合、制御部８は、図９に示すように、当該第三基準タイミング（ＬＭＸ）を離地タイミングとして設定し（ステップＳ２８）、離地タイミング設定処理を終了する。
また、ステップＳ２５において、上記差分が閾値ＴＨ未満であると判定された場合（ステップＳ２５；ＹＥＳ）、制御部８は、このときの変数ｎが示すサンプリングタイミングにおける上下方向の加速度信号ＡｃｃＺの値が所定値Ｃ１未満であり、且つ、ＦＡｃｃＹ_１の値が特定値Ｃ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ２９）。
ステップＳ２９の判定処理でＡｃｃＺの値が所定値Ｃ１未満であるか否かを判定しているのは、足が地面に設置している間は、ＡｃｃＺの値が正側すなわち上向きになっており、ＡｃｃＺの値が所定値Ｃ１以上である場合（例えば、図９の破線の丸で囲った領域参照）は、足はまだ地面に接していると想定されるためである。ここで、所定値Ｃ１は、重力加速度９．８０６６５ｍ／ｓ２よりも若干大きい値（例えば、１２ｍ／ｓ２）とする。
また、ステップＳ２９の判定処理でＦＡｃｃＹ_１の値が特定値Ｃ２以上であるか否かを判定しているのは、ＦＡｃｃＹ_１の極大値に対して、ＦＡｃｃＹ_１の値が非常に小さい場合（図１０の破線の丸で囲った領域参照）は、そのタイミングにおいてＡｃｃＹの上昇率が０になっていたとしても、まだ足が地面から離れていないと想定されるためであり、離地タイミングでは、比較的大きな速度の変化（減少）が生じると想定されるためである。ここで、特定値Ｃ２は、第二基準タイミング（ＺＣ）から第二分割領域の後端（例えば、図７の線Ｌ２参照）までの範囲におけるＦＡｃｃＹ_１の値の最大値に所定の係数（例えば、４０〜６０％）を掛けた値とする。
ステップＳ２９の判定処理でＡｃｃＺの値が所定値Ｃ１未満であるか否かを判定しているのは、足が地面に設置している間は、ＡｃｃＺの値が正側すなわち上向きになっており、ＡｃｃＺの値が所定値Ｃ１以上である場合（例えば、図９の破線の丸で囲った領域参照）は、足はまだ地面に接していると想定されるためである。ここで、所定値Ｃ１は、重力加速度９．８０６６５ｍ／ｓ２よりも若干大きい値（例えば、１２ｍ／ｓ２）とする。
また、ステップＳ２９の判定処理でＦＡｃｃＹ_１の値が特定値Ｃ２以上であるか否かを判定しているのは、ＦＡｃｃＹ_１の極大値に対して、ＦＡｃｃＹ_１の値が非常に小さい場合（図１０の破線の丸で囲った領域参照）は、そのタイミングにおいてＡｃｃＹの上昇率が０になっていたとしても、まだ足が地面から離れていないと想定されるためであり、離地タイミングでは、比較的大きな速度の変化（減少）が生じると想定されるためである。ここで、特定値Ｃ２は、第二基準タイミング（ＺＣ）から第二分割領域の後端（例えば、図７の線Ｌ２参照）までの範囲におけるＦＡｃｃＹ_１の値の最大値に所定の係数（例えば、４０〜６０％）を掛けた値とする。
ステップＳ２９において、上記判定条件を満たしていないと判定された場合（ステップＳ２９；ＮＯ）、ステップＳ２６へ移行し、制御部８は、それ以降の処理を行う。
一方、ステップＳ２９において、上記判定条件を満たしていると判定された場合（ステップＳ２９；ＹＥＳ）、制御部８は、このときの変数ｎが示すサンプリングタイミング（図８及び図１０参照）を離地タイミングとして設定し（ステップＳ３０）、離地タイミング設定処理を終了する。
一方、ステップＳ２９において、上記判定条件を満たしていると判定された場合（ステップＳ２９；ＹＥＳ）、制御部８は、このときの変数ｎが示すサンプリングタイミング（図８及び図１０参照）を離地タイミングとして設定し（ステップＳ３０）、離地タイミング設定処理を終了する。
上述したように、制御部８は、着地タイミング設定処理（ステップＳ１）、最下点タイミングの設定処理（ステップＳ２）、離地タイミング設定処理（ステップＳ３）、及び最高点タイミングの設定処理（ステップＳ４）を実行することにより、例えば、図１１に示すように、一方の足が地面に触れた接地時（着地タイミング）、この足の接地中に腰が最も低い位置を通過した最下点時（最下点タイミング）、この足が地面から離れた離地時（離地タイミング）、及び、この足が地面から離れた後、腰が最も高い位置を通過した最高点時（最高点タイミング）、並びに、逆の足が地面に触れた逆足接地時（着地タイミング）、この足の接地中に腰が最も低い位置を通過した逆足最下点時（最下点タイミング）、この足が地面から離れた逆足離地時（離地タイミング）、及び、この足が地面から離れた後、腰が最も高い位置を通過した逆足最高点時（最高点タイミング）を検出することができる。
次に、本実施形態の測定装置１による接地時間の算出の精度を検証するため、本実施形態による接地時間の算出値と、フォースプレートにより測定された接地時間、及びオプトジャンプ（登録商標）光学測定装置により測定された接地時間とを比較した結果を、図１２及び図１３を用いて説明する。ここで、フォースプレートとは、歩行や走行など動作の力学的計測を行う装置である。また、オプトジャンプ（登録商法）光学測定装置（以下、光学測定装置と称する）とは、走行路に沿って一定間隔で設けられた、走行路に直交する方向に光を照射する複数の送信部と、送信部から照射された光を受ける複数の受信部と、を有して、当該光の遮断(接地)と接続(離地)を感知する装置である。
図１２は、フォースプレートにより測定された接地時間と本実施形態の測定装置１により算出された接地時間の散布図を示している。なお、図中の［Cor］は相関係数、［MeanErr］は平均誤差、［MAE］は平均絶対誤差、［ErrStd］は誤差の標準偏差を表している。
図１２に示すように、接地時間の相関係数［Cor］は０．８９６であり、本実施形態の測定装置１により算出された接地時間において高い相関が認められた。
また、フォースプレートにより測定された接地時間と、本実施形態の測定装置１とは離地タイミングの設定方法が異なる従来の測定装置により算出された接地時間と、の相関係数は０．８５６であり、本実施形態の測定装置１により算出された接地時間は、従来に比べて、より高い相関が得られて測定精度が向上しているといえる。
ここで、従来の測定装置は、着地タイミングの設定方法に関しては、本実施形態の測定装置１と同じ方法を採用している。一方、離地タイミングに関しては、第二分割領域（図７の線Ｌ１，Ｌ２で分割された領域）のうちの後半部分で、前後方向の加速度信号ＡｃｃＹの値が負から正、つまり加速から減速へと変化した後の前後方向の加速度信号ＡｃｃＹの波形における最初の正の極大値を探索し、当該最初の正の極大値が存在した場合には、その位置（時間）を離地タイミングとする一方、最初の正の極大値が存在しなかった場合には、第二分割領域の９２〜９７％の範囲に収まる所定地点を離地タイミングとしている。
つまり、本実施形態の測定装置１と従来の測定装置とでは、接地時間を算出する際、離地タイミングの値だけが異なっていることから、接地時間の相関が従来に比べて高い本実施形態の測定装置１では離地タイミングの検出の精度が向上しているといえる。
図１２に示すように、接地時間の相関係数［Cor］は０．８９６であり、本実施形態の測定装置１により算出された接地時間において高い相関が認められた。
また、フォースプレートにより測定された接地時間と、本実施形態の測定装置１とは離地タイミングの設定方法が異なる従来の測定装置により算出された接地時間と、の相関係数は０．８５６であり、本実施形態の測定装置１により算出された接地時間は、従来に比べて、より高い相関が得られて測定精度が向上しているといえる。
ここで、従来の測定装置は、着地タイミングの設定方法に関しては、本実施形態の測定装置１と同じ方法を採用している。一方、離地タイミングに関しては、第二分割領域（図７の線Ｌ１，Ｌ２で分割された領域）のうちの後半部分で、前後方向の加速度信号ＡｃｃＹの値が負から正、つまり加速から減速へと変化した後の前後方向の加速度信号ＡｃｃＹの波形における最初の正の極大値を探索し、当該最初の正の極大値が存在した場合には、その位置（時間）を離地タイミングとする一方、最初の正の極大値が存在しなかった場合には、第二分割領域の９２〜９７％の範囲に収まる所定地点を離地タイミングとしている。
つまり、本実施形態の測定装置１と従来の測定装置とでは、接地時間を算出する際、離地タイミングの値だけが異なっていることから、接地時間の相関が従来に比べて高い本実施形態の測定装置１では離地タイミングの検出の精度が向上しているといえる。
図１３は、光学測定装置により測定された接地時間と本実施形態の測定装置１により算出された接地時間の散布図を示している。
図１３に示すように、接地時間の相関係数［Cor］は０．８９２であり、本実施形態の測定装置１により算出された接地時間において高い相関が認められた。
また、光学測定装置により算出された接地時間と、上述の従来の測定装置により算出された接地時間と、の相関係数は０．７５６であり、この場合においても、本実施形態の測定装置１により算出された接地時間は、従来に比べて、より高い相関が得られて測定精度が向上しているといえる。
つまり、図１３の散布図から導出された相関係数と、上述の従来の測定装置における相関係数と、の関係からしても接地時間の相関が従来に比べて高い本実施形態の測定装置１では離地タイミングの検出の精度が向上しているといえる。
図１３に示すように、接地時間の相関係数［Cor］は０．８９２であり、本実施形態の測定装置１により算出された接地時間において高い相関が認められた。
また、光学測定装置により算出された接地時間と、上述の従来の測定装置により算出された接地時間と、の相関係数は０．７５６であり、この場合においても、本実施形態の測定装置１により算出された接地時間は、従来に比べて、より高い相関が得られて測定精度が向上しているといえる。
つまり、図１３の散布図から導出された相関係数と、上述の従来の測定装置における相関係数と、の関係からしても接地時間の相関が従来に比べて高い本実施形態の測定装置１では離地タイミングの検出の精度が向上しているといえる。
以上のように、本実施形態によれば、加速度センサ４により得られた前後方向、上下方向それぞれの加速度信号の波形に基づいて離地タイミングが求められているので、走行時においても離地に関するデータの一つである離地タイミングを精度良く測定することができる。
また、離地タイミング設定処理におけるステップＳ２５及びステップＳ２９の判定条件を満たすサンプルが存在しなかった場合には、第三基準タイミング（ＬＭＸ）を離地タイミングとするので、かかる場合でも離地タイミングを推測して設定することができる。
また、前後方向の加速度信号ＡｃｃＹに対して、タップ数を１５とする三角移動平均による平滑化処理を行い、当該処理後のＦＡｃｃＹ_２のデータを用いることによって、プラスゼロクロスタイミング（ＺＣ）を探索するに際して、ＡｃｃＹやＦＡｃｃＹ_１のデータから検出される離地前の瞬間的なプラスゼロクロスタイミングを除外することができ、適正なプラスゼロクロスタイミング（ＺＣ）を探索することができるようになる。
また、前後方向の加速度信号ＡｃｃＹに対して、タップ数を３とする三角移動平均による平滑化処理を行い、当該処理後のＦＡｃｃＹ_１のデータを用いることによって、離地タイミング設定処理のステップＳ２５の閾値処理において、例えば、ノイズや体の固有の動き等の影響によって、第二基準タイミングの後、極大値が一気に現れるタイミングや、途中で変曲点が見られる波形の後に極大値が現れるタイミングを離地タイミングの候補から除外することができる。
また、加速度センサ４により得られた前後方向、上下方向それぞれの加速度信号の波形に基づいて、足が地面に触れた着地タイミング、足の着地中に腰が最も低い位置を通過した最下点タイミング、及び、足が地面から離れた後、腰が最も高い位置を通過した最高点タイミングも求められているので、ランニング動作におけるサイクルの各曲面を好適に検出することができる。
なお、以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形が可能であることは言うまでもない。
例えば、上記実施形態では、予め取得された前後方向、左右方向、上下方向それぞれの加速度信号の波形に対して測定処理が施される場合を例示して説明したが、加速度信号を取得しながらリアルタイムで、あるいはほぼリアルタイムで測定処理を実行するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、制御部８が加速度センサ４とともに一体化されている場合を例示して説明したが、制御部は加速度センサ４と別体であってもよい。具体的には、加速度センサ４が取得した前後方向、左右方向、上下方向のそれぞれの加速度信号を外部の制御部に出力し、当該加速度信号及びその波形に基づいて算出部が着地、離地等に関するデータを算出するようにしてもよい。外部の制御部としては、例えばパソコンや携帯電話、スマートフォン、タブレット機器、リストバンド型端末などの情報端末が挙げられる。
また、上記実施形態では、人体（生体、ユーザ）の腰の角速度を所定時間毎に測定して角速度信号を出力する角速度センサを更に備え、制御部８は、角速度信号を積分することで、腰の回転量を表す回転角度の波形を求め、回転角度の波形に基づき、上述のランニング動作におけるサイクルの各局面の腰の回転量を導出するようにしても良い。
これにより、ランニング動作におけるサイクルの各局面に照らし、腰の回転量の変化を比較評価することができるようになる。
これにより、ランニング動作におけるサイクルの各局面に照らし、腰の回転量の変化を比較評価することができるようになる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲をその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
〔付記〕
＜請求項１＞
生体に装着され、前記生体の動きに対応する加速度を検出して前記加速度に対応する加速度信号を出力する加速度センサと、
前記生体が進行方向に移動しているときに前記加速度信号に基づいて、前記生体の足の動きに関する少なくとも一つの動作タイミングを取得する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記加速度信号に基づいて、前記進行方向の加速度信号を第１加速度信号として算出するとともに、上下方向の加速度信号を第２加速度信号として算出し、
前記第１加速度信号の第１期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第１信号と、前記第１加速度信号の前記第１期間より短い第２期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第２信号と、前記第２加速度信号を二度積分した第３信号と、を算出し、
前記第１信号、前記第２信号及び前記第３信号に基づいて、前記生体の足が離地したタイミングと推定される離地タイミングを前記動作タイミングとして取得することを特徴とする測定装置。
＜請求項２＞
前記第１期間は２５〜３５ｍｓ、前記第２期間は５〜１０ｍｓに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
＜請求項３＞
前記制御部は、前記加速度信号をサンプリングタイミング毎に取り込み、
前記第１信号における前記移動平均は、前記第１期間における複数の前記サンプリングタイミングでの前記加速度信号の値による三角移動平均であり、
前記第２信号における前記移動平均は、前記第２期間における複数の前記サンプリングタイミングでの前記加速度信号の値による三角移動平均であることを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。
＜請求項４＞
前記制御部は、
前記第３信号の時間軸に対する波形が極大値を示す複数の第一基準タイミングを抽出し、
隣接する２つの前記第一基準タイミング間の後半の期間内において、前記第１信号の値が前記進行方向の値から前記進行方向の逆方向の値となった第二基準タイミングと、前記第二基準タイミングより時間的に後で、前記第１信号の時間軸に対する波形が前記進行方向の逆方向で極大値を示す第三基準タイミングと、を抽出し、
前記第二基準タイミングと前記第三基準タイミングとの間を第１探索期間として、前記第２信号の値と、前記第２信号の値と前記第２加速度信号の値との相互関係と、に基づいて前記生体の足が離地したタイミングと推定される第１タイミングを前記第１探索期間において探索し、前記探索により前記第１タイミングが求められたとき、前記第１タイミングを前記離地タイミングとして取得することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の測定装置。
＜請求項５＞
前記制御部は、
前記第１探索期間に含まれる複数の前記サンプリングタイミングにおいて、第一条件、第二条件及び第三条件の全てを満たす特定のサンプリングタイミングを前記第１タイミングとして探索し、前記探索により求められた前記特定のサンプリングタイミングを前記離地タイミングとし、
前記第一条件は、前記特定のサンプリングタイミングでの前記第２信号の値と、当該特定のサンプリングタイミングから１サンプリングタイミングだけ前のサンプリングタイミングでの前記第２信号の値との差分が閾値より小さい値であることであり、前記第二条件は、前記特定のサンプリングタイミングでの前記第２加速度信号の値が所定値より小さい値であることであり、前記第三条件は、前記特定のサンプリングタイミングでの前記第２信号の値が、前記第１探索期間内での前記第２信号の値の最大値に所定の係数を掛けた特定値より大きい値であることであることを特徴とする請求項４に記載の測定装置。
＜請求項６＞
前記閾値は、０．５〜１．０ｍ／ｓ２に設定され、前記所定値は、重力加速度より大きい値に設定され、前記所定の係数は、０．４〜０．６の値に設定されていることを特徴とする請求項５に記載の測定装置。
＜請求項７＞
前記制御部は、前記第１探索期間における前記探索おいて、前記第１タイミングが求められなかったとき、前記第三基準タイミングを前記離地タイミングとして取得することを特徴とする請求項４乃至６の何れか一項に記載の測定装置。
＜請求項８＞
前記制御部は、
前記第２加速度信号に対し平滑化処理を行った第４信号を算出し、
前記第４信号の時間軸に対する波形が極大値を示す複数の第四基準タイミングを抽出し、
前記第一基準タイミングと、前記第一基準タイミングより時間的に後で、前記第一基準タイミングに最も近い前記第四タイミングとの間を第２探索期間とし、
前記第２探索期間において、前記第１加速度信号の時間軸に対する波形における前記進行方向に対する減速動作の極値のタイミングを探索し、前記探索により求められた前記極値のタイミングに基づく第２タイミングを、前記動作タイミングにおける、前記足が着地したタイミングと推定される着地タイミングとして取得し、
前記第３信号の前記波形が極小値を示すタイミングを、前記動作タイミングにおける、前記足の着地中に前記生体の腰が最も低い位置となった最下点タイミングとして取得し、
前記第一基準タイミングを、前記動作タイミングにおける、前記足が地面から離れた後に前記腰が最も高い位置となった最高点タイミングとして取得することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の測定装置。
＜請求項９＞
測定装置における測定方法であって、
前記測定装置は、生体に装着され、前記生体の動きに対応する加速度を検出して前記加速度に対応する加速度信号を出力する加速度センサを有し、
前記加速度信号に基づいて、前記進行方向の加速度信号を第１加速度信号として算出するとともに、上下方向の加速度信号を第２加速度信号として算出し、
前記第１加速度信号の第１期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第１信号と、前記第１加速度信号の前記第１期間より短い第２期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第２信号と、前記第２加速度信号を二度積分した第３信号と、を算出し、
前記第１信号、前記第２信号及び前記第３信号に基づいて、前記生体の足が離地したタイミングと推定される離地タイミングを前記動作タイミングとして取得することを特徴とする測定方法。
＜請求項１０＞
測定装置における測定プログラムであって、
前記測定装置は、生体に装着され、前記生体の動きに対応する加速度を検出して前記加速度に対応加速度信号を出力する加速度センサを有し、
前記加速度信号に基づいて、前記進行方向の加速度信号を第１加速度信号として算出させるとともに、上下方向の加速度信号を第２加速度信号として算出させ、
前記第１加速度信号の第１期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第１信号と、前記第１加速度信号の前記第１期間より短い第２期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第２信号と、前記第２加速度信号を二度積分した第３信号と、を算出させ、
前記第１信号、前記第２信号及び前記第３信号に基づいて、前記生体の足が離地したタイミングと推定される離地タイミングを前記動作タイミングとして取得させることを特徴とする測定プログラム。
＜請求項１＞
生体に装着され、前記生体の動きに対応する加速度を検出して前記加速度に対応する加速度信号を出力する加速度センサと、
前記生体が進行方向に移動しているときに前記加速度信号に基づいて、前記生体の足の動きに関する少なくとも一つの動作タイミングを取得する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記加速度信号に基づいて、前記進行方向の加速度信号を第１加速度信号として算出するとともに、上下方向の加速度信号を第２加速度信号として算出し、
前記第１加速度信号の第１期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第１信号と、前記第１加速度信号の前記第１期間より短い第２期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第２信号と、前記第２加速度信号を二度積分した第３信号と、を算出し、
前記第１信号、前記第２信号及び前記第３信号に基づいて、前記生体の足が離地したタイミングと推定される離地タイミングを前記動作タイミングとして取得することを特徴とする測定装置。
＜請求項２＞
前記第１期間は２５〜３５ｍｓ、前記第２期間は５〜１０ｍｓに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
＜請求項３＞
前記制御部は、前記加速度信号をサンプリングタイミング毎に取り込み、
前記第１信号における前記移動平均は、前記第１期間における複数の前記サンプリングタイミングでの前記加速度信号の値による三角移動平均であり、
前記第２信号における前記移動平均は、前記第２期間における複数の前記サンプリングタイミングでの前記加速度信号の値による三角移動平均であることを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。
＜請求項４＞
前記制御部は、
前記第３信号の時間軸に対する波形が極大値を示す複数の第一基準タイミングを抽出し、
隣接する２つの前記第一基準タイミング間の後半の期間内において、前記第１信号の値が前記進行方向の値から前記進行方向の逆方向の値となった第二基準タイミングと、前記第二基準タイミングより時間的に後で、前記第１信号の時間軸に対する波形が前記進行方向の逆方向で極大値を示す第三基準タイミングと、を抽出し、
前記第二基準タイミングと前記第三基準タイミングとの間を第１探索期間として、前記第２信号の値と、前記第２信号の値と前記第２加速度信号の値との相互関係と、に基づいて前記生体の足が離地したタイミングと推定される第１タイミングを前記第１探索期間において探索し、前記探索により前記第１タイミングが求められたとき、前記第１タイミングを前記離地タイミングとして取得することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の測定装置。
＜請求項５＞
前記制御部は、
前記第１探索期間に含まれる複数の前記サンプリングタイミングにおいて、第一条件、第二条件及び第三条件の全てを満たす特定のサンプリングタイミングを前記第１タイミングとして探索し、前記探索により求められた前記特定のサンプリングタイミングを前記離地タイミングとし、
前記第一条件は、前記特定のサンプリングタイミングでの前記第２信号の値と、当該特定のサンプリングタイミングから１サンプリングタイミングだけ前のサンプリングタイミングでの前記第２信号の値との差分が閾値より小さい値であることであり、前記第二条件は、前記特定のサンプリングタイミングでの前記第２加速度信号の値が所定値より小さい値であることであり、前記第三条件は、前記特定のサンプリングタイミングでの前記第２信号の値が、前記第１探索期間内での前記第２信号の値の最大値に所定の係数を掛けた特定値より大きい値であることであることを特徴とする請求項４に記載の測定装置。
＜請求項６＞
前記閾値は、０．５〜１．０ｍ／ｓ２に設定され、前記所定値は、重力加速度より大きい値に設定され、前記所定の係数は、０．４〜０．６の値に設定されていることを特徴とする請求項５に記載の測定装置。
＜請求項７＞
前記制御部は、前記第１探索期間における前記探索おいて、前記第１タイミングが求められなかったとき、前記第三基準タイミングを前記離地タイミングとして取得することを特徴とする請求項４乃至６の何れか一項に記載の測定装置。
＜請求項８＞
前記制御部は、
前記第２加速度信号に対し平滑化処理を行った第４信号を算出し、
前記第４信号の時間軸に対する波形が極大値を示す複数の第四基準タイミングを抽出し、
前記第一基準タイミングと、前記第一基準タイミングより時間的に後で、前記第一基準タイミングに最も近い前記第四タイミングとの間を第２探索期間とし、
前記第２探索期間において、前記第１加速度信号の時間軸に対する波形における前記進行方向に対する減速動作の極値のタイミングを探索し、前記探索により求められた前記極値のタイミングに基づく第２タイミングを、前記動作タイミングにおける、前記足が着地したタイミングと推定される着地タイミングとして取得し、
前記第３信号の前記波形が極小値を示すタイミングを、前記動作タイミングにおける、前記足の着地中に前記生体の腰が最も低い位置となった最下点タイミングとして取得し、
前記第一基準タイミングを、前記動作タイミングにおける、前記足が地面から離れた後に前記腰が最も高い位置となった最高点タイミングとして取得することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の測定装置。
＜請求項９＞
測定装置における測定方法であって、
前記測定装置は、生体に装着され、前記生体の動きに対応する加速度を検出して前記加速度に対応する加速度信号を出力する加速度センサを有し、
前記加速度信号に基づいて、前記進行方向の加速度信号を第１加速度信号として算出するとともに、上下方向の加速度信号を第２加速度信号として算出し、
前記第１加速度信号の第１期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第１信号と、前記第１加速度信号の前記第１期間より短い第２期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第２信号と、前記第２加速度信号を二度積分した第３信号と、を算出し、
前記第１信号、前記第２信号及び前記第３信号に基づいて、前記生体の足が離地したタイミングと推定される離地タイミングを前記動作タイミングとして取得することを特徴とする測定方法。
＜請求項１０＞
測定装置における測定プログラムであって、
前記測定装置は、生体に装着され、前記生体の動きに対応する加速度を検出して前記加速度に対応加速度信号を出力する加速度センサを有し、
前記加速度信号に基づいて、前記進行方向の加速度信号を第１加速度信号として算出させるとともに、上下方向の加速度信号を第２加速度信号として算出させ、
前記第１加速度信号の第１期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第１信号と、前記第１加速度信号の前記第１期間より短い第２期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第２信号と、前記第２加速度信号を二度積分した第３信号と、を算出させ、
前記第１信号、前記第２信号及び前記第３信号に基づいて、前記生体の足が離地したタイミングと推定される離地タイミングを前記動作タイミングとして取得させることを特徴とする測定プログラム。
１ 測定装置
２ 本体部
３ ベルト部
４ 加速度センサ
５ 通信部
６ 表示部
７ 操作部
８ 制御部
２ 本体部
３ ベルト部
４ 加速度センサ
５ 通信部
６ 表示部
７ 操作部
８ 制御部
Claims (10)
- 生体に装着され、前記生体の動きに対応する加速度を検出して前記加速度に対応する加速度信号を出力する加速度センサと、
前記生体が進行方向に移動しているときに前記加速度信号に基づいて、前記生体の足の動きに関する少なくとも一つの動作タイミングを取得する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記加速度信号に基づいて、前記進行方向の加速度信号を第１加速度信号として算出するとともに、上下方向の加速度信号を第２加速度信号として算出し、
前記第１加速度信号の第１期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第１信号と、前記第１加速度信号の前記第１期間より短い第２期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第２信号と、前記第２加速度信号を二度積分した第３信号と、を算出し、
前記第１信号、前記第２信号及び前記第３信号に基づいて、前記生体の足が離地したタイミングと推定される離地タイミングを前記動作タイミングとして取得することを特徴とする測定装置。 - 前記第１期間は２５〜３５ｍｓ、前記第２期間は５〜１０ｍｓに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
- 前記制御部は、前記加速度信号をサンプリングタイミング毎に取り込み、
前記第１信号における前記移動平均は、前記第１期間における複数の前記サンプリングタイミングでの前記加速度信号の値による三角移動平均であり、
前記第２信号における前記移動平均は、前記第２期間における複数の前記サンプリングタイミングでの前記加速度信号の値による三角移動平均であることを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。 - 前記制御部は、
前記第３信号の時間軸に対する波形が極大値を示す複数の第一基準タイミングを抽出し、
隣接する２つの前記第一基準タイミング間の後半の期間内において、前記第１信号の値が前記進行方向の値から前記進行方向の逆方向の値となった第二基準タイミングと、前記第二基準タイミングより時間的に後で、前記第１信号の時間軸に対する波形が前記進行方向の逆方向で極大値を示す第三基準タイミングと、を抽出し、
前記第二基準タイミングと前記第三基準タイミングとの間を第１探索期間として、前記第２信号の値と、前記第２信号の値と前記第２加速度信号の値との相互関係と、に基づいて前記生体の足が離地したタイミングと推定される第１タイミングを前記第１探索期間において探索し、前記探索により前記第１タイミングが求められたとき、前記第１タイミングを前記離地タイミングとして取得することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の測定装置。 - 前記制御部は、
前記第３信号の時間軸に対する波形が極大値を示す複数の第一基準タイミングを抽出し、
隣接する２つの前記第一基準タイミング間の後半の期間内において、前記第１信号の値が前記進行方向の値から前記進行方向の逆方向の値となった第二基準タイミングと、前記第二基準タイミングより時間的に後で、前記第１信号の時間軸に対する波形が前記進行方向の逆方向で極大値を示す第三基準タイミングと、を抽出し、
前記第二基準タイミングと前記第三基準タイミングとの間を第１探索期間として、前記第２信号の値と、前記第２信号の値と前記第２加速度信号の値との相互関係と、に基づいて前記生体の足が離地したタイミングと推定される第１タイミングを前記第１探索期間において探索し、前記探索により前記第１タイミングが求められたとき、前記第１タイミングを前記離地タイミングとして取得し、
前記第１探索期間に含まれる複数の前記サンプリングタイミングにおいて、第一条件、第二条件及び第三条件の全てを満たす特定のサンプリングタイミングを前記第１タイミングとして探索し、前記探索により求められた前記特定のサンプリングタイミングを前記離地タイミングとし、
前記第一条件は、前記特定のサンプリングタイミングでの前記第２信号の値と、当該特定のサンプリングタイミングから１サンプリングタイミングだけ前のサンプリングタイミングでの前記第２信号の値との差分が閾値より小さい値であることであり、前記第二条件は、前記特定のサンプリングタイミングでの前記第２加速度信号の値が所定値より小さい値であることであり、前記第三条件は、前記特定のサンプリングタイミングでの前記第２信号の値が、前記第１探索期間内での前記第２信号の値の最大値に所定の係数を掛けた特定値より大きい値であることであることを特徴とする請求項３に記載の測定装置。 - 前記閾値は、０．５〜１．０ｍ／ｓ２に設定され、前記所定値は、重力加速度より大きい値に設定され、前記所定の係数は、０．４〜０．６の値に設定されていることを特徴とする請求項５に記載の測定装置。
- 前記制御部は、前記第１探索期間における前記探索おいて、前記第１タイミングが求められなかったとき、前記第三基準タイミングを前記離地タイミングとして取得することを特徴とする請求項４乃至６の何れか一項に記載の測定装置。
- 前記制御部は、
前記第２加速度信号に対し平滑化処理を行った第４信号を算出し、
前記第４信号の時間軸に対する波形が極大値を示す複数の第四基準タイミングを抽出し、
前記第一基準タイミングと、前記第一基準タイミングより時間的に後で、前記第一基準タイミングに最も近い前記第四基準タイミングとの間を第２探索期間とし、
前記第２探索期間において、前記第１加速度信号の時間軸に対する波形における前記進行方向に対する減速動作の極値のタイミングを探索し、前記探索により求められた前記極値のタイミングに基づく第２タイミングを、前記動作タイミングにおける、前記足が着地したタイミングと推定される着地タイミングとして取得し、
前記第３信号の前記波形が極小値を示すタイミングを、前記動作タイミングにおける、前記足の着地中に前記生体の腰が最も低い位置となった最下点タイミングとして取得し、
前記第一基準タイミングを、前記動作タイミングにおける、前記足が地面から離れた後に前記腰が最も高い位置となった最高点タイミングとして取得することを特徴とする請求項４乃至７の何れか一項に記載の測定装置。 - 測定装置における測定方法であって、
前記測定装置は、生体に装着され、前記生体の動きに対応する加速度を検出して前記加速度に対応する加速度信号を出力する加速度センサと、前記生体が進行方向に移動しているときに前記加速度信号に基づいて、前記生体の足の動きに関する少なくとも一つの動作タイミングを取得する制御部と、を有し、
前記加速度信号に基づいて、前記進行方向の加速度信号を第１加速度信号として算出するとともに、上下方向の加速度信号を第２加速度信号として算出し、
前記第１加速度信号の第１期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第１信号と、前記第１加速度信号の前記第１期間より短い第２期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第２信号と、前記第２加速度信号を二度積分した第３信号と、を算出し、
前記第１信号、前記第２信号及び前記第３信号に基づいて、前記生体の足が離地したタイミングと推定される離地タイミングを前記動作タイミングとして取得することを特徴とする測定方法。 - 測定装置における測定プログラムであって、
前記測定装置は、生体に装着され、前記生体の動きに対応する加速度を検出して前記加速度に対応する加速度信号を出力する加速度センサと、前記生体が進行方向に移動しているときに前記加速度信号に基づいて、前記生体の足の動きに関する少なくとも一つの動作タイミングを取得する制御部と、を有し、
前記加速度信号に基づいて、前記進行方向の加速度信号を第１加速度信号として算出させるとともに、上下方向の加速度信号を第２加速度信号として算出させ、
前記第１加速度信号の第１期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第１信号と、前記第１加速度信号の前記第１期間より短い第２期間の移動平均を用いて前記第１加速度信号を平滑化した第２信号と、前記第２加速度信号を二度積分した第３信号と、を算出させ、
前記第１信号、前記第２信号及び前記第３信号に基づいて、前記生体の足が離地したタイミングと推定される離地タイミングを前記動作タイミングとして取得させることを特徴とする測定プログラム。
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| JP2016059469A JP6690343B2 (ja) | 2016-03-24 | 2016-03-24 | 測定装置、測定方法、及び測定プログラム |
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