JP2000213967A - 人体動作判別装置 - Google Patents

人体動作判別装置

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JP2000213967A
JP2000213967A JP11014406A JP1440699A JP2000213967A JP 2000213967 A JP2000213967 A JP 2000213967A JP 11014406 A JP11014406 A JP 11014406A JP 1440699 A JP1440699 A JP 1440699A JP 2000213967 A JP2000213967 A JP 2000213967A
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human body
acceleration sensor
acceleration
signal
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JP11014406A
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Tsutomu Ochiai
勉 落合
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AMUTEKKUSU KK
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AMUTEKKUSU KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 人間の動作の特徴を考慮した加速度信号の処
理を行うことにより、スポーツ中の運動強度のみなら
ず、装着者の特定の動作を正確に判別することができる
人体動作判別装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 基準データ設定手段２３を設けて、動作
認識の基準となるデータを装着者自身のデータから採取
するようするとともに、加速度の増減検出手段４３と正
負検出手段４１と絶対値測定手段４２とから成る特徴検
出手段２４を設けて、加速度波形データの特徴を検出
し、判別手段２６により、上記検出され特徴が予め設定
した基準動作の情報に似ているかどうかの動作判定を連
続的に行うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、人体に加速度計を
装着してその動作を検出し、装着者の特定の動作を判別
する人体動作判別装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、身体に装着して、装着者の運動量
を知るための装置としては万歩計がよく使われている
が、この万歩計は歩数の大雑把な計測が中心であり、ス
ポーツ中の動作一般についての情報を得るものではなか
った。また、近年、種々の半導体式の加速度センサが開
発され、小型で性能のよい加速度計が開発されており、
これに伴って、携帯用の加速度計を人体に装着した運動
量検出装置が提案されているが、このような運動量検出
装置は、運動の平均的な強度をモニタすることが中心で
あり、その上、検出された加速度が装着者自身の加速度
なのか乗り物等に乗ったときの加速度なのかを区別する
ことができない場合が多かった。一方、装着者の動作を
判別する装置としては、頭部等に互いに直交する３軸の
加速度センサと角速度センサを備えた姿勢検出手段を装
着し、この姿勢検出手段により装着者の動作を検出し、
予め設定しておいた基準フォームと比較して装着者のフ
ォームとの差を提示するフォーム矯正装置が提案されて
いる（特開平９−６８４４４号公報）。これは、装着者
の動作、例えばゴルフのスイングや野球のバッティング
などの動作を上記加速度センサと角速度センサで測定
し、その測定結果から上記装着者の移動方向，移動速
度，移動距離を演算し、上記基準フォームの各データと
比較するように構成したものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の装置では、装着者が同じ動作を行っても、加速度セ
ンサを取りつける部位により、加速度センサの各軸が感
知する加速度の波形が異なるため、装着者の特定の動作
を正確に把握することができないといった問題点があっ
た。また、人間の動作には個人差が大きく、更に年齢差
にも依存するので、ある特定の動作の一般像に基づくデ
ータをその動作の基準としても、あまり有効な基準とは
ならなかった。その上、上記従来の装置では、検出され
た加速度信号の処理方法に関しても、従来の機械や装置
等の加速度の特徴を捉える方法、すなわち加速度の大き
さや向きあるいは振動パターンにのみ着目しているた
め、人間の動作に見合った処理方法が行われていおら
ず、したがって、装着者の特定の動作を正確に判別する
ことができなかった。
【０００４】本発明は、従来の問題点に鑑みてなされた
もので、人間の動作の特徴を考慮した加速度信号の処理
を行うことにより、スポーツ中の運動強度のみならず、
装着者の特定の動作を正確に判別することができる人体
動作判別装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の人体動作判別装置は、加速度センサと、上記加速度セ
ンサを人体に装着する装着手段と、人体動作の基準情報
のデータを装着者自身の動作から作成する基準データ設
定手段と、装着者の動作の特徴を検出する特徴検出手段
と、人体動作の基準情報のデータを記憶する基準記憶手
段と、上記検出された特徴の情報と上記基準情報とを比
較し、装着者の動作の種類を判別する判別手段とを備え
たものである。
【０００６】請求項２に記載の人体動作判別装置は、上
記加速度センサの信号が所定の閾値を越えたときから所
定の時間までの上記加速度センサの信号を取込んで基準
情報のデータを設定するようにしたものである。
【０００７】請求項３に記載の人体動作判別装置は、上
記加速度センサの信号が所定の閾値を越える直前の加速
度センサの信号を取込むための取込み時間範囲を設けて
基準情報のデータを設定するようにしたものである。
【０００８】請求項４に記載の人体動作判別装置は、上
記加速度センサ信号の取り込み開始のタイミングを決定
する閾値をｔhとし、取込み開始から終了までの設定時
間をτとしたとき、上記閾値ｔh以上となる時間範囲の
前，後の時間の加速度センサ信号を取り込むための周辺
範囲σを設け、上記τ内でかつ上記閾値ｔh以上となる
加速度センサの信号と上記周辺範囲σ内の加速度センサ
の信号とを取り込むようにしたものである。
【０００９】請求項５に記載の人体動作判別装置は、加
速度センサの信号が上記閾値ｔh以上となる前の時間の
加速度センサ信号を取り込むための周辺範囲の長さと、
上記時間範囲の後の時間の加速度センサ信号を取り込む
ための周辺範囲の長さとをそれぞれ独立に設定したもの
である。
【００１０】請求項６に記載の人体動作判別装置は、上
記基準情報のデータを作成した際に基準情報のデータ数
が所定の値よりも少ない場合には、上記閾値ｔhと設定
時間をτと周辺範囲σとを変更して基準情報のデータを
再度作成するようにしたものである。
【００１１】請求項７に記載の人体動作判別装置は、特
徴検出手段において、加速度センサの信号を加速度の方
向と絶対値の大きさと変化の度合いとに応じて分類し、
上記加速度の方向と絶対値の大きさと変化の度合いとを
示す特徴情報データを作成するようにしたものである。
【００１２】請求項８に記載の人体動作判別装置は、上
記検出された特徴の情報と上記基準情報とに対して、各
データの取込み時間に対応する重み付けをしたものであ
る。
【００１３】請求項９に記載の人体動作判別装置は、判
別手段を、上記特徴情報データからその方向性と増減の
みを取り出して上記基準情報と比較し、装着者の動作の
類似性を判別するように構成したものである。
【００１４】請求項１０に記載の人体動作判別装置は、
装着者の動作が基準動作と類似である場合には、更に加
速度の大きさに関するデータの判別を行い、動作の一致
性を判別するようにしたものである。
【００１５】請求項１１に記載の人体動作判別装置は、
上記特徴検出手段からの出力から、基準データの個々に
掛ける重み付けを修正する基準修正手段を設け、装着者
の動作が基準動作と類似である場合には、類似動作のデ
ータにより、基準値の重み付けを変更するようにしたも
のである。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態つい
て、図面に基づき説明する。図１は、本発明の実施の形
態に係わる人体動作判別装置の構成を示すブロック図
で、同図において、１は装着者の腰のベルトに装着され
る携帯加速度計、２はこの携帯加速度計１で検出した加
速度波形データから装着者の動作の特徴を検出し装着者
自身の基準動作を抽出したり装着者の動作を判別したり
する動作加速度波形処理装置、３は本装置の各種設定を
行うためのタッチキーから成る入力手段（以下、タッチ
キーという）、４は表示装置５と音声発生装置６と外部
接続用インターフェイス７とを接続した出力手段、８は
上記タッチキー３により設定された条件に応じて、上記
動作加速度波形処理装置２や出力手段４を制御する制御
手段である。携帯加速度計１は、図２（ａ），（ｂ）に
示すように、例えば装着者の腰のベルトＫに装着される
もので、各検出軸が右手系を構成するように配置され
た、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸のそれぞれの方向の加速度を検出
する３個の半導体式加速度センサ１１Ａ，１１Ｂ，１１
Ｃ（以下、加速度センサ１１と略す）と、上記加速度セ
ンサ１１の出力から高域成分を除去するローパスフィル
タ１２と、上記ローパスフィルタ１２の出力を各軸毎に
５０Ｈzのサンプリング周波数でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ
変換器１３とを備え、装着者の動作を上記加速度センサ
１１で得られた加速度波形をデジタル変換した加速度波
形データとして出力するものである。動作加速度波形処
理装置２は、上記携帯加速度計１からの加速度波形デー
タの移動平均処理を行う移動平均処理手段２１と、後述
する基準作成モードと動作検出モードと基準修正モード
との切換えを行う第１のモード切換え手段２２と、装着
者の行った基準動作の加速度波形データを取込み基準デ
ータの情報を設定する基準データ設定手段２３と、上記
移動平均処理手段２１で移動平均処理された検出信号か
ら装着者の動作の特徴を検出する特徴検出手段２４と、
基準データ設定手段２３で得られた基準データの情報を
記憶する基準記憶手段２５と、上記特徴検出手段２４で
検出された装着者の動作の特徴と上記基準記憶手段２５
に記憶された基準データの情報とから装着者の動作を判
別する判別手段２６と、上記第１のモード切換え手段２
２によるモード切換えに応じて、特徴検出手段２４から
の出力を基準記憶手段２５または判別手段２６に出力す
る第２のモード切換え手段２７と、基準データを修正す
るための基準修正手段２８とを備えている。
【００１７】また、図３は、上記図１の人体動作判別装
置をソフトウエアで実現する場合のハードウエアの一例
を示すブロック図で、上記動作加速度波形処理装置２
は、上記各手段２１〜２８による加速度波形データの処
理を行うＣＰＵ３１と、上記処理フローのプログラム等
を格納するＲＯＭ３２と、加速度波形データや後述する
閾値ｔhなどの設定パラメータを格納するＲＡＭ３３
と、装着者の基準動作のデータを複数保存できるフラッ
シュメモリ３４と、時刻確認や時間設定のためのタイマ
３５等により構成される。なお、フラッシュメモリ３４
に複数の基準データを保存した場合は、判定すべき動作
の種類に応じた最適な基準値を選択して使用することが
できる。また、入出力ポート３０へは、携帯加速度計１
のＡ／Ｄ変換器１３からの加速度波形データと、本装置
の各種設定を行ったり、動作検出モードと基準作成モー
ドの切替指示などを行うためのタッチキー３からの指示
信号とが入力される。また、入出力ポート３０からは、
表示装置５の液晶画面５ａを駆動する液晶ドライバ５ｂ
と、音声発生装置６のスピーカ６ａを音声ＩＣ６ｂを介
して駆動するドライバ６ｃと、外部接続用インターフェ
イス７に相当するＲＳ２３２Ｃ等の外部接続用Ｉ／Ｏユ
ニットとに制御信号がそれぞれ出力される。なお、本装
置を他の装置に組み込む場合には、上記タッチキー３、
表示装置５、音声発生装置６などは本装置に直接接続せ
ず、適当な外部接続用ユニットを介して入出力を行う。
【００１８】次に、動作加速度波形処理装置２の各手段
について説明する。移動平均処理手段２１は、携帯加速
度計１で検出された携帯者の動作に応じた加速度波形デ
ータに対して移動平均処理を施し、２０Ｈｚ以上のノイ
ズ成分を除去して基線の安定化を図るものである。基準
データ設定手段２３は、上記移動平均処理手段２１によ
り移動平均処理を施された加速度波形データに対して、
予めタッチキー３により入力されたデータ取込み範囲の
設定開始のタイミングを決定する閾値パラメータｔ
hと、設定開始から終了までのデータ取り込み時間を決
定する設定時間パラメータτと、上記閾値ｔhを越えた
部分の前，後に一定の時間範囲を設定する周辺範囲パラ
メータσとを用いて装着者の行った基準動作のデータの
中から、動作の中心となる部分のデータを取り込み、同
時に以後の動作検出に際して取り込むデータの範囲を設
定するものである。基準データ設定手段２３に入力され
た加速度波形データから基準動作の検出を行うためのデ
ータを抽出する際には、目的の動作による加速度のみを
取り込み、かつその前の予備的な動作による加速度を取
り込まないようにするためと、取り込みのタイミングを
決めるために、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸からのそれぞれの加速
度に対してそれぞれ閾値ｔhを設定する（詳しくはｔhx,
ｔhy,ｔhz）。そして、図４に示すように、一つの軸の
加速度が閾値ｔh越えた場合には、その時点から上記設
定時間τの間、同時に３軸のデータの取り込みを行う。
なお、取り込みのアルゴリズムは各軸とも同一である。
また、上記閾値ｔhの設定は必ずしも３軸について行う
必要はなく、例えば、Ｘ軸とＹ軸だけに閾値ｔhx,ｔhy
を設定した場合には、Ｘ軸とＹ軸のいずれかの軸の加速
度が閾値ｔhxまたは閾値ｔhxを越えた場合には、その時
点から上記設定時間τ内で、同時に３軸のデータの取り
込みを行う。つまり、閾値を設定しないＺ軸の加速度は
取り込みのタイミングは、Ｘ軸とＹ軸のいずれかで決定
されたタイミングで行う。また、本実施の形態において
は、加速度波形データから特徴検出を行うためのデータ
を抽出する際に、上記閾値ｔhを越えた加速度波形デー
タのみを抽出するのではなく、閾値ｔhを越えた部分の
前，後の周辺範囲σのデータも取り込むようにしてい
る。したがって、実際の取り込み範囲（取り込み時間）
は、厳密には、上記設定時間τよりも長くなる（但し、
最大でτ＋σ）。動作の取り込み時間は通常１〜２秒で
あるので、上記設定時間τもその程度の値とする。ま
た、上記周辺範囲σが重複している場合には、後述する
ように、抽出データはその和集合とし、データとして採
用しない部分は欠値として処理する。上記閾値ｔhを越
えた部分が少ない時や、信号に対して取り込み時間が長
すぎる場合には上記欠値が多くなる。なお、上記各パラ
メータｔh，τ，σの設定が不適切なため抽出された基
準データ数が一定数、例えば３軸の基準データ数を合わ
せても２０個以下となるような場合には、スピーカ５ａ
から警告音を発生させたり表示装置５の液晶画面５ａを
点滅させたりするなどして、装着者に上記各パラメータ
の設定を再度行うように入力を促す。
【００１９】次に、上記基準データ設定手段２３におけ
るデータの取込み方法について説明する。基準データ設
定手段２３は、上記周辺範囲σの長さに等しい所定の設
定値σによって決められる大きさのσＢバッファと、上
記σＢバッファの中にどれぐらいのデータが入っている
かを示すσＢカウンタと、データの取り込み時間ｔをカ
ウントするタイマと、取込んだデータが所定の閾値ｔh
を越えたかどうかを判定するデータ値判定手段と、基準
用として採用されるデータを一時的に蓄える基準値用仮
バッファ（以下、基準メモリーという）と、上記基準デ
ータ設定過程におい上記σＢバッファの状態を記憶する
ためのフラグ設定手段とを備えている。例えば、図４に
示すような加速度波形データが基準データ設定手段２３
に取り込まれると、上記データはまずσＢバッファに書
き込まれる。このσＢバッファはリングバッファであ
り、つねに直近の一定時間分のデータをプールすること
ができる。装置に設定値をセットしてスタートさせる
と、図５（ａ）に示すように、基準用の動作を行う前に
上記σＢバッファは通常満杯になるが、入力加速度が所
定の閾値ｔh以下の場合には、上記σＢバッファは直近
の一定時間分のデータをプールし続ける。このとき、σ
Ｂカウンタの値を示すポインタ（同図上側の矢印）はＭ
ａｘの状態のままとなり、基準メモリーにはデータが書
き込まれないため、基準メモリーのポインタ（同図下側
の矢印）は初期位置のままである。ｔ＝ｔ1において、
入力加速度が所定の閾値ｔhを越えたとすると、σＢバ
ッファは、図５（ｂ）に示すように、直ちにその時のリ
ングバッファの中身を基準メモリーに書き込むととも
に、σＢカウンタをクリアして新たにデータの取込みを
行う。データの取込みは常にリングバッファを介して行
い、入力加速度が所定の閾値ｔhを越えた状態が変化し
なければ、リングバッファが満杯になる毎にリングバッ
ファの中身を基準メモリーに書き込む。その後、ｔ＝ｔ
2において、取り込んだ加速度波形データの大きさが所
定の閾値ｔhよりも低下した場合には、図５（ｃ）に示
すように、σＢカウンタが満杯にならない状態であって
も、図５（ｄ）に示すように、それまで蓄積した所定の
閾値ｔhを越えている加速度波形データを基準メモリー
に書き込み、σＢバッファ及びσＢカウンタをクリアし
てＰフラグを立てる。このＰフラグは、σＢバッファ
が、上記閾値ｔhを越えた領域の後の周辺データを取り
込んでいることを示している。
【００２０】ｔ＞ｔ2では、しばらくの間、閾値ｔhを越
えない状態の加速度波形データがσＢバッファに取り込
まれるが、本発明ではＰフラグを立てて周辺範囲σのデ
ータも取り込むようにしているので、σＢバッファが満
杯になったときには、上記取り込んだデータを基準メモ
リーに書き込み、Ｐフラグを０に戻し、σＢバッファ及
びσＢカウンタをクリアして再びσＢバッファへの取込
みを行う。その後、ｔ＝ｔ3において、取り込んだ加速
度波形データの大きさがマイナス側で再び閾値ｔhを越
えた場合には、σＢバッファにはまだ途中までしかデー
タが入っていない状態であっても、それまで取り込んだ
データ（閾値ｔhを越えた領域の前の周辺データ）を基
準メモリーに書き込み、σＢバッファ及びσＢカウンタ
をクリアして再びσＢバッファへの取込みを行う。この
ようにして、一連の閾値ｔhを越えた部分とその前，後
の周辺範囲σの加速度波形データとを、重複することな
く基準メモリーに書き込むことができる。
【００２１】また、ｔ＝ｔ4で加速度波形データの大き
さがマイナス側で閾値ｔhよりも低下した後、設定時間
範囲内であるにもかかわらず、加速度波形データの大き
さが閾値ｔh以下の状態がしばらく続いた場合には、閾
値ｔhを越えた領域の後ではＰフラグが立ち一定の周辺
範囲σのデータを取り込むが、その後（ｔ＞ｔ4＋σ）
は、Ｐフラグは０となりデータの取り込みが中断され
る。すなわち、図６（ａ）に示すように、加速度波形デ
ータの大きさが閾値ｔh以下となる状態がσＢバッファ
が満杯になるまで続いた場合は、σＢバッファのデータ
を基準メモリーに書き込まず、図６（ｂ）に示すよう
に、代りに欠値として所定の記号を書き込む。欠値処理
の場合には、図６（ｃ）に示すように、σＢバッファ及
びσＢカウンタをクリアせず、そのままリングバッファ
としてデータを書き換えていく。そして、欠値処理直
後、閾値を越えるデータが入力された場合（図４のｔ＝
ｔ5）には、図６（ｄ）に示すように、σＢバッファの
データをポインタ位置で分割し、図６（ｅ）に示すよう
に、古い方のデータを欠値データに上書きすることによ
り、所定の周辺範囲σに対応するデータを基準メモリー
に書き込む。これにより、欠値処理直後に加速度波形デ
ータの大きさが閾値ｔh越えた場合にも、所定の周辺範
囲σに対応するデータをσＢバッファに確保することが
できる。
【００２２】特徴検出手段２４は、移動平均処理手段２
１により移動平均処理を施された動作検出用の加速度波
形データから連続的に装着者の動作の特徴を検出し符号
化するものである。人間の動作はいくつかの基本動作か
ら成っており、これらの動作では、人体の各部位はそれ
ぞれ特徴のある動きを行う。これらの基本動作は、神経
系からの信号により所定の筋肉の運動をタイミングよく
制御することよって起こる。また、人体の各部分の動作
範囲は体の形を保つという制限によって限定されるた
め、一つの基本動作において、一つの部位の動きはある
範囲の時間に収まる。この範囲は、神経の伝達や筋肉の
収縮の速さあるいは体の部位に応じて異なるが、通常１
秒以内と考えられる。特徴検出手段２４により加速度波
形データから動作の特徴を検出する際には、特に加速度
の増減を検出し、このような人間の動作特性を考慮して
データの処理を行うようにしている。
【００２３】図７は、特徴検出手段２３の構成を示す図
で、４１は入力された加速度の方向を検出する正負検出
手段、４２は加速度の大きさを測定する絶対値測定手
段、４３は加速度の増減を検出する増減検出手段、４４
はこれらの特性を１，０を要素とするベクトルデータと
して合成する合成手段である。特徴検出手段２３は、上
記構成により、入力された各軸毎の所定時間分毎のデー
タＸi，Ｙi，Ｚiを、加速度の方向（信号の正負）と、
絶対値の大きさと、変化（増加，変化なし，減少，欠
値）の度合いとに応じて分類し、例えば８ビットのベク
トルデータとして符号化合成する。なお、上記図７は、
簡単のため、Ｘ軸の信号を処理する部分のみの構成を示
した。また、上記合成されたベクトルデータの情報は経
過時間順に出力し、一旦ＲＡＭ３３に記憶される（図３
参照）。上記符号化は、例えば、上位３ビットを正負
（０以上を１、負を０）及び増減（増加を１１，変化な
しを１０，減少を０１，欠値を００）で表し、下位５ビ
ットを絶対値の大きさとする。そのときベクトルデータ
Ｘi＝（１１０１１００１）は、Ｘ軸方向のｉ番目の加
速度波形データＸiが正でかつ増加傾向にあり、その絶
対値が２進数で１１００１（但し最大値を１１１１１に
規格化）であることを示している。但し、特徴検出手段
２３において、動作の一致を検出するのではなく、動作
の類似を検出する場合には、上記絶対値の大きさによる
分類は行わないものとする。また、入力された信号
Ｘi，Ｙi，Ｚiが移動平均処理手段２１により移動平均
処理を施された動作検出用の信号である場合には、上記
ＲＡＭ３３に記憶されたデータは判別手段２６に送ら
れ、入力された信号Ｘi，Ｙi，Ｚiがデータ範囲設定手
段２３で抽出された基準データ用信号である場合には、
上記データは基準記憶手段２５に送られ記憶される。
【００２４】基準記憶手段２５は、上記設定時間τと周
辺範囲σに応じた容量を確保しており、上記特徴検出手
段２３で符号化した所定時間分のデータＸi，Ｙi，Ｚi
と、後述する重みを示すパラメータωki（ｋ＝Ｘ，Ｙ，
Ｚ）とを参照ベクトルとしてそれぞれ記憶することがで
きる。なお、上記パラメータωkiの初期値はすべて１と
してもよいが、一定値以上のデータやピークデータの取
込み時間に対応して所定の重み付けを行うことにより、
動作の特徴を際立たせることができる。
【００２５】判別手段２６は、図８に示すように、特徴
検出手段２３からベクトル単位で送られてきた加速度波
形データと基準記憶手段２５に記憶された基準値とにつ
いてベクトル単位で上位３ビット（加速度の方向と増
減）のみの比較を行いデータの一致不一致を調べる演算
手段５１と、上記比較結果を記憶するリングバッファ５
２と、上記リングバッファ５２の各要素に重み掛けて合
計する加算・減算手段５３と、上記合計結果から動作の
類似を判定する類似判定手段５４と、上記類似判定手段
５４で類似と判定されたデータについて更に下位５ビッ
ト（加速度の絶対値の大きさ）について比較し、動作の
一致を判定する絶対値評価手段５５を備えたものであ
る。演算手段５１は、図９に示すように、上記加速度波
形データ（Ｘ1，Ｘ2，‥‥，Ｘi，‥‥，Ｘ8）と上記基
準値（Ｋ1，Ｋ2，‥‥，Ｋi，‥‥，Ｋ8）とのそれぞれ
（ＸiとＫi）を比較し、一致したならば１を、不一致な
らば０をリングバッファ５２に入れる。加算・減算手段
５３は、上記リングバッファ５２の各要素に対して、後
述する重みを示すパラメータωkiを用いた重み掛けを行
った後合計し、類似判定手段５４に送る。類似判定手段
５４は上記合計結果から動作の類似を判定する。また、
絶対値評価手段５５は、上記類似判定手段５４で類似と
判定されたデータについて更に下位５ビットについて比
較し、その差が所定値よりも小さいかどうか判定し、上
記差が所定値よりも小さい場合には動作が一致している
と判定する。
【００２６】基準修正手段２８は、動作モードが基準修
正モードである場合に、データのバラツキ等を考慮し
て、既に作成してある基準データを、元データを保存し
たまま、その有効性を各成分毎に修正するものである。
装着者が同じ動作をしているつもりでも、加速度波形デ
ータにはその動作特有の部分とその動作には関係のない
バラツキによる部分とを含んでいる。したがって、動作
の類似特定を行う場合には、これらのバラツキを踏まえ
てデータの類似性を判別する必要がある。基準修正モー
ドでは、装着者は基準モードと同様の動作を行い、特徴
検出手段２４で特徴が検出され、判別手段２６で上記基
準データと比較評価される。その結果、動作が一致して
いると判別された場合には、上記基準データの重みを示
すパラメータωki（ｋ＝Ｘ，Ｙ，Ｚ）を変更する処理を
行う。すなわち、取り込んだベクトルデータを対応する
成分毎に比較し、その結果に応じて上記パラメータωki
の値を変更する。これを繰り返すことで、再現性の強い
データ成分、すなわちその動作特有の部分（例えば、Ｘ
3，Ｘ4とＺ3，Ｚ4，Ｚ 5）が大きく加重されるので、判
別手段２６による動作の類似判別の確度を高くすること
ができる。但し、欠値との演算は欠値となるので、欠値
範囲が多いデータ同士を加算すると使える有効な基準デ
ータの数が減ることがある。なお、基準データの数が所
定値以下の場合には基準エラーとし、基準として採用し
ない。
【００２７】次に、上記構成の人体動作判別装置の動作
について、図１の及び図１０のフローチャートに基づい
て説明する。まず、装着者は腰のベルトに携帯加速度計
１を装着した後、タッチキー７によりモード設定を行な
い、これから行う動作のモードが基準作成モードか動作
検出モードか基準修正モードかのいずれであるかを制御
手段８に入力する。なお、動作モードが基準作成モード
である場合には、閾値パラメータｔhと設定時間パラメ
ータτと周辺範囲パラメータσとを入力する。その後、
装着者は所定の動作を行い、動作加速度波形処理装置２
への加速度波形データの取り込みを行う（ステップＳ１
０１）。移動平均処理手段２１では、上記信号に対して
移動平均処理を施し（ステップＳ１０２）、加速度波形
データの２０Ｈｚ以上のノイズ成分を除去して基線の安
定化を図る。次に、第１のモード切換え手段２２におい
て、タッチキー７からのモード選択信号を検知し、モー
ドが基準作成モードであるかどうかを判定し（ステップ
Ｓ１０３）、モードが基準作成モードである場合には、
基準データ設定手段２３において、上記入力された各パ
ラメータｔh，τ，σとを用いて基準動作のデータ情報
を設定する（ステップＳ１０４）。また、上記各パラメ
ータｔh，τ，σが不適切である場合には、上記各パラ
メータの設定を再度行う。上記ステップＳ１０３におい
て、モードが動作検出モードあるいは基準修正モードで
ある場合には、上記各パラメータｔh，τ，δは既に適
切に設定されているので、入力された加速度波形データ
の特徴検出を行う（ステップＳ１０５）。この特徴検出
が終了すると、ステップＳ１０６において、再びモード
が基準作成モードであるかどうかを判定し、モードが基
準作成モードである場合には、特徴検出が終了したデー
タを経過時間順に基準記憶手段２５に記憶して動作基準
情報を作成し（ステップＳ１０７）、基準作成終了を表
示して処理を終了する。
【００２８】上記ステップＳ１０６において、モードが
基準作成モードでない場合には、特徴検出が終了したデ
ータを判別手段２６に送り、基準記憶手段２５に記憶さ
れた基準動作の情報と比較し、装着者の動作が基準動作
と一致するかどうかを判定する（ステップＳ１０９）。
上記判定結果が一致した場合には、モードが動作検出モ
ードか基準修正モードかを判定し（ステップＳ１１
０）、モードが基準修正モードならば、基準修正の処理
を行い（ステップＳ１１１）、モードが動作検出モード
ならば、判定結果を表示または出力して上記ステップＳ
１０１に戻り、次の加速度データの取り込みを行う。ま
た、上記判定結果が不一致の場合にも、その結果を表示
または出力して上記ステップＳ１０１に戻り処理を続け
る。
【００２９】このように、本実施の形態によれば、人間
の行う特定の動作に伴う所定部位の動きがある範囲の時
間内に収まることに注目し、基準データ設定手段２３を
設けて、動作認識の基準となるデータを装着者自身のデ
ータから採取し、このデータを用いて基準を構成するた
めの基準作成モードを設けるようにしたので、装着者の
特定の動作を正確に判別することができる。また、動作
に応じた加速度センサ信号が閾値ｔhを越えた時間範囲
の前，後の時間の加速度センサ信号を取り込むための周
辺範囲σを設け、上記τ内でかつ上記閾値ｔhを超えた
加速度センサの信号と上記周辺範囲σ内の加速度センサ
の信号とを基準データとして取り込むようにしたので、
基準となる動作を行ったときの加速度センサ信号の特徴
を効率良く抽出することができる。更に、加速度の増減
検出手段４３と正負検出手段４１と絶対値測定手段４２
とを有する特徴検出手段２４を設け、連続的に加速度波
形データの特徴を検出し、判別手段２６により、上記検
出され特徴が予め設定した基準動作の情報に似ているか
どうかの動作判定を逐次行うようにしたので、スポーツ
中の運動強度のみならず、装着者の特定の動作とそのタ
イミングとを正確に判別することができる。また、基準
修正手段２８を設けて、すでに設定した基準値の各成分
を保持したまま、実際の動作を行うことにより、その有
効性を各成分毎に修正することができるようにしたの
で、常に装着者にとって最適な基準を用いて動作の類似
性を検出することができる。
【００３０】また、本装置を、他の装置と接続したり、
モジュールとして組み込むことにより、特定の動作や特
定の加速度信号によるソフト的なスイッチとして使用す
ることができる。具体的には、心電計と接続し、本装置
により装着者の特定の動作を検出するとともに、特定の
動作が検出された場合には、心電計の測定項目を心拍数
の測定から心電図の測定に切換えたり、データの取得数
や保存方法を変更したりするようなことが可能である。
【００３１】更に、本装置を用いて一連の複数の基本動
作から成る比較的長い動作時間を有する動作を検出する
場合には、上記各基本動作毎に基準データ（時間τ）を
設定してそれらの基準データをそれぞれ基準記憶手段２
５に記憶するとともに、これらの複数の基準値を用いて
判別を行い、一致ないしは類似が検出された基本動作の
数から一致ないしは類似を検定するようにすればよい。
この場合、判別手段２６は、検出すべき基本動作の種類
だけ基準データを変えながら判定処理を行い、判定結果
を上記基準データと関連付けてＲＡＭ３３などに一時保
存した後に、最終的に一致ないしは類似が検出された基
準動作の数を確定し一致ないしは類似を判別する。ま
た、別の使い方として、装着者がいろいろな動作をした
場合に、目的とする動作（例えば、椅子に腰掛ける動作
と立ち上がる動作など）毎に検出回数をカウントする。
この場合も、それぞれの動作に応じた基準動作毎の基準
データ（時間τ）を設定し、一致ないしは類似が検出さ
れた基本動作に基づき、当該種類の動作の有無を検出す
る。
【００３２】なお、上記実施の形態では、入力された加
速度波形データが所定の閾値ｔhを越える前の周辺範囲
σ1の長さと、閾値ｔhを越えた範囲の後の周辺範囲σ2
の長さとを等しく設定したが、動作によっては加速度波
形データの立ち上がり部あるいは立ち下がり部に特徴が
ある場合が多いので、上記周辺範囲σ1の長さと周辺範
囲σ2の長さとをそれぞれ独立に設定すれば、動作の特
徴を更に正確に抽出することができる。なお、σ1とσ2
とが異なる場合には、はじめにσＢバッファの大きさを
σB＝σ1とし、加速度波形データが所定の閾値ｔh以下
に低下したとき（Ｐフラグが１となったとき）にσＢバ
ッファの大きさσBの大きさを変えて満杯時に蓄積でき
るデータ数を変化させるようにし、Ｐフラグが０に戻っ
たときに、σＢバッファの大きさをσB＝σ1に戻すよう
にすればよい。また、上記図１０のフローチャートで
は、動作判定の一致不一致についての動作のみについて
説明したが、判定手段２６の説明でも述べたように、判
定手段２６は動作の類似判定も行うことができるように
構成されているので、モードが動作検出モードである場
合には、図１０のステップ１０９において類似判定のみ
を行うようにすることも可能である。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、加速度センサと、上記加速度センサを人
体に装着する装着手段と、人体動作の基準情報のデータ
を装着者自身の動作から作成する基準データ設定手段
と、装着者の動作の特徴を検出する特徴検出手段と、人
体動作の基準情報のデータを記憶する基準記憶手段と、
上記検出された特徴の情報と上記基準情報とを比較し、
装着者の動作の種類を判別する判別手段とを備えたの
で、装着者の癖や年齢などによる動作上の特徴を含んだ
基準情報を装着者の動作の判別に用いることができ、装
着者の動作を的確に判別することができる。
【００３４】請求項２に記載の発明によれば、加速度セ
ンサの信号が所定の閾値を越えたときから所定の時間ま
での上記加速度センサの信号を取込んで基準情報のデー
タを設定するようにしたので、一つの基準動作に見合っ
た範囲の時間での加速度センサの信号から装着者の動作
の特徴を検出して基準情報とすることができる。したが
って、装着者のあまり意味のない動きによる加速度変化
や「ゆらぎ」的な変化を排除しながら、装着者の明確な
動きに対応する加速度変化のみを抽出して基準情報のデ
ータを作成することができる。
【００３５】請求項３に記載の発明によれば、上記加速
度センサの信号が所定の閾値を越える直前の加速度セン
サの信号を取込むための取込み時間範囲を設けたので、
上記閾値によって決定される取込みのタイミングより前
の加速度センサ信号の立ち上がり部を取り込むことがで
きるので、基準データの情報の精度を向上させることが
できる。
【００３６】請求項４に記載の発明によれば、上記加速
度センサ信号の取り込み開始のタイミングを決定する閾
値をｔhとし、取込み開始から終了までの設定時間をτ
としたとき、上記閾値ｔhを越えた時間範囲の前，後の
時間の加速度センサ信号を取り込むための周辺範囲σを
設け、上記τ内でかつ上記閾値ｔhを超えた加速度セン
サの信号と上記周辺範囲σ内の加速度センサの信号とを
取り込むようにしたので、装着者の動作の特徴を正確に
抽出することができる。
【００３７】請求項５に記載の発明によれば、加速度セ
ンサの信号が上記閾値ｔhを越える前の時間の加速度セ
ンサ信号を取り込むための周辺範囲の長さと、越えた後
の時間の加速度センサ信号を取り込むための周辺範囲の
長さとをそれぞれ独立に設定したので、加速度波形デー
タの立ち上がり部あるいは立ち下がり部の特徴をそれぞ
れ別個に捉えることができ、装着者の動作の特徴を更に
正確に抽出することができる。
【００３８】請求項６に記載の発明によれば、上記基準
情報のデータを作成した際に基準情報のデータ数が所定
の値よりも少ない場合には、上記閾値ｔhと設定時間τ
と周辺範囲σとを変更して基準情報のデータを再度作成
するようにしたので上記閾値ｔh，τ，σが適切に設定
でき、加速度波形データからの特徴検出の精度を向上さ
せることができる。
【００３９】請求項７に記載の発明によれば、特徴検出
手段において、加速度センサの信号を加速度の方向と絶
対値の大きさと変化の度合いとに応じて分類し、上記加
速度の方向と絶対値の大きさと変化の度合いとを示す特
徴情報データを作成するようにしたので、動作の類似性
を的確に把握することができる。
【００４０】請求項８に記載の発明によれば、上記検出
された特徴の情報と上記基準情報とに対して各データの
取込み時間に対応する重み付けをしたので、加速度波形
データからの特徴検出の精度を更に向上させることがで
きる。
【００４１】請求項９に記載の発明によれば、判別手段
を、上記特徴情報データからその方向性と増減のみを取
り出して上記基準情報と比較し、装着者の動作の類似性
を判別するように構成したので、短い処理時間で類似判
断を行うことができる。
【００４２】請求項１０に記載の発明によれば、装着者
の動作が基準動作と類似である場合には、更に加速度の
大きさに関するデータの判別を行い、動作の一致性を判
別するようにしたので、一致を確認する作業が大幅に減
り、ＣＰＵの負担を軽減できるとともに、処理時間を大
幅に短縮することができる。
【００４３】請求項１１に記載の発明によれば、上記特
徴検出手段からの出力から基準データを修正する基準修
正手段を設け、装着者の動作が基準動作と類似である場
合には、類似動作のデータにより基準値の重み付けを変
更するような基準データの修正を行うようにしたので、
類似判別のための必要な基準値の特徴を明確にでき、動
作の類似性の判断を更に的確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係わる人体動作判別装
置の構成を示すブロック図である。
【図２】 携帯加速度計の装着状態を示す図である。
【図３】 図１の人体動作判別装置をソフトウエアで実
現する場合のハードブロックを示す図でである。
【図４】 基準データ設定手段の動作を説明するための
図である。
【図５】 基準データ設定手段におけるデータ取込み方
法を示す図である。
【図６】 欠値がある場合の、基準データ設定手段にお
けるデータ取込み方法を示す図である。
【図７】 特徴検出手段の構成を示す図である。
【図８】 判別手段の構成を示す図である。
【図９】 ベクトルデータの一致不一致の演算するため
の方法を示す図である。
【図１０】 本発明の実施の形態に係わる人体動作判別
装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 携帯加速度計、２ 動作加速度波形処理装置、３
入力手段、４ 出力手段、５ 表示装置、６ 音声発生
装置、７ 外部接続用インターフェイス、８ 制御手
段、１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ 加速度センサ、１
２ ローパスフィルタ，１３Ａ／Ｄ変換器、２１ 移動
平均処理手段、２２ 第１のモード切換え手段、２３
基準データ設定手段、２４ 特徴検出手段、２５ 基準
記憶手段、２６ 判別手段、２７ 第２のモード切換え
手段、２８ 基準修正手段、３０ 入出力ポート、３１
ＣＰＵ、３２ ＲＯＭ、３３ ＲＡＭ、３４ フラッ
シュメモリ、３５ タイマ、４１ 正負検出手段、４２
絶対値測定手段、４３ 増減検出手段、４４ 合成手
段、５１ 演算手段、５２ リングバッファ、５３ 加
算・減算手段、５４類似判定手段、５５絶対値評価手
段。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 加速度センサと、上記加速度センサを人
    体に装着する装着手段と、人体動作の基準情報のデータ
    を装着者自身の動作から作成する基準データ設定手段
    と、装着者の動作の特徴を検出する特徴検出手段と、人
    体動作の基準情報のデータを記憶する基準記憶手段と、
    上記検出された特徴の情報と上記基準情報とを比較し、
    装着者の動作の種類を判別する判別手段とを備えたこと
    を特徴とする人体動作判別装置。
  2. 【請求項２】 上記加速度センサの信号が所定の閾値を
    越えたときから所定の時間までの上記加速度センサの信
    号を取込んで基準情報のデータを設定するようにしたこ
    とを特徴とする請求項１記載の人体動作判別装置。
  3. 【請求項３】 上記加速度センサの信号が所定の閾値を
    越える直前の加速度センサの信号を取込むための取込み
    時間範囲を設けたことを特徴とする請求項２記載の人体
    動作判別装置。
  4. 【請求項４】 上記加速度センサ信号の取り込み開始の
    タイミングを決定する閾値をｔhとし、取込み開始から
    終了までの設定時間をτとしたとき、上記加速度センサ
    の信号が上記閾値ｔh以上となる時間範囲の前，後の時
    間の加速度センサ信号を取り込むための取込み時間範囲
    である周辺範囲σを設け、上記τ内でかつ上記閾値ｔh
    を超えた加速度センサの信号と上記周辺範囲σ内の加速
    度センサの信号とを取り込むようにしたことを特徴とす
    る請求項２記載の人体動作判別装置。
  5. 【請求項５】 上記加速度センサの信号が上記閾値ｔh
    以上となる時間範囲前の加速度センサ信号を取り込むた
    めの周辺範囲の長さと、上記時間範囲の後の時間の加速
    度センサ信号を取り込むための周辺範囲の長さとをそれ
    ぞれ独立に設定したことを特徴とする請求項４記載の人
    体動作判別装置。
  6. 【請求項６】 上記基準情報のデータを作成した際に基
    準情報のデータ数が所定の値よりも少ない場合には、上
    記閾値ｔhと設定時間をτと周辺範囲σとを変更して基
    準情報のデータを再度作成するようにしたことを特徴と
    する請求項３または請求項４記載の人体動作判別装置。
  7. 【請求項７】 特徴検出手段は、加速度センサの信号を
    加速度の方向と絶対値の大きさと変化の度合いとに応じ
    て分類し、上記加速度の方向と絶対値の大きさと変化の
    度合いとを示す特徴情報データを作成することを特徴と
    する請求項１記載の人体動作判別装置。
  8. 【請求項８】 上記検出された特徴の情報と上記基準情
    報とに対して、各データの取込み時間に対応する重み付
    けをしたことを特徴とする請求項３または請求項６記載
    の人体動作判別装置。
  9. 【請求項９】 判別手段は、上記特徴情報データからそ
    の方向性と増減のみを取り出して上記基準情報と比較
    し、装着者の動作の類似性を判別することを特徴とする
    請求項７記載の人体動作判別装置。
  10. 【請求項１０】 装着者の動作が基準動作と類似である
    場合には、更に加速度の大きさに関するデータの判別を
    行い、動作の一致性を判別するようにしたことを特徴と
    する請求項８記載の人体動作判別装置。
  11. 【請求項１１】 上記特徴検出手段からの出力から、基
    準データの個々に掛ける重み付けを修正する基準修正手
    段を設け、装着者の動作が基準動作と類似である場合に
    は、類似動作のデータにより、基準値の重み付けを変更
    するようにしたことを特徴とする請求項９記載の人体動
    作判別装置。
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