JP6695421B2

JP6695421B2 - 行動判定装置および行動判定方法

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Publication number: JP6695421B2
Application number: JP2018510595A
Authority: JP
Inventors: 茂郎大山; 創窪田
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Priority date: 2016-04-08
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Publication date: 2020-05-20
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Description

本発明は、行動判定装置および行動判定方法に関する。

現在、歩いた時の歩数をカウントするだけでなく、歩行、走行など行動状態を判別してそれぞれの消費カロリーを求め、正確な総消費カロリーを算出する活動量計が多数存在する。

従来の活動量計において、例えば、使用者が比較的遅い速度で走行すると、行動種類の特定において歩行との区別がつきにくい場合が生じる。

上記の問題点を解決するための技術として、特許文献１に記載されている活動量計が挙げられる。特許文献１に記載されている活動量計では、加速度センサの検出出力に基づいて、予め定められた一定の期間が経過する毎に、歩数の計測が行なわれる。また、各「１歩の体動による信号の変化を表わす区分」について、加速度センサの検出出力の最大値と最小値の差の振幅が検出される。そして、当該振幅が閾値ｖ以上であるか否かによって、処理対象となっている１歩分の体動が、活動量計によって歩行によるものか走行によるものかが特定される。加速度センサの検出信号に対して、第１の閾値ＴＨと第２の閾値ＴＬが設定されている。加速度センサの検出信号が、第１の閾値ＴＨを超えてから第２の閾値ＴＬ以下となるまでの検出信号の変化が、１歩の体動による信号の変化とされる。「１歩の体動による信号の変化を表わす区分」とは、この第１の閾値ＴＨを超えてから第２の閾値ＴＬ以下となるまでの間のことである。

このように、特許文献１に記載されている活動量計によれば、行動種類の特定が不正確になることを防ぐことができる。

日本国公開特許公報「特開２０１１−２００３９０号公報（２０１１年１０月１３日公開）」

特許文献１に記載されている活動量計では、加速度センサの最大値と最小値との差が閾値ｖによって判定される。歩行と走行とで、この差が比較的大きいため、ゆっくりとした走行であっても歩行と判別が可能である。

しかしながら、膝を深く折り曲げた上下振動の激しい歩行を行うと、加速度の最大値と最小値との差が大きくなり、上記閾値ｖを超えると、走行と誤認識されてしまう。

本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、より精度よく行動の判定を行うことができる行動判定装置を実現することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る行動判定装置は、３軸の加速度Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚを測定する３軸加速度センサと、３軸の加速度Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚから人体における３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを算出するマイクロコンピュータとを備え、前記マイクロコンピュータにより算出される前記３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚのうち、１軸の加速度は、地面に対して垂直方向の加速度であり、他の２軸は地面に対して水平であり、且つ、互いに垂直な方向の加速度であり、前記マイクロコンピュータは、所定期間において、前記垂直方向の加速度とゼロとを比較することにより、前記所定期間内における前記人体の行動の種類を判定し、前記マイクロコンピュータは、前記所定期間において、前記３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚの合成加速度とゼロとを比較することにより、前記人体の行動の種類を判定し、前記マイクロコンピュータは、前記所定期間において、前記垂直方向の加速度がゼロ以下、かつ、前記合成加速度がゼロになることを検出することにより、前記人体の行動は、ジャンプであると判定し、前記所定期間において、前記垂直方向の加速度がゼロ以下、かつ、前記合成加速度が常にゼロより大きくなることを検出することにより、前記人体の行動は、走行しながらのジャンプを含んだ走行であると判定する。また、本発明の一態様に係る行動判定方法は、３軸加速度センサにより３軸の加速度Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚを測定する測定工程と、マイクロコンピュータにより３軸の加速度Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚから人体における３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを算出する算出工程と、前記マイクロコンピュータにより算出される前記３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚのうち、１軸の加速度は、地面に対して垂直方向の加速度であり、他の２軸は地面に対して水平であり、且つ、互いに垂直な方向の加速度であり、前記マイクロコンピュータにより、所定期間において、前記垂直方向の加速度とゼロとを比較する比較工程と、前記所定期間内における前記人体の行動の種類を判定する第１判定工程とを含み、前記第１判定工程は、前記マイクロコンピュータが、前記３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚの合成加速度とゼロとを比較することにより、前記人体の行動の種類を判定する第４判定工程と、前記マイクロコンピュータが、前記所定期間において、前記垂直方向の加速度がゼロ以下、かつ、前記合成加速度がゼロになることを検出することにより、前記人体の行動は、ジャンプであると判定する第６判定工程と、前記マイクロコンピュータが、前記所定期間において、前記垂直方向の加速度がゼロ以下、かつ、前記合成加速度が常にゼロより大きくなることを検出することにより、前記人体の行動は走行しながらのジャンプを含んだ走行であると判定する第５判定工程と、を含む。

本発明の一態様によれば、膝を深く折り曲げた上下振動の激しい歩行を行う場合であっても、走行と誤認識することなく、より精度よく行動の判定を行うことができる効果を奏する。

本発明の実施形態１に係る行動判定装置が判定する人体の行動の種類の一例を示した模式図である。（ａ）は歩行時の状態、（ｂ）は走行時の状態、（ｃ）はジャンプ時の状態を示す。図１の（ａ）に示す人体の歩行時の状態において、人体にかかる力を図示した模式図である。（ａ）は踏み上げ時の状態、（ｂ）は踏み込み時の状態を示す。歩行時における、地面に対して垂直方向の加速度の一例を示した波形図である。図１の（ｂ）に示す人体の走行時の状態において、人体にかかる力を図示した模式図である。（ａ）は上昇時の状態、（ｂ）は下降時の状態を示す。走行時における、地面に対して垂直方向の加速度の一例を示した波形図である。（ａ）は歩行時または走行時、（ｂ）はジャンプ時において３軸加速度における合成加速度を示す模式図である。（ａ）は歩行時または走行時、（ｂ）はジャンプ時において合成加速度を示す波形図である。本発明の実施形態２に係る行動判定装置の一例の概略図である。本発明の実施形態３に係る行動判定装置の一例の概略図である。

本発明の実施形態について、図１〜図９を参照して以下に説明する。

〔実施形態１〕
図１の（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態１に係る行動判定装置が判定する人体１の行動の種類の一例を示した模式図である。図１の（ａ）に歩行時の状態、図１の（ｂ）に走行時の状態、図１の（ｃ）にジャンプ時の状態を示す。ここでは、単にジャンプと記載しているところについては、ジャンプは、その場でのジャンプ、つまり、垂直方向のみのジャンプを意味するものとする。

図２の（ａ）および（ｂ）は、図１の（ａ）に示す人体１の歩行時の状態において、人体１にかかる力を図示した模式図である。図２の（ａ）に踏み上げ時の状態、図２の（ｂ）に踏み込み時の状態を示す。

行動判定装置が判定する人体１の行動の種類は、歩行、走行、ジャンプの３種類である。行動判定装置は、３軸の加速度Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚを測定する３軸加速度センサと、３軸の加速度Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚから人体における３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを算出するマイクロコンピュータとを備え、前記マイクロコンピュータにより算出される前記３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚのうち、１軸の加速度は、地面に対して垂直方向の加速度であり、他の２軸は地面に対して水平であり、且つ、互いに垂直な方向の加速度の加速度であり、前記マイクロコンピュータは、所定期間において、前記垂直方向の加速度と所定の閾値とを比較することにより（比較工程）、前記所定期間内における前記人体の行動の種類を判定する（第１判定工程）。

ここでは、３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚの３軸のうち、１軸の加速度は地面に対して垂直方向の加速度に完全に一致しているものとする。また、他の２軸の加速度を地面に対して水平であり、且つ、互いに垂直な方向の加速度とする。具体的には、加速度Ｇｚは地面に対して垂直方向の加速度に一致し、加速度Ｇｘ、Ｇｙを地面に対して水平であり、且つ、互いに垂直な方向の加速度に一致しているものとする。加速度Ｇｚは地面２に向かう方向に、加速度Ｇｘは人体１の進行方向に、加速度Ｇｙは人体１の進行方向から見て左方向に一致しているものとする。また、３軸加速度センサの加速度Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚの３軸と、人体１における３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚの３軸とはそれぞれ一致しない。つまり、ＳｘとＧｘの軸は一致せず、ＳｙとＧｙの軸は一致せず、ＳｚとＧｚの軸は一致しない。

また、所定の閾値とは、静止時の加速度１Ｇに比べて十分に小さい値のことである。実際の３軸加速度センサでは測定誤差があるため、正確に垂直方向の加速度がゼロ以下になるとは限らない。そのため、静止時の加速度１Ｇに比べて十分に小さい値、例えば０．１Ｇを判定基準として使用するのが実用的である。ただし、以下では、３軸加速度センサの測定誤差がないものとして説明している。所定期間とは、予め定められた一定の時間であり、その所定期間内において、垂直方向の加速度がゼロ以下になることをマイクロコンピュータが検出することにより、行動判定装置が、その所定期間内における人体１の行動の種類を判定する。また、行動判定装置は、例えば、人体１の腰部に取り付けることで、人体１の行動の種類を判定する。行動判定装置を取り付ける場所は、人体１の胴体、首、頭部であってもよい。

（歩行時）
図１の（ａ）に示すように、歩行時では、人体１が常に地面２と接している状態になる。これにより、歩行時では、図２の（ａ）および（ｂ）に示すように、人体１に垂直抗力３がかかる。

図２の（ａ）に示すように、踏み上げ時には、人体１に垂直抗力３、床反力４ａ、重力５がかかる。垂直抗力３は地面２から人体１にかかる力なので、垂直抗力３の力の方向は、地面２に向かう方向とは反対方向になっている。歩行時には必ず人体１の片足が接しているため、垂直抗力３が存在する。

床反力４ａとは、ここでは人体１が地面２から受けて上昇する力とする。また、床反力４ａは、人体１が足を踏み上げた時に生じる。踏み上げ時には、人体１は地面２に向かう方向とは反対方向に地面２からの床反力４ａを受ける。これにより、床反力４ａの力の方向は、地面２に向かう方向とは反対方向になる。

重力５は、地球による人体１にかかる引力なので、重力５の力の方向は、人体１において地面２に向かう方向になっている。作用反作用の法則により、重力５は、垂直抗力３の大きさと床反力４ａの大きさとの合計に等しくなる。

また、人体１の加速度を求めるのに、３軸加速度センサを用いる。垂直方向の加速度は、床反力４ａと重力５との合力から、人体１の質量を割った値になる。３軸加速度センサを用いて加速度を求めるときは、人体１の加速度を、地面２に対して垂直方向の加速度と、地面２に対して水平方向の加速度とに分離する。垂直方向の加速度は、ここでは、地面２に向かう方向を正とする。

踏み上げ時は、床反力４ａの力の方向が、地面２に向かう方向とは反対方向になるので、床反力４ａと重力５の力の方向は反対になる。よって、踏み上げ時は、人体１における垂直方向の加速度が１Ｇより小さくなる。Ｇ（ｍ／ｓ^２）は、重力加速度の単位である。これについて、踏み上げ時における垂直方向の加速度が１Ｇの状態とは、床反力４ａがゼロ、つまり、人体１に床反力４ａがかかっていない状態である。床反力４ａと重力５との力の方向が反対であると、床反力４ａと重力５との力の合計は、床反力４ａがゼロのときより小さくなる。つまり、床反力４ａと重力５の力の方向が反対であると、人体１における垂直方向の加速度が１Ｇより小さくなる。

行動判定装置は、３軸加速度センサの測定軸の１つを垂直方向に合わせて装着してもよく、静止時の重力加速度の方向を基に３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚから重力５の方向を算出してもよい。ただし、実際には重力５の方向と、３軸加速度センサの測定軸の１つを完全に合わせるのは困難である。そのため、人体１に行動判定装置を装着すると、人体１における３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚの軸と３軸加速度センサの加速度Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚの軸とがずれる。そこで、３軸加速度センサの加速度Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚを、人体１における３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚに補正する演算を行う。

まず人体１を静止させ、人体１が静止している時の重力加速度の測定結果を基に、人体１における３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚの軸の方向を決める。次に、行動判定装置を人体１に装着することで、３軸加速度センサの加速度Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚの軸の方向が決まる。

次に、人体１における３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚの軸の方向、および、３軸加速度センサの加速度Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚの軸の方向から、角度φ、θおよびψを算出する。角度θは、加速度Ｇｚの軸と加速度Ｓｚの軸とのなす角度である。また、角度θが０度または１８０度ではない場合は、ＧｘＧｙ平面とＳｘＳｙ平面とは、１つの直線で交わる。その直線をＮとする。角度φは、加速度Ｓｘの軸と直線Ｎとのなす角度である。角度ψは、加速度Ｇｘの軸と直線Ｎとのなす角度である。

次に、３軸加速度センサが３軸の加速度Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚをそれぞれ測定する（測定工程）。また、マイクロコンピュータが、３軸加速度センサの加速度Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚから、以下の（１）式（オイラーの公式）を用いて、人体１における３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを算出する（算出工程）。

図２の（ｂ）に示すように、踏み込み時には、人体１に垂直抗力３、押圧力４ｂ、重力５がかかる。押圧力４ｂとは、ここでは人体１が地面２に加える力とする。また、押圧力４ｂは、人体１が足を踏み込む時に生じる。

踏み上げ時との違いは、人体１にかかる押圧力４ｂの力の方向が、床反力４ａの力の方向とは反対になっているところである。踏み上げ時では、人体１は地面２に向かう方向とは反対方向に自身を動かそうとしているのに対し、踏み込み時では、人体１は地面２に向かう方向に力を加えている。これにより、踏み込み時では、押圧力４ｂの力の方向は地面２に向かう方向になる。

作用反作用の法則により、重力５は、垂直抗力３の大きさから押圧力４ｂの大きさを引いたものに等しくなる。３軸加速度センサで測定できる垂直方向の加速度は、押圧力４ｂと重力５との合力から、人体１の質量を割った値になる。

また、踏み込み時は、押圧力４ｂの力の方向が、地面２に向かう方向になるので、押圧力４ｂと重力５の力の方向は同じ方向になる。つまり、踏み込み時は、人体１における垂直方向の加速度が１Ｇより大きくなる。これについて、踏み込み時における垂直方向の加速度が１Ｇの状態とは、押圧力４ｂがゼロ、つまり、人体１に押圧力４ｂがかかっていない状態である。押圧力４ｂと重力５との力の方向が同じであると、押圧力４ｂと重力５との力の合計は、押圧力４ｂがゼロのときより大きくなる。つまり、押圧力４ｂと重力５の力の方向が同じであると、人体１における垂直方向の加速度が１Ｇより大きくなる。

図３は、歩行時における、地面２に対して垂直方向の加速度の一例を示した波形図である。図３において、縦軸は、人体１における垂直方向の加速度である。横軸は時間Ｔを示している。

図３に示すように、歩行時では、時間Ｔが経過するにつれて、重力加速度１Ｇを中心に垂直方向の加速度が１Ｇより大きくなったり、小さくなったりすることを連続して繰り返す。また、人体１が地面２に接している限りは垂直抗力３がゼロより大きい値になるので、３軸加速度センサの測定における人体１の垂直方向の加速度もゼロになることはない。

よって、歩行時では、図２および図３から、加速度１Ｇを中心に踏み上げ時に、人体１の垂直方向の加速度が１Ｇより小さくなり、踏み込み時に人体１の垂直方向の加速度が１Ｇより大きくなることを連続して繰り返す。人体１の垂直方向の加速度における振幅の大きさは、歩行の仕方または個人差により変わってくるが、歩行時では、人体１の垂直方向の加速度は常にゼロより大きくなる。よって、行動判定装置は、垂直方向の加速度が所定期間において常にゼロ（所定の閾値）より大きくなることを検出することで、人体１の行動が歩行であると判定することができる（第３判定工程）。所定の閾値とは、静止時の加速度１Ｇに比べて十分に小さい値のことである。実際の３軸加速度センサでは測定誤差があるため、正確に垂直方向の加速度が常にゼロより大きくなるとは限らない。そのため、静止時の加速度１Ｇに比べて十分に小さい値、例えば０．１Ｇを判定基準として使用するのが実用的である。前述では、３軸加速度センサの測定誤差がないものとして説明している。

（走行時）
図４の（ａ）および（ｂ）は、図１の（ｂ）に示す人体１の走行時の状態において、人体１にかかる力を図示した模式図である。図４の（ａ）に走行時における上昇時の状態、図４の（ｂ）に走行時における下降時の状態を示す。図４の（ａ）および（ｂ）は、どちらも、人体１が地面２から離れている状態を示している。走行時では、人体１が地面２に接しているときは、歩行時と同様に作用反作用の法則が成立する。しかし、人体１の両足が地面２から離れている瞬間は、垂直抗力３が失われて慣性力が働く。慣性力は、以下の（２）の式で表される。

Ｆ＝ｍｇ−Ｆ_１＝ｍａ・・・（２）
ここで、Ｆ：慣性力、ｍｇ：重力、Ｆ_１：床反力、ｍ：質量、ａ：垂直方向の加速度である。

３軸加速度センサで測定できる人体１の垂直方向の加速度は、この加速度ａになる。慣性力の方向において、地面２に向かう方向を正としたとき、人体１が地面２から離れて上昇する時は、慣性力の値がゼロより小さくなる。ここでは、３軸加速度センサの測定誤差がないものとして説明している。人体１が最高到達点に達した時に慣性力がゼロになり、下降時は、人体１の垂直方向の加速度が１Ｇになる。具体的には、上昇時は、重力５よりも床反力４ａの方が大きくなるため、慣性力の値がゼロより小さくなる。また、人体１が最高到達点に達した時は、床反力４ａと重力５とがつり合っているため、慣性力がゼロになる。下降時において、人体１が地面２から離れている間は、床反力４ａおよび押圧力４ｂのどちらも人体１にかかっていないため、人体１の垂直方向の加速度が１Ｇになる。

走行時では、人体１は、地面２に接している状態と離れている状態とを繰り返す。また、人体１が地面２から離れている間は、垂直方向の加速度がゼロ以下になる。これにより、人体１にかかる力は、走行時では、垂直方向の加速度がゼロより大きくなったり、ゼロより小さくなったりすることを連続して繰り返す。振幅の大きさは歩行の仕方、個人差により変わってくるが、走行時では、垂直方向の加速度がゼロ以下になるタイミングが存在する。

図４の（ａ）に示すように、上昇時には、人体１に床反力４ａおよび重力５がかかる。人体１は地面２から離れているので、人体１には垂直抗力３がかからない。また、人体１は地面２から離れる直前に、上向きに地面２からの床反力４ａを受けるので、上昇時には、人体１に床反力４ａが上向きにかかる。このとき、床反力４ａの力の方向が、地面２に向かう方向とは反対方向になるので、床反力４ａと重力５の力の方向は反対になる。つまり、上昇時は、人体１における垂直方向の加速度が１Ｇより小さくなる。

図４の（ｂ）に示すように、下降時には、人体１に重力５のみがかかる。図４の（ａ）の場合と同様に、人体１は地面２から離れているので、人体１には垂直抗力３がかからない。また、走行時における下降時では、人体１が地面２から離れている間は、人体１が地面２に加えている力である押圧力４ｂは、人体１にはかからない。このとき、人体１には、重力５が地面２に向かう方向にかかっているだけなので、人体１の垂直方向の加速度は１Ｇになる。人体１が下降して踏み込んだ時は、地面２に向かう方向に押圧力４ｂがかかるので、垂直方向の加速度は１Ｇより大きくなる。

図５は、走行時における、地面２に対して垂直方向の加速度の一例を示した波形図である。図５において、縦軸は、人体１における垂直方向の加速度である。横軸は時間Ｔを示している。

図５に示すように、走行時では、時間Ｔが経過するにつれて、歩行時と同様に加速度１Ｇを中心に垂直方向の加速度が１Ｇより大きくなったり、小さくなったりすることを連続して繰り返す。走行時において、歩行時との違いは垂直方向の加速度において、ゼロ以下になるタイミングがある点である。図１の（ｃ）における、ジャンプ時においても、垂直方向の加速度がゼロ以下になるタイミングがある。よって、行動判定装置は、垂直方向の加速度が所定期間において常にゼロ（所定の閾値）より大きくなることを検出することで、人体１の行動が歩行と判定する。また、行動判定装置は、垂直方向の加速度が所定期間においてゼロ（所定の閾値）以下になることを検出することで、人体１の行動が走行またはジャンプと判定する（第２判定工程）。所定の閾値とは、静止時の加速度１Ｇに比べて十分に小さい値のことである。実際の３軸加速度センサでは測定誤差があるため、正確に垂直方向の加速度がゼロ以下になるタイミングがあるとは限らない。そのため、静止時の加速度１Ｇに比べて十分に小さい値、例えば０．１Ｇを判定基準として使用するのが実用的である。前述では、３軸加速度センサの測定誤差がないものとして説明している。これにより、行動判定装置は、垂直方向の加速度が所定期間において常にゼロより大きくなることを検出することで、歩行と、走行またはジャンプとを区別することができる。図４および図５から、加速度１Ｇを中心に踏み上げ時に垂直方向の加速度が１Ｇより小さくなり、人体１が地面２から離れた瞬間、つまり、上昇時には垂直方向の加速度はゼロより小さくなる。また、人体１が地面２から離れて最高到達点に達した瞬間には、垂直方向の加速度はゼロになる。その後、下降時には垂直方向の加速度が１Ｇになり、踏み込み時に垂直方向の加速度が１Ｇより大きくなる。

つまり、走行時では、人体１が地面２から離れたとき、垂直方向の加速度がゼロ以下になる。また、ジャンプ時においても、人体１が地面２から離れたとき、垂直方向の加速度がゼロ以下になる。これにより、膝を深く折り曲げた上下振動の激しい歩行を行う場合であっても、人体１が地面２から離れないため、行動判定装置が人体１の歩行を走行であると誤認識することがなく、より精度よく行動の判定を行うことができる。

（合成加速度Ｇｍによる行動の判定）
図６の（ａ）および（ｂ）は、歩行時、走行時およびジャンプ時において３軸加速度における合成加速度Ｇｍを示す模式図である。図６の（ａ）に歩行時または走行時における合成加速度Ｇｍを示す。図６の（ｂ）に、図１の（ｃ）におけるジャンプ時の合成加速度Ｇｍを示す。合成加速度Ｇｍは、以下の（３）の式で求められる。

Ｇｍ＝（Ｇｘ^２＋Ｇｙ^２＋Ｇｚ^２）^１／２・・・（３）
マイクロコンピュータが、上記（３）の式を用いることで３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚの合成加速度Ｇｍを求めることにより、行動判定装置は合成加速度Ｇｍがゼロになることを検出する。これにより、行動判定装置は、人体１の行動の種類を判定するのに、垂直方向の加速度と、合成加速度Ｇｍとを用いることで、人体１の行動の種類を容易に判定することができる。

走行時に人体１が地面２から離れて最高到達点に達したときに、垂直方向の加速度はゼロになる。しかし、図６の（ａ）に示すように、走行時には進行方向に対して逆方向に空気抵抗６の力を受ける。よって、空気抵抗６の力を人体１が受けることで、人体１の進行方向の加速度が小さくなる。つまり、走行時では、人体１に、地面２に対して水平方向の加速度が存在する。これにより、走行時では、合成加速度Ｇｍはゼロになることがなく、常にゼロより大きくなる。また、走行時では、進行方向に対して左右方向にも人体１が動く場合があるので、合成加速度Ｇｍはゼロになることがなく、常にゼロより大きくなる。

一方で、図６の（ｂ）に示すように、ジャンプ時では、水平方向に空気抵抗６の力を受けないので、人体１の加速度は、垂直方向の加速度のみであり、最高到達点では垂直方向の加速度がゼロになるため、合成加速度Ｇｍもゼロになる。これにより、行動判定装置は、所定期間において、垂直方向の加速度がゼロ（所定の閾値）以下、かつ、合成加速度Ｇｍがゼロ（所定の閾値以下）になることを検出したときは、ジャンプと判定する（第６判定工程）。所定の閾値とは、静止時の加速度１Ｇに比べて十分に小さい値のことである。実際の３軸加速度センサでは測定誤差があるため、正確に合成加速度Ｇｍがゼロになるとは限らない。そのため、静止時の加速度１Ｇに比べて十分に小さい値、例えば０．１Ｇを判定基準として使用するのが実用的である。前述では、３軸加速度センサの測定誤差がないものとして説明している。以上により、行動判定装置は、所定期間において、３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚの合成加速度Ｇｍと所定の閾値とを比較することにより、人体１の行動の種類を判定する（第４判定工程）。よって、行動判定装置は、合成加速度Ｇｍがゼロ（所定の閾値以下）になることを検出することで、歩行または走行と、ジャンプとを区別することができる。

一方、走行時のジャンプ、つまり、走行しながらジャンプをする場合は、進行方向に進みながらジャンプをするので、進行方向に対して逆方向に空気抵抗６の力を受ける。よって、合成加速度Ｇｍはゼロ（所定の閾値以下）にならないので、走行しながらジャンプをする場合は、行動判定装置は、人体１の行動が走行であると判定する。したがって、行動判定装置は、所定期間において、垂直方向の加速度が前記所定の閾値以下、かつ、３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚの合成加速度Ｇｍが常にゼロ（所定の閾値）より大きくなることを検出したときは、人体１の行動が走行しながらのジャンプを含んだ走行であると判定する（第５判定工程）。

図７の（ａ）および（ｂ）は、歩行時、走行時およびジャンプ時において合成加速度Ｇｍを示す波形図である。図７の（ａ）に歩行時または走行時における合成加速度Ｇｍの波形、図７の（ｂ）に、ジャンプ時における合成加速度Ｇｍの波形を示す。図７において、縦軸は、人体１における合成加速度Ｇｍである。横軸は時間Ｔを示している。

図７の（ａ）および（ｂ）に示すように、時間Ｔが経過するにつれて、垂直方向の加速度と同様に、合成加速度Ｇｍは大きくなったり、小さくなったりすることを連続して繰り返す。

図７の（ａ）に示すように、歩行時または走行時における合成加速度Ｇｍは常にゼロより大きくなる。

図７の（ｂ）に示すように、ジャンプ時における合成加速度Ｇｍには、ゼロになるタイミングがある。

よって、歩行時または走行時における合成加速度Ｇｍと比較して、ジャンプ時における合成加速度Ｇｍには、ゼロになるタイミングがある。つまり、行動判定装置は、合成加速度Ｇｍがゼロになるタイミングを検出することで、ジャンプ時であると判定することができる。

以下の表１に、歩行、走行およびジャンプにおける判定基準をまとめて示す。垂直方向の加速度と合成加速度Ｇｍを組み合わせて判定に用いることにより、行動判定装置は、歩行、走行およびジャンプの状態をそれぞれ区別することが可能である。なお、ここでは、３軸加速度センサの測定誤差がないものとして説明している。

歩行時では、垂直方向の加速度が常にゼロより大きくなり、合成加速度Ｇｍも常にゼロより大きくなる。走行時では、垂直方向の加速度には、ゼロ以下になるタイミングがあり、合成加速度Ｇｍは常にゼロより大きくなる。ジャンプ時では、垂直方向の加速度には、ゼロ以下になるタイミングがあり、合成加速度Ｇｍには、ゼロになるタイミングがある。よって、行動判定装置は、所定期間において、垂直方向の加速度および合成加速度Ｇｍがゼロより大きくなることを検出して歩行と判定する。また、行動判定装置は、所定期間において、垂直方向の加速度がゼロ以下かつ合成加速度Ｇｍが常にゼロより大きくなることを検出して、走行しながらのジャンプを含んだ走行と判定する。行動判定装置は、垂直方向の加速度がゼロ以下かつ合成加速度Ｇｍがゼロになることを検出してジャンプと判定する。

したがって、歩行時、走行時およびジャンプ時のそれぞれの状態は、行動判定装置により、垂直方向の加速度および合成加速度Ｇｍにおいて、区別することができる。つまり、行動判定装置は、人体１の行動が歩行、走行およびジャンプのうち、どの状態であるかを判断することができる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

図８は、本発明の実施形態２に係る行動判定装置の一例の概略図である。

図８に示すように、行動ロガー１０（行動判定装置）は、マイクロコンピュータ１１、３軸加速度センサ１２、メモリ１３、外部接続ポート１４および表示装置１５を備えている。

マイクロコンピュータ１１は、３軸加速度センサ１２で測定した３軸の加速度Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚから人体１における３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを算出し、人体１の行動の種類を判定する。３軸加速度センサ１２は、３軸の加速度Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚを測定する。メモリ１３は、マイクロコンピュータ１１により人体１の行動の種類を判定した結果を記録する。メモリ１３については、マイクロコンピュータ１１に内蔵されているメモリで代用してもよく、取り外し可能なＳＤカードなどの記録媒体を用いてもよい。外部接続ポート１４は、行動ロガー１０に外部機器２０を接続するためのものである。外部接続ポート１４については、ＵＳＢポートやシリアルケーブルの接続口などのポートを用いてもよい。表示装置１５は、マイクロコンピュータ１１により人体１の行動の種類を判定した結果を画面に表示するものである。表示装置１５については、判定結果を画面に表示する必要がなければ、設けなくてもよい。

ＰＣなどの外部機器２０は、行動ロガー１０の外部接続ポート１４に接続して、人体１の行動の種類を判定した結果を読み出すときに用いる。

行動ロガー１０は、行動ロガー１０の装着者の一定期間（例えば、起きている間）の行動を記録して、後で読み出すことを想定している。つまり、行動ロガー１０は、３軸加速度センサ１２の検出結果からマイクロコンピュータ１１が判定した行動の種類をデータとして記録し、外部接続ポート１４を外部機器２０と接続することによりデータを外部機器２０へ送信する（第１通信工程）。また、行動ロガー１０が、歩行の回数、走行の回数およびジャンプの回数を記録し、行動ロガー１０に外部機器２０を接続することにより、測定した期間で消費した総カロリーを計算することができる。よって、行動ロガー１０は、人体１の加速度を測定することができ、歩行の回数、走行の回数およびジャンプの回数を記録したデータを外部へ出力することができる。以上により、行動ロガー１０は、人体１が行動している間にメモリ１３が記録したデータを、後で外部機器２０に読み出すことができる。したがって、行動ロガー１０は、人体１が広範囲に亘って行動した結果のデータを記録し、そのデータを後で外部機器２０に読み出すことができる。

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図９は、本発明の実施形態３に係る行動判定装置の一例の概略図である。

図９に示すように、行動ロガー３０（行動判定装置）は、マイクロコンピュータ１１、３軸加速度センサ１２、メモリ１３、表示装置１５および無線装置１６を備えている。

マイクロコンピュータ１１により人体１の行動の種類を判定した結果を記録するメモリ１３は、マイクロコンピュータ１１に内蔵されていてもよい。また、メモリ１３については、取り外し可能なＳＤカードなどの記録媒体を用いてもよい。無線装置１６は、外部機器４０と通信を行う（第２通信工程）。無線装置１６は、無線により外部機器４０に、人体１の行動の種類を判定した結果のデータを送信するための装置である。また、無線装置１６には、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などを用いてもよいが、特定の方式に限定されるものではない。表示装置１５については、判定結果を画面に表示する必要がなければ、設けなくてもよい。

外部機器４０は、行動ロガー３０と通信を行うことで、人体１の行動の種類を判定した結果のデータを受信する。

行動ロガー３０は、行動ロガー３０の装着者の現在の状態をリアルタイムで把握するために用いられることを想定している。したがって、行動ロガー３０は、リアルタイムに人体１の行動の種類を判定することにより、人体１の行動を監視することができる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る行動判定装置は、３軸の加速度Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚを測定する３軸加速度センサと、３軸の加速度Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚから人体における３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを算出するマイクロコンピュータとを備え、前記マイクロコンピュータにより算出される前記３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚのうち、１軸の加速度は、地面に対して垂直方向の加速度であり、他の２軸は地面に対して水平であり、且つ、互いに垂直な方向の加速度の加速度であり、前記マイクロコンピュータは、所定期間において、前記垂直方向の加速度と所定の閾値とを比較することにより、前記所定期間内における前記人体の行動の種類を判定する。

上記の構成によれば、人体１の垂直方向の加速度と所定の閾値とが比較される。これにより、膝を深く折り曲げた上下振動の激しい歩行を行う場合であっても、行動判定装置が人体１の歩行を走行であると誤認識することなく、行動判定装置がより精度よく行動の判定を行うことができる。

本発明の態様２に係る行動判定装置は、上記態様１において、前記マイクロコンピュータは、前記所定期間において、前記垂直方向の加速度が前記所定の閾値以下になることを検出することにより、前記人体の行動は走行またはジャンプと判定する。

上記の構成によれば、行動判定装置は、垂直方向の加速度が所定期間において、所定の閾値以下になることを検出することで、歩行と、走行またはジャンプとを区別することができる。

本発明の態様３に係る行動判定装置は、上記態様１において、前記マイクロコンピュータは、前記所定期間において、前記垂直方向の加速度が常に前記所定の閾値より大きくなることを検出することにより、前記人体の行動は歩行であると判定する。

上記の構成によれば、行動判定装置は、上記態様２と同様の効果を奏する。

本発明の態様４に係る行動判定装置は、上記態様１から３のいずれかにおいて、前記マイクロコンピュータは、前記所定期間において、前記３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚの合成加速度と前記所定の閾値とを比較することにより、前記人体の行動の種類を判定する。

上記の構成によれば、行動判定装置は、人体１の行動の種類を判定するのに、垂直方向の加速度と、合成加速度Ｇｍとを用いることで、人体１の行動の種類を容易に判定することができる。

本発明の態様５に係る行動判定装置は、上記態様４において、前記マイクロコンピュータは、前記所定期間において、前記垂直方向の加速度が前記所定の閾値以下、かつ、前記合成加速度が常に前記所定の閾値より大きくなることを検出することにより、前記人体の行動は、走行しながらのジャンプを含んだ走行であると判定する。

上記の構成によれば、行動判定装置は、人体１の行動が走行であると判断することができる。

本発明の態様６に係る行動判定装置は、上記態様４において、前記マイクロコンピュータは、前記所定期間において、前記垂直方向の加速度が前記所定の閾値以下、かつ、前記合成加速度が前記所定の閾値以下になることを検出することにより、前記人体の行動はジャンプであると判定する。

上記の構成によれば、行動判定装置は、人体１の行動がジャンプであると判断することができる。

本発明の態様７に係る行動判定装置は、上記態様１から６のいずれかにおいて、外部接続ポートを備え、外部機器と接続される前記外部接続ポートを介して、前記外部機器と通信する。

上記の構成によれば、行動判定装置は、歩行の回数、走行の回数およびジャンプの回数などの人体１の行動の種類を判定した結果について記録したデータを外部へ出力することができる。また、行動判定装置は、人体１が行動している間にメモリ１３が記録したデータを、後で外部機器２０に読み出すことができる。したがって、行動判定装置は、人体１が広範囲に亘って行動した結果のデータを記録し、そのデータを後で外部機器２０に読み出すことができる。

本発明の態様８に係る行動判定装置は、上記態様１から６のいずれかにおいて、無線装置を備え、前記無線装置を介して、外部と通信する。

上記の構成によれば、行動判定装置は、リアルタイムに人体１の行動の種類を判定することにより、人体１の行動を監視することができる。

本発明の態様９に係る行動判定方法は、３軸加速度センサにより３軸の加速度Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚを測定する測定工程と、マイクロコンピュータにより３軸の加速度Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚから人体における３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを算出する算出工程と、前記マイクロコンピュータにより算出される前記３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚのうち、１軸の加速度は、地面に対して垂直方向の加速度であり、他の２軸は地面に対して水平であり、且つ、互いに垂直な方向の加速度の加速度であり、前記マイクロコンピュータにより、所定期間において、前記垂直方向の加速度と所定の閾値とを比較する比較工程と、前記所定期間内における前記人体の行動の種類を判定する第１判定工程とを含む。

上記の構成によれば、行動判定方法は、上記態様１と同様の効果を奏する。

本発明の態様１０に係る行動判定方法は、上記態様９において、前記第１判定工程は、前記垂直方向の加速度が、前記所定期間において、前記所定の閾値以下になるときは、前記人体の行動は走行またはジャンプであると判定する第２判定工程を含む。

上記の構成によれば、行動判定方法は、上記態様２と同様の効果を奏する。

本発明の態様１１に係る行動判定方法は、上記態様９において、前記第１判定工程は、前記垂直方向の加速度が、前記所定期間において、常に前記所定の閾値より大きいときは前記人体の行動は歩行であると判定する第３判定工程を含む。

上記の構成によれば、行動判定方法は、上記態様３と同様の効果を奏する。

本発明の態様１２に係る行動判定方法は、上記態様９から１１のいずれかにおいて、前記第１判定工程は、前記マイクロコンピュータが、前記３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚの合成加速度と前記所定の閾値とを比較することにより、前記人体の行動の種類を判定する第４判定工程を含む。

上記の構成によれば、行動判定方法は、上記態様４と同様の効果を奏する。

本発明の態様１３に係る行動判定方法は、上記態様１２において、前記第１判定工程は、前記マイクロコンピュータが、前記所定期間において、前記垂直方向の加速度が前記所定の閾値以下、かつ、前記合成加速度が常に前記所定の閾値より大きくなることを検出することにより、前記人体の行動は走行しながらのジャンプを含んだ走行であると判定する第５判定工程を含む。

上記の構成によれば、行動判定方法は、上記態様５と同様の効果を奏する。

本発明の態様１４に係る行動判定方法は、上記態様１２において、前記第１判定工程は、前記マイクロコンピュータが、前記所定期間において、前記垂直方向の加速度が前記所定の閾値以下、かつ、前記合成加速度が前記所定の閾値以下になることを検出することにより、前記人体の行動はジャンプであると判定する第６判定工程を含む。

上記の構成によれば、行動判定方法は、上記態様６と同様の効果を奏する。

本発明の態様１５に係る行動判定方法は、上記態様９から１４のいずれかにおいて、外部機器と接続される外部接続ポートを介して、前記外部機器と通信する第１通信工程を含む。

上記の構成によれば、行動判定方法は、上記態様７と同様の効果を奏する。

本発明の態様１６に係る行動判定方法は、上記態様９から１４のいずれかにおいて、無線装置を介して、外部と通信する第２通信工程を含む。

上記の構成によれば、行動判定方法は、上記態様８と同様の効果を奏する。

１人体
２地面
３垂直抗力
４ａ床反力
４ｂ押圧力
５重力
６空気抵抗
１０、３０行動ロガー（行動判定装置）
１１マイクロコンピュータ
１２３軸加速度センサ
１３メモリ
１４外部接続ポート
１５表示装置
１６無線装置
２０、４０外部機器
Ｇｍ合成加速度

Claims

３軸の加速度Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚを測定する３軸加速度センサと、
３軸の加速度Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚから人体における３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを算出するマイクロコンピュータとを備え、
前記マイクロコンピュータにより算出される前記３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚのうち、１軸の加速度は、地面に対して垂直方向の加速度であり、他の２軸は地面に対して水平であり、且つ、互いに垂直な方向の加速度であり、
前記マイクロコンピュータは、所定期間において、前記垂直方向の加速度とゼロとを比較することにより、前記所定期間内における前記人体の行動の種類を判定し、
前記マイクロコンピュータは、前記所定期間において、前記３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚの合成加速度とゼロとを比較することにより、前記人体の行動の種類を判定し、
前記マイクロコンピュータは、
前記所定期間において、前記垂直方向の加速度がゼロ以下、かつ、前記合成加速度がゼロになることを検出することにより、前記人体の行動は、ジャンプであると判定し、
前記所定期間において、前記垂直方向の加速度がゼロ以下、かつ、前記合成加速度が常にゼロより大きくなることを検出することにより、前記人体の行動は、走行しながらのジャンプを含んだ走行であると判定することを特徴とする行動判定装置。
外部接続ポートを備え、
外部機器と接続される前記外部接続ポートを介して、前記外部機器と通信することを特徴とする請求項１に記載の行動判定装置。
無線装置を備え、
前記無線装置を介して、外部と通信することを特徴とする請求項１に記載の行動判定装置。
３軸加速度センサにより３軸の加速度Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚを測定する測定工程と、
マイクロコンピュータにより３軸の加速度Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚから人体における３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚを算出する算出工程と、
前記マイクロコンピュータにより算出される前記３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚのうち、１軸の加速度は、地面に対して垂直方向の加速度であり、他の２軸は地面に対して水平であり、且つ、互いに垂直な方向の加速度であり、前記マイクロコンピュータにより、所定期間において、前記垂直方向の加速度とゼロとを比較する比較工程と、
前記所定期間内における前記人体の行動の種類を判定する第１判定工程とを含み、
前記第１判定工程は、
前記マイクロコンピュータが、前記３軸の加速度Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚの合成加速度とゼロとを比較することにより、前記人体の行動の種類を判定する第４判定工程と、
前記マイクロコンピュータが、前記所定期間において、前記垂直方向の加速度がゼロ以下、かつ、前記合成加速度がゼロになることを検出することにより、前記人体の行動は、ジャンプであると判定する第６判定工程と、
前記マイクロコンピュータが、前記所定期間において、前記垂直方向の加速度がゼロ以下、かつ、前記合成加速度が常にゼロより大きくなることを検出することにより、前記人体の行動は走行しながらのジャンプを含んだ走行であると判定する第５判定工程と、を含むことを特徴とする行動判定方法。
外部機器と接続される外部接続ポートを介して、前記外部機器と通信する第１通信工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の行動判定方法。
無線装置を介して、外部と通信する第２通信工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の行動判定方法。