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上体運動計測システム及び上体運動計測方法 UPDATE 外国出願あり

国内特許コード P200016728
整理番号 4397
掲載日 2020年4月6日
出願番号 特願2014-064658
公開番号 特開2015-186515
登録番号 特許第6288706号
出願日 平成26年3月26日(2014.3.26)
公開日 平成27年10月29日(2015.10.29)
登録日 平成30年2月16日(2018.2.16)
発明者
  • 竹中 透
  • 池内 康
  • 長田 陽祐
  • 大畑 光司
出願人
  • 本田技研工業株式会社
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 上体運動計測システム及び上体運動計測方法 UPDATE 外国出願あり
発明の概要 【課題】人(被験者)の上体の姿勢の動きを適切に測定することができるシステムを提供する。
【解決手段】上体運動計測システム1は、角速度センサ4及び加速度センサ5が各々搭載されてた複数の慣性センサユニット2を備える。複数の慣性センサユニット2は、被験者Pの上体の互いに異なる箇所に装着される。角速度センサ4及び加速度センサ5の検出出力を基に、各慣性センサユニット2の姿勢を推定し、さらに加速度を推定する。複数の慣性センサユニット2の推定された加速度を基に、被験者Pの上体の角加速度を推定する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要

人の歩行状態を把握するために、歩行中の人の所定の部位の姿勢、あるいは、その姿勢の変化等をジャイロセンサ等の角速度センサ用いて計測することが従来より一般に行われている。

例えば特許文献1には、歩行者の腰部と各脚の大腿部、下腿部及び足部とにジャイロセンサを取り付けて、これらのジャイロセンサの検出値を用いて、股関節、膝関節、足首関節の関節角度を測定する技術が記載されている。

産業上の利用分野

本発明は、人(被験者)の上体の姿勢の動きを推定するシステム及び方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
角速度を検出する角速度センサと加速度を検出する加速度センサとの組が各々搭載されており、被験者の上体の互いに異なる箇所に装着される複数の慣性センサユニットと、
前記被験者の上体に装着された各慣性センサユニットの角速度センサ及び加速度センサのそれぞれの検出出力により示される角速度の検出値と加速度の検出値を基に、前記被験者の運動環境における各慣性センサユニットの姿勢を推定するセンサユニット姿勢推定手段と、
前記被験者の上体に装着された各慣性センサユニットの加速度センサの検出出力により示される加速度の検出値と、前記センサユニット姿勢推定手段により推定された各慣性センサユニットの姿勢とを基に、前記被験者の運動環境に設定されたグローバル座標系で見た各慣性センサユニットの加速度を推定するセンサユニット加速度推定手段と、
前記複数の慣性センサユニットのそれぞれに関して前記センサユニット加速度推定手段により推定された加速度の組を基に、前記グローバル座標系で見た前記被験者の上体の角加速度を推定する上体角加速度推定手段とを備えることを特徴とする上体運動計測システム。

【請求項2】
請求項1記載の上体運動計測システムにおいて、
前記複数の慣性センサユニットは、前記被験者の体幹軸に沿って該上体の上下方向に間隔を存するように該上体に装着される2つの慣性センサユニットを少なくとも含んでおり、
前記上体角加速度推定手段が推定する角加速度は、前記被験者のロール方向での上体の角加速度と前記被験者のピッチ方向での角加速度とのうちの少なくともいずれか一方を含むことを特徴とする上体運動計測システム。

【請求項3】
請求項2記載の上体運動計測システムにおいて、
前記2つの慣性センサユニットのうちの上側の慣性センサユニットは、前記被験者の上体のうち、該被験者の胸椎と腰椎との境目よりも上側の箇所に装着され、前記2つの慣性センサユニットのうちの下側の慣性センサユニットは、前記被験者の上体のうち、該被験者の胸椎と腰椎との境目よりも下側の箇所に装着されることを特徴とする上体運動計測システム。

【請求項4】
請求項1~3のいずれか1項に記載の上体運動計測システムにおいて、
前記グローバル座標系で見た各慣性センサユニットの加速度、又は前記グローバル座標系で見た前記被験者の上体の角加速度を対象状態量と定義したとき、前記センサユニット加速度推定手段又は前記上体角加速度推定手段は、前記複数の慣性センサユニットを上体に装着した前記被験者の歩行動作が行われた場合に、該歩行動作における前記対象状態量の推定値の時系列を生成する基本推定値生成処理と、該歩行動作における2歩分の歩容での前記対象状態量の平均波形データを生成する平均波形データ生成処理とを実行するように構成されており、
前記平均波形データ生成処理は、前記被験者の歩行動作に含まれるn個(n:2以上の整数)の2歩分の歩容のそれぞれに対応して前記基本推定値生成処理により生成された前記対象状態量の推定値の時系列により示される波形データを時間軸方向にスケール変換することにより、2歩分の歩容の期間の時間幅を正規化してなる正規化波形データを生成し、さらに、前記n個の2歩分の歩容のそれぞれに対応するn個の前記正規化波形データの平均の波形データを前記平均波形データとして生成するように構成されていることを特徴とする上体運動計測システム。

【請求項5】
請求項4記載の上体運動計測システムにおいて、
前記平均波形データ生成処理のうちの前記正規化波形データを生成する処理は、該正規化波形データにおける前記被験者の右脚側の1歩の期間の時間幅と左脚側の1歩の期間の時間幅との比率が、前記被験者の歩行動作に含まれるn個の2歩分の歩容における右脚側の1歩の期間の実際の時間幅の平均値と、該n個の2歩分の歩容における左脚側の1歩の期間の実際の時間幅の平均値との比率に一致するように、前記正規化波形データを生成するように構成されていることを特徴とする上体運動計測システム。

【請求項6】
請求項4又は5記載の上体運動計測システムにおいて、
前記平均波形データ生成処理を実行する前記センサユニット加速度推定手段又は前記上体角加速度推定手段は、前記平均波形データ生成処理により生成した前記平均波形データからオフセット成分を除去するオフセット成分除去処理をさらに実行するように構成されており、該オフセット成分除去処理は、前記オフセット成分を除去した後の平均波形データにより示される前記対象状態量の値の、前記2歩分の歩容の期間における平均値がゼロになるという条件を満たすように前記オフセット成分を除去するように構成されていることを特徴とする上体運動計測システム。

【請求項7】
請求項4~6のいずれか1項に記載の上体運動計測システムにおいて、
前記平均波形データ生成処理を実行する前記センサユニット加速度推定手段又は前記上体角加速度推定手段は、前記複数の慣性センサユニットのうちの少なくとも1つの慣性センサユニットの加速度センサの検出出力により示される加速度の検出値又は当該少なくとも1つの慣性センサユニットに関して前記センサユニット加速度推定手段により推定された加速度の変化に基づいて、前記被験者の歩行動作における1歩毎の切替わりのタイミングを認識するように構成されていることを特徴とする上体運動計測システム。

【請求項8】
請求項4~7のいずれか1項に記載の上体運動計測システムにおいて、
前記センサユニット加速度推定手段は、前記各慣性センサユニットの加速度に関する前記平均波形データを生成するように構成されており、
前記上体角加速度推定手段は、前記複数の慣性センサユニットのそれぞれに関して前記センサユニット加速度推定手段により生成された平均波形データに示される各慣性センサユニットの加速度の推定値を用いて前記2歩分の歩容の期間における前記被験者の上体の角加速度の推定値の時系列により構成される角加速度波形データを生成するように構成されており、
前記上体角加速度推定手段により生成された前記角加速度波形データにより示される角加速度の推定値を積分することにより前記被験者の上体の角速度の推定値を算出する上体角速度推定手段をさらに備えており、
前記上体角速度推定手段は、前記2歩分の歩容の期間における前記被験者の上体の角速度の推定値の平均値がゼロになるという条件を満たすように、前記被験者の上体の角速度の推定値を算出するように構成されていることを特徴とする上体運動計測システム。

【請求項9】
請求項4~7のいずれか1項に記載の上体運動計測システムにおいて、
前記上体角加速度推定手段は、前記被験者の上体の角加速度に関する前記平均波形データを生成するように構成されており、
前記上体角加速度推定手段により生成された前記平均波形データにより示される角加速度の推定値を積分することにより前記被験者の上体の角速度の推定値を算出する上体角速度推定手段をさらに備えており、
前記上体角速度推定手段は、前記2歩分の歩容の期間における前記被験者の上体の角速度の推定値の平均値がゼロになるという条件を満たすように、前記被験者の上体の角速度の推定値を算出するように構成されていることを特徴とする上体運動計測システム。

【請求項10】
角速度を検出する角速度センサと加速度を検出する加速度センサとの組が各々搭載された複数の慣性センサユニットを被験者の上体の互いに異なる箇所に装着した状態で各慣性センサユニットの角速度センサ及び加速度センサのそれぞれの検出出力を取得する第1工程と、
前記第1工程で取得された各慣性センサユニットの角速度センサ及び加速度センサのそれぞれの検出出力により示される角速度の検出値と加速度の検出値とを基に、前記被験者の運動環境における各慣性センサユニットの姿勢を推定する第2工程と、
前記第1工程で取得された各慣性センサユニットの加速度センサの検出出力により示される加速度の検出値と、各慣性センサユニットに関して前記第2工程で推定され各慣性センサユニットの姿勢とを基に、前記被験者の移動環境に設定されたグローバル座標系で見た各慣性センサユニットの加速度を推定する第3工程と、
前記複数の慣性センサユニットのそれぞれに関して前記3工程で推定された加速度の組を基に、前記グローバル座標系で見た前記被験者の上体の角加速度を推定する第4工程とを備えることを特徴とする上体運動計測方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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