運動信息顯示系統和運動信息顯示方法
【專利說明】
[0001] 對應日本申請：
[0002] 【申請號】日本專利申請2014-251931，申請日：2014年12月12日
技術領域
[0003] 本發明涉及一種用戶能夠簡單且準確地掌握運動狀態的運動信息顯示系統以及 運動信息顯示方法。
【背景技術】
[0004] 近年來，由于要求健康的愿望高漲，經常進行慢跑或走路或騎行等的運動來維持 或促進健康狀態的人增加。以參見各種活動或競技比賽為目標來進行更正式訓練的人也增 加。
[0005] 這樣的人們非常關心根據數值或數據來測定或記錄自身的健康狀態或運動狀態 這樣的事情。
[0006] 為了應對這種要求，近年來，進行著利用能夠計測加速度和角速度的運動傳感器， 進行掌握身體的運動的產品和技術的研究。例如，日本特開2012-000343號公報中，公開了 一種步行解析系統，以夾著步行者的股關節和膝關節、足關節的方式安裝測定傳感器，測定 步行時的加速度和角速度，由此掌握各關節的關節角度和其他的步行信息，進行步行狀態 的評價。
[0007] 在上述文獻等中記載的技術中，掌握運動時的下肢的動作，為了再現其動作狀態， 在腰、大腿、小腿上分別安裝運動傳感器，測定由各自的動作產生的加速度和角速度等。因 此，需要在身體上佩戴多個運動傳感器，其處理非常繁瑣，而且系統的構筑成本也變高。因 此，一般的人不能簡單應用。
【發明內容】
[0008] 本發明的優點在于提供一種運動信息顯示系統以及運動信息顯示方法，通過僅在 用戶的一個腳踝佩戴傳感器部的簡單的結構，就能準確掌握運動狀態，能夠正確地再現用 戶的運動狀態。
[0009] 本發明提供一種運動信息顯示系統，具有：傳感器部，佩戴在人體的一條腿的腳踝 上，輸出與所述一條腿的動作狀態相關聯的數據；顯示部；以及控制部，處理所述數據；所 述控制部為，將所述人體進行校準動作時由所述傳感器部輸出的所述數據作為校準數據來 取得，所述校準動作是用于取得表示所述傳感器部的佩戴方向、所述一條腿上的所述傳感 器部的佩戴位置、用所述一條腿單腿站立時的所述一條腿的姿勢中的至少一種的參數的動 作，基于所述校準數據取得所述參數，將所述人體進行至少移動所述一條腿的運動時的所 述數據作為運動數據來取得，基于所述運動數據和所述參數，生成模擬地再現所述運動中 的所述腿的動作狀態的再現圖像，使至少包含所述再現圖像的圖像作為運動信息顯示在所 述顯示部上。
[0010] 本發明還提供一種運動信息顯示方法，包括以下步驟：從佩戴于人體的一條腿的 腳踝上的傳感器部，將所述人體進行校準動作時由所述傳感器部輸出的數據作為校準數據 來取得，所述校準動作是用于取得表示所述傳感器部的佩戴方向、所述傳感器部的佩戴位 置、所述一條腿以該一條腿單腿站立時的姿勢中的至少一種的參數的動作；基于所述校準 數據取得所述參數；將所述人體進行至少移動所述一條腿的運動時的所述數據作為運動數 據來取得；基于所述運動數據和所述參數，生成模擬地再現所述運動中的所述腿的動作狀 態的再現圖像；以及使至少包含所述再現圖像的圖像作為運動信息顯示在顯示部上。
【附圖說明】
[0011] 圖1A、圖1B、圖IC是表示本發明的運動信息顯示系統的一實施方式的概略結構 圖。
[0012] 圖2A、圖2B是表示適用于一實施方式的運動信息顯示系統的傳感器設備以及信 息處理設備的一結構例的概略框圖。
[0013] 圖3是表示適用于一實施方式的運動信息顯示系統的傳感器設備的控制方法（運 動信息測定動作）的一例的流程圖。
[0014] 圖4是表示適用于一實施方式的運動信息顯示系統的信息處理設備的控制方法 (運動信息再現動作）的一例的流程圖。
[0015] 圖5是表示適用于一實施方式的運動信息顯示系統的校準處理的一例的流程圖。
[0016] 圖6是表示在適用于一實施方式的校準處理中執行的、傳感器設備的佩戴方向的 校正矩陣的推定處理的一例的流程圖。
[0017] 圖7是表示在適用于一實施方式的校準處理中執行的、下肢的基準姿勢的設定處 理的一例的流程圖。
[0018] 圖8是表示在適用于一實施方式的校準處理中執行的、下肢的長度的推定處理的 一例的流程圖。
[0019] 圖9是表示在適用于一實施方式的下肢的長度的推定處理中執行的、下肢的長度 的取得方法（下肢長的取得處理）的一例的流程圖。
[0020] 圖10A、圖10B、圖IOC是表示在適用于一實施方式的佩戴方向的校正矩陣的推定 處理中執行的、在伸縮動作時取得的角速度傳感器的輸出信號的一例的信號波形圖。
[0021] 圖11A、圖11B、圖IlC是表示在適用于一實施方式的下肢的長度的推定處理中執 行的、伸縮動作的一例的概略圖。
[0022] 圖12是表示在適用于一實施方式的運動信息顯示系統中的下肢動作再現處理的 一例的流程圖。
[0023] 圖13是表示在適用于一實施方式的下肢動作再現處理中執行的、傳感器設備的 姿勢推定處理的一例的流程圖。
[0024] 圖14是表示在適用于一實施方式的下肢動作再現處理中執行的、傳感器設備的 位置推定處理的一例的流程圖。
[0025] 圖15是表示在適用于一實施方式的下肢動作再現處理中執行的、下肢動作的推 定處理的一例的流程圖。
[0026] 圖16A、圖16B、圖16C、圖16D、圖16E是用于說明在適用于一實施方式的下肢動作 再現處理中切取跑步動作的一周期量的處理的信號波形圖。
[0027] 圖17A、圖17B是表示在適用于一實施方式的下肢動作再現處理中切取跑步動作 的一周期量時的用戶的姿勢的概略圖。
[0028] 圖18是表示在適用于一實施方式的下肢動作再現處理中一周期量的跑步動作的 基準姿勢的位置的概略圖。
[0029] 圖19是表示在適用于一實施方式的下肢動作再現處理中參照的小腿的長度與大 腿的腿根的動作的對應關系的表格的一例的概略圖。
[0030] 圖20是表示在適用于一實施方式的下肢動作再現處理中推定出的一周期量的兩 側的下肢的動作的火柴人模型。
[0031] 圖21是表示在適用于一實施方式的運動信息顯示系統中的信息處理設備上顯示 的運動信息的一例的概略圖。
[0032] 圖22A、圖22B、圖22C是表示一實施方式的運動信息顯示系統的變形例的概略結 構圖。
【具體實施方式】
[0033] 針對本發明的運動信息顯示系統以及運動信息顯示方法的實施方式，示出如下附 圖來進行詳細說明。
[0034] 另外，在以下的說明中，對用戶進行跑步等運動的情況進行說明。
[0035] 〈運動信息顯示系統〉
[0036] 圖1A、圖1B、圖IC是表示本發明的運動信息顯示系統的一實施方式的概略結構 圖，圖IA是表示適用于運動信息顯示系統的傳感器設備向人體的佩戴例的概略圖，圖IB是 表示運動信息顯示系統的全體結構的概略圖，圖IC是表示傳感器設備的坐標系（傳感器坐 標系）的概略圖。
[0037] 圖2A、圖2B是表示適用于本實施方式的運動信息顯示系統的傳感器設備以及信 息處理設備的一結構例的概略框圖。
[0038] 本實施方式的運動信息顯示系統例如如圖1A、圖IB所示，具有：由作為被測定者 的用戶US佩戴在身體上的傳感器設備100、和基于從傳感器設備100取得的傳感器數據等 模擬地再現運動狀態并可視地提供給用戶的信息處理設備200。
[0039] (傳感器設備100)
[0040] 如圖IA所示，傳感器設備100佩戴在用戶US的一條腿的腳踝或者腳踝的附近。
[0041] 傳感器設備100例如如圖IB所示，大體具有如下的外觀形狀，該外觀形狀具有具 備對用戶US的運動狀態進行檢測的各種傳感器的設備本體101、和用于通過卷繞在用戶US 的一條腿的腳踝上從而將設備本體101佩戴在腳踝上的帶部102。
[0042] 另外，在圖1A、圖IB中，作為傳感器設備100的結構，對通過在用戶US的一條腿的 腳踝上卷繞帶部102而佩戴設備本體101的情況進行說明。但是，本發明不限于此。即，傳 感器設備100如果是在用戶US的身體的規定部位（這里是腳踝附近）不產生偏移地佩戴 的結構，則也可以是具有其他結構的傳感器設備。
[0043] 例如，也可以不具有上述帶部102,而是貼附在用戶US身穿的鞋子、服裝（衣服、襪 子等）等上，或者組裝在它們內部，或者通過夾子等夾入而進行佩戴的結構。
[0044] 傳感器設備100具體來說例如圖2A所示，大致具有傳感器部110、輸入操作部 120、通知部130、控制部（校準處理部）140、存儲部150、通信接口部（以下，記述為"通信 I/F部"）160和電源供給部170。
[0045] 傳感器部110具有用于檢測人體的動作的運動傳感器，如圖2A所示，至少具有加 速度傳感器112和角速度傳感器（陀螺儀傳感器）114。
[0046] 加速度傳感器112計測用戶US的運動中的動作速度的變化的比例（并進動作的 加速度），并作為相互正交的3軸方向的加速度數據（加速度信號）而輸出。
[0047] 角速度傳感器114計測用戶US的運動中的動作方向的變化（旋轉角速度），并作 為相互正交的3軸方向的角速度數據（角速度信號）而輸出。
[0048] 加速度傳感器112以及角速度傳感器114按照所設定的每個采樣間隔進行計測。 該采樣間隔例如設定未5msec或者其附近。
[0049] 在用戶US進行至少移動佩戴著傳感器設備100的一條腿的運動時由傳感器部110 計測并輸出的傳感器數據（加速度數據，角速度數據），被保存在后述的存儲部150的規定 的存儲區域中。
[0050] 這里，加速度傳感器112以及角速度傳感器114具有的傳感器坐標SNC是相對坐 標，例如如圖IC所示，以傳感器設備100的佩戴位置為基準，分別設定膝方向（圖面上方 向）為+Z軸方向，直立時的行進方向（圖面左方向）為+X軸方向，直立時的左手方向（圖 面近前方向）為+Y軸方向。
[0051] 另一方面，作為絕對坐標的世界坐標WDC如圖IA所示，分別設定行進時的行進方 向（圖面左方向）為+Z軸方向，行進時的左手方向（圖面近前方向）為+X軸方向，相對于 地面的鉛直方向（圖面上方向）為+Y軸方向。這里，世界坐標WDC的-Y軸方向對應于重 力方向（重力加速度的方向）。
[0052] 輸入操作部120例如如圖IB所示，具有設置在設備本體101的側面和正面等的操 作按鈕（按壓按鈕）122、124或滑動按鈕、觸摸按鈕等開關。
[0053] 輸入操作部120例如用于啟動傳感器設備100的電源操作、用于設定傳感器設備 100的動作模式的操作。
[0054] 通知部130省略了圖示，具有設置在設備本體101上的蜂鳴器和揚聲器等音響部、 振動馬達和振子等振動部、LED等發光元件等的發光部等。
[0055] 通知部130將與至少后述的規定的參數的校準處理中的步驟相關的信息、與傳感 器設備100的動作異常相關的信息等通過視覺、聽覺或觸覺等提供或通知給用戶。
[0056] 另外，通知部130例如可以是具有上述音響部、振動部、發光部等中的至少一個或 者幾個組合的結構。
[0057] 控制部140是具有計時功能的CPU (中央運算處理裝置）和MPU (微處理器）等的 運算處理裝置，基于動作時鐘，執行規定的控制程序或者算法程序。
[0058] 由此，控制部140控制規定的參數的校準處理和傳感器設備100中的感測動作、通 知部130中的通知動作、通信I/F部160中的傳感器數據等的發送動作等各種動作。
[0059] 這里，本實施方式中，控制部140通過用戶US使用輸入操作部120來進行規定的 輸入操作，從而設定規定的動作模式，并執行與該動作模式對應的動作。另外，在后面對各 動作模式中的動作進行說明。
[0060] 存儲部150將從上述傳感器部110取得的傳感器數據等與時間數據建立關聯地保 存到規定的存儲區域中。
[0061] 存儲部150保存在控制部140中執行規定的程序，而在規定的參數的校準處理、傳 感器部110中的感測動作、通信I/F部160中的傳感器數據的發送動作等時使用或者生成 的各種數據和信息等。
[0062] 存儲部150還保存在控制部140中執行的控制程序和算法程序。
[0063] 另外，在控制部140中執行的程序也可以是預先裝入控制部140中的程序。
[0064] 存儲部150的一部分或者全部也可以是例如具有作為存儲卡等的可移除存儲介 質的形態，并構成為相對于傳感器設備100能夠拆裝的結構的部件。
[0065] 通信I/F部160作為將從傳感器部110取得的傳感器數據（加速度數據、角速度 數據）、由后述的校準處理生成的各種數據和信息等相對于信息處理設備200收發時的接 口起作用。
[0066] 這里，作為經由通信I/F部160在傳感器設備100與信息處理設備200之間收發 傳感器數據等的方式，能夠適用例如各種無線通信方式或有線通信方式。
[0067] 這里，在上述通信I/F部160中，在通過無線通信方式收發傳感器數據等的情況 下，能夠較好地應用例如作為數字設備用的近距離無線通信規則的藍牙（Bluetooth(注 冊商標））、作為低耗電型的通信規則制定的藍牙低能量（Bluetooth(注冊商標） lowenergy (LE))、NFC(