運(yùn)動信息顯示系統(tǒng)和運(yùn)動信息顯示方法
【專利說明】
[0001] 對應(yīng)日本申請：
[0002] 【申請?zhí)枴咳毡緦＠暾?014-251931，申請日：2014年12月12日
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及一種用戶能夠簡單且準(zhǔn)確地掌握運(yùn)動狀態(tài)的運(yùn)動信息顯示系統(tǒng)以及 運(yùn)動信息顯示方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 近年來，由于要求健康的愿望高漲，經(jīng)常進(jìn)行慢跑或走路或騎行等的運(yùn)動來維持 或促進(jìn)健康狀態(tài)的人增加。以參見各種活動或競技比賽為目標(biāo)來進(jìn)行更正式訓(xùn)練的人也增 加。
[0005] 這樣的人們非常關(guān)心根據(jù)數(shù)值或數(shù)據(jù)來測定或記錄自身的健康狀態(tài)或運(yùn)動狀態(tài) 這樣的事情。
[0006] 為了應(yīng)對這種要求，近年來，進(jìn)行著利用能夠計測加速度和角速度的運(yùn)動傳感器， 進(jìn)行掌握身體的運(yùn)動的產(chǎn)品和技術(shù)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(tǒng)，以夾著步行者的股關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)、足關(guān)節(jié)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(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度和其他的步行信息，進(jìn)行步行狀態(tài) 的評價。
[0007] 在上述文獻(xiàn)等中記載的技術(shù)中，掌握運(yùn)動時的下肢的動作，為了再現(xiàn)其動作狀態(tài)， 在腰、大腿、小腿上分別安裝運(yùn)動傳感器，測定由各自的動作產(chǎn)生的加速度和角速度等。因 此，需要在身體上佩戴多個運(yùn)動傳感器，其處理非常繁瑣，而且系統(tǒng)的構(gòu)筑成本也變高。因 此，一般的人不能簡單應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的優(yōu)點在于提供一種運(yùn)動信息顯示系統(tǒng)以及運(yùn)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(jié)構(gòu)，就能準(zhǔn)確掌握運(yùn)動狀態(tài)，能夠正確地再現(xiàn)用 戶的運(yùn)動狀態(tài)。
[0009] 本發(fā)明提供一種運(yùn)動信息顯示系統(tǒng)，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(tài)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)；顯示部；以及控制部，處理所述數(shù)據(jù)；所 述控制部為，將所述人體進(jìn)行校準(zhǔn)動作時由所述傳感器部輸出的所述數(shù)據(jù)作為校準(zhǔn)數(shù)據(jù)來 取得，所述校準(zhǔn)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(shù)的動 作，基于所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)取得所述參數(shù)，將所述人體進(jìn)行至少移動所述一條腿的運(yùn)動時的所 述數(shù)據(jù)作為運(yùn)動數(shù)據(jù)來取得，基于所述運(yùn)動數(shù)據(jù)和所述參數(shù)，生成模擬地再現(xiàn)所述運(yùn)動中 的所述腿的動作狀態(tài)的再現(xiàn)圖像，使至少包含所述再現(xiàn)圖像的圖像作為運(yùn)動信息顯示在所 述顯示部上。
[0010] 本發(fā)明還提供一種運(yùn)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(jìn)行校準(zhǔn)動作時由所述傳感器部輸出的數(shù)據(jù)作為校準(zhǔn)數(shù)據(jù) 來取得，所述校準(zhǔn)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(shù)的動作；基于所述校準(zhǔn) 數(shù)據(jù)取得所述參數(shù)；將所述人體進(jìn)行至少移動所述一條腿的運(yùn)動時的所述數(shù)據(jù)作為運(yùn)動數(shù) 據(jù)來取得；基于所述運(yùn)動數(shù)據(jù)和所述參數(shù)，生成模擬地再現(xiàn)所述運(yùn)動中的所述腿的動作狀 態(tài)的再現(xiàn)圖像；以及使至少包含所述再現(xiàn)圖像的圖像作為運(yùn)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(fā)明的運(yùn)動信息顯示系統(tǒng)的一實施方式的概略結(jié)構(gòu) 圖。
[0012] 圖2A、圖2B是表示適用于一實施方式的運(yùn)動信息顯示系統(tǒng)的傳感器設(shè)備以及信 息處理設(shè)備的一結(jié)構(gòu)例的概略框圖。
[0013] 圖3是表示適用于一實施方式的運(yùn)動信息顯示系統(tǒng)的傳感器設(shè)備的控制方法（運(yùn) 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(yùn)動信息顯示系統(tǒng)的信息處理設(shè)備的控制方法 (運(yùn)動信息再現(xiàn)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(yùn)動信息顯示系統(tǒng)的校準(zhǔn)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(zhǔn)處理中執(zhí)行的、傳感器設(shè)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(zhǔn)處理中執(zhí)行的、下肢的基準(zhǔn)姿勢的設(shè)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(zhǔn)處理中執(zhí)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(zhí)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(zhí)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(zhí) 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(yùn)動信息顯示系統(tǒng)中的下肢動作再現(xiàn)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(xiàn)處理中執(zhí)行的、傳感器設(shè)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(xiàn)處理中執(zhí)行的、傳感器設(shè)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(xiàn)處理中執(zhí)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)處理中一周期量的跑步動作的 基準(zhǔn)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(xiàn)處理中參照的小腿的長度與大 腿的腿根的動作的對應(yīng)關(guān)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(xiàn)處理中推定出的一周期量的兩 側(cè)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(yùn)動信息顯示系統(tǒng)中的信息處理設(shè)備上顯示 的運(yùn)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(yùn)動信息顯示系統(tǒng)的變形例的概略結(jié) 構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0033] 針對本發(fā)明的運(yùn)動信息顯示系統(tǒng)以及運(yùn)動信息顯示方法的實施方式，示出如下附 圖來進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0034] 另外，在以下的說明中，對用戶進(jìn)行跑步等運(yùn)動的情況進(jìn)行說明。
[0035] 〈運(yùn)動信息顯示系統(tǒng)〉
[0036] 圖1A、圖1B、圖IC是表示本發(fā)明的運(yùn)動信息顯示系統(tǒng)的一實施方式的概略結(jié)構(gòu) 圖，圖IA是表示適用于運(yùn)動信息顯示系統(tǒng)的傳感器設(shè)備向人體的佩戴例的概略圖，圖IB是 表示運(yùn)動信息顯示系統(tǒng)的全體結(jié)構(gòu)的概略圖，圖IC是表示傳感器設(shè)備的坐標(biāo)系（傳感器坐 標(biāo)系）的概略圖。
[0037] 圖2A、圖2B是表示適用于本實施方式的運(yùn)動信息顯示系統(tǒng)的傳感器設(shè)備以及信 息處理設(shè)備的一結(jié)構(gòu)例的概略框圖。
[0038] 本實施方式的運(yùn)動信息顯示系統(tǒng)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(shè)備100、和基于從傳感器設(shè)備100取得的傳感器數(shù)據(jù)等 模擬地再現(xiàn)運(yùn)動狀態(tài)并可視地提供給用戶的信息處理設(shè)備200。
[0039] (傳感器設(shè)備100)
[0040] 如圖IA所示，傳感器設(shè)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(shè)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(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行檢測的各種傳感器的設(shè)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(shè)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(shè)備100的結(jié)構(gòu)，對通過在用戶US的一條腿的 腳踝上卷繞帶部102而佩戴設(shè)備本體101的情況進(jìn)行說明。但是，本發(fā)明不限于此。即，傳 感器設(shè)備100如果是在用戶US的身體的規(guī)定部位（這里是腳踝附近）不產(chǎn)生偏移地佩戴 的結(jié)構(gòu)，則也可以是具有其他結(jié)構(gòu)的傳感器設(shè)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(nèi)部，或者通過夾子等夾入而進(jìn)行佩戴的結(jié)構(gòu)。
[0044] 傳感器設(shè)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(zhǔn)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(yùn)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(yùn)動中的動作速度的變化的比例（并進(jìn)動作的 加速度），并作為相互正交的3軸方向的加速度數(shù)據(jù)（加速度信號）而輸出。
[0047] 角速度傳感器114計測用戶US的運(yùn)動中的動作方向的變化（旋轉(zhuǎn)角速度），并作 為相互正交的3軸方向的角速度數(shù)據(jù)（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(shè)定的每個采樣間隔進(jìn)行計測。 該采樣間隔例如設(shè)定未5msec或者其附近。
[0049] 在用戶US進(jìn)行至少移動佩戴著傳感器設(shè)備100的一條腿的運(yùn)動時由傳感器部110 計測并輸出的傳感器數(shù)據(jù)（加速度數(shù)據(jù)，角速度數(shù)據(jù)），被保存在后述的存儲部150的規(guī)定 的存儲區(qū)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(biāo)SNC是相對坐 標(biāo)，例如如圖IC所示，以傳感器設(shè)備100的佩戴位置為基準(zhǔn)，分別設(shè)定膝方向（圖面上方 向）為+Z軸方向，直立時的行進(jìn)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(biāo)的世界坐標(biāo)WDC如圖IA所示，分別設(shè)定行進(jìn)時的行進(jìn)方 向（圖面左方向）為+Z軸方向，行進(jìn)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(biāo)WDC的-Y軸方向?qū)?yīng)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(shè)置在設(shè)備本體101的側(cè)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(guān)。
[0053] 輸入操作部120例如用于啟動傳感器設(shè)備100的電源操作、用于設(shè)定傳感器設(shè)備 100的動作模式的操作。
[0054] 通知部130省略了圖示，具有設(shè)置在設(shè)備本體101上的蜂鳴器和揚(yáng)聲器等音響部、 振動馬達(dá)和振子等振動部、LED等發(fā)光元件等的發(fā)光部等。
[0055] 通知部130將與至少后述的規(guī)定的參數(shù)的校準(zhǔn)處理中的步驟相關(guān)的信息、與傳感 器設(shè)備100的動作異常相關(guān)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(fā)光部等中的至少一個或 者幾個組合的結(jié)構(gòu)。
[0057] 控制部140是具有計時功能的CPU (中央運(yùn)算處理裝置）和MPU (微處理器）等的 運(yùn)算處理裝置，基于動作時鐘，執(zhí)行規(guī)定的控制程序或者算法程序。
[0058] 由此，控制部140控制規(guī)定的參數(shù)的校準(zhǔn)處理和傳感器設(shè)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(shù)據(jù)等的發(fā)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(jìn)行規(guī)定的 輸入操作，從而設(shè)定規(guī)定的動作模式，并執(zhí)行與該動作模式對應(yīng)的動作。另外，在后面對各 動作模式中的動作進(jìn)行說明。
[0060] 存儲部150將從上述傳感器部110取得的傳感器數(shù)據(jù)等與時間數(shù)據(jù)建立關(guān)聯(lián)地保 存到規(guī)定的存儲區(qū)域中。
[0061] 存儲部150保存在控制部140中執(zhí)行規(guī)定的程序，而在規(guī)定的參數(shù)的校準(zhǔn)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(shù)據(jù)的發(fā)送動作等時使用或者生成 的各種數(shù)據(jù)和信息等。
[0062] 存儲部150還保存在控制部140中執(zhí)行的控制程序和算法程序。
[0063] 另外，在控制部140中執(zhí)行的程序也可以是預(yù)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(zhì)的形態(tài)，并構(gòu)成為相對于傳感器設(shè)備100能夠拆裝的結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)（加速度數(shù)據(jù)、角速度 數(shù)據(jù)）、由后述的校準(zhǔn)處理生成的各種數(shù)據(jù)和信息等相對于信息處理設(shè)備200收發(fā)時的接 口起作用。
[0066] 這里，作為經(jīng)由通信I/F部160在傳感器設(shè)備100與信息處理設(shè)備200之間收發(fā) 傳感器數(shù)據(jù)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(fā)傳感器數(shù)據(jù)等的情況 下，能夠較好地應(yīng)用例如作為數(shù)字設(shè)備用的近距離無線通信規(guī)則的藍(lán)牙（Bluetooth(注 冊商標(biāo)））、作為低耗電型的通信規(guī)則制定的藍(lán)牙低能量（Bluetooth(注冊商標(biāo)） lowenergy (LE))、NFC(