JP6467525B2 - ウェアラブル装置とその姿勢測定方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、身体や衣服等に着用可能なウェアラブル装置に係り、特に加速度センサを備えたウェアラブル装置に関するものである。

ウェアラブル装置は、身体や衣服等に着用可能な比較的小型の電子機器であり、例えば、健康管理等のために身体の状態を計測する各種のセンサ（加速度センサ、角速度センサなど）や通信機能を備えたものが知られている（下記特許文献１を参照）。

特開２００８−２２１４３４号公報

加速度センサが搭載されたウェアラブル装置の場合、重力の方向に対する身体の傾き具合を身体の姿勢として測定することが可能である。身体を静止させた状態で加速度センサにより検出される加速度は、重力加速度を表す。身体がある基準の姿勢（例えば直立姿勢など）にある場合における重力の方向を「基準方向」とすると、加速度センサの検出結果が示す重力の方向が基準方向に対してどの程度傾いているかを調べれば、基準の姿勢に対する身体の傾き、すなわち身体の姿勢を測定することができる。

身体の姿勢を測定するためには、身体が基準の姿勢にある場合における重力の方向（基準方向）に関する情報が必要である。この基準方向は、身体が基準の姿勢にあるときに得られた加速度センサの検出結果から決定される。基準方向を決定するための加速度の検出は、例えば、ユーザの手動の操作（ボタン操作等）によって実行してもよい。しかしながら、機械操作に不慣れな年配者，子供等が使用するケースや、日常的に身に付けて使用されるケースなどを考えると、このような加速度の検出は自動的に実行されることが望ましい。

基準方向を決定するために加速度の検出を自動で実行するには、加速度の検出時に身体が静止していることを適当な手段で判定する必要がある。例えば、身体が静止状態にあるか否かを加速度センサの検出結果の変動幅などに基づいて判定し、静止状態と判定した場合の加速度センサの検出結果に基づいて基準方向を決定する方法が考えられる。しかしながら、この方法ではユーザの姿勢が考慮されていないため、例えばウェアラブル装置を身に付けたまま横臥姿勢になっていても、静止状態であればその姿勢での加速度の検出結果に基づいて基準方向が決定される。すなわち、単に静止状態か否かを判定しているだけでは、不適切な姿勢で検出された加速度に基づいて基準方向が決定される可能性がある。この場合、実際には基準の姿勢であるにも関わらず、基準の姿勢から大きく傾いた姿勢であるとの誤った測定結果が得られてしまう。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ユーザの操作の負担を軽減しつつ、加速度センサを用いて重力の方向に対する姿勢を正確に測定可能なウェアラブル装置とその姿勢測定方法及びプログラムを提供することにある。

本発明の第１の観点に係るウェアラブル装置は、加速度センサと、前記加速度センサにおいて検出された加速度のデータを繰り返し取得する加速度データ取得部と、前記加速度データ取得部において取得された加速度のデータが示す重力の方向と、姿勢の基準となる重力の方向である基準方向に関する姿勢基準情報とに基づいて、重力の方向に対する姿勢を算出する姿勢算出部と、前記加速度データ取得部において取得された加速度のデータに基づいて、当該加速度のデータが示す重力の方向に応じた前記姿勢基準情報を取得する姿勢基準情報取得部と、前記加速度データ取得部において取得された加速度のデータに基づいて、静止状態にあるか否かを判定する静止状態判定部と、前記加速度データ取得部において取得された加速度のデータに基づいて、重力の方向に対する姿勢が所定の範囲にあるか否かを判定する姿勢判定部とを備える。前記姿勢基準情報取得部は、前記静止状態判定部において静止状態にないと判定された場合、又は、前記姿勢判定部において前記姿勢が前記所定の範囲にないと判定された場合に検出された前記加速度のデータを、前記姿勢基準情報の取得に用いるデータから除外する。

上記の構成によれば、前記静止状態判定部において静止状態にないと判定された場合や、前記姿勢判定部において重力の方向に対する姿勢が前記所定の範囲にないと判定された場合に検出された前記加速度のデータが、前記姿勢基準情報取得部において前記姿勢基準情報の取得に用いるデータから除外される。例えば上記ウェアラブル装置を身に付けたユーザが運動している場合に検出された前記加速度のデータは、前記姿勢基準情報の取得に用いるデータから除外される。また、上記ウェアラブル装置を身に付けたユーザの姿勢が正常でない場合や、ユーザの姿勢が正常であって上記ウェアラブル装置の装着態様が正常でない場合に検出された前記加速度のデータも、前記姿勢基準情報の取得に用いるデータから除外される。これにより、静止状態かつ姿勢が所定の範囲内にある適切な条件の下で、前記姿勢基準情報を自動的に取得することが可能となる。従って、ユーザの操作の負担が軽減されるとともに、前記姿勢算出部において重力の方向に対する正確な姿勢が算出される。

好適に、前記姿勢判定部は、前記静止状態判定部において静止状態にあると判定された場合に前記加速度データ取得部において取得された加速度のデータに基づいて、前記姿勢の判定を行ってよい。
これにより、重力以外の加速度の影響が抑制されるため、正確な姿勢の判定が可能となる。

好適に、前記加速度データ取得部は、前記姿勢判定部において姿勢が前記所定の範囲にないと判定された場合には、前記姿勢判定部において姿勢が前記所定の範囲にあると判定された場合に比べて前記加速度のデータ取得の繰り返し周期を長くしてよい。
これにより、姿勢が前記所定の範囲にない場合には、前記加速度のデータ取得の繰り返し周期が長くなることによって消費電力が低減する。

好適に、前記姿勢基準情報取得部は、前記静止状態判定部において静止状態が一定時間以上継続していないと判定された場合に検出された前記加速度のデータを、前記姿勢基準情報の取得に用いるデータから除外してよい。
これにより、前記姿勢判定部において姿勢が前記所定の範囲にあると判定されていても、静止状態が一定時間以上継続していない一時的な姿勢の場合に検出された前記加速度のデータは、前記姿勢基準情報の取得に用いるデータから除外される。すなわち、静止状態が保たれ安定した姿勢の場合に検出された前記加速度のデータに基づいて、前記姿勢基準情報が取得される。そのため、前記姿勢算出部において重力の方向に対するより正確な姿勢が算出される。

好適に、前記姿勢基準情報取得部は、前記静止状態判定部において静止状態にあると判定され、かつ、前記姿勢判定部において前記姿勢が前記所定の範囲にあると判定された場合に検出された一連の前記加速度のデータを平均化し、当該平均化した加速度のデータが示す重力の方向に応じた前記姿勢基準情報を取得してよい。
これにより、平均的な姿勢における重力の方向を前記基準方向とした前記姿勢基準情報が取得される。

好適に、上記第１の観点に係るウェアラブル装置は、角速度センサと、前記角速度センサにおいて検出された角速度のデータを繰り返し取得する角速度データ取得部と、前記静止状態判定部において静止状態にあると判定された場合に前記角速度データ取得部において取得された角速度のデータに基づいて、前記角速度のデータのオフセットを補正する角速度オフセット補正部とを備えてよい。
これにより、角速度のデータに加わるオフセットが精度よく補正される。

好適に、前記角速度データ取得部は、前記姿勢判定部において姿勢が前記所定の範囲にないと判定された場合には、前記姿勢判定部において姿勢が前記所定の範囲にあると判定された場合に比べて前記角速度のデータ取得の繰り返し周期を長くしてよい。
これにより、姿勢が前記所定の範囲にない場合には、前記角速度のデータ取得の繰り返し周期が長くなることによって消費電力が低減する。

好適に、前記角速度データ取得部は、前記姿勢判定部において姿勢が前記所定の範囲にないと判定された場合には前記角速度のデータの取得を停止してもよい。
これにより、姿勢が前記所定の範囲にない場合に前記角速度の取得が停止されるため、消費電力が一層低減する。

本発明の第２の観点は、ウェアラブル装置に搭載された加速度センサにおいて検出される加速度のデータに基づいて、コンピュータが重力の方向に対する前記ウェアラブル装置の姿勢を測定する方法に関する。この姿勢測定方法は、前記加速度センサにおいて検出された加速度のデータを繰り返し取得するステップと、前記加速度のデータを取得するステップにおいて取得された加速度のデータが示す重力の方向と、姿勢の基準となる重力の方向である基準方向に関する姿勢基準情報とに基づいて、重力の方向に対する姿勢を算出するステップと、前記加速度のデータを取得するステップにおいて取得された加速度のデータに基づいて、当該加速度のデータが示す重力の方向に応じた前記姿勢基準情報を取得するステップと、前記加速度のデータを取得するステップにおいて取得された加速度のデータに基づいて、静止状態にあるか否かを判定するステップと、前記加速度のデータを取得するステップにおいて取得された加速度のデータに基づいて、重力の方向に対する姿勢が所定の範囲にあるか否かを判定するステップとを有する。前記姿勢基準情報を取得するステップでは、前記静止状態を判定するステップにおいて静止状態にないと判定された場合、又は、前記重力の方向に対する姿勢を判定するステップにおいて前記姿勢が前記所定の範囲にないと判定された場合に検出された前記加速度のデータを、前記姿勢基準情報の取得に用いるデータから除外する。

上記の構成によれば、静止状態の判定を行うステップにおいて静止状態にないと判定された場合や、姿勢の判定を行うステップにおいて重力の方向に対する姿勢が前記所定の範囲にないと判定された場合に検出された前記加速度のデータが、前記姿勢基準情報を取得するステップにおいて前記姿勢基準情報の取得に用いるデータから除外される。例えば上記ウェアラブル装置を身に付けたユーザが運動している場合に検出された前記加速度のデータは、前記姿勢基準情報の取得に用いるデータから除外される。また、上記ウェアラブル装置を身に付けたユーザの姿勢が正常でない場合や、ユーザの姿勢が正常であって上記ウェアラブル装置の装着態様が正常でない場合に検出された前記加速度のデータも、前記姿勢基準情報の取得に用いるデータから除外される。これにより、静止状態かつ姿勢が所定の範囲内にある適切な条件の下で、前記姿勢基準情報を自動的に取得することが可能となる。従って、ユーザの操作の負担が軽減されるとともに、前記姿勢を算出するステップにおいて重力の方向に対する正確な姿勢が算出される。

本発明の第３の観点は、上記第２の観点に係る姿勢測定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。

本発明によれば、ユーザの操作の負担を軽減しつつ、加速度センサを用いて重力の方向に対する姿勢を正確に測定できる。

第１の実施形態に係るウェアラブル装置の構成の一例を示す図である。 ユーザに装着されたウェアラブル装置の一例を示す図である。図２Ａはユーザが直立姿勢にある場合を示し、図２Ｂはユーザが横臥姿勢にある場合を示す。 第１の実施形態に係るウェアラブル装置における周期的な加速度の検出に関わる動作を説明するためのフローチャートである。 第１の実施形態に係るウェアラブル装置における姿勢基準情報の取得に関わる動作を説明するためのフローチャートである。 第２の実施形態に係るウェアラブル装置における姿勢基準情報の取得に関わる動作を説明するためのフローチャートである。 第３の実施形態に係るウェアラブル装置における姿勢基準情報の取得に関わる動作を説明するためのフローチャートである。 第４の実施形態に係るウェアラブル装置における周期的な加速度の検出に関わる動作を説明するためのフローチャートである。 第５の実施形態に係るウェアラブル装置の構成の一例を示す図である。 第５の実施形態に係るウェアラブル装置における周期的な角速度の検出に関わる動作を説明するためのフローチャートである。 第５の実施形態に係るウェアラブル装置における角速度のオフセット情報の取得に関わる動作を説明するためのフローチャートである。 第６の実施形態に係るウェアラブル装置における周期的な加速度の検出に関わる動作を説明するためのフローチャートである。 第７の実施形態に係るウェアラブル装置における周期的な角速度の検出に関わる動作を説明するためのフローチャートである。

＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態に係るウェアラブル装置について説明する。図１は、第１の実施形態に係るウェアラブル装置２の構成の一例を示す図である。また図２は、ユーザ１に装着されたウェアラブル装置２の一例を示す図である。図２Ａはユーザ１が直立姿勢にある場合を示し、図２Ｂはユーザ１が横臥姿勢にある場合を示す。図２の例において、ウェアラブル装置２は、ユーザ１の腹部に巻き付けられたベルトのバックル等に取り付けられている。重力の方向に対するユーザ１の姿勢が図２Ａ，図２Ｂに示すように変化すると、これに応じて重力の方向に対するウェアラブル装置２の姿勢も変化する。

なお、ウェアラブル装置２を身に付ける態様は図２の例に限定されない。例えば帽子やハンズフリー器具、ヘッドセット、補聴器、眼鏡などにウェアラブル装置２を搭載させてもよい。

図１の例に示すウェアラブル装置２は、加速度センサ１０と、処理部２０と、記憶部３０と、通信部４０を有する。

加速度センサ１０は、ウェアラブル装置２に加わる加速度を検出するセンサであり、互いに直交する複数の軸方向（例えば３軸方向）の加速度をそれぞれ検出する。例えば加速度センサ１０は、ＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ）技術によって半導体チップ上に形成された微小な機構部材がバネ力に抗して変位する距離を電気信号へ変換することにより、加速度に応じた信号を出力する。具体的には、加速度センサ１０は、ＭＥＭＳなどによる加速度の検出素子と、検出素子の出力信号を処理するアンプ等のアナログ回路と、アナログ回路の出力信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器を含んで構成される。加速度センサ１０は、処理部２０の制御に従って、それぞれの方向の加速度値を一定の時間間隔で繰り返し検出する。

通信部４０は、不図示の外部機器との間で所定の通信方式によりデータをやり取りする装置である。例えば、通信部４０は、処理部２０において所定の処理を実行させるためのコマンドや、処理の実行に用いられるデータなどを外部機器から受信する。また、通信部４０は、処理部２０の処理結果のデータ（加速度のデータ、算出した姿勢のデータなど）を外部機器へ送信する。例えば通信部４０は、スマートフォン等の携帯機器との間で比較的短距離の通信を行うＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの通信モジュールを含んで構成される。

処理部２０は、ウェアラブル装置２の全体的な動作の制御を行う装置であり、例えば記憶部３０に格納されるプログラムに従って処理を実行するコンピュータを含んで構成される。記憶部３０のプログラムは、ＲＯＭなどに予め記憶させてもよいし、通信部４０によって外部機器からロードしてもよい。或いは、ＵＳＢ等のインターフェース装置や記録媒体読み取り装置などを通じて外部からプログラムを入力し、記憶部３０に書き込んでもよい。処理部２０における処理は、全てをコンピュータによって実行してもよいし、少なくとも一部を専用のハードウェア回路で実行してもよい。

処理部２０は、加速度の測定に関する処理ブロックとして、加速度データ取得部２１と、姿勢算出部２２と、姿勢基準情報取得部２３と、静止状態判定部２４と、姿勢判定部２５を有する。

加速度データ取得部２１は、加速度センサ１０において検出された加速度のデータを一定の周期で繰り返し取得し、記憶部３０に格納する。

静止状態判定部２４は、加速度データ取得部２１において取得された加速度のデータに基づいて、ウェアラブル装置２が静止状態にあるか否かを判定する。例えば、静止状態判定部２４は、加速度データ取得部２１において取得される一連の加速度データの時間的な変動幅を示す評価値（一連の加速度の分散など）を算出し、この評価値が静止状態を示す所定の範囲に含まれる場合、ウェアラブル装置２が静止状態にあると判定する。

姿勢判定部２５は、加速度データ取得部２１において取得された加速度のデータに基づいて、重力の方向に対するウェアラブル装置２の姿勢が所定の範囲に含まれるか否かを判定する。例えば姿勢判定部２５は、加速度センサ１０で検出された各軸方向の加速度がそれぞれ所定の範囲に含まれる場合、ウェアラブル装置２の姿勢が所定の範囲に含まれると判定する。

姿勢判定部２５の判定の基準である「所定の範囲」は、ユーザ１に対してウェアラブル装置２が正しく装着されており、かつ、ユーザ１が基準の姿勢（例えば図２Ａに示す直立姿勢）に比較的近い姿勢である場合の加速度の範囲を規定する。従って、加速度データ取得部２１において取得された加速度のデータが「所定の範囲」から外れる場合、ウェアラブル装置２が誤って装着されているか、或いは、ユーザ１が基準の姿勢に対して大きく傾いた姿勢（例えば図２Ｂに示す横臥姿勢）になっている可能性がある。

姿勢判定部２５は、例えば、静止状態判定部２４において静止状態にあると判定された場合に加速度データ取得部２１において取得された加速度のデータに基づいて、姿勢の判定を行う。静止状態の場合、重力以外の加速度の影響が抑制されるため、加速度データ取得部２１において取得される加速度のデータは、ほぼ重力の方向を示す。そのため、静止状態と判定された場合の加速度のデータを用いることで、重力の方向に対する姿勢を正確に判定できる。

姿勢算出部２２は、加速度データ取得部２１において取得された加速度のデータが示す重力の方向と、姿勢の基準となる重力の方向である基準方向に関する姿勢基準情報とに基づいて、重力の方向に対する姿勢を算出する。

例えば、姿勢基準情報は、加速度センサ１０の複数の軸方向において検出される一群の加速度値が表すベクトルを、基準方向に対して平行な座標軸を持つ座標系（以下、「基準座標系」と記す。）のベクトルへ変換するための情報を含む。
加速度センサ１０により検出される加速度のベクトルは、加速度センサ１０の検出軸によって規定される固定の座標系（以下、「センサ座標系」と記す。）のベクトルである。例えば、姿勢基準情報は、このセンサ座標系のベクトルを基準座標系のベクトルへ変換するための座標変換（回転行列など）の情報を含む。姿勢算出部２２は、この姿勢基準情報を用いて、加速度センサ１０により検出されたセンサ座標系の加速度のベクトルを基準座標系のベクトルに座標変換する。

ここで、基準方向と平行な基準座標系の座標軸を「Ｚ軸」とし、Ｚ軸に直交する基準座標系の座標軸を「Ｘ軸」及び「Ｙ軸」とする。また、加速度センサ１０において検出された加速度のデータが示す重力の方向が基準方向と一致する場合の姿勢を「基準の姿勢」とする。姿勢算出部２２の座標変換により得られる基準座標系のベクトルは、ウェアラブル装置２が「基準の姿勢」の場合にＺ軸と平行になるが、「基準の姿勢」に対してウェアラブル装置２が傾いた姿勢の場合、このベクトルはＺ軸に対して傾きを持つ。従って、センサ座標系から基準座標系へ座標変換した後の加速度のベクトルがＺ軸に対して持つ傾きは、「基準の姿勢」に対する姿勢の傾きを表す。姿勢算出部２２は、このＺ軸に対するベクトルの傾きを表すデータとして、例えば、当該ベクトルをＹ−Ｚ平面に射影した像のＸ軸周りにおける角度や、当該ベクトルをＸ−Ｚ平面に射影した像のＹ軸周りにおける角度を算出する。

姿勢基準情報取得部２３は、加速度データ取得部２１において取得された加速度のデータに基づいて、当該加速度のデータが示す重力の方向に応じた姿勢基準情報を取得する。ただし、姿勢基準情報取得部２３は、静止状態判定部２４において静止状態にないと判定された場合、又は、姿勢判定部２５において姿勢が所定の範囲にないと判定された場合に検出された加速度のデータは、姿勢基準情報の取得に用いるデータから除外する。

例えば姿勢基準情報取得部２３は、姿勢基準情報の取得を周期的なタイミングで行ってもよいし、特定の動作状態が生じたタイミング（例えば待機動作モードへの移行が生じたタイミングなど）に行ってもよい。姿勢基準情報取得部２３は、姿勢基準情報を取得するタイミングであっても、静止状態にないと判定された場合や姿勢が所定の範囲にないと判定された場合は、当該タイミングで検出された加速度のデータを姿勢基準情報の取得に使用せず、姿勢基準情報の取得を見送る。

記憶部３０は、処理部２０におけるコンピュータのプログラムや、処理部２０の処理に使用される定数データ、処理の過程で一時的に保持される変数データ、処理結果のデータ（加速度のデータ、算出した姿勢のデータなど）を記憶する。記憶部３０は、例えばＲＯＭやＲＡＭ、不揮発性メモリなどを含んで構成される。

ここで、上述した構成を有する本実施形態に係るウェアラブル装置２の動作を説明する。

図３は、第１の実施形態に係るウェアラブル装置２における周期的な加速度の検出に関わる動作を説明するためのフローチャートである。

ＳＴ１００，ＳＴ１０５：
加速度データ取得部２１は、予め設定された周期的な加速度の検出タイミングがタイマ等によって通知されると（ＳＴ１００）、加速度センサ１０において検出された加速度のデータを取得して記憶部３０に格納する（ＳＴ１０５）。

ＳＴ１１０：
静止状態判定部２４は、ステップＳＴ１０５において取得された加速度のデータに基づいて、ウェアラブル装置２が静止状態にあるか否かを判定する。例えば、静止状態判定部２４は、ステップＳＴ１０５で取得されたデータを含む一連の複数のデータから加速度の分散を計算し、分散が所定のしきい値より小さい場合は静止状態、分散がしきい値を超える場合は非静止状態と判定する。

ＳＴ１１５：
姿勢判定部２５は、ステップＳＴ１０５において取得された加速度のデータに基づいて、重力の方向に対するウェアラブル装置２の姿勢が所定の範囲にあるか否かを判定する。例えば姿勢判定部２５は、複数の軸方向の加速度値が軸ごとに決められた正常範囲に含まれるか否かをそれぞれ判定し、全ての軸方向の加速度値が正常範囲に含まれる場合、ウェアラブル装置２の姿勢が所定の範囲に含まれると判定する。正常範囲に含まれない加速度値がある場合、姿勢判定部２５は、ウェアラブル装置２の姿勢が所定の範囲に含まれないと判定する。

ＳＴ１２０：
姿勢算出部２２は、ステップＳＴ１０５において取得された加速度のデータが示す重力の方向と、姿勢基準情報取得部２３において取得された最新の姿勢基準情報とに基づいて、重力の方向に対するウェアラブル装置２の姿勢を算出し、算出結果を記憶部３０に格納する。

なお、姿勢算出部２２は、姿勢の算出結果を記憶部３０に格納する際、この算出結果の信頼性に関連する情報として、ステップＳＴ１１０の静止状態の判定結果や、ステップＳＴ１１５の姿勢の判定結果も合わせて記憶部３０に格納してよい。これにより、非静止状態と判定された場合や、姿勢が所定の範囲内にないと判定された場合において、姿勢の算出結果の信頼性が低くなっていることを確認できる。

ＳＴ１４０：
処理部２０は、測定動作の終了を指示するコマンドが通信部４０などから入力された場合などの所定の終了条件が成立していない場合は、ステップＳＴ１００に戻って上述の処理を繰り返す。

図４は、第１の実施形態に係るウェアラブル装置２における姿勢基準情報の取得に関わる動作を説明するためのフローチャートである。

ＳＴ２００：
姿勢基準情報取得部２３は、予め設定された周期的な姿勢基準情報の取得タイミングを知らせるタイマ等の通知や、姿勢基準情報を取得すべき特定の動作状態が発生したことを知らせる他の処理ブロック等からの通知を受けた場合、ステップＳＴ２０５，ＳＴ２１０に移行し、これらの通知がない場合はステップＳＴ２２０に移行する。

ＳＴ２０５，ＳＴ２１０：
静止状態判定部２４において静止状態と判定され、かつ、姿勢判定部２５において姿勢が所定の範囲にあると判定された場合、姿勢基準情報取得部２３はステップＳＴ２１５に移行し、それ以外の場合はステップＳＴ２２０に移行する。

ＳＴ２１５：
姿勢基準情報取得部２３は、ステップＳＴ１０５において取得された最新の加速度のデータに基づいて、当該加速度のデータが示す重力の方向に応じた姿勢基準情報を取得する。例えば、姿勢基準情報取得部２３は、ステップＳＴ１０５において取得された最新の加速度のデータが示す重力加速度のベクトルを基準座標系の所定の座標軸（Ｚ軸）に平行なベクトルへ変換する回転行列等の情報を取得する。

ＳＴ２２０：
処理部２０は、測定動作の終了を指示するコマンドが通信部４０などから入力された場合などの所定の終了条件が成立していない場合は、ステップＳＴ２００に戻って上述の処理を繰り返す。

以上説明したように、本実施形態に係るウェアラブル装置２によれば、静止状態判定部２４においてウェアラブル装置２が静止状態にないと判定された場合や、姿勢判定部２５において重力の方向に対するウェアラブル装置２の姿勢が所定の範囲にないと判定された場合に加速度センサ１０で検出された加速度のデータが、姿勢基準情報取得部２３において姿勢基準情報の取得に使用されない。例えばウェアラブル装置２を身に付けたユーザが運動している場合に検出された加速度のデータは、姿勢基準情報の取得に使用されない。ウェアラブル装置２を身に付けたユーザの姿勢が正常でない場合（横臥姿勢の場合など）や、ユーザの姿勢が正常であってウェアラブル装置２の装着態様が正常でない場合（上下を逆さまにして装着した場合など）に検出された加速度のデータも、姿勢基準情報の取得に使用されない。これにより、ウェアラブル装置２が静止状態かつその姿勢が所定の範囲内にある適切な条件の下で、姿勢基準情報を自動的に取得することが可能となる。従って、姿勢基準情報を取得するための手動の操作が必要となる場合に比べてユーザの操作の負担を軽減できるとともに、静止状態のみを判定して姿勢基準情報の取得を行う場合に比べて重力の方向に対する正確な姿勢を算出できる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態に係るウェアラブル装置２は、上述した第１の実施形態に係るウェアラブル装置２における姿勢基準情報の取得の動作を変更したものであり、他の構成は第１の実施形態に係るウェアラブル装置２と同様である。

図５は、第２の実施形態に係るウェアラブル装置２における姿勢基準情報の取得に関わる動作を説明するためのフローチャートである。図５に示すフローチャートは、図４に示すフローチャートにおけるステップＳＴ２０５をステップＳＴ２０５Ａに置き換えたものであり、他のステップは図４に示すフローチャートと同じである。

本実施形態における姿勢基準情報取得部２３は、静止状態判定部２４において静止状態が一定時間以上継続していると判定され（ＳＴ２０５Ａ）、かつ、姿勢判定部２５において姿勢が所定の範囲にあると判定された場合に（ＳＴ２１０）、姿勢基準情報の取得を行う（ＳＴ２１５）。姿勢基準情報取得部２３は、姿勢判定部２５において姿勢が所定の範囲にあると判定されていても、静止状態判定部２４において静止状態が一定時間以上継続していないと判定された場合に加速度センサ１０で検出された加速度のデータは、姿勢基準情報の取得に使用しない。すなわち、姿勢基準情報取得部２３は、静止状態が一定時間以上保たれている安定した姿勢の場合に検出された加速度のデータに基づいて、姿勢基準情報を取得する。これにより、基準の姿勢に近くなり易い安定した姿勢において姿勢基準情報が取得されるため、重力の方向に対するより正確な姿勢を算出できる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態に係るウェアラブル装置２も、上述した第１の実施形態に係るウェアラブル装置２における姿勢基準情報の取得の動作を変更したものであり、他の構成は第１の実施形態に係るウェアラブル装置２と同様である。

図６は、第３の実施形態に係るウェアラブル装置２における姿勢基準情報の取得に関わる動作を説明するためのフローチャートである。

ＳＴ２５０：
姿勢基準情報取得部２３は、加速度データ取得部２１において新しい加速度のデータが取得されたか否かを調べ、新しい加速度のデータが取得された場合はステップＳＴ２５５，ＳＴ２６０に移行し、それ以外の場合はステップＳＴ２７０に移行する。

ＳＴ２５５，ＳＴ２６０：
静止状態判定部２４において静止状態と判定され、かつ、姿勢判定部２５において姿勢が所定の範囲にあると判定された場合、姿勢基準情報取得部２３はステップＳＴ２６５に移行し、それ以外の場合はステップＳＴ２７０に移行する。

ＳＴ２６５：
姿勢基準情報取得部２３は、加速度データ取得部２１において取得された最新の加速度のデータを用いて、加速度の平均値を算出する。例えば姿勢基準情報取得部２３は、現在の平均値と最新の加速度値にそれぞれ所定の重みを付けて加算する加重移動平均によって新たな加速度の平均値を算出する。

ＳＴ２７０：
姿勢基準情報取得部２３は、予め設定された周期的な姿勢基準情報の取得タイミングを知らせるタイマ等の通知や、姿勢基準情報を取得すべき特定の動作状態が発生したことを知らせる他の処理ブロック等からの通知を受けた場合、ステップＳＴ２７５に移行し、これらの通知がない場合はステップＳＴ２８０に移行する。

ＳＴ２７５：
姿勢基準情報取得部２３は、ステップＳＴ２６５において算出された加速度の平均値に基づいて、当該加速度の平均値が示す重力の方向に応じた姿勢基準情報を取得する。例えば、姿勢基準情報取得部２３は、ステップＳＴ２６５において取得された加速度の平均値が示す重力加速度のベクトルを基準座標系の所定の座標軸（Ｚ軸）に平行なベクトルへ変換する回転行列等の情報を取得する。

ＳＴ２８０：
処理部２０は、測定動作の終了を指示するコマンドが通信部４０などから入力された場合などの所定の終了条件が成立していない場合は、ステップＳＴ２５０に戻って上述の処理を繰り返す。

以上説明したように、本実施形態に係るウェアラブル装置２によれば、静止状態判定部２４においてウェアラブル装置２が静止状態にないと判定された場合や、姿勢判定部２５において重力の方向に対するウェアラブル装置２の姿勢が所定の範囲にないと判定された場合に加速度センサ１０で検出された加速度のデータは、姿勢基準情報取得部２３において姿勢基準情報の取得に用いるデータから除外される。これにより、ウェアラブル装置２が静止状態かつその姿勢が所定の範囲内にある適切な条件の下で、姿勢基準情報を自動的に取得することが可能となるため、ユーザの操作の負担を軽減できるとともに、重力の方向に対する正確な姿勢を算出できる。

また、本実施形態に係るウェアラブル装置２によれば、静止状態判定部２４において静止状態にあると判定され、かつ、姿勢判定部２５において姿勢が所定の範囲にあると判定された場合に検出された一連の加速度のデータが姿勢基準情報取得部２３において平均化され、当該平均化された加速度のデータが示す重力の方向に応じた姿勢基準情報が姿勢基準情報取得部２３において取得される。これにより、平均的な姿勢における重力の方向を基準方向とした姿勢基準情報が取得される。そのため、一時的な姿勢の変化の影響を受けて姿勢基準情報の基準方向が変化することを抑制できる。従って、正確で安定した姿勢の算出を行うことができる。

＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
第４の実施形態に係るウェアラブル装置２は、上述した第１の実施形態に係るウェアラブル装置２における加速度データ取得部２１の動作を変更したものであり、他の構成は第１の実施形態に係るウェアラブル装置２と同様である。

図７は、第４の実施形態に係るウェアラブル装置２における周期的な加速度の検出に関わる動作を説明するためのフローチャートである。図７に示すフローチャートは、図３に示すフローチャートにステップＳＴ１２５，ＳＴ１３０及びＳＴ１３５を追加したものであり、他のステップは図３に示すフローチャートと同じである。

加速度データ取得部２１は、ステップＳＴ１１５において姿勢判定部２５により姿勢の判定が行われた場合、その判定結果に応じて加速度の検出周期を変更する。すなわち、姿勢判定部２５においてウェアラブル装置２の姿勢が所定の範囲にあると判定された場合（ＳＴ１２５）、加速度データ取得部２１は、加速度センサ１０からのデータ取得の周期を通常値に設定する（ＳＴ１３０）。一方、姿勢判定部２５においてウェアラブル装置２の姿勢が所定の範囲にないと判定された場合（ＳＴ１２５）、加速度データ取得部２１は、加速度センサ１０からのデータ取得の周期を通常値に比べて長くする。

ウェアラブル装置２の姿勢が所定の範囲にない場合、姿勢基準情報取得部２３において姿勢基準情報の取得に用いられるべき加速度のデータが得られなくなるため、姿勢算出部２２における姿勢の算出結果の信頼性が低くなる。この場合、姿勢算出部２２において姿勢を頻繁に算出しなくてもよくなるため、加速度データ取得部２１において加速度のデータ取得の周期を長くすることが可能となる。従って、本実施形態のように加速度のデータ取得の周期を長くすることで、消費電力の低減を図ることができる。

＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
第５の実施形態に係るウェアラブル装置は、角速度センサを備える。

図８は、第５の実施形態に係るウェアラブル装置２Ａの構成の一例を示す図である。図８に示すウェアラブル装置２Ａは、図１に示すウェアラブル装置２における処理部２０を処理部２０Ａに置き換えて、角速度センサ５０を追加したものであり、他の構成は図１に示すウェアラブル装置２と同じである。

角速度センサ５０は、ウェアラブル装置２が運動する際の角速度を検出するセンサであり、互いに直交する複数の軸方向（例えば３軸方向）の周りにおける角速度をそれぞれ検出する。例えば角速度センサ５０は、ＭＥＭＳ技術によって半導体チップ上に形成された微小な機構部材（運動体）を運動させ、回転運動によって機構部材に生じるコリオリ力に応じた角速度の検出信号を出力する。具体的には、角速度センサ５０は、ＭＥＭＳなどによる角速度の検出素子と、検出素子の出力信号を処理するアンプ等のアナログ回路と、アナログ回路の出力信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器を含んで構成される。角速度センサ５０は、処理部２０Ａの制御に従って、それぞれの方向の角速度値を一定の時間間隔で繰り返し検出する。

処理部２０Ａは、既に説明した処理部２０と同様の処理ブロックに加えて、角速度データ取得部２６と、オフセット情報取得部２７と、角速度オフセット補正部２８を有する。

角速度データ取得部２６は、角速度センサ５０において検出された角速度のデータを一定の周期で繰り返し取得し、記憶部３０に格納する。

オフセット情報取得部２７は、静止状態判定部２４において静止状態にあると判定された場合に角速度データ取得部２６で取得された角速度のデータを、オフセット情報として取得する。

角速度オフセット補正部２８は、オフセット情報取得部２７において取得されたオフセット情報に基づいて、角速度のデータのオフセットを補正する。静止状態において角速度はゼロになるため、オフセット情報取得部２７においてオフセット情報として取得された角速度のデータは、静止状態における本来の角速度（ゼロ）からの固定的な誤差であるオフセットを示す。角速度オフセット補正部２８は、角速度のデータが示す角速度値から、オフセット情報が示すオフセットを減算する。

図９は、第５の実施形態に係るウェアラブル装置２Ａにおける周期的な角速度の検出に関わる動作を説明するためのフローチャートである。

ＳＴ３００：
角速度データ取得部２６は、予め設定された周期的な角速度の検出タイミングがタイマ等によって通知されると、ステップＳＴ３１０に移行する。

ＳＴ３１０：
角速度データ取得部２６は、角速度センサ５０において検出された角速度のデータを取得して記憶部３０に格納する。

ＳＴ３１５：
角速度オフセット補正部２８は、ステップＳＴ３１０において角速度データ取得部２６が取得した角速度のデータのオフセットを、オフセット情報取得部２７により取得されたオフセット情報に基づいて補正する。
ＳＴ３２０：
処理部２０Ａは、測定動作の終了を指示するコマンドが通信部４０などから入力された場合などの所定の終了条件が成立していない場合は、ステップＳＴ３００に戻って上述の処理を繰り返す。

図１０は、第５の実施形態に係るウェアラブル装置２Ａにおける角速度のオフセット情報の取得に関わる動作を説明するためのフローチャートである。

ＳＴ４００：
オフセット情報取得部２７は、予め設定された周期的なオフセット情報の取得タイミングを知らせるタイマ等の通知や、オフセット情報を取得すべき特定の動作状態が発生したことを知らせる他の処理ブロック等からの通知を受けた場合、ステップＳＴ４０５，ＳＴ４１０に移行し、これらの通知がない場合はステップＳＴ４１５に移行する。

ＳＴ４０５，ＳＴ４１０：
オフセット情報取得部２７は、静止状態判定部２４においてウェアラブル装置２Ａが静止状態にあると判定されている場合（ＳＴ４０５）、角速度データ取得部２６によって取得された最新の加速度のデータをオフセット情報として取得し、記憶部３０に格納する（ＳＴ４１０）。静止状態判定部２４において非静止状態と判定されている場合、オフセット情報取得部２７は、オフセット情報の取得を見送る。

ＳＴ４１５：
処理部２０は、測定動作の終了を指示するコマンドが通信部４０などから入力された場合などの所定の終了条件が成立していない場合は、ステップＳＴ４００に戻って上述の処理を繰り返す。

以上説明したように、本実施形態に係るウェアラブル装置２Ａによれば、加速度の検出及び姿勢基準情報の取得と平行して、角速度の検出及びオフセット情報の取得を行うことができる。また、静止状態における角速度のデータをオフセット情報として取得するため、加速度のデータのオフセットを精度よく補正できる。

＜第６の実施形態＞
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。
第６の実施形態に係るウェアラブル装置２Ａは、上述した第５の実施形態に係るウェアラブル装置２Ａにおける加速度データ取得部２１及び角速度データ取得部２６の動作を変更したものであり、他の構成は第５の実施形態に係るウェアラブル装置２Ａと同様である。

図１１は、第６の実施形態に係るウェアラブル装置２Ａにおける周期的な加速度の検出に関わる動作を説明するためのフローチャートである。図１１に示すフローチャートは、図３に示すフローチャートにステップＳＴ１２５，ＳＴ１３０Ａ及びＳＴ１３５Ａを追加したものであり、他のステップは図３に示すフローチャートと同じである。

加速度データ取得部２１及び角速度データ取得部２６は、ステップＳＴ１１５において姿勢判定部２５により姿勢の判定が行われた場合、その判定結果に応じて加速度の検出周期及び角速度の検出周期を変更する。すなわち、姿勢判定部２５においてウェアラブル装置２の姿勢が所定の範囲にあると判定された場合（ＳＴ１２５）、加速度データ取得部２１及び角速度データ取得部２６は、加速度センサ１０からのデータ取得及び角速度センサ５０からのデータ取得の周期をそれぞれ通常値に設定する（ＳＴ１３０Ａ）。一方、姿勢判定部２５においてウェアラブル装置２の姿勢が所定の範囲にないと判定された場合（ＳＴ１２５）、加速度データ取得部２１及び角速度データ取得部２６は、加速度センサ１０からのデータ取得の周期及び角速度センサ５０からのデータ取得の周期をそれぞれ通常値に比べて長くする（ＳＴ１３５Ａ）。

本実施形態に係るウェアラブル装置２Ａによれば、ウェアラブル装置２Ａの姿勢が所定の範囲にない場合に加速度のデータ取得の周期を長くすることで、第４の実施形態におけるウェアラブル装置２と同様に、消費電力の低減を図ることができる。

また、ウェアラブル装置２Ａの姿勢が所定の範囲にない場合、すなわち姿勢が異常な場合やウェアラブル装置２Ａの装着態様が誤っている場合は、通常の使用状態でないため角速度の測定を頻繁に行わなくてもよい場合がある。そのような場合には、角速度データ取得部２６において角速度のデータ取得の周期を長くすることによって、消費電力の低減を図ることができる。

＜第７の実施形態＞
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。
第７の実施形態に係るウェアラブル装置２Ａは、上述した第５の実施形態に係るウェアラブル装置２Ａにおける角速度データ取得部２６及び角速度オフセット補正部２８の動作を変更したものであり、他の構成は第５の実施形態に係るウェアラブル装置２Ａと同様である。

図１２は、第７の実施形態に係るウェアラブル装置２Ａにおける周期的な角速度の検出に関わる動作を説明するためのフローチャートである。図１２に示すフローチャートは、図９に示すフローチャートにステップＳＴ３０５を追加したものであり、他のステップは図９に示すフローチャートと同じである。

本実施形態に係るウェアラブル装置２Ａにおいては、予め設定された角速度の検出タイミングであっても（ＳＴ３００）、姿勢判定部２５においてウェアラブル装置２Ａの姿勢が所定の範囲にないと判定された場合は（ＳＴ３０５）、角速度データ取得部２６による角速度のデータの取得（ＳＴ３１０）及び角速度オフセット補正部２８による角速度のデータのオフセット補正（ＳＴ３１５）が停止される。

ウェアラブル装置２Ａの姿勢が所定の範囲にない場合、すなわち姿勢が異常な場合やウェアラブル装置２Ａの装着態様が誤っている場合は、通常の使用状態でないため角速度の測定を頻繁に行わなくてもよい場合がある。そのような場合には、角速度データ取得部２６において角速度のデータ取得を停止することによって、更に消費電力の低減を図ることができる。

以上、本発明の幾つかの実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されない。すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲又はその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成に関し、様々な変更、コンビネーション、並びに代替を行ってもよい。

例えば、上述した各実施形態における構成要素は、別の実施形態の構成要素と置換してもよい。また、上述した各実施形態に別の実施形態の構成要素を付加してもよい。

上述した実施形態では人体に装着（着用）されるウェアラブル装置の例を挙げているが、本発明はこの例に限定されない。本発明は人間以外の動物やロボット等に装着（着用）される様々な電子機器に広く適用可能である。

１…ユーザ、２，２Ａ…ウェアラブル装置、１０…加速度センサ、２０，２０Ａ…処理部、２１…加速度データ取得部、２２…姿勢算出部、２３…姿勢基準情報取得部、２４…静止状態判定部、２５…姿勢判定部、２６…角速度データ取得部、２７…オフセット情報取得部、２８…角速度オフセット補正部、３０…記憶部、４０…通信部、５０…角速度センサ

Claims (10)

1. 加速度センサと、
   前記加速度センサにおいて検出された加速度のデータを繰り返し取得する加速度データ取得部と、
   前記加速度データ取得部において取得された加速度のデータが示す重力の方向と、姿勢の基準となる重力の方向である基準方向に関する姿勢基準情報とに基づいて、重力の方向に対する姿勢を算出する姿勢算出部と、
   前記加速度データ取得部において取得された加速度のデータに基づいて、当該加速度のデータが示す重力の方向に応じた前記姿勢基準情報を取得する姿勢基準情報取得部と、
   前記加速度データ取得部において取得された加速度のデータに基づいて、静止状態にあるか否かを判定する静止状態判定部と、
   前記加速度データ取得部において取得された加速度のデータに基づいて、重力の方向に対する姿勢が所定の範囲にあるか否かを判定する姿勢判定部とを備え、
   前記姿勢基準情報取得部は、前記静止状態判定部において静止状態にないと判定された場合、又は、前記姿勢判定部において前記姿勢が前記所定の範囲にないと判定された場合に検出された前記加速度のデータを、前記姿勢基準情報の取得に用いるデータから除外する
   ことを特徴とするウェアラブル装置。
2. 前記姿勢判定部は、前記静止状態判定部において静止状態にあると判定された場合に前記加速度データ取得部において取得された加速度のデータに基づいて、前記姿勢の判定を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載のウェアラブル装置。
3. 前記加速度データ取得部は、前記姿勢判定部において姿勢が前記所定の範囲にないと判定された場合には、前記姿勢判定部において姿勢が前記所定の範囲にあると判定された場合に比べて前記加速度のデータ取得の繰り返し周期を長くする
   ことを特徴とする請求項２に記載のウェアラブル装置。
4. 前記姿勢基準情報取得部は、前記静止状態判定部において静止状態が一定時間以上継続していないと判定された場合に検出された前記加速度のデータを、前記姿勢基準情報の取得に用いるデータから除外する
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のウェアラブル装置。
5. 前記姿勢基準情報取得部は、前記静止状態判定部において静止状態にあると判定され、かつ、前記姿勢判定部において前記姿勢が前記所定の範囲にあると判定された場合に検出された一連の前記加速度のデータを平均化し、当該平均化した加速度のデータが示す重力の方向に応じた前記姿勢基準情報を取得する
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のウェアラブル装置。
6. 角速度センサと、
   前記角速度センサにおいて検出された角速度のデータを繰り返し取得する角速度データ取得部と、
   前記静止状態判定部において静止状態にあると判定された場合に前記角速度データ取得部において取得された角速度のデータに基づいて、前記角速度のデータのオフセットを補正する角速度オフセット補正部とを備える
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のウェアラブル装置。
7. 前記角速度データ取得部は、前記姿勢判定部において姿勢が前記所定の範囲にないと判定された場合には、前記姿勢判定部において姿勢が前記所定の範囲にあると判定された場合に比べて前記角速度のデータ取得の繰り返し周期を長くする
   ことを特徴とする請求項６に記載のウェアラブル装置。
8. 前記角速度データ取得部は、前記姿勢判定部において姿勢が前記所定の範囲にないと判定された場合には前記角速度のデータの取得を停止する
   ことを特徴とする請求項６に記載のウェアラブル装置。
9. ウェアラブル装置に搭載された加速度センサにおいて検出される加速度のデータに基づいて、コンピュータが重力の方向に対する前記ウェアラブル装置の姿勢を測定する方法であって、
   前記加速度センサにおいて検出された加速度のデータを繰り返し取得するステップと、
   前記加速度のデータを取得するステップにおいて取得された加速度のデータが示す重力の方向と、姿勢の基準となる重力の方向である基準方向に関する姿勢基準情報とに基づいて、重力の方向に対する姿勢を算出するステップと、
   前記加速度のデータを取得するステップにおいて取得された加速度のデータに基づいて、当該加速度のデータが示す重力の方向に応じた前記姿勢基準情報を取得するステップと、
   前記加速度のデータを取得するステップにおいて取得された加速度のデータに基づいて、静止状態にあるか否かを判定するステップと、
   前記加速度のデータを取得するステップにおいて取得された加速度のデータに基づいて、重力の方向に対する姿勢が所定の範囲にあるか否かを判定するステップとを有し、
   前記姿勢基準情報を取得するステップでは、前記静止状態を判定するステップにおいて静止状態にないと判定された場合、又は、前記重力の方向に対する姿勢を判定するステップにおいて前記姿勢が前記所定の範囲にないと判定された場合に検出された前記加速度のデータを、前記姿勢基準情報の取得に用いるデータから除外する
   ことを特徴とする姿勢測定方法。
10. 請求項９に記載される姿勢測定方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

Images