运动信息显示系统和运动信息显示方法
【专利说明】
[0001] 对应日本申请：
[0002] 【申请号】日本专利申请2014-251931，申请日：2014年12月12日
技术领域
[0003] 本发明涉及一种用户能够简单且准确地掌握运动状态的运动信息显示系统以及 运动信息显示方法。
【背景技术】
[0004] 近年来，由于要求健康的愿望高涨，经常进行慢跑或走路或骑行等的运动来维持 或促进健康状态的人增加。以参见各种活动或竞技比赛为目标来进行更正式训练的人也增 加。
[0005] 这样的人们非常关心根据数值或数据来测定或记录自身的健康状态或运动状态 这样的事情。
[0006] 为了应对这种要求，近年来，进行着利用能够计测加速度和角速度的运动传感器， 进行掌握身体的运动的产品和技术的研究。例如，日本特开2012-000343号公报中，公开了 一种步行解析系统，以夹着步行者的股关节和膝关节、足关节的方式安装测定传感器，测定 步行时的加速度和角速度，由此掌握各关节的关节角度和其他的步行信息，进行步行状态 的评价。
[0007] 在上述文献等中记载的技术中，掌握运动时的下肢的动作，为了再现其动作状态， 在腰、大腿、小腿上分别安装运动传感器，测定由各自的动作产生的加速度和角速度等。因 此，需要在身体上佩戴多个运动传感器，其处理非常繁琐，而且系统的构筑成本也变高。因 此，一般的人不能简单应用。
【发明内容】
[0008] 本发明的优点在于提供一种运动信息显示系统以及运动信息显示方法，通过仅在 用户的一个脚踝佩戴传感器部的简单的结构，就能准确掌握运动状态，能够正确地再现用 户的运动状态。
[0009] 本发明提供一种运动信息显示系统，具有：传感器部，佩戴在人体的一条腿的脚踝 上，输出与所述一条腿的动作状态相关联的数据；显示部；以及控制部，处理所述数据；所 述控制部为，将所述人体进行校准动作时由所述传感器部输出的所述数据作为校准数据来 取得，所述校准动作是用于取得表示所述传感器部的佩戴方向、所述一条腿上的所述传感 器部的佩戴位置、用所述一条腿单腿站立时的所述一条腿的姿势中的至少一种的参数的动 作，基于所述校准数据取得所述参数，将所述人体进行至少移动所述一条腿的运动时的所 述数据作为运动数据来取得，基于所述运动数据和所述参数，生成模拟地再现所述运动中 的所述腿的动作状态的再现图像，使至少包含所述再现图像的图像作为运动信息显示在所 述显示部上。
[0010] 本发明还提供一种运动信息显示方法，包括以下步骤：从佩戴于人体的一条腿的 脚踝上的传感器部，将所述人体进行校准动作时由所述传感器部输出的数据作为校准数据 来取得，所述校准动作是用于取得表示所述传感器部的佩戴方向、所述传感器部的佩戴位 置、所述一条腿以该一条腿单腿站立时的姿势中的至少一种的参数的动作；基于所述校准 数据取得所述参数；将所述人体进行至少移动所述一条腿的运动时的所述数据作为运动数 据来取得；基于所述运动数据和所述参数，生成模拟地再现所述运动中的所述腿的动作状 态的再现图像；以及使至少包含所述再现图像的图像作为运动信息显示在显示部上。
【附图说明】
[0011] 图1A、图1B、图IC是表示本发明的运动信息显示系统的一实施方式的概略结构 图。
[0012] 图2A、图2B是表示适用于一实施方式的运动信息显示系统的传感器设备以及信 息处理设备的一结构例的概略框图。
[0013] 图3是表示适用于一实施方式的运动信息显示系统的传感器设备的控制方法（运 动信息测定动作）的一例的流程图。
[0014] 图4是表示适用于一实施方式的运动信息显示系统的信息处理设备的控制方法 (运动信息再现动作）的一例的流程图。
[0015] 图5是表示适用于一实施方式的运动信息显示系统的校准处理的一例的流程图。
[0016] 图6是表示在适用于一实施方式的校准处理中执行的、传感器设备的佩戴方向的 校正矩阵的推定处理的一例的流程图。
[0017] 图7是表示在适用于一实施方式的校准处理中执行的、下肢的基准姿势的设定处 理的一例的流程图。
[0018] 图8是表示在适用于一实施方式的校准处理中执行的、下肢的长度的推定处理的 一例的流程图。
[0019] 图9是表示在适用于一实施方式的下肢的长度的推定处理中执行的、下肢的长度 的取得方法（下肢长的取得处理）的一例的流程图。
[0020] 图10A、图10B、图IOC是表示在适用于一实施方式的佩戴方向的校正矩阵的推定 处理中执行的、在伸缩动作时取得的角速度传感器的输出信号的一例的信号波形图。
[0021] 图11A、图11B、图IlC是表示在适用于一实施方式的下肢的长度的推定处理中执 行的、伸缩动作的一例的概略图。
[0022] 图12是表示在适用于一实施方式的运动信息显示系统中的下肢动作再现处理的 一例的流程图。
[0023] 图13是表示在适用于一实施方式的下肢动作再现处理中执行的、传感器设备的 姿势推定处理的一例的流程图。
[0024] 图14是表示在适用于一实施方式的下肢动作再现处理中执行的、传感器设备的 位置推定处理的一例的流程图。
[0025] 图15是表示在适用于一实施方式的下肢动作再现处理中执行的、下肢动作的推 定处理的一例的流程图。
[0026] 图16A、图16B、图16C、图16D、图16E是用于说明在适用于一实施方式的下肢动作 再现处理中切取跑步动作的一周期量的处理的信号波形图。
[0027] 图17A、图17B是表示在适用于一实施方式的下肢动作再现处理中切取跑步动作 的一周期量时的用户的姿势的概略图。
[0028] 图18是表示在适用于一实施方式的下肢动作再现处理中一周期量的跑步动作的 基准姿势的位置的概略图。
[0029] 图19是表示在适用于一实施方式的下肢动作再现处理中参照的小腿的长度与大 腿的腿根的动作的对应关系的表格的一例的概略图。
[0030] 图20是表示在适用于一实施方式的下肢动作再现处理中推定出的一周期量的两 侧的下肢的动作的火柴人模型。
[0031] 图21是表示在适用于一实施方式的运动信息显示系统中的信息处理设备上显示 的运动信息的一例的概略图。
[0032] 图22A、图22B、图22C是表示一实施方式的运动信息显示系统的变形例的概略结 构图。
【具体实施方式】
[0033] 针对本发明的运动信息显示系统以及运动信息显示方法的实施方式，示出如下附 图来进行详细说明。
[0034] 另外，在以下的说明中，对用户进行跑步等运动的情况进行说明。
[0035] 〈运动信息显示系统〉
[0036] 图1A、图1B、图IC是表示本发明的运动信息显示系统的一实施方式的概略结构 图，图IA是表示适用于运动信息显示系统的传感器设备向人体的佩戴例的概略图，图IB是 表示运动信息显示系统的全体结构的概略图，图IC是表示传感器设备的坐标系（传感器坐 标系）的概略图。
[0037] 图2A、图2B是表示适用于本实施方式的运动信息显示系统的传感器设备以及信 息处理设备的一结构例的概略框图。
[0038] 本实施方式的运动信息显示系统例如如图1A、图IB所示，具有：由作为被测定者 的用户US佩戴在身体上的传感器设备100、和基于从传感器设备100取得的传感器数据等 模拟地再现运动状态并可视地提供给用户的信息处理设备200。
[0039] (传感器设备100)
[0040] 如图IA所示，传感器设备100佩戴在用户US的一条腿的脚踝或者脚踝的附近。
[0041] 传感器设备100例如如图IB所示，大体具有如下的外观形状，该外观形状具有具 备对用户US的运动状态进行检测的各种传感器的设备本体101、和用于通过卷绕在用户US 的一条腿的脚踝上从而将设备本体101佩戴在脚踝上的带部102。
[0042] 另外，在图1A、图IB中，作为传感器设备100的结构，对通过在用户US的一条腿的 脚踝上卷绕带部102而佩戴设备本体101的情况进行说明。但是，本发明不限于此。即，传 感器设备100如果是在用户US的身体的规定部位（这里是脚踝附近）不产生偏移地佩戴 的结构，则也可以是具有其他结构的传感器设备。
[0043] 例如，也可以不具有上述带部102,而是贴附在用户US身穿的鞋子、服装（衣服、袜 子等）等上，或者组装在它们内部，或者通过夹子等夹入而进行佩戴的结构。
[0044] 传感器设备100具体来说例如图2A所示，大致具有传感器部110、输入操作部 120、通知部130、控制部（校准处理部）140、存储部150、通信接口部（以下，记述为"通信 I/F部"）160和电源供给部170。
[0045] 传感器部110具有用于检测人体的动作的运动传感器，如图2A所示，至少具有加 速度传感器112和角速度传感器（陀螺仪传感器）114。
[0046] 加速度传感器112计测用户US的运动中的动作速度的变化的比例（并进动作的 加速度），并作为相互正交的3轴方向的加速度数据（加速度信号）而输出。
[0047] 角速度传感器114计测用户US的运动中的动作方向的变化（旋转角速度），并作 为相互正交的3轴方向的角速度数据（角速度信号）而输出。
[0048] 加速度传感器112以及角速度传感器114按照所设定的每个采样间隔进行计测。 该采样间隔例如设定未5msec或者其附近。
[0049] 在用户US进行至少移动佩戴着传感器设备100的一条腿的运动时由传感器部110 计测并输出的传感器数据（加速度数据，角速度数据），被保存在后述的存储部150的规定 的存储区域中。
[0050] 这里，加速度传感器112以及角速度传感器114具有的传感器坐标SNC是相对坐 标，例如如图IC所示，以传感器设备100的佩戴位置为基准，分别设定膝方向（图面上方 向）为+Z轴方向，直立时的行进方向（图面左方向）为+X轴方向，直立时的左手方向（图 面近前方向）为+Y轴方向。
[0051] 另一方面，作为绝对坐标的世界坐标WDC如图IA所示，分别设定行进时的行进方 向（图面左方向）为+Z轴方向，行进时的左手方向（图面近前方向）为+X轴方向，相对于 地面的铅直方向（图面上方向）为+Y轴方向。这里，世界坐标WDC的-Y轴方向对应于重 力方向（重力加速度的方向）。
[0052] 输入操作部120例如如图IB所示，具有设置在设备本体101的侧面和正面等的操 作按钮（按压按钮）122、124或滑动按钮、触摸按钮等开关。
[0053] 输入操作部120例如用于启动传感器设备100的电源操作、用于设定传感器设备 100的动作模式的操作。
[0054] 通知部130省略了图示，具有设置在设备本体101上的蜂鸣器和扬声器等音响部、 振动马达和振子等振动部、LED等发光元件等的发光部等。
[0055] 通知部130将与至少后述的规定的参数的校准处理中的步骤相关的信息、与传感 器设备100的动作异常相关的信息等通过视觉、听觉或触觉等提供或通知给用户。
[0056] 另外，通知部130例如可以是具有上述音响部、振动部、发光部等中的至少一个或 者几个组合的结构。
[0057] 控制部140是具有计时功能的CPU (中央运算处理装置）和MPU (微处理器）等的 运算处理装置，基于动作时钟，执行规定的控制程序或者算法程序。
[0058] 由此，控制部140控制规定的参数的校准处理和传感器设备100中的感测动作、通 知部130中的通知动作、通信I/F部160中的传感器数据等的发送动作等各种动作。
[0059] 这里，本实施方式中，控制部140通过用户US使用输入操作部120来进行规定的 输入操作，从而设定规定的动作模式，并执行与该动作模式对应的动作。另外，在后面对各 动作模式中的动作进行说明。
[0060] 存储部150将从上述传感器部110取得的传感器数据等与时间数据建立关联地保 存到规定的存储区域中。
[0061] 存储部150保存在控制部140中执行规定的程序，而在规定的参数的校准处理、传 感器部110中的感测动作、通信I/F部160中的传感器数据的发送动作等时使用或者生成 的各种数据和信息等。
[0062] 存储部150还保存在控制部140中执行的控制程序和算法程序。
[0063] 另外，在控制部140中执行的程序也可以是预先装入控制部140中的程序。
[0064] 存储部150的一部分或者全部也可以是例如具有作为存储卡等的可移除存储介 质的形态，并构成为相对于传感器设备100能够拆装的结构的部件。
[0065] 通信I/F部160作为将从传感器部110取得的传感器数据（加速度数据、角速度 数据）、由后述的校准处理生成的各种数据和信息等相对于信息处理设备200收发时的接 口起作用。
[0066] 这里，作为经由通信I/F部160在传感器设备100与信息处理设备200之间收发 传感器数据等的方式，能够适用例如各种无线通信方式或有线通信方式。
[0067] 这里，在上述通信I/F部160中，在通过无线通信方式收发传感器数据等的情况 下，能够较好地应用例如作为数字设备用的近距离无线通信规则的蓝牙（Bluetooth(注 册商标））、作为低耗电型的通信规则制定的蓝牙低能量（Bluetooth(注册商标） lowenergy (LE))、NFC(