加速度センサを用いた階段昇降時の上下運動移動量計測

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本研究は,日常生活の運動量を無拘束計測する携帯型測定器を開発するために,腰部に取り付けた加速度センサを使用して,特に階段昇降時の上下運動量を推定するアルゴリズムを提案する.加速度情報から上下方向移動量を導出するためには,歩行時のセンサの傾き角を把握し,加速度データを補正するアルゴリズムを構築する必要がある.本研究では始めに,腰部に取り付けた加速度センサが歩行によって傾斜する様子をポジションセンサデバイスで捕え,加速度補正のための基礎データを得た.その結果,歩行時に加速度センサはある一定の傾斜角で傾いた状態から,周期的に振動しているという結果が得られた.このことから,センサの傾斜によって現れる加速度の偏差を相殺するためには,適当なハイパスフィルタを用いて加速度データの直流成分を除去する必要があると考えられる.また,歩行時の上下方向の加速度データを2階積分して移動距離を求める際,歩行形態によって積分開始点を変える必要があることが確認された.すなわち,平地歩行および階段昇りでは,右踵が接地した瞬間から積分を開始するが,階段降りでは,右踵が接地して数10msec後に積分を開始する必要があることが分かった.これは,加速度センサの上下方向の移動速度がゼロとなる時刻が,歩行形態によって異なるためであると考えられる.以上の結果を考慮して歩行時の上下方向移動距離を求めた結果,平地歩行時の上下方向移動量はほぼゼロとなった.また,階段昇り時の推定移動量は,実際の移動量と比較して約20%の誤差で推定可能であることが確認された.さらに,階段降りの場合の誤差は約15%となった.本研究で提案した移動量推定法は,予め歩行形態が判別されている必要がある.今後は,歩行形態が未知の状態から,より高精度で移動量を推定するアルゴリズムを開発する必要がある.