歩行データ計測装置
【課題】歩行データを精度良く計測する。
【解決手段】計測装置１０は、接地センサ１４、２４、走査型光学距離センサ（ＬＲＦ）１２、受光器２２ａ、２２ｂ、演算ユニット１８を備える。ＬＲＦ１２は、測距用照射光の強さを変化させることによって照射光に情報を含ませることができる。各受光器は、受光した照射光に含まれている情報を読み取ることができる。計測装置１０は、接地センサが接地を検知している間、ＬＲＦが照射方向を示す照射方向情報を含ませた照射光を照射して各照射方向における距離を計測する。次いで、各受光器が、受光した照射光に含まれている照射方向情報、及び、自己を識別するための受光器識別子を演算ユニットへ送信する。演算ユニットは、受光器識別子と照射方向情報と各照射方向の計測距離から一方の足に対する各受光器の方向と距離を算出し、各受光器の方向と距離から２つの足の相対位置を算出する。
【解決手段】計測装置１０は、接地センサ１４、２４、走査型光学距離センサ（ＬＲＦ）１２、受光器２２ａ、２２ｂ、演算ユニット１８を備える。ＬＲＦ１２は、測距用照射光の強さを変化させることによって照射光に情報を含ませることができる。各受光器は、受光した照射光に含まれている情報を読み取ることができる。計測装置１０は、接地センサが接地を検知している間、ＬＲＦが照射方向を示す照射方向情報を含ませた照射光を照射して各照射方向における距離を計測する。次いで、各受光器が、受光した照射光に含まれている照射方向情報、及び、自己を識別するための受光器識別子を演算ユニットへ送信する。演算ユニットは、受光器識別子と照射方向情報と各照射方向の計測距離から一方の足に対する各受光器の方向と距離を算出し、各受光器の方向と距離から２つの足の相対位置を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方の足に対する他方の足の相対位置を計測する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
歩行動作の解析や評価のため、或いは歩行補助装置のセンサとして、歩行時や走行時の歩幅や進行方向、或いは速度などの歩行データを取得したいという要求がある。本明細書における歩行データは、一方の足に対する他方の足の相対位置と相対角度を意味する。もちろんそれ以外のデータを含んでいてもよい。本明細書では、簡単のため、２つの足の相対位置と相対角度を合わせて相対位置と称する。歩行データを取得する装置が、例えば特許文献１や特許文献２に開示されている。
【０００３】
特許文献１の技術では、左右の靴にジャイロを搭載し、ジャイロの計測値から歩行データを算出する。特許文献２の技術では、一方の靴から他方の靴へ向けてグレイコードを照射し、他方の靴で受光したグレイコードの光の強度から、両足の相対距離を算出して歩行データを生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−７３２８５号公報
【特許文献２】特開２００４−１７０１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ジャイロが検出するのは加速度や速度であるから、それらのデータから両足の相対位置を算出するのでは精度が低い。グレイコードの光を用いる場合は、環境光の影響を受け易い。本発明は、上記課題に鑑み、従来の方法とは異なる方法で歩行データを精度良く計測する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
距離を正確に計測するのに適した距離センサとして、走査型光学距離センサがある。走査型光学距離センサの典型は、レーザレンジファインダ（Ｌａｓｅｒ Ｒａｎｇｅ Ｆｉｎｄｅｒ）であり、それは、レーザ光を１次元、或いは２次元的に走査しながら各方向の距離を計測する。歩行データを計測する一つの手法として、一方の足に走査型光学距離センサを配置し、他方の足の相対位置を計測することが考えられる。しかし、足は形状が複雑であるため、相対位置を正確に計測するには、足の特定の２点までの距離を正確に計測する必要がある。なお２点の距離計測が必要とされるのは、一方の足に対する他方の足の相対的な角度を決定するためである。以下では簡単のため、走査型光学距離センサを単に「ＬＲＦ」と称することがある。
【０００７】
本発明は、一方の足にＬＲＦを配置するとともに他方の足にＬＲＦの照射光を受光する複数の受光器を配置し、受光器が照射光を受光したときのその照射光によってＬＲＦから受光器までの距離を正確に計測し、計測された距離を使って歩行データを算出する、という技術的思想に基づく。ＬＲＦと受光器の配置位置は予め正確に解っているから、それらの間の計測距離から両足の正確な相対位置（相対角度を含む）を求めることができる。さらに本発明は、一つのＬＲＦが複数の受光器までの距離を計測した際、計測されたそれぞれの距離がいずれの受光器までの距離であるかを判別する仕組みを有することを特徴とする。
【０００８】
本明細書が開示する一つの歩行データ計測装置は、接地センサと、ＬＲＦと、複数の受光器と、演算ユニットを備える。接地センサは、それぞれの足に取り付けられる。本発明は、測距のための照射光の強さを変化させることによって照射光に情報を含ませることができるＬＲＦを採用する。ＬＲＦは、一方の足に取り付けられる。各受光器は、ＬＲＦの照射光を受光し、その照射光に含まれている情報を読み取ることができる。複数の受光器は、他方の足に取り付けられる。
【０００９】
この歩行データ計測装置は、次のとおりに歩行データを計測する。まず、接地センサが接地を検知している間に、走査型光学距離センサが照射光の照射方向を示す照射方向情報を含ませた照射光を、照射方向を連続的に変えながら照射して各照射方向における距離を計測する。次いで、接地センサが接地を検知している間に各受光器が、受光した照射光に含まれている照射方向情報を読み取り、読み取った照射方向情報と自己を識別するための受光器識別子を演算ユニットへ送信する。そして、演算ユニットが、受信した受光器識別子と照射方向情報、及び、走査型光学距離センサが計測した各照射方向の計測距離から一方の足に対する各受光器の方向と距離を算出し、各受光器の方向と距離から２つの足の相対位置（相対角度を含む）を算出する。
【００１０】
上記の歩行データ計測装置では、受光器が受光した照射光の照射方向が、その照射光に含まれている照射方向情報によって特定される。この照射方向情報によって、ＬＲＦが計測した照射方向別の計測距離群の中から受光器までの距離を特定することができる。なお、各受光器は自己を識別する受光器識別子を発信しているので、一つのＬＲＦが計測した照射方向別の計測距離群から夫々の受光器までの距離を特定することができる。受光器の取り付け位置とＬＲＦの取り付け位置は既知であるので、ＬＲＦから夫々の受光器までの正確な距離から、一方の足に対する他方の足の正確な相対位置（相対角度を含む）を特定することができる。
【００１１】
上記の歩行データ計測装置では、照射光に照射方向情報を含ませる。照射方向情報の精度が高くない場合には、上記歩行データ計測装置を変形した次の歩行データ計測装置が好適である。即ち、本明細書が開示する他の歩行データ計測装置は、夫々の足に取り付けられる接地センサと、一方の足に取り付けられる複数のＬＲＦ（走査型光学距離センサ）と、他方の足に取り付けられる複数の受光器と、演算ユニットを備える。この歩行データ計測装置が採用するＬＲＦも、測距のための照射光の強さを変化させることによって照射光に情報を含ませることができる。また、この歩行データ計測装置の受光器もまた、受光した照射光に含まれている情報を読み取ることができる。
【００１２】
この歩行データ計測装置は、次のとおりに歩行データを計測する。まず、両足の接地センサが接地を検知している間に各ＬＲＦが自己を識別するためのセンサ識別子を含ませた照射光を照射方向を連続的に変えながら照射する。そして、各照射方向における距離を計測する。接地センサが接地を検知している間に、各受光器が受光した照射光に含まれているセンサ識別子、及び、自己を識別するための受光器識別子を演算ユニットへ送信する。演算ユニットが、センサ識別子を受信したタイミングにおけるそのセンサ識別子によって識別されるＬＲＦの計測距離を、そのセンサ識別子とともに受信した受光器識別子によって識別される受光器までの距離として特定する。そして、特定された各受光器の各ＬＲＦに対する相対距離から２つの足の相対位置（相対角度を含む）を算出する。
【００１３】
この歩行データ計測装置は、複数のＬＲＦが夫々の受光器までの距離を計測する。ＬＲＦの照射光に含まれているセンサ識別子によって、各受光器が受光した照射光がいずれのＬＲＦから照射されたものであるかが判別できる、２つのＬＲＦ夫々からの距離が分かれば、受光器の位置が決定できる。２つの受光器の位置が決定できれば、一方の足に対する他方の足の相対位置（相対角を含む）を決定することができる。
【００１４】
ＬＲＦ、受光器、及び、接地センサは、ユーザが履く靴に内蔵するのが好適である。演算ユニットは、ＬＲＦとともに靴に内蔵してもよいし、独立したユニットとして腰などに取り付けるものであってもよい。また、他方の足に取り付ける受光器の数は、少なくとも２個であればよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、一方の足に取り付けられたＬＲＦから他方の足に取り付けられた各受光器までの距離が正確に計測できる。ＬＲＦから各受光器までの正確な距離から正確な歩行データを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施例の歩行データ計測装置の模式的ブロック図である。
【図２】第１実施例の歩行データ計測装置が実行する処理のフローチャート図である。
【図３】第２実施例の歩行データ計測装置の模式的ブロック図である。
【図４】第２実施例の歩行データ計測装置が実行する処理のフローチャート図である。
【実施例１】
【００１７】
図１と図２を用いて第１実施例の歩行データ計測装置１０を説明する。本実施例の歩行データ計測装置１０は、ユーザが履く靴の靴底に内蔵されている。図１は、歩行データ計測装置１０の模式的ブロック図である。図１は、靴底の模式的平面断面図として、歩行データ計測装置１０のブロック図を表している。図２は、歩行データ計測装置１０が実行する処理のフローチャート図を示している。図１の右側に描かれた靴（右の靴）を靴Ａと称し、左側に描かれた靴（左の靴）を靴Ｂと称する。
【００１８】
靴Ａは、走査型光学距離センサ１２、接地センサ１４、ジャイロ１５、通信器１６、及び、演算ユニット１８を内蔵している。靴Ｂは、２つの受光器２２ａ、２２ｂ、接地センサ２４、ジャイロ２５、及び、通信器２６を内蔵している。簡単のため実施例の説明においても「走査型光学距離センサ１２」を「ＬＲＦ１２」と称する。
【００１９】
図１の符号ＰＡは、靴Ａの予め決められた位置を示しており、点ＰＡの位置によって靴Ａの位置が表される。同様に、符号ＰＢは靴Ｂの予め決められた位置を示しており、点ＰＢの位置によって靴Ｂの位置が表される。符号ＶＡＢは点ＰＡから点ＰＢへのベクトルを示しており、ベクトルＶＡＢが靴Ｂの靴Ａに対する相対位置を表している。また、符号ＴＡＢが、靴Ａに対する靴Ｂの相対回転角を示している。本実施例では、ベクトルＶＡＢと角度ＴＡＢを合わせて靴Ｂの靴Ａに対する「相対位置」と称する。この「相対位置」が歩行データに相当する。
【００２０】
ＬＲＦ１２は、照射方向を連続的に変えながらレーザ光（照射光）を照射し、照射光と反射光の時間差、あるいは位相差から照射方向に存在する物体までの距離を計測する。別言すれば、ＬＲＦ１２は、レーザ光を走査しながら予め決められた角度範囲（走査範囲）内に存在する対象物までの距離を計測する。さらにＬＲＦ１２は、レーザ光を複数のパルス波として出力することができ、そのパルス波によって照射光にデジタルデータを含ませることができる。パルス波は光の強弱によって実現されるので、別言すれば、ＬＲＦ１２は、レーザ光の強さ変化させることによってレーザ光にデジタルデータ（情報）を含ませることができる。例えば、レーザ光の最初の１パルスは毎回同じであり、照射光と反射光に含まれるこの最初のパルスによって距離を計測する。距離計測用の最初のパルスに続く一群のパルスでデジタルデータを表す。
【００２１】
本実施例のＬＲＦ１２は、照射方向を示す照射方向情報をレーザ光に含ませる。照射方向情報は、図１に示すように、ＬＲＦ１２からその前方へ伸びる基準線Ｌ０と照射方向がなす角度で表される。例えば、直線Ｌ１で示される照射方向は角度Ｔ１であり、直線Ｌ２で示される照射方向は角度Ｔ２である。ＬＲＦ１２は、例えば角度１度単位で照射方向を変えながら各照射方向に存在する物体までの距離を計測する。即ち、照射方向を変える毎に、そのレーザ光に含まれる照射方向情報も変わる。各照射方向の計測距離は、演算ユニット１８へ送られる。
【００２２】
ＬＲＦ１２は、靴Ａのインサイド（ユーザが履いたときに他方の靴Ｂと対向する側面）に取り付けられており、他方の靴Ｂに向かってレーザ光を走査するように配置されている。即ちＬＲＦ１２は、他方の靴Ｂまでの距離を計測する。
【００２３】
靴Ｂのインサイドには２つの受光器２２ａ、２２ｂが取り付けられている。これらの受光器は、ＬＲＦ１２のレーザ光を検知する。また、各受光器２２ａ、２２ｂは、受光したレーザ光に含まれているデジタルデータを読み取ることができる。受光器２２ａ、２２ｂには、それぞれ固有の識別子（受光器識別子）が与えられている。受光器２２ａ、２２ｂのそれぞれは、レーザ光を受光するとそのレーザ光に含まれている照射方向情報と自己の受光器識別子を演算ユニット１８へ送信する。なお、ＬＲＦ１２は、受光器２２ａ、２２ｂに限らず、レーザ光が照射された対象物までの距離を計測することができることができる点に留意されたい。すなわち、ＬＲＦ１２は、靴Ｂのインサイドの各点までの距離を計測する。実施例の歩行データ計測装置１０は、後述するように、ＬＲＦ１２が計測した照射方向毎の距離のうち、いずれの照射方向の計測距離が受光器２２ａ又は２２ｂまでの距離であるかを確実に判別することができる。多数の方向の計測距離群の中から各受光器２２ａ、２２ｂまでの距離を選別できる点にこの歩行データ計測装置１０の特徴がある。
【００２４】
それぞれの靴の裏には接地センサ１４、２４が取り付けられている。接地センサ１４、２４は、歪ゲージや感圧素子、或いは単純接点等で構成されており、歪ゲージ等の出力によって靴が接地しているか否かを判別する。
【００２５】
ジャイロ１５は、靴Ａの鉛直線周りの回転角速度を計測する。演算ユニット１８は、角速度を積分し、靴Ａの鉛直線周りの回転角を算出する。ジャイロ２５は、靴Ｂの鉛直線周りの回転角速度を計測する。演算ユニット１８は、角速度を積分し、靴Ｂの鉛直線周りの回転角を算出する。
【００２６】
符号１６と２６は赤外線を使った通信器であり、照射方向情報と受光器識別子を、靴Ｂに内蔵された受光器２２ａ、２２ｂから靴Ａに内蔵された演算ユニット１８へ送信する機能を果たす。また、靴Ｂに内蔵された接地センサ２４の出力も、通信器１６、２６を介して演算ユニット１８へ送られる。
【００２７】
図２のフローチャートを参照して、歩行データ計測装置１０が実行する処理を説明する。図２の処理は、歩行中の歩幅と歩行方向を計測する処理である。図２の処理は、１歩行ステップ毎に実行される。歩行データ計測装置１０は、靴Ａ（ＬＲＦ１２を内蔵している靴）が接地しているか否かを、接地センサ１４によって判断する（Ｓ２）。靴Ａが接地していなければ（Ｓ２：ＮＯ）、処理を終了する。靴Ａが接地している場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、演算ユニット１８は、ジャイロ１５が検出する角速度に基づいて、靴Ａの回転角を算出する（Ｓ４）。演算ユニット１８はステップＳ４において、前回の歩行ステップにおける処理から現在までのジャイロ１５の出力（角速度）を時間軸に沿って積分して靴Ａの回転角を算出する。即ち、ステップＳ４では、一歩の間の靴Ａの回転角が算出される。
【００２８】
次に、歩行データ計測装置１０は、ＬＲＦ１２を動作させる（Ｓ６）。ＬＲＦ１２は、靴Ｂだけでなく、走査範囲内に存在する物体全ての距離を計測する。ＬＲＦ１２は、前述したように、走査範囲内で、レーザ光の照射方向を連続的に変えながら、各照射方向に存在する物体までの距離を計測する。ＬＲＦ１２単体では、距離計測の対象が何であるかは判別できないことに留意されたい。レーザ光の照射方向とその方向の計測距離は、演算ユニット１８に送られて記憶される。また、前述したように、照射方向毎の各レーザ光には、そのレーザ光の照射方向を示す照射方向情報が含まれる。
【００２９】
他方、靴Ｂに内蔵されている受光器２２ａと２２ｂは、ＬＲＦ１２が照射したレーザ光を受光する（Ｓ１０）。夫々の受光器２２ａ、２２ｂが受光するレーザ光は、別の照射方向を向いていることに留意されたい。図１の例では、受光器２２ａは照射角度（照射方向）Ｔ１のレーザ光を受光し、受光器２２ｂは照射角度（照射方向）Ｔ２のレーザ光を受光する。それぞれの受光器２２ａ、２２ｂは、受光したレーザ光に含まれている照射方向情報を読み取る。受光器２２ａが受光したレーザ光には照射角度Ｔ１を示すデータが含まれており、受光器２２ｂが受光したレーザ光には照射角度Ｔ２を示すデータが含まれている。
【００３０】
歩行データ計測装置１０は、受光器２２ａ、２２ｂがレーザ光を受光したときに靴Ｂが接地していない場合には（Ｓ１２：ＮＯ）、靴Ｂが未接地である旨を演算ユニット１８へ送信する（Ｓ２２）。このとき、受光したデータは破棄される。靴Ｂの受光器２２ａ、２２ｂから靴Ａの演算ユニット１８へのデータ通信は、通信器１６、２６を介して行われる。靴Ｂが未接地である旨のデータを受信した演算ユニット１８は処理を終了する。
【００３１】
他方、靴Ｂが接地している場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、演算ユニット１８は、ジャイロ２５が検出する角速度に基づいて、靴Ｂの回転角を算出する（Ｓ１４）。演算ユニット１８はステップＳ１４において、前回の歩行ステップにおける処理から現在までのジャイロ２５の出力（角速度）を時間軸に沿って積分して靴Ｂの回転角を算出する。即ち、ステップＳ１４では、一歩の間の靴Ｂの回転角が算出される。ジャイロ２５が検出した角速度も、通信器１６、２６を介して演算ユニット１８へ送られる。
【００３２】
次に歩行データ計測装置１０は、それぞれの受光器２２ａ、２２ｂが受光したレーザ光に含まれている照射方向情報と自己の受光器識別子を演算ユニット１８へ送信する（Ｓ１６）。なお、図２における「受光器ＩＤ」が受光器識別子に相当する。図１の例では、受光器２２ａは、照射角度（照射情報）Ｔ１を示すデータと、自己の受光器識別子を演算ユニット１８へ送信する。受光器２２ｂは、照射角度（照射情報）Ｔ２を示すデータと、自己の受光器識別子を演算ユニット１８へ送信する。
【００３３】
演算ユニット１８は、受信した照射方向情報と受光器識別子と、既に記憶している照射方向毎の計測距離から、ＬＲＦ１２を基準とした各受光器の方向と距離を求める。即ち、図１のベクトルＬ１（ＬＲＦ１２から受光器２２ａへのベクトル）と、ベクトルＬ２（ＬＲＦ１２から受光器２２ｂへのベクトル）が求まる。ＬＲＦ１２と点ＰＡの相対位置、及び、各受光器２２ａ、２２ｂと点ＰＢの相対位置は予め分かっているので、ベクトルＬ１とＬ２から、ベクトルＶＡＢと角度ＴＡＢ、即ち、靴Ｂの靴Ａに対する相対位置（相対角度）が算出できる。演算ユニット１８は、算出された相対位置とそれぞれの靴の回転角を記憶する。こうして、１歩行ステップにおける歩行データが取得される。歩行データ計測装置１０は、１歩行ステップ毎に上記の処理を繰り返す。
【実施例２】
【００３４】
次に、図３を参照して第２実施例の歩行データ計測装置１１０を説明する。第２実施例の歩行データ計測装置１１０は、靴Ａに２つのＬＲＦ１１２ａ、１１２ｂを内蔵している。その他は第１実施例の歩行データ計測装置１０と同じである。各ＬＲＦ１１２ａ、１１２ｂは、照射するレーザ光に、自己を識別するためのセンサ識別子を含ませる。この点が、第１実施例の歩行データ計測装置１０と異なる点である。また、第２実施例の歩行データ計測装置１１０は、照射方向情報を使わない。
【００３５】
歩行データ計測装置１１０が実行する処理のフローチャートを図４に示す。本実施例の歩行データ計測装置１１０は、両足の接地センサ１４、２４が共に接地を検出している場合に以下の処理を実行する（Ｓ４０：ＹＥＳ）。ステップＳ４２では、夫々の靴のジャイロ１５、２５のデータ（角速度）から、それぞれの靴の回転角を算出する（Ｓ４２）。次に、ステップＳ４４では、各ＬＲＦ１１２ａ、１１２ｂが、走査範囲内に存在する物体全ての距離を計測する。このとき各ＬＲＦ１１２ａ、１１２ｂは、照射するレーザ光に、自己を識別するためのセンサ識別子を含ませる。図４では、センサ識別子を記号「ＬＲＦ＿ＩＤ」で表している。
【００３６】
受光器１２２ａ、１２２ｂはそれぞれ、ＬＲＦ１１２ａ、１１２ｂが照射したレーザ光を受光する（Ｓ４６）。各受光器は、レーザ光を受光すると直ちにレーザ光に含まれているセンサ識別子を読み取るとともに、読み取ったセンサ識別子と自己を識別するための受光器識別子を演算ユニット１１８へ送る（Ｓ４８）。演算ユニット１１８は、センサ識別子を受信したタイミングにおけるそのセンサ識別子が示すＬＲＦの計測距離を、受光器識別子が示す受光器までの計測距離として特定する（Ｓ５０）。図３の例では、受光器１２２ａがＬＲＦ１１２ａのレーザ光を受光したとき、演算ユニット１１８は、受光器１２２ａの識別子とともにＬＲＦ１１２ａのセンサ識別子を受信する。受信したタイミングにおけるＬＲＦ１１２ａの計測距離が、符号Ｌａ１で示される距離である。また受光器１２２ａがＬＲＦ１１２ｂのレーザ光を受光したとき、演算ユニット１１８は、受光器１２２ａの識別子とともにＬＲＦ１１２ｂのセンサ識別子を受信する。受信したタイミングにおけるＬＲＦ１１２ｂの計測距離が、符号Ｌａ２で示される距離である。さらに受光器１２２ｂがＬＲＦ１１２ａのレーザ光を受光したとき、演算ユニット１１８は、受光器１２２ｂの識別子とともにＬＲＦ１１２ａのセンサ識別子を受信する。受信したタイミングにおいてＬＲＦ１１２ａが計測した距離が、符号Ｌｂ１で示される距離である。同様に、受光器１２２ｂがＬＲＦ１１２ｂのレーザ光を受光したとき、演算ユニット１１８は、受光器１２２ｂの識別子とともにＬＲＦ１１２ｂのセンサ識別子を受信する。受信したタイミングにおいてＬＲＦ１１２ｂが計測した距離が、符号Ｌｂ２で示される距離である。
【００３７】
こうして、演算ユニット１１８は、ＬＲＦ１１２ａと受光器１２２ａの間の距離Ｌａ１、ＬＲＦ１１２ｂと受光器１２２ａの間の距離Ｌａ２、ＬＲＦ１１２ａと受光器１２２ｂの間の距離Ｌｂ１、ＬＲＦ１１２ｂと受光器１２２ｂの間の距離Ｌｂ２を特定する。
【００３８】
靴Ａ上の２点（２つのＬＲＦの位置）から受光器１２２ａまでの２つの距離Ｌａ１、Ｌａ２によって、靴Ａ（点ＰＡ）に対する受光器１２２ａまでの距離と方向が算出される。同様に、靴Ａ上の２点から受光器１２２ｂまでの２つの距離Ｌｂ１、Ｌｂ２によって、靴Ａ（点ＰＡ）に対する受光器１２２ｂまでの距離と方向が算出される。受光器１２２ａと１２２ｂの相対位置と方向から、ベクトルＶＡＢと角度ＴＡＢ、即ち、靴Ｂの靴Ａに対する相対位置（相対角度含む）が算出される。演算ユニット１１８は、算出された相対位置とそれぞれの靴の回転角を記憶する。こうして、１歩行ステップの歩行データが取得される。歩行データ計測装置１１０は、１歩行ステップ毎に上記の処理を繰り返す。
【００３９】
第２実施例の歩行データ計測装置１１０は、ＬＲＦの照射方向情報を用いない。歩行データ計測装置１１０は、ＬＲＦの照射方向の精度が低い場合に有効である。
【００４０】
実施例の歩行データ計測装置はいずれも、それぞれの受光器がレーザ光（距離計測用の照射光）を受光したときに照射光に含まれる情報とともに自己の受光器識別子を演算ユニットへ送る。このことが、ＬＲＦが計測した距離がいずれの受光器までの距離であるかを判別するのに役立っている。実施例の歩行データ計測装置は、複数の受光器を混同することなく、夫々の受光器までの距離を特定できる点に特徴がある。
【００４１】
実施例の歩行データ計測装置の留意点を述べる。照射方向情報は、照射方向毎にレーザ光に付された固有の番号であってもよい。その場合、各番号がどの照射方向に相当するのかを示す参照テーブルが演算ユニット内に記憶される。この場合、受光器は受光したレーザ光からレーザ光の番号を読み取って演算ユニットへ送信する。演算ユニットは、参照テーブルを使って、送られたレーザ光番号に相当する照射方向を特定することができる。
【００４２】
受光器の個数は、少なくとも２個であればよい。第１実施例の場合、ＬＲＦの個数は少なくとも１個でよい。第２実施例の場合、ＬＲＦの個数は少なくとも２個でよい。
【００４３】
本発明の歩行データ計測装置は、人の歩行動作の解析や評価のみならず、アクチュエータによって人の脚関節にトルクを加えて歩行動作を補助する歩行補助装置用のセンサに適用することも好適である。さらに、本発明の歩行データ計測装置は、脚式歩行ロボットのセンサとして用いることも好適である。
【００４４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４５】
１０、１１０：歩行データ計測装置
１２、１１２ａ、１１２ｂ：走査型光学距離センサ（ＬＲＦ）
１４、２４：接地センサ
１５、２５：ジャイロ
１６、２６：通信器
１８、１１８：演算ユニット
２２ａ、２２ｂ、１２２ａ、１２２ｂ：受光器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方の足に対する他方の足の相対位置を計測する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
歩行動作の解析や評価のため、或いは歩行補助装置のセンサとして、歩行時や走行時の歩幅や進行方向、或いは速度などの歩行データを取得したいという要求がある。本明細書における歩行データは、一方の足に対する他方の足の相対位置と相対角度を意味する。もちろんそれ以外のデータを含んでいてもよい。本明細書では、簡単のため、２つの足の相対位置と相対角度を合わせて相対位置と称する。歩行データを取得する装置が、例えば特許文献１や特許文献２に開示されている。
【０００３】
特許文献１の技術では、左右の靴にジャイロを搭載し、ジャイロの計測値から歩行データを算出する。特許文献２の技術では、一方の靴から他方の靴へ向けてグレイコードを照射し、他方の靴で受光したグレイコードの光の強度から、両足の相対距離を算出して歩行データを生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−７３２８５号公報
【特許文献２】特開２００４−１７０１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ジャイロが検出するのは加速度や速度であるから、それらのデータから両足の相対位置を算出するのでは精度が低い。グレイコードの光を用いる場合は、環境光の影響を受け易い。本発明は、上記課題に鑑み、従来の方法とは異なる方法で歩行データを精度良く計測する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
距離を正確に計測するのに適した距離センサとして、走査型光学距離センサがある。走査型光学距離センサの典型は、レーザレンジファインダ（Ｌａｓｅｒ Ｒａｎｇｅ Ｆｉｎｄｅｒ）であり、それは、レーザ光を１次元、或いは２次元的に走査しながら各方向の距離を計測する。歩行データを計測する一つの手法として、一方の足に走査型光学距離センサを配置し、他方の足の相対位置を計測することが考えられる。しかし、足は形状が複雑であるため、相対位置を正確に計測するには、足の特定の２点までの距離を正確に計測する必要がある。なお２点の距離計測が必要とされるのは、一方の足に対する他方の足の相対的な角度を決定するためである。以下では簡単のため、走査型光学距離センサを単に「ＬＲＦ」と称することがある。
【０００７】
本発明は、一方の足にＬＲＦを配置するとともに他方の足にＬＲＦの照射光を受光する複数の受光器を配置し、受光器が照射光を受光したときのその照射光によってＬＲＦから受光器までの距離を正確に計測し、計測された距離を使って歩行データを算出する、という技術的思想に基づく。ＬＲＦと受光器の配置位置は予め正確に解っているから、それらの間の計測距離から両足の正確な相対位置（相対角度を含む）を求めることができる。さらに本発明は、一つのＬＲＦが複数の受光器までの距離を計測した際、計測されたそれぞれの距離がいずれの受光器までの距離であるかを判別する仕組みを有することを特徴とする。
【０００８】
本明細書が開示する一つの歩行データ計測装置は、接地センサと、ＬＲＦと、複数の受光器と、演算ユニットを備える。接地センサは、それぞれの足に取り付けられる。本発明は、測距のための照射光の強さを変化させることによって照射光に情報を含ませることができるＬＲＦを採用する。ＬＲＦは、一方の足に取り付けられる。各受光器は、ＬＲＦの照射光を受光し、その照射光に含まれている情報を読み取ることができる。複数の受光器は、他方の足に取り付けられる。
【０００９】
この歩行データ計測装置は、次のとおりに歩行データを計測する。まず、接地センサが接地を検知している間に、走査型光学距離センサが照射光の照射方向を示す照射方向情報を含ませた照射光を、照射方向を連続的に変えながら照射して各照射方向における距離を計測する。次いで、接地センサが接地を検知している間に各受光器が、受光した照射光に含まれている照射方向情報を読み取り、読み取った照射方向情報と自己を識別するための受光器識別子を演算ユニットへ送信する。そして、演算ユニットが、受信した受光器識別子と照射方向情報、及び、走査型光学距離センサが計測した各照射方向の計測距離から一方の足に対する各受光器の方向と距離を算出し、各受光器の方向と距離から２つの足の相対位置（相対角度を含む）を算出する。
【００１０】
上記の歩行データ計測装置では、受光器が受光した照射光の照射方向が、その照射光に含まれている照射方向情報によって特定される。この照射方向情報によって、ＬＲＦが計測した照射方向別の計測距離群の中から受光器までの距離を特定することができる。なお、各受光器は自己を識別する受光器識別子を発信しているので、一つのＬＲＦが計測した照射方向別の計測距離群から夫々の受光器までの距離を特定することができる。受光器の取り付け位置とＬＲＦの取り付け位置は既知であるので、ＬＲＦから夫々の受光器までの正確な距離から、一方の足に対する他方の足の正確な相対位置（相対角度を含む）を特定することができる。
【００１１】
上記の歩行データ計測装置では、照射光に照射方向情報を含ませる。照射方向情報の精度が高くない場合には、上記歩行データ計測装置を変形した次の歩行データ計測装置が好適である。即ち、本明細書が開示する他の歩行データ計測装置は、夫々の足に取り付けられる接地センサと、一方の足に取り付けられる複数のＬＲＦ（走査型光学距離センサ）と、他方の足に取り付けられる複数の受光器と、演算ユニットを備える。この歩行データ計測装置が採用するＬＲＦも、測距のための照射光の強さを変化させることによって照射光に情報を含ませることができる。また、この歩行データ計測装置の受光器もまた、受光した照射光に含まれている情報を読み取ることができる。
【００１２】
この歩行データ計測装置は、次のとおりに歩行データを計測する。まず、両足の接地センサが接地を検知している間に各ＬＲＦが自己を識別するためのセンサ識別子を含ませた照射光を照射方向を連続的に変えながら照射する。そして、各照射方向における距離を計測する。接地センサが接地を検知している間に、各受光器が受光した照射光に含まれているセンサ識別子、及び、自己を識別するための受光器識別子を演算ユニットへ送信する。演算ユニットが、センサ識別子を受信したタイミングにおけるそのセンサ識別子によって識別されるＬＲＦの計測距離を、そのセンサ識別子とともに受信した受光器識別子によって識別される受光器までの距離として特定する。そして、特定された各受光器の各ＬＲＦに対する相対距離から２つの足の相対位置（相対角度を含む）を算出する。
【００１３】
この歩行データ計測装置は、複数のＬＲＦが夫々の受光器までの距離を計測する。ＬＲＦの照射光に含まれているセンサ識別子によって、各受光器が受光した照射光がいずれのＬＲＦから照射されたものであるかが判別できる、２つのＬＲＦ夫々からの距離が分かれば、受光器の位置が決定できる。２つの受光器の位置が決定できれば、一方の足に対する他方の足の相対位置（相対角を含む）を決定することができる。
【００１４】
ＬＲＦ、受光器、及び、接地センサは、ユーザが履く靴に内蔵するのが好適である。演算ユニットは、ＬＲＦとともに靴に内蔵してもよいし、独立したユニットとして腰などに取り付けるものであってもよい。また、他方の足に取り付ける受光器の数は、少なくとも２個であればよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、一方の足に取り付けられたＬＲＦから他方の足に取り付けられた各受光器までの距離が正確に計測できる。ＬＲＦから各受光器までの正確な距離から正確な歩行データを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施例の歩行データ計測装置の模式的ブロック図である。
【図２】第１実施例の歩行データ計測装置が実行する処理のフローチャート図である。
【図３】第２実施例の歩行データ計測装置の模式的ブロック図である。
【図４】第２実施例の歩行データ計測装置が実行する処理のフローチャート図である。
【実施例１】
【００１７】
図１と図２を用いて第１実施例の歩行データ計測装置１０を説明する。本実施例の歩行データ計測装置１０は、ユーザが履く靴の靴底に内蔵されている。図１は、歩行データ計測装置１０の模式的ブロック図である。図１は、靴底の模式的平面断面図として、歩行データ計測装置１０のブロック図を表している。図２は、歩行データ計測装置１０が実行する処理のフローチャート図を示している。図１の右側に描かれた靴（右の靴）を靴Ａと称し、左側に描かれた靴（左の靴）を靴Ｂと称する。
【００１８】
靴Ａは、走査型光学距離センサ１２、接地センサ１４、ジャイロ１５、通信器１６、及び、演算ユニット１８を内蔵している。靴Ｂは、２つの受光器２２ａ、２２ｂ、接地センサ２４、ジャイロ２５、及び、通信器２６を内蔵している。簡単のため実施例の説明においても「走査型光学距離センサ１２」を「ＬＲＦ１２」と称する。
【００１９】
図１の符号ＰＡは、靴Ａの予め決められた位置を示しており、点ＰＡの位置によって靴Ａの位置が表される。同様に、符号ＰＢは靴Ｂの予め決められた位置を示しており、点ＰＢの位置によって靴Ｂの位置が表される。符号ＶＡＢは点ＰＡから点ＰＢへのベクトルを示しており、ベクトルＶＡＢが靴Ｂの靴Ａに対する相対位置を表している。また、符号ＴＡＢが、靴Ａに対する靴Ｂの相対回転角を示している。本実施例では、ベクトルＶＡＢと角度ＴＡＢを合わせて靴Ｂの靴Ａに対する「相対位置」と称する。この「相対位置」が歩行データに相当する。
【００２０】
ＬＲＦ１２は、照射方向を連続的に変えながらレーザ光（照射光）を照射し、照射光と反射光の時間差、あるいは位相差から照射方向に存在する物体までの距離を計測する。別言すれば、ＬＲＦ１２は、レーザ光を走査しながら予め決められた角度範囲（走査範囲）内に存在する対象物までの距離を計測する。さらにＬＲＦ１２は、レーザ光を複数のパルス波として出力することができ、そのパルス波によって照射光にデジタルデータを含ませることができる。パルス波は光の強弱によって実現されるので、別言すれば、ＬＲＦ１２は、レーザ光の強さ変化させることによってレーザ光にデジタルデータ（情報）を含ませることができる。例えば、レーザ光の最初の１パルスは毎回同じであり、照射光と反射光に含まれるこの最初のパルスによって距離を計測する。距離計測用の最初のパルスに続く一群のパルスでデジタルデータを表す。
【００２１】
本実施例のＬＲＦ１２は、照射方向を示す照射方向情報をレーザ光に含ませる。照射方向情報は、図１に示すように、ＬＲＦ１２からその前方へ伸びる基準線Ｌ０と照射方向がなす角度で表される。例えば、直線Ｌ１で示される照射方向は角度Ｔ１であり、直線Ｌ２で示される照射方向は角度Ｔ２である。ＬＲＦ１２は、例えば角度１度単位で照射方向を変えながら各照射方向に存在する物体までの距離を計測する。即ち、照射方向を変える毎に、そのレーザ光に含まれる照射方向情報も変わる。各照射方向の計測距離は、演算ユニット１８へ送られる。
【００２２】
ＬＲＦ１２は、靴Ａのインサイド（ユーザが履いたときに他方の靴Ｂと対向する側面）に取り付けられており、他方の靴Ｂに向かってレーザ光を走査するように配置されている。即ちＬＲＦ１２は、他方の靴Ｂまでの距離を計測する。
【００２３】
靴Ｂのインサイドには２つの受光器２２ａ、２２ｂが取り付けられている。これらの受光器は、ＬＲＦ１２のレーザ光を検知する。また、各受光器２２ａ、２２ｂは、受光したレーザ光に含まれているデジタルデータを読み取ることができる。受光器２２ａ、２２ｂには、それぞれ固有の識別子（受光器識別子）が与えられている。受光器２２ａ、２２ｂのそれぞれは、レーザ光を受光するとそのレーザ光に含まれている照射方向情報と自己の受光器識別子を演算ユニット１８へ送信する。なお、ＬＲＦ１２は、受光器２２ａ、２２ｂに限らず、レーザ光が照射された対象物までの距離を計測することができることができる点に留意されたい。すなわち、ＬＲＦ１２は、靴Ｂのインサイドの各点までの距離を計測する。実施例の歩行データ計測装置１０は、後述するように、ＬＲＦ１２が計測した照射方向毎の距離のうち、いずれの照射方向の計測距離が受光器２２ａ又は２２ｂまでの距離であるかを確実に判別することができる。多数の方向の計測距離群の中から各受光器２２ａ、２２ｂまでの距離を選別できる点にこの歩行データ計測装置１０の特徴がある。
【００２４】
それぞれの靴の裏には接地センサ１４、２４が取り付けられている。接地センサ１４、２４は、歪ゲージや感圧素子、或いは単純接点等で構成されており、歪ゲージ等の出力によって靴が接地しているか否かを判別する。
【００２５】
ジャイロ１５は、靴Ａの鉛直線周りの回転角速度を計測する。演算ユニット１８は、角速度を積分し、靴Ａの鉛直線周りの回転角を算出する。ジャイロ２５は、靴Ｂの鉛直線周りの回転角速度を計測する。演算ユニット１８は、角速度を積分し、靴Ｂの鉛直線周りの回転角を算出する。
【００２６】
符号１６と２６は赤外線を使った通信器であり、照射方向情報と受光器識別子を、靴Ｂに内蔵された受光器２２ａ、２２ｂから靴Ａに内蔵された演算ユニット１８へ送信する機能を果たす。また、靴Ｂに内蔵された接地センサ２４の出力も、通信器１６、２６を介して演算ユニット１８へ送られる。
【００２７】
図２のフローチャートを参照して、歩行データ計測装置１０が実行する処理を説明する。図２の処理は、歩行中の歩幅と歩行方向を計測する処理である。図２の処理は、１歩行ステップ毎に実行される。歩行データ計測装置１０は、靴Ａ（ＬＲＦ１２を内蔵している靴）が接地しているか否かを、接地センサ１４によって判断する（Ｓ２）。靴Ａが接地していなければ（Ｓ２：ＮＯ）、処理を終了する。靴Ａが接地している場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、演算ユニット１８は、ジャイロ１５が検出する角速度に基づいて、靴Ａの回転角を算出する（Ｓ４）。演算ユニット１８はステップＳ４において、前回の歩行ステップにおける処理から現在までのジャイロ１５の出力（角速度）を時間軸に沿って積分して靴Ａの回転角を算出する。即ち、ステップＳ４では、一歩の間の靴Ａの回転角が算出される。
【００２８】
次に、歩行データ計測装置１０は、ＬＲＦ１２を動作させる（Ｓ６）。ＬＲＦ１２は、靴Ｂだけでなく、走査範囲内に存在する物体全ての距離を計測する。ＬＲＦ１２は、前述したように、走査範囲内で、レーザ光の照射方向を連続的に変えながら、各照射方向に存在する物体までの距離を計測する。ＬＲＦ１２単体では、距離計測の対象が何であるかは判別できないことに留意されたい。レーザ光の照射方向とその方向の計測距離は、演算ユニット１８に送られて記憶される。また、前述したように、照射方向毎の各レーザ光には、そのレーザ光の照射方向を示す照射方向情報が含まれる。
【００２９】
他方、靴Ｂに内蔵されている受光器２２ａと２２ｂは、ＬＲＦ１２が照射したレーザ光を受光する（Ｓ１０）。夫々の受光器２２ａ、２２ｂが受光するレーザ光は、別の照射方向を向いていることに留意されたい。図１の例では、受光器２２ａは照射角度（照射方向）Ｔ１のレーザ光を受光し、受光器２２ｂは照射角度（照射方向）Ｔ２のレーザ光を受光する。それぞれの受光器２２ａ、２２ｂは、受光したレーザ光に含まれている照射方向情報を読み取る。受光器２２ａが受光したレーザ光には照射角度Ｔ１を示すデータが含まれており、受光器２２ｂが受光したレーザ光には照射角度Ｔ２を示すデータが含まれている。
【００３０】
歩行データ計測装置１０は、受光器２２ａ、２２ｂがレーザ光を受光したときに靴Ｂが接地していない場合には（Ｓ１２：ＮＯ）、靴Ｂが未接地である旨を演算ユニット１８へ送信する（Ｓ２２）。このとき、受光したデータは破棄される。靴Ｂの受光器２２ａ、２２ｂから靴Ａの演算ユニット１８へのデータ通信は、通信器１６、２６を介して行われる。靴Ｂが未接地である旨のデータを受信した演算ユニット１８は処理を終了する。
【００３１】
他方、靴Ｂが接地している場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、演算ユニット１８は、ジャイロ２５が検出する角速度に基づいて、靴Ｂの回転角を算出する（Ｓ１４）。演算ユニット１８はステップＳ１４において、前回の歩行ステップにおける処理から現在までのジャイロ２５の出力（角速度）を時間軸に沿って積分して靴Ｂの回転角を算出する。即ち、ステップＳ１４では、一歩の間の靴Ｂの回転角が算出される。ジャイロ２５が検出した角速度も、通信器１６、２６を介して演算ユニット１８へ送られる。
【００３２】
次に歩行データ計測装置１０は、それぞれの受光器２２ａ、２２ｂが受光したレーザ光に含まれている照射方向情報と自己の受光器識別子を演算ユニット１８へ送信する（Ｓ１６）。なお、図２における「受光器ＩＤ」が受光器識別子に相当する。図１の例では、受光器２２ａは、照射角度（照射情報）Ｔ１を示すデータと、自己の受光器識別子を演算ユニット１８へ送信する。受光器２２ｂは、照射角度（照射情報）Ｔ２を示すデータと、自己の受光器識別子を演算ユニット１８へ送信する。
【００３３】
演算ユニット１８は、受信した照射方向情報と受光器識別子と、既に記憶している照射方向毎の計測距離から、ＬＲＦ１２を基準とした各受光器の方向と距離を求める。即ち、図１のベクトルＬ１（ＬＲＦ１２から受光器２２ａへのベクトル）と、ベクトルＬ２（ＬＲＦ１２から受光器２２ｂへのベクトル）が求まる。ＬＲＦ１２と点ＰＡの相対位置、及び、各受光器２２ａ、２２ｂと点ＰＢの相対位置は予め分かっているので、ベクトルＬ１とＬ２から、ベクトルＶＡＢと角度ＴＡＢ、即ち、靴Ｂの靴Ａに対する相対位置（相対角度）が算出できる。演算ユニット１８は、算出された相対位置とそれぞれの靴の回転角を記憶する。こうして、１歩行ステップにおける歩行データが取得される。歩行データ計測装置１０は、１歩行ステップ毎に上記の処理を繰り返す。
【実施例２】
【００３４】
次に、図３を参照して第２実施例の歩行データ計測装置１１０を説明する。第２実施例の歩行データ計測装置１１０は、靴Ａに２つのＬＲＦ１１２ａ、１１２ｂを内蔵している。その他は第１実施例の歩行データ計測装置１０と同じである。各ＬＲＦ１１２ａ、１１２ｂは、照射するレーザ光に、自己を識別するためのセンサ識別子を含ませる。この点が、第１実施例の歩行データ計測装置１０と異なる点である。また、第２実施例の歩行データ計測装置１１０は、照射方向情報を使わない。
【００３５】
歩行データ計測装置１１０が実行する処理のフローチャートを図４に示す。本実施例の歩行データ計測装置１１０は、両足の接地センサ１４、２４が共に接地を検出している場合に以下の処理を実行する（Ｓ４０：ＹＥＳ）。ステップＳ４２では、夫々の靴のジャイロ１５、２５のデータ（角速度）から、それぞれの靴の回転角を算出する（Ｓ４２）。次に、ステップＳ４４では、各ＬＲＦ１１２ａ、１１２ｂが、走査範囲内に存在する物体全ての距離を計測する。このとき各ＬＲＦ１１２ａ、１１２ｂは、照射するレーザ光に、自己を識別するためのセンサ識別子を含ませる。図４では、センサ識別子を記号「ＬＲＦ＿ＩＤ」で表している。
【００３６】
受光器１２２ａ、１２２ｂはそれぞれ、ＬＲＦ１１２ａ、１１２ｂが照射したレーザ光を受光する（Ｓ４６）。各受光器は、レーザ光を受光すると直ちにレーザ光に含まれているセンサ識別子を読み取るとともに、読み取ったセンサ識別子と自己を識別するための受光器識別子を演算ユニット１１８へ送る（Ｓ４８）。演算ユニット１１８は、センサ識別子を受信したタイミングにおけるそのセンサ識別子が示すＬＲＦの計測距離を、受光器識別子が示す受光器までの計測距離として特定する（Ｓ５０）。図３の例では、受光器１２２ａがＬＲＦ１１２ａのレーザ光を受光したとき、演算ユニット１１８は、受光器１２２ａの識別子とともにＬＲＦ１１２ａのセンサ識別子を受信する。受信したタイミングにおけるＬＲＦ１１２ａの計測距離が、符号Ｌａ１で示される距離である。また受光器１２２ａがＬＲＦ１１２ｂのレーザ光を受光したとき、演算ユニット１１８は、受光器１２２ａの識別子とともにＬＲＦ１１２ｂのセンサ識別子を受信する。受信したタイミングにおけるＬＲＦ１１２ｂの計測距離が、符号Ｌａ２で示される距離である。さらに受光器１２２ｂがＬＲＦ１１２ａのレーザ光を受光したとき、演算ユニット１１８は、受光器１２２ｂの識別子とともにＬＲＦ１１２ａのセンサ識別子を受信する。受信したタイミングにおいてＬＲＦ１１２ａが計測した距離が、符号Ｌｂ１で示される距離である。同様に、受光器１２２ｂがＬＲＦ１１２ｂのレーザ光を受光したとき、演算ユニット１１８は、受光器１２２ｂの識別子とともにＬＲＦ１１２ｂのセンサ識別子を受信する。受信したタイミングにおいてＬＲＦ１１２ｂが計測した距離が、符号Ｌｂ２で示される距離である。
【００３７】
こうして、演算ユニット１１８は、ＬＲＦ１１２ａと受光器１２２ａの間の距離Ｌａ１、ＬＲＦ１１２ｂと受光器１２２ａの間の距離Ｌａ２、ＬＲＦ１１２ａと受光器１２２ｂの間の距離Ｌｂ１、ＬＲＦ１１２ｂと受光器１２２ｂの間の距離Ｌｂ２を特定する。
【００３８】
靴Ａ上の２点（２つのＬＲＦの位置）から受光器１２２ａまでの２つの距離Ｌａ１、Ｌａ２によって、靴Ａ（点ＰＡ）に対する受光器１２２ａまでの距離と方向が算出される。同様に、靴Ａ上の２点から受光器１２２ｂまでの２つの距離Ｌｂ１、Ｌｂ２によって、靴Ａ（点ＰＡ）に対する受光器１２２ｂまでの距離と方向が算出される。受光器１２２ａと１２２ｂの相対位置と方向から、ベクトルＶＡＢと角度ＴＡＢ、即ち、靴Ｂの靴Ａに対する相対位置（相対角度含む）が算出される。演算ユニット１１８は、算出された相対位置とそれぞれの靴の回転角を記憶する。こうして、１歩行ステップの歩行データが取得される。歩行データ計測装置１１０は、１歩行ステップ毎に上記の処理を繰り返す。
【００３９】
第２実施例の歩行データ計測装置１１０は、ＬＲＦの照射方向情報を用いない。歩行データ計測装置１１０は、ＬＲＦの照射方向の精度が低い場合に有効である。
【００４０】
実施例の歩行データ計測装置はいずれも、それぞれの受光器がレーザ光（距離計測用の照射光）を受光したときに照射光に含まれる情報とともに自己の受光器識別子を演算ユニットへ送る。このことが、ＬＲＦが計測した距離がいずれの受光器までの距離であるかを判別するのに役立っている。実施例の歩行データ計測装置は、複数の受光器を混同することなく、夫々の受光器までの距離を特定できる点に特徴がある。
【００４１】
実施例の歩行データ計測装置の留意点を述べる。照射方向情報は、照射方向毎にレーザ光に付された固有の番号であってもよい。その場合、各番号がどの照射方向に相当するのかを示す参照テーブルが演算ユニット内に記憶される。この場合、受光器は受光したレーザ光からレーザ光の番号を読み取って演算ユニットへ送信する。演算ユニットは、参照テーブルを使って、送られたレーザ光番号に相当する照射方向を特定することができる。
【００４２】
受光器の個数は、少なくとも２個であればよい。第１実施例の場合、ＬＲＦの個数は少なくとも１個でよい。第２実施例の場合、ＬＲＦの個数は少なくとも２個でよい。
【００４３】
本発明の歩行データ計測装置は、人の歩行動作の解析や評価のみならず、アクチュエータによって人の脚関節にトルクを加えて歩行動作を補助する歩行補助装置用のセンサに適用することも好適である。さらに、本発明の歩行データ計測装置は、脚式歩行ロボットのセンサとして用いることも好適である。
【００４４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４５】
１０、１１０：歩行データ計測装置
１２、１１２ａ、１１２ｂ：走査型光学距離センサ（ＬＲＦ）
１４、２４：接地センサ
１５、２５：ジャイロ
１６、２６：通信器
１８、１１８：演算ユニット
２２ａ、２２ｂ、１２２ａ、１２２ｂ：受光器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
夫々の足に取り付けられる接地センサと、
一方の足に取り付けられる走査型光学距離センサであり、測距のための照射光の強さを変化させることによって照射光に情報を含ませることができる走査型光学距離センサと、
他方の足に取り付けられる複数の受光器であり、前記走査型光学距離センサの照射光を受光し、その照射光に含まれている情報を読み取ることができる複数の受光器と、
演算ユニットを備えており、
接地センサが接地を検知している間に、走査型光学距離センサが、照射光の照射方向を示す照射方向情報を含ませた照射光を、照射方向を連続的に変えながら照射して各照射方向における距離を計測し、
接地センサが接地を検知している間に、各受光器が、受光した照射光に含まれている照射方向情報、及び、自己を識別するための受光器識別子を演算ユニットへ送信し、
演算ユニットが、各受光器から受信した受光器識別子と照射方向情報と、走査型光学距離センサが計測した各照射方向の計測距離から、一方の足に対する各受光器の方向と距離を算出し、各受光器の方向と距離から２つの足の相対位置を算出することを特徴とする歩行データ計測装置。
【請求項２】
夫々の足に取り付けられる接地センサと、
一方の足に取り付けられる複数の走査型光学距離センサであり、測距のための照射光の強さを変化させることによって照射光に情報を含ませることができる複数の走査型光学距離センサと、
他方の足に取り付けられる複数の受光器であり、前記走査型光学距離センサの照射光を受光し、その照射光に含まれている情報を読み取ることができる複数の受光器と、
演算ユニットを備えており、
接地センサが接地を検知している間に、各走査型光学距離センサが、自己を識別するためのセンサ識別子を含ませた照射光を、照射方向を連続的に変えながら照射して各照射方向における距離を計測し、
接地センサが接地を検知している間に、各受光器が、受光した照射光に含まれているセンサ識別子、及び、自己を識別するための受光器識別子を演算ユニットへ送信し、
演算ユニットが、センサ識別子を受信したタイミングにおけるそのセンサ識別子によって識別される走査型光学距離センサの計測距離を、そのセンサ識別子とともに受信した受光器識別子によって識別される受光器までの距離として特定し、特定された各受光器の各距離センサに対する相対距離から２つの足の相対位置を算出することを特徴とする歩行データ計測装置。
【請求項１】
夫々の足に取り付けられる接地センサと、
一方の足に取り付けられる走査型光学距離センサであり、測距のための照射光の強さを変化させることによって照射光に情報を含ませることができる走査型光学距離センサと、
他方の足に取り付けられる複数の受光器であり、前記走査型光学距離センサの照射光を受光し、その照射光に含まれている情報を読み取ることができる複数の受光器と、
演算ユニットを備えており、
接地センサが接地を検知している間に、走査型光学距離センサが、照射光の照射方向を示す照射方向情報を含ませた照射光を、照射方向を連続的に変えながら照射して各照射方向における距離を計測し、
接地センサが接地を検知している間に、各受光器が、受光した照射光に含まれている照射方向情報、及び、自己を識別するための受光器識別子を演算ユニットへ送信し、
演算ユニットが、各受光器から受信した受光器識別子と照射方向情報と、走査型光学距離センサが計測した各照射方向の計測距離から、一方の足に対する各受光器の方向と距離を算出し、各受光器の方向と距離から２つの足の相対位置を算出することを特徴とする歩行データ計測装置。
【請求項２】
夫々の足に取り付けられる接地センサと、
一方の足に取り付けられる複数の走査型光学距離センサであり、測距のための照射光の強さを変化させることによって照射光に情報を含ませることができる複数の走査型光学距離センサと、
他方の足に取り付けられる複数の受光器であり、前記走査型光学距離センサの照射光を受光し、その照射光に含まれている情報を読み取ることができる複数の受光器と、
演算ユニットを備えており、
接地センサが接地を検知している間に、各走査型光学距離センサが、自己を識別するためのセンサ識別子を含ませた照射光を、照射方向を連続的に変えながら照射して各照射方向における距離を計測し、
接地センサが接地を検知している間に、各受光器が、受光した照射光に含まれているセンサ識別子、及び、自己を識別するための受光器識別子を演算ユニットへ送信し、
演算ユニットが、センサ識別子を受信したタイミングにおけるそのセンサ識別子によって識別される走査型光学距離センサの計測距離を、そのセンサ識別子とともに受信した受光器識別子によって識別される受光器までの距離として特定し、特定された各受光器の各距離センサに対する相対距離から２つの足の相対位置を算出することを特徴とする歩行データ計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１１２３６０（Ｐ２０１１−１１２３６０Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６５９２５（Ｐ２００９−２６５９２５）
【出願日】平成２１年１１月２４日（２００９．１１．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２４日（２００９．１１．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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