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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201510594340.6 (22)申请日 2015.09.17 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 105435438 A (43)申请公布日 2016.03.30 (30)优先权数据 2014-193120 2014.09.22 JP (73)专利权人 卡西欧计算机株式会社 地址 日本国东京都 (72)发明人 相原岳浩 (74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人 樊建中 (51)Int.Cl. A63B 71/06(2006.01)。
2、 A63B 24/00(2006.01) (56)对比文件 EP 0816986 A2,1998.01.07, US 2002/0170193 A1,2002.11.21, CN 1931090 A,2007.03.21, CN 103699795 A,2014.04.02, CN 103801068 A,2014.05.21, 审查员 陈亮 (54)发明名称 运动解析装置以及运动解析方法 (57)摘要 本发明提供一种运动解析装置以及运动解 析方法。 运动解析装置具备： 加速度取得部， 其伴 随利用者的运动而取得该利用者的加速度； 第1 数据取得部， 其基于所述加速度， 取得与预先规 定的时间。
3、份的所述利用者的运动所产生的力学 总做功量相对应的第1数据； 第2数据取得部， 其 基于所述加速度， 取得与所述预先规定的时间份 的所述利用者的运动所相关的方向之中的某方 向的速度或动能相对应的第2数据； 和第3数据取 得部， 其基于所述第1数据和所述第2数据， 取得 与所述利用者的运动的效率相对应的第3数据。 权利要求书2页 说明书9页 附图12页 CN 105435438 B 2018.07.13 CN 105435438 B 1.一种运动解析装置， 其特征在于， 具备： 加速度取得部， 其伴随利用者的运动而取得该利用者的加速度； 第1数据取得部， 其基于所述加速度， 取得与预先规定的时间。
4、份的所述利用者的运动所 产生的力学总做功量相对应的第1数据； 第2数据取得部， 其基于所述加速度， 取得与所述预先规定的时间份的所述利用者的运 动所相关的方向之中的预先规定的方向的速度或动能相对应的第2数据； 和 第3数据取得部， 其基于所述第1数据和所述第2数据， 取得与所述利用者的运动的效率 相对应的第3数据。 2.根据权利要求1所述的运动解析装置， 其特征在于， 所述第1数据取得部取得不同方向的加速度的大小， 对该加速度的大小进行所述预先 规定的时间份积分， 由此取得所述第1数据。 3.根据权利要求1或2所述的运动解析装置， 其特征在于， 所述运动解析装置还具备角速度取得部， 所述角速度。
5、取得部取得所述利用者运动中的 绕沿着该利用者的体轴的旋转轴的角速度， 所述第2数据取得部基于所述加速度以及所述角速度， 取得所述预先规定的方向的加 速度， 对该预先规定的方向之中的正或负的任意一方的加速度进行所述预先规定的时间份 积分， 由此取得所述第2数据。 4.根据权利要求3所述的运动解析装置， 其特征在于， 所述第2数据取得部取得与所述利用者的推进方向、 水平面内与所述利用者的推进方 向正交的方向、 以及铅垂方向之中的任一方向的所述速度或所述动能相对应的数据， 作为 所述第2数据。 5.根据权利要求1或2所述的运动解析装置， 其特征在于， 所述运动解析装置还具备速度取得部， 所述速度取得。
6、部取得所述利用者的推进方向的 速度， 所述第2数据取得部通过将所述速度的2次方除以2来取得所述第2数据。 6.根据权利要求5所述的运动解析装置， 其特征在于， 所述速度取得部基于全球定位网传感器的输出， 取得所述利用者的推进方向的速度。 7.根据权利要求1或2所述的运动解析装置， 其特征在于， 所述第3数据取得部作为所述第1数据与所述第2数据之比而取得所述预先规定的时间 中的、 所述利用者的推进方向之中的正或负的任意一方的方向的所述速度或所述动能相对 于所述利用者的运动所产生的力学总做功量的效率， 作为所述第3数据。 8.根据权利要求1或2所述的运动解析装置， 其特征在于， 所述运动解析装置还。
7、具备显示部， 所述显示部基于所述第3数据向所述利用者显示与 运动的效率相关的信息， 所述显示部将所述利用者的所述第3数据、 和所述利用者以外的人物的所述第3数据显 示于所述显示部。 9.根据权利要求1或2所述的运动解析装置， 其特征在于， 所述预先规定的时间是所述利用者进行具有周期性的预先规定的动作的时间， 所述运动解析装置还具备时间推断部， 所述时间推断部推断所述利用者的动作的周期 权 利 要 求 书 1/2 页 2 CN 105435438 B 2 作为所述预先规定的时间。 10.一种运动解析方法， 其特征在于， 取得利用者运动中的加速度， 基于所述加速度来取得与预先规定的时间份的所述利用。
8、者的运动所产生的力学总做 功量相对应的第1数据， 基于所述加速度来取得与所述预先规定的时间份的所述利用者的运动所相关的方向 之中的预先规定的方向的速度或动能相对应的第2数据， 基于所述第1数据和所述第2数据来取得与所述利用者的运动的效率相对应的第3数 据。 11.根据权利要求10所述的运动解析方法， 其特征在于， 在取得所述第1数据时， 取得分方向的加速度的大小， 对该加速度的大小进行所述预先 规定的时间份积分， 由此取得所述第1数据。 12.根据权利要求10或11所述的运动解析方法， 其特征在于， 还取得所述利用者运动中的沿着该利用者的体轴的旋转运动的旋转方向的角速度， 在取得所述第2数据时。
9、， 基于所述加速度以及所述角速度来取得所述预先规定的方向 的加速度， 对该预先规定的方向之中的正或负的任意一方的加速度进行所述预先规定的时 间份积分， 由此取得所述第2数据。 13.根据权利要求12所述的运动解析方法， 其特征在于， 在取得所述第2数据时， 取得与所述利用者的推进方向、 水平面内与所述利用者的推进 方向正交的方向、 以及铅垂方向之中的任一方向的所述速度或所述动能相对应的数据， 作 为所述第2数据。 14.根据权利要求10或11所述的运动解析方法， 其特征在于， 还取得所述利用者的推进方向的速度， 在取得所述第2数据时， 通过将所述速度的2次方除以2来取得所述第2数据。 15.根。
10、据权利要求14所述的运动解析方法， 其特征在于， 在取得所述速度时， 基于全球定位网传感器的输出来取得所述利用者的推进方向的速 度。 16.根据权利要求10或11所述的运动解析方法， 其特征在于， 在取得所述第3数据时， 作为所述第1数据与所述第2数据之比而取得所述预先规定的 时间中的、 所述利用者的推进方向之中的正或负的任意一方的方向的所述速度或所述动能 相对于所述利用者的运动所产生的力学总做功量的效率， 作为所述第3数据。 17.根据权利要求10或11所述的运动解析方法， 其特征在于， 基于所述第3数据向所述利用者显示与运动的效率相关的信息， 还显示所述利用者的所述第3数据、 和所述利用者。
11、以外的人物的所述第3数据。 18.根据权利要求10或11所述的运动解析方法， 其特征在于， 所述预先规定的时间是所述利用者进行具有周期性的预先规定的动作的时间， 在所述运动解析方法中， 还推断所述利用者的动作的周期作为所述预先规定的时间。 权 利 要 求 书 2/2 页 3 CN 105435438 B 3 运动解析装置以及运动解析方法 0001 本申请主张以在2014年9月22日申请的日本国专利申请特愿2014-193120为基础 的优先权， 将该基础申请的内容全部援引到本申请中。 技术领域 0002 本发明涉及运动解析装置以及运动解析方法。 背景技术 0003 近年来， 涌现出新举办在大都。
12、市实施的大规模市民马拉松大会等的马拉松热潮。 此外， 以健康志向的提高等为背景， 日常进行跑步或步行、 骑车等运动来维持、 增进健康状 态的人们也在不断增多。 另外， 通过日常的运动， 以参加马拉松大会等的体育运动会为目标 的人也在增加。 这样的人们为了把握自己的健康状态和运动状态， 对于以数值、 数据来测量 或者记录各种生物体信息和运动信息， 有非常高的意识和兴趣。 另外， 以参加体育运动会等 为目标的人们由于在该比赛中取得好成绩为目标， 因此对有效率且有效果的训练方法有非 常高的意识和兴趣。 0004 当前， 为了应对这样的要求， 开发了各种跑步者用产品和技术。 例如在专利文献1 中公开了。
13、对训练中的用户提供各种生物体信息和运动信息的便携式健身检测设备。 关于该 便携式健身检测设备记载了， 用户安装心率计、 加速度计、 GPS接收机等各种传感器来测量 运动中的心跳数、 距离、 速度、 步数、 消耗卡路里等各种性能参数， 并作为当前时间点的信息 提供给用户。 0005 另外， 例如在专利文献2中， 公开了田径运动跑步选手在行进练习中所用的跑法习 得装置。 关于该跑法习得装置记载了， 检测用户行进中的3轴方向的加速度、 角速度， 提供和 预先设定的目标值的比较结果来促使用户修正和确认每一步的跑法。 0006 专利文献1： JP特开2010-264246号公报 0007 专利文献2： 。
14、JP特开2006-110046号公报 0008 然而， 包括以参加体育运动会等为目标的人们在内， 为了健康维持而坚持运动的 人们大部分都极少有机会针对运动方法或运动姿势(form)等从指导者等接受适当的指导。 此外， 用户很难把握自己的运动(例如跑步)时的身体的用法的平衡， 并判断是否适当。 持续 这样欠缺身体的用法的平衡的运动具有不但效率差， 还有可能成为身体疾患的原因这样的 问题。 0009 对此， 在上述那样的装置和技术中， 只是检测用户的运动中的生物体信息和运动 信息， 将该信息直接提供给用户， 或将其分析结果提供给用户， 并不提供与用户的运动中的 姿势、 身体的用法等相关的信息。 0。
15、010 另一方面， 作为测量跑步等运动时的姿势的设备， 比较廉价地销售有例如对动态 图像或高速动态图像进行拍摄的设备。 但是， 在这样的拍摄设备中， 具有为了对运动中的动 态图像进行拍摄而需要自身以外的第三者的帮助、 不能实时向运动中的用户反馈拍摄结果 和分析结果这样的问题。 说 明 书 1/9 页 4 CN 105435438 B 4 0011 另外， 关于运动姿势等的图像解析、 分析诊断， 由于一般装置规模大并且复杂、 高 价， 因而只有一部分教育机构或体育协会等能够测量。 因此， 具有如下的问题： 日常进行的 在路上、 公园、 运动场等的练习中难以进行测量， 顶级的运动员以外的一般人没有。
16、能够使用 的环境。 发明内容 0012 为此， 本发明目的在于， 使得能够简易并且准确地解析人体的运动时的运动状态。 0013 本发明所涉及的运动解析装置的特征在于， 具备： 加速度取得部， 其伴随利用者的 运动而取得该利用者的加速度； 第1数据取得部， 其基于所述加速度， 取得与预先规定的时 间份的所述利用者的运动所产生的力学总做功量相对应的第1数据； 第2数据取得部， 其基 于所述加速度， 取得与所述预先规定的时间份的所述利用者的运动所相关的方向之中的某 方向的速度或动能相对应的第2数据； 和第3数据取得部， 其基于所述第1数据和所述第2数 据， 取得与所述利用者的运动的效率相对应的第3数。
17、据。 0014 本发明所涉及的运动解析方法的特征在于， 取得利用者运动中的加速度， 基于所 述加速度来取得与预先规定的时间份的所述利用者的运动所产生的力学总做功量相对应 的第1数据， 基于所述加速度来取得与所述预先规定的时间份的所述利用者的运动所相关 的方向之中的预先规定的方向的速度或动能相对应的第2数据， 基于所述第1数据和所述第 2数据来取得与所述利用者的运动的效率相对应的第3数据。 附图说明 0015 若接合以下附图考虑以下详细的记述， 则能够更深刻地理解本发明。 0016 图1是本发明所涉及的运动解析装置的实施方式的外观图。 0017 图2是表示本实施方式所涉及的运动解析装置的硬件构成。
18、例的框图。 0018 图3是表示本实施方式所涉及的运动解析处理的示例的流程图。 0019 图4是表示运用在本实施方式中的陀螺仪传感器201以及加速度传感器202的3轴 方向的说明图。 0020 图5是轴推断处理的说明图。 0021 图6是周期推断处理的说明图。 0022 图7是显示1周期份的加速度传感器以及陀螺仪传感器的各输出的示例的图。 0023 图8是表示跑步中在腰产生的加速度的示意图。 0024 图9是积分处理中的加速度的总和的计算方法的说明图。 0025 图10是表示前后方向加速度分量的波形数据例的图。 0026 图11是表示显示部的显示例(其一)的图。 0027 图12是表示显示部的。
19、显示例(其二)的图。 具体实施方式 0028 以下参考附图来详细说明用于实施本发明的方式。 本发明是涉及在身体安装传感 器终端来取得跑步时的数据并对该取得的数据进行处理的发明。 0029 在图1示出传感器终端101的安装例。 传感器终端101如图1(a)所示安装在跑步者 说 明 书 2/9 页 5 CN 105435438 B 5 (利用者)100的胸部， 或者如图1(c)所示安装在跑步者100的腰的后方， 但此外也可以安装 于后颈等从正面观察跑步者沿着左右方向的中心线的位置即左右均等的位置。 0030 图1(b)以及(c)是表示解析结果的输出方法的示例的图。 图1(b)示出了在跑步结 束后将。
20、由传感器终端101取得的数据转发到个人计算机102来进行显示的组合。 图1(c)示出 了实时解析在跑步中由传感器终端101取得的数据， 通过无线通信使解析结果显示在手表 等能携带的显示设备103的组合。 0031 图2是表示本实施方式所涉及的运动解析装置的硬件构成例的框图。 图2(a)表示 传感器终端101的硬件构成例， 图2(b)表示与图1(b)的个人计算机102或图1(c)的显示设备 103相对应的数据解析终端200的硬件构成例。 0032 在图2(a)中， 传感器终端101具备： 陀螺仪传感器201、 加速度传感器202、 GPS (Global Positioning System： 。
21、全球定位网)接收机203、 控制器204、 存储器205、 以及通信 部206。 0033 陀螺仪传感器201检测沿着其测量轴(在本实施方式中， 测量轴与跑步者100(图1) 的体轴实质上平行)的旋转运动的旋转方向的角速度。 另外， 只要是能够检测角速度的单 元， 则不限于陀螺仪传感器201。 0034 加速度传感器202检测其测量轴(在本实施方式中， 测量轴与跑步者100的体轴实 质上平行)的延伸3方向的各加速度。 另外， 只要是能够检测加速度的单元， 可以是任何单 元。 0035 GPS接收机203检测速度数据和跑步者100的位置信息。 另外， 只要是能够检测速度 数据的单元， 可以是任何。
22、单元。 0036 控制器204取得陀螺仪传感器201、 加速度传感器202、 以及GPS接收机203的各输出 数据， 保存在存储器205中。 此外， 控制器204将保存在存储器205中的数据经由通信部206发 送给数据解析终端200。 0037 接下来， 在图2(b)中， 数据解析终端200具备： 数据处理部210、 控制器211(第3数据 取得部)、 存储器212、 通信部213、 以及显示部214。 数据处理部210例如是DSP(Digital Signal Processor： 数字信号处理装置)， 具备： 轴推断部210-1、 周期推断部210-2、 积分部 210-3(第1数据取得部。
23、)、 以及按轴积分部210-4(第2数据取得部)。 关于它们的详细在后面 叙述。 0038 控制器211通过图2(a)的传感器终端101经由通信部213来接受数据并传给数据处 理部210， 将在数据处理部210进行的运算的中间数据、 结果数据保持在存储器21中。 0039 关于表示跑步的效率的指标EI， 虽然在体育学的世界提出了各种各样的方案， 但 利用最多的是由下记式1所示的公式。 0040 式1 0041 0042 该式1所示的是一般的表示能量的效率的公式， 作为适用于分子的有效的能量， 放 置跑步者100的推进方向(行进方向)的动能， 在分母放置跑步者100的全身进行的总做功 量。 在本。
24、实施方式中， 跑步者100的推进方向是与水平面平行的方向。 即， 成为表示由全身进 说 明 书 3/9 页 6 CN 105435438 B 6 行的做功对水平方向的移动速度做出多少贡献的指标。 0043 本实施方式虽然并非表示严格意义上的效率， 但通过将非常难测量的全身的总做 功量置换为全身中质量最大的躯干受到的加速度的总和， 从而能够以简易的装置来评价大 部分人跑步的效率。 0044 图3是表示具有图2(b)的硬件构成例的数据解析终端200所执行的、 本实施方式所 涉及的运动解析处理的示例的流程图。 该处理作为数据处理部210所进行的数字信号处理、 和控制器211执行存储在存储器212中的。
25、运动解析处理程序的处理来实现。 0045 首先， 控制器211从传感器终端101经由通信部206以及213， 输入陀螺仪传感器201 的输出、 加速度传感器202的输出、 以及GPS接收机203的输出的各数据， 并传给数据处理部 210(图3的步骤S301)。 0046 图4是表示运用在本实施方式中的陀螺仪传感器201以及加速度传感器202的3轴 方向的说明图。 在本实施方式中， 加速度传感器202测量跑步者100的运动中的动作速度的 变化的比例(加速度)。 在本实施方式中， 加速度传感器202具有3轴加速度传感器， 检测沿着 相互正交的3轴方向的各个方向的加速度分量， 并作为加速度数据输出。。
26、 即， 相对于跑步者 100而言， 将在上下方向上延伸的轴设为x轴， 并将向下(地面方向)的加速度分量规定为+的 方向。 在此， x轴大致与跑步者100的体轴的延伸方向一致。 此外， 相对于跑步者100而言， 将 在左右方向上延伸的轴设为y轴， 将左手方向的加速度分量规定为+的方向。 此外， 相对于跑 步者100而言， 将在前后方向上延伸的轴设为z轴， 将前方向(前进方向)的加速度分量规定 为+的方向。 将由加速度传感器202取得的加速度数据和由控制器204生成的时间数据建立 关联并输入到控制器211。 由此， 控制器211作为取得跑步者100运动中的加速度的加速度取 得部而发挥功能。 004。
27、7 陀螺仪传感器201测量跑步者100的运动中的动作方向的变化(角速度)。 在本实施 方式中， 陀螺仪传感器201具有3轴角速度传感器， 针对相互正交的3轴检测在沿着各轴的旋 转运动的旋转方向上产生的角速度分量， 并作为角速度数据输出。 在此， 如图4所示， 针对相 互正交的x、 y、 z这3轴， 将在朝向各轴的加速度分量的+方向向右旋转的方向上产生的角速 度分量规定为+的方向。 在此， 在x轴的旋转方向上产生的角速度分量大致与在跑步者100的 体轴的周围产生的角速度一致。 将由陀螺仪传感器201取得的角速度数据和由控制器204生 成的时间数据建立关联并输入到控制器211。 由此， 控制器21。
28、1作为取得跑步者100运动中的 角速度的加速度取得部而发挥功能。 0048 接下来， 在数据处理部210中， 轴推断部210-1执行轴推断处理(图3的步骤S302)。 图5是轴推断处理的说明图。 若以将传感器终端101安装于腰的情况为例， 则在跑步者100跑 步时， 如图5(a)所示， 有时前倾有时左右倾斜。 基于加速度传感器202、 陀螺仪传感器201的 数据来推断该倾斜度， 如图5(b)所示变换成沿着相对于铅垂方向的轴的数据即沿着水平方 向取y轴以及z轴并将铅垂方向设为x轴方向的轴坐标数据， 这即是轴推断处理。 作为该推断 方式的一例， 例如通过将加速度传感器202的3轴输出和陀螺仪传感器。
29、201的3轴输出输入到 卡尔曼滤波器或低通滤波器， 从而能够计算出相对于地面(水平面)的加速度的3轴数据和 角速度的3轴数据。 另外， 在本实施方式中， 也可以采用卡尔曼滤波器或低通滤波器以外的 轴推断方式。 0049 接下来， 在数据处理部210中， 周期推断部210-2执行周期推断处理(图3的步骤 说 明 书 4/9 页 7 CN 105435438 B 7 S303)。 图6是周期推断处理的说明图。 一般在跑步等的行进动作中， 能够将如下这样的左右 各1步的共计2步份定义为1周期(跑步周期； 运动周期)： 例如如图6的上段所示， 从一方的脚 的踢出(图中左脚的离地)起， 经过另一方的脚的。
30、接地(右脚的接地)以及踢出(右脚的离 地)、 一方的脚的接地(左脚的接地)， 再次进行一方的脚的踢出(左脚的离地)。 另一方面， 在 一系列的行进动作中， 由加速度传感器202取得并由轴推断部210-1修正后的加速度数据之 中的上下方向的加速度分量例如如图6的下段所示， 示出按照左右的每一步具有周期性的 信号波形。 据此， 上下方向的加速度分量中的2周期份会与行进动作中的1周期(跑步周期) 相对应。 因此， 基于由加速度传感器202取得并由轴推断部210-1修正后的上下方向的加速 度分量， 能够稳定地截取跑步者100进行的行进动作中每1周期(使右脚和左脚交替各运动1 次的一系列的动作期间， 以。
31、下称作 “运动周期” )的动作数据。 与此同时， 能够正确地测量该 一周期的时间。 由此， 周期推断部210-2作为将跑步者100进行具有周期性的预先规定的动 作的时间推断为上述1周期的时间推断部而发挥功能。 另外， 作为周期推断处理， 也可以采 用其它方式。 0050 图7(a)以及(b)是表示由轴推断部210-1对加速度传感器202以及陀螺仪传感器 201的各输出进行修正后的1周期份的加速度数据以及角速度数据的各输出的示例的图。 图 7(a)以及(b)都是从上方按顺序依次为前后、 左右、 上下方向。 各曲线图的横轴是将1周期的 时间归一化到0100的值， 无单位。 图7(a)的纵轴是加速度。
32、， 单位是(m/s2)， 图7(b)的纵轴 是角速度， 单位是(rad/s)。 0051 接下来， 在数据处理部210中， 积分部210-3执行加速度积分处理(图3的步骤 S304)。 在该处理中， 和加速度的方向无关地对在腰部分即安装有传感器终端101的部分产 生的加速度的大小进行1周期份积分。 由此， 积分部210-3作为基于加速度取得与1周期(预 先规定的时间)份的跑步者100的运动的力学总做功量相对应的数据(第1数据)的第1数据 取得部而发挥功能。 图8是表示跑步中在腰产生的加速度的示意图。 在脚接触到地面的期 间， 在腰产生接近于脚从地面受到的地面反作用力的加速度， 除此以外还产生与。
33、跑步姿态 相应的使腰运动的动作所引起的加速度。 此外， 当脚未接触到地面时， 产生根据跑步姿态使 腰运动的动作所引起的加速度。 0052 图9(a)以及(b)是加速度积分处理中的加速度的总和的计算方法的说明图。 各曲 线图的横轴是从测量开始起的经过时间， 单位是(s)。 图9(a)的纵轴是加速度， 单位是(m/ s2)， 图9(b)的纵轴是加速度的2次方， 单位是(m2/s4)。 加速度传感器202所输出的数据如图4 中说明的那样， 作为对于正交的3方向的轴的加速度分量而得到。 轴推断部210-1的输出也 如图5所说明的那样进行修正， 同样作为对于正交的3方向的轴的加速度分量而得到。 图9 (。
34、a)的801是修正后的上下方向加速度分量Ax， 802是修正后的左右方向加速度分量Ay， 803 是修正后的前后方向加速度分量Az。 在本实施方式中， 为了计算出每个瞬间的加速度的大 小， 通过如下记式2所示运算各分量的2次方之和的根(平方根)来计算图9(b)所示的加速度 的大小A。 0053 式2 0054 0055 然后， 如图9所示， 通过对在各瞬间得到的加速度的大小数据A进行由图3的步骤 说 明 书 5/9 页 8 CN 105435438 B 8 S303的周期推断处理所计算出的运动周期的1周期份积分， 由此来计算出运动周期的1周期 的加速度的总和。 由此， 积分部210-3作为通过。
35、取得分方向的加速度的大小并对该加速度的 大小进行1周期份积分， 由此来取得上述的第1数据的第1数据取得部而发挥功能。 0056 接下来， 在数据处理部210中， 按轴积分部210-4执行按轴积分处理(图3的步骤 S305)。 在该处理中， 对如图9(a)得到的3方向的加速度分量之中的803的前后方向(水平方 向)的波形分量Az执行运动周期的1周期份的积分处理。 由此， 按轴积分部210-4作为基于加 速度取得与1周期(预先规定的时间)份的跑步者100的运动相关的方向之中的预先规定的 方向的动能相对应的数据(第2数据)的第2数据取得部而发挥功能。 图10是表示前后方向加 速度分量的波形数据例的图。
36、。 该曲线图的横轴是从测量开始起的经过时间， 单位是(s)。 此 外， 该曲线图的纵轴是加速度， 单位是(m/s2)。 朝向跑步者100的后方(制动分量)的加速度 成为正。 在运动周期的1周期中对该分量的负的方向的分量的绝对值进行积分的结果成为 运动周期的1周期份的跑步者100的推进方向的加速度分量的总和。 另外， 由于跑步是等速 度运动， 因此若在运动周期的1周期中从对该分量的正的方向的分量进行积分的结果中减 去对负的方向的分量的绝对值进行积分的结果， 则成为0。 因此， 对该正的方向的分量积分 的结果也等于运动周期的1周期份的跑步者100的推进方向的加速度分量的总和。 由此， 按 轴积分部。
37、210-4作为基于加速度以及角速度取得跑步者100的推进方向的加速度， 对该跑步 者100的推进方向之中的正或负的任意一方的加速度进行1周期份积分， 由此取得上述的第 2数据的第2数据取得部而发挥功能。 0057 此外， 为了简易地计算出每个瞬间的加速度的大小， 也可以如下记式3、 式4那样至 少运算包含z方向分量在内的2方向分量的2次方和的根， 由此来计算出基于图9(b)所示的 加速度的大小的值A。 0058 式3 0059 0060 式4 0061 0062 这种情况下， 通过对基于在各瞬间得到的加速度的大小的值A进行运动周期的1周 期份积分， 也能够计算出运动周期的1周期中的加速度的总和。
38、。 由此， 积分部210-3作为通过 取得分方向的加速度的大小， 对该加速度的大小进行1周期份积分， 来取得上述的第1数据 的第1数据取得部而发挥功能。 0063 进而， 在并非针对跑步者100的推进方向进行计算， 而是计算针对水平面内与跑步 者100的推进方向正交的方向、 或铅垂方向的运动效率的指标时， 至少运算分别包含y方向 分量或x方向分量的2方向分量的2次方和的根即可。 由此， 积分部210-3作为通过取得分方 向的加速度的大小， 对该加速度的大小进行1周期份积分， 来取得上述的第1数据的第1数据 取得部而发挥功能。 0064 若使用通过图3的步骤S304的加速度积分处理而计算出的加速。
39、度的大小A， 则运动 周期的1周期中的跑步者100的跑步运动所产生的力学总做功量W由下记式5来表示。 另外， 式5中的积分记号和dt表示运动周期的1周期份的积分。 此外， 式5中的 “M” 表示跑步者100的 说 明 书 6/9 页 9 CN 105435438 B 9 体重。 0065 式5 0066 WM A dt 0067 另一方面， 若使用通过图3的步骤S305的按轴积分处理而计算出的加速度的大小 Az， 则运动周期的1周期中的推进方向的动能Wz由下记式6来表示。 另外， 和式5同样， 式6中 的积分记号和dt表示运动周期的1周期份的积分。 此外， 和式5同样， 式6中的 “M” 表示。
40、跑步者 100的体重。 0068 式6 0069 WzM Az dt 0070 因而， 通过将式5和式6分别分配为式1的分子和分母， 能够如下记式7所示计算出 运动周期的1周期中的跑步者100的推进方向的动能相对于跑步者100的跑步运动所产生的 力学总做功量的效率。 0071 式7 0072 Wz/W Az dt/ A dt 0073 另外， 若能基于图2(a)的GPS接收机(全球定位网传感器、 速度取得部)203的输出， 来检测运动周期的1周期中的跑步者100的跑步平均速度(推进方向的速度)Vz， 则能够通过 下记式8来计算出跑步者100的推进方向的动能。 另外， 和式5等同样， 式8中的 。
41、“M” 表示跑步 者100的体重。 由此， 按轴积分部210-4作为通过将由GPS接收机203检测到的速度的2次方除 以2来取得上述的第2数据的第2数据取得部而发挥功能。 此外， 由此， GPS接收机203作为基 于全球定位网传感器的输出来取得跑步者100的推进方向的速度的速度取得部而发挥功 能。 0074 式8 0075 0076 因此， 通过将式8和式5分别分配为式1的分子和分母， 能够如下记式9所示计算出 运动周期的1周期中的跑步者100的推进方向的动能相对于跑步者100的跑步运动所产生的 力学总做功量的效率。 由此， 控制器211作为第3数据取得部而发挥功能， 该第3数据取得部 作为上。
42、述的第1数据与第2数据之比而取得1周期中的跑步者100的推进方向之中的正或负 的任意一方的方向的动能相对于跑步者100的运动所产生的力学总做功量的效率作为第3 数据。 0077 式9 0078 0079 进而， 更简易地， 也可以如下记式10所示， 将式5反过来设置为分子， 将式5除以速 度Vz来作为指标。 由此， 按轴积分部210-4作为取得由GPS接收机203检测到的速度作为上述 的第2数据的第2数据取得部而发挥功能。 0080 式10 说 明 书 7/9 页 10 CN 105435438 B 10 0081 W/Vz A dt/Vz 0082 返回到图3的流程图的说明， 图2(b)的控。
43、制器211基于以上的式7、 式9、 或式10来计 算运动效率的指标(图3的步骤S306)， 并将其显示在图2(b)的显示部214(图3的步骤S307)。 图11以及图12是表示在显示部214的显示例的图。 该曲线图的横轴是练习次数， 单位是 (次)。 此外， 该曲线图的纵轴是运动效率指标， 无单位。 由此， 控制器211作为基于上述的第1 数据和第2数据来取得与跑步者的运动的效率相对应的第3数据的第3数据取得部而发挥功 能。 0083 图11(a)是将曲线图的纵轴作为通过式7计算出的运动效率的指标值而使用了 “Wz/W(1周期份的推进方向加速度的大小的总和)/(1周期份的全方向加速度的大小的总。
44、 和)” 的情况下的、 针对自身当前的跑步和作为模型数据而求取的跑步选手、 市民跑步者的 跑步的值的比较。 观察图11(a)， 相对于跑步选手的加速度总和的内推进方向的总和达到 19而市民跑步者不足11。 跑步者100能够在视觉上确认自身当前处于怎样的位置。 0084 接下来， 图11(b)是将曲线图的纵轴作为通过式10计算出的运动效率的指标值而 使用了 “W/Vz(1周期份的全方向加速度的大小的总和)/(1周期份的平均跑步速度)” 的情 况下的、 针对自身当前的跑步和作为模型数据而求取的跑步选手、 市民跑步者的跑步的值 的比较。 由此， 可知每单位速度施加在腰的加速度， 该值越小则腰的活动就。
45、越小， 但能得到 较大的速度。 将其和模型数据比较可知， 虽然最右边的自身与选手相比数值较差， 但在市民 跑步者中并不差。 进而， 能够进行跑法的研究以使该值变小。 本次的数据虽以总和/跑步速 度来给出， 但因为总和是1周期的积分， 所以通过进行总和/周期(时间)来归一化使用， 由此 也能够排除周期时间的长短来进行比较。 0085 通过将图11(a)和图11(b)合起来考虑可知， 虽然选手为了获得速度而需要的加速 度较小， 但即便是在该较小的加速度中用于全身的加速度的比例也较大。 即， 可知选手有效 地利用较少的力来在推进方向上跑步。 反过来说， 示出了市民跑步者未贡献于推进方向的 所谓的无用。
46、活动较多。 0086 图12是表示每次练习的图11(a)的运动效率的指标 “Wz/W(1周期份的推进方向 加速度的大小的总和)/(1周期份的全方向加速度的大小的总和)” 的变化的曲线图。 若观察 图12， 则能够确认随着练习次数的叠加， 效率得到了提升。 0087 在图3的步骤S305的按轴积分处理中， 仅针对如图9(a)得到的3方向的加速度分量 之中的803的前后方向的波形分量Az获得运动周期的1周期份的积分结果， 并用于在显示部 214的显示。 相对于此， 通过针对图9(a)的801的上下方向加速度分量Ax或802的左右方向加 速度分量Ay也获得运动周期的1周期份的积分结果， 和全方向加速。
47、度分量的积分结果进行 比较并显示在显示部214， 也能够确认在跑步时在上下方向、 左右方向上身体运动到何种程 度。 由此， 按轴积分部210-4作为取得与跑步者100的推进方向、 水平面内与跑步者100的推 进方向正交的方向、 以及铅垂方向之中的任一方向的动能相对应的数据作为上述的第2数 据的第2数据取得部而发挥功能。 0088 进而， 在图3的步骤S306的运动效率计算处理中， 使用基于GPS接收机203的输出而 检测到的跑步者100的跑步速度Vz来计算出运动效率的指标， 但通过针对图4的x轴方向或y 轴方向的速度分量也获得运动周期的1周期中的跑步者100的跑步平均速度Vx、 Vy， 将其和。
48、 全方向加速度分量的积分结果进行比较并显示在显示部214， 由此也能够简单地确认在跑 说 明 书 8/9 页 11 CN 105435438 B 11 步时在上下方向或左右方向上身体运动到何种程度。 由此， 按轴积分部210-4作为取得与跑 步者100的推进方向、 水平面内与跑步者100的推进方向正交的方向、 以及铅垂方向之中的 任一方向的速度相对应的数据作为上述的第2数据的第2数据取得部而发挥功能。 0089 返回到图3的流程图， 在步骤S307后， 控制返回到步骤S301。 另外， 图3所示的运动 解析处理既可以在跑步等运动结束后进行， 也可以在该运动中实时进行。 尤其在实时进行 的情况下。
49、， 还能够在该运动中自身确认运动效率的显示， 基于该结果实时修正自身的姿态。 0090 如上所述， 过去运动解析需要大规模的装置， 但在本实施方式中， 虽然不是表示严 格意义上的运动效率， 但通过将非常难测量的全身的做功量置换为全身中质量最大的躯干 受到的加速度的总和， 以将推进方向的加速度总和或速度的2次方值除以全方向的加速度 总和的运算等进行替代， 由此能够以简易的设备进行运动解析， 例如可以获知所有的加速 度中用在推进方向、 上下方向、 左右方向上的加速度分量， 能够提供前所未有的新的运动效 率的指标。 0091 通过获知这些指标， 能够制订自身的练习的方向性、 计划。 0092 进而也能够确认练习是否出成果的练习效果。 0093 对本发明的几个实施方式进行了说明， 但本发明的范围并不限定于上述的实施方 式， 。