Development of a rotation-invariant accelerometer for human activity recognition

开发用于人类活动识别的旋转不变加速度计

基本信息

批准号：
21K19804
负责人：
村尾和哉
金额：
$ 3.99万
依托单位：
Ritsumeikan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

種々のセンサを搭載したスマートフォンや腕輪型デバイスの普及により，時間や場所を問わず人間の行動や状況をセンシングして加速度データを収集できるようになった．しかし，ポケットの中などで端末が自由に回転すると端末の座標系とユーザの座標系が一致せず，加速度値を解析して得られるユーザの移動量や活動量，機械学習による動作認識に誤差や誤認識が生じる．本研究ではセンサを周期的に回転させてセンサデバイスの絶対位置を取得し，センサ値と比較することでセンサの位置ずれ量を推定し自動補正するRotation-invariant加速度センサを開発することを目標とする．具体的な機構として(a)リング状に回る，(b)一か所で回転する，の2種類を試みる．(a)は腕輪型デバイスのバンド部に中空のリングを搭載し，リング内をカプセルで保護されたセンサが気体，液体，電磁力，モータなどの力を用いて移動し，腕の回りを回転する．例えば電磁力を使う具体的実装として，リングを導電性素材のコイルで作成してコイル内に磁界を発生させ，磁石を内蔵したセンサをコイル内に置くと磁界から磁石が力を受け，一方向に移動してリング内を回転し続けることを確認している．(b)は端末内に固定されたカプセルを搭載し，カプセル中でセンサが磁力やモータなどによって3軸方向に均等に回転する．1軸のみであればモータの回転部にセンサを搭載すれば実現できる．デバイス自身がセンサを動かしているためセンサのデバイス内絶対位置が取得できるという点がこの手法の核である．提案する加速度センサは(1)回転する機構をもつセンサの実装，(2)ずれ量の推定およびセンサ値の補正，(3)行動認識への適用，から構成される．2022年度は複数軸の回転機構に取り組み，ずれ量の推定を行った．

随着配备各种传感器的智能手机和手环式设备的普及，无论时间或地点，都可以感知人类的动作和情况并收集加速度数据。然而，如果设备自由旋转，比如放在口袋里，设备的坐标系和用户的坐标系不匹配，导致通过分析加速度值获得用户的移动量和活动量以及动作识别时出现误差使用机器学习或错误识别可能会发生。本研究的目标是开发一种旋转不变的加速度传感器，周期性地旋转传感器以获得传感器装置的绝对位置，并将其与传感器值进行比较，以估计并自动校正传感器位置偏差量。我们将尝试两种类型的具体机制：（a）以环形旋转，以及（b）在一处旋转。在(a)中，空心环安装在手环式装置的带子上，由胶囊保护的传感器利用气体、液体、电磁力或电机等力在环内移动，并绕空心环旋转。手臂做。例如，作为利用电磁力的具体实施方式，已经证实由导电材料的线圈制成环，在线圈内产生磁场，并且在线圈内部放置具有内置磁铁的传感器。使环继续在环内旋转。 (b) 终端内部固定有一个胶囊，在胶囊内部，传感器利用磁力或电机在三个轴上均匀旋转。如果只有一根轴，可以通过在电机的旋转部分安装传感器来实现。该方法的核心在于，由于设备本身移动传感器，因此可以获得传感器在设备内的绝对位置。所提出的加速度传感器包括（1）具有旋转机构的传感器的实现，（2）偏差量的估计和传感器值的校正，以及（3）在行为识别中的应用。 2022年，我们研究了多轴旋转机构并估算了偏差量。