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镯型设备的传播，可以通过任何时间或地点传感人类的行为和情况来收集加速数据。但是，当终端在口袋中自由旋转等时，终端和用户坐标系的坐标系与通过分析加速度值分析的运动和活动量以及使用机器学习对运动和活动的识别而获得的运动和活动的错误和虚假识别。在这项研究中，目标是开发一个旋转不变的加速度传感器，该传感器定期使用传感器设备的绝对位置，并将其与传感器值进行比较以估算并自动纠正传感器的位置偏差量。我们尝试了两种特定的机制：（a）旋转形状，（b）在一个地方旋转。（a）在手镯形设备的带状截面上配备了一个空心环，并且由胶囊保护的传感器使用气体，液体，液体，电磁力，电动机等的力在环上移动，并绕手臂旋转。例如，使用电磁力的混凝土实现是创建由由导电材料制成的线圈制成的环，以在线圈内产生磁场，并且当将带有内置磁体的传感器放置在线圈内，磁铁从磁场中接收力，并在一个方向上移动并继续在环内旋转。（b）配备了固定在端子内部的胶囊，传感器通过磁力，电动机等在胶囊中的三个轴上均匀旋转。如果仅是一个轴，则可以通过在电机旋转部分安装传感器来实现。该技术的核心是设备本身移动传感器，因此可以在设备中获得传感器的绝对位置。提出的加速传感器包括（1）具有旋转机制的传感器，（2）估计偏差量和纠正传感器值，以及（3）将其应用于行为识别。在2022财年，我们在多个轴上进行了旋转机制，并估计了偏差量。