CN103706108B

CN103706108B - 高尔夫球挥杆分析装置及高尔夫球挥杆分析方法

Info

Publication number: CN103706108B
Application number: CN201310462676.8A
Authority: CN
Inventors: 太田宪; 涩谷和宏
Original assignee: Seiko Epson Corp; Keio University
Current assignee: Seiko Epson Corp; Keio University
Priority date: 2012-10-05
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2017-09-26
Anticipated expiration: 2033-09-30
Also published as: KR20140044755A; US20140100049A1; CN103706108A; EP2717241A2; US9403077B2; EP2717241A3

Abstract

本发明提供一种高尔夫球挥杆分析装置及高尔夫球挥杆分析方法。所述高尔夫球挥杆分析装置具备运算部，所述运算部利用被安装于高尔夫球手的上半身的部位处的第一惯性传感器的输出、和被安装于高尔夫球杆上的第二惯性传感器的输出，而对所述高尔夫球手的前臂与所述高尔夫球杆之间的相对角度进行计算。

Description

高尔夫球挥杆分析装置及高尔夫球挥杆分析方法

本申请以2012年10月5日申请的日本专利申请2012-223327和2012年10月5日申请的日本专利申请2012-223326为基础，请求该日本专利申请的优先权的利益。本申请囊括了该日本专利申请的全部内容。

技术领域

本发明涉及一种高尔夫球挥杆分析装置及高尔夫球挥杆分析方法等。

背景技术

例如，如日本特开2010-11926号公报所公开这种高尔夫球挥杆分析装置已被众所周知。高尔夫球挥杆分析装置利用光学式动作捕捉（Motion Ca_pture）系统，并在该系统中，对高尔夫球手的挥杆的状态进行拍摄。在进行拍摄时，在高尔夫球手及高尔夫球杆的特定位置上固定有标识，通过对标识的动作进行拍摄，从而记录了特定位置的移动轨跡。此外，例如如日本特开平11-169499号公报所公开的那样，利用加速度传感器的高尔夫球挥杆分析装置也已被众所周知。在高尔夫球杆上安装有加速度传感器，并根据由加速度传感器计测出的加速度，来对高尔夫球挥杆的姿态进行分析。

在如日本特开2010-11926号公报所记载这种利用了光学式动作捕捉（MotionCapture）系统的高尔夫球挥杆分析中，由于设备庞大而难以进行场地上的计测，因此，近年来利用了如日本特开平11-169499号公报所记载这种使用了加速度传感器等的惯性传感器的高尔夫球挥杆分析。但是，在使用了惯性传感器的高尔夫球挥杆分析中，无法良好地向使用者提示臂部与高尔夫球杆之间的相对角度。

发明内容

本发明的一个方式涉及一种高尔夫球挥杆分析装置，其具备运算部，所述运算部利用被安装于高尔夫球手的上半身的部位处的第一惯性传感器的输出、和被安装于高尔夫球杆上的第二惯性传感器的输出，而对所述高尔夫球手的前臂与所述高尔夫球杆之间的相对角度进行计算。

本发明的另一个方式涉及一种高尔夫球挥杆分析方法，其中，利用被安装于高尔夫球手的上半身的部位处的第一惯性传感器的输出、和被安装于高尔夫球杆上的第二惯性传感器的输出，而对所述高尔夫球手的前臂与所述高尔夫球杆之间的相对角度进行计算。

附图说明

图1为概要地表示本发明的一个实施方式所涉及的高尔夫球挥杆分析装置的结构的示意图。

图2为概要地表示三维双摆模型与高尔夫球手及高尔夫球杆之间的关系的示意图。

图3为概要地表示运算处理电路的一部分的结构的框图。

图4为局部地表示出运算处理电路的结构的框图。

图5为表示职业教练的挥杆分析的结果且为表示下臂与高尔夫球杆之间的相对角度的时间序列变化的曲线图。

图6为表示业余高尔夫球手的挥杆分析的结果且为表示下臂与高尔夫球杆之间的相对角度的时间序列变化的曲线图。

图7为表示职业教练的挥杆分析的结果且为表示总能量变化率信号的时间序列变化的曲线图。

图8为表示在零交叉的时刻处职业教练及高尔夫球杆的姿态的示意图。

图9为表示业余高尔夫球手的挥杆分析的结果且为表示总能量变化率信号的时间序列变化的曲线图。

图10为表示在零交叉的时刻处业余高尔夫球手及高尔夫球杆的姿态的示意图。

具体实施方式

根据本发明的至少一个方式，提供了能够有效地向使用者提示臂部与高尔夫球杆之间的相对角度的高尔夫球挥杆分析装置及高尔夫球挥杆分析方法等。

（a）本发明的一个方式涉及一种高尔夫球挥杆分析装置，其具备运算部，所述运算部利用被安装于高尔夫球手的上半身的部位处的第一惯性传感器的输出、和被安装于高尔夫球杆上的第二惯性传感器的输出，对所述高尔夫球手的前臂与所述高尔夫球杆之间的相对角度进行计算。

优选为，在高尔夫球挥杆中，在从顶点起的初始阶段内臂与高尔夫球杆之间相对角度被固定。可以认为，在撞击之前，对角度进行固定的力较为缓和，当相对于臂而实现了高尔夫球杆的自然旋转时，杆头速度加快。高尔夫球挥杆分析装置能够向使用者提示臂部与高尔夫球杆之间的相对角度。如果通过采用这种方式对臂与高尔夫球杆之间的相对角度进行观察，则可以导出能够有效地向高尔夫球杆传递能量的高尔夫球挥杆的姿态。通过采用这种方式，能够对于高尔夫球挥杆的姿态而提供指标。例如，通过反复实施姿态的变更和观察，从而能够通过反复摸索而对高尔夫球挥杆的姿态施加良好的改进。

（b）高尔夫球挥杆分析装置在进行对所述相对角度的计算时，能够利用三维双摆模型，能够使所述上半身的所述部位形成所述三维双摆模型的第一环节，而所述高尔夫球杆形成所述三维双摆模型的第二环节。通过采用这种方式，从而高尔夫球挥杆被模型化。三维双摆模型能够以较高的精度在动力学上再现高尔夫球挥杆。通过采用这种方式，从而有效地对高尔夫球挥杆进行了分析。

（c）可以采用如下方式，即，所述第一环节的支点位于连接所述高尔夫球手双肩的线的中央处，所述第一环节和所述第二环节的关节位于所述高尔夫球杆的握柄处。通过采用这种方式，从而能够高精度地对高尔夫球挥杆进行分析。

（d）可以采用如下方式，即，所述第一惯性传感器和第二惯性传感器各自包括加速度传感器和陀螺传感器。根据加速度传感器和陀螺传感器，能够在进行对相对角度的计算时，准确地检测出加速度和角速度的信息。

（e）高尔夫球挥杆分析装置可以利用所述第一惯性传感器和所述第二惯性传感器的输出，而对所述上半身的部位的总能量变化率进行计算。如果通过采用这种方式而对总能量变化率进行计算，则可以导出能够有效地向高尔夫球杆传递能量的高尔夫球挥杆的姿态。从而能够对于高尔夫球挥杆的姿态而提供指标。

（f）高尔夫球挥杆分析装置可以具备能量变化率反转检测部，所述能量变化率反转检测部对所述上半身的部位的所述总能量变化率的正负的反转进行确定。如果通过采用这种方式而对总能量变化率的正负的反转进行检测，则可以导出能够有效地向高尔夫球杆传递能量的高尔夫球挥杆的姿态。从而能够对于高尔夫球挥杆的姿态而提供指标。例如，通过反复进行姿态的改变和观察，从而能够通过反复摸索而对高尔夫球挥杆的姿态施加良好的改进。尤其，当将零交叉的时刻与相对角度的变化关联起来时，能够对高尔夫球挥杆的姿态施加良好的改进。

（g）高尔夫球挥杆分析装置可以具备图像数据生成部，所述图像数据生成部生成用于对所述相对角度的变化进行显示的图像数据。相对角度的变化能够对于高尔夫球挥杆的姿态而提供指标。

（h）所述图像数据生成部可以生成，在所述相对角度的图像中叠加显示出如下信息的图像数据，所述信息为，所述上半身的部位的总能量变化率的正负发生反转的时刻信息。显示图像能够对于高尔夫球挥杆的姿态而提供指标。

（i）本发明的另一个方式涉及一种高尔夫球挥杆分析方法，其中，利用被安装于高尔夫球手的上半身的部位处的第一惯性传感器的输出、和被安装于高尔夫球杆上的第二惯性传感器的输出，而对所述高尔夫球手的前臂与所述高尔夫球杆之间的相对角度进行计算。

在高尔夫球挥杆中，在从顶点起的初始阶段内臂与高尔夫球杆之间的相对角度被固定。可以认为，在撞击之前，对角度进行固定的力较为缓和，当相对于臂而实现了高尔夫球杆的自然旋转时，杆头速度加快。高尔夫球挥杆分析方法能够向使用者提示臂与高尔夫球杆之间的相对角度。如果通过采用这种方式而对臂与高尔夫球杆之间的相对角度进行观察，则可以导出能够有效地向高尔夫球杆传递能量的高尔夫球挥杆的姿态。通过采用这种方式，从而能够对于高尔夫球挥杆的姿态而提供指标。例如，通过反复进行姿态的改变和观察，从而能够通过反复摸索而对高尔夫球挥杆的姿态施加良好的改进。

（j）本发明的另一个方式涉及一种高尔夫球挥杆分析的显示方法，其中，对如下图像进行显示，所述图像包括高尔夫球手的前臂与高尔夫球杆之间的相对角度的变化、以及由所述高尔夫球手的上半身的部位所生成的总能量变化率的正负发生反转的时刻信息。

以下，参照附图，对本发明的一个实施方式进行说明。另外，以下所说明的本实施方式并非对权利要求书中所记载的本发明的内容进行不当限定的实施方式，并且在本实施方式中所说明的结构未必都是作为本发明的解决方案所必需的。

（1）高尔夫球挥杆分析装置的结构

图1概要地表示本发明的一个实施方式所涉及的高尔夫球挥杆分析装置11的结构。高尔夫球挥杆分析装置11例如具备第一惯性传感器12和第二惯性传感器13。在第一惯性传感器12和第二惯性传感器13中，安装有加速度传感器和陀螺传感器。加速度传感器能够对正交的三轴方向中的每一个方向上的加速度进行检测。陀螺传感器能够对围绕正交的三个轴中的各个轴的角速度单独进行检测。第一惯性传感器12和第二惯性传感器13输出检测信号。通过检测信号，从而针对每一个轴而确定加速度和角速度。加速度传感器和陀螺传感器以较高的精度对加速度和角速度的信息进行检测。第一惯性传感器12被安装于高尔夫球手的上肢（例如，如果右手击球则为左臂）15上。在此，虽然第一惯性传感器12被安装于高尔夫球手的前臂上，但是，第一惯性传感器12也可以被安装于高尔夫球手的上臂上。第二惯性传感器13被安装于高尔夫球杆14上。优选为，第二惯性传感器13被安装于高尔夫球杆14的握柄或者杆身上。第一惯性传感器12及第二惯性传感器13只需分别以无法进行相对移动的方式而被固定于上肢15及高尔夫球杆14上即可。在此，在安装第二惯性传感器13时，第二惯性传感器13的检测轴之一被合并至与高尔夫球杆14的长轴平行。另外，虽然在本实施方式中第一惯性传感器12被安装于上肢15上，但第一惯性传感器12也可以被安装于上半身（特别是双肩）上。

高尔夫球挥杆分析装置11具备运算处理电路16。第一惯性传感器12和第二惯性传感器13与运算处理电路16相连接。在进行连接时，预定的接口电路17与运算处理电路16相连接。该接口电路17既可以以有线的方式与惯性传感器12、13相连接，也可以以无线的方式与惯性传感器12、13相连接。检测信号从惯性传感器12、13被输入至运算处理电路16。

存储装置18与运算处理电路16相连接。在存储装置18中，例如存储有高尔夫球挥杆分析软件程序19以及相关数据。运算处理电路16执行高尔夫球挥杆分析软件程序19以实现高尔夫球挥杆分析方法。存储装置18包括DRAM（Dynamic Randow Access Memory：动态随机存取存储器）及大容量存储装置单元、非易失性存储器等。例如，在实施高尔夫球挥杆分析方法时，高尔夫球挥杆分析软件程序19被临时保存在DRAM中。在硬盘驱动装置（HDD）这种大容量存储装置单元中保存有高尔夫球挥杆分析软件程序以及数据。在非易失性存储器中收纳有BIOS（基本输入输出系统）这种较小容量的程序及数据。

图像处理电路21与运算处理电路16相连接。运算处理电路16向图像处理电路21输送预定的图像数据。显示装置22与图像处理电路21相连接。在进行连接时，预定的接口电路（未图示）与图像处理电路21相连接。图像处理电路21根据所输入的图像数据而向显示装置22输送图像信号。在显示装置22的画面中，显示有根据图像信号而被确定的图像。在显示装置22中，利用了液晶显示器以外的平板显示器。在此，运算处理电路16、存储装置18和图像处理电路21例如作为计算机装置而被提供。

输入装置23与运算处理电路16相连接。输入装置23至少具备字母键和数字键。文字信息或数值信息从输入装置23被输入至运算处理电路16。输入装置23例如只需由键盘构成即可。

（2）三维双摆模型

运算处理电路16规定了虚拟空间。虚拟空间由三维空间形成。如图2所示，三维空间具有绝对基准坐标系Σ_xyz。在三维空间中，根据绝对基准坐标系Σ_xyz而构建了三维双摆模型31。三维双摆模型31具备第一环节32和第二环节33。第一环节32被支点34（坐标x₀）点约束。因此，第一环节32作为振子而围绕支点34进行三维动作。支点34的位置可以移动。第二环节33通过关节35（坐标x₁）而被点约束于第一环节32上。因此，第二环节33能够作为振子而围绕关节35相对于第一环节32进行动作。在该三维双摆模型31中，需要对第一环节32的质量m₁和第二环节33的质量m₂、第一环节32的围绕支点34的惯性张量J₁、以及第二环节33的围绕关节35的惯性张量J₂进行确定。在此，根据绝对基准坐标系Σ_xyz，通过坐标x_g1来确定第一环节32的重心36的位置，通过坐标x_g2来确定第二环节33的重心37的位置，通过坐标x_h2来确定杆头38的位置。

三维双摆模型31相当于将高尔夫球手G和高尔夫球杆14模型化了的模型。第一环节32的支点34对高尔夫球手G的上半身的大致双肩的中心位置进行投影。关节35对握柄进行投影。第二环节33对高尔夫球杆14进行投影。第一惯性传感器12被固定于高尔夫球手的上肢15上。双肩的中心位置可以相对于第一惯性传感器12而被相对固定。根据绝对基准坐标系Σ_xyz，通过坐标x_s1来确定第一惯性传感器12的位置。第二惯性传感器13被固定于第二环节33上。根据绝对基准坐标系Σ_xyz，第二惯性传感器13的位置通过坐标x_s2而被确定。第一惯性传感器12和第二惯性传感器13分别输出加速度信号和角速度信号。在加速度信号中，对包含重力加速度g的影响在内的加速度

数学式1

进行确定，在角速度信号中，对角速度ω₁、ω₂进行确定。

运算处理电路16在第一惯性传感器12上固定有局部坐标系Σ_s1。局部坐标系Σ_s1的原点被设定为第一惯性传感器12的检测轴的原点。关节35被设定在局部坐标系Σ_s1的_y轴上。因此，通过（0，l_sj1y，0）来确定该局部坐标系Σ_s1上的关节35的位置l_sj1。同样，分别通过（l_s0x，l_s0y，l_s0z）和（l_sg1x，l_sg1y，l_sg1z）来确定该局部坐标系Σ_s1上的支点34的位置l_s0和重心36的位置l_sg1。

运算处理电路16以同样的方式在第二惯性传感器13上固定有局部坐标系Σ_s2。局部坐标系Σ_s2的原点被设定为第二惯性传感器13的检测轴的原点。局部坐标系Σ_s2的_y轴与高尔夫球杆14的轴心一致。因此，根据该局部坐标系Σ_s2，通过（0，l_sj2y，0）来确定关节35的位置l_sj2。同样，在该局部坐标系Σ_s2上，通过（0，l_sg2y，0）来确定重心37的位置l_sg2，通过（0，l_sh2y，0）来确定杆头38的位置l_sh2。

（3）运算处理电路的结构

图3概要地表示运算处理电路16的结构。运算处理电路16具备要素运算部44。加速度信号和角速度信号从第一惯性传感器12和第二惯性传感器13被输入至要素运算部44。要素运算部44根据加速度和角速度，而对能量变化率的运算所要求的分量值进行计算。在进行计算时，要素运算部44从存储装置18中取得各种各样的数值。

要素运算部44具备第一力运算部45。第一力运算部45对作用于第二环节33上的第一关节间力F₂进行计算。在进行计算时，第一力运算部45取得第二惯性传感器13的加速度信号和高尔夫球杆14的第一质量数据。在第一质量数据中，记述有高尔夫球杆14的质量m₂。第一质量数据只需被预先存储于存储装置18中即可。按照下式，而对第一关节间力F₂进行计算。

数学式2

此时，

数学式3

表示第二环节33的重心37的加速度。常数g表示重力加速度。重心37的加速度根据第二惯性传感器13的计测值来进行计算。第一力运算部45输出第一关节间力信号。通过第一关节间力信号来确定第一关节间力F₂的值。

要素运算部44具备第二力运算部46。第二力运算部46对作用于第一环节32上的第二关节间力F₁进行计算。在进行计算时，第二力运算部46取得第一惯性传感器12的加速度信号、第二质量数据以及第一关节间力信号。在第二质量数据中，记述有上肢15的质量m₁。第二质量数据只需被预先存储于存储装置18中即可。按照下式而对第二关节间力F₁进行计算。

数学式4

此时，

数学式5

表示第一环节32的重心36的加速度。重心36的加速度根据第一惯性传感器12的计测值来进行计算。第二力运算部46输出第二关节间力信号。通过第二关节间力信号来确定第二关节间力F₁的值。

要素运算部44具备第一转矩运算部47。第一转矩运算部47对围绕关节35而作用于第二环节33上的转矩τ₂进行计算。在进行计算时，第一转矩运算部47取得第二惯性传感器13的角速度信号、第一惯性张量数据、第一位置数据、第二位置数据以及第一关节间力信号。在第一惯性张量数据中，记述有高尔夫球杆14的惯性张量J₂。在第一位置数据中，记述有局部坐标系Σ_s2上的关节35的位置l_sj2。在第二位置数据中，记述有局部坐标系Σ_S2上的重心37的位置l_sg2。第一惯性张量数据、第一位置数据以及第二位置数据只需被预先存储于存储装置18中即可。第一关节间力信号只需从第一力运算部45被发送即可。按照下式而对转矩τ₂进行计算。

数学式6

在此，单位矢量e_l2确定了从高尔夫球杆14的握柄端部朝向杆头的长轴方向。第一转矩运算部47输出第一转矩信号。通过第一转矩信号来确定转矩τ₂的值。

要素运算部44具备第二转矩运算部48。第二转矩运算部48对围绕支点34而作用于第一环节32上的转矩τ₁进行计算。在进行计算时，第二转矩运算部48取得第一惯性传感器12的角速度信号、第二惯性张量数据、第三位置数据、第四位置数据、第五位置数据、第一关节间力信号、第二关节间力信号以及第一转矩信号。在第二惯性张量数据中，记述有上肢15的惯性张量J₁。在第三位置数据中，记述有局部坐标系Σ_s1上的支点34的位置l_s0。在第四位置数据中，记述有局部坐标系Σ_s1上的关节35的位置l_sj1。在第五位置数据中，记述有局部坐标系Σ_s1上的重心36的位置l_sg1。第二惯性张量数据以及第三至第五位置数据只需被预先存储于存储装置18中即可。第一关节间力信号只需从第一力运算部45被发送即可。第二关节间力信号只需从第二力运算部46被发送即可。第一转矩信号只需从第一转矩运算部47被发送即可。按照下式而对转矩τ₁进行计算。

数学式7

在此，单位矢量e_l1对第一环节32的长轴方向进行确定。第二转矩运算部48输出第二转矩信号。通过第二转矩信号来确定转矩τ₁的值。

要素运算部44具备第一速度运算部49。第一速度运算部49对支点34的移动速度进行计算。在进行计算时，第一速度运算部49取得第一惯性传感器12的加速度信号和角速度信号以及第三位置数据。第一速度运算部49按照下式而对支点34的加速度进行计算。

数学式8

计算出的加速度按照下式而被积分。

数学式9

其结果为，计算出支点34（坐标x₀）的移动速度。但是，将初始速度设为零。第一速度运算部49输出第一速度信号。通过第一速度信号来确定支点34的移动速度。

要素运算部44具备第二速度运算部51。第二速度运算部51对关节35的移动速度进行计算。在进行计算时，第二速度运算部51取得第一惯性传感器12的加速度信号和角速度信号以及第四位置数据。第二速度运算部51按照下式而对关节35的加速度进行计算。

数学式10

计算出的加速度按照下式而被积分。

数学式11

其结果为，计算出关节35（坐标x₁）的移动速度。但是，将初始速度设为零。第二速度运算部51输出第二速度信号。通过第二速度信号来确定关节35的移动速度。

运算处理电路16具备能量变化率运算部52。角速度信号从第一惯性传感器12和第二惯性传感器13被供给至能量变化率运算部52。同样，第一关节间力信号和第二关节间力信号、第一转矩信号和第二转矩信号、以及第一速度信号和第二速度信号从要素运算部44被输入至能量变化率运算部52。能量变化率运算部52根据这些信号而对几个能量变化率进行计算。

能量变化率运算部52具备第一运算部53。第一运算部53对由高尔夫球手G的上肢15生成的第一能量的量的能量变化率进行计算。在进行计算时，第一运算部53从要素运算部44取得第二转矩信号，并从第一惯性传感器12取得角速度信号。根据转矩τ₁和角速度ω₁，按照下式而对第一能量的量的能量变化率进行计算。

数学式12

第一能量相当于通过高尔夫球手G的挥杆动作而流入至上肢15中的能量。第一运算部53输出第一能量变化率信号。通过第一能量变化率信号来确定第一能量的量的能量变化率。

能量变化率运算部52具备第二运算部55。第二运算部55对从高尔夫球手G的上肢15传递至高尔夫球杆14的第二能量的量的能量变化率进行计算。在进行计算时，第二运算部55从要素运算部44取得第一关节间力信号和第二速度信号。根据第一关节间力F₂和关节35的移动速度，按照下式而对第二能量的量的能量变化率进行计算。

数学式13

第二运算部55输出第二能量变化率信号。通过第二能量变化率信号来确定第二能量的量的能量变化率。

能量变化率运算部52具备第三运算部57。第三运算部57对由高尔夫球手G的上肢15即第一环节32的第二关节间力F₁而导致的第三能量的量的能量变化率进行计算。在进行计算时，第三运算部57从要素运算部44取得第二关节间力信号和第一速度信号。按照下式而对第三能量的量的能量变化率进行计算。

数学式14

第三运算部57输出第三能量变化率信号。通过第三能量变化率信号来确定第三能量的量的能量变化率。

能量变化率运算部52具备第四运算部58。第四运算部58对由作用于高尔夫球杆14上的转矩τ₂而导致的第四能量的量的能量变化率进行计算。在进行计算时，第四运算部58从要素运算部44取得第一转矩信号，并从第一惯性传感器12取得角速度信号。按照下式而对第四能量的量的能量变化率进行计算。

数学式15

第四运算部58输出第四能量变化率信号。通过第四能量变化率信号来确定第四能量的量的能量变化率。

运算处理电路16具备能量变化率反转检测部61。能量变化率反转检测部61对总能量变化率信号的零交叉的时刻进行确定。在此所说的零交叉是指，总能量变化率信号的值穿过“0（零）”的时刻、总能量变化率信号的值从正值转变为负值的时刻、或者确定总能量变化率的正值和负值的平衡的时刻。总能量变化率按照下式，根据第一能量的量的能量变化率、第二能量的量的能量变化率、第三能量的量的能量变化率以及第四能量的量的能量变化率而形成。

数学式16

能量变化率反转检测部61输出零交叉信号。通过零交叉信号来确定总能量变化率的时间序列变化。根据时间序列变化从而确定了零交叉的时刻。

运算处理电路16具备图像数据生成部62。图像数据生成部62与能量变化率反转检测部61相连接。零交叉信号从能量变化率反转检测部61被输入至图像数据生成部62。图像数据生成部62根据零交叉信号，而生成通过时间序列而使总能量变化率信号可视化的第一图像数据。第一图像数据向图像处理电路21被输出。

如图4所示，运算处理电路16还具备第一姿态运算部65和第二姿态运算部66。第一姿态运算部65对第一惯性传感器12的姿态进行计算。在进行计算时，角速度信号从第一惯性传感器12被供给至第一姿态运算部65。在生成角速度信号时，在第一惯性传感器12中，根据正交三轴的传感器坐标系而确立出检测轴。角速度信号根据传感器坐标系，而对围绕x轴的角速度ω_x、围绕_y轴的角速度ω_y以及围绕z轴的角速度ω_z进行确定。第一惯性传感器12将每单位时间的第一惯性传感器12的姿态变化表现为旋转行列。例如，当时刻t的姿态通过旋转行列R^t而表现时，下一个时刻（t＋1）的姿态按照下式，通过旋转行列R^t+1而被表现。

数学式17

在此，

数学式18

表示（t＋1）时间点处的角速度，dt相当于第一惯性传感器12的采样间隔。第一姿态运算部65输出第一姿态数据。第一姿态数据根据绝对基准坐标系Σ_xyz，而对记述第一惯性传感器12的姿态的旋转行列R_S1进行确定。

在进行对第一惯性传感器12的姿态的计算时，初始姿态数据被供给至第一姿态运算部65。初始姿态数据能够被存储于存储装置18中。初始姿态数据对初始姿态的旋转行列R⁰进行确定。该旋转行列R⁰表示第一惯性传感器12的初始姿态。旋转行列R⁰记述了绝对基准坐标系Σ_xyz与传感器坐标系之间的关系。通过旋转行列R⁰的作用，从而能够将传感器坐标系的坐标值转换为绝对基准坐标系Σ_xyz的坐标值。利用初始姿态的旋转行列R⁰与（t＋1）时间点处的旋转行列R^t+1的乘积，从而能够根据绝对基准坐标系Σ_xyz，通过时间序列来确定第一惯性传感器12的姿态。初始姿态的旋转行列R⁰由挥杆开始时的第一惯性传感器12的姿态来决定。在此，将规定的设定值适用于初始姿态的旋转行列R⁰。此外，第一惯性传感器12的初始姿态也可以根据仰角及方位角来确定。仰角例如可以根据加速度传感器的输出来确定，方位角例如可以根据磁传感器的输出来确定。

第二姿态运算部66以与第一姿态运算部65同样的方式对第二惯性传感器13的姿态进行计算。第二姿态运算部66输出第二姿态数据。第二姿态数据根据绝对基准坐标系Σ_xyz，而对记述了第二惯性传感器13的姿态的旋转行列R_S2进行确定。

运算处理电路16具备第一矢量运算部67和第二矢量运算部68。第一姿态运算部65的输出被供给至第一矢量运算部67。第二姿态运算部66的输出被供给至第二矢量运算部68。第一矢量运算部67和第二矢量运算部68分别根据旋转行列R_S1、R_S2，按照下式而对第一惯性传感器12和第二惯性传感器13的_y轴方向上的矢量r₁、r₂进行计算。

数学式19

第一矢量运算部67和第二矢量运算部68分别输出矢量数据。矢量数据对第一惯性传感器12和第二惯性传感器13的y轴方向上的矢量r₁、r₂进行确定。

运算处理电路16具备相对角度运算部69。矢量数据从第一矢量运算部67和第二矢量运算部68被供给至相对角度运算部69。相对角度运算部69根据矢量r₁、r₂，按照下式而在矢量r₁和矢量r₂之间对相对角度θ进行确定。

数学式20

相对角度运算部69输出相对角度数据。相对角度数据根据绝对基准坐标系Σ_xyz，而对相对角度θ进行确定。相对角度数据被供给至图像处理部61。图像处理部61生成沿着时间轴而使相对角度θ的变化可视化的第二图像数据。

（4）高尔夫球挥杆分析装置的动作

对高尔夫球挥杆分析装置11的动作进行简单说明。首先，对高尔夫球手G的高尔夫球挥杆进行计测。在进行计测之前，首先将必要的信息从输入装置23输入至运算处理电路16。在此，根据三维双摆模型31，来推动如下信息的输入，即，第一环节32的质量m₁和第二环节33的质量m₂、第一环节32围绕支点x₀的惯性张量J₁、第二环节33围绕关节x₁的惯性张量J₂、第一环节32的长度（从支点x₀至关节x₁为止）l₁、从第一环节32的支点x₀至重心x_g1为止的长度l_g1、从第一环节32和第二环节33之间的关节x₁至重心x_g2为止的长度l_g2、l₁轴向上的单位矢量e_l1、l₂轴向上的单位矢量e_l2、基于局部坐标系Σ_s1的支点34的位置l_s0、以及基于局部坐标系Σ_s1的关节35的位置l_sj1、第一惯性传感器12的初始姿态的旋转行列R⁰、以及第二惯性传感器13的初始姿态的旋转行列R⁰。所输入的信息例如在特定的标识符下被管理。标识符只需对特定的高尔夫球手G进行标识即可。

在进行计测之前，首先将第一惯性传感器12和第二惯性传感器13安装于高尔夫球杆14和高尔夫球手的上肢15上。如果是用右手击球，则上肢15只需选择左臂即可。这是因为，如果为左臂，则从高尔夫球挥杆的开始到撞击为止肘的弯曲较少。第一惯性传感器12和第二惯性传感器13以无法进行相对位移的方式而被固定于高尔夫球杆14和上肢15上。

在执行高尔夫球挥杆之前，首先开始对第一惯性传感器12和第二惯性传感器13的计测。在开始进行测量时，第一惯性传感器12和第二惯性传感器13被设定为预定的位置和姿态。这些位置和姿态相当于通过初始姿态的旋转行列R⁰而被确定的位置和姿态。在进行计测的过程中，在第一惯性传感器12和第二惯性传感器13之间确保同步。第一惯性传感器12和第二惯性传感器13以特定的采样间隔而持续地对加速度和角速度进行计测。采样间隔决定测量的分辨率。第一惯性传感器12和第二惯性传感器13的检测信号既可以被实时地送入运算处理电路16，也可以被临时存储于内置在惯性传感器12、13中的存储装置中。在后者的情况下，只要在高尔夫球挥杆结束后，使检测信号以有线或者无线的方式被输送至运算处理电路16即可。

运算处理电路16根据检测信号的接收执行高尔夫球挥杆的分析。既可以在从高尔夫球挥杆的开始到结束为止的期间内实施分析，也可以从高尔夫球挥杆的开始到撞击为止的期间内实施分析。其结果为，运算处理电路16对相对角度θ和总能量变化率进行计算。根据对这些相对角度θ及总能量变化率的计算，图像数据部62生成第一图像数据和第二图像数据。第一图像数据和第二图像数据被供给至显示处理电路21。其结果为，所需的图像被显示在显示装置22的画面上。

本发明人对高尔夫球挥杆分析装置11的动作进行了验证，并对职业教练的挥杆和业余高尔夫球手的挥杆进行了比较。本发明人对职业教练的相对角度θ进行了观察。如图5所示，确认了在职业教练的挥杆中，相对角度θ从顶点到撞击为止缓慢下降。尤其，确认了从经过相对角度θ＝100°时起下降的斜率增大。另一方面，如图6所示，确认了在业余高尔夫球手的挥杆中，相对角度θ＝80°被维持到某一时刻为止，之后相对角度θ急剧下降。当通过以这种方式对上肢15与高尔夫球杆14之间的相对角度θ进行观察时，可以导出能够有效地向高尔夫球杆传递能量的高尔夫球挥杆的姿态。从而能够对于高尔夫球挥杆的姿态而提供指标。例如，通过反复进行姿态的改变和观察，从而能够通过反复摸索而对高尔夫球挥杆的姿态施加良好的改进。

本发明人对职业教练的总能量变化率信号进行了观察。如图7所示，在职业教练的挥杆中，在较早的阶段，确认了上肢15的总能量变化率的零点（图中的零交叉）。如图8所示，确认了，在高尔夫球杆14处于下挥过程中的较高的位置处，上肢15的总能量变化率从正值转变为负值。即，确认了，在挥杆的较早阶段内，开始了高尔夫球杆14围绕关节35的振子运动。另一方面，如图9所示，在业余高尔夫球手的挥杆中，在即将撞击之前，确认了上肢15的总能量变化率的零点（图中的零交叉）。如图10所示，确认了，在高尔夫球杆14处于下挥过程中的较低的位置处，上肢15的总能量变化率从正值转变为负值。由此能够预测出围绕关节35的高尔夫球杆14的振子运动有助于提高能量传递率η。如果以这种方式对总能量变化率的零交叉进行观察，则将导出能够有效地向高尔夫球杆传递能量的高尔夫球挥杆的姿态。从而能够对于高尔夫球挥杆的姿态而提供指标。例如通过反复进行姿态的改变和观察，从而能够通过反复摸索而对高尔夫球挥杆的姿态施加良好的改进。而且，如图5和图6所示，当将零交叉的时刻与上肢15和高尔夫球杆14之间的相对角度θ关联起来时，能够进一步实现良好的姿态的分析。

在高尔夫球挥杆分析装置11中，高尔夫球手G的上半身的特定部位即上肢15形成三维双摆模型31的第一环节32，高尔夫球杆14形成三维双摆模型31的第二环节33。通过采用这种方式，从而高尔夫球挥杆被模型化。三维双摆模型31能够以较高的精度而在动力学上再现高尔夫球挥杆。通过采用这种方式，从而有效地对高尔夫球挥杆进行分析。另外，第一环节32的支点34位于连接高尔夫球手G双肩的直线的中央处。第一环节32和第二环节33的关节35位于高尔夫球杆14的握柄处。通过采用这种方式，从而高精度地对高尔夫球挥杆进行分析。

另外，虽然如上所述对本实施方式进行了详细说明，但是，还能够施以实体上未脱离本发明的创新点及效果的多种改变，这对于本领域普通技术人员而言是可以容易理解的。因此，这种改变例全部被包含在本发明的范围中。例如，在说明书或者附图中，对于至少一次与更加广义或者同义的不同用语一起被记载的用语，无论在说明书或者附图的任意地方，均能够被替换为该不同的用语。此外，高尔夫球挥杆分析装置11、第一惯性传感器12、第二惯性传感器13、运算处理电路16等的结构以及动作也并不限定于本实施方式中所说明的结构和动作，而能够进行各种各样的变形。

Claims

1.一种高尔夫球挥杆分析装置，

具备运算部，所述运算部利用被安装于高尔夫球手的前臂处的第一惯性传感器的输出、和被安装于高尔夫球杆上的第二惯性传感器的输出，而对所述高尔夫球手的前臂与所述高尔夫球杆之间的相对角度进行计算，

所述运算部具备：

第一矢量运算部，其根据所述第一惯性传感器的输出，而对所述第一惯性传感器的垂直轴方向的矢量进行运算；

第二矢量运算部，其根据所述第二惯性传感器的输出，而对所述第二惯性传感器的垂直轴方向的矢量进行运算；

相对角度运算部，其根据所述矢量，而对所述相对角度进行计算。

2.如权利要求1所述的高尔夫球挥杆分析装置，其中，

在进行对所述相对角度的计算时利用三维双摆模型，所述前臂形成所述三维双摆模型的第一环节，所述高尔夫球杆形成所述三维双摆模型的第二环节。

3.如权利要求2所述的高尔夫球挥杆分析装置，其中，

所述第一环节的支点位于连接所述高尔夫球手双肩的线的中央处，所述第一环节和所述第二环节的关节位于所述高尔夫球杆的握柄处。

4.如权利要求1所述的高尔夫球挥杆分析装置，其中，

所述第一惯性传感器和第二惯性传感器各自包括加速度传感器和陀螺传感器。

5.如权利要求1所述的高尔夫球挥杆分析装置，其中，

利用所述第一惯性传感器和所述第二惯性传感器的输出，而对所述前臂的总能量变化率进行计算。

6.如权利要求5所述的高尔夫球挥杆分析装置，其中，

具备能量变化率反转检测部，所述能量变化率反转检测部对所述前臂的所述总能量变化率的正负的反转进行确定。

7.如权利要求1所述的高尔夫球挥杆分析装置，其中，

具备图像数据生成部，所述图像数据生成部生成用于显示所述相对角度的变化的图像数据。

8.如权利要求7所述的高尔夫球挥杆分析装置，其中，

所述图像数据生成部生成在所述相对角度的图像中叠加显示出如下信息的图像数据，所述信息为，所述前臂的总能量变化率的正负发生反转的时刻信息。

9.一种高尔夫球挥杆分析方法，其中，

根据被安装于高尔夫球手的前臂处的第一惯性传感器的输出，而对所述第一惯性传感器的垂直轴方向的矢量进行运算，根据被安装于高尔夫球杆上的第二惯性传感器的输出，而对所述第二惯性传感器的垂直轴方向的矢量进行运算，根据所述矢量，而对所述高尔夫球手的前臂与所述高尔夫球杆之间的相对角度进行计算。

10.一种高尔夫球挥杆分析的显示方法，其中，

根据被安装于高尔夫球手的前臂处的第一惯性传感器的输出，而对所述第一惯性传感器的垂直轴方向的矢量进行运算，根据被安装于高尔夫球杆上的第二惯性传感器的输出，而对所述第二惯性传感器的垂直轴方向的矢量进行运算，根据所述矢量，而对所述高尔夫球手的前臂与所述高尔夫球杆之间的相对角度的变化进行计算，并对如下的图像进行显示，所述图像包括所述高尔夫球手的前臂与所述高尔夫球杆之间的相对角度的变化、以及由所述高尔夫球手的前臂所生成的总能量变化率的正负发生反转的时刻信息。