CN104225897B - 运动分析方法以及运动分析装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种运动分析方法以及运动分析装置。运动分析装置具备：运算单元(52)，所述运算单元(52)使用惯性传感器(12)的输出，来确定第一假想平面、即杆身平面，所述第一假想平面由表示静止姿态下的运动器具的杆身部延伸的方向的第一线段、和表示击球方向的第二线段构成。

Description

运动分析方法以及运动分析装置
技术领域
本发明涉及一种运动分析方法以及运动分析装置等。
背景技术
例如在作为运动的一个具体例的高尔夫中，公知有挥杆平面的概念。挥杆平面相当于挥杆时的高尔夫球杆的轨迹。例如在专利文献1及专利文献2中，通过摄像机等从受测者的后方对受测者的高尔夫挥杆进行拍摄，并根据拍摄出的图像来确定挥杆平面。
专利文献1的挥杆平面的求解方法为，根据图像数据而求出至少两个挥杆中的特定点，并根据该两点而对挥杆平面进行分析的方法。在该方法中，需要首先在挥杆结束后实施对图像数据进行编辑并求出特定点的操作，因此存在与实际的挥杆平面间的误差较大、且在显示挥杆平面之前将花费大量时间的问题。对于专利文献2而言，由于也需要对图像数据进行编辑的操作，因此存在与专利文献1相同的问题。
另外，在进行高尔夫挥杆的指导时，已知有杆身平面以及霍根平面(hogan plane)等的指标。杆身平面为，在高尔夫的瞄球时(静止状态)由高尔夫球杆的杆身的长轴方向与瞄准路线(击球方向)构成的平面，霍根平面为，在高尔夫的瞄球时，由从高尔夫球手的颈部(颈部的根部)连结至球的假想线与瞄准路线(击球方向)构成的平面。被该杆身平面和霍根平面夹持的区域被称为V区，在高尔夫球手瞄球时确定V区，并根据在击打时高尔夫球杆是否进入V区来评价击球的好坏。如果将这些杆身平面以及霍根平面作为指标而显示在图像上，则高尔夫球手容易掌握挥杆姿态的改进点。然而，在专利文献1以及2的方法中，在求取霍根平面时，从后方对瞄球时的高尔夫球手的姿态进行拍摄，且只能基于拍摄的图像通过人工利用规尺等连线而求得。因此，目前在高尔夫挥杆分析中，没有向高尔夫球手简单并高精度地提示杆身平面以及霍根平面的单元。
专利文献1：日本特开2009-20897号公报
专利文献2：日本特开2008-23036号公报
发明内容
根据本发明的至少一个方式，提供一种能够在分析挥杆等的运动时提示明确的指标的运动分析方法以及运动分析装置。
(1)本发明的一个方式的特征在于，使用被安装在运动器具上的第一惯性传感器的输出，来实施确定第一假想平面的运算，所述第一假想平面由表示静止姿态下的所述运动器具的杆身部延伸的方向的第一线段、和表示击球方向的第二线段构成。
在确立运动器具的静止姿态时，受测者再现击打的瞬间的姿态。其结果为，从“挥杆”的一系列的动作中提取出击球的瞬间的姿态。惯性传感器根据运动器具的姿态而输出检测信号。根据检测信号而确定第一假想平面。第一假想平面能够描绘出通过挥杆而挥动的运动器具的假想轨道。与假想轨道对比而对运动器具的轨迹进行观察。根据这种运动器具的轨迹来分析受测者的动作。如此，关于“挥杆”的运动而提供了明确的指标。在本发明的一个方式中，在高尔夫挥杆的情况下，将第一假想平面视为杆身平面，例如通过瞄球时的杆身平面的倾斜度，受测者能够掌握受测者与球之间的间隔的差异及受测者的姿态的差异，从而能够找出击球的好坏的原因。
(2)所述第一惯性传感器的输出包括加速度传感器的输出，使用来自所述静止姿态下的所述加速度传感器的输出而对所述运动器具的所述杆身部相对于重力方向的倾斜度进行计算，并使用所述倾斜度和所述杆身部的长度信息来决定所述第一线段。
在本发明的一个方式中，作为惯性传感器而使用了加速度传感器。通过来自静止姿态下的加速度传感器的输出，从而能够求出例如高尔夫球杆的杆身相对于重力方向倾斜的程度，并能够使用倾斜度信息和杆身的长度信息而容易地确定杆身平面。
(3)所述第二线段为，表示与所述运动器具的击球面交叉的方向的线段。在本发明的一个方式中，将击球方向作为瞄准路线，例如在高尔夫的情况下对作为第一假想平面的杆身平面进行计算。由此，受测者能够根据所感知到的假想轨道来实施“挥杆”的一系列的动作。如此，能够对挥杆的动作加以良好的改进。
(4)本发明的一个其他方式的特征在于，具备如下的单元，其使用被佩戴在受测者的臂部上的第二惯性传感器的输出来确定静止姿态下的所述受测者的肩部的位置，并实施确定第二假想平面的运算，所述第二假想平面由连结所述肩部的位置与击球位置的第一线段、和表示击球方向的第二线段构成。
在本发明的一个方式中，将第二假想平面视为霍根平面，例如通过瞄球时的霍根平面的倾斜度，受测者能够掌握受测者与球之间的间隔的差异及受测者的姿态的差异，从而能够找出击球的好坏的原因。
(5)所述惯性传感器的输出包括加速度传感器的输出，使用所述静止姿态下的所述加速度传感器的输出而对所述受测者的臂部的延伸方向相对于重力方向的倾斜度进行计算，并使用所述倾斜度与所述受测者的臂部的长度信息来决定所述肩部的位置。
在本发明的一个方式中，作为惯性传感器而使用了加速度传感器。通过来自静止姿态下的加速度传感器的输出，能够求出例如受测者的臂部的延伸方向相对于重力方向倾斜的程度，并能够使用倾斜度信息与臂部的长度信息来确定受测者的肩部的位置，从而能够容易地确定霍根平面。
(6)所述第二线段为，表示与所述运动器具的击球面交叉的方向的线段。在本发明的一个方式中，将击球方向作为瞄准路线，例如在高尔夫的情况下对作为第二假想平面的霍根平面进行计算。由此，受测者能够根据所感知到的假想轨道来实施“挥杆”的一系列的动作。如此，能够对挥杆的动作加以良好的改进。
(7)本发明的另一其他方式涉及一种运动分析方法，包括：使用被安装在运动器具上的第一惯性传感器的输出，来实施确定第一假想平面的运算的步骤，所述第一假想平面由表示静止姿态下的运动器具的杆身部延伸的方向的第一线段、和表示击球方向的第二线段构成；使用被佩戴在受测者的臂部上的第二惯性传感器的输出，来确定静止姿态下的所述受测者的肩部的位置，并实施确定第二假想平面的运算的步骤，所述第二假想平面由连结所述肩部的位置与击球位置的第三线段、和表示击球方向的所述第二线段构成。
在本发明的一个方式中，例如，在高尔夫挥杆的情况下，将第一假想平面视为杆身平面，将第二假想平面视为霍根平面，例如通过瞄球时的霍根平面的倾斜度，受测者能够掌握受测者与球之间的间隔的差异及受测者的姿态的差异，从而能够找出击球的好坏的原因。
(8)所述运动分析方法的特征在于，以将所述第二线段作为旋转轴而使所述第一假想平面进行旋转的方式来确定第二假想平面。在本发明的一个方式中，例如在高尔夫的情况下，仅在高尔夫球杆的杆身上安装惯性传感器，便能够确定作为第一假想平面的杆身平面和作为第二假想平面的霍根平面这两个平面。
(9)所述运动分析方法的特征在于，对所述第一假想平面和所述第二假想平面进行显示。视觉上在三维空间中向受测者提示假想平面。根据假想平面的提示，受测者能够明确地感知运动器具的假想轨道。受测者能够根据所感知到的假想轨道来实施“挥杆”的一系列的动作。如此，能够对挥杆的动作加以良好的改进。
(10)所述运动分析方法的特征在于，以与所述第一假想平面以及所述第二假想平面重叠的方式对挥杆的轨迹进行显示。在三维空间中同时向受测者提示由第一假想平面和第二假想平面夹持的区域(V区)以及挥杆时的运动器具的轨迹。受测者能够在视觉上将自身的挥杆与假想平面进行对比。例如通过反复进行姿态的变更和观察，从而能够通过试行错误而对高尔夫挥杆的姿态加以良好的改进。
(11)本发明的另一其他方式涉及一种运动分析装置，具备：第一运算单元，其使用被安装在运动器具上的第一惯性传感器的输出，来确定第一假想平面，所述第一假想平面由表示静止姿态下的运动器具的杆身部延伸的方向的第一线段、和表示击球方向的第二线段构成；第二运算单元，其使用被佩戴在受测者的臂部上的第二惯性传感器的输出，来确定静止姿态下的所述受测者的肩部的位置，并确定第二假想平面，所述第二假想平面由连结所述肩部的位置与击球位置的第三线段、和表示击球方向的所述第二线段构成。
在确立运动器具的静止姿态时，受测者再现击球的瞬间的姿态。其结果为，从“挥杆”的一系列的动作中提取出击球的瞬间的姿态。惯性传感器根据运动器具的姿态而输出检测信号。根据检测信号而确定假想平面。假想平面能够描绘出通过挥杆而挥动的运动器具的假想轨道。可与假想轨迹对比而对挥杆时的运动器具的轨迹进行观察。可根据这种运动器具的轨迹来分析受测者的动作。如此，关于“挥杆”的运动而提供了明确的指标。
附图说明
图1为示意性地表示本发明的一个实施方式所涉及的高尔夫挥杆分析装置的结构的概念图。
图2为示意性地表示挥杆模型与高尔夫球手以及高尔夫球杆之间的关系的概念图。
图3为关于在挥杆模型中所使用的球杆头的位置的概念图。
图4为示意性地表示第一实施方式所涉及的运算处理电路的结构的框图。
图5为示意性地表示杆身平面图像数据生成部以及霍根平面图像数据生成部的结构的框图。
图6为示意性地图示出表示杆身的长轴的线段的计算方法的概念图。
图7为杆身平面以及霍根平面的概念图。
图8为关于杆身平面的生成方法的概念图。
图9为关于霍根平面的生成方法的概念图。
图10为示意性地表示分析结果所涉及的图像的一个具体例的概念图。
图11为示意性地表示第二实施方式所涉及的高尔夫挥杆分析装置的运算处理电路的结构的框图。
图12为示意性地表示杆身平面图像数据生成部以及霍根平面图像数据生成部的结构的框图。
图13为关于杆身平面的生成方法的概念图。
图14为关于霍根平面的生成方法的概念图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。此外，以下所说明的本实施方式并非对权利要求书所记载的本发明的内容进行不当限定的方式，并且在本实施方式中所说明的所有结构未必都是作为本发明的解决方案所必需的。
(1)第一实施方式所涉及的高尔夫球杆分析装置的结构
在图1中，示意性地图示了本发明的第一实施方式所涉及的高尔夫挥杆分析装置(运动分析装置)11的结构。高尔夫挥杆分析装置11例如具备第一惯性传感器12和第二惯性传感器13。在第一及第二惯性传感器12、13上安装有加速度传感器以及陀螺传感器。加速度传感器能够分别对在正交的三个轴向上产生的加速度进行检测。陀螺传感器能够分别对围绕正交三轴的各个轴的角速度进行检测。第一及第二惯性传感器12、13输出检测信号。通过检测信号针对于各个轴而确定加速度以及角速度。加速度传感器以及陀螺传感器对加速度以及角速度的信息进行检测。第一惯性传感器12被佩戴于高尔夫球手的上肢(例如若为右手击球则佩戴于左臂)15上。在此，虽然图示了第一惯性传感器12被佩戴于高尔夫球手的前臂上的示例，但第一惯性传感器12也可以被佩戴于高尔夫球手的上臂、两肩等上半身上。第二惯性传感器13被安装于高尔夫球杆(运动器具)14上。高尔夫球杆14具备杆身14a以及握柄14b。握柄14b由手握持。握柄14b以与杆身14a的长轴同轴的方式而形成。在杆身14a的顶端上结合有球杆头14c。优选为，第二惯性传感器13被安装于作为高尔夫球杆14的杆身部的杆身14a或者握柄14b上。第一及第二惯性传感器12、13只要分别以无法相对移动的方式被固定于上肢15以及高尔夫球杆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的检测轴中的一个轴与杆身14a的长轴方向(杆身延伸的方向)一致。
高尔夫挥杆分析装置11具备运算处理电路(运算部)16。运算处理电路16与第一以及第二惯性传感器12、13相连接。在连接时，在运算处理电路16中连接有预定的接口电路17。该接口电路17可以以有线的方式与惯性传感器12、13连接，也可以以无线的方式与惯性传感器12、13连接。从惯性传感器12、13向运算处理电路16中输入检测信号。
在运算处理电路16中连接有存储装置18。在存储装置18中例如存储有高尔夫挥杆分析软件程序19以及相关的数据。运算处理电路16执行高尔夫挥杆分析软件程序19从而实现高尔夫挥杆分析方法。存储装置18中包括DRAM(动态随机存取存储器)或大容量存储装置单元、非易失性存储器等。例如在DRAM中，在实施高尔夫挥杆分析方法时暂时保存高尔夫挥杆分析软件程序19。在硬盘驱动装置(HDD)的大容量存储装置单元中，保存有高尔夫挥杆分析软件程序以及数据。在非易失性存储器中存储有BIOS(基本入输出系统)的相对小容量的程序及数据。
在运算处理电路16中连接有图像处理电路21。运算处理电路16向图像处理电路21输送预定的图像数据。图像处理电路21与显示装置22相连接。在连接时，在图像处理电路21中连接有预定的接口电路(未图示)。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的画面上显示有由图像信号确定的图像。对于显示装置22，利用了液晶显示器、其他的平板显示器。在此，运算处理电路16、存储装置18以及图像处理电路21例如作为计算机装置而被提供。
运算处理电路16与输入装置23相连接。输入装置23至少具备字母键以及数字键。从输入装置23向运算处理电路16中输入文字信息及数值信息。输入装置23例如只需由键盘构成即可。计算机装置以及键盘的组合例如可以被置换为智能电话、移动电话、平板电脑(个人计算机)。
(2)运动分析模型
运算处理电路16规定假想空间。假想空间由三维空间形成。三维空间确定实际空间。如图2所示，三维空间具有绝对基准坐标系(整体坐标系)Σxyz。在三维空间中按照绝对基准坐标系Σxyz而构建了三维运动分析模型26。三维运动分析模型26的直线27通过支点28(坐标x)而被点约束。直线27围绕支点28作为振子而进行三维动作。支点28的位置可以移动。在此，按照绝对基准坐标系Σxyz，直线27的重心29的位置由坐标xg确定，球杆头14c的位置由坐标xh确定。
三维运动分析模型26相当于将挥杆时的高尔夫球杆14模型化后的模型。振子的直线27反映高尔夫球杆14的杆身14a。直线27的支点28反映握柄14b。第二惯性传感器13被固定于直线27上。按照绝对基准坐标系Σxyz，第二惯性传感器13的位置由坐标xs确定。第二惯性传感器13输出加速度信号以及角速度信号。加速度信号的情况下，确定去除了重力加速度g的影响后而得到的加速度，
数学式1
在角速度信的情况下中确定角速度ω1、ω2。
运算处理电路16同样在第二惯性传感器13上固定局部坐标系Σs。局部坐标系Σs的原点被设定在第二惯性传感器13的检测轴的原点上。局部坐标系Σs的y轴与杆身14a的轴一致。局部坐标系Σs的x轴与由杆面的朝向所确定的击球方向一致。因此，按照该局部坐标系Σs，支点的位置lsj由(0，lsjy，0)确定。同样，在该局部坐标系Σs上，重心29的位置lsg由(0，lsgy，0)确定，球杆头14c的位置lsh由(0，lshy，0)确定。
如图3所示，在球杆头14c中，杆身14a被插入至杆颈41中。在杆颈41与杆身14a的边界处配置有金属箍42。杆颈41以及金属箍42的长轴以与杆身14a的长轴43同轴的方式而配置。球杆头14c的位置只要由例如杆身14a的长轴方向(轴线)43的延长线与球杆头14c的底部44的交点45确定即可。或者球杆头14c的位置也可以由球杆头14c的底部44与地面G平坦接触时杆身14a的长轴43的延长线与地面G的交点46确定。此外，只要不对后文中将要叙述的图像化造成妨碍，球杆头14c的位置也可以设定在球杆头14c的前部47、根部48、底部44的其他部位、顶部49及上述部位的周边。但是，优选为，球杆头14c的位置被设定在杆身14a的轴方向43(或其延长线上)。
(3)第一实施方式所涉及的运算处理电路的结构
在图4中，示意性地图示了第一实施方式所涉及的运算处理电路16的结构。运算处理电路16具备位置计算部51。加速度信号以及角速度信号从第一惯性传感器12以及第二惯性传感器13被输入至位置计算部51。位置计算部51至少根据加速度信号，按照假想三维空间的绝对基准坐标系，而对球杆头14c的坐标、握柄端部的坐标以及受测者的肩部的坐标进行计算。计算方法将在后文进行叙述。在计算时，位置计算部51从存储装置18取得球杆头数据、握柄端部数据等的与杆身的长度信息有关的数据以及肩部数据的各种数值数据。球杆头数据例如按照第二惯性传感器13的输出来确定球杆头14c的位置。握柄端部数据例如按照第二惯性传感器13的输出来确定握柄端部的位置。除此以外，在确定球杆头14c的位置及握柄端部的位置时，也可以确定高尔夫球杆14的长度并确定在该高尔夫球杆14上第二惯性传感器13的位置。肩部数据例如按照第一惯性传感器12的输出来确定受测者的肩部的位置。或者，肩部的位置可以基于表示从第一惯性传感器12到受测者的肩部的距离的长度的数据来确定。除此以外，在确定肩部的位置时，也可以确定受测者的身长及左臂的长度并确定在该臂上第一惯性传感器12的位置。
运算处理电路16具备杆身平面图像数据生成部52以及霍根平面图像数据生成部53。杆身平面为，在高尔夫的瞄球时(静止状态)由高尔夫球杆14的杆身14a的长轴方向与瞄准线(击球方向)构成的平面，霍根平面为，在高尔夫的瞄球时，由从高尔夫球手的颈部(颈部的根部)连结至球的假想线与瞄准线(击球方向)构成的平面。另外，由于在霍根平面中，在从侧面观察受测者时颈部的位置与肩部的位置几乎在同一直线上排列，因此也可以称为从高尔夫球手的肩部连结至球的假想线。杆身平面图像数据生成部52以及霍根平面图像数据生成部53与位置计算部51连接。杆身平面图像数据生成部52根据握柄端部的坐标，生成以三维的方式将第一假想平面即杆身平面视觉化的三维图像数据。在生成该三维图像数据时，杆身平面图像数据生成部52参照瞄准线数据。瞄准线数据表示在绝对基准坐标系中确定击球方向的线段、即瞄准线。另外，瞄准线也可以称为与瞄球时(静止时)的球杆头14c的杆面交叉的方向。霍根平面图像数据生成部53根据受测者的肩部的坐标，而生成以三维的方式将第二假想平面即霍根平面视觉化的三维图像数据。在生成该三维图像数据时，霍根平面图像数据生成部53同样参照瞄准线数据。
运算处理电路16具备挥杆动作计算部54。加速度信号以及角速度信号从第一惯性传感器12以及第二惯性传感器13被输入至挥杆动作计算部54。挥杆动作计算部54根据加速度以及角速度而对挥杆时的高尔夫球杆14的移动轨迹进行计算。
运算处理电路16具备挥杆图像数据生成部55。挥杆图像数据生成部55与挥杆动作计算部54连接。挥杆图像数据生成部55生成沿时间轴将高尔夫球杆14的移动轨迹视觉化的三维图像数据。
运算处理电路16具备描绘部56。描绘部56与杆身平面图像数据生成部52、霍根平面图像数据生成部53以及挥杆图像数据生成部55连接。描绘部56根据杆身平面图像数据生成部52的三维图像数据、霍根平面图像数据生成部53的三维图像数据以及挥杆图像数据生成部55的三维图像数据，而以杆身平面以及霍根平面重叠的方式生成将高尔夫球杆14的移动轨迹视觉化的三维图像数据。
如图5所示，杆身平面图像数据生成部52具备共用坐标计算部57、杆身平面基准坐标计算部58、杆身平面顶点坐标计算部59以及杆身平面多边形数据生成部61。共用坐标计算部57根据瞄准线数据而对杆身平面的两个顶点的坐标进行计算。详细情况将在后文进行叙述。杆身平面基准坐标计算部58根据握柄端部的坐标而在杆身14a的长轴43的延长线上对杆身平面的基准位置进行计算。在杆身平面基准坐标计算部58上连接有杆身平面顶点坐标计算部59。杆身平面顶点坐标计算部59根据所计算出的杆身平面的基准位置而对杆身平面的两个顶点的坐标进行计算。在杆身平面顶点坐标计算部59以及共用坐标计算部57上连接有杆身平面多边形数据生成部61。杆身平面多边形数据生成部61根据所计算出的总计四个顶点的坐标而生成杆身平面的多边形数据。该多边形数据相当于以三维的方式将杆身平面视觉化的三维图像数据。
同样，霍根平面图像数据生成部53具备共用坐标计算部57、霍根平面基准坐标计算部62、霍根平面顶点坐标计算部63以及霍根平面多边形数据生成部64。共用坐标计算部57根据瞄准线数据而对霍根平面的两个顶点的坐标进行计算。在此，由于在瞄准线上杆身平面的两个顶点与霍根平面的两个顶点相互重叠，因此霍根平面图像数据生成部53与杆身平面图像数据生成部52共享共用坐标计算部57。霍根平面基准坐标计算部62根据肩部的坐标而在左臂的长轴的延长线上对霍根平面的基准位置进行计算。在霍根平面基准坐标计算部62上连接有霍根平面顶点坐标计算部63。霍根平面顶点坐标计算部63根据所计算出的霍根平面的基准位置而对霍根平面的两个顶点的坐标进行计算。在霍根平面顶点坐标计算部63以及共用坐标计算部57上连接有霍根平面多边形数据生成部64。霍根平面多边形数据生成部64根据所计算出的总计四个顶点的坐标而生成霍根平面的多边形数据。该多边形数据相当于以三维的方式将霍根平面视觉化的三维图像数据。
在此，在图6中，图示了表示构成杆身平面(第一假想平面)的杆身14a的长轴43延伸的方向的线段(第一线段)81的求解方法的一个示例。该线段81根据在静止姿态时的高尔夫球杆14的杆身14a上所安装的第二惯性传感器13的加速度传感器的输出而求出。第二惯性传感器13的加速度传感器具有多个检测轴，检测轴中的一个以与杆身14a的长轴方向一致的方式而被固定在杆身14a上。在第二惯性传感器13上作用有与向下的重力82相反的朝上的力83。第二惯性传感器13的加速度传感器将因重力82而作用的朝上的力83分解为沿着杆身14a的长轴方向的第一分力84、和与杆身14a的长轴方向正交的第二分力85，并对其进行计测。根据被分解的分力84、85通过三角函数而求出相对于重力方向的杆身14a的长轴方向的倾斜角度φ。在此，分力84相当于杆身长轴方向(y轴方向)上的加速度矢量(＝|y|)，分力85相当于与该加速度矢量正交的方向(例如z轴方向)上的加速度矢量(＝|z|)。
数学式2
接下来，根据被预先输入的杆身14a的长度信息、和之前所求出的杆身14a的长轴方向的倾斜角度φ来决定线段81。由此，确定了假想三维空间中的球杆头14c的位置坐标。另外，杆身14a的长度信息可以使用从第二惯性传感器13的位置到球杆头14c的端部为止的距离。将包含该线段81和后文叙述的瞄准线(击球方向)的平面确定为杆身平面。
虽然未图示，但在求取霍根平面(第二假想平面)时，使用被佩戴于受测者的臂部上的第一惯性传感器12的加速度传感器，与上述的杆身平面的线段81同样地，求出相对于重力方向的静止姿态下的受测者的臂部的倾斜度，并通过被预先输入的受测者的臂部的长度信息和臂部的倾斜角度来对构成霍根平面的线段进行计算。
接下来，参照图7～图9，对杆身平面图像数据生成部52以及霍根平面图像数据生成部53进行详细叙述。共用坐标计算部57在计算顶点的坐标时，参照球杆头14c的坐标以及尺度数据。由图7可知，尺度数据确定在瞄准线66上表示杆身平面67的大小的数值TL。数值TL被设定为，挥杆动作被投影到杆身平面67上时挥杆动作整体收敛于杆身平面67内的大小。共用坐标计算部57在计算顶点的坐标时，可以将球杆头14c的坐标与瞄准线66比对，并球杆头14c与瞄准线66位置对齐。
杆身平面基准坐标计算部58在计算基准位置时参照第一尺度因子数据。如图8所示，第一尺度因子数据确定杆身14a的长轴43的放大率S。根据放大率S，超出握柄端部(0，Gy，Gz)而确定杆身14a的长轴43的延长线。在延长线的端部确定杆身平面67的基准位置68(0，Sy，Sz)。长轴43的放大率S被设定为，挥杆动作被投影到杆身平面67上时挥杆动作的整体收敛于杆身平面67内的数值。
杆身平面顶点坐标计算部59在计算顶点的坐标时参照尺度数据。由图7可知，确定了通过杆身平面67的基准位置68的长度TL的线段。在该线段的两端得到顶点的坐标S1、S2。
霍根平面基准坐标计算部62在计算基准位置时参照第二尺度因子数据。如图9所示，第二尺度因子数据确定连结肩与球杆头14c的线段的放大率H。根据放大率H，超过肩部而确定线段的延长线。线段的放大率H被设定为，挥杆动作被投影到霍根平面69上时挥杆动作整体收敛于霍根平面69内的数值。在图9中，在确定放大率H时，肩部被投影到包含杆身14a的长轴43的yz平面上。根据所投影的位置来确定霍根平面69的基准位置71(0，Hy，Hz)。因此，基准位置71(0，Hy，Hz)在yz平面内被确定。
霍根平面顶点坐标计算部63在计算顶点的坐标时参照尺度数据。由图7可知，确定了通过霍根平面69的基准位置71的长度TL的线段。在该线段的两端得到顶点H1、H2的坐标。
(4)高尔夫挥杆分析装置的动作
对高尔夫挥杆分析装置11的动作进行简单说明。首先，对高尔夫球手的高尔夫挥杆进行计测。在计测之前所需的信息从输入装置23被输入至运算处理电路16。所输入的信息例如通过特定的标识符而被管理。标识符只需对特定的高尔夫球手进行识别即可。
在计测之前，第一以及第二惯性传感器12、13被安装于高尔夫球杆14以及高尔夫球手的上肢15上。对于上肢15而言，如果是右手击球则选择左臂即可。这是由于，如果为左臂，则在高尔夫挥杆的开始到击打为止肘部的弯曲较少。第一以及第二惯性传感器12、13以无法相对移动的方式被固定于高尔夫球杆14以及上肢15上。
在执行高尔夫挥杆之前，开始第一以及第二惯性传感器12、13的计测。在计测开始时，第一以及第二惯性传感器12、13被设定为预定的位置以及姿态。在计测过程中，在第一以及第二惯性传感器12、13之间被确保同步。第一以及第二惯性传感器12、13以特定的采样间隔持续对加速度以及角速度进行计测。采样间隔规定测量的分辨率。第一以及第二惯性传感器12、13的检测信号可以被实时地送入至运算处理电路16，也可以暂时存储于惯性传感器12、13中所内置的存储装置中。在后者的情况下，在高尔夫挥杆的结束后检测信号只需以有线或者无线的方式被发送至向运算处理电路16即可。
在高尔夫挥杆的测量时，受测者最初采用瞄球的姿态。在该瞄球时，受测者再现击打的瞬间的姿态。其结果为，从“高尔夫挥杆”这一系列的动作中提取出击打的瞬间的姿态。此时，高尔夫球杆14被保持为静止姿态。受测者的上肢15的姿态被固定。从第一以及第二惯性传感器12、13输出瞄球时的检测信号。在此，当高尔夫球杆14以及上肢15的静止姿态被维持了预定的时间间隔时，可以向受测者通知瞄球时的测量结束。在这种通知中，例如可以使用听觉的信号。接下来，受测者实施挥杆动作。高尔夫挥杆从后摆杆开始，在上挥杆后挥落，经过击打后，送杆，然后收杆。在挥杆动作中，从第一以及第二惯性传感器12、13输出检测信号。
根据检测信号的接收，运算处理电路16执行高尔夫挥杆的分析。分析可以在从后摆杆开始起到送杆结束为止的期间内实施，也可以在从后摆杆开始起到击打为止的期间内实施。运算处理电路16的杆身平面图像数据生成部52根据瞄球时来自加速度传感器的检测信号而对杆身平面进行计算。运算处理电路16的霍根平面图像数据生成部53根据瞄球时来自加速度传感器的检测信号而对霍根平面进行计算。运算处理电路16的挥杆图像数据生成部55根据挥杆动作时的检测信号而对高尔夫球杆14及上肢15的移动轨迹进行计算。如图10所示，根据杆身平面及霍根平面的计算以及高尔夫球杆14及上肢15的轨迹的计算，运算处理电路16的描绘部56与杆身平面67以及霍根平面69重叠地生成以三维的方式将高尔夫球杆14以及上肢15的轨迹75视觉化的三维图像数据。三维图像数据被供给至图像处理电路21。其结果为，在显示装置22的画面上显示有预期的图像。由此，通过受测者击打时的高尔夫球杆是否收敛于被瞄球时的杆身平面67与霍根平面69夹持的区域(V区)，从而能够将击球的好坏形成指标。
在此，根据瞄球时的检测信号而计算出瞄准线66。优选为，在计算时预先使第二惯性传感器13的多个检测轴中的一个与由杆面的朝向确定的击球方向(图7中的x轴)一致。因此，当在瞄球时确定了球杆头14c的坐标时，根据第二惯性传感器13的x轴方向上的平行移动而确定了瞄准线66。但是，瞄准线66的确定也可以通过其他的方法来实现。另外在其他的手段中，也可以通过高尔夫球杆的长轴方向上的加速度矢量与重力加速度方向上的加速度矢量的矢量积来确定瞄准线66。
第一以及第二惯性传感器12、13根据瞄球时的高尔夫球杆14以及上肢15的姿态而从加速度传感器输出检测信号。根据来自加速度传感器的检测信号杆身平面67以及霍根平面69在上述方法中被确定。杆身平面67能够描绘出通过高尔夫挥杆而摆动的高尔夫球杆14的假想轨道。与假想轨道对比而对挥杆时的高尔夫球杆14的轨迹进行观察。同样，与霍根平面69对比而对挥杆时的高尔夫球杆14的轨迹进行观察。根据这种高尔夫球杆14的轨迹来分析受测者的挥杆动作。如此，关于“高尔夫挥杆”的运动而提供了明确的指标。另外，虽然陀螺传感器在计算高尔夫球杆的挥杆轨道方面为必需，但也可以根据需要而在静止姿态时的杆身平面67以及霍根平面69的计算中辅助使用。
如上所述，在视觉上在三维空间中向受测者提示杆身平面67以及霍根平面69。根据杆身平面67以及霍根平面69的提示，受测者能够明确地感知高尔夫球杆14的假想轨道。受测者能够根据感知到的假想轨道，来实施“高尔夫挥杆”的一系列的动作。如此，能够对高尔夫挥杆的动作加以良好的改进。
除此以外，在三维空间中同时向受测者提示杆身平面67及霍根平面69和挥杆时的高尔夫球杆14的轨迹。受测者能够在视觉上将自身的挥杆与杆身平面67以及霍根平面69进行对比。通过例如重复姿态的变更和观察，从而能够通过试行错误而对高尔夫挥杆的姿态加以良好的改进。
(5)第二实施方式所涉及的高尔夫挥杆分析的结构
在图11中，示意性地图示了第二实施方式所涉及的高尔夫挥杆分析装置11a的结构。在该高尔夫挥杆分析装置11a中，与第一实施方式所涉及的高尔夫挥杆分析装置11相比省略了第一惯性传感器12。即，在高尔夫挥杆的分析时，使用了单个的惯性传感器即第二惯性传感器13。将第一实施方式的运算处理电路16置换为运算处理电路16a。位置计算部51a只需按照假想三维空间的绝对基准坐标对球杆头14c的坐标以及握柄端部的坐标进行计算即可。挥杆动作计算部54a只需按照绝对基准坐标而对受测者的臂部或者球杆头的位移进行计算即可。
如图12所示，杆身平面图像数据生成部52以与上述情况同样的方式而构成。另一方面，霍根平面图像数据生成部53a的霍根平面基准坐标计算部76与杆身平面基准坐标计算部58连接。霍根平面基准坐标计算部76根据杆身平面67的基准位置而对霍根平面的基准位置进行计算。在计算时，霍根平面基准坐标计算部76参照角度数据。角度数据只需被预先存储于存储装置18中即可。根据所计算出的基准位置，与上述情况同样，霍根平面顶点坐标计算部63对霍根平面69的两个顶点进行计算。
如图13所示，在计算霍根平面的基准位置(0，Hy，Hz)时，杆身平面67的长度SL与角度Sθ被发送至霍根平面基准坐标计算部76。长度SL以及角度Sθ根据杆身平面67的基准位置68的坐标(0，Sy，Sz)来进行计算。它们可以由杆身平面基准坐标计算部58来进行计算，也可以由霍根平面基准坐标计算部76来进行计算。
如图14所示，霍根平面基准坐标计算部76使杆身平面67的基准位置68围绕瞄准线66进行旋转。该旋转的角度θd由角度数据确定。根据旋转得到霍根平面69的基准位置(0，Hy，Hz)。如此，根据高尔夫挥杆分析装置11a，利用单个惯性传感器(第二惯性传感器13)而实现了高尔夫挥杆的分析。
另外，在以上的实施方式中，运算处理电路16、16a的各个功能模块根据高尔夫挥杆分析软件程序19的执行而被实现。但是，各个功能模块也可以不依赖于软件处理而由硬件来实现。除此以外，高尔夫挥杆分析装置11、11a还可以被应用于以手握的方式进行摆动的运动器具(例如，网球拍、乒乓球拍)的挥击分析中。在这些情况下，在挥击分析时只需使用相当于杆身平面的假想平面即可。
虽然如上所述对本实施方式进行了详细说明，但对于本领域技术人员来说能够很容易理解出未实质脱离本发明的创新部分以及效果的多种改变。因此，这种变形例全部包含于本发明的范围内。例如，在说明书或者附图中，至少一次与更广义或者同义的不同用语一起记载的用语，在说明书或者附图的任何部位均能够被替换为不同的用语。另外，第一以及第二惯性传感器12、13、高尔夫球杆14、握柄14b、球杆头14c、运算处理电路16、16a等的结构以及动作不限定于本实施方式中所说明的情况，能够进行各种改变。例如，虽然在本申请发明中以具有击球面和杆身部的高尔夫球杆这种运动器具为例而进行了说明，但杆身部可以不必为直线状，也可以应用于在长轴方向上弯曲或折曲了的这种运动器具。另外，虽然在本申请发明中以高尔夫挥杆为例而进行了说明，但也可以将本发明的概念应用于作为通过运动器具来击球的运动的网球或棒球等中，对受测者提供挥杆的好坏的指标。
符号说明
11 运动分析装置(高尔夫挥杆分析装置)；11a 运动分析装置(高尔夫挥杆分析装置)；12 第一惯性传感器；13 第二惯性传感器；14 运动器具(高尔夫球杆)；14a 杆身部(杆身)；16 计算机(运算处理电路)；16a计算机(运算处理电路)；19 运动分析程序(高尔夫挥杆分析软件程序)；43 轴线(长轴)；52 第一运算单元(杆身平面图像数据生成部)；53 第二运算单元(霍根平面图像数据生成部)；56 图像数据生成部(描绘部)；66 第二线段(瞄准线)；67 第一假想平面(杆身平面)；69 第二假想平面(霍根平面)；81 第一线段。

Claims (26)

1.一种运动分析装置，其特征在于，具备：
运算单元，其使用惯性传感器的输出来确定第一平面，所述第一平面包括在运动器具的静止状态下的所述运动器具的杆身部的延伸方向上延伸的第一直线、和表示击球方向的第二直线。
2.如权利要求1所述的运动分析装置，其特征在于，
所述惯性传感器的输出包括加速度传感器的输出，
所述运算单元使用来自所述静止状态下的所述加速度传感器的输出而对所述运动器具的所述杆身部相对于重力方向的倾斜度进行计算，并使用所述倾斜度和所述杆身部的长度信息来求出所述第一直线。
3.如权利要求1或2所述的运动分析装置，其特征在于，
所述第二直线在相对于所述运动器具的击球面而交叉的方向上延伸。
4.如权利要求1或2所述的运动分析装置，其特征在于，
所述第二直线在相对于所述运动器具的击球面而正交的方向上延伸。
5.如权利要求1或2所述的运动分析装置，其特征在于，
所述惯性传感器被安装在所述运动器具的所述杆身部上。
6.如权利要求1或2所述的运动分析装置，其特征在于，
所述运算单元以所述第二直线为旋转轴而使所述第一平面旋转，从而确定第二平面。
7.如权利要求1或2所述的运动分析装置，其特征在于，
所述运算单元进一步确定第二平面，并且所述第一平面与所述第二平面在所述第二直线上相交而成预定角度。
8.一种运算处理电路，其特征在于，
使用惯性传感器的输出来确定第一平面，所述第一平面包括在运动器具的静止状态下的所述运动器具的杆身部的延伸方向上延伸的第一直线、和表示击球方向的第二直线。
9.如权利要求8所述的运算处理电路，其特征在于，
所述运算处理电路以所述第二直线为旋转轴而使所述第一平面旋转，从而确定第二平面。
10.如权利要求8所述的运算处理电路，其特征在于，
所述运算处理电路进一步确定第二平面，并且所述第一平面与所述第二平面在所述第二直线上相交而成预定角度。
11.一种计算机装置，其特征在于，具备：
运算处理电路，其使用惯性传感器的输出来确定第一平面，所述第一平面包括在运动器具的静止状态下的所述运动器具的杆身部的延伸方向上延伸的第一直线、和表示击球方向的第二直线；
存储装置，其保存有用于使用所述惯性传感器的输出而实施运动分析的程序；
图像处理电路，其生成用于显示所述第一平面和所述运动分析的结果的图像数据。
12.如权利要求11所述的计算机装置，其特征在于，
所述运算处理电路以所述第二直线为旋转轴而使所述第一平面旋转，从而确定第二平面。
13.如权利要求11所述的计算机装置，其特征在于，
所述运算处理电路进一步确定第二平面，并且所述第一平面与所述第二平面在所述第二直线上相交而成预定角度。
14.一种运动分析装置，其特征在于，具备：
运算单元，其使用惯性传感器的输出来确定第一平面，所述第一平面包括连结受测者的静止姿态下的所述受测者的颈部或肩部与击球位置的第一直线、和表示击球方向的第二直线。
15.如权利要求14所述的运动分析装置，其特征在于，
所述惯性传感器的输出包括加速度传感器的输出，
所述运算单元使用来自所述静止姿态下的所述加速度传感器的输出而对所述受测者的臂部的延伸方向相对于重力方向的倾斜度进行计算，并使用所述倾斜度与所述受测者的臂部的长度信息而对所述受测者的颈部或肩部的位置进行推断，并基于此而求出所述第一直线。
16.如权利要求14或15所述的运动分析装置，其特征在于，
所述第二直线在相对于所述运动器具的击球面而交叉的方向上延伸。
17.如权利要求14或15所述的运动分析装置，其特征在于，
所述第二直线在相对于所述运动器具的击球面而正交的方向上延伸。
18.一种运算处理电路，其特征在于，
使用惯性传感器的输出来确定第一平面，所述第一平面包括连结受测者的静止姿态下的所述受测者的颈部或肩部与击球位置的第一直线、和表示击球方向的第二直线。
19.一种计算机装置，其特征在于，具备：
运算处理电路，其使用惯性传感器的输出来确定第一平面，所述第一平面包括连结受测者的静止姿态下的所述受测者的颈部或肩部与击球位置的第一直线、和表示击球方向的第二直线；
存储装置，其保存有用于使用所述惯性传感器的输出而用于实施运动分析的程序；
图像处理电路，其生成用于显示所述第一平面和所述运动分析的结果的图像数据。
20.一种运动分析装置，具备：
第一运算单元，其使用惯性传感器的输出来确定第一平面，所述第一平面包括在运动器具的静止状态下的所述运动器具的杆身部的延伸方向上延伸的第一直线、和表示击球方向的第二直线；
第二运算单元，其使用所述惯性传感器的输出来确定第二平面，所述第二平面包括连结受测者的静止姿态下的所述受测者的颈部或肩部与击球位置的第三直线、和表示击球方向的所述第二直线。
21.如权利要求20所述的运动分析装置，其特征在于，
所述惯性传感器的输出包括加速度传感器的输出，
所述第一运算单元使用来自所述静止状态下的所述加速度传感器的输出而对所述运动器具的所述杆身部相对于重力方向的倾斜度进行计算，并使用所述倾斜度与所述杆身部的长度信息而求出所述第一直线。
22.如权利要求20所述的运动分析装置，其特征在于，
所述惯性传感器的输出包括加速度传感器的输出，
所述第二运算单元使用所述静止姿态下的所述加速度传感器的输出而对所述受测者的臂部相对于重力方向的倾斜度进行计算，并使用所述倾斜度与所述受测者的臂部的长度信息而对所述受测者的颈部或肩部的位置进行推断，并基于此而求出所述第三直线。
23.如权利要求20至22中的任一项所述的运动分析装置，其特征在于，
所述第二直线在相对于所述运动器具的击球面而交叉的方向上延伸。
24.如权利要求20至22中的任一项所述的运动分析装置，其特征在于，生成所述第一平面及所述第二平面中的至少第一平面的图像数据。
25.如权利要求20至22中的任一项所述的运动分析装置，其特征在于，对所述运动器具的挥杆轨迹进行计算，并且显示所述第一平面及所述第二平面中的至少第一平面和所述挥杆轨迹。
26.一种显示方法，其特征在于，
使用惯性传感器的输出来确定第一平面，并将所定的所述第一平面显示于显示装置上，其中，所述第一平面包括在运动器具的静止状态下的所述运动器具的杆身部的延伸方向上延伸的第一直线、和表示击球方向的第二直线。
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