CN106102844A - 运动分析方法、运动分析装置、运动分析系统以及程序 - Google Patents

Abstract

本发明提供为了使被测者改善挥击而能够提示有益的信息的运动分析方法、运动分析装置、运动分析系统以及程序。本发明的运动分析方法包括：第一姿态信息生成工序，其使用惯性传感器的输出来生成与被测者的瞄球时的运动器具的姿态相关的第一姿态信息；第二姿态信息生成工序，其使用惯性传感器的输出来生成与被测者的击球时的运动器具的姿态相关的第二姿态信息；姿态差别信息生成工序，其使用第一姿态信息和第二姿态信息来生成与被测者的瞄球时的运动器具的姿态和被测者的击球时的运动器具的姿态之间的姿态差别相关的姿态差别信息。

Description

运动分析方法、运动分析装置、运动分析系统以及程序

技术领域

本发明涉及对被测者的运动进行分析的运动分析方法、运动分析装置、运动分析系统及程序。

背景技术

以往，已知有一种利用照相机来对高尔夫球的挥击进行拍摄，并基于拍摄图像来对挥击进行分析的照相机系统，但是，在这种照相机系统中，需要大量的装置且需要选择设置地点，因此不能简易地进行计测，从而其便利性较差。与之相对，在专利文献1中，提出了在高尔夫球杆上安装三轴的加速度传感器和三轴的陀螺传感器并使用这些传感器的输出来对挥击进行分析的装置，如果使用该装置，则不需要照相机，从而便利性会提高。此外，由于在使用了传感器的高尔夫球挥击分析装置中，能够提示击打时的信息，因此被测者能够知道是否为能够向瞄准的方向击球的理想挥击。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开2008-73210号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，存在以下问题，即，由于挥击的习惯的个体差异较大，因此理想的挥击也各不相同，即使被测者从击打时的信息知道并不是理想的挥击，也必须在多次失败中寻找适合自己的理想的挥击。

用于解决课题的方法

本发明鉴于上述问题而被完成，根据本发明的几个方式，能够提供为了使被测者改善挥击而提示有益的信息的运动分析方法、运动分析装置、运动分析系统以及程序。

本发明为解决上述问题的至少一部分而被完成，其能够作为如下的方式或应用例而实现。

[应用例1]

本应用例涉及的一种运动分析方法包括：第一姿态信息生成工序，其使用惯性传感器的输出来生成与被测者的瞄球时的运动器具的姿态相关的第一姿态信息；第二姿态信息生成工序，其使用所述惯性传感器的输出来生成与所述被测者的击球时的运动器具的姿态相关的第二姿态信息；姿态差别信息生成工序，其使用所述第一姿态信息和所述第二姿态信息来生成与所述瞄球时的所述运动器具的姿态和所述击球时的所述运动器具的姿态之间的姿态差别相关的姿态差别信息。

运动器具是例如高尔夫球杆、网球拍、棒球棒、曲棍球的球棍等击球所使用的器具。

传感器单元只要为能够对加速度或角速度等的惯性量进行计测的传感器即可，例如，也可以为能够对加速度或角速度进行计测的惯性计测单元(IMU：InertialMeasurement Unit)。此外，惯性传感器可以是可拆装的，也可以是例如内置于运动器具等的被实施固定而不能够拆下的传感器。

根据本应用例涉及的运动分析方法，能够提示用于使被测者改善挥击的有益信息、即瞄球时的运动器具的姿态和击球时的运动器具的姿态之间的姿态差别的信息，从而促进被测者改善挥击。

此外，根据本应用例所涉及的运动分析方法，由于能够使用安装于运动器具的惯性传感器的输出来生成姿态差别信息，因此不需要准备照相机等的大型的测量工具，且不会很大程度地受到计测场所的限制。

[应用例2]

上述应用例涉及的运动分析方法中也可以采用如下方式，即，所述惯性传感器包括加速度传感器，在所述第一姿态信息生成工序中，使用所述瞄球时的所述加速度传感器的输出来对以重力加速度的方向为基准的所述运动器具的倾斜量进行计算，并使用该倾斜量来生成所述第一姿态信息。

根据本应用例涉及的运动分析方法，能够使用瞄球时的加速度传感器的输出来确定重力加速度的方向，并生成第一姿态信息。

[应用例3]

在上述应用例所涉及的运动分析方法中也可以采用如下方式，即，所述惯性传感器包括角速度传感器，在所述第二姿态信息生成工序中，使用所述角速度传感器的输出来对从所述瞄球时到所述击球时的所述惯性传感器的姿态变化量进行计算，并使用该姿态变化量来生成所述第二姿态信息。

根据本应用例所涉及的运动分析方法，能够对瞄球时的运动器具的姿态和从瞄球时至击球时的运动器具的姿态变化进行运算，从而确定击球时的运动器具的姿态，并生成第二姿态信息。

[应用例4]

上述应用例所涉及的运动分析方法也可以包括建议信息生成工序，所述建议信息生成工序使用所述姿态差别信息来生成与在所述瞄球时所述运动器具或者所述被测者所应当采取的姿态相关的建议信息。

根据本应用例所涉及的运动分析方法，被测者能够基于建议信息而具体地了解到在瞄球时运动器具或被测者自身所应当采取的姿态。

[应用例5]

在上述应用例涉及的运动分析方法中，所述第一姿态信息以及所述第二姿态信息也可以包括所述运动器具的杆身相对于水平面的角度的信息。

杆身是运动器具的柄的部分，也可以包括握柄部。

根据本应用例所涉及的运动分析方法，能够提示基于瞄球时的杆身相对于水平面的角度与击球时的杆身相对于水平面的角度之差的信息。

[应用例6]

在上述应用例涉及的运动分析方法中，所述第一姿态信息以及所述第二姿态信息也可以包括所述运动器具的击打面相对于与表示击球方向的目标线正交的假想面的角度的信息。

根据本应用例所涉及的运动分析方法，能够提示基于瞄球时的击打面相对于与目标线正交的假想面的角度与击球时的击打面相对于与目标线正交的假想面的角度的差的信息。

[应用例7]

在上述应用例涉及的运动分析方法中，所述第一姿态信息以及所述第二姿态信息也可以包括所述运动器具的击打面相对于与水平面正交的面的角度的信息。

根据本应用例所涉及的运动分析方法，能够提示基于瞄球时的击打面相对于与水平面正交的面的角度与击球时的击打面相对于与水平面正交的面的角度之差的信息。

[应用例8]

在上述应用例涉及的运动分析方法中，所述惯性传感器也可以被安装在所述运动器具上。

[应用例9]

在上述应用例涉及的运动分析方法中，所述运动器具也可以是高尔夫球杆。

根据本应用例涉及的运动分析方法，能够促进被测者改善挥击。

[应用例10]

本应用例所涉及的一种运动分析装置包括：第一姿态信息生成部，其使用惯性传感器的输出来生成与被测者的瞄球时的运动器具的姿态相关的第一姿态信息；第二姿态信息生成部，其使用所述惯性传感器的输出来生成与所述被测者的击球时的所述运动器具的姿态相关的第二姿态信息；姿态差别信息生成部，其使用所述第一姿态信息和所述第二姿态信息来生成与所述瞄球时的所述运动器具的姿态和所述击球时的所述运动器具的姿态之间的姿态差别相关的姿态差别信息。

根据本应用例涉及的运动分析装置，能够提示瞄球时的运动器具的姿态和击球时的运动器具的姿态之间的姿态差别的信息，并能够促进被测者改善挥击。

此外，根据本应用例涉及的运动分析装置，由于能够使用被安装在运动器具上的惯性传感器的输出来生成姿态差别信息，因此不需要准备照相机等大型的测量工具，且不会很大程度地受到测量场所的限制。

[应用例11]

本应用例所涉及的一种运动分析系统包括：上述的运动分析装置和所述惯性传感器。

根据本应用例涉及的运动分析系统，能够提示瞄球时的运动器具的姿态和击球时的运动器具的姿态之间的姿态差别的信息，并能够促进被测者改善挥击。

[应用例12]

本应用例涉及的一种程序使计算机执行以下工序：第一姿态信息生成工序，其使用惯性传感器的输出来生成与被测者的瞄球时的运动器具的姿态相关的第一姿态信息；第二姿态信息生成工序，其使用所述惯性传感器的输出来生成与所述被测者的击球时的所述运动器具的姿态相关的第二姿态信息；姿态差别信息生成工序，其使用所述第一姿态信息和所述第二姿态信息来生成与所述瞄球时的所述运动器具的姿态和所述击球时的所述运动器具的姿态之间的姿态差别相关的姿态差别信息。

根据本应用例涉及的程序，能够提示瞄球时的运动器具的姿态和击球时的运动器具的姿态之间的姿态差别的信息，并能促进被测者改善挥击。

此外，根据本应用例涉及的程序，由于能够使用被安装在运动器具上的惯性传感器的输出来生成姿态差别信息，因此不需要准备照相机等大型的测量工具，且不会很大程度地受到计测场所的限制。

附图说明

图1为本实施方式的运动分析系统的概要的说明图。

图2为表示传感器单元的安装位置以及方向的一个示例的图。

图3为表示在本实施方式中被测者实施的动作的步骤的图。

图4为用于对杆底角进行说明的图。

图5为用于对杆面扣角进行说明的图。

图6为用于对杆面倾角进行说明的图。

图7为表示本实施方式的运动分析系统的结构例的图。

图8为表示本实施方式中的建议信息生成处理的程序的一个示例的流程图。

图9为表示瞄球时传感器单元所计测的重力加速度分量与杆底角的关系的图。

图10为表示对被测者击球的时刻进行检测的处理的程序的一个示例的流程图。

图11(A)为以曲线来表示挥击时的三轴角速度的图，图11(B)为以曲线来表示三轴角速度的范数的计算值的图，图11(C)为以曲线来表示三轴角速度的范数的微分的计算值的图。

图12为表示对传感器单元的姿态进行计算的处理的步骤顺序的一个示例的流程图。

具体实施方式

以下，使用附图来对本发明所优选的实施方式详细地进行说明。另外，以下说明的实施方式并不会对专利申请保护的范围内所记载的本发明的内容进行不当限定。此外，在以下所说明的结构中，并不是全部都是本发明的必须结构要素。

在以下，以实施高尔夫球挥击的分析的运动分析系统(运动分析装置)为例来进行说明。

1.运动分析系统

(运动分析系统的概要)

图1为用于对本实施方式的运动分析系统的概要进行说明的图。本实施方式的运动分析系统1的被构成为包括传感器单元10(惯性传感器的一个示例)以及运动分析装置20。

传感器单元10能够对在三轴中的各轴方向上产生的加速度和绕三轴中的各轴而产生的角速度进行计测，并且其被安装在高尔夫球杆3(运动器具的一例)的杆身上。杆身是高尔夫球杆3的除了杆头之外的柄的部分，也包括握柄部。

在本实施方式中，如图2所示，传感器单元10以使三个检测轴(x轴、y轴、z轴)中的一个轴、例如y轴与杆身的长轴方向一致的方式而被安装。

被测者2根据预先确定的步骤来实施对高尔夫球4进行击球的挥击动作。图3为表示被测者2实施的动作的步骤的图。如图3所示，首先，被测者2对高尔夫球杆3进行握持，作出瞄球的姿态并静止预定时间以上(例如，1秒以上)(S1)。接下来，被测者2实施挥击动作，并对高尔夫球4进行击球(S2)。

在被测者2根据图3所示的步骤来实施对高尔夫球4进行击球的动作的期间，传感器单元10以预定周期(例如1ms)来对三轴加速度和三轴角速度进行计测，并将计测的数据依次发送到运动分析装置20。传感器单元10可以立刻发送测量的数据，也可以将计测的数据存储于内部存储器，并在被测者2的挥击动作结束后等的所需的时刻发送计测数据。或者，传感器单元10也可以将测量的数据存储于存储卡等的可拆装的记录介质中，从而运动分析装置20从该记录介质读出计测数据。

运动分析装置20使用传感器单元10所计测的数据来生成与被测者2的瞄球时的高尔夫球杆3的姿态相关的信息(第一姿态信息)以及与击球时的高尔夫球杆3的姿态相关的信息(第二姿态信息)。第一姿态信息以及第二姿态信息例如也可以包括例如被测者2的瞄球时或击球(击打)时的杆底角(高尔夫球杆3的杆身的倾斜角)、杆面扣角(高尔夫球杆3的杆面的方位角)和杆面倾角(高尔夫球杆3的杆面的倾斜角)等的一部分或全部。

图4、图5、以及图6是分别用于对被测者2的瞄球时或挥击时的杆底角、杆面扣角以及杆面倾角的定义进行说明的图。在本实施方式中，定义有如下坐标系，即，将表示击球方向的目标线设为X轴，将与X轴垂直的水平面上的轴设为Y轴，将铅垂上方(与重力加速度的方向相反的方向)设为Z轴的XYZ坐标系，并且在图4、图5及图6中标记了X轴、Y轴、Z轴。目标线是指，例如球笔直飞出的方向。如图4所示，将被测者2的瞄球时或挥击时的杆底角定义为高尔夫球杆3的杆身相对于XY平面S_XY(水平面的一例)的角度α。此外，如图5所示，将被测者2的瞄球时或挥击时的杆面扣角定义为高尔夫球杆3的杆头面S_F相对于与目标线正交的假想面L₁的角度β。另外，如图6所示，将被测者2的瞄球时或挥击时的杆面倾角定义为高尔夫球杆3的杆头面S_F与YZ平面S_YZ(与水平面正交的面的一例)所成的角度γ。

此外，运动分析装置20使用第一姿态信息和第二姿态信息来生成与瞄球时的高尔夫球杆3的姿态和击球时的高尔夫球杆3的姿态之间的姿态差别相关的信息(姿态差别信息)。

并且，运动分析装置20使用姿态差别信息来生成与为了在击球时使高尔夫球杆3成为理想的姿态而在瞄球时高尔夫球杆3所应当采取的姿态相关的建议信息，并将该建议信息通过图像、语音、振动等来向被测者2提示。

另外，传感器单元10与运动分析装置20之间的通信可以是无线通信，也可以是有线通信。

(运动分析系统的结构)

图7是表示传感器单元10以及运动分析装置20的结构例的图。如图7所示，在本实施方式中，传感器单元10被构成为包括加速度传感器100、角速度传感器110、信号处理部120以及通信部130。

加速度传感器100对互相交叉的(理想是为正交的)三轴方向的各个方向上的加速度进行计测，并输出与所计测的三轴加速度的大小以及方向对应的数字信号(加速度数据)。

角速度传感器110对互相交叉的(理想是为正交的)三轴方向的各个方向上的角速度进行计测，并输出与所计测的三轴角速度的大小以及方向对应的数字信号(角速度数据)。

信号处理部120分别从加速度传感器100和角速度传感器110接收加速度数据和角速度数据，并对其附加时刻信息而存储于未图示的存储部中，且对所存储的计测数据(加速度数据和角速度数据)附加时刻信息而生成符合通信用的格式的数据包数据，并向通信部130输出。

加速度传感器100以及角速度传感器110理想上是以三轴分别与针对传感器单元10而定义的正交坐标系的三轴(x轴、y轴、z轴)一致的方式而安装于传感器单元10，但是，实际上会产生安装角的误差。因此，信号处理部120会实施如下处理，即，使用根据安装角误差而预先计算出的补正参数来将加速度数据以及角速度数据转换为xyz坐标系的数据的处理。

并且，信号处理部120实施加速度传感器100和角速度传感器110的温度补正处理。另外，也可以在加速度传感器100和角速度传感器110中加入温度补正的功能。

另外，加速度传感器100和角速度传感器110也可以是输出模拟信号的传感器，在该情况下，信号处理部120只要分别对加速度传感器100的输出信号和角速度传感器110的输出信号进行A/D转换并生成计测数据(加速度数据和角速度数据)，并使用这些数据来生成通信用的数据包数据即可。

通信部130实施将从信号处理部120接收到的数据包数据向运动分析装置20发送的处理、或从运动分析装置20接收控制命令并向信号处理部120发送的处理等。信号处理部120实施与控制命令对应的各种处理。

运动分析装置20被构成为包括处理部200、通信部210、操作部220、ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)230、RAM(Random Access memory：随机存取存储器)240、记录介质250、显示部260和声音输出部270，所述运动分析装置例如也可以是个人计算机(PC)或智能手机等移动设备。

通信部210实施对从传感器单元10发送的数据包数据进行接收、并向处理部200发送的处理，或将来自处理部200的控制命令向传感器单元10发送的处理等。

操作部220实施取得来自用户的操作数据、并向处理部200发送的处理。操作部220也可以是例如触摸面板型显示器、按钮、按键、麦克风等。

ROM230对处理部200用于实施各种计算处理或控制处理的程序、和用于实现应用功能的各种程序或数据等进行存储。

RAM240作为处理部200的作业区而被使用，是对从ROM230读出的程序或数据、从操作部220输入的数据、处理部200根据各种程序而执行的运算结果等进行临时存储的存储部。

记录介质250为对通过处理部200的处理而生成的数据中的、需要长期保存的数据进行存储的非易失性的存储部。此外，记录介质250也可以对处理部200用于实施各种计算处理或控制处理用的程序、与用于实现应用功能的各种程序或数据等进行存储。

此外，在本实施方式中，在ROM230、RAM240或者记录介质250中存储有高尔夫球杆3的规格信息(杆身的长度、重心的位置、杆底角、杆面扣角、杆面倾角等信息)、传感器单元10的安装位置(距高尔夫球杆3的杆头或者握柄端的距离)的信息、被测者2的手臂的长度和重心的位置等的信息，这些信息由处理部200所使用。

显示部260将处理部200的处理结果作为文字、曲线、表、动画以及其他图像来显示。显示部260也可以是例如CRT(Cathode Ray Tube：阴极射线管显示器)、LCD(LiquidCrystal Display：液晶显示器)、触摸面板型显示器、HMD(头戴式显示器)等。另外，也可以通过一个触摸面板型显示器来实现操作部220与显示部260的功能。

声音输出部270将处理部200的处理结果以语音或蜂鸣声等声音的形式来表现。声音输出部270也可以是例如扬声器或蜂鸣器等。

处理部200根据存储于ROM230或记录介质250的程序或者经由网络而从服务器接收并存储于RAM240或记录介质250中的程序来实施向传感器单元10发送控制命令的处理、针对从传感器单元10经由通信部210而接收的数据进行的各种计算处理、或其他各种控制处理。尤其是在本实施方式中，处理部200通过执行该程序而作为数据取得部201、第一姿态信息生成部202、第二姿态信息生成部203、姿态差别信息生成部204、建议信息生成部205、存储处理部206、显示处理部207以及声音输出处理部208而发挥功能。

数据取得部201实施对通信部210从传感器单元10接收的数据包数据进行接收、并从接收的数据包数据取得时刻信息以及计测数据、且向存储处理部206发送的处理。

存储处理部206实施从数据取得部201接收时刻信息和计测数据、并将它们对应地存储于RAM240中的处理。

第一姿态信息生成部202实施使用传感器单元10所输出的计测数据(加速度数据及角速度数据)来生成与被测者2的瞄球时的高尔夫球杆3的姿态相关的第一姿态信息的处理。在本实施方式中，第一姿态信息生成部202使用加速度传感器100在被测者2的瞄球时所输出的计测数据来计算以重力加速度的方向为基准的高尔夫球杆3的倾斜量，并使用该倾斜量来生成第一姿态信息。

具体而言，第一姿态信息生成部202首先使用存储于RAM240中的时刻信息和计测数据而对应于时刻来检测被测者2在开始进行挥击动作之前所实施的静止动作(图3的步骤S1的动作)。而且，第一姿态信息生成部202使用静止时的计测数据来对偏离量进行计算，并从计测数据减去偏离量而进行偏差补正，且使用被实施了偏差补正而得到的计测数据来对被测者2的瞄球时(静止动作时)的传感器单元10的位置以及姿态(初始位置以及初始姿态)进行计算。第一姿态信息生成部202例如能够将传感器单元10的初始位置设为XYZ坐标系的原点(0，0，0)，并根据被测者2的瞄球时(静止动作时)的加速度数据和重力加速度的方向来对传感器单元10的初始姿态进行计算。传感器单元10的姿态例如能够通过绕X轴、Y轴、Z轴的转角(滚转角、俯仰角、偏摆角)、四元数(quaternion)等来表现。

第一姿态信息生成部202使用该传感器单元10的初始姿态和作为高尔夫球杆3的规格的杆底角、杆面扣角、杆面倾角等的一部分或全部信息来对被测者2的瞄球时的杆底角α₁、杆面扣角β₁、杆面倾角γ₁(以重力加速度的方向为基准的高尔夫球杆3的倾斜量的一个示例)等的一部分或全部进行计算，并生成包括这些信息在内的第一姿态信息。

另外，传感器单元10的信号处理部120也可以对计测数据的偏离量进行计算，并实施计测数据的偏差补正，也可以在加速度传感器100以及角速度传感器110中加入偏差补正的功能。在这些情况下，不需要通过第一姿态信息生成部202而实施的计测数据的偏差补正。

第二姿态信息生成部203实施使用传感器单元10所输出的计测数据(加速度数据以及角速度数据)来生成与被测者2的击球时的高尔夫球杆3的姿态相关的第二姿态信息的处理。在本实施方式中，第二姿态信息生成部203使用角速度传感器110所输出的计测数据来对从被测者2的瞄球时至击球时的传感器单元10的姿态变化进行计算，并使用该姿态变化来生成第二姿态信息。

具体而言，第二姿态信息生成部203首先使用存储于RAM240中的时刻信息和计测数据来对被测者2的挥击动作中(图3的步骤S2的动作中)的传感器单元10的位置以及姿态进行计算。第二姿态信息生成部203能够对加速度数据进行积分从而对传感器单元10的从初始位置起的位置的变化进行时序性地计算，并且能够实施使用了角速度数据的旋转运算来对传感器单元10的从初始姿态起的姿态的变化进行时序性地计算。然后，第二姿态信息生成部203对考虑了高尔夫球杆3的杆身的长度、重心的位置、传感器单元10的安装位置、高尔夫球杆3的特征(为刚体等)、人体的特征(由关节的弯曲方向所决定的等)的运动分析模型进行定义，并使用传感器单元10的位置以及姿态的信息、高尔夫球杆3的杆身的长度、重心的位置、传感器单元10的安装位置、被测者2的特征(手臂的长度或重心的位置等)的信息来计算该运动分析模型的轨迹。

此外，第二姿态信息生成部203使用存储于RAM240的时刻信息和计测数据来对被测者2的挥击动作的期间中击球的时刻进行检测，并使用击球时(击打时)的运动分析模型的位置以及姿态和作为高尔夫球杆3的规格的杆底角、杆面扣角、杆面倾角等的一部分或全部的信息来对被测者2的击球时的杆底角α₂、杆面扣角β₂、杆面倾角γ₂等的一部分或全部进行计算，并生成包括这些信息在内的第二姿态信息。

姿态差别信息生成部204实施如下处理，即，使用第一姿态信息生成部202所生成的第一姿态信息和第二姿态信息生成部203所生成的第二姿态信息来生成与被测者2的瞄球时的高尔夫球杆3的姿态和击球时的高尔夫球杆3的姿态之间的姿态差别相关的姿态差别信息的处理。具体而言，姿态差别信息生成部204对被测者2的击球时和瞄球时之间的杆底角之差α₂-α₁、杆面扣角之差β₂-β₁、杆面倾角之差γ₂-γ₁等的一部分或全部进行计算，并生成包括这些信息在内的姿态差别信息。

建议信息生成部205实施如下处理，即，使用姿态差别信息生成部204所生成的姿态差别信息来生成与为了在被测者2的击球时高尔夫球杆3成为理想的姿态而在被测者2的瞄球时高尔夫球杆3所应当采取的姿态相关的建议信息的处理。具体而言，建议信息生成部205使用被测者2的击球时和瞄球时之间的杆底角之差α₂-α₁、杆面扣角之差β₂-β₁、杆面倾角之差γ₂-γ₁等的一部分或全部来实施预定的运算，并生成对为了在击球时高尔夫球杆3的杆底角、杆面扣角、杆面倾角等的一部分或全部成为理想的角度而在被测者2的瞄球时应当使高尔夫球杆3成为怎样的姿态进行表示的建议信息。

建议信息生成部205也可以生成例如“请将杆身放平(立起)5°。”、“请将杆面外旋(内旋)5°。”、“请将杆面放平(立起)5°。”等建议信息。此外，例如，也可以在传感器单元10或运动分析装置20上预先设置蜂鸣器或LED，并使建议信息生成部205生成“请将杆身放平(立起)直至蜂鸣器鸣响(LED点亮)为止。”、“请将杆面外旋(内旋)直至蜂鸣器鸣响(LED点亮)为止。”、“请将杆面立起(放平)直至蜂鸣器响(LED点亮)为止。”等建议信息。

另外，由于被测者2的击球时的高尔夫球杆3的理想姿态会因高尔夫球杆3的种类、被测者2的身体特征、或挥击的习惯等而不同，因此，建议信息生成部205也可以实施考虑了高尔夫球杆3的特征、或运动分析模型的轨迹的信息等的预定的运算，并生成建议信息。

存储处理部206针对ROM230、RAM240及记录介质250而实施各种程序或各种数据的读取/写入处理。除了将从数据取得部201取得的时刻信息和计测数据对应地存储于RAM240的处理之外，存储处理部206还实施将第一姿态信息、第二姿态信息、姿态差别信息、建议信息等存储于RAM240、或者在欲将其作为记录而保留的情况下存储于记录介质250的处理。

显示处理部207实施在显示部260中显示各种图像(也包括文字或符号等)的处理。例如，显示处理部207在被测者2的挥击动作结束后会自动地、或者会在实施了预定的输入操作时实施将存储于RAM240或记录介质250的建议信息读出、并在显示部260中使建议用的图像显示的处理。此外，显示处理部207也可以读出存储于RAM240或记录介质250中的第一姿态信息、第二姿态信息、姿态差别信息等并在显示部260显示各种图像。或者，也可以预先在传感器单元10上设置显示部，并且显示处理部207经由通信部210而向传感器单元10发送建议用的图像等，从而在传感器单元10的显示部上显示建议用的图像等。

声音输出处理部208实施向声音输出部输出各种声音(也包括语音和/或蜂鸣音等)的处理。例如，声音输出处理部208可在被测者2的挥击运动结束后自动地、或者在实施了预定的输入操作时读出存储于RAM240或记录介质250的建议信息并向声音输出部270输出建议用的声音。此外，声音输出处理部208也可以读出存储于RAM240或记录介质250的第一姿态信息、第二姿态信息、姿态差别信息等并向声音输出部270输出各种声音。或者，也可以预先在传感器单元10上设置声音输出部，并且声音输出处理部208会经由通信部210而向传感器单元10发送建议用的声音等，并使传感器单元10的声音输出部输出建议用的声音等。

另外，也可以预先设置运动分析装置20或传感器单元10的振动机构，且通过该振动机构而将建议信息等转换为振动信息而向被测者2进行提示。

(建议信息生成处理)

图8为表示由本实施方式中的处理部200所实施的建议信息生成处理的程序的一个示例的流程图。

如图8所示，首先，处理部200取得传感器单元10的计测数据(S10)。处理部200也可以在于步骤S10中取得被测者2的挥击运动(也包括静止动作)的最初计测数据时实时地实施工序S20以后的处理，还可以在从传感器单元10取得被测者2的挥击运动的一系列的计测数据的一部分或全部后实施工序S20以后的处理。

接下来，处理部200使用从传感器单元10取得的计测数据来检测被测者2的静止动作(瞄球动作)(图3的步骤S1的动作)(S20)。处理部200在实时地实施处理的情况下，在检测到静止动作(瞄球动作)的情况下例如会输出预定的图像或声音，或者在传感器单元10上预先设置LED而使该LED点亮等，从而向被测者2通知检测到静止状态的情况，被测者2也可以在确认了该通知后开始进行挥击。

接下来，处理部200使用从传感器单元10所取得的计测数据来对被测者2的瞄球时的传感器单元10的初始位置和初始姿态进行计算(S30)。处理部200例如将传感器单元10的初始位置设为XYZ坐标系的原点，并根据传感器单元10所计测的加速度数据来确定重力加速度的方向，从而对XYZ坐标系下的初始姿态进行计算。

接下来，处理部200对被测者2的瞄球时的杆底角α₁、杆面扣角β₁、杆面倾角γ₁的一部分或全部进行计算，并生成第一姿态信息(S40)。图9为表示瞄球时传感器单元10所计测的重力加速度分量与杆底角的关系的图，在图9中，P(0)表示传感器单元10的初始位置。如图9所示，由于在瞄球时传感器单元10所计测的y轴方向的加速度y(0)、重力加速度G以及杆底角α₁之间，下式(1)的关系会成立，因此，处理部200能够使用式(1)来对瞄球时的杆底角α₁进行计算。

数学式1

y(0)＝G·sin α₁…(1)

此外，处理部200能够基于传感器单元10的姿态和高尔夫球杆3的规格信息来对瞄球时的杆面扣角β₁和杆面倾角γ₁进行计算。

接下来，处理部200使用从传感器单元10取得的计测数据来对被测者2击球的时刻进行检测(S50)。

此外，处理部200在实施工序S50的处理的同时，实施对被测者2的挥击动作中的传感器单元10的位置和姿态进行计算的处理(S60)，以及根据传感器单元10的位置和姿态的变化来对运动分析模型的轨迹进行计算的处理(S70)。处理部200对传感器单元10所计测的加速度数据进行积分来计算位置，并且使用传感器单元10所计测的角速度数据来实施旋转计算来计算姿态，并使用传感器单元10的位置以及姿态、高尔夫球杆3的规格信息、传感器单元10的安装位置、被测者2的特征信息等来计算运动分析模型的轨迹。

接下来，处理部200使用运动分析模型的轨迹和高尔夫球杆的规格信息等来对被测者2的击球时的杆底角α₂、杆面扣角β₂、杆面倾角γ₂的一部分或全部进行计算，并生成第二姿态信息(S80)。

接下来，处理部200使用第一姿态信息和第二姿态信息来对击球时和瞄球时之间的杆底角之差α₂-α₁、杆面扣角之差β₂-β₁、杆面倾角γ₂-γ₁等的一部分或全部进行计算，并生成姿态差别信息(S90)。

最后，处理部200使用姿态差别信息来生成与为了在击球时高尔夫球杆3成为理想的姿态、在瞄球时高尔夫球杆3所应当采取的姿态相关的建议信息(S100)。

另外，在图8的流程图中，也可以在可能的范围内适当地改变各工序的顺序。

击球检测处理

图10为表示对被测者2击球的时刻进行检测的处理(图8的工序S50的处理)的程序的一个示例的流程图。

如图10所示，首先，处理部200使用所取得的角速度数据(每时刻t的角速度数据)来对各时刻t处的角速度的范数n₀(t)的值进行计算(S200)。例如，当将时刻t处的角速度数据设为x(t)、y(t)、z(t)时，角速度的范数n₀(t)通过下式(2)来计算。

(数学式2)

$n_0\left(t\right)=\sqrt{x{\left(t\right)}^2+y{\left(t\right)}^2+z{\left(t\right)}^2}\mathrm{...}\left(2\right)$

图11(A)表示被测者2实施挥击来击打高尔夫球4时的三轴角速度数据x(t)、y(t)、z(t)的一个示例。在图11(A)中，横轴为时间(msec)，纵轴为角速度(dps)。

接下来，处理部200将各时刻t处的角速度的范数n₀(t)转换为在预定范围内标准化了(比例转换)的范数n(t)(S210)。例如，当将计测数据的取得期间内的角速度的范数的最大值设为max(n₀)时，通过下式(3)而将角速度的范数n₀(t)转换为在0～100的范围内标准化了的范数n(t)。

式(3)

$n\left(t\right)=\frac{100\×n_0\left(t\right)}{max\left(n_0\right)}\mathrm{...}\left(3\right)$

图11(B)为在依据式(2)而根据图11(A)的三轴角速度数据x(t)、y(t)、z(t)对三轴角速度的范数n₀(t)进行了计算之后，将依据式(3)而在0～100内实施了标准化的范数n(t)以曲线来表示的图。在图11(B)中，横轴为时间(msec)，纵轴是角速度的范数。

接下来，处理部200对各时刻t处的标准化后的范数n(t)的微分dn(t)进行计算(S220)。例如，当将三轴角速度数据的测量周期设为Δt时，时刻t处的角速度的范数的微分(差分)dn(t)通过下式(4)来计算。

数学式4

dn(t)＝n(t)-n(t-Δt)…(4)

图11(C)为，依据式(4)而根据图11(B)的三轴角速度的范数n(t)对其微分dn(t)进行计算，并以曲线来表示的图。在图11(C)中，横轴为时间(msec)，纵轴为三轴角速度的范数的微分值。另外，虽然在图11(A)以及图11(B)中，将横轴显示为0～5秒，但是，在图11(C)中，将横轴显示为2秒～2.8秒以便了解击球的前后的微分值的变化。

最后，处理部200将范数的微分dn(t)的值为最大的时刻和为最小的时刻之中的在先的时刻作为击球的时刻来进行检测(S230)。在通常的高尔夫球挥击中，考虑在击球的瞬间挥击速度成为最大。而且，由于考虑到角速度的范数的值会对应于挥击速度而发生变化，因此，能够将一系列的挥击动作中角速度的范数的微分值为最大或最小的时刻(即、角速度的范数的微分值为正的最大值或负的最小值的时刻)作为击球(撞击)的时刻来捕捉。另外，虽然考虑到由于高尔夫球杆3会因击球而发生振动，因此角速度的范数的微分值为最大的时刻和为最小的时刻会成对地产生，但是，将其中的在先的时刻考虑为击球的瞬间。因此，例如，在图11(C)的曲线中，将T1和T2中的T1作为击球的时刻而进行检测。

另外，在被测者2在实施挥击动作的情况下，假定有在顶点位置使高尔夫球杆静止、并实施下挥击、且实施击球、送球这一系列动作的节奏。因此，处理部200根据图10的流程图来对被测者2击球的时刻的候补数据进行检测，并对所检测的时刻的前后的计测数据是否与该节奏匹配进行判断，在匹配的情况下，将检测到的时刻作为被测者2击球的时刻而确定，而在不匹配的情况下，也可以对下一候补数据进行检测。

此外，虽然在图10的流程图中，处理部200使用三轴角速度数据来对击球的时刻进行检测，但是使用三轴加速度数据同样也能够对击球的时刻进行检测。

(传感器单元的姿态计算处理)

图12为表示对传感器单元10的姿态(初始姿态以及时刻N处的姿态)进行计算的处理(图8的工序S30以及工序S60的一部分的处理)的程序的一个示例的流程图。

如图12所示，首先，处理部200设时刻t＝0(S300)，并根据静止时的三轴加速度数据来对重力加速度的方向进行确定，且对表示传感器单元10的初始姿态(时刻t＝0的姿态)的四元数p(0)进行计算(S310)。

此外，表示旋转的四元数q以如下的数学式(5)来表示。

数学式5

q＝(w，x，y，z)…(5)

在式(5)中，当将作为对象的旋转的旋转角设为θ，将旋转轴的单位向量设为(r_x，r_y，r_z)时，w、x、y、z由以下的式(6)来表示。

数学式6

$w=cos\frac{\mathrm{\θ}}{2},x=r_x\·sin\frac{\mathrm{\θ}}{2},y=r_y\·sin\frac{\mathrm{\θ}}{2},z=r_z\·sin\frac{\mathrm{\θ}}{2}\mathrm{...}\left(6\right)$

由于在时刻t＝0时，传感器单元10静止，因此θ＝0，通过向式(6)中代入θ＝0而得到的式(5)，从而表示时刻t＝0处的旋转的四元数q(0)会成为接下来的式(7)。

数学式7

q(0)＝(1，0，0，0)…(7)

接下来，处理部200将时刻t更新为t+1(S320)。此时，由于时刻t＝0，因此更新为时刻t＝1。

接下来，处理部200根据时刻t的三轴角速度数据来对表示时刻t的每单位时间的旋转的四元数Δq(t)进行计算(S330)。

例如，当将时刻t的三轴角速度数据设为ω(t)＝(ω_x(t)，ω_y(t)，ω_z(t))时，在时刻t所计测的每一个采样的角速度的大小|ω(t)|由以下的式(8)计算。

数学式8

$\left|\mathrm{\ω}\left(t\right)\right|=\sqrt{{\mathrm{\ω}}_x{\left(t\right)}^2+{\mathrm{\ω}}_y{\left(t\right)}^2+{\mathrm{\ω}}_z{\left(t\right)}^2}\mathrm{...}\left(8\right)$

由于该角速度的大小|ω(t)|成为每单位时间的旋转角，因此，表示时刻t的每单位时间的旋转的四元数Δq(t+1)由以下的式(9)来计算。

数学式9

$\mathrm{\Δ}q\left(t\right)=(cos\frac{\left|\mathrm{\ω}\left(t\right)\right|}{2},\frac{{\mathrm{\ω}}_x\left(t\right)}{\left|\mathrm{\ω}\left(t\right)\right|}sin\frac{\left|\mathrm{\ω}\left(t\right)\right|}{2},\frac{{\mathrm{\ω}}_y\left(t\right)}{\left|\mathrm{\ω}\left(t\right)\right|}sin\frac{\left|\mathrm{\ω}\left(t\right)\right|}{2},\frac{{\mathrm{\ω}}_z\left(t\right)}{\left|\mathrm{\ω}\left(t\right)\right|}\sin \frac{\left|\mathrm{\ω}\left(t\right)\right|}{2})\mathrm{...}\left(9\right)$

此处，由于t＝1，因此处理部200根据时刻t＝1的三轴角速度数据ω(1)＝(ω_x(1)，ω_y(1)，ω_z(1))而利用式(9)来对Δq(1)进行计算。

接下来，处理部200对表示从时刻0到t的旋转的四元数q(t)进行计算(S340)。四元数q(t)由以下的式(10)来计算。

式10

q(t)＝q(t-1)·Δq(t)…(10)

此处，由于t＝1，因此处理部200根据式(7)的q(0)和在工序S330中所计算出的Δq(1)而通过式(10)来对q(1)进行计算。

接下来，处理部200反复执行工序S320～S340的处理直至t＝N，当t＝N时(S350的是)，所述处理部200根据在工序S310中计算出的表示初始姿态的四元数p(0)和在最近的工序S340中所计算出的表示从时刻t＝0至N的旋转的四元数q(N)来对表示时刻N处的姿态的四元数p(N)进行计算(S360)，并结束处理。

处理部200通过图12的流程图的程序，将被测者2击球的时刻设为时刻N而对击球时的传感器单元10的姿态进行计算。

如以上所说明那样，由于根据本实施方式的运动分析系统1或运动分析装置20，向被测者2提示以瞄球时的高尔夫球杆3的姿态和击球时的高尔夫球杆3的姿态之间的姿态差别的信息为依据的建议信息，因此，被测者2能够基于建议信息而具体地了解到在瞄球时高尔夫球杆3所应当采取的姿态。由此，能够促进被测者2改善高尔夫球挥击。

此外，由于根据本实施方式的运动分析系统1或运动分析装置20，能够使用安装于高尔夫球杆3的传感器单元10的计测数据来生成建议信息，因此不需要准备摄像机等大型的测量工具，并且不会较大程度地受到测量场所的限制。

2.改变例

本发明并不限定于本实施方式，其能够在本发明的主旨范围内实施各种改变。

例如，虽然在上述实施方式中，处理部200生成与被测者2的瞄球时的高尔夫球杆3的姿态和被测者2的击球时的高尔夫球杆3的姿态的差别相关的姿态差别信息，并使用该姿态差别信息来生成建议信息，但是，如果击球时的高尔夫球杆3的理想姿态不存在个体差异(不考虑个体差异)，则也可以不生成第一姿态信息。即、也可以取代第一姿态信息生成部202以及第二姿态信息生成部203，而在处理部200上设置姿态信息生成部，所述姿态信息生成部实施对瞄球时的传感器单元10的初始位置以及初始姿态进行计算的处理、对挥击动作中的传感器单元10的位置与姿态进行计算的处理、对运动分析模型的轨迹进行计算的处理、生成与击球时的传感器单元10的姿态相关的姿态信息的处理。在该情况下，例如也可以采用如下方式，即，在被测者2击球时，将使高尔夫球杆3的杆底角、杆面扣角、杆面倾角等分别成为根据高尔夫球杆3的种类而决定的预定值的姿态作为高尔夫球杆3的理想姿态，并且由姿态差别信息生成部204来对姿态信息生成部所生成的姿态信息与高尔夫球杆3的理想姿态的差别进行计算。此外，建议信息生成部205也可以对应于该姿态差别的量而相应地生成使杆身放平(立起)、使杆面外旋(内旋)5°、使杆面立起(放平)等建议信息。

此外，虽然在上述实施方式中，以生成与高尔夫球挥击相关的建议信息的运动分析系统(运动分析装置)为例而进行了列举，但是，本发明能够应用于生成与被测者的静止时的网球或棒球等各种运动的挥击相关的建议信息的运动分析系统(运动分析装置)。

此外，虽然在上述实施方式中，运动分析装置20使用一个传感器单元10的计测数据来实施运动分析模型的轨迹的计算，但是，也可以将多个传感器单元10分别安装于高尔夫球杆3或被测者2，并由运动分析装置20使用该多个传感器单元10的计测数据来实施运动分析模型的轨迹的计算。

此外，虽然在上述实施方式中，传感器单元10和运动分析装置20是分体的，但是，也可以采用将它们一体化并能够安装于运动器具或被测者的运动分析装置。

上述各实施方式以及各改变例仅是一个示例，不会限定于此。例如，也能够将各实施方式及各改变例适当进行组合。

本发明包括与在实施方式中所说明的结构实质上相同的结构(例如，功能、方法及结果相同的结构、或者目的以及效果相同的结构)。此外，本发明包括对在实施方式中所说明的结构中的非本质的部分进行了置换的结构。此外，本发明包括取得与实施方式中所说明的结构相同的作用效果的结构、或能够实现相同目的的结构。此外，本发明包括向实施方式中所说明的结构添加了公知技术的结构。

符号说明

1：运动分析系统；2：被测者；3：高尔夫球杆；4：高尔夫球；10：传感器单元；20：运动分析装置；100：加速度传感器；110：角速度传感器；120：信号处理部；130：通信部；200：处理部；201：数据取得部；202：第一姿态信息生成部；203：第二姿态信息生成部；204：姿态差别信息生成部；205：建议信息生成部；206：存储处理部；207：显示处理部；208：声音输出处理部；210：通信部；220：操作部；230：ROM；240：RAM；250：记录介质；260：显示部；270：声音输出部。

Claims (12)

1.一种运动分析方法，包括：

第一姿态信息生成工序，其使用惯性传感器的输出来生成与被测者的瞄球时的运动器具的姿态相关的第一姿态信息；

第二姿态信息生成工序，其使用所述惯性传感器的输出来生成与所述被测者的击球时的运动器具的姿态相关的第二姿态信息；

姿态差别信息生成工序，其使用所述第一姿态信息和所述第二姿态信息来生成与所述瞄球时的所述运动器具的姿态和所述击球时的所述运动器具的姿态之间的姿态差别相关的姿态差别信息。

2.如权利要求1所述的运动分析方法，其中，

所述惯性传感器包括加速度传感器，

在所述第一姿态信息生成工序中，使用所述瞄球时的所述加速度传感器的输出来对以重力加速度的方向为基准的所述运动器具的倾斜量进行计算，并使用该倾斜量来生成所述第一姿态信息。

3.如权利要求1或2所述的运动分析方法，其中，

所述惯性传感器包括角速度传感器，

在所述第二姿态信息生成工序中，使用所述角速度传感器的输出来对从所述瞄球时至所述击球时的所述惯性传感器的姿态变化量进行计算，并使用该姿态变化量来生成所述第二姿态信息。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的运动分析方法，其中，

包括建议信息生成工序，所述建议信息生成工序使用所述姿态差别信息来生成与在所述瞄球时所述运动器具或者所述被测者所应当采取的姿态相关的建议信息。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的运动分析方法，其中，

所述第一姿态信息以及所述第二姿态信息包括所述运动器具的杆身相对于水平面的角度的信息。

6.如权利要求1至5中的任一项所述的运动分析方法，其中，

所述第一姿态信息以及所述第二姿态信息包括所述运动器具的击打面相对于与表示击球方向的目标线正交的假想面的角度的信息。

7.如权利要求1至6中的任一项所述的运动分析方法，其中，

所述第一姿态信息以及所述第二姿态信息包括所述运动器具的击打面相对于与水平面正交的面的角度的信息。

8.如权利要求1至7中的任一项所述的运动分析方法，其中，

所述惯性传感器被安装在所述运动器具上。

9.如权利要求1至8中的任一项所述的运动分析方法，其中，

所述运动器具为高尔夫球杆。

10.一种运动分析装置，包括：

第一姿态信息生成部，其使用惯性传感器的输出来生成与被测者的瞄球时的运动器具的姿态相关的第一姿态信息；

第二姿态信息生成部，其使用所述惯性传感器的输出来生成与所述被测者的击球时的所述运动器具的姿态相关的第二姿态信息；

姿态差别信息生成部，其使用所述第一姿态信息和所述第二姿态信息来生成与所述瞄球时的所述运动器具的姿态和所述击球时的所述运动器具的姿态之间的姿态差别相关的姿态差别信息。

11.一种运动分析系统，其中，

包括权利要求10所述的运动分析装置和所述惯性传感器。

12.一种程序，其使计算机执行如下工序：

第一姿态信息生成工序，其使用惯性传感器的输出来生成与被测者的瞄球时的运动器具的姿态相关的第一姿态信息；

第二姿态信息生成工序，其使用所述惯性传感器的输出来生成与所述被测者的击球时的所述运动器具的姿态相关的第二姿态信息；

姿态差别信息生成工序，其使用所述第一姿态信息和所述第二姿态信息来生成与所述瞄球时的所述运动器具的姿态和所述击球时的所述运动器具的姿态之间的姿态差别相关的姿态差别信息。