JP2003210638A - Movement measuring instrument of golf club head - Google Patents

Movement measuring instrument of golf club head

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JP2003210638A
JP2003210638A JP2002052340A JP2002052340A JP2003210638A JP 2003210638 A JP2003210638 A JP 2003210638A JP 2002052340 A JP2002052340 A JP 2002052340A JP 2002052340 A JP2002052340 A JP 2002052340A JP 2003210638 A JP2003210638 A JP 2003210638A
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club head
frequency
speed
acceleration
dsp
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Mitsuo Takatani
光男 高谷
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Individual
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To allow a measuring instrument to have a portable size and to precisely measure the movement that is the speed and acceleration of a golf club head in the case of swinging it. <P>SOLUTION: By combining an ultrasonic sensor, a DSP, a display, a battery, and a few electronic circuits, the instrument itself comes to have a portable size. The movement measuring instrument provided with the ultrasonic sensor consisting of a transmitter and receiver of an independent reflection system is installed at 5 in front of or at 6 in rear of swinging on a target line 4. The ultrasonic wave of a basic frequency is transmitted from the transmitter and collides with a club face. The ultrasonic wave of a frequency converted by the doppler effect is received by the receiver, and the received wave is converted to a digital signal by an A/D converter. In addition, the signal is sampled at high speed, fetched into the DSP and time - frequency-analyzed by wavelet conversion to precisely measure the speed and acceleration of the club head. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、ゴルフクラブのス
イング時におけるクラブヘッドの速度および加速度を測
定することに関し、特に超音波ドップラー技術を使って
クラブヘッドの速度および加速度を求める方法とシステ
ムに関する。 【0002】 【従来の技術】ゴルフを嗜む人は、プロ、アマを問わ
ず、ゴルフボールを少しでも遠くへ飛ばすことを願って
いる。周知のように、ゴルフボールの飛距離は、クラブ
ヘッドとゴルフボールの衝突時における運動量保存則に
関係し、運動量は物体の質量と速度の積で表されること
より、クラブヘッドの速度に比例することになる。この
理由から、クラブをより速くスイングできるようになり
たいと願っている人は少なくない。 【0003】そこで、スイング時におけるヘッド速度を
測定するための装置が数多く考案されている。例えば、
従来のものはといえば、長方形のマットを嵌め込んだ基
台と、この基台の側方に測定部品を内蔵した箱型の本体
を組み込むことを特徴とする装置等がある。 【0004】マットは、その長手方向が飛球線に平行に
なるように設置される。マット側方の本体には、少なく
とも3つの発光素子がスイング軌道に沿って所定距離を
おいて設置されていると共に、これら発光素子の発する
ビーム光を受光する受光素子とが対となりセンサを構成
し、これらのセンサがクラブヘッドの通過を検出する。 【0005】つまり、この装置を使って測定を行う場
合、クラブヘッドが各発光素子の発するビーム光を横切
る時の通過時間を各受光素子が検知し、各センサ間の検
出信号の時間差を計測して、その計測値よりクラブヘッ
ドの速度と加速度を演算し、表示部にその演算結果を表
示する。 【0006】別の発明品においては、上記の発光素子及
び受光素子の代わりに磁気センサを組み込んだものもあ
る。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の発
明品では、長方形のマットなど装置自体が携帯不可能な
大きさとなり、また、ゴルフ練習場などに、このような
大きな装置を持ち込む場合、練習場責任者の許可を得な
ければならず、不便となる。そこで本発明品は、手軽に
携帯でき、簡単に設置できることを目的としたものであ
る。また従来の測定方法とは異なり、超音波によるドッ
プラー技術を使って、正確にクラブヘッドの速度と加速
度を測定する事を目的とする。 【0008】 【課題を解決するための手段】本発明品は上記のような
目的を遂行するため、携帯可能な大きさの装置端面に、
独立反射方式の送信器と受信器からなる超音波センサを
検出物体すなわちクラブヘッドの動きに対向するように
配置する運動測定装置を提供する。 【0009】つまり、送信器から発せられた超音波が、
クラブヘッドで反射し、返ってきた反射波を受信器で受
信し、ドップラー効果により、送信波の周波数と受信波
の周波数を比較することで、クラブヘッドの速度を計算
で割り出す方式を提供する。 【0010】また、クラブヘッドの加速度については、
クラブヘッドで反射した反射波をウェーブレット変換に
より、時変信号として時間−周波数解析し、時間に対す
る周波数の変化を分析することで求めることができる。 【0011】 【発明の実施の形態】本発明品であるクラブヘッド運動
測定装置はクラブヘッドの飛球線上のスイング前方ある
いは後方に設置する。 【0012】測定システム全体の制御および演算を行う
のは、DSPすなわちディジタルシグナルプロセッサと
なる。DSPは正弦波形の基となるディジタル信号を発
生させ、D/A変換回路を介して基本周波数fの正弦
波形を発生させ、超音波発信器を駆動させる。 【0013】空気中に発せられた基本周波数fの超音
波は、クラブフェースにぶつかり、その反射波が装置に
返る。ドップラー効果により、周波数fに変移した反射
波が超音波受信器にて受信される。受信器で受信した信
号は、A/D変換回路でディジタル信号としてDSPに
サンプリングされる。DSPはサンプリングされたディ
ジタル信号をフーリエ変換により周波数解析し、受信波
の周波数主成分、つまりパワースペクトルが最大となる
周波数fを求める。 【0014】クラブフェースの速度をν、空気中の音速
をcとすると、ドップラー公式より、算出される周波数
fが、次式で表されることから、簡単にクラブフェース
の速度を求めることができる。 【0015】 【数1】 【0016】しかし、動的に移動するクラブフェースに
反射して、受信される信号に含まれる周波数成分は決し
て定常的ではなく、時間tと共に変化する。この受信信
号の音圧レベルを高速でサンプリングして、解析信号x
(t)とし、これにウェーブレット変換をかけて、時間
−周波数特性を求める。さらに、時系列に周波数主成分
を求めて、これから、クラブフェースの速度変化を求め
る。このクラブフェースの速度変化の特性より、速度の
最大値と加速度の最大値を求め、表示器にそれらの値を
表示させる。 【0017】ウェーブレット変換は、マザーウェーブレ
ット関数Ψ(t)にスケール変換a(>0)とシフト変
換bを作用させて得られる関数Ψ((t−b)/a)を
積分核とする積分変換であり、入力信号をx(t)とす
ると、次式で表される。 【0018】 【数2】 ここで、上付きバーは複素共役を表し、Ψ(t)は次式
の条件を満たす関数である。 【0019】 ーウェーブレット関数Ψ(t)としては、次式のGab
or関数などを採用できる。 【0020】 【数3】 ここで、σはガウス窓の幅を示す指数となる。 【0021】図3に示す入力信号について、ウェーブレ
ット変換を行うと、図4に示す結果となる。図4におい
て、a軸は周波数軸、b軸は時間軸を示している。a−
b平面において線gは周波数主成分の時間的変化の特性
となる。この時間と共に変化する線gの特性をf(t)
とすると、式1から導かれる次式に従いクラブフェース
の速度変化の特性ν(t)を求めることができる。 【0022】 【数4】 【0023】この速度変化の特性より速度の最大値ν
maxを、加速度の時間的な変化α(t)は次式より求
め、加速度の最大値αmaxを決定し、表示器にそれぞ
れの値を表示する。 【0024】 【数5】 【0025】 【実施例】図1は本発明品を用いて、クラブヘッドの運
動を測定する実施例を表し、人1とクラブヘッドのスイ
ング軌道3と飛球線4と当該測定装置5の位置関係を示
す。 【0026】当該測定装置5は通常、飛球線上のスイン
グ前方に設置する。ゴルフボールを使用せず素振り練習
だけの場合は、スイング前方に設置できるが、ゴルフボ
ールを使用して練習を行う場合は、打球が測定装置に衝
突して、装置を破壊する危惧があるので、飛球線上のス
イング後方の6に設置する。 【0027】図2は装置本体のシステム構成を表し、7
は測定システムの中枢部となるDSPである。DSPは
正弦波形の基となるディジタル信号を発生させ、8のD
/A変換回路を介して基本周波数fの正弦波形を発生
させ、9の超音波送信器を駆動させる。 【0028】空気中に発せられ、クラブフェースにぶつ
かり、ドップラー効果により、周波数fに変移した反射
波は10の超音波受信器にて受信される。受信された信
号は、11のA/D変換回路でディジタル信号としてD
SPに高速でサンプリングされる。 【0029】DSPはサンプリングされたディジタル信
号を式2に従いウェーブレット変換により時間−周波数
解析し、周波数主成分変化の特性f(t)を算出する。
これより、式4に従いクラブフェースの速度変化の特性
を求め、この速度変化の特性より、速度の最大値ν
maxを、加速度の時間的な変化は式5より求め、これ
より加速度の最大値αmaxを決定し、12の表示器に
その値を表示させる。 【0030】 【発明の効果】超音波センサとDSPと表示器とバッテ
リーと僅かな電子回路を組み合わせることにより、測定
装置自体をコンパクトで携帯可能な大きさに抑えること
ができる。超音波によるドップラー効果を利用し、超音
波センサでとらえた信号をウェーブレット変換で時間−
周波数解析することにより、正確にクラブヘッドの運
動、つまり速度と加速度を測定することができる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to measuring the speed and acceleration of a club head during a swing of a golf club, and more particularly to measuring the club head using ultrasonic Doppler technology. Method and system for determining velocity and acceleration. 2. Description of the Related Art Golf lovers, whether professional or amateur, desire to fly a golf ball as far as possible. As is well known, the flight distance of a golf ball is related to the law of conservation of momentum at the time of collision between a club head and a golf ball, and the momentum is represented by the product of the mass and speed of an object, and is proportional to the speed of the club head. Will do. For this reason, many people want to be able to swing the club faster. Therefore, many devices for measuring the head speed during a swing have been devised. For example,
Speaking of the prior art, there is an apparatus characterized by incorporating a base in which a rectangular mat is fitted, and a box-shaped main body having a built-in measuring component on the side of the base. [0004] The mat is installed so that its longitudinal direction is parallel to the flying ball line. At least three light-emitting elements are installed on the main body on the side of the mat at a predetermined distance along the swing trajectory, and a light-receiving element for receiving the light beam emitted by these light-emitting elements forms a sensor. , These sensors detect the passage of the club head. In other words, when the measurement is performed using this device, each light receiving element detects the transit time when the club head crosses the light beam emitted from each light emitting element, and the time difference of the detection signal between each sensor is measured. Then, the speed and acceleration of the club head are calculated from the measured values, and the calculation results are displayed on the display unit. In another invention, a magnetic sensor is incorporated in place of the above light emitting element and light receiving element. [0007] In the conventional invention as described above, the size of the device itself such as a rectangular mat becomes unportable, and such a large device is used in a driving range or the like. If you bring in, you must get the permission of the training area manager, which is inconvenient. Therefore, the product of the present invention is intended to be easily portable and easily installed. Another object of the present invention is to accurately measure the speed and acceleration of a club head using Doppler technology based on ultrasonic waves, unlike the conventional measuring method. [0008] In order to achieve the above-mentioned object, the product of the present invention is provided on an end face of a portable size device.
Kind Code: A1 An object of the present invention is to provide a motion measuring device in which an ultrasonic sensor including an independent reflection type transmitter and a receiver is arranged so as to oppose the movement of a detection object, that is, a club head. That is, the ultrasonic waves emitted from the transmitter are:
A method is provided in which a reflected wave reflected by a club head is received by a receiver, and the speed of the club head is calculated by comparing the frequency of a transmitted wave with the frequency of a received wave by the Doppler effect. [0010] Further, regarding the acceleration of the club head,
The wave reflected by the club head can be obtained by performing a time-frequency analysis as a time-varying signal by a wavelet transform and analyzing a change in frequency with respect to time. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A club head motion measuring device according to the present invention is installed in front of or behind a swing of a club head on a flight line. It is the DSP or digital signal processor that controls and computes the entire measurement system. DSP generates a digital signal as the base of a sine wave to generate a sinusoidal waveform of the fundamental frequency f 0 through the D / A converter circuit drives the ultrasonic transmitter. [0013] Ultrasonic fundamental frequency f 0 which is emitted in the air, hit the club face, the reflected wave is returned to the device. The reflected wave shifted to the frequency f by the Doppler effect is received by the ultrasonic receiver. The signal received by the receiver is sampled by the DSP as a digital signal by the A / D conversion circuit. The DSP analyzes the frequency of the sampled digital signal by Fourier transform, and obtains the frequency main component of the received wave, that is, the frequency f at which the power spectrum is maximized. Assuming that the velocity of the club face is ν and the velocity of sound in the air is c, the frequency f calculated from the Doppler formula is expressed by the following equation, so that the velocity of the club face can be easily obtained. . ## EQU1 ## However, the frequency components contained in the received signal, reflecting off the dynamically moving club face, are by no means stationary and change with time t. The sound pressure level of the received signal is sampled at high speed, and the analysis signal x
(T), which is subjected to a wavelet transform to obtain a time-frequency characteristic. Further, a frequency principal component is obtained in a time series, and a speed change of the club face is obtained from this. The maximum value of the speed and the maximum value of the acceleration are obtained from the characteristic of the speed change of the club face, and these values are displayed on a display. The wavelet transform is an integral transform using a function Ψ ((t−b) / a) obtained by applying a scale transform a (> 0) and a shift transform b to a mother wavelet function Ψ (t). Where x (t) is the input signal and is represented by the following equation. ## EQU2 ## Here, the superscript bar represents a complex conjugate, and Ψ (t) is a function satisfying the following condition. [0019] -The wavelet function Ψ (t) is expressed by Gab
An or function can be adopted. [Equation 3] Here, σ is an index indicating the width of the Gaussian window. When the wavelet transform is performed on the input signal shown in FIG. 3, the result shown in FIG. 4 is obtained. In FIG. 4, the a-axis indicates the frequency axis, and the b-axis indicates the time axis. a-
On the b-plane, the line g has the characteristic of the temporal change of the frequency main component. The characteristic of the line g that changes with time is f (t)
Then, the characteristic ν (t) of the speed change of the club face can be obtained according to the following equation derived from Equation 1. [Equation 4] From the characteristic of the speed change, the maximum value of the speed ν
The maximum change α (t) of the acceleration is determined by the following equation, and the maximum value α max of the acceleration is determined, and each value is displayed on the display. [Equation 5] FIG. 1 shows an embodiment for measuring the movement of a club head by using the product of the present invention. The swing trajectory 3 of the person 1, the club head, the flying ball 4 and the position of the measuring device 5 are shown. Show the relationship. The measuring device 5 is usually installed in front of the swing on the flying ball. If you only practice swing without using a golf ball, you can set up in front of the swing, but if you practice using a golf ball, there is a risk that the hit ball will hit the measuring device and destroy the device, It is set at 6 behind the swing on the trajectory. FIG. 2 shows a system configuration of the apparatus main body.
Is a DSP which is the central part of the measurement system. The DSP generates a digital signal that is the basis of the sine waveform,
/ Via the A conversion circuit to generate a sine wave of the fundamental frequency f 0, and drives the ultrasonic transmitter 9. The reflected waves emitted in the air, hit the club face, and shifted to the frequency f by the Doppler effect are received by 10 ultrasonic receivers. The received signal is converted into a digital signal by 11 A / D conversion circuits.
Sampled at high speed by SP. The DSP performs a time-frequency analysis on the sampled digital signal by wavelet transform according to Equation 2 to calculate a characteristic f (t) of the change of the main frequency component.
From this, the characteristic of the speed change of the club face is obtained according to Equation 4, and from the characteristic of this speed change, the maximum value ν of the speed is obtained.
The maximum change of the acceleration with time is obtained from Expression 5, and the maximum value α max of the acceleration is determined based on the expression 5, and the value is displayed on the display unit 12. By combining an ultrasonic sensor, a DSP, a display, a battery, and a few electronic circuits, the measuring device itself can be suppressed to a compact and portable size. Using the Doppler effect due to ultrasonic waves, the signal captured by the ultrasonic sensor is time-
By performing the frequency analysis, the movement of the club head, that is, the velocity and the acceleration can be accurately measured.

【図面の簡単な説明】 【図1】ゴルフクラブヘッド運動測定の実施例を表す。 【図2】運動測定装置のシステム図である。 【図3】超音波センサの受信波形である。 【図4】ウェーブレット変換による時間−周波数解析例
である。 【符号の説明】 1 人 2 ゴルフクラブ 3 スイング軌道 4 飛球線 5 運動測定装置 6 スイング後方に設置した場合の運動測定装置 7 DSP 8 D/A変換器 9 超音波送信器 10 超音波受信器 11 A/D変換器 12 表示器
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows an embodiment of a golf club head motion measurement. FIG. 2 is a system diagram of a motion measuring device. FIG. 3 is a reception waveform of an ultrasonic sensor. FIG. 4 is an example of time-frequency analysis by wavelet transform. [Description of Signs] 1 person 2 golf club 3 swing trajectory 4 trajectory line 5 motion measuring device 6 motion measuring device 7 when installed behind swing 7 DSP 8 D / A converter 9 ultrasonic transmitter 10 ultrasonic receiver 11 A / D converter 12 Display

─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】 【提出日】平成14年3月19日(2002.3.1
9) 【手続補正1】 【補正対象書類名】明細書 【補正対象項目名】数1 【補正方法】変更 【補正内容】 【数1】 【手続補正2】 【補正対象書類名】明細書 【補正対象項目名】数4 【補正方法】変更 【補正内容】 【数4】
────────────────────────────────────────────────── ───
[Procedure for Amendment] [Date of Submission] March 19, 2002 (2002.3.1)
9) [Procedure amendment 1] [Document name to be amended] Description [Item name to be amended] Number 1 [Correction method] Change [Content of amendment] [Procedure amendment 2] [Document name to be amended] Specification [Item name to be amended] Equation 4 [Correction method] Change [Content of amendment] [Equation 4]

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】ゴルフクラブフェースに対向させて設置し
た超音波センサと、その検出した音圧をA/D変換し、
そのディジタル信号を周波数解析するDSPと、解析結
果を数値表示する表示器とを組み合わせることにより、
装置自体を携帯可能な大きさにし、超音波によるドップ
ラー技術を利用し、超音波センサでとらえた信号をウェ
ーブレット変換により時間−周波数解析することで、ク
ラブヘッドの速度と加速度の測定を行うことを特徴とす
る運動測定装置。
Claims: 1. An ultrasonic sensor installed to face a golf club face, and A / D conversion of a sound pressure detected by the ultrasonic sensor.
By combining a DSP for frequency analysis of the digital signal and a display for numerically displaying the analysis result,
We measure the speed and acceleration of the club head by making the device itself a portable size, using Doppler technology with ultrasonic waves, and performing time-frequency analysis on the signals captured by the ultrasonic sensor by wavelet transform. Characteristic exercise measurement device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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