JP2004242855A

JP2004242855A - Method for simulating golf club swing and method for designing golf club using the simulation method

Info

Publication number: JP2004242855A
Application number: JP2003035138A
Authority: JP
Inventors: Masaya Tsunoda; 昌也角田
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2023-02-13
Also published as: JP4218875B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately reproduce a swing behavior corresponding to the weight of a golf club or the like and to accurately analyze the actual behavior of the golf club in swinging the golf club. <P>SOLUTION: In a method for simulating the swing of the golf club by using a numerical swing model which swings the golf club and a golf club model composed of a finite element model, the swing of the golf club is actually measured, torque applied to a shoulder joint from a moment of starting the swing to a moment just before an impact is measured, the measured torque is inputted to the numerical swing model as input data, the numerical swing model is made to grip the golf club model and swing it by inputting optional torque to the shoulder joint of the numerical swing model from the moment of starting the swing to the moment just before the impact, and a head speed, a face angle and a blow angle just before the impact in loading the torque are analyzed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【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シミュレーション方法、該シミュレーション方法を用いたゴルフクラブの設計方法に関し、特に、インパクト直前のヘッドがどのような状態になっているかをコンピュータ上で分析し、かつ、ゴルフクラブのヘッド、シャフトの諸元を設計変数として、スイング時におけるヘッドの状態を分析することによりゴルフクラブの設計を効率良く行うものである。
【０００２】
【従来の技術】
スイング時にゴルフクラブがどのような挙動を示し、かつ、インパクト直前におけるヘッド状態を正確に把握することは困難である。しかしながら、ゴルフクラブの設計において、どの程度のトルクを負荷してスイングすると、フェース面の方向等のヘッドの状態はどうなるか、また、ゴルフクラブのシャフトやヘッドの重量、剛性等の諸元が変わると、同一スイング挙動をした場合に、ヘッドの状態はどのように変化するかを正確に把握することはゴルフクラブの設計上において非常に重要である。
【０００３】
近年、スイング時におけるゴルフクラブの挙動解析において、試作や試打の回数を低減するために、コンピュータを用いたシミュレーションによる方法も提案されている。
例えば、本出願人は、特開２００２−３３１０６０号公報（特許文献１）において、ゴルフクラブの実物を用いてゴルファーのスイング挙動を計測し、スイング時のグリップ座標、グリップの傾斜角、シャフト軸周りにおけるグリップの回転角の各時刻歴データを基に、ゴルフクラブの捻転を考慮してシミュレーションによりゴルフクラブモデルの挙動を解析することを提案している。このシミュレーションモデルでは、実験で得られた手首の位置データを入力としている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３３１０６０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記したシミュレーション方法では、実測データに基づいてのみシミュレーションを行っているため、スイング時のトルクが変わった場合や、使用するゴルフクラブが変わった場合にも、同一のスイング挙動をとるとみなしている。例えば、クラブの重さが１０倍になったとしても、同じスイングをしているとみなされ、実際のスイング時のトルクが考慮されていない。
このように、ゴルフクラブのシャフトやヘッドの重量や材質等を変更した場合、実測データによる解析では、どのようなスイング挙動となるかを容易に予測できない問題がある。
【０００６】
ゴルフクラブの設計において、出来るだけゴルファーの実際のスイングに近い状態を想定して、シャフトやヘッド等のゴルフクラブの構成要素を適宜に組み合わせることにより、目標とする性能に合わせたゴルフクラブを的確かつ簡易に設計可能とすることが要求されているが、前記したシミュレーション方法では、該要求を満たすことは出来ない。
【０００７】
本発明は上記した問題に鑑みてなされたものであり、ゴルフクラブの重量、材質等の諸元が変更された場合におけるスイング挙動を的確に再現することができ、それに基づいて、ゴルフクラブを効率良く設計できるようにすることを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、ゴルフクラブをスイングする数値スイングモデルと、有限要素モデルからなるゴルフクラブモデルとを用いてゴルフクラブのスイングをシミュレーションする方法であって、
上記数値スイングモデルに任意のトルクを入力して、任意の上記ゴルフクラブモデルでスイングさせ、
上記入力するトルク、上記ゴルフクラブモデルのヘッド、シャフトの３条件のうち、２条件は同一とすると共に１条件は設計変数とし、
上記数値スイングモデルによる上記ゴルフクラブモデルでのスイング時におけるインパクト直前のヘッドスピード、フェース角度、ブロー角度を分析していることを特徴とするゴルフクラブのスイングシミレーション方法を提供している。
【０００９】
上記のように数値スイングモデルとゴルフクラブモデルを用いてスイングをシミュレーションしているため、ゴルフクラブモデルを同一としてスイング時の入力トルクを変更することで、シャフト軸まわりの回転も考慮し、同一ゴルフクラブを用いた場合においてもスイングする際に入力するトルクの相違によるスイング挙動やヘッドの状態の変化を分析することが可能となる。例えば、同一ゴルフクラブを用いても、非力なゴルファーがスイングした場合と、強い力でスイングした場合とのスイング挙動、上記したフェース面の向き等のヘッドの状態を比較分析することができる。
同様に、入力トルクは同一としてゴルフクラブモデルのシャフトあるいはヘッドの重量や材質を変化させることにより、ヘッドの状態の変化を分析することが可能となる。例えば、数値スイングモデルへの入力トルクを同一としても、ゴルフクラブの重量が重くなると、スイングスピードは小さくなり、より実際のスイングに近いモデルとなる。
其の際、ゴルフクラブモデルとして有限要素モデルを用いているため、ゴルフクラブモデルのシャフトやヘッドの重量、材質、形状等の変更は、ゴルフクラブを構成する要素への入力データを変更するだけで簡単に行え、様々なパターンのゴルフクラブをコンピュータ上で作成し、それに基づくスイング挙動およびヘッドの状態をコンピュータ上で容易に分析することができる。よって、ゴルフクラブの試作等を行うことなく、上記分析結果を利用して効率の良いゴルフクラブの設計を行うことができる。
【００１０】
上記数値スイングモデルは、ゴルフクラブのスイングを実測して作成しており、スイング開始時からインパクト直前までの肩関節に加えられるトルクを測定し、該測定したトルクを上記数値スイングモデルに基準データとして入力し、
上記数値スイングモデルの肩関節に任意のトルクをスイング開始時からインパクト直前まで入力し、上記基準データのトルクに基づいて上記任意のトルクを入力した時のスイング挙動を補正している。
【００１１】
即ち、スイング時に負荷されるトルクは、肩関節部分にあるサーボモーターに入力する電圧より測定でき、この肩関節に負荷されるトルクを数値スイングモデルで制御することにより、実際のスイング時にゴルフクラブに負荷される力に応じたスイング挙動を再現することができる。なお、肩関節に入力するトルクは、その目的により任意に設定することができる。
【００１２】
このように、実測したトルクの時刻歴データをシミュレーションのデータを基準データとして入力しているため、スイング中の各時刻におけるトルクの負荷の具合を精度良く再現することができ、スイング時のスイング速度等を考慮した解析を行うことができる。この基準データに基づいて、スイング時のトルク、ゴルフクラブの重量等を変えた場合におけるスイング挙動、ヘッドの状態の解析を行っているため、実際のスイングに近い仮想スイングをコンピュータ上で精度良く再現することができる。
【００１３】
上記数値スイングモデルは、ゴルフのスイングロボットあるいはゴルファーよる実測スイング時の肩関節、肘、手首等の位置データを入力して作成し、上記数値スイングモデルの肩関節に所要トルクを入力してスイングさせると、該スイングは、同一トルクが肩関節に入力された時の上記実測されたスイングと同一のスイング挙動となる設定としている。
【００１４】
上記のようにスイングロボットやゴルファーの上記位置データを入力して数値スイングモデルを作成しているため、実際のスイング時の挙動をほぼ完全に模写することができ、コンピュータを用いたシミュレーションの信頼性を高くすることができる。
其の際、肘、手首の位置データも入力しているため、肩関節に与えられる入力に応じた遠心力、重力によるコックの開き、手首の返りの現象も実際のスイング挙動に準じた設定とすることができる。
【００１５】
ゴルフクラブのシャフトの形状や材料は特に限定されるものではなく、プリプレグの積層体等の繊維強化樹脂製、金属製等の従来使用される種々の材料とすることができる。また、ゴルフクラブのヘッドは、ウッド型ヘッド、アイアン型ヘッド、パター型ヘッド等とすることができ、ドライバー、アイアンクラブ、パター等のあらゆる種類のゴルフクラブとすることができる。ヘッドの材質は、パーシモン（ウッド）、繊維強化樹脂、スチール・アルミニウム合金・チタン・チタン合金・ジュラルミン等の金属材料等の種々の材質とすることができる。また、ヘッドの形状は、従来使用される種々の形状とすることができる。なお、グリップ等の材質・形状等も限定されず、種々の形態とすることができる。各部の材質は部分的に変更することもでき、ゴルフクラブモデルにおいてその材質の該当部分に該当する材質の物性値が入力されていれば良い。
【００１６】
本発明は、上述した本発明のゴルフクラブのスイングシミュレーション方法を用い、
上記数値スイングモデルに入力するトルク及び上記ゴルフクラブモデルを構成するヘッドの条件は同一とし、
上記ゴルフクラブモデルを構成するシャフトの重量分布、剛性分布、内径、外径、積層構造から選択される１項目以上を設計変数として、上記ゴルフクラブモデルの挙動を解析し、
ゴルフボールをインパクトする直前のヘッドスピードを速め、フェースオープン角を０に近づけ、ブロー角が大きくなるように上記設計変数の値を変量してゴルフクラブの仕様を設定することを特徴とするゴルフクラブの設計方法を提供している。
【００１７】
設計変数をゴルフクラブモデルを構成するシャフトの重量分布、剛性分布、内径、外径、肉厚、弾性率、積層構造等のシャフトの諸元から選択される１項目以上としているため、シャフトの性能を変化させたときのゴルフクラブの性能変化を精度良く評価することができ、ゴルフクラブの設計に非常に有用である。
即ち、飛距離や打球方向等の性能に影響を及ぼすシャフトのしなりや捩れ等の影響を考慮することができる。また、トルクとヘッドの条件は同一であるため、シャフトの影響のみを考慮することができ、どの設計変数により、ゴルフクラブの挙動がどのように変化したかを明確に把握することができ、設計指針として有用な情報を得ることができる。さらに、試作を行うことなく、コンピュータにより設計変数を変量させるだけで、種々のタイプのゴルフクラブの性能を予測することができるため、設計の効率化を図ることができる。
【００１８】
さらに、本発明は、上述した本発明のゴルフクラブのスイングシミュレーション方法を用い、
上記数値スイングモデルに入力するトルク及び上記ゴルフクラブモデルを構成するシャフトの条件は同一とし、
上記ゴルフクラブモデルを構成するヘッドの重量、重心位置、慣性モーメント、肉厚分布、形状から選択される１項目以上を設計変数として、上記ゴルフクラブモデルの挙動を解析し、
ゴルフボールをインパクトする直前のヘッドスピードを速め、フェースオープン角を０に近づけ、ブロー角が大きくなるように上記設計変数の値を変量してゴルフクラブの仕様を設定することを特徴とするゴルフクラブの設計方法を提供している。
【００１９】
設計変数をゴルフクラブモデルを構成するヘッドの重量、重心位置、慣性モーメント、肉厚分布、形状等のヘッドの諸元から選択される１項目以上としているため、ヘッドの性能を変化させたときのゴルフクラブの性能変化を精度良く評価することができ、ゴルフクラブの設計に非常に有用である。また、トルクとシャフトの条件は同一であるため、ヘッドの影響のみを考慮することができ、どの設計変数により、ゴルフクラブの挙動がどのように変化したかを明確に把握することができ、設計指針として有用な情報を得ることができる。さらに、試作を行うことなく、コンピュータにより設計変数を変量させるだけで、種々のタイプのゴルフクラブの性能を予測することができるため、設計の効率化を図ることができる。
【００２０】
上記のように設計変数を変量することで、ゴルフボールをインパクトする直前のヘッドスピードを速め、フェースオープン角を０に近づけ、ブロー角が大きくなるように設定している。これによりより大きな飛距離が得られると共に、打球方向のずれが少ないゴルフクラブを設計することができる。ドライバーやアイアン等の各ゴルフクラブの種類に応じて、目標とするヘッドスピードやブロー角は適宜変更することができる。具体的には、ヘッドスピードは、ドライバークラブの場合は４０ｍ／ｓ、アイアンクラブの場合は２０ｍ／ｓ〜６０ｍ／ｓの速さが良い。また、ブロー角は、ロフト角にもよるが、ドライバークラブの場合は１°〜８°、アイアンクラブの場合は−８°〜０°が良い。
【００２１】
最適なヘッドスピード、フェースオープン角、ブロー角が得られるまで設計変数の変量とシミュレーションを繰り返すことで、効率良く各性能に優れたゴルフクラブを設計することができる。また、各設計変数毎に最適な設定を得て、ヘッドとシャフトの各設定を適宜組み合わせることで、各性能に優れたあらゆるタイプのゴルフクラブを容易に設計することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１に本発明のゴルフクラブのスイングシミュレーション方法のフローチャートを示し、まず、該フローチャートに基づいて概略的に説明する。
【００２３】
まず、ステップ＃１で、ゴルフクラブのスイングを実測して、スイング開始時からインパクト直前までの肩関節に加えられるトルクを測定する。
ステップ＃２で、上記測定したトルクを数値スイングモデルに基準データとして入力し、ゴルフクラブモデルをスイングさせる。
ステップ＃３で、入力するトルク、ゴルフクラブモデルのヘッド、シャフトの３条件のうち、２条件は同一とすると共に１条件は設計変数とする。
ステップ＃４で、ゴルフクラブモデルのスイング時のおけるインパクト直前のヘッドスピード、フェース角度、ブロー角度を分析する。
【００２４】
以下、上記シミュレーション方法について詳述する。
まず、ゴルフクラブのスイングを実測して、スイング開始時からインパクト直前までの肩関節に加えられるトルクの時刻歴データを測定する。
【００２５】
図２（Ａ）に示すように、実際にスイングを行うゴルフクラブ１０は、カーボン繊維を強化繊維とする繊維強化樹脂からなるシャフト１１と、チタン製のウッド型ヘッド１２と、グリップ１３とを備えたドライバーであり、シャフト１１の小径端側にヘッド１２、大径端側にグリップ１３が取り付けられている。ゴルフクラブ１０の重量は２８６．５ｇ、長さは１１６８ｍｍ、重心位置はグリップ端から８９５ｍｍ、重心周りの慣性モーメントは５．１２×１０^５（ｇ・ｃｍ^２）としている。
【００２６】
図２（Ｂ）に示すように、ゴルフクラブ１０は、ほぼ等身大の大きさであるゴルフのスイングロボット１４（Ｇｏｌｆ−Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ社製）に握らせてスイングさせるようにしている。スイングロボット１４のスイング条件は、ゴルフボールをインパクトする直前のヘッドスピードを４０ｍ／ｓに設定している。
【００２７】
スイング開始時からインパクト直前までの肩関節１４Ａに加えられるトルクの時刻歴データを測定するために、サーボモーターに入力する電圧波形をモニターしている電圧とトルクの関係はスイングロボットの指定の定数を使用している。
【００２８】
図３に示すように、上記構成のスイングロボットに、スイングのアドレス→バックスイング→トップ→インパクト→フォロースルー→フィニッシュまでの一連の動きでスイングさせ、図４に示すように、スイング開始時からインパクト直前まで肩関節に加えられるトルクの時刻歴データが含まれるようにトルクの時刻歴データを測定する。
【００２９】
測定した任意のトルクを数値スイングモデルに基準データとして入力し、任意のゴルフクラブモデルをスイングさせる。即ち、ゴルフクラブをスイングする数値スイングモデルと、有限要素モデルからなるゴルフクラブモデルとを用いてゴルフクラブのスイングをシミュレーションする。本シミュレーションにおいて、入力するトルク、ゴルフクラブモデルのヘッド、シャフトの３条件のうち、２上件は同一とすると共に１条件は設計変数としている。
【００３０】
数値スイングモデルの解析ソフトは汎用機構解析コードＭＡＤＹＭＯ（ＴＮＯ社製）を使用している。なお、他の機構解析ソフト（ＡＤＡＭＳ、ＤＡＤＳ等）を使用することも可能である。
【００３１】
図５（Ａ）に示すように、数値スイングモデルの解析を行うにあたり、コンピュータによりゴルフクラブモデル２０の初期条件を設定する。
シミュレーションで用いたヘッドモデル２２はゴルフクラブ１０のヘッド１２と同様の構成になるように設定しており、７４９８個の要素に分割し、多数の節点を得ており、有限要素の一辺の平均長さは約２ｍｍとしている。ヘッドモデル２２は、全体を４節点シェル要素の剛体でモデル化し、材料物性や重心位置、重量、慣性モーメント等のヘッドの諸元を入力している。
【００３２】
シミュレーションで用いたシャフトモデル２１はゴルフクラブ１０のシャフト１１と同様の構成になるように設定しており、５７個の梁要素に分割し、多数の節点を得ており、有限要素の一辺の平均長さは約２０ｍｍとしている。シャフトモデル２１は、全体を梁要素でモデル化し、シャフトの積層構造から予め求めたシャフトの弾性率、肉厚等のシャフトの諸元を入力している。本実施形態では、シャフトモデル２１の長手方向に２０ｍｍピッチで要素分割しており、静的な曲げ試験と合うようにシャフトの弾性率全体に補正係数０．８を掛けている。ねじれの特性については、静的な曲げたわみ試験実施時のたわみ量と合うように、ポアソンを０．４５に定めている。
なお、有限要素モデルは、シェル要素、ソリッド要素でもモデル化することも可能である。
【００３３】
シミュレーションで用いたスイングロボットモデル２４は、実物のスイングロボット１４と同様の構成になるように設定しており、実物と同じ重量諸元を各要素に入力している。スイングロボットモデル２４は、全体を３個の剛体リンクモデルでモデル化し、実物のスイングロボット１４の腕、手首の重量諸元を入力している。肩関節部分はスイング面に垂直方向軸周りの回転のみに自由度を持っている。手首部分は、手首が開く角度（コック角）変化（開外）θｏｔに合わせて、手首のねじれ角度変化（開内）θｒｔを線形に定義している。手首のコック角が１度開くと、手首のねじれが１度閉じるように定義している。
【００３４】
数値スイングモデルであるスイングロボットモデルにゴルフクラブモデルを握らせ、数値スイングモデルの肩関節に、上記方法でスイングロボットモデルにスイング実測により得たトルクの時刻歴データをスイング開始時からインパクト直前まで入力してスイングシミュレーションを行う。即ち、基準データのトルクに基づいて上記トルクを入力した時のスイング挙動を補正している。また、数値スイングモデルには、ゴルフのスイングロボット実測スイング時の肩関節、肘、手首等の位置データを入力しても良い。
【００３５】
図５（Ｂ）に、シミュレーションにより得られたスイングモデルを示す。腕の付け根部分である肩関節のみにトルクを与え、遠心力、重力によってコックの開き、手首の返りの現象が起こっている。肩関節を中心としてスイング面に垂直な軸回りの腕の動きが制御されており、数値スイングモデルであるスイングロボットモデルの肩関節に所要トルクを入力してスイングさせると、該スイングは、同一トルクが肩関節に入力された時の上記実測されたスイングと同一のスイング挙動となる設定としている。
【００３６】
図５（Ｂ）に示すように、肩関節に与えられるトルクを考慮したゴルフクラブモデルのスイング時の挙動をシミュレーションにより解析し、その動きを可視化して時々刻々表示することができる。よって、トルクの負荷時におけるインパクト直前のヘッドスピード、フェース角度、ブロー角度を分析することができる。
【００３７】
本シミュレーション方法により得られたスイング挙動と実測スイング挙動との差を調べるために、シャフトに生じるひずみをシミュレーションによる計算値と実測による実験値とを求めた。シャフトのＴＩＰ端から１２４ｍｍ（ＴＩＰ１）、３２４ｍｍ（ＴＩＰ２）、５２４ｍｍ（ＴＩＰ３）、７２４ｍｍ（ＴＩＰ４）の４箇所のおいてスイング時に生じるひずみの時刻歴データの計算値と実験値を図６乃至図８に示す。トウダウン方向、スイング方向、ねじれ方向の３方向について求め、各図に示す。実線が実験値であり、破線が計算値である。図６乃至図８に示すように、ひずみの実験値と計算値を比較すると、いずれのグラフにおいても実験値と計算値が良く一致しており、シミュレーションにより精度良くスイングが再現されていることが確認できた。
【００３８】
上記実施形態では、スイングロボットによる実測スイング時のデータを入力して解析しているが、ゴルファーよる実測スイング時のデータを用いても良く、ゴルファーのスイング挙動を解析することもできる。ゴルフクラブやスイング条件を変更することで、種々のタイプのスイングシミュレーションを非常に精度良く行うことができる。
【００３９】
以下、本発明のゴルフクラブの設計方法について詳述する。
まず、上記ゴルフクラブのスイングシミュレーション方法を用い、数値スイングモデルに入力するトルク及びゴルフクラブモデルを構成するヘッドの条件は同一とし、ゴルフクラブモデルを構成するシャフトの重量分布、剛性分布、内径、外径、肉厚、弾性率、積層構造から選択される１項目以上を設計変数として、ゴルフクラブモデルの挙動を解析する。
【００４０】
具体的には、上記実施形態と同様の方法でトルク制御したシミュレーションを行う。このときのシミュレーションの結果、ゴルフボールをインパクトする直前のヘッドスピードが目的の値に達しているかを判定する。
ここで、設計変数はシャフトの弾性率・肉厚・内径としている。図９（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、上記シミュレーションを行ったゴルフクラブが初期の状態での、シャフトの長手方向の各位置と、シャフトの弾性率・肉厚・内径との各関係、即ち、シャフトの構造を示す。シャフトの長手方向の位置は、ＴＩＰ端からの距離で表している。
【００４１】
次に、ヘッドスピードが目的の値に達していない場合には、ヘッドスピードが目的の値に達するように（スピードが速くなるように）設計変数の値を変量する。ここでは図１０に示すようにシャフトの弾性率の値を変量し、シャフトの剛性分布を変化させている。なお、シャフトの肉厚と内径は同一としている。
【００４２】
設計変数を変量させた後、再度、上記同様のシミュレーションを行い、ヘッドスピードが目的の値に達しているか判定する。目的の値に達するまで、設計変数の変量とシミュレーションとを繰り返す。ヘッドスピードが目的の値に達していればシミュレーションを終了する。
【００４３】
その他、ゴルフボールをインパクトする直前のフェースオープン角を０に近づけ、ブロー角が大きくなるように設計変数の値を変量してゴルフクラブの仕様を設定することができる。
【００４４】
また、設計変数のヘッドの構成要素とすることもできる。
即ち、まず、上記ゴルフクラブのスイングシミュレーション方法を用い、数値スイングモデルに入力するトルク及びゴルフクラブモデルを構成するシャフトの条件は同一とし、ゴルフクラブモデルを構成するヘッドの重量、重心位置、慣性モーメント、肉厚分布、形状から選択される１項目以上を設計変数として、ゴルフクラブモデルの挙動を解析する。
【００４５】
具体的には、上記実施形態と同様の方法でトルク制御したシミュレーションを行う。このときのシミュレーションの結果、ゴルフボールをインパクトする直前のフェース角が目的の値に達しているかを判定する。
ここで、設計変数はヘッドの左右慣性モーメント・ヘッドの上下慣性モーメント、シャフト軸周りのヘッドの慣性モーメントとしている。表１は、上記シミュレーションを行ったゴルフクラブが初期の状態での、ヘッドの左右慣性モーメント・ヘッドの上下慣性モーメント、シャフト軸周りのヘッドの慣性モーメントを示す。
【００４６】
【表１】

【００４７】
次に、フェース角（フェースオープン角）が目的の値に達していない場合には、フェース角が目的の値に達するように（０°に近くなるように）設計変数の値を変量する。ここではシャフトからヘッド重心位置までの距離を３１．６ｍｍから２９．５ｍｍに変更し、表２に示すように、シャフト軸周りのヘッドの慣性モーメントの値を変量している。なお、ヘッドの左右慣性モーメント・ヘッドの上下慣性モーメントは同一としている。
【００４８】
【表２】

【００４９】
設計変数を変量させた後、再度、上記同様のシミュレーションを行い、フェース角が目的の値に達しているか判定する。目的の値に達するまで、設計変数の変量とシミュレーションとを繰り返す。フェース角が目的の値に達していればシミュレーションを終了する。
【００５０】
その他、ゴルフボールをインパクトする直前のヘッドスピードを速め、ブロー角が大きくなるように設計変数の値を変量してゴルフクラブの仕様を設定することができる。これらのシミュレーションによる設計結果を組み合わせることで、飛距離や打球方向等の各性能に優れたゴルフクラブを容易に設計することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、数値スイングモデルとゴルフクラブモデルを用いてスイングをシミュレーションしているため、ゴルフクラブモデルを同一としてスイング時の入力トルクを変更することで、同一ゴルフクラブを用いた場合においてもスイングする際に入力するトルクの相違によるスイング挙動やヘッドの状態の変化を分析することが可能となる。同様に、入力トルクは同一としてゴルフクラブモデルのシャフトあるいはヘッドの重量や材質を変化させることにより、ヘッドの状態の変化を分析することが可能となる。
【００５２】
また、ゴルフクラブモデルとして有限要素モデルを用いているため、ゴルフクラブモデルのシャフトやヘッドの重量、材質、形状等の変更は、ゴルフクラブを構成する要素への入力データを変更するだけで簡単に行え、ゴルフクラブの試作等を行うことなく、様々なパターンのゴルフクラブをコンピュータ上で作成し、それに基づくスイング挙動およびヘッドの状態をコンピュータ上で容易に分析することができる。
【００５３】
即ち、実際のゴルフクラブの挙動をシミュレーションで的確に再現することができ、打撃時に打球方向や飛距離に影響を及ぼすインパクト直前のヘッドスピード、フェース角、ブロー角度等をコンピュータ上で精度良く分析することができる。
【００５４】
さらに、本発明のシミュレーション方法を用い、入力トルクと、シャフトあるいはヘッドの条件は同一とし、他の要件を設計変数とすることで、目的に応じて最適なゴルフラブの設計を効率良く行うことができる。これらの設計結果を組み合わせることで、飛距離や打球方向等の各性能に優れたゴルフクラブを容易に設計することができる。
【００５５】
また、コンピュータによる仮想空間上で計算するため、形状や材料の変更も、入力データの変更だけで良く、シャフトやヘッドの構成を変更した様々なパターンのゴルフクラブの設計を容易に行うことができる。さらに、実際のゴルフクラブの試作回数を減らし、試作に要する費用と時間を削減することができ、ゴルフクラブの設計時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のゴルフクラブのスイングシミュレーション方法のフローチャートを示す。
【図２】（Ａ）はスイングロボットにスイングさせたゴルフクラブ、（Ｂ）はスイングロボットの概略図である。
【図３】スイングロボットのスイング状況を示す図である。
【図４】スイング時に肩関節に加えられるトルクの時刻歴データを示す。
【図５】（Ａ）はスイングロボットモデルを示し、（Ｂ）は数値スイングシミュレーションによるスイング挙動の時間変化を示す図である。
【図６】トゥダウン方向のひずみの実験値と計算値のグラフである。
【図７】スイング方向のひずみの実験値と計算値のグラフである。
【図８】ねじれ方向のひずみの実験値と計算値のグラフである。
【図９】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、シミュレーションを行ったゴルフクラブが初期の状態での、シャフトの長手方向の各位置と、シャフトの弾性率・肉厚・内径との各関係を示す図である。
【図１０】設計変数である弾性率の変量後の、シャフトの長手方向の各位置とシャフトの弾性率との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０ゴルフクラブ
１１シャフト
１２ヘッド
１４スイングロボット
１４Ａ肩関節
２０ゴルフクラブモデル
２１シャフトモデル
２２ヘッドモデル
２４スイングロボットモデル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a golf club swing simulation method and a golf club design method using the simulation method, and in particular, analyzes on a computer the state of a head immediately before impact, and the golf club The design of the golf club is efficiently performed by analyzing the state of the head at the time of swing using the specifications of the head and shaft as design variables.
[0002]
[Prior art]
It is difficult to accurately grasp the behavior of the golf club during the swing and the head state immediately before the impact. However, in the design of a golf club, what kind of torque is applied to swing and what happens to the state of the head such as the direction of the face surface, and the specifications such as the weight and rigidity of the golf club shaft and head change. It is very important in designing a golf club to accurately grasp how the state of the head changes when the same swing behavior is performed.
[0003]
In recent years, in a golf club behavior analysis during a swing, a simulation method using a computer has also been proposed in order to reduce the number of prototypes and trial hits.
For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-331060 (Patent Document 1), the present applicant measures a golfer's swing behavior using the actual golf club, grip coordinates at the time of swing, the tilt angle of the grip, and around the shaft axis. Has proposed to analyze the behavior of a golf club model by simulation in consideration of the torsion of the golf club based on the time history data of the rotation angle of the grip. In this simulation model, wrist position data obtained through experiments is used as an input.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2002-331060 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the simulation method described above, since the simulation is performed only based on the actual measurement data, it is assumed that the same swing behavior is taken even when the torque at the time of swing changes or the golf club to be used changes. ing. For example, even if the weight of the club becomes ten times, it is considered that the club is performing the same swing, and the actual torque at the time of the swing is not taken into consideration.
As described above, when the weight, material, etc. of the shaft or head of the golf club are changed, there is a problem that it is not possible to easily predict what swing behavior will be obtained by analysis based on actual measurement data.
[0006]
In designing golf clubs, assuming a state that is as close as possible to the golfer's actual swing, the golf club that matches the target performance can be accurately obtained by appropriately combining the components of the golf club such as the shaft and head. Although it is required to be able to design easily, the above-described simulation method cannot satisfy the requirement.
[0007]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and can accurately reproduce the swing behavior when the specifications of the weight, material, etc. of the golf club are changed. The challenge is to be able to design well.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention is a method for simulating a swing of a golf club using a numerical swing model for swinging a golf club and a golf club model composed of a finite element model,
Enter any torque into the numerical swing model, swing with any golf club model,
Of the three conditions of the input torque, the golf club model head, and the shaft, two conditions are the same and one condition is a design variable.
There is provided a golf club swing simulation method characterized by analyzing a head speed, a face angle, and a blow angle immediately before impact during a swing in the golf club model by the numerical swing model.
[0009]
As described above, the swing is simulated using the numerical swing model and the golf club model. Therefore, by changing the input torque at the time of swing with the same golf club model, the rotation around the shaft axis is taken into account, and the same golf is used. Even when a club is used, it is possible to analyze a swing behavior or a change in the state of the head due to a difference in torque input when swinging. For example, even when the same golf club is used, it is possible to perform comparative analysis of the head state such as the swing behavior when the less powerful golfer swings and when the golfer swings with a strong force and the orientation of the face surface described above.
Similarly, it is possible to analyze the change in the state of the head by changing the weight or material of the shaft or head of the golf club model with the same input torque. For example, even if the input torque to the numerical swing model is the same, as the weight of the golf club increases, the swing speed decreases, resulting in a model closer to an actual swing.
At that time, since the finite element model is used as the golf club model, the change of the weight, material, shape, etc. of the shaft and head of the golf club model only changes the input data to the elements constituting the golf club. It is easy to perform, and various patterns of golf clubs can be created on a computer, and the swing behavior and the state of the head based on the golf club can be easily analyzed on the computer. Therefore, an efficient golf club can be designed using the analysis result without making a golf club prototype or the like.
[0010]
The numerical swing model is created by actually measuring the swing of a golf club, measuring the torque applied to the shoulder joint from the start of the swing to immediately before the impact, and using the measured torque as reference data in the numerical swing model. Input,
Arbitrary torque is input to the shoulder joint of the numerical swing model from the start of swing until immediately before impact, and the swing behavior when the arbitrary torque is input is corrected based on the torque of the reference data.
[0011]
In other words, the torque applied during the swing can be measured from the voltage input to the servo motor at the shoulder joint. By controlling the torque applied to the shoulder joint using a numerical swing model, the golf club is applied during the actual swing. The swing behavior according to the applied force can be reproduced. The torque input to the shoulder joint can be arbitrarily set depending on the purpose.
[0012]
As described above, since the time history data of the actually measured torque is inputted as the reference data of the simulation, the degree of torque load at each time during the swing can be accurately reproduced, and the swing speed during the swing Etc. can be analyzed. Based on this reference data, the swing behavior when the swing, the weight of the golf club, etc. are changed, and the head state are analyzed, so the virtual swing close to the actual swing is accurately reproduced on the computer. can do.
[0013]
The numerical swing model is created by inputting position data of shoulder joints, elbows, wrists, etc. during actual swing by a golf swing robot or golfer, and a required torque is input to the shoulder joint of the numerical swing model for swinging. The swing is set to have the same swing behavior as the actually measured swing when the same torque is input to the shoulder joint.
[0014]
Since the numerical swing model is created by inputting the position data of the swing robot and golfer as described above, the behavior during actual swing can be replicated almost completely, and the reliability of simulation using a computer Can be high.
At that time, since the elbow and wrist position data is also input, the centrifugal force according to the input given to the shoulder joint, the opening of the cock due to gravity, and the wrist return phenomenon are also set according to the actual swing behavior. can do.
[0015]
The shape and material of the shaft of the golf club are not particularly limited, and may be various conventionally used materials such as a fiber reinforced resin such as a prepreg laminate and a metal. The golf club head may be a wood-type head, an iron-type head, a putter-type head, or the like, and may be any type of golf club such as a driver, an iron club, or a putter. The material of the head may be various materials such as persimmon (wood), fiber reinforced resin, and metal materials such as steel, aluminum alloy, titanium, titanium alloy, and duralumin. Moreover, the shape of a head can be made into the various shape used conventionally. The material and shape of the grip and the like are not limited, and various forms can be adopted. The material of each part can be partially changed, and it is only necessary to input the physical property value of the material corresponding to the corresponding part of the material in the golf club model.
[0016]
The present invention uses the above-described golf club swing simulation method of the present invention,
The torque input to the numerical swing model and the conditions of the head constituting the golf club model are the same,
Analyzing the behavior of the golf club model with one or more items selected from the weight distribution, rigidity distribution, inner diameter, outer diameter, and laminated structure of the shaft constituting the golf club model as design variables,
A golf club characterized in that the head speed immediately before impacting the golf ball is increased, the face open angle is brought close to 0, and the design variables are varied so that the blow angle is increased, and the golf club specifications are set. Provides a design method.
[0017]
The design performance is set to one or more items selected from shaft specifications such as weight distribution, rigidity distribution, inner diameter, outer diameter, wall thickness, elastic modulus, and laminated structure of the shaft constituting the golf club model. It is possible to accurately evaluate the change in the performance of the golf club when the angle is changed, which is very useful for designing a golf club.
That is, it is possible to consider the influence of shaft bending, twisting, and the like that affect performance such as flight distance and hitting direction. Also, since the torque and head conditions are the same, only the influence of the shaft can be taken into account, and it is possible to clearly grasp how the golf club behavior has changed by which design variable. Information useful as a guideline can be obtained. Furthermore, since the performance of various types of golf clubs can be predicted only by changing design variables by a computer without making a prototype, design efficiency can be improved.
[0018]
Furthermore, the present invention uses the above-described golf club swing simulation method of the present invention,
The torque input to the numerical swing model and the conditions of the shaft constituting the golf club model are the same,
Analyzing the behavior of the golf club model using one or more items selected from the weight, center of gravity position, moment of inertia, thickness distribution, and shape of the head constituting the golf club model as design variables,
A golf club characterized in that the head speed immediately before impacting the golf ball is increased, the face open angle is brought close to 0, and the design variable value is varied so that the blow angle becomes larger. Provides a design method.
[0019]
Since the design variables are one or more items selected from the specifications of the head, such as the weight, center of gravity, moment of inertia, thickness distribution, and shape of the head constituting the golf club model, when the performance of the head is changed The performance change of a golf club can be evaluated with high accuracy, and is very useful for designing a golf club. Also, since the torque and shaft conditions are the same, only the influence of the head can be taken into account, and it is possible to clearly grasp how the golf club behavior has changed by which design variable. Information useful as a guideline can be obtained. Furthermore, since the performance of various types of golf clubs can be predicted only by changing design variables by a computer without making a prototype, design efficiency can be improved.
[0020]
By varying the design variables as described above, the head speed immediately before impacting the golf ball is increased, the face open angle is brought close to 0, and the blow angle is increased. As a result, it is possible to design a golf club that can obtain a greater flight distance and that has less shift in the hitting direction. The target head speed and blow angle can be appropriately changed according to the types of golf clubs such as drivers and irons. Specifically, the head speed is preferably 40 m / s for a driver club and 20 m / s to 60 m / s for an iron club. The blow angle depends on the loft angle, but it is preferably 1 ° to 8 ° for a driver club and −8 ° to 0 ° for an iron club.
[0021]
By repeating design variables and simulation until the optimum head speed, face open angle, and blow angle are obtained, it is possible to efficiently design a golf club with excellent performance. In addition, by obtaining optimum settings for each design variable and appropriately combining the settings of the head and the shaft, it is possible to easily design all types of golf clubs with excellent performance.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a flowchart of a golf club swing simulation method of the present invention. First, a schematic description will be given based on the flowchart.
[0023]
First, in step # 1, the golf club swing is measured, and the torque applied to the shoulder joint from the start of the swing to just before the impact is measured.
In step # 2, the measured torque is input to the numerical swing model as reference data to swing the golf club model.
In step # 3, among the three conditions of torque to be input, golf club model head, and shaft, two conditions are the same and one condition is a design variable.
In step # 4, the head speed, the face angle, and the blow angle immediately before the impact during the swing of the golf club model are analyzed.
[0024]
Hereinafter, the simulation method will be described in detail.
First, the golf club swing is measured, and the time history data of the torque applied to the shoulder joint from the start of the swing to just before the impact is measured.
[0025]
As shown in FIG. 2A, a golf club 10 that actually swings includes a shaft 11 made of a fiber reinforced resin using carbon fibers as reinforcing fibers, a wood-type head 12 made of titanium, and a grip 13. A head 12 is attached to the small diameter end side of the shaft 11 and a grip 13 is attached to the large diameter end side. The weight of the golf club 10 is 286.5 g, the length is 1168 mm, the center of gravity is 895 mm from the grip end, and the moment of inertia around the center of gravity is 5.12 × 10. ⁵ (G · cm ² ).
[0026]
As shown in FIG. 2 (B), the golf club 10 is swung by being held by a golf swing robot 14 (manufactured by Golf-Laboratories) having a substantially life size. The swing condition of the swing robot 14 sets the head speed immediately before impacting the golf ball to 40 m / s.
[0027]
In order to measure the time history data of the torque applied to the shoulder joint 14A from the start of the swing to just before the impact, the relationship between the voltage monitoring the voltage waveform input to the servomotor and the torque is a constant specified by the swing robot. I use it.
[0028]
As shown in FIG. 3, the swing robot configured as described above is swung in a series of movements from swing address → back swing → top → impact → follow-through → finish, and as shown in FIG. Torque time history data is measured so that the time history data of torque applied to the shoulder joint is included until just before.
[0029]
The measured arbitrary torque is input as reference data to the numerical swing model, and the arbitrary golf club model is swung. That is, a golf club swing is simulated using a numerical swing model for swinging a golf club and a golf club model composed of a finite element model. In this simulation, among the three conditions of input torque, golf club model head, and shaft, two conditions are the same and one condition is a design variable.
[0030]
The analysis software for the numerical swing model uses a general-purpose mechanism analysis code MADYMO (manufactured by TNO). Other mechanism analysis software (ADAMS, DADS, etc.) can also be used.
[0031]
As shown in FIG. 5 (A), when the numerical swing model is analyzed, initial conditions of the golf club model 20 are set by a computer.
The head model 22 used in the simulation is set to have the same configuration as that of the head 12 of the golf club 10, and is divided into 7498 elements to obtain a large number of nodes, and the average length of one side of the finite element The length is about 2 mm. The entire head model 22 is modeled by a rigid body of a four-node shell element, and specifications of the head such as material physical properties, center of gravity position, weight, and moment of inertia are input.
[0032]
The shaft model 21 used in the simulation is set to have the same configuration as that of the shaft 11 of the golf club 10, and is divided into 57 beam elements to obtain a large number of nodes, and the average of one side of the finite element The length is about 20 mm. The shaft model 21 is modeled as a whole by beam elements, and the shaft specifications such as the elastic modulus and thickness of the shaft obtained in advance from the laminated structure of the shafts are input. In the present embodiment, elements are divided at a pitch of 20 mm in the longitudinal direction of the shaft model 21, and a correction coefficient of 0.8 is applied to the entire elastic modulus of the shaft so as to match a static bending test. For the torsional characteristics, Poisson is set to 0.45 so as to match the amount of deflection at the time of static bending deflection test.
The finite element model can also be modeled with a shell element or a solid element.
[0033]
The swing robot model 24 used in the simulation is set to have the same configuration as that of the real swing robot 14, and the same weight specifications as the real one are input to each element. The swing robot model 24 is modeled as a whole by three rigid link models, and the weight specifications of the arm and wrist of the actual swing robot 14 are input. The shoulder joint has a degree of freedom only for rotation around the axis perpendicular to the swing surface. The wrist portion linearly defines the twist angle change (open) θrt of the wrist in accordance with the change (open angle) θot of the wrist opening angle (cock angle). It is defined that when the wrist cock angle is opened once, the wrist twist is closed once.
[0034]
The golf club model is gripped by the swing robot model, which is a numerical swing model, and the time history data of the torque obtained from the actual swing measurement of the swing robot model by the above method is input to the shoulder joint of the numerical swing model from the start of the swing to just before the impact. And perform a swing simulation. That is, the swing behavior when the torque is input is corrected based on the torque of the reference data. Further, position data such as shoulder joints, elbows, wrists, etc. at the time of actual swing of a golf swing robot may be input to the numerical swing model.
[0035]
FIG. 5B shows a swing model obtained by simulation. Torque is applied only to the shoulder joint, which is the base of the arm, and the phenomenon of the opening of the cock and the return of the wrist occurs due to centrifugal force and gravity. The movement of the arm around the axis perpendicular to the swing surface around the shoulder joint is controlled, and if the swing is input to the shoulder joint of a swing robot model, which is a numerical swing model, and swings, the swing will have the same torque. Is set to have the same swing behavior as that of the actually measured swing when the signal is input to the shoulder joint.
[0036]
As shown in FIG. 5 (B), the behavior of the golf club model at the time of the swing considering the torque applied to the shoulder joint can be analyzed by simulation, and the movement can be visualized and displayed moment by moment. Therefore, it is possible to analyze the head speed, the face angle, and the blow angle immediately before impact when the torque is applied.
[0037]
In order to investigate the difference between the swing behavior obtained by this simulation method and the actual swing behavior, the strain generated in the shaft was calculated by simulation and the experimental value by actual measurement. Calculated values and experimental values of time history data of strain generated at the time of swing at four locations of 124 mm (TIP1), 324 mm (TIP2), 524 mm (TIP3), and 724 mm (TIP4) from the TIP end of the shaft are shown in FIGS. Shown in The three directions, the toe down direction, the swing direction, and the torsion direction, are obtained and shown in each figure. The solid line is the experimental value, and the broken line is the calculated value. As shown in FIG. 6 to FIG. 8, when the experimental value and the calculated value of the strain are compared, the experimental value and the calculated value are in good agreement in any graph, and the swing is accurately reproduced by the simulation. It could be confirmed.
[0038]
In the above embodiment, data at the time of actual swing by the swing robot is input and analyzed. However, data at the time of actual swing by the golfer may be used, and the swing behavior of the golfer can be analyzed. By changing the golf club and swing conditions, various types of swing simulations can be performed with very high accuracy.
[0039]
The golf club design method of the present invention will be described in detail below.
First, using the golf club swing simulation method, the torque input to the numerical swing model and the head conditions constituting the golf club model are the same, and the weight distribution, rigidity distribution, inner diameter, outer diameter of the shaft constituting the golf club model are the same. The behavior of the golf club model is analyzed using one or more items selected from the diameter, thickness, elastic modulus, and laminated structure as design variables.
[0040]
More specifically, a torque controlled simulation is performed in the same manner as in the above embodiment. As a result of the simulation at this time, it is determined whether the head speed immediately before impacting the golf ball has reached the target value.
Here, the design variables are the elastic modulus, wall thickness, and inner diameter of the shaft. FIGS. 9A, 9B, and 9C show the relationship between the position of the shaft in the longitudinal direction and the elastic modulus, thickness, and inner diameter of the shaft in the initial state of the golf club that performed the simulation, That is, the structure of the shaft is shown. The position in the longitudinal direction of the shaft is represented by the distance from the TIP end.
[0041]
Next, when the head speed does not reach the target value, the value of the design variable is varied so that the head speed reaches the target value (so that the speed increases). Here, as shown in FIG. 10, the value of the elastic modulus of the shaft is varied to change the rigidity distribution of the shaft. The wall thickness and inner diameter of the shaft are the same.
[0042]
After changing the design variables, the same simulation is performed again to determine whether the head speed has reached the target value. Repeat design variables and simulation until the desired value is reached. If the head speed has reached the target value, the simulation is terminated.
[0043]
In addition, the specifications of the golf club can be set by varying the design variable value so that the face open angle immediately before impacting the golf ball is close to 0 and the blow angle is increased.
[0044]
It can also be a component of the design variable head.
That is, first, using the golf club swing simulation method, the torque input to the numerical swing model and the shaft conditions constituting the golf club model are the same, and the weight, center of gravity, and moment of inertia of the head constituting the golf club model are the same. The behavior of the golf club model is analyzed using one or more items selected from the thickness distribution and shape as design variables.
[0045]
More specifically, a torque controlled simulation is performed in the same manner as in the above embodiment. As a result of the simulation at this time, it is determined whether the face angle immediately before impacting the golf ball has reached a target value.
Here, the design variables are the right / left inertia moment of the head, the vertical inertia moment of the head, and the inertia moment of the head around the shaft axis. Table 1 shows the moment of inertia of the head, the moment of inertia of the head in the initial state, and the moment of inertia of the head around the shaft axis when the golf club subjected to the simulation is in an initial state.
[0046]
[Table 1]

[0047]
Next, when the face angle (face open angle) does not reach the target value, the value of the design variable is varied so that the face angle reaches the target value (close to 0 °). Here, the distance from the shaft to the center of gravity of the head is changed from 31.6 mm to 29.5 mm, and the value of the moment of inertia of the head around the shaft axis is varied as shown in Table 2. The left and right moment of inertia of the head and the vertical moment of inertia of the head are the same.
[0048]
[Table 2]

[0049]
After changing the design variables, the same simulation is performed again to determine whether the face angle has reached the target value. Repeat design variables and simulation until the desired value is reached. If the face angle has reached the target value, the simulation is terminated.
[0050]
In addition, it is possible to set the specifications of the golf club by increasing the head speed immediately before impacting the golf ball and varying the design variable value so as to increase the blow angle. By combining the design results of these simulations, it is possible to easily design a golf club having excellent performance such as flight distance and hitting direction.
[0051]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, since the swing is simulated using the numerical swing model and the golf club model, by changing the input torque at the time of swing with the golf club model being the same, Even when the same golf club is used, it is possible to analyze a swing behavior or a change in the state of the head due to a difference in torque input when swinging. Similarly, it is possible to analyze the change in the state of the head by changing the weight or material of the shaft or head of the golf club model with the same input torque.
[0052]
In addition, since a finite element model is used as the golf club model, changing the weight, material, shape, etc. of the shaft and head of the golf club model can be done simply by changing the input data to the elements constituting the golf club. It is possible to create various patterns of golf clubs on a computer without making a golf club prototype, and to easily analyze the swing behavior and the state of the head based on the golf clubs.
[0053]
In other words, the behavior of an actual golf club can be accurately reproduced by simulation, and the head speed, face angle, blow angle, etc. immediately before impact that affect the hitting direction and flight distance at the time of hitting are accurately analyzed on a computer. be able to.
[0054]
Furthermore, by using the simulation method of the present invention, the input torque and the shaft or head conditions are the same, and other requirements are set as design variables, so that an optimal golf lab can be efficiently designed according to the purpose. it can. By combining these design results, it is possible to easily design a golf club having excellent performance such as flight distance and hitting direction.
[0055]
In addition, since calculation is performed in a virtual space by a computer, it is only necessary to change the input data to change the shape and material, and it is possible to easily design golf clubs of various patterns with changed shaft and head configurations. . Furthermore, the actual number of trial productions of the golf club can be reduced, the cost and time required for the trial production can be reduced, and the design time of the golf club can be shortened.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a flowchart of a golf club swing simulation method of the present invention.
FIG. 2A is a golf club swung by a swing robot, and FIG. 2B is a schematic view of the swing robot.
FIG. 3 is a diagram showing a swing situation of a swing robot.
FIG. 4 shows time history data of torque applied to a shoulder joint during a swing.
FIG. 5A shows a swing robot model, and FIG. 5B is a diagram showing a time change of swing behavior by a numerical swing simulation.
FIG. 6 is a graph of experimental values and calculated values of strain in the toe down direction.
FIG. 7 is a graph of experimental values and calculated values of strain in the swing direction.
FIG. 8 is a graph of experimental values and calculated values of strain in the twist direction.
FIGS. 9A, 9B, and 9C show the relationship between the position of the shaft in the longitudinal direction and the elastic modulus, thickness, and inner diameter of the shaft in the initial state of the simulated golf club. FIG.
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between each position in the longitudinal direction of the shaft and the elastic modulus of the shaft after the variation of the elastic modulus, which is a design variable.
[Explanation of symbols]
10 Golf club
11 Shaft
12 heads
14 Swing robot
14A shoulder joint
20 Golf club model
21 Shaft model
22 head model
24 Swing robot model

Claims

A method of simulating a golf club swing using a numerical swing model for swinging a golf club and a golf club model comprising a finite element model,
Enter any torque into the numerical swing model, swing with any golf club model,
Of the three conditions of the input torque, the golf club model head, and the shaft, two conditions are the same and one condition is a design variable.
A golf club swing simulation method characterized by analyzing a head speed, a face angle, and a blow angle immediately before impact during a swing in the golf club model according to the numerical swing model.

Measure the golf club swing, measure the torque applied to the shoulder joint from the start of the swing to just before the impact,
Input the measured torque as reference data to the numerical swing model,
2. An arbitrary torque is input to a shoulder joint of the numerical swing model from the start of swing until immediately before impact, and the swing behavior when the arbitrary torque is input is corrected based on the torque of the reference data. The golf club swing simulation method described.

The numerical swing model is created by inputting position data of shoulder joints, elbows, wrists, etc. during actual swing by a golf swing robot or golfer, and a required torque is input to the shoulder joint of the numerical swing model for swinging. 3. The golf club swing simulation method according to claim 1, wherein the swing is set to have the same swing behavior as the actually measured swing when the same torque is input to the shoulder joint.

Using the golf club swing simulation method according to any one of claims 1 to 3,
The torque input to the numerical swing model and the conditions of the head constituting the golf club model are the same,
Analyzing the behavior of the golf club model, with one or more items selected from weight distribution, rigidity distribution, inner diameter, outer diameter, wall thickness, elastic modulus, and laminated structure of the shaft constituting the golf club model as design variables,
A golf club characterized in that the head speed immediately before impacting the golf ball is increased, the face open angle is brought close to 0, and the design variables are varied so that the blow angle is increased, and the golf club specifications are set. Design method.

Using the golf club swing simulation method according to any one of claims 1 to 3,
The torque input to the numerical swing model and the conditions of the shaft constituting the golf club model are the same,
Analyzing the behavior of the golf club model using one or more items selected from the weight, center of gravity position, moment of inertia, thickness distribution, and shape of the head constituting the golf club model as design variables,
A golf club characterized in that the head speed immediately before impacting the golf ball is increased, the face open angle is brought close to 0, and the design variables are varied so that the blow angle is increased, and the golf club specifications are set. Design method.