JP2013009790A - ゴルフクラブシャフトの３次元変形解析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴルフクラブシャフトの撓り（変形）を詳細に解析できる３次元変形解析方法を提供する。
【解決手段】シャフト上にマーカー１〜５を有するゴルフクラブのスイングを第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂで撮影し、第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂで撮影された画像からシャフト上のマーカー１〜５の３次元座標を算出する。シャフト上に有するマーカー１〜５のうち、マーカー１、２を選択して基準ベクトルを作成する。基準ベクトルの延長線と他のマーカー３〜５との間の距離を算出し、算出した距離からシャフトの撓りを解析する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、ゴルフクラブをスイングした時にシャフトに生じる撓りを解析するゴルフクラブシャフトの３次元変形解析方法に関する。

ゴルフクラブシャフトは、スイング中に撓り（変形）を生ずる。ゴルフクラブシャフトは、バックスイングからダウンスイングに至る間に、ヘッドがダウンスイングの方向に対して遅れるように撓り、この撓りがゴルフボールの打撃時に解放されることにより、ゴルフボールを遠くに飛ばすことができる。したがって、シャフトの撓りが、打ち出されたゴルフボールの飛距離に影響するため、ゴルフクラブシャフトの撓り測定することは極めて重要である。

ゴルフクラブシャフトの撓りを測定する方法として、特許文献１には、所定の間隔を置いて複数のマーカーが付されたシャフトをスイングし、撓りが現れる方向にセットしたカメラによって撮影し、その画像上のシャフトのマーカー位置の座標を求め、その座標から２次元のシャフトの撓りを求める方法が開示されている。
また、特許文献２には、ゴルフクラブのシャフトの表面に設けた金属体をドップラーレーダで測定して、その金属体の３次元座標を算出するシャフト挙動自動計測システムが開示されている。

特開平１１−１２８４０７号公報 特開２００７−１３０２４５号公報

しかしながら、ゴルフクラブシャフトは、撓ったり、ねじれたりして非常に複雑な挙動をすることが知られており、特許文献１に示されている２次元のシャフトの撓りを求める方法では、シャフトの詳細な撓り（変形）を求めることができないという問題がある。
また、特許文献２に記載のシャフト挙動自動計測システムは、金属体の３次元座標を算出するものであり、特許文献２には、シャフトの撓り（変形）を求める方法は開示されていない。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ゴルフクラブシャフトの変形を詳細に解析できる３次元変形解析方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、第１の発明は、ゴルフクラブをスイングした時のシャフトの撓りを解析するゴルフクラブシャフトの３次元変形解析方法であって、シャフト上に複数のマーカーが離間して設けられたゴルフクラブのスイングを複数のカメラで撮影する工程と、前記カメラで撮影された画像から前記シャフト上のマーカーの３次元座標を算出する工程と、前記シャフト上に設けられた複数のマーカーのうち、任意の隣り合う２つのマーカーを選択して基準ベクトルを作成する工程と、前記基準ベクトルの延長線と他のマーカー間の距離を算出する工程とを含むことを特徴とする。

第２の発明は、前記基準ベクトルの延長線と前記マーカー間との距離をベクトル計算によって算出することを特徴とする。

第１の発明によれば、３次元でのゴルフクラブシャフトの撓りを計測できるので、ゴルフクラブシャフトの変形を詳細に解析できる。
第２の発明によれば、基準ベクトルの延長線と前記マーカー間との距離をベクトル計算によって算出するので、数学的処理により容易に撓りを解析できる。

カメラシステムを用いた撮影システムの一実施形態を説明する図である。 治具に固定されたカメラを示す図である。 カメラの配置を示す図である。 カメラとスイングプレーンとの位置関係を説明する図である。 カメラの設定角度を説明する図である。 本発明によるゴルフクラブシャフトの３次元変形解析方法が適用される解析システムの一実施形態を説明する図である。 図６に示す解析システムにおいて使用するゴルフクラブの一例を示す図である。 解析装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 解析装置の動作を説明するフローチャートである。 解析装置による解析結果の一例をイメージ化した図である。 ゴルフクラブシャフトの変形量を示す図である。

本発明の実施の形態について説明する前に、まず、本発明によるゴルフクラブシャフトの３次元変形解析方法において用いられるカメラシステムについて説明する。

図１は、上述したカメラシステムを用いた撮影システムの一実施形態を説明する図である。なお、ここでは、ゴルファがゴルフクラブによりゴルフボールを打撃するときのゴルフスイングを撮影する場合を例にして撮影システムを説明するが、図１に示す撮影システムは、野球のバットスイングや、テニスのラケットスイング等を撮影する場合にも、適用できるものである。

図１に示す撮影システム１１は、カメラシステム１５と、計測装置１３（コンピュータ）からなる。カメラシステム１５は、ゴルファがゴルフクラブによりゴルフボールを打撃するときのゴルフスイングをステレオ撮影法により撮影する２台の第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂと、第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂを固定する治具２４からなる。計測装置１３は、第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂから取得した画像から、ゴルフスイングの軌跡を取得して、表示する。

第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂは、ゴルフスイングの３次元映像を取得できるように、所定間隔離間して配置されている。また、第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂは、座標が既知の対象物を複数撮影し、座標が既知の対象物の映像を取得して、第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂの間の相対的な位置関係の算出（キャリブレーション）が行われており、算出された相対的な位置関係を保持できるように冶具２４で固定されている。

図２は、カメラシステムを示す図であり、図３は、カメラシステムのカメラの配置を示す図である。第１カメラ１２Ａと第２カメラ１２Ｂのレンズの光軸間の距離を１１００ｍｍとしている。第１カメラ１２Ａと第２カメラ１２Ｂのレンズの光軸間の距離は、８００〜１５００ｍｍが好ましい。第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂは、レンズの光軸を、カメラ同士を結ぶ線分に対して直角の方向から内側に１５°回転させた状態で冶具２４に固定されている。第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂのレンズの光軸を内側に回転させる角度は１０°〜３０°であることが好ましい。

上述したカメラシステムでは、治具に固定された２台のカメラは、既にキャリブレーションが行われているので、計測の度にキャリブレーションを行わなくても良い。また、２台のカメラは、治具に固定されているので、撮像範囲を調整する際に２台同時に調整可能である。

また、カメラシステム１５は、被験者（ゴルファ）１４によるゴルフスイングを撮像するために、被験者１４が使用するゴルフクラブが、スイング中の各段階（バックスイング、ダウンスイング、フォロースルー）において、撮像できるように、適宜被験者１４から離間して配置される。ここで、上述のように、第１カメラ１２Ａ及び１２Ｂの間の間隔は固定されているため、被験者の身長や体格等に応じて第１カメラ１２Ａ及び１２Ｂと、被験者１４との間隔を適宜調整したとしても、同一平面上で測定したスイング軌跡を比較することができる。

図１では、被験者１４が打撃を行うゴルフボールの中心位置を原点とする。そして、原点を通り、水平面に対して垂直な方向の軸をｚ軸とする。さらに、原点をとおり、被験者１４の両肩を結んだ線に対して垂直であり、かつ水平面上に延在する軸をｘ軸とする。さらに、原点を通り、ｘ軸及びｚ軸に対して垂直な方向（打ち出し方向）の軸をｙ軸とする。

図４は、第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂと、ゴルフクラブの部位が描く軌跡がのっている平面（スイングプレーン）との位置関係を説明する図である。ゴルフスイング撮影の際は、第１カメラ１２Ａのレンズの光軸（撮像素子面に対する垂線）２２Ａと、第２カメラ１２Ｂのレンズの光軸（撮像素子面に対する垂線）２２Ｂとを含む面が、計測したいゴルフクラブ２６の部位が描くスイング軌跡２５が乗っている平面（スイングプレーン）２０に対して垂直となるように、カメラシステム１５を被験者１４の正面に配置する。

図５は、カメラの設定角度を説明する図である。図５では、スイングプレーン２０が、ゴルフボール２１の位置において、水平面２３に対して平均で４８°傾いているとき、カメラのレンズの光軸（撮像素子面に対する垂線）２２Ａ、２２Ｂを含む面が、スイングプレーン２０に対して垂直となるようにすると、第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂは、水平面２３に対して平均で４２°傾けることになることを示している。スイングプレーン２０の水平面２３に対する角度は、被験者（ゴルファ）１４によって、また、ゴルフクラブによって異なる。スイングプレーン２０の水平面２３に対する角度が３０°〜８０°であるとすると、第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂの水平面２３に対する傾き角度は、１０°〜６０°であることが好ましい。

なお、上述した実施形態では、キャリブレーションを行ったカメラ２台で、ゴルフスイングの軌跡を撮影したが、カメラ３台以上を治具２４に固定し、キャリブレーションを行って、３台以上のカメラでゴルフスイングの軌跡を撮影するようにしても良い。

次に、上述したカメラシステムを用いた本発明によるゴルフクラブシャフトの３次元変形解析方法の実施の形態について説明する。

図６は、本発明によるゴルフクラブシャフトの３次元変形解析方法が適用される解析システムの一実施形態を説明する図である。図６に示す解析システム３１は、カメラシステム１５と、解析装置３３（コンピュータ）からなる。

カメラシステム１５は、ゴルファがゴルフクラブによりゴルフボールを打撃するときのゴルフスイングをステレオ撮影法により撮影する２台の第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂと、第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂを固定する治具２４からなる。解析装置３３は、第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂから取得した画像から、ゴルフクラブの撓りを解析する。

第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂは、被験者（ゴルファ）１４によるゴルフスイングを撮像する。第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂは、ゴルフスイング軌跡を３次元計測するための映像を取得できるように、所定間隔離間して配置されている。これらの第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂは、ゴルフスイングの映像を取得した後に、第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂの間の相対的な位置関係を容易に算出可能として、ゴルフスイング軌跡の３次元計測が容易になるように冶具２４で固定されている。

第１カメラ１２Ａと第２カメラ１２Ｂのレンズの光軸間の距離は、図２に示すように、１１００ｍｍとしている。第１カメラ１２Ａと第２カメラ１２Ｂのレンズの光軸間の距離は、８００〜１５００ｍｍが好ましい。第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂは、レンズの光軸を、図３に示すように、カメラ同士を結ぶ線分に対して直角の方向から内側に１５°回転させた状態で冶具２４に固定されている。第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂのレンズの光軸を内側に回転させる角度は１０°〜３０°であることが好ましい。

また、カメラシステム１５は、被験者（ゴルファ）１４によるゴルフスイングを撮像するために、被験者１４が使用するゴルフクラブが、スイング中の各段階（バックスイング、ダウンスイング、フォロースルー）において、撮像できるように、適宜被験者１４から離間して配置される。ここで、上述のように、第１カメラ１２Ａ及び１２Ｂの間の間隔は固定されているため、被験者の身長や体格等に応じて第１カメラ１２Ａ及び１２Ｂと、被験者１４との間隔を適宜調整したとしても、同一平面上で測定したスイング軌跡を比較することができる。

図６では、被験者１４が打撃を行うゴルフボールの中心位置を原点とする。そして、原点を通り、水平面に対して垂直な方向の軸をｚ軸とする。さらに、原点をとおり、被験者１４の両肩を結んだ線に対して垂直であり、かつ水平面上に延在する軸をｘ軸とする。さらに、原点を通り、ｘ軸及びｚ軸に対して垂直な方向の軸をｙ軸とする。ｙ軸方向は、ゴルフスイングによりボールを打ち出す方向に略対応するため、以下、「打ち出し方向」とも称する。

撮影範囲は、ゴルフボールを中心にして前方０．２ｍから後方１．０ｍ（打ち出し方向）の範囲と、ゴルフボールを中心にしてボール中心でゴルファの正面方向０．１ｍからゴルファの正面逆方向０．４ｍ（ゴルファーの体に対して垂直方向）の範囲である。また、第１カメラ１２Ａ及び１２Ｂの撮影速度（秒間撮像フレーム数）は１００００ｆｐｓである。

図７は、図６に示す解析システムにおいて使用するゴルフクラブの一例を示す図である。図６に示す被験者１４は、このゴルフクラブ（以下、「計測用クラブ」と称する）を用いてスイングを行う。そして、第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂはその映像を取得する。計測用クラブは、グリップ３６付近のシャフト３４上に、追跡用のマーカー１が設けられ、さらに、ゴルフボールを打撃する部分であるゴルフクラブヘッド３５に向かってシャフト３４上に所定間隔（約２０ｃｍ）でマーカー２〜５が設けられている。追跡用のマーカーは、ゴルフクラブの軌跡を追いたい点に３点以上設けられることが好ましい。このマーカーは、例えば、白色の反射テープ、球形マーカー、反射マーカーなどを付したものであり、ゴルフスイングの撮影時には、黒背景で撮影を行うことにより、画像処理によって、マーカーの軌跡を容易に追跡することができる。

図８は、解析装置の概略構成を示す機能ブロック図である。解析装置３３は、第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂから、インタフェース（Ｉ／Ｆ）２９Ａ及び２９Ｂを介してゴルフスイングの映像を取得し、演算を行う演算部１６と、解析装置３３全体を制御する制御部１７と、演算部１６による演算結果や、第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂから取得した映像を表示する表示部１８と、第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂから取得したスイング画像データを格納する記憶部１９とを備える。演算部１６は、３次元座標算出部２７と、マーカー変位量決定部２８とを備える。３次元座標算出部２７は、記憶部１９から取得したスイング画像データから各マーカーの３次元座標を算出し、２つのマーカーを結ぶ直線を基準ベクトルとする。マーカー変位量決定部２８は、基準ベクトルの延長線とマーカーとの距離を算出する。なお、３次元座標算出部２７、マーカー変位量決定部２８は、ソフトウェアプログラムを実行することによって実現される。

図９は、解析装置の動作を説明するフローチャートである。また。図１０は、解析装置による解析結果の一例をイメージ化した図であり、図７に示すマーカー１〜５が設けられた計測用クラブを、被験者１４がスイングしたときの状態を第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂで撮影したとき映像を示している。

演算部１６の３次元座標算出部２７は、第１カメラ１２Ａ及び第２カメラ１２Ｂがステレオ撮影した映像のスイング画像データからマーカー１〜５の３次元座標を算出し（Ｓ１０１）、シャフト３４の実質上撓りが生じないグリップ３６近くのマーカー１とマーカー２を結ぶ線分を基準ベクトルとする（Ｓ１０２）。次に、演算部１６のマーカー変位量決定部２８は、マーカー３から基準ベクトルの延長線上に垂線を下ろしたときの垂線と延長線との交点を求める（Ｓ１０３）。ｐ_３は、マーカー３から基準ベクトルの延長線上に垂線を下ろしたときの垂線と延長線との交点であり、ｐ_４は、マーカー４から基準ベクトルの延長線上に垂線を下ろしたときの垂線と延長線との交点であり、ｐ_５は、マーカー５から基準ベクトルの延長線上に垂線を下ろしたときの垂線と延長線との交点である。また、ｌ_３は、マーカー１とｐ_３との間の距離（ベクトル）であり、ｌ_４は、マーカー１とｐ_４との間の距離（ベクトル）であり、ｌ_５は、マーカー１とｐ_５との間の距離（ベクトル）である。次に、マーカー変位量決定部２２は、ベクトル計算により距離ｄ_３〜ｄ_５を求める（Ｓ１０４）。ｄ_３は、マーカー３と交点ｐ_３との間の距離（ベクトル）であり、ｄ_４は、マーカー４と交点ｐ_４との間の距離（ベクトル）であり、ｄ_５は、マーカー５と交点ｐ_５との間の距離（ベクトル）である。このｄ_３〜ｄ_５がゴルフクラブシャフトの変形量（撓り）となる。

図１１は、ゴルフクラブシャフトの変形量を示す図である。縦軸は、基準ベクトル延長線上でのマーカー１からの距離ｌｎを表しており、横軸は、基準ベクトル延長線に直交する平面上での基準ベクトル延長線からの距離（絶対値）ｄｎを表している。図１０には、基準ベクトル延長線上でのマーカー１〜５のマーカー１からの距離ｌｎと、マーカー１〜５の、方向成分を含まない、基準ベクトル延長線までの距離ｄｎ（絶対値）が示されており、この図から、３次元でのゴルフクラブシャフトの変形量（撓り）を解析でき、剛性分布等の解析が可能となる。また、その被験者（ゴルファ）１４に最適なゴルフクラブシャフトの選択等が可能となる。

１〜５ マーカー
１１ 撮影システム
１２ カメラ
１３ 計測装置
１４ 被験者
１５ カメラシステム
１６ 演算部
１７ 制御部
１８ 表示部
１９ 記憶部
２０ スイングプレーン
２１ ゴルフボール
２２ 垂線
２３ 水平面
２４ 治具
２５ スイング軌跡
２６ ゴルフクラブ
２７ ３次元座標算出部
２８ マーカー変位量決定部
２９ インタフェース
３１ 解析システム
３３ 解析装置
３４ シャフト
３５ ゴルフクラブヘッド
３６ グリップ

Claims (2)

1. ゴルフクラブをスイングした時のシャフトの撓りを解析するゴルフクラブシャフトの３次元変形解析方法であって、
   シャフト上に複数のマーカーが離間して設けられたゴルフクラブのスイングを複数のカメラで撮影する工程と、
   前記カメラで撮影された画像から前記シャフト上のマーカーの３次元座標を算出する工程と、
   前記シャフト上に設けられた複数のマーカーのうち、任意の隣り合う２つのマーカーを選択して基準ベクトルを作成する工程と、
   前記基準ベクトルの延長線と他のマーカー間の距離を算出する工程と、
   を含むことを特徴とするゴルフクラブシャフトの３次元変形解析方法。
2. 前記基準ベクトルの延長線と前記マーカー間との距離をベクトル計算によって算出することを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブシャフトの３次元変形解析方法。

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