JP2013099524A - テニスのスイング動作の分析装置、分析システム及び分析プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のテニスのスイング動作の分析装置は、ユーザによるテニスラケットのスイング動作をサンプリングしたサンプリングデータを取得する取得部と、前記サンプリングデータに基づいて、前記テニスラケット又は前記テニスラケットにより打たれたボールの速度、加速度、角速度及び位置、並びにこれらの任意の組み合わせの中から選択される指標を算出する算出部と、スイングタイプを示す複数の領域に分割されたグラフ領域を表示するとともに、前記グラフ領域上に、前記指標を表示するGUI画面を作成する画面作成部とを備える。
【選択図】図9
Description
本発明の第3観点に係る分析装置は、第1観点又は第2観点に係る分析装置であって、前記GUI画面は、前記グラフ領域に含まれる前記複数の領域を異なる表示形式で表示する。
本発明の第5観点に係る分析装置は、第4観点に係る分析装置であって、前記指標は、前記テニスラケットの速度である。
図1に示すとおり、本発明の一実施形態に係る分析システム100は、ユーザによるテニスラケット10のスイング動作をサンプリングする計測デバイス1と、計測デバイス1から送られてくるサンプリングデータに基づいて、ユーザによるテニスラケット10のスイング動作を分析する分析装置2とを備えている。分析装置2は、ユーザによるテニスラケット10のスイング動作を分析することにより、主として、ユーザがテニスラケット10のフィッティングを行うのを支援すべく、スイング動作に関連する評価指標をユーザが直感的に理解可能な態様で表示するGUI画面を提示する。すなわち、分析システム1は、ユーザが様々なテニスラケット10の中から自分に適したテニスラケット10を選択するのを支援するためのシステムであり、主として、テニスラケット10の販売を行うテニス用品店や、テニススクール等に導入される。なお、「スイング」という用語には、グラウンドストロークのみならず、ボレーやサーブ等、テニスラケット10を振る任意の行為が含まれる。グラウンドストロークとは、一度テニスコートの地面でバウンドしたテニスボールを打撃することをいう。
まず、計測デバイス1について、図2も参照しつつ説明する。図2に示すように、この計測デバイス1は、テニスラケット10に取り付けられるセンサ部11と、このセンサ部11でサンプリングされる計測データ(サンプリングデータ)を分析装置2に送信するための通信部12とを備えている。ここで用いられるテニスラケット10は、一般的なものではあるが、縦横にガット101が張り渡されてフェース102が形成されたヘッド103を有しており、このヘッド103の一端から左右一対のスロート104が延びて一本のシャフト105に連結されている。また、シャフト105には、プレーヤーが把持するグリップ106が連結されている。
続いて、分析装置2について説明する。分析装置2は、CD−ROM、DVD−ROM、ブルーレイディスク、USBメモリ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体20に格納された分析プログラム231を汎用のパーソナルコンピュータにインストールすることにより製造される。分析プログラム231は、計測システム1から送られてくるサンプリングデータを加工することにより後述するGUI画面を作成し、これを表示部21に表示させるためのソフトウェアである。分析プログラム231は、分析装置2に後述する動作を実行させる。
続いて、分析システム100による、主としてテニスラケット10のフィッティングのためのスイング動作の分析処理について説明する。本実施形態に係る分析処理は、3つの工程から構成されている。すなわち、計測デバイス1によりラケット10の加速度及び角速度の計測値をサンプリングするサンプリング工程、サンプリング工程によるサンプリングデータに基づいて、分析装置2によりスイング動作の評価指標を算出する算出工程、分析装置2により評価指標をグラフ表示するGUI画面を作成する画面作成工程の3つの工程である。以下、これらの工程を順に説明する。
まず、サンプリング工程について説明すると、自分に適したテニスラケット10を探しているユーザ自身が、プレーヤー50としてテニスコート70に配置される。そして、このプレーヤー50に対し、相手陣73に配置されたもう一人のプレーヤー又はテニスボールマシーンからテニスボールが連続的に供給される。なお、プレーヤー50に対するボールの供給は、一定方向かつ一定速度とされることが好ましい。プレーヤー50は、ボールを相手陣73に打ち返すように心がけながら、手に持ったラケット10をスイングして、飛んできたボールを連続的に打ち返す。すなわち、分析システム100による分析の対象となるプレーヤー50のスイング動作は、いわゆる素振りではない。
続いて、評価指標の算出工程について説明する。制御部24の算出部241は、1本のラケット10に対応するサンプリング工程が終了する度に、記憶部23の生データ領域2321に記憶されているグリップ加速度A(gx),A(gy)及びA(gz)並びにグリップ角速度ω(gx),ω(gy)及びω(gz)のデータの全て又は一部を参照することにより、スイング動作の評価指標を算出する。ここでいう評価指標とは、テニスラケット10の速度、加速度、角速度又は位置、或いはこれらの値を任意に組み合わせて定義される変数であり、定量的に表されるものであってもよいし、「大」「中」「小」等、定性的に表されるものであってもよい。また、「任意の組み合わせ」とは、係数の掛け合わせや1又は複数回の加減乗除等の演算を行いながら、任意の態様で物理量を組み合わせることを意味する。すなわち、評価指標とは、スイング動作時のテニスラケット10の挙動を示す物理量を用いて定義される変数であると考えることもできる。本実施形態における評価指標は、XYZ絶対座標系におけるグリップ加速度、グリップ速度、ヘッド速度、ヘッド加速度、ヘッド速度成分比及びスイング軌道、並びにxyz相対座標系におけるラケット角速度である。以下、各評価指標について説明する。
XYZ絶対座標系におけるグリップ加速度は、xyz相対座標系におけるグリップ加速度A(gx),A(gy)及びA(gz)、並びにxyz相対座標系におけるグリップ角速度ω(gx),ω(gy)及びω(gz)のデータに基づいて算出される。より具体的には、算出部241により、時刻毎のグリップ加速度A(gx),A(gy)及びA(gz)が、時刻毎のグリップ角速度ω(gx),ω(gy)及びω(gz)に基づいて、時刻毎のグリップ加速度のX軸、Y軸及びZ軸成分であるA(gX),A(gY)及びA(gZ)に変換される。変換に用いられるクォータニオンは、下記数式によって表される。
Q=[cos(θ);ω(gx)/θ*sin(θ/2),ω(gy)/θ*sin(θ/2),ω(gz)/θ*sin(θ/2)]
R=[cos(θ);-ω(gx)/θ*sin(θ/2),-ω(gy)/θ*sin(θ/2),-ω(gz)/θ*sin(θ/2)]
上記数式におけるθは、下記数式によって求められる。
θ=SQRT(ω(gx)2+ω(gy)2+ω(gz)2)
A(g)=SQRT(A(gx)2+A(gy)2+A(gz)2)
XYZ絶対座標系におけるグリップ速度は、XYZ絶対座標系におけるグリップ加速度A(gX),A(gY)及びA(gZ)のデータに基づいて算出される。より具体的には、算出部241により、時刻毎のグリップ速度のX軸、Y軸及びZ軸成分であるV(gX)、V(gY)及びV(gZ)が、下記数式に基づいて算出される。
ΔV(gX)=A(gX)*ΔT
ΔV(gY)=A(gY)*ΔT
ΔV(gZ)=A(gZ)*ΔT
上記数式において、ΔTは、微小時間(上述のサンプリング間隔)であり、ΔV(gX)、ΔV(gY)及びΔV(gZ)は、微小時間ΔTにおけるV(gX)、V(gY)及びV(gZ)の増分である。ΔTの値は、オペレータにより分析装置2に適宜入力される。
V(g)=SQRT(V(gX)2+V(gY)2+V(gZ)2)
XYZ絶対座標系におけるヘッド速度は、xyz相対座標系におけるグリップ加速度A(gx),A(gy)及びA(gz)、xyz相対座標軸系におけるグリップ角速度ω(gx),ω(gy)及びω(gz)、並びにラケット長のデータに基づいて算出される。ラケット長のデータは、オペレータにより分析装置2に適宜入力される。具体的には、まず、算出部241が、前述の数式により、XYZ絶対座標系における時刻毎のグリップ速度V(gX)、V(gY)及びV(gZ)を算出する。一方、前述のクォータニオンから、算出部241が回転行列RMを算出する。算出部241はさらに、XYZ絶対座標系における時刻毎の回転による速度ベクトルVrを、下記数式に基づいて算出する。
Vr=cross(ω,tV)*RM
この数式において、cross(ω,tV)は、xyz相対座標系における時刻毎の角速度ベクトルωとラケット長ベクトルtVとの外積である。
V(hX)=V(gX)+Vr(X)
V(hY)=V(gY)+Vr(Y)
V(hZ)=V(gZ)+Vr(Z)
V(h)=SQRT(V(hX)2+V(hY)2+V(hZ)2)
XYZ絶対座標系におけるヘッド加速度は、XYZ絶対座標系におけるヘッド速度V(hX),V(hY)及びV(hZ)に基づいて算出される。より具体的には、算出部241は、時刻毎のヘッド速度のX軸、Y軸及びZ軸成分であるV(hX),V(hY)及びV(hZ)をそれぞれ時間で微分することにより、時刻毎のヘッド加速度のX軸、Y軸及びZ軸成分であるA(hX)、A(hY)及びA(hZ)を算出する。
A(h)=SQRT(A(hX)2+A(hY)2+A(hZ)2)
[ヘッド速度成分比]
XYZ絶対座標系におけるヘッド速度成分比Iは、xyz相対座標系におけるグリップ加速度A(gx),A(gy)及びA(gz)、xyz相対座標軸系におけるグリップ角速度ω(gx),ω(gy)及びω(gz)、並びにラケット長のデータに基づいて算出される。具体的には、まず、算出部241が、前述の数式により、XYZ絶対座標系における時刻毎のヘッド速度のX軸及びZ軸成分であるV(hX)及びV(hZ)を算出する。続いて、算出部241は、XYZ絶対座標系における時刻毎のヘッド速度成分比Iを下記数式に基づいて算出する。
I=V(hZ)/V(hX)
XYZ絶対座標系におけるスイング軌道は、xyz相対座標系におけるグリップ加速度A(gx),A(gy)及びA(gz)、xyz相対座標軸系におけるグリップ角速度ω(gx),ω(gy)及びω(gz)、並びにラケット長のデータに基づいて算出される。具体的には、まず、算出部241が、前述の数式により、XYZ絶対座標系における時刻毎のグリップ速度V(gX),V(gY)及びV(gZ)を算出する。続いて、算出部241は、このグリップ速度V(gX),V(gY)及びV(gZ)から、下記数式に基づいて、時刻毎のグリップ11の位置のX軸、Y軸及びZ軸成分であるP(gX),P(gY)及びP(gZ)を算出する。
ΔP(gX)=V(gX)*ΔT
ΔP(gY)=V(gY)*ΔT
ΔP(gZ)=V(gZ)*ΔT
上記数式において、ΔTは、微小時間(上述のサンプリング間隔)であり、ΔP(gX),ΔP(gY)及びΔP(gZ)は、微小時間ΔTにおけるP(gX),P(gY)及びP(gZ)の増分である。
P(h)=tV*RM
上記数式において、tVは前述のラケット長ベクトルであり、RMは前述の回転行列である。算出部241は、下記数式により、時刻毎のヘッド103のトップの絶対座標(Xt,Yt,Zt)を算出し、評価指標として評価領域2322に記憶する。時刻毎の絶対座標(Xt,Yt,Zt)は、ラケット12の軌道を意味している。
(Xt,Yt,Zt)=P(g)+P(h)
JX=(Xt−Xto)
算出部241は、時刻toからtまでの絶対座標軸Y方向のヘッド103の移動距離JYを、下記数式によって算出する。
JY=(Yt−Yto)
算出部241は、時刻toからtまでの絶対座標軸Z方向のヘッド103の移動距離JZを、下記数式によって算出する。
JZ=(Zt−Zto)
移動距離JX,JY及びJZは、評価指標として評価領域2322に記憶される。
xyz相対座標系におけるラケット角速度は、三軸ジャイロセンサ112の計測値である、y軸の回りのグリップ角速度ω(gy)である。
図5には、サンプリング工程におけるテニスラケット10が示されている。図5には、相対座標軸yの方向に沿って見たヘッド103が示されている。図5には、ラケット10とインパクトする直前のテニスボール90も示されている。この図において矢印Aで示されているのは、ヘッド103の回転方向である。この回転の角速度が、前述のグリップ角速度ω(gy)である。時刻毎のグリップ角速度ω(gy)は、評価指標である時刻毎のラケット角速度として評価領域2322に記憶される。また、算出部241は、この時刻毎のグリップ角速度ω(gy)の中から、ヘッド速度の大きさV(h)が最大となる時刻のものを、最大ラケット角速度ωωとして選択し、評価指標として評価領域2322に記憶する。
続いて、GUI画面の作成工程について、上述の評価指標の算出工程を含め、図6を参照しつつ説明する。図6に示す処理は、最初の1本のラケット10に対応するサンプリング工程が終了したタイミングで開始する。
続いて、画面作成部242は、ステップS22として、ステップS21で算出された後、評価領域2322に記憶されている様々な評価指標をそのままで、或いは適宜加工したものを、表形式やグラフ形式等の様々な形式で表示するGUI画面を作成し、表示部21上に表示させる。GUI画面に表示される各種項目の例については、後述する。
以下、GUI画面上に表示される各種項目について説明する。
<3−1.評価指標の一覧表>
画面作成部242は、評価領域232内に記憶されている評価指標を適宜参照することにより、GUI画面上に図7に示す一覧表T1を表示させる。一覧表T1には、最大グリップ速度VV(g)、最大グリップ加速度AA(g)、最大ヘッド速度VV(h)、最大ヘッド加速度AA(h)、最大ヘッド速度成分比II、及び最大ラケット角速度ωωを表示する欄が設けられている。上記したとおり、これらの各評価指標は、各ラケット10に対しサンプル数ずつ導出されるが、一覧表T1内では、これらの平均値が表示される。
図8に示すように、画面作成部242は、GUI画面上にグラフ領域G1を表示する。また、画面作成部242は、このグラフ領域G1上に、対象ラケット群に含まれるラケット10にそれぞれ対応する複数のスイング軌道の線図U2〜U6のオブジェクトと、理想的なスイング軌道の線図U1のオブジェクトとを同時に表示する。上記したとおり、スイング軌道は、各ラケット10に対しサンプル数ずつ導出されるが、グラフ領域G1上では、これらの平均値が表示される。線図U2〜U6は、スイング軌道のX軸及びZ軸成分をプロットしたものである。なお、グラフ領域G1は、X軸及びZ軸を互いに直交する横軸及び縦軸として表示する二次元的な領域であるが、X軸及びZ軸の組み合わせだけでなく、X軸、Y軸及びZ軸から選択される任意の2つの軸を互いに直交する横軸及び縦軸として表示するようにしてもよい。また、X軸、Y軸及びZ軸を三次元的に表示してもよい。
図9に示すように、画面作成部242は、GUI画面上にグラフ領域G2を表示する。また、画面作成部242は、このグラフ領域G2上に、対象ラケット群に含まれるラケット10にそれぞれ対応する太線l1〜l5のオブジェクトを同時に表示する。ここで、グラフ領域G2の横軸は、最大ヘッド速度VV(h)が得られる時刻における、X軸方向のヘッド速度V(hX)であり、縦軸は、最大ヘッド速度VV(h)が得られる時刻における、Z軸方向のヘッド速度V(hZ)である。従って、グラフ領域G2上の太線l1〜l5の傾きは、最大ヘッド速度成分比IIを示している。なお、上記したとおり、最大ヘッド速度VV(h)が得られる時刻におけるヘッド速度V(hX)及びヘッド速度V(hZ)は、各ラケット10に対しサンプル数ずつ導出されるが、グラフ領域G2上では、これらの平均値が表示される。
直線L1: V(hZ)=0.60*V(hX)
直線L2: V(hZ)=0.25*V(hX)
直線L3: V(hZ)=0.00
画面作成部242は、特定のラケット10でのユーザのスイング動作の安定性を評価するべく、GUI画面上に、図10〜図13に示すような最大ヘッド速度成分比IIのバラツキを示すグラフを同時に表示させる。このグラフは、対象ラケット群に含まれるラケット10の数だけ表示される。ここで、このグラフ領域G3の縦軸及び横軸の性質は、グラフ領域G1と同様である。また、グラフ領域G3上には、グラフ領域G1と同様の補助線L1〜L4が表示される。また、直線L1〜L3により分割されるグラフ領域G3上の4つの領域も、グラフ領域G1と同様に、色やパターン等に関し異なる表示形式で表示される。
(1)図10に対応するラケット10によるスイングでは、ヘッド速度V’のバラツキが小さく、スイングタイプのバラツキも小さい。
(2)図11に対応するラケット10によるスイングでは、ヘッド速度V’のバラツキは小さいが、スイングタイプのバラツキが大きい。
(3)図12に対応するラケット10によるスイングでは、ヘッド速度V’のバラツキは大きいが、スイングタイプのバラツキが小さい。
(4)図13に対応するラケット10によるスイングでは、ヘッド速度V’のバラツキが大きく、スイングタイプのバラツキも大きい。
図14に示すように、画面作成部242は、GUI画面上にグラフ領域G4を表示する。また、画面作成部242は、このグラフ領域G4上に、対象ラケット群に含まれるラケット10にそれぞれ対応する点q1〜q5のオブジェクトを同時に表示する。点q1〜q5は、色やパターン等に関し異なる表示形式で表示される。ここで、グラフ領域G4は、1次元のグラフであり、唯一の軸である縦軸は、最大ラケット角速度ωωを示している。
線分L5: ωω=0.00
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、以下の変更が可能である。
<4−1>
本発明に係る分析システムは、上記実施形態のようなテニスラケットのフィッティングの場面だけでなく、ガットの張力のフィッティング、テニスのコーチング等の場面にも適用され得る。前者の例としては、サンプリングデータを、異なる種類のテニスラケットではなく、ガットの張力の異なる複数のテニスラケットに関するものとすればよい。
サンプリングデータをサンプリングする方法は、上述したものに限られず、例えば、計測システム1を導入することに加えて又は代えて、テニスコート70の適所に1又は複数台のカメラを設置してもよい。カメラが利用される場合、分析装置2は、時系列の画像データを順次画像処理することにより、必要なパラメータを算出することができる。これらのセンサの出力値から各種指標を算出するようにしてもよい。
計測システム1から分析装置2へサンプリングデータを送る方法は、上述した態様に限られない。例えば、計測中、サンプリングデータを計測システム1に付属のメモリ内に保存しておき、計測後、適当なタイミングで、このメモリを分析装置2に接続し、サンプリングデータを分析装置2へ取り込むようにしてもよい。
GUI画面を出力する出力部は、ディスプレイの形態に限られず、プロッタ及び/又はプリンタ等であってもよい。
<4−5>
評価指標の種類は、上述したものに限られず、例えば、スイング動作により打ち返されたテニスボールの速度、加速度、角速度及び位置、並びにこれらの任意の組み合わせであってもよい。また、上記実施形態では、時刻毎のグリップ速度、グリップ加速度、ヘッド速度、ヘッド加速度、ヘッド速度成分比、及びラケット角速度の中から、評価指標として特に、ヘッド速度が最大となる時刻での値が選択された。しかしながら、別の特定のタイミング、例えば、それぞれの値が最大になる時刻におけるグリップ速度、グリップ加速度、ヘッド速度、ヘッド加速度、ヘッド速度成分比、及びラケット角速度等が選択されてもよい。
サンプリングデータとして、素振りのデータを収集してもよい。
<4−7>
サンプル数は、適宜選択される値であり、例えば、1であってもよい。
2 分析装置
50 プレーヤー(ユーザ)
10 テニスラケット
25 通信部(取得部)
231 分析プログラム
241 算出部
242 画面作成部(作成部)
100 分析システム
G1〜G4 グラフ領域
Claims (13)
- ユーザによるテニスラケットのスイング動作をサンプリングしたサンプリングデータを取得する取得部と、
前記サンプリングデータに基づいて、前記テニスラケット又は前記テニスラケットにより打たれたボールの速度、加速度、角速度及び位置、並びにこれらの任意の組み合わせの中から選択される指標を算出する算出部と、
スイングタイプを示す複数の領域に分割されたグラフ領域を表示するとともに、前記グラフ領域上に、前記指標を表示するGUI画面を作成する画面作成部と
を備える、
テニスのスイング動作の分析装置。 - 前記GUI画面は、前記グラフ領域上に、前記複数の領域の境界を示すための補助線を表示する、
請求項1に記載の分析装置。 - 前記GUI画面は、前記グラフ領域に含まれる前記複数の領域を異なる表示形式で表示する、
請求項1又は2に記載の分析装置。 - 前記グラフ領域は、前記指標の第1方向の成分を第1軸とし、前記指標の前記第1方向と直交する第2方向の成分を前記第1軸と直交する第2軸とする領域である、
請求項1から3のいずれかに記載の分析装置。 - 前記指標は、前記テニスラケットの速度である、
請求項4に記載に記載の分析装置。 - 前記算出部は、第1指標及び第2指標を含む複数の種類の前記指標を算出し、
前記グラフ領域は、前記第1指標を第1軸とし、前記第2指標を前記第1軸と直交する第2軸とする領域である、
請求項1から5のいずれかに記載の分析装置。 - 前記算出部は、前記スイング動作の単位毎に、前記指標を算出し、
前記GUI画面は、前記グラフ領域上に、複数の前記スイング動作の単位にそれぞれ対応する複数の前記指標を同時に表示する、
請求項1から6のいずれかに記載の分析装置。 - 前記取得部は、前記ユーザによる異なる前記テニスラケットの前記スイング動作をサンプリングした前記サンプリングデータを取得し、
前記算出部は、前記サンプリングデータに基づいて、前記異なるテニスラケットに属する前記スイング動作の単位毎に、前記指標を算出する、
請求項7に記載の分析装置。 - 請求項1から8のいずれかに記載の分析装置と、
前記スイング動作をサンプリングして前記サンプリングデータを生成し、前記サンプリングデータを前記取得部に送信するサンプリング装置と
を備える、テニスのスイング動作の分析システム。 - ユーザによるテニスラケットのスイング動作をサンプリングしたサンプリングデータを取得する取得部と、
前記サンプリングデータに基づいて、前記スイング動作の単位毎に、前記テニスラケット又は前記テニスラケットにより打たれたボールの速度、加速度、角速度及び位置、並びにこれらの任意の組み合わせの中から選択される指標を算出する算出部と、
グラフ領域を表示するとともに、前記グラフ領域上に、複数の前記スイング動作の単位にそれぞれ対応する複数の前記指標を同時に表示するGUI画面を作成する画面作成部と
を備える、
テニスのスイング動作の分析装置。 - 請求項10に記載の分析装置と、
前記スイング動作をサンプリングして前記サンプリングデータを生成し、前記サンプリングデータを前記取得部に送信するサンプリング装置と
を備える、テニスのスイング動作の分析システム。 - ユーザによるテニスラケットのスイング動作をサンプリングしたサンプリングデータを取得するステップと、
前記サンプリングデータに基づいて、前記テニスラケット又は前記テニスラケットにより打たれたボールの速度、加速度、角速度及び位置、並びにこれらの任意の組み合わせの中から選択される指標を算出するステップと、
スイングタイプを示す複数の領域に分割されたグラフ領域を表示するとともに、前記グラフ領域上に、前記指標を表示するGUI画面を作成するステップと
をコンピュータに実行させる、分析プログラム。 - ユーザによるテニスラケットのスイング動作をサンプリングしたサンプリングデータを取得するステップと、
前記サンプリングデータに基づいて、前記スイング動作の単位毎に、前記テニスラケット又は前記テニスラケットにより打たれたボールの速度、加速度、角速度及び位置、並びにこれらの任意の組み合わせの中から選択される指標を算出するステップと、
グラフ領域を表示するとともに、前記グラフ領域上に、複数の前記スイング動作の単位にそれぞれ対応する複数の前記指標を同時に表示するGUI画面を作成するステップと
をコンピュータに実行させる、分析プログラム。
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