JP2014090773A - ゴルフスイング解析装置およびゴルフスイング解析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴルフクラブの撓りの解析に役立つことができるゴルフスイング解析装置およびゴルフスイング解析方法等は提供される。
【解決手段】ゴルフクラブに慣性センサーが取り付けられる。慣性センサーの出力に基づき、ゴルフクラブに作用する曲げモーメントが算出される。曲げモーメントはゴルフスイングのフォームに連動すると考えられる。曲げモーメントの観察に応じてゴルフスイングのフォームは解析できる。曲げモーメントはゴルフクラブの撓りの発生に関与すると考えられる。
【選択図】図４

Description

本発明はゴルフスイング解析装置およびゴルフスイング解析方法等に関する。

例えば特許文献１に開示されるように、ゴルフスイング解析装置は一般に知られる。ゴルフスイング解析装置は光学式モーションキャプチャーシステムを利用する。当該システムではゴルファーのスイングの様子が撮影される。撮影にあたってゴルファーやゴルフクラブの特定位置にマーカーが固定される。マーカーの働きで特定位置の移動軌跡は記録される。その他、例えば特許文献２に開示されるように、加速度センサーを利用するゴルフスイング解析装置も散見される。ゴルフクラブに加速度センサーが取り付けられる。加速度センサーで計測される加速度に応じてゴルフスイングのフォームが解析される。

特開２０１０−１１９２６号公報 特開平１１−１６９４９９号公報

スイングの際にゴルフクラブのシャフトは撓る。ゴルフクラブの撓りは飛距離や打球の方向に影響する。また、スイング中の撓りは、ゴルファーがスイング中にシャフトにかけるトルクや力に影響され、それらトルクや力はそのゴルファーに適したシャフトの剛性の設計や選定に大いに貢献すると考えられる。さらに、ダウンスイング中のこれらトルクや力の変化を経時的に知ることができれば、ゴルファーのスイング中の各動作のテンポを定量化することができ、スイングの改善に役立てられると考えられる。

しかしながら、いまのところ、トルクや力などの撓りに関するパラメーターを簡便に計測する方法がなく、ゴルフクラブの各所に歪みゲージを装着して歪みを直接計るなど、計測装置が複雑であり、被験者に負荷がかかるという課題があった。

本発明の少なくとも１つの態様によれば、ゴルフクラブの撓りの解析に役立つゴルフスイング解析装置およびゴルフスイング解析方法等を提供できる。

（１）本発明の一態様は、ゴルフクラブに取り付けられる慣性センサーと、前記慣性センサーの出力に基づき、前記ゴルフクラブに作用する曲げモーメントを算出する演算部と、を備えるゴルフスイング解析装置に関する。

こうしたゴルフスイング解析装置によれば、ダウンスイング時にグリップにかかる曲げモーメントが算出されることができる。こうした曲げモーメントはゴルフクラブの撓りの発生に関与すると考えられる。したがって、曲げモーメントはゴルフクラブの剛性や、スイングのテンポに関して指標を提供することができる。こうした曲げモーメントの観察に応じてゴルファーに適したシャフトの剛性やスイング中の各動作のテンポを解析できる。例えば算出された曲げモーメントに応じて、そのゴルファーに対して適切な剛性特性を持つクラブの設計あるいは選定を行うことができる。

（２）前記演算部は前記曲げモーメントの最大値を算出することができる。こうして算出される最大曲げモーメントはゴルフスイングのフォームに連動すると考えられる。最大曲げモーメントの観察に応じてゴルフスイングのフォームは解析されることができる。例えばフォームの変更と観察とが繰り返されることで、試行錯誤を通じてゴルフスイングのフォームには良好な改良が加えられることができる。

（３）ゴルフスイング解析装置は、時間軸に沿って前記曲げモーメントの変化を視覚化する画像データを生成する画像処理部をさらに備えることができる。ユーザーには視覚的に時間軸に沿って曲げモーメントの変化を提示できる。こうしてゴルファーに適したシャフトの剛性を解析できる。

（４）前記演算部は、ダウンスイングの開始時から曲げモーメントの最大値までの経過時間と、前記最大値から最小値までの経過時間とを算出することができる。ダウンスイングにあたって最大曲げモーメントの出現タイミングを特定できる。こうしてゴルファーに適したシャフトの剛性を解析できる。

（５）ゴルフスイング解析装置は、ダウンスイングの開始時からインパクトまでの間で前記曲げモーメントの最大値が発生するタイミングから前記ゴルフクラブのシャフトの硬さを選定することができる。こうしてゴルファーに適したゴルフクラブは選定されることができる。

（６）前記慣性センサーは、複数の検出軸を備える加速度センサーと、複数の検出軸を備えるジャイロセンサーとを含むことができる。加速度センサーおよびジャイロセンサーによれば、曲げモーメントの算出にあたって加速度および角速度の情報は正確に検出できる。

（７）本発明の他の態様は、ゴルフクラブに取り付けられる慣性センサーの出力に基づき、前記ゴルフクラブに作用する曲げモーメントを算出するゴルフスイング解析方法に関する。

こうしたゴルフスイング解析方法によれば、ダウンスイング時にグリップにかかる曲げモーメントが算出されることができる。こうした曲げモーメントはゴルフクラブの撓りの発生に関与すると考えられる。したがって、曲げモーメントはゴルフクラブの剛性に関して指標を提供することができる。曲げモーメントの観察に応じてゴルファーに適したシャフトの剛性は解析できる。例えば算出された曲げモーメントに応じて、そのゴルファーに対して適切な剛性特性を持つクラブの設計あるいは選定を行うことができる。

本発明の一実施形態に係るゴルフスイング解析装置の構成を概略的に示す概念図である。 ゴルフクラブの解析モデルを概略的に示す概念図である。 演算処理回路の一部の構成を概略的に示すブロック図である。 画面表示の一具体例であって、曲げモーメントおよび各トルクの変化並びに最大曲げモーメントを示すグラフである。 画面表示の一具体例であって、曲げモーメントおよび各トルクの変化並びに最大曲げモーメントの出現タイミングを示すグラフである。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

（１）ゴルフスイング解析装置の構成
図１は本発明の一実施形態に係るゴルフスイング解析装置１１の構成を概略的に示す。ゴルフスイング解析装置１１は例えば慣性センサー１２を備える。慣性センサー１２には加速度センサーおよびジャイロセンサーが組み込まれる。加速度センサーは互いに直交する三軸方向に個々に加速度を検出することができる。ジャイロセンサーは互いに直交する三軸の各軸回りに個別に角速度を検出することができる。慣性センサー１２は検出信号を出力する。検出信号で個々の軸ごとに加速度および角速度は特定される。加速度センサーおよびジャイロセンサーでは比較的に精度よく加速度および角速度の情報を検出できる。慣性センサー１２はゴルフクラブ１３に取り付けられる。慣性センサー１２はゴルフクラブ１３に相対移動不能に固定されればよい。ここでは、慣性センサー１２の取り付けにあたって慣性センサー１２の検出軸の１つはゴルフクラブ１３の長軸に平行に合わせ込まれる。

ゴルフスイング解析装置１１は演算処理回路１４を備える。演算処理回路１４には慣性センサー１２が接続される。接続にあたって演算処理回路１４には所定のインターフェイス回路１５が接続される。このインターフェイス回路１５は有線で慣性センサー１２に接続されてもよく無線で慣性センサー１２に接続されてもよい。演算処理回路１４には慣性センサー１２から検出信号が供給される。

演算処理回路１４には記憶装置１６が接続される。記憶装置１６には例えばゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム１７および関連するデータが格納できる。演算処理回路１４はゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム１７を実行しゴルフスイング解析方法を実現する。記憶装置１９にはＤＲＡＭ（ダイナミックランダムアクセスメモリー）や大容量記憶装置ユニット、不揮発性メモリー等が含まれることができる。例えばＤＲＡＭには、ゴルフスイング解析方法の実施にあたって一時的にゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム１７が保持される。ハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）といった大容量記憶装置ユニットにはゴルフスイング解析ソフトウェアプログラムおよびデータが保存される。不揮発性メモリーにはＢＩＯＳ（基本入出力システム）といった比較的に小容量のプログラムやデータが格納される。

演算処理回路１４には画像処理回路１８が接続される。演算処理回路１４は画像処理回路１８に所定の画像データを送る。画像処理回路１８には表示装置１９が接続される。接続にあたって画像処理回路１８には所定のインターフェイス回路（図示されず）が接続される。画像処理回路１８は、入力される画像データに応じて表示装置１９に画像信号を送る。表示装置１９の画面には画像信号で特定される画像が表示される。表示装置１９には液晶ディスプレイその他のフラットパネルディスプレイが利用される。ここでは、演算処理回路１４、記憶装置１６および画像処理回路１８は例えばコンピューター装置として提供される。

演算処理回路１４には入力装置２１が接続される。入力装置２１は少なくともアルファベットキーおよびテンキーを備える。入力装置２１から文字情報や数値情報が演算処理回路１４に入力される。入力装置２１は例えばキーボードで構成されればよい。

慣性センサー１２は加速度信号および角速度信号を出力する。加速度信号では、加速度

が特定され、角速度信号では角速度ωが特定される。

演算処理回路１４はゴルフクラブ１３に局所座標系Σ_Ｌを固定する。局所座標系Σ_Ｌの座標軸は（η、ξ、ｌ）で表現される。局所座標系Σ_Ｌの原点はゴルフクラブ１３のグリップ２４上に設定される。グリップ２４は振子運動の支点を形成する。ｌ軸は例えばゴルフクラブ１３の軸心上に合わせられる。この局所座標系Σ_Ｌに従ってｌ軸方向の単位ベクトルｅ_ｌが設定される。

（２）演算処理回路の構成
図３は演算処理回路１４の一部の構成を概略的に示す。演算処理回路１４は要素演算部３１を備える。要素演算部３１には慣性センサー１２から加速度信号および角速度信号が供給される。要素演算部３１は、加速度および角速度に基づき、エネルギー変化率の演算に要求される成分値を算出する。算出にあたって要素演算部３１は記憶装置１６から様々な数値を取得する。

要素演算部３１は力演算部３２を備える。力演算部３２はゴルフクラブ１３に作用する内力Ｆを算出する。算出にあたって力演算部３２は慣性センサー１２の加速度信号およびゴルフクラブ１３の質量データを取得する。質量データにはゴルフクラブ１３の質量ｍが記述される。質量データは予め記憶装置１６に格納されればよい。次式に従って内力Ｆは算出される。

このとき、

はゴルフクラブ１３の重心２５の加速度を示す。定数ｇは重力加速度を示す。重心２５の加速度は慣性センサー１２の計測値から算出される。力演算部３２は内力信号を出力する。内力信号で内力Ｆの値は特定される。

要素演算部３１はトルク演算部３３を備える。トルク演算部３３は、グリップ２４回りにゴルフクラブ１３に作用するトルクτを算出する。算出にあたってトルク演算部３３は慣性センサー１２の角速度信号、慣性テンソルデータ、長さデータ、内力信号を取得する。慣性テンソルデータにはゴルフクラブ１３の慣性テンソルＪが記述される。長さデータにはグリップ２４（支点）から重心２５までの長さｌ_ｇが記述される。慣性テンソルデータ、長さデータは予め記憶装置１６に格納されればよい。内力信号は力演算部３２から供給されればよい。次式に従ってトルクτは算出される。

トルク演算部３３はトルク信号を出力する。トルク信号でトルクτの値は特定される。

演算処理回路１４は曲げモーメント演算部３４を備える。曲げモーメント演算部３４はゴルフクラブ１３に作用する曲げモーメント（曲げモーメントの最大値を含む）を算出する。算出にあたって曲げモーメント演算部３４は慣性センサー１２の角速度信号および慣性テンソルデータを取得する。次式に従って曲げモーメントは算出される。

曲げモーメント演算部３４は曲げモーメント信号を出力する。曲げモーメント信号は曲げモーメントの値を特定する。ここでは、曲げモーメント演算部３４はゴルフクラブ１３の内力Ｆに伴うトルク（ｌ_ｇｅ_ｌ×Ｆ）を算出する。このとき、曲げモーメント演算部３４はトルク成分信号を出力する。トルク成分信号はトルク（ｌ_ｇｅ_ｌ×Ｆ）の値およびトルクτの値を特定する。その他、曲げモーメントは［数５］の右辺に従って算出されてもよい。この場合には、曲げモーメント演算部３４は、記憶装置１６から長さデータを取得し、トルク演算部３３からトルク信号を取得し、力演算部３２から内力信号を取得すればよい。

曲げモーメント信号およびトルク成分信号は画像処理部３５に供給される。画像処理部３５は、曲げモーメント信号およびトルク成分信号に基づき、時間軸に沿って曲げモーメント、トルクτおよびトルク（ｌ_ｇｅ_ｌ×Ｆ）の変化を視覚化する画像データを生成する。第１画像データは画像処理回路１８に向かって出力される。

画像処理部３５は曲げモーメント信号に基づき曲げモーメントの最大値を抽出することができる。抽出された最大値に基づき最大曲げモーメントデータは生成される。最大曲げモーメントデータは曲げモーメントの最大値を特定する。画像処理部３５は最大曲げモーメントデータを視覚化する画像を第１画像データ内に形成することができる。

画像処理部３５は、ダウンスイングの開始時から曲げモーメントの極大値（ピーク値）までの経過時間と、極大値（ピーク値）から極小値（ピーク値）までの経過時間とを算出することができる。算出された経過時間に基づきスイングテンポデータは生成される。スイングテンポデータは２つの経過時間を特定する。画像処理部３５はスイングテンポデータを視覚化する第２画像データを生成することができる。第２画像データには、曲げモーメント、トルクτおよびトルク（ｌ_ｇｅ_ｌ×Ｆ）の変化を視覚化する画像を含むことができる。第２画像データは画像処理回路１８に向かって出力される。

（３）ゴルフスイング解析装置の動作
ゴルフスイング解析装置１１の動作を簡単に説明する。まず、ゴルファーＧのゴルフスイングを計測する。計測に先立って必要な情報が入力装置２１から演算処理回路１４に入力される。ここでは、ゴルフクラブ１３の質量ｍ、ゴルフクラブ１３のグリップ２４回りの慣性テンソルＪ、ゴルフクラブ１３のグリップ２４（支点）から重心ｘ_ｇまでの長さｌ_ｇの入力が促される。入力された情報は例えば特定の識別子の下で管理される。識別子は特定のゴルファーＧを識別すればよい。

計測に先立って慣性センサー１２がゴルフクラブ１３に取り付けられる。慣性センサー１２はゴルフクラブ１３に相対変位不能に固定される。ゴルフスイングの実行に先立って慣性センサー１２の計測は開始される。その後、ゴルフスイングが実行されると、慣性センサー１２は特定の時間間隔で継続的に加速度および角速度を計測する。時間間隔は計測の解像度を規定する。慣性センサー１２の検出信号はリアルタイムで演算処理回路１４に送り込まれてもよく一時的に慣性センサー１２に内蔵の記憶装置に格納されてもよい。後者の場合には、ゴルフスイングの終了後に検出信号は有線または無線で演算処理回路１４に供給されればよい。

本発明者はゴルフスイング解析装置１１の動作を検証した。検証にあたって本発明者は曲げモーメント信号およびトルク成分信号を観察した。図４は、横軸に時間［ｓ］、縦軸に曲げモーメント［Ｎｍ］を取ったグラフである。本図では、ダウンスイング開始時からインパクトの瞬間までの状態を示している。横軸は、ゴルフクラブがゴルフボールにインパクトした瞬間を０［ｓ］として表記し、例えば−０．３０［ｓ］とはインパクトの０．３０［ｓ］前の状態を表している。図４に示されるように、ゴルフクラブ１３に作用する曲げモーメントの変化が時間軸に沿って視覚化されることができた。ダウンスイングの特定のタイミングで最大曲げモーメントが得られることが確認された。表示画面には第２画像データに従って最大曲げモーメントの値が視覚的に組み込まれた。

ゴルフスイング解析装置１１では、ダウンスイング時にグリップ２４にかかる曲げモーメントを計測できる。こうした曲げモーメントはゴルフクラブ１３の撓りの発生に関与すると考えられる。したがって、曲げモーメントはゴルフクラブ１３の硬さに関して、例えば図４の左側の図のように指標を提供することができる。ここでは、シャフトの硬さが硬い側から順にＸランク、Ｓランク、Ｒランク、Ａランク、Ｌランクとしてシャフトの硬さの指標を表している。本実施例では、ＳランクからＸランクにかけての比較的硬めのシャフトが適切だと判定された例を示している。

そして、曲げモーメントや最大曲げモーメントはゴルフスイングのフォームに連動すると考えられる。最大曲げモーメントはダウンスイング中でゴルフクラブ１３のグリップ２４に最もトルクがかかっていることを表している。このように曲げモーメントの観察に応じてゴルフスイングのフォームは解析できる。例えばフォームの変更と観察とが繰り返されることで、試行錯誤を通じてゴルフスイングのフォームに良好な改良を加えることができる。時間軸に沿って曲げモーメントの変化がユーザーに視覚的に提示されることから、ゴルフスイングのフォームに関して効果的な指標を提供できる。

同様に、本発明者はスイングテンポを検証した。図５は図４のデータを用いてスイングのテンポを表した図である。図５に示されるように、ダウンスイングの開始時（グラフ左端）から曲げモーメントの最大値（ピーク値）までの経過時間（Ｏ−Ｐ区間）と、最大値（ピーク値）から最小値（ピーク値）までの経過時間（Ｐ−Ｐ区間）とを算出した。本実施例では、Ｏ−Ｐ区間が０．２０［ｓ］、Ｐ−Ｐ区間が０．０９［ｓ］であった。このようにダウンスイング中のトルクが最大となる時点の前後の割合をスイングテンポとして提示できる。スイングテンポが前半あるいは後半にある等の傾向に応じて、そのスイングテンポに応じたシャフトの硬さの指標を示すことができる。

本実施例では、こうしてダウンスイング中に曲げモーメントの最大値の出現タイミングが特定された。こうした曲げモーメントの観察によれば、ゴルフスイングのフォームは解析できる。例えばフォームの変更と観察とが繰り返されることで、試行錯誤を通じてゴルフスイングのフォームに良好な改良を加えることができる。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれる。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えられることができる。また、ゴルフスイング解析装置１１や慣性センサー１２、演算処理回路１４等の構成および動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。

１１ ゴルフスイング解析装置、１２ 慣性センサー、１３ ゴルフクラブ、１４ 演算部（演算処理回路）、３５ 画像処理部。

Claims (7)

1. ゴルフクラブに取り付けられる慣性センサーと、
   前記慣性センサーの出力に基づき、前記ゴルフクラブに作用する曲げモーメントを算出する演算部と、
   を備えることを特徴とするゴルフスイング解析装置。
2. 請求項１に記載のゴルフスイング解析装置において、前記演算部は前記曲げモーメントの最大値を算出することを特徴とするゴルフスイング解析装置。
3. 請求項１または２に記載のゴルフスイング解析装置において、時間軸に沿って前記曲げモーメントの変化を視覚化する画像データを生成する画像処理部をさらに備えることを特徴とするゴルフスイング解析装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のゴルフスイング解析装置において、前記演算部は、ダウンスイングの開始時から前記曲げモーメントの最大値までの経過時間と、前記最大値から最小値までの経過時間とを算出することを特徴とするゴルフスイング解析装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のゴルフスイング解析装置において、ダウンスイングの開始時からインパクトまでの間で前記曲げモーメントの最大値が発生するタイミングから前記ゴルフクラブのシャフトの硬さを選定することを特徴とするゴルフスイング解析装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のゴルフスイング解析装置において、前記慣性センサーは、複数の検出軸を備える加速度センサーと、複数の検出軸を備えるジャイロセンサーとを含むことを特徴とするゴルフスイング解析装置。
7. ゴルフクラブに取り付けられる慣性センサーの出力に基づき、前記ゴルフクラブに作用する曲げモーメントを算出することを特徴とするゴルフスイング解析方法。

Images