JP2017144130A - 運動解析装置、運動解析システム、運動解析方法、運動解析プログラム、記録媒体および表示方法 - Google Patents

運動解析装置、運動解析システム、運動解析方法、運動解析プログラム、記録媒体および表示方法 Download PDF

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Abstract

【課題】スイングを解析することにより、ユーザーに適するゴルフクラブを判定する装置を提供する。【解決手段】ゴルフスイング解析装置１１は、慣性センサー１２の出力を用いて、ゴルフクラブ１３のシャフト１３ａの状態を検出し、シャフト１３ａのスイング動作により、シャフト１３ａが第１状態から第２状態に遷移するまでにシャフト１３ａの軸回りにより変化した相対回転角を算出し、相対回転角の変動範囲、第１状態から相対回転角が最大となる状態までの所要時間、および、相対回転角の最大値、の少なくとも１つに関して、算出した相対回転角と、基準とする基準スイングの基準の相対回転角と、を比較し、比較結果を出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、運動解析装置、運動解析システム、運動解析方法、運動解析プログラム、記録媒体および表示方法に関する。
ゴルフのスイング動作をチェックするための解析装置として、下記特許文献１に示すように、ゴルフクラブにジャイロセンサーや加速度センサー等を備えている慣性センサーを取り付け、ユーザーによるスイングを計測した慣性センサーの出力信号に基づいて、スイング動作を解析する装置が提案されている。
特開２００８−７３２１０号公報
しかしながら、特許文献１に記載されている技術では、ユーザーの各スイングにおけるクラブヘッドの向きやシャフトの回転を特定することはできるが、スイングしたゴルフクラブがユーザーにとって適するか、否かを判断するための情報を得ることはできなかった。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、ゴルフクラブのスイング動作を解析することにより、ユーザーに適するゴルフクラブを判定することを目的とする。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本適用例にかかる運動解析装置は、慣性センサーの出力を用いて、運動具のシャフト部の状態を検出する検出部と、前記運動具のスイングにより、前記シャフト部が第１状態から第２状態に遷移するまでに前記シャフト部の軸回りで変化した前記シャフト部の相対回転角を算出する算出部と、前記相対回転角の変動範囲、前記第１状態から前記相対回転角が最大となる状態までの所要時間、および、前記相対回転角の最大値、の少なくとも１つに関して、前記算出部が算出した相対回転角と、基準とする基準スイングの基準の相対回転角と、を比較し、比較結果を出力する比較演算部と、を備えていることを特徴とする。
このような構成によれば、運動具のスイング動作により、シャフト部が第１状態から第２状態に遷移するまでにシャフト部の軸回りにより変化した相対回転角を算出し、第１状態から第２状態までの相対回転角の変動範囲、相対回転角が最大となる第１状態からの所要時間、および、相対回転角の最大値の少なくとも１つに関して、算出部が算出した第１の相対回転角と、基準スイングによる第２の相対回転角と、を比較するため、第１状態から第２状態への遷移において、運動具によるスイング動作と、基準スイングと、を相対回転角という視点で比較することにより、運動具が好適か否かを判定できる。
［適用例２］
上記適用例にかかる運動解析装置において、前記運動具はゴルフクラブであり、前記第１状態はトップの状態であり、前記第２状態はインパクトの状態であっても良い。
［適用例３］
上記適用例にかかる運動解析装置において、前記基準スイングは、前記ゴルフクラブとは別のゴルフクラブのスイングであることが好ましい。
このような構成によれば、特性が異なるゴルフクラブによるスイング動作を比較する対象とするため、ゴルフクラブの違いによるスイング動作を比較できる。
［適用例４］
上記適用例にかかる運動解析装置において、前記基準スイングは、前記スイングを行うユーザーとは別のユーザーによるスイングであることが好ましい。
このような構成によれば、スイングする人物の違いによるスイング動作を比較できる。
［適用例５］
上記適用例にかかる運動解析装置において、前記比較演算部は、前記第１状態における前記相対回転角を初期値として規格化し、前記第１状態から前記第２状態に遷移する時間の経過に応じて算出された相対回転角と、前記基準の相対回転角と、を比較することが好ましい。
このような構成によれば、第１状態における相対回転角を基準とし、第１状態から第２状態に遷移する時間の経過に応じて第１の相対回転角と、前記第２の相対回転角と、を比較できる。
［適用例６］
上記適用例にかかる運動解析装置において、前記比較結果を表示する表示部を備えていることが好ましい。
このような構成によれば、比較結果を視認できる。
［適用例７］
本適用例にかかる運動解析システムは、慣性センサーと、を含むことを特徴とする。
このような構成によれば、運動具のスイング動作により、シャフト部が第１状態から第２状態に遷移するまでにシャフト部の軸回りにより変化した相対回転角を算出し、第１状態から第２状態までの相対回転角の変動範囲、相対回転角が最大となる第１状態からの所要時間、および、相対回転角の最大値の少なくとも１つに関して、算出部が算出した第１の相対回転角と、基準スイングによる第２の相対回転角と、を比較するため、第１状態から第２状態への遷移において、運動具によるスイング動作と、基準スイングと、を相対回転角という視点で比較することにより、運動具が好適か否かを判定できる。
［適用例８］
本適用例にかかる運動解析方法は、慣性センサーの出力を用いて、運動具のシャフト部の状態を検出するステップと、前記運動具のスイングにより、前記シャフト部が第１状態から第２状態に遷移するまでに前記シャフト部の軸回りにより変化した前記シャフト部の相対回転角を算出するステップと、前記相対回転角の変動範囲、前記第１状態から前記相対回転角が最大となる状態までの所要時間、および、前記相対回転角の最大値、の少なくとも１つに関して、前記算出するステップで算出した相対回転角と、基準とする基準スイングによる基準の相対回転角と、を比較し、比較結果を出力するステップと、を含むことを特徴とする。
このような方法によれば、運動具のスイング動作により、シャフト部が第１状態から第２状態に遷移するまでにシャフト部の軸回りにより変化した相対回転角を算出し、第１状態から第２状態までの相対回転角の変動範囲、相対回転角が最大となる第１状態からの所要時間、および、相対回転角の最大値の少なくとも１つに関して、算出した第１の相対回転角と、基準スイングによる第２の相対回転角と、を比較するため、第１状態から第２状態への遷移において、運動具によるスイング動作と、基準スイングと、を相対回転角という視点で比較することにより、運動具が好適か否かを判定できる。
［適用例９］
本適用例にかかる運動解析プログラムは、慣性センサーの出力を用いて、運動具のシャフト部の状態を検出する機能と、前記運動具のスイングにより、前記シャフト部が第１状態から第２状態に遷移するまでに前記シャフト部の軸回りにより変化した前記シャフト部の相対回転角を算出する機能と、前記相対回転角の変動範囲、前記第１状態から前記相対回転角が最大となる状態までの所要時間、および、前記相対回転角の最大値、の少なくとも１つに関して、前記算出する機能により算出した相対回転角と、基準とする基準スイングによる基準の相対回転角と、を比較し、比較結果を出力する機能と、をコンピューターに実行させることを特徴とする。
このような構成によれば、運動具のスイング動作により、シャフト部が第１状態から第２状態に遷移するまでにシャフト部の軸回りにより変化した相対回転角を算出し、第１状態から第２状態までの相対回転角の変動範囲、相対回転角が最大となる第１状態からの所要時間、および、相対回転角の最大値の少なくとも１つに関して、算出した第１の相対回転角と、基準スイングによる第２の相対回転角と、を比較するため、第１状態から第２状態への遷移において、運動具によるスイング動作と、基準スイングと、を相対回転角という視点で比較することにより、運動具が好適か否かを判定できる。
［適用例１０］
本適用例にかかる記録媒体は、慣性センサーの出力を用いて、運動具のシャフト部の状態を検出する機能と、前記運動具のスイングにより、前記シャフト部が第１状態から第２状態に遷移するまでに前記シャフト部の軸回りにより変化した前記シャフト部の相対回転角を算出する機能と、前記相対回転角の変動範囲、前記相対回転角が最大となる前記第１状態からの所要時間、および、前記相対回転角の最大値、の少なくとも１つに関して、前記算出する機能により算出した相対回転角と、基準とする基準スイングによる基準の相対回転角と、を比較し、比較結果を出力する機能と、をコンピューターに実行させるプログラムを記憶したことを特徴とする。
このような構成によれば、運動具のスイング動作により、シャフト部が第１状態から第２状態に遷移するまでにシャフト部の軸回りにより変化した相対回転角を算出し、第１状態から第２状態までの相対回転角の変動範囲、相対回転角が最大となる第１状態からの所要時間、および、相対回転角の最大値の少なくとも１つに関して、算出した第１の相対回転角と、基準スイングによる第２の相対回転角と、を比較するため、第１状態から第２状態への遷移において、運動具によるスイング動作と、基準スイングと、を相対回転角という視点で比較することにより、運動具が好適か否かを判定できる。
［適用例１１］
本適用例にかかる表示方法は、運動具のスイングにより、シャフト部が第１状態から第２状態に遷移するまでに前記シャフト部の軸回りで変化した相対回転角の遷移と、基準とする基準スイングによる相対回転角の基準遷移と、を前記第１状態における前記相対回転角を初期値として規格化し、重畳して表示することを特徴とする。
このような構成によれば、運動具のスイング動作により、シャフト部が第１状態から第２状態に遷移するまでにシャフト部の軸回りにより変化した相対回転角を算出し、第１状態から第２状態までの相対回転角の変動範囲、相対回転角が最大となる第１状態からの所要時間、および、相対回転角の最大値の少なくとも１つに関して算出した第１の相対回転角と、基準スイングによる第２の相対回転角と、を比較するため、第１状態から第２状態への遷移において、運動具によるスイング動作と、基準スイングと、を相対回転角という視点で比較することにより、運動具が好適か否かを判定できる。
実施形態に係るゴルフスイング解析装置の構成を示す図。 三次元運動解析モデルを説明する図。 スイング動作を説明する図。 慣性センサーを取り付けたゴルフクラブを説明する図。 角速度をグラフ表示した図。 ノルムをグラフ表示した図。 ノルムに基づく微分値をグラフ表示した図。 スイング開始からインパクトまでのシャフト回転角の時間変化を示す図。 演算処理回路の構成を示す図。 スイング動作を表現する画像を示す図。 トップからインパクトまでの時間経過に応じた相対回転角θを示すグラフ。 同一のユーザーがスイングした場合の比較画像。 複数のユーザーがスイングした場合の比較画像。 ユーザーが打球したタイミングを検出する処理の手順の一例を示すフローチャート。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（実施形態）
（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（運動解析装置）１１の構成を概略的に示す。ゴルフスイング解析装置１１は、表示装置１９、画像処理回路１８、演算処理回路１４、記憶装置１６、入力装置２１およびインターフェイス回路１５を備える。
本実施形態では、運度解析システムは、ゴルフスイング解析装置１１と、慣性センサー１２と、で構成されるシステムを想定する。また、コンピューター装置としてパーソナルコンピューターを想定する。
慣性センサー１２には例えば、加速度センサーやジャイロセンサー（角速度センサー）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。また、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、検出した情報に基づく検出信号を所定のサンプリング時間毎に出力する。ゴルフスイング解析装置１１は、慣性センサー１２から出力される検出信号に基づいて、スイングを解析する。
慣性センサー１２は、ゴルフクラブ１３のような運動具に取り付けられる。ゴルフクラブ１３はシャフト部に相当するシャフト１３ａおよびグリップ１３ｂを備える。グリップ１３ｂは、ゴルフクラブ１３がスイングされる場合に把持されるように形成されている。グリップ１３ｂは、シャフト１３ａの軸と同軸になるように形成されている。シャフト１３ａの先端には、打撃部であるクラブヘッド１３ｃが取り付けられている。慣性センサー１２は、ゴルフクラブ１３のシャフト１３ａまたはグリップ１３ｂに取り付けられる態様を想定する。慣性センサー１２は、ゴルフクラブ１３に相対移動できないように固定されることが好ましい。
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に接続されても良く、無線で慣性センサー１２に接続されても良い。演算処理回路１４には慣性センサー１２から出力された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、プログラム１７、例えば、ゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム（運動解析プログラム）、および、関連するデータを格納できる。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等のプログラムを実行する。記憶装置１６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を想定する。例えば、ＤＲＡＭには、一時的にゴルフスイング解析ソフトウェアプログラムが保持される。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。
また、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。本実施形態では、表示装置１９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。尚、表示装置１９は表示部に相当する。
尚、表示装置１９は、パーソナルコンピューターと別体であっても良い。即ち、表示装置１９は、ヘッドマウントディスプレイ、スマートグラスまたはリスト機器であり、近距離無線を介してパーソナルコンピューターから表示装置１９に画像データを送信する態様も想定できる。
また、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、キー操作やポインティング操作が可能なキーボードやタッチパネルや、音声認識可能な音声入力装置を想定する。入力装置２１から入力された情報は演算処理回路１４に送られる。
（２）運動解析モデル
演算処理回路１４は、三次元空間である仮想空間を規定する。この三次元空間は実空間を特定する。図２は、三次元運動解析モデルを説明する図である。
三次元空間は絶対基準座標系（全体座標系）Σｘｙｚを有する。三次元空間には絶対基準座標系Σｘｙｚに従って三次元運動解析モデル２６が構築される。三次元運動解析モデル２６の棒２７は支点２８（座標ｘ）に点拘束される。棒２７は支点２８回りで三次元的に振子として動作する。支点２８の位置は移動することができる。ここでは、絶対基準座標系Σｘｙｚに従って、クラブヘッド１３ｃの位置は座標ｘｈで特定される。
三次元運動解析モデル２６は、スイング時のゴルフクラブ１３をモデル化したものに相当する。振子の棒２７はゴルフクラブ１３のシャフト１３ａを投影する。棒２７の支点２８はグリップ１３ｂを投影する。慣性センサー１２は棒２７に固定される。絶対基準座標系Σｘｙｚに従って慣性センサー１２の位置は座標ｘｓで特定される。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、重力加速度ｇを含む加速度
Figure 2017144130
 が特定され、角速度信号では角速度が特定される。
演算処理回路１４は、慣性センサー１２に局所座標系Σｓを固定する。局所座標系Σｓの原点は慣性センサー１２の検出軸の原点に設定される。局所座標系Σｓのｙ軸はシャフト１３ａの軸心に一致する。局所座標系Σｓのｘ軸はフェイス（打球面）の向きで特定される打球方向に一致する。したがって、この局所座標系Σｓに従って支点の位置ｌｓｊは（０，ｌｓｊｙ，０）で特定される。同様に、クラブヘッド１３ｃの位置ｌｓｈは（０，ｌｓｈｙ，０）で特定される。
次に、ゴルフのスイング動作について説明する。図３は、スイング動作を説明する図である。
ゴルフスイング解析装置１１のユーザー２００によるスイング動作は、スイング（バックスイング）を開始した後、バックスイング中にゴルフクラブ１３のシャフト１３ａが水平になるハーフウェイバック、バックスイングからダウンスイングに切り替わるトップ、ダウンスイング中にゴルフクラブ３のシャフト１３ａが水平になるハーフウェイダウンの各状態を経て、ゴルフボール２５０を打球するインパクト（打球）に至る動作を含んでいる。
（３）スイングリズムの検知
ゴルフスイング解析装置１１は、慣性センサー１２が検出した角速度に基づいてユーザー２００のスイングリズムを検知できる。
図４に示すように、グリップ１３ｂの近くに慣性センサー１２を取り付けたゴルフクラブ１３をユーザー２００が把持し、スイングを行うことにより、ゴルフボール２５０を打った時のスイング動作を分析する。尚、慣性センサー１２は、図示を略した筐体に実装され、筐体はゴルフクラブ１３に脱着可能に装着されても良い。また、慣性センサー１２はゴルフクラブ１３またはユーザー２００に直接装着される態様も想定できる。
慣性センサー１２は、Ｘ軸がスイング方向、Ｙ軸がシャフトに平行な方向、Ｚ軸がスイング面と垂直な方向になるように取り付けられる。
なお、スイング方向とは、打撃目標となる方向を示し、ゴルフクラブ１３の打撃部となるヘッドのフェース面に直交する方向、ユーザー２００があらかじめ設定した打撃方向、ユーザー２００の位置とカップまでの直線距離を結んだ方向、等も含まれる。
図５Ａは、ユーザー２００がゴルフクラブ１３を持ってフルスイングした時のデータ取得期間（５秒間）に取得されたデータから３軸の角速度ｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ）をグラフ表示した図である。図５Ａにおいて、横軸は時間（ｍｓｅｃ）、縦軸は角速度（ｄｐｓ）である。
図５Ｂは、図５Ａの３軸角速度ｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ）から３軸角速度の大きさの和であるノルムｎ０（ｔ）を次式に従い計算し、０〜１００にスケール変換（正規化）したノルムｎ（ｔ）をグラフ表示した図である。図５Ｂにおいて、横軸は時間（ｍｓｅｃ）、縦軸は角速度のノルム（０〜１００にスケール変換）である。
Figure 2017144130
図５Ｃは、図５Ｂの３軸角速度のノルムｎ（ｔ）に基づいて微分ｄｎ（ｔ）を計算し、グラフ表示した図である。図５Ｃにおいて、横軸は時間（ｍｓｅｃ）、縦軸は３軸角速度のノルムの微分値である。
ここで、図１２に従い、ユーザー２００が打球したタイミングを検出する処理について説明する。
まず、演算処理回路１４は、取得した角速度データ（時刻ｔ毎の角速度データ）を用いて各時刻ｔでの角速度の合成値ｎ０（ｔ）の値を計算する（Ｓ３００）。例えば、時刻ｔでの角速度データをｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）、ｚ（ｔ）とすると、角速度の合成値ｎ０（ｔ）は、次の式で計算される。
Figure 2017144130
次に、演算処理回路１４は、各時刻ｔでの角速度の合成値ｎ０（ｔ）を所定範囲に正規化（スケール変換）した合成値ｎ（ｔ）に変換する（Ｓ３１０）。例えば、計測データの取得期間における角速度の合成値の最大値をｍａｘ（ｎ０）とすると、次の式により、角速度の合成値ｎ０（ｔ）が０〜 １００の範囲に正規化した合成値ｎ（ｔ）に変換される。
Figure 2017144130
次に、演算処理回路１４は、各時刻ｔでの正規化後の合成値ｎ（ｔ）の微分ｄｎ（ｔ）を計算する（Ｓ３２０）。例えば、３軸角速度データの計測周期をΔｔとすると、時刻ｔでの角速度の合成値の微分（差分）ｄｎ（ｔ）は次の式で計算される。
Figure 2017144130
最後に、演算処理回路１４は、合成値の微分ｄｎ（ｔ）の値が最大となる時刻と最小となる時刻のうち、先の時刻を打球のタイミングとして検出する（Ｓ３３０）。通常のゴルフスイングでは、打球の瞬間にスイング速度が最大になると考えられる。そして、スイング速度に応じて角速度の合成値の値も変化すると考えられるので、一連のスイング動作の中で角速度の合成値の微分値が最大又は最小となるタイミング（すなわち、角速度の合成値の微分値が正の最大値又は負の最小値になるタイミング）を打球（インパクト）のタイミングとして捉えることができる。なお、打球によりゴルフクラブ１３が振動するため、角速度の合成値の微分値が最大となるタイミングと最小となるタイミングが対になって生じると考えられるが、そのうちの先のタイミングが打球の瞬間と考えられる。
なお、ユーザー２００がスイング動作を行う場合、トップ位置でゴルフクラブ１３を静止し、ダウンスイングを行い、打球し、フォロースルーを行うといった一連のリズムが想定される。従って、演算処理回路１４は、図１２のフローチャートに従って、ユーザー２００が打球したタイミングの候補を検出し、検出したタイミングの前後の計測データがこのリズムとマッチするか否かを判定し、マッチする場合には、検出したタイミングをユーザー２００が打球したタイミングとして確定し、マッチしない場合には、次の候補を検出するようにしてもよい。
また、図１２のフローチャートでは、演算処理回路１４は、３軸角速度データを用いて打球のタイミングを検出しているが、３軸加速度データを用いて、同様に打球のタイミングを検出することもできる。
ここで、図５Ｂ及び図５Ｃに戻り、イベントの特定について説明する。例えば、ノルムのピーク値をインパクトと特定し、インパクトよりも前の極小値をトップと特定し、インパクトよりも後の極小値をフィニッシュと特定する。更に、トップよりも前の極小値をスイング開始と特定する。このように、ノルムの推移に基づいてスイングリズムを解析し、各イベントを特定する方法の詳細は、例えば、特開２０１２−２５４２０６号公報に開示されている。
また、ゴルフスイング解析装置１１は、慣性センサー１２が検出した角速度に基づいて、スイング動作におけるシャフト軸回りの相対回転角（シャフト回転角）θを検知できる。
図６は、特定した各スイングに対応付けて、スイング開始（バックスイング開始）からインパクトまでのシャフト回転角の時間変化の一例を示す図である。この図６において、横軸は時間（ｓ）、縦軸はシャフト回転角（ｄｅｇ）である。図６は、スイング開始時（バックスイング開始時）を基準のタイミング（シャフト回転角が０°）としたトップ時のシャフト回転角θｔｏｐが示されている。
図６において、トップからインパクトに至るまでの相対回転角θの変化率は、スイング開始からトップに至るまでの変化率よりも大きい。ゴルフスイング解析装置１１は、トップからインパクトに至るまでの相対回転角θの変化に着目し、詳細に解析する機能を演算処理回路１４に有している。
尚、相対回転角は、１回のスイング動作により算出しても良く、複数回のスイング動作の平均値を算出し、相対回転角としても良い。
（４）演算処理回路の構成
図７は、演算処理回路１４の構成を概略的に示す。演算処理回路１４は、第１検出部３１および第２検出部３２を備える。第１検出部３１および第２検出部３２は、それぞれ慣性センサー１２に接続される。第１検出部３１および第２検出部３２にはそれぞれ慣性センサー１２から出力が供給される。
第１検出部３１は、慣性センサー１２の出力に基づきグリップ１３ｂの軸（シャフト１３ａに同軸）回りでグリップ１３ｂの初期角度を検出する。検出に際して第１検出部３１は、慣性センサー１２でシャフト１３ａに平行な軸回り方向（ｙ軸回り方向）にアドレス時の角速度を取得する。第１検出部３１は、取得した角速度を初期値に据える。ここで、アドレス時にはｙ軸回りで角速度は生じないことから、角速度が「０（ゼロ）」で静止すると、角度「０°（ゼロ度）」（＝初期角度）が設定される。
第２検出部３２は、慣性センサー１２の出力に基づき角度「０°」の初期角度から軸回りでグリップ１３ｂの相対回転角θｎ（ｎ＝１，…，Ｎ）を検出する。次式に示されるように、算出された変化量は累積される。ここで、Ｎはサンプル数を示す（以下、同じ）。また、本実施形態では、相対回転角θは、角度「０°」を中心として、一方の回転方向を正の値で表し、他方の回転方向を負の値で表している。
Figure 2017144130
その結果、単位時間で累積される時刻ごとに、初期位置からの変化量が算出される。このようにして、時間軸に従ってグリップ１３ｂの相対回転角θは特定される。
演算処理回路１４は、姿勢検出部３４を備える。姿勢検出部３４は慣性センサー１２に接続される。姿勢検出部３４には慣性センサー１２から出力が供給される。ここでは、慣性センサー１２の出力に、直交３軸に沿ってそれぞれ検出される加速度および直交３軸回りでそれぞれ検出される角速度が含まれる。姿勢検出部３４は、慣性センサー１２の出力に基づいて、ゴルフクラブ１３の姿勢を検出したり、３軸角速度のノルムに基づいて、スイングリズムを検出したりする。
位置の検出にあたって、姿勢検出部３４は、次式に従ってグリップ１３ｂの加速度を算出する。加速度の算出にあたって、姿勢検出部３４は、慣性センサー１２の固有の局所座標系Σｓに従ってグリップ１３ｂの位置ｌｓｊを特定する。姿勢検出部３４は、記憶装置１６から位置情報を取得する。記憶装置１６には予めグリップ１３ｂの位置ｌｓｊが格納される。グリップ１３ｂの位置ｌｓｊは、例えば入力装置２１経由で指定されればよい。
Figure 2017144130
姿勢検出部３４は、算出された加速度に基づきグリップ１３ｂの移動速度を算出する。ここでは、次式に従って加速度に規定のサンプリング間隔ｄｔで積分処理が施される。
Figure 2017144130
更に、姿勢検出部３４は、算出された速度に基づきグリップ１３ｂの位置を算出する。ここでは、次式に従って速度に規定のサンプリング間隔ｄｔで積分処理が施される。
Figure 2017144130
同様に、姿勢検出部３４は、次式に従ってクラブヘッド１３ｃの位置を検出する。位置の検出にあたって姿勢検出部３４は慣性センサー１２の固有の局所座標系Σｓに従ってクラブヘッド１３ｃの位置ｌｓｈを特定する。特定にあたって姿勢検出部３４は、記憶装置１６から位置情報を取得する。記憶装置１６には予めクラブヘッド１３ｃの位置ｌｓｈが格納される。クラブヘッド１３ｃの位置ｌｓｈは例えば入力装置２１経由で指定されればよい。
Figure 2017144130
Figure 2017144130
Figure 2017144130
演算処理回路１４は、スイング画像データ生成部３５を備える。スイング画像データ生成部３５は姿勢検出部３４に接続される。スイング画像データ生成部３５には姿勢検出部３４の出力が供給される。スイング画像データ生成部３５は、姿勢検出部３４で算出されたグリップ１３ｂの位置およびクラブヘッド１３ｃの位置に基づきゴルフクラブ１３の移動軌跡を特定する。特定された移動軌跡に基づきスイング動作を表現する画像（図８）が生成される。画像は画像データとしてスイング画像データ生成部３５から出力される。
演算処理回路１４は、静止検出部３６を備える。静止検出部３６は慣性センサー１２に接続される。静止検出部３６には慣性センサー１２から出力が供給される。ここでは、慣性センサー１２の出力に、直交３軸に沿ってそれぞれ検出される加速度および直交３軸回りでそれぞれ検出される角速度が含まれる。
静止検出部３６は慣性センサー１２の出力に基づきゴルフクラブ１３の静止状態を判定する。慣性センサー１２の出力が閾値を下回ると、静止検出部３６はゴルフクラブ１３の静止状態を判断する。ゴルフクラブ１３の静止状態は、スイングリズムのイベントの１つであるアドレスを表象する。閾値には、体動といった微小振動を示す検出信号の影響を排除することができる値が設定されればよい。
静止検出部３６は、所定期間にわたって静止状態を確認すると、静止通知信号を出力する。静止通知信号は第１検出部３１、第２検出部３２および姿勢検出部３４に送られる。第１検出部３１は静止通知信号の受信に応じて角位置「０°」の初期位置を設定する。第２検出部３２は静止通知信号の受信に応じて相対回転角θの算出を開始する。姿勢検出部３４は静止通知信号の受信に応じてゴルフクラブ１３の姿勢の検出を開始する。
ここでは、静止検出部３６は静止状態の判断にあたってゴルフクラブ１３の傾斜角を参照してもよい。このとき、静止検出部３６はグリップ１３ｂの座標およびクラブヘッド１３ｃの座標に基づきゴルフクラブ１３の傾斜角すなわち姿勢を算出する。静止検出部３６は、算出された傾斜角に基づきアドレス時のゴルフクラブ１３の姿勢を判定する。傾斜角が所定の傾斜角の範囲に収まるか否かが判断される。静止検出部３６は、アドレス時のゴルフクラブ１３の姿勢が確立された後に、ゴルフクラブ１３の静止状態の判断を開始する。
演算処理回路１４は、イベント検出部３７を備える。イベント検出部３７は、姿勢検出部３４に接続される。イベント検出部３７には姿勢検出部３４の出力が供給される。イベント検出部３７は、ゴルフクラブ１３の姿勢に基づきスイングリズムにおける各イベントを特定する。例えば、イベント検出部３７は地面に平行に配置されるグリップ１３ｂの軸（すなわちシャフト１３ａの軸）を検出する。こうしてバックスイング中のハーフウェイバックを特定することができる。
また、イベント検出部３７は、３軸角速度のノルムの時間経過に応じた変動に基づいて、トップ、インパクトおよびフィニッシュのようなスイングリズムのイベントを特定することができる。
演算処理回路１４は、算出部３８を備える。算出部３８は、イベント検出部３７および第２検出部３２に接続される。算出部３８にはイベント検出部３７の出力および第２検出部３２の出力が供給される。
算出部３８は、イベント検出部３７が検出したトップからインパクトまでに対応する相対回転角θの変化量を抽出し、トップにおける相対回転角θを「０°（ゼロ度）」（＝初期値）として、トップ（第１状態）からインパクト（第２状態）に至る時間変化に応じた相対回転角θを所定の時間間隔で算出する。算出部３８は比較演算部３９に接続される。比較演算部３９には算出部３８の出力が供給される。
また、算出部３８が算出した相対回転角θのデータは、使用したゴルフクラブ１３やスイングしたユーザー２００に関して予め入力された情報と関連付け、比較する場合に基準となる基準スイングとして記憶装置１６に記憶できるように設定されている。
演算処理回路１４は、比較演算部３９を備える。比較演算部３９は算出部３８に接続される。比較演算部３９には算出部３８から出力が供給される。
比較演算部３９は、算出部３８が算出した相対回転角（第１の相対回転角）θと、基準スイングから得られる相対回転角（第２の相対回転角）θのデータと、を比較し、比較した比較結果を第１画像データ生成部３３に出力する。
ここで、図９はスイングでのトップを初期値、即ち、開始点（ｔ＝０）としてインパクト（ｔ＝ｔ２）までの時間経過に応じた相対回転角θを示すグラフである。このグラフは、横軸方向に時間経過を示し、縦軸方向に相対回転角θを示している。また、原点は、トップ、即ち、開始点における相対回転角θが「０°（ゼロ度）」となるように規格化している。このグラフを参照して基準スイングと比較する項目（比較項目と呼ぶ。）を説明する。
比較演算部３９は、相対回転角θに関する比較項目として以下の項目を採用する。
１．トップからインパクトまでにおける相対回転角θの変動範囲（レンジと呼ぶ。）
２．トップを開始点として相対回転角θが最大となるまでの所要時間
３．相対回転角θの最大値
図９では、トップからインパクトＱまでにおいて、相対回転角θのレンジをθ２で示している。また、相対回転角θが最大となるまでの所要時間をｔ１で示している。また、相対回転角θの最大値Ｐをθ１で示している。
比較演算部３９は、ユーザー２００によるスイングと、基準スイングと、において、上述の項目の少なくとも１つを比較する。
図７に戻り、演算処理回路１４は、第１画像データ生成部３３を備える。第１画像データ生成部３３は、相対回転角θを視覚的に表示する画像を生成する。また、第１画像データ生成部３３は、比較演算部３９から出力される比較結果に基づいて、基準スイングとの差異を視認可能な画像を生成する。
このような画像は、例えば、トップを開始点としてインパクトに至り、トップにおける相対回転角を「０°（ゼロ度）」として、算出部３８が算出した相対回転角θの時間経過に伴う遷移を示すグラフと、基準スイングにおける相対回転角θの時間経過に伴う遷移を示すグラフと、を重畳させる表示方法により生成した比較画像を想定する。
ここで、図１０および図１１を参照し、比較画像の例を説明する。
図１０は、同一のユーザー２００がゴルフクラブ１３を持ち替えてスイングした場合、第１画像データ生成部３３が生成した比較画像である。即ち、ユーザー２００がゴルフクラブ１３としてドライバーＡを用いてスイングし、更に、ユーザー２００がドライバーＡと特性が異なるドライバーＢおよびドライバーＣを用いてスイングした場合を基準スイングとして比較している。
図１０に示すように、ドライバーＡ（θ１Ａ）およびドライバーＢ（θ１Ｂ）は、相対回転角θの最大値がドライバーＡの方が大きいが、相対回転角θのレンジ（θ２Ａ、θ２Ｂ）および相対回転角θが最大となる所要時間は略等しい。また、ドライバーＣ（θ１Ｃ）は、ドライバーＡおよびドライバーＢと比べて、相対回転角θが最大となる所要時間が短く、相対回転角θの最大値も小さい。
相対回転角θは、ゴルフクラブ１３の特性に応じて遷移するため、ユーザー２００は、比較画像に基づいて、ドライバーＡ、ドライバーＢおよびドライバーＣの中から、ユーザー２００に適するゴルフクラブ１３を選定できる。また、ユーザー２００が好適と感じる第１のゴルフクラブ１３における相対回転角θの比較項目の少なくとも１つが略一致するように第２のゴルフクラブ１３を選定することで、ユーザー２００にとって適するゴルフクラブ１３を選ぶことができる。
また、図１１は、複数の人物が同一のゴルフクラブ１３を用いてスイングした場合を想定している。即ち、ユーザーＡがゴルフクラブ１３を用いてスイングし、ユーザーＢおよびユーザーＣによる同一のゴルフクラブ１３のスイング動作を基準スイングとして比較している。
図１１に示すように、ユーザーＡおよびユーザーＢでは、相対回転角θが最大となる所要時間は略等しいが、相対回転角θの最大値はユーザーＢ（θ１Ｂ）の方が大きく、また、相対回転角θのレンジはユーザーＡ（θ２Ａ）の方が大きい。また、ユーザーＣ（θ１Ｃ）は、ユーザーＡおよびユーザーＢと比べて、相対回転角θが最大となる所要時間が短く、相対回転角θの最大値（θ２Ｃ）は大きい。
このように、同一のゴルフクラブ１３であっても、個人差により相対回転角θの遷移が異なるため、例えば、相対回転角θの比較項目の少なくとも１つが、目標とするインストラクターやプロゴルファーと略一致するように、他のゴルフクラブ１３を選択したり、ゴルフクラブ１３のバランス等を調整したりすることで、ユーザー２００のスイング動作の向上を図れる。
図７に戻り、演算処理回路１４は描画部４１を備える。描画部４１は第１画像データ生成部３３、比較演算部３９およびスイング画像データ生成部３５に接続される。描画部４１には第１画像データ生成部３３およびスイング画像データ生成部３５から出力データが供給される。描画部４１は、第１画像データ生成部３３やスイング画像データ生成部３５から供給される出力データに基づき、比較画像やスイング画像を描画するための画像データを生成する。また、描画部４１は、比較演算部３９の出力に基づき、比較結果をテキスト情報で描画するための画像データを生成する。描画部４１が生成した画像データは、画像処理回路１８で画像信号に変換された後、表示装置１９に表示される。
尚、演算処理回路１４による機能（運動解析方法）は、各機能部に個別に対応するハードウェアが実装される態様には限定されず、プロセッサーのような汎用的なハードウェアと、ソフトウェアと、の協働により実現されることが好ましい。この場合、機能の少なくとも一部は、ゴルフスイングを解析するソフトウェアである運動解析プログラムの実行により実現される。また、運動解析プログラムは、フラッシュメモリーのような記録媒体を介してコンピューター装置にインストールされても良い。
以上述べた実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
（１）スイングリズムにおけるトップからインパクトに至るまでの相対回転角の変化を、ゴルフクラブ１３によるスイング動作と、基準スイングと、で比較し、比較した結果を時間経過に伴うグラフで表示するため、ゴルフクラブ１３によるスイングと、基準スイングとの相対回転角の遷移の違いを明示できる。
（２）種々のゴルフクラブ１３によるスイング動作を基準スイングとすることで、ユーザー２００に好適なゴルフクラブ１３を選択できる。
（３）複数のユーザーによる同一のゴルフクラブ１３のスイング動作を基準スイングとすることで、他のユーザーとのスイングの違いを把握できる。
以上、本発明を図示した実施形態に基づいて説明したが、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、以下に述べるような変形例も想定できる。
（１）算出部３８は、トップからインパクトまでに対応する相対回転角θの変化量を抽出し、第１状態であるトップを初期値とし、トップから第２状態であるインパクトに至る時間変化に応じた相対回転角θを算出したが、これには限定されない。例えば、第１状態をアドレスとし、第２状態をトップとする態様も想定できる。また、第１状態および第２状態を変更可能とし、ユーザー２００がスイング前に設定できる態様も想定できる。
（２）基準スイングとの比較画像に基づいて、ゴルフクラブ１３をフィッティングする態様も想定できる。即ち、ゴルフスイング解析装置１１をゴルフショップ等に設置し、来店したユーザー２００が試打しているゴルフクラブ１３において、トップからインパクトに至る相対回転角θの遷移（第１の遷移）と、基準スイングの遷移（第２の遷移）との比較項目が合致するように、ゴルフクラブ１３を選定したり、クラブヘッド１３ｃに重りを付加したり、除去したりしてゴルフクラブ１３の特性を調整したりする態様も想定できる。
（３）描画部４１に描画される比較画像データや、テキストデータは、通信を介してネットワークに接続されたサーバー装置に送信する態様も想定できる。更に、ゴルフクラブ１３を販売するショップには、サーバー装置と通信可能な情報処理装置が設置され、ユーザー２００の自宅等に設置されたゴルフスイング解析装置１１から送信された比較画像データや比較結果のテキスト情報がショップの情報処理装置にアップロードされ、比較結果や相対回転角θの遷移に基づいて、ショップの店員がユーザー２００に合致するゴルフクラブ１３を選定したり、好適なゴルフクラブ１３をアドバイスしたりする態様も想定できる。
また、例えば、プロゴルファーの相対回転角θの遷移等のデータがサーバー装置に蓄積され、ゴルフスイング解析装置１１からの操作に基づいて、ユーザー２００のコンピューター装置に基準スイングとしてダウンロードされ、ユーザー２００は自宅でプロゴルファーのデータを参照してスイングを練習する態様も想定できる。
（４）ゴルフスイング解析装置１１を構成するコンピューター装置は、スマートフォンのような高機能携帯電話や、タブレットのような多機能携帯端末の態様も想定できる。また、コンピューター装置は、ヘッドマウントディスプレイやスマートグラスのような態様も想定できる。即ち、ゴーグルやメガネのように装着し、画像データに基づく虚像光をユーザー２００の眼球に入射させて比較画像等を視認させても良い。
また、コンピューター装置は、比較画像等を表示するための画面を備えた腕時計のようなリスト機器も想定できる。また、慣性センサー１２を含む筐体にコンピューター装置の機能を実装し、ゴルフクラブ１３に装着する、所謂、スタンドアローンな態様も想定できる。
（５）また、上記の実施形態では、ゴルフスイングを解析するゴルフスイング解析装置を例に挙げたが、本発明は、テニスや野球などの様々な運動において、スイングを解析する解析装置に適用することができる。
また、以上のような手法を実施する装置は、単独の装置によって実現される場合もあれば、複数の装置を組み合わせることによって実現される場合もあり、各種の態様を含むものである。
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、１３ａ…シャフト、１３ｂ…グリップ、１３ｃ…クラブヘッド、１４…演算処理回路、１５…インターフェイス回路、１６…記憶装置、１７…プログラム、１８…画像処理回路、１９…表示装置、２１…入力装置、２６…三次元運動解析モデル、２７…棒、２８…支点、２９…重心、３０…画像データ生成部、３１…第１検出部、３２…第２検出部、３３…第１画像データ生成部、３４…姿勢検出部、３５…スイング画像データ生成部、３６…静止検出部、３７…イベント検出部、３８…算出部、３９…比較演算部、４１…描画部、２００…ユーザー、２５０…ゴルフボール。

Claims (11)

  1. 慣性センサーの出力を用いて、運動具のシャフト部の状態を検出する検出部と、
    前記運動具のスイングにより、前記シャフト部が第１状態から第２状態に遷移するまでに前記シャフト部の軸回りで変化した前記シャフト部の相対回転角を算出する算出部と、
    前記相対回転角の変動範囲、前記第１状態から前記相対回転角が最大となる状態までの所要時間、および、前記相対回転角の最大値、の少なくとも１つに関して、前記算出部が算出した相対回転角と、基準とする基準スイングの基準の相対回転角と、を比較し、比較結果を出力する比較演算部と、を備えていることを特徴とする運動解析装置。
  2. 請求項１において、
    前記運動具はゴルフクラブであり、
    前記第１状態はトップの状態であり、前記第２状態はインパクトの状態であることを特徴とする運動解析装置。
  3. 請求項２において、
    前記基準スイングは、前記ゴルフクラブとは別のゴルフクラブのスイングであることを特徴とする運動解析装置。
  4. 請求項２または３において、
    前記基準スイングは、前記スイングを行うユーザーとは別のユーザーによるスイングであることを特徴とする運動解析装置。
  5. 請求項１乃至４のいずれか一項において、
    前記比較演算部は、
    前記第１状態における前記相対回転角を初期値として規格化し、
    前記第１状態から前記第２状態に遷移する時間の経過に応じて算出された相対回転角と、前記基準の相対回転角と、を比較することを特徴とする運動解析装置。
  6. 請求項１乃至５のいずれか一項において、
    前記比較結果を表示する表示部を備えていることを特徴とする運動解析装置。
  7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の運動解析装置と、
    慣性センサーと、を含むことを特徴とする運動解析システム。
  8. 慣性センサーの出力を用いて、運動具のシャフト部の状態を検出するステップと、
    前記運動具のスイングにより、前記シャフト部が第１状態から第２状態に遷移するまでに前記シャフト部の軸回りにより変化した前記シャフト部の相対回転角を算出するステップと、
    前記相対回転角の変動範囲、前記第１状態から前記相対回転角が最大となる状態までの所要時間、および、前記相対回転角の最大値、の少なくとも１つに関して、前記算出するステップで算出した相対回転角と、基準とする基準スイングによる基準の相対回転角と、を比較し、比較結果を出力するステップと、を含むことを特徴とする運動解析方法。
  9. 慣性センサーの出力を用いて、運動具のシャフト部の状態を検出する機能と、
    前記運動具のスイングにより、前記シャフト部が第１状態から第２状態に遷移するまでに前記シャフト部の軸回りにより変化した前記シャフト部の相対回転角を算出する機能と、
    前記相対回転角の変動範囲、前記第１状態から前記相対回転角が最大となる状態までの所要時間、および、前記相対回転角の最大値、の少なくとも１つに関して、前記算出する機能により算出した相対回転角と、基準とする基準スイングによる基準の相対回転角と、を比較し、比較結果を出力する機能と、をコンピューターに実行させることを特徴とする運動解析プログラム。
  10. 慣性センサーの出力を用いて、運動具のシャフト部の状態を検出する機能と、
    前記運動具のスイングにより、前記シャフト部が第１状態から第２状態に遷移するまでに前記シャフト部の軸回りにより変化した前記シャフト部の相対回転角を算出する機能と、
    前記相対回転角の変動範囲、前記相対回転角が最大となる前記第１状態からの所要時間、および、前記相対回転角の最大値、の少なくとも１つに関して、前記算出する機能により算出した相対回転角と、基準とする基準スイングによる基準の相対回転角と、を比較し、比較結果を出力する機能と、をコンピューターに実行させるプログラムを記憶したことを特徴とする記録媒体。
  11. 運動具のスイングにより、シャフト部が第１状態から第２状態に遷移するまでに前記シャフト部の軸回りで変化した相対回転角の遷移と、
    基準とする基準スイングによる相対回転角の基準遷移と、を前記第１状態における前記相対回転角を初期値として規格化し、重畳して表示することを特徴とする表示方法。
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