JP2018117670A - 運動解析装置、運動解析方法、プログラム、及び運動解析システム - Google Patents
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Abstract
Description
本適用例に係る運動解析装置は、運動具を用いたスイングを解析する運動解析装置であって、打撃(打球もしくは球を打つ行為)により前記運動具のシャフト部に発生する角速度の情報と、前記打撃により前記運動具の前記シャフト部に発生する加速度の情報とを取得する取得部と、前記角速度の情報及び前記加速度の情報を用いて、前記運動具の打撃部の打撃面における打撃位置を算出する算出部と、を有する。
本適用例に係る運動解析装置において、前記算出部は、前記打撃により発生する前記角速度の情報と前記打撃位置との相関関係を示した既知の関係情報と、前記打撃により発生する前記加速度の情報と前記打撃位置との相関関係を示した既知の関係情報と、を前記算出に用いてもよい。
本適用例に係る運動解析装置において、前記算出部は、前記運動具の打撃部(打球部)の前記打撃における速度で前記角速度を除算したものを、前記角速度の情報として用いてもよい。
本適用例に係る運動解析装置において、前記算出部は、前記運動具の打撃部の形状に応じて複数の前記関係情報を使い分けてもよい。
本適用例に係る運動解析装置において、前記角速度の情報には、前記運動具のシャフト部の長軸の回りに発生する角速度と、前記打撃面に直交する軸及び前記長軸に直交する軸の回りに発生する角速度とが含まれてもよい。
本適用例に係る運動解析装置において、前記加速度の情報には、前記打撃面に直交する軸の方向に発生する加速度が含まれてもよい。
本適用例に係る運動解析方法は、運動具を用いたスイングを解析する運動解析方法であって、打撃により前記運動具のシャフト部に発生する角速度の情報と、前記打撃により前記運動具の前記シャフト部に発生する加速度の情報とを取得する工程と、 前記角速度の情報及び前記加速度の情報を用いて、前記運動具の打撃部の打撃面における打撃位置を算出する工程と、前記算出の結果を出力する工程と、を含む。
本適用例に係るプログラムは、運動具を用いたスイングを解析するプログラムであって
、打撃により前記運動具のシャフト部に発生する角速度の情報と、前記打撃により前記運動具の前記シャフト部に発生する加速度の情報とを取得する工程と、
前記角速度の情報及び前記加速度の情報を用いて、前記運動具の打撃部の打撃面における打撃位置を算出する工程と、をコンピューターに実行させる。
本適用例に係る運動解析システムは、何れかの適用例に係る運動解析装置と、記角速度の情報及び前記加速度の情報を生成する慣性センサーと、を有する。
本適用例に係る運動解析装置は、運動具を用いたスイングを解析する運動解析装置であって、打撃により前記運動具のシャフト部に発生する角速度の情報と、前記打撃により前記運動具の前記シャフト部に発生する加速度の情報とを取得し、前記角速度の情報及び前記加速度の情報を用いて、前記運動具の打撃部の打撃面における打撃位置を算出する。
1−1.概要
本実施形態の運動解析システム1は、図1に示すとおり、センサーユニット10(慣性センサーの一例)、運動解析装置20及びサーバー装置30を含んで構成されている。運動解析装置20及びサーバー装置30は、インターネットなどのネットワーク40を介して互いにデータ通信することが可能である。
図3は、センサーユニット10及び運動解析装置20の構成例を示すブロック図である。
ディスプレイで操作部23と表示部25の機能を実現するようにしてもよい。
運動解析部211は、地面に固定されたワールド座標系を図4に示すとおり定義する。ワールド座標系は、例えば、ゴルフクラブ3の軌跡を表現するために用いられる。図4に示すとおり、ワールド座標系の原点は、ユーザー2がアドレス姿勢をとったときにおける打球部(ヘッド、打撃部)3bの位置に設定され、ワールド座標系のZ軸は、反重力方向(鉛直上向き)に設定され、ワールド座標系のX軸は、打球の目標方向(打球線方向)に設定され、ワールド座標系のY軸は、XZ平面に直交する方向に設定される。因みに、図4のワールド座標系は、右手系である。
運動解析部211は、ゴルフクラブ3に固定されたセンサー座標系を図5に示すとおり定義する。センサー座標系は、例えば、ゴルフクラブ3の速度、加速度、角速度を表現するために用いられる。図5に示すとおり、センサー座標系の原点は、センサーユニット10の位置に設定され、センサー座標系のz軸は、シャフト部3aの長軸方向に設定され、センサー座標系のx軸は、打球面(フェース面、打撃面)3cに直交する方向に設定され、センサー座標系のz軸は、xy平面に直交する方向に設定される。y軸の正方向は、グリップ部から打球部(ヘッド、打撃部)3bへ向かう方向である。因みに、図5のセンサー座標系は、右手系である。なお、打球面(フェース面、打撃面)とはゴルフクラブ3において、ボールと打球部(ヘッド、打撃部)とが主に接触する面という意味を含むものである。
運動解析部211は、フェース座標系を図6、図7に示すとおり定義する。フェース座標系は、例えば、打球部(ヘッド、打撃部)3bの打球面(フェース面、打撃面)3cにおける打球位置を表現するために用いられる。
ゴルフクラブ3の打球部(ヘッド、打撃部)3bの形状は、ゴルフクラブ3の仕様によって定まる。打球部(ヘッド、打撃部)3bの形状は、ライ角とロフト角とでほぼ特定することができる。
運動解析部211は、まず、記憶部24に記憶された、ユーザー2の静止時(アドレス時)の計測データ(加速度データ及び角速度データ)を用いて、計測データに含まれるオフセット量を計算する。次に、運動解析部211は、記憶部24に記憶された、スイング開始後の計測データからオフセット量を減算してバイアス補正し、バイアス補正された計測データを用いて、ユーザー2のスイング動作中のセンサーユニット10の位置及び姿勢を計算する。
転角(ロール角、ピッチ角、ヨー角)、オイラー角、クオータ二オン(四元数)などで表現することができる。ユーザー2の静止時には、加速度センサー12は重力加速度のみを計測するので、運動解析部211は、3軸加速度データを用いて、センサーユニット10のx軸、y軸、z軸の各々と重力方向とのなす角度を特定することができる。さらに、ユーザー2は所定のアドレス姿勢で静止するので、ユーザー2の静止時において、センサーユニット10のy軸はYZ平面上にあるため、運動解析部211は、センサーユニット10の初期姿勢を特定することができる。
本実施形態に係る運動解析装置20は、ゴルフクラブ3を用いたスイングを解析する運動解析装置であって、インパクト(打球)によりゴルフクラブ3のシャフト部3aに発生する角速度の情報と、インパクトによりゴルフクラブ3のシャフト部3aに発生する加速度の情報とを取得するセンサー情報取得部210と、角速度の情報及び加速度の情報を用いて、ゴルフクラブ3の打球部(ヘッド、打撃部)3bの打球面(フェース面、打撃面)3cにおける打球位置を算出する運動解析部211とを有する。打球面(フェース面、打撃面)3cにおける打球位置が変化するとゴルフクラブ3の角速度のみならず加速度も変化するため、本実施形態のように角速度の情報と加速度の情報との双方を用いれば、打球位置の算出精度を向上させることが可能である。
上述した角速度の情報には、少なくとも、ゴルフクラブ3のシャフト部3aの長軸(y軸)の回りに発生する角速度と、打球面(フェース面、打撃面)3cに直交する軸及び長軸に直交する軸(z軸)の回りに発生する角速度とが含まれる。y軸の回りに発生する角速度には、水平方向の打球位置が反映され、z軸の回りに発生する角速度には、重力方向の打球位置が反映される。従って、これらの角速度によれば、水平方向の打球位置と重力方向の打球位置とをそれぞれ算出することが可能である。なお、水平方向は、重力方向と直交する方向のことである。
上述したとおり、ユーザー2は、センサーユニット10を、ゴルフクラブ3のグリップ部の近傍へ所定の姿勢で装着し(図2参照)、ゴルフクラブ3等に関する各種の情報を運動解析装置20へ入力し、また、地面へゴルフボール4を設置する(図2参照)。
センサー情報取得部210介して当該計測データを受信し、記憶部24へ格納する。
運動解析部211は、y軸回りの角速度の時間変化カーブ(時系列データ)のうち、基点(後述)のタイミングにおける角速度値と、基点から所定時間後(例えば1.5ミリ秒後)の第1のタイミングにおける角速度値とを参照する。そして、運動解析部211は、基点のタイミングから第1のタイミングまで角速度値の変位を、特徴量FeatureGyとして算出する。
A=(100−K×d)/100=0.7,
但し、Kは所定の係数であって、例えば、K=2である。
運動解析部211は、z軸回りの角速度の時間変化カーブ(時系列データ)のうち、基点(後述)のタイミングにおける角速度値と、基点から所定時間後(例えば2.5ミリ秒後)の第1のタイミングにおける角速度値とを参照する。そして、運動解析部211は、基点のタイミングから第1のタイミングまでの角速度値の変位を、特徴量FeatureGzとして算出する。
B=(100−K×d)/100=0.7,
但し、Kは所定の係数であって、例えば、K=2である。
前述したとおり、運動解析部211は、打球により発生する角速度の情報と打球位置との相関関係を示した既知の関係情報(第1の関係情報、第3の関係情報)と、打球により発生する加速度の情報と打球位置との相関関係を示した既知の関係情報(第2の関係情報、第4の関係情報)とを、打球位置の算出に用いるので、角速度に係る関係情報と加速度に係る関係情報とを用いれば、打球位置の算出精度を安定させることができる。以下、第1の関係情報、第2の関係情報、第3の関係情報、第4の関係情報を順に説明する。
応じて複数の第1の関係情報を使い分けてもよい。図11の例において「R」で示すデータは、相対的に硬いゴルフクラブ3のデータであり、「S」で示すデータは、相対的に柔らかいゴルフクラブ3のデータである。これらゴルフクラブ3の仕様(硬さ)ごとに第1の関係情報を算出して記憶部24へ格納しておき、運動解析部211がゴルフクラブ3の仕様(硬さ)に応じて複数の第1の関係情報を使い分ければ、水平方向の打球位置の算出を、ゴルフクラブ3の硬さの影響を受けずに行うことができる。
同様に、運動解析部211は、ゴルフクラブ3の打球部(ヘッド、打撃部)3bの形状に応じて複数の第1の関係情報を使い分けてもよい。これら打球部(ヘッド、打撃部)3bの形状ごとに第1の関係情報を算出して記憶部24へ格納しておき、運動解析部211が打球部(ヘッド、打撃部)3bの形状に応じて複数の第1の関係情報を使い分ければよい。
上述した基点は、インパクトのタイミングの手前の所定のサンプリングポイントである。運動解析部211は、この基点を目安にして必要な計測データを抽出したり、必要な特徴量を算出したりすることができる。運動解析部211は、各軸の加速度の時間変化カーブの立ち上がりを捉えることで、基点を検出する。ここでは、y軸方向の加速度を用いた例を説明する。
運動解析部211は、ゴルフクラブ3の打球部(ヘッド、打撃部)3bの打球における速度(ヘッドスピード)で角速度を除算したものを、打球位置の算出に用いられるべき角速度の情報として用いてもよい。この場合、打球時における速度の高低に拘わらず正確に打球位置を算出することができる。
図15は、表示部35に表示される画面の一例を示した図である。スイングが終わり、打球位置が算出されると、画像生成部213は、打球位置を反映した画像データを作成する。画像生成部213で生成された画像データは、出力処理部214によって表示部25に出力される。表示部25の画面には、ゴルフクラブ3の打球面(フェース面、打撃面)3cを模した画像が表示されている。画面の例では、ゴルフクラブ3はドライバー(又はアイアン)である。画面には、フェース座標の概要が表示されている。画面に示すドットマークは、ゴルフボール4の打球位置のヒストグラムを示している。つまり、この画面には、ユーザー2による最新の複数回に亘るスイングの打球位置がそれぞれドットマークとして重畳表示されている。個々のドットマークのサイズは、後述する総合的な信頼度に応じたサイズとなっている。つまり、信頼度が高い場合には、ドットマークのサイズは小さく表示され、信頼度が低い場合には、ドットマークのサイズは大きく表示される。なお、ドットマークの水平方向のサイズに水平方向の信頼度Aを反映させ、ドットマークの垂直方向のサイズに垂直方向の信頼度Bを反映させることも可能である。
限定されることはない。
1−18−1.全体フロー
図17は、運動解析部211の動作の一例を示したフローチャートである。
図18は、図17における基点検出処理(S11)のフローである。
図19は、図17における水平方向判定処理(S12)のフローである。
。
図20は、図17における垂直方向判定処理の(S13)のフローである。
本実施形態の運動解析装置20は、ゴルフクラブ3を用いたスイングを解析する運動解析装置であって、インパクト(打球)によりゴルフクラブ3のシャフト部3aに発生する角速度の情報と、インパクトによりゴルフクラブ3のシャフト部3aに発生する加速度の情報とを取得するセンサー情報取得部210と、角速度の情報及び加速度の情報を用いて、ゴルフクラブ3の打球部(ヘッド、打撃部)3bの打球面(フェース面、打撃面)3cにおける打球位置を算出する運動解析部211とを有する。打球面(フェース面、打撃面)3cにおける打球位置が変化するとゴルフクラブ3の角速度のみならず加速度も変化するため、本実施形態のように角速度の情報と加速度の情報との双方を用いれば、打球位置
の算出精度を向上させることが可能である。また、ユーザー2は、ゴルフクラブ3の打球面(フェース面、打撃面)3cに設定したフェース座標の原点からの打球位置のずれを把握することができることができるので、スイング技術を向上することができる。
2−1.関係情報について
なお、上記実施形態では、統計データから回帰直線(すなわち1次の回帰曲線)求め、当該回帰直線の情報を関係情報として記憶部に予め格納させたが、1次の回帰曲線の代わりに、2次以上の回帰曲線を用いてもよい。また、関係情報は、計算式の係数であってもよいし、テーブルデータ(角速度等と位置とを対応付けたテーブルデータ)であってもよい。また、上記では、関係情報は、運動解析装置20の出荷前に記憶部24に記憶されてもよいし、運動解析装置20の出荷後に製造業者等のサイト等から関係情報をダウンロードして記憶部24に記憶するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、信頼度A、B、又は、信頼度A、Bに基づく総合的な信頼度を算出し、当該算出した信頼度をドットマークのサイズに反映させたが、算出した信頼度に加えて又は代わりに、ヘッドスピードに基づく信頼度をドットマークに反映させてもよい。ヘッドスピードに基づく信頼度とは、ヘッドスピードが遅いときには高まり、ヘッドスピードが速いときには高まるとみなすものである。つまり、ヘッドスピードが速いときほどドットマークを小さくしてもよい。また、例えば、水平方向の打球位置がヒール側に近いほど信頼度が下がるとみなし、ヒール側のドットマークのサイズを大きくしてもよい。
上記実施形態では、センサーユニット10の出力を用いてゴルフクラブ3によるゴルフボール4への衝突(インパクト)のタイミングを更に検出してもよい。例えば、運動解析装置20の処理部21は、基点後におけるy軸方向の加速度の時間変化カーブを参照し、基点後の当該カーブに最初に正のピークが発生し始めるタイミング(例えば、一定の閾値を越えて急上昇したタイミング)を、インパクトのタイミングと判定する。但し、検出部としての処理部21は、前述した別途の方法(図8〜図10)でインパクトのタイミングを検出することも可能である。また、当該方法(図8〜図10)では、角速度のノルムを用いたが、角速度のノルムの代わりに加速度のノルムを用いることも可能である。また、上述した検出方法により基点を検出する代わりに、インパクトのタイミングから所定時間前を基点とみなしてもよい。
上記実施形態では、打球位置の判定結果を、様々な態様でユーザー2へ通知することができる。上記したとり、ドットマークを用いる以外にも、等高線のように、打球位置となる確率が高い部分の密度を高くするという方法を採用することもできる。同様に、打球位置となる確率の高い部分の色を変化させるという方法(ヒートマップ)を採用することもできる。複数回打撃時にあたる頻度が高い部分を、同心円(楕円含む)で強調するという方法も採用することが可能である。また、確率の高い部分が時間変化する場合には、当該時間変化をアニメーションで表示させてもよい。
なお、上記の実施形態では、運動具としてのゴルフクラブ3は、ドライバー、アイアン
、パターの何れであってもよい。
また、上記の実施形態では、ゴルフスイングを解析する運動解析システム1を例に挙げたが、本発明は、野球のバット、ホッケーのスティックなど、ボールを打球する他の運動具に適用することができる。
また、上記の各実施形態は、組み合わせることが可能である。また、上記の実施形態の一部の要件を省略することも可能である。上述した運動解析システム1の機能構成は、運動解析システム1の構成を理解容易にするために、主な処理内容に応じて分類したものである。構成要素の分類の仕方や名称によって、本願発明が制限されることはない。運動解析システム1の構成は、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に分類することもできる。また、1つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。また、各構成要素の処理は、1つのハードウェアで実行されてもよいし、複数のハードウェアで実行されてもよい。
また、上述したフロー図の各処理単位は、運動解析システム1の処理を理解容易にするために、主な処理内容に応じて分割したものである。処理単位の分割の仕方や名称によって、本願発明が制限されることはない。運動解析システム1の処理は、処理内容に応じて、さらに多くの処理単位に分割することもできる。また、1つの処理単位がさらに多くの処理を含むように分割することもできる。また、処理の順番も上記フロー図に限られない。
以上、本発明について実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。また、本発明は、運動解析方法、プログラム、当該プログラムを記憶した記憶媒体として提供することもできる。なお、上記実施形態ではセンサーユニット10と運動解析装置20とを別体として説明したが、センサーユニット10に運動解析装置20の機能を搭載しても良い。機能の分担は、適宜に変更可能である(サーバー装置30の機能についても同様)。
2:ユーザー
3:ゴルフクラブ
4:ゴルフボール
3a:シャフト部
3b:打球部
3c:打球面
10:センサーユニット
20:運動解析装置
21:処理部
210:センサー情報取得部
211:運動解析部
213:画像生成部
214:出力処理部
22:通信部
23:操作部
24:記憶部
25:表示部
26:音出力部
Claims (10)
- 運動具を用いたスイングを解析する運動解析装置であって、
打撃により前記運動具のシャフト部に発生する角速度の情報と、前記打撃により前記運動具の前記シャフト部に発生する加速度の情報とを取得する取得部と、
前記角速度の情報及び前記加速度の情報を用いて、前記運動具の打撃部の打撃面における打撃位置を算出する算出部と、
を有することを特徴とする運動解析装置。 - 請求項1に記載の運動解析装置であって、
前記算出部は、
前記打撃により発生する前記角速度の情報と前記打撃位置との相関関係を示した既知の関係情報と、
前記打撃により発生する前記加速度の情報と前記打撃位置との相関関係を示した既知の関係情報と、
を前記算出に用いる、
ことを特徴とする運動解析装置。 - 請求項2に記載の運動解析装置であって、
前記算出部は、
前記運動具の打撃部の前記打撃における速度で前記角速度を除算したものを、前記角速度の情報として用いる、
ことを特徴とする運動解析装置。 - 請求項2又は3に記載の運動解析装置であって、
前記算出部は、
前記運動具の打撃部の形状に応じて複数の前記関係情報を使い分ける、
ことを特徴とする運動解析装置。 - 請求項1〜4の何れか一項に記載の運動解析装置であって、
前記角速度の情報には、
前記運動具のシャフト部の長軸の回りに発生する角速度と、
前記打撃面に直交する軸及び前記長軸に直交する軸の回りに発生する角速度と、
が含まれることを特徴とする運動解析装置。 - 請求項1〜5の何れか一項に記載の運動解析装置であって、
前記加速度の情報には、
前記打撃面に直交する軸の方向に発生する加速度が含まれる、
ことを特徴とする運動解析装置。 - 運動具を用いたスイングを解析する運動解析方法であって、
打撃により前記運動具のシャフト部に発生する角速度の情報と、前記打撃により前記運動具の前記シャフト部に発生する加速度の情報とを取得する工程と、
前記角速度の情報及び前記加速度の情報を用いて、前記運動具の打撃部の打撃面における打撃位置を算出する工程と、
前記算出の結果を出力する工程と、
を含むことを特徴とする運動解析方法。 - 運動具を用いたスイングを解析するプログラムであって、
打撃により前記運動具のシャフト部に発生する角速度の情報と、前記打撃により前記運
動具の前記シャフト部に発生する加速度の情報とを取得する工程と、
前記角速度の情報及び前記加速度の情報を用いて、前記運動具の打撃部の打撃面における打撃位置を算出する工程と、
をコンピューターに実行させることを特徴とするプログラム。 - 請求項1〜6の何れか一項に記載の運動解析装置と、
前記角速度の情報及び前記加速度の情報を生成する慣性センサーと、
を有することを特徴とする運動解析システム。 - 運動具を用いたスイングを解析する運動解析装置であって、
打撃により前記運動具のシャフト部に発生する角速度の情報と、前記打撃により前記運動具の前記シャフト部に発生する加速度の情報とを取得し、
前記角速度の情報及び前記加速度の情報を用いて、前記運動具の打撃部の打撃面における打撃位置を算出する、
ことを特徴とする運動解析装置。
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