JP2018173417A - Ball rotation amount measurement system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空中を移動するボールの回転量を測定する、ボール回転量測定システムに関する。 The present invention relates to a ball rotation amount measurement system that measures the rotation amount of a ball moving in the air.
空中を移動するボールの回転速度を測定する回転速度測定装置として、地磁気を測定する磁気センサを用いたものが、特許文献1に開示されている。この回転速度測定装置においては、ボールに磁気センサを固定し、この磁気センサの検出データの周波数をFFT(高速フーリエ変換)等の手法で解析することにより、空中を移動するボールの回転速度を算出している。
As a rotational speed measuring device for measuring the rotational speed of a ball moving in the air, a device using a magnetic sensor for measuring geomagnetism is disclosed in
しかしながら、上記特許文献1の回転速度算出方法、すなわち、磁気センサの周波数を解析することによる算出方法には以下の問題がある。
本発明の測定対象とするボールには、野球、ゴルフ等様々な競技のボールが考えられるが、例えば、野球について考えると、ボールの球速は150km/hrを超える場合がある。この場合、投手の手から離れて捕手に届くまでの時間は0.5秒未満の極めて短い時間となってしまう。このような場合、回転速度を測定するための地磁気データの取得間隔を2m秒程度の非常に短い間隔として取得したとしても、その取得可能なデータ数は、200程度に過ぎない。
However, the rotational speed calculation method of
The ball to be measured according to the present invention may be a ball for various competitions such as baseball and golf. For example, when considering baseball, the ball speed may exceed 150 km / hr. In this case, the time from the pitcher's hand to reach the catcher is an extremely short time of less than 0.5 seconds. In such a case, even if the acquisition interval of the geomagnetic data for measuring the rotational speed is acquired as a very short interval of about 2 milliseconds, the number of data that can be acquired is only about 200.
上記特許文献1には、FFT解析による周波数解析により、回転速度を算出する方法についての技術が記載されているが、このようなデータ数でFFT解析した場合、分解能が荒くなり、高い精度を得ることができないという問題がある。特に、投手によっては、非常に高い回転数となる場合があり、その場合に、この精度の低下の影響が顕著となる。そもそも、FFT等の周波数解析は、RAMの消費が多いという問題もある。
また、上記の問題を解決するために、磁気センサの出力がゼロとなる直線と交差する回数をカウントして周波数をカウントするという手法を実施することも考えられる。しかしながら、磁気センサ周囲の磁場の影響などにより、測定される地磁気データがオフセットされたものとなる場合もある。すなわち、実際に地磁気がセンシング方向に作用していなくても、磁気センサの出力がゼロからずれてしまう場合もある。かかる場合、そのずれ量であるオフセット量が振幅よりも充分に小さくないと、上述の正弦波が、出力ゼロの直線と交差するゼロクロス点をカウントして正弦波の周波数を算出することも、困難となる。 In order to solve the above problem, it is also conceivable to implement a method of counting the frequency by counting the number of times that the magnetic sensor output intersects a straight line where the output becomes zero. However, the measured geomagnetic data may be offset due to the influence of the magnetic field around the magnetic sensor or the like. That is, even if geomagnetism is not actually acting in the sensing direction, the output of the magnetic sensor may deviate from zero. In such a case, it is difficult to calculate the frequency of the sine wave by counting the zero cross points where the above-described sine wave intersects the straight line of output zero unless the offset amount, which is the deviation amount, is sufficiently smaller than the amplitude. It becomes.
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、ボールの回転量を高精度に測定することができる、ボール回転量測定システムを提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a ball rotation amount measuring system capable of measuring a ball rotation amount with high accuracy.
本発明の一態様は、空中を移動するボールの回転量を測定する、ボール回転量測定システムであって、
上記ボールに固定され、少なくとも一軸方向の地磁気を測定する磁気センサと、
上記磁気センサによって時系列的に多数取得された地磁気データを用いて、上記ボールの回転量を演算する演算部と、
を備え、
上記演算部は、時系列的に隣り合う2つの上記地磁気データの差分である差分データを算出して、時系列的に多数の上記差分データを得る、差分データ算出部と、
多数の上記差分データの時間変化の波形である差分波形を求める差分波形算出部と、
所定期間において上記差分波形が差分ゼロの直線と交差する回数である交差回数を基に、上記ボールの回転量を算出する、回転量算出部と、を有する、ボール回転量測定システムにある。
One aspect of the present invention is a ball rotation amount measurement system for measuring a rotation amount of a ball moving in the air,
A magnetic sensor fixed to the ball and measuring geomagnetism in at least one axial direction;
An arithmetic unit that calculates the amount of rotation of the ball using geomagnetic data acquired in time series by the magnetic sensor,
With
The calculation unit calculates difference data that is a difference between two geomagnetic data adjacent in time series, and obtains a large number of the difference data in time series, a difference data calculation unit,
A differential waveform calculation unit for obtaining a differential waveform that is a waveform of a time change of a large number of the differential data;
A ball rotation amount measurement system comprising: a rotation amount calculation unit that calculates a rotation amount of the ball based on the number of times of intersection, which is the number of times the difference waveform intersects a straight line with a difference of zero in a predetermined period.
上記ボール回転量測定システムにおいて、上記演算部は、上記差分データ算出部と、上記差分波形算出部と、上記回転量算出部とを有する。これにより、後述するように、ボールが高速回転する場合においても、ボールの回転量を精度よく算出することができる。 In the ball rotation amount measurement system, the calculation unit includes the difference data calculation unit, the difference waveform calculation unit, and the rotation amount calculation unit. As a result, as will be described later, even when the ball rotates at a high speed, the amount of rotation of the ball can be accurately calculated.
以上のごとく、上記態様によれば、ボールの回転量を高精度に測定することができる、ボール回転量測定システムを提供することができる。 As described above, according to the above aspect, it is possible to provide a ball rotation amount measuring system capable of measuring the rotation amount of the ball with high accuracy.
上記ボール回転量測定システムにおいて、上記演算部が演算する上記ボールの回転量としては、例えば、単位時間あたりのボールの回転数、所定の2時点間におけるボールの姿勢変化等とすることができる。 In the ball rotation amount measuring system, the rotation amount of the ball calculated by the calculation unit can be, for example, the number of rotations of the ball per unit time, a change in the posture of the ball between two predetermined time points, or the like.
ボール回転量測定システムは、例えば、野球の投手の投げたボールの回転量を測定するシステムとすることができる。この場合、例えば、単位時間あたりのボールの回転数、すなわち回転速度を測定するものとすることができる。或いは、例えば、投手がボールを離した時点から、捕手が捕球した時点までの、ボールの回転量を測定するものとすることもできる。前者の場合、単位時間が上記所定期間となり、後者の場合、投手がボールを離した時点から捕手が捕球した時点までの期間が、上記所定期間ということとなる。 The ball rotation amount measurement system can be, for example, a system that measures the rotation amount of a ball thrown by a baseball pitcher. In this case, for example, the number of rotations of the ball per unit time, that is, the rotation speed can be measured. Alternatively, for example, the rotation amount of the ball from the time when the pitcher releases the ball to the time when the catcher catches the ball can be measured. In the former case, the unit time is the predetermined period, and in the latter case, the period from the time when the pitcher releases the ball to the time when the catcher catches the ball is the predetermined period.
上記回転量算出部は、単位時間あたりの上記交差回数を基に、上記ボールの回転速度を算出するよう構成されているものとすることができる。この場合には、単位時間あたりのボールの回転数、すなわち回転速度を、精度よく測定することができる。 The rotation amount calculation unit may be configured to calculate the rotation speed of the ball based on the number of crossings per unit time. In this case, the number of rotations of the ball per unit time, that is, the rotation speed can be accurately measured.
上記磁気センサは、互いに異なる複数の軸方向の上記地磁気を測定するよう構成され、上記差分データ算出部は、上記複数の軸方向についての上記地磁気データのうち、振幅が最も大きい地磁気データを用いて、上記差分データを算出するよう構成されていることが好ましい。この場合には、地磁気の方向に対するボールの回転方向によって、振幅の小さい地磁気データしか取れなくなるということを抑制することができる。その結果、より確実に、ボールの回転量を精度よく測定することができる。 The magnetic sensor is configured to measure the geomagnetism in a plurality of axial directions different from each other, and the difference data calculation unit uses the geomagnetic data having the largest amplitude among the geomagnetic data in the plurality of axial directions. It is preferable that the difference data is calculated. In this case, it can be suppressed that only geomagnetic data having a small amplitude can be obtained depending on the rotation direction of the ball with respect to the direction of geomagnetism. As a result, the amount of rotation of the ball can be measured with higher accuracy.
また、上記磁気センサは、互いに直交する3つの軸方向の上記地磁気を測定するよう構成されていることが好ましい。この場合には、任意の回転方向にてボールが回転したとき、3つのうちのいずれかの軸方向において、振幅の大きい地磁気データを得ることができる。その結果、ボールの回転方向によらず、正確なボールの回転量を測定することができる。 The magnetic sensor is preferably configured to measure the geomagnetism in three axial directions orthogonal to each other. In this case, when the ball rotates in an arbitrary rotation direction, geomagnetic data having a large amplitude can be obtained in any one of the three axial directions. As a result, an accurate amount of rotation of the ball can be measured regardless of the direction of rotation of the ball.
また、上記演算部は、上記磁気センサによって得られる3つの軸方向の地磁気データに基づいて地磁気ベクトルを算出するベクトル算出部と、上記ボールの空中移動の開始時点から終了時点までの間における上記ボールの姿勢変化量を求める姿勢変化量算出部と、をさらに有し、
上記姿勢変化量算出部は、上記開始時点において上記ベクトル算出部によって得られた上記地磁気ベクトルである開始時ベクトルと、上記終了時点において上記ベクトル算出部によって得られた上記地磁気ベクトルである終了時ベクトルとに基づいて、上記ボールの姿勢変化量を算出するよう構成されているものとすることができる。
この場合には、上記開始時点から上記終了時点までの間における、ボールの回転角度を算出することができる。姿勢変化量算出部は、例えば、開始時点から終了時点までの間に、上記交差回数が2回未満となる場合や、それに準ずるような低回転となる場合において、特に有用となる。
The calculation unit includes a vector calculation unit that calculates a geomagnetic vector based on three axial geomagnetic data obtained by the magnetic sensor, and the ball between a start time and an end time of the air movement of the ball. A posture change amount calculation unit for obtaining the posture change amount of
The posture change amount calculation unit includes a start vector that is the geomagnetic vector obtained by the vector calculation unit at the start time and an end vector that is the geomagnetic vector obtained by the vector calculation unit at the end time. Based on the above, it is possible to calculate the posture change amount of the ball.
In this case, the rotation angle of the ball from the start time to the end time can be calculated. The posture change amount calculation unit is particularly useful, for example, when the number of intersections is less than two times from the start point to the end point, or when the rotation speed is low in accordance with it.
また、上記ボールに固定され、少なくとも一軸方向の加速度を測定する加速度センサと、該加速度センサによって取得された加速度データに基づいて、上記ボールの空中移動の開始時点及び終了時点をそれぞれ検出する、開始検出部及び終了検出部と、をさらに備えることが好ましい。この場合には、ボールの空中移動の開始時点及び終了時点を、容易に得ることができる。 Further, an acceleration sensor fixed to the ball and measuring an acceleration in at least one axis direction, and a start time and an end time of the air movement of the ball are detected based on acceleration data acquired by the acceleration sensor, respectively. It is preferable to further include a detection unit and an end detection unit. In this case, the start time and end time of the ball movement in the air can be easily obtained.
また、上記加速度センサは、互いに異なる複数の軸方向の加速度を測定するよう構成されていることが好ましい。この場合には、ボールに対して任意の向きに加速度が作用したとき、充分に大きい加速度データを取得しやすい。その結果、開始検出部及び終了検出部において、それぞれ開始時点及び終了時点を正確に検出しやすい。 The acceleration sensor is preferably configured to measure accelerations in a plurality of different axial directions. In this case, when acceleration acts on the ball in an arbitrary direction, it is easy to acquire sufficiently large acceleration data. As a result, it is easy to accurately detect the start point and the end point in the start detector and the end detector, respectively.
また、上記加速度センサは、互いに直交する3つの軸方向の上記加速度を測定するよう構成されていることが好ましい。この場合には、ボールに対して任意の向きに加速度が作用したとき、3つのうちのいずれかの軸方向において、充分に大きい加速度データを得やすい。その結果、ボールに作用する加速度の方向によらず、開始時点及び終了時点を正確に把握しやすい。 The acceleration sensor is preferably configured to measure the acceleration in three axial directions orthogonal to each other. In this case, when acceleration is applied to the ball in any direction, it is easy to obtain sufficiently large acceleration data in any one of the three axial directions. As a result, it is easy to accurately grasp the start point and the end point regardless of the direction of acceleration acting on the ball.
また、上記磁気センサは、マグネトインピーダンスセンサからなることが好ましい。この場合には、より正確に、ボールの回転量を測定することができる。すなわち、マグネトインピーダンスセンサ(以下、「MIセンサ」ともいう。)は、検出感度及び応答性に優れているため、地磁気を正確に検出できると共に、測定間隔を極めて短くすることができる。そのため、ボールが高速回転している場合にも、ボールの回転量を、より正確に測定することが可能となる。 The magnetic sensor is preferably a magneto-impedance sensor. In this case, the amount of rotation of the ball can be measured more accurately. That is, since the magneto-impedance sensor (hereinafter also referred to as “MI sensor”) is excellent in detection sensitivity and responsiveness, it can accurately detect geomagnetism and can extremely shorten the measurement interval. Therefore, even when the ball is rotating at high speed, the amount of rotation of the ball can be measured more accurately.
(実施形態1)
ボール回転量測定システムの実施形態につき、図1〜図6を参照して説明する。
ボール回転量測定システム1は、空中を移動するボールの回転量を測定するシステムである。
ボール回転量測定システム1は、図1に示すごとく、磁気センサ2と、演算部3とを備える。磁気センサ2は、ボールに固定され、少なくとも一軸方向の地磁気を測定する。演算部3は、磁気センサ2によって時系列的に多数取得された地磁気データを用いて、ボールの回転量を演算する。演算部3は、差分データ算出部31と、差分波形算出部32と、回転量算出部33と、を有する。
(Embodiment 1)
An embodiment of a ball rotation amount measurement system will be described with reference to FIGS.
The ball rotation
As shown in FIG. 1, the ball rotation
差分データ算出部31は、時系列的に隣り合う2つの地磁気データm(n)の差分である差分データを算出して、時系列的に多数の差分データΔm(n)を得る。ここで、m(n)とは、時系列的にn番目に取得した地磁気データを意味するものとする。また、Δm(n)は、Δm(n)=m(n)−m(n−1)にて定義されるものとする。
The difference
差分波形算出部32は、多数の差分データΔm(n)の時間変化の波形である差分波形Lb(図3参照)を求める。
回転量算出部33は、所定期間において差分波形Lbが差分ゼロの直線Lcと交差する回数である交差回数を基に、ボールの回転量を算出する。なお、差分ゼロの直線Lcとは、図3に示す差分データΔm(n)の時間変化のグラフにおいて、Δm(n)=0にて時間軸に沿った直線を意味する。
The difference
The rotation
また、地磁気データm(n)の時間変化Laのグラフを図2に示す。図2において、グラフ上に示す多数のドットのそれぞれが、各地磁気データm(n)を表す。同様に、図3において、グラフ上に示す多数のドットのそれぞれが、各差分データΔm(n)を表す。 Moreover, the graph of the time change La of the geomagnetic data m (n) is shown in FIG. In FIG. 2, each of a large number of dots shown on the graph represents the local magnetic data m (n). Similarly, in FIG. 3, each of a large number of dots shown on the graph represents each difference data Δm (n).
本実施形態において、回転量算出部33は、単位時間あたりの交差回数を基に、ボールの回転速度を算出するよう構成されている。すなわち、単位時間あたりの交差回数の半分は、地磁気データの時間変化Laの周波数と略一致する。そこで、この単位時間あたりの交差回数の半分を、地磁気データの時間変化の周波数とみなし、ボールの回転速度を算出する。例えば、0.3秒間における交差回数が27回の場合、地磁気データの時間変化の周波数は45Hzとみなされ、ボールの回転速度は、45回転/秒と算出される。
In the present embodiment, the rotation
また、磁気センサ2は、互いに異なる複数の軸方向の地磁気を測定するよう構成されている。そして、差分データ算出部31は、複数の軸方向についての地磁気データのうち、振幅が最も大きい地磁気データを用いて、差分データを算出する。
Further, the
本実施形態においては、磁気センサ2は、互いに直交する3つの軸方向の地磁気を測定するよう構成されている。そして、3軸方向の地磁気データのうち、振幅が最も大きい地磁気データを用いて、差分データを算出する。本実施形態においては、特に示さない限り、地磁気データとは、3軸方向のそれぞれの地磁気データのうち、振幅が最も大きい地磁気データを意味する。また、差分データとは、特に示さない限り、当該地磁気データを用いて算出された差分データを意味する。
In the present embodiment, the
図6に示すごとく、磁気センサ2は、互いに直交する3軸方向(X方向、Y方向、Z方向)にそれぞれの感度方向を向けて配置された3つのセンサ素子2x、2y、2zを、センサ基板20上に配置してなる。各センサ素子2x、2y、2zは、マグネトインピーダンスセンサ素子からなる。
As shown in FIG. 6, the
各センサ素子2x、2y、2zは、それぞれ、非磁性体からなる基体部21と、基体部21に固定されたアモルファスワイヤ22と、アモルファスワイヤ22に巻回された検出コイル23とを備える。各センサ素子2x、2y、2zに検出される、各軸方向における地磁気の強さに基づいて、磁気センサ2は、X軸方向の地磁気データ、Y軸方向の地磁気データ、Z軸方向の地磁気データ、をそれぞれ検出することができる。
Each
本実施形態において、磁気センサ2及び演算部3は、いずれもボールに内蔵されている。また、ボール回転量測定システム1は、磁気センサ2によって取得された多数の地磁気データを記憶する地磁気データ用のメモリ11を有する。メモリ11も、ボールに内蔵されている。また、ボール回転量測定システム1は、演算部3にて演算されたボールの回転量を出力する出力部12を備える。本実施形態において、出力部12は、測定結果を視覚的に表示する表示部である。つまり、ボールの回転速度を、出力部12である表示部に表示する。出力部12は、ボールに取り付けられていてもよいし、ボールとは別体にて設けられていてもよい。出力部12がボールと別体の場合、ボールに搭載された演算部3から、無線通信によって、演算結果を出力部12に送信する。
In this embodiment, both the
本実施形態のボール回転量測定システム1の動作につき、野球の投手が捕手に向かって投げたボールの回転速度を測定する場合を想定して、説明する。
投手が投げたボールは、通常は、回転しながら空中移動することとなる。例えば、プロ野球の投手が直球(ストレート)を投げる場合、40〜50回転/秒という高速回転となる場合もある。
The operation of the ball rotation
The ball thrown by the pitcher usually moves in the air while rotating. For example, when a professional baseball pitcher throws a straight ball (straight), there may be a high-speed rotation of 40 to 50 rotations / second.
ボールが空中移動する間、磁気センサ2は、逐次、地磁気を検出する。そして、検出された地磁気は、時系列的に多数の地磁気データm(n)として、メモリ11に記憶される。ここで、上述のように、磁気センサ2は、互いに直交する3つの軸方向の地磁気を測定する。そして、3軸方向の地磁気データのうち、振幅が最も大きい地磁気データを用いる。
While the ball moves in the air, the
なお、磁気センサ2による地磁気の検出は、例えば、250回/秒以上の頻度で検出する。すなわち、測定間隔を例えば4m秒以下とする。より具体的には、本実施形態においては、500回/秒の頻度の検出、すなわち地磁気データm(n)の取得間隔を2m秒とする。
In addition, the detection of geomagnetism by the
磁気センサ2は、回転しながら空中移動するボールに固定されている。それゆえ、ボールの回転軸が地磁気の方向と一致しない限り、磁気センサ2によって得られる地磁気データm(n)は、周期的に変動する。図2に、地磁気データm(n)の時間変化Laを示す。ここで、磁気センサ2の出力値に地磁気以外の影響がなければ、地磁気データの時間変化Laは、時間軸に沿った出力ゼロの直線Ldを中心に、プラス側とマイナス側との振幅が均等となるような略正弦波となる。そして、この略正弦波の周波数から、単位時間あたりのボールの回転数を算出することが考えられる。
The
ところが、実際には、磁気センサ2の周囲の電子部品から発生する、地磁気以外の周辺磁場等の影響で、図2に示すごとく、磁気センサ2の出力する地磁気データの時間変化Laは、出力ゼロの直線Ldからプラス側、若しくはマイナス側にオフセットした波形となることがある。
Actually, however, the time change La of the geomagnetic data output from the
さらには、上述のように、磁気センサ2による地磁気の検出間隔は、例えば4m秒以下と、極めて短くするものの、限界がある。その結果、検出できるデータ数には限界があり、回転数測定の精度が低下する。
Furthermore, as described above, the detection interval of terrestrial magnetism by the
そこで、演算部3は、地磁気データm(n)をそのまま利用せずに、多数の地磁気データm(n)を基に、多数の差分データΔm(n)を得る。具体的には、例えば、図4に示すように、時系列的に連続する地磁気データm(k−2)、m(k−1)、m(k)がある場合、これらを基に、差分データΔm(k−1)、Δm(k)を得る。ここで、Δm(k−1)=m(k−1)−m(k−2)、Δm(k)=m(k)−m(k−1)である。このように、差分データ算出部31は、時系列的に隣り合う2つの地磁気データの差分である差分データを算出して、時系列的に多数の差分データΔm(n)を得る。
Therefore, the
そして、これら多数の差分データΔm(n)も、時系列的に変動する。その差分データΔm(n)の時間変化の波形である差分波形Lbを、差分波形算出部32にて取得する。差分波形Lbは、図3に示すように、差分ゼロの直線Lcを中心に、略正弦波を描くこととなる。差分データΔm(n)は、時系列的に隣り合う2つの地磁気データの差分であるため、地磁気データの時間変化Laにおける山の頂点及び谷の頂点となるタイミングにおいて得られる差分データはゼロとなる。しかし、差分データΔm(n)の取得間隔は、地磁気データm(n)の取得間隔と同じであって、極限まで短くできるわけではないため、差分データΔm(n)自体がゼロとなるタイミングが周期的に訪れるわけではない。
And these many difference data (DELTA) m (n) also fluctuates in a time series. The difference
しかし、図3に示すごとく、差分波形Lbは、差分ゼロの直線Lcを中心に、略正弦波を描くため、必ず周期的に直線Lcと交差する。すなわち、図4、図5に示すごとく、地磁気データの時間変化Laの変曲点付近における複数の差分データのうちの時系列的に隣り合う2つの差分データΔm(k−1)、Δm(k)は、いずれか一方がプラス、他方がマイナスとなる。この状態は、地磁気データの時間変化Laが、磁気センサ2の周囲の部品からの磁場の影響等でオフセットされていたとしても、その影響を受けることはない。
However, as shown in FIG. 3, the differential waveform Lb draws a substantially sine wave around the straight line Lc with zero difference, and therefore always intersects the straight line Lc periodically. That is, as shown in FIGS. 4 and 5, two difference data Δm (k−1) and Δm (k) adjacent in time series among a plurality of difference data in the vicinity of the inflection point of the time change La of the geomagnetic data. ), Either one is positive and the other is negative. This state is not affected even if the temporal change La of the geomagnetic data is offset due to the influence of the magnetic field from the components around the
その結果、差分波形Lbは、地磁気データの時間変化Laの変曲点付近の時間帯の部分(図5に示す部分)において、確実に差分ゼロの直線Lcと交差することとなる。それゆえ、図3に示すごとく、ゼロクロス点P0は、略周期的に確実に得られることとなる。それゆえ、単位時間あたりのゼロクロス点P0の数、すなわち単位時間あたりの交差回数を確実に得ることができる。
この交差回数を基にして、演算部3の回転量算出部33は、ボールの単位時間あたりの回転数、すなわち回転速度を算出する。
そして、算出されたボールの回転速度を、出力部12に表示する。
As a result, the difference waveform Lb surely intersects the straight line Lc with zero difference in the portion of the time zone near the inflection point of the time change La of the geomagnetic data (the portion shown in FIG. 5). Therefore, as shown in FIG. 3, the zero cross point P0 can be reliably obtained substantially periodically. Therefore, the number of zero cross points P0 per unit time, that is, the number of crossings per unit time can be obtained reliably.
Based on the number of intersections, the rotation
Then, the calculated rotation speed of the ball is displayed on the
上述のように、上記ボール回転量測定システム1は、ボールが高速回転する場合においても、ボールの回転量を精度よく算出することができる。特に、本実施形態においては、回転量算出部33は、単位時間あたりの交差回数を基に、ボールの回転速度を算出する。これにより、単位時間あたりのボールの回転数、すなわち回転速度を、精度よく測定することができる。
As described above, the ball rotation
また、磁気センサ2は、互いに直交する3つの軸方向の地磁気を測定し、差分データ算出部31は、3つの軸方向についての地磁気データのうち、振幅が最も大きい地磁気データを用いて、差分データを算出する。これにより、任意の回転方向にてボールが回転したとき、3つのうちのいずれかの軸方向において、振幅の大きい地磁気データを得ることができる。その結果、地磁気の方向に対するボールの回転方向によらず、正確なボールの回転量を測定することができる。
Further, the
また、磁気センサ2はMIセンサからなるため、より正確に、ボールの回転量を測定することができる。すなわち、MIセンサは、検出感度及び応答性に優れているため、地磁気を正確に検出できると共に、他の磁気センサに比べると、測定間隔を短くしても精度良く検出することができる。そのため、ボールが高速回転している場合にも、ボールの回転量を、正確に測定することが可能となる。
Further, since the
以上のごとく、上記態様によれば、ボールの回転量を高精度に測定することができる、ボール回転量測定システムを提供することができる。 As described above, according to the above aspect, it is possible to provide a ball rotation amount measuring system capable of measuring the rotation amount of the ball with high accuracy.
(実施形態2)
本実施形態のボール回転量測定システム1は、図7に示すごとく、加速度センサ4と、開始検出部51及び終了検出部52と、を備えている。
加速度センサ4は、ボールに固定され、少なくとも一軸方向の加速度を測定する。開始検出部51及び終了検出部52は、加速度センサ4によって取得された加速度データに基づいて、ボールの空中移動の開始時点及び終了時点をそれぞれ検出する。
(Embodiment 2)
As shown in FIG. 7, the ball rotation
The
加速度センサ4は、互いに直交する3つの軸方向の加速度を測定するよう構成されている。そして、以下に示すように、ボールの空中移動の開始時点の直前と判断される時点、及び終了時点の直後と判断される時点において、加速度もしくは単位時間あたりの加速度の変化量が最も大きい軸方向のデータを利用する。
The
ボールが空中移動を開始する際には、投手の指先から、ボールに大きな衝撃が加わる。そして、投手の指先を離れた後には、ボールに作用する力は、基本的には空気抵抗のみであり、投手の指先から加わる衝撃力に比べて充分に小さく、変化量も小さい。それゆえ、加速度センサ4によって検出される加速度が小さい状態が続く直前に、ある閾値以上の加速度が検出された時点として、ボールの空中移動の開始時点を把握することができる。
When the ball starts moving in the air, a large impact is applied to the ball from the fingertip of the pitcher. And after leaving the pitcher's fingertip, the force acting on the ball is basically only air resistance, which is sufficiently smaller than the impact force applied from the pitcher's fingertip, and the amount of change is also small. Therefore, the point in time when the ball starts to move in the air can be grasped as the point in time when the acceleration greater than a certain threshold is detected immediately before the state where the acceleration detected by the
また、ボールが空中移動を終了する際には、例えばボールが捕手のミット、打者のバット、或いは地面に衝突して、ボールに大きな衝撃が加わる。このボールに加わる衝撃は、大きな加速度として計測することができる。この加速度を、加速度センサ4によって検出し、この検出信号を基に、終了検出部52が、終了時点を判定する。
When the ball finishes moving in the air, for example, the ball collides with a catcher's mitt, a batter's bat, or the ground, and a large impact is applied to the ball. The impact applied to the ball can be measured as a large acceleration. This acceleration is detected by the
これに伴い、ボール回転量測定システム1は、開始検出部51によって検出された開始時点と、終了検出部52によって検出された終了時点との間が、ボールの空中移動中であることを把握することができる。それゆえ、この間だけ、ボールの回転量を測定することができる。すなわち、この間に取得された地磁気データに基づき、演算部3にてボールの回転量(回転速度)を算出する。
Accordingly, the ball rotation
ボールの回転量の算出については、実施形態1に示す方法にて行うことができる。
その他の構成は、実施形態1と同様である。なお、実施形態2以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
The calculation of the rotation amount of the ball can be performed by the method shown in the first embodiment.
Other configurations are the same as those of the first embodiment. Of the reference numerals used in the second and subsequent embodiments, the same reference numerals as those used in the above-described embodiments represent the same components as those in the above-described embodiments unless otherwise indicated.
なお、加速度センサ4をボールの重心から大きくずれた位置に設けた場合、加速度センサ4には回転に伴う遠心力が作用する。すなわち、ボールの空中移動中においても、加速度センサ4が、遠心力に起因する加速度を検出することとなる。また、加速度センサ4の出力値がオフセットされている場合、すなわち、実際に加速度が作用していなくても、出力がゼロからずれている場合、ボールの空中移動中に、加速度センサ4が一定以上の出力をしてしまう。このような状況を想定すると、開始検出部51及び終了検出部52は、以下のような、加速度の変化量に基づいた判断を行うことも考えられる。
In addition, when the
すなわち、ボールが空中移動を開始する際には、投手の指先から、ボールに大きな衝撃が加わり、その衝撃力(加速度)の変動も生じる。そこで、加速度センサ4による検出値の変動が小さい状態(以下、低変動状態という)が続く直前に、加速度の変動が大きい状態(以下、高変動状態という)が検出された時点として、ボールの空中移動の開始時点を把握することができる。ここで、単位時間あたりの加速度の変化量が、ある閾値以上である状態を、高変動状態とし、当該変化量が、当該閾値未満である状態を、低変動状態とすることができる。
That is, when the ball starts to move in the air, a large impact is applied to the ball from the fingertip of the pitcher, and the impact force (acceleration) varies. Therefore, immediately before the state in which the variation in the detection value by the
また、ボールが空中移動を終了する際の衝撃についても、その衝撃力に変動が生じる。すなわち、加速度の変動が生じる。この加速度の変動を、加速度センサ4によって検出し、この検出信号を基に、終了検出部52が、終了時点を判定する。つまり、ボールの空中移動中とその前後とを含む時間帯においては、最初に高変動状態が生じ、次いで、低変動状態が続き、次いで、再度、高変動状態が生じる。それゆえ、最初の高変動状態から低変動状態へ切り替わる時点を、開始時点とみなし、低変動状態からその後の高変動状態へ切り替わる時点を、終了時点とみなすことができる。なお、加速度の変化量に基づいた開始時点及び終了時点の判断手法については、特開2017−26427号公報に詳しい。
Further, the impact force varies when the ball is finished moving in the air. That is, the acceleration varies. This change in acceleration is detected by the
これにより、加速度センサ4をボールの重心から大きくずれた位置に設けた場合や、加速度センサ4の出力値がオフセットされている場合などにも、これらの影響を受けることなく、開始時点及び終了時点を把握することが可能となる。
Thereby, even when the
上述のように、本実施形態においては、加速度センサ4を用いて、容易にボールの空中移動の開始時点及び終了時点を検出することができる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
As described above, in the present embodiment, the
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
(実施形態3)
本実施形態においては、図8に示すごとく、演算部3が、下記のベクトル算出部34と姿勢変化量算出部35とをさらに有する。
ベクトル算出部34は、磁気センサ2によって得られる3つの軸方向の地磁気データに基づいて地磁気ベクトルを算出する。
姿勢変化量算出部35は、ボールの空中移動の開始時点から終了時点までの間におけるボールの姿勢変化量を求める。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the
The
The posture change
姿勢変化量算出部35は、開始時点においてベクトル算出部34によって得られた地磁気ベクトルである開始時ベクトルMsと、終了時点においてベクトル算出部34によって得られた地磁気ベクトルである終了時ベクトルMeとに基づいて、上記ボールの姿勢変化量を算出する。
The posture change
なお、開始時ベクトルMsは、例えば、開始時点と判断された時点の直後に取得された地磁気データに基づく、地磁気ベクトルとすることができる。また、終了時ベクトルMeは、例えば、終了時点と判断された時点の直前に取得された地磁気データに基づく地磁気ベクトルとすることができる。 The start time vector Ms can be, for example, a geomagnetic vector based on the geomagnetic data acquired immediately after the start time is determined. Further, the end vector Me can be, for example, a geomagnetic vector based on the geomagnetic data acquired immediately before the end time is determined.
姿勢変化量算出部35は、具体的には、例えば、以下のような手法にて、ボールの姿勢変化量を算出する。
すなわち、ボールに固定された3軸方向の地磁気センサによって検出される地磁気ベクトルのデータは、図9に示すごとく、ボールに固定された3軸直交座標系10における地磁気ベクトルMs、Mm、Meとして、捉えることができる。そして、この3軸直交座標系10において、ボールの回転軸Kを求め、その回転軸Kを中心とした開始時ベクトルMsと終了時ベクトルMeとの関係を基に、ボールの姿勢変化を算出する。なお、図9に示す3軸直交座標系10におけるX軸、Y軸、Z軸の方向が、図6に示す磁気センサ2におけるX軸、Y軸、Z軸の方向と一致している必要は、特にない。
Specifically, the posture change
That is, as shown in FIG. 9, the geomagnetic vector data detected by the triaxial geomagnetic sensor fixed to the ball is represented as geomagnetic vectors Ms, Mm, Me in the triaxial orthogonal coordinate
異なる3時点の地磁気ベクトルMs、Mm、Meを、3軸直交座標系10に描くと、例えば図9のようになる。この異なる3時点のうち、最初の時点が、ボールの空中移動の開始時点であり、最後の時点が、ボールの空中移動の終了時点である。すなわち、3つの地磁気ベクトルMs、Mm、Meには、開始時ベクトルMsと終了時ベクトルMeとが含まれている。その他の地磁気ベクトルMmは、開始時点と終了時点との間における中間時点の地磁気ベクトルである。この地磁気ベクトルMmは、複数個取得してもよいが、ここでは、一つとして、説明する。
When the geomagnetic vectors Ms, Mm, and Me at three different time points are drawn in the three-axis orthogonal coordinate
これら3つの地磁気ベクトルMs、Mm、Meの終点Es、Em、Eeは、3軸直交座標系10における一つのデータ平面Sの上に描かれる一つの軌跡円Qの周上に存在することとなる。このデータ平面Sに直交すると共に、軌跡円Qの中心Cを通る軸が、3軸直交座標系10における回転軸Kとなる。つまり、この回転軸Kを中心に、地磁気ベクトルが回転することとなり、この回転軸Kが、ボールの回転軸となる。
The end points Es, Em, and Ee of these three geomagnetic vectors Ms, Mm, and Me exist on the circumference of one trajectory circle Q drawn on one data plane S in the three-axis orthogonal coordinate
そして、軌跡円Qの中心Cと開始時ベクトルMsの終点Esとを繋ぐ直線と、軌跡円Qの中心Cと終了時ベクトルMeの終点Eeとを繋ぐ直線とのなす角度θを求める。この角度θが、開始時点から終了時点までの間の、ボールの回転角度である。すなわち、ボールの姿勢変化量として、ボールの回転角度θを算出することができる。なお、上述の角度θの算出手法の一例の詳細は、国際公開公報WO2007/099599に開示されている。 Then, an angle θ formed by a straight line connecting the center C of the locus circle Q and the end point Es of the start time vector Ms and a straight line connecting the center C of the locus circle Q and the end point Ee of the end time vector Me is obtained. This angle θ is the rotation angle of the ball between the start time and the end time. That is, the rotation angle θ of the ball can be calculated as the amount of change in the posture of the ball. Note that details of an example of the above-described method for calculating the angle θ are disclosed in International Publication No. WO2007 / 099599.
本実施形態のボール回転量測定システム1は、例えば、以下のようにして利用することができる。
すなわち、ボールの空中移動の間におけるボールの回転量が極めて少ない場合に、姿勢変化量算出部35を用いることが考えられる。
The ball rotation
That is, it is conceivable to use the posture change
つまり、開始時点から終了時点までの間において、上述の交差回数が複数存在すれば、少なくとも、実施形態1において示した回転量算出部によって、開始時点から終了時点までの間のボールの回転量を求めることができる。しかし、開始時点から終了時点までの間において、交差回数が2回未満となる場合、ボールがほとんど回転していない(半回転未満)であると判定することはできても、回転量に関するそれ以上の算出を行うことはできない。例えば、ナックルボールやフォークボールなどを投球した場合において、ボールの空中移動中に、ボールがほとんど回転しないことも想定される。このような場合にも、ボールがどの程度回転していないのか、を調査したい場合もある。かかる場合に、本実施形態において説明した姿勢変化量算出部35を用いることが有用となる。
That is, if there are a plurality of the above-mentioned number of crossings between the start time and the end time, at least the rotation amount of the ball from the start time to the end time is calculated by the rotation amount calculation unit shown in the first embodiment. Can be sought. However, if the number of crossings is less than 2 between the start time and the end time, it can be determined that the ball is hardly rotating (less than half rotation), but more than the rotation amount. Cannot be calculated. For example, when a knuckle ball or a fork ball is thrown, it is assumed that the ball hardly rotates during the air movement of the ball. Even in such a case, it may be desired to investigate how much the ball is not rotating. In such a case, it is useful to use the posture change
さらに言えば、本実施形態のボール回転量測定システム1は、以下のような用い方も考えられる。
上述のように、開始時点から終了時点までの間において交差回数が2回以上あれば、回転量算出部33によってボールの回転量を算出することは可能である。しかしながら、例えば、0.8回転、1.3回転などという情報までは得られない。上述のナックルボールやフォークボールなどを測定する際、かかる情報も有用であると思われる。そこで、回転量算出部33と姿勢変化量算出部35とを併用することも考えられる。
Furthermore, the ball rotation
As described above, if the number of crossings is two or more between the start time and the end time, the rotation
それゆえ、本実施形態においては、図8に示すごとく、演算部3は、回転量算出部33による算出結果と、姿勢変化量算出部35による算出結果とを統合して、ボールの回転量を算出する、統合算出部36を有するものとすることができる。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 8, the
つまり、回転量算出部33によって、ボールの回転量が1回転と算出され、姿勢変化量算出部35によって、ボールの姿勢変化量(回転角度θ)が90°と算出されたような場合、統合算出部36は、開始時点から終了時点までの間のボールの回転量として、1.25回転を算出する。
That is, when the rotation
なお、回転量算出部33によって得られたボールの回転量が充分な高回転である場合には、姿勢変化量算出部35を用いないという判断を行うよう、演算部3を構成してもよい。開始時点から終了時点までの間のボールの回転量が、例えば10回転以上である場合など、ボールの姿勢変化(回転角度)などの細かい情報は不要であるとして、姿勢変化量算出部35を用いないようにすることもできる。
In addition, when the rotation amount of the ball obtained by the rotation
このように、本実施形態においては、ボールの回転量が極めて少ない場合においても、ボールの姿勢変化を測定することができる。その一方で、ボールの回転速度が高い場合には、実施形態1と同様の演算を行うことができ、ボールの回転量を精度よく算出することができる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
Thus, in this embodiment, even when the amount of rotation of the ball is very small, it is possible to measure the change in the posture of the ball. On the other hand, when the rotation speed of the ball is high, the same calculation as in the first embodiment can be performed, and the rotation amount of the ball can be calculated with high accuracy.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
なお、上述した、開始時点から終了時点までの間において交差回数が2回以上ある場合において、ボールの回転量として、例えば、0.8回転、1.3回転といった細かい情報まで測定するにあたり、姿勢変化量算出部35を用いない方法も考えられる。すなわち、回転量算出部33によって得られるゼロクロス点P0(図3参照)の時間間隔から、回転数を推定することも可能である。つまり、ボールの回転量測定システムにおいて、交差回数だけでなくゼロクロスの時間も、合わせて記録する。それと同時に開始時点と終了時点の時間も記録する。そして、例えば、交差回数が2回の場合には、1回目と2回目のゼロクロスの時間差と、開始時点と終了時点との時間差とを基に、例えば、0.8回転といった、ボールの回転量を求めることができる。
In the case where the number of crossings is two or more between the start point and the end point as described above, the posture is measured when measuring the fine information such as 0.8 rotation and 1.3 rotation as the ball rotation amount. A method that does not use the change
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、各実施形態は、互いに適宜組み合わせることもでき、例えば、実施形態2と実施形態3とを組み合わせた形態とすることもできる。また、ボールの空中移動の開始時点及び終了時点は、実施形態2に示したように加速度センサを用いる方法に限らず、他の方法によって取得することも可能である。
The present invention is not limited to the above embodiments, and can be applied to various embodiments without departing from the scope of the invention. For example, the embodiments can be appropriately combined with each other, for example, the
なお、上述のように、空中移動するボールの回転量を正確に測定できることは、例えば、上述の野球の投球を測定対象とする場合においては、以下の観点で有用となる。すなわち、ボールの回転量とその投球の質との関係を調べたり、ボールの回転量によってその投球の質を評価したりするなどの利用の仕方が考えられる。直球の場合、その回転速度が高いほど、伸びのある直球であるといわれているが、その関係を定量的に調べたり、回転速度によって直球の質を評価したりすることができる。或いは、カーブやシュートなどの変化球においても、その回転速度と軌道の変化の仕方との関係を調べたり、評価したりすることも考えられる。また、上述した実施形態3のように、ナックルボールやフォークボールなどの低回転のボールの回転量(回転角度)をも測定することによって、これらの球種の質を評価等することができる。
Note that the ability to accurately measure the amount of rotation of a ball moving in the air as described above is useful from the following viewpoints when, for example, the above-mentioned baseball pitch is a measurement target. That is, it is conceivable to use a method of examining the relationship between the amount of rotation of the ball and the quality of the pitch, or evaluating the quality of the pitch by the amount of rotation of the ball. In the case of a straight ball, it is said that the higher the rotation speed is, the more the straight ball is stretched. However, the relationship can be examined quantitatively or the quality of the straight ball can be evaluated by the rotation speed. Alternatively, it is conceivable to examine or evaluate the relationship between the rotational speed of a changing sphere such as a curve or a chute and how the orbit changes. In addition, as in
また、上記実施形態においては、野球の投手の投げたボールの回転量を測定する形態を説明したが、本発明のボール回転量測定システムの用途は、これに限られるものではない。例えば、テニスのサーブやストロークにおけるボールの回転量なども、測定対象とすることができる。また、野球やテニスに限らず、ソフトボール、ゴルフ、卓球、バレーボール、サッカー等、他の球技にも、ボール回転量測定システムを利用することができる。 Moreover, in the said embodiment, although the form which measures the rotation amount of the ball thrown by the baseball pitcher was demonstrated, the use of the ball rotation amount measuring system of this invention is not restricted to this. For example, tennis serve or the amount of rotation of a ball in a stroke can be measured. Further, the ball rotation amount measuring system can be used not only for baseball and tennis but also for other ball games such as softball, golf, table tennis, volleyball and soccer.
1 ボール回転量測定システム
2 磁気センサ
3 演算部
31 差分データ算出部
32 差分波形算出部
33 回転量算出部
Lb 差分波形
DESCRIPTION OF
Claims (1)
上記ボールに固定され、少なくとも一軸方向の地磁気を測定する磁気センサと、
上記磁気センサによって時系列的に多数取得された地磁気データを用いて、上記ボールの回転量を演算する演算部と、
を備え、
上記演算部は、時系列的に隣り合う2つの上記地磁気データの差分である差分データを算出して、時系列的に多数の上記差分データを得る、差分データ算出部と、
多数の上記差分データの時間変化の波形である差分波形を求める差分波形算出部と、
所定期間において上記差分波形が差分ゼロの直線と交差する回数である交差回数を基に、上記ボールの回転量を算出する、回転量算出部と、を有する、ボール回転量測定システム。 A ball rotation amount measuring system for measuring the amount of rotation of a ball moving in the air,
A magnetic sensor fixed to the ball and measuring geomagnetism in at least one axial direction;
An arithmetic unit that calculates the amount of rotation of the ball using geomagnetic data acquired in time series by the magnetic sensor,
With
The calculation unit calculates difference data that is a difference between two geomagnetic data adjacent in time series, and obtains a large number of the difference data in time series, a difference data calculation unit,
A differential waveform calculation unit for obtaining a differential waveform that is a waveform of a time change of a large number of the differential data;
A ball rotation amount measurement system, comprising: a rotation amount calculation unit that calculates the rotation amount of the ball based on the number of intersections, which is the number of times the difference waveform intersects a straight line with no difference in a predetermined period.
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