JP2019063386A - 投球解析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 投球動作とリリース後のボールの動作の関係を分析できる投球解析装置を提供する。【解決手段】 ボール５に内蔵された内蔵検知装置に地磁気センサ２１が設けられ、手２に装着される装着具４に内蔵された装着検知装置にも同じく地磁気センサ３１が設けられている。手２でボール５を保持して投げる投球動作では、地磁気センサ２１と地磁気センサ３１の検知出力が近似するが、リリース後は、地磁気センサ２１と地磁気センサ３１の検知出力が互いに相違するので、手２の動きとボール５の動きとの相対動作を解析することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、野球用ボール、ソフトボール用ボール、ボーリング用ボール、ラクビー用ボールなどの各種ボールを使用した投球動作を解析する投球解析装置に関する。

特許文献１に球技改善支援システムに関する発明が記載されている。
このシステムは、球技に使用されるボールに、挙動検出手段が内蔵されている。挙動検出手段には、加速度センサとジャイロセンサの少なくとも一方が設けられている。また、ボールとは別体の機器本体に、挙動検出手段にて検出した検出挙動データに基づいて球技動作の改善内容を作成する改善内容作成手段が設けられている。

この球技改善支援システムでは、使用者がボールを投げると、ボールの軌跡やボールの回転具合が検出挙動データとして得られる。改善内容作成手段では、前記検出検挙データに基づいて、使用者の投球動作を改善すべき改善内容データが生成される。

特開２００９−１２５５０９号公報

特許文献１に記載された球技改善支援システムは、ボールに挙動検出手段を内蔵させることで、投球後のボールの軌跡やボールの回転具合を検出することが可能である。しかし、人の投球動作と投球後のボールとの相対的な動作を検知することができないため、人の投球動作の改善を正確に提案することは難しい。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、投球動作を行う手と、ボールとの相対動作を検知することができる投球解析装置を提供することを目的としている。

本発明の投球解析装置は、ボールを投げる手に装着される装着具が設けられ、
前記ボールに内蔵検知装置が、前記装着具に装着検知装置が設けられて、前記内蔵検知装置と前記装着検知装置が、同種の運動検知センサを有しており、
前記内蔵検知装置に設けられた前記運動検知センサからの検知出力と、前記装着検知装置に設けられた前記運動検知センサからの検知出力とから、前記手と前記ボールの相対動作を分析する制御部が設けられていることを特徴とするものである。

本発明の投球解析装置では、前記運動検知センサが、地磁気センサであることが好ましい。

本発明の投球解析装置は、前記装着検知装置に、前記運動検知センサに加えて第２運動検知センサが設けられているものとして構成できる。
前記第２運動検知センサは、加速度センサと角速度センサの少なくとも一方である。

本発明の投球解析装置は、前記内蔵検知装置と前記装着検知装置に、いずれも送信部が設けられ、それぞれの前記送信部で送信された検知信号を受信して前記制御部に与える受信部が設けられているものとして構成できる。

本発明の投球解析装置は、例えば、前記装着具が指輪である。
本発明の投球解析装置は、前記制御部で、投球動作での前記ボールの回転と、リリース後の前記ボールの回転とが比較される。

さらに、前記制御部では、投球動作での前記ボールの回転と、手から離れた後の前記ボールの回転を比較することで、前記ボールのリリースのタイミングが算出される。

本発明の投球解析装置は、ボールに内蔵検知装置が、手に装着される指輪などの装着具に装着検知装置が設けられて、内蔵検知装置と装着検知装置に、同種の運動検知センサが設けられている。そのため、投球動作での手の動きや回転と、ボールの動きと回転との相対関係を把握できるようになり、手の動きとリリース後のボールの回転との関係や、リリースのタイミングなどを求めることが可能になる。

特に、内蔵検知装置に地磁気センサを用いると、ボールに与えられる衝撃力に耐えることができ、内蔵検知装置を内蔵したボールを繰り返して使用することが可能になる。

（Ａ）は、ボールと、ボールを保持する手に装着された装着具を示す説明図、（Ｂ）はボールに内蔵された内蔵検知装置に設けられた運動検知センサとして地磁気センサを示す説明図、（Ｃ）は、装着具に設けられた装着検知装置に設けられた運動検知センサとして地磁気センサを示す説明図、 野球用のボールを投球する投手の投球フォームを分解して示す説明図、 本発明の投球解析装置のブロック図、

図３に、本発明の実施の形態の投球解析装置１０の構成がブロック図で示されている。図２には、投手１の投球フォームが示され、図１（Ａ）に、投手１の手２と、手２に保持されたボール５が示されている。

図１（Ａ）に示すように、投手１の手２の中指３に指輪型の装着具４が装着されている。装着具４は、どの指に装着されてもよいが、保持しているボールに密着している親指か人指し指あるいは中指のいずれかに装着されることが好ましい。また装着具４としては、手２の甲に庄着されてもよいし、手首に装着されてもよい。

図３に示すように、ボール５に、内蔵検知装置２０が内蔵されている。内蔵検知装置２０には、運動検知センサとしての地磁気センサ２１と、ＣＰＵ２２および送信部２３が設けられている。

指輪型の装着具４には装着検知装置３０が内蔵されている。装着検知装置３０には、運動検知センサとしての地磁気センサ３１と、ＣＰＵ３２および送信部３３が設けられている。さらに、装着検知装置３０には、第２運動センサとして、加速度センサ３４と角速度センサ３５が設けられている。本発明の実施の形態の投球解析装置１０は、内蔵検知装置２０と装着検知装置３０に、同種の運動検知センサである地磁気センサ２１，３１がそれぞれ設けられていることが必要であるが、第２運動センサとして、加速度センサ３４と角速度センサ３５の少なくとも一方を設けることが好ましい。

図３に示すように、投球解析装置１０に、外部装置４０が設けられている。外部装置４０は、投手１やボール５とは離れた位置で使用される。外部装置４０には受信部４１と、ＣＰＵとメモリを主体とした主制御部４２と、操作部４３ならびに表示部４４が設けられている。

図１（Ｂ）には、ボール５に内蔵された内蔵検知装置２０で使用されている地磁気センサ２１の構造と検知動作の概略が示され、図１（Ｃ）には、装着具４に内蔵された装着検知装置３０で使用されている地磁気センサ３１の構造と検知動作の概略が示されている。地磁気センサ２１と地磁気センサ３１は同じ構造で好ましくは同じ感度となるように構成されている。したがって、図１（Ｂ）（Ｃ）では、地磁気センサ２１と地磁気センサ３１に同じ符号が付されている。

図１（Ｂ）（Ｃ）に示すように、地磁気センサ２１，３１には、基準座標軸Ｘ−Ｙ−ＺのＸ軸方向の磁界成分を検知するＸ軸磁気検知素子Ｓｘと、Ｙ軸方向の磁界成分を検知するＹ軸磁気検知素子Ｓｙ、およびＺ軸方向の磁界成分を検知するＺ軸磁気検知素子Ｓｚが設けられている。各磁気検知素子Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚは、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）やホール素子などである。

地磁気センサ２１，３１は、Ｘ軸磁気検知素子Ｓｘによる検知出力Ｘｈと、Ｙ軸磁気検知素子Ｓｙによる検知出力Ｙｈ、およびＺ軸磁気検知素子Ｓｚによる検知出力Ｚｈを合成することで検知点Ｐｇが得られる。検知点Ｐｇは球面座標Ｇ上の点として現わすことができる。この球面座標Ｇの半径は、Ｘ軸磁気検知素子ＳｘとＹ軸磁気検知素子ＳｙおよびＺ軸磁気検知素子Ｓｚのゲインなどで決められる。

図３に示すように、装着具４に内蔵された装着検知装置３０には、第２の運動センサとして加速度センサ３４と角速度センサ３５が設けられている。

加速度センサ３４は、質量が加速度の向きに沿って移動するときの力を検知するものであり、例えば、質量を支持する梁と、梁の撓みを検知する歪センサとから構成される。歪センサで検知される歪量が前記力に比例する。質量と梁と歪センサとから成るセンサ部は３組設けられており、基準座標軸Ｘ−Ｙ−Ｚの直交する３軸方向の加速度を検知できるように、それぞれの梁の撓み方向が３軸のそれぞれの方向に向けられている。３軸方向の加速度を検知することで、地磁気センサ２１，３１に設定されている基準座標軸と重力方向との関係を求めることができる。

角速度センサ３５は、振動型ジャイロセンサであり、振動体の質量と、振動体の速度およびコリオリ力から角速度が求められる。地磁気センサ２１，３１と加速度センサ３４および角速度センサ３５は、いずれもＭＥＭＳ素子で構成されている。

次に、投球解析装置１０の動作について説明する。
図１（Ａ）に示すように、指輪型の装着具４を装着した手２でボール５を保持し、投球動作前に、手２とボール５を動かすことで地磁気センサ２１，３１のキャリブレーション処理を行うことができる。

地磁気センサ２１，３１は、温度変化による感度のばらつきや、検知回路上のノイズなどがあり、さらに空間内にバイアス磁界が存在している。そのため、キャリブレーション処理を行なう前の地磁気センサ２１，３１では、球面座標Ｇの中心Ｏが、図１（Ｂ）（Ｃ）に示している予め設定されている基準座標Ｘ−Ｙ−Ｚの中心に一致せずに、中心間にオフセットが発生しやすい。そのため、検知点Ｐｇを得た時点で、検知点Ｐｇを含む地磁気ベクトルＶｇを正確に特定することが難しくなっている。

実施の形態での投球解析装置１０では、投球動作の前に、ボール５を保持した手２を動かすことでキャリブレーション処理が行われる。手２を動かすことで、それぞれの地磁気センサ２１，３１の球面座標Ｇ上で、検知点Ｐｇが移動し、球面座標Ｇ上で検知点Ｐｇの座標位置を３点以上の複数点求めることができる。図３に示すＣＰＵ２２とＣＰＵ３２では、それぞれの地磁気センサ２１，３１の複数点の検知点Ｐｇの検知座標から、最小二乗法やその他の演算処理を行って、複数の検知点Ｐｇを含む球面座標Ｇの中心を算出する。その球面座標Ｇの中心Ｏを、基準座標軸の中心に一致させる補正を行うことで、検知点Ｐｇから基準座標軸の中心に向かう地磁気ベクトルＶｇの方位を特定できるようになる。

その後の、地磁気センサ２１における球面座標Ｇ上の検知点Ｐｇの移動軌跡に関する検知出力は、内蔵検知装置２０に設けられた送信部２３から送信される。同時に、地磁気センサ３１における球面座標Ｇ上の検知点Ｐｇの移動軌跡に関する検知出力は、装着検知装置３０に設けられた送信部３３から送信される。これら送信信号は、外部装置４０の受信部４１で受信され、受信出力が主制御部４２に与えられる。この送信はＲＦ送信により行われる。主制御部４２では、地磁気センサ２１からの検知出力と、地磁気センサ３１からの検知出力を比較することで、手２とボール５の相対動作を解析することが可能になる。

図１（Ａ）に示すように、手２にボール５を保持しているときは、手２の回転動作Ｍとボール５の回転動作がほぼ一致している。そのため、地磁気センサ３１における球面座標Ｇでの検知点Ｐｇの移動軌跡と、地磁気センサ２１における球面座標Ｇでの検知点Ｐｇの移動軌跡が、ほぼ近似している。図２に示すように、リリース時刻Ｔｒにおいて、ボール５が手２から離れると、その後は、地磁気センサ３１における球面座標Ｇでの検知点Ｐｇの移動軌跡と、地磁気センサ２１における球面座標Ｇでの検知点Ｐｇの移動軌跡が、互いに異なるようになる。

外部装置４０の主制御部４２では、地磁気センサ２１，３１のそれぞれについて、前記検知点Ｐｇの移動軌跡を追跡することで、ボール５が手２から離れたリリース時刻Ｔｒを知ることができる。またリリース前の手２の回転動作Ｍの回転数と、リリース後のボール５の回転数を比較することで、投球フォームでの手２の回転と、リリースされたボール５の回転との関係を解析することができる。外部装置４０では、表示部４４を構成する液晶表示パネルなどに、投球動作での手の回転速度と回転数と、リリース後のボール５の回転数との関係を表示するなどして、投球動作の解析結果を投手１に知らせることができる。

また、リリース時刻Ｔｒを知ることができるので、投球動作の開始時刻Ｔ０からリリース時刻Ｔｒまでの投球時間も計測することができる。ここで、投球動作の開始時刻Ｔ０は、外部装置４０を操作する操作者が、投手１の投球動作の開始に合わせて操作部４３の計測開始釦を押すことなどで、入力することができる。あるいは、主制御部４２において、手２とボール５が一緒に所定以上の角度で回転し始めた時を、投球開始時刻Ｔ０として推定してもよい。

なお、上記検知動作においては、ＣＰＵ２２は、地磁気センサ２１の基準座標Ｘ−Ｙ−Ｚがどの向きであるのか認識できておらず、ＣＰＵ２３も、地磁気センサ３１の基準座標Ｘ−Ｙ−Ｚがどの向きであるのか認識できていない。ただし、それぞれの地磁気センサ２１，３１では、基準座標Ｘ−Ｙ−Ｚの向きが解らなくても、球面座標Ｇでの検知点Ｐｇの移動軌跡を追跡することで、地磁気センサ２１，３１の回転速度および回転数を支障なく検知することができる。

ただし、装着検知装置３０に、第２運動センサとして加速度センサ３４と角速度センサ３５を備えることで、さらに、正確な投球解析を行うことができる。

図１（Ａ）に示すように、手２でボール５を保持しているときに、装着具４に内蔵された加速度センサ３４の検知出力を参照することで、重力の加速度の方向を検知することができる。この重力の加速度の向きを基準として、装着具４に内蔵された地磁気センサ３１の基準座標Ｘ−Ｙ−Ｚの向きを補正し、さらにボール５に内蔵された地磁気センサ２１の基準座標Ｘ−Ｙ−Ｚの向きを補正する。これにより、地磁気センサ２１の基準座標Ｘ−Ｙ−Ｚの向きと、地磁気センサ３１の基準座標Ｘ−Ｙ−Ｚの向きを一致させることができ、主制御部４２では、地磁気センサ２１の検知点Ｐｇの軌跡と、地磁気センサ３１の検知点Ｐｇの軌跡を、同じ球面座標Ｇを基準として認識できるようになる。

また、装着検知装置３０に加速度センサ３４と角速度センサ３５が設けられていると、重力の方向に対する手２の向きと、角速度をさらに検知できるため、図２に示す投球動作の間の手の動きを詳細に検知できる。よって、表示部４４に投球動作での手の動きと、リリース後のボール５の回転との関係を表示することなどが可能になる。

なお、本発明の実施の形態では、ボール５に内蔵する運動センサと装着具４に内蔵する運動センサを、地磁気センサとしたが、ボール５と装着具４に共通に内蔵させる運動センサとして加速度センサ３４や角速度センサ３５を使用してもよい。ただし、加速度センサや角速度センサ３５は機械的な動作を行う要素を含んでいるので衝撃に弱く、一方で地磁気センサは、ＧＭＲなどの磁気センサを主体として構成されているため衝撃に強い。よって、ボール５に地磁気センサを内蔵させることが好ましく、地磁気センサを使用することで、このボール５を繰り返して測定に使用することが可能になる。

さらに、本発明の実施の形態の投球解析装置１０で解析できる投球動作は、野球のボールに限られるものではなく、ソフトボール用ボール、ボーリング用ボール、ラクビー用ボールなどのように手で投げる各種ボールの投球動作の分析に使用することができる。

１ 投手
２ 手
４ 装着具
５ ボール
１０ 投球解析装置
２０ 内蔵検知装置
２１ 地磁気センサ
２３ 送信部
３０ 装着検知装置
３１ 地磁気センサ
３４ 加速度センサ
３５ 角速度センサ
４０ 外部装置
Ｇ 球面座標
Ｐｇ 検知点
Ｓｘ Ｘ軸磁気検知素子
Ｓｙ Ｙ軸磁気検知素子
Ｓｚ Ｚ軸磁気検知素子
Ｔ０ 開始時刻
Ｔｒ リリース時刻

Claims (8)

1. ボールを投げる手に装着される装着具が設けられ、
   前記ボールに内蔵検知装置が、前記装着具に装着検知装置が設けられて、前記内蔵検知装置と前記装着検知装置が、同種の運動検知センサを有しており、
   前記内蔵検知装置に設けられた前記運動検知センサからの検知出力と、前記装着検知装置に設けられた前記運動検知センサからの検知出力とから、前記手と前記ボールの相対動作を分析する制御部が設けられていることを特徴とする投球解析装置。
2. 前記運動検知センサは、地磁気センサである請求項１記載の投球解析装置。
3. 前記装着検知装置には、前記運動検知センサに加えて第２運動検知センサが設けられている請求項２記載の投球解析装置。
4. 前記第２運動検知センサは、加速度センサと角速度センサの少なくとも一方である請求項３記載の投球解析装置。
5. 前記内蔵検知装置と前記装着検知装置には、いずれも送信部が設けられ、それぞれの前記送信部で送信された検知信号を受信して前記制御部に与える受信部が設けられている請求項１ないし４のいずれかに記載の投球解析装置。
6. 前記装着具は指輪である請求項１ないし５のいずれかに記載の投球解析装置。
7. 前記制御部では、投球動作での前記ボールの回転と、リリース後の前記ボールの回転とが比較される請求項１ないし６のいずれかに記載の投球解析装置。
8. 前記制御部では、投球動作での前記ボールの回転と、手から離れた後の前記ボールの回転を比較することで、前記ボールのリリースのタイミングが算出される請求項７記載の投球解析装置。

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