JP2019084009A - センサーを内蔵したボール、およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】センサーを内蔵したボールを提供する。【解決手段】多軸加速度センサーを含む第１のセンサーと、第１のセンサーにより検出されたセンサーデータを無線により伝送する第１の通信ユニットと、第１のセンサーおよび第１の通信ユニットに電力を供給するバッテリーとを含むボールを提供する。第１のセンサーは、当該ボールの重心予定位置に収納された第１の多軸加速度センサーを含み、第１の通信ユニットおよびバッテリーが前記重心予定位置から外れた位置に配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、センサーを内蔵したボールを含むシステムに関するものである。

特許文献１には、３軸加速度センサーなどを含む第１のセンサーを内蔵したボールであって、第１のセンサーにより検出されたセンサーデータを無線により伝送する第１の通信ユニットを含むボールと、第１の通信ユニットとペアリングされる第２の通信ユニットを含む携帯端末とを有するシステムが開示されている。携帯端末は、ペアリングされたボールが単独で移動する環境を示す外部情報を取得するユニットと、第１の通信ユニットおよび第２の通信ユニットを介して得られたペアリングされたボールのセンサーデータを外部情報と関連付けしてペアリングされたボールのボール移動データを生成するユニットとを含む。

国際公開２０１７／１３１１３３号公報

ボールの動きを手軽に、さらに精度よく検出して記録できるシステムが求められている。ボールの動きを精度よく検出するためには多種多様なセンサーを含むハードウェアを内蔵することが考えられるが、センサーに加えて制御用の機器、それらを稼働するためのバッテリーもボールに内蔵する必要があり、重量、バランスを考えて配置される。

本発明の一態様は、多軸加速度センサーを含む第１のセンサーと、第１のセンサーにより検出されたセンサーデータを無線により伝送する第１の通信ユニットと、第１のセンサーおよび第１の通信ユニットに電力を供給するバッテリーとを含むボールである。このボールにおいては、第１のセンサーは、当該ボールの重心予定位置に収納された第１の多軸加速度センサーを含み、第１の通信ユニットおよびバッテリーが重心予定位置から外れた位置に配置されている。

ボールなどの回転体においては、重心にバッテリーなどの重量物を優先的に配置することで回転性能に与える影響を小さくしやすい。したがって、ボールに加速度センサーが内蔵されていると、加速度センサーは重心からはずれた位置に配置され、ボールが飛翔中に回転すると遠心力による加速度がノイズとなり飛翔運動の加速度がノイズに埋もれることが多い。このため、ボールの飛翔中の動きを解析するために加速度センサーのデータを有効に利用できないことを本願の発明者らは見出した。飛翔中の回転数、回転軸は、特許文献１に開示されているように、多軸の磁気センサーのデータを解析することにより得ることができるが、飛翔運動の加速度が得られないと、飛翔距離を精度よく求めることも難しい。

本発明のボールにおいては、バッテリーおよび第１の通信ユニットを重心予定位置から外し、多軸加速度センサーを重心予定位置に配置することにより、遠心力による影響を抑制して飛翔運動の加速度を含むデータを取得可能とする。バッテリー、基板などは重心予定位置の近傍に分散または重心予定位置に対して対称性のある位置に配置したり、バッテリーを小型の複数に分割して同様に配置したり、１または複数のカウンターウェイトを同様に配置することによりボールの回転性能に対する影響を抑制できる。多軸加速度センサーを重心予定位置に配置することにより、遠心力の影響を抑えて、第１の多軸加速度センサーのデータから飛翔運動の加速度を得られやすくなる。

ボールの中心部分を形成する、ゴム製、コルク製、発泡スチロール製などのコア体を有するボールにおいては、第１のセンサー、第１の通信ユニットおよびバッテリーがコア体に内蔵されていたり、モールド（樹脂）で封じ込められていてもよい。

第１のセンサーが、重心予定位置に配置された第１の多軸加速度センサーに隣接して配置された複数の第２の多軸加速度センサーを含んでもよい。製造過程において、重心予定位置が設計と微小ながらずれる（シフト）する可能性がある。また、飛翔中にボールが微妙に変形することにより、第１の多軸加速度センサーからのデータに遠心力の影響が大きく表れる可能性がある。重心予定位置の近傍に複数の第２の多軸加速度センサーを配置することにより、最も遠心力の影響の少ないセンサーのデータを利用したり、重心の周りの複数の加速度センサーから同時に得られたにより遠心力によるノイズ成分を除去したりすることが可能となる。複数の第２の多軸加速度センサーは、第１の多軸加速度センサーが体心位置となるように配置されていてもよい。複数の第２の多軸加速度センサーを正四面体の頂点に配置したり、正六面体の頂点に配置したりすることができる。

バッテリー、基板などの相対的に重量（質量）が多いパーツを、重心予定位置の周りに、重心予定位置が体心となる正四面体、正六面体などの正多角形の頂点に配置してもよい。

本発明の他の態様の１つは、上記のボールの第１の通信ユニットとペアリングされる第２の通信ユニットを含む携帯端末を有するシステムである。携帯端末は第１の通信ユニットおよび第２の通信ユニットを介して得られた、ペアリングされたボールの第１のセンサーのデータに基づいてペアリングされたボールのボール移動データを生成するユニットと、第１のセンサーのデータを用いてペアリングされたボールの飛翔運動の加速度、飛翔距離、および飛翔途中の変位量の少なくともいずれかを算出する第１の機能とを含む。加速度センサーからのデータにより、ボールの飛翔中の動きをトレースすることができる。第１のセンサーは、多軸の磁気センサー、多軸のジャイロセンサーを含んでいてもよく、携帯端末は、これらのセンサーからデータを含むボール移動データを生成してもよい。

第１のセンサーが複数の多軸加速度センサーを含む場合は、第１の機能は、第１のセンサーに含まれる複数の多軸加速度センサーの少なくともいずれかのデータを用いて、ペアリングされたボールの回転による加速度成分をキャンセルする機能を含んでもよい。携帯端末は、加速度、飛翔距離および変位量の少なくともいずれかを用いて、ペアリングされたボールの球種を出力するユニットを含んでもよい。

携帯端末が、ボール移動データに基づいて、ボールの移動中の状態を外から見た状態で表示するシミュレータを含んでもよい。携帯端末が、ボール移動データを、インターネットを介してクラウドサーバに格納するユニットを含んでもよい。

本発明の他の態様の１つは、ボールの動きを、携帯端末を介してモニターする方法である。この方法は、ボールの第１の通信ユニットと携帯端末の第２の通信ユニットとをペアリングすることと、携帯端末が、第１の通信ユニットおよび第２の通信ユニットを介して得られた、ペアリングされたボールの第１のセンサーのデータを用いてペアリングされたボールの飛翔運動の加速度、飛翔距離、および飛翔途中の変位量の少なくともいずれかを算出することとを含む。

本発明の他の態様の１つは、多軸加速度センサーを含む第１のセンサーと、第１のセンサーにより検出されたセンサーデータを無線により伝送する第１の通信ユニットとを内蔵したボールの第１の通信ユニットとペアリングされる第２の通信ユニットを含む携帯端末にダウンロードされるプログラムである。このプログラムは、携帯端末が、第１の通信ユニットおよび第２の通信ユニットを介して得られたペアリングされたボールの第１のセンサーのデータを用いてペアリングされたボールの飛翔運動の加速度、飛翔距離、および飛翔途中の変位量の少なくともいずれかを算出するユニットとして機能する命令を含む。

センサー内蔵ボールを用いたシステムの概要を示す図。 センサー内蔵ボールの概略構成を示す図。 内蔵されるハードウェアの概略構成を示すブロック図。 センサー内蔵ボールとペアリングされる携帯端末に実装される機能の概略を示す図。 携帯端末のアプリケーションの処理の概要を示すフローチャート。

図１に、センサーを内蔵したボールを含むシステムの一例として、ユーザーの投球をデータ化してクラウドを経由して管理するシステムの概要を示している。このシステム１は、ユーザー２がマウンド３からキャッチャー４に向けて投げたボールの状態（投球）５を、ボール１０に内蔵したセンサーによりデータ化し、ユーザーの携帯端末２０を介してクラウド３０から管理するシステムである。クラウド３０は、インターネットなどのコンピュータネットワーク３１と、コンピュータネットワーク３１に接続されたサーバー３５と、コンピュータネットワーク３１に接続されたオンラインコーチシステム４０とを含む。

サーバー（クラウドサーバー）３５は、ユーザー管理機能３６と、ユーザー毎のデータを蓄積するストレージ３７と、データ管理ユニット３８と、ランキング集計などを行うデータ分析ユニット３９とを含む。オンラインコーチシステム４０は、サーバー３５に蓄積されたユーザー毎のデータを用いてユーザーの投球を再現するシミュレータ４１と、再現されたユーザーの投球に対してコンピュータネットワーク３１を介してコーチ４２がアドバイスを送るユニット４３とを含む。

図２に、センサーを内蔵したボール１０の一例を示している。ボール１０の一例は野球ボール（硬式ボール）である。ボール１０は、内部にハードウェアを収めたカプセル１３が収納された中心のゴム製またはコルク製のコア（コア体）１１と、コア１１の周囲を通常の野球ボールと同様に覆う糸巻の部分１２ａと、最も外側を覆う革製の外皮１２ｂとを含む。コア１１は、ハードウェアを収納した樹脂製で球状のカプセル１３と、カプセル１３を覆う弾性層、例えばゴム層１１ａとを含む。ハードウェアをカプセル１３に収納し、さらにそれをボール本来のコアの材料１１ａで覆い、ハードウェアをコア１１に収納することにより、センサーなどのハードウェアが含まれていても芯ずれを起こさない、あるいは大きな芯ずれを発生させないボール１０を提供できる。

カプセル１３は、ボール１０の動きを検出するセンサー（第１のセンサー）８０と、通信ユニットなどが搭載された制御基板（制御ユニット）１７と、バッテリー１８ａおよび１８ｂを予め設計された位置および姿勢で収納するように構成されており、カプセル１３を覆うゴム層１１ａと協働で、全体の重量およびバランスが通常の野球ボール（硬式ボール）とほとんど変わりないように構成されている。カプセル１３の内部は、各パーツが所定の場所に所定の姿勢で収納できるような多層構造であってもよく、収納した後にモールド樹脂などによりカプセル１３の内部を封止してもよい。

図３に、カプセル１３に収納されたセンサー８０を含むハードウェアの概略構成を示している。センサー（第１のセンサー、センサー群）８０は、多軸、例えば３軸の加速度センサー８１、８２ａ〜８２ｃと、多軸、例えば３軸のジャイロセンサー８５と、多軸、例えば３軸の磁気センサー８６と、センサー基板８８とを含む。制御基板１７は、短距離無線通信ユニット（第１の通信ユニット、一例はＢＬＥ（Bluetooth（登録商標） Low Energy））１７ａと、制御用のマイコン１７ｂと、メモリ１７ｃとを含む。カプセル１３には、上記のハードウェアに対し電力を供給する複数のバッテリー１８ａおよび１８ｂと、電源のオンオフを制御するスイッチ１６とを含む。本例においては、センサー内蔵のボール１０の重量およびバランスを従来のボールとほぼ同一に保つため、カプセル１３に収納されたハードウェアの構成はできるだけ簡略化されており、バッテリー１８ａおよび１８ｂは内蔵型で使い捨てタイプとなっている。無線などにより間接的にバッテリーを充電する機能がコア１１の内部に収納できる程度にコンパクトで軽量化されれば、使い捨てでないタイプのセンサー内蔵ボールを提供することも可能である。

第１のセンサー８０は、本例では、加速度センサー８１、８２ａ〜８２ｄ、ジャイロセンサー８５、地磁気センサー８６をそれぞれ収納しているが、３軸加速度センサーと、３軸ジャイロセンサーと、３軸地磁気（磁気）センサーとを含む９軸センサーであってもよく、１チップ化されたセンサーであってもよい。センサー８０は、カプセル１３の内部の中心１３ｃに配置されており、カプセル１３の中心１３ｃは、コア１１の中心、すなわち、ボール１０の重心１０ｇとなる予定の位置である。２つのバッテリー１８ａおよび１８ｂと、制御基板１７とは、センサー８０の周囲に、カプセル１３の中心１３ｃが質量中心（重心）となるように配置されている。例えば、バッテリー１８ａおよび１８ｂ、制御基板１７さらにカウンターウェイト（不図示）が球形のカプセル１３の内面に接するように、ほぼ正四面体を形成するように配置されている。カプセル１３の内部の配置はこれに限定されず、センサー８０が中心１３ｃに配置され、バッテリー１８ａおよび１８ｂなどの他のハードウェアの全体の重量バランスが中心１３ｃに一致するように配置されていることが好ましい。さらに、慣性モーメントも一致していることが好ましい。

第１のセンサー８０は、複数の３軸の加速度センサー８１、８２ａ〜８２ｄを含む。第１の加速度センサー８１は、カプセル１３の中心１３ｃ、すなわち、ボール１０の重心予定位置１０ｇに配置され、４つの第２の加速度センサー８２ａ、８２ｂ、８２ｃおよび８２ｄは、第１の加速度センサー８１の周囲に、第１の加速度センサー８１にほぼ隣接するように配置されている。具体的には、４つの第２の加速度センサー８２ａ〜８２ｄは、第１の加速度センサー８１、すなわち、中心１３ｃを体心位置とする正四面体の頂点の位置またはそれに近い位置に配置されている。

第１の加速度センサー８１は、カプセル１３がボール１０に対して予定通りに収納されカプセル１３の中心１３ｃがボール１０の重心１０ｇと一致する場合は、ボール１０が飛翔中に回転してもほとんど遠心力による加速度を検知しない。したがって、ボール１０の飛翔運動に対する加速度を検出できる。

一方、カプセル１３がボール１０に対して予定通りに収納されず、カプセル１３の中心１３ｃがボール１０の重心１０ｇに対してシフトしている場合は、第１の加速度センサー１８と、その周囲に配置されている第２の加速度センサー８２ａ〜８２ｄのいずれか１つまたは複数との間に重心１０ｇが位置したり、第２の加速度センサー８２ａ〜８２ｄのいずれかの近傍に重心１０ｇが位置したり、あるいは第２の加速度センサー８２ａ〜８２ｄのいずれかの間に重心１０ｇが位置している可能性が高い。したがって、第２の加速度センサー８２ａ〜８２ｄのいずれかから遠心力の加速度の影響の小さい加速度データを得ることができる可能性がある。さらに、第１の加速度センサー８１および１または複数の第２の加速度センサー８２ａ〜８２ｄから得られたデータにより遠心力の加速度に関するデータをキャンセルでき、飛翔運動に関連する加速度データを得られる可能性がある。

第２の加速度センサー８２ａ〜８２ｄは、カプセル１３の内部に余裕があれば、さらに数を増やすことが可能であり、例えば、カプセル１３の中心１３ｃを体心位置とする６面体の各頂点に配置することが可能である。

このボール１０においては、電源スイッチ１６が加速度センサー８１、８２ａ〜８２ｄのいずれかに接続されており、ボール１０が投げ上げられてフリーフォールになったことを検出するとバッテリー１８ａおよび１８ｂから制御基板１７およびセンサー８０の他のセンサーへの電力供給を介してして計測状態に入る。電源スイッチ１６をオンする動作はフリーフォールに限定されず、他の動き、例えば、ボール１０が回転させられたり、ボール１０を持って振り回されたことを他のセンサーで検出してもよい。電源スイッチ１６は、センサー８０からボール１０が動いたデータが検出されない状態が所定の時間継続するとバッテリー１８ａおよび１８ｂからの電力供給を停止する。

マイコン１７ｂは、測定が開始されると、センサー８０により検出されるデータ（センサーデータ）５１、例えば、３軸方向の加速度と、３軸方向の角速度と、３軸方向の地磁気とを所定のサンプリングピッチでメモリ１７ｃに格納する。マイコン１７ｂは、測定が終了すると、格納されたセンサーデータ５１を、無線通信ユニット１７ａを介して出力する。

図４に、携帯端末２０の構成を示している。携帯端末２０の一例はスマートホンであり、短距離無線通信ユニット（第２の通信ユニット、一例はＢＬＥ（Bluetooth（登録商標）Low Energy））２１と、無線ＬＡＮおよび／または携帯電話通信網を介してデータを
送受信するデータ通信ユニット２２と、緯度および経度を測位するＧＰＳ２３と、方位を判別できる電子コンパス２４と、加速度センサー２５と、種々の機能を実現するプロセッサ２６と、メモリ２７と、入出力ユニットであるディスプレイ２８ａ、タッチセンサー２８ｂおよび音声入出力ユニット２９とを含む。

プロセッサ２６は、メモリ２７にダウンロードされたアプリケーションプログラム（アプリ、プログラム、プログラム製品）６０に含まれる命令により、ボール移動データ生成用の端末および／またはボールの挙動（飛翔状態）を解析する端末としての機能を提供する。プロセッサ２６は、プログラム６０により、ボール１０に内蔵された通信ユニット（第１の通信ユニット）１７ａと携帯端末２０の通信ユニット（第２の通信ユニット）２１とをペアリングするユニット６１と、ペアリングされたボール１０が単独で移動する環境を示す外部情報５２を取得するユニット６２と、通信ユニット１７ａおよび２１を介して得られた、ペアリングされたボール１０のセンサーデータ５１を外部情報５２と関連付けしてペアリングされたボール１０のボール移動データ５５を生成するユニット６３として機能する。

さらに、プロセッサ２６は、アプリケーションプログラム６０に含まれる命令により、ボール１０の加速度データを解析するユニット６４と、ボール１０の回転を解析するユニット６５と、ボール１０の加速度、回転軸の角度、球速および回転数に基づいて球種を出力するユニット６６と、ボール１０の移動中の状態を外から見た状態で表示するシミュレータ６７と、投球モーションを解析するユニット６８と、センサーデータ５１および外部情報５２とを一体にしたボール移動データ５５をインターネット３１を介してクラウドサーバ３５に格納する（アップロードする）ユニット６９と、クラウドサーバ３５から供給されるコンテンツを表示するユニット７０として機能する。

図５に、アプリケーション６０を起動させて、携帯端末２０によりペアリングされたボール１０からセンサーデータ５１を取得してペアリングされたボール１０のボール移動データ５５を生成するとともに、ペアリングされたボール１０の動きを解析するプロセス（方法）の概要をフローチャートにより示している。ステップ１０１において、センサー内蔵のボール１０と携帯端末２０とをペアリングする。具体的には、携帯端末２０のペアリングするユニット６１がボール１０に内蔵されている第１の通信ユニット１７ａと、携帯端末２０の第２の通信ユニット２１とをペアリングする。これにより、特定のボール１０と、特定の携帯端末２０との対応が一義的に決まり、ペアリングされた携帯端末２０に入力された外部情報５２が、ペアリングされたボール１０のセンサーデータ５１と一対一で関連づけられる。１つの携帯端末２０に複数のボール１０をペアリングすることが可能であり、その場合は、ステップ１０２において、ペアリングされているボール１０の中から投球するボール１０を選択する。

携帯端末２０とボール１０との関係がペアリングにより一対一に設定されると、ステップ１０３において、ボール１０が単独で移動する環境を示す外部情報５２を取得する。外部情報を取得するユニット６２が、携帯端末２０の画面、ＧＰＳ２３などから、外部情報５２として投球距離、投球方向、位置情報（緯度経度）を取得する。投球に関わる位置情報は、投球位置（マウンド）であっても、捕球位置（ホーム）であっても、その途中であってもよく、さらに、ボール１０の飛翔経路から大きく外れない位置であればよい。「投球方向」は、携帯端末２０の電子コンパス２４を用いて携帯端末２０が向いている方位を表示させて、携帯端末２０の方向と投球方向とを合致させることによりユニット６２が自動的に取得するようにしてもよい。

外部情報５２が携帯端末２０にセットされると、ステップ１０４において、携帯端末２０に表示される「投球開始」ボタンをクリックする。この操作により、携帯端末２０からペアリングされているボール１０に対し、第２の通信ユニット２１および第１の通信ユニット１７ａを介して、センサーデータ５１を取得してメモリ１６ｃに格納を開始するコマンドが送信される。ユーザー２は投球が終了すると、ステップ１０５において、携帯端末２０の画面に表示される「投球終了」をクリックする。この操作により、携帯端末２０からペアリングされているボール１０に対し、第２の通信ユニット２１および第１の通信ユニット１７ａを介して、センサーデータ５１の取得を終了するコマンドが送信される。同時に、メモリ１６ｃに格納されたセンサーデータ５１を携帯端末２０に送信するコマンドが送信され、携帯端末２０にアプリケーションプログラム６０により実装された機能である、生成するユニット６３がボール１０からセンサーデータ５１を取得する。なお、以降においては、アプリケーションプログラム（プログラム製品）６０により実装された機能は携帯端末２０の機能として説明する。

ステップ１０６において、携帯端末２０の生成するユニット６３は、ボール１０から取得したセンサーデータ５１と、携帯端末２０に入力された外部情報５２とを関連付けして、ペアリングされたボール１０のボール移動データ（移動データ）５５を生成する。センサーデータ５１は、３軸方向の加速度データと、３軸方向のジャイロ（角速度）データと、３軸方向の地磁気データとを含む。外部情報５２は、ボール１０が移動する投球距離、すなわちマウンド３からキャッチャー４までの距離と、投球方向と、緯度経度情報とを含む。ボール移動データ５５は、センサーデータ５１を生データとして含んでいてもよく、外部情報５２により企画化または標準化したデータとして含んでいてもよい。

センサーデータ５１は、センサー８０により、ボール１０の内部で取得できる情報（内部情報）であり、ボール１０自身の動きを再現するために必要な情報である。外界に対してボール１０の動きを再現するためには、投球距離、投球方向、緯度経度情報といった情報を取得できることが望ましい。一方、本例のボール１０においては、回転の影響を除いて、ボールの重心の質点としての運動に関する加速度（ベクトル量）が測定できるようになることで、飛翔運動の加速度（方向を含めたベクトル量としての加速度）が精度よく求められる。このため、加速度を用いて飛翔距離を求めたり、飛翔運動の変化（変位量、方向及び量を含めたベクトル量）を求めたりすることが可能である。また、地磁気の情報もボール１０に内蔵されている地磁気センサー８６により取得することが可能である。したがって、センサーデータ５１により、ボール１０が外界に対してどのように運動しているかを再現できる。一方、ボール１０のセンサー８０により得られる情報を、携帯端末２０により得られた情報で検証したり、なんらかの条件によりボール１０のセンサー８０で得られない情報を端末２０により得られた情報で補完することは、情報の評価およびシステム１の安定性を確保するために重要である。

携帯端末２０のアップロードユニット６９は、ステップ１０７において、移動データ５５を、データ通信ユニット２２を介してクラウドサーバ３５にアップロードする。本例の移動データ５５には、投球を解析するための外部情報５２と、センサーデータ５１としてセンサー８０から取得される生データ（ＲａｗＤａｔａ）がそのまま含まれている。したがって、移動データ５５をクラウドサーバ３５にアップロードしておくことにより、移動データ５５を様々な方法により解析でき、移動データ５５を多種多用な用途に用いることができる。また、解析方法が進歩した場合、移動データ５５を進歩した方法で再解析することも可能となる。

この携帯端末２０においては、移動データ５５をアップロードするとともに、ステップ１０８において、センサーデータ５１により得られた情報と、外部情報５２とに基づいて、その場で投球の評価を行うことができる。センサーデータ５１および外部情報５２を含み、メモリ２７に蓄積された移動データ５５に基づいて投球を解析・評価してもよく、その時に得られたセンサーデータ５１および外部情報５２に基づいて投球を解析・評価してもよい。評価するステップ１０８は、加速度を解析するステップ１０８ａと、回転を解析するステップ１０８ｂと、球種を求めるステップ１０８ｃとを含む。

加速度を解析するステップ１０８ａにおいては、加速度を解析するユニット６４がセンサーデータ５１に含まれる加速度センサー８１、８２ａ〜８２ｄのデータを評価して解析する。ボール１０の重心１０ｇの予定位置に配置されている第１の加速度センサー８１のデータに遠心力によりノイズ（リップル）が小さく、飛翔中の空気抵抗などにより加速度のデータが得られると判断すると、その加速度のデータを用いて、飛翔中のボール１０の飛翔距離に対する速度変化を求める。また、加速度のデータに、飛翔運動が変化する方向の加速度のデータが含まれている場合は、そのデータを積分することにより飛翔運動の変位（変位量）を求める。

一方、加速度を解析するユニット６４が、第１の加速度センサー８１のデータに含まれる、遠心力によりノイズ（リップル）が大きいと判断すると、第２の加速度センサー８２ａ〜８２ｄのデータを評価する。ユニット６４は、複数の加速度センサー８２ａ〜８２ｄの中の、最もノイズの小さい加速度センサーのデータを採用するか、または、複数の加速度センサーのデータを用いて、遠心力によるノイズ（加速度成分）をキャンセルする処理を行い、ボール１０の飛翔運動の加速度データを生成する。

回転を解析するステップ１０８ｂにおいては、回転を解析するユニット６５が、ボール１０が移動期間にどれだけ（何回）回転したかを求める。具体的には、センサーデータ５１の地磁気データの振幅の数により回転数Ｐｒを算出する。地磁気に対し垂直にボール１０が回転した場合は回転数Ｐｒを取得できないが、ピッチャーの投球を対象とした場合には、ほとんど起きえないケースである。

球種を求めるステップ１０８ｃにおいては、球種を求めるユニット６６が、ボール１０が水平面、ボール１０の進行方向に対し、どの角度で回転しているかを求める。さらに、ボール１０の飛翔中の加速度変化および変位量を参照して球種を求める。例えば、ピッチャーの手からボールが離れた後、キャッチャーにボールが到達するまでに、真空中での自由落下運動と比較して、どれだけ左右・上下にボールが変化したかの度合いをキャッチャーの手元での変位量で表すことが可能となる。また、ボール１０の飛翔方向の加速度も測定できるようになるので、ボールの減速なども計算でき、「初速」と「終速」を含む速度の変化も観測できる。飛翔運動の加速度が正確に測定できれば、飛翔中のボールの速度が分かるので、飛距離を外部入力しなくてもボール１０の飛距離と速度の測定ができる。このため、自由な距離で速度測定が可能となる。

地磁気センサー８６または外部情報５２に含まれる位置情報から地磁気伏角を求めて、地磁気センサー８６のデータを解析し、回転数および回転軸の方向を求めるためには、特許文献１に記載されている方法を使用できる。球種判定ユニット６６は、球速Ｐｖ、回転数Ｐｒおよび回転軸の角度により投球したボール１０の球種を特定する。

投球を評価するステップ１０８においては、直前の投球の評価のみならず、携帯端末２０に蓄積された投球の評価を行ったり、クラウドサーバ３５から過去の投球のデータをダウンロードして、上記と同様の処理により投球の評価を行うことが可能である。さらに、ステップ１０９において、シミュレータ６７が、ボール移動データ５５に基づき、ボール１０の外から見た動きをシミュレーションし、表示する。さらに、ステップ１１０において、投球モーションを解析するユニット６８がセンサーデータ５１の内の、ボール１０がリリースされる前の部分の情報を利用して、投球モーションを評価することができる。

さらに、アプリケーション６０（携帯端末２０）は、コンテンツを供給するユニット７０を含む。このユニット７０は、クラウドサーバ３５に集められたユーザー毎の移動データ５５を分析した結果や、全ユーザーを対象としたランキング集計結果や、プロ野球選手の投球との比較結果などを、携帯端末２０を介してユーザー２に提供する。

高速回転が予定されるボール、例えば、プロ野球対応の硬球の場合、最高回転数が３５００ｒｐｍ程度と予想され、加速度センサー８１は、現状の加速度センサーの測定レンジを考慮すると重心１０ｇからの誤差は１ｍｍ程度あるいはそれ以下に設定する必要がある。また、加速度センサーのサイズが２ｍｍ程度であると、複数の加速度センサーを重心１０ｇの予定領域またはその周囲に配置することは難しい。重心１０ｇに加速度センサー８１を配置して微小な変位がありボール１０が回転したときに遠心力が検出されたとしても、加速度センサー８１の測定範囲に収まれば、数値処理で遠心力はキャンセルできる。

さらに、実際のプロ野球の硬球の球芯と同じ物理的特性を実現することも重要である。このため、加速度センサー８１を重心１０ｇに置き、重心１０ｇとコア１１の中心１３ｃが一致し、重心１０ｇ周りのカプセル１３を含めたカプセル１３内のハードウェアの慣性モーメントを各軸で等しくし、かつカプセル１３を含めたコア１１の質量を規定値（現状では２０ｇ）にすることが重要である。さらに、コア１１の硬さ、弾性、振動の減衰率などもプロ野球仕様の硬球と同じ、または規定範囲にすることが望ましい。

このため、加速度センサー８１を搭載する基板８８を、重心１０ｇを通る平面に配置すること、基板８８の部品面（加速度センサー等の配置面）を電池１８ａまたは１８ｂに向けてできるだけ重心１０ｇの近くに配置すること、あるいは、基板８８に穴を開けて加速度センサー８１を穴の中に設置し、できるだけ重心１０ｇの近くに配置すること、加速度センサー８１のみフレキシブル基板に配置して、できるだけ重心１０ｇの近くに配置することなどを考慮することが好ましい。センサデバイスとしては、加速度センサー８１以外のセンサーとしてジャイロセンサー８５、地磁気センサー８６も搭載していることがあるので、これらのセンサデバイスの中心ではなく、センサデバイスの中にある加速度センサー８１が重心１０ｇに配置される設計する必要がある。

また、バッテリーは１つであってもよく、この場合は加速度センサー８１に干渉しない範囲で、できる限り重心１０ｇの近く（重心周りの慣性モーメントが小さくなるよう）にバッテリーを配置することが好ましい。２つのバッテリー１８ａおよび１８ｂを用いる場合は、重心１０ｇに配置された加速度センサー８１を挟むようにして、できる限り重心１０ｇの近く（重心周りの慣性モーメントが小さくなるよう）に配置することが好ましい。

さらに、カプセルケース１３の外側を覆う外殻ゴム１１ａの厚みを成型で、３次元で調整し、重心１０ｇ回りの慣性モーメントのバランスが取れるようにすることも好ましい。さらに、カプセルケース１３の肉厚を強度に影響が出ない範囲で、３次元で調整し、慣性モーメントのバランスが取れるようにすることも可能である。カウンターウェイトを１つ、ないしは複数使用して重心周りの慣性モーメントが等しくなるように配置することも好ましい。

製造後に、コア１１の位置を動かしたり、カウンターウェイトを配置したり、カウンターウェイトの位置を動かすなどの方法により重心の調整が可能なボールにおいては、ボールを回転させて重心予定位置１０ｇに配置される加速度センサー８１の出力を検証して重心の位置を調整してもよい。また、加速度センサーなどのハードウェアを収納したカプセル１３の位置を調整できるボールにおいては、ボールを回転させて重心予定位置１０ｇに配置される加速度センサー８１の出力を検証してカプセル１３の位置を微調整してもよい。

なお、以上ではセンサーを内蔵した野球ボールを例に説明しているが、野球ボールは硬式でも軟式でもよく、また、ソフトボールであってもよい。さらに、クリケット用のボール、ボーリング用のボール、ゴルフボール、サッカーボール、バレーボールなどの他のスポーツのボールの中心（重心）にセンサーを内蔵させることにより本発明を適用できる。ゴルフボールにおいては、例えば、ボールに加わる衝撃が低いパッティングの練習に使用することが可能である。

１０ ボール

Claims (14)

1. 多軸加速度センサーを含む第１のセンサーと、
   前記第１のセンサーにより検出されたセンサーデータを無線により伝送する第１の通信ユニットと、
   前記第１のセンサーおよび前記第１の通信ユニットに電力を供給するバッテリーとを含むボールであって、
   前記第１のセンサーは、当該ボールの重心予定位置に収納された第１の多軸加速度センサーを含み、前記第１の通信ユニットおよび前記バッテリーが前記重心予定位置から外れた位置に配置されている、ボール。
2. 請求項１において、
   当該ボールの中心部分を形成するコア体を有し、
   前記第１のセンサー、前記第１の通信ユニットおよび前記バッテリーが前記コア体に内蔵されている、ボール。
3. 請求項１または２において、
   前記第１のセンサーは、前記重心予定位置に配置された前記第１の多軸加速度センサーに隣接して配置された複数の第２の多軸加速度センサーを含む、ボール。
4. 請求項３において、
   前記複数の第２の多軸加速度センサーは、前記第１の多軸加速度センサーが体心位置となるように配置されている複数の第２の多軸加速度センサーを含む、ボール。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のボールの前記第１の通信ユニットとペアリングされる第２の通信ユニットを含む携帯端末を有するシステムであって、
   前記携帯端末は前記第１の通信ユニットおよび前記第２の通信ユニットを介して得られた、ペアリングされたボールの前記第１のセンサーのデータに基づいて前記ペアリングされたボールのボール移動データを生成するユニットと、
   前記第１のセンサーのデータを用いて前記ペアリングされたボールの飛翔運動の加速度、飛翔距離、および飛翔途中の変位量の少なくともいずれかを算出する第１の機能とを含む、システム。
6. 請求項５において、
   前記第１のセンサーは、複数の多軸加速度センサーを含み、
   前記第１の機能は、前記第１のセンサーに含まれる複数の多軸加速度センサーの少なくともいずれかのデータを用いて、前記ペアリングされたボールの回転による加速度成分をキャンセルする機能を含む、システム。
7. 請求項５または６において、
   前記携帯端末は、前記加速度、飛翔距離および変位量の少なくともいずれかを用いて、前記ペアリングされたボールの球種を出力するユニットを含む、システム。
8. 請求項５ないし７のいずれかにおいて、
   前記携帯端末が、前記ボール移動データに基づいて、前記ボールの移動中の状態を外から見た状態で表示するシミュレータを含む、システム。
9. 請求項１ないし８のいずれにおいて、
   前記携帯端末が、前記ボール移動データを、インターネットを介してクラウドサーバに格納するユニットを含む、システム。
10. 請求項１ないし４のいずれかに記載のボールを含むシステム。
11. ボールの動きを、携帯端末を介してモニターする方法であって、
    前記ボールは、前記ボールの重心予定位置に収納された第１の多軸加速度センサーを含む第１のセンサーと、前記第1のセンサーにより検出されたセンサーデータを無線により伝送する第１の通信ユニットとを含み、
    前記携帯端末は第２の通信ユニットを含み、
    当該方法は、
    前記ボールの前記第１の通信ユニットと前記携帯端末の前記第２の通信ユニットとをペアリングすることと、
    前記携帯端末が、前記第１の通信ユニットおよび前記第２の通信ユニットを介して得られた、ペアリングされたボールの前記第１のセンサーのデータを用いて前記ペアリングされたボールの飛翔運動の加速度、飛翔距離、および飛翔途中の変位量の少なくともいずれかを算出することとを有する方法。
12. 請求項１１において、
    前記第１のセンサーは、前記第１の多軸加速度センサーに隣接して配置された複数の第２の多軸加速度センサーを含み、
    前記算出することは、前記第１のセンサーに含まれる複数の多軸加速度センサーの少なくともいずれかのデータを用いて、前記ペアリングされたボールの回転による加速度成分をキャンセルすることを含む、方法。
13. 請求項１１または１２において、
    前記加速度、飛翔距離および変位量の少なくともいずれかを用いて、前記ペアリングされたボールの球種を判断することを含む、方法。
14. 多軸加速度センサーを含む第１のセンサーと、前記第１のセンサーにより検出されたセンサーデータを無線により伝送する第１の通信ユニットとを内蔵したボールの前記第１の通信ユニットとペアリングされる第２の通信ユニットを含む携帯端末にダウンロードされるプログラムであって、
    前記携帯端末が、前記第１の通信ユニットおよび前記第２の通信ユニットを介して得られたペアリングされたボールの前記第１のセンサーのデータを用いて前記ペアリングされたボールの飛翔運動の加速度、飛翔距離、および飛翔途中の変位量の少なくともいずれかを算出するユニットととして機能する命令を含むプログラム。

Images