JP3910687B2

JP3910687B2 - 球の速度演算装置及び球の速度演算方法

Info

Publication number: JP3910687B2
Application number: JP17173197A
Authority: JP
Inventors: 正克山岸; 力宮地
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2017-06-27
Also published as: JPH1114652A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば球技における投球速度や蹴った球の速度を測定するための運動データ推定装置、運動データ推定方法、運動データ推定処理プログラムを記録した記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、「野球」や「サッカー」等の球技の投球速度や蹴った球の速度を測定するためには、スピードガンが使用される。
すなわち、野球の場合には、投手が実際に球を投げた際に、第３者がその投球をスピードガンにより測定するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、従来の球速測定方法では、投手や球を蹴る本人以外に、スピードガンを操作する測定者が第３者として必要であり、また、実際の球を投げたり蹴ったりして飛ばさなければならない問題がある。
【０００４】
本発明は、前記のような問題に鑑みなされたもので、球を実際に投げる必要なく、投げる動作に伴なう球の速度を演算することが可能になる球の速度演算装置及び球の速度演算方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の請求項１に係わる球の速度演算装置は、球を実際に投げることなく、投げる動作に伴なう球の速度を求められる球の速度演算装置であって、球を投げる腕に取り付けられ、腕の長さ方向の加速度を検出する加速度検出手段と、投球動作をしたときに、絶対値が所定値以上の加速度が検出されてから一定時間内に検出された加速度の積分値を求める加速度積分値算出手段と、実際に球を投球したときに前記加速度積分値算出手段で得られた加速度の積分値ｘと、外部の測定器で測定されて入力された、そのときの球の実測速度ｙとを、夫々複数ずつ使用して、１次方程式ｙ＝ａｘ＋ｂの係数ａ及び定数ｂを設定する設定手段と、球の投球を伴わない投球動作を行ったときに前記加速度積分値算出手段で得られた加速度の積分値 x ´、前記係数ａ及び定数ｂを用いて、１次方程式ｙ´＝ａｘ´＋ｂにより、球の速度ｙ´を算出する速度算出手段と、この速度算出手段で算出された速度を表示する表示手段と、を具備したことを特徴とする。
【０００６】
つまり、本発明の請求項１に係わる球の速度演算装置では、球を実際に投げなくても、球を投げる動作をするだけで、球の速度が求められる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面により本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施形態に係わる運動データ測定装置を搭載した腕時計装置の構成及びその装着状態を示す図である。
【００１６】
時計本体１１は、リストバンド１１ａにより手首や足首等に巻き付けて使用可能な、通常の腕時計と同等の大きさで構成され、この時計本体１１の内部には、各種の時計機能を司る電子回路と共に、加速度センサ１２が設けられる。
【００１７】
図２は前記腕時計装置に取り付けられる加速度センサ１２の構成を示す図であり、同図（Ａ）は加速度センサ１２の構造図、同図（Ｂ）は加速度センサ１２の原理図である。
【００１８】
この加速度センサ１２は、圧電型加速度センサであり、ベース１２ａに固定された２本のリード線１２b1，１２b2が、２枚貼り合わされた圧電セラミック板（ピエゾ素子）１２c1，１２c2のそれぞれの表面に半田付けされ、その半田付け部と圧電セラミック板１２c1，１２c2の下部が接着剤によりベース１２ａに固定される。そして、その全体が金属缶１２ｄにより被われてシールドされる。
【００１９】
２枚の圧電セラミック板１２c1，１２c2は、極性を逆にして貼り合わされ、図２においては、左側のセラミック板１２c1は、矢印ｂに示すように伸びたときに左側面が“−”，右側面が“＋”に分極し、右側のセラミック板１２c2はこれとは逆に、矢印ｃに示すように縮んだときに左側面が“−”，右側面が“＋”に分極するように貼り合わされる。
【００２０】
そして、矢印ａで示す方向に加速度が加わると、その慣性力で圧電セラミック板１２c1，１２c2には、矢印ｂ，ｃに示すようなしなりが生じ、前記左右側面の分極に応じた電圧信号がリード線１２b1，１２b2を通して出力される。
【００２１】
この場合、加速度センサ１２に加わる加速度が大きいほど、圧電セラミック板１２c1，１２c2のしなりが大きくなり高い電圧が発生されるため、ほぼ加速度に比例した電圧信号が出力される。
【００２２】
この加速度センサ１２は、時計本体１１の９時の位置に対応して配置され、該時計本体１１が９時の方向に移動する加速度に応じて“＋”の電圧が導出され、３時の方向に移動する加速度に応じて“−”の電圧が導出される方向にして取り付けられる。
【００２３】
図３は前記腕時計装置を装着した人体の投球動作に伴なう加速度センサ１２による加速度検出状態を示す図である。
例えば前記時計本体１１を、人体の利き腕の手首に装着した状態で投球動作を行なうと、図３に示すような加速度波形が得られる。
【００２４】
この場合、時計本体１１を人体の右手首に装着するか、又は、左手首に装着するかで、加速度センサ１２により出力される電圧信号は、“＋”又は“−”の電圧信号となるが、加速度データは絶対値として検出する。
【００２５】
ここで、通常、投球動作間に手首長軸方向に生じる加速度は２つのピークを示す。このような一連の投球動作を通じて生じる加速度を全ての時間で積分した値（斜線で示す面積の値）と同一試技における実際の投球速度との間には、図４に示すように比例関係がある。
【００２６】
図４は前記腕時計装置の加速度センサ１２により検出された多数の被験者の試技による投球動作に伴なう投球加速度の積分値と実際の投球速度との関係を示す図である。なお、図４（Ａ）は被験者Ａの測定結果、同図（Ｂ）は被験者Ｂの測定結果を示している。
【００２７】
図４に示すように、投球動作時の手首長軸方向の加速度の積分値と実際の投球速度との関係を被験者別に見ると、被験者Ａ、被験者Ｂ共に加速度積分値と実際の投球速度の間には比例関係が見られる。
【００２８】
このことから、加速度積分値と実際の投球速度との関係を表わす近似式（直線近似方程式）を推定式として用いることで、加速度積分値による投球速度の推定算出を行うことができる。
【００２９】
本実施形態では、加速度積分をｘ、投球速度をｙとした場合に、ｙ＝ａｘ＋ｂなる１次方程式を推定式として用いて投球速度を推定する。
すなわち、被験者の試技による投球動作に伴ない前記加速度センサ１２により検出された被験者の加速度の積分値ｘと実測の投球速度ｙとに基づき、最小二乗法によりｙ＝ａｘ＋ｂなる１次方程式を求め、その係数ａ及び定数ｂを予め明らかにしておくことで、その後に、これを推定式として前記加速度センサ１２により検出された投球加速度ｘから投球速度ｙを推定算出する。
【００３０】
なお、係数ａ及び定数ｂは被験者によって異なるため、各被験者毎に推定式を変更する必要がある。図４（Ａ），（Ｂ）に示す例では、被験者Ａに対しては、ｙ＝74.209ｘ＋33.727なる１次方程式を推定式として用い、その式に加速度センサ１２により検出された被験者Ａの加速度の積分値ｘを代入して、投球速度ｙを推定することになる。また、被験者Ｂに対しては、ｙ＝52.903ｘ＋49.074なる１次方程式を推定式として用い、その式に加速度センサ１２により検出された被験者Ｂの加速度の積分値ｘを代入して、投球速度ｙを推定することになる。
【００３１】
図５は前記腕時計装置における電子回路の構成を示すブロック図である。
この腕時計装置の電子回路には、ＣＰＵ１３が備えられる。
このＣＰＵ１３は、加速度センサ１２からＡ／Ｄ変換回路１４を介して入力される加速度データや、キー部１５から入力されるキー操作信号、あるいは発振回路１６から分周回路１７及び時刻・日付計数回路１８を介して入力される時刻・日付計数データのそれぞれに応じて、ＲＯＭ１９に予め記憶されているシステムプログラムあるいは図示しない外部データ読み込み部により外部の記録媒体から読み込まれたプログラムを起動させ、回路各部の動作制御を実行する。
【００３２】
このＣＰＵ１３には、前記Ａ／Ｄ変換回路１４、キー部１５、時刻・日付計数回路１８、ＲＯＭ１９、外部データ読み込み部の他に、さらに、ＲＡＭ２０、報音部２１、表示部２２が接続される。
【００３３】
前記Ａ／Ｄ変換回路１４は、加速度センサ１２から出力される検出加速度に応じた電圧信号をデジタルデータに変換してＣＰＵ１３に送出するもので、この場合、Ａ／Ｄ変換回路１４では、加速度センサ１２により検出される−１００Ｇ〜＋１００Ｇの加速度に対応する電圧信号が、−５１２〜＋５１２のデジタルデータに変換されてＣＰＵ１３に送出される。
【００３４】
前記キー部１５には、本腕時計装置の基本時計モードと投球速度測定モードとの切り換えを行なうためのモード切り換えキーが備えられると共に、各動作モードにおいて、各種の機能を実行させる際に操作される複数のキーが備えられる。
【００３５】
すなわち、基本時計モードでは、例えば時刻・日付計数回路１８から入力される時刻・日付計数データに応じた現在の日付・時刻データが表示部２２に表示され、また、投球速度測定モードでは、例えばユーザの投球動作に伴ない加速度センサ１２により検出された加速度データ基づき投球速度が測定表示される。
【００３６】
前記ＲＯＭ１９には、この電子回路の全体の制御を司るシステムプログラムが予め記憶されると共に、前記基本時計モード，投球速度測定モードの各動作モードに応じた制御を司るサブプログラム、及び予め設定された投球速度推定式としての１次方程式ｙ＝ａｘ＋ｂの係数ａ及び定数ｂが記憶される。
【００３７】
この投球速度推定式としての１次方程式ｙ＝ａｘ＋ｂの係数ａ及び定数ｂは、被験者の試技により加速度センサ１２により検出された投球加速度の積分値とスピードガン等による実測の投球速度とに基づき、最小二乗法により求められ、固定的にＲＯＭ１９に記憶される。
【００３８】
図６は前記腕時計装置のＲＡＭ２０における投球速度測定モード用データレジスタの構成を示す図である。
このＲＡＭ２０内の投球速度測定モード用データレジスタには、加速度記憶部２０ａ、積分値記憶部２０ｂ、投球速度記憶部２０ｃが備えられる。
【００３９】
加速度記憶部２０ａには、投球速度の測定に際して、加速度センサ１２により検出されＡ／Ｄ変換回路１４を介して得られた加速度検出データが、絶対値の加速度デジタルデータとして０．００１秒毎に４秒間サンプリングされ、右利きの場合には加速度５Ｇ以上または左利きの場合には加速度−５Ｇ以下の加速度デジタルデータのみが順次ａ１〜ａＮとして記憶される。
【００４０】
また、積分値記憶部２０ｂには、前記加速度記憶部２０ａに記憶された投球動作に伴なう５Ｇ以上または−５Ｇ以下の加速度デジタルデータａ１〜ａＮをサンプリング時間間隔で掛け合わせて得られる積分値データｘ（加速度積分値＝Σ｜加速度｜＊サンプリング時間間隔）が記憶される。
【００４１】
また、投球速度記憶部２０ｃには、前記投球速度推定式としての１次方程式ｙ＝ａｘ＋ｂに対して、前記積分値記憶部２０ｂに記憶された積分値データｘと、前記ＲＯＭ１９に予め固定的に記憶された係数ａ及び定数ｂが代入されることで算出された投球速度ｙが記憶される。
【００４２】
次に、前記構成による運動データ測定装置を搭載した腕時計装置の動作について説明する。
図７は前記腕時計装置による投球速度測定処理を示すフローチャートである。
【００４３】
キー部１５におけるモード切り換えキーの操作により、ＣＰＵ１３が投球速度測定モードに設定され、測定開始キーが操作されると、報音部２１により測定動作の開始を知らせるアラーム音が発生される（ステップＳ１）。
【００４４】
ここで、ユーザは、時計本体１１を装着した利き腕によって、仮想の球を把持したつもりで投球動作を行なう。
すると、この投球動作に伴ない、加速度センサ１２により検出され、Ａ／Ｄ変換回路１４を介してデジタルデータに変換された投球加速度デジタルデータが絶対値のデータとして０．００１秒毎に４秒間に渡ってサンプリングされ、サンプリングされた加速度デジタルデータのうち、右利きの場合には加速度５Ｇ以上または左利きの場合には加速度−５Ｇ以下と判断された加速度デジタルデータａ１〜ａＮが選択的に抽出されてＲＡＭ２０内の加速度記憶部２０ａに記憶される（ステップＳ２〜Ｓ６）。
【００４５】
そして、球速測定動作の開始から４秒間が経過したと判断されると、前記ＲＡＭ２０内の加速度記憶部２０ａに記憶された加速度５Ｇ以上または−５Ｇ以下の投球加速度デジタルデータａ１〜ａＮに基づいて加速度の積分値データｘが求められ、積分値記憶部２０ｂに記憶される（ステップＳ５→Ｓ７）。
【００４６】
この場合、積分値データｘは、以下のような式で表わせる。
ｘ＝Σ｜加速度｜＊サンプリング時間間隔
ここで、サンプリング時間間隔は０．００１秒である。
【００４７】
すると、この積分値記憶部２０ｂに記憶された投球動作に伴なう加速度の積分値データｘと、ＲＯＭ１９内に予め記憶された投球試技に基づく係数ａ及び定数ｂが、投球速度推定式としての１次方程式ｙ＝ａｘ＋ｂに代入されて投球速度ｙが推定算出され、投球速度記憶部２０ｃに記憶される（ステップＳ８）。この投球速度記憶部２０ｃに記憶された投球速度ｙが表示部２２に表示される（ステップＳ９）。
【００４８】
したがって、前記構成の運動データ測定装置を搭載した腕時計装置によれば、時計本体１１を利き腕の手首に取り付け、投球動作すると、加速度センサ１２により検出された該投球動作に伴なう加速度データの積分値ｘ（加速度を所定のサンプリング周期で累積した値）が検出される。そして、予め被験者の投球試技により得られた加速度積分値をｘ、実測投球速度をｙとした最小二乗法により、係数ａ及び定数ｂを求めた投球速度推定式としての１次方程式ｙ＝ａｘ＋ｂに対して、前記投球検出された加速度積分値ｘが代入されて投球速度ｙが推定算出されるので、ユーザが実際の球を投げたり、投げた球の球速を第３者がスピードガンにより測定したりする必要なく、ユーザ１人で仮想の球による投球動作を行ない、その投球速度を測定できるようになる。
【００４９】
なお、係数ａ及び定数ｂは被験者によって異なるため、被験者毎にその値を予め求めておく必要がある。
図８は前記腕時計装置による個人投球速度の測定に際し行なう１次方程式の係数及び定数の設定処理を示すフローチャートである。
【００５０】
図９は前記腕時計装置による個人投球速度の測定に際し行なう１次方程式の係数及び定数の設定処理にて確保されるＲＡＭ２０内のデータレジスタの構成を示す図である。
【００５１】
この場合、ＲＡＭ２０には、複数回分の積分値を記憶するための積分値記憶部２０ｄ、同じく複数回分の入力速度（スピードガンにより測定された実速度）を記憶するための入力速度記憶部２０ｅ、そして、これらの値によって得られた係数と定数を記憶するための係数，定数記憶部２０ｈがさらに確保される。
【００５２】
すなわち、被測定ユーザによる投球試技を複数回行ない、その都度、加速度センサ１２により検出された加速度を用いて計算された積分値と、スピードガンにより測定された実測の投球速度が、ＲＡＭ２０内の積分値記憶部２０ｄ及び入力速度記憶部２０ｅのそれぞれに順次記憶される（ステップＢ1a，Ｂ2a，Ｂ3a，Ｂ4a，〜Ｂ1c，…）。
【００５３】
すると、前記ＲＡＭ２０内の積分値記憶部２０ｄ及び入力速度記憶部２０ｅのそれぞれに記憶された被測定ユーザ個人の複数の投球試技によるそれぞれの加速度積分値ｘ及び実測投球速度ｙとに基づき最小二乗法により１次方程式の係数ａ及び定数ｂが算出され（ステップＢ５）、係数，定数記憶部２０ｈに設定記憶される（ステップＢ６）。
【００５４】
そして、投球速度測定モードにおいて、被測定ユーザが投球動作すると、該投球動作に伴ない、加速度センサ１２により検出された加速度の積分値ｘが前記ＲＡＭ２０内の係数，定数記憶部２０ｈに設定記憶された被測定ユーザ個人用の係数ａ及び定数ｂに基づく１次方程式ｙ＝ａｘ＋ｂに代入され、より正確な投球速度ｙが算出される。
【００５５】
なお、前記実施形態では、被測定者の投球動作に伴なう投球速度を測定するための運動データ測定装置を搭載した腕時計装置について説明したが、時計本体１１をバンド１１ａにより右足首又は左足首に取り付け、球を蹴る動作に伴なうシュート速度を、前記投球速度の測定と同様にして、シュート加速度の積分値検出に基づき測定してもよい。
【００５６】
さらに、投球速度推定式とシュート速度推定式との両方の推定演算式に関する係数及び定数を予め記憶させておき、キーあるいはスイッチ操作で切り換え選択することにより、例えば野球における投球速度の測定とサッカーにおけるシュート速度の測定との２つの競技に利用可能な構成としてもよい。
【００５７】
なお、前記実施形態において記載した手法、すなわち図７のフローチャートに示す投球速度測定処理、図８のフローチャートに示す推定演算式の係数，定数設定処理等の各手法は、コンピュータに実行させることができるプログラムとして、メモリカード（ＲＯＭカード、ＲＡＭカード等）、磁気ディスク（フロッピーディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）、半導体メモリ等の外部記録媒体に格納して配布することができる。そして、コンピュータは、この外部記録媒体に記録されたプログラムを記録媒体読み取り部によって読み込み、この読み込んだプログラムによって動作が制御されることにより、前記実施形態において説明した投球速度やシュート速度の測定機能を実現し、前述した手法による同様の処理を実行することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１に係わる球の速度演算装置によれば、球を投げる動作をするだけで、球の速度が求められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係わる運動データ測定装置を搭載した腕時計装置の構成及びその装着状態を示す図。
【図２】前記腕時計装置に取り付けられる加速度センサの構成を示す図であり、同図（Ａ）は加速度センサの構造図、同図（Ｂ）は加速度センサの原理図。
【図３】前記腕時計装置を装着した人体の投球動作に伴なう加速度センサによる加速度検出状態を示す図。
【図４】前記腕時計装置の加速度センサにより検出された多数の被験者の試技による投球動作に伴なう投球加速度の積分値と実際の投球速度との関係を示す図であり、同図（Ａ）は被験者Ａの測定結果、同図（Ｂ）は被験者Ｂの測定結果。
【図５】前記腕時計装置における電子回路の構成を示すブロック図。
【図６】前記腕時計装置のＲＡＭにおける投球速度測定モード用データレジスタの構成を示す図。
【図７】前記腕時計装置による投球速度測定処理を示すフローチャート。
【図８】前記腕時計装置による個人投球速度の測定に際し行なう１次方程式の係数及び定数の設定処理を示すフローチャート。
【図９】前記腕時計装置による個人投球速度の測定に際し行なう１次方程式の係数及び定数の設定処理にて確保されるＲＡＭ内のデータレジスタの構成を示す図。
【符号の説明】
１１ …時計本体、
１１ａ…リストバンド、
１２ …加速度センサ、
１３ …ＣＰＵ、
１４ …Ａ／Ｄ変換回路、
１５ …キー部、
１６ …発振回路、
１７ …分周回路、
１８ …時刻・日付計数回路、
１９ …ＲＯＭ、
２０ …ＲＡＭ、
２０ａ…加速度記憶部、
２０ｂ…積分値記憶部、
２０ｃ…投球速度記憶部、
２０ｄ…積分値記憶部、
２０ｅ…入力速度記憶部、
２０ｆ…係数，定数記憶部、
２１ …報音部、
２２ …表示部。

Claims

球を実際に投げることなく、投げる動作に伴なう球の速度を求められる球の速度演算装置であって、
球を投げる腕に取り付けられ、腕の長さ方向の加速度を検出する加速度検出手段と、
投球動作をしたときに、絶対値が所定値以上の加速度が検出されてから一定時間内に検出された加速度の積分値を求める加速度積分値算出手段と、
実際に球を投球したときに前記加速度積分値算出手段で得られた加速度の積分値ｘと、外部の測定器で測定されて入力された、そのときの球の実測速度ｙとを、夫々複数ずつ使用して、１次方程式ｙ＝ａｘ＋ｂの係数ａ及び定数ｂを設定する設定手段と、
球の投球を伴わない投球動作を行ったときに前記加速度積分値算出手段で得られた加速度の積分値 x ´、前記係数ａ及び定数ｂを用いて、１次方程式ｙ´＝ａｘ´＋ｂにより、球の速度ｙ´を算出する速度算出手段と、
この速度算出手段で算出された速度を表示する表示手段と、
を具備したことを特徴とする球の速度演算装置。
球を実際に投げることなく、投げる動作に伴なう球の速度を演算する球の速度演算方法であって、
投球動作をしたときに、球を投げる腕に取り付けられ腕の長さ方向の加速度を検出する加速度検出手段により、絶対値が所定値以上の加速度が検出されてから一定時間内に検出された加速度の積分値を求める加速度積分値算出ステップと、
実際に球を投球したときに前記加速度積分値算出手段で得られた加速度の積分値ｘと、外部の測定器で測定されて入力された、そのときの球の実測速度ｙとを、夫々複数ずつ使用して、１次方程式ｙ´＝ａｘ´＋ｂの係数ａ及び定数ｂを設定する設定ステップと、
球の投球を伴わない投球動作を行ったときに前記加速度積分値算出手段で得られた加速度の積分値 x ´、前記係数ａ及び定数ｂを用いて、１次方程式ｙ´＝ａｘ´＋ｂにより、球の速度ｙ´を算出する速度算出ステップと、
この速度算出手段で算出された速度を表示する表示ステップと、
を有することを特徴とする球の速度演算方法。