JP5704568B2

JP5704568B2 - スイング動作を伴う運動における張力測定イメージング装置

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Publication number: JP5704568B2
Application number: JP2011205982A
Authority: JP
Inventors: 吉久瓜田; 洋一津浦; 福田　正和; 正和福田; 朱美井上
Original assignee: 国立大学法人鹿屋体育大学
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2031-09-21
Also published as: JP2013066541A

Description

本発明は、スイング動作を伴う運動、特にハンマー投げ競技において、被験者のターン動作時のワイヤーに生じる張力を測定し、また、同張力の差を音の差に変換して被験者にフィードバックし、被験者がハンマーの回転速度をリアルタイムにイメージングできる、張力測定イメージング装置に関するものである。

スイング動作を伴う運動としてハンマー投げがある。ハンマー投げ競技は、長さ約１．２ｍのワイヤーの先に付けたハンマー（全体重量７．２６ｋｇ）を、直径２．１３５ｍのサークル内から投擲する競技で、数回のターン動作の後にハンマーをリリースし、ハンマーが角度３４．９２度のラインの内側に入ったものだけが有効試技となる。通常、サークル内でのターンは３回転から４回転行われ、ハンマーヘッド部分の加速と減速を交互に繰り返し、次第にハンマーの回転速度を上げながら約４０度前後の投射角でリリースする。

ハンマー投げ競技のトレーニング機器として、ハンマーに複数の加速度計（３軸加速度計）から構成されるセンサ部を装着し、複数の加速度計から測定されたデータを基に角加速度や角速度を求め、求められた角加速度や角速度のデータを信号処理し、選手にバイオフィードバックするシステムが提案されている（非特許文献１）。

デサントスポーツ科学ＶＯＬ．２９、Ｐ１０８−Ｐ１０９要約

しかしながら、上記の加速度計を用いた計測システムは、ワイヤーに取り付けた３軸加速度計が、選手のターン動作において縦軸回転することが考えられ、得られた角加速度、角速度のデータが正確でないおそれがある。その場合、ＶＦ変換により競技者にバイオフィードバックされた音の発生が不規則となり、ターン動作時の回転速度のイメージを競技者が正確に得ることができない。また、複数の加速度計を実装する基板は比較的大型で重量があるため、ワイヤー部分に取り付けてハンマー投げ動作を行うと、正規のハンマー重量（合計７．２６ｋｇ）よりも重くなり、選手にとってターン動作を行う際に非常に違和感が残る。さらに、ハンマー落下の際、破損する可能性が高く、繰り返し使用できない。

一方、ハンマー投げ競技において、ハンマーを遠くまで投擲可能とする要因として直接関連するものは、ハンマーの角加速度や角速度ではなく、競技者のターン動作時にハンマーの回転中にワイヤーに生じる張力であることが分かった。つまり、ハンマーの角加速度や角速度を測定するよりも、ワイヤーに生じる張力を測定することで、ターン動作におけるハンマーの回転速度やそのイメージを被験者が正確に把握できることが分かった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、スイング動作を伴う運動、特にハンマー投げにおいて、被験者のターン動作時にワイヤーに生じる張力を測定し、また、同張力の差を音の差に変換して被験者にフィードバックし、被験者がハンマーの回転速度をリアルタイムにかつ精度良くイメージングできる、張力測定イメージング装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る張力測定イメージング装置は、
スイング動作を行う運動において、被験者のスイング動作時に被験者の手に把持されたスイング体の軸部に生じる張力を測定し、被験者の聴覚または視覚を通じて測定結果を被験者がイメージングする張力測定イメージング装置であって、
前記スイング体がハンマー投げに用いるワイヤー付きハンマーであり、
前記ワイヤーの表面に接着され、被験者のターン動作時にワイヤーに生じる張力の大きさを電圧差として測定するひずみゲージと、
被験者の腕部に装着され、ひずみゲージにより測定された電圧差の測定データをシリアル信号に変換し、無線送信する測定データ送信手段と、
測定データ送信手段から無線送信されたシリアル信号を受信し、受信されたシリアル信号から音発生用パルス信号およびデータ収集用パルス信号にそれぞれ変換処理する測定データ受信およびパルス変換処理手段と、
変換処理された音発生用パルス信号に基づき音を発生させる音発生手段と、
変換処理されたデータ収集用パルス信号を収集保存するデータ収集保存手段
を有することを最も主要な特徴とする。

ここで、スイング動作を行う代表的な運動としてハンマー投げがある。その他、ゴルフ、バトミントン、テニスなどもスイング動作を行う運動に挙げられる。

本発明に係る張力測定イメージング装置は、音発生用パルス信号が、受信されたシリアル信号から、測定された電圧差に比例する周波数のパルスに変調して得られることを第３の特徴とする。

本発明に係る張力測定イメージング装置は、データ収集用パルス信号が、受信されたシリアル信号から、測定された電圧差に基づき決定されるデューティー比に従う幅のパルスに変調して得られることを第４の特徴とする。

本発明に係る張力測定イメージング装置は、ひずみゲージが、前記ワイヤーの表面の周方向相対する位置に一対接着されることを第５の特徴とする。

本発明に係る張力測定イメージング装置は、ひずみゲージが、円形断面の前記ワイヤーの湾曲表面に沿って湾曲状態に接着されることを第６の特徴とする。

本発明に係る張力測定イメージング装置は、ひずみゲージから延びるリード線を前記ワイヤーの長手方向に沿ってＺ字状に屈曲させて延在させることを第７の特徴とする。

本発明に係る張力測定イメージング装置は、ひずみゲージから測定データ送信手段に延びるリード線の途中に、ひずみゲージ側のリード線と測定データ送信手段側のリード線を互いに接続および互いに離間可能な接続カプラーを介在し、当該接続カプラーは、スイング体の投擲動作に従ってひずみゲージ側のリード線と測定データ送信手段側のリード線を互いに離間させるようになっていることを第８の特徴とする。

本発明に係る張力測定イメージング装置は、身体の一部に、ひずみゲージにより測定された電圧差の測定データを、電圧差に比例した周波数のパルスに変調し、生成したパルス信号から音信号を発生させる第２の音発生手段を有することを第９の特徴とする。

本発明に係る張力測定イメージング装置は、測定データ送信手段から受信された最初のシリアル信号により作動する発光器と、発光器からの受光により被験者のターン動作の映像が同期可能とされている撮像手段を有することを第１０の特徴とする。

以上説明したように、本発明に係る張力測定イメージング装置によると、スイング動作させるスイング体であるワイヤー付きハンマーのワイヤーの表面にひずみゲージを接着して、被験者のスイング動作時にワイヤーに生じる張力を測定することにより、スイング動作を伴う被験者の運動能力や習熟度を正確に測定でき、また、同張力の差を音の差に変換して被験者にフィードバックすることによって、被験者がスイング体の回転速度をリアルタイムに精度良くイメージングでき、それらのトレーニングを効果的に行えるという優れた効果を奏する。

また、本発明に係る張力測定イメージング装置によると、ハンマーのワイヤーにひずみゲージを接着して、被験者のターン動作時にワイヤーに生じる張力を測定するようにしたから、被験者のハンマー投げの運動能力や習熟度を正確に把握でき、また、同張力の差を音の差に変換して被験者にフィードバックし、被験者がハンマーの回転速度をリアルタイムにかつ精度良くイメージングでき、被験者のハンマー投げのトレーニングを効果的に行えるという優れた効果を奏する。

また、本発明に係る張力測定イメージング装置によると、ひずみゲージはハンマーのワイヤーやゴルフのシャフトなどに比べてサイズが非常に小さくかつ軽量であることから、正規のハンマー重量やゴルフクラブ重量とほとんど総重量が変わらず、したがって、被験者がターン動作やスイング動作を行う際にほとんど違和感がなく、実際のハンマー投げ競技やゴルフ競技に極めて近い状態で測定を行い、また、より実践的なトレーニングを行えるという優れた効果を奏する。

本発明に係るハンマー投げ張力測定イメージング装置の一実施形態を示すもので、被験者による本装置の使用状態を示す斜視図、ワイヤーへのひずみゲージの装着状態を示すもので（Ａ）はその側面図、（Ｂ）平面図、ワイヤーへのひずみゲージの装着状態を示す断面図、本装置における測定データ送信ユニットの構成図、本装置における測定データ受信および信号処理ユニットの構成図、測定データ受信および信号処理ユニットにおける音発生用のＰＷＭ出力信号例で、（Ａ）はサンプリングデータ値が小さい場合、（Ｂ）はサンプリングデータ値がより大きい場合のＰＷＭ出力信号を示す図、音発生用パルス信号生成プログラムの例を示すサンプリングデータとＰＷＭ出力信号と発生音の関係を示す表、測定データ受信および信号処理ユニットにおけるデータ収集用のＰＷＭ出力信号例で、（Ａ）はサンプリングデータ値が小さい場合、（Ｂ）はサンプリングデータ値がより大きい場合のＰＷＭ出力信号を示す図、データ収集用パルス信号生成プログラムの例を示すサンプリングデータとＰＷＭ出力信号と電圧データの関係を示す表、被験者による本装置の使用状態を示す平面図、本装置の使用手順を示すフロー図、試技中に測定された電圧データを示す図、試技中に測定された電圧データに基づく張力データを示す図、電圧データと張力データの換算表を示す図である。

次に本発明に係る張力測定イメージング装置の、最良の実施形態を、図面を参照して説明する。図１において、符号１００は本発明に係るハンマー投げ張力測定イメージング装置を示している。

ハンマー投げ張力測定イメージング装置（以下、測定装置という）１００のシステム構成を最初に説明すると、本測定装置１００は、図１に示すように、ひずみゲージ１１０と、測定データ送信ユニット１２０と、測定データ受信および信号処理ユニット１３０と、主スピーカー１４０と、データロガー１５０と、外部装置としてのパーソナルコンピュータ１６０と、補助スピーカー１７０を備えている。さらに付属装置として、同期用発光器１８０と、カメラ１９０を備えている（図１０参照）。

ひずみゲージ１１０は、被験者Ｈのターン動作に伴いワイヤーに生じる張力の大きさを電圧変化（電圧差）として測定するもので、ハンマー１を付けたワイヤー２の表面に接着されている。図２および図３にひずみゲージ１１０の、ワイヤー２表面への接着状態を示す。

図２および図３に示すように、ひずみゲージ１１０は、長手方向を長尺なワイヤー２の軸線方向に一致させる形で、かつ、円形断面のワイヤー２の湾曲表面に沿って湾曲させる形で、ワイヤー２表面の１８０度相対する位置に一対のひずみゲージ１１０，１１０が、接着剤１１２によりそれぞれ一体に接着されている。ひずみゲージ１１０からワイヤー２の軸線方向に延びる２本のリード線１１１，１１１は、ワイヤー２に外装された絶縁被覆３上を、第１屈曲部１１１ａを介して反対側に屈曲され、さらに第２屈曲部１１１ｂを介してその反対側に屈曲されている。すなわち、２本のリード線１１１，１１１は、ワイヤー２の軸線方向に沿ってＺ字状に屈曲されている。２本のリード線１１１，１１１は、後述する測定データ送信ユニット１２０の電圧増幅部１２２に接続されるが、リード線１１１，１１１の途中にはハンマー１の投擲時に離間可能な接続カプラー１１２，１１２が介在されている。これにより、ターン動作後のハンマー１の投擲に伴い、ワイヤー２側のリード線１１１，１１１が接続カプラー１１２ごと離間し、また、ワイヤー２に生じる引張力により生じる伸びを第１および第２屈曲部１１１ａおよび１１１ｂにより吸収し、各リード線１１１がひずみゲージ１１１から破断される事態を防止している。なお、ひずみゲージ１１０周辺のリード線１１１，１１１は、図示しないテープの巻回によってワイヤー２に仮固定されている。

測定データ送信ユニット１２０は、ひずみゲージ１１０により測定された電圧差（測定データ）をシリアル信号に変換し、無線送信するもので、図１に示すように、被験者Ｈの腕部Ａに固定バンドＢにより装着されている。測定データ送信ユニット１２０は、図４に示すように、筐体１２０ａ内にマイコン部１２１と、電圧増幅部１２２と、信号無線送信部１２３と、測定開始スイッチ部１２４Ａと、電源スイッチ部１２４Ｂと、電源部１２５を備えている。マイコン部１２１は、Ａ／Ｄ変換部１２６とシリアル信号変換部１２７と制御部１２８を備えている。電圧増幅部１２２は、ひずみゲージ１１０からケーブル１１１を介して送信された電圧差を増幅し、Ａ／Ｄ変換部１２６は増幅された電圧差をＡ／Ｄ変換し、シリアル信号変換部１２７はＡ／Ｄ変換された電圧差データをシリアル信号に変換するようになっている。測定開始スイッチ部１２４Ａは、押圧操作により、ひずみゲージ１１０における抵抗変化に基づく電圧差を測定開始し、電源スイッチ部１２４Ｂは電源部１２５をオンオフするようになっている。制御部１２８はユニットのシステム全体を制御するようになっている。

測定データ受信および信号処理ユニット１３０は、測定データ送信ユニット１２０から無線送信されたシリアル信号を受信し、音発生用パルス信号とデータ収集用パルス信号に変換処理するもので、図５に示すように、筐体１３０ａ内に、信号無線受信部１３１と、音発生用マイコン部１３２Ａと、データ収集用マイコン部１３２Ｂと、電源スイッチ部１３３と、電源部１３４を備えている。信号無線受信部１３１は、測定データ送信ユニット１２０の信号無線送信部１２３から無線送信されたシリアル信号を受信するようになっている。

音発生用マイコン部１３２Ａは、ノイズキャンセル部１３５Ａと、音発生用のＰＷＭ出力部１３６Ａと、制御部１３７Ａを備えている。ノイズキャンセル部１３５Ａは信号無線受信部１３１で受信されたシリアル信号をパルス信号にいったん変換し、ＰＤ制御によりノイズをキャンセルする。ＰＷＭ出力部１３６Ａは、ノイズキャンセルされたパルス信号について、シリアル信号データ（電圧差データ）の大きさに比例した周波数のパルスに変調し（Ｐｕｌｓｅ
ＷｉｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、変調された音発生用のパルス信号を出力する。制御部１３７Ａは、各信号を制御し、かつ信号生成に必要なプログラムの実行および演算処理を行う。マイコン部１３２Ａには、音発生用のパルス信号を生成するためのプログラムが格納されている。同プログラムは、ノイズキャンセルされたパルス信号のサンプリングデータ値に反比例する長さの波長をもつパルス信号を生成するように設定されている。

より具体的には、図６に示すように、ノイズキャンセルされたパルス信号のサンプリングデータ値が小さい場合は、図６（Ａ）に示すように、サンプリングデータ値の大きさに比例する周波数、言い換えると、サンプリングデータ値の大きさに反比例して長い波長をもつパルス信号（低音）を生成する。ノイズキャンセルされたパルス信号のサンプリングデータ値がより大きい場合は、図６（Ｂ）に示すように、サンプリングデータ値の大きさに比例する周波数、言い換えると、サンプリングデータ値の大きさに反比例して短い波長をもつパルス信号（前述のパルス信号よりも高音側）を生成する。図７にサンプリングデータ（８ビットデータ）値と音発生用プログラムに従って生成されたパルス信号と発生音の関係表を示す。このようにＰＷＭ出力部１３６Ａは、ＰＷＭ出力信号を周波数（Ｈｚ）としてとらえ、低音から高音に至る音を発生させるパルス信号を出力する。

データ収集用マイコン部１３２Ｂは、ノイズキャンセル部１３５Ｂと、データ収集用のＰＷＭ出力部１３６Ｂと、制御部１３７Ｂを備えている。ノイズキャンセル部１３５Ｂは信号無線受信部１３１で受信されたシリアル信号をパルス信号に変換して、ＰＤ制御によりノイズをキャンセルする。ＰＷＭ出力部１３６Ｂは、ノイズキャンセルされたパルス信号について、シリアル信号データ（電圧差データ）の大きさに比例した電圧のパルスに変調し（Ｐｕｌｓｅ
ＷｉｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、変調された電圧値のパルス信号を出力する。マイコン部１３２Ｂには、データ（電圧データ）収集用のＰＷＭ出力信号を生成するためのプログラムが格納されている。同プログラムは、ノイズキャンセルされたパルス信号のサンプリングデータ値の大きさに比例するデューティー比が設定され、サンプリングデータ値毎にデューティー比が決定され、決定されたデューティー比に従う幅のパルス信号を生成するように設定されている。

より具体的には、図８に示すように、ノイズキャンセルされたパルス信号のサンプリングデータ値が小さい場合は、図８（Ａ）に示すように、一定波長下で、サンプリングデータ値の大きさに比例してデューティー比が小さい値（図示例ではデューティー比＝０．１）に決定され、決定されたデューティー比に従う幅のパルス信号を生成する。ノイズキャンセルされたパルス信号のサンプリングデータ値が大きい場合は、図８の下段に示すように、一定波長下で、サンプリングデータ値の大きさに比例してデューティー比が大きい値（図示例ではデューティー比＝０．４６）に決定され、決定されたデューティー比に従う幅のパルス信号を生成する。このようにＰＷＭ出力部１３６Ｂは、ＰＷＭ出力信号をデューティー比でとらえ、ワイヤーの張力の大きさに比例する電圧データのパルス信号を出力する。ここで、デューティー比＝パルス幅／パルス波長である。図９にサンプリングデータ（８ビットデータ）値とデータ収集用プログラムに従って決定されるデューティー比、生成されたパルス信号、電圧データの関係表を示す。

音発生用のＰＷＭ出力部１３６Ａから出力されたパルス信号は、ケーブル１４１を介して主スピーカー１４０に送信され、主スピーカー１４０から被験者Ｈに向けて、被験者Ｈのターン時のワイヤー２に生じる張力の大きさに比例する高低音を発生させるようになっている。また、データ収集用のＰＷＭ出力部１３６Ｂから出力された電圧データ（パルス信号）は、データロガー１５０に送信され、データロガー１５０内に逐一収集保存されるようになっている。

データロガー１５０にはケーブル１６１を介して外部装置としてのパーソナルコンピュータ１６０が接続されている。パーソナルコンピュータ１６０は、キーボードからの操作により、データロガー１５０に収集された電圧データをディスプレイに表示させたり、内臓ハードディスクに保存できる。また、パーソナルコンピュータ１６０から測定データ受信および信号処理ユニット１３０の音発生用マイコン部１３２Ａおよびデータ収集用マイコン部１３２Ｂにアクセスし、格納されたプログラムの各種設定を変更、更新することができる。

補助スピーカー１７０は、測定データ送信ユニット１２０の筐体１２０ａの外面に取り付けられ、測定データ送信ユニット１２０のシリアル信号変換部１２８から出力されたシリアル信号が図示しないケーブルにより入力され、測定データ受信および信号処理ユニット１３０中の音発生用マイコン部１３２Ａと同一のシステムおよびプログラムにより音発生用のパルス信号が生成され、同パルス信号が図示しないケーブルにより補助スピーカー１７０に送信され、腕Ａ付近から被験者Ｈに向けて、被験者Ｈのターン時のワイヤー２に生じる張力の大きさに比例する高低音を補助的に発生させるようになっている。

同期用発光器１８０は、図１０に示すように、測定データ送信ユニット１２０から無線送信された最初のシリアル信号を受信してＬＥＤランプ１８１を点灯させ、カメラ１９０による被験者Ｈの試技の様子の映像データを、測定データや高低音データと同期させるもので、測定開始スイッチ部１２４Ａの押し操作により、測定データ送信ユニット１２０から無線送信された最初のシリアル信号を受信してＬＥＤランプ１８１を点灯させ、ＬＥＤランプ１８１からの光が録画動作状態のカメラ１９０のレンズに入光し、一緒に映像として記録されることにより、前述の同期が可能となっている。

次に、以上のように構成された本測定装置１００により被験者の試技中にワイヤーに生じる張力を測定し、被験者が試技中にハンマーの回転速度をイメージングする手順について、図１１のフローチャートを参照しつつ、以下に説明する。

計測の準備段階として、最初に、被験者Ｈが自らの腕ＡにバンドＢで軽量小型の測定データ送信ユニット１２０を装着する。カメラ１９０を被験者Ｈに向けてセットし、録画は試技開始前にスタートさせる。次ぎに、２つの電源スイッチ部１２４Ｂ，１３３を押して電源を入れ（Ｓ１）、測定開始スイッチ部１２４Ａを押して試技を開始する（Ｓ２、Ｓ３）。測定開始スイッチ部１２４Ａの押圧により、データの測定が開始され、同時に受光器１８０のＬＥＤランプ１８１が点灯して、カメラ１９０のレンズにＬＥＤ光が入光する（データの測定と録画の同期）。

被験者Ｈがターン動作を開始しハンマー１をゆっくりと自身の周りに回転させると、ハンマー１の質量による遠心力によって、ワイヤー２に引張力が生じる（Ｓ４）。ワイヤー２に生じる引張力により、ひずみゲージ１１０には抵抗変化による電圧差が発生する（Ｓ５、Ｓ６）。ひずみゲージ１１０により測定された電圧差（測定データ）は、測定データ送信ユニット１２０の電圧増幅器１２２で増幅され（Ｓ７）、Ａ／Ｄ変換器１２７によりＡ／Ｄ変換され（Ｓ８）、シリアル信号変換器１２８によりシリアル信号に変換される（Ｓ９）。変換されたシリアル信号は、信号無線送信部１２３から測定データ受信および信号処理ユニット１３０に無線送信される（Ｓ１０）。

ひずみゲージ１１０はワイヤー（直径３ｍｍ以上）に比べてサイズが小さくかつ軽量である（０．５ｇ以下）ことから、正規のハンマー重量（合計７．２６ｋｇ）とほとんど総重量が変わらず、被験者Ｈがターン動作を行う際に違和感が残らない。また、測定データ送信ユニット１２０は軽量小型（本体６０ｇ＋単４乾電池３本込みで合計９５ｇ）であるから、腕Ａに装着してもさほど違和感を感じることがなく、被験者Ｈがターン動作を行う際にほとんど気になることがない。

ひずみゲージ１１０が軽量でかつワイヤー１に一体に接着されているから、ハンマー１の投擲によって容易にひずみゲージ１１０が壊れることがない。したがって、本測定装置１００を繰り返し長期間使用することができ、耐久性に優れる。

測定データ受信および信号処理ユニット１３０では、無線送信されたシリアル信号を無線受信部１３１が受信し（Ｓ１１）、受信されたシリアル信号は、音発生用マイコン部１３２Ａおよびデータ収集用マイコン部１３２Ｂにそれぞれ入力される。音発生用マイコン部１３２Ａにおいては、ノイズキャンセル部１３５Ａでノイズキャンセルされた（Ｓ１２）後、ＰＷＭ出力部１３６Ａで、電圧差データ（シリアルデータ）の大きさに比例した周波数のパルスに変調され（Ｓ１３）、変調されたＰＷＭ出力信号が主スピーカー１４０に送出される（Ｓ１４、Ｓ１５）。これにより、試技中に、ワイヤー２に生じる張力の大きさに比例した高低音をスピーカー１４０（さらには補助スピーカー１７０）から発生させる（Ｓ１６）。被験者Ｈは、ワイヤー２に生じる張力の大きさを高低音の差として試技中にリアルタイムに認識することができる。

ワイヤー２に生じる張力の大きさは、ハンマー１の回転速度に比例するから、被験者Ｈは、ターン動作時にスピーカー１４０、１７０から聞こえる高低音のレベルを認識することによって、実際のハンマー１の回転速度を、増速や加減速を含めて、リアルタイムにかつ正確にイメージすることができる。

並行して、データ収集用マイコン部１３２Ｂに入力されたシリアル信号は、最初にノイズキャンセル部１３５Ｂでノイズがキャンセルされた（Ｓ１７）後、ＰＷＭ出力部１３６Ｂで、プログラムにより電圧差データ（シリアルデータ）の大きさに比例した値のデューティー比が決定され（Ｓ１８）、決定されたデューティー比に従う幅のパルスに変調され、ＰＷＭ出力される（Ｓ１９）。同ＰＷＭ出力信号は、電圧データとしてデータロガー１５０に送出され、データロガー１５０に入力される（Ｓ２０、Ｓ２１）。データロガー１５０には逐次電圧データが収集され保存される。データロガー１５０に収集保存された電圧データは、パーソナルコンピューター１６０のディスプレイに表示させることができる。図１２に電圧データの表示例、図１３に電圧データに基づく張力の表示例を示す。電圧データは、図１４に示す電圧−張力換算表によって、張力データとして出力表示させることができる。これにより、被験者Ｈの試技中のワイヤー２に生じる張力を測定できる。図１３の張力表示例によると、被験者Ｈの最初のゆっくりとした回転からハンマー１の投擲に至るまで、ワイヤー２に生じる張力は増減を繰り返しながら次第に増加し、投擲の瞬間に最大値を測定することが分かる。これに比例してハンマー１の回転速度も加速−減速を繰り返しながら次第に増加し、投擲の瞬間に最大速度に達することが分かる。

なお、受信された最初のシリアル信号は、発光器１８０に送信され、ＬＥＤランプ１８１を点灯（複数回点滅）させる（Ｓ２２）。このＬＥＤランプ１８１の最初の点灯をカメラ１９０のレンズが受光することで、被験者Ｈによる試技の様子の録画が同期する（Ｓ２３）。ＬＥＤランプ１８１は点灯後、消灯する（Ｓ２４）。

以上のようにして、被験者Ｈによるターン動作の間、ワイヤー２に生じる張力の大きさに応じてひずみゲージ１１０により測定された電圧差データが被験者Ｈの腕部Ａに装着された測定データ送信ユニット１２０によって、遠方の測定データ受信および信号処理ユニット１３０に無線送信され、遠方の測定データ受信および信号処理ユニット１３０において、音発生用パルス信号とデータ収集用パルス信号に変換処理され、データロガー１５０に電圧データがリアルタイムで収集保存される。同時に、被験者Ｈに対し、電圧差の大小、すなわち、ワイヤー２に生じる張力の大小に比例した高低音がスピーカー１４０、１７０から発信され、被験者Ｈは、ターン動作中に、ワイヤー２に生じる張力の大きさ、すなわちハンマー１の回転スピードの大きさを高低音の差としてリアルタイムに認識することができる。

また、電圧データ、さらには張力データをパーソナルコンピュータ１６０のディスプレイに表示させることで、ハンマー投げの試技後に被験者Ｈに試技の結果をフィードバックさせることができる。さらには、ハンマー投げの試技によって発生させた音情報と試技の様子を録画した録画情報を同期させることにより、映像による被験者Ｈのターン動作の姿勢や加速タイミングと、ハンマー１の回転速度との密接な関係を高度に把握することができ被験者Ｈのハンマー投げの能力や習熟度を正確に測定し、より高度なハンマー投げのトレーニングを行うことができる。

測定した張力データから、ワイヤー２の長さ、ハンマー１の質量を基にして、遠心力の式（Ｆ＝ｍＶ^２／ｒ）により、ハンマー１の回転速度を求めることもできる。

さらに、本発明のハンマー投げ張力測定イメージング装置によると、ひずみゲージ１１０をワイヤー２表面の相対する位置に２個接着したから、ピアノ線の曲がりによるひずみを解消することができ、これにより純粋に張力のみのひずみだけをデータとして取得可能となる。張力測定精度が向上する。

本発明に係る張力測定イメージング装置は、スイング動作を伴う運動競技、特にハンマー投げ競技に好適であるが、ハンマー投げに限らず、ゴルフ、バトミントンなどの競技にも適用可能である。ゴルフに適用する場合、スイング体としてゴルフクラブのシャフトにひずみゲージを接着してゴルフスイング動作に伴いシャフトに生じる張力を測定し、バトミントンに適用する場合、ラケットのシャフトにひずみゲージを接着してバトミントンの腕降り動作に伴いシャフトに生じる張力を測定し、それらのトレーニングに応用することができる。

本発明に係る張力測定イメージング装置は、スポーツ科学分野において、被験者のスイング動作（ターン動作や回転動作を含む）を伴う運動競技や運動の能力を測定する装置として、また、スイング動作を伴うスポーツの能力を高めるトレーニング装置として利用可能である。

１ハンマー（スイング体）
２ワイヤー（軸部）
３絶縁被覆
１００張力測定イメージング装置
１１０ひずみゲージ
１１１リード線
１１１ａ第１屈曲部
１１１ｂ第２屈曲部
１１２接続カプラー
１２０測定データ送信ユニット
１２０ａ，１３０ａ筐体
１２１マイコン部
１２２電圧増幅部
１２３信号無線送信部
１２４Ａ測定開始スイッチ部
１２４Ｂ，１３３電源スイッチ部
１２５，１３４電源部
１２６Ａ／Ｄ変換部
１２７シリアル信号変換部
１２８，１３７Ａ，１３７Ｂ制御部
１３０測定データ受信および信号処理ユニット
１３１信号無線受信部
１３２Ａ音発生用マイコン部
１３２Ｂデータ収集用マイコン部
１３５Ａ，１３５Ｂノイズキャンセル部
１３６Ａ，１３６ＢＰＷＭ出力部
１４０主スピーカー
１４１，１６１ケーブル
１５０データロガー
１６０パーソナルコンピューター
１７０補助スピーカー
１８０発光器
１８１ＬＥＤランプ
１９０カメラ
Ｈ被験者
Ａ腕部
Ｂバンド

Claims

スイング動作を行う運動において、被験者のスイング動作時に被験者の手に把持されたスイング体の軸部に生じる張力を測定し、被験者の聴覚または視覚を通じて測定結果を被験者がイメージングする張力測定イメージング装置であって、
前記スイング体がハンマー投げに用いるワイヤー付きハンマーであり、
前記ワイヤーの表面に接着され、被験者のターン動作時にワイヤーに生じる張力の大きさを電圧差として測定するひずみゲージと、
被験者の腕部に装着され、ひずみゲージにより測定された電圧差の測定データをシリアル信号に変換し、無線送信する測定データ送信手段と、
測定データ送信手段から無線送信されたシリアル信号を受信し、受信されたシリアル信号から音発生用パルス信号およびデータ収集用パルス信号にそれぞれ変換処理する測定データ受信およびパルス変換処理手段と、
変換処理された音発生用パルス信号に基づき音を発生させる音発生手段と、
変換処理されたデータ収集用パルス信号を収集保存するデータ収集保存手段
を有することを特徴とする張力測定イメージング装置。
音発生用パルス信号が、受信されたシリアル信号から、測定された電圧差に比例する周波数のパルスに変調して得られることを特徴とする、請求項１記載の張力測定イメージング装置。
データ収集用パルス信号が、受信されたシリアル信号から、測定された電圧差に基づき決定されるデューティー比に従う幅のパルスに変調して得られることを特徴とする、請求項１または請求項２記載の張力測定イメージング装置。
ひずみゲージが、前記ワイヤーの表面の周方向相対する位置に一対接着されることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の張力測定メージング装置。
ひずみゲージが、円形断面の前記ワイヤーの湾曲表面に沿って湾曲状態に接着されることを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の張力測定イメージング装置。
ひずみゲージから延びるリード線を前記ワイヤーの長手方向に沿ってＺ字状に屈曲させて延在させることを特徴とする、請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の張力測定イメージング装置。
ひずみゲージから測定データ送信手段に延びるリード線の途中に、ひずみゲージ側のリード線と測定データ送信手段側のリード線を互いに接続および互いに離間可能な接続カプラーが介在され、当該接続カプラーは、スイング体の投擲動作に従ってひずみゲージ側のリード線と測定データ送信手段側のリード線を互いに離間可能とされていることを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の張力測定イメージング装置。
身体の一部に、ひずみゲージにより測定された電圧差の測定データを、電圧差に比例した周波数のパルスに変調し、生成したパルス信号から音信号を発生させる第２の音発生手段を有することを特徴とする、請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の張力測定イメージング装置。
測定データ送信手段から受信された最初のシリアル信号により作動する発光器と、発光器からの受光により被験者のターン動作の映像が同期可能とされている撮像手段を有することを特徴とする、請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の張力測定イメージング装置。