JP5773122B2

JP5773122B2 - スイング分析装置及びスイング分析プログラム

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Publication number: JP5773122B2
Application number: JP2010283280A
Authority: JP
Inventors: 野村　和生; 和生野村; 康中岡
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2030-12-20
Also published as: JP2012130415A

Description

本発明は、スイング分析装置に関する。

テニス、野球、ゴルフなどのスポーツでは、運動器具（打球具）のスイートスポットでボールを捉えることでボールの速度や飛距離を伸ばし、競技力を向上させることができる。これまでは、競技者は、スイングの練習を繰り返し行うことで、スイートスポットでボールを捉えるためのスイングを習得していた。しかし、スイートスポットにボールが当たったか否かは、競技者やコーチの主観的な判断に任されるため、必ずしも効率的な練習とはいえない場合もあった。

これに対して、近年、マークがつけられた運動器具をカメラで撮影し、撮影された映像を解析してインパクトの状態を計測する手法が提案されており、この手法によれば、インパクトの状態を客観的に判定することができる。例えば、特許文献１では、ゴルフのクラブヘッドのフェースに複数のマークを設けてインパクト前後の映像をＣＣＤカメラ等で撮影し、撮影されたインパクト時の映像からフェース面上のインパクト位置を算出するシステムが提案されている。

特開２００４−２４４８８号公報

しかしながら、このようなシステムは、映像を撮影するためのカメラが必要であるため大がかりなものになってしまうためコストがかかり、また、撮影したい角度に合わせてカメラを配置する必要があるなど取り扱いにくいという問題がある。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、比較的簡単な構成で取り扱いが容易であるとともにインパクトの状態を客観的に判定することができるスイング分析装置を提供することができる。

（１）本発明は、角速度センサーと、前記角速度センサーの出力データに基づいて、前記運動器具の姿勢を算出する姿勢算出部と、前記運動器具のスイングにおけるインパクトのタイミングを検出するインパクト検出部と、前記姿勢算出部の算出結果に基づいて、前記インパクトのタイミングから所定時間内の前記運動器具の姿勢角の変化量を算出する姿勢角変化量算出部と、前記姿勢角変化量算出部の算出結果に基づいて、前記インパクトの状態を判定するインパクト状態判定部と、を含む、スイング分析装置である。

本発明のスイング分析装置によれば、インパクト直後の運動器具の所定の軸に対する回転運動を姿勢角の変化量として捉えることができるので、運動器具に応じて所定の軸を適切に選択することにより、インパクトの状態を客観的に判定することができる。また、本発明のスイング分析装置によれば、カメラの代わりに角速度センサーを用いるので簡便な構成にすることができ、取り扱いも容易である。

（２）このスイング分析装置において、前記インパクト検出部は、前記角速度センサーの出力データに基づいて、前記運動器具のスイングの軸に対する角速度の大きさの最大値を検出し、前記インパクトのタイミングとして、前記運動器具のスイングの軸に対する角速度の大きさが最大となるタイミングを検出するようにしてもよい。

一般に、運動器具のスイングの軸に対する角速度はインパクト直前に最大となると考えられるので、このスイング分析装置によれば、インパクトのタイミングを検出することができる。

（３）このスイング分析装置において、前記インパクト状態判定部は、前記運動器具のスイングの軸に対する角速度の大きさの最大値に応じて、前記インパクトの状態の判定基準を可変に設定するようにしてもよい。

一般に、運動器具のスイング速度が異なれば、同じ位置にボールが当たったとしても、発生する回転運動による姿勢角変化量の大きさが異なると考えられる。このスイング分析装置によれば、スイング速度に応じた適切な判定基準にすることで、インパクトの状態を誤りなく判定することができる。

（４）このスイング分析装置において、前記インパクト状態判定部は、前記インパクトの状態を複数のレベルで判定するようにしてもよい。

このようにすれば、使用者は、ミートが成功したか失敗したかの情報だけでなく、失敗した場合にどの程度の失敗であったかといった情報を得ることができる。

（５）このスイング分析装置において、前記角速度センサーは、検出軸が前記運動器具のスイングの軸になるように前記運動器具に取り付けられるようにしてもよい。

このようにすれば、運動器具のスイングの軸が既知となるので、当該軸を算出する処理が不要になる。

（６）このスイング分析装置は、前記運動器具の姿勢の情報に基づいて、前記姿勢角の算出対象となる軸及び前記運動器具のスイングの軸の少なくとも一方を算出する回転軸算出部をさらに含むようにしてもよい。

例えば、野球のバットのように握り方によって打球面が変化するため打球面を特定することができない運動器具では、運動器具を握る角度などにより、姿勢角の算出対象となる軸（すなわち、ミートを失敗した場合に生じる運動器具の回転運動の回転軸と直交する軸）と角速度センサーの検出軸の位置関係はスイング毎に異なる。また、例えば、スイング時の運動器具の傾きなどにより、運動器具のスイングの軸と角速度センサーの検出軸の位置関係もスイング毎に異なる。このスイング分析装置によれば、運動器具の姿勢を算出することにより、運動器具を握る角度やスイング時の運動器具の傾きなどを制限しなくても、姿勢角の算出対象となる軸や運動器具のスイングの軸を特定することができる。

本実施形態のスイング分析装置の構成を示す図。処理部による処理の一例を示すフローチャート図。テニスラケットのスイングにおけるインパクト状態を判定する例の説明図。ミートに失敗した場合の角速度データの実測例を示す図。ジャストミートした場合のテニスラケットの姿勢角の実測例を示す図。ミートに失敗した場合のテニスラケットの姿勢角の実測例を示す図。本実施形態のインパクトの状態を判定する具体例のフローチャート図。バットのスイングにおけるインパクト状態を判定する例の説明図。ゴルフクラブのスイングにおけるインパクト状態を判定する例の説明図。変形例１のスイング分析装置の構成を示す図。変形例１の処理部による処理の一例を示すフローチャート図。変形例１のインパクトの状態を判定する具体例のフローチャート図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．スイング分析装置の構成
図１は、本実施形態のスイング分析装置の構成を示す図である。本実施形態のスイング分析装置１は、１又は複数のセンサー部１０とホスト端末２０を含んで構成されている。センサー部１０とホスト端末２０は無線接続されていてもよいし、有線接続されていてもよい。

センサー部１０は、スイング分析の対象となる運動器具に取り付けられる。本実施形態では、センサー部１０は、１又は複数の角速度センサー１００、データ処理部１１０、通信部１２０を含んで構成されている。

角速度センサー１００は、検出軸回りの角速度を検出し、検出した角速度の大きさに応じた信号（角速度データ）を出力する。本実施形態のスイング分析装置１では、ホスト端末２０が運動器具の姿勢を算出するために、センサー部１０は、例えば、３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）方向の角速度をそれぞれ検出する３つの角速度センサー１００を含む。

データ処理部１１０は、角速度センサー１００の出力データの同期を取り、当該データを時刻情報などと組合せたパケットにして通信部１２０に出力する処理を行う。さらに、データ処理部１１０は、角速度センサー１００のバイアス補正や温度補正の処理を行うようにしてもよい。なお、バイアス補正や温度補正の機能を角速度センサー１００に組み込んでもよい。

通信部１２０は、データ処理部１１０から受け取ったパケットデータをホスト端末２０に送信する処理を行う。

ホスト端末２０は、処理部（ＣＰＵ）２００、通信部２１０、操作部２２０、ＲＯＭ２３０、ＲＡＭ２４０、不揮発性メモリー２５０、表示部２６０を含んで構成されている。ホスト端末２０は、パーソナルコンピューター（ＰＣ）、あるいはスマートフォンなどの携帯機器などで実現することができる。

通信部２１０は、センサー部１０から送信されたデータを受信し、処理部２００に送る処理を行う。

操作部２２０は、ユーザーからの操作データを取得し、処理部２００に送る処理を行う。操作部２２０は、例えば、タッチパネル型ディスプレイ、ボタン、キー、マイクなどである。

ＲＯＭ２３０は、処理部２００が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムや、アプリケーション機能を実現するための各種プログラムやデータ等を記憶している。

ＲＡＭ２４０は、処理部２００の作業領域として用いられ、ＲＯＭ２３０から読み出されたプログラムやデータ、操作部２２０から入力されたデータ、処理部２００が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する記憶部である。

不揮発性メモリー２５０は、処理部２００の処理により生成されたデータのうち、長期的な保存が必要なデータを記録する記録部である。

表示部２６０は、処理部２００の処理結果を文字やグラフ、その他の画像として表示するものである。表示部２６０は、例えば、ＣＲＴ、ＬＣＤ、タッチパネル型ディスプレイ、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）などである。なお、１つのタッチパネル型ディスプレイで操作部２２０と表示部２６０の機能を実現するようにしてもよい。

処理部２００は、ＲＯＭ２４０に記憶されているプログラムに従って、センサー部１０から通信部２１０を介して受信したデータに対する各種の計算処理や、各種の制御処理（表示部２６０に対する表示制御等）を行う。

本実施形態では、処理部２００は、以下に説明するデータ取得部２０１、インパクト検出部２０３、姿勢算出部２０３、姿勢角変化量算出部２０４、インパクト状態判定部２０５として機能する。なお、本実施形態の処理部２００は、これらの一部の機能を省略した構成としてもよい。

データ取得部２０１は、通信部２１０を介して受信したセンサー部１０の出力データ（角速度データ）を取得する処理を行う。取得したデータは、例えばＲＡＭ２４０に記憶される。

インパクト検出部２０３は、運動器具のスイングにおけるインパクト（以下、単に「インパクト」という）のタイミングを検出する処理を行う。

姿勢算出部２０３は、センサー部１０の出力データ（３軸分の角速度データ）に基づいて、運動器具の姿勢を算出する処理を行う。

姿勢角変化量算出部２０４は、姿勢算出部２０３の算出結果に基づいて、インパクトのタイミングから所定時間内の運動器具の姿勢角の変化量を算出する処理を行う。

インパクト状態判定部２０５は、姿勢角変化量算出部２０４の算出結果に基づいて、インパクトの状態を判定する処理を行う。

なお、データ取得部２０１、インパクト検出部２０３、姿勢算出部２０３、姿勢角変化量算出部２０４、インパクト状態判定部２０５の全部又は一部は、センサー部１０にあってもよい。

図２は、処理部２００による処理の一例を示すフローチャート図である。まず、処理部２００は、データ取得部２０１として、センサー部１０から角速度データを取得する（Ｓ１０、角速度データ取得ステップ）。

次に、処理部２００は、姿勢算出部２０２として、Ｓ１０で取得した角速度データに基づいて、運動器具の姿勢を算出する（Ｓ２０、姿勢算出ステップ）。センサー部１０は運動器具に固定されているので、運動器具の姿勢としてセンサー部１０の姿勢を算出してもよいし、センサー部１０の姿勢から運動器具の所定部位の姿勢（例えば、打球面の角度など）を算出してもよい。

次に、処理部２００は、インパクト検出部２０３として、インパクトのタイミングを検出する（Ｓ３０、インパクト検出ステップ）。例えば、処理部２００（インパクト検出部２０３）は、センサー部１０の出力データ（角速度データ）に基づいて、運動器具のスイングの軸（以下、「スイング軸」という）に対する角速度の大きさの最大値を検出し、インパクトのタイミングとして、スイング軸に対する角速度の大きさが最大となるタイミングを検出するようにしてもよい。なお、センサー部１０を、いずれかの角速度センサー１００の検出軸がスイング軸になるように運動器具に取り付けてもよい。

次に、処理部２００は、姿勢角変化量算出部２０４として、Ｓ２０で算出した運動器具の姿勢の情報に基づいて、インパクトのタイミングから所定時間内の運動器具の姿勢角の変化量を算出する（Ｓ４０、姿勢角変化量算出ステップ）。なお、センサー部１０を、いずれかの角速度センサー１００の検出軸が運動器具の姿勢角の算出対象となる軸になるように運動器具に取り付けてもよい。

最後に、処理部２００は、インパクト状態判定部２０５として、Ｓ４０における算出結果に基づいて、インパクトの状態を判定する（Ｓ５０、インパクト状態判定ステップ）。例えば、処理部２００（インパクト状態判定部２０５）は、スイング軸に対する角速度の大きさの最大値に応じて、インパクトの状態の判定基準を可変に設定するようにしてもよい。また、例えば、処理部２００（インパクト状態判定部２０５）は、インパクトの状態を複数のレベルで判定するようにしてもよい。そして、処理部２００は、例えば、インパクト状態の判定結果を表示部２６０に表示するようにしてもよいし、音声として出力してもよい。

２．具体例
次に、本実施形態の手法について、テニスラケットのスイングにおけるインパクト状態を判定する例を挙げて説明する。図３（Ａ）は、テニスラケット２のスイングにおいて、テニスラケット２の長軸（一点鎖線で示す）上の位置にテニスボール３が当たった図を示している。一方、図３（Ｂ）は、テニスラケット２のスイングにおいて、テニスラケット２の長軸（一点鎖線で示す）上から下方向にずれた位置にテニスボール３が当たった図を示している。テニスラケット２の長軸上の位置にテニスボール３が当たった場合（ジャストミートした場合）は長軸回りの回転はほとんど発生しないが、長軸上からずれた位置にテニスボール３が当たった場合（ミート失敗の場合）はインパクトの直後に長軸回りの回転（図３（Ｂ）の矢印）が発生する。従って、インパクト直後の長軸と直交する軸の姿勢角の変化量から長軸上にテニスボール３が当たったか否かを判定することができる。テニスラケット２の長軸と直交する軸のように、インパクト直後の姿勢角の変化量からインパクトの状態を判定可能な軸を、以下では、「判定軸」ということにする。

また、インパクトのタイミングは、スイング軸回りの角速度から判断することができる。テニスラケットのスイングの場合、テニスラケット２の長軸と垂直かつ上向きの軸をスイング軸と考えればよい。テニスラケットのスイングの場合、スイングを開始してからインパクトの瞬間まではスイング軸回りの角速度の絶対値が徐々に大きくなり、インパクトの瞬間、テニスラケット２にテニスボール３が当たることで、スイング軸回りの角速度の絶対値が小さくなる。すなわち、インパクトの直前にスイング軸回りの角速度の絶対値が最大であることからインパクトのタイミングを検出することができる。

そこで、スイング軸回りの角速度と判定軸の姿勢角を捉えるために、例えば、互いに直交する３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）方向の角速度をそれぞれ検出可能な３つの角速度センサーを含むセンサー部１０を、テニスラケット２のグリップエンドの位置に、例えば、ｘ軸が打球面と垂直になり、ｚ軸がテニスラケット２の長軸と一致するように取り付ける。これにより、ｙ軸（スイング軸）回りの角速度の最大値からインパクトのタイミングを検出することができるとともに、インパクト直後のｘ軸又はｚ軸（判定軸）の姿勢角の変化量からインパクトの状態を判定することができる。なお、センサー部１０は、テニスラケット２のグリップエンドの位置に限らずスイングに支障を来さない任意の位置に取り付けることができる。

図４は、３軸角速度データの実測例を示す図である。４０ｘ、４０ｙ、４０ｚは、それぞれ、ｘ軸回りの角速度データ、ｙ軸回りの角速度データ、ｚ軸回りの角速度データを示す。ｙ軸回りの角速度の絶対値が最大になる時刻ｔ_０がインパクトのタイミングである。図４に示すデータはミートに失敗した場合のものであり、インパクトの直後にｚ軸回りの角速度が大きく変化している。つまり、ミートに失敗した場合、インパクトの直後のｘ軸やｙ軸の姿勢角の変化量が大きいと考えられる。なお、テニスラケット２の重量に応じて、ミートに失敗した際の姿勢角の変化量が変わる。例えばテニスラケット２の重量が軽ければ、ミートに失敗した時の姿勢角の変化量は大きくなり、一方、テニスラケットの重量が重ければミートに失敗した時の姿勢角の変化量は小さくなる。

図５、図６は、それぞれ、ジャストミートした場合とミートに失敗した場合の３軸角速度の実測値からテニスラケット２の打球面（フェイス）の角度を計算してグラフ化した図である。テニスラケット２の打球面（フェイス）の角度はｙ軸の姿勢角に対応する。図５と図６を比較すると、インパクト直後のｙ軸の姿勢角の変化量に大きな差が見られ、ミートに失敗した場合の方が変化量が大きいことがわかる。そこで、本実施形態では、インパクトのタイミングｔ_０から所定時間Ｔ（例えば、０．０５秒）だけ経過した時刻ｔ_１までの期間におけるｘ軸又はｙ軸の姿勢角の変化量を算出する。具体的には、所定時間Ｔにおける、インパクトのタイミングｔ_０でのｘ軸又はｙ軸の姿勢角θ_０に対する姿勢角変化量の最大値Δθ_ｍａｘを算出する。そして、このΔθ_ｍａｘの大きさからインパクトの状態を判定する。

図７に、処理部２００によるインパクトの状態を判定するフローチャートの具体例を示す。図７の例では、インパクトの状態を３段階のレベルにわけて判定する。まず、処理部２００は、データ取得期間が終了するまで（Ｓ１１２のＮ）、センサー部１０から新たな３軸角速度データを周期的に取得する（Ｓ１１０）。データ取得期間は、少なくともインパクトの前後を含む所定期間であり、例えば、スイングを開始してから終了するまでの期間であってもよいし、さらに、スイング開始前の静止期間やスイング終了後の静止期間まで含むようにしてもよい。

次に、処理部２００は、Ｓ１１０で取得した３軸角速度データに基づいて、センサー部１０の姿勢を算出する（Ｓ１２０）。例えば、ｘｙｚ座標系でのセンサー部１０の初期姿勢を適当に定義しておき、３軸角速度データの時系列からｘｙｚ座標系でのセンサー部１０の初期姿勢からの姿勢変化を積算して姿勢を算出する。なお、センサー部１０に３軸の加速度センサーを設けて、運動器具の静止時における重力加速度の方向を検出して初期姿勢を決定してもよい。

次に、処理部２００は、Ｓ１１０で取得した３軸角速度データに基づいて、ｙ軸（スイング軸）回りの角速度の絶対値が最大となるタイミング（インパクトのタイミング）を検出する（Ｓ１３０）。

次に、処理部２００は、ｙ軸（スイング軸）回りの最大角速度（角速度の絶対値の最大値）に基づいて、インパクト状態の判定レベル（判定基準）Ｌ１とＬ２を決定する（Ｓ１３２）。すなわち、ｙ軸（スイング軸）回りの最大角速度の大きさ（スイングの速さ）と、インパクト直後のｘ軸又はｙ軸（判定軸）の姿勢角の変化量の大きさには相関があると考えられるので、スイングの速さに応じてインパクト状態の判定レベルＬ１とＬ２を可変に設定する。

次に、処理部２００は、Ｓ１３０で検出したインパクトのタイミングから所定時間Ｔにおけるｘ軸又はｙ軸（判定軸）の最大姿勢角変化量Δθ_ｍａｘを算出する（Ｓ１４０）。

そして、処理部２００は、Δθ_ｍａｘをステップＳ１３２で決定した判定レベルＬ１、Ｌ２と比較し、Δθ_ｍａｘ＜Ｌ１であれば（Ｓ１５０のＹ）、ミート成功（例えば、ジャストミート）と判定する（Ｓ１５２）。また、処理部２００は、Ｌ１≦Δθ_ｍａｘ＜Ｌ２であれば（Ｓ１５０のＮかつＳ１５４のＹ）、ミート失敗（レベル１）（例えば、ジャストミートから少しずれた）と判定する（Ｓ１５６）。また、処理部２００は、Δθ_ｍａｘ≧Ｌ２であれば（Ｓ１５０のＮかつＳ１５４のＮ）、ミート失敗（レベル２）（例えば、ジャストミートからかなりずれた）と判定する（Ｓ１５８）。このように、複数の判定レベルを設定することで、使用者は、ミートが成功したか失敗したかの情報だけでなく、失敗した場合にどの程度の失敗であったかといった情報を得ることができる。

なお、図７のフローチャートのＳ１１０とＳ１１２は、図２のフローチャートのＳ１０（角速度データ取得ステップ）に対応する。また、図７のフローチャートのＳ１２０は、図２のフローチャートのＳ２０（姿勢算出ステップ）に対応する。また、図７のフローチャートのＳ１３０は、図２のフローチャートのＳ１３０（インパクト検出ステップ）に対応する。また、図７のフローチャートのＳ１４０は、図２のフローチャートのＳ４０（姿勢角変化量算出ステップ）に対応する。また、図７のフローチャートのＳ１５０、Ｓ１５２、Ｓ１５４、Ｓ１５６、Ｓ１５８は、図２のフローチャートのＳ５０（インパクト状態判定ステップ）に対応する。

なお、本実施形態では、スイング軸と判定軸がいずれかの角速度センサー１００の検出軸とそれぞれ一致するものとして説明したが、センサー部１０の取り付け位置や取り付け角度によっては、これらが一致しない場合もある。そのような場合は、あらかじめ作成した補正パラメーターを用いて、スイング軸や判定軸と検出軸とのずれを補正するようにしてもよい。

以上では、運動器具がテニスラケットである場合を例に挙げて本実施形態の手法を説明したが、その他の運動器具についても、スイング軸と判定軸を運動器具に合わせて適切に定義すれば、本実施形態の手法を適用することができる。

例えば、図８（Ａ）は、野球のバット４のスイングにおいて、バット４の長軸（一点鎖線で示す）上の位置にボール５が当たった図を示している。一方、図８（Ｂ）は、バット４のスイングにおいて、バット４の長軸（一点鎖線で示す）上から上方向にずれた位置にボール５が当たった図を示している。バット４の長軸上の位置にボール５が当たった場合（ジャストミートした場合）は長軸とスイング軸の両方に直交する軸（バット４の進行方向の軸）の回りの回転はほとんど発生しないが、長軸上からずれた位置にボール５が当たった場合（ミート失敗の場合）はインパクトの直後にバット４の進行方向の軸回りの回転（図８（Ｂ）の矢印）が発生する。従って、インパクト直後のバット４の進行方向の軸と直交する任意の軸を判定軸として当該判定軸の姿勢角の変化量から長軸上にテニスボール３が当たったか否かを判定することができる。また、インパクトのタイミングは、テニスラケットの場合と同様に、スイング軸回りの角速度から判断することができる。

そこで、スイング軸回りの角速度と判定軸の姿勢角を捉えるために、例えば、互いに直交する３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）方向の角速度をそれぞれ検出可能な３つの角速度センサーを含むセンサー部１０を、バット４のグリップエンドの位置に、例えば、ｚ軸がバット４の長軸と一致するように取り付ける。そして、被験者が、インパクトの瞬間にｘ軸、ｙ軸がそれぞれ判定軸、スイング軸と一致するようにバット４を握ってスイングすることで、ｙ軸（スイング軸）回りの角速度データからインパクトのタイミングを検出することができるとともに、インパクト直後のｙ軸又はｚ軸（判定軸）の姿勢角の変化量からインパクトの状態を判定することができる。なお、センサー部１０は、バット４のグリップエンドの位置に限らずスイングに支障を来さない任意の位置に取り付けることができる。

また、例えば、図９（Ａ）は、ゴルフクラブ６のスイングにおいて、ゴルフクラブ６のヘッドの中心軸（一点鎖線で示す）上の位置にゴルフボール７が当たった図を示している。一方、図９（Ｂ）は、ゴルフクラブ６のスイングにおいて、ゴルフクラブ６のヘッドの中心軸（一点鎖線で示す）上から左方向にずれた位置にゴルフボール７が当たった図を示している。ゴルフクラブ６のヘッドの中心軸上の位置にゴルフボール７が当たった場合（ジャストミートした場合）は中心軸回りの回転はほとんど発生しないが、中心軸上からずれた位置にゴルフボール７が当たった場合（ミート失敗の場合）はインパクトの直後に中心軸回りの回転（図９（Ｂ）の矢印）が発生する。従って、インパクト直後のゴルフクラブ６のヘッドの中心軸と直交する任意の軸を判定軸として当該判定軸の姿勢角の変化量から中心軸上にゴルフボール７が当たったか否かを判定することができる。また、インパクトのタイミングは、テニスラケットの場合と同様に、スイング軸回りの角速度から判断することができる。

そこで、スイング軸回りの角速度と判定軸回りの角速度を捉えるために、例えば、互いに直交する３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）方向の角速度をそれぞれ検出可能な３つの角速度センサーを含むセンサー部１０を、ゴルフクラブ６のヘッドに、例えば、ｘ軸が打球面と垂直になり、ｚ軸がゴルフクラブ６のヘッドの中心軸と一致するように取り付ける。これにより、ｙ軸（スイング軸）回りの角速度データからインパクトのタイミングを検出することができるとともに、インパクト直後のｘ軸又はｙ軸（判定軸）の姿勢角の変化量からインパクトの状態を判定することができる。なお、センサー部１０は、ゴルフクラブ６のヘッドに限らずスイングに支障を来さない任意の位置に取り付けることができる。

以上に説明したように、本実施形態のスイング分析装置によれば、インパクト直後の所定時間における判定軸の姿勢角の最大変化量を算出することで、インパクトにより生じる運動器具の回転運動を捉えることができる。従って、運動器具に応じて判定軸を適切に選択することにより、インパクトの状態を客観的に判定することができる。また、本実施形態のスイング分析装置によれば、従来のシステムで用いられるカメラの代わりに角速度センサーを用いるので、より簡便な構成にすることができ、取り扱いも容易である。

３．変形例
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

３−１．変形例１
本実施形態では、スイング軸と判定軸がいずれかの角速度センサー１００の検出軸とそれぞれ一致するものとして説明したが、運動器具の形状やスイングの状態によってはこれらが一致しない場合もある。例えば、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示したように、テニスラケットのグリップエンドにセンサー部１０を取り付けた場合、スイング面に対して打球面を垂直に保ったまま水平にスイングをするとｙ軸と判定軸が一致するが、そうでなければ両者が一致しない場合もある。また、野球のバットのような打球面を特定することができない運動器具の場合、運動器具を握る角度を決めないと、スイング軸と判定軸の少なくとも一方が角速度センサー１００の検出軸と一致しない場合もある。そこで、変形例１のスイング分析装置では、運動器具の姿勢変化からスイング軸と判定軸を算出してインパクトの状態を判定する。

図１０は、変形例２のスイング分析装置の構成を示す図である。変形例２のスイング分析装置１では、処理部２００は、データ取得部２０１、姿勢算出部２０２、インパクト検出部２０３、姿勢角変化量算出部２０４、インパクト状態判定部２０５として機能するとともに、さらに、回転軸算出部２０６として機能する。

回転軸算出部２０６は、姿勢算出部２０５が算出した運動器具の姿勢の情報に基づいて、判定軸（姿勢角の算出対象となる軸）及びスイング軸の少なくとも一方を算出する処理を行う。変形例２のスイング分析装置におけるその他の構成については図１と同じであり、その説明を省略する。

なお、データ取得部２０１、姿勢算出部２０２、インパクト検出部２０３、姿勢角変化量算出部２０４、インパクト状態判定部２０５、回転軸算出部２０６の全部又は一部は、センサー部１０にあってもよい。

図１１は、変形例１のスイング分析装置１における処理部２００による処理の一例を示すフローチャート図である。まず、処理部２００は、データ取得部２０１として、センサー部１０から角速度データを取得する（Ｓ１０、角速度データ取得ステップ）。

次に、処理部２００は、姿勢算出部２０２として、Ｓ１０で取得した角速度データに基づいて、運動器具の姿勢を算出する（Ｓ２０、姿勢算出ステップ）。

次に、処理部２００は、回転軸検出部２０６として、判定軸及びスイング軸の少なくとも一方を算出する（Ｓ２２、回転軸算出ステップ）。

次に、処理部２００は、インパクト検出部２０３として、インパクトのタイミングを検出する（Ｓ３０、インパクト検出ステップ）。例えば、処理部２００（インパクト検出部２０３）は、Ｓ２２で算出したスイング軸に対する角速度の大きさが最大となるタイミングをインパクトのタイミングとして検出する。

次に、処理部２００は、姿勢角変化量算出部２０４として、Ｓ２０で算出した運動器具の姿勢の情報に基づいて、インパクトのタイミングから所定時間内の運動器具の姿勢角の変化量を算出する（Ｓ４０、姿勢角変化量算出ステップ）。例えば、処理部２００（姿勢角変化量算出部２０４）は、Ｓ２２で算出した判定軸の姿勢角の変化量を検出する。

最後に、処理部２００は、インパクト状態判定部２０５として、Ｓ４０における算出結果に基づいて、インパクトの状態を判定する（Ｓ５０、インパクト状態判定ステップ）。

図１２に、変形例１の処理部２００によるインパクトの状態を判定するフローチャートの具体例を示す。図１２の例では、インパクトの状態を３段階のレベルにわけて判定する。まず、処理部２００は、データ取得期間が終了するまで（Ｓ２１２のＮ）、センサー部１０から新たな３軸角速度データを周期的に取得する（Ｓ２１０）。

次に、処理部２００は、Ｓ２１０で取得した３軸角速度データに基づいて、センサー部１０の姿勢を算出する（Ｓ２２０）。

次に、処理部２００は、Ｓ２２０で算出したセンサー部１０の姿勢の情報に基づいて、スイング軸と判定軸を算出する（Ｓ２２２）。例えば、ｘｙｚ座標系でのセンサー部１０の姿勢変化から、スイングによるセンサー部１０の回転運動の中心軸を算出する。この中心軸がスイング軸になる。また、インパクトによってｘｙｚ座標系でのセンサー部１０の姿勢が変化するので、この姿勢変化の方向から判定軸を算出することができる。

次に、処理部２００は、Ｓ２１０で取得した３軸角速度データに基づいて、スイング軸回りの角速度を算出する（Ｓ２３０）。ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に対する角速度データとｘｙｚ座標系におけるスイング軸がわかっているので、既知の計算により、スイング軸回りの角速度を算出することができる。

次に、処理部２００は、スイング軸回りの角速度の絶対値が最大となるタイミング（インパクトのタイミング）を検出する（Ｓ２３２）。

次に、処理部２００は、スイング軸回りの最大角速度（角速度の絶対値の最大値）に基づいて、インパクト状態の判定レベルＬ１とＬ２を決定する（Ｓ２３４）。

次に、処理部２００は、Ｓ２３２で検出したインパクトのタイミングから所定時間Ｔにおける判定軸の最大姿勢変化量Δθ_ｍａｘを算出する（Ｓ２４０）。

そして、処理部２００は、Δω_ｍａｘをステップＳ２３４で決定した判定レベルＬ１、Ｌ２と比較し、Δθ_ｍａｘ＜Ｌ１であれば（Ｓ２５０のＹ）、ミート成功（例えば、ジャストミート）と判定する（Ｓ２５２）。また、処理部２００は、Ｌ１≦Δθ_ｍａｘ＜Ｌ２であれば（Ｓ２５０のＮかつＳ２５４のＹ）、ミート失敗（レベル１）（例えば、ジャストミートから少しずれた）と判定する（Ｓ２５６）。また、処理部２００は、Δθ_ｍａｘ≧Ｌ２であれば（Ｓ２５０のＮかつＳ２５４のＮ）、ミート失敗（レベル２）（例えば、ジャストミートからかなりずれた）と判定する（Ｓ２５８）。

このように、センサー部１０（すなわち、運動器具の姿勢）を算出することで、運動器具の形状やスイングの状態によらずスイング軸と判定軸を算出することができるので、インパクトの状態を精度よく判定することができる。

なお、図１２のフローチャートのＳ２１０とＳ２１２は、図１１のフローチャートのＳ１０（角速度データ取得ステップ）に対応する。また、図１２のフローチャートのＳ２２０は、図１１のフローチャートのＳ２０（姿勢算出ステップ）に対応する。また、図１２のフローチャートのＳ２２２は、図１１のフローチャートのＳ２２（回転軸算出ステップ）に対応する。また、図１２のフローチャートのＳ２３０、Ｓ２３２は、図１１のフローチャートのＳ３０（インパクト検出ステップ）に対応する。また、図１２のフローチャートのＳ２４０は、図１１のフローチャートのＳ４０（姿勢角変化量算出ステップ）に対応する。また、図１２のフローチャートのＳ２５０、Ｓ２５２、Ｓ２５４、Ｓ２５６、Ｓ２５８は、図１１のフローチャートのＳ５０（インパクト状態判定ステップ）に対応する。

３−２．その他の変形例
例えば、図１に示したように、本実施形態のスイング分析装置は、センサー部１０とホスト端末２０が無線又は有線で接続されているが、センサー部１０とホスト端末２０に、そえぞれメモリーカードのインターフェース部を設け、センサー部１０が角速度センサー１００の出力データをメモリーカードに書き込み、ホスト端末２０が当該メモリーカードからデータを読み出してインパクト状態の判定処理を行うようにしてもよい。あるいは、ホスト端末２０の処理部２００の機能をセンサー部１０に組み込んでもよい。

また、本実施形態のスイング分析装置では、処理部２００が必要な角速度データをすべて取得した後、インパクト状態の判定処理を行っているが、処理部２００が角速度データを取得する毎に、インパクト状態の判定処理をリアルタイムに行うようにしてもよい。

また、本実施形態のスイング分析装置では、スイング軸回りの角速度に基づいてインパクトのタイミングを検出しているが、加速度センサーを、例えば検出軸が打球面と垂直になるように運動器具に取り付け、当該加速度センサーの出力データに基づいて、例えば最大加速度となるタイミングをインパクトのタイミングとして検出するようにしてもよい。打球面が特定できない運動器具の場合は、３軸加速度センサーを運動器具に取り付け（取り付け位置によっては２軸加速度センサーでもよい）、運動器具の所定位置における加速度ベクトルを算出し、当該加速度ベクトルの大きさに基づいて、インパクトのタイミングを検出することができる。

また、本実施形態のスイング分析装置では、インパクト直後の判定軸の姿勢角の変化量に基づいて、インパクト状態を判定しているが、ボールがスイートスポットに当たったか否かまで正確に判定できない場合もあり得る。例えば、テニスラケットのスイングの場合、テニスラケットの長軸上のどの位置にボールが当たっても判定軸の姿勢角の変化量は小さいため、ミート成功と判定される可能性がある。一般に、ボールが当たる位置がスイートスポットを外れた場合、運動器具に発生する振動が大きくなると考えられる。そして、この振動の大きさは、インパクト直後のスイング軸回りの角速度の変化から検出できると考えられる。そこで、インパクト直後の判定軸回りの角速度とスイング軸回りの角速度に基づいて、スイートスポットに当たったか否か、あるいは、スイートスポットからどの程度離れた位置にボールが当たったかを判定するようにしてもよい。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１スイング分析装置、２テニスラケット、３テニスボール、４バット、５ボール、６ゴルフクラブ、７ゴルフボール、１０センサー部、２０ホスト端末、１００角速度センサー、１１０データ処理部、１２０通信部、２００処理部（ＣＰＵ）、２０１データ取得部、２０２姿勢算出部、２０３インパクト検出部、２０４姿勢角変化量算出部、２０５インパクト状態判定部、２０６回転軸算出部、２１０通信部、２２０操作部、２３０ＲＯＭ、２４０ＲＡＭ、２５０不揮発性メモリー、２６０表示部

Claims

角速度センサーの出力データに基づいて、スイングにおける運動器具の姿勢を算出する姿勢算出部と、
前記角速度センサーの出力データから得られる前記スイングの回転軸の回りに発生する角速度の大きさに基づいて、インパクトのタイミングを検出するインパクト検出部と、
前記姿勢算出部の算出結果に基づいて、前記インパクトのタイミング後の前記運動器具の姿勢角の変化量を算出する姿勢角変化量算出部と、
前記姿勢角変化量算出部の算出結果に基づいて、前記インパクトの状態を判定するインパクト状態判定部と、を含む、スイング分析装置。
請求項１において、
前記インパクト検出部は、
前記角速度センサーの出力データに基づいて、前記スイングの回転軸の回りに発生する角速度の大きさが最大となるタイミングをインパクトとして検出する、スイング分析装置。
請求項２において、
前記インパクト状態判定部は、
前記スイングの回転軸の回りに発生する角速度の大きさの最大値に応じて、前記インパクトの状態の判定基準を可変に設定する、スイング分析装置。
請求項１乃至３のいずれか一項において、
前記インパクト状態判定部は、
前記インパクトの状態を複数のレベルで判定する、スイング分析装置。
請求項１乃至４のいずれか一項において、
前記角速度センサーの検出軸が前記運動器具のスイングの回転軸に沿っている、スイング分析装置。
請求項１乃至５のいずれか一項において、
前記運動器具の姿勢の情報に基づいて、前記姿勢角の算出対象となる軸及び前記運動器具のスイングの軸の少なくとも一方を算出する回転軸算出部を含む、スイング分析装置。
請求項１乃至６のいずれか一項において、
前記インパクト状態判定部から出力されるインパクトの状態の判定結果を表示する、スイング分析装置。
角速度センサーの出力データに基づいて、スイングにおける運動器具の姿勢を算出する手順と、
前記角速度センサーの出力データから得られる前記スイングの回転軸の回りに発生する角速度の大きさに基づいて、インパクトのタイミングを判定する手順と、
前記姿勢の算出結果に基づいて、前記インパクトのタイミング後の前記運動器具の姿勢角の変化量を算出する手順と、
前記姿勢角の変化量の算出結果に基づいて、前記インパクトの状態を判定する手順と、をコンピューターに実行させるスイング分析プログラム。