JP6029369B2 - Swing simulation method - Google Patents
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Description
本発明は、スイングのシミュレーション方法に関するものである。 The present invention relates to a swing simulation method.
ゴルファクラブを用いたスイングにおいて、ヘッドスピードやブロー角は各ゴルファのスイングの特徴を顕著に反映する。ヘッドスピード及びブロー角などのスイングの特徴量は、主に、ゴルファなどのスイングの動作主体となる対象からの入力に起因する。ゴルファが理想的なスイングの特徴量を実現することができるゴルフクラブを開発することが、非常に重要であると考えられている。 In a swing using a golfer club, the head speed and blow angle significantly reflect the swing characteristics of each golfer. The swing characteristic amount such as the head speed and the blow angle is mainly caused by an input from an object that is a main subject of the swing such as a golfer. It is considered to be very important to develop a golf club that allows golfers to realize ideal swing features.
したがって、ゴルフクラブの設計開発において、スイングをシミュレーションし、その特徴量を解析することは非常に有益である。また、そのような解析により得られる情報は、ゴルファが理想的なスイングを実現することができる最適なゴルフクラブを選択する際にも、非常に重要な指標となりうる。 Therefore, in designing and developing a golf club, it is very useful to simulate the swing and analyze the feature amount. In addition, information obtained by such an analysis can be a very important index when a golfer selects an optimal golf club capable of realizing an ideal swing.
ゴルファによるスイング時におけるゴルフクラブの挙動を解析する方法としては、従来、スイングを測定して、ゴルファの関節角度を導出し、関節に作用するトルクを導出するとともに、ゴルファの腕モデル及びゴルフクラブモデルを設定して、シミュレーションを実施する方法が提案されてきた(例えば、特許文献1参照)。このような方法によれば、シミュレーションの計算を安定させることができる。 As a method of analyzing the behavior of a golf club during a swing by a golfer, conventionally, a swing is measured, a golfer's joint angle is derived, a torque acting on the joint is derived, and the golfer's arm model and golf club model There has been proposed a method for performing simulation by setting (see, for example, Patent Document 1). According to such a method, simulation calculation can be stabilized.
特許文献1に記載のゴルフクラブの挙動の解析方法では、スイング腕モデルを計測で得られた関節の角度やトルクに追従させて、シミュレーション時にゴルフクラブをスイングさせていた。しかし、スイングするゴルフクラブを変えた場合、ゴルファが実際に行うことができる関節の角度やトルクは、ゴルファの筋力等に依存してそれぞれ異なる。一方、特許文献1に記載のゴルフクラブの挙動の解析方法では、シミュレーション時に、ゴルフクラブの重量等を変化させても、測定した関節の角度やトルクに対してスイング腕モデルを強制的に追従させるので、実際のスイングとはかけ離れたシミュレーション結果となるおそれがあった。 In the golf club behavior analysis method described in Patent Document 1, the swing arm model is caused to follow the joint angle and torque obtained by measurement, and the golf club is swung during simulation. However, when the swinging golf club is changed, the joint angle and torque that the golfer can actually perform differ depending on the muscle strength of the golfer and the like. On the other hand, in the golf club behavior analysis method described in Patent Document 1, the swing arm model is forced to follow the measured joint angle and torque even when the weight of the golf club is changed during simulation. Therefore, there is a possibility that the simulation result is far from the actual swing.
したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、ゴルフクラブを用いたスイングをシミュレーションするに当たって、実際のスイングに近いシミュレーション結果を得ることができるスイングのシミュレーション方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention made in view of such circumstances is to provide a swing simulation method capable of obtaining a simulation result close to an actual swing when simulating a swing using a golf club.
上記目的を達成する本発明に係るスイングのシミュレーション方法は、ゴルファによるゴルフクラブを用いたスイングのシミュレーション方法であって、
前記スイングを三次元計測して、前記ゴルファの身体挙動及び前記ゴルフクラブの挙動を取得する測定ステップと、
前記測定ステップにより得られたゴルファ身体挙動データ及びゴルフクラブ挙動データを用いて前記ゴルファの関節トルクを含むパラメータを算出するパラメータ算出ステップと、
前記ゴルファの筋力レベルを含む身体パラメータを用いて前記ゴルファの筋骨格モデルを設定するステップと、
前記ゴルファの筋骨格モデルに、前記パラメータ算出ステップで算出されたパラメータを入力して、前記ゴルフクラブのゴルフクラブモデルをスイングさせて、前記ゴルファがスイングにあたって実際に発揮できる筋力及び関節トルクをシミュレーション結果に反映させるシミュレーションステップと、
前記シミュレーションステップによるシミュレーション結果に基づいて、スイングの特徴量を算出する特徴量算出ステップと、
を含むことを特徴とするものである。
A swing simulation method according to the present invention for achieving the above object is a swing simulation method using a golf club by a golfer,
A measurement step of three-dimensionally measuring the swing to obtain the golfer's body behavior and the golf club behavior;
A parameter calculating step of calculating a parameter including a joint torque of the golfer using the golfer body behavior data and the golf club behavior data obtained by the measuring step ;
Setting the golfer's musculoskeletal model using body parameters including the golfer's muscle strength level;
The golf player's musculoskeletal model is input with the parameters calculated in the parameter calculating step, and the golf club model of the golf club is swung. and a simulation step of Ru to reflect on,
A feature amount calculating step for calculating a swing feature amount based on a simulation result of the simulation step;
It is characterized by including.
本発明によるスイングのシミュレーションシステムによれば、実際のスイングに近いシミュレーション結果を得ることができる。 According to the swing simulation system of the present invention, a simulation result close to an actual swing can be obtained.
また、本発明に係るスイングのシミュレーション方法において、前記測定ステップにおいて、
前記ゴルファの身体挙動を、前記ゴルファの肩、肘、手首、及び手の三次元位置時系列データとして取得し、前記ゴルフクラブの挙動を前記ゴルフクラブのグリップ部の三次元位置時系列データとして取得することが好ましい。
In the swing simulation method according to the present invention, in the measurement step,
The body behavior of the golfer is acquired as three-dimensional position time-series data of the golfer's shoulder, elbow, wrist, and hand, and the behavior of the golf club is acquired as three-dimensional position time-series data of the grip portion of the golf club. It is preferable to do.
この構成によれば、シミュレーション精度を一層向上させることができる。 According to this configuration, the simulation accuracy can be further improved.
また、本発明に係るスイングのシミュレーション方法において、前記パラメータ算出ステップにおいて、
関節トルクを含む前記パラメータを、前記ゴルファの、肩、肘、及び手首を含む関節の角度の時系列データに基づいて算出することが好ましい。
In the swing simulation method according to the present invention, in the parameter calculation step,
It is preferable that the parameter including joint torque is calculated based on time series data of angles of joints including shoulder, elbow, and wrist of the golfer.
さらにまた、本発明に係るスイングのシミュレーション方法において、前記身体パラメータは、さらに、身長、体重、関節間の長さ、慣性モーメント定数、身体各部の周囲長、関節位置座標、及び関節の自由度から選択される少なくとも1つを含むことが好ましい。
これらの構成によれば、シミュレーション精度を一層向上させることができる。
Furthermore, in the swing simulation method according to the present invention, the body parameters further include height, weight, length between joints, moment of inertia constant, circumference of each part of the body, joint position coordinates, and degrees of freedom of joints. It is preferable to include at least one selected.
According to these configurations, the simulation accuracy can be further improved.
本発明によれば、実際のスイングに近いシミュレーション結果を得ることができる。 According to the present invention, a simulation result close to an actual swing can be obtained.
以下、本発明の一実施形態に係るスイングのシミュレーション方法について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, a swing simulation method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係るスイングのシミュレーション方法を説明するためのフローチャートである。本実施形態のシミュレーション方法では、先ず、ゴルフクラブをゴルファにスイングさせ、そのスイングを三次元測定し、ゴルファ2の身体挙動及びゴルフクラブの挙動を取得する測定ステップを実施する(ステップS01)。
FIG. 1 is a flowchart for explaining a swing simulation method according to an embodiment of the present invention. In the simulation method of the present embodiment, first, the golf club is swung by the golfer, the swing is three-dimensionally measured, and the measurement step of acquiring the body behavior of the
ステップS01では、ゴルファの身体挙動として、ゴルファの腕の挙動を取得し、ゴルフクラブの挙動として、ゴルフクラブのグリップ部の挙動を取得する。図2(a)、(b)に示すように、ステップS01では、先ず、ゴルファ(被験者)2に光を反射する複数個のマーカー3(図では白丸で表示される)が固着される。マーカー3は、ゴルファ2の肩、肘、手首、及び手に固着される。グリップ部の挙動データにより、手首の関節角度(橈屈、尺屈など)やトルクを算出する。本実施形態のゴルファ2は右打ちである。また、本実施形態では、ゴルファ2の利き腕と反対側の腕(左腕)の運動軌跡が取得される。このため、測定精度を高めるために、より多くのマーカー3がゴルファ2の左腕に固着される。なお、左腕を対象としたのは、第一にゴルフスイング軌道は利き腕と反対側の腕の寄与が大きく、第二に右腕の除去は後述のスイング腕モデルが複雑な閉ループになるのを防ぐのに役立つためである。ただし、右腕又は両腕の軌跡を求めても良いのは言うまでもない。
In step S01, the behavior of the golfer's arm is acquired as the body behavior of the golfer, and the behavior of the grip portion of the golf club is acquired as the behavior of the golf club. As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), in step S01, first, a plurality of markers 3 (indicated by white circles in the figure) for reflecting light to the golfer (subject) 2 are fixed. The
さらに、図3に示されるように、ゴルフクラブ4にも、複数個のマーカー3が固着される。ゴルフクラブ4に固着されたマーカー3により、ゴルフクラブのグリップ部の挙動が取得される。なお、マーカー3は、グリップ部4cの上部と、グリップ部4cの直下であるシャフト部4a上と、シャフト部4aから離間した位置に取付部材jなどを介して固着される。
Further, as shown in FIG. 3, a plurality of
次に、図4に示されるように、マーカー3の装着後、ゴルファ2にゴルフクラブ4をスイングさせる。スイングは、構えた静止状態であるアドレス(同図a)、該アドレスからゴルフクラブ4を最上部まで持ち上げるトップ(同図b)、該トップから下にゴルフクラブを振り下ろしてインパクト、フォロースル及びフィニッシュ(同図cないしe)までの一連の動作を含む。
Next, as shown in FIG. 4, after mounting the
また、スイングの一連の動作は、光学式のモーションキャプチャシステムで三次元撮影される。三次元撮影では、例えば、赤外線ストロボを具えかつ同期する複数台のCCDカメラで異なる方向からゴルファ2のスイングが撮影される。本実施形態では、サンプリング周波数を250Hz、解像度は1280×1024ピクセルとした。
In addition, a series of swing operations are three-dimensionally photographed by an optical motion capture system. In the three-dimensional shooting, for example, the swing of the
撮影されたスイングの画像データは、コンピュータに取り込まれ、逐次、各マーカー3の位置、即ち各マーカー3の3次元位置時系列データが取得される。そして、このマーカー3の3次元位置データから、ゴルファ2の左腕のスイングの三次元の運動軌跡及びゴルフクラブ4の挙動が求められる。即ち、左腕の肩関節を支点とした上腕部、上腕部と肘関節でつながる前腕部及び前腕部と手首関節でつながる手首部の3部分の運動軌跡、及びゴルフクラブ4のグリップ部の運動軌跡が前記マーカー3の3次元位置データから導出される。
The captured image data of the swing is taken into a computer, and the position of each
次に、上記ステップで取得された運動軌跡から、上記ゴルファ2の関節トルクを含むパラメータを算出するパラメータ算出ステップを実施する(ステップS02)。パラメータは、ゴルファ2の肩、肘、及び手首を含む関節の角度の時系列データに基づいて算出することが好ましい。
Next, a parameter calculation step for calculating a parameter including the joint torque of the
本実施形態において、ゴルファ2の上記各関節の位置は、モーションキャプチャーソフトウェアを利用して推測することができる。該ソフトウェアは、肩、肘及び手首の各関節間に一定のベクトル長さの状態を持った固定された模擬フレームを利用して、各関節での位置及び上記各角度を計算することができる。そして、計算した関節角度で運動する前記ゴルファ2の腕の肩、肘及び手首の各関節に作用するトルクを算出する。なお、本明細書において、「トルク」という語は「モーメント」と同義で用いる。
In the present embodiment, the position of each joint of the
ここで、本ステップにおいて、トルクを算出するにあたり、逆動力学計算に基づいて、ゴルファ2の腕の肩、肘及び手首の各関節に作用するトルクが計算される。逆動力学計算は、身体の運動方程式に対して、運動データ(ここでは各関節の角度の時系列データ)を入力することにより、駆動力となる力を計算する手法である。より具体的には、ゴルファ2の左腕の前記各関節の角度(角速度又は角加速度)を与えることにより、各関節に作用するトルク(関節反力)を時系列的に計算することができる。このような逆動力学計算は、コンピュータで汎用ソフトウェア(例えば、TNO社製の汎用機構解析ソフトウェア「MYDYMO」)を実行することによって容易に行うことができる。
Here, in this step, when calculating the torque, the torque acting on the shoulder, elbow and wrist joints of the
次に、ゴルファ2の筋骨格モデルに、ステップS03で算出されたパラメータを入力して、ゴルフクラブのゴルフクラブモデルをスイングさせるシミュレーションステップを実施する(ステップS03)。本ステップにおけるシミュレーションに基づいて、ゴルファ2の筋張力や関節トルクを解析し、さらにゴルフクラブモデルの挙動を解析することができる。
Next, the simulation step of swinging the golf club model of the golf club is performed by inputting the parameter calculated in step S03 to the musculoskeletal model of the golfer 2 (step S03). Based on the simulation in this step, the muscle tension and joint torque of the
ゴルファ2の筋骨格モデルは、例えば、特開2010−29340号公報に記載の筋骨格モデルであり、かかる筋骨格モデルによれば、ゴルファ2の運動データから計算した関節トルクを筋張力に写像することができる。
The musculoskeletal model of the
ここで、本ステップの実施に先立って、身体パラメータとして、身長、体重、関節間の長さ、慣性モーメント定数、身体各部の筋力レベル、身体各部の周囲長、関節位置座標、関節の自由度等を用いて、ゴルファ2に適した筋骨格モデルを設定しておく。このようにして設定した適切な筋骨格モデルをスイングのシミュレーションに用いることで、シミュレーションに用いるゴルフクラブモデルを変更させた場合にも、ゴルファ2がスイングにあたって実際に発揮できる筋力や関節トルクをシミュレーション結果に反映させることが可能となり、シミュレーション結果を実際のシミュレーションに近づけることが可能になる。
Here, prior to the implementation of this step, body parameters such as height, weight, length between joints, moment of inertia constant, muscle strength level of each part of body, perimeter of each part of body, joint position coordinates, degree of freedom of joint, etc. Is used to set a musculoskeletal model suitable for the
また、本ステップにおいて使用するゴルフクラブモデルは、例えば、ヘッド部4b以外を弾性体として設定したゴルフクラブモデルである。ゴルフクラブモデルの入力パラメータ(例えば、曲げ剛性や捻り剛性を含むシャフト特性、ならびに、重心位置、質量、及び容積を含むヘッド特性)を変更してシミュレーションを実施することにより、様々なゴルフクラブ4を用いた場合のゴルファ2のスイングにおけるゴルフクラブ4のしなりやねじれに関する情報を得る事ができる。
In addition, the golf club model used in this step is a golf club model in which other than the head portion 4b is set as an elastic body, for example. By changing the input parameters of the golf club model (for example, shaft characteristics including bending rigidity and torsional rigidity, and head characteristics including the center of gravity, mass, and volume), various golf clubs 4 can be obtained. Information regarding the bending and twisting of the golf club 4 in the swing of the
そして、ステップS03におけるシミュレーション結果に基づいて、例えばヘッドスピードやブロー角といったスイングの特徴量を算出する特徴量算出ステップを実施する(ステップS04)。ここで、ステップS03においてヘッド部4b以外を弾性体として設定したゴルフクラブモデルことにより、シャフトのしなりやねじれの影響が反映されたヘッドスピードや、ブロー角といった特徴量を検出することが可能となる。これらの特徴量は、ゴルファ2が適したゴルフクラブを選択する上で、そして、ゴルフクラブを開発する上で非常に有効である。
Then, based on the simulation result in step S03, a feature amount calculation step for calculating a swing feature amount such as a head speed and a blow angle is performed (step S04). Here, by using the golf club model in which the part other than the head part 4b is set as an elastic body in step S03, it is possible to detect a feature amount such as a head speed and a blow angle in which the influence of the bending and twisting of the shaft is reflected. Become. These feature amounts are very effective for the
このように、本実施形態によるスイングのシミュレーション方法によれば、シミュレーションにおいてゴルフクラブの重量を変化させた場合において、ゴルファの筋力等の個人差を反映することが可能となり、シミュレーション精度を向上させることができる。 As described above, according to the swing simulation method according to the present embodiment, when the weight of the golf club is changed in the simulation, it is possible to reflect individual differences such as the muscular strength of the golfer, and to improve the simulation accuracy. Can do.
上述のような本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。従って、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。 It will be apparent to those skilled in the art that many changes and substitutions can be made within the spirit and scope of the invention as described above. Therefore, the present invention should not be construed as being limited by the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the claims.
2 :ゴルファ
3 :マーカー
4 :ゴルフクラブ
4a :シャフト部
4b :ヘッド部
4c :グリップ部
j :取付部材
2: Golfer 3: Marker 4:
Claims (4)
前記スイングを三次元計測して、前記ゴルファの身体挙動及び前記ゴルフクラブの挙動を取得する測定ステップと、
前記測定ステップにより得られたゴルファ身体挙動データ及びゴルフクラブ挙動データを用いて前記ゴルファの関節トルクを含むパラメータを算出するパラメータ算出ステップと、
前記ゴルファの筋力レベルを含む身体パラメータを用いて前記ゴルファの筋骨格モデルを設定するステップと、
前記ゴルファの筋骨格モデルに、前記パラメータ算出ステップで算出されたパラメータを入力して、前記ゴルフクラブのゴルフクラブモデルをスイングさせて、前記ゴルファがスイングにあたって実際に発揮できる筋力及び関節トルクをシミュレーション結果に反映させるシミュレーションステップと、
前記シミュレーションステップによるシミュレーション結果に基づいて、スイングの特徴量を算出する特徴量算出ステップと、
を含むことを特徴とする、スイングのシミュレーション方法。 A swing simulation method using a golf club by a golfer,
A measurement step of three-dimensionally measuring the swing to obtain the golfer's body behavior and the golf club behavior;
A parameter calculating step of calculating a parameter including a joint torque of the golfer using the golfer body behavior data and the golf club behavior data obtained by the measuring step;
Setting the golfer's musculoskeletal model using body parameters including the golfer's muscle strength level;
The golf player's musculoskeletal model is input with the parameters calculated in the parameter calculating step, and the golf club model of the golf club is swung. and a simulation step of Ru to reflect on,
A feature amount calculating step for calculating a swing feature amount based on a simulation result of the simulation step;
A method of simulating a swing, comprising:
前記ゴルファの身体挙動を、前記ゴルファの肩、肘、手首、及び手の三次元位置時系列データとして取得し、前記ゴルフクラブの挙動を前記ゴルフクラブのグリップ部の三次元位置時系列データとして取得することを特徴とする、請求項1に記載のスイングのシミュレーション方法。 In the measuring step,
The body behavior of the golfer is acquired as three-dimensional position time-series data of the golfer's shoulder, elbow, wrist, and hand, and the behavior of the golf club is acquired as three-dimensional position time-series data of the grip portion of the golf club. The swing simulation method according to claim 1, wherein:
関節トルクを含む前記パラメータを、前記ゴルファの、肩、肘、及び手首を含む関節の角度の時系列データに基づいて算出することを特徴とする、請求項2に記載のスイングのシミュレーション方法。 In the parameter calculation step,
The swing simulation method according to claim 2, wherein the parameter including joint torque is calculated based on time series data of angles of joints including a shoulder, an elbow, and a wrist of the golfer.
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