JP6032264B2

JP6032264B2 - 運動解析装置および運動解析方法

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Publication number: JP6032264B2
Application number: JP2014242883A
Authority: JP
Inventors: 利康 ▲高▼杉; 健治佐伯; 野村　和生; 和生野村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2030-06-10
Also published as: JP2015062701A

Description

本発明は、物体の軌道または姿勢などの挙動を解析する軌道解析装置、軌道解析方法、およびゼロ点補正方法に関する。

従来から、解析対象であるテニス用のラケットを例に挙げて、そのラケットをスイングすることによるラケットの軌道または姿勢を、ラケットに取り付けられた加速度センサーおよびジャイロセンサーなどから時系列に得られる測定値、たとえば加速度および角速度から、ラケットの軌道または姿勢を解析するテニススイング改善支援システムが開示されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００９−１２５４９９号公報

しかしながら、加速度センサーまたは角速度センサーなどを備えた軌道解析装置の周囲の環境またはヒステリシス（Hysteresis）などにより、測定前の静止状態（加速度ゼロ）と、測定後の静止状態（加速度ゼロ）とにおいて、それぞれの測定値、たとえば電圧値がずれるという現象（ゼロ点ドリフト）が起こる。このゼロ点ドリフトが、無ければ、軌道解析される加速度の精度は良いと考えられるが、このゼロ点ドリフトがあることによる影響、たとえば誤差が、軌道解析される加速度の値に含まれると考えられ、その加速度の精度が劣化する。さらには、測定により検出された加速度を積分して算出された速度および距離の精度が悪化する。そして、この算出された速度および距離に基づいて、軌道または姿勢を精度よく解析し、定量的に評価することは困難であるという課題がある。

本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものである。以下の形態または適用例により実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかる軌道解析装置は、物体Ａに固定された姿勢検出部と、前記物体Ａの静止状態の第１ゼロ点を測定する第１ゼロ点測定部と、前記物体Ａの動作状態での姿勢データを測定する姿勢データ測定部と、前記物体Ａの動作後における前記物体Ａの静止状態の第２ゼロ点を測定する第２ゼロ点測定部と、前記第１ゼロ点と前記第２ゼロ点との差を算出する分析部と、前記差に基づいて、前記姿勢データを補正する補正部とを備えることを要旨とする。

これによれば、分析部において、第１ゼロ点と第２ゼロ点との差であるゼロ点ドリフト値を算出して、姿勢検出部において測定される物体Ａの動作状態での姿勢データから、ゼロ点ドリフト値に起因する影響を補正するので、ゼロ点ドリフトによる影響（誤差）を抑制し、姿勢データを精度良く得ることが可能な軌道解析装置を得ることができる。

［適用例２］上記適用例にかかる軌道解析装置において、前記補正部は、前記差を前記第１ゼロ点と前記第２ゼロ点との間の時間に比例して変動させたドリフト値により、前記姿勢データを補正することが好ましい。

これによれば、第１ゼロ点と第２ゼロ点との差であるドリフト値を、第１ゼロ点と第２ゼロ点との間の時間に比例して変動させたドリフト値により、測定値（たとえば電圧値Ｖ）を補正するので、補正の精度が向上し、さらに精度の良い姿勢データを得ることが可能な軌道解析装置を得ることができる。

［適用例３］本適用例にかかる軌道解析方法は、物体Ａの静止状態の第１ゼロ点を測定する第１ゼロ点測定工程と、前記物体Ａの動作状態の姿勢データを測定する軌道測定工程と、前記物体Ａの動作後における前記物体Ａの静止状態の第２ゼロ点を測定する第２ゼロ点測定工程と、前記第１ゼロ点と前記第２ゼロ点との差を算出する分析工程と、前記差に基づいて、前記姿勢データを補正する補正工程とを備えることを要旨とする。

これによれば、第１ゼロ点と第２ゼロ点との差であるドリフト値を、第１ゼロ点と第２ゼロ点との間の時間に比例して変動させたドリフト値により、測定値（たとえば電圧値Ｖ）を補正するので、補正の精度が向上し、さらに精度の良い姿勢データを得ることができる。

［適用例４］上記適用例にかかる軌道解析方法において、前記差を前記第１ゼロ点と前記第２ゼロ点との間の時間に比例して変動させたドリフト値により、前記姿勢データを補正することが好ましい。

これによれば、第１ゼロ点と第２ゼロ点との差であるドリフト値を、第１ゼロ点と第２ゼロ点との間の時間に比例して変動させたドリフト値により、測定値（たとえば電圧値Ｖ）を補正するので、補正の精度が向上し、さらに精度の良い姿勢データを得ることが可能となる。

［適用例５］本適用例にかかるゼロ点補正方法は、物体Ａの静止状態の第１ゼロ点を測定する第１ゼロ点測定工程と、前記物体Ａの動作状態の姿勢データを測定する軌道測定工程と、前記物体Ａの動作後における前記物体Ａの静止状態の第２ゼロ点を測定する第２ゼロ点測定工程と、前記第１ゼロ点と前記第２ゼロ点との差を算出する分析工程と、前記差に基づいて、前記姿勢データを補正する補正工程とを備えることを要旨とする。

［適用例６］上記適用例にかかるゼロ点補正方法において、前記差を前記第１ゼロ点と前記第２ゼロ点との間の時間に比例して変動させたドリフト値により、前記姿勢データを補正することが好ましい。

実施形態にかかる物体Ａとしてテニス用のラケットを示す概略図。実施形態にかかるプレーヤーによるラケットのスイングを示す動作概略図。ゼロ点ドリフトを示す概略図。実施形態にかかる軌道解析装置の構成を示す概略構成図。実施形態にかかる軌道解析方法を示すフローチャート。実施形態にかかる軌道解析方法およびゼロ点補正方法を示す概略図。

以下の実施形態では、物体Ａとしてテニス用のラケットを一例に挙げて、軌道解析装置、軌道解析方法、および軌道解析のゼロ点補正方法について説明する。

（実施形態）
以下、本実施形態について、図１から図６を参照して説明する。

まず、本実施形態にかかる軌道解析方法を採用した軌道解析装置を備えるラケットについて、図１を参照して説明する。

図１に示すように、ラケット５０は、グリップ部５１と、フレーム部５２と、ガット部５３と、軌道検出装置１０とを備えている。
グリップ部５１の一端５１ａに、軌道検出装置１０が、取り付けられている。グリップ部５１の他端５１ｂに、フレーム部５２が形成されている。フレーム部５２に囲まれた領域に、樹脂繊維などからなるガットが張られたガット部５３を形成している。

次に、本実施形態にかかる軌道解析方法を採用した軌道解析装置３０により、測定されるおよび解析されるラケットの姿勢データおよび／または軌道データ（以下、姿勢データと記す）について説明する。

図２に示すように、軌跡Ｒは、プレーヤーＸがグリップ部５１を握り、ラケット５０をスイングすることにより、破線矢印で図示するように辿って描かれる。このスイングにより、テニスボールを打撃する、または素振りをする。図２では、軌跡Ｒを次の軌跡Ｒ１、軌跡Ｒ２、および軌跡Ｒ３を想定して示している。軌跡Ｒ１は、テイクバックなどの比較的緩やかな速度のスイングである。軌跡Ｒ２は、テイクバック後から打撃（インパクト）までの比較的早い速度のスイングである。そして、軌跡Ｒ３は、打撃後に振り切る（フォロースルー）までの減速状態でのスイングである。

図２に示したスイングにより、軌道検出装置１０（図４参照、慣性センサー１）から時系列に得られる測定値（ここでは電圧値Ｖ）を、図３に示すように示す。図３では、ラケット５０のスイングを開始する時間を時間ｔ１と示し、スイングを終了する時間を時間ｔ２と示す。
図３に示すように、時間ｔ１以前の静止状態での第１ゼロ点と、時間ｔ２以後の静止状態での第２ゼロ点とでは、電圧値Ｖが異なるという現象（ゼロ点ドリフト）が起こっていることを確認できる。図３では、このゼロ点ドリフトの値をゼロ点ドリフト値Ｄと図示する。

図４に示すように、軌道解析装置３０は、軌道検出装置１０と、解析装置２０とを備えている。

軌道検出装置１０は、慣性センサー１と、姿勢検出部２と、データインターフェイス部３と、演算部４と、姿勢データ生成部７と、送信部１２とを備えている。姿勢データ生成部７は、分析部８と、補正部９とを備えている。

姿勢検出部２は、物体Ａ（ラケット５０）の軌道および姿勢の情報として角速度および加速度などを検出する慣性センサー１を備えている。慣性センサー１は、加速度センサー６、角速度センサー５、地磁気センサー１１を備えて構成され、それぞれ３軸を備えている。

データインターフェイス部３は、姿勢検出部２から送られる慣性センサー１の測定値としてたとえば電圧値Ｖなどのアナログデータを、デジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器の機能を有している。
演算部４は、データインターフェイス部３からのデジタルデータ、たとえば姿勢データを演算するＣＰＵの機能を備えている。

姿勢データ生成部７は、姿勢データを基にして、図３で示した波形を生成する。
そして、姿勢データ生成部７の分析部８で、図３で示された波形に含まれると想定される影響または誤差があるか否か、およびその量を、時間ｔ１から時間ｔ２、および時間ｔ２における各時点における測定値（電圧値Ｖ）を分析し、補正値を算出する。
分析部８において分析および算出された補正値を基にして、姿勢データ生成部７の補正部９で、図３で示した時間ｔ１から時間ｔ２、および時間ｔ２における各時点における波形を補正する。

送信部１２は、姿勢データを、軌道検出装置１０から解析装置２０へ送信する機能を備えている。本実施形態では無線通信手段によって姿勢データの送信を行う。

解析装置２０は、受信部２１と、解析部２２と、操作部２３と、通知部２４とを備えている。
受信部２１は、軌道検出装置１０の送信部１２から送られた姿勢データを受信する機能を備えている。解析部２２は、受信部２１で受信した姿勢データを解析するＣＰＵと解析結果を保存するメモリーなどを備えている。操作部２３は、解析部２２に保存された解析結果を、観測者へ通知するための操作機能を備えている。通知部２４は、解析部２２における作業、たとえば解析部２２に保存された解析結果を表示する機能を備えている。このような構成により、解析装置２０は、軌道検出装置１０で得られた姿勢データを観測者またはプレーヤーＸに通知することができる。

次に、軌道検出装置１０を用いて、ラケット５０の軌跡Ｒを測定する軌道解析方法およびゼロ点補正方法について、図５から図６を参照して説明する。

図５に示すように、本実施形態の軌道解析方法は、第１ゼロ点測定工程（Ｓ１０１）と、軌道測定工程（Ｓ１０２）と、第２ゼロ点測定工程（Ｓ１０３）と、姿勢データ生成工程（Ｓ１０４）とを備えている。姿勢データ生成工程（Ｓ１０４）は、分析工程（Ｓ１０５）と、補正工程（Ｓ１０６）とを備えている。

第１ゼロ点測定工程（Ｓ１０１）において、ラケット５０の動作前、ラケット５０をスイングする前である時間ｔ１以前の静止状態、つまり加速度がゼロの状態である第１ゼロ点を測定する。これにより、時間ｔ１以前の静止状態での測定値（電圧値Ｖ）を得る。
ここでの静止状態は、たとえば地面上、コート上、テーブル上などに、ラケット５０を置く、またはプレーヤーＸがグリップ部５１を握って静止するなどの状態で測定することが例として挙げられる。

軌道測定工程（Ｓ１０２）において、ラケット５０の動作状態、ラケット５０をスイング中のラケット５０の軌跡Ｒ、つまり姿勢データを測定する。これにより、時間ｔ１から時間ｔ２までの間での動作状態の測定値（電圧値Ｖ）を得る。

第２ゼロ点測定工程（Ｓ１０３）において、ラケット５０の動作後、ラケット５０をスイングした後の時間ｔ２以後の静止状態、つまり加速度がゼロの状態である第２ゼロ点を測定する。これにより、時間ｔ２以後の静止状態での測定値（電圧値Ｖ）を得る。
ここでの静止状態は、第１ゼロ点測定工程（Ｓ１０１）において例示した中から選択して実施した同一の静止状態で測定することが好ましい。

このように、第１ゼロ点測定工程（Ｓ１０１）、軌道測定工程（Ｓ１０２）、および第２ゼロ点測定工程（Ｓ１０３）を経て、時間ｔ１以前の静止状態、時間ｔ１から時間ｔ２までの間での動作状態、および時間ｔ２以後の静止状態での測定値（電圧値Ｖ）を時系列に得る。

姿勢データ生成工程（Ｓ１０４）において、第１ゼロ点測定工程（Ｓ１０１）、軌道測定工程（Ｓ１０２）、および第２ゼロ点測定工程（Ｓ１０３）で時系列に得られた電圧値Ｖの推移を生成する。これにより、図６（ａ）に示す波形を得る。ここで、測定開始時間（ゼロ）から時間ｔ１までの間の電圧値Ｖの推移を、図６（ａ）に実線で示す。そして、時間ｔ１から時間ｔ２までの間、および時間ｔ２以後の電圧値Ｖの推移を、図６（ａ）に破線で示す。
図３に示して上述したように、図６（ａ）では、時間ｔ１以前の静止状態での第１ゼロ点と、時間ｔ２以後の静止状態での第２ゼロ点とでは、電圧値Ｖが異なるという現象（ゼロ点ドリフト）を確認できる。図６（ａ）では、このゼロ点ドリフトの値を、図３と同様に、ゼロ点ドリフト値Ｄと図示する。

分析工程（Ｓ１０５）において、第１ゼロ点から第２ゼロ点との差であるゼロ点ドリフト値Ｄを算出する。これにより、図６（ｂ）に示す時間ｔ２以後におけるゼロ点ドリフト値Ｄを算出する。
引き続き、図６（ｂ）に示すように、差であるゼロ点ドリフト値Ｄを、第１ゼロ点と第２ゼロ点との間の時間ｔ（＝ｔ２−ｔ１）に比例して変動したものと仮定し、補正時間軸Ｔｒを一点鎖線で示す。
そして、図６（ｂ）に実線で示した実時間軸Ｔ（図示横軸）と、一点鎖線で示した補正時間軸Ｔｒとにおいて、時間ｔ１から時間ｔ２までの間の各時間ｔｅにおける各ドリフト値Ｄｅを算出する。

補正工程（Ｓ１０６）において、各ドリフト値Ｄｅに基づいて、姿勢データを補正する。図６（ｃ）に示すように、分析工程（Ｓ１０５）において算出された時間ｔ１から時間ｔ２までの間の各時間ｔｅにおける各ドリフト値Ｄｅを、時間ｔ１から時間ｔ２までの間において破線で示した波形の各時間ｔｅに反映させる。同様にして、時間ｔ２以後におけるゼロ点ドリフト値Ｄを、時間ｔ２以後において破線で示した波形に反映させる。
具体的には、図６（ｃ）に示す時間ｔｅにおいて、実線で示した実時間軸Ｔと、一点鎖線で示した補正時間軸Ｔｒとは、ドリフト値Ｄｅの差が生じている。時間ｔｅでの電圧値Ｖには、ドリフト値Ｄｅが含まれ、それを排除するために、電圧値Ｖからドリフト値Ｄｅを差引く。つまり、図６（ｃ）に示すように、時間ｔｅでの電圧値Ｖをドリフト値Ｄｅだけ移動させる。このように軌道解析方法およびゼロ点補正方法を実施して、破線で示した波形を、実線で示した波形へ補正する。

このようにして、ゼロ点ドリフトが生じることによる影響または誤差が補正された波形を、図６（ｄ）に示すように得る。

本実施形態によれば、分析部８において、第１ゼロ点と第２ゼロ点との差であるゼロ点ドリフト値Ｄを算出して、姿勢検出部２において測定されるラケット５０の動作状態での姿勢データから、ゼロ点ドリフト値Ｄに起因する影響を補正するので、ゼロ点ドリフトによる影響（誤差）を抑制し、姿勢データを精度良く得ることが可能な軌道解析装置３０を得ることができる。

そして、第１ゼロ点と第２ゼロ点との差であるゼロ点ドリフト値Ｄを、第１ゼロ点と第２ゼロ点との間の時間ｔに比例して変動させたドリフト値Ｄｅにより、電圧値Ｖを補正するので、補正の精度が向上し、さらに精度の良い姿勢データを得ることが可能な軌道解析装置３０を得ることができる。

また、分析工程（Ｓ１０５）において、第１ゼロ点と第２ゼロ点との差であるゼロ点ドリフト値Ｄを算出して、軌道測定工程（Ｓ１０２）において測定されるラケット５０の動作状態での姿勢データから、ゼロ点ドリフト値Ｄに起因する影響を補正するので、ゼロ点ドリフトによる影響（誤差）を抑制し、姿勢データを精度良く得ることが可能な軌道解析方法およびゼロ点補正方法を提供することができる。

さらには、第１ゼロ点と第２ゼロ点との差であるゼロ点ドリフト値Ｄを、第１ゼロ点と第２ゼロ点との間の時間ｔに比例して変動させたドリフト値Ｄｅにより、電圧値Ｖを補正するので、補正の精度が向上し、さらに精度の良い姿勢データを得ることが可能な軌道解析方法およびゼロ点補正方法を提供することができる。

なお、上記課題の少なくとも一部を解決できる範囲での変形、改良などは前述の実施形態に含まれるものである。

たとえば、グリップ部５１の一端５１ａに、軌道検出装置１０が、取り付けられているとしたが、これに限るものではなく、グリップ部５１の他端５１ｂ、あるいはフレーム部５２に取り付けられているとしてもよい。

また、上述の実施形態では物体Ａとしてテニス用のラケットを一例に挙げて説明したが、これに限るものではなく、以下に示すものにも適用することができる。たとえば、物体Ａは、スカッシュ、バトミントンなどのラケット、ゴルフクラブ、野球のバット、アイスホッケーのスティック、ビリヤードのキュー、ハンマー投げのハンマー、槍投げ競技の槍、カヌー、カヤックなどのオール、などプレーヤーＸ（人間）が手に持つ用具が挙げられる。また、物体Ａとして、例えばスキー、スノーボード、サーフィンボード、そり、など人が乗って操作する用具も挙げられる。更には、スカイダイビング、水泳、など人間自体も対象として挙げられる。

１…慣性センサー、２…姿勢検出部、３…データインターフェイス部、４…演算部、５…加速度センサー、６…角速度センサー、７…姿勢データ生成部、８…分析部、９…補正部、１０…軌道検出装置、１１…地磁気センサー、１２…送信部、２０…解析装置、２１…受信部、２２…解析部、２３…操作部、２４…通知部、３０…軌道解析装置、５１…グリップ部、５１ａ…グリップ部の一端、５１ｂ…グリップ部の他端、５２…フレーム部、５３…ガット部、ｔ，ｔ１，ｔ２…時間、Ｒ，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…軌跡。

Claims

運動器具に装着された慣性センサーを用いてスイングを解析する運動解析装置であって、
前記慣性センサーを用いて、前記スイングの開始前の前記運動器具の静止状態における第１電圧を測定する第１電圧測定部と、
前記慣性センサーを用いて、前記スイングの開始から終了までの前記運動器具の運動状態における第２電圧を測定する第２電圧測定部と、
前記慣性センサーを用いて、前記スイングの終了後の前記運動器具の静止状態における第３電圧を測定する第３電圧測定部と、
前記第１電圧と前記第３電圧との間の差を算出し、前記差に基づいて、前記第２電圧を補正する補正部と、
補正された前記第２電圧に基づき、前記運動器具の姿勢データを演算する姿勢データ生成部と、
前記姿勢データ生成部で演算された前記姿勢データを送信する送信部と、を備えた検出装置と、
前記検出装置の前記送信部から送信された前記姿勢データを受信し、前記姿勢データをユーザーに通知する解析装置と、
を備えることを特徴とする運動解析装置。
請求項１に記載の運動解析装置において、
前記補正部は、前記第１電圧と前記第３電圧との間の差が、前記第１電圧を取得した時間ｔ１と前記第３電圧を取得した時間ｔ２との間の時間（ｔ２−ｔ１）に比例して変動するものとして、前記時間ｔ１から前記時間ｔ２までの間の時間ｔｅにおける電圧の補正を行うことを特徴とする運動解析装置。
請求項１または２に記載の運動解析装置において、
前記姿勢データ生成部で演算された前記姿勢データを解析装置に送信する送信部を備えることを特徴とする運動解析装置。
運動器具に装着された慣性センサーを用いてスイングを解析する運動解析方法であって、
前記慣性センサーを用いて、前記スイングの開始前の前記運動器具の静止状態における第１電圧を測定する第１電圧測定工程と、
前記慣性センサーを用いて、前記スイングの開始から終了までの前記運動器具の運動状態における第２電圧を測定する第２電圧測定工程と、
前記慣性センサーを用いて、前記スイングの終了後の前記運動器具の静止状態における第３電圧を測定する第３電圧測定工程と、
前記第１電圧と前記第３電圧との間の差を算出し、前記差に基づいて、前記第２電圧を補正する補正工程と、
補正された前記第２電圧に基づき、前記運動器具の姿勢データを演算する姿勢データ生成工程と、
前記姿勢データ生成部で演算された前記姿勢データを送信する工程と、
前記送信部から送信された前記姿勢データを外部の解析装置が受信する工程と、
前記解析装置が前記姿勢データをユーザーに通知する工程と、
を備えることを特徴とする運動解析方法。
請求項４に記載の運動解析方法において、
前記補正工程は、前記第１電圧と前記第３電圧との間の差が、前記第１電圧を取得した時間ｔ１と前記第３電圧を取得した時間ｔ２との間の時間（ｔ２−ｔ１）に比例して変動するものとして、前記時間ｔ１から前記時間ｔ２までの間の時間ｔｅにおける電圧の補正を行うことを特徴とする運動解析方法。
請求項４または５に記載の運動解析方法において、
前記姿勢データ生成工程で演算された前記姿勢データを解析装置に送信することを特徴とする運動解析方法。