JP6186544B1 - センサーを内蔵したボールを含むシステム - Google Patents

Abstract

少なくとも３軸加速度センサー、３軸ジャイロセンサーおよび３軸地磁気センサーとして機能する第１のセンサーを内蔵したボール（１０）であって、第１のセンサーにより検出されたセンサーデータを無線により伝送する第１の通信ユニット（１６）を含むボールと、第１の通信ユニットとペアリングされる第２の通信ユニット（２１）を含む携帯端末（２０）とを有するシステム（１）を提供する。携帯端末は、ペアリングされたボールが単独で移動する環境を示す外部情報を取得するユニット（６１）と、第１の通信ユニットおよび第２の通信ユニットを介して得られたペアリングされたボールのセンサーデータを外部情報と関連付けしてペアリングされたボールのボール移動データ（５５）を生成するユニット（６３）とを含む。

Description

本発明は、センサーを内蔵したボールを含むシステムに関するものである。

日本国特許公開公報２０１３−２２１９４２号には、運動をする個人が自分の運動を評価するための運動に用いるボールをモニタする方法を提供する技術が記載されている。この文献においては、ボールに接続されたセンサモジュールを用いて、第１の時点でボールの動きを検出することと、ボールの動きが所定の起動の動きに対応すると判断することと、ボールの動きが所定の起動の動きに対応するという判断に応じてセンサモジュールの起動状態に入ることと、起動状態のセンサモジュールを用いて、第２の時点でボールの動きを検出する。

ボールの動きを手軽に、さらに正確に検出して記録できるシステムが求められている。ボールの動きを精度よく検出するためには多種多様なセンサーを含むハードウェアを内蔵することが考えられるが、センサーに加えて制御用の機器、それらを稼働するためのバッテリーもボールに内蔵する必要があり、重量、バランス、耐久性などの点でボールとしての所定の性能あるいは機能を維持することが難しくなる。

本発明の一態様は、少なくとも３軸加速度センサー、３軸ジャイロセンサーおよび３軸地磁気センサーとして機能する第１のセンサーを内蔵したボールであって、第１のセンサーにより検出されたセンサーデータを無線により伝送する第１の通信ユニットを含むボールと、第１の通信ユニットとペアリングされる第２の通信ユニットを含む携帯端末とを有するシステムである。携帯端末は、ペアリングされたボールが単独で移動する環境を示す外部情報を取得するユニットと、第１の通信ユニットおよび第２の通信ユニットを介して得られたペアリングされたボールのセンサーデータを外部情報と関連付けして、ペアリングされたボールのボール移動データを生成するユニットとを含む。

３軸加速度センサー、３軸ジャイロセンサーおよび３軸地磁気センサーを含む第１のセンサーの一例は９軸センサーである。９軸センサーをボールに内蔵させることにより、ボールが移動中の角速度、加速度および回転状態といったボール自身の動きを精度よく検出することが可能である。一方、ボールの動きを精度よく、正確に検出するためには、飛翔方向、飛翔距離、飛翔位置などの情報を取得することが望ましいが、これらの情報を取得するセンサーおよび機能を含めてボールに内蔵することは、重量、バランス、耐久性などの点で難しい。このシステムにおいては、ボールと携帯端末とをペアリングすることにより、ペアリングされた携帯端末が、ペアリングされたボールが単独で、すなわち、人（ユーザー）から新たに力を加えられたりすることなく移動する環境を示す外部情報を取得してペアリングされたボールのセンサーデータと組み合わせることにより、ペアリングされたボールが外界の中で移動している状態を再現できるボール移動データを生成できる。

外部情報の一例は、ボールの移動距離（飛翔距離）、移動方向（飛翔方向）、移動開始位置または移動終了位置などであり、ボールを投球する位置、距離、方向が予め設定されるスポーツ、例えば、野球やボーリングなどにおいては、投球距離と、投球方向と、位置情報とを含む。携帯端末は、内蔵されたセンサーにより自動的に、またはマニュアルによる入力により、ペアリングされたボールの投球距離、投球方向、投球位置（捕球位置）などの、ペアリングされたボールの飛翔状態の解析に必要な外部情報を取得でき、ペアリングされたボールのセンサーデータとの組み合わせで、その場で、あるいは後で、ボールの飛翔状態を解析できるボール移動データを生成できる。

携帯端末は、センサーデータにより得られた加速度情報と、外部情報に含まれる投球距離とに基づく球速を出力するユニットを含む。携帯端末は、さらに、センサーデータにより得られた地磁気情報に基づくボールの回転数を出力するユニットを含む。携帯端末は、また、センサーデータにより得られた地磁気情報と、外部情報に含まれる位置情報から得られる地磁気伏角とから水平面に対する回転軸の角度を求め、投球方向によりボールの進行方向に対する角度に変換された回転軸の角度、球速および回転数に基づいて判断された球種を出力するユニットを含む。投球距離、投球方向などの情報は、ユーザーが携帯端末に入力してもよく、携帯端末に含まれるＧＰＳ機能、電子コンパス機能などを用いて、自動的に測位されるようにしてもよい。

携帯端末が、ボール移動データに基づいて、ボールの移動中の状態を外から見た状態で表示するシミュレータを含んでいてもよい。携帯端末が、センサーデータまたはボール移動データに含まれる加速度情報およびジャイロ情報に基づいて投球モーションを解析するユニットを含んでもよい。ボールに内蔵された９軸センサーは、ボールを持って投げる動作（投球モーション）に関する情報もセンサーデータとして取得でき、投球モーションと、その投球モーションにより投げられたボールの移動中の情報とを一体で記録できる。

携帯端末が、ボール移動データを、インターネットを介してクラウドサーバに格納するユニットを含んでもよい。携帯端末が、クラウドサーバに蓄積された自己または他人のボール移動データと比較した情報を出力するユニットを含んでもよい。

本発明の他の態様の１つは、ボールの動きを、携帯端末を介してモニターする方法である。ボールは、少なくとも３軸加速度センサー、３軸ジャイロセンサーおよび３軸地磁気センサーとして機能する第１のセンサーと、第１のセンサーにより検出されたセンサーデータを無線により伝送する第１の通信ユニットとを含み、携帯端末は第２の通信ユニットを含み、当該方法は以下のステップを含む。
・ボールの第１の通信ユニットと携帯端末の第２の通信ユニットとをペアリングすること。
・携帯端末が、ペアリングされたボールが単独で移動する環境を示す外部情報を取得すること。
・第１の通信ユニットおよび第２の通信ユニットを介して得られた、ペアリングされたボールのセンサーデータを外部情報と関連付けして、ペアリングされたボールのボール移動データを生成すること。
・外部情報は、投球距離と、投球方向と、位置情報とを含み、さらに、携帯端末が、センサーデータにより得られた加速度情報と、投球距離とに基づき球速を求めること。
・センサーデータにより得られた地磁気情報に基づきボールの回転数を求めること。
・地磁気情報と、位置情報から得られる地磁気伏角とから水平面に対する回転軸の角度を求め、投球方向によりボールの進行方向に対する角度に変換された回転軸の角度、球速および回転数に基づいて判断された球種を求めること。

本発明のさらに異なる他の態様の１つは、少なくとも３軸加速度センサー、３軸ジャイロセンサーおよび３軸地磁気センサーとして機能する第１のセンサーと、その第１のセンサーにより検出されたセンサーデータを無線により伝送する第１の通信ユニットとを内蔵したボールの第１の通信ユニットとペアリングされる第２の通信ユニットを含む携帯端末にダウンロードされるプログラム（アプリケーションプログラム、プログラム製品）である。このプログラムは、携帯端末が、ペアリングされたボールが単独で移動する環境を示す外部情報を取得するユニットと、第１の通信ユニットおよび第２の通信ユニットを介して得られた、ペアリングされたボールのセンサーデータを外部情報と関連付けして、ペアリングされたボールのボール移動データを生成するユニットと、そのボール移動データを、インターネットを介してクラウドサーバに格納するユニットとして機能する命令を含み、外部情報は、投球距離と、投球方向と、位置情報とを含み、さらに、携帯端末が、センサーデータにより得られた加速度情報と、投球距離とに基づく球速を出力するユニットと、センサーデータにより得られた地磁気情報に基づくボールの回転数を出力するユニットと、地磁気情報と、位置情報から得られる地磁気伏角とから水平面に対する回転軸の角度を求め、投球方向によりボールの進行方向に対する角度に変換された回転軸の角度、球速および回転数に基づいて判断された球種を出力するユニットとして機能する命令を含む。

少なくとも３軸加速度センサー、３軸ジャイロセンサーおよび３軸地磁気センサーとして機能する第１のセンサーを含むボールは、第１のセンサーにより検出されたセンサーデータを無線により伝送する第１の通信ユニットを有し、第１の通信ユニットは、当該ボールが単独で移動する距離と、方向と、位置情報とを含む外部情報を取得する携帯端末に含まれる第２の通信ユニットとペアリングされ、センサーデータと外部情報とが関連付けされたペアリングされたボールのボール移動データが生成される。

センサー内蔵ボールを用いたシステムの概要を示す図。 センサー内蔵ボールの概略構成を示す図。 センサー内蔵ボールとペアリングされる携帯端末に実装される機能の概略を示す図。 図４（ａ）は、ボールに内蔵された９軸センサーから取得されるセンサーデータの一例を示し、図４（ｂ）は、センサーデータの前半に含まれる投球モーションを示す図。 携帯端末のアプリケーションの処理の概要を示すフローチャート。 携帯端末とボールとをペアリングするときの画面の一例。 携帯端末でセンサー内蔵ボールを選択し、外部情報を入力する画面の一例。 地表座標系とセンサー座標系との関係を示す図。 回転軸の地表座標系とセンサー座標系との関係を示す図。 球種を判断する基準の一例を示す図。 データを解析し、球種などの結果を示す画面の一例。 シミュレータの出力の一例。 投球モーションの分析結果を示す画面の一例。

発明の実施の形態

図１に、センサーを内蔵したボールを含むシステムの一例として、ユーザーの投球をデータ化してクラウドを経由して管理するシステムの概要を示している。このシステム１は、ユーザー２がマウンド３からキャッチャー４に向けて投げたボールの状態（投球）５を、ボール１０に内蔵したセンサーによりデータ化し、ユーザーの携帯端末２０を介してクラウド３０から管理するシステムである。クラウド３０は、インターネットなどのコンピュータネットワーク３１と、コンピュータネットワーク３１に接続されたサーバー３５と、コンピュータネットワーク３１に接続されたオンラインコーチシステム４０とを含む。

サーバー（クラウドサーバー）３５は、ユーザー管理機能３６と、ユーザー毎のデータを蓄積するストレージ３７と、データ管理ユニット３８と、ランキング集計などを行うデータ分析ユニット３９とを含む。オンラインコーチシステム４０は、サーバー３５に蓄積されたユーザー毎のデータを用いてユーザーの投球を再現するシミュレータ４１と、再現されたユーザーの投球に対してコンピュータネットワーク３１を介してコーチ４２がアドバイスを送るユニット４３とを含む。

図２に、センサーを内蔵したボール１０の一例を示している。ボール１０の一例は野球ボールである。ボール１０は、内部にハードウェア１３が収納された中心のゴム製またはコルク製のコア１１と、コア１１の周囲を通常の野球ボールと同様に糸巻して覆う革製の外皮１２とを含む。ハードウェア１３をコア１１に収納することにより、ハードウェア１３が含まれていても芯ずれを起こさない、あるいは大きな芯ずれを発生させないボール１０を提供できる。このセンサー内蔵のボール１０は、コア１１の内部にハードウェア１３が収納されているが、全体の重量およびバランスは通常の野球ボールとほとんど変わりないように構成されている。

ハードウェア１３は、９軸センサー１５と、短距離無線通信ユニット（第１の通信ユニット、一例はＢＬＥ（Bluetooth（登録商標） Low Energy））１６と、制御用のマイコン１７と、バッテリー１８と、メモリ１９とを含む。本例においては、センサー内蔵のボール１０の重量およびバランスを従来のボールとほぼ同一に保つため、ハードウェア１３の構成はできるだけ簡略化されており、バッテリー１８は内蔵型で使い捨てタイプとなっている。無線などにより間接的にバッテリーを充電する機能がコア１１の内部に収納できる程度にコンパクトで軽量化されれば、使い捨てでないタイプのセンサー内蔵ボールを提供することも可能である。

９軸センサー１５は、３軸加速度センサー１５ａと、３軸ジャイロセンサー１５ｂと、３軸地磁気（磁気）センサー１５ｃとを含む。加速度センサー、ジャイロセンサー、地磁気センサーをそれぞれ収納してもよいが、ハードウェア１３をコンパクトに、そして軽量化するためには、それらのセンサー機能を纏めて１チップ化した９軸センサー１５を採用することが望ましい。マイコン１７は、測定が開始されると、９軸センサー１５により検出されるデータ（センサーデータ）５１、すなわち、３軸方向の加速度と、３軸方向の角速度と、３軸方向の地磁気とを所定のサンプリングピッチでメモリ１９に格納する。マイコン１７は、測定が終了すると、格納されたセンサーデータ５１を、無線通信ユニット１６を介して出力する。

図３に、携帯端末２０の構成を示している。携帯端末２０の一例はスマートホンであり、短距離無線通信ユニット（第２の通信ユニット、一例はＢＬＥ（Bluetooth（登録商標） Low Energy））２１と、無線ＬＡＮおよび／または携帯電話通信網を介してデータを送受信するデータ通信ユニット２２と、緯度および経度を測位するＧＰＳ２３と、方位を判別できる電子コンパス２４と、加速度センサー２５と、種々の機能を実現するプロセッサ２６と、メモリ２７と、入出力ユニットであるディスプレイ２８ａ、タッチセンサー２８ｂおよび音声入出力ユニット２９とを含む。

プロセッサ２６は、メモリ２７にダウンロードされたアプリケーションプログラム（アプリ、プログラム、プログラム製品）６０に含まれる命令により、ボール移動データ生成用の端末および／またはボールの挙動（飛翔状態）を解析する端末としての機能を提供する。プロセッサ２６は、プログラム６０により、ボール１０に内蔵された通信ユニット（第１の通信ユニット）１６と携帯端末２０の通信ユニット（第２の通信ユニット）２１とをペアリングするユニット６１と、ペアリングされたボール１０が単独で移動する環境を示す外部情報５２を取得するユニット６２と、通信ユニット１６および２１を介して得られた、ペアリングされたボール１０のセンサーデータ５１を外部情報５２と関連付けしてペアリングされたボール１０のボール移動データ５５を生成するユニット６３として機能する。

さらに、プロセッサ２６は、アプリケーションプログラム６０に含まれる命令により、ボール１０の球速を出力するユニット６４と、ボール１０の回転数を出力するユニット６５と、ボール１０の回転軸の角度、球速および回転数に基づいて球種を出力するユニット６６と、ボール１０の移動中の状態を外から見た状態で表示するシミュレータ６７と、投球モーションを解析するユニット６８と、センサーデータ５１および外部情報５２とを一体にしたボール移動データ５５をインターネット３１を介してクラウドサーバ３５に格納する（アップロードする）ユニット６９と、クラウドサーバ３５から供給されるコンテンツを表示するユニット７０として機能する。

図４（ａ）に、センサーデータ５１の一例を示している。縦軸は強度であり、横軸は経過時間に相当し、データのサンプリングのタイミングを示す。二点鎖線は、３軸加速度センサー１５ａのある軸のデータ（加速度データ）５７を示し、一点鎖線は、３軸ジャイロセンサー１５ｂのある軸のデータ（ジャイロデータ）５８を示し、実線は、３軸地磁気（磁気）センサー１５ｃのある軸のデータ（地磁気データ）５９を示す。

センサーデータ５１には、ユーザー（投手）２が投球モーションを開始してからボール１０が投手２の手を離れ、キャッチャー４のミットにボール１０が収まるまでの間に９軸センサー１５により検出されるすべてのデータが含まれる。センサーデータ５１には、キャッチャー４から投手２へボール１０が投げ返される間に９軸センサー１５により検出されるすべてのデータが含まれていてもよい。

センサーデータ５１の最初の部分５１ａは、投球モーション７１に関わる部分である。センサーデータ５１の最初の部分５１ａには、図４（ｂ）に示す、ワインドアップ、コッキング、加速、リリースまでの投球モーション７１によるボース１０の９軸センサー１５への影響が表れている。したがって、センサーデータ５１の最初の部分５１ａを解析することにより、ユーザー２の投球モーション７１を解析できる。投球モーション７１の間は、加速度データ５７およびジャイロデータ５８が大きく変動し、リリースされた瞬間５１ｃに進行方向への加速度がなくなることによりボール１０がリリースされたことがわかる。

ボール１０がリリースされてからキャッチャーミットに収まる間の部分５１ｂが、ボール１０が単独で飛行（移動）している部分である。ボール１０がキャッチャーミットに収まる瞬間５１ｄは、加速度データ５７が急激に変動し、地磁気データ５９によりボール１０の回転が停止することから判断できる。ボール１０の回転は、地磁気データ５９の振幅により検出できる。

図５に、アプリケーション６０を起動させて、携帯端末２０によりペアリングされたボール１０からセンサーデータ５１を取得してペアリングされたボール１０のボール移動データ５５を生成するとともに、ペアリングされたボール１０の動きを解析するプロセス（方法）の概要をフローチャートにより示している。ステップ８１において、センサー内蔵のボール１０と携帯端末２０とをペアリングする。具体的には、携帯端末２０のペアリングするユニット６１がボール１０に内蔵されている第１の通信ユニット１６と、携帯端末２０の第２の通信ユニット２１とをペアリングする。これにより、特定のボール１０と、特定の携帯端末２０との対応が一義的に決まり、ペアリングされた携帯端末２０に入力された外部情報５２が、ペアリングされたボール１０のセンサーデータ５１と一対一で関連づけられる。１つの携帯端末２０に複数のボール１０をペアリングすることが可能であり、その場合は、ステップ８２において、ペアリングされているボール１０の中から投球するボール１０を選択する。

図６に、携帯端末２０においてボール１０をペアリングする画面２０ｄの一例を示している。画面２０ｄの「通信設定」（本例ではBluetooth（登録商標））をオンにし、「センサーを追加」をクリックすることによりセンサー内蔵のボール１０との間でＩＤとパスワードとを交換し、ペアリングを開始する。ボール１０に内蔵されたマイコン１７は、内蔵された第１の通信ユニット１６を常に、あるいは定期的にペアリングが行われる状態にしてもよく、９軸センサー１５によりボール１０に所定のアクションが加えられたことを検出して第１の通信ユニット１６をペアリングする状態に移行させてもよい。

通信モードに移行する動作（アクション）は、９軸センサー１５により検出できるとともに、ボール１０に対する投球動作とは関係しないアクションであることが望ましい。通信モードを移行する動作は、たとえば、所定の回数だけ所定の時間内にボールをバウンドさせたり、ペアリングが完了するまでバウンドし続けたり、ボール１０を所定の回数だけ所定の時間内に振り回したり、ボール１０を所定の回数だけ所定の時間内に回転させたりするものであってもよく、それらの動作を組み合わせてもよい。マイコン１７は、これらのアクションを検出することにより、第１の通信ユニット１６をオンまたはオフしてもよく、９軸センサー１５の動作周波数を変更してボール１０に内蔵されたバッテリー１８の消費を最小限にするようなモード切替のために用いてもよい。

図７（ａ）および（ｂ）にペアリングされているボール１０を選択する画面２０ｄの一例を示している。１つの携帯端末２０に複数のボール１０がペアリングされている場合、図６に示すように、画面２０ｄのボール（センサー）１０を選択の欄に表示される複数のボールを選択した後、図７（ａ）の画面２０ｄの「接続」を選択する。図７（ｂ）に示すようにボール（センサー）１０の側の操作を指示する画面が表れると、ボール１０に所定のアクション、例えばバウンドさせることによりボール（センサー）１０のボタンが押された状態となり、ボール移動データ５５を生成するためにペアリングされるボール（センサー）１０が選択され、携帯端末２０と実質的にペアリングされる。

図５に戻って、携帯端末２０とボール１０との関係がペアリングにより一対一に設定されると、ステップ８３において、ボール１０が単独で移動する環境を示す外部情報５２を取得する。この例においては、外部情報を取得するユニット６２が、図７（ａ）に示すように、外部情報５２として「投球距離」と「投球方向」とをユーザー２がマニュアルで入力するための領域を携帯端末２０の画面２０ｄに表示する。外部情報を取得するユニット６２は、さらに、携帯端末２０のＧＰＳ２３から、外部情報５２の位置情報として「緯度経度」を取得する。投球に関わる位置情報は、投球位置（マウンド）であっても、捕球位置（ホーム）であっても、その途中であってもよく、さらに、ボール１０の飛翔経路から大きく外れない位置であればよい。「投球方向」は、携帯端末２０の電子コンパス２４を用いて携帯端末２０が向いている方位を表示させて、携帯端末２０の方向と投球方向とを合致させることによりユニット６２が自動的に取得するようにしてもよい。

外部情報５２が携帯端末２０にセットされると、ステップ８４において、図７（ａ）に示す画面２０ｄの「投球開始」ボタンをクリックする。この操作により、携帯端末２０からペアリングされているボール１０に対し、第２の通信ユニット２１および第１の通信ユニット１６を介して、センサーデータ５１を取得してメモリ１９に格納を開始するコマンドが送信される。また、図７（ａ）に示した携帯端末２０の画面２０ｄの「投球開始」の表示は「投球終了」に変わる。

ユーザー２は投球が終了すると、ステップ８５において、携帯端末２０の画面２０ｄの「投球終了」（不図示）をクリックする。この操作により、携帯端末２０からペアリングされているボール１０に対し、第２の通信ユニット２１および第１の通信ユニット１６を介して、センサーデータ５１の取得を終了するコマンドが送信される。同時に、メモリ１９に格納されたセンサーデータ５１を携帯端末２０に送信するコマンドが送信され、携帯端末２０にアプリケーションプログラム６０により実装された機能である、生成するユニット６３がボール１０からセンサーデータ５１を取得する。なお、以降においては、アプリケーションプログラム（プログラム製品）６０により実装された機能は携帯端末２０の機能として説明する。

ステップ８６において、携帯端末２０の生成するユニット６３は、ボール１０から取得したセンサーデータ５１と、携帯端末２０に入力された外部情報５２とを関連付けして、ペアリングされたボール１０のボール移動データ（移動データ）５５を生成する。センサーデータ５１は、３軸方向の加速度データ５７と、３軸方向のジャイロ（角速度）データ５８と、３軸方向の地磁気データ５９とを含む。外部情報５２は、ボール１０が移動する投球距離、すなわちマウンド３からキャッチャー４までの距離と、投球方向と、緯度経度情報とを含む。ボール移動データ５５は、センサーデータ５１を生データとして含んでいてもよく、外部情報５２により企画化または標準化したデータとして含んでいてもよい。

センサーデータ５１は、９軸センサー１５により、ボール１０の内部で取得できる情報（内部情報）であり、ボール１０自身の動きを再現するために必要な情報である。しかしながら、ボール１０自身の情報だけであり、ボール１０が外界、例えば、地表に対してどのように運動しているかを再現することができない。外界に対してボール１０の動きを再現するためには、投球距離、投球方向、緯度経度情報といった情報が必要であり、これらは９軸センサー１５では得られない。ＧＰＳをボール１０に内蔵することにより外部情報５２のいくつかは得られる可能性があるが、ボール１０、特に野球ボールのサイズ及び重量を変えずにＧＰＳを内蔵することは無理がある。また、ＧＰＳで消費される電力も問題となる。

このシステム１においては、ボール１０と携帯端末２０とをペアリングして、携帯端末２０を用いて外部情報５２を取得し、得られた外部情報５２を、ペアリングされたボール１０のセンサーデータ５１と一体化した移動データ５５を生成することにより、上記の問題を回避している。また、携帯端末２０の性能が向上することにより、得られる外部情報５２の精度を向上させたり、得られたセンサーデータ５１または生成された移動データ５５の解析精度や速度を向上させたり、それらのデータの利用範囲を拡大させたりすることができる。このため、アプリケーションプログラム６０を更新することにより、センサーを内蔵したボール１０を用いたサービスに機能をアドオンしたり、サービスの質を向上したりすることができる。

携帯端末２０のアップロードユニット６９は、ステップ８７において、移動データ５５を、データ通信ユニット２２を介してクラウドサーバ３５にアップロードする。本例の移動データ５５には、投球を解析するための外部情報５２と、センサーデータ５１として９軸センサー１５から取得される生データ（ＲａｗＤａｔａ）がそのまま含まれている。したがって、移動データ５５をクラウドサーバ３５にアップロードしておくことにより、移動データ５５を様々な方法により解析でき、移動データ５５を多種多用な用途に用いることができる。また、解析方法が進歩した場合、移動データ５５を進歩した方法で再解析することも可能となる。

この携帯端末２０においては、移動データ５５をアップロードするとともに、ステップ８８において、センサーデータ５１により得られた情報と、外部情報５２とに基づいて、その場で投球の評価を行うことができる。センサーデータ５１および外部情報５２を含み、メモリ２７に蓄積された移動データ５５に基づいて投球を解析・評価してもよく、その時に得られたセンサーデータ５１および外部情報５２に基づいて投球を解析・評価してもよい。評価の内容の一例は、図７（ａ）の画面２０ｄに表示される「球速」、「回転数」および「結果」すなわち球種である。したがって、評価するステップ８８は、球速を求めるステップ８８ａと、回転数を求めるステップ８８ｂと、球種を求めるステップ８８ｃとを含む。

球速を求めるステップ８８ａにおいては、球速を求めるユニット６４が球速（速度）Ｐｖを、以下の式（１）により、距離Ｐｄと、移動時間Ｐｔとにより求める。プロ野球の場合、投球距離Ｐｄは、マウンド３からキャッチャー４までの距離であり１８．４４ｍが外部情報５２として入力されている。
Ｐｖ ＝ Ｐｄ／Ｐｔ ・・・（１）
移動時間Ｐｔは、ボール１０がリリースされてからキャッチャーミットに到達するまでの時間(サンプリング数)であり、図４（ａ）に示したように、センサーデータ５１から加速度変化を主に捉えることにより算出できる。

回転数を求めるステップ８８ｂにおいては、回転数を求めるユニット６５が、ボール１０が移動期間にどれだけ（何回）回転したかを求める。具体的には、センサーデータ５１の地磁気データ５９の振幅の数により回転数Ｐｒを算出する。地磁気に対し垂直にボール１０が回転した場合は回転数Ｐｒを取得できないが、ピッチャーの投球を対象とした場合には、ほとんど起きえないケースである。

球種を求めるステップ８８ｃにおいては、球種を求めるユニット６６が、ボール１０が水平面、ボール１０の進行方向に対し、どの角度で回転しているかを求める。すなわち、ボール１０を投げる方向Ｐｄｉｒに対して、どの方向（角度）の軸（回転軸）の周りに回転しているかを得る必要がある。投げる方向（投球方向）Ｐｄｉｒは、外部情報５２として予め入力される。ボール１０の回転軸の水平面との角度を求めるために地磁気伏角が必要になる。この例では、重力ベクトルとの相対関係から伏角を算出し、さらに位置情報（緯度、経度）から伏角を求める。位置情報（緯度経度情報）は、外部情報５２として取得される。なお、地磁気の大きさはほぼ一定であると仮定する。

ｘｙｚ座標において、回転面に属する３点Ｘ１,Ｘ２,Ｘ３に対して回転軸ベクトルＲ１２３は以下のようになる。まず、３点Ｘ１、Ｘ２およびＸ３の座標は以下のように定義される。
Ｘ1＝（ｘ1，ｙ1，ｚ1）
Ｘ2＝（ｘ2，ｙ2，ｚ2）
Ｘ3＝（ｘ3，ｙ3，ｚ3) ・・・（２）

２つのベクトル（Ｘ１→Ｘ２），（Ｘ１→Ｘ３）をＸ１２，Ｘ１３とすると、それぞれは以下のように定義される。
Ｘ12＝（ｘ2−ｘ1，ｙ2−ｙ1，ｚ2−ｚ1）＝（ｘ12，ｙ12，ｚ12）
Ｘ13＝（ｘ3−ｘ1，ｙ3−ｙ1，ｚ3−ｚ1）＝（ｘ13，ｙ13，ｚ13）
・・・（３）

これらのベクトルＸ１２およびＸ１３に垂直なベクトル（回転軸ベクトル）Ｒ１２３は以下のように定義される。
Ｒ123＝（ｙ12×ｚ13−ｚ12×ｙ13，ｚ12×ｘ13−ｘ12×ｚ13，
ｘ12×ｙ13−ｙ12×ｘ13） ・・・（４）

回転軸の角度をセンサー座標系から地球座標系（地表座標系）に変換する。図８に示すように、ＸＹＺ座標系(地表座標系)をα、β、γ回転させてＸ”Ｙ”Ｚ”座標系（センサー座標系）へ一致させることを考える。地磁気ベクトルは両座標系で等しいので、以下の関係式（５）が成り立つ。

地磁気Ｍは地磁気の大きさｍ、伏角θとすると以下のようになる。これがセンサー値（ｘ，ｙ，ｚ）と等しくなる。
Ｍ＝（ｍ×cosθ，０，−ｍ×sinθ） ・・・（６）
したがって、式（５）に以下の条件（７）を代入すると、回転角α、β、γについて、式（８）が得られる。
Ｘ＝ｍ×ｃｏｓθ，Ｙ＝０，Ｚ＝−ｍ×ｓｉｎθ ・・・（７）

このため、α、β、γ回転させたとき、地表座標系ＸＹＺとセンサー座標系Ｘ”Ｙ”Ｚ”（座標系ｘｙｚ）は以下の式（９）で変換される。

したがって、図９に示すように、回転軸ベクトルＲ１２３の地表座標系での座標（ＲＸ,ＲＹ,ＲＺ）は、センサー座標系での回転軸ベクトルＲ１２３の座標（ｘ,ｙ,ｚ）から式（９）により求めることができる。すなわち、式（９）の座標（Ｘ,Ｙ,Ｚ）を座標（ＲＸ,ＲＹ,ＲＺ）に置き換えればよい。

回転軸のＸ軸(北向き)からの方位角δ、Ｚ軸(天頂方向)からの傾きεは以下の式で求められる。
ｃｏｓδ＝ＲＸ／（ＲＸ^２＋ＲＹ^２)^１／２
ｃｏｓε＝ＲＺ／（ＲＸ^２＋ＲＹ^２＋ＲＺ^２)^１／２ ・・・（１０）

さらに、回転軸の角度をボール１０が移動している方向（投球方向）Ｐｄｉｒに向いた位置から見た角度δ３を計算する。投球方向（角度）Ｐｄｉｒを北を基準とした角度とすると、回転軸の角度δ３は以下の式で求められる。
δ3＝δ＋Ｐｄｉｒ ・・・（１１）

球種判定ユニット６６は、球速Ｐｖ、回転数Ｐｒおよび回転軸の角度（δ３，ε）により投球したボール１０の球種を特定する。判断基準を図１０にまとめて示している。球種は、球速（速度）Ｐｖ、回転数Ｐｒおよび回転軸の角度（δ３，ε）がどの範囲内にあるかを定義することにより特定できる。さらに、右投げ、左投げにより変わるので、その情報も外部情報５２に含められていることが望ましい。

投球を評価するステップ８８においては、直前の投球の評価のみならず、携帯端末２０に蓄積された投球の評価を行ったり、クラウドサーバ３５から過去の投球のデータをダウンロードして、上記と同様の処理により投球の評価を行うことが可能である。図１１に示すように、携帯端末２０に表示された「投球履歴」から「データを選択」し、そのデータに基づき、球速、回転数、球種を出力できる。携帯端末２０にインストールされたアプリケーション６０においては、ペアリングされたボール１０から取得したセンサーデータ５１を、そのときの投球情報（外部情報）５２と一体化して、ペアリングされたボール１０のボール移動データ５５として生成し、携帯端末２０に格納したり、クラウドサーバ３５にアップロードする。したがって、投球する場所が異なったり、投球する方向が異なるセンサーデータ５１を同等に評価することができる。

さらに、図１１に示した画面２０ｄで「ボールの動き」を選択すると、携帯端末２０においてシミュレータ６７が起動する。ステップ８９において、シミュレータ６７が、ボール移動データ５５に基づき、図１２に示したような画像で、ボール１０の外から見た動きをシミュレーションし、表示する。移動データ５５は、ボール１０の内部の情報であるセンサーデータ５１と、ボール１０の外側の情報である外部情報５２とを含んでおり、ボール１０の飛翔状態、飛翔経路などを再現できる。このため、シミュレータ６７により、ボール１０の動きを外部から見た状態で再現できる。さらに、センサーデータ５１は、ボール１０の動きに関し、３軸方向のデータを含んでいるので、ビデオのように特定の方向から見た動きに限定されず、地表座標系のどの方向から見た動きでも再現することができる。シミュレータ６７は、携帯端末２０に格納されている移動データ５５に限らず、クラウドサーバ３５からダウンロードした移動データ５５を利用することができる。

図１１に示した画面２０ｄで「投球モーション」を選択すると、投球モーションを解析するユニット６８が稼働し、ステップ９０において、図４に示したセンサーデータ５１の内の最初の部分５１ａの情報を利用して、投球モーションを評価する。図１３には、腕の振りの強さとスピードについて、ユーザー２が投球したボール１０のセンサーデータ５１の最初の部分５１ａを解析した結果（実線）と、比較する対象、たとえば、プロ野球選手の投球モーションの振りの強さとスピードを解析した結果（破線）とを示している。

投球モーションとしては、構えた時の停止期間を捉えたり、投げる直前（リリース時）のボール１０に対する進行方向への加速度のかかり方を捉えたり、３軸ジャイロデータ５８により、最初の部分５１ａの中の姿勢情報をモーション中の動きと想定して解析したりすることができる。

さらに、アプリケーション６０（携帯端末２０）は、コンテンツを供給するユニット７０を含む。このユニット７０は、クラウドサーバ３５に集められたユーザー毎の移動データ５５を分析した結果や、全ユーザーを対象としたランキング集計結果や、プロ野球選手の投球との比較結果などを、携帯端末２０を介してユーザー２に提供する。

このシステム１においては、ペアリングされたセンサー内蔵ボール１０と携帯端末２０とを用いて、クラウド３０を介してサーバー３５にボール１０の移動データ５５を蓄積する。したがって、クラウド３０を介してユーザー毎に、ユーザーのデータ蓄積状況、参照機能（ベストピッチ登録）、投球分析、長所と短所（癖）の分析、プロ選手の投球との比較などを含むコンテンツを提供できる。具体的には、例えば、ユーザー毎に、どのような投球（投球タイプ）を目指すのかを数値目標で設定したり、目指す投球タイプを設定して、目指す球速や回転数との差分を示したり、個々の投球に応じて、投球タイプのお手本、例えば、目標とする投球タイプのプロ野球の投手の投球および／または投球フォームとの差をパーセンテージで比較表示したり、ユーザー自身の履歴や、成長の記録(１ヶ月、１年）をグラフで表示したりすることができる。

ランキング集計の対象としては、回転数、球速、変化球のキレ、などがあり、ユーザー２が許可した場合は、アップロードされた移動データ５５は、自動的にランキング用に蓄積され、自分の投球が全ユーザーの中でどの位置にいるのかが確認できる。その結果を、例えば、デイリー、ウィークリー、マンスリーと過去のベストピッチでのランキング集計結果として各ユーザーの携帯端末２０に表示することができる。回転数、球速が最高値を計測したら、自動的にベストピッチ登録がされ、他のユーザーの投球と比較される対象となるように設定してもよい。また、通常のランキングとは別に、イベントなどで期間を設けてランキングを競い合い、スポンサーを募って入賞者に景品をプレゼント（例：サインボール）するような企画をこのアプリケーション６０を介して提供することが可能である。

また、様々なタイプのプロ野球の投手が、このシステム１を用いて様々な球種を投げることにより、アマチュアの投手や、育成中の投手の投球と比較できるデータベースを構築することが可能である。したがって、このシステム１により、様々なレベルのユーザーが能力の向上のため、または楽しみのために、自己の投球をプロ野球の選手の投球と比較するサービスを提供できる。このシステム１は、投手に限らず、野手の投球に対しても同様のサービスを提供できる。

また、クラウドサーバ３５に蓄積された移動データ５５を元にプロ選手からのアドバイスを個々のユーザーに行い、投球を指南し、ユーザー２の長所を伸ばし、短所（癖）を直すサービス（オンラインコーチ）を有料で提供することも可能となる。プロ野球のＯＢ選手からアドバイスが直に得られ、練習メニューの考案のアドバイスを受けることもできる。また、移動データ５５には、投球モーションに関わるデータも含まれるので、移動データ５５に基づいて投球モーションをプロの眼で解析したり、さらに投球動画を加えて、移動データ５５と動画を元にプロのアドバイスを得ることも可能となる。アドバイスの内容は、ボールをリリースするタイミング、投げ方（回転のかけ方、力の入れ方）、実際の練習方法の指南（筋トレ、ストレッチ）などが考えられる。

なお、以上ではセンサーを内蔵した野球ボールを例に説明しているが、野球ボールは硬式でも軟式でもよく、また、ソフトボールであってもよい。さらに、ボーリング用のボール、ゴルフボールなどの他のスポーツのボールに９軸センサーを内蔵させることも可能である。ゴルフボールにおいては、例えば、ボールに加わる衝撃が低いパッティングの練習に使用することが可能である。
上記には、少なくとも３軸加速度センサー、３軸ジャイロセンサーおよび３軸地磁気センサーとして機能する第１のセンサーを内蔵したボールであって、前記第１のセンサーにより検出されたセンサーデータを無線により伝送する第１の通信ユニットを含むボールと、前記第１の通信ユニットとペアリングされる第２の通信ユニットを含む携帯端末とを有するシステムであって、前記携帯端末は、ペアリングされたボールが単独で移動する環境を示す外部情報を取得するユニットと、前記第１の通信ユニットおよび前記第２の通信ユニットを介して得られた前記ペアリングされたボールの前記センサーデータを前記外部情報と関連付けして前記ペアリングされたボールのボール移動データを生成するユニットとを含む、システムが開示されている。前記第１のセンサーは９軸センサーであってもよい。前記外部情報は、投球距離と、投球方向と、位置情報とを含んでもよい。前記携帯端末が、前記センサーデータにより得られた加速度情報と、前記投球距離とに基づく球速を出力するユニットと、前記センサーデータにより得られた地磁気情報に基づく前記ボールの回転数を出力するユニットと、前記地磁気情報と、前記位置情報から得られる地磁気伏角とから水平面に対する回転軸の角度を求め、前記投球方向により前記ボールの進行方向に対する角度に変換された回転軸の角度、前記球速および前記回転数に基づいて判断された球種を出力するユニットとを含んでもよい。前記携帯端末が、前記ボール移動データに基づいて、前記ボールの移動中の状態を外から見た状態で表示するシミュレータを含んでもよい。前記携帯端末が、前記センサーデータに含まれる加速度情報およびジャイロ情報に基づいて投球モーションを解析するユニットを含んでもよい。前記携帯端末が、前記ボール移動データを、インターネットを介してクラウドサーバに格納するユニットを含んでもよい。前記携帯端末が、前記クラウドサーバに蓄積された自己または他人の前記ボール移動データと比較した情報を出力するユニットを含んでもよい。
また、ボールの動きを、携帯端末を介してモニターする方法が開示されている。前記ボールは、少なくとも３軸加速度センサー、３軸ジャイロセンサーおよび３軸地磁気センサーとして機能する第１のセンサーと、前記第１のセンサーにより検出されたセンサーデータを無線により伝送する第１の通信ユニットとを含み、前記携帯端末は第２の通信ユニットを含んでもよい。当該方法は、前記ボールの前記第１の通信ユニットと前記携帯端末の前記第２の通信ユニットとをペアリングすることと、前記携帯端末が、ペアリングされたボールが単独で移動する環境を示す外部情報を取得することと、前記第１の通信ユニットおよび前記第２の通信ユニットを介して得られた前記ペアリングされたボールの前記センサーデータを前記外部情報と関連付けして、前記ペアリングされたボールのボール移動データを生成することとを有してもよい。前記外部情報は、投球距離と、投球方向と、位置情報とを含み、さらに、当該方法は、前記携帯端末が、前記センサーデータにより得られた加速度情報と、前記投球距離とに基づき球速を求めることと、前記センサーデータにより得られた地磁気情報に基づき前記ボールの回転数を求めることと、前記地磁気情報と、前記位置情報から得られる地磁気伏角とから水平面に対する回転軸の角度を求め、前記投球方向により前記ボールの進行方向に対する角度に変換された回転軸の角度、前記球速および前記回転数に基づいて判断された球種を求めることとを有してもよい。さらに、この方法は、前記携帯端末が、前記ボール移動データに基づいて、前記ボールの移動中の状態を外から見た状態で表示することを有してもよい。
また、少なくとも３軸加速度センサー、３軸ジャイロセンサーおよび３軸地磁気センサーとして機能する第１のセンサーと、前記第１のセンサーにより検出されたセンサーデータを無線により伝送する第１の通信ユニットとを内蔵したボールの前記第１の通信ユニットとペアリングされる第２の通信ユニットを含む携帯端末にダウンロードされるプログラムが開示されている。このプログラムは、前記携帯端末が、ペアリングされたボールが単独で移動する環境を示す外部情報を取得するユニットと、前記第１の通信ユニットおよび前記第２の通信ユニットを介して得られた前記ペアリングされたボールの前記センサーデータを前記外部情報と関連付けして前記ペアリングされたボールのボール移動データを生成するユニットと、前記ボール移動データを、インターネットを介してクラウドサーバに格納するユニットとして機能する命令を含む。前記外部情報は、投球距離と、投球方向と、位置情報とを含み、さらに、プログラムは、前記携帯端末が、前記センサーデータにより得られた加速度情報と、前記投球距離とに基づく球速を出力するユニットと、前記センサーデータにより得られた地磁気情報に基づく前記ボールの回転数を出力するユニットと、前記地磁気情報と、前記位置情報から得られる地磁気伏角とから水平面に対する回転軸の角度を求め、前記投球方向により前記ボールの進行方向に対する角度に変換された回転軸の角度、前記球速および前記回転数に基づいて判断された球種を出力するユニットとして機能する命令を含んでもよい。さらに、プログラムは、前記携帯端末が、前記ボール移動データに基づいて、前記ボールの移動中の状態を外から見た状態で表示するシミュレータとして機能する命令を含んでもよい。
また、少なくとも３軸加速度センサー、３軸ジャイロセンサーおよび３軸地磁気センサーとして機能する第１のセンサーを含むボールが開示されている。このボールは、前記第１のセンサーにより検出されたセンサーデータを無線により伝送する第１の通信ユニットを有し、前記第１の通信ユニットは、当該ボールが単独で移動する距離と、方向と、位置情報とを含む外部情報を取得する携帯端末に含まれる第２の通信ユニットとペアリングされ、前記センサーデータと前記外部情報とが関連付けされたペアリングされたボールのボール移動データが生成される。

Claims (10)

1. 少なくとも３軸加速度センサー、３軸ジャイロセンサーおよび３軸地磁気センサーとして機能する第１のセンサーを内蔵したボールであって、前記第１のセンサーにより検出されたセンサーデータを無線により伝送する第１の通信ユニットを含むボールと、
   前記第１の通信ユニットとペアリングされる第２の通信ユニットを含む携帯端末とを有するシステムであって、
   前記携帯端末は、ペアリングされたボールが単独で移動する環境を示す外部情報を取得するユニットと、
   前記第１の通信ユニットおよび前記第２の通信ユニットを介して得られた前記ペアリングされたボールの前記センサーデータを前記外部情報と関連付けして前記ペアリングされたボールのボール移動データを生成するユニットとを含み、
   前記外部情報は、投球距離と、投球方向と、位置情報とを含み、さらに、
   前記携帯端末が、前記センサーデータにより得られた加速度情報と、前記投球距離とに基づく球速を出力するユニットと、
   前記センサーデータにより得られた地磁気情報に基づく前記ボールの回転数を出力するユニットと、
   前記地磁気情報と、前記位置情報から得られる地磁気伏角とから水平面に対する回転軸の角度を求め、前記投球方向により前記ボールの進行方向に対する角度に変換された回転軸の角度、前記球速および前記回転数に基づいて判断された球種を出力するユニットとを含む、システム。
2. 請求項１において、
   前記第１のセンサーは９軸センサーである、システム。
3. 請求項１または２において、
   前記携帯端末が、前記ボール移動データに基づいて、前記ボールの移動中の状態を外から見た状態で表示するシミュレータを含む、システム。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記携帯端末が、前記センサーデータに含まれる加速度情報およびジャイロ情報に基づいて投球モーションを解析するユニットを含む、システム。
5. 請求項１ないし４のいずれにおいて、
   前記携帯端末が、前記ボール移動データを、インターネットを介してクラウドサーバに格納するユニットを含む、システム。
6. 請求項５において、
   前記携帯端末が、前記クラウドサーバに蓄積された自己または他人の前記ボール移動データと比較した情報を出力するユニットを含む、システム。
7. ボールの動きを、携帯端末を介してモニターする方法であって、
   前記ボールは、少なくとも３軸加速度センサー、３軸ジャイロセンサーおよび３軸地磁気センサーとして機能する第１のセンサーと、前記第１のセンサーにより検出されたセンサーデータを無線により伝送する第１の通信ユニットとを含み、
   前記携帯端末は第２の通信ユニットを含み、
   当該方法は、
   前記ボールの前記第１の通信ユニットと前記携帯端末の前記第２の通信ユニットとをペアリングすることと、
   前記携帯端末が、ペアリングされたボールが単独で移動する環境を示す外部情報を取得することと、
   前記第１の通信ユニットおよび前記第２の通信ユニットを介して得られた前記ペアリングされたボールの前記センサーデータを前記外部情報と関連付けして、前記ペアリングされたボールのボール移動データを生成することとを有し、
   前記外部情報は、投球距離と、投球方向と、位置情報とを含み、さらに、
   前記携帯端末が、前記センサーデータにより得られた加速度情報と、前記投球距離とに基づき球速を求めることと、
   前記センサーデータにより得られた地磁気情報に基づき前記ボールの回転数を求めることと、
   前記地磁気情報と、前記位置情報から得られる地磁気伏角とから水平面に対する回転軸の角度を求め、前記投球方向により前記ボールの進行方向に対する角度に変換された回転軸の角度、前記球速および前記回転数に基づいて判断された球種を求めることとを有する方法。
8. 請求項７において、さらに、
   前記携帯端末が、前記ボール移動データに基づいて、前記ボールの移動中の状態を外から見た状態で表示することを有する、方法。
9. 少なくとも３軸加速度センサー、３軸ジャイロセンサーおよび３軸地磁気センサーとして機能する第１のセンサーと、前記第１のセンサーにより検出されたセンサーデータを無線により伝送する第１の通信ユニットとを内蔵したボールの前記第１の通信ユニットとペアリングされる第２の通信ユニットを含む携帯端末にダウンロードされるプログラムであ
   って、
   前記携帯端末が、ペアリングされたボールが単独で移動する環境を示す外部情報を取得するユニットと、
   前記第１の通信ユニットおよび前記第２の通信ユニットを介して得られた前記ペアリングされたボールの前記センサーデータを前記外部情報と関連付けして前記ペアリングされたボールのボール移動データを生成するユニットと、
   前記ボール移動データを、インターネットを介してクラウドサーバに格納するユニットとして機能する命令を含み、
   前記外部情報は、投球距離と、投球方向と、位置情報とを含み、さらに、
   前記携帯端末が、前記センサーデータにより得られた加速度情報と、前記投球距離とに基づく球速を出力するユニットと、
   前記センサーデータにより得られた地磁気情報に基づく前記ボールの回転数を出力するユニットと、
   前記地磁気情報と、前記位置情報から得られる地磁気伏角とから水平面に対する回転軸の角度を求め、前記投球方向により前記ボールの進行方向に対する角度に変換された回転軸の角度、前記球速および前記回転数に基づいて判断された球種を出力するユニットとして機能する命令を含むプログラム。
10. 請求項９において、さらに、
    前記携帯端末が、前記ボール移動データに基づいて、前記ボールの移動中の状態を外から見た状態で表示するシミュレータとして機能する命令を含む、プログラム。

Images