JP6255737B2

JP6255737B2 - 運動解析装置および運動解析プログラム並びに表示方法

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Publication number: JP6255737B2
Application number: JP2013130653A
Authority: JP
Inventors: 雅文佐藤; 和宏澁谷; 健也小平; 野村　和生; 和生野村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2033-06-21
Also published as: JP2015002911A

Description

本発明は運動解析装置および運動解析プログラム並びに表示方法等に関する。

運動解析装置はスイング動作といった運動の解析に用いられる。スイング時に運動具は振られる。振る際に運動具のグリップは手で握られる。運動具が振られると、運動具の姿勢は時間軸に従って変化する。運動具には慣性センサーが装着される。慣性センサーの出力に基づき視覚的にスイング動作が再現される。こうした運動解析装置の一具体例として、例えば特許文献１に開示されるようにゴルフスイング解析装置が挙げられる。

特開２００８−７３２１０号公報

例えば、ゴルフスイングは、アドレスに始まって、テイクバック、ハーフウェイバック、トップからダウンスイング、インパクトを経て、フォロースルー、そしてフィニッシュに至る。ゴルフスイングの開始にあたって被験者はアドレスでインパクト時のゴルフクラブの姿勢を予め決める。その結果、クラブヘッドのフェースの向きが設定される。アドレス時のフェースの向きがインパクト時に確実に再現されれば、期待通りに打球は飛んでいく。しかしながら、実際には、なかなか期待通りにインパクト時にアドレス時と同様のフェースの向きを確立することができない。そこで、被験者に対しアドレス時とインパクト時におけるゴルフクラブのシャフト部の相対回転角やクラブヘッドのフェース角の向きの比較を指し示すことが必要となってきている。カメラ等を複数台設置した光学式モーションキャプチャー装置を用いれば、アドレス時とインパクト時のゴルフクラブの打球面のフェース角を撮影し、画像からフェース角の向きを特定することができるが、装置が大掛かりであること、屋外での設置が難しいこと、などから利便性に欠けていた。

本発明の少なくとも１つの態様によれば、運動解析にあたって１つの指標として運動具のシャフト部の回転を容易に提示することができる運動解析装置および運動解析プログラム並びに表示方法は提供できる。

（１）本発明の一態様は、慣性センサーの出力を用いて、運動具のシャフト部の第１状態を検出する第１検出部と、前記慣性センサーの出力を用いて、前記運動具のシャフト部の第２状態を検出し、前記第１状態から前記シャフト部の軸回りで変化した前記シャフト部の相対回転角を検出する第２検出部とを備える運動解析装置に関する。

運動具は手で握られる。スイング時に運動具は振られる。振られると、運動具の姿勢は時間軸に従って変化する。スイングの開始にあたって被験者はインパクト時の運動具の姿勢を予め決める。ここから、インパクトを含むスイング動作は改めて実施される。本発明の一態様において、例えばアドレス時とスイング中のある位置の状態における運動具のシャフト部の軸回りの相対回転角や、スイング中の第１状態と第２状態との相対回転角等が検出される。画像データに基づき表示装置の画面に相対回転角を視覚的に表示すれば、運動具のシャフト部の軸回りの回転を被験者に提示できる。こうした運動具のシャフト部の回転はインパクト後の打球の向きに影響することが知られる。被験者は、提示されるシャフト部の回転に応じてスイングのフォームに改良を加えることができる。また、複数台のカメラを用いた光学式モーションキャプチャーと比較して、慣性センサーを運動具に装着するだけで運動具のシャフト部の軸回りの回転角を計測することができるので、容易に計測が可能であること、屋外でも使用可能なので使用場所を選ばないこと、等のメリットがある。

（２）前記第１状態はスイング動作開始前の静止状態であることができ、前記第２状態はスイング動作開始後の動作状態であることができる。スイング動作中に、運動具のシャフト部の軸回りで、アドレス時とスイング中のある位置との相対回転角が検出される。画像データに基づき表示装置の画面に相対回転角を視覚的に表示すれば、運動具のシャフト部の軸回りの回転を被験者に提示できる。こうした運動具のシャフト部の回転はインパクト後の打球の向きに影響することが知られる。被験者は、提示されるシャフト部の回転に応じてスイングのフォームに改良を加えることができる。

（３）前記第１検出部は、前記第１状態における前記運動具の打球面の向きを特定し、前記第２検出部は、前記第２状態における前記運動具の打球面の向きを特定することができる。シャフト部の軸回りの回転角の変化量に基づき、運動具の打球面の向きを特定してもよい。例えばゴルフクラブの場合であれば、クラブヘッドのフェース角の向きを特定してもよい。被験者は、提示されるクラブヘッドのフェース角の向きに応じてスイングのフォームに改良を加えることができる。

（４）運動解析装置は、前記相対回転角を表示する第１表示部を備えることができる。例えば、アドレス時とインパクト時の運動具のシャフト部の軸回りの相対回転角を表示することにより、被験者に上達を促すツールとして活用してもらうことができる。

（５）前記第１表示部は、前記運動具のスイング動作中の時間に応じて、前記相対回転角の変化を表示することができる。こうした表示手段によれば、スイング動作中の時間に応じて相対回転角の変化が視覚的に提示されることから、被験者は変化の度合いや変化の速さを直感的に認識することができる。そうした認識に従って被験者はスイングのフォームに改良を加えることができる。

（６）前記第１表示部は、前記相対回転角の変化の比較データを併せて表示することができる。こうした表示手段によれば、例えばゴルフスイングの場合において、被験者のスイング動作と、プロのスイング動作や自分と同等のスキルを有する他の被験者のスイング動作とを比較して表示することができる。比較に応じて被験者はスイングのフォームに改良を加えることができる。

（７）前記慣性センサーは、前記運動具の前記シャフト部の軸に並行な検出軸を備え、前記軸回りで発生する角速度を検出することができる。例えば、慣性センサーに角速度センサーを用い、角速度センサーの検出軸を運動具のシャフト部の軸方向と合わせることにより、角速度センサーの出力を用いて運動具のシャフト部の軸回りの相対回転角を検出できる。

（８）運動解析装置は、前記慣性センサーの出力を用いて、スイング動作中のイベントを特定するイベント検出部と、前記イベントに前記相対回転角を関連付ける演算部とを備えることができる。インパクトを始め、バックスイング、トップ、ダウンスイング等、スイング動作中にはいくつかのイベント（事象）が発生する。こういったイベントごとに相対回転角が特定されると、被験者は容易にスイングのフォームに改良を加えることができる。

（９）運動解析装置は、前記イベントの表記とともに前記相対回転角を表示する第２表示部を備えることができる。こうした表示手段によれば、スイングのイベントごとに相対回転角が視覚的に提示されることから、被験者は直感的に相対回転角とイベントとの関係を認識することができる。そうした認識に基づき被験者はスイングのフォームに改良を加えることができる。

（１０）前記第２表示部は、前記イベントごとに前記相対回転角の比較データを併せて表示することができる。こうした表示手段によれば、被験者のスイング動作と、プロのスイング動作や被験者と同等のスキルを有するスイング動作とを、比較して表示することができる。こうしてイベントごとに被験者の相対回転角はプロの相対回転角と比較できる。比較に応じて被験者はスイングのフォームに改良を加えることができる。

（１１）本発明の他の態様は、慣性センサーの出力を用いて、運動具のシャフト部の第１状態を検出する手順と、前記慣性センサーの出力を用いて、前記運動具のシャフト部の第２状態を検出する手順と、前記シャフト部の軸回りで変化する前記シャフト部の前記第１状態と前記第２状態の相対回転角を検出する手順とをコンピューターに実行させる運動解析プログラムに関する。

運動具は手で握られる。スイング時に運動具は振られる。振られると、運動具の姿勢は時間軸に従って変化する。スイングの開始にあたって被験者はインパクト時の運動具の姿勢を予め決める。ここから、インパクトを含むスイング動作は改めて実施される。本発明の一態様において、例えばアドレス時とスイング中のある位置の状態における運動具のシャフト部の軸回りの相対回転角や、スイング中の第１状態と第２状態との相対回転角等が検出される。画像データに基づき表示装置の画面に相対回転角を視覚的に表示すれば、運動具のシャフト部の軸回りの回転を被験者に提示できる。こうした運動具のシャフト部の回転はインパクト後の打球の向きに影響することが知られる。被験者は、提示されるシャフト部の回転に応じてスイングのフォームに改良を加えることができる。

本発明の一実施形態に係るゴルフスイング解析装置の構成を概略的に示す概念図である。運動解析モデルとゴルファーおよびゴルフクラブとの関係を概略的に示す概念図である。一実施形態に係る演算処理回路の構成を概略的に示すブロック図である。ゴルフクラブの移動軌跡を視覚的に表現する画像の一具体例を示す図である。時間軸に応じて相対回転角の変化を示すグラフの一具体例である。相対回転角にイベントを関連づける疑似円形グラフの一具体例である。相対回転角にイベントを関連づける疑似円形グラフの他の具体例である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、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く、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

（１）ゴルフスイング解析装置の構成
図１は本発明の一実施形態に係るゴルフスイング解析装置（運動解析装置）１１の構成を概略的に示す。ゴルフスイング解析装置１１は例えば慣性センサー１２を備える。慣性センサー１２には例えば、加速度センサーやジャイロセンサーが組み込まれる。加速度センサーは互いに直交する三軸方向に個々に加速度を検出することができる。ジャイロセンサーは互いに直交する三軸の各軸回りに個別に角速度を検出することができる。慣性センサー１２は検出信号を出力する。検出信号で個々の軸ごとに加速度および角速度は特定される。加速度センサーおよびジャイロセンサーは比較的に精度よく加速度および角速度の情報を検出する。

慣性センサー１２はゴルフクラブ（運動具）１３に取り付けられる。ゴルフクラブ１３はシャフト１３ａおよびグリップ１３ｂを備える。グリップ１３ｂが手で握られる。グリップ１３ｂはシャフト１３ａの軸と同軸に形成される。シャフト１３ａの先端にはクラブヘッド１３ｃが結合される。望ましくは、慣性センサー１２はゴルフクラブ１３のシャフト１３ａまたはグリップ１３ｂに取り付けられる。慣性センサー１２はゴルフクラブ１３に相対移動不能に固定されればよい。ここでは、慣性センサー１２の取り付けにあたって慣性センサー１２の検出軸の１つはシャフト１３ａの軸に合わせ込まれる。慣性センサー１２の検出軸のもう１つはクラブヘッド１３ｃのフェースの向きに合わせ込まれるのが望ましい。

ゴルフスイング解析装置１１は演算処理回路１４を備える。演算処理回路１４には慣性センサー１２が接続される。接続にあたって演算処理回路１４には所定のインターフェイス回路１５が接続される。このインターフェイス回路１５は有線で慣性センサー１２に接続されてもよく無線で慣性センサー１２に接続されてもよい。演算処理回路１４には慣性センサー１２から検出信号が供給される。

演算処理回路１４には記憶装置１６が接続される。記憶装置１６には例えばゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム（運動解析プログラム）１７および関連するデータが格納できる。演算処理回路１４はゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム１７を実行しゴルフスイング解析方法を実現する。記憶装置１６にはＤＲＡＭ（ダイナミックランダムアクセスメモリー）や大容量記憶装置ユニット、不揮発性メモリー等が含まれることができる。例えばＤＲＡＭには、ゴルフスイング解析方法の実施にあたって一時的にゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム１７が保持される。ハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）といった大容量記憶装置ユニットにはゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム１７およびデータが保存される。不揮発性メモリーにはＢＩＯＳ（基本入出力システム）といった比較的に小容量のプログラムやデータが格納される。

演算処理回路１４には画像処理回路１８が接続される。演算処理回路１４は画像処理回路１８に所定の画像データを送る。画像処理回路１８には表示装置１９が接続される。接続にあたって画像処理回路１８には所定のインターフェイス回路（図示されず）が接続される。画像処理回路１８は、入力される画像データに応じて表示装置１９に画像信号を送る。表示装置１９の画面には画像信号で特定される画像が表示される。表示装置１９には液晶ディスプレイその他のフラットパネルディスプレイが利用される。ここでは、演算処理回路１４、記憶装置１６および画像処理回路１８は例えばコンピューター装置として提供される。

演算処理回路１４には入力装置２１が接続される。入力装置２１は少なくともアルファベットキーおよびテンキーを備える。入力装置２１から文字情報や数値情報が演算処理回路１４に入力される。入力装置２１は例えばキーボードで構成されればよい。コンピューター装置およびキーボードの組み合わせは例えばスマートフォンや携帯電話端末、タブレットＰＣ（パーソナルコンピューター）等に置き換えられてもよい。

（２）運動解析モデル
演算処理回路１４は仮想空間を規定する。仮想空間は三次元空間で形成される。三次元空間は実空間を特定する。図２に示されるように、三次元空間は絶対基準座標系（全体座標系）Σ_ｘｙｚを有する。三次元空間には絶対基準座標系Σ_ｘｙｚに従って三次元運動解析モデル２６が構築される。三次元運動解析モデル２６の棒２７は支点２８（座標ｘ）に点拘束される。棒２７は支点２８回りで三次元的に振子として動作する。支点２８の位置は移動することができる。ここでは、絶対基準座標系Σ_ｘｙｚに従って、棒２７の重心２９の位置は座標ｘ_ｇで特定され、クラブヘッド１３ｃの位置は座標ｘ_ｈで特定される。

三次元運動解析モデル２６はスイング時のゴルフクラブ１３をモデル化したものに相当する。振子の棒２７はゴルフクラブ１３のシャフト１３ａを投影する。棒２７の支点２８はグリップ１３ｂを投影する。慣性センサー１２は棒２７に固定される。絶対基準座標系Σ_ｘｙｚに従って慣性センサー１２の位置は座標ｘ_ｓで特定される。慣性センサー１２は加速度信号および角速度信号を出力する。加速度信号では、重力加速度ｇの影響が差し引かれた加速度

が特定され、角速度信号では角速度ω_１、ω_２が特定される。

演算処理回路１４は同様に慣性センサー１２に局所座標系Σ_ｓを固定する。局所座標系Σ_ｓの原点は慣性センサー１２の検出軸の原点に設定される。局所座標系Σ_ｓのｙ軸はシャフト１３ａの軸心に一致する。局所座標系Σ_ｓのｘ軸はフェース（打球面）の向きで特定される打球方向に一致する。したがって、この局所座標系Σ_ｓに従って支点の位置ｌ_ｓｊは（０，ｌ_ｓｊｙ，０）で特定される。同様に、この局所座標系Σ_ｓ上では重心２９の位置ｌ_ｓｇは（０，ｌ_ｓｇｙ，０）で特定され、クラブヘッド１３ｃの位置ｌ_ｓｈは（０，ｌ_ｓｈｙ，０）で特定される。

（３）演算処理回路の構成
図３は一実施形態に係る演算処理回路１４の構成を概略的に示す。演算処理回路１４は第１検出部３１および第２検出部３２を備える。第１検出部３１および第２検出部３２はそれぞれ慣性センサー１２に接続される。第１検出部３１および第２検出部３２にはそれぞれ慣性センサー１２から出力が供給される。

第１検出部３１は慣性センサー１２の出力に基づきグリップ１３ｂの軸（シャフト１３ａに同軸）回りでグリップ１３ｂの初期位置を検出する。検出にあたって第１検出部３１は慣性センサー１２でシャフト１３ａに平行な１検出軸回り（ここではｙ軸回り）にアドレス時の角速度を取得する。第１検出部３１は取得した角速度を初期値に据える。アドレス時にはｙ軸回りで角速度は生じないことから、角速度が「０（ゼロ）」で静止すると、角位置「０°（ゼロ度）」（＝初期位置）が設定される。アドレス時のシャフト１３ａの姿勢は、シャフト部の第１状態に該当し、スイング動作開始前の静止状態に相当する。

第２検出部３２は、慣性センサー１２の出力に基づき角位置「０°」の初期位置から軸回りでグリップ１３ｂの相対回転角θｎ（ｎ＝１，…，Ｎ）を検出する。検出にあたって第２検出部３２は単位時間当たりで回転角の変化量を算出する。次式に示されるように、算出された変化量は累積される。ここで、Ｎはサンプル数を示す（以下、同じ）。

その結果、単位時間で累積される時刻ごとに初期位置からの変化量は算出される。こうして時間軸に従ってグリップ１３ｂの相対回転角θｎは特定される。

演算処理回路１４は第１画像データ生成部３３を備える。第１画像データ生成部３３は第２検出部３２に接続される。第１画像データ生成部３３には第２検出部３２から出力が供給される。第１画像データ生成部３３は画像データを生成する。この画像データでは相対回転角θｎを視覚的に表示する画像が特定される。第１画像データ生成部３３の画像データは、時間軸に応じて相対回転角θｎの変化を表示する画像を特定する。こういった画像は、例えば横軸に時間軸が設定され縦軸に相対回転角θが設定されるグラフであればよい。ここでは、画像データは画像に重ねられる比較データ（比較パターン）を含むことができる。比較データは相対回転角θの変化の比較例を示す。こういった比較データはプロフェッショナルや上級者、または被験者と同等のスキルを有する他の被験者等のスイング動作を表現していればよい。

演算処理回路１４は姿勢検出部３４を備える。姿勢検出部３４は慣性センサー１２に接続される。姿勢検出部３４には慣性センサー１２から出力が供給される。ここでは、慣性センサー１２の出力に、直交３軸に沿ってそれぞれ検出される加速度および直交３軸回りでそれぞれ検出される角速度が含まれる。姿勢検出部３４は慣性センサー１２の出力に基づきゴルフクラブ１３の姿勢を検出する。姿勢の検出にあたって姿勢検出部３４は例えば運動中のグリップ１３ｂおよびクラブヘッド１３ｃの位置を検出する。位置の検出にあたって姿勢検出部３４は例えば次式に従ってグリップ１３ｂの加速度を算出する。こうした加速度の算出にあたって姿勢検出部３４は慣性センサー１２の固有の局所座標系Σ_ｓに従ってグリップ１３ｂの位置ｌ_ｓｊを特定する。特定にあたって姿勢検出部３４は記憶装置１６から位置情報を取得する。記憶装置１６には予めグリップ１３ｂの位置ｌ_ｓｊが格納される。グリップ１３ｂの位置ｌｓｊは例えば入力装置２１経由で指定されればよい。

姿勢検出部３４は算出された加速度に基づきグリップ１３ｂの移動速度を算出する。ここでは、次式に従って加速度に規定のサンプリング間隔ｄｔで積分処理が施される。

さらに姿勢検出部３４は算出された速度に基づきグリップ１３ｂの位置を算出する。ここでは、次式に従って速度に規定のサンプリング間隔ｄｔで積分処理が施される。

同様に、姿勢検出部３４は次式に従ってクラブヘッド１３ｃの位置を検出する。位置の検出にあたって姿勢検出部３４は慣性センサー１２の固有の局所座標系Σ_ｓに従ってクラブヘッド１３ｃの位置ｌ_ｓｈを特定する。特定にあたって姿勢検出部３４は記憶装置１６から位置情報を取得する。記憶装置１６には予めクラブヘッド１３ｃの位置ｌ_ｓｈが格納される。クラブヘッド１３ｃの位置ｌ_ｓｈは例えば入力装置２１経由で指定されればよい。

演算処理回路１４はスイング画像データ生成部３５を備える。スイング画像データ生成部３５は姿勢検出部３４に接続される。スイング画像データ生成部３５には姿勢検出部３４の出力が供給される。スイング画像データ生成部３５は、姿勢検出部３４で算出されたグリップ１３ｂの位置およびクラブヘッド１３ｃの位置に基づきゴルフクラブ１３の移動軌跡を特定する。特定された移動軌跡に基づきスイング動作を表現する画像が生成される。画像は画像データとしてスイング画像データ生成部３５から出力される。

演算処理回路１４は静止検出部３６を備える。静止検出部３６は慣性センサー１２に接続される。静止検出部３６には慣性センサー１２から出力が供給される。ここでは、慣性センサー１２の出力に、直交３軸に沿ってそれぞれ検出される加速度および直交３軸回りでそれぞれ検出される角速度が含まれる。静止検出部３６は慣性センサー１２の出力に基づきゴルフクラブ１３の静止状態を判定する。慣性センサー１２の出力が閾値を下回ると、静止検出部３６はゴルフクラブ１３の静止状態を判断する。ゴルフクラブ１３の静止状態はスイング動作中のアドレスを表象する。閾値には、体動といった微小振動を示す検出信号の影響を排除することができる値が設定されればよい。静止検出部３６は、所定期間にわたって静止状態を確認すると、静止通知信号を出力する。静止通知信号は第１検出部３１、第２検出部３２および姿勢検出部３４に送られる。第１検出部３１は静止通知信号の受信に応じて角位置「０°」の初期位置を設定する。第２検出部３２は静止通知信号の受信に応じて相対回転角の算出を開始する。姿勢検出部３４は静止通知信号の受信に応じてゴルフクラブ１３の姿勢の検出を開始する。

ここでは、静止検出部３６は静止状態の判断にあたってゴルフクラブ１３の傾斜角を参照してもよい。このとき、静止検出部３６はグリップ１３ｂの座標およびクラブヘッド１３ｃの座標に基づきゴルフクラブ１３の傾斜角すなわち姿勢を算出する。静止検出部３６は、算出された傾斜角に基づきアドレス時のゴルフクラブ１３の姿勢を判定する。傾斜角が所定の傾斜角の範囲に収まるか否かが判断される。静止検出部３６は、アドレス時のゴルフクラブ１３の姿勢が確立された後に、ゴルフクラブ１３の静止状態の判断を開始する。

演算処理回路１４はイベント検出部３７を備える。イベント検出部３７は姿勢検出部３４に接続される。イベント検出部３７には姿勢検出部３４の出力が供給される。イベント検出部３７はゴルフクラブ１３の姿勢に基づきスイング動作中のイベントを特定する。例えば、イベント検出部３７は地面に平行に配置されるグリップ１３ｂの軸（すなわちシャフト１３ａの軸）を検出する。こうしてバックスイング中のハーフウェイバックを特定することができる。例えば、イベント検出部３７はバックスイングからダウンスイングへの切り替え時に加速度の変化を検出することができる。こうしてバックスイングのトップが特定される。これらの検出にあたってイベント検出部３７は比較対象となる基準値を記憶装置１６から取得してもよい。

演算処理回路１４は演算部３８を備える。演算部３８はイベント検出部３７および第２検出部３２に接続される。演算部３８にはイベント検出部３７の出力および第２検出部３２の出力が供給される。演算部３８は相対回転角θｎに個々のイベントを関連付ける。特定の相対回転角θｎにハーフウェイバックやトップといったイベントは関連づけられる。

演算処理回路１４は第２画像データ生成部３９を備える。第２画像データ生成部３９は演算部３８に接続される。第２画像データ生成部３９には演算部３８から出力が供給される。第２画像データ生成部３９は画像データを生成する。この画像データでは相対回転角θｎを視覚的に表示する画像が特定される。第２画像データ生成部３９の画像データは、イベントの表記とともに相対回転角θｎを表示する画像を特定する。こういった画像は、例えば中心点回りで相対回転角θが特定される疑似円グラフであればよい。ここでは、画像に重ねられる比較データ（比較パターン）を含むことができる。比較データはイベントごとに相対回転角θの比較例を示す。こういった比較データは、前述と同様に、プロフェッショナルや上級者、または他の被験者のスイング動作を表現していればよい。

演算処理回路１４は描画部４１を備える。描画部４１は第１画像データ生成部３３、第２画像データ生成部３９およびスイング画像データ生成部３５に接続される。描画部４１には第１画像データ生成部３３、第２画像データ生成部３９およびスイング画像データ生成部３５から出力が供給される。描画部４１は、第１画像データ生成部３３の出力に基づき、時間軸に応じて相対回転角θｎの変化を表示する画像を描画する。描画部４１は、同様に、第２画像データ生成部３９の出力に基づき、イベントの表記とともに相対回転角θｎを表示する画像を描画する。描画部４１は、スイング画像データ生成部３５の出力に基づき、スイング動作を表現する画像を描画する。

（４）ゴルフスイング解析装置の動作
ゴルフスイング解析装置１１の動作を簡単に説明する。まず、ゴルファーのゴルフスイングは計測される。計測に先立って必要な情報が入力装置２１から演算処理回路１４に入力される。ここでは、三次元運動解析モデル２６に従って、局所座標系Σ_ｓに従った支点２８の位置ｌ_ｓｊ、並びに、慣性センサー１２の初期姿勢の回転行列Ｒ^０の入力が促される。入力された情報は例えば特定の識別子の下で管理される。識別子は特定のゴルファーを識別すればよい。

計測に先立って慣性センサー１２がゴルフクラブ１３のシャフト１３ａに取り付けられる。慣性センサー１２はゴルフクラブ１３に相対変位不能に固定される。ここでは、慣性センサー１２の検出軸の１つはシャフト１３ａの軸に合わせ込まれる。慣性センサー１２の検出軸の１つはフェース（打球面）の向きで特定される打球方向に合わせ込まれる。

ゴルフスイングの実行に先立って慣性センサー１２の計測は開始される。動作の開始時に慣性センサー１２は所定の位置および姿勢に設定される。これらの位置および姿勢は初期姿勢の回転行列Ｒ^０で特定されるものに相当する。慣性センサー１２は特定のサンプリング間隔で継続的に加速度および角速度を計測する。サンプリング間隔は計測の解像度を規定する。慣性センサー１２の検出信号はリアルタイムで演算処理回路１４に送り込まれる。演算処理回路１４は慣性センサー１２の出力を特定する信号を受信する。

ゴルフスイングは、アドレスに始まって、テイクバック、ハーフウェイバック、トップからダウンスイング、インパクトを経て、フォロースルー、そしてフィニッシュに至る。ハーフウェイバックやトップといったイベント時のシャフト１３ａの姿勢は、シャフト部の第２状態に該当し、スイング動作開始後の動作状態に相当する。ゴルフクラブ１３は振られる。振られると、ゴルフクラブ１３の姿勢は時間軸に従って変化する。慣性センサー１２はゴルフクラブ１３の姿勢に応じて検出信号を出力する。このとき、姿勢検出部３４はスイング動作時の検出信号に基づき時間軸に従ってゴルフクラブ１３の姿勢を算出する。スイング画像データ生成部３５は、算出されたゴルフクラブ１３の姿勢に基づき、スイング動作時のゴルフクラブ１３の移動軌跡を特定する。スイング画像データ生成部３５は、視覚的にスイング動作を表現する三次元画像データ（例えばポリゴンデータ）を生成する。描画部４１は、三次元画像データに基づき、例えば図４に示されるように、視覚的にゴルフクラブ１３の移動軌跡４２を特定する画像を描画する。こうして画像で視覚的にスイング動作は表現される。描画データは画像処理回路１８に送られ、描画データに従って表示装置１９の画面に画像は映し出される。

ゴルフスイングの計測にあたって被験者は最初にアドレスの姿勢をとる。このアドレス時に被験者はインパクトの瞬間の姿勢を再現する。その結果、「ゴルフスイング」という一連の動作の中からインパクトの瞬間の姿勢が抽出される。このとき、ゴルフクラブ１３は静止姿勢で保持される。静止検出部３６はゴルフクラブ１３の静止状態を検出する。静止検出部３６は静止通知信号を出力する。第１検出部３１は静止通知信号の受信に応じて角位置「０°」の初期位置を設定する。第２検出部３２は静止通知信号の受信に応じて相対回転角の算出を開始する。姿勢検出部３４は静止通知信号の受信に応じてゴルフクラブ１３の姿勢の検出を開始する。

アドレスから始まってスイング動作中に第２検出部３２は規定の単位時間間隔で相対回転角θｎを検出する。時間軸に従ってグリップ１３ｂの相対回転角θｎは特定される。相対回転角θｎを特定する出力信号は第１画像データ生成部３３に送られる。第１画像データ生成部３３は、時間軸に応じて相対回転角θｎの変化を表示する画像を特定する二次元画像データを生成する。描画部４１は、生成された二次元画像データに基づき、例えば図５に示されるように、時間軸に応じて相対回転角θの変化を表示する画像を描画する。この画像にはレッスンプロの比較データ４３が同時に描かれる。その他、相対回転角θのグラフは図５に示すスイング動作の画像と同時に画面上に映し出されてもよい。

イベント検出部３７は姿勢検出部３４の出力に基づきスイング動作中のイベントを特定する。ここでは、イベント検出部３７はバックスイング中のハーフウェイバックやトップを特定する。例えばイベント検出部３７はハーフウェイバックやトップといったイベントにアドレス時からの経過時間を関連づける。こうして特定されたハーフウェイバックやトップはタイムスタンプとともにデータとして出力される。

イベント検出部３７の出力は演算部３８に送られる。演算部３８には相対回転角θｎを特定する出力信号が第２検出部３２から送られる。演算部３８は特定の相対回転角θにハーフウェイバックやトップといったイベントを関連づける。イベントに関連づけられた相対回転角θのデータは第２画像データ生成部３９に送られる。第２画像データ生成部３９は、イベントの表記とともに相対回転角θを表示する画像を特定する二次元画像データを生成する。このとき、第２画像データ生成部３９は、相対回転角θの初期位置に「Ａｄｄｒｅｓｓ（アドレス）」の表記を付す。ハーフウェイバックに相当する相対回転角θの位置に「ＨａｌｆｗａｙＢａｃｋ」の表記を付す。トップに相当する相対回転角θの位置に「Ｔｏｐ」の表記を付す。相対回転角θが最大値を示す位置に「Ｍａｘ」の表記を付す。描画部４１は、生成された二次元画像データに基づき、例えば図６に示されるように、相対回転角θにイベント「Ａｄｄｒｅｓｓ」「ＨａｌｆｗａｙＢａｃｋ」「Ｔｏｐ」「Ｍａｘ」を関連づけた画像を描画する。この疑似円形グラフでは「Ａｄｄｒｅｓｓ」で中心角「０°」が示され、そこから時計回りに相対回転角θは表示される。「Ａｄｄｒｅｓｓ」から１周して再び「Ａｄｄｒｅｓｓ」に戻ると３６０°に相当する。この画像にはレッスンプロの比較データ４４が同時に描かれる。その他、図７に示されるように、比較データが省略されて被験者の相対回転角θのみが疑似円形グラフに描かれてもよい。その他、相対回転角θｎおよびイベントのグラフは図５に示すスイング動作の画像と同時に画面上に映し出されてもよい。

スイングの開始にあたって被験者はインパクト時のゴルフクラブ１３の姿勢を予め決める。ここから、インパクトを含むスイング動作は改めて実施される。スイング動作中に、グリップ１３ｂの軸回りでグリップ１３ｂの相対回転角は検出される。第１画像データ生成部３３の出力や第２画像データ生成部３９の出力に基づき表示装置１９の画面には相対回転角θが視覚的に表示される。こうして軸回りでグリップ１３ｂの回転は被験者に提示される。こうしたグリップ１３ｂの回転はインパクト後の打球の向きに影響することが知られる。被験者は、提示されるグリップ１３ｂの回転に応じてスイングのフォームに改良を加えることができる。

特に、第１画像データ生成部３３の出力によれば、時間軸に従って相対角位置の変化が視覚的に提示されることから、被験者は変化の度合いや変化の速さを直感的に認識することができる。そうした認識に従って被験者はスイングのフォームに改良を加えることができる。その一方で、第２画像データ生成部３９の出力によれば、相対角位置の角度ごとにアドレスやハーフウェイバック、トップといったイベントが視覚的に提示されることから、被験者は直感的に相対角位置とイベントとの関係を認識することができる。そうした認識に基づき被験者はスイングのフォームに改良を加えることができる。ハーフウェイバックではグリップ１３ｂの軸は地面に平行に向くことから、イベント検出部３７はハーフウェイバックの角位置を特定することができる。こうした指標に基づき被験者はスイングのフォームに改良を加えることができる。

しかも、時間軸に応じた画像や疑似円形グラフの画像では、プロフェッショナルや上級者のスイング動作は比較データで表現される。こうして被験者の相対回転角θの変化はプロフェッショナルや上級者の相対回転角の変化に比較され、イベントごとに被験者の相対回転角θはプロフェッショナルや上級者の相対回転角に比較される。比較に応じて被験者はスイングのフォームに改良を加えることができる。

慣性センサー１２では少なくとも運動具のシャフト部の軸回りの角速度が検出されれば、グリップ１３ｂの相対回転角が検出される。慣性センサー１２で直交３軸に沿ってそれぞれ加速度が検出され直交３軸回りでそれぞれ角速度が検出されれば、１つの慣性センサー１２でゴルフクラブ１３の姿勢が検出される。

なお、以上の実施形態では演算処理回路１４の個々の機能ブロックはゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム１７の実行に応じて実現される。ただし、個々の機能ブロックはソフトウェア処理に頼らずにハードウェアで実現されてもよい。

上記実施形態においては、ゴルフスイングにおいて、アドレス時のゴルフクラブ１３のシャフト１３ａまたはクラブヘッド１３ｃのフェース角の状態と、ゴルフスイング中のあるタイミングにおけるシャフト１３ａまたはゴルフクラブ１３のフェース角との相対回転角について述べたが、スイング中のあるタイミングの２点におけるシャフト１３ａまたはゴルフクラブのフェース角との相対回転角を算出してもよい。また、運動具のシャフト部の軸回りの回転角検出と併せて、シャフト部の軸回り以外の軸の相対回転角を求め、シャフト部の軸回りの回転角と併せて表示させてもよい。また、運動具のシャフト部の軸回りの回転角検出は用いずに、シャフト部の軸回り以外の軸の相対回転角を求めて表示させてもよい。また、ゴルフスイングに限らず、運動具を用いてスイング動作を行う運動（例えばテニス、野球等）の解析に本発明を適用することができる。

上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれる。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えられることができる。また、慣性センサー１２や演算処理回路１４、三次元運動解析モデル２６等の構成および動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。

１１運動解析装置（ゴルフスイング解析装置）、１２慣性センサー、１３運動具（ゴルフクラブ）、１３ａシャフト部（シャフト）、１４コンピューター（演算処理回路）、１７運動解析プログラム（ゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム）、１９第１表示部または第２表示部（表示装置）、３１第１検出部、３２第２検出部、３３第１画像データ生成部、３７イベント検出部、３８演算部、３９第２画像データ生成部、４３比較データ、４４比較データ。

Claims

慣性センサーの出力を用いて、運動具のシャフト部の静止状態を検出する第１検出部と、
前記慣性センサーの出力を用いて、スイング動作中に単位時間間隔で前記運動具のシャフト部の各状態を検出し、前記静止状態から前記シャフト部の軸回りで変化した前記シャフト部の相対回転角を検出する第２検出部と、
前記慣性センサーの出力を用いて、前記スイング動作中のイベントを特定するイベント検出部と、
前記イベントに前記相対回転角を関連付ける演算部と、
前記相対回転角及び前記イベントを表示する表示部と、
を備え、
前記表示部には、疑似円形グラフに前記相対回転角及び前記イベントが表示され、前記相対回転角は前記疑似円形グラフの中心軸より半径方向に延びる基準線から前記中心軸廻りの角度として表示され、前記イベントは前記演算部で関連付けられた前記相対回転角が前記疑似円形グラフ上に表示される位置と対応する位置に表示され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、
前記表示部は、前記運動具のスイング動作中の時間に応じて、前記相対回転角の変化を表示する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、
前記表示部は、前記相対回転角の変化の比較データを併せて表示することを特徴とする運動解析装置。
請求項３に記載の運動解析装置において、
前記表示部では、前記疑似円形グラフの基準線上にて前記半径方向の長さが異なる複数の基準点をそれぞれ始点とする前記中心軸廻りの複数の円弧の角度が、前記比較データを含む複数のデータの前記相対的角度として割り当てられて表示されることを特徴とする運動解析装置。
慣性センサーの出力を用いて、運動具のシャフト部の静止状態を検出する手順と、
前記慣性センサーの出力を用いて、スイング動作中に単位時間間隔で前記運動具のシャフト部の各状態を検出する手順と、
前記静止状態から前記シャフト部の軸回りで変化する前記シャフト部の前記各状態の相対回転角を検出する手順と、
前記慣性センサーの出力を用いて、前記スイング動作中のイベントを特定する手順と、
前記イベントに前記相対回転角を関連付ける手順と、
前記相対回転角を、疑似円形グラフの中心軸より半径方向に延びる基準線から前記中心軸廻りの角度として表示する手順と、
前記イベントを、前記演算部で関連付けられた前記相対回転角が前記疑似円形グラフ上に表示される位置と対応する位置に表示する手順と、
をコンピューターに実行させることを特徴とする運動解析プログラム。
慣性センサーの出力を用いて、運動具のシャフト部の静止状態を検出し、
前記慣性センサーの出力を用いて、スイング動作中に単位時間間隔で前記運動具のシャフト部の各状態を検出し、
前記静止状態から前記シャフト部の軸回りで変化する前記シャフト部の前記各状態の相対回転角を検出し、
前記慣性センサーの出力を用いて、前記スイング動作中のイベントを特定し、
前記イベントに前記相対回転角を関連付けし、
前記相対回転角を、疑似円形グラフの中心軸より半径方向に延びる基準線から前記中心軸廻りの角度として表示し、
前記イベントを、前記演算部で関連付けられた前記相対回転角が前記疑似円形グラフ上に表示される位置と対応する位置に表示することを特徴とする表示方法。