JP6300195B2

JP6300195B2 - ゴルフスイング解析装置およびゴルフスイング解析方法

Info

Publication number: JP6300195B2
Application number: JP2012223326A
Authority: JP
Inventors: 憲太田; 和宏澁谷
Original assignee: Seiko Epson Corp; Keio University
Current assignee: Seiko Epson Corp; Keio University
Priority date: 2012-10-05
Filing date: 2012-10-05
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2032-10-05
Also published as: EP2716332A2; US20140100048A1; KR20140044754A; CN103706107B; CN103706107A; US9415290B2; EP2716332A3; JP2014073313A

Description

本発明はゴルフスイング解析装置およびゴルフスイング解析方法等に関する。

例えば特許文献１に開示されるようなゴルフスイング解析装置が一般に知られている。ゴルフスイング解析装置は光学式モーションキャプチャーシステムを利用し、当該システムではゴルファーのスイングの様子を撮影する。撮影にあたってゴルファーやゴルフクラブの特定位置にマーカーを固定し、マーカーの動きを撮影することで特定位置の移動軌跡が記録される。また、例えば特許文献２に開示されるように、加速度センサーを利用するゴルフスイング解析装置も一般に知られている。ゴルフクラブに加速度センサーが取り付けられ、加速度センサーで計測される加速度に応じてゴルフスイングのフォームが解析される。

特開２０１０−１１９２６号公報特開平１１−１６９４９９号公報

特許文献１に記載されているような光学式モーションキャプチャーシステムを利用したゴルフスイング解析では、設備が大掛かりでありフィールドでの計測が困難であるため、特許文献２に記載されているような加速度センサー等の慣性センサーを用いたゴルフスイング解析が近年利用されてきている。

しかし、慣性センサーを用いたゴルフスイング解析において、ゴルフスイング時にゴルファーの上半身でどの程度のエネルギーが生成され、ゴルファーの上半身からゴルフクラブにどの程度のエネルギーが伝達されたかを知ることはできなかった。

本発明の少なくとも１つの態様によれば、ゴルフスイングの解析にあたってゴルファーの上半身からゴルフクラブに伝達されるエネルギー伝達率を分析し、それに基づき精度の高いゴルフスイングの解析を実現することができるゴルフスイング解析装置およびゴルフスイング解析方法等は提供される。

（１）本発明の一態様は、ゴルファーの上半身の部位に取り付けられる第１慣性センサーと、ゴルフクラブに取り付けられる第２慣性センサーと、前記第１慣性センサーおよび前記第２慣性センサーの出力に基づき前記ゴルファーの前記上半身で生成される第１エネルギー量を算出する第１演算部と、前記第１慣性センサーおよび前記第２慣性センサーの出力に基づき前記上半身から前記ゴルフクラブに伝達される第２エネルギー量を算出する第２演算部と、前記第１エネルギー量に対する前記第２エネルギー量の割合に基づき、前記ゴルファーの前記上半身から前記ゴルフクラブへのエネルギー伝達率を算出する処理部と、を備えるゴルフスイング解析装置に関する。

ゴルフスイング時にゴルファーの上半身でどの程度のエネルギーが生成され、ゴルファーの上半身からゴルフクラブにどの程度のエネルギーが伝達されたかを知ることができる。こうしたエネルギーが観察されれば、ゴルフクラブに効率的にエネルギーを伝達することができるゴルフスイング中の動作のタイミングは導き出される。こうしてゴルフスイング中の動作のタイミングに関して指標は提供される。例えばタイミングの変更と観察とが繰り返されることで、試行錯誤を通じてゴルフスイング中の動作のタイミングには良好な改良が加えられることができる。ここで、ゴルフスイング中の動作のタイミングには、ゴルフスイングのリズムやテンポのほか、力を抜くタイミングや切り返しのタイミングといったゴルフスイングを通してポイントとなる事象のタイミングが含まれる。

（２）前記第１エネルギー量および前記第２エネルギー量の算出にあたって三次元二重振子モデルを用い、前記上半身の前記部位は三次元二重振子モデルの第１リンクを形成し、前記ゴルフクラブは前記三次元二重振子モデルの第２リンクを形成することができる。こうしてゴルフスイングはモデル化される。三次元二重振子モデルは比較的に高い精度でゴルフスイングを動力学的に再現することができる。こうしてゴルフスイングは効果的に解析される。

（３）前記第１リンクの支点は前記ゴルファーの両肩を結ぶ線の中央に位置し、前記第１リンクおよび前記第２リンクの関節は前記ゴルフクラブのグリップに位置することができる。こうしてゴルフスイングは精度よく解析される。

（４）前記第１慣性センサーおよび第２慣性センサーは、複数の検出軸を備える加速度センサーと、複数の検出軸を備えるジャイロセンサーとを含むことができる。加速度センサーおよびジャイロセンサーによれば、第１エネルギー量および第２エネルギー量の算出にあたって加速度および角速度の情報は正確に検出される。

（５）前記第１演算部は、前記第１慣性センサーの加速度および角速度と、前記上半身の前記部位の質量と、前記第２慣性センサーの加速度および角速度と、前記ゴルフクラブの質量とに基づき、前記ゴルファーの前記上半身で生成される前記第１エネルギー量のエネルギー変化率を算出することができる。第１演算部は、算出されたエネルギー変化率の積分に基づき第１エネルギー量を算出することができる。

（６）前記第２演算部は、前記第１慣性センサーの加速度および角速度と、前記第２慣性センサーの加速度と、前記ゴルフクラブの質量とに基づき、前記上半身から前記ゴルフクラブに伝達される前記第２エネルギー量のエネルギー変化率を算出することができる。第２演算部は、算出されたエネルギー変化率の積分に基づき第２エネルギー量を算出することができる。

（７）ゴルフスイング解析装置は、前記上半身の前記部位の総エネルギー変化率の正負のバランスを特定するエネルギー変化率反転検出部をさらに備えることができる。こうして総エネルギー変化率の正負のバランスが観察されれば、ゴルフクラブに効率的にエネルギーを伝達することができるゴルフスイング中の動作のタイミングは導き出される。こうしてゴルフスイング中の動作のタイミングに関して指標は提供される。例えばタイミングの変更と観察とが繰り返されることで、試行錯誤を通じてゴルフスイング中の動作のタイミングには良好な改良が加えられることができる。

（８）ゴルフスイング解析装置は、前記ゴルファーの前記上半身で生成される第１エネルギー量のエネルギー変化率を時系列で視覚化する第１画像データと、前記上半身から前記ゴルフクラブに伝達される第２エネルギー量のエネルギー変化率を時系列で視覚化する第２画像データとを生成する画像データ生成部をさらに備えることができる。エネルギー変化率の時系列変化が観察されれば、ゴルフクラブに効率的にエネルギーを伝達することができるゴルフスイング中の動作のタイミングは導き出される。しかも、第１エネルギー量および第２エネルギー量の間でエネルギー変化率の相対的な関係が観察されれば、ゴルフクラブに効率的にエネルギーを伝達することができるゴルフスイング中の動作のタイミングは導き出される。こうしてゴルフスイング中の動作のタイミングに関して指標は提供される。例えばタイミングの変更と観察とが繰り返されることで、試行錯誤を通じてゴルフスイング中の動作のタイミングには良好な改良が加えられることができる。

（９）本発明の他の態様は、ゴルファーの上半身の部位に取り付けられる第１慣性センサー、および、ゴルフクラブに取り付けられる第２慣性センサーの出力に基づき前記ゴルファーの前記上半身で生成される第１エネルギー量を算出する工程と、前記第１慣性センサーおよび前記第２慣性センサーの出力に基づき前記上半身から前記ゴルフクラブに伝達される第２エネルギー量を算出する工程と、前記第１エネルギー量に対する前記第２エネルギー量の割合から前記ゴルファーの前記上半身から前記ゴルフクラブへのエネルギー伝達率を算出する工程と、を備えるゴルフスイング解析方法に関する。

ゴルフスイング時にゴルファーの上半身でどの程度のエネルギーが生成され、ゴルファーの上半身からゴルフクラブにどの程度のエネルギーが伝達されたかを知ることができる。こうしたエネルギーが観察されれば、ゴルフクラブに効率的にエネルギーを伝達することができるゴルフスイング中の動作のタイミングは導き出される。こうしてゴルフスイング中の動作のタイミングに関して指標は提供される。例えばタイミングの変更と観察とが繰り返されることで、試行錯誤を通じてゴルフスイング中の動作のタイミングには良好な改良が加えられることができる。

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。三次元二重振子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。演算処理回路の構成を概略的に示すブロック図である。第１エネルギー量および第２エネルギー量とエネルギー伝達率とを示す画面表示の一具体例である。レッスンプロのスイング解析の結果であってエネルギー変化率の時系列変化を示すグラフである。アマチュアゴルファーのスイング解析の結果であってエネルギー変化率の時系列変化を示すグラフである。レッスンプロのスイング解析の結果であって総エネルギー変化率信号の時系列変化を示すグラフである。ゼロクロスのタイミングでレッスンプロおよびゴルフクラブの姿勢を示す概念図である。アマチュアゴルファーのスイング解析の結果であって総エネルギー変化率信号の時系列変化を示すグラフである。ゼロクロスのタイミングでアマチュアゴルファーおよびゴルフクラブの姿勢を示す概念図である。

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は例えば第１慣性センサー１２および第２慣性センサー１３を備える。第１および第２慣性センサー１２、１３には加速度センサーおよびジャイロセンサーが組み込まれる。加速度センサーは直交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直交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。第１および第２慣性センサー１２、１３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。第１慣性センサー１２はゴルファーの上肢（例えば右打ちなら左腕）１５に取り付けられる。ここでは、第１慣性センサー１２はゴルファーの前腕に取り付けられるものの、第１慣性センサー１２はゴルファーの上腕に取り付けられてもよい。第２慣性センサー１３はゴルフクラブ１４に取り付けられる。望ましくは、第２慣性センサー１３はゴルフクラブ１４のグリップまたはシャフトに取り付けられる。第１および第２慣性センサー１２、１３は上肢１５およびゴルフクラブ１４にそれぞれ相対移動不能に固定されればよい。ここでは、第２慣性センサー１３の取り付けにあたって第２慣性センサー１３の検出軸の１つはゴルフクラブ１４の長軸に平行に合わせ込まれる。なお、本実施形態では第１慣性センサー１２は上肢１５に取り付けられるものの、第１慣性センサー１２は上半身（特に両肩）に装着されてもよい。

ゴルフスイング解析装置１１は演算処理回路１６を備える。演算処理回路１６には第１および第２慣性センサー１２、１３が接続される。接続にあたって演算処理回路１６には所定のインターフェース回路１７が接続される。このインターフェース回路１７は有線で慣性センサー１２、１３に接続されてもよく無線で慣性センサー１２、１３に接続されてもよい。演算処理回路１６には慣性センサー１２、１３から検出信号が入力される。

演算処理回路１６には記憶装置１８が接続される。記憶装置１８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１９および関連するデータが格納される。演算処理回路１６はゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム１９を実行しゴルフスイング解析方法を実現する。記憶装置１８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。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１９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１６には画像処理回路２１が接続される。演算処理回路１６は画像処理回路２１に所定の画像データを送る。画像処理回路２１には表示装置２２が接続される。接続にあたって画像処理回路２１には所定のインターフェース回路（図示されず）が接続される。画像処理回路２１は、入力される画像データに応じて表示装置２２に画像信号を送る。表示装置２２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２２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１６、記憶装置１８および画像処理回路２１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１６には入力装置２３が接続される。入力装置２３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２３から文字情報や数値情報が演算処理回路１６に入力される。入力装置２３は例えばキーボードで構成されればよい。

（２）三次元二重振子モデル
演算処理回路１６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。図２に示されるように、三次元空間は絶対基準座標系Σ_ｘｙｚを有する。三次元空間には絶対基準座標系Σ_ｘｙｚに従って三次元二重振子モデル３１が構築される。三次元二重振子モデル３１は第１リンク３２および第２リンク３３を備える。第１リンク３２は支点３４（座標ｘ_０）に点拘束される。したがって、第１リンク３２は支点３４回りで三次元的に振り子として動作する。支点３４の位置は移動することができる。第２リンク３３は第１リンク３２に関節３５（座標ｘ_１）で点拘束される。したがって、第２リンク３３は関節３５回りで第１リンク３２に対して振り子として動作することができる。この三次元二重振子モデル３１では、第１および第２リンク３２、３３の質量ｍ_１、ｍ_２、第１リンク３２の支点３４回りの慣性テンソルＪ_１、第２リンク３３の関節３５回りの慣性テンソルＪ_２を特定する必要がある。ここでは、絶対基準座標系Σ_ｘｙｚに従って、第１リンク３２の重心３６の位置は座標ｘ_ｇ１で特定され、第２リンク３３の重心３７の位置は座標ｘ_ｇ２で特定され、クラブヘッド３８の位置は座標ｘ_ｈ２で特定される。

三次元二重振子モデル３１はゴルファーＧおよびゴルフクラブ１４をモデル化したものに相当する。第１リンク３２の支点３４はゴルファーＧの上半身のおよそ両肩の中心位置を投影する。関節３５はグリップを投影する。第２リンク３３はゴルフクラブ１４を投影する。第１慣性センサー１２はゴルファーの上肢１５に固定される。両肩の中心位置は第１慣性センサー１２に対して相対的に固定されることができる。絶対基準座標系Σ_ｘｙｚに従って第１慣性センサー１２の位置は座標ｘ_ｓ１で特定される。第２慣性センサー１３は第２リンク３３に固定される。絶対基準座標系Σ_ｘｙｚに従って第２慣性センサー１３の位置は座標ｘ_ｓ２で特定される。第１慣性センサー１２および第２慣性センサー１３はそれぞれ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の影響を含む加速度
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１６は第１慣性センサー１２に局所座標系Σ_ｓ１を固定する。局所座標系Σ_ｓ１の原点は第１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_ｓ１のｙ軸上に関節３５が設定される。したがって、この局所座標系Σ_ｓ１上の関節３５の位置ｌ_ｓｊ１は（０，ｌ_ｓｊ１ｙ，０）で特定される。同様に、この局所座標系Σ_ｓ１上の支点３４の位置ｌ_ｓ０および重心３６の位置ｌ_ｓｇ１はそれぞれ（ｌ_ｓ０ｘ，ｌ_ｓ０ｙ，ｌ_ｓ０ｚ）および（ｌ_ｓｇ１ｘ，ｌ_ｓｇ１ｙ，ｌ_ｓｇ１ｚ）で特定される。

演算処理回路１６は同様に第２慣性センサー１３に局所座標系Σ_ｓ２を固定する。局所座標系Σ_ｓ２の原点は第２慣性センサー１３の検出軸の原点に設定される。局所座標系Σ_ｓ２のｙ軸はゴルフクラブ１４の軸心に一致する。したがって、この局所座標系Σ_ｓ２に従って関節３５の位置ｌ_ｓｊ２は（０，ｌ_ｓｊ２ｙ，０）で特定される。同様に、この局所座標系Σ_ｓ２上では重心３７の位置ｌ_ｓｇ２は（０，ｌ_ｓｇ２ｙ，０）で特定され、クラブヘッド３８の位置ｌ_ｓｈ２は（０，ｌ_ｓｈ２ｙ，０）で特定される。

（３）演算処理回路の構成
図３は演算処理回路１６の構成を概略的に示す。演算処理回路１６は要素演算部４４を備える。要素演算部４４には第１慣性センサー１２および第２慣性センサー１３から加速度信号および角速度信号が入力される。要素演算部４４は、加速度および角速度に基づき、エネルギー変化率の演算に要求される成分値を算出する。算出にあたって要素演算部４４は記憶装置１８から様々な数値を取得する。

要素演算部４４は第１力演算部４５を備える。第１力演算部４５は第２リンク３３に作用する第１関節間力Ｆ_２を算出する。算出にあたって第１力演算部４５は第２慣性センサー１３の加速度信号およびゴルフクラブ１４の第１質量データを取得する。第１質量データにはゴルフクラブ１４の質量ｍ_２が記述される。第１質量データは予め記憶装置１８に格納されればよい。次式に従って第１関節間力Ｆ_２は算出される。
このとき、
は第２リンク３３の重心３７の加速度を示す。定数ｇは重力加速度を示す。重心３７の加速度は第２慣性センサー１３の計測値から算出される。第１力演算部４５は第１関節間力信号を出力する。第１関節間力信号で第１関節間力Ｆ_２の値は特定される。

要素演算部４４は第２力演算部４６を備える。第２力演算部４６は第１リンク３２に作用する第２関節間力Ｆ_１を算出する。算出にあたって第２力演算部４６は第１慣性センサー１２の加速度信号、第２質量データおよび第１関節間力信号を取得する。第２質量データには上肢１５の質量ｍ_１が記述される。第２質量データは予め記憶装置１８に格納されればよい。次式に従って第２関節間力Ｆ_１は算出される。
このとき、
は第１リンク３２の重心３６の加速度を示す。重心３６の加速度は第１慣性センサー１２の計測値から算出される。第２力演算部４６は第２関節間力信号を出力する。第２関節間力信号で第２関節間力Ｆ_１の値は特定される。

要素演算部４４は第１トルク演算部４７を備える。第１トルク演算部４７は、関節３５回りに第２リンク３３に作用するトルクτ_２を算出する。算出にあたって第１トルク演算部４７は第２慣性センサー１３の角速度信号、第１慣性テンソルデータ、第１位置データ、第２位置データおよび第１関節間力信号を取得する。第１慣性テンソルデータにはゴルフクラブ１４の慣性テンソルＪ_２が記述される。第１位置データには局所座標系Σ_ｓ２上の関節３５の位置ｌ_ｓｊ２が記述される。第２位置データには局所座標系Σ_Ｓ２上の重心３７の位置ｌ_ｓｇ２が記述される。第１慣性テンソルデータ、第１位置データおよび第２位置データは予め記憶装置１８に格納されればよい。第１関節間力信号は第１力演算部４５から送られればよい。次式に従ってトルクτ_２は算出される。
ここで、単位ベクトルｅ_ｌ２はゴルフクラブ１４のグリップエンドからクラブヘッドに向いた長軸方向を特定する。第１トルク演算部４７は第１トルク信号を出力する。第１トルク信号でトルクτ_２の値は特定される。

要素演算部４４は第２トルク演算部４８を備える。第２トルク演算部４８は支点３４回りに第１リンク３２に作用するトルクτ_１を算出する。算出にあたって第２トルク演算部４８は第１慣性センサー１２の角速度信号、第２慣性テンソルデータ、第３位置データ、第４位置データ、第５位置データ、第１関節間力信号、第２関節間力信号および第１トルク信号を取得する。第２慣性テンソルデータには上肢１５の慣性テンソルＪ_１が記述される。第３位置データには局所座標系Σ_ｓ１上の支点３４の位置ｌ_ｓ０が記述される。第４位置データには局所座標系Σ_ｓ１上の関節３５の位置ｌ_ｓｊ１が記述される。第５位置データには局所座標系Σ_ｓ１上の重心３６の位置ｌ_ｓg１が記述される。第２慣性テンソルデータ並びに第３〜第５位置データは予め記憶装置１８に格納されればよい。第１関節間力信号は第１力演算部４５から送られればよい。第２関節間力信号は第２力演算部４６から送れればよい。第１トルク信号は第１トルク演算部４７から送られればよい。次式に従ってトルクτ_１は算出される。
ここで、単位ベクトルｅ_ｌ１は第１リンク３２の長軸方向を特定する。第２トルク演算部４８は第２トルク信号を出力する。第２トルク信号でトルクτ_１の値は特定される。

要素演算部４４は第１速度演算部４９を備える。第１速度演算部４９は支点３４の移動速度を算出する。算出にあたって第１速度演算部４９は第１慣性センサー１２の加速度信号および角速度信号並びに第３位置データを取得する。第１速度演算部４９は次式に従って支点３４の加速度を算出する。
算出された加速度は次式に従って積分される。
その結果、支点３４（座標ｘ_０）の移動速度は算出される。ただし、初期速度はゼロとする。第１速度演算部４９は第１速度信号を出力する。第１速度信号で支点３４の移動速度が特定される。

要素演算部４４は第２速度演算部５１を備える。第２速度演算部５１は関節３５の移動速度を算出する。算出にあたって第２速度演算部５１は第１慣性センサー１２の加速度信号および角速度信号並びに第４位置データを取得する。第２速度演算部５１は次式に従って関節３５の加速度を算出する。
算出された加速度は次式に従って積分される。
その結果、関節３５（座標ｘ_１）の移動速度は算出される。ただし、初期速度はゼロとする。第２速度演算部５１は第２速度信号を出力する。第２速度信号で関節３５の移動速度は特定される。

演算処理回路１６はエネルギー変化率演算部５２を備える。エネルギー変化率演算部５２には第１慣性センサー１２および第２慣性センサー１３から角速度信号が入力される。エネルギー変化率演算部５２には、同様に、要素演算部４４から第１および第２関節間力信号、第１および第２トルク信号、並びに、第１および第２速度信号が入力される。エネルギー変化率演算部５２は、これら信号に基づきいくつかのエネルギー変化率を算出する。

エネルギー変化率演算部５２は第１演算部５３を備える。第１演算部５３は、ゴルファーＧの上肢１５で生成される第１エネルギー量のエネルギー変化率を算出する。算出にあたって第１演算部５３は要素演算部４４から第２トルク信号を取得し第１慣性センサー１２から角速度信号を取得する。トルクτ_１および角速度ω_１に基づき第１エネルギー量のエネルギー変化率は次式に従って算出される。
第１エネルギーはゴルファーＧのスイング動作で上肢１５に流入するエネルギーに相当する。第１演算部５３は第１エネルギー変化率信号を出力する。第１エネルギー変化率信号で第１エネルギー量のエネルギー変化率が特定される。

第１演算部５３は積分処理部５４を備える。積分処理部５４はエネルギー変化率の積分処理に基づき第１エネルギー量を算出する。積分処理部５４は第１エネルギー量信号を出力する。第１エネルギー量信号で第１エネルギー量が特定される。

エネルギー変化率演算部５２は第２演算部５５を備える。第２演算部５５は、ゴルファーＧの上肢１５からゴルフクラブ１４に伝達される第２エネルギー量のエネルギー変化率を算出する。算出にあたって第２演算部５５は要素演算部４４から第１関節間力信号および第２速度信号を取得する。第１関節間力Ｆ_２および関節３５の移動速度に基づき第２エネルギー量のエネルギー変化率は次式に従って算出される。
第２演算部５５は第２エネルギー変化率信号を出力する。第２エネルギー変化率信号で第２エネルギー量のエネルギー変化率が特定される。

第２演算部５５は積分処理部５６を備える。積分処理部５６はエネルギー変化率の積分処理に基づき第２エネルギー量を算出する。積分処理部５６は第２エネルギー量信号を出力する。第２エネルギー量信号で第２エネルギー量が特定される。

エネルギー変化率演算部５２は第３演算部５７を備える。第３演算部５７はゴルファーＧの上肢１５すなわち第１リンク３２の第２関節間力Ｆ_１に由来する第３エネルギー量のエネルギー変化率を算出する。算出にあたって第３演算部５７は要素演算部４４から第２関節間力信号および第１速度信号を取得する。次式に従って第３エネルギー量のエネルギー変化率は算出される。
第３演算部５７は第３エネルギー変化率信号を出力する。第３エネルギー変化率信号で第３エネルギー量のエネルギー変化率が特定される。

エネルギー変化率演算部５２は第４演算部５８を備える。第４演算部５８は、ゴルフクラブ１４に作用するトルクτ_２に由来する第４エネルギー量のエネルギー変化率を算出する。算出にあたって第４演算部５８は要素演算部４４から第１トルク信号を取得し第１慣性センサー１２から角速度信号を取得する。次式に従って第４エネルギー量のエネルギー変化率は算出される。
第４演算部５８は第４エネルギー変化率信号を出力する。第４エネルギー変化率信号で第４エネルギー量のエネルギー変化率が特定される。

エネルギー変化率演算部５２は第５演算部５９を備える。第５演算部５９は、ゴルフクラブ１４に作用するトルクτ_２に由来する第５エネルギー量のエネルギー変化率を算出する。算出にあたって第５演算部５９は要素演算部４４から第１トルク信号を取得し第２慣性センサー１３から角速度信号を取得する。次式に従って第５エネルギー量のエネルギー変化率は算出される。
第５演算部５９は第５エネルギー変化率信号を出力する。第５エネルギー変化率信号で第５エネルギー量のエネルギー変化率が特定される。

演算処理回路１６は解析部６１を備える。解析部６１にはエネルギー変化率演算部５２から第１エネルギー量信号、第２エネルギー量信号、第１エネルギー変化率信号、第２エネルギー変化率信号、第３エネルギー変化率信号、第４エネルギー変化率信号および第５エネルギー変化率信号が入力される。解析部６１は伝達率算出部６２およびエネルギー変化率反転検出部６３を備える。

伝達率算出部６２は第１エネルギー量信号および第２エネルギー量信号に基づき上肢１５からゴルフクラブ１４へのエネルギー伝達率ηを算出する。算出にあたって次式が用いられることができる。
ただし、
伝達率算出部６２は伝達率信号を出力する。伝達率信号でエネルギー伝達率ηは特定される。

エネルギー変化率反転検出部６３は総エネルギー変化率信号のゼロクロスのタイミングを特定する。ここで言うゼロクロスとは、総エネルギー変化率信号の値が「０（ゼロ）」を通過するタイミング、総エネルギー変化率信号の値がプラスからマイナスに転じるタイミング、または、総エネルギー変化率のプラスとマイナスとのバランスを特定するタイミングを意味する。総エネルギー変化率は、次式に従って、第１エネルギー量のエネルギー変化率、第２エネルギー量のエネルギー変化率、第３エネルギー量のエネルギー変化率および第４エネルギー量のエネルギー変化率に基づき形成される。
エネルギー変化率反転検出部６３はゼロクロス信号を出力する。ゼロクロス信号で総エネルギー変化率の時系列変化が特定される。時系列変改に基づきゼロクロスのタイミングは特定される。

演算処理回路１６は画像データ生成部６４を備える。画像データ生成部６４は解析部６１に接続される。画像データ生成部６４には解析部６１から第１エネルギー量信号、第２エネルギー量信号、第１エネルギー変化率信号、第２エネルギー変化率信号、第３エネルギー変化率信号、第４エネルギー変化率信号および第５エネルギー変化率信号、伝達率信号およびゼロクロス信号が入力される。画像データ生成部６４は、第１エネルギー変化率信号に基づき、第１エネルギーのエネルギー変化率を時系列で視覚化する第１画像データを生成する。同様に、画像データ生成部６４は、第２エネルギー変化率信号に基づき、第２エネルギーのエネルギー変化率を時系列で視覚化する第２画像データを生成する。第１画像データおよび第２画像データは画像処理回路２１に向かって出力される。

画像データ生成部６４は伝達率信号に基づきエネルギー伝達率ηを視覚化する第３画像データを生成してもよい。第３画像データは画像処理回路２１に向かって出力される。第３画像データには第１エネルギー量および第２エネルギー量を視覚化するデータがさらに含まれてもよい。例えば図４に示されるように、画像処理回路２１は第３画像データに基づき表示装置２２の画面上にエネルギー量やエネルギー伝達率ηを表示することができる。

画像データ生成部６４はゼロクロス信号に基づき総エネルギー変化率信号を時系列で視覚化する第４画像データを生成する。第４画像データは画像処理回路２１に向かって出力される。

（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Ｇ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２３から演算処理回路１６に入力される。ここでは、三次元二重振子モデル３１に従って、第１および第２リンク３２、３３の質量ｍ_１、ｍ_２、第１リンク３２の支点ｘ_０回りの慣性テンソルＪ_１、第２リンク３３の関節ｘ_１回りの慣性テンソルＪ_２、第１リンク３２の長さ（支点ｘ_０から関節ｘ_１まで）ｌ_１、第１リンク３２の支点ｘ_０から重心ｘ_ｇ１までの長さｌ_ｇ１、第１リンク３２および第２リンク３３の間の関節ｘ_１から重心ｘ_ｇ２までの長さｌ_ｇ２、局所座標系Σ_ｓ１に従った支点３４の位置ｌ_ｓ０、並びに、局所座標系Σ_ｓ１に従った関節３５の位置ｌ_ｓｊ１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Ｇを識別すればよい。

計測に先立って第１および第２慣性センサー１２、１３がゴルフクラブ１４およびゴルファーの上肢１５に取り付けられる。上肢１５は右打ちなら左腕が選ばれればよい。左腕であれば、ゴルフスイングの開始からインパクトまで肘の曲がりが少ないからである。第１および第２慣性センサー１２、１３はゴルフクラブ１４および上肢１５に相対変位不能に固定される。

ゴルフスイングの実行に先立って第１および第２慣性センサー１２、１３の計測は開始される。計測中、第１および第２慣性センサー１２、１３の間では同期が確保される。その後、ゴルフスイングが実行されると、第１および第２慣性センサー１２、１３は特定の時間間隔で継続的に加速度および角速度を計測する。時間間隔は計測の解像度を規定する。第１および第２慣性センサー１２、１３の検出信号はリアルタイムで演算処理回路１６に送り込まれてもよく一時的に慣性センサー１２、１３に内蔵の記憶装置に格納されてもよい。後者の場合には、ゴルフスイングの終了後に検出信号は有線または無線で演算処理回路１６に送られればよい。

検出信号の受領に応じて演算処理回路１６はゴルフスイングの解析を実行する。解析はゴルフスイングの開始から終了までの間で実施されてもよくゴルフスイングの開始からインパクトまでの間で実施されてもよい。その結果、演算処理回路１６は、第１エネルギー量およびそのエネルギー変化率、第２エネルギー量およびそのエネルギー変化率、第３エネルギー量のエネルギー変化率、第４エネルギー量のエネルギー変化率および第５エネルギー量のエネルギー変化率を算出する。これらエネルギー量やエネルギー変化率の算出に応じて画像データ生成部６４は第１〜第４画像データを生成する。第１〜第４画像データは表示処理回路２１に入力される。その結果、表示装置２２の画面上には所望の画像が表示される。

本発明者はゴルフスイング解析装置１１の動作を検証し、レッスンプロのスイングとアマチュアゴルファーのスイングとを比較した。比較にあたって第１〜第５エネルギー量のエネルギー変化率を時系列でプロットし、エネルギー伝達率ηを算出した。図５および図６に示されるように、レッスンプロは、上肢１５からゴルフクラブ１４にアマチュアゴルファーに比べて多くのエネルギー量を伝達することができるだけでなく、アマチュアゴルファーに比べて高いエネルギー伝達率ηを実現することが確認された。このようにエネルギー伝達率を視覚化し評価パラメータの１つとすることにより、より精度の高いスイング解析結果をゴルファーにフィードバックできる。

次に、本発明者はレッスンプロとアマチュアゴルファーの総エネルギー変化率信号を観察した。図７および図９は、横軸に時間［ｍｓ］、縦軸にエネルギー変化率を取ったグラフである。横軸は、ゴルフクラブがゴルフボールにインパクトした瞬間を０［ｍｓ］とし、例えば−１００［ｍｓ］とはインパクトの１００［ｍｓ］前の状態を表している。図７はレッスンプロのスイング状態、図９はアマチュアゴルファーのスイング状態を示している。

図７に示されるように、レッスンプロのスイングでは比較的に早い段階で上肢１５の総エネルギー変化率のゼロポイント（図中のゼロクロス）が確認された。これは、図８に示されるように、ゴルフクラブ１４がダウンスイング中の比較的に高い位置で上肢１５の総エネルギー変化率がプラスからマイナスに転じることを意味する。すなわち、スイングの比較的に早い段階で関節３５回りにゴルフクラブ１４の振子運動が開始されることが確認された。

その一方で、図９に示されるように、アマチュアゴルファーのスイングではインパクトの直前で上肢１５の総エネルギー変化率のゼロポイント（図中のゼロクロス）が確認された。これは、図１０に示されるように、ゴルフクラブ１４がダウンスイング中の比較的に低い位置で上肢１５の総エネルギー変化率がプラスからマイナスに転じることを意味する。したがって、関節３５回りのゴルフクラブ１４の振子運動がエネルギー伝達率ηの向上に寄与することが予測される。こうして総エネルギー変化率のゼロクロスを観察すれば、ゴルフボールに効率的にエネルギーを伝達することができるゴルフスイング中の特定の動作のタイミングが導き出され、ベストスイングのタイミングの指標が提供できる。ゴルファーが特定の動作のタイミングを変更してゼロクロスのポイントの観察を繰り返し行うことで、試行錯誤を通じてゴルフスイングの改善を行うことができる。ここで、ゴルフスイング中の動作のタイミングには、ゴルフスイングのリズムやテンポのほか、力を抜くタイミングや切り返しのタイミングといったゴルフスイングを通してポイントとなる事象のタイミングが含まれる。

前述のように、ゴルフスイング解析装置１１は、ゴルファーＧのスイングで上肢１５に流入するエネルギー量と、ゴルファーＧの上肢１５からゴルフクラブ１４に伝達されるエネルギー量とを算出することができる。したがって、ゴルフスイング時にゴルファーＧの上肢１５でどの程度のエネルギーが生成され、ゴルファーＧの上肢１５からゴルフクラブ１４にどの程度のエネルギーが伝達されたかを知ることができる。こうしたエネルギー量が観察されれば、ゴルフクラブ１４に効率的にエネルギーを伝達することができるゴルフスイングのフォームは導き出され、ゴルフスイングのフォームの指標をゴルファーに提供できる。フォームの変更と観察とを繰り返すことで、試行錯誤を通じて、ゴルファーはゴルフスイングのフォームに良好な改良を加えることができる。

ゴルフスイング解析装置１１では、ゴルファーＧの上半身の特定部位すなわち上肢１５が三次元二重振子モデル３１の第１リンク３２を形成し、ゴルフクラブ１４は三次元二重振子モデル３１の第２リンク３３を形成する。こうしてゴルフスイングはモデル化される。三次元二重振子モデル３１は比較的に高い精度でゴルフスイングを動力学的に再現することができる。こうしてゴルフスイングは効果的に解析される。加えて、第１リンク３２の支点３４はゴルファーＧの両肩を結ぶ直線の中央に位置する。第１リンク３２および第２リンク３３の関節３５はゴルフクラブ１４のグリップに位置する。こうしてゴルフスイングは精度よく解析される。

なお、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、ゴルフスイング解析装置１１や第１および第２慣性センサー１２、１３、演算処理回路１６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ゴルフスイング解析装置、１２第１慣性センサー、１３第２慣性センサー、１４ゴルフクラブ、１５上半身の部位（上肢）、３１三次元二重振子モデル、３２第１リンク、３３第２リンク、３４支点、３５関節、５３第１演算部、５５第２演算部、６３エネルギー変化率反転検出部、６４画像データ生成部、Ｇゴルファー。

Claims

ゴルファーの上半身の部位に取り付けられる第１慣性センサーと、
ゴルフクラブに取り付けられる第２慣性センサーと、
前記第１慣性センサーおよび前記第２慣性センサーの出力に基づき前記ゴルファーの前記上半身で生成される第１エネルギー量を算出する第１演算部と、
前記第１慣性センサーおよび前記第２慣性センサーの出力に基づき前記上半身から前記ゴルフクラブに伝達される第２エネルギー量を算出する第２演算部と、
前記第１エネルギー量に対する前記第２エネルギー量の割合に基づき、前記ゴルファーの前記上半身から前記ゴルフクラブへのエネルギー伝達率を算出する処理部と、
を備えることを特徴とするゴルフスイング解析装置。
請求項１に記載のゴルフスイング解析装置において、
前記第１エネルギー量および前記第２エネルギー量の算出にあたって三次元二重振子モデルを用い、
前記上半身の前記部位は、前記三次元二重振子モデルの第１リンクを形成し、
前記ゴルフクラブは前記三次元二重振子モデルの第２リンクを形成することを特徴とするゴルフスイング解析装置。
請求項２に記載のゴルフスイング解析装置において、
前記第１リンクの支点は前記ゴルファーの両肩を結ぶ線の中央に位置し、
前記第１リンクおよび前記第２リンクの関節は前記ゴルフクラブのグリップに位置することを特徴とするゴルフスイング解析装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のゴルフスイング解析装置において、
前記第１慣性センサーおよび第２慣性センサーは、複数の検出軸を備える加速度センサーと、複数の検出軸を備えるジャイロセンサーとを含むことを特徴とするゴルフスイング解析装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のゴルフスイング解析装置において、
前記第１演算部は、前記第１慣性センサーの加速度および角速度と、前記上半身の前記部位の質量と、前記第２慣性センサーの加速度および角速度と、前記ゴルフクラブの質量とに基づき、前記ゴルファーの前記上半身で生成される前記第１エネルギー量のエネルギー変化率を算出することを特徴とするゴルフスイング解析装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載のゴルフスイング解析装置において、
前記第２演算部は、前記第１慣性センサーの加速度および角速度と、前記第２慣性センサーの加速度と、前記ゴルフクラブの質量とに基づき、前記上半身から前記ゴルフクラブに伝達される前記第２エネルギー量のエネルギー変化率を算出することを特徴とするゴルフスイング解析装置。
請求項６に記載のゴルフスイング解析装置において、
前記上半身の前記部位の総エネルギー変化率の正負のバランスを特定するエネルギー変化率反転検出部をさらに備えることを特徴とするゴルフスイング解析装置。
請求項１〜７のいずれか１項に記載のゴルフスイング解析装置において、
前記ゴルファーの前記上半身で生成される第１エネルギー量のエネルギー変化率を時系列で視覚化する第１画像データと、前記上半身から前記ゴルフクラブに伝達される第２エネルギー量のエネルギー変化率を時系列で視覚化する第２画像データとを生成する画像データ生成部をさらに備えることを特徴とするゴルフスイング解析装置。
請求項１〜８のいずれか１項に記載のゴルフスイング解析装置において、
前記エネルギー伝達率を表示する表示部をさらに備えることを特徴とするゴルフスイング解析装置。
ゴルファーの上半身の部位に取り付けられる第１慣性センサー、および、ゴルフクラブに取り付けられる第２慣性センサーの出力に基づき前記ゴルファーの前記上半身で生成される第１エネルギー量を算出する工程と、
前記第１慣性センサーおよび前記第２慣性センサーの出力に基づき前記上半身から前記ゴルフクラブに伝達される第２エネルギー量を算出する工程と、
前記第１エネルギー量に対する前記第２エネルギー量の割合から前記ゴルファーの前記上半身から前記ゴルフクラブへのエネルギー伝達率を算出する工程と、
を備えることを特徴とするゴルフスイング解析方法。
請求項１０に記載のゴルフスイング解析方法において、
前記エネルギー伝達率を表示する工程をさらに備えることを特徴とするゴルフスイング解析方法。