JP6451375B2 - 運動解析方法及びその装置並びに運動解析プログラム - Google Patents

運動解析方法及びその装置並びに運動解析プログラム Download PDF

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Description

本発明は、運動解析方法及びその装置並びに運動解析プログラム等に関する。
特許文献1では、ゴルフクラブに3軸の加速度センサーと3軸のジャイロセンサーを装着し、これらのセンサーの出力を用いてスイングを解析する装置が提案されており、この装置を用いればカメラが不要となり利便性が向上する。
特開2008−73210号公報
ゴルフクラブのうち特にゴルフパターを用いる時は、カップインさせるために方向性と距離感の双方が求められる。しかし、慣性センサーを用いて方向性と距離感の双方を確認する有効なスイング解析装置は提供されていない。
本発明の幾つかの態様は、慣性センサーを用いて方向性と距離感の双方を再現性よく体感することができる運動解析方法及びその装置並びに運動解析プログラムを提供するものである。
(1)本発明の一態様は、慣性センサーの出力を用いて、インパクト時における運動具の打撃面による打撃方向と、前記インパクト時における前記打撃面の速度とを特定し、打撃目標方向が設定された座標系に前記打撃方向と前記速度とを表示する運動解析方法に関する。
本発明の一態様によれば、インパクト時の打撃面による打撃方向と速度は、打球の方向性と距離感とに相関があることに鑑み、インパクト時の打撃方向と速度とを同一座標系に表示している。運動具のスイング運動のたびにインパクト時での打撃目標方向に対する打撃方向のずれと速度とを確認することで、打球の方向性と距離感を再現する正確性を身につけることができる。
(2)本発明の一態様では、前記打撃目標方向は、前記運動具の前記打撃面の移動ベクトルに基づいて設定することができる。ここで、インパクト時の打撃方向は、インパクト時における運動具の打撃面に対する法線方向を投影面に投影した方向と仮定してもよいが、運動具の打撃面は移動方向に垂直であるとは限らず、打撃面が閉じたり開いたりすることがある。運動具の打撃面の移動ベクトルに基づいて、インパクト時における運動具の打撃面の移動軌跡に沿って打撃方向を特定した方が正確となる。また、打撃目標方向は、予め設定された既知の固定方向としてもよいが、固定した方向を常に目標方向とするとは限らない。よって、インパクト時または静止時の打撃面から打撃方向を特定することで、意識と行動のずれを把握し易くなる。
(3)本発明の一態様では、前記座標系は、前記打撃方向を前記打撃目標方向に対する角度で示し、前記速度の大きさを長さで示す極座標系とすることができる。極座標系とすることで、打撃方向の角度と速度の大きさを視認し易くなる。
(4)本発明の一態様では、平面視での前記運動具を表す画像を前記座標系にて前記打撃面を前記打撃方向の向きに設定して表示することができる。こうすると、特に打撃面の向きと打撃目標方向とのずれを視認することで、打撃方向のずれの原因をより認識し易くなる。
(5)本発明の一態様では、前記座標系において前記打撃目標方向を含む目標領域を他の領域と区別して表示することができる。こうすると、狙いが線でなくゾーンとなるので、目標達成率が上がって心理的に楽になり、運動練習効果の向上が図られる。
(6)本発明の一態様では、前記打撃方向が前記目標領域から外れた度合いを、前記目標領域に応じた領域を示す単位の倍数で表示することができる。例えば、運動具としてゴルフパターの例を挙げれば、目標領域に応じた領域を示す単位はカップの大きさとなり、例えば2カップずれたと表示することで、目標とのずれを認識し易くなる。
(7)本発明の一態様では、前記打撃方向が特定された運動回数に対して、前記打撃方向が前記目標領域に入った回数の割合を表示することができる。こうすることで、目標達成率を数値として認識させ、運動練習効果を定量的に告知することができる。
(8)本発明の一態様では、過去に特定された前記打撃方向及び前記速度の座標位置を、今回特定された前記打撃方向及び前記速度の座標位置とは区別して前記座標系に表示することができる。こうすることで、繰り返し運動を実施した場合の練習効果の有無を視覚的に認識することができる。
(9)本発明の一態様では、前記打撃方向及び前記速度の少なくとも一方のばらつきを示す統計値を表示することができる。これらのばらつきは、例えば標準偏差を用いて算出することができる。打撃方向及び前記速度の少なくとも一方のばらつきを示す統計値を表示することで、打球の方向性と距離感の再現性を評価し易くなる。
(10)本発明の一態様では、前記慣性センサーの出力を用いて、前記インパクト時における前記打撃面の姿勢を特定し、前記インパクト時における前記打撃面の移動方向を前記打撃面の移動ベクトルに基づいて特定し、前記移動方向を投影面に投影した方向を前記打撃方向と特定し、前記打撃方向と直交する面に対する前記インパクト時での打撃面のずれ角(スクエア度)を特定することができる。スクエア度は、インパクト時の打撃面による打撃方向(スイング方向)に対して打撃面が直交している場合に零となり、非直交の時のずれ角を認識することができる。
(11)本発明の一態様では、前記打撃面のずれ角が零である打撃目標方向が設定された極座標系に、前記インパクト時における前記打撃面の前記打撃方向と前記速度とを表示することができる。こうすると、打撃目標方向(スクエア度=0)に対する打撃方向のずれをスクエア度として視覚的に認識することができる。
(12)本発明の他の態様は、慣性センサーの出力を用いて、インパクト時における運動具の打撃方向と、前記インパクト時における前記運動具の速度とを特定するインパクト解析部と、打撃目標方向が設定された座標系に前記打撃方向と前記速度を表示する表示部と、を有する運動解析装置に関する。本発明装置は、上述した本発明方法を好適に実施することができる。
(13)本発明のさらに他の態様は、インパクト時における運動具の打撃方向と、前記インパクト時における前記運動具の速度とを特定する手順と、打撃目標方向が設定された座標系に前記打撃方向と前記速度とを表示する手順と、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。本発明に係るプログラムは、本発明方法が実施される運動解析装置の記憶装置に内蔵させるか、あるいはサーバーまたは記憶媒体から運動解析装置の記憶装置にインストールすることができる。
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。 本発明の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。 図3(A)は第1ずれ角θ1(絶対フェース角)を、図3(B)は第2ずれ角θ2(スクエア度)を、図3(C)はヒットポイントからのずれ量δをそれぞれ示す図である。 図4(A)は第3ずれ角θ3(デルタ―ロフト角)及びインパクト速度Vを、図4(B)は第4ずれ角θ4(アタック角)を、図4(C)はふり幅Lをそれぞれ示す図である。 解析画面の初期画面を示す図である。 図5において「Direction」が選択された後の解析画面を示す図である。 図6において「FACE」が選択された後の解析画面を示す図である。 図5または図6において「Histogram」が選択された後の解析画面を示す図である。 図6〜図8において「SQUARE」が選択された後の解析画面を示す図である。 図9において「Histogram」が選択された後の解析画面を示す図である。 スイートスポットからの打撃位置のずれ量を示す表示画面の図である。 図5において「Stroke」が選択された後の解析画面を示す図である。 図12において「SPAN-BACK」が選択された後の解析画面を示す図である。 図12または図13において「Histogram」が選択された後の解析画面を示す図である。 図12〜図14において「SPEED」が選択された後の解析画面を示す図である。 図15において「Histogram」が選択された後の解析画面を示す図である。 図5において「Rising」が選択された後の解析画面を示す図である。 図17において「DELTA-LOFT」が選択された後の解析画面を示す図である。 図17または図18において「Histogram」が選択された後の解析画面を示す図である。 図17〜図19において、「ATTACK」が選択された後の解析画面を示す図である。 図20において「Histogram」が選択された後の解析画面を示す図である。 スイング軌跡上の姿勢の検出動作を説明するフローチャートである。 クラブヘッドのフェース面上の水平方向にて離れて設定される第1,第2計測点を説明するための図である。 第1ずれ角θ1(絶対フェース角)と第2ずれ角θ2(スクエア度)とを説明するための図である。 カップ単位でカップイン割合を模式的に示す図である。 シャフト長軸周りの角速度と打点測定値との相関を示す図である。 図26に記載されたデータから求められる関係式を示す図である。 バックスイングのふり幅を投影面に投影する表示例を示す図である。 クラブヘッドのフェース面上の垂直方向で離れて設定される第1,第2計測点を説明するための図である。 第3ずれ角θ3(デルタ−ロフト角)と第4ずれ角θ4(アタック角)とを説明するための図である。
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)ゴルフクラブ解析装置の構成
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(x,y,z)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。ゴルフクラブ例えばゴルフパター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の軸に同軸に形成される。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、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(z軸)はシャフト13aの軸に合わせられる。慣性センサー12の検出軸の他の1つ(x軸)は、クラブヘッド13cのソール(接地面)を水平にした状態でのフェース面(打撃面)13c1と垂直な方向(フェース法線方向)を水平面に投影した方向に合わせられる。フェース面は鉛直面であるとは限らず、鉛直面に対して傾斜しているので、フェース法線方向を水平面に投影した方向をx軸としている。y軸は、x軸及びz軸に直交する。x,y,z軸でセンサー座標系Σxyzが定義される。
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ース回路15が接続される。このインターフェース回路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例えばサーバーからダウンロードされ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。あるいは、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、データと共にゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム17がデータと共に保存されてもよい。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。
記憶装置16には、ゴルフクラブ13の仕様を表すクラブ仕様情報、センサー装着位置情報及び等が記憶される。例えば、ユーザーが入力装置21を操作して使用するゴルフクラブ13の型番を入力(あるいは、型番リストから選択)し、記憶装置16にあらかじめ記憶されている型番毎の仕様情報(例えば、シャフトの長さ、重心の位置、フェース角、ロフト角等の情報など)のうち、入力された型番の仕様情報をクラブ仕様情報とする。あるいは、センサーユニット12を決められた所定位置(例えば、グリップから20cmの距離など)に装着するものとして、当該所定位置の情報がセンサー装着位置情報としてあらかじめ記憶されていてもよい。運動条件として、例えばゴルフパターの場合には、アドレス位置からカップまでの距離、カップの大きさ、芝の速さ等が入力装置21を介して記憶装置16に記憶される。
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ース回路(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。なお、演算処理回路14または画像処理回路18は、センサー座標系Σxyzの座標空間を、実空間(三次元空間)である絶対基準座標系ΣXYZ(例えばX−Z平面は水平面、X−Y平面は鉛直面)に変換することができる。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等が利用され、絶対基準座標系ΣXYZでの三次元画像または二次元画像として表示される。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。表示装置、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タブレット等の携帯端末に置き換えられてもよい。
(2)演算処理回路の概要
図2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はスイング位置座標検出部50、速度検出部60、アドレス(静止)解析部70、インパクト解析部80、平面視方向解析部90、ヒットポイント解析部100、正面視方向解析部110、ストローク解析部(ふり幅解析部)120、スコア解析部130及び統計解析部140等を備えることができる。運動解析装置のグレードに応じて解析部90〜120の一つまたは複数を省略しても良い。
スイング位置座標検出部50は、スイング開始位置(アドレス位置)からスイング切返し位置(トップ位置)、打撃位置(インパクト仮想垂直面位置)、スイング終了位置(フィニッシュ位置)に至るスイング中のクラブヘッド13cの座標を検出する。
速度検出部60は、慣性センサー12からの出力を用いて例えばインパクト時でのクラブヘッド13cの速度Vを検出する(図4(B)参照)。アドレス解析部70は、アドレス時(静止時)でのクラブヘッド13cのフェース面13c1の姿勢や位置を解析する。インパクト解析部8は、インパクト時でのクラブヘッド13cのフェース面13c1の姿勢や、インパクト付近でのフェース面13c1の軌跡を解析する。
平面視方向解析部90は、平面視でのクラブヘッド13cの方向を解析する。平面視方向解析部90は、図3(A)に示すように、インパクト時におけるフェース面13c1と、打撃目標方向(ターゲットライン方向:例えばアドレス時のフェース面13c1の法線方向をX−Z平面に投影した方向)に対する仮想垂直面13c2との第1ずれ角(絶対フェース角)θ1と、図3(B)に示すように、インパクト時におけるフェース面13c1と、フェース面13c1の移動軌跡に接するインパクト時の接線方向(スイングライン方向または打球方向)に対する仮想垂直面13c3との第2ずれ角(スクエア度)θ2との少なくとも一方を解析する。
ヒットポイント解析部100は、図3(C)に示すように、フェース面13c1に設定した仮想基準位置P0からのインパクト時におけるボール22のヒットポイント(打撃位置)のずれ量δを、シャフト13a周りの角速度から解析する。
正面視方向解析部110は、ゴルファー(運動具を操作するユーザー)と正対する正面視でのクラブヘッド13cの方向を解析する。正面視方向解析部110は、図4(B)に示すように、インパクト時におけるフェース面13c1の鉛直面13c1に対する傾斜角(実際のロフト角)と基準傾斜角(例えばパター13の規格値であるロフト角であり、図4(B)ではほぼ鉛直面として描いている)との第3ずれ角θ3(デルタ−ロフト角)と、鉛直面に投影されたフェース面13c1の移動軌跡に接するインパクト時の接線方向(スイングライン方向)と、鉛直面に投影されたターゲット方向(打撃目標方向)とがなす第4ずれ角θ4(アタック角)との、少なくとも一方を解析する。
ストローク解析部(ふり幅解析部)120は、スイング位置座標検出部50からの2つの位置(第1位置および第2位置)の座標に基づいて、スイング軌跡上の第1位置から第2位置までのふり幅を特定する。例えば、図4(A)に示すように、アドレス位置(第1位置)からスイング切返し位置(第2位置)までのストローク(ふり幅)を解析する。
スコア解析部130は、図3(A)〜図4(C)に示す複数のスイング解析データ(ずれ角θ1〜θ4、ずれ量δ、ふり幅L、速度V)の各々についてのスコア(パフォーマンススコア)や、複数のスイング解析データの中から選ばれたデータを重み付けして計算したスコア(総合パフォーマンススコア)を解析する。統計解析部140は、複数のスイング解析データの各々について、蓄積されたデータから統計値(総回数、平均値、標準偏差など)を解析する。
(3)表示装置での表示例
(3−1)初期画面
図5は、表示装置19に表示されるスイング解析データの例えば初期画面の一例を示す図である。図5において、初期画面の上段部にはユーザー名、日時、パターの種類(L−マレット)、カップまでの距離(10ft)、芝の速さ(Slow)の各情報が表示される。また、初期画面の中央には、例えばアドレス位置からスイング切返し位置までのスイング軌跡がパター13を表す画像(複数位置)と共に表示される。なお、スイング軌跡は絶対基準座標系のX−Y平面(鉛直平面)に投影された画像である。スイング軌跡画像領域の下部左側の黒三角印は再生ボタンである。再生ボタンが操作されると、再生ボタンの右側のタイムシークバーが、左側から右側に移動し、スイング軌跡画像領域にパター13を表す画像がパター13の移動に伴って複数位置に順次追加表示される。タイムシークバーの移動領域の上側の白三角は、左から順に、アドレス、トップ、インパクト、フィニッシュの位置を示す。タイムシークバーを操作して、関心のある位置を支持して停止させることもできる。初期画面の中央左側には、スコア解析部130で解析されたパフォーマンススコア(例えば100点)が表示される。初期画面の下欄部には、Direction(平面視方向解析データ)、Hitpoint(ヒットポイント解析データ)、Stroke(ストローク解析データ)及びRising(正面視方向解析データ)が、解析データと共に表示される。初期画面の下欄部の4つの表示領域のいずれかにタッチすると、選択された解析データの詳細が表示される。
(3−2)個別解析データの画面
(3−2−1)Direction
図6〜図10は、初期画面にて「Direction」が選択された時以降に表示される画面例を示している。図7は、一スイングの平面視方向解析データの表示画面の一例を示している。図6は、初期画面にて「Direction」が選択された時に表示される画面である。図6では、図2の平面視方向解析部90での解析データに基づき、第1ずれ角θ1(図3(A)に示すように、インパクト時におけるフェース面13c1と、打撃目標方向(ターゲットライン方向)に対する仮想垂直面13c2とのずれ角:絶対フェース角)θ1として、3.4度が拡大されて強調表示されている。
図6の画面中央と、図6の「FACE」を選択した時の画面である図7には、インパクト時におけるパター13のフェース面13c1に対する法線方向を投影面(水平面)に投影した打撃方向と、インパクト時におけるパター13のクラブヘッド13cの速度とが、打撃目標方向が設定された座標系に表示される。この座標系として、例えば極座標系が表示される。極座標系の一軸である角度軸において、0度の方向が打撃目標方向である。特定された打撃方向が極座標系にて、パター13のクラブヘッド13cを表す画像のフェース面13c1と直交する方向に延びる線分として表示される。なお、極座標系の一軸である角度軸において、0度の方向を常に打撃方向として表示しても良い。
また、極座標系の角度軸上の角度は、実際の角度よりも大きく誇張され、例えば±5度の角度範囲が90度以上の角度範囲に誇張して描かれている。打撃目標方向に対する打撃方向のずれを視認し易くするためである。極座標系の他の一軸は速度軸である。パター13のクラブヘッド13cを表す画像のフェース面から延びる打撃方向を示す線分の終点位置が、インパクト時におけるクラブヘッド13c(フェース面13c1)の速度を示す。
本実施形態では、インパクト時のフェース面13c1の打撃方向と速度は、打球の方向性と距離感とに相関があることに鑑み、インパクト時のフェース面13c1の打撃方向と速度とを同一座標系に表示している。パター13のスイング運動のたびにインパクト時での打撃目標方向に対する打撃方向のずれと速度とを確認することで、打球の方向性と距離感を再現する正確性を身につけることができる。ここで、インパクト時の打撃方向は、インパクト時におけるフェース面13c1に対する法線方向を投影面に投影した方向とすることができる。フェース面13c1は鉛直面と平行とは限らず鉛直面に対して傾斜していることもあるので、フェース面13c1に対する法線方向を投影面(水平面)に投影した方向を打撃方向と仮定することができる。打撃方向の特定について後述するが、フェース面13c1の移動ベクトルに基づいてインパクト時の打撃方向(フェース面の移動軌跡に対するインパクト時の接線方向)を特定することもできる。
なお、打撃目標方向は、スイング運動開始前のアドレス時(静止時)におけるフェース面13c1に対する法線方向を投影面に投影した方向として特定することできる。打撃目標方向は、予め設定された既知の固定方向としてもよいが、スイング運動毎にスイング運動開始前の静止時におけるフェース面13c1の向きから特定することで、意識と行動のずれを把握し易くすることができる。
また、図6及び図7に示す極座標系に平面視でのパター13を表す画像を、フェース面13c1を打撃方向の向きに設定して表示することで、特に打撃面の向きと打撃目標方向とのずれを視認することで、打撃方向のずれの原因をより認識し易くなる。
さらに、図6及び図7に示す極座標系において打撃目標方向(0度)を含む例えば±1度の目標領域を他の領域と区別して表示することができる。こうすると、狙いが線でなくゾーンとなるので、目標達成率が上がって心理的に楽になり、運動練習効果の向上が図られる。なお、パター13の場合には、目標領域はアドレス位置からカップ中心までの距離Lと、カップの半径Rとにより、目標線からの角度範囲として求めることができる。例えば、R=5.4cm、L=155.4cmとすると、±arcsin(R/L)=±1.9度となる。
さらに、図6及び図7に示す極座標系において、過去に特定された打撃方向及び速度で定まる座標位置(図6及び図7では5つの座標位置)を、今回特定された打撃方向及び速度の座標位置とは区別して表示することができる。こうすることで、繰り返し運動を実施した場合の練習効果の有無を視覚的に認識することができる。
図6または図7の画面左下の「Histogram」を選択すると、図6または図7から図8の画面に切り換えられる。図8に示す画面の下欄には、図2の統計解析部140での解析データに基づき、例えば打撃方向の分布を示すヒストグラムが表示される。図8に示すように、このヒストグラム中に、今回測定された打撃方向の位置も表示することができる。
図6〜図8において、画面右上の「SQUARE」の欄を選択すると、図9の画面に切り換えられる。図9では、画面右上の「SQUARE」の欄に、図2の平面視方向解析部90での解析データに基づき、インパクト時におけるクラブヘッド13cの第2ずれ角θ2(スクエア度:図3(B)参照)として−0.2度が拡大されて強調表示される。さらに、図8の画面中央は、極座標系の角度軸がスクエア度θ2の角度軸に変更される。極座標系の角度軸においてスクエア度θ2=0度の位置が目標方向となる。図9では、スクエア度θ2=−0.2度の位置に、パター13を示す画像のフェース面に対する法線が表示される。この場合にも、図9に示すように、過去に特定されたスクエア度及び速度で定まる座標位置(図9では5つの座標位置)を、今回特定されたスクエア度及び速度の座標位置とは区別して表示することができる。
図9の画面左下の「Histogram」を選択すると、図9から図10の画面に切り換えられる。図10に示す画面の下欄には、図2の統計解析部140での解析データに基づき、スクエア度の速度の分布を示すヒストグラムが表示される。図10に示すように、このヒストグラム中に、今回測定されたスクエア度の位置も表示することができる。
(3−2−2)Hitpoint
図11は、初期画面にて「Hitpoint」が選択された時に表示される画面の一部を示している。図11に示す画面にはクラブヘッド13cのフェース面13c1が示され、図中の縦線である一点鎖線SSは、ゴルフクラブ13のスイートスポットを示している。
図11に示す丸印は、10回スイングした時のボールの打撃位置を示している。1つの丸印の水平方向における直径は、ボールがヒットされた位置の幅を示し、図11の例のでは「5mm」の幅をとなっている。つまり、同一垂直線上にある丸印の数は、ボールの打撃位置の頻度を示している。例えば、図11の例では、打撃位置「−5±2.5(mm)」の頻度は、「2回」であることが分かる。
斜線で示される丸印が、直近のボールの打球位置を示している。図11の例では、直近のボールの打球位置は、「+1mm」なので、斜線で示される丸印2は、「0±2.5(mm)」の階級に表示されている。なお、ヒットポイントについても、「Histogram」を選択することで図8または図10と同様なヒストグラフを表示しても良い。
(3−2−3)Stroke
図12〜図16は、初期画面にて「Stroke」が選択された時以降に表示される画面例を示している。図12は、初期画面にて「Stroke」が選択された時の一スイングのストローク解析データの表示画面の一例を示している。また、図13は、図12の画面にて「SPAN-BACK」が選択された時の画面を示している。図12及び図13では、図2のストローク(ふり幅)解析部120での解析データに基づき、パター13のバックスイングのストローク(SPAN-BACK)として34cmが拡大されて強調表示されている。図12または図13の画面左下の「Histogram」を選択すると、図12または図13から図14の画面に切り換えられる。図14に示す画面の下欄には、図2の統計解析部140での解析データに基づき、バックスイングのストロークの分布を示すヒストグラムが表示される。図14に示すように、このヒストグラム中に、今回測定されたストロークの位置も表示することができる。
図12〜図14において、画面右上の「SPEED」の欄を選択すると、図15の画面に切り換えられる。図15では、画面右上の「SPEED」の欄に、図2の速度検出部60での解析データに基づき、インパクト時におけるクラブヘッド13cの速度として4.6m/sが拡大されて強調表示される。さらに、図15の画面中央の右側には速度表示計が表示される。図15の画面左下の「Histogram」を選択すると、図15から図16の画面に切り換えられる。図16に示す画面の下欄には、図2の統計解析部140での解析データに基づき、インパクト時におけるクラブヘッド13cの速度の分布を示すヒストグラムが表示される。図16に示すように、このヒストグラム中に、今回測定された速度の位置も表示することができる。
(3−2−4)Rising
図17〜図21は、初期画面にて「Rising」が選択された時以降に表示される画面例を示している。図17は、初期画面にて「Rising」が選択された時の一スイングの正面視方向解析データの表示画面の一例を示している。図18は、図17に示す画面の「DELTA-LOFT」を選択した時に表示される画面である。図17及び図18では、図2の正面視方向解析部110での解析データに基づき、図4(A)に示す第3ずれ角θ3(デルタ−ロフト角:DELTA-LOFT)として−0.8度が拡大されて強調表示されている。
図17及び図18の画面中央には、基準傾斜角からのずれ角を示す角度座標系に、特定された傾斜角が表示される。この角度座標系において、0度が基準傾斜角を示す。ゴルファー(運動具を使用するユーザー)と正対する方向の正面視においてパター13のクラブヘッド13cを表す画像が表示される。角度座標系にて、特定された傾斜角が画像のフェース面の延長線として表示される。図17及び図18では、特定された傾斜角が角度座標系の中心線と一致させて表示され、上述した交差角の分だけ基準角度を示す位置が交差角の符号とは逆方向に回転されて表示されている。なお、角度座標系の中心線を基準傾斜角(0度)と一致させ、特定された傾斜角を示す線を、傾斜角の分だけ傾斜角の符号と一致する方向に回転させて表示しても良い。このように、同一座標系に基準傾斜角と傾斜角とを表示することにより、それらの差分を視覚的に認識することができる。
また、角度座標系の角度は、実際の角度よりも大きく誇張され、1度の角度範囲が数倍から10数倍に誇張して描かれている。基準傾斜角に対する傾斜角のずれを視認し易くするためである。
さらに、図17及び図18に示す角度座標系において基準傾斜角(0度)を含む例えば±1度の目標領域を他の領域と区別して表示することができる。こうすると、狙いが線でなくゾーンとなるので、目標達成率が上がって心理的に楽になり、運動練習効果の向上が図られる。
さらに、図17及び図18に示す角度座標系において、過去に特定された傾斜角(図17及び図18では5つの傾斜角)を、今回特定された傾斜角とは区別して表示することができる。こうすることで、繰り返し運動を実施した場合の練習効果の有無を視覚的に認識することができる。
図17または図18の画面左下の「Histogram」を選択すると、図17または図18から図19の画面に切り換えられる。図5に示す画面の下欄には、図2の統計解析部140での解析データに基づき、傾斜角の分布を示すヒストグラムが表示される。図19に示すように、このヒストグラム中に、今回測定された傾斜角の位置も表示することができる。
図17〜図19において、画面右上の「ATTACK」の欄を選択すると、図20の画面に切り換えられる。図20では、画面右上の「ATTACK」の欄に、図2の正面視方向解析部110での解析データに基づき、図4(B)に示すインパクト時におけるクラブヘッド13cの第4ずれ角θ4(アタック角)として−7.6度が拡大されて強調表示される。さらに、図20の画面中央は、角度座標系の角度がアタック角の角度軸に変更される。角度座標系においてアタック角=0度の位置が画面上で水平位置に設定され、この0度が基準傾斜角となる。図20では、アタック角=−7.6度の位置に、ゴルファー(運動具を使用するユーザー)と正対する方向の正面視においてパター13を示す画像のフェース面に対する法線が表示される。この法線により、特定された傾斜角が示される。この場合にも、図20に示すように、過去に特定されたアタック角(図20では5つのアタック角)を、今回特定されたアタック角とは区別して表示することができる。
図20の画面左下の「Histogram」を選択すると、図20から図21の画面に切り換えられる。図21に示す画面の下欄には、図2の統計解析部140での解析データに基づき、アタック角の分布を示すヒストグラムが表示される。図21に示すように、このヒストグラム中に、今回測定されたアタック角の位置も表示することができる。
(4)スイング位置座標検出部の動作
図2に示すスイング位置座標検出部50での演算について説明する。図22は、スイング位置座標検出部50においてセンサーユニット12の姿勢(初期姿勢〜時刻Nでの姿勢)を計算する処理の手順の一例を示すフローチャート図である。
図22に示すように、まず、スイング位置座標検出部50は、時刻t=0として(S1)、静止時の3軸加速度データから重力加速度の向きを特定し、センサーユニット10の初期姿勢(時刻t=0の姿勢)を表すクォータニオン(四元数)p(0)を計算する(S2)。
三次元座標位置は、位置ベクトルの回転を表すクォータニオンqとして次の式(1)で表される。
式(1)において、対象とする回転の回転角をθ、回転軸の単位ベクトルを(r,r,r)とすると、w,x,y,zは、次の式(2)で表される。
スイング開始(アドレス)時の時刻t=0ではセンサーユニット10は静止しているのでθ=0として、時刻t=0での回転を表すクォータニオンq(0)は、式(2)にθ=0を代入した式(1)より、次の式(3)のようになる。
次に、スイング位置座標検出部50は、時刻tをt+1に更新する(S3)。ここでは、時刻t=0なので時刻t=1に更新する。
次に、スイング位置座標検出部50は、時刻tの3軸角速度データから、時刻tの単位時間あたりの回転を表すクォータニオンΔq(t)を計算する(S4)。
例えば、時刻tの3軸角速度データをω(t)=[ω(t),ω(t),ω(t)]とすると、時刻tで計測された1サンプルあたりの角速度の大きさ|ω(t)|は、次の式(4)で計算される。
この角速度の大きさ|ω(t)|は、単位時間当たりの回転角度となっているため、時刻tの単位時間あたりの回転を表すクォータニオンΔq(t+1)は、次の式(5)で計算される。
ここでは、t=1なので、スイング位置座標検出部50は、時刻t=1の3軸角速度データω(1)=[ω(1),ω(1),ω(1)]から、式(5)により、Δq(1)を計算する。
次に、スイング位置座標検出部50は、時刻0からtまでの回転を表すクォータニオンq(t)を計算する(S4)。クォータニオンq(t)は、次の式(6)で計算される。
ここでは、t=1なので、スイング位置座標検出部50は、式(3)のq(0)と工程S4で計算したΔq(1)から、式(6)により、q(1)を計算する。
次に、スイング位置座標検出部50は、t=Nになるまで工程S3〜S5の処理を繰り返し、t=Nになると(S6がYES)、工程S2で計算した初期姿勢を表すクォータニオンp(0)と直近の工程S5で計算した時刻t=0からNまでの回転を表すクォータニオンq(N)とから、時刻Nでの姿勢を表すクォータニオンp(N)を計算し(S7)、処理を終了する。
スイング位置座標検出部50は、上述のようにして取得された姿勢情報と、センサーユニット12からクラブヘッド13c(後述する第1,第2計測点13d,13e)までの距離情報等に基づき、時刻t=0から時刻Nまでのパター13のクラブヘッド13cの絶対基準座標系での座標(X,Y,Z)を求めることができる。また、図2の速度検出部60は、スイング位置座標検出部50にて求められた座標位置について、慣性センサー12からの出力に基づき速度を検出することができる。
(5)解析部
(5−1)第1ずれ角θ1、第2ずれ角θ2及び速度Vの解析と表示
次に、図6〜図10に示す解析画面の生成に関与するアドレス解析部70、インパクト解析部80、平面視方向解析部90、統計解析部140及び画像処理回路18の構成及び動作について、図23〜図25を参照して説明する。先ず、図23を参照して、クラブヘッド13cのフェース面13c1上の第1計測点13dおよび第2計測点13eについて説明する。図23に示すように、フェース面13c1の姿勢および位置を特定するために、フェース面13c1上には第1計測点13dおよび第2計測点13eが設定される。第1計測点13dおよび第2計測点13eは相互に離れた位置に配置される。ここでは、第1計測点13dはフェース面13c1のヒール側に位置し、第2計測点13eはフェース面13c1のトゥー側に位置する。第1計測点13dおよび第2計測点13eは、好ましくは地面に平行でフェース面13c1の芯(スイートスポット)を通るフェースラインh上に配置される。したがって、第1計測点13dおよび第2計測点13eを相互に結ぶ線分13fは、地面に投影された際にフェース面13c1の向きを特定することができる。
図2に示すように、図1の演算処理回路14はアドレス(静止)解析部70とインパクト解析部80とを含む。アドレス解析部70は姿勢特定部71および位置特定部72を備える。姿勢特定部71は静止時(すなわちアドレス時)に絶対基準座標系ΣXYZでフェース面13c1の姿勢を特定する。姿勢の特定にあたって、例えば図24に示すように、姿勢特定部71は静止時の第1計測点13dの座標=r(0)および第2計測点13eの座標=r(0)を第1線分L1で相互に結ぶ。第1線分L1でフェース面13c1の姿勢は特定される。このとき、第1線分L1は絶対基準座標系ΣXYZ内でY軸に直交する水平面(X−Z平面:地面に平行に広がる面)に投影される。なお、静止時の第1計測点13dの座標=r(0)および第2計測点13eの座標=r(0)は、スイング位置座標検出部50にて、アドレス時t=0に対応する第1計測点13dおよび第2計測点13eの位置を特定することができる。
位置特定部72は静止時に絶対基準座標系ΣXYZ内でフェース面13c1に直交する第2線分L2を特定する。第2線分L2は第1計測点13d=r(0)でフェース面13c1に垂直に交差する。第2線分L2の特定にあたって位置特定部72は第1線分L1を特定する。位置特定部72は、第1計測点13dで第1線分L1の垂直方向に第2線分L2を設定する。第2線分L2は打撃目標方向であるいわゆるターゲットラインを表す。このとき、第2線分L2は、第1線分L1と同様に、絶対基準座標系ΣXYZ内でY軸に直交する水平面に投影される。
インパクト解析部80は、図2に示すように、姿勢特定部81、軌跡特定部82および速度特定部63を備える。姿勢特定部81はインパクト時に絶対基準座標系ΣXYZでフェース面13c1の姿勢を特定する。姿勢の特定にあたって、例えば図24に示すように、姿勢特定部81はインパクト時の第1計測点13dの座標=r(imp)および第2計測点13eの座標=r(imp)を第3線分L3で結ぶ。第3線分L3でインパクト時のフェース面13c1の姿勢は特定される。このとき、第3線分L3は絶対基準座標系ΣXYZ内でY軸に直交する水平面に投影される。なお、インパクト時の第1計測点13dの座標=r(imp)および第2計測点13eの座標=r(imp)は、スイング位置座標検出部50にて、インパクト時t=timpに対応する第1計測点13dおよび第2計測点13eの位置を特定することができる。インパクトの瞬間に慣性センサー12の出力として、例えば特定の方向に大きな加速度が観察される。こういった加速度の閾値に基づきインパクト時t=timpは特定される。
軌跡特定部82はインパクト時に絶対基準座標系ΣXYZで第1計測点13dの移動軌跡を特定する。移動軌跡の特定にあたって、軌跡特定部82は、図24に示すように、インパクト時に第1計測点13dの位置r(imp)を示す絶対基準座標系ΣXYZ上の第1座標点P1と、インパクトに先立つサンプリング点で第1計測点13dの位置r(imp−1)を示す絶対基準座標系ΣXYZ上の第2座標点P2とを特定する。ここでは、第2座標点P2にはインパクト時直前のサンプリング点が割り当てられる。第1座標点P1と第2座標点P2とは第4線分L4で相互に結ばれる。第4線分L4の方向と長さは移動ベクトルの方向と大きさを示す。このとき、前述と同様に、第4線分L4は絶対基準座標系ΣXYZ内でY軸に直交する水平面に投影される。水平面に投影された第4線分L4の延びる方向L4’(移動軌跡に対するインパクト時の接線方向)が、インパクト時における正しい打球方向と定義される。
速度特定部63は、極座標系に絶対フェース角θ1またはスクエア度θ2と共に表示される、インパクト時におけるフェース面13c1の速度を特定する。インパクト時におけるフェース面13c1の速度は、インパクト位置での加速度の情報等から求めることができる。
平面視方向解析部90は、図2に示すように、第1ずれ角解析部91および第2ずれ角度解析部92を含む。第1ずれ角解析部91は、アドレス解析部70の位置特定部72およびインパクト解析部80の軌跡特定部82に接続される。このとき、第1ずれ角解析部91は、例えば軌跡特定部82で特定された第4線分L4の延長線L4’を打球方向と特定する。第1ずれ角解析部91は、アドレス時にフェース面13c1の第1計測点13dでフェース面13c1に直交する第2線分L2(打撃目標方向またはターゲットラインと平行)と、インパクト時にフェース面13c1の第1計測点13dでフェース面13c1に直交する第4線分L4の延長線L4’(正しい打球方向)との交差角度(第1ずれ角:絶対フェース角)θ1を算出する。第1ずれ角解析部91は、アドレス解析部70の位置特定部72およびインパクト解析部80の姿勢特定部81に接続されてもよい。この場合、第1ずれ角解析部91は、姿勢特定部81にて特定された第3線分L3の垂直方向に、仮定として打球方向L5を特定することになる。第1ずれ角解析部91は、アドレス時にフェース面13c1の第1計測点13dでフェース面13c1に直交する第2線分L2(打撃目標方向またはターゲットラインと平行)と、インパクト時にフェース面13c1と直交する打球方向L5との交差角度(第1ずれ角:絶対フェース角)θ1を算出する。
第2ずれ角度解析部92は、インパクト解析部80の姿勢特定部81および軌跡特定部82に接続される。第2ずれ角度解析部92は、姿勢特定部81にて特定された第3線分L3の垂直方向に、仮定として打球方向L5を特定する。つまり、上述したように、正しい打球方向L4’が移動ベクトル(第4線分L4)の延長線(移動軌跡に対するインパクト時での接線方向)上に設定されるのに対し、実姿勢のフェース面13c1は正しい打球方向L4’とは必ずしも直交しないことがある。インパクト時にフェース面13c1が閉じたり開いたりして正しい打球方向L4’とは非直交するからである。第2ずれ角度解析部92は、正しい打球方向L4’と仮想打球方向L5との交差角θ2をスクエア度として特定する。スクエア度θ2は、正しい打球方向L4’に対する仮想垂直面と、インパクト時における計測されたフェース面13c1との間のずれ角を表す。
統計解析部140は、絶対フェース角θ1、スクエア度θ2またはインパクト時の速度Vのばらつきを示す統計値を算出することができる。統計解析部140は、ヒストグラム生成部141を有する。ヒストグラム生成部141は、図8または図10に示すヒストグラム用のデータとして、測定された絶対フェース角θ1、スクエア度θ2または速度Vを、複数のゾーンに分類し、各ゾーンに含まれるサンプル数をカウントする。また、統計解析部140は、ばらつき解析部142を有する。ばらつき解析部142は、絶対フェース角θ1、スクエア度θ2または速度Vの全サンプル数についての平均値、標準偏差などを算出する。こうして、絶対フェース角θ1、スクエア度θ2または速度Vのばらつきを示す統計値を表示することで、打球の方向性と距離感の再現性を評価することができる。
画像処理回路18は、平面視方向解析部90および統計解析部140からの情報に基づいて、表示装置19に表示される図6から図10に示す表示情報を生成することができる。この他、画像処理回路18は、平面視方向解析部90からの情報に基づいて、打撃方向が目標領域から外れた度合いを、目標領域に応じた領域を示す単位の倍数で表示することができる。例えば、ゴルフパター13の例を挙げれば、図25に示すように、目標領域に応じた領域を示す単位はカップの大きさとなり、例えば2カップずれたと表示することで、目標とのずれを認識し易くなる。
画像処理回路18は、統計解析部140からの情報に基づいて、打撃方向が特定された運動回数に対して、打撃方向が目標領域に入った回数の割合(例えば46%など)を表示することができる。こうすることで、目標達成率を数値として認識させ、運動練習効果を定量的に告知することができる。
(5−2)スイートスポットからのずれ量δの解析と表示
図2に示すヒットポイント解析部100は、インパクト時角速度取得部101と、ずれ量解析部102とを有する。インパクト時角速度取得部101は、慣性センサー12の出力からインパクト時におけるクラブシャフト13aの長軸(センサー座標系のz軸)廻りの角速度を取得する。ずれ量解析部102は、取得された角速度から図3(C)に示すヒットポイントからのずれ量δを解析する。
ここで、クラブシャフト13aの長軸(センサー座標系のz軸)廻りの角速度GyroZと、フェース面13c1の水平方向における、スイートスポットからの打撃位置のずれ量δとの関係を図26に示す。図26によると、示すGyroZが「−114.6(rad/s)」のとき、スイートスポットからの打球位置のずれ量は「8(mm)」であったことが分かる。図27は、図26の関係をグラフ化した図である。図27に示すグラフの横軸は角速度を示し、縦軸は打撃位置のずれ量を示す。図27に相関関係は1次式で示すことができる。1次式の係数と切片は、回帰分析により求めることができ、図27の例の場合、1次式は、次の式(7)で示される。
y=−0.0604x+2.4944…(7)
寄与率は、「R=0.8954」である。
この式(7)は予め算出され、記憶装置16に記憶される。これにより、ずれ量解析部102は、慣性センサー12と記憶装置16とからの情報に基づいてスイートスポットからの打撃位置のずれ量δを算出することができる。
統計解析部140は、ずれ量δのばらつきを示す統計値を算出することができる。ヒストグラム生成部141は、図8または図10と同様にして、測定されたずれ量δを複数のゾーンに分類し、各ゾーンに含まれるずれ量δのサンプル数をカウントする。ばらつき解析部142は、ずれ量δの全サンプル数についての平均値、標準偏差などを算出する。こうして、ずれ量δのばらつきを示す統計値を表示することができる。
画像処理回路18は、ヒットポイント解析部100および統計解析部140からの情報に基づいて、表示装置19に表示される図11に示す表示情報を生成することができる。
画像処理回路18は、統計解析部140からの情報に基づいて、ずれ量δが特定された運動回数に対して、ずれ量δが目標領域(例えばスイートスポットから±5mm)に入った回数の割合を表示することができる。こうすることで、目標達成率を数値として認識させ、運動練習効果を定量的に告知することができる。
(5−3)ふり幅の解析と表示
次に、図12〜図16に示すストローク(ふり幅)Lの解析及び表示について説明する。ストローク(ふり幅)解析部120は、図2に示すように、位置判定部121およびストローク(ふり幅)判定部122を有することができる。位置判定部121は、ふり幅の始点である第1位置と、ふり幅の終点である第2位置とを、慣性センサー12からの出力等に基づいて判定する。本実施形態では、第1位置はアドレス位置であるので、t=0に対応する位置を指定することができる。第2の位置はスイング切返し位置であり、この位置は例えば絶対基準座標系のX軸方向(バックスイング方向)の加速度の符号が切り換わる位置を指定することができる。位置判定部121は、打撃位置(インパクト位置)も判定することができる。インパクトの瞬間に慣性センサー12の出力として、例えば特定の方向に大きな加速度が観察される。こういった加速度の閾値に基づきインパクトの瞬間は特定される。速度検出部60は、第1の位置から第2の位置までの位置およびインパクト位置での加速度の情報等から、各位置でのクラブヘッド13cの速度を求めることができる。
ストローク(ふり幅)判定部122は、第1位置(アドレス位置)から第2位置(スイング切返し位置)までスイング軌跡上をたどる道のり長さをふり幅Lとして算出することができる。第1位置から第2位置までには多数のサンプリングされた座標位置が取得されているので、微小ピッチでサンプリングされた隣り合う座標位置間の三次元空間の距離を積算(積分)することで、道のり長さをほぼ正確に算出することができる。
これに代えて、ストローク(ふり幅)判定部122は、投影面(例えば絶対基準座標系の鉛直X−Y平面)に投影された第1位置と第2位置との水平軸Xの座標間の距離を求めることで、第1位置から第2位置までふり幅Lを求めることができる。ゴルファーにとって、バックスイングのふり幅Lは、より正確な道のりふり幅よりもむしろ、バックスイング方向に引く長さ(つまり投影された座標間の距離)を取得することで十分であるからである。図28に、第1位置と第2位置との水平軸Xの座標間の距離が横軸上に示されている。図28ではさらに、絶対基準座標系の鉛直X−Y平面)に投影された第1位置と第2位置との鉛直軸Yの座標間の距離が縦軸上に示されている。ただし、鉛直軸Yの座標間の距離は省略しても良い。
統計解析部140は、ふり幅Lのばらつきを示す統計値を算出することができる。ヒストグラム生成部141は、図14または図16に示すヒストグラム用のデータとして、測定されたふり幅または速度を、複数のゾーンに分類し、各ゾーンに含まれるサンプル数をカウントする。また、統計解析部140のばらつき解析部142は、ふり幅Lまたは速度Vの全サンプル数についての平均値、標準偏差などを算出する。こうして、ふり幅Lや速度Vのばらつきを示す統計値を表示することで、打球の到達距離に応じた運動具のふり幅Lや速度Vの再現性を評価することができる。
画像処理回路18は、正面視方向解析部110および統計解析部140からの情報に基づいて、表示装置19に表示される図17から図21に示す表示情報を生成することができる。この他、画像処理回路18は、統計解析部140からの情報に基づいて、第3ずれ角θ3または第4ずれ角φ4が特定された運動回数に対して、第3ずれ角θ3または第4ずれ角θ4が目標領域(例えばθ3=θ4=±1°)に入った回数の割合(例えば48%など)を表示することができる。こうすることで、目標達成率を数値として認識させ、運動練習効果を定量的に告知することができる。
画像処理回路18は、ストローク(ふり幅)解析部120および統計解析部140からの情報に基づいて、表示装置19に表示される図4から図7に示す表示情報を生成することができる。特に、図13において複数の位置に表示されるパター13を表す画像の表示ピッチは、速度検出部60で求められたスイング速度が速い期間では短く、スイング速度が遅い期間では長くすることができる。なお、パター13を表す画像は、所定時間毎(複数サンプリングデータ毎)に一つ表示することができる。それにより、パター13のふり幅及びスイング速度の双方を視覚的に認識できる。
画像処理回路18は、図13において複数の位置に表示されるパター13を表す画像を、パター13のスイング移動に従いスイング移動に同期させて順次表示することができる。それにより、パター13のふり幅を動的に視認することができる。
なお、ふり幅Lの始点である第1位置と第2の位置は、上述したアドレス位置とスイング切返し位置とに設定するものに限らない。第1位置/第2の位置の組み合わせとして、ダウンスイングのふり幅Lを規定するスイング切返し位置/インパクト位置や、フォロースルーのふり幅を規定するインパクト位置/スイング終了位置や、スイング全体のふり幅Lを規定するスイング開始位置/スイング終了位置としても良い。これらのふり幅Lも、バックスイングのふり幅と相関があり、例えばゴルフパターや、アイアンクラブのハーフスイングにて、距離感を再現性よく体感することに寄与できる。
(5−4)第3ずれ角θ3および第4ずれ角θ4の解析と表示
次に、図17〜図21に示す第3ずれ角θ3(デルタ−ロフト角)または第4ずれ角θ4(アタック角)の解析画面の生成に関与する正面視方向解析部110、統計解析部140及び画像処理回路18の構成及び動作について、図29及び図30を参照して説明する。先ず、図29を参照して、クラブヘッド13cのフェース面13c1上の第1計測点13dおよび第2計測点13eについて説明する。図29に示すように、フェース面13c1の姿勢および位置を特定するために、フェース面13c1上には第1計測点13dおよび第2計測点13eが設定される。第1計測点13dおよび第2計測点13eは相互に離れた位置に配置される。ここでは、第1計測点13dはフェース面13c1上の上側に位置し、第2計測点13eはフェース面13c1上の下側に位置する。第1計測点13dおよび第2計測点13eは、好ましくは地面に垂直でフェース面13c1の芯(スイートスポット)を通るフェース垂直ラインv上に配置される。したがって、第1計測点13dおよび第2計測点13eを相互に結ぶ線分13fは、地面に投影された際に、鉛直面に対するフェース面13c1の傾斜角を特定することができる。
演算処理回路14は、図2に示すように、アドレス(静止)解析部70とインパクト解析部80とを含む。アドレス解析部70の姿勢特定部71は静止時(すなわちアドレス時)に絶対基準座標系ΣXYZでフェース面13c1の姿勢を特定する。姿勢の特定にあたって、例えば図30に示すように、姿勢特定部71は静止時の第1計測点13dの座標=r(0)および第2計測点13eの座標=r(0)を第1線分L1で相互に結ぶ。第1線分L1でフェース面13c1の姿勢は特定される。このとき、第1線分L1は絶対基準座標系ΣXYZ内でZ軸に直交する鉛直面(X−Y平面:地面に垂直な面)に投影される。なお、静止時の第1計測点13dの座標=r(0)および第2計測点13eの座標=r(0)は、スイング位置座標検出部50にて、アドレス時t=0に対応する第1計測点13dおよび第2計測点13eの位置を特定することができる。
位置特定部72は静止時に絶対基準座標系ΣXYZ内でフェース面13c1に直交する第2線分L2を特定する。第2線分L2は第1計測点13d=r(0)でフェース面13c1に垂直に交差する。第2線分L2の特定にあたって位置特定部72は第1線分L1を特定する。位置特定部72は、第1計測点13dで第1線分L1の垂直方向に第2線分L2を設定する。第2線分L2は打撃目標方向であるいわゆるターゲットラインを表す。このとき、第2線分L2は、第1線分L1と同様に、絶対基準座標系ΣXYZ内でZ軸に直交する鉛直面に投影される。
インパクト解析部80の姿勢特定部81はインパクト時に絶対基準座標系ΣXYZでフェース面13c1の姿勢を特定する。姿勢の特定にあたって、例えば図30に示すように、姿勢特定部81はインパクト時の第1計測点13dの座標=r(imp)および第2計測点13eの座標=r(imp)を第3線分L3で結ぶ。第3線分L3でインパクト時のフェース面13c1の姿勢は特定される。このとき、第3線分L3は絶対基準座標系ΣXYZ内でZ軸に直交する鉛直平面に投影される。なお、インパクト時の第1計測点13dの座標=r(imp)および第2計測点13eの座標=r(imp)は、スイング位置座標検出部50にて、インパクト時t=timpに対応する第1計測点13dおよび第2計測点13eの位置を特定することができる。インパクトの瞬間に慣性センサー12の出力として、例えば特定の方向に大きな加速度が観察される。こういった加速度の閾値に基づきインパクト時t=timpは特定される。
軌跡特定部82はインパクト時に絶対基準座標系ΣXYZで第1計測点13dの移動軌跡を特定する。移動軌跡の特定にあたって、軌跡特定部82は、図30に示すように、インパクト時に第1計測点13dの位置r(imp)を示す絶対基準座標系ΣXYZ上の第1座標点P1と、インパクトに先立つサンプリング点で第1計測点13dの位置r(imp−1)を示す絶対基準座標系ΣXYZ上の第2座標点P2とを特定する。ここでは、第2座標点P2にはインパクト時直前のサンプリング点が割り当てられる。第1座標点P1と第2座標点P2とは第4線分L4で相互に結ばれる。第4線分L4の方向と長さは移動ベクトルの方向と大きさを示す。このとき、前述と同様に、第4線分L4は絶対基準座標系ΣXYZ内でZ軸に直交する鉛直平面に投影される。鉛直平面に投影された第4線分L4の延びる方向L4’(鉛直面に投影された移動軌跡に対するインパクト時の接線方向)が、インパクト時における打球方向と定義される。
正面視方向解析部110は、図9に示すように、第3ずれ角解析部111および第4ずれ角解析部112を含む。第3ずれ角解析部111は、アドレス解析部70の位置特定部72およびインパクト解析部80の姿勢特定部81に接続される。このとき、第3ずれ角解析部111は、位置特定部72で特定された第1線分L1(基準傾斜角を示す線分)と、姿勢特定部81で特定された第3線分L3(傾斜角を示す線分)との交差角を、第3ずれ角(デルタ−ロフト角)θ3として特定する。
第4ずれ角解析部112は、アドレス解析部70の姿勢特定部71およびインパクト解析部80の軌跡特定部82に接続される。第4ずれ角解析部112は、例えば軌跡特定部82で特定された第4線分L4の延長線L4’を打球方向と特定する。第4ずれ角解析部112は、アドレス時にフェース面13c1の第1計測点13dでフェース面13c1に直交する第2線分L2(打撃目標方向またはターゲットラインと平行)と、インパクト時にフェース面13c1の第1計測点13dでフェース面13c1に直交する第4線分L4の延長線L4’(正しい打球方向)との交差角度を第4ずれ角(アタック角)θ4を算出する。
統計解析部140は、第3ずれ角θ3または第4ずれ角θ4φのばらつきを示す統計値を算出することができる。図19または図21に示すヒストグラム用のデータとして、測定された第3ずれ角θ3または第4ずれ角θ4を、複数のゾーンに分類し、各ゾーンに含まれるサンプル数がカウントされる。この他、統計解析部140は第3ずれ角θ3または第4ずれ角θ4の全サンプル数についての平均値、標準偏差などを算出しても良い。こうして、第3ずれ角θ3または第4ずれ角θ4のばらつきを示す統計値を表示することで、打球の方向性と距離感の再現性を評価することができる。
画像処理回路18は、正面視方向解析部110および統計解析部140からの情報に基づいて、表示装置19に表示される図17から図21に示す表示情報を生成することができる。この他、画像処理回路18は、統計解析部140からの情報に基づいて、第3ずれ角θ3または第4ずれ角θ4が特定された運動回数に対して、第3ずれ角θ3または第4ずれ角θ4が目標領域(例えばθ3=θ4=±1°)に入った回数の割合(例えば48%など)を表示することができる。こうすることで、目標達成率を数値として認識させ、運動練習効果を定量的に告知することができる。
(6)スコア化
次に、上述した複数の解析データに基づいて、スイングをスコア化するスコア解析部130について説明する。スコア化は、大別して、解析項目(第1〜第4ずれ角θ1〜θ4、ふり幅L、スイートスポットからのずれ量δ、インパクト時の速さV)のスコア化と、複数の解析項目を重み付けした総合点のスコア化とがある。
(6−1)解析項目毎のスコア化
パフォーマンススコア(PS)は次の式に示される。
PS=P−(1−Ta)×S…(8)
ここで、Pはパーフェクト得点(100点)であり、Taは目標ゾーン評価であり、
Ta=(Tz−(|T−R|))/Tz…(9)
で示される。ここで、Tzは目標ゾーンであり、Tは目標値であり、Rは解析データである。(1−Ta)が0〜1であれば、目標ゾーンにおさまっていることを表す。(1−Ta)が0に近づくほど目標値に近いことを意味する。(1−Ta)が1以上であれば目標ゾーン外であることを意味する。また、Sはスケール数であり、点数とデータ数値とのスケール合わせのために用いられる。S=P/Aであり、Aは解析可能範囲を示す。
(6−1−1)第1ずれ角θ1のパフォーマンススコアPsF
第1ずれ角θ1は、ターゲットラインに向かってスクエアにインパクトとθ1=0であり、この場合にPsF=100点が与えられる。第1ずれ角θ1のスコアは、式(8)(9)において、例えばP=100、T=0、Tz=1°、A=30、R=θ1を代入して計算される。この場合、目標ゾーンTzは上述したようにカップの半径Rと、アドレス位置からカップ中心までの距離Lを用いて±arcsin(R/L)に設定することができる可変値である。
(6−1−2)第2ずれ角θ2のパフォーマンススコアPsS
第2ずれ角θ2は、クラブパスに対してスクエアにインパクトするとθ2=0となり、この場合にPsS=100点が与えられる。第2ずれ角θ2のスコアは、式(8)(9)において、例えばP=100、T=0、Tz=1°、A=30、R=θ2を代入して計算される。
(6−1−3)スイートスポットからのずれ量δのパフォーマンススコアPsH
ずれ量δは、スイートスポットで打撃するδ=0となり、この場合にPsH=100点が与えられる。ずれ量δのスコア化は、式(8)(9)において、例えばP=100、T=0、Tz=5°、A=100、R=δを代入して計算される。
(6−1−4)ふり幅LのパフォーマンススコアPsB
ふり幅Lは、標準偏差の1σに収めることを目標とする。ふり幅Lのスコア化は、式(8)(9)において、例えばP=100、T=0、Tz=1σ°、A=100、R=Lを代入して計算される。
(6−1−5)インパクト速度VのパフォーマンススコアPsI
インパクト速度Vも、標準偏差の1σに収めることを目標とする。インパクト速度Vのスコア化は、式(8)(9)において、例えばP=100、T=0、Tz=1σ°、A=10、R=Vを代入して計算される。
(6−1−6)第3ずれ角θ3のパフォーマンススコアPsL
第3ずれ角θ3は、規格ロフト角またはアドレスしたときの実測ロフト角通りにインパクトするとθ3=0となり、PsL=100点が与えられる。第3ずれ角θ3のスコア化は、式(8)(9)において、例えばP=100、T=0、Tz=1°、A=15、R=θ3を代入して計算される。
(6−1−7)第4ずれ角θ4のパフォーマンススコアPsA
第4ずれ角θ4は、ターゲットラインに対して平行にインパクトとθ4=0となり、PsA=100点が与えられる。第4ずれ角θ4のスコア化は、式(8)(9)において、例えばP=100、T=0、Tz=1°、A=15、R=θ4を代入して計算される。
このような解析項目毎のパフォーマンススコアPSは、上述した解析項目毎の解析画面のPS欄に数値として表示される。
(6−2)総合点のスコア化
上述した解析項目を大別すると、方向性に関する解析項目(第1ずれ角θ1、第2ずれ角θ2、スイートスポットからのずれ量δ)と、距離感に関する解析項目(インパクト速度V、ふり幅L、第3ずれ角θ3、第4ずれ角θ4)となる。よって、解析項目を重み付けした総合点としては、1)方向性に関する総合点、2)距離感に関する総合点、3)方向性及び距離感に関する総合点の3つが有用である。
(6−2−1)打球の方向性に関する解析項目の総合点のスコア化
方向性に関する3つの解析項目(第1ずれ角θ1、第2ずれ角θ2、スイートスポットからのずれ量δ)を用いる時の重み付け係数を次の通り定義する。第1ずれ角(絶対フェース角)θ1に関するパフォーマンススコアPsSの重み付け係数をWSとし、第2ずれ角(スクエア度)θ2に関するパフォーマンススコアPsFの重み付け係数をWFとし、スイートスポットからのずれ量δに関するパフォーマンススコアPsHの重み付け係数をWHとする。
打球の方向性に関する影響度の度合いを考慮して、第1ずれ角θ1に対する重み付け係数WSはずれ量δに対する重み付け係数WHよりも大きい(WS>WH)。またずれ量δに対する重み付け係数WHは第2ずれ角θ2に対する重み付け係数WFよりも大きい(WH>WF)。よって、3つの重み付け係数の関係は次の通りとなる。
WS>WH>WF …(10)
打球の方向性に関する解析項目の総合点は、3つのデータθ1,θ2及びδを用いる場合には、次の通りとなる。
SUM(各PS×各重み付け係数)/SUM(各重み付け係数)
=(PsF×WF+PsS×WS+PsH×WH)/(WF+WS+WH)…(11)
打球の方向性に関する解析項目の総合点は、2つのデータθ1及びδを用いる場合には、次の通りとなる。
SUM(各PS×各重み付け係数)/SUM(各重み付け係数)
=(PsF×WF+PsH×WH)/(WF+WH)…(12)
打球の方向性に関する解析項目の総合点は、2つのデータθ2及びδを用いる場合には、次の通りとなる。
SUM(各PS×各重み付け係数)/SUM(各重み付け係数)
=(PsS×WS+PsH×WH)/(WS+WH)…(13)
打球の方向性に関する解析項目の総合点は、2つのデータθ1及びθ2を用いる場合には、次の通りとなる。
SUM(各PS×各重み付け係数)/SUM(各重み付け係数)
=(PsF×WF+PsS×WS)/(WF+WS)…(14)
(6−2−2)打球の距離感に関する解析項目の総合点のスコア化
距離感に関する4つの解析項目(インパクト速度V、ふり幅L、第3ずれ角θ3、第4ずれ角θ4)を用いる時の重み付け係数を次の通り定義する。インパクト速度Vに関するパフォーマンススコアPsIの重み付け係数をWIとし、ふり幅LのパフォーマンススコアPsBに関する重み付け係数をWBとし、第3ずれ角(デルタ−ロフト角)θ3に関するパフォーマンススコアPsLの重み付け係数をWLとし、第4ずれ角(アタック角)θ4に関するパフォーマンススコアPsAの重み付け係数をWAとする。
打球の距離感性に関する影響度の度合いを考慮して、インパクト速度Vに対する重み付け係数WIはふり幅Lに対する重み付け係数WBよりも大きい(WI>WB)。ふり幅Lに対する重み付け係数WBは、第3ずれ角θ3に対する重み付け係数WL及び第4ずれ角θ4に対する重み付け係数WAよりも大きい(WI>WB>WL、WI>WB>WA)。第3ずれ角θ3に対する重み付け係数WL及び第4ずれ角θ4に対する重み付け係数WAは、第3ずれ角θ3及び第4ずれ角θ4同士に相関があることから、例えば等しく設定できる(WL=WA)。よって、4つの重み付け係数の関係は次の通りとなる。
WI>WB>WL=WA …(15)
打球の距離感に関する解析項目の総合点は、4つのデータV,L,θ3及びθ4を用いる場合には、次の通りとなる。
SUM(各PS×各重み付け係数)/SUM(各重み付け係数)
=(PsI×WI+PsB×WB+PsL×WL+PsA×WA)/(WI+WB+WL+WA)…(16)
打球の距離感に関する解析項目の総合点は、3つのデータV,L及びθ3を用いる場合には、次の通りとなる。
=(PsI×WI+PsB×WB+PsL×WL)/(WI+WB+WL)…(17)
打球の距離感に関する解析項目の総合点は、3つのデータV,L及びθ4を用いる場合には、次の通りとなる。
SUM(各PS×各重み付け係数)/SUM(各重み付け係数)
=(PsI×WI+PsB×WB+PsA×WA)/(WI+WB+WA)…(18)
打球の距離感に関する解析項目の総合点は、2つのデータV及びLを用いる場合には、次の通りとなる。
SUM(各PS×各重み付け係数)/SUM(各重み付け係数)
=(PsI×WI+PsB×WB)/(WI+WB)…(19)
(6−2−3)打球の方向性及び距離感に関する解析項目の総合点のスコア化
打球の方向性及び距離感のうち、スイング向上や運動競技への影響度の度合いを考慮すると、打球の方向性が重要視される。また、打球の方向性に関する解析項目の中でも影響度が低い解析項目(例えばθ2)よりも、打球の距離感に関する解析項目のうち影響度が高い解析項目(例えばV,L)を重視することができる。そこで、打球の方向性及び距離感に関する7つの解析項目(θ1,θ2、δ、V,L,θ3,θ4)についての重み付け係数の関係として、式(10)及び式(15)に基づき次の通りとする。
WS>WH>WI>WB>WF>WL=WB…(20)
式(11)〜(14)のいずれかで示される方向性に関するパフォーマンススコアPs(方向性)と、式(16)〜(18)のいずれかで示される方向性に関するパフォーマンススコアPs(距離感)との総合のパフォーマンススコアPs(方正性+距離感)は、次の通りとなる。
パフォーマンススコアPs(方正性+距離感)
=a×パフォーマンススコアPs(方向性)
+b×パフォーマンススコアPs(距離感)…(21)
ここで、重み付け係数a,bは、a=b=1としてもよく、それ以外ではa>bとして方向性を重視しても良い。
パフォーマンススコアPs(方正性+距離感)、a×パフォーマンススコアPs(方向性)またはパフォーマンススコアPs(距離感)をスコア表示すると共に、表示されたパフォーマンススコアに用いた複数の解析項目の解析データを例えばレーダーチャート等で表示しても良い。
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やゴルフクラブ13、演算処理回路14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。例えば、本発明はゴルフに限らず、野球やテニスなどの運動具に適用することができる。
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、パター)、13c クラブヘッド、13c1 フェース面、13d 第1計測点、13e 第2計測点、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)、18 画像処理回路、19 表示装置、50 スイング座標位置検出部、60 速度検出部、70 アドレス(静止)解析部、71 姿勢特定部、72 位置特定部、80 インパクト解析部、81 姿勢特定部、82 軌跡特定部、90 平面視方向解析部、91 第1ずれ角解析部、92 第2ずれ角解析部、L1 アドレス時のフェース面の姿勢、L2 打撃目標方向(ターゲットライン)、L3 インパクト時のフェース面の姿勢、L4 移動ベクトル成分、L4’ L4の延長線上に設定される仮想打撃方向、L5 L3の法線として設定される打撃方向、θ1 絶対フェース角(第1ずれ角)、θ2 スクエア度(第2ずれ角)

Claims (12)

  1. 慣性センサーの出力を用いて、インパクト時における運動具の打撃面による打撃方向と、前記インパクト時における前記打撃面の速度とを特定し、前記打撃方向を打撃目標方向に対する角度で示し、前記速度の大きさを長さで示す極座標系に前記打撃方向と前記速度とを表示することを特徴とする運動解析方法。
  2. 請求項1に記載の運動解析方法において、
    前記打撃目標方向は、運動開始前の静止時における運動具の打撃面に対する法線方向を投影面に投影した方向として特定することを特徴とする運動解析方法。
  3. 請求項1または2に記載の運動解析方法において、
    平面視での前記運動具を表す画像を前記座標系にて前記打撃方向の向きに設定して表示することを特徴とする運動解析方法。
  4. 請求項1乃至のいずれか一項に記載の運動解析方法において、
    前記座標系において前記打撃目標方向を含む目標領域を他の領域と区別して表示することを特徴とする運動解析方法。
  5. 請求項に記載の運動解析方法において、
    前記打撃方向が前記目標領域から外れた度合いを、前記目標領域に応じた領域を示す単位の倍数で表示することを特徴とする運動解析方法。
  6. 請求項またはに記載の運動解析方法において、
    前記打撃方向が特定された運動回数に対して、前記打撃方向が前記目標領域に入った回数の割合を表示することを特徴とする運動解析方法。
  7. 請求項1乃至のいずれか一項に記載の運動解析方法において、
    過去に特定された前記打撃方向及び前記速度の座標位置を、今回特定された前記打撃方向及び前記速度の座標位置とは区別して前記座標系に表示することを特徴とする運動解析方法。
  8. 請求項1乃至のいずれか一項に記載の運動解析方法において、
    前記打撃方向及び前記速度の少なくとも一方のばらつきを示す統計値を表示することを特徴とする運動解析方法。
  9. 請求項1乃至のいずれか一項において、
    前記慣性センサーの出力を用いて、前記インパクト時における前記打撃面の姿勢を特定し、前記インパクト時における前記打撃面の移動方向を前記打撃面の移動ベクトルに基づいて特定し、前記移動方向を投影面に投影した方向を前記打撃方向と特定し、前記打撃方向と直交する面に対する前記インパクト時での打撃面のずれ角を特定することを特徴とする運動解析方法。
  10. 請求項に記載の運動解析方法において、
    前記打撃面のずれ角が零である打撃目標方向が設定された前記極座標系に、前記インパクト時における前記打撃面の前記打撃方向と前記速度とを表示することを特徴とする運動解析方法。
  11. 慣性センサーの出力を用いて、インパクト時における運動具の打撃方向と、前記インパクト時における前記運動具の速度とを特定するインパクト解析部と、
    前記打撃方向を打撃目標方向に対する角度で示し、前記速度の大きさを長さで示す極座標系に前記打撃方向と前記速度を表示する表示部と、
    を有することを特徴とする運動解析装置。
  12. インパクト時における運動具の打撃方向と、前記インパクト時における前記運動具の速度とを特定する手順と、
    前記打撃方向を打撃目標方向に対する角度で示し、前記速度の大きさを長さで示す極座標系に前記打撃方向と前記速度を表示する手順と、
    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。
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