JP6876466B2

JP6876466B2 - 計測システムおよび計測方法

Info

Publication number: JP6876466B2
Application number: JP2017037472A
Authority: JP
Inventors: 知高石原
Original assignee: Bridgestone Sports Co Ltd
Current assignee: Bridgestone Sports Co Ltd
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2021-05-26
Anticipated expiration: 2037-02-28
Also published as: US20180243627A1; JP2018140082A

Description

本発明はゴルフスイングの計測技術に関する。

ゴルファのスイング改善や用具改善のために、スイングを解析する技術が提案されている（特許文献１〜特許文献５）。

特開２０１６−２０９１８０号公報特開２０１５−１７８０２６号公報特開２０１２−２５４２０５号公報特開２００２−０３４６０９号公報特開２０１４−２２４７６９号公報

スイング解析においては、スイング中に計測した計測データから、解析必要なデータを抽出して解析する。スイング解析上、スイング開始タイミング以降のデータが重要となることが多い。スイング開始タイミング以前のデータは重要でない場合が多く、このデータを解析範囲に含めると解析精度に影響する。スイング開始タイミングを特定する手法として、特許文献１〜３にはクラブまたは腕の角速度に基づく特定手法が開示されているが、特定精度の点で改善の余地がある。

本発明の目的は、スイング開始タイミングの特定精度を向上することにある。

本発明によれば、
ゴルファの胴体に装着され、角速度センサを備えた第一の計測ユニットと、
前記ゴルファの左右の脚部の床反力を計測する第二の計測ユニットと、
前記第一の計測ユニットおよび前記第二の計測ユニットの計測結果に基づいて、前記ゴルファのスイング開始タイミングを特定する特定手段と、を備え、
前記特定手段は、
前記第一の計測ユニットの計測結果に基づく前記ゴルファの背骨周りの角速度が第一の閾値範囲内であり、かつ、前記第二の計測ユニットの計測結果に基づく前記ゴルファの挙動の値が第二の閾値範囲内であるタイミングを前記スイング開始タイミングとして特定する、
ことを特徴とする計測システムが提供される。

また、本発明によれば、
ゴルファの胴体に装着され、角速度センサを備えた第一の計測ユニット、および、前記ゴルファの左右の脚部の床反力を計測する第二の計測ユニットの各計測結果を取得する取得工程と、
前記第一の計測ユニットおよび前記第二の計測ユニットの計測結果に基づいて、前記ゴルファのスイング開始タイミングを特定する特定工程と、を備え、
前記特定工程では、
前記取得工程で取得した前記第一の計測ユニットの計測結果に基づく前記ゴルファの背骨周りの角速度が第一の閾値範囲内であり、かつ、前記取得工程で取得した前記第二の計測ユニットの計測結果に基づく前記ゴルファの挙動の値が第二の閾値範囲内であるタイミングを前記スイング開始タイミングとして特定する、
ことを特徴とする計測方法が提供される。

本発明によれば、スイング開始タイミングの特定精度を向上することができる。

本発明の一実施形態に係る計測システムの概要図。（Ａ）はフォースプレートの説明図、（Ｂ）は足圧中心の説明図、（Ｃ）は水平軸周りの角速度の説明図。処理装置が実行する処理例を示すフローチャート。（Ａ）〜（Ｃ）は計測結果の例、（Ｄ）は開始タイミングの特定例の説明図。

＜システムの構成＞
図１は本発明の一実施形態に係る計測システムＡの概要図である。計測システムＡは、一対のフォースプレート１Ｒおよび１Ｌと、計測ユニット２〜５と、処理装置６、表示装置７と、入力装置８とを含む。矢印Ｘ、矢印Ｙおよび矢印Ｚは、計測システムＡの試打席における三次元の座標系を示しており、フォースプレート１Ｒおよび１Ｌと、計測ユニット２〜４とはこの座標系に対応して設置される。矢印Ｘ、矢印Ｙは互いに直交する水平方向を示し、矢印Ｚは鉛直方向を示す。矢印Ｘはゴルフボールの飛球線方向に設定される。

フォースプレート１Ｒおよび１Ｌは、ゴルファの左右の脚部の床反力を計測する計測ユニットを構成する。フォースプレート１Ｒおよび１ＬはＸ方向に並べて配置されており、フォースプレート１Ｒはゴルファの右脚の床反力を計測することを予定し、フォースプレート１Ｌはゴルファの左脚の床反力を計測することを予定している。計測を受けるゴルファ１００は、フォースプレート１Ｒに右脚を乗せ、フォースプレート１Ｌに左脚を乗せる。以下の説明において、フォースプレート１Ｒおよび１Ｌを区別しない場合は、フォースプレート１と呼ぶ。

なお、本実施形態では、ゴルファの左右の脚部に対応して一対のフォースプレート１Ｒおよび１Ｌを用いるが、左右の脚部の床反力をそれぞれ計測可能な単一のフォースプレートも採用可能である。

フォースプレート１は、例えば、床反力として、Ｘ、Ｙ、Ｚの三軸方向の並進力と、Ｚ軸まわりのモーメントを計測可能なものである。図２（Ａ）はフォースプレート１の一例を示す概要図である。フォースプレート１は、本体１１と踏み板１２との間に複数の荷重センサ１３が配置されて構成されており、複数の荷重センサ１３の検出結果から、三軸方向の並進力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚが導出される。

フォースプレート１は、また、複数の荷重センサ１３の検出結果から足圧中心の位置と大きさを導出可能である。図２（Ｂ）に示すように、フォースプレート１Ｒで検出された右脚の足圧中心をＲＣＯＰ、フォースプレート１Ｌで検出された左脚の足圧中心をＬＣＯＰとする。また、足圧中心ＲＣＯＰおよびＬＣＯＰの位置と大きさから、両脚を全体で見た足圧中心ＣＯＰを演算することができる。足圧中心ＣＯＰは、足圧中心ＲＣＯＰおよびＬＣＯＰを結ぶ線上で、足圧中心ＲＣＯＰおよびＬＣＯＰの大きさの比率に応じた位置であり、足圧中心ＲＣＯＰおよびＬＣＯＰの大きさが同じ場合は中点となり、足圧中心ＲＣＯＰの方が大きい場合は、足圧中心ＲＣＯＰ側に偏った位置となる。

足圧中心ＣＯＰの経時的な変化を足圧中心ＣＯＰの移動速度ということができる。以下の説明において、Ｘ方向の足圧中心ＣＯＰの移動速度を速度Ｖと表記し、飛球線後方への速度を負とし、飛球線前方への速度を正とする。

図１に戻り、計測ユニット２は角速度センサを少なくとも含む。計測ユニット２としては、例えば、ATR-Promotions社のTSND121を用いることができる。計測ユニット２はゴルファ１００に装着され、例えば、胴体に装着される。図示の例では腰の位置に装着されている。図の例では背中側に装着されているが、胸側に装着してもよい。計測ユニット２は、図２（Ｃ）に示すようにスイング中のゴルファ１００の角速度ωを計測する。角速度ωは、概ね、ゴルファ１００の背骨周りの角速度に該当する。

図１を参照して、計測ユニット３はインパクトを検出する。本実施形態の場合、打撃音によりインパクトタイミングを検出する。このため、計測ユニット３はマイクロフォンであり、インパクトエリアの近くに配置されている。

計測ユニット４は、慣性センサ（加速度センサあるいは角速度センサの少なくともいずれか一方）を含み、ゴルフクラブ１０１のグリップあるいはシャフトに装着される。計測ユニット４としては、例えば、ATR-Promotions社のTSND121を用いることができる。計測ユニット４の計測結果はゴルファのスイング解析に利用することができる。また、計測ユニット３に代えて、計測ユニット４の検出結果により、インパクトを検出してもよい。インパクト時にゴルフクラブ１０１の加速度または角速度は急激に変化する。よって、計測ユニット４の検出結果の変化のピークのタイミングをインパクトのタイミングとすることができる。

計測ユニット５は、ゴルフクラブ１０１のヘッドスピードや打球の弾道を計測する。図１の例では、計測ユニット５は、打撃されるゴルフボールに対して飛球線後方に配置された弾道測定器であり、このような測定器としては例えば、TRACKMAN社のTRACKMANを用いることができる。計測ユニット５の計測結果はゴルファのスイング解析に利用することができる。ヘッドスピードの計測を目的とする場合、計測ユニット５としては、弾道測定器に代えて、例えば、計測ユニット５’として図示するように、打撃されるゴルフボール近傍において、前側に配置され、ゴルフクラブヘッドの通過と通過時間を計測する計測器であってもよい。

処理装置６は、一般的なパソコンから構成することが可能である。処理装置６は、互いに電気的に接続された処理部６１と、記憶部６２と、Ｉ／Ｆ部（インタフェース部）６３と、を備える。処理部６１はＣＰＵ等のプロセッサである。記憶部６２は一又は複数の記憶デバイスを備える。記憶デバイスは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等である。記憶部６２には処理部６１が実行するプログラムや、各種のデータが格納される。処理部６１が実行するプログラムは、処理部６１が読取可能な複数の指示から構成することができる。

Ｉ／Ｆ部６３は外部デバイスと処理部６１との間でデータの入出力を行う。Ｉ／Ｆ部６３には、Ｉ／Ｏインタフェース、通信インタフェースを含むことができる。計測ユニット２〜５は処理装置６に有線通信または無線通信により通信可能に接続されており、これらの検知結果は処理装置６によって取得される。

処理装置６には表示装置７と入力装置８が接続されている。表示装置７は、例えば、液晶表示装置等の電子画像表示装置であり、処理装置６の処理結果が表示される。入力装置８はマウスやキーボードであり、計測者が処理装置６に対してデータの入力や動作の指示を行うために用いられる。

＜計測処理例＞
処理部６１が実行する計測処理プログラムの例について図３を参照して説明する。同図は計測処理プログラムのフローチャートである。本実施形態では、ゴルファ１００にゴルフクラブ１０１によってゴルフボールを試打させる。そして、計測ユニット２〜５によりゴルファのスイングを解析する。

Ｓ１では初期設定を行う。ここでは、解析に必要な各種の設定を行う。初期設定が終了すると、ゴルファ１００に打撃の準備をしてもらい、Ｓ２で計測を開始すると共にゴルファ１００にフォースプレート１上に立ってゴルフボールを打撃してもらう。計測開始により、微小時間毎の計測ユニット２〜５の各計測結果（計測データ）を取得して時間の情報とともに保存する。保存先として記憶部６２を用いることができるが、処理装置６の外部に設けたデータロガーに保存してもよい。計測はゴルファ１００がスイング開始から終了までの十分な時間だけ行い、計測終了を時間で定めてもよいし、計測者の操作により定めてもよい。

Ｓ３ではＳ２で取得した計測データからスイングの開始タイミングを特定する。詳細は後述する。Ｓ４ではＳ２で取得した計測データのうち、スイング解析に用いるデータの範囲を設定する。Ｓ２で取得した計測データの全てを、エネルギの演算に用いてもよいが、無駄が多い場合がある。本実施形態では、Ｓ３でスイングの開始タイミングを特定することで、スイング開始以前のデータをスイング解析に用いるデータの範囲から除外することができる。これにより、例えば、スイング前のゴルファの準備動作を計測データから除外し、スイング中にゴルファが発揮したエネルギを精度よく解析することができる。

Ｓ５ではＳ４で設定した範囲内の計測データを用いてスイング解析を行う。スイング解析の内容は、例えば、スイング中にゴルファが発揮したエネルギと打撃に利用されたエネルギとの関係や、ゴルフクラブの軌道等、各種の解析を挙げることができる。解析結果は表示装置７に表示することもできる。以上により一単位の処理を終了する。

＜スイング開始タイミングの特定例＞
図４を参照してＳ３におけるスイング開始タイミングの特定例について説明する。本実施形態では、フォースプレート１および計測ユニット２の計測結果に基づいてスイング開始タイミングを特定する。二種類の計測結果を利用することで、スイング開始タイミングの特定精度を向上することができる。特に、フォースプレート１の計測結果を利用することで、ワッグル等の影響を低減してスイング開始タイミングを特定することができる。

図４（Ａ）はスイング開始タイミングの特定に用いる計測データ（対象データ）の範囲を例示している。Ｓ２で取得した計測データには、実質的にスイング中ではない状態での計測データが含まれている。スイング開始タイミングの特定にあたり、Ｓ２で取得した計測ユニット１および２の各計測データを全て用いると演算や精度に影響を与える場合がある。そこで、本実施形態では、インパクトタイミングからさかのぼった所定期間内の計測データを利用する。

図４（Ａ）において、時間ｔ０は計測の開始タイミングを示し、時間ｔｉはインパクトタイミングを示す。インパクトタイミングは、計測ユニット３の計測データから特定し、音圧が急激に高くなったタイミングをインパクトタイミングとすることができる。対象データは、時間ｔｉからＴ時間さかのぼった時間ｔ１までの計測データであり、換言すると、時間ｔ１から時間ｔｉまでの、フォースプレート１および計測ユニット２の各計測データをスイング開始タイミングの特定に用いる。時間Ｔは例えば数秒（例えば２秒）である。

スイング開始の際、一般にゴルファは少なくとも一瞬だけ略静止する。本実施形態ではゴルファが静止したタイミングを角速度ωと移動速度Ｖから特定し、これをスイング開始タイミングとする。まず、角速度ωについて説明する。

図４（Ｂ）は時間ｔ１から時間ｔｉまでの角速度ωの変化を示している。角速度ωが閾値１の範囲内にある区間、ゴルファのＺ軸周りの挙動としては静止したとみなす。閾値１は例えば±０．１ｒａｄ／ｓｅｃである。図４（Ｂ）の例では区間Ｒ１１と区間Ｒ１２において、角速度ωが閾値１の範囲内である。

次に移動速度Ｖについて説明する。図４（Ｃ）は時間ｔ１から時間ｔｉまでの移動速度Ｖの変化を示している。移動速度Ｖが閾値２の範囲内にある区間、ゴルファのＸ方向の挙動としては静止したとみなす。閾値２は例えば±１００ｍｍ／ｓｅｃである。図４（Ｃ）の例では区間Ｒ２１〜区間Ｒ２６において、移動速度Ｖが閾値２の範囲内である。

次に、角速度ωが閾値１の範囲内で、かつ、移動速度Ｖが閾値２の範囲内である区間を抽出する。図４（Ｄ）は抽出結果を示しており、区間Ｒ３１および区間Ｒ３２が抽出された区間である。そして、区間Ｒ３１、区間Ｒ３２のうち、最も遅い時刻をスイング開始タイミングと特定する。角速度ωと移動速度Ｖを用いることで、精度よくスイング開始タイミングを特定することができる。例えば、角速度ωのみでスイング開始タイミングを特定しようとすると、ゴルファによってはスイング開始前の準備動作で閾値を超えてしまい、精度よくスイング開始タイミングを特定できない場合がある。

以上のようにしてスイング開始タイミングを特定することで、スイング開始タイミングの特定精度を向上することができる。上記実施形態では、角速度ωと移動速度Ｖを利用してスイング開始タイミングを特定したが、移動速度Ｖの代わりに、足圧中心ＣＯＰの移動距離や移動角度を利用してもよいが、移動速度Ｖが好ましい。

Ａ計測システム、１Ｒフォースプレート、１Ｌフォースプレート、２〜５計測ユニット、５処理装置

Claims

ゴルファの胴体に装着され、角速度センサを備えた第一の計測ユニットと、
前記ゴルファの左右の脚部の床反力を計測する第二の計測ユニットと、
前記第一の計測ユニットおよび前記第二の計測ユニットの計測結果に基づいて、前記ゴルファのスイング開始タイミングを特定する特定手段と、を備え、
前記特定手段は、
前記第一の計測ユニットの計測結果に基づく前記ゴルファの背骨周りの角速度が第一の閾値範囲内であり、かつ、前記第二の計測ユニットの計測結果に基づく前記ゴルファの挙動の値が第二の閾値範囲内であるタイミングを前記スイング開始タイミングとして特定する、
ことを特徴とする計測システム。
請求項１に記載の計測システムであって、
前記第二の計測ユニットによりゴルファの足圧中心の移動速度が計測される、
ことを特徴とする計測システム。
請求項１又は請求項２に記載の計測システムであって、
インパクトを検出する第三の計測ユニットを更に備え、
前記特定手段は、
スイング中の前記第一の計測ユニットおよび前記第二の計測ユニットの計測結果のうち、前記第三の計測ユニットにより計測されたインパクトのタイミングからさかのぼった所定期間内の計測結果に基づいて、前記スイング開始タイミングを特定する、
ことを特徴とする計測システム。
ゴルファの胴体に装着され、角速度センサを備えた第一の計測ユニット、および、前記ゴルファの左右の脚部の床反力を計測する第二の計測ユニットの各計測結果を取得する取得工程と、
前記第一の計測ユニットおよび前記第二の計測ユニットの計測結果に基づいて、前記ゴルファのスイング開始タイミングを特定する特定工程と、を備え、
前記特定工程では、
前記取得工程で取得した前記第一の計測ユニットの計測結果に基づく前記ゴルファの背骨周りの角速度が第一の閾値範囲内であり、かつ、前記取得工程で取得した前記第二の計測ユニットの計測結果に基づく前記ゴルファの挙動の値が第二の閾値範囲内であるタイミングを前記スイング開始タイミングとして特定する、
ことを特徴とする計測方法。