JP2015013008A - 運動検出装置および運動検出プログラム並びに運動解析システム - Google Patents

Abstract

【課題】被験者単独であっても確実に的確なタイミングでスイングの計測を開始することができる運動検出装置および運動検出プログラム並びに運動解析システムは提供される。
【解決手段】運動検出装置は、慣性センサー１２の出力を用いて、被験者および運動具１４の少なくとも一方の動きをトリガー信号の指標として特定する。慣性センサー１２の出力中に、被験者および運動具１４の少なくとも一方の動きが特定される。特定された動きに応じてトリガー信号が生成される。被験者は自分自身の動きを通じて的確なタイミングでトリガー信号を生成させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、運動検出装置および運動検出プログラム、そして、それらを利用した運動解析システム等に関する。

例えば特許文献１は、運動解析システムの一具体例であるスイング解析システムを開示する。被験者には三次元加速度センサーが取り付けられる。三次元加速度センサーの出力に基づき被験者のゴルフスイングは解析される。

特開２０１１−２１０号公報 特開２０１１−７８７５３号公報 特開２０００−１４８３５１号公報

ゴルフスイングは、アドレスに始まって、バックスイングから振り下ろし、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。ゴルフスイングの解析はアドレスから始められることが望まれる。特許文献１ではスイング解析システムは観察者によって操作される。観察者が被験者のアドレスの姿勢を確認しスイングの計測を開始することができる。そして、こうしたスイング解析システムでは、観察者の存在なしでは的確なタイミングでスイングの計測を開始することができない。被験者単独でも、確実にアドレスからスイングの計測が開始されることが望まれる。

本発明の少なくとも１つの態様によれば、被験者単独であっても確実に的確なタイミングでスイングの計測を開始することができる運動検出装置および運動検出プログラム並びに運動解析システムは提供されることができる。

（１）本発明の一態様は、慣性センサーの出力を用いて、被験者および運動具の少なくとも一方の動きをトリガー信号の指標として特定する運動検出装置に関する。

慣性センサーは被験者または運動具の一連の動作中に検出信号を出力する。運動検出装置では、慣性センサーの出力中に、被験者および運動具の少なくとも一方の動きが特定される。特定された動きに応じてトリガー信号が生成される。被験者は自分自身の動きを通じて的確なタイミングでトリガー信号を生成させることができる。

（２）前記指標は前記動きの反復を含むことができる。一般に、一定の期間内に特定の動きの反復を含む運動は少ない。期間の長短が調整されれば、その期間内で運動は反復動作を含むことがない。したがって、そうした期間内に検出される動きの反復は被験者の意図的動作として捉えられることができる。こうした動きの反復は他の動きに取り違えられる可能性が著しく低い。トリガー信号の誤出力は防止されることができる。

（３）前記指標は、前記動きと、前記動きと逆向きの動きとを含むことができる。一般に、一定の期間内に特定の動きと対（例えば鏡像）となる逆向きの動きとが連続する運動は少ない。期間の長短が調整されれば、その期間内で運動は特定の動きと逆向きの動きとの連続を含むことがない。したがって、そうした期間内に検出される動きと逆向きの動きとの連続は被験者の意図的動作として捉えられることができる。こうした動きと逆向きの動きとの連続は他の動きに取り違えられる可能性が著しく低い。トリガー信号の誤出力は防止されることができる。

（４）運動検出装置は、前記指標を記憶するメモリーを備えることができる。慣性センサーの出力中に、メモリーに記憶された指標が特定されると、トリガー信号が生成される。

（５）前記メモリーは、前記慣性センサーの出力のピーク部分を前記指標として記憶することができる。慣性センサーの出力中に、メモリーに記憶されたピーク部分が特定されると、トリガー信号が生成される。

（６）前記メモリーは、前記慣性センサーの出力の複数のピーク部分を前記指標として記憶することができる。慣性センサーの出力中に、メモリーに記憶された複数のピーク部分が特定されると、トリガー信号が生成される。

（７）前記メモリーは、前記慣性センサーが装着された前記被験者および前記運動具の少なくとも一方の静止状態における前記慣性センサーからの出力を記憶することができる。こうした静止状態では慣性センサーの出力は実質的に一定値の検出信号を示す。したがって、指標となる動きは慣性センサーの出力中で際立つことができる。こうして慣性センサーの出力中に確実に指標は見つけ出される。指標の見落としは防止される。

（８）前記メモリーは被験者ごとに指標を記憶することができる。こうして被験者ごとに指標はカスタマイズされる。被験者ごとに確実にトリガー信号の出力は確保される。

（９）前記メモリーは、前記慣性センサーが搭載されているセンサーユニット内に搭載されることができる。こうしてメモリーはセンサーユニットに組み込まれる。センサーユニットそのものが運動検出装置として機能する。

（１０）運動検出装置は、前記慣性センサーの出力から前記指標を検出した場合に、前記トリガー信号を出力し、本体ユニットへ処理を指示する演算回路を備えることができる。演算回路は本体ユニットとは別に構成されることができる。本体ユニットの負担は軽減される。

（１１）運動検出装置は、前記指標として第１指標と第２指標とを特定し、前記演算回路は、前記慣性センサーの出力から前記第１指標を検出した場合に前記本体ユニットへ前記トリガー信号を出力して計測を開始し、前記慣性センサーの出力から前記第２指標を検出した場合に前記本体ユニットへ前記トリガー信号を出力して計測を停止することができる。こうして被験者は自分自身の動きを通じて計測の開始および停止を管理することができる。被験者は的確なタイミングで計測の開始および停止を実現することができる。

（１２）前記演算回路は、前記慣性センサーが搭載されているセンサーユニット内に搭載されることができる。こうして演算回路はセンサーユニットに組み込まれる。センサーユニットそのものが運動検出装置として機能する。

（１３）前記慣性センサーは角速度センサーであることができ、運動検出装置は、前記運動具のシャフト部の軸回りに発生する角速度を用いて前記指標を特定することができる。慣性センサーは角速度信号を出力する。角速度に応じて被験者および運動具の少なくとも一方の動きは特定される。

（１４）前記慣性センサーは加速度センサーであることができ、運動検出装置は、前記運動具に発生する加速度を用いて前記指標を特定することができる。慣性センサーは加速度信号を出力する。加速度信号に応じて被験者および運動具の少なくとも一方の動きは特定される。

（１５）運動検出装置は運動解析システムに組み込まれて利用されることができる。このとき、運動解析システムは、運動検出装置と、前記トリガー信号の受信に応じて、処理を実行する前記本体ユニットとを備えることができる。

（１６）前記本体ユニットは、前記トリガー信号を受信する前に、第１サンプリングレートで前記慣性センサーの出力を処理し、前記トリガー信号の受信に応じて前記第１サンプリングレートよりも高い第２サンプリングレートで前記慣性センサーの出力を処理することができる。トリガー信号を受信するまで本体ユニットは処理動作の実行を待機する。このとき、本体ユニットは第１サンプリングレートで慣性センサーの出力を処理する。トリガー信号を受信すると、本体ユニットは第２サンプリングレートで慣性センサーの出力を処理する。したがって、運動解析の解像度は高められることができる。待機時に信号処理の頻度は減少する。不要なエネルギーの消費は抑制されることができる。

（１７）前記トリガー信号は、前記本体ユニットの処理実行の開始または停止を指示する信号であることができる。こうして被験者は自分自身の動きを通じて計測の開始および停止を管理することができる。被験者は的確なタイミングで計測の開始および停止を実現することができる。

（１８）本発明の他の態様は、慣性センサーの出力を用いて、被験者または運動具の動きを指標として記憶する手段と、前記慣性センサーの出力から前記指標を検出した場合に、本体ユニットへトリガー信号を出力する手段とを備える運動検出装置に関する。

（１９）本発明のさらに他の態様は、慣性センサーの出力を用いて、被験者および運動具の少なくとも一方の動きの指標を取得する手順と、前記指標を検出した場合に処理を実行する手順とをコンピューターに実行させる運動検出プログラムに関する。

本発明の第１実施形態に係るゴルフスイング解析システム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。 第１具体例に係る特定動作を概略的に示す概念図である。 第１具体例に係る特定動作を特定する指標を概略的に示すグラフである。 第２具体例に係る特定動作を概略的に示す概念図である。 第２具体例に係る特定動作を特定する指標を概略的に示すグラフである。 第３具体例に係る特定動作を概略的に示す概念図である。 第３具体例に係る特定動作を特定する指標を概略的に示すグラフである。 第４具体例に係る特定動作を概略的に示す概念図である。 第４具体例に係る特定動作を特定する指標を概略的に示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係るゴルフスイング解析システムの構成を概略的に示す概念図である。 比較例に係るゴルフスイング解析システムの構成を概略的に示す概念図である。 他の比較例に係るゴルフスイング解析システムの構成を概略的に示す概念図である。

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）第１実施形態に係るゴルフスイング解析システムの構成
図１は本発明の第１実施形態に係るゴルフスイング解析システム（運動解析システム）１１の構成を概略的に示す。ゴルフスイング解析システム１１は例えばセンサーユニット１２および本体ユニット１３を備える。センサーユニット１２はゴルフクラブ（運動具）１４に取り付けられる。ゴルフクラブ１４はシャフト１４ａおよびグリップ１４ｂを備える。グリップ１４ｂが被験者の手で握られる。グリップ１４ｂはシャフト１４ａの中心軸に同軸に形成される。シャフト１４ａの先端にはクラブヘッド１４ｃが結合される。望ましくは、センサーユニット１２はゴルフクラブ１４のシャフト１４ａまたはグリップ１４ｂに取り付けられる。センサーユニット１２はゴルフクラブ１４に相対移動不能に固定されればよい。こうしてセンサーユニット１２はゴルフクラブ１４に装着されてもよく、その他、センサーユニット１２は被験者の手や腕、肩に取り付けられてもよい。

センサーユニット１２は慣性センサー１５を備える。慣性センサー１５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１５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。ここでは、センサーユニット１２の取り付けにあたって慣性センサー１５の検出軸の１つはシャフト１４ａの中心軸に合わせ込まれる。すなわち、慣性センサー１５のｙ軸はシャフト１４ａの中心軸に重なる、あるいは、平行に延びる。

センサーユニット１２は演算回路１６およびメモリー１７を備える。演算回路１６は慣性センサー１５に接続される。演算回路１６は慣性センサー１５の出力を受信する。演算回路１６にはメモリー１７が接続される。メモリー１７は、慣性センサー１５の出力で表現されてゴルフクラブ１４の特定動作（動き）を特定する指標を記憶する。特定動作の詳細は後述される。指標は第１指標、第２指標および第３指標を含む。演算回路１６は、慣性センサー１５からの出力信号を受信中に、慣性センサー１５の出力信号中に第１指標を検出すると、開始信号（トリガー信号）を出力する。演算回路１６は同様に慣性センサー１５の出力信号中に第２指標を検出すると、終了信号（トリガー信号）を出力する。演算回路１６は同様に慣性センサー１５の出力信号中に第３指標を検出すると、静止通知信号を出力する。すなわち、第３指標は、ゴルフクラブ１４の静止状態における慣性センサー１５の出力に相当する。演算回路１６は慣性センサー１５の出力に基づきゴルフクラブ１４の静止状態を判定する。第３指標は例えば閾値として特定されてもよい。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。慣性センサー１５の出力が閾値を下回ると、演算回路１６はゴルフクラブ１４の静止状態を判断する。演算回路１６は、所定期間にわたって静止状態を検出すると、静止通知信号を生成する。慣性センサー１５、演算回路１６およびメモリー１７はセンサーユニット１２の共通の筐体内に収容されればよい。ここでは、演算回路１６およびメモリー１７は運動検出装置１８を形成する。運動検出装置１８は、慣性センサー１５の出力を用いて、被験者および運動具の少なくとも一方としてのゴルフクラブ１４の動きをトリガー信号の指標として特定する。

本体ユニット１３は演算処理回路１９を備える。演算処理回路１９にはセンサーユニット１２が接続される。接続にあたって演算処理回路１９には所定のインターフェイス回路２１が接続される。このインターフェイス回路２１は有線でセンサーユニット１２に接続されてもよく無線でセンサーユニット１２に接続されてもよい。演算処理回路１９にはセンサーユニット１２から慣性センサー１５の出力すなわち検出信号並びに開始信号および終了信号が入力される。

演算処理回路１９には記憶装置２２が接続される。記憶装置２２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２３および関連するデータが格納される。演算処理回路１９はゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム２３を実行しゴルフスイング解析方法を実現する。記憶装置２２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２３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ことができる。

演算処理回路１９には画像処理回路２４が接続される。演算処理回路１９は画像処理回路２４に所定の画像データを送る。画像処理回路２４には表示装置２５が接続される。接続にあたって画像処理回路２４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２４は、入力される画像データに応じて表示装置２５に画像信号を送る。表示装置２５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２５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１９、記憶装置２２および画像処理回路２４は例えばコンピューター装置として提供されることができる。

演算処理回路１９には入力装置２６が接続される。入力装置２６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２６から文字情報や数値情報が演算処理回路１９に入力される。入力装置２６は例えばキーボードで構成されればよい。ここでは、本体ユニット１３はスマートフォンやタブレットＰＣ（パーソナルコンピューター）、携帯電話端末として構成されることができる。

（２）運動解析モデル
演算処理回路１９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（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２８が構築される。三次元運動解析モデル２８の棒２９は支点３１（座標ｘ）に点拘束される。棒２９は支点３１回りで三次元的に振子として動作する。支点３１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２９の重心３２の位置は座標ｘ_ｇで特定され、クラブヘッド１４ｃの位置は座標ｘ_ｈで特定される。

三次元運動解析モデル２８はスイング時のゴルフクラブ１４をモデル化したものに相当する。振子の棒２９はゴルフクラブ１４のシャフト１４ａを投影する。棒２９の支点３１はグリップ１４ｂを投影する。センサーユニット１２は棒２９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１５の位置は座標ｘ_ｓで特定される。慣性センサー１５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１９は同様に慣性センサー１５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１５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１４ａの軸に一致する。局所座標系Σ_ｓのｘ軸はフェース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３１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３２の位置ｌ_ｓｇは（０，ｌ_ｓｇｙ，０）で特定され、クラブヘッド１４ｃ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１９の構成を概略的に示す。演算処理回路１９はバイアス値算出部３５を備える。バイアス値算出部３５は例えばセンサーユニット１２の演算回路１６に接続される。バイアス値算出部３５は慣性センサー１５の出力に基づき慣性センサー１５のバイアス値を算出する。バイアス値は、静止状態の慣性センサー１５から出力される検出信号に基づき特定されることができる。バイアス値算出部３５は、所定の期間内に取得されるクラブヘッド１４ｃの位置やグリップエンドの位置の情報から、時間の関数であるバイアス推定値を求める。バイアス推定値の導出にあたって、データは、任意の時間間隔でサンプリングされ、時間軸を含む２次元平面で直線近似される。ここで、バイアスは、角速度がゼロである初期状態のときのゼロバイアスと、電源変動や温度変動などの外部要因に起因するランダムなドリフトとを含む誤差の総称である。

演算処理回路１９は支点変位算出部３６およびクラブヘッド変位算出部３７を備える。支点変位算出部３６には慣性センサー１５から加速度信号および角速度信号が入力される。支点変位算出部３６は加速度および角速度に基づき時間軸に従って支点３１の変位を算出する。例えば、慣性センサー１５の変位と棒２９の姿勢とが特定されれば、支点３１の変位は特定されることができる。慣性センサー１５の変位は慣性センサー１５の加速度から算出されることができる。棒２９の姿勢は慣性センサー１５の角速度から算出されることができる。算出にあたって支点変位算出部３６は記憶装置２２からグリップエンドデータを始め様々な数値データを取得する。グリップエンドデータは例えば慣性センサー１５の局所座標系Σ_ｓに従ってグリップエンドの位置すなわち支点３１の位置ｌ_ｓｊを特定する。その他、支点３１の位置の特定にあたってゴルフクラブ１４の長さが特定されて当該ゴルフクラブ１４上で慣性センサー１５の位置が特定されてもよい。支点３１の位置は慣性センサー１５の局所座標系Σ_ｓから絶対基準座標系Σ_ｘｙｚに座標変換される。座標変換にあたって変換行列は記憶装置２２から供給されることができる。

クラブヘッド変位算出部３７には慣性センサー１５から加速度信号および角速度信号が入力される。クラブヘッド変位算出部３７は加速度および角速度に基づき時間軸に従ってクラブヘッド１４ｃの変位を算出する。例えば、慣性センサー１５の変位と棒２９の姿勢とが特定されれば、慣性センサー１５の局所座標系Σ_ｓ内でクラブヘッド１４ｃの変位は特定されることができる。慣性センサー１５の変位は慣性センサー１５の加速度から算出されることができる。棒２９の姿勢は慣性センサー１５の角速度から算出されることができる。算出にあたってクラブヘッド変位算出部３７は記憶装置２２からクラブヘッドデータを始め様々な数値データを取得する。クラブヘッドデータは例えば慣性センサー１５の局所座標系Σ_ｓに従ってクラブヘッド１４ｃの位置ｌ_ｓｈを特定する。その他、クラブヘッド１４ｃの位置の特定にあたってゴルフクラブ１４の長さが特定されて当該ゴルフクラブ１４上で慣性センサー１５の位置が特定されてもよい。クラブヘッド１４ｃの位置は局所座標系Σ_ｓから絶対基準座標系Σ_ｘｙｚに座標変換される。こういった座標変換にあたってクラブヘッド変位算出部３７には支点変位算出部３６から支点３１の位置が通知されればよい。

演算処理回路１９はスイング画像データ生成部３８を備える。スイング画像データ生成部３８はバイアス値算出部３５、支点変位算出部３６およびクラブヘッド変位算出部３７に接続される。スイング画像データ生成部３８は、時間軸に沿った支点３１の位置およびクラブヘッド１４ｃの位置に基づき、三次元で棒２９の移動軌跡を視覚化する三次元画像データを生成する。三次元画像データの生成にあたってスイング画像データ生成部３８はバイアス推定値に基づき支点３１の位置およびクラブヘッド１４ｃの位置を補正する。

演算処理回路１９はスイッチング部３９を備える。スイッチング部３９にはバイアス値算出部３５、支点変位算出部３６およびクラブヘッド変位算出部３７が接続される。スイッチング部３９にはセンサーユニット１２から検出信号、開始信号、終了信号並びに静止通知信号が送られる。スイッチング部３９は、開始信号を受信する以前に、第１サンプリングレートで慣性センサー１５の検出信号を処理する。慣性センサー１５の検出信号は時間的に離散値であって、スイッチング部３９は第１サンプリングレートで離散値を間引く。検出信号は第１サンプリングレートでバイアス算出部３５、支点変位算出部３６およびクラブヘッド変位算出部３７に送られる。その一方で、スイッチング部３９は、開始信号の受信に応じて、第１サンプリングレートよりも高い第２サンプリングレートで慣性センサー１５の検出信号を処理する。検出信号は第２サンプリングレートでバイアス算出部３５、支点変位算出部３６およびクラブヘッド変位算出部３７に送られる。算出に用いられる離散値の単位時間当たりサンプル数は増加する。ここでは、第１サンプリングレートは例えば２５０Ｈｚに設定され、第２サンプリングレートは例えば１０００Ｈｚに設定される。こうしてスイッチング部３９は、演算回路１６から送られる開始信号の受信に応じて、慣性センサー１５の出力の処理頻度を変更する。さらに、スイッチング部３９は、終了信号の受信に応じて、第２サンプリングレートから第１サンプリングレートにサンプリングレートを切り替える。第２サンプリングレートよりも低い第１サンプリングレートの実現にあたって、慣性センサー１５の検出信号は、センサーユニット１２からの出力時（例えば演算回路１６からの出力時）に間引かれてもよく、本体ユニット１３での受信後に演算処理回路１９（スイッチング部３９）の処理時に間引かれてもよい。

（４）ゴルフスイング解析システムの動作
ゴルフスイング解析システム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２６から演算処理回路１９に入力される。ここでは、三次元振子モデル２８に従って、局所座標系Σ_ｓに従った支点３１の位置ｌ_ｓｊ、並びに、慣性センサー１５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１５がゴルフクラブ１４のシャフト１４ａに取り付けられる。慣性センサー１５はゴルフクラブ１４に相対変位不能に固定される。ここでは、慣性センサー１５の検出軸の１つ（ここではｙ軸）はシャフト１４ａの中心軸に合わせ込まれる。慣性センサー１５の検出軸の１つ（ここではｘ軸）はフェース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１５の計測は開始される。スイッチ（図示されず）の操作に応じて慣性センサー１５は動作を開始する。動作の開始時に慣性センサー１５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１５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１５の検出信号はリアルタイムで演算処理回路１９に送り込まれる。演算処理回路１９は慣性センサー１５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、バックスイングから振り下ろし、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。アドレス時、被験者の姿勢は静止する。演算回路１６はゴルフクラブ１４の静止状態を判定する。慣性センサー１５の出力が閾値を下回ると、演算回路１６は静止状態を把握する。演算回路１６は静止通知信号を出力する。静止通知信号の受信に応じてバイアス値算出部３５は慣性センサー１５のバイアス値を算出する。算出されたバイアス値はスイング画像データ生成部３８に送られる。

こうして静止状態が確保されると、被験者はスイングの動作を開始することができる。スイングの動作は、アドレスからバックスイングに移行し、振り下ろし、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。ゴルフクラブ１４は振られる。振られると、ゴルフクラブ１４の姿勢は時間軸に従って変化する。慣性センサー１５はゴルフクラブ１４の姿勢に応じて検出信号を出力する。支点変位算出部３６およびクラブヘッド変位算出部３７はゴルフクラブ１４の移動軌跡の算出を開始する。こうして支点変位算出部３６およびクラブヘッド変位算出部３７は確実にスイング全体でゴルフクラブ１４の移動を追いかけることができる。

被験者はスイングの動作の開始に先立って特定動作を実施する。特定動作には、例えば図４に示されるように、シャフト１４ａの中心軸回りで１方向にゴルフクラブ１４を回転させる動作が例示されることができる。アドレスの姿勢から腕が１方向に捻られれば、こうしたゴルフクラブ１４の回転は実現されることができる。ここでは、図２から明らかなように、慣性センサー１５のｙ軸がシャフト１４ａの中心軸に合わせ込まれることから、そうした動作の結果、図５に示されるように、慣性センサー１５の出力ではｙ軸回りの角速度に大きな変化すなわちピークが現れる。こうしたピークの波形や大きさは指標としてメモリー１７に予め格納される。演算回路１６はメモリー１７から特定動作の指標を取得する。演算回路１６は慣性センサー１５の出力中に特定動作の指標を検索する。演算回路１６は例えば慣性センサー１５の出力中に相似形の波形を検出すると、本体ユニット１３に向けて開始信号を出力する。あるいは、演算回路１６は例えば慣性センサー１５のｙ軸回りの角速度に閾値を超えた値を検出すると、本体ユニット１３に向けて開始信号を出力する。本体ユニット１３は、開始信号を受信すると、運動具の動作の解析を開始したり、あるいは、そういった解析に役立つデータを記録したりする。ゴルフスイング解析システム１１は、被験者単独であっても確実に的確なタイミングで計測を開始することができる。スイングの開始前に余分な解析は回避されることができる。

ここでは、スイングが終了すると、被験者は特定動作を実施する。この特定動作は、前述の開始時の特定動作と同じであってもよく相違してもよい。ただし、開始時の特定動作と終了時の特定動作とが相違すれば、開始時と終了時との混同は防止される。演算回路１６は慣性センサー１５の出力中に特定動作の指標を検索する。演算回路１６は例えば慣性センサー１５の出力中に相似形の波形を検出すると、本体ユニット１３に向けて終了信号を出力する。あるいは、演算回路１６は例えば慣性センサー１５のｙ軸回りの角速度に閾値を超えた値を検出すると、本体ユニット１３に向けて終了信号を出力する。本体ユニット１３は、終了信号を受信すると、計測を終了する。同時に、本体ユニット１３は第２サンプリングレートから第１サンプリングレートにサンプリングレートを変更する。

特定動作の検出にあたって被験者には例えばアドレス時の静止姿勢が要求される。その結果、演算回路１６は指標の検出に先立って所定期間内にゴルフクラブ１４の静止状態を検出する。ゴルフクラブ１４で静止状態が確立されると、図５に示されるように、慣性センサー１５の出力は実質的に一定値の検出信号を示す。したがって、特定動作は慣性センサー１５の出力中で際立つことができる。演算回路１６は慣性センサー１５の出力中に確実に指標を見つけ出すことができる。指標の見落としは防止されることができる。

しかも、本体ユニット１３の演算処理回路１９は、開始信号を受信すると、第２サンプリングレート（＝１０００Ｈｚ）で慣性センサー１５の出力を処理する。したがって、運動解析の解像度は高められることができる。その一方で、開始信号を受信するまで演算処理回路１９は処理動作の実行を待機する。このとき、演算処理回路１９は第１サンプリングレート（＝２５０Ｈｚ）で慣性センサー１５の出力を処理する。処理の頻度は減少する。したがって、不要なエネルギーの消費は抑制されることができる。

（５）第２具体例に係る特定動作
図６は第２具体例に係る特定動作を概略的に示す。第２具体例では、シャフト１４ａの中心軸回りで１方向にゴルフクラブ１４を回転させる動作が反復される。そうした動作の結果、図７に示されるように、慣性センサー１５の出力ではｙ軸回りの角速度に大きな変化すなわちピークが続けざまに複数回（ここでは２回）現れる。こうした複数のピークの波形や大きさは指標としてメモリー１７に予め格納される。こうして指標は特定動作の反復を含むことができる。

一般に、一定の期間内に特定動作の反復を含む運動は少ない。期間の長短が調整されれば、その期間内で運動は反復動作を含むことがない。したがって、そうした期間内に検出される反復動作は被験者の意図的動作として捉えられることができる。こうした反復動作は他の動作に取り違えられる可能性が著しく低い。その結果、センサーユニット１２は相応しいタイミングで開始信号または終了信号を出力することができる。開始信号または終了信号の誤出力は防止されることができる。

（６）第３具体例に係る特定動作
図８は第３具体例に係る特定動作を概略的に示す。第３具体例では、シャフト１４ａの中心軸回りで第１方向にゴルフクラブ１４を回転させる動作の後に、シャフト１４ａの中心軸回りで第１方向に逆向きの第２方向にゴルフクラブ１４を回転させる動作が実施される。アドレスの姿勢から腕が第１方向に捻られて再びアドレスの姿勢に復帰した後に、腕が第２方向に捻られて再びアドレスの姿勢に復帰すれば、こうしたゴルフクラブ１４の回転は実現されることができる。そうした動作の結果、図９に示されるように、慣性センサー１５の出力ではｙ軸回りの角速度に大きな変化すなわちピークが続けざまに反対向きに現れる。こうした逆向きのピークの波形や大きさは指標としてメモリー１７に予め格納される。こうして指標は、１つの特定動作に続いて、当該特定動作の対となって当該特定動作の逆向きの動作を含むことができる。

一般に、一定の期間内に特定動作と対（例えば鏡像）となる特定動作の逆向きの動作とが連続する運動は少ない。期間の長短が調整されれば、その期間内で運動は特定動作と逆向きの動作との連続を含むことがない。したがって、そうした期間内に検出される特定動作と逆向きの動作との連続は被験者の意図的動作として捉えられることができる。こうした特定動作と逆向きの動作との連続は他の動作に取り違えられる可能性が著しく低い。その結果、センサーユニット１２は相応しいタイミングで開始信号または終了信号を出力することができる。開始信号または終了信号の誤出力は防止されることができる。

（７）第４具体例に係る特定動作
図１０は第４具体例に係る特定動作を概略的に示す。第４具体例では、ターゲットラインの方向すなわち打球の方向にクラブヘッド１４ｃを振り衝撃を加える動作が実施される。そうした動作の結果、図１１に示されるように、慣性センサー１５の出力ではｘ軸方向の加速度に大きな変化すなわちピークが続けざまに複数回（ここでは２回）現れる。こうした複数のピークの波形や大きさは指標としてメモリー１７に予め格納される。ここでは、指標は、１つのピークで特定されてもよく、静止状態から相互に逆向きの動作で特定されてもよい。

（８）第５具体例に係る特定動作
指標は、慣性センサー１５から出力された実測値の記録から形成される。言い換えると、実際の被験者または運動具の動作に基づき指標は形成される。こうして被験者ごとに指標はカスタマイズされる。被験者は慣れた動作を指標としてセンサーユニット１２のメモリー１７に登録することができる。被験者は指標に係る特定動作を忘れずに実施することができる。こうして確実に開始信号または終了信号の出力は確保されることができる。

（９）第２実施形態に係るゴルフスイング解析システムの構成
図１２は本発明の第２実施形態に係るゴルフスイング解析システム（運動解析システム）１１ａの構成を概略的に示す。第２実施形態では本体ユニット１３内の演算処理回路１９が前述の演算回路１６の機能を担う。記憶装置２２はメモリー１７の機能を担う。したがって、記憶装置２２は、慣性センサー１５の出力で表現されてゴルフクラブ１４の特定動作を特定する指標を記憶する。演算処理回路１９は、慣性センサー１５からの出力信号を受信中に、慣性センサー１５の出力中に当該指標を検出すると、ゴルフクラブ１４の動作の解析を開始したり、あるいは、そういった解析に役立つデータを記録したりする。演算処理回路１９は、慣性センサー１５の出力中に第１指標を検出すると、第２サンプリングレート（＝１０００Ｈｚ）で慣性センサー１５の出力を処理する。演算処理回路１９は、慣性センサー１５の出力中に第１指標を検出するまで、第２サンプリングレートよりも少ない第１サンプリングレート（＝２５０Ｈｚ）で慣性センサー１５の出力を処理する。こうしたサンプリングレートの切り替えは、前述と同様に、演算処理回路１９中のスイッチング部３９で実現されればよい。

（１０）比較例に係るゴルフスイング解析システムの構成
図１３は比較例に係るゴルフスイング解析システム４１の構成を概略的に示す。ゴルフスイング解析システム４１は受光センサー４２を備える。受光センサー４２はゴルフクラブ１４のグリップ１４ｂに埋め込まれる。受光センサー４２は、例えば右打ちの被験者が右手をグリップ１４ｂに添える際に右手で覆われる部位に配置される。受光センサー４２は受光時と遮光時とで相違する信号を出力する。

受光センサー４２には判定回路４３が接続される。判定回路４３は受光センサー４２からの遮光時の信号に応じて開始信号を出力する。したがって、アドレス時に被験者の手で受光が遮られると、本体ユニット１３には判定回路４３から開始信号が送られる。その他の構成は前述のゴルフスイング解析システム１１と同様である。比較例に係るゴルフスイング解析システム４１は、被験者単独であっても確実に的確なタイミングで計測を開始することができる。スイングの開始前に余分な解析は回避されることができる。その他、判定回路４３は本体ユニット１３の演算処理回路１９に組み込まれてもよい。その場合には、受光センサー４２の出力はインターフェイス２１から演算処理回路１９に送られればよい。

図１４は他の比較例に係るゴルフスイング解析システム５１の構成を概略的に示す。ゴルフスイング解析システム５１はマイク５２を備える。マイク５２は例えばセンサーユニット１２に組み込まれる。マイク５２は周囲の音を拾う。マイク５２には音声認識回路５３が接続される。音声認識回路５３はマイク５２で拾われる被験者の音声を認識する。音声認識回路５３には例えばメモリー５４が接続される。メモリー５４は、マイク５２の出力で表現されて被験者の特定の音声を特定する指標を記憶する。指標には例えば「測定開始」といった言葉の音声が用いられればよい。音声認識回路５３は、マイク５２から拾われる音声中に当該指標を検出すると、本体ユニット１３に向けて開始信号を出力する。その他の構成は前述のゴルフスイング解析システム１１と同様である。比較例に係るゴルフスイング解析システム５１は、被験者単独であっても確実に的確なタイミングで計測を開始することができる。スイングの開始前に余分な解析は回避されることができる。

なお、以上の実施形態では演算処理回路１９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２３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。その他、ゴルフスイング解析システム１１、４１、５１は手で握られて振られる運動具（例えばテニスラケットや卓球ラケット、野球のバット、剣道の竹刀）のスイング解析に応用されてもよい。その他、慣性センサー１５が被験者に装着されれば、本実施形態はランニングやボクシングといったものの運動解析に用いられることができる。

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１５やゴルフクラブ１４、グリップ１４ｂ、クラブヘッド１４ｃ、演算処理回路１９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 運動解析システム（ゴルフスイング解析システム）、１１ａ 運動解析システム（ゴルフスイング解析システム）、１２ センサーユニット、１３ 本体ユニット、１４ 運動具（ゴルフクラブ）、１５ 慣性センサー、１６ 演算回路、１７ メモリー、１８ 運動検出装置、２３ 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）。

Claims (19)

1. 慣性センサーの出力を用いて、被験者および運動具の少なくとも一方の動きをトリガー信号の指標として特定することを特徴とする運動検出装置。
2. 請求項１に記載の運動検出装置において、
   前記指標は前記動きの反復を含むことを特徴とする運動検出装置。
3. 請求項１に記載の運動検出装置において、
   前記指標は、前記動きと、前記動きと逆向きの動きと、を含むことを特徴とする運動検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の運動検出装置において、
   前記指標を記憶するメモリーを備えていることを特徴とする運動検出装置。
5. 請求項４に記載の運動検出装置において、
   前記メモリーは、前記慣性センサーの出力のピーク部分を前記指標として記憶することを特徴とする運動検出装置。
6. 請求項４に記載の運動検出装置において、
   前記メモリーは、前記慣性センサーの出力の複数のピーク部分を前記指標として記憶することを特徴とする運動検出装置。
7. 請求項４〜６のいずれか１項に記載の運動検出装置において、
   前記メモリーは、前記慣性センサーが装着された前記被験者および前記運動具の少なくとも一方の静止状態における前記慣性センサーからの出力を記憶することを特徴とする運動検出装置。
8. 請求項４〜７のいずれか１項に記載の運動検出装置において、
   前記メモリーは被験者ごとに指標を記憶することを特徴とする運動検出装置。
9. 請求項４〜８のいずれか１項に記載の運動検出装置において、
   前記メモリーは、前記慣性センサーが搭載されているセンサーユニット内に搭載されていることを特徴とする運動検出装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の運動検出装置において、
    前記慣性センサーの出力から前記指標を検出した場合に、前記トリガー信号を出力し、本体ユニットへ処理を指示する演算回路を備えることを特徴とする運動検出装置。
11. 請求項１０に記載の運動検出装置において、
    前記指標として第１指標と第２指標とを特定し、
    前記演算回路は、前記慣性センサーの出力から前記第１指標を検出した場合に前記本体ユニットへ前記トリガー信号を出力して計測を開始し、前記慣性センサーの出力から前記第２指標を検出した場合に前記本体ユニットへ前記トリガー信号を出力して計測を停止することを特徴とする運動検出装置。
12. 請求項１０または１１に記載の運動検出装置において、
    前記演算回路は、前記慣性センサーが搭載されているセンサーユニット内に搭載されていることを特徴とする運動検出装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の運動検出装置において、
    前記慣性センサーは角速度センサーであり、
    前記運動具のシャフト部の軸回りに発生する角速度を用いて前記指標を特定することを特徴とする運動検出装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の運動検出装置において、
    前記慣性センサーは加速度センサーであり、
    前記運動具に発生する加速度を用いて前記指標を特定することを特徴とする運動検出装置。
15. 請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の運動検出装置と、
    前記トリガー信号の受信に応じて、処理を実行する前記本体ユニットと、を備えることを特徴とする運動解析システム。
16. 請求項１５に記載の運動解析システムにおいて、
    前記本体ユニットは、前記トリガー信号を受信する前に、第１サンプリングレートで前記慣性センサーの出力を処理し、前記トリガー信号の受信に応じて前記第１サンプリングレートよりも高い第２サンプリングレートで前記慣性センサーの出力を処理することを特徴とする運動解析システム。
17. 請求項１５に記載の運動解析システムにおいて、
    前記トリガー信号は、前記本体ユニットの処理実行の開始または停止を指示する信号であることを特徴とする運動解析システム。
18. 慣性センサーの出力を用いて、被験者または運動具の動きを指標として記憶する手段と、
    前記慣性センサーの出力から前記指標を検出した場合に、本体ユニットへトリガー信号を出力する手段と、
    を備えることを特徴とする運動検出装置。
19. 慣性センサーの出力を用いて、被験者および運動具の少なくとも一方の動きの指標を取得する手順と、
    前記指標を検出した場合に処理を実行する手順と、
    をコンピューターに実行させることを特徴とする運動検出プログラム。

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