JP6390076B2 - 運動解析装置および運動解析プログラム並びに告知方法 - Google Patents

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告知方法等に関する。

例えば運動解析装置の一具体例であるゴルフスイング解析装置は一般に知られる。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ではゴルフスイング解析装置は測定者によって操作される。測定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、こうしたゴルフスイング解析装置では、測定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解析装置および運動解析プログラム並びに告知方法を提供することができる。

（１）本発明の一態様は、慣性センサーの出力を用いて、運動具および被験者の少なくとも一方の静止状態を判定し、前記静止状態に応じて静止通知信号を出力する演算部を備える運動解析装置に関する。

スイング時に運動具は手で握られ振られる。振られると、運動具の姿勢は時間軸に従って変化する。慣性センサーは運動具の姿勢に応じて検出信号を出力する。検出信号に応じてスイング時の運動具の軌跡は特定されることができる。こうした運動具の軌跡に基づき被験者の動作は解析されることができる。

スイングは運動具の静止状態から始まる。演算部は運動具および被験者の少なくとも一方の静止状態を把握する。静止状態の把握は静止通知信号で通知される。静止通知信号は、被験者の五感に感知される何らかの物理的変化を誘引することができる。この物理的変化に応じて被験者はスイングの動作を開始することができる。こうして演算部は確実にスイング全体で運動具の移動を追いかけることができる。運動解析装置は、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。

（２）前記演算部は、前記静止状態の判定にあたって、前記慣性センサーの出力が第１範囲内に収まっているか否かを判断することができる。運動具および被験者の少なくとも一方で静止状態が確保されると、慣性センサーの出力は第１範囲内に収まる。こうして静止状態は把握される。把握に応じて静止通知信号は出力される。

（３）前記演算部は、前記静止状態の判定にあたって、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が延びる方向の線分の傾きが第２範囲内に収まっているか否かを判断することができる。こうしてシャフト部の傾きが特定されると、計測の開始に相応しい静止状態と、計測の開始に相応しくない静止状態とが明確に切り分けられることができる。その結果、計測の開始に相応しくない静止状態で計測が開始されることは回避されることができる。的確なタイミングは確実に特定されることができる。

（４）前記慣性センサーの出力は、加速度センサーの出力を含むことができ、運動解析装置は、前記加速度センサーの出力を用いて、重力方向に対する前記運動具のシャフト部が延びる方向の線分の傾きを算出することができる。こうしてシャフト部の傾きは特定される。

（５）前記演算部は、第１期間内に前記静止状態が検知されないと、未達通知信号を出力することができる。静止状態の未達は未達通知信号で通知される。未達通知信号は、被験者の五感に感知される何らかの物理的変化を誘引することができる。この物理的変化に応じて被験者は静止状態の確立を促される。こうして被験者は確実に静止状態を確立することができる。

（６）運動解析装置は、前記慣性センサーの計測開始のトリガー信号を出力する開始指示入力部を備えることができ、前記開始指示入力部から前記トリガー信号が出力された後、前記第１期間内に前記静止状態が検知されないと、前記未達通知信号を出力することができる。こうして計測開始後に静止状態は確実に把握されることができる。

（７）前記開始指示入力部は、前記慣性センサーが搭載されているセンサーユニット側に設けられることができる。センサーユニットは運動具または被験者に取り付けられる。被験者は簡単に開始指示入力部からトリガー信号を出力させることができる。

（８）前記演算部は、前記慣性センサーの出力を用いて前記運動具および前記被験者の少なくとも一方のスイング動作における慣性量を検出し、前記慣性量に基づき被験者に前記スイング動作の良否を告知することができる。被験者は慣性量に応じてスイングの良否を知ることができる。こうして試行錯誤を通じてゴルフスイングのフォームには良好な改良が加えられることができる。

（９）本発明の他の形態は、慣性センサーの出力信号を用いて、運動具および被験者の少なくとも一方の静止状態を判定し、前記静止状態に応じて静止通知信号を出力する手順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。

スイング時に運動具は手で握られ振られる。振られると、運動具の姿勢は時間軸に従って変化する。慣性センサーは運動具の姿勢に応じて検出信号を出力する。検出信号に応じてスイング時の運動具の軌跡は特定されることができる。こうした運動具の軌跡に基づき被験者の動作は解析されることができる。

スイングは運動具の静止状態から始まる。演算部は運動具および被験者の少なくとも一方の静止状態を把握する。静止状態の把握は静止通知信号で通知される。静止通知信号は、被験者の五感に感知される何らかの物理的変化を誘引することができる。この物理的変化に応じて被験者はスイングの動作を開始することができる。こうして演算部は確実にスイング全体で運動具の移動を追いかけることができる。運動解析装置は、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。

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。 三次元振子モデルに用いられるクラブヘッドの位置に関する概念図である。 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。 シャフトプレーン画像データ生成部およびホーガンプレーン画像データ生成部の構成を概略的に示すブロック図である。 シャフトプレーンおよびホーガンプレーンの概念図である。 シャフトプレーンの生成方法に関する概念図である。 ホーガンプレーンの生成方法に関する概念図である。 ホーガンプレーンの生成方法に関する概念図である。 スイング動作算出部の構成を概略的に示すブロック図である。 解析結果に係る画像の一具体例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）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は例えばセンサーユニットＳＵおよび本体ユニットＭＵを備える。センサーユニットＳＵには慣性センサー１２が搭載される。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。検出信号は慣性量を特定する。すなわち、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。

センサーユニットＳＵ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の軸心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、センサーユニットＳＵ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。センサーユニットＳＵ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、センサーユニットＳＵ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の軸心に合わせ込まれる。

センサーユニットＳＵにはスイッチ（開始指示入力部）１４が組み込まれる。スイッチ１４は、慣性センサー１２の計測開始のトリガー信号を出力する。スイッチ１４が操作されると、慣性センサー１２は動作を開始する。動作の開始後、慣性センサー１２から検出信号が継続的に出力される。同時に、トリガー信号は開始指示信号としてセンサーユニットＳＵから出力される。而して、センサーユニットＳＵは、被験者がグリップ１３ｂを掴んでゴルフクラブ１３を構えた際に被験者の手で容易くスイッチ１４に届く位置に取り付けられることが望まれる。

本体ユニットＭＵには演算処理回路（演算部）１６が搭載される。演算処理回路１６には慣性センサー１２およびスイッチ１４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イス回路１７が接続される。このインターフェイス回路１７は有線で慣性センサー１２およびスイッチ１４に接続されてもよく無線で慣性センサー１２およびスイッチ１４に接続されてもよい。演算処理回路１６にはセンサーユニットＳＵから検出信号および開始指示信号が入力される。

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ことができる。

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イス回路（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てもよい。

演算処理回路１６には告知装置２３が接続される。告知装置２３には演算処理回路１６から静止通知信号および未達通知信号が送られる。静止通知信号および未達通知信号の詳細は後述される。告知装置２３は、静止通知信号または未達通知信号の受信に応じて、被験者の五感に感知される物理的変化を引き起こす。物理的変化には、静止通知信号に固有のもの、および、通知信号に固有のものから相違して未達通知信号に固有のものが割り当てられる。例えば、告知装置２３は音源回路とスピーカーとを備えることができる。スピーカーは音源回路から供給される電気信号に応じて被験者の聴覚に感知される音を発することができる。通知信号の受信時に発せられる音と、未達通知信号の受信時に発せられる音とは相違すればよい。あるいは、告知装置２３はいわゆるディスプレイパネルといった表示装置以外で被験者の視覚に感知されるものであってもよい。こういったものは例えばフラッシュといった閃光光源を備えればよい。この場合には、静止通知信号と未達通知信号とで相違する閃光パターンが設定されればよい。その他、告知装置２３は振動源を備えてもよい。振動は被験者の体感覚で感知されることができる。この場合には、静止通知信号と未達通知信号とで相違する振動パターンが設定されればよい。

演算処理回路１６には入力装置２４が接続される。入力装置２４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２４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２４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）に置き換えられてもよい。この場合には、前述の振動源にはスマートフォンその他に組み込まれるバイブレーターが利用されることができる。

（２）三次元振子モデル
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に従って三次元振子モデル２６が構築される。三次元振子モデル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。

三次元振子モデル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１６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。

図３に示されるように、クラブヘッド１３ｃではホゼル３１にシャフト１３ａが挿入される。ホゼル３１とシャフト１３ａとの境界にはフェルール３２が配置される。ホゼル３１およびフェルール３２の軸心はシャフト１３ａの軸心３３に同軸に配置される。クラブヘッド１３ｃの位置ｌ_ｓｈは例えばシャフト１３ａの軸心（軸線）３３の延長線とクラブヘッド１３ｃのソール３４との交点３５で特定されればよい。あるいは、クラブヘッド１３ｃの位置ｌ_ｓｈは、クラブヘッド１３ｃのソール３４が地面Ｇに平らに接触した際にシャフト１３ａの軸心３３の延長線と地面Ｇとの交点３６で特定されてもよい。その他、後述されるような画像化に支障がない限り、クラブヘッド１３ｃの位置ｌ_ｓｈはクラブヘッド１３ｃのトゥ３７やヒール３８、ソール３４の他の部位、クラウン３９、それらの周辺で設定されてもよい。ただし、クラブヘッド１３ｃの位置ｌ_ｓｈはシャフト１３ａの軸心３３（あるいはその延長線）上に設定されることが望ましい。

（３）演算処理回路の構成
図４は一実施形態に係る演算処理回路１６の構成を概略的に示す。演算処理回路１６は位置算出部４１を備える。位置算出部４１には慣性センサー１２から加速度信号および角速度信号が入力される。位置算出部４１は、加速度および角速度に基づき、仮想三次元空間の絶対基準座標系Σ_ｘｙｚに従って、クラブヘッド１３ｃの座標およびグリップエンドの座標を算出する。算出にあたって位置算出部４１は記憶装置１８からクラブヘッドデータおよび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。クラブヘッドデータは例えば慣性センサー１２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。グリップエンドデータは例えば慣性センサー１２の局所座標系Σ_ｓに従ってグリップエンドの位置を特定する。ここでは、グリップエンドの位置は支点２８の位置ｌ_ｓｊであればよい。その他、クラブヘッド１３ｃの位置やグリップエンドの位置の特定にあたってゴルフクラブ１３の長さが特定されて当該ゴルフクラブ１３上で慣性センサー１２の位置が特定されてもよい。

演算処理回路１６はバイアス値算出部４２を備える。ここでは、バイアス値算出部４２は位置算出部４１に接続される。バイアス値算出部４２は位置算出部４１の出力に基づき慣性センサー１２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１２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４２は、所定の期間内に取得されるクラブヘッド１３ｃ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。バイアス値算出部４２は、慣性センサー１２に直接に接続されて慣性センサー１２の出力に基づき慣性センサー１２のバイアス値を算出してもよい。

演算処理回路１６はシャフトプレーン画像データ生成部４３を備える。シャフトプレーン画像データ生成部４３は位置算出部４１に接続される。シャフトプレーン画像データ生成部４３は、グリップエンドの座標に基づき、三次元で第１仮想平面すなわちシャフトプレーンを視覚化する三次元画像データを生成する。この三次元画像データの生成にあたってシャフトプレーン画像データ生成部４３はターゲットラインデータおよびバイアス推定値を参照する。ターゲットラインデータは、絶対基準座標系Σ_ｘｙｚで打球方向を特定する線分すなわちターゲットラインを示す。ターゲットラインデータは予め記憶装置１８に格納されていればよい。バイアス推定値に基づきグリップエンドの座標は補正される。

演算処理回路１６はホーガンプレーン画像データ生成部４４を備える。ホーガンプレーン画像データ生成部４４はシャフトプレーン画像データ生成部４３に接続される。ホーガンプレーン画像データ生成部４４は、シャフトプレーン画像データ生成部４３で生成される第１仮想平面すなわちシャフトプレーンに基づき、三次元で第２仮想平面すなわちホーガンプレーンを視覚化する三次元画像データを生成する。この三次元画像データの生成にあたってホーガンプレーン画像データ生成部４４は角度データを参照する。角度データは予め記憶装置１８に格納されていればよい。

演算処理回路１６はスイング動作算出部４５を備える。スイング動作算出部４５には慣性センサー１２から加速度信号および角速度信号が入力される。スイング動作算出部４５は、加速度および角速度に基づき、仮想三次元空間の絶対基準座標系Σ_ｘｙｚに従って三次元振子モデル２６の棒２７の移動軌跡を算出する。こういった移動軌跡は支点２８の位置およびクラブヘッド１３ｃの位置で特定される。移動軌跡の特定にあたって支点２８およびクラブヘッド１３ｃの位置は時間軸に沿って例えば所定の時間間隔ごとに特定される。

演算処理回路１６はスイング画像データ生成部４６を備える。スイング画像データ生成部４６はスイング動作算出部４５に接続される。スイング画像データ生成部４６は、時間軸に沿った支点２８の位置およびクラブヘッド１３ｃの位置に基づき、三次元で棒２７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４６はバイアス推定値に基づき支点２８の位置およびクラブヘッド１３ｃの位置を補正する。

演算処理回路１６は静止判定部４７を備える。静止判定部４７は位置算出部４１に接続される。静止判定部４７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（ここでは位置算出部４１の出力）が第１範囲内に収まると、静止判定部４７はゴルフクラブ１３の静止状態を判断する。第１範囲には、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閾値が設定されればよい。静止判定部４７は、所定期間にわたって静止状態を確認すると、静止通知信号を示す選択信号を出力する。選択信号はバイアス値算出部４２、シャフトプレーン画像データ生成部４３およびスイング動作算出部４５に送られる。バイアス値算出部４２は、選択信号の受信に応じて、ゴルフクラブ１３の静止状態の間に慣性センサー１２のバイアス値を算出する。シャフトプレーン画像データ生成部４３は、選択信号の受信に応じて、ゴルフクラブ１３の静止状態の間にシャフトプレーンを特定する。スイング動作算出部４５は選択信号の受信に応じて移動軌跡の算出を開始する。

演算処理回路１６は傾斜角算出部４８を備える。傾斜角算出部４８は静止判定部４７に接続される。傾斜角算出部４８はグリップエンド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。静止判定部４７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。シャフト１３ａが延びる方向の線分の傾きが第２範囲内に収まるか否かが判断される。静止判定部４７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。

静止判定部４７にはスイッチ１４から開始指示信号が供給される。静止判定部４７は開始指示信号の受信から計時を開始する。計時の結果、所定期間にわたって（第１期間内に）静止状態の確立が検知されないと、静止判定部４７は、未達通知信号を示す選択信号を出力する。

演算処理回路１６は良否判定部４９を備える。良否判定部４９は、シャフトプレーン画像データ生成部４３、ホーガンプレーン画像データ生成部４４およびスイング画像データ生成部４６に接続される。良否判定部４９は、シャフトプレーン、ホーガンプレーンおよびゴルフクラブ１３の軌跡に基づきスイング動作の良否を判定する。例えば、ストレートボールが意図される場合には、シャフトプレーンとホーガンプレーンとの間にスイング時のゴルフクラブ１３の軌跡が収まれば、良否判定部４９は「良」を判断する。このときに、インサイドアウトやアウトサイドインであれば、良否判定部は「否」を判断する。ドローボールが意図される場合には、シャフトプレーンおよびホーガンプレーンに対してインサイドアウトの軌跡が描かれると、良否判定部４９は「良」を判断する。それ以外の場合には、良否判定部４９は「否」を判断する。フェードボールが意図される場合には、シャフトプレーンおよびホーガンプレーンに対してアウトサイドインの軌跡が描かれると、良否判定部４９は「良」を判断する。それ以外の場合には、良否判定部４９は「否」を判断する。ストレートボール、ドローボールおよびフェードボールといった意図は例えば入力装置２４から被験者の操作で入力されればよい。良否判定部４９は、「良」を判断すると、「良」の判定信号を出力する。良否判定部４９は、「否」を判断すると、「否」の判定信号を出力する。

演算処理回路１６は描画部５１を備える。描画部５１は良否判定部４９に接続される。描画部５１には、良否判定部４９からシャフトプレーン画像データ生成部４３の三次元画像データ、ホーガンプレーン画像データ生成部４４の三次元画像データおよびスイング画像データ生成部４６の三次元画像データが供給される。描画部５１は、これら三次元画像データに基づき、シャフトプレーンおよびホーガンプレーンに重ねて三次元でゴルフクラブ１３の移動軌跡を視覚化する三次元画像データを生成する。

演算処理回路１６は通知信号生成部５２を備える。通知信号生成部５２には静止判定部４７から選択信号が供給される。通知信号生成部５２は、静止通知信号を示す選択信号の受信に応じて静止通知信号を出力し、未達通知信号を示す選択信号の受信に応じて未達通知信号を出力する。同様に、通知信号生成部５２には良否判定部４９から判定信号が供給される。通知信号生成部５２は、「良」を示す判定信号の受信に応じて静止通知信号を出力し、「否」を示す判定信号の受信に応じて未達通知信号を出力することができる。

図５に示されるように、シャフトプレーン画像データ生成部４３は共通座標算出部５４、シャフトプレーン基準座標算出部５５、シャフトプレーン頂点座標算出部５６およびシャフトプレーンポリゴンデータ生成部５７を備える。共通座標算出部５４はターゲットラインデータに基づきシャフトプレーンの２つの頂点の座標を算出する。詳細は後述される。シャフトプレーン基準座標算出部５５はグリップエンドの座標に基づきシャフト１３ａの軸心３３の延長線上でシャフトプレーンの基準位置を算出する。シャフトプレーン基準座標算出部５５にシャフトプレーン頂点座標算出部５６が接続される。シャフトプレーン頂点座標算出部５６は、算出されたシャフトプレーンの基準位置に基づきシャフトプレーンの２つの頂点の座標を算出する。シャフトプレーン頂点座標算出部５６および共通座標算出部５４にシャフトプレーンポリゴンデータ生成部５７が接続される。シャフトプレーンポリゴンデータ生成部５７は、算出された総計４点の頂点の座標に基づきシャフトプレーンのポリゴンデータを生成する。このポリゴンデータは、三次元でシャフトプレーンを視覚化する三次元画像データに相当する。

ホーガンプレーン画像データ生成部４４はホーガンプレーン基準座標算出部５８、ホーガンプレーン頂点座標算出部５９およびホーガンプレーンポリゴンデータ生成部６１を備える。ホーガンプレーン基準座標算出部５８はシャフトプレーンの基準位置に基づきホーガンプレーンの基準位置を算出する。算出にあたってホーガンプレーン基準座標算出部５８は角度データを参照する。ホーガンプレーン基準座標算出部５８にホーガンプレーン頂点座標算出部５９が接続される。ホーガンプレーン頂点座標算出部５９は、算出された基準位置に基づきホーガンプレーンの２つの頂点を算出する。ホーガンプレーン頂点座標算出部５９および共通座標算出部５４にホーガンプレーンポリゴンデータ生成部６１が接続される。ホーガンプレーンポリゴンデータ生成部６１は、算出された総計４点の頂点の座標に基づきホーガンプレーンのポリゴンデータを生成する。このポリゴンデータは、三次元でホーガンプレーンを視覚化する三次元画像データに相当する。

図６〜図８を参照しつつ、シャフトプレーン画像データ生成部４３およびホーガンプレーン画像データ生成部４４を詳述する。共通座標算出部５４は頂点の座標の算出にあたってクラブヘッド１３ｃの座標およびスケールデータを参照する。図６から明らかなように、スケールデータは、ターゲットライン６６上でシャフトプレーン６７の大きさを示す数値ＴＬを特定する。数値ＴＬは、スイング動作がシャフトプレーン６７に投影された際にスイング動作全体がシャフトプレーン６７に収まる大きさに設定される。共通座標算出部５４は頂点の座標の算出にあたってターゲットライン６６にクラブヘッド１３ｃの座標を照らし合わせターゲットライン６６に対してクラブヘッド１３ｃを位置合わせすることができる。

シャフトプレーン基準座標算出部５５は基準位置の算出にあたってスケールファクターデータを参照する。図７に示されるように、スケールファクターデータはシャフト１３ａの軸心３３の拡大率Ｓを特定する。拡大率Ｓに応じてグリップエンド（０，Ｇｙ，Ｇｚ）を超えてシャフト１３ａの軸心３３の延長線が特定される。延長線の端でシャフトプレーン６７の基準位置６８（０，Ｓｙ，Ｓｚ）が特定される。軸心３３の拡大率Ｓは、スイング動作がシャフトプレーン６７に投影された際にスイング動作の全体がシャフトプレーン６７に収まる数値に設定される。

シャフトプレーン頂点座標算出部５６は頂点の座標の算出にあたってスケールデータを参照する。図６から明らかなように、シャフトプレーン６７の基準位置６８を通過する長さＴＬの線分が特定される。線分はターゲットラインに平行に描かれる。この線分の両端で頂点の座標Ｓ１、Ｓ２は得られる。

図８に示されるように、ホーガンプレーンの基準位置（０，Ｈｙ，Ｈｚ）の算出にあたってホーガンプレーン基準座標算出部５８にはシャフトプレーン６７の長さＳＬと角度Ｓθとが送られる。長さＳＬおよび角度Ｓθはシャフトプレーン６７の基準位置６８の座標（０，Ｓｙ，Ｓｚ）に基づき算出されることができる。これらはシャフトプレーン基準座標算出部５５で算出されてもよくホーガンプレーン基準座標算出部５８で算出されてもよい。

図９に示されるように、ホーガンプレーン基準座標算出部５８はターゲットライン６６回りでシャフトプレーン６７の基準位置６８を回転させる。この回転の角度θｄは角度データで特定される。回転に応じてホーガンプレーン６９の基準位置７１（０，Ｈｙ，Ｈｚ）は得られる。こうしてゴルフスイング解析装置１１によれば、単一の慣性センサー（慣性センサー１２）でゴルフスイングの解析は実現されることができる。

図１０に示されるように、スイング動作算出部４５は支点変位算出部７２およびクラブヘッド変位算出部７３を備える。支点変位算出部７２には慣性センサー１２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７２は加速度および角速度に基づき時間軸に従って支点２８の変位を算出する。例えば、慣性センサー１２の変位と棒２７の姿勢とが特定されれば、支点２８の変位は特定されることができる。慣性センサー１２の変位は慣性センサー１２の加速度から算出されることができる。棒２７の姿勢は慣性センサー１２の角速度から算出されることができる。支点２８の位置は慣性センサー１２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１８から供給されることができる。

クラブヘッド変位算出部７３には慣性センサー１２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７３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１３ｃの変位を算出する。例えば、慣性センサー１２の変位と棒２７の姿勢とが特定されれば、慣性センサー１２の局所座標系Σ_ｓ内でクラブヘッド１３ｃの変位は特定されることができる。慣性センサー１２の変位は慣性センサー１２の加速度から算出されることができる。棒２７の姿勢は慣性センサー１２の角速度から算出されることができる。クラブヘッド１３ｃ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７３には支点変位算出部７２から支点２８の位置が通知されればよい。

（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２４から演算処理回路１６に入力される。ここでは、三次元振子モデル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の軸心に合わせ込まれる。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。スイッチ１４の操作に応じてスイッチ１４からトリガー信号が出力される。トリガー信号の出力に応じて慣性センサー１２は動作を開始する。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１６に送り込まれる。演算処理回路１６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、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。演算処理回路１６の傾斜角算出部４８はゴルフクラブ１３の傾斜角を算出する。傾斜角が所定の傾斜角の範囲（第２範囲）に収まると、演算処理回路１６の静止判定部４７はゴルフクラブ１３の静止状態を判定する。慣性センサー１２の出力が第１範囲内に収まると、静止判定部４７は静止状態を把握する。こうしてゴルフクラブ１３の静止状態に応じて通知信号生成部５２から静止通知信号が出力される。静止通知信号は告知装置２３に送られる。告知装置２３は、音や光、振動といった物理的変化を引き起こす。こうして静止状態が確保されると、後述されるように、ゴルフスイング解析装置１１では計測準備が整う。

被験者に計測準備の完了が通知されると、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。スイング動作算出部４５はゴルフクラブ１３の移動軌跡の算出を開始する。こうしてスイング動作算出部４５は確実にスイング全体でゴルフクラブ１３の移動を追いかけることができる。ゴルフスイング解析装置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。しかも、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。

静止判定部４７は静止状態の判断にあたってゴルフクラブ１３の姿勢を判定する。傾斜角の範囲に応じてアドレス時のゴルフクラブ１３の姿勢が特定される。こうしてゴルフクラブ１３の軸心３３の傾きが特定されると、計測の開始に相応しい静止状態と、計測の開始に相応しくない静止状態とが明確に切り分けられることができる。言い換えると、アドレス時の静止状態はアドレス時以外の静止状態から区別づけられる。その結果、アドレス時以外の静止状態で計測が開始されることは回避されることができる。的確なタイミングは確実に特定されることができる。

その一方で、静止判定部４７は、開始指示信号を受信した後に所定期間内に静止状態が検知されないと、未達通知信号を示す選択信号を出力する。静止状態の未達は未達通知信号で通知される。未達通知信号は告知装置２３に送られる。告知装置２３は、音や光、振動といった物理的変化を引き起こす。この物理的変化に応じて被験者は静止状態の確立を促される。こうして被験者は確実に静止状態を確立することができる。

静止状態の確立に応じて静止判定部４７からバイアス値算出部４２に選択信号が送られる。選択信号の受信に応じてバイアス値算出部４２は慣性センサー１２のバイアス推定値を算出する。このバイアス推定値に基づき慣性センサー１２の出力値は補正される。このとき、バイアス推定値の算出にあたって慣性センサー１２にはゴルフクラブ１３の静止状態が要求される。選択信号は静止状態の確立に応じて出力されることから、確実にバイアス推定値の算出は完了することができる。こうして計測に先立ってバイアス値が算出されると、スイング動作算出部４５はリアルタイムでゴルフクラブ１３の軌跡を特定することができる。被験者の動作はリアルタイムで解析されることができる。

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は抽出されることができる。このとき、ゴルフクラブ１３は静止姿勢で保持される。被験者の上肢の姿勢は固定される。慣性センサー１２からアドレス時の検出信号が出力される。

演算処理回路１６のシャフトプレーン画像データ生成部４３はアドレス時の検出信号に基づきシャフトプレーンを算出する。演算処理回路１６のホーガンプレーン画像データ生成部４４はアドレス時の検出信号に基づきホーガンプレーンを算出する。演算処理回路１６のスイング画像データ生成部４６はスイング動作時の検出信号に基づきゴルフクラブ１３や上肢１５の移動軌跡を算出する。図１１に示されるように、シャフトプレーンおよびホーガンプレーンの算出並びにゴルフクラブ１３の軌跡の算出に応じて演算処理回路１６の描画部５１はシャフトプレーン６７およびホーガンプレーン６９に重ねて三次元でゴルフクラブ１３の軌跡７５を視覚化する三次元画像データを生成する。三次元画像データは画像処理回路２１に供給される。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。

ここでは、アドレス時の検出信号に基づきターゲットライン６６は算出されることができる。算出にあたって予め慣性センサー１２の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。したがって、アドレス時にクラブヘッド１３ｃの座標が特定されると、慣性センサー１２のｘ軸の平行移動に基づきターゲットライン６６は特定されることができる。ただし、ターゲットライン６６の特定はその他の方法で実現されてもよい。

慣性センサー１２はアドレス時のゴルフクラブ１３の姿勢に応じて検出信号を出力する。検出信号に応じてシャフトプレーン６７およびホーガンプレーン６９は特定される。シャフトプレーン６７は、ゴルフスイングで振られるゴルフクラブ１３の仮想軌道を描き出すことができる。スイング時のゴルフクラブ１３の軌跡は仮想軌道に対比して観察されることができる。同様に、スイング時のゴルフクラブ１３の軌跡はホーガンプレーン６９に対比して観察されることができる。こうしたゴルフクラブ１３の軌跡に基づき被験者のスイング動作は解析されることができる。こうして「ゴルフスイング」という運動に関して明確な指標は提供されることができる。

演算処理回路１６の良否判定部４９は、シャフトプレーン、ホーガンプレーンおよびゴルフクラブ１３の軌跡に基づきスイング動作の良否を判定する。良否判定部４９は、「良」を判断すると、「良」の判定信号を出力する。判定信号の出力に応じて通知信号生成部５２から静止通知信号が出力される。静止通知信号は告知装置２３に送られる。告知装置２３は、前述と同様に、静止通知信号の受信に応じて、音や光、振動といった物理的変化を引き起こす。良否判定部４９は、「否」を判断すると、「否」の判定信号を出力する。判定信号の出力に応じて未達通知信号が出力される。未達通知信号は告知装置２３に送られる。告知装置２３は、前述と同様に、未達通知信号の受信に応じて、音や光、振動といった物理的変化を引き起こす。こうして被験者は物理的変化に応じてゴルフスイングの良否を知ることができる。こうして試行錯誤を通じてゴルフスイングのフォームには良好な改良が加えられることができる。

なお、以上の実施形態では演算処理回路１６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１９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装置１１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）のスイング解析に応用されてもよい。これらの場合にはスイング解析にあたってシャフトプレーンに相当する仮想平面が用いられればよい。

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、慣性センサー１２やゴルフクラブ１３、グリップ１３ｂ、クラブヘッド１３ｃ、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 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 開始指示入力部（スイッチ）、１６ 演算部（演算処理回路）、１９ ゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム。

Claims (7)

1. ゴルフクラブの静止状態から始まる運動を解析する運動解析装置であって、
   前記ゴルフクラブに取り付けられる慣性センサーに含まれる加速度センサーの出力を用いて、前記ゴルフクラブの静止状態を判定し、前記静止状態に応じて静止通知信号を出力する演算部を備え、
   前記演算部は、前記静止状態の判定にあたって、前記加速度センサーの出力を用いて、重力方向に対する前記ゴルフクラブのシャフト部が延びる方向の線分の傾きが第１範囲内に収まっているか否かを判断することを特徴とする運動解析装置。
2. 請求項１に記載の運動解析装置において、
   前記演算部は、前記静止状態の判定にあたって、前記慣性センサーの出力が第２範囲内に収まっているか否かを判断することを特徴とする運動解析装置。
3. 請求項１または２に記載の運動解析装置において、
   前記慣性センサーの計測開始のトリガー信号を出力する開始指示入力部をさらに備え、
   前記演算部は、前記開始指示入力部から前記トリガー信号が出力された後、第１期間内に前記静止状態が検知されないと、未達通知信号を出力することを特徴とする運動解析装置。
4. 請求項３に記載の運動解析装置において、
   前記開始指示入力部は、前記慣性センサーが搭載されているセンサーユニットに設けられていることを特徴とする運動解析装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の運動解析装置において、
   前記演算部は、前記慣性センサーの出力を用いて前記ゴルフクラブのスイング動作における慣性量を検出し、前記慣性量に基づき被験者に前記スイング動作の良否を告知することを特徴とする運動解析装置。
6. ゴルフクラブの静止状態から始まる運動を解析する運動解析プログラムであって、
   前記ゴルフクラブに取り付けられる慣性センサーに含まれる加速度センサーの出力信号を用いて、重力方向に対する前記ゴルフクラブのシャフト部が延びる方向の線分の傾きが第１範囲内に収まっているか否かを判断して、前記ゴルフクラブの静止状態を判定し、前記静止状態に応じて静止通知信号を出力する手順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。
7. ゴルフクラブの静止状態から始まる運動を解析するにあたり、
   コンピューターが、前記ゴルフクラブに取り付けられる慣性センサーに含まれる加速度センサーの出力を用いて、重力方向に対する前記ゴルフクラブのシャフト部が延びる方向の線分の傾きが第１範囲内に収まっているか否かを判断して、前記ゴルフクラブの静止状態を判定し、前記静止状態を告知部で告知することを特徴とする告知方法。
   

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