JP6897447B2 - 弾性体の挙動の解析装置 - Google Patents
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(1)角速度センサを含む第1計測器から、前記角速度センサにより出力される角速度データを含む、前記弾性体の運動を計測した第1計測データを取得するステップ。
(2)第2計測器から、前記弾性体の運動を計測した第2計測データを取得するステップ。
(3)前記角速度データを含む前記第1計測データに基づいて、前記弾性体の変形をシミュレートするステップ。
(4)前記変形のシミュレート結果に基づいて、前記弾性体の前記運動の結果を表す第1指標値を導出するステップ。
(5)前記第2計測データに基づいて、前記弾性体の前記運動の結果を表す第2指標値を特定するステップ。
(6)前記第1指標値が前記第2指標値と整合するように、前記角速度データのバイアス成分を除去し、前記角速度データを補正するステップ。
(7)前記補正後の角速度データを含む前記第1計測データに基づいて、前記弾性体の変形を再シミュレートするステップ。
(1)角速度センサを含む第1計測器から、前記角速度センサにより出力される角速度データを含む、前記弾性体の運動を計測した第1計測データを取得するステップ。
(2)第2計測器から、前記弾性体の運動を計測した第2計測データを取得するステップ。
(3)前記角速度データを含む前記第1計測データに基づいて、前記弾性体の変形をシミュレートするステップ。
(4)前記変形のシミュレート結果に基づいて、前記弾性体の前記運動の結果を表す第1指標値を導出するステップ。
(5)前記第2計測データに基づいて、前記弾性体の前記運動の結果を表す第2指標値を特定するステップ。
(6)前記第1指標値が前記第2指標値と整合するように、前記角速度データのバイアス成分を除去し、前記角速度データを補正するステップ。
(7)前記補正後の角速度データを含む前記第1計測データに基づいて、前記弾性体の変形を再シミュレートするステップ。
図1〜図4に、本発明の一実施形態に係る解析装置1を含むスイング解析システム100の全体構成図を示す。スイング解析システム100は、ゴルファーGにスイングされるゴルフクラブ5の挙動を解析するように構成されている。ゴルフクラブ5の挙動は、第1計測器MD1及び第2計測器MD2により計測される。第1計測器MD1及び第2計測器MD2は、解析装置1とともにスイング解析システム100を構成する。
本実施形態に係る第1計測器MD1は、慣性センサユニット40と、2台構成の距離画像センサ2A,2Bとから構成される。一方、本実施形態に係る第2計測器MD2は、高性能撮影システムから構成される。以下、順に説明する。
<2−1−1.慣性センサユニット>
慣性センサユニット40は、図1に示すとおり、ゴルフクラブ5のグリップ51におけるヘッド53と反対側の端部であるグリップエンド51aに取り付けられており、グリップエンド51aの運動を計測する。図5に示すとおり、ゴルフクラブ5は、一般的なゴルフクラブであり、シャフト52と、シャフト52の一端に設けられたヘッド53と、シャフト52の他端に設けられたグリップ51とから構成される。慣性センサユニット40は、スイング動作の妨げとならないよう、小型且つ軽量に構成されている。
距離画像センサ2A,2Bは、ゴルファーGがゴルフクラブ5を試打する様子を二次元画像として撮影するとともに、被写体までの距離を測定する測距機能を有するカメラである。従って、距離画像センサ2A,2Bは、時系列の二次元画像とともに、時系列の深度画像を出力することができる。なお、ここでいう二次元画像とは、撮影空間の像をカメラの光軸に直交する平面内へ投影した画像である。また、深度画像とは、カメラの光軸方向の被写体の奥行きのデータを、二次元画像と略同じ撮像範囲内の画素に割り当てた画像である。本実施形態では、図1に示すとおり、1台目の距離画像センサ2Aは、ゴルフスイングをゴルファーGの正面側から撮影すべく、ゴルファーGの前方に設置される。一方、2台目の距離画像センサ2Bは、ゴルフスイングを距離画像センサ2Aとは異なる方向から撮影すべく、具体的には、ゴルファーGを右側から撮影すべく、ゴルファーGの右側に設置される。
第2計測器MD2の詳細な構成は、図2及び図3に示されている。なお、図1では、第2計測器MD2が省略されているが、反対に図2及び図3では、第1計測器MD1が省略されている。第2計測器MD2は、複数台のカメラ3A〜3Hを備える高性能撮影システムであり、これらのカメラ3A〜3Hにより、様々な方向からスイング中のヘッド53の運動を計測した時系列の画像データ(第2計測データ)が撮影される。カメラ3A〜3Hは、ストロボ式である。従って、第2計測器MD2は、カメラ3A〜3Hの撮影範囲を照射するストロボ4A〜4Hをさらに備えるとともに、カメラ3A〜3H及びストロボ4A〜4Hの作動のタイミングを決定するトリガー装置8も備える。
解析装置1は、ハードウェアとしては汎用のコンピュータであり、例えば、タブレットコンピュータ、スマートフォン、ノート型コンピュータ、デスクトップ型コンピュータとして実現される。図4に示すとおり、解析装置1は、CD−ROM等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体30から解析プログラム31を汎用のコンピュータにインストールすることにより製造される。解析プログラム31は、第1及び第2計測器MD1,MD2からそれぞれ送られてくる第1及び第2計測データに基づいて、ゴルフスイングを解析するためのソフトウェアであり、解析装置1に後述する動作を実行させる。
以下、スイング中のゴルフクラブ5の挙動を解析する解析方法について説明する。本解析方法では、シャフト52及びグリップ51が変形する様子がシミュレートされるとともに、ゴルフクラブ5のスイングによる運動の結果として生じるヘッド53の挙動を表す指標値が導出される。
成分a:慣性座標系のX軸と、局所座標系のx軸とのなす角度の余弦
成分b:慣性座標系のY軸と、局所座標系のx軸とのなす角度の余弦
成分c:慣性座標系のZ軸と、局所座標系のx軸とのなす角度の余弦
成分d:慣性座標系のX軸と、局所座標系のy軸とのなす角度の余弦
成分e:慣性座標系のY軸と、局所座標系のy軸とのなす角度の余弦
成分f:慣性座標系のZ軸と、局所座標系のy軸とのなす角度の余弦
成分g:慣性座標系のX軸と、局所座標系のz軸とのなす角度の余弦
成分h:慣性座標系のY軸と、局所座標系のz軸とのなす角度の余弦
成分i:慣性座標系のZ軸と、局所座標系のz軸とのなす角度の余弦
ここで、ベクトル(a,b,c)は、x軸方向の単位ベクトルを表し、ベクトル(d,e,f)は、y軸方向の単位ベクトルを表し、ベクトル(g,h,i)は、z軸方向の単位ベクトルを表している。
ωi’=THi+(ωi−THi)×ki (ωi>THiの場合)
ωi’=−THi+(ωi+THi)×ki (ωi<−THiの場合)
SMotよりも第1値以上速いかを判断する(ステップS21)。速い場合には、ステップS22に進み、ヘッド速度HSSimがヘッド速度HSMotに一致する又は近付くように、閾値THx及びTHzをそれぞれ所定値(例えば、それぞれ0rad/s、1rad/s)に設定する。また、ステップS22では、二分法を用いて、ヘッド速度HSSimがヘッド速度HSMotに一致する又は近付くような閾値THyを設定する。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、以下の変更が可能である。また、以下の変形例の要旨は、適宜組み合わせることができる。
同じ角速度センサ42に由来する角速度データについては、同じ補正パラメータを用いて精度よくバイアス成分を除去することが可能である。従って、同じ角速度センサ42が用いられる2打目以降のゴルフスイングの解析には、既出の補正パラメータを流用することができる。また、同じゴルファーGは同じ特徴を有するものと考えられるため、同じゴルファーGが行う2打目以降のゴルフスイングの解析には、既出の解析パラメータを流用することができる。よって、2打目以降の解析処理は、図14に示すように実施することができる。図7及び図14の解析処理は、多くの点で共通するため、以下、両解析処理の相違点について説明する。
上記実施形態に係る解析装置、方法及びプログラムは、ゴルフクラブ5の挙動を解析するのに適するように構成されていたが、同様のアルゴリズムは、様々な弾性体の挙動、特にスイングされる打具の挙動を解析するのに用いることができる。
第1計測器MD1及び第2計測器MD2の上述した構成は例示であり、第1計測器MD1及び第2計測器MD2は、様々に構成することができる。例えば、第1計測器MD1は、1台の距離画像センサ2Aと慣性センサユニット40のみから構成することもできるし、慣性センサユニット40のみから構成することもできるし、1又は複数台の距離画像センサのみから構成することもできる。また、慣性センサユニット40から地磁気センサ43を省略することもできる。
ステップS9,S10等で特定されるゴルフクラブ5の運動の結果を表す指標値は、上述したヘッド速度、フェース角、ブロー角、軌道角及び打点の例に限らず、ヘッド53のその他の様々な挙動が特定されてもよいし、ヘッド53以外の様々な部位の様々な挙動が特定されてもよい。また、指標値は、複数である必要はなく、1つであってもよい。例えば、第1計測データに基づくヘッド速度のみが第2計測データに基づく同指標に整合するように、補正パラメータ及び/又は解析パラメータを決定することができる。
上記実施形態では、ゴルファーGがゴルフクラブ5をスイングするときの特徴を表す解析パラメータとして、回転中心C及び把持力の強さが使用されたが、これらの一方のみを使用することもできる。また、解析パラメータとして、回転中心Cや把持力の強さの他にも、ゴルファーGがゴルフクラブ5をスイングするときの様々な特徴を解析パラメータとして使用することができる。
上記実施形態では、回転中心C及び把持力の強さを決定し、これらに基づいてシャフト52及びグリップ51の変形を解析した後、バイアス成分を除去する補正が行われたが、両処理を逆の順番で実行することもできる。これに代えて又は加えて、バイアス成分の除去、グリップ51の姿勢の補正及びグリップ51の位置の補正の順番も、適宜入れ替えることができる。
上記実施形態では、回転中心Cは、最適化計算されたが、回転中心Cを決定する方法は、これに限られない。例えば、以下の方法が考えられる。
上記実施形態では、把持力の強さは、最適化計算されたが、把持力の強さを決定する方法は、これに限られない。例えば、以下の方法が考えられる。
図19に示すように、ヘッドのクラウン部上におけるフェース面近傍の位置であって、トゥ側の端部付近とヒール側の端部付近とにマーカーを貼付したゴルフクラブを用意した。そして、複数台のカメラからなる高精度の三次元計測を可能にするモーションキャプチャシステムにより、このゴルフクラブを用いたスイング中のこれらのマーカーの軌道を計測した。そして、以上のマーカーの軌道から、インパクト直前のヘッド速度、フェース角、軌道角及びブロー角を算出した。
上記実施形態に係る図7の解析処理と同様の処理により、インパクト直前のヘッド速度、フェース角、軌道角及びブロー角を算出した。ただし、ここでは、ステップS4の回転中心Cに基づくセンサデータの補正を省略し、ステップS8においては、把持力の強さを考慮することなくバネ定数を一定として、シャフト及びグリップの変形をシミュレートした。また、これに合わせてステップS11も省略した。また、ここでは、第2計測器としては、モーションキャプチャシステムが用いられた。
上記実施例の処理から、さらにステップS3,S10,S12〜S16を省略し、インパクト直前のヘッド速度、フェース角、軌道角及びブロー角を算出した。
14a 第1取得部
14b 第2取得部
14c シミュレーション部
14d 特定部
14e 補正部
14f 再シミュレーション部
2A 距離画像センサ(第1計測器)
2B 距離画像センサ(第1計測器)
3A〜3H カメラ(第2計測器)
40 慣性センサユニット(第1計測器)
41 加速度センサ
42 角速度センサ
5 ゴルフクラブ
51 グリップ
52 シャフト(弾性体)
53 ヘッド
MD1 第1計測器
MD2 第2計測器
G ゴルファー
Claims (14)
- 弾性体の挙動を解析するための解析装置であって、
角速度センサを含む第1計測器から、前記角速度センサにより出力される角速度データを含む、前記弾性体の運動を計測した第1計測データを取得する第1取得部と、
第2計測器から、前記弾性体の運動を計測した第2計測データを取得する第2取得部と、
前記角速度データを含む前記第1計測データに基づいて、前記弾性体の変形をシミュレートし、前記変形のシミュレート結果に基づいて、前記弾性体の前記運動の結果を表す第1指標値を導出するシミュレーション部と、
前記第2計測データに基づいて、前記弾性体の前記運動の結果を表す第2指標値を特定する特定部と、
前記第1指標値が前記第2指標値と整合するように、前記角速度データのバイアス成分を除去し、前記角速度データを補正する補正部と、
前記補正後の角速度データを含む前記第1計測データに基づいて、前記弾性体の変形を再シミュレートする再シミュレーション部と
を備える、解析装置。 - 前記弾性体は、ゴルフクラブのシャフトである、
請求項1に記載の解析装置。 - 前記補正部は、ヘッド速度及びフェース角の少なくとも一方に関する前記第1指標値が前記第2指標値と整合するように、前記角速度データを補正する、
請求項2に記載の解析装置。 - 前記シミュレーション部は、前記第1計測データに基づいて、前記ゴルフクラブの姿勢を表す姿勢データを導出し、前記姿勢データに基づいて、前記シャフトの変形をシミュレートし、
前記補正部は、前記第1指標値が前記第2指標値と整合するように、前記姿勢データをさらに補正し、
前記再シミュレーション部は、前記第1計測データ及び前記補正後の姿勢データに基づいて、前記シャフトの変形をさらに再シミュレートする、
請求項2又は3に記載の解析装置。 - 前記補正部は、ブロー角及び軌道角の少なくとも一方に関する前記第1指標値が前記第2指標値と整合するように、前記姿勢データを補正する、
請求項4に記載の解析装置。 - 前記シミュレーション部は、前記第1計測データに基づいて、前記ゴルフクラブの所定の部位の位置を表す位置データを導出し、前記位置データに基づいて、前記シャフトの変形をシミュレートし、
前記補正部は、前記第1指標値が前記第2指標値と整合するように、前記位置データをさらに補正し、
前記再シミュレーション部は、前記第1計測データ及び前記補正後の位置データに基づいて、前記シャフトの変形をさらに再シミュレートする、
請求項2から5のいずれかに記載の解析装置。 - 前記補正部は、ボールの打点に関する前記第1指標値が前記第2指標値と整合するように、前記位置データを補正する、
請求項6に記載の解析装置。 - 前記シミュレーション部及び前記再シミュレーション部は、使用者が前記ゴルフクラブをスイングするときの前記ゴルフクラブにおける回転中心をパラメータとして、前記シャフトの変形をシミュレートする、
請求項2から7のいずれかに記載の解析装置。 - 前記シミュレーション部及び前記再シミュレーション部は、使用者が前記ゴルフクラブを把持する把持力の強さをパラメータとして、前記シャフトの変形をシミュレートする、
請求項2から8のいずれかに記載の解析装置。 - 前記シミュレーション部は、前記第1指標値が前記第2指標値と整合するように、前記パラメータを決定する、
請求項8又は9に記載の解析装置。 - 前記シミュレーション部は、前記第1指標値が前記第2指標値に一致する又は近付くように前記パラメータを最適化することにより、前記パラメータを決定する、
請求項10に記載の解析装置。 - 前記第1計測器は、前記ゴルフクラブのグリップの挙動を計測するように構成されており、
前記第2計測器は、前記ゴルフクラブのヘッドの挙動を計測するように構成されている、
請求項2から11のいずれかに記載の解析装置。 - 弾性体の挙動を解析するための解析プログラムであって、
角速度センサを含む第1計測器から、前記角速度センサにより出力される角速度データを含む、前記弾性体の運動を計測した第1計測データを取得するステップと、
第2計測器から、前記弾性体の運動を計測した第2計測データを取得するステップと、
前記角速度データを含む前記第1計測データに基づいて、前記弾性体の変形をシミュレートするステップと、
前記変形のシミュレート結果に基づいて、前記弾性体の前記運動の結果を表す第1指標値を導出するステップと、
前記第2計測データに基づいて、前記弾性体の前記運動の結果を表す第2指標値を特定するステップと、
前記第1指標値が前記第2指標値と整合するように、前記角速度データのバイアス成分を除去し、前記角速度データを補正するステップと、
前記補正後の角速度データを含む前記第1計測データに基づいて、前記弾性体の変形を再シミュレートするステップと
をコンピュータに実行させる、解析プログラム。 - 弾性体の挙動を解析するための解析方法であって、
角速度センサを含む第1計測器から、前記角速度センサにより出力される角速度データを含む、前記弾性体の運動を計測した第1計測データを取得するステップと、
第2計測器から、前記弾性体の運動を計測した第2計測データを取得するステップと、
前記角速度データを含む前記第1計測データに基づいて、前記弾性体の変形をシミュレートするステップと、
前記変形のシミュレート結果に基づいて、前記弾性体の前記運動の結果を表す第1指標値を導出するステップと、
前記第2計測データに基づいて、前記弾性体の前記運動の結果を表す第2指標値を特定するステップと、
前記第1指標値が前記第2指標値と整合するように、前記角速度データのバイアス成分を除去し、前記角速度データを補正するステップと、
前記補正後の角速度データを含む前記第1計測データに基づいて、前記弾性体の変形を再シミュレートするステップと
を含む、解析方法。
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