運動解析システム、運動解析プログラム、および、運動解析プログラムを記録した記録媒体
【課題】インパクト前は打撃用具の運動を高精度に解析するとともにインパクト直後も解析を継続可能な打撃用具の運動解析システム、運動解析プログラム、および、運動解析プログラムを記録した記録媒体を提供すること。
【解決手段】運動解析システム１は、打撃用具に取り付けられる第１のセンサー１０と、打撃用具の動きに連動し、ユーザーの部位に取り付けられる第２のセンサー１２と、インパクト判定部２４と、運動解析情報算出部２６とを含む。インパクト判定部２４は、打撃用具の打撃のインパクトのタイミングを判定する。運動解析情報算出部２６は、インパクトの前は、第１のセンサー１０の検出信号を用いて第１の運動解析情報を算出し、インパクトの後は、第２のセンサー１２の検出信号を用いて第２の運動解析情報を算出する。
【解決手段】運動解析システム１は、打撃用具に取り付けられる第１のセンサー１０と、打撃用具の動きに連動し、ユーザーの部位に取り付けられる第２のセンサー１２と、インパクト判定部２４と、運動解析情報算出部２６とを含む。インパクト判定部２４は、打撃用具の打撃のインパクトのタイミングを判定する。運動解析情報算出部２６は、インパクトの前は、第１のセンサー１０の検出信号を用いて第１の運動解析情報を算出し、インパクトの後は、第２のセンサー１２の検出信号を用いて第２の運動解析情報を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、打撃用具の運動解析システム、運動解析プログラム、運動解析プログラムを記録した記録媒体等に関する。
【背景技術】
【０００２】
テニス、野球、ゴルフなどの打撃系のスポーツでは、打撃用具のスイング時の姿勢、位置、速度などの情報を解析し、解析結果から改善点を明らかにすることで競技力の向上につなげることができると考えられている。
【０００３】
運動解析システムとしては、マークがつけられた被測定物を赤外線カメラ等で連続撮影し、撮影された連続画像を用いてマークの移動軌跡を算出することで、被測定物の運動を解析するものが実用化されている。しかしながら、このような運動解析システムでは、画像を撮影するためのカメラが必要であるためシステムが大がかりなものになってしまい、取り扱いにくいという問題がある。
【０００４】
これに対して、近年、被測定物に小型のジャイロセンサーや加速度センサーを取り付け、これらのセンサーの出力データから被測定物の運動を解析する手法が提案されている。例えば、特許文献１では、ゴルフクラブのヘッド部とグリップ部にともにジャイロセンサーと加速度センサーを内蔵し、これらのセンサーからゴルフクラブのスイング時の挙動情報を得てゴルフクラブのスイングに関する評価情報を生成するスイング評価支援装置が提案されている。このスイング評価支援装置は、センサーをゴルフクラブに内蔵しているので、ゴルフクラブの動きを正確に解析することができるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−７３２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、センサーを打撃用具に直接取り付けた場合、センサーのダイナミックレンジが小さいと、打撃による強い衝撃（インパクト）を受けた際にセンサーの出力データが飽和するなどして正しく解析できないおそれがある。ダイナミックレンジの高いセンサーを用いることでインパクトによる影響を低減することができるが、分解能が低下するため解析精度が低下してしまう。また、振動型のセンサーを打撃用具に直接取り付けた場合、強いインパクトによってセンサーが共振し、インパクト直後から暫くは解析不能になる場合もある。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、インパクト前は打撃用具の運動を高精度に解析するとともにインパクト直後も解析を継続可能な打撃用具の運動解析システム、運動解析プログラム、および、運動解析プログラムを記録した記録媒体を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明は、打撃用具に取り付けられる第１のセンサーと、前記打撃用具の動きに連動し、ユーザーの部位に取り付けられる第２のセンサーと、前記打撃用具の打撃のインパクトのタイミングを判定するインパクト判定部と、前記インパクトの前は、前記第１のセンサーの検出信号を用いて第１の運動解析情報を算出し、前記インパクトの後は、前記第２のセンサーの検出信号を用いて第２の運動解析情報を算出する運動解析情報算出部と、を含む、運動解析システムである。
【０００９】
インパクト判定部は、第１のセンサーの検出信号及び第２のセンサーの検出信号の少なくとも一方に基づいて、打撃用具のインパクトのタイミングを判定するようにしてもよい。
【００１０】
本発明の運動解析システムによれば、インパクト前は打撃用具に取り付けられる第１のセンサーの検出信号に基づいて第１の運動解析情報を算出することで、打撃用具の運動を高精度に解析することができる。また、インパクトの後は、打撃用具に直接ではなく打撃用具の動きに連動する部位に取り付けられる第２のセンサーの検出信号に基づいて第２の運動解析情報を算出することで、インパクトの後に第１のセンサーの検出信号に異常が発生しても解析を継続することができる。
【００１１】
（２）この運動解析システムにおいて、前記第１のセンサーは、前記打撃用具の角速度を検出し、前記第２のセンサーは、前記打撃用具の動きに連動する部位の角速度を検出するようにしてもよい。
【００１２】
（３）この運動解析システムにおいて、前記第１のセンサーは、前記打撃用具の加速度を検出し、前記第２のセンサーは、前記打撃用具の動きに連動する部位の加速度を検出するようにしてもよい。
【００１３】
（４）この運動解析システムは、前記インパクトの後の前記第１のセンサーの検出信号の振幅及び周期の少なくとも一方に基づいて、特定時間を決定する特定時間決定部を含み、少なくとも前記特定時間の間は、前記第２のセンサーの検出信号を用いて前記第２の運動解析情報を算出するようにしてもよい。
【００１４】
このようにすれば、インパクトの後の特定時間を、第１のセンサーの検出信号における振動の振幅及び周期に応じて変更することができる。
【００１５】
（５）この運動解析システムにおいて、前記特定時間決定部は、前記インパクトの後の前記第１のセンサーの検出信号が飽和している時間を前記特定時間の少なくとも一部とするようにしてもよい。
【００１６】
このようにすれば、インパクトの後、第１のセンサーの検出信号が飽和している時間は、第２のセンサーの検出信号に基づいて第２の運動解析情報を算出することで打撃用具の運動解析を継続することができる。
【００１７】
（６）本発明は、打撃用具の打撃のインパクトのタイミングを判定するインパクト判定部と、前記インパクトの前は、前記打撃用具に取り付けられる第１のセンサーの検出信号を用いて第１の運動解析情報を算出し、前記インパクトの後は、前記打撃用具の動きに連動しユーザーの部位に取り付けられる第２のセンサーの検出信号を用いて第２の運動解析情報を算出する運動解析情報算出部としてコンピューターを機能させる、運動解析プログラムである。
【００１８】
（７）本発明は、運動解析プログラムを記録した、コンピューター読み取り可能な記録媒体である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態の運動解析システムの構成を示す図。
【図２】運動解析システムの具体的な構成例を示す図。
【図３】運動解析システムの具体的な他の構成例を示す図。
【図４】６軸センサーモジュールの取り付け位置の一例を示す図。
【図５】打撃用具の運動解析の全体処理の具体例を示すフローチャート図。
【図６】運動解析情報算出処理の具体例を示すフローチャート図。
【図７】打撃用具に取り付けられた振動型ジャイロセンサーの出力データの波形図。
【図８】運動解析情報算出処理の変形例を示すフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、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い。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２１】
１．運動解析システムの構成
図１は、本実施形態の運動解析システムの構成を示す図である。本実施形態の運動解析システム１は、第１のセンサー１０、第２のセンサー１２、処理部２０、操作部３０、表示部４０、ＲＯＭ５０、ＲＡＭ６０、不揮発性メモリー７０、記録媒体８０を含んで構成されている。
【００２２】
第１のセンサー１０は、不図示の打撃用具に取り付けられ、打撃用具のスイングなどの運動に応じた動きを検出し、検出データを出力する。
【００２３】
第２のセンサー１２は、打撃用具の動きに連動する部位に取り付けられ、当該部位の動きを検出し、検出データを出力する。打撃用具の動きに連動する部位とは、例えば、ユーザーの手などの部位、手袋、腕時計などである。特に、第２のセンサー１２は、ユーザーの手首よりも先端側において打撃用具を握る側と反対側（手の甲、指の背、爪など）に取り付けるようにしてもよい。
【００２４】
第１のセンサー１０が打撃用具の角速度を検出し、第２のセンサー１２が打撃用具の動きに連動する部位の角速度を検出するようにしてもよい。また、第１のセンサー１０が打撃用具の加速度を検出し、第２のセンサー１２が打撃用具の動きに連動する部位の加速度を検出するようにしてもよい。あるいは、第１のセンサー１０が打撃用具の角速度と加速度を検出し、第２のセンサー１２が打撃用具の動きに連動する部位の角速度と加速度を検出するようにしてもよい。
【００２５】
また、第１のセンサー１０と第２のセンサー１２は、３軸以上の角速度や３軸以上の加速度を検出するようにしてもよい。
【００２６】
操作部３０は、ユーザーからの操作データを取得し、処理部２０に送る処理を行う。操作部３０は、例えば、タッチパネル型ディスプレイ、ボタン、キー、マイクなどである。
【００２７】
表示部４０は、処理部２０の処理結果を文字やグラフ、その他の画像として表示するものである。表示部４０は、例えば、ＣＲＴ、ＬＣＤ、タッチパネル型ディスプレイ、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）などである。なお、１つのタッチパネル型ディスプレイで操作部３０と表示部４０の機能を実現するようにしてもよい。
【００２８】
ＲＯＭ５０は、処理部２０が各種の計算処理や制御処理を行うための基本プログラムや基本プログラムで用いるデータ等を記憶している。
【００２９】
ＲＡＭ６０は、処理部２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ５０や記録媒体８０から読み出されたプログラムやデータ、操作部３０から入力されたデータ、処理部２０が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する記憶部である。
【００３０】
不揮発性メモリー７０は、処理部２０の処理により生成されたデータのうち、長期的な保存が必要なデータを記録する記録部である。
【００３１】
記録媒体８０は、コンピューター読み取り可能な記録媒体であり、各種のアプリケーション機能を実現するためのアプリケーションプログラムやデータを記憶している。記録媒体８０は、例えば、光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、磁気ディスク、ハードディスク、磁気テープ、メモリー（ＲＯＭ、フラッシュメモリーなど）により実現することができる。
【００３２】
処理部２０は、ＲＯＭ５０に記憶されている基本プログラムや記録媒体８０に記憶されているアプリケーションプログラムに従って、各種の処理（第１のセンサー１０の検出データと第２のセンサー１２の検出データの取得処理、各種の計算処理、各種の制御処理等）を行う。処理部２０は、マイクロプロセッサーなどで実現することができる。
【００３３】
特に、本実施形態では、処理部２０は、以下に説明するデータ取得部２２、インパクト判定部２４、運動解析情報算出部２６、特定時間決定部２８を含み、打撃用具の運動を解析する処理を行う。
【００３４】
本実施形態では、処理部２０が記録媒体８０に記憶されている運動解析プログラムを実行することで、データ取得部２２、インパクト判定部２４、運動解析情報算出部２６、特定時間決定部２８として機能する。すなわち、記録媒体８０には、コンピューターを上記の各部として機能させるための運動解析プログラムが記憶されている。あるいは、運動解析システム１に通信部を追加し、通信部を介して有線又は無線の通信ネットワークを介してサーバーから運動解析プログラムを受信し、受信した運動解析プログラムをＲＡＭ６０や記録媒体８０に記憶して当該運動解析プログラムを実行するようにしてもよい。ただし、データ取得部２２、インパクト判定部２４、運動解析情報算出部２６、特定時間決定部２８の全部又は一部をハードウェア（専用回路）で実現してもよい。
【００３５】
データ取得部２２は、第１のセンサー１０の検出データと第２のセンサー１２の検出データを、所定の期間、連続して取得する処理を行う。取得したデータは、例えばＲＡＭ６０に記憶される。
【００３６】
インパクト判定部２４は、データ取得部２２が取得した検出データ（第１のセンサー１０の検出データ及び第２のセンサー１２の検出データの少なくとも一方）に基づいて、打撃用具の打撃のインパクトのタイミングを判定する処理を行う。
【００３７】
運動解析情報算出部２６は、インパクトの前は、第１のセンサー１０の検出データを用いて第１の運動解析情報を算出し、インパクトの後は、第２のセンサー１２の検出データを用いて第２の運動解析情報を算出する処理を行う。
【００３８】
本実施形態の運動解析情報算出部２６は、姿勢算出部２６２と位置速度算出部２６４を含む。姿勢算出部２６２は、インパクトの前は、第１のセンサー１０による角速度の検出データを用いて姿勢を算出し、インパクト後は、第２のセンサー１２による角速度の検出データを用いて姿勢を算出する処理を行う。また、位置速度算出部２６４は、第１のセンサー１０による加速度の検出データに基づいて打撃用具の位置や速度を算出する処理を行う。
【００３９】
特定時間決定部２８は、インパクトの後の第１のセンサー１０の検出データにおける振動の振幅及び周期の少なくとも一方に基づいて、特定時間を決定する処理を行う。
【００４０】
ただし、特定時間決定部２８を設けずに、あらかじめ決められた所定時間を特定時間としてもよい。
【００４１】
運動解析情報算出部２６は、少なくとも特定時間の間は、第２のセンサー１２の検出信号を用いて第２の運動解析情報を算出するようにしてもよい。
【００４２】
なお、本実施形態の処理部２０は、これらの一部の構成（要素）を省略したり、新たな構成（要素）を追加した構成としてもよい。
【００４３】
この処理部２０、操作部３０、表示部４０、ＲＯＭ５０、ＲＡＭ６０、不揮発性メモリー７０、記録媒体８０の全部又は一部の機能は、パーソナルコンピューター（ＰＣ）、あるいはスマートフォンなどの携帯機器などで実現することができる。
【００４４】
この運動解析システム１は、第１のセンサー１０及び第２のセンサー１２と処理部２０を物理的に分離した分離型として構成し、第１のセンサー１０及び第２のセンサー１２と処理部２０とのデータ通信を無線又は有線で行うようにしてもよい。あるいは、運動解析システム１は、角速度センサー１０と処理部２０を１つの筐体の中に設けた一体型として構成してもよい。
【００４５】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、運動解析システム１の具体的な構成例を示す図である。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）において、図１と同じ構成には同じ符号を付しており、その説明を省略する。
【００４６】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）の構成例では、６軸センサーモジュール１１０とデータ送信ユニット２００がケーブルで接続され、データ送信ユニット２００とパーソナルコンピューター（ＰＣ）１００の間のデータ通信は無線で行われる。６軸センサーモジュール１１０は、不図示の３軸加速度センサーと３軸角速度センサーを含み、これらのセンサーが検出した３軸分の加速度データと３軸分の角速度データは、データ送信ユニット２００において、データ処理部２１０で送信フォーマットへの変換等のデータ処理が行われた後、送信部２２０を介してパーソナルコンピューター（ＰＣ）１００に時分割で無線送信される。
【００４７】
また、センサーユニット３００は、不図示の３軸加速度センサーと３軸角速度センサーを含む６軸センサーモジュール１１２を内蔵し、これらのセンサーが検出した３軸分の加速度データと３軸分の角速度データは、データ処理部３１０で送信フォーマットへの変換等のデータ処理が行われた後、送信部３２０を介してパーソナルコンピューター（ＰＣ）１００に時分割で無線送信される。
【００４８】
これらの無線送信されたデータは、パーソナルコンピューター（ＰＣ）１００の受信部９０で受信され、処理部（ＣＰＵ）２０を介してＲＡＭ６０に記憶される。
【００４９】
６軸センサーモジュール１１０は、打撃用具に取り付けられ、図１の第１のセンサー１０として機能する。センサーユニット３００は、打撃用具に連動する部位、例えばユーザーの手の甲などに取り付けられ、図１の第２のセンサー１２として機能する。また、データ送信ユニット２００は、例えば、ユーザーの腕などに取り付けられる。
【００５０】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、運動解析システム１の具体的な他の構成例を示す図である。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）において、図１と同じ構成には同じ符号を付しており、その説明を省略する。
【００５１】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）の構成例では、６軸センサーモジュール１１０及び６軸センサーモジュール１１２とデータ送信ユニット２００がケーブルで接続され、データ送信ユニット２００とパーソナルコンピューター（ＰＣ）１００の間のデータ通信は無線で行われる。６軸センサーモジュール１１０と６軸センサーモジュール１１２は、ともに、不図示の３軸加速度センサーと３軸角速度センサーを含み、これらのセンサーが検出した３軸分の加速度データと３軸分の角速度データは、データ送信ユニット２００において、データ処理部２１０で送信フォーマットへの変換等のデータ処理が行われた後、送信部２２０を介してパーソナルコンピューター（ＰＣ）１００に時分割で無線送信される。
【００５２】
これらの無線送信されたデータは、パーソナルコンピューター（ＰＣ）１００の受信部９０で受信され、処理部（ＣＰＵ）２０を介してＲＡＭ６０に記憶される。
【００５３】
６軸センサーモジュール１１０は、打撃用具に取り付けられ、図１の第１のセンサー１０として機能する。６軸センサーモジュール１１２は、打撃用具に連動する部位に取り付けられ、図１の第２のセンサー１２として機能する。また、データ送信ユニット２００は、例えば、ユーザーの腕などに取り付けられる。
【００５４】
図４は、運動解析システム１の一例であるゴルフクラブのスイング動作を解析する運動解析システム（ゴルフスイング解析システム）を図３（Ａ）及び図３（Ｂ）のように構成した場合の６軸センサーモジュール１１０と６軸センサーモジュール１１２の取り付け位置の一例を示す図である。図４に示すように、６軸センサーモジュール１１０を、例えば、ゴルフクラブのシャフトのグリップに近い位置に取り付け、６軸センサーモジュール１１２を、例えば、グローブを介してユーザーの手の甲に取り付けてもよい。
【００５５】
ユーザーが打撃用具を握ると、ユーザーの手の甲の姿勢及び位置と打撃用具の姿勢及び位置の相対的な関係はほぼ変わらないため、手の甲の姿勢変化及び位置変化は、打撃用具の姿勢変化及び位置変化とほぼ同じと考えてよい。さらに、６軸センサーモジュール１１２をユーザーの手の平ではなく手の甲に取り付けることで、インパクトにより６軸センサーモジュール１１２が受ける衝撃を和らげることができる。従って、インパクトの後の特定時間は、６軸センサーモジュール１１２の検出データに基づいて手の甲の運動解析情報（第２の運動解析情報の一例）を算出することで、インパクトの後も解析を継続することができる。
【００５６】
一方、インパクト前はゴルフクラブに直接取り付けられた６軸センサーモジュール１１０の検出データに基づいてゴルフクラブの運動解析情報（第１の運動解析情報）を算出することで、ゴルフクラブの運動を高精度に解析することができる。
【００５７】
なお、図示しないが、ゴルフスイング解析システムを図２（Ａ）及び図２（Ｂ）のように構成した場合も、６軸センサーモジュール１１０を、例えば、ゴルフクラブのシャフトのグリップに近い位置に取り付け、センサーユニット３００を、例えば、グローブを介してユーザーの手の甲に取り付ければよい。
【００５８】
２．運動解析システムの処理
２−１．運動解析の全体処理
図５は、運動解析システム１の処理部２０による打撃用具の運動解析の全体処理の具体例を示すフローチャート図である。本フローチャートでは、第１のセンサー１０は打撃用具に取り付けられ、第２のセンサー１２はユーザーの手に取り付けられているものとしている。また、第１のセンサー１０と第２のセンサー１２は、それぞれ、３軸加速度と３軸角速度を検出するものとする。
【００５９】
図５に示すように、本実施形態の処理部２０は、まず、データ取得部２２として機能し、第１のセンサー１０と第２のセンサー１２から打撃用具の運動に対応する一連の検出データ（３軸加速度データ及び３軸角速度データ）を順次取得してＲＡＭ６０に記憶する（Ｓ１０、データ取得ステップ）。データ取得部２２が第１のセンサー１０と第２のセンサー１２からデータを取得する期間（データ取得期間）は、何らかの方法で設定する。例えば、ユーザーあるいは補助者が、スイング開始前に操作部３０を操作することでデータ取得期間の開始タイミングを指示し、スイング終了後に操作部３０を操作することでデータ取得期間の終了タイミングを指示するようにしてもよい。また、例えば、ユーザーあるいは補助者が、スイング開始前に操作部３０を操作することでデータ取得期間の開始タイミングを指示し、所定時間経過後に自動的にデータ取得期間を終了するようにしてもよい。
【００６０】
次に、処理部２０は、時刻ｔを０に初期化し（Ｓ１２）、時刻ｔ＝０における第１のセンサー１０の検出データ（３軸加速度データ及び３軸角速度データ）と第２のセンサー１２の検出データ（３軸加速度データ及び３軸角速度データ）をＲＡＭ６０から読み出す（Ｓ１４）。
【００６１】
次に、処理部２０は、姿勢算出部２６２及び位置速度算出部２６４として機能し、時刻ｔ＝０における手と打撃用具の初期姿勢と初期位置を算出する（Ｓ１６、初期状態算出ステップ）。具体的には、時刻ｔ＝０において第１のセンサー１０と第２のセンサーが静止しているものとして、処理部２０（姿勢算出部２６２）は、時刻ｔ＝０において第１のセンサー１０が検出した３軸加速度データから重力加速度の方向を特定することで打撃用具の初期姿勢を算出することができる。同様に、処理部２０（姿勢算出部２６２）は、時刻ｔ＝０において第２のセンサー１２が検出した３軸加速度データから重力加速度の方向を特定することで手の初期姿勢を算出することができる。また、処理部２０（位置速度算出部２６４）は、時刻ｔ＝０における手と打撃用具の位置を手と打撃用具の初期位置とする。
【００６２】
次に、処理部２０は、時刻ｔをΔｔ（Δｔは、Ｓ１０における検出データの取得間隔）だけ増やし（Ｓ１８）、時刻ｔにおける第１のセンサー１０の検出データと第２のセンサー１２の検出データをＲＡＭ６０から読み出す（Ｓ２０）。
【００６３】
次に、処理部２０は、インパクト判定部２４及び運動解析情報算出部２６として機能し、時刻ｔにおける手と打撃用具の運動解析情報を算出する（Ｓ２２、運動解析情報算出ステップ）。手と打撃用具の運動解析情報は、例えば、手と打撃用具の姿勢、位置、速度などの情報である。この運動解析情報算出ステップの詳細な処理の具体例については後述する。
【００６４】
Ｓ１０でＲＡＭ６０に記憶した検出データのうち未処理の検出データがあれば（Ｓ２４のＹ）、ｔをΔｔだけ増やして（Ｓ１８）Ｓ２０〜Ｓ２２の処理を行い、未処理のデータがなくなれば（Ｓ２４のＮ）、処理部２０は、打撃用具の運動解析情報を表示部４０に表示し（Ｓ２６）、処理を終了する。
【００６５】
なお、図５のフローチャートの各ステップを適宜入れ替えてもよい。
【００６６】
２−２．運動解析情報算出処理
図６は、処理部２０による運動解析情報算出処理の具体例を示すフローチャート図である。
【００６７】
図６に示すように、処理部２０は、まず、姿勢算出部２６２として機能し、第２のセンサー１２の角速度データからユーザーの手の姿勢を算出する（Ｓ１００）。
【００６８】
次に、処理部２０は、インパクトからの経過時間が０であれば（Ｓ１１０のＹ）、インパクト判定部２４として機能し、第１のセンサー１０の検出データ（角速度データと加速度データのいずれか一方あるいは両方）に基づいてインパクトか否かを判定する（Ｓ１３０）。処理部２０（インパクト判定部２４）は、例えば、打撃用具の運動方向の加速度が最大となるタイミングをインパクトのタイミングとして検出してもよいし、打撃用具の運動の回転軸の角速度が最大となるタイミングをインパクトのタイミングとして検出してもよい。
【００６９】
処理部２０は、インパクトであれば（Ｓ１３２のＹ）、インパクトからの経過時間のカウントを開始し（Ｓ１３４）、インパクトでなければ（Ｓ１３２のＮ）、姿勢算出部２６２として機能し、第１のセンサー１０の角速度データから打撃用具の姿勢を算出する（Ｓ１６２）。
【００７０】
また、処理部２０は、インパクトからの経過時間が０でなければ（Ｓ１１０のＮ）、インパクトからの経過時間を更新する（Ｓ１２０）。
【００７１】
そして、処理部２０は、姿勢算出部２６２として機能し、インパクトからの経過時間が特定時間以内であれば（Ｓ１４０のＹ）、打撃用具の姿勢変化をユーザーの手の姿勢変化と同じとみなし、第２のセンサー１２の角速度データから手の姿勢を算出し、打撃用具の姿勢とする（Ｓ１５０）。
【００７２】
一方、インパクトからの経過時間が特定時間を超えれば（Ｓ１４０のＮ）、処理部２０（姿勢算出部２６２）は、インパクトからの経過時間を０にリセットし（Ｓ１６０）、第１のセンサー１０の角速度データから打撃用具の姿勢を算出する（Ｓ１６２）。
【００７３】
次に、処理部２０は、位置速度算出部２６４として機能し、第１のセンサー１０の加速度データから打撃用具の位置と速度を算出する（Ｓ１７０）。例えば、処理部２０（位置速度算出部２６４）は、ステップＳ１５０又はＳ１６２で算出した手又は打撃用具の姿勢から重力加速度の方向を算出し、第１のセンサー１０の加速度データから重力加速度をキャンセルして積分することで打撃用具の速度を算出し、当該速度をさらに積分することで打撃用具の位置を算出することができる。
【００７４】
最後に、処理部２０は、位置速度算出部２６４として機能し、第２のセンサー１２の加速度データから手の位置と速度を算出し（Ｓ１７２）、処理を終了する。例えば、処理部２０（位置速度算出部２６４）は、ステップＳ１００で算出した手の姿勢から重力加速度の方向を算出し、第２のセンサー１２の加速度データから重力加速度をキャンセルして積分することで手の速度を算出し、当該速度をさらに積分することで手の位置を算出することができる。
【００７５】
なお、図６のフローチャートの各ステップを適宜入れ替えてもよい。
【００７６】
ところで、第１のセンサー１０が振動型のジャイロセンサーであれば、インパクトにより第１のセンサー１０が共振することで、図７に示すように、特定の軸の角速度データに関してインパクトの後に共振周期で振動する波形が得られる場合がある。図７は、ゴルフクラブのグリップに取り付けた６軸センサーモジュール１１０のＸ軸回りの角速度、Ｙ軸回りの角速度、Ｚ軸回りの角速度のデータを示しており、ここではＹ軸回りの角速度データにおいてスイング時の回転が強く現れており、角速度のピーク値がインパクトの瞬間であることを示している。図７の例では、Ｙ軸角速度データにおいてインパクトの直後から所定周期Ｔの振動が発生している。この振動に起因し、Ｙ軸角速度データにおいて本来インパクト後にあるべき山がない。これに対して、ユーザーの手の甲に取り付けた第２のセンサー１２は第１のセンサー１０よりも共振しにくいと考えられる。なお、Ｙ軸回りの角速度データにおいて、インパクトの後に角速度の出力がマイナス側になっているが、これはインパクト時の衝撃でクラブが反対側に反ったためである。
【００７７】
そこで、この山が発生すべき期間を含む所定時間を特定時間とし、特定時間中は第２のセンサー１２の角速度データから手の姿勢を算出することで、インパクト後の打撃用具の姿勢を解析することが可能になる。あるいは、処理部２０が特定時間決定部２８として機能し、第１のセンサー１０による角速度データの振動の振幅及び周期に基づいて、特定時間を決定してもよい。例えば、図７の例では、Ｙ軸角速度データにおける周期Ｔの振動の振幅Ｗが所定の閾値以下である時間を特定時間として決定すればよい。
【００７８】
以上に説明したように、本実施形態の運動解析システムによれば、打撃用具のインパクト前は打撃用具に取り付けられる第１のセンサー１０の検出データに基づいて打撃用具の運動解析情報を算出することで、打撃用具の運動を高精度に解析することができる。また、インパクトの後の特定時間は、打撃用具に直接ではなく打撃用具の動きに連動する部位に取り付けられる第２のセンサー１２の検出データに基づいて当該部位の運動解析情報を算出することで、インパクトの後に第１のセンサー１０の検出データに異常が発生しても打撃用具の運動解析を継続することができる。
【００７９】
３．変形例
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【００８０】
例えば、打撃用具のインパクトが大きすぎると打撃用具に取り付けた第１のセンサー１０の加速度データが飽和することが考えられるが、ユーザーの手で衝撃が緩和されるので、ユーザーの手の甲に取り付けた第２のセンサー１２の加速度データは飽和しにくい。
【００８１】
そこで、第１のセンサー１０の加速度データが飽和している時間を特定時間とし、図１の位置速度算出部２６４を、インパクトの前は、第１のセンサー１０による加速度の検出データに基づいて打撃用具の位置及び速度の少なくとも一方を算出し、インパクト後の特定時間は、第２のセンサー１２による加速度の検出データに基づいてユーザーの手の位置及び速度の少なくとも一方を算出するように変形してもよい。このようにすれば、インパクト後の打撃用具の位置と速度を解析することが可能になる。
【００８２】
図８は、この変形例における処理部２０による運動解析情報算出処理を示すフローチャート図である。図８において、図６と同じステップには同じ符号を付している。
【００８３】
本変形例では、図８に示すように、処理部２０は、まず、第２のセンサー１２の角速度データからユーザーの手の姿勢を算出する（Ｓ１００）。
【００８４】
次に、処理部２０は、第２のセンサー１２の加速度データからユーザーの手の位置と速度を算出する（Ｓ１０２）。
【００８５】
次に、処理部２０は、インパクトからの経過時間が０であれば（Ｓ１１０のＹ）、第１のセンサー１０の検出データ（角速度データと加速度データのいずれか一方あるいは両方）に基づいてインパクトか否かを判定する（Ｓ１３０）。
【００８６】
処理部２０は、インパクトであれば（Ｓ１３２のＹ）、インパクトからの経過時間のカウントを開始し（Ｓ１３４）、インパクトでなければ（Ｓ１３２のＮ）、第１のセンサー１０の角速度データから打撃用具の姿勢を算出し（Ｓ１６２）、第１のセンサー１０の加速度データから打撃用具の位置と速度を算出する（Ｓ１６４）。
【００８７】
また、処理部２０は、インパクトからの経過時間が０でなければ（Ｓ１１０のＮ）、インパクトからの経過時間を更新する（Ｓ１２０）。
【００８８】
そして、処理部２０は、インパクトからの経過時間が特定時間以内であれば（Ｓ１４０のＹ）、打撃用具の姿勢変化をユーザーの手の姿勢変化と同じとみなし、第２のセンサー１２の角速度データから手の姿勢を算出し、打撃用具の姿勢とする（Ｓ１５０）。ここで、処理部２０が特定時間決定部２８として機能し、インパクトの後の第１のセンサー１０の検出データが飽和している時間が特定時間の少なくとも一部となるように特定時間を決定する。
【００８９】
続いて、処理部２０は、打撃用具の位置変化及び速度変化をユーザーの手の位置変化及び速度変化と同じとみなし、第２のセンサー１２の加速度データから打撃用具の位置と速度を算出し（Ｓ１５２）、処理を終了する。
【００９０】
一方、インパクトからの経過時間が特定時間を超えれば（Ｓ１４０のＮ）、処理部２０は、インパクトからの経過時間を０にリセットし（Ｓ１６０）、第１のセンサー１０の角速度データから打撃用具の姿勢を算出する（Ｓ１６２）。
【００９１】
続いて、処理部２０は、第１のセンサー１０の加速度データから打撃用具の位置と速度を算出し（Ｓ１６４）、処理を終了する。
【００９２】
なお、図８のフローチャートの各ステップを適宜入れ替えてもよい。
【００９３】
本実施形態では、ゴルフクラブの運動解析を行う運動解析システムを例に挙げて説明したが、本発明の運動解析システムは、テニスラケットや野球のバットなどの様々な打撃用具の運動解析に適用することができる。
【００９４】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００９５】
１ 運動解析システム、１０ 第１のセンサー、１２ 第２のセンサー、２０ 処理部、２２ データ取得部、２４ インパクト判定部、２６ 運動解析情報算出部、２８ 特定時間決定部、３０ 操作部、４０ 表示部、５０ ＲＯＭ、６０ ＲＡＭ、７０ 不揮発性メモリー、８０ 記録媒体、９０ 受信部、１００ パーソナルコンピューター（ＰＣ）、１１０ ６軸センサーモジュール、１１２ ６軸センサーモジュール、２００ データ送信ユニット、２１０ データ処理部、２２０ 送信部、２６２ 姿勢算出部、２６４ 位置速度算出部、３００ センサーユニット、３１０ データ処理部、３２０ 送信部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、打撃用具の運動解析システム、運動解析プログラム、運動解析プログラムを記録した記録媒体等に関する。
【背景技術】
【０００２】
テニス、野球、ゴルフなどの打撃系のスポーツでは、打撃用具のスイング時の姿勢、位置、速度などの情報を解析し、解析結果から改善点を明らかにすることで競技力の向上につなげることができると考えられている。
【０００３】
運動解析システムとしては、マークがつけられた被測定物を赤外線カメラ等で連続撮影し、撮影された連続画像を用いてマークの移動軌跡を算出することで、被測定物の運動を解析するものが実用化されている。しかしながら、このような運動解析システムでは、画像を撮影するためのカメラが必要であるためシステムが大がかりなものになってしまい、取り扱いにくいという問題がある。
【０００４】
これに対して、近年、被測定物に小型のジャイロセンサーや加速度センサーを取り付け、これらのセンサーの出力データから被測定物の運動を解析する手法が提案されている。例えば、特許文献１では、ゴルフクラブのヘッド部とグリップ部にともにジャイロセンサーと加速度センサーを内蔵し、これらのセンサーからゴルフクラブのスイング時の挙動情報を得てゴルフクラブのスイングに関する評価情報を生成するスイング評価支援装置が提案されている。このスイング評価支援装置は、センサーをゴルフクラブに内蔵しているので、ゴルフクラブの動きを正確に解析することができるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−７３２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、センサーを打撃用具に直接取り付けた場合、センサーのダイナミックレンジが小さいと、打撃による強い衝撃（インパクト）を受けた際にセンサーの出力データが飽和するなどして正しく解析できないおそれがある。ダイナミックレンジの高いセンサーを用いることでインパクトによる影響を低減することができるが、分解能が低下するため解析精度が低下してしまう。また、振動型のセンサーを打撃用具に直接取り付けた場合、強いインパクトによってセンサーが共振し、インパクト直後から暫くは解析不能になる場合もある。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、インパクト前は打撃用具の運動を高精度に解析するとともにインパクト直後も解析を継続可能な打撃用具の運動解析システム、運動解析プログラム、および、運動解析プログラムを記録した記録媒体を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明は、打撃用具に取り付けられる第１のセンサーと、前記打撃用具の動きに連動し、ユーザーの部位に取り付けられる第２のセンサーと、前記打撃用具の打撃のインパクトのタイミングを判定するインパクト判定部と、前記インパクトの前は、前記第１のセンサーの検出信号を用いて第１の運動解析情報を算出し、前記インパクトの後は、前記第２のセンサーの検出信号を用いて第２の運動解析情報を算出する運動解析情報算出部と、を含む、運動解析システムである。
【０００９】
インパクト判定部は、第１のセンサーの検出信号及び第２のセンサーの検出信号の少なくとも一方に基づいて、打撃用具のインパクトのタイミングを判定するようにしてもよい。
【００１０】
本発明の運動解析システムによれば、インパクト前は打撃用具に取り付けられる第１のセンサーの検出信号に基づいて第１の運動解析情報を算出することで、打撃用具の運動を高精度に解析することができる。また、インパクトの後は、打撃用具に直接ではなく打撃用具の動きに連動する部位に取り付けられる第２のセンサーの検出信号に基づいて第２の運動解析情報を算出することで、インパクトの後に第１のセンサーの検出信号に異常が発生しても解析を継続することができる。
【００１１】
（２）この運動解析システムにおいて、前記第１のセンサーは、前記打撃用具の角速度を検出し、前記第２のセンサーは、前記打撃用具の動きに連動する部位の角速度を検出するようにしてもよい。
【００１２】
（３）この運動解析システムにおいて、前記第１のセンサーは、前記打撃用具の加速度を検出し、前記第２のセンサーは、前記打撃用具の動きに連動する部位の加速度を検出するようにしてもよい。
【００１３】
（４）この運動解析システムは、前記インパクトの後の前記第１のセンサーの検出信号の振幅及び周期の少なくとも一方に基づいて、特定時間を決定する特定時間決定部を含み、少なくとも前記特定時間の間は、前記第２のセンサーの検出信号を用いて前記第２の運動解析情報を算出するようにしてもよい。
【００１４】
このようにすれば、インパクトの後の特定時間を、第１のセンサーの検出信号における振動の振幅及び周期に応じて変更することができる。
【００１５】
（５）この運動解析システムにおいて、前記特定時間決定部は、前記インパクトの後の前記第１のセンサーの検出信号が飽和している時間を前記特定時間の少なくとも一部とするようにしてもよい。
【００１６】
このようにすれば、インパクトの後、第１のセンサーの検出信号が飽和している時間は、第２のセンサーの検出信号に基づいて第２の運動解析情報を算出することで打撃用具の運動解析を継続することができる。
【００１７】
（６）本発明は、打撃用具の打撃のインパクトのタイミングを判定するインパクト判定部と、前記インパクトの前は、前記打撃用具に取り付けられる第１のセンサーの検出信号を用いて第１の運動解析情報を算出し、前記インパクトの後は、前記打撃用具の動きに連動しユーザーの部位に取り付けられる第２のセンサーの検出信号を用いて第２の運動解析情報を算出する運動解析情報算出部としてコンピューターを機能させる、運動解析プログラムである。
【００１８】
（７）本発明は、運動解析プログラムを記録した、コンピューター読み取り可能な記録媒体である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態の運動解析システムの構成を示す図。
【図２】運動解析システムの具体的な構成例を示す図。
【図３】運動解析システムの具体的な他の構成例を示す図。
【図４】６軸センサーモジュールの取り付け位置の一例を示す図。
【図５】打撃用具の運動解析の全体処理の具体例を示すフローチャート図。
【図６】運動解析情報算出処理の具体例を示すフローチャート図。
【図７】打撃用具に取り付けられた振動型ジャイロセンサーの出力データの波形図。
【図８】運動解析情報算出処理の変形例を示すフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、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い。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２１】
１．運動解析システムの構成
図１は、本実施形態の運動解析システムの構成を示す図である。本実施形態の運動解析システム１は、第１のセンサー１０、第２のセンサー１２、処理部２０、操作部３０、表示部４０、ＲＯＭ５０、ＲＡＭ６０、不揮発性メモリー７０、記録媒体８０を含んで構成されている。
【００２２】
第１のセンサー１０は、不図示の打撃用具に取り付けられ、打撃用具のスイングなどの運動に応じた動きを検出し、検出データを出力する。
【００２３】
第２のセンサー１２は、打撃用具の動きに連動する部位に取り付けられ、当該部位の動きを検出し、検出データを出力する。打撃用具の動きに連動する部位とは、例えば、ユーザーの手などの部位、手袋、腕時計などである。特に、第２のセンサー１２は、ユーザーの手首よりも先端側において打撃用具を握る側と反対側（手の甲、指の背、爪など）に取り付けるようにしてもよい。
【００２４】
第１のセンサー１０が打撃用具の角速度を検出し、第２のセンサー１２が打撃用具の動きに連動する部位の角速度を検出するようにしてもよい。また、第１のセンサー１０が打撃用具の加速度を検出し、第２のセンサー１２が打撃用具の動きに連動する部位の加速度を検出するようにしてもよい。あるいは、第１のセンサー１０が打撃用具の角速度と加速度を検出し、第２のセンサー１２が打撃用具の動きに連動する部位の角速度と加速度を検出するようにしてもよい。
【００２５】
また、第１のセンサー１０と第２のセンサー１２は、３軸以上の角速度や３軸以上の加速度を検出するようにしてもよい。
【００２６】
操作部３０は、ユーザーからの操作データを取得し、処理部２０に送る処理を行う。操作部３０は、例えば、タッチパネル型ディスプレイ、ボタン、キー、マイクなどである。
【００２７】
表示部４０は、処理部２０の処理結果を文字やグラフ、その他の画像として表示するものである。表示部４０は、例えば、ＣＲＴ、ＬＣＤ、タッチパネル型ディスプレイ、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）などである。なお、１つのタッチパネル型ディスプレイで操作部３０と表示部４０の機能を実現するようにしてもよい。
【００２８】
ＲＯＭ５０は、処理部２０が各種の計算処理や制御処理を行うための基本プログラムや基本プログラムで用いるデータ等を記憶している。
【００２９】
ＲＡＭ６０は、処理部２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ５０や記録媒体８０から読み出されたプログラムやデータ、操作部３０から入力されたデータ、処理部２０が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する記憶部である。
【００３０】
不揮発性メモリー７０は、処理部２０の処理により生成されたデータのうち、長期的な保存が必要なデータを記録する記録部である。
【００３１】
記録媒体８０は、コンピューター読み取り可能な記録媒体であり、各種のアプリケーション機能を実現するためのアプリケーションプログラムやデータを記憶している。記録媒体８０は、例えば、光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、磁気ディスク、ハードディスク、磁気テープ、メモリー（ＲＯＭ、フラッシュメモリーなど）により実現することができる。
【００３２】
処理部２０は、ＲＯＭ５０に記憶されている基本プログラムや記録媒体８０に記憶されているアプリケーションプログラムに従って、各種の処理（第１のセンサー１０の検出データと第２のセンサー１２の検出データの取得処理、各種の計算処理、各種の制御処理等）を行う。処理部２０は、マイクロプロセッサーなどで実現することができる。
【００３３】
特に、本実施形態では、処理部２０は、以下に説明するデータ取得部２２、インパクト判定部２４、運動解析情報算出部２６、特定時間決定部２８を含み、打撃用具の運動を解析する処理を行う。
【００３４】
本実施形態では、処理部２０が記録媒体８０に記憶されている運動解析プログラムを実行することで、データ取得部２２、インパクト判定部２４、運動解析情報算出部２６、特定時間決定部２８として機能する。すなわち、記録媒体８０には、コンピューターを上記の各部として機能させるための運動解析プログラムが記憶されている。あるいは、運動解析システム１に通信部を追加し、通信部を介して有線又は無線の通信ネットワークを介してサーバーから運動解析プログラムを受信し、受信した運動解析プログラムをＲＡＭ６０や記録媒体８０に記憶して当該運動解析プログラムを実行するようにしてもよい。ただし、データ取得部２２、インパクト判定部２４、運動解析情報算出部２６、特定時間決定部２８の全部又は一部をハードウェア（専用回路）で実現してもよい。
【００３５】
データ取得部２２は、第１のセンサー１０の検出データと第２のセンサー１２の検出データを、所定の期間、連続して取得する処理を行う。取得したデータは、例えばＲＡＭ６０に記憶される。
【００３６】
インパクト判定部２４は、データ取得部２２が取得した検出データ（第１のセンサー１０の検出データ及び第２のセンサー１２の検出データの少なくとも一方）に基づいて、打撃用具の打撃のインパクトのタイミングを判定する処理を行う。
【００３７】
運動解析情報算出部２６は、インパクトの前は、第１のセンサー１０の検出データを用いて第１の運動解析情報を算出し、インパクトの後は、第２のセンサー１２の検出データを用いて第２の運動解析情報を算出する処理を行う。
【００３８】
本実施形態の運動解析情報算出部２６は、姿勢算出部２６２と位置速度算出部２６４を含む。姿勢算出部２６２は、インパクトの前は、第１のセンサー１０による角速度の検出データを用いて姿勢を算出し、インパクト後は、第２のセンサー１２による角速度の検出データを用いて姿勢を算出する処理を行う。また、位置速度算出部２６４は、第１のセンサー１０による加速度の検出データに基づいて打撃用具の位置や速度を算出する処理を行う。
【００３９】
特定時間決定部２８は、インパクトの後の第１のセンサー１０の検出データにおける振動の振幅及び周期の少なくとも一方に基づいて、特定時間を決定する処理を行う。
【００４０】
ただし、特定時間決定部２８を設けずに、あらかじめ決められた所定時間を特定時間としてもよい。
【００４１】
運動解析情報算出部２６は、少なくとも特定時間の間は、第２のセンサー１２の検出信号を用いて第２の運動解析情報を算出するようにしてもよい。
【００４２】
なお、本実施形態の処理部２０は、これらの一部の構成（要素）を省略したり、新たな構成（要素）を追加した構成としてもよい。
【００４３】
この処理部２０、操作部３０、表示部４０、ＲＯＭ５０、ＲＡＭ６０、不揮発性メモリー７０、記録媒体８０の全部又は一部の機能は、パーソナルコンピューター（ＰＣ）、あるいはスマートフォンなどの携帯機器などで実現することができる。
【００４４】
この運動解析システム１は、第１のセンサー１０及び第２のセンサー１２と処理部２０を物理的に分離した分離型として構成し、第１のセンサー１０及び第２のセンサー１２と処理部２０とのデータ通信を無線又は有線で行うようにしてもよい。あるいは、運動解析システム１は、角速度センサー１０と処理部２０を１つの筐体の中に設けた一体型として構成してもよい。
【００４５】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、運動解析システム１の具体的な構成例を示す図である。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）において、図１と同じ構成には同じ符号を付しており、その説明を省略する。
【００４６】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）の構成例では、６軸センサーモジュール１１０とデータ送信ユニット２００がケーブルで接続され、データ送信ユニット２００とパーソナルコンピューター（ＰＣ）１００の間のデータ通信は無線で行われる。６軸センサーモジュール１１０は、不図示の３軸加速度センサーと３軸角速度センサーを含み、これらのセンサーが検出した３軸分の加速度データと３軸分の角速度データは、データ送信ユニット２００において、データ処理部２１０で送信フォーマットへの変換等のデータ処理が行われた後、送信部２２０を介してパーソナルコンピューター（ＰＣ）１００に時分割で無線送信される。
【００４７】
また、センサーユニット３００は、不図示の３軸加速度センサーと３軸角速度センサーを含む６軸センサーモジュール１１２を内蔵し、これらのセンサーが検出した３軸分の加速度データと３軸分の角速度データは、データ処理部３１０で送信フォーマットへの変換等のデータ処理が行われた後、送信部３２０を介してパーソナルコンピューター（ＰＣ）１００に時分割で無線送信される。
【００４８】
これらの無線送信されたデータは、パーソナルコンピューター（ＰＣ）１００の受信部９０で受信され、処理部（ＣＰＵ）２０を介してＲＡＭ６０に記憶される。
【００４９】
６軸センサーモジュール１１０は、打撃用具に取り付けられ、図１の第１のセンサー１０として機能する。センサーユニット３００は、打撃用具に連動する部位、例えばユーザーの手の甲などに取り付けられ、図１の第２のセンサー１２として機能する。また、データ送信ユニット２００は、例えば、ユーザーの腕などに取り付けられる。
【００５０】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、運動解析システム１の具体的な他の構成例を示す図である。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）において、図１と同じ構成には同じ符号を付しており、その説明を省略する。
【００５１】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）の構成例では、６軸センサーモジュール１１０及び６軸センサーモジュール１１２とデータ送信ユニット２００がケーブルで接続され、データ送信ユニット２００とパーソナルコンピューター（ＰＣ）１００の間のデータ通信は無線で行われる。６軸センサーモジュール１１０と６軸センサーモジュール１１２は、ともに、不図示の３軸加速度センサーと３軸角速度センサーを含み、これらのセンサーが検出した３軸分の加速度データと３軸分の角速度データは、データ送信ユニット２００において、データ処理部２１０で送信フォーマットへの変換等のデータ処理が行われた後、送信部２２０を介してパーソナルコンピューター（ＰＣ）１００に時分割で無線送信される。
【００５２】
これらの無線送信されたデータは、パーソナルコンピューター（ＰＣ）１００の受信部９０で受信され、処理部（ＣＰＵ）２０を介してＲＡＭ６０に記憶される。
【００５３】
６軸センサーモジュール１１０は、打撃用具に取り付けられ、図１の第１のセンサー１０として機能する。６軸センサーモジュール１１２は、打撃用具に連動する部位に取り付けられ、図１の第２のセンサー１２として機能する。また、データ送信ユニット２００は、例えば、ユーザーの腕などに取り付けられる。
【００５４】
図４は、運動解析システム１の一例であるゴルフクラブのスイング動作を解析する運動解析システム（ゴルフスイング解析システム）を図３（Ａ）及び図３（Ｂ）のように構成した場合の６軸センサーモジュール１１０と６軸センサーモジュール１１２の取り付け位置の一例を示す図である。図４に示すように、６軸センサーモジュール１１０を、例えば、ゴルフクラブのシャフトのグリップに近い位置に取り付け、６軸センサーモジュール１１２を、例えば、グローブを介してユーザーの手の甲に取り付けてもよい。
【００５５】
ユーザーが打撃用具を握ると、ユーザーの手の甲の姿勢及び位置と打撃用具の姿勢及び位置の相対的な関係はほぼ変わらないため、手の甲の姿勢変化及び位置変化は、打撃用具の姿勢変化及び位置変化とほぼ同じと考えてよい。さらに、６軸センサーモジュール１１２をユーザーの手の平ではなく手の甲に取り付けることで、インパクトにより６軸センサーモジュール１１２が受ける衝撃を和らげることができる。従って、インパクトの後の特定時間は、６軸センサーモジュール１１２の検出データに基づいて手の甲の運動解析情報（第２の運動解析情報の一例）を算出することで、インパクトの後も解析を継続することができる。
【００５６】
一方、インパクト前はゴルフクラブに直接取り付けられた６軸センサーモジュール１１０の検出データに基づいてゴルフクラブの運動解析情報（第１の運動解析情報）を算出することで、ゴルフクラブの運動を高精度に解析することができる。
【００５７】
なお、図示しないが、ゴルフスイング解析システムを図２（Ａ）及び図２（Ｂ）のように構成した場合も、６軸センサーモジュール１１０を、例えば、ゴルフクラブのシャフトのグリップに近い位置に取り付け、センサーユニット３００を、例えば、グローブを介してユーザーの手の甲に取り付ければよい。
【００５８】
２．運動解析システムの処理
２−１．運動解析の全体処理
図５は、運動解析システム１の処理部２０による打撃用具の運動解析の全体処理の具体例を示すフローチャート図である。本フローチャートでは、第１のセンサー１０は打撃用具に取り付けられ、第２のセンサー１２はユーザーの手に取り付けられているものとしている。また、第１のセンサー１０と第２のセンサー１２は、それぞれ、３軸加速度と３軸角速度を検出するものとする。
【００５９】
図５に示すように、本実施形態の処理部２０は、まず、データ取得部２２として機能し、第１のセンサー１０と第２のセンサー１２から打撃用具の運動に対応する一連の検出データ（３軸加速度データ及び３軸角速度データ）を順次取得してＲＡＭ６０に記憶する（Ｓ１０、データ取得ステップ）。データ取得部２２が第１のセンサー１０と第２のセンサー１２からデータを取得する期間（データ取得期間）は、何らかの方法で設定する。例えば、ユーザーあるいは補助者が、スイング開始前に操作部３０を操作することでデータ取得期間の開始タイミングを指示し、スイング終了後に操作部３０を操作することでデータ取得期間の終了タイミングを指示するようにしてもよい。また、例えば、ユーザーあるいは補助者が、スイング開始前に操作部３０を操作することでデータ取得期間の開始タイミングを指示し、所定時間経過後に自動的にデータ取得期間を終了するようにしてもよい。
【００６０】
次に、処理部２０は、時刻ｔを０に初期化し（Ｓ１２）、時刻ｔ＝０における第１のセンサー１０の検出データ（３軸加速度データ及び３軸角速度データ）と第２のセンサー１２の検出データ（３軸加速度データ及び３軸角速度データ）をＲＡＭ６０から読み出す（Ｓ１４）。
【００６１】
次に、処理部２０は、姿勢算出部２６２及び位置速度算出部２６４として機能し、時刻ｔ＝０における手と打撃用具の初期姿勢と初期位置を算出する（Ｓ１６、初期状態算出ステップ）。具体的には、時刻ｔ＝０において第１のセンサー１０と第２のセンサーが静止しているものとして、処理部２０（姿勢算出部２６２）は、時刻ｔ＝０において第１のセンサー１０が検出した３軸加速度データから重力加速度の方向を特定することで打撃用具の初期姿勢を算出することができる。同様に、処理部２０（姿勢算出部２６２）は、時刻ｔ＝０において第２のセンサー１２が検出した３軸加速度データから重力加速度の方向を特定することで手の初期姿勢を算出することができる。また、処理部２０（位置速度算出部２６４）は、時刻ｔ＝０における手と打撃用具の位置を手と打撃用具の初期位置とする。
【００６２】
次に、処理部２０は、時刻ｔをΔｔ（Δｔは、Ｓ１０における検出データの取得間隔）だけ増やし（Ｓ１８）、時刻ｔにおける第１のセンサー１０の検出データと第２のセンサー１２の検出データをＲＡＭ６０から読み出す（Ｓ２０）。
【００６３】
次に、処理部２０は、インパクト判定部２４及び運動解析情報算出部２６として機能し、時刻ｔにおける手と打撃用具の運動解析情報を算出する（Ｓ２２、運動解析情報算出ステップ）。手と打撃用具の運動解析情報は、例えば、手と打撃用具の姿勢、位置、速度などの情報である。この運動解析情報算出ステップの詳細な処理の具体例については後述する。
【００６４】
Ｓ１０でＲＡＭ６０に記憶した検出データのうち未処理の検出データがあれば（Ｓ２４のＹ）、ｔをΔｔだけ増やして（Ｓ１８）Ｓ２０〜Ｓ２２の処理を行い、未処理のデータがなくなれば（Ｓ２４のＮ）、処理部２０は、打撃用具の運動解析情報を表示部４０に表示し（Ｓ２６）、処理を終了する。
【００６５】
なお、図５のフローチャートの各ステップを適宜入れ替えてもよい。
【００６６】
２−２．運動解析情報算出処理
図６は、処理部２０による運動解析情報算出処理の具体例を示すフローチャート図である。
【００６７】
図６に示すように、処理部２０は、まず、姿勢算出部２６２として機能し、第２のセンサー１２の角速度データからユーザーの手の姿勢を算出する（Ｓ１００）。
【００６８】
次に、処理部２０は、インパクトからの経過時間が０であれば（Ｓ１１０のＹ）、インパクト判定部２４として機能し、第１のセンサー１０の検出データ（角速度データと加速度データのいずれか一方あるいは両方）に基づいてインパクトか否かを判定する（Ｓ１３０）。処理部２０（インパクト判定部２４）は、例えば、打撃用具の運動方向の加速度が最大となるタイミングをインパクトのタイミングとして検出してもよいし、打撃用具の運動の回転軸の角速度が最大となるタイミングをインパクトのタイミングとして検出してもよい。
【００６９】
処理部２０は、インパクトであれば（Ｓ１３２のＹ）、インパクトからの経過時間のカウントを開始し（Ｓ１３４）、インパクトでなければ（Ｓ１３２のＮ）、姿勢算出部２６２として機能し、第１のセンサー１０の角速度データから打撃用具の姿勢を算出する（Ｓ１６２）。
【００７０】
また、処理部２０は、インパクトからの経過時間が０でなければ（Ｓ１１０のＮ）、インパクトからの経過時間を更新する（Ｓ１２０）。
【００７１】
そして、処理部２０は、姿勢算出部２６２として機能し、インパクトからの経過時間が特定時間以内であれば（Ｓ１４０のＹ）、打撃用具の姿勢変化をユーザーの手の姿勢変化と同じとみなし、第２のセンサー１２の角速度データから手の姿勢を算出し、打撃用具の姿勢とする（Ｓ１５０）。
【００７２】
一方、インパクトからの経過時間が特定時間を超えれば（Ｓ１４０のＮ）、処理部２０（姿勢算出部２６２）は、インパクトからの経過時間を０にリセットし（Ｓ１６０）、第１のセンサー１０の角速度データから打撃用具の姿勢を算出する（Ｓ１６２）。
【００７３】
次に、処理部２０は、位置速度算出部２６４として機能し、第１のセンサー１０の加速度データから打撃用具の位置と速度を算出する（Ｓ１７０）。例えば、処理部２０（位置速度算出部２６４）は、ステップＳ１５０又はＳ１６２で算出した手又は打撃用具の姿勢から重力加速度の方向を算出し、第１のセンサー１０の加速度データから重力加速度をキャンセルして積分することで打撃用具の速度を算出し、当該速度をさらに積分することで打撃用具の位置を算出することができる。
【００７４】
最後に、処理部２０は、位置速度算出部２６４として機能し、第２のセンサー１２の加速度データから手の位置と速度を算出し（Ｓ１７２）、処理を終了する。例えば、処理部２０（位置速度算出部２６４）は、ステップＳ１００で算出した手の姿勢から重力加速度の方向を算出し、第２のセンサー１２の加速度データから重力加速度をキャンセルして積分することで手の速度を算出し、当該速度をさらに積分することで手の位置を算出することができる。
【００７５】
なお、図６のフローチャートの各ステップを適宜入れ替えてもよい。
【００７６】
ところで、第１のセンサー１０が振動型のジャイロセンサーであれば、インパクトにより第１のセンサー１０が共振することで、図７に示すように、特定の軸の角速度データに関してインパクトの後に共振周期で振動する波形が得られる場合がある。図７は、ゴルフクラブのグリップに取り付けた６軸センサーモジュール１１０のＸ軸回りの角速度、Ｙ軸回りの角速度、Ｚ軸回りの角速度のデータを示しており、ここではＹ軸回りの角速度データにおいてスイング時の回転が強く現れており、角速度のピーク値がインパクトの瞬間であることを示している。図７の例では、Ｙ軸角速度データにおいてインパクトの直後から所定周期Ｔの振動が発生している。この振動に起因し、Ｙ軸角速度データにおいて本来インパクト後にあるべき山がない。これに対して、ユーザーの手の甲に取り付けた第２のセンサー１２は第１のセンサー１０よりも共振しにくいと考えられる。なお、Ｙ軸回りの角速度データにおいて、インパクトの後に角速度の出力がマイナス側になっているが、これはインパクト時の衝撃でクラブが反対側に反ったためである。
【００７７】
そこで、この山が発生すべき期間を含む所定時間を特定時間とし、特定時間中は第２のセンサー１２の角速度データから手の姿勢を算出することで、インパクト後の打撃用具の姿勢を解析することが可能になる。あるいは、処理部２０が特定時間決定部２８として機能し、第１のセンサー１０による角速度データの振動の振幅及び周期に基づいて、特定時間を決定してもよい。例えば、図７の例では、Ｙ軸角速度データにおける周期Ｔの振動の振幅Ｗが所定の閾値以下である時間を特定時間として決定すればよい。
【００７８】
以上に説明したように、本実施形態の運動解析システムによれば、打撃用具のインパクト前は打撃用具に取り付けられる第１のセンサー１０の検出データに基づいて打撃用具の運動解析情報を算出することで、打撃用具の運動を高精度に解析することができる。また、インパクトの後の特定時間は、打撃用具に直接ではなく打撃用具の動きに連動する部位に取り付けられる第２のセンサー１２の検出データに基づいて当該部位の運動解析情報を算出することで、インパクトの後に第１のセンサー１０の検出データに異常が発生しても打撃用具の運動解析を継続することができる。
【００７９】
３．変形例
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【００８０】
例えば、打撃用具のインパクトが大きすぎると打撃用具に取り付けた第１のセンサー１０の加速度データが飽和することが考えられるが、ユーザーの手で衝撃が緩和されるので、ユーザーの手の甲に取り付けた第２のセンサー１２の加速度データは飽和しにくい。
【００８１】
そこで、第１のセンサー１０の加速度データが飽和している時間を特定時間とし、図１の位置速度算出部２６４を、インパクトの前は、第１のセンサー１０による加速度の検出データに基づいて打撃用具の位置及び速度の少なくとも一方を算出し、インパクト後の特定時間は、第２のセンサー１２による加速度の検出データに基づいてユーザーの手の位置及び速度の少なくとも一方を算出するように変形してもよい。このようにすれば、インパクト後の打撃用具の位置と速度を解析することが可能になる。
【００８２】
図８は、この変形例における処理部２０による運動解析情報算出処理を示すフローチャート図である。図８において、図６と同じステップには同じ符号を付している。
【００８３】
本変形例では、図８に示すように、処理部２０は、まず、第２のセンサー１２の角速度データからユーザーの手の姿勢を算出する（Ｓ１００）。
【００８４】
次に、処理部２０は、第２のセンサー１２の加速度データからユーザーの手の位置と速度を算出する（Ｓ１０２）。
【００８５】
次に、処理部２０は、インパクトからの経過時間が０であれば（Ｓ１１０のＹ）、第１のセンサー１０の検出データ（角速度データと加速度データのいずれか一方あるいは両方）に基づいてインパクトか否かを判定する（Ｓ１３０）。
【００８６】
処理部２０は、インパクトであれば（Ｓ１３２のＹ）、インパクトからの経過時間のカウントを開始し（Ｓ１３４）、インパクトでなければ（Ｓ１３２のＮ）、第１のセンサー１０の角速度データから打撃用具の姿勢を算出し（Ｓ１６２）、第１のセンサー１０の加速度データから打撃用具の位置と速度を算出する（Ｓ１６４）。
【００８７】
また、処理部２０は、インパクトからの経過時間が０でなければ（Ｓ１１０のＮ）、インパクトからの経過時間を更新する（Ｓ１２０）。
【００８８】
そして、処理部２０は、インパクトからの経過時間が特定時間以内であれば（Ｓ１４０のＹ）、打撃用具の姿勢変化をユーザーの手の姿勢変化と同じとみなし、第２のセンサー１２の角速度データから手の姿勢を算出し、打撃用具の姿勢とする（Ｓ１５０）。ここで、処理部２０が特定時間決定部２８として機能し、インパクトの後の第１のセンサー１０の検出データが飽和している時間が特定時間の少なくとも一部となるように特定時間を決定する。
【００８９】
続いて、処理部２０は、打撃用具の位置変化及び速度変化をユーザーの手の位置変化及び速度変化と同じとみなし、第２のセンサー１２の加速度データから打撃用具の位置と速度を算出し（Ｓ１５２）、処理を終了する。
【００９０】
一方、インパクトからの経過時間が特定時間を超えれば（Ｓ１４０のＮ）、処理部２０は、インパクトからの経過時間を０にリセットし（Ｓ１６０）、第１のセンサー１０の角速度データから打撃用具の姿勢を算出する（Ｓ１６２）。
【００９１】
続いて、処理部２０は、第１のセンサー１０の加速度データから打撃用具の位置と速度を算出し（Ｓ１６４）、処理を終了する。
【００９２】
なお、図８のフローチャートの各ステップを適宜入れ替えてもよい。
【００９３】
本実施形態では、ゴルフクラブの運動解析を行う運動解析システムを例に挙げて説明したが、本発明の運動解析システムは、テニスラケットや野球のバットなどの様々な打撃用具の運動解析に適用することができる。
【００９４】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００９５】
１ 運動解析システム、１０ 第１のセンサー、１２ 第２のセンサー、２０ 処理部、２２ データ取得部、２４ インパクト判定部、２６ 運動解析情報算出部、２８ 特定時間決定部、３０ 操作部、４０ 表示部、５０ ＲＯＭ、６０ ＲＡＭ、７０ 不揮発性メモリー、８０ 記録媒体、９０ 受信部、１００ パーソナルコンピューター（ＰＣ）、１１０ ６軸センサーモジュール、１１２ ６軸センサーモジュール、２００ データ送信ユニット、２１０ データ処理部、２２０ 送信部、２６２ 姿勢算出部、２６４ 位置速度算出部、３００ センサーユニット、３１０ データ処理部、３２０ 送信部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
打撃用具に取り付けられる第１のセンサーと、
前記打撃用具の動きに連動し、ユーザーの部位に取り付けられる第２のセンサーと、
前記打撃用具の打撃のインパクトのタイミングを判定するインパクト判定部と、
前記インパクトの前は、前記第１のセンサーの検出信号を用いて第１の運動解析情報を算出し、前記インパクトの後は、前記第２のセンサーの検出信号を用いて第２の運動解析情報を算出する運動解析情報算出部と、を含む、運動解析システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１のセンサーは、前記打撃用具の角速度を検出し、
前記第２のセンサーは、前記打撃用具の動きに連動する部位の角速度を検出する、運動解析システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記第１のセンサーは、前記打撃用具の加速度を検出し、
前記第２のセンサーは、前記打撃用具の動きに連動する部位の加速度を検出する、運動解析システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項において、
前記インパクトの後の前記第１のセンサーの検出信号の振幅及び周期の少なくとも一方に基づいて、特定時間を決定する特定時間決定部を含み、
前記運動解析情報算出部は、
少なくとも前記特定時間の間は、前記第２のセンサーの検出信号を用いて前記第２の運動解析情報を算出する、運動解析システム。
【請求項５】
請求項４において、
前記特定時間決定部は、
前記インパクトの後の前記第１のセンサーの検出信号が飽和している時間を前記特定時間の少なくとも一部とする、運動解析システム。
【請求項６】
打撃用具の打撃のインパクトのタイミングを判定するインパクト判定部と、
前記インパクトの前は、前記打撃用具に取り付けられる第１のセンサーの検出信号を用いて第１の運動解析情報を算出し、前記インパクトの後は、前記打撃用具の動きに連動しユーザーの部位に取り付けられる第２のセンサーの検出信号を用いて第２の運動解析情報を算出する運動解析情報算出部としてコンピューターを機能させる、運動解析プログラム。
【請求項７】
請求項６に記載の運動解析プログラムを記録した、コンピューター読み取り可能な記録媒体。
【請求項１】
打撃用具に取り付けられる第１のセンサーと、
前記打撃用具の動きに連動し、ユーザーの部位に取り付けられる第２のセンサーと、
前記打撃用具の打撃のインパクトのタイミングを判定するインパクト判定部と、
前記インパクトの前は、前記第１のセンサーの検出信号を用いて第１の運動解析情報を算出し、前記インパクトの後は、前記第２のセンサーの検出信号を用いて第２の運動解析情報を算出する運動解析情報算出部と、を含む、運動解析システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１のセンサーは、前記打撃用具の角速度を検出し、
前記第２のセンサーは、前記打撃用具の動きに連動する部位の角速度を検出する、運動解析システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記第１のセンサーは、前記打撃用具の加速度を検出し、
前記第２のセンサーは、前記打撃用具の動きに連動する部位の加速度を検出する、運動解析システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項において、
前記インパクトの後の前記第１のセンサーの検出信号の振幅及び周期の少なくとも一方に基づいて、特定時間を決定する特定時間決定部を含み、
前記運動解析情報算出部は、
少なくとも前記特定時間の間は、前記第２のセンサーの検出信号を用いて前記第２の運動解析情報を算出する、運動解析システム。
【請求項５】
請求項４において、
前記特定時間決定部は、
前記インパクトの後の前記第１のセンサーの検出信号が飽和している時間を前記特定時間の少なくとも一部とする、運動解析システム。
【請求項６】
打撃用具の打撃のインパクトのタイミングを判定するインパクト判定部と、
前記インパクトの前は、前記打撃用具に取り付けられる第１のセンサーの検出信号を用いて第１の運動解析情報を算出し、前記インパクトの後は、前記打撃用具の動きに連動しユーザーの部位に取り付けられる第２のセンサーの検出信号を用いて第２の運動解析情報を算出する運動解析情報算出部としてコンピューターを機能させる、運動解析プログラム。
【請求項７】
請求項６に記載の運動解析プログラムを記録した、コンピューター読み取り可能な記録媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−９９１７（Ｐ２０１３−９９１７Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４５９６６（Ｐ２０１１−１４５９６６）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
[ Back to top ]