(57)【要約】【課題】  複数のセンサーの方位角を一致させる方位角キャリブレーション方法、運動解析装置、および方位角キャリブレーションプログラムを提供する。【解決手段】  運動解析装置１１は、多自由度を持つ節２８により連結された２つの剛体の一方に取付けられた第１慣性センサー１からの出力を用いて、絶対座標系ΣＸＹＺにおける節２８での第１ベクトルＶｅｃ１を算出する第１算出部１１０と、他方の剛体に取付けられた第２慣性センサー２からの出力を用いて、絶対座標系ΣＸＹＺにおける節２８での第２ベクトルＶｅｃ２を算出する第２算出部１２０と、第１ベクトルと第２ベクトルの向きの差を算出する第３算出部１３０とを有する。【選択図】図３
2015100567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多自由度を持つ節により連結された２つの剛体の一方に取付けられた第１慣性センサーの出力を用いて、絶対座標系における前記節での第１ベクトルを算出する第１ベクトル算出工程と、
前記２つの剛体の他方に取付けられた第２慣性センサーの出力を用いて、前記絶対座標系における前記節での第２ベクトルを算出する第２ベクトル算出工程と、
前記第１ベクトルと前記第２ベクトルの向きの差を算出する算出工程と、
を備えることを特徴とする方位角キャリブレーション方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方位角キャリブレーション方法において、
前記第１ベクトルと前記第２ベクトルの向きの差に基づいて、前記第１ベクトルおよび前記第２ベクトルの少なくとも一方の向きを補正する工程を含むことを特徴とする方位角キャリブレーション方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方位角キャリブレーション方法において、
前記第１慣性センサー及び前記第２慣性センサーの各々は、加速度センサー及び角速度センサーを含み、
前記第１ベクトル及び前記第２ベクトルの各々は、前記節の速度ベクトルであることを特徴とする方位角キャリブレーション方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方位角キャリブレーション方法において、
前記第１ベクトル算出工程は、
前記第１慣性センサーの出力から得られる角速度及び加速度と、前記第１慣性センサーから前記節までの長さ情報とを用いて、前記第１慣性センサーのセンサー座標系における前記節の加速度を算出する第１加速度検出工程と、
前記第１加速度検出工程で得られる前記節の加速度を積分して、前記第１慣性センサーのセンサー座標系における前記節の速度を算出する第１速度算出工程と、
前記第１慣性センサーの出力から得られる前記角速度を用いて、前記第１剛体の姿勢を検出する第１姿勢検出工程と、
前記第１姿勢検出工程で得られる前記第１剛体の姿勢を用いて、前記第１慣性センサーのセンサー座標系における前記節の速度を、前記絶対座標系における前記節の速度に変換する第１座標変換工程と、を含み、
前記第２ベクトル算出工程は、
前記第２慣性センサーの出力から得られる角速度及び加速度と、前記第２慣性センサーから前記節までの長さ情報とを用いて、前記第２慣性センサーのセンサー座標系における前記節の加速度を算出する第２加速度検出工程と、
前記第２加速度検出工程で得られる前記節の加速度を積分して、前記第２慣性センサーのセンサー座標系における前記節の速度を算出する第２速度算出工程と、
前記第２慣性センサーの出力から得られる前記角速度を用いて、前記第２剛体の姿勢を検出する第２姿勢検出工程と、
前記第２姿勢検出工程で得られる前記第２剛体の姿勢を用いて、前記第２慣性センサーのセンサー座標系における前記節の速度を、前記絶対座標系における前記節の速度に変換する第２座標変換工程と、を含むことを特徴とする方位角キャリブレーション方法。
【請求項５】
多自由度を持つ節により連結された２つの剛体の一方に取付けられた第１慣性センサーからの出力を用いて、絶対座標系における前記節での第１ベクトルを算出する第１算出手段と、
前記２つの剛体の他方に取付けられた第２慣性センサーからの出力を用いて、前記絶対座標系における前記節での第２ベクトルを算出する第２算出手段と、
前記第１ベクトルと前記第２ベクトルの向きの差を算出する第３算出手段と、
いずれかの慣性センサーの出力を用いて、前記第１剛体および前記第２剛体の少なくとも一方の姿勢を検出する姿勢検出手段と、を含み、
前記第３算出手段により算出された前記差に基づいて、前記第１慣性センサーおよび前記第２慣性センサーの方位角の補正が実施されることを特徴とする運動解析装置。
【請求項６】
請求項５に記載の運動解析装置において、
前記第１慣性センサーは運動具に設けられ、前記第２慣性センサーは前記運動具を操作する被験者に設けられることを特徴とする運動解析装置。
【請求項７】
請求項６に記載の運動解析装置において、
前記絶対座標系の一軸は、静止時における前記運動具の打球ターゲット方向と一致されることを特徴とする運動解析装置。
【請求項８】
多自由度を持つ節により連結された２つの剛体の一方に取付けられた第１慣性センサーからの出力を用いて、絶対座標系における前記節での第１ベクトルを算出する手順と、
前記２つの剛体の他方に取付けられた第２慣性センサーの出力を用いて、前記絶対座標系における前記節での第２ベクトルを算出する手順と、
前記第１ベクトルと前記第２ベクトルの向きの差を算出する手順と、
前記差に基づいて、前記第１慣性センサーおよび前記第２慣性センサーの方位角の補正を実施する手順と、
をコンピューターに実行させることを特徴とする方位角キャリブレーションプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方位角キャリブレーション方法、運動解析装置、および方位角キャリブレーションプログラム等に関する。
【背景技術】
【０００２】
運動解析装置はスイング動作といった運動の解析に用いられる。スイング時に運動具は振られる。振る際に運動具のグリップは手で握られる。運動具が振られると、運動具の姿勢は時間軸に従って変化する。運動具には慣性センサーが装着される。慣性センサーの出力に基づき視覚的にスイング動作が再現される。こうした運動解析装置の一具体例として、例えば特許文献１に開示されるようにゴルフスイング解析装置が挙げられる。特許文献１には、剛体であるゴルフクラブのシャフトとヘッド等の２箇所に慣性センサーを取り付けることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
例えば、ゴルフスイングの解析を行う場合に、ゴルフクラブの運動解析だけでなく、ゴルフクラブを操作する腕の運動解析も必要となる場合がある。この場合、ゴルフクラブと腕とにそれぞれ慣性センサーを取り付けることになる。
【０００５】
このように、２つの慣性センサーを用いる場合、各々の慣性センサーはラフにゴルフクラブや腕に取り付けられるため、２つの慣性センサー間で検出軸の方向が一致していない。この状態でスイング解析を行うと、２つの慣性センサーで計測されたデータの方位が揃っていないので、２つの慣性センサーから得られた２つの軌跡等が実際の動きと異なって再現され、スイング解析の精度が落ちてしまう問題があった。
【０００６】
特に、ゴルフクラブと腕とはそれぞれ異なる剛体として姿勢変化することから、ゴルフクラブと腕の方位を合わせ難いという課題があった。
【０００７】
本発明の幾つかの態様は、多自由度を持つ節により連結された２つの剛体にそれぞれ取り付けられた２つの慣性センサーから求められるベクトルの向きを揃えることができる方位角キャリブレーション方法、運動解析装置、および方位角キャリブレーションプログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の一態様は、多自由度を持つ節により連結された２つの剛体の一方に取付けられた第１慣性センサーの出力を用いて、絶対座標系における前記節での第１ベクトルを算出する第１ベクトル算出工程と、前記２つの剛体の他方に取付けられた第２慣性センサーの出力を用いて、前記絶対座標系における前記節での第２ベクトルを算出する第２ベクトル算出工程と、前記第１ベクトルと前記第２ベクトルの向きの差を算出する算出工程と、を備える方位角キャリブレーション方法に関する。
【０００９】
ゴルフスイングを例にすると、腕とゴルフクラブとは、手で握られるゴルフクラブのグリップ上に多自由度を持つ節があり、その節より連結された２つの剛体とみなすことができる。２つの剛体の一方に取付けられた第１慣性センサーからの出力を用いて算出される絶対座標系における節での第１ベクトルと、２つの剛体の他方に取付けられた第２慣性センサーからの出力を用いて算出される同じ座標系における節での第２ベクトルとは、同じ物理量であれば同一の向きにあるのが正しい。もし第１，第２ベクトルの向きの間に差分があれば、その差分が両ベクトルの方位角間のキャリブレーション量となる。このキャリブレーション量に基づいて複数のセンサー間の方位角キャリブレーションが可能となる。
【００１０】
（２）本発明の一態様では、前記第１ベクトルと前記第２ベクトルの向きの差に基づいて、前記第１ベクトルおよび前記第２ベクトルの少なくとも一方の向きを補正する工程を含むことができる。
【００１１】
取得したキャリブレーション量に基づいて、第１ベクトルおよび第２ベクトルの少なくとも一方の向きを補正することにより、節での第１，第２ベクトルの向きが一致する。
【００１２】
（３）本発明の一態様では、前記第１慣性センサー及び前記第２慣性センサーの各々は、三軸加速度センサー及び三軸角速度センサーを含み、前記第１ベクトル及び前記第２ベクトルの各々は、前記節の速度ベクトルとすることができる。
【００１３】
節の速度ベクトルは、第１，第２慣性センサーからの加速度及び角速度を用いて算出できる。速度ベクトルは、加速度ベクトルに比べて変動やノイズが少なく、速度ベクトルを積分して算出される位置ベクトルよりも積分の累積誤差が少ない点で、キャリブレーション量の算出に適している。
【００１４】
（４）本発明の一態様では、前記第１ベクトル算出工程は、前記第１慣性センサーの出力から得られる角速度及び加速度と、前記第１慣性センサーから前記節までの長さ情報とを用いて、前記第１慣性センサーのセンサー座標系における前記節の加速度を算出する第１加速度検出工程と、前記第１加速度検出工程で得られる前記節の加速度を積分して、前記第１慣性センサーのセンサー座標系における前記節の速度を算出する第１速度算出工程と、前記第１慣性センサーの出力から得られる前記角速度を用いて、前記第１剛体の姿勢を検出する第１姿勢検出工程と、前記第１姿勢検出工程で得られる前記第１剛体の姿勢を用いて、前記第１慣性センサーのセンサー座標系における前記節の速度を、前記絶対座標系における前記節の速度に変換する第１座標変換工程と、を含み、前記第２ベクトル算出工程は、前記第２慣性センサーの出力から得られる角速度及び加速度と、前記第２慣性センサーから前記節までの長さ情報とを用いて、前記第２慣性センサーのセンサー座標系における前記節の加速度を算出する第２加速度検出工程と、前記第２加速度検出工程で得られる前記節の加速度を積分して、前記第２慣性センサーのセンサー座標系における前記節の速度を算出する第２速度算出工程と、前記第２慣性センサーの出力から得られる前記角速度を用いて、前記第２剛体の姿勢を検出する第２姿勢検出工程と、前記第２姿勢検出工程で得られる前記第２剛体の姿勢を用いて、前記第２慣性センサーのセンサー座標系における前記節の速度を、前記絶対座標系における前記節の速度に変換する第２座標変換工程と、を含むことができる。
【００１５】
このように、第１慣性センサーのセンサー座標系における節の速度は、第１慣性センサーからの角速度で求まる剛体の姿勢に基づいて絶対座標系に座標変換して求めることもできる。また、第２慣性センサーのセンサー座標系における節の速度は、第２慣性センサーからの角速度で求まる剛体の姿勢に基づいて絶対座標系に座標変換して求めることができる。
【００１６】
（５）本発明の他の態様は、多自由度を持つ節により連結された２つの剛体の一方に取付けられた第１慣性センサーからの出力を用いて、絶対座標系における前記節での第１ベクトルを算出する第１算出手段と、前記２つの剛体の他方に取付けられた第２慣性センサーからの出力を用いて、前記絶対座標系における前記節での第２ベクトルを算出する第２算出手段と、前記第１ベクトルと前記第２ベクトルの向きの差を算出する第３算出手段と、いずれかの慣性センサーの出力を用いて、前記第１剛体および前記第２剛体の少なくとも一方の姿勢を検出する姿勢検出手段と、を含み、前記第３算出手段により算出された前記差に基づいて、前記第１慣性センサーおよび前記第２慣性センサーの方位角の補正が実施される運動解析装置に関する。
【００１７】
本発明の他の態様では、本発明の一態様に係る運動解析方法を実施することにより、第１，第２剛体の間の節のベクトルの向きが一致するので、第１剛体及び第２剛体の少なくとも一方の姿勢を正しく運動解析することができる。なお、姿勢検出手段は第１算出手段及び第２算出手段の少なくとも一方の内部に配置することができる。
【００１８】
（６）本発明の他の態様では、前記第１慣性センサーは運動具に設けられ、前記第２慣性センサーは前記運動具を操作する腕に設けることができる。
【００１９】
運動具と腕は、手で握られる運動具のグリップ部上の節で連結された２つの剛体と考えることができ、運動具と腕に設けられる第１，第２慣性センサーの出力を用いて運動具と腕のスイング解析等を行うことができる。
【００２０】
（７）本発明の他の態様では、前記絶対座標系の一軸は、静止時における前記運動具の打球ターゲット方向と一致させることができる。
【００２１】
絶対座標系の一軸を静止時における運動具の打球ターゲット方向とし、他の一軸を重力方向とすると、絶対座標系である直交三軸座標系をスイング解析し易い座標系に定めることができる。
【００２２】
（８）本発明のさらに他の態様は、多自由度を持つ節により連結された２つの剛体の一方に取付けられた第１慣性センサーからの出力を用いて、絶対座標系における前記節での第１ベクトルを算出する手順と、前記２つの剛体の他方に取付けられた第２慣性センサーの出力を用いて、前記絶対座標系における前記節での第２ベクトルを算出する手順と、前記第１ベクトルと前記第２ベクトルの向きの差を算出する手順と、前記差に基づいて、前記第１慣性センサーおよび前記第２慣性センサーの方位角の補正を実施する手順と、をコンピューターに実行させる方位角キャリブレーションプログラムに関する。
【００２３】
この方位角キャリブレーションプログラムは、本発明の他の態様に係る運動解析装置の動作をコンピューターに実行させることができる。このプログラムは、運動解析装置に当初から記憶されていても良いし、記憶媒体に格納されて運動解析装置にインストールされても良いし、ネットワークを通じてサーバーから運動解析装置の通信端末にダウンロードされても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】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。
【図２】運動解析モデルを概略的に示す概念図である。
【図３】方位角キャリブレーション方法の概略ブロック図である。
【図４】絶対座標系での節についての第１，第２ベクトルの向きのずれを説明するための図である。
【図５】方位角キャリブレーション方法の具体的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
（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には第１慣性センサー１及び第２慣性センサー２が接続される。第１慣性センサー１及び第２慣性センサー２の各々には例えば、加速度センサーやジャイロセンサー（角速度センサー）が組み込まれる。加速度センサーは互いに直交する三軸ｘ，ｙ，ｚ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ｘ，ｙ，ｚの各軸回りに個別に角速度を検出することができる。第１慣性センサー１及び第２慣性センサー２は、それぞれ検出信号を出力する。各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。
【００２７】
第１慣性センサー１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が延びる長軸の方向と同軸に形成される。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、第１慣性センサー１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。第１慣性センサー１はゴルフクラブ１３に相対移動不能に固定されればよい。第２慣性センサー２は、右利きの被験者の右腕のうち、肘と手首の間の下腕３に取付けられる。第２慣性センサー２は下腕３に相対移動不能に固定されればよい。
【００２８】
ここで、第１慣性センサー１の取り付けにあたって第１慣性センサー１の局座標系をｘ１，ｙ１，ｚ１とすると、例えばｙ１軸はシャフト１３ａが延びる長軸に平行に設定される。第１慣性センサー１の検出軸の他の１つであるｘ１軸は、例えばクラブヘッド１３ｃのフェース面と交差するターゲット方向Ａと平行に設定される。第１慣性センサー１の検出軸の他の１つであるｚ１軸は、例えばｘ１軸及びｙ１軸に直交するように設定される。
【００２９】
一方、第２慣性センサー２の取り付けにあたって第２慣性センサー１の局座標系をｘ２，ｙ２，ｚ２とすると、例えばｙ２軸は下腕３が延びる方向の軸に平行に設定される。第２慣性センサー２の検出軸の他の１つであるｘ２軸は、例えばｙ１軸及びｙ２軸が平行である時にｘ１軸と平行になるように設定される。第２慣性センサー２の検出軸の他の１つであるｚ２軸は、例えばｘ２軸及びｙ２軸に直交するように設定される。
【００３０】
ゴルフスイング解析装置１１は演算処理回路１４を備える。演算処理回路１４には第１慣性センサー１及び第２慣性センサー２が接続される。接続にあたって演算処理回路１４には所定のインターフェイス回路１５が接続される。このインターフェイス回路１５は有線で第１慣性センサー１及び第２慣性センサー２に接続されてもよく無線で第１慣性センサー１及び第２慣性センサー２に接続されてもよい。演算処理回路１４には第１慣性センサー１及び第２慣性センサー２から検出信号が供給される。
【００３１】
演算処理回路１４には記憶装置１６が接続される。記憶装置１６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（運動解析プログラム）１７および関連するデータが格納できる。演算処理回路１４はゴルフスイング解析ソフトウェアプログラム１７を実行しゴルフスイング解析方法を実現する。記憶装置１６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ことができる。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１７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１７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。
【００３２】
演算処理回路１４には画像処理回路１８が接続される。演算処理回路１４は画像処理回路１８に所定の画像データを送る。画像処理回路１８には表示装置１９が接続される。接続にあたって画像処理回路１８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１８は、入力される画像データに応じて表示装置１９に画像信号を送る。表示装置１９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１９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１４、記憶装置１６および画像処理回路１８は例えばコンピューター装置として提供される。
【００３３】
演算処理回路１４には入力装置２１が接続される。入力装置２１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２１から文字情報や数値情報が演算処理回路１４に入力される。入力装置２１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）等に置き換えられてもよい。
【００３４】
（２）運動解析モデル
演算処理回路１４は、図２に示される運動解析モデルに基づいて演算処理を行う。運動解析モデルについて以下に説明する。図２に示すように、絶対基準座標系（全体座標系）ΣＸＹＺを定義し、絶対基準座標系ΣＸＹＺに従って運動解析モデル２６が構築される。運動解析モデル２６は、ゴルフクラブ１３を第１剛体２７とし、下腕３を第２剛体２５とし、第１，第２剛体２７，２５は節（支点）２８にて多自由度で連結されているリンク機構としてモデル化される。第１剛体２７は節（支点）２８回りで三次元的に振子として動作する。節（支点）２８の位置は移動することができる。
【００３５】
第１慣性センサー１及び第２慣性センサー２の各々は加速度信号および角速度信号を出力する。第１慣性センサー１の加速度信号では、重力加速度ｇを含む加速度αｓ１（ａｘ１，ａｙ１，ａｚ１）が特定され、角速度信号では角速度ωｓ１（ωｘ１、ωｙ１、ωｚ１）が特定される。第２慣性センサー２の加速度信号では、重力加速度ｇを含む加速度αｓ２（ａｘ２，ａｙ２，ａｚ２）が特定され、角速度信号では角速度ωｓ２（ωｘ２、ωｙ２、ωｚ２）が特定される。
【００３６】
演算処理回路１４は、第１慣性センサー１に座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）で特定される局所座標系Σｓ１を固定する。局所座標系Σｓ１の原点は第１慣性センサー１の各検出軸の原点に設定される。この局所座標系Σｓ１に従って節（支点）２８の位置ｌｓｊは（０，ｌｓｊｙ，０）で特定される。同様に、クラブヘッド１３ｃの位置ｌｓｈは（０，ｌｓｈｙ，０）で特定される。
【００３７】
演算処理回路１４は同様に、第２慣性センサー２に座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）で特定される局所座標系Σｓ２を固定する。局所座標系Σｓ２の原点は第２慣性センサー２の各検出軸の原点に設定される。この局所座標系Σｓ２に従って節（支点）２８の位置Ｌｓｊは（０，Ｌｓｊｙ，０）で特定される。
【００３８】
（３）方位角キャリブレーション装置
図１に示す演算処理回路１４に設けられる方位角キャリブレーション装置１００について図３を参照して説明する。方位角キャリブレーション装置１００は、第１〜第３算出部１１０〜１３０を有する。第１算出部１１０は、多自由度を持つ節２８により連結された２つの剛体の一方のゴルフクラブ１３に取付けられた第１慣性センサー１からの出力を用いて、絶対座標系ΣＸＹＺにおける節２８での第１ベクトルＶｅｃ１を算出する。第２算出部１２０は、２つの剛体の他方である下腕３に取付けられた第２慣性センサー２からの出力を用いて、第１ベクトルＶｅｃ１と同じ物理量である第２ベクトルＶｅｃ２であって、かつ、絶対座標系ΣＸＹＺにおける節２８での第２ベクトルＶｅｃ２を算出する。ここで、第１，第２ベクトルＶｅｃ１，Ｖｅｃ２の双方は、速度ベクトル、加速度ベクトルまたは位置ベクトルのいずれかである。第３算出部１３０は、図４に模式的に示す第１ベクトルＶｅｃ１と第２ベクトルＶｅｃ２の向きの差θｃを算出する。
【００３９】
ここで、下腕３とゴルフクラブ１３とは、手で握られるゴルフクラブ１３のグリップ１３ｂ上に多自由度を持つ節２８があり、その節２８より連結された２つの剛体とみなすことができる。２つの剛体の一方に取付けられた第１慣性センサー１からの出力を用いて第１算出部１１０で算出される絶対座標系ΣＸＹＺにおける節２８での第１ベクトルＶｅｃ１と、２つの剛体３，１３の他方に取付けられた第２慣性センサー２からの出力を用いて第２算出部１２０で算出される同じ座標系における節２８での第２ベクトルＶｅｃ２とは、同じ物理量（速度ベクトル、加速度ベクトルまたは位置ベクトルのいずれか）であれば、本来同一の向きにあるのが正しい。もし第１，第２ベクトルＶｅｃ１，Ｖｅｃ２の向きの間に差分θｃがあれば、その差分θが両ベクトルの方位角間のキャリブレーション量となる。第３算出部１３０は、そのキャリブレーション量θｃを算出できる。第３算出部１３０は、キャリブレーション量θｃを方位角キャリブレーション装置１００の外部に出力することができる。このキャリブレーション量θｃに基づいて、第１，第２慣性センサー１，２の一方について、検出軸回りの初期位置を設定して、方位角キャリブレーションを実施することができる。
【００４０】
例えば、第１，第２ベクトルＶｅｃ１，Ｖｅｃ２が下腕３とゴルフクラブ１３の運動解析に用いられる場合にあっては、第３算出部１３０は、キャリブレーション量θｃに基づいて、第１，第２ベクトルＶｅｃ１，Ｖｅｃ２の一方、例えば第２ベクトルＶｅｃ２の向きを補正することができる。第３算出部１３０は、第２算出部１２０にて第２ベクトルＶｅｃ２を算出する時に設定された初期条件θ０（各軸回りの初期位置）からθｃに変更することができる。それにより、第２ベクトルＶｅｃ２の向きを補正することで、節２８での第１，第２ベクトルＶｅｃ１，Ｖｅｃ２の向きが一致するようにして、方位角キャリブレーションを実施することができる。
【００４１】
ここで、第１ベクトルＶｅｃ１及び第２ベクトルＶｅｃ２の各々は、節２８の速度ベクトルとすることができる。節２８の速度ベクトルは、後述の通り第１，第２慣性センサー１，２からの加速度及び角速度を用いて算出できる。速度ベクトルは、加速度ベクトルに比べて変動やノイズが少なく、速度ベクトルを積分して算出される位置ベクトルよりも積分の累積誤差が少ない点で、キャリブレーション量の算出に適しているからである。
【００４２】
第１算出部１１０は、図５に示すように、第１加速度検出部１１１と、第１速度検出部１１２と、第１姿勢検出部１１３と、第１座標変換部１１４と、を含む。第２算出部１２０は、図５に示すように、第２加速度検出部１２１と、第２速度検出部１２２と、第２姿勢検出部１２３と、第２座標変換部１２４と、を含む。
【００４３】
第１加速度検出部１１１は、第１慣性センサー１からの角速度ωｓ１及び加速度αｓ１と、第１慣性センサー１から節２８までの長さ情報（ｌｓｊｙ）とを用いて、第１慣性センサー１のセンサー座標系Σｓ１における節２８の加速度αｓｊ１を算出する。同様に、第２加速度検出部１２１は、第２慣性センサー２からの角速度ωｓ２及び加速度αｓ２と、第２慣性センサー２から節２８までの長さ情報（Ｌｓｊｙ）とを用いて、第２慣性センサー２のセンサー座標系Σｓ２における節２８の加速度αｓｊ２を算出する。第１加速度検出部１１１で算出される加速度αｓｊ１は数式１で求まる。第２加速度検出部１２１で求められる加速度αｓｊ２は、数式２で求まる。
【数１】
2015100567.tif 000003
【数２】
2015100567.tif 000004
【００４４】
第１速度検出部１１２は、第１加速度検出部１１１で算出された加速度αｓｊ１と、例えば静止状態の初期条件Ｖｓｊ１（０）＝０に基づき節２８の移動速度Ｖｓｊ１（ｔ）を算出する。同様に、第２速度検出部１２２は、第２加速度検出部１２１で算出された加速度αｓｊ２と、例えば静止状態の初期条件Ｖｓｊ２（０）＝０に基づき節２８の移動速度Ｖｓｊ２（ｔ）を算出する。ここでは、数式３および数式４に従って加速度αｓｊ１およびαｓｊ２に規定のサンプリング間隔ｄｔで積分処理が施される。
【数３】
2015100567.tif 000005
【数４】
2015100567.tif 000006
【００４５】
ここで、第１姿勢検出部１１３及び第２姿勢検出部１２３の各々は、３軸回りの角速度に基づきサンプリング点ごとに慣性センサー１または慣性センサー２の姿勢を算出する。算出にあたって、例えば数式５を用いて角速度から回転行列Ｒｓが特定される。
【数５】
2015100567.tif 000007
ここでは、回転行列Ｒｓの特定にあたってクォータニオンＱが特定される。
【数６】
2015100567.tif 000008
ここで、角速度の大きさは次式で算出され、
【数７】
2015100567.tif 000009
ただし、計測した角速度［ｒａｄ／ｓ］は次式で表され、
【数８】
2015100567.tif 000010
単位時間Δｔ当たりの角度θ［ｒａｄ］は次式で算出される。
【数９】
2015100567.tif 000011
上記ωｘ，ωｙ，ωｚに第１姿勢検出部１１３からの角速度の情報、または第２姿勢検出部１２３からの角速度の情報を入力することにより、第１慣性センサー１および第２慣性センサー２の各々における回転行列Ｒｓを求める。
【００４６】
第１座標変換部１１４は、第１慣性センサー１のセンサー座標系Σｓ１における節の速度Ｖｓｊ１（ｔ）を、回転行列Ｒｓを用いて絶対座標系ΣＸＹＺでの節２８の速度に変換する。第２座標変換部１２４は、第２慣性センサー２のセンサー座標系Σｓ２における節の速度Ｖｓｊ２（ｔ）を、回転行列Ｒｓを用いて絶対座標系ΣＸＹＺでの節２８の速度に変換する。
【００４７】
上記の演算処理により、第１慣性センサー１のセンサー座標系における節の速度ベクトルを絶対座標系における節の速度ベクトルに変換し、第２慣性センサー２のセンサー座標系における節の速度ベクトルを絶対座標系における節の速度ベクトルに変換された。
【００４８】
両ベクトルの差分θｃは、両ベクトルの方位角間のキャリブレーション量となる。第３算出部１３０は、そのキャリブレーション量θｃを算出する。第３算出部１３０は、キャリブレーション量θｃを方位角キャリブレーション装置１００の外部に出力することができる。このキャリブレーション量θｃに基づいて、第１，第２慣性センサー１，２の一方について、方位角キャリブレーションを実施し、第１慣性センサー１と第２慣性センサー２の方位角を一致することができる。
【００４９】
（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２１から演算処理回路１４に入力される。ここでは、運動解析モデル２６に従って、局所座標系Σｓ１，Σｓ２に従った節（支点）２８の位置ｌｓｊ，Ｌｓｊと、第１，第２慣性センサー１，２の初期姿勢の入力が促される。
【００５０】
ゴルフスイングの実行に先立って第１，第２慣性センサー１，２の計測は開始される。動作の開始時に第１，第２慣性センサー１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として特定されるものに相当する。第１，第２慣性センサー１，２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。第１，第２慣性センサー１，２の検出信号はリアルタイムで演算処理回路１４に送り込まれる。演算処理回路１４は第１，第２慣性センサー１，２の出力を特定する信号を受信する。
【００５１】
この当初の段階で、方位角キャリブレーション装置１００で方位角キャリブレーションが実施される。その後、運度解析データを収集する。ゴルフスイングは、アドレスに始まって、テイクバック、ハーフウェイバック、トップからダウンスイング、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が振られると、ゴルフクラブ１３や被験者の姿勢は時間軸に従って変化する。第１慣性センサー１はゴルフクラブ１３や被験者の姿勢に応じて検出信号を出力する。スイング動作時の検出信号に基づき時間軸に従ってゴルフクラブ１３や下腕３の姿勢、位置、速度、加速度等を算出する。それにより、下腕３やゴルフクラブ１３のスイング解析データを収集できる。スイング画像データを表示装置１９に表示すれば、スイング解析を行うことができる。
【００５２】
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、第１，第２慣性センサー１，２や演算処理回路１４、運動解析モデル２６、方位角キャリブレーション装置１００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。また、本発明が適用される運動解析はゴルフに限らず、テニス、卓球などの特に打撃具にて好適に実施することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１  第１慣性センサー、２  第２慣性センサー、３，２５  第２剛体（下腕）、１１  運動解析装置（ゴルフスイング解析装置）、１３，２７  第１剛体（運動具、ゴルフクラブ）、１３ａ  シャフト部（シャフト）、１３ｂ  グリップ、１３ｃ  クラブヘッド、１４  コンピューター（演算処理回路）、１７  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）、１００  方位角キャリブレーション装置、１１０  第１算出部、１１１  第１加速度検出部、１１２  第１速度検出部、１１３  第１姿勢検出部、１１４  第１座標変換部、１２０  第２算出部、１２１  第２加速度検出部、１２２  第２速度検出部、１２３  第２姿勢検出部、１２４  第２座標変換部、１３０  第３算出部、θｃ  方位角キャリブレーション量、Ｖｅｃ１  第１ベクトル、Ｖｅｃ２  第２ベクトル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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