(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に取り付けられた第１の姿勢角センサーからの出力を用いて第１の姿勢角のデータを取得し、且つ、前記被測定物の前記第１の姿勢角センサーと離れた位置に取り付けられた第２の姿勢角センサーからの出力を用いて前記第２の姿勢角のデータを取得するデータ取得部と、
前記被測定物の運動開始後の前記第１の姿勢角と前記第２の姿勢角との差分を、前記被測定物の運動開始前の前記第１の姿勢角と前記第２の姿勢角との差分に応じて補正する姿勢角補正部と、
前記姿勢角補正部により補正された前記第１の姿勢角と前記第２の姿勢角との差分に基づいて、前記被測定物の変形量を算出する変形量算出部と、を含む、変形量算出装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記姿勢角補正部は、
前記被測定物の運動開始後の前記第１の姿勢角と前記第２の姿勢角との差分から前記被測定物の運動開始前の前記第１の姿勢角と前記第２の姿勢角との差分を差し引くことにより補正する、変形量算出装置。
【請求項３】
被測定物に取り付けられた第１の姿勢角センサーからの出力を用いて第１の角速度および第１の姿勢角のデータを取得し、且つ、前記被測定物の前記第１の姿勢角センサーと離れた位置に取り付けられた第２の姿勢角センサーからの出力を用いて第２の角速度および第２の姿勢角のデータを取得するデータ取得部と、
前記第１の角速度と前記第２の角速度との差分を、前記第１の姿勢角と前記第２の姿勢角との差分に応じて補正する角速度補正部と、
前記角速度補正部により補正された前記第１の角速度と前記第２の角速度との差分を積
分して前記被測定物の変形量を算出する変形量算出部と、を含む、変形量算出装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記角速度補正部は、
前記第１の姿勢角と前記第２の姿勢角との差分に応じて前記第１の角速度と前記第２の角速度の一方を他方の検出軸に対する角速度に変換し、一方が変換された前記第１の角速度と前記第２の角速度との差分を算出することにより、前記第１の角速度と前記第２の角速度との差分を補正する、変形量算出装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記被測定物は、ゴルフクラブである、変形量算出装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記第１の姿勢角センサーは、
前記ゴルフクラブのグリップ部又はシャフト部に取り付けられ、
前記第２の姿勢角センサーは、
前記ゴルフクラブのヘッド部に取り付けられる、変形量算出装置。
【請求項７】
被測定物の互いに離れた位置に取り付けられた第１の姿勢角を検出する第１の姿勢角センサーと第２の姿勢角を検出する第２の姿勢角センサーとから、前記第１の姿勢角及び前記第２の姿勢角の各データを取得するデータ取得工程と、
前記被測定物の運動開始後の前記第１の姿勢角と前記第２の姿勢角との差分を、前記被測定物の運動開始前の前記第１の姿勢角と前記第２の姿勢角との差分に応じて補正する姿勢角補正工程と、
前記姿勢角補正工程で補正された前記第１の姿勢角と前記第２の姿勢角との差分に基づいて、前記被測定物の変形量を算出する変形量算出工程と、を含む、変形量算出方法。
【請求項８】
被測定物の互いに離れた位置に取り付けられた第１の角速度および第１の姿勢角を検出する第１の姿勢角センサーと第２の角速度および第２の姿勢角を検出する第２の姿勢角センサーとから、前記第１の姿勢角、前記第１の角速度、前記第２の姿勢角及び前記第２の角速度の各データを取得するデータ取得工程と、
前記第１の角速度と前記第２の角速度との差分を、前記第１の姿勢角と前記第２の姿勢角との差分に応じて補正する角速度補正工程と、
前記角速度補正工程で補正された前記第１の角速度と前記第２の角速度との差分を積分して前記被測定物の変形量を算出する変形量算出部工程と、を含む、変形量算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運動解析装置及び運動解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴルフクラブの特性評価に際してスイング時の撓みや捩れの解析が行われる。従来より、スイング時のゴルフクラブの挙動をカメラで撮影し、撮影した画像からゴルフクラブの撓みや捩れを解析する手法が知られている。しかし、この手法では、画像を解析するため、撓みや捻れによる変形量を高精度に測定することは難しく、また測定から実際のデータを得るまでに時間を要するという欠点があった。
【０００３】
一方、特許文献１には、ゴルフクラブのヘッド部とグリップ部にジャイロセンサーを取り付けてスイングのヘッドスピードや飛距離などを評価する手法が提案されており、この手法をゴルフクラブの撓みや捩れの解析に応用することが考えられる。すなわち、ヘッド部とグリップ部に取り付けた２つのジャイロセンサーが検出する角速度の差から、ゴルフクラブの撓み量や捩れ量を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
しかしながら、この手法ではグリップ部に装着したジャイロセンサーとヘッド部に装着したジャイロセンサーの取り付け角の誤差が角速度の検出感度の誤差となるため、取り付け角を正確に一致させる必要がある。ところが、グリップ部とヘッド部は１ｍ程度離れているため、２つのジャイロセンサーの取り付け角を正確に一致させることは非常に困難である。取り付け角の誤差を測定できれば、ジャイロセンサーから取得した角速度に補正を掛けることは可能であるが、取り付け角の誤差を正確に測定することはやはり非常に困難である。そのため、高い解析精度が要求される場合には、ジャイロセンサーを用いた手法を適用することができない。
【０００６】
このような撓みや捻れによる変形量の解析はゴルフクラブに限らず様々な分野で行われており、高い解析精度を実現する新たな手法が必要になっている。
【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、被測定物の運動中の変形量を高い精度で解析可能な運動解析装置及び運動解析方法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、被測定物に取り付けられ、第１の姿勢角を検出する第１の姿勢角センサーと、前記被測定物の前記第１の姿勢角センサーと離れた位置に取り付けられ、第２の姿勢角を検出する第２の姿勢角センサーと、前記第１の姿勢角及び前記第２の姿勢角の各データを取得するデータ取得部と、前記被測定物の運動開始後の前記第１の姿勢角と前記第２の姿勢角との差分を、前記被測定物の運動開始前の前記第１の姿勢角と前記第２の姿勢角との差分に応じて補正する姿勢角補正部と、前記姿勢角補正部により補正された前記第１の姿勢角と前記第２の姿勢角との差分に基づいて、前記被測定物の変形量を算出する変形量算出部と、を含む、運動解析装置である。
【０００９】
被測定物は、運動中に変形するものであればよい。また、被測定物の運動とは、被測定物が位置及び姿勢の少なくとも一方を変える動作をいい、被測定物が動力を有して自発的に運動する場合も、被測定物に力が加えられることで運動する場合も含む。
【００１０】
本発明の運動解析装置は、２つの姿勢角センサーの取り付け角の誤差に応じて２つの姿勢角センサーが検出する姿勢角に差が生じることを利用し、運動開始前に被測定物の２点間の姿勢角の差分をオフセットとして測定し、運動開始後の当該２点間の姿勢角の差分をオフセット補正して算出する。これにより、被測定物の運動により生じる２点間の姿勢角の差の変化量を正確に算出することができるので、当該２点間の変形量を高い精度で解析することができる。
【００１１】
（２）この運動解析装置において、前記姿勢角補正部は、前記被測定物の運動開始後の前記第１の姿勢角と前記第２の姿勢角との差分から前記被測定物の運動開始前の前記第１の姿勢角と前記第２の姿勢角との差分を差し引くことにより補正するようにしてもよい。
【００１２】
（３）本発明は、被測定物に取り付けられ、第１の角速度と第１の姿勢角を検出する第１の姿勢角センサーと、前記被測定物の前記第１の姿勢角センサーと離れた位置に取り付けられ、第２の角速度と第２の姿勢角を検出する第２の姿勢角センサーと、前記第１の姿勢角、前記第１の角速度、前記第２の姿勢角及び前記第２の角速度の各データを取得するデータ取得部と、前記第１の角速度と前記第２の角速度との差分を、前記第１の姿勢角と前記第２の姿勢角との差分に応じて補正する角速度補正部と、前記角速度補正部により補正された前記第１の角速度と前記第２の角速度との差分を積分して前記被測定物の変形量を算出する変形量算出部と、を含む、運動解析装置である。
【００１３】
本発明の運動解析装置は、２つの姿勢角センサーの取り付け角の誤差に応じて２つの姿勢角センサーが検出する姿勢角に差が生じることを利用し、被測定物の２点間の角速度の差分を当該２点間の姿勢角の差分に応じて補正する。そして、補正後の角速度の差分を積分することで２点間の角度の差の変化量を正確に算出することができるので、当該２点間の変形量を高い精度で解析することができる。
【００１４】
（４）この運動解析装置において、前記角速度補正部は、前記第１の姿勢角と前記第２の姿勢角との差分に応じて前記第１の角速度と前記第２の角速度の一方を他方の検出軸に対する角速度に変換し、一方が変換された前記第１の角速度と前記第２の角速度との差分を算出することにより、前記第１の角速度と前記第２の角速度との差分を補正するようにしてもよい。
【００１５】
（５）この運動解析装置において、前記被測定物は、ゴルフクラブであるようにしてもよい。
【００１６】
この運動解析装置によれば、ゴルフクラブのスイングにより生じる２点間の姿勢角の差の変化量を正確に算出することができるので、スイング時におけるゴルフクラブの変形量を高い精度で解析することができる。
【００１７】
（６）この運動解析装置において、前記第１の姿勢角センサーは、前記ゴルフクラブのグリップ部又はシャフト部に取り付けられ、前記第２の姿勢角センサーは、前記ゴルフクラブのヘッド部に取り付けられるようにしてもよい。
【００１８】
このようにすれば、ゴルフクラブのシャフト部の撓み量やヘッド部の捻れ量を高い精度で解析することができる。
【００１９】
（７）本発明は、第１の姿勢角を検出する第１の姿勢角センサーと第２の姿勢角を検出する第２の姿勢角センサーを被測定物の互いに離れた位置に取り付けるセンサー取り付け工程と、前記第１の姿勢角及び前記第２の姿勢角の各データを取得するデータ取得工程と、前記被測定物の運動開始後の前記第１の姿勢角と前記第２の姿勢角との差分を、前記被測定物の運動開始前の前記第１の姿勢角と前記第２の姿勢角との差分に応じて補正する姿勢角補正工程と、前記姿勢角補正工程で補正された前記第１の姿勢角と前記第２の姿勢角との差分に基づいて、前記被測定物の変形量を算出する変形量算出工程と、を含む、被測定物の運動解析方法である。
【００２０】
本発明の運動解析方法は、２つの姿勢角センサーの取り付け角の誤差に応じて２つの姿勢角センサーが検出する姿勢角に差が生じることを利用し、運動開始前に被測定物の２点間の姿勢角の差分をオフセットとして測定し、運動開始後の当該２点間の姿勢角の差分をオフセット補正して算出する。これにより、被測定物の運動により生じる２点間の姿勢角の差の変化量を正確に算出することができるので、当該２点間の変形量を高い精度で解析することができる。
【００２１】
（８）本発明は、第１の角速度と第１の姿勢角を検出する第１の姿勢角センサーと第２の角速度と第２の姿勢角を検出する第２の姿勢角センサーを被測定物の互いに離れた位置に取り付けるセンサー取り付け工程と、前記第１の姿勢角、前記第１の角速度、前記第２の姿勢角及び前記第２の角速度の各データを取得するデータ取得工程と、前記第１の角速度と前記第２の角速度との差分を、前記第１の姿勢角と前記第２の姿勢角との差分に応じて補正する角速度補正工程と、前記角速度補正工程で補正された前記第１の角速度と前記第２の角速度との差分を積分して前記被測定物の変形量を算出する変形量算出部工程と、を含む、被測定物の運動解析方法である。
【００２２】
本発明の運動解析方法は、２つの姿勢角センサーの取り付け角の誤差に応じて２つの姿勢角センサーが検出する姿勢角に差が生じることを利用し、被測定物の２点間の角速度の差分を当該２点間の姿勢角の差分に応じて補正する。そして、補正後の角速度の差分を積分することで２点間の角度の差の変化量を正確に算出することができるので、当該２点間の変形量を高い精度で解析することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態の運動解析装置の構成を示す図。
【図２】第１実施形態における被測定物の変形量を算出する手法の一例を示すフローチャート図。
【図３】ゴルフスイング解析装置の説明図。
【図４】ゴルフクラブの初期姿勢の形状の一例を示す図。
【図５】ゴルフクラブのスイング中の形状の一例を示す図。
【図６】図６（Ａ）は２つの姿勢角センサーの初期姿勢の一例を示す図であり、図６（Ｂ）は２つの姿勢角センサーのスイング中の姿勢の一例を示す図。
【図７】第１実施形態におけるゴルフクラブの変形量の算出処理の一例を示すフローチャート図。
【図８】２つの姿勢角センサーの姿勢角の差分の説明図。
【図９】第２実施形態の運動解析装置の構成を示す図。
【図１０】第２実施形態における被測定物の変形量を算出する手法の一例を示すフローチャート図。
【図１１】第２実施形態におけるゴルフクラブの変形量の算出処理の一例を示すフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
１．第１実施形態
図１は、第１実施形態の運動解析装置の構成を示す図である。本実施形態の運動解析装置１は、２つの姿勢角センサー１０ａ，１０ｂとホスト端末２０を含んで構成されている。姿勢角センサー１０ａ，１０ｂとホスト端末２０は無線又は有線で接続される。姿勢角センサー１０ａ，１０ｂは、運動解析の対象となる被測定物に互いに離れて取り付けられる。
【００２６】
姿勢角センサー１０ａは、例えば、３軸角速度センサー１００ａ、３軸加速度センサー１０２ａ、３軸地磁気センサー１０４ａ、姿勢角算出部１１０ａ、通信部１２０ａを含む。
【００２７】
３軸角速度センサー１００ａは、互いに直交する３軸（ｘ１軸，ｙ１軸，ｚ１軸）回りの各々の角速度を検出し、検出した３軸角速度の大きさに応じた信号（３軸角速度データ）を出力する。
【００２８】
３軸加速度センサー１０２ａは、互いに直交する３軸方向の各々の加速度を検出し、検出した３軸加速度の大きさに応じた信号（３軸加速度データ）を出力する。
【００２９】
３軸地磁気センサー１０４ａは、互いに直交する３軸方向の各々の地磁気を検出し、検出した３軸地磁気の大きさに応じた信号（３軸地磁気データ）を出力する。
【００３０】
なお、３軸角速度センサー１００ａ、３軸加速度センサー１０２ａ、３軸地磁気センサー１０４ａは、３軸同士が一致するように取り付けられる。あるいは、３軸角速度センサー１００ａ、３軸加速度センサー１０２ａ、３軸地磁気センサー１０４ａの３軸同士が一致せず、取り付け角の誤差がある場合は、データ処理部１１０ａにより、あらかじめ作成して図示しない記憶部に記憶した補正パラメータを用いて、例えば、３軸加速度センサー１０２ａが出力する３軸加速度データと３軸地磁気センサー１０４ａが出力する３軸地磁気データを３軸角速度センサー１００ａの３軸（ｘ１軸，ｙ１軸，ｚ１軸）方向の加速度データと地磁気データに座標変換する。
【００３１】
データ処理部１１０ａは、必要に応じて３軸加速度データや３軸地磁気データの座標変換処理を行う他、姿勢角センサー１０ａの姿勢角を算出する処理を行う。例えば、水平面における北方向と東方向をそれぞれＸ軸とＹ軸、鉛直上方向（重力方向と逆方向）をＺ軸とする絶対座標系（ＸＹＺ座標系）を定義し、絶対座標系（ＸＹＺ座標系）における姿勢角センサー１０ａ，１０ｂの姿勢角を算出するようにしてもよい。例えば、被測定物を静止させ、３軸加速度データから得られる重力方向と地磁気データから得られる北方向からＸＹＺ座標系でのｘ１軸，ｙ１軸，ｚ１軸の方向を特定し、姿勢角センサー１０ａの初期状態（静止状態）における姿勢角（初期姿勢角）を算出することができる。そして、被測定物が運動を開始した後は、３軸角速度データを用いて姿勢角センサー１０ａのＸＹＺ座標系での姿勢角を算出することができる。姿勢角は、例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸回りの回転角（ロール角ψ、ピッチ角θ、ヨー角φ）、オイラー角、クオータ二オン（四元数）などで表現することができる。
【００３２】
また、データ処理部１１０ａは、算出した姿勢角データを時刻情報などと組合せたパケットにして通信部１２０に出力する処理を行う。このパケットデータは、姿勢角データの他に、３軸角速度データ、３軸加速度データ、３軸地磁気データなどを含むようにしてもよい。さらに、データ処理部１１０は、３軸角速度センサー１００ａ、３軸加速度センサー１０２ａ、３軸地磁気センサー１０４ａのバイアス補正や温度補正の処理を行うようにしてもよい。なお、バイアス補正や温度補正の機能を３軸角速度センサー１００ａ、３軸加速度センサー１０２ａ、３軸地磁気センサー１０４ａに組み込んでもよい。
【００３３】
通信部１２０ａは、データ処理部１１０ａから受け取ったパケットデータをホスト端末２０に送信する処理を行う。
【００３４】
姿勢角センサー１０ｂは、姿勢角センサー１０ａと同じく、３軸角速度センサー１００ｂ、３軸加速度センサー１０２ｂ、３軸地磁気センサー１０４ｂ、姿勢角算出部１１０ｂ、通信部１２０ｂを含み、各部の処理は姿勢角センサー１０ａの各部の処理と同じであるので説明を省略する。
【００３５】
ホスト端末２０は、処理部（ＣＰＵ）２００、通信部２１０、操作部２２０、ＲＯＭ２３０、ＲＡＭ２４０、不揮発性メモリー２５０、表示部２６０を含んで構成されている。ホスト端末２０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。
【００３６】
通信部２１０は、姿勢角センサー１０ａ，１０ｂから送信されたデータを受信し、処理部２００に送る処理を行う。
【００３７】
操作部２２０は、ユーザーからの操作データを取得し、処理部２００に送る処理を行う。操作部２２０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。
【００３８】
ＲＯＭ２３０は、処理部２００が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムや、アプリケーション機能を実現するための各種プログラムやデータ等を記憶している。
【００３９】
ＲＡＭ２４０は、処理部２００の作業領域として用いられ、ＲＯＭ２３０から読み出されたプログラムやデータ、操作部２２０から入力されたデータ、処理部２００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。
【００４０】
不揮発性メモリー２５０は、処理部２００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。
【００４１】
表示部２６０は、処理部２００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２６０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２２０と表示部２６０の機能を実現するようにしてもよい。
【００４２】
処理部２００は、ＲＯＭ２４０に記憶されているプログラムに従って、姿勢角センサー１０ａ，１０ｂから通信部２１０を介して受信したデータに対する各種の計算処理や、各種の制御処理（表示部２６０に対する表示制御等）を行う。
【００４３】
特に本実施形態では、処理部２００は、データ取得部２０１、姿勢角補正部２０２、変形量算出部２０３として機能する。なお、本実施形態の処理部２００は、これらの一部の機能を省略した構成としてもよい。
【００４４】
データ取得部２０１は、通信部２１０を介して受信した姿勢角センサー１０ａ，１０ｂの出力データ（姿勢角データ）を一定周期Δｔで取得する処理を行う。取得したデータは、例えばＲＡＭ２４０に記憶される。
【００４５】
姿勢角補正部２０２は、被測定物の運動開始後の姿勢角センサー１０ａの姿勢角（第１の姿勢角）と姿勢角センサー１０ｂの姿勢角（第２の姿勢角）との差分を、被測定物の運動開始前の姿勢角センサー１０ａの姿勢角と姿勢角センサー１０ｂの姿勢角との差分に応じて補正する処理を行う。例えば、姿勢角補正部２０２は、被測定物の運動開始後の姿勢角センサー１０ａの姿勢角と姿勢角センサー１０ｂの姿勢角との差分から被測定物の運動開始前の姿勢角センサー１０ａの姿勢角と姿勢角センサー１０ｂの姿勢角との差分を差し引くことにより補正するようにしてもよい。
【００４６】
変形量算出部２０３は、姿勢角補正部２０２により補正された姿勢角センサー１０ａの姿勢角と姿勢角センサー１０ｂの姿勢角との差分に基づいて、被測定物の変形量を算出する処理を行う。
【００４７】
図２は、第１実施形態の運動解析装置を用いた被測定物の変形量を算出する手法の一例を示すフローチャート図である。
【００４８】
まず、姿勢角センサー１０ａ，１０ｂを被測定物の互いに離れた位置に取り付ける（Ｓ１０、センサー取り付け工程）。
【００４９】
次に、処理部２００がデータ取得部２０１として機能し、被測定物の運動開始前から姿勢角センサー１０ａ，１０ｂの各姿勢角データを継続して取得する処理を開始する（Ｓ２０、データ取得工程）。
【００５０】
次に、処理部２００が姿勢角補正部２０２として機能し、Ｓ２０で被測定物の運動開始後に取得された２つの姿勢角データの差分を、Ｓ２０で被測定物の運動開始前に取得された２つの姿勢角データに応じて補正する（Ｓ３０、姿勢角補正工程）。
【００５１】
最後に、処理部２００が変形量算出部２０３として機能し、Ｓ３０で補正された２つの姿勢角データの差分に基づいて、被測定物の変形量を算出する（Ｓ４０、変形量算出工程）。これにより、被測定物の運動開始前の初期状態を基準（変形なし）として被測定物の変形量を算出することができる。
【００５２】
［具体例］
次に、本実施形態の手法について、ゴルフクラブのスイングにおけるゴルフクラブの変形量（撓み量、捻れ量）を算出する例を挙げて説明する。この例では、ゴルフクラブが被測定物に相当し、姿勢角センサー１０ａと姿勢角センサー１０ｂはゴルフクラブの互いに離れた位置に取り付けられ、運動解析装置１はゴルフスイング解析装置として機能する。特に、姿勢角補正部２０２は、ゴルフクラブのスイング開始後の姿勢角センサー１０ａの姿勢角と姿勢角センサー１０ｂの姿勢角との差分をゴルフクラブのスイング開始前の姿勢角センサー１０ａの姿勢角と姿勢角センサー１０ｂの姿勢角との差分に応じて補正する処理を行う。また、変形量算出部２０３は、姿勢角補正部２０２により補正された姿勢角センサー１０ａの姿勢角と姿勢角センサー１０ｂの姿勢角との差分に基づいて、ゴルフクラブの変形量を算出する処理を行う。
【００５３】
例えば、図３に示すように、姿勢角センサー１０ａはゴルフクラブ２のシャフト部４のグリップ部５に近い根元付近の位置に取り付けられ、姿勢角センサー１０ａはゴルフクラブ２のヘッド部３に取り付けられる。姿勢角センサー１０ａはグリップ部５に取り付けられてもよいし、姿勢角センサー１０ｂはシャフト部４のヘッド部３に近い先端付近の位置に取り付けられてもよい。姿勢角センサー１０ａ，１０ｂは一定の周期でそれぞれの姿勢角データをホスト端末２０（パーソナルコンピューター）に無線送信する。
【００５４】
例えば、ゴルフクラブ２がなるべく変形しないようにシャフト部４の長軸が重力方向と一致する初期姿勢で静止させた後、被験者がゴルフクラブ２を握ってスイングを行う。ホスト端末２０は、姿勢角センサー１０ａ，１０ｂからそれぞれの姿勢角データを取得し、スイング開始後の２つの姿勢角の差分を初期姿勢における２つの姿勢角の差分に基づいて補正し、シャフト部４の撓みやヘッド部３の捻れによるゴルフクラブ２の変形量を算出する。
【００５５】
図４（Ａ），図４（Ｂ）は、ゴルフクラブ２の初期姿勢の形状の一例を示す図である。一方、図５（Ａ），図５（Ｂ）は、ゴルフクラブ２のスイング中の形状の一例を示す図である。図４（Ａ），図５（Ａ）は、ゴルフクラブの側面を示す図であり、図４（Ｂ），図５（Ｂ）は、ゴルフクラブをグリップ側から見た図である。なお、図４（Ｂ），図５（Ｂ）では、グリップ部５の図示を省略している。
【００５６】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、姿勢角センサー１０ａは、ｘ１軸がシャフト部４の長軸方向とほぼ垂直かつスイング方向とほぼ平行になり、ｙ１軸がシャフト部４の長軸方向とほぼ垂直かつスイング方向とほぼ垂直になり、ｚ１軸がシャフト部４の長軸方向とほぼ平行になるように取り付けられる。同様に、姿勢角センサー１０ｂは、ｘ２軸がシャフト部４の長軸方向とほぼ垂直かつスイング方向とほぼ平行になり、ｙ２軸がシャフト部４の長軸方向とほぼ垂直かつスイング方向とほぼ垂直になり、ｚ２軸がシャフト部４の長軸方向とほぼ平行になるように取り付けられる。つまり、初期姿勢ではｘ１軸，ｙ１軸，ｚ１軸とｘ２軸，ｙ２軸，ｚ２軸がそれぞれほぼ一致し、姿勢角センサー１０ａの姿勢角と姿勢角センサー１０ｂの姿勢角がほぼ一致する。
【００５７】
一方、スイング中は、図５（Ａ）に示すように、シャフト部４がスイング方向と逆方向に撓むことで、ｘ１軸とｘ２軸がずれるとともにｚ１軸とｚ２軸がずれる。また、図５（Ｂ）に示すように、ヘッド部３がシャフト部４の長軸を中心に捻れることで、ｘ１軸とｘ２軸がずれるとともにｙ１軸とｙ２軸がずれる。つまり、スイング中は、姿勢角センサー１０ａの姿勢と姿勢角センサー１０ｂの姿勢が一致しない。そこで、原理的には、スイング中の姿勢角センサー１０ａの姿勢角と姿勢角センサー１０ｂの姿勢角との差分に基づいて、ゴルフクラブ２の変形量を算出することができる。この差分が大きいほどゴルフクラブ２の変形量が大きいといえる。
【００５８】
ところが、実際には、姿勢角センサー１０ａ，１０ｂの取り付け角に誤差があり、初期姿勢において、姿勢角センサー１０ａの姿勢角と姿勢角センサー１０ｂの姿勢角は一致しない。図６（Ａ）は、姿勢角センサー１０ａ，１０ｂの初期姿勢の一例を示す図であり、図６（Ｂ）は、姿勢角センサー１０ａ，１０ｂのスイング中の姿勢の一例を示す図である。図６（Ａ）と図６（Ｂ）では、姿勢角センサー１０ａ，１０ｂの重心（原点）を一致させて図示している。図６（Ａ）に示すように、初期姿勢では、取り付け角の誤差に起因してｘ１軸，ｙ１軸，ｚ１軸とｘ２軸，ｙ２軸，ｚ２軸はわずかにずれている。従って、図６（Ｂ）に示すように、スイング中は、シャフト部４の撓みやヘッド部３の捻れに起因してｘ１軸，ｙ１軸，ｚ１軸とｘ２軸，ｙ２軸，ｚ２軸はより大きくずれるが、初期姿勢での姿勢角の差分の分だけオフセットが生じるため、スイング中の姿勢角の差分の情報だけではゴルフクラブ２の変形量を正確に算出することはできない。
【００５９】
そこで、第１実施形態では、スイング中の姿勢角センサー１０ａの姿勢角と姿勢角センサー１０ｂの姿勢角との差分から初期姿勢における姿勢角センサー１０ａの姿勢角と姿勢角センサー１０ｂの姿勢角との差分（オフセット）を差し引く補正演算を行う。そして、この補正後の姿勢角の差分に基づいてゴルフクラブ２の正確な変形量を算出する。
【００６０】
図７に、第１実施形態におけるゴルフクラブ２の変形量の算出処理のフローチャートの一例を示す。
【００６１】
まず、被験者がゴルフクラブを初期姿勢に設定し（Ｓ１１０）、姿勢角センサー１０ａ，１０ｂから２つの初期姿勢角を取得し、その差分を計算する（Ｓ１２０）。
【００６２】
次に、時刻ｔを０にリセットし（Ｓ１３０）、被験者がゴルフクラブのスイングを開始する（Ｓ１４０）。
【００６３】
次に、姿勢角センサー１０ａ，１０ｂから２つの姿勢角を取得し、その差分を計算する（Ｓ１５０）。
【００６４】
次に、Ｓ１５０で計算した２つの姿勢角の差分からＳ１２０で計算した２つの初期姿勢角の差分を差し引く補正演算を行う（Ｓ１６０）。
【００６５】
次に、Ｓ１６０で得られた補正後の２つの姿勢角の差分（ＸＹＺ座標系）をｘ１ｙ１ｚ１座標系に変換し、ゴルフクラブの変形量を計算する（Ｓ１７０）。
【００６６】
例えば、姿勢角をロール角、ピッチ角、ヨー角で表現する場合、ｘ１ｙ１ｚ１座標系に変換した補正後の２つの姿勢角の差分は、図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）に示すように、ロール角Δψ（ｘ１軸周りの回転角）、ピッチ角Δθ（ｙ１軸周りの回転角）、ヨー角Δφ（ｚ１軸周りの回転角）で表される。すなわち、Δψはｙ１ｚ１平面上のゴルフクラブ２の変形量（主にヘッド部３の捻れ量）に相当し、Δθはｚ１ｘ１平面上のゴルフクラブ２の変形量（主にシャフト部４の撓み量）に相当し、Δφはｘ１ｙ１平面上のゴルフクラブ２の変形量（主にヘッド部３の捻れ量）に相当する。姿勢角をオイラー角やクオータニオン（四元数）で表現する場合も、既知の適当な演算を行うことでΔψ，Δθ，Δφを算出することができる。
【００６７】
そして、解析を終了しない場合は（Ｓ１８０のＹ）、時刻ｔをΔｔだけ増やし（Ｓ１９０）、Ｓ１５０〜Ｓ１７０の処理を再度行う。
【００６８】
以上に説明した第１実施形態の運動解析装置は、姿勢角センサー１０ａ，１０ｂの取り付け角の誤差に応じて姿勢角センサー１０ａ，１０ｂが検出する姿勢角に差が生じることを利用し、運動開始前に被測定物の２点間の姿勢角の差分をオフセットとして測定し、運動開始後の当該２点間の姿勢角の差分をオフセット補正して算出する。これにより、被測定物の運動により生じる２点間の姿勢角の差の変化量を正確に算出することができるので、当該２点間の変形量を高い精度で解析することができる。
【００６９】
また、姿勢角センサー１０ａ，１０ｂの取り付け角の誤差に関係なく被測定物の変形量を算出することができるので、姿勢角センサー１０ａ，１０ｂを互いに独立に被測定物の任意の位置に任意の角度で取り付けることができる。従って、本実施形態によれば、セッティングが簡単で取り扱いやすい運動解析装置を提供することができる。
【００７０】
２．第２実施形態
図９は、第２実施形態の運動解析装置の構成を示す図である。第１実施形態の運動解析装置では、姿勢角センサー１０ａは、姿勢角センサー１０ａはＸＹＺ座標系での姿勢角データに加えてｘ１軸，ｙ１軸，ｚ１軸の３軸回りの角速度データ（ωｘ１，ωｙ１，ωｚ１）を一定周期でホスト端末２０に送信する。また、姿勢角センサー１０ｂもＸＹＺ座標系の姿勢角データに加えてｘ２軸，ｙ２軸，ｚ２軸の３軸回りの角速度データ（ωｘ２，ωｙ２，ωｚ２）を一定周期でホスト端末２０に送信する。ただし、姿勢角センサー１０ａ，１０ｂは、必ずしも３軸回りの角速度データを出力しなくてもよく、解析に必要な軸回りの角速度データを出力すればよい。
【００７１】
また、第２実施形態では、処理部２００は、データ取得部２０１、角速度補正部２０４、変形量算出部２０３として機能する。なお、本実施形態の処理部２００は、これらの一部の機能を省略した構成としてもよい。
【００７２】
データ取得部２０１は、姿勢角センサー１０ａ，１０ｂからそれぞれの姿勢角データと３軸角速度データを一定周期Δｔで取得する処理を行う。
【００７３】
角速度補正部２０４は、姿勢角センサー１０ａからの角速度（第１の角速度）と姿勢角センサー１０ｂからの角速度（第２の角速度）との差分を、姿勢角センサー１０ａの姿勢角（第１の姿勢角）と姿勢角センサー１０ｂの姿勢角（第２の姿勢角）との差分に応じて補正する処理を行う。例えば、角速度補正部２０４は、姿勢角センサー１０ａの姿勢角と姿勢角センサー１０ｂの姿勢角との差分に応じて姿勢角センサー１０ａからの角速度と姿勢角センサー１０ｂからの角速度の一方を他方の検出軸に対する角速度に変換し、変換後の２つの角速度の差分を算出することにより補正する処理を行うようにしてもよい。
【００７４】
変形量算出部２０３は、角速度補正部２０４により補正された２つの角速度の差分を積分して被測定物の変形量を算出する処理を行う。
【００７５】
図９におけるその他の構成は、図１と同じであるため同じ符号を付しており、その説明を省略する。
【００７６】
図１０は、第２実施形態の運動解析装置を用いた被測定物の運動中の変形量を算出する手法の一例を示すフローチャート図である。
【００７７】
まず、姿勢角センサー１０ａ，１０ｂを被測定物の互いに離れた位置に取り付ける（Ｓ１２、センサー取り付け工程）。
【００７８】
次に、処理部２００がデータ取得部２０１として機能し、被測定物の運動開始前から姿勢角センサー１０ａ，１０ｂから姿勢角データと角速度データを継続して取得する処理を開始する（Ｓ２２、データ取得工程）。
【００７９】
次に、処理部２００が角速度補正部２０４として機能し、Ｓ２２で取得された２つの角速度の差分をＳ２２で取得された２つの姿勢角の差分に応じて補正する（Ｓ３２、角速度補正工程）。
【００８０】
最後に、処理部２００が変形量算出部２０３として機能し、Ｓ３２で補正された２つの角速度の差分を積分して被測定物の変形量を算出する（Ｓ４２、変形量算出工程）。
【００８１】
［具体例］
次に、第２実施形態の手法について、第１実施形態と同様に、ゴルフクラブのスイングにおけるゴルフクラブの変形量（撓み量、捻れ量）を算出する例を挙げて説明する。第１実施形態で説明したのと同様に、この例でも、ゴルフクラブが被測定物に相当し、姿勢角センサー１０ａと姿勢角センサー１０ｂはゴルフクラブの互いに離れた位置に取り付けられ、運動解析装置１はゴルフスイング解析装置として機能する。
【００８２】
特に、角速度補正部２０４は、Δｔ毎に姿勢角センサー１０ａ，１０ｂの姿勢角差を算出し、算出結果に応じて、ゴルフクラブのスイング開始後、姿勢角センサー１０ｂから取得された３軸角速度ωｘ２，ωｙ２，ωｚ２を、それぞれｘ１軸，ｙ１軸，ｚ１軸の３軸回りの角速度ωｘ２’，ωｙ２’，ωｚ２’に補正（変換）する。例えば、時刻ｔにおいて、姿勢角センサー１０ａ，１０ｂの姿勢角差から、ｘ１軸とｘ２軸のなす角ΔψＥ（ｔ）、ｙ１軸とｙ２軸のなす角ΔθＥ（ｔ）、ｚ１軸とｚ２軸のなす角ΔφＥ（ｔ）を算出し、ωｘ２（ｔ），ωｙ２（ｔ），ωｚ２（ｔ）を、それぞれ次式（１）、（２）、（３）により、ωｘ２’（ｔ），ωｙ２’（ｔ），ωｚ２’（ｔ）に補正する。
【００８３】
【数１】
0005790914.tif 000002
【００８４】
【数２】
0005790914.tif 000003
【００８５】
【数３】
0005790914.tif 000004
【００８６】
そして、理論的には、次式（４）、（５）、（６）により、時刻ｔ＝０から時刻ｔ＝Ｔまでの、角速度ωｘ１とωｘ２’の差分の積分値Δψ（Ｔ）、角速度ωｙ１とωｙ２’の差分の積分値Δθ（Ｔ）、角速度ωｚ１とωｚ２’の差分の積分値Δφ（Ｔ）をそれぞれ計算することができる。
【００８７】
【数４】
0005790914.tif 000005
【００８８】
【数５】
0005790914.tif 000006
【００８９】
【数６】
0005790914.tif 000007
【００９０】
これらの積分値Δψ（Ｔ）、Δθ（Ｔ）、Δφ（Ｔ）は、それぞれ、図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）に示したΔψ，Δθ，Δφに相当する。すなわち、Δψ（Ｔ）、Δθ（Ｔ）、Δφ（Ｔ）を算出することで、ゴルフクラブ２の変形量を得ることができる。
【００９１】
ただし、実際の処理では、例えば、Δψ（ｔ），Δθ（ｔ），Δφ（ｔ）にぞれぞれωｘ１（ｔ）−ωｘ２’（ｔ），ωｙ１（ｔ）−ωｙ２’（ｔ），ωｚ１（ｔ）−ωｚ２’（ｔ）を加算してΔψ（ｔ＋Δｔ），Δθ（ｔ＋Δｔ），Δφ（ｔ＋Δｔ）を計算する離散積分をｔ＋Δｔ＝Ｔになるまで繰り返し行う。これにより、Δψ（Ｔ），Δθ（Ｔ），Δφ（Ｔ）の近似値を算出することになるが、Δｔを小さくすることで近似精度を向上させることができる。
【００９２】
図１１に、第２実施形態におけるゴルフクラブ２の変形量の算出処理のフローチャートの一例を示す。
【００９３】
まず、時刻ｔ、積分値Δψ（０）、Δθ（０）、Δφ（０）を０にリセットし（Ｓ２１０）、被験者がゴルフクラブのスイングを開始する（Ｓ２２０）。
【００９４】
次に、姿勢角センサー１０ａから姿勢角と３軸角速度ωｘ１，ωｙ１，ωｚ１を取得するとともに、姿勢角センサー１０ｂから姿勢角と３軸角速度ωｘ２，ωｙ２，ωｚ２を取得する（Ｓ２３０）。
【００９５】
次に、Ｓ２３０で取得した姿勢角センサー１０ａの姿勢角とＳ２４０で取得した姿勢角センサー１０ａの姿勢角の差分を計算する（Ｓ２４０）。
【００９６】
次に、Ｓ２４０で計算した２つの姿勢角の差分から、、３軸角速度ωｘ２（ｔ），ωｙ２（ｔ），ωｚ２（ｔ）をそれぞれｘ１軸，ｙ１軸，ｚ１軸回りの３軸角速度ωｘ２’（ｔ），ωｙ２’（ｔ），ωｚ２’（ｔ）に補正する（Ｓ２５０）。
【００９７】
次に、Δψ（ｔ）に｛ωｘ１（ｔ）−ωｘ２’（ｔ）｝を加算してΔψ（ｔ＋Δｔ）に代入し、Δθ（ｔ）に｛ωｙ１（ｔ）−ωｙ２’（ｔ）｝を加算してΔθ（ｔ＋Δｔ）に代入し、Δφ（ｔ）に｛ωｚ１（ｔ）−ωｚ２’（ｔ）｝を加算してΔφ（ｔ＋Δｔ）に代入する（Ｓ２６０）。
【００９８】
そして、解析を終了しない場合は（Ｓ２７０のＹ）、時刻ｔをΔｔだけ増やし（Ｓ２８０）、Ｓ２３０〜Ｓ２６０の処理を再度行う。
【００９９】
このようにして得られたΔψ（ｔ）、Δθ（ｔ）、Δφ（ｔ）は、それぞれ、時刻ｔにおけるゴルフクラブ２のｙ１ｚ１平面上の変形量、ｚ１ｘ１平面上の変形量、ｘ１ｙ１平面上の変形量に相当する。
【０１００】
以上に説明した第２実施形態の運動解析装置は、姿勢角センサー１０ａ，１０ｂの取り付け角の誤差に応じて姿勢角センサー１０ａ，１０ｂが検出する姿勢角に差が生じることを利用し、運動開始前に被測定物の２点間の角速度の差分を当該２点間の姿勢角の差分に応じて補正する。そして、補正後の角速度の差分を積分することで２点間の角度の差の変化量を正確に算出することができるので、当該２点間の変形量を高い精度で解析することができる。
【０１０１】
また、姿勢角センサー１０ａ，１０ｂの取り付け角の誤差に関係なく被測定物の変形量を算出することができるので、姿勢角センサー１０ａ，１０ｂを互いに独立に被測定物の任意の位置に任意の角度で取り付けることができる。従って、本実施形態によれば、セッティングが簡単で取り扱いやすい運動解析装置を提供することができる。
【０１０２】
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。
【０１０３】
例えば、本実施形態では、被測定物の変形量の算出処理をリアルタイムに行っているが、被測定物の変形量の算出処理をリアルタイムに行わなくてもよい。例えば、姿勢角センサー１０ａ，１０ｂとホスト端末２０を無線又は有線で接続する代わりに、姿勢角センサー１０ａ，１０ｂとホスト端末２０に、それぞれメモリーカードのインターフェース部を設け、姿勢角センサー１０ａ，１０ｂが姿勢角データなどをメモリーカードに書き込み、ホスト端末２０が当該メモリーカードからデータを読み出して被測定物の変形量の算出処理を行うようにしてもよい。
【０１０４】
また、第１実施形態において、処理部２００（データ取得部２０１）が姿勢角データを一定周期で継続して取得して被測定物の変形量を毎回算出しているが、例えば、ゴルフクラブのスイング中の最大速度の時のゴルフクラブの変形量のみを解析したいような場合には、初期姿勢での姿勢角データと解析タイミングでの姿勢角データのみを取得して解析タイミングでの変形量を算出するようにしてもよい。
【０１０５】
また、本実施形態では被測定物に２つの姿勢角センサーを取り付けて２点間の変形量を算出する例を挙げて説明したが、３つ以上の姿勢角センサーを被測定物の互いに離れた位置に取り付けて、任意の２点間の変形量を算出するようにしてもよい。このようにすれば、被測定物の変形をより正確に解析することができる。
【０１０６】
また、本実施形態ではゴルフクラブのスイング解析を例に挙げて説明したが、本発明はその他の運動器具のスイング解析に応用することもできるし、例えば、車両の前後左右に姿勢角センサーを取り付けて車両の変形量を解析したり、高層ビルの複数の階に姿勢角センサーを取り付けて高層ビルの変形量を解析するなど、種々の応用が考えられる。
【０１０７】
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】
【０１０８】
１  運動解析装置、２  ゴルフクラブ、３  ヘッド部、４  シャフト部、５  グリップ部、１０ａ，１０ｂ  姿勢角センサー、２０  ホスト端末、１００ａ，１００ｂ  ３軸角速度センサー、１０２ａ，１０２ｂ  ３軸加速度センサー、１０４ａ，１０４ｂ  ３軸地磁気センサー、１１０ａ，１１０ｂ  データ処理部、１２０ａ，１２０ｂ  通信部、２００  処理部（ＣＰＵ）、２０１  データ取得部、２０２  姿勢角補正部、２０３  変形量算出部、２０４  角速度補正部、２１０  通信部、２２０  操作部、２３０  ＲＯＭ、２４０  ＲＡＭ、２５０  不揮発性メモリー、２６０  表示部
【図１】
0005790914.tif 000008
【図２】
0005790914.tif 000009
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005790914.tif 000015
【図９】
0005790914.tif 000016
【図１０】
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【図１１】
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