(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、
この基台に対して自在に傾動する傾動部と、
この傾動部に設けられ、この傾動部とともに傾動するアーム回動軸を軸中心として回動するアーム部と、
このアーム部に設けられ、前記アーム回動軸と偏心位置にあって前記アーム回動軸に平行なリスト回動軸を軸中心として回動するリスト部と、
このリスト部に設けられ、前記リスト回動軸の軸線延長上近傍にゴルフクラブのシャフト保持部を備え、このシャフト保持部がゴルフクラブを保持した状態でゴルフシャフトの軸回りに回動するシャフト回動部と、
前記リスト部が前記アーム回動軸の回りに回動する際の回動半径を調整する回動半径調整手段と、
前記アーム部、前記リスト部および前記シャフト回動部の各々を独立して回動する駆動手段とを備えることを特徴とするゴルフスウィングロボット。
【請求項２】
前記回動半径、前記アーム部のアーム角、前記リスト部のリスト角および前記シャフト回動部のシャフト回転角に関する少なくとも１つの入力情報に基づいて前記駆動手段を制御する制御装置を備える請求項１に記載のゴルフスウィングロボット。
【請求項３】
前記入力情報は、
ゴルフクラブのスウィング中のグリップ部の３次元位置座標の時系列データとグリップ部の向きの時系列データとをデータ取得手段によって取得し、
グリップ部の前記３次元位置座標の時系列データより、少なくともスウィングのトップの位置からインパクトの位置までのグリップ部の軌跡を平面で近似して前記グリップ部のスウィング面を算出し、
さらにこのスウィング面に投影される前記３次元位置座標の時系列データの軌跡を円形状で近似して前記グリップ部のスウィング軌道円を算出し、
このスウィング軌道円から、グリップ部の位置を示す方位角、スウィング中の前記スウィング面内でのゴルフクラブの向きを示す方位角、およびゴルフクラブのシャフト軸回りの回転角のうち少なくとも１つの時系列データを取得することによって得られる請求項２に記載のゴルフスウィングロボット。
【請求項４】
ゴルフクラブのスウィング中のグリップ部の３次元位置座標の時系列データとグリップ部の向きの時系列データとをデータ取得手段によって取得し、
グリップ部の前記３次元位置座標の時系列データより、少なくともスウィングのトップの位置からインパクトの位置までのグリップ部の軌跡を平面で近似して前記グリップ部のスウィング面を算出し、
さらにこのスウィング面に投影される前記３次元位置座標の時系列データの軌跡を円形状で近似して前記グリップ部のスウィング軌道円を算出し、
このスウィング軌道円から、グリップ部の位置を示す方位角、スウィング中の前記スウィング面内でのゴルフクラブの向きを示す方位角、およびゴルフクラブのシャフト軸回りの回転角のうち少なくとも１つの時系列データを取得し、
前記スウィング軌道円の半径あるいは前記時系列データに基づいて、請求項２に記載のゴルフスウィングロボットの入力情報を入力して、前記ゴルフスウィングロボットをスウィングさせるゴルフスウィング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴルフクラブをスウィングするゴルフスウィングロボットであって、ゴルファーのゴルフスウィングの挙動を解析した結果に基づいて、スウィングを再現することのできるゴルフスウィングロボット、およびこのゴルフスウィングロボットを用いてスウィングするゴルフスウィング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ボールの飛びの方向を正確にかつ飛距離を長くするために、種々のゴルフクラブが製造され、例えば、ゴルフクラブのシャフト長さやクラブ重量やシャフト硬さ等の静的な特性を考慮して製造されてきた。一方、ゴルフのスウィングフォームは、打たれたボールの飛びの方向を正確にかつ飛距離を長くするための重要な要素であることが知られており、種々のゴルフクラブの中から自分のゴルフスイングに適したゴルフクラブを見出すことが、ゴルファーにとって従来より重要な関心事となっている。しかし、現状では、人それぞれ異なるスウィングの挙動を大雑把に分類し、それに適したゴルフクラブを選ぶことしかできないため、ゴルファーは自分のスウィングに最適なゴルフクラブを見つけ出すのは困難であった。
そのため、ゴルフクラブの製造業者は、人それぞれに異なるスウィングの挙動を定量的に把握し、それに適したゴルフクラブを提供することが強く望まれていた。
【０００３】
ところで、スウィングの挙動を定量的に把握してスウィングの類型を細分化し、細分化された類型それぞれに適したゴルフクラブを開発するには、試作段階のゴルフクラブを実際にスウィングしてボールを試打する試打ロボットを用いて評価や解析を行うのが効果的である。しかし、人によって様々に異なるスウィング挙動を再現して種々試作したゴルフクラブとのマッチングを評価するには、種々のスウィングを行うことのできる試打ロボットが必要である。
【０００４】
特開平８−２８０８５２号公報において、肩軸の回りに回転する肩軸回転体と肘軸の回りに回転するアーム体とゴルフクラブのシャフト等の棒状体を保持する保持部とをそれぞれ回動制御することによってスウィング軌道をより自由に得ることのできるスウィングロボットが提案されている。これによって、ダウンブロー、アッパブロー等のスウィングを行うことができるとされている。
【０００５】
また、特開平６−２１００３８号公報では、ゴルフスウィングに必要な人の骨の相当するフレーム枠と、関節部材とからなるゴルフスウィングロボットを提案している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平８−２８０８５２号公報記載のスウィングロボットは、肩軸の回転と、肘軸の回転およびゴルフクラブのシャフト回りの回転といった３関節をもつことで、スウィング軌道をより自由に得ることはできるものの、グリップ部より離れた肘の回転によってグリップ部の挙動を再現しているため、ダウンブロー、アッパブロー、上級者や初級者といったスウィングの挙動を大雑把に分類することはできても、インパクトの際のゴルフクラブを握るグリップ部の挙動を再現することはできない。
【０００７】
また、ゴルフスウィングのグリップ部の回転半径は、ゴルファーの腕の長さのほかに、例えば、右打ちのゴルファーが左脇を閉めず肘を曲げた状態でボールをインパクトすると、ゴルフスウィングのグリップ部の回転半径は小さくなるように、スウィングの仕方によっても決まるものである。
しかし、上記公報記載のスウィングロボットは、肩軸回転体およびアーム体の長さが決まっており、ゴルフスウィングのグリップ部の回転半径を変化させることはできない。そのため、スウィングの挙動を定量的に把握して細かく類型化し、この類型化されたそれぞれに適したゴルフクラブを開発することはできない。
【０００８】
また、特開平６−２１００３８号公報に記載のゴルフスウィングロボットは、関節部材が多数あるため、ゴルファーのスウィング挙動を再現するためのスウィング挙動のモデル化自体が複雑になり、スウィングの挙動を定量的に把握して細かく類型化することは困難である。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題点を解決すべく、実際にゴルファーのスウィングしたゴルフスウィングの挙動を実用的に細かく再現することができ、これに基づいてボールを試打することのできるゴルフスウィングロボットおよびゴルフスウィング方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、
基台と、
この基台に対して自在に傾動する傾動部と、
この傾動部に設けられ、この傾動部とともに傾動するアーム回動軸を軸中心として回動するアーム部と、
このアーム部に設けられ、前記アーム回動軸と偏心位置にあって前記アーム回動軸に平行なリスト回動軸を軸中心として回動するリスト部と、
このリスト部に設けられ、前記リスト回動軸の軸線延長上近傍にゴルフクラブのシャフト保持部を備え、このシャフト保持部がゴルフクラブを保持した状態でゴルフシャフトの軸回りに回動するシャフト回動部と、
前記リスト部が前記アーム回動軸の回りに回動する際の回動半径を調整する回動半径調整手段と、
前記アーム部、前記リスト部および前記シャフト回動部の各々を独立して回動する駆動手段とを備えることを特徴とするゴルフスウィングロボットを提供するものである。
【００１１】
ここで、前記回動半径、前記アーム部のアーム角、前記リスト部のリスト角および前記シャフト回動部のシャフト回転角に関する少なくとも１つの入力情報に基づいて前記駆動手段を制御する制御装置を備えるのが好ましい。
また、前記入力情報は、
ゴルフクラブのスウィング中のグリップ部の３次元位置座標の時系列データとグリップ部の向きの時系列データとをデータ取得手段によって取得し、
グリップ部の前記３次元位置座標の時系列データより、少なくともスウィングのトップの位置からインパクトの位置までのグリップ部の軌跡を平面で近似して前記グリップ部のスウィング面を算出し、
さらにこのスウィング面に投影される前記３次元位置座標の時系列データの軌跡を円形状で近似して前記グリップ部のスウィング軌道円を算出し、
このスウィング軌道円から、グリップ部の位置を示す方位角、スウィング中の前記スウィング面内でのゴルフクラブの向きを示す方位角、およびゴルフクラブのシャフト軸回りの回転角のうち少なくとも１つの時系列データを取得することによって得られるのが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、ゴルフクラブのスウィング中のグリップ部の３次元位置座標の時系列データとグリップ部の向きの時系列データとをデータ取得手段によって取得し、
グリップ部の前記３次元位置座標の時系列データより、少なくともスウィングのトップの位置からインパクトの位置までのグリップ部の軌跡を平面で近似して前記グリップ部のスウィング面を算出し、
さらにこのスウィング面に投影される前記３次元位置座標の時系列データの軌跡を円形状で近似して前記グリップ部のスウィング軌道円を算出し、
このスウィング軌道円から、グリップ部の位置を示す方位角、スウィング中の前記スウィング面内でのゴルフクラブの向きを示す方位角、およびゴルフクラブのシャフト軸回りの回転角のうち少なくとも１つの時系列データを取得し、
前記スウィング軌道円の半径あるいは前記時系列データに基づいて、請求項２に記載のゴルフスウィングロボットの入力情報を入力して、前記ゴルフスウィングロボットをスウィングさせるゴルフスウィング方法を提供するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のゴルフスウィングロボットおよびゴルフスウィング方法について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
【００１４】
図１に、本発明のゴルフスウィング方法を行い、本発明のゴルフスウィングロボットの一例でもあるゴルフスウィングロボット１０の概略図を示す。
ゴルフスウィングロボット１０は、基台１２と、傾動部１４と、アーム部１６と、リスト部１８と、シャフト回動部２０と、制御装置２２を主に備え、ゴルフクラブＣをシャフト回動部２０で保持した状態で、ゴルファーのスウィング挙動を再現するスウィングロボットである。
【００１５】
基台１２は、基盤１２ａと脚部１２ｂとを主に有し、基盤１２は横移動用送りねじ軸１２ｃと横移動用送りねじ軸１２ｃを回転する駆動モータ１２ｄを備え、脚部１２ｂには、脚部１２ｂの下方において横移動用送りねじ軸１２ｃと螺合する雌ねじ状体１２ｅが設けられ、駆動モータ１２ｄを正逆に回転することで、試打するボールに対して、脚部１２ｂを前後方向に移動することができる。また、図示されないが、脚部１２ｂを上下方向に昇降する昇降手段、および図１中紙面垂直方向（ボールをインパクトする方向）に移動する移動手段が、移動用送りねじ軸とこれに螺合する雌ねじ状体とによって構成される。
【００１６】
また、脚部１２ｂは上方において、傾動部１４と一体化して、図１中の紙面垂直方向に配置されたシャフト１４ａによって、傾動部１４を軸支し、シャフト１４ａの外周に設けられたギヤ１４ｂと螺合する円筒ウォームギヤ１２ｆが配置される。この円筒ウォームギヤ１２ｆの軸下方に伸びるシャフトは傾動モータ１２ｇに接続され、傾動モータ１２ｇを正逆に回転することによって、円筒ウォームギヤ１２ｆを介して、ギヤ１４ｂが正逆に回転し、傾動部１４を図中Ｘ1 方向、Ｘ2 方向に傾動する。傾動部１４には、図示されない傾斜角計が設けられ、傾斜角度の情報が制御装置２２に送られる。
【００１７】
傾動部１４には、アーム部１６を回動するアーム回動モータ１４ｃとアーム回動モータ１４ｃの回転をアーム部１６のギヤ１６ａに伝えるギヤ１４ｄとを備える。アーム回動モータ１４ｃは、制御装置２２の制御部２２ａに接続され、アーム部１６の回動が制御される。
【００１８】
アーム部１６は、図２（ａ）に示されるように、アーム回動モータ１４ｃを駆動手段としてアーム回動軸Ｏ1 の回りに回動する部分であって、アーム回動軸Ｏ1 を軸中心とする円筒体１６ｂと、円筒体１６ｂに固定されるアーム板１６ｃとを有する。
円筒体１６ｂは、傾動部１４の内面に設けられた軸受け１４ｅによってアーム回動軸Ｏ1 の回りに自在に回動するように固定され、円筒体１６ｂの内部には、リスト部１８を回動するリスト回動モータ１８ｄが固定されている。また、円筒体１６ｂは、ギヤ１６ｄを介してエンコーダ１６ｅに接続され、エンコーダ１６ｅによって、所定の基準方向、例えばボールをインパクトする方向に対するアーム部１６の方位角、すなわちアーム部１６のアーム角φ1 を計測することができる。得られたデータはデータ取得部２２ｂに送られる。
アーム板１６ｃには図２（ｂ）に示されるように、リスト部１８のリスト基台１８ａの回転中心軸である後述するリスト回動軸Ｏ2 とアーム回動軸Ｏ1 との距離を変えることができるように、スリット状の長孔１６ｄが設けられ、リスト基台１８ａが長孔１６ｄに沿って移動することができ、ゴルフクラブＣのグリップ部Ｇのスウィングの回動半径Ｒを変えることができる。
【００１９】
リスト部１８は、アーム板１６ｃ上に設けられ、アーム回動軸Ｏ1 と平行なリスト回動軸Ｏ2 の回りに回動するリスト基台１８ａを備え、リスト基台１８ａはリスト回動軸Ｏ2 を中心とするシャフト１８ｂに固定される。
リスト部１８の駆動手段として、ゴルフスウィングロボット１０は、シャフト１８ｂの先端にはかさ歯車１８ｃを備え、このかさ歯車１８ｃは、図２（ａ）に示すように、円筒体１６ｂ内に設けられたリスト回動モータ１８ｄから、かさ歯車１８ｅおよび１８ｆを介して円筒体１６ｂの外側に伸びるシャフト１６ｇを経由して、接続されるシャフト１８ｈの先端に設けられたかさ歯車１８ｉとかみ合わさっており、リスト回動モータ１８ｄの正逆の回転によって、リスト基台１８ａが、図２（ｂ）に示すようにＺ1 方向、Ｚ2 方向に自在に回転する。
【００２０】
シャフト１８ｇは、軸受け１８ｊによって回転自在に支持され、シャフト１８ｈは、軸受け１８ｋによって回転自在に支持されるが、シャフト１８ｈには、エアーシリンダによってシャフト長さをＹ1 方向、Ｙ2 方向に伸縮自在に変えるとともに、シャフト長さを可変するシャフト１８ｈとシャフト１８ｇとを電磁クラッチによって接続する回動半径調整手段１８ｌとが備えられている。また、エアーシリンダによってシャフト長さを変えるためにエアー配管１８ｍが備えられ、エアーシリンダへの空気の流入を制御する制御バルブは制御部２２ａによって制御される。電磁クラッチも制御部２２ａによって制御される。
【００２１】
シャフト１８ｂには、エンコーダ１８ｎが設けられ、アーム回動軸Ｏ1 とリスト回動軸Ｏ2 を結ぶ方向を基準方向に対するリスト基台１８ａの向きを示す方位角、すなわちリスト角φ2 （図２（ｂ）参照）を計測することができ、得られるデータはデータ取得部２２ｂに送られる。
【００２２】
リスト基台１８ａには、シャフト回動部２０が設けられ、シャフト回動部２０は、リスト回動軸Ｏ2 の延長線上の位置に設けられたゴルフクラブＣのグリップ部Ｇを保持するシャフト保持部２０ａと、このシャフト保持部２０ａがゴルフクラブＣを保持した状態でゴルフシャフト軸Ｏ3 の軸回りに回動するシャフト回動モータ２０ｂとが設けられる。
シャフト回動モータ２０ｂのシャフトは軸受け２０ｃによって回転自在に支持されてシャフト保持部２０ａに接続される。シャフト回動モータ２０ｂは、制御部２２ａに接続され、ゴルフクラブＣのシャフトの回転を自在に制御することができる。また、ゴルフシャフト軸Ｏ3 の軸回りに、所定の方向を基準方向として定まるシャフト回転角φ3 を計測するエンコーダ２０ｄが軸受け２０ｃに隣接して設けられ、シャフト回転角φ3 は、データ取得部２２ｂに送られる。
【００２３】
シャフト保持部２０ａによってゴルフクラブＣのグリップ部Ｇを保持するシャフト回動部２０を載せたリスト基台１８ａの位置は、  回動半径調整手段１８ｌによって調整される。従って、グリップ部Ｇのアーム回動軸Ｏ1 からの距離、すなわち回動半径Ｒは、回動半径調整手段１８ｌによって調整することができる。また、シャフト保持部２０ａは、アーム回動軸Ｏ1 に平行なリスト回動軸Ｏ2 の延長線上の位置に設けられているので、アーム回動軸Ｏ1 の回りに回動する同一面内において、ゴルフクラブＣはグリップ部Ｇを中心として回転することができる。
【００２４】
このようなグリップ部Ｇの回動半径Ｒの調整は、まず、リスト基台１８ａに設けられたレーザ変位計１８ｏを用いて、円筒体１６ｂまでの距離を測ることによって、アーム回動軸Ｏ1 とリスト回動軸Ｏ2 の長さを知ることができ、データ取得部２２ｂに送られる。さらに、データ取得部２２ｂに送られたデータを基に制御部２２ａにフィードバックされ、制御部２２ａは、回動半径Ｒを目標値に定めるように、回動半径調整手段１８ｌのエアシリンダの圧力を調整して、シャフト回動部２０の位置を定めることができる。
【００２５】
制御装置２２は、入力情報として入力するグリップ部の回動半径Ｒ、アーム部１６のアーム角θ1 、リスト部１８のリスト角θ2 およびシャフト回動部２０のシャフト回転角θ3 のデータに基づいて、アーム長さ制御手段１８ｌ、アーム回動モータ１４ｃ、リスト回動モータ１４ｄおよびシャフト回動モータ２０ｂを制御する部位であり、制御部２２ａ、データ取得部２２ｂ、上記入力情報を入力する入力部２２ｃおよび解析部２２ｄとを備える。
【００２６】
制御部２２ａは、スウィングに先立って、グリップ部Ｇの回動半径Ｒを予め調整するために、レーザ変位計１８ｏから送られてくるデータに基づいてアーム長さ制御手段１８ｌに対して制御電圧を与えて、エアー配管１８ｍよりエアシリンダ内に流入する空気を調整して、目標回動半径Ｒに設定するとともに、入力情報として与えられたアーム角θ1 やリスト角θ2 やシャフト回転角θ3 の時系列データに基づいて定まる各モータへの制御電圧を出力する部分である。
【００２７】
データ取得部２２ｂは、各エンコーダより計測され送られたデータに基づいてアーム角φ1 、リスト角φ2 およびシャフト回転角φ3 の時系列データを算出する部分である。実際にゴルフスウィングロボット１０でスウィングされたアーム角φ1 、リスト角φ2 およびシャフト回転角φ3 の時系列データを算出するのは、解析部２２ｄにおいて、実際に目標スウィングとして入力したアーム角θ1 、リスト角θ2 およびシャフト回転角θ3 の時系列データと比較して、スウィングの再現性を調べるためである。
【００２８】
解析部２２ｄは、実際にスウィングロボット１０でスウィングした際のアーム角φ1 、リスト角φ2 およびシャフト回転角φ3 の時系列データが実際に入力された時系列データとどの程度差異があるか判断し、スウィングの再現性をチェックする部位である。得られた判断結果に応じて、制御部２２ａに再度スウィングを行うよう修正された制御電圧を設定することができる。スウィングが再現できたと判断された制御電圧は、記憶される。
本発明においては、データ取得部２２ｂや解析部２２ｄを備えず、実際に入力された時系列データと実際にスウィングした時系列データとを比較しなくてもよい。
【００２９】
また、本実施例は、回動半径Ｒ、アーム角θ1 、リスト角θ2 およびシャフト回転角θ3 のすべての時系列データを入力情報として入力するものであるが、これらの内少なくとも１つを入力するものであってもよい。入力されない残りのデータは、制御装置２２に記憶されている既存のデータあるいは典型的なデータを用いればよい。また、入力情報は、アーム角θ1 、リスト角θ2 およびシャフト回転角θ3 の時系列データのほかに、アーム角θ1 に対するリスト角θ2 のデータやアーム角θ1 に対するシャフト回転角θ3 のデータであってもよい。
なお、入力情報として入力する回動半径Ｒ、アーム角θ1 、リスト角θ2 およびシャフト回転角θ3 は、後述するスウィング測定方法によって定めることができる。
【００３０】
ゴルフスウィングロボット１０は以上のように構成されるが、本発明のゴルフスウィングロボットにおいては、アーム回動軸からグリップ保持部の位置までの距離を変えることのできる機構であれば、回動半径調整手段１８ｌの構成に制限されず、公知の手段で構成してもよい。
次に、ゴルフスウィングロボット１０を用いて、ゴルファーのスウィングした挙動を細かく再現する本発明のゴルフスウィング方法の一例について説明する。
【００３１】
ゴルファーの実際にスウィングしたスウィング挙動を再現するために、ゴルフスウィングロボット１０に入力情報として入力する回動半径Ｒとアーム角θ1 、リスト角θ2 およびシャフト回転角θ3 の時系列データは、ゴルファーが実際にスウィングする際のグリップ部Ｇのグリップ部の挙動の時系列データを取得して解析することによって得られる。
【００３２】
図３には、ゴルフスウィング中のグリップ部の挙動の時系列データを取得する３次元位置方向計測システム（以下、計測システムという）５０が示されている。ゴルフクラブＣのグリップ部Ｇの端部に以下で述べる計測システム５０の磁気センサであるレシーバ５６が取り付けられる。
計測システム５０は、ゴルフスウィングする人の背後に配置固定したトランスミッタ５８から３種類の所定の磁場を次々に発生させ、一方、移動および回転するグリップ部Ｇに固定したレシーバ５６が、トランスミッタ５８によって作られる３種類の磁場内の位置および向きに対応して磁気を感知して合計９つの出力電圧を出力し、この出力電圧からコントローラ・データ処理部６０で、データ処理してレシーバ５４の位置と向きのデータを得ることができるシステムである。
【００３３】
このような計測システム５０については、図３に示されるように、所定の磁場を形成するトランスミッタ５８と、この磁場の強さや方向に応じて３軸方向の出力電圧を発生するレシーバ５６と、トランスミッタ５８に所定の３種類の磁場を順次発生する駆動信号を生成する駆動回路６０ａ、レシーバ５６からの出力信号を検出する検出回路６０ｂおよび駆動回路６０ａを制御し、得られた出力電圧よりデータ処理を行って、所定の位置、例えばトランスミッタ５８の位置を基準位置とし、お互いに直交する３軸Ｘ，Ｙ，Ｚを基準とする３次元位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）と所定の基準方向、例えばトランスミッタ５８を中心とするＹ軸方向に対するレシーバ５６の向きを表す姿勢角度、すなわちヨー角、ピッチ角およびロール角（以降では、（θy ，θp ，θr ）と表す）の時系列データを演算して出力するコンピュータ６０ｃとを備えるコントローラ・データ処理装置６０とを有して構成される。
【００３４】
トランスミッタ５８およびレシーバ５６は、図４に示されるように、お互いに直交する３軸方向に各々ループ状に巻かれた３つのコイルによって構成され、トランスミッタ５８は、ゴルフスウィングする人の後方に固定配置され、レシーバ５６は、ゴルフクラブＣのグリップ部Ｇの端部に固定される。
コントローラ・データ処理装置６０は、駆動回路６０ａと検出回路６０ｂと駆動回路６０ａおよび検出回路６０ｂの制御を行い、検出回路６０ｂから送られる出力電圧Ｖよりレシーバ５６の３次元位置と向きを求めるデータ処理用ソフトウェアを備えたコンピュータ６０ｃによって構成される。
トランスミッタ５８は、コントローラ・データ処理装置６０内の駆動回路６０ａに、レシーバ５６は、コントローラ・データ処理装置６０内の検出回路６０ｂに各々接続される。
【００３５】
このような計測システム５０として、例えば、FasttrakII（ Polhemus 社製）を挙げることができる。
計測システム５０で得られた３次元位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）と姿勢角度（θy ，θp ，θr ）は、パーソナルコンピュータ６２に取り込まれ、ＡＤ変換され、グリップ部Ｇのスウィング中の挙動の時系列データを得ることができる。
【００３６】
このようにして得られた３次元位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）の時系列データから、少なくともスウィング中のトップの位置からボールのインパクトの位置までの挙動を含むグリップ部Ｇの挙動を一平面に近似し、スウィング面Ａを算出する。スウィング面Ａは、図５に示すように、ゴルファーを後方から打撃方向に向かってみた場合、左方向に斜上する平面によって近似される。このような近似は、グリップ部Ｇのトップの位置からインパクトの位置までの３次元位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）の時系列データを平面の式Ａｘ＋Ｂｙ＋Ｃｚ＝Ｄ（Ａ、Ｂ、ＣおよびＤは定数）に最小２乗法によって回帰させることによって行われる。この方法で３０人のゴルファーのスウィング面Ａを求めると、平均でスウィング面Ａへの回帰の相関係数は０．９７であり、最も低い場合でも０．９４の相関係数を示し、十分にスウィング面Ａに近似できることがわかる。このようにして得られたスウィング面Ａの平面の式から、スウィング面Ａの傾斜角度を求める。一方、ゴルフスウィングロボット１０において、この求められた傾斜角度に基づいて傾動部１４を傾動させ、実際のゴルフスウィングのスウィング面Ａの傾斜角度に合わせる。これによって、ゴルフスウィングロボット１０のスウィングするグリップ部Ｇのスウィング面を定めることができる。このような傾斜角度の設定は、制御装置２２によって自動的に設定されるものであってもよい。
【００３７】
次に、グリップ部Ｇの挙動をスウィング面Ａ上の円弧で近似し、スウィング軌道円Ｂを算出する。スウィング軌道円Ｂの算出は、トップの位置Ｔからインパクトの位置Ｐまでの３次元位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）のスウィング面Ａ上に投影した２次元座標を（ｘn ，ｙn ）（ｎ＝１〜Ｎ、ただしＮは、トップの位置Ｔからインパクトの位置Ｐまでの時系列データ数）とし、近似する円の直径をＲc および近似する円の中心位置をｘc およびｙc とすると、適宜Ｒc ，ｘc およびｙc を入力して、下記式（１）のばらつき度合いＳの値が３０ｍｍ以下となるＲc ，ｘc およびｙc を求める。
【数１】
0004275831.tif 000002
【００３８】
なお、この方法で３０人のゴルファーのスウィング軌道円Ｂを求めると、Ｒc は平均で約４５ｃｍ、ばらつき度合いＳの平均は約２ｃｍであり、また相関係数は平均で０．９２であり、グリップ部Ｇの挙動をスウィング軌道円Ｂで近似可能である。このスウィング軌道円Ｂの半径Ｒc が、制御装置２２に入力される回動半径Ｒとされる。
【００３９】
このようにして得られるスウィング面Ａ上のスウィング軌道円Ｂの各位置は、このスウィング軌道円Ｂの中心点（ｘc ，ｙc ) の回りの方位角で表すことができる。
また、グリップ部Ｇの姿勢角度（θy ，θp ，θr ）から、ゴルフクラブＣのシャフトの向きを、座標変換によって求めることができ、これによってグリップ部Ｇの位置におけるゴルフクラブＣのシャフトの向きを定めることができる。図６には、スウィングの際のトップの位置Ｔからインパクトの位置Ｐまでのグリップ部Ｇの挙動が図示されている。図中において、グリップ部Ｇの移動とともにゴルフクラブＣのシャフトの向きが変化し、すなわち、グリップ部Ｇを握るゴルファーのスウィング面Ａ上のリストの回転（リスト角の変化）が示されている。
そこで、図７（ａ）に示すように、スウィング軌道円Ｂから、グリップ部Ｇの位置を示す方位角、すなわちアーム角θ1 、およびゴルフクラブＣのシャフトの向きを示す方位角、すなわちリスト角θ2 を定める。すなわち、図中Ｄ方向をボールのインパクト方向、点Ｐ1 をボールにインパクトを与える位置とした際の、Ｄ方向を基準とするアーム角θ1 と、アーム角θ1 の位置におけるＤ方向を基準とするゴルフクラブＣのシャフトの向きθ4 からアーム角θ1 を減算して得られるリスト角θ2 、すなわち、スウィング軌道円Ｂの回転中心位置とグリップ部Ｇの位置とを結ぶ方向を基準方向としたリスト角θ2 とを求める。
【００４０】
また、図７（ｂ）に示されるように、姿勢角度（θy ，θp ，θr ）から座標変換によって、所定の状態、例えばゴルフクラブＣをスクウェアに構えたアドレス状態を基準状態としてゴルフクラブＣのシャフト回転角θ3 を求める。とくに、レシーバ５６の３軸のうち１軸をゴルフクラブＣのシャフトの軸方向に合わせる場合、姿勢角度（θy ，θp ，θr ）の１つ、例えばθr がシャフト回転角θ3 となり、座標変換による計算の必要がなくなる。
このようにして、アーム角θ1 、リスト角θ2 およびシャフト回転角θ3 を定義し時系列データを得ることができる。
図８は、２人のゴルファーＦ1 およびＦ2 が実際にスウィングした際の、スウィングのトップの位置Ｔからボールのインパクトの位置Ｐまでのアーム角θ1 およびリスト角θ2 の時系列データを得、これに基づいてアーム角θ1 に対するリスト角θ2 の挙動をまとめたものである。図８によると、ゴルファーによるアーム角θ1 に対するリスト角θ2 の差異が、細かくしかも明確に表されている。また、図示されないが、同様にアーム角θ1 に対するシャフト回転角θ3 の挙動についても、ゴルファーによる差異を細かく表すことができる。
【００４１】
なお、本発明におけるゴルフスウィング方法に用いられるアーム角θ1 、リスト角θ2 およびシャフト回転角θ3 の入力情報は、上記計測システム５０で取得されるものであるが、上記計測システム５０で取得される場合に限られず、ＣＣＤビデオカメラ等で撮影された画像の画像計測によって、アーム角θ1 、リスト角θ2 やゴルフクラブのシャフト回転角θ3 を得てもよい。
【００４２】
このようにして得られるグリップ部Ｇの回動半径Ｒと、アーム角θ1 、リスト角θ2 およびシャフト回転角θ3 の時系列データとが、入力部２２ｃに入力される。
入力部２２ｃに入力されたデータは、制御部２２ａに送られ、回動半径調整手段１８ｌによって自動的にリスト部１８の位置が調整されて回動半径Ｒが調整される。
【００４３】
アーム角θ1 、リスト角θ2 およびシャフト回転角θ3 の時系列データは、アーム回動モータ１４ｃ、リスト回動モータ１４ｄおよびシャフト回動モータ２０ｂの回転を制御する制御電圧に変換され、スウィング開始の指示によって各モータが制御電圧にしたがって回転をはじめスウィングが開始する。
まず、初期状態、例えばゴルフスウィングのアドレス状態から、制御電圧にしたがって，ゴルフクラブＣがトップ位置Ｔまで振り上げられ、その後、トップ位置Ｔからダウンスウィングが開始する。
スウィングは、少なくともボールのインパクト位置以降まで行われて終了するが、必ずしもフォロースルーやフィニッシュの位置までスウィングを行うことは必要とされない。スウィング後、アーム部１６やリスト部１８等は、各モータを逆回転して初期状態に戻る。
【００４４】
スウィング中、エンコーダ１６ｅ、１８ｎおよび２０ｄで回転角が計測され、データ取得部２２ｂに送られ、ゴルフスウィングロボット１０で実際にスウィングしたアーム角φ1 、リスト角φ2 およびシャフト回転角φ3 の時系列データが得られる。この時系列データは、解析部２２ｄに送られる。
【００４５】
解析部２２ｄでは、入力部２２ｃより入力されたアーム角θ1 、リスト角θ2 およびシャフト回転角θ3 の時系列データと、ゴルフスウィングロボット１０で実際にスウィングしたアーム角φ1 、リスト角φ2 およびシャフト回転角φ3 の時系列データとが比較され、入力したアーム角θ1 、リスト角θ2 およびシャフト回転角θ3 の時系列データに基づいてスウィングが再現されたかどうか判断する。例えば、時系列データの差異が所定値以内であるかによって判断される。スウィングが再現されていないと判断された場合、その判断結果が制御部２２ａにフィードバックされ、スウィングが再現されるまで、修正された制御電圧によってスウィングが行われる。このようにして、入力情報であるアーム角θ1 、リスト角θ2 およびシャフト回転角θ3 の時系列データに基づいてスウィングが再現することができる。
なお、本実施例では、解析部２２ｄを備えスウィングの再現性を判断するが、本発明のゴルフスウィング方法においては、解析部２２ｄを備えスウィングの再現性を判断することは必ずしも必要としない。
【００４６】
このように、ゴルフスウィングロボット１０を用いて、実際のゴルファーのスウィングの挙動を細かく再現することができるため、スウィングの挙動を定量的に把握して細かくスウィングを類型化できるとともに、類型化されたスウィングによってボールを試打することで類型化されたスウィングそれぞれに適したゴルフクラブを開発することが可能となる。
【００４７】
以上、本発明のゴルフスウィングロボットおよびゴルフスウィング方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。
【００４８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、ゴルフスウィングロボットのグリップ部の回動半径を調整することができるので、実際にゴルファーのスウィングしたゴルフスウィングの挙動を再現することができる。
また、アーム部のアーム角、リスト部のリスト角やシャフト回動部のシャフト回転角に関する少なくとも１つの入力情報に基づいて駆動手段を制御するので、実際にゴルファーのスウィングを実用的にかつ細かく再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のゴルフスウィングロボットの一例を示す概略図である。
【図２】  （ａ）は、図１に示すアーム部の一部分の断面を示す概略断面図であり、（ｂ）は図１に示すアーム部の他の一部分を示す概略図である。
【図３】  本発明のゴルフのスウィング方法のデータ取得手段に用いられる計測システムの一例を示す概念図である。
【図４】  図３に示す計測システムの要部を説明する説明図である。
【図５】  本発明のゴルフスウィング方法において用いられるスウィング面を説明する説明図である。
【図６】  本発明のゴルフスウィング方法において用いられるスウィング軌道円を説明する説明図である。
【図７】  （ａ）は、本発明のゴルフスウィング方法において用いられる回動半径、アーム角およびリスト角を説明する説明図であり、（ｂ）は、本発明のゴルフスウィング方法において用いられるシャフト回転角を説明する説明図である。
【図８】  本発明のゴルフスウィング方法において得られるスウィング挙動の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  ゴルフスウィングロボット
１２  基台
１４  傾動部
１６  アーム部
１８  リスト部
２０  シャフト回動部
２２  制御装置
５０  計測システム
５６  レシーバ
５８  トランスミッタ
６０  コントローラ・データ処理装置
６２  パーソナルコンピュータ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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