高尔夫球挥杆分析装置及高尔夫球挥杆分析方法
【专利摘要】本发明提供一种高尔夫球挥杆分析装置及高尔夫球挥杆分析方法。所述高尔夫球挥杆分析装置具备运算部，所述运算部利用被安装于高尔夫球手的上半身的部位处的第一惯性传感器的输出、和被安装于高尔夫球杆上的第二惯性传感器的输出，而对所述高尔夫球手的前臂与所述高尔夫球杆之间的相对角度进行计算。
【专利说明】高尔夫球挥杆分析装置及高尔夫球挥杆分析方法
[0001]本申请以2012年10月5日申请的日本专利申请2012-223327和2012年10月5日申请的日本专利申请2012-223326为基础，请求该日本专利申请的优先权的利益。本申请囊括了该日本专利申请的全部内容。
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种高尔夫球挥杆分析装置及高尔夫球挥杆分析方法等。
【背景技术】
[0003]例如，如日本特开2010-11926号公报所公开这种高尔夫球挥杆分析装置已被众所周知。高尔夫球挥杆分析装置利用光学式动作捕捉(Motion Capture)系统，并在该系统中，对高尔夫球手的挥杆的状态进行拍摄。在进行拍摄时，在高尔夫球手及高尔夫球杆的特定位置上固定有标识，通过对标识的动作进行拍摄，从而记录了特定位置的移动轨跡。此夕卜，例如如日本特开平11-169499号公报所公开的那样，利用加速度传感器的高尔夫球挥杆分析装置也已被众所周知。在高尔夫球杆上安装有加速度传感器，并根据由加速度传感器计测出的加速度，来对高尔夫球挥杆的姿态进行分析。
[0004]在如日本特开2010-11926号公报所记载这种利用了光学式动作捕捉(MotionCapture)系统的高尔夫球挥杆分析中，由于设备庞大而难以进行场地上的计测，因此，近年来利用了如日本特开平11-169499号公报所记载这种使用了加速度传感器等的惯性传感器的高尔夫球挥杆分析。但是，在使用了惯性传感器的高尔夫球挥杆分析中，无法良好地向使用者提示臂部与高尔夫球杆之间的相对角度。
【发明内容】
[0005]本发明的一个方式涉及一种高尔夫球挥杆分析装置，其具备运算部，所述运算部利用被安装于高尔夫球手的上半身的部位处的第一惯性传感器的输出、和被安装于高尔夫球杆上的第二惯性传感器的输出，而对所述高尔夫球手的前臂与所述高尔夫球杆之间的相对角度进行计算。
[0006]本发明的另一个方式涉及一种高尔夫球挥杆分析方法，其中，利用被安装于高尔夫球手的上半身的部位处的第一惯性传感器的输出、和被安装于高尔夫球杆上的第二惯性传感器的输出，而对所述高尔夫球手的前臂与所述高尔夫球杆之间的相对角度进行计算。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为概要地表示本发明的一个实施方式所涉及的高尔夫球挥杆分析装置的结构的示意图。
[0008]图2为概要地表示三维双摆模型与高尔夫球手及高尔夫球杆之间的关系的示意图。
[0009]图3为概要地表示运算处理电路的一部分的结构的框图。[0010]图4为局部地表示出运算处理电路的结构的框图。
[0011]图5为表示职业教练的挥杆分析的结果且为表示下臂与高尔夫球杆之间的相对角度的时间序列变化的曲线图。
[0012]图6为表示业余高尔夫球手的挥杆分析的结果且为表示下臂与高尔夫球杆之间的相对角度的时间序列变化的曲线图。
[0013]图7为表示职业教练的挥杆分析的结果且为表示总能量变化率信号的时间序列变化的曲线图。
[0014]图8为表示在零交叉的时刻处职业教练及高尔夫球杆的姿态的示意图。
[0015]图9为表示业余高尔夫球手的挥杆分析的结果且为表示总能量变化率信号的时间序列变化的曲线图。
[0016]图10为表示在零交叉的时刻处业余高尔夫球手及高尔夫球杆的姿态的示意图。【具体实施方式】
[0017]根据本发明的至少一个方式，提供了能够有效地向使用者提示臂部与高尔夫球杆之间的相对角度的高尔夫球挥杆分析装置及高尔夫球挥杆分析方法等。
[0018](a)本发明的一个方式涉及一种高尔夫球挥杆分析装置，其具备运算部，所述运算部利用被安装于高尔夫球手的上半身的部位处的第一惯性传感器的输出、和被安装于高尔夫球杆上的第二惯性传感器的输出，对所述高尔夫球手的前臂与所述高尔夫球杆之间的相对角度进行计算。
[0019]优选为，在高尔夫球挥杆中，在从顶点起的初始阶段内臂与高尔夫球杆之间相对角度被固定。可以认为，在撞击之前，对角度进行固定的力较为缓和，当相对于臂而实现了高尔夫球杆的自然旋转时，杆头速度加快。高尔夫球挥杆分析装置能够向使用者提示臂部与高尔夫球杆之间的相对角度。如果通过采用这种方式对臂与高尔夫球杆之间的相对角度进行观察，则可以导出能够有效地向高尔夫球杆传递能量的高尔夫球挥杆的姿态。通过采用这种方式，能够对于高尔夫球挥杆的姿态而提供指标。例如，通过反复实施姿态的变更和观察，从而能够通过反复摸索而对高尔夫球挥杆的姿态施加良好的改进。
[0020](b)高尔夫球挥杆分析装置在进行对所述相对角度的计算时，能够利用三维双摆模型，能够使所述上半身的所述部位形成所述三维双摆模型的第一环节，而所述高尔夫球杆形成所述三维双摆模型的第二环节。通过采用这种方式，从而高尔夫球挥杆被模型化。三维双摆模型能够以较高的精度在动力学上再现高尔夫球挥杆。通过采用这种方式，从而有效地对高尔夫球挥杆进行了分析。
[0021](C)可以采用如下方式，S卩，所述第一环节的支点位于连接所述高尔夫球手双肩的线的中央处，所述第一环节和所述第二环节的关节位于所述高尔夫球杆的握柄处。通过采用这种方式，从而能够高精度地对高尔夫球挥杆进行分析。
[0022](d)可以采用如下方式，即，所述第一惯性传感器和第二惯性传感器各自包括加速度传感器和陀螺传感器。根据加速度传感器和陀螺传感器，能够在进行对相对角度的计算时，准确地检测出加速度和角速度的信息。
[0023](e)高尔夫球挥杆分析装置可以利用所述第一惯性传感器和所述第二惯性传感器的输出，而对所述上半身的部位的总能量变化率进行计算。如果通过采用这种方式而对总能量变化率进行计算，则可以导出能够有效地向高尔夫球杆传递能量的高尔夫球挥杆的姿态。从而能够对于高尔夫球挥杆的姿态而提供指标。
[0024](f)高尔夫球挥杆分析装置可以具备能量变化率反转检测部，所述能量变化率反转检测部对所述上半身的部位的所述总能量变化率的正负的反转进行确定。如果通过采用这种方式而对总能量变化率的正负的反转进行检测，则可以导出能够有效地向高尔夫球杆传递能量的高尔夫球挥杆的姿态。从而能够对于高尔夫球挥杆的姿态而提供指标。例如，通过反复进行姿态的改变和观察，从而能够通过反复摸索而对高尔夫球挥杆的姿态施加良好的改进。尤其，当将零交叉的时刻与相对角度的变化关联起来时，能够对高尔夫球挥杆的姿态施加良好的改进。
[0025](g)高尔夫球挥杆分析装置可以具备图像数据生成部，所述图像数据生成部生成用于对所述相对角度的变化进行显示的图像数据。相对角度的变化能够对于高尔夫球挥杆的姿态而提供指标。
[0026](h)所述图像数据生成部可以生成，在所述相对角度的图像中叠加显示出如下信息的图像数据，所述信息为，所述上半身的部位的总能量变化率的正负发生反转的时刻信息。显示图像能够对于高尔夫球挥杆的姿态而提供指标。
[0027](i)本发明的另一个方式涉及一种高尔夫球挥杆分析方法，其中，利用被安装于高尔夫球手的上半身的部位处的第一惯性传感器的输出、和被安装于高尔夫球杆上的第二惯性传感器的输出，而对所述高尔夫球手的前臂与所述高尔夫球杆之间的相对角度进行计
笪
[0028]在高尔夫球挥杆中，在从顶点起的初始阶段内臂与高尔夫球杆之间的相对角度被固定。可以认为，在撞击之前，对角度进行固定的力较为缓和，当相对于臂而实现了高尔夫球杆的自然旋转时，杆头速度加快。高尔夫球挥杆分析方法能够向使用者提示臂与高尔夫球杆之间的相对角度。如果通过采用这种方式而对臂与高尔夫球杆之间的相对角度进行观察，则可以导出能够有效地向高尔夫球杆传递能量的高尔夫球挥杆的姿态。通过采用这种方式，从而能够对于高尔夫球挥杆的姿态而提供指标。例如，通过反复进行姿态的改变和观察，从而能够通过反复摸索而对高尔夫球挥杆的姿态施加良好的改进。
[0029]( j )本发明的另一个方式涉及一种高尔夫球挥杆分析的显示方法，其中，对如下图像进行显示，所述图像包括高尔夫球手的前臂与高尔夫球杆之间的相对角度的变化、以及由所述高尔夫球手的上半身的部位所生成的总能量变化率的正负发生反转的时刻信息。
[0030]以下，参照附图，对本发明的一个实施方式进行说明。另外，以下所说明的本实施方式并非对权利要求书中所记载的本发明的内容进行不当限定的实施方式，并且在本实施方式中所说明的结构未必都是作为本发明的解决方案所必需的。
[0031](I)高尔夫球挥杆分析装置的结构
[0032]图1概要地表示本发明的一个实施方式所涉及的高尔夫球挥杆分析装置11的结构。高尔夫球挥杆分析装置11例如具备第一惯性传感器12和第二惯性传感器13。在第一惯性传感器12和第二惯性传感器13中，安装有加速度传感器和陀螺传感器。加速度传感器能够对正交的三轴方向中的每一个方向上的加速度进行检测。陀螺传感器能够对围绕正交的三个轴中的各个轴的角速度单独进行检测。第一惯性传感器12和第二惯性传感器13输出检测信号。通过检测信号，从而针对每一个轴而确定加速度和角速度。加速度传感器和陀螺传感器以较高的精度对加速度和角速度的信息进行检测。第一惯性传感器12被安装于高尔夫球手的上肢(例如，如果右手击球则为左臂)15上。在此，虽然第一惯性传感器12被安装于高尔夫球手的前臂上，但是，第一惯性传感器12也可以被安装于高尔夫球手的上臂上。第二惯性传感器13被安装于高尔夫球杆14上。优选为，第二惯性传感器13被安装于高尔夫球杆14的握柄或者杆身上。第一惯性传感器12及第二惯性传感器13只需分别以无法进行相对移动的方式而被固定于上肢15及高尔夫球杆14上即可。在此，在安装第二惯性传感器13时，第二惯性传感器13的检测轴之一被合并至与高尔夫球杆14的长轴平行。另外，虽然在本实施方式中第一惯性传感器12被安装于上肢15上，但第一惯性传感器12也可以被安装于上半身(特别是双肩)上。
[0033]高尔夫球挥杆分析装置11具备运算处理电路16。第一惯性传感器12和第二惯性传感器13与运算处理电路16相连接。在进行连接时，预定的接口电路17与运算处理电路16相连接。该接口电路17既可以以有线的方式与惯性传感器12、13相连接，也可以以无线的方式与惯性传感器12、13相连接。检测信号从惯性传感器12、13被输入至运算处理电路16。
[0034]存储装置18与运算处理电路16相连接。在存储装置18中，例如存储有高尔夫球挥杆分析软件程序19以及相关数据。运算处理电路16执行高尔夫球挥杆分析软件程序19以实现高尔夫球挥杆分析方法。存储装置18包括DRAM(Dynamic Randow Access Memory:动态随机存取存储器)及大容量存储装置单元、非易失性存储器等。例如，在实施高尔夫球挥杆分析方法时，高尔夫球挥杆分析软件程序19被临时保存在DRAM中。在硬盘驱动装置(HDD)这种大容量存储装置单元中保存有高尔夫球挥杆分析软件程序以及数据。在非易失性存储器中收纳有BIOS (基本输入输出系统)这种较小容量的程序及数据。
[0035]图像处理电路21与运算处理电路16相连接。运算处理电路16向图像处理电路21输送预定的图像数据。显示装置22与图像处理电路21相连接。在进行连接时，预定的接口电路(未图示)与图像处理电路21相连接。图像处理电路21根据所输入的图像数据而向显示装置22输送图像信号。在显示装置22的画面中，显示有根据图像信号而被确定的图像。在显示装置22中，利用了液晶显示器以外的平板显示器。在此，运算处理电路16、存储装置18和图像处理电路21例如作为计算机装置而被提供。
[0036]输入装置23与运算处理电路16相连接。输入装置23至少具备字母键和数字键。文字信息或数值信息从输入装置23被输入至运算处理电路16。输入装置23例如只需由键盘构成即可。
[0037](2)三维双摆模型
[0038]运算处理电路16规定了虚拟空间。虚拟空间由三维空间形成。如图2所示，三维空间具有绝对基准坐标系2xyz。在三维空间中，根据绝对基准坐标系Sxyz而构建了三维双摆模型31。三维双摆模型31具备第一环节32和第二环节33。第一环节32被支点34(坐标Xtl)点约束。因此，第一环节32作为振子而围绕支点34进行三维动作。支点34的位置可以移动。第二环节33通过关节35 (坐标X1)而被点约束于第一环节32上。因此，第二环节33能够作为振子而围绕关节35相对于第一环节32进行动作。在该三维双摆模型31中，需要对第一环节32的质量Hi1和第二环节33的质量m2、第一环节32的围绕支点34的惯性张量Λ、以及第二环节33的围绕关节35的惯性张量J2进行确定。在此，根据绝对基准坐标系ΣΧ?Ζ，通过坐标Xgl来确定第一环节32的重心36的位置，通过坐标Xg2来确定第二环节33的重心37的位置，通过坐标xh2来确定杆头38的位置。
[0039]三维双摆模型31相当于将高尔夫球手G和高尔夫球杆14模型化了的模型。第一环节32的支点34对高尔夫球手G的上半身的大致双肩的中心位置进行投影。关节35对握柄进行投影。第二环节33对高尔夫球杆14进行投影。第一惯性传感器12被固定于高尔夫球手的上肢15上。双肩的中心位置可以相对于第一惯性传感器12而被相对固定。根据绝对基准坐标系Sxyz，通过坐标Xsl来确定第一惯性传感器12的位置。第二惯性传感器13被固定于第二环节33上。根据绝对基准坐标系Sxyz，第二惯性传感器13的位置通过坐标Xs2而被确定。第一惯性传感器12和第二惯性传感器13分别输出加速度信号和角速度信号。在加速度信号中，对包含重力加速度g的影响在内的加速度 [0040]数学式I
[0041]fe1-5),(%2-#)
[0042]进行确定,在角速度信号中,对角速度ωρ ω2进行确定。
[0043]运算处理电路16在第一惯性传感器12上固定有局部坐标系Σ31。局部坐标系Σ31的原点被设定为第一惯性传感器12的检测轴的原点。关节35被设定在局部坐标系Ssl的y轴上。因此，通过(0，lsjly，0)来确定该局部坐标系Σ31上的关节35的位置lsjl。同样，分别通过(Istlx, Is0y, Istlz)和(lsglx，lsgly，Isglz)来确定该局部坐标系Ssl上的支点34的位置Istl和重心36的位置Isgl。
[0044]运算处理电路16以同样的方式在第二惯性传感器13上固定有局部坐标系Σ32。局部坐标系Σ32的原点被设定为第二惯性传感器13的检测轴的原点。局部坐标系Σ32的,轴与高尔夫球杆14的轴心一致。因此，根据该局部坐标系132，通过(0，lsj2y，O)来确定关节35的位置lsj2。同样，在该局部坐标系Σ32上，通过(0，lsg2y，O)来确定重心37的位置Isg2，通过(0，
lsh2y，
O)来确定杆头38的位置Ish2。
[0045](3)运算处理电路的结构
[0046]图3概要地表示运算处理电路16的结构。运算处理电路16具备要素运算部44。加速度信号和角速度信号从第一惯性传感器12和第二惯性传感器13被输入至要素运算部44。要素运算部44根据加速度和角速度，而对能量变化率的运算所要求的分量值进行计算。在进行计算时，要素运算部44从存储装置18中取得各种各样的数值。
[0047]要素运算部44具备第一力运算部45。第一力运算部45对作用于第二环节33上的第一关节间力F2进行计算。在进行计算时，第一力运算部45取得第二惯性传感器13的加速度信号和高尔夫球杆14的第一质量数据。在第一质量数据中，记述有高尔夫球杆14的质量m2。第一质量数据只需被预先存储于存储装置18中即可。按照下式，而对第一关节间力F2进行计算。
[0048]数学式2
[0049]F2 =m2( -2-g)
[0050]此时，
[0051]数学式3
[0052](%z - s)
[0053]表示第二环节33的重心37的加速度。常数g表示重力加速度。重心37的加速度根据第二惯性传感器13的计测值来进行计算。第一力运算部45输出第一关节间力信号。通过第一关节间力信号来确定第一关节间力F2的值。
[0054]要素运算部44具备第二力运算部46。第二力运算部46对作用于第一环节32上的第二关节间力F1进行计算。在进行计算时，第二力运算部46取得第一惯性传感器12的加速度信号、第二质量数据以及第一关节间力信号。在第二质量数据中，记述有上肢15的质量叫。第二质量数据只需被预先存储于存储装置18中即可。按照下式而对第二关节间力匕进行计算。
[0055]数学式4
[0056]Fi = -Q)+ F2
[0057]此时，
[0058]数学式5
[0059](?! - a)
[0060]表示第一环节32的重心36的加速度。重心36的加速度根据第一惯性传感器12的计测值来进行计算。第二力运算部46输出第二关节间力信号。通过第二关节间力信号来确定第二关节间力F1的值。
[0061]要素运算部44具备第一转矩运算部47。第一转矩运算部47对围绕关节35而作用于第二环节33上的转矩T2进行计算。在进行计算时，第一转矩运算部47取得第二惯性传感器13的角速度信号、第一惯性张量数据、第一位置数据、第二位置数据以及第一关节间力信号。在第一惯性张量数据中，记述有高·尔夫球杆14的惯性张量J2。在第一位置数据中，记述有局部坐标系Ss2上的关节35的位置lsj2。在第二位置数据中，记述有局部坐标系Σ52上的重心37的位置lsg2。第一惯性张量数据、第一位置数据以及第二位置数据只需被预先存储于存储装置18中即可。第一关节间力信号只需从第一力运算部45被发送即可。按照下式而对转矩τ2进行计算。
[0062]数学式6
[0063]τ2 + ω2 Χ/ζω2 + II^saZ ~ QzIIeK Χ Ρχ
[0064]在此，单位矢量e12确定了从高尔夫球杆14的握柄端部朝向杆头的长轴方向。第一转矩运算部47输出第一转矩信号。通过第一转矩信号来确定转矩T2的值。
[0065]要素运算部44具备第二转矩运算部48。第二转矩运算部48对围绕支点34而作用于第一环节32上的转矩T1进行计算。在进行计算时，第二转矩运算部48取得第一惯性传感器12的角速度信号、第二惯性张量数据、第三位置数据、第四位置数据、第五位置数据、第一关节间力信号、第二关节间力信号以及第一转矩信号。在第二惯性张量数据中，记述有上肢15的惯性张量Λ。在第三位置数据中，记述有局部坐标系Σ31上的支点34的位置ls(l。在第四位置数据中，记述有局部坐标系Ssl上的关节35的位置lsjl。在第五位置数据中，记述有局部坐标系Σ31上的重心36的位置lsgl。第二惯性张量数据以及第三至第五位置数据只需被预先存储于存储装置18中即可。第一关节间力信号只需从第一力运算部45被发送即可。第二关节间力信号只需从第二力运算部46被发送即可。第一转矩信号只需从第一转矩运算部47被发送即可。按照下式而对转矩T1进行计算。
[0066]数学式7
【权利要求】
1.一种高尔夫球挥杆分析装置， 具备运算部，所述运算部利用被安装于高尔夫球手的上半身的部位处的第一惯性传感器的输出、和被安装于高尔夫球杆上的第二惯性传感器的输出，而对所述高尔夫球手的前臂与所述高尔夫球杆之间的相对角度进行计算。
2.如权利要求1所述的高尔夫球挥杆分析装置，其中， 在进行对所述相对角度的计算时利用三维双摆模型，所述上半身的所述部位形成所述三维双摆模型的第一环节，所述高尔夫球杆形成所述三维双摆模型的第二环节。
3.如权利要求2所述的高尔夫球挥杆分析装置，其中， 所述第一环节的支点位于连接所述高尔夫球手双肩的线的中央处，所述第一环节和所述第二环节的关节位于所述高尔夫球杆的握柄处。
4.如权利要求1所述的高尔夫球挥杆分析装置，其中， 所述第一惯性传感器和第二惯性传感器各自包括加速度传感器和陀螺传感器。
5.如权利要求1所述的高尔夫球挥杆分析装置，其中， 利用所述第一惯性传感器和所述第二惯性传感器的输出，而对所述上半身的部位的总能量变化率进行计算。
6.如权利要求5所述的高尔夫球挥杆分析装置，其中， 具备能量变化率反转检测部，所述能量变化率反转检测部对所述上半身的部位的所述总能量变化率的正负的反转进行确定。
7.如权利要求1所述的高尔夫球挥杆分析装置，其中， 具备图像数据生成部，所述图像数据生成部生成用于显示所述相对角度的变化的图像数据。
8.如权利要求7所述的高尔夫球挥杆分析装置，其中， 所述图像数据生成部生成在所述相对角度的图像中叠加显示出如下信息的图像数据，所述信息为，所述上半身的部位的总能量变化率的正负发生反转的时刻信息。
9.一种高尔夫球挥杆分析方法，其中， 利用被安装于高尔夫球手的上半身的部位处的第一惯性传感器的输出、和被安装于高尔夫球杆上的第二惯性传感器的输出，而对所述高尔夫球手的前臂与所述高尔夫球杆之间的相对角度进行计算。
10.一种高尔夫球挥杆分析的显示方法，其中， 对如下的图像进行显示，所述图像包括高尔夫球手的前臂与高尔夫球杆之间的相对角度的变化、以及由所述高尔夫球手的上半身的部位所生成的总能量变化率的正负发生反转的时刻信息。
【文档编号】A63B69/36GK103706108SQ201310462676
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2012年10月5日
【发明者】太田宪, 涩谷和宏 申请人:精工爱普生株式会社, 学校法人庆应义塾