JP2013192590A - 運動解析装置及び運動解析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 運動期間前の静止期間だけで、角速度センサーのバイアス値を除去した運動解析を可能とする運動解析装置及び運動解析方法を提供すること。
【解決手段】 運動解析装置１は、測定対象物体１０の角速度を検出する角速度センサー１０２ｘ〜１０２ｚと、測定対象物体が静止状態である第１期間Ｔ１に角速度センサーから取得された出力信号に基づいて、角速度センサーの出力信号に含まれて時間とともに変化するバイアス値を、時間を関数とするバイアス推定値として求めるバイアス推定部２０２と、第１期間に続く第２期間Ｔ２に角速度センサーから取得された出力信号から、その出力信号と時間軸上で対応するバイアス推定値が除去された補正データに基づいて、測定対象物体の運動を解析する運動解析部２０４と、を有する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、角速度センサーを用いた運動解析装置及び運動解析方法等に関する。

様々な分野において被検査体の運動を解析する装置が必要とされている。例えば、テニスラケットやゴルフクラブのスイング軌道、野球のピッチングやバッティング等の運動フォーム等を解析し、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。

現在、実用的な運動解析装置としては、光学式モーションキャプチャー装置が知られている。この装置は、マーカーが取り付けられた測定対象物体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カーの移動軌跡を算出することで、運動を解析するものが一般的である（特許文献１）。

これに対して、近年、被検査体に小型の慣性センサーを取り付け、測定対象物体の物理量を検出するセンサーの出力データから被検査体の運動を解析する装置が提案されている（特許文献２）。この装置は、赤外線カメラが不要であるため取り扱いが容易であるという利点がある。

特開２０１０−１１０３８２号公報 特開２００８−０７３２１０号公報

ここで、慣性センサーとして角速度センサー（ジャイロセンサー）を用いて測定対象物体の運動を解析する際に、角速度センサーのバイアスを除去する必要がある。バイアスとは、角速度が零である初期状態のときのゼロバイアスと、電源変動や温度変動などの外部要因に起因するランダムなドリフトとを含む誤差の総称である。

このバイアス値を求めるために、例えば運動期間の前後に静止期間を設定し、それぞれの静止期間中に角速度センサーから出力された信号に基づいて、運動期間中のバイアス値を推定することが考えられる。

しかし、この方法によればリアルタイムでの運動解析ができない。その上、運動の前後にて静止期間を設定しなければならないのでスムーズな計測がし難く、被験者の運動を伴う場合には被験者に与える規制が多く、利便性を損なう。

そこで、本発明の幾つかの態様は、運動期間前に静止期間を設けるだけで、角速度センサーのバイアス値を除去した運動解析を可能とする運動解析装置及び運動解析方法を提供することを目的とする。

（１）本発明の一態様は、
測定対象物体の角速度を検出する角速度センサーと、
前記測定対象物体が静止状態である第１期間に前記角速度センサーから取得された出力信号に基づいて、前記角速度センサーの出力信号に含まれて時間とともに変化するバイアス値を、時間を関数とするバイアス推定値として求めるバイアス推定部と、
前記第１期間に続く第２期間に前記角速度センサーから取得された出力信号から、前記出力信号と前記時間軸上で対応する前記バイアス推定値が除去された補正データに基づいて、前記測定対象物体の運動を解析する運動解析部と、
を有する運動解析装置に関する。

ここで、測定対象物体が静止状態である第１期間に角速度センサーから取得された出力信号とは、角速度が零であることから、時間とともに変化するバイアス値のみである。本発明の一態様では、バイアス推定部が、第１期間に取得されたバイアス値（角速度センサー）から、時間を関数とするバイアス推定値を求める。第１期間に続く第２期間では、運動解析部が、角速度センサーから取得された出力信号から、その出力信号と時間軸上で対応するバイアス推定値が除去された補正データに基づいて、測定対象物体の運動を解析する。よって、第２期間（運動期間を含む）の前に第１期間（静止期間）を設けるだけで、第２期間に用いられるバイアス推定値を取得でき、角速度センサーのバイアス値を除去した運動解析が可能となる。しかも、運動期間後の静止期間を待たずに、運動解析をリアルタイムで実施することができる。

（２）本発明の一態様では、前記バイアス推定部は、前記角速度センサーからの出力信号として時間軸上でサンプリングされたデータを、前記時間軸を含む二次元面で直線近似して、前記バイアス推定値を求めることができる。

こうすると、時間を関数とするバイアス推定値は一次関数となるので、角速度センサー出力から除算されるバイアス値をデータ補正部にて容易かつ高速に演算することができる。

（３）本発明の一態様では、一秒あたりの角速度（ｄｐｓ）であるバイアス推定値Ｖｉａｓ（ｔ）の直線近似式を、Ｖｉａｓ（ｔ）＝ａ×ｔ＋ｂとしたとき、前記バイアス推定部は、傾きａがしきい値よりも小さくなった時に前記バイアス推定値を確定することができる。

固定の静止期間あるいは短い静止期間にて得られた角速度センサー出力に基づくと、バイアス推定値を適切に設定できないことがある。角速度センサーのバイアス安定性や外部要因に依存して、適切でないバイアス推定値とは、角速度センサーのバイアスドリフトが大きく、Ｖｉａｓ（ｔ）＝ａ×ｔ＋ｂの式中の傾きａが過大となる場合である。そこで、最初の静止期間にて得られた角速度センサー出力に基づいて取得されたバイアス推定値の傾きをしきい値と比較して、傾きａが信頼できるものであるか評価することができる。傾きａがしきい値よりも小さければ、信頼性のあるバイアス値として確定できる。もし、傾きａがしきい値よりも大きければ、静止期間の長さを延長してバイアス推定値を再取得し、評価すればよい。

（４）本発明の一態様では、前記バイアス推定部は、前記傾きａがａ≦０．０１０となった時に前記バイアス推定値を確定することができる。

こうすると、運動期間の前後に静止期間を設けて得られたバイアス推定値に近いバイアス推定値を得ることができる。

（５）本発明の一態様では、前記バイアス推定部は、前記傾きａがａ≦０．００５となった時に前記バイアス推定値を確定することができる。

こうすると、運動期間の前後に静止期間を設けて得られたバイアス推定値により近いバイアス推定値を得ることができる。

（６）本発明の一態様では、前記バイアス推定部にて前記バイアス推定値が確定された時以降に、運動開始を告知する告知部をさらに有することができる。

バイアス推定値を得る必要上、運動を開始する前に静止期間が必要となり、その静止期間を終了して運動を開始させる告知を、バイアス推定値の確定タイミングに基づいて行うことができる。

（７）本発明の一態様では、前記運動解析部は、前記補正データ及び前記補正データの積分値に基づいて前記測定対象物体の運動を解析することができる。

測定対象物体の運動のうち、角速度センサー出力を補正して得た角速度と、それを積分して得た角度とにより分析できる。しかも、測定対象物体の運動を、バイアス値を除去して精度よく解析することができる。

（８）本発明の一態様では、前記運動解析部は、前記角速度センサーの出力信号が入力される順にリアルタイムで前記測定対象物体の運動を解析することができる。つまり、本発明の一態様では運動期間後の静止期間を待つことなくバイアス推定値が得られるので、運動解析をリアルタイムで実施することができる。

（９）本発明の一態様では、
前記測定対象物体の加速度を検出する加速度センサーをさらに有し、
前記運動解析部は、前記加速度センサーの出力信号及び記加速度センサーの出力信号のｍ（ｍは自然数）階積分値に基づいて前記測定対象物体の運動を解析することができる。

運動解析データとして、角速度または角度以外に、加速度センサーの出力として加速とが得られ、加速度をｍ階積分することで速度や位置が得られるので、測定対象物体の運動解析を緻密に行うことができる。

（１０）本発明の他の態様は、
測定対象物体が静止状態である第１期間に、前記測定対象物体に取り付けられた角速度センサーからの出力信号を取得する工程と、
前記第１期間に取得された前記角速度センサーの出力信号に含まれて時間とともに変化するバイアス値を、時間を関数とするバイアス推定値として求める工程と、
前記第１期間に続く第２期間に前記角速度センサーの出力信号を取得する工程と、
前記第２期間に取得された前記角速度センサーの出力信号から、前記出力信号と前記時間軸上で対応する前記バイアス推定値が除去された補正データに基づいて、前記測定対象物体の運動を解析する工程と、
を有する運動解析方法に関する。

本発明の他の態様でも、第２期間（運動期間を含む）の前に第１期間（静止期間）を設けるだけで、第２期間に用いられるバイアス推定値を取得でき、角速度センサーのバイアス値を除去した運動解析が可能となる。しかも、運動期間後の静止期間を待たずに、運動解析をリアルタイムで実施することができる。

本発明の実施形態に係る運動解析装置の概要を示す図である。 測定対象物体であるゴルフクラブと、ゴルフクラブに取り付けられたセンサーユニットを充電する充電器とを示す図である。 図１及び図２に示すセンサーユニットのブロック図である。 ゴルフクラブと充電器とを接点で接続した充電状態（静止状態）を示す図である。 本発明の実施形態に係る運動解析装置のブロック図である。 第１，第２期間にてサンプリングされるセンサー出力信号を示すタイミングチャートである。 測定対象物体の運動軌跡を示す図である。 本発明の実施形態に係る運動解析方法帆を示すフローチャートである。 角速度センサーからのサンプリングデータを直線近似して得られるバイアス推定値を示す図である。 図１０（Ａ）は運動期間の前後に静止期間を設けて得られる比較例のバイアス推定値を示し、図１０（Ｂ）〜図１０（Ｅ）は運動期間の前に異なる静止期間を設けてそれぞれ得られる適正又は不適正なバイアス推定値を示し、図１０（Ｆ）はバイアス推定値が除去された角速度データを示す図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。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。

１．運動解析装置の概要
運動解析情報収集装置１００は、図１に示すように、測定対象物体である例えばゴルフクラブ１０に取り付けられた角速度センサーを含むセンサーユニット２０と、バイアス推定部及び運動解析部とを含むホスト端末２００とを有する。

１．１．センサーユニット
ここで、運動解析装置１の運動解析情報の対象は、図１に示す被験者により操作されるゴルフクラブ１０である。図１は、被験者により操作されるゴルフクラブ１０のクラブヘッド１１のスイング軌跡Ａを示している。スイング軌跡Ａは、スイング起動位置Ｐ１、トップ位置Ｐ２、インパクト位置Ｐ３及びフォロースルートップ位置Ｐ４を含んでいる。

図２には、本実施形態に用いられるセンサーユニット２０が装着されたゴルフクラブ１０と、ゴルフクラブ１０の保持具例えば充電器３０が示されている。充電器３０は、センサーユニット２０に内蔵されるセンサーに給電する二次電池を充電する。

図２は、センサーユニット２０がクラブシャフト１２に装着されたゴルフクラブ１０を模式的に示している。充電器３０は、スタンド型であり、クラブシャフト１２を静止状態に保持して、後述する接点を介してセンサーユニット２０内の二次電池を充電することができる。センサーユニット２０が取り付けられる位置は、クラブシャフト１２に限らず、例えばクラブヘッド１１などであってもよい。また、センサーユニット２０は必ずしもゴルフクラブ１０に装着されるものに限らず、被験者に取り付けられてもよい。

センサーユニット２０は、所与の物理量を検出し、検出した物理量（例えば、加速度、角速度、速度、角加速度など）の大きさに応じた信号（データ）を出力することができる。本実施形態では、センサーユニット２０は、図３に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の加速度を検出する三軸検出型の加速度センサー１０２ｘ〜１０２ｚ（慣性センサーの一例。以下、三軸加速度センサーと称す。）と、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の角速度を検出する三軸検出型のジャイロセンサー（角速度センサー、慣性センサーの一例。以下、三軸ジャイロセンサー称す。）１０４ｘ〜１０４ｚとからなる６軸検出型のモーションセンサーを備えている。

ここで、三軸ジャイロセンサー（角速度センサー）１０４ｘ〜１０４ｚは、振動型角速度センサーを用いることができる。振動型角速度センサーは、振動体を一定の周波数で振動させる。振動体に角速度が加わるとコリオリ力が発生し、コリオリ力によって振動体が異なる方向に振動する。このコリオリ力による変位を検知することで角速度を検出することができる。例えば、角速度センサー素子を減圧封止することで、振動型角速度センサー素子のＱ値が大きくなり、バイアス安定性の優れた角速度を検出することができる（例えば、特開２０１０−２０３９９０）。

図３に示す制御部１１０は、各センサー１０２ｘ〜１０２ｚ及び１０４ｘ〜１０４ｚと、通信部１２０と、二次電池１３０とに接続されている。制御部１１０はさらに、充電器３０に接続可能である。

制御部１１０は、各センサー１０２ｘ〜１０２ｚ及び１０４ｘ〜１０４ｚの出力信号を、例えば時刻情報と共にパケットにして通信部１２０に出力するデータ処理部１１０Ａを有する。図３に示す通信部１１８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３００に送信する処理を行う。制御部１１０は、二次電池１３０を充電制御する充電制御部１１０Ｂを有することができる。

図４は、図２に示す充電器３０及び測定対象の運動器具（ゴルフクラブ）１０の基本的構成例を示している。保持具として機能する充電器３０は、接地部３１と、接地部３１から上方に延びるシャフト保持部３２と、例えば接地部３１に設けられた充電回路３３と、シャフト保持部３２に設けられた２つの充電端子３４，３５を有している。ゴルフクラブ１０は、充電器３０の充電端子３４，３５に接触する被充電端子１３，１４を、クラブシャフト１２に有する。なお、ゴルフクラブ１０に設けられるセンサーユニット２０は図４では図示が省略されている。

１．２．ホスト端末
図５はホスト端末２００を示している。ホスト端末２００は、処理部（ＣＰＵ）２０１、通信部２１０、操作部２２０、ＲＯＭ２３０、ＲＡＭ２４０、不揮発性メモリー２５０、表示部２６０及び告知部２７０を含んで構成されている。

通信部２１０は、センサーユニット２０から送信された信号を受信し、処理部２０１に送る処理を行う。操作部２２０は、ユーザーからの操作データを取得し、処理部２０１に送る処理を行う。ＲＯＭ２３０は、処理部２０１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。ＲＡＭ２４０は、処理部２０１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２０１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。なお、本実施形態では特に、後述する図７に示す初期位置Ｐ０やインパクト位置Ｐ３についての既知のデータを、ＲＯＭ２３０またはＲＡＭ２４０に記憶しておくことができる。不揮発性メモリー２５０は、処理部２０１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憶部である。表示部２６０は、処理部２０１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。告知部２７０は、被験者に運動を開始してもよい旨を告知する。

処理部２０１は、ＲＯＭ２３０に記憶されているプログラムに従って、センサーユニット２０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。特に、本実施形態では、処理部２０１は、バイアス推定部２０２と運動解析部２０４を含んでいる運動解析部２０４は、データ補正部２０６及び演算部２０８として機能することができる。

バイアス推定部２０２は、ゴルフクラブ１０が静止状態である時に角速度センサー１０４ｘ〜１０４ｚから取得された出力信号に基づいて、角速度センサーの出力信号１０４ｘ〜１０４ｚに含まれて時間とともに変化するバイアス値を、時間を関数とするバイアス推定値とする。運動解析部２０４では、ゴルフクラブ１０の静止期間に続く運動期間に角速度センサー１０４ｘ〜１０４ｚから取得された出力信号から、その出力信号と時間軸上で対応するバイアス推定値をデータ補正部２０６にて除去して補正データを生成し、演算部２０８が補正データに基づいてゴルフクラブ１０の運動を解析する。なお、演算部２０８は、加速度センサー１０４ｘ〜１０４ｚからの出力信号に基づいてゴルフクラブ１０の運動を解析することができる。

２．運動解析方法
以下、運動解析方法を図６〜図１０も参照して説明する。図６のスタート時には、ゴルフクラブ１０は図４に示す充電器３０に装着され静止状態である。このとき、センサーユニット２０は、図７に示す既知の始点Ｐ０（充電器３０の位置）にあり、加速度及び角速度は共に零である。これらは、始点Ｐ０での既知のデータとなる。

２．１．バイアス推定値の取得工程
図８のステップＳ１では、図８のスタート時ｔ０から、ゴルフクラブ１０が充電器３０に装着されている静止状態でのセンサーユニット２０から出力信号を取得する。つまり、図８のスタート時ｔ０から、静止状態にてセンサー出力データを所定のサンプリング周波数でサンプリングして取得する。特に、三軸ジャイロセンサー１０４ｘ〜１０４ｚから、例えばサンプリング時刻情報と共に角速度データが取得される。この静止状態では角速度は零であるが、取得された角速度データは零ではなく、時間とともに変化するバイアス値が含まれている。

図８のステップＳ２では、静止期間に取得された三軸ジャイロセンサー１０４ｘ〜１０４ｚからの出力信号に基づいて、図５のバイアス推定部２０２が、時間を関数とするバイアス推定値を求める。

バイアス推定部２０２は、例えば三軸ジャイロセンサー１０４ｘ〜１０４ｚからの出力信号として時間軸上でサンプリングされたデータを、時間軸を含む二次元面で直線近似してバイアス推定値を求めることができる。

図９は、直線近似によりバイアス推定値を求める手法を示している。図９において、横軸は時間ｔであり、縦軸は角速度を毎秒あたりの角度（ｄｐｓ）として示している。図９では、時間ｘ１〜ｘｎのｎ回のサンプリング時に角速度ｙ１〜ｙｎが取得されたことを示している。

バイアス推定部２０２は、三軸ジャイロセンサー１０４ｘ〜１０４ｚからの出力信号として時間軸上でサンプリングされたｎ個のデータ（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）、…（ｘｎ，ｙｎ）を、時間軸を含む二次元面（ｘ−ｙ）で直線近似されたｙ＝ａ×ｘ＋ｂを、時間を関数とするバイアス推定値として求める。換言すれば、静止状態での三軸ジャイロセンサー１０４ｘ〜１０４ｚからの出力信号ｙ１〜ｙｎは時刻ｘ１〜ｘｎに対応するバイアス値を示すことになるので、上記式は、バイアス推定値をＶｉａｓ（ｔ）とし、時刻をｔとすると、一秒あたりの角速度（ｄｐｓ）であるバイアス推定値Ｖｉａｓ（ｔ）は、
Ｖｉａｓ（ｔ）＝ａ×ｔ＋ｂ…（１）
と表すことができる。バイアス推定値Ｖｉａｓ（ｔ）は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸についてそれぞれ求められる。

ここで、式（１）の係数ａ及びｂは、ｎ個のデータ（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）、…（ｘｎ，ｙｎ）に基づいて、最小二乗法では次のように求められる。

ここで、式（１）の係数ａ，ｂは、サンプリング個数（サンプリング時間）に依存することが分かる。そこで、本発明者は異なるサンプリング時間についてそれぞれ式（１）のバイアス推定値を求めた。その実験データを図１０（Ａ）〜図１０（Ｆ）に示す。図１０（Ａ）〜図１０（Ｆ）の横軸は時間であり、０秒から１００００ｍｓｅｃ（１０ｓｅｃ）が示されている。縦軸は角速度（ｄｐｓ）である。

図１０（Ａ）は比較例を示している。図１０（Ａ）は、本発明とは異なり、運動期間を例えば１０００−９０００ｍｓｅｃ内としたとき、運動期間の前に設定された第１静止期間１秒（１−１０００ｍｅｓｃ）と、運動期後に設定された第２静止期間１秒（９０００−１００００ｍｅｓｃ）とを設定している。図１０（Ａ）では第１静止期間に三軸ジャイロセンサー１０４ｘ〜１０４ｚから取得された出力信号の平均値と、第２静止期間に三軸ジャイロセンサー１０４ｘ〜１０４ｚから取得された出力信号の平均値とを直線で結んで、バイアス推定値としている。この場合、運動期間後の第２静止期間を待たなければバイアス推定値は求められないので、リアルタイムでの運動解析ができない。その上、運動期間の前後にて第１，第２静止期間を設定しなければならないのでスムーズな計測がし難く、被験者の運動を伴う場合には被験者に与える規制が多く、利便性を損なう。

図１０（Ｂ）〜図１０（Ｅ）では、運動期間前の静止期間の長さを変えてバイアス推値を求めている。図１０（Ｂ）では、運動期間の前に設定された静止期間１秒（１−１０００ｍｅｓｃ）の間に三軸ジャイロセンサー１０４ｘ〜１０４ｚから取得された出力信号に基づいて、式（１）のバイアス推定値を求めたものである。１秒のサンプリング期間では、式（１）の傾きａが図１０（Ｂ）のように大きくなることがある。そこで、図１０（Ｃ）に示すように運動期間の前に設定された静止期間を２秒（１−２０００ｍｅｓｃ）とし、あるいは図１０（Ｄ）に示すように運動期間の前に設定された静止期間を３秒（１−３０００ｍｅｓｃ）とすると、バイアスドリフトが安定して、式（１）の傾きａを小さくすることができた。なお、図１０（Ｅ）では、図１０（Ｂ）と同じく静止期間を１秒とし、静止期間の位置を２０００−３０００ｍｓｅｃに移動させてみたが、図１０（Ａ）と同様に式（１）の傾きａが大きくなることがある。

このように、運動期間の前に設定される静止期間を少なくとも２秒以上確保してバイアス推定値を求めれば、運動期間後に静止期間を設定しなくても適切なバイアス推定値が求められることが分かる。

運動期間の前に設定される静止期間（バイアス推定時間）の長さは、三軸ジャイロセンサー１０４ｘ〜１０４ｚのバイアス安定性に依存する。三軸ジャイロセンサー１０４ｘ〜１０４ｚとしては、上述したように、例えば角速度センサー素子を減圧封止したバイアス安定性の高い振動型角速度センサーを用いることができる。

ここで、運動期間の前に設定される静止期間（バイアス推定時間）の長さは、三軸ジャイロセンサー１０４ｘ〜１０４ｚのバイアス安定性等に依存し、あるいは外的要因にも依存するため、可変してもよい。

このために、得られたバイアス推定値を評価し、例えば式（１）中の傾きａの大きさをしきい値と比較して評価することができる。このようにすることで、バイアス推定値の信頼性を高めることができる。

ここで、図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）にて求められたバイアス推定値の式（１）の傾きａから、しきい値について考察する。図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）にて求められたバイアス推定値の式（１）の傾きａは、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸について以下の値であった。

Ｘ Ｙ Ｚ
図１０（Ａ） −０．０００８ −０．００１３ −０．０００８
図１０（Ｂ） −０．０４４８ −０．０００８ ＋０．０１４７
図１０（Ｃ） −０．０１２０ −０．００７３ ＋０．００１０
図１０（Ｄ） ＋０．０００１ ＋０．００２９ −０．００３２
図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）にて求められたバイアス推定値の式（１）の傾きａを評価すると、図１０（Ｃ）（Ｄ）が有効である場合にはａ≦０．０１０とすることができる。この場合、図（Ｂ）に示すように１秒の静止期間で得られたバイアス推定値は不採用となり、図１０（Ｃ）に示すように静止期間を２秒として得られたバイアス推定値が確定値となる。しきい値をこのように設定すると、図１０（Ａ）に示すように運動期間の前後に静止期間を設けて得られた比較例のバイアス推定値に近いバイアス推定値を得ることができる。

図１０（Ｄ）が有効である場合にはａ≦０．００５とすることができる。この場合、図（Ｂ）（Ｃ）に示すように１秒及び２秒の各静止期間で得られたバイアス推定値は不採用となり、図１０（Ｄ）に示すように静止期間を３秒として得られたバイアス推定値が確定値となる。しきい値をこのように設定すると、図１０（Ａ）に示すように運動期間の前後に静止期間を設けて得られた比較例のバイアス推定値により近いバイアス推定値を得ることができる。

以上のようにして、図８のステップＳ３にてバイアス推定値が確定されるまで繰り返しステップＳ２を実施するようにしてもよい。あるいは、上述した通り、一定の静止期間中に得られたバイアス推定値を確定値とすることもできる。

２．２．運動解析工程
図８のステップＳ４では、図５に示す告知部２７０が、バイアス推定部２０２にてバイアス推定値が確定された時以降に、運動開始を告知することができる。この告知は、表示または音声にて行なうことができる。

図８のステップＳ５では、ゴルフクラブ１０が充電器３０から離脱されたか否かが監視される。ゴルフクラブ１０が充電器３０から離脱されたことは、図３及び図４に示すゴルフクラブ１０の接点１３，１４の電圧等を図３の制御部１１０が監視することで判明する。制御部１１０にてゴルフクラブ１０が充電器３０から離脱されたこと取得されると（図８のステップＳ５での判断がＹＥＳ）、ステップＳ６に移行する。図８のステップＳ６では、図６の第１期間（静止期間）Ｔ１での第１出力データの収集が終了し、第２期間（運動期間）Ｔ２での第２出力データの収集により運動解析が開始される。

まず、三軸ジャイロセンサー１０４ｘ〜１０４ｚの出力信号に基づく運動解析について説明する。図５の運動解析部２０４では、データ補正部２０６が、第２期間Ｔ２に三軸ジャイロセンサー１０４ｘ〜１０４ｚから取得された出力信号から、その出力信号と時間軸上で対応するバイアス推定値Ｖｉａｓ（ｔ）を除去する。出力信号と時間軸上で対応するバイアス推定値Ｖｉａｓ（ｔ）とは、出力信号がサンプリングされた時刻ｔを式（１）に代入することで求められる。この際、時間を関数とするバイアス推定値は式（１）のように一次関数であると、角速度センサー出力から除算されるバイアス値をデータ補正部２０６にて容易にかつ高速に演算することができる。なお、センサーユニット２０からホスト端末２００に送出されるセンサーユニット信号は、サンプリング時刻と、そのサンプリング時刻にて取得された三軸ジャイロセンサー１０４ｘ〜１０４ｚの出力信号とを一パケットに収納している。

このとき、データ補正部２０６は、図６の第１期間Ｔ１に取得された位置Ｐ０についての既知のデータ（角速度は零）で初期化し、その初期値に基づいて図６の第２期間Ｔ２に収集されたデータを合わせて補正することができる。

図１０（Ｆ）は、上記のようにして補正されたデータを示す。図１０（Ｆ）に示すように、運動期間の前後でゴルフクラブ１０が静止される期間では、角速度は零となり、バイアス値が除去されている。運動期間でも同様にバイアス値が除去されるので、誤差の少ない補正データとなる。

次に、図５の運動解析部２０４では、演算部２０８がデータ補正部２０６からの補正データに基づいてゴルフクラブ１０の運動を解析する。演算部２０８は、補正データを積分することで、角速度データから角度を演算して、ゴルフクラブ１０の姿勢を解析することができる。

一方、センサーユニット２０からホスト端末２００に送出されるセンサーユニット信号には、加速度センサー１０２ｘ〜１０２ｚからの出力信号も含まれている。そこで、演算部２０８は、加速度センサー１０２ｘ〜１０２ｚからの出力信号をｍ（ｍは自然数）階積分することで、ゴルフクラブ１０の運動を解析することができる。加速度センサー１０２ｘ〜１０２ｚからの出力信号が１階積分されると、加速度から速度を求めることができる。加速度センサー１０２ｘ〜１０２ｚからの出力信号が２階積分されると、速度から位置を求めることができる。この際、図７に示す位置Ｐ０及びＰ３での既知のデータ（位置Ｐ０及びＰ３は既知であり、位置Ｐ０での速度及び加速度は零である）に基づいて、加速度センサー１０２ｘ〜１０２ｚからの出力信号及びその積分値を補正することができる。

こうして、図７に示す位置Ｐ０から開始されて、アドレス位置Ｐ１からフィニッシュ位置Ｐ５までのゴルフクラブ１０のスイング運動を、バイアス値を除去して精度よく解析することができる。しかも、本実施形態では運動期間後の静止期間を待たずに、運動解析をリアルタイムで実施することができる。

このような運動解析は、例えばゴルフクラブ１０を充電器３０に戻すことで終了することができる。そこで図６では、ステップＳ７にてゴルフクラブ１０が充電器３０に戻されたか否かを判断し、ステップＳ７での判断がＹＥＳとなることで、運動解析を終了することができる。なお、ゴルフクラブ１０が充電器３０に戻されたことは、図３及び図４に示すゴルフクラブ１０の接点１３，１４の電圧等を図３の制御部１１０が監視することで判明する。

なお、上記のように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。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。

例えば、本発明の測定対象物体は、好適にはゴルフクラブ、テニスラケット等の運動器具に適用することができるが、これに限定されない。

また、バイアス推定部２０２、データ補正部２０６または告知部２７０は、ホスト端末２００でなくセンサーユニット２０に設けてもよい。

１ 運動解析装置、１０ 測定対象物体、２０ センサーユニット、３０ 充電器（保持具）、１０２ｘ〜１０２ｚ 加速度センサー、１０４ｘ〜１０４ｚ 角速度センサー（ジャイロセンサー）、１１０ 制御部、１１０Ａ データ処理部、１１０Ｂ 充電制御部、１２０ 通信部、１３０ 二次電池、２００ ホスト端末、２０２ バイアス推定部、２０４ 運動解析部、２０６ データ補正部、２０８ 演算部、２７０ 告知部、Ｔ１ 第１期間、Ｔ２ 第２期間

Claims (10)

1. 測定対象物体の角速度を検出する角速度センサーと、
   前記測定対象物体が静止状態である第１期間に前記角速度センサーから取得された出力信号に基づいて、前記角速度センサーの出力信号に含まれて時間とともに変化するバイアス値を、時間を関数とするバイアス推定値として求めるバイアス推定部と、
   前記第１期間に続く第２期間に前記角速度センサーから取得された出力信号から、前記出力信号と前記時間軸上で対応する前記バイアス推定値が除去された補正データに基づいて、前記測定対象物体の運動を解析する運動解析部と、
   を有することを特徴とする運動解析装置。
2. 請求項１において、
   前記バイアス推定部は、前記角速度センサーからの出力信号として時間軸上でサンプリングされたデータを、前記時間軸を含む二次元面で直線近似して、前記バイアス推定値を求めることを特徴とする運動解析装置。
3. 請求項２において、
   一秒あたりの角速度（ｄｐｓ）であるバイアス推定値Ｖｉａｓ（ｔ）の直線近似式を、Ｖｉａｓ（ｔ）＝ａ×ｔ＋ｂとしたとき、前記バイアス推定部は、傾きａがしきい値よりも小さくなった時に前記バイアス推定値を確定することを特徴とする運動解析装置。
4. 請求項３において、
   前記バイアス推定部は、前記傾きａがａ≦０．０１０となった時に前記バイアス推定値を確定することを特徴とする運動解析装置。
5. 請求項３において、
   前記バイアス推定部は、前記傾きａがａ≦０．００５となった時に前記バイアス推定値を確定することを特徴とする運動解析装置。
6. 請求項３乃至５のいずれか一項において、
   前記バイアス推定部にて前記バイアス推定値が確定された時以降に、運動開始を告知する告知部をさらに有することを特徴とする運動解析装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項において、
   前記運動解析部は、前記補正データ及び前記補正データの積分値に基づいて前記測定対象物体の運動を解析することを特徴とする運動解析装置。
8. 請求項７において、
   前記運動解析部は、前記角速度センサーの出力信号が入力される順にリアルタイムで前記測定対象物体の運動を解析することを特徴とする運動解析装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項において、
   前記測定対象物体の加速度を検出する加速度センサーをさらに有し、
   前記運動解析部は、前記加速度センサーの出力信号及び記加速度センサーの出力信号のｍ（ｍは自然数）階積分値に基づいて前記測定対象物体の運動を解析することを特徴とする運動解析装置。
10. 測定対象物体が静止状態である第１期間に、前記測定対象物体に取り付けられた角速度センサーからの出力信号を取得する工程と、
    前記第１期間に取得された前記角速度センサーの出力信号に含まれて時間とともに変化するバイアス値を、時間を関数とするバイアス推定値として求める工程と、
    前記第１期間に続く第２期間に前記角速度センサーの出力信号を取得する工程と、
    前記第２期間に取得された前記角速度センサーの出力信号から、前記出力信号と前記時間軸上で対応する前記バイアス推定値が除去された補正データに基づいて、前記測定対象物体の運動を解析する工程と、
    を有することを特徴とする運動解析方法。

Images