專利名稱：運(yùn)動分析裝置和運(yùn)動分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及運(yùn)動分析裝置和運(yùn)動分析方法。
背景技術(shù)：
在評價高爾夫球桿的特性時，進(jìn)行擺動時的彎曲和扭轉(zhuǎn)的分析。以往，已知有用照相機(jī)拍攝擺動時的高爾夫球桿的動作，根據(jù)拍攝到的圖像分析高爾夫球桿的彎曲和扭轉(zhuǎn)的方法。但是，在該方法中，由于是對圖像進(jìn)行分析，因而很難高精度地測量彎曲和扭轉(zhuǎn)引起的變形量，此外，還存在從測量到得到實際的數(shù)據(jù)需要時間這樣的缺點(diǎn)。另一方面，在專利文獻(xiàn)I中提出了在高爾夫球桿的頭部和把手部安裝陀螺儀傳感器來評價擺動的頭速度或飛行距離等的方法?？煽紤]將該方法用于分析高爾夫球桿的彎曲和扭轉(zhuǎn)。即，能夠根據(jù)安裝于頭部和把手部的2個陀螺儀傳感器檢測的角速度的差，測量高爾夫球桿的彎曲量和扭轉(zhuǎn)量。專利文獻(xiàn)I :日本特開2008-73210號公報但是，在該方法中，安裝于把手部的陀螺儀傳感器和安裝于頭部的陀螺儀傳感器的安裝角的誤差成為角速度的檢測靈敏度的誤差，因而需要使安裝角精確地一致。但是，把手部和頭部離開Im左右，因而使2個陀螺儀傳感器的安裝角精確地一致是非常困難的。如果能夠測量安裝角的誤差，則能夠?qū)耐勇輧x傳感器取得的角速度施以校正，但是，精確地測量安裝角的誤差還是非常困難的。因此，在要求高分析精度的情況下，無法應(yīng)用采用陀螺儀傳感器的方法。不限于高爾夫球桿，還能夠在各種領(lǐng)域進(jìn)行這種彎曲和扭轉(zhuǎn)引起的變形量的分析，需要實現(xiàn)高分析精度的新的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于上述問題而完成的，根據(jù)本發(fā)明的幾個方式，能夠提供一種可高精度地分析被測量物的運(yùn)動中的變形量的運(yùn)動分析裝置和運(yùn)動分析方法。(I)本發(fā)明提供一種運(yùn)動分析裝置，該運(yùn)動分析裝置具有第I姿勢角傳感器，其安裝于被測量物，檢測第I姿勢角;第2姿勢角傳感器，其安裝于所述被測量物上的與所述第I姿勢角傳感器離開的位置，檢測第2姿勢角；數(shù)據(jù)取得部，其取得所述第I姿勢角和所述第2姿勢角的各個數(shù)據(jù)；姿勢角校正部，其根據(jù)所述被測量物開始運(yùn)動前的所述第I姿勢角與所述第2姿勢角的差分，校正所述被測量物開始運(yùn)動后的所述第I姿勢角與所述第 2姿勢角的差分；以及變形量計算部，其根據(jù)由所述姿勢角校正部校正后的所述第I姿勢角與所述第2姿勢角的差分，計算所述被測量物的變形量。被測量物只要是在運(yùn)動中變形即可。此外，被測量物的運(yùn)動是指被測量物改變位置和姿勢中的至少一方的動作，包含被測量物具有動力而自發(fā)地運(yùn)動的情況，以及被測量物被施加力而運(yùn)動的情況。本發(fā)明的運(yùn)動分析裝置利用2個姿勢角傳感器檢測的姿勢角根據(jù)2個姿勢角傳感
4器的安裝角的誤差而產(chǎn)生差的性質(zhì)，在運(yùn)動開始前測量被測量物的2點(diǎn)之間的姿勢角的差分作為偏移，對運(yùn)動開始后的該2點(diǎn)之間的姿勢角的差分進(jìn)行偏移校正計算。由此，能夠精確地計算由于被測量物的運(yùn)動而產(chǎn)生的2點(diǎn)之間的姿勢角的差的變化量，因此，能夠高精度地分析該2點(diǎn)之間的變形量。(2)在該運(yùn)動分析裝置中，也可以是，所述姿勢角校正部從所述被測量物開始運(yùn)動后的所述第I姿勢角與所述第2姿勢角的差分，減去所述被測量物開始運(yùn)動前的所述第I 姿勢角與所述第2姿勢角的差分。(3)本發(fā)明提供一種運(yùn)動分析裝置，該運(yùn)動分析裝置具有第I姿勢角傳感器，其安裝于被測量物，檢測第I角速度和第I姿勢角；第2姿勢角傳感器，其安裝于所述被測量物上的與所述第I姿勢角傳感器離開的位置，檢測第2角速度和第2姿勢角；數(shù)據(jù)取得部， 其取得所述第I姿勢角、所述第I角速度、所述第2姿勢角以及所述第2角速度的各個數(shù)據(jù)； 角速度校正部，其根據(jù)所述第I姿勢角與所述第2姿勢角的差分，校正所述第I角速度與所述第2角速度的差分；以及變形量計算部，其對由所述角速度校正部校正后的所述第I角速度與所述第2角速度的差分進(jìn)行積分，計算所述被測量物的變形量。本發(fā)明的運(yùn)動分析裝置利用2個姿勢角傳感器檢測的姿勢角根據(jù)2個姿勢角傳感器的安裝角的誤差而產(chǎn)生差的性質(zhì)，根據(jù)被測量物的2點(diǎn)之間的姿勢角的差分校正該2點(diǎn)之間的角速度的差分。并且，能夠通過對校正后的角速度的差分進(jìn)行積分而精確地計算2 點(diǎn)之間的角度差的變化量，因此，能夠高精度地分析該2點(diǎn)之間的變形量。(4)在該運(yùn)動分析裝置中，也可以是，所述角速度校正部根據(jù)所述第I姿勢角與所述第2姿勢角的差分，將所述第I角速度和所述第2角速度中的一方，轉(zhuǎn)換成相對于另一方的檢測軸的角速度，計算轉(zhuǎn)換一方而得到的所述第I角速度與所述第2角速度的差分，從而校正所述第I角速度與所述第2角速度的差分。(5)在該運(yùn)動分析裝置中，也可以是，所述被測量物是高爾夫球桿。根據(jù)該運(yùn)動分析裝置，能夠精確地計算通過擺動高爾夫球桿而產(chǎn)生的2點(diǎn)之間的姿勢角的差的變化量，因此，能夠高精度地分析擺動時高爾夫球桿的變形量。(6)在該運(yùn)動分析裝置中，也可以是，所述第I姿勢角傳感器安裝于所述高爾夫球桿的把手部或者桿身部，所述第2姿勢角傳感器安裝于所述高爾夫球桿的頭部。由此，能夠高精度地分析高爾夫球桿的桿身部的彎曲量和頭部的扭轉(zhuǎn)量。(7)本發(fā)明提供一種被測量物的運(yùn)動分析方法，該被測量物的運(yùn)動分析方法具有 傳感器安裝步驟，將檢測第I姿勢角的第I姿勢角傳感器和檢測第2姿勢角的第2姿勢角傳感器安裝于被測量物上的彼此離開的位置；數(shù)據(jù)取得步驟，取得所述第I姿勢角和所述第2姿勢角的各個數(shù)據(jù)；姿勢角校正步驟，根據(jù)所述被測量物開始運(yùn)動前的所述第I姿勢角與所述第2姿勢角的差分，校正所述被測量物開始運(yùn)動后的所述第I姿勢角與所述第2姿勢角的差分；以及變形量計算步驟，根據(jù)在所述姿勢角校正步驟中校正后的所述第I姿勢角與所述第2姿勢角的差分，計算所述被測量物的變形量。本發(fā)明的運(yùn)動分析方法利用2個姿勢角傳感器檢測的姿勢角根據(jù)2個姿勢角傳感器的安裝角的誤差而產(chǎn)生差的性質(zhì)，在運(yùn)動開始前測量被測量物的2點(diǎn)之間的姿勢角的差分作為偏移，對運(yùn)動開始后的該2點(diǎn)之間的姿勢角的差分進(jìn)行偏移校正計算。由此，能夠精確地計算由于被測量物的運(yùn)動而產(chǎn)生的2點(diǎn)之間的姿勢角的差的變化量，因此，能夠高精度地分析該2點(diǎn)之間的變形量。(8)本發(fā)明提供一種被測量物的運(yùn)動分析方法，該被測量物的運(yùn)動分析方法具有 傳感器安裝步驟，將檢測第I角速度和第I姿勢角的第I姿勢角傳感器以及檢測第2角速度和第2姿勢角的第2姿勢角傳感器安裝于被測量物上的彼此開離的位置；數(shù)據(jù)取得步驟， 取得所述第I姿勢角、所述第I角速度、所述第2姿勢角以及所述第2角速度的各個數(shù)據(jù)； 角速度校正步驟，根據(jù)所述第I姿勢角與所述第2姿勢角的差分，校正所述第I角速度與所述第2角速度的差分；以及變形量計算步驟，對在所述角速度校正步驟中校正后的所述第I 角速度與所述第2角速度的差分進(jìn)行積分，計算所述被測量物的變形量。本發(fā)明的運(yùn)動分析方法利用2個姿勢角傳感器檢測的姿勢角根據(jù)2個姿勢角傳感器的安裝角的誤差而產(chǎn)生差的性質(zhì)，根據(jù)被測量物的2點(diǎn)之間的姿勢角的差分校正該2點(diǎn)之間的角速度的差分。并且，能夠通過對校正后的角速度的差分進(jìn)行積分而精確地計算2 點(diǎn)之間的角度差的變化量，因此，能夠高精度地分析該2點(diǎn)之間的變形量。


圖I是示出第I實施方式的運(yùn)動分析裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是示出第I實施方式的被測量物的變形量計算方法的一例的流程圖。圖3是高爾夫球桿分析裝置的說明圖。圖4是示出高爾夫球桿的初始姿勢的形狀的一例的圖。圖5是示出高爾夫球桿的擺動中的形狀的一例的圖。圖6是示出2個姿勢角傳感器的初始姿勢的一例的圖，和示出2個姿勢角傳感器的擺動中的姿勢的一例的圖。圖7是示出第I實施方式的高爾夫球桿的變形量計算處理的一例的流程圖。圖8是2個姿勢角傳感器的姿勢角的差分的說明圖。圖9是示出第2實施方式的運(yùn)動分析裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖10是示出第2實施方式的被測量物的變形量計算方法的一例的流程圖。圖11是示出第2實施方式的高爾夫球桿的變形量計算處理的一例的流程圖。符號說明I運(yùn)動分析裝置；2高爾夫球桿；3頭部；4桿身部；5把手部；10a、10b姿勢角傳感器；20主機(jī)終端；100a、IOOb三軸角速度傳感器；102a、102b三軸加速度傳感器；104a、104b 三軸地磁傳感器；110a、IIOb數(shù)據(jù)處理部；120a、120b通信部；200處理部(CPU) ;201數(shù)據(jù)取得部；202姿勢角校正部；203變形量計算部；204角速度校正部；210通信部；220操作部； 230R0M ；240RAM ；250非易失性存儲器；260顯示部。
具體實施例方式以下使用附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。另外，以下說明的實施方式并非不當(dāng)?shù)叵薅?quán)利要求書記載的本發(fā)明的內(nèi)容。此外，以下說明的結(jié)構(gòu)并非全是本發(fā)明的必要構(gòu)成要件。I.第I實施方式圖I是示出第I實施方式的運(yùn)動分析裝置的結(jié)構(gòu)的圖。本實施方式的運(yùn)動分析裝置I構(gòu)成為包含2個姿勢角傳感器10a、IOb和主機(jī)終端20。姿勢角傳感器10a、IOb和主機(jī)終端20以無線或者有線的方式連接。姿勢角傳感器10a、10b彼此離開地安裝于作為運(yùn)動分析對象的被測量物。姿勢角傳感器IOa例如包含三軸角速度傳感器100a、三軸加速度傳感器102a、三軸地磁傳感器104a、數(shù)據(jù)處理部IlOa以及通信部120a。三軸角速度傳感器IOOa檢測繞彼此正交的3個軸(X1軸、Y1軸、Z1軸)的各個角速度，輸出與檢測到的三軸角速度的大小對應(yīng)的信號(三軸角速度數(shù)據(jù))。三軸加速度傳感器102a檢測彼此正交的3個軸方向的各個加速度，輸出與檢測到的三軸加速度的大小對應(yīng)的信號(三軸加速度數(shù)據(jù))。三軸地磁傳感器104a檢測彼此正交的3個軸方向的各個地磁，輸出與檢測到的三軸地磁的大小對應(yīng)的信號(三軸地磁數(shù)據(jù))。另外，三軸角速度傳感器100a、三軸加速度傳感器102a、三軸地磁傳感器104a被安裝成三軸彼此一致?；蛘?，三軸角速度傳感器100a、三軸加速度傳感器102a、三軸地磁傳感器104a的三軸彼此不一致，在安裝角存在誤差的情況下，通過數(shù)據(jù)處理部110a，使用預(yù)先生成而存儲于未圖示的存儲部的校正參數(shù)，例如將三軸加速度傳感器102a輸出的三軸加速度數(shù)據(jù)和三軸地磁傳感器104a輸出的三軸地磁數(shù)據(jù)，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成三軸角速度傳感器 IOOa的3個軸(X1軸、yi軸、Z1軸)方向的加速度數(shù)據(jù)和地磁數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理部IlOa根據(jù)需要除了進(jìn)行三軸加速度數(shù)據(jù)和三軸地磁數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換處理以外，還進(jìn)行姿勢角傳感器IOa的姿勢角計算處理。例如，也可以定義將水平面中的北向和東向分別作為X軸和Y軸，將鉛直上方向(與重力方向相反的方向)作為Z軸的絕對坐標(biāo)系(XYZ坐標(biāo)系)，計算絕對坐標(biāo)系(XYZ坐標(biāo)系)下的姿勢角傳感器10a、10b的姿勢角。例如能夠使被測量物靜止，從根據(jù)三軸加速度數(shù)據(jù)得到的重力方向和根據(jù)地磁數(shù)據(jù)得到的北向，確定XYZ坐標(biāo)系下的X1軸、Y1軸、Z1軸的方向，計算姿勢角傳感器IOa的初始狀態(tài)(靜止?fàn)顟B(tài))下的姿勢角(初始姿勢角)。并且，在被測量物開始運(yùn)動之后，能夠使用三軸角速度數(shù)據(jù)計算XYZ坐標(biāo)系下的姿勢角傳感器IOa的姿勢角。姿勢角例如可以用繞X軸、 Y軸、Z軸的旋轉(zhuǎn)角(滾動角Ψ、俯仰角Θ、偏航角φ )、歐拉角、四元數(shù)(Quaternion)等來表現(xiàn)。此外，數(shù)據(jù)處理部IlOa進(jìn)行將計算出的姿勢角數(shù)據(jù)與時刻信息等組合成的分組輸出到通信部120的處理。該分組數(shù)據(jù)除了姿勢角數(shù)據(jù)以外，也可以包含三軸角速度數(shù)據(jù)、 三軸加速度數(shù)據(jù)、三軸地磁數(shù)據(jù)等。并且，數(shù)據(jù)處理部IlOa也可以進(jìn)行三軸角速度傳感器 100a、三軸加速度傳感器102a、三軸地磁傳感器104a的偏壓校正和溫度校正的處理。另外，也可以將偏壓校正和溫度校正的功能組入三軸角速度傳感器100a、三軸加速度傳感器 102a、三軸地磁傳感器104a。通信部120a進(jìn)行將從數(shù)據(jù)處理部IlOa接收到的分組數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)終端20的處理。姿勢角傳感器IOb與姿勢角傳感器IOa相同，包含三軸角速度傳感器100b、三軸加速度傳感器102b、三軸地磁傳感器104b、數(shù)據(jù)處理部IlOb以及通信部120b。各部的處理與姿勢角傳感器IOa的各部的處理相同，因而省略說明。主機(jī)終端20構(gòu)成為包含處理部(CPU) 200、通信部210、操作部220、R0M230、
7RAM240、非易失性存儲器250以及顯示部260。主機(jī)終端20可以用個人計算機(jī)(PC)或者智能手機(jī)等便攜設(shè)備等來實現(xiàn)。通信部210進(jìn)行接收從姿勢角傳感器10a、IOb發(fā)送的數(shù)據(jù)，并發(fā)送到處理部200 的處理。操作部220進(jìn)行取得來自用戶的操作數(shù)據(jù)并發(fā)送到處理部200的處理。操作部 220例如是觸摸面板式顯示器、按鈕、按鍵、麥克風(fēng)等。R0M230存儲有用于處理部200進(jìn)行各種計算處理和控制處理的程序、用于實現(xiàn)應(yīng)用功能的各種程序和數(shù)據(jù)等。RAM240被用作處理部200的工作區(qū)，是暫時存儲從R0M230讀出的程序和數(shù)據(jù)、從操作部220輸入的數(shù)據(jù)、處理部200按照各種程序執(zhí)行的運(yùn)算結(jié)果等的存儲部。非易失性存儲器250是記錄通過處理部200的處理而生成的數(shù)據(jù)中的需要長期保存的數(shù)據(jù)的記錄部。顯示部260用于將處理部200的處理結(jié)果作為文字或標(biāo)記、其它圖像進(jìn)行顯示。顯示部260例如是CRT、IXD、觸摸面板式顯示器、HMD (頭戴式顯示器)等。另外，也可以用一個觸摸面板式顯示器實現(xiàn)操作部220和顯示部260的功能。處理部200按照存儲于R0M240的程序，進(jìn)行針對從姿勢角傳感器10a、IOb經(jīng)由通信部210接收到的數(shù)據(jù)的各種計算處理、各種控制處理(針對顯示部260的顯示控制等)。特別地，在本實施方式中，處理部200作為數(shù)據(jù)取得部201、姿勢角校正部202以及變形量計算部203發(fā)揮作用。另外，本實施方式的處理部200也可以是省略了其中的一部分功能的結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)取得部201進(jìn)行如下處理按照固定周期Λ t取得經(jīng)由通信部210接收到的姿勢角傳感器10a、10b的輸出數(shù)據(jù)(姿勢角數(shù)據(jù))。將取得的數(shù)據(jù)例如存儲于RAM240。姿勢角校正部202進(jìn)行如下處理根據(jù)被測量物運(yùn)動開始前的姿勢角傳感器IOa 的姿勢角與姿勢角傳感器IOb的姿勢角的差分，校正被測量物運(yùn)動開始后的姿勢角傳感器 IOa的姿勢角(第I姿勢角)與姿勢角傳感器IOb的姿勢角(第2姿勢角)的差分。例如， 姿勢角校正部202可以通過從被測量物運(yùn)動開始后的姿勢角傳感器IOa的姿勢角與姿勢角傳感器IOb的姿勢角的差分，減去被測量物運(yùn)動開始前的姿勢角傳感器IOa的姿勢角與姿勢角傳感器IOb的姿勢角的差分來進(jìn)行校正。變形量計算部203進(jìn)行如下處理根據(jù)由姿勢角校正部202校正后的姿勢角傳感器IOa的姿勢角與姿勢角傳感器IOb的姿勢角的差分，計算被測量物的變形量。圖2是示出使用第I實施方式的運(yùn)動分析裝置的被測量物的變形量計算方法的一例的流程圖。首先，將姿勢角傳感器10a、10b安裝于被測量物上的彼此離開的位置(S10、傳感器安裝步驟)。接著，處理部200作為數(shù)據(jù)取得部201發(fā)揮作用，開始從被測量物運(yùn)動開始前起持續(xù)取得姿勢角傳感器10a、IOb的各姿勢角數(shù)據(jù)的處理(S20、數(shù)據(jù)取得步驟)。接著，處理部200作為姿勢角校正部202發(fā)揮作用，根據(jù)在S20中在被測量物運(yùn)動開始前取得的2個姿勢角數(shù)據(jù)，校正在S20中在被測量物運(yùn)動開始后取得的2個姿勢角數(shù)據(jù)的差分(S30、姿勢角校正步驟)。
最后，處理部200作為變形量計算部203發(fā)揮作用，根據(jù)在S30中校正后的2個姿勢角數(shù)據(jù)的差分，計算被測量物的變形量(S40、變形量計算步驟)。由此，能夠以被測量物運(yùn)動開始前的初始狀態(tài)為基準(zhǔn)(無變形)，計算被測量物的變形量。[具體例子]接著，關(guān)于本實施方式的方法，舉出計算擺動高爾夫球桿時高爾夫球桿的變形量 (彎曲量、扭轉(zhuǎn)量)的例子進(jìn)行說明。在該例子中，高爾夫球桿相當(dāng)于被測量物，姿勢角傳感器10a、姿勢角傳感器IOb被安裝于高爾夫球桿上的彼此離開的位置，運(yùn)動分析裝置I作為高爾夫擺動分析裝置發(fā)揮作用。特別地，姿勢角校正部202進(jìn)行如下處理根據(jù)高爾夫球桿擺動開始前的姿勢角傳感器IOa的姿勢角與姿勢角傳感器IOb的姿勢角的差分，校正高爾夫球桿擺動開始后的姿勢角傳感器IOa的姿勢角與姿勢角傳感器IOb的姿勢角的差分。此外，變形量計算部203進(jìn)行如下處理根據(jù)由姿勢角校正部202校正后的姿勢角傳感器IOa 的姿勢角與姿勢角傳感器IOb的姿勢角的差分，計算高爾夫球桿的變形量。例如，如圖3所示，姿勢角傳感器IOa安裝在高爾夫球桿2的桿身部4的靠近把手部5的根部附近的位置，姿勢角傳感器IOb安裝在高爾夫球桿2的頭部3。姿勢角傳感器 IOa也可以安裝在把手部5，姿勢角傳感器IOb也可以安裝在桿身部4的靠近頭部3的末端附近的位置。姿勢角傳感器10a、IOb按照固定周期將各自的姿勢角數(shù)據(jù)無線發(fā)送到主機(jī)終端20 (個人計算機(jī))。例如，在高爾夫球桿2盡量不變形地在桿身部4的長軸與重力方向一致的初始姿勢下靜止之后，被試者握著高爾夫球桿2進(jìn)行擺動。主機(jī)終端20從姿勢角傳感器10a、10b 取得各自的姿勢角數(shù)據(jù)，根據(jù)初始姿勢下的2個姿勢角的差分，校正擺動開始后的2個姿勢角的差分，計算桿身部4的彎曲和頭部3的扭轉(zhuǎn)引起的高爾夫球桿2的變形量。圖4(A)、圖4(B)是示出高爾夫球桿2的初始姿勢的形狀的一例的圖。另一方面， 圖5 (A)、圖5 (B)是示出高爾夫球桿2的擺動中的形狀的一例的圖。圖4 (A)、圖5 (A)是示出高爾夫球桿的側(cè)面的圖，圖4(B)、圖5(B)是從把手側(cè)觀察高爾夫球桿而得到的圖。另外， 在圖4 (B)、圖5(B)中省略了把手部5的圖示。如圖4(A)、圖4(B)所示，姿勢角傳感器IOa被安裝成X1軸與桿身部4的長軸方向大致垂直且與擺動方向大致平行，Y1軸與桿身部4的長軸方向大致垂直且與擺動方向大致垂直，Z1軸與桿身部4的長軸方向大致平行。同樣地，姿勢角傳感器IOb被安裝成X2軸與桿身部4的長軸方向大致垂直且與擺動方向大致平行，y2軸與桿身部4的長軸方向大致垂直且與擺動方向大致垂直，Z2軸與桿身部4的長軸方向大致平行。即，在初始姿勢下，X1軸、 Yi軸、Z1軸與X2軸、y2軸、Z2軸分別大致一致,姿勢角傳感器IOa的姿勢角與姿勢角傳感器 IOb的姿勢角大致一致。另一方面，在擺動中，如圖5(A)所示，桿身部4向與擺動方向相反的方向彎曲，從而Xi軸與X2軸偏尚且Z1軸與Z2軸偏尚。此外,如圖5 (B)所不,頭部3以桿身部4的長軸為中心扭轉(zhuǎn)，從而X1軸與X2軸偏離且yi軸與y2軸偏離。即，在擺動中，姿勢角傳感器IOa 的姿勢角與姿勢角傳感器IOb的姿勢角不一致。因此，在原理上，能夠根據(jù)擺動中的姿勢角傳感器IOa的姿勢角與姿勢角傳感器IOb的姿勢角的差分，計算高爾夫球桿2的變形量。可以說該差分越大則高爾夫球桿2的變形量越大。此外，實際上，姿勢角傳感器10a、10b的安裝角存在誤差，在初始姿勢下，姿勢角傳感器IOa的姿勢角與姿勢角傳感器IOb的姿勢角不一致。圖6(A)是示出姿勢角傳感器 IOaUOb的初始姿勢的一例的圖，圖6(B)是示出姿勢角傳感器10a、10b的擺動中的姿勢的一例的圖。在圖6(A)、圖6(B)中，使姿勢角傳感器10a、10b的重心(原點(diǎn))一致地進(jìn)行圖示。如圖6(A)所示，在初始姿勢下，由于安裝角的誤差，X1軸、yi軸、Z1軸與X2軸、y2軸、Z2 軸略微偏離。因此，如圖6(B)所示，在擺動中，由于桿身部4的彎曲和頭部3的扭轉(zhuǎn)，Xl軸、 Y1軸、Z1軸與X2軸、Y2軸、Z2軸更大地偏離，產(chǎn)生初始姿勢下姿勢角的差分量的偏移，因而只用擺動中的姿勢角的差分信息，不能精確地計算高爾夫球桿2的變形量。因此，在第I實施方式中進(jìn)行如下校正運(yùn)算從擺動中的姿勢角傳感器IOa的姿勢角與姿勢角傳感器IOb的姿勢角的差分，減去初始姿勢下的姿勢角傳感器IOa的姿勢角與姿勢角傳感器IOb的姿勢角的差分(偏移)。然后，根據(jù)該校正后的姿勢角的差分計算高爾夫球桿2的精確的變形量。圖7示出第I實施方式的高爾夫球桿2的變形量計算處理的流程圖的一例。首先，被試者將高爾夫球桿設(shè)定為初始姿勢(SllO)，從姿勢角傳感器10a、10b取得2個初始姿勢角，計算其差分(S120)。接著，將時刻t重設(shè)為O (S130)，被試者開始擺動高爾夫球桿(S140)。接著，從姿勢角傳感器10a、10b取得2個姿勢角，計算其差分(S150)。接著，進(jìn)行從在S150中計算出的2個姿勢角的差分，減去在S120中計算出的2個初始姿勢角的差分的校正運(yùn)算(S160)。接著，將在S160中得到的校正后的2個姿勢角的差分(XYZ坐標(biāo)系)轉(zhuǎn)換成Xj1Z1 坐標(biāo)系，計算高爾夫球桿的變形量(S170)。例如，在用滾動角、俯仰角、偏航角表現(xiàn)姿勢角的情況下，轉(zhuǎn)換成XlylZl坐標(biāo)系后的校正后的2個姿勢角的差分如圖8(A)、圖8(B)、圖8(C)所示，用滾動角Λ Ψ (繞X1軸的旋轉(zhuǎn)角)、俯仰角Δ Θ (繞yi軸的旋轉(zhuǎn)角)、偏航角Δφ (繞Z1軸的旋轉(zhuǎn)角)表示。g卩，Λ ψ相當(dāng)于ylZl平面上的高爾夫球桿2的變形量(主要是頭部3的扭轉(zhuǎn)量)，Λ Θ相當(dāng)于ZlXl平面上的高爾夫球桿2的變形量(主要是桿身部4的彎曲量)，Δφ相當(dāng)于Xiyi平面上的高爾夫球桿2的變形量(主要是頭部3的扭轉(zhuǎn)量)。在用歐拉角或四元數(shù)表現(xiàn)姿勢角的情況下， 也能夠通過進(jìn)行已知的適當(dāng)運(yùn)算來計算Δ ψ、Δ θ、Δφ。并且，在不結(jié)束分析的情況下(S18的“否”)將時刻t增加At(S190)，再次進(jìn)行 S150 S170的處理。以上說明的第I實施方式的運(yùn)動分析裝置利用姿勢角傳感器10a、10b檢測的姿勢角根據(jù)姿勢角傳感器10a、10b的安裝角的誤差而產(chǎn)生差的性質(zhì)，在運(yùn)動開始前測量被測量物的2點(diǎn)之間的姿勢角的差分作為偏移，對運(yùn)動開始后的該2點(diǎn)之間的姿勢角的差分進(jìn)行偏移校正而進(jìn)行計算。由此，能夠精確地計算由于被測量物的運(yùn)動而產(chǎn)生的2點(diǎn)之間的姿勢角的差的變化量，因此，能夠高精度地分析該2點(diǎn)之間的變形量。此外，能夠與姿勢角傳感器10a、10b的安裝角的誤差無關(guān)地計算被測量物的變形量，因此，能夠彼此獨(dú)立地在被測量物的任意位置以任意角度安裝姿勢角傳感器10a、10b。 因此，根據(jù)本實施方式，能夠提供設(shè)置簡單且易于安裝的運(yùn)動分析裝置。2.第2實施方式圖9是示出第2實施方式的運(yùn)動分析裝置的結(jié)構(gòu)的圖。在第2實施方式的運(yùn)動分析裝置中，姿勢角傳感器IOa除了將XYZ坐標(biāo)系下的姿勢角數(shù)據(jù)以外，還將繞XdtyJtz1 軸的3個軸的角速度數(shù)據(jù)(ωχ1，coyl，ωζ1)以固定周期發(fā)送到主機(jī)終端20。此外，姿勢角傳感器IOb也是除了將XYZ坐標(biāo)系下的姿勢角數(shù)據(jù)以外，還將繞X2軸、y2軸、Z2軸的3個軸的角速度數(shù)據(jù)(ωχ2，ω#ωζ2)以固定周期發(fā)送到主機(jī)終端20。不過，姿勢角傳感器10a、IOb 也可以不必輸出繞3個軸的角速度數(shù)據(jù)，只要輸出繞分析所需要的軸的角速度數(shù)據(jù)即可。此外，在第2實施方式中，處理部200作為數(shù)據(jù)取得部201、角速度校正部204以及變形量計算部203發(fā)揮作用。另外，本實施方式的處理部200也可以是省略了其中的一部分功能的結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)取得部201進(jìn)行如下處理按照固定周期At從姿勢角傳感器10a、10b取得各自的姿勢角數(shù)據(jù)和三軸角速度數(shù)據(jù)。角速度校正部204進(jìn)行如下處理根據(jù)姿勢角傳感器IOa的姿勢角(第I姿勢角) 與姿勢角傳感器IOb的姿勢角(第2姿勢角)的差分，校正來自姿勢角傳感器IOa的角速度(第I角速度)與來自姿勢角傳感器IOb的角速度(第2角速度)的差分。例如，角速度校正部204可以進(jìn)行如下處理根據(jù)姿勢角傳感器IOa的姿勢角與姿勢角傳感器IOb的姿勢角的差分，將來自姿勢角傳感器IOa的角速度與來自姿勢角傳感器IOb的角速度中的一方轉(zhuǎn)換成針對另一方的檢測軸的角速度，通過計算轉(zhuǎn)換后的2個角速度的差分進(jìn)行校正。變形量計算部203進(jìn)行如下處理對由角速度校正部204校正后的2個角速度的差分進(jìn)行積分，計算被測量物的變形量。圖9中的其它結(jié)構(gòu)與圖I相同，因而標(biāo)注相同的符號，省略其說明。圖10是示出使用第2實施方式的運(yùn)動分析裝置的被測量物的運(yùn)動中的變形量計算方法的一例的流程圖。首先，將姿勢角傳感器10a、10b安裝于被測量物的彼此離開的位置(S12、傳感器安裝步驟)。接著，處理部200作為數(shù)據(jù)處理部201發(fā)揮作用，開始從被測量物運(yùn)動開始前起從姿勢角傳感器10a、10b持續(xù)取得姿勢角數(shù)據(jù)和角速度數(shù)據(jù)的處理(S22、數(shù)據(jù)取得步驟)。接著，處理部200作為角速度校正部204發(fā)揮作用，根據(jù)在S22中取得的2個姿勢角的差分，校正在S22中取得的2個角速度的差分(S32、角速度校正步驟)。最后，處理部200作為變形量計算部203發(fā)揮作用，對在S32中校正后的2個角速度的差分進(jìn)行積分，計算被測量物的變形量(S42、變形量計算步驟)。[具體例子]接著，關(guān)于第2實施方式的方法，與第I實施方式相同，舉出計算擺動高爾夫球桿時高爾夫球桿的變形量(彎曲量、扭轉(zhuǎn)量)的例子進(jìn)行說明。在該例子中，與在第I實施方式中說明的相同，高爾夫球桿相當(dāng)于被測量物，姿勢角傳感器10a、姿勢角傳感器IOb被安裝于高爾夫球桿的彼此離開的位置，運(yùn)動分析裝置I作為高爾夫擺動分析裝置發(fā)揮作用。特別地，角速度校正部204按照每個At計算姿勢角傳感器10a、10b的姿勢角差，根據(jù)計算結(jié)果，在開始擺動高爾夫球桿之后，將從姿勢角傳感器IOb取得的三軸角速度 ωΧ2、ωγ2、ωΖ2分別校正(轉(zhuǎn)換)成繞Xi軸、yi軸、Z1軸這3個軸的角速度ωχ2'、COy2'、 ωζ2'。例如,在時刻t,根據(jù)姿勢角傳感器10a、10b的姿勢角差,計算X1軸與X2軸所成的角 Δ ψΕ( )、Y1軸與y2軸所成的角Δ Θ E(t)、Z1軸與Z2軸所成的角ΔφΕ (t)，分別通過式(I)、式(2)、式(3),將 cox2(t)、coy2(t)、coz2(t)校正成 ωχ2' (t) , ω γ2' (t) > ωζ2/ ⑴。
ων, (t)
權(quán)利要求
1.一種運(yùn)動分析裝置，該運(yùn)動分析裝置具有第I姿勢角傳感器，其安裝于被測量物，檢測第I姿勢角；第2姿勢角傳感器，其安裝于所述被測量物上的與所述第I姿勢角傳感器離開的位置， 檢測第2姿勢角；數(shù)據(jù)取得部，其取得所述第I姿勢角和所述第2姿勢角的各個數(shù)據(jù)；姿勢角校正部，其根據(jù)所述被測量物開始運(yùn)動前的所述第I姿勢角與所述第2姿勢角的差分，校正所述被測量物開始運(yùn)動后的所述第I姿勢角與所述第2姿勢角的差分；以及變形量計算部，其根據(jù)由所述姿勢角校正部校正后的所述第I姿勢角與所述第2姿勢角的差分，計算所述被測量物的變形量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的運(yùn)動分析裝置，其中，所述姿勢角校正部從所述被測量物開始運(yùn)動后的所述第I姿勢角與所述第2姿勢角的差分，減去所述被測量物開始運(yùn)動前的所述第I姿勢角與所述第2姿勢角的差分。
3.—種運(yùn)動分析裝置，該運(yùn)動分析裝置具有第I姿勢角傳感器，其安裝于被測量物，檢測第I角速度和第I姿勢角；第2姿勢角傳感器，其安裝于所述被測量物上的與所述第I姿勢角傳感器離開的位置， 檢測第2角速度和第2姿勢角；數(shù)據(jù)取得部，其取得所述第I姿勢角、所述第I角速度、所述第2姿勢角以及所述第2 角速度的各個數(shù)據(jù)；角速度校正部，其根據(jù)所述第I姿勢角與所述第2姿勢角的差分，校正所述第I角速度與所述第2角速度的差分；以及變形量計算部，其對由所述角速度校正部校正后的所述第I角速度與所述第2角速度的差分進(jìn)行積分，計算所述被測量物的變形量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的運(yùn)動分析裝置，其中，所述角速度校正部根據(jù)所述第I姿勢角與所述第2姿勢角的差分，將所述第I角速度和所述第2角速度中的一方轉(zhuǎn)換成相對于另一方的檢測軸的角速度，計算一方被轉(zhuǎn)換后的所述第I角速度與所述第2角速度的差分，從而校正所述第I角速度與所述第2角速度的差分。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 4中的任意一項所述的運(yùn)動分析裝置，其中，所述被測量物是高爾夫球桿。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的運(yùn)動分析裝置，其中，所述第I姿勢角傳感器安裝于所述高爾夫球桿的把手部或者桿身部，所述第2姿勢角傳感器安裝于所述高爾夫球桿的頭部。
7.一種被測量物的運(yùn)動分析方法，該被測量物的運(yùn)動分析方法具有傳感器安裝步驟，將檢測第I姿勢角的第I姿勢角傳感器和檢測第2姿勢角的第2姿勢角傳感器安裝于被測量物上的彼此離開的位置上；數(shù)據(jù)取得步驟，取得所述第I姿勢角和所述第2姿勢角的各個數(shù)據(jù)；姿勢角校正步驟，根據(jù)所述被測量物開始運(yùn)動前的所述第I姿勢角與所述第2姿勢角的差分，校正所述被測量物開始運(yùn)動后的所述第I姿勢角與所述第2姿勢角的差分；以及變形量計算步驟，根據(jù)在所述姿勢角校正步驟中校正后的所述第I姿勢角與所述第2 姿勢角的差分，計算所述被測量物的變形量。
8.一種被測量物的運(yùn)動分析方法，該被測量物的運(yùn)動分析方法具有傳感器安裝步驟，將檢測第I角速度和第I姿勢角的第I姿勢角傳感器以及檢測第2 角速度和第2姿勢角的第2姿勢角傳感器安裝于被測量物上的彼此離開的位置上；數(shù)據(jù)取得步驟，取得所述第I姿勢角、所述第I角速度、所述第2姿勢角以及所述第2 角速度的各個數(shù)據(jù)；角速度校正步驟，根據(jù)所述第I姿勢角與所述第2姿勢角的差分，校正所述第I角速度與所述第2角速度的差分；以及變形量計算步驟，對在所述角速度校正步驟中校正后的所述第I角速度與所述第2角速度的差分進(jìn)行積分，計算所述被測量物的變形量。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可高精度地分析被測量物的運(yùn)動中的變形量的運(yùn)動分析裝置和運(yùn)動分析方法。運(yùn)動分析裝置(1)具有安裝于被測量物上的彼此離開的位置上的2個姿勢角傳感器(10a、10b)、數(shù)據(jù)取得部(201)、姿勢角校正部(202)以及變形量計算部(203)。數(shù)據(jù)取得部(201)取得姿勢角傳感器(10a、10b)分別檢測的第1姿勢角和第2姿勢角的數(shù)據(jù)。姿勢角校正部(202)根據(jù)被測量物開始運(yùn)動前的第1姿勢角與第2姿勢角的差分，校正被測量物開始運(yùn)動后的第1姿勢角與第2姿勢角的差分。變形量計算部(203)根據(jù)由姿勢角校正部(202)校正后的第1姿勢角與第2姿勢角的差分，計算被測量物的變形量。
文檔編號A63B69/00GK102580298SQ20121000477
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
發(fā)明者佐藤政俊, 野村和生, 高杉利康 申請人:精工愛普生株式會社