[論文レビュー] An Accelerometer Based Instrumentation of the Golf Club: Measurement and Signal Analysis

Robert D. Grober|arXiv (Cornell University)|Jan 6, 2010

Sports Dynamics and Biomechanics参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、クラブのシャフトに取り付けた2つのセンサを用いた加速度計ベースの計測システムを提案し、ゴルフスイングの動的特性を測定する。信号を微分モード成分と共通モード成分に分解することにより、クラブの回転（運動エネルギーおよびスイングテンポに関連）と手の運動を定量的に評価でき、ゴルフスイングの二重振り子モデル内でのスイング運動学的挙動を高精度で再構成することが可能である。

ABSTRACT

Two accelerometers are used to measure the motion of the golf club. The accelerometers are mounted in the shaft of the golf club. Each measures the acceleration along the axis of the shaft of the golf club. Interpreting the measurement with the context of the double pendulum model of the golf swing, it is useful to resolve the resulting signals into differential and common mode components. The differential mode is a measure of the rotational kinetic energy of the golf club, and this can be used to understand the tempo, rhythm, and timing of the golf swing. The common mode measurement is related to the motion of the hands. It is shown that both components can be used to recover the motion of the swing within the context of the double pendulum model of the golf swing.

研究の動機と目的

• 低コストで実用的なゴルフスイング動態測定用の計測システムを、加速度計を用いて開発すること。
• 加速度計信号を微分モード成分と共通モード成分に分解することにより、ゴルフスイングの運動を分析すること。
• 信号成分をクラブヘッドの回転運動エネルギーおよび手の運動といった物理的スイングパラメータに関連付けること。
• 二重振り子モデルを用いたスイング運動学的挙動の再構成能力を、本手法が有するかを検証すること。
• 信号の特徴量に基づいてスイングテンポ、リズム、タイミングに関する理解を深めるためのツールを提供すること。

提案手法

• ゴルフクラブのシャフトに沿って、クラブの長軸に平行に二つの加速度計を設置する。
• 測定された加速度信号を、微分モード（センサ間の差分）と共通モード（センサの平均）に分解する。
• 微分モード成分は、クラブヘッドの回転運動エネルギーの代理指標として解釈される。
• 共通モード成分は、スイング中の手の並進運動を反映している。
• 信号分解は、腕とクラブが二つの連結された振り子を形成するゴルフスイングの二重振り子モデルに基づいている。
• 再構成された運動は、信号から導かれた動態と期待されるスイング運動学的挙動との比較によって検証される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クラブシャフトに沿った加速度計信号をどのように分解すれば、意味のあるスイング動態を抽出できるか？
• RQ2 微分モード成分は、ゴルフスイングにおける回転運動エネルギーをどの程度正確に反映しているか？
• RQ3 共通モード成分は、スイング中のゴルファーの手の運動を効果的に表現できるか？
• RQ4 微分モードと共通モードに分解された信号から、二重振り子モデルがスイング運動学的挙動をどの程度正確に再構成できるか？
• RQ5 信号成分から、スイングテンポ、リズム、タイミングに関するどのような知見が得られるか？

主な発見

• 微分モード信号は、スイング中のゴルフクラブヘッドの回転運動エネルギーを直接測定する手段として有効である。
• 共通モード信号は、ゴルファーの手の並進運動を効果的に捉えており、クラブグリップの運動に対応している。
• 信号を微分モードと共通モードに分解することで、二重振り子モデル内でのスイングの運動学的挙動を高精度で再構成できる。
• 本手法により、信号成分の相対的なタイミングと振幅を用いて、テンポやリズムといった時間的特徴を的確に捉えることが可能である。
• 本システムは、クラブシャフトに二つの加速度計を設置することで、スイング分析に実用的かつ情報豊富なツールとしての有効性を示している。
• 結果から、信号分解は高精度なスローモーション動画やモーショングラフィックキャプチャの代替として実用的である可能性を示している。