[论文解读] 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 5

一句话总结

本文提出了一种基于加速度计的仪器系统，通过在球杆杆身沿线安装两个传感器，测量高尔夫挥杆的动力学特性。通过将信号分解为差模和共模分量，该方法能够量化杆头旋转（与动能和挥杆节奏相关）以及手部运动，从而在双摆模型下精确重构挥杆运动学特性。

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.

研究动机与目标

• 开发一种低成本、实用的加速度计仪器系统，用于测量高尔夫挥杆动力学。
• 通过将加速度计信号分解为差模和共模分量，分析高尔夫挥杆的运动特性。
• 将信号分量与物理挥杆参数（如旋转动能和手部运动）相关联。
• 验证该方法在双摆模型下重构挥杆运动学的能力。
• 提供一种通过可测量的信号特征理解挥杆节奏、韵律和时机的工具。

提出的方法

• 两个加速度计沿高尔夫球杆的杆身安装，其方向与杆的纵向轴对齐。
• 将原始加速度信号分解为差模分量（两传感器之差）和共模分量（两传感器之和的平均值）。
• 差模分量被解释为杆头旋转动能的代理指标。
• 共模分量反映了挥杆过程中手部的平动运动。
• 信号分解基于高尔夫挥杆的双摆模型，其中手臂和球杆构成两个相互连接的摆。
• 通过将信号推导的动力学与预期的挥杆运动学进行比较，对重构的运动进行验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何对沿球杆杆身的加速度计信号进行分解，以提取有意义的挥杆动力学特征？
• RQ2 差模分量在多大程度上反映了高尔夫挥杆中的旋转动能？
• RQ3 共模分量能否有效表征挥杆过程中球手手部的运动？
• RQ4 双摆模型能以多高精度从分解后的信号重构挥杆运动学？
• RQ5 从信号分量中可以得出哪些关于挥杆节奏、韵律和时机的见解？

主要发现

• 差模信号可直接作为挥杆过程中高尔夫球杆旋转动能的度量。
• 共模信号有效捕捉了球手手部的平动运动，对应于球杆握把的运动。
• 将信号分解为差模和共模分量，可在双摆模型下精确重构挥杆的运动学行为。
• 该方法通过信号分量的相对时序和幅值，成功捕捉了节奏和韵律等时间特征。
• 该系统表明，球杆杆身上安装双加速度计可作为挥杆分析的实用且信息丰富的工具。
• 结果表明，信号分解为挥杆评估提供了一种可行的替代方案，可替代高速视频或动作捕捉系统。