Interface編集部
スポーツ・センシング for2020 第3回
相性ピッタリ! 高精度加速度/ 角速度センサでゴルフのスイングを測る
●ゴルフなどのスイングは3軸加速度/ジャイロ・センサで測りやすい
筆者の研究室とセイコーエプソンはゴルファ向けのウェアラブル・センサM-Tracerを開発しました（図1）．
図1 3軸加速度＆角速度センサでゴルフのスイングを解析
筆者の研究室とセイコーエプソンで共同開発した．
インパクト：ターゲット方向を基準としたフェースの向き．
回転：トップ時のシャフト軸周りの回転角度．
テンポ・リズム：バックスイング時間÷ダウンスイング時間．
ナチュラルアンコック：ダウンスイング中の最大グリップ・スピードとインパクト時のグリップ・スピードの減速比率．腕のエネルギーをどれだけシャフトに移せたかという指標（力学量ではない）．
M-Tracerには，3 軸加速度センサと3 軸ジャイロ・センサが内蔵されています．ゴルフ・クラブのシャフトに取り付けてスイングします．本器を用いることで，以下が可視化されます．
・スイングの軌道
・衝突時のフェース角度
・腕からクラブに伝達したエネルギー
運動の力学モデルを表す数式には加速度の項や，角速度の項が現れます．3軸加速度/ジャイロ・センサは，これらの量を直接計測できることから，運動の力学計算に向いています．
このセンサ・デバイスは，「どうもスイングの調子が悪いけど，どこが悪いのかな？」，「強く振っているのにどうもヘッド・スピードが上がらないな」といったゴルファの悩み解決が目的です．ヒトの運動をモデル化し，実際に多くのゴルファを被験者として検証実験する，という地道な作業を経て完成しました．
●キー・デバイス：水晶MEMSによる高精度ジャイロ・センサ
ゴルフ・クラブとボールが衝突する際に，フェース面が少しでもずれていれば，飛球方向は大きく違ってしまいます．この計算には精密な角度計算が必要です．
クラブ・ヘッドの姿勢推定は，ジャイロ・センサによる角速度の積分によります．得られた姿勢角度を手がかりに，加速度の重力成分を取り除いたものを積分することでクラブ・ヘッドの軌道を求めます．
セイコーエプソンは発振器がベースの水晶加工技術を持っています．同社のジャイロ・センサは，極めて高精度で，これまでの超音波音叉型ジャイロ・センサに比べて格段にノイズ特性や，温度特性などが改善されています注1 注2．この精密なジャイロ・センサが製品化されたことによって，ゴルフ・スイングの精密計測が実測したといっても過言ではありません．
注1：低ノイズ：0.005（°/s）/ Hz．他社は例えば0.02（°/s）/ Hz．温度特性（－40 ～＋80 ℃）：±0.2°/s．他社は例えば－50 ～＋ 100°/sとばらつく．
注2：同社では水晶加工技術とセンシング技術とが結びついたものをQMEMSと呼んでいる．QMEMSは水晶技術の「Quartz」と微細加工技術の「MEMS」を合わせた造語．
