JP2007061121A - Body motion analysis method, system and program - Google Patents
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Abstract
【課題】 解析精度をより高くすることができる身体の動作解析方法、システムおよびプログラムを提供する。
【解決手段】 身体の所定の関節部分に付されたマーカJiを三次元動作計測して、基準点J0に対するマーカJiの位置(xi,yi,zi)よりマーカ同士を繋いだリンクの動作を解析する。ここで、各リンクの静止状態における長さを測定しておき、リンク基準長さLiとする。そして、身体の動作時の各リンク長さを実測値liとして計測する。こうして計測された実測値liと対応するリンク基準長さLiとを比較して、その誤差δLiを算出する。そして、当該算出された誤差δLiに基づいて、測定された各マーカ位置を第1の補正により、実測値liがリンク基準長さLiに対して所定の誤差範囲内にするべく補正する。
【選択図】 図5PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a body motion analysis method, system and program capable of further improving analysis accuracy.
Three-dimensional motion measurement is performed on a marker J i attached to a predetermined joint portion of the body, and the markers are connected by the position (x i , y i , z i ) of the marker J i with respect to a reference point J 0 . Analyzing link behavior. Here, in advance by measuring the length in the stationary state of each link, the link reference length L i. Then, each link length during body movement is measured as an actually measured value l i . By comparing the link reference length L i thus corresponding to the measured actual values l i, and calculates the error [delta] L i. Then, based on the calculated error δL i , each measured marker position is corrected by the first correction so that the actual measurement value l i is within a predetermined error range with respect to the link reference length L i . .
[Selection] Figure 5
Description
本発明は、身体の所定箇所を基準点とし、複数の関節部分をマーカによりマーキングし、前記マーカ同士を結んだリンクのそれぞれを順に繋いだマルチリンクモデルを用いて、前記基準点に対する各リンクの動作を解析する三次元動作計測による身体の動作解析方法、システムおよびプログラムに関する。特に、頭部の中心を基準点とし、首、肩、肘、手首および手に握られたゴルフクラブのクラブヘッドをそれぞれマーカによりマーキングし、首−肩、肩−肘、肘−手首および手首−クラブヘッドを結んだリンクのそれぞれを順に繋いだ4リンクモデルを用いて、前記規準点に対する各リンクの動作を解析するDLT法によるゴルフスイングの動作解析方法に関する。 The present invention uses a multi-link model in which a predetermined part of the body is used as a reference point, a plurality of joint portions are marked with markers, and the links connecting the markers are connected in order. The present invention relates to a body motion analysis method, system, and program by three-dimensional motion measurement for analyzing motion. In particular, with the center of the head as a reference point, the club head of the golf club held by the neck, shoulder, elbow, wrist and hand is marked with a marker, respectively, and the neck-shoulder, shoulder-elbow, elbow-wrist and wrist- The present invention relates to a golf swing motion analysis method based on the DLT method for analyzing the motion of each link with respect to the reference point using a four-link model in which the links connecting the club heads are sequentially connected.
近年、電子機器の性能が飛躍的に向上し、計測技術が進歩するのに伴い、身体運動に関する研究も急速に発展している。例えば、人間工学やバイオメカニクスに加えて、スポーツ工学と呼ばれる分野も確立され、研究がなされている。スポーツ工学は、スポーツに欠かすことのできない用具の開発や身体運動を工学的に解明することによってスポーツの技能の向上やスポーツにおける身体的負担から生じる障害の予防を図ることを目的としている。 In recent years, as the performance of electronic devices has improved dramatically and the measurement technology has advanced, research on physical movement has been rapidly developed. For example, in addition to ergonomics and biomechanics, a field called sports engineering has been established and researched. Sports engineering aims to improve the skills of sports and prevent obstacles arising from physical burdens in sports by developing tools that are indispensable for sports and elucidating the physical movements in engineering.
このような身体の動作に関する研究では、複数の関節部分をマーカによりマーキングし、マーカ同士を結んだリンクのそれぞれを順に繋いだマルチリンクモデルを用いた研究が公知である(例えば、特許文献1参照)。 In research on such body movements, research using a multi-link model in which a plurality of joint portions are marked with markers and each of the links connecting the markers is sequentially connected is known (for example, see Patent Document 1). ).
また、これらの動作計測の多くはDLT(Direct Linear Transformation)法と呼ばれる三次元動作解析方法およびこれを用いた三次元動作計測装置により計測される。
しかし、このような従来のマルチリンクモデルを用いた身体の動作解析方法においては、以下のような問題があった。すなわち、三次元動作計測装置で計測するマーカは、皮膚または衣服の上に取り付けるため、実際の関節位置(可動点)と必ずしも一致しておらず、身体の動作によりマーカ位置と関節位置とがずれることにより、測定誤差が生じる場合があった。また、マーカを小さくすると観測不良等の原因となるため、マーカはある程度の大きさが必要となるが、このようなマーカ自身の大きさによる誤差も無視できない場合があった。 However, the body motion analysis method using the conventional multi-link model has the following problems. That is, since the marker to be measured by the three-dimensional motion measuring device is attached on the skin or clothes, it does not always match the actual joint position (movable point), and the marker position and the joint position are shifted due to the movement of the body. As a result, a measurement error may occur. In addition, if the marker is made small, it may cause observation failure and the like, and thus the marker needs to have a certain size. However, there is a case where such an error due to the size of the marker itself cannot be ignored.
このような誤差を少なくするべく、複数回の測定結果について平均値を算出する等の対策も行われるが、十分な精度を確保するには至っていない。 In order to reduce such an error, measures such as calculating an average value for a plurality of measurement results are also taken, but sufficient accuracy has not been secured.
本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するべくなされたもので、解析精度をより高くすることができる身体の動作解析方法、システムおよびプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a body motion analysis method, system, and program capable of further improving analysis accuracy.
本発明に係る身体の動作解析方法は、身体の所定箇所を基準点とし、複数の関節部分をマーカによりマーキングし、前記マーカ同士を結んだリンクのそれぞれを順に繋いだマルチリンクモデルを用いて、前記基準点に対する各リンクの動作を解析する三次元動作計測による身体の動作解析方法であって、静止状態で測定したリンクの長さをリンク基準長さとし、三次元動作計測により測定された実測値に対し、当該実測値とリンク基準長さとの誤差を算出し、当該誤差に基づいて実測値がリンク基準長さに対して所定の誤差範囲内になるように、測定された各マーカ位置について第1の補正を行うことを特徴とするものである。 The body motion analysis method according to the present invention uses a multi-link model in which a plurality of joint portions are marked with a marker, and a plurality of links connecting the markers are sequentially connected with a predetermined point of the body as a reference point. A body motion analysis method by three-dimensional motion measurement for analyzing the motion of each link with respect to the reference point, wherein the link length measured in a stationary state is a link reference length, and an actual measurement value measured by three-dimensional motion measurement On the other hand, an error between the measured value and the link reference length is calculated, and the measured marker position is calculated for the measured marker position so that the measured value is within a predetermined error range with respect to the link reference length based on the error. 1 correction is performed.
上記方法においては、身体の所定の関節部分に付されたマーカを三次元動作計測して、基準点に対するマーカの位置よりマーカ同士を繋いだリンクの動作を解析する。ここで、各リンクの静止状態における長さを測定しておき、リンク基準長さとする。そして、身体の動作時の各リンク長さを実測値として計測する。こうして計測された実測値と対応するリンク基準長さとを比較して、その誤差を算出する。そして、当該算出された誤差に基づいて、測定された各マーカ位置を第1の補正により、実測値がリンク基準長さに対して所定の誤差範囲内にするべく補正する。 In the above method, a marker attached to a predetermined joint portion of the body is measured in a three-dimensional motion, and the motion of the link connecting the markers is analyzed from the position of the marker with respect to the reference point. Here, the length of each link in a stationary state is measured and used as the link reference length. And each link length at the time of a body movement is measured as an actual measurement value. The measured value thus measured is compared with the corresponding link reference length, and the error is calculated. Based on the calculated error, each measured marker position is corrected by the first correction so that the actually measured value is within a predetermined error range with respect to the link reference length.
このように、関節間の長さ、すなわち、マーカ間のリンクの長さが一定であることに基づいて、測定されたリンクの長さの実測値がリンク基準長さに略一致するように各マーカ位置を補正することにより、各関節の本来の位置を高い精度で推定することができるため、身体の動作を高い精度で解析することができる。 Thus, based on the fact that the length between the joints, that is, the length of the link between the markers is constant, each measured value of the measured link length approximately matches the link reference length. By correcting the marker position, the original position of each joint can be estimated with high accuracy, so that the body motion can be analyzed with high accuracy.
好ましくは、前記第1の補正は、リンク両端のマーカ位置に対して測定したリンクの両端に前記誤差の1/W(ただし、Wは2以上の実数)ずつを誤差が少なくなるように加減算した位置に補正するものであり、補正されたリンクの長さが前記所定の誤差範囲内か否かを判定し、当該誤差範囲内でない場合に、当該補正されたリンクの長さとリンク基準長さとの誤差を算出した上で当該補正されたリンクの長さに対して、再び当該誤差が少なくなるように第1の補正を行い、補正されたリンクの長さが前記所定の誤差範囲内になるまで前記加減算および判定を繰り返す。 Preferably, the first correction is performed by adding / subtracting 1 / W (where W is a real number of 2 or more) of the error to both ends of the link measured with respect to the marker positions at both ends of the link so that the error is reduced. It is determined whether or not the length of the corrected link is within the predetermined error range, and if it is not within the error range, the length of the corrected link and the link reference length are determined. After calculating the error, a first correction is performed on the corrected link length so that the error is reduced again until the corrected link length falls within the predetermined error range. The addition / subtraction and determination are repeated.
この場合、リンク両端のマーカ位置のそれぞれが、リンクの長さの実測値とリンク基準長さとの誤差の1/W(例えば、1/2)ずつ誤差が少なくなるように加算または減算され、リンクの長さがリンク基準長さに近くなるように補正される。そして、当該加算または減算されたリンクの長さが所定の誤差範囲内になったか否かが判定される。誤差範囲内になっていない場合には、再び、当該補正されたリンク長さに対し、リンク基準長さとの誤差を算出して、第1の補正を所定の誤差範囲内に収まるまで繰り返す。 In this case, each of the marker positions at both ends of the link is added or subtracted so that the error is reduced by 1 / W (for example, 1/2) of the error between the actually measured link length and the link reference length. Is corrected to be close to the link reference length. Then, it is determined whether or not the added or subtracted link length is within a predetermined error range. If the error is not within the error range, an error from the link reference length is calculated again for the corrected link length, and the first correction is repeated until it falls within the predetermined error range.
したがって、測定されたリンクの長さの実測値が当該第1の補正を繰り返すことによって、より確実にリンク基準長さに略一致する長さに補正することができる。 Therefore, by repeating the first correction, the actually measured value of the measured link length can be more reliably corrected to a length that substantially matches the link reference length.
好ましくは、前記第1の補正の後、当該第1の補正後の各マーカの動作が時間に関して滑らかとなるように、測定された各マーカ位置について第2の補正を行う。 Preferably, after the first correction, the second correction is performed on each measured marker position so that the operation of each marker after the first correction is smooth with respect to time.
この場合、第1の補正に加えて、身体の動作は時系列で滑らかに動くという条件を満たすように第2の補正が行われる。 In this case, in addition to the first correction, the second correction is performed so as to satisfy the condition that the movement of the body moves smoothly in time series.
したがって、第2の補正を行うことにより、第1の補正によって身体の動作の軌跡(マーカの軌跡)に歪みを生じさせることを防止し、より実際の動作に近い身体の動作解析を行うことができる。 Accordingly, by performing the second correction, it is possible to prevent the first correction from distorting the body motion trajectory (marker trajectory) and to analyze the body motion closer to the actual motion. it can.
好ましくは、前記第2の補正は、各マーカの座標系を球面極座標系に座標変換した上で、所定の高次方程式に沿うように補正する。 Preferably, in the second correction, the coordinate system of each marker is transformed into a spherical polar coordinate system, and then corrected so as to follow a predetermined higher-order equation.
この場合、各マーカの座標系を球面極座標系に変換することにより、第1の補正におけるリンク長さ一定の条件を崩すことを防止した上で、所定の高次方程式に沿うように補正する(カーブフィッティングを行う)。 In this case, by converting the coordinate system of each marker into a spherical polar coordinate system, it is possible to prevent the condition of the constant link length in the first correction from being broken, and to correct it so as to follow a predetermined higher-order equation ( Perform curve fitting).
これにより、第1の補正の効果を最大限に生かしつつ、より実際の身体の動作に近いリンクモデルとすることができる。 Thereby, it is possible to obtain a link model that more closely resembles actual body movements while maximizing the effect of the first correction.
好ましくは、前記三次元動作計測は、DLT法によって行われる。 Preferably, the three-dimensional motion measurement is performed by a DLT method.
この場合、三次元動作計測の方法として一般的かつ確立されているDLT(Direct Linear Transformation)法を用いることにより、計測精度を高く維持することができる。 In this case, the measurement accuracy can be maintained high by using a general and established DLT (Direct Linear Transformation) method as a three-dimensional motion measurement method.
また、本発明に係るゴルフスイングの動作解析方法は、頭部の中心を基準点とし、首、肩、肘、手首および手に握られたゴルフクラブのクラブヘッドをそれぞれマーカによりマーキングし、首−肩、肩−肘、肘−手首および手首−クラブヘッドを結んだリンクのそれぞれを順に繋いだ4リンクモデルを用いて、前記規準点に対する各リンクの動作を解析するDLT法によるゴルフスイングの動作解析方法であって、静止状態で測定したリンクの長さをリンク基準長さとし、三次元動作計測により測定された実測値に対し、当該実測値とリンク基準長さとの誤差を算出し、当該誤差に基づいて実測値がリンク基準長さに対して所定の誤差範囲内になるように、測定された各マーカ位置について第1の補正を行い、前記第1の補正の後、当該第1の補正後の各マーカの動作が時間に関して滑らかとなるように、測定された各マーカ位置について第2の補正を行うことを特徴とするものである。 In addition, the golf swing motion analysis method according to the present invention uses the center of the head as a reference point, and marks the neck, shoulder, elbow, wrist, and club head of the golf club held by the hand with markers, Golf swing motion analysis using the DLT method, which analyzes the motion of each link with respect to the reference point, using a four-link model in which shoulder, shoulder-elbow, elbow-wrist and wrist-club head links are connected in order. The link length measured in a stationary state is a link reference length, and an error between the actual measurement value and the link reference length is calculated with respect to the actual measurement value measured by three-dimensional motion measurement. Based on this, the first correction is performed on each measured marker position so that the actually measured value is within a predetermined error range with respect to the link reference length, and after the first correction, the first correction is performed. As the operation of each marker after correction becomes smooth with respect to time, it is characterized in performing a second correction for each marker position measured.
また、本発明に係る身体の動作解析システムは、身体の所定箇所を基準点とし、複数の関節部分をマーカによりマーキングし、前記マーカ同士を結んだリンクのそれぞれを順に繋いだマルチリンクモデルを用いて、前記基準点に対する各リンクの動作を解析する三次元動作計測による身体の動作解析システムであって、絶対座標として空間を規定し、三次元動作計測を行う三次元動作計測装置と、静止状態で測定されたリンクの長さであるリンク基準長さおよび前記マーカのそれぞれの座標を記憶する記憶手段と、前記マーカの座標から測定による各リンクの長さの実測値を算出し、前記リンク基準長さのそれぞれと比較して、前記実測値とリンク基準長さとの誤差を算出する誤差算出手段と、当該誤差に基づいて実測値がリンク基準長さに対して所定の誤差範囲内になるように、測定された各マーカ位置について第1の補正を行う第1補正手段と、前記第1の補正の後、当該第1の補正後の各マーカの動作が時間に関して滑らかとなるように、測定された各マーカ位置について第2の補正を行う第2補正手段とを具備することを特徴とするものである。
Further, the body motion analysis system according to the present invention uses a multi-link model in which a plurality of joint portions are marked with markers using a predetermined point of the body as a reference point, and the links connecting the markers are sequentially connected. A body motion analysis system based on three-dimensional motion measurement for analyzing the motion of each link with respect to the reference point, defining a space as absolute coordinates and measuring the three-dimensional motion, and a stationary state Storage means for storing the link reference length, which is the length of the link measured in
さらに、本発明に係る身体の動作解析プログラムは、所定箇所を基準点とし、複数の関節部分をマーカによりマーキングし、前記マーカ同士を結んだリンクのそれぞれを順に繋いだマルチリンクモデルを用いて、前記基準点に対する各リンクの動作を解析する三次元動作計測による身体の動作解析プログラムであって、コンピュータを、絶対座標として空間を規定し、三次元動作計測を行う三次元動作計測装置において測定された静止状態のリンクの長さであるリンク基準長さおよび前記マーカのそれぞれの座標を記憶する記憶手段、前記マーカの座標から測定による各リンクの長さの実測値を算出し、前記リンク基準長さのそれぞれと比較して、前記実測値とリンク基準長さとの誤差を算出する誤差算出手段、当該誤差に基づいて実測値がリンク基準長さに対して所定の誤差範囲内になるように、測定された各マーカ位置について第1の補正を行う第1補正手段、および前記第1の補正の後、当該第1の補正後の各マーカの動作が時間に関して滑らかとなるように、測定された各マーカ位置について第2の補正を行う第2補正手段として機能させることを特徴とするものである。 Furthermore, the body motion analysis program according to the present invention uses a multilink model in which a plurality of joint portions are marked with a predetermined point as a reference point, and a plurality of links connecting the markers are connected in order. A body motion analysis program based on three-dimensional motion measurement for analyzing the motion of each link with respect to the reference point, which is measured by a three-dimensional motion measurement device that defines a space as absolute coordinates and performs three-dimensional motion measurement. Storage means for storing the link reference length, which is the length of the link in a stationary state, and the coordinates of each of the markers, calculating an actual measurement value of each link length by measurement from the coordinates of the markers, and the link reference length Error calculation means for calculating an error between the actual measurement value and the link reference length, and the actual measurement value is calculated based on the error. First correction means for performing a first correction on each measured marker position so as to be within a predetermined error range with respect to the reference length, and after the first correction, after the first correction The marker functions as a second correction unit that performs a second correction on each measured marker position so that the operation of each marker is smooth with respect to time.
本発明に係る身体の動作解析方法、システムおよびプログラムによれば、関節間の長さ、すなわち、マーカ間のリンクの長さが一定であることに基づいて、測定されたリンクの長さの実測値がリンク基準長さに略一致するように各マーカ位置について第1の補正をすることにより、各関節の本来の位置を高い精度で推定することができるため、身体の動作を高い精度で解析することができる。 According to the body motion analysis method, system, and program of the present invention, the measured link length is measured based on the fact that the length between the joints, that is, the length of the link between the markers is constant. By performing the first correction for each marker position so that the value substantially matches the link reference length, the original position of each joint can be estimated with high accuracy, so that the body motion can be analyzed with high accuracy. can do.
さらに、第2の補正を行うことにより、第1の補正によって身体の動作の軌跡(マーカの軌跡)に歪みを生じさせることを防止し、より実際の動作に近い身体の動作解析を行うことができる。 Furthermore, by performing the second correction, it is possible to prevent the first correction from distorting the body motion trajectory (marker trajectory), and to perform a body motion analysis closer to the actual motion. it can.
以下、添付図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図1は本発明の一実施形態に係る身体の動作解析システムに用いられるリンクモデルを概略的に示す図である。また、図2は本実施形態における身体の動作解析システムを示す図である。なお、本実施形態においては、ゴルフスイングの動作解析について適用した場合に基づいて説明するが、本発明はこれに限られず、身体の種々の動作解析について、特にシステムの変更を行うことなく適用可能であるし、また、それぞれの動作に応じて最適なシステムとなるように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更を行うことも可能である。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a link model used in a body motion analysis system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a body motion analysis system in the present embodiment. In the present embodiment, the description will be based on the case where the motion analysis of the golf swing is applied. However, the present invention is not limited to this, and various motion analysis of the body can be applied without particularly changing the system. In addition, changes can be made without departing from the spirit of the present invention so that an optimum system is obtained according to each operation.
本実施形態に係る身体の動作解析システムは、図1に示すように、被験者Mの身体の所定箇所(頭部)を基準点J0とし、複数の関節部分をマーカJi(i=0,1,2,…)によりマーキングし、前記マーカJi同士を結んだリンクLiのそれぞれを順に繋いだマルチリンクモデルを用いて、前記基準点J0に対する各リンクLiの動作を三次元動作計測により解析する。より具体的には、本実施形態において図1に示すように、被験者Mの首(マーカJ1)、肩(マーカJ2)、肘(マーカJ3)、手首(マーカJ4)および手に握られたゴルフクラブのクラブヘッド(マーカJ5)をそれぞれマーカによりマーキングし、首−肩(リンクL1)、肩−肘(リンクL2)、肘−手首(リンクL3)および手首−クラブヘッド(リンクL4)を結んだリンクのそれぞれを順に繋いだ4リンクモデルを用いて、前記基準点J0に対する各リンクLi(i=1,2,3,4)の動作を三次元動作計測により解析する。マーカJiは、衣服の上からマーキングすることとしてもよいが、できるだけ発生誤差を少なくするために、好ましくは、身体に密着した衣服の上から、より好ましくは、身体に直接マーキングする。マーカJiの大きさは、できるだけ測定誤差を少なくするために、後述するカメラ11がマーカJiを認識できる範囲で、できる限り小さいものとすることが好ましい。
As shown in FIG. 1, the body motion analysis system according to the present embodiment uses a predetermined location (head) of the body of the subject M as a reference point J 0 and a plurality of joint portions as markers J i (i = 0, 1, 2...), And using the multi-link model in which the links L i connecting the markers J i are connected in order, the operation of each link L i with respect to the reference point J 0 is a three-dimensional operation. Analyze by measurement. More specifically, as shown in FIG. 1 in this embodiment, the subject M's neck (marker J 1 ), shoulder (marker J 2 ), elbow (marker J 3 ), wrist (marker J 4 ), and hand the gripped golf club of the club head (marker J 5) marked by each marker, neck - shoulder (link L 1), the shoulder - elbow (link L 2), elbow - wrist (link L 3) and wrist - Club Using a four-link model in which each of the links connecting the heads (link L 4 ) is connected in order, the operation of each link L i (i = 1, 2, 3, 4) with respect to the reference point J 0 is a three-dimensional operation. Analyze by measurement. The marker J i may be marked from the top of the garment, but is preferably marked from the top of the garment that is in close contact with the body, and more preferably directly from the garment, in order to reduce the generation error as much as possible. Size of the marker J i, in order to reduce the possible measurement error, to the extent that can recognize
このような4リンクモデルを解析するために、身体の動作解析システムは、図2に示すように、絶対座標として空間Sを規定し、三次元動作計測を行う三次元動作計測装置1と、静止状態で測定されたリンクLiの長さであるリンク基準長さLiおよび前記マーカJiのそれぞれの座標(xi,yi,zi)を記憶する記憶手段21と、前記マーカJiの座標(xi,yi,zi)から測定による各リンクの長さの実測値liを算出し、前記リンク基準長さLiのそれぞれと比較して、前記実測値liとリンク基準長さLiとの誤差δLiを算出する誤差算出手段22と、当該誤差δLiに基づいて実測値liがリンク基準長さLiに対して所定の誤差範囲内になるように、測定された各マーカ位置について第1の補正を行う第1補正手段23と、前記第1の補正の後、当該第1の補正後の各マーカJiの動作が時間tmに関して滑らかとなるように、測定された各マーカ位置について第2の補正を行う第2補正手段24とを具備することを特徴とする。 In order to analyze such a four-link model, the body motion analysis system, as shown in FIG. 2, defines a space S as absolute coordinates and performs a three-dimensional motion measurement, and a stationary each coordinate of a length of the link reference length L i and the marker J i of measured link L i in the state (x i, y i, z i) and the storage means 21 for storing said marker J i The actual measured value l i of the length of each link by measurement is calculated from the coordinates (x i , y i , z i ) of the link, and compared with each of the link reference lengths L i , the measured value l i and the link are calculated. an error calculation means 22 for calculating an error [delta] L i of the reference length L i, so that the measured values l i based on the error [delta] L i is within a predetermined error range with respect to the link reference length L i, First correction means 23 for performing a first correction on each measured marker position; Second correction means 24 for performing a second correction on each measured marker position so that the operation of each marker J i after the first correction becomes smooth with respect to time t m after the first correction; It is characterized by comprising.
本実施形態において、三次元動作計測装置1は、図2に示すように、2台のカメラ(高速度カメラ)11が設置されており、パーソナルコンピュータ等のコンピュータ2の三次元動作計測手段25から当該2台のカメラ11に対し測定空間Sを同期撮影可能に制御する。コンピュータ2は、身体の動作解析プログラムが記憶されたハードディスク等の外部記憶手段26を有し、コンピュータ2のCPU3を三次元動作計測手段25として機能させる。なお、2台のカメラ11の配置については、種々の身体の動作に応じて、測定される関節位置(マーカJiの位置)ができるだけ隠れることのないように最適化して配置される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the three-dimensional
本実施形態において、測定空間Sは、図2に示すように、ゴルフクラブヘッドのインパクト位置を原点Oとし、飛球線方向をX軸、地面に垂直な方向をY軸および地面に水平かつ飛球線に垂直な方向(奥行き方向)をZ軸とした座標空間を規定している。 In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the measurement space S has the golf club head impact position as the origin O, the flying ball line direction is the X axis, the direction perpendicular to the ground is the Y axis and the ground is horizontal and flying. It defines a coordinate space with the Z axis as the direction perpendicular to the spherical line (depth direction).
特に、ゴルフスイングは、ある1つの平面(スイング平面Pとする)上でスイングしている状態に近いため、スイング平面P上においてスイングしていると仮定することができる。したがって、2台のカメラ11により撮影した画像から算出した各マーカの三次元座標をスイング平面Pでの二次元座標に変換して解析を行う。図3はスイング平面への座標変換を示す概略図である。
In particular, since a golf swing is close to a state of swinging on a certain plane (referred to as swing plane P), it can be assumed that the golf swing is swinging on the swing plane P. Therefore, the analysis is performed by converting the three-dimensional coordinates of each marker calculated from the images photographed by the two
図2および図3に示すように、スイング平面Pは、水平面に対して角度αだけ傾いている。このスイング平面Pの傾き角αは、クラブヘッドの計測点(マーカJ5)のy座標およびz座標値から最小二乗法を用いて決定される。これにより決定されたスイング平面Pの傾き角αを用いて、被験者Mに付された各マーカJiの測定空間Sにおける三次元座標をスイング平面P上の二次元座標に変換する。 As shown in FIGS. 2 and 3, the swing plane P is inclined by an angle α with respect to the horizontal plane. The inclination angle α of the swing plane P is determined by the least square method from the y coordinate and z coordinate values of the measurement point (marker J 5 ) of the club head. The three-dimensional coordinates in the measurement space S of each marker J i attached to the subject M are converted into two-dimensional coordinates on the swing plane P using the inclination angle α of the swing plane P determined in this way.
計測された被験者MのマーカJiの三次元座標を(xi,yi,zi)とし、座標変換後のスイング平面P上の二次元座標を(Xi,Yi)とすると、座標変換の式は、次式で示される。ただし、βをスイング平面Pと原点OおよびマーカJiを含む直線とのなす角とする。
上記のような座標変換を行った各マーカJiの位置座標を元に各関節の角度、角速度、角加速度および関節トルクを算出し、動作解析を行う。 The angle, angular velocity, angular acceleration, and joint torque of each joint are calculated based on the position coordinates of each marker J i subjected to the coordinate conversion as described above, and the motion analysis is performed.
本実施形態において、2台のカメラ11により撮影した画像から各マーカJiについての三次元座標を算出する三次元動作計測の方法として、DLT(Direct Linear Transformation)法が用いられる。一般に、三次元動作計測をする際には、例えばカメラから被験者Mまでの距離、2つのカメラ11の設置角度およびカメラレンズの焦点距離等の値を予め決定しておく必要があるが、これらの数値を正確に求めることは困難な場合が多い。これに対し、DLT法は、コントロールポイントと呼ばれる既知の三次元座標を持つ点を被験者Mとともに撮影し、その画像から上記数値を逆算することができる。したがって、上記数値を直接測定することなく、求めた上記の数値を用いて被験者に付されたマーカJiの三次元座標を容易に算出することが可能となるものである。したがって、三次元動作計測の方法として一般的かつ確立されているDLT法を用いることにより、計測精度を高く維持することができる。
In the present embodiment, a DLT (Direct Linear Transformation) method is used as a three-dimensional motion measurement method for calculating three-dimensional coordinates for each marker J i from images taken by two
本実施形態においては、三次元動作計測手段25において、2台のカメラ11により撮影した画像から上記DLT法を用いて各マーカJiについての三次元座標が算出される。コンピュータ2は、図1に示すように、データ等を一時記憶するメモリである記憶手段21を有し、算出された三次元座標は、記憶手段21および/または外部記憶手段26に記憶される。
In the present embodiment, the three-dimensional motion measuring means 25 calculates three-dimensional coordinates for each marker J i from the images taken by the two
また、コンピュータ2は、計測者が各種設定・入力を行うためのマウス、キーボード等の入力手段27、動作計測/解析の結果を表示するモニタ、プリンタ等の出力手段28を有しており、CPU3、記憶手段21、外部記憶手段26、入力手段27および出力手段28は信号バス29により相互に通信可能に構成される。さらに、コンピュータ2のCPU3は、身体の動作解析プログラムにより、以下で詳述する誤差算出手段22、第1補正手段23および第2補正手段24として機能する。
The
このように、本実施形態においては、1台のコンピュータ2で三次元動作計測および動作解析(第1および第2の補正を含む)を行い得る構成となっているが、既存の三次元動作計測装置/動作解析システムに外部から別のコンピュータを繋いで当該コンピュータにおいて第1および第2の補正処理のみを行うこととしてもよい。
As described above, in the present embodiment, a
ここで、本実施形態における測定誤差補正処理について説明する。本発明に係る補正方法としては、各関節間およびゴルフクラブの長さは、動作の間で時間によらず一定となるはずであるから、各マーカJi間のリンクLiの長さも時間によらず一定となるように補正することを第1の趣旨とするものである。また、人間を始めとする被験者Mの身体の動作は滑らかであり、関節の位置も滑らかに動くはずであるから、各マーカJiの位置座標の変化が時間tmに関して滑らかとなるように補正することを第2の趣旨とするものである。以下、順に説明する。 Here, the measurement error correction process in the present embodiment will be described. As the correction method according to the present invention, each joint and between the length of the golf club, because it should be constant regardless of the time during operation, the time length of the link L i between each marker J i The first purpose is to make corrections so that they are constant. In addition, since the body movement of the subject M including the human is smooth and the joint position should move smoothly, the change in the position coordinate of each marker J i is corrected so as to be smooth with respect to the time t m. The second purpose is to do. Hereinafter, it demonstrates in order.
図4は本実施形態における測定誤差補正処理についてのフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart of the measurement error correction process in this embodiment.
まず、各リンクLiの静止状態における長さを測定しておき、リンク基準長さLiとして外部記憶手段26または記憶手段21に読み込み、記憶しておく(ステップS1)。このリンク基準長さLiの測定は、2台のカメラ11を用いて測定してもよいし、実際にメジャー等で測定した値を入力手段27より入力することとしてもよい。なお、リンクLiの起点として被験者Mの頭部に設けた基準点J0および当該基準点J0と首部のマーカJ1との間の基準リンクL0についても同様に処理する。これにより、基準点J0を起点として基準リンクL0および各リンクL1,L2,…,L4が順に連結されたリンクモデルとして取り扱える。したがって、基準点J0を基準として、各マーカJ1,J2,…,J4の各座標が順に定められる。なお、基準点J0は、頭部に設ける必要はないが、動作の間、できるだけ座標が変化しない位置に設けることが好ましい。基準点J0を不動点として取り扱うことによって、より容易かつ確実に各マーカJiの各座標を定めることができる。さらに、基準点J0を不動点として取り扱う場合には、時間ごとの基準点J0の座標の平均値を基準点J0の座標とすることが好ましい。
First, the length of each link Li in a stationary state is measured, and is read and stored as the link reference length Li in the external storage means 26 or the storage means 21 (step S1). The link reference length L i may be measured using the two
次いで、コンピュータ2のCPU3は、三次元動作計測手段25により測定されたマーカJi,Ji+1の三次元座標(xi,yi,zi),(xi+1,yi+1,zi+1)のデータを読み込む(ステップS2)。
Next, the
そして、コンピュータ2のCPU3は、読み込まれた三次元座標から測定によるリンクLiのリンク長さの実測値liを算出する(ステップS3)。サンプリング時刻tmにおける測定されたリンクの長さの実測値liは、次式で示される。
続いて、CPU3は、誤差算出手段22として機能し、当該測定による実測値liとリンク基準長さLiとを比較してその誤差δLi=Li−liを算出する(ステップS4)。
Subsequently,
CPU3は、算出された誤差δLiが所定の誤差範囲内にあるか否かを判定する(ステップS5)。本実施形態においては、図4に示すように誤差の絶対値が0.01mm以下であることを誤差の許容範囲として設定(誤差の基準値として0.01mmを設定)し、これに基づいて判定する。すなわち、誤差δLiの絶対値が誤差の基準値0.01mm以下である場合(ステップS5でNo)、後述する第1の補正を行うことなく処理を続行する。一方、誤差δLiの絶対値が誤差の基準値0.01mmより大きい値である場合(ステップS5でYes)、CPU3は、第1補正手段23として機能し、リンクの実測値liがリンク基準長さLiに対して上記誤差範囲内の長さとなるように、当該算出された誤差δLiに基づいてリンクLiの両端のマーカJi,Ji+1の位置座標に対して第1の補正を行う(ステップS6)。
The
ステップS6において第1の補正が行われたマーカJi,Ji+1について再びステップS3,S4により補正後のマーカ位置における誤差δLiを算出し、ステップS5における誤差の判定を行う。こうして、算出される誤差δLiが所定の誤差範囲内となるまで(ステップS5にてNoとなるまで)第1の補正処理(ステップS3〜S6)を繰り返す。つまり、測定された各マーカJi,Ji+1の位置を第1の補正により、リンクの実測値liがリンク基準長さLiに対して所定の誤差範囲内にするべく補正する。この第1の補正は、サンプリング時刻tmごとに行われる。 For the markers J i and J i + 1 that have undergone the first correction in step S6, the error δL i at the corrected marker position is calculated again in steps S3 and S4, and the error is determined in step S5. Thus, the first correction processing (steps S3 to S6) is repeated until the calculated error δL i falls within a predetermined error range (until No in step S5). That is, the measured positions of the markers J i and J i + 1 are corrected by the first correction so that the actually measured link value l i is within a predetermined error range with respect to the link reference length L i . This first correction is performed every sampling time t m .
ここで、本実施形態における第1の補正について、より具体的に説明する。図5は本実施形態における第1の補正方法を概略的に示す図である。 Here, the first correction in the present embodiment will be described more specifically. FIG. 5 is a diagram schematically showing a first correction method in the present embodiment.
本実施形態において、第1の補正は、リンクLiの両端のマーカJi,Ji+1の位置を、測定したリンクの実測値liの両端に前記誤差δLiの1/2ずつを加えた位置J’i,J’i+1に補正する(δLiは、Li>liのとき正(加算を意味する)であり、li>Liのとき負(減算を意味する)である)。 In the present embodiment, the first correction is performed by setting the positions of the markers J i and J i + 1 at both ends of the link L i by ½ of the error δL i at both ends of the measured actual value l i of the link. Correction to the added positions J ′ i and J ′ i + 1 (δL i is positive (means addition) when L i > l i , and negative (means subtraction) when l i > L i. )).
すなわち、各マーカJi(i=1,2,3,4)の座標を当該マーカJiに繋がれたリンクLi,Li-1における誤差δLi,δLi-1に基づいて、各座標成分ごとに、以下のように補正する。
ただし、クラブヘッドにおけるマーカJ5については、リンク間のマーカではないため、片方のリンクL4のみに基づいて、以下のように補正する。
この場合、リンク両端のマーカ位置のそれぞれが、リンクの長さの実測値とリンク基準長さとの誤差の1/2ずつ加えられ、リンクの長さがリンク基準長さに略等しくなるように補正される。 In this case, each of the marker positions at both ends of the link is added by ½ of the error between the actual measured link length and the link reference length, and corrected so that the link length is substantially equal to the link reference length. Is done.
したがって、測定されたリンクの長さの実測値liが当該第1の補正によりリンク基準長さLiに略一致させることができる。 Therefore, the actually measured value l i of the measured link length can be made to substantially coincide with the link reference length L i by the first correction.
このように、関節間の長さ、すなわち、マーカJi間のリンクLiの長さが一定であることに基づいて、測定されたリンクの長さの実測値liがリンク基準長さLiに略一致するように各マーカJiの位置(xi,yi,zi)を補正することにより、各関節の本来の位置を高い精度で推定することができるため、身体の動作を高い精度で解析することができる。 Thus, the length of the joint, i.e., the marker J link length of L i between i is based on a constant, the length of the measurement link measured value l i link reference length L as substantially coincides with the i position of each marker J i (x i, y i , z i) by correcting the, since it is possible to estimate the original position of each joint with high accuracy, the motion of the body Analysis can be performed with high accuracy.
リンクLiについての測定誤差δLiの絶対値が誤差の基準値0.01mm以下である場合および第1の補正により誤差の基準値0.01mm以下となった場合(ステップS5でNo)、CPU3は、第2補正手段24として機能し、当該誤差の範囲内に収まった各マーカJiの動作が時間tmに関して滑らかとなるように、測定された各マーカ位置について第2の補正を行う。この場合、身体の動作は時系列で滑らかに動くという条件を満たすように第2の補正が行われる。つまり、第1の補正処理においてはサンプリング時刻tmごとに独立して補正を行っているため、時々刻々の各マーカJiの三次元座標は、時系列で連続となっていない。したがって、各マーカJiの座標を時間に対して連続となるように、しかも、そのときにリンクの長さが変化しないように(第1の補正の効果が減殺されることのないように)、補正する。
If the absolute value of the measurement error [delta] L i for the link L i is equal to or less than the error reference value 0.01mm of the reference value 0.01mm or less is the case and the first correction of the error (No in step S5),
本実施形態において、第2の補正は、各マーカJiの座標系を球面極座標系に座標変換した上で、所定の高次方程式に沿うように補正する。この場合、各マーカJiの座標系を球面極座標系に変換することにより、第1の補正におけるリンク長さ一定の条件を崩すことを防止した上で、所定の高次方程式に沿うように補正する(カーブフィッティングを行う)。図6は本実施形態における第2の補正処理についてのフローチャートである。また、図7は本実施形態における第2の補正処理に用いる球面極座標系を示す図である。 In the present embodiment, in the second correction, the coordinate system of each marker J i is coordinate-transformed into a spherical polar coordinate system, and then corrected so as to follow a predetermined higher-order equation. In this case, the coordinate system of each marker J i is converted into a spherical polar coordinate system, thereby preventing the condition of the constant link length in the first correction from being broken and correcting so as to follow a predetermined higher-order equation. (Curve fitting is performed). FIG. 6 is a flowchart of the second correction process in this embodiment. FIG. 7 is a diagram showing a spherical polar coordinate system used for the second correction processing in the present embodiment.
まず、図7に示すように、各リンクLiについて各リンク端であるマーカJiの座標系を原点とする球面極座標系に変換(すなわち、(xi,yi,zi)→(ri,θi,φi))する(ステップS71)。この場合、球面極座標系の座標(ri,θi,φi)は、もとの座標系(xi,yi,zi)を用いて次式のように表せる。
したがって、このとき球面極座標系におけるri成分は、リンクLiの長さとなるため、残りのθiおよびφi成分について時間に対して連続となるように補正すれば、リンクLiの長さを変化させることなく(第1の補正の効果を減殺することなく)補正することができる。 Accordingly, at this time, the r i component in the spherical polar coordinate system becomes the length of the link L i , and therefore, if the remaining θ i and φ i components are corrected so as to be continuous with respect to time, the length of the link L i Can be corrected without changing (without diminishing the effect of the first correction).
このように球面極座標系に変換したマーカJiの時系列変化について、所定の高次方程式を入力手段27より入力するか、または、予め外部記憶手段26に記憶された所定の高次方程式を選択することにより、CPU3は、当該高次方程式を読み込む(ステップS72)。
As for the time series change of the marker J i converted into the spherical polar coordinate system in this way, a predetermined higher order equation is input from the input means 27 or a predetermined higher order equation stored in advance in the external storage means 26 is selected. As a result, the
高次方程式は、n次の場合、以下のように表せる。
このような高次方程式の係数は、最小二乗法を用いて求められる。また、次数nは、実験的に予め設定されたものを使用することとしてもよいし、CPUにおいて自動的に判断するものとしてもよい。 The coefficients of such higher order equations are obtained using the least square method. The order n may be experimentally set in advance or may be automatically determined by the CPU.
CPU3は、上記高次方程式を用いてθi成分およびφi成分の時間的変化について近似(カーブフィッティング)を行う(ステップS73)。ステップS72,S73のカーブフィッティングについては、具体的には、既存のカーブフィッティングプログラムを採用可能である。近似の後、以降の動作解析処理のために、もとの三次元直交座標系に再変換し(ステップS74)、第2の補正処理を終了する。
The
以上のような、第2の補正を行うことにより、第1の補正によって身体の動作の軌跡(マーカの軌跡)に歪みを生じさせることを防止し、第1の補正の効果を最大限に生かしつつ、より実際の動作に近いリンクモデルとなるように補正することができるため、より実際の動作に近い身体の動作解析を行うことができる。 By performing the second correction as described above, the first correction prevents the body movement trajectory (marker trajectory) from being distorted and maximizes the effect of the first correction. However, since the correction can be made so that the link model is closer to the actual motion, the body motion analysis closer to the actual motion can be performed.
なお、本実施形態における第1の補正において、リンクLiの両端のマーカJi,Ji+1の位置を、測定したリンクの実測値liの両端に前記誤差δLiの1/2ずつを加えた位置に補正したが、1/2には限られず、誤差δLiの1/W(Wは2以上の実数)ずつを加えた位置に補正してもよい。補正値としてそれぞれ1/2より小さい値を加えることにより、補正幅を小さくして、より細かい補正を行うことにより、所定誤差範囲内に収束するまでの補正回数を少なくすることも可能である。 In the first correction in the present embodiment, the positions of the markers J i and J i + 1 at both ends of the link L i are set to 1/2 of the error δL i at both ends of the measured actual value l i of the link. However, the position is not limited to ½, and may be corrected to a position obtained by adding 1 / W of error δLi (W is a real number of 2 or more). It is also possible to reduce the number of corrections until convergence within a predetermined error range by adding a value smaller than ½ as the correction value to reduce the correction width and performing finer correction.
また、リンクLiのマーカの一端Jiにおける補正値とマーカの他端Ji+1における補正値との比がU:1−U(0<U<1)となるようにそれぞれのマーカ端部Ji,Ji+1の位置を補正することとしてもよい。 Further, each marker end portion is set such that the ratio of the correction value at one end J i of the marker of the link Li to the correction value at the other end J i + 1 of the marker is U: 1−U (0 <U <1). The positions of J i and J i + 1 may be corrected.
また、マーカJiにおいて時間変化に関わらない不動点がある場合には、当該不動点を基準として、不動点を端部とするリンクから順にリンク長さ一定となるように他の端部となるマーカ位置を決定し、以降、隣接するリンクの他の端部となるマーカ位置を順に決定することにより補正することとしてもよい。 Further, when there is a fixed point that is not related to the time change in the marker J i , the other end part is set so that the link length is constant in order from the link having the fixed point as an end part with the fixed point as a reference. It is good also as correcting by determining a marker position and determining the marker position used as the other edge part of an adjacent link in order after that.
また、第1の補正のみを行い、第2の補正を行わない構成でもよい。第2の補正を行わないことにより、補正のための計算速度を速くすることができる。ただし、リンクLiの数が多くなればなる程、誤差が生じ易くなるため、第2の補正を併用することが好ましい。 Further, a configuration in which only the first correction is performed and the second correction is not performed may be employed. By not performing the second correction, the calculation speed for correction can be increased. However, as the made The more the number of links L i, since an error is likely to occur, it is preferred to use a second correction.
ここで、本発明に係る身体の動作解析システムにおいて上記実施形態における4リンクモデルの精度評価を実施例として比較例と対比しつつ説明する。 Here, in the body motion analysis system according to the present invention, the accuracy evaluation of the four-link model in the above embodiment will be described as an example in comparison with a comparative example.
<精度評価方法>
予め誤差の含んでいない理想的なスイング動作を仮定し、それにモンテカルロ・シミュレーションで想定される誤差をランダムに発生させ、理想スイングモデルに挿入し、数多くの動作解析を行った。次に、補正方法による精度の違いを理想的なスイング動作の解析結果と比較して評価を行った。モンテカルロ・シミュレーションにおける試行回数は1000回とした。
<Accuracy evaluation method>
Assuming an ideal swing motion that does not include errors in advance, errors assumed in Monte Carlo simulation were randomly generated and inserted into an ideal swing model, and many motion analyzes were performed. Next, evaluation was made by comparing the difference in accuracy by the correction method with the analysis result of the ideal swing motion. The number of trials in the Monte Carlo simulation was 1000.
<角度による評価方法>
本発明の補正(第1および第2の補正)処理を行った場合(実施例)、第2の補正処理のみ行った場合(参考例)および補正なしの場合(比較例)のそれぞれについて、モンテカルロ・シミュレーションを用いて、関節角度への誤差の影響を調べ、それぞれにおける確率密度関数を求めて比較、評価した。
<Evaluation method by angle>
When the correction (first and second correction) processing of the present invention is performed (example), only when the second correction processing is performed (reference example), and when there is no correction (comparative example), Monte Carlo -Using simulation, we investigated the effect of errors on joint angles, and obtained and compared and evaluated probability density functions for each.
<関節トルクによる評価方法>
関節トルクへの影響を調べるために各関節トルクの最大値となるときの値を用いて比較した。理想モデルにおける各関節モデルの最大値(τo,max)と誤差モデルにおける各関節モデルの最大値(τe,max)との比を次式で定義し、モンテカルロ・シミュレーションを用いて解析した。このときのばらつきから確率密度関数を求めて評価した。
In order to investigate the influence on the joint torque, a comparison was made using the value at the maximum value of each joint torque. The ratio between the maximum value (τ o, max ) of each joint model in the ideal model and the maximum value (τ e, max ) of each joint model in the error model was defined by the following equation and analyzed using Monte Carlo simulation. A probability density function was obtained from the variation at this time and evaluated.
<角度による評価結果>
図8は肩関節における角度誤差の各確率密度分布を示す図である。また、図9は手首関節における角度誤差の各確率密度分布を示す図である。
<Evaluation result by angle>
FIG. 8 is a diagram showing each probability density distribution of angular errors in the shoulder joint. FIG. 9 is a diagram showing each probability density distribution of the angle error at the wrist joint.
補正なしの場合は、誤差の影響をそのまま受けており、誤差のばらつきが大きい。これに対し、本発明の補正を行った場合では、補正なしの場合に比べて理想値に近い場合の確率が高く、ばらつきも非常に小さくなる結果となった。第2の補正のみの場合と比べても理想値に近い場合の確率がより高く、ばらつきもより小さくなる結果が得られた。したがって、第1の補正を行うことにより、より精度を高くすることができた。図9においても同様に、本発明の補正を行うことにより、より精度を高くすることができた。 When there is no correction, the influence of the error is received as it is, and the variation of the error is large. On the other hand, when the correction according to the present invention is performed, the probability that the value is close to the ideal value is higher than that in the case where the correction is not performed, and the variation is very small. Compared to the case of only the second correction, a result in which the probability near the ideal value is higher and the variation is smaller is obtained. Therefore, the accuracy can be further improved by performing the first correction. Similarly, in FIG. 9, the accuracy can be further improved by performing the correction of the present invention.
<関節トルクによる評価結果>
図10は手首関節における関節トルクの最大値の比に関する確率密度分布を示す図である。
<Evaluation results by joint torque>
FIG. 10 is a diagram showing a probability density distribution related to a ratio of maximum values of joint torque in the wrist joint.
第2の補正のみの場合に比べ、第1の補正および第2の補正を行った場合の方が関節トルク最大値比rτは1に近い確率の分布が大きくなり、ばらつきもかなり小さくなる結果となった。したがって、関節トルクについても第1の補正を行うことにより、より精度を高くすることができた。 Compared to the case of only the second correction, the joint torque maximum value ratio rτ has a larger probability distribution close to 1 and the variation becomes considerably smaller when the first correction and the second correction are performed. became. Therefore, the accuracy can be further improved by performing the first correction for the joint torque.
本発明の身体の動作解析方法、システムおよびプログラムは、人間の身体運動における経験的、感覚的に論じられる用具の開発や身体運動を工学的に解明することによって、スポーツの技能の向上およびスポーツにおける身体的負担から起こる障害の予防を図ること等に利用することができる。例えば、ゴルフスイングの動作解析、テニススイングの動作解析または投球フォームの解析等を行うことにより、ゴルフクラブやテニスラケットの開発を行ったり、スイングやフォームの向上のための示唆を得ることができる。また、歩行について解析することによりリハビリ等の理学療法に利用することもできる。さらに、人間だけでなく、動物等の動作解析にも利用することができる。 The body motion analysis method, system, and program according to the present invention improve the skill of sports and improve sports skills by developing empirically and sensoryly discussed tools for human body movements and engineering the body movements. It can be used to prevent disability caused by physical burden. For example, golf club motion analysis, tennis swing motion analysis, throwing form analysis, or the like can be performed to develop golf clubs or tennis rackets, or to obtain suggestions for improving swings or forms. It can also be used for physical therapy such as rehabilitation by analyzing walking. Furthermore, it can be used not only for humans but also for motion analysis of animals and the like.
1 三次元動作計測装置
2 コンピュータ
21 記憶手段
22 誤差算出手段
23 補正手段
24 補正手段
J0 基準点
Ji マーカ
Li リンク
li リンクの長さの実測値
S 測定空間
tm サンプリング時刻
δLi 誤差
1 three-dimensional
Claims (8)
静止状態で測定したリンクの長さをリンク基準長さとし、三次元動作計測により測定された実測値に対し、当該実測値とリンク基準長さとの誤差を算出し、
当該誤差に基づいて実測値がリンク基準長さに対して所定の誤差範囲内になるように、測定された各マーカ位置について第1の補正を行うことを特徴とする身体の動作解析方法。 Using a multi-link model in which a predetermined part of the body is used as a reference point, a plurality of joints are marked with markers, and the links connecting the markers are sequentially connected, the movement of each link with respect to the reference point is analyzed. A body motion analysis method based on 3D motion measurement,
The link length measured in a stationary state is defined as a link reference length, and an error between the actual measurement value and the link reference length is calculated for the actual measurement value measured by three-dimensional motion measurement.
A body motion analysis method characterized in that first correction is performed on each measured marker position so that an actual measurement value falls within a predetermined error range with respect to a link reference length based on the error.
補正されたリンクの長さが前記所定の誤差範囲内か否かを判定し、当該誤差範囲内でない場合に、当該補正されたリンクの長さとリンク基準長さとの誤差を算出した上で当該補正されたリンクの長さに対して、再び当該誤差が少なくなるように第1の補正を行い、補正されたリンクの長さが前記所定の誤差範囲内になるまで前記加減算および判定を繰り返すことを特徴とする請求項1記載の身体の動作解析方法。 The first correction is performed by adding / subtracting 1 / W (where W is a real number of 2 or more) of the error to both ends of the link measured with respect to the marker positions at both ends of the link so that the error is reduced. Is what
It is determined whether or not the corrected link length is within the predetermined error range. If the corrected link length is not within the predetermined error range, the error is calculated after calculating the error between the corrected link length and the link reference length. The first correction is performed again so that the error is reduced again with respect to the corrected link length, and the addition / subtraction and determination are repeated until the corrected link length falls within the predetermined error range. The body motion analysis method according to claim 1, wherein:
静止状態で測定したリンクの長さをリンク基準長さとし、三次元動作計測により測定された実測値に対し、当該実測値とリンク基準長さとの誤差を算出し、
当該誤差に基づいて実測値がリンク基準長さに対して所定の誤差範囲内になるように、測定された各マーカ位置について第1の補正を行い、
前記第1の補正の後、当該第1の補正後の各マーカの動作が時間に関して滑らかとなるように、測定された各マーカ位置について第2の補正を行うことを特徴とするゴルフスイングの動作解析方法。 Mark the club head of the golf club gripped by the neck, shoulder, elbow, wrist and hand with the center of the head as a reference point, respectively, and neck-shoulder, shoulder-elbow, elbow-wrist and wrist-club head A golf swing motion analysis method based on the DLT method for analyzing the motion of each link with respect to the reference point using a four-link model in which each of the links connected to each other is sequentially connected,
The link length measured in a stationary state is defined as a link reference length, and an error between the actual measurement value and the link reference length is calculated for the actual measurement value measured by three-dimensional motion measurement.
Based on the error, a first correction is performed on each measured marker position so that the actual measurement value is within a predetermined error range with respect to the link reference length,
After the first correction, the second correction is performed on each measured marker position so that the operation of each marker after the first correction is smooth with respect to time. analysis method.
絶対座標として空間を規定し、三次元動作計測を行う三次元動作計測装置と、
静止状態で測定されたリンクの長さであるリンク基準長さおよび前記マーカのそれぞれの座標を記憶する記憶手段と、
前記マーカの座標から測定による各リンクの長さの実測値を算出し、前記リンク基準長さのそれぞれと比較して、前記実測値とリンク基準長さとの誤差を算出する誤差算出手段と、
当該誤差に基づいて実測値がリンク基準長さに対して所定の誤差範囲内になるように、測定された各マーカ位置について第1の補正を行う第1補正手段と、
前記第1の補正の後、当該第1の補正後の各マーカの動作が時間に関して滑らかとなるように、測定された各マーカ位置について第2の補正を行う第2補正手段とを具備することを特徴とする身体の動作解析システム。 Using a multi-link model in which a predetermined part of the body is used as a reference point, a plurality of joints are marked with markers, and the links connecting the markers are sequentially connected, the movement of each link with respect to the reference point is analyzed. A body motion analysis system based on 3D motion measurement,
A three-dimensional motion measurement device that defines a space as absolute coordinates and performs three-dimensional motion measurement;
Storage means for storing a link reference length, which is a link length measured in a stationary state, and coordinates of each of the markers;
Calculating an actual measurement value of the length of each link by measurement from the coordinates of the marker, comparing with each of the link reference length, an error calculating means for calculating an error between the actual measurement value and the link reference length;
First correction means for performing first correction on each measured marker position so that the actual measurement value is within a predetermined error range with respect to the link reference length based on the error;
After the first correction, there is provided second correction means for performing a second correction on each measured marker position so that the operation of each marker after the first correction is smooth with respect to time. Body motion analysis system characterized by
コンピュータを、
絶対座標として空間を規定し、三次元動作計測を行う三次元動作計測装置において測定された静止状態のリンクの長さであるリンク基準長さおよび前記マーカのそれぞれの座標を記憶する記憶手段、
前記マーカの座標から測定による各リンクの長さの実測値を算出し、前記リンク基準長さのそれぞれと比較して、前記実測値とリンク基準長さとの誤差を算出する誤差算出手段、
当該誤差に基づいて実測値がリンク基準長さに対して所定の誤差範囲内になるように、測定された各マーカ位置について第1の補正を行う第1補正手段、および
前記第1の補正の後、当該第1の補正後の各マーカの動作が時間に関して滑らかとなるように、測定された各マーカ位置について第2の補正を行う第2補正手段として機能させることを特徴とする身体の動作解析プログラム。 Using a multi-link model in which a predetermined part of the body is used as a reference point, a plurality of joints are marked with markers, and the links connecting the markers are sequentially connected, the movement of each link with respect to the reference point is analyzed. A body motion analysis program based on 3D motion measurement,
Computer
Storage means for defining a space as an absolute coordinate and storing a link reference length that is a length of a link in a stationary state measured in a three-dimensional motion measurement apparatus that performs three-dimensional motion measurement and each coordinate of the marker;
An error calculation unit that calculates an actual measurement value of each link length by measurement from the coordinates of the marker, and calculates an error between the actual measurement value and the link reference length in comparison with each of the link reference lengths;
First correction means for performing a first correction on each measured marker position so that the actual measurement value is within a predetermined error range with respect to the link reference length based on the error, and the first correction Thereafter, the movement of the body is made to function as second correction means for performing second correction on each measured marker position so that the movement of each marker after the first correction is smooth with respect to time. Analysis program.
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