特許 6603844 センサ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6603844

(24)【登録日】2019年10月25日

(45)【発行日】2019年11月13日

(54)【発明の名称】センサ装置

(51)【国際特許分類】

   G01P 15/00 20060101AFI20191031BHJP

   G01P 15/18 20130101ALI20191031BHJP

   A63B 43/00 20060101ALI20191031BHJP

   A63B 69/00 20060101ALI20191031BHJP

   A63B 69/36 20060101ALI20191031BHJP

   H01H 35/14 20060101ALI20191031BHJP

【ＦＩ】

   G01P15/00 F

   G01P15/18

   A63B43/00 E

   A63B69/00 505J

   A63B69/36 504G

   H01H35/14 Z

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-131074(P2017-131074)

(22)【出願日】2017年7月4日

(65)【公開番号】特開2019-15531(P2019-15531A)

(43)【公開日】2019年1月31日

【審査請求日】2019年8月13日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】512031806

【氏名又は名称】ドリームフォレスト株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000925

【氏名又は名称】特許業務法人信友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 雅信

【審査官】 森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−２２０９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５１９６５８１（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第５６８１９３６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第６１８６５４４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第６４６４２９４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 米国特許第９０３２７９４（ＵＳ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｐ

Ａ６３Ｂ

Ｈ０１Ｈ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

負荷に対する電源の供給を制御する電子スイッチと、
３軸の加速度を検出して加速度データを送出する起動用加速度センサと、
前記起動用加速度センサから得られるＸ軸加速度データ、Ｙ軸加速度データ及びＺ軸加速度データのそれぞれのデータに対し、絶対値に変換した上で合算し、合算加速度絶対値を出力する絶対値合算部と、
前記合算加速度絶対値を、地球の重力加速度を下回る自由落下検出閾値と比較するコンパレータと、
前記コンパレータが、前記合算加速度絶対値が前記自由落下検出閾値未満の値になったことを、所定の時間間隔以上検出したことに呼応して、前記電子スイッチをオン制御する電源制御部と
を具備する、センサ装置。

【請求項2】

更に、
演算装置に動作クロックを供給するシステムクロックと、
外部の装置と無線通信を行うための近距離無線通信部と
を具備し、
前記電源制御部は更に、
前記システムクロックに対する動作クロックの周波数と、前記近距離無線通信部に対する電源の供給を制御する、
請求項１に記載のセンサ装置。

【請求項3】

前記負荷は、６軸センサ及び地磁気センサを含む、
請求項１または２に記載のセンサ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、野球等において投手の投球動作を測定するための、センサ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、我が国及び世界の市場ではＩｏＴ（Internet of Things：モノのインターネット）が発達し普及している。小型軽量化された高性能なワンチップマイコンとこれに接続されたセンサを様々な物品に埋め込み、種々の環境情報等を取得する。取得した環境情報等は様々な計算機資源へ出力され、計算機資源は情報の解析を行う。このようなＩｏＴの発達は、スポーツ界にも及んでいる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許５，９４１，７７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

スポーツ界において、ボールにマイコンとセンサを埋め込み、ボールの動きを測定する試みが行われている。
後述する本発明は硬式野球のボールにマイコンを埋め込む技術であるので、これ以降、硬式野球ボールを例示して従来技術の説明を行う。
野球ボールやゴルフボール等のボールにマイコンとセンサを埋め込む、という技術思想自体は古くから提唱されていた。しかし、そのボールに埋め込まれたマイコンに、具体的にどのような手法で電源を供給し、どのような手法で電源のオン・オフ動作を行わせるのかについて、決定的な技術は未だ見受けられない。

【0005】

ボールは真っ直ぐに投てきされたら真っ直ぐに進まなければならない。すなわち、ボールの重心が中心からずれていてはいけない。このため、ボールの表面に電源スイッチを設ける、という技術は当然に採用できない。また、硬式野球ボールの製造工程は、中心の核部に毛糸を巻き付ける工程を含む。このため、中心の核部からボールの表面に何かを露出させるようなものを設けることは極めて困難である。同様の理由で、フォトトランジスタやフォトダイオード等の光センサも、機械スイッチと同様に、ボールの表面に設けなければならないのでこれも採用できない。

【0006】

ボールは厚みがあるため、ボールの外部から磁力を用いて電源供給を行うことは現実的ではない。したがって、一次電池を封入して、一次電池が完全に消耗するまで使用する、使い捨ての形態で実装せざるを得ない。磁力を用いて外部から非接触で電源オンを指示することは不可能ではないが、電源オン指示専用の装置を必要とするため、簡便でない。
また、電波を用いて非接触で電源のオン・オフを指示する、ということも考えられるが、パワーセーブモードにおいてもボール内部の通信モジュールに電源を供給し続けなければならないため、電池の消耗が激しく、実用的でない。
以上のように、硬式野球ボールにおいて電源オンを指示する、という技術課題を解決することは非常に困難であった。

【0007】

本発明は係る状況に鑑みてなされたものであり、外部に何らの装置を用いることなく、容易に電源オンを指示することができる、センサ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明のセンサ装置は、負荷に対する電源の供給を制御する電子スイッチと、３軸の加速度を検出して加速度データを送出する起動用加速度センサと、起動用加速度センサから得られるＸ軸加速度データ、Ｙ軸加速度データ及びＺ軸加速度データのそれぞれのデータに対し、絶対値に変換した上で合算し、合算加速度絶対値を出力する絶対値合算部とを具備する。更に、合算加速度絶対値を、地球の重力加速度を下回る自由落下検出閾値と比較するコンパレータと、コンパレータが、合算加速度絶対値が自由落下検出閾値未満の値になったことを、所定の時間間隔以上検出したことに呼応して、電子スイッチをオン制御する電源制御部とを具備する。

【発明の効果】

【0009】

本発明により、外部に何らの装置を用いることなく、容易に電源オンを指示することができる、センサ装置を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る投球動作計測装置を、野球の投手が投げる様子を示す概略図である。

【図2】投球動作計測装置の外観図と、投球動作計測装置を輪切りにした状態を示す断面図と、芯部を示す概略図である。

【図3】投球動作計測装置のハードウェア構成を示すブロック図と、電源と負荷の関係を示す回路図である。

【図4】投球動作計測装置の、電源オン動作に関するソフトウェア機能を示すブロック図である。

【図5】投球動作計測装置の、電源オン動作に関するソフトウェアの動作の流れを示すフローチャートである。

【図6】投球動作計測装置に計測用プログラムを書き込み、実際に投球動作計測装置を真上に投げ上げた時の、起動用加速度センサから得られる合算加速度絶対値の変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

発明者は、本発明の実施形態に係る投球動作計測装置を実現するにあたり、光も磁気も電波も使わずに投球動作計測装置に電源オンを指示する方法として、「ボールを真上に投げ上げる動作を検出する」、すなわち、自由落下の状態を与えることで、電源オンの指示を与えることを想到した。自由落下の状態を検出すれば、特別な器具を用いることなく、投球動作計測装置に電源オンの指示を与えることが実現できる。

【0012】

［投球動作計測装置１０１の外観と内部構造］
図１Ａは、本発明の実施形態に係る投球動作計測装置１０１の使用態様として、投手１０２が投球動作計測装置１０１を投げるためのセットアップモーションの状態を示す概略図である。
図１Ｂは、投手１０２が投球動作計測装置１０１を投げた状態を示す概略図である。
図１Ａ及び図１Ｂを見てわかるように、本発明の実施形態に係る投球動作計測装置１０１は、投手１０２が硬式野球ボールを投げる動作を計測する機能を有する。

【0013】

図２Ａは、投球動作計測装置１０１の外観図である。
図２Ｂは、投球動作計測装置１０１を輪切りにした状態を示す断面図である。
図２Ｃは、投球動作計測装置１０１の芯部２０４を示す概略図である。
投球動作計測装置１０１の外皮２０１は、硬式野球ボールと全く同一の牛革である。外皮２０１の直下は、綿糸層２０２と毛糸層２０３が存在する。この綿糸層２０２と毛糸層２０３も、硬式野球ボールと全く同一の仕様である。毛糸層２０３の更に内側には、投球動作計測装置１０１の機能を実現するマイコン等の電子回路が封入された芯部２０４が存在する。
すなわち、本発明の実施形態に係る投球動作計測装置１０１は、外観が硬式野球ボールと全く同一であり、更に芯部２０４を除き、硬式野球ボールと全く同じ製造プロセスで製造される。
芯部２０４には、ＣＲ２０３２等のボタン型電池と、ワンチップマイコンと、センサが実装されたプリント基板２０５が封入されている。
芯部２０４はボールの中心部分に位置しているので、多少重心がずれていても、投手１０２の投球動作に殆ど悪影響を及ぼさず、ほぼ真っ直ぐに投球できる。

【0014】

［投球動作計測装置１０１のハードウェア構成］
図３Ａは、投球動作計測装置１０１のハードウェア構成を示すブロック図である。
ワンチップマイコン３０１は、バス３０２に演算装置であるＣＰＵ３０３、ＲＯＭ３０４、ＲＡＭ３０５、不揮発性ストレージ３０６が接続されている。バス３０２にはこの他に、外部のパソコンとＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ規格で無線通信を行うための近距離無線通信部３０７と、Ｉ２Ｃ等のシリアルインターフェース３０８と、システムクロック３０９と、カウンタ３１０と、ドライバ３１１が接続されている。
シリアルインターフェース３０８には、起動用加速度センサ３１２と、６軸センサ３１３と、地磁気センサ３１４が接続されている。
ドライバ３１１には、電子スイッチであるＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴ３１５のゲートが接続されている。

【0015】

システムクロック３０９は、ＣＰＵ３０３を含むワンチップマイコン３０１が動作するために必要な動作クロックを生成する。その際、ワンチップマイコン３０１がパワーセーブモードの時と、通常動作モードの時とで、出力する動作クロックの周波数を変更するように制御する。
すなわち、パワーセーブモードにおけるシステムクロック３０９は、後述する起動用加速度センサ３１２のデータを演算するに必要な最低限の演算能力を実現する、低い周波数の動作クロックを生成する。
また、通常動作モードにおけるシステムクロック３０９は、近距離無線通信部３０７と、６軸センサ３１３と、地磁気センサ３１４を稼働させ、外部のパソコンと通信を行うに必要な演算能力を実現する、高い周波数の動作クロックを生成する。

【0016】

起動用加速度センサ３１２は、３軸の加速度を検出して、デジタルの加速度データを送出するセンサである。この起動用加速度センサ３１２は、後述する６軸センサ３１３よりも低消費電力であり、このため６軸センサ３１３よりも出力するデータの分解能が低い。
６軸センサ３１３は、６軸の加速度を検出して、デジタルの加速度データ及び角加速度データを送出するセンサである。これは投手１０２の投球動作に起因する加速度及び角加速度のデータを出力する。

【0017】

地磁気センサ３１４は、３軸の地磁気の変化を検出して、デジタルデータを送出するセンサである。これは投手１０２の投球動作に起因して変動する地磁気の方向（地磁気センサ３１４自体の姿勢）を示すデータを出力する。
ＭＯＳＦＥＴ３１５は、負荷Ｚ３１６に対する電力の供給を制御するためのローサイドスイッチである。この負荷Ｚ３１６は、図３Ｂに示すように、６軸センサ３１３と地磁気センサ３１４が該当する。なお、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ３１５に代えてＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴを用いてハイサイドスイッチを構成してもよい。

【0018】

図３Ｂは、投球動作計測装置１０１の、電源と負荷Ｚ３１６の関係を示す回路図である。
起動用加速度センサ３１２とワンチップマイコン３０１は電池３１７と接続されており、常に電力の供給を受けている。これに対し、６軸センサ３１３と地磁気センサ３１４はＭＯＳＦＥＴ３１５によってオン・オフ制御される。したがって、６軸センサ３１３と地磁気センサ３１４への電力の供給は、ＭＯＳＦＥＴ３１５がオンになったときだけ、行われる。

【0019】

［投球動作計測装置１０１のソフトウェア機能］
図４は、投球動作計測装置１０１の、電源オン動作に関するソフトウェア機能を示すブロック図である。なお、図４に示すブロック図は一部のソフトウェアの機能を等価的にハードウェアの記号にて記載したものを含む。したがって、必ずしも当該ハードウェアを使用しなければならない訳ではない。
スリープモードでは、ワンチップマイコン３０１は起動動作検出部４０１として動作する。

【0020】

起動用加速度センサ３１２は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸について、デジタルの加速度データである、Ｘ軸加速度データ、Ｙ軸加速度データ及びＺ軸加速度データを出力する。
Ｘ軸加速度データ、Ｙ軸加速度データ及びＺ軸加速度データは、絶対値合算部４０２に入力される。絶対値合算部４０２は、Ｘ軸加速度データ、Ｙ軸加速度データ及びＺ軸加速度データのそれぞれのデータに対し、絶対値に変換した上で合算し、合算加速度絶対値を出力する。
この合算加速度絶対値は、コンパレータ４０３のマイナス側端子に供給される。コンパレータ４０３のプラス側端子には、地球の重力加速度に相当する１．０Ｇを下回る自由落下検出閾値４０４が供給されている。例えば０．３Ｇである。したがって、コンパレータ４０３は、合算加速度絶対値が自由落下検出閾値４０４未満の値になったら、論理の真を出力する。

【0021】

コンパレータ４０３の出力論理値は、カウンタ３１０のリセット端子に入力される。カウンタ３１０は、リセット端子の論理値が論理の偽である期間に、サンプルクロック４０５から出力されるクロックパルスを計数する。図４中、カウンタ３１０のリセット端子は負論理であるため、コンパレータ４０３の出力論理値が高電位の状態において、リセットが無効になり、カウンタ３１０の計数機能が有効化される。
カウンタ３１０はサンプルクロック４０５から出力されるクロックパルスを計数した値が、予め設定された所定の計数値に達したら、論理の真を出力する。所定の計数値は例えば「１５」である。

【0022】

サンプルクロック４０５は、カウンタ３１０とコマンド発行部４０６にクロックパルスを出力する。クロックパルスの周波数は、例えば２５Ｈｚである。
コマンド発行部４０６は、起動用加速度センサ３１２に対し、加速度の計測を指示するコマンドを発行する。このコマンドは、自由落下状態が所定時間以上継続したことを検出できる、最低の分解能を実現する時間間隔で発行される。したがって、この時間間隔はサンプルクロック４０５によって決定される。

【0023】

カウンタ３１０が論理の真を出力すると、カウンタ３１０の出力端子に接続されている電源制御部４０７がオン動作する。
電源制御部４０７は、カウンタ３１０が論理の真を出力したことに呼応して、システムクロック３０９が出力するクロックの周波数を低い周波数から高い周波数へ変更する。また同時に、電源制御部４０７は近距離無線通信部３０７をオン制御する。更に、電源制御部４０７はＭＯＳＦＥＴ３１５をオン制御する。こうして、投球動作計測装置１０１は通常動作モードに移行する。

【0024】

［投球動作計測装置１０１の起動処理の流れ］
図５は、投球動作計測装置１０１の、電源オン動作に関するソフトウェアの動作の流れを示すフローチャートである。
処理を開始すると（Ｓ５０１）、起動動作検出部４０１は先ず、動作モードをパワーセーブモードに設定する（Ｓ５０２）。
次に、起動動作検出部４０１は投てき動作のチェックを行う（Ｓ５０３）。投てき動作のチェックは、図４のカウンタ３１０の論理出力である。
カウンタ３１０が論理の偽を出力している場合、すなわち、起動動作検出部４０１が投てき動作を検出できない場合（Ｓ５０４のＮＯ）は、起動動作検出部４０１は再びカウンタ３１０の論理出力を見て、投てき動作のチェックを繰り返す（Ｓ５０３）。

【0025】

ステップＳ５０４において、カウンタ３１０が論理の真を出力している場合、すなわち、起動動作検出部４０１が投てき動作を検出できた場合（Ｓ５０４のＹＥＳ）、起動動作検出部４０１は動作モードを通常動作モードに設定する（Ｓ５０５）。次に、電源制御部４０７を通じてＭＯＳＦＥＴ３１５と近距離無線通信部３０７をオン制御し、システムクロック３０９のクロック周波数を通常動作用の周波数に転換する（Ｓ５０６）。

【0026】

次に起動動作検出部４０１は、パワーセーブ条件のチェックを行う（Ｓ５０７）。パワーセーブ条件とは、投球動作計測装置１０１が静置された状態が続き、パワーセーブモードに入るべきであると判断するための条件である。この条件は、例えば、起動用加速度センサ３１２の合算加速度絶対値が１．２Ｇ（地球の重力加速度の１．２倍）未満の状態を６０秒維持させる等である。つまり、使わなくなったら自動的に電源オフ状態（厳密にはパワーセーブモードである）に移行するための条件である。
パワーセーブ条件が満たされない状態では（Ｓ５０８のＮＯ）、起動動作検出部４０１は再度パワーセーブ条件のチェックを繰り返す（Ｓ５０７）。

【0027】

ステップＳ５０８において、パワーセーブ条件が満たされた場合（Ｓ５０８のＹＥＳ）、起動動作検出部４０１は動作モードをパワーセーブモードに設定する（Ｓ５０２）。
起動動作検出部４０１は、電池３１７がなくなるまで図５のステップＳ５０２からＳ５０８までの動作を繰り返す。

【0028】

［投てき動作のチェック］
図６は、投球動作計測装置１０１に計測用プログラムを書き込み、実際に投球動作計測装置１０１を真上に投げ上げた時の、起動用加速度センサ３１２から得られる合算加速度絶対値の変化を示すグラフである。横軸は時間であり、縦軸は合算加速度絶対値である。
静止状態において、投球動作計測装置１０１の起動用加速度センサ３１２から得られる合算加速度絶対値は、地球の重力加速度である１．０Ｇである。
時点Ｔ６０１において、投球動作計測装置１０１は真上に投げ上げられる。投球動作計測装置１０１が時点Ｔ６０２で試験者の手を離れるまで、時点Ｔ６０１から時点Ｔ６０２まで、合算加速度絶対値は１．０Ｇから上昇する。

【0029】

時点Ｔ６０２において、投球動作計測装置１０１は試験者の手を離れるので、投球動作計測装置１０１に加わる加速度は減少傾向になる。上昇する投球動作計測装置１０１の速度は減少する。やがて投球動作計測装置１０１の起動用加速度センサ３１２から得られる合算加速度絶対値は、再び１．０Ｇまで減少する。この時点Ｔ６０３が、投球動作計測装置１０１が投げ上げられた頂点に到達し、一瞬だけ静止した時点である。そして投球動作計測装置１０１はすぐに落下を始める。すると、時点Ｔ６０４において、合算加速度絶対値は０Ｇに限りなく近い値まで減少する。すなわち、ほぼ無重力に近い状態になる。

【0030】

起動動作検出部４０１は、この真上に投げ上げる動作によって生じる、時点Ｔ６０４以降に生じる、無重力状態を捉える。そこで、コンパレータ４０３を用いて、合算加速度絶対値が自由落下検出閾値Ｇ６０５未満の値になったことを検出する。厳密には、時点Ｔ６０６において、合算加速度絶対値が自由落下検出閾値Ｇ６０５未満になった時点から、カウンタ３１０でサンプルクロック４０５が出力するクロックパルスの計数を開始する。そして、カウンタ３１０の計数値が所定の値に達した時点Ｔ６０７で、カウンタ３１０は論理の真を出力する。
以上、投球動作計測装置１０１が所定の時間間隔（時点Ｔ６０６からＴ６０７の間）、自由落下状態を維持したことをカウンタ３１０が検出することで、投球動作計測装置１０１が真上に投げ上げられたことを検出することが可能になる。

【0031】

本実施形態では、投球動作計測装置１０１を開示した。
硬式野球ボールの形態である投球動作計測装置１０１は、投球動作計測装置１０１を投げ上げたことによって生じる自由落下状態を、起動用加速度センサ３１２、コンパレータ４０３及びカウンタ３１０の機能を用いて検出することで、パワーセーブモードから通常動作モードに移行することができる。すなわち、特別な装置等を用いることなく、簡単に電源オン状態に移行させることが可能になる。
また、特別な製造工程を用いることなく、従来の硬式野球ボール製造設備のままで本発明の実施形態に係る投球動作計測装置１０１を製造することが可能である。

【0032】

本実施形態において説明した投球動作計測装置１０１は、芯部２０４を更に小型化させることで、ゴルフボールにも適用が可能である。ゴルフボールの場合には、投球動作の計測ではなく、ショットの計測になる。すなわち本発明は、競技の種類を問わず、ボールの中心部分に封入するセンサを有する、センサ装置として広く適用が可能である。

【0033】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。

【符号の説明】

【0034】

１０１…投球動作計測装置、１０２…投手、２０１…外皮、２０２…綿糸層、２０３…毛糸層、２０４…芯部、２０５…プリント基板、３０１…ワンチップマイコン、３０２…バス、３０３…ＣＰＵ、３０４…ＲＯＭ、３０５…ＲＡＭ、３０６…不揮発性ストレージ、３０７…近距離無線通信部、３０８…シリアルインターフェース、３０９…システムクロック、３１０…カウンタ、３１１…ドライバ、３１２…起動用加速度センサ、３１３…６軸センサ、３１４…地磁気センサ、３１５…ＭＯＳＦＥＴ、３１７…電池、４０１…起動動作検出部、４０２…絶対値合算部、４０３…コンパレータ、４０４…自由落下検出閾値、４０５…サンプルクロック、４０６…コマンド発行部、４０７…電源制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】