フォースプレートで計測できること

フォースプレートが計測しているものは,直接的には(多くの場合4カ所に配置された)力覚センサが計測する,3方向の力です.その力の総和を床反力(地面反力)と呼びます.
ここから,フォースプレート全体に作用する力のモーメント,さらに,この床反力と力のモーメントから,圧力中心COP:床反力に作用する力分布の重心に相当します)と,フリーモーメントと呼ばれる,フォースプレートの表面に作用する法線方向のモーメントを算出することができます.フリーモーメントは,たとえば,足の裏でフォースプレートを動かすと摩擦が作用するため,その摩擦が作るモーメントです.

フォースプレートでわかること

フォースプレートで,床反力,力のモーメント,COP,フリーモーメントが計測できると述べましたが,これらの物理量から,どのようなことがわかるのか次に考えていきます.

歩行やバランス運動における床反力計測



まず,歩行やバランス運動について考えていきます.まず,人が歩行したり立位姿勢でフォースプレートに立つ際に,フォースプレートはCOPの位置に軽装された総和の力(床反力)を示すことができます.

この上の図は,


集中重心モデル


のように,重心に質量が集中したモデルに置き換えることができます.そしてさらに,このモデルは

のような倒立振子に置き換えることができます.歩行やバランス立位のような運動では,身体重心に対して相対的に赤色のCOPの位置を変える制御で,静的な運動では説明することができます.

つまり,「床反力の大きさ」と,「COP-重心を結ぶ直線」の角度が,運動を決めていることがわかります.また身体運動では,転倒してしまう場合を除いて,実際の床反力はCOPからほぼ身体重心方向を向くことから,フォースプレートで計測を行うだけでも,運動について多くの情報を得ることができます.

ゴルフスイングにおける床反力計測

歩行やバランス立位でもそうですが,ゴルフスイングでは床反力の左右差が,スイング運動の動力源となっています.


ゴルフスイング時の床反力


ゴルフスイングの場合,クラブを加速させるために,床反力は最終的にゴルフクラブの右手と左手に作用するに伝達されます.そこで,バランス運動などと比べて,左右の床反力は向きが対称的となり,この左右差によって身体全体の運動を制御しています.床反力の左右差はクラブを握る左右の手に作用する力に変換されていきます.

また,クラブが最も加速されるタイミングは,ちょうど図示したタイミングで,このときの床反力が最大化します.また,これ以後は,特に男子プロではクラブは自然に回転するモードに変化し,クラブの自然なスイングに任せてしまい,クラブを加速させるような悪あがきは行いません.

なお,弊社には,グリップに作用する,左右のグリップ力を正確に分離して計測する技術もございます(特許出願中).これによって,左右の床反力から,左右の腕を経由して,どのように力やエネルギーが伝達するか明らかにすることもできます.

デュアルフォースプレートを用いた計測



デュアルフォースプレート計測システムを用いることで,左右の床反力を計測することができます.


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