專利名稱：高爾夫球運動測量和計算方法及高爾夫模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量并計算高爾夫球在三維空間中的運動參數(shù)和軌跡的測量和計算方法及其高爾夫模擬裝置。
高爾夫模擬系統(tǒng)是目前國際上流行的用于模擬真實高爾夫運動場景的運動娛樂設(shè)備。目前國際上標(biāo)準(zhǔn)高爾夫模擬系統(tǒng)是由測量系統(tǒng)、計算機、投影機等硬件和模擬軟件等部分構(gòu)成，大多使用在室內(nèi)。這些系統(tǒng)一般是由測量系統(tǒng)完成對高爾夫球運動參數(shù)的全面測定，然后利用計算機圖像處理技術(shù)模擬現(xiàn)場運動場景效果，使擊球者有身臨其境的感受。高爾夫模擬系統(tǒng)的核心技術(shù)是系統(tǒng)為提取高爾夫球被擊起時的運動參量而采用的一整套測量方式和計算方法。高爾夫模擬系統(tǒng)的測量方式和計算方法不僅決定了系統(tǒng)本身的測量精度，直接影響到系統(tǒng)的模擬效果，而且決定了系統(tǒng)的制作成本、工藝難度、使用要求和適用范圍，集中體現(xiàn)了整個系統(tǒng)產(chǎn)品的技術(shù)水平。目前國內(nèi)外能夠真正測量出三維高爾夫球運動參數(shù)的先進(jìn)高爾夫模擬設(shè)備大多采用光電布陣或多點攝像等方式的高成本測量系統(tǒng)，價格昂貴，占地面積大，適用范圍小，不適合進(jìn)行大范圍的推廣。另外如美國專利US4767121所述的高爾夫模擬器試圖將球固定在一可轉(zhuǎn)動的臂桿上來測量一些運動參數(shù)來模擬高爾夫運動。實際上由于該裝置轉(zhuǎn)動臂的剛性約束作用，將球的運動方向限制在圓周方向上，只能測量高爾夫球在圓周方向上的速度分量，不能測量其他方向上高爾夫球的運動參數(shù)，其測量和計算出的高爾夫球的速度不是真實的三維空間速度。其次由于轉(zhuǎn)動臂的彈性反作用力對球的偏向產(chǎn)生很大影響，所測出的偏轉(zhuǎn)角是不準(zhǔn)確的，而該裝置在所述位置2上的傳感器布局也只能指示出有限幾個方向上的偏角，不能實現(xiàn)對球的運動偏向的無級測量。因此該發(fā)明專利既不能測量出高爾夫球真實的三維速度，而且其偏角的測量也不準(zhǔn)確和不連貫，因而模擬出的高爾夫運動是不真實的，與實際情形相差較大。
本發(fā)明的目的是為了克服價格昂貴、模擬不真實等缺點，在于提供一種全新的測量和計算方法，使采用本技術(shù)設(shè)計的高爾夫模擬系統(tǒng)不僅能保證目前高爾夫模擬設(shè)備所應(yīng)具有的模擬水平，而且使其制作成本大為降低，體積變小，使使用和攜帶都變得十分方便。
本發(fā)明的技術(shù)方案體現(xiàn)了一種測量并計算高爾夫球在三維空間中的運動參數(shù)和運動軌跡的方法，應(yīng)用于高爾夫模擬裝置的設(shè)計和制作，具體包括如下步驟a．使用一個或一個以上的傳感器1直接或間接測量出高爾夫球4被擊起時球4的運動軌跡線和測量裝置上的一支點件5所形成的面與水平面或底座平面或空間中某一指定基準(zhǔn)平面之間的夾角，所述支點件5在測量裝置上的位置固定，處在球的飛行軌跡線外，通過該支點件5有一可動桿或線3，該可動桿或線3一端與球4相聯(lián)，且可以自由地通過支點件5運動，能夠保證高爾夫球4在被球桿擊起后有一段三維自由運動行程，使分別與可動桿或線3的另一端相聯(lián)系的傳感器1、傳感器2能夠通過可動桿或線的運動來測量出球4在這一段自由運動行程中的不同時間點上的運動參數(shù)；b．使用一個或一個以上的傳感器2直接或間接測量和計算出高爾夫球4在被擊起后的一段時間內(nèi)球4相對于所述支點件5的二個或二個以上的位移量a,b,c…，以及這些位移量所對應(yīng)的時間參數(shù)值；也可以事先確定這些位移量a,b,c…，然后再提取傳感器2輸出這些位移值時所對應(yīng)的時間參量；c．通過上述測量參數(shù)a,b,c…、時間參量和角度參數(shù)及一些需要事先確定的常量(如確定球的初始位置的參數(shù))，再根據(jù)這些參數(shù)的空間三角幾何關(guān)系推算出高爾夫球4被擊起時在三維空間中的初始飛行速度、飛行方向及與地面之間形成的拋射角，將之應(yīng)用于各種高爾夫模擬系統(tǒng)的設(shè)計。
上述中介紹的方法，傳感器1可采用角位移傳感器直接測量所需的夾角；傳感器2可采用線位移傳感器，該傳感器連接在測量裝置的可動桿或線3上，可直接測量出高爾夫球4在初始飛行過程中的不同位置上相對于上面所述支點件5的位移量。這些位移量所對應(yīng)的時間參數(shù)值可通過采集位移數(shù)據(jù)時提取系統(tǒng)的時鐘參數(shù)來確定。
本發(fā)明還提供了一種測量和計算方法的高爾夫模擬裝置，其包括一可動桿或線3，所述的可動桿或線3質(zhì)量輕，可通過一支點件5作徑向運動并能夠圍繞支點件5自由轉(zhuǎn)動，可動桿或線3的一端與球4相聯(lián)，球4與可動桿或線3之間可以相互轉(zhuǎn)動；還包括兩傳感器1、2，用來測量用于計算高爾夫球三維運動軌跡的有關(guān)參數(shù)，其中1為角度傳感器，安裝在高爾夫球初始位置和所述支點件5之間的軸線上，通過將傳感器1的測量頭放在所述的可動桿或線3上來測量高爾夫球4被擊起時球4的運動軌跡線和測量裝置上的一支點件5所形成的面與水平面或底座平面或空間中某一指定基準(zhǔn)平面之間的夾角，2為線位移傳感器，其測量頭與可動桿或線3的一端直接相連接，可動桿或線3的另一端連接著球4，球4飛行時帶動線位移傳感器，從而測量出球4與支點件5之間在不同時間點上所產(chǎn)生的一系列徑向位移量a,b,c…；另外還包括一數(shù)據(jù)采集與處理電路器件6和一顯示器7，數(shù)據(jù)采集與處理電路器件6完成對傳感器1、2的輸出參數(shù)的提取、處理和計算，并通過計算軟件計算出高爾夫球4的運動軌跡，再由顯示器7通過圖像形式將高爾夫球運動模擬顯示出來。
采用本技術(shù)方案的高爾夫模擬器綜合了運動力學(xué)、傳感器、計算機圖像模擬等多項技術(shù)，具有測量精度高、成本低、模擬效果好、使用簡便等優(yōu)點，可以使用在室內(nèi)室外、普通家庭、公共娛樂場所、高爾夫訓(xùn)練場所，兼有運動、健身、游戲和訓(xùn)練等多項功能，有助于高爾夫運動的推廣和普及，具有較高的市場價值。


圖1是高爾夫模擬裝置簡易示圖；圖2是測量和計算高爾夫球運動參數(shù)的原理圖。
以附圖1、2中所表示的一種設(shè)計方案為例，其該高爾夫模擬系統(tǒng)裝置使用兩傳感器來測量用于計算高爾夫球運動軌跡的有關(guān)參數(shù)一為角度傳感器1，安裝在高爾夫球4初始位置和所述支點件5之間的軸線上，通過將傳感器1的測量觸頭放在圖中的可動桿或線3上來測量圖中ABG面與底座平面的夾角；另一為線位移傳感器2，圖中可動桿或線3的一端直接與線位移傳感器2測量頭相連接，可動桿的另一端連接著球，球飛行時帶動線位移傳感器2的測量頭，從而測量出球4與支點件5之間在不同時間點上所產(chǎn)生的不同位移量AC、AD、AB以及相應(yīng)的時間值t1、t2、t3。這些參數(shù)的提取由測量裝置的數(shù)據(jù)采集與處理電路器件6和計算程序來完成，并輸入到計算程序中。計算程序根據(jù)這些參數(shù)間的空間三角幾何關(guān)系(參見附圖2)計算出高爾夫球的運動軌跡。而球的飛行結(jié)果距離、方向和軌跡可簡單顯示在顯示器7上，也可以通過專門的高爾夫模擬軟件將高爾夫球飛行情況和球場場景在計算機上模擬顯示出來，從而達(dá)到模擬高爾夫運動的目的。
圖中說明A——測量裝置上的一位置固定的支點件G——球在等待擊球時的初始位置BG——球被高爾夫球桿擊起后的一段運動軌跡
權(quán)利要求
1．一種測量并計算高爾夫球在三維空間中的運動參數(shù)和運動軌跡的測量和計算方法，包括下列步驟a．使用一個或一個以上的傳感器(1)直接或間接測量出高爾夫球(4)被擊起時球(4)的運動軌跡線和測量裝置上的一支點件(5)所形成的面與水平面或底座平面或空間中某一指定基準(zhǔn)平面之間的夾角，所述支點件(5)在測量裝置上的位置固定，處在球的飛行軌跡線外，通過該支點件(5)有一可動桿或線(3)，該可動桿或線(3)一端與球(4)相聯(lián)，且可以自由地通過支點件(5)運動，能夠保證高爾夫球(4)在被球桿擊起后有一段三維自由運動行程，使分別與可動桿或線(3)的另一端相聯(lián)系的傳感器(1)、傳感器(2)能夠通過可動桿或線的運動來測量出球(4)在這一段自由運動行程中的不同時間點上的運動參數(shù)；b．使用一個或一個以上的傳感器(2)直接或間接測量和計算出高爾夫球(4)在被擊起后的一段時間內(nèi)球(4)相對于所述支點件(5)的二個或二個以上的位移量a,b,c…，以及這些位移量所對應(yīng)的時間參數(shù)值；也可以事先確定這些位移量a,b,c…，然后再提取傳感器(2)輸出這些位移值時所對應(yīng)的時間參量；c．通過上述測量參數(shù)a,b,c…、時間參量和角度參數(shù)及一些需要事先確定的常量(如確定球的初始位置的參數(shù))，再根據(jù)這些參數(shù)間的空間三角幾何關(guān)系推算出高爾夫球(4)被擊起時在三維空間中的初始飛行速度、飛行方向及與地面之間形成的拋射角，將之應(yīng)用于各種高爾夫模擬系統(tǒng)的設(shè)計。
2．一種如權(quán)1所述的測量和計算方法，其特征在于所述步驟a、b的順序可改變。
3．一種如權(quán)1所述的測量和計算方法，其特征在于所述傳感器(1)可采用角度傳感器。
4．一種如權(quán)1所述的測量和計算方法，其特征在于所述傳感器(2)可采用線位移傳感器。
5．一種如權(quán)1所述的測量和計算方法，其特征在于所述的可動桿或線(3)質(zhì)量輕，可通過一支點件(5)作徑向運動并能夠圍繞支點件(5)自由轉(zhuǎn)動；可動桿或線(3)的一端與球(4)相聯(lián)，球(4)與可動桿或線(3)之間通過連接件可以相互轉(zhuǎn)動。
6．一種實施權(quán)利要求1所述測量和計算方法的高爾夫模擬裝置，其特征在于，包括一可動桿或線(3)，所述的可動桿或線(3)質(zhì)量輕，可通過一支點件(5)作徑向運動并能夠圍繞支點件(5)自由轉(zhuǎn)動，可動桿或線(3)的一端與球(4)相聯(lián)，球(4)與可動桿或線(3)之間可以相互轉(zhuǎn)動；還包括兩傳感器(1)、(2)，用來測量用于計算高爾夫球三維運動軌跡的有關(guān)參數(shù)，其中(1)為角度傳感器，安裝在高爾夫球初始位置和所述支點件(5)之間的軸線上，通過將傳感器(1)的測量頭放在所述的可動桿或線(3)上來測量高爾夫球(4)被擊起時球(4)的運動軌跡線和測量裝置上的一支點件(5)所形成的面與水平面或底座平面或空間中某一指定基準(zhǔn)平面之間的夾角，(2)為線位移傳感器，其測量頭與可動桿或線(3)的一端直接相連接，可動桿或線(3)的另一端連接著球(4)，球(4)飛行時帶動線位移傳感器，從而測量出球(4)與支點件(5)之間在不同時間點上所產(chǎn)生的一系列徑向位移量a,b,c…；另外還包括一數(shù)據(jù)采集與處理電路器件(6)和一顯示器(7)，數(shù)據(jù)采集與處理電路器件(6)完成對傳感器(1)、(2)的輸出參數(shù)的提取、處理和計算，并通過計算軟件計算出高爾夫球(4)的運動軌跡，再由顯示器(7)通過圖像形式將高爾夫球運動模擬顯示出來。
全文摘要
本新型測量技術(shù)方法和裝置適用于高爾夫模擬系統(tǒng)，通過將傳感器1和傳感器2按照一定的組合方式安裝在測量裝置上，能夠測量出高爾夫球在被擊起后的一段自由行程中的有關(guān)運動參數(shù)。然后根據(jù)這些參數(shù)的幾何和邏輯關(guān)系，輔以必要的計算，計算出高爾夫球在三維空間中的運動軌跡，從而達(dá)到精確模擬高爾夫運動的目的。
文檔編號A63B69/36GK1227131SQ9910320
公開日1999年9月1日 申請日期1999年3月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月26日
發(fā)明者宋戰(zhàn)美 申請人:宋戰(zhàn)美