CN106474704B - 校正方法与运动器材 - Google Patents

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Abstract

一种校正方法与运动器材。该校正方法用来校正一第一加速度传感器，该第一加速度传感器与一第二加速度传感器被安装于一装置，该校正方法包括：该第二加速度传感器测量在一直角坐标系的一X、Y、Z轴的一第一组轴加速度；该第一加速度传感器测量在该X、Y、Z轴的一第二组轴加速度；指示变换该装置的位置；该第二加速度传感器测量在该X、Y、Z轴的一第三组轴加速度；该第一加速度传感器测量在该X、Y、Z轴的一第四组轴加速度；以及根据该第一、第二、第三、第四组轴加速度，校正该第一加速度传感器在该X、Y、Z轴方向测量的一X、Y、Z轴加速度值。本发明可通过自动化的校正程序，快速校正运动器材中的高重力加速度传感器。

Description

校正方法与运动器材
技术领域
本发明涉及一种校正方法与运动器材，尤指一种通过低重力加速度传感器数据，校正高重力加速度传感器的校正方法与运动器材。
背景技术
随着微机电技术的进步，运动器材开始内建各式各样的加速度传感器(Accelerometer或G-sensor)，来记录运动员使用运动器材的情况，搜集的数据可作为分析运动员运动技巧的依据。举例来说，棒球棒、高尔夫球杆可内建加速度传感器，记录运动员挥棒(挥杆)的轨迹数据，再通过电子仪器根据分析搜集的数据，重建轨迹并在屏幕显示。如此一来，运动员可以重复观看挥棒(挥杆)轨迹，来提升自身的运动技巧。
请参考图1，图1为先前技术一重建的高尔夫挥杆轨迹10的示意图。为了模拟挥杆轨迹10，需取得一球杆100的一杆头110中内建的加速度传感器搜集的加速度数据。由于高尔夫球的运动特性，在挥杆与击球时，杆头110的加速度差异极大。因此，杆头110中一般同时安装了低重力与高重力加速度传感器。低重力与高重力加速度传感器以可测量的加速度上限值区分，低重力加速度传感器常见的有2倍重力、4倍重力、8倍重力加速度传感器，高重力加速度传感器常见的有100倍重力、200倍重力、400倍重力加速度传感器。
一般来说，加速度传感器测量到的加速度值存在1％的误差，亦即8倍重力加速度传感器存在0.08G(G＝9.8m/s2)的误差，尚属精准。然而，对于一个400倍重力加速度传感器而言，却存在4G的误差，会严重影响模拟运动轨迹的结果。因此，如何校正高重力加速度传感器，减少其误差，已成为业界的努力目标之一。
从而，需要提供一种校正方法与运动器材来解决上述问题。
发明内容
因此，本发明的目的即在于提供一种校正方法与运动器材。
本发明公开一种校正方法，该校正方法用来校正一第一加速度传感器，该第一加速度传感器与一第二加速度传感器被安装于一装置，该校正方法包括：该第二加速度传感器测量在一直角坐标系的一X、Y、Z轴的一第一组轴加速度；该第一加速度传感器测量在该X、Y、Z轴的一第二组轴加速度；指示变换该装置的位置；该第二加速度传感器测量在该X、Y、Z轴的一第三组轴加速度；该第一加速度传感器测量在该X、Y、Z轴的一第四组轴加速度；以及根据该第一、第二、第三、第四组轴加速度，校正该第一加速度传感器在该X、Y、Z轴方向测量的一X、Y、Z轴加速度值。
本发明还公开一种运动器材，该运动器材包括：一长杆；一杆头，该杆头设置于该长杆的一端，该杆头包括：一第一加速度传感器；一第二加速度传感器；一处理单元；一储存单元，该储存单元用来储存一程序代码，该程序代码用来执行一校正流程：以及一接口单元，该接口单元用来输出数据；以及一指示按钮，该指示按钮用来启动该处理单元执行该校正流程，该校正流程包括：指示该第二加速度传感器测量在一直角坐标系的一X、Y、Z轴的一第一组轴加速度；指示该第一加速度传感器测量在该X、Y、Z轴的一第二组轴加速度；驱动该指示按钮，显示一信号，该信号用来指示变换该杆头的位置；指示该第二加速度传感器测量在该X、Y、Z轴的一第三组轴加速度；以及指示该第一加速度传感器测量在该X、Y、Z轴的一第四组轴加速度。
根据上述实施例，本发明通过低重力加速度传感器数据，校正高重力加速度传感器的校正方法与运动器材，来简化校正流程。
附图说明
图1为先前技术一重建的高尔夫挥杆轨迹的示意图。
图2为本发明实施例一校正流程的流程图。
图3为本发明实施例一杆头的示意图。
图4为本发明实施例一校正流程的流程图。
图5为本发明实施例一校正系统的示意图。
主要组件符号说明：
10 挥杆轨迹
100 球杆
110 杆头
20、40 校正流程
200、202、204、206、208、 步骤
210、212、214、216、218、
220、222、224、226、228、
230、400、402、404、406、
408、410、412、414、416
310 高重力加速度传感器
320 低重力加速度传感器
50 校正系统
500 运动器材
502 长杆
504 杆头
505 接口单元
506 高重力加速度传感器
507、514 处理单元
508 低重力加速度传感器
509、515 储存单元
510 电子装置
512 接收单元
516 显示单元
520 指示按钮
TM 运动轨迹
TM' 模拟运动轨迹
具体实施方式
请参考图2，图2为本发明实施例一校正流程20的流程图。校正流程20用来校正图1的杆头110中的一高重力加速度传感器。校正流程20包含有下列步骤：
步骤200：开始。
步骤202：移动高重力加速度传感器，使高重力加速度传感器的Z轴平行于地心引力方向并与地心引力方向相反。
步骤204：高重力加速度传感器测量在Z轴方向的一第一Z加速度值z_up。
步骤206：移动高重力加速度传感器，使高重力加速度传感器的Z轴平行于地心引力方向并与地心引力方向相同。
步骤208：高重力加速度传感器测量在Z轴方向的一第二Z加速度值z_down。
步骤210：移动高重力加速度传感器，使高重力加速度传感器的X轴平行于地心引力方向并与地心引力方向相反。
步骤212：高重力加速度传感器测量在X轴方向的一第一X加速度值x_up。
步骤214：移动高重力加速度传感器，使高重力加速度传感器的X轴平行于地心引力方向并与地心引力方向相同。
步骤216：高重力加速度传感器测量在X轴方向的一第二X加速度值x_down。
步骤218：移动高重力加速度传感器，使高重力加速度传感器的Y轴平行于地心引力方向并与地心引力方向相反。
步骤220：高重力加速度传感器测量在Y轴方向的一第一Y加速度值y_up。
步骤222：移动高重力加速度传感器，使高重力加速度传感器的Y轴平行于地心引力方向并与地心引力方向相同。
步骤224：高重力加速度传感器测量在Y轴方向的一第二Y加速度值y_down。
步骤226：根据公式(1)～(6)及加速度值x_up、x_down、y_up、y_down、z_up、z_down，计算校正参数Scale_x、Scale_y、Scale_z、Offset_x、Offset_y、Offset_z。
步骤228：根据公式(7)～(9)及校正参数Scale_x、Scale_y、Scale_z、Offset_x、Offset_y、Offset_z，校正高重力加速度传感器的加速度值x_m、y_m、z_m。
步骤230：结束。
公式(1)
公式(2)
公式(3)
公式(4)
公式(5)
公式(6)
公式(7)
公式(8)
公式(9)
在公式(1)～(9)中，G＝9.8m/s2为重力加速度，x_cali、y_cali、z_cali为高重力加速度传感器校正后的测量加速度值。
校正流程20总共需将高重力加速度传感器移动六次，并以1G的重力在X、Y、Z轴的测量值作为参考值，校正高重力加速度传感器的误差。制造商可根据校正流程20，在每个高重力加速度传感器出厂时，校正高重力加速度传感器。
然而，一般来说，如图3所示，一高重力加速度传感器310被安装于杆头100内，一旦安装完成，使用者及制造商不易知道高重力加速度传感器310在杆头100内的方位。在此情况下，步骤202、206、210、214、218、222中移动高重力加速度传感器310的X、Y、Z轴至与地心引力方向平行的措施不易施行。另外，受限于安装技术，每个高重力加速度传感器310在杆头110内的位置亦不固定，更增加步骤202、206、210、214、218、222的难度。
因此，本发明还提供一校正流程40，来简化校正流程20。请参考图4，图4为本发明实施例校正流程40的流程图。校正流程40亦用来校正杆头110中的高重力加速度传感器310，高重力加速度传感器310紧邻一低重力加速度传感器320(见图3)，并一起被安装于杆头100内。校正流程20包含有下列步骤：
步骤400：开始。
步骤402：低重力加速度传感器320测量在X、Y、Z轴方向的一第一X加速度XLow1、一第一Y加速度YLow1及一第一Z加速度ZLow1。
步骤404：高重力加速度传感器310测量在X、Y、Z轴方向的一第二X加速度Xhigh1、一第二Y加速度Yhigh1及一第二Z加速度Zhigh1。
步骤406：指示变换杆头110的位置。
步骤408：低重力加速度传感器320测量在X、Y、Z轴方向的一第三X加速度XLow2、一第三Y加速度YLow2及一第三Z加速度ZLow2。
步骤410：高重力加速度传感器310测量在X、Y、Z轴方向的一第四X加速度Xhigh2、一第四Y加速度Yhigh2及一第四Z加速度Zhigh2。
步骤412：若XLow1<XLow2，交换XLow1、XLow2的值；若YLow1<YLow2，交换YLow1、YLow2的值；若ZLow1<ZLow2，交换ZLow1、ZLow2的值。
步骤414：根据XLow1、XLow2、YLow1、YLow2、ZLow1、ZLow2及公式(10)～(16)先求出x_up、x_down、y_up、y_down、z_up、z_down，再根据公式(1)～(9)校正高重力加速度传感器在X、Y、Z轴方向测量的加速度值x_m、y_m、z_m。
步骤416：结束。
公式(10)
x_up＝XHigh1+(1-XLow1)×Scale_Rate 公式(11)
x_down＝XHigh2+(1-XLow2)×Scale_Rate 公式(12)
y_up＝YHigh1+(1-YLow1)×Scale_Rate 公式(13)
y_down＝YHigh2+(1-YLow2)×Scale_Rate 公式(14)
z_up＝ZHigh1+(1-ZLow1)×Scale_Rate 公式(15)
z_down＝ZHigh2+(1-ZLow2)×Scale_Rate 公式(16)
简单来说，校正流程40不需通过将高重力加速度传感器310移动六次，即可求得校正流程20所需的加速度值x_up、x_down、y_up、y_down、z_up、z_down，再根据公式(1)～(9)，换算出校正后的加速度值x_cali、y_cali、z_cali。如此一来，移动高重力加速度传感器310的次数从六次减为一次(杆头110初始位置可任意摆放，故只需移动一次)，且不须对齐地心引力方向，也不需知道高重力加速度传感器310的X、Y、Z轴在杆头110中的方位，更能符合球杆100出制造场所后的校正需求。举例来说，球杆100离开制造工厂后，校正流程不宜包含从杆头110取出高重力加速度传感器310的步骤，以免消费者无法安装回杆头110，且每件球杆100中高重力加速度传感器310的方位不尽相同，校正流程应与高重力加速度传感器310的安装位置脱钩，才能避免误差。由于校正流程40仅需移动杆头110一次，且与高重力加速度传感器310的安装位置无关，即符合这样的需求。
从另一方面来说，公式(10)～(16)是利用低重力加速度传感器320误差较小(相较于高重力加速度传感器310)又与高重力加速度传感器310安装在一起(加速度近似)的特性，根据低重力加速度传感器320测量的加速度XLow1、XLow2、YLow1、YLow2、ZLow1、ZLow2来估计高重力加速度传感器310的加速度值x_up、x_down、y_up、y_down、z_up、z_down。如此一来，使用者或制造商就不需要像校正流程20一样，逐次将高重力加速度传感器310的坐标轴与地心引力方向对齐，可以大幅提升校正流程的时效与便利性。
校正流程40亦可与电子装置结合，来实现自动化校正。请参考图5，图5为本发明实施例一校正系统50的示意图。校正系统50包含有一运动器材500及一电子装置510。运动器材500包含有一长杆502、一杆头504及一指示按钮520。杆头504设置于长杆502的一端，包含有一高重力加速度传感器506、一低重力加速度传感器508、一处理单元507、一储存单元509及一接口单元505。高重力加速度传感器506是前述的高重力加速度传感器310，低重力加速度传感器508是前述的低重力加速度传感器320，在此不赘述。储存单元509用来储存一程序代码，程序代码用来指示处理单元507执行步骤402～410。指示按钮520用来提供使用者启动校正流程40的按钮，以及用来指示使用者变换杆头110位置的时机，例如步骤402、404执行完成后，处理单元507可驱动指示按钮520发光，让使用者知道变换杆头110位置的时机。接口单元505(例如蓝牙或WiFi模块)用来输出数据至电子装置510。电子装置510(例如智能型手机或个人计算机)包含有一接收单元512、一处理单元514、一储存单元515及一显示单元516。接收单元512用来接收接口单元505发送的数据。储存单元515用来储存程序代码，程序代码指示处理单元514执行步骤412、414，以取得校正后的加速度值x_cali、y_cali、z_cali，并根据校正后的加速度值x_cali、y_cali、z_cali，重建杆头504的一运动轨迹TM，作为一模拟运动轨迹TM'。最后，显示单元516显示模拟运动轨迹TM'。如此一来，使用者可通过检视模拟运动轨迹TM'，改善自身的运动技巧。
需注意的是，校正流程40的运算步骤(步骤412、414)可由运动器材500的处理单元507执行或由电子装置510的处理单元514执行。也就是说。接口单元505可传送原始的测量数据，例如加速度XLow1、XLow2、YLow1、YLow2、ZLow1、ZLow2、XHigh1、XHigh2、YHigh1、YHigh2、ZHigh1、ZHigh2至电子装置510，或传送高阶数据，例如校正后的加速度值x_cali、y_cali、z_cali至电子装置510。
校正系统50执行校正流程40的细节运算过程可参考前述对校正流程40的介绍，在此不赘述。
综上所述，为了解决先前技术中高重力加速度传感器误差大的问题，本发明以误差较小的低重力加速度传感器的数据，推估高重力加速度传感器所需的校正参数，以减少校正程序所需的测量次数与简化校正所需的措施。如此一来，使用者及制造商可通过自动化的校正程序，快速校正运动器材中的高重力加速度传感器。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡是根据本发明权利要求书的范围所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (12)

1.一种校正方法，该校正方法用来校正一第一加速度传感器，该第一加速度传感器与一第二加速度传感器被安装于一装置，该校正方法包括：
该第二加速度传感器测量在一直角坐标系的一X、Y、Z轴的一第一组轴加速度；
该第一加速度传感器测量在该X、Y、Z轴的一第二组轴加速度；
指示变换该装置的位置；
该第二加速度传感器测量在该X、Y、Z轴的一第三组轴加速度；
该第一加速度传感器测量在该X、Y、Z轴的一第四组轴加速度；以及
根据该第一、第二、第三、第四组轴加速度，校正该第一加速度传感器在该X、Y、Z轴方向测量的一X、Y、Z轴加速度值。
2.如权利要求1所述的校正方法，其中：
该第一组轴加速度包括一第一X加速度XLow1、一第一Y加速度YLow1、一第一Z加速度ZLow1；
该第二组轴加速度包括一第二X加速度XHigh1、一第二Y加速度YHigh1、一第二Z加速度ZHigh1；
该第三组轴加速度包括一第三X加速度XLow2、一第三Y加速度YLow2、一第三Z加速度ZLow2；以及
该第四组轴加速度包括一第四X加速度XHigh2、一第四Y加速度YHigh2、一第四Z加速度ZHigh2。
3.如权利要求2所述的校正方法，还包括：
若XLow1<XLow2，交换XLow1、XLow2的值；
若YLow1<YLow2，交换YLow1、YLow2的值；以及
若ZLow1<ZLow2，交换ZLow1、ZLow2的值。
4.如权利要求3所述的校正方法，其中根据该第一、第二、第三、第四组轴加速度，校正该第一加速度传感器在该X、Y、Z轴方向测量的该X、Y、Z轴加速度值x_m、y_m、z_m的步骤包括：
计算
x_up＝XHigh1+(1-XLow1)×Scale_Rate；
x_down＝XHigh2+(1-XLow2)×Scale_Rate；
y_up＝YHigh1+(1-YLow1)×Scale_Rate；
y_down＝YHigh2+(1-YLow2)×Scale_Rate；
z_up＝ZHigh1+(1-ZLow1)×Scale_Rate；
z_down＝ZHigh2+(1-ZLow2)×Scale_Rate；
校正后X轴加速度值
校正后Y轴加速度值以及
校正后Z轴加速度值
5.如权利要求1所述的校正方法，其中该第一加速度传感器是一高重力加速度传感器，该第二加速度传感器是一低重力加速度传感器。
6.一种运动器材，该运动器材包括：
一长杆；
一杆头，该杆头设置于该长杆的一端，该杆头包括：
一第一加速度传感器；
一第二加速度传感器；
一处理单元；
一储存单元，该储存单元用来储存一程序代码，该程序代码用来执行一校正流程：以及
一接口单元，该接口单元用来输出数据；以及
一指示按钮，该指示按钮用来启动该处理单元执行该校正流程，该校正流程包括：
指示该第二加速度传感器测量在一直角坐标系的一X、Y、Z轴的一第一组轴加速度；
指示该第一加速度传感器测量在该X、Y、Z轴的一第二组轴加速度；
驱动该指示按钮，显示一信号，该信号用来指示变换该杆头的位置；
指示该第二加速度传感器测量在该X、Y、Z轴的一第三组轴加速度；以及
指示该第一加速度传感器测量在该X、Y、Z轴的一第四组轴加速度。
7.如权利要求6所述的运动器材，其中该校正流程还包括：
根据该第一、第二、第三、第四组轴加速度，校正该第一加速度传感器在该X、Y、Z轴方向测量的一X、Y、Z轴加速度值；以及
指示该接口单元，输出校正后X、Y、Z轴加速度值的数据。
8.如权利要求6所述的运动器材，其中该校正流程还包括：
指示该接口单元，输出该第一、第二、第三、第四组轴加速度的数据。
9.如权利要求6所述的运动器材，其中：
该第一组轴加速度包括一第一X加速度XLow1、一第一Y加速度YLow1、一第一Z加速度ZLow1；
该第二组轴加速度包括一第二X加速度XHigh1、一第二Y加速度YHigh1、一第二Z加速度ZHigh1；
该第三组轴加速度包括一第三X加速度XLow2、一第三Y加速度YLow2、一第三Z加速度ZLow2；以及
该第四组轴加速度包括一第四X加速度XHigh2、一第四Y加速度YHigh2、一第四Z加速度ZHigh2。
10.如权利要求9所述的运动器材，其中该校正流程还包括：
若XLow1<XLow2，交换XLow1、XLow2的值；
若YLow1<YLow2，交换YLow1、YLow2的值；以及
若ZLow1<ZLow2，交换ZLow1、ZLow2的值。
11.如权利要求10所述的运动器材，其中该校正流程还包括：
根据该第一、第二、第三、第四组轴加速度，校正该第一加速度传感器在该X、Y、Z轴测量的该X、Y、Z轴加速度值x_m、y_m、z_m，其中根据该第一、第二、第三、第四组轴加速度，校正该第一加速度传感器在该X、Y、Z轴测量的该X、Y、Z轴加速度值x_m、y_m、z_m的步骤包括：
计算
x_up＝XHigh1+(1-XLow1)×Scale_Rate；
x_down＝XHigh2+(1-XLow2)×Scale_Rate；
y_up＝YHigh1+(1-YLow1)×Scale_Rate；
y_down＝YHigh2+(1-YLow2)×Scale_Rate；
z_up＝ZHigh1+(1-ZLow1)×Scale_Rate；
z_down＝ZHigh2+(1-ZLow2)×Scale_Rate；
校正后X轴加速度值
校正后Y轴加速度值以及
校正后Z轴加速度值
12.如权利要求6所述的运动器材，其中该第一加速度传感器是一高重力加速度传感器，该第二加速度传感器是一低重力加速度传感器。
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