CN1227131A - 高尔夫球运动测量和计算方法及高尔夫模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本新型测量技术方法和装置适用于高尔夫模拟系统，通过将传感器1和传感器2按照一定的组合方式安装在测量装置上，能够测量出高尔夫球在被击起后的一段自由行程中的有关运动参数。然后根据这些参数的几何和逻辑关系，辅以必要的计算，计算出高尔夫球在三维空间中的运动轨迹，从而达到精确模拟高尔夫运动的目的。

Description

高尔夫球运动测量和计算方法及高尔夫模拟装置
本发明涉及一种测量并计算高尔夫球在三维空间中的运动参数和轨迹的测量和计算方法及其高尔夫模拟装置。
高尔夫模拟系统是目前国际上流行的用于模拟真实高尔夫运动场景的运动娱乐设备。目前国际上标准高尔夫模拟系统是由测量系统、计算机、投影机等硬件和模拟软件等部分构成，大多使用在室内。这些系统一般是由测量系统完成对高尔夫球运动参数的全面测定，然后利用计算机图像处理技术模拟现场运动场景效果，使击球者有身临其境的感受。高尔夫模拟系统的核心技术是系统为提取高尔夫球被击起时的运动参量而采用的一整套测量方式和计算方法。高尔夫模拟系统的测量方式和计算方法不仅决定了系统本身的测量精度，直接影响到系统的模拟效果，而且决定了系统的制作成本、工艺难度、使用要求和适用范围，集中体现了整个系统产品的技术水平。目前国内外能够真正测量出三维高尔夫球运动参数的先进高尔夫模拟设备大多采用光电布阵或多点摄像等方式的高成本测量系统，价格昂贵，占地面积大，适用范围小，不适合进行大范围的推广。另外如美国专利US4767121所述的高尔夫模拟器试图将球固定在一可转动的臂杆上来测量一些运动参数来模拟高尔夫运动。实际上由于该装置转动臂的刚性约束作用，将球的运动方向限制在圆周方向上，只能测量高尔夫球在圆周方向上的速度分量，不能测量其他方向上高尔夫球的运动参数，其测量和计算出的高尔夫球的速度不是真实的三维空间速度。其次由于转动臂的弹性反作用力对球的偏向产生很大影响，所测出的偏转角是不准确的，而该装置在所述位置2上的传感器布局也只能指示出有限几个方向上的偏角，不能实现对球的运动偏向的无级测量。因此该发明专利既不能测量出高尔夫球真实的三维速度，而且其偏角的测量也不准确和不连贯，因而模拟出的高尔夫运动是不真实的，与实际情形相差较大。
本发明的目的是为了克服价格昂贵、模拟不真实等缺点，在于提供一种全新的测量和计算方法，使采用本技术设计的高尔夫模拟系统不仅能保证目前高尔夫模拟设备所应具有的模拟水平，而且使其制作成本大为降低，体积变小，使使用和携带都变得十分方便。
本发明的技术方案体现了一种测量并计算高尔夫球在三维空间中的运动参数和运动轨迹的方法，应用于高尔夫模拟装置的设计和制作，具体包括如下步骤：
a．使用一个或一个以上的传感器1直接或间接测量出高尔夫球4被击起时球4的运动轨迹线和测量装置上的一支点件5所形成的面与水平面或底座平面或空间中某一指定基准平面之间的夹角，所述支点件5在测量装置上的位置固定，处在球的飞行轨迹线外，通过该支点件5有一可动杆或线3，该可动杆或线3一端与球4相联，且可以自由地通过支点件5运动，能够保证高尔夫球4在被球杆击起后有一段三维自由运动行程，使分别与可动杆或线3的另一端相联系的传感器1、传感器2能够通过可动杆或线的运动来测量出球4在这一段自由运动行程中的不同时间点上的运动参数；
b．使用一个或一个以上的传感器2直接或间接测量和计算出高尔夫球4在被击起后的一段时间内球4相对于所述支点件5的二个或二个以上的位移量a,b,c…，以及这些位移量所对应的时间参数值；也可以事先确定这些位移量a,b,c…，然后再提取传感器2输出这些位移值时所对应的时间参量；
c．通过上述测量参数a,b,c…、时间参量和角度参数及一些需要事先确定的常量(如确定球的初始位置的参数)，再根据这些参数的空间三角几何关系推算出高尔夫球4被击起时在三维空间中的初始飞行速度、飞行方向及与地面之间形成的抛射角，将之应用于各种高尔夫模拟系统的设计。
上述中介绍的方法，传感器1可采用角位移传感器直接测量所需的夹角；传感器2可采用线位移传感器，该传感器连接在测量装置的可动杆或线3上，可直接测量出高尔夫球4在初始飞行过程中的不同位置上相对于上面所述支点件5的位移量。这些位移量所对应的时间参数值可通过采集位移数据时提取系统的时钟参数来确定。
本发明还提供了一种测量和计算方法的高尔夫模拟装置，其包括一可动杆或线3，所述的可动杆或线3质量轻，可通过一支点件5作径向运动并能够围绕支点件5自由转动，可动杆或线3的一端与球4相联，球4与可动杆或线3之间可以相互转动；还包括两传感器1、2，用来测量用于计算高尔夫球三维运动轨迹的有关参数，其中1为角度传感器，安装在高尔夫球初始位置和所述支点件5之间的轴线上，通过将传感器1的测量头放在所述的可动杆或线3上来测量高尔夫球4被击起时球4的运动轨迹线和测量装置上的一支点件5所形成的面与水平面或底座平面或空间中某一指定基准平面之间的夹角，2为线位移传感器，其测量头与可动杆或线3的一端直接相连接，可动杆或线3的另一端连接着球4，球4飞行时带动线位移传感器，从而测量出球4与支点件5之间在不同时间点上所产生的一系列径向位移量a,b,c…；另外还包括一数据采集与处理电路器件6和一显示器7，数据采集与处理电路器件6完成对传感器1、2的输出参数的提取、处理和计算，并通过计算软件计算出高尔夫球4的运动轨迹，再由显示器7通过图像形式将高尔夫球运动模拟显示出来。
采用本技术方案的高尔夫模拟器综合了运动力学、传感器、计算机图像模拟等多项技术，具有测量精度高、成本低、模拟效果好、使用简便等优点，可以使用在室内室外、普通家庭、公共娱乐场所、高尔夫训练场所，兼有运动、健身、游戏和训练等多项功能，有助于高尔夫运动的推广和普及，具有较高的市场价值。
图1是高尔夫模拟装置简易示图；
图2是测量和计算高尔夫球运动参数的原理图。
以附图1、2中所表示的一种设计方案为例，其该高尔夫模拟系统装置使用两传感器来测量用于计算高尔夫球运动轨迹的有关参数：一为角度传感器1，安装在高尔夫球4初始位置和所述支点件5之间的轴线上，通过将传感器1的测量触头放在图中的可动杆或线3上来测量图中ABG面与底座平面的夹角；另一为线位移传感器2，图中可动杆或线3的一端直接与线位移传感器2测量头相连接，可动杆的另一端连接着球，球飞行时带动线位移传感器2的测量头，从而测量出球4与支点件5之间在不同时间点上所产生的不同位移量AC、AD、AB以及相应的时间值t1、t2、t3。这些参数的提取由测量装置的数据采集与处理电路器件6和计算程序来完成，并输入到计算程序中。计算程序根据这些参数间的空间三角几何关系(参见附图2)计算出高尔夫球的运动轨迹。而球的飞行结果：距离、方向和轨迹可简单显示在显示器7上，也可以通过专门的高尔夫模拟软件将高尔夫球飞行情况和球场场景在计算机上模拟显示出来，从而达到模拟高尔夫运动的目的。
图中说明：A——测量装置上的一位置固定的支点件
      G——球在等待击球时的初始位置
      BG——球被高尔夫球杆击起后的一段运动轨迹

Claims (6)

1．一种测量并计算高尔夫球在三维空间中的运动参数和运动轨迹的测量和计算方法，包括下列步骤：
a．使用一个或一个以上的传感器(1)直接或间接测量出高尔夫球(4)被击起时球(4)的运动轨迹线和测量装置上的一支点件(5)所形成的面与水平面或底座平面或空间中某一指定基准平面之间的夹角，所述支点件(5)在测量装置上的位置固定，处在球的飞行轨迹线外，通过该支点件(5)有一可动杆或线(3)，该可动杆或线(3)一端与球(4)相联，且可以自由地通过支点件(5)运动，能够保证高尔夫球(4)在被球杆击起后有一段三维自由运动行程，使分别与可动杆或线(3)的另一端相联系的传感器(1)、传感器(2)能够通过可动杆或线的运动来测量出球(4)在这一段自由运动行程中的不同时间点上的运动参数；
b．使用一个或一个以上的传感器(2)直接或间接测量和计算出高尔夫球(4)在被击起后的一段时间内球(4)相对于所述支点件(5)的二个或二个以上的位移量a,b,c…，以及这些位移量所对应的时间参数值；也可以事先确定这些位移量a,b,c…，然后再提取传感器(2)输出这些位移值时所对应的时间参量；
c．通过上述测量参数a,b,c…、时间参量和角度参数及一些需要事先确定的常量(如确定球的初始位置的参数)，再根据这些参数间的空间三角几何关系推算出高尔夫球(4)被击起时在三维空间中的初始飞行速度、飞行方向及与地面之间形成的抛射角，将之应用于各种高尔夫模拟系统的设计。
2．一种如权1所述的测量和计算方法，其特征在于所述步骤a、b的顺序可改变。
3．一种如权1所述的测量和计算方法，其特征在于所述传感器(1)可采用角度传感器。
4．一种如权1所述的测量和计算方法，其特征在于所述传感器(2)可采用线位移传感器。
5．一种如权1所述的测量和计算方法，其特征在于所述的可动杆或线(3)质量轻，可通过一支点件(5)作径向运动并能够围绕支点件(5)自由转动；可动杆或线(3)的一端与球(4)相联，球(4)与可动杆或线(3)之间通过连接件可以相互转动。
6．一种实施权利要求1所述测量和计算方法的高尔夫模拟装置，其特征在于，包括一可动杆或线(3)，所述的可动杆或线(3)质量轻，可通过一支点件(5)作径向运动并能够围绕支点件(5)自由转动，可动杆或线(3)的一端与球(4)相联，球(4)与可动杆或线(3)之间可以相互转动；还包括两传感器(1)、(2)，用来测量用于计算高尔夫球三维运动轨迹的有关参数，其中(1)为角度传感器，安装在高尔夫球初始位置和所述支点件(5)之间的轴线上，通过将传感器(1)的测量头放在所述的可动杆或线(3)上来测量高尔夫球(4)被击起时球(4)的运动轨迹线和测量装置上的一支点件(5)所形成的面与水平面或底座平面或空间中某一指定基准平面之间的夹角，(2)为线位移传感器，其测量头与可动杆或线(3)的一端直接相连接，可动杆或线(3)的另一端连接着球(4)，球(4)飞行时带动线位移传感器，从而测量出球(4)与支点件(5)之间在不同时间点上所产生的一系列径向位移量a,b,c…；另外还包括一数据采集与处理电路器件(6)和一显示器(7)，数据采集与处理电路器件(6)完成对传感器(1)、(2)的输出参数的提取、处理和计算，并通过计算软件计算出高尔夫球(4)的运动轨迹，再由显示器(7)通过图像形式将高尔夫球运动模拟显示出来。
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