DE202023001498U1 - Throwing stick that detects its own revolutions in the air during a throw - Google Patents

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Abstract

Spielzeug, das Elektronik enthält, dadurch gekennzeichnet, dass dieses stabförmig ausgebildet ist.Toy that contains electronics, characterized in that it is rod-shaped.

Description

Es gibt Spielzeuge, welche in Wurfstab-Form geworfen werden. Dabei rotieren diese auch um ihre Achsen und es kann damit beispielsweise jongliert werden. Bei schnellen Rotationen ist das Auge nicht mehr schnell genug, um die Anzahl der vollständigen Umdrehungen zu ermitteln. Der hier betrachtete Wurfstab ermöglicht mithilfe von Elektronik die Anzahl der Umdrehungen, auch schnelle Umdrehungen, zu ermitteln und gibt diese akustisch direkt am Wurfstab aus. Die geworfenen Umdrehungen werden nach dem Fangen visuell direkt an Wurfstab angezeigt.There are toys that are thrown in the shape of a throwing stick. These also rotate around their axes and can be used for juggling, for example. During fast rotations, the eye is no longer fast enough to determine the number of complete revolutions. The throwing stick considered here uses electronics to determine the number of revolutions, including fast revolutions, and outputs this acoustically directly on the throwing stick. The revolutions thrown are displayed visually directly on the throwing stick after catching.

Es gibt aktuell auf dem Markt visuelles und akustisches Feedback durch eine Übertragung auf ein Mobiltelefon. Dies ist jedoch mit einer gewissen Verzögerung anhand der Übertragung verbunden. Außerdem muss zusätzlich ein weiteres Gerät mitgeführt werden. Der hier betrachtete Wurfstab löst diese Probleme und gibt direkt akustisches (7) und visuelles (8) Feedback.There is currently visual and acoustic feedback on the market through transmission to a mobile phone. However, this involves a certain delay in the transmission. You also need to carry another device with you. The throwing stick considered here solves these problems and provides direct acoustic (7) and visual (8) feedback.

Durch das direkte akustische Feedback (7) kann der Werfer nun die Umdrehungen bereits beim Werfen abschätzen und es entstehen dadurch zusätzliche Spielmöglichkeiten.Thanks to the direct acoustic feedback (7), the thrower can now estimate the revolutions when throwing, thereby creating additional playing options.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der 1 erläutert:

  • Der Wurfstab (9) wird in die Luft geworfen und dreht sich im Flug um seine beiden Hauptträgheitsachsen mit dem minimalem (3) und/oder maximalem Trägheitsmoment (4). Während der Drehung gibt das Gerät in bestimmten Winkeln (vorzugsweise alle 360 Grad) einer ausgewählten Achse ein akustisches Signal ab. Dies kann die Achse mit dem höchsten Trägheitsmoment (4) für Flippen oder die mit dem geringsten Trägheitsmoment (3) für Rollen sein. Eine Kombination aus beiden ist ebenfalls möglich.
An embodiment of the invention is based on 1 explains:
  • The throwing stick (9) is thrown into the air and rotates in flight around its two main axes of inertia with the minimum (3) and/or maximum moment of inertia (4). During rotation, the device emits an acoustic signal at certain angles (preferably every 360 degrees) of a selected axis. This can be the axis with the highest moment of inertia (4) for flipping or the one with the lowest moment of inertia (3) for rolling. A combination of both is also possible.

Anhand dieser Rückmeldungen kann der Benutzer abschätzen, wie oft sich der Wurfstab um die jeweilige Achse gedreht hat. Die akustische Rückmeldung kommt vom Gerät selbst.Based on this feedback, the user can estimate how often the throwing stick has rotated around the respective axis. The acoustic feedback comes from the device itself.

Die Umdrehungen von einem in der Luft sich drehenden Stab können per Videoaufnahme manuell ausgewertet werden. Es gibt Spielgeräte mit einem Gyroskop, welches die Umdrehungen messen kann. Beim freien Fall verschwindet die Erdbeschleunigung im Zentrum der Drehachsen und wird durch den im Gyroskop integrierten Beschleunigungssensor als Wurf erkannt. Das Gyroskop zählt in dieser Zeit die Winkeländerung und die Summe ergibt die Umdrehungen. Allerdings können diese Gyroskope nur Umdrehungen bis zu einer gewissen Winkelgeschwindigkeit erfassen. Schnelle Umdrehungen können dadurch nicht analysiert werden. Es gibt auch Produkte, welche hier einen zweiten Beschleunigungssensor anstatt des Gyroskops verwenden. Dieser ist exzentrisch angeordnet und mit dem Beschleunigungswert kann die Anzahl der Umdrehungen ermittelt werden. Durch Mustererkennung kann ebenso der Wurf detektiert werden.The revolutions of a rod rotating in the air can be evaluated manually using video recording. There are playground equipment with a gyroscope that can measure the revolutions. During free fall, the acceleration due to gravity disappears in the center of the rotation axes and is recognized as a throw by the acceleration sensor integrated in the gyroscope. During this time, the gyroscope counts the angle change and the sum equals the revolutions. However, these gyroscopes can only record revolutions up to a certain angular speed. This means that fast revolutions cannot be analyzed. There are also products that use a second acceleration sensor instead of the gyroscope. This is arranged eccentrically and the number of revolutions can be determined using the acceleration value. The throw can also be detected through pattern recognition.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Bilder 1-3 erläutert:

  • Im Stab (9) befindet sich eine Platine (1) auf der zwei Beschleunigungssensoren (4 und 5) und ein Mikrocontroller (6) die Beschleunigungswerte ständig erfassen. Der Wurfstab hat zwei Rotationsachsen, auch Hauptträgheitsachsen (2) (3) genannt.
An exemplary embodiment of the invention is explained using Figures 1-3:
  • In the rod (9) there is a circuit board (1) on which two acceleration sensors (4 and 5) and a microcontroller (6) constantly record the acceleration values. The throwing stick has two axes of rotation, also called the main axes of inertia (2) (3).

Durch die Erdbeschleunigung messen die Beschleunigungssensoren immer eine Beschleunigung von 1g was ca. 9,81 m/s2 entspricht. Wird der Stab geworfen, verschwindet bei dem Beschleunigungssensor in der Mitte (5), welcher auf den Rotationsachen liegt, die Erdbeschleunigung, weil er sich im freien Fall befindet. Dadurch kann erkannt werden, wann der Stab gerade geworfen wird.Due to the acceleration due to gravity, the acceleration sensors always measure an acceleration of 1g, which corresponds to approx. 9.81 m/s 2 . If the rod is thrown, the acceleration due to gravity disappears at the acceleration sensor in the middle (5), which is located on the rotating things, because it is in free fall. This makes it possible to recognize when the stick is about to be thrown.

Durch die exzentrische Platzierung des anderen Beschleunigungssensors (4) von den Hauptträgheitsachsen misst dieser von beiden Drehachsen die Zentrifugalkräfte, welche durch die Rotationen entstehen. Eine beispielhafte Messung ist in Bild 2 zu sehen, dabei wurde nur um eine Achse gedreht.By placing the other acceleration sensor (4) eccentrically from the main axes of inertia, it measures the centrifugal forces generated by the rotations from both axes of rotation. An example measurement can be seen in Figure 2, where only one axis was rotated.

Der Wurfstab, in dem die Platine (1) enthalten ist, wird in die Luft geworfen und dreht sich im Flug um seine beiden Hauptträgheitsachsen mit dem minimalem und/oder maximalem Trägheitsmoment. Eine Kombination aus beiden ist immer vorhanden und wird auch ausgewertet.The throwing stick, in which the circuit board (1) is contained, is thrown into the air and rotates in flight around its two main axes of inertia with the minimum and/or maximum moment of inertia. A combination of both is always present and is also evaluated.

Die Beschleunigungswerte vom Sensor in der Mitte (5) gehen beim Wurf gegen 0. Das ist einer der Indikatoren für den Start der Umdrehungszählung. Während dieser Zeit wird der Beschleunigungswert der x und y-Achse gemessen. a Z e n t r i f u g a l   x = ω 2 r x = ω 2 d x a Z e n t r i f u g a l   y = ω 2 r y = ω 2 d y

Figure DE202023001498U1_0001
The acceleration values from the sensor in the middle (5) approach 0 during the throw. This is one of the indicators for the start of the revolution count. During this time, the acceleration value of the x and y axes is measured. a Z e n t r i f u G a l x = ω 2 r x = ω 2 d x a Z e n t r i f u G a l y = ω 2 r y = ω 2 d y
Figure DE202023001498U1_0001

Durch die bekannte Entfernung von der Hauptdrehachse kann nun die Winkelgeschwindigkeit berechnet werden. ω x = a Z e n t r i f u g a l   x d x ω y = a Z e n t r i f u g a l   y d y

Figure DE202023001498U1_0002
The angular velocity can now be calculated using the known distance from the main axis of rotation. ω x = a Z e n t r i f u G a l x d x ω y = a Z e n t r i f u G a l y d y
Figure DE202023001498U1_0002

Wird diese durch mehrere Messungen über die Zeit integriert, erhält man den Wurfwinkel. φ x = t = 0 t = w u r f e n d e ω x d t φ y = t = 0 t = w u r f e n d e ω y d t

Figure DE202023001498U1_0003
If this is integrated through several measurements over time, the throw angle is obtained. φ x = t = 0 t = w u r f e n d e ω x d t φ y = t = 0 t = w u r f e n d e ω y d t
Figure DE202023001498U1_0003

Alle 2π bzw. 360 Grad findet eine Umdrehung statt. Während des Wurfes berechnet der Mikrocontroller (6) (Bild 3) andauernd diese Formel und gibt bei einer ganzen Umdrehung jeweils einen Ton mit dem Lautsprecher (7) ab. Das Stoppevent ist ein Anstieg der Beschleunigung des Sensors im Zentrum, was ein Fangen des Wurfstabes entspricht. Das Ergebnis der Integration liefert die Anzahl der Umdrehungen.A revolution takes place every 2π or 360 degrees. During the throw, the microcontroller (6) (Figure 3) continuously calculates this formula and emits a tone with the loudspeaker (7) for every complete revolution. The stopping event is an increase in the acceleration of the sensor at the center, which corresponds to a catching of the throwing stick. The result of the integration provides the number of revolutions.

Die Anzahl der erreichten Umdrehungen wird anschließend direkt am Stab visuell mit LED's (8) ausgegeben. Eine akustische Ausgabe mit dem Lautsprecher (7) ist ebenfalls denkbar.The number of revolutions achieved is then displayed visually directly on the rod using LEDs (8). An acoustic output with the loudspeaker (7) is also conceivable.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
Platinecircuit board
22
Hauptträgheitsachse mit minimalem TrägheitsmomentMain axis of inertia with minimum moment of inertia
33
Hauptträgheitsachse mit maximalem TrägheitsmomentMain axis of inertia with maximum moment of inertia
44
Beschleunigungssensor exzentrisch zu den TrägheitsachsenAcceleration sensor eccentric to the axes of inertia
55
Beschleunigungssensor im Zentrum beider TrägheitsachsenAcceleration sensor in the center of both axes of inertia
66
MikrocontrollerMicrocontroller
77
Lautsprecherspeaker
88th
LEDLED
99
Wurfstabthrowing stick
1010
DämpfungselementDamping element

Claims (10)

Spielzeug, das Elektronik enthält, dadurch gekennzeichnet, dass dieses stabförmig ausgebildet ist.Toy that contains electronics, characterized in that it is rod-shaped. Wurfstab nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wurfstab mindestens 1,5 cm, maximal 5 cm, vorzugsweise 3 cm dick ist.Throwing stick according to one of the preceding claims, characterized in that the throwing stick is at least 1.5 cm, maximum 5 cm, preferably 3 cm thick. Wurfstab nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wurfstab inklusive Energiespeicher mindestens 50 g, maximal 180 g, vorzugsweise 90 g schwer ist.Throwing stick according to one of the preceding claims, characterized in that the throwing stick including the energy storage device weighs at least 50 g, a maximum of 180 g, preferably 90 g. Wurfstab nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wurfstab mindestens 10 cm, maximal 30 cm, vorzugsweise 21 cm lang ist.Throwing stick according to one of the preceding claims, characterized in that the throwing stick is at least 10 cm, maximum 30 cm, preferably 21 cm long. Wurfstab nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wurfstab an den Enden Dämpfungselemente (10) zum Abmildern von Stößen enthält.Throwing stick according to one of the preceding claims, characterized in that the throwing stick contains damping elements (10) at the ends to mitigate shocks. Wurfstab nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser akustische Signale (7) bei ganzen oder halben Umdrehungen um die Hauptträgheitsachse mit maximalen Trägheitsmoment von sich gibt.Throwing stick according to one of the preceding claims, characterized in that it emits acoustic signals (7) during full or half revolutions around the main axis of inertia with maximum moment of inertia. Wurfstab nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser die Anzahl der Umdrehungen durch zwei Beschleunigungssensoren während der Flugzeit erfasst. Einer der Sensoren befindet sich möglichst nah am Zentrum der beiden Hauptträgheitsachsen. Der zweite Beschleunigungssensor ist exzentrisch von der Hauptträgheitsachse platziert.-Die Sensoren senden ihre Signale an den Mikrocontroller.Throwing stick according to one of the preceding claims, characterized in that it records the number of revolutions during the flight time by two acceleration sensors. One of the sensors is located as close as possible to the center of the two main axes of inertia. The second acceleration sensor is placed eccentrically from the main axis of inertia. The sensors send their signals to the microcontroller. Wurfstab nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser die Anzahl der Umdrehungen für den nächsten Wurf akustisch oder visuell vorgibt.Throwing stick according to one of the preceding claims, characterized in that it acoustically or visually specifies the number of revolutions for the next throw. Wurfstab nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass dieser die Anzahl der eigenen in der Luft gemachten Umdrehungen nach dem Fangen entweder visuell oder akustisch wieder gibt.Throwing stick according to one of the preceding claims; characterized in that it shows the number of revolutions made in the air after catching either visually or acoustically. Wurfstab nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser die Anzahl der mit dem Mikrocontroller errechneten Umdrehungen im Wurfstab auf einem Speicher speichert. Der gespeicherte Wert kann direkt am Wurfstab abgerufen werden und visuell oder akustisch wiedergegeben werden.Throwing stick according to one of the preceding claims, characterized in that it stores the number of revolutions in the throwing stick calculated with the microcontroller in a memory. The stored value can be called up directly on the throwing stick and reproduced visually or acoustically.
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