EP1293235B1 - Golfsimulator - Google Patents
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- EP1293235B1 EP1293235B1 EP01121880A EP01121880A EP1293235B1 EP 1293235 B1 EP1293235 B1 EP 1293235B1 EP 01121880 A EP01121880 A EP 01121880A EP 01121880 A EP01121880 A EP 01121880A EP 1293235 B1 EP1293235 B1 EP 1293235B1
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- EP
- European Patent Office
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- ball
- golf
- baffle
- impact
- sensors
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- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
- A63B24/00—Electric or electronic controls for exercising apparatus of preceding groups; Controlling or monitoring of exercises, sportive games, training or athletic performances
- A63B24/0021—Tracking a path or terminating locations
-
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- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
- A63B69/00—Training appliances or apparatus for special sports
- A63B69/36—Training appliances or apparatus for special sports for golf
- A63B69/3658—Means associated with the ball for indicating or measuring, e.g. speed, direction
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
- A63B24/00—Electric or electronic controls for exercising apparatus of preceding groups; Controlling or monitoring of exercises, sportive games, training or athletic performances
- A63B24/0021—Tracking a path or terminating locations
- A63B2024/0037—Tracking a path or terminating locations on a target surface or at impact on the ground
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- A63B24/0021—Tracking a path or terminating locations
- A63B2024/0037—Tracking a path or terminating locations on a target surface or at impact on the ground
- A63B2024/0043—Systems for locating the point of impact on a specific surface
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- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
- A63B2220/00—Measuring of physical parameters relating to sporting activity
- A63B2220/50—Force related parameters
- A63B2220/51—Force
- A63B2220/53—Force of an impact, e.g. blow or punch
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
- A63B63/00—Targets or goals for ball games
Definitions
- the invention is a simulator for training and playing golf.
- the golf simulator can be used indoors and outdoors as a play and training device.
- a golf ball is hit against the baffle wall (Fig. 1 (1)) from a defined tee point (Fig. 1 (3)) with the commercially available rackets.
- the purpose of the simulator is to determine the trajectory of a beaten golf ball. These sizes include, but are not limited to, the width of the stroke and the coordinates of the landing point. By limiting the trajectory through the baffle (Fig.1 (1)) can be simulated in limited space, the game of golf.
- the golf simulator basically consists of a baffle (Fig.1 (1)) and an electronic evaluation unit (Fig.1 (2)).
- the sensors installed in the baffle (Fig.1 (1)) (Fig.2 (9) .. (12)) are connected to the evaluation unit (Fig.1 (2)). No further sensors are needed.
- the baffle wall (Fig. 1 (1)) serves primarily to record measured values in order to calculate the trajectory of the ball. Furthermore, the baffle wall (Fig.1 (1)) must catch the beaten balls.
- the baffle (Fig.1 (1)) consists of the components measuring frame with tarpaulin (Fig.2 (5) + (6)), holding frame (Fig.2 (4)), spring elements with sensors (Fig.2 (9) .. (12)) and the suspension (Fig.2 (7) + (8)) of the measuring frame (Fig.2 (5)) to the support frame (Fig.2 (4)).
- the rectangular measuring frame (Fig.2 (5)) is connected at its vertices by spring elements with a rigid support frame (Fig.2 (4)). Through this connection act between measuring and
- Support frame (Fig.2 (4)) Forces as soon as a golf ball starts the tarpaulin (Fig.2 (6)) of the measuring wall.
- the size of the respective forces at the four corners is measured with suitable sensors (Fig.2 (9) .. (12)).
- the evaluation unit (Fig. 1 (2)) records the sensor data and performs all necessary calculations. In addition, the measured data are displayed thereon.
- the evaluation unit (Fig. 1 (2)) has the properties of converting the electrical signals of the sensors (Fig. 2 (9) .. (12)) into digital information and processing it further.
- the device automatically detects whether the baffle (Fig. 1 (1)) is at rest, whether air currents are acting on the wall or whether a ball has been hit against it.
- a hit ball automatically triggers the calculation algorithm in the device, which calculates all interesting data for the player.
- a display shows this data. Input functions allow the game and
- Control training programs For example, one game variant would be for two players to alternately play balls against the wall and determine the distance of the ball. The respective distances are then added up for each player. The player who has the furthest total distance after a given number of strokes has won. As a training variant, e.g. the repeatability of individual successively executed golf beats are determined.
- the jumping and the rolling of the ball can also be calculated.
- the baffle (Fig.2) consists of a rigid support frame (Fig.2 (4)) and a measuring frame (Fig.2 (5)) in which a tarpaulin (Fig.2 (6)) is stretched. About a suspension (Fig.2 (7) + (8)), the two frames are connected so that the Meßrahmen (Fig.2 (5)) can be moved within certain limits with minimal friction losses parallel to the direction of impact. Between the holding frame (Fig.2 (4)) and the approximately equal measuring frame (Fig.2 (5)) spring elements are mounted in the corners over which there is a mechanical connection between the frame. At the corners between the two rectangular frames there are also sensors (Fig.2 (9) .. (12)) to measure the forces acting between the frames.
- the baffle constructed in this way (Fig.1 (1)) has the properties of being very robust, compact and insensitive to external influences. The function of all components is not affected by moisture, dirt, temperature fluctuations and changes in exposure within the measurement accuracy.
- the compact construction of the baffle wall (Fig. 1 (1)) enables easy and quick setup and dismantling. Due to the simple structure of Mechanics and sensors make the golf simulator very cost-effective to manufacture. These properties enable the operation of the invention in enclosed spaces and in particular outdoors.
- the rate of impact (v 0 ) as well as the position of the ball on the impact wall (Fig. 1 (1)) must be determined.
- the speed is calculated with the aid of the entire force pulse on all sensors (Fig.2 (9) .. (12)).
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
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- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
- Footwear And Its Accessory, Manufacturing Method And Apparatuses (AREA)
Description
- Die Erfindung ist ein Simulator zum Trainieren und Spielen von Golf. Der Golfsimulator kann in geschlossenen Räumen und insbesondere im Freien als Spiel- und Trainingsgerät verwendet werden. Dabei wird von einem definierten Abschlagpunkt (Abb.1(3)) ein Golfball mit den handelsüblichen Schlägern gegen die Prallwand (Abb.1(1)) geschlagen.
- Der Zweck des Simulators ist es, die Größen der Flugbahn eines geschlagenen Golfballes zu bestimmen. Zu diesen Größen zählen unter anderem die Weite des Schlages und die Koordinaten des Landepunktes. Durch die Begrenzung der Flugbahn durch die Prallwand (Abb.1(1)) kann auf eingeschränkten Platzverhältnissen das Golfspiel simuliert werden.
- Bei bekannten Geräten dieser Art kommen in der Regel sehr aufwendige und teuere Sensoren oder Bildverarbeitungssysteme zum Einsatz. Diese Meßsysteme sind zudem empfindlich gegen Witterungseinflüsse wie Niederschlag, Verschmutzung und Belichtungsänderungen. Dies bedingt den Einsatz in geschlossenen Räumen oder erfordert bestimmte Schutzvorrichtungen für die Sensorik. Systeme (z.B.
US Patent 5,221,082 ), die sich auf das Prinzip der Messung und - Auswertung der Kräfteverteilung stützen, benötigen zur Ermittlung der Abschlagsgeschwindigkeit ein weiteres Sensorsystem, mit dem die Dauer der Flugzeit zwischen Abschlagpunkt und Netz bestimmt wird. Diese Erfindungen sind bedingt durch ihren Aufbau mit einem verhältnismäßig hohen Aufwand zu montieren bzw. demontieren.
- Der Golfsimulator besteht im Wesentlichen aus einer Prallwand (Abb.1(1)) und einem elektronischen Auswertegerät (Abb.1(2)). Die in der Prallwand (Abb.1(1)) eingebauten Sensoren (Abb.2(9)..(12)) sind mit dem Auswertegerät (Abb.1(2)) verbunden. Es werden keine weiteren Sensoren benötigt. Die Prallwand (Abb.1(1)) dient in erster Linie dazu Meßwerte zu erfassen, um die Flugbahn des Balles zu errechnen. Weiterhin muß die Prallwand (Abb.1(1)) die geschlagenen Bälle auffangen.
- Die Prallwand (Abb.1(1)) besteht aus den Komponenten Meßrahmen mit Plane (Abb.2(5)+(6)), Halterahmen (Abb.2(4)), Federelementen mit Sensoren (Abb.2(9)..(12)) und der Aufhängung (Abb.2(7)+(8)) des Meßrahmens (Abb.2(5)) an den Halterahmen (Abb.2(4)).
- Der rechteckige Meßrahmen (Abb.2(5)) ist an seinen Eckpunkten über Federelemente mit einem starren Halterahmen (Abb.2(4)) verbunden. Durch diese Verbindung wirken zwischen Meß- und
- Halterahmen (Abb.2(4)) Kräfte, sobald ein Golfball die Plane (Abb.2(6)) der Meßwand in Bewegung setzt. Die Größe der jeweiligen Kräfte an den vier Eckpunkten wird mit geeigneten Sensoren (Abb.2(9)..(12)) gemessen.
- Das Auswertegerät (Abb.1(2)) erfaßt die Sensordaten und führt alle erforderlichen Berechnungen aus. Außerdem werden darauf die Meßdaten dargestellt. Das Auswertegerät (Abb.1(2)) besitzt die Eigenschafen die elektrischen Signale der Sensoren (Abb.2(9)..(12)) in digitale Informationen zu wandeln und diese weiter zu verarbeiten. So wird von dem Gerät selbständig erkannt, ob sich die Prallwand (Abb.1(1)) in Ruhe befindet, ob Luftströmungen auf die Wand wirken oder ob ein Ball dagegen geschlagen wurde. Ein geschlagener Ball löst im Gerät automatisch den Berechnungsalgorithmus aus, welcher alle für den Spieler interessanten Daten berechnet. Über ein Display werden diese Daten angezeigt. Eingabefunktionen ermöglichen es, die Spiel- und
- Trainingsprogramme zu steuern. Eine Spielvariante wäre z.B., daß zwei Spieler abwechselnd Bälle gegen die Wand spielen und die Entfernung des Balles ermittelt wird. Die jeweiligen Entfernungen werden dann für jeden Spieler aufaddiert. Gewonnen hat der Spieler, der nach einer vorgegebenen Anzahl von Schlägen die weiteste Gesamtentfernung hat. Als Trainingsvariante kann z.B. die Wiederholgenauigkeit einzelner hintereinander ausgeführter Golfschläge ermittelt werden.
- Werden im Auswertegerät (Abb.1(2)) die Eigenschaften der Oberfläche gespeichert, auf der der Ball landen würde, so kann auch das Springen und das Ausrollen des Balles berechnet werden.
- Ferner können mit der Anzeige von Meßgrößen wie Abschlagwinkel und Abschlaggeschwindigkeit Daten über den Golfschlag zur Verfügung gestellt werden, die beim realen Golfspiel nicht vorliegen. Dadurch sind weitergehende Analysen des ausgeführten Schlages für den Lehr- und Trainingsbetrieb möglich.
- Die Prallwand (Abb.2) besteht aus einem starren Halterahmen (Abb.2(4)) und einem Meßrahmen (Abb.2(5)), in den eine Plane (Abb.2(6)) gespannt ist. Über eine Aufhängung (Abb.2(7)+(8)) sind die beiden Rahmen so verbunden, daß der Meßrahmen (Abb.2(5)) sich in gewissen Grenzen mit geringsten Reibungsverlusten parallel zur Schlagrichtung bewegen läßt. Zwischen dem Halterahmen (Abb.2(4)) und dem etwa gleich großen Meßrahmen (Abb.2(5)) sind in den Ecken Federelemente angebracht, über die eine mechanische Verbindung zwischen den Rahmen besteht. An den Eckpunkten zwischen den beiden rechteckigen Rahmen befinden sich zudem Sensoren (Abb.2(9)..(12)), um die zwischen den Rahmen wirkenden Kräfte zu messen.
- Die so konstruierte Prallwand (Abb.1(1)) besitzt die Eigenschaften sehr robust, kompakt und unempfindlich gegen äußere Einflüsse zu sein. Die Funktion aller Komponenten wird durch Feuchtigkeit, Verschmutzungen, Temperaturschwankungen und Belichtungsänderungen im Rahmen der Meßgenauigkeit nicht beeinflußt. Der kompakt gehaltene Aufbau der Prallwand (Abb.1(1)) ermöglicht einen einfachen und schnellen Auf- und Abbau. Durch den einfachen Aufbau der Mechanik und Sensorik ist der Golfsimulator sehr kostengünstig herzustellen Diese Eigenschaften ermöglichen den Betrieb der Erfindung in geschlossenen Räumen und insbesondere im Freien.
- Um die Weite des Schlages und die Landekoordinaten zu berechnen sind im Wesentlichen die Abschlagsgeschwindigkeit (v0) sowie die Position des Balles auf der Prallwand (Abb.1(1)) zu ermitteln.
- Diese beiden Parameter werden im Ausführungsbeispiel mit vier an den Eckpunkten verteilten Sensoren (Abb.2(9)..(12)) ermittelt, die eine der jeweiligen Kraft proportionalen Spannung an das Auswertesystem abgeben. Über die Kraftverteilung kann dann die Position des auftreffenden Balles ermittelt werden.
- Die Geschwindigkeit wird mit Hilfe des gesamten Kraftimpulses auf alle Sensoren (Abb.2(9)..(12)) errechnet.
- Aus den Größen der Kräfte in den Eckpunkten läßt sich nach den Gleichungen 1 und 2 die Position bestimmen, an der ein geschlagener Ball die Prallwand (Abb.1(1)) trifft.
Xp horizontaler Abstand des Auftreffpunktes zur linken unteren Ecke der Prallwand (Abb.1 (1)). [mm] Yp vertikaler Abstand des Auftreffpunktes zur linken unteren Ecke der Prallwand (Abb.1 (1)). [mm] F0 Maximalwert der Kraft in der Ecke links unten. [N] F1 Maximalwert der Kraft in der Ecke links oben. [N] F2 Maximalwert der Kraft in der Ecke rechts oben. [N] F3 Maximalwert der Kraft in der Ecke rechts unten. [N] b Breite der Prallwand (Abb.1(1)). [mm] h Höhe der Prallwand (Abb.1 (1)). [mm] - Dadurch, daß die Position des Abschlagpunktes (Abb.1(3)) bekannt ist und die Position des Auftreffpunktes über die Kräfteverhältnisse bestimmt wurde, kann der horizontale Abschlagwinkel α nach Gleichung 3 berechnet werden
α horizontaler Abschlagwinkel. [°] Yp vertikaler Abstand des Auftreffpunktes zur linken unteren Ecke der Prallwand (Abb.1(1)). [mm] a Abstand zwischen Abschlagpunkt (Abb.1(3)) und Prallwand (Abb.1(1)). [mm] - Damit die Flugweite berechnet werden kann ist es erforderlich die Abschlagsgeschwindigkeit v0 zu bestimmen.
- Die in die Prallwand (Abb.1(1)) eingeleitete Energie und somit die Summe der gemessenen Kräfte ist ein Maß für die Abschlaggeschwindigkeit. Über die Summe der Kräfte und einen experimentell ermittelten Kalibrierfaktor wird die Abschlaggeschwindigkeit nach Gleichung 4 berechnet.
v0 Abschlagsgeschwindigkeit [m/s] Kf Kalibrierfaktor [ml(s*N)] F0 Maximalwert der Kraft in der Ecke links unten. [N] F1 Maximalwert der Kraft in der Ecke links oben. [N] F2 Maximalwert der Kraft in der Ecke rechts oben. [N] F3 Maximalwert der Kraft in der Ecke rechts unten. [N] -
- Die genauen Lagekoordinaten werden nach den folgenden trigonometrischen Gleichungen 6, 7 und 8 berechnet :
β seitlicher Winkel [°] Xpd horizontale Strecke zwischen der Mitte der Prallwand (Abb.1(1)) und dem Auftreffpunkt(Xp) von Prallwand (Abb.1(1)) und Ball. [m] a Abstand zwischen Abschlagpunkt (Abb.1(3)) und Prallwand (Abb.1(1)). [m] Ze Z - Koordinate des Landepunkes. [m] β seitlicher Winkel [°] Smax Schlagweite [m] Xe X- Koordinate des Landepunkes [m] β seitlicher Winkel [°] Smax Schlagweite [m]
Claims (2)
- Golfsimulator zur Simulation des Golfspiels mit einer Prallwand mit Sensoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallwand (1) aus einem beweglichen, rechteckigen Meßrahmen (5) mit eingespannten Plane (6) und einem feststehenden Halterahmen (4) besteht, wobei der Meßrahmen an seinen Eckpunkten mit dem Halterahmen verbunden ist, daß die Sensoren (9-12) beim Aufprall eines Golfballes auf die Plane (6) die Kräfte zwischen dem Meß- und Halterahmen erfassen, und daß allein mit Hilfe der ermittelten Kraftverteilung die genaue Position des Golfballes auf der Prallwand bestimmt und mit der Summe aller Einzelkräfte die Abschlaggeschwindigkeit des Golfballes ermittelt wird.
- Golfsimulator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß keine weiteren Sensoren zur Bestimmung der relevanten Meßgrößen benötigt werden.
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