ES2264324B1

ES2264324B1 - Metodo y dispositivo para la medicion de trayectorias de objetos de geometria conocida.

Info

Publication number: ES2264324B1
Application number: ES200401392A
Authority: ES
Inventors: Jose Mariano Dahoui Obon; Guillermo Peris Fajarnes; Juan Manuel Sanchis Rico; Samuel Morillas Gomez
Original assignee: Universidad Politecnica de Valencia
Current assignee: Universidad Politecnica de Valencia
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2007-11-16
Anticipated expiration: 2024-05-28
Also published as: ES2264324A1; WO2005119272A1

Abstract

Método y dispositivo para la medición de trayectorias de objetos de geometría conocida. La invención se refiere a un método y un dispositivo para la detección y análisis de trayectorias de objetos con geometría conocida, que posibilita la obtención de los parámetros cinemáticos y/o geométricos de dicho objeto, aumentando la precisión de la medida respecto a sistemas conocidos independientemente del tamaño o forma de los objetos. Un conjunto de elementos sensores detectan por interferencia la presencia o ausencia objetos con geometría conocida, y se registra los datos procedentes de los sensores. Cuando un objeto atraviesa la región del espacio entre los receptores y la fuente de emisión, el sistema registra la interferencia de cada sensor, el instante y la duración. De esta manera, y mediante el procesado posterior, se obtienen datos como: geometría, velocidad, aceleración, spin (rotación y eje). La invención tiene como una de sus principales aplicaciones el entrenamiento de deportes de pelota o balón como fútbol, baloncesto, tenis, balonmano, rugby y todos aquellos en los que intervenga un objeto de geometría conocida.

Description

Método y dispositivo para la medición de trayectorias de objetos de geometría conocida.

Objeto de la invención

La invención se refiere a un método y un dispositivo para la detección y análisis de trayectorias de objetos con geometría conocida, que posibilita la obtención de los parámetros cinemáticos de dicho objeto, aumentando la precisión de la medida respecto a sistemas conocidos independientemente del tamaño o forma de los objetos.

Un conjunto de elementos sensores detectan por interferencia la presencia o ausencia de objetos con geometría conocida, y se registran los datos procedentes de los sensores. Cuando un objeto atraviesa la región del espacio entre los receptores y la fuente de emisión, el sistema registra la interferencia de cada sensor, el instante y la duración. De esta manera, y mediante el procesado posterior, se obtienen datos como: velocidad, aceleración, spin (rotación y eje), dirección y cualquiera derivado de los anteriores. La invención tiene como una de sus principales aplicaciones el entrenamiento de deportes de pelota o balón como fútbol, baloncesto, tenis, balonmano, rugby y todos aquellos en los que intervenga un objeto de geometría conocida.

La invención se encuadra en el sector técnico de aparatos para la medición de trayectorias, teniendo una aplicación directa sobre lanzamiento y tiro de pelota o balón. Así mismo, también tiene una aplicación directa sobre el sector de las máquinas recreativas, especialmente en periféricos para consolas y ordenadores domésticos. Además, también tiene aplicaciones de utilidad en sectores como el militar y el aeronáutico.

Antecedentes de la invención

Los sistemas de análisis y medición de trayectorias de objetos se basan, en su mayor parte, en el análisis de la información obtenida a partir de un sistema de grabación de imágenes o bien mediante el uso de uno o varios sensores específicos.

Los sistemas basados en el procesado de imagen exigen un análisis informático complejo y obtienen su información después del lanzamiento mediante el procesado de una secuencia de imágenes debidamente registradas. En ocasiones, para simplificar el procesado de dichas imágenes se interfiere con el entorno mediante la preparación y control del ambiente (limitándose en ocasiones a usos en estudios cerrados, alterando el fondo de las imágenes, ajustando el ambiente etc.) o bien mediante el marcado del objeto (marcas de color en el balón o pelota).

Por otro lado, existen numerosos sistemas que se basan en la medición en la información obtenida a partir de la interferencia del objeto entre un emisor y un receptor (sea este del tipo que sea, óptico, ultrasonidos, etc.), sin embargo todos estos sistemas obtienen la información mediante la medición del tiempo transcurrido desde una posición cero (de lanzamiento) hasta la interferencia con un segundo sensor. Además, la totalidad de los sistemas existentes limitan su campo de aplicación a objetos esféricos, no contemplando ninguno de ellos la posibilidad de analizar objetos con otras geometrías, como pueda ser un balón de rugby, una jabalina, una flecha o un martillo entre otros (todos ellos deportes olímpicos).

Resulta deseable que la medición de la trayectoria sea independiente del tamaño del objeto, sobre lo que hay que tener en cuenta que la gran mayoría de los sistemas de predicción de trayectorias conocidos basados en sensores se han desarrollado pensando en su uso para el golf, donde la relación radio del objeto-velocidad es muy pequeña. Estos sistemas resultan limitados para deportes de balón, como puedan ser el fútbol o el baloncesto, donde la misma relación es notablemente mayor, lo que provocaría grandes errores de predicción en el caso de ser utilizados. Ninguno de los sistemas conocidos mide velocidades a partir de la lectura del tiempo de oscuridad o de obturación de los sensores, ni a partir del tiempo de desfase entre la obturación de un grupo de sensores.

Descripción de la invención

El método y el dispositivo objeto de la invención obtiene la información a partir de sensores, y no por procesado de imagen, y además no exige la instalación de ningún sensor en la posición cero o inicial y tampoco obtiene la información como las técnicas conocidas, sino que lo hace a partir del tiempo de desfase en la obturación de los sensores y del tiempo de obturación o eclipsado de estos.

Una de las principales novedades de la invención frente a las técnicas conocidas radica en la forma de obtener la información sobre el movimiento del o de los objetos, lo que origina que el procesado posterior y el hardware sean completamente distintos respecto a los conocidos. El sistema registra como información útil el intervalo de tiempo transcurrido entre la activación de cada sensor, su desfase de tiempo con respecto al primer sensor activado. El objeto interfiere a la vez varios sensores, lo que permite al sistema la utilización de los desfases en la activación y desactivación entre sensores próximos, para determinar los parámetros de movimiento.

Esta novedosa forma de proceder permite aumentar la precisión de la medida con independencia del tamaño y forma del objeto que lo atraviesa, si bien en lo que se refiere al cálculo de trayectorias es necesario el conocimiento de algunos criterios de la geometría del cuerpo (p.ej: si es esférico o no, no siendo necesario conocer el tamaño del objeto).

Está independencia del tamaño resulta especialmente diferenciadora si tenemos en cuenta que la gran mayoría de los sistemas de predicción de trayectorias basados en sensores se han desarrollado pensando en su uso para el golf, donde la relación radio del objeto-velocidad es muy pequeña.

Otra característica fundamental de la invención que la diferencia de sistemas conocidos, es su carácter modular. En este sentido el dispositivo objeto de la invención puede instalarse usando una o varias parrillas de sensores y receptores. Cuanto mayor sea el número de parrillas que incluya el sistema, mayor será la información obtenida del disparo y de la evolución de este. Como se sabe, en objetos esféricos (como un balón de fútbol) la aparición de turbulencias a lo largo del "vuelo" y el efecto de otros factores como viento, presión atmosférica, temperatura y demás factores, tienen un efecto sobre y durante el movimiento del objeto.

Los emisores y receptores se ubican dejando un espacio a través del cual deben hacerse pasar los objetos a medir, pudiéndose colocar dichos emisores y receptores en un número mayor o menor y a una distancia más o menos cercana en función del objeto y de la precisión que se desee obtener.

Los objetos pueden interferir en varios sensores próximos a la vez, y se almacenan los datos de inicio de interferencia, final de la misma y duración. El sistema a partir de los datos de interferencia de los sensores próximos reconstruye el movimiento del objeto en esa región del espacio y calcula matemáticamente los parámetros cinemáticos propios de esa evolución.

La invención permite obtener, en el caso de objetos de geometría conocida, parámetros cinemáticos, tales como velocidad, dirección, aceleración y espín (rotación sobre sí mismo), teniendo como una de sus principales aplicaciones su uso para un sistema de entrenamiento de deportes en los que intervenga un balón, pudiéndose emplear también en otro tipo de aplicaciones, como, por ejemplo, las propias del sector del entretenimiento (máquinas recreativas, ordenadores, consolas, etc.).

De este modo uno de los aspectos de la invención se refiere a un método para la medición de trayectorias, la velocidad, aceleración dirección y rotación de objetos de geometría conocida que comprende ubicar un grupo de sensores en una disposición espacial conocida y hacer pasar el objeto del que se desea medir su trayectoria por la proximidad de dichos sensores de modo que interfiera en los mismos, es decir de modo que dichos sensores puedan detectar la presencia de dicho objeto. Durante el desplazamiento del objeto se registra el tiempo transcurrido entre la activación del primero y del resto de los sensores interferidos, el desfase entre la activación de los distintos sensores y la secuencia de la activación de sensores.

En la presente invención, el término trayectoria se emplea incluyendo la velocidad del objeto, aceleración, rotación eje de rotación y giro del eje de rotación del objeto.

Los sensores pueden situarse de manera alineada y ubicados en un mismo plano, con objeto de simplificar el análisis matemático de los datos obtenidos. Alternativamente los sensores pueden situarse de manera no-afincada en más de un plano paralelo.

Cada sensor puede estar compuesto por un emisor y un receptor enfrentados, definiendo una región intermedia entre sí por la que se hace pasar transversalmente el objeto. También se pueden utilizar sensores compuestos por un emisor y en un receptor formando una misma unidad, en cuyo caso el sensor es capaz de medir la distancia al objeto cuando éste interfiere dicho sensor.

El método de la invención prevé la ubicación de al menos dos grupos de sensores en un mismo plano compartiendo su región intermedia, de modo que definen una malla de interferencia para el paso del objeto. Dicha malla de interferencia, debe entenderse como una malla imaginaría de las líneas de interferencia en las que cada respectivo sensor puede detectar la presencia de un objeto. Alternativamente en el método se puede generar al menos dos mallas de interferencia dispuestas de forma paralela entre sí, con objeto de poder calcular el spín del objeto y aumentar la precisión de la medida ya que se obtiene más información del desplazamiento del objeto.

Alternativamente, el spín y la aceleración del objeto se puede calcular con una sola malta, registrando los datos del instante de entrada en la mallar "instante de entrada y tiempos de desfase de activación entre sensores", y utilizar los datos de salida de la malla "instante de recuperación de la comunicación entro emisor y receptor de cada sensor y desfase entre sensores", como si fuesen los datos de una segunda malla.

La información obtenida de la interferencia de los sensores de cada malla existente, es enviada a medios electrónicos programables donde es registrada y procesada digitalmente, para obtener la velocidad, aceleración, dirección y rotación del objeto. El procesado digital incluye un análisis matemático de los datos obtenidos por los sensores y en el que se considera la ubicación de los mismos, y en el cual se plantea y se resuelve un sistema de ecuaciones de manera conocida por un experto en la materia. En el método se determinan los componentes de la trayectoria del objeto a partir de los datos obtenidos de los sensores, midiendo el instante y la coordenada X, Y, y Z del objeto en un mínimo de 4 puntos de la superficie del objeto, siempre y cuando dichos puntos no estén alineados entre sí.

La determinación de los parámetros de movimiento del objeto que atraviesa la malla se basa en el conocimiento previo de la geometría del objeto. Se debe disponer de un modelo matemático que describa la geometría del objeto del que se desee medir su trayectoria. De los datos de los tiempos de interferencia así como de las geometrías de la malla y del objeto se obtienen los datos necesarios para la obtención de los parámetros cinemáticos.

Usando los modelos del objeto y la malla de sensores se obtiene un modelo del movimiento del objeto dentro de (al atravesar) la malla, lo que se traduce en un sistema de ecuaciones que será tanto más complejo cómo lo sean los modelos de la malla y del objeto. Dicho sistema de ecuaciones se resuelve a partir de le lectura de la posición relativa de las interferencias, su secuencia, su tiempo, y la variación de dichas lecturas en una primera y una segunda malla. De ésta forma, conociendo los tiempos de interferencia con los sensores se puede conocer la velocidad del objeto resolviendo el sistema de ecuaciones.

La complejidad del modelo matemático que describe el movimiento del objeto dentro de la malla, genera un sistema de ecuaciones simultáneas en que se traduce dicho modelo, que pueden ser resueltos por procedimientos diversos. Entre ellos el uso de métodos numéricos iterativos de aproximación de la solución ha sido implementado y mostrado su eficacia. En general, es posible usar cualquier método numérico de aproximación iterativo capaz de resolver sistemas de ecuaciones simultáneas de grado mayor o igual que 2 (ésta restricción depende del modelo en cuestión), aunque es aconsejable que garantice la convergencia hacia la solución. Para objetos de geometría simple es suficiente el uso de métodos como el de punto fijo o Newton-Raphson.

Para la detección de los componentes principales es necesario el muestreo con una sola malla de interferencia, y se calcula el vector de velocidad y dirección. Los datos se pueden tomar de dos maneras, o bien se mide únicamente los instantes de entrada en la malla y los desfases de activación entre los sensores, o se mide los tiempos que se mantienen obturados los sensores.

Alternativamente se puede hacer pasar a la vez más de un objeto con geometría conocida, interfiriendo los sensores.

Otro aspecto de la invención se refiere a un dispositivo para la medición de trayectorias, la velocidad, aceleración, dirección y rotación de objetos de geometría conocida, que comprende al menos un grupo de sensores situados en puntos conocidos, donde cada sensor está compuesto por un emisor y un receptor enfrentados definiendo una región intermedia entre sí para el paso del objeto.

Preferentemente, tanto los emisores como los receptores de un mismo grupo de sensores se ubican en un mismo plano. Dos grupos de sensores se pueden disponer en un mismo plano compartiendo su región intermedia, de modo que definan una malla de interferencia para el paso transversal del objeto. Los emisores y los receptores de un mismo grupo de sensores están soportados por un bastidor fijo en el que se sitúan de forma enfrentada, pudiéndose disponer de más de un bastidor dispuestos de forma paralela entre sí.

La malla de interferencia puede tener cualquier configuración, ya sea ortogonal u oblicua, aunque es preferida una malla ortogonal por la sencillez de los cálculos posteriores. La malla permite conocer la evolución de cuatro puntos xyz conocidos del espacio o dicho de otro modo de la evolución de un "eclipse".

El dispositivo de la invención dispone de medios electrónicos programables que comprenden un módulo pie almacenamiento de la información relativa ala interferencia de los sensores, y un módulo de procesado para tratar la información grabada en el módulo de almacenamiento. Los sensores están conectados eléctricamente con dichos medios electrónicos programables, de modo que estos medios registran las señales eléctricas procedentes de dichos sensores.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1.- muestra una secuencia en perspectiva de un objeto esférico atravesando la malla de interferencia creada en un bastidor, la figura la justo antes de entrar en la malla, la figura 1b una vez iniciada su interferencia y la figura 1c cuando la mayor parte del objeto ya ha pasado por la malla.

La figura 2.- muestra la evolución de la interferencia de un objeto esférico sobre una malla en instantes consecutivos. La figura 2a en una vista en perspectiva y la figura 2b en una vista en planta.

La figura 3.- muestra en alzado frontal, en la figura 3a un bastidor hexagonal con una malla de interferencia ortogonal, y en la figura 3b un bastidor cuadrado con una malla de interferencia oblicua.

La figura 4.- muestra una esquemáticamente los bloques que componen el dispositivo de la invención.

La figura 5.- muestra un organigrama de la operativa de la invención.

La figura 6.- muestra una representación esquemática de una aplicación práctica de la invención en un equipo de entrenamiento de disparo de un balón de fútbol.

La figura 7.- muestra una representación similar a la de la figura anterior pero aplicada al entrenamiento del baloncesto, y en el que los bastidores no están dispuestos a la misma altura.

Realización preferente de la invención

En la figura 1 puede observarse la secuencia de paso de un objeto de geometría conocida (1), en este caso una esfera, a través de una malla de interferencia (3) ortogonal creada en un bastidor (2). Se puede apreciar en esta figura que la malla de interferencia (3) está formada por un entramado de líneas imaginarias representativas de las líneas que unen un emisor con un correspondiente receptor, pertenecientes a un mismo sensor.

La figura 3a muestra un bastidor (2) hexagonal en el que se forma una malla de interferencia (3) ortogonal que cubre todo el área interna delimitada por el bastidor (2). El bastidor (2) de a figura 3b representa un bastidor (2) de cuatro lados y una mafia {3) oblicua. Cada una de las líneas que forma parte de la malla de interferencia (3) corresponde a un sensor y va desde el emisor al receptor asociado. Se puede apreciar como los sensores se disponen en un mismo plano, el correspondiente al bastidor y como los emisores y receptores se encuentran alineados. El experto en la materia entenderá que cualquier otra forma de bastidor puede ser posible dentro de la presente invención, como por ejemplo cualquier forma poligonal, formas circulares o elípticas, incluso cuerpos tubulares en los que los sensores se dispongan en diversos puntos del mismo y en diversos planos tangenciales a dicho cuerpo tubular.

Lógicamente, las medidas del bastidor (2) así como la separación entre memores son conocidas. En concreto en esta realización preferente, cuando el objeto (1) es una esfera, la separación entre sensores de un mismo grupo es de 1/5 del diámetro de la esfera. Cuando el objeto es un elipsoide, la separación entre sensores de un mismo grupo es de 1/5 del diámetro menor del objeto.

El diagrama de la figura 4 representa los módulos que componen el dispositivo de la invención, que está constituido por un grupo de sensores (4) compuestos por una serie de emisores (9) y unos receptores (10) donen una región de interferencia (11) entre sí. Puede apreciarse en el bloque 4 como cada emisor (representado por una flecha) queda enfrentado con su correspondiente receptor (representado por un rectángulo). Disponiendo al menos dos grupos de sensores como el representado en el bloque 4 en un mismo plano, y haciendo que sus regiones de interferencia (11) coincidan, se genera una malla de interferencia (3).

El dispositivo comprende además un módulo de almacenamiento (5) de la información obtenida por los emisores, un módulo de procesado (6) de la información almacenada, un interfaz de usuario (7), y diversos accesorios (8) como puede ser una cámara digital, alarmas visuales o sonoras (no representados) etc. Los módulos (5-6) pueden implementarse mediante cualquier tipo de medio electrónico programable (12), como por ejemplo un FPGA o un ordenador personal PC. La interfaz de usuario (7) puede ser por ejemplo una pantalla de un ordenador en la que se presenta los resultados obtenidos del lanzamiento y/o la grabación de la cámara de vídeo destinada a captar el movimiento del jugador durante el lanzamiento.

La FPGA (dispositivo hardware reprogramable de dimensiones reducidas) se programa, bien para recoger los datos de los sensores, resolver el sistema de ecuaciones que modela el movimiento del objeto en la malla y enviar los resultados a un PC o bien, simplemente, para recoger los datos de los sensores y enviarlos al PC dejando en manos de éste la tarea de resolución del sistema de ecuaciones.

En la figura 5 se muestra el proceso de operación de la invención, que se inicia con el lanzamiento (16) del objeto (1), y su interferencia (17) en la primera malla de sensores. Las fases secuenciales que a su vez componen este bloque 17 son las siguientes:

17.1.- interferencia con el primer sensor, puesta en marcha del reloj e identificación del primer sensor.

17.2.- interferencia con el segundo sensor, y almacenamiento del tiempo desde la obturación del primero y la identificación del sensor.

17.3.- interferencia con el tercer sensor, y almacenamiento del tiempo desde la obtuación del primero, e identificación del sensor.

17.4.- interferencia con el cuarto sensor y almacenamiento del tiempo desde la obtuación del primero y la identificación del sensor.

17.5.- repetir el proceso hasta el último sensor.

Posteriormente a este registro de datos procedentes de los sensores, se realiza un almacenamiento (18) de la matriz de coordenadas y tiempos en una memoria temporal. A continuación se procesa y calcula (19) los componentes de dirección y velocidad del objeto (1). El proceso comprueba en el bloque (20) si existen más mallas de sensores, y en caso afirmativo repite las fases descritas para el bloque (17) para cada malla existente. Para cada malla se procesa y calcula (22) los componentes de dirección y velocidad del objeto. Finalmente en función de si el dispositivo dispone de un sistema de grabación de vídeo, bloque (23), se presenta solamente el resultado de la medición en el bloque (24), o se muestra el resultado de la medición y vídeo del lanzamiento en el bloque (25).

El objeto (1) al atravesar una malla (3) de sensores, y a medida que atraviesa la malla, va "obturándolos". Cuando un objeto (supongamos una esfera) tapa el primer sensor, este marca el instante T0xy. A medida que la esfera va entrando en la malla, va obturando más sensores, midiéndose el instante en eh que se van obturando. Cuando la esfera esta en la "fase de salida de la malla" los sensores, de nuevo, van volviéndose a activar, hasta que, finalmente, cuando ha acabado de atravesar la malla, todos han recuperado su comunicación. La medición de los tiempos de "oscuridad de cada uno de ellos" así como del desfase (es decir el retraso en el instante de obturación de unos con respecto a otros), es, la información que se procesa para averiguar la velocidad y ángulo de entrada y salida. Dado que se debe de conocer "a priori" la geometría del objeto que estamos midiendo, las diferencias de tiempo permiten calcular el vector velocidad del objeto.

La instalación de una segunda malla, paralela a la anterior y cercana a esta, permite realizar una segunda lectura del vector velocidad, a partir de la cual, se obtiene, mediante aproximaciones matemáticas el SPIN o velocidad de giro del objeto.

Además, en el sistema propuesto el objeto obtura, y debe obturar, varios sensores al atravesar la malla, obteniendo información útil desde que el objeto intersecta el primer sensor, hasta que atraviesa completamente la malla. El numero de sensores y su separación son proporcionales al tamaño del objeto que se desee medir, debiendo diseñarse de manera que el objeto a medir interfiera un mínimo de 2 sensores(no obstante, el sistema se debe fabricar de manera que el objeto a medir interfiera 4 o 5 sensores, por tanto la separación de los sensores es el valor del Diámetro/5, o, en el caso de objetos como un balón de rugby el Diámetro Menor/5).

A partir de la información de la localización de los sectores intersectados, así como de los "tiempos de oscuridad", mediante un complejo sistema de ecuaciones, el sistema es capaz de obtener los parámetros cinemáticos del objeto. Por tanto, no resulta necesario ese sensor inicial en el punto de lanzamiento, utilizado por otros sistemas.

El modelo matemático para el caso particular de un objeto esférico, plantea un sistema de ecuaciones por cada vector de sensores de la malla. Una vez resueltos esos sistemas, se acoplan los valores obtenidos de modo que se obtiene la posición del objeto al atravesar la malla, así como su vector velocidad.

La trayectoria de la esfera al atravesar la malla esta completamente definida con el modelo siguiente:

X_{0}{}^{2} + D^{2} = r^{2}

X_{1}{}^{2} + [H(n_{1} - n_{0}) + D + \Delta y_{01}]{}^{2} = r^{2}

X_{2}{}^{2} + [H(n_{2} - n_{0}) + D + \Delta y_{02}]{}^{2} = r^{2}

X_{3}{}^{2} + [H(n_{3} - n_{0}) + D + \Delta y_{03}]{}^{2} = r^{2}

X_{4}{}^{2} + [H(n_{4} - n_{0}) + D + \Delta y_{04}]{}^{2} = r^{2}

...

Donde:

-: "X_{n}" es la mínima distancia entre el centro del objeto esférico y el plano de la malla (plano vertical que incluye a todos los sensores de una misma malla), en el momento que el objeto activa el sensor Nn, siendo n el orden de interferencia menos 1 (n=0 para el primer sensor interferido, n=1 para el segundo sensor interferido etc).

-: "D" representa la distancia entre el centro del objeto esférico y un plano perpendicular a la malla que contiene al haz del primer sensor cortado por el objeto.

-: "H" es la distancia entre los sensores.

-: "n_{n}" es el número del sensor que es activado, siendo n el orden de activación menos 1 (n=0 para el primer sensor interferido, n=1 para el segundo sensor interferido etc.). Los sensores se numeran correlativamente. Si el primer sensor activado es el siete: N0=7. Si el segundo es el 10 N1=10 etc.

-: "r" es el radio de la esfera

-: "\Deltay_{nm}" es el desplazamiento del centro de la esfera en el eje y, en el tiempo transcurrido entre el instante que el objeto intersectó el sensor "n" y el instante en que el objeto intersectó el sensor m.

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Escribiendo el modelo en función de las velocidades tenemos:

V_{x}\Delta t_{01} = \sqrt{r^{2} - [H(n_{1} - n_{0}) + D + V_{y}\Delta t_{01}]^{2}} - \sqrt{r^{2} - D^{2}}

V_{x}\Delta t_{02} = \sqrt{r^{2} - [H(n_{2} - n_{0}) + D + V_{y}\Delta t_{02}]^{2}} - \sqrt{r^{2} - D^{2}}

V_{x}\Delta t_{03} = \sqrt{r^{2} - [H(n_{3} - n_{0}) + D + V_{y}\Delta t_{03}]^{2}} - \sqrt{r^{2} - D^{2}}

V_{x}\Delta t_{04} = \sqrt{r^{2} - [H(n_{4} - n_{0}) + D + V_{y}\Delta t_{04}]^{2}} - \sqrt{r^{2} - D^{2}}

...

Como las incógnitas son cuatro (V_{x}, V_{y}, D y r), hace falta que el objeto esférico active, al menos, cinco sensor lo que se consigue si el diámetro del objeto es mayor a 5H. En el caso de que el radio del objeto sea conocido, solo haría falta que el objeto intersectara cuatro sensores (diámetro del objeto mayor a 4\cdotH).

Si tenemos en cuenta que también se pueden obtener ecuaciones de salida, podríamos reducir el número de sensores necesarios.

Para calcular el espín hace falta una segunda malla situada a una cierta distancia de la primera, obteniéndose el espín a partir de las posiciones y los vectores de velocidad asociados a la primera y a la segunda malla.

En las figuras 6 y 7 se aprecia como se puede disponer de dos o más bastidores (2) situados de forma paralela, es decir se puede disponer de diversas mallas de interferencia (3) situadas de forma paralela, bien con el centro de cada bastidor (2) a la misma altura como el caso de la figura 6 o a distintas alturas como el caso de la figura 7. En la figura 6 se ha representado una portería de fútbol (13) y en la figura 7 se ha representado una canasta de baloncesto (14). Un jugador (15) en movimiento ha sido representado en ambas figuras.

El objeto (1) puede consistir en cualquier cuerpo con simetría de revolución. Algunos ejemplos de objeto (1) que se pueden emplear en la presente invención son: un balón de fútbol, un balón de rugby, un balón de baloncesto, un balón de balonmano, un balón de voleibol, una pelota de tenis, una pelota de críquet, una pelota de beisbol, una pelota de golf, un proyectil, un martillo, una jabalina, o una esfera de cualquier material y acabado superficial.

Alternativamente se podría hacer pasar más de un objeto (1) a la vez a través de la malla de interferencia.

En túneles de viento, la utilización de mallas de interferencia puede ser utilizada, tanto para detectar velocidades de objetos arrastrados por el viento; o vibraciones de objetos fijados. El uso de mallas de interferencia, en uno o varios anillos, mediante el lanzamiento de objetos como "esferas de corcho" permitirían la realización de mediciones indirectas de efectos aerodinámicos o hidrodinámicos. Por lo tanto, en una realización preferente, el dispositivo puede formar parte de un túnel de viento, en cuyo caso el objeto (1) es un vehículo, tal y como un avión del que se puede detectar sus vibraciones cuando está sometido a una corriente de viento.

En el caso de aplicaciones a balística, dado que se trata de objetos de geometría conocida, el sistema puede tener aplicaciones directas en la medición de trayectorias de objetos sin necesidad de que exista contacto, por ejemplo velocidades de disparo de cualquier proyectil.

También, su utilización en canales o en pasillos podría permitir el conteo de elementos móviles, personas, diferentes tipos de animales como pollos, peces etc.

El dispositivo puede utilizar cualquier tipo de sensor que detecte presencia o ausencia de una interferencia, pudiendo incluso realizarse el desarrollo con sistemas digitales de visión. Preferentemente se emplean sensores ópticos. La velocidad de respuesta de los sensores afecta directamente a la precisión. Cuanto más veloz es el objeto que se desee detectar o medir, más rápidos deben ser los sensores de interferencia o la velocidad de adquisición de imágenes (si se realiza con un sistema de visión).

El dispositivo de la invención es un equipo portátil y modular, valido para interiores y exteriores y que puede obtener la información a partir de una sola malla, dos mallas o más de dos mallas, con la salvedad de que el espin, o velocidad de giro, exige una lectura de un mínimo de dos mallas.

A la vista de esta descripción y juego de figuras, el experto en la materia podrá entender que las realizaciones de la invención que se han descrito pueden ser combinadas de múltiples maneras dentro del objeto de la invención. La invención ha sido descrita según algunas realizaciones preferentes de la misma, pero para el experto en la materia resultará evidente que múltiples variaciones pueden ser introducidas en dichas realizaciones preferentes sin salir del objeto de la invención reivindicada.

Claims

1. Método para la medición de parámetros cinemáticos de objetos de geometría conocida, caracterizado porque comprende ubicar al menos un grupo de sensores en una disposición conocida y hacer pasar el objeto del que se desea medir su trayectoria por la proximidad de dichos sensores de modo que interfiera en los mismos, registrándose el tiempo transcurrido entre la activación y desactivación de cada sensor interferido, la duración de la activación de los distintos sensores y la secuencia de la activación de sensores, y porque la información obtenida de la interferencia de los sensores de cada grupo de sensores, se registra en medios electrónicos programables donde es procesada digitalmente para obtener por un método de calculo matemático al menos un parámetro cinemático seleccionado entre: velocidad, aceleración, dirección y rotación del objeto.

2. Método según la reivindicación 1 caracterizado porque los sensores se sitúan de manera alineada y ubicados en un mismo plano.

3. Método según la reivindicación 1 o 2 caracterizado porque se hace interferir el objeto en al menos cuatro sensores a la vez.

4. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque se determinan las componentes de la trayectoria de un objeto de geometría conocida, a partir de los datos obtenidos por un conjunto de sensores que miden el instante y la coordenada X, Y, y Z del objeto en un mínimo de 4 puntos de la superficie del objeto, siempre y cuando dichos puntos no estén alineados entre sí.

5. Método según la reivindicación 1 o 4 caracterizado porque el objeto es un cuerpo con simetría de revolución.

6. Método según la reivindicación 1, o 5 caracterizado porque el objeto es esférico y su trayectoria al atravesar un grupo de sensores se determina mediante el siguiente modelo matemático:

X_{0}{}^{2} + D^{2} = r^{2}

X_{1}{}^{2} + [H(n_{1} - n_{0}) + D + \Delta y_{01}]{}^{2} = r^{2}

X_{2}{}^{2} + [H(n_{2} - n_{0}) + D + \Delta y_{02}]{}^{2} = r^{2}

X_{3}{}^{2} + [H(n_{3} - n_{0}) + D + \Delta y_{03}]{}^{2} = r^{2}

X_{4}{}^{2} + [H(n_{4} - n_{0}) + D + \Delta y_{04}]{}^{2} = r^{2}

...

Donde:

-: "H" es la distancia entre los sensores.

-: "r" es el radio de la esfera

7. Método según la reivindicación 6 caracterizado porque el modelo matemático se resuelve mediante un método numérico de aproximación iterativo.

8. Método según la reivindicación 7 caracterizado porque el método es el método de Newton-Paphson.

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9. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque cada sensor está compuesto por un emisor y un receptor y porque dicho emisor y receptor se sitúan enfrentados y definiendo una región intermedia entre sí, y porque el objeto se hace pasar transversalmente por dicha región intermedia.

10. Método según la reivindicación 9 caracterizado porque se ubica al menos dos grupos de sensores en un mismo plano compartiendo su región intermedia, de modo que definen al menos una malla de interferencia para el paso del objeto.

11. Método según la reivindicación 10 caracterizado porque se generan al menos dos mallas de interferencia dispuestas de forma paralela entre sí.

12. Método según la reivindicación 10 o 11 caracterizado porque se genera al menos una malla de interferencia ortogonal.

13. Método según la reivindicación 11 o 12 caracterizado porque se genera al menos una malla de interferencia oblicua.

14. Método según la reivindicación 1 caracterizado porque el resultado de dicho proceso digital, es enviado a un medio de presentación gráfica.

15. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el objeto se selecciona entre, un balón de fútbol, un balón de baloncesto, un balón de balonmano, un balón de voleibol, una pelota de tenis, una pelota de críquet, una pelota de beisbol, una pelota de golf.

16. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque se hace pasar más de un objeto a la vez interfiriendo los sensores.

17. Dispositivo para la medición de parámetros cinemáticos de objetos de geometría conocida, caracterizado porque comprende al menos un grupo de sensores situados en puntos conocidos, donde cada sensor está compuesto por un emisor y un receptor, los cuales están enfrentados definiendo una región intermedia entre sí para el paso del objeto, y porque el dispositivo además dispone de medios electrónicos programables que comprenden un módulo de almacenamiento de la información relativa a la interferencia de los sensores, y un módulo de procesado para tratar la información grabada en el módulo de almacenamiento, y porque los sensores están conectados eléctricamente con dichos medios electrónicos programables de modo que estos medios pueden registrar las señales eléctricas procedentes de dichos sensores.

18. Dispositivo según la reivindicación 17 caracterizado porque tanto los emisores como los receptores de un mismo grupo de sensores se ubican en un mismo plano.

19. Dispositivo según las reivindicaciones 17 o 18 caracterizado porque comprende al menos dos grupos de sensores en un mismo plano compartiendo su región intermedia, de modo que definen una malla de interferencia para el paso transversal del objeto.

20. Dispositivo según la reivindicación 19 caracterizado porque la malla de interferencia es ortogonal.

21. Dispositivo según la reivindicación 19 caracterizado porque la malla de interferencia es oblicua.

22. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 21 caracterizado porque comprende un bastidor y porque los emisores y los receptores de un mismo grupo de sensores están soportados por dicho bastidor en el que se sitúan de forma enfrentada.

23. Dispositivo según la reivindicación 22 caracterizado porque la forma del bastidor es poligonal, o circular, o elíptica.

24. Dispositivo según la reivindicación 22 caracterizado porque el bastidor dispone de al menos dos pares de lados paralelos y porque los emisores y receptores de un mismo grupo de sensores se disponen en uno de los pares de dichos al menos dos pares de lados paralelos.

25. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 24 caracterizado porque comprende al menos dos bastidores y dispuestos de forma paralela entre sí.

26. Dispositivo según la reivindicación 25 caracterizado porque los bastidores tienen la misma forma y tamaño y porque los centros geométricos de cada bastidor se encuentran a la misma altura.

27. Dispositivo según la reivindicación 25 caracterizado porque los bastidores tienen la misma forma y tamaño y porque los centros geométricos de cada bastidor se encuentran a distinta altura.

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28. Dispositivo según la reivindicación 17 caracterizado porque comprende un bastidor de forma tubular y porque los emisores y los receptores de un mismo grupo de sensores están soportados por dicho bastidor en el que se sitúan de forma enfrentada entre sí, y porque los sensores se disponen en más de un plano ortogonal al bastidor.

29. Dispositivo según la reivindicación 17 caracterizado porque forma parte de un equipo de entrenamiento de lanzamiento de un balón por parte de un jugador, y porque dispone de al menos una cámara de vídeo para captar el movimiento del jugador al lanzar el balón.

30. Dispositivo según la reivindicación 17 caracterizado porque forma parte de un túnel de viento y porque el objeto es un vehículo.

31. Dispositivo según la reivindicación 29 caracterizado porque dispone de al menos un inferfaz de usuario para la presentación de los resultados obtenidos del módulo de procesado, y de la grabación captada por la cámara de vídeo.

32. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 31 caracterizado porque los sensores son sensores ópticos.

33. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 32 caracterizado porque el objeto es un cuerpo con simetría de revolución.

34. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 28 caracterizado porque el objeto se selecciona entre un balón de fútbol, un balón de rugby, un balón de baloncesto, un balón de balonmano, un balón de voleibol, una pelota de tenis, una pelota de críquet, una pelota de beisbol, una pelota de golf, un proyectil, un martillo, una jabalina.

35. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 34 caracterizado porque cuando el objeto es una esfera, la separación entre sensores de un mismo grupo es de 1/5 del diámetro de la esfera.

36. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 34 caracterizado porque cuando el objeto es un elipsoide, la separación entre sensores de un mismo grupo es de 1/5 del diámetro menor del objeto.