KR100507430B1

KR100507430B1 - 골프타구분석시스템

Info

Publication number: KR100507430B1
Application number: KR10-2002-0047066A
Authority: KR
Inventors: 최성열
Original assignee: 최성열
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2005-08-09
Also published as: KR20020070233A

Abstract

실내 골프연습장 등에서, 이용자가 타구한 골프공의 속도, 수평각, 수직각, 비거리, 탄도, 편향거리, 타구충실도, 스핀데이터, 스윙궤도, 타구음 분석 등을 정확히 실시간 분석 제공해 주는 골프타구분석시스템을 제공한다.

공이 타격되는 대략 수평인 타석과, 공이 충돌되는 대략 수직인 타깃(target)이, 미리 정해진 수평거리만큼 이격하여 설치되고, 상기 타석에서의 타격위치와 시각과, 상기 타깃에서의 충돌위치와 시각을 각각 구하여, 이로부터 물리이론에 기하여 공의 초속도, 수평각, 수직각을 연산하고, 이로부터 공의 최대높이, 비거리 등의 비적(飛跡) 파라미터를 산출하여, 이를 출력부에 출력하는 제어부를 가지는 골프타구분석시스템에 있어서, 상기 타석 및 타깃은 각각 적어도 3개의 수음부(受音部)를 가지고, 상기 제어부는, 임의의 3개의 상기 타석측 수음부를 타석측 제1 세트로 선정하여, 이들 각 수음부에 입력된 공과 클럽의 타격음의 입력시각에 기하여, 공의 타격위치 및 타격시각을 산출하고, 임의의 3개의 상기 타깃측 수음부를 타깃측 제1 세트로 선정하여, 이들 각 수음부에 입력된 공과 타깃의 충돌음의 입력시각에 기하여, 공의 충돌위치 및 충돌시각을 산출한 후, 상기 타격위치와 충돌위치에 기하여 수평각 및 수직각을 구하고, 상기 타격시각과 충돌시각에 기하여 초속도를 구하는 것을 특징으로 하는 골프타구분석시스템이 제공된다.

자유로운 타격위치 선정, 스윙궤도 분석, 미스샷 분석 및 어드바이스, 타석이탈된 샷 여부 판정, 옆 타석으로부터의 소음/간섭음 배제 기능을 가진다.

Description

골프타구분석시스템 {Golf shot analyzing system}

본 발명은 골프타구분석시스템에 관한 것으로서, 보다 상세히는, 자유로운 타격위치 선정, 스윙궤도 분석, 미스샷 분석 및 어드바이스, 타석이탈된 샷 여부 판정, 옆 타석으로부터의 소음/간섭음 배제 기능을 가지는 골프타구분석시스템에 관한 것이다.일반적으로, 골프가 대중 스포츠로 자리매김하여 감에 따라서, 골프를 시작하는 초심자나 필드에 나가기 전의 숙련자들이 골프연습을 위하여 쉽게 이용하는 곳이 실내골프연습장이다. 그러나 실내골프연습장은 타석과 타깃 사이의 거리가 짧고, 장소가 협소하여, 이용자가 본인의 타구분석 데이타를 확인하기 매우 어렵다. 따라서 이용자들은 경제적 및 시간적 부담을 가지면서도, 타석과 타깃 사이의 거리가 비교적 넉넉한 실외골프연습장을 찾는 것이 현실이다. 따라서 실내골프연습장에 있어서의 골프타구를 제대로 정확하게 분석할 수 있는 시스템의 개발이 필요하다. 또한 실외골프연습장이라 하더라도, 타구의 스핀에 대한 정보, 클럽의 스윙궤적 등에 대한 분석정보의 제공이 필요하다. 또한 옆 타석과의 음의 간섭을 배제하는 기술이 필요하다.일반적으로 종래의 골프타구분석기술로서는, 첫째로, 적외선 광센서를 타석의 매트에 어레이 배열하여, 클럽헤드의 운동속도에 따른 빛의 차단신호를 통하여, 타구데이터(속도, 비거리, 방향)를 분석하는 방법이 주로 사용되었다(대한민국 특허제0129095호, 대한민국 특허 제0126443호). 둘째로, 레이저센서를 공의 진행방향의 수평 수직으로 송수신부를 배열하여(일명 커튼센서), 공의 비행에 따른 센서의 단락으로부터 타구분석을 하여, 속도, 비거리, 방향을 측정하는 기술(대한민국 실용신안 제20-0261712호)이 주로 사용되었다.그런데 상기 첫째 방식은, 클럽헤드의 임팩트시의 각도를 측정할 수는 있으나, 수직방향의 클럽 각도를 측정할 수 없으므로, 클럽 페이스가 엎어지거나 누운 형태에 대한 측정에 한계가 있고, 게다가 다양한 형태의 클럽이 제작되면서, 오류가 증가할 가능성이 있다. 또한, 실제 공의 비행속도를 측정하는 것이 아니고, 클럽의 속도에 의한 간접측정 방식이므로, 정확도가 떨어지고, 공의 타격위치를 조금만 움직이면 오차가 크게 유발된다. 더군다나 기계적 충격이 빈번히 가해지는 매트에, 다수의 광 센서를 배열하므로, 기계적인 안정성이 크게 떨어진다. 둘째 방식은, 직접 공의 비행속도 및 방향을 측정하는 장점이 있으나, 정확한 측정을 위하여 수평 수직으로 매우 고가의 수많은 레이저 센서를 배열하므로, 경제적인 부담이 큰 시스템이고, 공의 비행궤도 근처에 센서가 배치되어 실용성에 생기는 문제점 및 골프공의 스핀에 의한 궤도 측정이 이루어지지 않는 한계점이 있다.또한, 두 방식 모두 임팩트시에 정확한 스위트 스팟에 맞았을 경우에 대한 판정이나, 토우나 힐에 맞았을 경우에 있어서 뒷땅, 탑볼 등의 샷 타구음을 분석하는 기능이 없으므로, 이용자가 실제 활용하는 데는 역시 한계점이 있는 기술이다.골프 연습자에게 필요한 기능으로서는, 상기 언급한 타구분석 이외에도 스윙궤도 분석, 템포, 체중이동 등 많은 부분이 종합적으로 요구되는 것이 현실이지만, 이 모든 것 중에서 결과적으로는, 연습자의 타구 후의 그 타구에 대한 정확한 분석이 가장 필요하며, 더욱이 연습자가 인식하는 이상의 정확한 측정과 분석 기술이 필요하다. 그러나, 상기 종래기술에 있어서는, 이러한 정확한 타구분석이 이루어질 수가 없을 뿐만 아니라, 스윙궤도 분석, 스핀데이터 분석 기능도 제공되지 못하고 있는 문제점이 있었다.

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본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 아래와 같은 발명의 목적을 이루기 위한 기술적 과제를 가진다.본 발명의 제1 목적은, 골프 연습장의 기존 시설물의 변경 없이, 타석과 타깃에 마이크로폰 수음기를 부착하여 종합적인 타구분석시스템을 구현하는 것이다. 이에 따라서, 골프공의 비행에 따른 속도, 비거리, 방향, 타구 형태 등을 연습자에게 매샷마다 제공하여 줄 수 있는 시스템을 제공하고자 하는 것이다.본 발명의 제2 목적은, 타석에서 타구음 인식 방식에 의한 타구음 분석에 의하여, 정확한 타구위치 및 형태를 분석하는 시스템을 제공하고자 하는 것이다.본 발명의 제3 목적은, 타석에서 연습자가 타석매트 내에 어떠한 위치에 공을 놓고 타구를 하여도, 정확한 볼의 출발위치 정보를 얻어서, 타구분석의 오류를 최소화하는 시스템을 제공하고자 하는 것이다.본 발명의 제4 목적은, 타구분석이 실시간으로 이루어지고, 필요한 결과데이타를 실시간으로 쉽게 연습자가 인식할 수 있는 사용자 인터페이스를 구현하는 시스템을 제공하고자 하는 것이다.본 발명의 제5 목적은, 타깃에서 골프공의 낙하위치를 구하여, 스핀데이타를 확률 함수에 의하여 구현하는 시스템을 제공하고자 하는 것이다.본 발명의 제6 목적은, 복수개의 타석이 공존하는 멀티 사용자 환경에 적응 가능한 시스템 구현을 위하여, 멀티드롭방식 PC 통신(Rs-422) 통신방식을 이용하고, 다른 타석의 잡음, 간섭음, 반향음 등의 환경을 극복할 수 있는 제어기술을 구현하는 시스템을 제공하고자 하는 것이다.본 발명의 제7 목적은, 연습자에게 각종 타구 데이터를 통계자료화하여 제공하고, 연습자에게 다양한 출력 양식을 제공하는 시스템을 제공하고자 하는 것이다. 이를 위해 PC 프로그램으로 연습자 및 타구 데이타를 DB 관리하고, 웹을 통한 종합관리가 가능한 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

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상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 골프타구분석시스템은, 공이 타격되는 대략 수평인 타석과, 공이 충돌되는 대략 수직인 타깃(target)이, 미리 정해진 수평거리만큼 이격하여 설치되고, 상기 타석에서의 타격위치와 시각과, 상기 타깃에서의 충돌위치와 시각을 각각 구하여, 이로부터 물리이론에 기하여 공의 초속도, 수평각, 수직각을 연산하고, 이로부터 공의 최대높이, 비거리 등의 비적(飛跡) 파라미터를 산출하여, 이를 출력부에 출력하는 제어부를 가지는 골프타구분석시스템에 있어서, 상기 타석 및 타깃은 각각 적어도 3개의 수음부(受音部)를 가지고, 상기 제어부는, 임의의 3개의 상기 타석측 수음부를 타석측 제1 세트로 선정하여, 이들 각 수음부에 입력된 공과 클럽의 타격음의 입력시각에 기하여, 공의 타격위치 및 타격시각을 산출하고, 임의의 3개의 상기 타깃측 수음부를 타깃측 제1 세트로 선정하여, 이들 각 수음부에 입력된 공과 타깃의 충돌음의 입력시각에 기하여, 공의 충돌위치 및 충돌시각을 산출한 후, 상기 타격위치와 충돌위치에 기하여 수평각 및 수직각을 구하고, 상기 타격시각과 충돌시각에 기하여 초속도를 구하는 것을 특징으로 하는 골프타구분석시스템이다.또한, 청구항 1에 있어서, 상기 타석은 4개 이상의 수음부를 가지고, 상기 제어부는, 상기 타석측 제1 세트로서 선정되지 않은 수음기 중의 어느 하나 이상을 포함하는, 임의의 3개의 상기 타석측 수음기를 타석측 제2 세트로 선정하여, 이들 각 수음부에 입력된 공과 클럽의 타격음의 입력시각에 기하여, 공의 타격위치 및 타격시각을 더욱 산출하고, 상기 제1 세트로부터 산출된 타격위치 및 타격시각을, 상기 제2 세트로부터 산출된 타격위치 및 타격시각에 의하여 정정하는 것을 특징으로 하는 골프타구분석시스템이다.또한, 청구항 1에 있어서, 상기 타깃은 4개 이상의 수음부를 가지고, 상기 제어부는, 상기 타깃측 제1 세트로서 선정되지 않은 수음기 중의 어느 하나 이상을 포함하는, 임의의 3개의 상기 타깃측 수음기를 타깃측 제2 세트로 선정하여, 이들 각 수음부에 입력된 공과 타깃의 충돌음의 입력시각에 기하여, 공의 충돌위치 및 충돌시각을 더욱 산출하고, 상기 제1 세트로부터 산출된 충돌위치 및 충돌시각을, 상기 제2 세트로부터 산출된 충돌위치 및 충돌시각에 의하여 정정하는 것을 특징으로 하는 골프타구분석시스템이다.또한, 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 제어부는, 상기 각 위치 및 각 시각의 정정을 위하여, 각 위치의 평균 및 각 시각에 대하여 평균을 연산함을 특징으로 하는 골프타구분석시스템이다.또한, 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 산출된 타격위치가, 그 타석에 설치된 수음기에 의하여 구획되는 영역 내측인지의 여부를 판단함을 특징으로 하는 골프타구분석시스템이다.또한, 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 수음기는, 더욱이 클럽 스윙시의 파공음을 입력받고, 상기 제어부는, 상기 각 수음기에 입력되는 클럽 스윙시의 파공음에 기하여, 클럽의 스윙궤적을 산출함을 특징으로 하는 골프타구분석시스템이다.또한, 청구항 6에 있어서, 상기 제어부는, 클럽의 스윙궤적을, 공의 타격 전의 파공음과, 공의 타격 후의 파공음의 음량에 기하여 ,상기 타격위치로부터의 각 수음기까지의 거리를 보상 연산하여 산출하며, 스윙궤적을 인투인, 인투아웃, 아웃투인, 아웃투아웃으로 판별함을 특징으로 하는 골프타구분석시스템이다.또한, 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서, 클럽별 정상 타구음과 미스샷 타구음에 대한 표준 특성 패턴 데이터 프로파일이 미리 저장되어 있는 저장장치를 더욱 구비하고, 상기 제어부는, 상기 각 수음기로부터 입력된 타구음을 실시간 주파수 스펙트럼 분석하여, 파워 스펙트럼을 구하여, 상기 미리 저장되어 있는 프로파일과 비교함으로써, 타구의 충실도 및 미스샷 종류를 산출함을 특징으로 하는 골프타구분석시스템이다.또한, 청구항 8에 있어서, 저장장치에 저장될 상기 미스샷 타구음에 대한 표준 특성 패턴 데이터 프로파일은 적어도 미스샷의 유형으로서 뒷땅, 탑볼, 쌩크를 포함하며, 상기 프로파일에 저장된 미스샷 종류에 따른 타구시의 어드바이스 데이터가 미리 저정되어 있는 저장장치를 더욱 구비하고, 상기 제어부는, 상기 산출된 미스샷 종류에 따라서, 상기 저장장치로부터 대응되는 어드바이스 데이터를 가져와서 출력함을 특징으로 하는 골프타구분석시스템이다.또한, 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 타깃은 진동센서를 더욱 구비하며, 상기 제어부는, 간섭음 및 잡음에 의한 오류발생 확률을 감소시키기 위하여, 상기 진동센서에 입력된 공과 타깃의 충돌진동의 입력시각에 기하여, 이를 종점으로 하여, 미리 설정된 시간 이전의 타석측 수음기의 입력만을 유효로 함을 특징으로 하는 골프타구분석시스템이다.또한, 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는, 간섭음 및 잡음에 의한 오류발생 확률을 감소시키기 위하여, 상기 타석에서의 타격시각 이후 미리 설정된 시간 이내의 상기 타깃에서의 충돌시각만을 유효로 함을 특징으로 하는 골프타구분석시스템이다.또한, 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 비적 파라미터에는, 공이 회전하는 방향을 나타내는 스핀방향 및 공이 회전하는 정도를 나타내는 스핀량이 포함됨을 특징으로 하는 골프타구분석시스템이다.또한, 청구항 12에 있어서, 상기 타석과 타깃 사이 공간의 타깃측 부근에는, 공의 충돌시에 큰 충돌음을 일으키는 재질로 구성되는 바닥면이 미리 설정된 높이로 대략 수평하게 구비되고, 상기 타깃은, 충돌한 공이 상기 타깃으로부터 반발될 때에 상기 바닥면 상에 낙하할 정도의 충격흡수계수를 가지는 재질로 이루어지고, 상기 제어부는, 상기 타깃의 적어도 2개의 수음기에 입력되는 공과 상기 바닥면의 충돌음의 입력시각에 기하여 공의 바닥면에 대한 낙하위치를 산출하고, 이 낙하위치와 공의 상기 타깃에 대한 충돌위치에 기하여, 상기 공의 스핀방향과 스핀량을 추산하는 것을 특징으로 하는 골프타구분석시스템이다.또한, 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는, 타석에서의 클럽별 타구음 및 타깃에서의 클럽별 충돌음에 대하여, 미리 클럽별 자동이득계수를 테이블로 저장하여 두고, 수음기에 입력된 신호를 처리하기 전에, 이 테이블을 참조하여 신호레벨을 결정하는 것을 특징으로 하는 골프타구분석시스템이다.또한, 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부와 유/무선 통신선로를 경유하여 연결되어 있는 제어 관리용 컴퓨터를 더욱 구비하고, 상기 제어 관리용 컴퓨터는, 적어도 상기 제어부로부터 수시로 또는 정기적으로 전송받은 각 이용자에 대한 상기 타격 데이터를 격납하는 이용자별 데이터베이스와, 정보를 출력하는 출력장치를 구비하고, 이용자로부터의 요청에 의하여 또는 수시로 또는 정기적으로, 상기 데이터를 종합하고 분석하여 통계자료화하여 격납하며, 또는 상기 출력장치에 전송하여 출력함을 특징으로 하는 골프타구분석시스템이다.<실시예>이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.도 1은, 본 발명의 일 실시예의 사시도이다. 도시한 바와 같이, 참조부호 20은 기존의 타석 매트와 동일한 타것 매트로 이루어진 타석부인데, 다만, 상기 타석매트의 4각의 꼭지점 부분에 음향센서인 타석 수음기(21~24)가 수평 배치된 것이다. 연습자의 다운 스윙시의 클럽의 스윙음(파공음)과 공과 클럽이 충돌하는 타구음이 수음기(21~24)를 통하여 주장치(30)로 입력된다. 타구된 공은 비행하여 타깃부에 도달하며, 타깃부(10)에 사각 배열로 대략 수직 배치된 음향센서인 타깃측 수음기(11~14)를 통하여, 타깃음이 주장치(30)로 입력된다. 이때, 타깃부에 부착된 진동 센서(15)를 통하여 얻어진 가속도 데이터도, 주장치(30)로 보내진다. 골프공의 낙하음은, 탄성이 큰(충돌시 음량이 크게 나는) 재료로 바닥(40)을 설치하여 두었으므로, 타깃측 수음기(12, 13)를 통하여 주장치로(30) 보내진다. 주장치는 상기 센서들의 입력신호를 수신하여, 각종 알고리즘으로 처리하여, 골프공의 비거리 표시(31), 편향 거리 표시(32), 편향 방향 표시(33), 타구충실도 표시(38), 스피커(39)에, 연습자의 타구 후 자동 출력한다. 또한, 타구수 표시(34)는 현재까지 연습자의 타구수를 표시하며, 아이언클럽 선택 표시(35) 및 우드클럽 선택 표시(36)를 통하여 연습자가 사용하는 클럽을 선택할 수 있는 기능을 제공한다. 골프연습장의 특성상, 다수의 상기 주장치와 관리용 컴퓨터와의 인터페이스를 위하여, 통신부(37)가 예컨대 RS-422 인터페이스 프로토콜을 이용하며, 상기 표시 데이타를 포함한 모든 데이터가 관리용 컴퓨터에서 자료 처리된다.도 2에 도시한 시스템 블록 다이어그램 중, 타석 신호부(80)에서 기지의 위치의 타석 수음기(21~24)로부터 수신되는 음을, 클럽별 사전 저장된 자동이득계수1에 따라 증폭 후, 레벨 검출된 신호에 대해서는 적정한 아날로그 필터 처리한다. 그 후, 디지털변환부(51)에서 샘플링 주파수, 예컨대 25Khz, 14 비트열로 디지털 변환하여, 디지털신호처리부(83)에 입력한다. 이때 입력되는 음 신호는 연습자가 백스윙 후 다운스윙하는 스윙음과 임팩트시의 타구음이다.타깃 신호부(81)에서도 기지의 위치의 타깃 수음기(11~14)로 수신되는 음을, 클럽별 사전 저장된 자동이득계수2에 따라 증폭 후, 레벨 검출된 신호에 대해서는 적정한 아날로그 필터 처리한다. 그 후, 디지털변환부(53)에서 샘플링 주파수, 예컨대 25Khz, 14비트열로 디지털 변환하여, 디지털신호처리부(83)에 입력한다. 이때 입력되는 음은 비행하는 공과 타깃의 충돌에 의한 타깃음과, 공이 바닥(40)에 떨어지는 낙하음이다. 진동센서(15)에서 얻어지는 신호도 마찬가지의 과정을 거쳐서 디지털신호처리부(83)로 입력된다. 상기 디지털신호처리부(83)에서는, 타석 및 타깃 디지털 변환부(51, 52)로부터 입력되는 디지털신호를 제어부(78)의 제어에 의해 메모리(77)에 저장하며, 적정한 신호처리 방식에 의하여, 일정 레벨 이상을 검출하여, 좌표연산 등의 알고리즘 신호로 사용한다. 오류음처리부(75)에서는, 저장된 데이터의 유효성을 검증한다. 옆 타석 등의 다른 타구 음, 다른 타깃음, 간섭, 잡음 등을 자체 알고리즘으로 걸러내는 처리를 2가지 방식으로 수행한다.첫째로, 도 4와 같이, 타석과 타깃이 직사각 배치된 꼭지점(P0~P3)에서의 수음기 신호를 처리 후, 각 수음기의 지연파형을 시간축에서 표시하면, 도 3과 같이 나타난다.오류음처리부(75)는 본 시스템의 설치 활용장소가 다수의 타석이 근접 설치된 골프연습장이므로, 다른 타석 및 타깃의 타구음, 충돌음들이 혼재된 환경이고, 각종 음의 반사파 및 반향음, 잡음 등의 제거 기술을 구현하기 위한 알고리즘 개발이 대단히 중요하다. 본 발명에서는 타석 타구음 레벨 감지 후, 저장된 신호의 유효성 검증을 위하여, 타깃의 진동센서(15)의 신호를 감지한다. 즉, 미리 설정된 타석, 타깃 간 거리(L0)를 고려하고, 클럽별 골프공의 타깃까지의 비행시간 경과 후의 진동센서의 신호 유무에 대한 판별을 통하여, 간섭음에 의한 오류를 판단한다.둘째로, 출발 및 도달좌표 연산 이전에, 먼저 오류음처리부(75)에서는, 아래의 수학식 1의 음원영역 결정 알고리즘으로 오류음을 원천 차단하여, 안정한 시스템 동작을 유지시킨다.음 원이 꼭지점(P0~P3)으로 구획되는 사각형 내에 존재하기 위한 필요조건은, 도 3에서 최소지연음을 A, 최대지연음을 D라 하고, P0를 원점으로 하며, P3의 좌표를 (X3,Y3)라 하면(단, V는 음속도) 다음 식과 같다. 즉, 타석부(20)에서 타구음을, 타깃부(10)에서 타깃음을 취득 후, 디지털신호처리부에서의 �족關섹缺�줄이기 위하여, 위 수학식 1의 조건을 검증한다. 도 4는 음의 지연차에 의한 위치 좌표를 구하고, 시각을 구하는 원리 설명도이다. 타석의 출발좌표 연산부(71)와 타깃의 도달좌표 연산부(74)에서는, 각 타구음과 타깃음을 이용한 2차원 평면에서의 위치 좌표를 구한다. 각 타깃 수음기(11~14)와 타석 수음기 (21~24)로부터의 데이터를 디지털 필터링과 주파수 영역에서의 상호 상관함수를 취하여, 각 신호간 지연을 동일 시간축에 도시하면 도 3의 파형을 얻는다. 본 발명을 위하여 현장에서 녹음한 파형을 참고도로서, 도 8은 타석부(20)에서의 타구음 지연파형이고, 도 9 내지 도 11은 타깃부(10)에서의 타깃음 파형이다.도 4에서, 각 타깃 수음기의 위치좌표를 각각 P0(X0, Y0), P1(X1, Y1), P2(X2, Y2), P3(X3, Y3)라 하면, 각 수음기와 타깃 음원의 위치 좌표 P(X,Y)와의 각 거리는 R, R1, R2, R3이며, 이 거리를 반지름으로 하는 원의 교점 P(X,Y)이 구하려는 좌표이다.도 3에서, 각 수신 음원간의 거리는 P0를 기준으로 하여 구하면,

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도 4에서 각 원의 반경은 R, R1=R+D1, R2=R+D2, R3=R+D3이고, 각 원의 방정식을 전개하면

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상기 수학식 5와 수학식 6을 전개하여, 원점과 음원점 P(X, Y)와의 거리(R)를 구하면

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여기서 K1 값은 다음과 같다.

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여기서 K2의 값은 다음과 같다.상기 수학식 9, 수학식 10을 전개하면,

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여기서 r과 φ 값은 다음과 같다. (12)식에서 이 θ 값을 수학식 9, 수학식 10에 대입하여 R 값을 구할 수 있으며, R 과 θ 값을 알면, 음원의 좌표 P(X, Y)와 시각(타격시각)인 T를 알 수 있다. 도 3에서, 타깃음이 가장 늦게 도달하는 P3(X3, Y3)를 기준으로 위의 수식을 전개하여 구해지는 R3, θ3는 다음 수학식으로 된다. 여기서 K1 값은 다음과 같다. 여기서 K2 값은 다음과 같다.상기 수학식 21, 수학식 22를 전개하면, 이 θ3 값을 상기 수학식 21, 수학식 22에 대입하여 R3 값을 구할 수 있으며, 이 R3 값과 θ3 값을 알면, 음원의 좌표 P(X, Y)와 시각인 T2를 알 수 있다. P0를 기준으로 구한 상기 수학식 9의 R과 상기 수학식 15의 θ를 이용하여 구해진 좌표값 P(X, Y)과, P3를 기준으로 구한 상기 수학식 21의 R3과 수학식 25의 θ3를 이용하여 구해진 좌표값 P(X, Y)를 비교하여, 결과치의 검증이 가능하다. 또한, 도 3의 트리거 시간의 선택 오류로 인한 좌표값의 불일치 정도를 확인하여, 일정 범위 내의 오류는 평균 처리하여 좌표를 보정하고, 허용범위를 벋어나는 오류는 오류처리하여 정밀도를 유지한다. 오류 처리 후, 음원 좌표 P(X, Y)와 도착시각 T가 구해진다.상기의 방법으로, 타석에서의 타구음의 좌표 연산이 가능하고, 타구된 공의 출발위치 좌표 Ps(X1, Y1)와 출발시각 Ts를 구할 수 있다. 따라서 연습자가 타석 내의 어떠한 위치에 공을 위치시키고 타구를 하여도, 정확한 출발 좌표가 도출되므로, 타구 분석의 정확성을 유지한다. 마찬가지로 타깃부(10)에서 좌표 연산이 가능하고, 타깃에 도달한 골프공의 도달위치 좌표 Pe(X2, Y2)와 도달시각 Te를 구할 수 있다.위치좌표 측정의 정확도는, 도 2의 디지털변환부(51, 53)에서 사용하는 샘플링 주파수가 예컨대 25Khz이고, 디지털신호처리부(83)에서 4배의 보간을 행하면, 100Khz의 정확도를 가진다. 즉, 3.4 mm의 정확도를 가진다.도 5는 위에서 구한 출발위치 좌표 Ps(X1, Y1)와 출발시각 Ts, 도착위치 좌표 Pe(X2, Y2)와 도착시각 Te를 이용하여, 3차원에서 필요한 타구 데이타를 구하는 방법의 설명 도면이다.3차원 좌표 보정 후, 출발좌표는 Ps(X1, Y1, Z1), 도착좌표는 Pe(X2, Y2, Z2)가 되고, 여기서 Y1은 타석 바닥이므로, 제로(0)로 하고, Z2는 (L0 - Z1)라는 기지의 값이다. 실제 비행거리는, 이고, 수평각은, 이고, 수직각은, 이다.그러므로, 비행구간 내에서의 공의 속도는, 이다.공의 최고점 도달시간 Tt와, 최고점의 높이 H, 비거리 Lz, 체공시간 Tl, 편향거리 Lx를 각각 구하면, 이다. 단, g는 중력가속도이다. 실제 공의 비행에는, 공의 딤플 및 풍향, 구르는 거리 등의 현장 변수에 영향을 받으므로, 추후 실험에 의하여 데이터 조정이 필요하다.도 6은, 골프공의 비행과 편향에 큰 영향을 주는, 공의 스핀 데이타를 측정하는 방법의 설명도이다. 공이 도착좌표에 충격시 반발을 조절하기 위하여, 타깃부(10)를 일정 두께를 가진 재질의 타깃으로 하고, 고무판(16) 및 스폰지(17)로 밀착시켜서, 충격을 일정한 흡수계수로 흡수하도록 한다. 단, 실험에 의하여 도착좌표 Pe(X2, Y2, Z2)에 따른 흡수계수의 프로파일을 이용하여 실제로는 적용시킨다. 바닥(40)에서의 낙하음은, 바닥을 탄성이 높은 철판, 플라스틱류로 하면 큰 입력이 얻어진다.골프공이 클럽과 임팩트되는 시점에, 공은 일정 방향, 즉 우측회전(41) 또는 좌측회전(42) 방향으로 회전하게 되고, 이 스핀량이 타구 궤도에 영향을 준다. 이러한 중요성을 가지는 스핀량 측정 알고리즘이 구현되는 부분이 회전데이터연산부(76)이다. 공은 타깃에서 흡수계수만큼 감쇠되고, 수학식 28에서 구한 수평각 θx에 비례한 탈출각으로 낙하한다. 회전 방향 및 회전량에 비례한 만큼의 탈출각(Φ)이 생기게 된다. 이 각도의 측정은, 낙하음을 타깃 수음기(12, 13)로부터 입력받아 산출할 수 있으며, 좌표연산부(71)에서 타격위치나 충돌위치를 구한 것과 동일한 방식(수음기에 입력되는 음의 도착시각과 음속을 고려하여 음원과 수음기의 거리를 구하는 방식)으로, 낙하좌표 Pf(X3, Y3, Z3)를 구하여, 스핀으로 인한 회전 데이타를 구할 수 있다. 이 데이터를 각 클럽별 평균 백스핀 데이터파일로 보정하여, 상기 수학식 35에서 구한 편향거리에 반영한다.도 7은 타석(20)에서 수음되는 타구음을 인식 분석하여, 연습자에게 타구 형태를 분석, 수치화하여 제공해 주는 것을 설명하는 도면이다. 타구음 분석부(72)는, 연습자가 사용하는 클럽별 타구음의 표준 데이터를, 다양한 타구 형태에 따라 타구음 패턴 데이터로 가공하여, 프로파일로 메모리부(77)에 보관하고 있다가, 연습자의 타구음을 DSP에서 퓨리어변환(FFT: Fast Fourier Transform)하여, 적정한 주파수 영역에서의 파워스펙트럼을 구하여, 타구의 충실도를 수치로 출력한다. 이때, 골프스윙에서 자주 일어나는 뒷땅치기, 탑볼, 쌩크 등의 오류에 대하여 타구음을 자동 인식하며, 정상 타구의 충실도에 대하여서도 타구음을 인식하여, 타구 충실도를, 예컨대 도 1의 표시기(38)에 발광 다이오드로 10%, 20% ......100%로 표시하며, 예컨대 60% 이상의 경우에는, 스피커(39)를 통하여 "굿샷"이라는 음성도 함께 출력한다.스윙궤도 분석부(73)는, 연습자가 다운스윙하여 임팩트에 도달하는 궤도를 타석 수음기(21~24)에서의 음의 레벨을 상대 비교하여, 타석 출발좌표 Ps(X1, Y1, Z1))의 좌표축을 기준으로, 연습자의 스윙 궤도를 예컨대 3가지 형태로 분석한다. 즉, 동일 시점에서 레벨비교치에 있어서 수음기(24)가 수음기(23)보다 크면 아웃인(out-in), 작으면 인인(in-in), 레벨비교치에 있어서 수음기(21)가 수음기(22)보다 크면 아웃(out), 작으면 인(in)이라는 판단 기준으로, 연습자의 스윙궤도를 인 투 인(in to in), 인 투 아웃(in to out), 아웃 투 인(out to in)으로 패턴을 분석하여 관리용 컴퓨터에 송부한다.또한, 제어부(78) 및 입출력부(82)에서는, 우드 및 아이언을 연습자가 선택한 것을 원터치 키패드로 선택할 수 있는 입력부를 구비하며, 상기 디지털신호처리부(83)에서 얻어진 데이터를 가공하여, 표시부를 통하여 비거리(31), 편향거리(32), 편향방향(33), 타구충실도(38) 등을 매 샷마다 실시간 디스프레이하고, 스피커(39)를 통한 음성 지원으로 연습자의 흥미를 유발하는 출력부를 구비한다. 한편, 통신부(37)는, 다수의 타석이 공존하는 환경에서, 관리용 컴퓨터와 예컨대 RS-422 통신 방식에 의하여 통신하도록 구성되며, 상기 관리용 컴퓨터는, 상기 통신부(37)를 통하여 전송받은 각 연습자의 타구 데이터를 포함하여, 표시부에 표시하는 데이터 및 스윙궤도 및 타구음 분석 데이터들을 집계하여, 관리컴퓨터 프로그램에 의하여 통계 자료화하여, 다양한 사용자 인터페이스 포맷으로, 연습자에게 분석 제공한다.

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본 발명은, 소음과 간섭음이 많은 실내 또는 실외의 골프연습장의 타구분석에 적용할 수 있다.상기의 설명에서와 같이, 본 발명에 의한 골프타구분석시스템은, 기존의 골프연습장의 기존 시설물의 변경 없이도 도입될 수 있으며, 특히 실내골프연습장에서는, 좁은 공간에서도 연습자의 타구에 대한 다양하고 정확한 타구분석을 자동으로 제공하므로, 연습자에 대한 만족을 배증시키고 실력향상에 큰 도움이 되며, 또한 어렵게 실외연습장을 찾는 불편과 경제적 부담을 줄일 수 있다. 특히 일반 마이크로폰을 이용한 수음기는 다른 센서류보다 저렴하므로 경제성이 탁월하고, 고속 디지털신호처리기를 이용한 상기 기술한 다양한 알고리즘에 의하여 타구 분석의 정확도를 높일 수 있어서, 시장에 도입될 때 가격경쟁력 및 기술경쟁력을 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 개략적인 사시도

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 골프타구분석시스템의 블록도

도 3은 본 발명의 수음기에 도달하는 지연 파형 설명도

도 4는 본 발명의 수음기에서 2차원 위치좌표 구하는 설명도

도 5는 본 발명의 타석 타깃에서의 3차원 타구분석 설명도

도 6은 본 발명의 골프 공 스핀데이터 연산 설명도

도 7은 본 발명의 타구 음 및 스윙궤도 분석 설명도

도 8은 본 발명의 일실시예에의한 타석에서의 수음파형

도 9는 본 발명의 일실시예에의한 타깃에서의 수음파형

Claims

공이 타격되는 대략 수평인 타석과, 공이 충돌되는 대략 수직인 타깃(target)이, 미리 정해진 수평거리만큼 이격하여 설치되고, 상기 타석에서의 타격위치와 시각과, 상기 타깃에서의 충돌위치와 시각을 각각 구하여, 이로부터 물리이론에 기하여 공의 초속도, 수평각, 수직각을 연산하고, 이로부터 공의 최대높이, 비거리 등의 비적(飛跡) 파라미터를 산출하여, 이를 출력부에 출력하는 제어부를 가지는 골프타구분석시스템에 있어서,

상기 타석 및 타깃은 각각 적어도 3개의 수음부(受音部)를 가지고,

상기 제어부는,

임의의 3개의 상기 타석측 수음부를 타석측 제1 세트로 선정하여, 이들 각 수음부에 입력된 공과 클럽의 타격음의 입력시각에 기하여, 공의 타격위치 및 타격시각을 산출하고,

임의의 3개의 상기 타깃측 수음부를 타깃측 제1 세트로 선정하여, 이들 각 수음부에 입력된 공과 타깃의 충돌음의 입력시각에 기하여, 공의 충돌위치 및 충돌시각을 산출한 후,

상기 타격위치와 충돌위치에 기하여 수평각 및 수직각을 구하고,

상기 타격시각과 충돌시각에 기하여 초속도를 구하는 것

을 특징으로 하는 골프타구분석시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 타석은 4개 이상의 수음부를 가지고,

상기 제어부는,

상기 타석측 제1 세트로서 선정되지 않은 수음기 중의 어느 하나 이상을 포함하는, 임의의 3개의 상기 타석측 수음기를 타석측 제2 세트로 선정하여, 이들 각 수음부에 입력된 공과 클럽의 타격음의 입력시각에 기하여, 공의 타격위치 및 타격시각을 더욱 산출하고,

상기 제1 세트로부터 산출된 타격위치 및 타격시각을, 상기 제2 세트로부터 산출된 타격위치 및 타격시각에 의하여 정정하는 것

을 특징으로 하는 골프타구분석시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 타깃은 4개 이상의 수음부를 가지고,

상기 제어부는,

상기 타깃측 제1 세트로서 선정되지 않은 수음기 중의 어느 하나 이상을 포함하는, 임의의 3개의 상기 타깃측 수음기를 타깃측 제2 세트로 선정하여, 이들 각 수음부에 입력된 공과 타깃의 충돌음의 입력시각에 기하여, 공의 충돌위치 및 충돌시각을 더욱 산출하고,

상기 제1 세트로부터 산출된 충돌위치 및 충돌시각을, 상기 제2 세트로부터 산출된 충돌위치 및 충돌시각에 의하여 정정하는 것

을 특징으로 하는 골프타구분석시스템.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,

상기 제어부는,

상기 각 위치 및 각 시각의 정정을 위하여, 각 위치의 평균 및 각 시각에 대하여 평균을 연산함

을 특징으로 하는 골프타구분석시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 제어부는,

상기 산출된 타격위치가, 그 타석에 설치된 수음기에 의하여 구획되는 영역 내측인지의 여부를 판단함

을 특징으로 하는 골프타구분석시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 수음기는,

더욱이 클럽 스윙시의 파공음을 입력받고,

상기 제어부는,

상기 각 수음기에 입력되는 클럽 스윙시의 파공음에 기하여, 클럽의 스윙궤적을 산출함

을 특징으로 하는 골프타구분석시스템.
청구항 6에 있어서,

상기 제어부는,

클럽의 스윙궤적을, 공의 타격 전의 파공음과, 공의 타격 후의 파공음의 음량에 기하여 ,상기 타격위치로부터의 각 수음기까지의 거리를 보상 연산하여 산출하며,

스윙궤적을 인투인, 인투아웃, 아웃투인으로 판별함

을 특징으로 하는 골프타구분석시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서,

클럽별 정상 타구음과 미스샷 타구음에 대한 표준 특성 패턴 데이터 프로파일이 미리 저장되어 있는 저장장치를 더욱 구비하고,

상기 제어부는,

상기 각 수음기로부터 입력된 타구음을 실시간 주파수 스펙트럼 분석하여, 파워 스펙트럼을 구하여, 상기 미리 저장되어 있는 프로파일과 비교함으로써, 타구의 충실도 및 미스샷 종류를 산출함

을 특징으로 하는 골프타구분석시스템.
청구항 8에 있어서,

저장장치에 저장될 상기 미스샷 타구음에 대한 표준 특성 패턴 데이터 프로파일은 적어도 미스샷의 유형으로서 뒷땅, 탑볼, 쌩크를 포함하며,

상기 프로파일에 저장된 미스샷 종류에 따른 타구시의 어드바이스 데이터가 미리 저정되어 있는 저장장치를 더욱 구비하고,

상기 제어부는,

상기 산출된 미스샷 종류에 따라서, 상기 저장장치로부터 대응되는 어드바이스 데이터를 가져와서 출력함

을 특징으로 하는 골프타구분석시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 타깃은 진동센서를 더욱 구비하며,

상기 제어부는,

간섭음 및 잡음에 의한 오류발생 확률을 감소시키기 위하여, 상기 진동센서에 입력된 공과 타깃의 충돌진동의 입력시각에 기하여, 이를 종점으로 하여, 미리 설정된 시간 이전의 타석측 수음기의 입력만을 유효로 함

을 특징으로 하는 골프타구분석시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 제어부는,

간섭음 및 잡음에 의한 오류발생 확률을 감소시키기 위하여, 상기 타석에서의 타격시각 이후 미리 설정된 시간 이내의 상기 타깃에서의 충돌시각만을 유효로 함

을 특징으로 하는 골프타구분석시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 비적 파라미터에는, 공이 회전하는 방향을 나타내는 스핀방향 및 공이 회전하는 정도를 나타내는 스핀량이 포함됨을 특징으로 하는 골프타구분석시스템.
청구항 12에 있어서,

상기 타석과 타깃 사이 공간의 타깃측 부근에는, 공의 충돌시에 큰 충돌음을 일으키는 재질로 구성되는 바닥면이 미리 설정된 높이로 대략 수평하게 구비되고,

상기 타깃은, 충돌한 공이 상기 타깃으로부터 반발될 때에 상기 바닥면 상에 낙하할 정도의 충격흡수계수를 가지는 재질로 이루어지고,

상기 제어부는,

상기 타깃의 적어도 2개의 수음기에 입력되는 공과 상기 바닥면의 충돌음의 입력시각에 기하여 공의 바닥면에 대한 낙하위치를 산출하고, 이 낙하위치와 공의 상기 타깃에 대한 충돌위치에 기하여, 상기 공의 스핀방향과 스핀량을 추산하는 것

을 특징으로 하는 골프타구분석시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 제어부는,

타석에서의 클럽별 타구음 및 타깃에서의 클럽별 충돌음에 대하여, 미리 클럽별 자동이득계수를 테이블로 저장하여 두고,

수음기에 입력된 신호를 처리하기 전에, 이 테이블을 참조하여 신호레벨을 결정하는 것

을 특징으로 하는 골프타구분석시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 제어부와 유/무선 통신선로를 경유하여 연결되어 있는 제어 관리용 컴퓨터를 더욱 구비하고,

상기 제어 관리용 컴퓨터는,

적어도 상기 제어부로부터 수시로 또는 정기적으로 전송받은 각 이용자에 대한 상기 타격 데이터를 격납하는 이용자별 데이터베이스와, 정보를 출력하는 출력장치를 구비하고,

이용자로부터의 요청에 의하여 또는 수시로 또는 정기적으로, 상기 데이터를 종합하고 분석하여 통계자료화하여 격납하며, 또는 상기 출력장치에 전송하여 출력함

을 특징으로 하는 골프타구분석시스템.