KR100972821B1 - Golf club sensing device and virtual golf simulation device using the same and golf club sensing method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 골프클럽 센싱장치와 이를 이용한 가상 골프 시뮬레이션 장치 및 골프클럽 센싱방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 골프 스윙 시의 골프클럽의 위치와 속도, 각도 및 타격점 등에 관한 특성을 측정하는 골프클럽 센싱장치와 이를 이용한 가상 골프 시뮬레이션 장치 및 골프클럽 센싱방법에 관한 것이다. The present invention relates to a golf club sensing device, a virtual golf simulation device and a golf club sensing method using the same, and more particularly, a golf club for measuring the characteristics of the position and speed, angle and hitting point of the golf club during the golf swing The present invention relates to a sensing device, a virtual golf simulation device, and a golf club sensing method using the same.
일반적으로 골프는 골프클럽으로 골프공을 타격하여 홀컵에 홀인시키도록 하는 스포츠로서 작은 골프공을 정확하게 타격하여야 하며 정확한 거리조절을 하여야 하기 때문에 골프 스윙의 특성을 파악하기 위한 다양한 시도가 있어 왔다.In general, golf is a sport that hits a golf ball with a golf club to hole in a hole cup. Therefore, there have been various attempts to grasp the characteristics of a golf swing because it must hit a small golf ball accurately and adjust an accurate distance.
특히 가상 골프 시뮬레이션을 통한 가상 골프 경기 등을 위해서는 골프 스윙 시의 골프클럽의 거동 특성을 정확하게 센싱하는 것이 중요하다.In particular, it is important to accurately sense the behavior of the golf club during the golf swing for the virtual golf game through the virtual golf simulation.
종래에는 골프클럽의 거동 특성을 센싱하기 위해 광학적 센서, 이미지 센서, 관성센서, 레이더 센서 등이 이용되어 왔었다.Conventionally, optical sensors, image sensors, inertial sensors, radar sensors, and the like have been used to sense the behavior of golf clubs.
광학적 센서는 빛이 지나가는 경로를 골프클럽이 차단함으로써 반사되는 빛을 수광하여 센싱하는 방식이고, 이미지 센서는 골프 스윙 시의 골프클럽의 거동을 촬상함에 따라 취득되는 이미지의 변화를 센싱하는 방식이며, 관성센서, 특히 가속도 센서는 골프클럽 등에 장착되어 골프 스윙 시의 골프클럽의 가속도 등을 센싱하는 방식이고, 레이더 센서는 레이더(Radar)를 통해 그 반사파를 측정하는 방식이다.The optical sensor is a method of receiving and sensing the light reflected by the golf club blocking the path through which the light passes, and the image sensor is a method of sensing the change of the image acquired by capturing the behavior of the golf club during the golf swing. The inertial sensor, especially the acceleration sensor, is mounted on a golf club to sense the acceleration of the golf club during a golf swing, and the radar sensor measures the reflected wave through a radar.
그러나, 상기 광학적 센서는 골프 스윙 시 골프클럽이 지나가는 경로에 설치되어야 하므로 골프클럽이 지나가는 것을 방해하지 않도록 설치해야 하는 설치의 비용이성 등의 문제가 있으며, 이미지 센서는 정확한 센싱을 위해서는 고가의 카메라 장치를 사용해야 하는 문제가 있고, 가속도 센서는 적분에 따른 드리프트 에러를 피하기 어려우며, 레이더 센서는 고주파 신호 발생 및 측정에 따른 장비의 크기 및 비용 상승 등의 문제점이 있다.However, the optical sensor has a problem such as the cost-effectiveness of the installation should be installed so as not to interfere with the golf club passing because the golf sensor must be installed in the path that the golf club passes during the golf swing, the image sensor is expensive camera device for accurate sensing There is a problem that must be used, the acceleration sensor is difficult to avoid the drift error due to the integration, the radar sensor has a problem such as the increase in the size and cost of the equipment according to the generation and measurement of high-frequency signals.
본 발명은 자기 유도 현상을 이용하여 골프클럽의 거동 특성을 센싱하도록 함으로써 광학적 경로를 필요로 하지 않고 관성센서와 달리 절대적 위치를 측정할 수 있으며 얇고 가볍게 제작될 수 있고 저렴한 비용으로 그 구현이 가능하도록 하는 골프클럽 센싱장치와 이를 이용한 가상 골프 시뮬레이션 장치 및 골프클럽 센싱방법을 제공한다.The present invention can sense the absolute characteristics of the golf club by using the magnetic induction phenomenon, and unlike the inertial sensor can measure the absolute position without requiring an optical path, it can be made thin and light, and can be implemented at low cost To provide a golf club sensing device, a virtual golf simulation device and a golf club sensing method using the same.
본 발명에 따른 골프클럽 센싱장치는, 골프클럽의 스윙 특성을 센싱하는 골프클럽 센싱장치에 있어서, 골프매트에 설치되는 복수개의 코일에 의해 형성되는 센서 코일 어레이; 및 상기 센서 코일 어레이와 연결되어 각 코일에 펄스를 인가하며, 골프클럽이 상기 센서 코일 어레이를 지나감에 따라 출력되는 신호로부터 골프클럽의 움직임 특성에 관한 파라미터를 추정하는 센서회로부를 포함한다.Golf club sensing device according to the present invention, the golf club sensing device for sensing the swing characteristics of the golf club, the sensor coil array formed by a plurality of coils installed on the golf mat; And a sensor circuit unit connected to the sensor coil array and applying a pulse to each coil, and estimating a parameter relating to a movement characteristic of the golf club from a signal output as the golf club passes the sensor coil array.
또한 바람직하게는, 상기 센서 코일 어레이는, 복수개의 코일이 상기 골프매트를 가로지르는 방향으로 배치되어 형성되도록 한 것을 특징으로 한다.Also preferably, the sensor coil array may be formed such that a plurality of coils are formed in a direction crossing the golf mat.
또한 바람직하게는, 상기 센서회로부는 상기 골프매트에 매설되어 구비되는 것을 특징으로 한다Also preferably, the sensor circuit is embedded in the golf mat is characterized in that it is provided.
또한 바람직하게는, 상기 센서회로부는 상기 골프매트의 일측에 구비되는 케이스에 내장되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the sensor circuit is characterized in that it is provided to be embedded in the case provided on one side of the golf mat.
또한 바람직하게는, 상기 센서회로부는, 상기 센서 코일 어레이의 각 코일과 연결되어 골프클럽이 해당 코일에 근접함에 따른 신호의 변화를 발생시키는 감지부를 복수개 구비하며, 상기 복수개의 감지부로 각각 펄스를 인가하며, 상기 각 감지부로부터 출력 신호를 전달받아 골프클럽의 움직임 특성에 관한 파라미터를 추정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the sensor circuit unit may include a plurality of sensing units connected to respective coils of the sensor coil array to generate a change in a signal as the golf club approaches the coil, and apply pulses to the plurality of sensing units, respectively. And a controller for receiving an output signal from each of the sensing units and estimating a parameter relating to a movement characteristic of the golf club.
또한 바람직하게는, 상기 센서회로부는, 상기 각 감지부로부터의 출력 신호 중 특정 범위의 신호를 추출하는 스위칭부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the sensor circuit unit may further include a switching unit for extracting a signal of a specific range of the output signals from the respective sensing units.
또한 바람직하게는, 상기 스위칭부는, 상기 각 감지부와 연결되어 상기 제어부에 의해 선택적으로 전기적 연결이 이루어지는 스위치를 복수개 구비하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the switching unit may include a plurality of switches connected to each of the sensing units and selectively connected to each other by the control unit.
또한 바람직하게는, 상기 센서회로부는, 상기 스위칭부를 통과한 신호를 증폭시키는 신호증폭부와, 상기 증폭된 신호의 노이즈를 제거하는 필터링부를 더 포함하여, 상기 제어부가 상기 증폭 및 필터링된 신호를 디지털신호로 변환하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the sensor circuit unit may further include a signal amplifier for amplifying the signal passing through the switching unit, and a filtering unit for removing noise of the amplified signal. Characterized in that converted to a signal.
한편, 본 발명에 따른 가상 골프 시뮬레이션 장치는, 골프매트; 상기 골프매트에 설치되는 복수개의 코일에 의해 형성되는 센서 코일 어레이; 상기 센서 코일 어레이와 연결되어 각 코일에 펄스를 인가하며, 골프클럽이 상기 센서 코일 어레이를 지나감에 따라 출력되는 신호로부터 골프클럽의 움직임 특성에 관한 파라미터를 추정하는 센서회로부; 상기 센서회로부로부터 데이터를 전달받아 골프 스윙에 따른 골프공의 궤적을 시뮬레이션 하는 호스트; 및 상기 호스트로부터 전달받은 데이터에 의해 가상 골프 시뮬레이션 영상을 처리하는 영상처리부를 포함한다.On the other hand, the virtual golf simulation apparatus according to the present invention, a golf mat; A sensor coil array formed by a plurality of coils installed on the golf mat; A sensor circuit unit connected to the sensor coil array and applying a pulse to each coil, and estimating a parameter relating to a movement characteristic of the golf club from a signal output as the golf club passes the sensor coil array; A host for receiving data from the sensor circuit unit and simulating a trajectory of a golf ball according to a golf swing; And an image processor configured to process the virtual golf simulation image by the data received from the host.
또한 바람직하게는, 상기 센서회로부는, 상기 센서 코일 어레이의 각 코일과 연결되어 골프클럽이 해당 코일에 근접함에 따른 신호의 변화를 발생시키는 감지부를 복수개 구비하며, 상기 각 감지부로부터의 출력 신호 중 특정 범위의 신호를 추출하는 스위칭부와, 상기 복수개의 감지부로 각각 펄스를 인가하며, 상기 스위칭부에서 추출된 신호를 전달받아 골프클럽의 움직임 특성에 관한 파라미터를 추정하여 상기 호스트로 전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the sensor circuit unit may include a plurality of sensing units connected to respective coils of the sensor coil array to generate a change in a signal as the golf club approaches the coil, and among the output signals from each sensing unit. A control unit for applying a pulse to each of the plurality of sensing units and extracting a signal of a specific range, and receiving a signal extracted from the switching unit, estimating a parameter relating to a movement characteristic of a golf club and transmitting it to the host. It is characterized by including.
한편, 본 발명에 따른 골프클럽 센싱방법은, 골프클럽의 스윙 특성을 센싱하는 골프클럽 센싱방법에 있어서, (A) 센서 코일 어레이를 이루는 복수개의 코일 각각에 펄스가 인가되는 단계; 및 (B) 골프클럽이 상기 센서 코일 어레이를 지나감에 따라 출력되는 신호로부터 골프클럽의 움직임 특성에 관한 파라미터를 추정하는 단계를 포함한다.On the other hand, the golf club sensing method according to the present invention, in the golf club sensing method for sensing the swing characteristics of the golf club, (A) applying a pulse to each of the plurality of coils constituting the sensor coil array; And (B) estimating a parameter relating to a movement characteristic of the golf club from the signal output as the golf club passes the sensor coil array.
또한 바람직하게는, 상기 각 코일과 연결되어 골프클럽이 해당 코일에 근접함에 따른 신호의 변화를 발생시키는 감지부를 복수개 구비하며, 상기 (A) 단계는 상기 감지부에 펄스를 인가하는 단계와, 인가된 펄스 폭 동안 상기 감지부와 연결된 코일에 전압이 가해지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, a plurality of sensing units connected to each of the coils to generate a change in a signal as the golf club approaches the coil is provided, and the step (A) may include applying a pulse to the sensing unit, and applying And applying a voltage to the coil connected to the sensing unit during the given pulse width.
또한 바람직하게는, 상기 (B) 단계는, 상기 감지부로 인가된 펄스가 끝날 때 유도되는 해당 코일의 전류를 감지하여 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the step (B) may include detecting and outputting a current of a corresponding coil induced when the pulse applied to the sensing unit ends.
또한 바람직하게는, 상기 (B) 단계는, 상기 출력단계에 의해 출력된 신호 중 특정 범위의 신호를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the step (B) is characterized in that it comprises the step of extracting a signal of a specific range of the signal output by the output step.
또한 바람직하게는, 상기 (B) 단계는, 상기 신호추출단계에서 추출된 신호를 증폭시키는 단계와, 상기 증폭된 신호의 노이즈를 제거하도록 필터링하는 단계와, 상기 필터링된 신호를 디지털 신호로 변환하는 샘플링 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the step (B) may include amplifying the signal extracted in the signal extraction step, filtering to remove noise of the amplified signal, and converting the filtered signal into a digital signal. And a sampling step.
또한 바람직하게는, 상기 (A) 단계는 상기 복수개의 감지부에 대해 순차적으로 펄스가 인가되는 단계를 포함하며, 상기 (B) 단계는 상기 복수개의 감지부에 대해 순차적으로 출력되는 신호를 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the step (A) includes a step of sequentially applying pulses to the plurality of sensing units, and the step (B) processes the signals sequentially output to the plurality of sensing units. Characterized in that it comprises a step.
또한 바람직하게는, 초기에 각 감지부의 출력을 적어도 한 번 이상씩 전송받아 평균값을 산출하여 저장하는 단계와, 골프클럽의 스윙에 따라 각 감지부의 출력을 측정하여 상기 저장된 평균값과의 차이값을 산출하고 상기 차이값의 합을 산출하는 단계와, 상기 합이 미리 설정된 제1설정값 이상이면 감지상태가 되어 출력값을 저장하며, 상기 합이 미리 설정된 제2설정값 이하이면 감지해제상태가 되면서 저장된 출력값을 호스트로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, preferably, the step of initially receiving the output of each detection unit at least once or more to calculate and store the average value, and measuring the output of each detection unit according to the swing of the golf club to calculate the difference value with the stored average value And calculating the sum of the difference values, and when the sum is equal to or greater than the first preset value, the sensor enters a sensing state and stores an output value. It characterized in that it comprises the step of transmitting to the host.
본 발명에 따른 골프클럽 센싱장치와 이를 이용한 가상 골프 시뮬레이션 장치 및 골프클럽 센싱방법은 자기 유도 현상을 이용하여 골프클럽의 거동 특성을 센싱하도록 함으로써 광학적 경로를 필요로 하지 않고 관성센서와 달리 절대적 위치를 측정할 수 있으며, 센서 단말이 비교적 적은 회수의 코일의 배열이므로 얇고 가볍게 제작될 수 있고 저렴한 비용으로 구현이 가능한 효과가 있다.The golf club sensing device, the virtual golf simulation device, and the golf club sensing method using the same according to the present invention do not require an optical path by sensing the behavior characteristics of the golf club by using a magnetic induction phenomenon, unlike an inertial sensor. It can measure, and because the sensor terminal is arranged in a relatively small number of coils can be made thin and light, there is an effect that can be implemented at a low cost.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 골프클럽 센싱장치가 퍼팅 시뮬레이터에 적용된 경우를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 골프클럽 센싱장치가 다른 예의 퍼팅 시뮬레이터에 적용된 경우를 나타낸 도면이다.
도 3 (a) 및 (b)는 도 1에 도시된 실시예에 따른 골프클럽 센싱장치가 퍼터의 움직임 특성에 따른 측정 파라미터를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 골프클럽 센싱장치를 좀 더 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시된 골프클럽 센싱장치의 감지부의 구성을 좀 더 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 각 부분에 대한 신호 파형을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7의 (a)는 도 5의 (D) 부분의 신호 파형의 실측 예이고, 도 7의 (b)는 상기 (a)에 도시된 신호 파형의 일 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 8은 도 4에 도시된 골프클럽 센싱장치에서 제어부가 수행하는 작업의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 9는 제어부에서 호스트로 전송된 IxN 행렬 C(i,n)의 일 예를 나타낸 것이다.
도 10 내지 도 14는 각각 도 3에서 정의한 각 파라미터에 대한 측정값을 이미지와 그래프로 각각 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing a case where a golf club sensing device according to an embodiment of the present invention is applied to a putting simulator.
2 is a view showing a golf club sensing device according to an embodiment of the present invention is applied to a putting simulator of another example.
3 (a) and (b) is a view showing a measurement parameter according to the movement characteristics of the putter golf club sensing apparatus according to the embodiment shown in FIG.
4 is a block diagram illustrating the golf club sensing device shown in FIG. 1 in more detail.
5 is a view showing in more detail the configuration of the sensing unit of the golf club sensing device shown in FIG.
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating signal waveforms of respective parts illustrated in FIG. 5.
FIG. 7A is an actual example of the signal waveform of part (D) of FIG. 5, and FIG. 7B is an enlarged view of a part of the signal waveform shown in (a) above.
8 is a flowchart showing the flow of work performed by the controller in the golf club sensing device shown in FIG. 4.
9 shows an example of an IxN matrix C (i, n) transmitted from a control unit to a host.
10 to 14 are diagrams respectively showing images and graphs of measured values for each parameter defined in FIG. 3.
본 발명에 따른 골프클럽 센싱장치와 이를 이용한 가상 골프 시뮬레이션 장치 및 골프클럽 센싱방법에 관한 실시예를 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다.An embodiment of a golf club sensing device, a virtual golf simulation device using the same, and a golf club sensing method according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 골프클럽 센싱장치는 기본적으로 골프매트에 설치되어 상기 골프매트 상에서 골프클럽으로 스윙함에 따라 골프매트 상을 지나는 골프클럽의 움직임 특성을 센싱하도록 구비된다.Golf club sensing device according to the present invention is basically installed on the golf mat is provided to sense the movement characteristics of the golf club passing on the golf mat as the swing to the golf club on the golf mat.
이와 같은 골프매트는 가상 골프 시뮬레이션 장치의 스윙플레이트 상에 구비되는 골프매트일 수도 있고 간이 골프 시뮬레이터 내지 포터블 골프 시뮬레이터 등의 구성요소로서의 골프매트일 수도 있으며, 퍼팅 시뮬레이터의 구성요소로서의 퍼팅매트일 수도 있다.Such a golf mat may be a golf mat provided on a swing plate of a virtual golf simulation apparatus, a golf mat as a component such as a simple golf simulator or a portable golf simulator, or a putting mat as a component of a putting simulator. .
먼저 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 골프클럽 센싱장치가 퍼팅 시뮬레이터에 적용된 경우에 관하여 설명한다.First, a case in which a golf club sensing device according to an embodiment of the present invention is applied to a putting simulator will be described with reference to FIG. 1.
본 발명의 일 실시예에 따른 골프클럽 센싱장치가 적용된 퍼팅 시뮬레이터는 도 1에 도시된 바와 같이 퍼팅매트(10), 골프클럽 센싱장치(20, 30), 호스트(3) 및 영상처리수단(4) 등을 포함하여 구성된다.The putting simulator to which the golf club sensing device is applied according to an embodiment of the present invention has a
여기서 상기 골프클럽 센싱장치(20, 30)는 퍼팅매트(10)에 설치되며 상기 골프클럽 센싱장치는 호스트(3)와 연결되어 구성된다.Here, the golf
상기 호스트(3)는 퍼팅 시뮬레이션 데이터 처리를 위한 메인 처리 장치이며, 상기 영상 처리 수단(4)은 상기 호스트(3)에서 처리된 데이터에 기초하여 퍼팅 시뮬레이션 영상이 소정의 디스플레이 수단에서 영상 구현되도록 영상 처리하는 구성요소를 포함한다.The
한편, 상기 골프클럽 센싱장치는 센서 코일 어레이(20)와 센서회로부(30)를 포함하여 이루어진다.On the other hand, the golf club sensing device comprises a
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 센서 코일 어레이(20)는 퍼팅매트(10)에 매설되는 것이 바람직한데, 퍼팅매트(10) 상에서 퍼터(2)의 진행방향과 대략 수직을 이루는 방향으로 복수개의 코일이 소정의 간격으로 배치되어 구현됨이 바람직하다. 즉 상기 센서 코일 어레이(20)는 복수개의 코일이 퍼팅매트(10)를 가로지르는 방향으로 배치되어 형성됨이 바람직하다.As shown in FIG. 1, the
또한 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 센서 코일 어레이(20)는 골프공(1)의 위치(골프클럽으로 타격되기 전에 놓이는 위치)보다 좀 더 골프클럽(퍼터(2)) 쪽으로 배치됨이 바람직하다.In addition, as shown in Figure 1, the
즉 퍼터(2)가 센서 코일 어레이(20)를 지나가서 골프공(1)을 타격할 수 있도록 상기 센서 코일 어레이(20)가 배치되어야 한다.That is, the
한편, 상기 센서 코일 어레이(20)는 센서회로부(30)와 연결되는데, 상기 센서회로부(30)도 도 1에 도시된 바와 같이 퍼팅매트(10)에 매설됨이 바람직하다.Meanwhile, the
센서회로부(30)는 센서 코일 어레이(20)의 각 코일에 펄스를 인가하며 퍼터(2)가 상기 센서 코일 어레이(20)를 지나감에 따라 출력되는 신호로부터 퍼터(2)의 움직임 특성에 관한 파라미터를 추정한다.The
한편, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 골프클럽 센싱장치가 다른 예의 퍼팅 시뮬레이터에 적용된 경우를 나타내고 있는데, 도 2에 도시된 실시예에서는 골프클럽 센싱장치가 퍼팅매트(10)에 매설되는 것이 아니라 퍼팅매트(10)의 일측에 구비되는 경우를 나타내고 있다. 그 밖의 사항들은 상기한 도 1에 도시된 실시예와 동일하므로 구체적 설명을 생략하기로 한다.Meanwhile, FIG. 2 illustrates a case in which a golf club sensing device according to an embodiment of the present invention is applied to another putting simulator. In the embodiment shown in FIG. 2, a golf club sensing device is embedded in the putting
도 3의 (a) 및 (b)에서는 골프클럽(퍼터(2))의 움직임 특성에 관한 파라미터에 관하여 나타내고 있는데, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 센서 코일 어레이(20)를 지나는 퍼터(2)의 전진속도(Vx), 타격점(기준위치(O)에 대한 퍼터(2) 중심점의 위치,l), 퍼터면 각도(θy) 등과, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 퍼터(2)와 바닥면의 간격(h), 퍼터 기울기(θr) 등의 파라미터가 추정된다.3 (a) and 3 (b) show parameters relating to the motion characteristics of the golf club (putter 2). The putter passing through the
본 발명의 일 실시예에 따른 골프클럽 센싱장치는 기본적으로 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 센서 코일 어레이(20)의 각 코일(20a ~ 20f)에 펄스를 가했을 때 각 코일(20a ~ 20f)에 전류가 증가했다가 감소해 가는 경향을 바탕으로 도체로 이루어진 골프클럽의 근접 정도를 결정함으로써 상기한 바와 같은 각 파라미터를 추정한다.Golf club sensing device according to an embodiment of the present invention basically when each of the coil (20a ~ 20f) to apply a pulse to each coil (20a ~ 20f) of the
즉 코일에 골프클럽이 근접했을 때는 코일의 자기장 변화 시 도체인 골프클럽 내부에 맴돌이 전류가 발생하고 이는 거꾸로 코일의 전류 감소 형태의 변화를 만든다. 이와 같은 코일을 다수 일렬로 배열하여 골프클럽이 지나가는 매트 내부에 장치하고 골프클럽이 지나갈 때 연속적으로 그 변화를 측정함으로써 다양한 파라미터를 결정할 수 있게 되는 것이다.That is, when the golf club is in close proximity to the coil, when the coil's magnetic field changes, a eddy current is generated inside the conductor golf club, which in turn causes a change in the current reduction form of the coil. By arranging such coils in a row in a row, the golf clubs can be placed inside a passing mat and various parameters can be determined by continuously measuring the change as the golf club passes.
여기서 각각의 코일은 골프클럽의 근접에 비례하는 신호를 발생시키게 되고 도 3의 (a)와 같이 퍼터(2)가 지나가는 경우에는 중심부에 위치한 코일(20c, 20e 등)에서는 큰 신호가, 위 아래 주변에 위치한 코일(20a, 20f 등)에서는 작은 신호가 출력된다.Here, each coil generates a signal proportional to the proximity of the golf club. When the
퍼터(2)가 지나가는 동안 빠른 주기로 각 코일(20a ~ 20f)에 의한 측정이 이루어지고, 코일의 개수가 I개이고 N번 측정이 이루어지면 결과적으로 IxN 행렬이 얻어지고 이 행렬의 분석을 통하여 여러 파라미터를 추정할 수 있다.As the
한편, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 골프클럽 센싱장치에 관한 좀 더 구체적인 구성에 관하여 설명한다.On the other hand, with reference to Figure 4 will be described a more specific configuration regarding the golf club sensing device according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이 센서 코일 어레이를 구성하는 각각의 코일(20a ~ 20f)은 센서회로부와 연결되는데, 센서회로부는 복수개의 감지부(d1 ~ d6)와, 스위칭부(40)와, 신호증폭부(50)와, 필터링부(60)와, 제어부(M) 등을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 4, each of the
도 4에서는 코일 및 감지부가 6개인 경우에 관하여 나타내고 있는데, 반드시 이에 한정되지 않고 코일 및 감지부가 복수개인 경우는 모두 포함된다.In FIG. 4, a case in which six coils and sensing units are illustrated is illustrated, but the present invention is not limited thereto, and a plurality of coils and sensing units are included.
각 감지부(d1 ~ d6)는, 도 4에 도시된 바와 같이 각 코일(20a ~ 20f)과 각각 연결되며 제어부(M)로부터 펄스 입력을 받아 각 코일(20a ~ 20f)에 전압을 인가하고 골프클럽이 코일로 근접함에 따른 신호의 변화를 발생시킨다.Each sensing unit d1 to d6 is connected to each of the
각 감지부(d1 ~ d6)에서 출력되는 신호는 스위칭부(40)로 연결되어 신호 추출이 이루어지고, 신호증폭부(50)와 필터링부(60) 등으로 연결된다.The signal output from each of the sensing units d1 to d6 is connected to the
상기 제어부(M)는 각 감지부(d1 ~ d6)로 펄스를 입력하고 각 감지부(d1 ~ d6)로부터 출력되는 신호를 전달받아 소정의 조건이 충족되면 호스트(3)로 전송한다.The control unit M receives a pulse from each of the sensing units d1 to d6 and receives a signal output from each of the sensing units d1 to d6 and transmits the signal to the
즉, 각 감지부(d1 ~ d6)는 제어부(M)로부터 펄스 입력을 받으면 펄스 폭 동안 코일(20a ~ 20f)에 전압을 가하고 펄스가 끝날때 유도되는 코일의 전류를 감지하여 출력한다.That is, each of the sensing units d1 to d6 applies a voltage to the
제어부(M)는 순차적으로 각 감지부(d1 ~ d6)에 펄스를 보내고 스위칭부(40)의 각 스위치(40a ~ 40f)를 조작하여 해당 감지부의 응답을 받아서 A/D 변환하여 호스트(3)로 보낸다.The controller M sequentially transmits pulses to the sensing units d1 to d6 and operates each
감지부의 출력은 스위칭부(40)를 거치고 신호증폭부(50)에서 증폭되고 필터링부(60)에서 필터링되어 제어부의 A/D 변환 입력핀으로 입력된다.The output of the sensing unit passes through the switching
한편, 도 5 내지 도 7을 참조하여 상기 도 4에 도시된 감지부 중 하나를 좀 더 상세하게 설명한다.Meanwhile, one of the sensing units shown in FIG. 4 will be described in more detail with reference to FIGS. 5 to 7.
도 5에서 점선으로 표시한 부분이 도 4에 도시된 복수개의 감지부(d1 ~ d6) 중 어느 하나의 감지부(d)에 해당하고 그 이후의 스위칭부(40), 신호증폭부(50), 필터링부(60) 등은 설명을 위하여 함께 표시하였다.A portion indicated by a dotted line in FIG. 5 corresponds to any one of the sensing units d of the plurality of sensing units d1 to d6 illustrated in FIG. 4, and thereafter, the switching
도 6은 도 5에 도시된 주요 부분의 신호 파형을 나타낸다. (A)에 보인 바와 같은 펄스 신호가 감지부에 입력으로 주어지면 펄스의 유지 기간 동안 (B)에 나타낸 바와 같이 감지부의 코일의 전류가 증가하기 시작한다. 펄스 기간이 끝나면 해당 감지부의 스위치(스위칭부를 구성하는 하나의 스위치)가 열리고 코일에 흐르던 전류는 주위의 저항기와 다이오드를 따라서 계속 흐르다가 (B)에 나타낸 바와 같이 지수적으로 감소한다. FIG. 6 shows signal waveforms of the main part shown in FIG. When a pulse signal as shown in (A) is given as an input to the sensing section, the current of the coil of the sensing section starts to increase as shown in (B) during the sustaining period of the pulse. At the end of the pulse period, the switch of the sensing section (one switch constituting the switching section) is opened and the current flowing in the coil continues to flow along the surrounding resistors and diodes and decreases exponentially as shown in (B).
도 5의 (C)부분의 전압은 스위치가 닫혀 있는 동안은 VCC로 유지되다가 스위치가 열리는 순간 코일에 의한 역전류의 영향으로 도 6의 (C)에서와 같이 역전압이 발생하였다가 코일의 전류가 감소함에 따라서 지수적으로 감소한다.The voltage in part (C) of FIG. 5 is maintained at VCC while the switch is closed, but the reverse voltage is generated as shown in (C) of FIG. Decreases exponentially as
도 6의 (D)의 파형은 (C)의 파형이 다이오드 클램프에 의해서 리미트된 것이다. (D)에 보인 파형에서 지수적으로 감소하는 부분이 코일 근처의 도체 유무에 따라서 영향을 받게 된다. 비자성 도체가 근접할 경우 평상시에 비하여 지수적 감소가 느려져서 지수 꼬리가 굵어지는 현상이 발생한다.In the waveform of FIG. 6D, the waveform of (C) is limited by the diode clamp. The exponentially decreasing portion of the waveform shown in (D) is affected by the presence or absence of a conductor near the coil. The proximity of nonmagnetic conductors causes the exponential decline to be slower than usual, resulting in thicker exponential tails.
본 발명에 따른 골프클럽 센싱장치는 이러한 변화를 감지하여 골프클럽의 근접, 즉 도체의 근접을 감지하는 것을 원리로 하므로 이 꼬리 부분을 분리하여 두께를 측정하여야 한다. The golf club sensing device according to the present invention detects such a change, so that the proximity of the golf club, that is, the proximity of the conductor, should be measured by separating the tail.
이러한 목적을 위하여 도 5에 도시한 스위칭부를 이용하여 도 6의 (E)에 표시한 바와 같이 꼬리부분만 자른다. 이 부분의 신호는 대체로 0.1V 이하로 낮은 값을 가지므로 증폭이 필요하고 노이즈의 영향을 줄이기 위하여 필터링이 필요하다. 증폭과 필터링된 신호의 예를 도 6의 (F)에 표시하였다. 이후 제어부에서는 이 파형의 최고점 근처의 값을 샘플링한다.For this purpose, only the tail portion is cut as shown in FIG. 6E using the switching unit shown in FIG. 5. This part of the signal usually has a low value of less than 0.1V, so amplification is required and filtering is required to reduce the influence of noise. An example of the amplified and filtered signal is shown in FIG. The controller then samples the value near the highest point of this waveform.
도 7은 도 5의 (D) 부분의 신호파형의 실측 예이다. VCC는 5V, 입력 펄스 폭은 10us, 코일의 인덕턴스는 400uH인 경우, 도체와 코일간의 거리를 1cm, 2cm, 3cm, 4cm로 변화시키면서 측정한 파형을 중첩하여 나타내었다. FIG. 7 is a measurement example of the signal waveform in part (D) of FIG. 5. When the VCC is 5V, the input pulse width is 10us, and the coil inductance is 400uH, the waveforms measured by varying the distance between the conductor and the coil to 1cm, 2cm, 3cm, and 4cm are superimposed.
거리에 따라 변화를 보이는 부분은 지수적 감소구간의 꼬리 부분으로서 도 7의 (a)는 전체 신호 파형을 모두 보여주고 있고, 도 7의 (b)는 꼬리 부분을 확대하여 거리에 따른 차이를 보여 주고 있다. 도 7의 (b)에서 가장 위의 파형이 도체가 가장 멀리 있는 경우에 해당하고 반대로 가장 아래 파형이 도체가 가장 가까이 있는 경우에 해당한다.The part showing the change according to the distance is the tail part of the exponential decrease section, and FIG. 7 (a) shows the entire signal waveform, and FIG. 7 (b) shows the difference by distance by enlarging the tail part. Giving. In (b) of FIG. 7, the uppermost waveform corresponds to the case where the conductor is farthest, and conversely, the lowest waveform corresponds to the case where the conductor is nearest.
한편, 도 8을 참조하여 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 골프클럽 센싱장치의 제어부가 수행하는 작업의 흐름에 관하여 설명한다. 여기서 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이 퍼팅매트 상에서 퍼터의 움직임 특성을 감지하는 경우를 예로서 설명한다.On the other hand, with reference to Figure 8 will be described the flow of work performed by the control unit of the golf club sensing apparatus according to an embodiment of the present invention shown in FIG. Here, a case of detecting the movement characteristic of the putter on the putting mat as shown in FIG. 1 or 2 will be described as an example.
도 4에 도시된 복수개의 감지부(d1 ~ d6)가 동일한 펄스 입력에 대해 각각 조금씩 차이를 나타낼 수 있으므로 이를 보상할 필요가 있다. 즉 복수개의 감지부 별 개별 차이를 보상하기 위하여 프로그램의 초기에 각 감지부의 출력 x(i, n) (i = 1, 2, ... , I, I는 감지부의 개수, n은 시간 샘플 인덱스)을 K번 읽어서 평균을 취한 값 Xm(i)를 산출한다(S10). 즉 Xm(i)는 다음 식 1과 같이 정의된다.
Since the plurality of sensing units d1 to d6 illustrated in FIG. 4 may show slight differences for the same pulse input, they need to be compensated for. In other words, in order to compensate for the individual differences of the plurality of sensors, the output of each detector at the beginning of the program x (i, n) (i = 1, 2, ..., I, I is the number of detectors, n is the time sample index ) Is read K times to calculate the average value Xm (i) (S10). That is, Xm (i) is defined as in
Xm(i) = sum_{n=1}^{K} {x(i, n)}..........(식 1)
Xm (i) = sum_ {n = 1} ^ {K} {x (i, n)} .......... (Equation 1)
그 이후 각 감지부의 출력 X(i,n)의 측정을 반복하게 되는데(S20), 퍼터의 일반적인 속도 범위를 고려하면 1ms정도의 샘플 주기가 필요하고 각 감지부마다 약 100us정도의 시간이 소요되므로 매번 샘플 시마다 데이터를 전송하는 것이 쉽지 않다.After that, the measurement of the output X (i, n) of each sensing unit is repeated (S20). Considering the general speed range of the putter, a sample period of about 1 ms is required, and each sensing unit takes about 100 us. It is not easy to transfer data every sample.
따라서 제어부는 감지부의 출력 X(i,n)을 측정하고 앞서 저장한 기준 값 Xm(i)와의 차이값을 계산한다(S30). 여기서 차이값 C(i,n)은 다음의 식 2와 같이 정의된다.
Therefore, the controller measures the output X (i, n) of the detector and calculates a difference value from the previously stored reference value Xm (i) (S30). Here, the difference value C (i, n) is defined as in
C(i, n) = X(i, n) - Xm(i) ...............(식 2)
C (i, n) = X (i, n)-Xm (i) ............... (Equation 2)
매번 C(i, n)의 합인 S(n) = sum_i C(i, n)을 산출하고(S50), 상기 S(n)이 일정 수준 이상, 즉 미리 설정된 설정값 S1 이상인 경우(S70) "detected” 상태로 전이한다(S71). “detected” 상태에 있는 동안 제어부는 매번 측정값을 링버퍼에 계속하여 저장한다(S40).Every time S (n) = sum_i C (i, n), which is the sum of C (i, n), is calculated (S50), and when S (n) is above a predetermined level, that is, above a predetermined set value S1 (S70) " (S71) While in the “detected” state, the controller continuously stores the measured value in the ring buffer each time (S40).
S(n)가 일정 수준 이하, 즉 미리 설정된 설정값 S2 (여기서 S2 < S1) 이하가 되면(S60), 제어부는 지금까지 링버퍼에 저장된 모든 샘플을 호스트로 전송하고 “detected” 상태에서 빠져나온다(S61, S62).If S (n) is below a certain level, i.e., below the preset setting value S2 (where S2 <S1) (S60), the control unit transmits all the samples stored in the ring buffer to the host so far and exits from the “detected” state. (S61, S62).
결과적으로 퍼터가 센서 위를 지나갈 때마다 마이컴은 호스트로 IxN 행렬 c(i, n) (i = 1, 2, ... , I, n = 1, 2, ... , N)을 전송한다.As a result, every time the putter passes over the sensor, the microcomputer sends an IxN matrix c (i, n) (i = 1, 2, ..., I, n = 1, 2, ..., N) to the host. .
한편, 도 9의 (a), (b), (c) 및 (d)에 각각 나타낸 네 개의 이미지는 제어부에서 호스트로 전송된 IxN 행렬 c(i, n)의 일례를 보여 준다.On the other hand, four images respectively shown in (a), (b), (c) and (d) of Figure 9 shows an example of the IxN matrix c (i, n) transmitted from the control unit to the host.
도 9의 (a)는 퍼터가 정확하게 앞 방향으로 지나간 경우, 도 9의 (b)는 상기 (a)의 경우와 동일하나 바닥과의 거리가 더 크게 지나간 경우, 도 9의 (c)는 퍼터의 페이스가 비스듬히 지나간 경우, 도 9의 (d)는 상기 (a)의 경우와 동일하나 퍼터의 바닥이 수평하지 않게 지나간 경우의 일례를 보여 주고 있다.(A) of FIG. 9 shows that the putter passes exactly in the forward direction, and FIG. 9 (b) shows the same as the case of (a) above, but when the distance from the bottom is greater, FIG. 9 (c) shows the putter. In the case where the face of is passed obliquely, Figure 9 (d) is the same as the case of (a), but shows an example of the case where the bottom of the putter is not horizontally passed.
이미지의 가로방향이 시간 축(n)이고 세로방향이 센서 코일의 인덱스(i) 축이다. 도 9의 예에서 감지부의 개수 i는 6이고 시간 샘플 인덱스 n은 250이다. 이미지의 각 픽셀의 밝기는 우측 팔레트에 나타낸 바와 같이 행렬의 값을 나타낸다.The horizontal direction of the image is the time axis (n) and the vertical direction is the index (i) axis of the sensor coil. In the example of FIG. 9, the number i of the detectors is 6 and the time sample index n is 250. The brightness of each pixel in the image represents the value of the matrix as shown in the right palette.
한편, IxN 행렬 c(i, n)로부터 도 2에서 정의한 파라미터, 즉 퍼터의 전진속도(Vx), 타격점(l), 퍼터면 각도(θy), 퍼터와 바닥면의 간격(h), 퍼터 기울기(θr) 등을 추정하는 과정을 설명한다.On the other hand, from the IxN matrix c (i, n), the parameters defined in Fig. 2, namely, the forward speed Vx of the putter, the hitting point l, the angle of the putter surface θy, the distance between the putter and the bottom surface h, A process of estimating the slope θr and the like will be described.
도 10의 (a)는 퍼터와 바닥면의 간격이 세 가지 경우에 취득된 센서 값 c(i, n)이다. 퍼터가 6개의 코일의 범위를 벗어나지 않는다는 가정하에서 퍼터와 바닥면의 간격(h)은 코일의 출력의 합과 관련이 있다. FIG. 10A shows sensor values c (i, n) obtained when the gap between the putter and the bottom surface is three. Under the assumption that the putter is not within the range of six coils, the spacing h between the putter and the bottom is related to the sum of the outputs of the coils.
이에 모든 코일의 출력의 합인 S(n) = sum_i c(i, n)을 구하고 S(n)의 최대치 S_max = max_n {S(n)}를 구하여 도 10의 (b) 도시된 바와 같이 나타내었다.Thus, S (n) = sum_i c (i, n), which is the sum of the outputs of all coils, was obtained, and the maximum value of S (n), S_max = max_n {S (n)}, was obtained as shown in FIG. .
퍼터와 바닥면의 간격(h), 즉 height에 따라서 S_max가 어떻게 변화할지에 대해서는 코일로부터의 거리에 따라 자기장의 세기가 어떻게 변하는지를 생각하여 추정할 수 있다.The difference between the height of the putter and the bottom surface (h), i.e., S_max, can be estimated by considering how the strength of the magnetic field varies with the distance from the coil.
유한한 지름의 코일의 경우 자기장은 거리의 증가에 따라 감소하는데, 거리가 코일의 반지름과 비교할만한 영역에서는 거의 선형적으로 감소하고 그보다 더 멀어짐에 따라 다음의 식 4에서 제시한 것에 따라 감소하게 된다. 여기서 코일의 반지름이 1이고 거리가 z인 경우이다.
For finite diameter coils, the magnetic field decreases with increasing distance, which decreases almost linearly in the region comparable to the radius of the coil and as farther away as shown in
1 / (z^3 + 1.5z) ................(식4)
1 / (z ^ 3 + 1.5z) ... (Equation 4)
센싱장치의 출력이 대체로 맴돌이 전류에 비례하고 맴돌이 전류는 자기장에 비례하므로 센싱장치의 출력도 대체로 이러한 경향을 가질 것임을 예상할 수 있다.Because the output of the sensing device is generally proportional to the eddy currents and the eddy current is proportional to the magnetic field, it can be expected that the output of the sensing device will generally have this tendency.
도 10의 (b)는 상기 도 10의 (a)에 나타낸 세가지 height에 대한 S_max(모든 코일의 출력의 합의 최대값) 값의 관계를 나타낸 것이다.FIG. 10 (b) shows the relationship between S_max (maximum sum of outputs of all coils) values for the three heights shown in FIG. 10 (a).
height와 S_max간의 정확한 관계는 실제 코일의 형태, 회로 요소, 퍼터의 형태 등에 따라 달라지므로 실험을 통하여 결정하여야 한다.The exact relationship between height and S_max depends on the actual coil type, circuit elements, and type of putter, so it must be determined through experiments.
즉, height = h(S_max)로 주어지고 여기서 h(x)는 실험을 통하여 결정 가능한 함수이다.That is, height = h (S_max), where h (x) is a function that can be determined through experiments.
한편, 도 11의 (a)는 세 가지 속도(Vx)의 경우에 취득된 센싱 값이다. 퍼터의 속도에 따른 패턴의 변화는 예측 가능하다.11A is a sensing value obtained in the case of three speeds Vx. The pattern change with the speed of the putter is predictable.
속도가 느릴수록 코일의 범위 안에 퍼터가 오래 머물러 있게 되므로 더 많은 시간 동안 신호가 나타나게 된다.The slower the signal, the longer the putter stays in the coil's range and the longer the signal appears.
즉, 신호가 감지되는 시간이 퍼터의 속도에 반비례하게 될 것이다. 감지 시간을 결정하기 위하여 S(n)이 특정 역치를 넘는 구간을 찾고 그 길이를 구한다.That is, the time the signal is detected will be inversely proportional to the speed of the putter. To determine the detection time, S (n) finds the interval over a certain threshold and finds its length.
도 11의 (a)에 도시된 예의 경우 각각의 속도에 대하여 구간의 길이(run)는 169, 89, 60이며, 속도 Vx에 따른 (1/run)의 관계를 (b)에 정리하였다. 속도가 0일 때 1/run이 0일 것임을 고려하면 원점에서 시작하여 3개의 점이 대체로 직선상에 위치함을 볼 수 있다.In the example shown in (a) of FIG. 11, the lengths of the run are 169, 89, and 60 for each speed, and the relationship of (1 / run) according to the speed Vx is summarized in (b). Considering that 1 / run will be 0 when the velocity is 0, we can see that three points are generally located on a straight line starting from the origin.
이렇게 구한 run의 값은 신호가 있음을 구분하기 위한 역치에 영향을 받는다. 퍼터의 속도가 일정할 경우에도 신호가 전체적으로 작을 경우에는 run이 작게 얻어질 것이고 신호가 전체적으로 클 경우에는 run이 크게 얻어질 것이다.The run value thus obtained is influenced by the threshold for distinguishing the presence of a signal. Even if the speed of the putter is constant, the run will be small if the signal is small overall, and the run will be large if the signal is large overall.
이러한 문제는 역치가 작을 경우에는 큰 영향이 없을 것이나 현실적으로는 노이즈의 영향을 피하기 위하여 역치를 일정 수준 이상 유지하여야 하므로 이러한 문제를 피하기 어렵다.This problem will not be significant when the threshold is small, but in reality, it is difficult to avoid this problem because the threshold must be kept above a certain level to avoid the influence of noise.
따라서 이렇게 구한 run은 앞에서 구한 height의 값에 따라 보정할 필요가 있다. 이러한 보정을 포함하여 퍼터의 속도 추정은 아래의 식 5에 의한 모델을 이용할 수 있다.
Therefore, this run needs to be corrected according to the height value obtained earlier. Including this correction, the speed of the putter can be estimated using a model according to
Vx = Vxo * / f(height) * run .............(식 5)
Vx = Vxo * / f (height) * run ............. (Equation 5)
여기서 Vxo는 상수이고 f(x)는 height에 따른 run의 보정을 위한 함수이다. height가 작을수록 신호가 큼을 나타내고 신호가 충분히 클 경우에는 보정이 필요가 없으므로 f(x)는 height가 0일 때 1이고 height가 커짐에 따라서 증가하는 형태를 가져야 하고 정확한 형태는 실험에 의하여 결정하여야 한다.Where Vxo is a constant and f (x) is a function for correcting run by height. The smaller the height, the larger the signal, and if the signal is large enough, no correction is necessary, so f (x) should be 1 when height is 0 and increase as height increases, and the exact shape should be determined by experiment. do.
한편, 도 12의 (a)는 타격점(도 2의 (a)에 나타낸 기준위치(O)와의 거리(l)에 의해 측정됨, offset)이 4가지 offset의 경우에 취득된 센싱 값이다. On the other hand, Fig. 12A is a sensing value obtained when the impact point (measured by the distance l from the reference position O shown in Fig. 2A, offset) is four offsets.
도 12의 (a)에 나타낸 4가지 경우 모두 거의 같은 속도로 퍼터가 움직였고, 퍼터를 수평이동하며 (실제는 센서를 수평이동) 측정하였다. offset 값을 추정하기 위하여 시간축으로 값을 더하여 각 코일 별 신호값 C(i) = sum_n c(i, n)을 계산하여 도 12의 (b)에 나타내었다.In all four cases shown in (a) of FIG. 12, the putter was moved at almost the same speed, and the putter was horizontally moved (actually, the sensor was horizontally moved). In order to estimate the offset value, the signal value C (i) = sum_n c (i, n) for each coil was calculated by adding the values along the time axis and is shown in FIG.
도 12의 (a)에서 신호의 무게 중심이 상하로 이동하는 것을 볼 수 있는데, 이는 도 12의 (b)에서는 수평 이동으로 표현되고 있다. offset이 증가함에 따라서 커브의 중심이 오른쪽에서 왼쪽으로 변화함을 볼 수 있다. 따라서, 커브의 중심을 구할 필요가 있는데, 이 경우에는 무게 중심을 이용할 수 있다. 무게중심을 Cm이라고 할 때 무게중심 Cm은 다음의 식 6에 의해 나타낼 수 있다.
In Figure 12 (a) it can be seen that the center of gravity of the signal moves up and down, which is represented by the horizontal movement in Figure 12 (b). As the offset increases, the center of the curve changes from right to left. Therefore, it is necessary to find the center of the curve, in which case the center of gravity can be used. When the center of gravity is called Cm, the center of gravity Cm can be expressed by the following equation.
Cm = (sum_i {C(i) * i}) / (sum_i {C(i)}) .....(식 6)
Cm = (sum_i {C (i) * i}) / (sum_i {C (i)}) ..... (Equation 6)
도 12의 (c)는 offset에 따른 Cm의 변화를 나타낸 것이다. 도 12의 (c)에 나타낸 예에서 무게중심 Cm은 offset에 따라서 각각 4.9299, 3.6370, 2.5604, 1.9281이다. 본 실험에서는 약 25mm씩 이동하면서 측정하였다.12 (c) shows the change of Cm according to the offset. In the example shown in FIG. 12C, the center of gravity Cm is 4.9299, 3.6370, 2.5604, and 1.9281 depending on the offset. In this experiment it was measured while moving by about 25mm.
코일 간의 간격이 약 30mm이므로 대략 offset과 코일 번호의 비율이 1에 가까울 것으로 예상할 수 있다. 실제로는 센서의 중심에서 벗어남에 따라서 신호 크기의 합은 상대적으로 줄어들 것이므로 정확하게 선형적인 관계를 가지지는 않을 것이나 일차적 근사로서 아래 식 7에 의한 모델을 고려할 수 있다. 여기서 alpha는 실험적으로 결정 가능한 상수이다.
Since the spacing between the coils is about 30mm, it can be expected that the ratio of the offset to the coil number will be close to one. In practice, the sum of the signal magnitudes will be relatively reduced as we move away from the center of the sensor, so we will not have a precise linear relationship, but we can consider the model given by Eq. Where alpha is an experimentally determinable constant.
offset = alpha * Cm ...............(식 7)
offset = alpha * Cm ............... (Equation 7)
한편, 도 13의 (a)는 5가지 퍼터면 각도(도 2에 도시된 θy, yaw)에 대한 yaw 값에 대해 나타낸 것이다. yaw가 0일 경우에는 (a)의 세번째 그래프에서와 같이 상하 대칭적인 패턴이 얻어지는 반면 yaw가 음의 방향으로 기울어지면 첫 번째, 두 번째 그래프에서와 같이 오른쪽으로 기울어지는 패턴이 얻어지고 yaw가 양의 방향으로 기울어지면 네 번째, 다섯 번째 그래프에서와 같이 왼쪽으로 기울어지는 패턴이 얻어진다.Meanwhile, FIG. 13A illustrates yaw values for five putter surface angles (θy and yaw shown in FIG. 2). If yaw is 0, a symmetrical pattern is obtained as in the third graph of (a), while if yaw is tilted in the negative direction, a pattern is tilted to the right as in the first and second graphs, and yaw is positive. Tilt in the direction of gives a pattern that tilts to the left as shown in the fourth and fifth graphs.
예를 들어 도 13의 (a)의 첫 번째 그래프의 경우 6번 코일쪽으로 퍼터가 먼저 진입한 경우로서 아래 코일이 먼저 활성화되는 형태를 가진다. 인접하는 코일간의 활성되는 시간차로부터 yaw를 추정할 수가 있을 것이나, 코일에 따라서 감도의 차이가 있을 수 있고, 무엇보다 퍼터 기울기(θr)가 0이 아닌 경우 그에 의한 영향으로 yaw가 0인 경우에도 코일이 활성되는 시간차가 생길 수 있다.For example, in the case of the first graph of (a) of FIG. 13, when the putter first enters the
따라서 활성되기 시작하는 시간을 이용하지 않고 활성되는 시간의 중심이 쉬프트되는 것을 이용하여 yaw를 추정하는 것이 보다 신뢰성 있는 추정이 가능하다.Therefore, it is more reliable to estimate yaw using the shift of the center of the activated time without using the time at which it starts to be activated.
도 13의 (b)는 각 코일의 출력값의 시간 중심인 다음의 식 8에 의해 구한 것이다.
FIG. 13B is obtained by the following
nc(i) = (sum_n {c(i, n) * n}) / (sum_n c(i, n)) ....(식 8)
nc (i) = (sum_n {c (i, n) * n}) / (sum_n c (i, n)) .... (Equation 8)
코일 별 nc 값이 코일 위치에 따라 선형적인 관계가 있음이 뚜렷이 나타나 있다. yaw가 0인 경우 모든 센서의 nc가 거의 같은 값을 가지고 yaw가 20도인 경우 코일 번호에 따라서 선형적으로 증가하는 것을 볼 수 있다.It is clear that the nc value of each coil has a linear relationship with the coil position. If yaw is 0, the nc of all the sensors have almost the same value, and if yaw is 20 degrees, it can be seen to increase linearly with the coil number.
여기서 선형적 관계의 비례상수가 yaw에 비례하므로 선형적 관계의 비례상수를 구하기 위하여 linear regression을 이용할 수 있다. 그런데, 여기에서 각 nc가 대표하는 데이터의 개수가 다르므로 weighted linear regression을 이용할 필요가 있다.Since the linear constant is proportional to yaw, linear regression can be used to obtain the linear constant. However, since the number of data represented by each nc is different, it is necessary to use weighted linear regression.
예를 들어 1번 코일의 경우 신호값이 미약하므로 이 신호의 중심 nc를 구하면 노이즈에 의하여 결정되는 의미 없는 값이 된다. 도 13의 (b)에서 1번 센서의 값이 그래프 범위를 벗어나서 의미 없는 값을 가지는 이유이다. 이러한 점을 같은 비중으로 취급하게 되면 의미있는 비례상수를 구할 수 없다. For example, in case of
따라서 도 13의 (b)의 각 커브에 대하여 코일 별 신호값을 비중으로 하여 비례상수를 구할 수 있고 그 결과는 이 예의 경우 각각 -7.2664, -3.8861, 0.1916, 4.3635, 6.9107이고 (c)에 나타낸 바와 같이 yaw와 비례관계를 가지고 있다.Therefore, for each curve of Fig. 13 (b), the proportional constant can be obtained by taking the specific signal value of each coil as the specific gravity, and the result is -7.2664, -3.8861, 0.1916, 4.3635, and 6.9107 in this example, respectively. As shown, it is proportional to yaw.
이 결과를 바탕으로 yaw를 추정하기 위한 다음의 모델을 고려할 수 있다. 먼저, 코일 별 신호의 합인 C(i)와 센서 별 신호의 시간 중심값 nc(i)를 구하고 i와 nc간의 비례계수 ay를 weighted linear regression을 이용하여 구한다. 여기서 weight로서 C(i)를 이용한다. 계산된 ay와 실제 yaw는 아래의 식 9를 따른다.
Based on these results, we can consider the following model for estimating yaw. First, C (i), which is the sum of signals per coil, and the time center value nc (i) of the signals for each sensor are obtained, and a proportional coefficient ay between i and nc is obtained using weighted linear regression. Here we use C (i) as the weight. The calculated ay and actual yaw follow Equation 9 below.
yaw = beta * ay / Vx ...........(식 9)
yaw = beta * ay / Vx ........... (Equation 9)
여기서 Vx는 앞서 구한 퍼터의 속도이고 beta는 실험적으로 결정 가능한 상수이다. Vx로 나누어 주는 것은 같은 값의 yaw의 경우에도 퍼터의 속도가 클수록 nc간의 차이가 작아지는 역비례 관계가 있기 때문이다.Where Vx is the velocity of the putter and beta is the experimentally determined constant. The reason for dividing by Vx is that in the case of yaw of the same value, there is an inverse relationship in which the difference between nc decreases as the putter speed increases.
도 14의 (a)는 3가지 퍼터 기울기(도 2에 도시된 θr, roll)에 대한 roll 값을 나타낸 것이다. 도 14의 (a)에 나타낸 그래프는 퍼터를 토우쪽으로 약 10도 가량 기울여서 움직인 경우이고 중간 그래프는 최대한 수평을 유지한 경우, 아래 그래프는 퍼터를 힐쪽으로 약 10도 정도기울여서 움직인 경우이다.FIG. 14A illustrates roll values for three putter slopes (θr and roll shown in FIG. 2). The graph shown in (a) of FIG. 14 is a case where the putter is tilted about 10 degrees toward the toe and the middle graph is as horizontal as possible, and the graph below shows the case where the putter is tilted about 10 degrees toward the heel.
roll의 영향은 코일별 출력이 대칭적이지 않고 윗쪽 코일 또는 반대쪽 코일 쪽으로 편재된 형태를 가진다는 것이다.The effect of the roll is that the coil-by-coil output is not symmetrical and is ubiquitous toward the upper or opposite coils.
도 14의 (b)에 코일 별 신호의 함인 C(i)를 계산하여 그래프로 나타내었다. 녹색선의 경우 가장 대칭적이고 청색선의 경우 왼쪽으로 치우쳐 있고 적색의 경우 오른쪽으로 치우쳐 있다. In FIG. 14 (b), C (i) which is a signal of a coil-specific signal is calculated and shown as a graph. The green line is most symmetrical, the blue line is to the left and the red to the right.
치우친 정도를 수치화하기 위하여 커브의 기울어짐을 이용한다. 퍼터가 왼쪽으로 기울어져 있으면 왼쪽 코일의 값이 더 크게 되고 오른쪽 코일이 더 작게 된다. 따라서 퍼터 아래의 코일의 출력의 기울기를 계산함으로써 퍼터의 roll을 추정할 수 있다. Use the slope of the curve to quantify the bias. If the putter is tilted to the left, the value of the left coil is larger and the right coil is smaller. Therefore, the roll of the putter can be estimated by calculating the slope of the output of the coil under the putter.
문제는 어느 코일이 퍼터 아래에 있는지 파악하기 어렵고, 만약 모든 코일의 값을 이용한다면 기울기의 추정이 왜곡될 것이다. 이 문제를 해결하기 위한 간단한 방법으로서 C(i) 중 일정수의 최대값만을 이용하여 기울기를 추정한다. 본 예의 경우에 센서와 퍼터의 크기를 고려하면 6개의 센서 중 최소 4개가 퍼터의 영향을 받게 되므로 C(i) 중 최대값 4개만을 이용하여 기울기을 계산한다. The problem is that it is difficult to know which coil is under the putter, and if you use the values of all the coils, the estimate of the slope will be distorted. As a simple method for solving this problem, the slope is estimated using only a certain number of maximum values in C (i). In the case of this example, considering the size of the sensor and the putter, since at least four of the six sensors are affected by the putter, the slope is calculated using only the maximum of four C (i) values.
도 14의 (b)에서 별표로 표시된 데이터만을 이용하여 linear regression 방법으로 기울기 ar를 구한 결과를 도 14의 (c)에 도시하였다. The result of calculating the slope ar by the linear regression method using only data indicated by an asterisk in FIG. 14B is shown in FIG. 14C.
이 예에서 기울기는 각각 -145, 26, 117이다. 근사적으로 roll과 ar가 비례관계임을 볼 수 있다. 이러한 결과를 바탕으로 roll을 추정하기 위하여 코일별 신호의 합인 C(i)를 계산하고 그 중 최대값 4개만을 선택하고 그와 i간의 비례 계수 ar을 구한다. 그리고 다음의 식 11과 같이 roll을 추정한다.
The slopes in this example are -145, 26, and 117, respectively. It can be seen that roll and ar are proportionally related. Based on these results, in order to estimate the roll, we calculate C (i) which is the sum of the signals of each coil and select only the maximum four of them and calculate the proportional coefficient ar between them. And roll is estimated as in the following Equation 11.
roll = gamma * ar ...............(식 11)
roll = gamma * ar ............... (Equation 11)
여기서 gamma는 실험적으로 결정할 수 있는 상수이다.Where gamma is a constant that can be determined experimentally.
1:골프공, 2:퍼터
3:호스트, 4:영상처리수단
10:퍼팅매트, 20:센서 코일 어레이
30:센서회로부, 40:스위칭부
50:신호증폭부, 60:필터링부
M:제어부1: golf ball, 2: putter
3: host, 4: image processing means
10: putting mat, 20: sensor coil array
30: sensor circuit part, 40: switching part
50: signal amplifier, 60: filtering unit
M: control unit
Claims (18)
골프매트에 설치되는 복수개의 코일에 의해 형성되는 센서 코일 어레이; 및
상기 센서 코일 어레이의 각 코일과 연결되며, 인가된 펄스에 따라 상기 각 코일에 전압을 가하여 골프클럽이 해당 코일에 근접함에 따른 신호의 변화를 감지하는 감지부와, 상기 각 감지부로 펄스를 인가하며 상기 각 감지부에서 감지한 신호를 전달받아 상기 골프클럽의 움직임 특성에 관한 파라미터를 추정하는 제어부를 포함하는 센서회로부;
를 포함하는 골프클럽 센싱장치.In the golf club sensing device for sensing the swing characteristics of the golf club,
A sensor coil array formed by a plurality of coils installed on the golf mat; And
A sensing unit connected to each coil of the sensor coil array and applying a voltage to each coil according to an applied pulse to sense a change in a signal as the golf club approaches the coil, and applying a pulse to each sensing unit A sensor circuit unit including a control unit for receiving a signal sensed by each detection unit and estimating a parameter related to a movement characteristic of the golf club;
Golf club sensing device comprising a.
복수개의 코일이 상기 골프매트를 가로지르는 방향으로 배치되어 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 골프클럽 센싱장치.The method of claim 1, wherein the sensor coil array,
Golf club sensing device, characterized in that a plurality of coils are arranged in a direction crossing the golf mat.
상기 센서회로부는 상기 골프매트에 매설되어 구비되는 것을 특징으로 하는 골프클럽 센싱장치.The method of claim 1,
The sensor circuit unit is a golf club sensing device, characterized in that is provided embedded in the golf mat.
상기 센서회로부는 상기 골프매트의 일측에 구비되는 케이스에 내장되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 골프클럽 센싱장치.The method of claim 1,
The sensor circuit unit is a golf club sensing device, characterized in that it is provided to be embedded in the case provided on one side of the golf mat.
상기 추정되는 파라미터는 상기 센서 코일 어레이를 지나는 골프클럽 헤드의 전진 속도, 골프클럽 헤드의 타격점, 골프클럽 헤드면 각도, 골프클럽 헤드와 바닥면의 간격 및 골프클럽 헤드의 기울기 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 골프클럽 센싱장치.The method of claim 1,
The estimated parameter includes at least one of a forward speed of the golf club head passing through the sensor coil array, a hitting point of the golf club head, a golf club head face angle, a distance between the golf club head and the bottom face, and a tilt of the golf club head. Golf club sensing device, characterized in that.
상기 각 감지부로부터의 출력 신호 중 특정 범위의 신호를 추출하는 스위칭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 골프클럽 센싱장치.The method of claim 1, wherein the sensor circuit unit,
Golf club sensing device further comprises a switching unit for extracting a signal of a specific range of the output signal from each of the detection unit.
상기 각 감지부와 연결되어 상기 제어부에 의해 선택적으로 전기적 연결이 이루어지는 스위치를 복수개 구비하는 것을 특징으로 하는 골프클럽 센싱장치.The method of claim 6, wherein the switching unit,
Golf club sensing device, characterized in that provided with a plurality of switches connected to each of the sensing unit is selectively electrically connected by the control unit.
상기 스위칭부를 통과한 신호를 증폭시키는 신호증폭부와, 상기 증폭된 신호의 노이즈를 제거하는 필터링부를 더 포함하여,
상기 제어부가 상기 증폭 및 필터링된 신호를 디지털신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 골프클럽 센싱장치.The method of claim 6, wherein the sensor circuit unit,
Further comprising a signal amplifier for amplifying the signal passing through the switching unit, and a filter for removing the noise of the amplified signal,
And the control unit converts the amplified and filtered signals into digital signals.
상기 골프매트에 설치되는 복수개의 코일에 의해 형성되는 센서 코일 어레이;
상기 센서 코일 어레이의 각 코일과 연결되며, 인가된 펄스에 따라 상기 각 코일에 전압을 가하여 골프클럽이 해당 코일에 근접함에 따른 신호의 변화를 감지하는 감지부와, 상기 각 감지부로 펄스를 인가하며 상기 각 감지부에서 감지한 신호를 전달받아 상기 골프클럽의 움직임 특성에 관한 파라미터를 추정하는 제어부를 포함하는 센서회로부;
상기 센서회로부로부터 데이터를 전달받아 골프 스윙에 따른 골프공의 궤적을 시뮬레이션하는 호스트; 및
상기 호스트로부터 전달받은 데이터에 의해 가상 골프 시뮬레이션 영상을 처리하는 영상처리부;
를 포함하는 가상 골프 시뮬레이션 장치.Golf mats;
A sensor coil array formed by a plurality of coils installed on the golf mat;
A sensing unit connected to each coil of the sensor coil array and applying a voltage to each coil according to an applied pulse to sense a change in a signal as the golf club approaches the coil, and applying a pulse to each sensing unit A sensor circuit unit including a control unit for receiving a signal sensed by each detection unit and estimating a parameter related to a movement characteristic of the golf club;
A host for receiving data from the sensor circuit unit and simulating a trajectory of a golf ball according to a golf swing; And
An image processor configured to process a virtual golf simulation image based on the data received from the host;
Virtual golf simulation device comprising a.
상기 센서 코일 어레이의 각 코일과 연결되어 골프클럽이 해당 코일에 근접함에 따른 신호의 변화를 발생시키는 감지부를 복수개 구비하며,
상기 각 감지부로부터의 출력 신호 중 특정 범위의 신호를 추출하는 스위칭부와, 상기 복수개의 감지부로 각각 펄스를 인가하며, 상기 스위칭부에서 추출된 신호를 전달받아 골프클럽의 움직임 특성에 관한 파라미터를 추정하여 상기 호스트로 전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 골프 시뮬레이션 장치.The method of claim 9, wherein the sensor circuit unit,
A plurality of sensing units connected to each coil of the sensor coil array to generate a change in a signal as the golf club approaches the coil,
A switching unit for extracting a signal of a specific range of the output signal from the respective sensing unit, and applying a pulse to each of the plurality of sensing unit, and receives the signal extracted from the switching unit to determine the parameters of the movement characteristics of the golf club Virtual golf simulation apparatus comprising a control unit for estimating and transmitting to the host.
센서 코일 어레이를 이루는 복수개의 코일 각각에 연결되어 골프클럽이 해당 코일에 근접함에 따른 신호의 변화를 감지하는 감지부에 펄스가 인가되는 단계;
상기 감지부에 인가된 펄스 폭 동안 상기 감지부와 연결된 코일에 전압이 가해지는 단계; 및
상기 감지부에서 출력되는 신호로부터 골프클럽의 움직임 특성에 관한 파라미터를 추정하는 단계;
를 포함하는 골프클럽 센싱방법.In the golf club sensing method for sensing the swing characteristics of the golf club,
Applying a pulse to a sensing unit connected to each of the plurality of coils constituting the sensor coil array and detecting a change in a signal as the golf club approaches the coil;
Applying a voltage to a coil connected to the sensing unit during the pulse width applied to the sensing unit; And
Estimating a parameter relating to a movement characteristic of the golf club from the signal output from the detection unit;
Golf club sensing method comprising a.
상기 감지부에서 출력되는 신호로부터 상기 센서 코일 어레이를 지나는 골프클럽 헤드의 전진 속도, 골프클럽 헤드의 타격점, 골프클럽 헤드면 각도, 골프클럽 헤드와 바닥면의 간격 및 골프클럽 헤드의 기울기 중 적어도 하나를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 골프클럽 센싱방법.The method of claim 11, wherein estimating the parameter comprises:
At least one of a forward speed of the golf club head passing through the sensor coil array, a hitting point of the golf club head, an angle of the golf club head surface, a distance between the golf club head and the bottom surface, and an inclination of the golf club head from the signal output from the detector; Golf club sensing method comprising the step of estimating one.
상기 감지부로 인가된 펄스가 끝날 때 유도되는 해당 코일의 전류를 감지하여 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 골프클럽 센싱방법.The method of claim 11, wherein estimating the parameter,
And sensing and outputting a current of a corresponding coil induced when the pulse applied to the sensing unit ends.
상기 해당 코일의 전류를 감지하여 출력하는 단계에 의해 출력된 신호 중 특정 범위의 신호를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 골프클럽 센싱방법.The method of claim 13, wherein estimating the parameter,
And extracting a signal having a specific range from the signals output by sensing and outputting the current of the corresponding coil.
상기 특정 범위의 신호를 추출하는 단계에서 추출된 신호를 증폭시키는 단계와,
상기 증폭된 신호의 노이즈를 제거하도록 필터링하는 단계와,
상기 필터링된 신호를 디지털 신호로 변환하는 샘플링 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 골프클럽 센싱방법.The method of claim 14, wherein estimating the parameter comprises:
Amplifying the extracted signal in the step of extracting the signal of the specific range;
Filtering to remove noise of the amplified signal;
And a sampling step of converting the filtered signal into a digital signal.
상기 펄스가 인가되는 단계는 복수개의 상기 감지부에 대해 순차적으로 펄스가 인가되는 단계를 포함하며,
상기 파라미터를 추정하는 단계는 상기 복수개의 감지부에 대해 순차적으로 출력되는 신호를 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 골프클럽 센싱방법.The method of claim 11,
The applying of the pulse includes applying a pulse sequentially to the plurality of sensing units,
And estimating the parameter comprises processing signals sequentially output to the plurality of sensing units.
초기에 각 감지부의 출력을 적어도 한 번 이상씩 전송받아 평균값을 산출하여 저장하는 단계와,
골프클럽의 스윙에 따라 상기 각 감지부의 출력을 측정하여 상기 저장된 평균값과의 차이값을 산출하고 상기 차이값의 합을 산출하는 단계와,
상기 합이 미리 설정된 제1설정값 이상이면 감지상태가 되어 출력값을 저장하며, 상기 합이 미리 설정된 제2설정값 이하이면 감지해제상태가 되면서 저장된 출력값을 호스트로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 골프클럽 센싱방법.The method of claim 16, wherein processing the sequentially output signals comprises:
Initially receiving the output of each detector at least once and calculating and storing the average value,
Calculating a difference value from the stored average value by measuring the output of each detection unit according to a swing of a golf club, and calculating a sum of the difference values;
And if the sum is greater than or equal to the first preset value, detects and stores an output value. If the sum is less than or equal to the preset second preset value, the output value is transmitted to the host while the sum is less than the preset second set value. How to sense a golf club.
골프매트에 설치되는 복수개의 코일에 의해 형성되는 센서 코일 어레이;
상기 센서 코일 어레이의 각 코일에 펄스를 인가하는 펄스 인가 수단; 및
상기 각 코일에 펄스가 인가될 때 상기 각 코일에 전류가 증가했다가 감소해 가는 경향을 감지하여 도체의 근접 정도를 결정함으로써 골프클럽의 움직임 특성에 관한 파라미터를 추정하는 파라미터 추정 수단;
을 포함하는 골프클럽 센싱장치.In the golf club sensing device for sensing the swing characteristics of the golf club,
A sensor coil array formed by a plurality of coils installed on the golf mat;
Pulse applying means for applying a pulse to each coil of the sensor coil array; And
Parameter estimating means for estimating a parameter relating to a movement characteristic of a golf club by determining a degree of proximity of a conductor by detecting a tendency of current to increase and decrease when a pulse is applied to each coil;
Golf club sensing device comprising a.
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