TW201815445A - 棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法及利用其的棒球練習系統 - Google Patents

棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法及利用其的棒球練習系統 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種針對原本在棒球練習系統中因投球裝置的機構誤差等無法以準確的球速率進行投球控制的問題，利用感測無另外的感測器或測量裝置地通過投球或打擊運動的球的感測裝置，以該感測裝置的感測結果為基準校正投球裝置的設定，從而能夠以準確的速率進行投球，此外，針對隨著時間的經過，隨著投球裝置的老化或球的重量或狀態變化無法準確地實現已設定的球的速率的問題，分析在每個預先設定的週期在感測裝置中感測的結果和投球裝置的已設定的投球資訊的累積的結果，以能夠自動地自我校正該投球裝置的設定的棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法及利用其的棒球練習系統。

Description

棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法及利用其的棒球練習系統
本發明屬於一種諸如用戶用球棒打擊在投球裝置發射的球的方式的棒球練習系統或在規定大小的室內空間內用戶用球棒打擊由投球裝置發射的球，並由感測裝置感測其來實現根據該感測結果的類比影像的所謂的螢幕棒球系統的棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法及利用其的棒球練習系統。
近來，隨著棒球人口增加，出現了一種諸如能夠克服難以在廣闊的棒球賽場打真實棒球的局限性，在狹小的室內空間也能感受著棒球比賽的現場感虛擬地打棒球的所謂的螢幕棒球系統的棒球練習系統。
通常，螢幕棒球系統在室內設置使用者能夠在規定大小的空間擊球的擊球區和能夠顯示虛擬棒球場的螢幕，若設置於該螢幕後面的投球裝置向擊球區側投球，則在擊球區準備打擊球的使用者打擊從投球裝置投出的球，此時，感測裝置感測所投出的球和由用戶打擊的球的動靜，並基於該感測結果判定是好球還是壞球以及在該螢幕上實現對所打擊的球的軌跡的類比影像。
用於如上所述的螢幕棒球系統等棒球練習系統的投球裝置以多種發射角和速率投球，從而作為用戶可以享受對所投出的多種球位和多種球速的球進行打擊練習或通過打擊的棒球比賽。
然而，在棒球練習系統中，投球裝置理應以所設定的發射角和速率準確地投球，但投球裝置根據其設置的環境發生傾斜，無法以準確的發射角投球，且由於對投球裝置的部件的加工誤差或缺陷等，每個投球裝置的球的速率各異，因而存在不但無法準確控制投球裝置的投球所涉及的速率，而且很難以均衡的準確性進行投球的問題。
就球的速率的控制而言，例如在利用輪來發射球的投球裝置中，曾有過即使使設置有棒球練習系統的店鋪的各投球裝置的輪的旋轉速度相同來發射球，因機構偏差依然存在各店鋪的每個投球裝置均會以互相不同的速率進行投球的問題。
此外，曾發生過隨著時間的經過，由於投球裝置的老化、球的重量和狀態的變化等原因，與在投球裝置中設定的發射條件不同地投球的問題。
關於以往的技術，可以參考韓國專利申請第10-2015-0041844號、韓國專利申請第10-2015-0041861號、韓國專利申請第10-2014-0054105號、美國註冊專利第5443260號、日本註冊專利第4743763號等現有技術文獻。
本發明提供一種針對原本在棒球練習系統中因投球裝置的機構誤差等無法以準確的球速率進行投球控制的問題，利用感測無另外的感測器或測量裝置地通過投球或打擊運動的球的感測裝置，以該感測裝置的感測結果為基準校正投球裝置的設定，從而能夠以準確的速率進行投球的棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法及利用其的棒球練習系統。
此外，本發明提供一種棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法及利用其的棒球練習系統，針對隨著時間的經過，且隨著投球裝置的老化或球的重量或狀態變化無法準確地實現已設定的球的速率的問題，分析每個預先設定的週期在感測裝置中感測的結果和投球裝置的已設定的投球資訊的累積的結果，以能夠自動地自我校正該投球裝置。
本發明的一實施例的棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法是在從投球裝置向擊球區投球，且具備感測該投出的球的感測裝置的棒球練習系統中的該投球裝置的投球控制方法，包括：以在該投球裝置中預先設定的速率投球並利用由該感測裝置感測所投出的球的感測資料計算球運動模型的步驟；利用該計算的球運動模型，對於在該投球裝置中設定的球的速率計算由該感測裝置測量的球的速率的步驟；利用該設定的球的速率和對此測量的球的速率的資訊，對欲控制的球的速率計算轉換成在該投球裝置中應設定的速率的轉換函數的步驟；以及隨著用戶的棒球練習或棒球比賽的進行，該投球裝置待實現的球的速率由該轉換函數轉換並設定來進行投球的步驟。
此外，優選該棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法的 特徵在於，計算由該感測裝置測量的球的速率的步驟包括：利用在該投球裝置發射球時的發射角資訊計算對球的速度向量的函數的步驟；以及利用依據該感測資料的球運動模型和對該球的速度向量的函數計算該投球裝置以該發射角發射球時的球的速率的步驟。
此外，優選該棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法的特徵在於，計算對該球的速度向量的函數的步驟包括：發射該球時的發射角資訊為在該投球裝置中預先設定的發射角資訊中適用了補償要素的資訊，該補償要素的資訊是用於利用該計算的球運動模型的差異基於作為對該感測裝置的球感測的坐標系的感測坐標系補償作為對該投球裝置的投球的坐標系的投球坐標系所傾斜的程度的補償要素的資訊，並計算對以發射該球時的發射角資訊為速度的方向、以該球的速率為速度的大小的速度向量的函數的步驟。此外，優選該棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法的特徵在於，計算該轉換函數的步驟包括：對該投球裝置的多個互相不同的設定速率分別計算利用對該計算的球的速度向量的函數來計算的速率的步驟；以及利用該多個互相不同的設定速率值和與各設定速率對應地利用對該速度向量的函數計算的速率值，通過線性近似、線性插值、樣條插值中任一方法計算轉換成對欲控制的球的速率在該投球裝置中應設定的速率的轉換函數的步驟。
此外，優選該棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法的特徵在於，計算由該感測裝置測量的球的速率的步驟包括：在依據該感測資料的球運動模型中適用在該投球裝置中的球發射位置資訊來計算在該投球裝置發射球時的球的速率的步驟。
此外，優選該棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法的特徵在於，還包括：分別儲存每當在該投球裝置進行投球時的該投球裝置的已設定的球的速率的資訊和每當這時的由該感測裝置測量的球的速率的資訊的步驟；以及在每個預先設定的週期利用該儲存的設定速率的資訊和對測量速率的資訊或對其按照預先設定的事項經資料加工過程的資訊，校正該週期內在該投球裝置中有可能發生的球發射速率的誤差，以使該投球裝置在每個預先設定的週期進行自我校正的步驟。
此外，優選該棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法的特徵在於，使該投球裝置進行該自我校正的步驟包括：利用預先設定的週期內儲存的該設定速率和該測量速率計算該轉換函數的係數的步驟；以及比較對根據之前計算並適用的轉換函數的該投球裝置的投球時的速率的誤差利用預先設定的誤差函數計算的現有誤差函數的值和對根據適用重新計算的係數的轉換函數的該投球裝置的投球時的速率的誤差利用該誤差函數計算的新的誤差函數的值，在該新的誤差函數的值小於該現有誤差函數的值的情況下，將適用了該重新計算的係數的轉換函數適用於該投球裝置的步驟。
一方面，本發明的另一實施例的棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法是在從投球裝置向擊球區投球，且具備感測該投出的球的感測裝置的棒球練習系統中的該投球裝置的投球控制方法，包括：利用隨著棒球練習或棒球比賽的進行在該投球裝置以預先設定的速率投球並由該感測裝置感測該投出的球的感測資料計算球運動模型，並分別儲存該設定速率的資訊和根據該球運動模型計算的測量速率的資訊的步驟；利用預先 設定的週期內儲存的該設定速率和該測量速率更新轉換成對欲控制的球的速率在該投球裝置中應設定的速率的轉換函數的步驟；以及將該更新的轉換函數適用於該投球裝置來校正該週期內在該投球裝置中有可能發生的球發射速率的誤差，以使該投球裝置進行自我校正的步驟。
一方面，本發明的一實施例的棒球練習系統包括：投球裝置，其構成為速率可變地向使用者進行打擊的擊球區投球；感測裝置，其感測在該投球裝置投出的球來生成其感測資料；以及控制裝置，其接受從該感測裝置傳輸的該感測資料來計算對通過該投球運動的球的球運動模型，並利用該計算的球運動模型對在該投球裝置中設定的球的速率計算由該感測裝置測量的球的速率，且利用該設定的球的速率和對此測量的球的速率的資訊計算轉換成對欲控制的球的速率在該投球裝置中應設定的速率的轉換函數來適用於該投球裝置，以隨著使用者的棒球練習或棒球比賽的進行，使該投球裝置待實現的球的速率由該轉換函數轉換並設定來進行投球。
此外，優選該棒球練習系統的特徵在於，該控制裝置構成為利用在該投球裝置發射球時的發射角資訊計算對球的速度向量的函數，並利用依據該感測資料的球運動模型和對該球的速度向量的函數計算該投球裝置以該發射角發射球時的球的速率。
此外，優選該棒球練習系統的特徵在於，該控制裝置構成為在依據該感測資料的球運動模型中適用該投球裝置中的球發射位置資訊來計算在該投球裝置發射球時的球的速率。
此外，優選該棒球練習系統的特徵在於，該控制裝置將每當在該投球裝置進行投球時的該投球裝置的已設定的球的速率的資訊和每當 這時的由該感測裝置測量的球的速率的資訊分別儲存至儲存部，並在每個預先設定的週期利用該儲存的設定速率的資訊和對測量速率的資訊或對其按照預先設定的事項經資料加工過程的資訊，校正該週期內在該投球裝置中有可能發生的球發射速率的誤差，以使該投球裝置在每個預先設定的週期進行自我校正。
一方面，本發明的另一實施例的棒球練習系統包括：投球裝置，其構成為速率可變地向使用者進行打擊的擊球區投球；感測裝置，其感測在該投球裝置投出的球來生成其感測資料；以及控制裝置，其控制為，接受從該感測裝置傳輸的該感測資料來計算對通過該投球運動的球的球運動模型，並利用每當在該投球裝置進行投球時的該計算的球運動模型對在該投球裝置中設定的球的速率計算由該感測裝置測量的球的速率來儲存至儲存部，且利用預先設定的週期內儲存的該設定速率和該測量速率更新轉換成對欲控制的球的速率在該投球裝置中應設定的速率的轉換函數，並將該更新的轉換函數適用於該投球裝置來校正該週期內在該投球裝置中有可能發生的球發射速率的誤差，以使該投球裝置進行自我校正。
本發明的一實施例的棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法及利用其的棒球練習系統具有如下效果，即：針對原本在棒球練習系統中因投球裝置的機構誤差等無法以準確的球速率進行投球控制的問題，無另外的感測器或測量裝置地利用感測通過投球或打擊運動的球的感測裝置，以該感測裝置的感測結果為基準校正投球裝置的設定，從而能夠準確地進行投球控制，且由於在感測裝置與投球裝置的相對關係中校正投球裝 置的球速率誤差，使得機構狀態互相不同的各店鋪的投球裝置能夠以均一的準確度進行投球。
此外，本發明的另一實施例的棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法及利用其的棒球練習系統具有如下效果，即：針對隨著時間的經過，隨著投球裝置的老化或球的重量或狀態變化無法準確地實現已設定的球的速率的問題，分析每個預先設定的週期在感測裝置中感測的結果和投球裝置的已設定的投球資訊的累積的結果，以能夠自動地自我校正該投球裝置的設定，從而營運者無需用另外的感測器或測量裝置隨時對投球裝置進行校正作業，進而能夠更有效地進行對棒球練習系統的營運。
S100~S180、S200~S270‧‧‧步驟
1‧‧‧球
11‧‧‧側壁
12‧‧‧後壁
20‧‧‧螢幕部
23‧‧‧投球洞
30‧‧‧擊球區
100‧‧‧投球裝置
200‧‧‧感測裝置
300‧‧‧控制裝置
310‧‧‧控制部
320‧‧‧儲存部
330‧‧‧影像處理部
420‧‧‧影像輸出部
α、θ‧‧‧發射角
sp‧‧‧空間部
vp‧‧‧速率
圖1是作為本發明的一實施例的棒球練習系統實現虛擬棒球類比系統，即所謂的螢幕棒球系統的例；圖2是關於圖1所圖示的棒球練習系統的構成示出的框圖；圖3、圖4是為說明關於本發明的棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法的例的流程圖；圖5是用於在說明圖3、圖4的投球控制方法時作為參考的圖。
下面參照附圖對關於本發明的棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法及利用其的棒球練習系統的更為具體的內容進行說明。
以下，將本發明的「棒球練習系統」定義為如下概念，再對 本發明進行具體說明，即，投球裝置投球並由使用者在擊球區打擊該投出的球以能夠單純進行打擊練習的方式的棒球練習系統自不待言，還包括所有在室內設置用戶可以在規定大小的空間擊球的擊球區和可以顯示虛擬棒球場的螢幕，若投球裝置向擊球區側投球，則在擊球區準備打擊球的使用者打擊從投球裝置投出的球，且感測裝置感測所投出的球和由用戶打擊的球的動靜，並基於該感測結果在螢幕上實現對所打擊的球的軌跡的類比影像的虛擬棒球類比系統等。
下面，參照圖1、圖2對本發明的一實施例的棒球練習系統進行說明。圖1是作為本發明的一實施例的棒球練習系統實現虛擬棒球類比系統，即所謂的螢幕棒球系統的例，圖2是關於圖1所圖示的棒球練習系統的構成示出的框圖。
如圖1所圖示，與一般的螢幕棒球系統相同，本發明的一實施例的棒球練習系統實現為在由側壁11和後壁12等形成的空間設置擊球區30和螢幕部20，以使用戶能夠在該擊球區持球棒揮棒和打擊球。
在該螢幕部20與後壁12之間的空間部SP可以具備有用於進行關於待投影到該螢幕部20上的棒球類比影像的資訊處理的控制裝置300(在控制裝置300中處理的影像通過影像輸出部420投影到螢幕部20)，且可以設置有可以向擊球區30側投球1的投球裝置100，在與該螢幕部20上的該投球裝置100的發射球的部分對應的位置可以形成有投球洞23，以使球1能夠通過。
如圖1、圖2所圖示，本發明的一實施例的棒球練習系統的控制系統可以包括控制裝置300、投球裝置100、感測裝置200等而構成。
該投球裝置100可以以多種形態實現，且可以包括所有通常所使用的或公開的任何形態的投球裝置，而基本上可以包括球供應部、投球驅動部以及投球控制部而構成。
亦即，該投球裝置100是一種如下構成：若球供應部從保管有多個球的保管箱中逐個移送球並供應至投球驅動部，則投球控制部以預先設定的球發射條件(可以是手動輸入的球發射條件，也可以是在虛擬棒球模擬比賽過程中設定的球發射條件)控制投球驅動部，由該投球驅動部向擊球區側發射由該球供應部供應的球。
上述投球驅動部例如可以以如下多種方式實現，即：利用旋轉一個輪，並在與導向板之間利用該輪的旋轉力發射球的方式(例如，日本公開專利公報第2014-217468號等)、旋轉兩個以上的輪，並使球位於這些輪之間來利用這些輪的旋轉力發射球的方式(例如，韓國公開專利公報第2014-0100685號、韓國註冊專利第0411754號、韓國註冊實用新型第0269859號等)、旋轉把持球的臂來投擲球的方式(例如，韓國註冊專利第0919371號等)等。
本發明的一實施例的投球裝置優選包括發射角調節部，其分別向上下方向和/或左右方向移動該投球驅動部或使其傾斜(tilting)，以能夠調節所發射的球的方向，即發射角，該投球驅動部優選構成為由該投球控制部控制，以能夠調節所投出的球的速率。
該投球控制部控制該發射角調節部來以該投球驅動部所設定的發射角發射球，以能夠向擊球區側投出多種球位的球，且控制該投球驅動部來以所設定的球的速率發射球，以能夠投出多種球速的球(例如， 在利用輪進行投球驅動的形態的情況下，可以控制輪的RPM來以多種球速發射球)。
亦即，如圖1所圖示，本發明的一實施例的投球裝置是一種如下構成，即：能夠進行以i-j-k坐標系為基準對上下方向的發射角α和左右方向的發射角θ中的至少一個發射角的設定，並能夠按照該設定調節發射角來進行投球，且能夠進行對待投球的球的速率的設定，以按照該設定調節投球驅動部的輸出或電機的速度等以利用多種方法設定的球的速率進行投球。此處，將作為成為用於上述投球裝置的投球的發射角的基準的坐標系的i-j-k坐標系稱「投球坐標系」。
一方面，該感測裝置200也同樣可以以多種方式實現，作為其一例，可以列舉如下方式，即：在所投出的球或所打擊的球所經過的路口設置多個發光感測器和多個由光接收感測器構成的光感測器裝置，當球經過該光感測器裝置時，接收從發光感測器照射後被球反射的光，來從多個光感測器裝置分別獲得球的座標資訊，並基於該資訊計算多投球或打球的球的速度、方向等參數。
此外，作為分析所攝影的圖像來進行對圖像上的客體的感測的方式，該感測裝置200可以使用獲取對包括擊球區在內的規定攝影範圍的圖像並分析來進行對從投球裝置投出的球的球運動資訊的計算、對由用戶打擊的球的球運動資訊的計算等的方式，也可以複合性地使用上述光感測方式和圖像感測方式。
亦即，本發明的一實施例的感測裝置構成為能夠感測由投球裝置投出而運動的球來計算對球的位置等的感測資料，且優選由該感測裝 置或待後述的控制裝置基於該感測資料計算對運動的球軌跡的球運動模型。
在圖1所圖示的本發明的一實施例的棒球練習系統中，對包括攝像頭單元和感測處理單元的圖像感測方式的感測裝置200進行了圖示，關於基於利用這種圖像感測方式的感測裝置200感測的感測資料計算運動的球的運動模型，在由本申請人申請的韓國專利申請第10-2016-0004526號等中具體公開。
如上述韓國專利申請第10-2016-0004526號也有所公開，圖像感測方式的感測裝置200可以包括攝像頭單元和感測處理單元而構成，攝像頭單元連續獲取對包括擊球區在內的規定攝影範圍的圖像，感測處理單元接受從攝像頭單元傳達的圖像來執行按照預先設定的事項的圖像分析並查找球來提取對各球的三維座標資料，並利用該提取的三維座標資料決定對被投出而運動的球或被打擊而運動的球的球的運動模型，若決定球的運動模型，則利用其計算利用該棒球練習系統的棒球練習或棒球比賽所需要的各種資訊。
此處，球的運動模型表示用關於被投出或被打擊而運動的球的三維空間上的軌跡的運動方程式表現，如圖1所圖示，可以對進行利用本發明的棒球練習系統的棒球練習或棒球比賽的空間定義為x軸、y軸和z軸的三維坐標系，來按照該定義的坐標系決定該球的運動模型。
如圖1所圖示的x-y-z坐標系為成為感測裝置進行對運動的球的感測的基準的坐標系，以下，稱「感測坐標系」。
作為對上述投球裝置的投球的坐標系的投球坐標系是隨著 相對于作為對該感測裝置的球感測的坐標系的感測坐標系的z軸旋轉180°，各坐標軸互相平行的關係。
上述「球運動模型」可以定義為x軸方向的運動方程式、y軸方向的運動方程式和z軸方向的運動方程式，且計算其的具體方法公開于上述韓國專利申請第10-2016-0004526號中。
一方面，如圖2所圖示，該控制裝置300可以包括儲存部320、影像處理部330以及控制部310而構成。
該儲存部320是儲有用於在棒球練習系統中進行的棒球類比影像等的處理的資料，且儲存有對每當在投球裝置投球時所設定的發射角的資訊和對所計算的球運動模型的資訊的部分。該儲存部320也可以構成為起臨時儲存從伺服器(未圖示)接受的資料的儲存處的作用。
該影像處理部330為生成關於虛擬棒球場的影像、關於選手、裁判、觀眾等的影像的背景影像、虛擬投手投球的影像、對使用者所打擊的球的軌跡的類比影像等各種棒球類比相關影像而執行按照對影像資料的預先設定的程式的處理，且所處理的影像傳輸至影像輸出部420，該影像輸出部420對所傳輸的影像執行投影到螢幕部20等的影像的輸出，以使用戶能夠看到。
該控制部310控制本發明的棒球練習系統的各構成要素，並基於從該感測裝置200傳輸的各種資訊執行用於實現對所打擊的球的軌跡的類比等棒球類比影像的各種運算。
上述「球運動模型」可以構成為由感測裝置利用感測資料直接計算，也可以構成為由該控制部310接受上述感測裝置的感測資料來計 算。
一方面，將參照圖3、圖4所圖示的流程圖對本發明的棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法進行說明。
首先，參照圖3對本發明的一實施例的棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法進行說明。
如圖1所圖示，以設置有本發明的一實施例的棒球練習系統的感測裝置200和投球裝置100的狀態為基準進行說明。
由於該投球裝置100不可能設置於以數學準確度完全平坦的位置，根據設置環境，會在一定程度上或大或小地發生傾斜。
亦即，當該投球裝置100以i-j-k坐標系為基準按照上下方向發射角α和左右方向發射角θ的設定發射角投球1時，因如上所述的投球裝置的傾斜，實際上球不會以α和θ的設定發射角發射。
如上所述的因投球裝置的設置環境等的傾斜可以通過適當旋轉投球坐標系i-j-k坐標系來補償，且該問題可以計算作為待後述的補償要素的旋轉矩陣Rc並適用於投球裝置來解決。
在投球裝置投球時的速度可以用作為向量的概念的速度向量表示，且可以以表示作為速度向量的大小的速率和表示速度向量的方向的方向向量表示。
例如，當設投球裝置投球時的設定速度的速率為vp，上下發射角為α，以及左右發射角為θ時，實際上投球裝置投球時的速率和發射角會與vp、α和θ不同地發射，對此，本發明的投球控制方法控制為基於利用感測裝置的感測資料進行校正來進行投球，以能夠進行準確的球控 制。
圖3所圖示的流程圖示出了關於如上述用於使投球裝置能夠按照設定發射角和設定速率準確地發射球的方法的一例。
首先，以在投球裝置中預先設定的發射角和速率投球(S100)，此時，感測裝置感測所投出的球來生成感測資料(S110)，控制裝置(或感測裝置自身)利用該感測資料計算對所投出的球的球運動模型(S120)。其中，如前文所述，關於該感測裝置和控制裝置生成感測資料來計算球運動模型的具體方法，在韓國專利申請第10-2016-0004526號中有所說明。
根據該專利，球運動模型根據x-y-z坐標系計算，且可以如下用x軸方向的運動方程式、y軸方向的運動方程式和z軸方向的運動方程式計算，以下各運動方程式為對時間的函數：
<球運動模型>
x=ax*t+bx (x軸方向的運動方程式)
y=ay*t+by (y軸方向的運動方程式)
z=az*t+bz-0.5*g*t2 (z軸方向的運動方程式)
其中，t表示時間值；g表示重力加速度；x、y、z分別表示各軸方向的座標；ax和ay表示對時間t的x、y座標的增加量(傾斜度)；bx、by分別表示時間t為0時的x、y的座標值(切片)。
az表示時間t為0時的z方向速度，bz表示時間t為0時的z的座標值(切片)。
將上述S100、S110以及S120的過程反復預先設定的次數，且反復時使預先設定的發射角每次都不同(S130)。例如，可以以如下三種 情況反復：情況1→投球裝置以設定上下角α 1、左右角θ 1、設定速率vp1投球的情況；情況2→投球裝置以設定上下角α 2、左右角θ 2、設定速率vp2投球的情況；以及情況3→投球裝置以設定上下角α 3、左右角θ 3、設定速率vp3投球所的情況。
其中，上下角α 1、α 2、α 3，左右角θ 1、θ 2、θ 3以及速率vp1、vp2、vp3分別為互相不同的值。
若將以上各情況的設定發射角資訊適用於上述球運動模型，則可以如下表示：
<情況1>
x1=ax1 * t+bx1
y1=ay1 * t+by1
z1=az1 * t+bz1-0.5*g* t2
<情況2>
x2=ax2 * t+bx2
y2=ay2 * t+by2
z2=az2 * t+bz2-0.5*g* t2
<情況3>
x3=ax3 * t+bx3
y3=ay3 * t+by3
z3=az3 * t+bz3-0.5*g* t2
一方面，如上述，將S100、S110以及S120的步驟反復3次來獲得結果後，憑藉該結果，利用在投球裝置發射球時的發射角資訊計算對球的速度向量的函數(S150)。
其中，該「在投球裝置發射球時的發射角資訊」可以是前文所述的適用了補償投球裝置的傾斜的旋轉矩陣Rc的情況下的發射角資訊，而在欲忽略投球裝置的傾斜僅校正速率的情況下，也可以是未適用該旋轉矩陣Rc的狀態的設定發射角資訊。
以下，將該「在投球裝置發射球時的發射角資訊」視為適用了補償投球裝置的傾斜的旋轉矩陣Rc的情況的發射角資訊來進行說明。
如圖5所示，若將在投球坐標系(i、j、k)分別向上下方向和左右方向旋轉α和θ時的坐標系定義為(i'、j'、k')，則投球裝置100以發射角α和θ發射球歸根結底等同於在(i'、j'、k')坐標系向j'軸方向發射球。
若設投球裝置100向j'方向以設定速率vp發射球時的實際發射速率為vr，則將其用作為感測坐標系的x-y-z坐標系表示時，可以如下獲得速度向量VR：
<關於對球的速度向量VR的函數的公式>
在關於該速度向量VR的公式中，旋轉矩陣Rc可以用以感測坐標系的x、y和z軸為基準分別具有歐拉角Ψ c、δ c、Φ c的旋轉成分的矩陣表示，且可以如下表現：
<關於旋轉矩陣的公式>
作為該旋轉矩陣Rc的各旋轉成分的Ψ c、δ c、Φ c的值為利用其他方法已求出的值，比起求出上述旋轉矩陣來補償球的發射角的方法，本發明更傾向於將重點放在對球的速率進行校正的方法，因而對計算上述旋轉矩陣Rc的具體方法，將省略說明。
如上述，可以利用對球的速度向量的函數計算發射球時的實際速率vr，可以在利用對上述球運動模型和上述球的速度向量的函數由該旋轉矩陣對投球裝置進行補償的狀態下，計算以設定發射角發射球時的球的速率(S160)。
亦即，計算用於對由感測裝置測量的球的速率和投球裝置的設定速率進行比較來對存在差異的部分進行校正的校正要素。
上述<球運動模型>分別為對t的函數，因而若對y方向運動方程式y=ay*t+by微分，則可以知道「運動的球的y軸方向速度成分=ay」。
當設該速度向量VR中y軸方向成分為VR(y)時，ay=VR(y)成立。亦即，可以利用該<對速度向量的函數>如下整理： ay=VR(y)=vr *(Rc(2,1)*(-sin(θ))+Rc(2,2)* cos(α)* cos(θ)+Rc(2,3)* sin(α)* cos(θ))
若整理對該ay的公式，則可以如下獲得對發射速率vr的公式：
<關於發射速率vr的公式>
因此，可以利用通過感測裝置計算的球的運動模型的ay和補償投球裝置的傾斜的旋轉矩陣Rc、投球裝置的設定上下角α和左右角θ求出對在投球裝置中設定的速率vp實際在感測裝置中測量的速率值vr。
如上述，可以利用通過對已設定的球的速率和球的速度向量的函數計算的球的速率資訊，計算轉換成對欲控制的球的速率在投球裝置中應設定的速率的轉換函數(S170)。
在前文中，對設定發射角和速率的三種情況獲得資料有所說明，若在對更多種情況利用上述公式多樣化地計算vr後，利用線性近似或線性插值、樣條插值等，則可以求出將實際欲控制的速率值予以轉換為投球器的設定速率的轉換函數。
例如，若在投球裝置中將設定速率以值由小到大的順序設定為vp(1)、vp(2)、…vp(n)，並分別對其利用感測裝置的感測資料求出球運動模型，則可以利用上面的公式求出對應於vr(1)、vr(2)、…vr(n)的值。若利用該vp(1)、vp(2)、…、vp(n)和vr(1)、vr(2)、…、vr (n)進行線性近似，則可以用下面的公式表現求出對實際欲控制的速率vr_tar在投球裝置中應設定的速率vp_tar的函數：
<關於轉換函數的公式>
vp_tar=A*(vr_tar)+B
亦即，在對n次的情況利用上述<關於發射速率vr的公式>求出設定速率vp和發射速率vr來適用於該<關於轉換函數的公式>的情況下，可以求出為實現實際應發射的目標速率vr_tar在投球裝置中應設定的設定速率vp_tar的值，並將上述轉換函數適用於投球裝置，來利用該轉換函數轉換並設定隨著用戶的棒球練習或棒球比賽的進行待由投球裝置實現的球的速率，並按照其進行投球，從而能夠進行準確的投球控制(S180)。
一方面，該<關於發射速率vr的公式>為在已知旋轉矩陣Rc的情況下的關於發射速率vr的公式，而在雖然旋轉矩陣Rc未知，但已知作為投球裝置的發射球的位置的(POx、POy、POz)的情況下，可以利用如下方法求出設定速率vp與實際發射速率vr的關係。
若將球發射位置(POx、POy、POz)適用於球運動模型，則成立如下公式。在下面的公式中，時間tp表示球發射位置(POx、POy、POz)上的時間值：
<球發射位置上的球運動模型>
POx=ax * tp+bx
POy=ay * tp+by
POz=az * tp+bz-0.5*g* tp2
利用該<球發射位置上的球運動模型>，可以如下計算球位於球發射位置時的時間tp：tp=(POy-by)/ay
若在該tp時間對該球運動模型微分，則可以如下獲得在投球裝置發射球時的速度V_po：
<關於球發射時的速度的公式>
V_po(x)=ax
V_po(y)=ay
V_po(z)=az-g * tp
其中，V_po(x)、V_po(y)和V_po(z)表示對發射球時的速度V_po的x、y、z軸方向成分。
該<關於對球的速度向量VR的函數的公式>的速度向量VR和該<關於球發射時的速度的公式>的速度V_po是相同的速度。因此，兩個向量的大小也相同，且可以成立下面的公式：
其中，表示方向的矩陣Rc與的大小分別 為1，因而成立|VR|=|vr|=|V_po|，若將該<關於球發射時的速度的公式>適用於上面的公式中，則可以如下獲得關於速率vr的公式：
<關於速率vr的公式>
其中，關於該時間tp，其是通過tp=(POy-by)/ay求出的值。
因此，可以用關於該速率vr的公式對設定速率vp和實際速率vr求出多種值的組合來通過上述<關於轉換函數的公式>求出為實現實際應發射的目標速率vr_tar，在投球裝置中應設定的設定速率vp_tar的值。
一方面，如圖3所圖示，即使在投球裝置中適用上述轉換函數來校正球的速率，也會隨著時間的經過，隨著投球裝置的老化或球的重量或狀態變化，無法準確地實現已設定的的速率，因而對適用於投球裝置的轉換函數，每個預先設定的週期分析投球資訊的累積的結果並予以更新，從而能夠確保對投球的準確性的可靠性。
本發明的另一實施例的棒球練習系統對適用於投球裝置的上述轉換函數，利用每個預先設定的週期重新累積儲存的資料來更準確地予以變更並設定，從而使投球裝置能夠在每個週期進行對球的速率的自我校正。
上述<關於轉換函數的公式>中，對於欲控制的速率vr_tar，在投球裝置中將以vp_tar予以設定速率，但隨著時間的經過，由感測裝置對在投球裝置所投出的球測量的速率vr有可能會逐漸具有不同於該目標速 率vr_tar的值。如前文所述，此處所說的球的速率為在投球裝置發射球的時點的速率。
因此，每當進行棒球練習或棒球比賽，投球裝置發射球時，持續性地儲存設定速率vp(已計算並適用轉換函數的狀態下在投球裝置中設定的設定速率vp為按照該已適用的轉換函數為vr_tar的欲控制的目標速率設定的vp_tar的值)和對其由感測裝置測量的球的速率vr(這有可能是與vr_tar等同的值，但也有可能具有因誤差將逐漸變大等互相不同的值)資訊(S200)。
控制裝置在達到預先設定的週期的情況(S210)下，將該週期內儲存的設定速率資訊和由感測裝置測量的測量速率資訊分別適用為該關於轉換函數的公式中代替vp的vp'和代替vr的vr'，來計算新的轉換函數的係數A_new和B_new，並對現有的轉換函數如下計算新的轉換函數(S220)：
<關於重新計算的轉換函數的公式>
vp_tar_new=A_new *(vr_tar)+B_new
在該<關於重新計算的轉換函數的公式>中，vp'和vr'可以是該週期內累積儲存於儲存部的設定速率資訊和以該設定速率由投球時的球運動模型計算的測量速率資訊。
其中，對各要素附帶(i)表示該要素的資料存在多個。亦即，i=1，2，3…，且例如可以用vp'(1)=5m/s，vp'(2)=5.5m/s，vp'(3)=6.5m/s...等表示。以下，帶有(i)的要素均表示同上述。
若設預先設定的週期內儲存的設定速率資訊為vp_set，對其的測量速率資訊為vr_set，則上述vp'(i)和vr'(i)也可以分別表示該vp_set和vr_set。然而，為提高重新計算的轉換函數的係數A_new和B_new的準確性和對此的計算的可靠性，也可以使該vp'(i)和vr'(i)為對該vp_set和vr_set適當加工的資料。
例如，為提高資料的可靠性，可以去除在vp_set中未重複規定次數以上的資料和與之對應的vp_set的資料。
在vp_set中資料的間距過窄的情況下，可以進行將位於規定距離的資料捆來計算代表值並適用等的資料加工，而在vp_set中資料的間距過大的情況下，也可以進行通過插值計算中間值來並適用等的資料加工。
如上述，若利用按照預先設定的事項進行資料加工後最終所決定的vp'(i)和vr'(i)，則可以利用上述<關於重新計算的轉換函數的公式>計算適用新係數A_new和B_new的新的轉換函數。
在該重新計算的轉換函數比現有的轉換函數更準確的情況下，可以使重新計算的轉換函數代替現有的轉換函數來更新。
為此，在預先設定誤差函數並對根據現有的轉換函數的該誤差函數的值(以下，稱「現有誤差函數的值」)與根據該重新計算的轉換函數的誤差函數的值(以下，稱「新的誤差函數的值」)進行比較，在根據重 新計算的轉換函數的誤差函數的值更小的情況下，意味著該重新計算的轉換函數更準確，因而代替現有的轉換函數，將該重新計算的轉換函數適用於投球裝置(S230~S250)。
當設用於計算現有誤差函數的值的之前誤差函數為E1，用於計算新的誤差函數的值的新的誤差函數為E2時，E1和E2可以如下表示：E1(i)=|vp_tar(i)-vr_tar(i)|
E2(i)=|vp_tar_new(i)-vr_tar(i)|
以下，設現有的轉換函數為vp_tar(i)=A *(vr_tar(i))* B，重新計算的轉換函數為vp_tar_new(i)=A_new *(vr_tar(i))* B。亦即，該vp_tar(i)為已適用於投球裝置的設定速率資訊，該vp_tar_new(i)為利用重新計算的轉換函數計算的資訊。
該vp_tar(i)為在該週期內按照現有的轉換函數設定的速率值，因而是與該週期內儲存的vp(i)的值或vp'(i)的值相同的值。實際測量的速率值vr'(i)的值已適用於A_new和B_new。
若設該E1(i)的所有值的和為「現有誤差函數的值」，該E2(i)的所有值的和為「新的誤差函數的值」，則在作為該E2(i)的所有值的和的新的誤差函數的值小於作為該E1(i)的所有值的和的現有誤差函數的值的情況下，能夠確保可以將包括該重新計算的A_new和B_new的轉換函數視作更為準確的轉換函數的可靠性。
如上述，在新的誤差函數的值小於現有誤差函數的值的情況下，將用新的轉換函數代替之前轉換函數來適用於投球裝置，以能夠進行對轉換函數的更新(S250)。
如果，在現有誤差函數的值反而小於新的誤差函數的值的情況下，維持適用現有的轉換函數，並刪除新的轉換函數(S260)。
若如上述完成對轉換函數的更新，將該週期內儲存的資料全部刪除，並開始下一個週期，來重新反復上述步驟S200~S260的過程(S270)。
如此，由於預先設定好能夠校正投球裝置的速率的轉換函數，並每個預先設定的週期儲存投球資訊，對其進行分析，來重新計算轉換函數並利用其更新該預先設定的轉換函數，從而無需隨著時間的經過由管理者隨時對投球裝置另行予以進行校正作業等的麻煩即可利用感測裝置由投球裝置進行自我校正，因而具有能夠提高對準確的球控制的可靠性的優點。

Claims (13)

  1. 一種棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法，在該棒球練習系統，從投球裝置向擊球區投球，且具備感測該投出的球的感測裝置，該投球控制方法的特徵在於，包括：以在該投球裝置中預先設定的速率投球並利用由該感測裝置感測所投出的球的感測資料計算球運動模型的步驟；利用該計算的球運動模型，對於在該投球裝置中設定的球的速率計算由該感測裝置測量的球的速率的步驟；利用該設定的球的速率和對此測量的球的速率的資訊，對欲控制的球的速率計算轉換成在該投球裝置中應設定的速率的轉換函數的步驟；以及隨著用戶的棒球練習或棒球比賽的進行，該投球裝置待實現的球的速率由該轉換函數轉換並設定來進行投球的步驟。
  2. 如請求項1所述的棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法，其中，計算由該感測裝置測量的球的速率的步驟包括：利用在該投球裝置發射球時的發射角資訊計算對球的速度向量的函數的步驟；以及利用依據該感測資料的球運動模型和對該球的速度向量的函數計算該投球裝置以該發射角發射球時的球的速率的步驟。
  3. 如請求項2所述的棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法，其中，計算對該球的速度向量的函數的步驟包括：發射該球時的發射角資訊為在該投球裝置中預先設定的發射角資訊 中適用了補償要素的資訊，該補償要素的資訊是用於利用該計算的球運動模型的差異基於作為對該感測裝置的球感測的坐標系的感測坐標系補償作為對該投球裝置的投球的坐標系的投球坐標系所傾斜的程度的補償要素的資訊，並計算對以發射該球時的發射角資訊為速率的方向、以該球的速率為速率的大小的速度向量的函數的步驟。
  4. 如請求項2所述的棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法，其中，計算該轉換函數的步驟包括：對該投球裝置的多個互相不同的設定速率分別計算利用對該計算的球的速度向量的函數來計算的速率的步驟；以及利用該多個互相不同的設定速率值和與各設定速率對應地利用對該速度向量的函數計算的速率值，通過線性近似、線性插值、樣條插值中任一方法計算轉換成對欲控制的球的速率在該投球裝置中應設定的速率的轉換函數的步驟。
  5. 如請求項1所述的棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法，其中，計算由該感測裝置測量的球的速率的步驟包括：在依據該感測資料的球運動模型中適用在該投球裝置中的球發射位置資訊來計算在該投球裝置發射球時的球的速率的步驟。
  6. 如請求項1所述的棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法，其中，還包括：分別儲存每當在該投球裝置進行投球時的該投球裝置的已設定的球的速率的資訊和每當這時的由該感測裝置測量的球的速率的資訊的步驟；以及 在每個預先設定的週期利用該儲存的設定速率的資訊和對測量速率的資訊或對其按照預先設定的事項經資料加工過程的資訊，校正該週期內在該投球裝置中有可能發生的球發射速率的誤差，以使該投球裝置在每個預先設定的週期進行自我校正的步驟。
  7. 如請求項1所述的棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法，其中，使該投球裝置進行該自我校正的步驟包括：利用預先設定的週期內儲存的該設定速率和該測量速率計算該轉換函數的係數的步驟；以及比較對根據之前計算並適用的轉換函數的該投球裝置的投球時的速率的誤差利用預先設定的誤差函數計算的現有誤差函數的值和對根據適用重新計算的係數的轉換函數的該投球裝置的投球時的速率的誤差利用該誤差函數計算的新的誤差函數的值，在該新的誤差函數的值小於該現有誤差函數的值的情況下，將適用了該重新計算的係數的轉換函數適用於該投球裝置的步驟。
  8. 一種棒球練習系統中的投球裝置的投球控制方法，在該棒球練習系統，從投球裝置向擊球區投球，且具備感測該投出的球的感測裝置，該投球控制方法的特徵在於，包括：利用隨著棒球練習或棒球比賽的進行在該投球裝置以預先設定的速率投球並由該感測裝置感測該投出的球的感測資料計算球運動模型，並分別儲存該設定速率的資訊和根據該球運動模型計算的測量速率的資訊的步驟；利用預先設定的週期內儲存的該設定速率和該測量速率更新轉換成 對欲控制的球的速率在該投球裝置中應設定的速率的轉換函數的步驟；以及將該更新的轉換函數適用於該投球裝置來校正該週期內在該投球裝置中有可能發生的球發射速率的誤差，以使該投球裝置進行自我校正的步驟。
  9. 一種棒球練習系統，其特徵在於，包括：投球裝置，其構成為速率可變地向使用者進行打擊的擊球區投球；感測裝置，其感測在該投球裝置投出的球來生成其感測資料；以及控制裝置，其接受從該感測裝置傳輸的該感測資料來計算對通過該投球運動的球的球運動模型，並利用該計算的球運動模型對在該投球裝置中設定的球的速率計算由該感測裝置測量的球的速率，且利用該設定的球的速率和對此測量的球的速率的資訊計算轉換成對欲控制的球的速率在該投球裝置中應設定的速率的轉換函數來適用於該投球裝置，以隨著使用者的棒球練習或棒球比賽的進行，使該投球裝置待實現的球的速率由該轉換函數轉換並設定來進行投球。
  10. 如請求項9所述的棒球練習系統，其中，該控制裝置構成為利用在該投球裝置發射球時的發射角資訊計算對球的速度向量的函數，並利用依據該感測資料的球運動模型和對該球的速度向量的函數計算該投球裝置以該發射角發射球時的球的速率。
  11. 如請求項9所述的棒球練習系統，其中，該控制裝置構成為在依據該感測資料的球運動模型中適用該投球裝置中的球發射位置資訊來計算在該投球裝置發射球時的球的速率。
  12. 如請求項9所述的棒球練習系統，其中，該控制裝置將每當在該投球裝置進行投球時的該投球裝置的已設定的球的速率的資訊和每當這時的由該感測裝置測量的球的速率的資訊分別儲存至儲存部，並在每個預先設定的週期利用該儲存的設定速率的資訊和對測量速率的資訊或對其按照預先設定的事項經資料加工過程的資訊，校正該週期內在該投球裝置中有可能發生的球發射速率的誤差，以使該投球裝置在每個預先設定的週期進行自我校正。
  13. 一種棒球練習系統，其特徵在於，包括：投球裝置，其構成為速率可變地向使用者進行打擊的擊球區投球；感測裝置，其感測在該投球裝置投出的球來生成其感測資料；以及控制裝置，其控制為，接受從該感測裝置傳輸的該感測資料來計算對通過該投球運動的球的球運動模型，並利用每當在該投球裝置進行投球時的該計算的球運動模型對在該投球裝置中設定的球的速率計算由該感測裝置測量的球的速率來儲存至儲存部，且利用預先設定的週期內儲存的該設定速率和該測量速率更新轉換成對欲控制的球的速率在該投球裝置中應設定的速率的轉換函數，並將該更新的轉換函數適用於該投球裝置來校正該週期內在該投球裝置中有可能發生的球發射速率的誤差，以使該投球裝置進行自我校正。
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