TWI639848B - Sphere state tracking system and its sphere - Google Patents

Abstract

本發明為一種球體狀態追蹤系統及其球體，包括至少一球體，球體具有唯一的身份標籤訊號，且球體內更設有一無線充電電池可提供較強的電力，使球體可主動發出射程範圍較遠身份標籤訊號傳遞，當球體掉落在球場上時，可供陣列設置的複數標籤讀取裝置讀取，標籤讀取裝置可根據身份標籤訊號的訊號強度取得球體距離標籤讀取裝置的距離訊號，標籤讀取裝置再將球體的身份標籤訊號、距離訊號以及本身位置訊號傳至一中央控制裝置，以產生球體的球體位置訊號、球速、及飛行距離等資訊。本發明之球體能主動發射身份標籤，且傳輸的訊號距離較遠，能有效減少標籤讀取裝置的設置。

Description

球體狀態追蹤系統及其球體

本發明係有關一種無線通訊的訊號處理之技術，特別是指一種球體狀態追蹤系統及其球體。

高爾夫球是一種戶外的體育運動，高爾夫球的規則是，球員必須使用高爾夫球桿，將一顆高爾夫球打進果嶺的洞內，使用桿數較少者即獲勝。

然而一般高爾夫球場的面積至少有100公頃，球場面積相當廣大，因此在進行高爾夫球運動時，無論球員的技術如何，高爾夫球所掉落的地點，皆有可能在球場的邊緣、埋入沙坑，或者掉入水池中等情形產生，導致揮出的高爾夫球尋找不易的狀況，因此經常因找球而拖延了比賽的流程或比賽的速度等。

因此，為了減少丟失的高爾夫球以及高爾夫球尋找不易的麻煩，目前已有廠商在高爾夫球內加裝全球定位衛星裝置(Global Positioning System，GPS)，藉此利用全球定位衛星裝置來定位球體的位置，使高爾夫球能不斷發出穩定的信號，有利於高爾夫球的找尋。但使用全球定位衛星裝置必需不斷的發出信號，所需的耗電量大，因此高爾夫球內部的電池的選用相當重要。再者，高爾夫球可能因為長期被高爾夫球桿撞擊，導致高爾夫球內部的電子零件以及電池容易脫落或損壞，以至於高爾夫球時常有定位信號不穩定或電子零件失常的窘境產生。

有鑑於此，本發明遂針對上述習知技術之缺失，提出一種球體狀態追蹤系統及其球體，以有效克服上述之該等問題。

本發明之主要目的在提供一種球體狀態追蹤系統及其球體，其球體主動且持續發出身份標籤訊號，且身份標籤訊號傳輸的距離較遠，能有效減少標籤讀取裝置的設置。

本發明之另一目的在提供一種球體狀態追蹤系統及其球體，其球體內部設置的電子零件結構穩固，且螺旋射頻天線可內嵌於球體內，能有效避免電子零件因撞擊而損壞耐用度高。

本發明之再一目的在提供一種球體狀態追蹤系統及其球體，其系統可根據球體受力時的強度以及受力角度，以及本發明具有球體飛行軌跡追蹤功能，判斷出球體飛行距離、高度及球速等資訊，以計算出使用者的揮桿狀態，以提供修正使用者揮桿角度及體態，同時球體飛行距離、高度及球速等資訊亦可應用於比賽的統計中。

為達上述之目的，本發明提供一種球體狀態追蹤系統，其包括至少一球體、複數標籤讀取裝置以及依中央控制裝置。球體內設有一控制電路板，其中控制電路板包括一處理器以及一螺旋射頻天線，處理器內存有一身份標籤訊號，使球體具有唯一的身份標籤訊號，處理器更有電性連接螺旋射頻天線，以控制螺旋射頻天線發出身份標籤訊號，以及一無線充電電池設置在球體內，無線充電電池電性連接控制電路板，以提供控制電路板電源。複數標籤讀取裝置則陣列設置在一球場上，每一標籤讀取裝置包括一中央處理器以及一收發器電性連接中央處理器，每一標籤讀取裝置之收發器可接收球體所傳遞出的身份標籤訊號，並將身份標籤訊號傳遞至中央處理器，使中央處理器根據身份標籤訊號的訊號強度，取得球體距離標籤讀取裝置的一距離訊號，每一標籤讀取裝置的中央處理器再控制收發器，將球體的身份標籤訊號、距離訊號以及一本身位置訊號傳遞至中央控制裝置，以產生球體的球體位置訊號，並將球體位置訊號傳遞出去。

另外，本發明亦提供一種應用於球體狀態追蹤系統之球體，包括一圓形本體上設有一凹槽，凹槽內設有一控制電路板，以及一無線充電電池電性連接控制電路板，其中控制電路板包括存有身份標籤的一處理器以及一螺旋射頻天線電性連接處理器，使處理器可控制螺旋射頻天線發出身份標籤訊號，且螺旋射頻天線更環繞在圓形本體表面；圓形本體之凹槽中更設有一密封塞，密封塞並填滿凹槽，以密封並固定控制電路板以及無線充電電池；一殼體包覆圓形本體、螺旋射頻天線以及密封塞。

另外，本發明亦提供一種應用於球體狀態追蹤系統之球體，包括一圓形本體上設有一凹槽，凹槽內設有一控制電路板，以及一無線充電電池電性連接控制電路板，其中控制電路板包括存有身份標籤的一處理器以及一螺旋射頻天線電性連接處理器，使處理器可控制螺旋射頻天線發出身份標籤訊號，且螺旋射頻天線更環繞在凹槽內表面；圓形本體之凹槽中更設有一密封塞，密封塞並填滿凹槽，以密封控制電路板、螺旋射頻天線以及無線充電電池；一殼體包覆圓形本體以及密封塞。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

本發明之球體狀態追蹤系統係可應用在高爾夫球場上，作為追蹤高爾夫球之位置以及球體的飛行軌跡、速度及飛行距離等狀態，並將高爾夫球之位置以及球體之狀態提供給使用者參考，有利於搜尋高爾夫球以及調整使用者推桿姿勢等。

請參照第一圖與第二圖，以說明本發明之系統架構，球體狀態追蹤系統1包括有複數射頻讀取裝置10、至少一球體20、一中央控制裝置30、一無線充電器40以及一終端機50。首先請配合參照第二圖，以說明球體20之結構，球體20包括有聚丁二烯(Polybutadiene)類似材料製成的一圓形本體21，圓形本體21上設有一凹槽210，凹槽210內可供設置一控制電路板22、一無線充電電池24以及金屬製的一密封盒26，無線充電電池24係為鋰電池，與控制電路板22電性連接，藉此提供電源給控制電路板22，控制電路板22則係裝設在密封盒26中，且密封盒26內更填滿一矽膠的保護層262，保護層262並包覆住控制電路板22。控制電路板22係為晶片封裝電路板(Chip On Board，COB)，請參照第一圖與第二圖，控制電路板22包括有一處理器220、一螺旋射頻天線222以及一方向感測器224，其可為加速度感測器或陀螺儀，處理器220電性連接螺旋射頻天線222以及方向感測器224，且處理器220內存有一身份標籤訊號，使球體20具有唯一的身份標籤訊號，以供標籤讀取裝置10以及中央控制裝置30能辨識出球體20，並處理球體20的資訊；控制電路板22之螺旋射頻天線222則環繞在圓形本體21表面設有凹痕212的部位，使身份標籤訊號的傳遞能更加穩定；控制電路板22之方向感測器224則可根據球體20被撞擊時的位移，產生一方向訊號，當處理器220接收到方向感測器224產生方向訊號時，即開始控制螺旋射頻天線222發出身份標籤訊號，同時處理器220也可控制螺旋射頻天線222將方向訊號傳遞出去。

除了利用密封盒26以及內部填滿的保護層262保護好控制電路板22，並放入圓形本體21的凹槽210之外，圓形本體21的凹槽210內更設有一密封塞214，其材質與圓形本體21相同皆為聚丁二烯(Polybutadiene)類似材料，密封塞214係設置在圓形本體21之凹槽210內並填滿凹槽210，使無線充電電池24以及密封盒26能緊密接合在凹槽210內，可避免無線充電電池24、密封盒26以及密封盒內26的控制電路板22在凹槽210空間內晃動，有效避免零件之間碰撞摩擦，提升裝置的使用壽命。除此之外，圓形本體21外更以離子交聯聚合物(Iomomer)之殼體28以射出成形的方式包覆圓形本體21、螺旋射頻天線222以及密封塞214，使螺旋射頻天線222以及密封塞214可穩固的安裝在圓形本體21上。

接下來請參照第一圖，以說明標籤讀取裝置10之結構，其中每一射頻讀取裝置10的結構皆相同，因此僅以一射頻讀取裝置10舉例說明，標籤讀取裝置10包括有一中央處理器12、一收發器14以及一供電元件16，中央處理器12電性連接供電元件16以及收發器14，其中供電元件16可為太陽能充電電池，以提供電源給中央處理器12，使中央處理器12可控制收發器14進行訊號的收發訊號。

中央控制裝置30則為總控制電腦等可進行資料計算的計算機，中央控制裝置30可接收複數標籤讀取裝置10所傳遞訊號，並將訊號處理後傳遞信號連接的使用者終端機50中，其中終端機50係為使用者所持有的智慧型手機或計算機等，藉此提供使用者取得目前球體20的狀態。無線充電器40則包括一充電承載盤42，以供放置複數球體20，使無線充電器40可對複數球體20內的無線充電電池24進行充電。

在上述說明完本實施例之結構後，接續說明本實施例之使用狀態，請參照第一圖與第三圖，本實施例球體狀態追蹤系統1可應用在高爾夫球上，複數標籤讀取裝置10係以陣列的方式遍佈設置在一高爾夫球場，以將高爾夫球場中各個位置以座標的方式呈現，使複數標籤讀取裝置10可用以讀取掉落在高爾夫球場上的至少一球體20。由於本實施例之球體20裝設能進行無線充電的鋰電池，因此能提供較大的電力，相對的使球體20所傳遞的身份標籤訊號之距離能達到100-300公尺，進而使複數標籤讀取裝置10之間的設置可間隔100公尺至300公尺，可有效降低標籤讀取裝置10的設置，降低設備的裝設成本。

請持續參照第一圖與第三圖至第四圖，當使用者揮桿將球體20打擊出去時，球體20內控制電路板22的方向感測器224會感測到速度，而產生方向訊號至控制電路板22的處理器220中，此時處理器220即可控制螺旋射頻天線222開啟，持續發出身份標籤訊號，使球體20附近距離100公尺至300公尺的標籤讀取裝置10皆可接收到球體20的身份標籤訊號。

請參照第一圖與第三圖，當使用者揮桿將球體20打擊出去時，球體20在落地前的飛行時間可能達到1至3秒，在這1至3秒內球體20的螺旋射頻天線222會不斷發出身份標籤訊號，因此球體20所經過的標籤讀取裝置101、103、102即能接收到球體20所發出的身份標籤訊號，此時標籤讀取裝置101、103、102可根據身份標籤訊號的收信號強度指示值(RSSI: Receive Signal Strength Indication)及不同到達時間延遲值(TDOA: Time Delay On Arrive)產生球體20距離標籤讀取裝置101、103、102的一距離訊號。詳細來說，球體20飛行時會經過標籤讀取裝置101、103、102，標籤讀取裝置101、103、102則分別接收球體20的身份標籤訊號以及距離標籤讀取裝置101、103、102的距離訊號，使標籤讀取裝置101、103、102可分別將身份標籤訊，以及球體20距離本身位置的距離訊號傳遞給中央控制裝置30，使中央控制裝置30將標籤讀取裝置101、103、102的三筆身份標籤訊以及距離訊號，判斷出球體在高爾夫球場中所經過得座標點，並將該等座標點帶入一拋物線方程式( )進行計算，即可描繪出球體20在固定空間內的飛行軌跡，同時中央控制裝置30更能將球體20之飛行軌跡傳遞至使用者持有的終端機50中，以提供使用者參考。

請參照第一圖與第四圖，在球體20落地之後，球體20附近的標籤讀取裝置102、104、106的收發器14可接收到身份標籤訊號，將身份標籤訊號傳遞至中央處理器12，距離讀取裝置10越近的球體20身份標籤訊號的訊號強度相對來說就越強，因此中央處理器12可根據身份標籤訊號的訊號強度，取得球體20距離標籤讀取裝置102、104、106的距離訊號，使標籤讀取裝置102、104、106分別產生一距離訊號，標籤讀取裝置102、104、106的中央處理器12再控制收發器14，將球體20的身份標籤訊號、距離訊號以及標籤讀取裝置102、104、106本身的一本身位置訊號傳遞至中央控制裝置30，也就是說中央控制裝置30會收到標籤讀取裝置102、104、106的球體20的身份標籤訊號以及三筆距離訊號以及本身位置訊號。

接著中央控制裝置30再根據標籤讀取裝置102、104、106的三筆本身位置訊號以及距離訊號，利用陣列天線多角度定位演算法計算出球體20的球體位置訊號，中央控制裝置30並將球體位置訊號傳遞到使用者所持有的終端機50中，提供使用者取得球體20位於球場中的位置。

除此之外，球體20內控制電路板22的方向感測器224除了能提供給處理器220方向訊號，控制螺旋射頻天線222的啟閉之外，方向感測器224所產生的方向訊號更可透過螺旋射頻天線222傳遞給標籤讀取裝置10的收發器14，標籤讀取裝置10的中央處理器12再控制收發器14將方向訊號傳遞給中央控制裝置30，使中央控制裝置30能根據方向訊號分析球體20被使用者打擊的速度以及角度等產生一球體受力訊號，藉此判斷使用者的擊球姿勢或及球角度是否正確，中央控制裝置30並可將球體受力訊號及姿勢或及球角度是否正確的資訊傳遞到使用者持有的終端機50中，以提供使用者參考。

除了上述實施例之球體結構之外，球體結構更可如第五圖，球體60包括有聚丁二烯(Polybutadiene)類似材料製成的一圓形本體61，圓形本體61上設有一凹槽610，凹槽610內可供設置一控制電路板62、一無線充電電池64以及金屬製的一密封盒66，無線充電電池64係為鋰電池，與控制電路板62電性連接，藉此提供電源給控制電路板62，控制電路板62則係裝設在密封盒66中，且密封盒66內更填滿一矽膠的保護層662，保護層662並包覆住控制電路板62。控制電路板62係為晶片封裝電路板(Chip On Board，COB)，其中控制電路板62內的結構與上述實施例相同，故不重複敘述。與上述實施例不同的地方在於，控制電路板62的螺旋射頻天線622，本實施例控制電路板62之螺旋射頻天線622係環繞在凹槽610的內表面；圓形本體61的凹槽610內更設有一密封塞614，其材質與圓形本體61相同皆為聚丁二烯(Polybutadiene)類似材料，密封塞614係設置在圓形本體61之凹槽610內並填滿凹槽610，使無線充電電池64、密封盒66以及螺旋射頻天線622能緊密接合在凹槽610內，可避免無線充電電池64、密封盒66、螺旋射頻天線622以及密封盒內66的控制電路板62在凹槽610空間內晃動，有效避免零件之間碰撞摩擦，提升裝置的使用壽命。除此之外，圓形本體61外更以離子交聯聚合物(Iomomer)之殼體68以射出成形的方式包覆圓形本體61以及密封塞614，使螺旋射頻天線622以及密封塞614可穩固的安裝在圓形本體61上。

本實施例除了球體60結構與上述實施例不同之外，其餘複數射頻讀取裝置10、中央控制裝置30、無線充電器40、終端機50以及控制電路板62內的結構、設置位置以及使用狀態與上述相同，故不重複敘述。

綜上所述，本發明之球體能主動且持續發出身份標籤訊號，且身份標籤訊號傳輸的訊號距離較遠，能有效減少標籤讀取裝置的設置，以降低成本，且球體內部設置的電子零件結構穩固，螺旋射頻天線可內嵌於球體內，能有效避免電子零件因撞擊而損壞耐用度高。除此之外，本發明之系統更能有效分析球體的受力時的強度以及角度，以及本發明具有球體飛行軌跡追蹤功能，判斷出球體飛行距離、高度及球速等資訊，以計算出使用者的揮桿狀態，藉此判斷出球體飛行距離、高度及球速等資訊，以計算使用者的揮竿桿狀態，能有效應用於修正使用者揮桿角度及體態等，同時球體飛行距離、高度及球速等資訊亦可應用於比賽的統計中。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

1‧‧‧球體狀態追蹤系統

10‧‧‧標籤讀取裝置

101‧‧‧標籤讀取裝置

102‧‧‧標籤讀取裝置

103‧‧‧標籤讀取裝置

104‧‧‧標籤讀取裝置

106‧‧‧標籤讀取裝置

12‧‧‧中央處理器

14‧‧‧收發器

16‧‧‧供電元件

20‧‧‧球體

21‧‧‧圓形本體

210‧‧‧凹槽

212‧‧‧凹痕

214‧‧‧密封塞

22‧‧‧控制電路板

220‧‧‧處理器

222‧‧‧螺旋射頻天線

224‧‧‧方向感測器

24‧‧‧無線充電電池

26‧‧‧密封盒

262‧‧‧保護層

28‧‧‧殼體

30‧‧‧中央控制裝置

40‧‧‧無線充電器

42‧‧‧充電承載盤

50‧‧‧終端機

60‧‧‧球體

61‧‧‧圓形本體

610‧‧‧凹槽

614‧‧‧密封塞

62‧‧‧控制電路板

622‧‧‧螺旋射頻天線

64‧‧‧無線充電電池

66‧‧‧密封盒

662‧‧‧保護層

68‧‧‧殼體

第一圖係為本發明之系統方塊圖。 第二圖係為本發明之球體透視圖。 第三圖係為本發明之球體飛行軌跡量測狀態示意圖。 第四圖係為本發明之球體位置量測狀態示意圖。 第五圖係為本發明之另一實施例之球體透視圖。

Claims (18)

1. 一種球體狀態追蹤系統，包括：至少一球體，該球體內設有一控制電路板，該控制電路板包括一處理器以及一螺旋射頻天線，該處理器內存有一身份標籤訊號，該處理器電性連接該射頻天線，以控制該螺旋射頻天線發出該身份標籤訊號，該球體內更設有一無線充電電池，電性連接該控制電路板，以提供該控制電路板電源，該控制電路板更包括一方向感測器電性連接該處理器，當該方向感測器產生一方向訊號至該處理器時，該處理器開啟該螺旋射頻天線，以傳遞該身份標籤訊號；複數標籤讀取裝置，陣列設置在一球場上，每一該標籤讀取裝置包括一中央處理器以及一收發器電性連接該中央處理器，每一該標籤讀取裝置之該收發器可接收該球體所傳遞出的該身份標籤訊號，並將該身份標籤訊號傳遞至該中央處理器，使其根據該身份標籤訊號的訊號強度，取得該球體距離該標籤讀取裝置的一距離訊號，每一該標籤讀取裝置的該中央處理器再控制該收發器，將該球體的該身份標籤訊號、該距離訊號以及一本身位置訊號傳遞出去；以及一中央控制裝置，接收該等標籤讀取裝置所傳遞的該等身份標籤訊號、該等距離訊號以及每一該標籤讀取裝置的該等本身位置訊號，以產生該球體的一球體位置訊號，並將該球體位置訊號傳遞出去。
2. 如請求項1所述之球體狀態追蹤系統，更包括一無線充電器，其包括一充電承載盤，該充電乘載盤可放置該等球體，以對該等球體內的無線充電電池進行充電。
3. 如請求項1所述之球體狀態追蹤系統，其中該控制電路板之該處理器更可將該方向感測器的該方向訊號，透過該螺旋射頻天線傳遞至該等標籤讀取裝置之該收發器，該等標籤讀取裝置再透過該收發器傳遞至該中央控制裝置，使其根據該方向訊號產生一球體受力訊號。
4. 如請求項3所述之球體狀態追蹤系統，更包括一終端機，信號連接該中央控制裝置，以接收每一該球體之該球體位置訊號以及每一該球體之該球體受力訊號。
5. 如請求項1所述之球體狀態追蹤系統，其中該等標籤讀取裝置之間係間隔100公尺至300公尺。
6. 如請求項1所述之球體狀態追蹤系統，其中每一該標籤讀取裝置更包括一供電元件電性連接該中央處理器，以提供電源至該中央處理器。
7. 如請求項6所述之球體狀態追蹤系統，其中該供電元件係為太陽能充電電池。
8. 如請求項1所述之球體狀態追蹤系統，其中該控制電路板係為晶片封裝電路板(Chip On Board，COB)。
9. 如請求項1所述之球體狀態追蹤系統，其中該中央控制裝置係利用陣列天線多角度定位演算法計算出該等球體位置訊號。
10. 如請求項1所述之球體狀態追蹤系統，其中該中央控制裝置更可將該等標籤讀取裝置所傳遞的該等距離訊號帶入一拋物線方程式，以計算出該球體之飛行軌跡。
11. 一種應用於球體定位系統之球體，包括：一圓形本體，其設有一凹槽，該凹槽內設有一控制電路板，以及一無線充電電池電性連接該控制電路板，該控制電路板包括一處理器以及一螺旋射頻天線，該處理器內存有一身份標籤訊號，且該 處理器電性連接該射頻天線，以控制該螺旋射頻天線發出該身份標籤訊號，該圓形本體表面更環繞設有凹痕，以供設置該螺旋射頻天線環繞在該圓形本體表面；一密封塞，設置於該圓形本體之該凹槽內，且填滿該凹槽，以密封該控制電路板以及該無線充電電池；以及一殼體，包覆該圓形本體、該螺旋射頻天線以及該密封塞。
12. 如請求項11所述之球體，其中該控制電路板更設置於一密封盒中，該密封盒設置在該圓形本體之該凹槽內，且該密封盒內更填滿一保護層，該保護層並包覆該控制電路板。
13. 如請求項11所述之球體，其中該圓形本體以及該密封塞之材質皆為聚丁二烯(Polybutadiene)。
14. 如請求項11所述之球體，其中該殼體之材質係為離子交聯聚合物(Iomomer)。
15. 一種應用於球體定位系統之球體，包括：一圓形本體，其設有一凹槽，該凹槽內設有一控制電路板，以及一無線充電電池電性連接該控制電路板，該控制電路板包括一處理器以及一螺旋射頻天線，該處理器內存有一身份標籤訊號，且該處理器電性連接該射頻天線，以控制該螺旋射頻天線發出該身份標籤訊號，該螺旋射頻天線更環繞在該凹槽內表面；一密封塞，設置於該圓形本體之該凹槽內，且填滿該凹槽，以密封該控制電路板、該螺旋射頻天線以及該無線充電電池；以及一殼體，包覆該圓形本體以及該密封塞。
16. 如請求項15所述之球體，其中該控制電路板更設置於一密封盒中，該密封盒設置在該圓形本體之該凹槽內，且該密封盒內更填滿一保 護層，該保護層並包覆該控制電路板。
17. 如請求項15所述之球體，其中該圓形本體以及該密封塞之材質皆為聚丁二烯(Polybutadiene)。
18. 如請求項15所述之球體，其中該殼體之材質係為離子交聯聚合物(Iomomer)。