WO2015163504A1 - 야구공 속도 측정 시스템 - Google Patents

야구공 속도 측정 시스템 Download PDF

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WO2015163504A1
WO2015163504A1 PCT/KR2014/003647 KR2014003647W WO2015163504A1 WO 2015163504 A1 WO2015163504 A1 WO 2015163504A1 KR 2014003647 W KR2014003647 W KR 2014003647W WO 2015163504 A1 WO2015163504 A1 WO 2015163504A1
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WO
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baseball
speed
smart
measurement system
acceleration
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PCT/KR2014/003647
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Inventor
박상일
Original Assignee
박상일
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/14Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of gyroscopes
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries

Definitions

  • the present invention relates to a system for measuring the speed of a baseball, and more particularly, a three-axis acceleration sensor and a gyro sensor are installed inside the baseball, and the data transmitted from the sensor is acquired to integrate the baseball through the integration process.
  • the present invention relates to a baseball speed measurement system that can check the speed of a baseball throwed in real time without using a separate speed gun by calculating the speed of the moving direction.
  • the speed gun for measuring the speed of the baseball is a situation that is not widely spread to the general public, baseball players or baseball enthusiasts because the configuration is complicated and expensive.
  • a person or a device that is holding such a speed gun is required in addition to the person receiving the ball and the person throwing the ball.
  • Patent Document 1 Published Patent Publication No. 10-1999-0038181 (Name of the invention: baseball glove having a means for measuring the speed of the baseball and baseball ball speed measuring apparatus using the same. Publication date: 1999 June 05)
  • Patent Document 2 Published Patent Publication No. 10-2010-0035755 (Invention name: Speed of a baseball ball and "Scrike-ball" display device using the t-beam laser. Publication date: April 07, 2010 )
  • Patent Document 3 Patent Publication No. 10-1995-0011834 (Invention name: Method and apparatus for detecting a change in motion of a baseball. Announcement date: October 11, 1995)
  • Patent Document 4 Published Utility Model Publication No. 20-1998-025246 (designated name: throwing speed measuring instrument. Publication date: July 25, 1998)
  • the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, it is an object of the present invention to provide a baseball speed measurement system that enables to check the speed of the baseball throwing itself in real time without using a separate speed gun.
  • another object of the present invention is to provide a baseball speed measurement system that can be charged without inserting or opening the projection to the baseball by adopting wireless charging using the inductive charging method.
  • the present invention is a wireless charging module for performing wireless charging to the baseball by using an inductive charging method, a sensor unit for measuring the speed of the baseball and MCU for collecting and analyzing the speed data transmitted from the sensor unit It consists of a smart baseball and a smart phone for displaying the baseball speed data transmitted from the smart baseball.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of a baseball speed measuring system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing in detail the configuration of the baseball speed measurement system shown in FIG.
  • Figure 3 is a graph showing the acceleration change of the baseball in the baseball speed measuring system according to the present invention.
  • Figure 4 is a view showing a control method of the baseball speed measuring system according to the present invention in sequence.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an application installed in the smartphone illustrated in FIG. 1.
  • 6A to 6H are diagrams showing in detail a driving process of an application installed in the smartphone illustrated in FIG. 5.
  • the present invention is a baseball speed measurement system, a wireless charging module for performing a wireless charging of the smart baseball by using an inductive charging method, and a sensor unit for measuring the speed of the baseball and the sensor is transmitted from the sensor It comprises a smart baseball composed of a MCU for collecting and analyzing the speed data, and a smart phone for displaying the baseball speed data transmitted from the smart baseball.
  • the present invention when throwing a baseball as a system that can measure the speed of the baseball using the acceleration sensor and gyro sensor installed inside the baseball without using a separate speed gun, GPS or time calculation, the outside It is intended to implement a baseball speed measurement system that can calculate the moving speed of a baseball by directly calculating the speed by measuring the acceleration that changes during the movement of the actual baseball rather than measuring it and integrating it over time.
  • the present invention has a built-in three-axis acceleration sensor, three-axis gyro sensor and Bluetooth transmission module inside the baseball, and equipped with a DSP for data processing, as well as control the baseball's acceleration data integration algorithm, pitching information determination algorithm And, by installing the wireless charging module of the inductive charging method can measure the speed of the baseball in real time without using a separate speed gun to be implemented in the present invention.
  • the three-axis acceleration sensor and gyro sensor built in the baseball is integrated by sensing the displacement of the three axes of the X, Y, Z axis The direction is calculated, and only the moving speed information is extracted from this to measure the speed of the baseball.
  • the present invention can not open the baseball when the speed measurement module embedded in the baseball because it is not easy to supply power to adopt a wireless charging using the inductive charging method to insert a separate projection into the baseball or We propose a baseball speed measurement system that allows charging without opening.
  • the present invention is the wireless processing as well as a built-in Bluetooth module in the baseball to transmit the Bluetooth (bluetooth) to the first processing the respective speed information measured from the three-axis acceleration sensor and gyro sensor built in the baseball It is preferable to incorporate a wireless power receiver for.
  • the speed is obtained.
  • the acceleration is obtained by using the acceleration sensor built in the baseball of the present invention, and the integral is made by integrating the discrete data.
  • the speed is calculated by compensating information on the direction and rotationality by using an acceleration sensor that can obtain rotation information.
  • the present invention receives the sensor information from the MCU (Micro Controller Unit) to calculate the speed data through the numerical operation and transmits to the smartphone via the Bluetooth wireless communication module.
  • MCU Micro Controller Unit
  • FIG. 1 to 5 is a view showing the configuration of a baseball speed measuring system according to an embodiment of the present invention.
  • Baseball speed measurement system according to the present invention is a wireless charging module 300 using a wireless charging method using an inductive charging method, from the sensor unit 12 and the sensor unit 12 for measuring the speed of the baseball It comprises a smart baseball (100) consisting of a MCU (10) for collecting and analyzing the transmitted data and a smart phone (200) for displaying the baseball speed data transmitted from the smart baseball (100).
  • the wireless charging module 300 is composed of AC to DC (30), Drivers (32), Controller (34), V / I Sense (36) as a conventional wireless induction charging method do.
  • the AC to DC 30 transforms the commercial AC power to rectify the DC power, and the drivers 32 measure the voltage and current measured by the V / I sense 36 in the controller 34. Check and control the wireless power transmission to the extent possible, the driver 32 generates an induced current so that the wireless power transmission to the induction coil.
  • the smart baseball 100 is a wireless power receiver 50 for performing a charging function through the wireless charging module 300, as shown in Figure 2 to calculate and extract the speed of the baseball to transmit to the smartphone 200 It consists of a data collection and transmission and reception unit 60 for.
  • the wireless power receiver 50 controls and maintains Rectification 20 for rectifying an induced current by a magnetic field to change to DC power and a power level for charging the induced rectified power with an internal battery. Voltage Conditioning (21) and the wireless charging module 300 to the controller 22 that functions to monitor and control.
  • the data collection and transmission and reception unit 60 is a sensor unit 12 for measuring the speed of the baseball and the MCU 10 and the baseball speed for collecting and analyzing the data transmitted to the sensor unit 12 It is composed of a Bluetooth module 18 for transmitting in a wireless manner to the smartphone 200. That is, the sensor unit 12 is composed of a three-axis acceleration sensor 14 and a three-axis gyro sensor 16, the acceleration sensor 14 is the speed of the baseball in the X-axis, Y-axis, Z-axis direction The gyro sensor 16 is a sensor that acquires values such as a rotational direction and an acceleration change of a baseball flying while rotating.
  • the Bluetooth module 18 transmits the speed data transmitted from the MCU 10 to the smart phone 200 using the Bluetooth protocol.
  • the MCU 10 converts the 3-axis acceleration data measured by the acceleration sensor 14 and the output values of the 3-axis gyro sensor 16 into digital values by storing the acceleration information and the angular velocity information as digital values. do. At this time, after taking the absolute value of the acceleration value stored in the MCU 10, it is shown as a graph as shown in FIG.
  • the graph of FIG. 3 is a graph showing a value of calculating an initial speed in an acceleration section before throwing a baseball and calculating a change in acceleration in a deceleration section generated after throwing. That is, the calculated speed information is stored in the MCU 10 and then transmitted as serial data to the Bluetooth module 18 for wireless transmission, and the Bluetooth module 18 transmits the speed information transmitted from the smart phone 200. The wireless transmission is performed as shown in the graph of FIG. 3.
  • the acceleration data section is a value represented over the entire period, the acceleration section represents a change in acceleration that occurs during the operation to throw a baseball, the speed from the moment the baseball is separated from the hand flying away Gradually decreases.
  • the value of the last peak shows a sudden change in speed as the flying baseball enters the glove and stops.
  • acceleration data only the magnitude of the vector sum of the acceleration values corresponding to the three axes is extracted regardless of the direction, and the speed is calculated to process the non-directional form.
  • the acceleration section and the deceleration section are determined. After finding the two peaks showing the largest change, the inflection point showing the change beyond the threshold is found from the first peak to the left. Set that point as the start point of the acceleration section and define the point where the first peak ends as the end of the acceleration section.
  • the deceleration section find the starting point of the second peak from the end of the acceleration section, that is, the inflection point showing the change over the threshold value, and define the portion as the end of the deceleration section, and integrate the acceleration data into the acceleration section and the deceleration section.
  • the integral value in the section is defined as the maximum speed
  • the integral value in the deceleration section at the maximum speed is defined as the minimum speed.
  • the value having the largest value among the acceleration data is taken as the peak point of the stop section, and the second largest value appearing while going to the left based on this peak is taken as the peak point of the acceleration section.
  • the starting point of the acceleration section finds the inclination with the point where the index value 50 is different from the peak point of the acceleration section to the left, and when the extension line is drawn, the intersection point with the index axis is taken as the starting point of the acceleration section.
  • the last point of the acceleration section moves to the right based on the peak point of the acceleration section to find the first inflection point.
  • the starting point of the stop section finds the last index among the values of half the peak size of the acceleration section between the peak point of the acceleration section and the peak point of the stop section.
  • the last point of the stop section moves to the right from the start of the stop section and finds the first of the values between the start point of the stop section ⁇ 1G.
  • the amount of change in the speed can be found by integrating the acceleration data within a predetermined section.
  • the baseball speed is assumed to be 0, and the integration is started and integrated to the last point of the acceleration section.
  • the value obtained through this is the accelerated maximum speed until the baseball is just out of hand. do.
  • the speed of the stop section is the change in the speed that appears when the baseball stops by the glove. Integrating this part gives the speed just before the baseball reaches the glove. Therefore, the minimum speed can be obtained, and the average speed is obtained using the average of the highest speed and the lowest speed.
  • FIG. 4 is a graph showing a control method of the baseball speed measurement system according to an embodiment of the present invention in sequence.
  • the hardware is initialized at the time of initial power-up or reset, and then waits a time for starting the AD conversion of the acceleration and angular velocity sensor values.
  • the analog value of the acceleration sensor is converted into a digital value through AD conversion, and after finding the point where 30G or more occurs when the baseball is received to confirm the end point of the acceleration data storage, the baseball is thrown.
  • ADC STOP is the process of numerical calculation of extracted data.
  • the peak point of the stop section is extracted, the peak point of the acceleration section is extracted, the start point of the acceleration section is extracted, the last point of the acceleration section is extracted, and the start point of the stop section is extracted and stopped.
  • the speed of the baseball obtained as described above is transmitted to the smart phone 200 by the Bluetooth module 18, the smart phone 200 is a speed that has been wirelessly transmitted from the smart baseball 100 by Bluetooth method
  • the data are displayed as speed and speed conversion graphs respectively.
  • a constraint graph a state of throwing a baseball ball, and a speed of a baseball are displayed on the screen of the smartphone.
  • the application icon in the shape of a baseball ball is generated on the smartphone (200). Thereafter, when the application is executed as shown in FIG. 6B, the intro screen is executed for 2 seconds, and a pitcher figure throwing a baseball is displayed.
  • the main screen is displayed on the smartphone 200 as shown in Figure 6c, the connection status with the Bluetooth device is displayed on the upper right, 'BLUETOOTH' button to determine whether to activate the Bluetooth function of the smartphone 9200, Register 'CONNECT' button to search and connect to nearby Bluetooth devices and 'HELP' button to check the usage of the application.
  • the copyright statement is inserted at the bottom of the smartphone 200.
  • the smartphone 200 is activated with a Bluetooth function, and clicks the 'BLUETOOTH' button to determine whether to activate the Bluetooth function of the smartphone 200.
  • FIG. 6E neighboring Bluetooth devices are searched for, and the neighboring Bluetooth devices are searched by clicking the 'CONNECT' button.
  • FIG. 6F a pairing with a Bluetooth device is attempted.
  • a Bluetooth device smart baseball
  • FIG. 6F a screen as shown in FIG. 6F is displayed, and the smartphone 200 and the smart baseball 100 device are displayed.
  • an icon indicating a connection state between the application name and the Bluetooth device is displayed at the top of the smartphone 200, and the average speed and the maximum speed of the baseball are displayed in km / h units.
  • the speed change of the baseball over time is divided into 10 points and the speed is displayed as a graph.
  • the present invention is a technology that uses the speed information directly by cumulatively calculating the change in acceleration using a three-axis acceleration sensor can calculate the actual physical speed has the advantage that can be accurately measured and analyzed regardless of distance or time .
  • the present invention has the advantage of being able to check their arrest in real time in a cheap and easy way to baseball lovers or baseball players and ordinary people who have questions about their arrest except the actual baseball game should be used a speed gun There is this.

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Abstract

본 발명은 야구공을 던질 때 공의 속도를 별도의 스피드건을 사용하지 않고 야구공의 내부에 설치된 가속도센서와 자이로센서를 이용하여 야구공의 속도를 측정할 수 있는 시스템으로서 GPS나 시간계산, 외부측정이 아닌 실제 야구공의 이동시 변화하는 가속도를 측정하여 시간에 대하여 적분함으로써 속도를 계산하는 것으로 실제 야구공의 이동속도를 직접적으로 산출할 수 있도록 하는 야구공 속도 측정 시스템을 제시한다.

Description

야구공 속도 측정 시스템
본 발명은 야구공의 속도를 측정하는 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 야구공의 내부에 3축 가속도센서와 자이로센서를 설치하고 상기 센서로부터 전송된 데이터를 취득하여 적분과정을 통하여 야구공의 진행방향에 대한 속도를 계산함으로써 별도의 스피드건을 사용하지 않고도 자신이 던지는 야구공의 속도를 실시간으로 확인할 수 있는 야구공 속도 측정 시스템에 관한 것이다.
오늘날 생활수준의 향상으로 인해 여가활동으로 직접 스포츠를 즐기는 사람들이 증가하고 있는 추세이며, 그 대표적인 일 예로 야구를 들 수 있다. 프로야구 등의 관람을 즐기는데 그치지 않고 직접 참여하는 사람의 수는 폭발적으로 증가하고 있다.
현재 국내 사회인 야구팀의 수는 사회인 리그에 가입되어 있는 팀은 부산에만 500팀 이상, 전국적으로는 6000팀 이상으로 추산되며, 비 정기적으로 즐기는 동호회 팀까지 합하면 그 수는 훨씬 증가되며 사회인 야구를 즐기는 인구는 약 20만명으로 추산된다.
사회인 야구를 즐기는 사람의 대다수가 관심을 가지는 분야가 자신의 구속을 알고 싶어하고 기회가 있을 때마다 구속을 측정하며 향상시키려고 노력한다. 하지만 구속을 측정할 기회는 그리 많지 않다. 구속을 측정하기 위해서는 스피드건이 필요로 한다. 이는 100~200만 원대로 일반적으로 손쉽게 구할 수 없어서 팀 단위의 캠프나 레슨 때 이를 보유하고 있는 전문기관에서 한 두 번씩 측정해 보는 게 일반적이다.
한편, 야구공의 속도를 측정하기 위한 스피드건은 그 구성이 복잡하고 고가여서 일반인들이나 야구 선수 또는 야구동호인에게 널리 보급되지 못하고 있는 실정이다. 또한, 스피드건으로 속도를 측정하기 위해서는 공을 받는 사람과 공을 던지는 사람 이외에, 이러한 스피드건을 들고 있을 사람 또는 장치가 필요하다는 문제점이 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 공개특허공보 공개번호 제10-1999-0038181호(발명의 명칭: 야구공의 속도를 측정하기 위한 수단을 구비하는 야구 글러브 및 이를 이용한 야구공 속도 측정장치. 공개일자: 1999년 06월 05일)
(특허문헌 2) 공개특허공보 공개번호 제10-2010-0035755호(발명의 명칭: ㄷ트빔레이져를 이용한 야구공의 속도 및 "스크라이크-볼" 표시 장치. 공개일자: 2010년 04월 07일)
(특허문헌 3) 특허공보 공고번호 제10-1995-0011834호(발명의 명칭: 야구공의 운동변화 검출방법 및 그 장치. 공고일자: 1995년 10월 11일)
(특허문헌 4) 공개실용신안공보 공개번호 제20-1998-025246호(고안의 명칭: 투구 속도 측정오락기. 공개일자: 1998년 07월 25일)
본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 별도의 스피드건을 사용하지 않고도 자신이 던지는 야구공의 속도를 실시간으로 확인할 수 있도록 하는 야구공 속도 측정 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 유도충전방식을 이용한 무선 충전을 채택함으로써 야구공에 돌출부를 삽입하거나 오픈하지 않고 충전할 수 있도록 하는 야구공 속도 측정 시스템을 제공함에 있다.
본 발명은 유도충전방식을 이용하여 스마트 야구공에 무선을 충전을 수행하기 위한 무선 충전모듈과, 야구공의 속도를 측정하기 위한 센서부와 상기 센서부로부터 전송된 속도 데이터를 취합하고 분석하는 MCU로 구성된 스마트 야구공과, 상기 스마트 야구공으로부터 전송된 야구공 속도 데이터를 디스플레이하기 위한 스마트폰으로 구성된 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 야구공 속도 측정 시스템의 구성을 개략적으로 보여주고 있는 도면.
도 2는 도 1에서 도시하고 있는 야구공 속도 측정 시스템의 구성을 구체적으로 보여주고 있는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 야구공 속도 측정 시스템에서 야구공의 가속도 변화를 그래프로 보여주고 있는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 야구공 속도 측정 시스템의 제어방법을 순차적으로 보여주고 있는 도면.
도 5는 도 1에서 도시하고 있는 스마트폰에 설치된 어플리케이션의 일 예시를 보여주고 있는 도면.
고 6a 내지 도 6h는 도 5에서 도시하고 있는 스마트폰에 설치된 어플리케이션의 구동과정을 구체적으로 보여주고 있는 도면.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
100: 스마트 야구공 200: 스마트폰 300: 무선 충전모듈
본 발명은 야구공 속도 측정 시스템에 있어서, 유도충전방식을 이용하여 스마트 야구공에 무선을 충전을 수행하기 위한 무선 충전모듈과, 야구공의 속도를 측정하기 위한 센서부와 상기 센서부로부터 전송된 속도 데이터를 취합하고 분석하는 MCU로 구성된 스마트 야구공과, 상기 스마트 야구공으로부터 전송된 야구공 속도 데이터를 디스플레이하기 위한 스마트폰을 포함하여 구성한 것이다.
이하 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하기로 한다. 후술 될 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명에 있어 한 개의 대표적인 실시 예를 제시할 것이다. 그리고 본 발명으로 제시될 수 있는 다른 실시 예들은 본 발명의 구성에서 설명으로 대체한다.
본 발명에서는 야구공을 던질 때 공의 속도를 별도의 스피드건을 사용하지 않고 야구공의 내부에 설치된 가속도센서와 자이로센서를 이용하여 야구공의 속도를 측정할 수 있는 시스템으로서 GPS나 시간계산, 외부측정이 아닌 실제 야구공의 이동시 변화하는 가속도를 측정하여 시간에 대하여 적분함으로써 속도를 계산하는 것으로 실제 야구공의 이동속도를 직접적으로 산출할 수 있도록 하는 야구공 속도 측정 시스템을 구현하고자 한다.
즉, 본 발명에는 야구공의 내부에 3축 가속도센서와 3축 자이로센서 및 블루투스 전송모듈을 내장하고, 데이터 처리용 DSP를 탑재함은 물론 야구공의 가속도 데이터 적분 알고리즘, 투구정보 판정 알고리즘을 제어하고, 또한 유도충전방식의 무선충전모듈을 설치함으로써 본 발명에서 구현하고자 하는 별도의 스피드건을 사용하지 않고 야구공의 속도를 실시간으로 측정할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 야구공을 던질 때 공이 회전을 하면서 이동하게 되는데, 야구공 내부에 내장된 3축 가속도센서와 자이로센서는 X, Y, Z축의 3개의 축에 대한 변위를 종합적으로 감지해서 진행방향을 산출하고 여기에서 이동 속도 정보만을 추출해서 야구공의 속도를 측정하게 된다.
한편, 본 발명은 야구공의 내부에 속도측정 모듈을 내장할 때 야구공을 오픈할 수가 없어 전원공급이 용이하지 않기 때문에 유도충전방식을 이용한 무선 충전을 채택하여 야구공에 별도의 돌출부를 삽입하거나 오픈하지 않고 충전할 수 있도록 하는 야구공 속도 측정 시스템을 제안한다.
그리고, 본 발명은 야구공에 내장된 3축 가속도센서와 자이로센서로부터 측정되는 각각의 속도정보를 1차 가공하여 블루투스(bluetooth)로 전송하기 위해 블루튜스 모듈을 야구공에 내장함은 물론 무선 충전을 위한 무선파워 수신부를 내장하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 구현하고자 하는 야구공 속도 측정 시스템의 기본원리를 살펴보면 아래와 같다.
일반적으로 가속도를 시간에 대하여 적분하면 속도가 되는데, 본 발명의 야구공의 내부에 내장된 가속도센서를 사용하여 가속도를 획득하여 이를 이산적인 데이터에 대한 적분식을 만들어서 적분을 한다. 단, 야구공의 경우 진행방향이나 회전방향이 일정하게 정해져 있지 않음으로 본 발명에서는 회전정보를 얻을 수 있는 가속도센서를 함께 사용하여 방향성과 회전성에 대한 정보를 보상하여 속도를 계산한다. 또한 본 발명에서는 상기 센서 정보를 MCU(Micro Controller Unit)에서 받아들여 수치연산을 통하여 속도 데이터를 산출하여 블루투스 무선통신모듈을 통하여 스마트폰으로 전송한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 의거 상세히 설명하겠는 바, 상기 본 발명이 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.
{실시 예 1}
도 1 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 야구공 속도 측정 시스템의 구성을 보여주고 있는 도면이다. 본 발명에 따른 야구공 속도 측정 시스템은 유도충전방식을 이용한 무선 충전방식인 통상의 무선 충전모듈(300)와, 야구공의 속도를 측정하기 위한 센서부(12)와 상기 센서부(12)로부터 전송된 데이터를 취합하고 분석하는 MCU(10)로 구성된 스마트 야구공(100) 및 상기 스마트 야구공(100)으로부터 전송된 야구공 속도 데이터를 디스플레이하기 위한 스마트폰(200)을 포함하여 구성한다.
상기 도 1과 도 2를 참조하면, 무선 충전모듈(300)는 통상적인 무선 유도충전방식으로서 AC to DC(30), Drivers(32), Controller(34), V/I Sense(36)로 구성된다. 상기 AC to DC(30)는 상용 AC 전원을 변압하여 DC 전원으로 정류하는 역할을 하며, 상기 Drivers(32)는 V/I Sense(36)에서 전압과 전류를 측정한 값을 Controller(34)에서 확인하여 무선파워전송이 가능한 범위로 제어하고 Drivers(32)가 유도코일로 무선파워전송이 가능하도록 유도전류를 발생시킨다.
상기 스마트 야구공(100)은 도 2와 같이 무선 충전모듈(300)을 통해 충전 기능을 수행하기 위한 무선파워 수신부(50), 야구공의 속도를 계산하고 추출하여 스마트폰(200)으로 전송하기 위한 데이터 수집 및 송수신부(60)로 구성된다. 상기 무선파워 수신부(50)는 마그네틱 필드(magnetic field)에 의한 유도전류를 정류하여 DC 전원으로 변경하는 Rectification(20)와 유도되어 정류된 전원을 내장 배터리로 충전하기 위한 전원 레벨로 제어하고 유지시키는 Voltage Conditioning(21) 및 상기 무선 충전모듈(300)을 감시하고 제어하는 기능을 하는 Controller(22)로 구성된다. 또한 상기 데이터 수집 및 송수신부(60)는 야구공의 속도를 측정하기 위한 센서부(12)와 상기 센서부(12)로 전송된 데이터를 취합하고 분석하기 위한 MCU(10) 및 상기 야구공 속도를 스마트폰(200)으로 무선방식으로 전송하기 위한 블루투스 모듈(18)로 구성된다. 즉, 상기 센서부(12)는 3축 가속도센서(14)와 3축 자이로센서(16)로 구성되며, 상기 가속도센서(14)는 야구공의 속도를 X축, Y축, Z축 방향으로의 속도의 변화량을 측정하며, 상기 자이로센서(16)는 회전하면서 날아가는 야구공의 회전방향과 가속도변화 등의 값을 취득하는 센서이다. 상기 블루투스 모듈(18)은 MCU(10)에서 시리얼 방식으로 전달된 속도 데이터를 블루투스 프로토콜을 사용하여 스마트폰(200)으로 전송하는 역할을 한다.
한편, 상기 MCU(10)는 가속도센서(14)에서 측정되는 3축 가속도 데이터와 3축 자이로센서(16)의 출력값을 A/D 변환하여 데이터를 가속도 정보와 각속도 정보를 디지털 값으로 수치화하여 저장한다. 이때 상기 MCU(10)에 저장된 가속도 값의 절대값을 취한 후, 이를 그래프로 나타내면 도 3과 같다.
상기 도 3의 그래프는 야구공을 던지기 전의 가속구간에서 초기 속도를 산출하고 던지고난 후 발생하는 감속구간에서 가속도의 변화를 계산한 값을 보여주고 있는 그래프이다. 즉, 계산되어진 속도정보를 MCU(10) 내부에 저장한 후 무선전송하기 위하여 블루투스 모듈(18)로 시리얼 데이터로 전송하게 되며, 상기 블루투스 모듈(18)에서는 전송되어온 속도정보를 스마트폰(200)으로 무선 전송하게 되는데, 이러한 일련의 과정을 도 3의 그래프로 나타낸 것이다.
상기 도 3의 그래프에서 보는 바와 같이, 가속도 데이터 구간은 전구간에 걸쳐 나타내는 값이고, 가속구간은 야구공을 던지기 위한 동작시에 발생하는 가속도의 변화를 나타내고 손에서 야구공이 분리되어 날아가는 순간부터는 속도가 점차적으로 줄어든다. 마지막의 피크를 보이는 값은 날아가던 야구공이 글러브에 들어가서 멈추게 되어 급격한 속도의 변화를 보이고 있다. 또한 가속도 데이터의 경우 방향성에 상관없이 3축에 해당하는 가속도 값의 벡터 합의 크기만을 추출하여 속도 계산을 함으로써 방향성이 없는 형태로 가공한다.
한편, 상기 도 3의 그래프에서 보는 바와 같이 가속구간과 감속구간을 결정하게 되는데, 가장 큰 변화를 보이는 피크 두 지점을 찾아낸 후, 처음에 나타난 피크로부터 왼쪽으로 가면서 임계값 이상의 변화를 보이는 변곡점을 찾아 그 지점을 가속구간의 시작 지점으로 설정하고 첫 번째 피크가 끝나는 지점을 가속구간의 끝으로 정의한다. 감속구간의 경우 가속구간의 끝에서부터 두 번째 피크의 시작지점, 즉 임계값 이상의 변화를 보이는 변곡점을 찾아내어 그 부분을 감속구간의 끝으로 정의하고, 가속구간과 감속구간의 가속도 데이터를 적분하여 가속도 구간에서의 적분 값을 최고속도, 최고속도에서 감속구간의 적분 값을 최저 속도로 정의한다.
또한, 상기 가속도 데이터 중에서 가장 큰 값을 갖는 값을 정지구간의 피크점으로 잡고, 이 피크를 기준으로 왼쪽으로 가면서 나타나는 2번째로 큰 값을 가속구간의 피크점으로 잡는다. 가속구간의 시작점은 가속구간의 피크점에서부터 왼쪽으로 인덱스값 50이 차이가 나는 지점과의 기울기를 찾고 연장선을 그었을 때 인덱스축과의 교점을 가속구간의 시작점으로 잡는다. 가속구간의 마지막 점은 가속구간의 피크점을 기준으로 오른쪽으로 이동하면서 첫 번째 변곡점을 찾는다. 정지구간의 시작점은 가속구간의 피크점과 정지구간의 피크점 사이에서 가속구간의 피크 크기의 절반인 값들 중에 제일 마지막 인덱스를 찾는다. 정지구간의 마지막 점은 정지구간의 시작점에서 오른쪽으로 이동하면서 정지구간의 시작점±1G 사이의 값들 중 첫 번째 지점을 찾는다.
이와 같이 도3의 그래프에서 얻어진 데이터는 가속도 데이터이므로, 속도를 구하기 위해서는 일정 구간 이내에 있는 가속도 데이터를 적분함으로써 속도의 변화량을 알아낼 수 있다. 가속구간의 시작점에서는 야구공의 속도를 0으로 가정하고, 적분을 시작하여 가속구간의 마지막 점까지 적분을 하며, 이를 통해서 얻어지는 값은 야구공이 손에서 떨어져 날아가기 직전까지의 가속된 최고속도를 뜻하게 된다. 정지구간의 속도는 야구공이 글러브에 의해 정지하면서 나타나는 속도의 변화량으로 이 부분을 적분하게 되면 야구공이 글러브에 도달하기 직전의 속도를 얻을 수 있다. 따라서 최저속도를 얻을 수 있으며, 평균속도는 최고속도와 최저속도의 평균을 이용하여 구해낸다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 야구공 속도 측정시스템의 제어방법을 순차적으로 보여주고 있는 그래프이다.
상기 도 4를 참조하면, 최초 전원인가 또는 리셋시 하드웨어를 초기화시킨 다음, 가속도, 각속도 센서의 값을 AD 변환을 시작할 시점을 기다린다. 이후 가속도 센서의 아날로그값을 AD 변환을 통하여 디지털 값으로 변환하고, 가속도 데이터 저장의 종료시점 확인을 위해 야구공을 받았을 때 발생하는 30G의 값이상이 발생하는 지점을 찾은 다음, 야구공을 던지는 동작이 끝난 것으로 판단하고 ADC(analog to digital conversion)을 종료한다. 이때 ADC STOP 이하는 추출된 데이터를 수치연산하는 과정이다.
이후, 도 3의 그래프에서 보는 바와 같이 정지구간의 피크점을 추출하고, 가속구간의 피크점을 추출, 가속구간의 시작점을 추출, 가속구간의 마지막 점을 추출, 정지구간의 시작점을 추출, 정지구간의 마지막점을 추출, 가속구간과 정지구간을 각각 적분하고, 평균속도를 계산함으로써 투수가 던진 야구공의 속도를 알 수 있게 된다.
한편, 상기한 바와 같이 얻어진 야구공의 속도는 블루투스 모듈(18)에 의해 스마트폰(200)에 전송되는데, 상기 스마트폰(200)은 스마트 야구공(100)에서 블루투스 방식으로 무선 전송되어 온 속도 데이터를 속도와 속도변환 그래프로 각각 표시된다.
그 일 예로, 도 5 및 도 6a 내지 도 6h에서 보는 바와 같이 스마트폰(200)에 저장된 어플리케이션을 구동시키면 스마트폰의 화면에 구속 그래프와 야구공을 던지는 모습 및 야구공의 속도 등이 표시된다.
즉, 도 6a에서 보는 바와 같이 본 발명의 어플리케이션을 다운로드하게 되면 스마트폰(200)에는 야구공 모양의 어플리케이션 아이콘이 생성된다. 이후 도 6b와 같이 어플리케이션을 실행하게 되면 2초간 인트로 화면이 실행되는데, 야구공을 던지는 투수 그림이 표시된다.
다음, 도 6c와 같이 스마트폰(200)에는 메인화면이 나타나게 되는데, 상단 우측에 블루투스 장치와의 연결 상태가 표시되고, 상기 스마트폰9200)의 블루투스 기능을 활성화 여부를 결정하는 'BLUETOOTH' 버튼, 주변의 블루트스 장치를 검색하고 연결하는 'CONNECT' 버튼, 어플리케이션의 사용법을 확인하는 'HELP' 버튼을 등록한다. 또한 스마트폰(200)의 하단에는 저작권 표시 문구가 삽입된다.
이후, 도 6d와 같이 스마트폰(200)에는 블루투스 기능 활성화가 되는데, 'BLUETOOTH' 버튼을 클릭하여 스마트폰(200)의 블루트스 기능을 활성화 여부를 결정한다. 다음, 도 6e에 도시한 바와 같이 주변의 블루투스 장치를 검색하게 되는데, 'CONNECT' 버튼을 클릭하여 주변의 블루투스 장치를 검색한다. 이후, 도 6f와 같이 블루투스 장치와의 페어링을 시도하게 되는데, 블루트스 장치(스마트 야구공)을 찾아 선택하면 도 6f와 같은 화면이 나타나게 되고, 스마트폰(200)과 스마트 야구공(100) 디바이스를 페어링하기 위해 '1234'를 입력하여 등록한다. 이때 등록은 최초 연결시에만 하면 된다. 이후 스마트 야구공(100) 디바이스와 페어링이 완료되었다면 다시 연결을 시도할 때는 다음과 같은 절차 필요없이 바로 연결된다.
다음, 도 6g에 도시한 바와 같이 스마트폰(200)의 상단에는 어플리케이션 명과 블루투스 장치와의 연결 상태를 나타내는 아이콘이 표시되며, 야구공의 평균 속도와 최고 속도를 km/h 단위로 표시된다. 이때 시간에 따른 야구공의 속도 변화를 10포인트로 나누어 각각 속도를 그래프로 표시한다.
끝으로, 도 6h에 도시한 바와 같이 스마트폰(200)의 하단 중앙의 '새로고침' 버튼을 클릭하여 야구공의 속도 정보를 갱신하면 된다.
본 발명은 3축 가속도센서를 사용하여 가속도의 변화를 누적 계산하여 속도 정보를 직접 사용하는 기술로 실제 물리적인 속도를 계산할 수 있어 거리나 시간에 상관없이 정확한 속도의 측정과 분석이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명은 스피드건을 사용되어야 하는 실제 야구경기를 제외하고는 본인의 구속에 대한 궁금증이 있는 야구동호인이나 야구선수 및 일반인들에게 저렴하고 손쉬운 방법으로 자신의 구속을 실시간으로 확인할 수 있도록 하는 이점이 있다.

Claims (5)

  1. 야구공 속도 측정 시스템에 있어서,
    유도충전방식을 이용하여 스마트 야구공에 무선을 충전을 수행하기 위한 무선 충전모듈과;
    야구공의 속도를 측정하기 위한 센서부와 상기 센서부로부터 전송된 속도 데이터를 취합하고 분석하는 MCU로 구성된 스마트 야구공과;
    상기 스마트 야구공으로부터 전송된 야구공 속도 데이터를 디스플레이하기 위한 스마트폰을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 야구공 속도 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스마트 야구공은;
    상기 무선 충전모듈을 통해 충전 기능을 수행하기 위한 무선파워 수신부와,
    상기 스마트 야구공의 속도를 계속하고 추출하여 상기 스마트폰으로 전송하기 위한 데이터 수집 및 송수신부로 구성된 것을 특징으로 하는 야구공 속도 측정 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 무선파워 수신부는;
    마그네틱 필드에 의한 유도전류를 정류하여 DC 전원으로 변경하는 Rectification와,
    유도되어 정류된 전원을 내장 배터리로 충전하기 위한 전원 레벨로 제어하고 유지시키는 Voltage Conditioning과,
    상기 무선 충전모듈을 감시하고 제어하는 기능을 하는 Controller로 구성된 것을 특징으로 하는 야구공 속도 측정 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 데이터 수집 및 송수신부는;
    상기 스마트 야구공의 속도를 측정하기 위한 센서부와,
    상기 센서부로 전송된 데이터를 취합하고 분석하기 위한 MCU와,
    상기 MCU에서 시리얼 방식으로 전달된 야구공의 속도 데이터를 블루투스 프로토콜을 사용하여 스마트폰으로 전송하는 블루투스 모듈로 구성된 것을 특징으로 하는 야구공 속도 측정 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 센서부는;
    상기 스마트 야구공의 속도를 X축, Y축, Z축 방향으로의 속도의 변화량을 측정하는 가속도센서와,
    회전하면서 날아가는 스마트 야구공의 회전방향과 가속도변화 등의 값을 취득하는 자이로센서로 구성된 것을 특징으로 하는 야구공 속도 측정 시스템.
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