專(zhuān)利名稱(chēng)：一種新型室內(nèi)高爾夫傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種傳感裝置，尤其涉及一種室內(nèi)高爾夫模擬器的傳感器裝置。
背景技術(shù)：
在室內(nèi)高爾夫運(yùn)動(dòng)中，測(cè)量系統(tǒng)也就是傳感器是室內(nèi)高爾夫球的關(guān)鍵技術(shù)，它的技術(shù)性能直接影響著室內(nèi)高爾夫模擬系統(tǒng)的技術(shù)性能。目前大多數(shù)據(jù)傳感器所采用的器件為光敏二極管，紅外接收管和CCD攝像機(jī)。眾所周知球在空中的運(yùn)動(dòng)除受風(fēng)的影響外，完全取決于球的二個(gè)初始向量，即球的線速度初始向量和球的旋轉(zhuǎn)初始向量，對(duì)于線速度初始向量，目前大部分室內(nèi)高爾夫球的傳感器均能完整的測(cè)量出來(lái)，有些傳感器則只能測(cè)出初始向量在地平面上的分量，缺少高度分量。對(duì)于球的初始旋轉(zhuǎn)速度向量，目前尚不能完整測(cè)出，但有些傳感器能測(cè)出球的左旋或右旋的初始旋轉(zhuǎn)速度向量，上旋或下旋球的旋轉(zhuǎn)速度尚難測(cè)出。
目前常見(jiàn)的室內(nèi)高爾夫傳感器為定點(diǎn)測(cè)桿傳感器、定點(diǎn)測(cè)球傳感器和門(mén)框式傳感器，下面詳細(xì)分析這幾種傳感器存在的缺陷圖1定點(diǎn)測(cè)桿傳感器示意圖，如圖1所示該傳感器的主要元件為光敏二極管或紅外接收管，在傳感器中心線上設(shè)有球座(Tee)5，球座上空約300公分處裝有點(diǎn)光源燈或紅外發(fā)射管，球座前有一排光敏二極管1用于確定球是否被擊走，球座后有2、3和4三排管，靠近球座那排2有14個(gè)管，遠(yuǎn)離球座那排4有26個(gè)管，此二排管用于擊球時(shí)測(cè)量球桿的速度向量，實(shí)際上只能測(cè)出X向及Z向的速度分量。中間那排3只有二個(gè)管，用于測(cè)量球桿在碰球之前的瞬間球桿的擊球面的法向量在XZ平面上的投影與X軸的夾角β。再加上玩家輸入的桿號(hào)或電腦球僮提示的桿號(hào)(等于輸入了球桿擊球面的法向量與地平面的夾角α)，便可間接計(jì)算出球的線速度的y向分量，通過(guò)球桿在Z向的速度分量、α及β可推算出球的左旋或右旋的初始旋轉(zhuǎn)速度向量。
定點(diǎn)測(cè)桿傳感器的優(yōu)點(diǎn)是小巧玲瓏，便于安裝和維修，又能測(cè)出左旋或右旋球的初始旋轉(zhuǎn)速度向量，不足之處是需要玩家將使用的桿號(hào)輸入給計(jì)算機(jī)才能推算出球的線速度的y向分量，使用時(shí)仍不夠方便。
圖2是定點(diǎn)測(cè)球傳感器的示意圖，如圖2所示該傳感器采用元器與測(cè)桿傳感器相同。在中心線上設(shè)有球座9，球座上空約300公分處裝有點(diǎn)光源燈或紅外發(fā)射管，所有光敏管或紅外接收管均在球座的前方?？拷蜃囊粋€(gè)管8(稱(chēng)測(cè)球管)用于測(cè)知球是否在球座上。距球座稍遠(yuǎn)處的二個(gè)管7(稱(chēng)近排2菅)用于測(cè)知球是否已飛出，并開(kāi)始記時(shí)，距球座最遠(yuǎn)的一排6有29個(gè)管，當(dāng)球穿過(guò)該排管時(shí)被遮擋的管代表球的Z向坐標(biāo)。此傳感器只能測(cè)出球的線速度向量的Z向及X向分量，而Y向分量也由玩家輸入的桿號(hào)或由電腦球僮提示的桿號(hào)來(lái)確定。這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)只是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維修方便而已，缺點(diǎn)是，使用不便，需要完家輸入桿號(hào)。
圖3是門(mén)框式傳感器示意圖，參看圖3該種傳感器包括二個(gè)矩形的方框11和12，方框的尺寸與投影屏幕10的尺寸基本相同，每個(gè)矩形方框的二垂邊分別安裝若干個(gè)紅外發(fā)射管與接收管，同樣二水平邊也分別安若干紅外發(fā)射管與接收管，此外，還有放大電路及數(shù)據(jù)采集電路與接收管相連，而數(shù)據(jù)采集電路又與計(jì)算機(jī)相連接。二個(gè)矩形方框內(nèi)的裝備完全相同。矩形方框11安裝在靠近屏幕10的地方與屏幕相距約25公分，矩形方框12安裝在擊球區(qū)13與矩形方框11之間，與矩形方框12相距約100公分。擊球時(shí)球先穿過(guò)方框12。此時(shí)計(jì)時(shí)器開(kāi)始記時(shí)，同時(shí)記下由被遮擋的紅外接收管的位置坐標(biāo)。由此可計(jì)算出球在經(jīng)過(guò)矩形方框12所在平面上的Z向及Y向的坐標(biāo)(Z0，Y0)，當(dāng)球穿過(guò)矩形方框11時(shí)，計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，由于采樣頻率是固定的，該計(jì)時(shí)器的當(dāng)前值就代表著球由穿過(guò)矩形方框12到矩形方框11所需的時(shí)間dt，用同樣方法可算出球在方框11所在平面的Z向及Y的坐標(biāo)(Z1，Y1)。方框12到方框11的距離是不變的，設(shè)為DX，令DY＝Y(jié)1-Y0，DZ＝Z1-Z0。由此得到球的線速度向量的三個(gè)分量為
Vx＝DX/dt；Vy＝DY/dt；Vz＝DZ/dt。
門(mén)框式傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于擊球方便，計(jì)算量也少，球放在矩形方框12以外的任何地方擊球均能獲得初始線速度向量，其次擊出的球與屏幕碰撞的位置與圖象球銜接比較好。缺點(diǎn)是小速度可能測(cè)不出來(lái)，不適宜用于果嶺擊球入洞；傳感器尺寸過(guò)大(外沿尺寸約4000×3000)，不便于安裝和維修；由于投影機(jī)不能隨玩家擊球位置變動(dòng)而變動(dòng)，顯示的圖象可能有視差；不能擴(kuò)充多通道視場(chǎng)；一般情況下?lián)羟螯c(diǎn)到傳感器的矩形方框12的距離較遠(yuǎn)，約有2米遠(yuǎn)，這樣由二個(gè)方框傳器測(cè)出的速度已不是擊球時(shí)的初始速度，由此計(jì)算出來(lái)的球的軌跡是有較大誤差的。最近美國(guó)一家公司將測(cè)量門(mén)框增加到三個(gè)，可測(cè)出球的初始加速度，由此計(jì)算出來(lái)的球的軌跡的誤差將大大降低，但產(chǎn)品成本將會(huì)提高。此外，由于擊球點(diǎn)到傳感器的矩形方框12的距離較遠(yuǎn)，球被擊出后要經(jīng)過(guò)一小段時(shí)間之后才能到達(dá)傳感器，這樣就會(huì)增大系統(tǒng)響應(yīng)的延遲。
綜上分析，目前室內(nèi)高爾夫傳感器還存在以下缺點(diǎn)(1)小速度可能測(cè)不出來(lái)，不適宜用于果嶺擊球入洞；(2)測(cè)量誤差較大；(3)需要輸入桿號(hào)，使用不方便。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服上述缺陷提供一種新型室內(nèi)高爾夫傳感裝置。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案本實(shí)用新型的室內(nèi)高爾夫傳感裝置包括兩個(gè)點(diǎn)光源A和B、四排光信號(hào)接收裝置，每個(gè)信號(hào)接收裝置都安裝在方向可調(diào)整的管座內(nèi)，所述點(diǎn)光源A和B安裝在傳感器的頂部，且兩點(diǎn)光源之間的距離為常數(shù)，所述前兩排光信號(hào)接收裝置設(shè)在同一點(diǎn)，其中第一排內(nèi)所有光信號(hào)接收裝置指向點(diǎn)光源A，第二排內(nèi)所有光信號(hào)接收裝置指向點(diǎn)光源B，第三排光信號(hào)接收裝置和前兩排光信號(hào)接收裝置的距離與A、B兩個(gè)點(diǎn)光源距離相等，第四排光信號(hào)接收裝置設(shè)在擊球處，第三四排內(nèi)所有光信號(hào)接收裝置都指向光源B。
所述第三排和第四排的光信號(hào)接收裝置的數(shù)量各為2個(gè)，第四排中一光信號(hào)接收裝置上設(shè)有球座(Tee)，另一設(shè)在與球座相距8公分處，用于果嶺推桿。第三排的二個(gè)光信號(hào)接收裝置均用于檢測(cè)球被擊出后開(kāi)始計(jì)時(shí)。
所述前兩排光信號(hào)接收裝置數(shù)量至少16個(gè)，至多80個(gè)，具體根據(jù)測(cè)球區(qū)域的大小而定。
所述光信號(hào)接收裝置是光敏二極管或是紅外接收管。
所述光敏二極管的型號(hào)為3DU80B，所述光信號(hào)接收裝置是紅外接收管。
采用本實(shí)用新型能夠帶來(lái)如下有益效果(1)算法簡(jiǎn)單，由檢測(cè)到的參數(shù)(時(shí)間和坐標(biāo))到算出初始速度分量只用一次乘法和三次除法。
(2)多用途，可用于一般的室內(nèi)高爾夫摸擬器，也可用于室內(nèi)或室外高爾夫練習(xí)場(chǎng)的測(cè)距儀，是目前巳有的傳感器做不到的。
(3)具有非定點(diǎn)傳感器的優(yōu)勢(shì)，本傳感器可設(shè)二個(gè)擊球點(diǎn)，一個(gè)設(shè)置有球座(Tee)與非定點(diǎn)的一樣，另一擊球點(diǎn)是一個(gè)淺窩，用球桿可直接將球撥入淺窩上即可擊球。
(4)可響應(yīng)大角度擊球，打上果嶺的球必須用拋桿(P桿)打出大角度的球，使球落在果嶺上不致于滾得太遠(yuǎn)，本傳感器對(duì)擊球角度小于70度的球仍可作出響應(yīng)。別的傳感器就很難做到。
(5)可響應(yīng)小速度擊球，速度在0.3米/秒以上的速度均能響應(yīng)。
(6)安裝使用方便，傳感器所用的元器件(包括燈、電路板、光敏管、電源及工控計(jì)算等)安裝在一個(gè)體積為354×604×900的機(jī)箱，插上電源就可以使用。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說(shuō)明
圖1是現(xiàn)有技術(shù)定點(diǎn)測(cè)桿傳感器示意圖圖2是現(xiàn)有技術(shù)定點(diǎn)測(cè)球傳感器示意圖
圖3是現(xiàn)有技術(shù)門(mén)框式傳感器示意圖圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例1原理示意圖圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例2原理示意圖圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例信號(hào)接收裝置驅(qū)動(dòng)電路具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的室內(nèi)新型高爾夫傳感裝置包括兩個(gè)點(diǎn)光源A和B、四排光信號(hào)接收裝置14、15、16和17，每個(gè)信號(hào)接收裝置都安裝在方向可調(diào)整的管座內(nèi)，所述前兩排光信號(hào)接收裝置排14和15排安裝在同一長(zhǎng)而窄小的卞槽C點(diǎn)，兩排之間距離可忽略不計(jì)，其中第一排14內(nèi)所有光信號(hào)接收裝置指向點(diǎn)光源B，第二排15內(nèi)所有光信號(hào)接收裝置指向點(diǎn)光源A，第三排光信號(hào)接收裝置16和前兩排光信號(hào)接收裝置的距離與A、B兩個(gè)點(diǎn)光源距離相等且為常數(shù)，第四排光信號(hào)接收裝置17設(shè)在擊球處E點(diǎn)，第三四排內(nèi)所有光信號(hào)接收裝置都指向光源B。所述的光信號(hào)接收裝置是光敏二極管或紅外接收管。
所述前兩排光信號(hào)接收裝置數(shù)量至少16個(gè)，至多80個(gè)，具體可視測(cè)球區(qū)域的大小而定，測(cè)球區(qū)域大可多設(shè)，測(cè)球區(qū)域小則可少設(shè)。
當(dāng)把該室內(nèi)高爾夫傳感器用作室內(nèi)高爾夫模擬器時(shí)，所述第三排16和第四排17的光信號(hào)接收裝置的數(shù)量設(shè)為兩個(gè)，其中一個(gè)管子上置一球座(Tee)，供揮桿使用，另一個(gè)管子設(shè)在與球座(Tee)相距8公分外，用于果嶺推桿。當(dāng)把該室內(nèi)高爾夫傳感器用作室外或室內(nèi)高爾夫練習(xí)場(chǎng)測(cè)距儀時(shí)，所述第三排16和第四排17的光信號(hào)接收裝置的數(shù)量設(shè)為一個(gè)。不論用于那種情況在擊球或推桿之前必須將球放在四排中的一個(gè)管子上，用于判別擊球者是否擊中球。
圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例1的原理示意圖，下面參考圖4詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例的傳感裝置的測(cè)量原理。室內(nèi)高爾夫傳感裝置的最終目的是用于準(zhǔn)確地測(cè)量出擊球時(shí)球的初始速度。本傳感器的主要器件為二個(gè)點(diǎn)光源燈A和B，四排光敏二極管或紅外接收管，所有管子都安裝在方向可調(diào)整的管座內(nèi)，前二排管子多少視測(cè)球區(qū)域的大小而定，多則80個(gè)，少則16個(gè)，后二排每排只有二個(gè)或一個(gè)管子。第一排14各管子安放在C處，排內(nèi)所有管子指向光源B，第二排15各管子也安放在C處，排內(nèi)所有管子指向光源A，第三排16、四排17管子分別安放在D處和E處，第三排16、第四排17內(nèi)所有管子指向光源B。其中點(diǎn)B到點(diǎn)A與點(diǎn)D到點(diǎn)C的距離d相等且為常數(shù)，即d AB＝d CD。在該實(shí)施例中，AC、BD垂直于CD。
設(shè)球的初始速度為V，其在X向的速度分量為Vx，在Y向的速度分量Vy。
下面先說(shuō)明Vx和Vy如何確定首先要求被擊出的球必須通過(guò)所有三排管子14、15和16；其次被擊出的球在空中的飛行軌跡是一近似的拋物線，為簡(jiǎn)化計(jì)算由Q到P的那段曲線用直線來(lái)近似代替，設(shè)球從Q點(diǎn)出發(fā)先后遮擋第三排16(S處)、第二排15(P處)及第一排14(R處)的管子的時(shí)間依次為t0、t1、t2。按設(shè)計(jì)要求，目前規(guī)定d＝220mm或d＝250mm。球由點(diǎn)S到點(diǎn)P的時(shí)間dt2＝t2-t0，由此可算得球的X軸向速度為Vx＝d/dt2，球由點(diǎn)S到點(diǎn)R的時(shí)間dt1＝t1-t0，由此可算得點(diǎn)D到點(diǎn)F(F是點(diǎn)R在地平面CD上的垂足)的距離dDF＝vX*dt1，根據(jù)相似三角形原理可算得線段GR的長(zhǎng)度dGR＝dDB*dFC/d其中dDB是點(diǎn)光源B到地板平面CD上的距離，為常數(shù)。球到達(dá)點(diǎn)R的時(shí)間為t1，由此可算出球在Y軸的速度分量為Vy＝dGR/t1，球在Z軸的速度分量的計(jì)算球在飛過(guò)第二排15上空時(shí)第二排15的某些管子會(huì)被球的陰影所遮擋，那些管子被遮擋可被傳感器可測(cè)知，從這些管子所在的位置可計(jì)算出該陰影坐標(biāo)Zi，由此可算出球在Z軸的速度分量為Vz＝Zi/t2，本新型室內(nèi)高爾夫傳感器使用的光敏管的型號(hào)為3DU80B，圖6是該光敏三極管的驅(qū)動(dòng)電路，參考圖6，該驅(qū)動(dòng)電路包括三個(gè)電阻、一個(gè)穩(wěn)壓管和一個(gè)三極管。R1為31K歐電阻，R2與R3為1K歐電阻，功率均為0.25W，為DW是功率為0.25W的穩(wěn)壓管，三極管為s9013。
每塊小電路板裝24個(gè)或32個(gè)光敏二極管，視數(shù)據(jù)采集卡而定，8位卡裝24個(gè)，16位卡裝32個(gè)。
每個(gè)光敏管安裝在方向可調(diào)整的管座內(nèi)，用導(dǎo)線與信號(hào)采集電路板相連接，每塊電路版可聯(lián)結(jié)24個(gè)管子。本新型室內(nèi)高爾夫傳感器使用了二塊信號(hào)采集電路版，為更準(zhǔn)確計(jì)時(shí)可專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)一塊計(jì)數(shù)器小電路板，這三塊電路版用50芯偏平電纜聯(lián)結(jié)到PC-104工控計(jì)算機(jī)上(參看照片)。PC-104工控計(jì)算機(jī)除了采集擊球過(guò)程中的各種數(shù)據(jù)并由此按上述原理計(jì)算出球的初始速度向量(Vx，Vy，Vz)外，還將這些數(shù)據(jù)作為求解球的三自由度運(yùn)動(dòng)方程的初值耒求解運(yùn)動(dòng)方程，解運(yùn)動(dòng)方程的結(jié)果包括擊球的速度、方位角、俯仰角和球在空中的飛行距離和球在地面滾動(dòng)的距離，若再加入高爾夫球場(chǎng)的場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫(kù)還可以計(jì)算球落地后的反彈距離和顯示球在空中的飛行軌跡，這些結(jié)果參數(shù)均通過(guò)投影機(jī)顯示給擊球者觀看，在PC-104工控計(jì)算機(jī)上的軟件運(yùn)行平臺(tái)是微軟的WINDOW-2000，所有程序是由VC++編程語(yǔ)言寫(xiě)成。這些不是本實(shí)用新型的核心內(nèi)容所在，故在此不再贅述。
圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)及原理圖，參考該圖在該實(shí)施例中，點(diǎn)光源A和點(diǎn)光源B前移距離，dAB＝dCD，BC垂直CD，其他設(shè)置同實(shí)施例1，計(jì)算原理也同實(shí)施例1，在此不再贅述。
當(dāng)然，本實(shí)用新型可能有其他的實(shí)施例，在不背離本實(shí)用新型的精神和實(shí)質(zhì)情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本實(shí)用新型作出相應(yīng)的改變或變形，但這些相應(yīng)的改變或變形都應(yīng)該屬于本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種新型室內(nèi)高爾夫傳感器裝置，其特征在于，包括兩個(gè)點(diǎn)光源(A)和(B)、四排光信號(hào)接收裝置，所述每個(gè)光信號(hào)接收裝置都安裝在方向可調(diào)整的管座內(nèi)，所述點(diǎn)光源(A)和(B)安裝在傳感器的頂部，該兩點(diǎn)光源之間的距離為常數(shù)，所述前兩排光信號(hào)接收裝置設(shè)在同一點(diǎn)，其中第一排內(nèi)所有光信號(hào)接收裝置指向點(diǎn)光源(A)，第二排內(nèi)所有光信號(hào)接收裝置指向點(diǎn)光源(B)，第三排光信號(hào)接收裝置和前兩排光信號(hào)接收裝置之間的距離與兩個(gè)點(diǎn)光源之間距離相等，第四排光信號(hào)接收裝置設(shè)在擊球處，第三、四排內(nèi)所有光信號(hào)接收裝置都指向光源B。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型室內(nèi)高爾夫傳感裝置，其特征在于，所述第三排和第四排的光信號(hào)接收裝置的數(shù)量各為兩個(gè)，第四排中一個(gè)光信號(hào)接收裝置沒(méi)在球座處，另一個(gè)光信號(hào)接收裝置設(shè)在與球座相距8公分處，用于果嶺推桿。排兩個(gè)光信號(hào)接收裝置用于檢測(cè)球被擊出后開(kāi)始計(jì)時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型室內(nèi)高爾夫傳感裝置，其特征在于，所述光信號(hào)接收裝置是光敏二極管或是紅外接收管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的新型室內(nèi)高爾夫傳感裝置，其特征在于，所述光敏二極管的型號(hào)為3DU80B。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型室內(nèi)高爾夫傳感裝置，其特征在于，所述光信號(hào)接收裝置是紅外接收管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型室內(nèi)高爾夫傳感裝置，其特征在于，所述前兩排光信號(hào)接收裝置數(shù)量至少16個(gè)，至多80個(gè)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種新型室內(nèi)高爾夫傳感裝置，該新型室內(nèi)高爾夫傳感裝置包括兩個(gè)點(diǎn)光源(A)和(B)、四排光信號(hào)接收裝置，每個(gè)信號(hào)接收裝置都安裝在方向可調(diào)整的管座內(nèi)，所述點(diǎn)光源(A)和(B)之間的距離為常數(shù)，所述前兩排光信號(hào)接收裝置指向同一光點(diǎn)，其中第一排內(nèi)所有光信號(hào)接收裝置指向點(diǎn)光源(A)，第二排內(nèi)所有光信號(hào)接收裝置指向點(diǎn)光源(B)，第三排光信號(hào)接收裝置和前兩排光信號(hào)接收裝置之間的距離與兩個(gè)點(diǎn)光源之間的距離相等，第四排光信號(hào)接收裝置設(shè)在擊球處，第三四排內(nèi)所有光信號(hào)接收裝置都指向光源(B)，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量誤差小，不僅用于室內(nèi)高爾夫模擬器還可用于室外高爾夫練習(xí)測(cè)距儀。
文檔編號(hào)A63B67/02GK2881647SQ20052014254
公開(kāi)日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2005年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月6日
發(fā)明者羅炳海 申請(qǐng)人:羅炳海