TWI440493B - Embedded relative trajectory detection device and method - Google Patents

Description

內嵌式相對軌跡偵測裝置及方法

本發明係與相對軌跡偵測有關，特別是關於一種內嵌式相對軌跡偵測裝置及方法。

一般用於三度空間軌跡分析，需要有陀螺儀及加速儀所構成之定位定向平台，可以獲得移動載體的移動方向及瞬間加速度等資訊。對於一般功能需求較為簡化之移動體，可省去價位較高之陀螺儀，改以三至六顆加速儀的組合平台，成為簡易之空間定位分析平台。

習知一般的高爾夫球練習器，在桿頭上佈置多個微型感應器，並由感應器的擊點訊號，分析練習球的可能飛行方向及距離。然，高爾夫球的飛行軌跡，與擊球前的下桿動作，擊球點，及擊球瞬間的推桿方式，息息相關。若要獲得較準確的高爾夫球飛行軌跡，不能僅靠擊球點的資訊而計算得知。

一般的平面軌跡球，利用軌跡球與接觸平面之光學反射原理，獲知軌跡球的二維空間移動軌跡。但是，當軌跡球離開參考平面時，即無法獲得光學反射訊號，亦不能提供三維移動空間資訊。

且習知的練習器都是必須配置在如高爾夫球桿外的設備或元件，攜帶時甚是耗空間與費力，且難以收集實際場地上的操作資訊。

基於上述問題，發明人提出了一種內嵌式相對軌跡偵 測裝置及方法，以克服現有技術的缺陷。

本發明目的在於提供一種可進行軌跡偵測、傳輸、估計、及記憶、進行軌跡播放、進行參考軌跡比較、進行撞擊物之反彈速度與距離之估計、參考軌跡即時學習，及長時間軌跡及撞擊資訊管理的內嵌式相對軌跡偵測裝置及方法。

為達上述目的，本發明係提供一種內嵌式相對軌跡偵測裝置，內嵌在具有一預定長度的一運動體中，該運動體具有一握把部、一身部及一觸擊部，該身部的兩端分別連接該握把部及該觸擊部，該裝置包含：一控制器，設置在該運動體的該握把部內；一第一三軸加速計，設置在該運動體的該握把部內，並與該控制器電性連接；一第二三軸加速計，設置在該運動體的該觸擊部內，並與該控制器電性連接，該第一三軸加速計與該第二三軸加速計間隔該預定長度；一無線傳輸模組，設置在該運動體的該握把部內，並與該控制器電性連接；以及至少一開關元件，設置在該運動體的該握把部上，並與該控制器電性連接，該至少一開關元件提供一開關訊號至該控制器。

其中，該內嵌式相對軌跡偵測裝置更包括若干壓力感測元件，該觸擊部具有一觸擊面，該等壓力感測元件佈設在該觸擊部之該觸擊面內。

為達上述目的，本發明另提供一種內嵌式相對軌跡偵測方法，其步驟包括： 於一無線接收設備上輸入一使用資料，該使用資料至少包括使用者身高與臂長，以及分別設置在一運動體之一握把部及一觸擊部的一第一三軸加速計與一第二三軸加速計間的一預定長度；於該無線接收設備上建立與設置在該運動體之該握把部內的一無線傳輸模組之連線；使用者於該運動體上操作設置在該握把部內的至少一開關元件，藉由該無線傳輸模組將操作設定狀況傳送給連線中的無線接收設備，以通知該無線接收設備開始運作軌跡偵測與記憶功能；使用者於揮動或移動該運動體的過程中，設置在該握把部內的一控制器將由該第一三軸加速計、該第二三軸加速計的運動變化量之訊號，藉由該無線傳輸模組將操作設定狀況傳送給連線中的無線接收設備，該無線接收設備對運作軌跡偵測所獲得的資料進行計算與記憶，一衝擊物觸擊該運動體之該觸擊部的一觸擊面時，該無線接收設備計算與記憶設置在該觸擊面內的至少一壓力感測元件的位置及強度；使用者於該運動體上操作至少一開關元件，該控制器將操作設定狀況，藉由該無線傳輸模組傳送給該無線接收設備，通知該無線接收設備結束軌跡偵測與記憶功能運作；以及使用者於該無線接收設備上操作軌跡播放、參考軌跡比較、撞擊物之反彈速度與距離之估計、顯示擊球相關的專業軌跡之功能。

其中，該內嵌式相對軌跡偵測方法，更包括使用者將該無線接收設備上軌跡、該撞擊物之反彈速度與距離之資料，進行長時間資訊彙整與管理。

雖然本發明使用了幾個較佳實施例進行解釋，但是下列圖式及具體實施方式僅僅是本發明的較佳實施例；應說明的是，下面所揭示的具體實施方式僅僅是本發明的例子，並不表示本發明限於下列圖式及具體實施方式。

請同時參考圖1及圖2，其中，圖1表示本發明內嵌式相對軌跡偵測裝置的結構示意圖，圖2表示本發明內嵌式相對軌跡偵測裝置的結構方塊圖。

本發明的內嵌式相對軌跡偵測裝置1係內嵌在具有一預定長度L的一運動體10中，此運動體10可為一球拍、一球桿或一球棒，本發明以高爾夫球桿為例進行說明；運動體10具有一握把部11、一身部12及一觸擊部13，身部12的兩端分別連接握把部11及觸擊部13，內嵌式相對軌跡偵測裝置1包含一控制器2、一第一三軸加速計3、一第二三軸加速計4、一無線傳輸模組5及至少一開關元件6。

控制器2設置在運動體10的握把部11內。

第一三軸加速計3設置在運動體10的握把部11內，並與控制器2電性連接。

第二三軸加速計4設置在運動體10的觸擊部13內，並與控制器2電性連接，第二三軸加速計4與控制器2電性連接之導線WL，係穿經運動體10的身部12， 第一三軸加速計3與第二三軸加速計4間隔球桿桿身長。

無線傳輸模組5設置在運動體10的握把部11內，並與控制器2電性連接。

至少一開關元件6可為一按鈕式開關，設置在運動體10的握把部11上，並與控制器2電性連接，開關元件6提供一開關訊號至控制器2。

再者，內嵌式相對軌跡偵測裝置1更包括若干壓力感測元件7，觸擊部13具有一觸擊面14，各壓力感測元件7佈設在觸擊部13之觸擊面14內。

當運動體10移動或揮動時，控制器2定時收集第一三軸加速計3與第二三軸加速計4的運動變化量，控制器2定時收集各壓力感測元件7所偵測到觸擊之位置與強度；控制器2所收集到的第一三軸加速計3與第二三軸加速計4的運動變化量、各壓力感測元件7之位置與強度及開關元件6的開關訊號，藉由無線傳輸模組5傳送至一無線接收設備8。

如一個人數位助理、一可攜式電腦或一手機之無線接收設備8內建的一接收器(圖未示)接收到第一三軸加速計3與第二三軸加速計4的運動變化量者，以進行瞬間加速度與角速度計算，及運動體10在三維空間的相對位移變化量之計算；無線接收設備8內建的一處理器(圖未示)接收到各壓力感測元件7所偵測到觸擊之位置與強度者，以進行運動體10之觸擊點顯示及觸擊物(如高爾夫球)之反彈速度與距離之估算；無線接收設備8接收到開關元件6之開關 訊號者，以進行偵測功能之操控決定。

其中，無線接收設備8可為一個人數位助理、一可攜式電腦或一手機。

請參考圖3，表示本發明內嵌式相對軌跡偵測方法的流程圖；本發明之內嵌式相對軌跡偵測方法的步驟如下：步驟S1：於無線接收設備8上輸入使用資料，使用資料至少包括使用者身高與臂長，以及分別設置在運動體10之握把部11及觸擊部13的第一三軸加速計3與第二三軸加速計4間的球桿桿身長；步驟S2：於無線接收設備8上建立與設置在運動體10之握把部11內的無線傳輸模組5之連線；步驟S3：使用者於運動體10上操作設置在握把部11內的至少一開關元件6，藉由無線傳輸模組5傳送給無線接收設備8，以通知無線接收設備8開始運作軌跡偵測與記憶功能；步驟S4：使用者於揮動或移動運動體10的過程中，設置在握把部11內的控制器2將由第一三軸加速計3、第二三軸加速計4的運動變化量之訊號，藉由無線傳輸模組5傳送給無線接收設備8，無線接收設備8內建之處理器(圖未示)對兩個三軸加速計的運動變化量，進行預建之運作軌跡參考模型的軌跡偏移進行計算與記憶，衝擊物(如高爾夫球)觸擊運動體10之觸擊部13的觸擊面14時，控制器2會將觸擊資訊藉由 無線傳輸模組5傳送給無線接收設備8，無線接收設備8計算與記憶設置在觸擊面14內的至少一壓力感測元件7所偵測到觸擊的位置及強度；步驟S5：使用者於運動體10上操作開關元件6，控制器2將開關元件6的開關訊號，藉由無線傳輸模組5傳送給無線接收設備8，通知無線接收設備8結束軌跡偵測與記憶功能運作；以及步驟S6：使用者於無線接收設備8上操作軌跡播放、參考軌跡比較、撞擊物之反彈速度與距離之估計、參考軌跡學習之功能。

其中，內嵌式相對軌跡偵測方法更包括：使用者將無線接收設備8上軌跡、撞擊物(如高爾夫球)之反彈速度與距離之資料，利用無線接收設備8內建的處理器及記憶體進行長時間資訊彙整與管理(步驟S7)。

請再參考圖4，表示本發明內嵌式相對軌跡偵測方法中操作軌跡播放時的流程圖，其步驟包括：步驟SA1：依時間序列，由所記憶的資料中選擇其中一次移動記錄之偵測內容；步驟SA2：該次移動記錄之偵測內容，包含第一三軸加速計3及第二三軸加速計4之時序變化量、各壓力感測元件7之時序位置及強度；步驟SA3：由各相鄰時序的第一三軸加速計3及第二三軸加速計4之變化量，進行瞬間位 移加速度、角加速度估算，其中瞬間位移加速度及角加速度估算是以第一三軸加速計3及第二三軸加速計4間之變化量與間隔距離做為計算之重要基礎數據，並以時間積分方式決定出運動體10在三維空間的相對位移變化量；步驟SA4：運動體10的相對移動軌跡由各相鄰時序之相對位移變化量，做為連續曲線的近似控制參數；以及步驟SA5：將所得相對移動軌跡調整到基礎移動軌跡的握把部11上，調整參數是以使用者的身高與臂長為基礎。

請再參考圖5，表示本發明內嵌式相對軌跡偵測方法中操作參考軌跡比較時的流程圖，其步驟包括：步驟SB1：選擇該次移動記錄之偵測內容及欲比較之專業移動軌跡；步驟SB2：依使用者於無線接收設備8內建的顯示器及輸入介面操作軌跡播放時之步驟，計算運動體10的相對移動軌跡，並顯示；以及步驟SB3：顯示專業移動軌跡，並與運動體10的相對移動軌跡重疊顯示，以進行比較。

請再參考圖6，表示本發明內嵌式相對軌跡偵測方法中操作撞擊物之反彈速度與距離的估計時的流程圖，其步驟包括： 步驟SC1：選擇某次移動記錄之偵測內容；步驟SC2：依使用者於無線接收設備8上操作軌跡播放時之步驟，計算運動體10的相對移動軌跡，並顯示；以及步驟SC3：估計撞擊物之反彈速度與距離，並重疊顯示撞擊位置、反彈速度及距離。

請再參考圖7，表示本發明內嵌式相對軌跡偵測方法中操作參考軌跡學習時的流程圖，其步驟包括：步驟SD1：選擇欲學習之專業移動軌跡；以及步驟SD2：顯示專業移動軌跡，以進行參考學習。

藉由上述結構及方法，係可達到(1)進行軌跡偵測、估計、及記憶；(2)進行軌跡播放；(3)進行參考軌跡比較；(4)進行撞擊物之反彈速度與距離之估計；(5)顯示擊球相關的專業軌跡以即時學習；及(6)進行偵測與管理(具行動性)。

雖然本發明以相關的較佳實施例進行解釋，但是這並不構成對本發明的限制。應說明的是，本領域的技術人員根據本發明的思想能夠構造出很多其他類似實施例，這些均在本發明的保護範圍之中。

10‧‧‧運動體

11‧‧‧握把部

12‧‧‧身部

13‧‧‧觸擊部

14‧‧‧觸擊面

1‧‧‧內嵌式相對軌跡偵測裝置

2‧‧‧控制器

3‧‧‧第一三軸加速計

4‧‧‧第二三軸加速計

5‧‧‧無線傳輸模組

6‧‧‧開關元件

7‧‧‧壓力感測元件

8‧‧‧無線接收設備

L‧‧‧球桿桿身長

WL‧‧‧導線

步驟S1~S7‧‧‧依據本發明的內嵌式相對軌跡偵測方法

步驟SA1~SA5‧‧‧依據本發明操作軌跡播放之步驟

步驟SB1~SB3‧‧‧依據本發明操作參考軌跡比較之步驟

步驟SC1~SC3‧‧‧依據本發明操作撞擊物之反彈速度與距離的估計之步驟

步驟SD1~SD2‧‧‧依據本發明操作參考軌跡學習之步驟

圖1 表示本發明內嵌式相對軌跡偵測裝置的結構示意圖。

圖2 表示本發明內嵌式相對軌跡偵測裝置的結構方塊圖。

圖3 表示本發明內嵌式相對軌跡偵測方法的流程圖。

圖4 表示本發明內嵌式相對軌跡偵測方法中操作軌跡播放時的流程圖。

圖5 表示本發明內嵌式相對軌跡偵測方法中操作參考軌跡比較時的流程圖。

圖6 表示本發明內嵌式相對軌跡偵測方法中操作撞擊物之反彈速度與距離的估計時的流程圖。

圖7 表示本發明內嵌式相對軌跡偵測方法中操作參考軌跡學習時的流程圖。

10‧‧‧運動體

11‧‧‧握把部

12‧‧‧身部

13‧‧‧觸擊部

14‧‧‧觸擊面

1‧‧‧內嵌式相對軌跡偵測裝置

2‧‧‧控制器

3‧‧‧第一三軸加速計

4‧‧‧第二三軸加速計

5‧‧‧無線傳輸模組

6‧‧‧開關元件

7‧‧‧壓力感測元件

8‧‧‧無線接收設備

L‧‧‧球桿桿身長

WL‧‧‧導線

Claims (8)

1. 一種內嵌式相對軌跡偵測裝置，內嵌在具有一球桿桿身長的一運動體中，該運動體具有一握把部、一身部及一觸擊部，該身部的兩端分別連接該握把部及該觸擊部，該裝置包含：一控制器，設置在該運動體的該握把部內；一第一三軸加速計，設置在該運動體的該握把部內，並與該控制器電性連接；一第二三軸加速計，設置在該運動體的該觸擊部內，並與該控制器電性連接，該第一三軸加速計與該第二三軸加速計間隔球桿桿身長度；一無線傳輸模組，設置在該運動體的該握把部內，並與該控制器電性連接；至少一開關元件，設置在該運動體的該握把部上，並與該控制器電性連接，該至少一開關元件提供一開關訊號至該控制器；以及若干壓力感測元件，該觸擊部具有一觸擊面，該等壓力感測元件佈設在該觸擊部之該觸擊面內，當該運動體移動或揮動時，該控制器定時收集該第一三軸加速計與該第二三軸加速計的運動變化量，該控制器定時收集各該壓力感測元件所偵測到觸擊之位置與強度，該控制器所收集到的該第一三軸加速計與該第二三軸加速計的運動變化量、各該壓力感測元件所偵測到觸擊之位置與強度及該至少一開關元件的開關訊號，藉由該無線傳輸模組傳送至該無線接收設備，該無線接收設備內建之 一接收器接收到該第一三軸加速計與該第二三軸加速計的運動變化量者，以使該無線接收設備內建之一處理器進行瞬間加速度與角速度計算，及該運動體在三維空間的相對位移變化量之計算，該無線接收設備內建之該接收器接收到各該壓力感測元件所偵測到觸擊之位置與強度者，以使該無線接收設備內建之該處理器進行該運動體之觸擊點顯示及觸擊物之反彈速度與距離之估算，該無線接收設備內建之該接收器接收到該至少一開關元件之該開關訊號者，以使該無線接收設備內建之該處理器進行偵測功能之操控決定；
2. 如申請專利範圍第1項所述的內嵌式相對軌跡偵測裝置，其中，該無線接收設備係為一個人數位助理、一可攜式電腦或一手機，該運動體為一球拍、一球桿或一球棒。
3. 一種內嵌式相對軌跡偵測之方法，其系使用於如申請專利範圍第1項之內嵌式相對軌跡偵測裝置，其步驟包括：以一無線接收設備之內建一接收器建立與設置在一運動體之一握把部內的一無線傳輸模組之連線；於該無線接收設備的一輸入介面輸入一使用資料，該使用資料至少包括使用者身高與臂長，以及分別設置在該運動體之該握把部及一觸擊部的一第一三軸加速計與一第二三軸加速計間的一球桿桿身長；於該無線接收設備上建立與設置在該運動體之該握把部內的一無線傳輸模組之連線； 使用者於該運動體上操作設置在該握把部內的至少一開關元件，設置在該握把部內的一控制器將由該第一三軸加速計、該第二三軸加速計的運動變化量之訊號，藉由與該控制器電性連接之該無線傳輸模組傳送給該無線接收設備內建之該接收器，以通知該無線接收設備內建之一處理器及一記憶體開始運作軌跡偵測與記憶功能；使用者於揮動或移動該運動體的過程中，該無線接收設備對運作軌跡偵測所獲得的資料進行計算與記憶，一衝擊物觸擊該運動體之該觸擊部的一觸擊面時，該無線接收設備計算與記憶設置在該觸擊面內的至少一壓力感測元件所偵測到觸擊的位置及強度；使用者於該運動體上操作至少一開關元件，該控制器將該至少一開關元件的一開關訊號，藉由該無線傳輸模組傳送給該無線接收設備，通知該無線接收設備結束軌跡偵測與記憶功能運作；以及使用者於該無線接收設備內建之一顯示器及該輸入介面以操作軌跡播放、參考軌跡比較、撞擊物之反彈速度與距離之估計、顯示擊球相關的專業軌跡之功能。
4. 如申請專利範圍第3項所述的內嵌式相對軌跡偵測方法，更包括使用者將該無線接收設備上軌跡、該撞擊物之反彈速度與距離之資料，進行長時間資訊彙整與管理。
5. 如申請專利範圍第3項所述的內嵌式相對軌跡偵測之方法，其中，當使用者於該無線接收設備上操作軌跡播放 時，其步驟如下：依時間序列，由所記憶的資料中選擇其中一次移動記錄之偵測內容；該次移動記錄之偵測內容，包含該第一三軸加速計及該第二三軸加速計之時序變化量、各該壓力感測元件之時序位置及強度；由各相鄰時序的該第一三軸加速計及該第二三軸加速計之變化量，進行瞬間位移加速度、角加速度估算，其中瞬間位移加速度及角加速度估算是以該第一三軸加速計及該第二三軸加速計間之變化量與間隔距離做為計算之重要基礎數據，並以時間積分方式決定出該運動體在三維空間的相對位移變化量；該運動體的相對移動軌跡由各相鄰時序之相對位移變化量，做為連續曲線的近似控制參數；以及將所得相對移動軌跡調整到基礎移動軌跡的該握把部上，調整參數是以使用者的身高與臂長為基礎。
6. 如申請專利範圍第5項所述的內嵌式相對軌跡偵測方法，其中，當使用者於該無線接收設備上操作參考軌跡比較時，其步驟如下：選擇該次移動記錄之偵測內容及欲比較之專業移動軌跡；依使用者於該無線接收設備內建的一顯示器及該輸入介面操作軌跡播放時之步驟，計算該運動體的相對移動軌跡，並顯示；以及顯示專業移動軌跡，並與該運動體的相對移動軌跡 重疊顯示，以進行比較。
7. 如申請專利範圍第6項所述的內嵌式相對軌跡偵測方法，其中，當使用者於該無線接收設備上操作撞擊物之反彈速度與距離的估計時，其步驟如下：選擇某次移動記錄之偵測內容；依使用者於該無線接收設備上操作軌跡播放時之步驟，計算該運動體的相對移動軌跡，並顯示；估計撞擊物之反彈速度與距離，並重疊顯示撞擊位置、反彈速度及距離。
8. 如申請專利範圍第7項所述的內嵌式相對軌跡偵測方法，其中，當使用者於該無線接收設備上操作參考軌跡學習時，其步驟如下：選擇欲學習之擊球相關的專業移動軌跡；以及顯示擊球相關的專業移動軌跡，以進行參考學習。