專利名稱：用于揮桿運動的量測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用在運動時的量測裝置，特別是涉及一種 用于揮桿運動的量測裝置。
背景技術(shù)：
對于現(xiàn)行的測量球桿揮桿速度的量測裝置，有的已發(fā)展成體積龐大，例如美國第5，868，578號"Sports analysis and testing system"專利案，是利用多臺高速攝影機擷取揮桿者的動作，并 配合計算機影像處理，以計算出揮桿的速度，這一類型的設(shè)備攜 帶困難，并且價格昂貴，使用上較為不便，難以普及。有些量測裝置是安裝在地面上，例如美國第4，979，745號 "Electric apparatus for use practicing a golf swing" 專利案、 美國第5，257，084號"Golf swing measurement system"專利案， 及美國第6，375，579號 "Golf swing analysis system and method"專利案。它們是利用光線來量測球桿頭的速度。雖然其 體積已有縮小且價格降低，但是在攜帶上仍為不便，更換地點時 還要進行架設(shè)的前置作業(yè)。當(dāng)然，也有些量測裝置則是直接嵌設(shè)于球桿內(nèi)，例如美國第 3，945，646號 "Athletic swing measurement system and method"專利案，及美國第6，648,769號"Instrumented golf club system & method of use"專利案。它們是在球桿頭內(nèi)裝設(shè)加速 度計，以計算求得速度、受力等狀態(tài)。然而，這些量測裝置是需 要在每一支球桿頭進行裝設(shè)，其費用將不便宜，而且因為加裝這 些量測裝置，很有可能會改變球桿本身原有的性質(zhì)，產(chǎn)生不良的 影響。另外，也有將量測裝置獨立成一個體，可以裝在手套上或是球桿上，例如，美國第5,688， 183號"Velocity monitoring system for golf clubs ，，專利案。是利用加速度感測器(Acceleration Sensor)測得揮桿時的加速度As，以求出球桿的瞬時角速度co，再 進一步求出球桿的速度V,如下式(l)。當(dāng)中的Rh是自旋轉(zhuǎn)中心至 球桿頭的距離，Rs是加速度計的位置至球桿頭的距離。然而，因為加速度感測器本身的感應(yīng)靈敏，可能因為輕微的 撞擊，甚至是在未搖動的狀況下，就會產(chǎn)生錯誤的觸發(fā)。所測得 加速度值A(chǔ)s是一絕對值(Absolute value),也就是說，所求出的速 度值V會含入加速度感測器本身的誤差(Error),影響量測的準(zhǔn)確 度。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了提供一種用于揮桿運動的量測裝置，可 提高量測值的準(zhǔn)確度。為達到上述目的，本發(fā)明用于揮桿運動的量測裝置，是與一 球桿同時移動，該量測裝置包含一中空的殼體、 一容置于該殼體 內(nèi)的地磁感測單元、 一容置于該殼體內(nèi)可接受該地磁感測單元輸 出的處理單元，以及一顯露于該殼體外的顯示單元，該地磁感測 單元可定義出一通過自身的參考軸線，能探測出三個相互垂直的 獨立軸向X軸向、Y軸向和Z軸向的磁場方位，并于一時段內(nèi)連續(xù) 感應(yīng)并計算出通過自身的地球磁場方向再予以輸出，該處理卑元會在一單位時段dt內(nèi)，計算對應(yīng)當(dāng)時地球磁場方向與該地磁感測單元的參考軸線間的夾角e的變化de，以求出該球桿的瞬時角速度co,即co二de/dt，再經(jīng)由V二Rco,即可求出該球桿上的一特定位置的瞬時速度V,其中，R是指從一旋轉(zhuǎn)中心至該特定位置間的距離， 該旋轉(zhuǎn)中心是位于打擊者的手臂關(guān)節(jié)處，該顯示單元是用以顯示 該處理單元所計算的結(jié)果，以供打擊者查看。本發(fā)明所述的用于揮桿運動的量測裝置，該處理單元具有一 運算器、 一可供該運算器讀取的只讀存儲器、 一可供該運算器存 取的隨機存取存儲器、 一用以記錄結(jié)果的儲存器，及一提供時間 功能的計時器，該運算器可接收該地磁感測單元輸出的信號，并 將計算結(jié)果輸出至該顯示單元。本發(fā)明所述的用于揮桿運動的量測裝置，還包含一與處理單 元電連接的加速度感測器，該加速度感測器可將一加速度輸出至 該處理單元進行處理與比對。本發(fā)明的有益的功效是利用該地磁感測單元獲知該球桿于 每一單位時間的夾角e,透過G)二d6/dt的計算，求出該球桿的瞬時 角速度w,由于de是為前后兩夾角e的差值，是一相對值(Relative value),可避免揮桿速度V含入該地磁感測單元本身量測上的誤 差，使得求取的揮桿速度V值更為準(zhǔn)確。


圖l是一示意圖，說明本發(fā)明用于揮桿運動的量測裝置的第一 較佳實施例，是安裝在打擊者的一手套上。圖2是圖1的局部放大圖，并顯示出多個該第一較佳實施例可 安裝的位置。圖3是一示意圖，說明該第一較佳實施例結(jié)合在該手套上的外觀。圖4是一方塊圖，說明該第一較佳實施例的主要構(gòu)成元件。 圖5是一示意圖，說明該第一較佳實施例在揮桿時所運用的幾 何參數(shù)。圖6是一曲線圖，說明利用該第一較佳實施例所求得的速度與 時間的關(guān)系曲線。圖7是一 方塊圖，說明本發(fā)明用于揮桿運動的量測裝置的第二 較佳實施例。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細說明。在本發(fā)明被 詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明中，類似的元件是以 相同的編號表示。如圖l、圖2所示，本發(fā)明用于揮桿運動的量測裝置l的第一較 佳實施例，可用于量測一球桿2于揮動時的物理量，例如角度、角 速度、速度、距離及沖量等。在本實施例中，該球桿2是高爾夫球 桿，并具有一桿身21,及一連接于該桿身21 —端部的球頭22。但 也可以是棒球棒、壘球棒、曲棍球桿等揮桿運動用的球桿。該量測裝置1是可分離地結(jié)合在一手套3上，以便于打擊者查 看。當(dāng)然，也可以依打擊者的需求，將該量測裝置l結(jié)合在該球桿 2的桿身21的任何一個位置上。應(yīng)說明的是，在圖2上是同時顯示 出該量測裝置1裝設(shè)于該手套3上，及在鄰近該打擊者手部的桿身 21上。如圖3、圖4所示，并配合圖l,該量測裝置l包含一中空的殼 體ll、 一容置于該殼體ll內(nèi)的地磁感測單元12、 一容置于該殼體 ll內(nèi)可4秦受該地石茲感測單元12輸出的處理單元13，以及一顯露于 該殼體11外的顯示單元14。該地磁感測單元12可定義出一通過自身的參考軸線7，并能在 一量測時段內(nèi)連續(xù)感應(yīng)并以予計算出通過自身的地球磁場方向6, 再將此信息輸出。在該第一較佳實施例中，該地磁感測單元12為三軸向地磁感測器(3- axis magnetic sensor)，是能才笨測三個相互垂直的獨立 軸向X、 Y和Z軸向的^ 茲場方位的感測器。當(dāng)通過該地》茲感測單元 12的地球磁場發(fā)生變化時，此三軸向的感測器會因此而輸出不同 的電壓值，經(jīng)過計算之后就可求出其于X、 Y和Z軸的磁場強度與 角度，以求得當(dāng)時地球/磁場通過該地》茲感測單元12的地球/磁場方 向6。至于其細部的計算，為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，依申請前的先 前技術(shù)所能輕易了解，在此不予詳述。因為地球的磁場強度約在0.5-0.6高斯(gauss)，并且具有 一 平 行于地球表面的分量，此分量總是指向地球z磁北極(Magnetic North - pole)的方向。該地磁感測單元12就是以該地球磁場平行 于地面的分量方向做為感測的地球磁場方向的參考軸線7 。在本實 施例中，該地磁感測單元12的型號是8￡1^- S65(PNI公司制造， 美國)，具有低功耗，高靈敏度，回應(yīng)速度快，尺寸小，可靠性高 等特點。在本實施例中，該參考軸線7是設(shè)定為平行于該球桿2的軸線 方向，當(dāng)然也可以是任一通過該地磁感測單元12的空間直線方向。 設(shè)置該參考軸線7的主要目的在于記錄出該球桿2于每一時段的方 向。該處理單元13是與該地磁感測單元12電連接，用以接收該地 磁感測單元12于每一單位時段dt(本實施例dt為千分之一秒，ms) 所測得的地球磁場方向6的信號。該處理單元13會先求出每一單位 時段dt的地球磁場方向6與當(dāng)時該地磁感測單元12的參考軸線7之間的夾角e。接著，再將前后兩夾角e相減，求出其角度的變化，并除以該單位時段dt，就可獲得該球桿2在每一單位時段dt的瞬間角速度w， 如下式(2):co=de/dt (2)V=Rw (3)之后，再利用式(3)，即可求出該球桿2上的一特定位置的瞬時 速度V。其中，R是從一旋轉(zhuǎn)中心4至該特定位置間的距離5，該旋 轉(zhuǎn)中心4是位于打擊者的手臂關(guān)節(jié)。在該第一較佳實施例中，該特 定位置是該球桿2的球頭22。而當(dāng)該球桿2是棒球棒或是壘球棒時， 則該特定位置是指遠離打擊者的球棒端部。在該本實施例中，該處理單元13具有一運算器131、 一可供該 運算器131讀取的只讀存儲器(ROM)132、 一可供該運算器131存 取的隨機存取存儲器(RAM)133 、 一用以記錄結(jié)果的儲存器 (Store)134,及一提供時間功能的計時器(Clock)135。該運算器 131可接收該地磁感測單元12輸出的信號，并將計算結(jié)果輸出至該 顯示單元14。該只讀存儲器132是用于儲存所必要的運算式子與邏 輯程序，該隨機存取存儲器133可供計算過程中的儲存與讀取數(shù)據(jù) 的用途，而該儲存器134可用于儲存打擊者于每次揮桿時所獲得的 結(jié)果，以供日后練習(xí)、研究的數(shù)據(jù)。該計時器135是提供該運算器131所需的時間參數(shù)。進一步地，該計時器135還可以提供手表功6匕 月匕。該顯示單元14是與該處理單元13電連接，用于顯示該處理單 元13所計算的結(jié)果。在該第 一較佳實施例中，該顯示單元14是LCD 面板，并可透過一設(shè)置在該殼體ll上的使用者界面15,如多個按 鍵，以輸入距離5(即R值)，或是其他數(shù)據(jù)。如圖5所示，以下說明是以揮桿過程中的兩個前后單位時段dt 的狀態(tài)為例子。首先，打擊者在揮桿前，需要先輸入R值，該R值是為該球桿 2的長度加上手臂的長度總和。通常人類的手臂長度大約可用身高 的一半來換算，因此，該量測裝置l也可以是設(shè)計成輸入打擊者身 高與球桿2長度，再由該量測裝置l自動轉(zhuǎn)換成R值。*接著，當(dāng)打擊者揮4干時，該地J茲感測單元12會持續(xù)感測出對 應(yīng)當(dāng)時的單位時l殳dt的地球磁場方向61、 62,并將這些信息與對應(yīng)當(dāng)時的參考軸線71、 72相比較，以求出相對的夾角ei、 e2。接 著，該運算器i3i計算e2減ei的差值e3(即de),并將透過式(2),求出該球桿2的瞬時角速度G3。最后，該處理單元13的運算器131會將求得的瞬時角速度o)值 與R值相乘，如式(3),即可獲取該球桿2的J求頭22于該單位時段dt 的瞬時揮桿速度V。如圖6所示，并配合圖4、圖5,圖6是顯示出在某一時段內(nèi)所 獲取的瞬時揮桿速度V,并連接成曲線。該處理單元13會在適當(dāng)?shù)?時間tl t3內(nèi)，以找出t2,其中的t2即是對應(yīng)出最大的揮桿速度 Vmax的時間點，并顯示于該顯示單元14上，提供給打擊者了解。 當(dāng)然，也可以進 一 步將瞬時揮桿速度V對當(dāng)時的單位時段d t進行積 分，即可以求出其于該單位時段dt內(nèi)的揮桿距離。值得 一 提的是，該較佳實施例也可經(jīng)由該瞬時揮桿速度V與該 球頭22的質(zhì)量m的相乘積，以求出沖量P,如下式(4)。P=mV (4)當(dāng)然，也可以將該瞬時揮桿速度V對該單位時段d t進行微分， 以求出一加速度值a,并進一步求出受力F，如式(5)所示。 F=ma=m(dV/dt) (5)由上述說明可以了解，本發(fā)明所獲求的瞬時角速度w是應(yīng)用上式(2)所求出，由于夾角e的變化量de為一相對值，是利用前后兩 夾角e相減所得的值，也就是說，該地磁感測單元i2本身的量測誤差，會因而扣減相消，因而可避免將該地磁感測單元12的誤差含入后續(xù)計算結(jié)果當(dāng)中，借此，讓該量測裝置i所求出的揮桿速度v 可以更加準(zhǔn)確。再者，因為該量測裝置i體積小，容易攜帶，價格便宜，也不需要每一根球桿2都裝設(shè)，適合于練習(xí)、比賽等各種場合使用。如圖7所示，本發(fā)明用于揮桿運動的量測裝置l的第二較佳實 施例，大致上是與該第一較佳實施例相同，相同之處不再贅言， 其中不相同之處在于更包含一與處理單元13電連接的加速度感 測器16。該加速度感測器16可將一絕對加速度a，輸出至該處理單元13 進行處理。對該單位時段dt進行積分，可獲求出該時段dt的速度 值V，，并且可以將該速度值V，與該地磁感測單元12所求出的瞬時 速度V相比對，還可提高動態(tài)分析的精確度。值得一提的是，通過該地磁感測單元12與加速度感測器16的 結(jié)合，還可以延伸出揮桿時的節(jié)奏(Tempo)分析與評分系統(tǒng)。其中， 節(jié)奏是指每揮動一次球桿2所需的時間，世界級職業(yè)頂級高手的節(jié) 奏約為0.9秒 1.2秒。在本發(fā)明所使用的單位時段是為1/1000秒， 應(yīng)已相當(dāng)足夠。更可以借此求出下桿(Down Swing)在節(jié)奏中所占 用的時間比例(即Rhythm)。世界級職業(yè)頂級高手的Rhythm約為 22%~28%。因此，倘若以世界級職業(yè)頂級高手的數(shù)值為基準(zhǔn)，即 可將該量測裝置l發(fā)展為評分系統(tǒng)，提供更多數(shù)據(jù)給打擊者參酌。回到圖5、圖7,歸納上述，本發(fā)明用于揮桿運動的量測裝置， 是利用該地；茲感測單元12獲知該球桿2于每一單位時間的夾角e, 透過co二de/dt的計算，以求出該球桿2的瞬時角速度o)。由于de是 一相對值，能避免揮桿速度V含入該地磁感測單元12本身量測上的 誤差，使得所獲求的揮桿速度V可更為準(zhǔn)確，并可延伸求出揮桿距 離。同時，也可以計算求出該球頭22的沖量P與其受力F狀況，以 獲得更多的揮桿信息。而且，若該量測裝置再與該加速度感測器 16結(jié)合使用，則可進一步提高動態(tài)分析的精確度，并提供節(jié)奏分 析與評分系統(tǒng)，讓打擊者能據(jù)這些數(shù)據(jù)，提升打擊層次，所以確 實能達到本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1. 一種用于揮桿運動的量測裝置，是與一球桿同時移動，其特征在于，該量測裝置包含一中空的殼體、一容置于該殼體內(nèi)的地磁感測單元、一容置于該殼體內(nèi)并可接受該地磁感測單元輸出的處理單元，以及一顯示單元，該地磁感測單元可定義出一通過自身的參考軸線，并可探測出三個相互垂直的獨立軸向X軸向、Y軸向和Z軸向的磁場方位，能在一時段內(nèi)連續(xù)感應(yīng)并計算出通過自身的地球磁場方向，再予以輸出，該處理單元會在一單位時段內(nèi)，計算對應(yīng)當(dāng)時的地球磁場方向與該地磁感測單元的參考軸線間的夾角的變化，以求出該球桿的瞬時角速度，再經(jīng)由距離乘上該瞬時角速度，即可求出該球桿上的一特定位置的瞬時速度，其中的距離是指從一旋轉(zhuǎn)中心至該特定位置間的長度，該旋轉(zhuǎn)中心是位于打擊者的手臂關(guān)節(jié)，該顯示單元是顯露于該殼體外，并用以顯示該處理單元所計算的結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于揮桿運動的量測裝置，其特征 在于，該處理單元具有一運算器、 一可供該運算器讀取的只讀存儲 器、 一可供該運算器存取的隨機存取存儲器、 一用以記錄結(jié)果的 儲存器，及一提供時間功能的計時器，該運算器可接收該地磁感 測單元輸出的信號，并將計算結(jié)果輸出至該顯示單元。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于揮桿運動的量測裝置，其特征 在于，還包含一與處理單元電連接的加速度感測器，該加速度感測 器可將一加速度輸出至該處理單元進行處理與比對。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于揮桿運動的量測裝置，主要是用于量測一球桿的揮桿速度，該量測裝置包含一殼體、安裝于該殼體內(nèi)的地磁感測單元與處理單元，及一顯示結(jié)果的顯示單元，該地磁感測單元可定義出一通過自身的參考軸線，并能在一時段內(nèi)連續(xù)感測出通過自身的地球磁場方向，該處理單元是利用ω＝dθ/dt，求出該球桿的瞬時角速度ω，再經(jīng)一距離R乘上瞬時角速度ω，即可求出該球桿上的一特定位置的瞬時速度V，R是從打擊者手臂關(guān)節(jié)至該特定位置的距離。本發(fā)明所述的用于揮桿運動的量測裝置，由于dθ為前后兩夾角θ的差是一相對值，可避免揮桿速度V含入該地磁感測單元本身的量測誤差，使求出的揮桿速度V更為準(zhǔn)確。
文檔編號A63B69/36GK101224337SQ20071000098
公開日2008年7月23日 申請日期2007年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月17日
發(fā)明者張澤復(fù), 李少濠 申請人:臺灣精微材料股份有限公司;廣汛科技股份有限公司