專利名稱：一種由計(jì)算機(jī)控制的精確多軸的物體投射機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投射機(jī)，尤其是一種精確的有多軸的物體投射機(jī)，該投射機(jī)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制，將一個(gè)物體從預(yù)定釋放點(diǎn)按預(yù)定初速度、預(yù)定初始軌跡和兩個(gè)預(yù)定轉(zhuǎn)動(dòng)分量投擲出去。
背景技術(shù)：
職業(yè)棒球通過(guò)出場(chǎng)費(fèi)、播放權(quán)和各種市場(chǎng)活動(dòng)產(chǎn)生巨大的年收入。但是，因?yàn)楦督o職業(yè)棒球手的工資很高，以及場(chǎng)地和培訓(xùn)設(shè)施成本高，所以棒球是一種利潤(rùn)相當(dāng)?shù)偷纳虡I(yè)。為了維持和增加來(lái)自比賽和電視轉(zhuǎn)播的收入，主要是要使棒球迷保持高昂的興趣和激動(dòng)。盡管低記分的投擲比賽可以令棒球行家感到高興，但通常比賽中最令球迷們感興趣和激動(dòng)的是大量的擊球和本壘打。
在職業(yè)運(yùn)動(dòng)中，成功地將職業(yè)棒球投手投擲的棒球擊中是運(yùn)動(dòng)員承擔(dān)的惟一最困難的任務(wù)，這一點(diǎn)是公認(rèn)的。當(dāng)被投擲的棒球穿過(guò)一壘時(shí)，其速度可從60到70mph之間甚至90mph以上。根據(jù)投手的高度和姿態(tài)以及投出的投球類型，可以在相當(dāng)大的區(qū)域內(nèi)從任何點(diǎn)發(fā)出棒球。從空氣動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)看，投出的棒球在許多不同的軌跡中的任何一個(gè)軌跡上；該軌跡依賴于棒球切痕方向，該切痕方向與棒球的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)、初速度，并且該軌跡還依賴于棒球的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，該轉(zhuǎn)動(dòng)方向與球的平動(dòng)有關(guān)。因?yàn)橥稊S出的球在釋放點(diǎn)和本壘之間運(yùn)行時(shí)間很短，大約在十分之四到十分之五秒之間，因?yàn)閾羟蚴謱?duì)投球的釋放和最初軌跡在視覺(jué)上有較慢的響應(yīng)時(shí)間，而且因?yàn)榍蜻\(yùn)行的不同空氣動(dòng)力學(xué)上引起的軌跡很多，所以擊球手只有幾毫秒的時(shí)間來(lái)估計(jì)球在本壘上方好球部位的擊球區(qū)域運(yùn)行的高度和方向并且開(kāi)始揮動(dòng)球棒擊球，或者判斷出球的軌跡不與好球部位相交而放棄揮棒。如果可以精確計(jì)算的話，比導(dǎo)致本壘打的開(kāi)始掄棒時(shí)間稍微提前或滯后5毫秒左右，可能導(dǎo)致打出場(chǎng)地左側(cè)或場(chǎng)地右側(cè)的界外球。球棒和球之間的接觸點(diǎn)與最佳接觸點(diǎn)的稍微錯(cuò)位可能導(dǎo)致反常的內(nèi)野飛球或界外球。
因?yàn)榍蛎缘臒崆楹艽蟪潭壬弦蕾囉趽羟蚴謸羟虻募寄?，而且擊球需要接近人的能力極限的手眼協(xié)調(diào)能力，因此培養(yǎng)職業(yè)棒球手總能擊中職業(yè)投球手投出的球是職業(yè)棒球培訓(xùn)課程重要和困難的環(huán)節(jié)。訓(xùn)練擊球手擊打職業(yè)投球的一種有效方法是讓擊球手每天與職業(yè)投球手接觸許多小時(shí)。但是，準(zhǔn)確、快速、以各種軌跡投擲棒球也是一項(xiàng)優(yōu)秀的技術(shù)。另外，最高水平投球自然是一個(gè)極端苛刻的任務(wù)。因?yàn)楦督o職業(yè)投球手的工資很高，因?yàn)橥肚蚴帜軌蚋咚降赝肚蚨皇軅臅r(shí)期相當(dāng)短，而且因?yàn)闉榱擞?xùn)練擊球手需要給每個(gè)擊球手的投球數(shù)量相當(dāng)大，所以用職業(yè)投球手訓(xùn)練擊球手是不切實(shí)際的。
作為使用職業(yè)投球手的一種替換，棒球隊(duì)可以雇傭半職業(yè)或業(yè)余投球手進(jìn)行訓(xùn)練。但是，雇傭半職業(yè)或業(yè)余投球手也很昂貴，最重要的是，半職業(yè)或業(yè)余投球手投不出職業(yè)投球手在比賽中投出的那種速度和變化軌跡的球。由于這些原因，棒球隊(duì)采用許多不同的投射機(jī)進(jìn)行重復(fù)擊球練習(xí)。
已經(jīng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和提出各種類型的投射機(jī)。在

圖1所示的一種投射機(jī)中，棒球102被線繩104拴到垂直轉(zhuǎn)軸106上，轉(zhuǎn)軸106由電機(jī)108帶動(dòng)。球在水平面內(nèi)沿環(huán)形路徑運(yùn)動(dòng)，每一圈代表一次投擲。通常，這種裝置不能模仿投球，因?yàn)榍虻沫h(huán)形路徑不像投出的球的軌跡。
已經(jīng)采用各種不同的投射球的投射機(jī)。這些裝置安放的位置可以使它與擊球練習(xí)者之間的距離與擊球者和投球手的正常釋放點(diǎn)之間的距離基本相同。這些投擲裝置中采用了許多不同的推動(dòng)原理，包括氣動(dòng)推力，電磁加速度，和彈簧驅(qū)動(dòng)桿臂。雖然比圖1中的投射機(jī)投得更遠(yuǎn)，但是也已證明這些不同類型的投射機(jī)不合適。通常，它們不能如實(shí)地重復(fù)投手投出的球的運(yùn)動(dòng)。另外，由于有傷害擊球手的危險(xiǎn)，這些裝置并不安全，所以非常不合適。當(dāng)職業(yè)投球手例行公事地將棒球投擲經(jīng)過(guò)好球部位的前面時(shí)，該好球部位是小于兩英尺見(jiàn)方的區(qū)域，投射機(jī)按許多變化投擲。結(jié)果，針對(duì)這種機(jī)器，練習(xí)的擊球手當(dāng)然易于采用比面對(duì)真人投球手更為小心和猶豫的態(tài)度。更成問(wèn)題的是，這些投射機(jī)一般以低于職業(yè)投球手的速度投擲棒球，而且通常不投真球。因?yàn)楝F(xiàn)在流行的機(jī)器沒(méi)有確定棒球切痕(seams of baseball)方向的方法，所以投擲真球是成問(wèn)題的，沒(méi)有這樣的定位，棒球的軌跡因空氣動(dòng)力學(xué)的影響而變得十分不穩(wěn)定。
由許多投射機(jī)制造者(包括JugsTM公司)生產(chǎn)的更為成功的一類投射機(jī)，是用兩個(gè)反轉(zhuǎn)橡膠輪胎的輪給棒球一個(gè)旋轉(zhuǎn)將棒球推向擊球手。圖2示出一種Jugs型的投射機(jī)。操作員202將棒球204放進(jìn)機(jī)械供給機(jī)(未示)，球通過(guò)該供給機(jī)滾進(jìn)兩個(gè)反轉(zhuǎn)橡膠氣胎和輪組件之間的一個(gè)狹窄空間內(nèi)，輪組件包括輪206和208。反轉(zhuǎn)輪206和208分別由電機(jī)210、212驅(qū)動(dòng)。反轉(zhuǎn)輪以3000rpm的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。球暫時(shí)被夾在輪子之間然后以可達(dá)到90mph的速度被推出。通過(guò)調(diào)節(jié)一個(gè)輪子相對(duì)另一個(gè)的轉(zhuǎn)速，可以使兩個(gè)反轉(zhuǎn)輪子以略微不同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以從該裝置中、在兩輪位于的平面內(nèi)將球向前或向后轉(zhuǎn)動(dòng)地推出。另外，如圖3所示，為了改變球的軌跡，反轉(zhuǎn)輪的平面可以傾斜。例如在圖3中，因?yàn)閮A斜的反轉(zhuǎn)輪使球傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)，所以球沿Jugs機(jī)和擊球手之間的一個(gè)曲線路徑運(yùn)動(dòng)。可以沿許多不同軸調(diào)整Jugs機(jī)。例如，為了調(diào)節(jié)投擲的球的初始水平軌跡，可以讓該機(jī)器相對(duì)于垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)?？梢試@一根水平軸垂直地調(diào)節(jié)該裝置，以改變投出的球相對(duì)地面的角度。這些垂直和水平調(diào)節(jié)一起描繪出了棒球的初始平移軌跡。因?yàn)榉崔D(zhuǎn)輪由單獨(dú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此可以調(diào)節(jié)它們的相對(duì)轉(zhuǎn)速以使球在前后方向上具有不同程度的轉(zhuǎn)動(dòng)。
雖然Jugs機(jī)對(duì)前面描述的裝置做了巨大改進(jìn)，可是該機(jī)仍然不具備真人投球手的能力。首先，Jugs機(jī)不能精確投擲真球，因?yàn)镴ugs機(jī)不能真實(shí)地確定真球切痕的方向，因此不能控制球在空氣動(dòng)力學(xué)上引起的運(yùn)動(dòng)。另外，一般使用表面有波紋的塑料球。其次，在球上還有真人投球手施加的附加的轉(zhuǎn)動(dòng)，這一點(diǎn)Jugs機(jī)無(wú)法再現(xiàn)。Jugs機(jī)沒(méi)有足夠的能夠再現(xiàn)真人投擲的球的可控軸。最后，Jugs機(jī)不能再現(xiàn)真人投球手的外形，包括各種投球時(shí)變化的釋放點(diǎn)。可以在Jugs機(jī)上通過(guò)升高和降低反轉(zhuǎn)輪組件來(lái)調(diào)節(jié)釋放點(diǎn)，但是該操作需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間和相當(dāng)長(zhǎng)的再校準(zhǔn)時(shí)間。
為了模擬真投球手，制造者已經(jīng)企圖將投球手的視頻圖象的投射與各種類型的棒球投射機(jī)結(jié)合起來(lái)，最普通的投射機(jī)是Jugs型的棒球投射機(jī)。圖4示出一種活動(dòng)的，視頻圖象投射機(jī)系統(tǒng)。棒球投手402的活動(dòng)圖象被投影到屏幕404上。在投球手的圖象釋放棒球的那一時(shí)刻和那一點(diǎn)上，在投影屏404的平面上，球從小的固定口406或釋放口彈射出來(lái)。通常，這些系統(tǒng)都不能成熟地實(shí)施，而且不能再現(xiàn)真人投球手的投擲時(shí)間刻和外形。首先，正如上面描述的其他投射機(jī)，這些系統(tǒng)通常不投擲真球，而是投擲有波紋的塑料球，與上述所有投射機(jī)固有的缺陷一樣，缺乏再現(xiàn)投擲的球的實(shí)際運(yùn)動(dòng)的能力。還有，釋放點(diǎn)406被固定在屏幕上，然而，根據(jù)不同類型的投球和投球手的身體特征，真人投球手在釋放點(diǎn)平面上的不同位置、以與擊球手不同的距離釋放球。最后，所有這些系統(tǒng)將投影屏幕靠近擊球手的距離超過(guò)60英尺，一般隔開(kāi)最小20英尺到最大50英尺的距離，60英尺距離是擊球手與真人投球手隔開(kāi)的正常距離。為了補(bǔ)償被縮短的距離，球以較低的速度被投出。但是，這些系統(tǒng)產(chǎn)生的視覺(jué)效果與真人以正常速度投球和被投擲的球的動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的視覺(jué)效果大不相同。
由于棒球商業(yè)上的利潤(rùn)率特別薄，所以提高職業(yè)棒球的打擊水平的需要變得愈加重要。目前使用的棒球投射機(jī)不能精密再現(xiàn)真人投球手投出的棒球的運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)在使用的棒球投擲系統(tǒng)不能再現(xiàn)真人投球手的外形，而且不能再現(xiàn)由真人投擲的球的變化的釋放點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)。為這些原因，已經(jīng)需要有一種棒球投射機(jī)，該投射機(jī)可以如實(shí)的再現(xiàn)被投擲的棒球的運(yùn)動(dòng)和軌跡，而且可以再現(xiàn)真人投球手的外形。另外，對(duì)于上述的許多原因，同樣需要配置成可以重復(fù)如實(shí)地再現(xiàn)被投擲和被打擊物體的物體投射機(jī)、以模擬棒球其他方面和其他運(yùn)動(dòng)類型，其他運(yùn)動(dòng)包括網(wǎng)球、曲桿球、武術(shù)、足球、乒乓球和羽毛球，并且還具有工業(yè)實(shí)用性。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一個(gè)多軸的、伺服控制的棒球投射機(jī)(“BPM”)。棒球投手的全部活動(dòng)圖象被顯示在位于BPM前面的垂直投影屏上。棒球投手的活動(dòng)圖象模擬投球手的位置和運(yùn)動(dòng)。不同移動(dòng)圖象可以模擬各種不同類型的投球，這些投球是由許多不同投球手投出的。在球從被模擬的投球手手中被釋放出來(lái)的那一刻，一個(gè)真球從投擲圖象中描繪的棒球的釋放點(diǎn)的位置，經(jīng)過(guò)該投影屏被投擲向與真人擊球手相關(guān)的一個(gè)確定位置。這樣，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的BPM機(jī)可以真實(shí)地模擬不同投球手投出的各種類型的球的位置和運(yùn)動(dòng)，并以預(yù)定的初速度和預(yù)定軌跡向擊球手投球，這些投球真實(shí)地再現(xiàn)由被模仿的投球手的投球。
BPM的特征是動(dòng)態(tài)釋放點(diǎn)或釋放口，后者可以在投影屏的一個(gè)大范圍內(nèi)的任何位置，以便與被模仿投球手投出的球的釋放時(shí)間和位置保持一致。該釋放口是一個(gè)快門，該快門打開(kāi)很短時(shí)間使球通過(guò)該投影屏。擊球手看不見(jiàn)快門的動(dòng)作，因?yàn)樗膭?dòng)作只有二十五分之一秒的時(shí)間或更少，不在人的可視范圍內(nèi)。
棒球由夾緊部件夾緊，并在兩個(gè)圓形反轉(zhuǎn)飛輪之間移動(dòng)。兩個(gè)飛輪的圓柱表面覆蓋有壓縮材料，該材料通過(guò)摩擦力夾緊球。當(dāng)夾緊部件給兩個(gè)反轉(zhuǎn)飛輪之間的棒球加力并在兩反轉(zhuǎn)飛輪之間的水平軸方向向本壘高速投擲棒球時(shí)，反轉(zhuǎn)飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)量立即傳給棒球。球速由反轉(zhuǎn)飛輪的轉(zhuǎn)速控制，每個(gè)飛輪由一個(gè)電動(dòng)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)不同轉(zhuǎn)速的兩反轉(zhuǎn)飛輪，在一個(gè)平面內(nèi)的順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较虻男D(zhuǎn)被施加給棒球，該平面穿過(guò)并平分兩個(gè)反轉(zhuǎn)飛輪。通過(guò)使兩個(gè)飛輪繞一個(gè)投射軸轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)相對(duì)于垂直方向的旋轉(zhuǎn)角度，該投射軸經(jīng)過(guò)兩個(gè)飛輪之間、垂直于兩個(gè)飛輪中心之間的線段，并且與穿過(guò)并平分兩個(gè)反轉(zhuǎn)飛輪的平面共面，棒球沿該投射軸開(kāi)始被投擲。當(dāng)飛輪繞投射軸的轉(zhuǎn)動(dòng)與球從飛輪之間的投出同時(shí)發(fā)生時(shí)，可以在垂直于經(jīng)過(guò)兩飛輪的投射軸的平面內(nèi)將一個(gè)額外的旋轉(zhuǎn)施加給棒球。
飛輪和驅(qū)動(dòng)飛輪的伺服電機(jī)被安裝到一個(gè)組件上，該組件可以相對(duì)投射屏水平和垂直移動(dòng)，這樣可以將球的釋放點(diǎn)放在一個(gè)平面區(qū)域內(nèi)的任何一點(diǎn)上，該平面區(qū)域與投影屏平面重合并被它界定。另外，該組件可以由另外的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在水平方向上繞一個(gè)樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)并在垂直方向上繞一個(gè)樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以便在一個(gè)假想錐體內(nèi)給投射軸定向，該錐體垂直于該投影屏并在發(fā)球方向上從球的釋放點(diǎn)張開(kāi)并離開(kāi)該投影屏。
投影屏的反射表面包括五個(gè)柔性帶。第一個(gè)柔性帶固定到該裝有反轉(zhuǎn)飛輪的組件的左側(cè)并被一個(gè)垂直安裝的彈簧加載的拉緊卷軸拉緊，該拉緊卷軸在棒球機(jī)器的左側(cè)。同樣，第二柔性反射帶固定到該內(nèi)部裝有反轉(zhuǎn)飛輪的組件的右側(cè)并被一個(gè)垂直安裝的彈簧加載的拉緊卷軸拉緊，該拉緊卷軸在棒球機(jī)器的右側(cè)。帶一槽或開(kāi)口的第三柔性反射帶被保持在水平安裝的、電動(dòng)伺服電機(jī)控制的下和上拉緊卷軸之間，下和上拉緊卷軸位于該內(nèi)部裝有飛輪的組件的下面和上面，該拉緊卷軸與該內(nèi)部裝有飛輪的組件一起相對(duì)于投影屏水平移動(dòng)。當(dāng)棒球從兩個(gè)飛輪之間投擲時(shí)，通過(guò)將第三柔性帶內(nèi)的開(kāi)口移到一個(gè)與投射軸重合的位置，一個(gè)小的快門樣的開(kāi)口短暫地出現(xiàn)在投影屏的表面上，以使球通過(guò)該投影屏。一個(gè)第四柔性帶固定在該內(nèi)部安裝有反轉(zhuǎn)飛輪的組件的頂部，并被投射機(jī)頂部的一個(gè)水平安裝的彈簧加載的拉緊卷軸拉緊。同樣，一個(gè)第五柔性反射帶固定在該內(nèi)部安裝有飛輪的組件的底部，并被棒球機(jī)器/投射機(jī)底部的一個(gè)水平安裝的彈簧加載的拉緊卷軸拉緊。第四和第五柔性帶位于第三柔性帶的后面，從而第三柔性帶中的開(kāi)口不會(huì)被移到暴露的、敞開(kāi)的空間的前面，該空間在該內(nèi)部裝有飛輪的組件的上面和下面。
兩反轉(zhuǎn)飛輪的速度、球的釋放點(diǎn)、球被投射離開(kāi)投影屏的初始方向以及平分該兩個(gè)反轉(zhuǎn)飛輪的平面相對(duì)該投射軸的角度，都可以由計(jì)算機(jī)控制電動(dòng)伺服電機(jī)來(lái)控制和調(diào)整，從而真實(shí)再現(xiàn)各種投球的軌跡，包括快球、曲線球、不旋轉(zhuǎn)球和滑動(dòng)球。還有，各種類型的投球可以與一個(gè)投球手的投擲圖象一致，從而模擬任何不同的投球手所作的投球。最后，當(dāng)棒球從60英尺的距離被投擲時(shí)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制電動(dòng)伺服電機(jī)，可以精確地將棒球經(jīng)過(guò)好球區(qū)的軌跡預(yù)定到距要求軌跡兩英寸的半徑范圍內(nèi)。
對(duì)本發(fā)明的物體投射機(jī)的某些部件進(jìn)行修改，可以變?yōu)榫W(wǎng)球服務(wù)機(jī)，武術(shù)的武器投射機(jī)，足球經(jīng)過(guò)機(jī)和其他類運(yùn)動(dòng)模擬機(jī)。物體投射機(jī)還可以用于工業(yè)模擬器、試驗(yàn)設(shè)備和物質(zhì)運(yùn)輸裝置中。
圖面說(shuō)明圖1示出一種目前使用的投射機(jī)。
圖2示出不同投射機(jī)中用于投射棒球的一種。
圖3示出JugsTM投射機(jī)。
圖4示出一種活動(dòng)的視頻圖象投射機(jī)系統(tǒng)。
圖5示出從本壘后方某一觀測(cè)點(diǎn)看到的BPM的輪廓。
圖6示出從位于垂直投影屏背面的BPM的后面的觀測(cè)點(diǎn)所看到的BPM。
圖7還示出該BPM的垂直投影屏的詳圖。
圖8示出BPM的七個(gè)附加機(jī)械軸。
圖9和10示出BPM的主框架、X軸框架和Z軸支架。
圖11A-C示出Z軸支架的輥?zhàn)雍洼佔(zhàn)榆壍罊C(jī)構(gòu)。
圖12是垂直投影屏的分解圖。
圖13是安在X軸框架上的I軸投影屏的前視圖。
圖14A-B示出一個(gè)飛輪的截面圖和邊緣截面圖。
圖15是飛輪驅(qū)動(dòng)裝置的分解圖。
圖16是飛輪外殼組件的分解圖。
圖17示出完全組裝好的飛輪外殼組件。
圖18示出H和J軸組件。
圖19示出在收回位置的完全組裝好的H和J軸組件。
圖20示出電動(dòng)缸的可延伸臂伸展時(shí)的完全組裝好的H和J軸組件。
圖21示出棒球夾緊組件的分解圖。
圖22示出從垂直投影屏附近一個(gè)有利點(diǎn)向H和J軸組件看過(guò)去的W軸支架的分解圖。
圖23示出從H和J軸組件后面的一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)向垂直投影屏看過(guò)去的W軸支架的局部分解圖。
圖24是向下看W軸時(shí)的Y軸支架和W軸支架的水平面圖。
圖25是W軸支架相對(duì)于W軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，向下看W軸時(shí)的Y軸支架和W軸支架的水平面圖。
圖26示出Y軸支架。
圖27示出在水平位置的Y軸支架。
圖28表示繞Y軸向下轉(zhuǎn)動(dòng)的Y軸支架。
圖29表示Z軸支架。
圖30是Y軸支架的截面圖。
圖31示出從BPM上方向下看W軸的W軸支架的截面圖。
圖32和33表示飛輪外殼繞G軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖34表示BPM的電子和計(jì)算機(jī)控制。
圖35是說(shuō)明最高級(jí)BPM控制程序的控制流程框圖。
圖36是“投擲”程序的控制流程框圖。
圖37是由“投擲”程序確定的計(jì)算程序的控制流程圖。
圖38表示電動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)行時(shí)間線。
圖39是由“投擲”程序確定的投擲路線的控制流程框圖。
圖40表示棒球的分選屏。
發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是用于棒球擊球訓(xùn)練的棒球投射機(jī)(BPM)。圖5示出從本壘后面的某一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)看到的棒球投射機(jī)的外形。投球手502的整個(gè)運(yùn)動(dòng)的視頻圖象被投影到垂直投影屏504上，該投影屏504包括BPM 506的前表面。投球手502的圖象從視頻圖象投影儀508被投影到投影屏504上。當(dāng)一個(gè)棒球圖象從投球手502的投擲圖象的手中釋放時(shí)，一個(gè)動(dòng)態(tài)的可再定位的快門510打開(kāi)一瞬間，允許一個(gè)真棒球從BPM 506向本壘514上方的區(qū)域512空間內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)投出。BPM506的特征在于，在BPM內(nèi)大量機(jī)械部件由計(jì)算機(jī)控制的、多軸電動(dòng)伺服電機(jī)控制，BPM不但可以為了模擬其圖象顯示在投影屏504上的投球手的投擲類型而施加幾個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)分量，而且能夠給棒球施加精確限定的初速度和初始軌跡。例如，BPM可以精確模擬快球投擲、滑球投擲、曲線球投擲、不旋轉(zhuǎn)球投擲和各種更復(fù)雜的混合投擲。另外，為了精確地將棒球?qū)?zhǔn)本壘514上方空間512內(nèi)的選擇點(diǎn)，可以校正BPM。
圖6示出從BPM后面的一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)看到的BPM。可以在圖6中看到的棒球投射機(jī)的主要部件包括(1)主框架602，它包括十二個(gè)沿矩形實(shí)體的邊緣布置并以90度角連接的桿件；(2)矩形X軸框架604，它有上水平支撐606和下水平支撐608，它們分別通過(guò)輥?zhàn)酉到y(tǒng)(未示)固定在主框架602的上水平桿件610和下水平桿件612上，以使X軸框架可以橫穿垂直投影屏504的平面水平運(yùn)動(dòng)；(3)一個(gè)Z軸支架616，其通過(guò)一個(gè)輥?zhàn)酉到y(tǒng)(未示)固定到X軸框架的水平桿件618和620上，以使Z軸支架可以在X軸框架內(nèi)垂直移動(dòng)；和(4)若干安在Z軸支架616內(nèi)的投擲棒球和確定初始軌跡的部件622。X軸框架604的水平位置和Z軸支架616的垂直位置一起確定棒球釋放點(diǎn)相對(duì)垂直投影屏504表面的x，z卡迪爾坐標(biāo)位置。
圖7是BPM的垂直投影屏504的詳圖。垂直投影屏504包括五個(gè)分開(kāi)的柔性反射帶，包括柔性反射帶704、706和708(五個(gè)柔性反射帶中的兩個(gè)沒(méi)有在圖7中示出，但是在下面圖12中示出)。左側(cè)帶704垂直固定在X軸框架604上(沒(méi)有示出垂直固定件)，并且橫穿BPM面延伸到一個(gè)垂直安裝的彈簧加載的拉緊/供送卷軸710上。右側(cè)帶706垂直固定在X軸框架604上(沒(méi)有示出垂直固定件)，并且橫穿BPM面延伸到一個(gè)垂直安裝的彈簧加載的拉緊/供送卷軸712上。上側(cè)帶(未示)水平固定在X軸框架604上，并且在BPM表面的上部之間垂直延伸到一個(gè)水平安到Z軸支架頂部的彈簧加載的拉緊/供送卷軸716。底側(cè)帶(未示)水平固定在X軸框架上，并且在BPM表面的底部之間垂直延伸到一個(gè)水平安到Z軸支架底部的彈簧加載的拉緊/供送卷軸718。上述四個(gè)彈簧加載的拉緊/供送卷軸由威斯康星Milwaukee的Milwaukee Protective Covers，Inc.提供，提供的垂直彈簧加載的拉緊/供送卷軸零件序號(hào)是70-3-PN-11。同樣類型的卷軸可以從其他卷蓋(roll-up covers)生產(chǎn)者那里得到。卷軸內(nèi)的多個(gè)內(nèi)部彈簧在帶上產(chǎn)生38.4磅力的彎曲張力，為用戶保持光滑而平坦的外觀。
當(dāng)X軸框架604在向左方向上橫穿BPM表面水平移動(dòng)時(shí)，左側(cè)拉緊/供送卷軸710卷動(dòng)左側(cè)柔性帶704，同時(shí)，右側(cè)拉緊/供送卷軸712供應(yīng)右側(cè)柔性帶706。相反，當(dāng)X軸框架604在向右方向上橫穿BPM表面水平移動(dòng)時(shí)，左側(cè)拉緊/供送卷軸710供應(yīng)柔性帶704，而右側(cè)拉緊/供送卷軸712卷動(dòng)柔性帶706。當(dāng)Z軸支架沿X軸框架向上垂直移動(dòng)時(shí)，頂部拉緊/供送卷軸卷動(dòng)頂部柔性帶，同時(shí)底部拉緊/供送卷軸供給底部柔性帶。相反，當(dāng)Z軸支架沿X軸框架向下垂直移動(dòng)時(shí)，頂部拉緊/供送卷軸供給柔性帶，而底部拉緊/供送卷軸卷動(dòng)柔性帶。第三個(gè)柔性反射帶708安裝在兩個(gè)水平安裝的電動(dòng)伺服電機(jī)控制的拉緊/供送卷軸716和718之間，卷軸716和718使第三柔性帶708垂直移動(dòng)。第三柔性反射帶位于頂部和底部柔性帶之上，在圖7中遮蓋了頂部和底部柔性帶。所有五個(gè)柔性反射帶由下列一種或多種材料制成，這些材料可以方便地從全世界的合成橡膠和紡織品生產(chǎn)廠家得到，厚度為千分之16英寸到千分之32英寸·氯丁橡膠，襯有布·EPDM(三元乙丙橡膠)·海帕論·SBR(丁苯橡膠)·白腈FDA紙(食品級(jí)Neoprene加Nitrile橡膠涂覆的聚酰胺)·Viton(氟橡膠)·氟硅氧烷·布，用橡膠或聚四氟乙烯涂覆或浸漬。
兩個(gè)水平安裝的電動(dòng)伺服電機(jī)控制的拉緊/供送卷軸716和718以及第三柔性帶708一起組成I軸。第三柔性帶708包括一個(gè)圓形槽口狀的孔720，該孔可以快速通過(guò)使投擲的球通過(guò)的釋放點(diǎn)722。因此，孔720橫穿釋放點(diǎn)722的運(yùn)動(dòng)提供一個(gè)快門，該運(yùn)動(dòng)由電動(dòng)伺服電機(jī)控制的拉緊/供送卷軸716和718控制，該快門使釋放點(diǎn)722暴露很短的時(shí)間間隔，在該間隔中被投擲的棒球經(jīng)過(guò)該釋放點(diǎn)。另外，孔720可以在釋放點(diǎn)的上方或下方，在固定到Z軸支架604上的一個(gè)不透明的反射表面上，或者在頂部或底部柔性帶之一上，這樣，整個(gè)垂直投影屏504呈現(xiàn)均勻的顏色和均勻的反射性。在一最佳實(shí)施例中，兩個(gè)I軸電動(dòng)伺服電機(jī)按主動(dòng)/從屬關(guān)系電耦合。
BPM的目的是為擊球手盡可能精確地模擬擊球手練習(xí)表演的棒球比賽環(huán)境。為此，BPM增加一個(gè)音頻揚(yáng)聲器，來(lái)再現(xiàn)擊球手可能遇到的聲音環(huán)境，包括嘈雜的噪音和一天中不同時(shí)間不同字段所特有的其他聲音。比如，揚(yáng)聲器可以重復(fù)喊出擊球手的名字，以增加模擬的真實(shí)感和直接性。另外，盡可能精確地將投影到垂直投影屏上的投球手的圖象的顏色調(diào)到模擬BPM后面的背景顏色，以便BPM與它所處的背景混合，或者相反，投球手盡可能像即將來(lái)臨的比賽地點(diǎn)中投球手的預(yù)期外形那樣出現(xiàn)在擊球手的面前。
圖8表示BPM的其他七個(gè)機(jī)械軸。在圖8中，從垂直投影屏(未示)后面的觀測(cè)點(diǎn)看過(guò)去，Z軸支架616連同固定到其上的其他投擲和軌跡確定部件一起被顯示出來(lái)。Y軸支架804通過(guò)兩個(gè)銷806(第二個(gè)銷未示出)安裝在Z軸支架616上，一個(gè)齒輪和電動(dòng)伺服電機(jī)在Y軸支架下方連接(未示出)。從而Y軸支架804在電動(dòng)伺服電機(jī)控制下可以繞假想的Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)，Y軸可以在經(jīng)過(guò)兩個(gè)銷806(第二個(gè)銷未示出)中心的水平方向上運(yùn)動(dòng)，Y軸支架804包括固定在矩形前桿件810上的矩形基座808。Y軸支架繞假想的Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)決定了BPM投射的球的最初軌跡的高度分量。換句話說(shuō)，Y軸支架轉(zhuǎn)動(dòng)的位置選定了棒球初始軌跡相對(duì)于水平地面的角度。W軸支架812通過(guò)兩個(gè)與假想垂直W軸重合的垂直銷814(下面的銷未示出)安裝在Y軸支架804上，并通過(guò)一個(gè)固定扇形齒輪816與齒輪818嚙合在一起，齒輪818直接固定在電動(dòng)伺服電機(jī)820的動(dòng)力軸上。電動(dòng)伺服電機(jī)820在受限制的轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)控制W軸支架繞假想W軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。W軸支架轉(zhuǎn)動(dòng)的位置確定棒球的初始軌跡的空氣阻力分量。換句話說(shuō)，W軸支架相對(duì)于W軸的位置確定了空氣阻力在一個(gè)與投影屏504的垂直平面正交的水平面內(nèi)與投射軸的夾角，該投射軸是一個(gè)描述來(lái)自BPM的球的初始軌跡的假想直線。因此，當(dāng)球通過(guò)垂直投影屏被投擲時(shí)，Y軸支架相對(duì)于假想Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位置以及W軸支架相對(duì)于假想W軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位置一起確定了球的初始軌跡，或者換句話說(shuō)，確定了飛輪外殼組件相對(duì)于垂直投影屏的方向。
棒球824由安裝在電動(dòng)缸(electrical cylinder)830的臂828上的夾緊部件826夾緊。電動(dòng)缸的臂828可以沿一個(gè)假想H軸直線延伸和縮回，該假想軸與電動(dòng)缸臂828的對(duì)稱縱軸重合。電動(dòng)缸830安裝在水平齒輪832上，該齒輪與連接在電動(dòng)伺服電機(jī)836軸上的齒輪834嚙合在一起。因此，電動(dòng)缸可以在水平面內(nèi)繞假想J軸轉(zhuǎn)動(dòng)，假想J軸經(jīng)過(guò)齒輪832的中心。因此，電動(dòng)缸可以在離開(kāi)電動(dòng)缸830的位置的方向上轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖8所示，以便容易將棒球824裝進(jìn)夾緊部件826內(nèi)，然后轉(zhuǎn)回到圖8所示的電動(dòng)缸830的位置，準(zhǔn)備向目標(biāo)發(fā)球。
通過(guò)在兩個(gè)反轉(zhuǎn)飛輪838和840之間伸縮電動(dòng)缸830、供給球從而執(zhí)行投球。棒球由可壓縮的周邊帶摩擦夾緊并沿投射軸高速飛出，周邊帶粘結(jié)在飛輪的圓周邊上，投射軸也被稱做“G軸”。飛輪直接固定到與兩個(gè)水平安裝的電動(dòng)伺服電機(jī)842和844的動(dòng)力軸偶合在一起的軸上。每個(gè)軸由兩個(gè)軸承支撐846和848支持(兩個(gè)軸承支撐未示出)，該兩個(gè)軸承支撐固定在飛輪外殼850的兩側(cè)。確定一個(gè)假想的E軸，它與經(jīng)過(guò)上面的電動(dòng)伺服電機(jī)的軸的對(duì)稱直線重合；確定一個(gè)假想的F軸，它與經(jīng)過(guò)下面的電動(dòng)伺服電機(jī)的軸的對(duì)稱直線重合。通過(guò)電動(dòng)伺服電機(jī)852，飛輪外殼850可以與飛輪838和840以及夾緊部件826一起繞G軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
下面的表1總結(jié)了圖6-8中描述的各個(gè)軸。
表1軸字母 作用 運(yùn)動(dòng)類型 釋放操作給被投擲的棒球加力

表1的第一欄包括不同BPM軸的名稱，第二欄包括對(duì)每個(gè)軸的簡(jiǎn)要說(shuō)明，第三欄包括對(duì)機(jī)械構(gòu)件相對(duì)軸的運(yùn)動(dòng)屬性的說(shuō)明，第四欄指出在BPM釋放球期間相對(duì)于軸的運(yùn)動(dòng)是否存在，第五欄指出相對(duì)于軸的運(yùn)動(dòng)是否給被投射的球施加能量。X和Z軸確定釋放點(diǎn)相對(duì)于投影屏垂直平面的位置。Y和W軸確定被投擲的棒球的初始軌跡。當(dāng)BPM釋放球時(shí)所有四個(gè)軸X、Z、Y和W都是靜態(tài)的，因此不給球加能量。當(dāng)球從BPM被投擲時(shí)，重新裝載軸J也是靜態(tài)的，因此不給球加能量。圍繞J軸的運(yùn)動(dòng)允許將球裝進(jìn)夾緊部件并使電動(dòng)缸重新定位，該缸將球送進(jìn)反轉(zhuǎn)飛輪中。I軸對(duì)應(yīng)于投影屏的一個(gè)窄的、垂直部分的運(yùn)動(dòng)，該部分包含一個(gè)投擲球的開(kāi)口。釋放球時(shí)，該開(kāi)口迅速移動(dòng)經(jīng)過(guò)投擲點(diǎn)，這樣在投影屏內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)瞬間快門。這樣，投影屏部件沿I軸的運(yùn)動(dòng)不會(huì)給扔出的球施加能量。H軸與電動(dòng)缸的縱軸對(duì)應(yīng)，棒球沿該電動(dòng)缸被送進(jìn)反轉(zhuǎn)飛輪中。棒球沿H軸線性運(yùn)動(dòng)的一部分能量施加給被投擲的球。飛輪外殼繞G軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使平分兩個(gè)飛輪中心的平面旋轉(zhuǎn)。在BPM的一個(gè)實(shí)施例中，飛輪外殼繞G軸的旋轉(zhuǎn)僅在釋放球之前發(fā)生，從而不給投出的球施加能量。在BPM的一個(gè)可選擇實(shí)施例中，當(dāng)球供給反轉(zhuǎn)飛輪時(shí)，飛輪外殼繞G軸轉(zhuǎn)動(dòng)，給球施加一個(gè)垂直于G軸的旋轉(zhuǎn)，從而給被投擲的球施加能量?？梢岳迷撧D(zhuǎn)動(dòng)分量來(lái)模擬投球手在投擲某種類型的球時(shí)腕部的彈動(dòng)。E和F軸分別對(duì)應(yīng)于上、下飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。飛輪施加到棒球上的動(dòng)量是從BPM投擲球的主要原動(dòng)力。球離開(kāi)BPM的速度直接由兩個(gè)飛輪的轉(zhuǎn)速控制。因此，飛輪繞E和F軸的運(yùn)動(dòng)給扔出的棒球施加能量。另外，通過(guò)以不同速度轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)飛輪，可以將順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)施加給棒球，該旋轉(zhuǎn)在經(jīng)過(guò)兩個(gè)飛輪中心并平分兩個(gè)飛輪的平面內(nèi)進(jìn)行。因此，表1不但總結(jié)了各運(yùn)動(dòng)貢獻(xiàn)給從BPM投擲的棒球的能量，而且還總結(jié)了BPM的主要部件相對(duì)于多個(gè)BPM軸的運(yùn)動(dòng)。
相對(duì)于BPM每個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)由一個(gè)電動(dòng)伺服電機(jī)提供，在I軸，由兩個(gè)電動(dòng)伺服電機(jī)提供。在BPM的一個(gè)實(shí)施例中，使用Parker-Hannifin Corp.的電動(dòng)伺服電機(jī)。對(duì)于E和F軸，使用SM-233BR-N電機(jī)。對(duì)于W軸，使用SM-231BBE-NTQN電機(jī)。對(duì)于Y、J、I和G軸，使用SM-NO923KR-NMSB電機(jī)。電動(dòng)伺服電機(jī)的交流電源是紐約Rochester的Ormec Systems Corp.；紐約Tarrytown的Hitachi America，Ltd.；阿根廷Smith的Baldor Electric Corp.
圖9和10圖示說(shuō)明了BPM的主框架、X軸框架、和Z軸支架。在圖9中，X軸框架602在投影屏平面的左側(cè)布置(左右是相對(duì)圖5和7中的BPM前面的觀測(cè)點(diǎn)而言)，圖10中，X軸框架602在投影屏平面的右側(cè)布置。同樣，在圖9中，Z軸支架616在X軸框架602的中部布置，而在圖10中，Z軸支架616在X軸框架602的頂部布置。因此，圖9和10示出X軸框架經(jīng)過(guò)投影屏的平面水平移動(dòng)。而且還示出Z軸支架沿X軸框架的垂直移動(dòng)。主框架包括四個(gè)垂直桿件906-909，四個(gè)長(zhǎng)水平桿件910、612、912和610，兩個(gè)短的上水平桿件914-915，和兩個(gè)短的下水平桿件916和917。垂直長(zhǎng)水平和短的上水平桿件906-910、612、912、610和914-915是由4英寸的方形空心鋼加工出的鋼段，并像圖9和10那樣焊接起來(lái)。在一個(gè)最佳實(shí)施例中，X軸和Z軸的運(yùn)動(dòng)分別由帶驅(qū)動(dòng)和絲杠驅(qū)動(dòng)的線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)控制，該系統(tǒng)安裝在主框架和X軸框架的水平桿件612和垂直桿件620的內(nèi)側(cè)。在兩種情況下都采用加拿大Pittsburg的Bishop-Wisecarver Corp.的Dual Vee Lo Pro Linear Motion Systems。Lo Pro零件編號(hào)為3SCSBG3DH100S的X軸帶驅(qū)動(dòng)線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)由一個(gè)垂直安裝的電動(dòng)伺服電機(jī)1006帶動(dòng)，Lo Pro零件編號(hào)為#SCSLSD的Z軸絲杠驅(qū)動(dòng)線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)也由一個(gè)垂直安裝的電動(dòng)伺服電機(jī)1008帶動(dòng)。也可以用紐約Port Washington的Thomson Saginaw Corp.的線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)X軸和Z軸。X軸框架602包括兩個(gè)垂直桿件620和618以及兩個(gè)水平桿件608和606，它們?nèi)鐖D9那樣焊接在一起構(gòu)成一個(gè)矩形框架。垂直和水平桿件620、618、608、921和606是由4英寸方形空心鋼加工出的鋼段。X軸框架還包括一個(gè)半矩形的上支撐924和一個(gè)半矩形的下支撐926。兩個(gè)半矩形的支撐包括三個(gè)由兩英寸方形鋼管加工出來(lái)的部件，它們?nèi)鐖D9所示那樣焊接在一起。半矩形上支撐924焊接到X軸水平桿件606的上表面，半矩形下支撐926焊接到X軸水平下桿件608的底面。面板928固定到Z軸支架616的投影屏側(cè)。面板包含一個(gè)可從中發(fā)球的開(kāi)口720。X軸框架通過(guò)兩個(gè)輥?zhàn)?未示)安裝到主框架水平桿件612和610上，該輥?zhàn)庸潭ǖ絏軸框架608和606的水平桿件的投影屏側(cè)，夾緊并沿線性的輥?zhàn)榆壍?32和934滾動(dòng)，該軌道固定在主框架水平桿件612和610的內(nèi)表面上。同樣，Z軸支架616通過(guò)兩個(gè)輥?zhàn)庸潭ㄔ赬軸框架上，輥?zhàn)庸潭ㄔ趦蓚€(gè)角托件1010和1012的投影屏側(cè)，角托件固定在Z軸支架616兩側(cè)的垂直桿件上，輥?zhàn)訆A緊垂直安裝的輥?zhàn)榆壍?014和1016并沿其滾動(dòng)，后者分別固定到X軸框架垂直桿件620和618的內(nèi)表面上。關(guān)于輥?zhàn)雍洼佔(zhàn)榆壍栏敿?xì)的描述如下。
為了防止Z軸絲杠驅(qū)動(dòng)的線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)過(guò)載，可以給X軸框架增加一個(gè)反平衡機(jī)構(gòu)，以補(bǔ)償Z軸支架伸出的物塊。反平衡機(jī)構(gòu)可以包括一個(gè)被動(dòng)的線性輥?zhàn)榆壍?，該軌道位于主框架的后部、上部、水平桿件的內(nèi)側(cè)，X軸框架的一個(gè)延伸部沿該主框架運(yùn)行。X軸框架的延伸部安裝成與X軸框架的上水平桿件的內(nèi)側(cè)垂直。從X軸框架延伸部上靠近主框架的后部、頂部、水平桿件的位置垂下的配重通過(guò)一個(gè)金屬絲和滑輪連接到Z軸支架上，所述滑輪安裝到X軸框架延伸部。
圖11A-C圖示說(shuō)明了Z軸支架的輥?zhàn)雍洼佔(zhàn)榆壍罊C(jī)構(gòu)。圖11A示出從BPM的上方垂直向下看到的主框架602和Z軸支架616的截面圖。圖11B是圖11A圓圈部分的細(xì)節(jié)圖，圖11C是圖11B圓圈內(nèi)更詳細(xì)的圖。在圖11C中，兩個(gè)Z軸輥?zhàn)?106和1108分別安裝在軸1110和1112上，軸1110和1112固定在Z軸支架的角托件1012上。角托件1012固定在Z軸支架的垂直桿件1116和水平桿件1118上。輥?zhàn)友刂€性軌道1014安放，線性軌道1014固定在X軸框架的垂直桿件618上。X軸框架的輥?zhàn)?124通過(guò)軸1126固定到X軸框架604上并沿輥?zhàn)榆壍?34的上邊緣運(yùn)動(dòng)，軌道934固定在主框架的上水平桿件610的內(nèi)側(cè)邊緣上。
圖12是BPM的垂直投影屏的分解圖。垂直投影屏包括Z軸支架面板928、右側(cè)柔性反射屏706、左側(cè)柔性反射屏704、I軸垂直柔性屏708、頂部柔性反射帶1207和底部柔性反射帶1208。面板928直接安裝在Z軸支架的前面。右側(cè)柔性反射屏706從垂直的拉緊/供送卷軸712伸出和縮回，并固定到實(shí)心的鋼桿1212上。同樣，左側(cè)柔性反射屏704從垂直的拉緊/供送卷軸710伸出，并固定到垂直鋼桿1216上。右側(cè)垂直鋼桿1212的上端焊接在X軸框架的半矩形上支撐924的投影屏側(cè)，垂直鋼桿1212的下端焊接在X軸框架的半矩形下支撐926的投影屏側(cè)。同樣，左側(cè)垂直鋼桿1216的上端和下端分別焊接在X軸框架的半矩形上支撐924的投影屏側(cè)和半矩形下支撐926的投影屏側(cè)。上柔性反射屏1207從水平拉緊/供送卷軸1221伸出和縮回，并固定到實(shí)心鋼桿1222上。同樣，底部柔性反射屏1208從水平拉緊/供送卷軸1223伸出，并固定到垂直鋼桿1224上。垂直鋼桿1222焊接在X軸框架的半矩形上支撐1218的投影屏側(cè)，垂直鋼桿1224焊接在X軸框架的半矩形下支撐926的投影屏側(cè)。水平拉緊/供送卷軸1221和1223分別安裝到Z軸支架的頂部和底部。I軸柔性屏在兩個(gè)電動(dòng)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的拉緊/供送卷軸716和718之間延伸。電動(dòng)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的上拉緊/供送卷軸716安裝在X軸框架半矩形上支撐924上，電動(dòng)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的下拉緊/供送卷軸718安裝在X軸框架的半矩形下支撐926上。
圖13是固定到X軸框架上的I軸投影屏的前視圖。為了在投影屏上提供一個(gè)瞬時(shí)快門或開(kāi)口，I軸投影屏708的圓形槽口720迅速閃過(guò)Z軸支架面板928上的開(kāi)口/孔722。在BPM的一個(gè)實(shí)施例中，紅、黃和綠燈1310、1312和1314分別位于開(kāi)口722的上方或下方，以便提醒擊球手BPM將要釋放球。通過(guò)八個(gè)輥?zhàn)?315-1319、1124和1321中的七個(gè)，X軸框架被安裝到主框架的水平輥?zhàn)榆壍郎?，如圖13所示。
圖14A-B示出在BPM中用來(lái)給棒球傳遞能量的飛輪的截面圖和邊緣截面圖。飛輪由356-T6鋁合金鑄成，可以在達(dá)到6000rpm轉(zhuǎn)速下可靠安全地運(yùn)行。飛輪由加拿大San Leandro的Industrial Caster&Wheel Company制造，而且可以方便地從Industrial Caster買到，零件編號(hào)為12X3。另一個(gè)來(lái)源是華盛頓Kent的Caster TechnologyCorp.，零件編號(hào)為022-743。飛輪尺寸示于圖14B中。飛輪鋁鑄件1402和1404半徑為5英寸。鋁鑄件1406和1408的外圓周表面與連續(xù)的聚氨酯圓周帶1410和1412粘接，所述帶具有40A到50A的硬度計(jì)測(cè)量值的壓縮性。連續(xù)的聚胺酯圓周帶的外表面1414和1418從兩側(cè)向中央向上傾斜，帶有一個(gè)連續(xù)的半圓形凹槽形成連續(xù)聚胺酯圓周帶的外圓周表面的中部。飛輪的鋁鑄件包括凸起的中央輪轂1420和1422(在圖14A的平面圖中是1424)，該輪轂圍繞中心孔1426(圖14A的平面中為1428)，飛輪通過(guò)該中心孔固定到一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸上。一個(gè)薄的內(nèi)圓盤1430和1432(圖14A的平面圖中為1434)從中央輪轂1420和1422向飛輪鋁鑄件的外圓輪緣1436和1438(圖14A的平面圖中為1440)延伸。連續(xù)聚胺酯圓周帶1410和1412(圖14A的平面圖中為1442)被粘接到飛輪的鋁鑄件的外圓周表面上。
圖15是飛輪驅(qū)動(dòng)裝置的分解圖。飛輪固定在軸1502上。飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)由電動(dòng)伺服電機(jī)1504驅(qū)動(dòng)。在飛輪的電動(dòng)伺服電機(jī)側(cè)，軸1502穿過(guò)無(wú)鍵的錐形夾筒聯(lián)接器1503、法蘭軸承1506、安裝板1508和電機(jī)支架1510到達(dá)柔性波紋聯(lián)結(jié)器1512，該聯(lián)接件將軸聯(lián)接到電動(dòng)伺服電機(jī)的動(dòng)力軸上。在飛輪的與電動(dòng)伺服電機(jī)相對(duì)的一側(cè)，軸穿過(guò)無(wú)鍵的錐形夾筒聯(lián)接器1514和法蘭軸承1516，它們順序地固定到安裝板1518上。注意到在飛輪外殼組件中，飛輪外殼(圖8中的850)的壁經(jīng)過(guò)法蘭軸承1506和1516與安裝板1508和1518之間。兩個(gè)無(wú)鍵錐形夾筒聯(lián)接器1503和1514由賓夕法尼亞Manheim的ManheimDivision of Fenner Drives Corp.提供，Trantorque零件編號(hào)6202115。柔性波紋聯(lián)接器1512可以從意大利Westmont的RimtecCorp.，作為Gerwah Zero Backlash Coupling零件號(hào)DKN45/41方便得到。
圖16示出飛輪外殼組件的分解圖。飛輪外殼組件包括一個(gè)E軸飛輪組件1602，一個(gè)F軸飛輪組件1604，兩個(gè)線性導(dǎo)向件1606和1608，一個(gè)飛輪外殼850，一個(gè)G軸電動(dòng)伺服電機(jī)852，一個(gè)電纜盤(cabletray)1614和一個(gè)雙環(huán)形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸承1616。E軸組件1602和F軸組件1604通過(guò)安裝板1618、1620、1622和1624安裝在飛輪外殼850內(nèi)。飛輪840和838位于飛輪外殼850內(nèi)，安裝板1618、1620、1622和1624用螺栓固定在飛輪外殼的外表面上，并且可在垂直方向調(diào)節(jié)以補(bǔ)償磨損。該調(diào)節(jié)可以由安裝板1618、1620、1622和1624上的長(zhǎng)圓孔完成，該長(zhǎng)圓孔與飛輪外殼850上鉆出并攻絲的孔配合，長(zhǎng)圓孔的長(zhǎng)度確定了運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)范圍。飛輪軸1630和1632穿過(guò)電動(dòng)伺服電機(jī)側(cè)的安裝板1618和1622并穿過(guò)飛輪外殼中的方孔1634和1636。側(cè)導(dǎo)向件1606和1608水平地固定在兩個(gè)飛輪之間的飛輪外殼的內(nèi)表面上，用作棒球夾緊部件的引導(dǎo)件(圖8中的826)。電纜盤1614通過(guò)螺紋連接到兩個(gè)垂直安裝支架1638和1640上，該支架焊接在飛輪外殼850上。動(dòng)力和通訊電纜纏繞在電纜盤1614的槽1642內(nèi)，以便在飛輪外殼繞G軸轉(zhuǎn)動(dòng)期間，可以方便地拉伸和收回動(dòng)力和通訊電纜。雙環(huán)形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸承1616的內(nèi)環(huán)用螺紋固定在電纜盤1614的外表面上，雙環(huán)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸承1616的外齒輪環(huán)嚙合在齒輪1644上，齒輪1644直接固定到電動(dòng)伺服電機(jī)852的動(dòng)力軸上。因此固定齒輪1616將電動(dòng)伺服電機(jī)動(dòng)力軸的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為飛輪外殼組件繞G軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。雙環(huán)形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸承1616的外齒輪環(huán)也用螺紋固定到W軸支架上(圖8中是812)。電動(dòng)伺服電機(jī)852通過(guò)安裝支架1644螺紋連接到電纜盤1614的內(nèi)表面上，電動(dòng)伺服電機(jī)852的動(dòng)力軸經(jīng)過(guò)電纜盤1614內(nèi)的孔1646延伸。
圖17示出了完全組裝好的飛輪外殼組件。固定到電動(dòng)伺服電機(jī)的動(dòng)力軸上的小齒輪1645與雙環(huán)形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸承1616的外齒輪環(huán)嚙合，該動(dòng)力軸帶動(dòng)繞G軸的轉(zhuǎn)動(dòng)(未示)，軸承1616螺紋連接到電纜盤1614上。電纜盤1614用螺紋固定飛輪外殼850上，外殼850內(nèi)安裝有飛輪組件1602和1604。轉(zhuǎn)動(dòng)軸承由MI Muskegon的Kaydon Bearing Corp.作為零件號(hào)MTE-145提供。
圖18、19和20圖示說(shuō)明了H和J軸組件。H和J軸組件包括一個(gè)垂直支撐1802，一個(gè)角狀支撐1804，一個(gè)J軸底板1806，一個(gè)J軸電動(dòng)伺服電機(jī)836和J軸轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)齒輪832，一個(gè)H軸電動(dòng)缸830，靜止導(dǎo)向件1814和棒球夾緊部件826。垂直支撐1802用一英寸方形鋼管加工成段，并焊接在水平支架1818和角狀支撐1804上。角狀支撐1804包括三段由兩英寸方形鋼管加工出來(lái)并焊在一起的管子，如圖18所示，并焊接到支架板1820和J軸底板1806上。J軸電動(dòng)伺服電機(jī)836用螺紋連接到J軸底板1806的底面，使電動(dòng)伺服電機(jī)836的動(dòng)力軸延伸通過(guò)J軸底板1806上的孔(未示)，從而連接到動(dòng)力軸齒輪834上。動(dòng)力軸齒輪834與J軸轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)齒輪832嚙合，該傳動(dòng)齒輪832安裝在從J軸底板1806向上延伸并與H軸電動(dòng)缸830螺紋連接的軸上。夾緊部件1816通過(guò)快速斷開(kāi)連接器1824與電動(dòng)缸830的可延長(zhǎng)的臂連接。當(dāng)棒球夾緊組件826由可伸長(zhǎng)的電動(dòng)缸臂水平移動(dòng)時(shí)，棒球夾緊組件826沿靜止導(dǎo)向件1814運(yùn)動(dòng)。靜止導(dǎo)向件1814插進(jìn)棒球夾緊組件826的右側(cè)。
圖19示出縮回位置的完全裝配好的H和J軸組件。圖20示出在可伸長(zhǎng)電動(dòng)缸臂完全伸長(zhǎng)情況下的完全組裝好的H和J軸組件。正如上面討論的，當(dāng)可伸長(zhǎng)的電動(dòng)缸臂縮回時(shí)，棒球夾緊組件826沿靜止導(dǎo)向件1814運(yùn)動(dòng)。圖20中，當(dāng)可伸長(zhǎng)電動(dòng)缸臂828伸長(zhǎng)時(shí)，棒球夾緊組件826可以繞H軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)，以便跟隨飛輪外殼組件(圖8中為850)繞G軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)伸進(jìn)飛輪外殼(圖16中為1610)內(nèi)時(shí)，棒球夾緊組件826沿兩個(gè)固定導(dǎo)向件移動(dòng)(圖16中的1606和1608)。
圖21示出棒球夾緊組件的分解圖。棒球夾緊組件包括頂板2102、底板2104、快速斷開(kāi)連接器的陽(yáng)部件2106、分開(kāi)的右側(cè)和左側(cè)夾緊爪2108和2110、夾緊彈簧2112、矩形間隔調(diào)節(jié)件2114和分開(kāi)的兩個(gè)三角形間隔調(diào)節(jié)件2116和2118。棒球824被推進(jìn)夾緊爪2108和2110之間，通過(guò)一個(gè)杠桿的作用，在平行于頂板和底板2102和2104的一個(gè)平面內(nèi)向外轉(zhuǎn)動(dòng)，然后當(dāng)球824與夾緊爪2108和2110的接觸點(diǎn)移過(guò)夾緊爪頂點(diǎn)2122(第二個(gè)爪的夾緊頂點(diǎn)被頂板2102擋住)時(shí)，通過(guò)張緊彈簧2112的拉緊而接近棒球的后部。為了便于棒球824切痕的定位，定時(shí)標(biāo)記2124和2126蝕刻在頂板2102內(nèi)。
圖22-24圖示說(shuō)明了W軸支架。圖22示出從垂直投影屏附近點(diǎn)向下看H和J軸組件所看到的W軸支架的分解圖。W軸支架包括W軸底板2202，W軸垂直耳軸板(trunnion plate)2204，兩個(gè)W軸轉(zhuǎn)動(dòng)銷814和2208，H和J軸組件2210和飛輪外殼組件2212。W軸底板2202包括一個(gè)帶有垂直面2214的平底板，該垂直面通過(guò)將該平底板的一小部分從W軸底板2202向上彎曲90度而形成。W軸的固定扇形齒輪816用螺紋連接在W軸底板2202的底面上。垂直耳軸板2204用螺紋連接在W軸底板2202的垂直面2214上。飛輪外殼850用螺紋固定到W軸垂直耳軸板2204和雙環(huán)形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸承1616的外齒輪環(huán)上。從飛輪外殼850射出的球穿過(guò)垂直耳軸板2204中的孔2218。W軸支架通過(guò)將轉(zhuǎn)動(dòng)銷1814和2208穿過(guò)在耳軸2226和2228頂點(diǎn)附近的孔2222和2224而固定到Y(jié)軸支架上，耳軸2226和2228垂直于耳軸板2204水平伸出。圖23示出從H和J軸組件后面的觀測(cè)點(diǎn)向前朝向垂直投影屏所看到的W軸支架的局部分解圖。圖24是W軸的俯視平面圖。圖25也是W軸的俯視平面圖。在圖25中，W軸支架812已向右轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，圖24和25中圖示說(shuō)明了W軸支架繞W軸轉(zhuǎn)動(dòng)銷814的轉(zhuǎn)動(dòng)(下面的轉(zhuǎn)動(dòng)銷未示)。
圖26圖示說(shuō)明了Y軸支架。Y軸支架包括垂直框架810，水平框架804，底板2606，Y軸支架固定齒輪延長(zhǎng)部2608，W軸支架812，W軸電動(dòng)伺服電機(jī)820和W軸轉(zhuǎn)動(dòng)銷814和2208。Y軸垂直框架810由一個(gè)矩形框架構(gòu)成，該框架由四根鋼管段焊接在一起，鋼管段由兩英寸方形鋼管加工得到，如圖26所示，矩形框架有水平橫桿2616。Y軸支架的水平框架804與水平橫桿2616焊接在一起。W軸耳軸法蘭2618(下面的耳軸法蘭未示出)穿過(guò)Y軸垂直框架810中的孔2620和2622。W軸支架通過(guò)W軸轉(zhuǎn)動(dòng)銷814和2208可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在Y軸支架上。通過(guò)W軸固定扇形齒輪816，將W軸動(dòng)力軸齒輪818的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為W軸支架的轉(zhuǎn)動(dòng)。在一個(gè)改進(jìn)的實(shí)施例中，可以從W軸支架底板(圖22中為2202)的任何一側(cè)約束兩個(gè)棒球轉(zhuǎn)移器，以防止W軸支架底板與Y軸支架底板2606垂直分開(kāi)。下棒球轉(zhuǎn)移器固定在Y軸底板2606上，上棒球轉(zhuǎn)移器安裝在固定于Y軸支架的棒球轉(zhuǎn)移支撐件上(未示)。兩個(gè)棒球轉(zhuǎn)移器確保W軸固定扇形齒輪816與W軸的動(dòng)力軸齒輪818保持嚙合。Y軸支架通過(guò)右耳軸2628和左耳軸(圖26中被遮擋)可轉(zhuǎn)動(dòng)地與Z軸支架連接。通過(guò)將Y軸電動(dòng)伺服電機(jī)(圖26中未示)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到Y(jié)軸固定扇形齒輪(圖26中未示)上，使Y軸支架繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)，該扇形齒輪螺紋連接到Y(jié)軸固定齒輪延長(zhǎng)部2608上。Y軸水平框架由四個(gè)由兩英寸的方形管加工而成的管段焊接構(gòu)成，如圖26所示，Y軸支架底板2606焊接在其上。W軸電動(dòng)伺服電機(jī)820螺紋連接到Y(jié)軸底板2606上，底板2606上帶有通過(guò)Y軸底板2606上的孔2630伸出的W軸電動(dòng)伺服電機(jī)動(dòng)力軸。兩個(gè)角托架2632和2634用螺紋連接到Y(jié)軸支架底板2606上，來(lái)承載電子限定開(kāi)關(guān)以防止過(guò)度角偏移和W軸組件的動(dòng)作超過(guò)限定的范圍。如圖27中所示，一組相同的兩個(gè)開(kāi)關(guān)可以放在Y軸固定扇形齒輪的周圍，來(lái)限制Y軸支架繞Y軸的運(yùn)動(dòng)。這些開(kāi)關(guān)可以方便地從Omron Corp。得到，其零件號(hào)Z15GQ22-B7-K。固定扇形齒輪的左右端各用一個(gè)開(kāi)關(guān)，使用時(shí)，這些開(kāi)關(guān)分別使W或Y軸的驅(qū)動(dòng)軸電機(jī)停止。如果因?yàn)槿魏卧蚴箼C(jī)器超過(guò)為運(yùn)行參數(shù)設(shè)定的軟件的限定值，則有獨(dú)立電源的Y軸支架上的兩個(gè)限定開(kāi)關(guān)和W軸支架上的兩個(gè)限定開(kāi)關(guān)將提供重復(fù)的安全制動(dòng)。描述的限定開(kāi)關(guān)可以在幾百分之一秒內(nèi)使任何支架組件完全停止。這大大減少了意外的暴投或打到擊球手的概率。作為機(jī)械限制開(kāi)關(guān)的一個(gè)選擇，可以使用一個(gè)電子近程開(kāi)關(guān)式傳感器，比如從New Line Corp得到的零件號(hào)5B275。
圖27和28圖示說(shuō)明了Y軸支架繞Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。圖27示出在水平位置的Y軸支架，圖28圖示說(shuō)明了Y軸支架繞Y軸向下的轉(zhuǎn)動(dòng)。Y軸固定扇形齒輪2702與直接固定到Y(jié)軸電動(dòng)伺服電機(jī)動(dòng)力軸上(未示)的齒輪2704嚙合。通過(guò)Y軸固定扇形齒輪2702傳遞Y軸電動(dòng)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，以控制Y軸支架繞Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖29圖示說(shuō)明了Z軸支架。Z軸支架包括Y軸支架804，Z軸框架616，Z軸面板928，Y軸電動(dòng)伺服電機(jī)2908和Y軸電動(dòng)伺服電機(jī)支架2910。Z軸框架616包括十二根管段，管段由兩英寸的方形鋼管加工而成，它們被焊接起來(lái)形成圖29所示的籠狀結(jié)構(gòu)。如圖29所示，Z軸面板928被粘接到Z軸框架上。Z軸面板928有一個(gè)反射前表面，該表面的顏色和反射率與垂直投影屏的柔性屏一樣。面板928包括投球經(jīng)過(guò)的孔722，而且在一個(gè)實(shí)施例中，有三個(gè)燈2914-2916用作報(bào)警燈提醒擊球手將要發(fā)球了。Y軸電動(dòng)伺服電機(jī)2910包括帶有一個(gè)孔2918的角托架，Y軸電動(dòng)伺服電機(jī)2908的動(dòng)力軸經(jīng)過(guò)該孔伸出。Y軸電動(dòng)伺服電機(jī)2908與Y軸電動(dòng)伺服電機(jī)支架2910螺紋聯(lián)接，支架2910然后與Z軸框架616螺紋連結(jié)，如圖29所示。Y軸支架通過(guò)Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)銷2920和806以及Y軸支架耳軸2628(圖29中右耳軸被擋住)可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝到Z軸框架上，轉(zhuǎn)動(dòng)銷2920和806分別通過(guò)Z軸框架2924和2926中的孔伸出。
圖30和31圖示說(shuō)明了棒球伸進(jìn)反轉(zhuǎn)飛輪由BPM發(fā)射的情況。圖30示出了Y軸支架的截面圖。被棒球夾緊部件826夾住的球824部分地被H軸電動(dòng)缸830伸向反轉(zhuǎn)飛輪838和840。圖31是從BPM上方向下看W軸的W軸支架的橫截面圖。棒球824被H軸電動(dòng)缸3104完全伸進(jìn)反轉(zhuǎn)飛輪中(下飛輪未示)。
圖32和33圖示說(shuō)明了飛輪外殼繞G軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。在圖32中，飛輪外殼850相對(duì)于G軸垂直布置。在圖33中，飛輪外殼850通過(guò)由G軸電動(dòng)伺服電機(jī)852產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)相對(duì)于G軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖34圖示說(shuō)明了BPM的電子和計(jì)算機(jī)控制。BPM由個(gè)人計(jì)算機(jī)(“PC”)3402上的軟件程序控制。PC3402包括運(yùn)動(dòng)控制卡3404和3406，后者包括將軟件確定的參數(shù)轉(zhuǎn)化為電動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的邏輯線路。運(yùn)動(dòng)控制卡產(chǎn)生的控制信號(hào)被伺服放大器3408-3417放大，伺服放大器將來(lái)自運(yùn)動(dòng)控制卡3404和3406的信號(hào)放大、以便控制各個(gè)電動(dòng)伺服電機(jī)842、844、820、2908、830、852、716和836。伺服放大器3408-3417送出的電壓信號(hào)控制電動(dòng)伺服電機(jī)842、844、820、2908、830，852、716和836，使其加速和以特定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)一段特定時(shí)間。PC3402上運(yùn)行的軟件程序?qū)⒏呒?jí)程序語(yǔ)言的技術(shù)條件、比如從BPM發(fā)射棒球的初速度轉(zhuǎn)換為各個(gè)電動(dòng)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。PC3402上運(yùn)行的軟件程序?qū)D形用戶界面(“GUI”)顯示在顯示裝置3426上。PC機(jī)、顯示裝置和伺服放大器接收電源3427送來(lái)的電能。
下面的表2示出用于將棒球的投射速度轉(zhuǎn)換為E和F飛輪轉(zhuǎn)速的中間值。
表2速度 旋轉(zhuǎn) E rad/s E rpmE cnt/S F rad/s F rpm F cnt/S(mph) (rpm)

所需要的棒球的速度被示于第一欄內(nèi)，單位是英里/小時(shí)，需要的棒球的旋轉(zhuǎn)速度被示于第二欄內(nèi)，單位為rpm，欄3-8分別示出E和F飛輪的轉(zhuǎn)速，單位是弧度/秒、轉(zhuǎn)/分、轉(zhuǎn)數(shù)(counts)/秒。
下面的表3列出描述一個(gè)具體投擲所需要的接球數(shù)據(jù)記錄表3字段(field)名稱 字段類型 字段說(shuō)明

對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)記錄中的字段，表3的第一欄列出了字段的名稱，第二欄列出字段中儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)類型，第三欄列出字段內(nèi)容的準(zhǔn)確說(shuō)明。有各種不同方式存儲(chǔ)與投擲有關(guān)的信息。表3列出的數(shù)據(jù)字段表示任何一種可能的數(shù)據(jù)模式，該數(shù)據(jù)模式表示一種具體的存儲(chǔ)投擲數(shù)據(jù)的方法。在由表3表示的數(shù)據(jù)模式中，描述了與具體投擲有關(guān)的各種高級(jí)語(yǔ)言參數(shù)，包括球從BPM投射的初速度，還包括球在飛輪平面內(nèi)的轉(zhuǎn)速，或者稱為主旋轉(zhuǎn)，以及G軸的運(yùn)動(dòng)帶給球的轉(zhuǎn)動(dòng)速率，或者稱為次旋轉(zhuǎn)。其他的高級(jí)語(yǔ)言參數(shù)包括本壘上方目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)，棒球相對(duì)于BPM的X軸和Z軸的釋放點(diǎn)的坐標(biāo)。還有，投球名稱和投球手名字連同可視文件的路徑名稱一起被存進(jìn)特征字符串?dāng)?shù)據(jù)組中，該投球手的圖象是要被投影到垂直投影屏上的，該可視文件是要被投射到垂直投影屏上的。最后，表3描述的數(shù)據(jù)記錄包括W軸和Y軸的角度設(shè)定值，它們與G軸的初始角度設(shè)置值和上、下飛輪轉(zhuǎn)速一起被儲(chǔ)存。為了便于計(jì)算電機(jī)控制的速率和啟動(dòng)次數(shù)，可以用另一組附加數(shù)據(jù)表來(lái)將W和Y軸轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換為電動(dòng)伺服電機(jī)控制參數(shù)，根據(jù)需要是上旋球還是下旋球，將主旋轉(zhuǎn)速率轉(zhuǎn)換為不同的加到上下飛輪中的任一個(gè)上的轉(zhuǎn)動(dòng)速率，以及在表明是次旋轉(zhuǎn)的情況下將主旋轉(zhuǎn)速率轉(zhuǎn)換為G軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速率。還可以用輔助數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)任何其他數(shù)據(jù)或需要的參數(shù)，以便在釋放球之前或期間控制BPM內(nèi)的電動(dòng)伺服電機(jī)。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)每個(gè)不同的投球都存有詳細(xì)的電動(dòng)伺服電機(jī)控制參數(shù)，從而控制電動(dòng)伺服電機(jī)來(lái)完成投擲，而很少或不需要計(jì)算。在一個(gè)可選擇的實(shí)施例中，從存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)記錄中的數(shù)據(jù)分析計(jì)算出電動(dòng)伺服電機(jī)控制參數(shù)，比如表3描述的數(shù)據(jù)記錄。各種混合方法也是可能的。
圖35-39描述了控制BPM的程序。這些程序由PC(圖34中3402)執(zhí)行，為教練或培訓(xùn)者操作BPM提供一個(gè)圖形用戶界面(“GUI”)，同時(shí)按照同樣方式控制BPM內(nèi)的各種電動(dòng)伺服電機(jī)的操作來(lái)執(zhí)行由教練或培訓(xùn)者選擇的具體投擲。
圖35是說(shuō)明高級(jí)BPM控制程序的控制流程圖。在步驟3502中，BPM被初始化為系統(tǒng)開(kāi)始狀態(tài)。對(duì)BPM的初始化包括通過(guò)I軸將快門推到一個(gè)位置，當(dāng)釋放棒球時(shí)，可以從該位置預(yù)先驅(qū)動(dòng)快門經(jīng)過(guò)Z軸支架面板。另外，使控制其他軸的電動(dòng)伺服電機(jī)位于初始位置，使飛輪旋轉(zhuǎn)到初始速度。在步驟3504中，在顯示器上為教練或培訓(xùn)者顯示出可以操作BPM的用戶界面。該顯示允許教練或培訓(xùn)者選擇任何一組操作BPM的命令。在步驟3506中，BPM控制程序等待教練或培訓(xùn)者與步驟3504中顯示的GUI配合以便選擇下一個(gè)要執(zhí)行的命令。如果根據(jù)步驟3508中的BPM控制程序的檢測(cè)，教練或培訓(xùn)者指示要關(guān)閉BPM，那么在步驟3510中程序?qū)㈥P(guān)掉所有電動(dòng)伺服電機(jī)并返回步驟3512。另一方面，如果根據(jù)步驟3514中的BPM控制程序的檢測(cè)，教練或培訓(xùn)者選擇投擲命令，那么在步驟3516中BPM控制程序命令程序“投球”來(lái)投擲棒球。下面將詳細(xì)描述“投球”程序。根據(jù)步驟3518中的BPM控制程序的檢測(cè)，教練或培訓(xùn)者可以選擇任何一組不同信息或運(yùn)轉(zhuǎn)指令，然后在步驟3520中，通過(guò)命令一個(gè)信息或運(yùn)轉(zhuǎn)指令程序由BPM控制程序執(zhí)行該指令。這些信息和運(yùn)行指令超出了當(dāng)前應(yīng)用的范圍。它們包括對(duì)靜態(tài)分析、測(cè)試和校正程序的數(shù)據(jù)收集，以及多種提高BPM性能的其他功能。這些信息和運(yùn)行程序?qū)⑹请S后專利申請(qǐng)的主題。最后，如果根據(jù)步驟3522中的BPM控制程序的檢測(cè)，教練或培訓(xùn)者要求以手動(dòng)模式操作BPM，那么在步驟3524中，BPM控制程序命令“手動(dòng)模式”程序，以便教練或培訓(xùn)者手選各個(gè)電動(dòng)伺服電機(jī)的設(shè)置和初始投球。另外，手動(dòng)模式選擇的設(shè)置可以存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)記錄中以便以后可以再現(xiàn)。對(duì)于手動(dòng)模式程序這里不進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖36是“投球”程序的控制流程圖。在步驟3602中，“投球”程序提示教練或培訓(xùn)者選擇一個(gè)具體的投球。任何數(shù)量的不同GUI’s可用于該提示中。例如，可以給教練或培訓(xùn)者提供已知投球的列表，比如快球、滑行球、曲線球或其他投球，然后提供一個(gè)輔助菜單來(lái)選擇要發(fā)射的球的初速度和發(fā)射點(diǎn)。在步驟3604中，為了準(zhǔn)備驅(qū)動(dòng)電動(dòng)伺服電機(jī)和在垂直投影屏上顯示投球手的圖象，“投球”程序從投球數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索出一個(gè)合適的條目，比如上面表3中示例的數(shù)據(jù)記錄。在步驟3606中，“投球”程序提取在步驟3604中檢索出的顯示于數(shù)據(jù)記錄中的視頻圖象文件并排隊(duì)等待投射該視頻圖象文件。在步驟3608中，“投球”程序命令計(jì)算程序計(jì)算電動(dòng)伺服電機(jī)的時(shí)序。在步驟3610中，“投球”程序命令發(fā)球程序執(zhí)行步驟3608中產(chǎn)生的時(shí)序。在步驟3612中，“投球”程序命令清除程序?yàn)殡S后的投球?qū)PM進(jìn)行部分再初始化。再初始化包括通過(guò)控制I軸使快門返回到可以準(zhǔn)備隨后動(dòng)作的一個(gè)位置，還包括沿H軸收回夾緊組件以便隨后裝載棒球。在步驟3614中，“投球”程序提示教練或培訓(xùn)者下一個(gè)投球指令。如果根據(jù)步驟3616中“投球”程序的檢測(cè)，教練或培訓(xùn)者要求BPM發(fā)射另一個(gè)球，那么就控制返回到步驟3602。否則，返回投球”程序。
在圖37中，通過(guò)一個(gè)控制流程圖說(shuō)明了步驟3608中的“投球”程序命令的計(jì)算程序。步驟3702、3704和3706包括一個(gè)環(huán)路，其中，計(jì)算程序計(jì)算按時(shí)為運(yùn)動(dòng)控制卡(圖34中的3406和3408)計(jì)算輸出，以便根據(jù)步驟3604中的“投球”程序檢索的數(shù)據(jù)記錄中的各個(gè)字段的指示來(lái)驅(qū)動(dòng)每個(gè)電動(dòng)伺服電機(jī)。比如，如果檢索到的數(shù)據(jù)記錄指示釋放點(diǎn)的X軸的位置應(yīng)當(dāng)是距垂直投影屏的左側(cè)90cm，那么計(jì)算程序?qū)⒂?jì)算釋放點(diǎn)當(dāng)前位置與釋放點(diǎn)的要求位置之間沿X軸的距離，并且計(jì)算電機(jī)速度和電機(jī)運(yùn)行的整個(gè)時(shí)間、以便驅(qū)動(dòng)X軸框架沿X軸到達(dá)要求的釋放點(diǎn)位置。步驟3708、3710和3712包括一個(gè)環(huán)路，其中，上、下飛輪的轉(zhuǎn)速可以由步驟3604中的“投球”程序檢索到的數(shù)據(jù)記錄確定，或者在一個(gè)可選擇的實(shí)施例中、由解析或半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算確定，該計(jì)算根據(jù)被指示的發(fā)球初速度和主旋轉(zhuǎn)進(jìn)行。在步驟3714中，計(jì)算程序?qū)⒈幌薅ǖ挠糜诓僮麟妱?dòng)伺服電機(jī)的時(shí)間段集合到時(shí)間線(timeline)上。圖38說(shuō)明了這樣一個(gè)下面將描述的時(shí)間線。最后，在步驟3716中，返回計(jì)算程序。
圖38說(shuō)明了一個(gè)電動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)行的時(shí)間線。這是為說(shuō)明目的的時(shí)間線的示意說(shuō)明。在BPM的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，時(shí)間線存儲(chǔ)在PC機(jī)(圖34中為3402)的存儲(chǔ)器中，作為存儲(chǔ)在一個(gè)遞增時(shí)序中的電動(dòng)伺服電機(jī)控制操作的列表。在圖38中，在時(shí)間零點(diǎn)3802由BPM發(fā)球。圖38示出，在釋放棒球之前電機(jī)控制操作在負(fù)時(shí)間段運(yùn)行，在釋放棒球的時(shí)間3802之前執(zhí)行的電機(jī)控制操作直到0時(shí)間的左側(cè)，在釋放棒球之后進(jìn)行的電機(jī)操作開(kāi)始于0時(shí)間3802的右側(cè)。在本示例中，投球手圖象的投影在棒球3804被投射之前的15秒鐘開(kāi)始，并持續(xù)直到棒球3806被釋放后2秒鐘為止。在釋放棒球3608和3610之前的4秒鐘將上、下飛輪被以一定增量增加旋速度或減小旋轉(zhuǎn)速度到需要的速度。僅在釋放棒球之后，才在點(diǎn)3612和3614結(jié)束以一定增量對(duì)上、下飛輪轉(zhuǎn)速的增加或減小，使上、下飛輪返回到空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速或維持轉(zhuǎn)速不變，以準(zhǔn)備下一個(gè)投球。同樣，另外一個(gè)水平線段表示了其他BPM電動(dòng)伺服電機(jī)的運(yùn)行時(shí)段，比如線段3616說(shuō)明了控制X軸電動(dòng)伺服電機(jī)沿X軸定位X軸框架。應(yīng)注意到，當(dāng)指示給一個(gè)側(cè)旋球時(shí)，首先將G軸電動(dòng)伺服電機(jī)控制到一個(gè)具體的初始位置3618，然后在釋放球之前在要求的側(cè)旋3620方向上繞G軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖39是由步驟3610中的“投球”程序命令的投射程序的控制流程圖。在步驟3902中，投射程序?qū)⑤斎雮鬟f給運(yùn)動(dòng)控制卡(圖34中的3406和3408)以便驅(qū)動(dòng)J軸電動(dòng)伺服電機(jī)繞H軸組件轉(zhuǎn)動(dòng)到一個(gè)位置，在該位置可以將球加載到夾緊部件中。在步驟3904中，投射程序等待球被裝好的指示。該指示可以由教練或培訓(xùn)者輸入給GUI，或者在一個(gè)可選擇實(shí)施例中，夾緊機(jī)構(gòu)可以用一個(gè)電子/機(jī)械式傳感器檢測(cè)夾緊組件中是否有球。在步驟3906中，投射程序控制J軸電動(dòng)伺服電機(jī)，重新定位H軸組件使其與G軸一致以準(zhǔn)備投球。應(yīng)當(dāng)注意到，在BPM的某些實(shí)施例中，可以從機(jī)械料倉(cāng)自動(dòng)裝載棒球。在這種情況下，可以采用另外的控制步驟，以通過(guò)H軸控制料倉(cāng)的定位和夾緊組件的伸出、以從料倉(cāng)機(jī)械地取球。步驟3908-3912包括一個(gè)環(huán)路，其中投射程序順序地從圖37的步驟3714中的計(jì)算程序計(jì)算出的時(shí)間線中選擇每個(gè)事件，并執(zhí)行選出的每個(gè)事件。對(duì)于每個(gè)選出的事件，在步驟3909中，投射程序確定該事件是啟動(dòng)電機(jī)還是遞增地控制電機(jī)的指令。如果是啟動(dòng)電機(jī)，那么在步驟3910中投射程序給運(yùn)動(dòng)控制卡(圖34中的3406或3408)發(fā)送合適的控制輸入，如時(shí)間線事件中指示的來(lái)控制電動(dòng)伺服電機(jī)。否則，在步驟3911，投射程序給運(yùn)動(dòng)控制卡(圖34中的3406或3408)發(fā)送合適的控制輸入，來(lái)控制事件中指示的電動(dòng)伺服電機(jī)停止工作，保持轉(zhuǎn)速不變或返回上、下飛輪的空轉(zhuǎn)速度。在步驟3912中，投射程序確定在時(shí)間線中是否還列有任何其他事件。如果是，則根據(jù)步驟3912中的檢測(cè)，控制返回到步驟3908。否則，結(jié)束投射程序。
在現(xiàn)在流行的棒球投射機(jī)中，投射機(jī)發(fā)球期間和發(fā)球之前不能控制棒球切痕的取向。相反，在本發(fā)明的BPM中，可以通過(guò)夾緊部件和夾緊部件(圖21中的2124和2126)上的方向標(biāo)記控制切痕取向，從而可以重復(fù)發(fā)射同樣切痕取向的棒球。切痕取向的控制顯示并放大了各棒球之間的差別，該差別是由制造過(guò)程中使用的材料不同以及由于制造過(guò)程引起的，結(jié)果，當(dāng)按照相同的切痕取向和BPM控制參數(shù)發(fā)射球時(shí)，會(huì)導(dǎo)致軌跡不同。這些不同包括重量、圓周、層厚(seam height)、縫合和棒球的表面紋理的區(qū)別。利用BPM，可以通過(guò)重復(fù)發(fā)射來(lái)測(cè)試每個(gè)球，在數(shù)據(jù)庫(kù)中為每一個(gè)球儲(chǔ)存各種修正因子，對(duì)于一個(gè)要發(fā)射的球，根據(jù)從數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索到的修正因子，對(duì)BPM的部件進(jìn)行微調(diào)。然而，盡管可能，對(duì)棒球的這種個(gè)別處理也不會(huì)消耗時(shí)間。
如果不單獨(dú)對(duì)棒球進(jìn)行校正，則可以使用一種分撿球的方法，利用一個(gè)分球屏將相同特征的棒球集合成球組，該球組中的球在相同切痕取向和BPM控制參數(shù)設(shè)定值下被發(fā)射到分球屏上的相同位置。圖40說(shuō)明了一種分球屏。該分球屏包括垂直安裝到兩個(gè)水平底座4004和4006上的矩形框架4002。金屬線、尼龍繩或其他耐拉伸線性材料通過(guò)矩形框架4002編結(jié)形成網(wǎng)格4008，網(wǎng)格單元是矩形，比如單元4010，其面積比棒球的橫截面積略大。每個(gè)單元上固定有短襪形狀的網(wǎng)織品，比如分別固定到單元4016和4018上的短襪形狀的網(wǎng)織品4012和4014。為了看上去清楚起見(jiàn)，固定在圖40中的分球屏上的其他單元上的短襪形狀的網(wǎng)織品被省略掉。
在相同切痕取向和BPM控制參數(shù)設(shè)定值下，一次一個(gè)地向分球屏的中央單元4020發(fā)射一大組球。棒球經(jīng)過(guò)網(wǎng)格4008，收集在短襪形狀的網(wǎng)織品內(nèi)，該網(wǎng)織品固定到棒球經(jīng)過(guò)的單元上。在此，棒球被自然地分為小組，每個(gè)小組留在一個(gè)特定的短襪形狀的網(wǎng)中。一組修正因子指定給每一小組棒球并儲(chǔ)存在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中。之后，檢索出這些修正因子并提供給用于特定發(fā)射的BPM控制參數(shù)，以便為每個(gè)不同小組的球微調(diào)該BPM控制參數(shù)。例如，修正因子指定給收集在短襪狀網(wǎng)4014的小組球，該修正因子導(dǎo)致由收集在襪狀網(wǎng)4014中的棒球通過(guò)中央單元4020，該修正因子被提供給測(cè)試期間用來(lái)發(fā)射球的BPM控制參數(shù)設(shè)定值。之后，在擊球練習(xí)期間，可以利用修正因子調(diào)整BPM控制參數(shù)，以保證測(cè)試期間收集在襪狀網(wǎng)4014中的小組球被精確地發(fā)射到好球部位的要求位置。
雖然根據(jù)具體實(shí)施例已經(jīng)描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于該實(shí)施例。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然可以在發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行修改。例如，可以采用所有與附圖所示和上文描述的各個(gè)部件不同的部件形狀以及固定和安裝部件的方法，比如可以用螺紋連接代替焊接?？梢允褂迷S多不同GUIs在BPM和用戶之間提供界面?？梢蕴崆斑x擇投擲順序，以便BPM可以自動(dòng)投擲完整的投擲順序而不要更多的用戶干涉。為了投球，可以采用幾乎無(wú)限多的不同軟件來(lái)控制BPM的電動(dòng)伺服電機(jī)。BPM修改后很容易用于網(wǎng)球服務(wù)機(jī)，武術(shù)投擲模擬器，足球篩濾機(jī)，以及其他類型的模擬器，它們利用視頻圖象模擬投擲者和修改物體投擲部件以便用可再現(xiàn)和有意義的方式發(fā)射目標(biāo)。為了按照標(biāo)準(zhǔn)形式評(píng)估有潛力的候選棒球手，可以編寫B(tài)PM以便按標(biāo)準(zhǔn)順序投球。BPM的PC機(jī)可以收集詳細(xì)信息，由教練或培訓(xùn)者操作BPM輸入關(guān)于擊球手對(duì)打BPM的能力。該詳細(xì)信息可以得出選手的特點(diǎn)，培訓(xùn)狀態(tài)，和上述其他評(píng)估和培訓(xùn)方法?？梢愿倪M(jìn)BPM，使其包括激光靶子和可以快速自動(dòng)校正BPM的校正系統(tǒng)。可以用不同類型材料制造BPM部件，包括連接在飛輪上的、有不同壓縮性和不同表面特征的不同類型的環(huán)形帶。為了說(shuō)明的目的，上述說(shuō)明利用具體術(shù)語(yǔ)以便完全理解發(fā)明。但是，顯然對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，為了實(shí)施發(fā)明并不要求具體細(xì)節(jié)。對(duì)于本發(fā)明的具體實(shí)施例的描述只是為了圖示和說(shuō)明目的。它們沒(méi)有窮舉或限制發(fā)明的實(shí)際形式。顯然可以在上述教導(dǎo)下進(jìn)行許多修改和變化。圖示和說(shuō)明的實(shí)施例是為了最好的解釋發(fā)明原理和實(shí)際應(yīng)用，因此本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員可以最好地利用本發(fā)明和各種有修改的適于完整具體使用的實(shí)施例。本發(fā)明的范圍由下面的權(quán)利要求及其等同物來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種物體投射機(jī)，它具有一個(gè)前垂直平面，該投射機(jī)將一個(gè)物體以指定的初始軌跡、指定的初始速度和指定的初始轉(zhuǎn)速投射到一個(gè)目標(biāo)位置，該物體投射機(jī)包括一個(gè)主框架；一個(gè)可動(dòng)地安裝在主框架內(nèi)的飛輪外殼，該飛輪外殼具有一個(gè)投射軸，該軸從飛輪外殼中心附近穿過(guò)、并與物體投射機(jī)的前垂直平面相交于一個(gè)釋放點(diǎn)，可動(dòng)地安裝在該主框架內(nèi)的該飛輪外殼靠近物體投射機(jī)的前垂直平面，這樣飛輪外殼可以水平和垂直移動(dòng)，以便在物體投射機(jī)的前垂直平面上的任意位置定位該釋放點(diǎn)，從而使飛輪外殼可以繞兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)、以便定位該投射軸的方向，而且飛輪外殼可以繞該投射軸轉(zhuǎn)動(dòng)從而使飛輪外殼可轉(zhuǎn)動(dòng)地相對(duì)投射軸定位；一組電動(dòng)機(jī)，為飛輪外殼的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)提供動(dòng)力；一個(gè)上飛輪，它包括一個(gè)與平分該飛輪的中分面和該投射軸共面的圓盤、一個(gè)垂直于該中分面的中心圓柱孔、和一個(gè)與可壓縮圓周帶結(jié)合的圓柱外表面，該飛輪外殼內(nèi)的上飛輪可轉(zhuǎn)動(dòng)地裝配到一個(gè)穿過(guò)該中心圓柱孔的上軸上，該上軸位于該投射軸的下方并與上飛輪的電動(dòng)伺服電機(jī)偶合，該電機(jī)提供轉(zhuǎn)動(dòng)力使該上飛輪繞該上軸旋轉(zhuǎn)，該上軸位于該投射軸的上方并與之垂直；一個(gè)下飛輪，它包括一個(gè)與平分該上、下飛輪的中分面和該投射軸共面的圓盤、一個(gè)垂直于平分所述上飛輪的中分面的中心圓柱孔、和一個(gè)與可壓縮圓周帶結(jié)合的圓柱外表面，該飛輪外殼內(nèi)的該下飛輪可轉(zhuǎn)動(dòng)地裝配到一個(gè)穿過(guò)該中心圓柱孔的下軸上，該下軸位于該投射軸的下方并與下飛輪的電動(dòng)伺服電機(jī)偶合，該電機(jī)提供轉(zhuǎn)動(dòng)力使該下飛輪繞該下軸旋轉(zhuǎn)，該下軸位于該投射軸的上方并與之垂直；一個(gè)物體供給器，其沿在該上下飛輪之間的該投射軸供給物體，從而，當(dāng)飛輪在該投射軸的方向上反轉(zhuǎn)時(shí)，該物體被兩個(gè)反轉(zhuǎn)飛輪夾緊，并沿該投射軸、經(jīng)過(guò)物體投射機(jī)的該前垂直平面被投射出去，發(fā)射時(shí)物體具有由上下飛輪的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定的初速度、由上下飛輪的轉(zhuǎn)速之差決定的初始旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)與平分上下飛輪的中分面共面，而且具有與該投射軸一致的初始軌跡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物體投射機(jī)，其特征在于，當(dāng)該物體被反轉(zhuǎn)的上下飛輪夾緊年并投射時(shí)，為了給該物體在垂直于該投射軸的平面內(nèi)施加一個(gè)旋轉(zhuǎn)，該飛輪外殼可以繞該投射軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物體投射機(jī)，其特征在于，結(jié)合到上下飛輪的外圓柱表面上的該可壓縮圓周帶是具有40A到45A的Durometer硬度計(jì)壓縮率的尿脘帶。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的物體投射機(jī)，其特征在于，尿脘帶的外表面具有一個(gè)周邊凹槽，以利于夾緊球形物體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物體投射機(jī)，其特征在于，該主框架具有一個(gè)前垂直框架，該前垂直框架具有與物體投射機(jī)的前垂直平面共面的內(nèi)側(cè)和外側(cè)，而且其中該飛輪外殼可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝到W軸支架上，其中該W軸支架可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝到Y(jié)軸支架上，其中該Y軸支架可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在Z軸支架上，其中該Z軸支架可滑動(dòng)地安裝到X軸框架上，而且其中該X軸框架可滑動(dòng)地安裝到該主框架的前垂直框架的內(nèi)部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的物體投射機(jī)，其特征在于，飛輪外殼還包括一個(gè)圓盤形的圓柱形電纜盤，它有一個(gè)垂直于該投射軸的圓孔，該投射軸穿過(guò)該圓孔；一個(gè)雙環(huán)形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，它有一個(gè)圓孔，該雙環(huán)形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸承的一個(gè)較小的內(nèi)環(huán)固定在電纜盤上，這樣該雙環(huán)形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸承的該圓孔與電纜盤的圓孔對(duì)齊；和一個(gè)電動(dòng)伺服電機(jī)，它與電纜盤螺紋連接并有一個(gè)動(dòng)力軸，所述動(dòng)力軸上有一個(gè)固定在其遠(yuǎn)端的齒輪，該動(dòng)力軸垂直于電纜盤平面并穿過(guò)電纜盤上的圓孔，以便使固定在動(dòng)力軸遠(yuǎn)端的該齒輪與該雙環(huán)形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸承的帶齒外環(huán)嚙合，從而通過(guò)該嚙合的齒輪將動(dòng)力軸的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為飛輪外殼繞該投射軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的物體投射機(jī)，其特征在于，W軸支架包括一個(gè)W軸支架底板，它有一個(gè)頂面、一個(gè)底面、一個(gè)前邊和一個(gè)后邊；一個(gè)W軸固定扇形齒輪，它沿W軸支架底板的后邊固定在W軸支架底板的底面上；一個(gè)W軸支架前板，它有一個(gè)前面、一個(gè)后面、一個(gè)頂部、一個(gè)底部和一個(gè)圓孔，W軸支架前板的底部后面垂直安裝到W軸支架底板的前邊，該W軸支架前板具有一個(gè)上耳軸和一個(gè)下耳軸，它們從W軸支架前板的前面向前伸出，該上耳軸平行于穿過(guò)W軸支架底板的一個(gè)平面，該下耳軸在穿過(guò)W軸支架底板的一個(gè)平面內(nèi)，兩個(gè)耳軸都包含可以讓銷通過(guò)固定到Y(jié)軸支架上的軸承，從而將W軸支架可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝到Y(jié)軸支架上，雙環(huán)形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸承的大齒輪環(huán)固定到W軸支架前板上，以使W軸支架前板的圓孔與電纜盤的圓孔對(duì)齊；一個(gè)J軸組件包括一個(gè)垂直支撐件和一個(gè)角狀支撐件，它們都有頂端和底端，兩個(gè)支撐件的底端垂直地固定到W軸支架底板的頂面上；一個(gè)具有上面和底面的J軸底板，它固定到該垂直支撐件和角狀支撐件的頂端，并與W軸支架底板平行；一個(gè)J軸電動(dòng)伺服電機(jī)，其安裝到J軸底板的底側(cè)，并有一個(gè)J軸動(dòng)力軸，該軸穿過(guò)J軸底板內(nèi)的一個(gè)孔并與J軸動(dòng)力軸齒輪連接；和一個(gè)J軸齒輪軸，它可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在J軸底板上，從而該J軸齒輪軸與J軸動(dòng)力軸齒輪嚙合、將J軸動(dòng)力軸的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為J軸齒輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)；和該物體供給器安裝在J軸齒輪軸上，以便該物體供給器可以繞J軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而幫助將物體加載到夾緊件上，該夾緊件與物體供給器配合并將物體提供到上下飛輪之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的物體投射機(jī)，其特征在于，該物體供給器包括一個(gè)電動(dòng)缸或線性感應(yīng)電機(jī)，它伸長(zhǎng)或收回一個(gè)可延伸臂；和一個(gè)物體夾緊裝置，它可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在可延伸臂的端部，該物體夾緊裝置包括彈簧加載的杠桿爪，當(dāng)物體被插進(jìn)該物體夾緊裝置時(shí)，該杠桿爪可以在彈簧拉力下轉(zhuǎn)動(dòng)張開(kāi)，然后向物體轉(zhuǎn)回來(lái)，當(dāng)物體經(jīng)過(guò)該凸輪爪的頂點(diǎn)時(shí)，松開(kāi)彈簧的拉力然后緊緊夾住物體，該物體夾緊裝置有兩個(gè)平行于投射軸的導(dǎo)向溝，一個(gè)導(dǎo)向溝在該可延伸臂伸長(zhǎng)時(shí)可沿固定在電動(dòng)缸上的靜止導(dǎo)向件滑動(dòng)，兩個(gè)導(dǎo)向溝可沿安裝在飛輪外殼的內(nèi)表面上的導(dǎo)向件滑動(dòng)，從而當(dāng)飛輪外殼繞投射軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該物體夾緊裝置與飛輪外殼一起轉(zhuǎn)動(dòng)，以便使物體相對(duì)于飛輪保持固定不變的方位。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的物體投射機(jī)，其特征在于，該物體夾緊裝置具有指示位置的蝕刻標(biāo)記，根據(jù)該標(biāo)記可以確定物體的位置特征，從而確保物體能夠相對(duì)于飛輪正確和重復(fù)定位。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的物體投射機(jī)，其特征在于，Y軸支架包括一個(gè)Y軸支架前框架，它具有一個(gè)前面、一個(gè)后面、一個(gè)頂部和一個(gè)底部，并且具有連在一起構(gòu)成矩形框架的兩個(gè)縱向構(gòu)件和兩個(gè)橫向構(gòu)件，還具有安裝在該兩個(gè)縱向構(gòu)件上的一個(gè)橫桿；一個(gè)Y軸支架底框架，它具有一個(gè)頂面、一個(gè)底面、一個(gè)前邊和一個(gè)后邊，并且垂直安裝在Y軸支架前框架的后側(cè)上，Y軸支架底框架的前邊安裝到Y(jié)軸支架前框架的橫桿上；一個(gè)Y軸底板，它具有一個(gè)頂面、一個(gè)底面、一個(gè)前邊和一個(gè)后邊，并且安裝到Y(jié)軸支架底框架的頂面上，Y軸底板的后邊與Y軸底框架的后邊在一條直線上；一個(gè)W軸電動(dòng)伺服電機(jī)，其安裝到Y(jié)軸底板的底面上并且具有一個(gè)動(dòng)力軸，該動(dòng)力軸穿過(guò)Y軸底板上的一個(gè)孔，該動(dòng)力軸的遠(yuǎn)端安裝有一個(gè)W軸動(dòng)力軸齒輪，該W軸動(dòng)力軸齒輪與W軸固定扇形齒輪嚙合，從而通過(guò)耳軸固定銷將W軸動(dòng)力軸的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為W軸支架繞W軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，W軸支架通過(guò)該耳軸固定銷可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝到Y(jié)軸支架上；兩個(gè)面向前方的Y軸支架耳軸，其安裝在Y軸支架前框架的縱向桿件上并從Y軸支架前框架向前伸出，該Y軸支架耳軸具有軸承，Y軸銷通過(guò)該軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝到Z軸支架上；和一個(gè)面朝下的Y軸固定扇形齒輪，它垂直安裝到Y(jié)軸底框架的底面并與Y軸前框架垂直。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的物體投射機(jī)，其特征在于，Z軸支架包括一個(gè)矩形籠子，它有一個(gè)左前縱向桿件，一個(gè)右前縱向桿件，一個(gè)左后縱向桿件，一個(gè)右后縱向桿件，四個(gè)下橫桿，所述四個(gè)橫桿構(gòu)成一個(gè)下面的矩形底框架，縱向桿件垂直安裝在該底框架的角上，還有三個(gè)上橫桿，其構(gòu)成一個(gè)半矩形頂框架，縱向桿件垂直安裝在半矩形頂框架的角上，該矩形籠子具有一個(gè)前面；一個(gè)矩形前面板，它有一個(gè)與W軸支架前板的孔對(duì)齊的孔，該矩形前面板安裝到矩形籠子的前面上并且有一個(gè)前表面和一個(gè)后表面；兩個(gè)Y軸銷，其安裝在兩個(gè)前縱向桿件的內(nèi)側(cè)，Y軸支架被轉(zhuǎn)動(dòng)地固定在兩個(gè)前縱向桿件上；一個(gè)左縱向角托架，它安裝在左后縱向桿件上，以便在向前方向上呈現(xiàn)一個(gè)左縱向面，該左縱向面平行于矩形籠子的前面，一個(gè)右縱向角托架，它安裝在右后縱向桿件上，以便在向前方向上呈現(xiàn)一個(gè)右縱向面，該右縱向面平行于矩形籠子的前面；兩對(duì)可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在左角托架的左縱向面上的輥?zhàn)?，兩?duì)可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在右角托架的右縱向面上的輥?zhàn)樱缓鸵粋€(gè)Y軸電動(dòng)伺服電機(jī)，它安裝到Z軸支架的下矩形底框架上，它有一個(gè)動(dòng)力軸，動(dòng)力軸的遠(yuǎn)端上安裝一個(gè)Y軸動(dòng)力軸齒輪，該Y軸動(dòng)力軸齒輪與Y軸固定扇形齒輪嚙合，從而將Y軸電動(dòng)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為Y軸支架繞Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，該Y軸與Y軸銷共線。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的物體投射機(jī)，其特征在于，一個(gè)綠燈、一個(gè)黃燈和一個(gè)紅燈垂直安裝到Z軸支架的矩形前面板的前表面上，從而在投擲物體之前，該紅、黃和綠燈可以順序點(diǎn)亮，警告觀察者綠燈亮后即將投射物體。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的物體投射機(jī)，其特征在于，X軸框架包括一個(gè)左縱向桿件和一個(gè)右向縱向桿件，它們與一個(gè)上橫桿和一個(gè)下橫桿連接，從而構(gòu)成一個(gè)矩形框架，所述縱向桿件和橫桿具有前面和后面；四對(duì)輥?zhàn)涌拷黊軸框架的角可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝到X軸框架的前面；一個(gè)被動(dòng)直線驅(qū)動(dòng)軌道，其固定到第一X軸框架縱向桿件的后面，兩對(duì)Z軸輥?zhàn)踊瑒?dòng)地安裝到該被動(dòng)直線驅(qū)動(dòng)軌道上；和一個(gè)Z軸電動(dòng)伺服電機(jī)和主動(dòng)直線驅(qū)動(dòng)軌道，它們固定到第二X軸框架的縱向桿件的后面，兩對(duì)Z軸輥?zhàn)踊瑒?dòng)地安裝到該主動(dòng)直線驅(qū)動(dòng)軌跡道上，該Z軸支架與主動(dòng)直線驅(qū)動(dòng)軌道的一個(gè)絲杠配合，從而在Z軸電動(dòng)伺服電機(jī)提供的動(dòng)力作用下，Z軸支架可以沿X軸框架垂直移動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的物體投射機(jī)，其特征在于，一個(gè)被動(dòng)直線驅(qū)動(dòng)軌道水平地固定在主框架的前垂直面的內(nèi)側(cè)的第一個(gè)邊附近，其中一個(gè)X軸電動(dòng)伺服電機(jī)和一個(gè)主動(dòng)直線驅(qū)動(dòng)軌道水平地固定在主框架的前垂直面的內(nèi)側(cè)的第二個(gè)邊附近，而且其中兩對(duì)X軸輥?zhàn)踊瑒?dòng)地安裝到該水平固定的被動(dòng)直線驅(qū)動(dòng)軌道上，兩對(duì)X軸輥?zhàn)踊瑒?dòng)地安裝到該水平固定的主動(dòng)直線驅(qū)動(dòng)軌道上，從而在X軸電動(dòng)伺服電機(jī)提供的動(dòng)力的作用下，X軸框架可以橫穿過(guò)主框架的前垂直面的內(nèi)側(cè)水平移動(dòng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物體投射機(jī)，其特征在于，該物體是棒球。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的物體投射機(jī)，其特征在于，該物體投射機(jī)可以投射具有不同軌跡和速度的棒球，該軌跡與真人投球手投擲的普通棒球的軌跡非常一致，包括快球、曲線球、滑行曲線球，不旋轉(zhuǎn)球和其他類型的比平常速度慢(off-speed)的投球。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的物體投射機(jī)，其特征在于，物體投射機(jī)將棒球投擲到一個(gè)位置，該位置是在假想的擊球手擊球區(qū)的所要求的一個(gè)位置的兩英寸半徑范圍內(nèi)，擊球區(qū)距發(fā)球位置60英尺。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的物體投射機(jī)，其特征在于，具有可移動(dòng)快門的投影屏安裝在主框架的前面，投球手的一個(gè)視頻圖象顯示在該投影屏上，而且其中，當(dāng)投球手的圖象釋放棒球時(shí)，物體投影屏在釋放點(diǎn)打開(kāi)可移動(dòng)快門，并通過(guò)該快門投射一個(gè)棒球。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物體投射機(jī)，其特征在于，由一個(gè)在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的軟件程序控制那些控制飛輪外殼位置和方向的電動(dòng)伺服電機(jī)、和兩個(gè)驅(qū)動(dòng)上下飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)伺服電機(jī)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的物體投射機(jī)，其特征在于，該軟件程序?yàn)橛脩籼峁┮粋€(gè)圖形用戶界面，使用戶可以指定要投的球。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的物體投射機(jī)，其特征在于，當(dāng)用戶已經(jīng)能夠指定要投的棒球時(shí)，軟件程序檢索一組數(shù)據(jù)記錄，該記錄包括該被指定要投的球的參數(shù)，從該參數(shù)中準(zhǔn)備電動(dòng)伺服電機(jī)控制事件的順序，該順序與關(guān)于投球的時(shí)間值有關(guān)，該投球與某一具體電動(dòng)伺服電機(jī)相關(guān)，按照排好的時(shí)間順序，為每一個(gè)電動(dòng)伺服電機(jī)控制事件，在電動(dòng)伺服電機(jī)控制事件的時(shí)間順序上執(zhí)行該電動(dòng)伺服電機(jī)控制事件的時(shí)間順序，給運(yùn)動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)出一個(gè)指令，該指令與電動(dòng)伺服電機(jī)相關(guān)，該電動(dòng)伺服電機(jī)與在關(guān)于電動(dòng)伺服電機(jī)控制事件的時(shí)間內(nèi)的電動(dòng)伺服電機(jī)控制事件關(guān)聯(lián)，運(yùn)動(dòng)控制操作者的命令被轉(zhuǎn)換輸出給一個(gè)伺服放大器，放大器將該命令放大，并由該伺服放大器將命令傳遞給與該電動(dòng)伺服電機(jī)控制事件相關(guān)的電動(dòng)伺服電機(jī)。
22.一種利用一個(gè)物體分選屏將一大組物體按照彈道原理分成同類小組物體的方法，該分選屏具有短襪狀的網(wǎng)，后者連接到各個(gè)垂直柵格的單元上，其特征在于分別將大組中的每個(gè)物體投向每一個(gè)具體的有相同投擲條件的物體分選屏的單元，和從物體分選屏的每個(gè)短襪狀網(wǎng)收集一小組從彈道學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)講為同類的物體。
全文摘要
一種用于投擲物體的精確自動(dòng)多軸機(jī)器。利用多個(gè)軸給被投擲物體施加預(yù)定速度和轉(zhuǎn)動(dòng)分量。物體的投擲與一個(gè)被顯示的視頻圖象同步以模擬投擲物體。
文檔編號(hào)A63B69/00GK1353622SQ00807008
公開(kāi)日2002年6月12日 申請(qǐng)日期2000年2月4日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月4日
發(fā)明者理查德·J·里欽斯, 杜格·A·克魯斯 申請(qǐng)人:奇恩音樂(lè)有限責(zé)任公司