空間運(yùn)動(dòng)軌跡自跟蹤高爾夫球及其空間運(yùn)動(dòng)軌跡感測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線傳感及飛行器電子跟蹤系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是一種空間運(yùn)動(dòng)軌跡自跟 蹤高爾夫球及其空間運(yùn)動(dòng)軌跡感測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高爾夫球作為一種室外兼顧娛樂和健身性的運(yùn)動(dòng)，在世界范圍內(nèi)日益流行。通過 不斷的實(shí)地練習(xí)，提高對(duì)不同場(chǎng)地條件下高爾夫球的運(yùn)動(dòng)軌跡尤其是飛行落點(diǎn)和滾動(dòng)終點(diǎn) 的預(yù)測(cè)能力，從而增強(qiáng)對(duì)高爾夫球的擊打控制能力和精確性，一直是業(yè)余高爾夫球員甚至 專業(yè)球員所尋求的目標(biāo)。
[0003] 然而，由于高爾夫球本身的運(yùn)動(dòng)力學(xué)復(fù)雜性，以及現(xiàn)場(chǎng)氣象條件以及高爾夫球飛 行過程中的瞬間變化，草皮和地面條件及其對(duì)高爾夫球滾動(dòng)過程的局部影響等等多變因 素，對(duì)高爾夫球過程和之后的運(yùn)動(dòng)軌跡分析和預(yù)測(cè)一直是非常困難的，如何能客觀地獲得 高爾夫球運(yùn)動(dòng)軌跡及其動(dòng)力學(xué)特征的真實(shí)數(shù)據(jù)，成為完成高爾夫球運(yùn)動(dòng)過程中受到各種環(huán) 境因素的影響及其后果的客觀分析的必須。作為真實(shí)跟蹤高爾夫球運(yùn)動(dòng)軌跡和感測(cè)動(dòng)力學(xué) 特征的重要手段，如何依靠高爾夫球自身安裝的運(yùn)動(dòng)傳感和監(jiān)測(cè)的手段，成為最有效的方 法之一。
[0004] 中國(guó)專利申請(qǐng)CN 103706088A的
【發(fā)明內(nèi)容】
，披露了一種電子高爾夫球及其高爾夫 球比賽電子輔助系統(tǒng)，所述的電子高爾夫球，包括外層、中間層和電子集成內(nèi)核，所述的電 子集成內(nèi)核包括可充電電源、柔性電路、無線充電電路、通訊電路、定位電路、電子陀螺儀電 路和控制電路，所述的電子陀螺儀電路內(nèi)置三軸陀螺儀、三軸線加速度計(jì)和高度傳感器，作 為實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)傳感和監(jiān)測(cè)的核心電子裝置和手段。然而，由于該專利申請(qǐng)所披露電子高爾夫 球，隨著高爾夫球自身相對(duì)地面轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，其內(nèi)置的三軸陀螺儀和三軸線加速度計(jì)實(shí)際 感測(cè)的線加速度和角加速度所，是與高爾夫球相對(duì)固定方向的瞬時(shí)線加速度和角加速度分 量，而不是相對(duì)與地面的絕對(duì)瞬時(shí)線加速度和角加速度分量；因此，按照披露的電子裝置和 分析方法，無法排除自身旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力學(xué)影響，從而準(zhǔn)確地計(jì)算和分析出高爾夫球真正相對(duì) 地面的線性運(yùn)動(dòng)軌跡，以及自身旋轉(zhuǎn)的過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明揭示了一種空間運(yùn)動(dòng)軌跡自跟蹤高爾夫球，所述空間運(yùn)動(dòng)軌跡自跟蹤高爾 夫球的幾何中心與其質(zhì)量重心相重疊，并包括：
[0006] 球形表皮層；
[0007] 球形彈性核心體，由固體彈性材料構(gòu)成，被所述球形表皮層覆蓋；
[0008] 空間運(yùn)動(dòng)軌跡自跟蹤電子模塊，置于高爾夫球中心，被所述球形彈性核心體所包 圍，且設(shè)定有三個(gè)相互垂直的隨動(dòng)坐標(biāo)軸，所述隨動(dòng)坐標(biāo)軸與所述空間運(yùn)動(dòng)軌跡自跟蹤高 爾夫球保持固定，所述隨動(dòng)坐標(biāo)軸的原點(diǎn)與所述空間運(yùn)動(dòng)軌跡自跟蹤高爾夫球的幾何中心 重合；
[0009] 其中，所述空間運(yùn)動(dòng)軌跡自跟蹤電子模塊包括：
[0010] 內(nèi)置存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；
[0011] 三軸相對(duì)線加速度傳感器，用于按照預(yù)定多個(gè)時(shí)間點(diǎn)，感測(cè)出三個(gè)隨動(dòng)坐標(biāo)軸方 向的三個(gè)相對(duì)線加速度分量；
[0012] 三軸絕對(duì)轉(zhuǎn)角定位傳感器，用于和所述三軸相對(duì)線加速度傳感器在同一時(shí)間點(diǎn)， 感測(cè)所述三個(gè)隨動(dòng)坐標(biāo)軸方向相對(duì)于固定于地面某一點(diǎn)的三個(gè)相互垂直的固定坐標(biāo)軸的 動(dòng)靜坐標(biāo)相對(duì)角度分量；
[0013] 內(nèi)置射頻收發(fā)器，用于將所述相對(duì)線加速度分量、動(dòng)靜坐標(biāo)相對(duì)角度分量及其測(cè) 量時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)的射頻信號(hào)發(fā)射；
[0014] 內(nèi)置微處理器，用于將所感測(cè)的相對(duì)線加速度分量、動(dòng)靜坐標(biāo)相對(duì)角度分量及其 測(cè)量時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)存入內(nèi)置存儲(chǔ)器中，且由內(nèi)置微處理器從內(nèi)置存儲(chǔ)器取出相對(duì)線加速度分 量、動(dòng)靜坐標(biāo)相對(duì)角度分量及其測(cè)量時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)，提交給內(nèi)置射頻收發(fā)器；
[0015] 內(nèi)置供電電池，用于在所述空間運(yùn)動(dòng)軌跡自跟蹤高爾夫球的運(yùn)動(dòng)過程中，連續(xù)地 給三軸相對(duì)線加速度傳感器、三軸絕對(duì)轉(zhuǎn)角定位傳感器、內(nèi)置微處理器、內(nèi)置存儲(chǔ)器和內(nèi)置 射頻收發(fā)器提供所需的工作電源。
[0016] 本發(fā)明還公開了一種高爾夫球空間運(yùn)動(dòng)軌跡的跟蹤和分析系統(tǒng)，包括：
[0017] 上述的空間運(yùn)動(dòng)軌跡自跟蹤高爾夫球；
[0018] 第一外部射頻接收器，用于接收包括所述內(nèi)置射頻收發(fā)器所發(fā)射的相對(duì)線加速度 分量、動(dòng)靜坐標(biāo)相對(duì)角度分量及其測(cè)量時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)的射頻信號(hào)；
[0019] 第一外部射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化器，用于將所述射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)；
[0020] 第一外部數(shù)據(jù)處理器，用于根據(jù)相對(duì)線加速度分量和動(dòng)靜坐標(biāo)相對(duì)角度分量，推 算出同一時(shí)間點(diǎn)高爾夫球中心相對(duì)于地面固定坐標(biāo)軸的絕對(duì)線加速度分量；
[0021 ] 在給定時(shí)間段內(nèi)，根據(jù)該時(shí)間段內(nèi)所述的多時(shí)間點(diǎn)高爾夫球中心相對(duì)地面固定坐 標(biāo)軸的絕對(duì)線加速度分量，由外置微處理器通過測(cè)量時(shí)間點(diǎn)的一次時(shí)間積分，推算出該時(shí) 間段內(nèi)高爾夫球中心相對(duì)地面固定坐標(biāo)軸的絕對(duì)線速度分量；
[0022] 根據(jù)該時(shí)間段內(nèi)所述的多時(shí)間點(diǎn)高爾夫球中心相對(duì)地面固定坐標(biāo)軸的絕對(duì)線速 度分量，由外置微處理器通過測(cè)量時(shí)間點(diǎn)的一次時(shí)間積分，推算出該時(shí)間段內(nèi)高爾夫球中 心相對(duì)地面固定坐標(biāo)軸的推算絕對(duì)位置坐標(biāo)。
[0023] 本發(fā)明的空間運(yùn)動(dòng)軌跡自跟蹤高爾夫球及其空間運(yùn)動(dòng)軌跡自追蹤的感測(cè)、收錄和 分析系統(tǒng)。本發(fā)明披露的空間運(yùn)動(dòng)軌跡自跟蹤高爾夫球，包含有球形表皮層、球形彈性核心 體以及置于高爾夫球中心的空間運(yùn)動(dòng)軌跡自跟蹤電子模塊，在標(biāo)準(zhǔn)高爾夫球結(jié)構(gòu)之外附加 空間運(yùn)動(dòng)軌跡自跟蹤電子模塊后，不僅滿足高爾夫球的重量和尺寸標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)其幾何中心 仍然保持與其重心相重疊，以確保高爾夫球相對(duì)幾何中心的球?qū)ΨQ性，以及該空間運(yùn)動(dòng)軌 跡自跟蹤高爾夫球與標(biāo)準(zhǔn)高爾夫球的線性動(dòng)力學(xué)一致性。進(jìn)一步講，為了確保這一該空間 運(yùn)動(dòng)軌跡自跟蹤高爾夫球與標(biāo)準(zhǔn)高爾夫球的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)一致性，還必須確保他們之間相對(duì) 統(tǒng)一質(zhì)量重心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量一致性。
[0024] 在本發(fā)明高爾夫球的運(yùn)動(dòng)過程中，為彈性核心體所包圍的空間運(yùn)動(dòng)軌跡自跟蹤電 子模塊的內(nèi)置供電電池，提供給高爾夫球自帶的三軸相對(duì)線加速度傳感器、三軸絕對(duì)轉(zhuǎn)角 定位傳感器、內(nèi)置微處理器、內(nèi)置存儲(chǔ)器和內(nèi)置射頻收發(fā)器所需工作電源；其內(nèi)置的三軸相 對(duì)線加速度傳感器感測(cè)相對(duì)于高爾夫球體本身的三個(gè)線相對(duì)加速度分量，其內(nèi)置的三軸絕 對(duì)轉(zhuǎn)角定位傳感器感測(cè)高爾夫球相對(duì)地面的三個(gè)絕對(duì)轉(zhuǎn)角分量，其內(nèi)置的微處理器將三個(gè) 相對(duì)線加速度分量和三軸絕對(duì)轉(zhuǎn)角定位傳感器感測(cè)和采集的數(shù)據(jù)存入內(nèi)置存儲(chǔ)器，由內(nèi)置 微處理器從內(nèi)置存儲(chǔ)器中取出所存數(shù)據(jù)并提交給內(nèi)置射頻收發(fā)器，其內(nèi)置的射頻收發(fā)器將 所存數(shù)據(jù)無線發(fā)送到外部射頻接收器。根據(jù)通過外部射頻接收器所獲得的相對(duì)于高爾夫球 體本身的三個(gè)線相對(duì)加速度分量，以及高爾夫球相對(duì)地面的三個(gè)絕對(duì)轉(zhuǎn)角分量，推算出高 爾夫球體幾何中心相對(duì)地面的三個(gè)絕對(duì)線加速度分量和三個(gè)絕對(duì)角相對(duì)加速度分量，進(jìn)一 步通過對(duì)預(yù)定傳感測(cè)量時(shí)間點(diǎn)的這些絕對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)分量值的時(shí)間二階積分，獲得高爾夫球體 幾何中心運(yùn)動(dòng)軌跡和高爾夫球自身的旋轉(zhuǎn)過程。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明的高爾夫球的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖2為本發(fā)明的高爾夫球中空間運(yùn)動(dòng)軌跡自跟蹤電子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖3為本發(fā)明的高爾夫球空間運(yùn)動(dòng)軌跡的跟蹤和分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。 具體實(shí)施方案
[0028] 實(shí)施例1
[0029] 參考圖1所示，一種空間運(yùn)動(dòng)軌跡自跟蹤高爾夫球，所述空間運(yùn)動(dòng)軌跡自跟蹤高 爾夫球的幾何中心〇與其質(zhì)量重心相重疊，并包括：球形表皮層101，所述球形表皮層101 可以利用現(xiàn)有的高爾夫球的表皮層材料，以保證擊球的感受和現(xiàn)有的高爾夫球無差異；球 形彈性核心體102,由固體彈性材料構(gòu)成，被所述球形表皮層101覆蓋；空間運(yùn)動(dòng)軌跡自跟 蹤電子模塊103,置于高爾夫球中心，被所述球形彈性核心體102所包圍，且設(shè)定有三個(gè)相 互垂直的隨動(dòng)坐標(biāo)系0' -X' y' z'，其坐標(biāo)軸分別為X'、Y'、Z'，所述隨動(dòng)坐標(biāo)軸X'、Y'、Z' 與所述空間運(yùn)動(dòng)軌跡自跟蹤高爾夫球保持固定，所述隨動(dòng)坐標(biāo)軸的原點(diǎn)0'與所述空間運(yùn)動(dòng) 軌跡自跟蹤高爾夫球的幾何中心0重合。
[0030] 參考圖2,其中，所述空間運(yùn)動(dòng)軌跡自跟蹤電子模塊103包括：內(nèi)置存儲(chǔ)器201