專利名稱：物體碰撞位置檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可以作為高爾夫球(特別是打近球)及射擊的練習(xí)裝置和游戲裝置等而使用的裝置。
高爾夫竟技所要求的技術(shù)可以分為遠(yuǎn)程擊球、近程擊球和輕打，遠(yuǎn)程擊球技術(shù)用來將球盡可能朝正確的方向拋射到遠(yuǎn)處;近程擊球技術(shù)主要著眼于將球打向正確的方向及距離;輕打技術(shù)則用于將球打入草地上的洞內(nèi)。
對(duì)于一般的打高爾夫球的人說來，據(jù)說遠(yuǎn)程、近程和輕打的次數(shù)基本上是相同的，所以，為了提高高爾夫球的得分，必須平均地練習(xí)各種技術(shù)。
其中，遠(yuǎn)程擊球技術(shù)可以在各地設(shè)立的通常叫作“放手打”的高爾夫球練習(xí)場(chǎng)進(jìn)行練習(xí)，輕打技術(shù)也可以很容易地在高爾夫球練習(xí)場(chǎng)同時(shí)開辟的專用練習(xí)場(chǎng)或者用市售的輕打練習(xí)用墊子等進(jìn)行練習(xí)。而近程擊球技術(shù)則必須在比所使用的球桿擊出的球的最大飛行距離短的距離(通常小于100m)內(nèi)打球，并且調(diào)整使用的力量以使方向和距離正確。因此，當(dāng)然就不能在輕打練習(xí)場(chǎng)一起進(jìn)行練習(xí)，另外，在“放手打”練習(xí)場(chǎng)，通常由于“放手打”練習(xí)場(chǎng)的設(shè)計(jì)主要是為了練習(xí)球桿技術(shù)的，所以，對(duì)于需要在比較短的距離內(nèi)正確地校正球的方向的近程擊球練習(xí)也不適用。另外，在實(shí)際的高爾夫球場(chǎng)，幾乎不存在能進(jìn)行普通存在的打球點(diǎn)與草地的高低差對(duì)應(yīng)練習(xí)的練習(xí)場(chǎng)。
雖然人們已提出了各種不占場(chǎng)地的高爾夫球練習(xí)裝置的方案，但是，除了昂貴的職業(yè)選手用的裝置外，一般家庭能購入的練習(xí)裝置主要是進(jìn)行姿勢(shì)和動(dòng)作的練習(xí)用的，能打真正的球的裝置只能使用需要大庭院的用管子和網(wǎng)構(gòu)成的練習(xí)網(wǎng)或像擊球練習(xí)用墊子之類的設(shè)備。
因此，本發(fā)明旨在解決上述問題，提供一種物體碰撞位置檢測(cè)裝置，從而可以有效地提高以往難以做到的高爾夫球的近程擊球技術(shù)，并且可實(shí)現(xiàn)用來輕松地進(jìn)行練習(xí)的打球練習(xí)裝置。并且，本發(fā)明通過利用這樣的物體碰撞位置檢測(cè)裝置，不僅限于高爾夫球的練習(xí)，還旨在實(shí)現(xiàn)能用于棒球的擊球及投球的練習(xí)和使用游戲槍的射擊練習(xí)等各種比賽的射擊練習(xí)、投擲練習(xí)和游戲的裝置。
為了解決上述問題，本發(fā)明的物體碰撞位置檢測(cè)裝置的特征在于具有a)設(shè)置在檢測(cè)范圍周圍不在同一直線上的至少三個(gè)碰撞聲音檢測(cè)器;
b)根據(jù)各碰撞聲音檢測(cè)器檢測(cè)到碰撞聲音的時(shí)刻計(jì)算出檢測(cè)范圍內(nèi)的物體碰撞位置的運(yùn)算器。
此外，還可具有c)檢測(cè)發(fā)生碰撞的物體從指定的地點(diǎn)射出的時(shí)刻的射出時(shí)刻檢測(cè)器;
d)第2運(yùn)算器，它根據(jù)各碰撞聲音檢測(cè)器檢測(cè)到碰撞聲音的時(shí)刻和射出時(shí)刻檢測(cè)器檢測(cè)的射出時(shí)刻計(jì)算物體從射出地點(diǎn)射出到物體碰撞時(shí)的移動(dòng)時(shí)間，并進(jìn)而根據(jù)該移動(dòng)時(shí)間和運(yùn)算器算出的物體碰撞位置計(jì)算碰撞之前物體的軌道和碰撞之后的假想軌道。
為了解決上述問題利用這樣的物體碰撞位置檢測(cè)裝置而構(gòu)成的本發(fā)明的撞擊練習(xí)裝置的特征在于具有a)由繃緊固定在框架上的薄的材料構(gòu)成的靶屏;
b)在上述靶屏周圍配置的至少三個(gè)碰撞聲音檢測(cè)器;
c)根據(jù)各碰撞聲音檢測(cè)器檢測(cè)到碰撞聲音的時(shí)刻計(jì)算飛行體從射出地點(diǎn)射出到飛行體與靶屏碰撞時(shí)的飛行時(shí)間和飛行體在靶屏上的碰撞位置的運(yùn)算器。
另外，還可以具有d)設(shè)在靶屏前方和檢測(cè)飛行體從射出地點(diǎn)射出的時(shí)刻的射出時(shí)刻檢測(cè)器;
e)根據(jù)上述飛行體的飛行時(shí)間和碰撞位置計(jì)算與靶屏碰撞之前飛行體的軌道和碰撞之后的假想軌道第2運(yùn)算器。
另外，還可以設(shè)有顯示由運(yùn)算器或第2運(yùn)算器計(jì)算的結(jié)果即飛行體碰撞在靶屏上的位置、飛行體的軌道等的顯示器，在靶屏的薄材料上描繪出飛行體的碰撞目標(biāo)點(diǎn)和得分區(qū)即可。
利用本發(fā)明的物體碰撞位置檢測(cè)裝置，當(dāng)某一物體在檢測(cè)范圍內(nèi)與另一物體發(fā)生碰撞時(shí)，各碰撞聲音檢測(cè)器便檢測(cè)它們碰撞時(shí)發(fā)生的碰撞聲音。運(yùn)算器就會(huì)根據(jù)各碰撞聲音檢測(cè)器輸出的檢測(cè)信號(hào)特定出檢測(cè)到各個(gè)碰撞聲音的時(shí)刻(碰撞聲音檢測(cè)時(shí)刻)，并利用各碰撞聲音檢測(cè)時(shí)刻和指定的聲速值計(jì)算碰撞位置。由于碰撞聲音檢測(cè)器配置在檢測(cè)范圍周圍不在同一直線上的至少三個(gè)地方，所以，在該計(jì)算中根據(jù)與確定地震的震源位置一樣的原理，可以計(jì)算出在檢測(cè)范圍內(nèi)物體的碰撞點(diǎn)的位置(物體碰撞位置)。這里使用的聲速值，可以通過參考理科手冊(cè)等資料預(yù)先規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，并使用該值，也可以另外設(shè)置周邊溫度檢測(cè)器，利用測(cè)定溫度修正標(biāo)準(zhǔn)聲速值。此外，通過使用四個(gè)以上的碰撞聲音檢測(cè)器，把聲速包括在未知數(shù)內(nèi)進(jìn)行計(jì)算，還可以同時(shí)計(jì)算出聲速和從碰撞位置到三個(gè)碰撞聲音檢測(cè)器的距離。
物體的射出地點(diǎn)與碰撞的檢測(cè)范圍的位置關(guān)系，是在設(shè)置射出地點(diǎn)和各碰撞聲音檢測(cè)器的時(shí)候決定的，由于預(yù)先已知道，所以，根據(jù)物體的移動(dòng)時(shí)間和碰撞位置就可以確定物體的軌道。由于軌道的形狀與有無碰撞無關(guān)，所以，如果物體沒有發(fā)生碰撞，也可以求出移動(dòng)的假想軌道。第2運(yùn)算器就是進(jìn)行該軌道計(jì)算的。即，先根據(jù)碰撞聲音的檢測(cè)時(shí)刻和物體的射出時(shí)刻計(jì)算移動(dòng)時(shí)間，然后根據(jù)該移動(dòng)時(shí)間和運(yùn)算器算出的物體碰撞位置，計(jì)算出物體的軌道(包括假想軌道)。
本發(fā)明的撞擊練習(xí)裝置就是利用了上述物體碰撞位置檢測(cè)裝置的裝置，它的作用如下選手在射出地點(diǎn)例如如果是高爾夫球的近程擊球的練習(xí)就用球桿向靶屏擊球，如果是槍射擊就扣動(dòng)板機(jī)向靶屏發(fā)射子彈。射出的飛行體與靶屏發(fā)生碰撞，因此發(fā)生碰撞聲音。該碰撞聲音由配置在靶屏周圍的(固定在框架上很方便，但是，不一定拘泥于此)三個(gè)碰撞聲音檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。運(yùn)算器根據(jù)各碰撞聲音檢測(cè)器輸出的檢測(cè)信號(hào)，確定出檢測(cè)到各個(gè)碰撞聲音的時(shí)刻，使用指定的聲速值，根據(jù)與確定地震的震源位置一樣的原理確定靶屏上碰撞點(diǎn)的位置。這里使用的聲速值，可以通過參考理科手冊(cè)等資料預(yù)先規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值，且使用該值，而且還可以另外設(shè)置周邊溫度檢測(cè)器，利用測(cè)定溫度修正標(biāo)準(zhǔn)聲速值。此外，通過使用四個(gè)以上的碰撞聲音檢測(cè)器，把聲速包括在未知數(shù)內(nèi)進(jìn)行計(jì)算，還可以同時(shí)計(jì)算出聲速和從碰撞位置到三個(gè)碰撞聲音檢測(cè)器的距離。
例如如果是高爾夫球練習(xí)裝置，射出時(shí)刻檢測(cè)器就檢測(cè)打球聲音，如果是槍射擊就利用電子方法檢測(cè)板機(jī)的動(dòng)作及子彈的動(dòng)作來檢測(cè)射出時(shí)刻。該射出時(shí)刻檢測(cè)信號(hào)被傳送給運(yùn)算器。射出去的飛行體(打出的球，射出的子彈等)按照與射出時(shí)的初速及射出角度等有關(guān)的軌道向靶屏方向飛行，經(jīng)過指定的時(shí)間后與靶屏上的某一點(diǎn)(碰撞點(diǎn))發(fā)生碰撞。靶撞上的碰撞位置由上述方法確定，另外，與靶屏碰撞的碰撞時(shí)刻(由于已算出了碰撞位置和聲速)也可以根據(jù)上述方法很容易地計(jì)算出來。
射出地點(diǎn)與靶屏的位置關(guān)系是在設(shè)置靶屏和射出地點(diǎn)的時(shí)候決定的，由于預(yù)先已知道，所以，根據(jù)飛行體的飛行時(shí)間(這可以作為檢測(cè)的射出時(shí)刻與計(jì)算出的碰撞時(shí)刻之差而求出)和碰撞點(diǎn)的坐標(biāo)確定飛行體的軌道。由于軌道的形狀與有無碰撞無關(guān)，所以，如果飛行體與靶屏沒有發(fā)生碰撞，也可以求出飛行的假想軌道。第2運(yùn)算器就是進(jìn)行該軌道計(jì)算用的。運(yùn)算器和第2運(yùn)算器的運(yùn)算結(jié)果除了利用CRT、LCD等顯示器外，還可以通過聲音、打印到紙上等種種形式告訴選手。選手可以根據(jù)該輸出結(jié)果判斷自己的擊球是否如愿，從而可以有效地應(yīng)用于下一次擊球的練習(xí)。
圖1是本發(fā)明的實(shí)施例即高爾夫球近程擊球練習(xí)裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示擊球后球的各種軌道和與靶屏的碰撞位置及角度的關(guān)系的說明圖。
圖3是作為實(shí)施例的高爾夫球近程擊球練習(xí)裝置的電路結(jié)構(gòu)框圖。
圖4是表示靶屏上球的碰撞位置與周圍設(shè)置的微音器的位置關(guān)系(實(shí)施例1的情況)的說明圖。
圖5是擊球位置與草坪位置之間有高低差時(shí)的軌道說明圖。
圖6是球被向左右偏移地打擊時(shí)的軌道說明圖。
圖7是表示在靶屏與打球地點(diǎn)之間設(shè)置收球框的高爾夫球近程擊球練習(xí)裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖。
圖8是作為實(shí)施例的高爾夫球近程擊球練習(xí)裝置中靶屏的薄屏正面圖(a)和側(cè)面圖(b)。
圖9是將靶屏的薄屏固定在框架上的狀態(tài)的正面圖(a)和側(cè)面圖(b)。
圖10是圖9中的A及B處的剖面圖。
圖11是圖9中的C處的剖面圖。
圖12是使用溫度傳感器求聲速時(shí)使用的溫度檢測(cè)電路圖。
圖13是表示靶屏上的球的碰撞位置與周圍設(shè)置的微音器的位置關(guān)系(實(shí)施例2的情況)的說明圖。
圖14是表示碰撞位置于以配置微音器的四個(gè)角為頂點(diǎn)的長方形外側(cè)時(shí)該碰撞位置與微音器的位置關(guān)系的說明圖。
11框架12薄屏(靶屏)13薄屏的下端14控制器15顯示器裝置16打球地點(diǎn)處的墊子17球18球軌道19球桿101，102，103，104，105微音器本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例(以下稱的實(shí)施例1)即高爾夫球近程擊球練習(xí)裝置的總體示于圖1。在本實(shí)施例的高爾夫球近程擊球練習(xí)裝置中，作為靶屏，使用的是在大致呈正方形的框架11上繃緊固定上由布或樹脂或其復(fù)合材料構(gòu)成的薄屏12，在薄屏12中，還含有金屬線、玻璃纖維、炭纖維等增強(qiáng)材料(線狀或網(wǎng)狀)。靶屏(薄屏主體部分)的大小約為1-2m2，作為框架11，可以使用鋁及鋼的拉制材料、管子等(考慮到操作的關(guān)系，使用重量輕的鋁管是適宜的)。通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整該薄屏12的材質(zhì)及張力，可以吸收打中薄屏12的球17的全部功能，從而可以使球17基本上落到薄屏的正下方。
下面，參照?qǐng)D8-圖11詳細(xì)說明薄屏12和框架11的一個(gè)構(gòu)成例子。如圖8所示，在薄屏12的上部，沿寬度方向的全長將薄屏上端縫制或粘接成袋狀，將上部棒121穿入該袋內(nèi)。薄屏12的下部形成寬度略窄的裙形部13。在薄屏12主體部與裙形部13的分界部分，利用薄屏12和與它縫接或粘接的襯布(塑料薄片等，不論什么樣的薄片都可以)123和上端一樣形成沿寬度方向延伸的袋狀空間，將下部棒122穿入其內(nèi)部。下部棒122比薄屏12主體及裙形部13略向左右伸出，在裙形部13的背面，只在下部126將海棉125固定(粘接)在薄屏12(裙形部13)上。
框架11如圖9所示，由鋁拉制材料即上部橫梁111、左右立柱112和支腳113構(gòu)成。上部橫梁111的截面如圖11所示。固定在薄屏12上部的上部棒121被裝配在上部橫梁111的指定空間111a內(nèi)(該空間111a沿上述橫梁111的全長設(shè)置)，以此使薄屏12懸掛在上部橫梁111上。
如圖10所示，在本實(shí)施例中，左右立柱112和上部橫梁111使用相同的部件，作為上部橫梁111使用時(shí)，將薄屏12的左右邊裝配到懸掛薄屏12的空間112b(狹縫)內(nèi)。該狹縫112b的入口112c的寬度變窄，只略比薄屏12的厚度寬一些，但是內(nèi)部的寬度足可使薄屏12呈波紋狀，下部棒122的左右端部(從薄屏12及裙形部13的左右突出的部分)插入在左右立柱112的內(nèi)部設(shè)置的別的空間112d(長方形孔)內(nèi)。由于該長方形孔112d也是沿左右立柱112的全長設(shè)置的，所以，下部棒122可以上下自由地移動(dòng)。
利用以上結(jié)構(gòu)，當(dāng)球17與薄屏12碰撞時(shí)，由于位于薄屏主體下端的下部棒122可以沿長方形孔112d向上移動(dòng)，所以，薄屏12可以向后方彎曲，幾乎能吸收球17的全部功能。這樣，球17便基本上落到薄屏的正下方。因此，就沒有使球17高速向選手方向返回而引起受傷的危險(xiǎn)性。而且，薄屏12除了球17碰撞時(shí)以外，平時(shí)呈繃緊成平面狀的狀態(tài)，所以在描繪了計(jì)分用的靶等情況，可以進(jìn)行正確的擊靶練習(xí)。另外，球17的碰撞的力量很強(qiáng)時(shí)，薄屏12的左右兩邊被向中央拉，薄屏12的左右邊有可能會(huì)從狹縫112b中拉出來，但是，在本實(shí)施例的左右立柱112中，由于狹縫112b的入口窄，內(nèi)部寬，在狹縫112b入口窄的部分112c處，薄屏12不能呈波紋狀，只能在內(nèi)部寬的部分呈波紋狀，所以該呈波紋狀的部分具有楔子的作用，可以防止從狹縫112b中拉出去。因此，希望狹縫112b內(nèi)部的寬度大于薄屏12呈波紋狀部分的寬度。
落下來的球17首先被海棉125吸收下落能量，從而不能發(fā)生大的彈跳，并且，如圖1所示，通過將構(gòu)成靶屏的薄屏12的下端13向前邊延長，可以自動(dòng)地回到打球地點(diǎn)來，因此，可以有效地回收高爾夫球。另外，也可以不將靶屏的薄屏12直接向下側(cè)延長，而另外安裝返送球的薄屏(機(jī)構(gòu))。如圖7所示，也可以從靶屏的薄屏下端設(shè)置向打球地點(diǎn)變窄的收球框20。這時(shí)，通過將收球框20靠近靶屏一側(cè)的端部固定在框架11的下端，可以防止球17逃逸，同時(shí)，還可以獲得收球框20固定和自立的效果。在圖1和圖7中，用雙點(diǎn)畫線表示在打球地點(diǎn)打球后，打到靶屏上再返回到打球點(diǎn)的球17的軌道18。
和檢測(cè)震源位置的原理一樣，通過最少設(shè)置三個(gè)振動(dòng)檢測(cè)器(聲音檢測(cè)器)，可以檢測(cè)球打在靶屏上的點(diǎn)，但是，在本實(shí)施例的高爾夫球近程擊球練習(xí)裝置中，為了修正聲速的變化，使用了四個(gè)(101-104)聲音檢測(cè)器即微音器。四個(gè)微音器分別設(shè)置在框架11的四個(gè)角上，用來檢測(cè)球17擊中靶屏的薄屏12時(shí)發(fā)生的從空氣中傳播來的碰撞聲音。各微音器101-104與控制器14相連接，控制器14檢測(cè)接收到各微音器101-104檢測(cè)的碰撞聲音的信號(hào)時(shí)的時(shí)刻。
在鋪著人造草坪的墊子16的打球地點(diǎn)也設(shè)置1個(gè)微音器105，用來檢測(cè)球桿19打擊球17時(shí)的聲音。該信號(hào)同樣也傳送給控制器14，檢測(cè)出該時(shí)刻。
CRT、LCD等顯示裝置15與控制器14相連接，在控制器14中進(jìn)行各種解析得到的結(jié)果(后面所述的判斷結(jié)果，得分、指示等)顯示在該顯示裝置15的圖像上，打球后即時(shí)地告知選手。
圖2是表示隨所使用的球桿19規(guī)格及打法而變化的球的各種軌道，由圖可知，球的飛行距離不是僅由打中靶屏的高度唯一地決定的，還隨打出角度及打球速度而變化。因此，在本實(shí)施例的高爾夫球近程擊球練習(xí)裝置中，先根據(jù)靶屏12上球擊中的點(diǎn)的座標(biāo)和從打球時(shí)刻到擊中靶屏12的時(shí)刻之間的時(shí)間計(jì)算球17擊中靶屏12之前的軌道，然后，再根據(jù)它計(jì)算出球17的下落地點(diǎn)、下落速度和下落角度等。進(jìn)而，通過設(shè)定在該下落速度、下落角度和下落時(shí)刻的條件下的球17的下落能量及滾動(dòng)阻力，計(jì)算下落后球17滾動(dòng)的距離。關(guān)于這些計(jì)算方法，后面詳細(xì)說明。
控制器14的電路結(jié)構(gòu)示于圖3。碰撞聲音檢測(cè)器即四個(gè)微間器101-104的信號(hào)首先通過分別設(shè)置的濾波器及放大器106-109。通過濾波器的濾波，可以從微音器101-104的信號(hào)中除去周圍的雜音等成分，只取出指定的碰撞聲音的信號(hào)。通過濾波器及放大器106-109的信號(hào)分為兩部分，一方面將這四個(gè)信號(hào)集中到一起傳送給到達(dá)檢測(cè)電路132，在該處檢測(cè)最早的碰撞聲音。該信號(hào)通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器控制電路134傳送給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器133。從打球點(diǎn)的微音器105發(fā)出的打球聲音信號(hào)同樣也通過濾波器及放大器130等傳送給打球時(shí)刻檢測(cè)電路141，在該處檢測(cè)打球聲音，并傳送給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器控制電路134，靶屏12周圍的四個(gè)微音器101-104的信號(hào)還傳送給A/D變換器131，根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器控制電路134的信號(hào)，只在球17到達(dá)前后的一定時(shí)間將各微音器101-104的檢測(cè)信號(hào)分別進(jìn)行A/D變換后寫入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器133。
各碰撞聲音的數(shù)據(jù)由MPU電路(包括微處理器、ROM、RAM、振蕩電路、譯碼器等)135讀出，為了正確地求出到達(dá)時(shí)間，在根據(jù)復(fù)雜的振動(dòng)的碰撞聲音的波形進(jìn)行預(yù)處理之后，進(jìn)行球17的軌道等及后面所述的各種數(shù)據(jù)的計(jì)算和判斷。MPU電路135將進(jìn)行了這些計(jì)算之后的結(jié)果(評(píng)價(jià)、得分等)傳送給輸出電路136，輸出電路136將這些結(jié)果從監(jiān)視器、打印機(jī)、聲音合成裝置等各種輸出裝置138輸出，告知選手。在控制器14的機(jī)殼上設(shè)有用于選手進(jìn)行后面所述的各種模式的變換及輸入數(shù)據(jù)用的各種鍵和開關(guān)139，這些輸入指令通過輸入電路137傳送給MPU電路135。
其次，說明通過檢測(cè)球17擊中靶屏12時(shí)的碰撞聲音，計(jì)算球17在靶屏12上的碰撞位置的方法和用以修正因聲波傳播媒質(zhì)(這時(shí)為空氣)的溫度的變化而引起的傳播速度的偏差的計(jì)算方法。為簡化說明，設(shè)靶屏12的各邊的邊長為1，并且，不計(jì)球17飛行時(shí)的空氣阻力。
檢測(cè)靶屏上球的碰撞位置如圖14所示，設(shè)正方形靶屏12的四角的座標(biāo)分別為(S1(0，0)，S2(0，1)，S3(1，1)，S4(1，0)，設(shè)球17的碰撞位置的座標(biāo)為P(X，Y)。并且，設(shè)從點(diǎn)P到四角S1-S4的距離分別為L1-L4。如上所述，在四角S1-S4設(shè)有微音器101-104作為碰撞聲音檢測(cè)器。這里，為了后面計(jì)算方便，設(shè)碰撞聲音從點(diǎn)P傳遞到在S1-S4設(shè)置的四個(gè)微音器101-104中某個(gè)離點(diǎn)P最近的微音器的時(shí)間(最短時(shí)間。這是不能直接測(cè)量的)to，設(shè)從該時(shí)刻(碰撞聲音最早到達(dá)微音器的時(shí)刻)到碰撞聲音達(dá)四個(gè)微音器101-104的時(shí)間分別t1，t2，t3，t4(因此，在t1，t2，t3，t4中至少有1個(gè)為0)。
根據(jù)以上的關(guān)系，對(duì)于L1-L4，下列各式成立。即L12＝X2+Y2＝C2·(t0+t1)2…(1)L22＝X2+(Y-1)2＝C2·(t0+t2)2…(2)
L32＝(X-1)2+(Y-1)2＝C2·(t0+t3)2…(3)L42＝(X-1)2+Y2＝C2·(t0+t4)2…(4)其中，C是聲速。從(1)式減去(4)式，可得X為X＝{C2·(t0+t1)2-C2·(t0+t4)2+1}/2 …(5)從(4)式減去(3)式，可得Y為Y＝{C2·(t0+t1)2-C2·(t0+t2)2+1}/2 …(6)(5)式和(6)式中含有未知數(shù)C(聲速)和t0，所以，下面求這些值。
首先，根據(jù)(1)-(4)式，由于(L12+L32)-(L22+L42)＝0的關(guān)系成立，所以，有C2·{2·t0·(t1-t2+t3-t4)+t12-t22+t32-t42}＝0 …(7)這里，由于C2＞0，所以，在t0-t4之間，有如下關(guān)系2·t0·(t1-t2+t3-t4)+t12-t22+t32-t42＝0 …(8)下面，在(8)式中，分別考慮t1-t2+t3-t4≠0和t1-t2+t3-t4＝0的兩種情況。
Ⅰ.t1-t2+t3-t4≠0時(shí)這里，由(8)式可得t0＝-(t12-t22+t32-t42/{2·(t1-t2+t3-t4)} …(9)
令t0+ti＝Ti(i＝1，2，3，4)，將(5)，(6)式代入(1)式，則得C4·{T14+T34-2·T22·(T12-T22+T32)}-2·C2·(T12+T32)+2＝0 …(10)這里，若令a＝T14+T34-2·T22·(T12-T22+T32)b＝-(T12+T32)則(10)式可以表示的二次方程式a·(C2)2+2·b·C2+2＝0 …(101)因C2＞0，Ti＞0，所以，二次方程式(101)的解C2為C2＝{-b-(b2-2·a)1/2｝/a因此，C2＝[(T12+T32)-{(T12+T32)2-2·(T14+T34-2·T22·(T12-T22+T32))}1/2]/{T14+T34-2·T22·(T12-T22+T32)} ……(11)由于Ti與P和Si之間的距離(Li)成正比，所以，和上述(7)式的情況一樣，有如下關(guān)系T12+T32＝T22+T42利用此式整理(11)式，可得C2＝[-{4·(T12+T32)2-(T12-T32)2}1/2+T12+T32]/{T14+T34-2·T22·T42} …(12)
(其中，t1-t2+t3-t4≠0)于是，通過將由(9)式求出的t0和由(12)式求出的C2代入(5)式和(6)式，即可求出球17在靶屏12上的碰撞點(diǎn)的座標(biāo)x，y。
Ⅱ.在(8)式中t1-t2+t3-t4＝0時(shí)這時(shí)，考慮(t1＝t2，，t3＝t4)或(t1＝t4，t2＝t3)的情況。對(duì)此進(jìn)一步分為如下情況Ⅱ-1、t1＝t2，t3-t4并且t1≠t4，t2≠t3時(shí)這時(shí)，由于點(diǎn)P(但靶屏12的中心除外)在通過靶屏12的中心與X軸平行的直線上，所以下列關(guān)系式成立Y＝0.5L12＝L22＝X2+(0.5)2＝C2·(t0+t1)2…(13)L32＝L42＝(X-1)2+(0.5)2＝C2·(t0+t4)2…(14)現(xiàn)在，由于未知數(shù)有四個(gè)，即C(聲速)，t0(碰撞聲音到達(dá)離打擊點(diǎn)P最近的角Si的傳播時(shí)間)，X，Y(打擊點(diǎn)P的座標(biāo))，所以，從上述三式不可能求得這四個(gè)未知數(shù)。因此，對(duì)于C(音速)使用在上述t1-t2+t3＝t4≠0的情況求出的值或25℃時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)聲速(見理科手冊(cè)等)。
這樣，由(13)式和(14)式，可得X＝±{4·C2·(t0+t1)2-1}1/2/2 …(15)由于X≥0，并且為實(shí)數(shù)，所以，真正的解為X＝+{4·C2·(t0+t1)2-1}1/2/2把它代入(13)式，經(jīng)過整理，則得
4·C·tO2·{C2·(t1-t4)2-1}+4·C2·t0·(t1+t4)·{C2·(t1-t4)2-1}+{C2·(t1-t4)2-1}2+4·{C2·(t1-t4)2-1}C2·t1·t4+1＝0在上式中，令[-C2·(t1-t4)2+1]＝A，對(duì)t0求解，可得t0＝{-(t1+t4)+(A-1)1/2/(C2·A)1/2}/2將此式代入(15)式，t1-t4＞0時(shí)，得X＝{(1-A2)1/2+A1/2}/(2·A1/2)t1-t4＜0時(shí)，得X＝{(1-A2)1/2-A1/2}/(2·A1/2)另外，如上所述，y＝0.5Ⅱ-2、t1＝t4，t3＝t2并且t1≠t3，t2≠t4時(shí)這對(duì)，打擊點(diǎn)P(但靶屏的中心除外)在通過靶屏的中心與y軸平等的直線上。
和Ⅱ-1的情況一樣，將C(聲速)作為已知數(shù)處理，可按如下辦法求出t0和y。
令C2·(t1-t2)2-1]＝A，可得t0＝{-(t1+t2)+(A-1)1/2/(C2·A)1/2}/2當(dāng)t1-t2＞0時(shí)，可得Y＝{(1-A2)1/2+A1/2}/(2·A1/2)當(dāng)t1-t2＜0時(shí)，可得Y＝{(1-A2)1/2-A1/2}/(2·A1/2)另外，如上所述，x＝0.5。
Ⅲ-3.t1＝t2＝t3＝t4時(shí)這時(shí)，碰撞點(diǎn)P就是靶屏12的中心，即x＝0.5y＝0.5于是，對(duì)于所有情況都可以求出球17在靶屏12上的碰撞位置的座標(biāo)P(x，y)。將該座標(biāo)標(biāo)值P(x，y)與預(yù)先在靶屏12上描繪的同心圓狀的靶的位置進(jìn)行比較，可以判斷球17擊中了靶的哪個(gè)位置(是中心還是周圍的圓內(nèi))，從而可以進(jìn)行得分的計(jì)算。這些計(jì)算由MPU電路135進(jìn)行。
其次，設(shè)四個(gè)微音器101-104中某個(gè)最早檢測(cè)到碰撞聲音的時(shí)刻為TOO，則球17碰撞靶屏12的時(shí)刻TO為TO＝TOO-tO但是，t1＝t2＝t3＝t4時(shí)，利用t1-t2+t3-t4≠0時(shí)求出的值或25℃時(shí)的聲速值作為聲速C，則TO可以表示為TO＝TOO-21/2(2·C)計(jì)算被打的球的軌道在下面的計(jì)算中使用的變量規(guī)定如下θ球的打出角度;
Tf從球被打出到碰撞靶屏的時(shí)間;
LO從打球點(diǎn)到靶屏的距離;
X靶屏上球的碰撞點(diǎn)P(x，y)的水平方向的座標(biāo)值;
Y靶屏上球的碰撞點(diǎn)P(x，y)的垂直方向的座標(biāo)值;
VO球的打出速度(初速);
TO被打的球到達(dá)靶屏的時(shí)刻(設(shè)打球時(shí)刻為0);
Ls從打球點(diǎn)到檢測(cè)打球時(shí)刻用的微音器的距離;
Hg打球點(diǎn)與落下目標(biāo)點(diǎn)之間的高度差;
Ts打球聲音檢測(cè)時(shí)刻(設(shè)打球時(shí)刻為0);
g重力加速度在上述變量中，從打球點(diǎn)到靶屏的距離LO也可以在設(shè)靶屏12和打球地點(diǎn)的墊子16時(shí)實(shí)際測(cè)量，但是，最好的方法是預(yù)先規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的距離(例如，在2-4m之間用50m的間隔決定標(biāo)準(zhǔn)位置)，由選手選擇其中喜歡的距離設(shè)置打球地點(diǎn)的墊子16，利用按鈕或鍵等進(jìn)行一次操作指定所選擇的距離。另外，還可以在打球點(diǎn)設(shè)置距離傳感器，利用該傳感器測(cè)量到靶屏12的距離，自動(dòng)地將距離數(shù)據(jù)傳送給控制器。
根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程，在時(shí)刻t，球在x方向(球的飛行方向)和y方向(高度方向)的位置分別為x＝(V0·cosθ)·t…(16)y＝(V0·sinθ)·t-g·t2/2 …(17)另外，在時(shí)刻t，球沿x方向和y方向的速度分別為Vx＝V0·cosθ…(18)Vy＝V0·sinθ-g·t…(19)首先，根據(jù)球17的打球聲音傳播到位于打球點(diǎn)的微音器105的時(shí)刻Ts、從打球位置到微音器105的距離Ls和球17碰撞靶屏12的時(shí)刻TO求球17的飛行時(shí)間Tf，則有
Tf＝T0-Ts+Ls/C另外，由于球17的速度與聲速相比，非常小，所以，氣溫引起的聲速變化(約為0.6m/sec/℃)可以不計(jì)。
其次，以打出角度θ和初速V0打出的球17經(jīng)過飛行時(shí)間Tf后到達(dá)離打球點(diǎn)的水平距離為L0的靶屏12，所以，下式成立。即，L0＝V0·Tf·cosθ…(20)沿垂直方向同樣有Y＝(V0·sinθ)·Tf-g·Tf2/2 …(21)由(20)式和(21)式，可以求得打出角度θ為θ＝atan{(1/2)·(2·Y+g·Tf2)/LO} …(22)另外，將(22)式代入(20)式，可得初速度V0為V0＝(1/2)·{4·L02+4·Y2+4·Y·g·Tf2+g2·Tf4}1/2/Tf …(23)可以利用球17的飛行時(shí)間Tf和y(即前面求出的靶屏12上碰撞點(diǎn)P的高度)求出。
下面，將(22)式和(23)式代入關(guān)于垂直方向的位置的運(yùn)動(dòng)方程，可以求出球17的飛行高度H為H＝(T/2)·(2·Y-g·Tf2-g·T·Tf)/Tf當(dāng)球17落到與打球點(diǎn)的高度差為Hg的草砰上時(shí)，令H＝Hg，則可求出飛行時(shí)間Ta為
Ta＝{2·Y+g·T02+(4·Y2+4·Y·g·T02+g2·T04-8·g·Hg·T02)1/2/(2·g·T0) …(24)將這樣求得的Ta和(22)式及(23)代入水平方向的運(yùn)動(dòng)方程(16)式，可以求出球17的飛行距離Lf為Lf＝V0·Ta·cosθ…(25)為了求最高到達(dá)高度Ym，先計(jì)算垂直方向的速度Vy等于0的時(shí)刻Tm，則有Vy＝V0·sinθ-g·tV0·sinθ-g·Tm＝0Tm＝(V0·sinθ)/g把它代入(21)式，可得Ym＝(V02·sin2θ)/(2·g)于是，使全部計(jì)算出了球17在打球后的飛行軌道。MPU電路135在計(jì)算出這些軌道之后，通過輸出電路136，在顯示裝置15上按圖2所示的狀態(tài)顯示該軌道。這時(shí)，當(dāng)然顯示靶屏12的位置，同時(shí)也顯示假定沒有靶屏12時(shí)其后的假想軌道。
計(jì)算著地后球的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上，球17落草坪上時(shí)，要反復(fù)彈跳數(shù)次之后，在草坪上滾動(dòng)后才停止下來。這時(shí)，由于給予球17下旋的量隨球桿的種類、球的種類和打法等而變化，并且每個(gè)落球點(diǎn)處的草坪狀態(tài)都有微小的變化，所以，不可能正確地算出彈跳及滾動(dòng)距離。但是，通過使用下落速度、下落角度、球的質(zhì)量系數(shù)、草坪的硬度和草坪的滾動(dòng)阻力等進(jìn)行計(jì)算，可以將下落后球的運(yùn)動(dòng)模擬得近似實(shí)際。下面，給出一個(gè)模擬這種下落后球的運(yùn)動(dòng)的計(jì)算例子。
首先，求著地時(shí)的下落角度θf和水平方向的速度Vx。表示球17的運(yùn)動(dòng)方向的角度θt可以利用速度的垂直分量Vy和水平分量Vx表示為tgθt＝Vy/Vx將球17到著地時(shí)的時(shí)間Ta和x方向的速度Vx(現(xiàn)在，由于不計(jì)空氣阻力的影響，所以，Vx總是等于初速V0)代入上式，可得著地時(shí)的下落角度θf為tanθf＝{V0·sinθ-g·Ta}/(V0·cosθ)θf＝atan{tanθ-g·Ta/(V0·cosθ)}球17著地時(shí)，由于埋入草坪內(nèi)而吸收掉其一部分動(dòng)能，但是，吸收的程度隨草坪的“硬度”和下落角度θf等而變化。因此，用能量吸收系數(shù)A表示草坪的“硬度”。另外，實(shí)際上球17落到草坪上時(shí)，反復(fù)彈跳數(shù)次后，在草坪上滾動(dòng)后然后才停止，但是，在本裝置中假定著地后立即變?yōu)闈L動(dòng)運(yùn)動(dòng)，并且，先用下式近似表示滾動(dòng)開始時(shí)水平方向的速度Vg。即，Vg＝V0·cosθ·(cos2θf+A·sin2θf)1/2…(26)然后，將滾動(dòng)阻力R和(25)式代入具有負(fù)的恒定加速度的物體的運(yùn)動(dòng)方程，求滾動(dòng)速度Vr變?yōu)?(停止)時(shí)的時(shí)間Tr，則有Vr＝Vg-R·Tr＝0Tr＝Vg/R
然后將R和(25)式，(26)式代入表示具有負(fù)的恒定加速度的物體的移動(dòng)距離的運(yùn)動(dòng)方程，可以求出球的滾動(dòng)距離Lr為Lr＝Vg·Tr-R·Tr2/2上述計(jì)算是假定靶屏12的原點(diǎn)(左下角S1)處于和打球點(diǎn)相同的高度而進(jìn)行的，但是，實(shí)際使用本裝置時(shí)，可以任意使靶屏12比打球點(diǎn)高出若干。這樣在打球點(diǎn)與靶屏12之間設(shè)置高低差時(shí)的側(cè)面圖示于圖5。這時(shí)，如圖5所示，計(jì)算所使用的高度的信息必須在球17的擊中點(diǎn)的高度方向的位置Y上，再加上將靶屏12升高的高度Y。
另外，在此之前的計(jì)算式都是假定在包括打球點(diǎn)和靶屏12的中心的垂直平面內(nèi)飛行的情況，而在球17的飛行軌道左右偏離的情況下，從打球點(diǎn)到靶屏12上的碰撞點(diǎn)P的水平距離L01為L01＝{L02+(X-0.5)2}1/2為了正確地算出球17的飛行距離，必須修正以前的計(jì)算式。
但是，作為高爾夫球的近程擊球練習(xí)裝置，顯示打球結(jié)果時(shí)，對(duì)于練習(xí)者來說，與其用連接打球和下落點(diǎn)的直線距離表示飛行距離，不如用與平行于靶屏12的中心線61的直線正交的線構(gòu)成的坐標(biāo)系表示飛行距離為幾米，向左偏離幾米，另外，在目標(biāo)之前幾米，向右偏離幾米更容易理解。因此，在本裝置中，飛行距離全用Lf表示，滾動(dòng)距離用Lr表示，并且，球17到停止位置的距離用Lf+Lr表示。
其次，由圖6可知，球的下落位置相對(duì)中心線左右偏移Xf有如下關(guān)系
Lf/L0＝Xf/(x-0.5)所以，可得Xf＝[Lf·(X-0.5)]/L0同樣，可得飛行的球17下落后滾動(dòng)停止后的位置偏移Xa為Xa＝[(Lf+Lr)·(X-0.5)]/L0另外，Xa為正時(shí)，表示向右偏移，Xa為負(fù)時(shí)，表示向左偏移。
為了提高高爾夫球技術(shù)，在短時(shí)間內(nèi)可以辦到，但是，必須每天堅(jiān)持?jǐn)[動(dòng)球桿的練習(xí)。但是，每日練習(xí)很單調(diào)，選手也厭煩，不能長期堅(jiān)持。如上所述，使用本擊球練習(xí)裝置作為高爾夫球的近程擊球練習(xí)裝置時(shí)，根據(jù)1次打擊采用的數(shù)據(jù)進(jìn)行上述各種計(jì)算，并將這些結(jié)果以各種形式進(jìn)行顯示(例如，將球的軌道如圖2，圖5和圖6所示的那樣在顯示裝置15上進(jìn)行顯示，或者將靶屏12上的碰撞點(diǎn)與圖1所示的在靶屏上描繪的靶的位置進(jìn)行比較，標(biāo)上分?jǐn)?shù)進(jìn)行得分顯示)，即使每天練習(xí)也不會(huì)厭煩。并且，由于使用的球17和球桿19都是實(shí)際的東西，所以，可以進(jìn)行非常接近實(shí)際的近程擊球狀態(tài)的練習(xí)。另外，由于打出去的球會(huì)自然地回到選手一邊來，所以，不用每次去取球17就可以連續(xù)地進(jìn)行多次擊球，可以有效地進(jìn)行練習(xí)。
下面，說明本發(fā)明的其它實(shí)施例(以下稱為實(shí)施例2)的高爾夫球近程擊球練習(xí)裝置。本實(shí)施例的高爾夫球近程擊球練習(xí)裝置的整體和圖1所示的上述實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)相同，控制器14的電路結(jié)構(gòu)也和圖3所示的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)基本上相同(如后所述，控制器14的電路結(jié)構(gòu)因碰撞位置的計(jì)算方法不同而有若干區(qū)別)。本實(shí)施例在通過檢測(cè)球17碰撞靶屏12時(shí)的碰撞聲音計(jì)算球17在靶屏12上的碰撞位置的方法方面與實(shí)施例1不同。下面，參照?qǐng)D12-圖14說明本實(shí)施例的碰撞位置的計(jì)算方法。為簡化說明，設(shè)微音器101-104位于靶屏的四角，不計(jì)球17運(yùn)動(dòng)時(shí)的空氣阻力。
檢測(cè)靶屏上球的碰撞位置如圖13所示，設(shè)長方形靶屏12的四個(gè)角的坐標(biāo)分別為S1(0，0)，S2(0，My)，S3(Mx，My)，S4(Mx，0)，設(shè)球17的碰撞位置的坐標(biāo)為P(x，y)。并且，設(shè)從點(diǎn)P到四個(gè)角的S1-S4的距離分別為L1-L4。在四個(gè)角S1-S4上和實(shí)施例一樣，設(shè)有作為碰撞聲音檢測(cè)器的微音器101-104(參見圖1)。本裝置測(cè)量碰撞聲音到達(dá)各微音器的時(shí)刻。設(shè)碰撞聲音到達(dá)各個(gè)微音器的時(shí)刻分別為ta1，ta2，ta3，ta4。
為了定出碰撞點(diǎn)，只要知道了從碰撞點(diǎn)到三個(gè)以上的微音器的距離就可以了。下面，說明以微音器101為基準(zhǔn)，并且使用將它夾在當(dāng)中的微音器102和微音器104等三個(gè)微音器的情況。
設(shè)球17與靶屏12碰撞后，由碰撞產(chǎn)生的碰撞聲音到達(dá)微音器101的時(shí)間(以下稱的“碰撞聲音到達(dá)時(shí)間”)為t0(這個(gè)時(shí)間不能直接測(cè)量)，微音器101和微音器102的碰撞聲音到達(dá)時(shí)間之差為t2，微音器101和微音器104的碰撞聲音到達(dá)時(shí)間之差為t4，則有t2＝ta2-ta1…(27)t4＝ta4-ta1…(28)為了將上述時(shí)間t0，t2，t4變換為靶屏12上的坐標(biāo)軸即距離，需要使用聲速。聲速C隨氣溫T而變化，可由下式得到即，
C＝331.5+0.6·T…(29)關(guān)于聲速的詳細(xì)情況，后面敘述。
利用上述聲速C，則從球17碰撞在靶屏12上的位置(碰撞點(diǎn))P到微音器101的距離L0(＝L1)、L0與L2之差Lt2、L0與Lt4之差Lt4可分別表示為L0＝t0·C…(30)Lt2＝t2·C…(31)Lt4＝t4·C…(32)圖13中碰撞點(diǎn)P(x，y)與上述(30)式，(31)式，(32)式關(guān)系可以表示為X2+Y2＝L02…(33)(Mx-X)2+Y2＝(L0+Lt4)2…(34)X2+(My-Y)2＝(L0+Lt2)2…(35)由上述三式可以算出x，y，L0分別為X＝(Mx2-2·L0·Lt4+Lt42)/(2·Mx) …(36)Y＝(My2-2·L0·Lt2+Lt22)/(2·My) …(37)L0＝[{B4·B2·(B2+B4+2·Lt2·Lt4)}1/2-(B4·Lt4·My2+B2·Lt2·Mx2)]/{2·(B2·Mx2+B4·My2-Mx·My)} …(38)或者L0＝[-{B4·B2·(B2+B4+2·Lt2·Lt4)}1/2-(B4·Lt4·My2+B2·Lt2·Mx2)]/{2·(B2·Mx2+B4·My2-Mx·My)} …(39)
其中，B2＝My2-Lt22B4＝Mx2-Lt42L0有兩個(gè)解，但是，碰撞點(diǎn)P位于以S1，S2，S3，S4為頂點(diǎn)的長方形之內(nèi)時(shí)，(38)式為碰撞點(diǎn)P到S1的距離。對(duì)于其它情況，以后詳細(xì)說明。提高精度和可靠性的方法在上述計(jì)算方法中使用的測(cè)量值(碰撞聲音到達(dá)時(shí)刻)為三個(gè)，即ta1，ta2，ta4。這里，再使用另一個(gè)測(cè)量值ta3，對(duì)于碰撞點(diǎn)P(x，y)，用四種方法可以得到四個(gè)解，求這四個(gè)解的平均值就可以減小誤差，提高精度。
另外，將這四個(gè)解進(jìn)行比較，只要它們的差值在某一設(shè)定值范圍內(nèi)，就是正常的，如果大于設(shè)定值，則斷定為有某種測(cè)量錯(cuò)誤，通過進(jìn)行異常處理，可以提高可靠性。
測(cè)量聲速C如上所述，為了計(jì)算球17的碰撞位置，需要使用所產(chǎn)生的碰撞聲音在空氣中的傳播速度(聲速)的數(shù)值。不要求高精度時(shí)或氣溫一定時(shí)，可以使用預(yù)先設(shè)定的聲速計(jì)算碰撞位置。氣溫變化大時(shí)或要求高精度時(shí)，必須測(cè)量聲速或氣溫。下面，作為求聲速的方法，說明使用熱敏電阻等溫度傳感器的方法和分析從設(shè)置的四個(gè)以上的微音器得到的數(shù)據(jù)的方法。
(1)使用熱敏電阻等溫度傳感器的方法這個(gè)方法是通過例如在圖3所示的控制器14的電路結(jié)構(gòu)中增加圖12所示的溫度檢測(cè)電路來測(cè)量氣溫T的。這時(shí)，檢測(cè)溫度的熱敏電阻152的輸出信號(hào)經(jīng)放大器154放大后輸送給A/D變換器156。輸入A/D變換器156的信號(hào)值變換為數(shù)字信號(hào)后，輸入MPU電路135。于是，MPU電路135得到氣溫T后，利用C＝331.5+0.6·T(米/秒)計(jì)算出聲速C。另外，在圖12中示出的例子是將氣溫T的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行A/D變換后輸入MPU電路的，但是，除此之外，還可以考慮進(jìn)行電壓/頻率變換及電壓/脈沖寬度變換，將模擬信號(hào)直接輸入MPU電路等很多方法。將模擬信號(hào)直接輸出MPU電路時(shí)，例如按照程序監(jiān)視輸入信號(hào)，通過測(cè)量頻率及脈沖寬度，就可以得到氣溫T的數(shù)字值。
(2)分析從設(shè)置的四個(gè)以上的微音器得到的數(shù)據(jù)的方法考慮圖13所示的在四個(gè)角S1-S4設(shè)置微音器的情況，這時(shí)，碰撞點(diǎn)P(x，y)和設(shè)置微音器的四個(gè)角的坐標(biāo)S1(0，0)，S2(0，My)，S3(Mx，My)，S4(Mx，0)之間，如下關(guān)系式成立。
即，L12＝X2+Y2…(40)L22＝X2+(Y-My)2…(41)L32＝(X-Mx)2+(Y-My)2…(42)L42＝(X-Mx)2+Y2…(43)其中，Li(i＝1-4)為從碰撞點(diǎn)到各個(gè)微音器的距離。另外，利用聲速和時(shí)間表示它們，則有
L12＝C2·(t0+t1)2…(44)L22＝C2·(t0+t2)2…(45)L32＝C2·(t0+t3)2…(46)L42＝C2·(t0+t4)2…(47)其中，t0是從碰撞聲音的發(fā)生開始到碰撞聲音到達(dá)基準(zhǔn)微音器為止的時(shí)間(碰撞聲音到達(dá)時(shí)間)，ti(i＝1～4)是基準(zhǔn)微音器檢測(cè)到碰撞聲音的檢測(cè)時(shí)刻與各微音器檢測(cè)到碰撞聲音的檢測(cè)時(shí)刻之差。
由(40)式-(47)式，可得2·t0·(t1-t2+t3-t4)+t12-t22+t32-t42＝0 t0＝-(t12-t22+t32-t42)/{2·(t1-t2+t3-t4)} …(48)這里，為了使表達(dá)式簡單化，令T1＝t0+t1T2＝t0+t2T3＝t0+t3T4＝t0+t4于是，由(40)式-(47)式，可得{(T42-T12)·Mx2-(T22-T12)·My2}·C4-2·My2·Mx2·(T42+T22)·C2+Mx2·My2·(Mx2+My2)＝0 …(49)
令a＝(T42-T12)·Mx2-(T22-T12)·My2b＝My2·Mx2·(T42+T22)c＝Mx2·My2·(Mx2+My2)則上式可以表示為二次方程式a·(C2)2-2·b·(C2)+c＝0 …(50)由C2＞0，Ti＞0，可得C2＝{b-(b2-a·c)1/2}/a由C＞0，得C＝[{b-(b2-a·c)1/2}/a]1/2有時(shí)，由于微音器的配置位置和球的碰撞位置之間的關(guān)系不能算出聲速。例如，在tal＝ta2，tal＝ta4，ta3＝ta2，ta3＝ta4的條件中的某一個(gè)成立時(shí)，(48)式的分母2·(t1-t2+t3-t4)便等于0，就不能進(jìn)行計(jì)算了。這時(shí)，就用氣溫未發(fā)生急劇變之前求出的聲速C代替。與此相反，使用上述溫度傳感器的方法，可以與碰撞位置無關(guān)地求出聲速C，所以，在這一方面比本方法有利。
如上所述，計(jì)算出聲速C，利用(31)，(32)，(38)，(39)式求出Lt2，Lt4，L0，并把它們代入(36)和(37)式，在本實(shí)施例中也可以計(jì)算出碰撞點(diǎn)P的位置(x，y)。并且，計(jì)算出碰撞位置(x，y)后，和實(shí)施例1一樣，就可以進(jìn)行被打的球的軌道的計(jì)算和著地后球的運(yùn)動(dòng)的計(jì)算。
至此，如圖13所示，雖然說的是將各微音器設(shè)置在靶屏12的四個(gè)角，碰撞點(diǎn)P位于以它們?yōu)轫旤c(diǎn)的長方形之內(nèi)的情況，但是，碰撞點(diǎn)P如圖14所示的那樣位于微音器以外時(shí)也可以進(jìn)行計(jì)算。下面，說明將碰撞點(diǎn)P的范圍擴(kuò)大到各微音器構(gòu)成的長方形外側(cè)的情況。
在前面的計(jì)算中L0有(38)式及(39)式給出的兩個(gè)解。在圖14中沒有畫斜線的范圍內(nèi)，給出L0的一個(gè)解的(38)式表示碰撞點(diǎn)P，在圖14中畫斜線的范圍內(nèi)，給出L0的另一個(gè)解的(39)式表示碰撞點(diǎn)P。這樣，通過已說明過的用以檢測(cè)碰撞位置的計(jì)算，求出了L0的兩個(gè)值，不能唯一地確定碰撞點(diǎn)P。另外，在用以檢測(cè)碰撞位置的計(jì)算中，由于所需要的微音器的數(shù)據(jù)(碰撞聲音檢測(cè)時(shí)刻)是ta1，ta2，ta3，ta4中的3個(gè)，所以，所使用的微音器的數(shù)據(jù)組合有四種，因此，用四種方法進(jìn)行上述用以檢測(cè)碰撞位置的計(jì)算時(shí)，總共可以得到八個(gè)解。這八個(gè)解中必然包含四個(gè)以上表示碰撞點(diǎn)P的L0。因此，如果這八個(gè)解中同樣的數(shù)值有四個(gè)以上，則該數(shù)值就是表示碰撞點(diǎn)P的L0。
如上所述，通過使用四個(gè)微音器，只要碰撞點(diǎn)P的位置是在微音器所在的平面上，都可以進(jìn)行檢測(cè)。此外，通過設(shè)置五個(gè)以上的微音器，也可以不限于平面上，而應(yīng)用立體的空間坐標(biāo)。
如果使用由五個(gè)以上的微音器檢測(cè)立體空間中的位置，則可以不像圖1所示的那樣在打球點(diǎn)設(shè)置微音器105，也可以檢測(cè)球的擊打位置和時(shí)刻。因此，利用這個(gè)方法，不在特定的位置而從任意的位置打球，都可以模擬球的運(yùn)動(dòng)。這時(shí)，可以共用碰撞位置檢測(cè)用的微音器，也可以另外設(shè)置用以檢測(cè)打出位置的微音器。
另外，由于從球被打出到到達(dá)靶的時(shí)間范圍是可以大致設(shè)想的，所以，在打球檢測(cè)電路141輸出的信號(hào)到達(dá)圖3中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器控制電路134后，在指定的時(shí)間內(nèi)，除了A/D變換器131輸出的信號(hào)外，都不用寫入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器133。這樣，便可大大減少外部噪音引起的誤動(dòng)作。
上述實(shí)施例1及實(shí)施例2的計(jì)算方法只是一個(gè)例子，除此之外，還可以使用各種計(jì)算方法。例如，微音器的安裝位置可以不在圖1所示的靶屏的四個(gè)角，而安裝在菱形的位置或其它考慮了練習(xí)裝置周圍的空間的任意位置。這時(shí)，檢測(cè)球的碰撞位置P(x，y)的計(jì)算式隨微音器的配置而變化。但是，這時(shí)也只需改變上述x，y的計(jì)算式就可以了，計(jì)算出碰撞位置P(x，y)之后，軌道計(jì)算可以仍按上述例子中的方法進(jìn)行。
另外，在上述實(shí)施例1和實(shí)施例2的計(jì)算中，沒有考慮球17在飛行中的空氣阻力，但是，在近程擊球時(shí)，球17的飛行距離比較短，球17的飛行速度也不太大，而球17的質(zhì)量足夠大，所以，不能忽略飛行中的空氣阻力。同樣，計(jì)算中也沒有考慮球17的轉(zhuǎn)動(dòng)引起的飛行運(yùn)動(dòng)的變化及著地后的制動(dòng)效果。此外，落到草坪上的球17被草坪吸收一部分動(dòng)能，彈跳高度逐漸地降低，最后變?yōu)闈L動(dòng)。滾動(dòng)時(shí)由于草坪的滾動(dòng)阻力也吸收動(dòng)能，都會(huì)使球停止。這些轉(zhuǎn)動(dòng)效果、彈跳時(shí)的能量吸收、滾動(dòng)阻力等隨球17及草坪的條件而不同，但是，通過預(yù)先在典型條件下實(shí)際測(cè)量被打擊的球17的飛行距離及最初著地后的滾動(dòng)距離等，確定出各種參量的典型值，就可以考慮這些因素?；蛘撸ㄟ^選手對(duì)這些典型值進(jìn)行任意改變，可以進(jìn)行與各種條件相對(duì)應(yīng)的軌道計(jì)算。
考慮到在室內(nèi)使用本練習(xí)裝置時(shí)，最好采用框架11是由管子構(gòu)成的組裝式結(jié)構(gòu)，此外，為安全起見，最好在靶屏與打球點(diǎn)之間設(shè)置拉網(wǎng)(當(dāng)然，網(wǎng)孔應(yīng)小于球)和固定拉網(wǎng)及框架11的配件等。
本發(fā)明的物體碰撞位置檢測(cè)裝置，可以檢測(cè)球等飛行體與指定的靶等碰撞的位置，所以，不只限于高爾夫球的練習(xí)，還可以用于各種比賽的射擊練習(xí)及投擲練習(xí)和游戲。例如，可以用于棒球的擊球和投球練習(xí)、網(wǎng)球練習(xí)、美式橄欖球的投擲練習(xí)和游戲槍的射擊練習(xí)等，另外，作為靶子，也可以不像上述實(shí)施例那樣準(zhǔn)備特別的靶屏，例如可以在原有的墻壁上安裝三個(gè)以上的振動(dòng)檢測(cè)器(微音器等)而構(gòu)成。并且，在具有球等飛行體的射出時(shí)刻檢測(cè)器時(shí)，不僅可以計(jì)算碰撞位置，還可以計(jì)算飛行體的軌道包括碰撞后的假想軌道，所以，可以非常有效地進(jìn)行高爾夫球的擊球練習(xí)及棒球的擊球練習(xí)和網(wǎng)球練習(xí)等。另外，以本發(fā)明的基本功能為基礎(chǔ)，通過增加輸入各種參量和數(shù)據(jù)處理，可以進(jìn)一步進(jìn)行各種模式的練習(xí)和游戲，從而可以擴(kuò)大應(yīng)用范圍。
權(quán)利要求
1.物體碰撞位置檢測(cè)裝置，其特征在于具有碰撞聲音檢測(cè)器和運(yùn)算器，碰撞聲音檢測(cè)器設(shè)置在檢測(cè)范圍周圍的不在同一直線上的至少三個(gè)地方；運(yùn)算器根據(jù)各碰撞聲音檢測(cè)器檢測(cè)到碰撞聲音的時(shí)刻計(jì)算檢測(cè)范圍內(nèi)的物體碰撞位置。
2.按權(quán)利要求1所述的物體碰撞位置檢測(cè)裝置，其特征在于還具有射出時(shí)刻檢測(cè)器和第2運(yùn)算器，射出時(shí)刻檢測(cè)器用于檢測(cè)發(fā)生碰撞的物體從指定的地點(diǎn)射出的時(shí)刻;第2運(yùn)算器根據(jù)各碰撞聲音檢測(cè)器檢測(cè)到碰撞聲音的時(shí)刻和射出時(shí)間檢測(cè)器檢測(cè)到的射出時(shí)刻，計(jì)算從物體從射出地點(diǎn)射出開始到物體碰撞時(shí)為止的移動(dòng)時(shí)間，進(jìn)而根據(jù)該移動(dòng)時(shí)間和運(yùn)算器算出的物體碰撞位置計(jì)算碰撞之前物體的軌道和碰撞之后的假想軌道。
3.擊球練習(xí)裝置，其特征在于具有靶屏、碰撞聲音檢測(cè)器和運(yùn)算器，靶屏由繃緊固定在框架上的薄屏構(gòu)成;在上述靶屏的周圍至少設(shè)置三個(gè)碰撞聲音檢測(cè)器;運(yùn)算器根據(jù)各碰撞聲音檢測(cè)器檢測(cè)到碰撞聲音的時(shí)刻，計(jì)算飛行體在靶屏上的碰撞位置。
4.按權(quán)利要求3所述的擊球練習(xí)裝置，其特征在于還具有射出時(shí)刻檢測(cè)器和第2運(yùn)算器，射出時(shí)刻檢測(cè)器設(shè)在靶屏的前方，用于檢測(cè)物體從射出地點(diǎn)射出的時(shí)刻;第2運(yùn)算器在接到各碰撞聲音檢測(cè)器和射出時(shí)刻檢測(cè)器的檢測(cè)信號(hào)后，計(jì)算飛行體從射出地點(diǎn)射出開始到飛行體與靶屏碰撞時(shí)為止的飛行時(shí)間，進(jìn)而根據(jù)該飛行時(shí)間和運(yùn)算器計(jì)算出的碰撞位置，計(jì)算與靶屏碰撞之前飛行體的軌道和碰撞后的假想軌道。
5.按權(quán)利要求4所述的擊球練習(xí)裝置，其特征在于具有顯示器，用于顯示運(yùn)算器或第2運(yùn)算器計(jì)算的結(jié)果，即飛行體在靶屏上的碰撞位置、飛行體的軌道等。
6.按權(quán)利要求3-5所述的擊球練習(xí)裝置，其特征在于在靶屏的薄屏上描繪著飛行體的碰撞目標(biāo)點(diǎn)和得分區(qū)域。
7.按權(quán)利要求3-6所述的擊球練習(xí)裝置，其特征在于飛行體是高爾夫球，射出時(shí)刻檢測(cè)器是檢測(cè)用球桿打擊高爾夫球的發(fā)出的打球聲音的打球聲音檢測(cè)器。
8.按權(quán)利要求7所述的擊球練習(xí)裝置，其特征在于靶屏的薄屏從框架的下端延長到打球地點(diǎn)，以使與薄屏碰撞后的球能返回到打球地點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供高爾夫球的近程擊球，使用游戲槍的射擊或棒球的擊球等所有的打擊比賽的練習(xí)和游戲用的裝置。在與射出球17等的位置16相對(duì)的方向設(shè)置靶屏12，并在其周圍至少三個(gè)地方和射出位置設(shè)置檢測(cè)球17的碰撞聲音的微音器101—105。在控制器14中通過分析各微音器的檢測(cè)時(shí)刻計(jì)算球17的飛行時(shí)間和靶屏上的碰撞位置及球17的軌道。
文檔編號(hào)A63B69/00GK1109374SQ94103559
公開日1995年10月4日 申請(qǐng)日期1994年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月31日
發(fā)明者宮原隆和 申請(qǐng)人:株式會(huì)社榆樹