Измерение характеристик движения объекта

Измерение характеристик движения объекта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для измерения или определения характеристик движения объекта или объекта и мяча посредством детектирования изменений в пучках как, например, прерывания пучков электромагнитных волн, при этом объектом является край или проецированный край ударной поверхности орудия. Изобретение особенно, но не исключительно относится к способу и устройству для измерения или определения характеристик движения по существу прямого края или плоской поверхности, как, например, переднего края или ударной поверхности клюшки для игры в гольф. Кроме того, изобретение особенно, но не исключительно относится к способу и устройству для измерения или определения характеристик движения мяча, по которому ударили по существу прямым краем или плоской поверхностью как, например, мяча для игры в гольф, по которому ударили ударной поверхностью клюшки для игры в гольф.

Из предшествующего уровня техники известны различные устройства, которые предназначены для измерения определенных характеристик движения ударных поверхностей клюшек для игры в гольф и мячей для игры в гольф посредством детектирования прерывания пучков электромагнитных волн.

В патентах США № 4150825 на имя Уильсона, 4542906 на имя Такасе и др., 5333874 на имя Арнольда и др., 5481355 на имя Иидзима и др. и 5626526 на имя Пао и др., во всех описываются устройства, которые, как утверждается, измеряют определенные характеристики движения мяча для игры в гольф, проходящего через один или большее число по существу вертикальных, плоскостных рядов оптических пучков, и датчики, расположенные по ходу на сравнительно коротком расстоянии от исходного положения мяча.

В патенте США № 4254956 на имя Руснака описывается устройство, которое, как говорится, измеряет определенные характеристики движения тени от головки клюшки для игры в гольф, проходящей над матом, который содержит горизонтальный плоскостной ряд оптических датчиков, при этом тень создается единственной верхней лампой, которая отбрасывает по существу вертикальные оптические пучки. Это устройство служит также средством для определения вертикальной высоты клюшки для игры в гольф.

В патенте США № 4630829 на имя Уайта описывается устройство, которое, как утверждается, измеряет скорость головки клюшки для игры в гольф, проходящей через две пары по существу горизонтальных, поперечных оптических пучков.

В патенте США № 6302802 на имя Пао описывается устройство, которое, как говорится, измеряет определенные характеристики движения мяча для игры в гольф и головки клюшки для игры в гольф, проходящих через единственный плоскостной ряд оптических пучков, и датчики, расположенные по ходу на сравнительно коротком расстоянии от исходного положения мяча. Плоскостной ряд оптических пучков ориентирован под углом, который является средним между горизонталью и вертикалью. Все измерения проводятся после завершения удара и контакта между клюшкой и мячом, когда клюшка уже не обладает характеристиками, относящимися к удару.

Ни в одном из этих описаний прототипов не описывается устройство, которое может точно измерить важные характеристики движения ударной поверхности клюшки для игры в гольф или ударной поверхности клюшки для игры в гольф и мяча. В настоящем изобретении предпринимается попытка устранить многие из недостатков, присущих предшествующему уровню техники.

Изобретение, в частности, определено в прилагаемой формуле изобретения на способ и устройство, которая инкорпорирована в описание изобретения в качестве отсылки.

Настоящее изобретение связано с пониманием того, что различные характеристики движения объекта, движущегося в плоскости, могут быть определены по прерыванию или восстановлению пучков в той плоскости, где пучки расположены под разными углами друг к другу. Кроме того, пучки могут быть расположены под острыми углами к направлению движения или намеченному направлению движения.

Один аспект изобретения связан с пониманием того, что относительное направление и относительная скорость объекта, движущегося в плоскости, могут быть определены по продолжительности - и разностям продолжительностей - между прерываниями в двух парах параллельных пучков в той плоскости, где эти пары пучков расположены под разными относительными углами, при условии, что имеется определенное знание относительно формы той части объекта, которая первая прерывает пучки.

Дополнительный аспект изобретения связан с пониманием того, что относительный угол и относительное смещение по существу прямого края, движущегося в плоскости, могут быть определены по продолжительностям - и разностям продолжительностей - между прерываниями множества пучков в той плоскости, где, по меньшей мере, три или четыре пучка расположены под разными относительными углами друг к другу, при условии, что имеется определенное знание относительно формы той части объекта, которая первая прерывает пучки.

Еще один аспект изобретения связан с пониманием того, что относительное направление и относительная скорость объекта, движущегося в плоскости, могут быть определены по продолжительностям - и разностям продолжительностей - между прерываниями и восстановлениями двух пучков в той плоскости, где пучки расположены под разными относительными углами, при условии, что имеется определенное знание относительно формы той части объекта, которая первая прерывает и первая восстанавливает пучки.

В приложении к взмаху при игре в гольф первый указанный аспект изобретения связан с пониманием того, что относительное направление и относительная скорость движущегося мяча или движущейся ударной поверхности клюшки для игры в гольф, проецированные на по существу горизонтальную плоскость, могут быть определены по продолжительностям - или разностям продолжительностей - между прерываниями в двух парах параллельных пучков в той плоскости, где пары пучков расположены под разными относительными углами.

Второй указанный аспект изобретения связан с пониманием того, что относительный угол и относительное смещение движущейся ударной поверхности клюшки для игры в гольф, проецированные на по существу горизонтальную плоскость, могут быть определены по продолжительностям - или разностям продолжительностей - между прерываниями множества пучков в той плоскости, где, по меньшей мере, три или четыре пучка расположены под разными относительными углами друг к другу.

Третий указанный аспект изобретения связан с пониманием того, что относительное направление и относительная скорость движущегося мяча для игры в гольф, проецированные на по существу горизонтальную плоскость, могут быть определены по продолжительностям - и разностям продолжительностей - между прерываниями и восстановлениями двух пучков в той плоскости, где пучки расположены под разными относительными углами.

Необходимо учесть, что во всем этом описании изобретения и в прилагаемой формуле изобретения характеристики движения, которые проявляются в трех измерениях, могут быть показаны и математически обработаны в виде проекций на двухмерную плоскость, которая иногда называется общей плоскостью. В предпочтительном варианте выполнения устройства, которое измеряет характеристики движения мяча для игры в гольф и ударной поверхности клюшки для игры в гольф, бóльшая часть характеристик движения рассматривается в качестве проекций на общую горизонтальную плоскость. Кроме того, рассчитывается вертикальная составляющая характеристик движения, но отдельным средством.

Теперь изобретение будет конкретнее описано со ссылкой на сопровождающие чертежи на фиг.1-10(b), на которых только в качестве примера показан вариант осуществления изобретения, подходящий в качестве устройства для измерения характеристик движения ударной поверхности клюшки для игры в гольф и мяча для игры в гольф, по которому ударили ударной поверхностью клюшки для игры в гольф.

Описание чертежей

Фиг.1 - схематический вид сверху области детектирования устройства, подходящего для измерения характеристик движения ударной поверхности клюшки для игры в гольф и мяча для игры в гольф и содержащего средство излучения пучков и средство детектирования пучков. Кроме того, на этой фигуре показан мяч для игры в гольф, находящийся в положении до удара по нему клюшкой, а также показана воображаемая линия и стрелка, отображающие намеченное направление движения мяча справа налево. Средство излучения, показанное в верхней части фигуры, излучает пять пар пучков, которые детектируются средством детектирования, показанным в нижней части этой фигуры. Каждая пара пучков представляет собой два пучка с обратными углами, которые пересекаются на линии намеченного направления движения мяча. На этой фигуре каждый пучок имеет опознавательное обозначение, и эти обозначения приведены в нижней части фигуры для пучков, излучаемых в переднем направлении, и в верхней части фигуры для пучков, излучаемых в обратном направлении.

Для удобства во всем этом описании изобретения и в прилагаемой формуле изобретения углы к намеченному направлению, которые имеют равную величину, но расположены при противоположных поворотах относительно намеченного направления, будут называться углами, "обратными" друг к другу. Любая ссылка на пучки, расположенные при "противоположном повороте" или "одинаковом повороте" относительно намеченного направления, касается направления - а не величины - поворота пучка относительно намеченного направления, при этом следует также отметить, что пучки обычно имеют ориентацию от излучателя к детектору. Для удобства во всем этом описании изобретения и в прилагаемой формуле изобретения делается также ссылка на "намеченное направление". При двухмерном измерении оно обычно обозначает наиболее типичное направление движения измеряемого объекта и обычно будет соответствовать целевому направлению или намеченному направлению. Однако в некоторых случаях фактическое целевое направление иногда может отличаться от типичного направления. При трехмерном измерении термин "намеченное направление" будет относиться к типичному целевому или намеченному направлению движения, проецированному на общую плоскость.

Три пары пучков расположены на входной стороне между клюшкой и мячом, т.е. справа, а два пучка расположены на выходной стороне, т.е. слева. Две пары из пар пучков на входной стороне имеют пучки, которые параллельны друг другу и имеют точки пересечения, расположенные на расстоянии друг от друга. Третья пара пучков расположена при других обратных углах, но имеет свою точку пересечения, совпадающую с точкой пересечения одной из других пар. Обе пары пучков на выходной стороне имеют пучки, которые параллельны друг другу и имеют точки пересечения, расположенные на расстоянии друг от друга.

Фиг.2 - увеличенный вид центральной входной области устройства, изображенного на фиг.1, при этом для ясности исключена третья пара пучков. Кроме того, на этой фигуре показаны четыре изображения ударной поверхности клюшки, приближающейся к мячу, при этом каждое изображение показывает положение ударной поверхности клюшки, когда она первой прерывает каждый из четырех пучков. Каждое изображение относится к по существу плоской поверхности или переднему краю ударной поверхности клюшки, проецированному на горизонтальную плоскость. Кроме того, на этой фигуре показаны различные линии построения и углы, используемые при определении направления и скорости ударной поверхности клюшки.

Фиг.3 - вид, сходный с видом на фиг.2, за исключением того, что в этом случае исключенной парой пучков является та, которая имеет свою точку пересечения, расположенную на расстоянии от других точек пересечения. Кроме того, на этой фигуре показаны различные линии построения и углы, используемые при определении угла ударной поверхности клюшки.

Фиг.4 - вид, сходный с видом на фиг.2, но содержащий воображаемую прямую линию, проходящую через средние точки изображений ударной поверхности клюшки. Кроме того, на этой фигуре показаны различные линии построения и углы, используемые при определении положений ударной поверхности клюшки относительно точки удара по мячу.

Фиг.5 - увеличенный вид центральной выходной области устройства, изображенного на фиг.1. Кроме того, на этой фигуре показаны четыре дополнительных изображения мяча после удара, нанесенного по мячу в направлении справа по намеченному направлению. На каждом изображении показано положение мяча, когда он первый прерывает каждый из четырех пучков. Кроме того, на этой фигуре показаны различные линии построения и углы, используемые при определении направления движения и скорости мяча.

Фиг.6 - увеличенный вид центральной выходной области устройства, изображенного на фиг.1, но в этом случае имеющего только одну пару пересекающихся пучков. Кроме того, на этой фигуре показаны четыре дополнительных изображения мяча после удара, нанесенного по мячу в направлении справа по намеченному направлению подобно тому, что показано на фиг.5. На каждом изображении показано положение мяча, когда он первый прерывает и первый восстанавливает каждый из двух пучков. Кроме того, на этой фигуре показаны различные линии построения и углы, используемые при определении направления движения и скорости мяча.

Фиг.7 - вид, сходный с видом на фиг.1, но имеющий дополнительную пару пучков на выходной стороне, которая представляет собой два пучка с обратными углами и со своими точками пересечения, лежащими на линии намеченного направления движения мяча, но расположенными на расстоянии от точек пересечения других пучков. Пучки в этой паре параллельны пучкам в других парах в выходной области.

В описании предпочтительного варианта осуществления изобретения средство излучения и средство детектирования могут называться соответственно «излучателем» и «детектором».

Фиг.8 - схематический вид сверху устройства, показанного на фиг.7. На этой фигуре показаны отражатель излучателя, отражатель детектора и поверхность площадки для игры. Этот вид содержит изображение центральных коллимированных пучков, показанных пунктирными линиями.

Фиг.9 - схематический местный вид сверху устройства на фиг.8, показывающий выполнение устройства под поверхностью площадки для игры в гольф при сохранении изображений отражателя излучателя и отражателя детектора. Этот вид содержит изображение неколлимированных пучков, показанных пунктирными линиями.

Фиг.10 - вид сбоку в разрезе по линии Х-Х устройства, показанного на фиг.8 и 9. Это выполнение устройства подходит для детектирования характеристик движения при ударе "гольф", когда по мячу ударяют из положения первого удара.

Фиг.11 - вид, сходный с видом на фиг.10, но в этом случае выполнение устройства подходит для детектирования характеристик движения при ударе толканием.

Фиг.12 - вид, сходный с видом на фиг.10, но в этом случае отражатель детектора имеет высоту меньше, чем высота отражателя излучателя.

Фиг.13 - вид в большем масштабе нижнего правого угла устройства, показанного на фиг.8. На этом виде показана часть отражателя детектора.

Ниже приводится перечень позиций, используемых на чертежах:

1. Устройство

2. Средство излучения

3. Средство детектирования

4. Мяч в исходном положении

5. Линия, показывающая намеченное направление полета

6. Пучок

7. Точка пересечения пучком

8. Изображение движущейся ударной поверхности клюшки

9. Изображение движущегося мяча

10. Поверхность площадки для игры

11. Источник излучения и первая линза излучателя

12. Отражатель излучателя

13. Блок матрицы излучателей

14. Основание средства излучения

15. Детектор

16. Отражатель детектора

17. Средство экранирования детектора

18. Блок матрицы детекторов

19. Основание средства детектирования

20. Опора основания отражателя детектора при наружном расположении

21. Опора основания отражателя детектора при внутреннем расположении

22. Фасетка отражателя

23. Металлизированная поверхность фасетки отражателя

Измерение движения ударной поверхности клюшки

Отсылаем к фиг.1-4, где устройство содержит три пары пучков F1-B1, F2-B2 и F3-B3. Каждая пара представляет собой два пересекающихся пучка, которые по существу лежат в горизонтальной плоскости. Пучки расположены относительно мяча таким образом, что ударная поверхность клюшки прерывает их до удара по мячу.

Точки пересечения каждой пары пучков лежат на прямой линии, которая проходит через центр мяча и лежит в горизонтальной плоскости. Кроме того, она совпадает с проекцией намеченного направления полета мяча на горизонтальную плоскость или "намеченным направлением". Пучки F1 и F2 расположены под равными углами, S, к намеченному направлению. Пучки В1 и В2 также расположены под равными углами, S, к намеченному направлению, но в противоположных направлениях поворота относительно направлений поворота пучков F1 и F2, т.е. они расположены при "обратных" углах друг к другу. Пучки F3 и В3 подобным же образом расположены при обратных углах друг к другу, но в этом случае под углом Т к намеченному направлению полета мяча. На фигурах углы S и T показаны равными соответственно 75° и 65°. При установлении этих углов необходимо учитывать следующие принципиальные соображения. Углы пучков F1-B1, F2-B2 и F3-В3 относительно намеченного направления должны превышать максимальные пределы угла ударной поверхности клюшки, по которой делается измерение. Для получения достаточной точности углы пучков F3-B3 должны значительно отличаться от углов пучков F1-B1 и F2-B2. Чтобы свести к минимуму длину средства излучения и средства детектирования, углы должны быть максимизированы в пределах конструктивных ограничений. Выбранные углы являются балансом между этими отчасти противоположными соображениями.

Точки пересечения пар пучков F2-B2 и F3-B3 являются совпадающими. Они расположены на небольшом расстоянии от края мяча, достаточном для обеспечения того, чтобы пучки проходили мимо поверхности мяча. На фигуре это расстояние показано равным 5 мм. Точка пересечения пары пучков F1-B1 находится на некотором расстоянии от совместной точки пересечения пар пучков F2-B2 и F3-B3. На фиг.2 и 4 это расстояние показано равным 50 мм, а на других фигурах - равным 60 мм.

На каждой из фигур показан один и тот же пример движения при взмахе клюшкой, который преднамеренно сделан несовершенным в отношении направления движения клюшки, угла ударной поверхности клюшки и положения ударной поверхности клюшки относительно точки удара по мячу. Направление движения клюшки показано под углом -U относительно намеченного направления. Угол ударной поверхности клюшки показан как угол +Z относительно направления ударной поверхности клюшки и, следовательно, -(U-Z) к намеченному направлению. Положение ударной поверхности клюшки при ударе показано при нанесении удара со смещением от центра ближе к носку клюшки.

Устройство выполнено с возможностью определения направления движения клюшки, скорости клюшки, угла ударной поверхности клюшки и положения ударной поверхности клюшки с применением способов вычисления, которые начинаются с точкой регистрации моментов времени, в которые первыми прерываются шесть пучков на входной стороне. Для удобства во всем этом описании изобретения характеристика, относящаяся к положению ударной поверхности клюшки при ударе, будет называться "смещением" ударной поверхности клюшки.

Направление ударной поверхности клюшки

Определение направления движения клюшки основывается на понимании того, что расстояние, проходимое любой точкой на ударной поверхности клюшки между двумя параллельными пучками F1 и F2 или двумя параллельными пучками В1 и В2, будет изменяться в зависимости от относительного угла этого направления к пучку, становясь короче по мере приближения направления движения клюшки к перпендикулярному направлению к пучку и длиннее по мере отклонения от него. Таким образом, так как две пары параллельных пучков расположены под разными углами, то отношение расстояний, пройденных между ними, предоставляет достаточную информацию для того, чтобы дать прямое указание об относительном угле направления движения клюшки.

Отсылаем снова к фиг.2, на которой показана ударная поверхность клюшки, проходящая в направлении, параллельном линиям DА и НЕ под углом с величиной U к намеченному направлению. Ударная поверхность клюшки обозначена как DH, CG, BF и АЕ, где она первой встречается с пучками соответственно F2, F1, B1 и В2.

Все ссылки на ударные поверхности клюшки относятся к ее по существу прямому переднему краю, проецированному на горизонтальную плоскость. Например, в случае линии DH точка D обозначает угол плоского переднего края клюшки, ближайший к ее носку или дистальному концу. Точка Н обозначает угол, ближайший к ее пятке или концу стержня.

Предполагается, что, когда ударная поверхность клюшки первой прерывает четыре пучка, она остается при по существу постоянной скорости и при по существу постоянном угле к ее направлению движения. Следовательно, два интервала времени, которые регистрируются между прерываниями F1 и F2 и между прерываниями В1 и В2, будут пропорциональны расстояниям соответственно АС и FH. Следовательно, измерение этих двух интервалов времени будет давать отношение AC/FH.

На этой фигуре, кроме того, доказана перпендикулярная линия CJ, проведенная от точки С к линии, обозначающей пучок F2, и перпендикулярная линия НK, проведенная от точки Н к линии, обозначающей пучок В2.

Треугольник CAJ является прямоугольным треугольником, и угол CAJ=S+U.

Следовательно, CJ=АС×sin(S+U).

Треугольник KFH является прямоугольным треугольником, и угол KFH=S-U.

Следовательно, НK=FH×sin(S-U).

Так как две пары параллельных пучков являются равноудаленными друг от друга, то CJ=НK.

Следовательно, FH×sin(S-U)=AC×sin(S+U) и AC/FH=sin(S-U)/sin(S+U).

Так как S и отношение AC/FH известны, то, следовательно, можно вычислить угол направления движения клюшки, U, относительно намеченного направления.

Выражение AC/FH=sin(S-U)/sin(S+U) показывает, что отношение относительных моментов времени или разностей относительных моментов времени между изменениями в одной параллельной паре по сравнению с другой параллельной парой имеет постоянную зависимость с углом направления ударной поверхности клюшки и углами пучков.

Скорость клюшки

Скорость ударной поверхности клюшки, проецированной на горизонтальную плоскость, может быть определена, когда определен угол U движения клюшки, так как это позволяет вычислить расстояния между двумя зарегистрированными случаями первого прерывания пучков, параллельные пары пучков обеспечивают основу для этого вычисления расстояний.

Отсылаем снова к фиг.2, на которой можно видеть, что, когда угол ударной поверхности клюшки у конца носка первым прерывает пучки F1 и F2 в соответственно С и А, пройденное расстояние равно АС. Так как расстояние CJ между параллельными пучками является известной характеристикой устройства, то, следовательно, можно вычислить АС согласно АС=CJ/sin(S+U). Обозначая продолжительность времени между зарегистрированными первыми прерываниями пучков F1 и F2 как TF, можно, следовательно, определить скорость согласно:

Скорость=(расстояние)/(время)=TF/[CJ/sin(S+U)].

Скорость можно также определить в том случае, когда конец клюшки у пятки первым прерывает пучки В1 и В2. Так как HK=CJ, то, обозначая продолжительность времени между зарегистрированными первыми прерываниями пучков В1 и В2 как TF, можно тогда подобным же образом определить скорость согласно:

Скорость=(расстояние)/(время)=ТВ/[CJ/sin(S+U)].

В том случае, когда движение клюшки является прямолинейным, обе величины скорости должны быть одинаковыми, при этом может быть взята средняя величина, если результаты немного различаются.

Угол и смещение ударной поверхности клюшки

Ударная поверхность клюшки, которая расположена под углом к перпендикуляру к намеченному направлению, будет соприкасаться с пучками способом, отличным от того, который имеет место при ее перпендикулярном расположении к намеченному направлению. В общем, при расположении, показанном на фигурах, где ударная поверхность клюшки все более "открывается" (т.е. где ударная поверхность клюшки все более отклоняется по часовой стрелке от перпендикуляра к намеченному направлению), угол ударной поверхности клюшки, ближайший в пятке, будет соприкасаться с пучками раньше, чем он делал бы в противном случае, а угол, ближайший к носку, будет соприкасаться с пучками позже. И наоборот, в том случае, когда ударная поверхность клюшки все более "закрывается" (т.е. когда ударная поверхность клюшки все более отклоняется по часовой стрелке от перпендикуляра к намеченному направлению), угол ударной поверхности клюшки, ближайший к пятке, будет соприкасаться с пучками позже, чем он делал бы в противном случае, а другой угол будет соприкасаться с пучками раньше.

Кроме того, смещенная ударная поверхность клюшки, т.е. ударная поверхность клюшки, которая перемещается таким образом, что траектория ее центра смещена от точки пересечения пучков и центра мяча, будет соприкасаться с пучками способом, отличным от того, который имеет место тогда, когда местоположение центра находится вровень с точкой пересечения пучков и центром мяча. В общем, при расположении, показанном на фигурах, в случае увеличенного смещения центра ударной поверхности клюшки ближе к игроку, угол ударной поверхности клюшки, ближайший к пятке клюшки, будет соприкасаться с пучками раньше, чем он делал бы в противном случае, а угол, ближайший к носку клюшки, будет соприкасаться с пучками позже. И наоборот, в случае увеличенного смещения центра ударной поверхности клюшки от игрока, угол ударной поверхности клюшки, ближайший к пятке, будет соприкасаться с пучками позже, чем он делал бы в противном случае, а угол, ближайший к носку, будет соприкасаться с пучками раньше.

Характеристики, относящиеся к углу и смещению ударной поверхности клюшки, влияют каждая на относительные последовательности, с которыми углы ударной поверхности клюшки первыми прерывают пучки, и эти зависимости, кроме того, подвергаются влиянию постоянного угла между пучками и намеченным направлением. Один аспект настоящего изобретения связан с пониманием того, что эти зависимости по-разному влияют на изменения в угле и изменения в смещении и что можно использовать эти различия для распознавания угла и смещения в тех случаях, когда используются две группы пучков под разными углами к намеченному направлению.

Одно важное различие связано со способом, с которым угол и смещение ударной поверхности клюшки влияют на первое прерывание групп пучков, которые расположены под разными углами, и групп пучков, которые расположены под обратными углами - в каждом случае относительно намеченного направления. Например, когда удар в остальном является прямым и ровным, наклонная ударная поверхность клюшки будет первой прерывать F2 и В2 в разные моменты времени и также первой прерывать F3 и В3 в разные моменты времени, и это будет иметь сходное или одинаковое влияние на относительное первое прерывание между F2 и F3, как и на относительное первое прерывание между В2 и В3. Это не имеет места в случае смещенной ударной поверхности клюшки, когда удар в остальном является прямым и ровным. В этом случае смещение будет подобным же образом приводить к первому прерыванию F2 и В2 в разные моменты времени и также к первому прерыванию F3 и В3 в разные моменты времени, но это будет иметь совершенно иное влияние на относительное первое прерывание между F2 и F3, как и на относительное первое прерывание между В2 и В3. Различие в первом прерывании будет сравнительно больше между F2 и F3, если ударная поверхность клюшки смещена от игрока, и будет сравнительно больше между В2 и В3, если ударная поверхность клюшки смещена ближе к игроку.

Эти аспекты применимы к общему случаю измерения угла или смещения края. Группа пучков содержит два пучка, расположенных в одном направлении поворота и под разными острыми углами к намеченному направлению и либо двух дополнительных пучков, расположенных в противоположном направлении поворота и под разными острыми углами к намеченному направлению, либо одного дополнительного пучка, расположенного в противоположном направлении поворота и под острым углом. Когда край будет проходить через группу пучков, угол края будет отмечаться ближе к углу пучков, которые будут изменяться позже, и дальше от угла пучков, которые будут изменяться раньше. Кроме того, смещение края будет отмечаться ближе к области, содержащей самый передний пучок, который будет изменяться раньше, и отмечаться дальше от области, содержащей пучок, который будет изменяться позже. Увеличенное различие в относительных изменениях между пучками с противоположными направлениями поворота указывает на то, что характеристикой движения является постепенно изменяющийся угол, а не смещение, и уменьшенное различие в относительных изменениях между пучками с одинаковым направлением поворота указывает на то, что характеристикой движения является постепенно изменяющееся смещение, а не угол.

Важной отличительной особенностью этих аспектов является то, что уникальное измерение угла и смещений может быть выполнено посредством соответствующего математического анализа изменений. Более полное понимание будет достигнуто посредством тригонометрического анализа в приложении к примеру, показанному на фигурах.

Угол ударной поверхности клюшки

Отсылаем теперь к фиг.3, на которой крупным планом показан вид расположения пучков, где для ясности исключена пара пучков F1-B1. На фигуре показана ударная поверхность клюшки, которая движется в направлении, параллельном линиям GM и BR и под углом U к намеченному направлению. Ударная поверхность клюшки изображена в виде линий FL, EK, DJ и СН, которыми она первой встречает пучки соответственно В3, В2, F3 и F2.

Движение ударной поверхности клюшки аналогично тому, что показано на фиг.2, и, как снова предполагается, при прохождении ударной поверхности клюшки через четыре пучка, она сохраняет по существу постоянную скорость и по существу постоянный угол к ее направлению движения. Ударная поверхность клюшки расположена под углом к перпендикуляру к направлению движения и также под углом к перпендикуляру к намеченному направлению. Кроме того, траектория движения центра ударной поверхности клюшки смещена от точки пересечения пучков, А, и от центра мяча.

Система получает результаты измерения моментов времени, когда первым прерывается пучок времени, и на основе этого определяет длину KL, JK и HJ, зная скорость клюшки и периоды времени, необходимые для прохождения этих расстояний, как это непосредственно измерено датчиками на пучках F2, B2, F3 и В3. При этом также определяется длина EF, DE и СD, которая равна соответственно KL, JK и HJ.

На этой фигуре показаны две дополнительные линии, BG и FM. ВG проходит через А и перпендикулярна к BF и GM. FM начинается от точки F и также перпендикулярна к BF и GM. Кроме того, на этой фигуре угол GАН обозначен как "V", угол AFB - как "W", угол BAЕ - как "Х", угол EAF- как "Y" и угол LFM - как "Z".

Y известен, потому что Y=S-Т, которые оба известны.

Так как GА расположена под углом U к перпендикуляру к намеченному направлению, то рассмотрение угла GАN показывает, что X+S=90°+U. Следовательно, X известен, потому что известны S и U.

W известен, потому что ABF - прямоугольный треугольник с (X+Y)+W=90°, где известны X и Y.

V также известен, потому что прямой угол слева от пучка F2 около точки А равен 180°=V+X+2S. Следовательно, V=[180°-X-2S]=[180°-(90°+U-S)-2S]=[90°-U-S].

AB находится следующим образом. АЕ находится первой посредством применения стандартного тригонометрического решения для косоугольного треугольника AEF, т.е. АЕ=EF×sinW/sinY. Следовательно, АЕ известна, так как известны EF, W и Y. EF определена посредством измерения первого прерывания пучков В3 и В2. Следовательно, находится АВ, так как АВ=АЕ×cosX.

АG находится следующим способом, сходным со способом нахождения АВ. АН находится посредством применения стандартного тригонометрического решения для косоугольного треугольника AHJ, в котором угол HJA=T+U и угол HAJ=Y, т.е. АН=HJ×sin(Т+U)/sinY. Следовательно, АН известна, так как известны HJ, W и Y. HJ определена посредством измерения первого прерывания пучков F2 и F3. Следовательно, может быть найдена АG, так как AG=AH×cosV, а V и AH известны.

Теперь следующим образом могут быть определены стороны треугольника LMF. GM известна, так как GM=BF, BF=BE+EF, где EF известна и BE=АВ×tanX. GH известна, так как GН=АG×tanV, а AG и V - обе известны. LM известна, так как LM=GM-(GН+HJ+JK+KL), a GM, GH, HJ, JK и KL - все известны. FM известна, так как FM=АВ+АG, а АВ и AG - известны.

Теперь из треугольника LMF может быть определен угол Z ударной поверхности клюшки относительно перпендикуляра к направлению движения клюшки. Z известен, так как tanZ=LM/FM, a LM и FM - обе известны. Угол ударной поверхности клюшки относительно перпендикуляра к намеченному направлению равен (Z+U).

Смещение ударной поверхности клюшки

Как можно видеть на фиг.3, точка А на (AB-AG)/2 отдалена от средней точки линии ВG. Следовательно, смещение траектории движения центра ударной поверхности клюшки от точки A пересечения пучков F2-B2 и F8-B3 определяется (AB-AG)/2, при этом смещение измеряется под прямыми углами к направлению движения клюшки. В том случае, когда клюшка не будет перемещаться в одном и том же направлении, например намеченном направлении, это смещение не будет таким же самым, как смещение от центра мяча. Смещение от центра мяча может быть определено добавлением к смещению относительно точки пересечения или вычитания из него в зависимости от того, что подходит, при этом дополнительная составляющая смещения обусловлена перемещением мяча под другим углом к намеченному направлению. Это показано на фиг.4.

Отсылаем снова к фиг.4, на которой показан взмах, одинаковый с тем, который показан на фиг.3, при этом ударная поверхность клюшки снова обозначена линиями FL, EK, DJ и DH, на которых она первой встречается с пучками соответственно BS, B2, F3 и F2. На этой фигуре для ясности исключены пучки F2 и В2. В - это точка центра мяча, а А - это точка пересечения пучков F3, В3, F2 и В2. Каждое из положений ударной поверхности клюшки, показанных на этой фигуре, имеет среднюю точку М. RG - это траектория этих средних точек. Средняя точка ударной поверхности клюшки перемещается на короткое расстояние при по существу прямолинейном движении, приближаясь к мячу. RG расположена под углом U к намеченному направлению ОG.

АР - перпендикулярная линия от точки А к линии RG - является расстоянием смещения от траектории средних точек до точки пересечения пучков. Как обсуждалась ранее, оно равно величине (AB-AG)/2, показанной на фиг.3.

ВN - перпендикулярная линия от центра мяча к линии GR - является расстоянием смещения от траектории средних точек до центра мяча. Оно может быть определено следующим образом. ВN=AP-AQ, так как BN=PQ. AQ=AB×sinU. AB и U известны, при этом АВ является постоянным расстоянием между центром мяча и точкой пересечения пучков.

Смещение ВN является важной характеристикой взмаха при гольфе, так как оно является непосредственным мерилом горизонтальной составляющей "точности" взмаха или того, как близко средняя точка ударной поверхности клюшки расположена к точке удара, так как средняя точка, как общепринято, совпадает с центром инерции клюшки. В тех случаях, когда известно, что с центром инерции совпадает другая точка ударной поверхности клюшки, необходимо соответствующим образом видоизменить вычисление. Следует отметить, что горизонтальная составляющая точности считается более важной, чем вертикальная составляющая, вследствие вероятности того, что при ударе горизонтально смещенная ударная поверхность клюшки будет вызывать значительный поворот ударной поверхности клюшки вокруг оси стержня клюшки, в то время как вертикально смещенная ударная поверхность клюшки надежнее удерживается против поворота стержнем клюшки.

Измерение движения мяча

Отсылаем к фиг.1 и фиг.5, на которых устройство содержит две пары пучков F4-B4 и F6-B6. Каждая пара представляет собой два пересекающихся пучка, которые по существу расположены в горизонтальной плоскости.

Точки пересечения обеих пар пучков лежат на прямой линии в намеченном направлении, которая про