센서 시스템을 갖는 골프공{Golf ball with sensor system}
본 발명은 센서 시스템을 갖는 골프공에 관한 것으로 더욱 상세하게는 타격후 골프공의 운동 특성을 감지할 수 있는 센서 시스템을 갖는 골프공에 관한 것이다.
근래 우리나라는 골프 인구의 급격한 팽창으로 관련 산업 역시 급격히 팽창하고 있으며, 골프장의 건립 또한 많이 이루어지고 있어, 골프 인구의 확대에 견인차 역할을 하고 있다. 그러나 골프장의 이용은 시간과 비용이 아직 많이 소모되며, 특히 겨울 이나, 비 또는 눈이 오는 경우에는 그 이용이 다소 제한적이어서 많은 골프 이용자들은 실내에서 이루어지는 골프 시뮬레이터(일명 스크린 골프)를 이용한다. 상기 골프 시뮬레이터는 실제 이용자가 스크린을 골프공을 타격하면, 골프공의 속도를 감지하여 스크린에 적절한 골프장 환경과 감지된 골프공의 속도를 기초로하여 스크린 속의 공의 궤적을 동시에 보여줌으로써 실제 골프장을 이용하는 효과를 제공하는 장치로 널리 사용되고 있다. 상기 골프 시뮬레이터는 예를 들면, 등록특허 제359929호에 개시된 바와 같이, 골퍼가 다양한 경사에서 골프공을 타격할 수 있도록 경사조절이 가능한 스윙 플레이트와; 골퍼에 의해 스윙되는 골프채 및 상기 골프채에 의해 타격된 골프공의 이동 각도와 속도를 감지하는 감지센서부와; 골퍼가 골프장 실연환경을 선택할 수 있도록 하는 키패드와; 상기 스윙 플레이트 상에서 골프공을 타격하는 골퍼의 스윙동작을 촬영하는 영상촬영부와; 상기 각 부의 동작을 제어하며 상기 감지센서부로부터 전송되는 골프공의 이동 각도와 속도에 따른 비행궤도와 이 비행궤도와 연관된 실제 골프장의 3차원 영상을 데이터베이스에서 인출하여 편집하는 컴퓨터처리부와; 타격된 골프공의 타켓을 제공하며 영상이 투영될 수 있도록 하는 스크린부와; 상기 컴퓨터처리부로부터 골프장 배경 및 타격된 골프공의 이동영상을 전송받아 스크린부에 투영하는 프로젝터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 상기 발명은 골프 시뮬레이터의 원형을 제시한 것으로, 타격한 골프공의 속도를 골프공 외부에 위치하는 감지센서부에서 인식하여 처리하는 것을 그 특징으로 하며, 기타 3차원 영상을 결합하여 사용자가 골프장에 있는 것과 같은 환경을 제공하는 구성이 특징이다. 한편, 상기와 같은 골프 시뮬레이터는 타격 후의 골프공의 속도를 정확하게 감지해야 현실성이 높은 결과를 나타낸다. 특히 골프공의 궤적은 골프공의 속도도 영향이 있지만, 타격 후 회전속도도 영향을 미친다. 특히 많은 회전이 발생하는 타격 형태인 경우에는 골프공의 회전에 의하여 속도만으로 계산한 방향과 다른 방향으로 이동하므로, 골프공의 회전을 감지해야지만 현실감을 올리게 된다. 그러나 상기 발명에서는 골프공의 전진 방향과 속도만을 기준으로 골프공의 궤적을 산정하므로, 실제 골프공의 궤적과 차이를 나타내는 단점이 있다. 상기와 같은 단점을 극복하기 위하여 다수의 센서를 설치하여 여러방향에서 골프공의 속도를 감지하여 회전속도를 산정하는 방법들도 제시되어 있으나, 상기 방법 역시 골프공의 순간적인 이동을 고려하여 속도, 방향 및 회전 속도를 계산하므로, 정확도에 다소의 한계를 나타내어, 정확한 골프공의 운동성을 파악할 수 있는 새로운 장치가 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 골프공 내부에 센서를 포함시켜, 골프공의 운동 특성을 정확하게 감지할 수 있는 센서 시스템을 갖는 골프공을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 외피와 상기 외피 내부에 형성되는 탄성부와 상기 탄성부 내부에 형성되는 센서부를 포함하는 센서 시스템을 갖는 골프공에 있어서, 상기 센서부는: 외부에서 작용하는 충격량을 감지하는 충격 센서; 가속도를 감지하는 복수의 가속도 센서; 상기 정보를 무선 송출하는 무선모듈; 상기 충격 센서와 가속도 센서의 값을 입력받아 무선모듈을 통하여 송출하는 제어장치; 및 상기 제어장치에 전원을 공급하는 배터리를 포함하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 상기 외피에는 상기 방향을 나타내는 마커가 형성되며, 상기 마커의 후방 방향에 상기 충격 센서가 위치하는 것을 특징으로 한다. 더욱 바람직하게는, 상기 제어장치는 사각형의 평판 형태이며, 상기 충격 센서는 상기 제어장치의 전방에 위치하고, 상기 가속도 센서는 상기 제어장치의 측면에 각각 위치하는 것을 특징으로 한다. 더욱 바람직하게는, 상기 센서부는 자력을 감지하여 상기 제어장치로 출력하는 홀센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 상기 제어장치는 상기 충격센서에서 감지되는 충격량이 사전에 정의된 값보다 높은 경우, 상기 충격센서의 값과 상기 가속도 센서의 값을 상기 무선모듈을 통하여 일정 시간 송출하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 상기 제어장치는 상기 홀센서에서 감지되는 값이 사전에 정의된 값보다 높은 경우 일정 시간 동안 상기 충격센서의 값과 상기 가속도 센서의 값을 상기 무선모듈을 통하여 송출하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 상기 제어장치는 홀센서의 값만을 감지하다, 상기 홀센서의 값이 사전에 정의된 값보다 높은 경우, 상기 충격센서와 상기 가속도 센서의 값을 감지하고, 상기 충격센서의 값이 사전에 정의된 값보다 높은 경우 상기 충격센서의 값과 상기 가속도 센서의 값을 일정 시간 무선모듈을 통하여 송출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 센서 시스템을 갖는 골프공은 골프공 내부에 충격 센서와 2개의 가속도 센서를 포함하여 구성하고, 사용자가 골프 클럽으로 타격하는 경우 타격 시점을 기준으로 타격 값과 가속도 센서들의 값을 무선으로 송출하는 것을 특징으로 하여 타격 시 발생되는 충격값과 복수의 가속도 센서에 의하여 정확한 골프공의 운동 특성을 파악할 수 있어, 골프 시뮬레이터에 적용하는 경우 현실과 매우 근접하는 효과를 제공한다. 또한, 종래와 같이 골프공 외부에 골프공의 운동을 감지하는 감지 장치의 설치가 없으므로, 좁은 공간에서 간편하게 타격 연습을 할 수 있는 장점이 있으므로, 공간의 제약을 받지 않는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 골프공의 단면 구성도이며,
도 2는 도 1에 도시된 골프공 표면에 형성되는 마커의 예이며,
도 3은 도 1에 도시된 센서부의 구성도이며,
도 4는 도 1에 도시된 센서부의 연결 구성도이다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다. 본 발명에 따른 센서 시스템을 갖는 골프공(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 골프공 형상의 외피(10), 상기 외피(10) 내부에 구성되는 탄성부(20), 상기 탄성부(20) 내부에 형성되는 센서부(30)를 포함하여 구성된다. 상기 외피(10)는 통상의 골프공 형상으로 구성되며, 그 크기 또한 통상의 골프공과 동일하게 구성하며, 또한 표면에는 딤플이 형성된다. 상기 외피(10) 내부에는 탄성부(20)가 구성되며, 상기 탄성부(20)는 골프공(100) 전체의 탄성을 유지하며, 또한 내부에 위치하는 센서부(30)를 보호하는 역할을 하며, 일반적인 골프공의 탄성부와 유사하게 구성할 수도 있으나, 내부 센서부(30)가 위치하는 이유로 전체 골프공(100)의 탄성이 일반적인 골프공의 탄성과 동일하도록 탄성부(20)의 강도를 조절할 수 있다. 상기 외표(10) 표면에는 마커(11)가 형성된다. 상기 마커(11)는 도 2에 도시된 바와 같이 화살표 형상으로 구성되며, 골프공(100)의 방향을 지정하는 것으로 실제 사용 시에는 상기 마커(11)가 지시하는 방향으로 골프공(100)을 배치하여 타격하도록 안내하기 위한 역할을 한다. 필요한 경우 방향을 표시하는 어떠한 형태로도 구성될 수 있다. 한편, 상기 탄성부(20) 내부에는 센서부(30)가 위치한다. 상기 센서부(30)는 도 3에 도시된 바와 같이, 충격센서(31), 2개의 가속도 센서(32), 홀센서(33), 무선모듈(40), 배터리(60) 및 제어장치(90)를 포함하여 구성된다. 상기 가속도 센서(32)는 적어도 3축 이상으로 구현되는 것이 바람직하다. 먼저 상기 배터리(60)는 일회용 배터리로 구성하나, 필요한 경우, 유도 기전력을 이용하여 충전할 수 있는 충전형으로 구성할 수 있다. 특히 본 발명에 따른 골프공(100)은 내부에 센서부(30)를 삽입한 후 전체를 밀봉하므로, 배터리(60)를 교체할 수 없으므로, 상기 유도기전력을 이용한 충전 방식으로 사용 기간을 늘리는 강점이 있으며, 상기와 같은 방식의 경우에는 상기 센서부(30)에 유도기전력을 위한 코일(61)을 포함하여 구성된다. 상기 코일(61)은 유도기전력에 의하여 상기 배터리(60)를 충전하는 역할을 하므로, 다양한 형태로 구현될 수 있다. 한편, 상기 충격센서(31)는 외피(10)에 가해지는 충격량을 감지하는 구성으로 정확한 충격량을 감지하기 위하여 외피(10) 외면 방향으로 설치하는 것이 바람직하다. 상기 충격센서(31)는 상기 골프공(100)의 충격량을 인식하여 상기 제어장치(90)로 출력한다. 상기 골프공(100)이 외부의 타격에 의하여 회전과 동시에 이동하는 경우에는 상기 2개의 가속도 센서(32)에서 다른 가속도값이 감지되며, 상기 2개의 가속도 센서(32)의 감지값 역시 상기 제어장치(90)로 축력한다. 한편, 상기 홀센서(33)는 주변에 자력이 감지되는 경우 출력값을 상기 제어장치(90)로 출력한다. 또한 상기 무선모듈(40)은 상기 제어장치(90)의 제어에 의하여 필요한 값들을 외부로 송신하는 역할을 하며, 블루투스 프로토콜로 구성할 수 있으나, 다른 방식의 프로토콜로도 구현 가능하다. 상기 센서부(30)는 상기 골프공(100) 내부에 위치하므로, 골프공(100)의 무게 밸런스를 위해서는 도 3과 같은 형태로 배치되는 것이 바람직하다. 먼저 제어장치(90)는 사각형의 평판 형태로 구성하고, 골프공(100)의 원점 O가 제어장치(90)의 중심에 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 제어장치(90)의 양측면에 동일한 크기의 가속도 센서(32)가 배치되며, 이때 각 가속도 센서(32) 중심에서의 거리는 상기 제어장치(90)의 측면 거리와 동일하다. 또한 상기 가속도 센서(32)의 중심은 골프공(100)의 원점을 가로지르는 평면 상에 위치하도록 배치하며, 상기와 같은 배치는 골프공(100)의 회전속도 및 회전가속도 계산에서 유리하다. 그리고 상기 충격센서(31)는 상기 제어장치(90)의 전면에 배치시키고, 홀센서(33)는 상기 제어장치(90)의 후면에 배치하며, 상기 무선모듈(40)은 상기 제어장치(90) 상면에 배치시킨다. 한편, 배터리(60)는 상기 제어장치(90)의 하면에 위치시키나, 상기 배터(60)리의 무게가 다른 부품들에 비하여 무거우므로, 전체 제어장치(90)와 배터리(60)를 합한 무게의 중심이 골프공(90)의 원점에 위치하도록 배치하는 경우 전체 무게의 밸런스가 유지되나, 필요한 경우 일부 부품은 그 위치를 변경하여 전체 무게 밸런스를 조절할 수 있다. 또한, 상기 마커(11)는 후방에 상기 충격센서(31)가 위치하도록 외피(10) 표면에 형성시킨다. 한편 상기 제어장치(90)는 도 4에 도시된 바와 같이, 충격센서(31), 가속도 센서(32), 홀센서(33)를 신호를 입력받아 제어를 수행하며, 두가지 형태로 구동될 수 있다. 먼저 상기 충격센서(31)의 충격량이 일정 수준 이상인 경우 일정 시간동안 상기 충격센서(31)의 값과, 그리고 상기 2개의 가속도 센서(32)에서 감지되는 값을 상기 무선모듈(40)을 통하여 외부로 송신하는 형태로 제어될 수 있다. 특히 상기 충격센서(31)의 설정값은 적어도 골프클럽으로 타격하는 정도로 설정하여 수행하며, 단순히 골프공의 이동 또는 낙하 정도의 충격에는 작동하지 않도록 설정한다. 그리고 송출 시간은 수초이내로 제한한다. 통상의 골프공은 순간적인 타격에 의하여 이동하므로, 골프공(100)에 가해지는 충격은 아주 짧은 순간이므로, 초기 골프공(100)의 속도와 가속도만이 중요한 인지이므로, 가능한 한 짧은 시간 동안 송출하도록 구성하는 것이 배터리(60) 사용 시간 측면에서 유리하다. 다음으로 상기 제어장치(90)는 상기 홀센서(33)에 의하여 작동할 수 있다. 사용자가 별도의 자석을 포함하는 포인터를 상기 골프공(100) 외면에 위치시키는 경우 상기 홀센서(33)는 자력 감지값을 출력하므로, 상기 홀센서(33)의 출력값이 일정 이상인 경우 상기 제어장치(90)는 일정 시간 동안 상기 충격센서(31)와 상기 가속도 센서(32)의 값들을 상기 무선모듈(40)을 통하여 외부로 송출하도록 제어할 수 있다. 이때 사용자는 특정 시간 내에 골프공(100)을 타격하면, 해당 타격에 의한 센서값들이 무선으로 송출된다. 또한 필요한 경우 상기 2개의 제어방법을 조합하여 구성할 수도 있다. 즉, 상기 제어장치(90)는 '대기모드', '준비모드' 및 '송출모드'로 구분하고, 홀센서(33)에서 출력되는 값이 일정 이하인 경우에는 상기 홀센서(33)의 출력값만 감시하는 '대기모드'로 작동하다, 상기 홀센서(33)의 값이 일정 수준 이상인 경우에는 상기 충격센서(31) 및 가속도 센서(32)의 값들을 감시하는 '준비모드'로 작동하며, 이때 상기 충격센서(31)의 값이 일정 수준 이상인 경우에는 상기 충격센서(31)와 가속도 센서(32)의 값을 상기 무선모듈(40)을 통하여 외부로 송출하는 '송출모드'로 작동하도록 구성할 수 있다. 상기의 방식은 가능한 한 전력의 소모를 줄이는 방법으로 충전 또는 교체 불가한 배터리(60)를 사용하는 경우 사용 수명을 늘릴 수 있는 효과가 있다.
한편, 상기 골프공(100)에서 출력되는 신호는 별도의 컴퓨터 또는 스마트폰을 이용하여 수신하며, 수신된 정보를 이용하여 골프공(100)의 충격량, 가속도, 및 회전 가속도를 산출할 수 있다. 특히 2개의 가속도 센서(32)의 값과, 상기 가속도 센서(32)의 거리를 이용하는 경우 골프공(100)의 가속도 방향, 가속도 크기, 그리고 회전 축과 회전 가속도를 알 수 있으므로, 이후의 골프공(100)의 운동은 상기 계산된 값을 기초로 적분하여 속도와 거리를 계산할 수 있으나, 충격값(31)은 일정 시간 후에 0로 되므로, 충격센서(31)에서 감지되는 충격값이 최대치에서 감소하다 0로 되는 시점의 속도로 골프공(100)은 비행하므로, 상기 지점의 속도와 회전속도를 고려하여 비행궤적을 계산하는 것이 편리하다. 그리고 비행중 발생하는 공기 저항, 회전에 의한 저항 등을 사전에 조사하여 상기 속도와 회전속도를 대응시키는 경우 필드에서 비행하는 형태와 근접하게 계산할 수 있다. 상기와 같은 본원 발명은 골프공(100)의 속도 감지를 내부에 포함된 다수의 센서로 수행하므로, 외부에 골프공(100)의 운동 특성을 감지하는 센서 장치의 설치가 필요 없으므로, 비교적 좁은 공간에서 간편하게 설치할 수 있는 장점이 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
10: 외피 11: 마크
20: 탄성부 30: 센서부
31: 충격센서 32: 가속도 센서
33: 홀센서 40: 무선모듈
60: 배터리 90: 제어장치
100: 골프공 |
