投射光目标的速度控制设备 |
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| 申请号 | CN202280028457.6 | 申请日 | 2022-04-11 | 公开(公告)号 | CN117545536A | 公开(公告)日 | 2024-02-09 |
| 申请人 | 西尔文·昆德斯; | 发明人 | 西尔文·昆德斯; | ||||
| 摘要 | 一种用于控制速度的设备，该设备旨在用于物理地固定在人体(例如通过腰带或背带)或任何其他移动体(例如 自行车 、 马 或遥控车)上，该设备包括：1.用于周期性确定该设备的速度的装置；2.用于周期性确定目标速度的装置；3.用于将光目标投射到该设备的环境中的元素上的装置；4.用于定向所述投射的装置；以及5.用于控制所述定向的装置，其特征在于，其功能之一是造成该光目标以所述目标速度在该环境的所述元素的表面上移动的 印象 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于控制速度的设备(1)，该设备旨在物理地固定在人体(2)上或任何其他移动体上，该设备包括： |
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| 说明书全文 | 投射光目标的速度控制设备技术领域[0001] 本发明属于运动辅助解决方案的领域。更具体地，本发明涉及允许竞速运动的参与者控制其速度的系统和方法。 背景技术[0002] 在竞速运动中，无论是在训练期间还是在比赛中，给出最好的表现往往取决于保持预定的速度。 [0003] 然而，保持速度是困难的。因此，运动员通常使用辅助解决方案，其可以分为两个类别：·类别1：使用以期望速度移动并且足以跟随的目标的方法。该目标例如是专业运动员(俗称“野兔”)、车辆、甚至是从车辆投射到地面上的光目标。该目标还可以由沿着路线布置的光轨来表示。 ·类别2：配备有GPS接收器的个人电子设备，比如具有运动活动跟踪应用程序的运动手表或智能手机，这些应用程序计算运动员的速度并通过屏上显示或听觉消息提醒运动员其未能保持速度。 [0004] 类别1的方法直观易用，但实施起来很困难。类别2的设备在易于实施，但当全神贯注地努力时，很难有效使用。 发明内容[0005] 本发明的目的是提供一种用于控制速度的解决方案，其既易于实施——因为它可以包括在便携设备中，又直观易用——因为它基于跟随目标的原理。 [0007] 该设备包括：1.用于周期性确定该设备的速度的装置； 2.用于周期性确定目标速度的装置； 3.用于将光目标投射到该设备的环境中的元素上的装置； 4.用于定向所述投射的装置；以及 5.用于控制所述定向的装置，其特征在于，其功能之一是造成该光目标以所述目标速度在该环境的所述元素的表面上移动的印象。 [0008] 取决于所执行的活动，光目标会投射到地面、道路、赛道、游泳池底部、雪车赛道的壁或设备环境中的任何其他元素。 [0009] 所投射的光目标例如是：点、线、符号、文本、图像或可能由叠加或分离的子图形组成的任何其他图形。 [0010] 本发明适用于所有竞速运动(例如跑步、游泳、滑雪、骑自行车、骑马)，包括利用介入物体(例如遥控车)进行的竞速运动，并且更一般地适用于所有涉及在时间约束下前进的活动(例如士兵或救援人员的徒步移动)。 [0012] [图1]配备有根据本发明的一个特定实施例和使用模式的、作为本发明的主题的设备的跑步者的示意性描绘。 [0013] [图2]根据本发明的一个特定实施例和使用模式的、作为本发明的主题的设备的示意性截面图。 具体实施方式[0014] 在下面的描述中，未以短语“在一个变体中”开头的段落涉及图1和图2所示的特定实施例和使用模式。相反，以“在一个变体中”开头的段落涉及本发明的其他使用模式或实施例。 [0015] 作为本发明的主题的设备1通过腰带附接在跑步者2身上。 [0016] 在一个变体中，该设备紧固在其他移动体上，比如自行车、马或遥控车上。 [0017] 该设备包括投射出直线段形式的光目标3的线生成激光模块10，所述激光模块构成用于投射光目标的装置的一个示例。 [0018] 光目标3投射到地面4上，地面的组成部分构成该设备的环境中的元素的一个示例。 [0021] 在一个变体中，用于定向投射的装置包括安装在检流计上的镜子，其反射固定激光器的光束，从而使得可以：1.根据三个自由度(横滚、俯仰、偏航)来定向投射；以及 2.借助视觉暂留来创建具有复杂形状的光目标。 [0023] 蓝牙接口14使得可以将设备连接到具有运动活动跟踪应用程序的运动手表或智能手机，该运动活动跟踪应用程序能够提供设备的速度和目标速度(目标速度可能随时间变化，例如取决于地形)，所述接口构成用于周期性确定设备的速度和目标速度的装置的一个示例。 [0024] 在独立于任何外部设备的一个变体中，该设备包括：1.GPS接收器，其使得可以通过位置对时间求导来计算设备的速度，所述GPS接收器构成用于周期性确定设备的速度的装置的另一个示例；以及 2.例如由数字屏幕和按钮形成的用户接口，其允许用户输入一个或多个目标速度，所述用户接口构成用于周期性确定目标速度的装置的另一个示例。 [0025] 微控制器13的程序动态地改变角度a，以造成光目标以目标速度Ac(因此独立于设备的速度Ad)在环境中的元素的表面上移动的印象。程序的算法基于以下逻辑：1.赋予光目标的相对于设备的线性速度由下式给出： [Math 1] 2.如果设备与地面之间的高度h近似为恒定值1米，则角度a与距离d(以米表示)之间的关系由以下表达式给出： [Math 2] ‑1 a＝tan d 3.如果将Math 2对时间求导，并代入Math 1，则可以得到电机12在任何时间的期望角速度： [Math 3] 其中，Ac和Ad以米每秒表示，a以度表示，并且结果以度每秒表示。 [0026] 四个按钮16允许用户设置光目标与设备之间的最小距离和最大距离：1.MIN和MAX按钮是用于选择要设置的距离的选择器。当按钮之一被按下时，其向微控制器13传送用于改变到强制模式并在对应的距离处投射目标的命令。 2.然后可以使用+和–按钮增加或减小所选的最小距离或最大距离。 所述按钮构成允许用户设置至少一个操作参数的装置的一个示例。除了在第0025段描述的功能之外，所述强制模式构成用于控制定向的装置的另一个功能。 [0027] 在其中用于定向投射的装置能够根据三个自由度(横滚、俯仰、偏航)来定向投射的一个变体中，一些按钮还使得可以设置光目标的初始位置，从而可以将光目标横向定位在例如自行车的侧面或雪车赛道的壁上。 [0028] 在一个变体中，设置按钮被替换为用于连接到具有用于参数化设备的应用程序的智能手机的蓝牙接口，所述接口构成允许用户设置至少一个操作参数的装置的另一个示例。 [0029] 惯性单元15将根据六个自由度的设备加速度传输给微控制器13的程序，所述惯性单元构成用于确定设备的移动的装置的一个示例。 [0030] 由设备的振动和跑步者身体的移动引起的以下两个加速度会导致光目标的寄生位移，这些位移是希望被抑制的：1.在跑道方向上的平移加速度g1(当其大于跑步者的可能加速度(4m/s2)时)；以及 2.在图的平面中的旋转加速度g2。 微控制器13的程序作用于角度a以抵消由这两个寄生加速度引起的光目标的地面位移，从而构成了至少部分地补偿设备的移动对光目标位置的影响的一个示例。因此，所期望的角速度的新公式为： [Math 4] [0031] 蓝牙接口14可以将设备连接到具有运动活动跟踪应用程序的运动手表或智能手机，该运动活动跟踪应用程序能够周期性提供关于地面4的倾斜的信息，所述接口构成用于周期性确定环境中的、光目标所投射到的元素的几何特性的装置的一个示例。 [0032] 地面的倾斜引入了不准确性，有利地在微控制器13的程序中对其进行校正，该校正构成了使用所述几何特性来增强光目标以目标速度移动的印象的一个示例。通过推广Math 2的计算，发现赋予电机12的角度a现在为：[Math 5] 其中∶ p是地面相对于水平方向的倾斜角度。 因此，可以在任何时候从中导出所期望的角速度： [Math 6] 因此，在代入第0030段中描述的对两个寄生加速度g1和g2的补偿之后，得到： [Math 7] [0033] 在一个变体中，该设备包括GPS接收器，其使得可以通过对高度求导来计算地面的倾斜，所述GPS接收器构成了用于周期性确定环境中的、光目标所投射到的元素的几何特性的装置的另一个示例。 |
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