臺灣博碩士論文加值系統

本論文利用陀螺儀來量測高爾夫桿揮杆軌跡，可改善目前市售高爾夫球練習機的不方便性。目前市面上的高爾夫球練習機大部分為果嶺式揮杆練習機，或是影像式的揮杆練習機，果嶺式揮杆練習機雖體積較小，但無法分析揮杆動作是否正確，只能憑自己的感覺來調整揮杆的動作，而影像式的揮杆練習機雖可透過錄影的方式來拍攝揮杆動作，但仍需教練來分析，且需要攝影機架設，故所需空間較大，本文利用現代陀螺儀體積小的特性，將陀螺儀設計成位移、速度及角速度的感測元件，裝置於球桿上不影響揮杆動作，其量測訊號，透過藍芽無線傳輸的方式，將揮杆軌跡訊號傳至PC，利用MATLAB設計程式將軌跡訊號轉成立體圖，再與標準揮杆動作做比較分析，即可瞭解揮杆動作是否正確。

This thesis proposed the method using gyroscope to measure the golf swing paths for improving inconvenience of the commercial golf practice machine. There are two types of golf practice machine on the market, currently. One is the green golf swing exercise machine; the other is image-based swing practice system. Though the green-type swing exercise machine with a smaller size, it is not convinced to get swing motions which only adjust by player themselves. The video camera used for recoding player swing motions which are used for the coach guiding player to do the swing exercise. It is need the space for using these equipments that is the drawback of an image-based swing practice system. The size of modern gyroscope is small enough that is convinced for the measurement of displacements, velocities and angular velocities. A gyroscope installed in the wood does not affect player swing. The measurement signals of swing paths are transmitted to the pc by the Bluetooth. A program is designed by using MATLAB to record the signals for the establishment of 3D swing trajectories. These are used for compared with the standard swing path; a player can understand his or her swing motion is correct or not.

目 錄

中文摘要 i
英文摘要 ii
謝誌 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 ix

第一章 緒論 1
1.1研究動機 1
1.2文獻探討 3
1.3論文架構 6
第二章 系統原理介紹 7
2.1陀螺儀 7
2.2陀螺儀感測原理 15
2.3微機電式加速儀之種類及原理 24
2.4藍芽 28
第三章 系統架構與設計 41
3.1系統流程圖 41
3.2硬體設備 42
3.2.1 HitachiH48C 43
3.2.2 ZX-Bluetooth發射器 49
3.2.3 D401藍芽迷你接收器 51
第四章 實驗結果與分析 53
4.1量設程式設計 53
4.2實驗步驟與分析 54
第五章 結論 63
參考文獻 64
附錄表(一) 68
附錄表(二) 71
附錄表(三) 73
附錄表(四) 75
附錄表(五) 77
附錄表(六) 79
附錄表(七) 81
附錄表(八) 83
附錄表(九) 85
附錄表(十) 87
附錄表(十一) 89
附錄表(十二) 91
附錄表(十三) 93
附錄表(十四) 95
附錄表(十五) 97
附錄表(十六) 99
圖目錄
圖2.1 佛科擺原理簡圖 9
圖2.2 陀螺儀示意圖 11
圖2.3 二自由度陀螺儀示意圖 12
圖2.4 逆動性 13
圖2.5 空間中的旋轉座標 17
圖2.6 感測方向示意圖 19
圖2.7 陀螺儀機制與各座標系之關係圖 21
圖2.8 加速儀量測的物理訊號作用原理 26
圖2.9 藍芽系統之時槽與跳頻 31
圖2.10 多個時槽封包傳送 32
圖2.11 藍芽系統方塊圖 33
圖2.12 藍芽通訊協定層 34
圖2.13 LMP 協定的位置 35
圖2.14 L2CAP 協定的位置 36
圖2.15 RFCOMM 設備通訊模型 38
圖2.16 OBEX 協定的階層位置 40
圖3.1 系統流程圖 41
圖3.2 HitachiH48C 42
圖3.3 ZX-Bluetooth 發射器 42
圖3.4 D401 藍芽迷你接收器 43
圖3.5 三軸加速度傳感器模組 44
圖3.6 三軸加速度傳感器封裝尺寸 44
圖3.7 H48C 接腳圖 46
圖3.8 ZX-Bluetooth 發射器電路板 49
圖3.9 ZX-Bluetooth 線路設計圖 51
圖3.10 H48C、ZX-Bluetooth 安裝位置 52
圖4.1 超級終端機連線畫面 55
圖4.2 自由落體之軌跡圖 57
圖4.3 圓周運動軌跡圖 58
圖4.4 實驗者A 揮杆5 次之軌跡圖 59
圖4.5 實驗者B 揮杆5 次之軌跡圖 60
圖4.6 實驗者C 揮杆5 次之軌跡圖 61
圖4.7 實驗者A 與實驗者C 揮杆5 次數據平均軌跡圖 62
表目錄
表2.1 六加速度儀機制編號、位置向量及感測軸單位向量 19
表2.2 各類微加速儀之特質與優缺點 27
表3.1 H48C 規格表 45
表3.2 H48C 最大額定值 46
表3.3 H48C 接腳說明 47
表3.4 ZX-Bluetooth 發射器規格表 50
表4.1 自由落體實驗數據 56

[1]劉秉果、張生平，捶丸：中國古代的高爾夫球，上海：古籍出版社，2005年，頁6-7。
[2]林伯原，中國體育史，台北：五洲出版社，1996 年，頁320。
[3]唐豪，我國古代某些球類運動的國際影響，中國人民共和國體育運動委員會編，中國體育史參考資料第3輯，北京：人民體育出版社，1958年，頁49-50。
[4]賀育民，高爾夫揮桿動作電腦化學習系統雛形之建構，義守大學工業工程與管理學系碩士論文，2003年。
[5]鍾運楨，高爾夫球動態分析系統操作介面及造型設計研究，大同大學工業設計研究所碩士論文，2007年。
[6]陳勇升，高爾夫與木球選手全揮桿動作之生物力學分析，國立臺灣師範大學體育系碩士論文，2009年。
[7]侯勝發， Quasi-LIGA-like製程研製二維振動式微陀螺儀，國立成功大學機械工程學系碩士論文，2000年。
[8]施敏升，壓電致動器與感測器之分析與研究，私立中原大學機械工程學系碩士論文，2000年。
[9]郭咨佑，以豪斯多夫距離演算法實現高爾夫球揮桿軌跡的追蹤與比對，大同大學電機工程研究所碩士論文，2009年。
[10]楊樹澤，最新地文航海學，徐氏基金會出版。
[11]王振宇，全加速儀式慣性系統於戰術飛彈導航應用研究，國防大學中正理工學院兵器系統工程研究所碩士論文，2005年，頁2-3。
[12]J. H. Chen, S. C. Lee, and D. B. DeBra, “Gyroscope Free Strapdown Inertial Measurement Unit by Six Liner Accelerometers,” Journal of Guidance, Control, and Dynamics AIAA, Vol. 17, No. 2, pp. 286-290, March-April, 1994.
[13]彭國祐，微機電式加速儀機制硬品實現與導航應用之研究，龍華科技大學電子工程系碩士論文，2006年。
[14]K. R. Britting, “Inertial Navigation System Analysis,” Willy-Interscience, Chap 9, pp. 210-211, 1971.
[15]W. Wrigley, W. M. Hollister, and W. G. Denhard, “Gyroscopic Theory, Design, and Instrumentation,” The Massachusetts Institute of Technology, 1969.
[16]C. Broxmeyer, P. E. Eykhoff, “Inertial Navigation System,” McGraw-Hill, Inc., U.S.A. , Chap. 1, pp. 6, 1964.
[17]L. M. Roylance, and J. B. Angell, “A Batch-Fabricated Silicon Accelerometer,” IEEE Trans. on Electron Devices, Vol. ED-26, pp. 1911, 1979.
[18]K. E. Petersen, A. Shartel, and N. Fraley, “Micro-mechanical Accelerometer Integrated with MOD Detection Circuitry,” IEEE Trans. on Electron Devices, Vol. ED-29, pp. 23, 1982.
[19]P. L. Chen, R. S. Muller, R. Djolly, G. L. Halac, R. M. White, A. P. Andrews, T. C. Lim, and M. E. Motamedi, “Integrated Silicon Microbeam PI-FET Accelerometer,” on IEEE Trans. Electron Devices,Vol. ED-29, pp. 27, 1982.
[20]F. Rudolf, “A Micromechanical Capacitive Accelerometer with A two-Point Inertial-Mass Supension,” Sensors and Actuators, Vol. 20, pp. 153-161, 1989.
[21]T. W. Kenny, S. B. Waltman, J. K. Reynolds, and W. J. Kaiser, “A Micromachined Silicon Electron Tunneling Sensor,” Proc. of IEEE Micro Electro Mechanica Systems Conf., Napa Valley, USA, pp. 192-196, 1990.
[22]K. Yamada, K. Higuchi, and H. Tanigawa, “A Novel Silicon Accelerometer with a Surrounding Mass Structure,” Sensor and Actuators, A21-A23. pp. 308-311, 1990.
[23]H. Seidel, H. Riedel, R. Kollbeck, G. Muck, W. Kupke, and M. Koniger, “Capacitive Silicon Accelerometer with Highly Symmetrical Design,” Sensors and Actuators, A21-A23, pp. 312-315, 1990.
[24]T. W. Kenny, S. B. Waltman, J, K. Reynolds, and W. J. Kaiser, “Micromachined Silicon Tunnel Sensor form Motion Detection,” Appl. Phys. Lett., Vol. 58, pp. 100-102, 1991.
[25]A. J. Padgoankar, K. W. Krieger, and J. I. King, “Measurement of Angular Acceleration of a Rigid Body Using Linear Accelerometers,” Applied Mechanic, pp. 552-556, Sep. 1975.
[26]Y. K. Liu, “Discussion of the Paper Entitled “Measurement of Angular Acceleration of a Rigid Body Using Linear Accelerometers,” Technical Discussion, International Workshop on Human Subjects for Biomechanical Research, Oct. 1975.
[27]蔡宗鑑，高功率長波段放大自發性輻射光纖光源之研究 國立中山大學光電工程研究所碩士論文，2002年。
[28]張豫虎，在Linux環境下應用藍芽協定於條碼機與圖書管理系統 中原大學電子工程學系碩士論文，2002年。
[29]資訊安全通訊雜誌，藍芽之安全機制，2000年12月。
[30]G. Sagnac, “L’ether Lumineux Demontre par l’effet du vent relatif d’ether dans uninterferometer en rotation uniforme,” Compte-rendus de l’Academie des Sciences, Vol. 95, pp. 708-710, 1913.
[31]林俊宏、楊順興等編譯，藍芽-無線連結技術，全華圖書，2001年。
[32]Chatschik Bisdikian, “An Overview of the Bluetooth Wireless Technology, ” IEEE, Communications Magazine, Vol. 39, pp. 86 -94, 2001.
[33]陳新添，藍芽系統安全機制與認證計畫功能，國立中正大學電機工程研究所碩士論文，2003年。
[34]禹帆編著，新趨勢技術系列-無線藍芽技術深入探討，文魁資訊有限公司， 2001年。
[35]金純、許光辰，Bluetooth Technology 藍芽技術，五南圖書，2002年。
[36]電子技術雜誌，藍芽晶片模組及應用分析，2002年1月。
[37http://www.parallax.com/StoreSearchResults/tabid/768/txtSearch/h48c/List/0/SortField/4/ProductID/97/Default.aspx
[38]http://www.robotshop.ca/content/PDF/inex-zx-bluetooth.pdf