Golfsimulator

Abstract

 Die vorliegende Erfindung "Golfsimulator" dient zum Trainieren und Spielen von Golf in einer Umgebung mit eingeschränkten Platzverhältnissen, sowie zum Wettbewerb unter mehreren Spielern.
Beim Golfsimulator wird der Ball nicht wie beim realen Golf in die freie Landschaft geschlagen, sondern auf eine spezielle Prallwand (Abb.1(1)). Die Prallwand (Abb.1(1)) fängt den Ball ab und liefert im Ausführungsbeispiel mit Hilfe von in den vier Ecken verteilten Sensoren (Abb.2 (9)..(12)) Meßgrößen über den Aufprallpunkt und die Geschwindigkeit des Balles. Diese Meßgrößen werden in einem Auswertegerät (Abb.1(2)) zur Berechnung der Flugbahn herangezogen. Aus der Flugbahn lassen sich alle wichtigen Parameter des Golfspiels, wie z.B. die Weite des Schlages und die Endposition des Balles ableiten.
Der kompakte Aufbau der Prallwand (Abb.1(1)) ermöglicht einen schnellen Auf- und Abbau des Golfsimulators. Das Meßsystem ist unempfindlich gegen äußere Einflüsse. Es werden außer den in der Prallwand (Abb.1(1)) montierten Sensoren (Abb.2(9)..(12)) keine weiteren Sensoren benötigt. Der einfache Systemaufbau ermöglicht eine kostengünstige Herstellung des vorliegenden Golfsimulators. Durch diese Eigenschaften ist die Erfindung im Vergleich zu bekannten Systemen nicht nur zur Verwendung in geschlossenen Räumen sondern insbesondere für das Spielen im Freien geeignet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung ist ein Simulator zum Trainieren und Spielen von Golf. Der Golfsimulator kann in geschlossenen Räumen und insbesondere im Freien als Spiel- und Trainingsgerät verwendet werden. Dabei wird von einem definierten Abschlagpunkt (Abb.1(3)) ein Golfball mit den handelsüblichen Schlägern gegen die Prallwand (Abb.1(1)) geschlagen.
Der Zweck des Simulators ist es, die Größen der Flugbahn eines geschlagenen Golfballes zu bestimmen. Zu diesen Größen zählen unter anderem die Weite des Schlages und die Koordinaten des Landepunktes. Durch die Begrenzung der Flugbahn durch die Prallwand (Abb.1(1)) kann auf eingeschränkten Platzverhältnissen das Golfspiel simuliert werden.
Bei bekannten Geräten dieser Art kommen in der Regel sehr aufwendige und teuere Sensoren oder Bildverarbeitungssysteme zum Einsatz. Diese Meßsysteme sind zudem empfindlich gegen Witterungseinflüsse wie Niederschlag, Verschmutzung und Belichtungsänderungen. Dies bedingt den Einsatz in geschlossenen Räumen oder erfordert bestimmte Schutzvorrichtungen für die Sensorik. Systeme (z.B. US Patent 5,221,082), die sich auf das Prinzip der Messung und Auswertung der Kräfteverteilung stützen, benötigen zur Ermittlung der Abschlagsgeschwindigkeit ein weiteres Sensorsystem, mit dem die Dauer der Flugzeit zwischen Abschlagpunkt und Netz bestimmt wird. Diese Erfindungen sind bedingt durch ihren Aufbau mit einem verhältnismäßig hohen Aufwand zu montieren bzw. demontieren.

Aufbau des Golfsimulator im Ausführungsbeispiel Abb. 1:

[0002] Der Golfsimulator besteht im Wesentlichen aus einer Prallwand (Abb.1(1)) und einem elektronischen Auswertegerät (Abb.1(2)). Die in der Prallwand (Abb.1(1)) eingebauten Sensoren (Abb.2(9)..(12)) sind mit dem Auswertegerät (Abb.1(2)) verbunden. Es werden keine weiteren Sensoren benötigt. Die Prallwand (Abb.1(1)) dient in erster Linie dazu Meßwerte zuerfassen, um die Flugbahn des Balles zu errechnen. Weiterhin muß die Prallwand (Abb.1(1)) die geschlagenen Bälle auffangen.
Die Prallwand (Abb.1(1)) besteht aus den Komponenten Meßrahmen mit Plane (Abb.2(5)+(6)), Halterahmen (Abb.2(4)), Federelementen mit Sensoren (Abb.2(9)..(12)) und der Aufhängung (Abb.2(7)+(8)) des Meßrahmens (Abb.2(5)) an den Halterahmen (Abb.2(4)).
Der rechteckige Meßrahmen (Abb.2(5)) ist an seinen Eckpunkten über Federelemente mit einem starren Halterahmen (Abb.2(4)) verbunden. Durch diese Verbindung wirken zwischen Meß- und Halterahmen (Abb.2(4)) Kräfte, sobald ein Golfball die Plane (Abb.2(6)) der Meßwand in Bewegung setzt. Die Größe der jeweiligen Kräfte an den vier Eckpunkten wird mit geeigneten Sensoren (Abb.2(9)..(12)) gemessen.

[0003] Das Auswertegerät (Abb.1(2)) erfaßt die Sensordaten und führt alle erforderlichen Berechnungen aus. Außerdem werden darauf die Meßdaten dargestellt. Das Auswertegerät (Abb.1(2)) besitzt die Eigenschafen die elektrischen Signale der Sensoren (Abb.2(9)..(12)) in digitale Informationen zu wandeln und diese weiter zu verarbeiten. So wird von dem Gerät selbständig erkannt, ob sich die Prallwand (Abb.1(1)) in Ruhe befindet, ob Luftströmungen auf die Wand wirken oder ob ein Ball dagegen geschlagen wurde. Ein geschlagener Ball löst im Gerät automatisch den Berechnungsalgorithmus aus, welcher alle für den Spieler interessanten Daten berechnet. Über ein Display werden diese Daten angezeigt. Eingabefunktionen ermöglichen es, die Spiel- und Trainingsprogramme zu steuern. Eine Spielvariante wäre z.B., daß zwei Spieler abwechselnd Bälle gegen die Wand spielen und die Entfernung des Balles ermittelt wird. Die jeweiligen Entfernungen werden dann für jeden Spieler aufaddiert. Gewonnen hat der Spieler, der nach einer vorgegebenen Anzahl von Schlägen die weiteste Gesamtentfernung hat. Als Trainingsvariante kann z.B. die Wiederholgenauigkeit einzelner hintereinander ausgeführter Golfschläge ermittelt werden.
Werden im Auswertegerät (Abb.1(2)) die Eigenschaften der Oberfläche gespeichert, auf der der Ball landen würde, so kann auch das Springen und das Ausrollen des Balles berechnet werden.
Ferner können mit der Anzeige von Meßgrößen wie Abschlagwinkel und Abschlaggeschwindigkeit Daten über den Golfschlag zur Verfügung gestellt werden, die beim realen Golfspiel nicht vorliegen. Dadurch sind weitergehende Analysen des ausgeführten Schlages für den Lehr- und Trainingsbetrieb möglich.

Aufbau der Prallwand Abb. 2:

[0004] Die Prallwand (Abb.2) besteht aus einem starren Halterahmen (Abb.2(4)) und einem Meßrahmen (Abb.2(5)), in den eine Plane (Abb.2(6)) gespannt ist. Über eine Aufhängung (Abb.2(7)+(8)) sind die beiden Rahmen so verbunden, daß der Meßrahmen (Abb.2(5)) sich in gewissen Grenzen mit geringsten Reibungsverlusten parallel zur Schlagrichtung bewegen läßt. Zwischen dem Halterahmen (Abb.2(4)) und dem etwa gleich großen Meßrahmen (Abb.2(5)) sind in den Ecken Federelemente angebracht, über die eine mechanische Verbindung zwischen den Rahmen besteht. An den Eckpunkten zwischen den beiden rechteckigen Rahmen befinden sich zudem Sensoren (Abb.2(9)..(12)), um die zwischen den Rahmen wirkenden Kräfte zu messen.
Die so konstruierte Prallwand (Abb.1(1)) besitzt die Eigenschaften sehr robust, kompakt und unempfindlich gegen äußere Einflüsse zu sein. Die Funktion aller Komponenten wird durch Feuchtigkeit, Verschmutzungen, Temperaturschwankungen und Belichtungsänderungen im Rahmen der Meßgenauigkeit nicht beeinflußt. Der kompakt gehaltene Aufbau der Prallwand (Abb.1(1)) ermöglicht einen einfachen und schnellen Auf- und Abbau. Durch den einfachen Aufbau der Mechanik und Sensorik ist der Golfsimulator sehr kostengünstig herzustellen Diese Eigenschaften ermöglichen den Betrieb der Erfindung in geschlossenen Räumen und insbesondere im Freien.

Meßverfahren des Golf Simulators:

[0005] Um die Weite des Schlages und die Landekoordinaten zu berechnen sind im Wesentlichen die Abschlagsgeschwindigkeit (v₀) sowie die Position des Balles auf der Prallwand (Abb.1(1)) zu ermitteln.
Diese beiden Parameter werden im Ausführungsbeispiel mit vier an den Eckpunkten verteilten Sensoren (Abb.2(9)..(12)) ermittelt, die eine der jeweiligen Kraft proportionalen Spannung an das Auswertesystem abgeben. Über die Kraftverteilung kann dann die Position des auftreffenden Balles ermittelt werden.
Die Geschwindigkeit wird mit Hilfe des gesamten Kraftimpulses auf alle Sensoren (Abb.2(9)..(12)) errechnet.

[0006] Aus den Größen der Kräfte in den Eckpunkten läßt sich nach den Gleichungen 1 und 2 die Position bestimmen, an der ein geschlagener Ball die Prallwand (Abb.1(1)) trifft.

Xp...	horizontaler Abstand des Auftreffpunktes zur linken unteren Ecke der Prallwand (Abb.1(1)).	[mm]
Yp...	vertikaler Abstand des Auftreffpunktes zur linken unteren Ecke der Prallwand (Abb.1(1)).	[mm]
F0...	Maximalwert der Kraft in der Ecke links unten.	[N]
F1...	Maximalwert der Kraft in der Ecke links oben.	[N]
F2...	Maximalwert der Kraft in der Ecke rechts oben.	[N]
F3...	Maximalwert der Kraft in der Ecke rechts unten.	[N]
b...	Breite der Prallwand (Abb.1(1)).	[mm]
h...	Höhe der Prallwand (Abb.1(1)).	[mm]

[0007] Dadurch, daß die Position des Abschlagpunktes (Abb.1(3)) bekannt ist und die Position des Auftreffpunktes über die Kräfteverhältnisse bestimmt wurde, kann der horizontale Abschlagwinkel α nach Gleichung 3 berechnet werden

α...	horizontaler Abschlagwinkel.	[°]
Yp...	vertikaler Abstand des Auftreffpunktes zur linken unteren Ecke der Prallwand (Abb.1(1)).	[mm]
a..	Abstand zwischen Abschlagpunkt (Abb.1(3)) und Prallwand (Abb.1(1)).	[mm]

[0008] Damit die Flugweite berechnet werden kann ist es erforderlich die Abschlagsgeschwindigkeit v₀ zu bestimmen.
Die in die Prallwand (Abb.1(1)) eingeleitete Energie und somit die Summe der gemessenen Kräfte ist ein Maß für die Abschlaggeschwindigkeit. Über die Summe der Kräfte und einen experimentell ermittelten Kalibrierfaktor wird die Abschlaggeschwindigkeit nach Gleichung 4 berechnet.

v0...	Abschlagsgeschwindigkeit	[m/s]
Kf ..	Kalibrierfaktor	[m/(s*N)]
F0...	Maximalwert der Kraft in der Ecke links unten.	[N]
F1...	Maximalwert der Kraft in der Ecke links oben.	[N]
F2...	Maximalwert der Kraft in der Ecke rechts oben.	[N]
F3...	Maximalwert der Kraft in der Ecke rechts unten.	[N]

[0009] Die Berechnung der Flugweite erfolgt dann ohne Berücksichtigung des Luftwiderstandes aus Gleichung 5:

Smax...	Schlagweite	[m]
v0...	Abschlagsgeschwindigkeit	[m/s]
α...	horizontaler Abschlagwinkel.	[°]
g...	Gravitationskonstante (9,81 m/s2)	[m/s2]

[0010] Die genauen Lagekoordinaten werden nach den folgenden trigonometrischen Gleichungen 6, 7 und 8 berechnet:

β ..	seitlicher Winkel	[°]
Xpd..	horizontale Strecke zwischen der Mitte der Prallwand (Abb.1(1)) und dem Auftreffpunkt(Xp) von Prallwand (Abb.1(1)) und Ball.	[m]
a...	Abstand zwischen Abschlagpunkt (Abb.1(3)) und Prallwand (Abb.1(1)).	[m]

Ze..	Z - Koordinate des Landepunkes.	[m]
β...	seitlicher Winkel	[°]
Smax...	Schlagweite	[m]

Xe...	X- Koordinate des Landepunkes	[m]
β...	seitlicher Winkel	[°]
Smax...	Schlagweite	[m]

Ansprüche

1. Golfsimulator zur Simulation des Golfspiels mit einer Prallwand (Abb.1(1)) dadurch gekennzeichnet, daß die Prallwand (Abb.1(1)) besteht aus einem beweglichen Meßrahmen mit eingespannter Plane, einem feststehenden Halterahmen und geeigneten Sensoren, die beim Aufprall des Golfballes auf die Plane die Kräfte zwischen dem Meß- und Halterahmen erfassen. Allein mit Hilfe der ermittelten Kraftverteilung wird die genaue Position des Balles auf der Prallwand (Abb.1(1)) bestimmt. Mit der Summe aller Einzelkräfte wird die Abschlaggeschwindigkeit des Balles ermittelt.

2. Golfsimulator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß keine weiteren Sensoren zur Bestimmung der relevanten Meßgrößen benötigt werden.

3. Golfsimulator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß durch die Unempfindlichkeit des mechanischen Aufbaus der Prallwand gegen äußere Witterungseinflüsse und die schnelle Montage bzw. Demontage eine Verwendung in geschlossenen Räumen und insbesondere im Freien möglich ist.

Zeichnung