2014/08/07

自動報球速的棒球, (1) 概念與雛形 (Arduino, MPU-6050, HC-06)

歡迎光臨, 湯瑪士觀光巴士
萊恩大兵有在打壘球, 很想知道自己的球速有多快. 去大魯閣丟九宮格太遠, 買測速槍來測又太小題大作, 好困擾喔. 所以, 萊恩大兵想做個能自動報球速的棒球來解決這個問題.


 萊恩大兵不確定是否已有前人做過類似計畫, 也不確定這會不會死路一條. 純粹就是一個念頭覺得應該可行, 再加上自己動手打造, 樂趣在過程, 便給自己出了這題目. 這題目涉及的專門技術頗多, 萊恩大兵一個人能力有限..., 因為所以, 萊恩大兵竭誠歡迎有興趣的同好們一起來做這計畫. 看集眾人之力, 能將這顆球推多遠.
[概念]

  • 利用 MPU-6050 (3D Accel + 3D Gyro) 來偵測投手揮臂到出手之間的加速度. 有了加速度, 有了作用時間, 理論上就可以積分出球出手時的速度值.
  • 更進一步還可以分析球飛行時的數據, 來估量球的尾勁與犀利程度 (旋轉速度與飛行軌跡變化).
  • 結合藍牙與電池, 將數據無線傳輸到手機或 PC 端做計算與畫面呈現.


 [待克服的問題]

  • 數據分析與程式開發, 項目包括:
    • 計算投手揮臂出手時球的初速.
    • 分析球出手後, 球的旋轉速度與飛行軌跡變化 (判斷球質犀利程度).
    • 手機端接收程式, 計算球速與畫面呈現.
  • 硬體元件與線路整合, 項目包括:
    • 縮小到能塞進棒球裡
    • 行動化/無線化
    • 強固耐衝擊 (至少要能承受球進捕手手套時的衝擊力道)
    • 要省電, 要能充電
  • 球體/球皮的處理, 項目包括:
    • 將整個偵測裝置安置在球心
    • 包覆層與配重
    • 球皮處理, 例如: 縫線, 手感..
    • 防水
    • 防沙土


 [雛形/Demo]

 萊恩大兵試做了一個雛形版本~ 湯瑪士觀光巴士號. 



  • 程式碼(Arduino/Processing sketch) 則是參考 MPU-6050 /w DMP accelerometer demo 的範例, 萊恩大兵改寫成偵測到劇烈受力後即自動開始計算速度.
  • 從 3D accel 的數據圖表來看, 手作用在車上面的加速度, 應該就是紅色向上的那個突峰.
     
  • 對照投手投球的過程, 投手揮臂到球出手這段, 球的轉動不大, 主要會是加速度的變化. 似乎用這方法來計算應該可行.


[檢討/下一階段目標]
在 2014/8/6 的週三來碗 Arduino 聚會, 馬爸給了萊恩大兵不少建議:

  • 要將整個硬體元件與線路縮小, 可考慮採用 NanoWii (Arduino + MPU-6050, 30mm x 30mm)

  • 藍牙恐怕無法應付高速連線傳輸. 
    • 若仍要即時傳輸數據, 可考慮改用紅外線 IR 做傳輸.
    • 或是將數據暫存起來, 等稍後再傳輸出來.

接下來, 萊恩大兵應該先會去研究一下紅外線傳輸吧.
歡迎對這題目有興趣的朋友多多交流經驗分享囉, 謝謝. 

 (2014/8/7 更新) 
* 網友私訊提醒:

  • 將感測器塞進球裡後, 若造成球重心偏移, 則量測到的 gyro 數值是不可靠的.

* 臉書上的討論留言.
  • 帕拉提斯 還以為你要把 mpu6050 包在球裡 XD

    用高速攝影機拍再去換算會不會比較準？
    當然這東西做成 wearable device 戴在手上，好像也蠻不錯的。
    14小時 · 讚
  • 曾建評 用高速攝影機拍不考慮. 想讓它只有一顆球和智慧手機就可搞定.
    14小時 · 讚
  • 曾建評 戴在手上的話, 就只能測投手揮臂到出手的初速了.
    14小時 · 讚
  • 鉛筆壹 目前只想到透過 g-sensor 來偵測加速度，不過通常球路不是只有直球，遇到變化球就很難計算了。
    14小時 · 讚
  • 曾建評 分兩段來看. 一段是投手揮臂到球出手前, 另一段是球出手後飛行直到進捕手手套. 第一段大多是加速度變化, 球的轉動還不致於太大. 第二段才會快速轉動.
    14小時 · 讚
  • 鉛筆壹 如果加上捕手手套的偵測就變得更容易一些了，只要偵測出離開投手的手和球瞬間停住的時間差，投手丘到捕手的距離是固定的，這樣就可以換算出來。
    14小時 · 讚
  • 帕拉提斯 球裡面塞一顆磁鐵，投手手上一個霍爾、捕手手上一個霍爾.......
    投手手上的 nrf24l01 在球離開的時候丟一個訊息給 hub、捕手接到的時候也丟一個訊息給 hub，然後 hub 就可以根據時間差算速度？
    14小時 · 已編輯 · 讚 · 2
  • 帕拉提斯 噢！你要手機... 那就塞藍芽進手鍊...
    14小時 · 讚
  • 帕拉提斯 當然開發過程中可能還是需要測速槍或高速攝影機來判斷速度是否準確。
    14小時 · 收回讚 · 1
  • 曾建評 對啊 總是要驗算的
    13小時 · 讚 · 2
  • Hunter Hsu 看了這麼多Project，第一次看到一個有意思的
    10小時 · 讚
  • Hunter Hsu 1. 籃球已經有智慧化的前例，可以測出出手後的轉速進而分析球員的出手狀態，我認為棒球除了球速，Gyro的數據也對投手有參考性但是棒球較小，電池與保護設計會是挑戰

    2. 霍爾感測器可以像手環一樣戴在手上嘛?    ......查看更多
    10小時 · 讚 · 1
  • 帕拉提斯 1. 棒球比較硬，我倒覺得比籃球安全多了 XD
    2. 現在 MEMS 都做的很神奇........ XD
    3. +1
    10小時 · 讚
  • 帕拉提斯 如果要塞進球裡，讓投手跟捕手手上帶一個變魔術用那種磁鐵戒指就好。
    10小時 · 已編輯 · 讚
  • 鉛筆壹 這樣投手控球可能會有問題
    10小時 · 讚
  • Hunter Hsu 手環 +1
    10小時 · 讚
  • 帕拉提斯 好吧！我沒打過棒球所以不懂...
    10小時 · 讚
  • 鉛筆壹 全部塞進球裡能夠收集的資料比較多, 再搭配 big data 可以分析出球員的價值, 如果只是要測速度方法就比較多樣了.
    10小時 · 讚 · 1
  • 曾建評 霍爾感測器+hub 的作法.. 一般實務兩個人傳接球時, 並不一定會踩好固定距離. 也就是說, 要抓時間差來換算的話, 可能需要有個輸入傳球距離的介面.
    10小時 · 讚
  • 帕拉提斯 超音波測距......
    10小時 · 讚
  • 曾建評 http://www.eastbay.com/....../markwort-speed-sensor....../

    Markwort Speed Sensor - Baseball at Eastbay
    www.eastbay.com
    Press start, throw the ball, and the LCD indicator displays pitch speed in MPH u⋯⋯更多
    10小時 · 讚 · 移除預覽
  • Hunter Hsuhttp://www.dceams.com/....../biomems%202013%20mems......

    找了一下，目前好像沒有在棒球裡面塞Gyro sensor的商品，看來是有難度，或許判斷沒有市場？
    9小時 · 讚
  • 曾建評 我先前也找過, 才覺得這題目是否有障礙在前. Anyway, 反正就自己好玩來做做看..
    9小時 · 讚
  • 曾建評 前面談到保護設計.. 可以分兩個層級. 基本的是只要能承受傳接球的衝擊力道即可. 厲害的則要能承受被球棒猛力轟擊.
    9小時 · 讚 · 1
  • 曹建國 可以找我
    8小時 · 收回讚 · 1

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