This work proposes a new calibration method for the inertial measurement system (IMU) developed in the laboratory and applies the IMU to measurement of putter motion in golf. The IMU system consists of three MEMS accelerometers and three MEMS gyroscopes for measurement of three linear and three angular motions of a free object. It is light, compact in size, cheap and wireless in data transmission to a ground station.
The calibration method, which avoids the use of the expensive commercial calibrators, consists of two steps. The first is to calibrate the three MEMS accelerometers using gravity only. The second step is to use a pendulum device for calibration of three MEMS gyroscopes in consideration of the coupled effect with the accelerations. The calibration method features that it is simple and yet comprehensive, accounting for the coupled effects between sensors. The calibration results shows that the bias and random errors in acceleration and angular velocity of the IMU unit #1 are less than 1.2% and 1.5%, respectively, while IMU unit #2 suffers a significant error particularly with one of the three gyro sensors.
Finally, the effectiveness of the IMU unit #1 is demonstrated with putting experiments (practice swing & actual impact swing) in the laboratory with the help of a CCTV motion capture camera using a blade-type putter and a mallet-type putter. The practice swing results show that the putter speed and face angle differences between the calibrated IMU unit #1 and CCTV are less than 0.49 meter/sec and 3.2150 degree, respectively. From actual putting test results, the putter speed slightly decreases at the impact moment. Face angle remains unchanged during impact for centered hits, while it slightly decreases right after the impact moment for toe-side off-centered hits and it slightly decreases a few moments later after the impact moment for heel-side off-centered hits.
본 연구는 직접 개발한 관성측정장치의 새로운 보정법을 제안하고 이를 골프에서 퍼팅 스윙에 응용하였다. 관성측정장치는 MEMS 가속도 센서와 각속도 센서로 구성되어 선형 운동과 회전 운동을 측정한다. 이는 작고 가볍고 값싸며 무선통신을 한다는 장점이 있다.
상용화된 관성측정장치를 사용하지않는 새로운 보정법을 제안한다. 먼저 중력을 이용해 관성측정장치의 가속도 센서를 보정한다. 다음으로 진자를 이용해 관성측정장치의 각속도 센서를 보정하며 이 때 각속도 센서의 가속도 효과를 고려한다. 진자를 이용한 보정법은 간단하며 센서간의 상호 효과도 보정할 수 있다. 보정 결과 센서 #1의 가속도 센서와 각속도 센서는 1.2% 내의 편심오차와 1.5% 내의 랜덤 오차를 보인 반면, 센서 #2는 보정 중에 각속도 센서의 구성상의 문제가 발견되었다.
보정된 관성측정장치는 퍼팅 실험(빈 스윙 실험 및 타격 실험)을 통해 관성측정장치가 측정한 퍼터 헤드의 운동과 카메라가 관찰한 퍼터 헤드의 운동을 비교하여 검증한다. 빈 스윙 실험 결과 관성측정장치와 카메라가 측정한 퍼터 헤드의 속도 및 타면 각도 오차는 최대 0.49m/s, 3.215도 였다. 타격 실험 결과 퍼터 헤드의 속도는 타격 순간 감소하였으며, 타면 중심으로 타격했을 때 타면 각도는 변화가 없었으나, 타면 중심을 벗어나 타격했을 때 타면 각도는 타격 순간 변화가 있음을 관찰하였다.
