一种非双轮挤压式的高尔夫球发射与击球控制系统的制作方法

本发明涉及高尔夫训练及模拟设备控制系统，具体为一种非双轮挤压式的高尔夫球发射与击球控制系统。

背景技术：

1、在高尔夫运动训练与模拟器应用场景中，为了复现不同球杆（如开球木杆、铁杆、挖起杆）的击球效果或特定的击球弹道（如直球、左曲球、右曲球、高抛球、低飞球等），需要将高尔夫球以精确指定的球速、起飞角、侧旋及后旋等参数发射出去。当前市场上主流的高尔夫球发射装置普遍采用双轮挤压式方案，即通过两个高速反向旋转的轮子夹持并摩擦球体，使其加速飞出。

2、然而，这种传统方案存在一系列固有的技术缺陷和不足。首先，双轮挤压的接触机理与真实高尔夫球杆杆面击球时发生的“碰撞-接触-分离”过程在物理本质上差异巨大。它无法模拟杆面材料的局部形变、球体在杆面上的短暂驻留（即接触时间）以及由此产生的复杂力传递过程，导致击球触感拟真度差，且球的旋转生成机制受限，难以真实模拟例如通过杆面沟槽“咬住”球体以产生强烈后旋的效果。其次，该方案中，球的起飞角、侧旋、后旋等参数之间存在强烈的物理耦合。调整起飞角（通过改变轮组倾角）往往会同时改变球的旋转特性，而期望独立调节侧旋或后旋则极为困难，参数间互相串扰严重，限制了系统模拟多样化击球效果的能力。再者，双轮结构的可重复性与一致性受机械磨损、轮面污染、环境温湿度变化等因素影响显著，出球参数容易发生波动，难以满足高端教学、职业训练或模拟器对数据长期稳定性和可重复性的苛刻要求。最后，现有系统大多采用开环或简单的比例控制，缺乏基于最终出球结果的实时、精确的闭环反馈控制，难以在不同环境条件或设备状态下稳定、可靠地达成预设的复杂目标参数组合。

3、因此，有待开发一种能够从根本上模拟真实击球物理过程、实现关键出球参数精确独立控制且具备卓越稳定性和自适应能力的新型高尔夫球发射控制系统，以克服现有双轮挤压式技术的局限性。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决现有双轮挤压式高尔夫球发球机在拟真度、参数控制独立性、可重复性及自适应控制方面不足的问题而提供一种非双轮挤压式的高尔夫球发射与击球控制系统。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种非双轮挤压式的高尔夫球发射与击球控制系统，包括：

3、供球与定位模块，用于将高尔夫球从存储装置中自动或半自动地取出，并输送、精确定位至一个固定的、可重复的击打基准位置，为后续的精确击打做好准备；

4、柔性击打与能量注入模块，其核心特征在于采用非双轮挤压的物理作用机理，用于向已定位的高尔夫球施加一次性的击打或推击作用，从而为其注入动能。该模块的核心部件是柔性击打端，所述柔性击打端包括用于直接接触球体并可在冲击下产生可控弹性形变的柔性层，以及为所述柔性层提供整体结构支撑和必要刚度的支撑层。这种结构旨在模拟真实球杆杆面的局部弹性；

5、多自由度杆面姿态与摩擦调控模块，其机械连接并精确控制所述柔性击打端。该模块用于在击球瞬间，动态或静态地调节所述柔性击打端的多维空间姿态（如法线方向、倾斜角度）、精确控制击打点相对于高尔夫球球心的空间位置偏置量（例如，击打在球心正后方、上方、下方、左侧或右侧），以及调控击打面与球体之间的有效摩擦特性；

6、出球参数测量模块，用于在球被击出后的飞行初始阶段或通过间接方式，测量或估计实际的出球参数。所述出球参数至少包括球速、起飞角、侧旋（如侧旋率或旋转轴方向）和后旋（如后旋率）中的一项或多项，为系统提供关键的反馈信息；

7、闭环控制与参数解算模块，与所述供球与定位模块、柔性击打与能量注入模块、多自由度杆面姿态与摩擦调控模块及出球参数测量模块电性连接。该模块接收用户或上位系统设定的目标出球参数，并根据所述出球参数测量模块实时反馈的实际出球参数，通过内部算法在线解算、调整并输出针对所述柔性击打与能量注入模块（如击打能量、驱动波形）和所述多自由度杆面姿态与摩擦调控模块（如姿态角、偏置量）的精确控制指令，从而构成一个闭环控制系统，使实际出球参数不断逼近目标值。

8、进一步的，为了更精细地模拟不同球杆的击球触感和对球的作用过程，所述柔性击打与能量注入模块还包括接触时间调节机构。该机构用于将球体与所述柔性击打端之间的相互作用接触时间主动控制在目标范围内，并对击打力随时间变化的曲线（力脉冲波形）进行主动整形，例如塑造出短促尖锐、缓慢上升或具有特定峰值的波形。

9、进一步的，所述接触时间调节机构可以通过多种物理机制实现，包括但不限于：通过机械装置调节对柔性层的预压缩量（可调预压机构）；采用材料或结构设计使击打端的局部刚度可变（可变刚度结构）；在击打端运动路径上设置可调阻尼器以吸收部分能量、延长接触；或者通过精密控制驱动能源（如气动压力、电磁电流）的输入波形来间接控制作用力的时间特性。

10、进一步的，所述柔性击打与能量注入模块的能量注入具体实现方式具有高度的灵活性，可为以下之一或其组合：

11、弹性储能式：利用弹簧、扭簧等弹性元件储存机械势能，释放时驱动柔性击打端撞击球体；

12、气动助力式：利用气缸、直线气囊或旋转气动马达等气动元件产生的气体压力，驱动柔性击打端推击或击打球体；

13、电磁驱动式：利用音圈电机、螺线管、直线电机等电磁装置产生的电磁力，直接或间接驱动柔性击打端动作；

14、复合式：结合上述方式的优点，例如使用小型弹性元件负责模拟初始接触的柔顺感和回弹，同时使用大功率气动或电磁元件负责提供主要的能量注入和高速发射能力，兼顾拟真度与性能上限。

15、进一步的，为实现对出球参数的解耦控制，所述多自由度杆面姿态与摩擦调控模块通常集成多个控制单元，用于分别或协同执行以下至少一项精细调节：调节所述柔性击打端的法线方向与静态倾角（杆面角），这主要影响球的起飞方向（起飞角）和垂直起飞角；调节所述柔性击打端相对于目标击球线的水平开闭角（杆面角），这主要决定球的初始侧旋方向；通过更换不同材质（如橡胶、聚氨酯）、表面纹理或沟槽的击打面片，或调节表面状态，来改变有效摩擦系数；通过高精度位移机构控制击打点相对于球心的三维空间偏置量，向上偏置（打在球下半部）有助于产生更多后旋，向左/右偏置则直接影响侧旋大小；与能量注入模块协同，控制整个接触过程中法向力与切向力分量随时间演变的分布波形。

16、进一步的，所述闭环控制与参数解算模块是其智能核心。其内部预置或能够在线学习建立一套从目标参数集到控制量集的映射与解算模型。所述目标参数集至少包含目标球速、目标起飞角、目标侧旋和目标后旋。所述控制量集则是一个复合向量，至少包含击打能量（或等效驱动力）、杆面开闭角、等效杆面倾角（起飞角）、击打点偏置矢量、有效摩擦参数、目标接触时间以及力、驱动电流或气压的时间波形函数中的多项。该模块根据出球参数测量模块反馈的实际值与目标值之间的误差，运用自适应控制算法（如pid、模型预测控制、数据驱动校正等）对所述模型进行在线校正，并实时更新下一次击打的控制量，从而实现精准、稳定的跟踪控制。

17、进一步的，为了提升系统的环境适应性和长期稳定性，还包括环境感知单元，用于实时感知环境温度、湿度等参数。所述闭环控制与参数解算模块能够根据这些环境参数的输入，动态地修正所述控制量集中的关键参数，特别是有效摩擦参数和目标接触时间，以补偿环境变化对材料摩擦系数、空气动力学以及系统机械性能的影响。

18、进一步的，为提高测量结果的可靠性和鲁棒性，所述出球参数测量模块优选采用多传感融合的技术路线。它可以同时或选择性地集成高速视觉传感器（如高速相机进行双目视觉或光流分析）、光电门阵列（测量通过时间以计算速度）、声学传感器阵列（通过击球声音特征分析）以及振动传感器（监测击打瞬间的振动）中的至少两种，通过对多源信息的融合处理，更准确地估计出球参数。

19、进一步的，为了维持系统在长期使用过程中的精度，还包括标定与漂移补偿模块。该模块可以根据系统运行中积累的历史击打数据及其对应的控制与反馈信息，定期或在检测到性能变化时，自动或半自动地更新所述闭环控制与参数解算模块内部模型的关键参数。这可以有效补偿因机械结构磨损、柔性材料弹性疲劳、驱动元件性能衰减或长期环境漂移所引起的系统性能变化，确保其持久的高精度。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过柔性击打端与对接触时间、力波形的主动控制，实现了高度拟真的击球触感与物理反馈；其采用解耦的精确参数控制，可独立调节球速、起飞角、侧旋及后旋，精准模拟从木杆到挖起杆的全系击球效果；基于实时测量的闭环反馈确保了出球的一致性与重复性，抗干扰能力强；系统提供弹性、气动、电磁等多种能量注入方式，具备模块化设计、快速更换、软件自标定及击打日志功能，兼顾了技术实现的灵活性、可维护性以及商业化长期运营的扩展需求。