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基於慣性量測單元的高取樣率多重傳感器配置智慧棒球

為了解決棒球 rpm的問題，作者謝宗儫 這樣論述：

在棒球中，記錄投球過程和投球參數需要昂貴的設備和後續處理。在本篇論文中，我們設計了一個智慧棒球，將我們設計的晶片嵌入到棒球當中。我們的開發版是以 MSP432P401R 作為主要微控制器，CC2640R2F 作為藍牙低功耗控制器，快閃記憶體作為內部儲存的裝置。在外圍傳感器部分，我們使用ICM-20649作為慣性測量單元和薄膜的力感測器A301來感測手指力。我們記錄慣性測量單元和指力數據，並通過藍牙低功耗模組將數據傳輸到電腦或是手機。之後，我們在電腦上進行信號處理，計算出球速、旋轉速度、投球軌跡和手指力。我們提供五種不同的操作模式，包括兩顆慣性測量單元的感測模式、最高取樣率模式、即時傳輸模式、

力感測模式。用戶可以選擇符合自己要求的傳感器配置。另外還新增了一個按下力感測器來啟動六軸感測器高取樣率的模式並將數據存儲在快閃記憶體中。它可以連續使用長達 24 小時。在感應範圍的部分，我們可以測量到球速為每秒120公里，旋轉速度為每分鐘2000轉，手指力為25磅。在本論文中，我們將加速度取樣率從 1125赫茲提高到 4500赫茲。取樣率的提高可以提高球速和旋轉速率的計算精度。至此，我們完成了一次投球實驗。實驗分為兩部分。一個使用1125赫茲的取樣率和10次投擲來計算最大球速，另一部分使用4500赫茲的取樣率也進行10次投擲來計算最大球速。第一部分的均方根誤差率與測速槍相比為百分之4.876。

第二部分的均方根誤差率與測速槍相比為百分之4.281。我們進行了獨立樣本T檢定來檢測兩個實驗在統計上的誤差，可以看到兩組實驗的誤差在統計上是沒有顯著差異的，可以得知在球速的計算上不需要過高的取樣率。

應用於運動科學之智慧棒球

為了解決棒球 rpm的問題，作者郭 昕 這樣論述：

由於棒球是我們的國球，因此我們希望透過科學的方式，來協助運動員跟教練在訓練時可以有量化的數據供參考。在這篇論文中，我們設計一個智慧棒球，可以幫助選手量測手指力度、投擲的速度和轉速、飛行時軌跡的變化。我們將訊號透過微控制器整合，再使用藍牙低功耗將資料傳送至電腦，最後在電腦進行信號處理。在這個裝置中，我們提供了兩種不同的操作模式，讓使用者可以依照需求選擇感測器的配置。在訊號量測方面，手指力度最大可量測到111牛頓，速度和轉速分別可以提供至每小時100公里和每分鐘600轉以上的量測範圍。感測裝置提供高取樣率，足以應付訊號在0.01秒內快速變動的情況。我們開發了一種訊號處理方法，用來計算球速。應用低

通濾波器和重力補償，再把加速度做積分獲得球速。我們進行了兩種實驗的比較。實驗一是縮短投補距離為14公尺，限制球速在每小時80公里。計算結果與測速槍的量測結果之間均方根誤差為每小時4.2305公里。實驗二是標準投捕距離為18.4公尺，限制球速大約在時速90公里。計算結果與測速槍的量測結果之間均方根誤差為每小時6.4398公里。在低速的情況下，計算誤差約為5%。在高速的情況下，計算誤差約為6%。而我們也從實驗數據中發現指力與球速之間的關係，指力增加約9牛頓，球速會增加約每小時10公里。