CN105759246B - 具有自校准功能的精度可调式网球击球点定位装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种网球击球点定位装置。该装置能够定位网球击球点，且具有自校准功能，除此之外可根据实际使用需求调节装置精度，是一项运用于网球训练的新型技术手段。装置主要包括滑块、直线导轨、声音传感器、光栅尺、光栅尺动尺和校准器等。直线导轨上可放置若干个装有声音传感器的滑块，移动滑块可改变声音传感器的间距，通过改变声音传感器的间距和个数得到不同结构的传感器阵列，从而调节装置的精度。光栅尺可精确定位声音传感器的位置，从而减小声音传感器位置误差对定位精度的影响。装置中心处的校准器发出一定频率的声音信号，通过装置定位获得该信号的坐标值与实际坐标值对比得到装置的误差值并对其进行修正，从而起校准作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种网球击球点定位装置，尤其是涉及一种具有自校准功能的精度可调式网球击球点定位装置。
背景技术
在网球比赛中，发球者一般掌握主动权，处在接发球一方的选手则需要利用良好的接发球技术和恰当的战术转被动为主动，以此赢得接发球的胜利。因此，运动员和教练通过分析网球击球点位置可充分获取回球信息、对手采取的战术以及击球习惯等信息，制定最佳的接球决策乃至整个战术布局。
现有的网球击球点定位方法主要有：(1)肉眼定位，然而，随着网球运动员的能力和身体素质的提升，网球运动专项器材的飞速发展，在比赛中球的运行速度也变得越来越快，肉眼几乎很难分辨；(2)鹰眼系统，可是，高昂的使用费用使得选手在日常的训练中通过技术手段精确的判断、记录网球的击球点变得十分难得。以上方法使得网球运动员在训练和比赛中无法获得充足的有效信息，导致无法采取正确的战术，最终限制网球水平的提升。
发明内容
针对以上背景，本发明的目的在于提供一种具有自校准功能的精度可调式网球击球点定位装置，该装置能够实现网球击球点定位，且具有自校准功能，除此之外可根据实际使用需求调节装置精度，是一项运用于网球训练的新型技术手段。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：
本发明包括固定支架、传感器阵列和校准单元。
所述固定支架包括直线导轨、圆盘和圆弧形连接件；呈十字型交叉的两根直线导轨固定在圆盘上，其自由端通过圆弧形连接件连接，所述的连接件也有两根，呈中心对称设置，直线导轨的交点与圆弧形连接件圆心重合。
所述传感器阵列包括滑块、声音传感器、传感器连接片、光栅尺动尺连接片、光栅尺动尺和光栅尺定尺。滑块的一端通过传感器连接片连接声音传感器，声音传感器用于获取击打网球的声音信号；另一端通过光栅尺动尺连接片连接光栅尺动尺，滑块与直线导轨配合控制声音传感器及光栅尺动尺的运动，其中光栅尺动尺与光栅尺定尺配合，光栅尺定尺平行装于直线导轨上，所述光栅尺可在滑块运动过程中精确定位声音传感器的位置。
所述直线导轨上可放置若干个装有声音传感器的滑块，移动滑块可改变声音传感器的间距，通过改变声音传感器的间距和个数调节装置的精度。
所述校准单元包括校准器；校准器位于装置的中心位置，校准器发出一定频率的声音信号，声音传感器接收到声音信号并通过信号处理电路计算得相对时间差，由定位公式计算得到声源即标准器的坐标值，将该坐标值与实际坐标值对比得到装置的误差值并通过软件对其进行修正，从而起校准作用。
本发明的有益效果：
(1)装置可在三维空间实现网球击球点定位；
(2)可根据测量要求调节装置的精度；
(3)具有自校准功能，提高装置的稳定性；
(4)机械结构简单使用方便，适用于多种网球场地；
(5)一项运用于网球训练的新型技术手段。
附图说明
图1是本发明的结构立体图；
图2是本发明的主视图；
图3是本发明的左视图；
图4是由8个声音传感器组成的传感器阵列的主视图；
图中：1.短直线导轨a；2.光栅尺动尺连接片；3.光栅尺动尺a；4.光栅尺定尺a；5.圆盘；6.连接体；7.声音传感器a；8.光栅尺动尺b；9.光栅尺定尺b；10.圆弧形连接片；11.支撑座；12.声音传感器b；13.短直线导轨b；14.校准器；15.声音传感器c；16.传感器连接片；17.光栅尺动尺c；18.光栅尺定尺c；19.声音传感器d；20.滑块a；21.滑块b；22.长直线导轨；23.光栅尺动尺d；24.光栅尺定尺d。
具体实施方式
本发明具体实施方式网球击球点定位装置，根据声音定位原理,本发明采用的定位方法首先估计出网球击球产生的声音信号到达传感器阵列的各声音传感器的相对时间差，再利用时间差计算出声音到达各声音传感器的距离差，最后用空间几何算法确定网球击球点的方位，定位公式如(1)所示：
其中为方位角，θ为俯仰角，r为网球击球点到装置中心的距离，τi1为第i个声音传感器较第1个声音传感器接收到声音信号的时间差值，c为声音传播速度，d的声音传感器的间距。
由公式(1)可以推导出网球击球声音信号定位的误差公式(2)：
其中为方位角的标准差，σθ为俯仰角的标准差，σr网球击球点到装置中心的距离的标准差，στ时间差值估计的标准差，σc声音传播速度的标准差，σd声音传感器的间距的标准差。
本实施例包括滑块、直线导轨、声音传感器、光栅尺、光栅尺动尺和校准器。直线导轨上可放置若干个装有声音传感器的滑块，移动滑块可改变声音传感器的间距，得到不同结构的传感器阵列。光栅尺可精确定位声音传感器的位置，从而减小声音传感器位置误差对定位精度的影响，且通过改变声音传感器的间距和个数可以调节装置的精度，参考公式(2)。装置中心处的校准器，坐标为(0，0，0)，发出一定频率的声音信号，声音传感器接收到声音信号并通过信号处理电路计算得相对时间差，由公式(1)计算得到声源即标准器的坐标值，将该坐标值与实际坐标值对比得到装置的误差值并通过软件对其进行修正，从而起校准作用。
以下结合图1、图2、图3、图4对定位装置进行详细阐述。
短直线导轨a(1)、b(13)一端与长直线导轨(22)通过沉头螺钉呈十字型固定在圆盘(5)上，另一端,即自由端由圆弧形连接件(10)连接，短直线导轨a(1)、b(13)与长直线导轨(22)的交点与圆弧形连接件(10)圆心重合；圆盘(5)通过4个M6的螺杆固定在连接体(6)上，连接体(6)与支撑座(11)通过配合卡槽结合；4个滑块a(20)的一端通过传感器连接片(16)分别连接声音传感器a(7)、b(12)、c(15)、d(19)，构成传感器阵列，另一端通过光栅尺动尺连接片(2)分别连接光栅尺动尺a(3)、b(8)、c(17)、d(23)，滑块a(20)与直线导轨配合控制声音传感器及光栅尺动尺的运动，其中光栅尺动尺a(3)、b(8)、c(17)、d(23)分别与光栅尺定尺a(4)、b(9)、c(18)、d(24)配合，光栅尺定尺平行装于直线导轨端面，在滑块a(20)运动过程中光栅尺可精确定位声音传感器的位置，从而减小声音传感器位置误差对定位精度的影响。
直线导轨上可放置若干个装有声音传感器的滑块，移动滑块可改变声音传感器的间距，通过改变声音传感器的间距和个数调节装置的精度，图4中是由8个声音传感器组成的传感器阵列的网球击球点定位装置，在其他参数相同的情况下，图4中的定位装置精度高于图2中的定位装置精度。
校准器(14)固定在滑块b(21)上，且位于装置的中心位置，即坐标为(0，0，0)，校准器(14)由430单片机、放大电路和扬声器组成，单片机产生一定频率的方波信号，经过放大后给扬声器发声，声音传播到声音传感器，声音传感器接收到声音信号并通过信号处理电路计算得相对时间差，由公式(1)计算得到声源即标准器的坐标值，将该坐标值与实际坐标值对比得到装置的误差值并通过软件对其进行修正，从而起校准作用。
本发明的工作方式如下：根据精度需求确定声音传感器的个数和间距，通过光栅尺确定位置并移动滑块a(20)使声音传感器位于相应位置，锁紧滑块a(20)，将装置置于网球场的非击球区域，声音传感器与信号处理电路连接并通电，校准器(14)对传感器和装置进行校准，校准完毕方可进行网球击球点定位测量。
Claims (1)
1.具有自校准功能的精度可调式网球击球点定位装置，包括固定支架、传感器阵列和校准单元，其特征在于：
所述固定支架包括直线导轨、圆盘和圆弧形连接件；呈十字型交叉的两根直线导轨固定在圆盘上，其自由端通过圆弧形连接件连接，所述的连接件也有两根，呈中心对称设置，直线导轨的交点与圆弧形连接件圆心重合；
所述传感器阵列包括滑块、声音传感器、传感器连接片、光栅尺动尺连接片、光栅尺动尺和光栅尺定尺；滑块的一端通过传感器连接片连接声音传感器，声音传感器用于获取击打网球的声音信号；另一端通过光栅尺动尺连接片连接光栅尺动尺，滑块与直线导轨配合控制声音传感器及光栅尺动尺的运动，其中光栅尺动尺与光栅尺定尺配合，光栅尺定尺平行装于直线导轨上，所述光栅尺动尺可在滑块运动过程中精确定位声音传感器的位置；
所述直线导轨上可放置若干个装有声音传感器的滑块，移动滑块可改变声音传感器的间距，通过改变声音传感器的间距和个数调节装置的精度；
所述校准单元包括校准器；校准器位于装置的中心位置，校准器发出一定频率的声音信号，声音传感器接收到声音信号并通过信号处理电路计算得相对时间差，由定位公式计算得到声源即校准器的坐标值，将该坐标值与实际坐标值对比得到装置的误差值并通过软件对其进行修正，从而起校准作用。
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