CN106730721A - 一种自动发球训练系统及其发球方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动发球训练系统及其发球方法。该自动发球训练系统包括：自动发球机，包括发球装置、实时预判所述发球装置发球落点位置的落点预测单元和第一定位单元；球拍，包括追踪器；以及第二定位单元和第三定位单元；所述第一定位单元、所述第二定位单元和所述第三定位单元对所述球拍的追踪器的相对位置进行三角定位，获得所述球拍相对于所述自动发球机的位置信息，所述自动发球机调整所述发球装置，使所述落点预测单元的发球落点位置与所述位置信息的位置相匹配。上述自动发球训练系统能够根据球拍的位置和发球落点位置自动调整发球装置，达到人与机器的交互，提高训练质量和效果。

Description

一种自动发球训练系统及其发球方法
技术领域
本发明涉及发球设备技术领域，具体地说，涉及一种自动发球训练系统及其发球方法。
背景技术
随着技术的发展和运动员训练的系统化，科技逐步融入到运动员的日常训练中。对于球拍运动，诸如羽毛球、网球、乒乓球等运动，陪练方式已由人工陪练逐步转换成发球机自动发球陪练的方式，从而达到提高训练强度和节省人力的目的。
现有的发球机需要在发球前人工调节好发球机的高度、发球速度以及发球位置，或者随机的向预定区域内发球，该调节方式属于静态调节，无法根据运动员的击球速度、击球位置的变化动态调整发球位置，是一个较为简单的开路系统，不能实现人与机器的交互，无法有效提高训练质量和效果。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明一方面提供一种自动发球训练系统，包括：
自动发球机，包括发球装置、实时预判所述发球装置发球落点位置的落点预测单元和第一定位单元；
球拍，包括追踪器；以及
第二定位单元和第三定位单元；
所述第一定位单元、所述第二定位单元和所述第三定位单元对所述球拍的追踪器的相对位置进行三角定位，获得所述球拍相对于所述自动发球机的位置信息，所述自动发球机调整所述发球装置，使所述落点预测单元的发球落点位置与所述位置信息的位置相匹配。
优选地，所述落点预测单元的发球落点位置与所述位置信息的位置相同。
优选地，所述落点预测单元的发球落点位置位于以所述位置信息的位置为圆心，X米为半径的圆形区域内。
优选地，所述落点预测单元的发球落点位置位于以所述位置信息的位置为圆心，X米为内径，Y米为外径的圆环区域内，Y大于X。
优选地，所述第一定位单元、所述第二定位单元和所述第三定位单元分别为第一蓝牙接收器、第二蓝牙接收器和第三蓝牙接收器。
优选地，所述追踪器包括用于传输信息和定位的蓝牙发送器。
优选地，所述追踪器还包括加速度传感器、陀螺仪传感器和压电传感器，所述加速度传感器用于感测所述球拍的挥拍加速度，所述陀螺仪传感器用于感测所述球拍的挥拍角速度，所述压电传感器用于感测所述球拍是否击中球。
优选地，所述球拍包括拍框和拍柄，所述加速度传感器、所述陀螺仪传感器和所述蓝牙发送器设置于所述拍柄上，所述压电传感器设置于所述拍框上。
优选地，所述自动发球机发送羽毛球，所述球拍为羽毛球拍。
本发明另一方面提供一种上述自动发球训练系统的发球方法，包括：
设定所述自动发球机的发球难度；
所述追踪器发送信号，所述第一定位单元、所述第二定位单元和所述第三定位单元对所述球拍的追踪器的相对位置进行三角定位，获得所述球拍相对于所述自动发球机的位置信息，所述追踪器将所述球拍的位置信息传输给所述自动发球机；
所述自动发球机接收所述球拍的位置信息，调整所述发球装置，使所述落点预测单元的发球落点位置与所述位置信息的位置相匹配，并根据预设的难度进行发球。
优选地，所述追踪器还感测所述球拍的挥拍加速度和挥拍角速度，并将所述球拍的挥拍加速度和挥拍角速度传输给所述自动发球机，所述自动发球机根据接收的挥拍加速度和挥拍角速度对所述球拍的位置信息进行修正，使所述落点预测单元的发球落点位置与修正后的所述位置信息的位置相匹配，并根据预设的难度进行发球。
优选地，所述追踪器还感测所述球拍是否击中球，并将所述球拍的击中状态信息传输给所述自动发球机，所述自动发球机将接收的所述球拍的击中状态信息进行累积，当连续击中次数达到预设的连续击中次数，或连续未击中次数达到预设的连续未击中次数，所述自动发球机自动调整预设的难度并进行发球。
优选地，设定所述自动发球机的发球难度包括设定所述落点预测单元的发球落点位置与球拍之间的距离、发球速度和相邻两次发球的时间间隔中的至少一项。
与现有技术相比，本发明提供的自动发球训练系统及其发球方法至少具有以下有益效果：
本发明的自动发球训练系统能够追踪球拍的位置，根据球拍的位置和落点预测单元的实时预判发球装置发球落点位置，自动调整发球装置，使落点预测单元的发球落点位置与球拍的位置信息的位置相匹配，运动时无需人工干预，从而达到人与机器的交互，提高训练质量和效果。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1是本发明实施例的自动发球训练系统在球场的布置示意图。
图2是本发明实施例的球拍的结构示意图。
图3是本发明实施例的球拍与球的落点位置示意图。
图4是本发明实施例的发球方法的流程图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。
图1是本发明实施例的自动发球训练系统在球场的布置示意图，图2是本发明实施例的球拍的结构示意图。参照图1和图2，本发明的自动发球训练系统包括：自动发球机10、球拍20、第二定位单元30和第三定位单元40。
自动发球机10包括发球装置11、落点预测单元(未示出)和第一定位单元12。其中，自动发球机10基于球拍20的位置信息和落点预测单元的发球落点位置自动调整发球装置11，例如落点预测单元预判发球装置11的发球落点位置距离球拍20的位置过近或过远后，自动调整发球装置11的球向的发球角度和发球速度，使预判的发球装置11的发球落点位置与球拍20的位置之间的距离处于设定的范围内。自动发球机10能够进一步预先设定发球难度，包括通过改变发球角度和速度来改变发球落点位置、改变发球速度、改变邻两次发球的时间间隔。在一个实施例中，发球装置11包括发射部和控制部(未示出)，发射部的具体结构可采用已知结构，在此不予赘述，控制部可以根据球拍20的位置信息，调整发射部使落点预测单元的发球落点位置与球拍20的位置信息相匹配，然后根据预设的难度调整发射部的发球速度、邻两次发球的时间间隔进行发球。可选地，自动发球机10发送的球是羽毛球、网球、乒乓球中的一种，本实施例中，自动发球机10发送的球是羽毛球。
落点预测单元能够实时预判发球装置11的发球落点位置，自动发球机10根据接收的球拍20的相对于自动发球机10的位置信息调整发球装置11，使落点预测单元的发球落点位置与球拍20的位置信息的位置相匹配。具体地说，可以依据发球落点位置与球拍20之间的距离将预设的发球难度分为多个难度等级，参照图3，落点预测单元的发球落点位置与球拍20的位置信息的位置相同，可以定义为第一难度等级，该难度等级下，发球装置11直接向球拍20的位置处发球，运动员很容易接到球；落点预测单元的发球落点位置位于以球拍20的位置信息的位置为圆心，X米为半径的圆形区域内，可以定义为第二难度等级，该难度等级下，发球装置11向一圆形区域内发球，运动员较容易接到球；落点预测单元的发球落点位置位于以球拍20的位置信息的位置为圆心，X米为内径，Y米为外径的圆环区域内，Y大于X，可以定义为第三难度等级，该难度等级下，发球装置11向一环形区域内发球，运动员需要运动一定距离才能接到球，具有一定的难度；发球装置11还可以进一步地向更外圈的环形区域内发球，以形成更高的难度等级，在此不予赘述。
第一定位单元12用于与第二定位单元30和第三定位单元40相配合对球拍20的追踪器的相对位置进行三角定位，获得球拍20相对于自动发球机10的位置信息。在一较佳实施例中，第一定位单元12、第二定位单元30和第三定位单元40分别为第一蓝牙接收器、第二蓝牙接收器和第三蓝牙接收器，第一蓝牙接收器、第二蓝牙接收器和第三蓝牙接收器接收追踪器的蓝牙信号，根据接收的蓝牙信号的强弱等对球拍20位置进行定位。本实施例中，自动发球机10布置在球场中，第二定位单元30和第三定位单元40布置在球场外，第一定位单元12、第二定位单元30和第三定位单元40呈三角形布置。
球拍20包括追踪器，进一步地，球拍20包括拍框21和拍柄22。追踪器的一个作用在于与第一定位单元12、第二定位单元30和第三定位单元40相配合对球拍20的位置进行定位并传输信息至自动发球机10。拍框21用于击球，拍柄22用于运动员的握持，进一步地，球拍20还包括连接拍框21和拍柄22的拍杆23，本实施例中，球拍20是羽毛球拍。
在一较佳实施例中，追踪器包括用于传输信息和定位的蓝牙发送器244，该蓝牙发送器244用于向第一定位单元12、第二定位单元30和第三定位单元40发送蓝牙信号进行定位，并将位置信息传输至自动发球机10。
进一步地，追踪器还包括加速度传感器241、陀螺仪传感器242和压电传感器243，加速度传感器241用于感测球拍20的挥拍加速度，陀螺仪传感器242用于感测球拍20的挥拍角速度，压电传感器243用于感测球拍20是否击中球，例如通过侦测网的形变程度来感测球拍20是否击中球。追踪器将获得的挥拍加速度、挥拍角速度和击中状态信息传输通过蓝牙发送器244传输至自动发球机10。
自动发球机10根据获得的球拍20的挥拍加速度和挥拍角速度能够对球拍20的位置信息进行修正，进而稳定定位的精确度。具体地说，当一个右手持拍的运动员从场地左边跑到右边后反手挥拍的时候，球拍20的定位的数据只会反馈球拍20的位置从场地左边移到场地右边之后又往左移动了一小段距离，并不能体现当前运动员实际的位置，但是运动员反手挥拍的时候，加速度传感器241和陀螺仪传感器242会侦测到和正手挥拍时不同方向的加速度和角速度，用这个数据作为定位的负反馈，能够稳定定位的精确度，进而准确反映当前运动员实时的位置。由于基于发球落点位置与运动员之间的距离将发球难度分级比基于发球落点位置与球拍20之间的距离将发球难度分级更加准确，因此，通过采用挥拍加速度和挥拍角速度信息对球拍20的位置信息进行修正后再发球，所体现的发球难度等级更加准确。
自动发球机10可以将接收的球拍20的击中状态信息进行累积，根据累积结果自动调整预设的难度并进行发球。具体地说，将连续击中次数与预设的连续击中次数进行比较，或将连续未击中次数与预设的连续未击中次数进行比较，根据比较结果调整预设的难度并重新发球，例如，连续击中次数达到设定值时增加预设的发球难度，连续未击中次数达到设定值时减小预设的发球难度，从而达到能够根据训练程度自动调整发球难度的目的。
在一个实施例中，加速度传感器241、陀螺仪传感器242和蓝牙发送器244设置于球拍20的拍柄22上，压电传感器243设置于球拍20的拍框21上。本实施例中，球拍20为羽毛球拍，加速度传感器241、陀螺仪传感器242和蓝牙发送器244设置于拍柄22的底端，即拍柄22的远离拍框21的一端，压电传感器243设置于拍框21与拍杆23的连接处。
在一个实施例中，球拍20还包括电池(未示出)和为电池充电的充电装置(未示出)，电池为追踪器供电。本实施例中，电池和充电装置位于拍柄22的底端，并通过导线(未示出)与加速度传感器241、陀螺仪传感器242、压电传感器243、蓝牙发送器244电连接，为其供电。
本发明还提供一种上述自动发球训练系统的发球方法，包括步骤S1、S2和S3。
S1：设定自动发球机10的发球难度。
具体地说，设定自动发球机10的发球难度包括设定落点预测单元的发球落点位置与球拍20之间的距离、发球速度和相邻两次发球的时间间隔中的至少一项。参照图3，可以仅根据发球落点位置与球拍20之间的距离将预设的发球难度分为多个难度等级，由于发球速度和相邻两次发球的时间间隔同样会对运动员的击球造成影响，因此，还可以根据发球速度、相邻两次发球的时间间隔将预设的发球难度分为多个难度等级。需要说明的是，本发明不限制发球落点位置与球拍20之间的距离、发球速度和相邻两次发球的时间间隔的具体大小关系，可根据需要进行设置。
S2：追踪器发送信号，第一定位单元12、第二定位单元30和第三定位单元40对球拍20的追踪器的相对位置进行三角定位，获得球拍20相对于自动发球机10的位置信息，追踪器将球拍20的位置信息传输给自动发球机10。
具体地说，第一定位单元12、第二定位单元30和第三定位单元40分别为第一蓝牙接收器、第二蓝牙接收器和第三蓝牙接收器时，通过第一蓝牙接收器、第二蓝牙接收器和第三蓝牙接收器接收的追踪器的蓝牙发送器244发送的蓝牙信号，侦测球拍20到三个蓝牙接收器的相对距离以获得球拍20相对于自动发球机10的位置信息。
在一个较佳实施例中，步骤S2中，追踪器还感测球拍20的挥拍加速度和挥拍角速度，并将球拍20的挥拍加速度和挥拍角速度传输给自动发球机10，自动发球机10根据接收的挥拍加速度和挥拍角速度对球拍20的位置信息进行修正，使落点预测单元的发球落点位置与修正后的位置信息的位置相匹配，并根据预设的难度进行发球，通过对球拍20的位置信息进行修正，稳定定位的精确度，使实际的发球难度准确对应于预设的难度。
S3：自动发球机10接收球拍20的位置信息，调整发球装置11，使落点预测单元的发球落点位置与位置信息的位置相匹配，并根据预设的难度进行发球。
在一个较佳实施例中，发球后，追踪器还感测球拍20是否击中球，并将球拍20的击中状态信息传输给自动发球机10，自动发球机10将接收的球拍20的击中状态信息进行累积，当连续击中次数达到预设的连续击中次数，或连续未击中次数达到预设的连续未击中次数，自动发球机10自动调整预设的难度并进行发球。
以预设的连续击中次数为10次、预设的连续未击中次数为10次为例，连续击中次数达到10次后，自动发球机10自动调整预设的难度，如通过增加落点预测单元的发球落点位置与球拍20之间的距离、提高发球速度或缩短相邻两次发球的时间间隔以增加预设的难度；连续未击中次数达到10次后，发球装置11自动调整预设的难度，如通过减小落点预测单元的发球落点位置与球拍20之间的距离、降低发球速度或延长相邻两次发球的时间间隔以降低预设的难度，否则，保持原预设的难度进行发球，从而达到智能操控的目的。
图4是本发明实施例的发球方法的流程图，下面结合图4，对本发明一个具体实施例的发球过程进行描述。
S11：设定自动发球机10的发球难度。
S12：追踪器发送信号并通过第一定位单元12、第二定位单元30和第三定位单元40对球拍20进行定位，将球拍20的位置信息传输给自动发球机10。
S13：根据球拍20的位置信息调整发球装置11，使落点预测单元的发球落点位置与球拍20的位置信息的位置相匹配，根据预设的难度向运动员发球。
S21：球拍20上的压电传感器243感测是否击中球，击中球时，进行步骤S22，未击中球时，进行步骤S23。
S22：击中球时，自动发球机10判断连续击中次数是否达到10次，达到10次，进行步骤S31，未达到10次时，重新进行步骤S12，自动发球机10重新对球拍20进行定位并保持原发球难度进行发球。
S23：未击中球时，自动发球机10判断连续未击中次数是否达到10次，达到10次，进行步骤S31，未达到10次时，重新进行步骤S12，自动发球机10重新对球拍20进行定位并保持原发球难度进行发球。
S31：自动发球机10判断连续击中次数达到10次或连续未击中次数达到10次时，自动发球机10自动调整预设的难度。例如，连续击中次数达到10次后，自动发球机10自动缩短相邻两次发球的时间间隔以增加预设的难度并重新发球；连续未击中次数达到10次后，自动发球机10自动延长相邻两次发球的时间间隔以降低预设的难度并重新发球，从而达到智能操控的目的。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (13)

1.一种自动发球训练系统，其特征在于，包括：
自动发球机，包括发球装置、实时预判所述发球装置发球落点位置的落点预测单元和第一定位单元；
球拍，包括追踪器；以及
第二定位单元和第三定位单元；
所述第一定位单元、所述第二定位单元和所述第三定位单元对所述球拍的追踪器的相对位置进行三角定位，获得所述球拍相对于所述自动发球机的位置信息，所述自动发球机调整所述发球装置，使所述落点预测单元的发球落点位置与所述位置信息的位置相匹配。
2.根据权利要求1所述的自动发球训练系统，其特征在于，所述落点预测单元的发球落点位置与所述位置信息的位置相同。
3.根据权利要求1所述的自动发球训练系统，其特征在于，所述落点预测单元的发球落点位置位于以所述位置信息的位置为圆心，X米为半径的圆形区域内。
4.根据权利要求1所述的自动发球训练系统，其特征在于，所述落点预测单元的发球落点位置位于以所述位置信息的位置为圆心，X米为内径，Y米为外径的圆环区域内，Y大于X。
5.根据权利要求1所述的自动发球训练系统，其特征在于，所述第一定位单元、所述第二定位单元和所述第三定位单元分别为第一蓝牙接收器、第二蓝牙接收器和第三蓝牙接收器。
6.根据权利要求1所述的自动发球训练系统，其特征在于，所述追踪器包括用于传输信息和定位的蓝牙发送器。
7.根据权利要求6所述的自动发球训练系统，其特征在于，所述追踪器还包括加速度传感器、陀螺仪传感器和压电传感器，所述加速度传感器用于感测所述球拍的挥拍加速度，所述陀螺仪传感器用于感测所述球拍的挥拍角速度，所述压电传感器用于感测所述球拍是否击中球。
8.根据权利要求7所述的自动发球训练系统，其特征在于，所述球拍包括拍框和拍柄，所述加速度传感器、所述陀螺仪传感器和所述蓝牙发送器设置于所述拍柄上，所述压电传感器设置于所述拍框上。
9.根据权利要求1至8任意一项所述的自动发球训练系统，其特征在于，所述自动发球机发送羽毛球，所述球拍为羽毛球拍。
10.一种权利要求1所述自动发球训练系统的发球方法，其特征在于，包括：
设定所述自动发球机的发球难度；
所述追踪器发送信号，所述第一定位单元、所述第二定位单元和所述第三定位单元对所述球拍的追踪器的相对位置进行三角定位，获得所述球拍相对于所述自动发球机的位置信息，所述追踪器将所述球拍的位置信息传输给所述自动发球机；
所述自动发球机接收所述球拍的位置信息，调整所述发球装置，使所述落点预测单元的发球落点位置与所述位置信息的位置相匹配，并根据预设的难度进行发球。
11.根据权利要求10所述的发球方法，其特征在于，所述追踪器还感测所述球拍的挥拍加速度和挥拍角速度，并将所述球拍的挥拍加速度和挥拍角速度传输给所述自动发球机，所述自动发球机根据接收的挥拍加速度和挥拍角速度对所述球拍的位置信息进行修正，使所述落点预测单元的发球落点位置与修正后的所述位置信息的位置相匹配，并根据预设的难度进行发球。
12.根据权利要求10所述的发球方法，其特征在于，所述追踪器还感测所述球拍是否击中球，并将所述球拍的击中状态信息传输给所述自动发球机，所述自动发球机将接收的所述球拍的击中状态信息进行累积，当连续击中次数达到预设的连续击中次数，或连续未击中次数达到预设的连续未击中次数，所述自动发球机自动调整预设的难度并进行发球。
13.根据权利要求10至12任意一项所述的发球方法，其特征在于，设定所述自动发球机的发球难度包括设定所述落点预测单元的发球落点位置与球拍之间的距离、发球速度和相邻两次发球的时间间隔中的至少一项。
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