CN108325185A - 一种基于多传感器数据融合的运动球拍 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多传感器数据融合的运动球拍，包括球拍本体，球拍本体包括拍框、拍杆、拍柄、拍线和数据监测系统，数据监测系统包括主控模块、三轴加速度传感器组件、三轴陀螺仪组件和提醒模块；主控模块记录并保存由三轴加速度传感器组件和三轴陀螺仪组件发送过来的速度数据及姿势数据，并与保存于主控模块之中的上一次的速度数据及姿势数据进行比较从而得到速度差值及姿势差值，并根据速度差值和/或姿势差值驱动提醒模块进行提醒操作。该运动球拍不仅能够对球员的运动数据进行记录，并且能够根据球员的训练情况而对球员进行建议提醒，从而避免出现过度训练及疲劳训练的问题，从而能够提高球员的训练效率。

Description

一种基于多传感器数据融合的运动球拍
技术领域
本发明涉及运动机械技术领域，尤其是一种基于多传感器数据融合的运动球拍。
背景技术
随着网球运动的发展普及，越来越多的人参与到了网球运动的行列中，我国网球运动人口数量每年以10％左右的速度增长，运动人群相对更年轻更活跃，消费力也更强。
传统的网球拍仅仅为纯机械类的设备，只能供球员进行普通的网球训练，但并不能对球员的训练数据进行记录，因此传统的网球拍并不能对球员的训练给出适当的建议，从而容易导致球员出现过度训练及疲劳训练的问题，因此不利于提高球员的训练效率。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于多传感器数据融合的运动球拍，不仅能够对球员的运动数据进行记录，并且能够根据球员的训练情况而对球员进行建议提醒，从而避免出现过度训练及疲劳训练的问题，从而能够提高球员的训练效率。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
一种基于多传感器数据融合的运动球拍，包括球拍本体，球拍本体包括拍框、拍杆、拍柄、拍线和数据监测系统，数据监测系统包括用于统筹管理及数据保存的主控模块、用于检测挥拍速度的三轴加速度传感器组件、用于检测挥拍姿势的三轴陀螺仪组件和用于进行提醒操作的提醒模块，主控模块设置于拍柄的下端，三轴加速度传感器组件和三轴陀螺仪组件分别设置于拍框之中，提醒模块设置于拍柄的中部，三轴加速度传感器组件、三轴陀螺仪组件和提醒模块分别与主控模块电连接；主控模块记录并保存由三轴加速度传感器组件和三轴陀螺仪组件发送过来的速度数据及姿势数据，并与保存于主控模块之中的上一次的速度数据及姿势数据进行比较从而得到速度差值及姿势差值，并根据速度差值和/或姿势差值驱动提醒模块进行提醒操作。
进一步，数据监测系统还包括用于检测网球是否被击中的震动传感器组件，震动传感器组件设置于拍框之中并与主控模块电连接。
进一步，三轴加速度传感器组件包括用于分别对拍框的不同位置进行挥拍速度检测的第一三轴加速度传感器和第二三轴加速度传感器，第一三轴加速度传感器和第二三轴加速度传感器分别设置于拍框的顶端和下端。
进一步，三轴陀螺仪组件包括用于分别对拍框的不同位置进行挥拍姿势检测的第一三轴陀螺仪和第二三轴陀螺仪，第一三轴陀螺仪和第二三轴陀螺仪分别设置于拍框的顶端和下端。
进一步，震动传感器组件包括用于分别对拍框的不同位置进行震动检测的第一震动传感器和第二震动传感器，第一震动传感器和第二震动传感器分别设置于拍框的左右两侧。
进一步，提醒模块包括用于进行振动提醒的振动电机和用于进行语音提示的语音模块，振动电机设置于拍柄的中部，语音模块设置于拍框与拍杆的连接处，振动电机和语音模块分别与主控模块电连接。
进一步，还包括用于与外部设备进行数据交互的通信模块，通信模块设置于拍柄的下端并与主控模块电连接。
本发明的有益效果是：一种基于多传感器数据融合的运动球拍，当用户进行击球动作时，运动球拍会随着用户的动作而进行挥动，此时，三轴加速度传感器组件和三轴陀螺仪组件分别对挥拍速度和挥拍姿势进行检测，并把检测到的速度数据及姿势数据传输到主控模块之中进行记录及保存，随着用户不断挥拍击球，主控模块会不断记录及保存新的速度数据及姿势数据，每当主控模块记录及保存新的速度数据及姿势数据时，主控模块都会将当次的速度数据及姿势数据与上一次的速度数据及姿势数据进行比较，从而得到两次击球操作所对应的速度差值和姿势差值，此时，主控模块会根据速度差值和/或姿势差值判断用户当前所处的状态，从而驱动提醒模块对用户进行及时的提醒，避免用户过度训练。因此，本发明的运动球拍，在多个传感器的数据融合分析处理下，不仅能够对球员的运动数据进行准确的记录，并且能够根据球员的训练情况而对球员进行建议提醒，从而避免出现过度训练及疲劳训练的问题，从而能够提高球员的训练效率。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的运动球拍的原理图；
图2是运动球拍在工作时的流程图。
具体实施方式
参照图1，本发明的一种基于多传感器数据融合的运动球拍，包括球拍本体，球拍本体包括拍框、拍杆、拍柄、拍线和数据监测系统，数据监测系统包括用于统筹管理及数据保存的主控模块1、用于检测挥拍速度的三轴加速度传感器组件2、用于检测挥拍姿势的三轴陀螺仪组件3和用于进行提醒操作的提醒模块4，主控模块1设置于拍柄的下端，三轴加速度传感器组件2和三轴陀螺仪组件3分别设置于拍框之中，提醒模块4设置于拍柄的中部，三轴加速度传感器组件2、三轴陀螺仪组件3和提醒模块4分别与主控模块1电连接；主控模块1记录并保存由三轴加速度传感器组件2和三轴陀螺仪组件3发送过来的速度数据及姿势数据，并与保存于主控模块1之中的上一次的速度数据及姿势数据进行比较从而得到速度差值及姿势差值，并根据速度差值和/或姿势差值驱动提醒模块4进行提醒操作。具体地，当用户进行击球动作时，运动球拍会随着用户的动作而进行挥动，此时，三轴加速度传感器组件2和三轴陀螺仪组件3分别对挥拍速度和挥拍姿势进行检测，并把检测到的速度数据及姿势数据传输到主控模块1之中进行记录及保存，随着用户不断挥拍击球，主控模块1会不断记录及保存新的速度数据及姿势数据，每当主控模块1记录及保存新的速度数据及姿势数据时，主控模块1都会将当次的速度数据及姿势数据与上一次的速度数据及姿势数据进行比较，从而得到两次击球操作所对应的速度差值和姿势差值，此时，主控模块1会根据速度差值和/或姿势差值判断用户当前所处的状态，从而驱动提醒模块4对用户进行及时的提醒，避免用户过度训练。因此，本发明的运动球拍，在多个传感器的数据融合分析处理下，不仅能够对球员的运动数据进行准确的记录，并且能够根据球员的训练情况而对球员进行建议提醒，从而避免出现过度训练及疲劳训练的问题，从而能够提高球员的训练效率。
其中，参照图1，三轴加速度传感器组件2包括用于分别对拍框的不同位置进行挥拍速度检测的第一三轴加速度传感器21和第二三轴加速度传感器22，第一三轴加速度传感器21和第二三轴加速度传感器22分别设置于拍框的顶端和下端。具体地，分别设置于拍框的顶端和下端的第一三轴加速度传感器21和第二三轴加速度传感器22共同进行检测操作，能够对挥拍速度进行更加精确的检测。由于拍框具有一定的面积，因此在进行挥拍时，拍框中不同的位置会具有不同的挥动速度，并且击球的位置在拍框的范围内具有不同的击球点，而不同的击球点会对拍框的不同位置产生不同的影响。为了能够准确检测用户的挥拍速度，第一三轴加速度传感器21和第二三轴加速度传感器22分别设置于拍框的顶端和下端，并且第一三轴加速度传感器21和第二三轴加速度传感器22同时进行挥拍速度的检测，而当主控模块1分别接收到由第一三轴加速度传感器21和第二三轴加速度传感器22发送过来的挥拍速度时，主控模块1会根据这两个挥拍速度而求取平均值，从而能够得到用户较为准确的挥拍速度。
其中，参照图1，三轴陀螺仪组件3包括用于分别对拍框的不同位置进行挥拍姿势检测的第一三轴陀螺仪31和第二三轴陀螺仪32，第一三轴陀螺仪31和第二三轴陀螺仪32分别设置于拍框的顶端和下端。具体地，分别设置于拍框的顶端和下端的第一三轴陀螺仪31和第二三轴陀螺仪32，能够对运动球拍于三维空间中的运动角度及方向进行检测，第一三轴陀螺仪31和第二三轴陀螺仪32分别检测运动球拍于X轴、Y轴及Z轴上的移动情况，从而分别得到运动球拍在X轴、Y轴及Z轴上的移动数据，而主控模块1则根据这些移动数据获得运动球拍的运动角度及方向，从而能够准确判断用户进行击球时的技术动作。
其中，参照图1，数据监测系统还包括用于检测网球是否被击中的震动传感器组件5，震动传感器组件5设置于拍框之中并与主控模块1电连接，其中，震动传感器组件5包括用于分别对拍框的不同位置进行震动检测的第一震动传感器51和第二震动传感器52，第一震动传感器51和第二震动传感器52分别设置于拍框的左右两侧。具体地，分别设置于拍框的左右两侧的第一震动传感器51和第二震动传感器52能够更好地检测用户是否进行有效的击球。由于拍框具有一定的面积，因此在进行击球时，击球的位置在拍框的范围内会具有不同的击球点，而分散设置于拍框的左右两侧的第一震动传感器51和第二震动传感器52，能够避免出现误检测或者漏检测的问题，从而能够确保对用户的击球动作进行有效的判断。
其中，参照图1，提醒模块4包括用于进行振动提醒的振动电机41和用于进行语音提示的语音模块42，振动电机41设置于拍柄的中部，语音模块42设置于拍框与拍杆的连接处，振动电机41和语音模块42分别与主控模块1电连接。具体地，当主控模块1对前后两次的速度数据及姿势数据进行比较而得到速度差值和姿势差值后，当速度差值和/或姿势差值大于预先设定的标准差值时，则说明前后两次的挥拍速度明显大幅度下降，并且后一次的挥拍姿势偏离了用户的常规挥拍姿势，因此，能够判定用户目前处于疲劳状态，所以，主控模块1会即时驱动振动电机41和语音模块42对用户进行提醒。设置于拍柄的中部的振动电机41与用户的手掌对应，振动电机41接收到主控模块1的驱动信号后进行振动，从而能够使用户第一时间获得提醒。而设置于拍框与拍杆的连接处的语音模块42，能够通过语音的方式对用户发出建议，例如告知用户进行适当的休息或者要求用户停止训练，从而避免用户因为过度训练或疲劳训练而出现受伤的情况。
其中，参照图1，还包括用于与外部设备进行数据交互的通信模块6，通信模块6设置于拍柄的下端并与主控模块1电连接。具体地，运动球拍能够通信模块6与外部设备进行数据交互，外部设备包括但不限于手持移动终端及和用户配合训练的发球机。当通信模块6与手持移动终端进行数据交互时，能够把用户的挥拍速度、挥拍姿势、击球数及训练时长等信息上传到手持移动终端之中进行记录及保存，手持移动终端则可以根据这些数据而作出统计，从而能够根据用户的状态或者针对用户以后的训练生成对应的训练建议；为了防止用户过度训练，主控模块1之中可以预先设定一个合理的运动时间，例如一小时，而手持移动终端则对该运动时间进行计时，当到达设定的运动时间后，振动电机41会产生振动，从而提醒用户进行休息。当通信模块6与发球机进行数据交互时，当发球机准备发球时，可以通过通信模块6向主控模块1发送发球信号，而主控模块1则根据该发球信号驱动振动电机41或者语音模块42进行工作，从而提醒用户准备击球。
参照图1－图2，其中图2是本发明的运动球拍在工作时的流程图，本发明的运动球拍在进行工作时，进行以下的处理步骤：
S1、模块初始化；
S2、震动传感器组件5、通信模块6和主控模块1同时进行工作，震动传感器组件5检测是否进行击球，若检测到进行击球，转到步骤S3，否则返回步骤S2；通信模块6检测是否接收到外部发球机发送过来的发球指令，若接收到发球指令，振动电机41进行振动，否则返回步骤S2；主控模块1检测是否达到设定的运动时间，若达到设定的运动时间，振动电机41进行振动，语音模块42播报提醒语音，否则返回步骤S2；
S3、主控模块1同时采集由三轴加速度传感器组件2和三轴陀螺仪组件3检测的速度数据和姿势数据；
S4、主控模块1把当次的速度数据和姿势数据与上一次的速度数据和姿势数据进行比较分析，判断用户是否处于疲劳状态；
S5、通信模块6把判断结果传输到手持移动终端进行记录及保存，手持移动终端根据判断结果作出统计，生成对应的训练建议，并返回步骤S2。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种基于多传感器数据融合的运动球拍，其特征在于：包括球拍本体，所述球拍本体包括拍框、拍杆、拍柄、拍线和数据监测系统，所述数据监测系统包括用于统筹管理及数据保存的主控模块(1)、用于检测挥拍速度的三轴加速度传感器组件(2)、用于检测挥拍姿势的三轴陀螺仪组件(3)和用于进行提醒操作的提醒模块(4)，所述主控模块(1)设置于所述拍柄的下端，所述三轴加速度传感器组件(2)和三轴陀螺仪组件(3)分别设置于所述拍框之中，所述提醒模块(4)设置于所述拍柄的中部，所述三轴加速度传感器组件(2)、三轴陀螺仪组件(3)和提醒模块(4)分别与所述主控模块(1)电连接；所述主控模块(1)记录并保存由所述三轴加速度传感器组件(2)和三轴陀螺仪组件(3)发送过来的速度数据及姿势数据，并与保存于所述主控模块(1)之中的上一次的速度数据及姿势数据进行比较从而得到速度差值及姿势差值，并根据所述速度差值和/或姿势差值驱动所述提醒模块(4)进行提醒操作。
2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器数据融合的运动球拍，其特征在于：所述数据监测系统还包括用于检测网球是否被击中的震动传感器组件(5)，所述震动传感器组件(5)设置于所述拍框之中并与所述主控模块(1)电连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于多传感器数据融合的运动球拍，其特征在于：所述三轴加速度传感器组件(2)包括用于分别对所述拍框的不同位置进行挥拍速度检测的第一三轴加速度传感器(21)和第二三轴加速度传感器(22)，所述第一三轴加速度传感器(21)和第二三轴加速度传感器(22)分别设置于所述拍框的顶端和下端。
4.根据权利要求1所述的一种基于多传感器数据融合的运动球拍，其特征在于：所述三轴陀螺仪组件(3)包括用于分别对所述拍框的不同位置进行挥拍姿势检测的第一三轴陀螺仪(31)和第二三轴陀螺仪(32)，所述第一三轴陀螺仪(31)和第二三轴陀螺仪(32)分别设置于所述拍框的顶端和下端。
5.根据权利要求2所述的一种基于多传感器数据融合的运动球拍，其特征在于：所述震动传感器组件(5)包括用于分别对所述拍框的不同位置进行震动检测的第一震动传感器(51)和第二震动传感器(52)，所述第一震动传感器(51)和第二震动传感器(52)分别设置于所述拍框的左右两侧。
6.根据权利要求1所述的一种基于多传感器数据融合的运动球拍，其特征在于：所述提醒模块(4)包括用于进行振动提醒的振动电机(41)和用于进行语音提示的语音模块(42)，所述振动电机(41)设置于所述拍柄的中部，所述语音模块(42)设置于所述拍框与拍杆的连接处，所述振动电机(41)和语音模块(42)分别与所述主控模块(1)电连接。
7.根据权利要求1－6任一所述的一种基于多传感器数据融合的运动球拍，其特征在于：还包括用于与外部设备进行数据交互的通信模块(6)，所述通信模块(6)设置于所述拍柄的下端并与所述主控模块(1)电连接。
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