CN111111121A - 一种球拍及击球识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种球拍及击球识别方法，所述球拍包括球网边框、网面、击球信号获取机构、球拍手持部、安装盒、显示机构以及击球识别处理机构。所述击球信号获取机构用于获取击球状态下的击球信号，所述击球信号获取机构安装于所述网面上，所述击球识别处理机构用于根据所述击球信号，以得到击球数据。本发明的智能化程度较高，能够给出详细的击球位置识别数据。

Description

一种球拍及击球识别方法

技术领域

本发明涉及运动设备技术领域，特别是涉及一种球拍及击球识别方法。

背景技术

全民运动的时代，网球、羽毛球等成为了具有价值的健身运动器材，简单而不乏味，但对于传统的网球拍而言，对于初学者不是很友好，即使发现了自己击球时的问题，例如：击球位置一直无法集中在‘甜区’内，需要适当调整击球位置，但又无法及时找出关键点在哪，使得部分初学者不得不放弃，这时候就需要一些辅助设备来进行补足。

现有技术中也存有一些智能网球拍的分析装置，不仅不够智能，无法给出详细的击球位置识别数据，而且成本较高，因此迫切需要改进。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种球拍及击球识别方法，用于解决现有技术中的智能网球拍的分析装置不仅不够智能，无法给出详细的击球位置识别数据，而且成本较高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种球拍，所述球拍包括：

球网边框，其内部设置有网面；

球拍手持部，其设置于所述球网边框上；

至少一击球信号获取机构，用于获取击球状态下的击球信号，所述击球信号获取机构安装于所述网面上；

击球识别处理机构，用于根据所述击球信号，以得到击球数据。

在本发明的一实施例中，所述击球信号获取机构包括：

至少一第一击球信号获取器，其安装于所述网面上；

至少一第二击球信号获取器，其安装于所述网面上。

在本发明的一实施例中，所述第一击球信号获取器以所述网面的第一对称轴为中心，对称分布于所述网面的两端。

在本发明的一实施例中，所述第二击球信号获取器以所述网面的第二对称轴为中心，对称分布于所述网面的两端。

在本发明的一实施例中，所述第一击球信号获取器、第二击球信号获取器包括一轴加速度传感器或三轴加速度传感器。

在本发明的一实施例中，所述球拍还包括姿态传感器，所述第一击球信号获取器、第二击球信号获取器为一轴加速度传感器，所述一轴加速度传感器与姿态传感器配合使用。

在本发明的一实施例中，所述球拍还包括显示机构，其与所述击球识别处理机构之间通信连接。

在本发明的一实施例中，所述击球信号包括加速度信号。

在本发明的一实施例中，所述击球数据包括击球位置、击球力的大小、击中所述网面的正面或反面中的一种或几种。

本发明还提供一种击球识别方法，所述击球识别方法包括上述的一种球拍，所述击球识别方法包括：

通过击球信号获取机构获取击球状态下的击球信号；

利用击球识别处理机构根据所述击球信号，以得到击球数据；

通过显示机构显示所述击球数据。

如上所述，本发明的一种球拍及击球识别方法，具有以下有益效果：

本发明的球拍包括球网边框、网面、击球信号获取机构、球拍手持部以及击球识别处理机构，所述击球信号获取机构用于获取击球状态下的击球信号，所述击球信号获取机构安装于所述网面上，所述击球识别处理机构用于根据所述击球信号，以得到击球数据。本发明的智能化程度较高，而且能够给出详细的击球位置识别数据，成本较低，适合批量生产使用。

本发明的球拍包括显示机构，可以显示击球位置等信息，直观的给出用户数据，从而用户可以对自己的击球动作进行改进，用户可以清晰的看出在击球时的位置偏差并适当修正，以达到较好的训练效果。

本发明的击球识别方法大大方便了用户在下次击球时进行位置调整，大大提升了用户的训练效果，可靠性较高。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种球拍的整体结构示意图。

图2为本申请实施例提供的一种球拍的结构原理框图。

图3为本申请实施例提供的一种球拍的结构原理框图。

图4为本申请实施例提供的一种球拍的结构原理框图。

图5为本申请实施例提供的一种球拍的结构原理框图。

图6为本申请实施例提供的球拍的网面中的弦横向振动的受力分析示意图。

图7为本申请实施例提供的球拍的网面中的弦横向振动的受力分析示意图。

图8为本申请实施例提供的球拍的网面落球点力传递至主轴线的示意图。

图9为本申请实施例提供的球拍的网面落球点力传递至主轴线的示意图。

图10为本申请实施例提供的一种击球识别方法的工作原理图。

元件标号说明

1 球网边框

2 网面

3 击球信号获取机构

4 球拍手持部

5 安装盒

6 显示机构

7 平衡点

8 任意位置(x_i,y_i)

10 击球识别处理机构

31 第一击球信号获取器

32 第二击球信号获取器

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1、图2、图3、图4、图5，图1为本申请实施例提供的一种球拍的整体结构示意图。图2为本申请实施例提供的一种球拍的结构原理框图。图3为本申请实施例提供的一种球拍的结构原理框图。图4为本申请实施例提供的一种球拍的结构原理框图。图5为本申请实施例提供的一种球拍的结构原理框图。本发明提供一种球拍，所述球拍可以但不限于为智能网球拍，所述球拍还可以为羽毛球拍等，所述球拍包括但不限于球网边框1、网面2、击球信号获取机构3、球拍手持部4、安装盒5、显示机构6以及击球识别处理机构10。可以但不限于以球拍的所述网面2的第一对称轴为x轴，以球拍的所述网面2的第二对称轴为y轴，垂直于所述网面2的轴为z轴。所述球网边框1的内部设置有网面2，所述网面2包括多根网线，所述球拍手持部4设置于所述球网边框1上。所述击球信号获取机构3可以设置为多个，所述击球信号获取机构3可以设置为2个、3个、4个、5个、6个等，可以根据具体的应用场景以及需要来进行所述击球信号获取机构3个数的设置，所述击球信号获取机构3用于获取击球状态下的击球信号，所述击球信号获取机构3安装于所述网面2上，所述击球信号获取机构3可以包括多个第一击球信号获取器31和多个第二击球信号获取器32，所述第一击球信号获取器31和多个第二击球信号获取器32安装于所述网面2的端部，所述第一击球信号获取器31和多个第二击球信号获取器32设置于所述球网边框1的附近。具体的，当所述第一击球信号获取器31设置为两个时，两个所述第一击球信号获取器31以所述网面2的第一对称轴即为x轴为中心，对称分布于所述网面2的两端，当所述第二击球信号获取器32设置为两个时，两个所述第二击球信号获取器32以所述网面2的第二对称轴即为y轴为中心，对称分布于所述网面2的两端。两个所述第一击球信号获取器31、第二击球信号获取器32包括三轴加速度传感器，可以通过所述三轴加速度传感器采集z轴的加速度。两个所述第一击球信号获取器31、第二击球信号获取器32可以但不限于为四个一轴加速度传感器，通过所述一轴加速度传感器采集z轴的加速度，通过所述姿态传感器采集球拍的空间的位姿变化，所述姿态传感器可以但不限于设置于球拍手持部4，所述姿态传感器也可以设置于所述第一击球信号获取器31或第二击球信号获取器32内，所述一轴加速度传感器与姿态传感器组合使用，可以获取球拍的空间姿态，一个所述姿态传感器可以与一个一轴加速度传感器组合安装在X轴靠近所述球拍手持部4处，也可以安装于球拍手持部4的尾端，所述姿态传感器内部包括但不限于三轴加速度计、三轴陀螺仪。所述第一击球信号获取器31、第二击球信号获取器32可以但不限于以倒扣的方式或扣合按钮的方式扣合于所述网面2上，当所述球拍的网线的根数为奇数时，采用跨三根网线固定，当网线的根数为偶数时，可以采用跨两根网线固定。通过所述倒扣的方式或扣合按钮的方式，减小了所述第一击球信号获取器31和第二击球信号获取器32的设计尺寸，而且扣合的牢固，安装拆卸较为方便。所述击球识别处理机构10用于根据所述击球信号获取机构3输出的击球信号，以得到击球位置、击球力的大小、击中所述网面2的正面或反面中的一种或几种。所述击球识别处理机构10可以根据所述姿态传感器或三轴传感器采集球拍的空间运动状态、判断球击中所述网面2为正面或反面，也可以根据一轴传感器测得的加速度值的正负来判断球击中所述网面2为正面或反面，所述击球识别处理机构10可以根据所述一轴加速度传感器采集的加速度值，计算击球位置以及击球力的大小，所述击球识别处理机构10包括但不限于为处理器或单片机。所述球拍上还安装有所述安装盒5，所述安装盒5固定于靠近所述球网边框1底部的球拍手持部4上，所述安装盒5内部可以安装有击球识别处理机构10和供电模块，所述安装盒5还设置有显示机构6，所述显示机构6可以但不限于为显示器，通过所述显示器来显示数据，以进行数据的评估。

请参阅图6、图7、图8、图9、图10，图6为本申请实施例提供的球拍的网面中的弦横向振动的受力分析示意图。图7为本申请实施例提供的球拍的网面中的弦横向振动的受力分析示意图。图8为本申请实施例提供的球拍的网面落球点力传递至主轴线的示意图。图9为本申请实施例提供的球拍的网面落球点力传递至主轴线的示意图。图10为本申请实施例提供的一种击球识别方法的工作原理图。本发明还提供一种击球识别方法，所述击球识别方法包括上述的一种球拍，所述击球识别方法包括：S1、通过击球信号获取机构3获取击球状态下的击球信号。所述击球信号包括但不限于为加速度信号。S2、利用击球识别处理机构10根据所述击球信号，以得到击球数据。所述击球数据包括击球位置、击球力的大小、击中所述网面2的正面或反面中的一种或几种。S3、通过显示机构6显示所述击球数据。具体的，步骤S3中的利用击球识别处理机构10根据所述击球信号，以得到击球数据的具体步骤包括：S31、对所述网面2施加激励，所述激励的力的大小为F_i，所述激励的位置为x_i，y_i，通过第一击球信号获取器31和第二击球信号获取器32获得施加激励时的加速度值，所述加速度值分别为a_x1i,a_x2i,a_y1i,a_y2i，i的取值为1，2，3……n；S32、重复步骤S31操作，以获得n组数据，对n组数据进行处理，以获取a_x1i,a_x2i,a_y1i,a_y2i与F_i,x_i,y_i的对应关系，即为：

以计算出传递函数P(s)，利用所述传递函数P(s)表示逆传递函数，即为：H(s)＝[P^T(s)P(s)]^-1P^T(s)，从而得出击球力的大小F、击球位置位置x,y与加速度信号a_x1,a_x2,a_y1,a_y2之间的对应关系，即为：

所述姿态传感器或三轴加速度传感器可以对球拍的空间位姿的进行识别，即球拍在空间相对于地面坐标系的三维坐标位置，经过三维坐标的比对，便可以看出球拍向哪一方向倾斜，可以通过三轴陀螺仪测得所述球拍的角度，从而判别所述球拍的击球类型，所述击球类型分为正击球、下旋球以及反手球，所述网面2在空间上也会发生变化，若所述三轴陀螺仪测得的角度为正，则接触球面的所述网面2为正面，测得的角度为负，则接触球面的所述网面2为反面。所述球拍的网面2中的网线可以但不限于为一弹性体，当所述弹性体受到冲击力时，所述弹性体会产生横向振动，所述弹性体上的点围绕平衡位置上下衰减振动，即将有加速度值产生，当球击中所述球拍时，所述网线受到冲击力，通过各条网线之间的联系，将所述球拍某一位置受到的力传到X轴、Y轴与每条网线的节点处，每个节点处受到大小不同的冲击力，则每个节点处围绕平衡位置上下振动，即有加速度值产生，由于所述弹性体横向振动，则每个节点处的加速度值对X轴、Y轴两端的加速度传感器均有贡献，不同位置处的不同激励，都会对每个节点处的加速度产生影响，则对X轴、Y轴两端的加速度传感器产生不同的贡献。因此，可以通过获得X轴、Y轴两端的加速度值，来获取激励的大小以及激励的位置。以下进行弹性体的横向振动理论分析：如图6所示，所述弹性体的横向振动方程：所述弹性体的两端固定、以张力T₀拉紧的细弦，在分布力作用下做横向振动。建立xoy'坐标系，设y'(x,t)是弦上距原点x处的截面在时刻t的横向位移，P(x',t)是单位长度弦上分布的作用力。记ρ为单位长度弦的质量，如图7所示，给出了微段dx的受力情况，由于考虑微振动，弦内张力可近似认为保持T₀保持不变，可以由达朗伯原理得到

令

将变形关系

代入上式，得到弦的横向振动方程

所述弦的横向振动方程中常数a在物理上表示弹性横波的纵向传播速度，由于弦的长度已知，可以根据数值方法如四阶Runge-Kutta方法求解y'(x',t)。根据弦的横向振动方程可以得到，坐标轴x'上位置点各个时间点的加速度值。球拍的某个位置受到冲击力的激励，由于网线之间相互作用，作用点处的力传递到主轴X轴的每个节点的力与横坐标x、轴坐标y、时间t、力F有关，节点处的加速度值在沿着X轴方向传递到X轴两端时，受到纵向网线的影响，距离力作用点不同位置的纵向网线对加速度在X轴方向传递的影响不同，纵向网线又受到横向网线的影响，故主轴X轴上每个节点处的力很难得到其具体力学表达式。通过分析可知，作用在网球拍某一位置冲击力，可以获得主轴X轴、Y轴两端的加速度值。因此，可以但不限于通过实验标定的方法获得加速度值a_x1,a_x2,a_y1,a_y2与F,x,y之间的关系。当球击中网面时，对主轴线产生冲击激励，通过传感器测得主轴线的加速度值，可以获得力的大小以及击中网面的位置。也可采用激光位移传感器获得主轴即X轴、Y轴两侧的振动位移，通过对位移求二次导数获得主轴两侧的加速度值a_x1i,a_x2i,a_y1i,a_y2i，数据处理过程同上。对数据进行处理时，可以但不限于采用神经网络学习的方法，通过大量的输入的力以及位置F_i,x_i,y_i和输出的加速度值a_x1i,a_x2i,a_y1i,a_y2i进行神经网络学习，建立合适的隐藏层节点数以及神经网络结构。将神经网络结构反向，则通过输入加速度值a_x1i,a_x2i,a_y1i,a_y2i，神经网络学习获得冲击力的大小以及球击中的位置。如图8、9所示，当网面受力后，通过每个网线的力传递示意，球拍的主轴上装有传感器，需要测得的数据也在主轴的弦上，球体击中于所述网面2的任意位置时，作用力将会分布式传递给主轴线的两根弦上。

综上所述，本发明的球拍包括球网边框1、网面2、击球信号获取机构3、球拍手持部4、安装盒5、显示机构6以及击球识别处理机构10，所述击球信号获取机构3用于获取击球状态下的击球信号，所述击球信号获取机构3安装于所述网面上，所述击球识别处理机构10用于根据所述击球信号，以得到击球数据。本发明的智能化程度较高，而且能够给出详细的击球位置识别数据，成本较低，适合批量生产使用。当用户需要改进自己的落球点时，用户可以在下次击球时进行位置调整，采用数据显示对于用户来说可以提升使用效果，对自己的击球动作会更加完善。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种球拍，其特征在于，所述球拍包括：

球网边框，其内部设置有网面；

球拍手持部，其设置于所述球网边框上；

至少一击球信号获取机构，用于获取击球状态下的击球信号，所述击球信号获取机构安装于所述网面上；

击球识别处理机构，用于根据所述击球信号，以得到击球数据。

2.根据权利要求1所述的一种球拍，其特征在于，所述击球信号获取机构包括：

至少一第一击球信号获取器，其安装于所述网面上；

至少一第二击球信号获取器，其安装于所述网面上。

3.根据权利要求2所述的一种球拍，其特征在于：所述第一击球信号获取器以所述网面的第一对称轴为中心，对称分布于所述网面的两端。

4.根据权利要求2所述的一种球拍，其特征在于：所述第二击球信号获取器以所述网面的第二对称轴为中心，对称分布于所述网面的两端。

5.根据权利要求2所述的一种球拍，其特征在于：所述第一击球信号获取器、第二击球信号获取器包括一轴加速度传感器或三轴加速度传感器。

6.根据权利要求5所述的一种球拍，其特征在于：所述球拍还包括姿态传感器，所述第一击球信号获取器、第二击球信号获取器为一轴加速度传感器，所述一轴加速度传感器与姿态传感器配合使用。

7.根据权利要求1所述的一种球拍，其特征在于：所述球拍还包括显示机构，其与所述击球识别处理机构之间通信连接。

8.根据权利要求1所述的一种球拍，其特征在于：所述击球信号包括加速度信号。

9.根据权利要求1所述的一种球拍，其特征在于：所述击球数据包括击球位置、击球力的大小、击中所述网面的正面或反面中的一种或几种。

10.一种击球识别方法，其特征在于，所述击球识别方法包括如权利要求1至权利要求9任一项所述的一种球拍，所述击球识别方法包括：

通过击球信号获取机构获取击球状态下的击球信号；

利用击球识别处理机构根据所述击球信号，以得到击球数据；

通过显示机构显示所述击球数据。

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