CN112619101B - 智能篮球训练发球装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能篮球训练发球装置，该装置由主架、收纳机构、储球导轨、识别机构、运动执行机构以及控制机构组成，收纳机构用于回收已投出的命中和非命中训练篮球；识别机构扫描和识别训练者的位置信息和身份信息，并对发球和进球的RFID标签进行读取，运动执行机构根据不同训练者的选择控制发球间隔时间，并使发球方向和发球距离精准指向训练者；控制机构对位置信息和身份信息进行计算处理，并根据计算处理结果对运动执行机构进行运动控制。本发明的智能篮球训练发球装置通过智能化识别实现跟踪发球，提升篮球发球训练智能化程度，提高篮球发球训练效率，满足多人同时训练，通过训练数据的自动统计为训练人员提供训练效果的详细参考。

Description

智能篮球训练发球装置

技术领域

本发明涉及体育训练用器材技术领域，具体是一种智能篮球训练发球装置。

背景技术

传统的篮球训练中，为了提高训练的有效性和方便性，通常会使用大量的篮球进行训练。然而使用大量的篮球进行训练必然会过渡消耗陪练人员或其他人员的体力。为了解决这一问题，已经有自动发球机出现，如中国专利申请号CN201710241532.8公开的篮球发球机，中国专利申请号CN201920241576.5公开的一种篮球发球投篮一体机，然而上述专利技术方案仍存在如下较多缺陷，导致智能化程度较低：

(1)发球距离固定，无法根据训练者位置实时调整；

(2)程序设定固定点位，无法根据训练者位置实时跟踪；

(3)仅限于单人训练，无法多人同时训练。

此外，现有技术在发球后运动员需要花费时间去回收篮球，训练效率很低，即使已有的相关收纳网专利技术，如中国专利申请号CN201821599914.4公开的改进结构的多功能篮球运动装备，以及上述中国专利申请号CN201920241576.5公开的一种篮球发球投篮一体机，但上述专利中收纳网仅为单层收纳网，未考虑篮球回弹方向、高度、路径等的差异，收纳效果较差。

因此，现有技术在各个方面都还存在很大的改进空间，尤其是对于提高训练效率、提升发球训练智能化程度上有待改进，以提升业余和职业篮球训练的训练效率。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于通过智能化识别实现跟踪发球，提升篮球发球训练智能化程度，提高篮球发球训练效率，满足多人同时训练，通过训练数据的自动统计为训练人员提供训练效果的参考。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种智能篮球训练发球装置，该装置由主架、收纳机构、储球导轨、识别机构、运动执行机构以及控制机构组成，其中，

主架上安装所述收纳机构、储球导轨、识别机构、运动执行机构以及控制机构；

收纳机构用于回收已投出的命中和非命中训练篮球；

储球导轨安装在收纳机构下方，具有进球口和出球口，进球口接收来自收纳机构的训练篮球，训练篮球经由出球口送至运动执行机构；

识别机构安装在主架上，包括测距单元、图像识别单元、RFID发球读取器、RFID进球读取器以及内置于训练篮球中的RFID标签；其中测距单元针对训练区域内的多个训练者进行位置信息识别，图像识别单元针对该多个训练者进行身份信息识别，RFID发球读取器识别已发训练篮球中的RFID标签，RFID进球读取器识别命中训练篮球中的RFID标签，对多个训练者进行投篮命中率统计；

运动执行机构包括一发球机以及发球频率执行单元、发球方向执行单元、发球距离执行单元；其中发球频率执行单元根据不同训练者选择的发球间隔时间执行发球频率，发球方向执行单元使发球方向精准指向训练者，发球距离执行单元精准控制发球距离；

控制机构包括处理器，处理器对测距单元识别的位置信息、图像识别单元识别的身份信息进行计算处理，并根据计算处理结果对运动执行机构进行运动控制。

在一个实施例中，主架包括底座、固定架和升降架，固定架安装在底座上，固定架上安装所述储球导轨；固定架上设置有滑轨或滑块，升降架上对应设置有滑块或滑轨，升降架能够沿固定架做升降运动；

优选的，主架还包括手轮支架，手轮支架安装在底座上，位于升降架后方，手轮支架上安装有手摇轮，手摇轮通过绳索连接升降架；

优选的，固定架上安装有定滑轮，绳索一端连接手摇轮，穿过定滑轮后另一端连接升降架；

和/或，底座的底部双向设置有可伸缩的稳定支撑杆，稳定支撑杆的两端具有移动轮。

在一个实施例中，收纳机构为双层组合式收纳网，由位于篮筐周围的一圈拦截网、位于拦截网下方的一圈收纳网以及位于篮筐下方的导球筒构成。

在一个实施例中，所述拦截网以至少从两侧及前方包围篮筐的方式架设在篮筐周围，拦截网上沿高于篮筐一定高度；

优选的，拦截网包括安装在升降架顶端的拦截框，拦截框由构成四边形的横杆和四边形四角的竖杆组成，横杆所在平面低于篮筐，竖杆顶端所在平面高于篮筐，两侧及前方竖杆之间安装有拦截网网体；

优选的，四边形的横杆内安装有第一副篮筐，第一副篮筐位于篮筐的正下方，导球筒的进球口连接第一副篮筐，导球筒的出球口正对储球导轨的进球口；

优选的，导球筒的出球口的口径略小于训练篮球的直径，导球筒由弹性网制成；

优选的，导球筒的出球口设置有第二副篮筐，第二副篮筐由储球导轨支撑，第二副篮筐的内径略小于训练篮球的直径，第二副篮筐由弹性结构制成。

在一个实施例中，所述收纳网位于拦截网下方，收纳网上沿低于拦截网下沿，收纳网至少从拦截网的两侧及前方向外延展一定长度；

优选的，收纳网由两根前伸缩杆、两根侧伸缩杆以及安装在四根伸缩杆上的收纳网网体构成；两根前伸缩杆的固定端安装在固定架的前部，两根侧伸缩杆的固定端安装在升降架上；

优选的，收纳网的网口为等腰梯形，等腰梯形的长边为两根侧伸缩杆顶端之间的距离，等腰梯形的短边为两根前伸缩杆顶端之间的距离；

优选的，固定架的前部安装有一限位支撑，限位支撑用于对两根前伸缩杆提供倚靠支撑和限位。

在一个实施例中，测距单元为一激光雷达，用于扫描和识别训练区域内人员的角度θ和距离D，角度θ为人员所在位置与篮筐圆心投影点的连线同篮球场底线之间的夹角，距离D为人员所在位置与篮筐圆心投影点的直线距离；

和/或，图像识别单元由5台相机组成，每台相机用于拍摄其所覆盖区域内训练者的面部图像，并对所拍摄的面部图像进行识别和比对，以识别训练者的ID，同时，每台相机解算该训练者的角度θ，与激光雷达识别的人员角度θ进行对比匹配，以识别训练区域内的适格训练者及其ID、角度θ和距离D；

和/或，固定架前端安装有一半圆形定位环，激光雷达安装在半圆形定位环的半圆内部，5台相机以45°角间隔均匀安装在半圆形定位环上并朝向训练区域，每台相机能够覆盖45°角区域；

和/或，RFID发球读取器安装在储球导轨出球口的后方；

和/或，RFID进球读取器安装在导球筒出球口的后方。

在一个实施例中，所述发球频率执行单元为安装于储球导轨出球口上方并向下延伸的一压球杆，压球杆根据控制机构的控制指令按照预定发球间隔时间将训练篮球从储球导轨的出球口压出至运动执行机构。

在一个实施例中，所述发球方向执行单元为安装于发球机底部的电机，由电机根据控制机构的控制指令驱动发球机旋转发球方向，使发球方向精准指向训练者。

在一个实施例中，所述发球距离执行单元安装于发球机出球口处，由2-4个橡胶轮组成，通过控制机构的控制指令控制橡胶轮的旋转转速，调整发球距离。

在一个实施例中，控制机构还包括通讯单元和内存，处理器通过通讯单元与服务器进行数据交互，将训练者信息下载存储于内存中，以及将训练者完成的训练数据上传至服务器；

优选的，处理器具有计算单元和机电控制单元，计算单元对通讯单元传输的训练者信息、测距单元识别的位置信息、图像识别单元识别的身份信息进行计算处理，机电控制单元对运动执行机构进行运动控制；

优选的，训练者信息包括身份信息、付费信息和设定的训练模式，其中身份信息包括训练者上传的面部照片和分配的ID，训练模式包括设定发球间隔时间、发球数量、跟随模式等，跟随模式有精准跟随发球与区域跟随发球，精准跟随发球为将训练篮球发至训练者所在位置，区域跟随发球为将训练篮球发至训练者臂展可覆盖范围内。

本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明的智能篮球训练发球装置通过智能化识别实现跟踪发球，提升篮球发球训练智能化程度，提高篮球发球训练效率，满足多人同时训练，通过训练数据的自动统计为训练人员提供训练效果的参考。具体而言，本发明至少具有如下一种或多种实际效果：

(1)通过图像识别技术，结合位置信息和身份信息的匹配，能够识别出适格训练者及其位置，避免场地内非训练者或者其他人员造成干扰或误发球。

(2)跟踪发球：结合训练者实时位置，实现实时跟踪发球，并发球频率和发球距离可控，实现精准发球。

(3)支持多人同时训练：当多人同时出现在训练区域进行投篮训练时，能够根据每一名训练者第一次进入训练区域的时间，按照先后顺序对训练者进行排序并编号，控制机构按照编号顺序进行发球，发球过程逻辑有序。

(4)对多人训练数据统计：统计结果不仅包含命中率，还包括每一份训练者的发球位置信息，使得训练者能够知晓其在每一个投篮位置的命中率，统计结果详细、人性化。

(5)训练数据存储和可下载：当训练者完成训练，处理器将该训练者全部训练数据(总投篮数量、总进球数量及不同位置进球数量等训练数据)通过通讯单元上传至后台服务器，训练者可以使用手机登录下载。

(6)多种训练模式可选择：训练者开始训练前，可以通过手机登录，自定义训练模式，包括设定发球间隔时间、发球数量、跟随模式等，用户体验好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。

图1为本发明一种实施方式的发球装置整体结构示意图；

图2为本发明储球导轨侧视示意图；

图3为图1的A区放大图；

图4为本发明发球装置的局部侧视剖视图；

图5为本发明主架结构示意图；

图6为本发明升降架侧视示意图；

图7为本发明升降架后视示意图；

图8为本发明收纳机构整体结构示意图；

图9为本发明收纳机构展开效果图；

图10(a)为本发明拦截网拦截情形一示意图，10(b)为拦截网拦截情形二示意图；

图11为本发明收纳网收纳示意图；

图12为图1的B区放大图；

图13为本发明训练者距离、角度示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例作进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

需要理解的是，术语“包括/包含”、“由……组成”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。

还需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参照附图对本发明的技术方案进行具体阐述。

参见图1-4，本发明提供的智能篮球训练发球装置，由主架100、收纳机构200、储球导轨300、识别机构400、运动执行机构500以及控制机构组成，其中，

主架100提供整个发球装置其它部件的支撑，其上安装收纳机构200、储球导轨300、识别机构400、运动执行机构500以及控制机构；

收纳机构200用于回收已投出的命中和非命中训练篮球，不管是命中篮球还是未命中篮球，基本都会被收纳机构回收，极大减少或避免了训练者频繁捡球的概率，提高了篮球投篮训练的效率；

储球导轨300安装在收纳机构200下方，具有进球口和出球口，进球口接收来自收纳机构200的训练篮球，训练篮球经由出球口送至运动执行机构500；

识别机构400安装在主架100上，包括测距单元401、图像识别单元402、RFID发球读取器403、RFID进球读取器404以及内置于训练篮球中的RFID标签405；其中测距单元针对训练区域内的多个训练者进行位置信息识别，图像识别单元针对该多个训练者进行身份信息识别，RFID发球读取器识别已发训练篮球中的RFID标签，RFID进球读取器识别命中训练篮球中的RFID标签，针对该多个训练者进行投篮命中率统计；

运动执行机构500包括一发球机501以及发球频率执行单元502、发球方向执行单元503、发球距离执行单元504；其中发球频率执行单元根据不同训练者选择的发球间隔时间执行发球频率，发球方向执行单元使发球方向精准指向训练者，发球距离执行单元精准控制发球距离。

控制机构包括处理器，处理器对测距单元识别的位置信息、图像识别单元识别的身份信息进行计算处理，并根据计算处理结果对运动执行机构进行运动控制，同时处理器与服务器进行数据交互。

下面参照附图对本发明的主架从结构组成、功能原理上进行详细阐述。

如图5所示，本发明的主架100包括底座101、一固定架102和一升降架103，固定架102安装在底座101上，固定架102上安装所述储球导轨；升降架103位于固定架102后方，固定架102后侧设置有滑轨1023或滑块，升降架103上对应设置有滑块1024或滑轨，升降架103能够沿固定架102做升降运动。本发明通过升降架的升降运动，能够方便地调整拦截网的安装高度，同时在设备不使用时将升降架降下，便于移动和搬运。

较佳的，如图6-7所示，固定架102由安装在底座101上的两倒L形杆件连接构成，两倒L形杆件的两竖杆1022侧面设置有滑轨1023或滑块，升降架的侧面对应设置有滑块1024或滑轨，升降架能够沿两倒L形杆件的两竖杆1022做升降运动；需要说明的是，上述固定架102与现有技术类似，作为本发明的一种较佳实施方式，便于安装储球导轨300和后续其它构件，能够实现其在本发明中所需要的相应功能即可，不作为本发明的重要改进点进行阐述。

较佳的，主架100还包括手轮支架106，手轮支架106安装在底座上，位于升降架103后方，手轮支架上安装有手摇轮107，手摇轮通过绳索108连接升降架；通过采用手摇轮调节升降架的升降高度，简单方便，省力易操作。

较佳的，固定架102上安装有定滑轮109，绳索一端连接手摇轮，穿过定滑轮后另一端连接升降架。

再参见图5-6，本发明在底座101的底部双向设置有可伸缩的稳定支撑杆104，稳定支撑杆的两端具有移动轮105。训练时稳定支撑杆104双向伸出，并通过移动轮105支撑在地面上，提高底座及整个装置的稳定性，降低或避免投篮训练过程中由于震动造成的晃动或移位，同时在设备搬运时便于移动。

本发明的储球导轨300与现有技术类似，除传导落球外，还暂时停留和储存落入其中的训练篮球，出球口四周设置有弹性滚轮锁扣(图中未示出)，弹性滚轮锁扣所形成的口径略小于篮球直径，篮球在此处被暂时拦截而不能自由落下，需由压球杆给一个向下的推压才能落入发球机，具体在后文中阐述。

下面参照附图对本发明的收纳机构从结构组成、功能原理上进行详细阐述。

传统收纳网安装位置较高，对于身高较矮及投篮抛物线较低的训练者会严重影响正常的投篮训练。

当投射篮球击中篮筐弹出，有两种较大概率的回弹方式。一种是回弹高度较低，撞击前的动能更多转化成横向动能，因此回弹高度较低，横向速度较大、落地点距离篮筐较远。另一种是回弹较高，撞击前的动能更多转化成重力势能，因此回弹横向速度较低、落地点距离篮筐较近。

基于此，本发明通过大量采集不同训练者多次投篮轨迹，针对篮球碰撞篮筐后反弹路径的分布特点，使用双层组合式收纳网进行分类收纳，可有效提高了篮球回收效率，降低篮球弹出无法落入收纳网的概率。

参见图8-9，收纳机构200为双层组合式收纳网，由位于篮筐周围的一圈拦截网201、位于拦截网201下方的一圈收纳网202以及位于篮筐下方的导球筒2015构成。

本发明中，拦截网201以至少从两侧及前方包围篮筐的方式架设在篮筐周围，拦截网上沿高于篮筐一定高度。

较佳的，参见图8，拦截网201包括安装在升降架顶端的拦截框，拦截框由构成四边形的横杆2011和四边形四角的竖杆2012组成，横杆所在平面低于篮筐，竖杆顶端所在平面高于篮筐，两侧及前方竖杆之间安装有拦截网网体2013。

通过采用一圈较高的拦截网，对于篮球回弹高度较低的情况，又存在两种可能的篮球落地方式，一种如图10(a)所示，篮球被拦截网干扰后，直接被拦截在拦截网内，从拦截网内侧掉入收纳网。另一种如图10(b)所示，篮球被拦截网干扰后，虽未被直接拦截下来，但速度明显降低，方向改变，从拦截网外侧向斜下方弹落，以距离拦截网较近的方式掉入收纳网(类似于乒乓球中球擦网)。如此能够吸收非命中篮球砸框后回弹时的横向动能，从而影响篮球回弹轨迹，缩短回弹篮球的横向回弹距离。

较佳的，四边形的横杆2011内安装有第一副篮筐2014，第一副篮筐位于篮筐的正下方，导球筒2015的进球口连接第一副篮筐，导球筒的出球口正对储球导轨的进球口；通过设置第一副篮筐和导球筒2015，当命中篮球从篮筐下落时，被导球筒约束而顺利落入下方的储球导轨。

本发明进一步设置导球筒2015的出球口的口径略小于训练篮球的直径，导球筒由弹性网制成，以及进一步在导球筒2015的出球口设置第二副篮筐2016，第二副篮筐的内径略小于训练篮球的直径，第二副篮筐由弹性结构制成；如此在命中篮球从导球筒下落时，由于受到弹性导球筒的约束，产生减速作用，降低篮球下落速度，尤其是在导球筒出球口处产生短暂停滞效果，便于RFID进球读取器404能够精准读取篮球编号。

参见图9，收纳网202架设在拦截网下方，收纳网上沿低于拦截网下沿，收纳网至少从拦截网的两侧及前方向外延展一定长度。

再参见图8，收纳网202由两根前伸缩杆2021、两根侧伸缩杆2022以及安装在四根伸缩杆上的收纳网网体2023构成。两根前伸缩杆2021的固定端安装在两倒L形杆件的两横杆1021前端，两根侧伸缩杆2022的固定端安装在升降架103上；收纳网展开需要先手动将伸缩杆拉伸至顶端，前伸缩杆通过锁扣固定锁紧，后伸缩杆通过旋转手摇轮完全展开。

通过采用一圈较低的收纳网，对于篮球回弹高度较高的情况，如图11所示，篮球被高高弹起后以较近的距离直接落入收纳网，如此能够很好地收纳回弹高度较高的篮球。

再参见图6、8，本发明两倒L形杆件的两横杆1021前端安装有一限位支撑2024，限位支撑2024可以为n字形或半圆形，两根前伸缩杆2021在打开状态下依靠在限位支撑2024上并固定，限位支撑2024用于对两根前伸缩杆2021提供倚靠支撑和限位，提高两根前伸缩杆2021的安装稳定性，防止其对网体的过渡拉伸。

再参见图12，两倒L形杆件的两竖杆1022上各安装有一个定位轮1025，定位轮上安装有一门字形定位架1026形成闭合结构，两根侧伸缩杆2022从门字形定位架1026中穿过。通过设置定位轮，在升降架升降时两根侧伸缩杆2022能够借助定位轮的限位和引导而较为容易地运动和将收纳网打开，摩擦阻力小。

下面参照附图对本发明的识别机构从结构组成、功能原理上进行详细阐述。

如图2所示，测距单元401为一激光雷达，用于扫描和识别训练区域内所有人员(包括出现在训练区域内的训练人员、非训练人员等)的角度θ和距离D，角度θ为人员所在位置与篮筐圆心投影点的连线同篮球场底线之间的夹角，距离D为人员所在位置与篮筐圆心投影点的直线距离，如图13所示；当正确安装发球机时，篮筐圆心投影点与发球机中心重合。

激光雷达扫描训练区域内所有人员的实时位置信息，可以准确测量出人员的点云信息，输出点云位置的角度和距离，但激光雷达无法判断所扫描的点云是适格训练者，还是非训练者或其他人员。因此本发明同时采用图像识别单元。

图像识别单元402由5台相机组成，每台相机视场角45度、识别距离4-8米，相机组视场角可达到210-225度，并将训练区域全部覆盖。

每台相机独立工作，每台相机用于拍摄其所覆盖区域内训练者的面部图像，并对所拍摄的面部图像与预先上传的面部照片进行比对，区分正在训练的与未进行训练的人员，排除非训练者，当相机识别到正在训练的训练者面部特征后，获知训练者的ID。

同时，每台相机解算该训练者的角度θ，将训练者的角度θ与激光雷达扫描到的点云位置的角度θ进行匹配，从而精确获知训练区域内每一位适格训练者及其ID、角度θ和距离D。

较佳的，两倒L形杆件的两横杆1021前端安装有一半圆形定位环406，激光雷达安装在半圆形定位环的半圆内部，5台相机以45°角间隔均匀安装在半圆形定位环上并朝向训练区域，每台相机能够覆盖45°角区域。

再参见图2，RFID发球读取器403安装在储球导轨300的出球口的后方，RFID进球读取器404安装在导球筒2015出球口的后方，当内置RFID标签405的训练篮球进入RFID发球读取器的识别范围时，RFID发球读取器识别储球导轨中待发的第一颗训练篮球，并将读取的篮球编号发回处理器，处理器记录本次待发的篮球编号。通过将所发球编号、对应训练者ID、角度θ和距离D以及导球筒2015出球口的RFID进球读取器404是否识别到该编号篮球等信息整合，可以精准统计每一位训练者的训练数据，包括接球位置、该位置的进球数量、命中率等信息。

下面参照附图对本发明的运动执行机构从结构组成、功能原理上进行详细阐述。

参见图3-4，发球频率执行单元502为安装于储球导轨300出球口上方并向下延伸的一压球杆，压球杆根据控制机构的控制指令按照预定发球间隔时间将训练篮球从储球导轨的出球口压出至运动执行机构；压球杆末端设置有触球滚轮505。压球杆通过电机带动偏心轮实现上下摆动伸缩，具体结构和设置方式与现有技术类似，不作为本发明的重要改进点，如前所述，储球导轨300的出球口四周设置有弹性滚轮锁扣，弹性滚轮锁扣所形成的口径略小于篮球直径，本发明将压球杆与控制机构关联，接受处理器的控制指令，按照待接球训练者所选择的发球间隔时间，当压球杆下压篮球时，弹性滚轮锁扣由于篮球的侧向挤压而回缩，从而按照训练者预先设定的发球间隔时间将训练篮球从储球导轨的出球口压出至运动执行机构，达到训练目的。

发球方向执行单元503为安装于发球机501底部的转向电机，由转向电机根据控制机构的控制指令驱动发球机旋转发球方向，使发球方向精准指向训练者。

发球距离执行单元504安装于发球机出球口处，由2-4个橡胶轮组成，橡胶轮的旋转转速对应所能够发出的距离，通过控制机构的控制指令控制橡胶轮的旋转转速，调整发球距离，使得训练篮球能够被精准地发至训练者。

下面对本发明的控制机构从结构组成、功能原理上进行详细阐述。

本发明的控制机构可以为集成主板，安装在底座转向电机旁，或升降架附近，除处理器外，还包括通讯单元和内存，处理器通过通讯单元与服务器进行数据交互，将训练者信息下载存储于内存中，以及将训练者完成的训练数据上传至服务器，训练者可以使用手机登录下载数据。

较佳的，处理器具有计算单元和机电控制单元，计算单元对通讯单元传输的训练者信息、测距单元识别的位置信息、图像识别单元识别的身份信息进行计算处理，机电控制单元对运动执行机构进行运动控制。

训练者信息包括身份信息、付费信息和设定的训练模式，其中身份信息包括训练者上传的面部照片和分配的ID。

训练开始前，训练者上传身份信息，设定训练模式，并完成付费。处理器通过通讯单元下载训练者身份信息以及训练模式并存储于内存中，为后续运算需要随时调取相关数据；

激光雷达和相机组识别适格训练者及其位置信息、身份信息；

发球机将训练篮球按照预定的发球顺序、角度和距离发至待接球训练者，该训练者使用该训练篮球完成投篮，若本次投篮命中，该训练篮球从篮筐落下并继续进入储球导轨，同时被RFID进球读取器识别并回传至处理器，处理器记录该训练篮球对应的投篮命中，若本次投篮未命中，则该训练篮球被收纳机构收纳并继续进入储球导轨；

随着持续发球，未命中训练篮球再此被RFID发球读取器识别，判断同一颗训练篮球两次被RFID发球读取器识别但未被RFID进球读取器识别，处理器记录该训练篮球对应的上一次接球训练者投篮非命中，或训练区域内的所有训练者均已完成训练，发球装置进入待机状态同样判定该训练篮球对应的上一次接球训练者投篮非命中。

这里预定的发球顺序为图像识别单元识别每一位训练者首次进入训练区域，按照进入的时间先后顺序对训练者进行排序并编号，按照编号顺序向训练区域内的训练者发球。

通过以上详细阐述，本发明的智能篮球训练发球装置能够实现：

(1)识别出适格训练者及其位置：

开始训练前训练者通过手机端专用小程序或APP上传面部照片，选择训练模式(设定发球间隔时间、发球数量、跟随模式等)。当训练者进入训练区域后，通过激光雷达扫描训练区域，可以获得区域内人员(训练者、非训练者等)点云信息，输出点云位置的距离和角度信息。同时相机组每台相机独立工作，通过对各自所拍摄区域内识别的人脸图像进行比对，区分正在训练的与未进行训练的人员。当相机识别到正在训练的训练者面部特征后，通过图像处理的办法，解算该训练者在该台相机视场内的角度信息，从而获得该训练者在训练区域内的角度信息。

将相机组识别到训练者的角度信息与激光雷达扫描到的点云角度信息进行匹配，从而精确获知训练区域内每一位适格训练者及其位置信息。

(2)跟踪发球：

通过识别机构所获得的训练者实时位置，由发球方向执行单元驱动发球机转向训练者当前位置，由发球距离执行单元调整发球橡胶轮转速，并向训练者发球。

(3)支持多人同时训练：

当多人同时出现在训练区域进行投篮训练时，智能发球机根据每一名训练者第一次进入训练区域的时间，按照先后顺序对训练者进行排序并编号。

当发球机向第一名训练者发出球后，即刻转向第二名训练者并向其发球，以此类推满足多人同时训练。发球机向训练者发球的时间间隔，即每一名训练者接到篮球的时间间隔，只取决于自己通过小程序或app设定的发球时间间隔，不受其他训练者接球后是否投篮以及投篮动作时长的影响。

(4)对多人训练数据统计：

RFID发球读取器记录每一次发球的RFID编号，进而将该球与接球训练者进行匹配，记录每一次发球的RFID编号、训练者身份信息、位置信息。

统计结果不仅包含命中率，还包括每一份训练者的发球位置信息，使得训练者能够知晓其总命中数量，以及在每一个投篮位置的命中率，统计结果详细、人性化。

(5)训练数据存储和可下载：

当训练者完成训练，处理器将该训练者全部训练数据(总投篮数量、总进球数量、不同位置进球数量等训练数据)通过通讯单元上传至后台服务器。训练者可以使用手机登录下载。

(6)多种训练模式可选择：

训练者开始训练前，可以通过手机登录，自定义训练模式，包括设定发球间隔时间、发球数量、跟随模式等，跟随模式有精准跟随发球与区域跟随发球，区别在于球是否发至训练者所在位置，或所在位置臂展可覆盖范围，从而模拟真实比赛中传球不准需要训练者调整接球的场景。

至此，本领域技术人员应认识到，虽本文已详尽示出和描述了本发明的示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍然可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (25)

1.一种智能篮球训练发球装置，其特征在于：该装置由主架（100）、收纳机构（200）、储球导轨（300）、识别机构（400）、运动执行机构（500）以及控制机构组成，其中，

主架（100）上安装所述收纳机构（200）、储球导轨（300）、识别机构（400）、运动执行机构（500）以及控制机构；

收纳机构（200）用于回收已投出的命中和非命中训练篮球；

储球导轨（300）安装在收纳机构（200）下方，具有进球口和出球口，进球口接收来自收纳机构（200）的训练篮球，训练篮球经由出球口送至运动执行机构（500）；

识别机构（400）安装在主架（100）上，包括测距单元（401）、图像识别单元（402）、RFID发球读取器（403）、RFID进球读取器（404）以及内置于训练篮球中的RFID标签（405）；其中：

测距单元（401）针对训练区域内包括训练者和非训练者在内的所有人员进行位置信息识别；

图像识别单元（402）针对该所有人员进行身份信息识别，以识别训练者，排除非训练者；

RFID发球读取器（403）识别已发训练篮球中的RFID标签（405）；

RFID进球读取器（404）识别命中训练篮球中的RFID标签（405），对多个训练者进行投篮命中率统计；

运动执行机构（500）包括一发球机（501）以及发球频率执行单元（502）、发球方向执行单元（503）、发球距离执行单元（504）；其中发球频率执行单元（502）根据不同训练者选择的发球间隔时间执行发球频率，发球方向执行单元（503）使发球方向精准指向训练者，发球距离执行单元（504）精准控制发球距离；

控制机构包括处理器，处理器对测距单元（401）识别的位置信息、图像识别单元（402）识别的身份信息进行计算处理，并根据计算处理结果对运动执行机构（500）进行运动控制。

2.根据权利要求1所述的发球装置，其特征在于：

主架（100）包括底座（101）、固定架（102）和升降架（103），固定架（102）安装在底座（101）上，固定架（102）上安装所述储球导轨（300）；固定架（102）上设置有滑轨（1023）或滑块，升降架（103）上对应设置有滑块（1024）或滑轨，升降架（103）能够沿固定架（102）做升降运动。

3.根据权利要求2所述的发球装置，其特征在于：

所述主架（100）还包括手轮支架（106），手轮支架（106）安装在底座（101）上，位于升降架（103）后方，手轮支架（106）上安装有手摇轮（107），手摇轮（107）通过绳索（108）连接升降架（103）。

4.根据权利要求3所述的发球装置，其特征在于：

所述固定架（102）上安装有定滑轮（109），绳索（108）一端连接手摇轮（107），穿过定滑轮（109）后另一端连接升降架（103）；

和/或，底座（101）的底部双向设置有可伸缩的稳定支撑杆（104），稳定支撑杆（104）的两端具有移动轮（105）。

5.根据权利要求2所述的发球装置，其特征在于：

收纳机构（200）为双层组合式收纳网，由位于篮筐周围的一圈拦截网（201）、位于拦截网（201）下方的一圈收纳网（202）以及位于篮筐下方的导球筒（2015）构成。

6.根据权利要求5所述的发球装置，其特征在于：

所述拦截网（201）以至少从两侧及前方包围篮筐的方式架设在篮筐周围，拦截网（201）上沿高于篮筐。

7.根据权利要求6所述的发球装置，其特征在于：

所述拦截网（201）包括安装在升降架（103）顶端的拦截框，拦截框由构成四边形的横杆（2011）和四边形四角的竖杆（2012）组成，横杆（2011）所在平面低于篮筐，竖杆（2012）顶端所在平面高于篮筐，两侧及前方竖杆之间安装有拦截网网体（2013）。

8.根据权利要求7所述的发球装置，其特征在于：

所述四边形的横杆（2011）内安装有第一副篮筐（2014），第一副篮筐（2014）位于篮筐的正下方，导球筒（2015）的进球口连接第一副篮筐，导球筒（2015）的出球口正对储球导轨（300）的进球口。

9.根据权利要求8所述的发球装置，其特征在于：

所述导球筒（2015）的出球口的口径略小于训练篮球的直径，导球筒（2015）由弹性网制成。

10.根据权利要求8所述的发球装置，其特征在于：

所述导球筒（2015）的出球口设置有第二副篮筐（2016），第二副篮筐（2016）由储球导轨（300）支撑，第二副篮筐（2016）的内径略小于训练篮球的直径，第二副篮筐（2016）由弹性结构制成。

11.根据权利要求5所述的发球装置，其特征在于：

所述收纳网（202）位于拦截网（201）下方，收纳网（202）上沿低于拦截网（201）下沿，收纳网（202）至少从拦截网（201）的两侧及前方向外延展。

12.根据权利要求11所述的发球装置，其特征在于：

所述收纳网（202）由两根前伸缩杆（2021）、两根侧伸缩杆（2022）以及安装在四根伸缩杆上的收纳网网体（2023）构成；两根前伸缩杆（2021）的固定端安装在固定架（102）的前部，两根侧伸缩杆（2022）的固定端安装在升降架（103）上。

13.根据权利要求12所述的发球装置，其特征在于：

所述收纳网（202）的网口为等腰梯形，等腰梯形的长边为两根侧伸缩杆（2022）顶端之间的距离，等腰梯形的短边为两根前伸缩杆（2021）顶端之间的距离。

14.根据权利要求12所述的发球装置，其特征在于：

所述固定架（102）的前部安装有一限位支撑（2024），限位支撑（2024）用于对两根前伸缩杆（2021）提供倚靠支撑和限位。

15.根据权利要求1所述的发球装置，其特征在于：

测距单元（401）为一激光雷达，用于扫描和识别训练区域内所有人员的角度θ和距离D，角度θ为人员所在位置与篮筐圆心投影点的连线同篮球场底线之间的夹角，距离D为人员所在位置与篮筐圆心投影点的直线距离。

16.根据权利要求1所述的发球装置，其特征在于：

图像识别单元（402）由5台相机组成，每台相机用于拍摄其所覆盖区域内所有人员的面部图像，并对所拍摄的面部图像进行识别和比对，以识别训练者及其ID，同时，每台相机解算该训练者的角度θ，与激光雷达识别的人员角度θ进行对比匹配，以识别训练区域内的训练者及其ID、角度θ和距离D。

17.根据权利要求2所述的发球装置，其特征在于：

固定架（102）前端安装有一半圆形定位环（406），激光雷达安装在半圆形定位环（406）的半圆内部，5台相机以45°角间隔均匀安装在半圆形定位环（406）上并朝向训练区域，每台相机能够覆盖45°角区域。

18.根据权利要求1所述的发球装置，其特征在于：

RFID发球读取器（403）安装在储球导轨（300）出球口的后方。

19.根据权利要求5所述的发球装置，其特征在于：

RFID进球读取器（404）安装在导球筒（2015）出球口的后方。

20.根据权利要求1所述的发球装置，其特征在于：

所述发球频率执行单元（502）为安装于储球导轨（300）出球口上方并向下延伸的一压球杆，压球杆根据控制机构的控制指令按照预定发球间隔时间将训练篮球从储球导轨（300）的出球口压出至发球机（501）。

21.根据权利要求1所述的发球装置，其特征在于：

所述发球方向执行单元（503）为安装于发球机（501）底部的电机，由电机根据控制机构的控制指令驱动发球机（501）旋转发球方向，使发球方向精准指向训练者。

22.根据权利要求1所述的发球装置，其特征在于：

所述发球距离执行单元（504）安装于发球机（501）出球口处，由2-4个橡胶轮组成，通过控制机构的控制指令控制橡胶轮的旋转转速，调整发球距离。

23.根据权利要求1所述的发球装置，其特征在于：

控制机构还包括通讯单元和内存，处理器通过通讯单元与服务器进行数据交互，将训练者信息下载存储于内存中，以及将训练者完成的训练数据上传至服务器。

24.根据权利要求23所述的发球装置，其特征在于：

所述处理器具有计算单元和机电控制单元，计算单元对通讯单元传输的训练者信息、测距单元（401）识别的位置信息、图像识别单元（402）识别的身份信息进行计算处理，机电控制单元对运动执行机构（500）进行运动控制。

25.根据权利要求23所述的发球装置，其特征在于：

所述训练者信息包括身份信息、付费信息和设定的训练模式，其中身份信息包括训练者上传的面部照片和分配的ID，训练模式包括设定发球间隔时间、发球数量、跟随模式，跟随模式有精准跟随发球与区域跟随发球，精准跟随发球为将训练篮球发至训练者所在位置，区域跟随发球为将训练篮球发至训练者臂展可覆盖范围内。

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