CN113368488B - 一种虚拟乒乓球拍及其力反馈方法、系统 - Google Patents

一种虚拟乒乓球拍及其力反馈方法、系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种虚拟乒乓球拍，能够采集球拍的姿态数据并发送至上位机，由于上位机中存储有力反馈类型信息与动作类型之间的对应关系，且上位机能够对姿态数据进行动作识别，所以上位机能够确定相应的力反馈类型信息并返回给虚拟乒乓球拍，在虚拟乒乓球拍的中央控制模块捕获到这一力反馈类型信息之后，力反馈交互模块能够根据该力反馈类型信息输出相应的反馈力。可见，本申请提供的虚拟乒乓球拍能够模拟乒乓球击打球拍时球拍输出的瞬时微力反馈，提供真实的乒乓运动体验，满足其运动需求，进而提高国民身体素质。此外，本申请还提供了一种虚拟乒乓球拍的力反馈方法及系统，其技术效果与上述方法的技术效果相对应。

Description

一种虚拟乒乓球拍及其力反馈方法、系统
技术领域
本申请涉及计算机技术领域，特别涉及一种虚拟乒乓球拍及乒乓球拍的力反馈方法、系统。
背景技术
社会经济高速发展，带来的不仅是物质生活的提高，更是内在需求的转换。人们已开始逐渐从对外的物质需求向自身健康的内在需求过渡，当下，进行合理适当的体育运动已成为人们追求健康的一种方式。科学技术作为满足需求的生产力，支持人们进行便捷的户内运动成为必经之路。基于虚拟现实技术的体感运动健康系统，以乒乓球这一国球运动作为研究方向，设计一款可在室内进行乒乓运动的虚拟乒乓球软硬件系统应运而生，具有较好的商业价值。目前国内外基于虚拟乒乓球拍的力反馈系统尚未实现。
现有技术提出了一种触觉反馈方法以及电子设备及触觉反馈系统。该方案中触觉反馈由气动装置实现，通过气门控制器、气体发生器、气流控制器来喷出气流，产生推力。由气动装置喷出气流来输出推力的方法，气流喷出的量难以控制以致无法模拟乒乓球撞击球拍的作用力，并且乒乓球撞击球拍的作用力是一个瞬时微撞击力，因此气动装置难以用于虚拟乒乓球拍的力反馈系统。
现有技术提出了一种4D体感力反馈外部输入装置。该方案中的反馈装置能配合主机程序实现对用户输入操作进行声、光、震动、风的反馈，其中力反馈为震动反馈。这种力反馈外部输入装置的力反馈仅为震动反馈，乒乓运动中球拍输出的力反馈不仅有球拍的震动还有乒乓球撞击球拍的微击打力，因此震动反馈不足以模拟乒乓运动中球拍的力反馈。而且这种输入装置需要用USB数据线连接至主机，不符合目前需要球拍无线连接至上位机的需求。
现有技术提出了一种具有真实体验的球拍类手柄。该方案中球拍由拍框和拍柄组成，拍框上装有速度传感装置和方向传感装置，拍柄上设有与控制装置相接的力反馈装置和输入装置，用户可以使用该球拍进行具有真实体验的羽毛球互动游戏。然而，该方案的力反馈装置仅为震动马达，无法模拟乒乓球撞击球拍产生的力反馈。
综上所述，现有方案存在如下缺点：(1)难以模拟乒乓球击打所产生的微力，气体冲击、马达震动均不能产生很好的触觉体验；(2)现有方案虽然存在无线传输方式，但是落脚于乒乓运动健康的还是没有的，在运动过程中，想要真正拥有真实锻炼体验、提高游戏体验，数据的无线传输与处理是必备环节。
发明内容
本申请的目的是提供一种虚拟乒乓球拍及乒乓球拍的力反馈方法、系统，用以解决目前的力反馈方案难以实现乒乓球游戏场景下的力反馈的问题。其具体方案如下：
第一方面，本申请提供了一种虚拟乒乓球拍，包括：姿态检测模块、中央控制模块、自定义通信模块和力反馈交互模块；
所述姿态检测模块用于采集姿态数据，并将所述姿态数据传递至所述中央控制模块；所述中央控制模块用于将所述姿态数据通过所述自定义通信模块发送至上位机，还用于接收所述上位机通过所述自定义通信模块发送的携带力反馈类型信息的触发指令，并将所述力反馈类型信息发送至所述力反馈模块；所述力反馈交互模块用于根据所述力反馈类型信息输出反馈力；
其中，所述上位机用于在接收到所述姿态数据之后对所述姿态数据进行动作类型识别，得到目标动作类型，通过查询本地模型确定与所述目标动作类型对应的力反馈类型信息，生成携带所述力反馈类型信息的触发指令，并发送至所述中央控制模块；所述本地模型用于记录动作类型与力反馈类型信息之间的对应关系。
优选的，所述力反馈类型信息包括反馈力度和反馈触发时长。
优选的，所述力反馈交互模块用于根据所述力反馈类型信息，通过电磁阀驱动电路控制推拉式电磁铁上的电流大小及持续时间，以实现反馈力的输出。
优选的，所述动作类型包括以下任意一项或多项：正手攻球、正手搓球、正手削球、正手挑打、反手搓球、反手削球、反手拧球、反手拨球。
优选的，所述自定义通信模块为WIFI通信模块。
第二方面，本申请提供了一种虚拟乒乓球拍的力反馈方法，应用于虚拟乒乓球拍，包括：
采集姿态数据；
将所述姿态数据通过自定义通信方式发送至上位机；
接收所述上位机通过自定义通信方式发送的携带力反馈类型信息的触发指令；
根据所述力反馈类型信息输出反馈力；
其中，所述上位机用于在接收到所述姿态数据之后对所述姿态数据进行动作类型识别，得到目标动作类型，通过查询本地模型确定与所述目标动作类型对应的力反馈类型信息，生成携带所述力反馈类型信息的触发指令，并发送至所述虚拟乒乓球拍；所述本地模型用于记录动作类型与力反馈类型信息之间的对应关系。
第三方面，本申请提供了一种虚拟乒乓球拍的力反馈系统，包括上位机和作为下位机的虚拟乒乓球拍，其中所述虚拟乒乓球拍包括姿态检测模块、中央控制模块、自定义通信模块和力反馈交互模块；
所述姿态检测模块用于采集姿态数据，并将所述姿态数据传递至所述中央控制模块；所述中央控制模块用于将所述姿态数据通过所述自定义通信模块发送至所述上位机；所述上位机用于对所述姿态数据进行动作类型识别，得到目标动作类型，通过查询本地模型确定与所述目标动作类型对应的力反馈类型信息，所述本地模型用于记录动作类型与力反馈类型信息之间的对应关系；还用于将携带所述力反馈类型信息的触发指令通过所述自定义通信模块发送至所述中央控制模块；所述中央控制模块将所述触发指令中的所述力反馈类型信息发送至所述力反馈模块；所述力反馈交互模块用于根据所述力反馈类型信息输出反馈力。
优选的，还包括：位于真实乒乓球拍上的微力数据预采集模块；
所述微力数据预采集模块用于利用柔性薄膜压力传感器将单种动作类型下所述真实乒乓球拍的反馈力转换为模拟电压信号，利用数据采集卡将所述模拟电压信号转换为PWM信号，所述PWM信号包括所述力反馈类型信息，将所述PWM信号发送至上位机。
优选的，所述上位机用于在接收到所述PWM信号之后，确定动作类型与力反馈类型信息的对应关系。
优选的，所述上位机用于针对每个动作类型确定最优的力反馈类型信息，并将该动作类型与所述最优的力反馈类型信息记录至所述本地模型中。
本申请所提供的一种虚拟乒乓球拍，包括姿态检测模块、中央控制模块、自定义通信模块和力反馈交互模块。其中，姿态检测模块用于采集姿态数据，并将姿态数据传递至中央控制模块；中央控制模块用于将姿态数据通过自定义通信模块发送至上位机，还用于接收上位机通过自定义通信模块发送的携带力反馈类型信息的触发指令，并将力反馈类型信息发送至力反馈模块；力反馈交互模块用于根据力反馈类型信息输出反馈力。上述上位机用于在接收到姿态数据之后对姿态数据进行动作类型识别，得到目标动作类型，通过查询本地模型确定与目标动作类型对应的力反馈类型信息，生成携带力反馈类型信息的触发指令，并发送至中央控制模块。
综上，由于上位机中存储有力反馈类型信息与动作类型之间的对应关系，在虚拟乒乓球拍的姿态检测模块采集到姿态数据并发送至上位机之后，上位机能够对其进行动作识别，确定相应的力反馈类型信息并返回给虚拟乒乓球拍，在虚拟乒乓球拍的中央控制模块捕获到这一力反馈类型信息之后，力反馈交互模块能够根据该力反馈类型信息输出相应的反馈力。可见，本申请提供的虚拟乒乓球拍能够模拟乒乓球击打球拍时球拍输出的瞬时微力反馈，提供真实的乒乓运动体验，使乒乓爱好者能够在室内进行单人乒乓运动，满足其运动需求，进而提高国民身体素质。
此外，本申请还提供了一种虚拟乒乓球拍的力反馈方法及系统，其技术效果与上述方法的技术效果相对应，这里不再赘述。
附图说明
为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请所提供的虚拟乒乓球拍实施例一的结构示意图；
图2为本申请所提供的虚拟乒乓球拍实施例二的PCB图；
图3为本申请所提供的虚拟乒乓球拍实施例二的球拍正面图；
图4为本申请所提供的虚拟乒乓球拍实施例二的球拍背面图；
图5为本申请所提供的虚拟乒乓球拍实施例二的力反馈模型；
图6为本申请所提供的虚拟乒乓球拍实施例二的数据预采集流程示意图；
图7为本申请所提供的虚拟乒乓球拍实施例二的力反馈实现流程示意图；
图8为本申请所提供的虚拟乒乓球拍的力反馈方法的流程图。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种虚拟乒乓球拍及乒乓球拍的力反馈方法、系统，用以模拟乒乓球击打球拍时球拍输出的瞬时微力反馈，为用户提供真实的乒乓运动体验。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
下面对本申请提供的虚拟乒乓球拍实施例一进行介绍，参见图1，该实施例包括：姿态检测模块、中央控制模块、自定义通信模块和力反馈交互模块。
其中，姿态检测模块用于采集整个虚拟乒乓球拍的姿态数据，并将姿态数据传递至中央控制模块。具体的，姿态检测模块包括加速度传感器、陀螺仪、磁力计。加速度传感器用于捕获虚拟乒乓球拍的加速度信息，陀螺仪用于捕获虚拟乒乓球拍的角速度信息，磁力计用于测量虚拟乒乓球拍当前位置的磁场强度和方向。
自定义通信模块用于实现上位机和作为下位机的虚拟乒乓球拍之间的双向通信，具体的通信方式可以为无线通信，此时自定义通信模块为WIFI通信模块，也可以为其他无线通信模块，能够增强游戏体验。
中央控制模块用于将姿态数据通过自定义通信模块发送至上位机，还用于接收上位机通过自定义通信模块发送的携带力反馈类型信息的触发指令，并将力反馈类型信息发送至力反馈模块。具体的，力反馈类型信息可以包括反馈力度和反馈触发时长。
力反馈交互模块用于根据力反馈类型信息输出反馈力。具体的，力反馈交互模块包括电磁阀驱动电路和推拉式电磁铁，力反馈交互模块用于根据力反馈类型信息，通过电磁阀驱动电路控制推拉式电磁铁上的电流大小及持续时间，以实现反馈力的输出。实际应用中不局限于推拉式电磁铁，也可以选用其它碰撞类方式。
在数据预采集阶段，针对每种动作类型采集大量的力反馈数据，从中筛选出最具有代表性的力反馈类型信息，将力反馈类型信息与动作类型之间的对应关系存储至上位机中，其中动作类型具体可以包括以下任意一项或多项：正手攻球、正手搓球、正手削球、正手挑打、反手搓球、反手削球、反手拧球、反手拨球。在整个实施过程中，上位机用于在接收到姿态数据之后对姿态数据进行动作类型识别，得到目标动作类型；通过查询本地模型确定与目标动作类型对应的力反馈类型信息，生成携带力反馈类型信息的触发指令，并发送至中央控制模块。
除此之外，本实施例还可以包括板载电源模块，用于为虚拟乒乓球拍的各个模块供电。
本实施例所提供的虚拟乒乓球拍，能够通过自定义通信模块与上位机进行双向通信，由于上位机中存储有力反馈类型信息与动作类型之间的对应关系，在虚拟乒乓球拍的姿态检测模块采集到姿态数据并发送至上位机之后，上位机能够对其进行动作识别，确定相应的力反馈类型信息并返回给虚拟乒乓球拍，当虚拟乒乓球拍的中央控制模块捕获到这一力反馈类型信息之后，力反馈交互模块能够根据该力反馈类型信息输出相应的反馈力。可见，该虚拟乒乓球拍能够模拟乒乓球击打球拍时球拍输出的瞬时微力反馈，提供真实的乒乓运动体验，使乒乓爱好者能够在室内进行单人乒乓运动，满足其运动需求，进而提高国民身体素质。
下面开始详细介绍本申请提供的虚拟乒乓球拍实施例二，实施例二在实施例一的基础上，做了进一步展开描述。
首先对实施例二的硬件结构进行介绍，实施例二包括中央控制模块、姿态检测模块、力反馈交互模块、自定义通信模块、板载电源模块、虚拟乒乓球拍外壳。
其中，中央控制模块是控制虚拟乒乓球拍软硬件系统的核心，具体可以采用ST公司的32为单片机STM32F107RC(本实施例不局限于此)。为了保证正常工作，需要用到该单片机的USART1、USART2、TIM2、TIM3模块以及必要的IO口。USART1引脚用来和自定义通信模块进行通讯，USART2用来和姿态检测模块进行通讯，TIM2的PWM CH2引脚用来控制电磁铁的驱动电流，以控制驱动电流的方式完成对电磁铁击打力的控制。
姿态检测模块用来捕获球拍姿态信息。
力反馈交互模块用来输出反馈力，由电磁阀驱动电路和推拉式电磁铁组成。电磁阀驱动电路采用了PWM的方式，单片机产生PWM控制信号驱动MOS管驱动芯片，MOS管驱动芯片驱动一个MOS管控制电磁铁的关断。
自定义通信模块用于实现上位机和虚拟乒乓球拍之间的双向通信。具体可以选用一个贴片式WIFI模块，负责将虚拟乒乓球拍采集到的球拍姿态数据传递给上位机，并将上位机的击打命令传递至虚拟乒乓球拍的中央控制模块，实现上位机与作为下位机的虚拟乒乓球拍之间的双向通信。
板载电源模块是给虚拟乒乓球拍供电的模块，由5V锂电池、电磁阀电源电路、3.3V控制电源电路组成。这两路电源分别由两个DC-DC电源芯片以及外围电路构成，其中3.3V控制电源电路产生DC3.3V的电源用来给单片机部分供电，电磁阀电源电路产生DC5V电源用来作为电磁铁的驱动电源。两路电源分开能够有效的避免外围负载对单片机电源产生影响。模块采用DC-DC电源芯片作为电源转换芯片，输入电源电压为DC5V-DC24V,高于这个范围会对硬件产生不可逆的损坏。
虚拟乒乓球拍外壳由尼龙经3D打印而成，外形类似传统乒乓球拍，拍面较厚，重量与传统乒乓球拍相近，仅为800g。该球拍外壳重量较轻，成本低廉，能够满足普通乒乓爱好者的运动需求。
以上对虚拟乒乓球拍的硬件结构进行了介绍，整体而言，虚拟乒乓球拍的PCB图如图2所示，球拍的正面图和反面图如图3和图4所示。
下面对实施例二的力反馈原理进行介绍。
本实施例针对每个动作类型采集大量力反馈数据，从而确定每种动作类型的力反馈信息以作为动作参照，在实际力反馈过程中，首先采集球拍的姿态数据，然后通过动作识别确定动作所属类别，最终依照参照输出相应的力反馈。
整个过程如图5所示，主要包括以下四个阶段：
阶段一，数据预采集。
通过真实乒乓球拍采集每种动作类型的力反馈数据，利用大量的数据为每种动作类型确定最具代表性的力反馈类型信息，包括反馈力度以及反馈触发时长，可以选用最小二乘法，如牛顿法或随机梯度下降法进行曲线拟合，构建最佳函数匹配模型，本实施例对此不做限定。
如图6所示，通过柔性薄膜传感器将每种动作类型的力反馈数据转换成模拟电压形式，传感器电阻变化引起电路电压变化，电压变化产生模拟信号，获得每种动作类型的多组模拟电压，通过记录F(压力，N)、R(压力传感器的电阻，KΩ)、U(电压幅值，V)之间的关系得出“通过电压的变化可以推导所受击打力的大小”。然后通过数据采集卡将模拟电压信号转换成PWM信号，方便确定PWM的脉宽以及持续时长。
阶段二，姿态数据采集。
虚拟乒乓拍在击打效果实现瞬间会呈现出一定的动作形态，利用球拍上装备的惯性传感器采集姿态数据，将姿态数据传递给中央控制模块，中央控制模块通过板块上的自定义通信模块将姿态数据无线传输至上位机，上位机接收。
阶段三，数据处理。
上位机识别出姿态数据对应的动作类型，具体可以采用SVM算法识别动作类型，将目标动作类型与预采集阶段设置的PWM信号进行匹配，将匹配中的PWM信号利用自定义通信模块发送给中央控制模块。
阶段四，输出反馈力。
反馈力即虚拟球拍上推拉式电磁铁可以给予的力，其最终表现是通过改变流经电磁铁上的电流大小以及持续时间进行力度控制。中央控制模块解析上位机发送的PWM信号的脉宽以及时长信息，通过定时器TIM引脚发送PWM控制信号至驱动电路，驱动电路进行电流输送、场效应管进行电流放大，最终推拉式电磁铁利用该电流完成击打，从而实现针对不同的动作产生不同的力的效果。
采用PWM脉宽调制技术实现力反馈，所以，当频率不变时，输出方波的占空比越大，脉冲输出时间长(控制持续感觉时间)，输入电压越高，此时流经电磁铁的输出电流越大，微击打力就越大(控制力量)。
如图7所示，中央控制模块将PWM信号发送至驱动电路，驱动电路输出稳定电流值场效应管，场效应管进行电流放大，控制推拉式电磁铁产生击打力，使得球拍发生震动。
下面介绍实施例二中虚拟乒乓球拍的通信规约。
上位机与下位机之间采用socket通信，通过自定义通信模块进行无线串口通信。下位机PCB板上的姿态传感器采集到球拍姿态信息后，经PCB板上的有线串口传递姿态信息至MCU，然后MCU通过自定义通信模块与上位机进行无线串口通信，最后上位机将数据处理完毕后通过自定义通信模块发送击打命令至MCU，MCU利用自带的PWM引脚发送PWM信号通过电磁阀驱动电路控制电磁铁进行击打。其中，下位机即虚拟乒乓球拍，MCU即中央控制模块。
下面分四个部分进行介绍：上位机传递模式切换命令给下位机、上位机传递击打命令给下位机、下位机传递姿态信息给上位机、上位机测试软件系统。
第一部分，上位机传递模式切换命令给下位机。
上位机在发送击打命令给下位机之前首先要确定上位机的工作模式，切换命令格式如表1所示。待机模式为上位机未接收下位机传递的姿态数据的工作模式，该模式下系统待机，不执行任何操作。一般工作模式为系统正常工作模式，该模式下系统上位机接收下位机传递过来的姿态数据，经过程序解析姿态数据后，上位机发出击打命令通过自定义通信模块的无线串口通信传递至下位机MCU，使MCU发送PWM信号经电磁阀驱动电路控制推拉式电磁铁执行击打。透传模式为调试姿态检测模块配置的模式，仅用于配置姿态传感器参数。
表1
命令码 控制码 数据长度 DataL DataH Sum
0x01 0x00 0x01 00 00 00
0x01 0x01 0x01 00 00 00
0x01 0x02 0x01 00 00 00
其中，控制码0x00表示切换到待机模式；0x01表示切换到一般工作模式；0x02表示切换到透传模式。
可以理解的是，球拍通常工作在一般工作模式，透传模式仅为配置无线姿态传感器参数时采用。当下位机切换到透传模式后将无法切换到其它模式，只能通过重启PCB板电源进入其它模式。
第二部分，上位机传递击打命令给下位机。
上位机传递击打命令给下位机时的通信协议如表2所示：
表2
Figure BDA0003113363930000111
其中，脉宽L为脉宽数据低八位；脉宽H为脉宽数据高八位；时长L为时长数据低八位；时长H为时长数据高八位。脉宽数据为16位，取值范围0～100。时长数据为16位，取值范围0～65535。
第三部分，下位机传递姿态信息给上位机。
下位机PCB板上的姿态检测模块将捕获到的球拍姿态数据经PCB板上的电路传递给MCU，MCU通过WIFI模块与上位机进行无线串口通信，实现球拍姿态数据的传输。
角速度数据传递的通信协议如表3所示：
表3
0x55 0x52 RollL RollH PitchL PitchH
YawL YawH TL TH Sum
计算方法如下：
翻滚角(X轴)：Roll＝((RollH<<8|RollL)/32768*180；
俯仰角(Y轴)：Pitch＝((PitchH<<8|PitchL)/32768*180；
偏航角(Z轴)：Yaw＝((YawH<<8|YawL)/32768*180；
校验和：
Sum＝0x55+0x52+RollH+RollL+PitchL+PitchH+YawL+YawH+TL+TH。
加速度数据传递的通信协议如表4所示：
表4
0x55 0x51 AxL AxH AyL AyH
AzL AzH TL TH Sum
计算方法如下：
ax＝((AxH<<8)|AxL)/32768*16；
ay＝((AyH<<8)|AyL)/32768*16；
az＝((AzH<<8)|AzL)/32768*16；
校验和：
Sum＝0x55+0x51+AxH+AxL+AyL+AyH+AzL+AzH+TL+TH。
第四部分，上位机测试软件系统。
上位机测试软件系统主要解决虚拟乒乓球拍下位机硬件系统的调试问题。本实施例的虚拟乒乓球拍下位机测试软件系统，是用来测试下位机微击打力的效果，可以随时调整不同击打类型的阈值，以便今后与实验室的乒乓体感游戏进行对接。
姿态检测捕获球拍姿态信息时，将姿态数据发送给上位机，如表5所示：
表5
Figure BDA0003113363930000121
Figure BDA0003113363930000131
实际应用中，该测试软件可以设置虚拟乒乓球拍力反馈装置每次的反馈触发时长和反馈力度，还可以实时追踪球拍的姿态信息并呈现到该测试软件中。
可见，本申请提供的虚拟乒乓球拍实施例二，至少具备以下特点：
1、采用柔性薄膜压力传感器采集乒乓运动中的微力反馈数据，微力反馈数据通过电压电阻转换模块、电压数据采集卡转换为PWM信号输出至上位机。
2、采用惯性导航方案捕获乒乓运动中球拍的姿态信息，然后通过相关算法识别出运动者的动作类型，最后输出相应的微力反馈。满足了乒乓爱好者在室内进行单人乒乓运动的需求，同时也提高了国民身体素质。
3、采用推拉式电磁铁作为力反馈输出装置，根据上位机传递给虚拟乒乓球拍下位机的击打命令，通过PWM脉宽调制方法使电磁铁输出不同的微力反馈(不同持续时间和不同力量大小)。这种利用推拉式电磁铁输出力反馈的方法能够较好的模拟乒乓运动中球拍输出的力反馈，并且能够通过下位机虚拟乒乓球拍硬件系统以及利用上位机相关算法调节输出的微力反馈。
在实际应用中，本实施例不仅可以满足普通乒乓爱好者的需求，还能够与乒乓体感游戏进行对接，为专业乒乓运动者纠正运动姿势，提高交互体验，提升业余乒乓运动者的乒乓技能。
下面对本申请提供的虚拟乒乓球拍的力反馈方法实施例进行介绍，下文描述的虚拟乒乓球拍的力反馈方法基于上文描述的虚拟乒乓球拍实现。
如图8所示，本实施例虚拟乒乓球拍的力反馈方法，应用于虚拟乒乓球拍，包括：
S81、采集姿态数据；
S82、将姿态数据通过自定义通信方式发送至上位机；
S83、接收上位机通过自定义通信方式发送的携带力反馈类型信息的触发指令；
S84、根据力反馈类型信息输出反馈力；
其中，所述上位机用于在接收到姿态数据之后对姿态数据进行动作类型识别，得到目标动作类型，通过查询本地模型确定与目标动作类型对应的力反馈类型信息，生成携带力反馈类型信息的触发指令，并发送至虚拟乒乓球拍。
可以理解的是，具体的力反馈过程可以参见上文对虚拟乒乓球拍实施例的描述，此处不再展开介绍。
此外，本申请还提供了一种虚拟乒乓球拍的力反馈系统，包括上位机和作为下位机的虚拟乒乓球拍，虚拟乒乓球拍进一步包括姿态检测模块、中央控制模块、自定义通信模块和力反馈交互模块。
其中，姿态检测模块用于采集姿态数据，并将姿态数据传递至中央控制模块；中央控制模块用于将姿态数据通过自定义通信模块发送至上位机；上位机用于对姿态数据进行动作类型识别，得到目标动作类型，通过查询本地模型确定与目标动作类型对应的力反馈类型信息，还用于将携带力反馈类型信息的触发指令通过自定义通信模块发送至中央控制模块；中央控制模块将触发指令中的力反馈类型信息发送至力反馈模块；力反馈交互模块用于根据力反馈类型信息输出反馈力。
在一些具体的实施例中，还包括：位于真实乒乓球拍上的微力数据预采集模块；
所述微力数据预采集模块用于利用柔性薄膜压力传感器将单种动作类型下所述真实乒乓球拍的反馈力转换为模拟电压信号，利用数据采集卡将所述模拟电压信号转换为PWM信号，所述PWM信号包括所述力反馈类型信息，将所述PWM信号发送至上位机。
在一些具体的实施例中，所述上位机用于在接收到所述PWM信号之后，确定动作类型与力反馈类型信息的对应关系。
在一些具体的实施例中，所述上位机用于针对每个动作类型确定最优的力反馈类型信息，并将该动作类型与所述最优的力反馈类型信息记录至所述本地模型中。
需要说明的是，具体的力反馈系统的结构及实施过程可以参见上文对虚拟乒乓球拍实施例的描述，此处不再赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本申请所提供的方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (8)

1.一种虚拟乒乓球拍，其特征在于，包括：姿态检测模块、中央控制模块、自定义通信模块和力反馈交互模块；
所述姿态检测模块用于采集姿态数据，并将所述姿态数据传递至所述中央控制模块；所述中央控制模块用于将所述姿态数据通过所述自定义通信模块发送至上位机，还用于接收所述上位机通过所述自定义通信模块发送的携带力反馈类型信息的触发指令，并将所述力反馈类型信息发送至所述力反馈交互模块；所述力反馈交互模块用于根据所述力反馈类型信息输出反馈力；
其中，所述上位机用于在接收到所述姿态数据之后对所述姿态数据进行动作类型识别，得到目标动作类型，通过查询本地模型确定与所述目标动作类型对应的力反馈类型信息，生成携带所述力反馈类型信息的触发指令，并发送至所述中央控制模块；所述本地模型用于记录动作类型与力反馈类型信息之间的对应关系；
所述力反馈类型信息包括反馈力度和反馈触发时长；
所述力反馈交互模块用于根据所述力反馈类型信息，通过电磁阀驱动电路控制推拉式电磁铁上的电流大小及持续时间，以实现反馈力的输出。
2.如权利要求1所述的虚拟乒乓球拍，其特征在于，所述动作类型包括以下任意一项或多项：正手攻球、正手搓球、正手削球、正手挑打、反手搓球、反手削球、反手拧球、反手拨球。
3.如权利要求1所述的虚拟乒乓球拍，其特征在于，所述自定义通信模块为WIFI通信模块。
4.一种虚拟乒乓球拍的力反馈方法，其特征在于，应用于虚拟乒乓球拍，包括：
采集姿态数据；
将所述姿态数据通过自定义通信方式发送至上位机；
接收所述上位机通过自定义通信方式发送的携带力反馈类型信息的触发指令；
根据所述力反馈类型信息输出反馈力；
其中，所述上位机用于在接收到所述姿态数据之后对所述姿态数据进行动作类型识别，得到目标动作类型，通过查询本地模型确定与所述目标动作类型对应的力反馈类型信息，生成携带所述力反馈类型信息的触发指令，并发送至所述虚拟乒乓球拍；所述本地模型用于记录动作类型与力反馈类型信息之间的对应关系；
所述力反馈类型信息包括反馈力度和反馈触发时长；
根据所述力反馈类型信息，通过电磁阀驱动电路控制推拉式电磁铁上的电流大小及持续时间，输出反馈力。
5.一种虚拟乒乓球拍的力反馈系统，其特征在于，包括上位机和作为下位机的虚拟乒乓球拍，其中所述虚拟乒乓球拍包括姿态检测模块、中央控制模块、自定义通信模块和力反馈交互模块；
所述姿态检测模块用于采集姿态数据，并将所述姿态数据传递至所述中央控制模块；所述中央控制模块用于将所述姿态数据通过所述自定义通信模块发送至所述上位机；所述上位机用于对所述姿态数据进行动作类型识别，得到目标动作类型，通过查询本地模型确定与所述目标动作类型对应的力反馈类型信息，所述本地模型用于记录动作类型与力反馈类型信息之间的对应关系；还用于将携带所述力反馈类型信息的触发指令通过所述自定义通信模块发送至所述中央控制模块；所述中央控制模块将所述触发指令中的所述力反馈类型信息发送至所述力反馈交互模块；所述力反馈交互模块用于根据所述力反馈类型信息输出反馈力；所述力反馈类型信息包括反馈力度和反馈触发时长；所述力反馈交互模块用于根据所述力反馈类型信息，通过电磁阀驱动电路控制推拉式电磁铁上的电流大小及持续时间，以实现反馈力的输出。
6.如权利要求5所述的虚拟乒乓球拍的力反馈系统，其特征在于，还包括：位于真实乒乓球拍上的微力数据预采集模块；
所述微力数据预采集模块用于利用柔性薄膜压力传感器将单种动作类型下所述真实乒乓球拍的反馈力转换为模拟电压信号，利用数据采集卡将所述模拟电压信号转换为PWM信号，所述PWM信号包括所述力反馈类型信息，将所述PWM信号发送至上位机。
7.如权利要求6的虚拟乒乓球拍的力反馈系统，其特征在于，所述上位机用于在接收到所述PWM信号之后，确定动作类型与力反馈类型信息的对应关系。
8.如权利要求7所述的虚拟乒乓球拍的力反馈系统，其特征在于，所述上位机用于针对每个动作类型确定最优的力反馈类型信息，并将该动作类型与所述最优的力反馈类型信息记录至所述本地模型中。
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