CN113617006B - 一种可模拟多人同艇赛艇运动的方法 - Google Patents

一种可模拟多人同艇赛艇运动的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种软件程序算法和通信技术领域，提供一种可模拟多人同艇赛艇运动的方法，包括以下步骤：步骤一：划船机拉绳数据收集，通过设置在划船机上的下位机取得用户拉绳位移的实时数据，并将数据上传至设置在划船机上的上位机，上位机将用户拉绳位移数据上传到后台服务器；步骤二：数据分析，同步同艇内的多个划船机的拉绳位移；步骤三：数据判断，判断同艇内的多个划船机所在桨位的桨叶是否同步、是否打桨；步骤四：实时显示，将判断结果实时的显示在划船机的显示器上；结果反馈，用户根据提示及时调整自己的运动姿态，以保持多人艇划行的同步体验。解决了现有的划船机无法多人同艇划行的缺陷。

Description

一种可模拟多人同艇赛艇运动的方法
技术领域
本发明涉及一种软件程序算法和通信技术领域，特别涉及一种在独立划船机硬件设备上模拟多人同艇划行体验的方法。
背景技术
现有划船机产品大多无法通过软件方式进行模拟多人同艇(双人艇，四人艇)划行体验的操作，导致用户使用过程中无法对协同性，划行节奏感展开训练和提升；
即使市面上个别现有划船机产品可以通过物理连接方式进行多人艇划行模拟，但存在需要搬运，连接操作繁琐，需要额外物理连接设备(如连接轨道等)缺点，同时对设备数量及场地面积均有限制和要求；
随着划船运动和划船机产品的普及，用户多模拟多人同艇划行体验的需求也越来越高，多人同艇划行体验不仅可以训练队友间的配合度，团队感，更增强了划船机的功能性，趣味性，因此通过软件程序算法和通信技术实现模拟多人同艇划行体验功能，可以提高划船机的使用功能，增加运动乐趣，并拓展其应用场景(专业队训练，团队建设，普通用户多人联通锻炼需求等)。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种可模拟多人同艇赛艇运动的方法，用以解决现有的划船机无法多人同艇划行的缺陷。
(二)发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种可模拟多人同艇赛艇运动的方法，包括以下步骤：
步骤一：划船机拉绳数据收集，通过设置在划船机上的下位机取得用户拉绳位移的实时数据，并将数据上传至设置在划船机上的上位机，上位机利用数据收发模块将用户拉绳位移数据上传到后台服务器；
步骤二：数据分析，同步同艇内的多个划船机的拉绳位移；
步骤三：数据判断，判断同艇内的多个划船机所在桨位的桨叶是否同步、是否打桨；
步骤四：实时显示，将判断结果实时的显示在划船机的显示器上；
步骤五：结果反馈，用户根据提示及时调整自己的运动姿态，以保持多人艇划行的同步体验。
进一步的，所述步骤一中，下位机包括硬件控制模块，硬件控制模块通过安装于划船机上的角速度传感器计算当前拉绳位置，上位机包括硬件数据接收模块、数据收发模块、上位机数据计算模块和显示输出模块，后台服务器包括数据同步收发模块和服务器端数据计算模块，硬件控制模块通过串口以固定频率发送当前拉绳位置信息给硬件数据接收模块，硬件数据接收模块通过数据收发模块与后台服务器进行数据传输。
进一步的，所述步骤二中，数据分析采用帧同步方式，上位机利用数据收发模块将用户拉绳位移数据上传到后台服务器，后台服务器利用同步收发模块同时接收到参与多人同艇划行的多个划船机的拉绳位移数据，后台服务器将这些数据分别下发给参与的每一个划船机的上位机，每个上位机的软件根据收集到的数据，分别将各个桨位划船机的拉绳位移模拟转换成真实水面上赛艇的桨叶位置，然后再根据桨叶位置判断各桨位是否同步、是否互相打桨。
进一步的，所述步骤二中，数据分析采用状态同步：上位机利用数据收发模块将用户拉绳位移数据上传到后台服务器，后台服务器利用同步收发模块同时接收到参与多人同艇划行的多个划船机的拉绳位移数据，后台服务器软件根据收集到的数据，分别将各个桨位划船机的拉绳位移模拟转换成真实水面上赛艇的桨叶位置，然后再根据桨叶位置判断各桨位是否同步、是否互相打桨。后台服务器将判断结果分别下发给参与的每一个划船机的上位机。
进一步的，所述下位机的硬件控制模块连接到划船机硬件上，读取事件消息，并通过上位机硬件数据接收模块发送给上位机，上位机数据收发模块将硬件数据发送给后台服务器，后台服务器端数据同步收发模块将参与计算的多个上位机发送的数据同步接收，再同步下发给各个上位机，各个上位机数据收发模块接收到帧同步数据后通过上位机数据计算模块计算各个桨位的桨叶位置，判断各桨位是否同步、是否互相打桨，上位机显示输出模块将各桨位出现的不同步和打桨事件显示给用户。
进一步的，状态同步模式下，下位机的硬件控制模块连接到划船机硬件上，读取事件消息，并通过上位机硬件数据接收模块发送给上位机，上位机数据收发模块将硬件数据发送给后台服务器，后台服务器端数据同步收发模块将参与计算的多个上位机发送的数据同步接收，然后通过后台服务器端数据计算模块计算各个桨位的桨叶位置，判断各桨位是否同步、是否互相打桨，后台服务器端数据同步收发模块将计算结果下发给各个上位机，各个上位机数据收发模块接收到计算结果后，使用上位机显示输出模块将各桨位出现的不同步和打桨事件显示给用户。
进一步的，所述上位机数据收发模块将拉绳位置通过UDP发送给后台服务器，发送时为每帧数据增加序号，保证数据不丢失且顺序一致。
进一步的，所述后台服务器端数据同步收发模块将拉绳位置通过UDP接收，并同步转发给各个上位机。
进一步的，先通过拉绳位置计算各个桨位的桨柄与桨架的夹角，来判断各桨是否同步；再通过前后桨位夹角平行转换为前后两桨叶夹角，来判断前后两桨位是否打桨。
进一步的，桨柄与桨架夹角的计算：在水面划桨时，手握桨柄在垂直于桨架的方向前后移动，桨、桨架与桨柄到桨架的垂线形成一个直角三角形。已知两个直角边的长度，通过正切函数计算出斜边与直角边的夹角。同时，已知用户最大的拉绳距离、桨与桨架的最大夹角、桨与桨架的最小夹角，将拉绳长度转换为桨柄到桨架的垂线距离，同时已知桨架中心到桨栓的距离，即求出拉绳位置桨柄与桨架的夹角；
前后两桨位是否打桨计算：当前桨和后桨与桨架的夹角相同时，表示两桨平行，不会打桨，当后桨夹角大于前桨夹角时，两桨只能在桨栓到桨叶的反向延长线上相交，不会打桨，当后桨夹角小于前桨夹角时，两桨直接相交或在桨栓到桨叶的延长线上相交，由于前后两桨分别基于各自桨栓为圆心画弧，那么形成一个以两段弧线的交点为顶角、以两个桨栓间距为底边的等腰三角形，此等腰三角形的顶角表示两桨直接相交的最小夹角，由已知的底边和腰计算得出实际角度，而两桨直接相交的夹角平行转换为前后两桨桨柄与桨架的夹角，所以当后桨夹角小于前桨夹角时，且前后两桨桨柄与桨架的夹角的绝对值相加的和大于等于等腰三角形的顶角角度时，即判断前后两桨打桨。
(三)有益效果
本发明提供的一种可模拟多人同艇赛艇运动的方法，其优点在于：
1、在帧同步状态下，该划船机更适合用户数量较少的场景，实时性好，服务器性能要求低；
2、在状态同步状态下，该划船机更适合用户数量较多的场景，服务器性能要求高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本发明的主视结构示意图；
图2为本发明的俯视结构示意图；
图3为本发明的主视剖面结构示意图。
图中的附图标记说明：1、底架；2、支杆；3、拉绳；4、轴承座椅；5、座椅划轨；6、固定座；7、踏板；8、电路控制系统；9、电源系统。
具体实施方式
请参阅图1-3，本发明提供的一种可模拟多人同艇赛艇运动的方法，包括以下步骤：
步骤一：划船机拉绳数据收集，通过设置在划船机上的下位机取得用户拉绳位移的实时数据，并将数据上传至设置在划船机上的上位机，上位机利用数据收发模块将用户拉绳位移数据上传到后台服务器；步骤一中，下位机包括硬件控制模块，下位机硬件控制模块连接在划船机硬件上，硬件控制模块通过安装于划船机上的角速度传感器计算当前拉绳位置，精确到毫米，该角速度传感器安装于划船机电磁阻划船装置的电磁阻轮一侧，电磁阻轮利用传动结构与拉绳之间连接传动，拉绳的拉伸距离与电磁阻轮之间的转动距离成正比，使用时从动轮利用内置的角速度传感器来进行记录，再通过数据传输传输至上位机进行显示，后传输给使用者进行分析或改进，上位机包括硬件数据接收模块、数据收发模块、上位机数据计算模块和显示输出模块，硬件控制模块通过串口以固定频率发送当前拉绳位置信息给硬件数据接收模块，硬件数据接收模块通过数据收发模块与后台服务器进行数据传输；
步骤二：数据分析，同步同艇内的多个划船机的拉绳位移；步骤二中，数据分析采用帧同步方式，上位机利用数据收发模块将用户拉绳位移数据上传到后台服务器，后台服务器利用同步收发模块同时接收到参与多人同艇划行的多个划船机的拉绳位移数据；后台服务器将这些数据分别下发给参与的每一个划船机的上位机，每个上位机的软件根据收集到的数据，分别将各个桨位划船机的拉绳位移模拟转换成真实水面上赛艇的桨叶位置，然后再根据桨叶位置判断各桨位是否同步、是否互相打桨；所述步骤二中，数据分析采用状态同步：上位机利用数据收发模块将用户拉绳位移数据上传到后台服务器，后台服务器利用同步收发模块同时接收到参与多人同艇划行的多个划船机的拉绳位移数据，后台服务器软件根据收集到的数据，分别将各个桨位划船机的拉绳位移模拟转换成真实水面上赛艇的桨叶位置。然后再根据桨叶位置判断各桨位是否同步、是否互相打桨，后台服务器将判断结果分别下发给参与的每一个划船机的上位机；
步骤三：数据判断，判断同艇内的多个划船机所在桨位的桨叶是否同步、是否打桨；
桨柄与桨架夹角的计算：在水面划桨时，手握桨柄在垂直于桨架的方向前后移动，桨、桨架与桨柄到桨架的垂线形成一个直角三角形，已知两个直角边的长度，通过正切函数计算出斜边与直角边的夹角，同时，已知用户最大的拉绳距离、桨与桨架的最大夹角(正向)、桨与桨架的最小夹角(负向)，将拉绳长度转换为桨柄到桨架的垂线距离，同时已知桨架中心到桨栓的距离，即求出拉绳位置桨柄与桨架的夹角；
前后两桨位是否打桨计算：当前桨和后桨与桨架的夹角相同时，表示两桨平行，不会打桨，当后桨夹角大于前桨夹角时，两桨在桨栓到桨叶的反向延长线上相交，不会打桨，当后桨夹角小于前桨夹角时，两桨直接相交或在桨栓到桨叶的延长线上相交，由于前后两桨分别基于各自桨栓为圆心画弧，那么形成一个以两段弧线的交点为顶角、以两个桨栓间距为底边的等腰三角形，此等腰三角形的顶角表示两桨直接相交的最小夹角，由已知的底边和腰计算得出实际角度，而两桨直接相交的夹角平行转换为前后两桨桨柄与桨架的夹角，所以当后桨夹角小于前桨夹角时，且前后两桨桨柄与桨架的夹角的绝对值相加的和大于等于等腰三角形的顶角角度时，即判断前后两桨打桨；
步骤四：实时显示，将判断结果实时的显示在划船机的显示器上；
步骤五：结果反馈，用户根据提示及时调整自己的运动姿态，以保持多人艇划行的同步体验。
一种可模拟多人同艇赛艇运动的系统，包括底架1、拉绳3、电路控制系统8和电源系统9，底架1底端的两侧皆安装有固定座6，底架1的顶端设置有支杆2，支杆2的一侧设置有拉绳3，底架1内部设置有电磁阻轮，电磁阻轮上方设置有从动轮，从动轮与电磁阻轮之间通过皮带相连接，从动轮的一侧设置有固定轴，拉绳3的一侧与固定轴连接；
底架1的一侧设置有座椅划轨5，座椅划轨5上设置有可左右滑动的轴承座椅4，座椅划轨5左端的两侧设置有踏板7；
底架1内部的一侧设置有电路控制系统8；
底架1一侧设置有电源系统9，电源系统9通过数据线连接电路控制系统8，电路控制系统8为上位机与下位机提供电源，上位机和下位机皆安装在底架1上。
下位机的硬件控制模块连接到划船机硬件上，读取事件消息，并通过上位机硬件数据接收模块发送给上位机，上位机数据收发模块将硬件数据发送给后台服务器，后台服务器端数据同步收发模块将参与计算的多个上位机发送的数据同步接收，再同步下发给各个上位机，各个上位机数据收发模块接收到帧同步数据后通过上位机数据计算模块计算各个桨位的桨叶位置，判断各桨位是否同步、是否互相打桨，上位机显示输出模块将各桨位出现的不同步和打桨事件显示给用户；
状态同步模式下，下位机的硬件控制模块连接到划船机硬件上，读取事件消息，并通过上位机硬件数据接收模块发送给上位机，上位机数据收发模块将硬件数据发送给后台服务器，后台服务器端数据同步收发模块将参与计算的多个上位机发送的数据同步接收，然后通过后台服务器端数据计算模块计算各个桨位的桨叶位置，判断各桨位是否同步、是否互相打桨。后台服务器端数据同步收发模块将计算结果下发给各个上位机，各个上位机数据收发模块接收到计算结果后，使用上位机显示输出模块将各桨位出现的不同步和打桨事件显示给用户；
上位机数据收发模块将拉绳位置通过UDP发送给后台服务器，发送时为每帧数据增加序号，保证数据不丢失且顺序一致；
后台服务器端数据同步收发模块将拉绳位置通过UDP接收，并同步转发给各个上位机；
后台服务器端上位机数据计算模块与上位机数据计算模块的工作相同，先通过拉绳位置计算各个桨位的桨柄与桨架的夹角，来判断各桨是否同步，再通过前后桨位夹角平行转换为前后两桨叶夹角，来判断前后两桨位是否打桨。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种可模拟多人同艇赛艇运动的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：划船机拉绳数据收集，通过设置在划船机上的下位机取得用户拉绳位移的实时数据，并将数据上传至设置在划船机上的上位机，上位机利用数据收发模块将用户拉绳位移数据上传到后台服务器；
步骤二：数据分析，同步同艇内的多个划船机的拉绳位移；
步骤三：数据判断，判断同艇内的多个划船机所在桨位的桨叶是否同步、是否打桨，先通过拉绳位置计算各个桨位的桨柄与桨架的夹角，来判断各桨是否同步；再通过前后桨位夹角平行转换为前后两桨叶夹角，来判断前后两桨位是否打桨；
步骤四：实时显示，将判断结果实时的显示在划船机的显示器上；
步骤五：结果反馈，用户根据提示及时调整自己的运动姿态，以保持多人艇划行的同步体验。
2.根据权利要求1所述的一种可模拟多人同艇赛艇运动的方法，其特征在于：所述步骤一中，下位机包括硬件控制模块，硬件控制模块通过安装于划船机上的角速度传感器计算当前拉绳位置，上位机包括硬件数据接收模块、数据收发模块、上位机数据计算模块和显示输出模块，后台服务器包括数据同步收发模块和服务器端数据计算模块，硬件控制模块通过串口以固定频率发送当前拉绳位置信息给硬件数据接收模块，硬件数据接收模块通过数据收发模块与后台服务器进行数据传输。
3.根据权利要求1所述的一种可模拟多人同艇赛艇运动的方法，其特征在于：所述步骤二中，数据分析采用帧同步方式，上位机利用数据收发模块将用户拉绳位移数据上传到后台服务器，后台服务器利用同步收发模块同时接收到参与多人同艇划行的多个划船机的拉绳位移数据，后台服务器将这些数据分别下发给参与的每一个划船机的上位机，每个上位机的软件根据收集到的数据，分别将各个桨位划船机的拉绳位移模拟转换成真实水面上赛艇的桨叶位置，然后再根据桨叶位置判断各桨位是否同步、是否互相打桨。
4.根据权利要求1所述的一种可模拟多人同艇赛艇运动的方法，其特征在于：所述步骤二中，数据分析采用状态同步：上位机利用数据收发模块将用户拉绳位移数据上传到后台服务器，后台服务器利用同步收发模块同时接收到参与多人同艇划行的多个划船机的拉绳位移数据，后台服务器软件根据收集到的数据，分别将各个桨位划船机的拉绳位移模拟转换成真实水面上赛艇的桨叶位置，然后再根据桨叶位置判断各桨位是否同步、是否互相打桨，后台服务器将判断结果分别下发给参与的每一个划船机的上位机。
5.根据权利要求3所述的一种可模拟多人同艇赛艇运动的方法，其特征在于：所述下位机的硬件控制模块连接到划船机硬件上，读取事件消息，并通过上位机硬件数据接收模块发送给上位机，上位机数据收发模块将硬件数据发送给后台服务器，后台服务器端数据同步收发模块将参与计算的多个上位机发送的数据同步接收，再同步下发给各个上位机，各个上位机数据收发模块接收到帧同步数据后通过上位机数据计算模块计算各个桨位的桨叶位置，判断各桨位是否同步、是否互相打桨，上位机显示输出模块将各桨位出现的不同步和打桨事件显示给用户。
6.根据权利要求4所述的一种可模拟多人同艇赛艇运动的方法，其特征在于：状态同步模式下，下位机的硬件控制模块连接到划船机硬件上，读取事件消息，并通过上位机硬件数据接收模块发送给上位机，上位机数据收发模块将硬件数据发送给后台服务器，后台服务器端数据同步收发模块将参与计算的多个上位机发送的数据同步接收，然后通过后台服务器端数据计算模块计算各个桨位的桨叶位置，判断各桨位是否同步、是否互相打桨，后台服务器端数据同步收发模块将计算结果下发给各个上位机，各个上位机数据收发模块接收到计算结果后，使用上位机显示输出模块将各桨位出现的不同步和打桨事件显示给用户。
7.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种可模拟多人同艇赛艇运动的方法，其特征在于：所述上位机数据收发模块将拉绳位置通过UDP发送给后台服务器，发送时为每帧数据增加序号，保证数据不丢失且顺序一致。
8.根据权利要求3或5所述的一种可模拟多人同艇赛艇运动的方法，其特征在于：所述后台服务器端数据同步收发模块将拉绳位置通过UDP接收，并同步转发给各个上位机。
9.根据权利要求1所述的一种可模拟多人同艇赛艇运动的方法，其特征在于：桨柄与桨架夹角的计算：在水面划桨时，手握桨柄在垂直于桨架的方向前后移动，桨、桨架与桨柄到桨架的垂线形成一个直角三角形，已知两个直角边的长度，通过正切函数计算出斜边与直角边的夹角，同时，已知用户最大的拉绳距离、桨与桨架的最大夹角、桨与桨架的最小夹角，将拉绳长度转换为桨柄到桨架的垂线距离，同时已知桨架中心到桨栓的距离，即求出拉绳位置桨柄与桨架的夹角；
前后两桨位是否打桨计算：当前桨和后桨与桨架的夹角相同时，表示两桨平行，不会打桨，当后桨夹角大于前桨夹角时，两桨在桨栓到桨叶的反向延长线上相交，不会打桨，当后桨夹角小于前桨夹角时，两桨直接相交或在桨栓到桨叶的延长线上相交，由于前后两桨分别基于各自桨栓为圆心画弧，那么形成一个以两段弧线的交点为顶角、以两个桨栓间距为底边的等腰三角形，此等腰三角形的顶角表示两桨直接相交的最小夹角，由已知的底边和腰计算得出实际角度，而两桨直接相交的夹角平行转换为前后两桨桨柄与桨架的夹角，所以当后桨夹角小于前桨夹角时，且前后两桨桨柄与桨架的夹角的绝对值相加的和大于等于等腰三角形的顶角角度时，即判断前后两桨打桨。
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CN109956020A (zh) * 2017-12-26 2019-07-02 浙江大学 带有激光辅助导航系统的农用无人空气动力船及导航方法

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