CN116510282A - 一种羽毛球体感游戏设备 - Google Patents

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Abstract

一种羽毛球体感游戏设备，包括游戏主机，通过通信模块与游戏主机信号连接的羽毛球拍和可穿戴健康监测设备；游戏主机连接有显示屏和UWB定位基站；羽毛球拍拍柄的内部装配有单片机，以及与单片机连接的UWB定位标签、姿态采集模块、通信模块和振动元件，UWB定位标签和姿态采集模块采集球拍的空间轨迹并生成动作指令，通过通信模块发送给游戏主机；单片机通过通信模块接收游戏主机下达的振动指令后，通过振动元件实现；可穿戴健康监测设备采集用户生理参数，并通过通信模块反馈给游戏主机，由游戏主机内的程序实时判断调整游戏的强度。本发明可根据用户手持羽毛球拍的肢体动作实现游戏的控制，同时适配相应的游戏场景，让用户有更高的游戏体验感。

Description

一种羽毛球体感游戏设备
技术领域
本发明涉及体感游戏技术领域，具体涉及一种羽毛球体感游戏设备。
背景技术
体感游戏是一种通过肢体动作变化来进行操作的新型电子游戏，近年来，娱乐性更强的体感游戏越来越受到游戏参与者的青睐，其中在参与体感游戏时需要借助体感游戏设备。现在市面上较为流行的体感游戏设备是手柄式体感游戏设备，即，游戏参与者在使用体感游戏设备参与体感游戏时，需要手握手柄式体感游戏设备，其通过探测手柄式体感游戏设备在空间的位置来定位游戏参与者的手部的位置和动作。
尽管手柄式体感游戏设备的使用方式比较简单，但是其局限性也非常的明显，手柄式体感游戏设备只能够确定游戏参与者的手部的位置和动作，而不能够对游戏参与者其他部位进行定位，例如手柄式体感游戏设备不能够确定游戏参与者的身体状态和游戏参与者的所处环境，以至于导致游戏参与者无法通过手柄式体感游戏设备实现完全的体感体验。
如：在现有的羽毛球类体感游戏中，大部分的游戏只是通过对羽毛球拍姿态的模拟，而球拍的位置并不会根据用户的运动而改变，用户只站在原地进行挥拍、击球等动作就可以进行人机交互，而真实的羽毛球对战中往往会有人员在场地上的移动或跳起，这样一来用户体验的真实感较差，且不能实现到锻炼身体的目的。
发明内容
针对上述的技术问题，本技术方案提供了一种羽毛球体感游戏设备，提升羽毛球类体感游戏真实感的同时，让用户实现游戏的同时锻炼身体的目的；能有效的解决上述问题。
本发明通过以下技术方案实现：
一种羽毛球体感游戏设备，包括搭载游戏程序的游戏主机，通过通信模块与游戏主机信号连接的羽毛球拍和可穿戴健康监测设备；
所述的游戏主机连接有显示屏和UWB定位基站，显示屏设置在定位基站的前方，用于显示游戏场景；
所述羽毛球拍拍柄的内部装配有单片机，以及与单片机连接的UWB定位标签、姿态采集模块、通信模块和振动元件，UWB定位标签和姿态采集模块采集球拍的空间轨迹并生成动作指令，通过通信模块发送给游戏主机；所述单片机通过通信模块接收游戏主机下达的振动指令后，通过振动元件实现；
所述可穿戴健康监测设备采集用户生理参数，并通过通信模块反馈给游戏主机，由游戏主机内的程序实时判断调整游戏的强度。
进一步的，采用所述的UWB定位基站搭建UWB定位环境，启动预设的羽毛球体感游戏，由UWB定位标签实时获取羽毛球拍的三维坐标数据，由姿态采集模块获取羽毛球拍的旋转角、转速与加速度的相关数据，通过单片机上的通信模块将羽毛球拍的三维坐标数据和姿态数据发送至游戏主机；游戏主机在接收到羽毛球盘的相关数据后，将羽毛球拍的三维坐标数据和姿态数据发送至显示屏，通过显示屏实时将球拍的运动情况反馈给用户；在游戏运行过程中游戏程序通过球拍的三维坐标绘制出球网的击球区域，并通过此区域来判定用户是否击中程序生成的虚拟羽毛球；用户手持球拍做运动时游戏内的球拍会产生对应的反馈，当击球区域命中游戏程序中虚拟羽毛球时，游戏主机会生成击中的指令并通过通信模块传递至单片机，从而使振动元件发生振动响应。
进一步的，所述的UWB定位基站至少设置有8个，8个UWB定位基站按照近似于正方体顶点式分布于开阔空间内，相邻的UWB定位基站的间距大于等于4米。
进一步的，所述的显示屏通过串口线与游戏主机有线信号连接，所述的UWB定位基站通过串口线或无线通信模块与游戏主机进行有线信号连接或无线信号连接；所述的显示屏设置在正方体任一侧的侧面，便于显示游戏场景。
进一步的，所述的UWB定位标签内嵌在羽毛球拍的手柄内部，发出超短脉冲信号等待UWB定位基站接收，UWB定位基站接收到UWB定位标签的脉冲信号后，会发送回复信号给UWB定位标签；当UWB定位标签收到UWB定位基站的回复信号后，UWB定位标签会记录下接收到信号的时间戳，并将其发送回UWB定位基站；通过比较UWB定位标签和UWB定位基站之间的时间差，可以计算出标签相对于基站的距离；当UWB定位基站接收到UWB定位标签的信号后，会再将信号的时间戳发送回单片机进行处理，单片机预设的程序根据预设的UWB定位基站位置，以及UWB定位标签与UWB定位基站之间的距离，使用三角定位算法计算出UWB定位标签的X轴、Y轴、Z轴的三维坐标，并通过通信模块将解算出的三维数据传输至游戏主机中，再通过显示屏实现对用户位置的实时显示。
进一步的，所述的单片机与通信模块、姿态采集模块、UWB定位标签和振动元件通过串口线连接，单片机还连接有可替换小型移动电源；其中，所述的单片机、通信模块、姿态采集模块、UWB定位标签安装成一个整体，内嵌在羽毛球拍的手柄内部；所述的振动元件贴合在羽毛球拍手柄的内壁。
进一步的，所述的通信模块采用蓝牙模块，通信模块通过串口线与单片机连接，用于将羽毛球拍的三维坐标数据和姿态参数传输至游戏主机程序中；并用于将游戏主机程序中判定的击球反馈传输至振动元件。
进一步的，所述的姿态采集模块为加速度计、陀螺仪和磁力计结合的九轴传感器，通过I2C接口与单片机连接，并内嵌入羽毛球拍拍柄；所述九轴传感器用于测量物体的加速度、角速度和磁场强度，通过对这三种数据的采集和计算，可以得出球拍的姿态、方向和位置信息；所述的加速度计检测物体沿三个轴向的加速度变化，陀螺仪检测物体沿三个轴向的旋转状态，磁力计检测物体沿三个轴向的磁场强度变化；九轴传感器通过组合和计算这些数据，提供更全面和准确的球拍运动姿态。
进一步的，所述的振动元件应通过长串口线与单片机相连接并贴合在羽毛球拍拍柄的内壁，单片机通过通信模块接收上位机的击中球的响应命令后，控制振动元件震动，给予用户击球反馈。
进一步的，所述的可穿戴健康监测设备为手环式心率监测器和血氧仪，用户将其佩戴在手腕上，随时监测心率和血氧饱和度；该设备通过蓝牙等无线通信技术将生理参数传输到游戏主机；游戏开始前根据不同用户的生理特征和运动习惯来设置合适的阈值和难度系数，一般情况下，当用户的心率和血氧饱和度在一定范围内时，其体力和耐力处于较好的状态，游戏难度何以适当提高；反之，当这两个参数超过一定阈值时，用户可能已经过度运动或者疲劳，游戏主机会自动将游戏难度相应地降低，或者提供一些休息时间。
有益效果
本发明提出的一种羽毛球体感游戏设备,与现有技术相比较，其具有以下有益效果：
本发明将UWB定位技术应用于羽毛球拍，通过在球场周围安装多个UWB基站，可以精确的获取球拍的位置信息，为体感游戏提供更加精准的数据支持。同时，借助UWB技术高速数据传输的特点，可以实现快速传输羽毛球拍的参数，这样，玩家就可以通过显示屏实时观察到羽毛球拍状态信息，使游戏更加流畅、真实。另外，采用UWB技术可以增强设备的抗干扰能力，减少误差和干扰带来的影响。尤其是在室内复杂的环境中，UWB技术的抗干扰性能更加优越，可以有效减少定位误差，提高游戏的可靠性和稳定性，这为羽毛球类体感游戏的实现提供更好的技术支持和应用前景。
本发明采用可穿戴健康监测设备，在用户游戏的过程中获取用户的心率、血氧参数，用户可以根据自己的生理特征和运动习惯来设置合适的阈值和难度系数的强度，在游戏过程中根据生理参数的不同降低或提升运动强度，让用户在游戏的过程中达到很好的健身效果，也为玩家提供更好的健康保障和训练指导。
附图说明
图1为本发明的整体架构示意框图。
图2为本发明中羽毛球拍的整体结构示意图。
图3为本发明中游戏主机定位羽毛球拍位置的操作流程图。
图4为本发明中游戏主机调整游戏难度的操作流程图。
附图中的标号：1-UWB定位标签、2-姿态采集模块、3-通信模块、4-单片机、5-振动元件、6-小型移动电源。
实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围。
实施例
如图1所示，一种羽毛球体感游戏设备，包括搭载游戏程序的游戏主机，通过通信模块与游戏主机信号连接的羽毛球拍和可穿戴健康监测设备。
所述的游戏主机连接有显示屏和UWB定位基站，显示屏设置在定位基站的前方，用于显示游戏场景。
采用UWB定位基站搭建UWB定位环境，UWB定位基站至少设置有8个，8个UWB定位基站按照近似于正方体顶点式分布于开阔空间内，相邻的UWB定位基站的间距大于等于4米。UWB定位基站通过串口线或无线通信模块与游戏主机进行有线信号连接或无线信号连接。
显示屏设置在正方体任一侧的侧面，通过串口线与游戏主机有线信号连接，便于显示游戏场景。
如图2所示，羽毛球拍拍柄的内部装配有单片机，以及与单片机连接的UWB定位标签、姿态采集模块、通信模块和振动元件，UWB定位标签和姿态采集模块采集球拍的空间轨迹并生成动作指令，通过通信模块发送给游戏主机；所述单片机通过通信模块接收游戏主机下达的振动指令后，通过振动元件实现。
单片机与通信模块、姿态采集模块、UWB定位标签和振动元件通过串口线连接，单片机还连接有可替换小型移动电源；其中，所述的单片机、通信模块、姿态采集模块、UWB定位标签安装成一个整体，内嵌在羽毛球拍的手柄内部；所述的振动元件贴合在羽毛球拍手柄的内壁。
所述的通信模块采用蓝牙模块，通信模块通过串口线与单片机连接，用于将羽毛球拍的三维坐标数据和姿态参数传输至游戏主机程序中；并用于将游戏主机程序中判定的击球反馈传输至振动元件。
所述的姿态采集模块为加速度计、陀螺仪和磁力计结合的九轴传感器，通过I2C接口与单片机连接，并内嵌入羽毛球拍拍柄；所述九轴传感器用于测量物体的加速度、角速度和磁场强度，通过对这三种数据的采集和计算，可以得出球拍的姿态、方向和位置信息；所述的加速度计检测物体沿三个轴向的加速度变化，陀螺仪检测物体沿三个轴向的旋转状态，磁力计检测物体沿三个轴向的磁场强度变化；九轴传感器通过组合和计算这些数据，提供更全面和准确的球拍运动姿态。
所述的振动元件应通过长串口线与单片机相连接并贴合在羽毛球拍拍柄的内壁，单片机通过通信模块接收上位机的击中球的响应命令后，控制振动元件震动，给予用户击球反馈。
如图3所示，在UWB定位环境搭建好后，启动预设的羽毛球体感游戏，由UWB定位标签实时获取羽毛球拍的三维坐标数据，由姿态采集模块获取羽毛球拍的旋转角、转速与加速度的相关数据，通过单片机上的通信模块将羽毛球拍的三维坐标数据和姿态数据发送至游戏主机；游戏主机在接收到羽毛球盘的相关数据后，将羽毛球拍的三维坐标数据和姿态数据发送至显示屏，通过显示屏实时将球拍的运动情况反馈给用户；在游戏运行过程中游戏程序通过球拍的三维坐标绘制出球网的击球区域，并通过此区域来判定用户是否击中程序生成的虚拟羽毛球；用户手持球拍做运动时游戏内的球拍会产生对应的反馈，当击球区域命中游戏程序中虚拟羽毛球时，游戏主机会生成击中的指令并通过通信模块传递至单片机，从而使振动元件发生振动响应。
UWB定位标签内嵌在羽毛球拍的手柄内部，发出超短脉冲信号等待UWB定位基站接收，UWB定位基站接收到UWB定位标签的脉冲信号后，会发送回复信号给UWB定位标签；当UWB定位标签收到UWB定位基站的回复信号后，UWB定位标签会记录下接收到信号的时间戳，并将其发送回UWB定位基站；通过比较UWB定位标签和UWB定位基站之间的时间差，可以计算出标签相对于基站的距离；当UWB定位基站接收到UWB定位标签的信号后，会再将信号的时间戳发送回单片机进行处理，单片机预设的程序根据预设的UWB定位基站位置，以及UWB定位标签与UWB定位基站之间的距离，使用三角定位算法计算出UWB定位标签的X轴、Y轴、Z轴的三维坐标，并通过通信模块将解算出的三维数据传输至游戏主机中，再通过显示屏实现对用户位置的实时显示。
如图4所示，所述可穿戴健康监测设备采集用户生理参数，并通过通信模块反馈给游戏主机，由游戏主机内的程序实时判断调整游戏的强度。
可穿戴健康监测设备为手环式心率监测器和血氧仪，用户将其佩戴在手腕上，随时监测心率和血氧饱和度；该设备通过蓝牙等无线通信技术将生理参数传输到游戏主机；游戏开始前根据不同用户的生理特征和运动习惯来设置合适的阈值和难度系数，一般情况下，当用户的心率和血氧饱和度在一定范围内时，其体力和耐力处于较好的状态，游戏难度何以适当提高；反之，当这两个参数超过一定阈值时，用户可能已经过度运动或者疲劳，游戏主机会自动将游戏难度相应地降低，或者提供一些休息时间。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的保护范围不仅局限于此，任何在本发明揭露的技术范围内的变化、替换和改进，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种羽毛球体感游戏设备，其特征在于：包括搭载游戏程序的游戏主机，通过通信模块与游戏主机信号连接的羽毛球拍和可穿戴健康监测设备；
所述的游戏主机连接有显示屏和UWB定位基站，显示屏设置在定位基站的前方，用于显示游戏场景；
所述羽毛球拍拍柄的内部装配有单片机，以及与单片机连接的UWB定位标签、姿态采集模块、通信模块和振动元件，UWB定位标签和姿态采集模块采集球拍的空间轨迹并生成动作指令，通过通信模块发送给游戏主机；所述单片机通过通信模块接收游戏主机下达的振动指令后，通过振动元件实现；
所述可穿戴健康监测设备采集用户生理参数，并通过通信模块反馈给游戏主机，由游戏主机内的程序实时判断调整游戏的强度。
2.根据权利要求1所述的一种羽毛球体感游戏设备，其特征在于：采用所述的UWB定位基站搭建UWB定位环境，启动预设的羽毛球体感游戏，由UWB定位标签实时获取羽毛球拍的三维坐标数据，由姿态采集模块获取羽毛球拍的旋转角、转速与加速度的相关数据，通过单片机上的通信模块将羽毛球拍的三维坐标数据和姿态数据发送至游戏主机；游戏主机在接收到羽毛球拍的相关数据后，将羽毛球拍的三维坐标数据和姿态数据发送至显示屏，通过显示屏实时将球拍的运动情况反馈给用户；在游戏运行过程中游戏程序通过球拍的三维坐标绘制出球网的击球区域，并通过此区域来判定用户是否击中程序生成的虚拟羽毛球；用户手持球拍做运动时游戏内的球拍会产生对应的反馈，当击球区域命中游戏程序中虚拟羽毛球时，游戏主机会生成击中的指令并通过通信模块传递至单片机，从而使振动元件发生振动响应。
3.根据权利要求1或2所述的一种羽毛球体感游戏设备，其特征在于：所述的UWB定位基站至少设置有8个，8个UWB定位基站按照近似于正方体顶点式分布于开阔空间内，相邻的UWB定位基站的间距大于等于4米。
4.根据权利要求3所述的一种羽毛球体感游戏设备，其特征在于：所述的显示屏通过串口线与游戏主机有线信号连接，所述的UWB定位基站通过串口线或无线通信模块与游戏主机进行有线信号连接或无线信号连接；所述的显示屏设置在正方体任一侧的侧面，便于显示游戏场景。
5.根据权利要求3所述的一种羽毛球体感游戏设备，其特征在于：所述的UWB定位标签内嵌在羽毛球拍的手柄内部，发出超短脉冲信号等待UWB定位基站接收，UWB定位基站接收到UWB定位标签的脉冲信号后，会发送回复信号给UWB定位标签；当UWB定位标签收到UWB定位基站的回复信号后，UWB定位标签会记录下接收到信号的时间戳，并将其发送回UWB定位基站；通过比较UWB定位标签和UWB定位基站之间的时间差，可以计算出标签相对于基站的距离；当UWB定位基站接收到UWB定位标签的信号后，会再将信号的时间戳发送回单片机进行处理，单片机预设的程序根据预设的UWB定位基站位置，以及UWB定位标签与UWB定位基站之间的距离，使用三角定位算法计算出UWB定位标签的X轴、Y轴、Z轴的三维坐标，并通过通信模块将解算出的三维数据传输至游戏主机中，再通过显示屏实现对用户位置的实时显示。
6.根据权利要求1所述的一种羽毛球体感游戏设备，其特征在于：所述的单片机与通信模块、姿态采集模块、UWB定位标签和振动元件通过串口线连接，单片机还连接有可替换小型移动电源；其中，所述的单片机、通信模块、姿态采集模块、UWB定位标签安装成一个整体，内嵌在羽毛球拍的手柄内部；所述的振动元件贴合在羽毛球拍手柄的内壁。
7.根据权利要求1或6所述的一种羽毛球体感游戏设备，其特征在于：所述的通信模块采用蓝牙模块，通信模块通过串口线与单片机连接，用于将羽毛球拍的三维坐标数据和姿态参数传输至游戏主机程序中；并用于将游戏主机程序中判定的击球反馈传输至振动元件。
8.根据权利要求1或6所述的一种羽毛球体感游戏设备，其特征在于：所述的姿态采集模块为加速度计、陀螺仪和磁力计结合的九轴传感器，通过I2C接口与单片机连接，并内嵌入羽毛球拍拍柄；所述九轴传感器用于测量物体的加速度、角速度和磁场强度，通过对这三种数据的采集和计算，可以得出球拍的姿态、方向和位置信息；所述的加速度计检测物体沿三个轴向的加速度变化，陀螺仪检测物体沿三个轴向的旋转状态，磁力计检测物体沿三个轴向的磁场强度变化；九轴传感器通过组合和计算这些数据，提供更全面和准确的球拍运动姿态。
9.根据权利要求1或6所述的一种羽毛球体感游戏设备，其特征在于：所述的振动元件应通过长串口线与单片机相连接并贴合在羽毛球拍拍柄的内壁，单片机通过通信模块接收上位机的击中球的响应命令后，控制振动元件震动，给予用户击球反馈。
10.根据权利要求1所述的一种羽毛球体感游戏设备，其特征在于：所述的可穿戴健康监测设备为手环式心率监测器和血氧仪，用户将其佩戴在手腕上，随时监测心率和血氧饱和度；该设备通过蓝牙等无线通信技术将生理参数传输到游戏主机；游戏开始前根据不同用户的生理特征和运动习惯来设置合适的阈值和难度系数，一般情况下，当用户的心率和血氧饱和度在一定范围内时，其体力和耐力处于较好的状态，游戏难度何以适当提高；反之，当这两个参数超过一定阈值时，用户可能已经过度运动或者疲劳，游戏主机会自动将游戏难度相应地降低，或者提供一些休息时间。
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