TWI728895B - 互動式球場系統 - Google Patents

Abstract

一種互動式球場系統，包括 一攜帶式動作感測器、一遙控器及至少一發球機。攜帶式動作感測器可供一使用者在擊球時隨身攜帶，並用以感測使用者的擊球動作而得到一擊球動作資訊。遙控器接收攜帶式動作感測器所傳來的擊球動作資訊，並將擊球動作資訊轉換成一控制指令。發球機接收遙控器傳來的控制指令，並根據控制指令模擬出使用者之一對手的一回擊球路，再據以發球回擊，以達到人機互動的功能。

Description

互動式球場系統

本發明是關於一種模擬訓練用的球場系統，特別是關於一種結合物聯網技術而可與使用者互動的球場系統。

羽球或網球是需要雙向對打的運動。在此類運動的傳統訓練中，通常需要教練將球逐一餵給選手進行練習。但是這樣的練習方式不僅使教練無法專心檢視選手的姿勢是否標準，且無法即時修正選手的姿勢。

因此，現今許多運動員都使用發球機(也稱投球機、投擲機、拋球機等)來練習雙向對打的運動。通常這些發球機放置在球場中與練習的運動員相對的一端。發球的期望軌跡是由運動員直接在發球機上手動設定或借助遙控器設定的。然後，將球從發球機中射向球員，以供練習擊球。這種發球機一般是利用氣動、旋轉輪和/或彈簧力來投射羽球或其他類型的球。

由於發球機已經使用了許多年，因此發球機技術有了許多改進。例如，更先進的發球機提供了更多方式來控制發球的軌跡，以便提供左右投球變化以及上下投球變化。

有些發球機已經提供了某種程度的預先編程和儲存運動員希望練習返回的發球軌跡和發球順序。以這種方式進行編程後，發球機將按照預先編程的發球軌跡和發球順序為運動員提供服務。

此外，目前使用的一些發球機也允許使用者調整發球的間隔時間，使發球機可自動地按照設定的間隔時間發球。例如，如果發球機被設定為快速，則可以每兩秒發射一次擊球。同樣，如果將發球機的速度設得較低，則兩次射擊之間會間隔較長的時間。

雖然透過發球機可解決單人不能進行雙向對打的問題，但是市售的發球機卻仍不夠人性化。除了需要一步步的調整速率、頻率以及角度，且有不能上網和無法模擬對戰等缺點。更重要的問題是它只能隨機發球或是依據設定的間隔時間發球。

因此，目前市售發球機無法真正地取代教練。究其原因在於它無法獲得運動員即時的擊球資訊，也不能動態的控制發球的時機點及發球後的落點。

本發明之一目的在於提供一種互動式球場系統，可以即時依照使用者的擊球動作資訊，動態的控制發球的時機點及發球後的落點。

本發明之一目的在於提供一種互動式球場系統，可以支援多台發球機連線的功能，並增加回擊球路的變化。

為了達到上述目的，本發明提供一種互動式球場系統，包括 一攜帶式動作感測器、一遙控器及至少一發球機。攜帶式動作感測器可供一使用者在擊球時隨身攜帶，例如：可將攜帶式動作感測器裝設在一球拍上，以供使用者在擊球時握持，並用以感測使用者的擊球動作而得到一擊球動作資訊。遙控器接收攜帶式動作感測器所傳來的擊球動作資訊，並將擊球動作資訊轉換成一控制指令。發球機接收遙控器傳來的控制指令，並根據控制指令模擬出使用者之一對手的一回擊球路，再據以發球回擊。

在一實施例中，發球機的數目為複數，該複數發球機通過遙控器相互溝通，以決定一適當回擊球路及一發球順序。當每一發球機獨自連續發球時，每連續兩次發球之間具有一第一時間間隔。當該複數發球機為輪流發球時，每連續兩次發球之間具有一第二時間間隔，並且該第二時間間隔小於該第一時間間隔。

在一實施例中，攜帶式動作感測器包括兩三軸加速度計，該兩三軸加速度計分別具有不同的加速度量測範圍，用以感測兩不同加速度值。除了兩加速度值之外，攜帶式動作感測器可感測的擊球動作資訊還包括一擊球時點及一方向感測值。

在一實施例中，上述的互動式球場系統更包括一影像感測器，記錄使用者的一動態擊球影像，並將動態擊球影像傳遞至遙控器，遙控器根據動態擊球影像預測使用者之一打擊球路。此外，影像感測器還可根據動態擊球影像追蹤使用者在一球場中的一打擊位置，並且追蹤使用者的一擊球落點。

在一實施例中，遙控器分析攜帶式動作感測器所傳來的擊球動作資訊，用以判斷一球種，例如：殺球、挑球、平球或長球。

本發明透過遙控器將擊球動作資訊轉成控制指令並傳送至發球機。當發球機接收到控制指令時選擇適當的球路進行回擊，以達到人機互動的功能，讓使用者不單純只是在進行接球的動作，而是體驗到與機器互動的感覺。此外，本發明還結合了物聯網的概念，提供多台發球機連線的功能，在計算出較理想的發球位置後，讓發球機互相溝通選擇最適當的發球機發球，使發出之球路更加擬真，達到提升選手的訓練效率。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是用於參照隨附圖式的方向。因此，該等方向用語僅是用於說明並非是用於限制本發明。

圖1為本發明之一實施例的互動式球場系統100，包括一遙控器110、一攜帶式動作感測器120、多台發球機130A、130B、130C以及一影像感測器140。攜帶式動作感測器120、多台發球機130A、130B、130C以及影像感測器140皆是利用無線通訊技術與遙控器110溝通。在一實施例中，遙控器110例如是一智慧型手機，內含一應用程式，可分析攜帶式動作感測器120及影像感測器140所提供的資訊，並提供發球機130A、130B、130C所需的各種控制流程。攜帶式動作感測器120包括慣性感測器。影像感測器140例如是一攝影機，用以擷取一球場畫面，以追蹤使用者的位置及球的軌跡，並輔助辨識使用者的動作。攜帶式動作感測器120與遙控器110是以藍牙技術進行溝通。發球機130A、130B、130C以及影像感測器140可以通過一WiFi分享器150與遙控器110進行溝通。

攜帶式動作感測器120配置於一使用者身上，例如裝設在使用者手持的球拍上或是直接穿戴在使用者的手部，用以感測使用者的擊球動作而得到一擊球動作資訊。遙控器110接收攜帶式動作感測器120所傳來的擊球動作資訊，並將擊球動作資訊轉換成一控制指令。發球機130A、130B、130C接收遙控器110傳來的控制指令，並根據控制指令模擬出使用者之一對手的一回擊球路，再據以發球回擊。影像感測器140記錄使用者的一動態擊球影像，並將動態擊球影像傳遞至遙控器110，遙控器110根據動態擊球影像預測使用者之一打擊球路，並且追蹤使用者在一球場中的一打擊位置以及其擊球落點。

圖1A是攜帶式動作感測器120的功能方塊示意圖。攜帶式動作感測器120包括兩個三軸加速度計121及122、一三軸陀螺儀123分別電性連接至一微控制器124及一藍牙模組125。兩個三軸加速度計121及122用以測得兩加速度值。兩個三軸加速度計121及122的加速度量測範圍不同，量測範圍較大者用來偵測主要的擊球動作，量測範圍較小者用來偵測揮拍時伴隨的身體細微動作。例如：三軸加速度計121的加速度量測範圍可採用 ± 16g，三軸加速度計122的加速度量測範圍可採用 ± 200g。三軸陀螺儀123用以測得一方向感測值。微控制器124可以紀錄一擊球時點。將擊球時點、兩加速度值及方向感測值包裝成一擊球動作資訊通過藍牙模組傳送至遙控器110。

圖1B是發球機130A、130B、130C的硬體架構示意圖。發球機130A、130B、130C包括一主控板131及一馬達模組132。主控板131包括一WiFi模組1311、一微控制單元1312及一驅動板1313。馬達模組132包括一輸送帶馬達1321、一滾桶馬達1322、一夾球馬達1323、一出球馬達1324、一垂直馬達1325及一水平馬達1326。以主控板131中的微控制單元1312控制發球機130A、130B或130C，並透過串列通訊與馬達驅動板1313進行溝通。利用外接Wi-Fi模組1311遠端接收來自手機端的指令，微控制單元1312將收到的指令解碼再透過驅動板1313控制馬達模組132將羽球發出，達到模擬各種球路的功能。另外，本發明還提供多台發球機130A、130B或130C連線的功能，透過WiFi分享器150連線，讓多台發球機130A、130B或130C能彼此溝通發球順序。相較於單一發球機獨自連續發球的情形，互動式球場系統100藉由多台發球機130A、130B或130C輪流發球可以減少每連續兩次發球的時間間隔，以及增加回擊球路的多樣性。

圖2為擊球偵測演算法流程(S20~S24)。先將加速度值在微控制器124裡做擊球偵測演算法。例如：設定一閾值；將加速度值輸入擊球偵測演算法(S21)進行微分(S22)後，判斷加速度值是否大於閾值(S23)。若超過閾值則判定為擊到球。若有擊到球，再透過藍牙模組125將擊球時點、兩加速度值及方向感測值等擊球動作資訊封裝成一資料封包後傳輸至遙控器110進行訊號處理及動作辨識(S24)，否則直接結束。

圖3為遙控器110所執行的動作辨識流程(S30~S36)。遙控器110包括一訓練模型(Training model)。當遙控器110接收原始資料(S31)，即進行訊號處理(S32)取出與產生回擊球路相關的擊球動作資訊，例如：球拍的重量已知，即可利用偵測到的加速度值及方向感測值計算使用者的打擊時的施力大小及方向，據此可選擇發球機130A、130B或130C的回擊球路。再將擊球動作資訊進行特徵值計算(S33)以產生一特徵值。接著，將特徵值輸入訓練模型中，與訓練後的特徵資料進行比對，以判定一動作為何種類型(S35)，最後得到一分類結果(S36)。在需要即時獲得分類結果時，特徵值也可以不經訓練模型(S34)而直接用來判定動作類型(S35)。

值得一提的是，在判斷擊球動作類型時，取擊球時點前後的幾筆資料來做動作類型判斷，可以增加準確度。此外，擊球時點也可以當作發球機130A、130B或130C發球時間的參考點，例如有擊球時再發球或是增加互動的效果。

圖4為一實施例的發球落點與球種的設定流程(S40~S44)。遙控器110分析攜帶式動作感測器120所傳來的擊球動作資訊而產生擊球動作類型的分類結果，用以判斷一發球落點(S41)及一球種(S42)，例如：殺球、挑球、平球或長球。在遙控器110做出發球落點及球種之選擇後通知發球機130A、130B或130C，發球機130A、130B或130C會自行設定參數(S43)，以判斷是否發球(S43)。若是，則發球；否則重新設定。

在一實施例中，遙控器110也可以直接將擊球動作類型的分類結果傳給發球機130A、130B或130C，再由發球機130A、130B或130C來選擇發球落點及球種。發球落點主要是依據攜帶式動作感測器120獲得的資訊或依據遙控器110對擊球動作類型的分類結果來決定的，並用影像感測器140來協助確定發球落點的位置，以增加準確度。在發球落點被決定後，即可依此落點位置來決定回擊球路的方向軌跡以及由那一台發球機130A、130B或130C發球。

圖5為多台發球機連線控制流程(S50~S592)。本實施例的多台發球機可通過遙控器相互溝通，以決定一適當回擊球路及一發球順序。將N台發球機與遙控器110進行連線(S51)，遙控器110確認至少連接兩台發球機(S52)。假設總共需發 k 球(S53)，選擇第1號發球機(i=1) (S54)並設定其參數(S55)後發出一球(S56)，計算剩餘球數 k (S57)，並判斷 k 是否等於0 (S58)，若是則結束，否則等待T/N秒 (T：每台發球機所需的時間間隔) (S59)。接著，選擇下一台第 i 號發球機 (S591)，並判斷 i 是否大於總連接台數N (S592)，若是，則回到第1號發球機設定其參數後發球(S54~S56)，否則設定第 i 號發球機參數後發球(S55~S56)。通常，單一發球機在獨自連續發球時，其每次發球之後大約需間隔1.3秒才能再發下一球。若是利用本實施例的多台發球機連線控制流程，則N台發球機每隔1.3/N秒即可輪流發一球，使每連續兩次發球的時間間隔小於單一發球機獨自連續發球所需的時間間隔。換言之，使用者亦可藉由改變發球機的連線台數，來調整其等待下次發球的時間。

在一實施例中，當每台發球機130A、130B、130C發球的位置是固定的時候，可依據攜帶式動作感測器120獲得的資訊來決定那一台是1號發球機。例如：1號發球機可發殺球，2號發球機可發挑球。當攜帶式動作感測器120判斷到使用者發出殺球，則由2號發球機發出挑球。當攜帶式動作感測器120判斷到使用者發出挑球，則由1號發球機發出殺球，則看似有互動的對打效果。

圖6至圖8的實施例是利用影像感測器140記錄使用者之動態擊球姿勢，並透過Wi-Fi將資料傳遞至遙控器110的應用程式進行分析，可預測該使用者之擊球路徑，也可以追蹤使用者在球場之位置和其擊球落點。換言之，影像感測器140有兩種功能，一個是判斷使用者打過去的落點，另一個功能是判斷使用者目前在球場的位置，讓遙控器110的應用程式來決定由哪一位置的發球機130A、130B、130C回球。

圖6為球路預測流程(S60~S63)示意圖。遙控器110可透過電腦視覺，根據球的位置以及飛行軌跡預測球的飛行方向。利用影像感測器140擷取即時的球場畫面(S61)，比對前後畫面並追蹤是否有移動中的球(S62)。若是，則遙控器110預測羽球軌跡後結束(S63)；否則影像感測器140重新擷取下一幀的球場畫面(S61)。在一實施例中，影像感測器140內部可設置一微處理器，用以將部分影像資料先行處理後再傳到遙控器110。

圖7為使用者位置追蹤流程(S70~S74)示意圖。首先，利用影像感測器140選取球場中的一感興趣區域(S71)，並尋找使用者(S72)，例如：尋找右腳拇指判定為目標選手(S73)。若是，則擷取選手目前位置後結束(S74)；否則回到尋找使用者(S72)。

圖8為球落點位置追蹤流程(S80~S84)示意圖。透過電腦視覺根據羽球位置以及飛行軌跡決定球的飛行方向，利用攝影機擷取即時的球場畫面(S81)，比對前後畫面並追蹤是否有移動中的球後(S82)，判斷羽球是否落地(S83)，若是，則取得羽球的落點位置後結束(S84)；否則重新擷取下一幀的球場畫面並尋找移動中的球(S81~S82)。

綜上所述，本發明的互動式球場系統可透過一智慧型手機的應用程式進行遠端遙控。智慧型手機提供一套演算法，可依據攜帶式動作感測器120的資訊來辨識各個球種。在判斷出球種後，智慧型手機利用攜帶式動作感測器擷取揮拍時的動作信號加以分析。接著，透過手機的應用程式顯示各個擊球時點的詳細擊球動作資訊，並將擊球動作資訊轉成控制指令並傳送至發球機。當發球機接收到控制指令時選擇適當的球路進行回擊，以達到人機互動的功能，讓使用者不單純只是在進行接球的動作，而是體驗到與機器互動的感覺。

除此之外，本發明結合了物聯網的概念，提供多台發球機連線的功能，在計算出較理想的發球位置後，讓發球機互相溝通選擇最適當的發球機發球，使發出之球路更加擬真，達到提升選手的訓練效率。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

100:互動式球場系統 110:遙控器 120:攜帶式動作感測器 121、122:三軸加速度計 123:三軸陀螺儀 124:微控制器 125:藍牙模組 130A、130B、130C:發球機 131:主控板 1311:WiFi模組 1312:微控制單元 1313:驅動板 132:馬達模組 1321:輸送帶馬達 1322:滾桶馬達 1323:夾球馬達 1324:出球馬達 1325:垂直馬達 1326:水平馬達 140:影像感測器 150:WiFi分享器 (S20~S24):擊球偵測演算法流程 (S30~S36):動作辨識流程 (S40~S44):發球落點與球種的設定流程 (S50~S592):多台發球機連線控制流程 (S60~S63):球路預測流程 (S70~S74):使用者位置追蹤流程 (S80~S84):球落點位置追蹤流程

圖1為本發明之一實施例的互動式球場系統架構示意圖。

圖1A是本發明之一實施例的攜帶式動作感測器功能方塊示意圖。

圖1B是本發明之一實施例的發球機的硬體架構示意圖。

圖2是本發明之一實施例的擊球偵測演算法流程示意圖。

圖3是本發明之一實施例的遙控器所執行的動作辨識流程示意圖。

圖4是本發明之一實施例的發球落點與球種的設定流程示意圖。

圖5是本發明之一實施例的多台發球機連線控制流程示意圖。

圖6是本發明之一實施例的球路預測流程示意圖。

圖7是本發明之一實施例的使用者位置追蹤流程示意圖。

圖8是本發明之一實施例的球落點位置追蹤流程示意圖。

100:互動式球場系統

110:遙控器

120:攜帶式動作感測器

130A、130B、130C:發球機

140:影像感測器

150:WiFi分享器

Claims (10)

1. 一種互動式球場系統，包括：一攜帶式動作感測器，可供一使用者在擊球時隨身攜帶，並用以感測該使用者的擊球動作而得到一擊球動作資訊，其中該擊球動作資訊係為一與影像無關的資訊，並且包括一擊球時點；一遙控器，接收該攜帶式動作感測器所傳來的該擊球動作資訊，並將該擊球動作資訊轉換成一控制指令；以及至少一發球機，接收該遙控器傳來的該控制指令，並根據該控制指令模擬出該使用者之一對手的一回擊球路，再據以發球回擊。
2. 如請求項1所述的互動式球場系統，其中該發球機的數目為複數，該複數發球機通過該遙控器相互溝通，以決定一適當回擊球路。
3. 如請求項1所述的互動式球場系統，其中該發球機的數目為複數，該複數發球機通過該遙控器相互溝通，以決定一發球順序。
4. 如請求項1所述的互動式球場系統，其中該發球機的數目為複數，當每一該發球機獨自連續發球時，每連續兩次發球之間具有一第一時間間隔，其中當該複數發球機為輪流發球時，每連續兩次發球之間具有一第二時間間隔，並且該第二時間間隔小於該第一時間間隔。
5. 如請求項1所述的互動式球場系統，其中該攜帶式動作感測器所感測到的該擊球動作資訊包括該擊球時點、兩加速度值及一方向感測值。
6. 如請求項1所述的互動式球場系統，其中該攜帶式動作感測器包括兩三軸加速度計，該兩三軸加速度計分別具有不同的加速度量測範圍。
7. 如請求項1所述的互動式球場系統，其中該攜帶式動作感測器裝設在一球拍上，以供該使用者在擊球時握持。
8. 如請求項1所述的互動式球場系統，更包括一影像感測器，產生一影像資訊以供控制該發球機。
9. 如請求項8所述的互動式球場系統，其中該影像感測器記錄該使用者的一動態擊球影像，並將該動態擊球影像傳遞至該遙控器，該遙控器根據該動態擊球影像預測該使用者之一打擊球路。
10. 如請求項9所述的互動式球場系統，其中該影像感測器根據該動態擊球影像追蹤該使用者的一擊球落點以及該使用者在一球場中的一打擊位置。

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