TWM521484U

TWM521484U - 模擬真人對打之發球系統

Info

Publication number: TWM521484U
Application number: TW105201525U
Authority: TW
Inventors: Chih-Yung Chen; Ruei-Yu Yang; zi-han Lin; Jui-I Chia; Wei-Lun Hsu; Hsueh-Liang Hsiao
Original assignee: Univ Shu Te
Priority date: 2016-01-30
Filing date: 2016-01-30
Publication date: 2016-05-11

Description

模擬真人對打之發球系統

本創作係有關於一種發球系統，特別是一種可模擬真人對打之發球系統。

按，現有的球類運動(如桌球、網球等)在進行訓練時，球類選手往往需要與訓練員對打或請訓練員協助送球，而難以進行單人的自主訓練。雖現有的發球機可協助球類選手進行單人訓練，但這些發球機僅能提供機械化及固定化的發球模式，或是經常出現不合理的發球時間點、角度或方向，而造成訓練效果不彰。

此外，如中華民國發明專利第I334794號，雖可模擬球類選手與其比賽對手之對打訓練狀況，但其係利用類神經網路訓練計算比賽對手的回球模式而利用發球機將球發至比賽對手最有可能回球的位置，因此完全無法即時的偵測並依據球類選手揮拍的動作及球體的落點來改變發球的角度或方向。

又如中華民國新型專利第M503246號，其係利用可在三維空間中進行轉向之關節型機械手臂來控制發球的角度或方向，因此仍無法即時的偵測並依據球類選手揮拍的動作及球體的落點來改變發球的角度或方向，故顯然難以模擬與真人對打之實際狀況。

有鑑於上述習知技藝的問題，本創作之目的就是在提供一種可模擬真人對打之發球系統，除了可提供更多樣化的球路以外，更可準確地判斷於使用者擊球後的發球時間點，並依據使用者的揮拍動作於落球位置發出模擬真人的回擊球。

本創作係一種模擬真人對打之發球系統，其包含：控制模組；發球模組，係電性連接控制模組，發球模組設置於平面上，以發送球體；揮拍偵測模組，設置於球拍上，以偵測球拍之運動而取得揮拍訊號，且揮拍偵測模組係藉由無線通訊方式連接控制模組，以令控制模組依據揮拍訊號調整發球模組於發送球體時之發送狀態；以及即時影像處理模組，係電性連接控制模組，即時影像處理模組係配置以偵測球體透過球拍回擊後之落球位置或方向而取得回球訊號，以令控制模組依據回球訊號調整發球模組於發送球體時位於平面上之位置。

前述之發球模組於發送球體時之發送狀態係選自由時間點、角度、方向及速度所組成之族群。

前述之發球模組更包含發送單元、角度單元及移動單元，發送單元係配置以調整球體於發送時之旋轉方向及旋轉速度之至少一者；角度單元係配置以調整球體於發送時之水平方向及垂直角度之至少一者；以及移動單元係配置以調整發球模組於發送時位於平面上之位置。

前述之揮拍偵測模組更包含震動感測單元，以判斷球拍回擊球體之時間點。

前述之揮拍偵測模組更包含加速度感測單元，以感測球拍回擊球體時之移動方向及擊球力度而取得加速度訊號。其中，控制模組更將加速度感測單元所取得之加速度訊號分離為球拍移動時所產生之移動訊號及球拍擊球時所產生之碰撞訊號。

前述之控制模組及揮拍偵測模組更分別包含第一無線通訊單元及第二無線通訊單元，以令揮拍偵測模組藉由無線通訊方式將揮拍訊號傳輸至控制模組。

前述之即時影像處理模組更包含攝影單元，以偵測球體之移動、顏色及形狀之至少一者，進而偵測球體透過球拍回擊後之落球位置或方向。

承上所述，本創作之模擬真人對打之發球系統可具有一或多個下述優點：

(1) 本創作之模擬真人對打之發球系統係利用發送單元、角度單元及移動單元三者的結合，以令發球模組可發出更多樣化之球路與角度的球。

(2) 本創作之模擬真人對打之發球系統更利用震動感測單元來判斷使用者擊球之時間點，並藉由無線通訊方式將此訊號傳輸至控制模組，以令控制模組依據該訊號調整發球模組之發球時間點，進而即時的調整發球時間間隔。

(3) 本創作之模擬真人對打之發球系統更利用加速度感測單元來感測球拍回擊球體時之移動方向及擊球力度，並藉由無線通訊方式將此訊號傳輸至控制模組，以令控制模組依據該訊號即時的調整發球模組之發球方向、角度及/或速度。

(4) 本創作之模擬真人對打之發球系統更利用即時影像處理模組偵測使用者擊球後之落球位置或方向而取得回球訊號，以令控制模組依據回球訊號即時的將發球模組移動至落球位置發球，進而模擬真人從落球位置回擊的情況。

(5) 本創作之模擬真人對打之發球系統係利用控制模組將加速度感測單元所取得之加速度訊號分離為球拍移動時所產生之移動訊號及球拍擊球時所產生之碰撞訊號，以精確地判斷使用者的揮拍動作，避免擊球時的碰撞訊號產生干擾。

茲為使鈞審對本創作的技術特徵及所能達到之技術功效有更進一步的瞭解與認識，謹佐以較佳的實施例及配合詳細的說明如後。

以下將參照附圖，說明本創作之模擬真人對打之發球系統之實施例，為使便於理解，下述實施例中的相同元件係以相同的符號標示來說明。

請參閱圖1，圖1為本創作之模擬真人對打之發球系統之方塊圖。本創作之模擬真人對打之發球系統至少包含控制模組40、發球模組10、揮拍偵測模組20及即時影像處理模組30。

發球模組10可電性連接控制模組40，且發球模組10可設置於平面上以發送球體。其中，平面可例如為地面、桌面、牆面等，球體則可例如為桌球、網球等球類，然而本創作不限於此。

此外，發球模組10更可包含發送單元11、角度單元12及移動單元13。發送單元11係配置以調整球體於發送時之旋轉方向及旋轉速度之至少一者；角度單元12係配置以調整球體於發送時之水平方向及垂直角度之至少一者；以及移動單元13係配置以調整發球模組10於發送時位於平面上之位置。其中，移動單元13調整發球模組10之位置之方式可例如為一維線性移動、二維平面移動或三維空間移動。因此，藉由發送單元11、角度單元12及移動單元13三者的結合，可令發球模組10發出更多樣化之球路，以準確地模擬與真人對打的實戰感覺。

揮拍偵測模組20可設置於球拍上，以偵測球拍之運動而取得揮拍訊號，且控制模組40及揮拍偵測模組20更可分別包含第一無線通訊單元41及第二無線通訊單元23，以令揮拍偵測模組20藉由無線通訊方式連接控制模組40並且將揮拍訊號傳輸至控制模組40，使得控制模組40可依據揮拍訊號調整發球模組10於發送球體時之發送狀態。其中，無線通訊方式可例如為無線網路通信的工業標準(Wireless fidelity，Wi-Fi)、全球互通微波存取(Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX)、藍芽(Bluetooth)、紅外線(Infrared Radiation，IR)、無線射頻(Radio Frequency，RF)或群蜂技術(Zigbee)之一者或其組合，然而本創作不限於此。且其中，發球模組10於發送球體時之發送狀態可例如為時間點、角度、方向或速度之一者或其組合。

此外，揮拍偵測模組20更可包含震動感測單元21，以判斷球拍回擊球體之時間點，並藉由無線通訊方式將此訊號傳輸至控制模組40，以令控制模組40依據該訊號調整發球模組10之發球時間點，進而即時的調整發球時間間隔。此外，揮拍偵測模組20更可包含加速度感測單元22，以感測球拍回擊球體時之移動方向及擊球力度而取得加速度訊號，並藉由無線通訊方式將加速度訊號傳輸至控制模組40，以令控制模組40依據加速度訊號即時的調整發球模組10之發球方向、角度及/或速度。其中，上述之加速度訊號及球拍回擊球體之時間點之訊號皆包含於揮拍訊號之中。且其中，控制模組40更將加速度感測單元22所取得之加速度訊號分離為球拍移動時所產生之移動訊號及球拍擊球時所產生之碰撞訊號，藉此精確地判斷使用者的揮拍動作，避免擊球時的碰撞訊號產生干擾。

即時影像處理模組30可電性連接控制模組40，即時影像處理模組30係配置以偵測球體透過球拍回擊後之落球位置或方向而取得回球訊號，以令控制模組40依據回球訊號調整發球模組10於發送球體時位於平面上之位置，使得發球模組10移動至落球位置或方向發球，進而模擬真人從落球位置或方向回擊的情況。

此外，即時影像處理模組30更可包含攝影單元31，以偵測球體之移動、顏色及形狀之至少一者，進而偵測球體透過球拍回擊後之落球位置或方向。其中，攝影單元31可例如為電荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)影像感測器或互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)影像感測器，然而本創作不限於此。

請參閱圖1、圖2及圖3，圖2為本創作之模擬真人對打之發球系統之控制模組依據回球訊號調整發球模組於發送球體時位於平面上之位置之第一實施例之示意圖。圖3為本創作之模擬真人對打之發球系統之控制模組依據回球訊號調整發球模組於發送球體時位於平面上之位置之第二實施例之示意圖。

在圖2及圖3之實施例中，發球模組10可例如設置於桌球之球桌50上，且移動單元13調整發球模組10之位置之方式係以一維線性移動作舉例，然而本創作不限於此。此外，為使圖面簡潔，並未繪示控制模組40、第一無線通訊單元41及第二無線通訊單元23。

控制模組40可例如為嵌入式系統，以作為核心控制器。發送單元11可例如為直流馬達轉速控制器，以精確地調整球體52於發送時之旋轉方向及旋轉速度之至少一者。角度單元12可例如連接發送單元11，並且可例如包含第一馬達121及第二馬達122，以分別調整發送單元11之水平方向及垂直角度，進而調整球體52於發送時之水平方向及垂直角度。其中，第一馬達121及第二馬達122可例如分別為伺服馬達，然而本創作不限於此。

移動單元13可例如包含滑台131、第三馬達132、皮帶133及同步輪134。滑台131可設置於球桌50上，且發送單元11及角度單元12可設置於滑台131上並連接皮帶133，以透過第三馬達132及同步輪134之帶動皮帶133而令發送單元11及角度單元12在滑台131上左右移動，進而調整發球模組10於發送球體52時位於球桌50上之位置。其中，第三馬達132可例如為步進馬達，然而本創作不限於此。

即時影像處理模組30之攝影單元31可例如設置於滑台131上，以攝影整個球桌50，使得攝影單元31可偵測球桌50上球體52之移動、顏色及形狀之至少一者，進而偵測球體52透過球拍51回擊後之落球位置或方向而取得回球訊號。接著，控制模組40依據回球訊號調整發球模組10於發送球體52時位於球桌50上之位置，使得發球模組10移動至落球位置或方向發球，進而模擬真人從落球位置或方向回擊的情況。

舉例來說，當使用者透過球拍51將球體52回擊至球桌50之右方時(如圖2所示)，即時影像處理模組30便可透過攝影單元31偵測球體52移動至球桌50之右方，接著控制模組40可控制發球模組10之發送單元11移動至球桌50之右方，使得發送單元11可由球桌50之右方發球，進而模擬真人從球桌50之右方回擊的情況。反之，當使用者透過球拍51將球體52回擊至球桌50之左方時(如圖3所示)，即時影像處理模組30便可透過攝影單元31偵測球體52移動至球桌50之左方，接著控制模組40可控制發球模組10之發送單元11移動至球桌50之左方，使得發送單元11可由球桌50之左方發球，進而模擬真人從球桌50之左方回擊的情況。

請參閱圖1、圖4及圖5，圖4為本創作之模擬真人對打之發球系統之控制模組依據揮拍訊號調整發球模組於發送球體時之發送狀態之第一實施例之示意圖。圖5為本創作之模擬真人對打之發球系統之控制模組依據揮拍訊號調整發球模組於發送球體時之發送狀態之第二實施例之示意圖。

在圖4及圖5之實施例中，發球模組10可例如設置於桌球之球桌50上，且移動單元13調整發球模組10之位置之方式係以一維線性移動作舉例，然而本創作不限於此。此外，為使圖面簡潔，並未繪示控制模組40、第一無線通訊單元41及第二無線通訊單元23。

揮拍偵測模組20之震動感測單元21及加速度感測單元22可設置於球拍51上，以偵測球拍51之運動而取得揮拍訊號，且控制模組40及揮拍偵測模組20更可分別包含第一無線通訊單元41及第二無線通訊單元23，以令揮拍偵測模組20藉由無線通訊方式連接控制模組40並且將揮拍訊號傳輸至控制模組40，使得控制模組40可依據揮拍訊號調整發球模組10於發送球體時之發送狀態。

震動感測單元21係配置以判斷球拍51回擊球體52之時間點，並藉由無線通訊方式將此訊號傳輸至控制模組40，以令控制模組40依據該訊號調整發球模組10之發球時間點，進而即時的調整發球時間間隔。加速度感測單元22係配置以感測球拍51回擊球體52時之移動方向及擊球力度而取得加速度訊號，並藉由無線通訊方式將加速度訊號傳輸至控制模組40，以令控制模組40依據加速度訊號即時的調整發球模組10之發球方向、角度及/或速度。舉例來說，使用者可設定透過球拍51回擊球體52後三秒，發球模組10可接著發出下一球。或者是可依據擊球力度來決定發球時間間隔，如擊球力度愈大，則發球時間間隔愈短，然而本創作不限於此。

此外，控制模組40更將加速度感測單元22所取得之加速度訊號分離為球拍51移動時所產生之移動訊號及球拍51擊球時所產生之碰撞訊號，藉此精確地判斷使用者的揮拍動作，避免球拍51擊球時的碰撞訊號產生干擾。

舉例來說，當使用者透過球拍51以右下至左上之揮拍方式回擊球體52時(如圖4所示)，加速度感測單元22便可藉由無線通訊方式將球拍51之移動訊號傳輸至控制模組40，以令控制模組40依據此移動訊號即時的控制角度單元12之第一馬達121及第二馬達122，而將發送單元11之發球方向及角度調整為左下至右上。反之，使用者透過球拍51以左下至右上之揮拍方式回擊球體52時(如圖5所示)，加速度感測單元22便可藉由無線通訊方式將球拍51之移動訊號傳輸至控制模組40，以令控制模組40依據此移動訊號即時的控制角度單元12之第一馬達121及第二馬達122，而將發送單元11之發球方向及角度調整為右下至左上。藉此可依據使用者的揮拍動作來模擬真人以對應之水平方向及垂直角度回擊的情況。

儘管上述在說明本創作之模擬真人對打之發球系統的過程中，亦已同時說明本創作之模擬真人對打之發球方法，然而為求清楚起見，以下仍列出各個步驟以詳細說明。

請參閱圖6及圖7，圖6為本創作之模擬真人對打之發球方法之流程圖。圖7為本創作之模擬真人對打之發球方法之揮拍訊號之取得之流程圖。

本創作之模擬真人對打之發球方法，其包含：

S100：透過球拍回擊球體而取得揮拍訊號；

S200：依據揮拍訊號調整球體之發送時間點、角度、方向及速度之至少一者；

S300：偵測球體透過球拍回擊後之落球位置或方向而取得回球訊號；以及

S400：依據回球訊號調整球體之發送位置。

其中，前述揮拍訊號之取得係包含：

S110：感測球拍回擊球體時之移動方向及擊球力度而取得加速度訊號；以及

S120：將加速度訊號分離為球拍移動時所產生之移動訊號及球拍擊球時所產生之碰撞訊號。

在球拍之運動狀態下，以三軸(X、Y、Z)空間產生的重力加速度(G)為例，加速度感測單元可藉由電壓訊號來表示球拍在運動狀態下之變化量(即前述之加速度訊號)。由於加速度感測單元會受到揮拍時的震動而產生波動(即前述之移動訊號)，但這並不是球拍擊球時所受到的訊號(即前述之碰撞訊號)。因此，必須將移動訊號與碰撞訊號分離，以精確地判斷使用者的揮拍動作，避免擊球時的碰撞訊號產生干擾。

本創作係將加速度感測單元所測量到之數值儲存於陣列中，接著以小波轉換(Wavelet Transform)之方式分析加速度訊號，並以下列之陣列資料舉例說明： <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0003"><TBODY><tr><td> X軸 </td><td><img wi="21" he="22" file="02_image001.jpg" img-format="jpg"></img></td><td><img wi="21" he="22" file="02_image003.jpg" img-format="jpg"></img></td><td><img wi="21" he="22" file="02_image005.jpg" img-format="jpg"></img></td><td><img wi="22" he="22" file="02_image007.jpg" img-format="jpg"></img></td><td><img wi="21" he="22" file="02_image009.jpg" img-format="jpg"></img></td><td><img wi="21" he="22" file="02_image011.jpg" img-format="jpg"></img></td><td><img wi="21" he="22" file="02_image013.jpg" img-format="jpg"></img></td><td><img wi="21" he="22" file="02_image015.jpg" img-format="jpg"></img></td></tr><tr><td> Y軸 </td><td><img wi="21" he="22" file="02_image017.jpg" img-format="jpg"></img></td><td><img wi="22" he="22" file="02_image019.jpg" img-format="jpg"></img></td><td><img wi="22" he="22" file="02_image021.jpg" img-format="jpg"></img></td><td><img wi="24" he="22" file="02_image023.jpg" img-format="jpg"></img></td><td><img wi="22" he="22" file="02_image025.jpg" img-format="jpg"></img></td><td><img wi="22" he="22" file="02_image027.jpg" img-format="jpg"></img></td><td><img wi="22" he="22" file="02_image029.jpg" img-format="jpg"></img></td><td><img wi="22" he="22" file="02_image031.jpg" img-format="jpg"></img></td></tr><tr><td> Z軸 </td><td><img wi="21" he="22" file="02_image033.jpg" img-format="jpg"></img></td><td><img wi="22" he="22" file="02_image035.jpg" img-format="jpg"></img></td><td><img wi="22" he="22" file="02_image037.jpg" img-format="jpg"></img></td><td><img wi="24" he="22" file="02_image039.jpg" img-format="jpg"></img></td><td><img wi="22" he="22" file="02_image041.jpg" img-format="jpg"></img></td><td><img wi="22" he="22" file="02_image043.jpg" img-format="jpg"></img></td><td><img wi="22" he="22" file="02_image045.jpg" img-format="jpg"></img></td><td><img wi="22" he="22" file="02_image047.jpg" img-format="jpg"></img></td></tr></TBODY></TABLE>

由於陣列中之數值筆數會影響到小波轉換後的變化量及特性曲線，因此係以上述之陣列資料舉例說明，並且將數值代入下列公式內運算，然而本創作之數值筆數不限於此。

首先，取X軸作水平的哈爾小波轉換(Haar Wavelet Transform)，將每一橫列兩個一組： [ ] [ ] [ ] [ ]

接著計算每一組的平均，再計算每一組的差，並且依序將四個平均值擺前面，再擺四個差值：

接著將濾波前後之數值相比，以作為揮拍速度及方向的依據。

其中，假設目前揮拍偵測值輸入向量表示：

每筆合法密碼向量內則有筆純量(揮拍訊號強度)：

機率密度函數如下：

其中，為訓練向量的維度，為平滑參數，為在該類別中向量，的最大筆數，為最大類別數，為轉置矩陣符號。

上述所揭露的各個實施例僅為例示性，而非為限制性。任何未背離本創作之精神與範疇，而對本創作所揭露之實施例進行的等效修改或變更，皆應包含於後附之申請專利範圍中。

10‧‧‧發球模組
11‧‧‧發送單元
12‧‧‧角度單元
121‧‧‧第一馬達
122‧‧‧第二馬達
13‧‧‧移動單元
131‧‧‧滑台
132‧‧‧第三馬達
133‧‧‧皮帶
134‧‧‧同步輪
20‧‧‧揮拍偵測模組
21‧‧‧震動感測單元
22‧‧‧加速度感測單元
23‧‧‧第二無線通訊單元
30‧‧‧即時影像處理模組
31‧‧‧攝影單元
40‧‧‧控制模組
41‧‧‧第一無線通訊單元
50‧‧‧球桌
51‧‧‧球拍
52‧‧‧球體

圖1為本創作之模擬真人對打之發球系統之方塊圖。

圖2為本創作之模擬真人對打之發球系統之控制模組依據回球訊號調整發球模組於發送球體時位於平面上之位置之第一實施例之示意圖。

圖3為本創作之模擬真人對打之發球系統之控制模組依據回球訊號調整發球模組於發送球體時位於平面上之位置之第二實施例之示意圖。

圖4為本創作之模擬真人對打之發球系統之控制模組依據揮拍訊號調整發球模組於發送球體時之發送狀態之第一實施例之示意圖。

圖5為本創作之模擬真人對打之發球系統之控制模組依據揮拍訊號調整發球模組於發送球體時之發送狀態之第二實施例之示意圖。

圖6為本創作之模擬真人對打之發球方法之流程圖。

圖7為本創作之模擬真人對打之發球方法之揮拍訊號之取得之流程圖。

10‧‧‧發球模組

11‧‧‧發送單元

12‧‧‧角度單元

13‧‧‧移動單元

20‧‧‧揮拍偵測模組

21‧‧‧震動感測單元

22‧‧‧加速度感測單元

23‧‧‧第二無線通訊單元

30‧‧‧即時影像處理模組

31‧‧‧攝影單元

40‧‧‧控制模組

41‧‧‧第一無線通訊單元

Claims

一種模擬真人對打之發球系統，其包含：一控制模組；一發球模組，係電性連接該控制模組，該發球模組設置於一平面上，以發送一球體；一揮拍偵測模組，設置於一球拍上，以偵測該球拍之運動而取得一揮拍訊號，且該揮拍偵測模組係藉由一無線通訊方式連接該控制模組，以令該控制模組依據該揮拍訊號調整該發球模組於發送該球體時之一發送狀態；以及一即時影像處理模組，係電性連接該控制模組，該即時影像處理模組係配置以偵測該球體透過該球拍回擊後之落球位置或方向而取得一回球訊號，以令該控制模組依據該回球訊號調整該發球模組於發送該球體時位於該平面上之位置。
如申請專利範圍第1項所述之模擬真人對打之發球系統，其中該發球模組於發送該球體時之該發送狀態係選自由時間點、角度、方向及速度所組成之族群。
如申請專利範圍第2項所述之模擬真人對打之發球系統，其中該發球模組更包含一發送單元，以調整該球體於發送時之旋轉方向及旋轉速度之至少一者。
如申請專利範圍第2項所述之模擬真人對打之發球系統，其中該發球模組更包含一角度單元，以調整該球體於發送時之水平方向及垂直角度之至少一者。
如申請專利範圍第2項所述之模擬真人對打之發球系統，其中該發球模組更包含一移動單元，以調整該發球模組於發送時位於該平面上之位置。
如申請專利範圍第2項所述之模擬真人對打之發球系統，其中該揮拍偵測模組更包含一震動感測單元，以判斷該球拍回擊該球體之時間點。
如申請專利範圍第6項所述之模擬真人對打之發球系統，其中該揮拍偵測模組更包含一加速度感測單元，以感測該球拍回擊該球體時之移動方向及擊球力度而取得一加速度訊號。
如申請專利範圍第7項所述之模擬真人對打之發球系統，其中該控制模組更將該加速度感測單元所取得之該加速度訊號分離為該球拍移動時所產生之移動訊號及該球拍擊球時所產生之碰撞訊號。
如申請專利範圍第1項所述之模擬真人對打之發球系統，其中該控制模組及該揮拍偵測模組更分別包含一第一無線通訊單元及一第二無線通訊單元，以令該揮拍偵測模組藉由該無線通訊方式將該揮拍訊號傳輸至該控制模組。
如申請專利範圍第1項所述之模擬真人對打之發球系統，其中該即時影像處理模組更包含一攝影單元，以偵測該球體之移動、顏色及形狀之至少一者，進而偵測該球體透過該球拍回擊後之落球位置或方向。