本發明涉及發球設備技術領域，具體地說，涉及一種自動發球訓練系統及其發球方法。

背景技術：

隨著技術的發展和運動員訓練的系統化，科技逐步融入到運動員的日常訓練中。對于球拍運動，諸如羽毛球、網球、乒乓球等運動，陪練方式已由人工陪練逐步轉換成發球機自動發球陪練的方式，從而達到提高訓練強度和節省人力的目的。

現有的發球機需要在發球前人工調節好發球機的高度、發球速度以及發球位置，或者隨機的向預定區域內發球，該調節方式屬于靜態調節，無法根據運動員的擊球速度、擊球位置的變化動態調整發球位置，是一個較為簡單的開路系統，不能實現人與機器的交互，無法有效提高訓練質量和效果。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的問題，本發明一方面提供一種自動發球訓練系統，包括：

自動發球機，包括發球裝置、實時預判所述發球裝置發球落點位置的落點預測單元和第一定位單元；

球拍，包括追蹤器；以及

第二定位單元和第三定位單元；

所述第一定位單元、所述第二定位單元和所述第三定位單元對所述球拍的追蹤器的相對位置進行三角定位，獲得所述球拍相對于所述自動發球機的位置信息，所述自動發球機調整所述發球裝置，使所述落點預測單元的發球落點位置與所述位置信息的位置相匹配。

優選地，所述落點預測單元的發球落點位置與所述位置信息的位置相同。

優選地，所述落點預測單元的發球落點位置位于以所述位置信息的位置為圓心，X米為半徑的圓形區域內。

優選地，所述落點預測單元的發球落點位置位于以所述位置信息的位置為圓心，X米為內徑，Y米為外徑的圓環區域內，Y大于X。

優選地，所述第一定位單元、所述第二定位單元和所述第三定位單元分別為第一藍牙接收器、第二藍牙接收器和第三藍牙接收器。

優選地，所述追蹤器包括用于傳輸信息和定位的藍牙發送器。

優選地，所述追蹤器還包括加速度傳感器、陀螺儀傳感器和壓電傳感器，所述加速度傳感器用于感測所述球拍的揮拍加速度，所述陀螺儀傳感器用于感測所述球拍的揮拍角速度，所述壓電傳感器用于感測所述球拍是否擊中球。

優選地，所述球拍包括拍框和拍柄，所述加速度傳感器、所述陀螺儀傳感器和所述藍牙發送器設置于所述拍柄上，所述壓電傳感器設置于所述拍框上。

優選地，所述自動發球機發送羽毛球，所述球拍為羽毛球拍。

本發明另一方面提供一種上述自動發球訓練系統的發球方法，包括：

設定所述自動發球機的發球難度；

所述追蹤器發送信號，所述第一定位單元、所述第二定位單元和所述第三定位單元對所述球拍的追蹤器的相對位置進行三角定位，獲得所述球拍相對于所述自動發球機的位置信息，所述追蹤器將所述球拍的位置信息傳輸給所述自動發球機；

所述自動發球機接收所述球拍的位置信息，調整所述發球裝置，使所述落點預測單元的發球落點位置與所述位置信息的位置相匹配，并根據預設的難度進行發球。

優選地，所述追蹤器還感測所述球拍的揮拍加速度和揮拍角速度，并將所述球拍的揮拍加速度和揮拍角速度傳輸給所述自動發球機，所述自動發球機根據接收的揮拍加速度和揮拍角速度對所述球拍的位置信息進行修正，使所述落點預測單元的發球落點位置與修正后的所述位置信息的位置相匹配，并根據預設的難度進行發球。

優選地，所述追蹤器還感測所述球拍是否擊中球，并將所述球拍的擊中狀態信息傳輸給所述自動發球機，所述自動發球機將接收的所述球拍的擊中狀態信息進行累積，當連續擊中次數達到預設的連續擊中次數，或連續未擊中次數達到預設的連續未擊中次數，所述自動發球機自動調整預設的難度并進行發球。

優選地，設定所述自動發球機的發球難度包括設定所述落點預測單元的發球落點位置與球拍之間的距離、發球速度和相鄰兩次發球的時間間隔中的至少一項。

與現有技術相比，本發明提供的自動發球訓練系統及其發球方法至少具有以下有益效果：

本發明的自動發球訓練系統能夠追蹤球拍的位置，根據球拍的位置和落點預測單元的實時預判發球裝置發球落點位置，自動調整發球裝置，使落點預測單元的發球落點位置與球拍的位置信息的位置相匹配，運動時無需人工干預，從而達到人與機器的交互，提高訓練質量和效果。

附圖說明

通過參照附圖詳細描述其示例實施方式，本發明的上述和其它特征及優點將變得更加明顯。

圖1是本發明實施例的自動發球訓練系統在球場的布置示意圖。

圖2是本發明實施例的球拍的結構示意圖。

圖3是本發明實施例的球拍與球的落點位置示意圖。

圖4是本發明實施例的發球方法的流程圖。

具體實施方式

現在將參考附圖更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限于在此闡述的實施方式；相反，提供這些實施方式使得本發明更全面和完整，并將示例實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。在圖中相同的附圖標記表示相同或類似的結構，因而將省略對它們的重復描述。

圖1是本發明實施例的自動發球訓練系統在球場的布置示意圖，圖2是本發明實施例的球拍的結構示意圖。參照圖1和圖2，本發明的自動發球訓練系統包括：自動發球機10、球拍20、第二定位單元30和第三定位單元40。

自動發球機10包括發球裝置11、落點預測單元(未示出)和第一定位單元12。其中，自動發球機10基于球拍20的位置信息和落點預測單元的發球落點位置自動調整發球裝置11，例如落點預測單元預判發球裝置11的發球落點位置距離球拍20的位置過近或過遠后，自動調整發球裝置11的球向的發球角度和發球速度，使預判的發球裝置11的發球落點位置與球拍20的位置之間的距離處于設定的范圍內。自動發球機10能夠進一步預先設定發球難度，包括通過改變發球角度和速度來改變發球落點位置、改變發球速度、改變鄰兩次發球的時間間隔。在一個實施例中，發球裝置11包括發射部和控制部(未示出)，發射部的具體結構可采用已知結構，在此不予贅述，控制部可以根據球拍20的位置信息，調整發射部使落點預測單元的發球落點位置與球拍20的位置信息相匹配，然后根據預設的難度調整發射部的發球速度、鄰兩次發球的時間間隔進行發球。可選地，自動發球機10發送的球是羽毛球、網球、乒乓球中的一種，本實施例中，自動發球機10發送的球是羽毛球。

落點預測單元能夠實時預判發球裝置11的發球落點位置，自動發球機10根據接收的球拍20的相對于自動發球機10的位置信息調整發球裝置11，使落點預測單元的發球落點位置與球拍20的位置信息的位置相匹配。具體地說，可以依據發球落點位置與球拍20之間的距離將預設的發球難度分為多個難度等級，參照圖3，落點預測單元的發球落點位置與球拍20的位置信息的位置相同，可以定義為第一難度等級，該難度等級下，發球裝置11直接向球拍20的位置處發球，運動員很容易接到球；落點預測單元的發球落點位置位于以球拍20的位置信息的位置為圓心，X米為半徑的圓形區域內，可以定義為第二難度等級，該難度等級下，發球裝置11向一圓形區域內發球，運動員較容易接到球；落點預測單元的發球落點位置位于以球拍20的位置信息的位置為圓心，X米為內徑，Y米為外徑的圓環區域內，Y大于X，可以定義為第三難度等級，該難度等級下，發球裝置11向一環形區域內發球，運動員需要運動一定距離才能接到球，具有一定的難度；發球裝置11還可以進一步地向更外圈的環形區域內發球，以形成更高的難度等級，在此不予贅述。

第一定位單元12用于與第二定位單元30和第三定位單元40相配合對球拍20的追蹤器的相對位置進行三角定位，獲得球拍20相對于自動發球機10的位置信息。在一較佳實施例中，第一定位單元12、第二定位單元30和第三定位單元40分別為第一藍牙接收器、第二藍牙接收器和第三藍牙接收器，第一藍牙接收器、第二藍牙接收器和第三藍牙接收器接收追蹤器的藍牙信號，根據接收的藍牙信號的強弱等對球拍20位置進行定位。本實施例中，自動發球機10布置在球場中，第二定位單元30和第三定位單元40布置在球場外，第一定位單元12、第二定位單元30和第三定位單元40呈三角形布置。

球拍20包括追蹤器，進一步地，球拍20包括拍框21和拍柄22。追蹤器的一個作用在于與第一定位單元12、第二定位單元30和第三定位單元40相配合對球拍20的位置進行定位并傳輸信息至自動發球機10。拍框21用于擊球，拍柄22用于運動員的握持，進一步地，球拍20還包括連接拍框21和拍柄22的拍桿23，本實施例中，球拍20是羽毛球拍。

在一較佳實施例中，追蹤器包括用于傳輸信息和定位的藍牙發送器244，該藍牙發送器244用于向第一定位單元12、第二定位單元30和第三定位單元40發送藍牙信號進行定位，并將位置信息傳輸至自動發球機10。

進一步地，追蹤器還包括加速度傳感器241、陀螺儀傳感器242和壓電傳感器243，加速度傳感器241用于感測球拍20的揮拍加速度，陀螺儀傳感器242用于感測球拍20的揮拍角速度，壓電傳感器243用于感測球拍20是否擊中球，例如通過偵測網的形變程度來感測球拍20是否擊中球。追蹤器將獲得的揮拍加速度、揮拍角速度和擊中狀態信息傳輸通過藍牙發送器244傳輸至自動發球機10。

自動發球機10根據獲得的球拍20的揮拍加速度和揮拍角速度能夠對球拍20的位置信息進行修正，進而穩定定位的精確度。具體地說，當一個右手持拍的運動員從場地左邊跑到右邊后反手揮拍的時候，球拍20的定位的數據只會反饋球拍20的位置從場地左邊移到場地右邊之后又往左移動了一小段距離，并不能體現當前運動員實際的位置，但是運動員反手揮拍的時候，加速度傳感器241和陀螺儀傳感器242會偵測到和正手揮拍時不同方向的加速度和角速度，用這個數據作為定位的負反饋，能夠穩定定位的精確度，進而準確反映當前運動員實時的位置。由于基于發球落點位置與運動員之間的距離將發球難度分級比基于發球落點位置與球拍20之間的距離將發球難度分級更加準確，因此，通過采用揮拍加速度和揮拍角速度信息對球拍20的位置信息進行修正后再發球，所體現的發球難度等級更加準確。

自動發球機10可以將接收的球拍20的擊中狀態信息進行累積，根據累積結果自動調整預設的難度并進行發球。具體地說，將連續擊中次數與預設的連續擊中次數進行比較，或將連續未擊中次數與預設的連續未擊中次數進行比較，根據比較結果調整預設的難度并重新發球，例如，連續擊中次數達到設定值時增加預設的發球難度，連續未擊中次數達到設定值時減小預設的發球難度，從而達到能夠根據訓練程度自動調整發球難度的目的。

在一個實施例中，加速度傳感器241、陀螺儀傳感器242和藍牙發送器244設置于球拍20的拍柄22上，壓電傳感器243設置于球拍20的拍框21上。本實施例中，球拍20為羽毛球拍，加速度傳感器241、陀螺儀傳感器242和藍牙發送器244設置于拍柄22的底端，即拍柄22的遠離拍框21的一端，壓電傳感器243設置于拍框21與拍桿23的連接處。

在一個實施例中，球拍20還包括電池(未示出)和為電池充電的充電裝置(未示出)，電池為追蹤器供電。本實施例中，電池和充電裝置位于拍柄22的底端，并通過導線(未示出)與加速度傳感器241、陀螺儀傳感器242、壓電傳感器243、藍牙發送器244電連接，為其供電。

本發明還提供一種上述自動發球訓練系統的發球方法，包括步驟S1、S2和S3。

S1：設定自動發球機10的發球難度。

具體地說，設定自動發球機10的發球難度包括設定落點預測單元的發球落點位置與球拍20之間的距離、發球速度和相鄰兩次發球的時間間隔中的至少一項。參照圖3，可以僅根據發球落點位置與球拍20之間的距離將預設的發球難度分為多個難度等級，由于發球速度和相鄰兩次發球的時間間隔同樣會對運動員的擊球造成影響，因此，還可以根據發球速度、相鄰兩次發球的時間間隔將預設的發球難度分為多個難度等級。需要說明的是，本發明不限制發球落點位置與球拍20之間的距離、發球速度和相鄰兩次發球的時間間隔的具體大小關系，可根據需要進行設置。

S2：追蹤器發送信號，第一定位單元12、第二定位單元30和第三定位單元40對球拍20的追蹤器的相對位置進行三角定位，獲得球拍20相對于自動發球機10的位置信息，追蹤器將球拍20的位置信息傳輸給自動發球機10。

具體地說，第一定位單元12、第二定位單元30和第三定位單元40分別為第一藍牙接收器、第二藍牙接收器和第三藍牙接收器時，通過第一藍牙接收器、第二藍牙接收器和第三藍牙接收器接收的追蹤器的藍牙發送器244發送的藍牙信號，偵測球拍20到三個藍牙接收器的相對距離以獲得球拍20相對于自動發球機10的位置信息。

在一個較佳實施例中，步驟S2中，追蹤器還感測球拍20的揮拍加速度和揮拍角速度，并將球拍20的揮拍加速度和揮拍角速度傳輸給自動發球機10，自動發球機10根據接收的揮拍加速度和揮拍角速度對球拍20的位置信息進行修正，使落點預測單元的發球落點位置與修正后的位置信息的位置相匹配，并根據預設的難度進行發球，通過對球拍20的位置信息進行修正，穩定定位的精確度，使實際的發球難度準確對應于預設的難度。

S3：自動發球機10接收球拍20的位置信息，調整發球裝置11，使落點預測單元的發球落點位置與位置信息的位置相匹配，并根據預設的難度進行發球。

在一個較佳實施例中，發球后，追蹤器還感測球拍20是否擊中球，并將球拍20的擊中狀態信息傳輸給自動發球機10，自動發球機10將接收的球拍20的擊中狀態信息進行累積，當連續擊中次數達到預設的連續擊中次數，或連續未擊中次數達到預設的連續未擊中次數，自動發球機10自動調整預設的難度并進行發球。

以預設的連續擊中次數為10次、預設的連續未擊中次數為10次為例，連續擊中次數達到10次后，自動發球機10自動調整預設的難度，如通過增加落點預測單元的發球落點位置與球拍20之間的距離、提高發球速度或縮短相鄰兩次發球的時間間隔以增加預設的難度；連續未擊中次數達到10次后，發球裝置11自動調整預設的難度，如通過減小落點預測單元的發球落點位置與球拍20之間的距離、降低發球速度或延長相鄰兩次發球的時間間隔以降低預設的難度，否則，保持原預設的難度進行發球，從而達到智能操控的目的。

圖4是本發明實施例的發球方法的流程圖，下面結合圖4，對本發明一個具體實施例的發球過程進行描述。

S11：設定自動發球機10的發球難度。

S12：追蹤器發送信號并通過第一定位單元12、第二定位單元30和第三定位單元40對球拍20進行定位，將球拍20的位置信息傳輸給自動發球機10。

S13：根據球拍20的位置信息調整發球裝置11，使落點預測單元的發球落點位置與球拍20的位置信息的位置相匹配，根據預設的難度向運動員發球。

S21：球拍20上的壓電傳感器243感測是否擊中球，擊中球時，進行步驟S22，未擊中球時，進行步驟S23。

S22：擊中球時，自動發球機10判斷連續擊中次數是否達到10次，達到10次，進行步驟S31，未達到10次時，重新進行步驟S12，自動發球機10重新對球拍20進行定位并保持原發球難度進行發球。

S23：未擊中球時，自動發球機10判斷連續未擊中次數是否達到10次，達到10次，進行步驟S31，未達到10次時，重新進行步驟S12，自動發球機10重新對球拍20進行定位并保持原發球難度進行發球。

S31：自動發球機10判斷連續擊中次數達到10次或連續未擊中次數達到10次時，自動發球機10自動調整預設的難度。例如，連續擊中次數達到10次后，自動發球機10自動縮短相鄰兩次發球的時間間隔以增加預設的難度并重新發球；連續未擊中次數達到10次后，自動發球機10自動延長相鄰兩次發球的時間間隔以降低預設的難度并重新發球，從而達到智能操控的目的。

盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。