CN104436611B - 投影自动发球装置及该装置的发球方法 - Google Patents
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Abstract
投影自动发球装置及该装置的发球方法，涉及自动发球机。它为了解决现有的发球机并不能真实模拟训练或比赛中的对手，导致训练效果差的问题。本发明将上位机播放的视频文件投影在幕布上，控制器通过控制横向伺服电机、纵向伺服电机和升降台的工作状态来控制出发球位置，通过控制出球管的旋转角度来控制球的旋转方向，通过控制空气压缩机的工作状态来控制发球速度。发球时间、出球位置、发球速度和旋转方向等均与视频中的运动员的发球情况保持一致，能够模拟真实的对手，给训练人员提供一个非常逼真的训练环境，改善训练效果。本发明适用于乒乓球、网球、棒球等各种球类的训练。
Description
技术领域
本发明涉及自动发球机。
背景技术
发球机已成为乒乓球、网球等训练中的常用工具，但目前市场上出现的发球机在使用时，运动员面对的只是发球机，并且发球速度、角度等参数都是预先设定好的，运动员在球发出之前就已经知道球的运动状态，与实际比赛或者真人对手训练的差距非常大。实际比赛或者真人对手训练时，运动员根据对手发球前的位置、姿势等能够大概判断出球的运动状态，但无法精确判断球的运动状态，因此，上述发球机并不能真实模拟训练或比赛中的对手。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的发球机并不能真实模拟训练或比赛中的对手，导致训练效果差的问题，提供一种投影自动发球装置及该装置的发球方法。
本发明所述的投影自动发球装置包括上位机、发球机、投影仪、控制器、无线信号发射装置、无线信号接收装置、升降台、横向伺服电机、纵向伺服电机、第一驱动电路、第二驱动电路、第三驱动电路、幕布、平台、一号滑道和二号滑道；
投影仪用于将上位机播放的视频投影在幕布上，上位机的控制信号输出端连接控制器的控制信号输入端，控制器的第一控制信号输出端连接无线信号发射装置的控制信号输入端，控制器的第二控制信号输出端连接第二驱动电路的控制信号输入端，第二驱动电路的控制信号输出端连接横向伺服电机的控制信号输入端，控制器的第三控制信号输出端连接第三驱动电路的控制信号输入端，第三驱动电路的控制信号输出端连接纵向伺服电机的控制信号输入端，无线信号发射装置通过无线方式与无线信号接收装置进行信号传输，无线信号接收装置的第一控制信号输出端连接发球机的空气压缩机的控制信号连接端，无线信号接收装置的第二控制信号输出端连接发球机的出球管控制信号连接端，无线信号接收装置的第三控制信号输出端连接第一驱动电路的控制信号输入端，所述第一驱动电路的控制信号输出端连接升降台的控制信号连接端；
发球机放置在升降台的上表面，升降台和幕布均放置在平台上，一号滑道沿场地的左右方向设置，二号滑道沿场地的前后方向设置；
横向伺服电机用于控制平台沿一号滑道移动，纵向伺服电机用于控制平台沿二号滑道移动；
幕布上由上至下开有一个豁口，该豁口的宽度为发球机的出球管管口处的外径，该管口位于所述豁口中；
出球管的管口处的内壁上设置有挡块，该挡块与所述的内壁的最大距离d大于球的直径，且挡块与出球管中心轴线的距离小于球的半径。
所述的控制器内嵌入多个由软件实现的控制模块，每个控制模块与一个视频文件相对应，所述视频文件存储在上位机内，内容为运动员发球，每个控制模块包括以下单元：
计时单元：从视频文件开始播放的时刻开始计时，并在计时时间t＝ti时启动发球单元；
ti为视频中的运动员第i次发球的时刻，i的初始值为1；
发球单元：向发球机发送发球控制信号，使发球机将球发出；并在该单元运行结束之后同时启动发球位置控制单元、旋转方向控制单元和力度控制单元；
发球位置控制单元：分别向横向伺服电机、纵向伺服电机和升降台运动，使出球管的位移动至幕布上视频中下一次发球的位置；
旋转方向控制单元：向发球机发送旋转控制信号，使出球管沿出球方向绕其中心轴线顺时针旋转角度α，旋转方向与视频中运动员发球的姿势相对应；
挡块的起始位置为出球方向的右侧，当α＝0度时，球的旋转方向为由左向右；当α＝90度时，球的旋转方向为由上向下；当α＝180度时，球的旋转方向为由右向左；当α＝270度时，球的旋转方向为由下向上；
力度控制单元：向发球机发送出气量控制信号，使发球的力度与幕布上视频中运动员的姿势相适应。
上述投影自动发球装置的发球方法为：
上位机播放运动员发球的视频文件，并通过投影仪将视频图像呈现在幕布上，同时，向控制器发送信号，使控制器选择与所述视频文件相对应的发球过程，并执行该发球过程；
所述发球过程用于配合视频中的运动员来控制发球机发球。
所述的发球过程包括以下步骤：
计时步骤：从视频文件开始播放的时刻开始计时，并在计时时间t＝ti时执行发球步骤；
ti为视频中的运动员第i次发球的时刻，i的初始值为1；
发球步骤：向发球机发送发球控制信号，使发球机将球发出；并在该步骤结束之后同时执行发球位置控制步骤、旋转方向控制步骤和力度控制步骤；
发球位置控制步骤：分别向横向伺服电机、纵向伺服电机和升降台运动，使出球管的位移动至幕布上视频中下一次发球的位置；
旋转方向控制步骤：向发球机发送旋转控制信号，使出球管沿出球方向绕其中心轴线顺时针旋转角度α，旋转方向与视频中运动员发球的姿势相对应；
挡块的起始位置为出球方向的右侧，当α＝0度时，球的旋转方向为由左向右；当α＝90度时，球的旋转方向为由上向下；当α＝180度时，球的旋转方向为由右向左；当α＝270度时，球的旋转方向为由下向上；
力度控制步骤：向发球机发送出气量控制信号，使发球的力度与幕布上视频中运动员的姿势相适应。
本发明所述的投影自动发球装置及该装置的发球方法，投影仪用来将上位机播放的视频文件投影在幕布上，给训练的运动员提供一个虚拟的对手；横向伺服电机、纵向伺服电机和升降台用来带动发球机的出球管和幕布在X、Y和Z三个方向上运动；出球管口的挡块用来改变球的旋转方向；发球机采用空气压缩机来实现；控制器用来控制发球的时间、位置、速度和旋转方向等，具体为：通过控制横向伺服电机、纵向伺服电机和升降台的工作状态来控制出发球位置，通过控制出球管的旋转角度来控制球的旋转方向，通过控制空气压缩机的工作状态如出气量等，来控制发球速度。发球时间、出球位置、发球速度和旋转方向等均与视频中的运动员的发球情况保持一致。
由于上述投影自动发球装置及该装置的发球方法能够模拟真实的对手，因此训练人员可以把视频中的运动员当作对手来进行训练，给训练人员提供一个非常逼真的训练环境，改善训练效果。
附图说明
图1为本发明所述的投影自动发球装置的电气原理框图；
图2为实施方式一中的幕布的结构示意图；
图3为实施方式一中，出球管的管口处的端面结构示意图；
图4为图3沿A-A’方向的剖示图，图中箭头表示球的运动方向；
图5为实施方式一中的应用界面的功能流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图3、图5说明本实施方式，本实施方式所述的投影自动发球装置，它包括上位机、发球机5、投影仪1、控制器2、无线信号发射装置3、无线信号接收装置4、升降台6、横向伺服电机7、纵向伺服电机8、第一驱动电路9、第二驱动电路10、第三驱动电路11、幕布、平台、一号滑道和二号滑道；
投影仪1用于将上位机播放的视频投影在幕布上，上位机的控制信号输出端连接控制器2的控制信号输入端，控制器2的第一控制信号输出端连接无线信号发射装置3的控制信号输入端，控制器2的第二控制信号输出端连接第二驱动电路10的控制信号输入端，第二驱动电路10的控制信号输出端连接横向伺服电机7的控制信号输入端，控制器2的第三控制信号输出端连接第三驱动电路11的控制信号输入端，第三驱动电路11的控制信号输出端连接纵向伺服电机8的控制信号输入端，无线信号发射装置3通过无线方式与无线信号接收装置4进行信号传输，无线信号接收装置4的第一控制信号输出端连接发球机5的空气压缩机5-1的控制信号连接端，无线信号接收装置4的第二控制信号输出端连接发球机5的出球管5-2控制信号连接端，无线信号接收装置4的第三控制信号输出端连接第一驱动电路9的控制信号输入端，所述第一驱动电路9的控制信号输出端连接升降台6的控制信号连接端；
发球机5放置在升降台6的上表面，升降台和幕布均放置在平台上，一号滑道沿场地的左右方向设置，二号滑道沿场地的前后方向设置；
横向伺服电机7用于控制平台沿一号滑道移动，纵向伺服电机8用于控制平台沿二号滑道移动；
幕布上由上至下开有一个豁口，该豁口的宽度为发球机5的出球管5-2管口处的外径，该管口位于所述豁口中；
出球管5-2的管口处的内壁上设置有挡块5-3，该挡块5-3与所述的内壁的最大距离d大于球的直径，且挡块5-3与出球管5-2中心轴线的距离小于球的半径。
本实施方式采用空气压缩机5-1来提供发球的动力，通过控制空气压缩机5-1的出气阀来控制发球速度，出球管5-2管口处的挡块5-3用于使球产生旋转，挡块5-3的位置不同，球的旋转方向也不同。
幕布能够在球场上沿X、Y和Z三个方向移动，所述X方向为场地的左右方向，Y方向为场地的前后方向,Z方向为上下方向。幕布上播放运动员发球的视频，为参加训练的运动员提供一个虚拟的对手。
发球机5与幕布的初始位置设置在半场的中心位置，发球机5与幕布能够在半个场地内移动，竖直方向的运动范围可设置在0－2米，X与Y方向的运动范围还可以扩展到场外1米左右的位置，即能够在场外一定范围内发球。
上位机内还可以设计应用界面，如图5所示，在该应用界面上，用户可以选择播放不同的视频，每个视频对应不同的控制程序来控制发球。还可以选择场地，如单打或双打，然后选择难度，包括初级、中级和高级三个等级，每个等级的发球速度分别为40-80km/h、80-150km/h和150km/h以上，发球间隔分别为5-8秒、3-5秒和3秒，还可以进行局选择、盘选择和球选择。也可以通过应用界面对一段新的视频编辑控制程序，具体包括设定每个球的发球时间、发球位置、出球速度、旋转方向以及出球角度等等，设置完成后保存。
控制器2内包含多个PLC，用来控制发球机5发球，使每次发球的时间、位置、速度、方向、旋转情况等均与视频中运动员发球的情况保持一致，这样就提供了一个虚拟出来的训练环境，可以把幕布上的运动员当作真实对手来训练。
具体实施方式二：结合图4说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的投影自动发球装置的进一步限定，本实施方式中，挡块5-3上设置有多条互相平行的山脊状凸起，且该山脊状凸起与出球管5-2的轴线垂直。
本实施方式中，挡块5-3朝向出球管5-2中心的表面上设置有多个山脊凸起，如图4所示，当球运动到挡块5-3处时，会与每个凸起发生摩擦，增大旋转速度。
具体实施方式三：本实施方式是对实施方式一所述的投影自动发球装置的进一步限定，本实施方式中，所述的控制器2内嵌入多个由软件实现的控制模块，每个控制模块与一个视频文件相对应，所述视频文件存储在上位机内，内容为运动员发球，每个控制模块包括以下单元：
计时单元：从视频文件开始播放的时刻开始计时，并在计时时间t＝ti时启动发球单元；
ti为视频中的运动员第i次发球的时刻，i的初始值为1；
发球单元：向发球机5发送发球控制信号，使发球机5将球发出；并在该单元运行结束之后同时启动发球位置控制单元、旋转方向控制单元和力度控制单元；
发球位置控制单元：分别向横向伺服电机7、纵向伺服电机8和升降台6运动，使出球管5-2的位移动至幕布上视频中下一次发球的位置；
旋转方向控制单元：向发球机5发送旋转控制信号，使出球管5-2沿出球方向绕其中心轴线顺时针旋转角度α，旋转方向与视频中运动员发球的姿势相对应；
挡块的起始位置为出球方向的右侧，当α＝0度时，球的旋转方向为由左向右；当α＝90度时，球的旋转方向为由上向下；当α＝180度时，球的旋转方向为由右向左；当α＝270度时，球的旋转方向为由下向上；
力度控制单元：向发球机5发送出气量控制信号，使发球的力度与幕布上视频中运动员的姿势相适应。
具体实施方式四：本实施方式是实施方式一所述的投影自动发球装置的发球方法，该方法为：上位机播放运动员发球的视频文件，并通过投影仪将视频图像呈现在幕布上，同时，向控制器2发送信号，使控制器2选择与所述视频文件相对应的发球过程，并执行该发球过程；
所述发球过程用于配合视频中的运动员来控制发球机5发球。
本实施方式所述的发球方法，与常规的自动发球装置的发球方法相比，引入了视频图像，发球过程配合视频图像，使发出的球与视频图像保持一致，能够模拟真实训练环境。当视频中的运动员发球时，控制器2控制发球机5发球，发球结束后，视频中的运动员会移动到其他位置，这时，控制器2会控制横向伺服电机7、纵向伺服电机8和升降台6带动发球机5移动，使出球管5-2移动至下一次发球的位置。同时，控制器2控制发球机5的出球管5-2绕其轴线旋转一定角度，使挡块5-3的位置与下一次发出的球的旋转方向一致。发球前，控制器2还要控制空气压缩机5-1的工作状态，以确保下一次发出的球的速度与视频中的发球速度相一致。
具体实施方式五：本实施方式是对实施方式四所述的投影自动发球装置的发球方法的进一步限定，本实施方式中，所述的发球过程包括以下步骤：
计时步骤：从视频文件开始播放的时刻开始计时，并在计时时间t＝ti时执行发球步骤；
ti为视频中的运动员第i次发球的时刻，i的初始值为1；
发球步骤：向发球机5发送发球控制信号，使发球机5将球发出；并在该步骤结束之后同时执行发球位置控制步骤、旋转方向控制步骤和力度控制步骤；
发球位置控制步骤：分别向横向伺服电机7、纵向伺服电机8和升降台6运动，使出球管5-2的位移动至幕布上视频中下一次发球的位置；
旋转方向控制步骤：向发球机5发送旋转控制信号，使出球管5-2沿出球方向绕其中心轴线顺时针旋转角度α，旋转方向与视频中运动员发球的姿势相对应；
挡块的起始位置为出球方向的右侧，当α＝0度时，球的旋转方向为由左向右；当α＝90度时，球的旋转方向为由上向下；当α＝180度时，球的旋转方向为由右向左；当α＝270度时，球的旋转方向为由下向上；
力度控制步骤：向发球机5发送出气量控制信号，使发球的力度与幕布上视频中运动员的姿势相适应。
具体实施方式六：本实施方式是对实施方式四所述的投影自动发球装置的发球方法的进一步限定，本实施方式中，还可以对发球过程作进一步改进，使出球管5-2的位置始终保持与运动员手中球拍的位置一致。
当视频中的运动员发球时，控制器2控制发球机5发球，发球结束后，视频中的运动员会移动到其他位置，这时，控制器2会控制横向伺服电机7、纵向伺服电机8和升降台6带动发球机5移动，移动的方向和速度与视频中的运动员的移动方向和速度一致，当所述运动员抬起手臂准备再次发球时，控制器2会控制横向伺服电机7、纵向伺服电机8和升降台6移动，使出球管5-2的位置始终保持与运动员手中球拍的位置一致。
Claims (4)
1.投影自动发球装置，它包括上位机和发球机(5),其特征在于：它还包括投影仪(1)、控制器(2)、无线信号发射装置(3)、无线信号接收装置(4)、升降台(6)、横向伺服电机(7)、纵向伺服电机(8)、第一驱动电路(9)、第二驱动电路(10)、第三驱动电路(11)、幕布、平台、一号滑道和二号滑道；
投影仪(1)用于将上位机播放的视频投影在幕布上，上位机的控制信号输出端连接控制器(2)的控制信号输入端，控制器(2)的第一控制信号输出端连接无线信号发射装置(3)的控制信号输入端，控制器(2)的第二控制信号输出端连接第二驱动电路(10)的控制信号输入端，第二驱动电路(10)的控制信号输出端连接横向伺服电机(7)的控制信号输入端，控制器(2)的第三控制信号输出端连接第三驱动电路(11)的控制信号输入端，第三驱动电路(11)的控制信号输出端连接纵向伺服电机(8)的控制信号输入端，无线信号发射装置(3)通过无线方式与无线信号接收装置(4)进行信号传输，无线信号接收装置(4)的第一控制信号输出端连接发球机(5)的空气压缩机(5-1)的控制信号连接端，无线信号接收装置(4)的第二控制信号输出端连接发球机(5)的出球管(5-2)控制信号连接端，无线信号接收装置(4)的第三控制信号输出端连接第一驱动电路(9)的控制信号输入端，所述第一驱动电路(9)的控制信号输出端连接升降台(6)的控制信号连接端；
发球机(5)放置在升降台(6)的上表面，升降台和幕布均放置在平台上，一号滑道沿场地的左右方向设置，二号滑道沿场地的前后方向设置；
横向伺服电机(7)用于控制平台沿一号滑道移动，纵向伺服电机(8)用于控制平台沿二号滑道移动；
幕布上由上至下开有一个豁口，该豁口的宽度为发球机(5)的出球管(5-2)管口处的外径，该管口位于所述豁口中；
出球管(5-2)的管口处的内壁上设置有挡块(5-3)，该挡块(5-3)与所述的内壁的最大距离d大于球的直径，且挡块(5-3)与出球管(5-2)中心轴线的距离小于球的半径；
所述的控制器(2)内嵌入多个由软件实现的控制模块，每个控制模块与一个视频文件相对应，所述视频文件存储在上位机内，内容为运动员发球，每个控制模块包括以下单元：
计时单元：从视频文件开始播放的时刻开始计时，并在计时时间t＝ti时启动发球单元；
ti为视频中的运动员第i次发球的时刻，i的初始值为1；
发球单元：向发球机(5)发送发球控制信号，使发球机(5)将球发出；并在该发球单元运行结束之后同时启动发球位置控制单元、旋转方向控制单元和力度控制单元；
发球位置控制单元：分别使横向伺服电机(7)、纵向伺服电机(8)和升降台(6)运动，使出球管(5-2)的位置移动至幕布上视频中下一次发球的位置；
旋转方向控制单元：向发球机(5)发送旋转控制信号，使出球管(5-2)沿出球方向绕其中心轴线顺时针旋转角度α，旋转方向与视频中运动员发球的姿势相对应；
挡块的起始位置为出球方向的右侧，当α＝0度时，球的旋转方向为由左向右；当α＝90度时，球的旋转方向为由上向下；当α＝180度时，球的旋转方向为由右向左；当α＝270度时，球的旋转方向为由下向上；
力度控制单元：向发球机(5)发送出气量控制信号，使发球的力度与幕布上视频中运动员的姿势相适应。
2.根据权利要求1所述的投影自动发球装置，其特征在于：挡块(5-3)上设置有多条互相平行的山脊状凸起，且该山脊状凸起与出球管(5-2)的轴线垂直。
3.权利要求1所述的投影自动发球装置的发球方法，其特征在于：
上位机播放运动员发球的视频文件，并通过投影仪将视频图像呈现在幕布上，同时，向控制器(2)发送信号，使控制器(2)选择与所述视频文件相对应的发球过程，并执行该发球过程；所述发球过程用于配合视频中的运动员来控制发球机(5)发球。
4.根据权利要求3所述的投影自动发球装置的发球方法，其特征在于：
所述的发球过程包括以下步骤：
计时步骤：从视频文件开始播放的时刻开始计时，并在计时时间t＝ti时执行发球步骤；
ti为视频中的运动员第i次发球的时刻，i的初始值为1；
发球步骤：向发球机(5)发送发球控制信号，使发球机(5)将球发出；并在该发球步骤结束之后同时执行发球位置控制步骤、旋转方向控制步骤和力度控制步骤；
发球位置控制步骤：分别使横向伺服电机(7)、纵向伺服电机(8)和升降台(6)运动，使出球管(5-2)的位置移动至幕布上视频中下一次发球的位置；
旋转方向控制步骤：向发球机(5)发送旋转控制信号，使出球管(5-2)沿出球方向绕其中心轴线顺时针旋转角度α，旋转方向与视频中运动员发球的姿势相对应；
挡块的起始位置为出球方向的右侧，当α＝0度时，球的旋转方向为由左向右；当α＝90度时，球的旋转方向为由上向下；当α＝180度时，球的旋转方向为由右向左；当α＝270度时，球的旋转方向为由下向上；
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- 2014-12-09 CN CN201410748906.1A patent/CN104436611B/zh active Active
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| CN104436611A (zh) | 2015-03-25 |
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