乒乓球智能發(fā)球機(jī)控制系統(tǒng)

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摘要：我國(guó)乒乓球技術(shù)在無(wú)論國(guó)際任何賽場(chǎng)上可謂一枝獨(dú)秀，中國(guó)更是獨(dú)步兵壇的常青藤。乒乓球的主要參數(shù)主要有力度、轉(zhuǎn)速、弧度、落點(diǎn)等。如今伴隨我國(guó)科技的突飛猛進(jìn)，手機(jī)智能時(shí)代已經(jīng)悄悄走進(jìn)我們生活。然而，在我國(guó)智能技術(shù)在體育領(lǐng)域的應(yīng)用卻很少，仍然處于剛起步的階段。雖然乒乓球發(fā)球機(jī)已在部分體育訓(xùn)練，但為使乒乓球運(yùn)動(dòng)更專(zhuān)業(yè)更智能和普及，我公司設(shè)計(jì)此款智能乒乓球發(fā)球機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在普通發(fā)球機(jī)設(shè)定的工作模式下由加速度傳感器采集運(yùn)動(dòng)員回球落點(diǎn)區(qū)域的信號(hào)，經(jīng)放大、濾波、編碼等處理后，單片機(jī)采集相關(guān)數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)，同時(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)可由顯示器顯示出來(lái)，并通過(guò)串口能夠把數(shù)據(jù)傳輸給使用者手機(jī)。通過(guò)手機(jī)實(shí)現(xiàn)隨心調(diào)試、數(shù)據(jù)分析處理、歷史影像存儲(chǔ)、趨勢(shì)分析等功能，以表格、曲線等方式顯示和打印相關(guān)數(shù)據(jù)。智能系統(tǒng)和乒乓球發(fā)球機(jī)的結(jié)合優(yōu)勢(shì)就呼之欲出了，即通過(guò)智能系統(tǒng)與手機(jī)APP調(diào)試的便捷性吸引更多的乒乓球愛(ài)好者的使用，智能系統(tǒng)與手機(jī)APP的存儲(chǔ)又可以作為教練員和學(xué)員可以參考的客觀數(shù)據(jù)去完善訓(xùn)練過(guò)程、提高運(yùn)動(dòng)技能。

關(guān)鍵詞：乒乓球發(fā)球機(jī)；智能系統(tǒng)；優(yōu)勢(shì)

1乒乓球發(fā)球機(jī)的現(xiàn)狀分析

乒乓球發(fā)球機(jī)是部分球館和球友家庭生活的必備娛樂(lè)和訓(xùn)練工具。乒乓球發(fā)球機(jī)適用于社會(huì)、學(xué)校、家庭、專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練場(chǎng)館使用。發(fā)球機(jī)可發(fā)各種性質(zhì)的球，既可用于娛樂(lè)健身，又適合于專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練，性?xún)r(jià)比特別高。雖然乒乓球發(fā)球機(jī)具有很寬闊的使用和需求場(chǎng)景，但是因?yàn)槌銮蛄Χ?、轉(zhuǎn)速、回球的弧線、落點(diǎn)等相對(duì)單一且不利于調(diào)試，由于普通乒乓球發(fā)球機(jī)操作不便，致使部分觀望姿態(tài)的消費(fèi)者望而卻步喪失對(duì)發(fā)球機(jī)購(gòu)買(mǎi)使用的決定同時(shí)也喪失了對(duì)乒乓球的喜愛(ài)和興趣。從而也導(dǎo)致乒乓球發(fā)球機(jī)銷(xiāo)量年增長(zhǎng)率由2015年的7.14％降至2019年的6.76％。

2智能發(fā)球機(jī)研發(fā)的必要性

傳統(tǒng)老式乒乓球發(fā)球機(jī)由于出球力度、轉(zhuǎn)速、回球的弧線、落點(diǎn)等相對(duì)單一，如需對(duì)下次出球上述參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，需派調(diào)解師操作控制器進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試過(guò)程相對(duì)繁瑣。因?yàn)槭褂妙l率大，調(diào)整繁瑣，導(dǎo)致整體體驗(yàn)效果差。因此我單位研發(fā)的智能發(fā)球機(jī)控制系統(tǒng)就尤為必要了，在傳統(tǒng)發(fā)球機(jī)上搭載我公司研發(fā)的智能系統(tǒng)，只需要簡(jiǎn)單操作即可解決上述問(wèn)題，智能系統(tǒng)與當(dāng)今手機(jī)APP相匹配，從而實(shí)現(xiàn)“傻瓜式”控制，更可以根據(jù)使用者自身的要求，“隨心所欲”的調(diào)試（合理范圍內(nèi)）。從而吸引更多乒乓球觀望者成為使用客戶(hù)，成為乒乓球運(yùn)動(dòng)的愛(ài)好者，癡迷者。

3發(fā)球機(jī)發(fā)球原理

乒乓球發(fā)球機(jī)是集電子設(shè)計(jì)、機(jī)械工程和計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的綜合技術(shù)產(chǎn)品，它具有自動(dòng)化程度高、靈敏度高、穩(wěn)定性可靠等多種性質(zhì)。發(fā)球機(jī)發(fā)球的工作原理是利用轉(zhuǎn)輪摩擦來(lái)實(shí)現(xiàn)。待發(fā)射的乒乓球由于受到旋轉(zhuǎn)摩擦輪的作用，在發(fā)射口就獲得一定的初速度（力度）。這時(shí)如果電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)摩擦乒乓球使球獲得一定的動(dòng)能，乒乓球就得以發(fā)射出去。

3.1對(duì)控制發(fā)球速度的研究

若想控制和改變發(fā)球的速度，則應(yīng)當(dāng)先掌握其原理，在發(fā)球中乒乓球和輪盤(pán)進(jìn)行摩擦，而決定球速的重點(diǎn)則輪盤(pán)作用到球中的力度與直流電二次輸出脈沖的轉(zhuǎn)化功率，從而影響到乒乓球的球速。控制二次脈沖瞬時(shí)輸出的效率是能否以發(fā)球者的身份去完成發(fā)球的關(guān)鍵，如表1所示：

3.2對(duì)控制發(fā)球旋轉(zhuǎn)的研究

日前旋轉(zhuǎn)大多分成以下幾種：上旋球，下旋球，左側(cè)旋弧線向右和右側(cè)旋弧線向左，順、逆旋轉(zhuǎn)球等，旋轉(zhuǎn)發(fā)球需要在第一次輪盤(pán)和球發(fā)生角度偏離后產(chǎn)生瞬時(shí)摩擦，之后微調(diào)發(fā)球口的水平初速度得到偏向力從而得到旋轉(zhuǎn)目的，二次脈沖之后乒乓球即可飛出，接觸到乒乓球桌面后，保持旋轉(zhuǎn)的球與球面發(fā)生摩擦，從而完成旋轉(zhuǎn)。

3.3對(duì)控制落球點(diǎn)的研究

調(diào)控好乒乓球的落點(diǎn)方位對(duì)發(fā)球機(jī)而言極為關(guān)鍵，若想調(diào)控好發(fā)球的落點(diǎn)，則應(yīng)當(dāng)掌控好發(fā)球的初速度與距離，發(fā)球機(jī)通過(guò)對(duì)上述速度、旋轉(zhuǎn)的多次實(shí)驗(yàn)，分析后將球臺(tái)分設(shè)為9個(gè)不同的區(qū)域，即①左小三角；②網(wǎng)前區(qū)；③右小三角；④左邊三角；⑤中央?yún)^(qū)；⑥右邊三角；⑦左大三角；⑧端線區(qū)（追身區(qū)）；⑨右大三角。進(jìn)行編碼，如圖1所示：經(jīng)過(guò)對(duì)力度和距離的反復(fù)實(shí)驗(yàn)把握精準(zhǔn)的落球點(diǎn)。

3.4智能系統(tǒng)對(duì)三者的操控

我公司研發(fā)的智能控制系統(tǒng)則是通過(guò)手機(jī)APP對(duì)三者可控性發(fā)球因素進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，手機(jī)APP中只需根據(jù)提示首先輸入發(fā)球速度、旋轉(zhuǎn)模式、落點(diǎn)位置，即可完成下次發(fā)球的設(shè)置。如發(fā)球速度選擇特快，發(fā)球旋轉(zhuǎn)選擇左側(cè)旋弧線向右，落球點(diǎn)選擇①左小三角即可輕松完成。

4智能發(fā)球機(jī)控制系統(tǒng)原理

與傳統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)雙輪基本原理相同，接通電源后的直流電帶動(dòng)摩擦輪反向旋轉(zhuǎn)，結(jié)合摩擦輪反向旋轉(zhuǎn)的基本過(guò)程，從而獲得一定量的初速度，并實(shí)現(xiàn)發(fā)球的過(guò)程?；驹淼膽?yīng)用，對(duì)乒乓球發(fā)出的實(shí)際穩(wěn)定性進(jìn)行保證，并對(duì)乒乓球發(fā)出的方向以及速度進(jìn)行控制，將練球者的基本練球方式逐步滿足。智能系統(tǒng)芯片是乒乓球發(fā)球機(jī)控制器的內(nèi)臟，如圖2所示：連接到我們的控制器上，手機(jī)APP上可操作控制任一個(gè)出球的速度力量和旋轉(zhuǎn)了，且可任意組合。利用手機(jī)智能存儲(chǔ)功能，將每一次發(fā)球和使用者接球全都儲(chǔ)存起來(lái)，為使提升運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練技巧，吸引更多用戶(hù)使用智能發(fā)球，我公司設(shè)計(jì)的智能發(fā)球記在每完成一次如圖3所示：每一次完整操作后智能系統(tǒng)都會(huì)記錄發(fā)球力度，轉(zhuǎn)速和運(yùn)動(dòng)員接球的數(shù)據(jù)，根據(jù)大數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)日后發(fā)球的多變性。這樣就可以實(shí)現(xiàn)日后使用過(guò)程中根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，結(jié)合自身實(shí)際通過(guò)手機(jī)APP調(diào)試符合使用者自己的出球方案。

5智能發(fā)球機(jī)數(shù)據(jù)處理原理

乒乓球發(fā)球機(jī)主要功能可以根據(jù)使用者需要發(fā)出各種旋轉(zhuǎn)，包括上旋、下旋、側(cè)旋等；可以調(diào)整出球的力度及出球旋轉(zhuǎn)的強(qiáng)弱；可以調(diào)整出球的弧線高低及可以調(diào)整出球的快慢頻率，出球頻率在25球每分鐘致85球每分鐘之間不間斷調(diào)整，可以改變球的落點(diǎn)。發(fā)球機(jī)使用輔助了人與人之間的訓(xùn)練，它對(duì)乒乓球訓(xùn)練有不可替代的優(yōu)勢(shì)，我公司推出的智能乒乓球發(fā)球機(jī)控制系統(tǒng)利用壓電加速度傳感器獲取乒乓球落點(diǎn)信號(hào)，根據(jù)設(shè)計(jì)落點(diǎn)信號(hào)調(diào)理電路，對(duì)從加速度傳感器獲取的乒乓球落點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行整理，從而保證所獲取的乒乓球落點(diǎn)信號(hào)的質(zhì)量及幅度。實(shí)現(xiàn)乒乓球落點(diǎn)檢測(cè)奠定理論基礎(chǔ)，對(duì)相同強(qiáng)度不同落點(diǎn)、不同激勵(lì)強(qiáng)度相同落點(diǎn)時(shí)乒乓球臺(tái)的響應(yīng)特點(diǎn)及球臺(tái)振動(dòng)等干擾進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。采集并處理的乒乓球落點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將乒乓球落點(diǎn)信息數(shù)據(jù)傳送給使用者手機(jī)，通過(guò)手機(jī)智能APP對(duì)全部過(guò)程的影像記錄，形成數(shù)據(jù)分析。

6智能發(fā)球機(jī)優(yōu)勢(shì)

我公司研發(fā)的智能發(fā)球機(jī)能實(shí)現(xiàn)手機(jī)端對(duì)發(fā)球力度、弧度、轉(zhuǎn)速等多方位一鍵調(diào)節(jié)，手機(jī)端簡(jiǎn)單操作，高效、便捷避免了專(zhuān)業(yè)調(diào)試?yán)速M(fèi)的時(shí)間和人員，為廣大用戶(hù)帶來(lái)便捷體驗(yàn)。智能發(fā)球機(jī)龐大的數(shù)據(jù)處理和分析能力，又給使用者提供準(zhǔn)確的參考信息，致使即便不用去專(zhuān)業(yè)的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館接受專(zhuān)業(yè)的訓(xùn)練也能通過(guò)AI智能實(shí)現(xiàn)科學(xué)的提升技巧的訓(xùn)練。智能乒乓球的發(fā)球機(jī)的功能是多方面的，它的產(chǎn)生不僅只是為了提高使用的乒乓球技術(shù)水平，在健身娛樂(lè)方面也體現(xiàn)了很大的作用。乒乓球能作為中國(guó)的國(guó)球，說(shuō)明中國(guó)大部分人喜歡這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)。如果能把自己喜愛(ài)的運(yùn)動(dòng)和健身結(jié)合起來(lái)，既提高了技術(shù)水平又達(dá)到了健身目的，這便是最好的運(yùn)動(dòng)方式，智能乒乓球發(fā)球機(jī)就很好地提供了這種途徑。智能發(fā)球機(jī)適合于不同年齡的人群，它的出球力度自行控制，年齡小可以設(shè)置速度中快，鍛煉小朋友反應(yīng)能力，動(dòng)作技術(shù)復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)量大的節(jié)奏。而老年人可以根據(jù)自己的體質(zhì)放緩節(jié)奏，達(dá)到合理的運(yùn)動(dòng)量。因?yàn)榇蚯驎r(shí)大腦神經(jīng)處于集中狀態(tài)，而這種狀態(tài)就可以延緩老年癡呆癥的發(fā)生。

7結(jié)束語(yǔ)

我公司研發(fā)的智能乒乓球發(fā)球機(jī)控制系統(tǒng)，通過(guò)手機(jī)智能解決了傳統(tǒng)發(fā)球機(jī)使用不便調(diào)節(jié)，操作繁雜等問(wèn)題，進(jìn)一步提高智能乒乓球發(fā)球機(jī)的使用，推動(dòng)部分觀望人群變成行動(dòng)派，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)普及乒乓球發(fā)球機(jī)進(jìn)入老百姓生活的現(xiàn)狀。

參考文獻(xiàn)：

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作者：李?lèi)?ài)鋒 單位：河北沐耘電氣科技有限公司