本發(fā)明屬于體育器械，具體涉及一種網(wǎng)球發(fā)球機(jī)器人及網(wǎng)球發(fā)球系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)的普及和技術(shù)水平的提升，網(wǎng)球發(fā)球機(jī)器人的需求日益增長。現(xiàn)有的擠出式網(wǎng)球發(fā)球機(jī)器人大多采用傳統(tǒng)的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，旨在為用戶提供穩(wěn)定的發(fā)球練習(xí)。然而，這類設(shè)備在實(shí)際使用中存在的一系列問題限制了它們對訓(xùn)練效果的支持和用戶體驗(yàn)，具體表現(xiàn)在以下幾方面：預(yù)設(shè)發(fā)球模式過于單一，網(wǎng)球落點(diǎn)一致性差，缺乏網(wǎng)球速度調(diào)節(jié)功能，故障處理不便，缺乏有效的互動(dòng)機(jī)制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為至少在一定程度上克服相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種網(wǎng)球發(fā)球機(jī)器人及網(wǎng)球發(fā)球系統(tǒng)。

2、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一方面，本發(fā)明提供了一種網(wǎng)球發(fā)球機(jī)器人，其響應(yīng)于用戶的自定義發(fā)球指令，基于用戶的自定義發(fā)球指令進(jìn)入自定義發(fā)球模式，在自定義發(fā)球模式下根據(jù)接收到的自定義發(fā)球參數(shù)進(jìn)行自定義發(fā)球。

3、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的網(wǎng)球發(fā)球機(jī)器人，其包括機(jī)器人本體以及設(shè)置在機(jī)器人本體上的集球筐、控制器、送球模組、擠球模組、俯仰模組和左右模組；其中，所述集球筐設(shè)置在送球模組的上方，所述送球模組、擠球模組、俯仰模組和左右模組均與所述控制器連接；所述送球模組用于從所述集球筐中獲取收集的網(wǎng)球，并將網(wǎng)球輸送至所述擠球模組，所述擠球模組用于將網(wǎng)球擠出以實(shí)現(xiàn)發(fā)球，所述俯仰模組和左右模組用于調(diào)整所述擠球模組所擠出網(wǎng)球的上下和左右方向。

4、進(jìn)一步地，所述網(wǎng)球發(fā)球機(jī)器人還包括艙門模組，所述艙門模組與控制器連接，用于響應(yīng)用戶的開關(guān)艙門指令，以打開或關(guān)閉艙門。

5、進(jìn)一步地，所述送球模組包括送球電機(jī)和光電傳感器，所述送球電機(jī)和光電傳感器均與所述控制器連接，所述光電傳感器設(shè)置于送球通道內(nèi)，用于檢測網(wǎng)球進(jìn)入所述送球通道的信息；所述控制器用于接收來自所述光電傳感器的信號(hào)，并基于接收到的信號(hào)控制所述送球電機(jī)的動(dòng)作；當(dāng)所述光電傳感器檢測到網(wǎng)球進(jìn)入所述送球通道時(shí)，所述控制器響應(yīng)于所述光電傳感器發(fā)出的信號(hào)使所述送球電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，直到所述網(wǎng)球完全通過所述送球通道之后再重新啟動(dòng)所述送球電機(jī)，從而確保每次僅有一個(gè)網(wǎng)球被送出。

6、進(jìn)一步地，所述擠球模組包括上輪電機(jī)、下輪電機(jī)、上輪測速傳感器和下輪測速傳感器，所述上輪電機(jī)、下輪電機(jī)、上輪測速傳感器和下輪測速傳感器均與所述控制器連接，所述上輪測速傳感器和下輪測速傳感器分別對應(yīng)檢測上輪電機(jī)和下輪電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將檢測到的轉(zhuǎn)速發(fā)送給所述控制器，所述控制器根據(jù)接收到的轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)地對上輪電機(jī)和下輪電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整。

7、更進(jìn)一步地，根據(jù)所述發(fā)球速度、發(fā)球旋轉(zhuǎn)類型和發(fā)球旋轉(zhuǎn)速度大小得到擠球輪的上輪速度vu和下輪速度vd分別為：

8、

9、其中，ku、kd、kc、qu、qd和qc分別表示線性擬合系數(shù)，vn表示網(wǎng)球速度，wn表示發(fā)球旋轉(zhuǎn)速度矢量，是由發(fā)球旋轉(zhuǎn)類型和發(fā)球旋轉(zhuǎn)速度大小ws合并成的參數(shù)。

10、進(jìn)一步地，所述俯仰模組包括俯仰電機(jī)和俯仰角度傳感器，所述俯仰電機(jī)和俯仰角度傳感器均與所述控制器連接，所述俯仰角度傳感器用于檢測俯仰電機(jī)的俯仰角度并發(fā)送給所述控制器，由所述控制器對俯仰電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制；

11、所述左右模組包括左右電機(jī)和左右角度傳感器，所述左右電機(jī)和左右角度傳感器均與所述控制器連接，所述左右角度傳感器用于檢測左右電機(jī)的左右角度并發(fā)送給所述控制器，由所述控制器對左右電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制。

12、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的網(wǎng)球發(fā)球機(jī)器人，其還包括用戶定位裝置，所述用戶定位裝置與控制器進(jìn)行通信，所述控制器響應(yīng)于所述用戶定位裝置檢測到的用戶位置信息，進(jìn)入自定義發(fā)球模式、回位跑動(dòng)模式、隨動(dòng)對戰(zhàn)模式和智步對比模式中的一種或多種，其中，自定義發(fā)球模式配置為基于用戶的自定義發(fā)球參數(shù)進(jìn)行自定義發(fā)球，所述回位跑動(dòng)模式配置為基于所述用戶定位裝置檢測的信息判定用戶已跑動(dòng)到還原點(diǎn)區(qū)域時(shí)啟動(dòng)發(fā)球，所述隨動(dòng)對戰(zhàn)模式配置為基于所述用戶定位裝置檢測的信息確定下一個(gè)發(fā)球的單球參數(shù)，所述智步對比模式配置為將所述用戶定位裝置檢測的跑動(dòng)信息與期望跑動(dòng)信息模板進(jìn)行對比；其中，所述單球參數(shù)包括發(fā)球速度、發(fā)球旋轉(zhuǎn)類型、發(fā)球旋轉(zhuǎn)速度大小、弧線、左右朝向和單球間隔中的一種或多種。

13、進(jìn)一步地，所述用戶定位裝置包括主基站、次基站和標(biāo)簽，其中，所述主基站設(shè)置在所述機(jī)器人本體上，所述次基站設(shè)置在球網(wǎng)上，所述標(biāo)簽設(shè)置在用戶身上；

14、所述標(biāo)簽與主基站以及標(biāo)簽與次基站均采用電磁波飛行時(shí)間實(shí)現(xiàn)測距，并基于三角定位計(jì)算標(biāo)簽位置，以獲得用戶的位置信息。

15、更進(jìn)一步地，所述次基站設(shè)置為一個(gè)時(shí)，所述標(biāo)簽在網(wǎng)球場的坐標(biāo)中橫坐標(biāo)的兩個(gè)解為：

16、

17、標(biāo)簽在網(wǎng)球場的坐標(biāo)中縱坐標(biāo)的兩個(gè)解為：

18、

19、式中，參數(shù)a、b、c分別為：

20、

21、x0和y0分別表示主基站在網(wǎng)球場的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，x1和y1分別表示次基站在網(wǎng)球場的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，xt1和xt2分別表示標(biāo)簽在網(wǎng)球場的坐標(biāo)中橫坐標(biāo)的兩個(gè)解，yt1和yt2分別表示標(biāo)簽在網(wǎng)球場的坐標(biāo)中縱坐標(biāo)的兩個(gè)解，t1和t2均表示中間變量，

22、

23、d0表示標(biāo)簽與主基站之間的二維距離，d1表示標(biāo)簽與次基站之間的二維距離。

24、更進(jìn)一步地，所述次基站設(shè)置為兩個(gè)以上時(shí)，采用最小二乘法求解過約束的距離方程組，得到標(biāo)簽在網(wǎng)球場的坐標(biāo)為：

25、

26、式中，xt和yt分別表示標(biāo)簽在網(wǎng)球場的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，余弦定理系數(shù)矩陣m和余弦定理常數(shù)矩陣p分別為：

27、

28、式中，(xi,yi)表示第i個(gè)次基站在網(wǎng)球場的坐標(biāo)，di表示標(biāo)簽與第i個(gè)次基站之間的二維距離。

29、進(jìn)一步地，所述在所述隨動(dòng)對戰(zhàn)模式中，所述用戶定位裝置以周期tp獲得用戶的位置信息并傳輸給所述控制器，所述控制器首先通過用戶配置的隨動(dòng)對戰(zhàn)模式的偏移方式和偏移距離xo獲得左右模組的期望角度，正手偏移情況下左右模組的期望角度θdy為其中，為機(jī)器人本體在球場上的擺放位置，反手偏移情況下左右模組的期望角度θdy為

30、機(jī)器人本體獲得當(dāng)前左右模組實(shí)際角度θay和速度并結(jié)合發(fā)球剩余時(shí)間tly計(jì)算得到此次發(fā)球左右模組的運(yùn)動(dòng)角度θymin和θymax；

31、比較左右模組期望角度θdy和運(yùn)動(dòng)角度θymin和θymax的關(guān)系，當(dāng)θdy＜θymin，發(fā)球機(jī)器人左右模組15的目標(biāo)角度為θymin；當(dāng)θdy＞θymax，發(fā)球機(jī)器人左右模組的目標(biāo)角度為θymax；當(dāng)θymax≥θdy≥θymin，發(fā)球機(jī)器人左右模組的目標(biāo)角度為θdy。

32、進(jìn)一步地，所述在所述智步對比模式中，以發(fā)球機(jī)器人兩次發(fā)球間隔為一個(gè)分析周期，定義每次發(fā)球都有一個(gè)期望啟動(dòng)區(qū)域和擊球區(qū)域，定義發(fā)球機(jī)器人發(fā)球時(shí)刻時(shí)間為用戶跑出期望啟動(dòng)區(qū)域的時(shí)間為用戶進(jìn)入擊球區(qū)域的時(shí)間為用戶擊完球進(jìn)入下一個(gè)發(fā)球的期望啟動(dòng)區(qū)域的時(shí)間為下一個(gè)發(fā)球時(shí)刻時(shí)間為得到四個(gè)評價(jià)時(shí)間，四個(gè)評價(jià)時(shí)間包括：第一等待時(shí)間啟動(dòng)時(shí)間回位時(shí)間和第二等待時(shí)間

33、對于第一等待時(shí)間小于則表示此次擊球用戶準(zhǔn)備擊球的時(shí)間不足；對于啟動(dòng)時(shí)間小于則表示用戶的跑動(dòng)擊球能力達(dá)標(biāo)，否則跑動(dòng)擊球能力不足；對于回位時(shí)間小于則表示用戶的回位跑動(dòng)能力達(dá)標(biāo)，否則回位跑動(dòng)能力不足；對于第二等待時(shí)間小于則表示用戶下次擊球準(zhǔn)備時(shí)間不足。

34、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第二方面，本發(fā)明還提供了一種網(wǎng)球發(fā)球系統(tǒng)，其包括如上所述的網(wǎng)球發(fā)球機(jī)器人和智能球拍，所述智能球拍與控制器進(jìn)行通信，所述控制器響應(yīng)于所述智能球拍的運(yùn)動(dòng)軌跡以及網(wǎng)球與智能球拍的碰撞信息，進(jìn)入自定義發(fā)球模式、回位跑動(dòng)模式、隨動(dòng)對戰(zhàn)模式、智步對比模式、智能球拍模式和模擬對戰(zhàn)模式中的一種或多種，其中，自定義發(fā)球模式配置為基于用戶的自定義發(fā)球參數(shù)進(jìn)行自定義發(fā)球，所述回位跑動(dòng)模式配置為基于所述用戶定位裝置檢測的信息判定用戶已跑動(dòng)到還原點(diǎn)區(qū)域時(shí)啟動(dòng)發(fā)球，基于所述用戶定位裝置檢測的信息確定下一個(gè)發(fā)球的單球參數(shù)，所述智步對比模式配置為將所述用戶定位裝置檢測的跑動(dòng)信息與期望跑動(dòng)信息模板進(jìn)行對比，所述智能球拍模式配置為基于所述智能球拍與網(wǎng)球的碰撞信息判定用戶發(fā)球成功時(shí)啟動(dòng)網(wǎng)球發(fā)球機(jī)器人發(fā)球，所述模擬對戰(zhàn)模式配置為利用所述用戶定位裝置檢測的信息和智能球拍與網(wǎng)球的碰撞信息實(shí)時(shí)調(diào)整網(wǎng)球發(fā)球的單球參數(shù)和組合參數(shù)。

35、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的網(wǎng)球發(fā)球系統(tǒng)，所述智能球拍包括球拍本體、橡膠套和檢測模組，其中，所述球拍本體中的拍柄末端通過所述橡膠套固定有所述檢測模組，所述檢測模組中設(shè)置有慣性測量單元，所述慣性測量單元用于測量球拍本體的運(yùn)動(dòng)軌跡以及網(wǎng)球與球拍本體的碰撞信息。

36、根據(jù)本發(fā)明的上述具體實(shí)施方式可知，至少具有以下有益效果：本發(fā)明提供的網(wǎng)球發(fā)球機(jī)機(jī)器人通過設(shè)置自定義發(fā)球模式能夠使發(fā)球模式多樣化，滿足個(gè)性化需求，使交互更加直觀和簡單；通過擠球模組閉環(huán)控制，能夠提高網(wǎng)球落點(diǎn)的一致性和切換控制，提高發(fā)球套路；本發(fā)明通過設(shè)置機(jī)器人本體、用戶定位系統(tǒng)和智能球拍，并在機(jī)器人本體中設(shè)置自定義發(fā)球模式、回位跑動(dòng)模式、隨動(dòng)對戰(zhàn)模式、智步對比模式、智能球拍模式和模擬對戰(zhàn)模式，能夠提高網(wǎng)球發(fā)球機(jī)器人的能力和應(yīng)用場景；本發(fā)明通過設(shè)置艙門模組，能夠在故障發(fā)生時(shí)打開艙門，使得設(shè)備維護(hù)更加安全便捷。

37、應(yīng)了解的是，上述一般描述及以下具體實(shí)施方式僅為示例性及闡釋性的，其并不能限制本發(fā)明所欲主張的范圍。