阅读说明：本技术 一种可检测飞行轨迹的智能排球 (Intelligent volleyball capable of detecting flight trajectory ) 是由 甄新喜 于 2020-04-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了训练设备技术技术领域的一种可检测飞行轨迹的智能排球,包括排球本体,排球本体的内侧面上粘贴有九轴传感器,九轴传感器电连接在数据输入输出模块上,数据输入输出模块包括运动数据采集模块和无线发射模块,数据采集模块为JY901模块,通过串口通信传送至STM32微控制器,STM32微控制器通过串口通信将数据信号传输给SP3485半双工收发器,SP3485半双工收发器将数据传送至无线发射模块无线发送,可用于模拟排球真实运动轨迹,方便将数据应用于训练,提高训练效果。(The invention discloses an intelligent volleyball capable of detecting flight trajectories, which belongs to the technical field of training equipment and comprises a volleyball body, wherein a nine-axis sensor is pasted on the inner side surface of the volleyball body and electrically connected to a data input and output module, the data input and output module comprises a motion data acquisition module and a wireless transmission module, the data acquisition module is a JY901 module and is transmitted to an STM32 microcontroller through serial port communication, the STM32 microcontroller transmits data signals to an SP3485 half-duplex transceiver through serial port communication, and the SP3485 half-duplex transceiver transmits the data to the wireless transmission module for wireless transmission, so that the intelligent volleyball can be used for simulating the real motion trajectories of the volleyball, the data can be conveniently applied to training, and the training effect.)

一种可检测飞行轨迹的智能排球

技术领域

本发明涉及训练设备技术领域，具体为一种可检测飞行轨迹的智能排球。

背景技术

排球类的运动非常普及，中国女排赛场的表现，在中国更是家喻户晓，人人称赞，现有排球运动训练中，都是采用一种常规的训练方式，通过人眼识别排球的运动方向和感应其运动轨迹，通过人长期训练的经验来接球，但是人眼的预判存在延迟和经验不足的可能，因此在训练到达一定程度的时候，对运动员的水平很难提高，比如排球可能会因为发球人员的臂力或者说发球时所用力大小和方向的关系，产生不同的运动轨迹，这时运动员就需要通过平时训练积累的反应方式来接球，很多时候会造成球已经落地了，你的反应速度还是慢了很多，为了训练这种反应速度，也许你需要很久的训练而不得其道，不能很快的达到训练效果。

基于此，本发明设计了一种可检测飞行轨迹的智能排球，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可检测飞行轨迹的智能排球，以解决上述背景技术中提出的现有的训练效果直观化低，数据分析能力差，不能起到快速提高训练效果的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可检测飞行轨迹的智能排球，包括排球本体，所述排球本体的内侧面上粘贴有九轴传感器，所述九轴传感器电连接在数据输入输出模块上，所述数据输入输出模块包括运动数据采集模块和无线发射模块，所述数据采集模块为JY901模块，通过串口通信传送至STM32微控制器，STM32微控制器通过串口通信将数据信号传输给SP3485半双工收发器，SP3485半双工收发器将数据传送至无线发射模块无线发送。

作为本发明的进一步方案，所述SP3485半双工收发器将数据传送至串口转无线发送到计算机上，通过计算机上的动作捕捉软件系统计算分析数据并且通过数据模拟驱动排球模型运动。通过无线传输可以使得信号可以在空气中通过电磁波传播，使得对排球的运动阻碍小。

作为本发明的进一步方案，所述九轴传感器通过直流电源供电，且所述直流电源设置在九轴传感器内。采用直流电源供电使得供电信号稳定，最大限度的减小对排球运动的影响。

作为本发明的进一步方案，所述内侧面上设置至少六处九轴传感器，且六处位置分别为以排球的质心为原点，其X、Y、Z轴与内侧面的交点，采用多处对称的方式，可以提高检测精度且能尽量够降低对排球运动的影响，当然还可以采用质量补差法的计算，来改变排球的表面的质量，使得其质量和质心与原球体相同。

作为本发明的进一步方案，所述六处位置的九轴传感器均由JY901模块采集运动数据，然后通过串口通信传送至STM32微控制器，STM32微控制器与SP3485半双工收发器之间也通过串口进行通信，再将全部SP3485半双工收发器串联起来，并由最后一个SP3485半双工收发器将数据传送至串口转无线发送，这样可以使得信号传输更直接，保真好。

作为本发明的进一步方案，所述九轴传感器包括依次设置的三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴地磁计。这三种传感器融合方法稳定，便于计算，且市场上有多种这种九轴传感器，方便加工或者购买。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过九轴传感器采取排球的实时运动姿态图，运动姿态图的数据通过运动数据采集模块运算和传输，运再通过输入输出模块3上的无线发射模块输送给电脑,将实时运动姿态图输入到计算机的模型中，通过模型模拟，得到排球的运动轨迹，通过对排球运动轨迹的分析，来提高训练员的训练如(发球方式训练、反应训练和接球方式训练。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明总体结构示意图；

图2为本发明数据传输结构示意图；

图3为本发明捷联式惯性导航的基本原理框架示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-排球本体，2-九轴传感器，3-数据输入输出模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种可检测飞行轨迹的智能排球，包括排球本体1，排球本体1的内侧面上粘贴有九轴传感器2，九轴传感器2电连接在数据输入输出模块3上，数据输入输出模块包括运动数据采集模块和无线发射模块，数据采集模块为JY901模块，通过串口通信传送至STM32微控制器，STM32微控制器通过串口通信将数据信号传输给SP3485半双工收发器，SP3485半双工收发器将数据传送至无线发射模块无线发送。这里无线发射模块可以为蓝牙，通过九轴传感器采取排球的实时运动姿态图，运动姿态图的数据通过运动数据采集模块运算和传输，运再通过输入输出模块3上的无线发射模块输送给电脑,将实时运动姿态图输入到计算机的模型中，通过模型模拟，得到排球的运动轨迹，通过对排球运动轨迹的分析，来提高训练员的训练如(发球方式训练、反应训练和接球方式训练。

其中，SP3485半双工收发器将数据传送至串口转无线发送到计算机上，通过计算机上的动作捕捉软件系统计算分析数据并且通过数据模拟驱动排球模型运动。九轴传感器通过直流电源供电，且直流电源设置在九轴传感器内。内侧面上设置至少六处九轴传感器，且六处位置分别为以排球的质心为原点，其X、Y、Z轴与内侧面的交点，六处位置的九轴传感器均由JY901模块采集运动数据，然后通过串口通信传送至STM32微控制器，STM32微控制器与SP3485半双工收发器之间也通过串口进行通信，再将全部SP3485半双工收发器串联起来，并由最后一个SP3485半双工收发器将数据传送至串口转无线发送。

首先对排球场建立空间坐标系，通过捕捉九轴传感器的运动加速度、方位、倾斜角等参数，由于九轴传感器不受环境干扰影响，不怕遮挡，捕捉精确度高，采样频率可达每秒1000次或更高。因此可以实时捕捉排球的运动姿态数据，将所有的运动姿态数据汇集可用于模拟其空间运动轨迹。通过其运动轨迹对应算处其落入位置，来算处运动员应训练的动作和接球要领。

具体实现方式如下：

如图2所示。系统中，需要设计6个九轴传感器。所有九轴传感器均由JY901模块采集运动数据，然后通过串口通信传送至STM32微控制器，STM32微控制器与SP3485半双工收发器之间也通过串口进行通信，再将全部SP3485半双工收发器串联起来，并由最后一个SP3485半双工收发器将数据传送至串口转无线发送。图2中为了使原理说明更充分，将6九轴传感器全部串联在一起，实际上若单个九轴传感器，原理相同。当数据汇集及发送部分接收数据完成后，便通过无线保真方式将数据打包再经路由器发送至计算机。计算机上的动作捕捉软件系统调用程序获取数据，将采集到的节点数据和三维模型的相应节点进行绑定，并经过一系列融合计算后作为驱动数据来控制虚拟排球模型进行运动。在演示完成后可以保存运动数据，作为资料备份或提供给其它计算机图形软件使用。

另外动作捕捉软件系统可以通过以下算法实现对排球运动轨迹的分析运算：

1、捷联式惯性导航算法

捷联式惯性导航系统它的工作原理与平台式惯性导航系统颇为相似，但又有不同之处。捷联式惯性导航系统去掉了传统的实体平台，直接利用安装于机体上的加速度计及陀螺仪通过计算机数学平台来获取飞行排球的位置速度及姿态信息。动作捕捉系统利用数学平台，将传感器坐标系轴向加速度信息变换为地理坐标系绝对加速度，对加速度做二次积分得到位移信息。系统同时将陀螺仪测量的角速度减去地理坐标系中相对惯性空间的角速度，从而得到传感器坐标系相对地理坐标系的角速度。

由图3可知，加速度计和陀螺仪的原始数据经过误差补偿和修正之后可以得出四元数，由四元数可转化为由传感器坐标系到地理坐标系的方向余弦矩阵，得出绝对加速度，再经过二次积分，得到相关位置信息。由四元数还可转化为欧拉角，获取载体的姿态信息。将以上两部分合并输入三维模型软件进行融合，并加入运动学算法进行进一步处理，即可达到动作还原的目的。

2、运动学算法

虽然传感器采集的数据经过捷联式惯性导航算法的融合解算已经比较准确，但是由于九轴传感器粘贴在排球上的具体位置有可能会有轻微偏差，加之传感器本身测量数据的轻微误差会导致虚拟模型的运动姿态与真实表演者相比产生一定失真度，以及设计采取收集的运动数据，一些细节部位的运动数据并没有采集到，因此会使虚拟排球模型的运动显得僵硬。利用运动学算法对模型进行约束，将使排球的运动变得更加自然和逼真。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。