[发明专利]数字化智能篮球

说明书

技术领域

本发明属于电子化运动器械技术领域，具体涉及一种能为用户提供全面、准确、严谨的训练数据的数字化智能篮球。

背景技术

投篮是篮球运动中最重要的基本技术，投篮命中率与投篮距离，投篮角度以及篮球后旋圈数密切相关。其投篮理论如下：在投篮时，主要考虑球的飞行弧度，即出射角(出手角度)和入射角的问题，以及球在旋转中发生的同篮筐碰撞的问题。篮球的投射角越大，球的飞行弧度就越高，入射角就越大，入射截面越大。投篮的命中率也就越高。篮球的直径为d，篮圈直径为D，投篮的最小入射角θ等于篮球直径与篮圈直径之比的反正切函数，即：投篮距离越远，球出手的速度则应越大，投篮距离x同投射角α，入射角β，出手点高度(出球高度Δh与身高H之和)有密切关系，得到公式：

可穿戴智能硬件的发展正处在起步阶段，一些公司已经相继推出了一些可穿戴产品，如智能手环、智能手表等。这些产品大多是与运动健康相关的，它们大多使用加速度传感器获取使用者的运动状态，帮助使用者记录运动数据，其硬件结构和算法也相对简单。但是在智能篮球领域，涉及到的算法更加复杂，对传感器体积和性能的要求也更高。此技术目前国内尚属空白，还没有其他机构进行相关产品技术的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数字化智能篮球，通过将传感器芯片植入篮球，测量球的旋转、加速等运动状态，继而为用户提供更全面、准确、严谨的训练数据，并通过手机App实时的语音和图像来指导和纠正用户的投篮等动作。同时实现将个人篮球训练数据与游戏体验、网络平台进行互动，增强篮球运动的娱乐性和趣味性，极大提高用户参与篮球运动的兴趣。

一种数字化智能篮球，包括篮球，设置于篮球体内的传感器以及手机客户端和云端数据库；

所述传感器内设有微控制单元，微控制单元分别与三轴陀螺仪，三轴磁力计，三轴加速度计，电源，复位电路，蓝牙模块相连；

所述微控制单元的输出端通过蓝牙模块将数据传输给手机客户端，手机客户端在进行实时解算分析后，通过Internet将用户的历史数据保存到云端数据库中。

所述传感器设有软件模块，包括数据采集模块，数据传输模块，供电与复位模块以及数据整合模块。

所述手机客户端设有蓝牙数据接收模块，运动分析模块，UI显示模块，数据读写模块，数据同步模块。

所述蓝牙数据接收模块，使用蓝牙低功耗技术接收来自于传感电路的数据，并解包放入对应的数据对象中。

所述运动分析模块，使用姿态解算技术，得到用户在进行投篮、运球和传球时的关键参数，分析并给出用户具体动作的评估结果。

所述UI显示模块，使用图形、图表和声音等方式将篮球运动的信息直观的显示给用户。

所述数据读写模块，储存篮球运动数据信息到本地数据库，便于用户查看历史信息。

所述数据同步模块，利用移动互联网技术，将用户数据通过网络上传到云端，在不同设备进行数据同步，同时还可通过云端对用户大量数据的分析，为用户设计个性化的训练计划及建议。

本发明的有益效果：

本发明通过三轴陀螺仪，三轴磁力计和三轴加速度计对运动载体进行实时姿态解算。根据篮球运动过程中篮球的线性加速度和角速度变化，计算篮球的姿态信息。相比于对飞行器的姿态解算，篮球飞行过程中的时间更短，球的角速度变化更快，为了保证姿态解算的精确性，在保证采样率的情况下，选用四元数法来进行球的姿态解算。

本发明对采集到的数据进行滤波去噪，并获取特征值。然后将特征值进行模式识别运算以确定用户使用篮球时的运动状态，如持球、投球、运球、传球等。

当用户使用篮球时的运动状态得以确认，本发明通过对采集到的用户原始数据进行拆解，对出手时刻球的运动状态进行离散积分，得到球的加速度方向，从而计算出用户的投篮角度精确至±2°。用类似的算法，计算出投篮时篮球的回旋角度精确至±1.7％，运球时的频率，力度等数据。

附图说明

图1为本发明数字化智能篮球总体结构示意图。

图2为传感器硬件结构示意图。

图3为传感器软件示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

一种数字化智能篮球，如图1-3所示，包括篮球，设置于篮球体内的传感器以及手机客户端和云端数据库；

所述传感器内设有微控制单元，微控制单元分别与三轴陀螺仪，三轴磁力计，三轴加速度计，电源，复位电路，蓝牙模块相连；