一种体育教学用运球投篮训练系统

本发明涉及篮球训练技术领域，特别涉及一种体育教学用运球投篮训练系统。

背景技术：

篮球运动是围绕篮球而展开集体攻守对抗，其活动是围绕如何激励人们将篮球更快、更准、更多的投入高空篮筐和破坏对手投入高空篮筐中而展开的，篮球运动有助于强身健体，经常参加篮球运动可以有效的增强心脏功能，打篮球还可以增强体内营养物质的消耗，使整个肌体的代谢能力增强，进而提高食欲，同时打篮球还能有效的预防心血管疾病，篮球既能作为锻炼身体的手段又能作为竞技比赛项目，篮球作为竞技比赛项目需要比赛者懂得基本的战术技巧，如投篮、防守、进攻、运球、位置等技巧，每种战术技巧都需要大量的训练才能保证效果，但是现有技术中在进行运球投篮训练时一般采用单独训练的方式，由指导教师单独训练投篮技巧或者单独训练运球技巧，但是往往训练者在单独某一项训练时表现良好但是到实际对战时就会忘记各种技巧，甚至不清楚自己在对战过程中存在的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种适用于在正式篮球对战中对训练者投篮和运球的数据进行采集，并对该数据进行分析确定该训练者最佳的投篮和运球姿势，并根据该分析结果制定改进计划的体育教学用运球投篮训练系统。

本发明的技术方案是：

一种体育教学用运球投篮训练系统，包括：

动作信息采集子系统，采集训练者在训练时的位置和轨迹数据、采集训练者在训练时各个运动关节的线速度和角速度数据、采集训练者在训练时的弹跳力度；

篮筐信息采集模块，采集篮球入网时的角度、角速度和力度数据；

数据接收模块，用于接收所述动作信息采集子系统、所述篮筐信息采集模块采集的数据；

数据调取模块，用于调取每次投篮成功时所述篮筐信息采集模块采集的篮球入网时的角度、角速度和力度数据；还用于调取在该次投篮过程中所述动作信息采集子系统采集到的训练者的位置数据、训练者各个运动关节的线速度和角速度数据、训练者的弹跳力度数据；

数据分析模块，用于分析所述数据调取模块调取的每次投篮成功时的数据，分析每次投篮成功时所述篮筐信息采集模块采集的数据并根据大量数据来确定篮球的最佳入网角度、角速度以及力度，该状态为篮球的最佳入网状态，并调取所述数据调取模块调取的篮球以最佳入网状态入网时所述动作信息采集子系统采集的位置和轨迹数据、各个运动关节的线速度、角速度以及投篮运球移动轨迹数据；

计划制定模块，用于根据所述数据分析模块分析的篮球以最佳入网状态入网时各个运动关节的线速度、角速度以及投篮运球移动轨迹数据来制定针对该训练者的专属训练计划。

进一步地，动作信息采集子系统包括：

位置信息采集模块，采集训练者在训练时的位置信息；

速度采集模块，采集训练者运动时的速度；

加速度采集模块，用于采集训练者运动时的加速度数据；

关节信息采集模块，采集训练者在训练时各个运动关节的线速度和角速度数据；

脚部信息采集装置，采集训练者在训练时的弹跳力度。

进一步地，所述位置信息采集模块为gps定位模块，设于训练服上用于采集训练者在训练时的位置信息；所述速度采集模块包括多个速度传感器，多个速度传感器均布在训练服上用于采集训练者的速度；所述加速度采集模块包括多个加速度传感器均布在训练服上用于训练者的加速度。

进一步地，关节信息采集模块包括：

多个惯性传感器，多个惯性传感器作为一个多轴加速器；

多个辅助惯性传感器，多个辅助惯性传感器补充来自所述多个惯性传感器的数据，使得来自多个惯性传感器和多个辅助惯性传感器的数据足以获得六个相对线速度和角速度；

其中，每个惯性传感器和每个辅助惯性传感器为一对，成对的惯性传感器和辅助惯性传感器分别设置在护腕、护肘、腰带、护膝以及护踝上，分别用于采集训练者在训练时腕部的、肘部的、腰部的、膝部的以及踝部的线速度和角速度数据。

进一步地，脚部信息采集装置包括：

篮球鞋垫，为中空的壳体结构铺在篮球鞋内部；

多个弹簧，均布在所述中空的篮球鞋垫内部；

多个钢珠，每个钢珠均固定在一个所述弹簧的下端，并且弹簧的上端固定在所述篮球鞋垫顶端；

多个压力传感器ii，每个压力传感器ii均位于一个所述钢珠的下方同时固定在所述篮球鞋垫底端，每个压力传感器ii均用于采集训练者在训练时的弹跳力度。

进一步地，篮筐信息采集模块包括角度传感器、角速度传感器以及压力传感器i；篮筐信息采集模块设置在采集装置上，采集装置包括支撑座，位于篮网下方，所述压力传感器i设置在支撑座上表面用于采集篮球入网时的力度；多个弧形支架，沿周向铰接在所述支撑座的四周，所述压力传感器i还设置在弧形支架的侧壁上用于采集篮球入网时击打弧形支架的力度；所述角度传感器和角速度传感器设于弧形支架与支撑座铰接的位置用于采集篮球入网时的角度和角速度。

进一步地，支撑座通过移动机构与篮球架连接，所述移动机构

包括：

第一电动推杆，其外壳体固定在篮球架上，其伸缩端横向延伸并且固定有圆筒；

第二电动推杆，其外壳体固定在所述圆筒内其伸缩端纵向延伸并且与所述支撑座固定连接，第二电动推杆推动所述多个弧形支架罩设在篮网四周或者远离篮网四周。

进一步地，还包括训练模拟模块，用于模拟所述数据分析模块分析的篮球以最佳入网状态入网时训练者的运动图像。

进一步地，还包括显示模块，显示模块用于显示所述数据调取模块统计的数据，用于显示所述数据分析模块分析的结果，用于显示所述训练模拟模块模拟的训练者的运动情况，用于显示所述计划制定模块制定的计划。

本发明的有益效果：

1、本发明提供的一种体育教学用运球投篮训练系统，能根据训练者的自身情况来制定符合该训练者的专属训练计划，训练者在投篮时会利用篮筐信息采集模块采集篮球入网时的数据，根据每次投篮成功时篮筐信息采集模块采集的大量数据来确定篮球的最佳入网角度、角速度以及力度，通过篮筐信息采集模块来确定篮球的最佳入网状态，同时调取篮球最佳入网状态所对应的各个运动关节的线速度和角速度数据，通过多组数据分析出篮球以最佳状态入网时训练者各个关节的最佳运动数据、训练者的最佳运动轨迹以及训练者的最佳弹跳力度，通过数据分析能确定适合该训练者的最佳投篮姿势、最佳运动轨迹以及最佳弹跳力度，训练者通过该数据进行适应性训练。

2、本发明提供的一种体育教学用运球投篮训练系统，利用篮筐信息采集模块采集篮球入网时的角度、角速度和力度数据，篮筐信息采集模块设置在采集装置上，采集装置包括多个弧形支架，在每个弧形支架的侧壁上均设有多个压力传感器i，当篮球入网时会沿某一方向入网，当以该方向入网时会击打到任意一个弧形支架，篮球击打到弧形支架的侧壁上设有的压力传感器i时，压力传感器i会检测到篮球的击打力度，篮球击打到弧形支架时，弧形支架会绕支撑座转动，这时弧形支架与支撑座铰接的位置设有的角度传感器i和角速度传感器就能检测到弧形支架转动的角度和角速度，通过压力传感器i检测到的力度、角度传感器i检测的角度、以及角速度传感器检测的角速度能模拟出该篮球的此次入网的状态，通过多次入网的数据来分析确定篮球的最佳入网状态。

3、本发明提供的一种体育教学用运球投篮训练系统，利用脚部信息采集装置采集训练者在训练时的弹跳力度，由于脚部的弹跳幅度变化较小，所以本发明将多个弹簧布设在中空的篮球鞋垫内部，利用弹簧来增大脚部的弹跳幅度，脚部的弹跳幅度增大以后钢珠向下压动压力传感器ii的力度变化数据就增大，这时压力传感器ii检测到的压力数值的变化增大，进而能区分出每次投篮时脚部的弹跳力度，进而确定篮球以最佳入网状态入网时训练者的最佳弹跳力度。

4、本发明提供的一种体育教学用运球投篮训练系统，还包括计划制定模块，能根据篮球以最佳入网状态入网时各个运动关节的运动数据和篮球以最佳入网状态入网时，训练者在投篮运球时的移动轨迹来制定该训练者的专属训练计划。

5、本发明提供的一种体育教学用运球投篮训练系统，还包括显示模块，显示模块将每次投篮时所述篮筐信息采集模块采集的数据、该次投篮过程中动作信息采集子系统采集的数据显示在显示屏上，使训练者清楚的看到自己每次投篮时的数据；显示模块数据分析模块分析的结果；显示模块还显示训练模拟模块模拟的训练者的运动情况，将训练者的训练情况模拟出来，这样在训练结束后训练者回看训练模拟模块模拟的内容时能直观的看到自己动作存在的问题；显示模块还用于显示计划制定模块制定的计划，以便随时提醒训练者按计划完成训练。

附图说明

图1为本发明的整体控制框图。

图2为本发明动作信息采集子系统的控制框图。

图3为本发明关节信息采集模块的控制框图。

图4为本发明脚部信息采集装置的控制框图。

图5为本发明篮筐信息采集模块的控制框图。

图6为本发明采集装置的结构示意图。

图7为本发明脚部信息采集装置的结构示意图。

图8为本发明移动机构的结构示意图。

附图标记说明：

1、支撑座；2、弧形支架；3、弹簧；4、篮球鞋垫；5、钢珠；6、护腕；7、护肘；8、腰带；9、护膝；10、护踝；11、第一电动推杆；12、圆筒；13、第二电动推杆。

具体实施方式

下面结合附图1和附图3，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

实施例1：

如图1所示，本发明提供了一种体育教学用运球投篮训练系统，包括动作信息采集子系统，采集训练者在训练时的位置和轨迹数据、采集训练者在训练时各个运动关节的线速度和角速度数据、采集训练者在训练时的弹跳力度；篮筐信息采集模块，采集篮球入网时的角度、角速度和力度数据；数据接收模块，用于接收所述动作信息采集子系统、所述篮筐信息采集模块采集的数据；数据调取模块，用于调取每次投篮成功时所述篮筐信息采集模块采集的篮球入网时的角度、角速度和力度数据；还用于调取在该次投篮过程中所述动作信息采集子系统采集到的训练者的位置数据、训练者各个运动关节的线速度和角速度数据、训练者的弹跳力度数据；数据分析模块，用于分析所述数据调取模块调取的每次投篮成功时的数据，分析每次投篮成功时所述篮筐信息采集模块采集的数据并根据大量数据来确定篮球的最佳入网角度、角速度以及力度，该状态为篮球的最佳入网状态，并调取所述数据调取模块调取的篮球以最佳入网状态入网时所述动作信息采集子系统采集的位置和轨迹数据、各个运动关节的线速度、角速度以及投篮运球移动轨迹数据；计划制定模块，用于根据所述数据分析模块分析的篮球以最佳入网状态入网时各个运动关节的线速度、角速度以及投篮运球移动轨迹数据来制定针对该训练者的专属训练计划。

实施例2：

本实施例基于实施例1，如图2所示，所述动作信息采集子系统包括位置信息采集模块，采集训练者在训练时的位置信息；速度采集模块，采集训练者运动时的速度；加速度采集模块，用于采集训练者运动时的加速度数据；关节信息采集模块，采集训练者在训练时各个运动关节的线速度和角速度数据；脚部信息采集装置，采集训练者在训练时的弹跳力度。

其中，位置信息采集模块为gps定位模块，设于训练服上用于采集训练者在训练时的位置信息；所述速度采集模块包括多个速度传感器，多个速度传感器均布在训练服上用于采集训练者的速度；所述加速度采集模块包括多个加速度传感器均布在训练服上用于训练者的加速度。

其中，如图3所示，关节信息采集模块包括多个惯性传感器，多个惯性传感器作为一个多轴加速器；多个辅助惯性传感器，多个辅助惯性传感器补充来自所述多个惯性传感器的数据，使得来自多个惯性传感器和多个辅助惯性传感器的数据足以获得六个相对线速度和角速度；其中，每个惯性传感器和每个辅助惯性传感器为一对，成对的惯性传感器和辅助惯性传感器分别设置在护腕6、护肘7、腰带8、护膝9以及护踝10上，分别用于采集训练者在训练时腕部的、肘部的、腰部的、膝部的以及踝部的线速度和角速度数据。

其中，如图4和图7所示，脚部信息采集装置包括篮球鞋垫，为中空的壳体结构铺在篮球鞋内部；多个弹簧3，均布在所述中空的篮球鞋垫4内部；多个钢珠5，每个钢珠5均固定在一个所述弹簧3的下端，并且弹簧3的上端固定在所述篮球鞋垫4顶端；

多个压力传感器ii，每个压力传感器ii均位于一个所述钢珠5的下方同时固定在所述篮球鞋垫4底端，每个压力传感器ii均用于采集训练者在训练时的弹跳力度。

实施例3：

本实施例基于实施例1，如图5和图6所示篮筐信息采集模块包括角度传感器、角速度传感器以及压力传感器i；篮筐信息采集模块设置在采集装置上，采集装置包括支撑座1，位于篮网下方，所述压力传感器i设置在支撑座1上表面用于采集篮球入网时的力度；多个弧形支架2，沿周向铰接在所述支撑座1的四周，所述压力传感器i还设置在弧形支架2的侧壁上用于采集篮球入网时击打弧形支架2的力度；所述角度传感器和角速度传感器设于弧形支架2与支撑座1铰接的位置用于采集篮球入网时的角度和角速度。

其中，如图5所示，支撑座1通过移动机构与篮球架连接，移动机构包括第一电动推杆11，其外壳体固定在篮球架上，其伸缩端横向延伸并且固定有圆筒12；第二电动推杆13，其外壳体固定在所述圆筒12内其伸缩端纵向延伸并且与所述支撑座1固定连接，第二电动推杆13推动所述多个弧形支架2罩设在篮网四周或者远离篮网四周。

实施例4：

本实施例基于实施例1，还包括训练模拟模块，用于模拟所述数据分析模块分析的篮球以最佳入网状态入网时训练者的运动图像。

还包括显示模块，显示模块用于显示所述数据调取模块统计的数据，用于显示所述数据分析模块分析的结果，用于显示所述训练模拟模块模拟的训练者的运动情况，用于显示所述计划制定模块制定的计划。

本发明的工作原理：

本发明在正式的篮球对战中对训练者投篮和运球的数据进行采集，利用位置信息采集模块采集训练者在训练时的位置信息，将gps定位系统设置在训练者的训练服上，训练者在跑动时能利用gps定位系统随时监测到训练者的位置信息，这时训练者在训练场上的跑动轨迹得到记录，同时在训练者训练服上还设有多个加速度传感器用于采集训练者的加速度信息和姿态角度变化信息，在训练者训练服上还设有多个速度传感器用于采集训练者的速度变化信息，这样训练者在跑动时的轨迹、速度、加速度数据都能采集到；

同时训练者在进行投篮时需要身体各个关节的配合才能达到最佳的投篮姿势，所以记录训练者投篮姿势是否准确是至关重要的，本发明利用关节信息采集模块采集各个运动关节的线速度和角速度数据，具体采集时一个惯性传感器和一个辅助惯性传感器成对设置在训练者的腕部、肘部、腰部、膝部以及踝部，每个惯性传感器作为一个多轴加速器，每个辅助惯性传感器补充来自所述多个惯性传感器的数据，使得来自多个惯性传感器和多个辅助惯性传感器的数据足以获得六个相对线速度和角速度，利用运动数据采集模块采集训练者在每次投篮时各个关节的信息，通过各个关节的数据来分析训练者的投篮姿势。

训练者在投篮时弹跳力度的测量也是至关重要的，本发明利用脚部信息采集装置采集训练者的弹跳力度，在弹跳时脚部会下压弹簧，弹簧会下压钢珠，钢珠会向下压动压力传感器ii，这时通过压力传感器ii的数值就能得到训练者的弹跳力度，通过弹跳力度还分析训练者在投篮时的弹跳状态。

训练者的数据采集完成后，利用篮筐信息采集模块采集篮球入网时数据，采集篮球入网时的角度、角速度和力度数据，篮筐信息采集模块设有多个弧形支架，在每个弧形支架2的侧壁上均设有多个压力传感器i，当篮球入网时会沿某一方向入网，当以该方向入网时会击打到任意一个弧形支架2，篮球击打到弧形支架2的侧壁上设有的压力传感器i时，压力传感器i会检测到篮球的击打力度，篮球击打到弧形支架2时，弧形支架2会绕支撑座1转动，这时弧形支架2与支撑座1铰接的位置设有的角度传感器i和角速度传感器就能检测到弧形支架2转动的角度和角速度，通过压力传感器i检测到的力度数据、角度传感器i检测的角度数据、以及角速度传感器检测的角速度数据。

当所有数据采集完后，我们能得到训练者在实际对战过程中的全部运动数据，所有的数据均通过数据接收模块接收，但我们重点分析的是每次投篮成功时，利用数据调取模块调取每次投篮成功时的数据，同时每次投篮的数据通过数据分析统计模块单独进行统计，这样每次投篮成功时的训练者的轨迹、训练者的跑动速度、训练者的跑动加速度、训练者各个关节的线速度和角速度数据、训练者的弹跳力度以及篮球入网时的角度、角速度和力度数据均单独统计出来，之后利用数据分析模块先分析多次投篮成功时的数据，并根据多次投篮成功时的数据确定篮球的最佳入网角度、角速度以及力度，该状态为篮球的最佳入网状态，篮球的最佳入网状态确定后，调取该最佳入网状态下动作信息采集子系统采集的各个运动关节的线速度和角速度数据，同时还调取位置信息采集模块采集的训练者投篮运球移动轨迹数据。

这时就能得到最佳入网状态下训练者各个关节的最佳运动参数，通过该运动参数来制定针对该训练者的专属训练计划，使其在训练时各个关节的尽量达到最佳状态，同时弹跳也达到最佳弹跳力度，尽量使篮球以最佳状态入网，来快速提高训练者的训练水平。

同时还利用训练模拟模块模拟所述数据分析模块分析的篮球以最佳入网状态入网时训练者的运动图像，这样训练者就能直观的看到最佳状态下，身体各个部分的动作来快读提高训练水平。

综上所述，本发明提供一种体育教学用运球投篮训练系统，适用于在正式篮球对战中对训练者投篮和运球的数据进行采集，并对该数据进行分析确定该训练者最佳的投篮和运球姿势，并根据该分析结果制定改进计划。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。