一种防止球进入危险区域的保护装置及方法与流程

专利2022-05-10  2



1.本发明涉及智能设备技术领域,具体为一种防止球进入危险区域的保护系统及方法。


背景技术:

2.随着社会的发展以及非接触式检测技术、物联网技术不断发展壮大,智能设备被广泛应用,智能设备主要包括检测传感器、集成通信芯片、实时检测系统等。其中,非接触式测量是一种以光电、电磁等技术为基础,在不接触被测物体表面的情况下,获得物体参数信息的测量方法,目前常用的非接触测量方法包括激光三角法、电涡流法、超声测量法、机器视觉测量等。
3.例如,将智能设备应用于体育运动中,人们在参与体育运动时,通过智能设备使人们的健康和生命安全得到更高的保障。如将智能设备应用于体育运动棒球运动的触身球运动中,触身球是棒球运动中的一种竞赛战术,其虽以打击手安全区域为目标进行投掷,但在业余赛场或投手控球失误时,常常伴随着让打击手受伤、甚至威胁到生命安全的危险情况,所以在业余赛场或者训练练习中,防止触身球对打击手的健康、生命安全造成伤害是非常有必要的。但是,现有技术中,用于实现球防护的装置较少,因此,发明一种可防止球进入危险区域,保证人身健康和安全的防护装置,成为本领域人员亟待解决的问题。


技术实现要素:

4.针对现有技术中存在的用于防止球进入危险区域的防护装置较为缺乏,易对人身健康和安全造成伤害的问题,本发明提供了一种保护装置,其可对球的运行轨迹及落点进行准确判断,可防止球进入危险区域,从而可保障人身健康和安全。
5.为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一种防止球进入危险区域的保护装置,其特征在于,其包括雷达检测模块、控制单元、风机、通信模块,所述雷达检测模块、风机与所述控制单元连接,所述控制单元通过所述通信模块与外部终端通信连接,所述雷达检测模块用于检测所述球的位置信息;所述控制单元包括数据处理器,所述数据处理器用于对所述位置信息进行处理,获取所述球的运行轨迹及落点,并判断所述球是否会进入危险区域;所述风机用于将球推离所述危险区域。
6.其进一步特征在于,其还包括电源模块,所述电源模块与所述雷达检测模块、控制单元、风机连接,用于给所述雷达检测模块、控制单元、风机供电;所述控制单元包括模数转换器,所述模数转换器用于将模拟量的所述位置信息转换为数字信息;其还包括转速控制器、风向控制器,所述转速控制器、风向控制器安装于所述风机,并与所述风机、控制单元电连接,所述转速控制器用于控制所述风机的转速,所述风向控制器用于控制所述风机的风向;
所述外部终端为手机、平板或现场控制设备;所述控制单元还包括存储器,所述存储器用于存储所述危险区域的设定参数所述危险区域为人的颈部以上、头顶以下范围内;所述球为棒球。
7.一种防止球进入危险区域的方法,该方法应用了上述防护装置,其特征在于,所述方法包括:s1、检测所述球的实时位置信息,并发送给控制单元;s2、对所述位置信息进行处理,预测所述球的运行轨迹及落点位置;s3、判断所述落点位置是否会落入危险区域,若是,则控制所述风机高速运转,在所述风机的风力推动作用下将所述球推离所述危险区域;若否,则所述风机处于低转速状态。
8.其进一步特征在于,步骤s1中,通过所述雷达检测模块检测所述球的实时位置信息;步骤s2包括:s21、通过所述模数转换器将模拟的所述位置信息转换为数字信息;s22、通过所述数据处理器对所述数字信息进行处理,获取所述球的运行速度和运行方向;s23、基于所述球的运行速度和运行方向,利用物体运动模型预测所述球的运行轨迹和落点位置;步骤s3中,将所述落点位置的坐标值与所述危险区域的设定参数进行对比,判断所述落点位置是否在所述危险区域,s31、若是,所述控制单元控制所述风机高转速运转,在所述风机的风力推动作用下,将所述球推离所述危险区域;s32、若否,则所述风机处于低转速状态。
9.步骤s31中,所述控制单元控制所述转速控制器、风向控制器启动,所述转速控制器依据所述球的运行速度控制所述风机的转速,所述风向控制器根据所述球的运行方向控制所述风机的风向;所述高转速为30m/s~50m/s;所述低转速为5m/s~10m/s。
10.采用本发明上述结构及方法可以达到如下有益效果:1、将该保护装置放置于靠近运动员(打击手)的位置,通过雷达检测模块检测球的位置信息,通过数据处理器对位置信息进行分析处理,获取球的运行轨迹及落点,并判断球是否会进入危险区域,若是,则发送信号给控制单元,控制单元控制风机启动,风机将球推离危险区域,从而防止了球进入危险区域,确保了运动员的人身健康和安全。通过雷达检测模块检测球的位置信息,通过数据处理器对球的位置信息进行分析处理,预测棒球的运行轨迹及落点,相比于现有的运动员主观判断球的位置并进行防御的方式,雷达检测模块、数据处理器不易受主观能动性影响,因此对球的运行轨迹及落点判断更为准确,更有利于确保运动员的人身健康和安全。
11.2、本技术方法中,球的运行速度和运行方向根据球的实时位置信息计算获得,球的运行轨迹和落点位置,基于物体运动模型算法,并依据球的运行速度和运行方向计算获得,进一步提高了运行轨迹及落点位置判断的准确性。
12.3、本技术保护装置包含有转速控制器、风向控制器,转速控制器依据球的运行速度控制风机的转速,风向控制器根据球的运行方向控制风机的风向,当预测到球的落点位
置在危险区域时,控制单元可依据球的运行速度、运行方向信息控制转速控制器、风向控制器对风机的转速、风向进行调整,确保风机能够与球的运行方向对应,并确保风机有足够的风力推动球反向运行,从而进一步防止了球进入危险区域,进一步确保了运动员的人身健康和安全。
附图说明
13.图1为本发明保护装置的系统结构框图;图2为本发明防止球进入危险区域的方法流程图。
具体实施方式
14.见图1、图2,一种防止球进入危险区域的保护装置,其包括雷达检测模块1、控制单元2、风机3、通信模块4、电源模块5、转速控制器6、风向控制器7,雷达检测模块1、风机3、转速控制器6、风向控制器7与控制单元2连接,电源模块与雷达检测模块1、控制单元2、转速控制器6、风向控制器7连接,用于给雷达检测模块1、控制单元2、转速控制器6、风向控制器7供电;本实施例中电源模块包括电源适配器(接口转换器)、电压调节器,电源模块的输入电压为220v,输出电压24v,通过电压调节器对电源适配器的输出电压进行升压、降压处理,使各个模块单元得到对应的工作电压,此外,强力风机使用220v电源单独供电。
15.控制单元2通过通信模块4与外部终端9通信连接,雷达检测模块1用于检测球的位置信息,雷达检测模块1通过雷达发射一组高频电磁波,在接收到棒球反射回来的回波后进行放大、滤波及信号处理,得到相应的空间位置数据;控制单元2包括数据处理器21、模数转换器22、存储器23,数据处理器21用于对位置信息进行处理,获取球的运行轨迹及落点,并判断球是否会进入危险区域;模数转换器22用于将模拟量的位置信息转换为数字信息;存储器23用于存储危险区域的设定参数。
16.风机3用于反向推动进入危险区域的球;转速控制器6、风向控制器7安装于风机3,并与风机3、控制单元2电连接,转速控制器6用于控制风机3的转速,风向控制器7用于控制风机3的风向;本实施例中外部终端9为现有的现场控制设备。本实施例中危险区域为人的颈部以上、头顶以下范围内,危险区域预先存储于控制单元2的存储器23中,危险区域可以根据实际情况灵活设定,也可将腹部范围和/或颈部以上头顶以下范围设定为危险区域。根据外部终端设备的输入,通过通信模块9将设定的危险区域参数传送给控制单元,当棒球进入危险区域时,控制单元通过通信模块9向外部终端设备发送危险球及危险区域信息(包括球的运行轨迹及落点位置信息),外部终端设备为可视化设备,监测者通过外部终端设备还可查看到球的运行轨迹及落点位置信息。
17.将上述保护装置应用于棒球运动的触身球防护中,运动员包括投球的投球手、打球的打击手以及捕球的捕手,将保护装置放置或固定于打击手与捕手之间后方位置,并靠近打击手。
18.一种应用上述防护装置防止触身球进入危险区域(人体颈部以上、头顶以下范围)的方法,该方法包括:s1、通过雷达检测模块检测球的实时位置信息,获取棒球飞行过程中至少五个空间坐标点的坐标,并发送给控制单元,本实施例中采集十个空间坐标点的坐标,空间坐标点包括棒球的初始点(球起飞瞬间的坐标点)、过程点(球飞行过程中的坐标点)。
19.s2、对位置信息进行处理,预测球的运行轨迹及落点位置,具体包括:s21、通过模数转换器将模拟的位置信息转换为数字信息,即通过模数转换器将雷达检测模块传送过来的数据进行采样、量化、编码、转换等,获取数字信息。
20.s22、通过数据处理器对数字信息进行处理,根据不同的实时位置信息(实时位置信息即空间坐标点的坐标信息)得到棒球的速度、方向,数据处理器中设置有ransac算法、最小二乘算法,采用ransac算法对棒球飞行过程中的空间坐标点信息进行处理,通过ransac算法拟合、采样,滤除掉干扰点(误差点),获取采样空间坐标值,再利用最小二乘算法对采样空间点坐标值进行拟合、求导,获取棒球飞行过程中的采集数据中间点的空间坐标值、运行速度、方向。
21.s23、将s22中获取的采样数据中间点的空间坐标值、运行速度、方向作为物体运动模型算法的初始位置值、初始速度值,并利用物体运动模型算法预测球的运行轨迹和落点位置;s3、将落点位置的坐标值与危险区域的设定参数进行对比,判断落点位置是否在危险区域,s31、若是,则发送信号给控制单元,控制单元控制风机由低转速运转转为高转速运转,控制单元控制转速控制器、风向控制器启动,转速控制器依据球的运行速度,根据控制单元选择的转速大小进行风机转速控制,风向控制器依据球的运行方向,根据控制单元选择的风向角度进行风机的风向角度控制,在风机的风力推动作用下,将球推离危险区域(或给球一定的阻力,减小球飞来时对运动员的冲击力),从而防止了球进入危险区域,确保了运动员的人身健康和安全,本实施例中高转速为30m/s~50m/s;s32、若否,则风机处于低转速状态,本实施例中低转速为5m/s~10m/s。
22.目前还没有针对棒球运动中一些危险触身球的保护装置,在业余比赛或训练练习中使用该装置及上述方法,可以有效地减少打击手身体受伤的事故。运动员包括投球的投球手、打球的打击手以及捕球的捕手,球场中投手板到打击手的距离大概为18米,到捕手的距离大概为20米,将保护装置放置或固定于打击手与捕手之间的位置,并靠近打击手,投球手投球后球速一般为140km/h~150 km/h,按上述18米距离计算,棒球起飞到降落的时间为400ms~500ms,因此该保护装置有足够的时间对棒球的运行速度、方向以及落点位置进行计算响应,起到有效保护投球手安全的作用。采用本技术保护装置及防止触身球进入危险区域方法,有如下优点:(1)减少打击手受伤事故,提高生命安全;本设备通过雷达检测球的位置信息,通过位置信息可以预测棒球的运行轨迹,当棒球的落点位置在危险区域时,通过强力风机将棒球推离危险区域,防止棒球进入危险区域形成致人受伤、威胁生命安全的触身球,提高打击手的安全保障。(2)非接触式检测技术减少了对运动员竞技状态的影响;本设备使用非接触式的雷达检测模块进行检测,实现了检测范围内实时、高精度的棒球位置检测,使运动员可以在无干扰的状态下进行竞技比赛。(3)本技术保护装置可与其他设备形成硬件系统,适用性高,本设备可通过通信模块与外部终端设备进行通信,可与外部终端设备形成多种硬件系统,比如检测

保护

裁判系统、检测

保护

记录系统等,即通过本技术保护装置及方法,可以判断球的具体落点位置,并对球的运行轨迹、落点位置进行存储记录,因此具有较高的适用性。
23.以上的仅是本技术的优选实施方式,本发明不限于以上实施例。可以理解,本领域技术人员在不脱离发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化,均应
认为包含在发明的保护范围之内。
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