乒乓球vr模拟训练系统及设备及安全行为追踪优化方法与流程-k8凯发

本发明涉及传vr设备应用，具体为乒乓球vr模拟训练系统及设备及安全行为追踪优化方法。

背景技术：

1、随着虚拟科技的高速发展，vr虚拟技术已经很好进入了我们的生活，其无以伦比的沉浸感给人们带来不一样的视觉冲击盛宴，在文娱、游戏、景区导览、教育培训、运程协作、办公和直播等行业都有着不错的发展，特别是在教育培训中，有着很好的应用，技术行业的重点难点在于如何去亲自试验，其过程较为复杂难学，很多仪器过于精密，原材料过于昂贵，操作环境过于危险，部分需多人协作，这也是教学培训的难点；而vr实训教学可以完美解决这些问题，与真实操作逻辑基本一致的vr实训，效果远优于普的平面软件的操作和书本上理论式的学习，随着vr设备技术在各行各业的快速发展，人们已将其逐步应用到自己相关的行业中；为此申请人根据自身在行业需求设计制作出一种乒乓球vr模拟训练设备及安全行为追踪优化方法，通过对乒乓球在训练过程中的一些难点和痛点，发明出乒乓球vr模拟训练设备及安全行为追踪优化方法，解决传统乒乓球训练需要两人协助、对自身的一些数据无法清晰了解、训练过程中的不足只能通过教练或陪训人员提出、自己一人无法进行有效训练等难题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了乒乓球vr模拟训练系统及设备及安全行为追踪优化方法，通过设置底板，在底板左侧安装控制台，在制台上设置支架，在支架上安装触控显示屏、vr实时显示屏、桁架和自动卷线器，自动卷线器上安装数据线，数据线前端连接vr眼镜；在底板中部设置有感应地毯和可拆卸防护栏，在底板右侧安装连杆底座，连杆底座上安装多自由度连杆，多自由度连杆上安装感应圆环和传感乒乓球拍；设备的安全行为追踪优化方法为利用传感器多角度实时检测获取采集使用人员的训练运动情况，并采用改进的时序算法网络综合预测并分析使用者的生理状态和动作情况，为提高使用人员的训练提供数据分析和数据支撑，保障使用人员的运动安全。

2、为实现上述目的，本发明提供乒乓球vr模拟训练系统，包括生理数据分析处理模块、特征融合模块、运动状态检测模块、比例调节模块、vr控制系统、感应地毯、传感兵乒球拍和传感器数据监测装置；

3、所述感应地毯检测使用者的落脚点，当使用者落脚点超出设备安全范围时，系统会发出警报并停止运行；

4、所述传感兵乒球拍用于还原乒乓球拍的触感以及反馈运球数据；

5、所述传感器数据监测装置设置在vr眼镜内，用于收集与乒乓球vr模拟训练设备相关的生理参数数据集；

6、所述vr控制系统设置在控制台内，将感应地毯、传感兵乒球拍和传感器数据监测装置所得到的数据以及生理数据分析处理模块、特征融合模块、运动状态检测模块、比例调节模块反馈的数据进行处理，并且根据触控显示屏输入输出情况进行vr显示、设备暂停相关操作；

7、所述vr控制系统设置在控制台内，将感应地毯、传感兵乒球拍和传感器数据监测装置所得到的数据以及生理数据分析处理模块、特征融合模块、运动状态检测模块、比例调节模块反馈的数据进行处理，并且根据输入情况进行调整；

8、所述生理数据分析处理模块用于处理传感器数据监测装置得到的乒乓球vr模拟训练设备相关的生理参数数据；

9、所述特征融合模块用于将生理数据分析处理模块处理后的生理参数数据按类别进行融合；

10、所述运动状态检测模块用于预测并分析使用者的生理状态和动作情况，预测出当前使用者是否处于安全状态，以及使用者是否处于疲劳，如果处于非安全状态或者疲劳状态，会触发发安全机制进行保护；

11、所述比例调节模块用于综合预测并分析使用者的生理状态和动作情况，根据不同情况进行比列变换，考虑到该装置下的各个装置的尺寸、重量、运动范围，进而达到最优状态。

12、进一步，所述乒乓球vr模拟训练设备相关的生理参数数据包括心率、心律和呼吸频率数据。

13、本发明提供一种乒乓球vr模拟训练设备，包括有控制台、触控显示屏、vr实时显示屏、支架、桁架、自动卷线器、数据线、vr眼镜、传感乒乓球拍、多自由度连杆、连杆底座、底板、感应地毯、可拆卸防护栏和感应圆环，其特征在于：所述乒乓球vr模拟训练设备设置有长方形的底板，所述底板左侧安装有控制台，所述控制台上安装支架，所述支架靠底部安装触控显示屏，所述支架中部安装vr实时显示屏，所述支架顶部安装桁架，所述桁架前端安装自动卷线器，所述自动卷线器上安装数据线，所述数据线前端安装vr眼镜；所述底板中部安装有可拆卸防护栏，所述可拆卸防护栏内安装感应地毯；所述底板右侧安装连杆底座，所述连杆底座上安装多自由度连杆，所述多自由度连杆顶端安装感应圆环，所述感应圆环内放置感应乒乓球拍。

14、进一步的，所述乒乓球vr模拟训练设备设置有自动卷线器，所述自动卷线器设置结构有限位调节杆、限位柱、固定支撑杆、线槽辊、过线器和卷簧转轴，所述自动卷线器为线辊式结构，所述自动卷线器中部设置线槽辊，线槽辊外部的两线挡板之间安装固定支撑杆和过线器，所述线槽辊设置的卷簧转轴穿过侧面的线挡板后与限位调节杆相连接，所述限位调节杆一侧的线挡板上设置三组限位柱。

15、进一步的，所述乒乓球vr模拟训练设备设置有vr眼镜，所述vr眼镜设置结构有控制模块、橡胶软垫、绑带和护垫，所述vr眼镜前端设置控制模块，控制模块后侧设置橡胶软垫，所述控制模块两侧设置绑带连接到后端，所述绑带上设置护垫。

16、进一步的，所述乒乓球vr模拟训练设备设置有传感乒乓球拍，所述传感乒乓球拍上设置有乒乓球拍感应面板、握柄和无线接收装置。

17、进一步的，所述乒乓球vr模拟训练设备设置有多自由度连杆，所述多自由度连杆设置结构有伸缩杆、松紧调节杆、旋转轴、球形座杆、连接底座和感应圆环安装架，所述多自由度连杆底部设置连接底座，所述连接底座上安装球形座杆，所述球形座杆上依次连接三组松紧调节杆和伸缩杆，所述伸缩杆和松紧调节杆之间采用旋转轴连接，顶部的所述伸缩杆前端设置感应圆环安装架。

18、本发明提供一种乒乓球vr模拟训练设备的安全行为追踪优化方法为，具体优化步骤为：

19、步骤1、改进乒乓球vr模拟训练设备；

20、底部采用可拆卸护栏结构和感应地毯；顶部增加自动卷线器和数据线；传感兵乒球排根据乒乓球拍进行设计；保护结构增加多自由度连杆；

21、步骤2、传感器数据监测装置部署；采用云端存储系统设备收集与乒乓球vr模拟训练设备相关的生理参数数据集，包括心率、心律和呼吸频率数据；确保数据集包含足够的样本以代表不同的变量组合；

22、步骤3、模型设计与训练；系统获取设备的传感器序列数据后，采用svm算法网络和时序算法网络对数据进行模型训练，并给出了用序列最小优化和梯度下降法分别优化svm算法与时序算法网络的具体公式；其中模型训练与设计包含以下子步骤：

23、步骤3.1、确定svm算法的核函数、正则化参数等参数；

24、步骤3.2、确定时序算法的网络结构和激活函数、合理的学习率；

25、步骤3.3、损失函数和优化算法选择；

26、步骤3.4、模型训练；

27、步骤3.5、模型评估；

28、步骤3.6、模型保存和加载；

29、步骤4、改进时序算法网络构建；通过比列公式配合设备去检测使用者的运动状态；采用比列公式改进的时序算法网络综合预测并分析使用者的生理状态和动作情况，最终采用改进的时序算法网络公式完成了预测与保护工作。

30、作为本发明进一步改进，所述步骤3中的svm优化公式和时序算法网络优化公式表示为：

31、其中，svm优化公式表示为：

32、；

33、其中，c是惩罚系数，用于控制模型的复杂度，并提高vr使用者的使用体验和提醒效率；ai和yi分别表示决策函数中的参数和训练数据集中第i个样本的实际标签；aj和bj分别表示决策函数中的参数和训练数据集中第j个样本的特征向量；c´是拉格朗日乘子，在对使用者进行姿势、动作是否标准识别时，使得运算结果可靠度更高；m和n分别表示训练数据集中的样本数量；

34、其中，时序算法网络优化公式表示为；

35、；

36、其中，θt 1是表示第t 1次迭代中模型参数的值；θt是表示第t次迭代中模型参数的值；α表示学习率，学习率的高低则直接影响对设备使用者疲劳状态预测的准确率，用于控制每次迭代中参数更新的步长；j表示训练数据集中所有样本的预测误差之和，j的大小也会影响乒乓球vr安全机制触发的概率。

37、作为本发明进一步改进，所述步骤4中比列公式和改进后的时序算法网络公式表示为：

38、其中，比列公式表示为：

39、；

40、其中，表示自动卷线器和vr眼镜之间的间距比例；表示卷线器线路的长短；是一个算子，为了修正不合理的比值结果；、、分别表示自动卷线器的长、宽、高；、、分别表示vr眼镜的长、宽、高；

41、其中，改进后的时序算法网络公式表示为：

42、；

43、其中，θt 1是表示第t 1次迭代中模型参数的值；θt是表示第t次迭代中模型参数的值；α表示学习率，影响对设备使用者疲劳状态预测的准确率，用于控制每次迭代中参数更新的步长；表示自动卷线器和vr眼镜之间的间距比例，大小影响乒乓球vr安全机制触发的概率。

44、本发明提供乒乓球vr模拟训练系统及设备及安全行为追踪优化方法，通过设置底板，在底板左侧安装控制台，在制台上设置支架，在支架上安装触控显示屏、vr实时显示屏、桁架和自动卷线器，自动卷线器上安装数据线，数据线前端连接vr眼镜；在底板中部设置有感应地毯和可拆卸防护栏，在底板右侧安装连杆底座，连杆底座上安装多自由度连杆，多自由度连杆上安装感应圆环和传感乒乓球拍；设备的安全行为追踪优化方法为利用传感器多角度实时检测获取采集使用人员的训练运动情况的数据，并采用改进的时序算法网络综合预测并分析使用者的生理状态和动作情况；带来的好处是：

45、1、乒乓球vr模拟训练设备使用了感应地毯、感应圆环和感应乒乓球拍，能很好的捕捉使用人员在乒乓球训练过程中的姿势和运动动作，为设备获取有效的训练数据；

46、2、乒乓球vr模拟训练设备使用自动卷线器，能根据不同人员的使用需求合理释放和收缩数据线，避免使数据线对使用人员造成影响；

47、3、乒乓球vr模拟训练设备将传统vr手柄改造为乒乓球拍形结构，有利于乒乓球的训练使用；

48、4、乒乓球vr模拟训练设备的安全行为追踪优化方法利用传感器多角度实时检测获取采集使用人员的训练运动情况，并采用改进的时序算法网络综合预测并分析使用者的生理状态和动作情况，为提高使用人员的训练提供数据分析和数据支撑，保障使用人员的运动安全。