计算机智能控制技术在网球训练中的应用研究

引 言

目前，国内外现有网球发球机大部分没有智能控制功能， 部分国外先进的网球发球机虽有简单的智能控制，但不能进行人机互动 ；只能进行单一技战术训练和动作强化训练，也无法同步实现对训练对象的训练效果的反馈与评价；更不可能实现对某些高水平球员的技战术进行有效的针对性训练。这样的发球机对于高级水平网球选手的训练效果很不理想。随着科学技术的飞跃发展、不断创新，计算机智能控制技术在提高体育运动训练效果中，已显得愈发重要，计算机智能控制技术在体育运动训练中的应用，在二十一世纪已然成为不可分割的一部分。

本文研究的目的是应用最新的计算机技术，使用计算机与计算机的通讯，也就是上位机与下位机的通讯，从而达到网球发球机的可随机控制性和智能性，模拟出各世界级球员击球的技战术套路 ；再运用遥感测控技术对参训对象的击球效果进行及时的反馈与评价，从而提高网球运动的训练水平， 提升网球运动员的比赛能力。

1 新型智能网球发球机的开发原理

1.1 计算机技术与智能化体育设备的研制路线和系统组成

本研究的设计原则是使所研制的智能化体育设备具有科学性、先进性、智能性、完备性和实用性。该计算机技术与智能化体育设备的研制路线和系统组成如图 1 所示。

1.2 硬件设备

本系统在最初的设计原则中就确定了其必须考虑到既能适用于广大体育爱好者，又能保持其先进性，确保其能在较长的时间内不会因计算机硬件的发展而被淘汰。因此，我们在智能化体育设备（网球发球机）里面安装有一片微处理器芯片——单片机，也就是整个系统的下位机控制系统，通过这片单片机可分别控制网球发球机两个发球轮电机的转速、发球轮角度等，从而实现网球发球机的发球速度、频率、方向以及上旋和下旋等，同时采用双发球机联控技术可实现线路变化。在单片机的外围也可安装一些特殊传感器，通过传感器采集到的发球和击球信号传输给单片机，经单片机数据处理后再通过液晶显示器显示。单片机也可经RS 232 芯片与上位机也就是计算机进行通讯，即网球发球机控制系统与计算机进行通讯，实现数据交换，从而达到计算机控制的效果，实现人机互动及智能化。其工作过程如下：教练在系统上位机中设计训练规划，由计算机通讯把数据下载到网球发球机的控制系统单片机，网球发球机根据控制指令，以不同发球速度、线路、频率、方向以及上旋和下旋等发出一组（6 ～12 个）球， 球的落点、线路、旋转都是按照教练的训练规划执行的。图 2 所示是计算机智能化体育设备图。

1.3 软件系统 

此软件系统是以 Windows 系统作为平台，在此基础上搭 建 VB 软件操作界面，应用计算机串口通讯技术，实现了体育 设备（网球发球机）的高智能化。利用 VB 软件中的 mscomm 控件对下位机——网球发球机进行通讯，数据交换，在编程 之前，首先确定通讯协议。将网球发球机的发球速度、频率、 方向以及上旋和下旋等参数预先放置在计算机里，在训练过 程中通过在计算机中输入对应于训练要求的相对应指令，然 后将参数通过串口传输给网球发球机，使网球发球机处理计 算机传输过来的数据，发球机开始执行教练员的此次训练指 令，发球机将依次发出直线、斜线、底线球、浅球等不同的 线路，同时球也有上旋、下旋、左旋、右旋等不同的旋转和 节奏。软件系统的控制界面（即人机界面）操作非常简单，如 图 3、图 4 所示，图 3 是选择组数对话界面，教练员可以通过 鼠标点击若干个组号，每次鼠标点击组号时会弹出一个显示发 球机该组球的出球状态、节奏和线路的对话界面。如图 4 所示， 在图4界面里可以设计每一球的落点、上旋和下旋等技术参数， 被选中的组号自动按鼠标点击的顺序排列，最后点击发送框， 教练员的训练计划就传送到发球机的控制系统中，断开数据 连接线打开发球机的运行开关，发球机就会按照教练员的训 练计划将球依次发出。

根据不同的运动员进行针对性训练，每个运动员都有自 己的特点，利用计算机模拟网球场地，根据运动员的特长设 计训练计划，每组 6 ～ 12 个球，直线、斜线、底线球、浅球 等不同的线路和落点，同时球也有上旋、下旋、左旋、右旋 等不同的旋转和节奏，最多连续 32 组，组与组之间不同（也 可以相同）而且节奏有不规律变化。

2 计算机智能控制技术在网球训练中的应用

2.1 利用计算机智能控制技术，可以模拟出不同优秀球员的击球技战术特点和套路，使训练者对其进行针对性的适应训练

比赛是检验教学与训练效果的最佳方式，网球运动员需要长期参加很多次不同层次的比赛，才能丰富比赛的经验和提升比赛的能力。中国女子网球在短时间的异军突起，主要因素就是参加了大量国际性的网球比赛，在比赛中适应各球员不同的打发特点。但是参加大量的国际网球赛，需要大量的资金投入。利用计算机智能控制技术就可以实现对不同球员的模拟训练，从而达到节省比赛费用，提升网球运动员的比赛适应能力的目的。

首先对优秀运动员（例如费德勒、纳达尔等）在比赛中的击球进行视频解析，得出其击球的旋转转速和方向、飞行弧线、平移速度、落点、节奏频率等数据。将数据存储到计算机中， 使用操作系统对新型智能网球发球机发布指令，使其出球效果尽可能的接近真实的参照队员。这样运动员足不出户就能与世界优秀的网球运动员进行适应性训练和比赛。

2.2 通过计算机智能控制技术，可以实现人机互动，发挥教练员的主观能动性，对网球运动员进行有效的针对性训练

首先，教练员可以利用计算机，把多种训练方法、模式进行编程设计，然后对智能网球发球机发布指令，使其出球达到教练员的设计效果，对不同的运动员进行有针对性的强化训练，以达到弥补运动员的劣势技术，强化其优势技术的目的。

其次，教练员也可以即时遥控智能网球发球机，通过对键盘或遥控键的操控，根据队员场上的位置，对智能网球发球机发布指令，智能网球发球机就犹如一个高水平的网球运动员和队员在球场上对打，象“打电子游戏”一样，用教练员的意念对运动员进行训练和比赛。

3 结 语

综上所述，计算机智能控制技术在其它领域应用非常广泛。我们通过研究和借用计算机智能控制技术，把这项技术应用于网球训练中，可以模拟出不同优秀球员的击球技战术特点和套路，使训练者对其进行针对性的适应训练 ；可以实现人机互动，发挥教练员的主观能动性，对网球运动员进行有效的针对性训练 ；可以迅速计算出训练队员的击球速度、线路 和落点等技术参数，并及时反馈给教练员，从而实现对训练队 员进行及时、有效的评价和指导。 

所以计算机智能控制技术应用于网球训练中，将会大幅 提高网球训练水平和训练效率，为我国网球运动水平的提高做 出贡献。