陳澤宇

關(guān)鍵詞 ：行為 ;網(wǎng)球訓(xùn)練 ;輔助產(chǎn)品 ;設(shè)計

隨著我國社會經(jīng)濟發(fā)展，人民生活條件不斷改善，網(wǎng)球運動受到越來越多國民的關(guān)注和喜愛，在全國范圍內(nèi)掀起了一股網(wǎng)球熱潮，特別是在一二線城市得到迅速拓展，逐漸從貴族運動向大眾化方向發(fā)展 [1]。多球?qū)ｍ椌毩?xí)在網(wǎng)球訓(xùn)練中是一個長期且重要的培訓(xùn)項目，教練會通過給學(xué)員大量喂球，指導(dǎo)學(xué)員按特定方式將球擊回來提高學(xué)員的專項擊球技能。文章通過對網(wǎng)球多球?qū)ｍ椨?xùn)練場景中教練和學(xué)員的行為研究，從教練和學(xué)員的視角出發(fā)，分析訓(xùn)練過程中用戶的痛點和需求，最終設(shè)計出一款輔助網(wǎng)球訓(xùn)練的產(chǎn)品。

1 網(wǎng)球多球?qū)ｍ椨?xùn)練與行為分析

1.1 網(wǎng)球多球?qū)ｍ椨?xùn)練

網(wǎng)球訓(xùn)練由體能訓(xùn)練、技術(shù)訓(xùn)練、戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練、心理訓(xùn)練等方面構(gòu)成，是一個循序漸進的系統(tǒng)性訓(xùn)練過程，教練都會針對學(xué)員自身特點制定每一個階段的訓(xùn)練計劃。多球?qū)ｍ椨?xùn)練是網(wǎng)球訓(xùn)練中常用的一種培訓(xùn)方法，是利用多個球按照教練統(tǒng)一要求進行擊球的訓(xùn)練方法 [2]。無論是初學(xué)者還是職業(yè)的網(wǎng)球球員，多球?qū)ｍ椨?xùn)練都是一個長期且重要的訓(xùn)練項目。在訓(xùn)練中會用很多個球同時重復(fù)練習(xí)一個動作，球的數(shù)量一般會根據(jù)學(xué)員的具體情況設(shè)定在幾十到幾百的范圍之內(nèi) [3]。高強度的訓(xùn)練會消耗教練和學(xué)員較多體力，在單次訓(xùn)練結(jié)束后他們對撿球都持消極態(tài)度，除此之外，雖然在訓(xùn)練時教練會關(guān)注學(xué)員的每個擊球動作、球落點位置和擊球質(zhì)量等，但缺乏相關(guān)的輔助產(chǎn)品可以記錄訓(xùn)練數(shù)據(jù)，在學(xué)員訓(xùn)練完成之后缺乏有效的訓(xùn)練反饋，難以量化訓(xùn)練效果，學(xué)員較難從訓(xùn)練中獲得成就感，且教練制定教學(xué)計劃也是主要憑個人經(jīng)驗，因此訓(xùn)練計劃缺乏科學(xué)可靠的數(shù)據(jù)支撐。

1.2 網(wǎng)球多球?qū)ｍ椨?xùn)練行為分析

1.2.1 調(diào)研與數(shù)據(jù)分析

如表 1 所示，經(jīng)過多地的實地調(diào)研和數(shù)據(jù)統(tǒng)計得出，在進行網(wǎng)球多球?qū)ｍ椗嘤?xùn)時，一般一次訓(xùn)練的教學(xué)時長為 90—120 分鐘，教練一次會攜帶 100—200 個標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)球進行喂球訓(xùn)練。練習(xí)模式主要為教練站在學(xué)員同側(cè)或?qū)γ孢M行喂球，指導(dǎo)學(xué)員進行擊球和發(fā)球等專項練習(xí)。在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，用戶使用撿球設(shè)備進行撿球的情況很少，因為他們認(rèn)為現(xiàn)有撿球器的撿球效率較低，比不上人徒手撿球的速度。學(xué)員和教練在打完所有球之后會使用網(wǎng)球拍將球撥到一處，然后徒手將球撿起并堆在球拍上，堆滿后再將其放到網(wǎng)球籃中。這意味著學(xué)員和教練在完成緊張且高強度的訓(xùn)練任務(wù)后必須進行撿球工作，而不能得到及時的休息。通過對各調(diào)研場景中撿球時間、訓(xùn)練時間和休息時間進行統(tǒng)計分析，如圖1 所示，每次撿球大約會花費 5—10 分鐘，整場訓(xùn)練下來撿球用去的時間約占了整個訓(xùn)練時間的 23%，即會花費 20—27 分鐘在撿球這一工作上，從一定程度上影響了教練和學(xué)員的訓(xùn)練熱情。

筆者向珠三角地區(qū)的網(wǎng)球培訓(xùn)機構(gòu)教練和學(xué)員進行了問卷調(diào)查，以確定他們對網(wǎng)球訓(xùn)練中現(xiàn)有撿球形式的滿意度和訓(xùn)練結(jié)果數(shù)據(jù)可視化功能的期待程度，一共回收有效問卷 100 份。結(jié)果如圖 1 所示，有 78% 的用戶對撿球行為是持反感厭煩的態(tài)度，65% 的調(diào)查對象不滿意現(xiàn)有的撿球方式 ;絕大部分用戶表示在訓(xùn)練中一般通過網(wǎng)球的過網(wǎng)與否、落點位置、球速等情況來判斷訓(xùn)練效果和自身技能提高情況，有 81% 的用戶對于量化并給出訓(xùn)練數(shù)據(jù)報告的功能很感興趣，說明對于量化訓(xùn)練效果這個功能是有其實現(xiàn)價值的。

1.2.2 訓(xùn)練行為分析

通過對網(wǎng)球多球?qū)ｍ椨?xùn)練場景的行為觀察與分析總結(jié)，筆者將網(wǎng)球多球?qū)ｍ椨?xùn)練活動分為訓(xùn)練前準(zhǔn)備、專項訓(xùn)練、網(wǎng)球回收、休息和訓(xùn)練結(jié)束這五個階段，其中專項訓(xùn)練、網(wǎng)球回收和休息是一個循環(huán)往復(fù)的訓(xùn)練過程。這五個階段包含了多球?qū)ｍ椨?xùn)練活動從開始到結(jié)束的完整過程，便于對該場景下的用戶行為進行分析并挖掘其存在的痛點和設(shè)計機會點，如圖 2 所示。在網(wǎng)球訓(xùn)練前，教練需要了解學(xué)員的能力水平以制定相應(yīng)的訓(xùn)練計劃，此時如果能看到學(xué)員之前的訓(xùn)練數(shù)據(jù)將有助于更加科學(xué)地制定計劃 ;在訓(xùn)練過程中，撿球造成了教練和學(xué)員不必要的體力消耗又占用了很多時間，讓教練和球員不能得到及時且充分的休息，如果能實現(xiàn)機器自動化撿球，教練和學(xué)員將有更多的時間用于訓(xùn)練和體力恢復(fù) ;訓(xùn)練結(jié)束后，目前訓(xùn)練效果的好壞主要靠教練和學(xué)員的自身感覺和口頭交流的形式進行評判，缺乏說服力，對此可以通過產(chǎn)品為其提供真實可靠的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并反饋訓(xùn)練效果，以激勵學(xué)員。

2 基于行為研究的網(wǎng)球多球?qū)ｍ椨?xùn)練輔助產(chǎn)品的技術(shù)方案

針對在進行網(wǎng)球多球?qū)ｍ椨?xùn)練中出現(xiàn)的撿球困難和缺乏有效的教學(xué)反饋這兩個主要問題，筆者提出了一款能自動撿球并記錄訓(xùn)練數(shù)據(jù)的網(wǎng)球訓(xùn)練輔助產(chǎn)品，通過軟硬件結(jié)合的形式完善目前的網(wǎng)球培訓(xùn)體系。自動網(wǎng)球回收機器人作為方案的基礎(chǔ)核心，實現(xiàn)對網(wǎng)球的自動回收工作，同時通過手機端 APP 的方式將訓(xùn)練效果進行量化和可視化呈現(xiàn)。產(chǎn)品的功能實現(xiàn)主要涉及網(wǎng)球識別與機器人路徑規(guī)劃和網(wǎng)球落點記錄統(tǒng)計這兩個技術(shù)方案。

2.1 網(wǎng)球識別與機器人路徑規(guī)劃

設(shè)計主要采用了機器視覺和 UWB（Ultra-wideband）超寬帶定位技術(shù)實現(xiàn)對網(wǎng)球的識別和機器人路徑規(guī)劃。UWB 是一種短距離無線通訊定位技術(shù)，其具有實現(xiàn)簡單、數(shù)據(jù)傳輸速度快、功耗低、抗多徑能力強和定位精確等多方面的優(yōu)點 [4]。自動網(wǎng)球回收機器人的硬件設(shè)備主要包括三個，分別是收球機器人的本體還有固定在兩側(cè)網(wǎng)球立柱的兩個信息收集模塊。首先，通過機器視覺技術(shù)實現(xiàn)對網(wǎng)球的識別和網(wǎng)球位置信息的獲取，再用 UWB 定位技術(shù)實現(xiàn)對網(wǎng)球機器人的實時位置信息獲取，最后，結(jié)合網(wǎng)球位置信息進行收球路徑規(guī)劃以實現(xiàn)最優(yōu)路徑、最短時間進行網(wǎng)球收取工作。

具體的系統(tǒng)運作流程如圖 3 所示，圖（a）為三個硬件設(shè)備的安放和相對位置的說明，每個硬件設(shè)備都裝有相機和 UWB 模塊 ;圖（b）為機器人位置信息獲取說明，通過位于兩立柱上的UWB 模塊基站和位于機器人上的 UWB 模塊標(biāo)簽構(gòu)成的封閉三角形實現(xiàn)對機器人的實時位置進行信息的獲取 ;圖（c）為網(wǎng)球信息的獲取說明，位于網(wǎng)球立柱上的兩個攝像機模塊視野能覆蓋整個網(wǎng)球場，主要用于整個場地的網(wǎng)球分布情況和網(wǎng)球落點的獲取 ;圖（d）為位于機器人上的攝像機，用于網(wǎng)球與機器人的相對位置的精確獲取，引導(dǎo)機器人實現(xiàn)精準(zhǔn)的網(wǎng)球回收工作。

2.2 網(wǎng)球落點記錄統(tǒng)計

鷹眼系統(tǒng)在國際網(wǎng)球賽事中已經(jīng)被廣泛使用，其技術(shù)原理并不復(fù)雜，只是十分精密。由八部分辨率極高的超高速攝像機組成，每部攝像機負責(zé)特定區(qū)域，對全場網(wǎng)球軌跡進行捕抓，然后通過3D 技術(shù)來模擬還原網(wǎng)球軌跡以此判斷網(wǎng)球落點，因其強大的硬件支持保證了誤差能控制在 3 毫米以內(nèi) [5]。但這套系統(tǒng)價格高昂，不適于普及到一般的網(wǎng)球訓(xùn)練中。對于在網(wǎng)球多球?qū)ｍ椨?xùn)練場景中，球的落點范圍更為集中，不像在比賽中幾乎遍布全場，而是基本集中在半場的區(qū)域，且不需要像在比賽中要求的精度那么高。所以，在設(shè)計中采用兩個可拍攝 1080P 視頻的攝像頭分別安裝在網(wǎng)球立柱上，負責(zé)對網(wǎng)球落點進行實時記錄，然后將數(shù)據(jù)傳到用戶的手機端 APP 上，進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和可視化呈現(xiàn)。

3 基于行為研究的網(wǎng)球多球?qū)ｍ椨?xùn)練輔助產(chǎn)品設(shè)計思路

3.1 產(chǎn)品設(shè)計定位與功能參數(shù)

根據(jù)前期的調(diào)研分析與技術(shù)方案總結(jié)，得出網(wǎng)球訓(xùn)練輔助產(chǎn)品定位與各功能參數(shù)，如表 2 所示。產(chǎn)品主要包括了網(wǎng)球自動回收機器人和手機端 APP 兩部分，適用于教練在室外網(wǎng)球場地指導(dǎo)學(xué)員進行網(wǎng)球多球?qū)ｍ椨?xùn)練的場景。機器人可在水泥硬地和人造草地的網(wǎng)球場地進行網(wǎng)球自動回收作業(yè)，一次可回收 100 個標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)球，續(xù)航時間為 4—5 小時，基本能滿足教練一天的訓(xùn)練使用需求 ;手機端 APP 用于控制機器人、記錄網(wǎng)球落點和命中率并以訓(xùn)練報告的形式進行可視化呈現(xiàn)。

3.2 網(wǎng)球自動回收機器人設(shè)計

首先對網(wǎng)球回收機器人的整體空間布局進行規(guī)劃，主要有電路模塊、電池組與電機、收球機構(gòu)和收球籃四大模塊。機器人在移動時所能掃過的面積對網(wǎng)球的回收速率有很大影響，在一定條件下單次掃過的面積越大其收球的效率也越高。在考慮到便攜性和實用性的情況下，在機器人的前部加上可以折疊的收球?qū)颍?dāng)機器人進行收球工作時將導(dǎo)向打開以增加其單次的收球面積，當(dāng)回收工作結(jié)束后導(dǎo)向可以折疊收到機器人的底部，使其便攜性大大提高。機器人的主體主要集中在前半部分，儲球的籃子可以與機器人主體連接與分離，使得機器人能以不同的形式與狀態(tài)進行收球工作與搬運收納?；@子的可分離設(shè)計也能方便用戶將整個籃子提起之后取球，如圖 4 所示。

整個機器人采用 PC 材料注塑組裝，PC 材質(zhì)的抗沖擊性能好，韌性強，能保證機器人的耐用性。機器人整體以黑色為主色調(diào)，搭配綠色突顯出科技感和運動感。前方燈帶用于顯示機器人的各工作狀態(tài)，當(dāng)機器人處于待機或工作狀態(tài)時，燈帶就會常亮 ;燈帶有三種顏色，當(dāng)顯示為藍色時表示電量充足，當(dāng)顯示為黃色時表示還有一半的電量，當(dāng)電量低于 20% 時燈會顯示為紅色，燈帶只作為粗略判斷機器人工作狀態(tài)及剩余電量的依據(jù)，具體的信息可在手機端 APP 上查看。

機器人在不同狀態(tài)下的尺寸信息如圖 5 所示，機器人在展開的工作狀態(tài)下長度為 990 毫米，寬度為 710 毫米，高度為 330毫米 ;在折疊收納的狀態(tài)下長度為 390 毫米，寬度為 380 毫米，高度為 330 毫米。機器人的拖運把手使用的是四節(jié)的伸縮拉桿，可以根據(jù)不同用戶的身高和手功能高進行拉桿長度的適當(dāng)調(diào)整。

3.3 相機模塊設(shè)計

相機模塊由攝像機、電池、nanoPC-T3 和 UWB 模塊這四部分組成，如圖 6 所示。現(xiàn)有的網(wǎng)球立柱主要有圓柱形和方形兩種形狀，由鑄鐵、鋁合金等不同材料做成，所以相機模塊必須能適應(yīng)多種類型的網(wǎng)球立柱。在設(shè)計中，采用彈簧夾持結(jié)構(gòu)加魔術(shù)貼扎帶的形式進行相機模塊的固定。

3.4 手機端 APP 設(shè)計

通過手機端 APP 的方式進行網(wǎng)球回收機器人的控制與訓(xùn)練信息的獲取及呈現(xiàn)，機器人與手機端 APP 通過 Wi-Fi 進行連接通訊。APP 的使用者是教練，所以 APP 的主要功能包括訓(xùn)練前學(xué)員信息的呈現(xiàn)、訓(xùn)練過程中控制網(wǎng)球機器人進行網(wǎng)球回收工作、訓(xùn)練后統(tǒng)計并呈現(xiàn)網(wǎng)球的落點信息這三大部分。在訓(xùn)練前，教練可以通過手機端 APP 了解學(xué)員之前的訓(xùn)練情況并為其制定相應(yīng)的訓(xùn)練內(nèi)容 ;在訓(xùn)練結(jié)束后，教練可以將手機端 APP 生成的訓(xùn)練統(tǒng)計圖表分享給學(xué)員，讓學(xué)員了解自己訓(xùn)練情況，作為一個正向反饋激勵學(xué)員。為了增加機器人的可玩性，用戶還可以通過 APP 手動控制機器人進行撿球工作。具體的界面設(shè)計如圖 7 所示。

4 總結(jié)

文章通過系統(tǒng)地分析目前網(wǎng)球多球?qū)ｍ椨?xùn)練中的痛點與設(shè)計機會點，提出了自動網(wǎng)球回收機器人及手機端 APP 可視化訓(xùn)練效果的解決方案，并進行了相應(yīng)的產(chǎn)品設(shè)計，旨在推動網(wǎng)球訓(xùn)練向更科學(xué)、更高效、更智能化的方向發(fā)展。機器人的設(shè)計是一門綜合性的交叉學(xué)科，造型設(shè)計、功能實現(xiàn)、加工工藝和材料結(jié)構(gòu)等涉及的知識面非常廣，但由于時間和筆者自身的知識儲備不夠等客觀因素的制約，提出的解決方案中仍存在一定的不足，如實際的網(wǎng)球場四周基本都使用鐵網(wǎng)包圍，鐵網(wǎng)底部有一定的間隙，在網(wǎng)球訓(xùn)練中有一些網(wǎng)球會滾到鐵網(wǎng)底部的間隙中并卡住，這種情況下當(dāng)前機器人的收球裝置并不能很好地將其回收 ;在訓(xùn)練效果量化這一方面，采用的是兩個攝像頭去抓拍落點位置的形式，其誤差較大，且手機端 APP 統(tǒng)計的是全場的網(wǎng)球落點情況，當(dāng)教練同時訓(xùn)練多個學(xué)員時如何將其各自的落點情況進行區(qū)分，在文章中并沒有深入研究并解決。為此，筆者下一步的研究計劃主要是針對機器人在實際的使用場景中針對出現(xiàn)的問題進行收集并針對性地優(yōu)化迭代。