陳澤宇

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

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人民生活條件不斷改善，網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)受到越來越多國(guó)民的關(guān)注和喜愛，在全國(guó)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(yùn)動(dòng)向大眾化方向發(fā)展 [1]。多球?qū)ｍ?xiàng)練習(xí)在網(wǎng)球訓(xùn)練中是一個(gè)長(zhǎng)期且重要的培訓(xùn)項(xiàng)目，教練會(huì)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(xiàng)擊球技能。文章通過對(duì)網(wǎng)球多球?qū)ｍ?xiàng)訓(xùn)練場(chǎng)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(diǎn)和需求，最終設(shè)計(jì)出一款輔助網(wǎng)球訓(xùn)練的產(chǎn)品。

1 網(wǎng)球多球?qū)ｍ?xiàng)訓(xùn)練與行為分析

1.1 網(wǎng)球多球?qū)ｍ?xiàng)訓(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(gè)循序漸進(jìn)的系統(tǒng)性訓(xùn)練過程，教練都會(huì)針對(duì)學(xué)員自身特點(diǎn)制定每一個(gè)階段的訓(xùn)練計(jì)劃。多球?qū)ｍ?xiàng)訓(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(gè)球按照教練統(tǒng)一要求進(jìn)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?xiàng)訓(xùn)練都是一個(gè)長(zhǎng)期且重要的訓(xùn)練項(xiàng)目。在訓(xùn)練中會(huì)用很多個(gè)球同時(shí)重復(fù)練習(xí)一個(gè)動(dòng)作，球的數(shù)量一般會(huì)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(qiáng)度的訓(xùn)練會(huì)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(duì)撿球都持消極態(tài)度，除此之外，雖然在訓(xùn)練時(shí)教練會(huì)關(guān)注學(xué)員的每個(gè)擊球動(dòng)作、球落點(diǎn)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(jì)劃也是主要憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，因此訓(xùn)練計(jì)劃缺乏科學(xué)可靠的數(shù)據(jù)支撐。

1.2 網(wǎng)球多球?qū)ｍ?xiàng)訓(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(shí)地調(diào)研和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出，在進(jìn)行網(wǎng)球多球?qū)ｍ?xiàng)培訓(xùn)時(shí)，一般一次訓(xùn)練的教學(xué)時(shí)長(zhǎng)為 90—120 分鐘，教練一次會(huì)攜帶 100—200 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)球進(jìn)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(jìn)行喂球，指導(dǎo)學(xué)員進(jìn)行擊球和發(fā)球等專項(xiàng)練習(xí)。在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，用戶使用撿球設(shè)備進(jìn)行撿球的情況很少，因?yàn)樗麄冋J(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(huì)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(qiáng)度的訓(xùn)練任務(wù)后必須進(jìn)行撿球工作，而不能得到及時(shí)的休息。通過對(duì)各調(diào)研場(chǎng)景中撿球時(shí)間、訓(xùn)練時(shí)間和休息時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如圖1 所示，每次撿球大約會(huì)花費(fèi) 5—10 分鐘，整場(chǎng)訓(xùn)練下來?yè)烨蛴萌サ臅r(shí)間約占了整個(gè)訓(xùn)練時(shí)間的 23%，即會(huì)花費(fèi) 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(jī)構(gòu)教練和學(xué)員進(jìn)行了問卷調(diào)查，以確定他們對(duì)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(duì)撿球行為是持反感厭煩的態(tài)度，65% 的調(diào)查對(duì)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(diǎn)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(duì)于量化并給出訓(xùn)練數(shù)據(jù)報(bào)告的功能很感興趣，說明對(duì)于量化訓(xùn)練效果這個(gè)功能是有其實(shí)現(xiàn)價(jià)值的。

1.2.2 訓(xùn)練行為分析

通過對(duì)網(wǎng)球多球?qū)ｍ?xiàng)訓(xùn)練場(chǎng)景的行為觀察與分析總結(jié)，筆者將網(wǎng)球多球?qū)ｍ?xiàng)訓(xùn)練活動(dòng)分為訓(xùn)練前準(zhǔn)備、專項(xiàng)訓(xùn)練、網(wǎng)球回收、休息和訓(xùn)練結(jié)束這五個(gè)階段，其中專項(xiàng)訓(xùn)練、網(wǎng)球回收和休息是一個(gè)循環(huán)往復(fù)的訓(xùn)練過程。這五個(gè)階段包含了多球?qū)ｍ?xiàng)訓(xùn)練活動(dòng)從開始到結(jié)束的完整過程，便于對(duì)該場(chǎng)景下的用戶行為進(jìn)行分析并挖掘其存在的痛點(diǎn)和設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)點(diǎn)，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(jì)劃，此時(shí)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(jì)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(shí)間，讓教練和球員不能得到及時(shí)且充分的休息，如果能實(shí)現(xiàn)機(jī)器自動(dòng)化撿球，教練和學(xué)員將有更多的時(shí)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(jìn)行評(píng)判，缺乏說服力，對(duì)此可以通過產(chǎn)品為其提供真實(shí)可靠的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并反饋訓(xùn)練效果，以激勵(lì)學(xué)員。

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

針對(duì)在進(jìn)行網(wǎng)球多球?qū)ｍ?xiàng)訓(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(gè)主要問題，筆者提出了一款能自動(dòng)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(dòng)網(wǎng)球回收機(jī)器人作為方案的基礎(chǔ)核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)球的自動(dòng)回收工作，同時(shí)通過手機(jī)端 APP 的方式將訓(xùn)練效果進(jìn)行量化和可視化呈現(xiàn)。產(chǎn)品的功能實(shí)現(xiàn)主要涉及網(wǎng)球識(shí)別與機(jī)器人路徑規(guī)劃和網(wǎng)球落點(diǎn)記錄統(tǒng)計(jì)這兩個(gè)技術(shù)方案。

2.1 網(wǎng)球識(shí)別與機(jī)器人路徑規(guī)劃

設(shè)計(jì)主要采用了機(jī)器視覺和 UWB（Ultra-wideband）超寬帶定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)球的識(shí)別和機(jī)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(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)傳輸速度快、功耗低、抗多徑能力強(qiáng)和定位精確等多方面的優(yōu)點(diǎn) [4]。自動(dòng)網(wǎng)球回收機(jī)器人的硬件設(shè)備主要包括三個(gè)，分別是收球機(jī)器人的本體還有固定在兩側(cè)網(wǎng)球立柱的兩個(gè)信息收集模塊。首先，通過機(jī)器視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)球的識(shí)別和網(wǎng)球位置信息的獲取，再用 UWB 定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)球機(jī)器人的實(shí)時(shí)位置信息獲取，最后，結(jié)合網(wǎng)球位置信息進(jìn)行收球路徑規(guī)劃以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)路徑、最短時(shí)間進(jìn)行網(wǎng)球收取工作。

具體的系統(tǒng)運(yùn)作流程如圖 3 所示，圖（a）為三個(gè)硬件設(shè)備的安放和相對(duì)位置的說明，每個(gè)硬件設(shè)備都裝有相機(jī)和 UWB 模塊 ;圖（b）為機(jī)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(jī)器人上的 UWB 模塊標(biāo)簽構(gòu)成的封閉三角形實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的實(shí)時(shí)位置進(jìn)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(gè)攝像機(jī)模塊視野能覆蓋整個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)，主要用于整個(gè)場(chǎng)地的網(wǎng)球分布情況和網(wǎng)球落點(diǎn)的獲取 ;圖（d）為位于機(jī)器人上的攝像機(jī)，用于網(wǎng)球與機(jī)器人的相對(duì)位置的精確獲取，引導(dǎo)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的網(wǎng)球回收工作。

2.2 網(wǎng)球落點(diǎn)記錄統(tǒng)計(jì)

鷹眼系統(tǒng)在國(guó)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(jī)組成，每部攝像機(jī)負(fù)責(zé)特定區(qū)域，對(duì)全場(chǎng)網(wǎng)球軌跡進(jìn)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(diǎn)，因其強(qiáng)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(jià)格高昂，不適于普及到一般的網(wǎng)球訓(xùn)練中。對(duì)于在網(wǎng)球多球?qū)ｍ?xiàng)訓(xùn)練場(chǎng)景中，球的落點(diǎn)范圍更為集中，不像在比賽中幾乎遍布全場(chǎng)，而是基本集中在半場(chǎng)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(jì)中采用兩個(gè)可拍攝 1080P 視頻的攝像頭分別安裝在網(wǎng)球立柱上，負(fù)責(zé)對(duì)網(wǎng)球落點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，然后將數(shù)據(jù)傳到用戶的手機(jī)端 APP 上，進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和可視化呈現(xiàn)。

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

3.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(dòng)回收機(jī)器人和手機(jī)端 APP 兩部分，適用于教練在室外網(wǎng)球場(chǎng)地指導(dǎo)學(xué)員進(jìn)行網(wǎng)球多球?qū)ｍ?xiàng)訓(xùn)練的場(chǎng)景。機(jī)器人可在水泥硬地和人造草地的網(wǎng)球場(chǎng)地進(jìn)行網(wǎng)球自動(dòng)回收作業(yè)，一次可回收 100 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)球，續(xù)航時(shí)間為 4—5 小時(shí)，基本能滿足教練一天的訓(xùn)練使用需求 ;手機(jī)端 APP 用于控制機(jī)器人、記錄網(wǎng)球落點(diǎn)和命中率并以訓(xùn)練報(bào)告的形式進(jìn)行可視化呈現(xiàn)。

3.2 網(wǎng)球自動(dòng)回收機(jī)器人設(shè)計(jì)

首先對(duì)網(wǎng)球回收機(jī)器人的整體空間布局進(jìn)行規(guī)劃，主要有電路模塊、電池組與電機(jī)、收球機(jī)構(gòu)和收球籃四大模塊。機(jī)器人在移動(dòng)時(shí)所能掃過的面積對(duì)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(shí)用性的情況下，在機(jī)器人的前部加上可以折疊的收球?qū)?，?dāng)機(jī)器人進(jìn)行收球工作時(shí)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(jī)器人的底部，使其便攜性大大提高。機(jī)器人的主體主要集中在前半部分，儲(chǔ)球的籃子可以與機(jī)器人主體連接與分離，使得機(jī)器人能以不同的形式與狀態(tài)進(jìn)行收球工作與搬運(yùn)收納?；@子的可分離設(shè)計(jì)也能方便用戶將整個(gè)籃子提起之后取球，如圖 4 所示。

整個(gè)機(jī)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(qiáng)，能保證機(jī)器人的耐用性。機(jī)器人整體以黑色為主色調(diào)，搭配綠色突顯出科技感和運(yùn)動(dòng)感。前方燈帶用于顯示機(jī)器人的各工作狀態(tài)，當(dāng)機(jī)器人處于待機(jī)或工作狀態(tài)時(shí)，燈帶就會(huì)常亮 ;燈帶有三種顏色，當(dāng)顯示為藍(lán)色時(shí)表示電量充足，當(dāng)顯示為黃色時(shí)表示還有一半的電量，當(dāng)電量低于 20% 時(shí)燈會(huì)顯示為紅色，燈帶只作為粗略判斷機(jī)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(jī)端 APP 上查看。

機(jī)器人在不同狀態(tài)下的尺寸信息如圖 5 所示，機(jī)器人在展開的工作狀態(tài)下長(zhǎng)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(zhǎng)度為 390 毫米，寬度為 380 毫米，高度為 330 毫米。機(jī)器人的拖運(yùn)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(jìn)行拉桿長(zhǎng)度的適當(dāng)調(diào)整。

3.3 相機(jī)模塊設(shè)計(jì)

相機(jī)模塊由攝像機(jī)、電池、nanoPC-T3 和 UWB 模塊這四部分組成，如圖 6 所示?，F(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(jī)模塊必須能適應(yīng)多種類型的網(wǎng)球立柱。在設(shè)計(jì)中，采用彈簧夾持結(jié)構(gòu)加魔術(shù)貼扎帶的形式進(jìn)行相機(jī)模塊的固定。

3.4 手機(jī)端 APP 設(shè)計(jì)

通過手機(jī)端 APP 的方式進(jìn)行網(wǎng)球回收機(jī)器人的控制與訓(xùn)練信息的獲取及呈現(xiàn)，機(jī)器人與手機(jī)端 APP 通過 Wi-Fi 進(jìn)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(jī)器人進(jìn)行網(wǎng)球回收工作、訓(xùn)練后統(tǒng)計(jì)并呈現(xiàn)網(wǎng)球的落點(diǎn)信息這三大部分。在訓(xùn)練前，教練可以通過手機(jī)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(jī)端 APP 生成的訓(xùn)練統(tǒng)計(jì)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(gè)正向反饋激勵(lì)學(xué)員。為了增加機(jī)器人的可玩性，用戶還可以通過 APP 手動(dòng)控制機(jī)器人進(jìn)行撿球工作。具體的界面設(shè)計(jì)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?xiàng)訓(xùn)練中的痛點(diǎn)與設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)點(diǎn)，提出了自動(dòng)網(wǎng)球回收機(jī)器人及手機(jī)端 APP 可視化訓(xùn)練效果的解決方案，并進(jìn)行了相應(yīng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，旨在推動(dòng)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(jī)器人的設(shè)計(jì)是一門綜合性的交叉學(xué)科，造型設(shè)計(jì)、功能實(shí)現(xiàn)、加工工藝和材料結(jié)構(gòu)等涉及的知識(shí)面非常廣，但由于時(shí)間和筆者自身的知識(shí)儲(chǔ)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(shí)際的網(wǎng)球場(chǎng)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(huì)滾到鐵網(wǎng)底部的間隙中并卡住，這種情況下當(dāng)前機(jī)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(gè)攝像頭去抓拍落點(diǎn)位置的形式，其誤差較大，且手機(jī)端 APP 統(tǒng)計(jì)的是全場(chǎng)的網(wǎng)球落點(diǎn)情況，當(dāng)教練同時(shí)訓(xùn)練多個(gè)學(xué)員時(shí)如何將其各自的落點(diǎn)情況進(jìn)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(jì)劃主要是針對(duì)機(jī)器人在實(shí)際的使用場(chǎng)景中針對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行收集并針對(duì)性地優(yōu)化迭代。