[0001] 本发明涉及足球训练设备技术领域，尤其涉及一种用于足球射门训练的球门装置。

[0002] 足球是一项以脚为主，控制和支配球，两支球队按照一定规则在同一块长方形球场上互相进行进攻、防守对抗的体育运动项目。因足球运动对抗性强、战术多变、参与人数多等特点，故被称为“世界第一运动”。足球射门训练是足球训练中至关重要的一环，它直接影响到球员在比赛中的射门效率和准确性。随着足球运动的发展，对射门训练的要求也越来越高。

[0003] 经检索，中国专利号为CN111589087A的专利公开了一种用于足球射门训练的球门装置，包括球门框架，球门框架的内侧上端固定有滑槽，滑槽内滑动连接有滑块一，滑块一的的底面固定有吊架，吊架上设置有气缸，气缸的活塞杆端固定连接靶板，球门框架的内侧底部固定有用来捡球的出球筒，出球筒的上端固定有接球斗箱，球门框架的内侧底部固定有储气罐，储气罐与出球筒相连通，并通过气流将出球筒内部足球推出球门框架。该种用于足球射门训练的球门装置，便于对运动员提高射门的精准度，而且通过出球筒将进入球门框架内部的足球推出球门框架，无需进行捡球，提高运动员的训练效率，在射门训练使得可以对足球动能进行回收再利用，从而节省能耗。该中国专利号为CN111589087A的专利解决了现有的足球运动员在进行足球训练时，由于球门框架上没有标靶，使得球门框架的投射区较大，没有目标感，因此不便于运动员射门时的精准度，而且在运动员在向球门框架射门后，需要将足球进行捡回，比较费时费力，不便于提高训练效效率的问题。

[0004] 但上述装置在实际的使用过程中，难以根据球员的射门表现对发球装置进行智能调整，也难以为球员提供个性化的训练建议或反馈，使球员在训练过程相对单一，缺乏针对性和高效性，因此，需要提出一种用于足球射门训练的球门装置。

[0045] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0046] 如图1‑6所示，一种用于足球射门训练的球门装置，包括：

[0047] 感应和识别模块：负责感应足球位置和识别足球运动轨迹；

[0048] 数据传输和处理模块：负责接收感应和识别模块传输的数据，并进行处理和分析；

[0049] 反馈和显示模块：负责实时显示处理和分析后的数据信息；

[0050] 控制模块：负责球员对装置进行个性化调整；

[0051] 控制模块可以依据对数据传输和处理模块处理分析后的数据对装置进行个性化调整，控制模块设置在支撑板1上，支撑板1的外部固定连接有固定架10，固定架10的外部转动连接有第一转动轮9，第一转动轮9的外部转动连接有螺纹杆20，螺纹杆20的外部螺纹连接有螺纹套21，螺纹套21的外部固定连接有发球台8，发球台8的外部设有足球发射机构，发球台8的外部对称固定连接有伸缩杆19，伸缩杆19远离发球台8的一侧与第一转动轮9之间为固定连接。

[0052] 本发明提出的一种用于足球射门训练的球门装置的工作原理是，感应和识别模块利用先进的图像识别或红外识别技术，实现对射门动作和足球运动轨迹的准确识别，数据传输和处理模块会对感应和识别模块收集的数据进行处理和分析，反馈和显示模块可以依据分析后的数据实时显示射门结果、速度、角度等信息，帮助球员直观地了解自己的射门表现，同时，还可以显示训练建议或技巧提示，帮助球员提升射门技能，控制模块便于依据反馈和显示模块提供的训练建议或技巧对装置进行智能化控制；

[0053] 当需要对装置进行个性化调整时，使第一转动轮9发生转动，第一转动轮9会带动外部对称固定连接的伸缩杆19发生转动，伸缩杆19会带动外部固定连接的发球台8发生转动，即可以改变发球台8外部设置的足球发射机构的角度，使螺纹杆20发生转动时，螺纹杆20会带动外部螺纹连接的螺纹套21的位置发生升降，螺纹杆20与第一转动轮9之间为转动连接，使螺纹杆20与第一转动轮9之间转动不受影响，即可以改变足球发射机构的高度，便于为球员提供个性化的训练。

[0054] 在一个实施例中，对于上述感应和识别模块来说，感应和识别模块包括位置感应单元、速度测量单元与轨迹识别单元，位置感应单元用于检测足球是否穿过球门线并进入球门区域，并确定射门的位置，速度测量单元用于测量足球的速度，轨迹识别单元用于捕捉足球的飞行轨迹，记录足球在空中的位置变化。

[0055] 在一个实施例中，对于上述轨迹识别单元来说，轨迹识别单元应用有卷积神经网络建立模型，其具体步骤为：

[0056] 输入数据表示：假设输入数据为一个多维数组，记为X，X的维度为批量大小，通道数，高度，宽度，分别表示输入的样本数量、通道数量、图像高度和图像宽度；

[0057] 卷积操作：通过卷积核对输入数据进行滑动窗口的卷积操作，提取输入数据中的特征，假设卷积核的维度为通道数，卷积核高度，卷积核宽度，记为W，卷积操作可以通过以下公式表示：Z[i,j]＝sum(sum(sum(X[:,:,i:i+h,j:j+w]*W)))+b其中，Z是卷积操作的输出，表示特征图，i和j表示特征图的位置，h和w分别表示卷积核的高度和宽度，b是偏置项；

[0058] 激活函数：在卷积操作之后，应用ReLU对特征图进行非线性变换，增加网络的表达能力；

[0059] 池化操作：通过在局部感知区域内选择平均值作为池化结果，减少特征图的空间维度，并保留重要的特征信息；

[0060] 全连接操作：在经过多次卷积和池化操作之后，将特征图展开成一维向量，并通过全连接层进行分类或回归任务，全连接层中的每个神经元都与前一层的所有神经元相连，通过学习权重和偏置来建立输入和输出之间的映射关系；

[0061] 损失函数：在卷积神经网络模型中，使用交叉熵损失函数来度量模型的预测结果与真实标签之间的差距；

[0062] 反向传播算法：使用反向传播算法来计算损失函数对于模型参数的梯度，并使用梯度下降来更新模型参数，不断优化模型的性能。

[0063] 在一个实施例中，对于数据传输和处理模块来说，数据传输和处理模块采用了PID控制算法模拟不同的射门场景帮助球员提高射门技巧，PID控制算法的公式为：

[0064] PID输出＝Kpe(t)+Ki∫e(t)dt+Kd*de(t)/dt

[0065] 其中Kp：比例系数，决定了系统对误差的响应速度；

[0066] Ki：积分系数，用于消除系统的静态误差，确保系统能够达到期望的稳定状态；

[0067] Kd：微分系数，影响系统对误差变化的响应，有助于加快系统的响应速度并减少超调；

[0068] e(t)：误差信号，即期望的射门位置与实际射门位置之间的差值；

[0069] t：时间，表示从系统开始运行到当前时刻的时间。

[0070] 在一个实施例中，对于足球发射机构来说，足球发射机构包括发球台8外部开设的发球通道12，发球台8的外部固定安装有气缸13，气缸13的输出端设有推板14，推板14与发球通道12之间为滑动连接，发球通道12的外部设置有足球本体15。

[0071] 本发明提出的一种用于足球射门训练的球门装置的工作原理是，启动气缸13,气缸13会带动输出端设置的推板14在发球通道12内部发生滑动，即可以将发球通道12内部设置的足球本体15发射出去。

[0072] 在一个实施例中，对于上述支撑板1来说，支撑板1的外部固定安装有第一电机6，第一电机6的输出端设置有第一转动轴16，第一转动轴16的外部固定连接有第二转动轮17，第二转动轮17的外部传动连接有皮带11，皮带11与第一转动轮9之间为传动连接，固定架10的外部固定安装有第二电机18，第二电机18的输出端与螺纹杆20之间为固定连接，螺纹杆20与固定架10之间为转动连接。

[0073] 本发明提出的一种用于足球射门训练的球门装置的工作原理是，启动第一电机6时，第一电机6会带动输出端设置的第一转动轴16发生转动，第一转动轴16会使外部固定连接的第二转动轮17发生转动，第二转动轮17转动会带动外部传动连接的皮带11发生传动，皮带11与第一转动轮9之间为传动连接，即皮带11可以带动第一转动轮9发生转动，螺纹杆20便于带动输出端设置的第二电机18发生转动。

[0074] 在一个实施例中，对于上述支撑板1来说，支撑板1的外部固定连接有多个固定杆2，固定杆2远离支撑板1的外部固定连接足球台3，足球台3的两侧具有倾斜角度便于使足球发生滚动，足球台3的外部固定连接有足球网4，足球台3的外部有进球口5，足球台3的外部固定连接有输球管道7。

[0075] 本发明提出的一种用于足球射门训练的球门装置的工作原理是，支撑板1外部的多个固定杆2便于使足球台3保持稳定，足球台3两端具有倾斜角度，便于足球落入足球台3外部时可以发生滚动，最终使足球落进进球口5的内部，内部的足球可以通过输球管道7送入发球通道12内部进行发射。

[0076] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。