自供电智能乒乓球拍及其使用方法与流程

1.本发明涉及智能乒乓球拍技术领域，特别是涉及一种自供电智能乒乓球拍及其使用方法。


背景技术：

2.乒乓球被称为我国的“国球”，是一项非常受欢迎的球类运动。乒乓球拍是其最重要的器材，一个好的乒乓球拍可以帮助运动员的迅速提升球技。目前，现有的智能乒乓球拍，如申请号为2021223005429的实用新型专利公开了一种智能乒乓球拍，其包括手柄、与手柄一端固定装配的球拍基板以及相对设置于所述球拍基板两侧的海绵层，海绵层外铺设有胶皮层，球拍基板两侧上与海绵层对应的位置设置有嵌入槽，手柄内部设置有安装腔，智能乒乓球拍还包括：采集模块，所述采集模块用于获取乒乓球在所述球拍基板上的运动数据；控制电路板，控制电路板固定设置于所述安装腔内并与所述采集模块电连接；电源模块，电源模块设置于安装腔内并与所述控制电路板电连接；及显示模块，显示模块设置于所述手柄上并与所述控制电路板电连接。此种智能乒乓球拍不能自供电，需要充电，在一定程度上影响玩球体验。申请号为2022115229709的发明专利公开了一种自供电传感器的制备方法及其应用系统，其采用具有自上而下分布摩擦层和电极层的pet薄膜结构粘贴固定在乒乓球拍的橡胶层上，橡胶层好坏是评价乒乓球拍优劣的关键因素，过薄的摩擦层会因磨损而影响球拍的寿命，同时在橡胶层上粘贴自上而下分布摩擦层和电极层的pet薄膜结构会降低乒乓球拍橡胶层的弹性，从而影响乒乓球拍的使用体验。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种自供电智能乒乓球拍及其使用方法，以达到能够通过压电薄膜在振动或受到动态应力时会在薄膜两表面感应出电荷，并将电荷收集形成电源，能够自供电，且不影响橡胶层的弹性的目的。
4.本发明所提供的自供电智能乒乓球拍，包括球拍基体和其连接的手柄，所述球拍基体的两侧对称设置有海绵层，海绵层的外侧设置有球拍胶皮层；所述手柄的外侧设置有手柄胶皮层，手柄的内腔内设置有蓄电池和控制器，所述球拍基体两侧的凹槽内设置有球拍能量收集装置，且球拍能量收集装置位于球拍基体和海绵层之间；所述手柄内腔内设置有手柄动能收集装置，手柄侧壁的凹槽内设置有手柄机械能收集装置，手柄的外侧设置有触摸开关；所述球拍能量收集装置、手柄动能收集装置和手柄机械能收集装置均与控制器连接；所述控制器的另一端连接蓄电池和传感单元；所述蓄电池连接传感单元，在乒乓球拍刚开始使用的一段时间内，蓄电池为传感单元的模块供电；当蓄电池未充满电前，球拍能量收集装置、手柄动能收集装置和手柄机械能收集装置产生的电能经控制器优先为传感单元的模块供电，剩余的电量再为蓄电池充电；当蓄电池充满电后，球拍能量收集装置、手柄动能收集装置和手柄机械能收集装置产生的电能经控制器传输电能只为传感单元的模块供电。
5.进一步，所述球拍能量收集装置、手柄动能收集装置和手柄机械能收集装置均包括一层或两层以上压电薄膜；所述压电薄膜由压电陶瓷、压电驻极体、压电均聚物、压电共聚物中的一种或多种制作而成；当使用两层以上压电薄膜时，各层压电薄膜可以串联也可以并联。
6.进一步，所述压电薄膜的两侧表面设置有导电层，所述导电层是银浆、铝银浆、导电胶、导电聚合物中的一种或多种，导电层通过涂布、丝网印刷、蒸镀、磁控溅射中的任意一种或多种设置在压电薄膜的两侧表面。
7.进一步，处于最外侧的导电层的外侧设置有保护层，所述保护层是以涂布、丝网印刷高分子胶水、或将带有胶的高分子材料的薄膜粘贴在导电层上形成的。
8.进一步，所述球拍能量收集装置、手柄动能收集装置和手柄机械能收集装置均设置有一个正极和一个负极共两个电极，电极用以与控制器连接。
9.进一步，所述球拍能量收集装置为片状的，整体形状与球拍基体的形状一致，其粘合在球拍基体上的凹槽里，并将电极引入进手柄空腔内与控制器连接，主要是收集乒乓球撞击球拍时的动能；所述手柄动能收集装置为带有质量块的振动传感器，其安装在手柄内腔中，主要是收集人在挥动乒乓球拍时的动能；所述手柄机械能收集装置为扇形片状结构，安装时将其贴合在手柄侧壁的凹槽中，并将电极引入进手柄内腔内与控制器连接，主要是收集人握手柄时力量变化所产生的机械能。
10.进一步，所述手柄动能收集装置的数量为2个，2个手柄动能收集装置并联，且2个手柄动能收集装置均采用悬臂梁的形式安装在手柄的一端，手柄动能收集装置在悬臂梁一端设置有1个或2个不超过1g的质量块，手柄动能收集装置的一侧或中间位置设置有弹性基材；所述弹性基材为一侧或两侧带胶的pet薄膜或pi薄膜。
11.一种自供电智能乒乓球拍的使用方法，包括以下步骤：步骤1，触碰手柄外侧的触摸开关，触摸开关开启控制器和蓄电池；步骤2，当球拍击到乒乓球时，乒乓球碰撞球拍产生的能量由球拍能量收集装置转化成电能，并将电能传输至控制器；人在挥动乒乓球拍时产生的动能由手柄动能收集装置转化成电能，并将电能传输至控制器；人握手柄时力量变化所产生的机械能由手柄机械能收集装置转化成电能，并将电能传输至控制器；步骤3，控制器可监测蓄电池的电量，根据蓄电池的电量进行供电。
12.进一步，所述步骤3中，控制器可监测蓄电池的电量，根据蓄电池的电量进行供电：当蓄电池未充满电时，经控制器传输电能将一部分电能为蓄电池充电，经控制器传输电能的另一部分为传感单元的模块供电；当蓄电池充满电时，经控制器将电能直接为传感单元的模块供电。
13.进一步，所述步骤3中，蓄电池在乒乓球球拍刚开始使用时为传感单元供电，待球拍能量收集装置、手柄动能收集装置和手柄机械能收集装置的产生电能后，则切换至控制器为传感单元供电。
14.本发明所提供的自供电智能乒乓球拍及其使用方法，具有以下有益效果：1、手柄的内腔内设置有蓄电池和控制器，球拍基体两侧的凹槽内设置有球拍能量收集装置，且球拍能量收集装置位于球拍基体和海绵层之间，当球拍击到乒乓球时，乒乓球碰撞球拍产生的能量由球拍能量收集装置转化成电能，并将电能传输至控制器，经控制器
后为蓄电池和传感单元的模块供电。
15.2、手柄内腔内设置有手柄动能收集装置，人在挥动乒乓球拍时产生的动能由手柄动能收集装置转化成电能，并将电能传输至控制器，经控制器后为蓄电池和传感单元的模块供电。
16.3、手柄侧壁的凹槽内设置有手柄机械能收集装置，人握手柄时力量变化所产生的机械能由手柄机械能收集装置转化成电能，并将电能传输至控制器，经控制器后为蓄电池和传感单元的模块供电。
17.4、球拍能量收集装置、手柄动能收集装置和手柄机械能收集装置均与控制器连接，控制器的另一端连接蓄电池和传感单元，在乒乓球拍刚开始使用的一段时间内，蓄电池为传感单元的模块供电；当蓄电池未充满电前，球拍能量收集装置、手柄动能收集装置和手柄机械能收集装置产生的电能经控制器优先为传感单元的模块供电，剩余的电量再为蓄电池充电；当蓄电池充满电后，球拍能量收集装置、手柄动能收集装置和手柄机械能收集装置产生的电能经控制器只为传感单元的模块供电。
18.5、球拍能量收集装置、手柄动能收集装置和手柄机械能收集装置均包括一层或两层以上压电薄膜，压电薄膜在振动或受到动态应力时会在薄膜两表面感应出电荷，可将电荷收集形成电能，能够自供电。
19.6、球拍基体两侧的凹槽内设置有球拍能量收集装置，手柄内腔内设置有手柄动能收集装置，手柄侧壁的凹槽内设置有手柄机械能收集装置，球拍能量收集装置、手柄动能收集装置和手柄机械能收集装置，不影响橡胶层的弹性，不影响乒乓球拍的使用体验。
20.本发明所提供的自供电智能乒乓球拍及其使用方法，球拍能量收集装置、手柄动能收集装置和手柄机械能收集装置均包括一层或两层以上压电薄膜，压电薄膜在振动或受到动态应力时会在薄膜两表面感应出电荷，可将电荷收集形成电能，能够自供电。同时，导电材料形成导电层，将电能经控制器传输给蓄电池和传感单元的模块供电。保护层可以保护导电层不被氧化，不被磨损破坏且不影响橡胶层的弹性，不影响乒乓球拍的使用体验。
附图说明
21.附图部分公开了本发明具体实施例，其中，图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的能量收集图；图3是本发明的球拍能量收集装置的结构示意图；图4是本发明的手柄动能收集装置的结构示意图；图5是本发明的一层压电薄膜的球拍能量收集装置的结构示意图；图6是本发明的两层压电薄膜的球拍能量收集装置的结构示意图；图7是本发明的一层压电薄膜的手柄动能收集装置的结构示意图；图8是本发明的两层压电薄膜的手柄动能收集装置的结构示意图；图9是本发明的一层压电薄膜的手柄机械能收集装置的结构示意图；图10是本发明的两层压电薄膜的手柄机械能收集装置的结构示意图；附图标记：1、球拍基体；11、海绵层；12、球拍胶皮层；2、手柄；21、手柄胶皮层；22、蓄电池；23、控制器；24、触摸开关；3、球拍能量收集装置；4、手柄动能收集装置；41、质量块；
42、弹性基材；5、手柄机械能收集装置；6、压电薄膜；7、导电层；8、保护层；9、电极。
具体实施方式
22.如图1-10所示，本发明所提供的自供电智能乒乓球拍，包括球拍基体1和其连接的手柄2，球拍基体1的两侧对称设置有海绵层11，海绵层11的外侧设置有球拍胶皮层12；手柄2的外侧设置有手柄胶皮层21，手柄2的内腔内设置有蓄电池22和控制器23，球拍基体1两侧的凹槽内设置有球拍能量收集装置3，且球拍能量收集装置3位于球拍基体1和海绵层11之间；手柄2内腔内设置有手柄动能收集装置4，手柄2侧壁的凹槽内设置有手柄机械能收集装置5，手柄2的外侧设置有触摸开关24；球拍能量收集装置3、手柄动能收集装置4和手柄机械能收集装置5均与控制器23连接；控制器23的另一端连接蓄电池22和传感单元；蓄电池22连接传感单元，在乒乓球拍刚开始使用的一段时间内，蓄电池22为传感单元的模块供电；当蓄电池22未充满电前，经控制器23传输电能优先为传感单元的模块供电，剩余的电量再为蓄电池22充电；当蓄电池22充满电后，经控制器23传输电能只为传感单元的模块供电。
实施例1
23.本发明在使用时，首先，触碰手柄2外侧的触摸开关24 ，触摸开关24开启控制器23和蓄电池22。然后，当乒乓球球拍击到乒乓球时，乒乓球碰撞球拍产生的能量由球拍能量收集装置3转化成电能，并将电能传输至控制器23；人在挥动乒乓球拍时产生的动能由手柄动能收集装置4转化成电能，并将电能传输至控制器23；人握手柄2时力量变化所产生的机械能由手柄机械能收集装置5转化成电能，并将电能传输至控制器23。最后，控制器23可监测蓄电池22的电量，根据蓄电池22的电量进行供电。当蓄电池22未充满电时，经控制器23传输电能将一部分电能为蓄电池22充电，经控制器23传输电能的另一部分为传感单元的模块供电；当蓄电池22充满电时，经控制器23将电能直接为传感单元的模块供电。蓄电池22在乒乓球球拍刚开始使用时为传感单元供电，待球拍能量收集装置3、手柄动能收集装置4和手柄机械能收集装置5的产生电能后，则切换至经控制器23传输电能为传感单元供电。
24.如图5-10所示，球拍能量收集装置3、手柄动能收集装置4和手柄机械能收集装置5均包括一层或两层以上压电薄膜6；压电薄膜6由压电陶瓷、压电驻极体、压电均聚物、压电共聚物中的一种或多种制作而成；当使用两层以上压电薄膜6时，各层压电薄膜6可以串联也可以并联。压电薄膜6的两侧表面设置有导电层7，导电层7是银浆、铝银浆、导电胶、导电聚合物中的一种或多种，导电层7通过涂布、丝网印刷、蒸镀、磁控溅射中的任意一种或多种设置在压电薄膜6的两侧表面。处于最外侧的导电层7的外侧设置有保护层8，保护层8是以涂布、丝网印刷高分子胶水、或将带有胶的高分子材料的薄膜粘贴在导电层7上形成的。球拍能量收集装置3、手柄动能收集装置4和手柄机械能收集装置5均设置有一个正极和一个负极共两个电极9，用以与控制器23连接。压电薄膜6在振动或受到动态应力时会在薄膜两表面感应出电荷，可将电荷收集形成电能，能够自供电。导电材料形成导电层7，将电能经控制器23传输给蓄电池22和传感单元的模块供电。保护层8可以保护导电层不被氧化，不被磨损破坏且不影响橡胶层的弹性，不影响乒乓球拍的使用体验。
25.如图5-6所示，球拍能量收集装置3为片状的，整体形状与球拍基体1的形状一致，其粘合在球拍基体1上的凹槽里，并将电极9引入进手柄空腔内与控制器23连接，主要是收
集乒乓球撞击球拍时的动能。如图7-8所示，手柄动能收集装置4为带有质量块41的振动传感器，其安装在手柄内腔中，主要是收集人在挥动乒乓球拍时的动能。如图9-10所示，手柄机械能收集装置5为扇形片状结构，安装时将其贴合在手柄侧壁的凹槽中，并将电极9引入进手柄2内腔内与控制器23连接，主要是收集人握手柄2时力量变化所产生的机械能。
26.如图7-8所示，手柄动能收集装置4的数量为2个，2个手柄动能收集装置4并联，且2个手柄动能收集装置4均采用悬臂梁的形式安装在手柄2的一端，手柄动能收集装置4在悬臂梁一端设置有1个或2个不超过1g的质量块41，手柄动能收集装置4的一侧或中间位置设置有弹性基材42；弹性基材42为一侧带胶的pet薄膜或pi薄膜。弹性基材4的厚度与质量块41的重量要匹配，保证在击球过程中手柄动能收集装置产生足够大的振动。弹性基材42为手柄动能收集装置4提供支撑作用，可以保证在手柄动能收集装置4收到振动后，让手柄动能收集装置4保持持续振动。
实施例2
27.自供电智能乒乓球拍的使用方法，包括以下步骤：步骤1，触碰手柄2外侧的触摸开关24 ，触摸开关24开启控制器23和蓄电池22；步骤2，当球拍击到乒乓球时，乒乓球碰撞球拍产生的能量由球拍能量收集装置3转化成电能，并将电能传输至控制器23；人在挥动乒乓球拍时产生的动能由手柄动能收集装置4转化成电能，并将电能传输至控制器23；人握手柄2时力量变化所产生的机械能由手柄机械能收集装置5转化成电能，并将电能传输至控制器23；步骤3，控制器23可监测蓄电池22的电量，根据蓄电池22的电量进行供电。
实施例3
28.自供电智能乒乓球拍的使用方法，包括以下步骤：步骤1，触碰手柄2外侧的触摸开关24 ，触摸开关24开启控制器23和蓄电池22；步骤2，当球拍击到乒乓球时，乒乓球碰撞球拍产生的能量由球拍能量收集装置3转化成电能，并将电能传输至控制器23；人在挥动乒乓球拍时产生的动能由手柄动能收集装置4转化成电能，并将电能传输至控制器23；人握手柄2时力量变化所产生的机械能由手柄机械能收集装置5转化成电能，并将电能传输至控制器23；步骤3，控制器23可监测蓄电池22的电量，根据蓄电池22的电量进行供电：当蓄电池22未充满电时，经控制器23传输电能将一部分电能为蓄电池22充电，经控制器23传输电能的另一部分为传感单元的模块供电；当蓄电池22充满电时，经控制器23将电能直接为传感单元的模块供电。蓄电池22在乒乓球球拍刚开始使用时为传感单元供电，待球拍能量收集装置3、手柄动能收集装置4和手柄机械能收集装置5的产生电能后，则切换至经控制器23传输电能为传感单元供电。
29.经测试，当乒乓球球速以10m/s撞击球拍基体1时，球拍能量收集装置3（电容5600pf）可产生5000pc的电荷量，每个手柄动能收集装置4（电容270pf，双层压电膜，质量块0.8g）可产生20000pc的电荷量，2个手柄动能收集装置4并联可产生40000pc的电荷量。正常运动时，调整球拍姿势时手部握拍的力量变化带来的手柄机械能收集装置5（电容5900pf）可收集2460pc的电荷量。即当乒乓球球速以10m/s撞击球拍基体1时球拍能量收集装置3、2
个手柄动能收集装置4和手柄机械能收集装置5共产生47460pc的电荷量。这些47460pc的电荷量经控制器23传输电能将一部分电能为蓄电池22充电，经控制器23传输电能的另一部分为传感单元的模块供电。

技术特征：
1.一种自供电智能乒乓球拍，包括球拍基体（1）和其连接的手柄（2），所述球拍基体（1）的两侧对称设置有海绵层（11），海绵层（11）的外侧设置有球拍胶皮层（12）；所述手柄（2）的外侧设置有手柄胶皮层（21），手柄（2）的内腔内设置有蓄电池（22）和控制器（23），其特征是，所述球拍基体（1）两侧的凹槽内设置有球拍能量收集装置（3），且球拍能量收集装置（3）位于球拍基体（1）和海绵层（11）之间；所述手柄（2）内腔内设置有手柄动能收集装置（4），手柄（2）侧壁的凹槽内设置有手柄机械能收集装置（5），手柄（2）的外侧设置有触摸开关（24）；所述球拍能量收集装置（3）、手柄动能收集装置（4）和手柄机械能收集装置（5）均与控制器（23）连接；所述控制器（23）的另一端连接蓄电池（22）和传感单元；所述蓄电池（22）连接传感单元，在乒乓球拍刚开始使用的一段时间内，蓄电池（22）为传感单元的模块供电；当蓄电池（22）未充满电前，经控制器（23）传输电能优先为传感单元的模块供电，剩余的电量再为蓄电池（22）充电；当蓄电池（22）充满电后，经控制器（23）传输电能只为传感单元的模块供电。2.根据权利要求1所述的自供电智能乒乓球拍，其特征是，所述球拍能量收集装置（3）、手柄动能收集装置（4）和手柄机械能收集装置（5）均包括一层或两层以上压电薄膜（6）；所述压电薄膜（6）由压电陶瓷、压电驻极体、压电均聚物、压电共聚物中的一种或多种制作而成；当使用两层以上压电薄膜（6）时，各层压电薄膜（6）可以串联也可以并联。3.根据权利要求2所述的自供电智能乒乓球拍，其特征是，所述压电薄膜（6）的两侧表面设置有导电层（7），所述导电层（7）是银浆、铝银浆、导电胶、导电聚合物中的一种或多种，导电层（7）通过涂布、丝网印刷、蒸镀、磁控溅射中的任意一种或多种设置在压电薄膜（6）的两侧表面。4.根据权利要求3所述的自供电智能乒乓球拍，其特征是，处于最外侧的导电层（7）的外侧设置有保护层（8），所述保护层（8）是以涂布、丝网印刷高分子胶水、或将带有胶的高分子材料的薄膜粘贴在导电层（7）上形成的。5.根据权利要求1所述的自供电智能乒乓球拍，其特征是，所述球拍能量收集装置（3）、手柄动能收集装置（4）和手柄机械能收集装置（5）均设置有一个正极和一个负极共两个电极（9），电极（9）用以与控制器（23）连接。6.根据权利要求5所述的自供电智能乒乓球拍，其特征是，所述球拍能量收集装置（3）为片状的，整体形状与球拍基体（1）的形状一致，其粘合在球拍基体（1）上的凹槽里，并将电极（9）引入进手柄空腔内与控制器（23）连接；所述手柄动能收集装置（4）为带有质量块（41）的振动传感器，其安装在手柄内腔中；所述手柄机械能收集装置（5）为扇形片状结构，安装时将其贴合在手柄侧壁的凹槽中，并将电极（9）引入进手柄（2）内腔内与控制器（23）连接。7.根据权利要求6所述的自供电智能乒乓球拍，其特征是，所述手柄动能收集装置（4）的数量为2个，2个手柄动能收集装置（4）并联，且2个手柄动能收集装置（4）均采用悬臂梁的形式安装在手柄（2）的一端，手柄动能收集装置（4）在悬臂梁一端设置有1个或2个不超过1g的质量块（41），手柄动能收集装置（4）的一侧或中间位置设置有弹性基材（42）；所述弹性基材（42）为一侧或两侧带胶的pet薄膜或pi薄膜。8.根据权利要求1所述的自供电智能乒乓球拍的使用方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1，触碰手柄（2）外侧的触摸开关（24） ，触摸开关（24）开启控制器（23）和蓄电池（22）；
步骤2，当球拍击到乒乓球时，乒乓球碰撞球拍产生的能量由球拍能量收集装置（3）转化成电能，并将电能传输至控制器（23）；人在挥动乒乓球拍时产生的动能由手柄动能收集装置（4）转化成电能，并将电能传输至控制器（23）；人握手柄（2）时力量变化所产生的机械能由手柄机械能收集装置（5）转化成电能，并将电能传输至控制器（23）；步骤3，控制器（23）可监测蓄电池（22）的电量，根据蓄电池（22）的电量进行供电。9.根据权利要求8所述的自供电智能乒乓球拍的使用方法，其特征是，所述步骤3中，控制器（23）可监测蓄电池（22）的电量，根据蓄电池（22）的电量进行供电：当蓄电池（22）未充满电时，经控制器（23）传输电能将一部分电能为蓄电池（22）充电，经控制器（23）传输电能的另一部分为传感单元的模块供电；当蓄电池（22）充满电时，经控制器（23）将电能直接为传感单元的模块供电。10.根据权利要求8所述的自供电智能乒乓球拍的使用方法，其特征是，所述步骤3中，蓄电池（22）在乒乓球球拍刚开始使用时为传感单元供电，待球拍能量收集装置（3）、手柄动能收集装置（4）和手柄机械能收集装置（5）的产生电能后，则切换至经控制器（23）传输电能为传感单元供电。

技术总结
自供电智能乒乓球拍及其使用方法，涉及智能乒乓球拍技术领域，特别是涉及一种自供电智能乒乓球拍及其使用方法。包括球拍基体和手柄，球拍基体设有海绵层，海绵层外侧设有球拍胶皮层；手柄外侧设有手柄胶皮层，手柄内腔内设有蓄电池和控制器，球拍基体两侧设有球拍能量收集装置；手柄内腔内设有手柄动能收集装置，手柄侧壁的凹槽内设有手柄机械能收集装置，手柄外侧设有触摸开关；球拍能量收集装置、手柄动能收集装置和手柄机械能收集装置均与控制器连接；控制器连接蓄电池和传感单元；蓄电池连接传感单元。压电薄膜会在薄膜两表面感应出电荷，通过球拍能量收集装置、手柄动能收集装置和手柄机械能收集装置将电荷收集形成电源，能够自供电。能够自供电。能够自供电。


技术研发人员：周长阳 郑晓 刘鹏 王昊
受保护的技术使用者：三三智能科技（日照）有限公司
技术研发日：2023.07.15
技术公布日：2023/10/20