平衡車馬球便攜式球門設計

李璇

摘 要 馬球是當今社會比較流行的體育活動，隨著科技的飛速發(fā)展，馬球的運動和比賽形式也慢慢發(fā)生著變化。為了配合平衡車馬球的發(fā)展和需求，本文對相應的便攜式球門進行了結(jié)構(gòu)設計。首先是對馬球的起源與發(fā)展進行了詳細描述，其次對馬球的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進行綜述，然后針對平衡車馬球球門的便攜性和可拆行需求進行整體結(jié)構(gòu)設計與優(yōu)化，包括馬球球門的尺寸和材料選擇，最后對馬球球門的整體結(jié)構(gòu)進行三維建模。平衡車馬球球門的設計關系到馬球運動的發(fā)展，以及球員運動過程中的安全性，基于這些考慮，本文設計的馬球球門基本可以滿足這些需求，為馬球運動的發(fā)展和球門的研發(fā)生產(chǎn)提供了很好的思路。

關鍵詞 馬球 便攜性 三維建模 安全性

中圖分類號：G882.3 文獻標識碼：A

平衡車馬球運動，在參照古代馬球規(guī)則的同時，進行創(chuàng)新。讓“智能平衡車”替代“馬”，將古代的競技傳統(tǒng)與現(xiàn)代機器人技術緊密結(jié)合起來，既遵循傳統(tǒng)，又充滿現(xiàn)代感。馬球這項運動，在鍛煉自身身體平衡性以及靈活性的同時，又要求隊員間互相信任與相互合作，它集個體的平衡技術、團隊的協(xié)作意識、豐富的戰(zhàn)術于一體，大大增加了平衡車馬球的趣味性和比賽性。機器人競賽從上個世紀末興起，在短短七、八年時間里，經(jīng)歷了從無到有，從單一到綜合，從簡單到復雜的過程。機器人競賽規(guī)模不斷擴大，項目不斷增加，影響力不斷增強，技術的進步推動著社會共同進步。如今的平衡車馬球運動，已經(jīng)列入素質(zhì)體育機器人運動大賽的一個比賽項目。以車代馬，以其獨特的運動方式和新穎的科技理念被廣大運動者所喜愛。

隨著科技的發(fā)展，人們活動的范圍越來越大。為了更好滿足人們的需求，生活中越來越多的體育器材朝著便攜式的趨勢在改進。新型的便攜式器材輕便而且占用較少的空間，可以隨意拆卸安裝移動，讓你隨時隨地就可以進行體育運動，方便人們的生活。

1球門的尺寸設計

1.1傳統(tǒng)馬球球門的尺寸設計

馬球分為室外馬球和室內(nèi)馬球，其對應的馬球的球門尺寸區(qū)別很大。室外馬球，其兩端線各設一個球門，由兩個圓柱體形成，設于端線上，兩柱相距為8碼（7.2m），同時距端線中點各為4碼（3.6m），門柱高度至少為3碼（2.7m），也就是說室外馬球的球門尺寸為長7.2m，高3.6m。室內(nèi)馬球按場地具體劃分為兩種，分別為競技場馬球和沙灘馬球，其門的尺寸均為高12英尺，寬10英尺，折算為米制單位，為長3.65m，高3.05m。

1.2平衡車馬球的尺寸設計

傳統(tǒng)馬球是一種典型的馬上運動，隨著時代的發(fā)展，平衡車馬球因為比賽和娛樂的便利性得到了大眾的歡迎，但由于馬上運動到平衡車上運動的運動形式的改制，其球場的整體大小和球門尺寸便要做出較大的修改，這里著重關注球門尺寸的優(yōu)化與確定。

在考慮到人體平均身高及對其運動學分析，從這項運動的逐漸興起，其尺寸一直朝著更加舒適比賽、保護人身安全的方向發(fā)展，并確定平衡車馬球球門一般尺寸為底部長1.8m，高1.2m。課題要求的平衡車馬球球門是可以隨時搬運的，且方便攜帶，所以該球門應加上尾部支撐，確保其整體的穩(wěn)定性，也就是說球門接觸地面那段因為一個矩形，確定其寬為0.9m，即平衡車馬球球門的整體結(jié)構(gòu)尺寸為長1.8m，寬0.9m，高1.2m。

2球門的結(jié)構(gòu)設計

2.1傳統(tǒng)馬球球門的結(jié)構(gòu)設計

馬球球門的結(jié)構(gòu)設計非常重要，關系到球門的整體美觀和穩(wěn)定性，一個合理的馬球球門結(jié)構(gòu)決定了球門的主要重量，進而關系到平衡車馬球球門的方便攜帶性。此球門在一定程度上確實能滿足比賽的需求，只是仍有諸多不足。球門兩側(cè)橫梁對于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性沒有太大的幫助，并且球門的作用主要在于正門的門框大小，后面的門框大小對比賽的影響不大，如果設計前后大小相同，在某種程度上，對球門的配重及穩(wěn)定性也會有不利。

2.2平衡車馬球球門的結(jié)構(gòu)設計

可以看出這種布局的馬球球門在結(jié)構(gòu)上可以做出優(yōu)化，整個球門只有門那塊的尺寸是固定要求的，而其他地方的結(jié)構(gòu)在不影響比賽公平性和球門本身的穩(wěn)定性方面，是可以酌情結(jié)構(gòu)優(yōu)化的。只要球門后側(cè)的結(jié)構(gòu)夠穩(wěn)定，且滿足剛度要求，球門上端兩條豎桿可去除，并且球門后側(cè)的結(jié)構(gòu)整體可減小，即高度不一定非要達到1.2m。同時，為滿足球門整體的穩(wěn)定性，球門的整體結(jié)構(gòu)不應該等長等高等寬，球門面尺寸不變，側(cè)面整體可做成梯形結(jié)構(gòu)。優(yōu)化后球門可以看出，球門后端部分做了較大調(diào)整，球門上端豎杠也去除。優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)在滿足球門穩(wěn)定性的前提下，基本可以達到最小配重。

3球門的材料選擇及穩(wěn)定性

3.1傳統(tǒng)馬球球門的材料選擇

傳統(tǒng)的馬球球門主要是由受重量碰撞時的柔軟且防腐材料編成，柱的表面涂以彩色，頂端樹以旗幟，以資識別。隨著社會的發(fā)展，現(xiàn)如今的馬球球門更多的用防腐木頭外包防沖擊墊，插入30cm深2.5cm寬的金屬插座內(nèi)，確保插座頂部與場地齊平，這樣才不會傷到馬匹，在比賽時應配有備用球門柱在球門后30碼處（27m）平放，在其損壞后易于更換。因為金屬插座固定，所以馬球球門的穩(wěn)定性是可以得到保障的，不知是否會影響到馬球比賽的公平性質(zhì)。

3.2平衡車馬球球門的材料選擇及穩(wěn)定性分析

現(xiàn)在的馬球質(zhì)地堅硬，個頭又小，當撞擊到球門立柱和邊柱時，如果立柱的表面強度和硬度不夠，便會（下轉(zhuǎn)第173頁）（上接第171頁）損壞球門的表面，進而影響比賽進程。所以我們在選擇材料時，要著重選擇表面較為堅硬的材料，這次設計我們選擇高強度鋼材，比強度較高的金屬材料等。然而，為了保護馬球運動員的人身安全，比如運動員在攻擊球門的時候，容易與上側(cè)球門立柱發(fā)生撞擊，如果上側(cè)球門立柱不做任何保護措施，可能會造成運動員受傷，所以應該在上側(cè)球門立柱上包裹一層軟墊，是一種軟性保護材料，抵抗沖擊，整體的球門重量也會減小。

關于馬球球門的穩(wěn)定性分析，主要從球門的整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化考慮，球門的整體結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化已經(jīng)在上一節(jié)確定了方案。那么關于材料的選擇方面，考慮到便攜式球門的經(jīng)濟性，應該選擇同一種材料，同樣我們應該對球門的結(jié)構(gòu)進行更深層次的優(yōu)化分析，利用拓撲優(yōu)化，我們可以適當?shù)臏p小上側(cè)球門壁柱的直徑，下側(cè)的壁柱直徑不變，如此整個球門的中心下移，穩(wěn)定性上升。與此同時，我們可以在上側(cè)立柱外加包軟性保護材料，緩沖沖擊。

3.3球門的便攜式設計

球門的便攜式設計是本課題的重中之重，是在球門的整體結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化方案確定后，再分析馬球球門的可拆卸因素，進行的新的二次結(jié)構(gòu)設計。對于球門的便攜式設計主要是考慮到如何讓球門更方便馬球愛好者對球門的攜帶性，球員們有可能是從市區(qū)里驅(qū)車過來，或者是從宿舍拿到球場去，這要求球門可以拆卸，方便放入汽車后備箱和方便手提。在便攜性設計方面，我們主要考慮的是將側(cè)柱和頂柱進行分解，材料重量輕，且可以拆卸，在下一章會針對這一要求做出具體建模設計。

4結(jié)論

（1）本文主要是對馬球便攜式球門與傳統(tǒng)球門對了相應對比，從而突出便攜式球門的特點，方便攜帶等。并且從球門的簡易化和便攜性出發(fā)，對球門的整體結(jié)構(gòu)做出一定改變，并提出相應需求，對便攜式球門的整體設計有一定的指導作用。

（2）基于門柱基本外形結(jié)構(gòu)的前提下，從馬球門柱的便攜性和可拆卸性考慮，進行了整體結(jié)構(gòu)具體設計，結(jié)構(gòu)尺寸基本滿足比賽需求，各種要求基本可以得到滿足，對平衡車馬球比賽的發(fā)展有一定的促進作用。

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