帶有發(fā)光點的手球射門訓(xùn)練裝置研制

張亞莉, 劉書勇, 馬靜巖

(1. 桂林航天工業(yè)學(xué)院 體育部, 廣西 桂林 541004； 2. 哈爾濱師范大學(xué) 體育科學(xué)學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150025； 3. 哈爾濱師范大學(xué) 教務(wù)處, 黑龍江 哈爾濱 150025)

提高我國手球運動訓(xùn)練的科學(xué)化水平,提升進攻能力就成為我國手球運動訓(xùn)練的重要目標(biāo)之一。但從我國手球運動訓(xùn)練和運動員進攻能力培養(yǎng)的過程來看,高負(fù)荷的攻防對抗和接近實戰(zhàn)化的進攻射門訓(xùn)練,往往極易造成守門員的損傷。一旦出現(xiàn)訓(xùn)練傷害后,進攻隊員和防守隊員均在心理上產(chǎn)生一定的障礙,這不僅影響到訓(xùn)練的正常進行,同時也制約了訓(xùn)練的成效。因此,研制一種手球射門訓(xùn)練裝置就成為提高手球訓(xùn)練科學(xué)化水平、提高運動員進攻能力的重要方式。

1 帶有發(fā)光點的手球射門訓(xùn)練裝置的設(shè)計思路

當(dāng)前,在手球射門訓(xùn)練中,所采用的訓(xùn)練方法與手段一般為重復(fù)訓(xùn)練法和持續(xù)訓(xùn)練法，即進攻隊員持球輪番對有守門員的球門進行射門練習(xí)。這種練習(xí)方式雖然能促進進攻運動員的射門技術(shù)動作定性、發(fā)展進攻運動員的射門能力,但對于守門員的訓(xùn)練要求卻相對較高[1-2]。一方面,守門員需要盡可能地防守球門不讓球射入,這使得守門員往往在訓(xùn)練中極易受傷；另一方面,一個球隊20余名隊員的輪番射門訓(xùn)練,使得即便有3名守門員進行輪番守門也難以應(yīng)對如此高的訓(xùn)練強度和負(fù)荷。這種因守門員人數(shù)較少的限制,不僅無法對射門進行大量的強化訓(xùn)練,從而降低了手球射門的訓(xùn)練效果；同時重復(fù)訓(xùn)練法、持續(xù)訓(xùn)練法往往只能解決運動員掌握基本的射門技術(shù)動作,但卻無法拓展運動員射門方式的多樣性,由此導(dǎo)致射門訓(xùn)練手段較為單一。手球比賽時球的速度快,變化多,因此要求運動員有極快的反應(yīng),良好的隨機應(yīng)變能力[3-4]。但已有的訓(xùn)練方法與手段顯然無法滿足這樣的要求,不能適應(yīng)高水平射門訓(xùn)練的需求。因此,利用最新的數(shù)字化科技研究成果,研發(fā)一種帶有光反應(yīng)練習(xí)及選擇反應(yīng)時的射門訓(xùn)練裝置,就成為提高手球運動員射門能力的必然要求。

帶有發(fā)光點的手球射門訓(xùn)練裝置的設(shè)計思路主要突出以下3點：(1)解決現(xiàn)有射門訓(xùn)練中存在的守門員人數(shù)少、射門訓(xùn)練手段單一、攻防雙方心理障礙,因而限制運動員進行強化訓(xùn)練的問題,提高運動員射門訓(xùn)練的負(fù)荷強度和負(fù)荷量；(2)堅固、可靠、耐用,適合手球運動員進行不同方式、不同類型的、不同角度和不同時空的射門訓(xùn)練；(3)能夠為運動員的射門練習(xí)提供一種基于光電技術(shù)的選擇反應(yīng)時間訓(xùn)練系統(tǒng),并能夠?qū)\動員的射門數(shù)量、射門過程進行數(shù)字化顯示、測量與監(jiān)控。因此,該裝置不僅要集球門、模擬守門員、電控裝置于一體,還要將顯示、測量與監(jiān)控系統(tǒng)融入其中,在滿足手球運動員射門訓(xùn)練的同時,也進一步契合手球運動科學(xué)化訓(xùn)練的發(fā)展趨勢和當(dāng)代運動訓(xùn)練器械高效能、多功能、科學(xué)化的發(fā)展特點。

第一,構(gòu)建以球門、模擬守門員、導(dǎo)軌、導(dǎo)向元件和電控裝置為基礎(chǔ)的主體結(jié)構(gòu)；第二,加入LED發(fā)光帶、手球擋板、發(fā)光固定層、彈性材料等其他輔助器件；第三,在球門、導(dǎo)軌、導(dǎo)向元件中安裝發(fā)光體驅(qū)動器、發(fā)光控制信號輸入端、導(dǎo)向元件驅(qū)動器等電子元件,并通過信號處理器和量化控制電路加以調(diào)控,實現(xiàn)對訓(xùn)練裝置的操控和訓(xùn)練的量化監(jiān)控[5-7]。基于此,訓(xùn)練裝置的主體材料主要以不銹鋼和鋁合金為主,輔助材料主要以橡膠、靜音軸承和PVC板材為主,電子元器件主要以性價比適中的集成電路、單片機、LED光源、驅(qū)動電路等為主，比如LM324、AD623型號的集成電路,AVR系列單片機、PIC系列單片機、430系列單片機,RS232、RS485型號的串行通信驅(qū)動電路等[8-10]。

2 帶有發(fā)光點的手球射門訓(xùn)練裝置的技術(shù)方案與工作原理

2.1 技術(shù)方案

該訓(xùn)練裝置一方面通過模擬守門員的平行快速移動,在模擬守門員守門方式的同時提高運動員射門的難度,以此實現(xiàn)運動員的射門訓(xùn)練；另一方面,通過LED光電系統(tǒng),提高運動員在射門訓(xùn)練中的動作反應(yīng)時間、動作準(zhǔn)確性、射門應(yīng)變性和選擇反應(yīng)時間。同時,該訓(xùn)練裝置還可以對射門數(shù)量進行量化控制,以對運動員的射門訓(xùn)練進行系統(tǒng)的評估,以滿足教練員對運動員訓(xùn)練成效的需求。為實現(xiàn)這一技術(shù)設(shè)想,該裝置主要由球門、模擬守門員、導(dǎo)軌、導(dǎo)向元件、電控裝置、數(shù)字式電子電路系統(tǒng)等組成。其中球門是該訓(xùn)練器械的主體裝置,是運動員進行射門訓(xùn)練的主要目標(biāo)區(qū)域；模擬守門員是該器械的主要部分,主要用于阻止運動員將球射入球門；導(dǎo)軌既是承載裝置，用于承載導(dǎo)向元件和模擬守門員,同時也是導(dǎo)向元件的控制裝置,導(dǎo)軌通過置在其中的導(dǎo)向元件驅(qū)動器,將控制電路輸出的信號傳輸給導(dǎo)向元件,實現(xiàn)對其的有效調(diào)控；而導(dǎo)向元件則是信號輸出的反饋裝置,通過左右的快速移動模擬守門員的防守,通過干擾、阻礙等方式阻止運動員將球射入球門；電控裝置是該訓(xùn)練裝置的“大腦”,一方面為訓(xùn)練裝置提供電源實現(xiàn)訓(xùn)練器械各機構(gòu)的有效運行的同時,另一方面還要控制發(fā)光體驅(qū)動器、導(dǎo)向元件驅(qū)動器等電子元件信號的發(fā)射與接收,為運動員和教練員提供準(zhǔn)確的訓(xùn)練信息。

2.2 工作原理

在開啟訓(xùn)練裝置的電源后,訓(xùn)練者先要設(shè)置相應(yīng)的訓(xùn)練模式,然后按動開關(guān)開始射門訓(xùn)練。訓(xùn)練裝置啟動后,電控裝置將訓(xùn)練者預(yù)先設(shè)置的訓(xùn)練模式信息傳遞給信號控制電路中的處理器,控制電路中的處理器則會將輸入的信號處理后由電子電路將信息同時發(fā)送至各系統(tǒng)組件(導(dǎo)向元件驅(qū)動器、發(fā)光體驅(qū)動器、揚聲系統(tǒng))控制各部分協(xié)同工作[11-12]。當(dāng)信號指令由導(dǎo)向元件驅(qū)動器輸出至導(dǎo)向元件后,導(dǎo)向元件承載模擬守門員開始在導(dǎo)軌上工作,隨機控制模擬守門員進行左右不同幅度的持續(xù)運動；另一組信號由發(fā)光體驅(qū)動器輸出至LED燈光系統(tǒng)后,球門的LED燈光系統(tǒng)開始與模擬守門員協(xié)同工作；還有一組音頻信號會由控制電路發(fā)至揚聲器,為訓(xùn)練提供情景聲音。同時,在訓(xùn)練裝置工作中,電控裝置會通過電信號的反饋,隨時對LED光電系統(tǒng)、模擬守門員移動方式和速率、音頻系統(tǒng)進行調(diào)控。一方面為運動員提供多樣性的射門訓(xùn)練,促進手球運動員射門運動技能的發(fā)展；另一方面以發(fā)光個數(shù)信息、擊打準(zhǔn)確信息顯示和播報,為運動員和教練員提供準(zhǔn)備的射門結(jié)果反饋。

3 帶有發(fā)光點的手球射門訓(xùn)練裝置的研制

3.1 器械的整體研制

該手球射門訓(xùn)練裝置結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 帶有發(fā)光點的手球射門訓(xùn)練裝置結(jié)構(gòu)

圖2 手球擋板結(jié)構(gòu)

該訓(xùn)練裝置由球門(包括帶有LED發(fā)光帶的球門外框和手球擋板)、模擬守門員、導(dǎo)軌、導(dǎo)向元件和電控裝置構(gòu)成[13]。球門的大小與手球球門相同,球門外框由木質(zhì)構(gòu)成并在表面開有凹槽,LED發(fā)光帶嵌在所述的凹槽中；手球擋板安裝在球門內(nèi),由具有厚度的片狀物構(gòu)成,其中包含了透光層、彈性層、發(fā)光固體層、底層和多個LED發(fā)光點組成,見圖2，底層和透光層的邊緣固定連接組成中空的袋,發(fā)光固體層和彈性層都位于中空的袋內(nèi),發(fā)光固體層與底層相接觸,彈性層位于發(fā)光固體層和透光層之間，所述各層之間均緊密接觸,發(fā)光層上均開有多個凹槽或通孔,每個凹槽或通孔內(nèi)均固定有一個LED發(fā)光點,與每個LED發(fā)光點對應(yīng)的彈性層上設(shè)置多個透光孔,多個透光孔的中心相互平行,且與透光層所在平面相垂直；模擬守門員尺寸與規(guī)格接近真人大小,并由具有彈性的橡膠材質(zhì)制成；導(dǎo)軌由鋁合金材質(zhì)制成并置于手球門前；導(dǎo)向元件由鋁合金材質(zhì)制成并內(nèi)置有導(dǎo)向元件驅(qū)動器,同時導(dǎo)向元件上安裝有模擬守門員；電控裝置包括發(fā)光體驅(qū)動器、控制電路和導(dǎo)向元件驅(qū)動器。

3.2 控制系統(tǒng)的電控裝置研制

該新型帶有發(fā)光點的手球射門訓(xùn)練電控裝置結(jié)構(gòu)見圖3。電控裝置包括控制電路、發(fā)光體驅(qū)動器、顯示電路等。控制電路采用單片機實現(xiàn),該單片機用于根據(jù)設(shè)定的程序輸出控制信號,并通過發(fā)光體驅(qū)動器驅(qū)動LED發(fā)光帶和LED發(fā)光點發(fā)光；控制電路的控制過程由隨機碼生成器和信號延遲控制電路實現(xiàn),該隨機碼生成器用于產(chǎn)生隨機碼信號并輸出給信號延遲控制電路,該信號延遲控制電路將輸入的隨機碼信號輸出給導(dǎo)向元件和發(fā)光體驅(qū)動器,該信號延遲控制電路還用于維持其輸出信號設(shè)定時間。電控裝置的電氣連接關(guān)系為：LED發(fā)光帶的控制信號輸入端連接發(fā)光體驅(qū)動器的光帶控制信號輸出端,多個LED發(fā)光點的控制信號輸入端分別連接發(fā)光體驅(qū)動器的多個發(fā)光點控制信號輸出端,發(fā)光體驅(qū)動器的發(fā)光控制信號輸入端連接控制電路的發(fā)光控制信號輸出端；導(dǎo)向元件的控制信號輸入端連接導(dǎo)向元件驅(qū)動器的導(dǎo)向信號輸出端,導(dǎo)向元件驅(qū)動器的導(dǎo)向控制信號輸入端連接控制電路的導(dǎo)向控制信號輸出端；顯示電路的信號輸入端連接控制電路的顯示信號輸出端；揚聲器電路的信號輸入端連接控制電路的音頻信號輸出端；串行接口驅(qū)動電路與控制電路的串行接口連接,用于提供控制電路與外部的串行數(shù)據(jù)通信端口。

圖3 電控裝置結(jié)構(gòu)

4 結(jié)語

該新型帶有發(fā)光點的手球射門訓(xùn)練裝置已經(jīng)通過了國家知識產(chǎn)權(quán)局審批獲得國家實用新型專利。該訓(xùn)練裝置有效解決了現(xiàn)有手球運動射門訓(xùn)練中守門員較少、射門訓(xùn)練模式單一、射門訓(xùn)練強度不足的問題。這種新型手球運動訓(xùn)練器材的研發(fā),一方面豐富了我國手球運動射門訓(xùn)練的方法與手段,優(yōu)化了我國現(xiàn)有手球射門訓(xùn)練模式；另一方面實現(xiàn)了教練員對手球運動員射門訓(xùn)練的科學(xué)評估與實施監(jiān)控,促進了我國手球運動科學(xué)化訓(xùn)練的發(fā)展。該訓(xùn)練裝置還具有價格低廉、使用方便、堅固可靠的特點。