帶有二維模擬系統的乒乓球回球落點訓練裝置研制

董大偉， 楊斌霞， 夏國斌， 高　俊， 付春艷

(哈爾濱師范大學 體育科學學院, 黑龍江 哈爾濱　150025)

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帶有二維模擬系統的乒乓球回球落點訓練裝置研制

董大偉， 楊斌霞， 夏國斌， 高俊， 付春艷

(哈爾濱師范大學 體育科學學院, 黑龍江 哈爾濱150025)

為提高乒乓球運動員的專項技能水平,研制一種帶有二維模擬系統的乒乓球回球落點訓練裝置。該儀器由乒乓球臺、N個擊打單元、二維模擬系統和控制單元等部分組成。以運動員視覺信息加工特征及運動技能形成的機制為原理,目的在于提高乒乓球運動員回球的準確性、技術動作的正確性和比賽的應變性。通過將認知信息加工與動作行為應答融為一體,以變化的情景模擬訓練和有效的科學監控,實現運動員專項技能的可控化訓練。

乒乓球訓練裝置； 二維模擬系統； 視覺信息加工； 回球訓練

自競技運動步入科技化和現代化以來,具有數字技術特征的先進訓練器械就成為運動訓練中不可缺少的重要組成部分。因為,先進的訓練器械不僅能有效提高運動員的運動技能,還能切實監控和保障運動員訓練的科學化水平。因此,為提高運動員的競技能力和科學化訓練水平,研發高水平的訓練器械就成為當前體育工作者的又一重要研究方向[1]。當前,以視覺信息加工為特征的運動技能形成理論,為運動員科學訓練提供了新的研究方向。它以人的視覺信息加工為基礎,通過對運動員視覺信息加工機制和特征的分析,發現運動員認知信息加工的模式與動作行為應答的特征與規律[2]。這種新的科學理論不僅闡釋了運動技能形成與發展的關鍵所在、改變了人們對運動技能形成與發展的認知,而且大幅度提高了運動員的競技水平、有效地促進了現代運動訓練的發展。本研究依據視覺信息加工理論,為乒乓球運動員研制一種新型的訓練器材，意在將乒乓球運動員的技術練習與對視覺信息的加工為一體,幫助運動員建立正確的行為應答反饋模式,在促進乒乓球訓練科學化的同時,有效提升乒乓球運動員的專項運動技能與競技水平。

1　帶有二維模擬系統的乒乓球回球落點訓練裝置的設計思路

乒乓球運動是一項以技巧性為主,以身體體能素質為輔的技能主導類體育項目[3]。在運動中,運動員要實現得分制勝,不僅要回球速度快、準確性高,而且還要有極快的反應速度和良好的隨機應變的能力。這就使得回球訓練成為提升乒乓球運動員競技能力和取得比賽制勝的重要因素。目前,乒乓球運動員的回球訓練,主要由教練的“喂球”及與隊友的對練來實現。雖然這種練習方式能有效提高運動員的專項技術水平,但卻是一個費時費力的過程，不僅削弱了教練員的指導精力,而且也限制了隊友的訓練時間。為此,國內外專家和體育器材廠商研制并生產一些利于“喂球”和對練的乒乓球訓練器材,如乒乓球發球器、乒乓球回球板等[4-5]。但從練習的過程和訓練的效果來看,這些裝置還難以滿足乒乓球運動員回球訓練的強度和效度需求。為此,本研制一種帶有二維模擬系統的乒乓球回球落點訓練裝置。

新型帶有二維模擬系統的乒乓球回球落點訓練裝置的設計思路主要突出以下3點：(1)能夠滿足乒乓球運動員多樣化和精準化的回球訓練；(2)價格低廉、可靠耐用,適合不同層次隊伍和不同等級運動員的訓練需求；(3)能夠對乒乓球運動員回球訓練過程進行全程監控,并對回球落點進行定性和定量化的分析。因此,在該訓練裝置的研制中，首先要設計一種以乒乓球臺、光電系統、導軌、調整架為結構的主體系統,以此實現為乒乓球運動員提供多種模式的回球落點訓練，從而確保訓練裝置能夠有效提高乒乓球運動員的專項技能，比如殺球落點訓練、搓球落點訓練、削球落點訓練、弧圈球落點訓練等；其次,選擇性價比適中的電子元件和相關材料，比如采用430系列芯片、STC12C5A08S2、LM324、AD623等型號的集成電路、LED光源、PVC板材等[6-8]；最后,選擇一種具有良好人機控制界面的信息輸出系統,可以使教練員和運動員隨時觀察到回球技術的運用狀況，比如采用一種亮度高、省電、壽命長的液晶顯示屏[9]，選用一種工作穩定的無線信號發射和接收器等[10]。

2　帶有二維模擬系統的乒乓球回球落點訓練裝置的技術方案與工作原理

2.1技術方案

該訓練裝置以二維模擬系統模擬臨場比賽環境,通過光指示回球落點的方式,使運動員能夠有目的地進行回球落點的訓練,實現有效提高乒乓球運動員的回球準確性、加快技術動作的反應速度和增加臨場比賽的隨機應變能力。此外,該訓練裝置還可以將運動員的訓練數據進行系統化分析,為后續的乒乓球運動理論提供經驗支撐。為實現這一研制目標,該新型訓練裝置主要由乒乓球臺、N個擊打單元、二維模擬系統、電子電路和控制單元等部分構成。其中乒乓球臺是訓練裝置的基礎,一方面為運動員提供訓練平臺,另一方面用于布置和劃分回球落點的區域；N個擊打單元是運動員回球訓練實施的目標,主要用于訓練運動員回球的準確性；二維模擬系統主要用于模擬臨場的比賽環境,讓運動員的回球訓練更接近比賽真實[11]；電子電路主要用于為訓練裝置提供電源,實現系統各分支的有效運作；控制單元主要用于控制光電系統的信號發射與接受,記錄和分析運動員回球的準確性和有效性。

2.2工作原理

運動員在利用此裝置進行乒乓球回球訓練時,訓練者站在乒乓球臺一側,手握球拍、身體呈擊球的準備姿勢,面對二維模擬系統的人型模擬板。當訓練儀器啟動后,帶有二維模擬系統的乒乓球回球落點訓練裝置開始工作。此時,根據運動員的回球訓練要求,訓練裝置會對輸入的訓練模式指令進行信息的量化處理,并據此轉化成電信號傳遞至中央處理芯片,中央處理芯片將輸入的信號處理后輸出至各系統組件,控制各部分協同工作[12-14]。其中,二維模擬系統會通過水平方向調整架和遠近臺調整架隨機調整人型模擬板在球臺一側的位置,通過模擬比賽中對手不同站位的擊球表征和運動情景將球發向訓練者。而在球發出后,光電系統中的無線信號發射裝置則會發出一束紅外光,且光點會指向球臺對側N個擊打單元中的一個。此時,接受訓練的運動員要求在正確判斷來球的速度、旋轉和運行軌跡后,以合理的技術動作將球擊打回至對向球臺上,紅外光束指向的某一擊打單元,當擊打的回球落在對面球臺上后,儀器會自動記錄并儲存發球的數量、回球的數量和回球命中的成功率。

3　帶有二維模擬系統的乒乓球回球落點訓練裝置的研制

3.1器械的整體研制

該新型帶有二維模擬系統的乒乓球回球落點訓練裝置結構見圖1[15]。乒乓球臺選用訓練和比賽專用球臺。N個擊打單元呈陣列式布滿并固定在乒乓球臺一側的臺面上(N為大于3的正整數)；每個擊打單元均包括彈性擊打層、輕觸開關和中心指示燈,彈性擊打層布滿該擊打單元,輕觸開關的探測面設置在擊打層的下面,而中心指示燈嵌固在彈性擊打層內。遠近臺調整架和遠近臺驅動機構沿乒乓球臺的長度方向,鋪設在乒乓球臺接球側的地面上,用于調解遠近臺調整架與乒乓球臺的距離,遠近臺調整架與遠近臺導軌滑動連接。水平向調整架和水平向驅動機構鋪設在遠近臺調整架的上表面,且與乒乓球臺平行,用于調解水平向調整架的水平移動,水平向調整架與水平導軌滑動連接。人型模擬板固定在水平向調整架的上表面,主要用于模擬對手。當訓練裝置啟動后,通過水平向調整架以及驅動機構、遠近臺調整架以及驅動機構,選擇人型模擬板的不同站位,模擬比賽中的對手運動狀態。如遠臺、近臺、左側接球、右側攻球或接球的選位。以此增加運動員回球訓練的難度,提高運動員對回球落點的正確判斷能力、技術合理運用的能力和隨機應變的能力,從而實現運動員專項技能的提升和訓練目標的達成。

圖1　二維模擬系統的乒乓球回球落點訓練裝置結構

3.2控制系統的電路研制

該訓練裝置的控制模塊結構見圖2,控制模塊的電子電路見圖3。N個擊打單元輕觸開關的開關量信號輸出端分別與控制模塊的N個開關量信號輸入端連接；N個擊打單元中心指示燈的控制信號輸入端分別與控制模塊的中心指示燈控制信號輸入端連接；遠近臺驅動機構的遠近臺驅動信號輸出端與控制模塊的遠近臺驅動信號輸入端連接,遠近臺驅動機構用于驅動遠近臺調整架運動；水平向驅動機構的水平向驅動信號輸出端與控制模塊的水平向驅動信號輸入端連接，水平向驅動機構用于驅動水平向調整架運動；無線信號接收模塊固定在基板上，無線接收模塊的信號輸出端與控制模塊的信號輸入端連接,且無線信號發射模塊和無線信號接收模塊均采用藍牙技術實現；計數器的計數器信號輸入端與控制模塊的計數器信號輸出端連接，存儲器的存儲器信號輸入端與控制模塊的存儲器信號輸出端連接。訓練裝置啟動后,控制模塊以隨機的方式控制擊打單元工作。在工作狀態下,中心指示燈常亮作為回球落點,用于提示球員向該單位回球。當一個設定時間周期內,控制單元判斷是否收到輕觸開關閉合的開關量；如果判斷結果為是,則該次回球為有效回球,返回執行下一時間周期的工作；如果判斷結果為否,則該次回球為無效回球,返回執行下一時間周期的工作；同時,在訓練過程中的相關運動信息諸如擊球數量、擊球準確性、擊球成功率等,會通過計數器傳導至控制模塊；而控制模塊一方面會將信息輸出至液晶屏幕,讓運動員和教練員了解訓練效果及狀態；另一方面會將信息發送至存儲器將相關信息進行存儲,為訓練后的進一步分析以及專項技術研究提供參考。

圖2　控制模塊結構

4　結語

該新型帶有二維模擬系統的乒乓球回球落點訓練裝置,目前已經通過了國家知識產權局審批并獲得國家實用新型專利。該訓練裝置不僅克服了現有訓練器械回球落點單一、缺乏變化和模擬訓練情景失真的問題,而且還將教練員和隊友從傳統訓練中的“喂球”和對練中解放出來。不僅有利于鞏固技術動作,而且還解決了回球訓練中運動員動作反應、落點判斷和視覺信息加工相互融合問題；以視覺信息加工與動作反饋的聯動性訓練,優化了訓練結構、改善了訓練方法與手段,使得乒乓球回球訓練更具科學性。此外,該訓練裝置還具有價格低廉、使用方便、堅固可靠的特點。因此,該訓練裝置能夠滿足乒乓球教練員和運動員的訓練所需,并具有推廣的價值與意義。

圖3　控制模塊電子電路

References)

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Developmentofatabletennisballtrainingdeviceforbacktoballwitha2Dsimulationsystem

DongDawei,YangBinxia,XiaGuobin,GaoJun,FuChunyan

(P.E.ScientificCollege,HarbinNormalUniversity,Harbin150025,China)

Developmentofatabletennisballtrainingdeviceforbacktotheballwitha2D(two-dimension)simulationsystemcanimprovethespecificskillleveloftabletennisplayers.Thisdeviceconsistsofatabletennistable,anNunit,ahitting2Dsimulationsystemandcontrolunits,andothercomponents.Thedevelopmentofthemechanismoftheathletes’visualinformationprocessingcharacteristicsandtheformationofsportsskillsaretheprinciple,thepurposeistoimprovetheaccuracyoftabletennisplayersbacktotheball,thecorrectnessofthetechnicalmovementsandthegameshouldbemodified.Inordertorealizethecontrollabletrainingofthespecialskillsoftheathletes,thecognitiveinformationprocessingandactionresponseareintegratedwiththechangingscenesimulationtrainingandeffectivescientificmonitoring.

tabletennistrainingdevice; 2Dsimulationsystem;visualimformationprocessing;backballtraining

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.05.020

2015- 12- 10

黑龍江省自然科學基金項目(C201436)

董大偉(1978—)男，黑龍江哈爾濱，碩士，講師，研究方向為體育教育訓練學

E-mail：acdongdawei@163.com

高俊(1976—)，男，黑龍江哈爾濱，博士，副教授，碩士研究生導師，研究方向為體育教育訓練學.

E-mail：gh003421@163.com

G818.3

B

1002-4956(2016)5- 0074- 04