帶有發光點的手球射門訓練裝置研制

張亞莉, 劉書勇, 馬靜巖

(1. 桂林航天工業學院 體育部, 廣西 桂林 541004； 2. 哈爾濱師范大學 體育科學學院, 黑龍江 哈爾濱 150025； 3. 哈爾濱師范大學 教務處, 黑龍江 哈爾濱 150025)

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

1 帶有發光點的手球射門訓練裝置的設計思路

當前,在手球射門訓練中,所采用的訓練方法與手段一般為重復訓練法和持續訓練法，即進攻隊員持球輪番對有守門員的球門進行射門練習。這種練習方式雖然能促進進攻運動員的射門技術動作定性、發展進攻運動員的射門能力,但對于守門員的訓練要求卻相對較高[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練,使得即便有3名守門員進行輪番守門也難以應對如此高的訓練強度和負荷。這種因守門員人數較少的限制,不僅無法對射門進行大量的強化訓練,從而降低了手球射門的訓練效果；同時重復訓練法、持續訓練法往往只能解決運動員掌握基本的射門技術動作,但卻無法拓展運動員射門方式的多樣性,由此導致射門訓練手段較為單一。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,良好的隨機應變能力[3-4]。但已有的訓練方法與手段顯然無法滿足這樣的要求,不能適應高水平射門訓練的需求。因此,利用最新的數字化科技研究成果,研發一種帶有光反應練習及選擇反應時的射門訓練裝置,就成為提高手球運動員射門能力的必然要求。

帶有發光點的手球射門訓練裝置的設計思路主要突出以下3點：(1)解決現有射門訓練中存在的守門員人數少、射門訓練手段單一、攻防雙方心理障礙,因而限制運動員進行強化訓練的問題,提高運動員射門訓練的負荷強度和負荷量；(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練；(3)能夠為運動員的射門練習提供一種基于光電技術的選擇反應時間訓練系統,并能夠對運動員的射門數量、射門過程進行數字化顯示、測量與監控。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、測量與監控系統融入其中,在滿足手球運動員射門訓練的同時,也進一步契合手球運動科學化訓練的發展趨勢和當代運動訓練器械高效能、多功能、科學化的發展特點。

第一,構建以球門、模擬守門員、導軌、導向元件和電控裝置為基礎的主體結構；第二,加入LED發光帶、手球擋板、發光固定層、彈性材料等其他輔助器件；第三,在球門、導軌、導向元件中安裝發光體驅動器、發光控制信號輸入端、導向元件驅動器等電子元件,并通過信號處理器和量化控制電路加以調控,實現對訓練裝置的操控和訓練的量化監控[5-7]。基于此,訓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型號的串行通信驅動電路等[8-10]。

2 帶有發光點的手球射門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,以此實現運動員的射門訓練；另一方面,通過LED光電系統,提高運動員在射門訓練中的動作反應時間、動作準確性、射門應變性和選擇反應時間。同時,該訓練裝置還可以對射門數量進行量化控制,以對運動員的射門訓練進行系統的評估,以滿足教練員對運動員訓練成效的需求。為實現這一技術設想,該裝置主要由球門、模擬守門員、導軌、導向元件、電控裝置、數字式電子電路系統等組成。其中球門是該訓練器械的主體裝置,是運動員進行射門訓練的主要目標區域；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；導軌既是承載裝置，用于承載導向元件和模擬守門員,同時也是導向元件的控制裝置,導軌通過置在其中的導向元件驅動器,將控制電路輸出的信號傳輸給導向元件,實現對其的有效調控；而導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；電控裝置是該訓練裝置的“大腦”,一方面為訓練裝置提供電源實現訓練器械各機構的有效運行的同時,另一方面還要控制發光體驅動器、導向元件驅動器等電子元件信號的發射與接收,為運動員和教練員提供準確的訓練信息。

2.2 工作原理

在開啟訓練裝置的電源后,訓練者先要設置相應的訓練模式,然后按動開關開始射門訓練。訓練裝置啟動后,電控裝置將訓練者預先設置的訓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送至各系統組件(導向元件驅動器、發光體驅動器、揚聲系統)控制各部分協同工作[11-12]。當信號指令由導向元件驅動器輸出至導向元件后,導向元件承載模擬守門員開始在導軌上工作,隨機控制模擬守門員進行左右不同幅度的持續運動；另一組信號由發光體驅動器輸出至LED燈光系統后,球門的LED燈光系統開始與模擬守門員協同工作；還有一組音頻信號會由控制電路發至揚聲器,為訓練提供情景聲音。同時,在訓練裝置工作中,電控裝置會通過電信號的反饋,隨時對LED光電系統、模擬守門員移動方式和速率、音頻系統進行調控。一方面為運動員提供多樣性的射門訓練,促進手球運動員射門運動技能的發展；另一方面以發光個數信息、擊打準確信息顯示和播報,為運動員和教練員提供準備的射門結果反饋。

3 帶有發光點的手球射門訓練裝置的研制

3.1 器械的整體研制

該手球射門訓練裝置結構見圖1。

圖1 帶有發光點的手球射門訓練裝置結構

圖2 手球擋板結構

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

3.2 控制系統的電控裝置研制

該新型帶有發光點的手球射門訓練電控裝置結構見圖3。電控裝置包括控制電路、發光體驅動器、顯示電路等。控制電路采用單片機實現,該單片機用于根據設定的程序輸出控制信號,并通過發光體驅動器驅動LED發光帶和LED發光點發光；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,該隨機碼生成器用于產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向元件和發光體驅動器,該信號延遲控制電路還用于維持其輸出信號設定時間。電控裝置的電氣連接關系為：LED發光帶的控制信號輸入端連接發光體驅動器的光帶控制信號輸出端,多個LED發光點的控制信號輸入端分別連接發光體驅動器的多個發光點控制信號輸出端,發光體驅動器的發光控制信號輸入端連接控制電路的發光控制信號輸出端；導向元件的控制信號輸入端連接導向元件驅動器的導向信號輸出端,導向元件驅動器的導向控制信號輸入端連接控制電路的導向控制信號輸出端；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據通信端口。

圖3 電控裝置結構

4 結語

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