帶有輔助瞄準功能的中式臺球母球定位器

王 艷，蒼施龍，王 佳，馬佳樂，沈博昌

（東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150040）

目前，臺球運動已成為一項影響廣泛、民眾喜愛的健康休閑體育產(chǎn)業(yè)，然而對于一些剛接觸桌球的初學(xué)者或是想要快速提高水平的臺球選手來說，對母球的碰撞角度一般難以掌握，很難準確瞄準和出桿，難以將目標球擊進球袋，導(dǎo)致未能打出預(yù)先想好的擊球軌跡，達不到自己想要的結(jié)果[1]。所以需要有一種幫助其瞄準并能確定母球運動方向的工具，但目前市場上的輔助裝置對于消費者來說過于昂貴，裝置體積大，不宜在日常生活中使用，并且操作技術(shù)要求較高。本文設(shè)計了一種設(shè)備，不僅可以解決消費者的問題，還可以解決生產(chǎn)者技術(shù)、成本等問題，可以讓越來越多的人喜歡臺球，同時希望借此提高中式臺球初學(xué)者的技術(shù)水平，以及增加中式臺球運動的用戶數(shù)量。

1 輔助瞄準裝置的總體設(shè)計

臺球運動對臺球選手的視覺判斷和擊打準確度有相當高的要求，無論是對于專業(yè)臺球選手還是業(yè)余愛好者來說都是一個難點，擊球時，如果無法判斷擊打點是否準確，一切技術(shù)動作都徒勞無功。且現(xiàn)有的臺球輔助裝置，如一些光學(xué)影像類輔助裝置對消費者來說價格昂貴，裝置整體體積大，不易在平常訓(xùn)練使用中隨身攜帶。綜合考慮以上情況，本項目在母球定位器的基礎(chǔ)上進行了改進，不僅體積小便于攜帶，而且在定位的基礎(chǔ)上附加了瞄準功能，能幫助大家快速熟練中式臺球，減小瞄準難度，提高進球準確率。本裝置材料簡單，成本低，實施方便，不會損壞和污染臺球桌面。

本裝置包括底盤，以及安裝在底盤上端的定位座，所述定位座上設(shè)有用于與臺球貼合的圓弧端面，還包括安裝在底盤上且能夠指向水平面任意方向的三角板，三角板能夠便于操作者利用分離角指示原理進一步提高進球的準確率。

臺球定位器整體結(jié)構(gòu)如圖1 和圖2 所示。

圖1 臺球定位器整體結(jié)構(gòu)俯視圖

圖2 臺球定位器整體結(jié)構(gòu)仰視圖

2 臺球定位器的機構(gòu)設(shè)計

2.1 臺球定位器的底盤設(shè)計

底盤是整個裝置最基礎(chǔ)也是重要的部分，所有的設(shè)計都是在底盤的基礎(chǔ)上完成的，底盤還包括凹形基座和直座，凹形基座的內(nèi)壁上設(shè)有限位導(dǎo)槽Ⅰ；直座上端的中心設(shè)有限位導(dǎo)槽Ⅱ且前后延伸，直座的外壁上固接有梯形軌，梯形軌滑動連接在限位導(dǎo)槽Ⅱ內(nèi)。其中，凹形基座和直座之間能夠通過拉動實現(xiàn)聚合與分離，以改變本裝置整體的長度，以適應(yīng)不同情況的臺面和球位，使裝置更加靈活。底盤結(jié)構(gòu)如圖3 和圖4 所示。

圖3 底盤主體結(jié)構(gòu)I

圖4 底盤主體結(jié)構(gòu)II

2.2 臺球定位器的輔助瞄準設(shè)計

完成底盤的相關(guān)設(shè)計后，在底盤限位導(dǎo)槽設(shè)計的基礎(chǔ)上，添加帶軌基座，低柱垂直設(shè)置在帶軌基座的中心，為方便安裝和拆卸，在基座上設(shè)置用于與低柱進行螺紋連接的螺紋孔，預(yù)緊件Ⅰ安裝在低柱上且能夠抵在上述帶軌基座的上端面，帶軌基座滑動連接在限位導(dǎo)槽Ⅱ內(nèi)實現(xiàn)前后滑動以改變低柱的位置；運用三點一線原理，在凹形基座的尾部中心位置設(shè)置高柱，保證高柱和低柱在同一直線上，高柱也采用螺紋連接并設(shè)有能夠定位的預(yù)緊件Ⅱ。用低柱代替假想球球心，高柱為基準觀察，當確定袋口、目標球與立柱在同一直線上時，完成瞄準，此時無論什么方向，只要將母球向短柱所在的位置擊打，目標球即可進洞。帶軌基座結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 帶軌基座結(jié)構(gòu)圖

2.3 臺球定位器的定位功能設(shè)計

定位器是一種帶有角形卡球開口或半圓形卡球開口的裝置[2]，定位座安裝在底盤上端的后部，定位座與底盤通過可拆卸的方式固接，例如采用自攻螺絲或使用螺栓旋入螺紋孔產(chǎn)生預(yù)緊力的方式，圓弧端面設(shè)置在定位座的后端，具體弧度以中式臺球母球的弧度為基準。定位器還包括插部，以及固接在插部上的增穩(wěn)部，所述定位座的圓弧端面處設(shè)有凹槽，所述插部插裝在凹槽內(nèi)，增穩(wěn)部用于代替圓弧端面與臺球貼合以增加摩擦力，所述增穩(wěn)部為等距的毛刷或帶有防滑紋路的橡膠面。凹槽的中心橫截面和球的水平最大橫截面重合，定位器另一端上設(shè)有開口使三角板能夠進一步靠近圓弧端面。定位器結(jié)構(gòu)如圖6 和圖7 所示。

圖6 定位器圓弧端面部分結(jié)構(gòu)示意圖

圖7 定位器增穩(wěn)部結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 臺球定位器的分離角指示功能設(shè)計

三角形指針轉(zhuǎn)動連接在低柱上，三角形指針位于帶軌基座和預(yù)緊件Ⅰ之間，低柱的底部能夠與直座上端面貼合并利用預(yù)緊件Ⅰ擠壓在三角形指針的上端以產(chǎn)生預(yù)緊力實現(xiàn)對帶軌基座和三角形指針的定位，進而可以改變低柱距圓弧端面的位置。短柱上的三角形指針與目標球及袋口連線之間的夾角就是分離角（分離角概念及應(yīng)用如圖8 所示），可以根據(jù)不同的桿法擊打母球控制分離角度，來指示母球與目標球撞擊后的運動方向，便于接下來連續(xù)擊打。其次考慮到在實際打球過程中會出現(xiàn)目標球被擋住，但是袋口附近有別的球的情況，此時目標球可能借助這顆球改變方向入袋，這時該三角形指針也可以用來指示目標球與障礙球碰撞后的分離角度，從而更快速準確地將球擊入袋中。三角形指針結(jié)構(gòu)如圖9 所示。

圖8 分離角概念與實際應(yīng)用圖示

圖9 三角形指針結(jié)構(gòu)示意圖

3 輔助瞄準裝置的原理

機構(gòu)的組成及具體的連接方式、作用在第2 部分已經(jīng)敘述完畢，接下來將闡述該裝置在實際使用中如何發(fā)揮具體功能來幫助初學(xué)者快速掌握中式臺球有關(guān)的技術(shù)。第3 部分將著重闡述裝置所使用的三點一線和分離角指示原理。

3.1 三點一線原理

當主球瞄準點、目標球撞擊點和袋口中心點在一條直線上時，擊打主球的中心點，就可輕松把球打進。這就是臺球瞄準的基本原理：三點一線，即，母球在碰到目標球的那一瞬間，母球—目標球—目標洞口，3 點成一條直線。

由圖10 可知，按照三點一線原理，在瞄準點畫一條垂直于進球線的直線，這條直線（圖10 中的白色實線）右側(cè)180°范圍內(nèi)，只要瞄準點準確，理論上都可以把球打進袋。（注意：并非習(xí)慣上認為的沿目標球撞擊點畫出的那條白色虛線）。

圖10 三點一線原理圖示

3.2 分離角指示原理

由于臺球本身是圓形球體，2 球相撞時是一點接觸，力量的傳遞也是通過這個點來實現(xiàn)。因此，把2 個球的中心連上一條直線后，便可以找到力的傳遞方向，這就是目標球的行進方向。

當臺球母球與目標球相撞的瞬間，如圖11 所示。

圖11 分離角指示原理圖示

1）當母球有縱向前旋轉(zhuǎn)時分離角小于90°；母球無縱向旋轉(zhuǎn)時分離角等于90°；母球有縱向逆旋轉(zhuǎn)時分離角大于90°。所以，從以下幾點判斷臺球擊球的分離角。

①使用高桿桿法時，由于母球始終有縱向前旋轉(zhuǎn)，所以分離角一定會小于90°。②使用中桿桿法時，母球在滑動過程中碰到目標球，此時母球無縱向旋轉(zhuǎn)，分離角等于90°。③使用低桿桿法時，母球在縱向逆旋轉(zhuǎn)時碰到目標球，表現(xiàn)為拉桿效果，分離角大于90°。

2）母球由滑動轉(zhuǎn)化為向前滾動后碰到目標球，此時分離角小于90°。

3）母球由縱向逆旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為滑動時碰到目標球，此時母球無縱向旋轉(zhuǎn)，分離角等于90°。

4）母球由縱向逆旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為滑動，繼而轉(zhuǎn)化為縱向前旋轉(zhuǎn)時碰到目標球，分離角小于90°。

主球和目標球的分離角大小，是根據(jù)擊球力量的大小、擊球的厚薄而產(chǎn)生變化。主球和目標球的進路、球的位置變化等，只能通過不斷地觀察和反復(fù)地練習(xí)，才能逐步掌握其變化規(guī)律[3]。

4 結(jié)束語

目前，臺球運動已成為一項影響廣泛、民眾喜愛的健康休閑體育產(chǎn)業(yè)。其不僅是一個娛樂項目，同時也是一個競技項目[4]，在擊打臺球時，需要有對于整個局面的連續(xù)思考和預(yù)判能力，需要精確計算，需要有良好的布局，整個過程中融合了數(shù)學(xué)、物理學(xué)等多方面的知識，比其他的球類活動更能鍛煉大腦思維。臺球帶來的不僅僅是身體局部的運動和鍛煉，也是全身協(xié)調(diào)能力的鍛煉。每擊打一個球，眼睛、頸椎和肩部都需要與上肢、腰部及下肢良好地協(xié)調(diào)與配合。經(jīng)常參與這項運動，不僅有助于提高注意力，還能改善自身的協(xié)調(diào)性和對身體各部分的控制能力。

為了提高目標球落袋的命中率，本文設(shè)計了基于三點一線原理和分離角指示原理的帶有輔助瞄準裝置的臺球定位器。此裝置可幫助臺球愛好者準確掌握袋口、目標球和直射點三者空間與位置關(guān)系，可以培養(yǎng)臺球選手根據(jù)袋口和目標球位置，對直射點的空間定位判斷能力，從而提高準度，快速確定擊球角度和瞄準點，實現(xiàn)對擊球準確性和母球分離角度輔助訓(xùn)練的目的[5]，從而可以快速提升臺球選手的球技。