CN104190062A - 标枪最后用力教学的控制装置 - Google Patents

Abstract

一种标枪最后用力教学的控制装置，其特征在于：包括相间隔固定的高度不同的A立柱和B立柱，A立柱的高度高于B立柱一定尺寸，A立柱上部和B立柱上部之间连接有标枪导向钢索，所述标枪导向钢索上沿长度方向滑动安装练习标枪；A立柱和B立柱上分别设有电动高度-角度调节装置，以调节标枪调节导向钢索的高度和角度。本发明的技术特点及优点：本发明可以使学生在练习过程中掌握最后用力，并且以适宜的角度出手，通过反复的练习可以建立良好的肌肉用力感觉，进而形成稳固的动力定型，打破了陈旧模仿只能徒手练习不便于掌握标枪助跑和最后用力衔接技术问题。

Description

标枪最后用力教学的控制装置

技术领域

本发明涉及一种标枪最后用力教学的控制装置，属运动器材技术领域。 

背景技术

标枪是国际田联、国家体育总局、国家教育部规定的男、女青少年及全能比赛项目。掷标枪的完整技术包括：握枪、持枪、助跑、最后用力和缓冲四个部分，其中，最后用力是投掷标枪最重要的技术部分，它决定着标枪出手瞬间的速度、出手角度和在空中飞行的状态，但目前的学校教学与训练过程中缺乏标枪专用训练器械，练习者对于沿标枪纵轴用力和以适宜角度出手没有一个清晰的认识或者可以借鉴的参照物，陈旧的模仿教学无专用的器械，教师的讲解、示范往往为观赏课，徒手模仿、简单的语言讲解往往使学生很难建立一种良好的肌肉用力感觉或意识，长此以往，严重影响教学质量和运动成绩的提高。随着运动训练的科学化、专业化及针对性的日益加强和现代标枪运动水平的不断提高，但还是有很多因素影响着标枪运动员的成绩，起决定性作用的是运动员自身所掌握的专项和所具备的能力，尤其是运动员最后用力阶段的动作速度和角度。标枪运动员最后用力阶段的投掷动作速度决定于：助跑的速度；与投掷有关的主动肌群及其协同肌群的收缩力；运动员对最后用力技术的掌握；中枢神经系统的机能状态；运动员的灵敏、柔韧、协调能力等。

中国专利CN201098517公开了一种标枪最后用力教学训练辅助器，其两组三角管支架上部插装定位管，定位销通过定位孔定位，两组定位管顶部一体连接横梁，横梁中部连接弹性套，三角管支架底部有定位孔，横梁一端挂接投掷棒，使用本器械，可以正确把握运动员最后出手用力的准确性和稳定性，有效提高练习和训练的负荷，但该装置的投掷棒的一端简单固定，标枪掷出的角度仍不好把握，对训练起不到辅助练习的作用，且该装置标枪出手时的用力也很难把握，容易使学生形成错误的动力定型。

发明内容

针对现有标枪最后用力和出手角度不容易把握的缺陷，本发明提供一种标枪最后用力教学的控制装置，该装置操作方便、占地面积小，能合理的控制标枪高度与角度的调节，能够建立良好的肌肉用力感觉，形成规范的最后用力动作，可有效缩短训练周期。

本发明的技术方案如下：

一种标枪最后用力教学的控制装置，其特征在于：包括相间隔固定的高度不同的A立柱和B立柱，A立柱的高度高于B立柱一定尺寸，A立柱上部和B立柱上部之间连接有标枪导向钢索，所述标枪导向钢索上沿长度方向滑动安装练习标枪；A立柱和B立柱上分别设有电动高度-角度调节装置，以调节标枪调节导向钢索的高度和角度。

电动高度-角度调节装置为安装在A立柱和B立柱内的丝杠螺母副或齿轮齿条副，可上下运行的螺母或齿条上安装滑块，标枪导向钢索连接在A立柱上的滑块和B立柱上的滑块之间，丝杠螺母副或齿轮齿条副还连接动力装置，动力装置为安装在A立柱和B立柱顶端的伺服电机，伺服电机由PLC控制器控制。

标枪导向钢索连接有安装在B立柱上的张紧装置。

标枪导向钢索的张紧装置包括安装在端盖内的绕线轮轴、绕线轮、涡卷弹簧和伺服电机，端盖安装在B立柱上，绕线轮轴通过轴承安装在端盖上，绕线轮固定在绕线轮轴上，涡卷弹簧安装在绕线轮轴上，绕线轮轴与伺服电机固定连接，该伺服电机与PLC控制器连接， B立柱的滑块上设有两个张紧轮，标枪导向钢索端部经过这两个张紧轮后缠绕固定在绕线轮上。

A立柱和B立柱上设有立槽孔，供滑块的伸出于A立柱和B立柱外，或标枪导向钢索插入A立柱和B立柱内。

练习标枪内部有沿长度方向的通孔，通过通孔滑动安装在标枪导向钢索上；练习标枪前后两端带有缓冲垫。

其特征在于，当调节标枪导向钢索的高度时，由PLC控制器向伺服控制器发出指令，然后向A立柱和B立柱顶部的伺服电动机发送脉冲控制，使伺服电机转动一定角度，从而通过减速箱带动A立柱和B立柱内的丝杠转动一定角度，使滑块移动设定的距离， A立柱上的滑块做与B立柱上的滑块同步的上下移动，标枪导向钢索由于两端高度同步变化，以此实现随着运动员身高的不同，调节所持标枪高度的目的，这个过程中， A、B立柱上滑块的同步上下移动而不会改变标枪导向钢索的角度变化；

当调节标枪导向钢索的角度时，标枪导向钢索长度会发生变化，故应添加一种可以配合工作目的自行调节导向钢索长度的调节机构，即张紧装置；由PLC控制器向伺服控制器发出指令，然后向A立柱顶部的伺服电动机和B立柱上的张紧装置的伺服电机发送脉冲控制，使伺服电机转动一定角度，从而通过减速箱带动A立柱内的丝杠转动一定角度，使滑块移动设定的距离，此时B立柱上的滑块不做上下移动，则标枪导向钢索由于一端高度变化使得其角度增大或减小，其形态由于B立柱的钢索张紧装置的伺服电机转动一定角度控制钢索的长度而保持拉直状态。

本发明的技术特点及优点：

1、本发明可以使学生在练习过程中掌握最后用力，并且以适宜的角度出手，通过反复的练习可以建立良好的肌肉用力感觉，进而形成稳固的动力定型，打破了陈旧模仿只能徒手练习不便于掌握标枪助跑和最后用力衔接技术问题。

2、结构简单、使用安全、避免不安全及伤害事故的发生。

3、解决了因受场地限制，有效缓解目前标枪教学场地不足等问题，缩短教学与训练周期，大幅提高专项技术和运动成绩。

附图说明

图1为整体结构示意图。图2为B立柱剖开后的示意图，图3为A立柱剖开后的示意图。图4为工作过程示意框图，其中，伺服电机I为A立柱的伺服电机，伺服电机II为B立柱的伺服电机，伺服电机III为张紧装置的伺服电机，卷筒即绕线轮。图5为标枪出手前动作示意图。图6为标枪投掷训练装置运行时载荷分布示意图。

图中，1、A立柱滑块，2、A立柱伺服电机，3、标枪导向钢索，4、练习标枪，5、B立柱滑块，6、张紧装置，7、张紧装置伺服电机，8、电气控制箱，9、A立柱，10、B立柱，11、B立柱丝杠，12、A立柱丝杠，13 、B立柱伺服电机，14绕线轮轴、15绕线轮、16涡卷弹簧，17端盖，18张紧轮，19行走轮，20轮架，21弹簧片，22钢索包壳，23导轨。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。

本发明的标枪最后用力教学的控制装置，包括相间隔固定的高度不同的A立柱9和B立柱10，A立柱的高度高于B立柱一定尺寸，A立柱上部和B立柱上部之间连接有标枪导向钢索3，所述标枪导向钢索上沿长度方向滑动安装练习标枪4；A立柱和B立柱上分别设有电动高度-角度调节装置，以调节标枪调节导向钢索的高度和角度。

电动高度-角度调节装置为安装在A立柱和B立柱内的丝杠螺母副或齿轮齿条副，可上下运行的螺母或齿条上安装滑块，标枪导向钢索3连接在A立柱上的滑块1和B立柱上的滑块5之间，丝杠螺母副或齿轮齿条副还连接动力装置，动力装置为安装在A立柱和B立柱顶端的伺服电机2、13，伺服电机由PLC控制器8控制。PLC控制器安装在A立柱下部或B立柱上，或者放置在地面。本发明中主要使用丝杠螺母副，A立柱的丝杠12带动A立柱内的螺母和滑块上下移动，B立柱的丝杠11带动B立柱内的螺母和滑块上下移动。

标枪导向钢索连接有安装在B立柱上的张紧装置6。

标枪导向钢索的张紧装置包括安装在端盖17内的绕线轮轴14、绕线轮15、涡卷弹簧16和伺服电机7，端盖安装在B立柱上，绕线轮轴通过轴承安装在端盖上，绕线轮固定在绕线轮轴上，涡卷弹簧安装在绕线轮轴上，绕线轮轴与伺服电机固定连接，该伺服电机与PLC控制器连接， B立柱的滑块上设有两个张紧轮18，标枪导向钢索端部经过这两个张紧轮后缠绕固定在绕线轮上。

A立柱和B立柱上设有立槽孔，供滑块的伸出于A立柱和B立柱外，或标枪导向钢索插入A立柱和B立柱内。

练习标枪内部有沿长度方向的通孔，通过通孔滑动安装在标枪导向钢索上；练习标枪前后两端带有缓冲垫。

A立柱和B立柱内设有上下方向的导轨23，滑块上设有沿导轨运行的行走轮19，行走轮的轮架20铰接安装在滑块上，滑块上设有用于顶住轮架的弹簧片21，使行走轮与导轨紧密贴合。

标枪导向钢索与A立柱的滑块连接的一端固定有钢索包壳22，钢索包壳铰接安装在A立柱的滑块上。

伺服电机带有减速器。

本发明的标枪最后用力教学的控制装置的控制方法，其特征在于，当调节标枪导向钢索的高度时，由PLC控制器向伺服控制器发出指令，然后向A立柱和B立柱顶部的伺服电动机发送脉冲控制，使伺服电机转动一定角度，从而通过减速箱带动A立柱和B立柱内的丝杠转动一定角度，使滑块移动设定的距离， A立柱上的滑块做与B立柱上的滑块同步的上下移动，标枪导向钢索由于两端高度同步变化，以此实现随着运动员身高的不同，调节所持标枪高度的目的，这个过程中， A、B立柱上滑块的同步上下移动而不会改变标枪导向钢索的角度变化；

当调节标枪导向钢索的角度时，标枪导向钢索长度会发生变化，故应添加一种可以配合工作目的自行调节导向钢索长度的调节机构，即张紧装置；由PLC控制器向伺服控制器发出指令，然后向A立柱顶部的伺服电动机和B立柱上的张紧装置的伺服电机发送脉冲控制，使伺服电机转动一定角度，从而通过减速箱带动A立柱内的丝杠转动一定角度，使滑块移动设定的距离，此时B立柱上的滑块不做上下移动，则标枪导向钢索由于一端高度变化使得其角度增大或减小，其形态由于B立柱的钢索张紧装置的伺服电机转动一定角度控制钢索的长度而保持拉直状态。

控制系统具有以下优点：

1、 人机控制界面显示、控制，使用方便；

   2、 PLC控制结构简单响应迅速；

   3、 伺服电动机驱动可使控制速度，位置精度准确、零电压无自转现象；

   4、 滚珠丝杠副刚性高，精度高。

掷标枪技术可分为握枪与持枪、助跑、最后用力和标枪出手后维持身体平衡 4 个部分。最后用力过程包括“满弓”、“鞭打”和标枪出手 3 个动作阶段。

“满弓”动作结束瞬间，投掷臂在肩上伸直，躯干与上臂之间形成的拉引角是衡量“满弓”动作质量的一个重要指标，优秀运动员拉引角通常在 90°左右。此时，枪尖稍高于头顶，前臂与标枪保持较小的夹角，为增加“鞭打”用力的工作距离和发挥胸、肩、臂肌肉的收缩力量创造条件；左腿微屈支撑，左膝关节达到最大弯曲角度，优秀运动员约为 150 - 165°，为紧接着的左腿充分蹬伸用力，提高标枪出手速度做好了准备。

 “鞭打”动作 ：“满弓”姿势形成后，立即转入屈体挥臂的“鞭打”动作。由于上述动作的作用以及向前的惯性，身体重心逐渐移向左腿，迫使左腿微屈支撑。胸部继续前挺带动投掷臂的上臂向前，上臂又带动前臂向前，使肘关节被动弯曲。当上臂移至肩关节垂直上方时，上臂与前臂之间的夹角约为 90°，前臂与标枪之间的夹角保持在 25°左右。紧接着微屈的左腿快速有力地蹬伸，被拉长的腹部肌肉强有力地收缩，胸部和右肩带动上臂向前并快速完成伸肘、挥前臂和甩腕的掷枪动作，使全身力量通过投掷臂、手腕和手指作用于标枪的纵轴上。标枪离手瞬间，手腕和手指要积极甩动，使出手后的标枪沿纵轴按顺时针方向自转飞进，提高飞行的稳定性。标枪出手的适宜角度约为 30-36°。

标枪的出手与飞行：在最后用力阶段，加大作用于标枪纵轴的力、增加用力工作距离和缩短用力时间是提高标枪出手速度的重要方面。准确沿标枪纵轴用力体现了最后用力的合理性，是加大对标枪作用力的主要方面。最后用力阶段，优秀运动员对标枪的施力距离可达 2.10~2.30m，而时间仅在 0.12~0.15s之间。

标枪出手时，不仅要获得适宜的出手角度，还应考虑倾角和冲击角。倾角是指出手瞬间标枪纵轴与水平面的夹角。在不同的风向投掷时，应适当改变出手角和标枪倾角。研究证明，逆风投掷时应适当减小倾角，顺风投掷时则反之，以便合理地利用空气升力，减小空气阻力，因此，提高运动员出手瞬间的控枪能力十分重要。目前一些研究认为，掷标枪合理的冲击角应为接近零度的负角。

通过对标枪最后用力技术的分析，结构的设计应主要抓住：

（1）    标枪最适宜投掷角度为30-36°；

（2）    鞭打动作时投掷臂与身体存在一定角度；

（3）    超越器械时标枪与身体的位置关系；

（4）    装置应适应不同身高运动员使用。

结构方案：

（1）  主体结构为两根立柱，立柱之间连接有标枪导向钢丝绳，标枪模型以穿过的方式设置在钢丝绳上；

（2）  两立柱之间距离6m，钢丝绳变换角度为30-36°，运动员身高设定为170cm-190cm；

（3）  模型标枪重量800g，长度220cm；

（4）  依照标枪投掷技术分析，标枪出手前动作示意图如图5所示。

LOA≈身高×cos20°-臂长×sin20°-LAN×sin36°

取身高160cm，臂长80cm，设N近似为标枪中点，计算得LOA≈64.2cm，实际应用中OA长度即B立柱滑块最低高度尽量取小，取OA长40cm，OB长度即B立柱滑块最高高度为70cm。A立柱滑块最高高度为506厘米，A立柱滑块最低高度为372厘米。 

Claims (10)

1. 一种标枪最后用力教学的控制装置，其特征在于：包括相间隔固定的高度不同的A立柱和B立柱，A立柱的高度高于B立柱一定尺寸，A立柱上部和B立柱上部之间连接有标枪导向钢索，所述标枪导向钢索上沿长度方向滑动安装练习标枪；A立柱和B立柱上分别设有电动高度-角度调节装置，以调节标枪调节导向钢索的高度和角度。

2.根据权利要求1所述的标枪最后用力教学的控制装置，其特征在于，电动高度-角度调节装置为安装在A立柱和B立柱内的丝杠螺母副或齿轮齿条副，可上下运行的螺母或齿条上安装滑块，标枪导向钢索连接在A立柱上的滑块和B立柱上的滑块之间，丝杠螺母副或齿轮齿条副还连接动力装置，动力装置为安装在A立柱和B立柱顶端的伺服电机，伺服电机由PLC控制器控制。

3.根据权利要求1或2所述的标枪最后用力教学的控制装置，其特征在于，标枪导向钢索连接有安装在B立柱上的张紧装置。

4.根据权利要求3所述的标枪最后用力教学的控制装置，其特征在于，标枪导向钢索的张紧装置包括安装在端盖内的绕线轮轴、绕线轮、涡卷弹簧和伺服电机，端盖安装在B立柱上，绕线轮轴通过轴承安装在端盖上，绕线轮固定在绕线轮轴上，涡卷弹簧安装在绕线轮轴上，绕线轮轴与伺服电机固定连接，该伺服电机与PLC控制器连接， B立柱的滑块上设有两个张紧轮，标枪导向钢索端部经过这两个张紧轮后缠绕固定在绕线轮上。

5.根据权利要求1或2所述的标枪最后用力教学的控制装置，其特征在于，A立柱和B立柱上设有立槽孔，供滑块的伸出于A立柱和B立柱外，或标枪导向钢索插入A立柱和B立柱内。

6.根据权利要求1或2所述的标枪最后用力教学的控制装置，其特征在于，练习标枪内部有沿长度方向的通孔，通过通孔滑动安装在标枪导向钢索上；练习标枪前后两端带有缓冲垫。

7.根据权利要求2所述的标枪最后用力教学的控制装置，其特征在于，A立柱和B立柱内设有上下方向的导轨，滑块上设有沿导轨运行的行走轮，行走轮的轮架铰接安装在滑块上，滑块上设有用于顶住轮架的弹簧片，使行走轮与导轨紧密贴合。

8.根据权利要求1或2所述的标枪最后用力教学的控制装置，其特征在于，标枪导向钢索与A立柱的滑块连接的一端固定有钢索包壳，钢索包壳铰接安装在A立柱的滑块上。

9.根据权利要求1、2或7所述的标枪最后用力教学的控制装置，其特征在于，伺服电机带有减速器。

10.一种权利要求1所述的标枪最后用力教学的控制装置的控制方法，其特征在于，当调节标枪导向钢索的高度时，由PLC控制器向伺服控制器发出指令，然后向A立柱和B立柱顶部的伺服电动机发送脉冲控制，使伺服电机转动一定角度，从而通过减速箱带动A立柱和B立柱内的丝杠转动一定角度，使滑块移动设定的距离， A立柱上的滑块做与B立柱上的滑块同步的上下移动，标枪导向钢索由于两端高度同步变化，以此实现随着运动员身高的不同，调节所持标枪高度的目的，这个过程中， A、B立柱上滑块的同步上下移动而不会改变标枪导向钢索的角度变化；

当调节标枪导向钢索的角度时，标枪导向钢索长度会发生变化，故应添加一种可以配合工作目的自行调节导向钢索长度的调节机构，即张紧装置；由PLC控制器向伺服控制器发出指令，然后向A立柱顶部的伺服电动机和B立柱上的张紧装置的伺服电机发送脉冲控制，使伺服电机转动一定角度，从而通过减速箱带动A立柱内的丝杠转动一定角度，使滑块移动设定的距离，此时B立柱上的滑块不做上下移动，则标枪导向钢索由于一端高度变化使得其角度增大或减小，其形态由于B立柱的钢索张紧装置的伺服电机转动一定角度控制钢索的长度而保持拉直状态。