CN108057229A

CN108057229A - 一种体育教学用足球练习装置

Info

Publication number: CN108057229A
Application number: CN201711448292.5A
Authority: CN
Inventors: 喻俊华; 胡晓辉; 吴帆; 蔡恩怀; 查代军; 杨磊; 于海生; 钟李东; 钟太繁; 胡磊
Original assignee: East China Jiaotong University
Current assignee: East China Jiaotong University
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2018-05-22

Abstract

本发明公开了一种体育教学用足球练习装置，包括：PLC控制器、变频器、伺服电机、支撑台、挡板、控制终端、信号发射器及信号接收器，支撑台包括运动基板及固定板，运动基板的上设有齿轮条，固定板固定在运动基板上，伺服电机设于运动基板与固定板之间，挡板固定在伺服电机上，信号发射器置于足球内，信号接收器固定在球场的围栏及底部。因此，本发明实施例提供的一种体育教学用足球练习装置，通过利用信号发射器及接收器进行足球跟踪，并通过控制终端模拟足球的运动轨迹，预测足球到达球门的时间及位置，进一步利用PLC控制器设置挡板到达足球入门位置的时间，来逐步加强球员射门过程中对足球的速度、轨迹及落球点的掌控，提高球员足球练习的效率。

Description

一种体育教学用足球练习装置

技术领域

本发明涉及体育器械技术领域，尤其涉及一种体育教学用足球练习装置。

背景技术

运动是一种涉及体力和技巧的一套规则活动。是以身体练习为基本手段，借助各种运动器械，达到增强体能、增进健康、丰富社会文化生活为目的一种社会活动。足球是目前世界上最受欢迎的一项运动项目，其比赛目的是尽量将足球踢入对方的球门内。因此，在足球运动的训练过程中，设计了针对球员射门的专项练习，提高球员的技能。

现有技术中的训练装置，通过在足球的球门框前方设置导轨，在导轨上设置守门模型，并在场外设置控制台，利用控制台控制守门模型的左右移动，以模拟守门员，进行球员射门的练习。即在单人练习过程中，提前将守门模型调整至某一位置；或者需要在辅助人员的帮助下，在练习过程中变换守门模型的位置。

然而，现有技术中练习装置，由于守门模型需要通过外场的控制台手动的控制其位置，不论是单人练习，保持练习过程中的固定位置不变，或者利用他人辅助练习，都无法准确高效的随着足球的运动灵活的调整位置，无法动态的模拟真实的守门员，导致该装置练习效率低。

发明内容

本发明实施例提供了一种体育教学用足球练习装置，解决了现有技术中教学用足球练习效率低的问题。

本发明实施例提供了一种体育教学用足球练习装置，包括：PLC控制器、变频器、伺服电机、支撑台、挡板、控制终端、信号发射器及多个信号接收器，所述支撑台包括运动基板及固定板，所述运动基板固定在球门框前方的球场中，且所述运动基板的上表面与所述球场的水平面齐平，所述运动基板的上表面设有齿轮条，所述运动基板两端分别设有凸起，所述固定板通过所述凸起固定在所述运动基板上部，且与所述运动基板平行，所述伺服电机设于所述运动基板与所述固定板之间，且所述伺服电机的转轴上设有与所述齿轮条配合的齿轮；所述挡板竖直的固定在所述伺服电机上，且与所述球门框对齐；所述信号发射器置于足球内部，多个所述信号接收器固定在所述球场围栏及底部。

优选的，本发明实施例提供的所述的体育教学用足球练习装置，所述固定板的靠近所述伺服电机的一侧面上设有导轨，所述伺服电机外壳顶部固定有卡接在所述导轨上的滑块。

优选的，本发明实施例提供的所述的体育教学用足球练习装置，所述挡板为可伸缩结构。

优选的，本发明实施例提供的所述的体育教学用足球练习装置，顶部的所述球门框上设有摄像头。

综上，本发明实施例提供的一种体育教学用足球练习装置，通过在足球门框前方埋设支撑台，在球场围栏及底部设置多个信号接收器，在足球内部设置信号发射器，并在支撑台内部设置控制器，并在支撑台上设置伺服电机，在伺服电机上设置挡板，并设置无线的控制终端，从而可以利用信号发射器及接收器进行足球定位及跟踪，并通过控制终端内的计算软件模拟足球的运动轨迹，预测足球到达球门的时间及位置，进一步设置PLC控制器驱动伺服电机的转动速度，使得挡板在设定的时间内抵达足球入门的位置，实现守门员的高精度模拟，通过依次设置挡板到达足球入门位置的时间，来逐步加强球员射门过程中对足球的速度、轨迹及落球点的掌控，提高球员足球练习的效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种体育教学用足球练习装置的结构示意图。

附图说明：100-PLC控制器，200-伺服电机，300-伺服电机驱动器，400-支撑台，401-运动基板，402-固定板，403-凸起，500-挡板，-控制终端，600-信号发射器，700-信号接收器，900-球门框，A-摄像头，B-围栏，C-场地，D-足球。

具体实施方式

下面结合本发明中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

为了便于理解和说明，下面通过图1详细阐述本发明实施例的体育教学用足球练习装置。图1所示为本发明实施例提供的一种体育教学用足球练习装置的结构示意图。如图所示，该体育教学用足球练习装置可以包括：

PLC控制器100、变频器200、伺服电机300、支撑台400、挡板500、控制终端、信号发射器600及多个信号接收器700，所述支撑台400包括运动基板401及固定板402，所述运动基板401固定在球门框900前方的球场中，且所述运动基板401的上表面与所述球场的水平面齐平，所述运动基板401的上表面设有齿轮条，所述运动基板401两端分别设有凸起403，所述固定板402通过所述凸起403固定在所述运动基板401上部，且与所述运动基板401平行，所述伺服电机300设于所述运动基板401与所述固定板402之间，且所述伺服电机300的转轴上设有与所述齿轮条配合的齿轮；所述挡板500竖直的固定在所述伺服电机300上，且与所述球门框900对齐；所述信号发射器600置于足球内部，多个所述信号接收器700固定在所述球场围栏及底部。

具体的，本发明实施例提供的体育教学用足球练习装置，可以在足球场地的两个球门前设置该练习装置。首先在球门框900的正前方的球场中埋设支撑台400，即在场地上埋设一个长方体的运动基板401，使得该运动基板401的上表面与门框平行，且与球场的水平面齐平。然后在运动基板401的两端固定两个竖直的凸起403，在两个凸起403上架设一个水平的固定板402，从而可以在运动基板401与固定板402之间形成一个空腔体。进一步，可以将伺服电机200安装在该空腔体内，并使得伺服电机的上下壳与运动基板及固定板接触，使得该伺服电机200能够稳定的左右移动。在伺服电机200的上表面固定一个挡板500。进一步，为了使得挡板500能够在伺服电机转动过程中带动挡板运动，可以在运动基板401上表面设置一排齿轮条，并在转轴上设置齿轮，从而可以在运动基板固定时，转轴转动过程中，可以将转动转换为电机的平动。另外，为了实现对该伺服电机200的控制，可以在运动基板400的底部设置PLC控制器及伺服电机驱动器。

最后，为了精确控制伺服电机的运行时间，以实现守门员的高度模拟，可以在足球场地中设置多个信号接收器。例如，可以在足球场地的四角、中心位置及两个球门位置上安装，从而可以利用足球场地中的多个信号接收器将足球场平面进行精确的二维划分；还可以在足球场地的围栏上安装多个信号接收器，从而可以对足球场地的空间内对竖直维度上进行定位。进一步，可以在足球内部安装有信号发射器。

应理解，上述各个电器元件，控制终端与PLC控制器、信号发射器及信号接收器无线连接，PLC控制器与伺服驱动器及伺服电机依次电联接。

还应理解，控制终端可以为手机、计算机或平板电脑等可以进行数据处理及分析的硬件，本发明实施例对此不做限制。并且，在控制终端存储有每个信号接收器的坐标位置，即在控制终端内建立有足球场地的三维模型。

在实际应用中，首先可以根据球员的实际水平，在控制终端上设置PLC控制器的滞后时间，如1s等。并设置足球内信号发射器的触发频率。

本发明提供的体育教学用足球练习装置的一实施例中，可以进行定点位置射门时的速度控制练习。并且，为了使得该装置满足不同水平的球员练习，可以在不同的踢球位置，将PLC控制器的阻挡时间设置为不同的时间，如在距离球门较劲的距离时，可以设置为2s。或者在水平较高的球员情况下，可以缩短阻挡时间，如1.5s等。另外，在同一个球员某一位置定点射门练习时，还可以逐步缩短阻挡时间。具体过程为：在球员开始练习时，足球内的信号发射器持续不断地向周围发射电磁波信号，则布置在球场四周的信号接收器可以检测到该信号，并将此刻检测到的信号发送至控制终端，控制终端在接收到该信号时，可以分析计算得到此刻足球的精确位置并保存。并等待下个信号，即等待下一次足球内信号发神器触发的信号，以计算该时刻足球的位置。依次类推，当采集到若干点后，停止采集，并利用这些采集到的点，进行数值分析计算，即利用如MATLAB等数学分析软件，基于插值算法，模拟出足球的运动轨迹。同时，计算出足球的当前速度及加速度。最后，结合足球的运动轨迹，分析得到足球运动至球门的精确位置及时间，例如该次练习中足球将经过1s后运动至球门框的左侧某一点。然后将该位置转换为伺服电机的运动时长，即根据伺服电机当前位置及伺服电机转动一周所平移的距离来计算伺服电机的运动时间，并向PLC控制器发送信号，PLC控制器向伺服驱动器发送驱动信号，使得伺服电机根据分析得到的结果，精确的运动至球门框的位置，从而可以在预设的时间后到达预设位置。此时，如果足球顺利入门，则表示该球员在该点练习射门时，能够在规定的时间内，在球门上规定的射入点射入。如果足球被挡板500阻挡，则表示该球员的射球的速度并未达到要求。

应理解，本发明提供的体育教学用足球练习装置的另一实施例中，同样的，在球员开始练习时，当通过计算获得足球运动至球门的精确位置及时间，例如该次练习中足球将经过2s后运动至球门框的左侧某一点。此时，则控制终端向PLC控制器发送信号，使得伺服电机在2s内运动至球门框的左侧，则PLC控制器向伺服驱动器发送指令，驱动伺服电机转动，在足球到达球门时，使得挡板运动至该位置，实现足球的拦截。该实施例中，可以进行球员落球点的精确度练习。即如果球员计划的落球点在右上方，而在球员射门后，该挡板并未阻挡到，则说明足球从其他地方射入，而未经计划的落球点入射。反之，则表示该足球在球员的精确的控制下射入。

进一步的，本发明实施例提供的体育教学用足球练习装置，为了使得伺服电机在运动速度快，且稳定，则可以在所述固定板402的靠近所述伺服电机300的一侧面上设有导轨，所述伺服电机300外壳顶部固定有卡接在所述导轨上的滑块。

进一步的，本发明实施例提供的体育教学用足球练习装置，为了提高挡板的控制范围，所述挡板500为可伸缩结构。

进一步的，本发明实施例提供的体育教学用足球练习装置，为了能够严格记录每次射门时足球的运动轨迹，以供后续查看，可以在顶部的所述球门框上设有摄像头A。

综上所述，本发明实施例提供的一种体育教学用足球练习装置，通过在足球门框前方埋设支撑台，在球场围栏及底部设置多个信号接收器，在足球内部设置信号发射器，并在支撑台内部设置控制器，并在支撑台上设置伺服电机，在伺服电机上设置挡板，并设置无线的控制终端，从而可以利用信号发射器及接收器进行足球定位及跟踪，并通过控制终端内的计算软件模拟足球的运动轨迹，预测足球到达球门的时间及位置，进一步设置PLC控制器驱动伺服电机的转动速度，使得挡板在设定的时间内抵达足球入门的位置，实现守门员的高精度模拟，通过依次设置挡板到达足球入门位置的时间，来逐步加强球员射门过程中对足球的速度、轨迹及落球点的掌控，提高球员足球练习的效率。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种体育教学用足球练习装置，其特征在于，包括：PLC控制器(100)、伺服电机(200)、伺服电机驱动器(300)、支撑台(400)、挡板(500)、控制终端、信号发射器(600)及多个信号接收器(700)，所述支撑台(400)包括运动基板(401)及固定板(402)，所述运动基板(401)固定在球门框(900)前方的球场中，且所述运动基板(401)的上表面与所述球场的水平面齐平，所述运动基板(401)的上表面设有齿轮条，所述运动基板(401)两端分别设有凸起(403)，所述固定板(402)通过所述凸起(403)固定在所述运动基板(401)上部，且与所述运动基板(401)平行，所述伺服电机(200)设于所述运动基板(401)与所述固定板(402)之间，且所述伺服电机(200)的转轴上设有与所述齿轮条配合的齿轮；所述挡板(500)竖直的固定在所述伺服电机(200)上，且与所述球门框(900)对齐；所述信号发射器(600)置于足球内部，多个所述信号接收器(700)固定在所述球场围栏及底部。

2.根据权利要求1所述的体育教学用足球练习装置，所述固定板(402)的靠近所述伺服电机(200)的一侧面上设有导轨，所述伺服电机(200)外壳顶部固定有卡接在所述导轨上的滑块。

3.根据权利要求1所述的体育教学用足球练习装置，其特征在于，所述挡板(500)为可伸缩结构。

4.根据权利要求1-3任一项所述的体育教学用足球练习装置，其特征在于，顶部的所述球门框上设有摄像头(A)。