DE102017001322A1 - Ball impact machine, especially for tennis balls - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ballschlagmaschine insbesondere für Tennisbälle, mit der hohe Zuspielgenauigkeit erreicht werden kann. Hierfür besitzt die Maschine zwei konstruktiv getrennte Einrichtungen, nämlich eine spezielle Ballstarteinrichtung nach der Ballzuführung und einen Apparat für den Ballabschlag. In der Ballstarteinrichtung wird jeder zugeführte Ball zunächst fixiert, um durch Ruhelage und örtliche Positionierung immer gleiche Startbedingungen sicherzustellen. Nach einem Startsignal öffnet diese Einrichtung, so daß der Ball ohne Drall und im freien Fall eine gleichförmig beschleunigte Bewegung ausführen kann. Der Schlagapparat besteht aus einem drehbar gelagerten normalen Tennisschläger, dessen Schlägerfläche auf einer Kreisbahn geführt wird, und einem Drehantrieb, der für die Schlagbewegung an die Pendelbewegung eines Massekörpers gekuppelt ist. Demnach werden die Abläufe in beiden Einrichtungen, also der freie Fall des Balles und die Schlagbewegung des Tennisschlägers, allein durch Gravitation als physikalischer Konstante bewirkt, so daß sie einfach berechenbar und exakt reproduzierbar sind. Beide Abläufe können variabel gestaltet werden, nämlich die Ballzuführung durch unterschiedliche Einstellung der Fallhöhe und die Schlagbewegung dadurch, daß zwischen Massependel und Schläger ein Schaltgetriebe eingebaut wird. Abhängig von der veränderbaren Fallhöhe und der veränderbaren Schlaggeschwindigkeit ergibt sich eine Vielzahl möglicher Ballflugkurven, die sich in Abschlagwinkel, Ballgeschwindigkeit und Ballflugweite unterscheiden. Für den praktischen Einsatz der Ballschlagmaschine ist es deshalb möglich und notwendig, eine Auswahl geeigneter Einstellungen festzulegen. Da beide Abläufe von Baugruppen realisiert werden, die jede für sich sehr gute Wiederholgenauigkeit sicherstellen, aber auch jeweils eigene Startsignale benötigen, hängt die Zuspielgenauigkeit letztlich nur davon ab, wie genau und zuverlässig die übergeordnete Steuerung arbeitet.

Figure DE102017001322A1_0000
The invention relates to a ball impact machine, in particular for tennis balls, can be achieved with the high Zuspielgenauigkeit. For this purpose, the machine has two structurally separate facilities, namely a special ball starting after the ball feed and an apparatus for the ball tee. In the ball starting device each ball is first fixed, to ensure by rest position and local positioning always the same starting conditions. After a start signal, this device opens, so that the ball without swirl and in free fall can perform a uniformly accelerated movement. The percussion apparatus consists of a rotatably mounted normal tennis racket, the racket surface is guided on a circular path, and a rotary drive, which is coupled for the striking movement of the pendulum movement of a mass body. Accordingly, the processes in both devices, so the free fall of the ball and the striking motion of the tennis racket, caused solely by gravity as a physical constant, so that they are easily calculable and exactly reproducible. Both processes can be made variable, namely the ball feed by different adjustment of the height of fall and the striking movement characterized in that between mass pendulum and racket, a manual transmission is installed. Depending on the variable fall height and the changeable impact speed, a large number of possible ball flight curves results, which differ in the angle of departure, ball speed and ball flight distance. For the practical use of the ball impact engine, it is therefore possible and necessary to specify a selection of suitable settings. Since both processes are implemented by assemblies that ensure each very good repeatability, but also each need their own start signals, the playback accuracy ultimately depends only on how accurate and reliable the higher-level control works.
Figure DE102017001322A1_0000

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ballschlagmaschine, mit der hohe Zuspielgenauigkeit erreicht werden soll - z. B. dadurch, daß einige Bauelemente und Funktionen die Gravitation als quasi physikalische Konstante für einfache Berechenbarkeit nutzen. Welche Störeinflüsse so vermieden werden, ist im Folgenden noch ausgeführt.The invention relates to a ball punching machine, with the high Zuspielgenauigkeit to be achieved -. B. in that some components and functions use gravity as a quasi-physical constant for easy computability. What disturbances are avoided in this way is explained below.

Bekannte Ballwurfmaschinen sind im allgemeinen dafür ausgelegt, die Bälle in einer nach Richtung, Geschwindigkeit, Weite, Drall und Wurffrequenz unterschiedlichen Abfolge einzuspielen, um einen Ablauf zu erreichen, der einem realistischen Spielverlauf möglichst nahekommt.Known ball throwing machines are generally designed to load the balls in a sequence that is different in direction, speed, width, twist and throwing frequency, in order to achieve a sequence that comes as close as possible to a realistic course of the game.

Bei bekannten Ballwurfmaschinen, die im Training einen realistischen Spielverlauf simulieren sollen, kommt es nicht auf genaues Zuspiel an - im Gegenteil soll ja ein möglichst wechselhafter Verlauf erreicht werden. Monotonie im Ablauf soll vermieden werden.In known ball throwing machines, which are supposed to simulate a realistic course of play during training, it does not depend on exact passing - on the contrary, as variable a progression as possible is to be achieved. Monotony in the process should be avoided.

Das kann erwünscht sein von Spielern, die entsprechend ihren Fähigkeiten bezüglich Reaktionsvermögen, Beweglichkeit und Kondition ihre Spieltechnik durch ein eher dynamisch angelegtes Training verbessern wollen.This may be desirable for players who want to improve their playing technique through a more dynamic training according to their ability to react, agility and stamina.

Es kann aber auch sinnvoll und von Spielern erwünscht sein, daß ihnen ein Ball mit hoher Wiederholgenauigkeit zugespielt wird, um ein und denselben Schlag (z. B. einen Schmetterschlag) mit den vom Spieler selbst veränderbaren Parametern (z. B. Schlägergriffhaltung, Position des Spielers vor dem Schlag, Schlägerführung und Schlaghärte) beliebig oft üben zu können. Die Übung so genannter Grundschläge gehört in aller Regel zum Training von Spielern aller Spielstärken; dabei ist es von Vorteil, wenn die Zeitabstände zwischen den Schlägen für das Training von Einzelnen oder von Gruppen variabel oder in festen Zyklen einstellbar sind und der Ablauf zu jeder Zeit direkt vom Schlagapparat aus oder per Fernbedienung gestartet oder angehalten werden kann.However, it may also be useful and desired by players that they are given a ball with high repeat accuracy in order to achieve the same stroke (eg a smash) with the parameters that can be changed by the player himself (eg club grip, position of the player) Player before the stroke, club leadership and stroke hardness) as often practice. The exercise of so-called basic strikes usually belongs to the training of players of all levels; it is advantageous if the time intervals between the beats for the training of individuals or groups are variable or adjustable in fixed cycles and the process can be started or stopped at any time directly from the percussion apparatus or by remote control.

Für die Wiederholgenauigkeit des Zuspiels bezüglich Richtung, Geschwindigkeit, Weite und Drallfreiheit - oder kurz „bezüglich des Ballflugs“ - ist es wichtig, daß möglichst wenig Störungen die Startbewegung des Balles beeinflussen. Störend könnte sich z. B. auswirken, wenn die Bälle unterschiedlich nach Lage und/oder Geschwindigkeit zum Startpunkt geführt werden, wenn der Startimpuls nicht genau oder nur zufällig auf den Schwerpunkt des Balles gerichtet ist oder wenn der Ball nicht impulsartig abgestoßen wird, sondern schwer kalkulierbare Bedingungen vorliegen.For the repeatability of the Zuspiels in terms of direction, speed, width and freedom from twist - or "in terms of ball flight" - it is important that as little disturbances affect the starting movement of the ball. Disturbing could z. B. impact if the balls are guided differently to the location and / or speed to the starting point, if the start pulse is not exactly or only randomly directed to the center of gravity of the ball or if the ball is not repulsed impulsively, but difficult to calculable conditions.

Komplexe Verhältnisse liegen z. B. vor, wenn der Ball von zwei gleichsinnig rotierenden Scheiben mitgenommen und nach gequetschter Verformung abgeworfen wird. Um eine möglichst hohe Genauigkeit des Zuspiel bzw. eine hohe Wiederholgenauigkeit des Ballflugs zu erreichen, ist das Vermeiden von Störeinflüssen nur ein Aspekt; Konstanz bei allen Abläufen sowohl bei der Ballzuführung als auch bezüglich der Schlagbewegung sind weitere unverzichtbare Voraussetzungen. Wie allen Aspekten in der Erfindung Rechnung getragen wird, ist in 1 schematisch dargestellt.Complex conditions are z. Example, when the ball is taken by two discs rotating in the same direction and dropped after crushed deformation. In order to achieve the highest possible accuracy of the playback or a high repeatability of the ball flight, the avoidance of interference is only one aspect; Constancy in all processes both in the ball feed and in the impact movement are further indispensable prerequisites. How all aspects of the invention are taken into account is disclosed in 1 shown schematically.

In 1 werden 2 Situationen gezeigt: vor dem Schlagablauf befinden sich der Schläger (2.1), der die Antriebskraft bewirkende Massekörper (2.5) und der Tennisball (6) in Ruhe. Der Schlag erfolgt, wenn die antreibende Masse die Geschwindigkeit v2.5 bzw. der Schläger die Geschwindigkeit v2.1 und der Ball die Geschwindigkeit v6 erreicht hat.In 1 2 situations are shown: before the stroke are the bat ( 2.1 ), the driving force causing mass body ( 2.5 ) and the tennis ball ( 6 ) in peace. The stroke takes place when the driving mass has reached the speed v2.5 or the club the speed v2.1 and the ball the speed v6.

Die Schlägergeschwindigkeit v2.1 (ist nicht eingetragen) ist je nach geschaltetem Übersetzungsverhältnis des Reservierantriebs abhängig von v2.5.The club speed v2.1 (is not registered) depends on v2.5 depending on the gear ratio of the reserve drive.

Nach der Kollision mit dem Schläger beschreibt der Ball eine Flugbahn, die von der Geschwindigkeit v6R (R für „Resultierende“) sowie vom Steigungswinkel bestimmt wird und die physikalisch als Wurfparabel bekannt ist.After colliding with the club, the ball describes a trajectory determined by the velocity v6R (R for "resultant") as well as the pitch angle, which is known physically as a parabola.

In 1 werden 2 Situationen gezeigt: vor dem Schlagablauf befinden sich der Schläger (2.1), der die Antriebskraft bewirkende Massekörper (2.5) und der Tennisball (6) in Ruhe. Der Schlag erfolgt, wenn die antreibende Masse die Geschwindigkeit v2.5 bzw. der Schläger die Geschwindigkeit v2.1 und der Ball die Geschwindigkeit v6 erreicht hat.In 1 2 situations are shown: before the stroke are the bat ( 2.1 ), the driving force causing mass body ( 2.5 ) and the tennis ball ( 6 ) in peace. The stroke takes place when the driving mass has reached the speed v2.5 or the club the speed v2.1 and the ball the speed v6.

Die Schlägergeschwindigkeit v2.1 (ist nicht eingetragen) ist je nach geschaltetem Übersetzungsverhältnis des Reservierantriebs abhängig von v2.5.The club speed v2.1 (is not registered) depends on v2.5 depending on the gear ratio of the reserve drive.

Nach der Kollision mit dem Schläger beschreibt der Ball eine Flugbahn, die von der Geschwindigkeit v6R (R für „Resultierende“) sowie vom Steigungswinkel bestimmt wird und die physikalisch als Wurfparabel bekannt ist.After colliding with the club, the ball describes a trajectory determined by the velocity v6R (R for "resultant") as well as the pitch angle, which is known physically as a parabola.

An 1 ist weiter zu erkennen, daß eine derartige Einrichtung viele Möglichkeiten bietet, um verschiedene Wurfparabeln zu erzeugen. Ist zum Beispiel ein größerer Steigungswinkel bei etwa gleicher Schlägergeschwindigkeit erwünscht, kann das durch eine einfache Änderung in der Ballzuführung erreicht werden, und zwar so, daß der Schlag später erfolgt.At 1 It will also be appreciated that such a device offers many possibilities for generating different throwing parabolas. For example, if a larger pitch angle at about the same club speed is desired, this can be achieved by a simple change in the ball feed, in such a way that the impact occurs later.

Typisch für die Erfindung ist, daß vor jedem Schlag zwei separate Bewegungsabläufe mit eigenen Start-Zeitpunkten stattfinden. Daß dennoch relativ einfache Verhältnisse für die Koordination durch die übergeordnete Steuerung (7) vorliegen, erklärt sich aus folgenden Umständen:

  1. 1. Der freie Fall des Balles verläuft gleichförmig beschleunigt allein durch Gravitation. Der Antrieb für den Schläger auf der Kreisbahn ist nach Anordnung und Bewegung des Massekörpers als „Physisches Pendel“ bekannt. Beide Abläufe sind deshalb einfach berechenbar.
  2. 2. weil sich in der Mechanik für die Schlägerbewegung verschiedene Lagerstellen befinden, z. B. für die Welle (2.3) und im Reversierantrieb (2.4), kommen auch gewisse Reibungskräfte ins Spiel; diese sind aber von der Größenordnung her vernachlässigbar und ohne Einfluß auf die Wiederholgenauigkeit der Wurfparabeln.
It is typical for the invention that two separate sequences of movements take place with their own start times before each beat. That nevertheless relatively simple conditions for the coordination by the superordinate control ( 7 ) is explained by the following circumstances:
  1. 1. The free fall of the ball is uniformly accelerated solely by gravity. The drive for the racket on the circular path is known after arrangement and movement of the mass body as a "physical pendulum". Both processes are therefore easy to calculate.
  2. 2. because in the mechanics of the bat movement are different bearings, z. B. for the wave ( 2.3 ) and reversing drive ( 2.4 ), certain frictional forces come into play; but these are of the order of magnitude negligible and without influence on the repeatability of the throwing parabolas.

In 2 ist die Ballschlagmaschine in vereinfachter Frontansicht dargestellt. Weiter ist anzumerken, daß die in 2 gezeigte Anordnung der Baugruppen nur eine von verschiedenen Aufbau-Möglichkeiten ist. Bei allen möglichen Varianten ist aber immer nur das Zusammenspiel von Schlägerantrieb (2.4) und Starteinrichtung (5) für die Reproduzierbarkeit der Ballflugkurven entscheidend. Entsprechend 2 und der schematischen Darstellung in 1 wird im Folgenden beispielhaft beschrieben, wie Bedienung und Steuerung bzw. Funktionsabläufe der Maschine eingerichtet werden können.In 2 the ball punching machine is shown in a simplified front view. It should also be noted that the in 2 shown arrangement of the modules is only one of various design possibilities. In all possible variants but is always only the interaction of racquet drive ( 2.4 ) and starting device ( 5 ) crucial for the reproducibility of the ball flight curves. Corresponding 2 and the schematic representation in 1 is described below by way of example how operation and control or functional sequences of the machine can be set up.

Vor dem Start „Ballflug einstellen“:Before starting, "set ball flight":

Aus einer grafisch angezeigten Schar möglicher Ballflugkurven wird eine Kurve ausgewählt; danach werden manuell die benötigte Antriebsstufe am Getriebe (2.7) sowie die zugehörige Position der Balltransporteinrichtung (4) horizontal (4.1) und vertikal (4.2) eingestellt; der Ballbehälter (3) ist gefüllt; der Schläger (2.12) befindet sich in seiner Ausgangsposition.From a graphically displayed set of possible ball flight curves, a curve is selected; then the required drive stage on the gearbox is manually 2.7 ) and the associated position of the ball transport 4 ) horizontal ( 4.1 ) and vertical ( 4.2 set); the ball container ( 3 ) is filled; the bat ( 2.12 ) is in its starting position.

Zuerst „Steuerung Ein“:First "Control On":

Wie in der Steuerungstechnik aus Sicherheitsgründen üblich, löst die Betätigung eines Hauptschalters am Steuerschrank (7) nach „Steuerung Ein“ noch keine Funktion der Maschine aus.As is customary in control technology for safety reasons, actuation of a main switch on the control cabinet ( 7 ) after "Control On" still no function of the machine.

Vor dem Schlag „Balltransport Ein“:Before the hit "Balltransport Ein":

Nach Betätigung eines Schalters „Balltransport Ein“ takten das drehbare Magazin (3.1) und die Transporteinrichtung (4) überwacht vom Durchgangssensor (3.2) abwechselnd, bis ein interner Zähler meldet, daß ein Ball in der Starteinrichtung (5) liegt.After pressing a switch "ball transport on" the rotatable magazine ( 3.1 ) and the transport device ( 4 ) monitored by the passage sensor ( 3.2 ) alternately until an internal counter reports that a ball in the starting device ( 5 ) lies.

„Schlag-Programm einstellen und starten“:"Set and start beat program":

Die Maschine ist sowohl für das Training einzelner Spieler als auch für Gruppen mit Trainer vorgesehen. Am Bedienfeld der Steuerung können verschiedene Varianten eingestellt werden,... ... z. B. das Programm „Einzelner Schlag“;
jeder Schlag muß durch Betätigung einer Start-Taste (wahlweise vom Bedienfeld am Steuerschrank oder per Fernbedienung) ausgelöst werden; das Programm bietet auch die Möglichkeit, den Schlag nach einstellbarer zeitlicher Verzögerung auszulösen;
... z. B. das Programm „Dauerlauf“;
das Programm unterscheidet sich vom zuerst genannten nur dadurch, daß nach einer einzigen Betätigung der Start-Taste Dauerbetrieb abläuft, bis die Anlage leergefahren ist; auch hier kann eine zeitliche Pause zwischen den Schlägen eingestellt werden; der Ablauf kann zwischen den Schlägen wahlweise vom Steuerschrank oder von der Fernbedienung aus angehalten und auch wieder durch ein einziges Startsignal in Gang gesetzt werden.The machine is intended for training individual players as well as groups with coaches. Various variants can be set on the control panel of the control ... ... z. For example, the program "Single Blow";
each strike must be triggered by pressing a start button (either from the control panel control panel or by remote control); the program also offers the possibility to trigger the beat after an adjustable time delay;
... for example B. the program "endurance run";
the program differs from the first mentioned only in that after a single operation of the start button continuous operation takes place until the system is empty; Here, too, a time interval between beats can be set; the sequence can either be stopped between the beats from the control cabinet or the remote control and also be started again by a single start signal.

Claims (10)

Ballschlagmaschine insbesondere für Tennisbälle, mit einem Maschinenständer (1), einer Ballschlageinrichtung (2), einem Ballbehälter (3), einer Balltransporteinrichtung (4) und einer Ballstarteinrichtung (5), wobei die Ballstarteinrichtung jeden zugeführten Ball (6) zunächst fixiert und dann ohne Drall frei fallen läßt entsprechend einer von der Steuerung (7) eingestellten Freigabefrequenz, gekennzeichnet dadurch, daß in Abhängigkeit von der veränderbaren Fallhöhe und der veränderbaren Schlaggeschwindigkeit unterschiedliche Abschlagwinkel, Ballgeschwindigkeiten und Ballflugweiten erzeugt werden.Ball impact machine, in particular for tennis balls, comprising a machine stand (1), a ball impactor (2), a ball container (3), a ball transport device (4) and a ball starting device (5), wherein the ball starting device first fixed each ball (6) and then without Spin can drop freely according to a set by the controller (7) release frequency, characterized in that depending on the variable drop height and the variable impact speed different tee angles, ball speeds and ball flight distances are generated. Ballschlagmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein normaler Tennisschläger (2.1) als Bauteil der Ballschlageinrichtung vorgesehen ist.Ball punching machine after Claim 1 , characterized in that a normal tennis racket (2.1) is provided as a component of the ball impact device. Ballschlagmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (2.2) für den Tennisschläger Teil einer drehbar gelagerten Welle (2.3) ist, so daß die Schlägerfläche in einem einstellbaren Bereich schwingen kann.Ball punching machine after Claim 1 or 2 , characterized in that the holder (2.2) for the tennis racket is part of a rotatably mounted shaft (2.3), so that the racket surface can oscillate in an adjustable range. Ballschlagmaschine nach Anspruch 1 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Welle (2.3) mit einem in mehreren Stufen verstellbaren Reversierantrieb (2.4) verbunden ist.Ball punching machine after Claim 1 or 3 , characterized in that the shaft (2.3) is connected to a multi-stage reversible drive (2.4). Ballschlagmaschine nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Antriebskraft für die zum Schlag führende Schwenkbewegung des Reversierantriebs durch Gravitation ein und desselben Massekörpers (2.5) realisiert wird.Ball punching machine after Claim 4 , characterized in that the driving force for the pivotal movement of the Reversierantriebs leading to the impact by gravity one and the same mass body (2.5) is realized. Ballschlagmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Ballstarteinrichtung (5) mittig zum Schläger horizontal und vertikal verstellbar angeordnet ist. Ball punching machine after Claim 1 , characterized in that the ball starting device (5) is arranged horizontally and vertically adjustable centrally to the racket. Ballschlagmaschine nach Anspruch 2, 5 und 6, gekennzeichnet dadurch, daß in jeder Antriebsstufe eine Schar von Ballflugkurven dadurch erzeugt werden kann, daß sich der Treffpunkt zwischen schwingendem Schläger und frei fallendem Ball durch horizontales und vertikales Verschieben der Ballstarteinrichtung (5) und die von der Steuerung (7) bewirkte Freigabe des Balles zeitlich und örtlich veränderbar einrichten läßt.Ball punching machine after Claim 2 . 5 and 6 , characterized in that in each drive stage, a bevy of ball flight curves can be generated by the fact that the meeting point between the swinging racket and free-falling ball by horizontal and vertical displacement of the ball starting device (5) and the control of the (7) caused release of the ball let set up temporally and locally changeable. Ballschlagmaschine nach Anspruch 7 oder 9, gekennzeichnet dadurch, daß die richtige Zuordnung von Antriebsstufe und Stellung der Ballstarteinrichtung steuerungstechnisch überwacht wird und in allen Betriebsarten der Maschine als Startbedingung wirksam bleibt.Ball punching machine after Claim 7 or 9 , characterized in that the correct assignment of drive stage and position of the ball starting device is monitored by control technology and remains effective in all operating modes of the machine as a start condition. Ballschlagmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Ballbehälter (3) am Boden ein drehbar gelagertes Magazin (3.1) mit Kammern zur Vereinzelung der Bälle besitzt.Ball punching machine after Claim 1 , characterized in that the ball container (3) has at the bottom a rotatably mounted magazine (3.1) with chambers for separating the balls. Ballschlagmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß Ballschlageinrichtung (2), Ballbehälter (3), Balltransporteinrichtung (4) und Ballstarteinrichtung (5) jeweils eigene Antriebe besitzen, die in logischer Verknüpfung von der Steuerung (7) gesteuert werden.Ball punching machine after Claim 1 , characterized in that the ball impactor (2), ball container (3), ball transport device (4) and ball starting device (5) each have their own drives, which are controlled in logical operation by the controller (7).
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CN115235738A (en) * 2022-09-21 2022-10-25 廊坊开发区中油新星电信工程有限公司 Ground vibration test equipment for accurately positioning fault position of buried optical cable

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