席海龙，杨 钢，孙建功（.西安体育学院，陕西西安，70068：.陕西科技大学，陕西西安，700）

电动模拟动态足球人墙训练装置的设计

席海龙1，杨 钢1，孙建功2
（1.西安体育学院，陕西西安，710068：2.陕西科技大学，陕西西安，710021）

针对目前人墙训练装置安全性差、固定静止摆放的缺点，本研究设计一种通过操作手柄开关电机的接通和断开来实现被控制电机的转动，在电机驱动下模拟足球人墙进行训练的装置，从而提高足球任意球训练的质量和效率。对足球装备器材研发有一定的意义。

足球；电动；模拟；人墙装置

0 引言

现代足球比赛中任意球是进球得分的重要进攻手段，国际足联技术报告多次提到世界杯比赛中有1/3的进球与任意球有着直接或间接的关系，因此各国都非常重视任意球的攻防训练。目前，在训练中采用的排人墙形式主要有两种，一是根据对方罚任意球的地点和位置，组织队员排列人墙这种形式，优点是队员更接近于比赛实践要求的环境和条件，不足之处是由于主罚队员在练习的同时，需要6到7名的队员协助，造成不必要的人力消耗。另一种形式，采用在门前不同位置设立若干个固定模拟物（如标志杆或人形靶），这种形式的特点是结构简单，实用方便，可以代替人墙站位来模拟任意球的训练，但这种形式的人形靶是固定静止不动的，达不到比赛中的真实环境和条件也难以实现“人墙”干扰后二次攻守的场景和训练机会，直接限制了主罚与攻守队员按照实战要求和标准进行训练，使得训练与比赛相对脱节，势必影响到在比赛中的临场发挥。

本研究试图改变目前足球训练任意球时普遍使用脱离比赛实践的固定静态人墙训练器材，提供一种全新装置，通过教练员遥控可以使"人墙"上下跳动和左右摆动，能够模拟出更加符合现代足球比赛实践要求的环境和条件，使训练更加贴近比赛。研制该训练辅助装置对提高训练任意球的质量和效率，提高足球训练的科学化水平，增添相关训练装备器材和新产品具有重要的现实意义。

1 电动模拟动态足球人墙训练装置的设计的总体思路

本装置的设计初衷来源于训练中遇到的实际问题，目前尚未见到相似的模拟足球人墙训练装置。设计目的是提高足球训练的自动化水平，减小训练成本，提高训练效率。总体设计思路如下图1。

2 装置机械控制系统的设计

电动模拟动态足球人墙训练装置主要用于在足球训练和比赛过程中，能够模拟足球队员，实现自动弹跳，以达到对任意球进行拦防的目的。该系统的组成部分有：带有滚动轮的底座、电机及其控制系统、键盘控制单元、曲柄-滑块机构和安装有假橡胶人的支撑基板共五大部分组成。此系统设计要求，操作简单方便，性能稳定可靠，而且易于移动，室内外均可使用。设计要求步进电机控制下的模拟人自动弹跳系统，控制模拟橡胶人能实现垂直方向上距离为0.3m的弹跳。

根据要求，系统划分为电机及其控制部分、机械传动系统两大模块。其中电机及其控制模块分为单片机控制部分，电机驱动部分，开关输入部分。机械传动部分是系统的执行模块，可分为曲柄-滑块机构，带滑轮的底座及支撑板等其它部件。模块框图如图2 所示。

图2　系统框图

为了提高整个系统快速动态响应特性，电机正常工作中处于常转状态，通过相应电磁离合器的吸合及吸合时间控制，实现各电机的协同控制，完成指定的人墙跳跃和移动运动。其中主移动电机安装正反电磁离合器，实现人墙横向的往复移动。根据设计本装置中拟采用PLC为控制核心，结合输出继电器的开合及系统自带的定时器功能，实现不同任意球射门条件下样机的指定运动，其中定时器的时间参数可以依据变化规律的研究结果及样机调试实时设定。

3 装置电器控制系统的设计

训练装置由弹跳装置A和B及左右移动部分组成，系统分别由三台电动机提供动力，电机、电磁离合器和其控制系统分别装在小车和A、B部分上。

3.1按钮控制过程分为几种工作状态

按TQ1按钮，A部和B部同时动作；按TQ2按钮只有A部动作而B部不动；同理按TQ3按钮B部动作A部不动。左右移动部分由钮子开关T4控制，当T4处于断开状态时按TQ1~TQ3按钮时A部或B部只作上跳动作，当开关T4闭合时，按动TQ1~TQ3按钮时A部或B部除上跳动作外还同时做左右方向的水平移动。

3.2电动机主电路及控制电路的组成和控制过程

电动机主回路由三相电源、断路器PSW1、交流接触器PK1~PK3、热继电器RT1~RT3、电动机M1~M3及控制按钮等组成。

闭合断路器PSW1，按QD1按钮，接触器PK1线圈得电吸合，PK1主触点闭合，电动机M1通电启动运行，同时辅助触点PK1闭合自保，松开QD1按钮电机仍可继续运行，完成启动过程。按TZ按钮PK1线圈失电主触点断开，电动机M1停止运行。其余两台电动机的启动和停止操作过程与此相同。如图3所示。

图3　电动机主电路及控制电路的组成和控制示意图

图1　 设计的总体思路

3.3电磁离合器部分电路组成和控制过程

电磁离合器控制电路由继电器TK1～TK4、时间继电器TS1～TS4、电磁离合器驱动线圈EM1～EM3及开关和按钮组成。

T4开关用于选择A、B部是否水平移动，当T4闭合时A、B部在上跳的同时做水平移动。按TQ1按钮，继电器TK1线圈得电吸合，同时，时间继电器TS1线圈也吸合，辅助触点TK1闭合自保，其余TK1辅助触点也同时接通，继电器TK2～TK4线圈与时间继电器TS2～TS4的线圈全部得电吸合（T4开关闭合状态），主触点TK2～TK4同时闭合，电磁离合器驱动线圈EM1～EM3同时吸合动作，系统的A、B部同时上跳并水平移动。时间继电器延时断开的辅助触点TS1～TS4经过设定的延时时间后断开，使继电器TK1～TK4失电，主触点TK2～TK4断开，电磁离合器分离，完成动作。

按TQ2按钮，继电器TK2线圈得电吸合，时间继电器TS2线圈吸合，主触点TK2闭合，电磁离合器EM1得电动作，A部做上跳动作。如果此时T4开关是闭合状态，则继电器TK4吸合，其主触点TK4闭合，电磁离合器EM3线圈得电动作，A部同时做水平移动动作，时间继电器延时断开的辅助触点TS2、TS4经过设定的延时时间后断开，使继电器TK2、TK4失电，主触点TK2、TK4断开，电磁离合器分离，完成动作。

按TQ3按钮，部得动作过程与此相仿。如图4所示。

4 小结

本文就电动模拟动态足球人墙训练装置的设计进行了论述，技术关键在于控制系统中，移动主电机与两个跳跃电机之间的协同控制，以及机电系统对控制指令的快速响应问题。控制系统软件编程的方案设计、模块划分及遥控装置的软硬件设计、与样机高速可靠通信技术的实现。目前，电动模拟动态人墙训练装置的设计、研发及应用在国内还是空白，由此可见，通过技术创新，优化设计，研制出符合训练需要的模拟实际人墙效果的动态训练装置，具有广阔的前景和非凡的意义。

中国足球协会.足球教练员培训教程［M］北京.北京体育大学出版社.2007.

The Power-driven Training Simulator of Mobile Wall of Defenders

Xi Hailong1，Yang Gang1，Sun Jiangong2
（1.Xian Physical Education University，Xi’an，710068；2.Shannxi University of Science and Technology，Xi’an，710021）

This is research on a newly-designed wall training device to neutralize poor safety and lack of dynamic situation in football training.The simulation of mobile wall training is achieved by a motor which is manipulated by an operating handle to switch power supply.The device will improve efficiency and quality of free-kick training，bringing new prospect for development of football equipments.

football；power-driven；simulation；device of wall of defenders

图4　电磁离合器部分电路组成和控制示意图

2012年度国家体育总局重点研究领域课题.课题编号：2012B039

席海龙（1976-），男，陕西延安人，副教授，研究方向：足球教学与训练。

杨钢（1956-），男，陕西西安人，教授，硕士生导师，研究方向：足球教学与训练。

孙建功（1980-），男，陕西西安人，副教授，研究方向：机械制造及其自动化