董大伟， 杨斌霞， 夏国斌， 高　俊， 付春艳

(哈尔滨师范大学 体育科学学院, 黑龙江 哈尔滨　150025)



带有二维模拟系统的乒乓球回球落点训练装置研制

董大伟， 杨斌霞， 夏国斌， 高俊， 付春艳

(哈尔滨师范大学 体育科学学院, 黑龙江 哈尔滨150025)

为提高乒乓球运动员的专项技能水平,研制一种带有二维模拟系统的乒乓球回球落点训练装置。该仪器由乒乓球台、N个击打单元、二维模拟系统和控制单元等部分组成。以运动员视觉信息加工特征及运动技能形成的机制为原理,目的在于提高乒乓球运动员回球的准确性、技术动作的正确性和比赛的应变性。通过将认知信息加工与动作行为应答融为一体,以变化的情景模拟训练和有效的科学监控,实现运动员专项技能的可控化训练。

乒乓球训练装置； 二维模拟系统； 视觉信息加工； 回球训练

自竞技运动步入科技化和现代化以来,具有数字技术特征的先进训练器械就成为运动训练中不可缺少的重要组成部分。因为,先进的训练器械不仅能有效提高运动员的运动技能,还能切实监控和保障运动员训练的科学化水平。因此,为提高运动员的竞技能力和科学化训练水平,研发高水平的训练器械就成为当前体育工作者的又一重要研究方向[1]。当前,以视觉信息加工为特征的运动技能形成理论,为运动员科学训练提供了新的研究方向。它以人的视觉信息加工为基础,通过对运动员视觉信息加工机制和特征的分析,发现运动员认知信息加工的模式与动作行为应答的特征与规律[2]。这种新的科学理论不仅阐释了运动技能形成与发展的关键所在、改变了人们对运动技能形成与发展的认知,而且大幅度提高了运动员的竞技水平、有效地促进了现代运动训练的发展。本研究依据视觉信息加工理论,为乒乓球运动员研制一种新型的训练器材，意在将乒乓球运动员的技术练习与对视觉信息的加工为一体,帮助运动员建立正确的行为应答反馈模式,在促进乒乓球训练科学化的同时,有效提升乒乓球运动员的专项运动技能与竞技水平。

1　带有二维模拟系统的乒乓球回球落点训练装置的设计思路

乒乓球运动是一项以技巧性为主,以身体体能素质为辅的技能主导类体育项目[3]。在运动中,运动员要实现得分制胜,不仅要回球速度快、准确性高,而且还要有极快的反应速度和良好的随机应变的能力。这就使得回球训练成为提升乒乓球运动员竞技能力和取得比赛制胜的重要因素。目前,乒乓球运动员的回球训练,主要由教练的“喂球”及与队友的对练来实现。虽然这种练习方式能有效提高运动员的专项技术水平,但却是一个费时费力的过程，不仅削弱了教练员的指导精力,而且也限制了队友的训练时间。为此,国内外专家和体育器材厂商研制并生产一些利于“喂球”和对练的乒乓球训练器材,如乒乓球发球器、乒乓球回球板等[4-5]。但从练习的过程和训练的效果来看,这些装置还难以满足乒乓球运动员回球训练的强度和效度需求。为此,本研制一种带有二维模拟系统的乒乓球回球落点训练装置。

新型带有二维模拟系统的乒乓球回球落点训练装置的设计思路主要突出以下3点：(1)能够满足乒乓球运动员多样化和精准化的回球训练；(2)价格低廉、可靠耐用,适合不同层次队伍和不同等级运动员的训练需求；(3)能够对乒乓球运动员回球训练过程进行全程监控,并对回球落点进行定性和定量化的分析。因此,在该训练装置的研制中，首先要设计一种以乒乓球台、光电系统、导轨、调整架为结构的主体系统,以此实现为乒乓球运动员提供多种模式的回球落点训练，从而确保训练装置能够有效提高乒乓球运动员的专项技能，比如杀球落点训练、搓球落点训练、削球落点训练、弧圈球落点训练等；其次,选择性价比适中的电子元件和相关材料，比如采用430系列芯片、STC12C5A08S2、LM324、AD623等型号的集成电路、LED光源、PVC板材等[6-8]；最后,选择一种具有良好人机控制界面的信息输出系统,可以使教练员和运动员随时观察到回球技术的运用状况，比如采用一种亮度高、省电、寿命长的液晶显示屏[9]，选用一种工作稳定的无线信号发射和接收器等[10]。

2　带有二维模拟系统的乒乓球回球落点训练装置的技术方案与工作原理

2.1技术方案

该训练装置以二维模拟系统模拟临场比赛环境,通过光指示回球落点的方式,使运动员能够有目的地进行回球落点的训练,实现有效提高乒乓球运动员的回球准确性、加快技术动作的反应速度和增加临场比赛的随机应变能力。此外,该训练装置还可以将运动员的训练数据进行系统化分析,为后续的乒乓球运动理论提供经验支撑。为实现这一研制目标,该新型训练装置主要由乒乓球台、N个击打单元、二维模拟系统、电子电路和控制单元等部分构成。其中乒乓球台是训练装置的基础,一方面为运动员提供训练平台,另一方面用于布置和划分回球落点的区域；N个击打单元是运动员回球训练实施的目标,主要用于训练运动员回球的准确性；二维模拟系统主要用于模拟临场的比赛环境,让运动员的回球训练更接近比赛真实[11]；电子电路主要用于为训练装置提供电源,实现系统各分支的有效运作；控制单元主要用于控制光电系统的信号发射与接受,记录和分析运动员回球的准确性和有效性。

2.2工作原理

运动员在利用此装置进行乒乓球回球训练时,训练者站在乒乓球台一侧,手握球拍、身体呈击球的准备姿势,面对二维模拟系统的人型模拟板。当训练仪器启动后,带有二维模拟系统的乒乓球回球落点训练装置开始工作。此时,根据运动员的回球训练要求,训练装置会对输入的训练模式指令进行信息的量化处理,并据此转化成电信号传递至中央处理芯片,中央处理芯片将输入的信号处理后输出至各系统组件,控制各部分协同工作[12-14]。其中,二维模拟系统会通过水平方向调整架和远近台调整架随机调整人型模拟板在球台一侧的位置,通过模拟比赛中对手不同站位的击球表征和运动情景将球发向训练者。而在球发出后,光电系统中的无线信号发射装置则会发出一束红外光,且光点会指向球台对侧N个击打单元中的一个。此时,接受训练的运动员要求在正确判断来球的速度、旋转和运行轨迹后,以合理的技术动作将球击打回至对向球台上,红外光束指向的某一击打单元,当击打的回球落在对面球台上后,仪器会自动记录并储存发球的数量、回球的数量和回球命中的成功率。

3　带有二维模拟系统的乒乓球回球落点训练装置的研制

3.1器械的整体研制

该新型带有二维模拟系统的乒乓球回球落点训练装置结构见图1[15]。乒乓球台选用训练和比赛专用球台。N个击打单元呈阵列式布满并固定在乒乓球台一侧的台面上(N为大于3的正整数)；每个击打单元均包括弹性击打层、轻触开关和中心指示灯,弹性击打层布满该击打单元,轻触开关的探测面设置在击打层的下面,而中心指示灯嵌固在弹性击打层内。远近台调整架和远近台驱动机构沿乒乓球台的长度方向,铺设在乒乓球台接球侧的地面上,用于调解远近台调整架与乒乓球台的距离,远近台调整架与远近台导轨滑动连接。水平向调整架和水平向驱动机构铺设在远近台调整架的上表面,且与乒乓球台平行,用于调解水平向调整架的水平移动,水平向调整架与水平导轨滑动连接。人型模拟板固定在水平向调整架的上表面,主要用于模拟对手。当训练装置启动后,通过水平向调整架以及驱动机构、远近台调整架以及驱动机构,选择人型模拟板的不同站位,模拟比赛中的对手运动状态。如远台、近台、左侧接球、右侧攻球或接球的选位。以此增加运动员回球训练的难度,提高运动员对回球落点的正确判断能力、技术合理运用的能力和随机应变的能力,从而实现运动员专项技能的提升和训练目标的达成。

图1　二维模拟系统的乒乓球回球落点训练装置结构

3.2控制系统的电路研制

该训练装置的控制模块结构见图2,控制模块的电子电路见图3。N个击打单元轻触开关的开关量信号输出端分别与控制模块的N个开关量信号输入端连接；N个击打单元中心指示灯的控制信号输入端分别与控制模块的中心指示灯控制信号输入端连接；远近台驱动机构的远近台驱动信号输出端与控制模块的远近台驱动信号输入端连接,远近台驱动机构用于驱动远近台调整架运动；水平向驱动机构的水平向驱动信号输出端与控制模块的水平向驱动信号输入端连接，水平向驱动机构用于驱动水平向调整架运动；无线信号接收模块固定在基板上，无线接收模块的信号输出端与控制模块的信号输入端连接,且无线信号发射模块和无线信号接收模块均采用蓝牙技术实现；计数器的计数器信号输入端与控制模块的计数器信号输出端连接，存储器的存储器信号输入端与控制模块的存储器信号输出端连接。训练装置启动后,控制模块以随机的方式控制击打单元工作。在工作状态下,中心指示灯常亮作为回球落点,用于提示球员向该单位回球。当一个设定时间周期内,控制单元判断是否收到轻触开关闭合的开关量；如果判断结果为是,则该次回球为有效回球,返回执行下一时间周期的工作；如果判断结果为否,则该次回球为无效回球,返回执行下一时间周期的工作；同时,在训练过程中的相关运动信息诸如击球数量、击球准确性、击球成功率等,会通过计数器传导至控制模块；而控制模块一方面会将信息输出至液晶屏幕,让运动员和教练员了解训练效果及状态；另一方面会将信息发送至存储器将相关信息进行存储,为训练后的进一步分析以及专项技术研究提供参考。

图2　控制模块结构

4　结语

该新型带有二维模拟系统的乒乓球回球落点训练装置,目前已经通过了国家知识产权局审批并获得国家实用新型专利。该训练装置不仅克服了现有训练器械回球落点单一、缺乏变化和模拟训练情景失真的问题,而且还将教练员和队友从传统训练中的“喂球”和对练中解放出来。不仅有利于巩固技术动作,而且还解决了回球训练中运动员动作反应、落点判断和视觉信息加工相互融合问题；以视觉信息加工与动作反馈的联动性训练,优化了训练结构、改善了训练方法与手段,使得乒乓球回球训练更具科学性。此外,该训练装置还具有价格低廉、使用方便、坚固可靠的特点。因此,该训练装置能够满足乒乓球教练员和运动员的训练所需,并具有推广的价值与意义。

图3　控制模块电子电路

References)

[1] 明宇,司虎克.中美体育器械专利国际申请竞争情报的实证研究[J].北京体育大学学报,2013,36(4):18-23.

[2] 张森,李京诚,徐守森. 眼动仪的开发现状及其在运动心理领域的运用[J].首都体育学院学报,2007,19(2):43-48.

[3] 苏丕人.乒乓球运动教程[M].北京：高等教育出版社,2004:10.

[4] 李海鹏.乒乓球发球器：中国,CN01261784.9[P].2002-07-03.

[5] 郭运,杨永红,王志强.乒乓球回球板：中国,CN201220541261.0[P].2013-10-16.

[6] 陈小桥,陈慧,张令,等.基于MSP430F6638的单相正弦波逆变系统设计[J].实验技术与管理,2015,32(7):75-79.

[7] 陈玉洁,张春.基于EAD平台的数字集成电路快速成型系统的设计[J].实验技术与管理,2012,29(9):101-102,107.

[8] 杜宇上,钟积星,徐小明.基于Proteus的数字调光系统设计[J].实

验技术与管理,2013,30(11):115-119.

[9] 陈惠明.LED显示屏的拉制技术[J].先进制造与智能控制,2003,32(9):107-111.

[10] 石小娟,李刚,石艳丽,等.一种新型教学系统的设计[J].实验技术与管理,2006,23(7):49-52.

[11] 靳天玉,郭明超,张冠茂,等.红外光模拟通信实验系统设计[J].实验技术与管理,2014,31(4):41-43.

[12] 艾红.微控制器技术综合设计和提高设计质量探讨[J].实验技术与管理,2013,30(10):121-124.

[13] 赵博,黄飞,刘宏银,等.放大电路幅频特性测试系统设计[J].实验技术与管理,2015,32(9):59-63.

[14] 王睿宇,方书起.PCI-1713数据采集卡单端信号处理方法[J].实验技术与管理,2012,29(1):89-92，98.

[15] 杨斌霞,张新明,刘岩,等.带有二维模拟系统的乒乓球回球落点训练装置：中国,ZL201110456114.3[P].2011-12-30.

Developmentofatabletennisballtrainingdeviceforbacktoballwitha2Dsimulationsystem

DongDawei,YangBinxia,XiaGuobin,GaoJun,FuChunyan

(P.E.ScientificCollege,HarbinNormalUniversity,Harbin150025,China)

Developmentofatabletennisballtrainingdeviceforbacktotheballwitha2D(two-dimension)simulationsystemcanimprovethespecificskillleveloftabletennisplayers.Thisdeviceconsistsofatabletennistable,anNunit,ahitting2Dsimulationsystemandcontrolunits,andothercomponents.Thedevelopmentofthemechanismoftheathletes’visualinformationprocessingcharacteristicsandtheformationofsportsskillsaretheprinciple,thepurposeistoimprovetheaccuracyoftabletennisplayersbacktotheball,thecorrectnessofthetechnicalmovementsandthegameshouldbemodified.Inordertorealizethecontrollabletrainingofthespecialskillsoftheathletes,thecognitiveinformationprocessingandactionresponseareintegratedwiththechangingscenesimulationtrainingandeffectivescientificmonitoring.

tabletennistrainingdevice; 2Dsimulationsystem;visualimformationprocessing;backballtraining

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.05.020

2015- 12- 10

黑龙江省自然科学基金项目(C201436)

董大伟(1978—)男，黑龙江哈尔滨，硕士，讲师，研究方向为体育教育训练学

E-mail：acdongdawei@163.com

高俊(1976—)，男，黑龙江哈尔滨，博士，副教授，硕士研究生导师，研究方向为体育教育训练学.

E-mail：gh003421@163.com

G818.3

B

1002-4956(2016)5- 0074- 04