[0001] 本发明涉及一种加速篮球投篮运动技能形成的机械光电装置。

[0002] 篮球运动有着广泛的群众基础，是一项包含智慧、体能、身高、速度、柔韧性及准确性的运动，而投篮，则是得分的手段；目前，篮球运动员投篮只能凭主观感觉判断，感觉自己瞄准了就出手投篮。篮球投篮技术训练采用的是力量、定性、定量、定型及监控，如美国等国普遍采用的大于正常篮重量的篮球来进行投篮训练。我国发明人发明的几种投篮训练装置，如“篮球投篮技术定性、定量、定型练习器”（专利号: 85102082），“振动等长多角度投篮专项力量训练及监控装置”（公开(公告)号01010606936.0）等等，都不是专为运动技能形成而设计的，并且都没有瞄准系统，用这些训练装置练习，不能达到站在篮球场某个位置就相应地有了方向感，运用曾经练习过的手势出手的“手眼合一”的运动技能成型的效果；运动技能的形成有它自身的规律，传统的获得运动技能的方法是千百次地重复同一运动路线的相同动作，但是我们通过研究发现[参考黄颖峰 “内隐性学习与运动技能的获得” 《南京体育学院学报》2003.2，第l7卷第1期：22-28；黄颖峰 程涛 “肌肉自身紧张度对运动技能形成的影响”《首都体育学院学报》2008.9，20卷5期：74-77。]，在保持肌肉自身紧张度（即张力）的情况下，手指、手掌及上肢沿固定的模拟投篮的机械路线运动（此路线具有唯一性，即多次重复还是这条路线，否则在运动技能形成的储存部位小脑造成多重技能或混乱），最容易获得投篮运动技能。配合瞄准系统的准确定向，使获得的投篮运动技能包含准确的视觉成份；据发明人所知，目前国内国外还没有在张力和瞄准定向条件下完成整套投篮动作、专项用于篮球投篮运动技能形成的训练器械。

[0003] 本发明的目的是运用运动技能形成原理、光学、机械学原理，提供一种篮球投篮运动技能形成的训练器械。

[0004] 首先，本发明设计一套机械装置，模拟投篮的整个过程，使手指、手掌及上肢沿固定的模拟投篮的机械路线运动，在球场的某一固定地点、某一固定高度，此路线具有唯一性，即多次重复还是这条路线。其次，给这一机械装置加上张力，使手指、手掌及上肢以及整个身体在保持张力的情况下运动，人更容易获得运动技能。再次，给这一机械装置设计和安装瞄准系统，达到一条机械运动路线对应一个投篮方向。

[0005] 为实施上述设计，本发明采用的技术方案是：所述张力篮球投篮技能形成器可以安装在墙上，也可以安装在总支架上，以安装在总支架上为例，由上推压腕压指系统、张力发生系统、瞄准系统及总支架四个部分组成；第一部分上推压腕压指系统：上推压腕部分具有一个横轴，转臂，一个球体和一个穿过球体的球轴，横轴和球轴之间通过转臂连接，球体绕球轴转动，球体、球轴、转臂一同绕横轴转动；压指部分具有一个绕铰链轴承转动的压指板通过铰链轴承与球体连接，压指板可以设计为三指的也可以设计为两指的，具体实施方案以设计为两指的对它的功能进行说明；横轴、球轴、铰链轴承相互平行且平行于水平地面，压指板通过压指板杆与小轴承固定连接，滑条与转臂固定连接，小轴承可以在滑条上滑动，小轴承、压指板杆和压指板可以绕铰链轴承转动；铰链轴承可以绕球轴转动；球轴可以绕横轴转动；有一个定位触发压腕动作的机关，机关挂固定在球轴上，机关钩的中部通过杠杆销连接于转臂上，机关钩回位弹簧一端连接于机关钩上，另一端连接于转臂上，机关挂与机关钩形成钩型机关；横轴上有触发杆套筒，与触发杆相连接，触发杆套筒上有触发杆套筒插销，可以调节触发杆高度，触发杆用于定位触发压腕动作并连锁性引发压指动作；卡指穿过压指板并与压指板固定在一起，卡在中指和食指的指逢中间起支撑和稳定作用；压指板上有指套，起固定中指和食指的作用；第二部分张力发生系统：所述张力篮球投篮技能形成器，除自重产生的张力外，安装有数根弹簧或悬坠重物作为张力发生器，张力弹簧一端连接于机关挂上，另一端连接于副横杆上，在模拟向上举球、压腕、压指等投篮过程中使手指、手腕、上臂及全身产生张力，压指弹簧一端连接于压指板杆上，另一端连接于球体内侧，在模拟压腕、压指等投篮过程中使手指、手腕产生张力；第三部分瞄准系统：所述张力篮球投篮技能形成器有两套瞄准系统，根据需要选择使用，一套是粗略的机械式的缺口-准星瞄准系统，触发杆一端连接在触发杆套筒上，当触发杆套筒安装在横轴上某一个确定的位置时，触发杆另一端的端头和压指板中间的V型缺口垂直投影在横轴上的同一个位置，这个位置的确定方法是在球体上推至触发杆触发压腕压指动作时，使得触发杆远离横轴端与压指板相当于中指和食指中间的V型缺口最接近和对齐，由于横轴、球轴、铰链轴承相互平行且平行于水平地面，触发杆远离横轴端与V型缺口就共同处在一个垂直于横轴的平面内，当触发杆与压指板拉开适当的距离，并调节触发杆到靠近篮筐的一侧适当的高度时，人的眼睛视线越过压指板中间的V型缺口，对准相当于准星的触发杆端头，最后对准目标篮筐，形成V型缺口-准星瞄准系统；另一套瞄准系统是精确的激光瞄准系统，由激光发射器、放置于目标处的激光漫射装置和安装在横轴上的信息接收处理报告装置构成；激光发射器由卡指包裹安装于压指板相当于食指和中指近节指骨间中间，发出的激光垂直于压指板的平面；信息接收处理报告装置安装于横轴上，由激光接收器、转臂附近的角度角速度传感器、信号线、单片机、喇叭、液晶显示板、横轴套筒附近的高度传感器以及电源组成，用于篮球投篮瞄准的激光瞄准系统利用既有的感应采集、激光测距技术、单片机技术、液晶显示技术和喇叭等制成，采集计算虚拟篮球出手高度和角度以及距篮筐的距离，球体在举起的过程中模拟实际球体，触发压腕压指时假想中的篮球以当时的速度沿压指板滚动，以此时刻球体位置为出手点并设为坐标原点，Y为纵坐标，X为横坐标，篮筐中心在XY平面内，根据抛物运动方程X=Vtcos2
,Y=Vtsin -gt/2，其中Y取值出手点到篮筐的竖直距离，假设为a，程序设计为篮筐高度减去出手点高度得出，X取值出手点到篮筐的水平距离，假设为b，激光测距得出球体到激光漫射装置的距离假设为c，根据勾股定理设计程序X取值 ，实际情况中篮球小于篮筐，在一定范围内近点或远点都能进球，所以X在水平方向上分别取值出手点到篮筐远端减篮球半径和篮筐近端加篮球半径两个值X1和X2，要看激光漫射装置的具体位置，例如在篮筐近端，则X2=b+篮球半径，X1=b+篮筐直径-篮球半径，V为初速度，θ为射角，t为篮球飞行时间，g为重力加速度，根据不同的出手初速度，由程序比较判断是否落进与 速度范围，如
果落进这个速度范围，则假想中的篮球飞行的抛物线轨迹就能落进篮筐，最后由电子显示及语音报告；第四部分总支架：由两根垂直于地面的总支架竖杆和两根平行于地面的总支架平杆以及一根总支架横杆连接，下方连有脚踏板与地平面齐平，下方四个末端各安装有一个移动轮，可以根据需要随意移动整个装置，确定位置后顶起移动轮使装置附着固定于球场某一地点；总支架的两根竖杆上套有两个横轴套筒，横轴与两个横轴套筒连接，通过横轴套筒插销调节横轴的高度；如果安装在墙上或者其它位置上则不需要总支架。

[0006] 有益效果本发明的上推压腕压指系统，很好地模拟了投篮的扶球、上肢上推、压腕、压指（拨球）过程一整套投篮动作，触发杆触发压腕压指动作后，一系列压腕、压指（拨球）过程一气呵成，中间没有间隔或停顿，逼真再现实际投篮的手形动作；在球场的某一固定地点、某一固定高度，由于卡指固定了手掌位置，上肢运动路线具有唯一性，而且这个唯一性可以无数次重复，换句话说，就是无数次重复同一动作，就容易形成运动技能，这是别的训练器械所没有的，别的训练器械是凭主观感觉自己的手放到适当位置，就开始练习，微小的偏差会被人脑认为是另一条路径，而且目前已公开的训练器械上肢运动路线可以有很多条，不具备唯一性；给这一机械装置加上张力，使手指、手掌及上肢以及整个身体在保持张力的情况下运动，更容易获得运动技能；张力弹簧在施加张力的过程中，也很好地模拟了实际投篮过程中推球投篮的加速度过程，即球即将出手的时候球速越来越快，弹簧越拉越长，张力越来越大，经此装置练习后投篮会轻松很多，张力大小还可以用一根至数根弹簧来调节；本装置的球体并不完全是模拟实际投篮中的球体，实际投篮中被投出的球体是后旋的，本装置的球体的作用是举起的过程中模拟实际球体，触发压腕压指后假想中的篮球以当时的速度沿压指板滚动，压腕压指的过程中给手掌手指提供投篮过程中具有路径唯一性的可重复的感觉球面，使练习者在以后的实际投篮过程中保持球面手型，以便真实篮球沿这个弧面及中指食指之间滚动而产生后旋，这样练习的效果反而比具有后旋功能的练习器械的效果要好，因为目前的后旋练习器械的手指路径是可变的，没有路径唯一性；在瞄准系统的准确定向定位条件下，运动员在某个单一的球场位置、视野、投篮高度、投篮角度与某个单一的投篮运动技能一一对应，使投篮练习者达到视觉与身体运动相对应，手、眼及出手速度三合一，更具现场感，在以后的实际投篮中，根据视觉对应的运动技能投篮，而不是像目前这样凭主观感觉判断，这也是别的训练器械所没有的。

[0007] 附图说明图1是本发明的主结构图
图2是本发明的球体剖面图
图3是本发明的机械部分局部图
图4是本发明的机械部分三视图
图5是本发明的缺口-准星瞄准示意图
图6是本发明的用于篮球投篮瞄准的激光瞄准系统结构图。
具体实施方案

[0008] 根据篮球教科书和目前世界上顶尖篮球运动员的实践；单手肩上投篮是比赛中运用比较广泛的投篮方法，是行进间和跳起肩上投篮的基础；这种投篮出手点高，便于结合其他技术动作，能在不同距离和位置上应用；以右手投篮为例，右脚在前，左脚稍后，两膝微曲，重心落在两脚之间；右手五指自然张开，用指根及指根以上部位触球，掌心空出，翻腕托球的后下部，右臂屈肘稍向内收，置球于右肩前上方，上臂与肩关节约成水平，前臂与地面近似垂直，左手扶球的左侧，目视瞄准点；投篮时，下肢蹬地发力；右臂随腰腹伸展向前上方抬肘伸臂，用手腕前屈和手指拨球动作，使球从食指、中指指端柔和飞出；球离手时，手臂要随球跟送，脚跟提起。

[0009] 现有的机械技术手段完全可以制作本发明装置，由于可能在露天球场使用，机械部分使用不锈钢制造；激光瞄准系统利用既有的感应采集、激光测距技术、单片机技术、液晶显示技术，分离出激光发射器7安装在压指板6中间，激光接收器33、角度角速度传感器34、信号线35、单片机36、喇叭37、液晶显示板38以及高度传感器39等安装在横轴1上组成信息接收处理报告装置，激光漫射装置32外购激光反射膜包裹直径稍大于篮筐的球体做成激光漫射球，投置于篮筐上；为了减少磨擦，转臂14一端通过两个转臂轴承27固定在横轴1上，另一端套在球轴轴承12的外圈上，球轴轴承12的内圈固定在球轴2上；本装置适用于原地单手肩上投篮练习，参照附图1-4，投篮者首先将激光漫射球放置于篮筐上，再将张力篮球投篮技能形成器通过移动轮20移动到篮球场欲练习的某个投篮位置，踩上连接于总支架横杆29和总支架平杆30的脚踏板21，打开激光瞄准系统电源，移动总支架并推掌压腕，转动转臂14使激光点对准激光漫射球中心，此时激光接收器33接收激光漫射返回信息，单片机36计算出球体距篮筐的近似距离，按下面板上的确认键确认这个距离；再根据自己的身高和投篮高度，利用两个横轴套筒插销24调节两个横轴套筒23在总支架竖杆
22上的高度，以调节横轴1的高度，此时高度传感器39采集横轴1的高度信息，转动触发杆套筒25并利用触发杆套筒插销26固定，以调节触发杆13的高度。右手五指自然张开，将中指和食指穿过指套5，指根卡住卡指4，用指根及指根以上部位触球，掌心空出，翻腕托球的后下部，右臂屈肘稍向内收，置球于右肩前上方，上臂与肩关节约成水平，前臂与地面近似垂直，左手扶球的左侧，按投篮动作往上推，球体11随转臂14的转动向上运动，拉动另一端固定在副横杆28上的张力弹簧17，弹簧的拉力通过球体施加于投篮者的指、掌及上肢，使投篮者不得不绷紧整个前臂，即形成了获得运动技能的条件；当继续往上推，使安装在杠杆销31上的机关钩15碰触触发杆13，通过杠杆作用压缩机关钩回位弹簧16，使机关钩15与机关挂19脱钩，压腕压指动作被触发，转臂14不再向上运动，但推力使球体11绕球轴2转动；同时，由于球体的转动带动压指板6和压指板杆8向前上方转动，使原来搭在滑条10上的小轴承9离开滑条10，压指板6获得向前方压指的空间，压指板6在中指和食指的压力下绕铰链轴承3转动，小轴承9并没有离开滑条，而是继续压在滑条10上滑动；直至手腕与前臂约90度角，中指和食指形成平常人们所说的“兰花指”状；压指弹簧18在压指的过程中被压缩，其作用一方面是通过压指板给中指食指施加反弹张力，另一方面是起缓冲作用，再次是在复位过程中起作用；此装置将动作设计成为连贯的，一气呵成；压腕压指过程结束后，由于张力弹簧17的拉力和压指弹簧18反弹张力，球体进行复位性后旋，同时前臂随着球体落下，机关挂19转动至碰触机关钩15，压缩机关钩回位弹簧16，机关挂19被钩住，完成一次投篮练习周期，千百次地重复这个周期，就会获得投篮运动技能；在以上投篮过程中，激光瞄准系统是同步工作的，以机关钩15碰触触发杆13时的球体速度为假想中的篮球出手初速度，球体运动方向与水平面夹角为出手射角 ，球体高度和初速度可以根据角度角速度传感器34采集转臂14的角度和角速度信息，结合横轴1高度、转臂14绕横轴1转的垂直半径算出：球体高度=横轴1高度+转臂14绕横轴1转的垂直半径*con ，初速度=角速度*转臂14绕横轴1转的垂直半径，因向前压腕压指，射角需要向前纠偏一定的角度 ，近似地等于铰链轴承3绕球轴2转动相当于食指长度的弧度时，压指板6偏转的角度，对于一台造好出厂的张力篮球投篮技能形成器和一定手指长度的人来说， 是个固定值，所以计算假想中的篮球作抛物线运动时的射角为 - ；这些信息经信号线35一起输入预先编好程序的单片机36进行处理，计算出假想中的篮球出手的高度、初速度、射角以及距篮筐的距离，以竖直方向为纵坐标，水平方向为横坐标，假想中的篮球作抛物线运动，在射点坐标和射角确定的情况下，只有一定初速度范围才能使抛物线经过篮筐所在的坐标，程序运算后由显示板及语音报告结果。如精度要求不高，可弃用激光瞄准系统改用V型缺口-准星瞄准系统，参照图5。

[0010] 本装置既适用于初学者掌握和规范投篮动作，获得投篮运动技能，也适用于各省职业篮球队、国家队队员纠正和巩固动作以及在赛前或赛场休息时寻回正确的手感，提高投篮的命中率，还可用于玩具娱乐。