带有辅助瞄准功能的中式台球母球定位器
时间：2023-04-24 15:10:05 来源：千叶帆 本文已影响人
王 艳，苍施龙，王 佳，马佳乐，沈博昌
（东北林业大学，哈尔滨 150040）
目前，台球运动已成为一项影响广泛、民众喜爱的健康休闲体育产业，然而对于一些刚接触桌球的初学者或是想要快速提高水平的台球选手来说，对母球的碰撞角度一般难以掌握，很难准确瞄准和出杆，难以将目标球击进球袋，导致未能打出预先想好的击球轨迹，达不到自己想要的结果[1]。所以需要有一种帮助其瞄准并能确定母球运动方向的工具，但目前市场上的辅助装置对于消费者来说过于昂贵，装置体积大，不宜在日常生活中使用，并且操作技术要求较高。本文设计了一种设备，不仅可以解决消费者的问题，还可以解决生产者技术、成本等问题，可以让越来越多的人喜欢台球，同时希望借此提高中式台球初学者的技术水平，以及增加中式台球运动的用户数量。
台球运动对台球选手的视觉判断和击打准确度有相当高的要求，无论是对于专业台球选手还是业余爱好者来说都是一个难点，击球时，如果无法判断击打点是否准确，一切技术动作都徒劳无功。且现有的台球辅助装置，如一些光学影像类辅助装置对消费者来说价格昂贵，装置整体体积大，不易在平常训练使用中随身携带。综合考虑以上情况，本项目在母球定位器的基础上进行了改进，不仅体积小便于携带，而且在定位的基础上附加了瞄准功能，能帮助大家快速熟练中式台球，减小瞄准难度，提高进球准确率。本装置材料简单，成本低，实施方便，不会损坏和污染台球桌面。
本装置包括底盘，以及安装在底盘上端的定位座，所述定位座上设有用于与台球贴合的圆弧端面，还包括安装在底盘上且能够指向水平面任意方向的三角板，三角板能够便于操作者利用分离角指示原理进一步提高进球的准确率。
台球定位器整体结构如图1 和图2 所示。
图1 台球定位器整体结构俯视图
图2 台球定位器整体结构仰视图
2.1 台球定位器的底盘设计
底盘是整个装置最基础也是重要的部分，所有的设计都是在底盘的基础上完成的，底盘还包括凹形基座和直座，凹形基座的内壁上设有限位导槽Ⅰ；
直座上端的中心设有限位导槽Ⅱ且前后延伸，直座的外壁上固接有梯形轨，梯形轨滑动连接在限位导槽Ⅱ内。其中，凹形基座和直座之间能够通过拉动实现聚合与分离，以改变本装置整体的长度，以适应不同情况的台面和球位，使装置更加灵活。底盘结构如图3 和图4 所示。
图3 底盘主体结构I
图4 底盘主体结构II
2.2 台球定位器的辅助瞄准设计
完成底盘的相关设计后，在底盘限位导槽设计的基础上，添加带轨基座，低柱垂直设置在带轨基座的中心，为方便安装和拆卸，在基座上设置用于与低柱进行螺纹连接的螺纹孔，预紧件Ⅰ安装在低柱上且能够抵在上述带轨基座的上端面，带轨基座滑动连接在限位导槽Ⅱ内实现前后滑动以改变低柱的位置；
运用三点一线原理，在凹形基座的尾部中心位置设置高柱，保证高柱和低柱在同一直线上，高柱也采用螺纹连接并设有能够定位的预紧件Ⅱ。用低柱代替假想球球心，高柱为基准观察，当确定袋口、目标球与立柱在同一直线上时，完成瞄准，此时无论什么方向，只要将母球向短柱所在的位置击打，目标球即可进洞。带轨基座结构如图5 所示。
图5 带轨基座结构图
2.3 台球定位器的定位功能设计
定位器是一种带有角形卡球开口或半圆形卡球开口的装置[2]，定位座安装在底盘上端的后部，定位座与底盘通过可拆卸的方式固接，例如采用自攻螺丝或使用螺栓旋入螺纹孔产生预紧力的方式，圆弧端面设置在定位座的后端，具体弧度以中式台球母球的弧度为基准。定位器还包括插部，以及固接在插部上的增稳部，所述定位座的圆弧端面处设有凹槽，所述插部插装在凹槽内，增稳部用于代替圆弧端面与台球贴合以增加摩擦力，所述增稳部为等距的毛刷或带有防滑纹路的橡胶面。凹槽的中心横截面和球的水平最大横截面重合，定位器另一端上设有开口使三角板能够进一步靠近圆弧端面。定位器结构如图6 和图7 所示。
图6 定位器圆弧端面部分结构示意图
图7 定位器增稳部结构示意图
2.4 台球定位器的分离角指示功能设计
三角形指针转动连接在低柱上，三角形指针位于带轨基座和预紧件Ⅰ之间，低柱的底部能够与直座上端面贴合并利用预紧件Ⅰ挤压在三角形指针的上端以产生预紧力实现对带轨基座和三角形指针的定位，进而可以改变低柱距圆弧端面的位置。短柱上的三角形指针与目标球及袋口连线之间的夹角就是分离角（分离角概念及应用如图8 所示），可以根据不同的杆法击打母球控制分离角度，来指示母球与目标球撞击后的运动方向，便于接下来连续击打。其次考虑到在实际打球过程中会出现目标球被挡住，但是袋口附近有别的球的情况，此时目标球可能借助这颗球改变方向入袋，这时该三角形指针也可以用来指示目标球与障碍球碰撞后的分离角度，从而更快速准确地将球击入袋中。三角形指针结构如图9 所示。
图8 分离角概念与实际应用图示
图9 三角形指针结构示意图
机构的组成及具体的连接方式、作用在第2 部分已经叙述完毕，接下来将阐述该装置在实际使用中如何发挥具体功能来帮助初学者快速掌握中式台球有关的技术。第3 部分将着重阐述装置所使用的三点一线和分离角指示原理。
3.1 三点一线原理
当主球瞄准点、目标球撞击点和袋口中心点在一条直线上时，击打主球的中心点，就可轻松把球打进。这就是台球瞄准的基本原理：三点一线，即，母球在碰到目标球的那一瞬间，母球—目标球—目标洞口，3 点成一条直线。
由图10 可知，按照三点一线原理，在瞄准点画一条垂直于进球线的直线，这条直线（图10 中的白色实线）右侧180°范围内，只要瞄准点准确，理论上都可以把球打进袋。（注意：并非习惯上认为的沿目标球撞击点画出的那条白色虚线）。
图10 三点一线原理图示
3.2 分离角指示原理
由于台球本身是圆形球体，2 球相撞时是一点接触，力量的传递也是通过这个点来实现。因此，把2 个球的中心连上一条直线后，便可以找到力的传递方向，这就是目标球的行进方向。
当台球母球与目标球相撞的瞬间，如图11 所示。
图11 分离角指示原理图示
1）当母球有纵向前旋转时分离角小于90°；
母球无纵向旋转时分离角等于90°；
母球有纵向逆旋转时分离角大于90°。所以，从以下几点判断台球击球的分离角。
①使用高杆杆法时，由于母球始终有纵向前旋转，所以分离角一定会小于90°。②使用中杆杆法时，母球在滑动过程中碰到目标球，此时母球无纵向旋转，分离角等于90°。③使用低杆杆法时，母球在纵向逆旋转时碰到目标球，表现为拉杆效果，分离角大于90°。
2）母球由滑动转化为向前滚动后碰到目标球，此时分离角小于90°。
3）母球由纵向逆旋转转化为滑动时碰到目标球，此时母球无纵向旋转，分离角等于90°。
4）母球由纵向逆旋转转化为滑动，继而转化为纵向前旋转时碰到目标球，分离角小于90°。
主球和目标球的分离角大小，是根据击球力量的大小、击球的厚薄而产生变化。主球和目标球的进路、球的位置变化等，只能通过不断地观察和反复地练习，才能逐步掌握其变化规律[3]。
目前，台球运动已成为一项影响广泛、民众喜爱的健康休闲体育产业。其不仅是一个娱乐项目，同时也是一个竞技项目[4]，在击打台球时，需要有对于整个局面的连续思考和预判能力，需要精确计算，需要有良好的布局，整个过程中融合了数学、物理学等多方面的知识，比其他的球类活动更能锻炼大脑思维。台球带来的不仅仅是身体局部的运动和锻炼，也是全身协调能力的锻炼。每击打一个球，眼睛、颈椎和肩部都需要与上肢、腰部及下肢良好地协调与配合。经常参与这项运动，不仅有助于提高注意力，还能改善自身的协调性和对身体各部分的控制能力。
为了提高目标球落袋的命中率，本文设计了基于三点一线原理和分离角指示原理的带有辅助瞄准装置的台球定位器。此装置可帮助台球爱好者准确掌握袋口、目标球和直射点三者空间与位置关系，可以培养台球选手根据袋口和目标球位置，对直射点的空间定位判断能力，从而提高准度，快速确定击球角度和瞄准点，实现对击球准确性和母球分离角度辅助训练的目的[5]，从而可以快速提升台球选手的球技。
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