投籃矯正器的設計

摘要投籃矯正器主要作用是限制投籃時手臂的運動軌跡以達到規范人體投籃動作的器械。針對投籃時大臂、小臂的相對運動，將大小臂看作兩根連桿，并用連桿、滑塊機構連接兩根連桿，控制該連桿、滑塊的運動軌跡即可控制大小臂的相對運動。

關鍵詞 矯正 連桿機構 相對運動

中圖分類號：TH122文獻標識碼：A

Design of Devices for Shooting Correction

ZHA Quanbo， LI Chun， DA Yingfan， SHAO Yunlong

(School of Mechanical Engineering， Southwest Jiaotong University， Chengdu， Sichuan 611756)

AbstractThe function of devices for shooting correction is to restrict the arm trajectory when shooting so as to standard movement of human body when shooting. Aimed at the relative motion of arm and forearm when shooting， takes the arm and forearm as two connecting rod， and using connecting rod， slider mechanism to connect those two rod， and control their motion trail， can lead to control of its relative movement.

Key wordscorrection; link mechanism; relative motion

0 引言

投籃姿勢，一直是困擾廣大籃球迷的問題之一?，F在廣大的青少年籃球愛好者普遍上肢力量不足，投籃時動作不規范，易變形。這容易導致投籃命中率降低，能力發揮受限。本機構主要通過連桿規范大臂與小臂的動作，同時附加相應的反作用力裝置鍛煉上肢肌肉力量，達到提高競技能力的效果。

1 整體結構的構想

在設計時，根據該此機構需要完成大小臂同步運動時在投籃的某一時刻，大小臂相對應的是同一個位置，因此，

采用連桿、滑塊機構連接大小臂，再控制連桿、滑塊的位置以達到兩者的在每次投籃的不同時刻兩者的相應位置一致，整體結構的如圖1所示。

圖1整體機構設想

2 手臂連桿的設計

本機構設計的主要使用對象仍然是青少年，所以本機構依舊主要是要符合青少年人體的結構。此機構主要是運用于真實的投籃，所以該機構手部部分不需要，只是需要限制手臂運動軌跡機構的設計。在此可以根據身高為175cm的青少年手臂長短取平均值，以得到大小臂連桿的長短。

3 機構的設計

在設計的過程中，發現投籃動作主要分為兩個過程：一是將球舉起的過程，此過程中，大小臂的夾角基本不變；二是投出籃球的過程，在此過程中，大小臂是同步運動的，且在投籃的某一時刻，大小臂對應的是同一位置。

因為投籃過程一的運動較為簡單，所以先以投籃過程二的設計為主。經過對投籃第二過程動作的分析，將手臂假想為兩根連桿，且對其投籃過程中不同時刻大小手臂的位置進行了多次測量，并得到主要三個時刻的三個大小臂的相對位置。

因為我們需要控制點E的位置，所以我們需要點E在投籃第二過程中三個位置時的坐標值，以求限制其運動的機構。設定連桿DE的長度，并根據三個時刻大小臂長度、端點的位置坐標，即可根據余弦公式：

cos =

得到三個時刻鉸鏈點E與鉸鏈點B之間的距離。

由于鉸鏈點B、E均是構件1上的點，所以根據連桿長度、和鉸鏈點B的坐標值即可求出三個時刻點E的坐標值：

在此得到三個位置鉸鏈點E的相應坐標值，根據限制鉸鏈點E的運動，即可使大小臂在三個不同時刻的相對位置保持一致。因此用另一根連桿就可以限制點E在該三個不同時刻的相應位置一致。

（3-6）

因為鉸鏈點E為限制連桿EF上的一點，所以E、F兩點之間的距離保持不變，則可以得出以上公式（3-6）。

根據已知的xE、x'E、x''E、yE、y'E、y''E，即可求得連桿EF鉸鏈點F的坐標值xF、yF和連桿長度

=

得到限制連桿EF的長度和坐標值后即可設計出投籃第二過程的機構，所以投籃第二過程的設計即可完成。

設計投籃過程一的機構主要是能夠滿足能使投籃過程一和投籃過程二的連續完成和互不干擾。

在投籃第一過程中主要是保持鉸鏈點E在連桿AB上的相對位置不變，因此需要在該過程中限制連桿EF相對連桿AB的相對位置不變，即鉸鏈點F相對連桿AB的位置不變，所以設計使鉸鏈點F在另一根連桿AF上隨連桿AB的轉動而轉動，從而使在投籃第一過程中鉸鏈點F相對連桿AB的位置不變。

在投籃第二過程中主要保持鉸鏈點F的坐標值不變，在需完成投籃過程一后，保證連桿AF不隨連桿AB的轉動而轉動。因為在投籃過程中大臂是始終逆時針轉動的，所以連桿AF始終是受逆時針的力矩，在此基礎上我們想在大臂完成投籃動作一后，再限制連桿AF的運動，因此需要采用限位鉸鏈（限制連桿在某角度之間運動），用于在投籃過程一完成后，限制連桿AF的轉動。

4 結論

每個人都想擁有最完美最漂亮的動作，也都想讓自己的命中率大大提高。通過該設計的機構，并經過大量的鍛煉后，能夠起到良好的規范投籃動作的效果。但是實際的投籃動作只是近似在平面內的，而該機構只是平面結構，所以該機構具有一定的局限性。在投籃過程中選取的過程點過少，運動的軌跡不是很精確，應該可以多取幾點，利用matlab編程求取各個連桿的桿長。

參考文獻

[1]謝進，萬朝燕，杜立杰.機械原理.北京:高等教育出版社，2004.

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[3]江曉禹，龔暉.材料力學.四川:西南交通大學出版社，2009.

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