Технический прогресс в конце ХХ века активно способствовал разработкам и внедрению в физическую культуру и спорт новых методов и методик, основанных на использовании тренажёрных средств на занятиях любителей и спортсменов-профессионалов.
Предложенные классификации технических средств для физической культуры и спорта [4, 13], в частности, для баскетбола [2], способствуют дифференцировке данных средств в информационном фонде, обоснованному подбору и методически качественному использованию потенциала технических устройств по созданию искусственных условий для эффективной подготовки спортсменов.
Бросковая подготовка, как составная часть технической подготовки баскетболистов, постоянно сопровождалась созданием практически необходимых тренажёров для обучения баскетбольным броскам и их совершенствования [1, 2, 6–9, 11, 12, 14].
Исторический анализ развития спортивного инжиниринга в мире обосновал необходимость проектирования и производства спортивной техники в России и странах СНГ [3].
Наши теоретические исследования баскетбольных бросков позволили сделать следующие выводы:
- атакуемая цель в баскетболе не имеет постоянных параметров;
- размеры, форма и расположение цели относительно геометрического центра кольца зависят от изменения параметров траекторий полёта мяча, которые создаются спортсменом при выполнении броска;
- цель имеет овальную форму, изменяющуюся от остроконечной до округлой (эллиптической), площадь которой для оптимальных параметров траектории полёта мяча составляет 28 % от площади баскетбольного кольца [10].
Полученные результаты обозначили практическую необходимость создания технических средств обучения и совершенствования баскетбольных бросков с учётом результатов наших теоретических исследований. Проектирование теоретически обоснованных устройств потребовало введения ряда требований и использования правил конструирования [5] для совершенствования методологии создания тренажёрных средств в спортивных играх [1]. Предложенная классификация технических средств бросковой подготовки баскетболистов и результаты хронологической структуризации патентов на изобретения способствовали качественному проектированию, изготовлению, испытанию и внедрению комплекса тренажёрно-исследовательских средств в учебно-тренировочный процесс баскетбольных команд различной квалификации.
Классификация технических средств бросковой подготовки баскетболистов
В результате патентного поиска рассмотрено 123 изобретения США и 9 – России, предложенных для повышения точности баскетбольных бросков.
Опираясь на проведённые теоретические исследования параметров баскетбольных бросков, педагогические наблюдения за результативностью бросков и учитывая накопленный опыт создания устройств, приспособлений и тренажёров для баскетбола, предлагается классификация технических средств бросковой подготовки баскетболистов, представленная в таблице.
Классификация технических средств составлена, в зависимости от решаемых методических задач с целью повышения точности баскетбольных бросков, с учётом расположения устройств:
1 На стандартном баскетбольном оборудовании.
2. На спортсмене.
3. На площадке в игровом зале или спортивно-развлекательном городке в составе тренажёра, модуля, станции, аттракциона с оценкой масштабности (стоимости) разрабатываемых объектов, которые защищены патентами на изобретения, полезные модели или представлены в виде научных публикаций.
Количество изобретений США подтверждает большую популярность и высокий уровень развития баскетбола в этой стране.
К приоритетным изобретениям отнесены наиболее простые по конструкции устройства, удобные в обслуживании, надёжные в эксплуатации и эффективные при тренировках баскетбольных бросков.
Согласно предложенной классификации отмечены 22 авторские разработки. Одно изобретение* [7] и одна полезная модель** [8] по своим функциональным возможностям относятся к 2 разделам классификации технических средств бросковой подготовки баскетболистов.
На примере раздела «Ориентиры на кольце» проанализируем выбранные изобретения и проведём хронологическую структуризацию патентного поиска данного раздела.
Анализ изобретений раздела «Ориентиры на кольце»
Выбраны и проанализированы 28 патентов США, в которых решались задачи повышения точности баскетбольных бросков за счёт уменьшения атакуемых целей, корректировки параметров полёта мяча и обеспечения точек прицеливания при броске. Предложенные устройства монтируются на баскетбольном кольце.
Классификация технических средств бросковой подготовки баскетболистов
|
№ п/п |
Наименование раздела |
Общее количество изобретений, США/Россия |
Количество приоритетных изобретений США |
Количество авторских разработок |
|
1 |
Ориентиры на кольце |
28/1 |
5 |
6 |
|
2 |
Ориентиры на щите |
10/2 |
2 |
2* |
|
3 |
Пространственные ориентиры |
14/2 |
2 |
3 |
|
4 |
Приспособления на спортсмене |
12/2 |
1 |
– |
|
5 |
Конструкции щитов, ферм, стоек |
18/1 |
2 |
6** |
|
6 |
Сборники (скаты) мячей |
17/0 |
3 |
2** |
|
7 |
Аттракционы, домашние игры |
11/0 |
2 |
2 |
|
8 |
Способы (методы) тренировки |
13/1 |
2 |
1* |
|
Всего |
123/9 |
19 |
22 |
Восемь патентов посвящены уменьшению площади баскетбольного кольца [15, 17, 23, 26, 31, 34–36]. Специалисты баскетбола единодушно подтверждают эффективность использования данных колец в тренировочном процессе. В одном патенте [31] предложена замена баскетбольной сетки, внешне напоминающая уменьшенное кольцо, длина окружности которого на несколько дюймов меньше, чем окружность стандартного мяча. Круг выполнен из эластичного материала, так что он растягивается, позволяя мячу проходить сквозь него. Под весом мяча растягиваются и внешние шнуры крепления круга, что создаёт эффект прохождения результативного мяча через баскетбольную сетку.
Девять патентов [18, 19, 21, 27, 29, 33, 37–39] в большей степени способствуют достижению спортсменом оптимальной траектории полёта мяча при баскетбольном броске.
Интерес для специалистов баскетбола представляет изобретение [33], предназначенное для повышения точности бросков. Предложенное устройство состоит из с-образного основания, которое легко устанавливается сверху на обод кольца. В основании имеется множество резьбовых отверстий для установки в них прямолинейных прицельных стержней, которые выполнены из эластичного материала deformably и имеющие в средней части спиральные пружины. Установка 10–11 гибких стержней производится под разными углами (~ 45 °) к плоскости кольца и в направлении к его центру. Прицельные стержни раскрашиваются в три разных цвета по своей длине. Во время подготовки и выполнения броска спортсмен концентрирует внимание на близлежащем к нему стержне и старается направить мяч на его верхний конец. При точном броске, по утверждению автора, прицельные стержни сгибаются, не изменяя траектории движения мяча, а после прохождения мячом цели, спиральные пружины возвращают их в исходное положение.
Необходимо отметить, что в патенте не сообщается о возможности тренировать баскетбольные броски с отражением мяча от щита с помощью разработанного устройства.
В изобретении [18] автор сделал оценку устройствам, изложенным в работах [19, 22, 26, 28, 38–40]. Он утверждает, что ни один из указанных патентов не раскрывает сути его изобретения. Тренировочное устройство [18] представляет собой кольцевой элемент, верхняя поверхность которого «срезана» под углом (20–30 °) к нижней поверхности от дальней к ближней дуге. На нижней поверхности прицельного кольца имеется монтажный желоб, который сопрягается с внутренним диаметром кольца и притягивается к ободу крепёжными ремнями. Кольцо оснащено батарейками, подвижным контактом и электрическими индикаторами для фиксации бросков, выполненных не по «идеальной» траектории. Устройство может комплектоваться платформой для выбора оптимальной постановки стоп игрока при броске. Устройство (кольцевой элемент) лучше изготовлять из прозрачного литого пластика.
Спорным решением на наш взгляд, остаётся место расположения подвижного контакта в области дальней дуги кольца. Это связано с тем, что игровые ситуации могут создавать условия, при которых необходимо бросать с более низкой траекторией по сравнению с оптимальной, и тогда мячом лучше попадать с отскоком от дальней дуги, где и расположен контакт, фиксирующий нерекомендуемые траектории согласно решаемой задаче данного изобретения. Не оговаривается возможность использования устройства для баскетбольных бросков с отражением мяча от щита.
Решаемая задача в семи патентах [16, 22, 25, 28, 30, 40, 42] позволяет спортсмену более качественно достигать необходимых параметров броска за счёт предложенных в изобретениях объектов для прицеливания.
Выдерживая методическую направленность поиска наиболее результативного объекта прицеливания, прокомментируем ряд патентов, которые решали соответствующую задачу.
В патентах [28, 40] в качестве объекта прицеливания предложены красочные мячи (диаметры их примерно равны диаметру мяча для тенниса). Мячи-мишени могут быть выполнены из вспененного пластика или резины. Отличаются устройства данных изобретений элементами крепления и местом их расположения. Мишень (точка прицеливания) в изобретении [28] находится в центре над плоскостью кольца. Возвращение мяча в исходное положение после результативного броска производится пружиной, смонтированной на кронштейне-держателе. Кронштейн-держатель закреплён на баскетбольном щите, что препятствует тренировке бросков с отражением мяча от щита.
В патенте [40] элементы крепления располагаются ниже уровня кольца, и возвращение мячика-мишени в центр кольца производится сжатой пружиной, смонтированной в центре специально изготовленного стержня, который удерживает мяч в исходном положении. Данные изобретения [28, 40] требуют изготовления отдельных тренировочных щитов и колец с дополнительными приспособлениями.
Основной целью следующего изобретения является создание прицельного устройства для баскетбольных бросков. Автор Richard E.Deal [22] предложил кольцевой элемент в качестве объекта прицеливания. В патенте представлены 2 модификации кольцевого прицельного элемента: при наружном и внутреннем расположении относительно баскетбольной сетки. Предложены 5 вариантов крепления прицельного кольца для наружного исполнения, которое имеет 3 конфигурации. Внутреннее исполнение прицельного элемента также выполнено в 3 вариантах и имеет несколько различных способов крепления на ободе баскетбольного кольца.
Для усиления визуального воздействия наружные и внутренние поверхности прицельного элемента покрываются краской контрастного цвета. Для изготовления прицельного кольцевого элемента автор предложил разные материалы: металл, пластик, резину и резиноподобный материал – поливинилхлорид.
Для практического использования изобретения [22] потребуется тщательная проработка по выбору варианта прицельного кольцевого элемента и потребуется неопределённое количество времени для экспериментальной проверки его эффективности и надёжности в учебно-тренировочном процессе.
У следующих двух патентов [30, 42] элементы прицеливания крепятся с помощью гибких шнуров внутри кольца. В изобретении [42] – это теннисный мяч, который располагается ниже уровня кольца, а в изобретении [30] – цель может иметь форму шара, кубика, пирамиды и т.д., и располагается она на уровне кольца.
По результатам наших исследований [10] центры атакуемых площадей в области кольца смещены к дальней дуге, поэтому предложенные объекты прицеливания, по нашему мнению, будут эффективны для выработки параметров траекторий, максимальные точки которых выше верхнего края щита при выполнении штрафного броска, а тренировка бросков, выполняемых по экономным траекториям, максимальные точки которых находятся на уровне горизонтальной линии прицельного прямоугольника, требуют смещения мишени прицеливания на 6–8 см ближе к дальней дуге.
Практически это выполнимо за счёт укорачивания шнуров крепления объекта прицеливания и параллельного переноса 2 точек крепления шнура относительно исходного положения ближе к дальней дуге на указанные 6–8 см.
В данном случае попадание в кольцо мячом с отскоком от дальней дуги оценивается также высоко, как и попадание мячом без касания обода кольца.
Авторы изобретения [25] проанализировали ряд известных нам патентов [19, 28, 36, 38] и отметили, что они не согласны с тем, что упомянутые устройства изменяют эффективную геометрию баскетбольного кольца. Указано также, что в патенте [28] крепление кронштейна к щиту не позволяет тренировать броски с отражением мяча от щита.
Авторы предложили прицельное устройство, которое с помощью базового элемента с крюками и прижимным устройством монтируется на кронштейн крепления кольца к щиту. От базового элемента над плоскостью кольца располагается держатель, по конфигурации напоминающий крючок для рыбной ловли. На конце держателя устанавливается регулируемый по высоте прицельный элемент, выполненный из мягкого материала типа резины.
В ходе тренировки спортсмену рекомендуется при броске прицеливаться и направлять пальцы бросающей руки на резиновый элемент, который находится над центром кольца на высоте большей величины диаметра мяча от плоскости атакуемой цели. В то же время необходимо отметить, что выполнять баскетбольные броски с применением указанного устройства невозможно с отражением мяча от щита под углом 90 ° к плоскости щита и близких к нему величин. Не указано авторами, на какую точку нужно прицеливаться при бросках с отражением, выполняемых под углом к щиту.
Рассмотрим патент [16] автора Ричарда Э. Барри. Предложенное устройство предназначено для повышения точности бросков в баскетболе, ударов в футболе и хоккее. Устройство представляет собой прямой цилиндрический стержень с целевым сферическим элементом из резины диаметром ~ 3–4 см, закреплённом на конце стержня. Второй конец стержня с помощью зажима закрепляется перпендикулярно плоскости кольца на переднем ободе. Цилиндрический стержень частично выполнен из резины и оснащён пружиной, которая возвращает мишень в исходное положение после попадания в неё мяча. При попадании мяча в мишень цилиндрический стержень изгибается и позволяет поражать баскетбольное кольцо без изменения параметров траектории полёта мяча.
Рис. 1. Пример хронологической структуризации патентного поиска по разделу «Ориентиры на кольце»
Простота конструкции устройства, быстрота постановки и снятие его с обода кольца, а также возможность проведения тренировочной игры без снятия мишени с обода кольца говорят о необходимости использования данного устройства в бросковой подготовке баскетболистов.
В качестве повышения эффективности целевого устройства требуется обоснование расположения центра сферической мишени над плоскостью баскетбольного кольца. Автор предложил данную высоту в диапазоне 2–4 дюйма (5–10 см). Мы предлагаем данную высоту сделать регулируемой, выполнив несколько сменных устройств или гибких стержней. Учитывая правило поражения баскетбольного кольца без отражения от щита: касание переднего обода мячом не допустимо, поэтому высоту центра сферической мишени необходимо делать больше радиуса мяча (12,2 см), например 15 см и выше.
Завершая анализ патентов США по разделу «Ориентиры на кольце», отметим ещё изобретения, посвящённые совершенствованию конструкции колец и устройств возврата кольца в исходное положение после виса на нём спортсмена, выполнившего баскетбольный бросок сверху вниз [20, 32].
Патент [24] раскрывает оснащение баскетбольных сеток звуко-световыми элементами с рекламными целями, а в изобретении [41] предложены разнообразные варианты плетения баскетбольных сеток.
а) б)
Рис. 2. а – вставка-кольцо с 8 болтами, б – съёмное кольцо-ограничитель пологих траекторий
Хронологическая структуризация патентного поиска
Для использования анализа перечисленных изобретений при проектировании новых устройств мы провели хронологическую структуризацию патентного поиска по разделу «Ориентиры на кольце» предложенной классификации технических средств бросковой подготовки (рис. 1).
Из патентов, направленных на уменьшение площади баскетбольного кольца (первый раздел), выбрано изобретение [15], которое имеет несложную конструкцию и две модификации расположения атакуемой цели: над и в плоскости стандартного кольца. Разработанные опоры крепления обеспечивают простую установку и снятие устройства.
Предварительный вариант хронологической структуры вокруг устройства [15], раскрывающий обоснованные ссылки на другие подобные изобретения, составил 8 патентов [15, 18, 23, 25, 26, 31, 35, 37]. В полученную хронологическую структуру было добавлено устройство – вставка-козырёк, которое позволяет воссоздать условия уменьшения и смещения атакуемой площади к дальней дуге кольца. Смещение центра атакуемой цели к дальней дуге доказано нашими теоретическими исследованиями параметров баскетбольных бросков [10].
В предлагаемую структуру раздела «Ориентиры на кольце» включено устройство [16] с учётом наших предложений по модернизации прицельного элемента (см. описание предложений, приведённых выше).
Перечислим авторские разработки, относящиеся к разделу «Ориентиры на кольце» классификации технических средств бросковой подготовки баскетболистов:
1. Поворотное кольцо с резьбовым держателем предназначено для изменения параметров полёта мяча и соответственно параметров атакуемых целей [10].
2. Вставки-корректоры в виде козырьков и колец – 7 позиций, выполняемых из листа алюминиевого сплава толщиной 20 мм и предназначенных для уменьшения и смещения атакуемых целей к дальней дуге баскетбольного кольца [10].
3. Концентрическая вставка-кольцо шириной 6 см с 8 болтами, которые предназначены для отражения мячей баскетбольных бросков с низкой (пологой) траекторией (рис. 2, а).
Кольцо-отражатель – устройство для тренировки ближних бросков без отражения и с отражением мяча от щита и выработки навыка овладения мячом после неточного броска [6].
Съёмное кольцо-ограничитель пологих траекторий диаметром 71 см изготовлено из прутка диаметром 18 см. Высота расположения кольца-ограничителя над уровнем стандартного баскетбольного кольца 15 см. Изготовлено два опытных образца (рис. 2, б).
Вставка-корректор в виде металлического стержня, который отсекает часть сектора кольца, уменьшая и смещая поражаемую цель к дальней дуге кольца. Поданы документы на получение патента на полезную модель [заявка № 2016116235 от 25.04.16 г.].
Требования и правила конструирования технических средств
В статье «Методология создания тренажёрных средств в спортивных играх» [1] изложены 16 основных принципов. Во многом данные принципы согласуются с общими правилами конструирования [5]. Из 52 общих правил конструирования для наших разработок выделяем следующие правила:
- конструировать устройства с расчётом на безремонтную эксплуатацию с полным устранением капитальных ремонтов и с заменой восстановительных ремонтов комплектацией устройств сменными узлами;
- обеспечивать надёжную страховку резьбовых соединений от самоотвинчивания; внутренние соединения фиксировать методами позитивного стопорения (использовать шплинты, отгибные шайбы);
- предупреждать коррозию деталей, в особенности у устройств, работающих на открытом воздухе, применением стойких лакокрасочных и гальванических покрытий и изготовлением деталей из коррозионностойких материалов;
- всемерно упрощать конструкцию устройств; избегать сложных многодетальных конструкций;
- сосредотачивать органы управления и контроля по возможности в одном месте, удобном для обзора и манипулирования;
- при проектировании новых конструкций, а также устройств, предназначенных для новых технологических процессов, проверять все новые элементы с помощью эксперимента, моделирования, заблаговременного изготовления и испытания узлов;
- шире использовать опыт создания конструкций, опыт смежных, а в нужных случаях и отдалённых по профилю отраслей техники;
- изучать тенденции развития физической культуры и спорта; вести перспективное проектирование.
Предлагаем дополнительно 4 пункта требований, улучшающих качество технических средств:
1. Тренажёры должны конструироваться из недорогих материалов отечественного производства, иметь низкую трудоёмкость изготовления (что обеспечит приемлемую цену объекта).
2. Устройства должны быть технологичными и их изготовление не должно требовать специального оборудования (изготовление можно осуществить в любой мастерской, имеющей универсальное и доступное оборудование для механической обработки деталей и участок сварки).
3. Технические средства по возможности должны быть выполнены на уровне изобретений и защищены патентами на изобретения или на полезную модель.
4 Тренажёры должны иметь простые для понимания, достаточно подробные технические описания и инструкции по эксплуатации с изложением методик проведения тренировки.
Заключение
В рассмотренных патентах для бросковой подготовки баскетболистов авторы предлагают технические средства, влияющие на параметры траекторий полёта мяча, параметры атакуемых целей в плоскости кольца и разрабатывают разнообразные объекты прицеливания, способствующие повышению точности (результативности) баскетбольных бросков без отражения мяча от щита.
Изобретения США не учитывают результаты наших теоретических исследований:
- отсутствуют задачи по обучению и совершенствованию техники выполнения баскетбольных бросков с отражением мяча от щита;
- отсутствуют задачи по смещению атакуемых целей к дальней дуге кольца;
- отсутствуют научно обоснованные объекты прицеливания и площади отражения для баскетбольных бросков с отражением мяча от щита.
Предлагаемые нами изобретения и патенты на полезные модели просты в изготовлении, надёжны в эксплуатации и теоретически обоснованы. Создание технических средств велось с учётом результатов наших теоретических исследований:
- атакуемая цель в баскетболе не имеет постоянных параметров;
- размеры, форма и расположение цели относительно геометрического центра кольца зависят от изменения параметров траекторий полёта мяча, которые создаются спортсменом при выполнении броска;
- цель имеет овальную форму, изменяющуюся от остроконечной до округлой (эллиптической), площадь которой для оптимальных параметров траектории полёта мяча составляет 28 % от площади баскетбольного кольца.
Предложенная классификация технических средств бросковой подготовки баскетболистов, результаты хронологической структуризации патентного поиска, использование предложенных требований и общих правил конструирования на основании методологии создания тренажёрных средств в спортивных играх помогут молодым учёным при проектировании и изготовлении новых устройств для физической культуры и спорта.