[摘 要] 足球训练装置的智能化设计是一种全新的设计理念，本文针对现代足球的竞技特点和训练需求，阐述了足球训练装置的智能化设计趋势，具体分析了智能化足球训练装置的技术指标。
[关 键 词] 足球训练装置；智能化设计；趋势
[中图分类号] G843 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2015）05-0010-03
一、足球训练装置的智能化设计意义
当前，国内外的足球运动员以及足球爱好者在训练时，都必须有足球教练指导或者是其他运动员在场，才可以进行训练，这种方式都是人为地传球，没有相应的训练器材，这样长时间的训练下来使人感觉枯燥无味，而且足球运动员不能针对某一单一情况进行反复训练，因为相配合的球员难以踢出相同轨迹的路线球。近年来，随着科学技术的发展，一些足球训练装置陆续问世，这些装置射门模式单一，对于射门的方向、速度等的控制达不到实际使用要求，训练密度低，训练效果欠佳。使用智能化足球训练装置对足球运动员进行针对化的训练，是当前世界公认的先进的专业训练手段。足球训练装置的智能化发展已成为足球训练设备开发的必然趋势。由于我国目前尚无成熟的足球训练设备，国外的此类设备也正处于开发研究阶段，加快自主研发智能化
足球训练装置，对提升我国足球运动水平、树立国际形象、加快足球运动的推广具有重要的意义。
二、智能化足球训练装置设计趋势和技术指标
（一）智能化足球训练装置功能多样性设计
足球训练中，基础的体能训练、盘球训练等对训练装置的要求不是太高。但是运动员的长传、短传、停球、争球、射门训练，以及守门员的扑球训练这些专项训练通常只能通过实战进行演练，训练效率低。对此我们需要设计一种功能多样的智能化足球训练装置，同时满足传接球、射门、守门扑救训练的需求。在实际训练中，教练员和运动员可按照需求在这三种训练模式中进行选择和切换。其具体功能技术指标分析如下：
1.传接球训练功能指标
该足球训练装置在对运动员的传接球能力训练中，能起到模拟回接球的作用，能够将运动员发出的各种长传球和短传球收纳，提高专项训练运动员的长传和短传球的精确性。在设计中，要求训练装置具有随机移动的机动性运动机构以及具有收纳功能的能够让运动员瞄准和传球的小球门，形成接球控制系统。由此，运动员在教练的要求下完成将球准确传到在定点或移动中的训练装置球门内。
2.射门训练功能指标
该足球训练装置在对运动员的射门能力训练中，能起到模拟定点或移动输送的作用，专项训练运动员判断来球并选择各种方式进行射门，提高运动员在各种情况下的射门成功率。在设计中，训练装置除具备运动机构外，还需具备完善的发球系统。该发球系统需设计有能够对发球角度进行控制的角度控制机构，从而使传出的足球面向运动员脚部、膝盖和头部等不同部位；其次，发球系统还需设计有能控制发出足球速度及距离的弹射机构，能将足球以不同的速度传送给运动员。利用训练装置的稳定发球功能，教练可选择各种传球路线以及各种传球速度的组合，专项训练运动员的接球射门能力。
3.守门扑救训练功能指标
该足球训练装置在对守门员的扑救能力训练中，能起到模拟射门的作用，并且可以连续发射，提高守门员的接、挡球能力，训练守门员的反应能力，提高守门员的扑救准确性。在设计中，训练装置需具备射门机构，该射门机构应设计有水平、垂直方向控制机构、不同速度和力量的弹射控制机构以及对射出足球的不同弧度控制机构，由这些机构构成射门系统。使该装置可以具备角度、速度、弧度三维可控式射门模拟能力，充分满足守门员扑球训练的各种
要求。
（二）足球训练装置智能化非线性控制设计
在足球赛场上，由于人为因素变化莫测，球员需要面临和处理各种突发的状况，前锋会接到中场或后卫各种不同方向、不同速度、不同高度的传球。而守门员则需要面临各种力量、各种弧度、各种距离的射门威胁。作为智能化足球训练装置，不仅需要具有固定模式下的传接、射门、守门训练功能，更需要针对比赛场上的各种突发情况进行模拟。在完成其功能设计的基础上进一步对其控制系统进行非线性随机控制设计，突出其智能化特点，实现足球训练装置的实战模拟功能。按照足球训练装置的三种训练功能模式，具体分析其非线性控制特性指标如下：
1.传接球训练系统非线性指标分析
在传接球训练功能设计中，足球训练装置的机动性运动机构应设计有手动调节和自动控制两种模式。在手动调节模式下，可固定设置训练装置的移动方向和速度，满足单一重复训练的目的。在自动控制模式下，运动员每成功完成一次传球，足球训练装置的小球门自动检测到足球信号后，足球训练装置能自行对运动路线和速度进行调整，进入下一组训练中。若运动员第一次传球失败，足球训练装置的小球门未能检测到足球信号，足球训练装置则保持原有速度和方向，直至运动员完成后，足球训练装置才进行下一次调整。在控制过程中，训练装置可实现将移动速度和移动方向随机自动组合，实现非线性控制的功能。
2.射门训练系统非线性指标分析
在射门训练功能设计中，训练装置的运动机构与发球系统的角度控制机构、构弹射机构组合为一体化控制系统，同样设有手动模式和自动模式，在手动模式下，教练员可自行制定训练要求，首先对于运动机构的设定可定点设定，也可对训练装置的移动速度和方向进行设定。其次对角度控制机构进行设定，角度控制可设定为定角度控制模式，也可设定为角度自动变化控制模式，最后对弹射机构进行设置，同样，弹射机构也可设定为固定速度、固定距离弹射模式，也可设定为变速、变距离弹射模式。在训练装置的自动控制模式下，训练装置可不断变换移动位置、弹射角度和弹射力度，并将移动速度、移动方向、弹射角度、弹射速度、弹射距离的变化随机自动组合，每次变化的幅度可通过人工界面进行修改和调整。充分模拟传球的突发性，通过对运动机构、角度控制机构、弹射机构的一体化组合控制体现其智能化非线性控制特性。
3.守门训练系统非线性指标分析
在对足球训练装置的扑救训练功能设计中，将训练装置的运动机构与射门系统的水平、垂直方向控制机构、弹射控制机构、弧度控制机构相协调。与其他训练功能一样，也设有手动模式和自动模式。在手动模式下，同样，首先对训练装置的运动机构进行设置，其控制模式与射门训练中的运动机构控制模式基本相同。其次，在射门系统的手动控制中对水平、垂直方向控制机构、弹射控制机构、弧度控制机构对应的角度、速度、弧度三个参数都可单独设置，也可选择设定为半自动化可变化模式即固定其中的一个或两个参数，让另一个参数作为变量。在自动控制模式下，训练装置设计为每完成一次射门就变换训练装置的射门位置以及射门的角度、速度和弧度，四个变量分别做各自的变化，并将这些变化进行随机组合。在设计中对每个变量变化的幅度可通过人工界面进行修改和调整。针对射门训练，训练装置还应增设对射门变化频率的控制，形成从射门位置到角度、速度、弧度以及射门频率的三维非线性控制。
（三）参数智能适应可调性设计及考核训练一体化设计
在整套非线性系统中，训练装置的运动系统参数、发球系统参数以及射门系统参数都可通过人工
界面进行输入和改变，也可输入运动员身体基本情
况和比赛时在赛场上的具体位置，由训练装置根据运动员的年龄和身体状况和场上位置对训练强度作智能化调整。该系统在作为训练装置的同时可设置考核系统，利用其机构的稳定性，对运动员的各种能力进行量化考核打分，教练员则可以据此考核判断运动员目前的竞技状态，做出更合理的战术调整。
（四）结构合理性及环保节能设计
足球训练装置的机构设计要以节能环保为设计原则，整体机构应易于拆卸和维护，在设计阶段，采用模块化设计方法，即对各系统不同功能和相同功能进行分析，在此基础上划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合构成智能化足球训练装置的系统和结构。避免功能相同的模块重复设计。这样，可以很好地解决智能化足球训练装置结构设计合理性、设计制造周期和生产成本之间的矛盾，设计制造的材料应尽量选择减少材料种类，少用有毒、有害材料和贵重稀缺材料，训练机构以电动结构为主，实现对环境负面影响的最小化。
三、应用前景展望
综上所述，足球训练装置采用智能化设计之后所拥有的一系列技术优势表明，足球训练装置具有良好的应用前景，对提高足球训练水平有必不可少的指导性意义，是足球训练走向数字化的必然要求，也是未来足球运动发展的大势所趋。
参考文献：
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[2]姜钟平，刘腾飞.量化非线性控制：综述[J].自动化学报，2013（11）.
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