УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ИГРЕ В БИЛЬЯРД
DEVICE FOR TRAINING TO PLAY BILLIARDS

Изобретение относится к тренажерам спортивных игр.
Устройство предназначено для отработки техники игры в бильярд спортсменов любого уровня мастерства с использованием обычного бильярдного комплекта. Устройства такого назначения в настоящее время не существуют.
Наиболее близким аналогом можно считать устройство (далее "тренажер") для обучения игре в гольф (патент GB 2397533 А1, М. кл.7 A 63В 69/36). Тренажер состоит из платформы для установки мяча, заделанных в платформу датчиков перемещения, процессора, дисплея и видеокамеры. Видеокамера и датчики обнаруживают перемещение клюшки и мяча при замахе клюшкой и ударе по мячу и передают соответствующие сигналы в процессор. На основании полученных данных процессор рассчитывает скорость, направление полета мяча и точку его падения и выводит эту информацию на экран дисплея. Аналогичные задачи, а также несколько других специфических стоят и перед бильярдным тренажером. Поэтому данное техническое решение можно принять за прототип.
Недостатки этого решения применительно к задаче построения на его основе бильярдного тренажера состоят в следующем.
1. Удар по мячу наносится в строго определенном месте платформы, тогда как в бильярде положение шара-битка в пределах стола может быть любым. Это потребует определения и введения в процессор (далее "компьютер") начальных координат шара.
2. Удар производится только по одному мячу, и вычисляются только его параметры движения. В бильярде необходимо определять параметры движения шара-битка и прицельного шара. Это потребует определения и ввода начальных координат и прицельного шара.
Устройства для определения координат в тренажере-прототипе нет.
3. Измеряются мгновенные положения только одного мяча, в бильярде одновременно движутся минимум два шара. Система датчиков гольф-тренажера не поймет, что шаров несколько.
4. Не измеряются угловые колебания клюшки, угловые скорости вращения мяча и углы наклона клюшки и оси вращения мяча относительно платформы. Эти параметры в бильярде оказывают существенное влияние как на точность попадания, так и на тактику перемещения шаров.
5. Не измеряется сила удара клюшкой по мячу, тогда как в бильярде сила удара кием по шару влияет на точность попадания и на расстановку шаров после удара.
6. Характер движения клюшки при замахе и ударе совершенно отличается от движения кия, что потребует другой аппаратуры для определения параметров его движения.
7. Размещение датчиков под поверхностью платформы применительно к бильярдному столу потребует его специальной конструкции и значительно повысит стоимость стола.
8. Наличие видеокамеры повышает стоимость тренажера и потребует специального программного обеспечения для фильтрации помех, вызванных попаданием в зону ее обзора, людей, участвующих в тренировке. Возможны и ошибки из-за одновременного движения нескольких шаров.
Последние два обстоятельства не позволяют использовать уже имеющиеся у пользователей бильярдные столы для комплектования бильярдного тренажера.
Таким образом, для построения устройства для обучения игре в бильярд на базе технических решений прототипа может быть использована только общая идея сочетания реальных физических аксессуаров игры с измерительной аппаратурой, выдающей через компьютер информацию о параметрах движения подвижных игровых устройств (в данном случае кия и шаров) на внешние информационные устройства.
Целью настоящего изобретения является создание устройства для обучения игре в бильярд, пригодного для использования на любом бильярдном столе.
Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем бильярдный стол, кии, шары, приемник сигналов и компьютер, на наружной поверхности бильярдного стола установлены устройства с размещенными на них оптическими визирами, предназначенные для измерения величин линейных перемещений оптических визиров, в полости турняков киев и внутри одного или нескольких шаров размещены электронные преобразователи, блоки питания, передатчик сигналов и заполненные жидкостью капсулы, на внутренних поверхностях капсул консольно закреплены балки и датчики деформации, на наружной поверхности киев и шаров нанесены отображающие ориентацию балок метки, датчики деформации через передатчик и приемник соединены с компьютером.
Устройство (фиг.1) состоит из бильярдного стола - 1, киев - 2, шаров - 3, приемника сигналов - 4 и компьютера - 5. На наружной поверхности стола - 1 установлены устройства - 6, предназначенные для измерения величин линейных перемещений оптических визиров - 7. В простейшем случае устройства - 6 представляют собой линейки, которые крепятся к столу - 1 струбцинами - 8. Оптический визир в простейшем случае это механический прицел, крепящийся к линейке скользящим хомутом - 9.
В полости турняка кия - 2 (фиг.2) и внутри одного или нескольких шаров - 3 (фиг.3) размещены капсулы - 10, электронные преобразователи - 11, блоки питания - 12 и передатчик сигналов - 13.
Капсулы - 10 (фиг.4) заполнены жидкостью и снабжены мембранами - 14 для компенсации объемного расширения жидкости. На внутренней поверхности капсулы - 10 - консольно закреплены балки - 15…20 и датчики их деформаций - 21…26. Балки попарно закреплены в противолежащих точках поверхности вдоль осей прямоугольной системы координат XYZ с началом в центре капсулы. Однако может быть и другая схема размещения, например в вершинах вписанного многогранника. Балки и датчики деформации могут быть выполнены, например, в виде лепестков из фольги с наклеенными на них тензорезисторами. Преобразователи - 11 осуществляют электропитание датчиков и передатчика - 13 и преобразование сигналов датчиков в нужную передатчику форму. Передатчик - 13 может представлять собой радиопередатчик, в это случае приемник - 4 будет радиоприемником, но может быть и выполнение передатчика и приемника в виде, например, ультразвуковых устройств.
На наружных поверхностях киев и шаров с аппаратурой нанесены (фиг.5) метки, например, в виде пересекающихся стрелок - 27, отображающих ориентацию балок 15…20. Одна стрелка направлена по оси Y, другая - по оси X шара, точка их пересечения показывает положительное направление оси Z.
Работает предлагаемое устройство следующим образом. Перед началом тренировки пользователь устанавливает устройство - 6 с размещенным на нем визиром - 7 на наружной поверхности борта бильярдного стола - 1 и крепит струбцинами - 8. 3атем, перемещая визиры - 7 вдоль устройств - 6, визирует ими первый снабженный аппаратурой шар и вводит значения X11 и Y11 отсчетов по линейкам - 6 в компьютер - 5. Таким же образом он определяет и вводит в компьютер координаты Х21 и Y21 второго шара. Далее пользователь через клавиатуру просит у компьютера совет или сообщает ему свое решение по плану игры. Компьютер анализирует ситуацию и выдает на экране монитора свои рекомендации. И так, в диалоговом режиме они приходят к какому-то решению, после чего пользователь ориентирует шар-биток и прицельный шар метками вдоль соответствующих бортов стола, а точкой пересечения меток вверх и производит удар. Если необходимо знать качество замаха кием и силу удара кием по шару, пользователь берет кий так, чтобы точка пересечения меток была направлена вверх.
В процессе движения кия и шаров на балки их аппаратуры действуют силы инерции, пропорциональные их линейным ускорениям. Под действием этих сил балки изгибаются, причем в каждой паре в одну сторону - против направления ускорения. Например, при (фиг.4) движении вдоль оси X изгибаются балки 15, 16. Датчики 21, 22 их деформаций вырабатывают пропорциональные изгибам, а следовательно, ускорениям, сигналы. Одновременно шары вращаются вокруг осей, мгновенное положение которых меняется во времени и в пространстве, а кий совершает угловые колебания. При вращательных движениях кия и шаров жидкость, заключенная в их капсулах - 10, отстает в силу малой вязкости и инерции от вращения стенок капсул. В результате, например, при вращении вокруг оси Z, балки 15, 16 давят на жидкость, пытаясь увлечь ее за капсулой. Это динамическое давление пропорционально угловой скорости капсулы и вызывает прогиб балок, причем в паре балки изгибаются в разные стороны. Датчики балок реагируют и на эти изгибы, в результате один датчик пары вырабатывает сигнал пропорциональный сумме сил от линейного ускорения и от угловой скорости, а другой - пропорциональный их разности. Эти сигналы поступают через преобразователь - 11, передатчик - 13 и приемник - 4 на компьютер - 5, где производится их математическая обработка. Сигналы разделяются на пропорциональные линейным ускорениям и угловым скоростям, и интегрируются, в результате вырабатывается информация о мгновенных значениях линейных и угловых скоростей, углах поворота и пройденных соответствующим шаром или кием расстояниях. Дальнейшая обработка информации по известным в теории "рассыпных инерциальных навигационных систем" алгоритмам дает информацию о траекториях шара-битка, прицельного шара, кия, точках попадания шаров, силе удара кием по шару, направлении и динамике осей вращения шаров. Эта информация в заранее заданном пользователем компьютеру виде выводится на внешние устройства отображения информации.
Поскольку в устройстве непосредственно измеряются все параметры движения кия и шаров, оно обеспечивает максимально возможную информативность тренировки, недоступную даже тренеру наивысшей квалификации. А в сочетании с программным обеспечением, которое может разработать такой тренер, предлагаемое устройство обеспечит весьма высокое качество тренировки. Конструкция устройства позволяет использовать его на любом бильярдном столе для обучения любой игре в бильярд.