DESIGN NOVÉ KONCEPCE LUKU PRO SPORTOVNÍ LUKOSTŘELBU

Konference diplomových prací 2007 Ústav konstruování, Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky, FSI VUT v Brně 5. – 6. června 2007, Brno, Česká republika

DESIGN NOVÉ KONCEPCE LUKU PRO SPORTOVNÍ LUKOSTŘELBU student – [email protected] ABSTRAKT Cílem mé diplomové práce bylo navrhnout nové a více přizpůsobit stávající zařízení pro lukostřelbu nevidomých. Dnes využívané zařízení se skládá ze stativu a z pomocných lišt. Nedílnou součástí je i pomocník nevidomého střelce, který vše nejprve umístí na své místo a připraví ke střelbě. Nevidomý střelec se následně do takto připravených pomůcek “zafixuje„ a střílí. V České republice byla vyvinuta nová koncepce mířidla pro lukostřelbu nevidomých panem Jiřím Mojžíškem. Toto řešení zpřístupňuje lukostřelbu většímu počtu nevidomých střelců, protože nevyžaduje při samotném střílení asistenci druhé osoby a také odstraňuje veškeré rozměrné doplńkové zařízení. Mířidlo je připevněno přímo u prstů ruky držící luk. Tím, že jsou mířidla umístěná na luku, má nevidomý střelec mnohem větší volnost a svobodu při pohybování se na střelecké čáře. Samotná lukostřelba se poté velice podobá střelbě vidomých lidí. Princip zaměřování je založen na zařízení, které detekuje vzájemnou polohu luku a terčovnice. Změny polohy jsou přes lanko přenášeny v místě mířidla na tyčku jejímž středem lanko prochází. Detekční tyčka má na svém konci bod, který s dvěma dalšími pevnými body na mířidle, je - li správně zamířeno, tvoří rovnostranný trojúhelník. Nevidomý lukostřelec tak jen dotykem prstu kontroluje vzájemnou polohu bodů. Řešení nové ergonomie stávajícího madla bylo nutné, protože při vyhodnocování polohy dvojzvratné páky vznikalo na původním madle v držící ruce v oblasti dlaně mezera. Tím se nevyužívala celá část dlaně ruky. Střelba se tak stávala více náročnou, méně pohodlnou a to mohlo mít vliv i na přesnost. Technicky nejnáročnější část diplomové práce byla navrhnout nové funkční řešení tlumení vybrací v luku po výstřelu. Stabilizátory se montují přímo na luk do oblasti pod ruku držící luk. Pro nevidomého střelce je to zařízení na luku, které nedokáže tak přesně kontrolovat a často tak dochází k atakování blízko stojících lidí. Při odložení luku do stojanu často také dochází k zakopávání samotným střelcem o boční ramana tlumícího žařízení. Zamýšlel jsem se tedy nad šířením rázů, abych tomu podřídil tvar a umístění stabilizátorů. Pro potvrzení tohoto

školitel – [email protected] předpokladu jsem provedl měření kmitání luku při střelbě. Z těchto záznamů jsem mohl rekonstruovat šířící se vlnu v luku a tak určit předpokládané místo s nejvyšší amplitudou, kde by se měl umístit stabilizátor. Z důvodu zachování výchozího tvaru luku (oblý tvar písmene C) jsem se rozhodl tlumící členy umístit na nosič, který kopíruje tvar ramen a bude uchycen stejně jako ramena v těle luku. Při hledání tavrové koncepce jsem vycházel od tvarovosti dnes běžné a snažil jsem se o takový nový celek, který by zohledňoval mířidlo, tlumící ramena a seřizovací zařízení. V navržené výsledné verzy prochází několik dominantních křivek, které z celého tvaru dělají kompaktní celek. Z jednotlivých hlavních křivek pak vychází dílčí, které přecházejí do křivek příslušenství (mířidlo, seřizovací zařízení, ranema luku).

ÚVOD Cílem této práce je navrhnout nové zařízení pro nevidomé, které je používáno při zaměřování v lukostřelbě. Dnes používané zařízení se skládá ze stativu, pomocných lišt a nedílnou součástí je také asistent, který vše připraví ke střelbě. Stativ střelec využívá k míření. Na bočním rameni stativu je na konci kolíček, do kterého si střelec opírá nárt střelecké ruky. Tak má střelec vždy zajištěnou stejnou výchozí pozici pro střelbu. Pozici nohou kontroluje podle lišt umístěných na zemi. Střelec se do připravených pomůcek postaví a střílí. Po nastřílené sérii střelec s asistentem vyhodnotí střelbu a seřizuje zařízení tak, aby následná střelba byla lepší. V České republice byla vyvinuta nová koncepce mířidla pro lukostřelbu nevidomých panem Jiřím Mojžíškem. Nevidomý lukostřelec získal na střelecké čáře naprostou volnost a nezávislost. Tak tato metoda zpřístupňuje lukostřelbu většímu počtu nevidomých střelců, protože nevyžaduje při samotném střílení asistenci druhé osoby a také odstraňuje veškeré rozměrné doplńkové zařízení.

Celková koncepce využívá přímého spojení střelce s terčovnící nylonovým vláknem. Toto vlákno je na jedné straně připevněno na dolní okraj terčovnice a na druhé straně vlákno prochází jednoduchými mířidly. Mířidlo je připevněno přímo u prstů ruky držící luk a vlákno skrz něj pokračuje kolem paže ruky do části mezi tělo a luk. Zde je konstrukce pro seřizování těchto mířidel a lanko zde končí. Zařízení pro míření detekuje vzájemnou polohu luku a terčovnice. Změny polohy jsou přes lanko přenášeny v místě mířidla na tyčku jejímž středem lanko prochází. Tato tyčka se pak pohybuje zrcadlově obráceně, tak jak se mění poloha luku a terče. Na konci tyčky je bod, který s dvěma dalšími pevnými body na mířidle, je - li správně zamířeno, tvoří rovnostranný trojúhelník. Nevidomý lukostřelec dotykem prstu kontroluje vzájemnou polohu bodů. Lanko natažené mezi lukem a terčem poté nevidomý střelec využije jako vodítko k terči, kde vyhodnotí nastřílené hodnoty. Po návratu k luku seřídí mířidlo na svém luku a střelbu opakuje. V této diplomové práci jsem se zabýval čtyřmi oblastmi. Ergonomií madla, uchycením ramen do těla luku, tlumící soustavou a designem celku. Nová ergonomie madla byla nutná, protože při vyhodnocování polohy dvojzvratné páky vznikalo na původním madle v držící ruce v oblasti dlaně mezera. Tím se nevyužívala celá část dlaně ruky. Střelba se tak stávala více náročnou, méně pohodlnou a to mohlo mít vliv i na přesnost. Mířidlo jsem také zakomponoval do hmoty madla. Tím jsem získal v jedné verzy návrhu, řešení pro klasický dnes nejvíce komerčně rozšířený luk. Lze tedy na takový luk nasadit jen tuto část. Celý návrh se tak stává i cenově výhodný, protože není třeba kupovat speciálně upravený luk. Uchycení ramen luku šroubovým spojem z čelní strany se mi zdálo nevhodné z důvodu vzhledu, ale i složitosti montáže. Rozhodl jsem se pro zámek, který by byl uschován v těle luku z jeho vnitřní strany. Zámek stlačuje pružinu a otočením zámku o určitý úhel, následné zpříčení zámku uvnitř těla luku uzamyká ranema v luku. Vrchní viditelná část zámku je konstruována tak, aby šla

nevidomým člověkem pohodlně rozeznat hamtem a jednoduchým pohybem (posunutí palcem) zamknout/odemknout. Funkční řešení tlumení vybrací v luku je technicky svým rozsahem větší, proto je celý koncept založený na teoretických předpokladech. Výchozí kritický bod výstřelu vzniká v okamžiku, kdy se tětiva vrací do nulového natažení (tzv. klidový stav). Energie která nebyla využita ke střelbě se nemá kde spotřebovat a dochází k jejímu šíření v luku. Samotný šíp, je již téměř z dosahu luku, ale i tak dochází rázy k ovlivnění jeho letu a také nagativní vlivy na klouby držící ruky jsou při dlouhodobém střílení veliké. Z těchto důvodů se začali konstruovat a na luk přidělávat stabilizační zařízení. Stabilizátory se montují přímo na luk do oblasti pod ruku držící luk. Koncepce takových tlumícich členů je pro nevidomého střelce a jeho nejbližší okolí značně nebezpečná. Pro nevidomého střelce je to zařízení na luku, které nedokéže přesně kontrolovat a často tak dochází k atakování blízko stojících lidí. Při odložení luku na stojan často dochází k zakopávání samotným střelcem o boční ramana tlumícího žařízení. V neposlední řadě také vzhled soustavy tří tyčí vycházejících dva metry dopředu a metr podél něho ubírají luku na kráse v jeho komplexním ladném tvaru. Z tohoto důvodu jsem se rozhodl zkonstruovat nový koncept tlumení. Zamýšlel jsem se tedy nad šířením rázů, abych tomu podřídil tvar a umístění stabilizátorů. Od počátku - nárazu tětivy na nulový bod (ramena luku jsou v původním stavu) se podle předpokladů začíná kmitání šířit od špic ramen do nulového bodu (madlo luku) přes ramena a tělo luku. Pro potvrzení tohoto předpokladu jsem provedl měření kmitání luku při střelbě. Na luk jsem umístil 4 akcelerometry tak, aby jsem mohl snímat šíření vlny v luku. Při každém výstřelu jsem sejmul časový záznam vibrací. Z těchto záznamů jsem mohl rekonstruovat šířící se vlnu v luku a tak určit předpokládané místo s nejvyšší amplitudou, kde by se měl umístit stabilizátor. Z důvodu zachování výchozího tvaru luku (oblý tvar písmene C) jsem se rozhodl tlumící členy umístit na nosič, který kopíruje tvar ramen a bude uchycen stejně

jako ramena v těle luku. Uvolněné rameno z napnutého stavu tak postupně dosedá do tohoto remene a na něm uchycených tlumících členů. Tlumící členy jsou konstruovány dle dnes užívaných silenbloků. Jejich tvar je pyramidový. K samotnému tlumení - spotřebování zbitkové energie - tak dochází v deformaci gumových tlumících členů a také samotnou hmotou nosiče. Při hledání tavrové koncepce jsem vycházel od tvarovosti dnes běžné a snažil jsem se o takový nový celek, který by zohledňoval mířidlo, tlumící ramena a seřizovací zařízení.V navržené výsledné verzy prochází několik dominantních křivek, které z celého tvaru dělají kompaktní celek. Z jednotlivých hlavních křivek pak vychází dílčí, které přecházejí do křivek příslušenství (mířidlo, seřizovací zařízení, ranema luku).

DESIGN NOVÉ KONCEPCE LUKU PRO SPORTOVNÍ LUKOSTĚLBU 1.1. VÝVOJ DESIGNU PRO NEVIDOMÉ 1.1.1. DNES POUŽÍVANÁ MÍŘIDLA Nevidomí lidé byli v minulosti spíše umísťováni v podvědomí na okraj společnosti, takže nebyla příležitost pro střelbu nevidomých. Dnes, v době kdy je brán čím dál větší ohled na nevidomé, již existují potřebné nástroje a lukostřelba je také uznána jako olympijský sport. Pro nevidomé lukostřelce ve sportovní lukostřelbě jsou používána mířidla připomínající svojí konstrukcí stativ kombinovaný se zarážkami pro nohy. Podle bodu dotyku na konci stativu si střelec nastaví střeleckou ruku (tu s lukem) do střelecké pozice proti terči. Nohy si postaví do zarážek lýtek a někdy i do odlitých šlápot.

Obr 1.1. – 1.3. Stativ s visícím závažím [1- 3]

1.1.2. NOVÁ KONCEPCE MÍŘIDEL V České republice byla vyvinuta panem Jiřím Mojžíškem nová metoda, která zpřístupňuje lukostřelbu většímu počtu nevidomých střelců, protože nevyžaduje při samotném střílení asistenci druhé osoby. Tato metoda využívá přímého spojení střelce s terčovnící, nylonovým vláknem, které je připevněno na dolní okraj terčovnice. Vlákno prochází jednoduchými mířidly připevněnými přímo u prstů ruky držící luk a pokračuje kolem paže ruky do části mezi tělo a luk, kde je konstrukce pro seřizování těchto mířidel. Tím, že jsou mířidla umístěná na luku, má nevidomý střelec mnohem větší volnost a svobodu při pohybování se na střelecké čáře. Jeho výchozí střelecká poloha tak může být vždy jiná, může vycházet z jiného místa. Samotná lukostřelba se poté velice podobá střelbě vidomých lidí. Mířidla jsou navržena tak, aby střelec mohl polohu vlákna (tedy i namířené špice šípu) odečítat konečky prstů. Využívá tedy hmat podobně jako při čtení Braillova písma. Funkce nylonového vlákna, neslouží k usnadňění vlastního míření, ale je jakousi obdobou užití kamery nebo zařízení pro vysílání elektromag. nebo světelného signálu mezi střelcem a terčem. Ale cena tohoto zařízení se liší od výše zmiňovaných, je nesrovnatelně nišší.

Tyto tři kontrolní body : střelecká ruka - chodidla - lýtka a společně s tím také přesně naučené pohyby umožňují střílet i nevidomým. Běžně je také při takové střelbě zapotřebí asistence druhého člověka.

Obr 1.4. - 1.5. Stativ s visícím závažím [4 - 5]

Původní verze mířidla byla konstruována na klasický luk, proto je hlavní tvarovost určena tvarem madla, na které je

mířidlo nasazeno. Křivky mířidla plynule vycházejí z křivek luku a přecházejí do tvarů těla mířidla. Funkční části mířidla jsou dvě - čelní plocha mířidla a detekční tyčka. Tvar čelní plochy je určen procházející křivkou z dolní části luku a přez rárius se dymamicky vracející zpět do horní části. V ní je umístěn otvor, kterým prochází lanko a v němž je uchycena detekční tyčka. Šikmý sklon boční hrany celou koncepci mířidla prostorově uzavírá a z celého návrhu utváří jednotnou hmotu. Tento sklon se také opakuje na vnitřních hranách otvoru. Čelní plocha se lehce od scvého kraje směren k luku zužuje, což podporuje nestatičnost celého návrhu. Posouvatelná vrchní část mířidla je tvarově přizpůsobena celku, tak aby po posunutí dále dodržovala stejné linie. Levá oblast mířidla je opatřena vybráním pro pohodlnější umístění ukazováčku střelecké ruky. Taká vyvýšená plocha pod tímto vybráním je zaoblena tak, aby netlačiala na přiložený odečítající prostředníček.

nevidomého střelce, přiděláním tlumící soustavy na luku vzniká zařízení, které nedokáže tak přesně kontrolovat a často tak dochází k atakování blízko stojících lidí. Také po dostřílení střelecké série, při odložení luku do stojanu, dochází k zakopávání samotným střelcem o boční ramana tlumícího žařízení. V neposlední řadě také soustava tří tyčí vycházejících dva metry dopředu a metr podél něho činí luk příliš členitým. Z důvodu zachování výchozího tvaru luku (oblý tvar písmene C) jsem se rozhodl tlumící členy umístit na nosič, který kopíruje tvar ramen a bude uchycen stejně jako ramena v těle luku. Uvolněné rameno z napnutého stavu tak postupně dosedá do tohoto remene a na něm uchycených tlumících členů. Tlumící členy jsou konstruovány dle dnes užívaných silenbloků. Jejich tvar je pyramidový. K samotnému tlumení - spotřebování zbytkové energie - tak dochází v deformaci gumových tlumících členů a také samotnou hmotou nosiče.

Pro finální vzhled jsem volil přístup ubrání materiálu. Ze základního tělesa jsem postupně ubíral nefunkční hmotu. Získal jsem tak těleso, které působí vzdušně, tedy i lehce. Přitom nebudí dojem křehkosti. Snahou bylo dodržet návaznost křivek, podobně jako u mířidla. Celek pak vypadá kompaktně a dynamicky. Návrh jsem následně převedl do modelovací hlíny, kde jsem si mohl ověřit ergonomii.

Obr 1.6. Míř idlo [6]

1.1.3. NOVÁ KONCEPCE TLUMÍCÍCH ČLENŮ Technicky nejnáročnější část diplomové práce byla navrhnout nové funkční řešení tlumení vybrací v luku po výstřelu. Nové řešení by bylo svým rozsahem na samostatný projekt, kterýby si zasloužil delší měření a větší pozornost. Celý koncept tlumení je ale jen vizí, která je založena na předpokladech. Koncepce takových tlumícich členů, či jejich soustava, je pro nevidomého střelce a jeho nejbližší okolí značně nebezpečná. Pro

PODĚKOVÁNÍ Rád bych poděkoval vedoucímu své diplomové práce akademickému sochaři Ladislavu Křenkovi Art.D. za jeho připomínky, rady a odborné vedení. Jirkovi Mojžíškovi bych chtěl poděkovat za zapůjčení nové koncepce míření pro lukostřelbu nevidomých, Radku Novákovi děkuji za školení v lukostřelbě, zapůjčení luku a příslušenství.

Obr 1.7. - 1.8. Stativ s visícím závažím [7 - 8]

Inženýru Radkovi Kalouskovi, Ph.D. a inženýru Davidovi Škodovi, Ph.D. děkuji za vstupní technické konzultace. Inženýru Lubomíru Houfkovi, Ph.D. děkuji za pomoc při měření vybrací na luku. Inženýru Pavlu Ramíkovi děkuji za pomoc při 3D scannování. Magistru Bedřichu Čelikovskému děkuji za pomoc při odlévání modelu a panu Molíkovi děkuji za jeho pomoc s modelem. Závěrem také děkuji mýn rodičům za vytrvalou podporu a dobré zázení pro studium.

Obr 1.9. - 1.12. Stativ s visícím závažím [9 - 12]

LITERATURA [1] http://www.bbsarchery1.talktalk.net/gifs/tactile/6.jpg [2] http://www.bbsarchery1.talktalk.net/gifs/italy2005/2.jpg [3] http://www.bbsarchery1.talktalk.net/gifs/tactile/9.jpg [4 - 12] vlastní produkce