Устройство для тренировки человека движению

 

3384 А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ н asòîasíàâà снндвтаъствт з т;.с. н, у .:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР м as ннн н (21) 2743701/18"24 (22) 11.04.79 (46) 15.06 83 Бел. Н 22 (72) В.У.Агеевец, И.Б.Клочков, . И.M.Êîàëîâ, Н.В.Пригон, А.Г.Савельев, В.Г.Стрелец, В.A.Òðåãóáîâ и: Л.С.Цветков (71) Государственный ордена Ленина и ордена Красного Знамени институт физической культуры им. П.ф.Лесгафта (53) 681.3.071(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 499879, кл. A 63 В 69/10, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

t 330874, кл. А 63 В 23/04, 1970.

3. Авторское свидетельство СССР

М 426663, кл. A 61 И l/36, 1975.

4. Авторское свидетельство СССР

В 439842, кл. 6 09 В 9/00, 1975.

5. Ратов И.П.Кибернетика и спорт.

И., 1968, с. 83 (прототип}. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ. ТРЕНИРОВКИ:

ЧЕЛОВЕКА-.,ДВИЖЕНИ0, содержащее пульт оператора, подключенный непосредст.венно к формирователе сигналов воздействий и через блок ввода программы обучения - к первому входу бло° г50 6..09..В Ч/00; A 63 В 6 /10 ка сравнения, второй вход которого соединен через первый блок датчиков с блоком имитации реальных процессов движения, а выход - .с формирователем сигналов воздействий и с блоком индикации, который через второй блок датчиков гюдключен к блоку имитации реальных процессов движения, о .т л и ч а ю ц е е с я тем, что, с целью повывения точности..уст-, ройства, оно содержит гюследователь но включенные третий блок датчиков, вычислитель энергетических .затрат, блок моделирования движений человека, блок задания критических параметров обучения и формирователь сигналов коррекции программы обучения, гюдключенный к блоку ввода программы обучения и формирователю сигналов воздействий, выходы пульта оператора соединены с вычислителем энергетических затрат и блоком мо- с: делирования движений человека, который подключен к второму и третьему блокам датчиков, вычислитель энер гетических затрат соединен с блоком М задания критических параметров обучения и вторым блоком датчиков. фф

1023384

Изобретение относится к устройствам для обучения, в частности к тренажерам, и касается„в основном, вопросов обучения и совершенствования движений человека в спорте, про- 5 тезировании, при управлении транспортом и т.д.

Известны устройства, состоящие из нагрузочных устройств и кинематических цепей, воспроизводящих структуру исследуемого движения. В этих тренажерах обучаемому предлагается жесткая программа обучения.

В основном, они применяются на начальных стадиях тренировки fl) e (2 ).

Недостатком их является отсутствие информации о фазах движения и временных параметрах этих фаз.

Известны также устройства, со- 2О держащие тренажер, блок задания, датчики регистрации движения тренажера, блок сравнения, пульт оператора, блок воздействия и индикатор. Эти устройства применяются в спорте, например, для управления режимом педалирования, движениями гимнаста и т.д., в протезировании для выработки симметричного шага, при обучении управлению самолетами, ра- 30 боте на станках и т.д. В них обучаемому предъявляется оператором задача (модель движения), которую он должен отработать. Результаты выполнения движения сравниваются в блоке сравнения с заданием и предъявляются обучаемому с помощью индикатора. В связи с этим появляется возможность ускорения обучения и выработки движения, соответствующего эталону. В ряде случаев в этих си" стемах не ограничиваются индикацией рассогласования, но и производится активное воздействие на организм f3): и g4g.

g$

Однако в связи с тем, что программа движения дискретна и представля- ет собой "идеального" исполнителя, то вырабатывается неоптимальный навык, требующий часто больших зат. рах энергий.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее тренажер, блок задания, датчики ре. гистрации движений тренажера, блок сравнения, пульт оператора,, блок воздействия, индикатор и датчики усилий. Для оценки качества выполняемого движения в нем используются датчики усилий, а информация об усилиях подается на индикатор и является дополнительным подспорьем для совершенствования техники (5).

Однакой как и ранее, обучаемый осваивает интегральный портрет

"идеальнбго" оператора. Хроме того, результирующее движение человека является результатом работы сложной многозвенной цели (руки).. Использование же для тренировки только выходной информации не способствует ускорению обучения, так как результирующее движение может совершаться при огромном континуме комбинаций движений отдельных звеньев.

Все это снижает точность устройства, что ухудшает качество тренировки.

Цель изобретения - повышение точности устройства.

Укаэанная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее пульт оператора, подключен- ный непосредственно к формирователю сигналов воздействий и через блок ввода программы обучения - к первому входу блока сравнения, вто.рой вход которого соединен через первый блок датчиков с блоком имитации реальных процессов движения, а выход - с формирователем сигналов воздействий и с блоком индикации, который через второй блок датчиков подключен к блоку имитации реальных процессов движения, введены последовательно включенные третий блок датчиков, вычислитель энергетических затрат, блок моделирования движений человека, блок задания критических параметров обучения и формирователь сигналов коррекции программы обучения, подключенный к блоку ввода прог рамии обучения и формирователю сигналов воздействий, выходы пульта оператора соединены с вычислителем энер гетических затрат и блоком моделирования движений человека, который подключен к второму и третьему блокам датчиков, вычислитель энергетических затрат соединен с блоком задания критических параметров обучения и вторым блоком датчиков..

На чертеже схематически изображено предложенное устройство.

Устройство содержит объект 1 обучения, пульт 2 оператора, блок 3 ввода программы обучения, формирователь 4 сигналов воздействий, блок

5 имитации реальных процессов, пер10233

30 вый блок 6 датчиков, блок 7 сравнения, второй блок 8 датчиков, третий блок 9 датчиков, блок 10 индикации, блок 11 моделирования движений человека, вычислитель 12 энергетических затрат, формирователь 13 сигналов коррекции программы обучения, блок 14 задания критических параметров обучения.

Пульт 2 оператора предназначен для 1О управления работой устройства. Блок

6 является основным средством, с помощью которого отрабатываются професВиальные навыки обучаемого. При

Этом он может представлять собой систему, имитирующую управлейие определенным процессом или б0ъектом, или просто кинематическую цепь, отображающую динамику исследуемого движения (в спорте, например, это велоэргометр, станок для гребли и т.д.) С блоком 5 непосредственйЬ связан блок 6 (регистрации движений тренажера, которые характеризуют процесс выполнения обучаемым данной задачи).В нем могут быть установлены датчики угловых или линейных ускорений, акселерометры и т.д. Формирователь 4 предназначен для воздействия на человека с целью обучения его заданной программе. Воздействия могут быть звуковые, тактильный и т.д. главное, чтобы они воспринимались организмом человека и способствовали целенаправленной коррекции его движений в зависимости от вида и знака воздействия. Блоки 8 и 9 регистрируют основные параметры движения звеньев человека, необходимые для оценки энергозатрат. Энергозатраты определяются с помощью вычислителя 12, который осно- 40 ван на построении, так называемой, обобщенной фазовой траектории. Зто устройство проще других позволяет на основе данных о параметрах .перемещений звеньев, составляющих кинемати- 45 ческую цепь, реализующую движение, получить сведения о эиергозатратах.

Блоки 11 и 14 предназначены для выявления ведущего элемента движения, вносящего наибольший вклад в общие эиергозатраты. Укаэанное построение-системы позволяет реализовать наиболее простой путь обучения такой многосвяаной, системой как человек. За счет выделения ведущего элемента происходит обучение только по этому элементу с учетом задания и минимума энергозатрат. Затеи определяется следующий элемент по его

84 4 вкладу в энергозатраты, происходит обучение по нему и т.д.

Работа устройства происходит следующим образом.

С пульта 2 обучаемому задают с помощью блока 3 программу обучения.

Одновременно с пульта 2 в вычислитель 12 и блок 11 подаются данные об основных биомеханических постоянных организма, соответствующих конкретному человеку. По предъявлении задания обучаемый начинает тренировку. Результаты работы, измеренные с помощью блока 6„поступают на один из входов блока 7, на другой вход которого подают сигнал с выхода блока 3..

В результате на выходе блока 7 обра" зуется сигнал, пропорциональный рассогласованию между задаваемой программой движения и результатом работы обучаемого. Этот сигнал подают на блок 10 и на формирователь 4 с целью управления процессом тренировки. Од" новременно на блок 10 поступает сигнал с блока 8, который способствует закреплению у обучаемого навыка, соответствующего наименьшим усилиям.

Однако процесс обучения с помощью описанной части системы занимает, продолжительное время и некачественен, так как вырабатываемый навык соответствует не оптимальным условиям работы, а ориентирован на некоторую модель "идеального" работника. Для устранения этого недостатка в объекте служат остальные блоки. Вычислитель 12 определяет энергоемкость движения и спо» собствует выявлению с помощью блока 11 и блока 14 выделения ведущих элементов движения ведущего элемента движения многозвенной цепи, в наивысшей степени влияющего на энергозатраты. С помощью блока 14 задается формирователем 13 программа коррекции воздействия и задания, так что обучение по пути минимизации энергозатрат, вйосимых этим элементом. По достижении минимума определя» ется следующий ведущий элемент и т.д. В результате после завершения обучения человек выполняет комплексное движение с минимумом энергозатрат.

IBKHM образом, использованйе предлагаемого изобретения позволяет по сравнению с прототипом повысить качество и индивидуализировать процесс обучения, а также уменьшить время, необходимое на обучение что повышает точность учебного процесса.

1023384

Составитель А, Карлов

Редактор К.Волощук Техред А,бабиенец . Корректор А. Тяско

° Ю 4в

Заказ 4219/36 Тираж 488 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

Ю Ю Ю филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4