Устройство для определения фаз ходьбы и бега

 

Использование: спортивное приборостроение . Сущность изобретения: устройство содержит контактный датчик фаз ходьбы и бега, выполненный в виде гибких пластинэлектродов, фиксированных вдоль стопы, а определение указанных фаз основано на изменении сопротивления участка электродкожа-электрод при постановке .стопы на грунт. Выход датчика подключен к последовательно соединенным дифференцирующему усилителю, блоку сравнения, формирователю , индикатору. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (54)5 А 63 В 69/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 5017188/12 (22) 27.11.91 (46) 15.08.93. Бюл, М 30 (71) Кооператив "Биосвязь" (72) М.Л.Кручинин, А,В.Ñoêîëoâ и В.А.Долматов (73) Кооператив "Биосвязь" (56) Авторское свидетельство СССР

М 469053, кл. G 01 С 22,00, 1975. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ФАЗ ХОДЬБЫ И БЕГА

Предлагаемое изобретение относится к спортивному приборостроению, в частности, к измерительным средствам, повышающим эффективность тренировочногб процесса, и может быть использовано в исследованиях биомеханических механизмов движения спортсмена, а также может найти применение в ортопедии для обработки движений конечности пациента.

Цель изобретения — создание устройства, позволяющего использовать любую обувь, а также тонкую стельку, не мешающую тренировочному процессу, Для этого в известном устройстве для определения фаз ходьбы и бега, содержащем стельку с электродами и блок измерения с индикатором, согласно настоящему изобретению, электроды выполнены в виде гибких пластин, фиксированные параллельно друг другу вдоль всей стопы от области носка до пяточной области, а блок измерения включает в себя дифференцирующий усилитель, блок сравнения с порогом и фор.мирователь временного интервала, Выполнение электродов в виде гибких пластин, „„5U 1834671 АЗ (57) Использование: спортивное приборостроение, Сущность изобретения: устройство содержит контактный датчик фаз ходьбы и бега, выполненный в виде гибких пластинэлектродов, фиксированных вдоль стопы, а определение указанных фаз основано на изменении сопротивления участка электродкожа-электрод при постановке.стопы на грунт. Выходдатчика подключен к последовательно соединенным дифференцирующему усилителю, блоку сравнения, формирователю, индикатору. 3 ил. фиксированных вдоль стопы, позволяет з получить новые качества, а именно, значительное уменьшение его влияния на тренировочный процесс. Это становится возможным вследствие того, что в и редлагаемом устройстве используется для отделения фазы опо- 2 ры от фазы полета, например, в беге, не размыкание контактных групп, как в прототипе а явление резкого изменения (уменьшения) сопротивления участка электрод-кожа при увеличении давления на электрод в фазе опоры, за счет изменения площади контакта электрода со слоем эпидермиса, 0 покрывающего собственно кожу. Вторым 4 существенным отличием является выполне- д ние измерительной схемы в виде дифференцирующето усилителя, блока сравнения с порогом, формирователя временного интервала и индикатора, Такое выполнение (гд измерительной схемы позволяет уменьшить влияние на результат измерения пленки пота, шунтирующей участок электрод-кожаэлектрод, т.к. на выход схемы, благодаря наличию дифференцирующего усилителя, приходят только бьгстрые изменения сопро1834671 тивления участка электрод-кожа-электрод, вызванные постановкой стопы на грунт и толчком, Это позволяет, например в беге, отделить фазу опоры от фазы полета, несмотря на наличие шунтирующей пленки 5 пота между электродами.

Такое построение предлагаемого уст- ройства для решения поставленной задачи, а именно: определение фаз ходьбы и бега с минимальным влиянием на тренировочный процесс и несмотря на наличие пленки пота, в описанном виде неизвестно и очевидно не вытекает из известных решений.

Нэ фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг,2 — эквивалентная схема участка электрод-кожа-; на, фиг.3— временная диаграмма работы устройства.

Как видно из фиг.1 предлагаемое устройство содержит электроды 1, фиксированные вдоль стопы, параллельно друг 20 другу, источник питания 2, дифференцирующий усилитель 3, блок сравнения с порогом

4, формирователь временных интервалов 5, и индикатор 6.

Электроды должны быть выполнены из неокиспяющихся ипи слабо окисляющихся электронопроводных материалов, например, сплава меди с никелем, Расположение электродов вдоль всей стопы от области носка до области пятки, необходимо при опре- 30 делении фазы полета для того, чтобы фиксировать полный отрыв ноги от грунта (в случае точечных электродов существует ве-. роятность получения ложного сигнала при отрыве стопы от грунта}, 35

Строго параллельное расположение электродов предлагаемого устройства несущественно, также как и небольшие перемещения электродов относительно стопы, Электроды должны выполняться возможно 40 более тонкими для уменьшения вредного влияния на тренировочный процесс. Один из возможных способов фиксации — запрессовка в стельку.

Источник питания 2„через электроды 1, 45 подсоединен на вход дифференцирующего усилителя 3, выход которого соединен с блоком сравнения с порогом 4, например, с компаратором, выход которого соединен с формирователем временных интервалов 5, к которому в свою очередь, подсоединен индикатор длительности этих интервалов 6.

Эквивалентная схема участка электродкожа-электрод (см,фиг.2) по постоянному току состоит из параллельно.соединенных 55 активных сопротивлений; кожи (R,), пленки пота (Ял), и последовательно соединенного с ним входного сопротивления дифференцирующего усилителя (Rex). При этом В» меняется от 100 Ком до 10 Ком, в зависимости от-силы, прижимающей электрод к поверхности кожи: R - 10-20 Ком, R >< = 100 Ком.

Работа устройства поясняется временными диаграммами (см,фиг,3), где а— изменение сигнала на входе дифференцирующего усилителя во времени, б — сигнал на выходе дифференцирующего усилителя, в — сигнал на выходе блока сравнения с порогом, г — сигнал на выходе схемы формирования временных интервалов, Устройство работает следующим образом. В момент постановки стопы нэ грунт и отрыва ее от грунта происходит быстрое (110 мс,) изменение сопротивления участка электрод-кожа-электрод, что ведет к появлению на выходе дифференцирующего усилителя сигнала, амплитуда которого пропорциональна скорости изменения сопротивления участка электрод-кожа-электрод. Так как скорость потоотделения невелика (десятки секунд на приращение), изменение сигнала на выходе дифференцирующего усилителя также будет незначительно. Пороговое устройство (компаратор) служит для дополнительного подавления этого паразитного сигнала, путем выбора соответствующего порога срабатывания, а также для создания прямоугольного им- . пульса с крутым фронтом, необходимого для работы схемы формирования временного интервала.

Все вышеизложенное можно пояснить примером. При V < = 5 В при наличии пленки пота сигнал на входе дифференцирующего усилителя Vox,д. (см,фиг,Зэ) меняется примерно на 2.5 В за время постановки стопы на грунт 10 мс., т.е, скорость изменения

Ч = 250 мв/мс. Скорость потоотделения невелика и влияние этого фактора составляет

2,5 В за 10 сек, т.е. 0,25 мв/мс, т.е, 0,1 / и ею можно пренебречь (см.эквивалентную схему фиг.2). При отсутствии пленки пота

Чвх.д, меняется в этот же момент времени примерно на 5 В за 10 мс., но амплитуда импульсов на выходе дифференцирующего усилителя также будет меняться в 2 раза при наличии пленки пота и при ее отсутствии в момент постановки стопы на грунт, т.к. Чвых.д .."

V. И в том и в другом случае этот сигнал может быть выделен блоком сравнения с порогом, т,к. порог может быть установлен заведомо ниже минимальной амплитуды V»i>.д. Сформированный временной интервал пропорционален фазе опоры, сго длительность может быть проиндицирована любым из стандартных методов, например, методом цифрового счета. Благодаря тому, что информативным параметром является не абсолютное значение сопротивления, а его скачок при 1остановке ноги на грунт, смешение электродов и перекат стопы в фазе опоры на результат не сказывается.

1834671

С помощью телеметрии информация о длительности может быть передана тренеру.

Несмотря на некоторое усложнение измерительной схемы по сравнению с прото- 5 типом, в предлагаемом устройстве достигается положительный эффект за счет того, что вместо электродов-контактов, за-, мыкающихся в фазе опоры, использованы электроды, выполненные в виде гибких пла- 10 стин, фиксированные вдоль стопы, что позволяет уменьшить влияние на тренировочный процесс, благодаря уменьшению толщины стельки, . Отсутствие движущихся контактов под 15 стопой спортсмена способствует усилению этого положительного эффекта по сравнению с прототипом, а также увеличивает надежность предлагаемого устройства.

Измерительная схема, включающая в 20 себя источник питания, дифференцирующий усилитель. пороговую схему, формирователь временных интервалов и индикатор позволяет уменьшить влияние на результаты измерения пленки пота. 25

Для подтверждения полезности приводим пример.

Предлагаемое устройство применялось в тренировочном процессе подготовки бегунов на дистанции 800 м. Для поддержания 30 определенной скорости бега важным показателем является частота шагов. Умение управлять ею расширяет технико-тактические возможности спортсмена.

Использовалась следующая методика 35 обучения. В правый наушник на голове спортсмена подавался звуковой сигнал, соответствующий заданной частоте шагов, а в левый — звуковой сигнал момента отрыва ноги от поверхности опоры. Использова- 40 лись следующие частоты; 170; 190, 210 ударов в минуту. Перед спортсменом ставилась задача проб гать фиксированный участок дистанции в таком темпе, чтобы в наушниках создавался "стереофонический эффект". Обучение начиналось с частоты 190 уд./мин., затем переходили к частоте 170 уд,/мин., заканчивали частотой 210 уд./мин. Момент окончания обучения фиксировали по самооценке бегуна. После этого отмечали время пробегания с фиксированной частотой шагов фиксированного отрезка дистанции, что играло роль

"эталона". Эффект обучения умению управлять частотой шагов проверяли следующим образом. В процессе пробегания дистанции спортсмен должен был пробежать три фиксированных участка с разной частотой шагов. Фиксировалось время пробегания этих участков, Данное задание повторяли три раза. Сравнение полученных результатов с

"эталоном" показало несущественность различий (р 0,1). На основании проведенного анкетного опроса спортсменами отмечалось: уменьшение субъективных отрицательных ощущений во время бега при использовании предлагаемого устройства. вследствие малой толщины стельки по сравнению с прототипом. Показателями этой реакции спортсмена являлись его самооценка и возможность поддержания высокой частоты шагов.

Формула изобретения

Устройство для определения фаз ходьбы и бега, содержащее стельку с установленным контактным датчиком. формирователь, выходом соединенный с индикатором, источник питания, о т л и ч а е щ е е с я тем, что в устройство дополнительно введены соединенные последовательно дифференцирующий усилитель и блок сравнения, выходом подключенный к формирователю, причем контактный датчик соединен с источником питания и входом дифференцирующего усилителя, а контактный датчик выполнен в виде электродов — гибких пластин, размещенных вдаль стельки от пяточной до мысочной областей.

1834671

Составитель М.Кручинин

Техред М.Моргентал Корректор Л,Пилипенко

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 2693 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5