Спортивный тренажёр для измерения динамических характеристик ударных и толчковых движений

 

Спортивный тренажер для измерения динамических характеристик ударных и толчковых движений относится к спортивным тренажерам, применяемым для тренировки скоростно-силовых качеств спортсмена, и может использоваться для тренировки толчковых и ударных движений толкателей, волейболистов, футболистов, легкоатлетов, боксеров, спортсменов-единоборцев. Задачей изобретения является создание устройства, обеспечивающего измерение основных динамических и кинематических характеристик движения рук и ног спортсмена в процессе выполнения им ударных или толчковых движений: начальной и финальной скорости, время взаимодействия с опорой или объектом удара, силы удара, силы отталкивания, градиента силы, присоединенной массы. Тренажер содержит стойку-скобу П-образной формы, на одной из ножек которой установлены по меньшей мере два источника светового излучения, а на другой столько же фотоприемников. При этом каждый из источников светового излучения оптически непосредственно связан только с одним из фотоприемников. Фотоприемники оборудованы электронными схемами, регистрирующими прерывание падения на них световых пучков при прохождении между ножками стойки-скобы руки или ноги спортсмена, а моменты их прерывания регистрируются электронной схемой. 15 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к спортивным тренажерам для отработки и измерения характеристик ударных и толчковых движений и может быть использовано для отработки этих движений у спортсменов, занимающихся восточными единоборствами, боксом, футболом, прыжками, метанием снарядов и др.

Известно устройство, в котором осуществляется контроль за параметрами ударных движений, описанное в заявке на изобретение РФ 93026705/12, МКИ⁶ А 63 В 69/20, опубл. 20.03.1996/ Устройство для тренировки спортсменов боевых видов спорта.

В этом устройстве используются датчики ускорения, один из которых закрепляется сзади спортсмена в тазобедренной области, а два других - в рукоятках с формой, позволяющей фиксировать положение датчиков в руках, при этом рукоятки соединены шнуром с управляемыми электронно-вычислительной машиной (ЭВМ) силозадающими механизмами через электромеханические муфты и подмоточные барабаны, которые в свою очередь через датчики регистрации вращения барабанов преобразуют и передают информацию о возвратно-поступательных движениях рук и корпуса спортсмена через блок согласования в ЭВМ. Во время выполнения специальных движений сигналы с датчиков после преобразования в блоке согласования поступают в ЭВМ и обрабатываются по алгоритму составленной программы.

Данное устройство имеет сложную механическую конструкцию и сковывает движения спортсмена, поскольку руки спортсмена во время тренировки должны находиться на рукоятках, механически связанных с силозадающим механизмом. Корме того, данное устройство не предусматривает измерения скорости перемещения отдельных частей тела спортсмена (например, руки или ноги) во время выполнения им ударных или толчковых движений.

Известно другое устройство, описанное в заявке на изобретение РФ 95116619/12, МКИ⁶ А 63 В 69/20, опубл. 27.10.1997/ Устройство для тренировки "Зайчик".

Это устройство содержит объект удара, источник светового и звукового излучения, связанные с объектом удара через чувствительный элемент, регистрирующий блок, генератор случайных чисел, вычислитель, пульт тренера, электрически связанные с источниками светового и звукового излучения. При этом, с целью интенсификации и расширения информативности тренировочного процесса, источник светового излучения выполнен направленным с возможностью формирования световых лучей и расположен так, что каждый луч направлен на объект удара.

Данное устройство не позволяет измерять параметры ударных или толчковых движений, поскольку оно предназначено для тренировки только точности нанесения ударных движений.

Известно также устройство, описанное в заявке на изобретение РФ 95117762/28, МКИ⁶ G 01 L 5/00, опубл. 20.10.1997/ Датчик силы удара.

Данное устройство содержит ударник и звуковой элемент. При этом звуковой элемент имеет чашечную форму и установлен на основании, закрепленном на запястье руки спортсмена аналогично ручным часам. Своей вогнутой стороной этот звуковой элемент обращен к основанию и образует с ним закрытое пространство, в котором помещен ударник, имеющий возможность двигаться в направляющей гильзе возвратно-поступательно. Ударник связан с пружиной, возвращающей ударник в исходное положение, где он удерживается противодействующей инерционному движению ударника силой, создаваемой пружиной фиксатора. По степени напряжения этой пружины определяют силу удара спортсмена.

Данное устройство не позволяет измерить скорость перемещения части тела спортсмена, наносящей удар (например, руки или ноги), поскольку в нем не заложено для выполнения таких измерений каких-либо конструктивных решений.

Наиболее близким аналогом заявленного устройства является спортивный тренажер для измерения диагностических характеристик ударных и толчковых движений, содержащий стойку-скобу, имеющую жесткую перекладину с двумя консольными жесткими ножками на концах, приспособление для измерения скорости движущегося тела, имеющее электрически связанные между собой фотоприемники, установленные на одной из ножек стойки-скобы и источники светового излучения, установленные на другой ее ножке (см. патент РФ 2000830, кл. А 63 В 69/00, 1993).

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности использования.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном спортивном тренажере для измерения динамических характеристик ударных и толчковых движений, содержащем стойку-скобу, имеющую жесткую перекладину с двумя консольными жесткими ножками на концах, приспособление для измерения скорости движущегося тела, имеющее фотоприемники, установленные на одной из ножек стойки-скобы и источники светового излучения, установленные на другой ее ножке, согласно изобретению стойка-скоба имеет П-образную форму, две жесткие ножки жестко прикреплены к ее перекладине, при этом на одной из ножек установлены два фотоприемника, а на другой два источника светового излучения, каждый фотоприемник имеет оптическую связь с одним из источников светового излучения, оптические оси источников светового излучения, параллельны между собой, для каждого из фотоприемников выполнена схема получения электрического сигнала, в которой генерируемый электрический сигнал возникает при интенсивности попадающего на фотодиод оптического излучения, уменьшающегося, по меньшей мере, в два раза, причем выходы каждой из указанных схем получения электрического сигнала электрически связаны между собой и преобразованы в один электрический выход.

Спортивный тренажер может иметь дополнительные источники светового излучения и дополнительные фотоприемники, установленные на ножках стойки-скобы, на которых расположены соответственно основные источники светового излучения и основные фотоприемники, при этом количество дополнительных фотоприемников равно количеству дополнительных источников светового излучения, причем дополнительные фотоприемники имеют оптическую связь с одним дополнительным источником светового излучения.

Оптические оси всех источников излучения могут быть параллельны между собой.

Оптические оси дополнительных источников светового излучения могут быть расположены в плоскости расположения оптических осей основных источников светового излучения.

Оптические оси дополнительных источников светового излучения могут быть расположены в плоскости, ортогональной плоскости расположения оптических осей основных источников светового излучения.

На каждой из ножек стойки-скобы может быть установлено по одной пластине, выполненной, например, в виде диска, при этом на одной из пластин размещены все фотоприемники, а на другой - все источники светового излучения, пластины расположены друг против друга, причем каждая из указанных пластин выполнена с возможностью поворота на 15, 30, 60, 90 градусов вокруг оси, проходящей через геометрические центры пластин с последующей фиксацией пластин в каждом положении.

На каждой из ножек стойки-скобы может быть установлено по одной пластине, выполненной, например, в виде диска, при этом на одной из пластин размещены все фотоприемники, а на другой - все источники светового излучения, пластины размещены параллельно друг другу, их геометрические центры расположены на прямой линии, ортогональной пластинам, причем каждая из указанных пластин выполнена с возможностью поворота на 15, 30, 60, 90 градусов вокруг оси, проходящей через геометрические центры пластин с последующей фиксацией пластин в каждом положении.

Перед каждым из фотодиодов может быть установлена диафрагма или световая щель, обеспечивающая прием светового излучения в поле зрения, не превышающем 1,0 мм вдоль прямой линии, ортогональной плоскости, в которой расположены оптические оси всех фотоприемников.

Все источники светового излучения обеспечивают получение узкоколимированного светового излучения.

Оптические оси всех источников светового излучения и всех фотоприемников могут быть расположены в плоскости, проходящей через линию симметрии жесткой перекладины стойки-скобы.

На перекладине, соединяющей ножки стойки-скобы может быть установлен датчик силы удара, приемная площадка которого направлена в сторону расположения оптических осей источников светового излучения, при этом плоскость расположения оптических осей источников светового излучения расположена ортогонально плоскости приемной площадки датчика силы и проходит через ее геометрический центр.

Оптические оси всех источников светового излучения могут быть расположены в плоскости, ортогональной плоскости расположения линии симметрии ножек стойки-скобы.

Оптическая ось дополнительного фотоприемника может быть расположена в плоскости, ортогональной плоскости расположения двух оптических осей основных фотоприемников и оптической оси одного из основных фотоприемников.

На стойке-скобе могут быть установлены точечные световые излучатели, например светодиоды, количество которых равно количеству установленных фотоприемников, при этом каждый из точечных световых излучателей электрически связан со своим фотоприемником, а его свечение происходит при попадании на фотодиод светового излучения от основных или дополнительных источников светового излучения.

Тренажер может содержать блок усилителей, аналого-цифровых преобразователей, микроконтроллеров и жидкокристаллический дисплей для визуализации измеряемых характеристик.

Перекладина имеет длину 20-200 см, а длина каждой ножки равна 2-20 см.

На чертеже приведена функциональная схема заявляемого спортивного тренажера для измерения динамических и кинематических характеристик ударных и толчковых движений.

Тренажер содержит стойку-скобу П-образной формы, которая состоит из перекладины 1 и двух одинаковых ножек 2 и 3, жестко прикрепленных к концам перекладины 1, ортогонально ее направлению и таким образом, чтобы они были параллельны друг другу.

На ножке 2 установлены и жестко закреплены два одинаковых источника 4 узкоколимированного оптического излучения. На ножке 3 установлены и жестко закреплены два одинаковых фотоприемника 5. Источники 4 узкоколимированного оптического излучения и фотоприемники 5 расположены друг против друга и таким образом, чтобы каждый из этих приемников 5 был оптически связан с одним из источников 4. На перекладине 1 стойки-скобы установлен электронный датчик 7 силы удара. При этом электронный датчик 7 силы удара расположен таким образом, чтобы плоскость, в которой лежат источники 4 узкоколимированного оптического излучения и фотоприемники 5, проходила через этот датчик силы удара 7. Однако следует заметить, что электронный датчик 7 силы удара может не устанавливаться в данном тренажере, если процесс тренировки не предусматривает контроль динамических характеристик.

Тренажер содержит также две электронные схемы 6, каждая их которых преобразует оптический сигнал в электрический таким образом, чтобы генерируемый этой схемой 6 электрический сигнал возникал только в случае, когда интенсивность падающего на фотодиод оптического излучения уменьшается по меньшей мере в два раза. Каждая из электрических схем 6 своим входом электрически связана с выходом одного из фотоприемников 5. Выходы же каждой из электронных схем 6 и выход датчика 7 силы удара электрически связаны между собой и преобразованы в один электрический выход.

Длина перекладины 1 составляет 20-200 см, длина каждой из жестких ножек 2 и 3 равна 2-20 см и определяется минимальным расстоянием между оптическими осями источников светового излучения, позволяющими фиксировать разницу во времени при прохождении этого расстояния между двумя оптическими осями какого-нибудь непрозрачного тела, а также расстоянием, которое используется при тестировании скорости движения в спорте.

Тренажер для измерения динамических и кинематических характеристик ударных и толчковых движений работает следующим образом. При включенном тренажере источники 4 узкоколимированного оптического излучения попадают на фотоприемники 5, при этом оптическое излучение преобразуется в фотоприемниках 5 в электрические сигналы. Попадая в датчик 7 силы удара (или мишень) рука боксера проходит в пространстве между источниками узкоколимированного светового излучения и фотоприемниками 5 и поочередно прерывает оптическое излучение, поступающее на фотоприемники 5. В результате этого каждая из электронных схем вырабатывает в момент прерывания оптического излучения свой электрический сигнал, каждый из которых преобразуется и поступает в конце концов к вычислительному устройству, например, к ПЭВМ. В конечной фазе боксер попадает в датчик 7 силы удара, который также вырабатывает свой электрический сигнал, который также преобразуется и поступает на вычислительное устройство. На вычислительном устройстве регистрируются интервалы времени между поступающими на него электрическими сигналами и по этим интервалам вычисляется скорость движения.

Аналогичным образом с помощью данного тренажера определяется скорость движения других звеньев тела спортсмена, а также сила удара и отталкивания в различных движениях.

Формула изобретения

1. Спортивный тренажер для измерения динамических характеристик ударных и толчковых движений, содержащий стойку-скобу, имеющую жесткую перекладину с двумя консольными жесткими ножками на концах, приспособление для измерения скорости движущегося тела, имеющее фотоприемники, установленные на одной из ножек стойки-скобы, и источники светового излучения, установленные на другой ее ножке, отличающийся тем, что стойка-скоба имеет П-образную форму, две жесткие ножки жестко прикреплены к ее перекладине, при этом на одной из ножек установлены два фотоприемника, а на другой два источника светового излучения, каждый фотоприемник имеет оптическую связь с одним из источников светового излучения, оптические оси источников светового излучения параллельны между собой, для каждого из фотоприемников выполнена схема получения электрического сигнала, в которой генерируемый электрический сигнал возникает при интенсивности попадающего на фотодиод оптического излучения, уменьшающегося, по меньшей мере, в два раза, причем выходы каждой из указанных схем получения электрического сигнала электрически связаны между собой и преобразованы в один электрический выход.

2. Спортивный тренажер по п. 1, отличающийся тем, что он имеет дополнительные источники светового излучения и дополнительные фотоприемники, установленные на ножках стойки-скобы, на которых расположены соответственно основные источники светового излучения и основные фотоприемники, при этом количество дополнительных фотоприемников равно количеству дополнительных источников светового излучения, причем дополнительные фотоприемники имеют оптическую связь с одним дополнительным источником светового излучения.

3. Спортивный тренажер по п. 2, отличающийся тем, что оптические оси всех источников излучения параллельны между собой.

4. Спортивный тренажер по п. 2, отличающийся тем, что оптические оси дополнительных источников светового излучения расположены в плоскости расположения оптических осей основных источников светового излучения.

5. Спортивный тренажер по п. 2, отличающийся тем, что оптические оси дополнительных источников светового излучения расположены в плоскости, ортогональной плоскости расположения оптических осей основных источников светового излучения.

6. Спортивный тренажер по п. 1 или 4, отличающийся тем, что на каждой из ножек стойки-скобы установлено по одной пластине, выполненной, например, в виде диска, при этом на одной из пластин размещены все фотоприемники, а на другой - все источники светового излучения, пластины расположены друг против друга, причем каждая из указанных пластин выполнена с возможностью поворота на 15, 30, 60, 90^o вокруг оси, проходящей через геометрические центры пластин с последующей фиксацией пластин в каждом положении.

7. Спортивный тренажер по п. 1 или 4, отличающийся тем, что на каждой из ножек стойки-скобы установлено по одной пластине, выполненной, например, в виде диска, при этом на одной из пластин размещены все фотоприемники, а на другой - все источники светового излучения, пластины размещены параллельно друг другу, их геометрические центры расположены на прямой линии, ортогональной пластинам, причем каждая из указанных пластин выполнена с возможностью поворота на 15, 30, 60, 90^o вокруг оси, проходящей через геометрические центры пластин с последующей фиксацией пластин в каждом положении.

8. Спортивный тренажер по п. 1 или 2, отличающийся тем, что перед каждым из фотодиодов установлена диафрагма или световая щель, обеспечивающая прием светового излучения в поле зрения, не превышающем 1,0 мм вдоль прямой линии, ортогональной плоскости, в которой расположены оптические оси всех фотоприемников.

9. Спортивный тренажер по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в нем все источники светового излучения обеспечивают получение узкоколимированного светового излучения.

10. Спортивный тренажер по п. 1 или 2, отличающийся тем, что оптические оси всех источников светового излучения и всех фотоприемников расположены в плоскости, проходящей через линию симметрии жесткой перекладины стойки-скобы.

11. Спортивный тренажер по п. 1, отличающийся тем, что на перекладине, соединяющей ножки стойки-скобы, установлен датчик силы удара, приемная площадка которого направлена в сторону расположения оптических осей источников светового излучения, при этом плоскость расположения оптических осей источников светового излучения расположена ортогонально плоскости приемной площадки датчика силы и проходит через ее геометрический центр.

12. Спортивный тренажер по п. 1 или 2, отличающийся тем, что оптические оси всех источников светового излучения расположены в плоскости, ортогональной плоскости расположения линии симметрии ножек стойки-скобы.

13. Спортивный тренажер по п. 2, отличающийся тем, что оптическая ось дополнительного фотоприемника расположена в плоскости, ортогональной плоскости расположения двух оптических осей основных фотоприемников и оптической оси одного из основных фотоприемников.

14. Спортивный тренажер по п. 1 или 2, отличающийся тем, что на стойке-скобе установлены точечные световые излучатели, например, светодиоды, количество которых равно количеству установленных фотоприемников, при этом каждый из точечных световых излучателей электрически связан со своим фотоприемником, а его свечение происходит при попадании на фотодиод светового излучения от основных или дополнительных источников светового излучения.

15. Спортивный тренажер по п. 1 или 2, отличающийся тем, что содержит блок усилителей, аналого-цифровых преобразователей, микроконтроллеров и жидкокристаллический дисплей для визуализации измеряемых характеристик.

16. Спортивный тренажер по п. 1, отличающийся тем, что перекладина имеет длину 20-200 см, а длина каждой ножки равна 2-20 см.

РИСУНКИ

Рисунок 1