Устройство для тренировки пловцов



Устройство для тренировки пловцов
Устройство для тренировки пловцов
Устройство для тренировки пловцов
Устройство для тренировки пловцов
Устройство для тренировки пловцов
Устройство для тренировки пловцов
Устройство для тренировки пловцов
Устройство для тренировки пловцов
Устройство для тренировки пловцов
Устройство для тренировки пловцов
Устройство для тренировки пловцов
Устройство для тренировки пловцов

 


Владельцы патента RU 2568865:

Афанасенко Василий Васильевич (RU)
Черкесов Тимур Юрьевич (RU)
Черкесова Вера Петровна (RU)

Предлагаемое изобретение относится к спортивным тренажерам, а именно к устройствам для обучения и совершенствования двигательных действий, психической устойчивости и волевой подготовки пловцов. Устройство содержит трособлочную систему, на которой закреплено коромысло, охватывающее три водные дорожки в бассейне, которое одной стороной через редуктор кинематически связано с валом электродвигателя, а другой стороной - с датчиком перемещения, электродвигатель, соединенный с выходом блока управления, и три подвесные гибкие тяги присоединяются к трособлочной системе через коромысло, при этом каждая тяга присоединяется через датчик силы и подпружиненный барабан, обеспечивающий возможность его вращения от усилия спортсмена и автоматический возврат этого барабана в исходное положение после снятия нагрузки. Кроме того, устройство содержит стабилизированный источник электропитания, средство для устранения провисания троса трособлочной системы на основе узла регулируемого перемещения и персональный компьютер, получающий информацию с помощью шести сотовых мобильных телефонов - по два на каждого тренирующегося на тренажере пловца, три из которых, размещенных на коромысле, работают на радиопередачу величины пульса спортсмена и величины его двигательного усилия, три других, размещенных около системного блока персонального компьютера, работают на радиоприем и передачу полученной информации через USB-порт в системный блок персонального компьютера, к которому также подключен датчик перемещения, а выход персонального компьютера соединен со входом блока управления. Кроме того, детектор пульса и датчик силы получают электроэнергию от автономного источника электропитания, размещенного на коромысле. Описаны конструкция и принцип действия устройства в целом и отдельных его узлов. 4 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к спортивным тренажерам, а именно к устройствам для обучения и совершенствования двигательных действий, психологической устойчивости и волевой подготовки пловцов.

Известно устройство, описанное в авторском свидетельстве СССР №1192840, А63В 69/12. Оно содержит платформу, установленную в бассейне на направляющих с возможностью прямолинейного перемещения, на которой закреплены на подвесных гибких тягах пояса для спортсменов. Каждая гибкая тяга связана с платформой через подпружиненный барабан, имеющий конусную поверхность с винтовым ручьем для намотки гибкой тяги и установленный на платформе с возможностью вращения спортсменом. Платформа посредством трособлочной системы связана с ведущим барабаном, который с одной стороны через редуктор кинематически связан с электродвигателем, а с другой - с датчиком перемещения. Электродвигатель и датчик перемещения электрически соединены с блоком управления, включающим в себя программное устройство.

Достоинством этого устройства является его относительная простота и возможность одновременных занятий большого количества пловцов.

Недостатком данного устройства является относительно малый диапазон воздействия нагрузки и срыв гибкой тяги с винтового ручья для намотки при резких телодвижениях спортсмена.

Наиболее близким устройством, взятым за прототип, является «Устройство для тренировки пловцов», описанное в патенте RU №2465941 С1, A63B 69/12.

Устройство содержит подвесную гибкую тягу и пояс, крепящийся на теле пловца, трособлочную систему, ведущий барабан, одной стороной через редуктор кинематически связанный с электродвигателем, а другой - с датчиком перемещения. Электродвигатель соединен с выходом блока управления, а подвижная гибкая тяга присоединяется механически к трособлочной системе через подпружиненный барабан, обеспечивающий возможность его вращения от усилия пловца и автоматический возврат этого барабана. Кроме того, устройство содержит персональный компьютер, стабилизированный источник электропитания, датчик силы, детектор пульса, составленный датчиком, предусилителем и усилителем-формирователем частоты сердечных сокращений (ЧСС), из которых датчик силы и подпружиненный барабан включены между тросом трособлочной системы и упомянутой подвесной гибкой тягой, а датчик детектора пульса находится на теле пловца выше пояса, к которому крепится указанная тяга, связанная с датчиком силы через подпружиненный синхронный барабан. Тросовая часть трособлочной системы выполнена составной: большая часть ее длины - поддерживающий трос, а остальная часть - нагрузочный трос, рядом с которым протянут многожильный электрический тонкий гибкий кабель, который сматывается и наматывается синхронно на трехсекционный ведущий барабан, и детектор пульса с USB-портом персонального компьютера, к которому также подключен датчик перемещения, а вход персонального компьютера соединен со входом блока управления.

Достоинством этого устройства является повышение эффективности тренировки благодаря приближению к реальным условиям посредством применения вычислительных средств и контроль физического и психического состояния пловца.

Недостатком данного устройства является то, что в нем нет возможности для одновременных занятий нескольких человек и соревнования в реальных условиях.

Поэтому задачей данного предлагаемого изобретения является, во-первых, увеличение числа занимающихся на устройстве, во-вторых, повышение эффективности тренировок посредством применения радио- и вычислительных средств в устройстве, что позволит улучшить контроль за физическим и психическим состоянием пловцов и, в-третьих, возможность соревнования между ними в равных условиях.

Указанная задача в «Устройстве для тренировки пловцов», содержащем гибкую тягу и тонкий гибкий кабель, фиксируемые вместе на поясе, крепящемся на теле пловца, трособлочную систему, связанную с ведущим барабаном, установленным с одной стороны бассейна, при этом он через редуктор кинематически связан с одной стороны с электродвигателем, а с другой стороны - с датчиком перемещения троса этой системы, и, кроме того, электродвигатель электрически соединен с выходом блока управления, а упомянутые гибкая тяга и тонкий гибкий кабель присоединяются механически к трособлочной системе через датчик силы и подпружиненный барабан, обеспечивающий, во-первых, возможность вращения барабана от усилия пловца и автоматический его возврат в исходное положение после снятия нагрузки, во-вторых, подачу электропитания на детектор пульса, составленный датчиком, предусилителем и усилителем-формирователем ЧСС, при этом датчик детектора пульса при тренировке находится на теле пловца выше пояса, например на мочке уха, и, в-третьих, одновременное и синхронное развертывание и автоматическое свертывание гибкой тяги и тонкого гибкого кабеля, который соединен с подвижным скользящим электроконтактным средством на три провода, размещенным на подвижной части, а его неподвижная часть - на щечках подпружиненного барабана, персональный компьютер в полном наборе и программное обеспечение к нему, и при этом провисание трособлочной системы убирается с помощью узла регулируемого перемещения, решается посредством того, что в тренажере трособлочная система, выполненная неразрывной, замыкается на двухсекционном ведущем барабане, огибает блок, установленный в вертикальной плоскости около середины стартовой тумбы, причем верхняя часть троса является поддерживающей, а нижняя - несущей, на которой закреплено трубчатое коромысло, через верхнюю трубочку которого пропущена верхняя часть троса, по которой скользит это коромысло, охватывающее в пространстве три водные дорожки, и, кроме того, на противоположных краях бассейна расположены два концевых выключателя, подключенные электрически к блоку управления и системному блоку персонального компьютера, причем электрический подвод к одному из концевых выключателей осуществляется посредством тонкого гибкого кабеля, размещенного в средстве, разделяющем две соседние водные дорожки, а провисание троса устраняют посредством подвижной платформы и неподвижной опоры, соединенных между собой с помощью комплекта «винт-гайка» и двух направляющих, обеспечивающих регулируемое перемещение этой платформы, на которой размещены ведущий барабан, редуктор, электродвигатель постоянного тока, блок управления, стабилизированный источник электропитания и датчик перемещения троса, а в комплект оборудования каждого пловца введены дополнительно сотовый мобильный телефон, датчик силы, выполненный на основе тензометрического моста и подключенный электрически к усилителю и преобразователю (аналог-частота), автономный источник электропитания, к которому подключены тензометрический датчик, усилитель и преобразователь датчика силы, неподвижная часть электроконтактного средства для запитывания детектора пульса, автоматический коммутатор на два положения для поочередного подключения на заданное время датчика силы и детектора пульса к сотовому мобильному телефону, установленному рядом с тензометрическим датчиком, а в регулирующем средстве, выполненном на базе персонального компьютера, дополнительно введено такое же количество сотовых мобильных телефонов, выходом подключенных к USB-порту, и цифроаналоговый преобразователь, подсоединенный входом к общей внутренней шине персонального компьютера, а выходом - к входу указанного блока управления, и все изменения и добавления учтены в программном обеспечении.

Отличительными признаками заявляемого технического решения является следующее:

- в тренажере трособлочная система, выполненная неразрывной, замыкается на двухсекционном ведущем барабане, огибая блок, установленный в вертикальной плоскости около середины стартовой тумбы, причем верхняя часть является поддерживающей, а нижняя - несущей, на которой закреплено трубчатое коромысло, через верхнюю трубочку которого пропущена верхняя часть троса, по которой скользит это коромысло, охватывающее в пространстве три водные дорожки;

- три пловца могут тренироваться одновременно, используя данное пространство;

- ближе к концам бассейна размещены два концевых выключателя, соединенные электрически с упомянутыми блоком управления и персональным компьютером, причем удаленный концевой выключатель соединен с ними посредством тонкого гибкого кабеля, встроенного в узел, разделяющий две соседние водные дорожки;

- провисание троса устраняют с помощью неподвижной опоры, двух направляющих и подвижной платформы, на которой размещены ведущий барабан, редуктор, электродвигатель постоянного тока, стабилизированный источник электропитания, датчик перемещения троса и блок управления;

- в комплект оборудования, используемого каждым пловцом, введены дополнительно сотовый мобильный телефон, датчик силы, выполненный на основе тензометрического моста и подключенный к усилителю и преобразователю, автономный источник электропитания, к которому подключены тензометрический датчик, усилитель и преобразователь датчика силы, неподвижная часть электроконтактного средства для запитывания детектора пульса, автоматический коммутатор на два положения для поочередного подключения на заданное время датчика силы и детектора пульса к сотовому мобильному телефону;

- количество комплектов указанного оборудования определяется, например, по количеству задействованных тренировочных дорожек на трубчатом коромысле;

- и в регулирующем средстве, выполненном на базе персонального компьютера, дополнительно введено такое же количество сотовых мобильных телефонов, выходом подключенных к USB-порту персонального компьютера, и цифроаналоговый преобразователь, подключенный входом к общей внутренней шине персонального компьютера и выходом - к входу указанного блока управления;

- и эти дополнения и изменения учтены в программном обеспечении.

В заявляемом устройстве отличительные признаки проявляют свойства, известные в других областях науки и техники, а взятые в совокупности с некоторыми признаками прототипа, проявляют свойства, которые позволяют повысить эффективность тренировки путем приближения к реальным условиям соревнований посредством вычислительных и радиосредств, увеличения количества одновременно тренирующихся пловцов и на основе контроля физического и психического их состояния, что указывает на соответствие заявляемого технического решения критерию «существенные различия».

Заявляемое устройство поясняют схематические чертежи:

- на фиг. 1 и 2 показано устройство в целом: фиг. 1 - вид спереди, а фиг. 2 - вид сверху;

- на фиг. 3, 4 и 5 представлено трубчатое коромысло: фиг. 3 - вид спереди, фиг. 4 - вид сверху, фиг. 5 - вид сбоку слева;

- на фиг. 6 и 7 изображено техническое средство для устранения провисания троса: фиг. 6 - вид спереди, фиг.7 - вид сверху;

- на фиг. 8, 9 и 10 - датчик силы на основе тензометрического моста: фиг. 8 - вид спереди, фиг. 9 - вид сверху, фиг.10 - блок-схема датчика силы;

- на фиг. 11 - одна из возможных электрических принципиальных схем автоматического коммутатора;

- на фиг. 12 - электрическая схема блока управления.

Устройство включает в себя тренажер, регулирующее средство на базе персонального компьютера и программное обеспечение к нему.

Тренажер 1 (на фиг. 1 и 2 оконтурен пунктирными линиями) содержит установленную над бассейном 2 (на фиг. 2 оконтурен штрихпунктирными линиями ММ и NN) трособлочную систему, состоящую из троса 3 и блока 4, закрепленного в средней части стартовой тумбы 5 с одной стороны бассейна 2 и связанную с двухсекционным ведущим барабаном 6, размещенным с противоположной стороны бассейна 2. При этом указанный ведущий барабан 6 с одной стороны через редуктор 7 кинематически связан с электродвигателем 8, а с другой стороны - с датчиком перемещения 9 троса 3. Кроме того, электродвигатель 8 соединен с выходом блока управления 10, электропитание на который поступает со стабилизированного источника питания 11, а управляющие сигналы - с клемника 12, и все это размещено на подвижной платформе 13, входящей в узел устранения провисания 14 троса, в который также входят неподвижная опора 15, соединенная с подвижной платформой 13 с помощью комплекта «винт 16 - гайка 17», а также две уголковых направляющих 18 и 19 и датчик перемещения 9 троса 3.

Трос 3 указанной трособлочной системы, выполненный неразрывным, замыкается на ведущем барабане 6, огибает блок 4, установленный в вертикальной плоскости, причем верхняя часть троса 3 является поддерживающей, а нижняя - несущей, на которой закреплено трубчатое коромысло 20, охватывающее в пространстве и бассейне 2 три водные дорожки, и, кроме того, на торцах бассейна 2 расположены два концевых выключателя 21 и 22, подключенных электрически тонкими гибкими кабелями 23 и 24 к клемнику 12, от которого - к блоку управления 10. Причем электрический подвод к концевому выключателю 22 осуществляется посредством кабеля 24, размещенного в механическом средстве, разделяющем две соседние водные дорожки. Трубчатое коромысло 20 по сравнению с прототипом втрое увеличивает количество пловцов, использующих тренажер 1 одновременно. В его средней части и по концам расположены крепежные элементы 25, 26 и 27, к которым крепятся сотовые мобильные телефоны 28, 29, 30, датчики силы 31, 32 и 33, выполненные на основе тензометрических мостов, и автономные источники электропитания 34, 35 и 36 (батарейки или миниатюрные аккумуляторы). К датчикам силы 31, 32 и 33 через подпружиненные барабаны 37, 38, 39 подключены подвесные гибкие тяги 40, 41, 42 и многожильные электрические тонкие гибкие кабели 43, 44 и 45 датчиков ЧСС 46, 47, 48 с миниатюрными лампочками 49, 50, 51, идущие вместе с соответствующими тягами параллельно, одновременно наматываются и сматываются с подпружинных барабанов 37, 38, 39. При этом указанные кабели, фиксируясь на поясах 52, 53, 54, продолжены на телах пловцов до точки прикрепления датчиков ЧСС на мочке уха (пояса, датчики ЧСС с лампочками, датчики силы, тяги, кабели показаны на фиг. 1 и 2).

Регулирующее средство 55 (на фиг. 2 оконтурено двумя штрихпунктирными линиями), построенное на базе персонального компьютера, содержит системный блок 56 (фиг. 1), дисплей 57, клавиатуру 58, оптическую мышь 59, сотовые мобильные телефоны 60, 61, 62, размещенные в кассетнице 63, USB-порт 64 (оконтурен сплошными линиями) и цифроаналоговый преобразователь 65.

Программное обеспечение для персонального компьютера размещено на компакт-диске. В нем заложены операции для работы устройства в целом и его составных частей, а также перемещения на экране дисплея 57, по которым судят о перемещениях пловцов, физических параметрах и их поведении.

Подготовка устройства к работе. Перед началом занятия инженер-исследователь или тренер с помощью клавиатуры 58 инициирует ввод программного обеспечения, расположенного на компакт-диске, в системный блок 56 и начинает проверять исправность вычислительных средств, настройку и взаимосвязь радиосредств - сотовых мобильных телефонов 28, 29, 30 и 60, 61, 62, а тестером - автономных источников электропитания 34, 35, 36; тарирует датчики силы 31, 32, 33 и измеряет поочередно с помощью образцового динамометра силовую нагрузку на них, которая отображается на экране дисплея 57: проверяет работу подпружиненных барабанов 37, 38, 39, для чего, воздействуя на подвесные гибкие тяги 40, 41, 42, отмечает их удлинение и возвращение в исходное состояние; проверяет детектор пульса, для чего размещает по очереди на ухо спортсмена датчики ЧСС 46, 47, 48, показания которых отображаются на экране дисплея 57; проверяет датчик перемещения и вращения ведущего барабана 6, для чего с помощью клавиатуры 58 и блока управления 10 задает вращение ведущего барабана 6 в одну и другую стороны и на экране дисплея отображается увеличение или уменьшение расстояния, пройденного коромыслом 20. Убедившись в работоспособности устройства в целом, отдельных его узлов и программного обеспечения, можно начинать занятие.

Устройство работает следующим образом. Спортсмены, надев пояса 52, 53, 54, погружаются в воду и принимают исходное положение. С клавиатуры 58 в соответствии с программным обеспечением включается электродвигатель 8 через блок управления 10. Направление перемещения трособлочной системы регулируется направлением вращения вала электродвигателя 8. Программа перемещения трособлочной системы реализуется с учетом информации, поступающей в системный блок 56 от датчика перемещения 9, датчиков силы 31, 32, 33 и датчиков ЧСС 46, 47, 48. Управление перемещением трособлочной системы позволяет создавать различные облегчения и сопротивления. Сила, обеспечивающая сопротивление и облегчение движениям спортсменов, прикладывается через подвесные гибкие тяги 40, 41, 42, выполненные в виде упругих амортизаторов. Режим сопротивления создается, когда указанные тяги присоединяются механически к коромыслу 20 через датчики силы 31, 32, 33. При этом коромысло 20 находится сзади пловцов и движется со скоростью, меньшей скорости их движения. Режим облегчения создается, когда коромысло опережает пловцов.

Возможность измерения сил, воздействующих на спортсменов с помощью датчиков силы 31, 32, 33, и их пульса позволяет контролировать их физическое и психическое состояние, т.е. физическую и волевую подготовку и даже в сравнении.

На стадии обучения в устройстве используется жесткое крепление подпружиненных синхронизированных барабанов 37, 38, 39. На стадии совершенствования спортивного мастерства, а также при имитации условий соревнований с применением режимов сопротивления и облегчения постоянной интенсивности указанные барабаны установлены с возможностью вращения.

В заявляемом устройстве несколько нестандартных элементов и узлов. Рассмотрим некоторые из них, уделив внимание их конструкции, принципу действия и участию в работе всего устройства.

Трубчатое коромысло. Одна из возможных конструкций трубчатого коромысла 20, показанного пунктирными линиями на фиг. 3, 4 и 5 (вид спереди, вид сверху и вид сбоку слева соответственно), представляет собой две трехгранные пирамиды 66 и 67, оконтуренные штрихпунктирными линиями, с общим основанием 68 и высотами 69, 70, совмещенными с ребрами пирамид. Все ребра выполнены в виде трубочек из легкого прочного и нержавеющего металла или сплава. Например, с помощью сварки. В нем по верхней трубочке основания 68 пропущен трос 3, по которому трубчатое коромысло 20 скользит, а на противоположном углу основания 68 установлен замок 71 для неподвижного закрепления основания 68 к тросу 3, и в замке предусмотрено ушко для прикрепления деталей и узлов, а на вершинах пирамид 66 и 67 размещены крепежные узлы 72 и 73 для этих же целей.

Узел устранения провисания троса. Одна из возможных конструкций узла устранения провисания 14 троса показана на фиг. 6 (вид спереди) и 7 (вид сверху). Узел состоит из трех частей: подвижной платформы 13, неподвижной опоры 15 с двумя уголковыми направляющими 18 и 19 и третьей - движителя, который соединяет первую и вторую часть между собой с помощью винта 16 и гайки 17. Подвижная платформа 13 выполнена из твердой древесины, например дуба или лиственницы. На нижней ее поверхности слева и справа, в областях касания уголковых направляющих 18 и 19 и подвижной платформы 13 прикрепляются полоски из нержавеющего прочного металла или сплава для существенного уменьшения сопротивления скольжению подвижной платформы 13. На ее верхней поверхности установлена лебедка 74, в которую встроены двухсекционный ведущий барабан 6, насаженный плотно на ось 75 вместе с последней шестеренкой 76 редуктора 7 (полностью не показан на фиг. 7), входом соединенный с валом электродвигателя 8. Другой стороной ведущий барабан 6 связан с датчиком перемещения 9. Кроме того, на верхней подвижной поверхности платформы 13 установлены блок управления 10, выходом соединенный с электродвигателем 8, а входом - с клемником 12, и электропитание всех размещенных узлов осуществляется от стабилизированного источника питания 11, защита 77 которого от перегрузки встроена в клемник 12. Неподвижная платформа 15 выполнена также из твердой древесины. Снизу и по ее бокам крепятся слева и справа уголковые направляющие 18 и 19, которые вместе с деревянной опорой прикрепляются неподвижно к полу около бассейна 2. На верхней ее поверхности двумя П-образными скобами 78 и 79 (на фиг. 6 и 7 не показаны), например, через пористую резину 80 закрепляется планка 81 из нержавеющего прочного металла или сплава с направляющей 82 с цилиндрическим отверстием для винта 16. С помощью крепежных гаек 83, 84, 85, 86 и контргаек 87, 88, 89 и 90 настраивается и закрепляется положение винта 16. Третью часть - движитель составляют винт 16 и гайка 17, выполненные из нержавеющего прочного металла или сплава, и винт 16 установлен на неподвижной опоре 15, а гайка 17 - в подвижной платформе 13. На винте 16 сделана проточка для установки фиксирующей цилиндрической пружины 91.

Узел устранения провисания 14 троса в заявляемом устройстве выполняет функцию натяжения троса 3.

Работает указанный узел следующим образом. Тренер или инженер-исследователь, заметив слабину троса 3, с помощью винта 16, поворачивая его по часовой стрелке, устраняет эту слабину.

Датчик силы 31. Существует несколько способов измерения силового воздействия, например на основе динамометра, тензорезисторного элемента и тензорезисторного моста. Последний обладает гибкостью и простотой, высокой точностью и надежностью, полной взаимозаменяемостью и унификацией датчиков, малыми (для фольговых датчиков) температурными погрешностями. Тензорезисторная измерительная система (ТИС), как правило, включает комплект: датчик, линию связи, один или несколько электронных преобразователей и другие блоки и узлы. Теория и некоторые практические ТИС приведены в статье: «Тензометрия. Тензорезисторные измерительные системы» (Приборы и системы управления. - 1985. - №9).

Одна из возможных конструкций датчика силы 31 построена, например, на основе тензорезисторного моста, показана на фиг. 8 (вид спереди), 9 (вид сверху, оконтурен пунктирными линиями) и 10 (принципиальная электрическая схема). Датчик силы 31 включает в себя каркас 92, выполненный из нержавеющего прочного металла или сплава, две защитные крышки: переднюю 93 и заднюю 94, установленные на каркасе и также выполненные из нержавеющего прочного металла или сплава. В верхней части каркаса 92 задняя крышка 94 и передняя 93 винтами 95, 96 и 97, 98 неподвижно прикрепляются к каркасу 92, а в нижней части - с некоторой слабиной винтами 99, 100 и 101, 102 (винты 99 и 100 на фиг. 8, 9 не показаны), в крышках 93 и 94 которых расширены продольные отверстия. В верхней части задней части крышки 94 двумя винтами, например, 95 и 96 закреплена крепежная планка 103 для установки сотового мобильного телефона 28 и более мощная 25 - для автономного источника электропитания 34, которые связаны с датчиком силы 31. Через верхнюю массивную часть каркаса 92 сделаны два канальца 104 и 105 для прокладки гибких тонких кабелей 106 и 107 к сотовому мобильному телефону 28 и от автономного источника электропитания 34, соответственно.

Электрический датчик данной ТИС выполнен на четырех одинаковых фольгированных тензорезисторных элементах, соединенных по схеме Уитстона. Два элемента 108 и 109 закреплены в верхней массивной части каркаса 92, а два других 110 и 111 - на его боковых тонких стенках. Электронная часть, представляющая собой усилитель 112 и преобразователь 113 аналог-частота, размещена на печатной платке 114, установленной в нише 115 каркаса 92 на задней защитной крышке 94. Здесь же на печатной платке 114 размещены предусилитель 116 и усилитель-формирователь 117 детектора пульса, информационный сигнал к которому поступает через нижнюю массивную часть каркаса 92, в которой сделан третий каналец 118 для прокладки гибкого тонкого кабеля 119. В средней части печатной платки 114 размещен автоматический коммутатор 120 на два канала. В каркасе 92 предусмотрены отверстия 121 и 122 для встраивания датчика силы 31 в устройство.

Электронные преобразователи ТИС в датчике силы 31 реализуются в усилителе 112 (на фиг. 10 оконтурен пунктирными линиями), построенном по схеме подавления синфазной помехи на двух операционных усилителях DA1 и DA2 типа K544YD2 и преобразователе 113 аналог-частота (оконтурен штрих-пунктирными линиями), например, КР1108ПП1, с которым согласуется мостовая схема датчика D (оконтурен сплошными линиями) посредством усилителя 112. Линия связи представляет собой два электрических провода.

В устройстве данный узел способствует получению информации о ЧСС спортсмена и о прикладываемом им силовом воздействии.

Автоматический коммутатор на два канала. В технике, чтобы получить информацию о двух событиях одновременно, необходимо разнести ее или по двум отдельным каналам, или в одном канале разнести события по времени или по частоте. Опытные врачи с достаточной точностью могут определить пульс по десяти секундам его измерения, а специалист по водным видам спорта по пяти секундам измерения - силовое воздействие, если процесс продолжительный во времени. Применение персонального компьютера позволяет упростить решение этой задачи.

В предлагаемом устройстве применен принцип разделения по времени двух событий: десятисекундного интервала измерения пульса и пятисекундного интервала измерения силового воздействия, которые выполняются по очереди одно за другим. Теория и практические схемы аналоговых коммутаторов приведены в книге: У. Титце, К. Шенки. Полупроводниковая схемотехника. - М.: Мир, 1982. - С. 276-284.

Применительно к заявляемому устройству целесообразно совместить коммутатор на биполярных транзисторах и полупроводниковых диодах. Блок-схема этого узла приведена на фиг. 11 (оконтурен пунктирными линиями). Автоматический коммутатор 123 на два канала содержит исполнительный ключ канала силы 124 и исполнительный ключ канала пульса 125, управляющие входы которых соединены с выходами формирователей: первый с формирователем 126, а второй - с формирователем 127, входы которых соединены с генератором тактовых импульсов 128, настроенного на выходную частоту 1 Гц, первый - через счетчик на пять 129, а второй - через счетчик на десять 130, а чтобы создать очередность формирователи 129 и 130 взаимосвязаны, при этом выход преобразователя 113 аналог-частота подключен к точке соединения коллектора транзистора 131 и полупроводникового диода 132 исполнительного ключа канала силы 124, а выход усилителя-формирователя 117 канала пульса подключен к точке соединения коллектора транзистора 133 и полупроводникового диода 134 канала пульса.

Как работает автоматический коммутатор 123 на два канала очевидно из описания блок-схемы, изображенной на фиг. 11. Интерес представляет работа исполнительных ключей 124 и 125. Так как они устроены аналогично, то рассмотрим, например, как работает исполнительный ключ канала силы 124. Поскольку выход преобразователя 113 подключен к точке соединения транзистора 131 с полупроводниковым диодом 132, то все определяется состоянием транзистора 131 - открыт он или закрыт. Если транзистор 131 закрыт, то через диод 132 сигнал проходит на вход сотового мобильного телефона 28. Если этот транзистор открыт, шунтируя выход канала, то с этого канала информация на телефон 28 не проходит. Аналогично работает исполнительный ключ 125.

Электрическая принципиальная схема блока управления. Известно много электрических схем управления электродвигателями постоянного тока в приводах. Выбрана мостовая усилительная электронная схема, состоящая (фиг. 12) из силового узла на транзисторах VT1÷VT6 (два штриха - пунктирными линиями 135), управляюще-защитного узла на двух микросхемах (сами микросхемы оконтурены пунктирными линиями - 136, 137, а данный узел оконтурен штрихпунктирными линиями - 138). Кроме того, для организации защиты электродвигателя применены дополнительно два концевых выключателя 21 и 22.

Работает данная схема следующим образом. Команда «влево» формирует логическую «1» на входе микросхемы DD1-1 и на выходе микросхемы DD2-1. Команда «вправо», соответственно, на входе микросхемы DD1-3 и на выходе микросхемы DD2-2.

В нештатной ситуации возможно появление логической «1» на выходах «влево» и «вправо». В этом случае на микросхемах DD1 и DD2 формируется низкий уровень - электродвигатель остановится.

При срабатывании концевого выключателя 21 на вход DD2 поступает сигнал высокого уровня, а на выходе DD2-2 формируется логический «0» (т.е. низкий уровень), и движение «влево» запрещается. Аналогично при срабатывании концевого выключателя 22 - «вправо».

Выходы микросхем DD2-1 и DD2-2 являются входами силового узла. При низком уровне на этих входах все транзисторы закрыты, и электродвигатель обесточен. Высокий уровень - логическая «1» на выходе DD2-1 открывает транзисторы VT1, VT3 и VT6 и по цепи +Е1 транзистор VT3, выход 1 электродвигателя, выход 2 электродвигателя, транзистор VT6, общий провод, к которому подключен - Е1 будет протекать электрический ток, и электродвигатель начнет вращаться влево. Высокий уровень (логическая «1») на выходе микросхемы DD2-2 открывает транзисторы VT2, VT4 и VT5 и по цепи +Е1 транзистор VT5, выход 2 электродвигателя, транзистор VT4, общий провод будет протекать электрический ток, и электродвигатель начнет вращаться в противоположном направлении.

Программное обеспечение. Составная часть устройства - блок программ. Конструктивно он выполнен на лазерном диске и копируется на жесткий диск компьютера. Программное обеспечение условно можно разделить на три группы: служебные и тестовые программы, информационные и регистрационные, математические.

Служебные и тестовые программы обеспечивают работу персонального компьютера и проверку работы составных узлов и устройств в целом.

Регистрационные и информационные программы обеспечивают обработку, автоматический ввод и регистрацию данных с периферийных датчиков, предварительную обработку входных сигналов и первичную математическую обработку характеристик спортивных упражнений.

В углубленную математическую обработку характеристик спортивных упражнений входят программы, которые позволяют выполнять расчет следующих биомеханических параметров: длительность всего движения и отдельных его фаз и периодов; величин перемещения, скорости и ускорения движения спортсменов, работы и импульса силы каждого спортсмена. И, кроме того, выполнение психологических заданий позволяет совершенствовать волевую подготовку спортсменов.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство обладает новым качеством - определять самочувствие пловцов во время выполнения ими физических упражнения и психологических заданий и предупреждать опасные выходы за пределы «коридора здоровья», постепенно увеличивая интенсивность тренировки в его пределах.

1. Устройство для тренировки пловцов, содержащее гибкую тягу и тонкий гибкий кабель, фиксируемые вместе на поясе, крепящемся на теле пловца, трособлочную систему, связанную с ведущим барабаном, установленным с одной стороны бассейна, при этом он через редуктор кинематически связан с одной стороны с электродвигателем, а с другой стороны - с датчиком перемещения троса этой системы, и, кроме того, электродвигатель электрически соединен с выходом блока управления, а упомянутые гибкая тяга и тонкий гибкий кабель присоединяются механически к трособлочной системе через датчик силы и подпружиненный барабан, обеспечивающий, во-первых, возможность вращения барабана от усилия пловца и автоматический его возврат в исходное положение после снятия нагрузки, во-вторых, подачу электропитания на детектор пульса, составленный датчиком, предусилителем и усилителем-формирователем ЧСС, при этом датчик детектора пульса при тренировке находится на теле пловца выше пояса, например на мочке уха, и, в-третьих, одновременное и синхронное развертывание и автоматическое свертывание гибкой тяги и тонкого гибкого кабеля, который соединен с подвижным скользящим электроконтактным средством на три провода, размещенным на подвижной части, а его неподвижная часть - на щечках подпружиненного барабана, персональный компьютер в полном наборе и программное обеспечение к нему, и при этом провисание трособлочной системы убирается с помощью узла регулируемого перемещения, отличающееся тем, что в тренажере трособлочная система, выполненная неразрывной, замыкается на двухсекционном ведущем барабане, огибает блок, установленный в вертикальной плоскости около середины стартовой тумбы, причем верхняя часть троса является поддерживающей, а нижняя - несущей, на которой закреплено трубчатое коромысло, через верхнюю трубочку которого пропущена верхняя часть троса, по которой скользит это коромысло, охватывающее в пространстве три водные дорожки, и, кроме того, на противоположных краях бассейна расположены два концевых выключателя, подключенные электрически к блоку управления и системному блоку персонального компьютера, причем электрический подвод к одному из концевых выключателей осуществляется посредством тонкого гибкого кабеля, размещенного в средстве, разделяющем две соседние водные дорожки, а провисание троса устраняют посредством подвижной платформы и неподвижной опоры, соединенных между собой с помощью комплекта «винт-гайка» и двух направляющих, обеспечивающих регулируемое перемещение этой платформы, на которой размещены ведущий барабан, редуктор, электродвигатель постоянного тока, блок управления, стабилизированный источник электропитания и датчик перемещения троса, а в комплект оборудования каждого пловца введены дополнительно сотовый мобильный телефон, датчик силы, выполненный на основе тензометрического моста и подключенный электрически к усилителю и преобразователю (аналог-частота), автономный источник электропитания, к которому подключены тензометрический датчик, усилитель и преобразователь датчика силы, неподвижная часть электроконтактного средства для запитывания детектора пульса, автоматический коммутатор на два положения для поочередного подключения на заданное время датчика силы и детектора пульса к сотовому мобильному телефону, установленному рядом с тензометрическим датчиком, а в регулирующем средстве, выполненном на базе персонального компьютера, дополнительно введено такое же количество сотовых мобильных телефонов, выходом подключенных к USB-порту, и цифроаналоговый преобразователь, подсоединенный входом к общей внутренней шине персонального компьютера, а выходом - к входу указанного блока управления, и все изменения и добавления учтены в программном обеспечении.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нем трубчатое коромысло содержит две трехгранные пирамиды, имеющие общее основание и совмещенные высотами с ребрами, все ребра которых, в том числе и высоты, выполнены в виде трубочек из легкого прочного и нержавеющего металла или сплава, например, с помощью сварки, и в нем по верхней трубочке основания пропущен трос, по которому скользит трубчатое коромысло, а на противоположном углу основания установлен замок для неподвижного крепления основания к тросу, и в замке предусмотрено ушко для прикрепления деталей и узлов, а на вершинах пирамид размещены крепежные узлы для этих же целей.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нем узел устранения провисания троса состоит из подвижной платформы, неподвижной опоры с двумя уголковыми направляющими и движителя, который соединяет их между собой с помощью комплекта винта и гайки, при этом подвижная платформа выполнена из твердой древесины, например дуба или лиственницы, и на ее нижней поверхности слева и справа прикрепляются полоски из нержавеющего прочного металла или сплава, а на ее верхней поверхности установлена лебедка, в которую встроены двухсекционный ведущий барабан, насаженный плотно на ось вместе с последней шестеренкой редуктора, входом соединенный с валом электродвигателя, а другой стороной связанный с датчиком перемещения троса, кроме того, на верхней поверхности подвижной платформы установлены блок управления, выходом соединенный с электродвигателем, а входом - с клемником, и электропитание всех размещенных на ней узлов осуществляется от стабилизированного источника питания, защита которого от перегрузки встроена в клемник, при этом неподвижная опора выполнена также из твердого дерева и снизу и по ее бокам слева и справа крепятся уголковые направляющие, которые вместе с деревянной опорой прикрепляются к полу около бассейна, а на верхней поверхности двумя П-образными скобами, проходящими через древесину, через пористую резину закрепляется планка с направляющей, имеющей цилиндрическое отверстие для упомянутого винта, выполненная из нержавеющего прочного металла или сплава, и с помощью четырех крепежных гаек и четырех контргаек настраивается и закрепляется положение указанного винта, при этом движитель, который составляет упомянутый комплекс, выполнен из нержавеющего прочного металла или сплава, винт установлен на неподвижной опоре, а гайка - в подвижной платформе, и на винте сделана проточка для фиксирующей цилиндрической пружины.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно включает в себя автоматический коммутатор на два канала, содержащий исполнительный ключ канала силы и исполнительный ключ канала пульса, управляющие входы которых соединены с выходами формирователей, входами соединенных с выходом генератора тактовых импульсов, настроенного на частоту 1 Гц, первый счетчик на пять, а второй через счетчик на десять, и, чтобы создать очередность, формирователи взаимосвязаны, при этом выход каждого канала подключен к точке соединения коллектора транзистора с полупроводниковым диодом.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в его электрической схеме блока управления электродвигателя постоянного тока привода содержатся мостовая усилительная электронная схема силового узла, выполненная на транзисторах, управляюще-защитный узел, выполненный на двух микросхемах, и для защиты от перегрузки по току электродвигателя - два концевых выключателя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к мобильному компактному водному циркуляционному каналу, состоящему из плавательного бассейна (1), канала (3) обратного потока и промежуточного дна (2), которое отделяет плавательный бассейн (1) от канала (3).

Изобретение относится к спортивным тренажерам, а именно к устройствам для обучения и совершенствования двигательных действий, психологической устойчивости и волевой подготовки пловцов.
Изобретение относится к спортивным играм и может быть использовано для оценки эффективности тренировки пловца в процессе тренировки пловца. .

Изобретение относится к спорту, а именно к способам развития физической активности на воде, и может быть использовано для физического развития человека в спортивных и лечебных целях в водоеме с минимальной площадью водной поверхности, а также других водоемах.
Изобретение относится к способам обучения плаванию детей и взрослых и может быть применено как к людям с отсутствием навыков плавания, так и к обучаемым для исправления закрепленных неэффективных навыков плавания.

Изобретение относится к области устройств, предназначенных для обеспечения безопасности при купании в воде, и касается круга для купания детей. .

Изобретение относится к области спортивного плавания, а именно к способам оценки качества техники гребковых движений. .

Изобретение относится к спортивному инвентарю, в частности к устройствам для подготовки пловцов. .

Изобретение относится к спортивному инвентарю, в частности к устройствам для подготовки пловцов. .

Изобретение относится к спорту, в частности к устройствам для проведения тренировок горнолыжников в условиях вне гор и при отсутствии снежного покрова. .
Наверх