Устройство для исследования координации движений человека

 

О П И С А Н И Е дц,о„эа

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистимеских

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДИВДЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено15.01.75 (21) 2088643/28-13 с присоединением заявки № (23) Приоритет— (43) Опубликовано 15.04.78.Бюллетень № 14 (4б) Дата опубликования описания 20.03.78

А 61 3 5/10

Гасударственный вамнтет

Саввтв ЬЬиистрав СССР аа делам нзоаретеннй н атирытнй (53) УДК 615.471в612.

821,35(088,8) (72) Авторы изобретения

Ю. В. Николаев и Г. Ф. Соколова (71) Заявитель

Казанский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет. им, В, И. УльяноваЛенина (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ КООРДИНАЦИИ

ДВИЖЕНИЙ ЧЕЛОВЕКА

Изобретение относится к вопросам иссле- дований физиологии труда, спорта и медицийы, а именно к устройствам для исследования координации движения человека, например спортсменов-фехтовальщиков, больных после паралича или с травмой, Известны устройства данного назначения, содержашие рабочий инструмент, например шпагу, мишень с концентрическими кольцами, реле, сигнальную лампу, переключатели, регистрирующий прибор и источник питания 11 .

Однако это устройство недостаточно эффективно.

С целью повышения эффективности исследований путем измерения обобщенных пространственно-временных значений степени координации движений человека предлагаемое устройство дополнительно имеет схему с двумя устойчивыми состояниями, блок преобразования временных интервалов в последовател ьность импульсов, блок преобразования последовательндсти импульсов в напряжение и его запоминания, блок преобразования

"напряжение-частота" и первую схему И, соединенные последовательно, блок преобразо2 вания пространственных значений во временные интервалы, вторую схему И, при этом блок преобразования пространственных значений во временные интервалы выполнен на ждущих релаксаторах, вход каждого из которых соединен с соответствующим кольцом мишени, а выходы их объединены и соединены со вторым входом схемы с двумя устойчивыми состояниями, первый вход которой через первый переключатель соединен с ис очником питания, с первым входом второй схемы И и вторым входом первой схемы И, блок преобразования временных интервалов в последовательность импульсов, входящий в предлагаемое устройство, состоит нз последовательно соединенных автоколебательного генератора импульсов, формирователя импульсов н третьей схемы

И, причем выход формирователя импульсов соединен со вторым входом второй схемы И.

Выходы всех трех схем И соединены через третий переключатель со входом регистрируюшего прибора, а выход схемы с двумя устойчивыми состояниями нагружен иа обмотку реле, а рабочий инструмент и

602165 сигнальная лампа через соответствуюшие нормально разомкнутые контакты реле соединены с источником питания, Блок преобразования последовательности импульсов:в напряжение и его запоминания содержит генератор ступенчатого напр яжен ия, выполненный по схеме после д овательного двоичного счетчика на триггерах со счетным запуском, нагруженных на суммируюший делитель напряжения и через второй переключатель соединенных с источником питания, На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — показаны эпюры напряжения на выходах блоков и эле- > ментов предлагаемого устройства, где на оси координат — напряжение; на оси абсцисс— время, B блок-схему устройства входят схема

1 с двумя устойчивыми состояниями, реле

2, блок 3 преобразования временных интервалов в последовательность импульсов, блок

4 преобразования последовательности импульсов в напряжение и eFo запоминание; блок 5 преобразования "напряжение-частота" „, 7 схема" "И" 6, регистрируюшее устройство

7, рабочий инструмент 8, мишень 9, сигнальная лампа 10, блок 11 преобразования пространственных значений во временные интервалы, схема И 12, источник 13 питания, первый переключатель 14, второй переключатель 15, третий переключатель 16, первая пара контактов 17 реле 2, вторая пара конгактов 18 реле 2, первое выходное гнездо"

19, второе выходное гнездо 20.

Схема 1 выполнена по схеме триггера с двумя устойчивыми состояниями, первый вход которого через нормально разомкнутые контакты переключателя 14 соединен с источником 13 питания. 40

Блок 3 включает в себя последователь но соединенные автоколебательный LC -генератор 21 импульсов, формирователь 22 импульсов, выполненный по схеме триггера

Шмидта, выход которого соединен со вторым входом схемы И 23, Выход схемы 1 нагружен на обмотку реле 2, подключенного к источнику 13 питания, а также соединен с первым входом схемы И 23. Выход схемы И 23 соединен со входом блока 4 преоб-50 разования последовательности импульсов в напряжение и его запоминания, выполненного на последовательном двоичном счетчике, Двоичные ячейки счетчика, выполненные на триггерах со счетным. запуском, через 55 нормально разомкнутые контакты переключателя 15 соединены с источником 13 питания. Выход блока 4 соединен со входом блока 5 преобразования напряжение-частота", выполненного по схеме симметричного 60

Ь мультивибратора. г ыход по леднего coegt":нен с первым входом схе ы И 6, Рабочий инструмент 8 через первую rару нормально разомкнутых контактов 17 реле 2 соединен с источниклм 1Э питания.

Блок 11 преобразования прсстранственных значений во времен.- ые интервалы содержит десять ждуших релоксаторо!.:, выполненных по схеме ждушего мультивибратора фантастронного типа, Вход каждого ждущего релаксатора через дифференцируюшую

Я - цепь соединен с соответствующим концентрическим металлическим кольцом мишени 9, а выходы релаксаторов через разделительные диоды объединены обшей шиной, которая является выходом блока 11, подключенного ко второму входу схемы 1, а также ко вторым входам схем И 6,12. Выход схемы 6 через третий переключатель 16 соединен со входом регистрируюшего устройства 7, вход которого соединен также через этот переключатель с выходом блока

3, и выходом схемы 12„первый вход которой соединен с выходом формирователя

22 импульсов. Выходы схем 23 и 12 соединены также с выходными гнездами 19 и

20 соответственно. Сигнальная лампа 10 соединена через вторую пару нормально разомкнутых контактов 18 реле 2 с источником 13 питания.

В качестве регистрируюшего прибора 7 используют десятичное псресчетное устройство с емкостью счета 10 тыс. импульсов, счетные декады которого обы:печивают скорость счета импульсов 200 кГц, В зависимости от измерения пржтранственных и временных значений или обобщенных пространственно-временных значений координации движений пересчетное устройство 7 с помощью переключателя 16 подклю-. чают к выходу той или иной схемы И, т.е. схем 23, 6, 12, ««ля параллельного измерения временных и пространственных величин к выходным гнездам 19 и 20 подключают другие Пересчетные устройства с емкостью счета не менее 2000 импульсов и скоростью .счета импульсов не менее 1 кГц. Реле 2электромагнитное реле с двумя парами переключающих контактов, Мишень содержит 10 концентрических металлических колец, каждое из которых соединено через дифференцируюшую цепь со входом соответствуюшего ждушего релаксатора блока 11 преобразования пространственных значений координации движений во временной интервал.

Радиус первого(центрального) концентрического кольца равен 0,5 см, второго1 см, и т.p., до 5 см — через 0 5 см.

Рабочий инструмент содержит подцружиненный шток, Пружина штока предохраняет мишень от повреждения при касании штоком мишени во время пробы, В исходном состоянии схемы И 23, 6, 12, закрыты, генератор 21 импульсов, настроенный на частоту 1 кГц (эта часто- та выбрана для обеспечения регистрации времени и обобшенных «рос.—.ранственно-временных значений координации движений с точностью до нескольких миллисекунд), генерирует импульсЫ.

При замыкании контактов переключателя

14 схема 1 с двумя устойчивыми состояниями переходит в другое состояние, Реле 2 срабатывает, его нормально разомкнутые контакты 17 и 18 замыкаются, шток рабочего инструмента подключается к источнику 13 питания, а сигнальная „лампа 10 зажигается, давая команду испытуемому о начале пробы.

Одновременно открывается схема 23.

Импульсы "c генератора 21 через формирователь 22 и схему И 23 проходят на выходное гнездо 19 и переключатель 16, а также на вход первой ячейки блока я преобразования последовательности им-:;ульсов в напряжение и его запоминания (генератор ступенчатого напряжения) ° Начинается счет импульсов пересчетным устройст- 33 вом 7 (в случае, если пересчетное устройство 7 с помошыо переключателя 16 подключено к выходу схемы 6) или вторым пересчетным устройством, подключаемого к выходному гнезду 19, Количество импуль- 35 сов, зарегистрированное пересчетным устройством, численно равно времени коордчиации движений в миллисекундах, На выходе блока 4 происходит линейное нарастание ступенчатого напряжения, 40

Величина этого напряжения пропорциональна времени координации движений, Длительность одной ступеньки — 1 мс, а их коли.чество определяется числом двоичных ячеек счетчика блока 4. 45

Предлагаемое устр ойств о с одержит 1 1 двоичных ячеек, что соответствует 10 24 ступенькам, Через 1024 мс все ячейки счетчика заполнены - это время соответстввует максимальному времени координации движений в одной пробе, котооое позволяет регистрировать предлагемое устройство, Нарастаюшее ступенчатое напряжение на выходе блока 4 поступает на вход преобразователя 5 "напряжение-частота", который 55 настраивают таким образом, чтобы линейное изменение напряжения на его входе вызывало линейное изменение частоты на выходе этого преобразователя в пределах 30100 кГц, при изменении времени координа- 60 ции в пробах - 300-1000 мс (минимальное и максимальное арел.я координации движений).

В момент касания испытуемого штоком рабочего инструмента 8 концентрических колец мишени 9 происходит запуск ждушего релаксатора, оединенного через дифференцируюшую цепь соответствуюшим кольцом мишени, Каждый ждуший релак атор блока

11 преобразования пространственных велич,H координации движений во временной интервал таким образом настраиваю..-, чтобы длительность импульса, генериоуемого им, была пропорциональча расстоянию данного концентрического кольца oz центра мишени, соединенного с соответствуюшим ждушил релаксатор ол, Так например, ждуцгий релаксатор. соединенный с первым (центральным) кольцом,. радиус которого 0,5 см, настраивают на длительность импульса 5 мс, второй реляксатор - 10 мс и т.д. — через 5 мс, Следовательно, длчтельность импу ьса, генерируемая ждушим релаксатором, соединенного с наружным кольцом, 50 мс, Импульс со ждуших релаксаторов блока

11 через разделительные диоды по;"yHaer в обшу-ю шину, Передним фронтом этого импульса схема 1 возврашается в исхосное состояние, сигнальная лампа 10 гаснет, контакты 17 и 18 реле 2 размыкаются, схема И 23 закрывается, Елок 4 фиксирует напояжен; —,е, а блок 5 генерирует импульсы, следуюшие с частотой, прямо пропорционал. ной времени координации движений в данной пробе, В момент прихода импульса с блока 11 схемы 6 и 12 открываются, Через схему 6 и переключатель 16 ча вход пересчетного устройства проходят импульсы с блока 5, - исло импульсов, проходяшее через схему 6, про«орц«онально частоте импульсов, поступающих от блока 5, и длительности импульса с блока 11. Число импульсов, зарегистрированное пересчетным устройством числено равно произведению времени координации движений в миллисекундах на точность координации — в сантиметрах.

Через схему 12 с выхода форлп рователя 22 проходят, испульсы Hà входное гнездо 20 или через переключатель 16 на пересчетное устройство 7. Количество импульсов, зарегистрированное пересчетным прибором, численно равно точности координации в миллиметрах .

Пример 1. Время координации в данной пробе оавно 1000 мс, а точность координации 20 мм, При этом через схему

И 23 от генератора 21 пройдет 1СОО импульсов, На схеме 4 после запирания схемы И 23 установится напряжение, соот8 всгствующее этому количеству импульсов, что изменяет частоту импульсов блока 5 до 100 кГц. Длительность импульса ка выходе блока 11-20 мс. Через схему 6 от блока 5 пройдет 2000 импульсов, через схему 12 от генератора — 21-20 импульсов, Степень координации 2000 см/мс.

При повторных касаниях штоком рабочего инструмента 8 концентрических колец мишени„в одной пробе, схема устройства остается в исходном состоянии, так как при ококчакии пробы (касании штоком рабочего инструмента 8 колец мишени) контакты 17 реле 2 отключают шток рабочего инструмента от источника питания„ 15 что исключает повторное срабатывание схемы, После окончания пробы и снятия показаний замыкают контакты переключателя 15> тем самым возвращая запоминающую схему О блока 4 в исходное состояние, Пример 2, В эксперименте участвуют

5 человек. Значения степени координации (обобщенные пространственно-временные значения координации движений) у одного испытуемого определяют по среднему арифметическому из пяти проб (по полученным значениям точности и времени координации) по следующей формуле:

CK=1

Ь где СK — степень координации, сл/мс;

А — точность координации (гм) р одной пробе; Т вЂ” время координации (мс) в одной пробе; 8 — количество проб.

На обработку этих данных ручным способом аатрачивакт в среднем 15 мин, На обработку этих же данных по готовым значениям степени координации (СК), полученных с помощью предлагаемого устройст- 4О ва, затрачивают 7,5 мин, т.е. время на обработку результатов проб сокращается на

7ь5

Регистрация координации движений человека в пространственно-временных величинах позволяет объективно оценивать координацию движений. Предлагаемое устройство позволяет в несколько раз сократить . время на обработку временных и пространственных значений координации движений для получения пространственно-временных значений координации движений.

Формула изобретения

1. Устройство для исследования координации движений человека, содержащее рабочий инструмент, например шпагу, мишень с концентрическими кольцами, реле, сигнальную лампу, переключатели, регистрирующий прибор и источник питания, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности исследований путем измерения обобщенных пространственно-временных значений степени координации движений человека, оно дополнительно имеет схему с двумя устойчивыми состояниями, блок преобразовакия временных интервалов в последовательность импульсов, блок преобразования последовательности импульсов в напряжение и его запоминания, блок преобразования "напряжение-частота и первую схему И, соединенные последовательно, блок преобразования пространственных значений во временные интервалы, вторую схему И, при этом блок преобразования пространственных значечий so временные интервалы выполнен ка ждущих ре.лаксаторах, вход каждого из которых соединен с соответствующим кольцом мишени, а выходы их объединены и соединены со вторым входом схемы с двумя устойчивыми состояниями, первых вход которой через первый переключатель соединен с источником питания, с первым входом второй схемы И и вторым входом первой схемы И, блок преобразования временных интервалов в последовательность импуль сов выполнен из последовательно соеди-! пенных автоколебателького генератора импульсов, формирователя импулмов и схемы И, причем выход формирователя импульсов соединен со вторым входом второй схемы И, выходы всех схем И соединены через третий переключатель со входом регистрирующего прибора, выход схемы с двумя устойчивыми состояниями нагружен ка обмотку реле, а рабочий инструмент и сигнальная лампа через соответствующие нормально разомкнутые контакты реле соединены с источником питания, 2. Устройство по и, 1„о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, блок преобразования последовательности импульсов в напряжение и его запоминания содержит генератор ступенч атого напр яжени я, в ып олненный по схеме последовательного двоичного счетчика на триггерах со счетным запуском, нагруженных на суммирующий делител ь напр яжени я и через второй переключатель соединенных с источником питания, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

Х. Авторское свидетельство СССР № 401354 кл, А 61 В 5/10,с 1971.