Устройство для тренировки спортсменов

Устройство для тренировки спортсменов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к физической культуре и спорту и позволяет повысить интенсивность и эффективность тренировки. Устройство содержит станину 1, несущую стержень 8 с блоком контакта 9 для спортсмена. Стержень 8 установлен на внутренней рамке 6. Полуоси 10 и 11 внутренней рамки 6 смонтированы на ползунах 14 и 15. Ползуны 14 и 15 установлены на направляющих 2 и 3. Направляющие 2 и 3 закреплены на внешней рамке 7. Последняя с помощью полуосей 16 и 17 смонтирована на ползунах 20 и 21. Ползуны установлены на направляющих 4 и 5 станины 1. Устройство снабжено приводами возвратно-поступательного и колебательного движений стержня 8, рамок 6 и 7. На стержне 8 установлен генератор механических импульсов блока контакта 9. С пульта управления задается ручной или автоматический режим перемещения блока контакта 9. Спортсмен наносит удары по блоку контакта 9. Сила и точность ударов, изменение характера движения блока 9 фиксируются датчиками. Сигналы с датчиков поступают в блок обработки для получения на выходе параметров бивынужденной активности спортсмена. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 А 63 В 69/00

17

79

37

21

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4344922/30-! 2 (22) 16.11.87 (46) 23.03.90. Бюл. № 11 (75) Ф. К. Агашин (53) 685.648 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 429823, кл. А 63 В 69/00, 1972. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРЕНИРОВКИ

СПОРТСМЕНОВ

57) Изобретение относится к физической культуре и спорту и позволяет повысить интенсивность и эффективность тренировки.

Устройство содержит станину 1, несущую стержень 8 с блоком контакта 9 для спортсмена. Стержень 8 установлен на внутренней рамке 6. Полуоси 10 и 11 внутренней рамки 6 смонтированы на ползунах 14 и 15.

Ползуны 14 и !5 установлены на направ26

„„SU„„1551388 A 1

2 ляющих 2 и 3. Напразляющие 2 и 3 за реплены на внешней рамке 7. Последняя с помощью полуосей 16 и 17 смонтирована на ползунах 20 и 21. Ползуны установлены на направляющих 4 и 5 станины 1. Устройство снабжено приводами возвратно-поступательного и колебательного движений стержня 8, рамок 6 и 7. На стержне 8 установлен генератор механических импульсов блока контакта 9. С пульта управления задается ручной или автоматический режим перемещения блока контакта 9. Спортсмен наносит удары по блоку контакта 9. Сила и точность ударов . изменение характера движения блока 9 фиксируются датчиками. Сигналы с датчиков поступают в блок обработки для получения на выходе параметров бивынужденной активности спортсмена. 1 з. п. ф-лы. 4 ил.

1551388 з

Изобретение относится к области физической культуры и спорта и может найти применение при тренировке и контроле биомеханической подготовленности спортсменов преимущественно борцов, а также людей других специальностей и профессий, связанных с выполнением сложных двигательных программ.

Целью изобретения является повышение эффективности тренировки.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 — то же, вид на привод возвратно-поступательного и колебательного движений; на фиг. 3 — блок контакта, осевой разрез; на фиг. 4 — блок-схема устройства управления тренировкой и контроля активности.

Устройство для тренировки спортсменов содержит станину 1 с направляющими 2 — 5, несущую шарнирно смонтированные взаимно перпендикулярные внутреннюю и внешнюю рамки 6 и 7, стержень 8 с блоком контакта 9 для спортсмена, установленный во внутренней рамке 6 перпендикулярно ее плоскости с возможностью возвратно поступательного перемещения. Внутренняя рамка 6 посредством полуосей !О и 11 и подшипников 12 и 13 смонтированы на ползунах 14 и 15. Последние установлены с возможностью перемещения на направляющих 2 и 3, которые являются частью внешней рамки 7.

Рамка 7 с помощью полуосей 16 и 17 и подшипников 18 и 19 расположена в ползунах 20 и 21. Последние установлены на направляющих 5 и 4 с возможностью перемещения по ним. Направляющие 4 и 5 являются неподвижными ребрами станины 1.

Привод колебательного движения рамки 6 вокруг полуосей 10 и 11 состоит из двигателя 22 с редуктором 23, расположенных на ползуне 15, шкива 24, установленного на валу двигателя или связанного с ним редуктора 23, двух стоек 25 и 26, установленных на рамке 6, и ленты 27, охватывающей шкив 24 и закрепленной на стойках 25 и 26. В случае применения пневмо- или гидроцилиндра концы ленты соединяются с поршнем или цилиндром. Привод возвратно-поступательного колебательного движения рамки 7 осуществляется от двигателя 28, установленного на ползуне 14 или 15.

Шкив 29 двигателя 28 охватывается лентой 30, концы которой закреплены на рамке 7.

На рамке 7 установлены стойки 31 и 32, к которым прикреплены концы ленты 33, охватывающей шкив 34, расположенный на валу двигателя 35.

Привод возвратно-поступательного перемещения наружной рамки 7 осуществляется с помощью двигателя 36, расположенного на ползуне 21 (или 20). Шкив 37 двигателя 36 охватывается лентой 38, концы которой закреплены на ребрах станины 1 (фиг. 2).

Привод поступательного перемещения стержня 8 с блоком контакта 9 располагается на нижней стороне рамки 6 и состоит из двигателя 39, вал которого соединен, например, с ходовым винтом 40. Стержень 8 выполнен полым, а на конце его закреплена гайка 41 (фиг. 3).

Стержень 8 для обеспечения поступа"0 тельного перемещения относительно рамки 6 расположен в направляющем корпусе 42, имеющем шлицы или шпонку, которая входит в паз на стержне 8 и исключает взаимный поворот стержня 8 относительно корпу-!

5 са 42 и рамки 6.

Блок контакта 9 установлен на конце стержня 8 и может совершать колебательное движение вокруг оси стержня 8.

Привод колебательного движения осуществляется, например, с помощью двига теля, статор 43 которого жестко закреплен на стержне 8, а полый ротор 44 вращается на подшипниках; установленных на стержне 8. Ротор 44 может быть непосредственно связан с блоком контакта 9 или через прор межуточный редуктор, например волновой (фиг. 3).

Ротор 44 имеет один (два, три) свободно вращающийся ролик 45, опирающийся на гибкое звено 46, которое жестко закреплено одним концом на стержне 8, а на другом

30 конце имеет зубчатый венец 47. В месте контакта ролика 45 с гибким звеном 46 оно деформируется и зубчатый венец 47 входит в контакт с зубчатым колесом 48, соединенным корпусом блока контакта 9 и расположенным на стержне 8 с помошью под3 шипников 49.

Привод колебательных движений блока контакта 9 вокруг полуосей 10 и 11, 16 и 17, а также привод возвратно-поступательного движения по направляющим 2 и 3, 4 и 5

40 одновременно обеспечивает перемещение блока контакта 9 в заданном направлении на конечную величину, определяемую конструкцией устройства.

На конце корпуса зубчатого колеса 48 располагается вибрационный механизм, со45 держащий жестко установленный генератор 50 колебаний и колеблющуюся часть, которой может быть весь блок контакта или часть его, которая соединена стержнем 51 с генератором 50 колебаний.

Блок контакта или его часть имеют возможность совершать колебательные движения относительно стержня 8 вдоль его оси за счет установки упругой прослойки 52, окружающей стержень 51, и значительно большей массы стержня 8 со всеми уста новленными на нем узлами по сравнению с колеблющейся частью.

Измерение усилий, развиваемых спортсменом при взаимодействии с блоком кон1551388 такта, осуществляется с помощью датчиков 53 — 55, расположенных соответственно на блоке контакта 9 и стержне 3. Измерение параметров взаимодействия человека со станком и определение спектра частот резонансного взаимодействия осуществляется с помощью датчиков 56, например датчиков ускорения, устанавливаемых на биомеханических звеньях спортсмена, непосредственно контактирующих со станком, а обработка информации осуществляется процессором управляющего вычислительного комплекса (УВК). Станина 1 связана с передней стенкой 57, через которую проходит стержень 8 блока контакта 9. Стенка 57 и пол под блоком контакта 9 закрыты упругомягким материалом, например борцовским ковром 58.

В стороне от стенки расположен пульт 59 управления (фиг. 1). На блок-схеме устройства (фиг. 4) представлены спортсмен, блок контакта 9, двигатели привода блока контакта 9 по отдельным степеням свободы

22, 28, 36, ..., 50, датчики 53 — 55 на блоке контакта и датчики 56 на спортсмене, а также блоки, входящие в пульт 59 управления и УВК. К ним относятся блок 60 ввода пакета программ, блок 61 выработки модулированного управления, вычисления и сравнения, согласующий Х -модулятор 62, модулятор 63 согласования работы двигателей, блок 64 модулированного управления двигателя, усилители 65 сигналов датчиков, блок 66 обработки памяти сигналов от датчиков, блок 67 модулированного согласования каналов электростимуляции, блок 68 электростимуляции и блок 69 отображения и фиксации информации.

В ряде случаев удобно использовать гидродвигатели (гидроцилиндры и гидромоторы), способные при малых размерах передавать большую энергию за короткое время. Гидропривод обладает высоким быстродействием, что способствует точной реализации сложных двигательных законов, необходимых для реализации заданных алгоритмов управления.

Устройство работает следующим образом.

Пример !. Устанавливается программа измерений и режим настройки станка, диапазон изменения частоты и амплитуда движения блока контакта 9 по главной степени свободы. Определяется последовательность включения и число дополнительных степеней свободы.

Включают генератор 50, сообщая головной части блока контакта 9 вибрационное движение по главной степени свободы, начиная с минимальной частоты. Человек входит в контакт с блоком контакта, контролируемым биомеханическим звеном, на котором предварительно установлены датчики 53 — 55, ориентированные по выбранным степеням свободы.

Повышают частоту работы генератора

50 и следят за показаниями сигналов с датчиков 53 — 55. Резонансный режим определяется максимумом величины ускорения (перемещения), эта величина регистрирует.ся. Вводится дополнительная степень свободы на минимальной частоте ускорения блока контакта 9 и опять регистрируют показания с датчиков 53 — 55, но уже как по главной, так и по дополнительной сте10 пени свободы.

Регулируют частоту движения по дополнительной степени свободь и, при необходимости, по главной, добиваясь резонансного взаимодействия при одновременном

16 воздействии по двум степеням свободы.

Регистрируют значения амплитуды ускорения с датчиков 53 — 55.

Включают движение по третьей, затем по четвертой и так далее степеням свободы, каждый раз измеряя исходное значение

20 параметров движения, и затем значение параметров колебаний после настройки резонансного режима.

Сравнивают результаты параметров взаимодействия при движении только по глав25 ной степени свободы с параметрами движения при включении движения по дополнительным степеням свободы без регулировки и после регулировки резонансного режима взаимодействия, по величине этих значений делают вывод о повышении илн снижении

ЗО уровня активности и о ее структуре при различной природе внешнего воздействия, о нелинейном коэффициенте активности по степеням свободы.

Пример 2. Устанавливается программа движения блока контакта 9 с тарированны36 ми скоростями движения и установленной последовательностью включения движения по различным степеням свободы. Спортсмену ставится задача как можно р" íüøå определить направление дополнительного дви4р жения и развить максимальное усилие сопротивления, направленное навстречу движению блока контакта 9. Величины сопротивления и направления движения регистрируются с помощью датчиков 53 — 55, вычисляются времена запаздывания и по этим

46 параметрам определяется структура активности спортсмена при различной структуре поведения внешнего объекта — блока 9.

При тренировке спортсменов устройство работает следующим образом.

На пульте 59 управления переключате51 лями рода работы задается ручной или автоматический режим. При ручном режиме тренер с помощью рукоятки, которая имеет практические все степени свободы, какие имеет блок контакта 9, управляет движением последнего. При этом направление смещения рукоятки задается движение блока контактов в том же направлении. Колебательное и возвратно-поступательное дви1551388

Жение блока контакта Ч включается независимо от его перемещения. При автоматическом режиме в пульт 59 вводится предварительно разработанная программа движения блока контактов, треНер только включает начало цикла и тип

Программы.

Спортсмен может наносить удары по блоку контакта 9, совершакнщего колеба ельные движения от генератора 50, при том фиксируется сила и точность нанесе) ия ударов.

В процессе тренировки спортсмен может

:)ахватывать блок контакта 9 и пытаться

Противодействовать любым его сььещениям.

Величина усилия и противодействия и ремя запаздывания на изменение характера движения фиксируется датчиками 53— ,t5, сигнал с которых усиливается, обрабаывается и индицируется на табло пульта

9 для срочной информации и может запи1 ываться для последующего анализа.

Работа механизма биомеханического танка происходит следующим образом.

Тренер на пульте управления выбирает ежим работы и устанавливает их с по Мощью регуляторов и программы, вводимой

) УВК, например, так устанавливается час гота колебаний генератора 50, передающего через стержень 51 и прослойку 52 колебания блоку контакта 9 по главной степени свободы. Аналогично задаются режимы колебаний блока контакта 9 по другим степеням свободы.

Скорости движения, направление и величина смещения блока контакта 9 определяются тренером с помощью поворота

;рукоятки или вносятся предварительно путем записи и ввода программ.

Рассмотрим, например, ручное управление (управление по программе имеет те же исполнительные механизмы, только сигнал их действия проходит через блок считывания программы и блок усиления, а затем аналогичным образом воздействует на исполнительные двигатели) .

При ручном управлении допустим, необходимо повернуть стержень 8 с блоком контакта вокруг одной какой-либо горизонтальной оси, проходящей через полуоси !6 и 17 рамки 7.

Соответствующая скорость и направление поворота рукоятки на пульте управления определяют величину напряжения, подаваемого на двигатель 35, расположенный на рамке 7.

Ротор двигателя 35 вместе с установленным на нем шкивом 34 начинает поворачиваться в заданном направлении и с соответствующей скоростью.

Перекинутая через шкив 34 лента 33, концы которой закреплены на стойках 31 и 32, установленных на ползуне 20, начинает перекатываться по шкиву 34. При этом

8 величина отрезков ленты 33 между шкивом и соответствуюшей стойкой изменяется, что ведет к подтягиванию шкива 34 вместе с двигателем 35 и рамкой 7 в сторону укора5 чивающегося отрезка ленты 33. Поскольку двигатель 35 расположен на некотором расстоянии от общей оси полуосей 16 и 17, то рамка 7 поворачивается вокруг этой общей горизонтальной оси в подшипниках

18 и 19, расположенных в ползунах 20 и 21.

Вместе с рамкой 7 поворачивается вокруг горизонтальной оси внутренняя рамка (стол) 6, а вместе с ним поворачивается и стержень 8 с блоком контакта 9.

Колебательное движение рамки 7 и вместе с ней блока контакта 9 осуществляется независимо от перемещения с помощью переключения двигателя на обратное вращение, осуществляемое устройством, расположенным на пульте 59.

Поворот рамки 6 вокруг вертикальной оси полуосей 10 и 11 в подшипниках 12 и 13 ползунов 14 и 15 и колебательное движение осуществляеттся аналогично с помощью двигателя 22 и редуктора 23 со шкивом 24, охваченным лентой 27, растянутой между р стоек.

Поступательное смещение рукоятки управления вызывает поступательное перемещение блока контакта 9. Рассмотрим, например, горизонтальное перемещение блока контактов.

ЗО Перемещение вправо — влево осуществляется соответствующим перемещением рукоятки. При этом подается сигнал на двигатель 28, установленный на ползуне 14.

Шкив 29 двигателя 28 начинает поворачиваться, перекатываясь по натянутой между

35 противоположными ребрами рамки 7 ленте 30. Это ведет к перемещению ползуна 14 по направляющей 2 рамки 7. Вместе с ползуном 14 перемещается подшипник 12, полуось 10 стола 6, сам стол 6, полуось 11, 4О подшипник 13 и ползун 15 по направляющей 3. Вместе со столом 6 перемещается и блок контакта 9.

Движение вперед — назад также осуществляется соответствующим смещением рукоятки на пульте 59 управления. При этом

45 включается двигатель 39, который приводит во вращение ходовой винт 40, гайка которого закреплена на стержне 8.

Вращение винта 40 вызывает поступательное перемещение по нему гайки 41, а вместе с ней стержня 8 с блоком контакта 9.

Вращение блока контакта 9 вокруг оси стержня 8 осуществляется с помощью двигателя, статор 43 которого закреплен на стержне 8, а полый ротор 44 вращается на подшипниках, установленных на стержне 8.

Двигатель может быть конструктивно объединен с редуктором, например волновым, который при малых габаритах имеет

1551388 большой коэффициент редукции. Редуктор содержит эксцентрично установленные на роторе 44 ролики 45, которые катятся по гибкому цилиндру 46. Один конец цилиндра 46 жестко закреплен на стержне 8, а на втором конце выполнен наружный зубчатый венец 47. Над последним расположен внутренний венец, который на подшипниках 49 установлен с возможностью вращения на стержне 8.

При недеформированном цилиндре 46 зубчатый венец 47 не зацепляется с колесом 48. Если же ролик 45 деформирует цилиндр 46, то венцы входят в местное зацепление и при вращении ротора 44, вследствие разности числа зубьев на венцах, за каждый оборот ротора 44 зубчатый венец поворачивается на некоторый угол вокруг оси стержня 8. Изменение направления движения вращения ротора 44 изменяет и направление поворота корпуса венца.

Вместе с венцом поворачивается установленный на нем генератор 50 колебаний и соответственно блок контакта 9.

Работу устройства в автоматизированном режиме проследим на примере измерения модулированной и вынужденной активности биомеханических цепей спортсмена.

Оператор, производящий измерение, вводит выбранную программу измерения в блок памяти 60 и объясняет спортсмену его действия. Существо бивыиужденной активноти состоит в задействовании сначала одноканального возбуждения с помощью последовательного включения двигателей приводов по степеням свободы, добиваясь после каждого дополнительного включения устойчивого режима взаимодействия со станком.

Затем подключают второй канал вынуждающего воздействия на спортсмена с помощью блока модулированной электростимуляции, добиваясь после включения каждого из каналов электростимуляции устойчивых режимов бивынужденных взаимодействий спортсмена со станком. Затем подключают второй канал вынуждающего действия на спортсмена с помощью блока модулированной электростимуляции, добиваясь после включения каждого из каналов электростимуляции устойчивых режимов бивыиужденного взаимодействия спортсмена со станком.

Рассчитывая и реализуя с помощью согласующего модулятора работу первого и второго каналов воздействия, добиваются устойчивого максимального бивынужденного, в том числе резонансного, эффекта взаимодействия человека со станком, данные о котором через датчики и усилители, поступая в блок обработки, позволяют измерять величины и параметры модулированной бивынужденной активности спортсмена. Из блока 60 ввода пакета программ передается

55 щие исполнительные движения. При этом широкая вариативность задания направления, скоростей перемещения блока контакта выделяемых энергии и мощности, вырабатывает у спортсмена чувство соперника или среды, т. е. реакцию на любые изменения движения блока контакта, т. е. соперника или среды. Такая тренировка расширяет адаптационные свойства биомеханического аппарата спортсмена. Спортсмен получает возможность наносить удары, воспринимать нагрузку, создавать противодействие в любой момент времени и из любого положения.

Особенно важно, что спортсмен должен реализовать различную структуру противодействия движению блока контакта 9, включая медленные статические усилия и импульсные ударные и удароподобные движения.

Сочетания этих движений и их взаимные переходы оказывают интенсивное адаптирующее действие на спортсмена. в блок 62 информация о критериях для сравнения, а в блок 61 информация, необходимая для выработки управлений о получении бивынужденных режимов воздействия спортсмена со станком, которые необходимо измерять. Согласующий модулятор 62 организует согласованную работу двигателей и блока 67 согласования каналов электростимуляции. Модулятор 63 согласования ра.® боты двигателей подает модулированные и согласованные сигналы на блок 64, осуществляющий управление двигателями приводов по каждой степени свободы блока контактов 9.

В режиме двухканального бивынужден15 ного взаимодействия спортсмена со станком одновременно с непосредственным двигательным воздействием через модулированно подвижный блок контакта 9 на активные звенья спортсмена подают согласованные в блоке 62 и сформированные в блоке 67 сигналы электростимуляции.

Таким образом, спортсмен приводится в состояние бивынужденной (по двигательному и электростимуляционному каналам) активности, -которая измеряется с помощью

25 датчиков 53 — 56, усилителей 65, блока 66 обработки и памяти. Из блока 66 информация передается в блок 61 для вычисления, сравнения и реализации подстройки станка для осуществления устойчивости, а, значит, и точности измерения достигнутого уровня модулированной бивынужденной биомеханической активности спртсмена.

Подстройка станка по программе (самонастройка), осуществляемая с помощью блока 61, минимизирующая различные флуктуации (паразитные), обеспечивает существенное повышение точности измерения полезных сигналов.

Спортсмен, взаимодействуя с блоком контакта 9, вырабатывает в своем биомеханическом аппарате структуры, реализую1551388

Имеется возможность измерения параметров взаимодействия спортсмена со станком (бивынужденной структурной активности), открывается новая методическая возможность в точном дозировании направленной тренировочной нагрузки, в своевременном качественном отборе спортсменов к соревнованиям и ориентировании начинающих спортсменов для специализации в соответствующем их природе виде спорта.

Формула изобретения

l. Устройство для тренировки спортсменов, содержащее станину с направляющими несущую шарнирно смонтированные взаимно перпендикулярно внутреннюю и внешнюю рамки, стержень с блоком контакта для спортсмена, установленный во внутренней рамке перпендикулярно ее плоскости с воз1 можностью возвратно-поступательного перемещения, генератор механических импульсов, пульт управления, включающий управляющий вычислительный комплекс и органы управления, настройки и средства индикации параметров, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности тренировки, оно снабжено приводами возвратнопоступательного и колебательного движений стержня, внешней и внутренней рамок, при этом оси внешней и внутренней рамок смонтированы в ползунах, установленных с возможностью перемещения по направляющим станины и внешней рамке соответственно, ползуны и стержень кинематически связаны с приводами возвратно-поступательного движения, рамки кинематически связаны приводами колебательного движения относительно соответствующих ползунов, а привод колебательного движения стержня вокруг продольной его оси установлен на самом стержне.

2. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что генератор механических импульсов блока контакта установлен непосредственно на стержне.

1551388

1551388

Составитель Г. Царапов

Редактор Н. Бобкова Техред И. Верее Корректор В. Гирняк

Заказ 291 Тираж 349 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, !01