Тренажер пловца

Тренажер пловца

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (J

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 11.04.79 (21) 2743702/18-24 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 150782. Бюллетень №26 (51) М К э

G 09 В 9/00

В 69/10

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (33) УДК 681.3.071 (088. 8) о

Дата опубликования описания 28. 04. 83

Т.N.Абсалямов, В.M. Ахутин, С.П. Валицкий, В. В. Бажанов, С.N. Вайцеховский, В.Б. Данилов, P.Ê.Ìèõàéëoâ, Н. В.Пригон, Л.И.Татаренко, Г.Н.Пахарьков и Э.М.Кислицын (72) Авторы изобретения

Особое конструкторское бюро биологической и медицинской кибернетики Ленинградского электротехнического института им. В.И.Ульянова (Ленина) (71) Заявитель (54) ТРЕНАЖЕР ПЛОВЦА

Изобретение относится к спортивным тренажерам и касается, в основном, вопросов управления тренировочным процессом подготовки пловцов в условиях спортивного бассейна.

Известны тренажеры, состоящие иэ нагрузочных устройств и кинематических цепей, воспроизводящих структуру движений изучаемого стиля плавания

С1З .

Однако возможности этих тренажеров ограничены. Они преимущественно используются для силовой тренировки на суше или начального обучения технике плавания.

Известен тренажер пловца, состоящий из последовательно соединенных устройства управления режимом лидирования, блока задания режима лидирования и лидирующего устройства, резинового амортизатора, видеоконтрольного устройства, выполненного в виде двух видеокамер, соединенных параллельно, блока визуального контроля и блока регистрации . При этом резиновый амортизатор укреплен одним концом к поясу на теле пловца, а другим через динамометр — к торцовой стороне бассейна, кроме того; измерительный ,выход динамометра,датчик ускорения, измеритель скорости пловца и вйдеоконтрольное устройство подсоединены к блоку визуального контроля и блоку регистрации. Этот тренажер позволяет совершенствовать технику спортивного1 плавания, способствует развитию специальной выносливости, силы, скорости, темпа и ритма движений. Принций работы тренажера состоит в том, что пловец с установленным "на стопе" резиновым амортизатором, выполняет плавательные движения с заданной частотой и силой согласно блоку задания режима лидирования и лидирующего уст15 ройства. При этом в устройстве предусмотрена цепь коррекции режима лидирования, состоящая из измерительных приборов (измерителя, скорости, пловца, динамометра, датчика ускорения и видеоконтрольного устройства), блока визуального контроля и устройства управления режимом лидирования. Тренер-преподаватель имеет постоянную воэможность контролировать движения

25 спортсмена и изменять по своему усмотрению режим лидирования t2).

Недостатками этого устройства яв ° ляются наличие резинового амортизатора, ограничивающего диапазон движений, выполняемых спортсменом, а так943810 же отсутствие количественной оценки, качества выполняемого движения, «оррекцчя режима лидирования производится по субъективным оценкам тренерапреподавателя, что снижает качество тренировочного процесса. 5

Наиболее близким к изобретению является тренажер пловца, содержащий последовательно соединенные измеритель скорост.> плавания, пульт оператора, выполненный в виде блока индикации„ дополнительного блока управления и блока управления„ блок задания режимов лидирования и формирователь заданной скорости плавания, блок регистрации, вычислитель, блок визу-, ального контроля тренажа, блок измерителей прохождения дистанции, блоки измерителей стартовых усилий и усилий поворота. Блок визуального контроля тренажа выполнен в виде цепочки узлов воспроизведения информации, 20 узла синхронизации, коммутатора и узла контроля сигналов поворота. Блок измерителей прохождения дистанции содержит измеритель сигналов прохождения створа, датчик касания и формиро- 25 ватель стартовых сигналов. При этом вычислитель подключен к блокам задания режимов лидирования, инцикации и регистрации, дополнительному блоку управления, блоку визуального кон- () троля тренажа, датчику касания и измерителям скорости плавания, сигналов прохождения створа и стартовых усилий, формирователь стартовых сигналов соединен с дополнительным блоком уп- З равления, подключенным K блоку визуального контроля тренажа, измеритель сигналов прохождения створа и датчик касания подключены к блоку визуального контроля тренажа, содержащему

4О узел синхронизации, подключенный к узлам воспроизведения информации и контроля сигналов поворота, которые соединены с коммутатором, узел контроля сигналов поворота содержит три элемента воспроизведения информации, расположенных по ортогональным осям координат, узел воспроизведения ин-, формации содержит видеокамеру, оптически связанную через обтюратор с узлом синхронизации, подключенным к 50 видеокамере. Подобное выполнение тренажера пловцов позволяет в г.роцессе плавания регистрировать биомеханические параметры движения пловца и по ним находить энергозатраты. Данные об энергозатратах служат основой для коррекции режима лидирования, т.е. лидирование осуществляется по минимуму энергозатрат ГЗJ.

Однако "моторные" энергозатраты не60 отражают всех энергозатрат, эатрачиваеМых пловцом при выполнении упражнений. В связи с этим коррекция процесса лидирования только по биомеханическим затратам не совсем адекватна сути происходящих процессов. Oco бенно неудовлетворительно начинает она сказываться в процессе длительной тренировки. В результате адаптации организма к выполняемой работе и высоким волевым качествам спортсмен может сохранять высокую работоспособность, хотя стоимость ее (ббщий расход энергии и нервное напряжение) становится значительно выше, чем в оптимальном состоянии. Эта .способность противостоять развивающемуся утомлению часто определяет успех в спортивных достижениях, но она вредна при проведении тренировочного процесса.

Целью изобретения является повышение точности устройства за счет оценки общих энергозатрат по физиологическим параметрам пловца и коррекции процесса лидирования.

Указанная цель достигается тем, -что в устройство, содержащее последовательно включенные пульт оператора, вычислитель, блок задания режимов лидирования и формирователь сигналов заданной скорости плавания, измеритель скорости плавания, соединенный с вычислителем,,пультом оператора, блоком регистрации и блоком визуального контроля тренажа, подключенным к блоку регистрации, соединенному с вычислителем, который подключен к измерителю усилий пловца и измерителю сигналов прохождения дистанции, соединенному с блоком визуального контроля тренажа и пультом оператора, подключенным к блоку задания режимов лидирования, введены два блока сравнения, измеритель параметров дыхания и последовательно включенные блок датчиков физиологических параметров, регистратор физиологических параметров, формирователь признаков физиологического параметра и дополнительный вычислитель, подключенный к измерителю параметров дыхания и одному из блоков сравнения, соединенному с основным вычислителем и блоком задания режимов лидирования, формирователь признаков физиологического параметра и измеритель параметров дыхания подключены к пульту оператора, блоку регистрации и основному вычислителю, соединенному через другой блок сравнения с формирователем признаков физиологического параметра, регистратор физиологических параметров подключен к измерителю сигналов прохождения дистанции.

На чертеже приведена структурная схема предложенного устройства.

Схема содержит основной вычислитель 1, блок 2 сравнения, блок 3 задания режимов лидирования, формирователь 4 сигналов заданной скорости плавания, измеритель 5 скорости плавания, измеритель б сигналов

943810 6

Первая подсистема включает в себя измерители 5,6 и 7 и блок 8 визуаль ного контроля тренажа. Все эти устройства могут быть выполнены аналогично прототипу. Однако для определения координат "опорных" точек можно испольэовать иное выполнение блока 8.

Управление режимом лидирования и коррекции по биомеханическим параметрам, как и в прототипе, включает в себя последовательно соединенные измеритель 5, пульт 9, блок 3 и формирователь 4. Коррекция осуществляется за счет оценки энергозатрат движения, рассчитываемых вычислителем 1, согласно координатам "опорных тОчек", регистрируеьь х блоком 8. В связи с этим выход вычислителя 1 связан с входом блока 3. Такое построение тренажера позволяет задавать спортсмену условия тренировки и лидирования его в процессе прохождения дистанции. Блок 3 выполнен в виде информационного табло и может содержать средства экспресс-информации об изменении режима лидирования, например систему радиосвязи. Формирователь 4 представляет собой, например, светолидер или звуколидер, как в прототипе.

Однако коррекция режима .лидирования только по биомеханическим параметрам не позволяет определить какой ценой это достигается, т.е. в системе отсутствует информация об общих

Ьнергозатратах . Кроме того, при длительных тренировках наступает утомлеи системы уравнений, описывающей динамику движения этих звеньев. Входными параметрами такой модели являются координаты "опорных точек" каждого звена, выходными — моменты и силы, возникающие в сочленениях двигательного аппарата пловца. Устройство

45 оценки качества движения вычислительного устройства сопоставляет значения моментов и сил со скоростью движения пловца и на этом основании вырабатывает корректирующий сигнал для изменения режима лидирования. Вычислитель 1 может быть реализован на аналоговых или цифровых элементах.

В последующем случае в качестве вычислителя 1 можно использовать ЭВМ

М-6000. С вычислителем 1 связана система контрольно-измерительных блоков.Эта система блоков подразделяется на две подсистемы — измерителей биомеханических параметров пловца совместно с измерителями прохождения дистанции нейная зависимость между ЧСС и потре и измерителей первичной физиологичес- блением кислорода и мощностью выпо кой информации и параметров дыхания. 65 няемой работы. Другим важным показ, прохождения дистанции, измеритель 7 усилий пловца, блок 8 визуального контроля тренажа, пульт 9 оператора, блок 10 регистрации, блок 11 датчиков физиологических параметров, регистратор 12 физиологических параметров, формирователь 13 признаков физиологического .параметра, дополнительный вычислитель 14, измери.тель 15 параметров дыхания и блок 16 сравнения. t0

Наличие новых элементов и связей позволяет отределить общие энергозатраты по газообмену, т.е. по количеству поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа (по t5 методу непрямой калориметрии). Сопоставление этих общих энергозатрат с энергозатратами, израсходованными на совершение движения пловца, позволяет определить эффективность работы пловца и по этим данным корректировать режим лидирования. Кроме того, наличие блока сравнения (функциони— рования систем регулирования организма) позволяет выявить дискоордина- цию различных функций при утомлении

25 (например, частоту сердечных сокращений и частоту дыхания). Использование этой информации служит дополнительным фактором увеличения эффектив.ности тренировки .

Вычислитель 1 предназначен для автоматической оценки качества движения. В связи с этим, он включает в .себя биомеханическую модель пловца и элементы оценки качества движения.

В качестве биомеханической модели можно, например, использовать модель, согласно которой пловца представляют в виде разветвж:нной кинематической цепи, связывающей соответ-, 40 ствующие двигательные звенья пловца, ние, требующее снижения нагрузки .

Сведения же о биомеханике движения

"скрывает" эти изменения, поскольку высококвалифицированные спортсмены сохраняют высокую работоспособность длительное время. Для решения этих задач в тренажере имеется система, состоящая из последовательно соединенных блока 11, регистратора 12, формирователя 13, вычислителя 14 и блока 2.

Все эти блоки выполнены, в основном, с помощью типовых устройств.

При этом блок 11 совместно с регистратором 12 предназначен для съема и телеметрии, инфоомации, например электрокардиограммы (ЭКГ), пневмограмьы и т.д. В формирователе 13 осуществляется выделение параметров, характеризующих работу отдельных систем регуляции (частоты сердечных сокращений, частоты дыхания и т.д.).

Известно, например, что частота сердечных сокращений (ЧСС) является хорошим показателем текущей работоспособности спортсмена. В широких пределах изменения ЧСС имеется ли943810 телем работоспособности является максимальное потребление кислорода (МПК) . Описанная система позволяет находить эти параметры. Причем параметры дыхания измеряются измерителем 15, который представляет иэ себя устройство, состоящее иэ дыхательной маски с турбинкой и масс-спектрометра, (например типа МХ-6202), соединенного с помощью пневмосистемы с дыхательной маской. Масс-спектрометр 1О позволяет определять газообмен, т.е. поглощение кислорода, выделение углекислого газа, содержание a=-ота. Все эти параметры обеспечивают возможность измерения общих энергозатрат )5 по способу непрямой калориметрии и благодаря этому позволяют грокалибровать занисимость: общие энергозатраты — ЧСС.

Блок 16 предназначен для выя, эления щ утомления. Он определяет дискоординацию различных функций организма (в частности ЧСС и ЧД) и по этому признаку позволяет выявить утомление и скорректировать через вычислитель

1 режим лидирования.

Пульт 9 предназначен для управления работой всего тренажера. Он выполнен как н прототипе.

Работа тренажера пловцов происходит следующим образом, С помощью пульта 9 тренер-преподаватель устанавливает тренировочное задание. Это задание высвечивается на блоке 3, предъявляется cëoðòñìåíó и подготавливает работу формирователя 4. Одновременно с пульта 9 корректируется модель спортсмена, заложенная в вычислитель 1, и в нее вводятся основные параметры, характеризующие индивидуальные биомехани — 4О ческие характеристики спортсмена.

После подготовки устройства и готовности спортсмена тренер запускает формирователь 4 и измеритель 6, спортсмен стартуeò и тренажер начинает 45 работать. Формирователь 4 заставляет спортсмена плыть с заданной скоростью, которая измеряется измерителем 5.

Однонременно все движения спортсмена регистрируются блоком 8. На выходе о блока 8 постоянно присутствует информация о координатах "опорных" точек спортсмена при прохождении всех участков дистанции. Эта информация синхронно, с остальными параметрами (скоростью движения, стартовыми усилиями, усилиями, развиваемыми при повороте) поступает на входы вычислителя 1, отображаются на пульте 9 и регистрируются н блоке

10 . Вычислитель 1 обрабатывает эту информацию согласно заложенной модели или программе, определяет качество движения, вычисляет оптимальный режим лидирования и автоматически его корректирует. 65

Однако эта коррекция не является оптимальной, так как рассмотренный контур коррекции учитывает только

"моторные" энергозатраты и не отражает всех энергозатрат. Поэтому в системе имеется второй контур коррекции по составлению общих энергозатрат с "моторными". При этом об å энергозатраты определяются косненно по физиологическим параметрам организма (частоте сердечных сокращений и параметрам дыхания) . Причем информация о ЧСС поступает непрерывно с момента старта спортсмена с помощью телеметрии электрокардиограммы, а информация о параметрах дыхания дискретно, после проплыва дистанции.

Параметры дыхания измеряют с помощью измерителя 15, который позволяет измерить все наиболее важные характеристики дыхания и по ним определить методом непрямой калориметрии общие энергозатраты и прокалибровать за— висимость: ЧСС вЂ” общие энергоэатраты. В результате при дальнейшей работе тренажера н системе постоянно присутствует информация об общих энергозатратах, определяемая по ЧСС. Эта информация сравнивается в блоке 2 с

"моторными" энергозатратами и на осноне этого вырабатывается корректи— рующий сигнал, соответствующий опти— мальному режиму лидирования .

Дальнейшая коррекция режима лидиронания возникает при длительной тренировке, когда наступает утомление организма. Этот момент определяется с помощью блока 16 до дискоординации системы регулирования, например рассогласования частот сердечных сокращений и дыхания .

Использование в предлагаемом изобретении новых элементов и связей позволяет повысить эффективность работы и качество тренировочного процесса, что обеспечивается повышенной точностью тренажера.

Формула изобретения

Тренажер пловца, содержащий последовательно включенные пульт оператора, вычислитель, режимов лидиронания и формирователь сигналов заданной скорости плавания, измеритель скорости плавания, соединенный с вычислителем, пультом оператора, блоком регистрации и блоком визуального контроля тренажа, подключенным к блоку регистрации, соединенному с вычислителем;. который подключен к измерителю усилий пловца и измерителю сигналов прохождения дистанции, соединенному с блоком визуального контроля тренажа и пультом оператора, подключенным к блоку задания режимов лидирования, о т

943810

10 9

Составитель Т. Ничипорович

Редактор M.Келемеш Техред Ж.Кастелевич Корректор А.ФеРенд

Заказ 6944 Тираж 472 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 л и ч а ю щ и и с- я тем, что, с целью повышения точности устройства, он содержит два блока сравнения, измеритель параметров дыхания и последовательно включенные блок датчиков физиологических параметров, регистратор физиологических параметров, формирователь признаков физиологического параметра и дополнительный вычислитель, подключенный к измерителю параметров дыхания и одному из блоков сравнения, соединенному с основным вычислителем и блоком эадания режимов лидирования, формирователь признаков физиологического параметра и измеритель параметров дыхания подключены к пульту оператора блоку регистрации и основному вычислителю, соединенному через другой блок сравнения с формирователем признаков физиологического параметра, регистратор физиологических параметров подключен к измерителю сигналов прохождения дистанции.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

1Ф 499879» кл ° A 63 > 69/10 е 1976 ° !

О 2. Иосунов Д;Ф. и Федчин В.М.

Комплексный тренажер для пловца.Сб.: "Науч»ые основы средств обучения и спортивной тренировки". Л °

ГДОИФК. 19 77, с.17.

15 . 3. Авторское свидетельство СССР

-1IO 3BRBKe »» 2683101/18-24, кл.G 09 B 9/00, 1978 (прототип).