Способ формирования пространственных траекторий движений звеньев тела спортсмена

 

Сущность изобретения: траекторию перемещения биозвеньев тела спортсмена сравнивают с заданной и в случае расхождения производят коррекцию. 2 ил. ел с венными траекториями движений частей тела спортсменов и спортивных снарядов, для достижения высоких спортивных результатов более важны не абсолютные силовые показатели спортсменов, которые у спортсменов высокого класса обычно достигают больших величин, а определенная ориентация усилий спортсменов в пространстве и . во времени. В каждом конкретном случае, обусловленном биомеханической целесообразностью движения, скоростно-силовыми характеристиками спортсмена и его антропометрическими данными, спортсмен должен прикладывать определенное усилие к XI ю ел 00 о СП со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (фЯДД(Я ЦЯ

ЩИН120- !

ЯКАЯ."ИТЕРА

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4817815/12 (22) 23.04.90 (46) 15,02.93. Бюл. ¹ 6 (71) Брянский институт транспортного машиностроения (72) Г.А.Крючков, И.П,Ратов, Е.С.Бойко, В.В,Коряжкин, В,С.Бондаренко и А.Д.Самотесов (73) Малое предприятие "Полиформ" (56) Ратов И.П. Исследование спортивных движений и возможностей управления изменением их характеристик. Докторская диссертация. M.: 1972.

Баванин В.Ф. Экспериментальное основание средств и методов силовой и скоростно-силовой подготовки высококвалифицированных метателей. Канд. дис., М„

1972.

Авторское свидетельство СССР

¹869781,,кл. А 63 В 23/02, 1981, Авторское свидетельство СССР

¹390813,,кл. А 63 В 23/02, 1973.

Борматов M. Цветосинтезатор. — Радио, 1982, ¹ 11, с. 49.

Изобретение относится к области тренировки спортсменов для обучения и совершенствования в сложно-координационных упражнениях, например, спортивных метаниях, в которых требуется выполнение человеком движений по сложной пространственной траектории, При решении задачи вывода спортсмена на более высокий результат требуется выполнение им совершенно определенной системы движений по определенной траектории в пространстве, В большинстве спортивных упражнений и, в частности, в спортивных метаниях, характеризующихся сложными пространст„„Я2„„1795895 А3 (я)5 А 63 В 21/00 (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПPQСТРАНСТВЕННЫХ ТРАЕКТОРИЙ ДВИЖЕНИЙ ЗВЕНЬЕВ ТЕЛА СПОРТСМЕНА (57) Сущность изобретения. траекторию перемещения биозвеньев тела спортсмена сравнивают с заданной и в случае расхождения производят коррекцию. 2 ил. венными траекториями движений частей тела спортсменов и спортивных снарядов, для достижения высоких спортивных результатов более важны не абсолютные силовые показатели спортсменов, которые у спортсменов высокого класса обычно достигают больших величин, а определенная ориентация усилий спортсменов в пространстве и во времени.

В каждом конкретном случае, обусловленном биомеханической целесообразностью движения, скоростно-силовыми характеристиками спортсмена и его антропометрическими данными, спортсмен должен прикладывать определенное усилие к

1795895 снаряду под различными углами к осям пространства, направляя его по сложной пространственной траектории.

В теории и практике спортивной тренировки известен способ развития двигательных навыков и качеств спортсменов, где используется специальное оборудование, позволяющее организовать через нагружающее устройство силовое взаимодействие со спортсменом и определенным способом ориентировать развертывание усилия спортсмена в пространстве, Известно устройство для тренировки спортсменов, содержащее механизм на- гружения, состоящий из укрепленного на стойках вала с установленной на нем крестовиной с грузом и дисками разных диаметров. Спор смен, выполняя бросковые .движения через рукоятку и трос, раскручивает вал вместе с грузами и дисками, пре- 20 одолевая силу их инерции.

В данном устройстве спортсмен самостоятельно ориентирует направление вектора своих усилий в пространстве, что приводит к большому количеству техниче- 25 ских погрешностей и ошибок в траектории движения и попадание звеньев его тела на оптимальную и ро стра нствен ную траекторию маловероятно.

При использовании спортсменом уст- З0 ройства для тренировки, содержащего замкнутый контур регулирования из последовательно соединенных блоков измерения торможения, блока программ, блока управления и управляемого тормозного механиэ- 5 ма, связанного с элементом сопротивления, спортсмен, выполняя бросковое усилие, через рукоятку и трос раскручивает диск вместе с валом, преодолевая силу магнитного сцепления диска электромагнита. 40

При этом способе тренировки осуществляется управление во времени только величиной нагрузки на спортсмена, ориентация усилий спортсмена в пространстве не фиксируется и также не формируется требу- 45 емая пространственная траектория.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является способ формирования пространственных движений, реализуемый тренажером, в ко- 50 тором имеется определенная механическая направляющая, формирующая жестко заданную траекторию движения, например, прямолинейную по направляющей трубе.

Недостатком известного способа яв- 55 ляется: жесткая ориентация усилий спортсменов, позволяющая формировать одноплоскостные траектории движений, что находится в противоречии с необходимостью в условиях реального спортивного движения в каждый определенный момент времени ориентировать усилие спортсмена по сложной траектории в трех плоскостях пространства. Причем реальная траектория движения зависит от антропометрических данных спортсмена, уровня развития силовых качеств и биомеханической эффективности движения. . Практически невозможно формировать изменяемые сложные пространственные траектории эа счет использования жестких механических конструкций, подобных укаэанным выше.

Таким образом, рассмотренные выше способы формирования пространственных движений спортсменов при выполнении ими спортивных упражнений не обеспечиBGloT воэмо>кность построения необходимых пространственных траекторий движений, что значительно снижает их эффективность при обучении спортсменов и совершенствования их техники.

Целью изобретения является повышение эффективности тренировки спортсменов.

Указанная цель достигается тем, что с учетом антропометрических данных спортсмена, эффективных биомеханических характеристик движения, уровня развития силовых качеств, заранее задается пространственными координатами необходимая траектория движения звеньев тела спортсмена, например, кисти руки, а в процессе выполнения движения определяют реальные пространственные координаты звеньев тела и, в случае их расхождения с заданными, выполняют торможение нагружающего устройства до тех пор, пока спортсмен не выполнит перемещение звеньев тела на заданную траекторию.

Осуществление заявляемого способа реализуется с помощью устройства для тренировки спортсменов, представленного на фиг. 1.

Устройство для тренировки спортсменов состоит из управляемого нагружающего устройства 1 с расположенным ча нем тормозным механизмом 2 и датчиком 3 перемещения вытяжного троса 7 по длине I. Для вытягивания троса служит рукоятка 8. Этот датчик, а также два датчика 4 угловых перемещений (у, pz) троса 7 относительно плоскостей пространства YOZv XOZ, позволяющие определять положение рукояткй 8 в пространстве, подключены к управляющей

ЭВМ 5, которая через устройство управления 6 включает и выключает тормозной механизм.

В качестве управляющей ЭВМ 5 авторами использовался вычислительный комп1795895 лекс ДВК-2М нэ базе микроЭВМ "Электроника НМС 01100,1", Для авода сигналов с датчиков 3, 4 и для вывода сигналов управления на устройство 6 использовались стандартные для вычислительных машин типа

"Электроника 60", ДВК-2, ДВК-3 модули И2 параллельного обмена.

В качестве нагружающего устройства 1 с тормозным механизмом 2 использовался трехфазный асинхронный электродвига- 10 тель типа А041 с двумя свободными концами вала. С одной стороны на конце вала устанавливается барабан с намотанным на нем вытяжным тросом 7. С другой стороны вала на нем закреплен плоский диск с ка- 15 либрованными отверстиями, расположен" ными вдоль наружного края. При вращении диск перекрывает световой поток фотодиода, оптронной пары; Диск. совместно с оптопарой образует датчик 3. Подсчет коли- 20 чества импульсов, число которых пропорци-онально длине вытянутого с барабана троса

7, производится микроЭВМ.

Принципиальная электрическая схема устройства управления 6 нагружающим ус- 25 тройстаом 1 приведена на фиг, 2.

Электродвигатель М, обмотки которого соединены в "звезду", используемый в качестве нагружающего устройства 1 с тормозным механизмом 2 (фиг. 1), подключен к источнику постоянного напряжения 61. Резисторы RÇ регулируется ток базы, а соответственно ток коллектора транзистора

VT3. Увеличение тока транзистора ЧТЗ приводит к увеличению момента торможения на валу двигателя и, соответственно, к увеличению усилия спортсмейа, прилагаемого к тросу 7 для его вытягивания. Таким образом, резистором ВЗ задается величина тренироаочной нагрузки

При поступлении отуправляющей ЭВМ

5 прямоугольного импульса на установочный вход R триггера 01, последний опрокидывается и на вход преобразователя уровня

D2(+5b — +15Ь) поступает логическая единица, которая через инвертор 03 откроет со-. ставной транзистор VT1 — VT2 (схема

Дармингтона). Протекание коллекторного тока транзистора VT2 через обмотки двигателя М вызовет резкое торможение последнего. Аналогично, подача управляющего сигнала от ЭВМ на вход S триггера 01, вернет последнее в исходное положение, что приведет к запиранию транзистора VT2 и расторможению двигателя M. Элементы D4 . и D5 представляют собой источники стабилизированного напряжения на интегральных ми.кросхемах.

Конструкция датчиков 4 угловых перемещений р1 и р2 приведена на фиг. 1. Дат30

55 чики представляют собой переменные резисторы 14 с поворотным движком, расположенные взаимно перпендикулярно в плоскости ZOY. Корпуса резисторов закреплены неподвижйо, К поворотным движкам резисторов жестко закреплены металлические пластины 9 с продольным пазом 10. С противоположной стороны к пластинам 9 закреплены втулки 11, свободно вращающиеся в цилиндрических направляющих 12.

Резисторы 14 и втулки 11 расположены. на одной оси. Пластины 9 представляют собой дугу окружности. В центре пересечения осей Y u Z жестко закреплена направляющая втулка 13, через отверстие которой вы-. ходит вытяжной трос 7. Трос 7 также проходит через прямоугольное отверстие, образованное взаимно пересекающимйся пазами 10.пластин 9. При смещении вытяжного троса 7 в любом направлении место-. расположение прямоугольного отверстия. изменяется за счет вращения пластин 9 вокруг своих осей. При этом движки резисторов

14 вращаются, меняются их сопротивления и падения напряжения на них.

Изменения падения напряжения на ре- зисторах пропорциональны углам .их поворота. Аналогичные устройства для измерения углов поворота применяются в авиэмоделировании, в пультах управления электронными устройствами, например

"джойстиках" персональных ЭВМ. Напряжения, снимаемые с резисторов 14, подаются в управляющую ЭВМ 5 через аналогово-цифровые преобразователи типа

Ф 7077/2.

Устройство работает следующим образом. В зависимости от вида тренировки (метание копья, толкание ядра и т.д.) антропометрических данных спортсмена, уровня развития его скоростно-силовых качеств, посредством специальной программы в управляющую ЭВМ 5 вводятся данные о необходимой траектории движения двигательного звена спортсмена в виде базы данных ее координат (длина вытягиваемого троса через неподвижную точку и углы его поворота р1 и р в горизонтальной и вертикальной плоскостях пространства.

Совершая имитационное бросковое движение, спортсмен посредством своего усилия вытягивает трос 7 с нагружающего устройства 1. С датчиков 3 и 4 а управляющую ЭВМ 5 поступают данные об измеряемых длине I и углах поворота р1 и р2, которые сравниваются с базой данных заданной траектории движения. Измерение углов пово- .: рота р) и + производятся дискретно при заданной длинен.

1795895

В случае несовпадения реальных углов р< и pz при заданной длине! с требуемыми, в управляющей ЭВМ 5 формируется сигнал, который через устройство управления 6 включает тормозной механизм, исключаю- 5 щий дальнейшее движение двигательного звена спортсмена вперед.

Спортсмен, пытаясь перемещением двигательного звена вытянуть трос, начи- 10 нает искать такое положение рукоятки в пространстве, при котором возможно про-. должение движения звена вперед. Поэтому спортсмен обязательно попадает на заданную траекторию движения его звена, что 15 приводит к выключению тормозного механизма.

При завершении упражнения раздается звуковой сигнал и на дисплей выдаются данные о времени выполнения спортсменом 20 упражнения, определенного с помощью таймера ЭВМ, После ряда последовательных йопыток вытянуть трос у спортсмена вырабатывается заданный стереотип движения двига- 25

Формула изобретения

Способ формирования пространствен- 30 ных траекторий движений звеньев тела спортсмена, заключающийся в том, что спортсмен преодолевает сопротивление нагружающего устройства, перемещая звено тела, например руку, по определенной тра- 35 ектории, отличающийся тем, что заранее задают необходимую пространсттельного звена. а исключив включение тормозного механизма, можно проверить эффективность тренировки, сравнив исходную информацию в базе данных с замеренной в реальном движении.

Использование предлагаемого способа формирования пространственных траекторий движений звеньев тела спортсмена при организации взаимодействия с нагружающими устройствами при тренировке спортсменов обеспечивает, по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

Повышается эффективность тренировочных упражнений за счет вырабатывания оптимальной пространственной траектории движения двигательного звена.

Можно формировать заданные траектории практически любой конфигурации, Посредством устройства, реализующий данный способ формирования пространственных:траекторий движений звеньев тела спортсмена, можно определять эффективность тренировок, создавать базу данных длительных тренировок, венную траекторию перемещения звеньев тела спортсмена, а в процессе выполнения реального движения определяют пространствен ные. координаты звеньев тела и, в случае их расхождения с заданными, выполняют торможение нагружающего уст-ройства до тех пор, пока спортсмен не выполнит перемещение звеньев тела на заданную траекторию.

1795895

Составитель Г.Крючков

Редактор В.Трубченко Техред M.Mîðãåíòàë Корректор О.Кравцова

Заказ 438 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101