ТРЕНАЖЕРЫ И СПОСОБ ТРЕНИРОВКИ Российский патент 2002 года по МПК A63B69/00 A63F9/00 

Изобретение относится к области создания игровых компьютерных тренажеров и может быть использовано для психофизиологического тренинга человека, в частности, для оптимизации поведения человека в стрессовой ситуации.

Известно устройство для тренировки спортсмена, применяемое для индивидуальной и групповой тренировки (SU патент 2142308, А 63 В 69/00, 24/00, 1999). Сущность изобретения заключается в том, что при функционировании устройства осуществляется наблюдение на мониторе телевизора или компьютера реально происходящего или записанного на видеоинформационный носитель спортивного события и одновременно выполняется физическая нагрузка. Уровень физической нагрузки фиксируется датчиками и передается на блоки сравнения, при этом уровень физической нагрузки должен соответствовать конкретной спортивной ситуации, которая кодируется и сравнивается с информацией, поступающей с устройства, на котором спортсмен выполняет физическую нагрузку.

Недостатком известного устройства является сложность его применения для индивидуального использования из-за большого числа конструктивных элементов и невозможность его применения для оптимизации биологических параметров, например, сердечного ритма тренирующегося.

Наиболее близким аналогом изобретения является спортивный тренажер (SU, авторское свидетельство 971372, А 63 В 69/00, 1982). Тренажер содержит блок преобразования сигнала с датчиков кинезометрических параметров, преобразователь информации с блока датчиков биоинформации и блоки ввода информации, считывания информации и отображения информации (цветной дисплей). В указанном патенте описан способ тренировки, при котором перед началом игры размещают датчики биологических параметров на теле человека (тренирующегося), пользователь тренажера выбирает вид игры соревновательного характера, хранящейся в памяти вычислителя в виде одной из программ, затем осуществляет включение тренажера посредством электрического сигнала, поступающего с кинезометрического датчика. Управление игрой пользователь тренажера осуществляет с помощью датчиков кинезометрических параметров, выполняющих роль манипулятора, а также и за счет датчиков биологических параметров. Способ тренировки, включающий размещение до начала игры датчиков биологических параметров на теле человека, а затем проведение игры, основан на формировании технической обратной связи, которая формируется в вычислителе на основе оценки движения соревнующихся, при этом при превышении величины биологического параметра выше заданного порога допустимых биологических параметров происходит выключение игры. Известный тренажер применяют для проведения тренировок между группой тренирующихся спортсменов.

Недостатком известного тренажера является невозможность его использования для тренировки (оптимизации) пользователем своих биологических (физиологических) параметров в стрессовой ситуации.

Техническим результатом изобретения является обучение приемам саморегуляции биологических параметров путем контроля своих эмоций, профилактики стрессзависимых состояний и обеспечение отображения динамики состояния биологических параметров в процессе игры.

Технический результат достигается тем, что в тренажере по первому варианту, содержащем компьютер с игровым программным обеспечением, устройством ввода информации, манипулятором, средством отображения, датчиком биологических параметров с фиксирующим приспособлением, датчик биологических параметров выполнен в виде датчика пульса с электронным блоком для преобразования биологического сигнала в электрический, включающим усилитель сигнала, формирователь импульсов, автономный источник питания, индикатор работы датчика, индикатор работы источника питания, источник излучений и приемник излучений, при этом источник излучения выполнен в виде инфракрасного светодиода, а приемник излучения - в виде фототранзистора.

Кроме того, согласно изобретению источник и приемник излучений расположены внутри корпуса датчика, а фиксирующее приспособление выполнено в виде липучки, расположенной на внешней стороне корпуса датчика.

Кроме того, согласно изобретению источник и приемник излучения размещены в фиксирующем приспособлении, а фиксирующее приспособление выполнено в виде клипсы, расположенной вне корпуса датчика и связанной с корпусом датчика посредством электрической связи.

В тренажере по второму варианту технический результат достигается тем, что в тренажере, содержащем компьютер с игровым программным обеспечением, устройством ввода информации, средством отображения информации, датчиком биологических параметров с фиксирующим приспособлением, датчик биологических параметров выполнен в виде датчика температуры, содержащего электронный блок преобразования температуры в электрический сигнал управления компьютерной игрой, включающий усилитель сигнала, формирователь импульсов, автономный источник питания, индикатор работы датчика, индикатор работы источника питания и терморезистор с фиксирующим приспособлением для закрепления его на одном из пальцев руки пользователя, при этом он содержит опто-изолятор для связи датчика температуры с системным блоком компьютера, устройство ввода информации, манипулятор и средство отображения информации.

В способе тренировки, включающем размещение датчика биологических параметров на теле человека до начала игры и проведение компьютерной игры, технический результат достигается тем, что используют заданный игровой сюжет, а в качестве датчика биологических параметров используют датчик пульса или датчик температуры, который размещают на одном из пальцев руки человека, при этом управление игрой осуществляют сердечным ритмом или температурой человека, причем положительный результат игры достигают путем выработки человеком состояния спокойствия в стрессовой ситуации, моделируемой игрой.

Изобретение поясняется на чертежах, где:
на фиг.1 представлена блок-схема тренажера (первый вариант);
на фиг.2 - вид А;
на фиг.3 - рабочая поверхность датчика пульса;
на фиг.4 - датчик пульса в рабочем положении;
на фиг.5 - блок-схема первого варианта тренажера;
на фиг.6 - вид В;
на фиг.7 - блок-схема второго варианта тренажера;
на фиг.8 - вид Г.

Сущность изобретения.

Настоящее изобретение представляет собой группу изобретений: варианты конструктивного выполнения тренажера и способ тренировки. Первый вариант конструктивного выполнения тренажера (см. фиг.1) содержит датчик пульса с фиксирующим приспособлением. Датчик пульса имеет в свою очередь два варианта конструктивного выполнения. На фиг.1 представлен один вариант датчика пульса 1, внутри корпуса 2 которого размещен электронный блок для преобразования биологического сигнала в электрический, который управляет игрой. Электронный блок включает в себя усилитель сигнала 3, формирователь импульсов 4, автономный источник питания 5, индикатор работы датчика 6, индикатор работы источника питания 7, источник излучений и приемник излучений (на чертеже не показаны). Источник излучения выполнен в виде инфракрасного светодиода, а приемник излучения выполнен в виде фототранзистора, причем на одной стороне (рабочей) корпуса датчика выполнены два отверстия 8, 9, а источник излучения и приемник излучения расположены внутри корпуса датчика рядом с отверстиями. При этом фиксирующее приспособление 10 размещено на внешней (рабочей) стороне корпуса датчика рядом с отверстиями и выполнено, например, в виде липучки для фиксации кончика пальца на поверхности корпуса датчика в месте расположения отверстий (фиг.3). Тренажер содержит также опто-изолятор (гальваническую развязку) 11, связывающую датчик пульса с системным блоком компьютера 12, устройство ввода информации 13, манипулятор 14 и средство отображения информации 15, выполненное, например, в виде дисплея. На фиг.5 представлена блок-схема первого варианта тренажера с другим конструктивным выполнением датчика пульса. В этом варианте выполнения датчика пульса фиксирующее приспособление 16 выполнено в виде клипсы (см. фиг.6) для установки ее на мочке уха пользователя (тренирующегося), а источник излучения и приемник излучения размещены внутри клипсы (на чертеже не показаны), при этом электронный блок преобразования биологического параметра - частоты сердечных сокращений в электрический сигнал управления компьютерной игрой расположен в отдельном корпусе, в котором также размещен усилитель сигнала 17, формирователь импульсов 18, автономный источник питания 19, индикатор его работы 20 и индикатор работы датчика 21, указывающий, что датчик пульса подсоединен правильно, т.е. обеспечен контакт пользователя с датчиком. Указанный вариант датчика пульса, как было описано выше, также подсоединен посредством опто-изолятора 22 к системному блоку компьютера 23, с которым связаны устройство ввода информации 24, манипулятор 25 и средство отображения информации 26.

Второй вариант выполнения тренажера (см. фиг. 7) содержит датчик измерения биологического параметра, выполненный в виде датчика температуры, внутри корпуса которого размещен электронный блок преобразования температуры в электрический сигнал управления компьютерной игрой, включающий усилитель сигнала 27, формирователь импульсов 28, автономный источник питания 29, индикатор работы датчика 30, индикатор работы источника питания 31, терморезистор 24 с фиксирующим приспособлением для закрепления его на одном из пальцев руки пользователя, расположенный вне корпуса датчика и связанный с корпусом посредством электрической связи 33. При этом тренажер по второму варианту также содержит опто-изолятор (гальваническую развязку) 34, связывающую датчик температуры с системным блоком компьютера 35, устройство ввода информации 36, манипулятор 37 и средство отображения информации 38, выполненное, например, в виде дисплея.

Способ тренировки включает обеспечение контакта датчика биологического параметра с одним из пальцев руки (левой или правой) пользователя до начала игры, при этом в качестве датчика биологического параметра используют датчик пульса или датчик температуры, а затем осуществляют проведение компьютерной игры заданного сюжетного характера, преимущественно соревновательного, причем управление игрой осуществляют сердечным ритмом или температурой пользователя. Положительный результат игры достигают путем выработки пользователем состояния спокойствия (нормализацией биологических параметров: сердечного ритма, температуры).

Изобретение реализуют следующим образом.

Для осуществления тренировки используют специально разработанные игровые сюжеты с различной степенью сложности.

В случае использования первого или второго варианта тренажера перед началом осуществления сеанса игрового тренинга пользователь обеспечивает контакт мочки уха или одного из пальцев руки, например, с датчиком пульса или датчиком температуры. Для этого необходимо разместить подушечку преимущественно указательного или среднего пальца на стороне корпуса датчика пульса в месте расположения отверстий, фиксируя палец с помощью фиксирующего приспособления, например, липучки (см. фиг.4). В случае использования датчика температуры его также фиксируют на пальце тренирующегося. При обеспечении контакта датчика биологических параметров с пальцем руки пользователя индикатор датчика биологических параметров отображает равномерно мигающий сигнал. При другом конструктивном выполнении датчика пульса, его закрепляют на мочке уха. Затем пользователь из набора заданных игровых сюжетов с разным уровнем сложности осуществляет выбор игры, в частности, тип соревнований, место его проведения. Одним из игровых сюжетов может быть выбрана игра, например, имитация соревнований по подводному погружению и поиску сокровищ, называемая "ВИРА!", где соревнуются два водолаза. Пользователь (тренирующийся) управляет одним из них, соперником управляет компьютер, задача тренирующегося - опередить соперника. В случае использования тренажера, в котором датчиком регистрации биологического параметра является датчик пульса, управляющим сигналом является сердечный ритм пользователя, который определяет скорость погружения водолаза. В этом случае скорость водолаза обратно пропорциональна частоте сердечных сокращений тренирующегося (т.е. прямо пропорциональна длительности кардиоинтервала). Если используют для тренировки второй вариант тренажера, в котором датчиком регистрации биологического параметра является датчик температуры и используется сигнал температуры, скорость перемещения водолаза прямо пропорциональна температуре кожи. Игра состоит из шести этапов, т.е. шести последовательных погружений с нарастающей степенью сложности. Скорость соперника на каждом уровне определенным образом задается. В случае проигрыша тренирующийся вновь попадает на первый уровень. Длительность одного погружения задают, и она составляет от 2 до 6 мин в зависимости от значений сердечного ритма тренирующегося и выбранной глубины погружения. Длительность одного сеанса тренинга составляет обычно 15-30 мин, но не более получаса, чтобы не допустить усталости. Курс тренинга в зависимости от психофизиологических особенностей, типа поведения тренирующегося составляет от 5 до 20 сеансов.

Выиграть игру (соревнование) или добиться положительного (созидательного) развития сюжета пользователь (тренирующийся) может только научившись управлять отдельными вегетативными функциями, используя методики релаксации в сочетании с высокой степенью контроля сознания и наблюдением за динамикой показателей на экране монитора. Преодолевая трудности, связанные с необходимостью поддерживать состояние спокойствия в условиях психоэмоциональной нагрузки, тренирующийся учится сохранять спокойствие в стрессовой ситуации игры, не впадая в панику, в состояние аффекта, и таким образом у него вырабатывается (создается) модель эффективного поведения - система навыков конструктивного разрешения подобных ситуаций, препятствующая развитию стрессиндуцированных состояний и их последствий.

Тренажеры можно использовать для тренировки уровня концентрации внимания у детей с нарушениями концентрации внимания и гиперактивностью и для тренировки водителей автомобилей путем снижения склонности к сонливости в дневное время и повышения уровня концентрации распределенного внимания путем использования более сложного специально разработанного игрового сюжета, например, игру "Ралли", сюжетом которой является имитация шоссейных гонок двух автомобилей. В дополнение к традиционному сюжету игру усложняют внезапным появлением камней на дороге, что требует от тренирующегося постоянного поддержания высокого уровня концентрации внимания. Для положительного развития игрового сюжета (выигрыша) тренирующемуся (игроку) необходимо управлять скоростью автомобиля посредством нормализации физиологических параметров (сердечного ритма, температуры), а также с помощью устройства ввода информации, убирать препятствия (камни с дороги). Данный способ тренировки позволяет повысить скорость реакции человека при сохранении состояния спокойствия (которое обеспечивает выигрыш в гонках), а также снизить риск засыпания водителей за рулем.

В случае, если игроком является ребенок с нарушением уровня концентрации внимания или человек, перенесший тяжелое заболевание, например, инфаркт миокарда, при осуществлении способа тренировки пользователь выбирает игру "Магические кубики" с упрощенной методикой достижения результата. Сюжет игры заключается в том, что ВОЛШЕБНИК-тренирующийся управляет строительством башни. В этом случае положительный результат игры пользователь достигает также путем выработки состояния спокойствия, нормализуя сердечный ритм.

В связи с различными изменениями психоэмоциональных, физиологических состояний тренирующийся из набора предлагаемых предварительно разработанных игр перед началом осуществления способа тренировки использует наиболее подходящую к его случаю, так как набор игр различается по степени выраженности психоэмоциональной нагрузки.

Использование изобретения позволяет в процессе игры обучить пользователя тренажером (первый и второй варианты) навыкам саморегуляции своего психоэмоционального состояния, немедленно узнавая о результатах своих попыток.

Настоящее изобретение можно применять в качестве игрового тренажера в домашних условиях, в лечебно-оздоровительных учреждениях, в спортивно-оздоровительных комплексах, а также в системе образования в качестве быстрого безмедикаментозного средства саморегуляции психофизиологического состояния человека.

Тренажеры для обеспечения отображения динамики состояния биологических параметров в процессе игры состоят из двух тренажеров, в одном из которых датчик биологических параметров выполнен в виде датчика пульса с электронным блоком, источником питания, индикатором работы датчика, источником излучения и приемником излучения, а в другом - датчик выполнен в виде датчика температуры, содержащего электронный блок, источник питания, терморезистор, связанный с датчиком посредством электрической связи. А в способе для достижения этого технического результата при проведении игры используют заданный игровой сюжет, в качестве датчика биологических параметров используют датчик пульса или датчик температур. 3 с. и 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Тренажер, содержащий компьютер с игровым программном обеспечением, устройство ввода информации, манипулятор, средство отображения информации и датчик биологических параметров человека с фиксирующим приспособлением, отличающийся тем, что датчик биологических параметров выполнен в виде датчика пульса с электронным блоком для преобразования биологического сигнала в электрический, включающим усилитель сигнала, формирователь импульсов, автономный источник питания, индикатор работы датчика, индикатор работы источника питания, источник излучений и приемник излучений, при этом источник излучения выполнен в виде инфракрасного светодиода, а приемник излучения выполнен в виде фототранзистора. 2. Тренажер по п. 1, отличающийся тем, что источник и приемник излучения расположены внутри корпуса датчика, а фиксирующее приспособление выполнено в виде липучки, расположенной на внешней стороне корпуса датчика. 3. Тренажер по п. 1, отличающийся тем, что источник и приемник излучения размещены в фиксирующем приспособлении, а фиксирующее приспособление выполнено в виде клипсы, расположенной вне корпуса датчика и связанной с корпусом датчика посредством электрической связи. 4. Тренажер, содержащий компьютер с игровым программным обеспечением, устройство ввода информации, манипулятор, средство отображения информации и датчик биологических параметров с фиксирующим приспособлением, отличающийся тем, что датчик биологических параметров выполнен в виде датчика температуры, содержащего электронный блок преобразования температуры в электрический сигнал управления компьютерной игрой, включающий усилитель сигнала, формирователь импульсов, автономный источник питания, индикатор работа датчика, индикатор работы источника питания и терморезистор с фиксирующим приспособлением для закрепления его на одном из пальцев руки пользователя, при этом он содержит оптоизолятор для связи датчика температуры с системном блоком компьютера, устройство ввода информации, манипулятор и средство отображения информации. 5. Способ тренировки, включающий размещение датчика биологических параметров на теле человека до начала игры и проведение компьютерной игры, отличающийся тем, что при проведении игры используют заданный игровой сюжет, в качестве датчика биологических параметров используют датчик пульса или датчик температуры, который размешают на одном из пальцев руки человека, при этом управление игрой осуществляют сердечным ритмом или температурой человека, причем положительный результат игры достигают за счет выработки человеком состояния спокойствия в стрессовой ситуации, моделируемой игрой.