УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРЕНИРОВКИ МЫШЦ Российский патент 2005 года по МПК A63B21/22 A63B24/00 

Изобретение относится к спортивным и игровым тренажерам и может быть использовано для тренировки мышц и специальных тренировок (в тяговых, в координационных двигательных действиях и компьютерных играх).

Известно устройство - «джойстик-манипулятор», выполненный в виде «укрепленной на шарнире ручки с кнопкой», употребляется в основном для компьютерных игр [1].

Достоинства этого устройства - простота и малое количество составляющих деталей.

Недостатком его является то, что нет возможности регулировать физическую нагружу.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является «силовой джойстик» [2], имеющий практически все элементы электрической схемы обычного «джойстика», но сама конструкция рассчитана на приложение значительных усилий к прочному «игровому стержню», выполненному с расчетом на возможность изменения величин оказываемого сопротивления, для чего используются спиральные рессорные пружины, закрепляемые на массивном основании. Изменение величин сопротивления усилием занимающегося обеспечивается как посредством изменения длины рычага (рабочей части «игрового стержня»), так и путем управления «жесткостью» спиральной пружины.

Достоинство этого технического решения заключается в том, что осуществляется управление перемещениями фигурок на экране телевизионного монитора (дисплея), подключаемого к компьютеру, посредством этого силового устройства, полностью выполняющего функции «джойстика», при приложении к нему дозируемых по величинам и направлениям усилий.

Недостатком данного устройства является то, что нет возможности плавно регулировать дозированное сопротивление нагрузки, поэтому используются съемные рукоятки, обеспечивающие разные условия захвата и приложения силы, и, кроме того, наибольшая сила проявляется при максимальном отведении "игрового стержня" от положения равновесия.

Техническим результатом изобретения является повышение равномерности создания нагрузки на стержень и плавности ее регулировки.

Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство для тренировки мышц, содержащее игровой стержень, выполненный с возможностью изменения величины оказываемого сопротивления, обеспечиваемого посредством изменения длины рычага - рабочей части игрового стержня, несколько модификаций съемных рукояток для присоединения к одному концу игрового стержня, каждая из которых оснащена кнопками, электрический кабель для подключения к системному блоку персонального компьютера и основание для крепления на нем устройства с помощью крепежных элементов, согласно изобретению, имеет оптическую "мышь", управляющую положением курсора на экране монитора компьютера в зависимости от перемещения игрового стержня, клавиши которой электрическими отводами соединены с кнопками каждой рукоятки, при этом другой конец игрового стержня выполнен в виде шара, размещенного в стакане, образующем среду регулируемого трения для шара, при этом среда регулируемого трения обеспечивается с помощью стягивающего узла и трущихся о шар элементов, расположенных в верхней и нижней частях стакана, стягивающий узел включает верхнюю подвижную пластину, нижнюю неподвижную пластину и резиновую демпферную пластину, в верхнем трущемся элементе, в верхней подвижной пластине и демпферной пластине выполнены круговые сквозные отверстия для перемещения игрового стержня, а оптическая "мышь" сканирует поверхность шара.

Устройство может иметь винт и элемент, препятствующие скольжению верхнего и нижнего трущихся элементов относительно стакана, при этом стакан выполнен цилиндрическим с резьбой, стягивающий узел включает цилиндрическую стяжку с резьбой и откидывающимися ручками, размещенную в верхней части стакана, а в нижних трущемся элементе и неподвижной пластине выполнены круговые отверстия для сканирования поверхности шара оптической "мышью", закрепленной на неподвижной пластине.

Стакан может быть выполнен в виде призмы с равносторонним треугольником в поперечном сечении, к одной боковой поверхности которой прикреплена оптическая "мышь", сканирующая через окно в стенке стакана боковую поверхность шара, при этом стягивающий узел включает подвижную пластину, расположенную в нижней части стакана, причем верхняя и нижняя подвижные пластины соединены тремя шпильками с возможностью перемещения винтовой парой, опирающейся на неподвижную пластину, с помощью ручки, связанной с гайкой винтовой пары стягивающего узла через окно в стенке стакана.

Световой поток от источника света оптической "мыши", направленный на поверхность шара, отражается от нее и подается на вход оптического датчика перемещения оптической "мыши" с помощью отдельных световолоконных кабелей.

Предлагаемое устройство поясняется чертежами.

На фиг.1 изображено устройство со стаканом, выполненным в виде прямоугольной призмы с квадратом в поперечном сечении и со стягивающим механическим узлом, расположенным в верхней части устройства, а оптическая "мышь" размещена в нижней части устройства.

На фиг.2 представлено устройство со стаканом, выполненным в виде цилиндра в поперечном сечении, и стягивающим механическим узлом, расположенным в верхней части устройства с откидными ручками, а оптическая "мышь" размещена в нижней части устройства.

На фиг.3 изображено устройство со стаканом, выполненным в виде призмы с равносторонним треугольником в поперечном сечении, и стягивающим механическим узлом, расположенным в основном в нижней части устройства, а оптическая "мышь" расположена на боковой поверхности в средней части шара.

Устройство включает (фиг.1): прочный "игровой стержень" 1, с несколькими модификациями сменных рукояток 2, подсоединяемых к одному концу «игрового стержня» 1, другой конец которого выполнен в виде шара 3 и помещен в стакан 4, в котором образована среда регулируемого трения для шара 3, например, с помощью верхнего 5 и нижнего 6 трущихся элементов и стягивающего механического узла, состоящего из верхней 7 подвижной пластины и нижней 8 неподвижной пластины, стягиваемых четырьмя шпильками 9, 10, 11, 12 с гайками, стакана 4, выполненного в виде призмы с квадратным поперечным сечением, и резиновой демпферной пластины 13, размещенной между верхним 5 трущимся элементом и верхней 7 подвижной пластиной. К нижней 8 неподвижной пластине прикрепляется оптическая «мышь» 14, сканирующая поверхность шара 3. От клавиш оптической «мыши» 14 сделаны электрические отводы, оканчивающиеся кнопками 15 и 16, соответственно от левой и правой клавиш. Оптическая «мышь» соединяется также с системным блоком персонального компьютера с помощью электрического кабеля 17. В верхнем 5 трущемся элементе, верхней 7 подвижной пластине и в резиновой демпферной пластине 13 сделаны круговые отверстия для перемещения «игрового стержня» 1. В нижнем 6 трущемся элементе и нижней 8 неподвижной пластине также сделаны круговые сквозные отверстия для сканирования поверхности шара 3. Устройство крепится на основании 18 с помощью, например, винтов или шурупов 19, 20, 21, 22.

Работают с устройством следующим образом.

С помощью винтов или шурупов 19, 20, 21, 22 закрепляют устройство на основании 18. С помощью шпилек 9, 10, 11, 12, снабженных гайками стягивающего узла, задают требуемое сопротивление «игрового стержня». С помощью кабеля 17 подключают устройство к системному блоку персонального компьютера, после чего начинают перемещать «игровой стержень», управляя положением курсора на экране дисплея. Перемещая «игровой стержень» от себя - к себе передвигают курсор в вертикальной плоскости экрана дисплея. Передвигая «игровой стержень» влево, а затем вправо, передвигают курсор в горизонтальной плоскости экрана, соответственно. Таким образом, передвигая «игровой стержень» в пространстве, передвигают курсор по экрану дисплея и тем самым задают физические нагрузки на мышцы плечевого пояса.

Вторая модификация устройства содержит (фиг.2): «игровой стержень» 1 с несколькими модификациями сменных рукояток 1 подсоединяемых к одному концу «игрового стержня» 1, другой конец которого выполнен в виде шара 3 и помещен в цилиндрический стакан 23, в котором образована среда регулируемого трения для шара 3, например, с помощью верхнего 24 и нижнего 25 трущихся элементов и стягивающего цилиндрического механического узла, состоящего из верхней 26 подвижной пластины и нижней 27 неподвижной пластины, цилиндрической стяжки 28 с резьбой соединения и с откидывающимися ручками 29 и 30 и резиновой демпферной пластиной 31, К нижней 27 неподвижной пластине прикрепляется оптическая «мышь» 14, сканирующая поверхность шара 3. От клавиш оптической «мыши» 14 сделаны электрические отводы, оканчивающиеся кнопкой 15 и кнопкой 16 соответственно от левой и правой клавиш: оптическая «мышь» 14 также соединяется с системным блоком персонального компьютера с помощью электрического кабеля 17. В верхнем 24 трущемся элементе, в верхней 26 пластине и в резиновой демпферной пластине 31 сделаны круговые отверстия для перемещения «игрового стержня» 1. В нижнем 25 трущемся элементе и нижней 27 неподвижной пластине стягивающего узла также сделаны круговые сквозные отверстия для сканирования поверхности шара 3. Винт 32 и элемент 33 препятствуют скольжению верхнего 24 и нижнего 25 трущихся элемент относительно стакана. Устройство крепится на основании 34 с помощью, например, винтов или шурупов 35, 36, 37, 38.

Работают с данным устройством следующим образом.

С помощью винтов или шурупов 35, 36, 37, 38 закрепляют данное устройство на основании 34. С помощью откидных ручек 29 и 30, расположенных на цилиндрической стяжке 28, поворачивая их по резьбе, задают требуемое сопротивление «игрового стержня». Устройство с помощью электрического кабеля 17 подключают к системному блоку персонального компьютера. После этого начинают перемещать «игровой стержень», управляя положением курсора на экране дисплея. Перемещая «игровой стержень» от себя и к себе, передвигают курсор в вертикальной плоскости экрана дисплея. Перемещая «игровой стержень» влево, а затем вправо, передвигают курсор в горизонтальной плоскости экрана соответственно. Таким образом, двигая «игровой стержень» в пространстве, передвигают курсор по экрану дисплея и одновременно задают физические нагрузки на мышцы плечевого пояса и спины.

Третья модификация устройства содержит (фиг.3): «игровой стержень» 1 с несколькими модификациями сменных рукояток 2, подсоединяемых к одному концу «игрового стержня» 1, другой конец которого выполнен в виде шара 3 и помещен в стакан 39, выполненный в виде призмы с равносторонним треугольником в поперечном сечении, и в котором образована среда регулируемого трения для шара 3, например, с помощью верхнего 40 и нижнего 41 элементов трущихся о шар 3 и стягивающего механического узла, состоящего из верхней 42 и нижней 43 подвижных пластин, скрепленных тремя шпильками с гайками 44, 45, 46, неподвижной пластины 47, резиновой демпферной пластины 48 и винтовой пары 49 и 50, винт которой 49 прикреплен к неподвижной пластине 47, например, с помощью винтов 51 и 52, а в гайке 50 винтовой пары сделаны резьбовые отверстия, в которые по очереди вкручивается ручка 53 с наконечником 57 через окно 55 в корпусе стакана 39. К боковой стенке стакана 39 прикреплена оптическая «мышь» 14, сканирующая поверхность шара 3 через окно 56 в боковой стенке стакана 39. От клавиш оптической «мыши» 14 сделаны электрические отводы, оканчивающиеся кнопкой 15 и кнопкой 16 соответственно от левой и правой клавиш. Оптическая «мышь 14 соединяется также с системным блоком персонального компьютера с помощью электрического кабеля 17. В верхнем 40 трущемся элементе, в верхней подвижной 42 пластине и в резиновой демпферной пластине 48 сделаны крутовые отверстия для перемещения «игрового стержня» 1. В нижней подвижной пластине 43 сделано сквозное отверстие для винта 49 упомянутой винтовой пары. Устройство крепится на основании 57 с помощью винтов или шурупов 58, 59, 60, 61, 62, 63.

Работают с данным устройством следующим образом.

С помощью винтов или шурупов 58, 59, 60, 61, 62, 63 закрепляют данное устройство на основании 57. С помощью винтовой пары 49, 50, ручки 53 с наконечником 54 перемещают нижнее подвижное основание 43 стягивающего узла и задают требуемое сопротивление «игровому стержню». С помощью электрического кабеля 17 подключают устройство к системному блоку персонального компьютера. После этого начинают перемещать «игровой стержень», управляя положением курсора на экране дисплея. Перемещая «игровой стержень» от себя, перемещают курсор в верхнюю часть экрана по вертикали, перемещая «игровой стержень» к себе, перемещают курсор в нижнюю часть экрана дисплея по вертикали. Поворачивая «игровой стержень» за рукоятку влево, перемешают курсор по горизонтали в левую часть экрана дисплея, поворачивая «игровой стержень» вправо, перемещают курсор по горизонтали в правую часть экрана дисплея В принципе, повернув устройство на 90°, можно добиться того, что перемещая «игровой стержень» от себя и на себя передвигать курсор по вертикали. Таким образом, двигая «игровой стержень» в пространстве и поворачивая его, передвигают курсор по экрану дисплея и одновременно задают физические нагрузки на различные мышцы плечевого пояса и спины.

Иногда необходимо оптическую «мышь» удалить из зоны сканирования. В этом случае световой поток от источника света оптической «мыши» подводится к поверхности упомянутого шара и, отраженный от поверхности шара, подается на вход оптического датчика перемещения оптической «мыши» с помощью отдельных световолоконных кабелей.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство «силовой джойстик» обладает новым качеством: равномерное нагружение мышц плечевого пояса и позвоночника (спины) и возможность плавно регулировать и задавать нагрузку. Использование оптической «мыши» решает проблему масштаба в перемещении курсора по всему экрану дисплея, а передвижения «игрового стержня» по всему экрану - физической нагрузки на указанные мышцы.

Источники информации

1. Фигурнов В.Э. ЭВМ РС для пользователя: Краткий курс. М., 1998.

2. Перспективы управления процессом силовых взаимодействий человека с объектами предметной среды в режимах компьютерных игр (Ю.Т. Черкесов, И.П. Ратов и другие) Наука Адыгее: Материалы науч. практ. конференции ученых Адыгеи (14-16 апреля 1993 г). - Майкоп, 1994 г.

Устройство предназначено для использования в спортивных тренажерах и компьютерных играх и позволяет повысить равномерность создания нагрузки на мышцы и плавность ее регулировки. Оптическая "мышь" управляет положением курсора на экране монитора компьютера в зависимости от перемещения игрового стержня. Игровой стержень выполнен с возможностью изменения величины оказываемого на него сопротивления, которое обеспечивается посредством изменения длины рычага - рабочей части стержня. Съемные рукоятки оснащены кнопками и присоединяются к одному концу игрового стержня. Клавиши оптической "мыши" электрическими отводами соединены с кнопками каждой рукоятки. Другой конец игрового стержня выполнен в виде шара, размещенного в стакане, образующем среду регулируемого трения для шара. Среда регулируемого трения обеспечивается с помощью стягивающего узла и трущихся о шар элементов, расположенных в верхней и нижней частях стакана. Стягивающий узел включает верхнюю подвижную пластину, нижнюю неподвижную пластину и резиновую демпферную пластину. В верхнем трущемся элементе, в верхней подвижной пластине и демпферной пластине выполнены круговые сквозные отверстия для перемещения игрового стержня. Оптическая "мышь" сканирует поверхность шара. Персональный компьютер подключен к системному блоку электрическим кабелем. Устройство крепится на основании с помощью крепежных элементов. Устройство может иметь винт и элемент, препятствующие скольжению верхнего и нижнего трущихся элементов относительно стакана. При этом стакан может быть выполнен цилиндрическим с резьбой. Стягивающий узел может включать цилиндрическую стяжку с резьбой и откидывающимися ручками, размещенную в верхней части стакана. В нижних трущемся элементе и неподвижной пластине могут быть выполнены круговые отверстия для сканирования поверхности шара оптической "мышью", закрепленной на неподвижной пластине. Стакан может быть выполнен в виде призмы с равносторонним треугольником в поперечном сечении, к одной боковой поверхности которой прикреплена оптическая "мышь", сканирующая через окно в стенке стакана боковую поверхность шара. Стягивающий узел может включать подвижную пластину, расположенную в нижней части стакана. Верхняя и нижняя подвижные пластины могут быть соединены тремя шпильками с возможностью перемещения винтовой парой, опирающейся на неподвижную пластину, с помощью ручки, связанной с гайкой винтовой пары стягивающего узла через окно в стенке стакана. Световой поток от источника света оптической "мыши", направленный на поверхность шара, отражается от нее и подается на вход оптического датчика перемещения оптической "мыши" с помощью отдельных световолоконных кабелей. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для тренировки мышц, содержащее игровой стержень, выполненный с возможностью изменения величины оказываемого сопротивления, обеспечиваемого посредством изменения длины рычага - рабочей части игрового стержня, несколько модификаций съемных рукояток для присоединения к одному концу игрового стержня, каждая из которых оснащена кнопками, электрический кабель для подключения к системному блоку персонального компьютера и основание для крепления на нем устройства с помощью крепежных элементов, отличающееся тем, что оно имеет оптическую "мышь", управляющую положением курсора на экране монитора компьютера в зависимости от перемещения игрового стержня, клавиши которой электрическими отводами соединены с кнопками каждой рукоятки, при этом другой конец игрового стержня выполнен в виде шара, размещенного в стакане, образующем среду регулируемого трения для шара, при этом среда регулируемого трения обеспечивается с помощью стягивающего узла и трущихся о шар элементов, расположенных в верхней и нижней частях стакана, стягивающий узел включает верхнюю подвижную пластину, нижнюю неподвижную пластину и резиновую демпферную пластину, в верхнем трущемся элементе, в верхней подвижной пластине и демпферной пластине выполнены круговые сквозные отверстия для перемещения игрового стержня, а оптическая "мышь" сканирует поверхность шара. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно имеет винт и элемент, препятствующие скольжению верхнего и нижнего трущихся элементов относительно стакана, при этом стакан выполнен цилиндрическим с резьбой, стягивающий узел включает цилиндрическую стяжку с резьбой и откидывающимися ручками, размещенную в верхней части стакана, а в нижних трущемся элементе и неподвижной пластине выполнены круговые отверстия для сканирования поверхности шара оптической "мышью", закрепленной на неподвижной пластине.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стакан выполнен в виде призмы с равносторонним треугольником в поперечном сечении, к одной боковой поверхности которой прикреплена оптическая "мышь", сканирующая через окно в стенке стакана боковую поверхность шара, при этом стягивающий узел включает подвижную пластину, расположенную в нижней части стакана, причем верхняя и нижняя подвижные пластины соединены тремя шпильками с возможностью перемещения винтовой парой, опирающейся на неподвижную пластину, с помощью ручки, связанной с гайкой винтовой пары стягивающего узла через окно в стенке стакана.4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что световой поток от источника света оптической "мыши", направленный на поверхность шара, отражается от нее и подается на вход оптического датчика перемещения оптической "мыши" с помощью отдельных световолоконных кабелей.