Устройство для тренировки человека движению Советский патент 1983 года по МПК G09B9/00 A63B69/10 

Изобретение относится к устройствам для обучения, в частности к тренажерам, и касается в основном, вопросов обучения и совершенствования движений человека а спорте, протезировании, при управлении транспортом и т.д.

Известны устройства, состоящие из нагрузочных устройств и кинематических цепей, воспроизводящих структуру исследуемого движения. В этих тренажерах обучаемому предлагается жесткая программа обучения.. В основном, они применяются на начальных стадиях тренировки Гт и

2.

Недостатком :их является отсутствие информации о фазах движения и временных параметрах .

Известны также устройства, содержащие тренажер, блок задания, датчики регистрации движения тренажера, блок сравнения, пульт оператора, блок воздействия и индикатор. Эти устройства применяются в спорте, например, для управления режимом педалирования, движениями гимнаста и т.д., в протезировании для выработки симметричного шага, при обучении управлению самолетами, работе на станках и т.д. В них Обучаемому предъявляется.оператором задача (модель движения , которую он должен отработать. Результаты выполнения движения сравниваются в блоке сравнения с заданием и предъявляются обучаемому с помощью индикатора. В связи с этим появляется возможность ускорения обучения и выработки движения, соответствующего эталону. В ряде случаев в этих системах не ограничиваются индикацией рассогласования, но и производится активное воздействие на организм Г3 и .

Однако в связи с тем, что программа движения дискретна и представляет собой идеального исполнителя, то вырабатывается неоптимальныЙ навык, требующий часто больших затрах энергий.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее тренажер, блок задания, датчики регистрации движений тренажера, блок сравнения, пульт оператора, блок воздействия, индикатор и датчики усилий. Для оценки качества выполняемого движения в нем используются датчики усилий, а информация об усилиях подается на индикатор и является дополнительным подспорьем для совершенствования техники . 5 Однако как и ранее, обучаемый осваивает интегральный портрет идеальнбго оператора. Кроме того, результирующее движение человека является результатом работы слож0 ной многозвенной цепи (руки. Использование же для тренировки только выходной информац ии не способствует ускорению обучения, так как результирующее движение может совершаться при огромном континуме комбинаций движений отдельных звеньев. Все это снижает точность устройства, что ухудшает качество тренировки. Цель изобретения - повышение точности устройства.

Указанная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее пульт оператора, подключенный непосредственно к формирователю сигналов воздействий и через блок ввода программы обучения - к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен через первый блок датчиков с блоком имитации реальных процессов движения, а выход - с формирователем сигналов воздействий и с блоком индикации, который через второй блок датчиков подключен к блоку имитации реальных процессов движения, введены последовательно вкгноченные третий блок датчиков, вычислитель энергетических затрат, блок моде|1ирования движений человека, блок задания критических параметров обучения и формирователь сигналов коррекции программы обучения, подключенный к блоку ввода программы обучения и формирователю сигналов воздействий, выходы пульта оператора соединены с вычислителем энер. гетических затрат и блоком моделирования движений человека, который подключен к второму и третьему блокам датчиков, вычислитель энергетических затрат соединен с блоком заДания критических параметров обучения и вторым блоком датчиков. .

На чертеже схематически изображено предложенное устройство.

Устройство содержит объект 1 обучения, пульт 2 оператораi блок 3 ввода программы обучения, формирователь k сигналов воздействий, блок 5 имитации реальных процессов, первый блок 6 датчиков, блок 7 сравнения, второй блок 8 датчиков, третий блок 9 датчиков, блок 10 индикации, блок 11 моделирования движений человека, вычислитель 12 энергетических затрат, формирователь 13 сигналов коррекций программы обучения, блок 14 задания критических параметров обучения.

Пульт 2 оператора предназначен дл управления работой устройства. Блок 5 является основным средством, с пой1Ьщью которого отрабатываются профес1иальные навы1 и случаемого. При SiTOM .он может представлять сооби систему, имитирущую упра.вле|Чйе определенным процессом или Сйзъектом, или просто кинематическую Цепь, отображающую динамику исследу «ого движения (в спорте, например, это велоэргометр, стайок для гребли и т.д.) С блоком 5 непрсредственйЬ сзан блок 6 (регистрации движений трюнажера, которые характеризуют процес выполнения обучаемым данной задачи). нем могут быть установлены датчики угловых или линейных ускорений, акселерометры и т.д. Формирователь k предназначен для воздействия на человека с целью обучения его заданной программе. Воздействия могут быть звуковые, тактильные и т.д.главное, чтобы они воспринимались организмом человека и способствовали целенаправленной коррекции его движений в зависимости от вида и знака воздейстВИЯ. Блоки 8 и 9 регистрируют основные параметры движения звеньев человека, необходимые для оценки энергозатрат. Энергозатраты определяются с помоа ью вычислителя 12, который осно ван на построении, так называемой, обобщенной фазовой траектории. Это устройство проще других позволяет на основе данных о параметрах перемещений звеньев, составляющих кинематическую цепь, реализу1ощую движение, получить сведения о энергозатратах. Блоки 11 и И предназначены для выявления ведущего элемента движения, вносящего наибольший вклад в общие энергозатраты. Указанное построение сйстемы позволяет реализовать наиболее простой путь с учения такой МНОГОСВЯЗ.НОЙ 1 системой,как человек. За счет выделения ведущего элемента происходит обучение, только по этому элементу с учетом задания и минимума энергозатрат. Затем определяется следующий элемент по его

вкладу в энергозатраты, происходит обучение по нему и т.д.

Работа устройства происходит следую1цим образом.

С пульта 2 обучаемому задают с помощью блока 3 программу обучения. Одновременно с пульта 2 в вычислитель 12 и блок 11 подаются данные об основных биомеханических постоянных организма, соответствующих конкретному человеку. По предъявлении задания обучаемый начинает тренировку. Результаты работы, измеренные с помощью блока 6,поступают на один из входов блока 7, на другой вход которого подают сигнал с выхода блока 3. В результате на выходе блока 7 образуется сигнал, пропорциональный рассогласованию между задаваемой программой движения и результатом работы обучаемого. Этот сигнал подают на блок 10 и на формирователь с целью управления процессом тренировки. Одновременно на блок 10 поступает сигнал с блока В, который способствует закреплению у обучаемого навыка, соответствующего наименьшим усилиям. Однако процесс обучения с помощью . описанной части системы занимает продолжительное время и некачественен, так как вырабатываемый навык соответствует не оптимальным условиям работы, а ориентирован на некоторую модель идеального работника. Для устранения этого недостатка в объекте служат остальные блоки. Вычислитель 12 определяет энергоем,ость движения и способствует выявлению с помощью блока 1 1 и блока 1 k выделения1 ведущих элементов движения ведущего элемента движения многозвенной цепи, в наивысшей степени влияющего на энергозатраты. С помощью блока И задается формирователем 13 программа коррекции воздействия и задания,

так что обучение по пути минимизации энергозатрат, вносимых этим элементом. По достижении минимума опредёля ется следующий ведущий элемент и т .д. В результате после завершения обучения человек выполняет комплексное движение с минимумом энергозатрат.

I аКИМ образом, использование предлагаемого изобретения позволяет по сравнению с прототипом повысить качество и индивидуализировать процесс обучения, а также уменьшить время, необходимое на обучение что повышает точность учебного процесса.

12