Устройство для тренировки мышц спортсменов Советский патент 1992 года по МПК A63B21/06 

Регулируемые по длине рычаги 10 соединены поперечными стержнями 14 с мягким покрытием. Платформа стола установлена с возможностью перемещения по направляющим рамы, а рама с направляющими и столом имеет возможность поворота из горизонтального в вертикальное положение и фиксации в нем и в промежуточных положениях (например, с помощью регулируемых по длине тяг). Рычаги снабжены расположенными перпендикулярно к ним стойками, причем поперечные стержни, закрепленные на рычагах и на расположенных перпендикулярно к ним стойкам, снабжены втулками.

установленными с возможностью вращения вокруг стержней. На поперечных стержнях рычагов установлены датчики давления, электрически связанные с блоком управления. Рычаги выполнены приводными. С учетом антропометрических даннь1х спортсмена и скорректированных для него параметров суставных движений задают программу работы устройства, размещают на нем спортсмена и после включения устройства обеспечивают вращение бирзвена с заданными для спортсмена кинематическими параметрами как при недостаточной, так и при чрезмерной его активности. 2 З.П. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к спорту, а именно к устройству для оценки двигательных способностей спортсменов при выполнении ими заданных суставных движений. Целью изобретения является повышение эффективности тренировки спортсмена путем обеспечения контроля за проявлением Двигательных способностей. Устройство содержит удлиненный стол 5, на противоположных боковых сторонах которого имеются направляющие 3 с переставными вертикальными стойками 7 и рукояткой 8.' .'•''''•'•';.'•••''•''."" ••-.''

Изобретение относится к спорту, а именно к устройствам для тренировки мышц и оценки двигательных способностей спортсменов при выполнении--ими заданных суставных движений.

Известен прибор для определения двигательной способности спортсмена к воспроизведениюпространственнойхарактеристики - угла поворота звена. Прибор для определения мышёчно-суставной чувствительности. Данный способ сводится к измерению отклонений угла поворота биозвена спортсмена от выставляемого на приборе угла, величину которого ему дают вначале прочувствовать. Критерием оценки мышёчно-суставной чувствительности спортсмена является отклонение воспроизведенного им угла от выставленного на приборе значения угла (чем меньше это отклонение, тем выше чувствительность).

Однако этот способ тренировки, измерения и оценки двигательных способностей спортсмена имеет существенный недостаток. Он направлен на тренировку и измерение двигательных способностей спортсмена безотносительно к виду деятельности, в которой он специализируется. Определяя способности воспроизвести произвольно выбираемые заданные значения пространственных, временных, силовых характеристик движений и Других двигательных способностей, этот способ не позволяет непосредственно измерить и количественно оценить степень готовности спортсмена к выполнению конкретной деятельности, конкретных суставных движений в процессе их осуществления. Поэтому информация о двигательных способностях, полученная с помощью данного прибора их измерения и оценки, позволяет лишь косвенно, на качественном уровне судить о готовности (или неготовности) спортсмена к выполнению того или иного двигательного действия с заданным результатом. Это обьясняется тем, чтс процедура измерения и оценки двигательных способностей ни коим образом не регламентируется и не обусловливается спецификой конкретной деятельности, ее целевыми параметрами. Суть

этого способа, подчеркнем еще раз, сводится к выявлению возможностей спортсмена независимо от того, где эти возможности будут им использоваться.

Известны устройства для тренировки и

оценки двигательных возможностей мышц рук и плечевого пояса спортсмена к выполнению конкретного гимнастического упражнения - упора руки в стороны (креста) на кольцах.

Тренировка на данных устройствах сводится к следующему. Спортсмен, стоя на пружинных весах или тензометрической платформе с наклонной рабочей поверхностью, захватывает руками гимнастические

кольца, находящиеся в нижнем положении на уровне плечевых суставов, и принимает положение упора, стоя руки в стороны креста. Затем он нажимает руками на кольца вниз с макси1у|альной силой. Если при этом

пружинные весы или тензоплатформа зафиксируют отсутствие давления на них спортсмена, удерживает такое положение какое-то время, можно сделать вывод о том, что он способен развить усилия для

фиксации упора руки в стороны креста -и удержать эту позу какое-то время. Таким образом, данный способ тренировки и оценки двигательных способностей спортсмена позволяет судить о степени готовности гимнаста к выполнению конкретного гдатичв СКОРО упражнения.

Однако данный способ имеет недостатки и ограничения.

Во-первых, способ пригоден для измерения и оценки готовки спортсмена только к статической позе, т.е. действию, в котором отсутствуют перемещения (движения) биозвеньев. Во-вторых, данный способ позволяет измерить только степень уменьшения усилия, которым спортсмен воздействует столами на весы или тензоплатформу за счет давления руками на кольца (это усилие уменьшается от величины, равной силе тяжести спортсмена, до нуля), но не дает возможности получения информации о величине усилий, превышающих силу тяжести спортсмена. В-третьих, данный способ, позволяя получить обобщенную характеристику готовности спортсмена к выполнению креста в виде значения силы давления спортсмена на весы или тензоплатформу при максимальном усилии рук на кольца, не дает возможности получить количественную информацию о мышечных усилиях непосредственно в плечевых суставах, т.е, усилиях, которыми собственно и управляет спортсмен. Однако именно информация о мышечных усилиях в тех или иных суставах имеет крайне важное значение, так как всеми перемещениями и вращениями .своего теласпортсмен управляет только за счеттех или иных движений в суставах, за счет изменений или удержаний (фиксаций) суставных углов.

Таким образом, данный способ тренировки и оценки двигательных способностей спортсмена не позволяет получить количественную информацию о его готовности к выполнению конкретных суставных движений, а именно заданых во времени значений суставного момента мышечных сил, реализующих необходимые перемещения биозвеньев спортсмена. Хотя, именно суставные моменты мышечных сил, непосредственно отражают управление двигательным актом со стороны центральной нервной системы человека.

Данный Способ тренировки, измерения и оценки двигательных способностей спортсменов наиболее близок к предлагаемому, так как позволяет получить информацию о степени готовности спортсменов к выполнению конкретного статического упражнения. Способ реализуется с помощью устройства М.Г.Лейкина.

Известно тренировочное устройство для силовых спортивных упражнений. Устройство предназначено для упражнений по укреплению мышц и представляет собой

скамью, на которой поворачивается скоба. Она отличается тем, что на конце каждого стержня скобы расположена стойка, имеющая с наружной стороны крепление для гаи5 телей. Между двумя стойками установлена дополнительная по ротная скоба.

Недостатком устройства является невозмохсность количественной оценки степени готовности спортсмена к выполнению

0 конкретной деятельности, конкретных суставных движений, заданных во времени значений суставного момента мышечных сил.

Известно также устройство для тренировки мышц спортсменов - универсальный тренажёр.

Тренажер содержит основание, стойки из труб, платформу для спортсмена, стойкирукоятки для хвата руками, расположенные с обоих сторон платформы рычаги с противовесами и поперечными стержнями для образования окна для размещения конечностей.

Недостатком тренажера является невозможность контроля за проявлением двигательных способностей спортсмена, так как в нем отсутствуют датчики давления, программный, вычислительный и информационно-визуальный блоки, а рычаги не снаб0 жены приводом.,

Целью изобретения является повышение эффективности тренировки путем обеспечения контроля за проявлением двигательных способностей.

5 Цель достигается тем, что на корпусах рычагов установлены датчики давления, электрически связанные с электронным блоком управления, включающим програм- мный, вычислительный и информационно0 визуальный блоки, при этом рычаги снабжены приводом.

Предлагаемая конструкция устройства обеспечивает при пассивном состоянии спортсмена принудительное, с заданными

5 параметрами вращение биозвена, а в случае правильного воспроизведения спортсменом запрограммированных значений суставного момента мыш.ечных сил (и, как следствие, правильного вращения биозве0 на) обеспечивает параллельное движению биозвена перемещение взаимодействующих с биозвеньями спортсмена частей устройства. Последние воздействуют на биозвено спортсмена всякий раз. когда его

5 действия расходятся с запрограммированными.

Таким образом, устройство обеспечивает реализацию следующего способа трени- , ровки и оценки двигательных способностей

0

спортсменов, которые включают в себя такие операции:

1)измерение масс-инерционных характеристик биозвена спортсмена;

2)корректировка заданных параметров суставных движений, исходя из масс-инерционных характеристик биозвена конкретного спортсмена;

3)задание программы работы устройства для осуществления тренировки;

4)размещение спортсмена н устройстве и его включение;

5)обеспечение с помощью устройства принудительного, с заданными параметрами вращения бйозвена (или двух биозвеньев, выполняющих аналогичные движения, например сгибание обеих ног в тазобедренных суставах);

6)измерение силы вынужденного взаимодействия между биозвеном спортсмена и частями устройства;

7)определение момента силы вынужденного взаимодействия бйозвена с частями устройства относительно оси вращения биозвена и суставного момента мышечных сил, реализуемых спортсменом, а также импульсов зтих моментов;

8)собственно оценку двигательных способностей спортсменов с помощью унифицмрованных для всех способностей показателей.

Рассмотрим выделенные опер1ации,

Необходимо подчеркнуть, что если для оценки двигательных способностей спортсмена потребуется использовать дополнительные отягощения (штангу, гантели и т.п.) для бйозвена, то их масс-инерционные характеристики следует учитывать при определении масс-инерционных показателей биозвена.

разнообразных двигательных способностей спортсмена (силовых, скоростных и т.п.), используя унифицированные показатели.

частями устройства сводится к измерению, например с помощью тензометрической аппаратуры, деформаций частей устройства, являющихся следствием взаимодействия с ними биозвена спортсмена.

7, Определение момента силы вынужденного взаимодействия биозвена с частями устройства относительно оси вращения биозвена и суставного момента мышечных сил, реализуемых спортсменом, а также импульсов этих моментов.

Для иллюстрации этой операции обра-, тимся к фиг.1, на которой изображен спортсмен в момент измерения и оценки возможностей его мышц, ответственных за

вращение ног относительно тазобедренных суставов (за движения ног относительно оси, перпендикулярной плоскости перемещения ног и проходящей через тазобедренные суставы).

Из уравнения движения физического маятника по известной литературе, а также из фиг.1 видно, что момент мышечных сил, реализуемых спортсменом при осуществлении движения ног в тазобедренных суставах

во время его работы в устройстве, определяется по следующей формуле:

Ц Up ip -f P-L-cos (p + Fe t где M - момент мышечных сил в тазобедренных суставах вконкретное мгновение; Jo - момент инерции ног относительно оси, проходящей через тазобедренные суставы и перпендикулярной плоскости движения ног;

Р - сила тяжести ног;

L - расстояние от оси тазобедренных суставов до центра масс ног; -угол поворота ног; у -угловое ускорение ног;

Fa, Рб - силы вынужденного взаимодей- 5 ствия биозвена с частями устройства а и б;

К-переменное плечо сил вынужденного взаимодействия.

Поскольку сила Fa возникает в случае превышения спортсменом заданных значе- 10 НИИ суставного момента мышечных сил в направлении, совпадающем с направлением вращения биозвена, она имеет положительный знак. Сила Fe, возникающая в противоположном случае, имеет отрица 15 тельный знак.

Данные о длине плеча для каждого дискретного значения суставного угла (положения биозвёна) применительно R задаваемой амплитуде вращения биозвена 20 вводятся в память устройства до начала процедуры измерения и оценки.

Поскольку устройство воспроизводит необходимые кинематические параметры движения в каждое мгновение времени не- 25 зависимо от действий спортсмена, то опре деление момента силы вынужденного взаимодействия сводится к умножению зарегистрированного значения силы Fa (или Рб) на соответствующее для данного мгнове- 30 ния и положения биозвена плечо fc.

Именно потому, что для каждого мгно вения времени, известны задаваемые устройством кинематические параметры вращения ног, значения момента мышеч- 35 ных сил для случая самостоятельного выполнения спортсменом необходимого суставного движения 1о + Р L-cos tp определяются заранее (до процедуры измерения и оценки) и вводятся в память yQтpoйcтвa. 40 Следовательно, определение момента мышечных сил, реализуемых спортсменом в устройстве в каждое мгновение, сводится к суммированию с учетом знака к известной величине 1о +P-L-cos соответствующих 45 данному мгновению моментов сил вынужденного взаимодействия Fa-И или Fe б(в за- висимости от того, с какими частями устройства взаимодействует спортсмен в , данное мгновение).50

Если же спортсмен выполняет движение ногами так, что силы их взаимодействия с частями устройства Fa и Fa в конкретное мгновение равны нулю, то реализуемый спортсменом момент мышечных сил в дан- 55 ное мгновение совпадает t запрограмм.ированным и равняется + P.-bcos tp,

Кроме определения момента силы вынужденного взаимодействия биозвена

спортсмена с частями устройства (Fa и F6 В) и суставного момента мышечных сил, реализуемых самим спортсменом (lo9 + PL-cos - -Fa + Fe 5, данная операция предусматривает определение с помощью устройства импульсов этих моментов за время выполнения спортсменом одного суставного движения и за время осуществления им всех суставных движений, предусмотренных программой оценки двигательных способностей.

Оценка двигательных способностей спортсменов осуществляется по абсолютным и относительным показателям, причем и те и другие представлены дискретными и интегральными характеристиками.

Для оценки любых двигательных качеств спортсмена (силы, быстроты, выносливости, активной гибкости и т.п.) используют абсолютные показатели: дискретные - величины момента силы вынужденного взаимодействия биозвена с частями устройства в каждое мгновение (Fa-К интегральные - импульс момента этой силы за время выполнения спортсменом одного суставного движения и за время осуществ ления им всех суставных движений, предусмотренных программой оценки двигательных способностей.

Кроме того, применяют относительные показатели: дискретные - степень приближения суставного момента мышечных сил, реализуемых спортсменом, к характеристикам этого момента, которые должны быть реализованы каждым спортсменом для осуществления вращения своего биозвена без взаимодействия с частями устройства в каждое мгновение

1оУ +Р L -cosyj-bFag+Fe

L иинтегральные - степень приближения импульса суставного момента мышечнь1х сил, реализуемых спортсменом, к импульсу необходимого суставного .момента мышечных сил за время выполнения спортсменом одного суставного движения и за время осуществления им всех суставных движений, предусмотренных программой оценки способностей.

Описываемые абсолютные и относительные, дискретные и интегральные показатели являются унифицированными, так как могут применяться при измерении и оценки не только готовности спортсмена к выполнению заданных параметров суставных движений, но и любых других двигаельных способностей.

Например, для измерения силовых способностей спортсмена перемещаемое биовено спортсмена нагружаюттаким тягощением (штангой, гантелями, мешочами с песком, дробью и т.п.), которое обеспечивает, в случае выполнения суставного вижения, рекордную для данного спортсмена величину суставного момента мышечных сил. После чего с помощью предлагаемого устройства для осуществления способа добиваются реализаци заданного суставного движения (т.е. вращение биозвена спортсмена с конкретным отягощением). Причем о силовых возможностях спортсмена судят по абсолютным (дискретным и интегральным) показателям тех силовых добавок, с помощью которых он выполняет необходимое перемещение биозвена, нагруженного отягощением, а также по относительным (дискретным и интегральным) показателям - степени приближения мышечных усилий спортсмена к программируемым устройством параметрам суставного момента мышечных сил и импульса момента этих сил.

Аналогичным образом поступают и при измерении и оценке быстроты, выносливости, активной гибкости, способности воспроизвести какой-либо параметр движения и др. двигательных способностей спортсмена. В этих случаях с помощью устройства программируют и обеспечивают либо выполнение рекордных параметров суставных движений (например, минимальное время одиночного суставного движения или их серии,-максимальное время выполнения необходимого перемещения отягощенного или неотягощенного биозвена, максимальную амплитуду движения в суставе и т.п.), либо выполнение заданных, но не рекорднь1х характеристик движения (временных, пространственных, ритмических и др.). Причем во всех перечисленных случаях измеряют и оценивают взаимодействия спортсмена с устройством, минимизация которых свидетельствует о степени приближения суставных движений, реализуемых спортсменом, к суставным движениям с заданными (рекордными или нерекордными) параметрами.

Таким образом, универсальными показателями (критериями оценки) любых двигательных способностей спортсмена являются описанные выше абсолютные и относительные (дискретные и интегральные) показатели,-получаемые при выполнении им заданных устройством параметров суставных движений. Критерием реализации спортсменом заданных параметров суставных движений является отсутствие в процессе всего суставного движения (или их серии) взаимодействий биозвена с частями

устройства (равенство нулю Райи соответствие воспроизводимого спортсменом суставного момента мышечных сил тому суставному моменту, который приводит к запрограммированным параметрам вращения биозвена ( (р,ф,р , этом случае части устройства перемещаются вместе с биозбеном (параллельно с ним) и без взаимодействия с ним.

Если же спортсмен превышает эти значения суставного момента мышечных сил или, напротив, не в состоянии их воспроизвести, он непременно вступит в вынужденный контакт (во взаимодействие) либо с одной, либо с другой частями устройства,

0 так как оно обеспечивает воспроизведение необходимых кинематических характеристик вращения биозвена независимо от действий спортсмена. Данные контакты (взаимодействия) приведут к возникновению силы вынужденного взаимодействия биозвена либо с одной, либо с другой частями устройства. Причем величина силы вынужденного взаимодействия биозвена с ними будет тем больше, чем больше реализуемые спортсменом значения суставного момента мышечных сил отличаются от тех, которые обеспечивают задаваемое вращение биозвена без взаимодействия с частями устройства.

5 Все необходимые для оценки двигательных способностей показатели после их. вычисления в устройстве представляются в виде показаний приборов и графиков. Эти показатели анализируются тренером и

0 спортсменом, имеющими возможность получить количественную оценку двигательной активности спортсмена, которую он проявил во время работы в устройстве.

На фиг.1 изображен спортсмен в момент измерения и оценки возможностей его мышц, ответственных за вращение ног относительно тазобедренных суставов: на фиг.2 - устройство с указанием направлений перемещений узлов и деталей, аксоно0 метрия;.нафиг.3-тоже, вид сбоку,- на фиг.4 - вид А на фиг.З; на фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.4; на фиг.6 - устройство, вид сверху; на фиг.7 - принципиальная электрическая схема устройства; на фиг.8 - параметры суставного движения; на фиг.9 - значения суставного момента мышечных сил:на фиУ, 10 - расчетные значения плеча с на фиг, 11 - значения сил Fa и Fa ; на фиг. 12 - , моменты сил вынужденного взаимодействия; на фиг. 13 - совмещения моментов суставныхсил; на фиг.14-двигательные деистВИЯ, выполняемые при горизонтальном положении платформы стола; на фиг. 15 - то же, выполяемые при вертикальном положении платформы стола,

Устройство для измерения и оценки двигательных способностей спортсменов при выполнении заданных параметров, суставных движений (фиг.З-б)представляетсобой каркас 1, на котором при помощи скоб 2 (фиг.4) подвижно укреплена рама 3 с направляющими, по которым перемещается платформа удлиненного стола 5, Рама 3с направляющими 4 и столом 5 имеет ВОЗМОЖность поворота из горизонтального в вертикальное положение и фиксации в нем и в промежуточных положениях. На платформе удлиненного стола 5 установлены с возможностью перемещения в направляющих б вертикальные стойки 7 (первая пара) с горизонтальной перекладиной 8. Вторая пара/ вертикальных стоек 9 установлена на Платформе удлиненного стола 5 с возможностью перестановки в зависимости от антропометрических особенностей спортсмена. На каркаае 1 установлены с возможностью вращения регулируемые по длине рычаги 10 с расположенными перпендикулярно к ним стойками 11. И рычаги 10, и стойки 11 cqeдинены (фиг.5) поперечными стержнями 1, снабженными втулками 13, покрытыми мягКИМ материалом 14 и установленными на стержнях 12 с возможностью вращения вокруг стержней 12 посредством подшипников 15. На оси 16 регулируемых по длине рычагов 10 установлен механизм 17 обеспечения вращения регулируемых по длине рычагов 10 (например, шаговый двигатель). Механизм 17 связан электрически с блоком 18 управления (фиг.З), который включает в себя программный блок 19 {фиг.7), вычислительный блок 20 и информационно-визуальный блок 21. Программный блок (выполненный, например, на типовых элементах цифровой микроэлектроники) содержит генератор 22 прямоугольных импульсов (изготовленный, например, на цифровых интегральных элементах 155 серии по типовой схеме. Выход генератора 22 прямоугольных импульсов подключен к входу двоичного счетчика 23, выходы которого подключены к адресным входам первого 24, второго 25 и третьего 26 постояннь1Х запоминающих устройств (ПЗУ) (выполненных, например, на микросхема) 556 РТ4). Информационные выходы первого ПЗУ 24 подключены через транзисторные ключи 27 (могут быть выполнены на любых мощных транзисторах) к обмоткам 28 управления механизма 17 обеспечения вращения регулируемых по длине рычагов 10. Информационные выходы второго ПЗУ 25 и третьегй ПЗУ 26 подключены к входам первого 29 и второго 30 цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) (например, типа 572 ПА1) соответственно.

Входы вычислительного блока 20 (выполненного, например, на типовых элементах аналоговой микроэлектроники, в частности на микросхемах 140-й серии) связаны с измерительной частью устройства 31 и выходами программного блока 19 (выходы ЦАП 30 и ЦАП 29). Вычислительный блок 20 содержит аналоговый умножитель 32 (выполнГбнный, например, на микросхемах 140 МА), к входам которого подключены выход ЦАП 30 программного блока 19 и выход измерительной части устройства 31. Выходы умножителя 32 подсоединены к входам блока 33 вычитания и блока 34 определения модуля (оба последних блока выполнены на операционных усилителях 140 УД 6 по типовым схемам). К второму входу блока 33 вычитания подключен выход ЦАП 29 программного блока 19. К выходу блока 34 определения модуля подсоединен интегратор 35 (собранный, например, на операционном усилителе 140УД8Б по типовой схеме). На корпусах, регулируемых подлине рычагов 10, укреплены датчики 36 измерения деформации (например, тензорезисторы), соединенные в тензомост 37 и электрически связанные с умножителем 32 вьшислительного блока 20 через .тензоусилитель 38. Информационно-визуальный блок 21 состоит из осциллографа 39 (например, светолучевой осциллограф Н 115) и вольтметра 40 постоянного тока.,Осциллограф 39 связан с выходами ЦАП 29 программного блока 19 и блоком 33 вычитания вычислительного блока 20, а вольтметр 40 с интегратором 35 вычислительного блока 20. Рама 3 свободным от скоб 2 (фиг.2) торцом соединена регулируемыми по длине тягами 41 (фиг.З) с каркасом 1. В расположенных перпендикулярно к рычагам 10 стойках 11 предусмотрены пазы 42 для подстройки устройства к антропометрическим данным спортсмена. Регулируемые по длине рычаги 10 снабжены рычагами - противовесами 43 с подвижно закрепленными балансировочными грузами 44, платформа удлиненного стола 5 снабжена фиксаторами 45, с целью ее перемещения по направляющим 4 рамы 3 и фиксации.

Пример. Перед использованием устройства для тренировки мышц и оценки двигательных способнос ей спортсмена к выполнению заданных параметров суставных движений представим кинематические параметры, являющиеся компонентом эффективной программы реализации сложного гимнастического упражнеиияДфиг.8, где -угловое ускорение ног; tp- угловая скорость; - угол наклона ног к горизонтали).

Для оценки готовности спортсмена к выполнению суставного движения - вращение прямых ног из положения лежа на спине (ноги расположены горизонтально(фиг.9) до вертикального положения (фиг. 10) с параметрами, представленными на фиг.8, воспользуемся устройством.

Для этого рассмотрим описанные ранее операции.

На фиг. 11 представлены, значения суставного момента мышечных сил для спортсмена, ноги которого, например, имеют следующие характеристики: Р 284,5 н; m 29 кг; L 0,302 м; 1о 2,97 кг,м. Таким образом, если спортсмен с приведенными выше характеристиками ног воспроизведет значения суставного момента, изображенные на фиг.11, то он осуществит вращение ног с кинематическими характеристиками, изображенными на фиг.8.

Данная операция наиболее сложная, она предусматривает решение ряда частных задач..

Прежде всего необходимо осуществить тарировку измерительной части устройства 31, т.е. установить взаимосвязь между величиной внешней силы, прикладываемой к стержням 12 и величиной электрических сигналов, снимаемых с датчиков 36 измерения деформаций (фиг.З) (например, тензорезисторов, соединенных в тензомост 37) (фиг.7) и усиленных с помощью тензоусилителя 38 (например, УТ-6 Топаз). Тарировка для заданной длины рычагов 10 проводится один раз, а при последующем использовании устройства проводится проверка этой тарировки.

Затем находят плечо силы вынужденного взаимодействия для каждого положения биозвена, соответствующего выбранному микроинтервалу времени. Для этого измеряют расстояние от оси тазобедренного сустава до места соприкосновения биозвеньев (ног) с поперечным стержнем 12, Количество измерений обусловлено амплитудой суставного движения и выбранным микроинтервалом времени.

На фиг. 12 показаны расчетные значения плеча для изображенных на фиг,9 и 10 длин рычагов устройства и амплитуды суставного движения. После чего проводится подготовка к работе блока управления. Вначале выбирается микроинтервал времени, который будет задавать генератор 22 прямоугольных импульсов для обеспечения временной синхронизации работы всех каналов. Величина этого микроинтервала обусловливается особенностями моделируемых устройством суставных движений. После чего в соответствии с выбранным микроинтервалом времени вводится информация в первое 24 (фиг.7), второе 25, третье 26 ПЗУ. В первое ПЗУ 24 вводится информация для управления механизмом 17 обеспечения вращения регулируемых по длине рычагов 10, во второе ПЗУ 25 - информация об изменении плеча силы и в третье ПЗУ 26 - информация об изменении значений суставного момента мышечных сил, которые должны быть реализованы спортсменом для осуществления вращения своего биозвена без взаимодействия с частями устройства (поперечными стержнями 12). Значения суставного момента, вводимые в ПЗУ 26, представлены на фиг.11, а значения плеча Е, вводимые в ПЗУ 25-на фиг.12. Информация по управлению механизмом 17 обеспечения вращения регулируемых по длине рычагов 10 строится, исходя из кинематических характеристик вращения биозвена, представленных на фиг.8, и которые должны воспроизводить устройство. При определении кинематических характеристик вращения регулируемых по длине рычагов, соответствующих кинематическим характеристикам вращения биозвена, необходимо учесть, что текущее значение угла наклона биозвена к горизонтали связано с текущим значением угла наклона регулируемых по длине рычагов 10 к горизонтали известными геометрическими соотношениями. Завершается подготовку к работе блока управления настройкой коэффициента передачи интегратора 35 для получения информации об относительных интегральных показателях готовности спортсмена. Для этого выход ЦАП 29 замыкают на вход блока 34 определения модуля, предварительно освободив его от связи с умножителем 32. После чего с помощью пропускания через блок 34, интегратор 35 и вольтметр 40 сигнала, пррпорционального величине задаваемого суставного момента, представленного в ПЗУ 25, и подбора коэффициента передачи усиления интегратора 35, добиваются максимального отклонения, стрелки вольтметра 40 при прохождении через него данного сигнала.Затем шкалу вольтметра 40 дополняют шкалой процентов, которая наклеивается на вольтметр 40 и в которой за 100% принимается величина отклонения, стрелкивольтметра 40 (причем весь сектор углового отклонения стрелки делится на 100 равных частей) при прохождении через него импульса, пропорционального задаваемым значениям суставного момента мышечных сил. Завершив настррйку интегратора 35 и вольтметра 40, устройство собирается в со ответствии с описанной ранее схемой (ЦАП 29 связывается с осциллографом 39, иумножитель 32 с блоком 34 определения модуля).

Завершить данную операцию необходимо проверкой работы устройства без спортсмена. Для этого запускается генератор 22 прямоугольных импульсов, счетчик 23 и все остальные части и блоки 19 програм ного, выч1/1слительного 20, информа.ционно-визуального 21 блоков и механизма 17 обеспечения вращения регулируемых по длине рычагов 10. Правильность работы устройства подтверждается воспроизведением с помощью механизма 17 заданного вращения регулируемых по длине рычагов 10, отсутствием движения стрелки вольтметра 40 и изображением на ленте осциллографа 39 графика задаваемых значений суставного момента мышечных сил, введенных в ПЗУ 25 и преобразованных в аналоговую форму ЦАП 29 (фиг. 11).

длине рычаги 10 и расположенные перпендикулярно к,ним стойки 11, и фиксируют их. Расстояние между поперечными стержнями 12 регулируется за счет наличия в стойках 11 пазов 42. Затем в соответствии с антропометрическими данными спортсмена на платформе удлиненного стола 5 в направляющих б устанавливаются и фиксируются вертикальные стойки 7 горизонтальной перекладиной 8 для осуществления хвата за нее спортсменом. После чего устанавливается, как продолжение регулируемых по длине рычагов 10 рычаг - противовес 43 и балансировочный груз 44 (фиг.З).

Далее спортсмен принимает положение, изображенное на фиг.9 и по команде тренера (или ассистента) пытается выполнить заданные параметры суставного движения (принять положение, изображенное

на фиг. 10). Между временем подачи команды для спортсмена и временем включения устройства предусматривается интервал, равный 250-350 мс и соответствующий латентному периоду двигательной реакции человекЭч

балансировочного груза 44 и поперечных стержней 12, соединяющих регулируемые по длине рычаги 10 и расположенные перпендикулярно к ним стойки 11, добиваются воспроизведения кинематических характеристик вращения биозвеньев (ног)( ф ,ф ,(р , изображенных на фиг.8).

При этом в программном блоке 19 генератор 22 прямоугольных импульсов обеспечивает временную синхронизацию работы

всех каналов, Двоичный счетчик 23, вход которого подключен к генератору 22 прямоугольных импульсов, а один из выходов связан с первым ПЗУ 24, обеспечивает управление считыванием информации из

этого ПЗУ. Информационные выходы первого ПЗУ 25 подключены через транзисторные ключи 27 к обмоткам 28 управления механизма 17 обеспечения вращения регулируемых по длине рычагов 10 (шагового

двигателя). Транзисторные ключи 27 служат для усиления по току сигналов, снимаемых с информационных выходов первого ПЗУ 24. Регулируя работу обмоток 28 управления с помощью программы, заложенной в

ПЗУ 24., управляют раОотой механизма 17, обеспечивающего воспроизведение кинематических характеристик, регулируемых по длине рычагов 10, и. как следствие биозвеньев (ног) спортсмена.,6.С помощью датчиков 36 измерения еформаций (например, тензорезисторов), регулируемых по длине рычагов 10, измеряют силу вынужденного взаимодействия (Fa

Рб) между ногами спортсмена и попереч- 5 ными стержнями 12. Датчики 36(тензорезиторы) соединены в тензомост 37 и связаны ерез тензоусилитель 38 (УТ-6 Топаз) с у Аножителем 32 вычислительного блока 20. В качестве примера на фиг. 13 показаны зна- 10 ения сил Fa и F6, которые приложил спортмен в одной из попыток к стержням 12 соответственно а и б).

Для вычисления суставного момента мышечных сил, реализуемых спортсменом в устройстве, предназначен блок 33 вычитания, в который помимо сигнала с умножителя 32 поступает электрический сигнал из 45 ЦАП 29, преобразовывающего в аналогичную форму информацию о задаваемых значениях суставного момента мыщечных сил (фиг.11), хранящуюся вПЗУ 26 программного блока 19. В блоке 33 вычитания задавае- 50 мые значения суставного момента, поступающие из ЦАП 29 и характерные для конкретного мгновения времени, суммируются с учетом знака с соответствующим этому мгновению моментом силы 55 вынужденного взаимодействия Разили моментом FaE( Fб,фиг.l4). Сформированный на выходе блока 33 вычитания электрический сигнал пропорционален суставному моменту мышечных сил, реализуемых спортсменом в устройстве. Этот сигнал поступает на осциллограф 39 информационно-визуального блока 21. В блоке 34 определения модуля вычисляется модуль момента силы вынужденного взаимодействия, прикладываемого спортсменом к стержням 12, а подсоединенный, к выходу блока 34 определения модуля интегратор 35 позволяет, определить импульс этого момента.

С помощью абсолютных дискретных показателей можно оценить какова в каждое мгновение величина добавочного момента (момента силы вынужденного взаимодействия), с помощью которого спортсменом реализуются задаваемые параметры суставного движения, Так, например, максимальная величина добавочного момента (F6-)paBHa 64 нм. Этот момент прикладывается к ногам спортсмена через 0,1 с после начала работы, когда ноги спортсмена прошли угловой путь 4° (фиг. 15 , стекла А , а также фиг.8). Для различения совмещенных на оси времени графиков, задаваемых и реализованных спортсменом значений суртавного м.омента, представленных на осциллографе 39, целесообразно использовать заранее изготовленный трафарет графика задаваемых значений момента. Этот

график изготавливается на прозрачном материале и накладывается на совмещенный график, представленные на осциллографе 39.

С помощью абсолютных интегральных 5 показателей можно оценить суммарную величину добавок к активным мышечным действиям спортсмена. О величине этих добавок тренер и спортсмен могут судить по показаниям вольтметра 40, величина рткло- 10 нения стрелки которого демонстрирует им пульс модуля момента силы вынужденного взаимодействия за все время работы спортсмена в устройстве. Кроме того, о величине . импульса модуля момента силы вынужден- 15 ного взаимодействия биозве а спортсмена со стержнями 12 можно судить по величине площади, заключенной между графиками, представленными на осциллографе 39 и показанными на фиг.15. Эта площадь на 20 фиг.15 заштрихована.

Относительные дискретные показатели готовности спортсмена позволяют оценить степен приближения в каждое мгновение суставного момента, реализованного спорт- 25 сменом в устройстве, к задаваемому моменту. Так, например, через 0,15 с после начала работы при отклонении ног спортсмена OIT . горизонтали на 13° (фиг.8) суставной момент, который осуществил спортсмен 146i 30 нм (фиг. 1,5, стрелка Б) составляет примерно 0,8 от суставного момента, который он должен был осуществить 200 нм (фиг.15, сумма

стрелок Б+ В) 200 им )- ДРУгими

словами, анализ данных, представленных на осциллографе 39, позволяет тренеру и спортсмену сделать вывод о том, что в этот момент времени, когда ноги спортсмена отклонились от горизонтали на 13° , он срабо- 40 тал приблизительно на 80% (точнее на 78%): от того, как надо было сработать, .чтобы самостоятельно воспроизвести кинематические характеристики вращения биозвена, представленные на фиг.8. Такая оценка мо- 45 жет быть проведена тренером и спортсменом для любого момента, времени (0,05,, 0,10|0,20 и т.д) с помощью осциллографа 39.

Относительные интегральные показйте- 50 ли позволяют оценить степень приближения суммарных значений реализованного спортсменом суставного момента мышечных сил к величинам, необходимым для реализации заданной кинематики вращения 55 биозвена. Для такой оценки тренер и спорт- ; смен используют вольтметр 40 со шкалой процентов. Если в процессе работы спортсмена в устройстве стрелка вольтметра, отклонилась от нулевого значения до

значения, равного по процентов 20%, то суммарна мышечная активности спортсмена в зтом случае составила 80% от задаваемой величины. Такова активность спортсмена была зафиксирована в рассматриваемом нами примере. Для наглядности тренер и спортсмен могут обратиться к показаниям (фиг.15), представленным на осциллографе 39 (фиг.З и 7). Отношение площади между графиком, изображенным пунктирной линией, и осью времени и графиком, изображенным сплошной линией, и осью времени показывает, что спортсмен проя§ил суммарную мышечную активность лишь на 80% от необходимой величины.

Аналогичным образом производят измерение и оценку серии суставных движений. В зтом случае с помощью устройства программируется не одно, а серия суставных движений. Измеряются силы вынужденного взаимодействия с поперечными стержнями 12 и вычисляются все описанные показатели (абсолютные и относительные, дискретные и интегральные) как для одного суставного движения, так и для их серии, предусмотренной программой оценки двигательных способностей спортсменов.

Устройство, кроме приведенного в примере упражнения, может быть использовано для выполнения следующих двигательных действий:

а)из положения лежа на спине (ноги расположены ниже горизонтали), сгибание в тазобедренных суставах до положения согнувшись, и обратно. Руки вытянуты вверх захватом за горизонтальную перекладину;

б)из положения лежа на животе (ноги расположены ниже гopизoнtaли) поднимание ного до положения прогнувшись и об ратно. Руки вытянуты вверх, захват кистями за горизонтальную перекладину сверху, снизу, в обратном хвате;. в) из положения лежа на животе руки согнуты в локтях захватом за горизонтальную перекладину, край стола на уровне коленных суставов, сгибание - разгибание в коленных суставах:.

г)из положения лежа на лопатках (ноги и таз расположены ниже горизонтали) одновременное поднимание таза и ног в вертикальное положение и обратно. Руки вверху хватом сверху за горизонтальную переКладину;

д)сидя на краю стола (руки вверху или за голову), ногами зацеп за горизонтальную перекладину, сгибание - разгибание туловища; -...

е} из положения лежа на бедрах на краю стола туловище наклонено вперед ниже горизонтали, руки вверху или за голову, сгибание - разгибание туловища, ногами захват за горизонтальную перекладину:

ж)из положения лежа на боку, край стола на уровне таза, туловище располо}| ено ниже горизонтали, руки вверху или за голову, поднимание и опускание туловища;

з)из положения лежа на спине, плечу расположёны на краю стола, руки вверху, ногами зацеп за перекладину, сгибание разгибание рук в плечевых суставах;

и) из положения лежа на животе, руки вверху, кисти вывернуты наружу (край стоЛ|а на уровне локтевых суставов), сгибаниеразгибание рук в локтевых суставах;

к) из положения лежа на животе (край стола на уровне груди) руки опущены вниз вперед, поднимание рук вверх;

л) из положения сидя на краю стола (край стола на уровне коленног о сустава), сгибание- разгибание в коленных суставах.

а)из виса на руках поднимание ног до положения виса согнувшись;

б)из упора на руках поднимание ног до положения высокого угла;

в)из виса вниз головой поднимание туловища в положение виса согнувшись;

г,д,е) из положения стоя на полу одна нога между роликов, поднимание ее вперед (ё), в сторону (д), назад (г), кистями рук взятЬ ся за рукоятки спиной (е), боком (д), лицом (г) к платформе.

Педагогический эффект от использования предлагаемого изобретения заключается в повышении уровня развития двигательных способностей спортсменов в различных видах спорта. Предлагаемое изобретение также может быть использовано в области медицины, в частности для реабилитации больных после травм конечностей.

Формула изобретения

41

J710084

fPaz.l

Фиг.

ВадА

1Z 6 If 8 -1/7

flLZ.

.S

Фиг. 6 -#5

L

qoy 0/0 0,SQ 0 9QJkSO/ifOJSO c)

Фиг.В

(

§0 0

го

и

-«-I-л, J-, J

(103 Ojff ((25

-20 -W §0 80400

/HI .5 О.O.J0.

40,05 0,10 0.15 0.20 0,25 0,30 Ц35 0,0 0,5 0,50

tfC)

Фиг. 9

Ш

Сриг.Ю т о - т -т Ш 4 Фиг.1г (ЗОД35 0иг.И tM

i(c)

Фце.п

NO -8 dt

ft/

д t

« TV

6 Д/

Фиг. /У