Тренажер пловца Советский патент 1982 года по МПК G09B9/00 A63B69/10 

(54) ТРЕНАЖЁР ПЛОВЦА

Изобретение относится к спортивным тренажерам и касается, в основном, вопросов управления тренировочным процессом подготовки пловцов в условиях спортивного бассейна.

Известны тренажеры, состоящие из нагрузочных устройств и кинематических цепей, воспроизводящих структуру движений изучаемого стиля плавания

СИ.

Однако возможности этих тренажеров ограничены. Они преимущественно используются для силовой тренировки на суше или начального обучения технике плавания.

Известен тренажер пловца, состоящий из последовательно соединенных устройства управления режимом лидирования, блока задания режима лидирования и лидирующего устройства, резинового амортизатора, видеоконтрольного устройства, выполненного в виде двух видеокамер, соединенных параллельно, блока визуального контроля и блока регистрации. При этом резиновый амортизатор укреплен одним концом к поясу на теле пловца, а другим через динамометр - к торцовой стороне бассейна, кроме того, измерительный .выход динамометра,датчик ускорения.

измеритель скорости пловца и видеоконтрольное устройство подсоединены к блоку визуального контроля и блоку регистрации. Этот тренажер позволяет совершенствовать технику спортивного плавания, способствует развитию специальной выносливости, силы, скорое; ти, темпа и ритма движений. Принцип работы тренажера состоит в том, что

10 пловец с установленным на стопе резиновым амортизатором, выполняет плавательные движения с заданной час-: тотой и силой согласно блоку задания режима лидирования и лидирующего уст15ройства. При этом в устройстве предусмотрена цепь коррекции режима лидирования, состоящая из измерительных приборов (измерителя, скорости, пловца, динамометра, датчика ускорения и

20 видеоконтрольного устройства), блока визуального контроля и устройства управления режимом лидирования. Тренер-преподаватель имеет постоянную возможность контролировать движения,

25 спортсмена и изменять по своему усмотрению режим лидирования 2.

Недостатками этого устройст1ва ЯВ ляются наличие резинового амортизатора, ограничивающего диапазон движе30НИИ, выполняемых спортсменом, а также отсутствие количественной оценки качества выполняемого движения, коррекция режима лидирования производится по субъективным оценкам тренерапреподавателя, что снижает качество тренировочного процесса.

Наиболее близким к изобретению является тренажер пловца, содержащий последовательно соединенные измеритель скоростл плавания, пульт опертора, выполненный в виде б/гока индикадии, дополнительного блока управле ния и блока управления, блок зада-. ния режимов лидирования и формирователь заданной скорости плавания, бло регистрации, вычислитель, блок визу ального контроля тренажа, блок измерителей прохождения дистани.ии, блоки измерителей стартовых усилий и усилий поворота. Блок визуального контрля тренажа выполнен в виде цепочки узлов воспроизведения информации, узла синхронизации, коммутатора и узла контроля сигналов поворота. Бло измерителей прохождения дистанции содержит измеритель сигналов прохождения створа, датчик касания я формиро ватель стартовых сигналов. При этом вычислитель подключен к блокам задания режимов лидирования, ин,дикации и регистрации, дополнительному блоку управления, блоку визуального контроля тренажа, датчику каса:яия и измерителям скорости плавания, сигнало прохождения створа и старто:зых усилий, формирователь стартовых сигналов соединен с дополнительным блоком уп-равления, подключенным к блоку визуального контроля тренажа, измеритель сигналов прохождения створа и датчик касания подключены к блоку визуального контроля тренажа, содержс1щему узел синхронизации, подключенный к узлам воспроизведения информации и контроля сигналов поворота, которые соединены с кoм yтaтopoм, уаел контроля сигналов поворота содержит три элемента воспроизведения информации, располох енных по ортогональным осям координат, узел воспроизведения ин-, формации содержит видеокамеру, оптически связанную через обтюрс1тор с узлом синхронизации, подключенным к видеокамере. Подобное выполнение тренажера пловцов позволяет в процессе плавания регистрировать биомеханические параметры движения пловца и по ним находить энергозатраты. Данные об энергозатратах служат основой для коррекции режима лидирования, т.е. лидирование осуществляется по минимуму энергозатрат СЗ.

Однако моторные - энергозатраты не отражают всех .энергозатрат, затрачиваемых пловцом при выполнении упражнений. В связи с этим коррекция процесса лидирования только по биомеханическим затратам не совсем адекватна сути происходящих процессов. Осо бенно неудовлетворительно начинает она сказываться в процессе длительной тренировки, В результате адаптации организма к выполняемой работе и высоким волевым качествам спортсмен может сохранять высокую работоспособность, хотя стоимость ее с5б1дий расход энергии и нервное напряжение) становится значительно выше, чем в оптимальном состоянии,.Эта .способнос противостоять развивающемуся утомлению часто определяет успех в спортивных достижениях, но она вредна при проведении тренировочного процесса.

Целью изобретения является повышение точности устройства за счет оценки общих энергозатрат по физиологическим параметрам пловца и коррекции процесса лидирования.

Указанная цель достигается тем, -что в устройство, содержащее последовательно включенные пульт оператора, вычислитель, блок задания режимов лидирования и формирователь сигналов заданной скорости плавания измеритель скорости плавания, соединенный с вычислителем, пультом оператора, блоком регистрации и блоком визуального контроля тренажа, подключенным к блоку регистрации, соединенному с вычислителем, который подклкзчен к измерителю усилий пловца и измерителю сигналов прохождения дистанции, соединенному с блоком визуального контроля тренажа и пультом оператора, подключенным к блоку задания режимов лидирования, введены два блока сравнения, измеритель параметров дыхания и последовательно включенные блок датчиков физиологических параметров, регистратор физиологических параметров, формирователь признаков физиологического параметра и дополнительный вычислитель, подключенный к измерителю параметров дыхания и одному из блоков сравнения, соединенному с основным вычислителем и блоком задания режимов лидирования, формирователь признаков физиологического параметра и измеритель параметров дыхания подключены к пульту оператора, блоку регистрации .и основному вычислителю, соединенному через другой блок сравнения с формирователем признаков физиологического параметра, регистратор физиологических параметров подключен к измерителю сигналов прохождения дистанции.

На чертеже приведена структурная схема предложенного устройства.

Схема содержит основной вычислитель 1, блок 2 сравнения, блок 3 задания режимов лидирования, формирователь 4 сигпалов заданной скорости плавания, измеритель 5 скорости плавания, измеритель 6 сигналов прохождения дистанции, измеритель 7 усилий пловца, блок 8 визуального контроля тренажа, пульт 9 оператора блок 10 регистрации, блок 11 датчиков физиологических параметров, регистрйтор 12 физиологических параметров, формирователь 13 признаков физиологического параметра, дополнительный вычислитель 14, измеритель 15 параметров дыхания и блок 16 сравнения. Наличие новых элементов и связей позволяет определить общие энергозатраты по газообмену, т.е. по количеству поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа (по методу непрямой калориметрии). Сопоставление этих общих энергозатрат с энергозатратами, израсходованными на совершение движения пловца, позво ляет определить эффективность работы пловца и по этим данным корректировать режим лидирования. Кроме того наличие блока сравнения (функционирования систем регулирования организма) позволяет выявить дискоордина цию различных функций при утомлении (например, частоту сердечных сокраще НИИ и частоту дыхания. Использование этой информации служит дополнительным фактором увеличения эффектив ности тренировки. Вычислитель 1 предназначен для автоматической оценки качества движ ния. В связи с этим, он включает в себя биомеханическую модель пловца и элементы оценки качества движения В качестве биомеханической модели можно, например, использовать модель,согласно которой пловца пред ставляют в виде разветвленной кинематической цепи, связывающей сротве ствующие двигательные звенья пловца и системы уравнений, описывающей ди мику движения этих звеньев. Входными параметрами такой модели являются координаты опорных точек каждого звена, выходными - моменты и силы, возникающие в сочленениях двигательного аппарата пловца. Устройство оценки качества движения вычислительного устройства сопоставляет значения моментов и сил со скоростью движения пловца и на этом основании вырабатывает корректирующий сигнал для изменения режима лидирования. Вычислитель 1 может быть реализован на аналоговых или цифровых элементах. В последующем случае в качестве вычислителя 1 можно использовать ЭВМ М-6000. С вычислителем 1 связана сис тема контрольно-измерительных блоков Эта система блоков подразделяется на две подсистемл - измерителей биомеха нических параметров пловца совместно с измерителями прохождения дистанции и измерителей первичной физиологической информации и параметров дыхания. Первая подсистема включает в себя измерители 5,6 и 7 и блок 8 визуаль ного контроля тренажа. Все эти устройства могут быть выполнены аналогично прототипу. Однако для определения координат опорных точек можно использовать иное выполнение блока 8. Управление режимом лидирования и коррекции по биомеханическим параметрам, как и в прототипе, включает в себя последовательно соединенные измеритель 5, пульт 9., блок 3 и формирователь 4. Коррекция осуществляется за счет оценки энергозатрат движенин, рассчитываемых вычислителем 1, согласно координатам опорных точек, регистрируекых блоком 8. В связи с этим выход вычислителя 1 свя.зан с входом блока 3. Такое построение тренажера позволяет задавать спортсмену условия тренировки и лидирования его в процессе прохождения дистанции. Блок 3 выполнен в виде информационного табло и может содержать средства экспресс-информации об изменении режима лидирования, например систему радиосвязи. Формирователь 4 представляет собой, например, светолидер или звуколидер, как в прототипе. Однако коррекция режима лидирования только по биомеханическим параметрам не позволяет определить какой ценой это достигается, т.е. в системе отсутствует информация об общих . энергозатратах. Кроме того, при длительных тренировках наступает утомление, требующее снижения нагрузки. Сведения же о биомеханике движения скрывает эти изменения, поскольку высококвалифицированные спортсмены сохраняют высокую работоспособность длительное время. Для решения этих задач в тренажере имеется система, состоящая из последовательно соединенных блока 11, регистратора 12, формирователя 13, вычислителя 14 и блока 2. Все эти блоки выполнены, в основном, с помощью типовых устройств. При этом блок 11 совместно с регистратором 12 предназначен для съема и телеметрии, информации, например электрокардиограммы (ЭКГ), пневмограммы и т.д. В формирователе 13 , осуществляется выделение параметров, характеризующих работу отдельных систем регуляции (частоты сердечных сокращений, частоты дыхания и т.д.)Известно,например, что частота сердечных сокращенйй (ЧСС) хорошим показателем текущей работоспособности спортсмена. В широких пределах изменения ЧСС имеется линейная зависимость между ЧСС и потрег блением кислорода и мощностью выпог няемой работы. Другим важным показ. телем работоспособности является ма симальное потребление кислорода (МПК). Описанная система позволяет находить эти параметры. Причем пара метры дыхания измеряются измерителем 15, который представляет из себя устройство, состоящее из дыхател ной маски с турбинкой и масс- спектр метра, (например типа МХ-6202), сое диненного с помощью пневмосистемы с дыхательной маской. Масс-спектромет позволяет определять газообмен, т.е поглощение кислорода, выделение угл кислого газа, содержание азота. Все эти параметры обеспечивают возможность измерения общих энергозатрат по способу непрямой калориметрии и благодаря этому позволяют прокалибр вать зависимость: общие энергозатра ты - чес. Блок 16 предназначен для выявлен утомления. Он определяет дискоординацию различных функций организма ( частности чес и ЧД и по этому признаку позволяет выявить утомление и скорректировать через вычислитель 1 режим лидирования. Пульт 9 предназначен для управления работой всего тренажера. Он выполнен как в прототипе. Работа тренажера пловцов происходит следующим образом, С помощью пульта 9 тренер-преподаватель устанавливает тренировочно задание. Это задание высвечивается на блоке 3, предъявляется спортсмен и подготавливает работу форг-шровате ля 4. Одновременно с пульта 9 корректируется модель спортсмена, зало женная в вычислитель 1, и в нее вво дятся основные параметры, характеризующие индивидуальные биомеханические характеристики спортсмена. После подготовки устройства и готовности спортсмена тренер запускает формирователь 4 и измеритель б, спор тсмен стартует и тренажер начинает работать. Формирователь 4 згютавляет спортсмена плыть с заданной скорость которая измеряется измерителем 5. , Одновременно все движения спортсмена регистрируются блоком 8. На выход блока 8 постоянно присутствует информация о координатах опорных точек спортсмена при прохождении всех участков дистанции. Эта информация синхронно, с остальными параметрами (скоростью движения, стартовыми усилиями, усилиями, развиваемыми при повороте) поступает на входы вычислителя 1, отображаются на пульте 9 и регистрируются в блоке 10. Вычислитель 1 обрабатывает эту информацию согласно заложенной модели или программе, определяет качество движения, вычисляет оптимальный режим лидирования и автоматически его корректирует. Однако эта коррекция не является оптимальной, так как рассмотренный контур коррекции учитывает только моторные энергозатраты и не отражает всех энергозатрат. Поэтому в системе имеется второй контур коррекции по составлению общих энергозатрат с моторными. При этом об1цие энергозатраты определяются косвенно по физиологическим параметрам организма (частоте сердечных сокращений и параметрам дыхания). Причем информация о чес поступает непрерывно с момента старта спортсмена с помощью телеметрии электрокардиограммы, а информация о параметрах дыхания дискретно, после проплыва дистанции. Параметры дыхания измеряют с помощью измерителя 15, который позволяет измерить все наиболее важные характеристики дыхания и по ним определить методом непрямой калориметрии общие энергозатраты и прокалибровать зависимость: чес - общие энергозатраты. В результате при дальнейшей работе тренажера в системе постоянно присутствует информация об оби(их энергозатратах, определяемая по ЧСС. Эта информация сравнивается в блоке 2 с моторными энергозатратами и на основе этого вырабатывается корректирующий сигнал, соответствующий опти-. мальному режиму лидирования. Дальнейшая коррекция режима лидирования возникает при длительной тренировке, когда наступает утомление организма. Этот момент определяется с помощью блока 16 до дискоординации системы регулирования, например рассогласования частот сердечных сокра-.. щений и дыхания. Использование в предлагаемом изобретении новых элементов и связей позволяет повысить эффективность работы и качество тренировочного процесса, что обеспечивается повышенной точностью тренажера. Формула изобретения Тренажер пловца, содержащий послеовательно включенные пульт оператора, вычислитель, блок задания реимов лидирования и формирователь сигналов заданной скорости плавания, змеритель скорости плавания, соедиенный с вычислителем, пультом опеатора, блоком регистрации и блоком визуального контроля тренажа, подключенным к блоку регистрации, соеиненному с вычислителем который одключен к измерителю усилий плова и измерителю сигналов прохождеия дистанции, соединенному с блоком изуального контроля тренажа и пульом оператора, подключенным к блоку адания режимов лидирования, о т л и ч а ю ц и и с я тем, что, с целью повышения точности устройства, он содержит два блока сравнения, измеритель параметров дыхания и последовательно включенные блок датчиков физиологических параметров, регистратор физиологических параметров, формирователь признаков фиэиологического параметра и дополнительный вычислитель, подключенный к измерителю параметров дыхания и одному из блоков сравнения, соединенному с основным вычислителем и блоком задания режимов лидирования, формирователь признаков физиологического параметра и измеритель параметров Jфlxaния подключены к пульту оператора, блоку регистрации и основному

вычислителю, соединенному через ДРУ-j гой блок сравнения с формирователем признаков физиологического параметра, регистратор физиологических параметров подключен к измерителю сигналов прохождения дистанции.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

0

5 по заявке № 2683101/18-24,

кл.С. 09 В 9/00, 1978 (прототип).