СПОРТИВНЫЙ ТРЕНАЖЕР ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПЕРЕМЕННОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ
SPORTS SIMULATOR FOR ALTERNATIVE DYNAMIC LOADING

Изобретение относится к спортивным тренажерам, в частности к средствам для тренировки штангистов и спортсменов многоборья.
Известно устройство для тренировки мышц, обеспечивающее безопасность самостоятельного выполнения упражнения «жим штанги лежа» (патент RU №2217201, МПК А63В 21/078, А63В 21/06, опубл. 27.01.2003 г.), содержащее штангу, груз-противовес, средство фиксации, ножной элемент управления, стойки со штангодержателями, дополнительную стойку, на которой установлен груз-противовес, состоящий из набора отдельных грузов, содержащих сквозное осевое отверстие с кольцевым пазом на нижней поверхности, подвижную платформу, расположенную под грузом-противовесом с возможностью свободного перемещения вдоль дополнительной стойки и связанную через трособлочную систему со штангой, управляемый ножным элементом спусковой механизм, обеспечивающий падение груза. Средство фиксации выполнено в виде установленного внутри дополнительной стойки коромысла, верхний конец которого содержит выступ-зуб, заходящий в кольцевой паз на нижней поверхности груза, фиксируя его на стойке, а нижний конец коромысла подпружинен и содержит угловой выступ, направленный противоположно выступу-зубу. Стенки дополнительной стойки содержат прорези для выступов, расположенных на концах рычага-коромысла, спусковой механизм содержит поворотный рычаг, один конец которого нагружен пружиной и механически связан с ножным элементом управления, а второй конец упирается в верхний конец коромысла с возможностью вывода выступа-зуба из паза на нижней поверхности груза.
Известен также механизм фиксации поперечной балки спортивного тренажера (патент RU №168234, МПК А63В 21/00, опубл. 31.05.2016 г.) для фиксации поперечной балки на выбранной высоте, включающий стопорный палец в составе электромагнитного механизма, корпус, на котором установлена цилиндрическая деталь, гибкий подвесной элемент, свободный конец которого крепит поперечную балку в сборе к верхней части пространственной рамы. Механизм фиксации поперечной балки дублируется с обоих ее концов, причем цилиндрическая деталь представляет собой звездочку, вращающуюся на игольчатом подшипнике коаксиально поперечной балке, с торца которой по окружности размещаются отверстия соосно стопорному пальцу, а гибкий подвесной элемент представляет собой роликовую или пластинчатую цепь, причем с одной стороны поперечной балки цепь обволакивает звездочку одного механизма фиксации, а с другой - проходит касательно звездочке другого механизма фиксации. В обоих случаях цепь крепится не только сверху к пространственной раме, но и снизу к основанию, перпендикулярно уровню горизонта.
Однако указанные средства имеют невысокую эффективность при выполнении упражнений для тяжелоатлетов и спортсменов многоборья вследствие невозможности создания нагрузки на спортсмена, изменяемой по величине, траектории движения и ее реверса (изменения направления нагрузки).
Известна наиболее близкая по технической сущности к заявляемому техническому решению электромагнитная штанга, принятая за прототип (Заявка RU на изобретение №2012125690, МПК А63В 21/00, опубл. 2012 г.), содержащая основание, две стойки прямоугольного сечения, прикрепленные к основанию из диамагнитного материала, гриф штанги, средство создания нагрузки, выполненное в виде первого электромагнита и источник питания. В состав штанги введены: второй электромагнит, две пластины из ферромагнитного материала, два штока, две пружины, четыре ограничителя, перекладина, причем сердечники электромагнитов П-образной формы прикреплены каждый к своему штоку, к которым с другой стороны прикреплены пружины, штоки с пружинами вставлены в продольные отверстия на концах грифа штанги. Сердечники электромагнитов упираются в пластины, прикрепленные к стойкам, выполненным из диамагнитного материала, а обмотки электромагнитов соединены последовательно и подключены к источнику постоянного тока, ограничители прикреплены к торцам пластин таким образом, что выступают со стороны сердечников, концы перекладины из диамагнитного материала прикреплены к верхним концам стоек.
Признаки, общие с заявляемым спортивным тренажером для создания переменной динамической нагрузки:
- основание, на котором крепится П-образная стойка с перекладиной;
- две направляющие, закрепленные между основанием и перекладиной;
- гриф штанги, жестко связанный с установленными на его концах элементами крепления;
- элементы крепления, выполненные с возможностью перемещения вдоль направляющих;
- устройство создания нагрузки, к подвижным элементам которого прикреплены элементы крепления.
Причинами, препятствующими достижению прототипом заявленного технического результата, являются невысокие эффективность и функциональные возможности тренировочного процесса для тяжелоатлетов и спортсменов многоборья вследствие невозможности создания индивидуальной нагрузки на спортсмена, изменяемой по величине, траектории движения, ее реверса и индивидуального подбора темпа возрастания или снижения нагрузки по траектории движения применительно к потребностям или требованиям спортсмена.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание спортивного тренажера, обладающего высокой эффективностью и широкими функциональными возможностями тренировочного процесса с возможностью индивидуального подбора величины, скорости нарастания или снижения нагрузки по пути движения грифа штанги и ее реверса применительно к индивидуальным потребностям спортсмена и тренировочного процесса.
Технический результат - повышение эффективности и расширение функциональных возможностей тренировочного процесса путем обеспечения индивидуальных значений параметров динамической нагрузки на разных участках траектории движения грифа штанги.
Поставленная задача решается тем, что в спортивном тренажере для создания переменной динамической нагрузки, содержащем основание, на котором крепится П-образная стойка с перекладиной, две направляющие, закрепленные между основанием и перекладиной, гриф штанги, жестко связанный с установленными на его концах элементами крепления, выполненными с возможностью перемещения вдоль направляющих и прикрепленными к подвижным элементам устройства создания нагрузки, новым является то, что устройство создания нагрузки соединено с устройством управления и связано через вал с подвижными элементами, расположенными с обеих его сторон, с валом сопряжено устройство измерения параметров динамической нагрузки, соединенное с устройством управления, а устройство создания нагрузки выполнено с возможностью обеспечения заданных параметров динамической нагрузки на гриф штанги через подвижные элементы в соответствии с управляющими воздействиями устройства управления, заданными тренировочным процессом.
Рационально в спортивном тренажере для создания переменной динамической нагрузки устройство создания нагрузки выполнять в виде электродвигателя.
В спортивном тренажере для создания переменной динамической нагрузки устройство создания нагрузки может быть выполнено в виде шагового электродвигателя.
В спортивном тренажере для создания переменной динамической нагрузки устройство создания нагрузки может быть выполнено в виде линейного электродвигателя.
В спортивном тренажере для создания переменной динамической нагрузки устройство создания нагрузки может быть выполнено в виде пневмодвигателя.
В одном из вариантов спортивного тренажера для создания переменной динамической нагрузки устройство создания нагрузки может быть выполнено в виде гидравлического двигателя.
Целесообразно в спортивном тренажере для создания переменной динамической нагрузки подвижные элементы выполнять в виде цепных, либо зубчато-ременных, либо реечных передач.
Рационально в спортивном тренажере для создания переменной динамической нагрузки элементы крепления выполнять в виде втулок.
В спортивном тренажере для создания переменной динамической нагрузки устройство измерения параметров динамической нагрузки может быть выполнено в виде датчика положения грифа штанги, датчика нагрузки на гриф штанги и датчика скорости перемещения грифа штанги,
Целесообразно в спортивном тренажере для создания переменной динамической нагрузки в число заданных параметров динамической нагрузки включать направление перемещения, усилие и скорость движения грифа штанги на разных участках траектории.
Рационально в спортивном тренажере для создания переменной динамической нагрузки устройство управления выполнить с возможностью считывания информации с устройства измерения параметров динамической нагрузки, обработки ее и формирования управляющего воздействия на электродвигатель в соответствии с программой тренировочного процесса.
Сравнение заявляемого изобретения с другими известными решениями из уровня техники в данной области показало, что идентичные признаки, отличающие заявленное изобретение от известных средств и прототипа, отсутствуют, что позволяет считать, что заявляемое изобретение соответствует критериям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется чертежом, где на чертеже схематично представлена кинематическая схема заявляемого спортивного тренажера.
Спортивный тренажер для создания переменной динамической нагрузки содержит основание 1, на котором крепится П-образная стойка 2 с перекладиной 12, две направляющие 3, закрепленные между основанием 1 и перекладиной 12. Гриф штанги 4 жестко связан с установленными на его концах элементами крепления 5, выполненными с возможностью перемещения вдоль направляющих 3 и прикрепленными к подвижным элементам 7 устройства создания нагрузки 6. Элементы крепления 5 могут быть выполнены в виде втулок, в отверстиях которых размещены направляющие 3. Устройство создания нагрузки 6 через вал 13, установленный на подшипниках 14, и звездочку 15 связано с подвижными элементами 7, расположенными с обеих сторон грифа штанги 4. Подвижные элементы 7 в различных вариантах исполнения могут быть выполнены в виде цепных, либо зубчато-ременных, либо реечных передач.
Симметричное расположение по обе стороны грифа штанги 4 направляющих 3, элементов крепления 5 и подвижных элементов 7, жестко связанных с верхним 13 и нижним 16 валом через посаженные на них звездочки 15, исключают перекос грифа штанги 4 и обеспечивают передачу на него усилий, создаваемых устройством создания нагрузки 6.
Устройство создания нагрузки 6 в различных вариантах исполнения может быть выполнено в виде электродвигателя, шагового электродвигателя, линейного электродвигателя, пневмодвигателя, либо гидравлического двигателя. Устройство создания нагрузки 6 связано с устройством управления 11 и выполнено с возможностью обеспечения параметров динамической нагрузки на гриф штанги 4 в соответствии с управляющим воздействием устройства управления 11, заданным тренировочным процессом.
С валом 14 сопряжено устройство измерения параметров динамической нагрузки, выполненное в одном из вариантов исполнения в виде датчика положения грифа штанги 10, датчика нагрузки на гриф штанги 9 и датчика скорости перемещения грифа штанги 8, соединенных с устройством управления 11.
Устройство управления 11 воспринимает информацию от датчиков 8, 9, 10, вырабатывает управляющее воздействие для устройства создания нагрузки 6 и контролирует реализацию заданных параметров динамической нагрузки, включающих в одном из вариантов реализации, направление перемещения, усилие и скорость движения грифа штанги на разных участках траектории.
Работа спортивного тренажера, выполненного в одном из вариантов, осуществляется следующим образом.
Перед началом тренировочного цикла при помощи устройства управления 11 задаются параметры динамической нагрузки, включающие направление перемещения, усилие и скорость движения грифа штанги на разных участках траектории.
Выполняющий упражнение располагается на основании 1, захватывает гриф штанги 4 и начинает выполнять упражнение, которое заключается в создании необходимой силы, а также направления и скорости перемещения грифа штанги 4. Гриф штанги 4 перемещается по направляющим 3 с помощью втулок 5. При этом нагрузка на гриф штанги 4 создается от электродвигателя 6 через вал 12, звездочки 15, подвижные элементы цепной (или зубчато-ременной, или реечной) передачи 7. Датчик положения грифа штанги 8, датчик нагрузки на гриф штанги 9 и датчик скорости перемещения грифа штанги 10, установленные на валу 13 электродвигателя 6, передают соответствующую информацию на устройство управления 11. Поскольку цепная (или зубчато-ременная или реечная) передача 7 работает без проскальзывания, величина угловой координаты, скорости и ее направления, а также значение момента нагрузки пересчитывается в соответствующие значения координаты грифа штанги относительно исходной (нулевой) точки, скорости, направления перемещения и усилия нагрузки.
Алгоритм работы устройства управления заключается в следующем.
Выполняющий упражнение предварительно задает индивидуальную программу тренировки устройству управления 11 с помощью смартфона, планшетного компьютера или пульта управления. В качестве устройства управления 11 может применяться программируемый логический контроллер. Программа управления представляет собой взаимосвязь параметров движения: положение, направление перемещения, усилие и скорость движения грифа штанги 4 в зависимости от участка траектории движения. Далее, выполняя тренировку, спортсмен, или любое лицо, выполняющее упражнения, осуществляет подъем и спуск штанги, изменяя при этом направление и скорость перемещения грифа штанги 4. Устройство управления 11 в это время считывает информацию с датчиков 8 положения грифа штанги, датчика 9 нагрузки на гриф штанги и датчика 10 скорости перемещения грифа штанги. В зависимости от положения грифа штанги 4 устройство управления 11 формирует управляющее воздействие на электродвигатель 6. Электродвигатель 6 отрабатывает управляющее воздействие, формируя знакопеременную нагрузку на гриф штанги 4, таким образом, реализуя программу тренировки (усилие и скорость изменения положения грифа). Благодаря такому алгоритму на задаваемой программе управления могут быть введены траектории движения с разной нагрузкой на каждом участке траектории, вплоть до нуля.
После осуществления спортсменом полного цикла тренировки по одной траектории устройство управления 11 записывает информацию от датчиков обратной связи и передает на планшетный компьютер или сотовый телефон выполняющего упражнения. Установленное программное обеспечение на планшетном компьютере или сотовом телефоне выполняет расчет выполненных нагрузок и анализ их приложения к грифу штанги в момент выполнения упражнения. При этом полученные данные могут быть занесены в базу данных индивидуальных тренировок спортсмена или размещены в социальных сетях.
После окончания выполнения упражнений гриф штанги 4 опускается и находится в нижней исходной (нулевой) точке, а нагрузка может быть снижена до минимума и воспринимается П-образной стойкой 2.
Заданные нагрузки имитируют определенный вес штанги, его значение в различных фазах подъема штанги с учетом индивидуальных физиологических параметров спортсмена, а также их оптимальных значений на каждой фазе выполнения упражнений: роста спортсмена, скорости подъема и опускания штанги, прикладываемой силы и т.д.
Заявляемое изобретение способствует созданию спортивного тренажера, обладающего высокой эффективностью и широкими функциональными возможностями тренировочного процесса за счет обеспечения возможности индивидуального подбора величины, скорости нарастания или снижения нагрузки по пути движения грифа штанги и ее реверса применительно к индивидуальным потребностям спортсмена и тренировочного процесса.