Устройство для видеотренировочного процесса

Полезная модель относится к средствам для обучения и может быть использована для формирования и/или развития двигательных навыков, закрепления динамических стереотипов, тренировки координации движений.
Полезная модель может быть применена для отработки движений в различных видах спорта, единоборствах, танцах, для подготовки артистов театра, балета, цирка, в играх и т.п.
Существует множество видов деятельности, в той или иной степени требующих владения специфическими зрительно-двигательными навыками. К таким видам деятельности можно отнести танцы, спорт (в частности, бокс), боевые искусства, театр, пантомиму, актерскую деятельность и др. Физиологические основы формирования двигательных навыков заключаются в том, что на первоначальном этапе обучения движениям в ЦНС (центральной нервной системе) образуются нестойкие временные связи между нервными центрами, регулирующими деятельность различных мышц и органов. В дальнейшем эти связи дифференцируются и закрепляются.
Тренажер учит своевременно найти наилучший вариант реагирования на воздействие из вне. Из всего арсенала специальных действий обучаемый выбирает оптимальный вариант и мгновенно его исполняет. Это достигается в том числе, за счет развития зрительно-двигательной координации. Обучаемый учится распознавать действие по начальной фазе (например определять вид удара в боксе, до того как он полностью осуществлен). И после придумать дальнейшее развитие выгодной ситуации, для получения спортивного преимущества. Так как например защита в боксе - это всегда начало атаки. Результат выполненных действий запоминается, ведется статистика, осуществляется мониторинг.
Известно много устройств для тренировок.
Широко известен тренажер Sparbar (см. box-plus.com). Конструкция: вращающаяся бита на вертикальной оси, приводится в круговое движение вследствии передачи импульса от пользователя. Состоит из металлического основания, оси, пневмогруши, вращающейся на оси биты. Принцип действия: пользователь наносит удар по бите и тем самым приводит ее в круговое движение, далее он совершает нырки и оттяжки от ранее приведенной в движение биты. Достоинства: простота конструкции и эксплуатации, наличие обратной связи реализуемой физическим контактом.
Недостатки: имитация только боковых ударов, предсказуемость, большие габариты, не мобильность, отсутствие статистики, не удовлетворительная эргономика.
Известен тренажер Sparing (см. box-plus.com). Конструкция: вращающаяся бита на вертикальной оси, приводится в круговое движение вследствии передачи импульса от пользователя, имитирует руку спарринг партнера. Принцип действия: пользователь наносит удар по бите и тем самым приводит ее в круговое движение, далее он совершает нырки и оттяжки от ранее приведенной в движение биты. Достоинства: простота конструкции и эксплуатации, наличие обратной связи реализуемой физическим контактом.
Недостатки: имитация только боковых ударов, предсказуемость, не мобильность, отсутствие статистики, не удовлетворительная эргономика: антропометрические и психофизиологические свойства далеки от естественной природы человека.
).
Известно устройство для тренировки содержащее датчики для оцифровки в реальном режиме времени перемещений частей тела обучающегося, ЭВМ для сравнения в реальном режиме времени полученного оцифрованного движения с цифровой моделью эталонного движения и элементы обратной тактильной связи для корректировки перемещений каждой из частей тела, участвующих в изучаемом движении, в реальном режиме времени (см. патент РФ №2364436, МПК A63B 24/00 (2006.01), A63B 71/06 (2006.01), 2009 г.
Недостатком известного устройства является то, что антропометрические данные обучающегося и тренера или профессионального спортсмена, с которых берется эталонное движение, должны быть достаточны близки. Требуется также учесть, что обучающийся может быть правшой или левшой, иметь какие-то физические недостатки. Все это требует достаточно большого набора программ для обучающихся. Для создания тактильной связи требуется большой набор исполнительных элементов, которые к тому же создают ощущение дискомфорта и мешают созданию атмосферы реального боя.
Из уровня техники известны системы видеоанализа для обучения спортивным движениям и совершенствования техники двигательных действий. Обратная связь дается по визуальному каналу (на экране монитора). Системы видеоанализа используют видеозапись спортсмена для анализа различных фаз его движения (траектории, углы и скорости), а также для сравнения движения обучающегося с движениями профессиональных спортсменов с целью их корректировки (см. разработку компании SiliconCoach - http://www.acrosport.ru/catalogue/igrovye_vidy/programmnyy_analiz/siliconcoach_pro_software/).
Основным недостатком таких систем является то, что обратная связь дается по визуальному каналу (на экране монитора). В процессе перевода видеоряда и картинок в собственные движения у обучаемого могут возникать значительные искажения. Не поступает эффективных корректировок во время тренировки. Не учитываются индивидуальные особенности обучающегося, а также индивидуальные особенности соперника.
Известны аппаратура и методы измерения или контроля ориентации тела и движения и измерения диапазона движения (ПЗУ) для использования в спортивной тренировке и физической реабилитации и оценке. Устройство включает в себя 3-осевой датчик, по меньшей мере, одно запоминающее устройство и, по меньшей мере, один процессор и может быть присоединено к объекту, подлежащему мониторингу (см. патент US2007015611, МПК A63B69/00, 2007 г).
Данное решение разработано для имитации тренировок игры в гольф и не воспроизводит тех движений, которые используются в боксе.
Проведенный патентный поиск не выявил сведений об устройстве, которое можно было принять в качестве прототипа.
Идеальным вариантом тренировочного процесса, является процесс в котором о всех недостатках подготовки (физической, скоростной, технической, тактической, психологической, двигательной и прочее) сообщается в реальном времени, т.е. во время тренировочного боя должна быть мгновенная обратная связь, как на удачные, так и неудачные действия обучающегося. Если он, например, нанес удачные удары, то анализируется и сообщается насколько эффективнее это могло бы быть при другой технике исполнения, если пропустил удар, то анализируются и сообщаются причины этого. После чего движение повторяется и так продолжается до наработки автоматического навыка. Эталонные движения профессионалов не навязываются, а только служат для подбора наиболее подходящих и эффективных техник для обучающегося.
Можно сказать, что во многом это напоминает бой с тенью, которая принимает самостоятельные решения и наносит удары, сопровождаемые звуковыми и зрительными сигналами, и дает рекомендации.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью, заключается в разработке тренажера для проведения тренировок боксеров с использованием виртуального тренера.
Указанная техническая проблема решается за счет того, что разработано устройство для видеотренировочного процесса, содержащее стойку с размещенными на ее вертикальной части дисплеем, устройствами слежения за линейными перемещениями частей тела пользователя, и экраном для выбора типа тренировки, стойка снабжена адаптивной системой натяжения для проводных VRшлемов с устройством для присоединения последних.
Стойка выполнена регулируемой по высоте.
Стойка установлена на мобильной платформе.
Экран выполнен сенсорным.
Устройства слежения за линейными перемещениями частей тела пользователя выполнены в виде бескамерных устройств на основе электромагнитных, ультразвуковых, инерционных и оптических датчиков их комбинаций и систем на их основе.
Устройства слежения установлены на противоположных концах поперечины, несущей дисплей.
Стойка снабжена подставкой под VR шлем.
Техническим результатом полезной модели является выполнение созданным устройством основной функции по обеспечению проведения тренировок боксеров при повышении эффективности тренировочного процесса за счет концентрации боевого мышления и оттачивания навыков защиты корпусом и атак руками.
Выполнение устройства видеотренировочного процесса в виде стойки с размещенными на ее вертикальной части дисплеем, устройствами слежения и экраном для выбора типа тренировки, снабженной адаптивной системой натяжения для проводных VRшлемов с устройством для присоединения последних позволяет обеспечить эффективный процесс тренировки с визуализацией совершаемых действий.
Стойка, регулируемая по высоте, позволяет использовать устройство для тренировочных процессов с учетом антропометрических данных пользователя.
Устройства слежения за линейными перемещениями частей тела пользователя на основе электромагнитных, ультразвуковых, инерционных и оптических системы датчиков их комбинаций служат для отслеживания линейных и круговых перемещений частей тела пользователя и их углов с помощью 6-ти степеней свободы. Устройства слежения необходимы для обработки информации о перемещениях обучающегося в реальном пространстве в реальном времени и передаче информации управляющей программе, что обеспечивает визуализацию совершаемых действий во время тренировки и своевременную корректировку условий тренировочного процесса.
Дисплей необходим для вывода обратной связи для создания иллюзии реального соперника и наглядной информации об ошибках для обучающегося в реальном времени во время тренировки.
Сенсорный экран позволяет включать нужную программу обучения и тренировки с учетом антропометрических данных пользователя и его физической подготовки.
Управляющая программа анализирует всю поступающую информацию и дает нужные команды на исполнительные элементы для визуализации совершаемых действий во время тренировки и проведения своевременной корректировки условий тренировочного процесса.
Установка стойки на мобильной платформе позволяет легко перемещать устройство.
На фигуре показано заявляемое устройство.
Устройство для видеотренировочного процесса содержит стойку 1 с размещенными на ее вертикальной части дисплеем 2 и сенсорным (предпочтительно, хотя экран может иметь и другую реализацию) экраном 3 для выбора типа тренировки. Стойка снабжена поперечиной 4, несущей дисплей 2, на противоположных концах которой установлены устройства слежения 5. Устройства слежения 5 выполнены в виде бескамерных устройств на основе электромагнитных, ультразвуковых, инерционных и оптических системы датчиков их комбинаций и систем на их основе. Устройства слежения 5 служат для отслеживания линейных и круговых перемещений ключевых частей тела, максимально влияющих на результат тренировки, и их углов с помощью 6-ти степеней свободы.
Стойка 1 снабжена адаптивной системой натяжения 6 для проводных VR шлемов с устройством 7 для присоединения указанных шлемов. Адаптивная система натяжения 6 размещена на горизонтальной полке 8, выполненной в верхней части стойки 1. Стойка 1 выполнена регулируемой по высоте и может быть установлена на мобильной платформе 9. Стойка 1 снабжена подставкой 10 под VR шлем 11. VR шлем 11 не является составной частью устройства.
Устройство для видеотренировочного процесса работает следующим образом.
Пользователь регулирует высоту положения дисплея 2 под свой рост путем изменения длины стойки 1 и надевает VR шлем 11. Пользователь выбирает на сенсорном экране 3 необходимый вариант программы для тренировки. При включении устройства и запуске выбранной программы пользователь оказывается на виртуальном ринге перед стоящим на месте кибер-тренером, изображенном на дисплее 2. Перемещения в реальном пространстве считываются датчиками VR шлема 11, а также устройствами слежения 5 за линейными перемещениями частей тела пользователя, выполненными в виде электромагнитных, ультразвуковых, инерционных и оптических датчиков, их комбинаций. Данные от устройств слежения и датчиков VR шлема 11 поступают в управляющую программу (УП), загруженную на электронно-вычислительную машину (ЭВМ), например, совмещенную с дисплеем 2. Возможен вариант осуществления устройства, когда ЭВМ отдельно закрепелена на стойке (условно не показано).
После обработки данных, УП осуществляет обратную связь через симуляцию движений человекоподобной проекции кибер-тренера, изображенного на дисплее 2 в виртуальной реальности. Кибер-тренер наносит соответствующие удары, выходя на различные ударные дистанции, которые отображаются на дисплее 2. Пользователь совершает защитные действия корпусом (уклоны, нырки, оттяжки). На основании статистики, программа подбирает скорость нанесения ударов кибер-тренера, а обратная связь, как реакция на удары, осуществляется звуком и изображением - «содрогается» виртуальная камера, расположенная в VR шлеме 11 (иначе «взгляд обучаемого»), из которой обучаемый смотрит на виртуальный мир.
Интенсивность сигнала может увеличиваться с увеличением отклонения движения пользователя от заданного параметра - точности, силы, скорости и т.п.
УП позволяет с уменьшением ошибочных движений увеличивать их темп.
Движения для изучения периодически повторяют блоками, записанными управляющей программой. Кроме того, управляющая программа позволяет с уменьшением ошибочных движений увеличивать количество повторяемых в одном блоке движений.
Устройство может быть изготовлено с использованием известных аппаратных средств, объединенных в единый комплекс посредством стойки, изготовленной из современных материалов на существующем оборудовании.
Устройство может быть использовано для проведения тренировок боксеров, формирования и/или развития двигательных навыков, закрепления динамических стереотипов, тренировки координации движений.