ЗАЩИТНАЯ СИСТЕМА СПОРТСМЕНА
SAFETY SYSTEM OF ATHLETE

Изобретение относится к универсальным техническим средствам по обеспечению комплексной системы безопасности на тренировках начинающих спортсменов и опытных спортсменов в новых условиях в травмоопасных видах спорта, таких как, например, горные лыжи, прыжки в воду, парашютный спорт (наземные тренировки), фигурное катание, а также в травмоопасных видах искусства, например в цирковом.
Известна защитная одежда для мотоциклиста, содержащая надувную подушку безопасности в виде тугих мешков, сложенных подобно плиссе и укрепленных в полосе на защитной одежде, каждый из тугих мешков снабжен пиротехническим газогенератором, управляемым с помощью электронного или сенсорного устройства (патент Германии №DE 10316766, А1, дата приоритета 10.04.2003, дата публикации 28.10.2004, GENIMA INNOVATIONS MARKETING G, DE).
Недостатком известного аналога является ограниченная область использования, преимущественно для защиты от удара при падении с мототранспортного средства.
В качестве прототипа принято устройство для защиты от травматизма при падении, включающее ударопоглощающие элементы в виде надувных подушек безопасности, закрепленных на теле человека, преимущественно в области пояса и тазобедренных костей, с возможностью перестановки вдоль пояса и по высоте относительно пояса, подушки безопасности соединены с электроуправляемой системой, содержащей датчик угловой скорости, микроконтроллер, исполнительный элемент и источник электропитания, при этом выход датчика угловой скорости подключен к входу микроконтроллера, выход которого соединен с управляющим входом исполнительного элемента, источник электропитания подключен к датчику угловой скорости, микроконтроллеру и исполнительному элементу, выполненному в виде газогенератора мгновенного действия с электроуправляемым пиропатроном и клапаном, связанным с подушками безопасности (патент РФ №53110, U1, дата приоритета 07.12.2005, дата публикации 10.05.2006, авторы Фирсаев Ю.Ф. и Быков Ю.Я., RU, прототип).
Недостатком прототипа является ограниченная область применения и низкая эффективность, так как устройство полностью находится на теле человека, защищает от удара лишь отдельные части тела и не может быть применено в таких травмоопасных видах спорта, как горные лыжи, прыжки в воду, парашютный спорт (наземные тренировки), фигурное катание.
Задачей изобретения является создание универсальной системы защиты спортсмена путем повышения эффективности защитной функции от удара о твердую поверхность или воду.
Для решения поставленной задачи в защитной системе спортсмена, включающей расположенную на теле человека исполнительную часть, содержащую ударосмягчающие элементы для защиты от травматизма, приводимые в действие при критическом падении с помощью управляющей системы, согласно изобретению, управляющая система выполнена на основе радионавигационных средств, как внешних, так и частично расположенных на теле человека (в целях навигации, в частности, может быть использована радиолокация), и с возможностью определения взаимного положения частей тела человека, конечностей и туловища, при этом на поверхности тела человека рядом с крупными суставами установлены миниатюрные резонансные отражатели радиоволн с резонансами на разных частотах, либо миниатюрные активные ответчики на зондирующие радиосигналы, либо радиомаячки, излучающие сигналы разных частот или разных форм, внешние радионавигационные средства содержат систему активных или пассивных радаров, генератор управляющих сигналов, соединенный со своей передающей антенной для передачи управляющих сигналов на исполнительную часть, и связанный с ними компьютер, при этом система радаров содержит, по меньшей мере, систему, как минимум, из четырех приемных антенн, не находящихся в одной плоскости, соединенных с приемными устройствами, каждое из которых содержит каналы, соответствующие частотам резонансов отражателей или сигналам, излучаемым активными ответчиками либо радиомаячками, причем выходы каналов соединены с компьютером.
Согласно изобретению, передающие и приемные антенны радаров могут быть полностью или частично совмещены, что уменьшает количество антенн и соответственно облегчает и удешевляет конструкцию.
Согласно изобретению, защитная система спортсмена при использовании в ней резонансных отражателей радиоволн либо активных ответчиков дополнительно содержит устройство генерации зондирующих сигналов, соединенное со своей передающей антенной.
Согласно изобретению, в качестве ударосмягчающих элементов могут быть использованы миостимуляторы, закрепляемые на мышцах спортсмена.
Согласно изобретению, в качестве ударосмягчающих элементов могут быть использованы надувные подушки безопасности или двухслойный герметичный костюм, раздуваемый с помощью газогенераторов мгновенного действия.
На чертеже приведена структурная схема защитной системы спортсмена, обеспечивающей отслеживание траектории движения спортсмена и передачу управляющих сигналов на исполнительную часть с использованием радионавигационных средств (в частности, радиолокации в целях навигации).
Защитная система спортсмена универсальна для таких травмоопасных видов спорта, как горные лыжи, прыжки в воду, парашютный спорт (наземные тренировки), фигурное катание, а также для травмоопасных видов искусства, например циркового, так как содержит, во-первых, систему постоянного отслеживания положения спортсмена и оценки того, является ли это положение безопасным, предшествующим падению или получению травмы; во-вторых, систему мягкого безопасного падения за счет наличия на спортсмене ударосмягчающих элементов в виде подушек безопасности или миостимуляторов, автоматически срабатывающих в тот момент, когда положение спортсмена становится неустойчивым или травмоопасным.
Защитная система спортсмена включает расположенную на теле человека исполнительную часть с ударосмягчающиими элементами для защиты от травматизма и управляющую систему, приводящую в действие исполнительную часть при критическом падении. Управляющая система выполнена автоматической на основе радионавигационных средств (в частности, радиолокационных средств в целях навигации), как внешних, так и частично расположенных на теле человека, и содержит размещаемые на теле спортсмена элементы для определения взаимного положения частей тела человека, конечностей, туловища и для постоянного отслеживания положения спортсмена в трехмерном пространстве. В качестве таких элементов могут быть использованы резонансные отражатели радиоволн с резонансами на разных частотах, либо миниатюрные активные ответчики на зондирующие радиосигналы, или радиомаячки, излучающие сигналы разных частот или разных форм, закрепляемые на теле спортсмена по всему росту предпочтительно на каждом большом суставе или рядом (условно не показано). К внешним радионавигационным средствам относится система радаров, содержащая, например, четыре приемных антенны 1, 2, 3 и 4, не расположенные все в одной плоскости. Приемные антенны соединены с приемными устройствами 5, 6, 7, 8, каждое из которых содержит каналы, соответствующие частотам резонансов отражателей или сигналам, излучаемым активными ответчиками либо радиомаячками. При этом число каналов соответствует количеству установленных на теле человека резонансных отражателей, активных ответчиков или радиомаячков. Выходы каналов приемных устройств соединены с компьютером 9, осуществляющим обработку сигналов и определение трехмерных координат каждого отражателя, активного ответчика или радиомаячка. С компьютером 9 соединен генератор управляющих сигналов 10, имеющий свою передающую антенну 11 для передачи с компьютера 9 управляющих сигналов через приемник 12 на исполнительную часть 13.
Защитная система спортсмена при использовании в ней резонансных отражателей радиоволн либо активных ответчиков дополнительно содержит генератор зондирующих сигналов 14, соединенный через передатчик 15 со своей передающей антенной 16.
Для функционирования радионавигационных средств вокруг места проведения тренировок, либо вдоль горнолыжной трассы должна быть установлена система радаров, связанных с компьютером, программы которого используют объекты (матрицы, массивы и т.п.), функционально аналогичные объектам программ, рисующих движения человека, в части описания поз человека. На горнолыжных трассах устанавливаются несколько систем радаров в зависимости от длины трасс.
Защитная система спортсмена используется следующим образом. При тренировках начинающих спортсменов, а также и опытных спортсменов на новых для них трассах или других спортивных сооружениях, площадках, радары, установленные вокруг места проведения тренировок, либо вдоль трассы, следят за положением тела спортсмена по установленным в его костюме резонансным отражателям, активным ответчикам или радиомаячкам. Каждый резонансный отражатель, активный ответчик или радиомаячок распознается соответственно по своей резонансной частоте или излучаемому сигналу. Информация о взаимном расположении резонансных отражателей, активных ответчиков или радиомаячков, а следовательно, и суставов, в трехмерном пространстве, получаемая не менее чем четырьмя приемными антеннами 1, 2, 3 и 4, связанными со своими приемниками 5, 6, 7 и 8, отслеживается компьютером 9 с применением математического описания положения человека, функционально подобного используемому, например, в программах «Poser» и аналогичных. В начале падения спортсмена компьютер 9 по положению отражателей, активных ответчиков или радиомаячков, соответствующему положению человека, определит, что ситуация критическая, и через генератор управляющих сигналов 10, соединенный со своей передающей антенной 11, пошлет радиосигнал на срабатывание подушек безопасности либо миостимуляторов. При этом данный радиосигнал через антенну управляющих сигналов 11 поступит на приемник управляющих сигналов 12, который, в свою очередь, подаст электрический сигнал на исполнительную часть 13 для срабатывания, например, газогенераторов мгновенного действия либо миостимуляторов. Применение указанных или иных ударосмягчающих элементов зависит, прежде всего, от вида спорта и условий, в которых происходят тренировки. В случае тренировки, например, горнолыжника целесообразно использование раздуваемого двухслойного костюма, в котором расположены газогенераторы мгновенного действия, при срабатывании которых костюм надувается настолько, что приобретает форму шара, внутри которого находится спортсмен. При этом ни одна часть тела спортсмена не касается внешнего слоя. В случае тренировки прыгуна в воду генератор управляющих сигналов 10, соединенный со своей передающей антенной 11, пошлет сигнал на рассчитанное компьютером 9 согласованное срабатывание миостимуляторов, которые повернут конечности спортсмена таким образом, чтобы сделать безопасным его вхождение в воду.
Преимущество заявляемой защитной системы спортсмена по сравнению с прототипом состоит в получении более высокого технического результата, который заключается в автоматическом срабатывании системы и применении ее в тех видах спорта, где для определения положения, предшествующего критическому падению, недостаточно датчика угловой скорости, а также в создании универсальной системы защиты спортсмена, требующей для различных видов спорта или искусства лишь замены программ, и в повышении эффективности защитной функции от удара о твердую поверхность или воду.