Тренажер для обучения технике лыжных передвижений

Полезная модель относится к устройствам для обучения технике лыжных передвижений, в частности к тренажерам для проведения тренировок, направленных на обучение и совершенствование техники двигательных действий спортсменов при выполнении основных фаз лыжных передвижений классическим и коньковым стилем.
Известно устройство для тренировки лыжников, содержащее установленные на опорах вертикальные стойки, мягкий упор для туловища, винт натяжения капронового троса, связанного с маховиком с основной обгонной муфтой, кронштейн с основным шкивом для пропускания основного капронового шнура с лямкой для руки и направляющие с установленными на них с возможностью передвижения площадками с креплениями для ног при этом на вертикальной стойке предусмотрен спидометр-хронометр, который отображает крутящий момент маховика, что позволяет измерять механическую работу рук, а также относительную механическую работу рук в сравнении с совокупной работой, выполняемой телом спортсмена, что позволяет объективно дозировать нагрузку для занимающихся [1].
Недостатком данного устройства является отсутствие многопараметрической непрерывной обратной связи, что значительно снижает его эффективность. Также существенным недостатком устройства является его строгая двигательная специализация - передвижения исключительно классическими ходами, что значительно сокращает его практическое применение. Движения, выполняемые на данном устройстве, ограничены конструктивными особенностями: фиксированное крепление ботинок и лыжных палок в направляющих.
Известен лыжный тренажер, состоящий из двух колодок с регулируемым креплением на любой размер и спортивную обувь спортсмена при этом колодки соединяются между собой, а также крепятся спереди и сзади эластичными сменными жгутами к металлической рамке, закрепленной на платформе [2].
Недостаток данного устройства заключается в том, что тяговое усилие, создаваемое эластичными жгутами в фазе проталкивания колодок, не соответствует сопротивлению деформации лыжи при ее проталкивании, которое нагружает при этом ведущие группы мышц, участвующие в выполнении соревновательного упражнения.
Также известны лыжные тренажеры, содержащие транспортеры в виде рамы и движущейся многослойной композитной ленты с возможностью регулирования угла наклона [3, 4].
На указанных тренажерах отсутствует возможность регистрации усилий, прикладываемых спортсменом при отталкиваниях, что необходимо для оценки эффективности взаимодействия нижних конечностей с опорой.
Известно устройство для тренировки лыжников, которое состоит из грузовых площадок с фиксатором ограничителя хода, дугообразных пазов для перемещения направляющих, передние концы которых смонтированы на платформе шарнирно, а также тележек с возможностью их поворота в горизонтальной плоскости [5].
Недостатком данного устройства является ограниченный функционал тренажера из-за возможности имитации только конькового хода, а также отсутствие обратной связи для оценки эффективности опорного взаимодействия. В конструкции тренажера не учтен амортизирующий эффект, который наблюдается в естественных условиях при проталкивании лыжи, что не позволяет спортсмену формировать динамический стереотип «чувства отталкивания».
Ближайшим аналогом заявляемой полезной модели, выбранным в качестве прототипа, является тренажер, имитирующий передвижение с использованием одновременного бесшажного хода, который содержит раму с направляющими и двумя каретками, соединенными с системой привода неупругим тросом, а также два блока сопротивления (с упругими тросами) движению лыжных палок, прикрепленных к раме [6]. Кроме того, данное устройство может включать в себя измерительный модуль, представленный электронным дисплеем, отображающим некоторые биомеханические параметры движений, к которым относятся: время выполнения упражнения, пройденное расстояние, прикладываемое усилие, скорость передвижения спортсмена, скорость движения палок, частота сердечных сокращений, распределение усилия на левую и правую сторону. При этом на электронном дисплее могут отображаться средние, максимальные или минимальные значения приведенных параметров как в цифровом, так и в графическом формате. Также в составе измерительного модуля предусмотрен метроном с настраиваемой частотой. Дополнительно измерительная часть устройства может быть подключена к компьютеру для вывода и сохранения зарегистрированных данных для дальнейшей их обработки.
Недостатком данного устройства является ограниченный функционал тренажера из-за возможности имитации только одновременного бесшажного хода. В конструкции тренажера не учтен амортизирующий эффект, характерный для естественного взаимодействия с лыжами, что не позволяет спортсмену формировать так называемое «чувства отталкивания».
Задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является расширение арсенала средств для проведения тренировок, направленных на обучение и совершенствование техники двигательных действий при выполнении имитационных лыжных передвижений, а именно, технике лыжных передвижений нижними конечностями в условиях близких по структуре к основному соревновательному упражнению.
Поставленная задача решается тренажером для обучения технике лыжных передвижений, содержащим несущую конструкцию в виде двух установленных параллельно прямоугольных рам с выступающими за периметр длинными сторонами, снабженными торцевыми ограничителями, выполненными в виде пластин из антифрикционного материала, и установленными на длинных сторонах каждой из них на равном расстоянии от ее середины с возможностью продольного перемещения и фиксации двумя опорными узлами, четыре лыжи, каждая из которых установлена параллельно друг другу на двух опорных узлах на длинной стороне рамы и снабжена двумя равноудаленными от ее центра тензометрическими элементами, плоскую платформу, установленную на центральную часть четырех лыж и неподвижно с ней соединенных, на верхней поверхности которой выделены две области, с которыми взаимодействуют стопы спортсмена, расположенный в центральной части нижней стороны платформы блок регистрации и передачи данных, выполненный с возможностью соединения через проводники с тензометрическими элементами и возможностью взаимодействовать через беспроводную связь с блоком компьютерной обработки сигналов и их визуализации для обратной связи, при этом опорный узел представляет собой ролик, выполненный в виде втулки на шарикоподшипниках по концам, соединенных внутренними кольцами с 11- образной опорой, причем наружная поверхность ролика-втулки, с которой взаимодействует скользящая область лыжи, покрыта концентрично расположенным демпфирующим материалом, а зазор между пластиной из антифрикционного материала на торце длинной стороны прямоугольной рамы и торцом лыжи выполнен регулируемым.
На сторонах рам, на которых установлены опорные узлы, возможно нанесение мерной шкалы.
В частном случае выполнения заявленной полезной модели каждый опорный узел снабжен горизонтальным ограничителем, выполняющим функцию крышки, при этом тыльная сторона горизонтального ограничителя снабжена пластиной из демпфирующего материала с сохранением регулируемого зазора между ним и верхней поверхностью лыжи, который выполнен регулируемым посредством стандартизированных по толщине и плотности прокладок. Зазор между горизонтальным ограничителем и верхней поверхностью лыжи не должен превышать 0,2 см.
В другом частном случае выполнения заявленного изобретения на сторонах рамы, на которых устанавливаются опорные узлы, закреплены ограничители на расстоянии длины лыж с возможностью продольного перемещения и фиксации в положении, ограничивающем в заданных пределах продольные перемещения платформы в процессе эксплуатации.
В соответствии с изобретением описывается тренажер для обучения технике лыжных передвижений, который представляет собой мобильное разборное устройство со встроенными средствами непрерывной обратной связи, реализованными с помощью визуального и звукового сигналов. Устройство позволяет регистрировать силу отталкивания нижними конечностями от опорной поверхности при выполнении имитационных упражнений, схожих по своей биомеханической структуре и содержанию с лыжными локомоциями. При выполнении лыжных передвижений спортсмен осуществляет отталкивание с определенным усилием и заданной тренером темпо-ритмовой структурой.
Заявляемое устройство направлено на обучение и совершенствование техники двигательных действий при выполнении имитационных лыжных передвижений. Взаимодействуя с тренажером, спортсмен выполняет имитационные движения как нижними, так и верхними конечностями. Нижние конечности непосредственно взаимодействуют с платформой при выполнении опорной части лыжных передвижений (постановка, подседание, отталкивание). Верхние конечности при работе на тренажере выполняют имитацию отталкивания без лыжных палок, что позволяет отрабатывать темпо-ритмовое взаимодействие рук и ног в составе единой двигательной системы. Технические действия, выполняемые нижними конечностями, обладают большей координационной сложностью и поэтому для реализации максимального скоростно-силового потенциала спортсмена в отталкивании необходимо построение правильной биомеханической структуры суставных движений нижними конечностями. Верхние конечности в цикле лыжных локомоций при использовании большинства классических и всех коньковых ходов осуществляют синхронные движения, освоение которых для спортсменов не представляет особой сложности. Двигательные действия нижними конечностями выполняются в контралатеральном проявлении и состоят из совокупности отдельных суставных движений, которые для достижения максимального пропульсивного эффекта при отталкивании необходимо согласовывать и координировать друг с другом. Это осложняется тем, что естественное скольжение на лыжах при использовании коньковых и некоторых классических ходов характеризуется одноопорным взаимодействием, в рамках которого значительно снижается устойчивость тела спортсмена. Достижение максимальной двигательной производительности в таких сложных условиях является основной задачей при обучении и совершенствовании техники лыжных передвижений. При этом существенное влияние на пропульсивную эффективность отталкивания в лыжных передвижениях оказывают биомеханические особенности взаимодействия с лыжами/лыжероллерами. Умение оптимизировать технику взаимодействия с лыжами в рамках одноопорного скольжения при выполнении подседания и отталкивания позволяет увеличить скорость и мощность одиночного движения, что положительно влияет на внутрицикловое ускорение лыжника, длину проката и результирующую производительность в целом. Наличие в качестве опорных элементов платформы упругих лыж позволяет развивать и совершенствовать способность соотнесения суставных движений с вынужденными колебаниями платформы по фазе с точки зрения выбора наиболее подходящего момента при выполнении отталкивания для повышения его пропульсивной эффективности. Причем возможность регулирования степени жесткости лыж посредством продольного перемещения опорных узлов позволяет индивидуализировать процесс тренировки и совершенствовать технику отталкивания. В рамках подобных тренировок спортсмену необходимо согласовывать и балансировать суставные движения, выполняемые нижними конечностями, с учетом особенностей упругой деформации опорных лыж. Подобная естественная подвижность основных элементов и узлов тренажера, позволяет не только эффективно осваивать технику лыжных передвижений, но и укреплять наиболее глубокие и мелкие мышцы, способствующие повышению динамического равновесия, является его важным преимуществ перед известными аналогами.
Тренажер для обучения технике лыжных передвижений поясняется следующими чертежами:
фиг. 1 - изображен общий вид устройства;
фиг. 2 - вид сбоку;
фиг. 3 - сечение А-А на фиг.2;
фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг.2;
фиг. 5 - вид ограничителя продольного направления; фиг.6 - вид сбоку, особенности деформации платформы; фиг.7 - вид сбоку, упругой платформы;
фиг. 8 - общий вид интерфейса программного обеспечения (ПО);
фиг. 9 - фрагмент области А интерфейса ПО при выборе доступных СОМ-портов в качестве источника информации;
фиг. 10 - фрагмент области А интерфейса ПО с выбранным в качестве источника информации СОМ-портом;
фиг. 11 - фрагмент области Б интерфейса ПО;
фиг. 12 - фрагмент области В интерфейса ПО;
фиг. 13 - структура исходного регистрируемого сигнала;
фиг. 14 - структурная схема алгоритма функционирования непрерывной обратной связи;
фиг. 15 - формирование сигналов для обратной связи;
фиг. 16 - фрагмент области В интерфейса ПО с активированным чекбоксом «Режим ОС»;
фиг. 17 - фрагмент области В интерфейса ПО с активированным чекбоксом «Режим ОС+»;
фиг. 18 - фрагмент тренировки на тренажере в режиме непрерывной обратной связи.
Список обозначений на чертежах:
1 - прямоугольная рама с выступающими за периметр длинными сторонами (две),
2 - платформа,
3 - лыжи,
4 - П-образная опора (восемь),
5 - планка,
6 - области, с которыми взаимодействует стопа спортсмена,
7 - мерная шкала,
8 - торцевые ограничители,
9 - пластины из антифрикционного материала,
10 - крышки-фланцы,
11 - металлическая втулка,
12 - шарикоподшипники,
13 - демпфирующее покрытие,
14 - горизонтальный ограничитель,
15 - пластина из демпфирующего материала,
16 - регулировочные прокладки,
17 - компенсационные прокладки,
18 - П-образная пластина,
19 - крепежные элементы,
20 - тензометрические элементы,
21 - блок регистрации и передачи данных,
22 - крепежный элемент (болт, шайба, гайка),
23 - шкала,
24 - пазы.
Тренажер для обучения технике лыжных передвижений (фиг. 1) содержит две прямоугольные рамы с выступающими за периметр длинными сторонами 1, в которых предусмотрены пазы 24 для установки восьми П-образных опор 4 (фиг. 3), фиксируемых с помощью двух планок 5 и крепежных элементов 22 (болт, шайба, гайка). Форма П-образных опор предотвращает смещение платформы 2 с лыжами 3 под воздействием выполняемых спортсменом движений с первоначальной оси в поперечном направлении. На концах рам с выступающими за периметр длинными сторонами 1 установлены торцевые ограничители 8, содержащие на фронтальной стороне пластины из антифрикционного материала 9 (например, фторопласта) (фиг. 5), обеспечивающие наименьшие потери на трение при касании концами лыж 3 торцевых ограничителей 8 в процессе эксплуатации тренажера. Торцевые ограничители 8 установлены с возможностью их продольного перемещения и фиксации в положении, ограничивающем продольные перемещения платформы 2 в процессе ее эксплуатации (фиг. 2). Треугольная форма профиля торцевого ограничителя 8 предотвращает его деформацию под воздействием лыж 3 в процессе интенсивной эксплуатации тренажера. Это повышает прочность и надежность этого элемента. Шкала 23 позволяет устанавливать при продольном перемещении торцевых ограничителей 8 оптимальные зазоры между продольными концами (А и Б) лыж 3 и пластинами из антифрикционного материала 9, обеспечивающие наименьшую погрешность при преобразовании деформации лыж в электрические сигналы. П-образные опоры 4 для лыж 3 (в тренажере 8 П-образных опор) содержат соосные отверстия в боковых частях (В и Г), в которых расположены крышки-фланцы 10 несущие валы-выступы (Д и Е), входящие во внутренние кольца шарикоподшипников 12, наружные кольца которых установлены в торцевые отверстия металлической втулки 11, имеющей концентрично расположенное на ее наружной поверхности демпфирующее покрытие 13 (например, резину). Под крышки-фланцы 10 помещены компенсационные прокладки 17 для регулировки осевого зазора, обеспечивающие свободные повороты металлических втулок 11 при взаимодействии их с лыжами 3 во время эксплуатации тренажера. Установка опор для лыж 3 металлических втулок 11 на шарикоподшипники 12 и нанесение на них демпфирующего покрытия 13 позволяет повысить износостойкость контактных зон лыж 3 и снизить уровень шума, возникающего в процессе эксплуатации тренажера, а также обеспечить колебательные продольные перемещения лыж 3 с трением качения. Контур П-образных опор 4 сверху замыкается горизонтальным ограничителем 14, выполняющим функцию крышки. На тыльной стороне горизонтального ограничителя 14 расположена пластина из демпфирующего материала 15 (например, из резины). Это необходимо для повышения степени устойчивости платформы 2, а также для ликвидации высокоамплитудных колебаний лыж 3 в вертикальном направлении. Величина зазора между лыжей 3 и пластиной из демпфирующего материала 15 регулируется за счет толщины регулировочных прокладок 16, расположенных между горизонтальным ограничителем 14 и верхними гранями (Е и Ж) П-образной опоры 4. Платформа 2 с размеченными на ее верхней части областями, с которыми взаимодействует стопа спортсмена, 6 (фиг. 4), с нижней стороны имеет неподвижное соединение с четырьмя лыжами 3, в том месте, где располагается стопа спортсмена при передвижении на гоночных лыжах в естественных условиях. Используемые в составе платформы 2 лыжи 3 должны обладать схожей степенью жесткости, что необходимо для обеспечения симметричности с точки зрения их упругих и колебательных характеристик. Площадь и расстояние между размеченными областями, с которыми взаимодействует стопа спортсмена, 6 выбраны таким образом, чтобы обеспечить возможность тренировки спортсменов-лыжников разного возраста и квалификации, а также имеющими различные антропометрические особенности. В качестве опорной поверхности, с которой непосредственно взаимодействует спортсмен, выбрана цельная платформа 2 с текущими и наиболее оптимальными геометрическими размерами, что позволяет обеспечить возможность тренировки спортсменов разных возрастных групп с различными антропометрическими особенностями. Кроме того, толщина платформы 2 выбрана таким образом, чтобы, во-первых, обеспечить естественный амортизирующий эффект конструкции в целом, во-вторых, предотвратить ухудшение ее свойств вследствие силового и импульсного воздействия со стороны спортсмена при выполнении имитационных упражнений. Крепление платформы 2 и лыж 3 выполнено с помощью П-образной пластины 18 и крепежных элементов 19. Степень жесткости платформы 2 регулируется посредством перемещения опорных узлов вдоль прямоугольной рамы с выступающими за периметр длинными сторонами 1 с нанесенной на ней мерной шкалой 7, что позволяет регулировать упругие свойства платформы 2 с учетом весо-ростовых особенностей спортсменов. Во время выполнения имитационных упражнений спортсмен воздействует на платформу 2, в результате чего происходят упругие деформации лыж 3, с которыми она жестко соединена. Особенности деформации лыж 3, несущих платформу 2, представлены на фиг. 6. На каждой из лыж 3 установлены по два тензометрических элемента 20, равноудаленных от центра крепления лыжи 3 к платформе 2, а на тыльной стороне платформы 2, в центральной ее части, расположен блок регистрации и передачи данных 21, преобразующий величину и особенности изменения прикладываемого спортсменом усилия в электрический сигнал. Тензометрические элементы 20 связаны с блоком регистрации и передачи данных 21 посредством упругих проводников, зафиксированных на тыльной стороне платформы 2. Таким образом, блок регистрации и передачи данных 21, находясь в центральной части тыльной стороны платформы 2, не нарушает ее исходный баланс в горизонтальной плоскости, поскольку все связанные с ним элементы (упругие проводники, их крепления и т.д.) расположены симметрично относительно лыж 3, что также способствует повышению точности регистрируемых данных. Кроме того, повышение точности регистрируемых данных обеспечивается благодаря выставленным зазорам в продольном и вертикальном направлениях перемещения платформы 2. Форма всех основных элементов и узлов настоящего изобретения, а также их геометрические размеры подобраны с учетом требований к снижению массы и материалоемкости конструкции в целом.
Тренажер для обучения технике лыжных передвижений функционирует следующим образом.
Перед непосредственным использованием заявляемого тренажера осуществляется настройка жесткости лыж 3 с помощью перемещения опорных узлов вдоль прямоугольной рамы с выступающими за периметр длинными сторонами 1 с нанесенной мерной шкалой 7, а также калибровка измерительной системы тренажера. Области, с которыми взаимодействует стопа спортсмена, 6 обозначают исходное положение, которое необходимо занять спортсмену перед началом процесса калибровки тренажера. Таким образом, воздействующая нагрузка на платформу 2, равная весу спортсмена, распределяется равномерно между всеми лыжами 3. Завершение калибровки тренажера осуществляется в специальном программном обеспечении. В процессе калибровки создаются две точки деформации: 1 - значение деформации опорных лыж без воздействия внешней нагрузки; 2 - значение деформации опорных лыж под воздействием равномерно распределенного веса спортсмена в статическом режиме. Экспериментально установлено, что особенности деформации лыж 3 в зависимости от величины внешнего силового воздействия имеют линейный характер в пределах упругости материала, из которых изготовлены лыжи. Возможность регулирования жесткости лыж 3 посредством продольного перемещения опорных узлов позволяет стабилизировать величину абсолютной деформации лыж 3 в пределах упругости материала, из которого они изготовлены, вне зависимости от антропометрических особенностей спортсмена Таким образом, калибровка позволяет соотнести величину упругой деформации лыж 3 с воздействующим на платформу 2 весом в статическом режиме. При дальнейшем использовании тренажера это обеспечивает передачу, отображение и регистрацию величины прикладываемого усилия со стороны спортсмена в стандартных единицах нагрузки (килограммах). В зависимости от поставленной тренером задачи (обучение коньковому или классическому стилю) спортсмен выполняет имитационные движения, в процессе которых в блоке регистрации и передачи данных 21 измеряется деформация лыж 3. Преобразованный массив в виде информации о прикладываемых усилиях при отталкиваниях в режиме реального времени передается на персональный компьютер и может быть сохранен в память в качестве отдельного файла для дальнейшего анализа в стороннем программном обеспечении.
Пользовательский интерфейс программного обеспечения тренажера для обучения технике лыжных передвижений имеет несколько основных областей (фиг. 8). Область А содержит кнопки управления и активные зоны для удаленного управления указанным тренажером. На фиг. 9 представлен общий вид области А интерфейса ПО до того, как пользователь выбрал один из доступных СОМ-портов в качестве источника поступающей информации. СОМ-порт выбирается в выпадающем списке под кнопкой «Открыть СОМ-порт». СОМ-порт - USB-порт, к которому подключен портативный приемник сигнала. Нажатие на кнопку «Открыть СОМ-порт» позволяет зафиксировать текущий USB-порт в качестве основного для получения регистрируемого сигнала. Причем, пока кнопка «Открыть СОМ-порт» не нажата, остальные программные кнопки не доступны, и дальнейшая работа с заявляемым тренажером невозможна. Нажатие кнопки «Открыть СОМ-порт» активирует возможность работы с тренажером для обучения технике лыжных передвижений - кнопки «Откалибровать», «Отменить смещение» и «Начать запись в файл» становятся активными (фиг. 10). На месте кнопки «Открыть СОМ-порт» после ее нажатия появляется кнопка «Закрыть СОМ-порт», нажатие которой приостанавливает работу указанного тренажера. В строке «Калибровочный вес (граммы)» задается вес воздействующей на платформу 2 нагрузки в процессе калибровки. Нажатием кнопки «Откалибровать» производится калибровка. Повторное нажатие на эту кнопку отменяет текущую калибровку и последующие значения регистрируются в условных единицах. Кнопка «Отменить смещение» позволяет установить границу нулевых значений относительно той нагрузки, которая воздействует на платформу 2 в момент ее нажатия. Кнопка «Очистить графики» позволяет удалить данные, отображаемые на графиках в области А. Посредством нажатия кнопки «Начать запись в файл» в папке с приложением «Лыжный тренажер - v.1.0.0» формируется файл с расширением, например, .csv, в котором осуществляется регистрация данных со всех установленных на лыжах 3 тензометрических элементов 20. Область Б программного обеспечения содержит 4 графические зоны, в которых отображаются кривые зависимости воздействующей на платформу 2 нагрузки от времени для каждого тензометрического элемента 20, установленного на лыжах 3 (фиг. 11). Отображаемые кривые позволяют осуществлять оценку качества выполняемых движений в режиме реального времени. Кроме того, в области Б есть 2 строки для ввода целевых значений усилий, прилагаемых спортсменом к платформе 2 при выполнении отдельный частей имитационных упражнений. В частности, в строку «Значение 1 (max)» после проведения процесса индивидуальной настройки и калибровки тренажера для обучения технике лыжных передвижений вносится величина максимального усилия в процентах от собственного веса спортсмена, с которым ему необходимо выполнить отталкивание. Это значение формирует верхнюю границу, которую необходимо преодолеть за счет, например, увеличения скорости разгибания опорной ноги в коленном и тазобедренном суставах. В строке «Значение 2 (min)» вносится величина минимального усилия в процентах от собственного веса спортсмена. Это значение формирует нижнюю границу, которую необходимо преодолеть за счет, например, увеличения скорости сгибания ноги в коленном и тазобедренном суставах при выполнении подседания. Целевые значения определяет тренер с учетом индивидуального уровня технической и скоростно-силовой подготовленности спортсмена. Область В программного обеспечения содержит график со столбчатыми диаграммами, информирующими пользователя о характере распределения веса на платформе 2 относительно ее геометрического центра (фиг. 12). Каждый столбик характеризует степень воздействия силовой нагрузки на отдельный датчик, а пара столбчатых диаграмм (1, 2, 3, 4) - степень воздействия на каждую лыжу 3 в составе платформы 2. Также рассматриваемая область содержит два элемента графического пользовательского интерфейса, представленных чекбоксами «Режим ОС» и «Режим ОС+», обеспечивающих удаленное управление обратной связью.
1
8
1
2
1
2
Механизмы непрерывной обратной связи, представленные визуальным и звуковым сигналами, являются одними из главных преимуществ тренажера для обучения технике лыжных передвижений и позволяют в значительной мере повысить эффективность овладения техникой выполняемого упражнения, а также способствуют развитию скоростно-силовых качеств спортсмена. Обратная связь формируется на основе первичной обработки и сравнения регистрируемого сигнала с тензометрических элементов 20 с целевыми значениями. Исходный регистрируемый сигнал является многоканальным и содержит в себе показатели упругой деформации, регистрируемые каждым тензометрическим элементом 20, в виде отдельных точек в каждый момент времени, определяемый частотой дискретизации (фиг. 13). Каждый канал регистрируемых показателей имеет свой уникальный идентификационный номер, что позволяет в автоматизированном режиме отделять данные друг от друга. Исходные регистрируемые данные передаются на устройство-приемник (персональный компьютер с предустановленным программным обеспечением) по каналу беспроводной передачи данных Bluetooth в режиме реального времени либо для их записи в файл для последующей обработки и анализа в стороннем программном обеспечении, если тренажер для обучения технике лыжных передвижений используется в качестве диагностического средства, либо для формирования сигнала обратной связи в рамках тренировки. Алгоритм функционирования непрерывной обратной связи, состоящий из 4 основных блоков (101, 102, 103, 104), представлен на фигуре 14. В блоке 101 осуществляется непосредственная регистрация и передача данных, характеризующих величину упругой деформации лыж 3 (и, как следствие, величину прикладываемого к платформе усилия со стороны спортсмена). Также в блоке 101 осуществляется первичная автоматизированная обработка исходных данных, в ходе которой показатели, регистрируемые каждым тензометрическим элементом, входящим в состав одной пары лыж 3 (слева или справа), усредняются поточечно и переводятся в единый одноканальный сигнал. Это возможно благодаря одинаковому количеству точек, регистрируемых с каждого тензометрического элемента 20: каждый канал исходного сигнала содержит одинаковое количество n точек. Механизм поточечного усреднения схематично представлен на фигуре 15, где X…X - каналы, содержащие регистрируемые каждым тензометрическим элементом точки; X' и Х' - сформированные после первичной обработки сигналы, характеризующие силовое взаимодействие спортсмена с платформой правой (X') и левой (Х') ногой. Для формирования приспособленных для обратной связи сигналов из каждого канала исходного регистрируемого сигнала берутся точки в одинаковый момент времени и усредняются согласно формуле (1):
где  - сформированные после первичной обработки сигналы;
i
X - каналы исходного регистрируемого сигнала.
В результате подобной первичной обработки формируется два одноканальных сигнала, величины которых в каждый момент времени сравниваются со значениями, вписанными в соответствующие строки «Значение 1 (шах)» и «Значение 2 (min)». Наличие такого количества тензометрических элементов 20 (по два на каждую лыжу 3 - всего 16 штук) необходимо для количественной фиксации всех особенностей силового взаимодействия спортсмена с поверхностью платформы 2, а также для обеспечения корректной работы механизмов обратной связи. В блоке 102 обработанные и переданные на персональный компьютер данные сравниваются с целевыми значениями, заданными перед процессом тренировки в соответствующих строках программного интерфейса. Блок 103 содержит условие - удовлетворяет ли результат сравнения величины обработанного исходного сигнала с целевыми значениями. Если результат является удовлетворительным (спортсмен при выполнении отталкивания или подседания преодолел границы целевых значений) издается звуковой сигнал и/или соответствующие столбцы на диаграмме преодолевают границы. После этого алгоритм начинает действовать с начала, возвращаясь к блоку 101. Если результат сравнения в блоке 103 неудовлетворительный, алгоритм начинает действовать с начала, возвращаясь к блоку 101, при этом не издается звуковой сигнал.
Обратная связь при работе с тренажером для обучения технике лыжных передвижений визуально может отображаться в двух режимах, переключение между которыми осуществляется с помощью чекбоксов «Режим ОС» и «Режим ОС+». Режим упрощенной визуальной обратной связи, активируемый в чекбоксе «Режим ОС», отображает в пределах графического поля в области В только пиктограммы величин прикладываемого усилия к платформе 2 (фиг. 16). Отображаемые пиктограммы характеризуют изменение сигналов, прошедших первичную обработку и сформированные для обратной связи. Усложненный режим обратной связи активируется в чекбоксе «Режим ОС+», в рамках которого для спортсмена дополнительно отображаются столбчатые диаграммы, характеризующие особенности пространственно-плоскостного взаимодействия с платформой (фиг. 17). Это дает возможность спортсмену контролировать, на какую часть платформы 2 он воздействует толчковой силой и как выполняется отталкивание с точки зрения распределения силового взаимодействия между разными концами лыж и лыжами в составе одной пары в целом.
Более подробно и наглядно в качестве примера на фигуре 14 представлен фрагмент тренировки в режиме обратной связи на тренажере и особенности ее функционирования.
Управляющим устройством в рамках подобной тренировки с использованием тренажера для обучения технике лыжных передвижений является персональный компьютер 201 с установленным программным обеспечением. Тренер 202 в строках «Значение 1 (шах)» и «Значение 2 (min)» вносит соответствующие величины усилий для отработки и совершенствования техники и особенностей выполнения отталкивания и подседания. Спортсмен 203 перед началом процесса тренировки занимает исходное положение на тренажере для обучения технике лыжных передвижений 204. При взаимодействии спортсмена с платформой тренажера для обучения технике лыжных передвижений 204 в области В интерфейса программного обеспечения отображаются пиктограммы величин прикладываемого усилия 205, характеризующие результирующее усилие на лыжи 3. Визуальная обратная связь реализуется благодаря возможности отображения регистрируемой информации на экране монитора персонального компьютера 201 в наиболее удобном для зрительного восприятия виде. Кроме того, имеется возможность транслировать информацию с монитора персонального компьютера 201 на цифровой экран большего размера 206 с помощью проводного соединения 207. В таком случае спортсмен может посредством зрительного восприятия информации имеет возможность самостоятельно корректировать и изменять технику выполнения основных опорных фаз лыжных передвижений. Кроме пиктограмм величин прикладываемого усилия 205 на экране монитора персонального компьютера 201 или цифровом экране 206 отображаются также границы целевых значений в виде пунктирных контрастных линий, сформированных исходя из значений, заданных тренером 202 в соответствующих строках программного обеспечения («Значение 1 (max)», «Значение 2 (min)»). Граница 208 сформирована исходя из значения усилия, записанного тренером 202 в строке «Значение 1 (max)». Граница 209 сформирована исходя из значения усилия, записанного тренером 202 в строке «Значение 2 (min)». Вспомогательным механизмом обратной связи выступает звуковой сигнал 210, генерируемый персональным компьютером в случае преодоления спортсменов соответствующих границ целевых значений. Звуковой сигнал 210 в данном случае выступает в качестве индикатора эффективности выполнения того или иного технического элемента. Наличие подобных методических приемов при тренировке на тренажере позволяет совершенствовать такое сложноорганизованное ощущение спортсмена, как восприятие амортизации лыж, способствующее повышению пропульсивности отталкивания ногами в процессе лыжных передвижений.
Также программное обеспечение тренажера для обучения технике лыжных передвижений содержит в себе встроенный электронный метроном, позволяющий задавать темп движения. Наличие подобного механизма позволяет отрабатывать различные темпо-ритмовые режимы, что повышает эффективность выполнения основного соревновательного упражнения, прежде всего с точки зрения его энергоемкости, когда в процессе преодоления дистанции спортсмену приходится учитывать изменяемый рельеф лыжной трассы и качество ее опорной поверхности.
Конструктивные особенности тренажера для обучения технике лыжных передвижений и специфика встроенных аппаратных и программных механизмов звукового и визуального информирования о качестве выполняемых движений с точки зрения скоростно-силовых характеристик взаимодействия с опорной поверхностью, а также изменения темпо-ритмовой структуры движений позволяют существенно повысить эффективность овладения наиболее оптимальной техникой классических и коньковых лыжных ходов с учетом индивидуальных особенностей спортсмена.
Таким образом, заявляемое изобретение представляет собой тренажер для обучения технике лыжных передвижений, использование которого позволяет спортсмену имитировать лыжные передвижения классическим или коньковым стилем, нагружая при этом ведущие группы мышц, участвующие в выполнении соревновательного упражнения.
Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР №1708370 - аналог;
2. Патент Российской Федерации на изобретение №2600699 - аналог;
3. Евразийский патент №020044 - аналог;
4. Патент Российской Федерации на изобретение №2464063 - аналог;
5. Авторское свидетельство СССР №1412796 - аналог;
6. Евразийский патент №021556 - прототип.