Устройство для бесконтактного контроля количества и качества отжиманий от пола в автоматическом режиме

Полезная модель относится к области медицины и медицинской технике, а именно к устройствам, предназначенным для контроля количества отжиманий от пола при судействе спортивных соревнований одного из видов многоборья ГТО - сгибание и разгибание рук в упоре лежа на полу и на других горизонтальных поверхностях, а также для проверки и оценки физической подготовленности студентов, проведения учебных занятий по физической подготовке в образовательных учреждениях и организациях, научных наблюдений и экспериментов по данному виду спорта.
Правилами выполнения данного упражнения предусмотрено: из упора лежа (расстояние между руками по ширине плеч, туловище прямое) по команде «Начинай» выполняющий должен согнуть руки до момента, когда угол в локтях рук составит прямой угол, разгибая руки, принять положение упор лежа, зафиксировать на одну секунду неподвижное положение и продолжить выполнение упражнения. Касание пола бедрами и животом запрещается. Принимающий упражнение (судья, физрук) объявляет счет каждого законченного движения. Объявление счета одновременно является разрешением на продолжение упражнения. В случае нарушения правил выполнения упражнения счет не производится.
В качестве принимающих упражнение ранее привлекались судьи-счетчики (физруки, руководитель по приему нормативов), которые визуально определяли правильность выполнения упражнений и вели их счет.
Недостатком такого метода судейства является то, что он носит субъективный характер, в силу чего не всегда реально отражает физическую подготовленность выполняющего упражнение. Из-за увеличения скорости повторений, возникает сложность у судьи-счетчики правильно фиксировать выполнение упражнения, так как ему приходиться умственно запоминать не только, какое повторение было сделано правильно, а какое нет, а еще и непрерывно считать количество сделанных повторений. Поэтому субъективный метод контроля правильности отжимания дает оценку участника с большой погрешностью.
Известно устройство для контроля отжиманий от пола (патент на полезную модель РФ №170016 U1, МПК А63В 21/00 / устройство для контроля отжиманий от пола в положении упора лежа // Богатырев А.С. опубл. 11.04.2017), выполненное в виде основания с соответствующим образом расположенных на нем двух контактов, при замыкании хотя бы одного из которых происходит замыкание электрической цепи, включающей последовательно соединенные источник питания, параллельно соединенные контакты и источник светового сигнала, отображаемого на световом табло, дополнительно содержит реверсивный счетчик, первый вход которого соединен через параллельно соединенные контакты с источником питания, второй вход - с источником питания через последовательно соединенные дополнительно введенную кнопку для судьи.
Недостатком описанного устройства является следующее: подсчет количества сгибаний и разгибаний рук в упоре лежа осуществляется субъективно, т.к. устройство не позволяет автоматически контролировать полного разгибания рук и косания пола бедер или живота.
Известно также устройство для контроля количества сгибаний и разгибаний рук в упоре лежа (патент на полезную модель РФ №111006 МПК А63В 21/00 / Устройство для контроля количества сгибаний и разгибаний рук в упоре лежа // Чернышев С.В., Чернышев В.В., Савченко О.А., Рудь М.Ю., Рудь А.А, Готюр И.А., опубл. 10.12.2011), содержащее неподвижную площадку и закрепленную на ней вертикальную площадку. На верхнем конце стойки закреплен шарнир, соединенный с подвижной площадкой. Между подвижной и неподвижной площадками на основании неподвижной площадки размещены пружина, ограничитель, предназначенные для ограничения передвижения подвижной площадки, излучатель и оптико-электронный ключ. С внутренней стороны подвижной площадки закреплена непрозрачная шторка, размещенная таким образом, чтобы при опускании подвижной площадки она попадала в створ между излучателем и оптико-электронным ключом. При сгибании рук происходит надавливание грудью на подвижную площадку до предела. Надавливание подвижной площадки опускает закрепленную на ней непрозрачную шторку, которая, в момент касания подвижной площадки ограничителя, попадая в створ между излучателем и оптико-электронным ключом, перекрывает луч, тем самым меняя логическое состояние на выходе оптико- электронного ключа. Вследствие чего, изменяется значение на индикаторе подсчета.
Недостатком модели является то, что конструкция не обеспечивает объективного контроля над выполнением упражнения (значение индикатора подсчета увеличивается при надавливании грудью на подвижную площадку даже при минимальной амплитуде отжиманий).
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является устройство для контроля отжиманий от пола (патент на полезную модель РФ №156612 U1 МПК А63В 21/00 / устройство для контроля количества сгибаний и разгибаний рук в упоре лежа // Овчинников В.А., Кайргалиев Д., Могутин Р.И., Кормаков А.Э., Мельников И.Н., Пичхидзе С.Я., Захарченко М.Ю., Логинов Р.Г., Васильев Д.В., Пономаренко Д.В., опубл. 10.11.2015), содержащее расположенные параллельно относительно друг друга неподвижную и подвижную площадки, скрепленные между собой скобой из гибкого материала, датчики, реагирующие на нагрузку подвижной площадки, выполненные в виде микропереключателей без фиксации, соединенные между собой параллельно, блок цифровой, звуковой и световой индикации, отличающееся тем, что в него введены дополнительная подвижная площадка, скрепленная скобами из гибкого материала с неподвижной площадкой, датчики, выполненные в виде микропереключателей без фиксации, соединенные между собой параллельно, реагирующие и фиксирующие нагрузку на дополнительную подвижную площадку, блок формирования исполнительного сигнала, входы которого связаны с микропереключателями обеих подвижных площадок, а выходы связаны с блоком цифровой, звуковой и световой индикации, и блок питания, соединенный с микропереключателями обеих подвижных площадок, блоком формирования исполнительного сигнала и блоком цифровой, звуковой и световой индикации.
Недостаток прототипа: устройство не обеспечивает объективного контроля над выполнением упражнения, при его использовании не учитывается полное разгибание рук во время выполнения упражнения, оценка физической подготовленности выполняющего может оспариваться.
Задачей полезной модели является создание устройства для контроля количества и качества сгибаний и разгибаний рук в упоре лежа, обеспечивающего повышение объективности контроля над выполнением упражнения по сгибанию и разгибанию рук в упоре лежа.
Техническим результатом является повышение объективности контроля над выполнением упражнения за счет учета отжиманий, выполненных только с максимальной амплитудой.
Поставленная задача решается отслеживанием положения тела отжимающегося в положении, когда руки выпрямлены и в положении, когда руки согнуты в локтях под углом 90 градусов, путем регистрации пересечения контрольных линий, образованных источником когерентного оптического излучения (лазер) и датчиком оптического излучения (фоторезистор) расположенных таким образом, чтобы от одного оптического излучателя свет попадал только в один и тот же оптический датчик. Каждая пара излучатель и датчик расположена таким образом, чтобы свет, исходящий от излучателя к датчику, распространялся параллельно полу. Световые лучи от самих излучателей всегда параллельны друг другу и находятся в одной плоскости, перпендикулярной плоскости пола. Высота положения излучателей выбирается из такого расчета, что во время выполнения отжимания человек в положении, когда руки выпрямлены, пересекал сразу два луча лазера. А в положении, когда руки согнуты в локтях под углом 90 градусов, испытуемый выходил из под обеих контрольных линий. Оптические датчики регистрируют барьерное прерывание лазерного излучения в виде импульсов разной длительности. Прерывание поступающего светового потока от лазеров к оптическим датчикам создает человек, выполняющий упражнения отжимание от пола.
Оба оптических датчика подключаются к электронному блоку согласования, с выхода которого сигнал поступает на счетчик импульсов. При этом блок согласования настроен так, что подача следующей единицы счета будет происходить только в случае, когда на блок согласования придут два импульса поочередно от двух датчиков
На чертежах представлено устройство для бесконтактного контроля количества и качества отжиманий от пола в автоматическом режиме: Фиг. 1 - блок схема стенда с указанием местоположения оптических линий. Фиг. 2 - схема блока согласования. Фиг. 3 - фотография стенда для подсчета отжиманий.
Предлагаемое устройство для автоматического контроля количества и качества отжиманий от пола состоит из металлического каркаса перевернутой П-образной формы 4, который выполнен в виде двух вертикальных стоек, жестко соединенных между собой в основании и снабженных двумя подвижными парами излучатель 3 - фотоприемник 2, причем каждая пара излучатель - фотоприемник расположена так, что свет, исходящий от излучателя к фотоприемнику, ориентирован параллельно полу, при этом на стойке с фотоприемниками установлен блок согласования 1, который выполнен для получения сигналов с фотодатчиков и для передачи обработанного сигнала на счетчик импульсов с цифровым табло. Блок согласования 1 включает схемы с раздельным питанием, состоящие из реле 5 с нормально разомкнутыми и нормально замкнутыми контактами.
Устройство работает следующим образом. В исходном положении, когда руки выпрямлены, человек создает барьер своими руками для прохождения светового потока к оптическим датчикам. В этот момент от датчиков не поступает сигналов в блок согласования. Сам блок согласования выполнен из 4 отдельных схем взаимодействующих между собой через различные реле, в том числе и самоблокирующих реле. Когда человек приступит к выполнению упражнения отжимания и направит свое тело в нижнее положение, то сначала поступит световой сигнал на верхний оптический датчик, который заставит включиться реле 1, контакты которого включат вторую схему и сам импульс включения придет на счетчик импульсов как счет выполнения упражнения. А так же контакты реле 1 подготовят третью схему для включения и обработки сигнала с нижнего датчика. Затем за счет самоблокирующего реле 2 схема заблокируется на восприятие дальнейших импульсов, поступающих от датчика 1. При достижении нижнего положения человеком, начинает поступать сигнал на датчик 2, который включит реле 4, контакты которого включат схему 3. Схема 3 так же является самоблокирующей за счет исполнительного реле 3. При этом в схеме предусмотрено реле 5 с нормально замкнутыми контактами, расположенными в схеме 2. И включение реле 5 приведет к отключению питания схемы 2, что восстановит восприятие дополнительно поступающих импульсов от датчика 1. Возвращение человека в исходное положение (руки выпрямлены) приведет к прерыванию сигнала на датчик 1, который выключит реле 1 и схему 3, а также включит схему 2. Возврат человека в исходное положение приводит к начальному положению все схемы и их готовности к считыванию следом идущего повторения упражнения. В таком блоке согласования, за счет самоблокирования схем исключается считывания сигналов только с одного поступающего датчика. Засчитывается только то упражнение, которое выполнено максимально глубоко по амплитуде с освобождением просвета для двух датчиков и их последующих затемнения в обратном порядке.
Пример. Разработано устройство, представленное на Фиг. 3 - стенд для автоматического контроля количества и качества отжиманий от пола, состоящее из металлического каркаса, собранного из труб диаметром 25 мм. Высота установки составляет 1,06 м, ширина 1,6 м, толщина 0,45 м. Вертикальные стойки состоят из двух параллельных труб, расположенных на расстоянии 0,1 м, по которым осуществляется перемещение приемников оптического излучения 2 и источников оптического излучения 3, между трубами расположены линейки, для контроля и согласования высоты источников и приемников оптического излучения. Для устойчивости стойки соединены двумя горизонтальными трубами длиной 1,3 м. Стенд может подстраиваться по высоте от 12 до 84 см. В качестве приемников оптического излучения используется фотодиоды ФД256, а источников лазерные диоды с длиной волны 650 нм и выходной мощностью 2 мВт. Блок согласования 1 включает в себя схему обработки построенной на основе реле ruichi 833h и диодов мп16а сигнал, с которой поступает на счетчик импульсов с цифровым табло СИ-10.