УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОПРЯЖЕННОГО ВЗАИМОЗАВИСИМОГО РАЗВИТИЯ ФИЗИЧЕСКИХ И ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СПОСОБНОСТЕЙ РЕБЕНКА
APPARATUS FOR ASSOCIATED INTERDEPENDENT DEVELOPMENT OF PHYSICAL AND MENTAL ABILITIES OF CHILD

Изобретение относится к области медицины и педагогики, а также к игровым тренажерам и может быть использовано для сопряженного взаимозависимого развития физических и интеллектуальных способностей детей дошкольного и младшего школьного возраста.
Известен стационарный тренажер для тренировки гребцов [1], предназначенный для имитации гребли. Устройство включает в себя установленные на раме подвижное сиденье, поворотную площадку для ног и закрепленное на стойке колесо со звездочкой цепной передачи. На одном конце цепи закреплена ручка. Для создания воздушного сопротивления при работе на колесе по радиусу установлены лопасти. Имеется также тахометр и механизм возврата колеса.
Спортсмен садится на сиденье, берется за ручку и начинает выполнять гребковые движения. При этом колесо раскручивается, лопасти создают воздушное сопротивление, сиденье перемещается. Возвратный механизм колеса возвращает цепь в исходное положение.
Достоинства устройства:
- оно относится к типу сопряженного воздействия;
- компактное, занимает мало места;
- его применение позволяет самостоятельно тренировать технику гребли;
- целесообразно использовать в тренировке юных спортсменов.
К недостаткам устройства можно отнести следующее:
- хотя оно относится к типу сопряженного воздействия, в нем не предусмотрено интеллектуальное воздействие, что ограничивает его возможности;
- используется только одно физическое упражнение, то есть тренируется одна группа мышц.
Известно устройство для выполнения гребковых движений [2], предназначенное для развития мышц-разгибателей туловища, ног и сгибателей рук.
Устройство содержит раму, состоящую из двух согнутых труб, стянутых трубой большого диаметра и двумя опорами. На раме размещено велосипедное седло, а в точке сгиба рамы установлена ось, на которую насажена рукоятка. На рукоятке имеется упор для рук, телескопически соединенный в верхней части рукоятки, и упор для ног, выполненный в виде двух педалей в нижней части рукоятки. В передней части рамы закреплен дополнительный упор для ног. На рукоятке и в задней части рамы имеется крепление для пружин силового элемента.
Перед выполнением упражнений нужная нагрузка подбирается дискретно количеством пружин.
На устройстве можно выполнять одновременно разгибание и сгибание рук, туловища и ног в положении сидя. Для этого занимающийся садится на сиденье, ступни ног ставит на упор для ног, на рукоятке кистями захватывает упор для рук. Можно выполнять и другие физические упражнения.
Достоинством этого устройства является:
- компактность и легкость по весу и в эксплуатации, что позволяет применять его в любых условиях для занятий дома, в спортзале, детсаде, а также можно его использовать на занятиях в оздоровительных группах;
- наибольшая эффективность от применения данного устройства может быть достигнута при занятиях греблей.
Недостатками данного устройства являются:
- неудобство размещения силового элемента - возможность его срыва;
- нужная нагрузка набирается дискретно количеством пружин;
- нет возможности интеллектуального воздействия на занимающегося.
Наиболее близким к заявляемому является тренажер для детей дошкольного возраста [3], который может быть использован для работы с детьми дошкольного возраста, т.к. разработан с учетом силовых и антропометрических характеристик детей данного возраста.
Устройство состоит из рамы, изготовленной из двух согнутых по дуге труб (прутков), сваренных с двумя опорами, и трубы, соединяющей данные опоры. На опоры с двух концов надеты смягчающие втулки. К раме крепится сиденье, которое можно регулировать по высоте и местоположению на раме. Также на раме закреплена ось, на которой насажен рычаг с упорами для рук и для ног. Упоры для рук телескопически соединены с рычагом, который регулируется по высоте и местоположению на раме. Дополнительный упор для ног крепится неподвижно к раме. В трубе установлен упругий элемент, например пружина растяжения, которая одним концом неподвижно закреплена на указанной трубе, а другим соединена с тросом, огибающим два блока, один из которых размещен на рычаге. Натяжение пружины регулируется устройством натяжения.
Исходное положение занимающегося - сидя на сиденье, ступни ног на дополнительном упоре или на упоре для ног на рычаге, кисти рук захватывают упор для рук. Из такого исходного положения возможно одновременное разгибание и сгибание туловища, рук и ног. Для локального развития мышц можно выполнять следующие варианты упражнений:
- сгибание и разгибание рук при фиксировании туловища и ног (ступни ног на дополнительном упоре для ног);
- сгибание и разгибание туловища при выпрямленном положении рук (ступни ног находятся на дополнительном упоре для ног);
- одновременное сгибание и разгибание рук и туловища (ступни ног находятся на дополнительном упоре для ног);
- одновременное сгибание и разгибание туловища и ног при выпрямленном положении рук (ступни ног находятся на упоре для ног на рычаге).
Достоинством данного устройства является следующее:
- достаточно широкий ассортимент физических упражнений, выполняемых на тренажере;
- устройство компактное и легкое в обращении и эксплуатации, что позволяет применять его в любых условиях: на физкультурном занятии, при индивидуальном занятии с ребенком, в самостоятельной двигательной деятельности ребенка в режимных моментах по желанию.
К недостаткам данного устройства можно отнести следующее:
- дополнительный упор для ног приварен к раме и нет возможности изменить это;
- большой ход пружины растяжения в упругом элементе, может возникнуть необратимая деформация пружины;
- неудобная конструкция упора для ног на рычаге - педали, простая, но ненадежная;
- нет возможности воздействовать интеллектуально на занимающегося.
Задачей данного изобретения является создание технических, психологических и программных средств для сопряженного взаимозависимого развития физических и интеллектуальных способностей ребенка на мотивационной и оздоровительной основах.
Указанная задача в «Устройстве для сопряженного взаимозависимого развития физических и интеллектуальных способностей ребенка», содержащем раму, изготовленную из двух согнутых по дуге полуокружности труб, скрепленных двумя опорными элементами, задним и передним, трубу, соединяющую эти опорные элементы, сиденье, прикрепленное к раме и регулируемое по высоте и местоположению, ось, закрепленную на раме, и посаженный на нее рычаг, регулируемый по высоте и местоположению на раме, с упором для рук и упором для ног, при этом упор для рук телескопически соединен с рычагом в верхней его части, а упор для ног расположен в нижней части этого рычага, выполненный в виде двух педалей, левой и правой, дополнительную опору для ног, расположенную на раме в передней ее части, два блочка, один из которых размещен на нижнем конце рычага, а второй - на упомянутой трубе вблизи заднего опорного элемента, а в самой трубе размещен силовой элемент, соединенный одним концом с тросом, огибающим указанные блочки, и узел натяжения, решается тем, что в него дополнительно введены персональный компьютер, программное обеспечение для него, и в тренажер - узел настройки единичного перемещения рычага, отображаемого курсором-указателем на весь экран дисплея или его часть посредством ограничения перемещения рычага, в котором применена оптическая «мышь», установленная неподвижно на предметном столике, размещенном вблизи рычага, и перемещающийся синхронно с рычагом под ее «брюхом» «коврик» с разметкой шарниром связан с рычагом, а на педалях упора для ног сделаны фиксаторы для ног ребенка, и дополнительная опора для ног выполнена дискретно переставляемой по раме, а силовой элемент, одним концом закрепленный на подвижной части узла натяжения, размещенного в упомянутой трубе вблизи переднего опорного элемента, другим концом сочленен с первым концом троса, второй конец которого прикреплен через элементы плавной настройки натяжения троса к раме вблизи заднего опорного элемента, введены также две рукоятки - под левую и правую руки, размещенные вблизи сиденья, датчик пульса и усилитель-формирователь для измерения пульса и источник электропитания, при этом от левой клавиши оптической «мыши» сделан вывод на две параллельно включенные кнопки, размещенные одна в упоре для рук, а вторая - в одной из дополнительно введенных рукояток, усилитель-формирователь для измерения пульса электрически соединен входом с датчиком пульса и выходом - с USB-портом системного блока персонального компьютера, который установлен в нижней части также введенной дополнительно подставки под персональный компьютер, дисплей которого размещен на регулируемой по высоте столешнице этой подставки, а датчик пульса и усилитель-формирователь подключены к источнику электропитания.
Отличительными признаками заявляемого технического решения является следующее:
- во-первых, в него дополнительно введены: персональный компьютер и программное обеспечение для него, а в тренажер - узел настройки единичного перемещения рычага, отображаемого курсором-указателем на весь экран дисплея или его часть посредством ограничения перемещения рычага, в котором применена оптическая «мышь», установленная неподвижно на предметном столике, размещенном вблизи рычага, и перемещающийся синхронно с рычагом под ее «брюхом» «коврик» с разметкой, шарнирно связанный с рычагом, а на педалях упора для ног сделаны фиксаторы для ног ребенка, и дополнительная опора для ног выполнена дискретно переставляемой на раме, а силовой элемент, одним концом закрепленный на подвижной части узла натяжения, а другим концом сочленен с первым концом троса, второй конец которого прикреплен через элемент настройки тягового усилия с рамой, введены дополнительно две рукоятки - под левую и правую руки, размещенные вблизи сиденья, датчик пульса и усилитель-формирователь для измерения пульса, источник электропитания, подставка под персональный компьютер и усилитель-формирователь;
- во-вторых, сделаны новые связи между узлами и элементами: от левой клавиши переключателя оптической «мыши» персонального компьютера сделан вывод на две параллельно включенные кнопки, размещенные одна в упомянутом упоре для рук, а вторая - в одной из дополнительно введенных рукояток, усилитель-формирователь для измерения пульса электрически соединен входом с датчиком пульса, а выходом - с USB-портом системного блока персонального компьютера, узлы, требующие электропитания, подключены к источнику электропитания;
- в-третьих, воздействуя на сердечно-сосудистую и мышечную системы, а также органы восприятия ребенка, развивают его физически путем гребковых двигательных действий, дозированно нагружая мышцы рук, спины и ног, и интеллектуально - решением интеллектуальных заданий, задаваемых с помощью персонального компьютера соответствующим программным обеспечением и решаемых ребенком с помощью оптической «мыши» и рычага, причем развивают интеллектуальные и физические способности ребенка сопряженно и взаимозависимо благодаря выполнению указанных интеллектуальных заданий с одновременным преодолением физических нагрузок и физических упражнений с добавлением интеллектуальных заданий.
В заявляемом устройстве отличительные признаки проявляют свойства, известные в других областях науки и техники, а взятые в совокупности с признаками прототипа проявляют свойства, которые позволяют сопряженно взаимозависимо развивать физические и интеллектуальные способности ребенка на мотивационной, контролируемой и оздоровительной основах, что указывает на соответствие заявляемого решения критерию «существенные отличия».
Заявляемое устройство поясняют схематические чертежи:
- на фиг.1 и фиг.2 показано устройство в целом: вид спереди (фиг.1) и вид сверху (фиг.2.);
- на фиг.3 приведена блок-схема электрического соединения основных узлов устройства;
- на фиг.4 показан алгоритм занятия или соревнования (одна группа);
- на фиг.5 и фиг.6 приведена одна из возможных конструкций узла настройки 31 единичного перемещения рычага 9;
- на фиг.7 и фиг.8 представлена одна из возможных конструкций узла натяжения троса устройства и силового элемента (резинового амортизатора);
- на фиг.9 и фиг.10 показано одно из возможных сочленений столешницы подставки под персональный компьютер и стойки.
Устройство включает в себя тренажер, персональный компьютер и программное обеспечение к нему (фиг.1 и фиг.2). Тренажер 1 содержит раму, изготовленную из двух согнутых по дуге полуокружности труб 2, 3, скрепленных двумя опорными элементами 4, 5, передним и задним соответственно, трубу 6, соединяющую опорные элементы 4, 5, сиденье 7, прикрепленное к раме (к дугам 2, 3) и регулируемое по высоте и местоположению, ось 8, закрепленную на раме (к дугам 2, 3), и посаженный на ось 8 рычаг 9, регулируемый по высоте и местоположению на раме 2, 3, с упором для рук 10 и упором для ног 11, при этом упор для рук 10 телескопически соединен с рычагом 9 в верхней его части, а упор для ног 11 расположен в нижней части рычага 9 и выполнен в виде двух педалей - левой 12 и правой 13, дополнительную опору для ног 14, расположенную в передней части рамы, выполненную дискретно переставляемой на раме (2, 3), два блочка 15, 16, один из которых 15 размещен на нижнем конце рычага 9, а второй блочок 16 - на трубе 6 вблизи заднего опорного элемента 4, а в самой трубе 6 размещен силовой элемент 17 (резиновый амортизатор), одним концом закрепленный на подвижной части 18 узла натяжения 19, размещенного вблизи переднего опорного элемента 5, а другим концом сочленен с первым концом троса 20, второй конец которого прикреплен к дугам рамы (2, 3) вблизи заднего опорного элемента 4 через элемент плавной настройки 21 натяжения троса 20. Трос 20 огибает блочки 15, 16. На педалях 12 и 13 упора для ног 11 сделаны фиксаторы 22 и 23 для ног ребенка. В устройство дополнительно введены: две рукоятки 24 и 25 - под левую и правую руки, размещенные вблизи сиденья 7, персональный компьютер 26, имеющий в своем составе системный блок 27, дисплей 28, клавиатуру 29 и оптическую «мышь» 30. Введен дополнительно узел настройки 31 единичного перемещения рычага 9, отображаемого курсором-указателем на весь экран дисплея 28 или его часть посредством ограничения перемещения рычага 9, составленный оптической «мышью» 30, дисплеем 28 и ограничителем перемещения 33 рычага 9. Предметный столик 32 с оптической «мышью» 30 установлен вблизи рычага 9, а перемещающийся синхронно с рычагом 9 под ее «брюхом» «коврик» 34 с разметкой с помощью шарнира 35 связан через хомутик 36 с рычагом 9. Усилитель-формирователь 38 для измерения пульса ребенка и источник электропитания 39 размещены на полочке подставки 40, а датчик пульса 37 ребенка вынесен кабелем 41, чтобы его можно подключать к мочке уха ребенка. Программное обеспечение для персонального компьютера 26 размещено на диске или дискете, вставляемых соответственно в гнезда 42 или 43 системного блока 27 персонального компьютера 26. При этом от левой клавиши оптической «мыши» 30 сделан вывод на две параллельно включенные кнопки 44 и 45, размещенные одна 44 в упомянутом упоре для рук 10, а вторая 45 - в одной из дополнительно введенных рукояток, например 25. Системный блок 27, дисплей 28, клавиатура 29 персонального компьютера 26 размещены на подставке 40. Дисплей 28 персонального компьютера 26 размещен на регулируемой по высоте столешнице 46, фиксируемой фиксатором 47, а системный блок 27 установлен постоянно в нижней части подставки 40. Причем усилитель-формирователь 38 для измерения пульса электрически соединен (фиг.3) входом с датчиком пульса 37 через кабель 41 и выходом - с USB-портом 48 системного блока 27 персонального компьютера 26. Рычаг 9 связан с «ковриком», а через него - с оптической «мышью» 30, которая связана с кнопками 44, 45. Усилитель-формирователь 38 для измерения пульса ребенка и датчик пульса 37 запитаны от источника электропитания 39, подключаемого к промышленной сети 220 В.
Работают с устройством следующим образом.
Важно определиться с мотивом и мотивацией действия и поведения ребенка. В обобщенном понятии мотив - побудительная причина, повод к какому-либо действию, довод в пользу чего-либо или кого-либо, а мотивация - активное состояние мозговых структур, побуждающее человека совершать действие, направленное на удовлетворение своих потребностей. Мотивов и мотиваций великое множество, но их проявление можно определить как внешними, так и внутренними факторами, интересами и стимулами. К внешним факторам можно отнести потребность в новом необычном устройстве. Этот фактор может побудить малыша ознакомиться с предлагаемым новым устройством, сесть на него и позаниматься, а если программное обеспечение яркое и интересное - какое удовольствие получит ребенок!
К внутренним факторам и стимулам может быть отнесено соревнование с кем-то. Победить в соревновании - вот извечный стимул поведения человека, в том числе ребенка. И проще всего это обеспечивается в игровых ситуациях. Человек, а ребенок особенно, способен играть в компьютерные игры часами, не уставая. Вот этот фактор и интерес следует использовать при определении и стимулировании как внешних, так и внутренних потребностей.
Такой обобщенный подход к учету мотивационных потребностей в процессе практической реализации приобретает большую конкретизацию. Необходимо только помнить о разумном сочетании внешних и внутренних факторов, интересов и стимулов.
Пусть в качестве мотива берется использование нового комплекса - устройства, состоящего из гребкового тренажера 1, персонального компьютера 26 и программного обеспечения. Гребковый тренажер 1 предназначен для развития мышц-разгибателей туловища, ног и сгибателей рук, а также мышц пресса. На данном тренажере можно выполнять одновременно разгибание и сгибание рук, туловища и ног в положении сидя. Для этого занимающийся садится на сиденье 7, ступни ног ставит на педали упора для ног 11, кистями рук обхватывает рукоятки упора для рук 10 и смотрит на установленный на уровне глаз на столешнице 46 подставки 40 экран дисплея 28 персонального компьютера 26. Из этого исходного положения осуществляется одновременно разгибание и сгибание рук, туловища и ног. Перед началом занятия инженер-исследователь или воспитатель проверяет работоспособность устройства, тарирует перемещение рычага 9 и измеряет силовую нагрузку на него, для чего к упору для рук 10 прикрепляется динамометр, а узлом натяжения 19 и элементом плавной настройки 21 выставляет заданную силовую нагрузку, когда рычаг 9 находится в крайнем положении вблизи ограничителя перемещения 33 рычага 9, но не касается его, проверяет работу датчика пульса 37 ребенка, усилителя-формирователя 38 и его связь с USB-портом 48 системного блока 27 персонального компьютера 26, вставляет дискету программного обеспечения в гнездо 42 или диск в гнездо 43 и с помощью клавиатуры 29 инициирует ввод программного обеспечения в системный блок 27 персонального компьютера 26. Оптической «мышью» 30 узла настройки 31 единичного перемещения с помощью коврика 34 и рычага 9 путем сканирования проверяет работу этого узла, а с помощью кнопок 44 и 45 проверяет захват курсора-указателя на экране дисплея 28 персонального компьютера 26. Убедившись в работоспособности устройства в целом, отдельных его узлов и программного обеспечения, можно начинать занятие.
На гребковом тренажере 1 можно также выполнять следующие упражнения:
- сгибание и разгибание рук при фиксации туловища и ног, при этом ступни находятся на дополнительном упоре для ног 14;
- сгибание и разгибание туловища при выпрямленном положении рук, ноги находятся на упоре для ног 11;
- одновременное сгибание и разгибание туловища и ног при выпрямленном положении рук, ноги находятся на упоре для ног 11;
- одновременное разгибание ног и воздействие на мышцы пресса, руки находятся на дополнительных рукоятках для рук 24, 25, палец руки на рукоятке 25 может находиться на кнопке 45 при выполнении интеллектуального задания.
Каждое из этих упражнений позволяет выборочно воздействовать на те или иные группы мышц. Это важно для реабилитации отстающего в своем развитии мышц тела ребенка или для преимущественного развития отдельных мышц с учетом специализации и потребности в движениях.
Из упомянутого исходного положения занимающийся начинает выполнять задание, которое высвечивается на экране дисплея 28 персонального компьютера 26 под воздействием программы, находящейся в блоке программ. Например, дается задание «проплыть» как можно быстрее на гребковом тренажере 1 n-е количество метров. Занимающийся начинает интенсивно перемещать рычаг 9, стараясь развить наибольшую «скорость». Усилитель-формирователь 38 с помощью датчика пульса 37 ребенка следит за пульсом занимающегося, численные значения «пройденного пути» отображаются на экране дисплея 28 и дублируются голосом воспитателя. Причем в системном блоке 27 под управлением соответствующей программы программного обеспечения эти значения сравниваются с оптимальными, измеренными заранее при предварительном обследовании занимающегося, и отображение производится относительно минимального, оптимального, порогового и критического значений. Требования задания не только в том, чтобы значения пульса не выходили за пределы зоны оптимальных значений для данного занимающегося. Если пульс ниже зоны оптимального значения, высвечиванием на экране дисплея 28 дается рекомендация увеличить нагрузку, которая может сопровождаться соответствующей музыкальной мелодией. Если значение пульса находится в пороговой зоне, аналогично дается рекомендация уменьшить нагрузку, но музыкальная мелодия другая. Если значение пульса вошло в критическую зону, на экране дисплея 28 высвечивается световой тревожный сигнал, сопровождаемый звуковым сигналом, которым предупреждают занимающегося о недопустимости работы в этом режиме. Через некоторое заданное время, если нагрузка и, соответственно, пульс не войдут в норму, технические средства выключаются и занятия прекращаются. Возможно постепенное уменьшение нагрузки.
При перемещении рычага 9, то есть при «движении», на экране дисплея 28 может высвечиваться интеллектуальное задание, например, на внимание и память (водоплавающие птицы и животные…). По окончании «пути» занимающемуся предлагается назвать встретившихся птиц и/или животных. Оценивается выполненное задание по затрачиваемому времени. Неправильные ответы на вопросы интеллектуального задания оцениваются, например, штрафным временем, которое прибавляется к основному, как в биатлоне, прохождением дополнительных кругов.
Интеллектуальные задания, высвечиваемые на экране дисплея 28, выполняются либо с помощью рук, кисти которых охватывают рукоятки упора для рук 10, большой или указательный палец руки нажимает кнопку 44, ноги при этом устанавливаются на дополнительном упоре для ног 14, либо с помощью ног, установленных на упоре для ног 11 и зафиксированных фиксаторами 22, 23. Кисти рук при этом обхватывают дополнительные рукоятки для рук 24 и 25. Большой палец (или указательный) руки нажимает кнопку 45 и держит ее в нажатом состоянии. Задания составляются таким образом, чтобы при их выполнении курсор-указатель на экране дисплея 28 перемещался по экрану дисплея 28 снизу до верха. Поскольку рычаг 9 имеет сопротивление, которое можно изменять, то занимающемуся приходится прикладывать определенные физические усилия, получая дозированную нагрузку на мышцы рук, ног, спины и пресса, а также плечевого пояса. Выполнение интеллектуальных заданий также может сопровождаться звуковыми и музыкальными сигналами и мелодиями. Здесь соблюдается тот же принцип - как можно быстрее выполнить интеллектуальное задание, оцениваемое по времени, затраченному на его решение. Неправильное выполнение его отдельных позиций также штрафуется дополнительным временем, добавляемым к основному.
С помощью датчика пульса 37 ребенка и усилителя-формирователя 38 следят за физическим и психическим состоянием занимающегося и, как в предыдущем случае, управляют его действиями таким образом, чтобы его пульс находился в оптимальной зоне. Победит тот из занимающихся, кто затратит наименьшее время на выполнение физических упражнений и интеллектуальных заданий и при этом не выйдет из зоны оптимальных значений пульса.
Из всего этого следует, что занимающийся для победы в одиночных и групповых занятиях, а также в соревнованиях должен обладать не только физической силой, чтобы перемещать рычаг 9, но и иметь развитый интеллект, чтобы быстро и без ошибок выполнять интеллектуальные задания. Такой режим выполнения этих заданий в данном случае создает мотивацию и интерес их выполнения - стать победителем. А развитие достигается регулярным и постепенным воздействием на различные группы мышц и отделы головного мозга, постепенным наращиванием дозированных физических нагрузок и постепенным усложнением интеллектуальных заданий по принципу «от простого к сложному» при непрерывном контроле за физическим и психическим состоянием занимающегося.
Алгоритм одного занятия или соревнования показан на фиг.4. Физическое воздействие перемежается с интеллектуальной добавкой, и, наоборот, интеллектуальное воздействие дополняется физической нагрузкой. Время, затраченное занимающимся, суммируется и к нему добавляется штрафное время (если оно есть). Фактическое время не должно превышать 10-15 мин.
Принципы постепенности и регулярности должны соблюдаться неукоснительно при работе с описанным устройством для осуществления сопряженного взаимозависимого развития физических и интеллектуальных способностей ребенка на мотивационной и оздоровительной основах. Постепенно, но регулярно надо наращивать нагружение мышц рук, ног, мышц плечевого пояса, пресса и спины, используя возможности гребкового тренажера 1. Постепенно и регулярно надо усложнять интеллектуальное задание от простого к сложному. Постепенно увеличивать длительность занятия до допустимого предела, учитывая возрастные, физические и психические возможности занимающегося.
В заявляемом устройстве много нестандартных узлов. Рассмотрим основные из них, уделив внимание их конструкции, принципу действия и участию в работе всего устройства.
Узел настройки 31 единичного перемещения рычага 9 (фиг.5 и фиг.6), отображаемого курсором-указателем на весь экран дисплея 28 или его часть посредством ограничения перемещения рычага 9. Узел включает в себя измерительное средство, персональный компьютер и программное обеспечение. В измерительное устройство входит рама, изготовленная из двух согнутых труб 2, 3, скрепленных двумя винтами 48, 49 и осью 8, на которую насажен рычаг 9. С помощью рычага 9 осуществляются возвратно-поступательные движения (единичные перемещения рычага 9), которые ограничивает и задает узел настройки единичного перемещения 39 рычага 9, состоящий из основания 50, закрепленного в двух точках с помощью винтов 48, 49 с гайками и в котором предусмотрены ограничительные винты 51, 52, резьбовые отверстия в основании 50, в которые вкручиваются ограничительные винты 51, 52 и закрепляются контргайками 53, 54. На концах ограничительных винтов 51, 52 закреплены резиновые опорные головки 55, 56, выполненные из жесткой резины. Кроме того, на рычаге 9 закреплен с помощью хомутика 57 с замком 58 шарнир 59, соединяющий хомутик 57 с «ковриком» 60, который движется между направляющими 61 под «брюхом» оптической «мыши» 30, закрепленной неподвижно на столике 32. Оптическая «мышь» 30 входит в состав персонального компьютера 26 (оконтуренного пунктирной линией на фиг.3), в который входят системный блок 27, дисплей 28 и клавиатура 29.
Программное обеспечение, записанное на дискете или на диске, вставляется в соответствующее гнездо 42 и 43 системного блока 27 и инициируется с помощью клавиатуры 29.
Положение курсора-указателя на экране дисплея 28 соответствует середине экрана по горизонтали, он перемещается при движении рычага 9 по всему экрану дисплея или его части снизу вверх, что предусмотрено в программном обеспечении. Кроме того, в программном обеспечении заложен пересчет количества единичных перемещений курсора-указателя по экрану дисплея 28, по которому судят о количестве перемещений рычага 9, и цифровое значение этого перемещения отражается на экране дисплея 28.
Работает узел настройки 31 единичного перемещения рычага 9 следующим образом.
Перед началом измерений инженер-исследователь проверяет работоспособность узла: настраивает датчик перемещения (рычаг 9), область его ограничения и возможность позиционирования курсора-указателя на экране дисплея 28 с помощью оптической «мыши» 30. Убедившись в правильной работоспособности устройства в целом и отдельных его элементов и узлов, то есть программного обеспечения, можно начинать опыты - перемещать рычаг 9.
Перемещая рычаг 9 до опорных головок 55, 56, размещенных на ограничительных винтах 51, 52, одновременно перемещают хомутик 57, закрепленный на рычаге 9 с помощью замка 58. С хомутиком 57 соединен поводок 62, и с помощью шарнира 59 он соединен с «ковриком» 60, который синхронно движется под «брюхом» оптической «мыши» 30, закрепленной неподвижно на столике 32. Оптическая «мышь» 30 входит в состав персонального компьютера 26. По дисплею 28 наблюдают за движением курсора-указателя на его экране и определяют количественные характеристики.
Сосчитав количество единичных перемещений и уточнив результат позиционирования курсора-указателя, так как возможна некоторая нестабильность, хотя ограничительные головки выполнены из жесткой резины, в пределах каждого единичного перемещения, получают результат перемещения рычага 9 в целом.
Силовой элемент 17 и узел натяжения 19 троса 20 устройства.
Одна из возможных конструкций узла натяжения 19 троса 20 и силового элемента 17 (фиг.7 и фиг 8), построенного, например, на основе резинового амортизатора, содержит силовой элемент 17, в качестве которого взят резиновый амортизатор, соединенный одним концом с подвижной частью 63 узла натяжения 19, а другим сочлененный с первым концом троса 20. Подвижная часть 63 представляет собой шпильку с резьбой по всей ее длине со штифтовой канавкой 64. Данная шпилька перемещается посредством гайки 65, задающей основное нагрузочное сопротивление на трос 20 через блочки 15, 16 и дополнительный элемент плавной настройки 21 натяжения (см. фиг.1), что расширяет возможности узла натяжения 19. Штифт 66 (см. фиг.7) препятствует проворачиванию шпильки 63, а винт 67 - узла натяжения 19 троса 20 в трубе 6.
Работают силовой элемент 17 и узел натяжения 19 следующим образом.
Перемещая рычаг 9 либо руками за упор для рук 10, либо ногами за упор для ног 11, либо руками и ногами одновременно, либо комплексно с участием и мышц спины, занимающийся растягивает силовой элемент 17, добавляя к тому натяжению, которое было первоначально, дополнительное натяжение, преодолевая сопротивление силового элемента 17, то есть сила F будет равна:
0
F=F+k x,
0
где F - первоначальное натяжение силового элемента 17;
k - коэффициент пропорциональности силового элемента 17;
x - удлинение силового элемента 17.
Зная коэффициент пропорциональности, перемещение рычага 9 и начальное натяжение силового элемента 17, можно определить механические характеристики устройства.
Тарировка силового элемента 17 заключается в предварительном изменении коэффициента пропорциональности k с помощью гайки 65. Прикрепляя динамометр, например, за упор для рук 10, натягивают рычаг 9 динамометром до крайнего положения (не касаясь фиксатора 51 (см. фиг.5)) и, поворачивая гайку 65, задают силовую нагрузку.
Сочленение столешницы 46 и стойки подставки 40.
Одна из возможных конструкций данного сочленения состоит (фиг.9 и фиг.10) из цангового зажима, в который входят: окончание стойки подставки 40, гайка-фиксатор 47, патрубок 68, коническая втулка 69, например, выполненная из бронзы и имеющая способность пружинения. В гайке-фиксаторе 47 предусмотрены отверстия 70 для закручивания этой гайки.
Работает данный узел сочленения следующим образом.
Ослабляют гайку-фиксатор 47, чтобы патрубок 68 мог свободно перемещаться вверх-вниз, столешницу 46 устанавливают на необходимом уровне и гайкой-фиксатором 47 зажимают втулку 69 с помощью прута, вставляемого в отверстие 70.
Программное обеспечение.
Что касается программного обеспечения, то с его помощью осуществляется решение интеллектуальных заданий и выполнение физических упражнений. Поэтому оно должно быть занимательным и вызывать у занимающегося интерес и желание выполнять эти задания. При этом программное обеспечение должно состоять из комплекса программ. В комплекс программ, например, автоматизированной обработки информации с периферийных датчиков входят программы: автоматический ввод и регистрация данных, предварительная обработка сигналов (сглаживание), тарировки входных сигналов, вывод графического изображения входных сигналов, математическая обработка характеристик выполняемых физических упражнений.
Программа математической обработки характеристик физического упражнения позволяет выполнить расчет следующих биомеханических параметров: длительность всего движения и отдельных его фаз и периодов, величины «перемещения» и «скорости» движения, выполняемая работа во время одного движения и по всей дистанции.
По сравнению с прототипом предлагаемое устройство обладает новым качеством - позволяет сопряженно и взаимозависимо развивать физические и интеллектуальные способности ребенка на мотивационной и оздоровительной основах, с применением современных компьютерных технологий и тренажерной техники, причем развивать ребенка гармонично, максимально используя принцип «учение с увлечением».
Источники информации
1. Dreissigacker P.D., Dreissigacker R.A., Williams I.V. Pat. №4996188 (USA). Stationary rowing unit. - Pull / 02.08.83.
2. Устройство для выполнения гребковых движений // [Буклет тренажерных устройств] НПКП «Резонанс» / Адыгейский госуниверситет. - Майкоп, 1996. - С.1.
3. Тренажер для детей дошкольного возраста / А.В.Мазанова, Е.А.Антипова, В.В.Афанасенко, Ю.Т.Черкесов // Актуальные проблемы валеологии, воспитания учащихся в условиях новой концепции физкультурного образования: Материалы междунар. науч. конф. - Нальчик, 2002. - С.149-150.