Робот-тренажер для тренировки спортсменов единоборцев

Полезная модель относится к области специальных спортивных автоматизированных электромеханических устройств с программным управлением, в частности к робототехнике, используемой для обучения и тренировки различных видов единоборств. Робот-тренажер предназначен для подготовки спортсменов различных видов единоборств, например, бокса, кикбоксинга, различных видов карате, и позволяет повысить эффективность тренировочного процесса, включающего выполнение технически безошибочных атакующих и защитных действий с одновременным контролем силы, точности и скорости их выполнения. Робот-тренажер в процессе работы имитирует действия спарринг-партнера спортсмена. Робот-тренажер может использоваться как для обучения, так и для тренировки спортсменов, а также аттракцион для любителей экстремальных развлечений.
Ближайшим аналогом заявленной полезной модели является робот-тренажер для тренировки спортсменов единоборцев, содержащий стойку, жестко соединенную с основанием, ударные модули, выполненные с возможностью нанесения серии прямых и боковых ударов в верхнюю часть туловища спортсмена, датчики для измерения силы ударов спортсмена и элементы для определения местоположения спортсмена и управляющий контроллер (опубликованная заявка US 2004/0248633 А1, опубликованная 09.12.2004).
Недостатком данного устройства является то, что в нем отсутствует возможность нанесения ударов, имитирующих удар ногой, в частности подсечки. Также к недостаткам можно отнести то, что данный робот-тренажер фиксируется от перемещения относительно опорной поверхности только лишь за счет блокировки колес, на которых он установлен. То есть, не исключены ситуации, при которых спортсмен может сдвинуть робот-тренажер или опрокинуть его.
Технический результат полезной модели заключается в повышении эффективности тренировочного процесса.
Указанный технический результат достигается тем, что робот-тренажер для тренировки спортсменов единоборцев содержит стойку, жестко соединенную с основанием, ударные модули с рабочими органами, выполненные с возможностью нанесения серии прямых и боковых ударов в верхнюю часть туловища спортсмена, датчики для измерения силы ударов спортсмена, элементы технического зрения для определения местоположения спортсмена и управляющий контроллер. В соответствии с заявленной полезной моделью робот-тренажер имеет модуль подсечки, располагающийся в нижней части стойки, выполненный с возможностью нанесения подсекающего удара на уровне ног спортсмена, стойка регулируется по высоте с помощью электромеханического привода и состоит из верхней подвижной части, на которой установлены ударные модули с рабочими органами для нанесения серии прямых и боковых ударов, и нижней неподвижной части, а также содержит устройство, предотвращающее самопроизвольное опускание верхней части стойки, основание выполнено с возможностью его закрепления на опорной несущей поверхности.
Конструкция робота-тренажера выполнена с возможностью имитации ударов руками и ногами спарринг-партнера, т.е. эффективность тренировки повышается за счет приближения условий её проведения к условиям, при которых у спортсмена был бы реальный противник. При регулировке высоты прямых и боковых ударов в верхнюю часть туловища спортсмена, осуществляется возможность имитации прямых ударов руками, когда противник спортсмена выше или ниже его ростом.Установка рабочих органов модуля прямых ударов производится таким образом, что оси, по которым происходит прямолинейное движение указанных рабочих органов, взаимно пересекаются в пространстве
Модуль подсечки, позволяет имитировать удар ногой, наносимый в область ног спортсмена, преимущественно ниже колена.
Стойка, выполненная с возможностью регулировки по высоте, позволяет создавать различные условия для тренировки спортсмена. Высоту робота-тренажера можно настроить так, что она будет соответствовать росту спортсмена, а можно отрегулировать высоту робота-тренажера, соответственно, и высоту всех ударных модулей так, что она будет соответствовать более высокому росту спарринг партнера или более низкому. Это позволит спортсмену более эффективно подготовиться к соревнованиям, где его соперником будет более высокий или более низкий спортсмен.
Установка рабочих органов модуля прямых ударов, при которой оси, по которым происходит прямолинейное движение указанных рабочих органов, взаимно пересекаются в пространстве, позволяет разнообразить технику прямых ударов тренажера, и, следовательно, повысить эффективность процесса тренировки спортсмена.
Возможность закрепления основания на опорной поверхности исключает возможность перемещения или опрокидывания робота-тренажера под действием ударов, наносимых спортсменом.
Заявленная полезная модель поясняется графическими изображениями.
Фиг. 1 - робот-тренажер с основанием, выполненным в виде сварной
рамы.
Фиг. 2 - робот-тренажер с основанием, выполненным в виде фланцевой плиты.
Фиг. 3 - модуль подсечки (виды сбоку и сверху).
Фиг. 4 - модуль боковых ударов (виды сбоку и сверху).
Фиг. 5 - модуль прямых ударов (виды сбоку и сверху).
Фиг. 6 - робот-тренажер с установленными навесными защитными элементами (общий вид).
Робот-тренажер (фиг. 1-5) содержит основание 1, на котором с помощью резьбовых соединений закреплена регулируемая по высоте стойка 2, с механизмом изменения высоты 3 стойки 2. На стойке 2 установлены модуль прямых ударов 4, модуль боковых ударов 5 и модуль подсечки 6.
Основание 1 может быть выполнено в виде сварной рамы (фиг. 1) или в виде фланцевой плиты (фиг. 2). В основании 1 выполнены отверстия для закрепления его на опорной несущей поверхности при помощи анкерного или иного крепежа. При необходимости основание 1 закрепляется на опорной несущей поверхности через демпферную плиту. В теле основания 1 выполнены сквозные каналы и отверстия для подвода к исполнительным механизмам робота-тренажера электрокабелей и/или пневомагистралей.
Стойка 2 может быть выполнена из сортового проката круглой или профильной трубы и д.р. Стойка 2 состоит как минимум из двух частей, нижняя из которых имеет крепежный неподвижный фланец 7 с необходимым усилением и отверстия для ее закрепления к основанию 1 с помощью резьбовых соединений, например, болтов. На перемещаемой верхней части стойки 2 устанавливаются ударные модули 4 и 5. Модуль подсечки 6 устанавливается на нижней неподвижной части стойки 2.
Перемещение верхней части стойки 2 относительно ее неподвижной нижней части позволяет точно регулировать высоту робота-тренажера, и установленных на стойке ударных блоков 4 и 5 под необходимые условия тренировки, например, под рост спортсмена.
На нижней части стойки 2 монтируется механизм изменения ее высоты 3 и предохранительное устройство. В верхней части стойки 2 выполнена площадка 8 для закрепления дополнительного оборудования, например, элементов технического зрения (сенсорные датчики, видеокамера и др.) для определения местоположения спортсмена. Внутри стойки 2 проложены электрокабели и/или пневмомагистрали, подключенные к исполнительным механизмам робота-тренажера.
Механизм изменения высоты 3 стойки 2 выполнен в виде электромеханического привода, состоящего из мотор-редуктора и возвратно-поступательной передачи. Возможно применение гидравлического или винтового домкрата, электропривода с цепью и др.
Во избежание самопроизвольного опускания верхней части стойки под весом как собственным, так и навесного оборудования (ударных модулей, предохранительных и защитных панелей и др.) предусмотрено предохранительное устройство, которое блокирует передвижение подвижной части стойки 2.
Изменение высоты стойки 2 производится при отключенном предохранительном устройстве, после окончания регулировки необходимо вновь заблокировать передвижение подвижной части стойки.
Элементы крепления ударных модулей на стойке 2 имеют единую унифицированную конструкцию.
Неподвижный базовый корпус ударных модулей 4-6, имеющий цилиндрическую форму, закрепляется на стойке 2 при помощи фиксирующих элементов (конических распирающихся втулок или зажимных фланцев). Это позволяет установить ударные модули в любом месте по высоте стойки 2.
При помощи подшипников 18 на неподвижный базовый корпус устанавливается подвижный корпус 9 (фиг. 5), на котором жестко закреплен зубчатый венец привода его вращения. В осевом направлении подвижный корпус 9 фиксируется упорными кольцами или буртиками в базовом корпусе.
Подвижный корпус 9 получает вращение от приводного электромотора 10, установленного на выносном кронштейне неподвижного базового корпуса, через зубчатую передачу, включающую шестерню 11 на выходном валу электромотора 10 и жестко закрепленный на подвижном корпусе 9 зубчатый венец. При необходимости приводной электромотор 10 может быть заменен мотор-редуктором. Шестерня 11 выходного вала приводного электромотора 10 может быть выполнена с предохранительным устройством ограничения вращающего момента. Возможно использование вместо зубчатой передачи цепной или ременной передачи, включая передачи зубчатым ремнем. Возможно также использование фрикционной передачи, при которой вместо зубчатого венца и шестерни на соответствующие детали закрепляются фрикционные части.
На подвижный корпус каждого ударного модуля устанавливаются его рабочие органы - «руки»:
- возвратно-поступательные «руки» 12, устанавливаются на модуль прямых ударов 4;
- маховые ударные «руки» 13 устанавливаются на модуль боковых ударов 5;
- маховая ударная «рука» 14 устанавливается на модуль подсечки 6.
На модуль прямых ударов 4 устанавливаются как минимум две возвратно-поступательные «руки» 12, которые при работе модуля наносят прямые удары по спортсмену, имитирующие прямые удары рукой или ногой реального противника. Возвратно-поступательные «руки» 12 могут быть выполнены на базе пневмоцилиндров или электромеханических актуаторов. На конечном, выдвигаемом конце пневмоцилиндра или актуатора закрепляется мягкая ударная часть 15, контактирующая со спортсменом.
Возвратно-поступательные «руки» 12 устанавливаются на подвижный корпус 9 модуля прямых ударов 4 при помощи карданного подвеса, который позволяет осуществлять поворот и качание «рук» 12 в двух плоскостях - вертикальной и горизонтальной. Установка рабочих органов, т.е. возвратно-поступательных «рук» 12 модуля прямых ударов 4 производится таким образом, что оси, по которым происходит прямолинейное движение указанных рабочих органов, взаимно пересекаются в пространстве. Карданный подвес позволяет устанавливать «руки» 12 под различными углами наклона к горизонту.
Модуль прямых ударов 4 имеет демпфирующие устройства, которые ограничивают углы качания и компенсируют угловые нагрузки «рук» 12 при их внецентренном контакте со спортсменом.
При работе модуля прямых ударов 4 приводной электродвигатель 10 позволяет разворачивать модуль фронтом к спортсмену при его движении за счет наличия элементов технического зрения для определения местоположения спортсмена. Максимальные углы поворота модуля прямых ударов ограничиваются упругими буферными элементами и концевыми датчиками.
На модуль боковых ударов 5 устанавливаются как минимум две маховые «руки» 13, которые при работе модуля вращаются вокруг оси стойки 2 и позволяют наносить круговые удары по спортсмену, имитирующие круговые удары рукой или ногой реального противника.
Маховые «руки» 13 модуля боковых ударов 5 выполнены составными -из двух или более звеньев, одно из которых прикрепляется через разгрузочный шарнир 17 непосредственно к корпусу. Остальные звенья крепятся последовательно друг к другу, постепенно увеличивая длину маховой «руки» 13, а на конечном по длине «руки» звене устанавливается мягкая ударная часть 16, контактирующая со спортсменом.
Конечное звено маховой «руки» 13 с мягкой ударной частью 16 выполнено быстро заменяемым. Разгрузочный шарнир 17 предохраняет «руки» 13 от поломок и позволяет ей сложится под нагрузкой от веса спортсмена (при ее захвате), а после того как спортсмен отпустит - вернуться в исходное положение.
На модуль подсечки 6 устанавливается одна маховая «рука» 14, аналогичная по конструкции маховым «рукам» 13 модуля боковых ударов 5. «Рука» 14 при работе модуля подсечки 6 вращается вокруг оси стойки 2, и позволяет наносить круговые удары по спортсмену, имитирующие круговые подсекающие удары ногой реального противника.
Из-за назначения модуля подсечки 6 его установка и закрепление производится на нижней части стойки 2 для того, чтобы зона нанесения круговых ударов находилась на нужной высоте.
Основание 1, стойка 2 и исполнительные механизмы робота-тренажера закрыты навесными защитными элементами (фиг. 6). Навесные защитные элементы могут быть выполнены в виде оболочек, полуоболочек и пластин. Каждый элемент закрепляется на узлах робота-тренажера, образуя сплошное покрытие с разрывами на траекториях движения рук. Покрытие из навесных защитных элементов может быть стилизовано под человеческую фигуру или иные дизайнерские формы.
Навесные защитные элементы робота-тренажера, предназначены для исключения поломки его узлов, а также предотвращения травм спортсмена. Они выполняются из упругих и демпфирующих материалов.
Работа робота-тренажера осуществляется следующим образом.
Робот-тренажер подключается к источнику питания и системе управления.
Робот-тренажер может воспринимать удары наносимые спортсменом, при этом благодаря наличию датчиков, установленных внутри навесных защитных элементов, регистрирующих параметры удара, робот-тренажер позволяет замерять силу и скорость выполнения наносимых спортсменом ударов. Кроме того, робот-тренажер может сам наносить ответные удары спортсмену.
В зависимости от программы тренировки и степени мастерства спортсмена конструкция заявленного робота-тренажера позволяет ему наносить различные по продолжительности, скорости, силе и очередности серии ударов «руками» 12, 13 и 14. Ударные модули 4 и 5, а также модуль подсечки 6 работают независимо друг от друга, поэтому в зависимости от условий тренировки они могут наносить удары как вместе, так и по отдельности в любой очередности и комбинации.
При работе робота-тренажера, по сигналу от элементов технического зрения для определения местоположения спортсмена в пространстве, ударные модули 4 и 5, а также модуль подсечки 6 с помощью соответствующего приводного электродвигателя 10 разворачиваются таким образом, чтобы их фронт (зона нанесения ударов, направление ударов) был обращен к спортсмену.
Таким образом, конструкция заявленного робота-тренажера позволяет разнообразить виды наносимых ударов, т.е. повысить эффективность тренировочного процесса спортсмена.