Устройство для тренировки мышц конькобежцев
MUSCLE TRAINING DEVICE FOR SKATERS

Предлагаемое изобретение относится к спортивным тренажерам и может быть использовано для тренировки мышц ног конькобежцами, штангистами и спортсменами, занимающимися шот-треком.
Из уровня техники известно изобретение (Патент РФ №2097083 С16А 63 В 21/00), содержащее основание, смонтированную на нем стойку, выполненную трубчатой из телескопически сочлененных между собой частей, установленные на ней четыре ползуна, трособлочную систему, включающую рукоятку, один из блоков которой установлен на ползуне, и средство создания нагрузки, выполненное в виде пружины, имеющей держатели, а нагружение достигается за счет того, что средство создания нагрузки имеет дополнительно пружины, ползуны установлены на части трубчатой стойки с наибольшим диаметром, а один из держателей пружин смонтирован на первом, начиная сверху, ползуне посредством оси для обеспечения его углового поворота в вертикальной плоскости и имеет фиксатор его углового положения, установленный на втором ползуне с возможностью перестановки последнего по высоте, а блок трособлочной системы установлен на третьем ползуне.
Трособлочная система выполнена в виде системы полиспастов, включающей трос, огибающий три блока, два из которых неподвижно установлены на свободном конце части стойки с наименьшим диаметром, а третий подвижный блок соединен с держателем пружин, установленным с возможностью углового поворота в вертикальной плоскости посредством его перестановки по длине, при этом трос одним концом соединен с рукояткой, а вторым - с верхним концом части стойки с наименьшим диаметром.
Держатели пружин имеют отверстия для размещения концов пружин, при этом количество отверстий превышает количество пружин. Трос трособлочной системы выполнен составным из двух разъемно сочлененных между собой частей.
Недостатком данного изобретения является следующее:
во-первых, нет возможности получать информацию о силовых характеристиках выполняемого упражнения;
во-вторых, не предусмотрена их регистрация с тем, чтобы можно было проанализировать упражнение по его окончании.
Наиболее близким, известным из уровня техники и взятым в качестве прототипа является изобретение (патент РФ №2408404 C1 А63В 21/00), содержащее средство создания нагрузки, выполненное в виде пружин или резиновых амортизаторов и обладающее возможностью задания начальной отягощающей нагрузки и многократного ее уменьшения при движении, а также обратного изменения нагрузки при возвращении в исходное положение.
В его состав входят два силовых узла, закрепляемых с помощью ремней на левой и правой ноге спортсмена, датчик силы, гониометр, уровнемер -по одному на каждом силовом узле, измеритель частоты сердечных сокращений, четыре аналого-цифровых преобразователя, персональный компьютер в полном наборе и источник электропитания. Силовой узел составлен из трехлучевой звезды, выполненной в виде основания, крайние лучи которой прикрепляются с помощью указанных ремней: верхний луч - к бедру, нижний -к голени спортсмена, а средний луч является основой, на которой крепится средство создания нагрузки: один ее конец закрепляется с помощью блока и продольной прорези в этом луче, а второй конец пружины или резинового амортизатора через датчик силы с регулятором - к нижнему лучу, а гониометр прикрепляется к точке соединения трех лучей, совпадающей с осью вращения коленного сустава. При этом датчики силы и гониометры подключены к источнику электропитания, а вместе с измерителем частоты сердечных сокращений подсоединены электрически к системному блоку по проводному или радиоканалу. Эти соединения предусмотрены в программном обеспечении устройства.
Основными недостатками данного изобретения являются:
- во-первых, крепление силовых узлов: если затянуть ремни слабо, то будут перемещаться в пространстве оси вращения звезд, а если затянуть их туго, будут пережаты кровеносные сосуды ног, т.е. затруднения в использовании трехлучевых звезд;
- во-вторых, ограничение в применении устройства: на нем может тренироваться только один спортсмен, особенно при проводной связи с персональным компьютером, а при использовании связи по радиоканалу также возникают определенные сложности, особенно в его приемной части;
- в-третьих, нет речевой связи тренера со спортсменом и спортсмена с тренером;
- в-четвертых, не используются доступные для широкого применения средства речевой связи, например, мобильные сотовые телефоны.
Задачей предлагаемого изобретения является приближение силовых узлов к мышцам от пояса и ниже к ступням, на которые необходимо воздействовать, то есть дифференцированный подход к приложению и измерению параметров силовых воздействий на мышцы ног, расширение функциональных возможностей и увеличение количества тренирующихся спортсменов и при этом обеспечение речевой связи тренера со спортсменами и спортсменов с тренером по радиоканалу на основе доступных средств связи.
Технический результат заключается в устранении указанных недостатков.
Указанная задача в «Устройстве для тренировки мышц конькобежцев», содержащем в тренажере средство для создания нагрузки для спортсменов, выполненное в виде двух силовых узлов на основе резиновых амортизаторов, имеющих держатели и обладающих возможностью задания отягчающей нагрузки и динамического ее изменения при движении, а также обратного изменения при возвращении в исходное положение, источник электропитания, датчики силы - по одному в каждом силовом узле, а для тренера - персональный компьютер с USB-портом в системном блоке, на который приходит сигнал с измерителя частоты сердечных сокращений (ЧСС) через воздушное пространство радиоканала связи, решается тем, что в нем, во-первых, содержится n-ное количество тренажеров, на которых может тренироваться такое же количество спортсменов, и, во-вторых, упомянутые два силовых узла одним концом каждый закреплены с помощью обоймы с двумя фиксаторами на поясе в районе бедра спортсмена с левой и правой стороны на первом ремне, снабженном пряжкой, на которой установлены два фиксатора, а другим концом - на ступнях ног с помощью замка и металлической пластинки, установленной на элементе спортивной обуви, и положение первого ремня фиксируется посредством второго ремня, проходящего между ног и закрепленного сзади на первом ремне с возможностью горизонтального перемещения по первому ремню и дискретно - спереди с возможностью вертикального перемещения под пряжкой первого ремня, фиксируясь посредством двух фиксаторов на пряжке первого ремня перпендикулярно первому ремню, и при этом каждый силовой узел составлен из обоймы с двумя фиксаторами, первого шарнира на нем, перемещающегося вдоль первого ремня и дискретно фиксируемого, центрирующего средства, выполненного из двух планок с продольной прорезью в одной из них, установленных перпендикулярно первому ремню, фиксируемых гайкой-барашком и соединенных через второй шарнир с датчиком силы, выполненным на основе тензорезисторной измерительной системы, силового элемента, выполненного на основе резиновых амортизаторов и совмещенного с регулятором, штока-удлинителя, выполненного из трех частей: первая часть - с продольным каналом и с внутренней резьбой в нем, вторая часть - с наружной резьбой, с помощью которых обеспечивают удлинение или укорочение тренажера, и третья часть - спиральная пружина - его гибкое звено, выходящих из силового элемента, и соединенного третьим шарниром с указанной металлической пластинкой, в-третьих, решена проблема измерения необходимых параметров состояния спортсменов и их передача на наблюдательный пункт тренера посредством мобильного сотового телефона, и при ее решении информационные выходы датчиков силы и упомянутого измерителя ЧСС подключены электрически к информационным входам автоматического электронного коммутатора на три канала, а его информационный выход - к нормально замкнутому контакту миниатюрного реле на три контакта, к среднему контакту которого подключен мобильный сотовый телефон, и чем, в-четвертых, решена проблема двухсторонней радиосвязи тренера с тренирующимися спортсменами и этих спортсменов с тренером, так как к мобильному сотовому телефону подключен также различитель речевого сигнала, состоящий из частотного фильтра, детектора, интегратора, двухпорогового компаратора и ключевого каскада, в который включена обмотка возбуждения указанного реле, микрофон и через усилитель - телефон, в-пятых, к указанному источнику электропитания тренажера подключены датчики силы, усилитель ЧСС, автоматический электронный коммутатор, различитель речевого сигнала и усилитель телефона, и конструктивно автономный источник электропитания, мобильный сотовый телефон, усилители ЧСС и телефона, автоматический электронный коммутатор и различитель речевого сигнала размещены на пояснице спортсмена на первом ремне в кассете, в-шестых, наблюдательный пункт для тренера территориально размещен в удобном для него месте на ледовом стадионе и выполнен портативным на основе ноутбука и USB-порта и дополнительно снабжен n-ным количеством ячеек, в каждой из которых содержится кассета для мобильных сотовых телефонов, подключенных к USB-порту, и к каждому мобильному сотовому телефону подсоединены внешние телефон, выполненный в виде наушника, и микрофон, закрепленные на голове тренера во время его переговоров с этим спортсменом, и все измерения, соединения и расчеты предусмотрены в программном обеспечении.
Отличительными признаками заявляемого технического решения являются:
- по составу: в состав устройства входят система n-ного количества тренажеров, то есть такое же количество спортсменов может тренироваться, используя устройство, и наблюдательный пункт тренера;
- по применению упомянутых двух силовых узлов, а именно: одним концом каждый закреплен на поясе в районе бедер спортсмена с левой и правой стороны на первом ремне, снабженном пряжкой, а другим концом - на ступнях ног с помощью замка и металлической пластинки, установленной на элементе спортивной обуви;
- по положению первого ремня: его положение фиксируется посредством второго ремня, проходящего между ног и закрепленного сзади с возможностью горизонтального перемещения по первому ремню и дискретно спереди с возможностью вертикального перемещения под пряжкой указанного первого ремня, фиксируясь перпендикулярно первому ремню;
- по составу и построению силового узла: каждый силовой узел составлен из обоймы, расположенной на первом ремне и зафиксированной двумя фиксаторами на нем, первого шарнира, перемещающегося вдоль первого ремня и дискретно фиксируемого на нем, центрирующего средства, выполненного из двух пластин с продольной прорезью в одной из них, установленных перпендикулярно первому ремню, фиксируемых гайкой-барашком и соединенных через второй шарнир с датчиком силы, силового элемента, выполненного на основе резиновых амортизаторов и совмещенного с регулятором, штока-удлинителя, выходящего из силового элемента и выполненного из трех составных частей: первая часть - с продольным каналом и резьбой внутри, вторая часть - с наружной резьбой, с помощью которых регулируют удлинение или укорочение тренажера, и третья часть - спиральная пружина - его гибкое звено, через которое шток-удлинитель соединяется с третьим шарниром и через замок - с указанной металлической пластинкой;
- решена проблема измерения необходимых параметров состояния спортсменов и передача этих данных тренеру посредством мобильного сотового телефона, сейчас наиболее доступного средства связи, при решении которой выход датчиков силы и упомянутого измерителя ЧСС подключены электрически к информационным выходам автоматического электронного коммутатора, а его выход - к нормально замкнутому контакту миниатюрного реле, к среднему контакту которого подключен мобильный сотовый телефон;
- решена также проблема двухсторонней радиосвязи тренера с тренирующимися спортсменами и этих спортсменов с тренером благодаря тому, что к мобильному сотовому телефону электрически подключен различитель речевого сигнала, состоящий из частотного фильтра, детектора, интегратора с усилением полезного сигнала, двухпорогового компаратора и ключевого каскада, в который включена обмотка возбуждения указанного реле;
- конструктивно автономный источник электропитания, мобильный сотовый телефон, усилитель измерителя ЧСС, автоматический электронный коммутатор, миниатюрное реле и различитель речевого сигнала размещены на пояснице спортсмена в кассете на первом ремне;
- наблюдательный пункт для тренера территориально размещен в удобном для него месте на ледовом стадионе и выполнен портативным на основе ноутбука, USB-порта и дополнительно снабжен n-ным количеством ячеек, в каждой из которых содержится кассета для мобильного сотового телефона, подключенного к USB-порту, и к каждому мобильному сотовому телефону подсоединены внешние телефон, выполненный в виде наушника, и микрофон, закрепленные на голове тренера во время его переговоров с этим спортсменом;
- все измерения, соединения, алгоритмы и расчеты предусмотрены в программном обеспечении компьютера устройства.
В заявляемом устройстве отличительные признаки проявляют свойства, известные в других областях науки и техники, а взятые в совокупности с некоторыми признаками прототипа проявляют свойства, которые позволяют приблизить силовые узлы к мышцам ног от пояса и ниже к ступням, на которые необходимо воздействовать, то есть обеспечить дифференцированный подход к приложению и измерению параметров силовых воздействий на мышцы ног, расширить функциональные возможности, увеличить количество тренирующихся с использованием данного устройства и обеспечить связь тренера со спортсменами и спортсменов с тренером по широко распространенному радиоканалу, что указывает на соответствие заявляемого технического решения критерию «существенные различия».
Заявляемое устройство поясняется схематическими чертежами:
- на фиг. 1 показано устройство в целом - вид спереди;
- на фиг. 2, 3 и 4 представлен один из тренажеров: на фиг. 2 - вид спереди, на фиг. 3 - вид сверху, на фиг. 4 - вид сбоку слева;
- на фиг. 5 показано подключение дополнительных узлов и элементов;
- на фиг. 6 и 7 приведено центрирующее средство: на фиг. 6 - вид спереди, а на фиг. 7 - вид сверху;
- на фиг. 8, 9 представлена конструкция датчика силы: на фиг. 8 - вид спереди, на фиг. 9 - вид слева и на фиг. 10 - его электрическая принципиальная схема;
- на фиг. 11, 12 приведен силовой элемент: вид спереди (фиг 11) и вид сверху (фиг. 12);
- на фиг. 13 и 14 показана конструкция третьего шарнира и совмещенного с ним замка: вид спереди и вид сбоку слева соответственно;
- на фиг. 15 приведена блок-схема автоматического электронного коммутатора.
Устройство включает в себя систему n-ного количества тренажеров, наблюдательный пункт тренера, выполненный портативным на основе ноутбука и USB-порта, ячеек и программного обеспечения к персональному компьютеру.
Количество тренажеров в заявляемом устройстве, во-первых, может быть 1, 2, 3, 4 и более (т.е. n=1, 2, 3, 4, …). Четыре тренажера, например, используются при тренировке участников командных соревнований типа эстафеты. Поэтому на фиг. 1 изображены схематически четыре тренажера, оконтуренных сплошными линиями, а более подробно показан один (1 на фиг. 1) с конькобежцем 5 и четыре ячейки. На фиг. 2, 3, 4 приведен один тренажер в трех проекциях: на фиг. 2 - вид спереди, на фиг. 3 - вид сверху, на фиг. 4 - вид сбоку слева.
Во-вторых, каждый из двух силовых узлов 5 и 7 (оконтурены пунктирными линиями на фиг. 2) одним концом закреплены на поясе на бедрах спортсмена 5 (фиг. 1) с левой и правой стороны на первом ремне 8, снабженном пряжкой 9 (фиг. 2, 3), а другим концом - на ступнях ног спортсмена 5 с помощью замков 10, 11 и металлических пластинок 12, 13, установленных на элементах спортивной обуви спортсмена 5. Положение первого ремня 8 фиксируется посредством второго ремня 14, проходящего между ног спортсмена и закрепленного сзади на первом ремне 8 с возможностью горизонтального перемещения по первому ремню 8 и дискретно - спереди с возможностью вертикального его перемещения под пряжкой 9 первого ремня 8, фиксируясь перпендикулярно первому ремню 8. Каждый силовой узел 6, 7 (фиг. 2) составлен из: обоймы 15 (16) - здесь и далее одноименные элементы выделяются скобками, - с двумя фиксаторами внутри каждой, первого шарнира 17 (18), перемещающегося вдоль первого ремня 8 и дискретно фиксируемого на нем, центрирующего средства 19 (20), выполненного каждое из двух планок с продольной прорезью в одной из них и установленного перпендикулярно первому ремню 8, фиксируемых гайкой-барашком 21 (22), соединенное через второй шарнир 23 (24) с датчиком силы 25 (26), выполненном на основе тензорезисторной системы, силового элемента 27 (28), выполненного на основе резиновых амортизаторов и совмещенного с регулятором 29 (30), штока-удлинителя 31 (32) (оконтуренного волнистыми линиями), выходящего из силового элемента 27 (28) и выполненного в виде трех составных частей: первая часть 33 (34) с продольным каналом и внутренней резьбой в нем, вторая часть 35 (36) с наружной резьбой, с помощью которых регулируют удлинение или укорочение тренажера, и третья часть 37 (38) - спиральная пружина - его гибкое звено, через которое шток-удлинитель 31 (32) соединяется с третьим шарниром 39 (40) и с помощью замка 10 (11) - с указанной металлической платиной 12 (13). И при этом индивидуально по конкретному спортсмену настраивается тренажер (фиг. 2, 3, 4): в поясе - с помощью первого ремня 8, пряжки 9 и систем отверстий 41 и 42 по бокам, а по глубине - посредством системы отверстий 43 во втором ремне 14, и, кроме того, на первом ремне 8 размещена кассета 44, укомплектованная электрически связанными автономным источником электропитания 45, мобильным сотовым телефоном 46, автоматическим электронным коммутатором 47, различителем речевого сигнала 48, миниатюрным реле 49 и усилителем 50 измерителя ЧСС 51, а посредством гибкого тонкого четырехжильного кабеля 52 соединяют электрически датчик пульса 53 с усилителем 50 измерителя ЧСС 51, такими же кабелями 54, 55 правый 25 и левый 26 датчики силы, соответственно, - с автоматическим электронным коммутатором 47 и таким же кабелем 56 - внешние миниатюрные телефон 57 и микрофон 58 с мобильным сотовым телефоном 46, а вторые концы кабелей 52, 56 закреплены на крепежном элементе 59, на котором установлен также тонкий патрубок 60 с миниатюрным микрофоном 58, причем верхняя часть 61 кассеты 44 выполнена открывающейся и фиксирующейся замками 62 и 63 в закрытом состоянии.
В-третьих, решена проблема измерения необходимых параметров, характеризующих состояние спортсменов, и передача этих данных на наблюдательный пункт тренера посредством мобильного сотового телефона 46, при решении которой (см. фиг. 5) выходы датчиков силы 25, 26 и упомянутого усилителя 50 измерителя ЧСС 5 подключены электрически к информационным входам 64, 65 и 66 автоматического электронного коммутатора 47 на три канала, а его информационный выход 67 - к нормально замкнутому контакту 68 миниатюрного реле 49, к среднему контакту 69 которого подключен мобильный сотовый телефон 46. При этом решена, в-четвертых, и другая проблема - двухсторонняя радиосвязь тренера с тренирующимися спортсменами и этих спортсменов с тренером, поскольку к мобильному сотовому телефону 46 подключен также различитель речевого сигнала 48, состоящий из узкополосного частотного фильтра 70, детектора 71, интегратора 72 с усилением полезного сигнала, двухпорогового коммутатора 73 и ключевого каскада 74, в который включена обмотка возбуждения 75 указанного реле 49. В-пятых, наблюдательный пункт для тренера 76 (на фиг. 1 оконтурен штрих-пунктирными линиями) территориально размещен в удобном для тренера месте на ледовом стадионе и выполнен портативным на основе ноутбука 77 и USB-порта 78 и дополнительно снабжен n-ным количеством ячеек 79, 80, 81 и 82 (количество четырех - объяснено ранее), в каждой из которых содержится кассета 83 для мобильного телефона 84, подключенных ко входу USB-порта 78 и к каждому мобильному телефону 84, например, подсоединены внешние телефон 85, выполненный в виде наушника, и миниатюрный микрофон 86, закрепленные посредством крепежного элемента 87 на голове тренера во время его переговоров с любым из тренирующихся спортсменов и этого спортсмена с тренером. И, в-шестых, все измерения, соединения, алгоритмы и расчеты предусмотрены в программном обеспечении.
Программное обеспечение для компьютера ноутбука размещено на компакт-диске или флэш-памяти. В нем заложены операции для работы устройства в целом и его составных частей, особенности программ передачи данных о состоянии спортсменов и программ радиосвязи между тренером и спортсменами и спортсменов с тренером.
Подготовка устройства к работе. Перед началом занятия инженер-исследователь или тренер инициирует ввод программного обеспечения в компьютер ноутбука с помощью клавиатуры ноутбука 77 и USB-порта 78 и начинает проверять исправность и взаимную настройку вычислительных средств и средств радиосвязи - сотовых мобильных телефонов в тренажерах и в ячейках, а тестером - автономных источников электропитания, тарирует датчики силы и измеряет поочередно с помощью образцового динамометра силовую нагрузку на них, проверяет пульс спортсмена, для чего размещает по очереди на ухо спортсмена датчики ЧСС. Убедившись в работоспособности устройства в целом, отдельных составных его узлов радио и вычислительных средств, программного обеспечения можно начинать тренировку.
В заявляемом устройстве несколько нестандартных узлов и элементов. Рассмотрим некоторые из них, уделив внимание их конструкции, принципам действия и участию в работе всего устройства.
Центрирующее средство. Их в каждом тренажере два - 19 и 20. И они подобны. Поэтому рассмотрим подробнее одно из них - 19 (оконтурено пунктирными линиями). На фиг. 6 и 7 показан его вид спереди и сверху соответственно. Данное средство 19 состоит из двух пластинок 88 и 89, из них последняя 89 - с продольной прорезью 90, края которой выполнены с насечкой 91, с помощью которой фиксируется продольное положение планки 89 посредством гайки-барашка 21. При этом первый шарнир 17 образован выступами обоймы 15 и планки 88 и скрепляется болтом с развальцовкой 92, а второй шарнир 23 образован выступами планки 89 и датчика силы 25 и скреплен резьбовым соединением 93. Изгиб планки 88 предусмотрен для компенсации изгиба тела спортсмена в этой зоне.
Работает центрирующее средство 19 следующим образом. Расслабив планки 88 и 89 гайкой-барашком 21, планку 89 перемещают таким образом, чтобы ось вращения второго шарнира 23 совпала с осью вращения коленного сустава ноги спортсмена и затягивают гайку-барашек 21.
Датчик силы. В каждый силовой узел тренажера введен датчик силы 25 и 26, соответственно. Они идентичны, поэтому рассмотрим подробнее один из них, например 25.
Существует несколько способов измерения силового воздействия, например, на основе динамометра, тензорезисторного элемента и тензорезисторного моста. Последний обладает простотой, высокой технологичностью и надежностью, малыми (для фольговых датчиков) температурными погрешностями. Теория и некоторые практические тензоизмерительные системы (ТИС) приведены в подборке: Тензометрия. Тензорезисторные измерительные системы // Приборы и системы управления. - 1985. - №9.
Одна из возможных конструкций датчика силы 25, построенного, например, на основе тензорезисторного моста, показана на чертежах: на фиг. 8 - вид спереди, на фиг. 9 - вид сбоку слева (оконтурен пунктирными линиями) и на фиг. 10 - принципиальная электрическая схема. Датчик силы 25 включает в себя: каркас 94, выполненный из нержавеющего прочного и легкого металла или сплава, две защитные крышки - переднюю 95 и заднюю 96, установленные на каркасе 94 и выполненные из того же материала, что и каркас 94, а в верхней части каркаса 94передняя 95 и задняя 96 крышки винтами 97, 98, 99, 100 прикрепляются неподвижно к каркасу 94, а в нижней его части - с некоторой слабиной винтами 101 и 102 (винт 100 на чертеже не показан). В верхней части каркаса 94 сделан каналец 103 для прокладки гибкого тонкого кабеля 104. Датчик данной ТИС выполнен на четырех одинаковых тензорезисторных элементах, соединенных по схеме Уитстона. Два элемента 105 и 106 закреплены в верхней относительно массивной части каркаса 94, а два других 107 и 108 - на его боковых тонких стенках. Электронная часть 109 данной ТИС размещена на печатной платке 110, установленной в нише 111 каркаса 94. Электрически датчик запитан от двух автономных батареек 112 и 113, установленных на печатной платке 110 на двух электроизоляционных подставках 114 и 115. С помощью резьбового соединения 93 датчик силы 25 соединяется с центрирующим средством 19, а посредством отверстий 116, 117 и 118, 119, выполненных в каркасе 94 - с силовым элементом 27.
Электронная часть датчика силы 25 реализуется следующим образом. Мостовая схема датчика Д, запитанная от двух автономных батареек 112 и 113, выполнена на тензорезисторных элементах 105, 106, 107, 108 (оконтурена на фиг. 10 сплошными линиями), усилитель 120 (оконтурен пунктирными линиями) построен по схеме подавления синфазной помехи на двух операционных усилителях ДА1 и ДА2, например типа К 544 УД 2, и преобразователь 121 аналог-частота (оконтурен штрих-пунктирными линиями), например КР 1108 ПП1. Линия связи, соединяющая датчик Д и усилитель 120, представляет собой два электрических провода. Датчик силы 25 в целом оконтурен двумя штриха-пунктирными линиями.
В устройстве данный узел позволяет получить информацию о прикладываемом спортсменом силовом воздействии.
Силовые элементы. В каждый силовой узел тренажера введен дополнительно силовой элемент 27 и 28, соответственно. Они идентичны, и поэтому рассмотрим подробнее один из них, например, 27.
Одна из возможных конструкций силового элемента 27, выполненного, например, на основе резиновых амортизаторов, и совмещенного с регулятором 29, показана на фиг. 11 - вид спереди и на фиг. 12 - вид сверху. В силовой элемент 27 входят: квадратный (возможен вариант с прямоугольным сечением) патрубок 122, выполненный из нержавеющего прочного и легкого металла или сплава, регулятор 29 (на фиг. 11 оконтурен пунктирными линиями), включающий в себя ось 123, выполненную из металла с наличием резьбы на части ее, колесика для ее вращения и стопорного элемента для предотвращения произвольного перемещения этой оси в продольном направлении, щечки 124 и 125 для закрепления положения оси 123 в патрубке 122 и связи с датчиком силы 25 посредством четырех винтов 126, 127 - с одной стороны и 128, 129 - с другой, первый ползун 130 с внутренней резьбой, обеспечивающей заданное его перемещение по оси 123, и крепление на нем резиновых амортизаторов 131 и 132 с помощью двух планок 133 и 134 и четырех винтов: 135, 136 - с одной стороны и 137, 138 - с другой (винт 137 на фиг. 12 не показан) и шплинт 139. Другие концы резиновых амортизаторов 131 и 132, огибающие миниатюрные подшипники 140 и 141 и установленные на щечках 142 и 143 посредством кронштейнов 144, 145, 146, 147, закрепляются на втором ползуне 148 с помощью двух планок 149 и 150 и четырех винтов: 151, 152 - с одной стороны второго ползуна 148 и винтов 153, 154 - с другой его стороны. Во втором его ползуне 148 сделано отверстие 155, в которое вставляется первая часть 33 штока-удлинителя 31 с продольным каналом и внутренней резьбой в ней (_см. фиг. 2) и фиксируется в нем и во втором ползуне 148 с помощью винта 156 без головки, но с пропилом в торце, для чего в ползуне 148 и указанной первой части 33 штока-удлинителя 31 делается отверстие с резьбой 157. Кронштейны 144, 145, 146 и 147 закрепляются на щечках 142 и 143 с помощью винтов 158, 159, 160 и 161 через патрубок 122.
В устройстве данный узел позволяет регулировать силовое воздействие, которое оказывается на мышцы ног спортсмена.
Третий шарнир и замок. В каждый силовой узел тренажера входит третий шарнир 39, (40) (здесь и далее одноименные детали и узлы также приводятся в скобках) и замок 11 (10), чтобы быстрее подсоединять силовой узел к ботинку конькобежца и быстро его освобождать. Они идентичны, и поэтому рассмотрим подробнее шарнир 39 и замок 11.
Возможная конструкция третьего шарнира 39 и совмещенного с ним замка 11 показаны на фиг. 13 - вид спереди и на фиг. 14 - вид сбоку слева. Они выполнены из нержавеющего прочного металла или сплава и соединены между собой, например, с помощью двух винтов 162 и 163. Шарнир 39 (оконтурен пунктирными линиями на фиг. 13) содержит основание 164 и вращательную часть 165, скрепленные осью 166, развальцованную с обеих сторон. Замок 11 (оконтурен на фиг. 13 штрих-пунктирными линиями) содержит: фланец 167 с квадратным сечением, скошенным книзу одним боком, рычаг 168, закрепленный осью 169 с резьбой с одной стороны на фланце 167, амортизатор 170, выполненный из пористого гибкого материала, например из морозоустойчивой пористой резины, закрепленной на фланце 167.
Работает данный узел следующим образом. Для присоединения к ботинку: квадратная часть замка 11 вставляется в отверстие в указанной металлической пластинке 13 и автоматически рычагом 168 фиксируется его положение. При освобождении: двумя пальцами руки вдавливают верхнюю часть рычага 168 внутрь квадратной части до освобождения замка 11 из пластины 13 и извлекают его.
Автоматический электронный коммутатор на три канала. В технике, чтобы получить и затем передать информацию о трех и более событиях одновременно, необходимо разнести ее по трем и более каналам или в одном канале разнести информацию о событиях по времени и по частоте, или же на каждое событие выделить время, в течение которого событие преобразуется по величине и частоте. Применение персонального компьютера позволяет упростить решение этой задачи.
В предлагаемом устройстве применен принцип, по которому на каждое событие выделено время, в течение которого событие преобразовано по величине и частоте в каждый момент времени, и на приемной стороне это событие представляется кусочками каждого из всех последовательно передаваемых событий. Теория и некоторые схемы аналоговых коммутаторов приведены в книге: Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. - М.: Мир, 1988. - С. 271-284, 355.
Применительно к заявляемому устройству целесообразно совместить коммутатор на биполярных транзисторах и полупроводниковых диодах. Блок-схема узла приведена на фиг. 15 (оконтурена пунктирными линиями). Автоматический электронный коммутатор 47 на три канала содержит два исполнительных ключа 170 и 171 датчиков силы 25 и 26 и исполнительный ключ 17 усилителя ЧСС 51 (оконтурен сплошными линиями), управляющие входы транзисторов 173, 174 и 175 которых соединены с выходами кольцевого регистра 176, вход которого соединен с генератором тактовых импульсов 177, при этом выходы датчиков силы 25 и 26 подключены к точкам соединения коллекторов транзисторов 173 и 174 исполнительных ключей 170 и 171 и полупроводниковых диодов 178 и 179, соответственно, и выход усилителя ЧСС 51 - к точке соединения транзистора 175 ключа 172 и полупроводникового диода 180, а выход 67 автоматического электронного коммутатора 47 подключен к нормально замкнутому контакту 68 реле 49.
Как работает автоматический электронный коммутатор 47 на три канала очевидно из описания блок-схемы, изображенной на фиг. 15. Интерес представляет работа исполнительных ключей 170, 171, 172 и кольцевого регистра 176. Так как исполнительные ключи 170, 171, 172 выполнены аналогично, то рассмотрим как работает, например, исполнительный ключ 170. Поскольку выход датчика силы 25 подключен к точке соединения транзистора 173 с полупроводниковым диодом 175, то все определяется состоянием транзистора 173 - открыт он или закрыт.Если транзистор 173 закрыт, то через диод 175 сигнал проходит на выход 67 автоматического электронного коммутатора 47. Если же этот транзистор открыт, шунтируя выход канала, то информация на выход 67 не проходит. Аналогично работают исполнительные ключи 171 и 172.
Программное обеспечение. Составная часть устройства - блок программ. Конструктивно он выполнен на лазерном диске и копируется на жесткий диск персонального компьютера. Программное обеспечение условно можно разделить на три группы: служебные и тестовые программы, информационные и регистрационные, математические.
Служебные и тестовые программы обеспечивают работу персонального компьютера и проверку работы составных узлов и устройства в целом.
Регистрационные и информационные программы обеспечивают обработку, автоматический ввод и регистрацию данных с периферийных датчиков, предварительную обработку входных сигналов и первичную математическую обработку характеристик спортивных упражнений.
В углубленную математическую обработку характеристик спортивных движений входят программы, которые позволяют делать расчет следующих биомеханических параметров: длительность всего движения и отдельных его фаз и периодов; величин перемещения, скорости и ускорения движения спортсменов, работы и импульса силы каждого спортсмена. И, кроме того, выполнение психологических заданий позволяет совершенствовать волевую подготовку спортсменов. И при участии программного обеспечения решена проблема измерения и передачи тренеру необходимых параметров состояния конькобежцев. С помощью программного обеспечения решена также проблема двухсторонней радиосвязи тренера с тренирующимися спортсменами и этих спортсменов с тренером.
По сравнению с прототипом заявляемое устройство обладает новыми качествами: во-первых, определять самочувствие конькобежцев во время выполнения ими физических упражнений и психологических заданий; во-вторых, решена проблема измерения и передачи тренеру информации с периферийных датчиков и, в-третьих, решена проблема двухсторонней радиосвязи тренера с тренирующимися спортсменами и этих спортсменов с тренером и предупредить опасные выходы параметров за пределы «коридора здоровья», постепенно увеличивая нагрузку в его пределах и тем самым сберечь здоровье конькобежцев, особенно молодых.