СТОЛ ДЛЯ АРМСПОРТА С ТЕНЗОДАТЧИКАМИ

Настоящее устройство относится к области физкультуры и спорта, в частности, к устройствам для проведения тренировок по армспорту.
Известны устройства такого рода, содержащие столешницу, два подлокотника, две подушки и два штыря (А.Рахматов «Армспорт», «Наука и жизнь», №5, 1999 г., стр.114). В процессе тренировок или соревнований спортсмены ладонями осуществляют захват, ставя локти на подлокотники, а во время поединка они стараются прижать руку соперника к валику, держась при этом свободными руками за штыри. Конструкция такого стола для армспорта и размеры его элементов являются общепринятыми для проведения соревнований, поэтому такое устройство принято в качестве прототипа предлагаемого решения.
Недостатками прототипа является то, что в процессе тренировки невозможно получение информации о проекциях силы давления на поверхность подлокотника по трем осям (диаграмма силы), которая пропорциональна силе, развиваемой спортсменом в процессе поединка и прикладываемой к руке соперника. Такая информация необходима для обучения тренирующегося технике под условным названием «модель чемпиона». Имеется в виду, что известна диаграмма силы спортсмена, имеющего высокие достижения в армспорте, по которой можно судить о том, чем отличается его техника проведения поединка от техники спортсмена, имеющего меньшую квалификацию. Соответственно, в процессе тренировки открываются новые возможности для совершенствования мастерства.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является получение в процессе тренировки информации о проекциях силы давления на поверхность подлокотника по трем осям, т.е. получение диаграммы силы, с целью повышения эффективности тренировочного процесса путем сравнения этой диаграммы с диаграммой спортсмена более высокой квалификации.
Данная задача решается за счет того, что в известном столе для армспорта, содержащем столешницу, два подлокотника (синий и красный), два валика (синий и красный) и два штыря, особенность заключается в том, что подлокотник выполнен в виде тензометрической платформы, включающей в себя: внешнюю часть подлокотника, систему из пяти упругих элементов, каркас, пять тензометрических датчиков силы, пять выступов, причем упругие элементы выполнены в виде прямоугольных пластин, четыре из которых расположены вертикально и одна (верхняя) - горизонтально, так, что пластины образуют грани прямоугольного параллепипеда без нижней горизонтальной грани, который включает в себя также каркас из стальных элементов, представляющих собой ребра параллепипеда, которые образуют жесткую конструкцию, закрепленную на столешнице, а каждый упругий элемент опирается на параллельные ребра только меньшими сторонами, не задевая при этом двух других параллельных ребер, лежащих в плоскости этой грани;
на внутренней стороне каждого упругого элемента (грани), в середине и вдоль продольной оси грани закреплен тензометрический датчик силы, а выходы всех датчиков через электронный преобразователь сигналов подсоединены к компьютеру; причем внешняя часть подлокотника имеет нишу также в форме прямоугольного параллепипеда, на каждой стороне которой в середине и перпендикулярно ее продольной оси имеется выступ, причем с учетом этих выступов система упругих элементов плотно вставлена в нишу внешней части подлокотника.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является возможность получения диаграммы силы по трем осям системы координат путем обработки информации с выхода датчиков с помощью компьютера по соответствующей программе. Причем предварительно аналоговый сигнал датчиков преобразуется в цифровую форму в электронном преобразователе сигналов.
Сущность решения поясняется чертежами: на фиг.1 представлена схема расположения элементов стола для армспорта; на фиг.2 и фиг.3 представлена конструкция подлокотника с тензометрическими датчиками (тензодатчиками) силы и схема для обработки информации с датчиков (фиг.3); на фиг.4 показан каркас системы упругих элементов; на фиг.5 показан тензометрический датчик; на фиг.6 показано расположение тензодатчика на упругом элементе.
Стол для армспорта (устройство) с тензодатчиками состоит из столешницы 1, двух подлокотников: красного - 2 и синего - 3; двух валиков: красного - 4 и синего - 5; штырей 6 (фиг.1); внешней части подлокотника 7 (фиг.2, 3); системы упругих элементов, состоящей из упругих элементов 8, каркаса 9 (фиг.2 ,3, 4, 6); пяти тензодатчиков силы 10, пяти выступов 11, электронного преобразователя сигналов 12, компьютера 13.
Устройство работает следующим образом.
В процессе поединка условно «красный» и «синий» спортсмены (по цвету подлокотников 2 и 3) стараются прижать руку противника (кисть или предплечье), соответственно, к валикам 5 или 4 (фиг.1). Для получения информации об усилиях, развиваемых спортсменом, т.е. информации о проекциях силы давления на поверхность подлокотника по трем осям (диаграмма силы), подлокотник 2 выполнен в виде тензометрической платформы (тензо-платформы.
Элементом, воспринимающим усилие спортсмена, является внешняя часть подлокотника 7 (фиг.2), которая имеет три степени свободы относительно столешницы 1. Внешняя часть подлокотника 7 имеет нишу (фиг.2) в форме прямоугольного параллепипеда. На каждой из пяти сторон ниши имеются выступы 11 (фиг.2, 3, 6), которые расположены в середине стороны и перпендикулярно продольной оси (фиг.6, а). Выступы передают усилие, прикладываемое к внешней части подлокотника 7, системе упругих элементов, которые при этом деформируются. Эта система состоит из пяти упругих элементов 8 (фиг.2, 3, 6), образующих грани прямоугольного параллепипеда, который имеет также ребра в виде жесткого каркаса из стальных элементов 9 (фиг.2, 3, 4), неподвижно закрепленного на столешнице 1. Всего имеется пять упругих элементов 8: четыре вертикальных и один горизонтальный (фиг.2, 3). Вертикальные обеспечивают определение как положительных, так и отрицательных проекций силы по осям χ и γ (фиг.1), а горизонтальный элемент - определение проекции силы по оси z (фиг.2), причем эта проекция имеет только один знак.
Каждый из пяти упругих элементов 8, имеющих прямоугольную форму, опирается на ребра каркаса 9 (фиг.4) только меньшими сторонами (фиг.6), а другие два ребра, лежащие в плоскости грани, элемент не задевает (фиг.2), чем обеспечивается достаточная величина деформации при наличии силы F, действующей на упругий элемент 8 через выступ 11 (фиг.6, б). С помощью такого решения каждый упругий элемент 8 работает на изгиб по принципу балки, закрепленной с двух концов.
Упругие элементы 8 служат для передачи деформации к тензодатчикам 10, которые приклеены к внутренним поверхностям упругих элементов (фиг.2, 3).
Основой тензодатчика 10 служит чувствительный элемент, выполненный в виде тонкого провода или, более часто, металлической фольги, сформированной в виде змейки (фиг.5) (например, из константанового сплава), сопротивление которого изменяется пропорционально механическому напряжению на поверхности упругого элемента 8. Чувствительный элемент размещен на подложке, например из полиамида, или другого материала, которая непосредственно приклеивается к упругому элементу 8. База датчика длиной L (фиг.5) располагается вдоль продольной оси каждого упругого элемента 8 (фиг.6). При деформации упругого элемента зафиксированный на нем тензодатчик 10 тоже деформируется, что выражается в изменении длины его базы L, на величину ΔL,. При этом прямо пропорционально изменяется его сопротивление (в случае металлического чувствительного элемента):
где ν=0,25…0,4 - коэффициент Пуассона. Поскольку относительное изменение длины базы тензодатчика  прямо пропорционально действующей силе F, то относительное изменение сопротивления (1) будет тоже прямо пропорционально силе. Причем для обеспечения деформации в виде изменения именно базы тензодатчика выступы 11, как отмечалось, расположены перпендикулярно базе датчика 10 (фиг.6, α). Это обеспечивает наибольшее изменение сопротивления датчика.
Выходные аналоговые сигналы всех пяти тензодатчиков 10 подаются на вход электронного преобразователя сигналов 12 (фиг.3), который содержит мостовые схемы, усилители аналогового сигнала и аналого-цифровые преобразователи для возможности обработки информации на компьютере 13.
тенз
Мостовые схемы необходимы по следующим известным соображениям. Дело в том, что измерения с помощью тензодатчиков требуют регистрации очень малых изменений сопротивления. Например, для тензодатчика сопротивлением R Ом изменение сопротивления ΔR при деформации может составлять всего (0,1…0,15) Ом. Чтобы измерять столь малое изменение сопротивления и используется включение тензодатчиков в мостовую схему (мост Уитстона). В связи с малым уровнем сигнала используются также усилители аналогового сигнала до его кодирования двоичным кодом.
Компьютер в соответствии с введенной программой выдает информацию о проекциях силы давления на поверхность подлокотника по трем осям (диаграмму силы), которая пропорциональна силе, развиваемой спортсменом в процессе поединка и прикладываемой к руке соперника. Эта информация может использоваться с целью повышения эффективности тренировочного процесса путем сравнения этой диаграммы с диаграммой спортсмена более высокой квалификации.
Таким образом, для заявленного решения в том виде, как оно охарактеризовано в изложенной формуле полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств. Также, устройство в виде стола для тренировок по армспорту, воплощающее заявленное решение при его осуществлении, способно обеспечить решение усматриваемой заявителем технической задачи, заключающейся в получении в процессе тренировки информации о проекциях силы давления на поверхность подлокотника по трем осям, т.е. получение диаграммы силы, с целью повышения эффективности тренировочного процесса.
Следовательно, заявленное решение соответствует условию «промышленная применимость».