ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ГОРНОЛЫЖНИКОВ
SKIER SIMULATOR

Изобретение относится к области спорта, в частности к устройствам для упражнений и приобретения навыков катания на горных лыжах.
Его модификации можно использовать для других технических видов спорта, таких как виндсерфинг, кайтбординг, водные лыжи, сноуборд и некоторым другим, а также к устройствам для развлечений.
Известны ряд способов обучения и тренировки горнолыжников, сноубордистов и воднолыжников вне реальных трасс, а также устройств (тренажеров), посредством которых реализованы такие способы.
Из уровня техники известен "Способ тренировки горнолыжников и сноубордистов и устройство для его осуществления».
В устройстве имеются датчики угла кантования имитаторов лыж или сноуборда, выход которых подключен к входу блока управления, выход которого подключен к силовому приводу. Горнолыжник кантует имитаторы в ту или другую стороны, имитируя прохождение поворотов. В зависимости от угла кантования блок управления воздействует на первый силовой привод, который воздействует с разным усилием на имитаторы лыж. Одновременно с выхода компьютера информация о профиле имитируемого склона горнолыжной трассы поступает на блок управления, который формирует сигналы на второй силовой привод и реализуется воздействие к носовым и/или задним частям имитаторов, обеспечивая требуемый угол наклона между продольной осью имитаторов и горизонтальной плоскостью. Для защиты горнолыжника от травм в изобретении применены амортизирующие элементы в виде сетки. Способ тренировки заключается в том, что осуществляют имитацию прохождения поворотов путем приложения усилия, направленного перпендикулярно продольной оси имитаторов. Кроме того, осуществляют перемещение вверх и/или вниз носовой и хвостовой частей имитаторов, (патент RU 2 354 427 С2).
Из уровня техники известен «Тренажер для горнолыжников и слаломистов», содержащий наклонное основание, несущее имитаторы лыж, вращающиеся вокруг осей, оси установлены на основании в области носков лыж, а по бокам основания установлены поручни на линии носков лыж.
Способ тренировки горнолыжника на этом тренажере осуществляется с помощью сгибания и наклона коленей в сторону осевой линии, имитируя тем самым как закантовку лыж, так и центростремительную силу, обуславливающие ведение лыж по дуге в повороте. После этого, опираясь руками на поручни, разгружают имитаторы лыж и ногами переводят их в противоположную сторону до упора-ограничителя, сохраняя положение тазобедренного сустава над центральной осевой линией, (патент RU 2 261 744 С1).
Известен «Универсальный тренажер», содержащий опорный диск с осью вращения, на которой закреплен диск вращения с возможностью регулировки нагрузки на тренируемые группы мышц.
В способе тренировки на данном тренажере задачей является комплексная тренировка мышц, укрепление суставов и связок, (полезная модель RU 112 833 U1)
Известен «Спортивный тренажер». В конструкцию входит основание в виде цилиндра, имеющего в развертке волнообразный вид и подвижная платформа, на диаметрально противоположных сторонах которой, установлены два ролика, опирающиеся на верхнюю кромку цилиндра основания.
Горнолыжник становится на платформу. Попеременно, нажимая то одной, то другой ногой на платформу, горнолыжник заставляет устройство вращаться, (полезная модель RU 117 093 U1).
Известен "Тренажер для горнолыжников», включающий опорную раму, опору для рук и имитаторы лыж. Опорная рама имеет дугообразную направляющую и шарнирно соединена с кареткой на опорных роликах. На каретке установлены передние и задние опоры, с шарнирно закрепленными на них имитаторами лыж с креплениями для обуви. Передние опоры выполнены с возможностью вращения имитаторов лыж вокруг продольной оси опоры, задние опоры выполнены с возможностью отклонения от продольной оси опоры, а также с возможностью изменять места установки опор на каретке и имитаторах лыж. Опора для рук выполнена с возможностью регулировки положения.
Способ тренировки заключается в том, что осуществляют имитацию движений и стойки при поворотах, путем приложения усилий направленных по дуге относительно продольной оси тренажера. Кроме того, имитируется резаный поворот путем дополнительного поворота имитаторов лыж в сторону поворота. Имитируя прохождение трассы, горнолыжник усилием ног, преодолевает сопротивление силового элемента и упругость опор одновременно закантовывает имитаторы лыж. Это достигается с помощью сгибания и наклона коленей в сторону осевой линии тренажера. При этом горнолыжник удерживает положение тазобедренного сустава тела над продольной осевой линией тренажера, сохраняя стойку спуска поддержкой за опору для рук (полезная модель RU 90 340 U1).
Известен «Лыжный симулятор», который выполняет игровую программу в ответ на управляющий сигнал, выдаваемый игроком путем вращения имитационных лыж, для отображения объекта горнолыжника, соответствующего игроку, на устройстве отображения. Игровой автомат для лыж содержит: детектор вращения лыжи для генерации управляющего сигнала путем определения направления и степени вращения имитационной лыжи; блок управления для получения данных о положении, показывающих текущее положение горнолыжника на лыжной трассе в соответствии с данными лыжной трассы и управляющие сигналы, генерирующие множество данных, показывающие трассу лыж, горнолыжника в соответствии с данными о положении, сохраняя множество данных, когда горнолыжник катается на лыжах на лыжной трассе, и генерируют данные отображения трассы для отображения на устройстве отображения в соответствии с сохраненным множеством данных трассы; и дисплей для отображения лыжной трассы с трассой лыж в соответствии с данными отображения трассы, сгенерированными блоком управления. (US 2001049322).
Известен «Способ обучения и тренажер слаломиста». Тренажер содержит основание, опорный элемент, который установлен на нем таким образом, чтобы его можно было перемещать вправо-влево, платформу, которая расположена на указанном элементе таким образом, что имеет возможность вращения периодически то по часовой стрелке, то против часовой стрелки, и снабжена опорной поверхностью для ног слаломиста, горнолыжника или сноубордиста и осциллирующий кривошипно-шатунный механизм для синхронизации и реверсирования несущего элемента смещений и поворота платформы. Кривошип прикреплен к основанию и выполнен таким образом, что установленный на нем ползун имеет закрытую траекторию движения и может перемещаться вдоль кривошипа в одном направлении и обеспечивает закон движения платформы относительно основания в соответствии с законом движения относительно поступательного движения, когда ноги слаломиста, горнолыжника или сноубордиста смещаются вправо - влево и их угловое положение изменяется во время указанного вращения и/или смещения. Способ обучения и тренировки слаломиста, при котором перемещение стоп ног, лыж или сноуборда вместе с платформой влево - вправо и их вращение периодически по или против хода часовой стрелки осуществляют свободно под действием усилия слаломиста или принудительно приводом перемещения. (ЕА 200601329 А1).
Недостаток известных устройств для тренировки горнолыжников заключается в том, что они не обеспечивают приобретение и закрепление правильных навыков выполнения поворотов, так как в большинстве из них поворот выполняется только за счет вращения стоп и наклона коленей или боковые перемещения ног под корпусом.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению по совокупности признаков является «Тренажер горнолыжника или сноубордиста и метод обучения с его использованием».
Тренажер имеет основание, снабженное поперечными рельсами, на которых установлена тележка, соединенная с упругими элементами, которые распределены вдоль поперечных рельсов, на которой установлены два крепления для ног обучающегося человека (имитатора лыж), которые могут вращаться вокруг продольной оси. На основании установлен рельс, на котором установлена стрела с седлом, которая соединена с противовесом через блоки шкивов. Рельс может быть наклонен относительно плоскости основания. Лыжный тренажер снабжен ручками для рук горнолыжника, которые помогают сохранять равновесие во время упражнений. Тренажер подключен к компьютерному набору или игровой консоли.
Способ проведения тренировки включает в себя расположение ног обучающего человека на тележке, которая движется по основанию вдоль одной из его более длинных сторон, освобождение ног происходит благодаря седлу, которое прикреплено к стреле, расположенной над основанием. Туловище удерживает параллельное положение и движется при выполнении поворота только вертикально и назад или вперед без возможности поперечного перемещения по отношению к гипотетическому направлению наклона склона. Ноги тренируемого человека во время поперечного или продольного (сноубордического) перемещения тележки, на которую опираются ноги, сгибаются в бедрах относительно туловища, причем угол изгиба увеличивается вместе с опусканием седла с туловищем, поддерживаемым на нем. (изобретение US 2014243162).
Недостатки ближайшего аналога заключаются в том, что спортсмен жестко сидит в седле и ограничен в свободных движениях корпуса, ноги горнолыжника двигаются под корпусом только с одной стороны на другую, нет изменения давления по стопе в продольном направлении от плюсны к пятке, не создается ощущение скольжения по дуге поворота, не создается ощущение упругой отдачи лыж при переходе в новый поворот, нет возможности менять по ходу имитации поворота положение стоп, а именно:
- выполнение передне-задних перемещений стоп горнолыжника относительно корпуса,
- выполнение поворотов стоп в горизонтальной плоскости,
- выполнение и контроль разножки (выдвижение одной ноги относительно другой),
- изменение ширины постановки стоп.
Руки горнолыжника опираются на жесткую опору, нет возможности отрабатывать движения уколов горнолыжной палочкой.
Все указанные недостатки известного «Тренажера горнолыжника или сноубордиста» не дают возможности спортсмену получать и закреплять навыки движений, подобные движениям горнолыжника на реальных трассах.
Техническая задача предполагаемого изобретения заключается в создании тренажера, позволяющего получать и закреплять правильные навыки выполнений поворотов, в обеспечении возможности контроля перемещений, как стоп, так и корпуса горнолыжника во всех фазах поворота, в возможности создания полного ощущения тех нагрузок, которые действуют на горнолыжника при спуске по реальным трассам, и в то же время, обеспечение полной безопасности во время тренировки.
Поставленная техническая задача решается тем, что в тренажере для горнолыжников, имеется основание, снабженное поперечными рельсами, на которых установлена тележка, соединенная с упругими элементами, которые распределены вдоль поперечных рельсов, на которой установлены два имитатора лыж, которые могут вращаться вокруг продольной оси, а также седло, соединенное через трос и систему блоков с противовесом, ручки для рук, в отличие от ближайшего аналога основание установлено на оси вращения, которая закреплена на платформе, опирающейся спереди на шарнир, позволяющий поворачивать платформу как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, а сзади по краям опирающейся на механизмы изменения уклона и наклонов платформы, кроме того, основание связано с платформой упругими элементами, демпферами и блокираторами, а вдоль поперечных рельсов дополнительно установлены демпферы и блокираторы, каждый имитатор лыжи состоит из четырех слоев, причем верхний слой, имеющий площадку с креплением для горнолыжного ботинка, установленную на продольной оси вращения площадки относительно верхнего слоя, через вертикальную ось вращения соединен со вторым слоем, второй слой имеет в нижней части продольный паз, в который входит шип третьего слоя, третий слой имеет в нижней части поперечный шип, который входит в поперечный паз четвертого слоя, соединенного с тележкой, причем площадка с креплением для горнолыжного ботинка и каждый слой имитатора лыжи соединен со своими демпферами, блокираторами и датчиками, а седло выполнено в виде сидячей трапеции с подвеской на тросе со стороны спины горнолыжника, противовес седла снабжен своим демпфером и блокиратором, кроме того, каждая ручка для руки соединена со своим демпфером и блокиратором посредством механизма, состоящего из троса, проходящего через блоки шкивов.
Сущность предполагаемого изобретения заключается в следующем.
Современный горнолыжный поворот выполняется за счет движений, обеспечивающих правильное взаимоположение корпуса и стоп горнолыжника в каждой отдельной фазе поворота, преодолевая и используя действующие на него центробежные и другие силы. Спортсмен не просто переводит ноги под корпусом из стороны в сторону, а создает условия для врезания кантов лыж с начала и до завершения каждого поворота. Для этого, кроме движения ног из стороны в сторону, горнолыжник перемещает и контролирует стопы и корпус в передне-заднем направлении, ведя лыжи по требуемой траектории. Для начала нового поворота спортсмен создает условия и использует упругую отдачу лыж от склона. Руки с палочками служат для сохранения баланса, задания ритма поворотов и для перецентровки с помощью укола о склон.
Конструкция предлагаемого тренажера для горнолыжников с подвеской корпуса горнолыжника на трапеции предоставляет ему свободу в перемещениях корпуса. В то же время подвеска корпуса через противовес создает такое же действие, какое оказывает составляющая центробежной силы, поддерживая корпус от падения внутрь дуги поворота. Наличие блокиратора в конструкции противовеса защитит тренирующегося на тренажере горнолыжника от падения за счет блокировки резкого рывка вниз. Повороты основания вокруг вертикальной оси вращения, которая закреплена на платформе («склоне») дают горнолыжнику свободу движений стоп по сложной траектории.
Пружины тележки и основания создают сопротивление перемещениям стоп, имитируют ощущение скольжения по дуге с увеличением противодействия центробежной силы с момента входа в поворот до момента выхода из него, позволяют изменять давления на стопу в продольном направлении от плюсны к пятке. При срабатывании блокираторов, когда спортсмен отталкивается от имитаторов лыж, пружины тележки и основания, мгновенно возвращают тележку и основание в исходное положение, имитируя отдачу лыж при переходе из поворота в поворот, так что горнолыжник как бы снова может скользить вниз, совершая новый поворот.
Движения горнолыжника, подвешенного к противовесу напоминают с одной стороны раскачивание на качели (тележке), а повороты основания, по которому движется тележка, напоминают детскую карусель.
Выполнение конструкции имитаторов лыж из четырех слоев, кроме возможности закантовки, позволяет менять ширину ведения стоп в повороте, выдвигать внутреннюю ногу относительно внешней в конце очередного поворота, вращать стопы относительно плоскости платформы («склона»). Включение в механизмы конструкции блокираторов, позволяет импульсными движениями прекращать движения в одном направлении и начинать их в другом.
Блокираторы, связанные через блоки шкивов тросами с ручками, которые кистями сжимает горнолыжник, срабатывают при резкой опоре на любую из ручек, давая дополнительную поддержку горнолыжнику, а также позволяют создавать кратковременную опору через кисть руки при имитации горнолыжником укола палочкой. За счет того, что конструкция платформы («склона») опирается спереди на шарнир и может сзади подниматься механизмами, можно менять углы уклона и наклонов склона как в статике, так и в динамике, имитируя разный рельеф склона.
Тренажер для горнолыжников позволит горнолыжнику получать и закреплять правильные навыки выполнений поворотов, обеспечит возможность контроля перемещений, как стоп, так и корпуса горнолыжника во всех фазах поворота, даст возможность создания полного ощущения тех нагрузок, которые действуют на горнолыжника при спуске по реальным трассам, и в то же время, обеспечит полную безопасность во время тренировки.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где
На фиг. 1 изображена платформа («склон») вид сверху.
На фиг. 2 изображена платформа («склон») вид А.
На фиг. 3 изображен тренажер с горнолыжником (вид сзади через условно прозрачную платформу «склон»).
На фиг. 4 показана конструкция имитатора лыжи.
Тренажер для горнолыжников (фиг. 1, 2) состоит из основания 1, снабженного поперечными рельсами 2, на которых установлена тележка 3, двигающаяся вдоль рельсов 2 и соединенная с краями основания 1 упругими элементами, демпферами и блокираторами 4. На тележке 3 установлены два имитатора лыж 5. В состав тренажера (фиг. 3) входит седло, выполненное в виде сидячей трапеции 6, соединенное тросом 7 через систему блоков 8 с противовесом, демпфером и блокиратором 9. Для рук горнолыжника имеются две ручки 10.
Основание 1 (фиг. 1, 2) установлено на оси вращения 11, которая закреплена на платформе («склоне») 12. Платформа («склон») 12 спереди опирается на шарнир 13, позволяющий поворачивать платформу («склон») 12 как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости с помощью механизмов изменения уклона и наклонов 14 платформы («склона») 12. Основание 1, вращающееся на оси 11, связано с платформой («склоном») 12 упругими элементами, демпферами и блокираторами 15.
Каждый имитатор лыжи 5 состоит из четырех слоев (фиг. 4). Верхний слой 16 имеет площадку 17 с креплением для горнолыжного ботинка (не показанном на рисунке). Площадка 17 имеет продольную ось 18, на которой она поворачивается относительно верхнего слоя 16. Верхний слой 16, в свою очередь, через вертикальную ось 19 поворачивается относительно второго слоя 20. Второй слой 20 в нижней части имеет продольный паз 21, в который входит шип 22 третьего слоя 23 и относительно которого второй слой 20 имитатора лыжи 5 может перемещаться вперед - назад. Третий слой 23 в нижней части имеет поперечный шип 24, который входит в поперечный паз 25 четвертого слоя 26 и относительно которого третий слой 23 перемещается в поперечном направлении. Четвертый слой 26 каждого имитатора лыжи 5 закреплен на тележке 3. Наклоны площадки 17 имитатора лыжи 5 контролируются демпфером и блокиратором 27. Повороты верхнего слоя 16 имитатора лыжи на оси 19 контролируются демпфером и блокиратором 28. Продольные перемещения второго слоя 20 имитатора лыж контролируются демпфером и блокиратором 29. Поперечные перемещения третьего слоя 23 имитаторов лыж контролируются демпфером и блокиратором 30. Каждая ручка для руки 10 соединена со своим демпфером и блокиратором 31 посредством механизма, состоящего из троса 32, проходящего через блоки шкивов 33. Перед взором горнолыжника имеется экран 34 (или виртуальный шлем на голову горнолыжника). Вся синхронизация осуществляется с помощью контроллера 35.
Конструкции блокираторов напоминают конструкцию ремней безопасности в автомобилях: при плавных движениях оказывают сопротивление, а при резком движении стопорятся. Демпфер - устройство для гашения (демпфирования) или предотвращения колебаний.
Тренажер для горнолыжников работает следующим образом. Под вес и рост тренирующегося горнолыжника, а также в зависимости от уровня его подготовки на тренажере настраиваются параметры. Горнолыжник в горнолыжных ботинках встает на имитаторы лыж 5 и фиксирует креплениями ботинки к имитаторам лыж 5, берет в руки ручки имитаторов горнолыжных палочек 10. На голову надевает виртуальный шлем (в других вариантах перед ним экран 34). Перед его взором горнолыжная трасса. Тренирующийся горнолыжник дает команду на запуск. Из исходного положения, когда основание 1 расположено с рельсами 2 поперек платформы 12, а тележка 3 с имитаторами лыж 5 находится над осью 11, горнолыжник начинает выполнять повороты в соответствии с трассой, которую он видит на экране.
Он устремляет свой корпус, закрепленный в трапеции 6 вперед, а стопы на имитаторах лыж 5 по дуге поворота, преодолевая сопротивление пружин 4 тележки 3 (качели) и 15 поворотного основания 1 (карусель). Горнолыжник по ходу выполнения поворота выводит из-под корпуса стопы в имитаторах лыж 5, при этом стопы наклоняются за счет поворота площадки 17 относительно оси 18, имитируя закантовку лыж. За счет возможности поворота верхнего слоя 16 имитатора лыж 5 относительно оси 19, перпендикулярной к платформе («склону») 12, горнолыжник имеет возможность разворачивать имитаторы лыж 5 по ходу ведения поворота. За счет движения поперечного шипа 24 в пазу 25 горнолыжник может менять ширину постановки стоп, а за счет движения слоя 20 с пазом 21 относительно шипа 22 может сдвигать стопы в продольном направлении. Демпферы 27-30 в конструкции слоев имитаторов лыж делают все эти движения вязкими, а соответствующие блокираторы стопорят резкие перемещения и вращения.
Механизм изменения уклона и наклонов 14 платформы («склона») 12 меняет профиль «склона» 12 относительно шарнира 13 в соответствии с картинкой на экране 34. Поддерживающая корпус горнолыжника трапеция 6, за счет противовеса 9 удерживает корпус, подобно центробежной силе при реальных поворотах, а блокиратор 9 не позволит горнолыжнику упасть. Кроме того, горнолыжник, чтобы не упасть, может несколько упираться на ручку 10.
Для завершения каждого поворота горнолыжник выполняет толчок ногами. При этом срабатывают блокираторы 4 и 15 в системе перемещения тележки 3 и в системе поворотного основания 1, стопоря движение, а соответствующие пружины 4 и 15, а также противовес 9 облегчают перевод стоп горнолыжника под корпусом для начала поворота в другую сторону. Кроме того, пружины 4 возвращают тележку, а пружины 15 основание 1 в исходное положение.
Начало нового поворота горнолыжник может инициировать движением руки, охватывающей ручку 10, напоминающим укол горнолыжной палочкой. При этом, за счет действия соответствующего блокиратора 31, он ощутит реальную опору, как если бы он выполнил укол о склон. Поворот в другую сторону происходит аналогично.
После закрепления навыков в медленном темпе, темп движений увеличивают. Увеличивают крутизну виртуального склона. Увеличивают развод поворотных древков, а значит, увеличивают диапазон движений. Постепенно переходят к самым крутым экстремальным трассам и к тренировкам на максимальных скоростях. Условно трасса может быть бесконечной - для многократного повторения необходимых движений и, в конце концов, для выработки и закрепления профессиональных навыков выполнения поворотов.
Преимущества предлагаемого тренажера для горнолыжников:
- позволяет имитировать движения горнолыжника подобные движениям горнолыжника на реальных горнолыжных трассах;
- обеспечивает свободу возможных движений корпуса;
- создает усилие, поддерживающее корпус горнолыжника от падения, аналогичное действию центробежной силы;
- дает возможность изменения давления по стопе в продольном направлении от плюсны к пятке;
- имитирует ощущение скольжения по дуге с увеличением противодействия центробежной силе с момента входа в поворот до момента выхода из поворота;
- имитирует отдачу лыж при переходе из поворота в поворот с возможностью перемещения имитаторов лыж под корпусом как в боковых, так и в передне-заднем направлениях;
- позволяет менять по ходу имитации поворота положение стоп: наклонять стопы для закантовки, вращать стопы, смещать одну стопу относительно другой в передне-заднем направлении, менять ширину постановки стоп, - дает возможность имитировать опору кистью руки на горнолыжную палочку;
- позволяет менять угол уклона «склона» и имитировать не нулевой наклон «склона» в боковом направлении;
- за счет многократных повторений тренажер вырабатывает мышечную память правильных движений корпуса и ног при выполнении горнолыжных поворотов, (закрепление навыков);
- дает возможность начинать отработку движений в замедленном темпе;
- дает пользователю возможность ощущать воздействия сил, изменяемых по ходу каждого поворота (в том числе позволяющих сохранять баланс);
- обеспечивает максимальную безопасность во время тренировок.
Пользователь на данном тренажере получает навыки практически полностью идентичные тренировкам на реальных склонах при этом безопасно. Тренировки могут проходить круглогодично независимо от сезона.