Спортивный тренажер

Техническое решение относится к области спорта, физической культуры, спортивного оборудования для общефизической подготовки и может быть использовано для развития мышц спины и ног.
Из уровня техники известен спортивный тренажер, содержащий тренажерный элемент и механизм создания сопротивления нагрузке, который содержит электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения, подключенный к выходу регулируемого источника тока, функции которого выполняет нереверсивный управляемый тиристорный выпрямитель; задающий элемент (или потенциометр), подключенный к источнику тока посредством управляющего входа (патент RU 2676493, МПК A63B 21/00, опубл. 29.12.2018 г).
Недостатком указанного тренажера является невозможность формирования усилия как на сжатие, так и на растяжение в одном комплексе упражнений.
Из уровня техники известен спортивный тренажер для создания переменной динамической нагрузки, содержащий тренажерный элемент и устройство создания нагрузки. Устройство создания нагрузки связано через вал с подвижными элементами, расположенными с обеих его сторон, с валом сопряжено устройство измерения параметров динамической нагрузки, соединенное с устройством управления, а устройство создания нагрузки выполнено с возможностью обеспечения заданных параметров динамической нагрузки на гриф штанги через подвижные элементы в соответствии с управляющим воздействием устройства управления, заданным тренировочным процессом. Устройство создания нагрузки выполнено в виде электродвигателя или шагового электродвигателя, или линейного электродвигателя, или пневмодвигателя, или гидравлического двигателя. Устройство измерения параметров динамической нагрузки выполнено в виде датчика положения грифа штанги, датчика нагрузки на гриф штанги и датчика скорости перемещения грифа штанги, заданные параметры динамической нагрузки включают направление перемещения, усилие и скорость движения грифа штанги на разных участках траектории.
Недостатком указанного тренажера является отсутствие датчиков контроля за физиологическим состоянием человека, что может привести к негативным последствиям в случаях неправильно заданной нагрузки на организм человека.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является тренажерное устройство, содержащее соединенные между собой тренажерный элемент, нагружающее устройство, вычислительное устройство и преобразователь частоты (патент RU 2578982, МПК A63B 21/00, опубл. 27.03.2016 г). Нагружающее устройство выполнено с возможностью обеспечения заданных параметров динамической нагрузки на тренажерный элемент через подвижные элементы в соответствии с управляющими воздействиями, заданными тренировочным процессом.
Недостатком указанного тренажера является отсутствие внешних датчиков, обеспечивающих контроль положения тела человека, а также контроль траектории движения с целью определения корректности приложения нагрузки, для обеспечения максимальной эффективности тренировочного процесса.
Технический результат направлен на повышение эффективности и расширение функциональных возможностей тренировочного процесса путем обеспечения индивидуальных значений параметров динамической нагрузки, применения автоматических регулировок (калибровок) в широких пределах тренажера в соответствии с антропометрическими показателями тренирующегося.
Технический результат достигается тем, что спортивный тренажер содержит соединенные между собой тренажерный элемент, нагружающее устройство, вычислительное устройство и преобразователь частоты. Нагружающее устройство выполнено в виде электродвигателя с возможностью обеспечения заданных параметров динамической нагрузки на тренажерный элемент через подвижные элементы в соответствии с управляющими воздействиями, заданными тренировочным процессом. К нагружающему устройству подключен датчик импульсов и преобразователь частоты, к которому подключено вычислительное устройство, выполнено с возможностью считывания информации c преобразователя частоты, обработки информации и формирования управляющего воздействия в соответствии с программой тренировочного процесса.
К вычислительному устройству подключен тензодатчик приложенного усилия, а также встроенные датчики сердечного ритма, измеритель электрического сопротивления кожных покровов.
Также технический результат достигается тем, что вычислительное устройство содержит модуль связи, обеспечивающий возможность дистанционной идентификации клиентов, а также модуль связи, обеспечивающий возможность информационного обмена посредством проводных либо беспроводных сетей с управляющим сервером, а также с другими тренажерами, объединенными в единый тренажерный комплекс.
Дополнительно к вычислительному устройству подключены микрофон, видеокамера, датчик движения и положения.
В спортивном тренажере для создания переменной динамической нагрузки, обеспечения контроля положения тела человека, а также контроля траектории движения с целью определения корректности приложения нагрузки, нагружающее устройство может быть выполнено в виде синхронно-реактивного электродвигателя переменного тока или в виде синхронного электродвигателя переменного тока с постоянными магнитами, или в виде шагового электродвигателя с постоянными магнитами, или в виде вентильно-индукторного электродвигателя, или в виде линейного асинхронного электродвигателя переменного тока, или в виде линейного синхронно-реактивного электродвигателя переменного тока или в виде линейного электродвигателя с постоянными магнитами, или в виде линейного шагового электродвигателя с постоянными магнитами.
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом, на котором изображен схематически заявляемый спортивный тренажер.
Спортивный тренажер содержит соединенные между собой тренажерный элемент 1, нагружающее устройство 2, выполненное в виде электродвигателя с возможностью обеспечения заданных параметров динамической нагрузки на тренажерный элемент 1 через подвижные элементы в соответствии с управляющими воздействиями, заданными тренировочным процессом.
К нагружающему устройству 2 через преобразователь частоты 3 подключено вычислительное устройство 4. К нагружающему устройству 2 подключен датчик импульсов 5.
Вычислительное устройство 4, выполнено с возможностью считывания информации c преобразователя частоты 3, обработки информации и формирования управляющего воздействия в соответствии с программой тренировочного процесса.
К вычислительному устройству 4 подключен тензодатчик приложенного усилия 6, а также датчики сердечного ритма 7, измеритель электрического сопротивления кожных покровов 8 встроены в тренажерный элемент либо размещены непосредственно на тренирующемся и в этом случае подключены по  беспроводному интерфейсу.
Также технический результат достигается тем, что вычислительное устройство 4 содержит модуль связи (на фиг. не показан), обеспечивающий возможность дистанционной идентификации клиентов, а также информационного обмена посредством проводных либо беспроводных сетей с управляющим сервером 9, а также с другими тренажерами, которые могут быть объединены в единый тренажерный комплекс.
Дополнительно к вычислительному устройству 4 подключены микрофон 10, видеокамера 11, датчик движения и положения 12.
Вычислительное устройство 4 воспринимает информацию от датчика импульсов 5, тензодатчика 6, встроенного регулятора 14, датчиков 7, 8, 10, 11, 12 и вырабатывает управляющее воздействие для преобразователя частоты 3, который управляет нагружающим устройством 2 и контролирует реализацию заданных параметров динамической нагрузки согласно заранее заданному и записанному в базу данных клиентов тренировочному процессу, а также настоящих физических возможней и самочувствия тренирующегося.
Работа спортивного тренажера осуществляется следующим образом.
Перед началом тренировочного цикла происходит идентификация тренирующегося при помощи видеокамеры 11, далее через модуль связи (на фиг. не показан), происходит считывание параметров динамической нагрузки и базовых траекторий движения, а также варианты правильного положения тела тренирующегося в соответствии с планом тренировочного процесса, хранящимся на управляющем сервере 9.
В качестве тренажерного элемента 1 конкретного примера исполнения выбран гриф штаги.
Выполняющий упражнение человек располагается на основании, захватывает гриф штанги  и начинает выполнять упражнение.  При этом нагрузка на гриф штанги  создается от синхронного реактивного электродвигателя 2 через редуктор, также возможен вариант безредукторного исполнения. Тензодатчик 6, установленный между выходом редуктора и приводом грифа штанги, датчик импульсов 5, установленный на валу электродвигателя, передают соответствующую информацию на вычислительное устройство 4. Кроме этого, вычислительное устройство 4 принимает информацию с видеокамеры 11, с датчика движения и положения 12, а также датчиков сердечного ритма 7 и датчика электрического сопротивления кожных покровов 8.
Алгоритм работы устройства управления заключается в следующем.
Тренирующемуся предлагается комплекс упражнений в соответствии с заранее разработанным и согласованным индивидуальным тренировочным процессом, при этом человек имеет возможность, в безопасных пределах, корректировать интенсивность нагрузки с помощью встроенного регулятора 14, смартфона, планшетного компьютера, пульта управления или голосового ассистента, голосовые команды поступают в вычислительное устройство 4 с микрофона 10.
В качестве вычислительного устройства 4 применяется одноплатный компьютер либо программируемый контроллер с управляющей программой. Управляющая программа определяет взаимосвязь следующих параметров: положение, направление перемещения, усилие и скорость движения грифа штанги в зависимости от участка траектории движения. Тренирующийся, выполняя упражнение, производит перемещение штанги, изменяя при этом усилие, направление и скорость ее движения. Вычислительное устройство 4, воспринимая информацию с встроенного регулятора 14, датчиков 5, 6, 7, 8, 12, формирует управляющие задания для преобразователя частоты 3, который управляет электродвигателем 2, формирующим переменную нагрузку.
Все действия тренирующегося в ходе процесса тренировки через модуль связи (на фиг. не показан), сохраняются в базе данных управляющего сервера 9, для последующего анализа тренировочного либо реабилитационного процесса в режиме «виртуального» тренера,  посредством использования возможностей глобальной сети 13.
Предложенный спортивный тренажер эффективен в работе и имеет широкие функциональные возможности проведения тренировочного процесса путем обеспечения индивидуальных значений параметров динамической нагрузки, применения автоматических регулировок (калибровок) в широких пределах тренажера в соответствии с антропометрическими показателями тренирующегося. Спортивный тренажер  может обеспечивать также автоматическую идентификацию тренирующегося, с применением индивидуальных настроек тренажера и программ тренировок (например: «силовая», «реабилитация», «жиросжигание», «кардио») в соответствии с желаемыми конечными результатами; обеспечивать возможность объединения отдельных тренажеров посредством информационной сети (например, WiFi, Ethernet, 3G/4G/5G) и серверных технологий в «интеллектуальный тренажерный зал» с управлением маршрутами и логистикой в процессе тренировки; обеспечивать возможность  контроля «клиентской базы». Программное управление тренажёром позволит безопасно, эффективно, практически беспрерывно проводить коррекцию нагрузки в процессе тренировки, тем самым, не отвлекая тренирующегося от выполнения данного упражнения, что значительно повысит КПД тренировки.