УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗА ТЕХНИКОЙ ВЫПОЛНЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЙ

Предложение относится к области спорта и медицинской техники, в частности к устройствам для контроля за техникой выполнения физических упражнений и двигательной реабилитации верхних и нижних конечностей.
В спортивной практике известны устройства для определения траектории движения снаряда, к примеру (Божко А.И. Тяжелая атлетика: Учеб. Пособие для инструкторов. - М: ФиС, 1996. - 180), состоящее из грифа штанги с приспособлением для крепления карандаша или мела, щита с вертикальной и горизонтальной разметкой.
Известно устройство для определения траектории движения штанги (RU 2126285, А63В 21/06, 1999), содержащее гриф штанги, доску для отображения траектории движения штанги, закрепленную перпендикулярно грифу, персональный компьютер в полном наборе - системный блок, дисплей, клавиатура, «мышь» и программное обеспечение, которое задает работу упомянутых дисплея и «мыши», а также устройства в целом.
Наиболее близким аналогом (прототип) относительно заявленного устройства является устройство для определения траектории движения штанги (RU 2376050 C1, А63В 21/06, А63В 24/00, 2008), содержащее гриф штанги с пружинным наконечником и инертной массой, доску для отображения траектории движения штанги, закрепленную перпендикулярно грифу, персональный компьютер и программное обеспечение.
Общим недостатком представленных выше устройств является сложность использования, обусловленная необходимостью обеспечения постоянного контакта оптической мыши (карандаша или мела) с доской для отображения траектории.
Известно, что при выполнении упражнений с отягощениями, к примеру «приседаний со штангой», спортсмен может совершать технические ошибки. Для приседаний наиболее характерны такие ошибки как наклон тела вперед, неправильная биомеханика при опускании вниз (первоначально идет сгибание в коленях, а затем в тазобедренном суставе), сведение или разведение коленей при подъеме, недостаточно глубокий присед, отведение ягодиц при движении вверх и пр. Неточности техники выполнения приседаний не всегда могут быть видны визуально и с большой степенью вероятности ведут к травмированию спортсмена.
Также известно, что при различных заболеваниях (травмах) у пациентов отмечается изменение двигательного стереотипа, который заключается в неосознанном переносе веса тела в сторону здоровой конечности или не в полном использовании нарушенных верхних и нижних конечностей, что не всегда можно заметить визуально.
Техническим результатом заявляемого устройства является упрощение процесса его применения.
Технический результат достигается размещением на грифе штанги замка, в пазу которого устанавливают и жестко закрепляют винтовым соединением размещенные на одной печатной плате IMU-сенсор, электрически связанный с USB разъемом для подключения к микропроцессору, микровыключателем и светодиодным индикатором, накрытые съемной крышкой.
Предлагаемое устройство включает в себя гриф штанги с замком и фиксатором. В замке выполнен паз, в котором встраивают и с помощью винтового соединения жестко закрепляют размещенные на одной печатной плате инерциальный модуль (IMU-сенсор), позволяющий определять положение спортивного снаряда в пространстве, электрически связанный с USB разъемом для подключения к микропроцессору, микровыключатель, светодиодный индикатор. Для защиты электрических деталей предусмотрена съемная крышка.
IMU-сенсор представляет собой совокупность трех устройств:
гироскопа, определяющего угловую скорость вокруг собственных осей X, Y, Z;
акселерометра, считывающего величину ускорения свободного падения по осям X, Y, Z;
компаса для вычисления углов между собственными осями сенсора X, Y, Z и силовыми линиями магнитного поля Земли.
Построение траектории движения снаряда осуществляется по координатам: углу наклона и перемещению. Угол наклона снаряда определяется интегрированием угловой скорости вращения снаряда, получаемой от гироскопа, а перемещение - при помощи двойного интегрирования ускорения, вычисляемого посредством акселерометра.
Так как данные, снимаемые с гироскопа и акселерометра сильно зашумлены, их необходимо подвергнуть фильтрации. В качестве алгоритма фильтрации был выбран фильтр Калмана в силу высокой эффективности его работы. Данный фильтр проявляется рекурсивным и использует зашумленные измерения, оперируя вектором состояния системы, используя ряд неполных и зашумленных измерений.
Сверху IMU-сенсор накрывают съемной крышкой. Информация с USB разъема IMU-сенсора через электрический кабель поступает на печатную плату с микропроцессором (далее по тексту микропроцессор) и далее на персональный компьютер.
Предложение поясняется рисунками.
На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства.
На фиг. 2 изображен замок грифа штанги в сборе.
На фиг. 3 изображены элементы замка грифа штанги.
Предлагаемое устройство для контроля за техникой выполнения физических упражнений содержит: гриф штанги 1; замок 2 с фиксатором 3 в котором устанавливают и жестко закрепляют размещенные на одной печатной плате IMU-сенсор 4 позволяющий определять положение спортивного снаряда в пространстве, USB разъем 5 для подключения к микропроцессору 9, микровыключатель 6, светодиодный индикатор 7; съемную крышку 8, и персональный компьютер 10.
Устройство работает следующим образом.
Перед началом работы тренер (врач) размещает замок 2 на грифе штанги 1, фиксируя его положение фиксатором 3. Соединяет кабелем USB разъем 5, расположенный в замке 2 с персональным компьютером 10, включением микровыключателя 6 активирует работу устройства, о чем информирует включение светодиодного индикатора 7, проверяет работоспособность оборудования. Спортсмен (пациент) принимает исходное положение и затем приступает к выполнению упражнения. Во время выполнения упражнения данные с IMU-сенсора 4 о положении спортивного снаряда в пространстве поступают на микропроцессор 9, где обрабатываются и передаются на персональный компьютер 10 для графического отображения на его мониторе полученных результатов.
Тренер (врач) на мониторе персонального компьютера видит полученные траектории движения грифа штанги 1 при выполнении упражнения и сравнивает их с эталонными. Если в полученной траектории движения имеются отклонения от эталонных траекторий, то тренер (врач) дает спортсмену (пациенту) рекомендации в целях оптимизации техники выполнения упражнения для увеличения эффективности тренировки или более быстрой двигательной реабилитации.
По сравнению с прототипом предлагаемое устройство характеризуется значительной простотой в использовании.