СТАРТОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЧАСТНИКОВ СПОРТИВНЫХ СОРЕВНОВАНИЙ
STARTING DEVICE FOR PARTICIPANTS OF SPORTING EVENTS

Область техники
Изобретение относится к стартовому устройству для участников спортивных соревнований. Устройство содержит по меньшей мере одно основание для фиксации и удержания на поверхности проведения соревнований, чувствительный элемент, соединенный с электронным устройством обработки данных, и упор по меньшей мере для одной ступни. Данный упор соединен с основанием и приводит в действие чувствительный элемент для определения времени реакции участника после команды "Старт".
Изобретение также относится к способу приведения в действие стартового устройства с целью замера времени реакции участника после команды "Старт".
Уровень техники
Следует отметить, что используемый в данном описании термин "стартовое устройство" относится как к стартовой колодке для легкоатлетов, так и к стартовой тумбе или упору для участников соревнований по плаванию или любым другим видам спорта. Данное стартовое устройство должно обеспечивать возможность определения времени реакции участника, в частности, после сигнала "Старт", а также индикацию фальстарта.
Используемые в настоящее время стартовые устройства, такие как стартовая колодка, могут включать в себя в базовой конфигурации средства для определения времени реакции участника на старте легкоатлетического забега. Данные средства определения времени реакции, как правило, включают в себя датчик, помещаемый, например, на упоре для ступни бегуна. Роль такого датчика может выполнять простой электрический переключатель, замыкающий цепь, когда участник на старте прилагает достаточное усилие к упору, которое должно быть больше определенного заданного значения. Это вызывает определенные неудобства, заключающиеся в перемещении упора назад, который, кроме того, не является нереверсивным. Далее, этот датчик необходимо настраивать в соответствии с типом соревнований и особенностями участников. Кроме того, участник соревнований может просто приложить достаточно большое постоянное усилие к упору, которое приведет к замыканию переключателя в момент, когда участник еще только занимает стартовое положение, до команды "Старт". Это не дает возможности точно определить время реакции участника после поступления сигнала "Старт". Вышеперечисленные особенности представляют собой недостатки стартового упора данного типа.
В патентном документе US 5,467,652 представлена стартовая платформа соревнований по легкой атлетике. Данная стартовая платформа включает в себя продольную рейку для закрепления на земле, на которой с обеих сторон смонтированы упоры для ног участника. Данные упоры можно перемещать вдоль указанной рейки по выполненным на ней боковым проточкам, фиксируя положение каждого из упоров с помощью штифтов, вставляемых в предусмотренные на рейке специальные отверстия. Каждый упор имеет опорную поверхность для стопы с регулируемым углом наклона, покрытую чувствительной к давлению пластиной из эластомера. Эти прижимные пластины соединены с блоком управления и индикации электрическими кабелями. Датчики данных прижимных пластин соединены с усилителями, выдающими аналоговый выходной сигнал, величина которого варьируется в зависимости от приложенного усилия. При поступлении команды "Старт", стартовая колодка может производить измерение, сохранение и отображение уровней давления, зарегистрированных на каждой из опорных поверхностей. Она может также определять время, прошедшее с момента поступления команды "Старт", до момента начала движения бегуна, по изменению давления, замеренного на упорах, чтобы определить возможный фальстарт. Однако воздействие ступни бегуна на прижимные пластины датчиков происходит не в одном направлении. Это может приводить к погрешности при замере времени старта, что является недостатком данного изобретения. Кроме того, в данном изобретении ничего не предусматривается для нейтрализации возможных отказов датчиков.
В документе WO 99/32889 раскрывается система для измерения времени реакции участника при старте с закрепленной на земле стартовой колодки. Измерение времени старта осуществляется с помощью акселерометра, устанавливаемого, по меньшей мере одном упоре стартовой колодки. Акселерометр установлен на стартовой колодке с помощью жесткого соединения. Это дает возможность измерять зависимость ускорения от времени при старте участника и выводить ее на монитор. Как и в предыдущем документе, здесь также ничего не предусмотрено для нейтрализации возможного непрямолинейного движения упора с целью обеспечения точного измерения времени старта. Кроме того, использование акселерометра, по существу, означает невозможность точного измерения времени старта при выполнении отталкивания ногой участником соревнований, что является недостатком данного изобретения.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков известных технических решений посредством создания стартового устройства, обеспечивающего точную индикацию момента старта каждого участника любых спортивных соревнований, независимо от усилия, прилагаемого участником к данному устройству на старте.
Таким образом, изобретение относится к стартовому устройству для участников спортивных соревнований, характеризующемуся существенными признаками, указанными в независимом пункте 1 формулы изобретения.
Возможные варианты выполнения предлагаемой стартовой колодки представлены в зависимых пунктах 2-17 формулы изобретения.
Одно из преимуществ предлагаемого стартового устройства заключается в том, что Н-образная центральная рейка приводит в действие чувствительный элемент, например динамометрический датчик, сдвигаясь в одном, задаваемом и предпочтительном направлении. За счет применения двух металлических планок Н-образной конструкции, концы которых закреплены неподвижно, при приложении усилия к центральной рейке она может перемещаться лишь в одном направлении за счет изгиба указанных планок, причем степень изгиба при этом соответствует уровню усилия, приложенного к упору. Это дает возможность точного измерения времени реакции участника спортивных соревнований на старте при условии правильной тарировки чувствительного элемента. Таким образом, чувствительный элемент соединен с электронным устройством обработки данных с целью регистрации изменений величины усилия, прикладываемого к упору участником соревнований после поступления сигнала "Старт", например, от электронного стартового пистолета. Точность измерений в данном случае уже не зависит от абсолютной величины усилия, прикладываемого к упору, и, следовательно, предлагаемое устройство может использоваться на соревнованиях с любым контингентом участников, как молодых, так и пожилого возраста.
Предпочтительно, динамометрический датчик находится в контакте с задним концом центральной рейки, будучи прижат к ней резьбовым элементом, ввинчиваемым в отверстие с резьбой в задней стенке неподвижной части стартового устройства. С помощью данного резьбового элемента, создающего давление на динамометрический датчик, обеспечивается создание предварительного напряжения Н-образной конструкции в исходном положении. Это облегчает получение линейной зависимости прилагаемого к упору усилия для определения времени реакции участника.
Предпочтительно, стартовое устройство представляет собой стартовую колодку, применяемую для проведения соревнований по легкой атлетике. На колодке могут быть предусмотрены два регулируемых упора, смонтированных на продольной рейке, соединенной центральной рейкой Н-образной конструкции. Концы вышеуказанных металлических планок данной Н-образной конструкции прикреплены к неподвижной части основания стартовой колодки. Для крепления Н-образной конструкции к неподвижной части стартового устройства предусмотрены также две внешние жесткие металлические пластины. Данные две внешние жесткие пластины выполнены заодно целое с вышеупомянутыми гибкими планками и центральной рейкой, составляя цельную деталь.
Задачей настоящего изобретения является также разработка способа приведения в действие стартового устройства для участников спортивных соревнований, характеризующегося признаками, указанными в независимом пункте 18 формулы изобретения.
Один частный этап данного метода определен в зависимом пункте 19 формулы изобретения.
Одно из преимуществ способа приведения в действие стартового устройства заключается в том, что он обеспечивает возможность точного измерения, в частности, после поступления сигнала "Старт", просто посредством регистрации изменения уровня усилия, прикладываемого участником соревнований к упору на старте. Благодаря алгоритму, хранимому в электронном устройстве обработки данных, это обеспечивает возможность определения начала реакции участника соревнований, в частности, после поступления сигнала "Старт". Определяемое таким образом время реакции участника в момент старта больше не зависит от задаваемого уровня прилагаемого усилия, а зависит только от изменения величины усилия на упоре, определяемого динамометрическим датчиком. Динамометрический датчик, соединенный с электронным устройством, обеспечивает также возможность получения информации относительно фальстарта, имевшего место за какой-то отрезок времени до поступления сигнала "Старт" от электронного стартового пистолета.
Краткое описание чертежей
Цели, преимущества и особенности стартового устройства для спортивных соревнований согласно изобретению будут изложены более подробно в приведенном ниже описании по меньшей мере одного неограничивающего варианта осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
На фиг.1 показано стартовое устройство, выполненное согласно изобретению в форме стартовой колодки, в частично разобранном состоянии, вид в трехмерной проекции;
На фиг.2а показано основание стартовой колодки с чувствительным элементом согласно первому варианту осуществления изобретения, вид сверху;
На фиг.2b показано основание стартовой колодки с двумя установленными параллельно чувствительными элементами согласно второму варианту осуществления изобретения, вид сверху;
На фиг.2с показано основание стартовой колодки с двумя последовательно установленными чувствительными элементами согласно третьему варианту осуществления изобретения, вид сверху.
Осуществление изобретения
В приведенном ниже описании все элементы стартового устройства, хорошо известные специалистам в данной области техники, будут описываться упрощенно. Следует отметить, что настоящее описание относится только к стартовому устройству, выполненному в виде стартовой колодки для проведения соревнований по легкой атлетике. Однако данное стартовое устройство также может выполняться в виде стартовой тумбы или блока для соревнований по плаванию или другим видам спорта, где необходимо определять время старта участника, в частности, для выявления возможного фальстарта.
На фиг.1 показано трехмерное изображение всех существенных элементов предлагаемого стартового устройства, выполненного в виде стартовой колодки 1. Преимущественно, стартовая колодка 1 включает в себя основание 2, содержащее установленную сзади пластину с расположенными под ней крепежными элементами для фиксации устройства на поверхности, на которой проводятся соревнования, например, на беговой дорожке для соревнований по легкой атлетике. Данная пластина может быть выполнена из металлического сплава, такого как алюминиевый сплав, например EN AW-6060. Данное устройство также включает в себя по меньшей мере один чувствительный элемент 3, подсоединенный к электронному устройству обработки данных (не показано). Это электронное устройство может быть выполнено в виде печатной платы с несколькими электронными элементами, и может быть расположено под крышкой 40, установленной на основании. На задней поверхности крышки также могут быть выполнены электрические разъемы (не показаны) для подсоединения вышеупомянутого электронного устройства к базовой станции для вывода на монитор информации, предоставляемой данным электронным устройством. С целью индикации фальстарта на крышке также могут быть установлены звуковой сигнализатор 41 или световой индикатор. Чувствительный элемент 3, предпочтительно, представляющий собой динамометрический датчик, жестко установлен на неподвижной части 7 стартового устройства. Стартовое устройство также включает в себя по меньшей мере один упор 5 по меньшей мере для одной ноги бегуна, соединенный с основанием 2 посредством продольной рейки 10.
В начале забега участник оказывает давление на упор, толкая его в направлении основания 2, что приводит в действие чувствительный элемент для определения времени реакции участника после команды "Старт". Для выполнения данного действия упор соединен с Н-образной конструкцией 4 посредством продольной рейки 10. Данная Н-образная конструкция включает в себя две расположенные на расстоянии друг от друга планки 14, 24, которые могут прогибаться в определенном направлении. Концы двух вышеупомянутых планок жестко соединены с неподвижной частью 7 стартового устройства, а центральная рейка 6 соединяет средние части данных планок. Предпочтительно центральная рейка 6 соединена с продольной рейкой 10, таким образом, что усилие, прикладываемое ногой участника к упору во время старта, передается на центральную рейку, сдвигая ее в заданном направлении за счет изгибания двух указанных выше планок, что обеспечивает включение датчика.
Предпочтительно, стартовая колодка включает в себя два упора 5, 5′, каждый из которых предназначен для постановки ног спортсмена во время соревнований. Данные упоры являются подвижными; можно регулировать положение каждого из них по отдельности относительно продольной рейки. Угол наклона опорной поверхности каждого упора, которая может быть выполнена из композиционного материала, также может регулироваться. Каждый упор 5, 5′ включает в себя один или два стержня 25, 25′, соединенные с внутренней планкой посредством установки соответственно в пазы 10′, выполненные на одной из панелей с каждой стороны продольной рейки 10. Задний конец указанной продольной рейки 10 прикреплен к центральной рейке 6 Н-образной конструкции 4, например, с помощью винтов, а передний конец продольной рейки 10 конец прикреплен к концевой части 20, которая, так же, как и заднее основание 2, закреплен на поверхности, на которой проводятся соревнования. Продольная рейка 10 закреплена на указанной концевой части, но, несмотря на это, может двигаться в продольном направлении. Для обеспечения этого, на переднем конце продольной рейки предусмотрены один или два штифта, скользящие в двух внутренних проточках, выполненных в концевой части.
Неподвижная часть 7, к которой прикреплены концы отдельных планок 14, 24 Н-образной конструкции 4, включает в себя две металлические опорные пластины 17, 19. Данные две металлические опорные пластины неподвижно закреплены на основании 2, например, с помощью винтов (не показано). Кроме того, неподвижная часть включает в себя переднюю и заднюю стенки 11 и 15, также выполненные из металлического материала. Данные передняя и задняя стенки подвижно прикреплены к двум концам вышеуказанных двух металлических опорных планок, образуя раму. Передняя и задняя стенки могут крепиться, например, с помощью винтов 9, проходящих сквозь цилиндрические отверстия, выполненные в данных стенках, и ввинчиваемых в резьбу, предусмотренную в опорных пластинах. Однако передняя и задняя стенки могут также привариваться, припаиваться или приклеиваться к концам металлических опорных планок. В передней стенке 11 выполнено отверстие, сквозь которое проходит продольная рейка 10, прикрепленная к центральной рейке 6 Н-образной конструкции 4. Неподвижная часть 7, основание 2, Н-образная конструкция 4, упоры 5, 5′ и продольная рейка 10 могут выполняться из легкого металлического сплава, например, из алюминиевого сплава EN AW-6060. Однако для изготовления стартовой колодки 1 могут быть использованы и другие материалы.
Кроме того, Н-образная конструкция 4 включает в себя первую внешнюю жесткую пластину 16, прикрепленную к первым двум концам двух вышеуказанных планок 14, 24, и вторую внешнюю жесткую пластину 26, прикрепленную ко вторым двум концам указанных двух планок. Поскольку Н-образная конструкция 4 может быть выполнена из металлического материала, например, из алюминиевого сплава, указанные две внешние жесткие пластины также могут быть выполнены заодно целое с планками 14, 24 и центральной рейкой 6, образуя, таким образом, цельную деталь. Таким образом, Н-образная конструкция прикреплена к неподвижной части с помощью вышеуказанных двух внешних жестких планок. Данные две внешние жесткие пластины 16 и 26 установлены параллельно друг другу на металлических опорных пластинах 17, 19, и крепятся винтами 9 к передней и задней стенкам 11 и 15 неподвижной части 7. Разумеется, данные внешние жесткие пластины могут также крепиться к указанной неподвижной части посредством сварки, пайки или склеивания.
Необходимо отметить, что размеры вышеуказанной Н-образной конструкции, выполненной, например, из алюминиевого сплава, выбираются таким образом, чтобы они обеспечивали возможность изгиба планок 14, 24 в направлении продольного перемещения продольной рейки 10. Смещение центральной рейки 6 Н-образной конструкции в сторону динамометрического датчика/датчиков 3, 3′ при приложении участником соревнований усилия к упорам может составлять до 50 мкм. В качестве неограничивающего примера можно указать, что длина внешних жестких планок 16, 26 может быть порядка 106 мм, и а их ширина - около 12 мм. Длина центральной рейки 6 может составлять порядка 85 мм с передним концом на том же уровне или немного смещенным относительно передних концов внешних жестких планок до упора на переднюю стенку неподвижной части 7. Ширина средней части центральной рейки 6 может составлять порядка 39 мм, а ширина опорной пластины 8 одного или двух датчиков 3, 3′ на дальнем конце может достигать 65 мм; толщина центральной рейки по всей длине составляет порядка 6 мм. Высота (или толщина в вертикальном направлении) всех элементов Н-образной конструкции может быть порядка 25 мм. Гибкие планки 14, 24 расположены на расстоянии порядка 54 мм друг от друга; толщина каждой из них составляет около 4 мм, что сделано для обеспечения возможности их изгиба. Длина гибких планок может составлять около 120 мм; центральная рейка 6 закреплена посередине каждой из них.
Задняя стенка 15 включает в себя один или два резьбовых элемента 12, 22, ввинчиваемых в соответствующие сквозные отверстия с резьбой 18, 28, выполненные в задней стенке 15, чтобы указанные резьбовые элементы могли входить в контакт с задней частью одного или двух динамометрических датчиков 3, 3′. Диаметр каждого сквозного резьбового отверстия может составлять, например, около 10 мм, а длина - от 15 до 20 мм. Передняя часть каждого датчика 3, 3′ упирается в опорную поверхность или пластинку заднего конца 8 центральной рейки 6. Динамометрический датчик/датчики 3, 3′ могут прижиматься к данной опорной поверхности или пластинке 8 с помощью вышеупомянутых резьбовых элементов с целью создания предварительного напряжения Н-образной конструкции 4. Это облегчает получение линейной характеристики датчика/датчиков, подключенных к электронному устройству обработки данных.
Каждый резьбовой элемент 12, 22 имеет часть с выполненной на ней резьбой достаточной длины, чтобы она всегда перекрывала толщину задней стенки, обеспечивая свободное ввинчивание резьбового элемента в соответствующее резьбовое отверстие 18, 28 задней стенки 15. Хвостовая часть каждого резьбового элемента, являющаяся продолжением его резьбовой части, находится в контакте с датчиком/датчиками 3, 3′. Для обеспечения амортизации при создании предварительного напряжения Н-образной конструкции 4, вокруг хвостовой части каждого резьбового элемента может быть предусмотрено выполненное из медно-молибденового сплава кольцо 30, 30′, упирающееся в соответствующий динамометрический датчик. После создания предварительного напряжения с помощью резьбовых элементов 12, 22, на резьбовой части каждого из данных элементов затягивается одна гайка 13, 23, которая входит в контакт с внешней поверхностью задней стенки 15 и законтривает резьбовой элемент.
Различные варианты осуществления изобретения представлены на фиг.2а-2с, на которых показано заднее основание 2 стартовой колодки 1, где устанавливается Н-образная конструкция 4. Упомянутые различные варианты осуществления изобретения, в частности, касаются использования одного или двух датчиков 3, 3′ для определения времени реакции участника на старте соревнования, совместно с электронным устройством, которое здесь не показано. Использование двух датчиков может являться предпочтительным для измерения времени реакции участника на старте, поскольку это обеспечивает парирование отказа одного из датчиков. Поскольку все остальные элементы стартовой колодки уже были описаны со ссылкой на фиг.1, в целях упрощения их описание не будет повторяться. На фиг.2а-2с для обозначения рассматриваемых деталей, идентичных деталям, описанным при рассмотрении фиг.1, будут использоваться одинаковые ссылочные номера позиций.
На фиг.2а показан первый вариант выполнения заднего основания 2 стартовой колодки 1. В данном варианте, предпочтительно, используется один чувствительный элемент, например, динамометрический датчик 3. Как указывалось выше, данный динамометрический датчик 3 прижат к опорной поверхности 8 заднего конца центральной рейки 6 Н-образной конструкции 4 хвостовой частью 31 и кольцом 30 резьбового элемента 12. Это дает возможность регулирования предварительного напряжения Н-образной конструкции с целью обеспечения точного линейного измерения времени реакции участника в зависимости от усилия, прилагаемого участником соревнований к упорам на старте.
На фиг.2b показан второй вариант выполнения заднего основания 2 стартовой колодки 1. В данном варианте используются два параллельно установленных динамометрических датчика 3, 3′. Данные два динамометрических датчика прижаты к опорной поверхности 8 заднего конца центральной рейки 6 Н-образной конструкции 4. Два указанных датчика прижимаются к опорной поверхности 8 с помощью двух резьбовых элементов 12, их хвостовых частей 31, 32 и колец 30, 30′, что создает предварительное напряжение Н-образной конструкции с целью обеспечения аналогичной линеаризации измерения времени реакции участника. Несмотря на то, что данный вариант осуществления изобретения имеет преимущество по сравнению с первым вариантом, обеспечивая парирование отказа какого-либо из двух датчиков, сила, замеряемая каждым из датчиков, делится на два. Следовательно, это понижает точность измерений.
И, наконец, на фиг.2с показан третий вариант выполнения заднего основания 2 стартовой колодки 1. В третьем варианте осуществления изобретения используются два динамометрических датчика, установленные последовательно между опорной поверхностью 8 центральной рейки 6 и хвостовой частью 31 резьбового элемента 12. Указанный резьбовой элемент 12 может ввинчиваться в резьбу 18, прижимая при этом оба вышеупомянутых датчика к опорной поверхности с помощью хвостовой части 31 и кольца 30, создавая предварительное напряжение Н-образной конструкции с целью линеаризации измерения усилия для определения времени реакции участника на старте.
При проведении спортивных соревнований по легкой атлетике, как правило, используются несколько установленных на беговых дорожках стартовых колодок, с помощью кабеля или беспроводной связи соединенных с центральным блоком. Каждая стартовая колодка имеет, как минимум, один чувствительный элемент, представляющий собой динамометрический датчик, соединенный с электронным устройством обработки данных, для определения времени реакции участника на старте. Необходимо также определять любой фальстарт с точностью до 100 мс до поступления сигнала "Старт" от электронного стартового пистолета. Для выполнения приведенных выше требований, необходимо с помощью датчика измерять прикладываемое к упору стартовой колодки усилие в течение указанного периода времени до и после сигнала "Старт". Применение предлагаемой настоящим изобретением стартовой колодки дает возможность уменьшения минимального временного предела для определения фальстарта после поступления сигнала "Старт". Как правило, в известных технических решениях, данный минимальный временной предел составляет 100 мс после сигнала "Старт". Настоящее изобретение дает возможность уменьшить минимальный временной предел в соответствии с реальным физиологическим временем реакции участника соревнований, являющимся характеристикой его организма.
Время реакции участника на старте точно измеряется за счет незначительного смещения опорной поверхности на заднем конце центральной рейки Н-образной конструкции, что дает возможность определения фальстарта. Процессор электронного устройства может также определять зависимость измеренного усилия, прикладываемого к упору, от времени, и выводить кривую данной зависимости на экран монитора вне стартового устройства.
Для точного определения времени реакции участника соревнований с помощью данного стартового устройства посредством измерения усилия, прикладываемого к упору/упорам, измеряется изменение величины усилия с помощью динамометрического датчика, соединенного с электронным устройством, в частности, после поступления сигнала "Старт" от электронного стартового пистолета. В отличие от известных технических решений, когда определение фальстарта производилось за счет регистрации усилия более установленной величины порядка 28 кгс, в предлагаемой системе для определения времени реакции участника датчик определяет лишь изменение уровня прикладываемого к упору усилия. Это изменение усилия учитывается уже за 100 мс до поступления сигнала "Старт", что дает возможность уменьшения временного предела определения фальстарта по сравнению с минимальным временным пределом в известных технических решениях. Эта особенность обеспечивает несколько преимуществ, в том числе, независимость от абсолютной величины силы, прикладываемой к упорам, для определения времени реакции участника. В частности, больше нет разницы при определении времени реакции на старте для занимающихся спортом детей и взрослых спортсменов.
На основании приведенного выше описания, специалисты в данной области техники могут предложить несколько вариантов исполнения стартового устройства для участников спортивных соревнований, не выходя за границы объема изобретения, определяемые приведенной ниже формулой изобретения. Предлагаемое стартовое устройство может быть выполнено в форме стартовой тумбы для участников соревнований по плаванию, в которой один конец центральной рейки соединен непосредственно с опорной поверхностью для пловца, а другой конец находится в контакте с динамометрическим датчиком, установленным на неподвижной части основания. Центральная рейка Н-образной конструкции может непосредственно соединяться под опорной поверхностью упора с динамометрическим датчиком, установленным на неподвижной части, находящейся в контакте с задним концом центральной рейки. В качестве чувствительного элемента может использоваться акселерометр, фотоэлемент или датчик любого другого типа.