ДИНАМОМЕТРИЧЕСКИЙ ТРЕНАЖЕР ДЛЯ БОКСА И ДРУГИХ ВИДОВ ЕДИНОБОРСТВ

Полезная модель относится к спорту и касается конструкции учебно-тренировочных снарядов для контроля и отработки ударов в боксе и других видах силовых единоборств. Она может использоваться также при обследовании профессионалов силовых структур, отборе перспективных кандидатов для работы в указанных структурах, контроле за уровнем подготовки единоборцев, оборудовании спортивных аттракционов и т.п.
Известен динамометрический тренажер для силовых единоборств, содержащий способную деформироваться упругую подвеску, которая имеет сжимающуюся под действием удара область и растягивающиеся области, охватываемые пьезоэлектрической лентой, соединенной с блоком индикации. По периметру платы, реагирующей на прилагаемую к ней силу, проходит пьезоэлектрический датчик волн, возникающих при ударном воздействии на плату (РСТ 89/10166, А 63 В 69/20). Для измерения и записи общей силы нанесенных ударов тренажер содержит подвешиваемую боксерскую грушу, к которой прикреплен датчик давления, два видеоканала и контрольно-измерительную систему на базе компьютера, связанную с датчиком через функциональные преобразователи (US 4941660, А 63 В 69/00, 1990).
Известен также динамометрический тренажер, содержащий программно управляемую модель боксерского мешка с ударными подвижными конечностями, снабженного средствами координатного подведения его к спортсмену по сигналам о координатах местоположения последнего на ринге, и систему непрерывного контроля функционального состояния спортсмена по датчикам, расположенным в модели боксерского мешка, а также и психофизического состояния спортсмена по датчикам, расположенным на его теле и экипировке в виде параметров
частоты сердечных сокращений, кровяного давления, кожного сопротивления и температуры (RU 2201784, А 63 В 69/00, 69/32, 2003).
Наиболее близким к заявляемому в отношении конструкции измерительной системы является динамометрический тренажер для бокса и других видов единоборств, включающий набивной снаряд, представляющий собой ударную подушку с основанием и расположенной на нем эластичной квазизакрытой пневмокамерой, снабженной отводом, в котором установлен микроэлектронный полупроводниковый тензодатчик (МПТД). При этом ударная подушка жестко закреплена в вертикальной плоскости, а микроэлектронный полупроводниковый тензодатчик связан с блоком индикации с помощью пороговых функциональных преобразователей силовых и/или психофизических характеристик единоборца: силы, резкости (производной силы удара по времени), количества и темпа эффективных ударов, а также быстроты реакции спортсмена на сигнал атаки или защиты от внезапного нападения (RU 2118194, А 63 В 69/00, 69/20, 69/34, 24/00, 1998).
Недостатками данного тренажера являются непривычная для спортсмена форма исполнения набивного снаряда, а также значительная погрешность измерения серий ударов большой силы и частоты из-за демпфирующих свойств квазизакрытого объема пневмокамеры, сказывающихся в данных условиях.
Наиболее близким к заявляемому в отношении конструкции снаряда является динамометрический тренажер, содержащий смонтированный на упругой подвеске ударный набивной снаряд, внутри которого установлена заполненная жидкостью эластичная капсула (в дальнейшем - эластичная гидрокапсула), внутри которой расположен пьезоэлектрический датчик давления сферической формы, связанный с блоком индикации через один или два функциональных преобразователя для измерения силы и/или силы и числа ударов (SU 1718994, А 63 В 69/20, 1992).
Однако в данном тренажере угол поворота ударного набивного снаряда вокруг вертикальной оси ограничен из-за нелинейности и связанной с ней низкой точности используемого пьезоэлектрического датчика в зависимости от отклонения снаряда от его начального положения. Кроме того, выполнение ударного снаряда на упругой подвеске не позволяет в принципе определять энергетические характеристики ударов.
Технической задачей заявляемого тренажера является повышение точности и информативности обследования единоборцев, обладающих высокой силой и частотой ударов.
Решение указанной технической задачи заключается в том, что в конструкцию динамометрического тренажера для бокса и других видов единоборств, содержащего подвешиваемый ударный набивной снаряд, внутри которого установлена эластичная гидрокапсула, связанная с блоком индикации с помощью датчика давления, расположенного внутри гидрокапсулы, и одного или нескольких функциональных преобразователей сигнала датчика давления, вносятся следующие изменения:
1) в качестве датчика давления в гидрокапсуле установлен МПТД, что обеспечивает высокое быстродействие измерений, а также независимость выходного сигнала датчика от направления ударов в условиях высокой силы и интенсивности их нанесения, в том числе при выполнении ударного снаряда в виде боксерского мешка;
2) функциональные преобразователи выполнены пороговыми для учета только эффективных ударов, т.е., ударов, характеристики которых превышают заданные пороговые значения.
Для расширения диапазона измеряемых силовых характеристик тренажер с МПТД может быть оснащен пороговыми функциональными преобразователями из ряда преобразователей силы, резкости, количества и темпа эффективных ударов. Для определения психофизической характеристики единоборца возможен также вариант исполнения тренажера
с дополнительным функциональным преобразователем быстроты реакции спортсмена на сигнал атаки или защиты от внезапного нападения.
Вышеуказанные варианты характеризуют пп.1 и 2 формулы заявляемого технического решения как комбинации основных признаков изобретений, касающихся снаряда, выполненного согласно патенту SU 1718994, и электронной схемы, выполненной согласно патенту RU 2118194. Такая комбинация является новой. Неочевидным техническим результатом ее использования является повышение точности и информативности обследования единоборцев, обладающих высокой силой и частотой ударов, при общеупотребительном выполнении ударного снаряда, что поясняется приводимыми далее примерами.
Основные элементы вариантов конструкций по пп.1 или 2 могут быть выполнены как в известных технических решениях.
Варианты тренажера согласно пп.3 и 4 формулы направлены на решение дополнительной технической задачи повышения надежности общего технического решения. Эти варианты обладают частичной новизной и предусматривают две группы мер повышения надежности. Во-первых, изготовление оболочки гидрокапсулы из полиамида, который, в отличие от других возможных материалов выполнения оболочки (полиэфира, фторированного полимера, полиэтилена, полипропилена, армированной резины), обеспечивает более высокую надежность работы пневмокапсулы (см. примеры). Во-вторых, для предотвращения разрыва гидрокапсулы при нанесении ударов повышенной мощности внутри нее может быть дополнительно установлен пневмокомпенсатор давления. Наиболее простым пневмокомпенсатором является теннисный мяч, который, в отличие от несжимаемой жидкости гидрокапсулы, будет сжиматься под действием мощных ударов (степень сжатия регулируется давлением внутри пневмокомпенсатора). Другая функция пневмокомпенсатора заключается в предотвращении разрыва гидрокапсулы
в результате расширения объема находящейся в ней жидкости при повышении температуры.
Для исключения кабельного соединения электрических элементов, расположенных в снаряде, с элементами, находящимися во внешней электрической цепи, целесообразно использовать радиоканал связи.
На фиг.1 приведена функциональная схема тренажера.
В табл. 1 приведены сравнительные значения точности измерительных систем заявляемых и известных тренажеров; в табл. 2 приведены сведения о надежности вариантов тренажера.
Предлагаемый динамометрический тренажер для бокса и других видов единоборств (фиг.1) содержит подвешиваемый к потолочной опоре 1 ударный набивной снаряд, включающий паралоновую набивку 2, помещенную в кожаный кожух 3. В набивку 2 снаряда помещена эластичная гидрокапсула 4, заполненная водой. Внутри гидрокапсулы 4 расположен датчик давления, в качестве которого использован МПТД 5 типа Honney Well 4040 PC 250 G5D, электрически связанный с блоком индикации б через пороговые функциональные преобразователи 7-10, выполненные с возможностью преобразования сигнала МПТД в значения силы, резкости, количества и темпа эффективных ударов, а также быстроты реакции спортсмена на сигнал атаки или защиты от внезапного нападения соответственно. При этом МПТД 5 связан с пороговыми функциональными преобразователями 7-10 с помощью канала радиосвязи на базе системы Telecontrolly с радиопередатчиком 11 типа RTQ 1-XXX и радиоприемником 12 типа RRQ1-XXX.
В данном варианте конструкции внутри гидрокапсулы 4 расположен пневмокомпенсатор 13, представляющий собой свободно опущенный в ее жидкий наполнитель резиновый баллон, заполненный сжатым воздухом из расчета давления в баллоне не ниже давления в гидрокапсуле 4.
При нанесении удара по снаряду в гидрокапсуле 4 возникает импульс давления, характеристики которого считываются с МПТД 5 пороговыми функциональными преобразователями 7-10, сравниваются ими с заданными значениями и преобразуются в соответствующие силовые, скоростные и психофизические характеристики эффективных ударов, которые регистрируются блоком индикации 6. Удары большой силы амортизируются пневмокомпенсатором 13.
При выборе варианта конструкции следует учитывать, что наличие пневмокомпенсатора, уменьшая вероятность разрыва гидрокапсулы от ударов большой силы, вместе с тем снижает крутизну характеристики измерительной цепи, образованной элементами 4 и 13. Поэтому данный вариант тренажера предпочтителен только для тренированных спортсменов.
1
Сравнительные стендовые испытания известных (RU 2118194 и SU 1718994) и предлагаемого динамометрических тренажеров (в вариантах с оболочкой гидрокапсулы из полиамида, фторопласта и армированной резины толщиной 2 мм с пневмокомпенсатором давления и без него) проводились при ударах высокой силы (450±50 кГ) и частоты (7±1 с-) в трех диапазонах длительностей импульсов ударов: 0,5-1; 1-5 и 5-10 мс при следующих значениях геометрических размеров основных элементов конструкции:
- снаряд в форме цилиндрического боксерского мешка диаметром 30 см и высотой 100 см;
- гидрокапсула в форме трехосного эллипсоида объемом 0,75 л, заполненная водой из расчета давления 110 кПа;
- пневмокомпенсатор в форме шарообразного резинового баллона объемом 0,125 л, накачанный воздухом до давления 140 кПа.
Учитывали относительные приведенные погрешности (%) определения силы и резкости эффективных ударов, а также быстроты реакции на предъявление светового сигнала угрозы нападения. Кроме того,
определяли надежность работы испытанных вариантов тренажера по среднему числу ударов по снаряду, приходящихся на один необратимый отказ (разрыв гидрокапсулы).
Результаты сравнительных испытаний точности измерительных систем тренажеров приведены в табл. 1. Как видно из таблицы, наибольшей точностью обладают варианты измерительных систем предлагаемых тренажеров с оболочкой гидрокапсулы, выполненной из полиамида, в отсутствии пневмокомпенсатора давления в гидрокапсуле. В этих вариантах относительная приведенная погрешность измерения указанных параметров составляет от 4,2 до 12,8% в зависимости от измеряемого показателя и длительности импульса удара, тогда как погрешность измерительной системы тренажера по патенту RU 2118194 в тех же условиях находится в пределах от 14, 7 до 26,8%, а патент SU 1718994 из рассматриваемых технических характеристик позволяет определять лишь силу удара, причем с еще более низкой точностью (от 20,3 до 45,0%). Погрешность измерительных систем с оболочками гидрокапсулы, выполненными из фторопласта и армированной резины, лежит в пределах от 6,0 до 18,3%.
Значения среднего числа ударов до разрыва гидрокапсулы, характеризующие надежность измерительной системы тренажера, приведены в табл. 2. Как видно из таблицы, наибольшей надежностью обладают тренажеры, оснащенные гидрокапсулой с оболочкой из полиамида и пневмокомпенсатором давления. Данный вариант допускает 50-60 тысяч ударов указанной силы по снаряду, тогда как в отсутствии пневмокомпенсатора в аналогичных условиях наработка на разрыв составляет 15-20 тыс. ударов.
Резюмируя представленные материалы, можно констатировать, что в заявляемом техническом решении по сравнению с известными аналогами достигнуто повышение точности обследования единоборцев, обладающих высокой силой и частотой ударов. По сравнению с прототипом
достигнуто также повышение информативности обследования указанной категории единоборцев за счет возможности расширения номенклатуры используемых функциональных преобразователей. Техническим результатом, производным от достигнутого, является отсутствие ограничения на выполнение подвески снаряда, вплоть до возможности изготовления его в виде общеупотребительного боксерского мешка.
Таблица 1Сравнительные значения относительной приведенной погрешности определения характеристик удара, определенных различными динамометрическими тренажерами
УСТРОЙСТВО
МАТЕРИАЛ ОБОЛОЧКИ ГИДРОКАПСУЛЫ
ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ИМПУЛЬСА УДАРА, МС
ПОГРЕШНОСТЬ, %
силы
резкости
времени реакции
Предлагаемое
от 0,5 до 1
10,8±0,5
12,8±2,4
11,5±2,8
без пневмо
Полиамид
св. 1 до 5
7,5±0,7
8,3±1,1
8,1±2,0
компенсатора
св. 5 до 10
4,2±0,5
5,5±0,7
6,8±1,2
давления
от 0,5 до 1
15,6±1,2
16,8±3,6
14,5±2,4
Фторопласт
св. 1 до 5
11,4±1,1
10,3±2,3
11,2±2,2
св. 5 до 10
6,0±0,8
7,2±0,8
7,8±1,5
Предлагаемое
от 0,5 до 1
12,8±2,0
14,5±2,6
]4,8±2,7
с невмоком
Полиамид
св. 1 до 5
10,2±1,4
11,4±1,6
8,1±2,0
пенсатором
св. 5 до 10
7,6±0,9
6,8±0,9
5,8±1,2
давления
Армиро
от 0,5 до 1
18,3±2,5
17,8±4,4
16,5±3,3
ванная
св. 1 до 5
14,8±1,6
13,2±2,1
13,7±2,4
резина
св. 5 до 10
9,5±1,2
8,3±1,0
9,5±1,8
от 0,5 до 1
26,8±3,8
23,5±2,7
19,6±2,5
RU 2118194
-
св. 1 до 5
21,5±2,2
23,3±2,3
17,4±2,3
св. 5 до 10
14,7±1,6
16,5±1,6
14,8±2,6
от 0,5 до 1
45,0±9,8
SU 1718994
-
св. 1 до 5
32,5±7,8
Не определяются
св. 5 до 10
20,3±3,4
Таблица 2Надежность вариантов динамометрических тренажеров
ВАРИАНТ ВЫПОЛНЕНИЯ ГИДРОКАПСУЛЫ
МАТЕРИАЛ ОБОЛОЧКИ ГИДРОКАПСУЛЫ
НАДЕЖНОСТЬ, ТЫСЯЧ УДАРОВ НА ОДИН ОТКАЗ
Без пневмокомпенсатора
Полиамид
15-20
давления
Фторопласт
10-15
С пневмокомпенсатором
Полиамид
50-60
давления
Армированная резина
30-40