ТРЕНИРОВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к спорту и касается конструкции учебно-тренировочных снарядов для контроля и отработки ударов в боксе и других видах силовых единоборств. Оно может использоваться также для оценки реакции человека и выработки навыков нанесения целевого удара. Кроме того, настоящая полезная модель может использоваться и в бытовых домашних условиях в качестве устройства для тренировки или проведения состязательных игр развивающего характера.
Известен динамометрический тренажер для бокса и других видов единоборств, включающий ударную подушку с основанием и расположенной на нем эластичной пневмокамерой, снабженной отводным каналом, и измерительную систему, содержащую пневмодатчик, присоединенный к свободному концу отводного канала, и функциональный преобразователь сигнала пневмодатчика с индикатором и узлом сброса показаний, отличающийся тем, что в ударную подушку введены ударная и демпфирующая пластины, эластичное кольцо и кожух, выполненный из мягкого материала, причем эластичное кольцо расположено между основанием и жесткой ударной пластиной с образованием квазизакрытого объема в камере, а в качестве пневмодатчика измерительной системы в отводном канале установлен микроэлектронный полупроводниковый тензодатчик (RU 2118194, А 63 В 69/00, А 63 В 69/20, А 63 В 69/00, А 63 В 24/00, опубл. 1998.08.27).
Недостатком данного известного решения является то, что он рассчитан исключительно на отработку навыков нанесения удара и то только в части скорости нанесения и силы удара. При этом данное решение не позволяет выработать навыки целевого удара по изменяющей свое место мишени в пределах ударной подушки. Кроме того, известное решение не имеет интерактивного диалога с тренирующимся, так как сам тренирующийся выбирает время и место на несения удара.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи по выполнению тренировочного устройства, обеспечивающего возможность выработки навыков нанесения целевого удара, за счет выдачи контрольного светового сигнала непосредственно на объекте поражения, что позволяет адаптировать спортсмена к поражаемому объекту.
Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении эффективности тренировки за счет обеспечения динамического характера процесса обучения, специализирующегося на выработке мгновенной реакции спортсмена на внешний возбудитель со стороны поражаемого объекта.
Указанный технический результат достигается тем, что в тренировочном устройстве, преимущественно для контроля координации движений и реакции, содержащем монтируемую на вертикальной опорной поверхности ударную подушку, имеющую основание, и кожух из мягкого материала, закрывающий основание и внутри которого на основании расположен материал, поглощающий энергию удара, и датчики для регистрации удара, связанные с процессорным блоком обработки полученных сигналов, оснащенным соответствующим программным обеспечением для контроля параметров удара и их визуального отображения, на внешней поверхности кожуха изображен контур противника с выделением внутри этого контура зон поражений, при этом устройство снабжено источниками света в виде светодиодов, расположенных внутри кожуха напротив указанных зон поражений или вокруг них для подсветки этих зон и связанных с источником питания через управляющий блок, связанным с процессорным блоком обработки полученных сигналов и реализующим функцию выборочного включения источников света в последовательно выбираемых случайным образом зонах поражений или в соответствие с заданной программой проведения тестирования в выделенных зонах на поверхности кожуха.
Датчики для регистрации удара могут быть выполнены контактными в виде микровыключателей или микроэлектронными в виде полупроводниковых тензодатчиков. Кожух может быть выполнен из транспарантного материала
или из полупрозрачного материала или из непрозрачного материала с прозрачными вставками в зонах поражений.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг.1 - представлена конструкция ударной подушки;
фиг.2 - блок схема процессорного блока.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается тренировочное устройств для контроля координации движений и реакции и выработки навыков нанесения целевого удара, которое содержит монтируемую на вертикальной опорной поверхности ударную подушку, имеющую основание, и кожух из мягкого материала, закрывающий основание и внутри которого на основании расположен материал, поглощающий энергию удара, и датчики для регистрации удара, связанные с процессорным блоком обработки полученных сигналов, оснащенным соответствующим программным обеспечением для контроля параметров удара и их визуального отображения.
На внешней поверхности кожуха изображен контур противника с выделением внутри этого контура зон поражений, при этом устройство снабжено источниками света в виде светодиодов, расположенных внутри кожуха напротив указанных зон поражений или вокруг них для подсветки этих зон и связанных с источником питания через управляющий блок, связанным с процессорным блоком обработки полученных сигналов и реализующим функцию выборочного включения источников света в последовательно выбираемых случайным образом зонах поражений или в соответствие с заданной программой проведения тестирования в выделенных зонах на поверхности кожуха.
Кожух может быть выполнен из транспарантного материала или из полупрозрачного материала или из непрозрачного материала с прозрачными вставками в зонах поражений.
Ниже рассматривается пример конкретного исполнения данного тренировочного устройства.
Ударная подушка (фиг.1) содержит монтируемое на стене основание 1 (выполненное из жесткого носителя, например: металлический лист, полимерная пластина, деревянная доска, фанера), на котором расположен материал 2, поглощающий энергию удара (например, резиновый блок или иной упругодеформируемый материал, толщина которого подбирается из условия упругого сжатия по толщине, обеспечивающем безопасность и неповреждаемость кисти спортсмена). Сверху резиновый блок на основании закрыт кожухом 3 из мягкого материала, например, кожи или толстой полимерной пленки, брезента, ткани типа "болонья" и т.п.. Кожух затянут с помощью шнура (на схеме не показан) вокруг основания или прикреплен к нему таким любым другим образом, который не позволяет этому кожуху сползать с резинового блока. При этом должно обеспечиваться натягивание кожуха на блоке для исключения складок.
На основании размещены датчики 4 для регистрации удара, срабатывающие от давления на них, которое формируется в момент удара по блоку и его сжатии. Реактивное давление от блока на основание воспринимается этими датчиками и передается в виде аналоговых сигналов в процессорный блок 5 обработки полученных сигналов, оснащенным соответствующим программным обеспечением для контроля параметров удара и их визуального отображения, например, на мониторе 6. Возможен пример исполнения, когда табло отображения информации представляет собой несколько жидкокристаллических отдельных индикаторов, на поле каждого из которых отображается конкретная цифровая или графическая информация.
В качестве датчиков для регистрации удара можно использовать контактные датчики в виде микровыключателей. Однако, использование в
качестве датчика для регистрации удара преобразователя в виде микроэлектронного полупроводникового тензодатчика обеспечивает высокую точность определения дифференциальных характеристик принимаемого импульсного воздействия. Наиболее целесообразно использовать микроэлектронный тензодатчик типа УСП-Д32 ТУ25-7262.0011-89, представляющий собой монокристалл кремния со сформированной на нем мембраной путем анизотропного травления и микротензоструктурой, выполненной по планарной интегральной технологии. В отличие от микровыключателей, пьезодатчиков, а также от тензодатчиков других типов, микроэлектронный полупроводниковый тензодатчик обладает безинерционностью в диапазоне действующего частотного спектра импульса удара. Это и позволяет ввести в каналы измерительной системы процессорного блока 5 пропорциональный и даже дифференцирующий преобразователи, формируя, таким образом, информацию о силе и резкости отдельных ударов, тогда как в известном устройстве принципиальным было использование интегратора, что не позволяло определять данные характеристики.
На внешней поверхности кожуха 3 изображен контур 7 противника с выделением внутри этого контура зон 8 поражений, которые в заданном алгоритмическом порядке, определенном программой тестирования или тренировки спортсмена, подсвечиваются, показывая зону, по которой должен быть нанесен удар.
Для этого тренировочное устройство снабжено источниками света в виде светодиодов 9, расположенных, например, внутри кожуха напротив указанных зон поражений или вокруг них для подсветки этих зон.
Эти светодиоды, объединенные в каждой зоне в источник освещения, связаны с источником питания через управляющий блок 10, который в свою очередь связан с процессорным блоком 5 обработки полученных сигналов. Этот управляющий блок 10 реализует функцию выборочного включения источников света в последовательно выбираемых случайным образом зонах поражений или в соответствие с заданной программой проведения
тестирования в выделенных зонах на поверхности кожуха. При этом включение и выключение источников света осуществляется по управляющим командам, исходящим из процессорного блока 5.
Кожух может быть выполнен из транспарантного материала или из полупрозрачного материала или из непрозрачного материала с прозрачными вставками в зонах поражений. При выполнении кожуха непрозрачным, например, из кожи, зоны поражений представляют собой круглые или иной формы вставки 11 из кожи, к которой по ее периметру прикреплено прозрачное кольцо 12, в котором смонтированы светодиоды 9, в свою очередь прозрачное кольцо закреплено в кожухе 3. Это можно выполнить, например, вшиванием кольца 12 и вставки в кожух.
Если кожух выполнен полностью или, по крайней мере его часть, относящаяся к контуру противника, прозрачной или полупрозрачной, то светодиоды могут быть сгруппированы внутри выемок в материале 2 напротив зон поражений так, что площадь покрытия от удара всегда будет больше размера выемки.
Управляющий блок 10 представляет собой адресный коммутатор, соединительные позиции которого срабатывают от адреса полученного командного сигнала из процессорного блока 5.
Процессорный блок (фиг.2) выполнен многоканальной и включает каналы определения силы удара, резкости удара (максимального значения производной силы удара по времени dU/dt), количества эффективных ударов (превышающих заданное пороговое значение по выбранному параметру, например, по силе удара), быстроты реакции (интервала времени от старта до момента фиксации эффективного удара), начального темпа ударов (количества эффективных ударов, нанесенных в течение первой секунды цикла). Количество измерительных каналов при необходимости может быть дополнено параллельным включением соответствующих преобразователей, например интегратора для измерения мощности и энергии ударов, с блоками запоминания и индикации.
Канал определения силы удара образован на базе нормирующего преобразователя 13, представляющего собой инструментальный операционный усилитель. В этот канал входят также пиковый детектор 14 для запоминания максимального значения измеряемого параметра, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 15 и жидкий кристаллический индикатор 16 силы удара. Для обнуления показаний данного и других измерительных каналов в системе установлен узел сброса, включающий задатчик 17, первый компаратор 18 и одновибратор 19. Задатчик 17 представляет собой источник опорных напряжений. Информационный вход пикового детектора 14 связан с тензодатчиком 4 через нормирующий преобразователь 13. Выход пикового детектора 14 через АЦП 15 связан с входом индикатора 16 силы удара. Вход обнуления пикового детектора 14 подключен к выходу одновибратора 19. При этом выход нормирующего преобразователя 13, а также выходы других функциональных преобразователей включены с возможностью соединения любого из них с первым входом первого компаратора 18 с помощью переключателя 20. Ко второму входу первого компаратора 18 подключен первый выход задатчика 17.
Канал определения резкости удара выполнен аналогично и содержит дифференцирующий преобразователь 21 (микросхема К1401УД2 с емкостным входом), пиковый детектор 22, АЦП 23 и жидкий кристаллический индикатор резкости 24.
Для управления каналами определения быстроты реакции, количества и начального темпа эффективных ударов в системе установлен второй компаратор 25, первый вход которого выполнен с возможностью соединения его с выходом одного из функциональных преобразователей 13 или 21 с помощью переключателя 20. Второй вход второго компаратора 25 подключен ко второму выходу задатчика 17.
Канал регистрации засчитанных ударов содержит первый декадный счетчик 26 и жидкий кристаллический индикатор 27 засчитанных ударов. При этом информационный вход первого счетчика 26 подключен к выходу второго
компаратора 25, а выход первого счетчика 26 подключен к индикатору 27 засчитанных ударов.
Каналы определения быстроты реакции единоборца и начального темпа наносимых ударов выполнены соответственно на базе RS-триггера 28 и ступенчатого импульсного прерывателя (СИП) 29, задающего циклограмму работы тренажера. Они содержат также стартовый сигнализатор 30, электронный ключ 31, таймер 32, второй декадный счетчик 33 и жидкостные кристаллические индикаторы 34 и 35 для вывода информации о быстроте реакции и начальном темпе ударов соответственно. В качестве стартового сигнализатора 30 установлены светодиоды 9. В качестве СИП может использоваться общеупотребительный командный прибор, задающий циклограмму работы управляемого объекта, например таймер, снабженный формирователями длительности выходных импульсов.
Тренировочное устройство работает следующим образом.
Процесс тренировки начинается с того, что в соответствие с алгоритмом тренировки или тестирования спортсмена из процессорного блока 5 поступают в заданном временном темпе в управляющий блок 10 адресные управляющие сигналы, по которым электропитание поступает к светодиодам в зоны поражения. Зоны поражений последовательно в неизвестном для спортсмена порядке освещаются, указывая место, по которому должен быть нанесен удар.
При нанесении удара в подушку его импульс через упругодеформируемый материал 2 пропорционально силе удара отслеживается тензодатчиком 4. Далее спортсмен отводит руку от ударной подушки. Импульс давления, преобразованный в электрический сигнал, поступает с выхода тензодатчика 4 через нормирующий преобразователь 13 на пиковый детектор 14, который выполняет функцию регистра памяти - запоминает максимальное значение напряжения импульса и выводит его через АЦП 15 на индикатор 16. Таким образом, индикатор 16 показывает максимальное значение силы нанесенного удара, сохраняя показание до поступления следующего удара.
При нанесении очередного удара его передний фронт, поступив на первый вход первого компаратора 18, сравнивается с пороговым значением, выставленным на первом выходе задатчика 17 из расчета 2-3% от номинальной силы удара, и при превышении порогового значения запускает одновибратор 19, который подает импульс длительностью 10 мкс к контактам сброса пиковых детекторов 14 и 22.
Канал определения резкости удара работает аналогично. При этом на выходе дифференциатора 21 сигнал пропорционален скорости изменения переднего фронта удара.
На входе канала учета общего числа эффективных ударов происходит сравнение действующего значения подключенного к первому входу второго компаратора 25 с помощью переключателя 20 сигнала выбранной характеристики удара с поступающим к второму входу этого компаратора заданным от второго выхода задатчика 17 его порогового значения, при превышении которого удар засчитывается как эффективный. В указанном на фиг.2 положении переключателя 20 эффективность удара задают по его силе. Импульс засчитанного удара с выхода второго компаратора 25 поступает на первый счетчик 26, показания которого выводятся на индикатор 27.
Циклограмма работы СИП 29 предусматривает выдачу по выходу 1 прямоугольных импульсов длительностью 0,1 с через каждые 5-10 с, чем определяется период между сериями ударов. По выходу 2 задается длительность начального периода (1 с) внутри каждого цикла, установленного на выходе 1, для учета начального темпа ударов в цикле. Поэтому СИП 29 настроен таким образом, чтобы передние фронты импульсов по обоим выходам совпадали.
Как видно из схемы, канал определения начального темпа ударов отличается от канала общего числа засчитанных ударов введением управляемого электронного ключа 31 между выходом второго компаратора 25 и входом второго счетчика 33. По управляющему входу электронного ключа 31 через каждые 5-10 с поступает со 2-го выхода СИП 29 импульс
длительностью 1 с, в течение которого второй счетчик 33 суммирует поступившие от компаратора 25 засчитанные удары.
Светодиод 30 через каждые 5-10 с дает стартовую вспышку длительностью 0,1 с, выраженную как освещение зоны поражения, по команде от импульса с первого выхода СИП 29. Одновременно с включением вспышки передний фронт этого импульса обнуляет таймер 32 и счетчик 33.
Стартовый импульс 1-го выхода СИП 29, поступив на R-вход триггера 28, запускает таймер 32, который начинает отсчет времени реакции единоборца на сигнал старта, выданный светодиодом 30. Отсчет времени реакции прекращается по поступлении на 8-вход триггера 28 сигнала с выхода компаратора 25 о нарастании выбранной характеристики удара до заданного порогового значения, которое устанавливают на втором выходе задатчика 17 в зависимости от возрастной группы и степени тренированности единоборца.
В связи с тем, что индикаторы 34 и 35 в данном варианте устройства через каждые 5-10 с автоматически обнуляются по команде от СИП 29, в случае необходимости длительного сохранения результатов по данным каналам выходы этих блоков могут быть дополнительно связаны с регистрами памяти (на схеме не показаны).
Электронная часть измерительной системы может быть реализована программным способом с использованием универсального или специализированного вычислительного устройства.
Использование предлагаемого тренировочного устройства повышает информативность динамометрического обследования единоборца, поскольку позволяет определять не только интегральные, но и другие не менее важные характеристики ударов: их силу, резкость, эффективность (превышение порогового значения), интенсивность (общее число эффективных ударов), темп, быстроту реакции на стартовый сигнал и т.п.
Настоящая полезная модель промышленно применима, так как может быть изготовлена с применением электронных устройств, создание которых не представляет сложности для специалистов в этой области.