RU200020U1 - Тренажер для тренировки равновесия и координации движений - Google Patents

Abstract

Предлагается тренажер для тренировки равновесия и координации движений, включающий: силовую платформу, закрепляемую на плоской поверхности, опорную поверхность, закрепленную на силовой платформе, датчики для определения координат общего центра давления, систему управления опорной поверхностью, блок управления, блок 3D визуализации тренировки. При этом опорная поверхность представляет собой доску, имитирующую спортивный инвентарь, соединенную в своей передней части с силовой платформой шарнирно, а система управления опорной поверхностью выполнена посредством механизма, способного поднимать или опускать заднюю часть доски. Технический результат - повышение эффективности и безопасности тренировок. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к тренажерам, улучшающим баланс тела, чувствительность стоп, проприоцептивную чувствительность, вестибулярный контроль, способность человека к сенсорной интеграции. Предназначено в качестве тренажера для подводящих, последующих или параллельных занятий на спортивных досках (сноуборд, вейкборд, серф и подобные), а также в качестве реабилитационного устройства для улучшения контроля баланса тела, равновесия.

Известны многочисленные тренажеры, имитирующие горнолыжные лыжи или сноуборд, например: RU 2276615, RU 2262371, US 5152691 А, RU 2302275. Или серфинг, например, US 5062629 А. Предназначенные для подобных целей и подобные устройства, можно обобщенно условно описать как подвижные тренажеры, предназначенные для повышения устойчивости и управляемости позой тела при размещении человека в позициях, имитирующих езду либо отдельные элементы управления для горных лыж, сноуборда, серфа и других спортивных снарядов.

Среди устройств для реализации указанных целей существуют тренажеры с визуальной обратной связью, включая трехмерные изображения виртуальной реальности, например, KR 101941465 В1, US 5813864 А, RU 2233684. К их особенности можно отнести нацеленное включение зрения в процесс тренировки, где за счет соотнесения своего тела с искусственной, предъявляемой через зрительный канал (на экране дисплея или стереоскопических очков) средой, обеспечивается имитация специфических сенсорных условий, соответствующих условиям имитируемой проприоцептивной сигнализации (положения тела, нагрузки на стопы и так далее) вследствие изменения позы тела. Согласно проведенному обзору патентов и других доступных источников (например, URL: https://www.skytechsport.com) - дата проверки 22.12.2019, чаще всего имитаторы горнолыжного спорта или сноубординга основаны на идее максимального приближения к реальному процессу за счет имитации скольжения человека по склону с помощью перемещения элементов, к которым прикреплены ноги тренирующегося, или качания (раскачивания) основания. Включение в тренажерный комплекс большего числа сенсорных каналов (вестибулярный анализатор, проприоцепция, зрение) должно способствовать повышению эффективности тренировки. С точки зрения возможного реабилитационного применения, основанием для использования тренажеров подобной направленности - с задействованием различных сенсорных каналов для имитации процесса катания - может быть, например, теория сенсорной интеграции (например: Lane SJ, Mailloux Z, Schoen S, Bundy A, May-Benson ТА, Parham LD, Smith Roley S, Schaaf RC. Neural Foundations of Ayres Sensory Integration®. Brain Sci. 2019 Jun 28;9(7). pii: E153. doi: 10.3390/brainsci9070153).

Известны обоснования реабилитационного применения для устройств, оказывающих «биомеханическое воздействие», например, по типу RU 2501589. Также для «формирования устойчивости вертикальной позы у пациентов со статодинамическими нарушениями» предлагался способ, включавший, согласно RU 2448645, упражнения для пациента, типа «… встает на платформу стабилографа, поставив пятки у ограничительной черты, расположив стопы вдоль лучей платформы. Пациент удерживает вертикальную позу, выполняя двигательные упражнения. Пациент выполняет перенос веса тела с пяток на носки и обратно, при этом контролирует правильность выполнения упражнения по кривой, представленной на мониторе компьютера, отражающей перемещение центра давления по платформе стабилографа». Ранее предлагались различные варианты тренировки баланса тела человека на силовой платформе (стабилографе, стабилоплатформе), принципиально похожие по способу осуществления - за счет измерения положения центра давления человека на опору и использования соответствующего сигнала для организации своеобразной биологической обратной связи (по опорной реакции), например, RU 37615. Тренинги с биологической обратной связью по опорной реакции широко применяются сегодня в медицинской реабилитации (Биологическая обратная связь по опорной реакции: методология и терапевтические аспекты / О.В. Кубряк, С.С. Гроховский, Е.В. Исакова, С.В. Котов. - Москва: Маска, 2015. - 128 с.ISBN: 978-5-9906966-9-3).

Наиболее близким техническим решением является система моделирования виртуальной реальности, см. патентный документ KR 101941465 В1 от 12.04.2019. Данная система относится к высокочувствительной, имитирующую виртуальную реальность, системе катания на лыжах и серфинге. В системе используется имитирующая платформа с осязаемым типом вертикального изменения силы тяжести, чувствительная доска смещения центра тяжести и качания, а также система распознавания движения верхней части тела. Система моделирования содержит: блок платы моделирования (10); блок (30) датчика движения нижней части тела; блок восприятия движения тела (40); очки виртуальной реальности (50); и блок управления (60). Недостатком данной системы является недостаточная безопасность и малая эффективность тренировок.

Предлагаемый тренажер позволяет снизить вероятность падений, более вероятных при быстрых перемещениях тела, тем самым повысить безопасность тренинга и возможность применения в восстановительных, реабилитационных упражнениях.

Технический результат - повышение эффективности и безопасности тренировок.

Технический результат достигается тем, что тренажер для тренировки равновесия и координации движений, включает:

силовую платформу, закрепляемую на плоской поверхности,

опорную поверхность, закрепленную на силовой платформе,

датчики для определения координат общего центра давления,

систему управления опорной поверхностью,

блок управления,

блок 3D визуализации тренировки.

При этом опорная поверхность представляет собой доску, имитирующую спортивный инвентарь, соединенную в своей передней части с силовой платформой шарнирно, а система управления опорной поверхностью выполнена посредством механизма, способного поднимать или опускать заднюю часть доски.

Кроме того, доска, имитирующая спортивный инвентарь, предпочтительно должна включать средства для закрепления стандартных креплений спортивной обуви.

Предлагаемое решение проиллюстрировано следующими фигурами:

Фиг. 1 - общая схема устройства.

Фиг. 2 - вариант исполнения.

Фиг. 3 - пример применения тренажера.

Фиг. 4 - пример выполнения подъемного механизма.

На фигурах позициями обозначены следующие позиции.

1 - доска, имитирующая спортивный инвентарь;

2 - шарнирный механизм,

3 - подъемный механизм;

4 - силовая платформа.

Сущность предлагаемого решения, оригинальный тренажер для тренировки равновесия и координации движений, осуществляющий проведение подводящих упражнений для видов спорта с использованием досок (сноуборд, серфинг и так далее), отработки технических элементов контроля позы, а также улучшения равновесия, за счет организации биологической обратной связи по опорной реакции с применением визуального канала (плоское или объемное изображение), организуемого с помощью большого экрана, располагающегося напротив тренирующегося, или с помощью стереоскопических приспособлений перед глазами на лице, при этом человек находится в заданной позиции стопами на доске, которая, в свою очередь, закрепляется на силовой платформе, на которую передаются возникающие при изменении позы тела человека моменты силы.

Принципиальная схема представлена на фиг. 1. Основными принципиальными отличительными особенностями предлагаемого решения от наиболее близкого прототипа, является, во-первых, предусмотренное конструкцией использование специфических, характерных для спортивных досок позиций стоп и тела тренирующегося, в сочетании с возможностями, обычно доступными для тренировок на силовых платформах в медицинской реабилитации, то есть, комбинирование возможностей; во-вторых, в способе взаимодействия человека с искусственной (виртуальной) средой при имитации - здесь взаимодействие, в отличие от KR 101941465 B1, осуществляется только с помощью определяемого на силовой платформе положения общего центра давления человека на опору, а сам человек располагается на реальной спортивной доске или близком подобии, меняющей углы наклона относительно плоскости силовой платформы. При этом первые отличия позволяют внести существенные специфические возможности - количественное измерение параметров, характеризующих регуляцию позы человека, например по показателям, описанным в RU 2456920. Достаточно статичное положение тренирующегося призвано снизить вероятность падений, более вероятных при быстрых перемещениях тела, тем самым повышая безопасность тренинга и возможность применения в восстановительных, реабилитационных упражнениях.

Повышение эффективности и безопасности тренировок осуществляются за счет создания тренажера, выполненного путем закрепления доски, имитирующей спортивный инвентарь 1, на опорной поверхности силовой платформы 4, реализующей алгоритм определения координат общего центра давления, рычага доски, состоящего из элемента крепления его к поверхности платформы - шарнирным механизмом 2 в передней части доски и подьемного механизма 3 - движетеля выполненного из линейного актуатора, соединенного с толкателем, выполненного из двух параллельно закрепленных в основании платформы профильных направляющих с каретками, на которых располагается пластина соединенная шарнирно с креплением в задней части доски для возможности поднимать доску имитирующую спортинвентарь для приложения заданной управляющей нагрузки к силовой платформе при разных углах положения доски.

Массивная платформа установлена в несущий каркас, по краям которого установлены тензор-датчики для определения координат общего центра давления. Тензор-датчики подключены к контроллеру, расположенному в внутренней части массивной платформы. От контроллера выходит кабель для подключения тренажера к персональному компьютеру и передачи данных. На массивную платформу с внешней стороны установлена доска, имитирующая спортивный инвентарь с посадочными местами для стандартных сноубордических креплений. В передней части доски имитирующей инвентарь установлены шарнирные петли, зафиксированные с противоположной стороны к массивной платформе для возможности подъема задней части - фиг. 1.

Пользователь встает на платформу, например, в сноубордических ботинках на стандартные крепления, пристегивается ремнями и создает усилия, требуемые для управления виртуальным или реальным объектом, или для какого-либо тренинга, крутящие моменты, которые изменяют величины реакций опоры, регистрируемые силовой платформой и отображающие результат на экране - фиг. 2-3.

Тренажер может быть реализован, в том числе, с использованием серийных силовых платформ типа ST-150 или ST-300 (Устройство электронное «СТАБИЛОТРЕНАЖЕР» ST-300 по ТУ9441005-49290937-2009, производства ООО Мера-ТСП, Россия). Как вариант исполнения, в задней части доски имитирующей спортивный инвентарь расположено шарнирное крепление, соединенное с балкой, установленной шарнирно на металлическую планку - фиг. 4. Планка по краям фиксируется на каретках, установленных на профильных направляющих. Профильные направляющие установлены на массивную платформу. К планке по центру подсоединен шток электрического линейного привода (актуатор линейный), установленного внутри массивной платформы по центру, приводящий в движение каретки, что позволяет вертикально поднимать хвостовую часть доски, имитирующей спортивный инвентарь. Движение доски производится только в вертикальном положении, для обеспечения появления управляющих силовых моментов движение в продольных и поперечных проекциях не производится. Электропитание актуатора линейного обеспечивает преобразователь напряжения, установленный во внутренней части массивной платформы. От преобразователя напряжения выходит штепсельная розетка для питания от напряжения сети 220В. Для управления актуатором линейным подключен пульт к преобразователю напряжения задающий направление движения штока в трех режимах: движение вперед, назад, стоп - фиг. 2.

Аналогичным образом, как в вышеописанном примере, может быть осуществлен способ фиксирования доски имитирующей спортивный инвентарь и способ подъема.

Claims (2)

1. Тренажер для тренировки равновесия и координации движений, включающий силовую платформу, закрепляемую на плоской поверхности, опорную поверхность, закрепленную на силовой платформе, датчики для определения координат общего центра давления, систему управления опорной поверхностью, блок управления и блок 3D визуализации тренировки, отличающийся тем, что опорная поверхность представляет собой доску, имитирующую спортивный инвентарь, соединенную в своей передней части с силовой платформой шарнирно, а система управления опорной поверхностью выполнена посредством механизма, способного поднимать или опускать заднюю часть доски, причем датчики установлены по краям поверхности, на которой закреплена силовая платформа, и подключены к контроллеру, выполненному с возможностью подключения к персональному компьютеру и передачи данных, при этом тренажер выполнен с возможностью организации биологической обратной связи по опорной реакции с применением визуального канала.

2. Тренажер по п. 1, отличающийся тем, что доска, имитирующая спортивный инвентарь, включает средства для закрепления стандартных креплений спортивной обуви.

Images