RU2568865C1 - Устройство для тренировки пловцов - Google Patents

Abstract

Предлагаемое изобретение относится к спортивным тренажерам, а именно к устройствам для обучения и совершенствования двигательных действий, психической устойчивости и волевой подготовки пловцов. Устройство содержит трособлочную систему, на которой закреплено коромысло, охватывающее три водные дорожки в бассейне, которое одной стороной через редуктор кинематически связано с валом электродвигателя, а другой стороной - с датчиком перемещения, электродвигатель, соединенный с выходом блока управления, и три подвесные гибкие тяги присоединяются к трособлочной системе через коромысло, при этом каждая тяга присоединяется через датчик силы и подпружиненный барабан, обеспечивающий возможность его вращения от усилия спортсмена и автоматический возврат этого барабана в исходное положение после снятия нагрузки. Кроме того, устройство содержит стабилизированный источник электропитания, средство для устранения провисания троса трособлочной системы на основе узла регулируемого перемещения и персональный компьютер, получающий информацию с помощью шести сотовых мобильных телефонов - по два на каждого тренирующегося на тренажере пловца, три из которых, размещенных на коромысле, работают на радиопередачу величины пульса спортсмена и величины его двигательного усилия, три других, размещенных около системного блока персонального компьютера, работают на радиоприем и передачу полученной информации через USB-порт в системный блок персонального компьютера, к которому также подключен датчик перемещения, а выход персонального компьютера соединен со входом блока управления. Кроме того, детектор пульса и датчик силы получают электроэнергию от автономного источника электропитания, размещенного на коромысле. Описаны конструкция и принцип действия устройства в целом и отдельных его узлов. 4 з.п. ф-лы, 12 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к спортивным тренажерам, а именно к устройствам для обучения и совершенствования двигательных действий, психологической устойчивости и волевой подготовки пловцов.

Известно устройство, описанное в авторском свидетельстве СССР №1192840, А63В 69/12. Оно содержит платформу, установленную в бассейне на направляющих с возможностью прямолинейного перемещения, на которой закреплены на подвесных гибких тягах пояса для спортсменов. Каждая гибкая тяга связана с платформой через подпружиненный барабан, имеющий конусную поверхность с винтовым ручьем для намотки гибкой тяги и установленный на платформе с возможностью вращения спортсменом. Платформа посредством трособлочной системы связана с ведущим барабаном, который с одной стороны через редуктор кинематически связан с электродвигателем, а с другой - с датчиком перемещения. Электродвигатель и датчик перемещения электрически соединены с блоком управления, включающим в себя программное устройство.

Достоинством этого устройства является его относительная простота и возможность одновременных занятий большого количества пловцов.

Недостатком данного устройства является относительно малый диапазон воздействия нагрузки и срыв гибкой тяги с винтового ручья для намотки при резких телодвижениях спортсмена.

Наиболее близким устройством, взятым за прототип, является «Устройство для тренировки пловцов», описанное в патенте RU №2465941 С1, A63B 69/12.

Устройство содержит подвесную гибкую тягу и пояс, крепящийся на теле пловца, трособлочную систему, ведущий барабан, одной стороной через редуктор кинематически связанный с электродвигателем, а другой - с датчиком перемещения. Электродвигатель соединен с выходом блока управления, а подвижная гибкая тяга присоединяется механически к трособлочной системе через подпружиненный барабан, обеспечивающий возможность его вращения от усилия пловца и автоматический возврат этого барабана. Кроме того, устройство содержит персональный компьютер, стабилизированный источник электропитания, датчик силы, детектор пульса, составленный датчиком, предусилителем и усилителем-формирователем частоты сердечных сокращений (ЧСС), из которых датчик силы и подпружиненный барабан включены между тросом трособлочной системы и упомянутой подвесной гибкой тягой, а датчик детектора пульса находится на теле пловца выше пояса, к которому крепится указанная тяга, связанная с датчиком силы через подпружиненный синхронный барабан. Тросовая часть трособлочной системы выполнена составной: большая часть ее длины - поддерживающий трос, а остальная часть - нагрузочный трос, рядом с которым протянут многожильный электрический тонкий гибкий кабель, который сматывается и наматывается синхронно на трехсекционный ведущий барабан, и детектор пульса с USB-портом персонального компьютера, к которому также подключен датчик перемещения, а вход персонального компьютера соединен со входом блока управления.

Достоинством этого устройства является повышение эффективности тренировки благодаря приближению к реальным условиям посредством применения вычислительных средств и контроль физического и психического состояния пловца.

Недостатком данного устройства является то, что в нем нет возможности для одновременных занятий нескольких человек и соревнования в реальных условиях.

Поэтому задачей данного предлагаемого изобретения является, во-первых, увеличение числа занимающихся на устройстве, во-вторых, повышение эффективности тренировок посредством применения радио- и вычислительных средств в устройстве, что позволит улучшить контроль за физическим и психическим состоянием пловцов и, в-третьих, возможность соревнования между ними в равных условиях.

Указанная задача в «Устройстве для тренировки пловцов», содержащем гибкую тягу и тонкий гибкий кабель, фиксируемые вместе на поясе, крепящемся на теле пловца, трособлочную систему, связанную с ведущим барабаном, установленным с одной стороны бассейна, при этом он через редуктор кинематически связан с одной стороны с электродвигателем, а с другой стороны - с датчиком перемещения троса этой системы, и, кроме того, электродвигатель электрически соединен с выходом блока управления, а упомянутые гибкая тяга и тонкий гибкий кабель присоединяются механически к трособлочной системе через датчик силы и подпружиненный барабан, обеспечивающий, во-первых, возможность вращения барабана от усилия пловца и автоматический его возврат в исходное положение после снятия нагрузки, во-вторых, подачу электропитания на детектор пульса, составленный датчиком, предусилителем и усилителем-формирователем ЧСС, при этом датчик детектора пульса при тренировке находится на теле пловца выше пояса, например на мочке уха, и, в-третьих, одновременное и синхронное развертывание и автоматическое свертывание гибкой тяги и тонкого гибкого кабеля, который соединен с подвижным скользящим электроконтактным средством на три провода, размещенным на подвижной части, а его неподвижная часть - на щечках подпружиненного барабана, персональный компьютер в полном наборе и программное обеспечение к нему, и при этом провисание трособлочной системы убирается с помощью узла регулируемого перемещения, решается посредством того, что в тренажере трособлочная система, выполненная неразрывной, замыкается на двухсекционном ведущем барабане, огибает блок, установленный в вертикальной плоскости около середины стартовой тумбы, причем верхняя часть троса является поддерживающей, а нижняя - несущей, на которой закреплено трубчатое коромысло, через верхнюю трубочку которого пропущена верхняя часть троса, по которой скользит это коромысло, охватывающее в пространстве три водные дорожки, и, кроме того, на противоположных краях бассейна расположены два концевых выключателя, подключенные электрически к блоку управления и системному блоку персонального компьютера, причем электрический подвод к одному из концевых выключателей осуществляется посредством тонкого гибкого кабеля, размещенного в средстве, разделяющем две соседние водные дорожки, а провисание троса устраняют посредством подвижной платформы и неподвижной опоры, соединенных между собой с помощью комплекта «винт-гайка» и двух направляющих, обеспечивающих регулируемое перемещение этой платформы, на которой размещены ведущий барабан, редуктор, электродвигатель постоянного тока, блок управления, стабилизированный источник электропитания и датчик перемещения троса, а в комплект оборудования каждого пловца введены дополнительно сотовый мобильный телефон, датчик силы, выполненный на основе тензометрического моста и подключенный электрически к усилителю и преобразователю (аналог-частота), автономный источник электропитания, к которому подключены тензометрический датчик, усилитель и преобразователь датчика силы, неподвижная часть электроконтактного средства для запитывания детектора пульса, автоматический коммутатор на два положения для поочередного подключения на заданное время датчика силы и детектора пульса к сотовому мобильному телефону, установленному рядом с тензометрическим датчиком, а в регулирующем средстве, выполненном на базе персонального компьютера, дополнительно введено такое же количество сотовых мобильных телефонов, выходом подключенных к USB-порту, и цифроаналоговый преобразователь, подсоединенный входом к общей внутренней шине персонального компьютера, а выходом - к входу указанного блока управления, и все изменения и добавления учтены в программном обеспечении.

Отличительными признаками заявляемого технического решения является следующее:

- в тренажере трособлочная система, выполненная неразрывной, замыкается на двухсекционном ведущем барабане, огибая блок, установленный в вертикальной плоскости около середины стартовой тумбы, причем верхняя часть является поддерживающей, а нижняя - несущей, на которой закреплено трубчатое коромысло, через верхнюю трубочку которого пропущена верхняя часть троса, по которой скользит это коромысло, охватывающее в пространстве три водные дорожки;

- три пловца могут тренироваться одновременно, используя данное пространство;

- ближе к концам бассейна размещены два концевых выключателя, соединенные электрически с упомянутыми блоком управления и персональным компьютером, причем удаленный концевой выключатель соединен с ними посредством тонкого гибкого кабеля, встроенного в узел, разделяющий две соседние водные дорожки;

- провисание троса устраняют с помощью неподвижной опоры, двух направляющих и подвижной платформы, на которой размещены ведущий барабан, редуктор, электродвигатель постоянного тока, стабилизированный источник электропитания, датчик перемещения троса и блок управления;

- в комплект оборудования, используемого каждым пловцом, введены дополнительно сотовый мобильный телефон, датчик силы, выполненный на основе тензометрического моста и подключенный к усилителю и преобразователю, автономный источник электропитания, к которому подключены тензометрический датчик, усилитель и преобразователь датчика силы, неподвижная часть электроконтактного средства для запитывания детектора пульса, автоматический коммутатор на два положения для поочередного подключения на заданное время датчика силы и детектора пульса к сотовому мобильному телефону;

- количество комплектов указанного оборудования определяется, например, по количеству задействованных тренировочных дорожек на трубчатом коромысле;

- и в регулирующем средстве, выполненном на базе персонального компьютера, дополнительно введено такое же количество сотовых мобильных телефонов, выходом подключенных к USB-порту персонального компьютера, и цифроаналоговый преобразователь, подключенный входом к общей внутренней шине персонального компьютера и выходом - к входу указанного блока управления;

- и эти дополнения и изменения учтены в программном обеспечении.

В заявляемом устройстве отличительные признаки проявляют свойства, известные в других областях науки и техники, а взятые в совокупности с некоторыми признаками прототипа, проявляют свойства, которые позволяют повысить эффективность тренировки путем приближения к реальным условиям соревнований посредством вычислительных и радиосредств, увеличения количества одновременно тренирующихся пловцов и на основе контроля физического и психического их состояния, что указывает на соответствие заявляемого технического решения критерию «существенные различия».

Заявляемое устройство поясняют схематические чертежи:

- на фиг. 1 и 2 показано устройство в целом: фиг. 1 - вид спереди, а фиг. 2 - вид сверху;

- на фиг. 3, 4 и 5 представлено трубчатое коромысло: фиг. 3 - вид спереди, фиг. 4 - вид сверху, фиг. 5 - вид сбоку слева;

- на фиг. 6 и 7 изображено техническое средство для устранения провисания троса: фиг. 6 - вид спереди, фиг.7 - вид сверху;

- на фиг. 8, 9 и 10 - датчик силы на основе тензометрического моста: фиг. 8 - вид спереди, фиг. 9 - вид сверху, фиг.10 - блок-схема датчика силы;

- на фиг. 11 - одна из возможных электрических принципиальных схем автоматического коммутатора;

- на фиг. 12 - электрическая схема блока управления.

Устройство включает в себя тренажер, регулирующее средство на базе персонального компьютера и программное обеспечение к нему.

Тренажер 1 (на фиг. 1 и 2 оконтурен пунктирными линиями) содержит установленную над бассейном 2 (на фиг. 2 оконтурен штрихпунктирными линиями ММ и NN) трособлочную систему, состоящую из троса 3 и блока 4, закрепленного в средней части стартовой тумбы 5 с одной стороны бассейна 2 и связанную с двухсекционным ведущим барабаном 6, размещенным с противоположной стороны бассейна 2. При этом указанный ведущий барабан 6 с одной стороны через редуктор 7 кинематически связан с электродвигателем 8, а с другой стороны - с датчиком перемещения 9 троса 3. Кроме того, электродвигатель 8 соединен с выходом блока управления 10, электропитание на который поступает со стабилизированного источника питания 11, а управляющие сигналы - с клемника 12, и все это размещено на подвижной платформе 13, входящей в узел устранения провисания 14 троса, в который также входят неподвижная опора 15, соединенная с подвижной платформой 13 с помощью комплекта «винт 16 - гайка 17», а также две уголковых направляющих 18 и 19 и датчик перемещения 9 троса 3.

Трос 3 указанной трособлочной системы, выполненный неразрывным, замыкается на ведущем барабане 6, огибает блок 4, установленный в вертикальной плоскости, причем верхняя часть троса 3 является поддерживающей, а нижняя - несущей, на которой закреплено трубчатое коромысло 20, охватывающее в пространстве и бассейне 2 три водные дорожки, и, кроме того, на торцах бассейна 2 расположены два концевых выключателя 21 и 22, подключенных электрически тонкими гибкими кабелями 23 и 24 к клемнику 12, от которого - к блоку управления 10. Причем электрический подвод к концевому выключателю 22 осуществляется посредством кабеля 24, размещенного в механическом средстве, разделяющем две соседние водные дорожки. Трубчатое коромысло 20 по сравнению с прототипом втрое увеличивает количество пловцов, использующих тренажер 1 одновременно. В его средней части и по концам расположены крепежные элементы 25, 26 и 27, к которым крепятся сотовые мобильные телефоны 28, 29, 30, датчики силы 31, 32 и 33, выполненные на основе тензометрических мостов, и автономные источники электропитания 34, 35 и 36 (батарейки или миниатюрные аккумуляторы). К датчикам силы 31, 32 и 33 через подпружиненные барабаны 37, 38, 39 подключены подвесные гибкие тяги 40, 41, 42 и многожильные электрические тонкие гибкие кабели 43, 44 и 45 датчиков ЧСС 46, 47, 48 с миниатюрными лампочками 49, 50, 51, идущие вместе с соответствующими тягами параллельно, одновременно наматываются и сматываются с подпружинных барабанов 37, 38, 39. При этом указанные кабели, фиксируясь на поясах 52, 53, 54, продолжены на телах пловцов до точки прикрепления датчиков ЧСС на мочке уха (пояса, датчики ЧСС с лампочками, датчики силы, тяги, кабели показаны на фиг. 1 и 2).

Регулирующее средство 55 (на фиг. 2 оконтурено двумя штрихпунктирными линиями), построенное на базе персонального компьютера, содержит системный блок 56 (фиг. 1), дисплей 57, клавиатуру 58, оптическую мышь 59, сотовые мобильные телефоны 60, 61, 62, размещенные в кассетнице 63, USB-порт 64 (оконтурен сплошными линиями) и цифроаналоговый преобразователь 65.

Программное обеспечение для персонального компьютера размещено на компакт-диске. В нем заложены операции для работы устройства в целом и его составных частей, а также перемещения на экране дисплея 57, по которым судят о перемещениях пловцов, физических параметрах и их поведении.

Подготовка устройства к работе. Перед началом занятия инженер-исследователь или тренер с помощью клавиатуры 58 инициирует ввод программного обеспечения, расположенного на компакт-диске, в системный блок 56 и начинает проверять исправность вычислительных средств, настройку и взаимосвязь радиосредств - сотовых мобильных телефонов 28, 29, 30 и 60, 61, 62, а тестером - автономных источников электропитания 34, 35, 36; тарирует датчики силы 31, 32, 33 и измеряет поочередно с помощью образцового динамометра силовую нагрузку на них, которая отображается на экране дисплея 57: проверяет работу подпружиненных барабанов 37, 38, 39, для чего, воздействуя на подвесные гибкие тяги 40, 41, 42, отмечает их удлинение и возвращение в исходное состояние; проверяет детектор пульса, для чего размещает по очереди на ухо спортсмена датчики ЧСС 46, 47, 48, показания которых отображаются на экране дисплея 57; проверяет датчик перемещения и вращения ведущего барабана 6, для чего с помощью клавиатуры 58 и блока управления 10 задает вращение ведущего барабана 6 в одну и другую стороны и на экране дисплея отображается увеличение или уменьшение расстояния, пройденного коромыслом 20. Убедившись в работоспособности устройства в целом, отдельных его узлов и программного обеспечения, можно начинать занятие.

Устройство работает следующим образом. Спортсмены, надев пояса 52, 53, 54, погружаются в воду и принимают исходное положение. С клавиатуры 58 в соответствии с программным обеспечением включается электродвигатель 8 через блок управления 10. Направление перемещения трособлочной системы регулируется направлением вращения вала электродвигателя 8. Программа перемещения трособлочной системы реализуется с учетом информации, поступающей в системный блок 56 от датчика перемещения 9, датчиков силы 31, 32, 33 и датчиков ЧСС 46, 47, 48. Управление перемещением трособлочной системы позволяет создавать различные облегчения и сопротивления. Сила, обеспечивающая сопротивление и облегчение движениям спортсменов, прикладывается через подвесные гибкие тяги 40, 41, 42, выполненные в виде упругих амортизаторов. Режим сопротивления создается, когда указанные тяги присоединяются механически к коромыслу 20 через датчики силы 31, 32, 33. При этом коромысло 20 находится сзади пловцов и движется со скоростью, меньшей скорости их движения. Режим облегчения создается, когда коромысло опережает пловцов.

Возможность измерения сил, воздействующих на спортсменов с помощью датчиков силы 31, 32, 33, и их пульса позволяет контролировать их физическое и психическое состояние, т.е. физическую и волевую подготовку и даже в сравнении.

На стадии обучения в устройстве используется жесткое крепление подпружиненных синхронизированных барабанов 37, 38, 39. На стадии совершенствования спортивного мастерства, а также при имитации условий соревнований с применением режимов сопротивления и облегчения постоянной интенсивности указанные барабаны установлены с возможностью вращения.

В заявляемом устройстве несколько нестандартных элементов и узлов. Рассмотрим некоторые из них, уделив внимание их конструкции, принципу действия и участию в работе всего устройства.

Трубчатое коромысло. Одна из возможных конструкций трубчатого коромысла 20, показанного пунктирными линиями на фиг. 3, 4 и 5 (вид спереди, вид сверху и вид сбоку слева соответственно), представляет собой две трехгранные пирамиды 66 и 67, оконтуренные штрихпунктирными линиями, с общим основанием 68 и высотами 69, 70, совмещенными с ребрами пирамид. Все ребра выполнены в виде трубочек из легкого прочного и нержавеющего металла или сплава. Например, с помощью сварки. В нем по верхней трубочке основания 68 пропущен трос 3, по которому трубчатое коромысло 20 скользит, а на противоположном углу основания 68 установлен замок 71 для неподвижного закрепления основания 68 к тросу 3, и в замке предусмотрено ушко для прикрепления деталей и узлов, а на вершинах пирамид 66 и 67 размещены крепежные узлы 72 и 73 для этих же целей.

Узел устранения провисания троса. Одна из возможных конструкций узла устранения провисания 14 троса показана на фиг. 6 (вид спереди) и 7 (вид сверху). Узел состоит из трех частей: подвижной платформы 13, неподвижной опоры 15 с двумя уголковыми направляющими 18 и 19 и третьей - движителя, который соединяет первую и вторую часть между собой с помощью винта 16 и гайки 17. Подвижная платформа 13 выполнена из твердой древесины, например дуба или лиственницы. На нижней ее поверхности слева и справа, в областях касания уголковых направляющих 18 и 19 и подвижной платформы 13 прикрепляются полоски из нержавеющего прочного металла или сплава для существенного уменьшения сопротивления скольжению подвижной платформы 13. На ее верхней поверхности установлена лебедка 74, в которую встроены двухсекционный ведущий барабан 6, насаженный плотно на ось 75 вместе с последней шестеренкой 76 редуктора 7 (полностью не показан на фиг. 7), входом соединенный с валом электродвигателя 8. Другой стороной ведущий барабан 6 связан с датчиком перемещения 9. Кроме того, на верхней подвижной поверхности платформы 13 установлены блок управления 10, выходом соединенный с электродвигателем 8, а входом - с клемником 12, и электропитание всех размещенных узлов осуществляется от стабилизированного источника питания 11, защита 77 которого от перегрузки встроена в клемник 12. Неподвижная платформа 15 выполнена также из твердой древесины. Снизу и по ее бокам крепятся слева и справа уголковые направляющие 18 и 19, которые вместе с деревянной опорой прикрепляются неподвижно к полу около бассейна 2. На верхней ее поверхности двумя П-образными скобами 78 и 79 (на фиг. 6 и 7 не показаны), например, через пористую резину 80 закрепляется планка 81 из нержавеющего прочного металла или сплава с направляющей 82 с цилиндрическим отверстием для винта 16. С помощью крепежных гаек 83, 84, 85, 86 и контргаек 87, 88, 89 и 90 настраивается и закрепляется положение винта 16. Третью часть - движитель составляют винт 16 и гайка 17, выполненные из нержавеющего прочного металла или сплава, и винт 16 установлен на неподвижной опоре 15, а гайка 17 - в подвижной платформе 13. На винте 16 сделана проточка для установки фиксирующей цилиндрической пружины 91.

Узел устранения провисания 14 троса в заявляемом устройстве выполняет функцию натяжения троса 3.

Работает указанный узел следующим образом. Тренер или инженер-исследователь, заметив слабину троса 3, с помощью винта 16, поворачивая его по часовой стрелке, устраняет эту слабину.

Датчик силы 31. Существует несколько способов измерения силового воздействия, например на основе динамометра, тензорезисторного элемента и тензорезисторного моста. Последний обладает гибкостью и простотой, высокой точностью и надежностью, полной взаимозаменяемостью и унификацией датчиков, малыми (для фольговых датчиков) температурными погрешностями. Тензорезисторная измерительная система (ТИС), как правило, включает комплект: датчик, линию связи, один или несколько электронных преобразователей и другие блоки и узлы. Теория и некоторые практические ТИС приведены в статье: «Тензометрия. Тензорезисторные измерительные системы» (Приборы и системы управления. - 1985. - №9).

Одна из возможных конструкций датчика силы 31 построена, например, на основе тензорезисторного моста, показана на фиг. 8 (вид спереди), 9 (вид сверху, оконтурен пунктирными линиями) и 10 (принципиальная электрическая схема). Датчик силы 31 включает в себя каркас 92, выполненный из нержавеющего прочного металла или сплава, две защитные крышки: переднюю 93 и заднюю 94, установленные на каркасе и также выполненные из нержавеющего прочного металла или сплава. В верхней части каркаса 92 задняя крышка 94 и передняя 93 винтами 95, 96 и 97, 98 неподвижно прикрепляются к каркасу 92, а в нижней части - с некоторой слабиной винтами 99, 100 и 101, 102 (винты 99 и 100 на фиг. 8, 9 не показаны), в крышках 93 и 94 которых расширены продольные отверстия. В верхней части задней части крышки 94 двумя винтами, например, 95 и 96 закреплена крепежная планка 103 для установки сотового мобильного телефона 28 и более мощная 25 - для автономного источника электропитания 34, которые связаны с датчиком силы 31. Через верхнюю массивную часть каркаса 92 сделаны два канальца 104 и 105 для прокладки гибких тонких кабелей 106 и 107 к сотовому мобильному телефону 28 и от автономного источника электропитания 34, соответственно.

Электрический датчик данной ТИС выполнен на четырех одинаковых фольгированных тензорезисторных элементах, соединенных по схеме Уитстона. Два элемента 108 и 109 закреплены в верхней массивной части каркаса 92, а два других 110 и 111 - на его боковых тонких стенках. Электронная часть, представляющая собой усилитель 112 и преобразователь 113 аналог-частота, размещена на печатной платке 114, установленной в нише 115 каркаса 92 на задней защитной крышке 94. Здесь же на печатной платке 114 размещены предусилитель 116 и усилитель-формирователь 117 детектора пульса, информационный сигнал к которому поступает через нижнюю массивную часть каркаса 92, в которой сделан третий каналец 118 для прокладки гибкого тонкого кабеля 119. В средней части печатной платки 114 размещен автоматический коммутатор 120 на два канала. В каркасе 92 предусмотрены отверстия 121 и 122 для встраивания датчика силы 31 в устройство.

Электронные преобразователи ТИС в датчике силы 31 реализуются в усилителе 112 (на фиг. 10 оконтурен пунктирными линиями), построенном по схеме подавления синфазной помехи на двух операционных усилителях DA1 и DA2 типа K544YD2 и преобразователе 113 аналог-частота (оконтурен штрих-пунктирными линиями), например, КР1108ПП1, с которым согласуется мостовая схема датчика D (оконтурен сплошными линиями) посредством усилителя 112. Линия связи представляет собой два электрических провода.

В устройстве данный узел способствует получению информации о ЧСС спортсмена и о прикладываемом им силовом воздействии.

Автоматический коммутатор на два канала. В технике, чтобы получить информацию о двух событиях одновременно, необходимо разнести ее или по двум отдельным каналам, или в одном канале разнести события по времени или по частоте. Опытные врачи с достаточной точностью могут определить пульс по десяти секундам его измерения, а специалист по водным видам спорта по пяти секундам измерения - силовое воздействие, если процесс продолжительный во времени. Применение персонального компьютера позволяет упростить решение этой задачи.

В предлагаемом устройстве применен принцип разделения по времени двух событий: десятисекундного интервала измерения пульса и пятисекундного интервала измерения силового воздействия, которые выполняются по очереди одно за другим. Теория и практические схемы аналоговых коммутаторов приведены в книге: У. Титце, К. Шенки. Полупроводниковая схемотехника. - М.: Мир, 1982. - С. 276-284.

Применительно к заявляемому устройству целесообразно совместить коммутатор на биполярных транзисторах и полупроводниковых диодах. Блок-схема этого узла приведена на фиг. 11 (оконтурен пунктирными линиями). Автоматический коммутатор 123 на два канала содержит исполнительный ключ канала силы 124 и исполнительный ключ канала пульса 125, управляющие входы которых соединены с выходами формирователей: первый с формирователем 126, а второй - с формирователем 127, входы которых соединены с генератором тактовых импульсов 128, настроенного на выходную частоту 1 Гц, первый - через счетчик на пять 129, а второй - через счетчик на десять 130, а чтобы создать очередность формирователи 129 и 130 взаимосвязаны, при этом выход преобразователя 113 аналог-частота подключен к точке соединения коллектора транзистора 131 и полупроводникового диода 132 исполнительного ключа канала силы 124, а выход усилителя-формирователя 117 канала пульса подключен к точке соединения коллектора транзистора 133 и полупроводникового диода 134 канала пульса.

Как работает автоматический коммутатор 123 на два канала очевидно из описания блок-схемы, изображенной на фиг. 11. Интерес представляет работа исполнительных ключей 124 и 125. Так как они устроены аналогично, то рассмотрим, например, как работает исполнительный ключ канала силы 124. Поскольку выход преобразователя 113 подключен к точке соединения транзистора 131 с полупроводниковым диодом 132, то все определяется состоянием транзистора 131 - открыт он или закрыт. Если транзистор 131 закрыт, то через диод 132 сигнал проходит на вход сотового мобильного телефона 28. Если этот транзистор открыт, шунтируя выход канала, то с этого канала информация на телефон 28 не проходит. Аналогично работает исполнительный ключ 125.

Электрическая принципиальная схема блока управления. Известно много электрических схем управления электродвигателями постоянного тока в приводах. Выбрана мостовая усилительная электронная схема, состоящая (фиг. 12) из силового узла на транзисторах VT1÷VT6 (два штриха - пунктирными линиями 135), управляюще-защитного узла на двух микросхемах (сами микросхемы оконтурены пунктирными линиями - 136, 137, а данный узел оконтурен штрихпунктирными линиями - 138). Кроме того, для организации защиты электродвигателя применены дополнительно два концевых выключателя 21 и 22.

Работает данная схема следующим образом. Команда «влево» формирует логическую «1» на входе микросхемы DD1-1 и на выходе микросхемы DD2-1. Команда «вправо», соответственно, на входе микросхемы DD1-3 и на выходе микросхемы DD2-2.

В нештатной ситуации возможно появление логической «1» на выходах «влево» и «вправо». В этом случае на микросхемах DD1 и DD2 формируется низкий уровень - электродвигатель остановится.

При срабатывании концевого выключателя 21 на вход DD2 поступает сигнал высокого уровня, а на выходе DD2-2 формируется логический «0» (т.е. низкий уровень), и движение «влево» запрещается. Аналогично при срабатывании концевого выключателя 22 - «вправо».

Выходы микросхем DD2-1 и DD2-2 являются входами силового узла. При низком уровне на этих входах все транзисторы закрыты, и электродвигатель обесточен. Высокий уровень - логическая «1» на выходе DD2-1 открывает транзисторы VT1, VT3 и VT6 и по цепи +Е₁ транзистор VT3, выход 1 электродвигателя, выход 2 электродвигателя, транзистор VT6, общий провод, к которому подключен - Е₁ будет протекать электрический ток, и электродвигатель начнет вращаться влево. Высокий уровень (логическая «1») на выходе микросхемы DD2-2 открывает транзисторы VT2, VT4 и VT5 и по цепи +Е₁ транзистор VT5, выход 2 электродвигателя, транзистор VT4, общий провод будет протекать электрический ток, и электродвигатель начнет вращаться в противоположном направлении.

Программное обеспечение. Составная часть устройства - блок программ. Конструктивно он выполнен на лазерном диске и копируется на жесткий диск компьютера. Программное обеспечение условно можно разделить на три группы: служебные и тестовые программы, информационные и регистрационные, математические.

Служебные и тестовые программы обеспечивают работу персонального компьютера и проверку работы составных узлов и устройств в целом.

Регистрационные и информационные программы обеспечивают обработку, автоматический ввод и регистрацию данных с периферийных датчиков, предварительную обработку входных сигналов и первичную математическую обработку характеристик спортивных упражнений.

В углубленную математическую обработку характеристик спортивных упражнений входят программы, которые позволяют выполнять расчет следующих биомеханических параметров: длительность всего движения и отдельных его фаз и периодов; величин перемещения, скорости и ускорения движения спортсменов, работы и импульса силы каждого спортсмена. И, кроме того, выполнение психологических заданий позволяет совершенствовать волевую подготовку спортсменов.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство обладает новым качеством - определять самочувствие пловцов во время выполнения ими физических упражнения и психологических заданий и предупреждать опасные выходы за пределы «коридора здоровья», постепенно увеличивая интенсивность тренировки в его пределах.

Claims (5)

1. Устройство для тренировки пловцов, содержащее гибкую тягу и тонкий гибкий кабель, фиксируемые вместе на поясе, крепящемся на теле пловца, трособлочную систему, связанную с ведущим барабаном, установленным с одной стороны бассейна, при этом он через редуктор кинематически связан с одной стороны с электродвигателем, а с другой стороны - с датчиком перемещения троса этой системы, и, кроме того, электродвигатель электрически соединен с выходом блока управления, а упомянутые гибкая тяга и тонкий гибкий кабель присоединяются механически к трособлочной системе через датчик силы и подпружиненный барабан, обеспечивающий, во-первых, возможность вращения барабана от усилия пловца и автоматический его возврат в исходное положение после снятия нагрузки, во-вторых, подачу электропитания на детектор пульса, составленный датчиком, предусилителем и усилителем-формирователем ЧСС, при этом датчик детектора пульса при тренировке находится на теле пловца выше пояса, например на мочке уха, и, в-третьих, одновременное и синхронное развертывание и автоматическое свертывание гибкой тяги и тонкого гибкого кабеля, который соединен с подвижным скользящим электроконтактным средством на три провода, размещенным на подвижной части, а его неподвижная часть - на щечках подпружиненного барабана, персональный компьютер в полном наборе и программное обеспечение к нему, и при этом провисание трособлочной системы убирается с помощью узла регулируемого перемещения, отличающееся тем, что в тренажере трособлочная система, выполненная неразрывной, замыкается на двухсекционном ведущем барабане, огибает блок, установленный в вертикальной плоскости около середины стартовой тумбы, причем верхняя часть троса является поддерживающей, а нижняя - несущей, на которой закреплено трубчатое коромысло, через верхнюю трубочку которого пропущена верхняя часть троса, по которой скользит это коромысло, охватывающее в пространстве три водные дорожки, и, кроме того, на противоположных краях бассейна расположены два концевых выключателя, подключенные электрически к блоку управления и системному блоку персонального компьютера, причем электрический подвод к одному из концевых выключателей осуществляется посредством тонкого гибкого кабеля, размещенного в средстве, разделяющем две соседние водные дорожки, а провисание троса устраняют посредством подвижной платформы и неподвижной опоры, соединенных между собой с помощью комплекта «винт-гайка» и двух направляющих, обеспечивающих регулируемое перемещение этой платформы, на которой размещены ведущий барабан, редуктор, электродвигатель постоянного тока, блок управления, стабилизированный источник электропитания и датчик перемещения троса, а в комплект оборудования каждого пловца введены дополнительно сотовый мобильный телефон, датчик силы, выполненный на основе тензометрического моста и подключенный электрически к усилителю и преобразователю (аналог-частота), автономный источник электропитания, к которому подключены тензометрический датчик, усилитель и преобразователь датчика силы, неподвижная часть электроконтактного средства для запитывания детектора пульса, автоматический коммутатор на два положения для поочередного подключения на заданное время датчика силы и детектора пульса к сотовому мобильному телефону, установленному рядом с тензометрическим датчиком, а в регулирующем средстве, выполненном на базе персонального компьютера, дополнительно введено такое же количество сотовых мобильных телефонов, выходом подключенных к USB-порту, и цифроаналоговый преобразователь, подсоединенный входом к общей внутренней шине персонального компьютера, а выходом - к входу указанного блока управления, и все изменения и добавления учтены в программном обеспечении.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нем трубчатое коромысло содержит две трехгранные пирамиды, имеющие общее основание и совмещенные высотами с ребрами, все ребра которых, в том числе и высоты, выполнены в виде трубочек из легкого прочного и нержавеющего металла или сплава, например, с помощью сварки, и в нем по верхней трубочке основания пропущен трос, по которому скользит трубчатое коромысло, а на противоположном углу основания установлен замок для неподвижного крепления основания к тросу, и в замке предусмотрено ушко для прикрепления деталей и узлов, а на вершинах пирамид размещены крепежные узлы для этих же целей.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нем узел устранения провисания троса состоит из подвижной платформы, неподвижной опоры с двумя уголковыми направляющими и движителя, который соединяет их между собой с помощью комплекта винта и гайки, при этом подвижная платформа выполнена из твердой древесины, например дуба или лиственницы, и на ее нижней поверхности слева и справа прикрепляются полоски из нержавеющего прочного металла или сплава, а на ее верхней поверхности установлена лебедка, в которую встроены двухсекционный ведущий барабан, насаженный плотно на ось вместе с последней шестеренкой редуктора, входом соединенный с валом электродвигателя, а другой стороной связанный с датчиком перемещения троса, кроме того, на верхней поверхности подвижной платформы установлены блок управления, выходом соединенный с электродвигателем, а входом - с клемником, и электропитание всех размещенных на ней узлов осуществляется от стабилизированного источника питания, защита которого от перегрузки встроена в клемник, при этом неподвижная опора выполнена также из твердого дерева и снизу и по ее бокам слева и справа крепятся уголковые направляющие, которые вместе с деревянной опорой прикрепляются к полу около бассейна, а на верхней поверхности двумя П-образными скобами, проходящими через древесину, через пористую резину закрепляется планка с направляющей, имеющей цилиндрическое отверстие для упомянутого винта, выполненная из нержавеющего прочного металла или сплава, и с помощью четырех крепежных гаек и четырех контргаек настраивается и закрепляется положение указанного винта, при этом движитель, который составляет упомянутый комплекс, выполнен из нержавеющего прочного металла или сплава, винт установлен на неподвижной опоре, а гайка - в подвижной платформе, и на винте сделана проточка для фиксирующей цилиндрической пружины.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно включает в себя автоматический коммутатор на два канала, содержащий исполнительный ключ канала силы и исполнительный ключ канала пульса, управляющие входы которых соединены с выходами формирователей, входами соединенных с выходом генератора тактовых импульсов, настроенного на частоту 1 Гц, первый счетчик на пять, а второй через счетчик на десять, и, чтобы создать очередность, формирователи взаимосвязаны, при этом выход каждого канала подключен к точке соединения коллектора транзистора с полупроводниковым диодом.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в его электрической схеме блока управления электродвигателя постоянного тока привода содержатся мостовая усилительная электронная схема силового узла, выполненная на транзисторах, управляюще-защитный узел, выполненный на двух микросхемах, и для защиты от перегрузки по току электродвигателя - два концевых выключателя.

Images