RU2812682C1 - Система мониторинга показателей физического состояния человека во время тренировочного процесса - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области измерения показателей физического состояния и активности человека в процессе выполнения тренировочной деятельности в диагностических целях. Система мониторинга показателей физического состояния человека во время тренировочного процесса включает устройства (1) для измерения показателей физического состояния и активности человека и их зарядную станцию (7). Каждое из устройств (1) содержит выполненный из пластика корпус, в котором размещены печатная плата с такими электронными компонентами как инерциальные датчики и аналого-цифровой преобразователь и подключенный к ней внутренний источник питания. Устройство для измерения показателей физического состояния и активности человека выполнено с возможностью передачи зарегистрированных датчиками данных на сервер. Корпус устройства состоит из двух частей, соединенных вместе с образованием пространства для размещения в нем печатной платы и внутреннего источника питания. Длина корпуса составляет 20-45 мм, ширина корпуса составляет 20-45 мм, высота корпуса составляет 4-15 мм. Аналого-цифровой преобразователь выполнен со встроенным кварцевым резонатором. Достигается повышение эффективности и безопасности тренировочного процесса, а также повышение автономности, технологичности и надежности системы мониторинга показателей физического состояния человека во время тренировочного процесса, и удобства ее эксплуатации с повышением точности получаемых данных. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Заявляемое техническое решение относится к области измерения показателей физического состояния и активности человека в процессе выполнения тренировочной деятельности в диагностических целях.

Физическая тренировка организма человека является сложным и комплексным процессом, в котором важно учитывать множество аспектов для достижения максимального результата в виде выхода на определенный уровень формы или отработки определенных действий с увеличением силы, скорости и т.д. При этом, при проведении тренировочного процесса важно наблюдать за физическим состоянием организма, а именно, за работой сердечно-сосудистой системы, мышечной напряженностью человека, рисками возникновения травм при неправильном выполнении определенных действий и т.д. Создание специальных систем, позволяющих наблюдать физическое состояние и активность человека во время тренировочного процесса, является актуальной задачей для повышения эффективности тренировок спортсменов и работы тренеров, а также предоставляют возможность корректировать тренировочный процесс во избежание получения травм, неправильной постановки техники движений, а также повышения эффективности всей тренировки.

Из уровня техники известно техническое решение, представляющее собой систему для захвата движений, выполняемых пользователем, содержащую множество сенсорных модулей, прикрепленных к различным частям человеческого тела, причем по меньшей мере один из сенсорных модулей действует как модуль-концентратор, а остальные сенсорные модули действуют как спутниковые модули. Каждый из спутниковых модулей включает в себя микроконтроллер, по меньшей мере инерциальный датчик и приемопередатчик для связи с узловым модулем. Модуль-концентратор включает в себя микроконтроллер, по меньшей мере инерциальный датчик и приемопередатчик для связи со спутниковыми модулями и еще один приемопередатчик для связи с внешним вычислительным устройством, при этом каждый из датчиков выдает данные измерений с заданной частотой, когда пользователь перемещается. Данные датчиков от спутниковых модулей принимаются в модуле-концентраторе, объединяются с данными датчиков, сгенерированными в модуле-концентраторе, и передаются по беспроводной сети на внешнее устройство, при этом внешнее устройство предназначено для определения движения, выполняемого пользователем, и облегчения сравнения полученного движения с сохраненными данными другого пользователя. Патент № US10157488B2, МПК G06F 3/01, G06Т 13/40, G06F 3/045, опубликован 18.12.2018.

Из уровня техники также известно наручное устройство для регистрации физиологических сигналов, включающее корпус, содержащий блок управления, с которым связаны акселерометрический датчик двигательной активности, фотоплетизмографический модуль, пирометрический датчик температуры, разъем для подключения электродов регистрации электродермальной активности, блок питания, передающая антенна, вибромотор для формирования вибротактильных воздействий на руку, и средство крепления корпуса на руке, соединенное с корпусом, снабженным кнопкой включения/выключения, соединенной с блоком управления. При этом средство крепления корпуса на руке выполнено в виде браслета из ремня, обхватывающего запястье. Патент № RU197524U1, МПК A61B 5/01, A61B 5/0295, A61B 5/053, A61B 5/11, A61B 5/1455, опубликован 12.05.2020.

Кроме того, известно техническое решение, выбранное в качестве ближайшего аналога, раскрывающее устройство для мониторинга активности сердца, включающее датчик измерения активности сердца, сконфигурированный для восприятия электрических сигналов сердца пользователя, вычисления данных активности сердца, беспроводной передачи данных активности сердца на приёмное устройство. Датчик измерения активности сердца соединяется по крайней мере с первым электродом и вторым электродом посредством соответствующих проводов, которые проходят внутри кабелей. Первый электрод интегрирован с одним аксессуаром так, что, когда пользователь носит аксессуар, первый электрод находится в контакте с кожей пользователя в первом месте внутри области, где аксессуар используется пользователем. Второй электрод выполнен с возможностью контакта с кожей пользователя во втором местоположении, второе местоположение отличается от первого местоположения на коже пользователя. Патент № RU197891U1, МПК A61B 5/04, опубликован 04.06.2020.

Представленные из уровня техники решения не позволяют в полной мере оценивать данные физического состояния человека, так как эти системы обрабатывают сырые данные, получая на выходе уже готовые показатели, однако, это не позволяет опытному квалифицированному тренеру увидеть полную картину физического состояния спортсмена и оценить причины, которые ведут к тем или иным значениям показателей. Кроме того, представленные решения не отличаются компактностью, автономностью и удобством эксплуатации, особенно при выполнении активных физических нагрузок, например, при пробежке, езде на велосипеде или специальной силовой тренировке.

Задачей заявленного технического решения является создание системы мониторинга показателей физического состояния человека во время тренировочного процесса с повышенной автономностью и технологичностью, а также удобством эксплуатации, приводящей к повышению эффективности тренировочного процесса.

Технический результат заявляемого решения заключается в повышении эффективности и безопасности тренировочного процесса, а также в повышении автономности, технологичности и надежности системы мониторинга показателей физического состояния человека во время тренировочного процесса, и удобства ее эксплуатации.

Повышение эффективности тренировочного процесса определяется, в частности, возможностью глубокого анализа данных физического состояния и активности человека и внесения изменений в тренировочный процесс для достижения максимальных результатов при отработке определенных движений и выхода на пик формы спортсмена.

Повышение безопасности тренировочного процесса определяется, в частности, возможностью предупреждения травм и перенапряжения организма человека в процессе тренировки.

Повышение автономности системы определяется, в частности, возможностью работы устройств для измерения показателей физического состояния и активности человека без постоянного прямого подключения к внешнему источнику питания, а также возможностью заряжания устройств для многократной работы.

Повышение технологичности системы определяется, в частности, повышением технологичности устройств для измерения показателей физического состояния и активности человека, а именно приспособленностью их к ремонту.

Повышение надежности системы определяется, в частности, повышением долговечности и надежности устройств для измерения показателей физического состояния и активности человека.

Заявленный технически результат достигается за счет того, что система мониторинга показателей физического состояния человека во время тренировочного процесса включает устройства для измерения показателей физического состояния и активности человека и их зарядную станцию, каждое из устройств для измерения физического состояния и активности человека содержит корпус, выполненный из пластика, в котором размещены печатная плата с электронными компонентами, включающими инерциальные датчики и аналого-цифровой преобразователь, и подключенный к ней внутренний источник питания, при этом устройство для измерения показателей физического состояния и активности человека выполнено с возможностью передачи данных, зарегистрированных датчиками, на сервер, а корпус устройства состоит из двух частей, соединенных вместе с образованием пространства для размещения в нем печатной платы и внутреннего источника питания, при этом максимальная длина корпуса составляет 20-45 мм, максимальная ширина корпуса составляет 20-45 мм, максимальная высота корпуса составляет 4-15 мм. Предпочтительно зарядная станция выполнена с возможностью подключения к источнику внешней электрической сети, и включает разъемы для подключения к ней устройств для измерения показателей физического состояния и активности человека с возможностью заряда их внутренних источников питания. Корпус зарядной станции может быть выполнен из двух частей, соединяющихся с образованием пространства для размещения в нем устройств для измерения показателей физического состояния и активности человека. Предпочтительно корпус зарядной станции выполнен с шириной, равной 61-65 мм, длиной, равной 93-97 мм, высотой, равной 31-36 мм. Система предпочтительно включает снимаемый зажим для закрепления устройства для измерения показателей физического состояния и активности человека на одежде, включающий корпус, соединенный с упругим элементом для фиксации одежды между корпусом и упругим элементом, и элементы для ограничения перемещения устройства для измерения показателей физического состояния и активности человека и его фиксации на корпусе. Устройство для измерения показателей физического состояния и активности человека предпочтительно включает акриловый световод со светодиодом, подключенным к печатной плате. По меньшей мере часть датчиков может включать 3-х осевые акселерометры для детектирования ускорений и 3-х осевой гироскоп для детектирования угловых скоростей. Аналого-цифровой преобразователь предпочтительно представляет собой многоканальный, 16-разрядный, дельта-сигма (ΔΣ) преобразователь со встроенным программируемым входным усилением, внутренним опорным напряжением и встроенным кварцевым резонатором. Электронные компоненты могут включать датчик температуры. К устройству для измерения показателей физического состояния и активности человека посредством кабеля может быть подключен электрод для измерения показателей физического состояния человека.

Заявляемая система мониторинга показателей физического состояния человека во время тренировочного процесса включает устройства для измерения показателей физического состояния и активности человека, благодаря которым осуществляется наблюдение и контроль за состоянием тренирующегося во время выполнения определенных упражнений для определения правильности выполнения упражнения и возможности внесения изменений в технику исполнения движения тренером, что обеспечивает эффективность тренировочного процесса. Наличие нескольких устройств для измерения позволяет одновременно закрепить их на разных частях тела тренирующегося, например, руках, ногах, голове, туловище для измерения показателей физического состояния и активности человека в совокупности при исполнении движения, что позволяет видеть не только перемещение непосредственной части тела, исполняющей движение, но и также фиксировать малейшие изменения траектории других частей тела и фиксировать полную картину движения тренирующегося, для корректировки постановки тела и исполнения движения, что обеспечивает высокую эффективность тренировочного процесса. При этом, измерение показателей физического состояния и активности человека также способствует повышению безопасности тренировочного процесса за счет возможности анализа определяемых показателей и внесения изменений в тренировочный процесс для предупреждения перенапряжения организма, а также возникновения травмы вследствие неправильной техники исполнения упражнения.

Каждое из устройств для измерения физического состояния и активности человека содержит корпус для обеспечения ограждающей функции для внутренних электронных составляющих устройства и предотвращению их повреждения вследствие каких-либо механических воздействий при высокой физической активности или падении на твердую поверхность при случайном откреплении устройства с тела тренирующегося, что обеспечивает долговечность и надежность устройств для измерения показателей физического состояния и активности человека и как следствие, надежность системы. Кроме того, наличие корпуса, обеспечивает защиту внутренних электронных компонентов устройства от пота тренирующегося, который, как известно, хорошо проводит электрический ток из-за наличия в его составе воды и растворенных в ней минеральных солей, и может привести к повреждению электронных компонентов устройства, их замыканию и выходу из строя устройства, таким образом, наличие корпуса обеспечивает долговечность и надежность устройств для измерения показателей физического состояния и активности человека и как следствие, надежность системы. Корпус каждого устройства выполнен из пластика, который за счет своих свойств придает легкость устройству, по сравнению с использованием металлического корпуса, что обеспечивает удобство эксплуатации устройства и всей системы, а также является недорогим материалом и не требует сложных операций при сборке и установке и как следствие, легко поддается ремонту, что обеспечивает высокую технологичность устройств и как следствие, системы. Вместе с тем, корпус устройства, выполненный из пластика вследствие своей невысокой массы не оказывает значительного влияния на работу инерциальных датчиков и не искажает его показания, не утяжеляет движения тренирующегося и не изменяет его движения при тренировке без устройств для измерения физических показателей и активности человека, таким образом тренирующийся не привыкает к утяжеленной нагрузке от устройства, расположенного, например, на руке, и при снятии устройства нет необходимости перераспределять нагрузку, чтобы движение без устройства соответствовало тренируемому движению, таким образом не требуется дополнительная корректировка исполнения движения без датчиков, что обеспечивает высокую эффективность тренировочного процесса. В качестве пластикового материала для создания корпуса может быть использован, например, АБС-пластик, изготовленный на основе сополимера акрилонитрила с бутадиеном и стиролом, обладающий высокими влагостойкими и ударопрочными свойствами.

Корпус устройства состоит из двух частей, соединенных вместе с образованием пространства для размещения в нем печатной платы и внутреннего источника питания, что позволяет их расположить в закрытом ограничивающем пространстве, тем самым защитив от внешних механических или климатических воздействий, приводящих к выходу из строя внутренних электронных компонентов устройства, что повышает долговечность устройств для измерения показателей физического состояния и активности человека и, таким образом, надежность системы . Также выполнение корпуса устройства в виде двух частей соединенных вместе дает возможность для удобного ремонта устройства, где требуется снять только одну часть корпуса и не демонтировать его полностью, а также возможность удобной замены поврежденной части корпуса, что повышает приспособленность устройства к ремонту и как следствие, его технологичность и технологичность всей системы. При производстве и эксплуатации устройств для измерения показателей физического состояния и активности человека разных размеров было определено, что при максимальной длине корпуса 20-45 мм, максимальной ширине корпуса 20-45 мм и максимальной высоте корпуса 4-15 мм, обеспечивается максимальное удобство эксплуатации устройств вследствие их небольших размеров и массы, не вносящих большие изменения в траектории движения тренирующегося и показатели инерциальных датчиков. Выполнение корпуса с максимальной длиной менее 20 мм, максимальной шириной менее 20 мм и максимальной высотой менее 4 мм не обеспечивает возможность размещения всех необходимых внутренних компонентов устройства во внутреннем пространстве корпуса, а именно расположение печатной платы с электронным компонентами, включающими инерциальные датчики и аналого-цифровой преобразователь, и подключенный к ней внутренний источник питания, что снижает технологичность устройства, а также возможность его применения по целевому назначению. Кроме того, уменьшение указанных параметров приводит к необходимости увеличения задействования мелкой моторики при подготовке устройств к эксплуатации, в частности, отключение их от зарядной станции и прикрепление к телу или к одежде тренирующегося, что сказывается на ухудшении их эргономики. При этом, выполнение длины корпуса более 45 мм, ширины более 45 мм и высоты более 15 мм снижает удобство эксплуатации устройств вследствие их больших размеров и, как следствие, массы, что вызывает неудобства при закреплении устройств на теле тренирующегося и выполнении активных движений, а может вызывать дополнительные колебания, фиксирующиеся инерциальными датчиками, что снижает удобство эксплуатации устройств и всей системы.

В корпусе устройства размещена печатная плата с электронными компонентами, которая обеспечивает компактное электрическое и механическое соединение электронных компонентов устройства друг с другом без необходимости использовать способы навесного монтажа, что увеличивает компактность устройства и как следствие, удобство его эксплуатации и использования всей системы. Кроме того, использование печатной платы в устройстве в отличие от соединения компонентов проводами значительно упрощает процесс ее монтажа и соединения с другими электронными компонентами устройства с помощью пайки, а так легко поддается ремонту, что также увеличивает технологичность устройств и как следствие, всей системы. Электронные компоненты устройства включают инерциальные датчики, которые определяют отклонение системы координат корпуса устройства, в котором они находятся, от системы координат Земли, а именно, по угловым скоростям и ускорению, и в отличие от неинерциальных систем определения местоположения объектов, не нуждаются в наличии внешних ориентиров или сигналов, что обеспечивает высокую автономность устройств системы и, следовательно, самой системы. Предпочтительно по меньшей мере часть датчиков включает 3-х осевые акселерометры для детектирования ускорений и 3-х осевой гироскоп для детектирования угловых скоростей, которые позволяют определять ускорения и угловые скорости в трех пространственных координатах одновременно, в отличие от датчиков, определяющих угловое ускорение только в одной пространственной координате, что позволяет уменьшить количество используемых датчиков, тем самым облегчая монтаж и уменьшая размеры устройства, что дополнительно повышает технологичность устройств и системы. Кроме того, предпочтительное определение угловых скоростей и ускорения сразу в тех пространственных координатах позволяет формировать более полную траекторию движения в пространстве частей тела тренирующегося, что дает возможность проводить более глубокий анализ тренировочного процесса и вносить необходимые изменения, что дополнительно увеличивает эффективность тренировочного процесса. В предпочтительном варианте к устройству для измерения показателей физического состояния и активности человека посредством кабеля подключен электрод для измерения показателей физического состояния человека, который можно закрепить на коже человека, например, с помощью пластыря, и который позволяет фиксировать дополнительные параметры физического состояния человека по запросу тренера, например, электрокардиограмму, представляющую собой график зависимости напряжения от времени электрической активности сердца, или частоту сердечных сокращений, что является важным при высоких физических нагрузках для контроля и выявления отклонений в работе сердечно-сосудистой системы в течение тренировочного процесса, что также позволяет прекратить тренировку в случае проявления таких отклонений и возникновения опасности для здоровья тренирующегося, что дополнительно увеличивает безопасность тренировочного процесса. В предпочтительном варианте электронные компоненты устройства также включают датчик температуры, позволяющий определять изменение температуры тела человека в течение тренировочного процесса, которое является важным показателем работы всех систем организма, зависит от температуры окружающей среды, а также физиологических механизмов терморегуляции организма, при нарушении которых изменяется кровоснабжение отдельных участков тела, что при длительной тренировке в таком состоянии может привести к ухудшению самочувствия тренирующегося, а также возникновению риска для его здоровья, таким образом, наличие датчика температуры дополнительно повышает безопасность тренировочного процесса. Например, при тренировке на открытом воздухе в жаркую погоду, датчик температуры, позволит определить тренеру в какой момент для конкретного спортсмена лучше прекратить тренировку во избежание перегрева организма и получения теплового удара. В качестве датчика температуры может быть использован, например, терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом. Устройство для измерения показателей физического состояния и активности человека может также включать акриловый световод со светодиодом, подключенным к печатной плате для подачи световых сигналов в процессе работы или заряжания устройства, а также изменении каких-либо измеряемых показателей, например, цветовыми сигналами или мерцающими импульсами, которые позволяют определить исправно ли работает устройство, полностью ли заряжен внутренний источник питания, а также изменились ли какие-то показатели, в процессе тренировки, что дополнительно повышает удобство эксплуатации устройства и как следствие, всей системы.

В корпусе устройства также размещен аналого-цифровой преобразователь, необходимый для преобразования аналогового сигнала от инерциальных датчиков в цифровой сигнал и осуществления предварительной его предварительной обработки, который впоследствии будет передан на сервер и выдан в виде числовых значений для анализа непосредственно тренеру, например, через мобильное приложение, что значительно увеличивает удобство эксплуатации системы. Сервер может быть оснащен серверным программным обеспечением, выполненным с возможностью постобработки полученных данных для оценки интенсивности работы по время тренировочного процесса, качества проведенной тренировки, техники выполнения упражнения, состояния здоровья тренирующегося, риска возникновения травмы, для демонстрации динамики развития показателей тренирующегося и т.д., а также передавать эти данные, например, в мобильное приложение. Качественное преобразование аналогового сигнала и сглаживание его шумов также влияет на точность получаемых обработкой данных, например, в предпочтительном варианте, аналого-цифровой преобразователь представляет собой многоканальный, 16-разрядный, дельта-сигма (ΔΣ) преобразователь со встроенным программируемым входным усилением, внутренним опорным напряжением и встроенным кварцевым резонатором наряду со своими небольшими размерами и весом, дополнительно уменьшающими размеры и массу устройства, тем самым, дополнительно увеличивающими удобство эксплуатации устройств и системы, обладает высокой точностью преобразования различных аналоговых сигналов с высокой частотой дискретизации, сохраняя временнýю и амплитудную информацию, что дает на выходе более точные данные измеряемых параметров и позволяет более точно определять необходимость внесения изменений в тренировочный процесс, а также степень этих изменений, что дополнительно повышает эффективность тренировочного процесса. Внутренний кварцевый резонатор аналого-цифрового преобразователя, в предпочтительном варианте, позволяет также определять сигнал для получения электрокардиограммы тренирующегося в течение тренировочного процесса, которая позволяет прекратить тренировку в случае проявления отклонений в работе сердечно-сосудистой системе и возникновения опасности для здоровья тренирующегося, что дополнительно увеличивает безопасность тренировочного процесса.

К печатной плате устройства для измерения показателей физического состояния и активности человека подключен также внутренний источник питания, который обеспечивает устройство энергией для его эксплуатации, а также не требует прямого подключения устройства к источнику внешней электрической сети посредством кабеля, что позволяет использовать устройства, например, на улице, где в пределах доступности нет внешних источников энергии, что значительно повышает автономность устройств и как следствие, всей системы. В качестве внутреннего источника питания устройства для измерения показателей физического состояния и активности человека может быть использован, например, литий-ионный аккумулятор. При этом, система также включает зарядную станцию устройств для измерения показателей физического состояния и активности человека, которая позволяет быстро восполнить заряд внутреннего источника питания устройств для многократного их использования, что обеспечивает автономность системы. Кроме того, зарядная станция обеспечивает стабилизацию сетевого напряжения, благодаря которой, вследствие заряжания внутреннего источника питания устройства не напрямую от сети, а посредством зарядного устройства, предотвращается выход из строя заряжаемых устройств вследствие возможных колебаний и скачков напряжения, что обеспечивает долговечность и надежность устройств и как следствие, надежность системы. Предпочтительно зарядная станция выполнена с возможностью подключения к источнику внешней электрической сети для восполнения энергией собственного источника питания, например, аккумулятора, без необходимости сложной операции извлечения аккумулятора для заряжания, после его разряда, восполнение его энергией непосредственно в установленном состоянии в зарядной станции, что дополнительно повышает удобство эксплуатации системы. Зарядная станция предпочтительно включает разъемы для подключения к ней устройств для измерения показателей физического состояния и активности человека с возможностью заряда их внутренних источников питания, что, в отличие от технологий беспроводной подзарядки устройств, обладающей низкой мощностью, способствует более быстрому заряжанию внутреннего источника питания устройств для их скорого использования, дополнительно повышает удобство эксплуатации системы. Кроме того, в предпочтительном варианте, наличие разъемов для подключения устройств к зарядной станции, дополнительно повышает долговечность устройств и как следствие, всей системы, так как бесконтактные системы зарядки устройств работают на принципах электромагнитной индукции и способствуют сильному нагреванию заряжаемого устройства, которое может привести к его перегреву и выходу из строя электронных компонентов устройства. Корпус зарядной станции предпочтительно выполнен из двух частей, соединяющихся с образованием пространства для размещения в нем устройств для измерения показателей физического состояния и активности человека, что, благодаря возможности помещения устройств для измерения в пространство внутри зарядной станции, повышает компактность системы, а также предотвращает их случайное отсоединение от зарядной станции и потерю, что дополнительно повышает удобство эксплуатации системы. Кроме того, наличие двух соединяющихся частей корпуса, в случае отсутствия внутри зарядной станции заряжаемых устройств, позволяет уберечь электрические контакты, обеспечивающие зарядку, от воздействия влаги или попадания твердых механических частиц, способных повредить контакты или привести к их замыканию, что дополнительно увеличивает долговечность зарядной станции. При использовании заявляемых устройств с максимальной длиной корпуса 20-45 мм, максимальной шириной корпуса 20-45 мм, максимальной высотой корпуса 4-15 мм, было установлено, что в предпочтительном варианте корпус зарядной станции может быть выполнен с шириной, равной 61-65 мм, длиной, равной 93-97 мм, высотой, равной 31-36 мм, что дополнительно повышает удобство эксплуатации системы за счет возможности заряжания до пяти- шести устройств для измерения одновременно, которые в дальнейшем комплектом используются для одного тренирующегося, располагая устройства по одному на каждой руке, ноге и один на туловище, что не требует дополнительного ожидания поочередной зарядки каждого устройства. Выполнение корпуса зарядной станции в предпочтительном варианте с шириной меньше 61 мм, длиной меньше 93 мм, высотой меньше 31 мм не позволяет заряжать пять устройств одновременно, которые удобно использовать в предпочтительном варианте единым комплектом для одного тренирующегося из-за ограничения геометрических параметров и необходимости поочередного заряжания устройств. Выполнение корпуса зарядной станции в предпочтительно варианте с шириной более 65 мм, длиной более 97 мм и высотой более 36 мм снижает удобство эксплуатации зарядной станции вследствие ее увеличенных размеров, которые снижают ее компактность.

Устройство для измерения показателей физического состояния и активности человека выполнено с возможностью передачи данных, зарегистрированных датчиками, на сервер, на котором может храниться вся информация о тренировочном процессе, а также предоставляется возможность для тренера получения и анализа этих данных для изменения тренировочного процесса, например, исполнения техники удара при несоответствующих значения угловых скоростей движения руки, что обеспечивает эффективность тренировочного процесса. Также, при передаче данных с устройства на сервер нет необходимости сбора данных с каждого отдельного устройства вручную для дальнейшего анализа, что повышает удобство эксплуатации устройств системы. Кроме того, данные переданные на сервер, могут храниться на нем в течение неограниченного срока, что позволяет анализировать показатели физического состояния и активности человека в сравнении с каждой предыдущей тренировкой и подбирать необходимую нагрузку для следующей тренировки для выведения спортсмена на определенных уровень формы, например, к соревнованиям, что также повышает эффективность тренировочного процесса. Первичные и предварительно обработанные данные с устройств для измерения показателей физического состояния и активности человека могут передаваться на сервер через беспроводную сеть WiFi, а также передаваться в мобильное приложение посредством Bluetooth Low Energy.

Система мониторинга показателей физического состояния человека во время тренировочного процесса предпочтительно включает снимаемый зажим для закрепления устройства для измерения показателей физического состояния и активности человека на одежде, включающий корпус, соединенный с упругим элементом для фиксации одежды между корпусом и упругим элементом, и элементы для ограничения перемещения устройства для измерения показателей физического состояния и активности человека и его фиксации на корпусе, что дополнительно повышает удобство эксплуатации устройства за счет надежного и крепкого крепления его на одежде занимающегося и отсутствия необходимости использования подручных средств для его крепления. Фиксация снимаемого зажима и устройства с ограничением перемещения относительно друг друга предотвращает искажение данных угловых скоростей и как следствие, неверные корректировки тренировочного процесса, из-за возникновения неточных данных от инерциальных датчиков, считывающих малейшие колебания при движении, что дополнительно повышает безопасность тренировочного процесса, так как при неточных данных и неправильной корректировке исполнения движения может возникнуть риск неправильного распределения нагрузки на тело тренирующегося с последующей возможностью возникновения травмы.

Далее заявляемое техническое решение поясняется с помощью фигур, на которых представлены предпочтительные варианты возможного исполнения системы мониторинга показателей физического состояния человека во время тренировочного процесса.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства для измерения показателей физического состояния и активности человека.

На фиг. 2 представлено внутреннее исполнение устройства для измерения показателей физического состояния и активности человека.

На фиг. 3 представлен другой вариант внутреннего исполнения устройства для измерения показателей физического состояния и активности человека.

На фиг. 4 представлен общий вид зарядной станции.

На фиг. 5 представлен вид сбоку снимаемого зажима.

На фиг. 6 представлен вид сверху снимаемого зажима.

Цифрами на представленных фигурах обозначены:

- устройство для измерения показателей физического состояния и активности человека (1);

- верхняя часть корпуса (2) устройства (1);

- нижняя часть корпуса (3) устройства (1);

- печатная плата (4) с электронными компонентами;

- внутренний источник питания (5) устройства (1);

- акриловый световод со светодиодом (6);

- зарядная станция (7);

- верхняя часть корпуса (8) зарядной станции (7);

- нижняя часть корпуса (9) зарядной станции (7);

- снимаемый зажим (10);

- корпус (11) снимаемого зажима (10);

- упругий элемент (12) для фиксации одежды между корпусом (11) и упругим элементом (12);

- элементы (13) для ограничения перемещения устройства (1).

Далее со ссылками на фигуры описан один из предпочтительных вариантов исполнения заявляемого технического решения.

Система мониторинга показателей физического состояния человека во время тренировочного процесса включает устройства (1) для измерения показателей физического состояния и активности человека, каждое из которых содержит пластиковый корпус, состоящий из двух частей: верхней (2) и нижней (3), соединенных вместе с образованием пространства для размещения в нем печатной платы (4) с электронными компонентами, включающими инерциальные датчики и аналого-цифровой преобразователь, и подключенного к печатной плате (4) внутреннего источника питания (5). Предпочтительно по меньшей мере часть датчиков включает 3-х осевые акселерометры для детектирования ускорений и 3-х осевой гироскоп для детектирования угловых скоростей. При этом, устройство (1) выполнено с возможностью передачи данных, зарегистрированных датчиками, на сервер, например, посредством беспроводной сети WiFi. Кроме того, максимальная длина корпуса составляет 20-45 мм, максимальная ширина корпуса составляет 20-45 мм, максимальная высота корпуса составляет 4-15 мм. В предпочтительном варианте устройство (1) включает акриловый световод со светодиодом (6), подключенный к печатной плате (4), а электронные компоненты печатной платы (4) включают датчик температуры. Также аналого-цифровой преобразователь предпочтительно представляет собой многоканальный, 16-разрядный, дельта-сигма (ΔΣ) преобразователь со встроенным программируемым входным усилением, внутренним опорным напряжением и встроенным кварцевым резонатором.

Система мониторинга показателей физического состояния человека во время тренировочного процесса включает зарядную станцию (7) устройств (1), корпус которой, в предпочтительном варианте, состоит из двух частей; верхней (8) и нижней (9), соединяющихся с образованием пространства для размещения в нем устройств (1). Также зарядная станция (7) предпочтительно выполнена с возможностью подключения к источнику внешней электрической сети, и включает разъемы для подключения к ней устройств (1) с возможностью заряда их внутренних источников питания (5). Кроме того, корпус зарядной станции предпочтительно выполнен с шириной, равной 61-65 мм, длиной, равной 93-97 мм, высотой, равной 31-36 мм.

Система мониторинга показателей физического состояния человека во время тренировочного процесса предпочтительно включает снимаемый зажим (10) для закрепления устройства (1) на одежде, который включает корпус (11), соединенный с упругим элементом (12) для фиксации одежды между корпусом (11) и упругим элементом (12), и элементы (13) для ограничения перемещения устройства (1).

В предпочтительном варианте эксплуатации заявляемого изобретения устройство (1) для измерения показателей физического состояния и активности человека устанавливается в корпус (11) снимаемого зажима (10), фиксируется элементами (13) для ограничения перемещения устройства (1) и закрепляется на одежде спортсмена посредством упругого элемента (12), предпочтительно по одному устройству (1) на руках, например, перчатках, по одному на ногах и один на туловище, например, на одежде. Каждое из устройств (1) работает от энергии внутреннего источника питания (5), а акриловый световод со светодиодом (6) подает световой сигнал о работе устройства (1). Во время выполнения тренирующимся заданного движения инерциальные датчики, расположенные на печатной плате (4) устройства (1), предпочтительно по меньшей мере часть из которых включает 3-х осевые акселерометры и 3-х осевой гироскоп, определяют ускорения и угловые скорости частей тела тренирующегося в виде сигнала, который обрабатывается аналого-цифровым преобразователем, представляющим из себя многоканальный, 16-разрядный, дельта-сигма (ΔΣ) преобразователь со встроенным программируемым входным усилением, внутренним опорным напряжением и встроенным кварцевым резонатором, и передается посредством WiFi на сервер для передачи собранных данных тренеру, например, через мобильное приложение или постобработки данных. Предпочтительно также измеряется температура тела тренирующегося посредством датчика температуры, подключенного к печатной плате (4) устройства (1). Кроме того, предпочтительно измеряется электрокардиограмма и частота сердечных сокращений тренирующегося посредством электродов, подключенных к устройству (1) с помощью кабеля. По окончанию тренировочного процесса устройство (1) посредством зажима (10) снимается с одежды, извлекается из корпуса (11) снимаемого зажима (10) и помещается в зарядную станцию (7), корпус которой состоит из двух частей: верхней (8) и нижней (9), соединяющихся с образованием пространства для размещения в нем устройств (1). Зарядная станция (7) предпочтительно подключается к источнику внешней электрической сети, посредством чего осуществляется заряжание внутренних источников питания (5) устройств (1) и/или аккумулятора, встроенного в зарядную станцию (7). Акриловый световод со светодиодом (6) подает световые сигналы в процессе заряжания и по окончанию, после чего устройства (1) могут быть извлечены из зарядной станции (7) и использованы для следующего тренировочного процесса.

Заявляемое техническое решение может использоваться для мониторинга показателей физического состояния человека во время тренировочного процесса, например, в различных видах спорта от единоборств (бокса, ММА) до циклических видов спорта (бег, лыжные гонки), и подготовке спортсменов к соревнованиям. Решение характеризуется повышенной автономностью, технологичностью, надежностью и удобством эксплуатации, способствующими повышению эффективности и безопасности тренировочного процесса.

Представленные фигуры, описание конструкции и использования системы мониторинга показателей физического состояния человека во время тренировочного процесса не исчерпывают возможные варианты исполнения и не ограничивают каким-либо образом объем заявляемого технического решения. Возможны иные варианты исполнения в объеме заявляемой формулы.

Claims (10)

1. Система мониторинга показателей физического состояния человека во время тренировочного процесса, включающая устройства для измерения показателей физического состояния и активности человека и их зарядную станцию, каждое из устройств для измерения физического состояния и активности человека содержит корпус, выполненный из пластика, в котором размещены печатная плата с электронными компонентами, включающими инерциальные датчики и аналого-цифровой преобразователь, и подключенный к ней внутренний источник питания, при этом устройство для измерения показателей физического состояния и активности человека выполнено с возможностью передачи данных, зарегистрированных датчиками, на сервер, а корпус устройства состоит из двух частей, соединенных вместе с образованием пространства для размещения в нем печатной платы и внутреннего источника питания, при этом длина корпуса составляет 20-45 мм, ширина корпуса составляет 20-45 мм, высота корпуса составляет 4-15 мм, отличающаяся тем, что аналого-цифровой преобразователь выполнен со встроенным кварцевым резонатором.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, зарядная станция выполнена с возможностью подключения к источнику внешней электрической сети, и включает разъемы для подключения к ней устройств для измерения показателей физического состояния и активности человека с возможностью заряда их внутренних источников питания.

3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что корпус зарядной станции выполнен из двух частей, соединяющихся с образованием пространства для размещения в нем устройств для измерения показателей физического состояния и активности человека.

4. Система по п. 2, отличающаяся тем, что корпус зарядной станции выполнен с шириной, равной 61-65 мм, длиной, равной 93-97 мм, высотой, равной 31-36 мм.

5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что включает снимаемый зажим для закрепления устройства для измерения показателей физического состояния и активности человека на одежде, включающий корпус, соединенный с упругим элементом для фиксации одежды между корпусом и упругим элементом, и элементы для ограничения перемещения устройства для измерения показателей физического состояния и активности человека и его фиксации на корпусе.

6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что устройство для измерения показателей физического состояния и активности человека включает акриловый световод со светодиодом, подключенным к печатной плате.

7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что по меньшей мере часть датчиков включает 3-х осевые акселерометры для детектирования ускорений и 3-х осевой гироскоп для детектирования угловых скоростей.

8. Система по п. 1, отличающаяся тем, что аналого-цифровой преобразователь представляет собой многоканальный, 16-разрядный, дельта-сигма (ΔΣ) преобразователь со встроенным программируемым входным усилением, внутренним опорным напряжением.

9. Система по п. 1, отличающаяся тем, что электронные компоненты включают датчик температуры.

10. Система по п. 1, отличающаяся тем, что к устройству для измерения показателей физического состояния и активности человека посредством кабеля подключен электрод для измерения показателей физического состояния человека.