SU786987A1 - Устройство дл управлени двигательными функци ми спортсмена в процессе обучени - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к биотехническим системам, предназначено дл  спортивно-технического обучени  и может быть применено в медицине 5 дл  восстановлени  двигательных функций человека.

Известно устройство дл  управлени  двигательными функци ми спортсмена в процессе обучени , включаю- Q щее блок датчиков биомеханических характеристик, усилитель, св занные между собой вычислительный узел и регистрирующий прибор, блок задани  пороговых значений и пульт оператора 1 .

Недостатком данного устройства  вл етс  отсутствие оценки характеристик движений спортсмена, световой и звуковой индикации оценок дви- JQ жений и коррекции движений.

Цель изобретени  - сокращение срока обучени .

Дл  этого в устройство дл  управлени  двигателышми функци ми спорт- 25 смена в процессе обучени , включающее блок датчиков биомеханических характеристик, усилитель, св занные между собой вычислительный узел и регистрирующий прибор, блок задани 

пороговых значений и пульт оператора , введены блок задани  эталонных характеристик, вход которого св зан с пультом оператора и блоком задани  пороговых значений, соединенные между собой блок биостимул ции и блок регулировани  биостимул ции, первый релейный блок, подключенный к блоку биостимул ции, блок звуковой индикации , последовательно соединенные регистр, дешифратор, второй релейный блок и блок световой индикации, св занный с блоком звуковой индикации , и коммутатор, при этом вычислительный узел представл ет собой цифровую вычислительную машину с циф{ю аналоговым и аналого-цифровым преобразовател ми , входы которой св заны с блоком задани  порогового значени , блоком эталонных характеристик и коммутатором, а выходы с пультом оператора, первым релейным блоком, блоком регулировани  биостимул ции и регистром, причем датчик биомеханических характеристик, усилитель и коммутатор св заны между собой.

На чертеже изображена блок-схема устройства.

Устройство содержит блок 1 датчиков биомеханических характеристик, усилитель 2, коммутатор 3, аналогоцифровой преобразователь 4, цифровую вычислительную машину 5, блок :б задани  пороговых значений, регистрирующий прибор 7, пульт 8 оператора , цифроаналоговый преобразователь 9, блок 10 задани  эталонных характеристик, блок 11 биостимул ции , блок 12 регулировани  биостимул цией , блок 13 световой индикации , блок 14 звуковой индикации, два релейных блока 15 и 16, дешифратор 17 и регистр 18.

Блок 1 датчиков биомехани еских характеристик подключен к усилителю 2, выходы которого подключены к |ВЫходам коммутатора 3. Аналого-цифровой преобразователь 4 подключен входом к выходу коммутатора 3 и выходом к первому входу цифровой вычислительной машины 5, второй вход которой подключен к выходу блока 6 задани  пороговых значений. Первый выход цифровой вычислительной машины 5 подключен к входам регистрирующего прибора 7 и пульта 8 оператора , Щ1фрова  вычислительна  машина 5 подключена вторым выходом к входу цифроаналогового преобразовател  9 и третьим входом к выходу блока 10 задани  эталонных характеристик. Выход пульта 8 оператора подключен к входам блока б задани  пороговых значений и блока 10 задани  эталонHtdx характеристик. Блок 11 биостимул ции подключен входами к выходам блока 12 регулировани  биостимул цией и релейного блока 15, Выход цифроаналогового преобразовател  9 подт ключей к входу блока 12 автоматического регулировани  бистимул цией. Блок 13 световой индикации и блок 14 звуковой индикации подключены к выходам релейного блока 16, входы которого подключены к выходам дешифратора 17. Релейный блок 15 подключен входом к третьему выходу цифровой вычислительной машины 5, четвертый выход которой подключен к входу регистра 18,.подключенного выходами и входами дешифратора 17.

Устройство работает следующим образом .

Блок 1 датчиков биомеханических хецрактеристик, содержащий гониометp j (датчики суставных углов), акселерометры (датчики ускорений движени биозвеньев), тензодинамометры (датчики опорных реакций) и датчики .электрической активности ьолшц, вырабатывает электрические сигналы, пропорциональные углам в суставах, ускорени м движени  биозвеньев, силам опорных взаимодействий и электрической активности мышц. Датчики биомеханических характеристик закрепл ютс  в несколы их точках биозвеньев спортсмена, которые участвуют в выполнении им определенного вида упражнени . Выходные сигналы блока 1 датчиков биомеханических характеристик усиливаютс  усилителем 2 и с помощью коммутатора 3 подключаютс к входу аналого-цифрового преобразовател  4, который выполн ет преобразование аналоговых сигналов в двоичный код. С выхода аналого-цифрового преобразовател  4 сигналы датчиков биомеханических характеристик в цифровой форме записываютс  по первому входу в пам ть цифровой вычислительной машины 5. В цифровой вычислительной машине 5 сигналы акслерометров дважды интегрируютс , в результате чего вырабатываетс  информаци  о скорости движени  и пути точки биозвена.

Таким образом, в цифровой вычисли-тельной машине 5 происходит накопление , информации о линейных и угловых движени х биозвеньев и об усили х , paзвивae ыx спортсменом в процессе выполнени  упражнений. Спортсмен высокого класса выполн ет исследуемое упражнение определенное количество раз. Информаци  о выполненных упражнени х накапливаетс  в цифровой вычислительной машине 5 и усредн етс . Усредненные биомеханические характеристики спортсмена высокого класса вывод тс  по первому выходу из цифровой вычислительной машины 5 в регистрирующий прибор 7, /где осуществл етс  их регистраци  в виде печати с помощью цифропечатающей машинки, и на пульт 8 оператора , где отображаютс  на экране диспле .

На основании комплексного биомеханического анализа упражнений, выполн емых спортсменами высокого класса; вырабатываютс  эталонные образцы техники выполнени  этих упражнений в виде кривых изменений во времени параметров линейных и угловых движений биозвеньев и развиваемых усилий. Затем определ етс  набор критериев оценки дл  каждой такой характеристики движени  спортсмена, включающий допустимые отклонени  и весовые коэффициенты, который позвол ет оценить качество выполнени  упражнени .

Поскольку цифрова  вычислительна  машина 5 осуществл ет обработку дискретной информации, то дл  каждой биомеханической характеристики эталонного движени  спортсмена можно установить дискретные моменты времени , в которые контролируемые параметры движени  принимают определенные значени . Таким образом, эталонное движение спортсмена определ етс  из п р да наборов контролируемых параметров и р да наборов чисел дл  каждого контролируемого параметра.

Так как в разных попытках исполнени  упражнени  имеет место разброс контролируемых параметров, то эталонной характеристикой движени  спортсмена может служить среднеарифметические значени .

Располага  численными характеристиками эталонного движени , можно количественно оценить степень близости к нему того движени , которое в данный времени выполн етс  спортсменом. При сопоставлении различных вариантов выполнени  движений спортсменом в сравнении с эталонным образцом используетс  метод оценки близости двух функций по среднему квадратичному отклонению. Дл  каждого контролируемого биомеханического параметра цифрова  вычислительна  машина 5 вычисл ет оценку.

Эталонные характеристики задаютс  с пульта 8 оператора путем записи в блок 10 задани  этгшонных характеристик соответствующих наборов чисел которые поступают по третьему вх-рду в пам ть цифровой вычислительной машины 5. В зависимости от степени подготовленности спортсмена оператор с пульта 8 задает пороговые значени  которые не должны превышать оценки. Выбор конкретного порогового значени  осуществл етс  путем анализа матриалов педагогических наблюдений в том или ином виде спорта, учета мнений тренеров, спортсменов высокого класса, анализа результатов выступлений ведущих спортсменов мира. Учитываютс  также значени  оценки степени близости, которые она принимает при многократном выполнении упражнени  спортсменом, характеристики движени  которого прин ты в качестве эталона. Числовые значени  пороговых значений ввод тс  с пульта 8 в блок задани  пороговых значений, с выхода которого по второму входу поступают в пам ть вычислительной машины 5.

В процессе обучени  спортсмена цирова  вычислительна  машина 5 осуществл ет прием информацииJ поступающей от блока 1 датчиков биомеханических характеристик, сравнивает натурные значени  контролируемых параметров движени  спортсмена с эталонными характеристиками , поступающими от блок 10 задани  эталонных характеристик, расчитывает оценки отклонений по каждому контролируемому параметру, вычисл ет интегральную оценку за упражнение, вычисл ет врем  выполнени  упражнени  и отклонение его от заданного. Кроме того, цифрова  вы;Числительна  машина S осуществл ет локализацию и прогнозирование возможной ошибки, определ ет ее весовое значение. Результаты оценок качества выполнени  упражнени  спортсменом с указанием допущенных ошибок и их весового значени  вывод тс  из цифровой вычислительной машины 5 в блок 7,где распечатываютс  на цифропечатающей машинке в виде протокола и отображаютс  на экране диспле  пульта 8.

Цифрова  вычислительна  машина 5 вырабатывает по четвертому выходу цифровые команды, которые поступают в регистр 18 и дешифруютс  дешифратором 17, вызыва  срабатывание определенных реле релейного блока 16. йлходы релейного блока 16 управл ют

o блоком 13 световой индикации и блоком 14 звуковой индикации.

Блок 13 представл ет собой экран мнемосхемы, на которойвысвечиваетс  р д символов, отрешающих количе5 ственную оценку качества выполнени  того или иного упражнени  или отдельных его элементов, пон тную дл  спортсмена и воспринимаемую им как объективную и беспристрастную педагогическую оценку его действий с

0 одновременным и последующим объ снением ошибок, отключений в выполнении изучаемого движени . Экран мнемосхемы блока 13 разбит на р д квадратов. В левом углу высвечиваемых кващратов

5 отображаютс  общие интегральные оценки движени  (упражнени ). отлично (зеленый), хорошо (желтый), плохо (красный). Правый р д квадратов индицирует обозначение наименований био0 механических характеристик движений,: LS - угол в суставе, путь точки био звена , А - ускорение движени  точки биозвена, Kw - линейна , и углова  скорость движени  точки биозвена,

5 F - усили , опорные взаимодействи , t - врем  движени . Средний р д квадратов содержит наименовани  дифференциальных оценок за качество исполнени  каждого из перечисленных в правом р ду параметров. Большой

0 квадрат в центре экрана мнемосхемы, высвечиваемый на прот жении всего движени , символически изображает фигуру спортсмена (на ней .индицируютс  все суставные точки крупнейших био5 кинематических звеньев). На таком схематическом изображении двигательного аппарата вьадел ютс  индикаторные лампочки, высвечивающие упом нутые ориентирные точки.

0

В процессе обучени  физическому упражнению по командам цифровой вычислительной машины 5, которые поступают в регистр 18 и дешифрируютс  дешифратором 17, релейный блок 16 включает необходимые лампочки блока

Claims (1)

1. 5 13, на экране мнемосхемы которого отображаетс  комплексна  визуальна  информаци  дл  спортсмена и тренера о качестве выполнени  поставленного задани  и соответственно об измене0 ни х, которые при необходимости еледут внести в педагогический процесс. Релейный блок 16 управл ет также.. блоком 14 звуковой индикации оценок, который состоит из трех магнитофонов. На магнитной ленте каждого из магни тофонов записываетс  предварительна слозесна  педагогическа  оценка ва рианта выполнени  упражнени , соответствующа  отличному, хорошему и плохому качеству движений. При этом в каждом из трех вариантов подаютс  общие характеристики возможных ошибок , изученных при предварительном биомеханическом исследовании рассмат риваемого физического упражнени . Педагогические управл ющие воздей стви  на световой и звуковой анализа торы обучаемого спортсмена выполн ютс  блоком 13 световой индикации и блоком 14 звуковой индикации, в авто матизированном режиме непосредственно по завершению обучаемым того или иного движени  или физического упрш нени . ЭтГодает возможность спортсме ну самосто тельно проанализировать по многим критери м и биомеханически параметрам каждую попытку выполнени  любого сложнейшего движени . Высока  скорость такого анализа, объективность данных, целева  направленность управл ющих воздействий и дублирование их по различным сенсорным канапс1М обеспечивает повышение эффек тивности процесса обучени  движени м и двигательному совершенствованию. В процессе движени  на определенных этапах выполнени  обучаемым физического упражнени  воздействие на звуковой и световой анализаторы обуч емого спортсмена вырабатываютс  с помощью блока 13 световой индикации и блока 14 звуковой индикации в виде  ркой краткой вспышки и в виде короткого звукового сигнала в том случае, если какой-то определенный параметр соответствующей фазы или элемента изучаемого упражнени  дости гает или превышает (в зависимости от целей), пределы допустимого значени  При одних услови х тренировки перед обучаемым ставитс  задача не допустить вспышки света, в других выполнить ту или иную фазу упражнени  с такими биомеханическими показател ми которые вызовут вспышку. В процессе построени  различных по своим цел м и направленности педагогических программ обучени  и двигательного совершенствовани  создаютс  различные чередовани  алгоритмов звуковых и световых корректирующих управл ющих воздействий. Третий канал создани  педагогических коррекций в течение процесса исполнени  обучаемым отдельных движений или целого упражнени  образован блоком 11 биостимул ции, блоком 12 регулировани  бирстимул цией и релейным блоком 15. Предварительные исследовани  биомеханических характеристик двигательного аппарата, его состо ний при выполнении спортсменом физических упражнений, а также анализ электрической активности различных мышечных групп послужили основанием дл  разработки программ . внешней активации мышечной системы спортсмена при педагогическом управлении двигательным совершенствованием на системно-интегрирующей основе. Блок 11 биостимул ции генерирует по четырем независиь ым каналам специфические электрические стимулирующие сигналы, которые, поступа  на исполнительные электроды, корректируют нейромоторные элементы двигательного аппарата спортсмена и способствуют повышению эффективности функцио (нировани  локомоторных механизмов обучаемого. Управление блоком 11 биостимул ции осуществл ют блок 12 регулировани  биостимул цией и релейный блок 15 по сигналам от цифровой вычислительной машины 5. Релейный блок 15 управл ет включением того или иного канала блока 11 биостимул ции . При включении релейным блоком 15 определенного канала блока 11 биостимул ции в данном канале возникает стимулирунждай сигнал, который достигает максимального значени  по экспоненциальному закону. При отключении релейным блоком 15 данного канала блока 11 биостимул ции стимулирующий сигнал падает по обратноэкспоненциальному закону. Уровень стимулирующих сигналов задаетс  блоком 12 регулировани  биостимул цией , который получает аналоговый сигнал от цифроаналогового преобразовател  9, управл емого вторым выходом цифровой вычислительной машины 5. Цифрова  вычислительна  машина 5 вырабатывает цифровые команды биостимул ции , которые преобразуют цифроаналоговым преобразователем 9 в аналоговый сигнал и отрабатываютс  блоком 12 регулировани  биостимул цией , устанавлива  требуемый уровень стимулирующих сигналов, генерирующихс  блоком 11 стимул ции. Уровень стимулирующих сигналов достаточен дл  стимул ции мышц конечностей и туловища (поверхностного и глубокого слоев) при помощи поверхностных накожнух электродов. Обычно биостимул ци  используетс  в случа х, когда спортсмену необходимо создать в нужный момент такое мышечное усилие, какого обычным способом он не может достигнуть и когда в необходимый момент времени движени  биомеханические параметры отклон ютс  от установленных требований по причинам недостаточной активности определенных групп мышц. Технические преимущества предлоенного устройства по сравнению с известными устройствами дл  регистраии двигательных функций спортсмена заключаютс  в снижении срока обучени  сложнокоординированным движени м повьваении качества овладевани  движе ни ми и интеисивности группового обучени . Формула изобретени  Устройство дл  управлени  двигательными функци ми спортсмена в процессе обучени , включающее блок датчиков биомеханических характеристик, усилитель, св занные между собой вычислительный узел и регистрирующий прибор, блок задани  пороговых значений и пульт оператора, о т л и ч . а ю щ е е с   тем, что, с сокращени  срока обучени , в него введены блок задани  эталонных харак теристик, вход которого св зан с пул том оператора и блоком задани  пороговых значений, соединенные между со бой блок биостимул ции и блок регулировани  биостимул ции, первый релейный блок, подключенный к блоку биостимул ции, блок звуковой индикации , последовательно соединенные регистр , дешифратор, второй релейный блок и блок световой индикации, св занный с блоком звуковой индикации, и коммутатор, при этом вычислительный узел представл ет собой цифровую вы (числительную Мсшщну с цифроаналоговым и аналого-цифровым преобразовател ми, входы которой св заны с блоком задани  порогового значени , блоком эталонных характеристик и коммутатором, а выходы с пультом оператора, первым релейным блоком, блоком регулировани  биостимул ции и регистром, причем датчик биомеханических характеристик, усилитель и коммутатор св заны между собой. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР №578061, кл. А 61 В 5/10, 1976.