Автоматизированная система контроля ударов в боксе

Полезная модель «Автоматизированная система ударов в боксе» относится к области спортивной техники и может быть использована для проведения тренировок и соревнований, как на любительском, так и высшем профессиональном уровнях. Задачей предложенного технического решения является дистанционный контроль силы ударов, их количества, оценки физического состояния боксеров во время спарринга, ведение подсчета количества очков и определение победителя, а также ведение статистики о наносимых ударах каждого спортсмена во время тренировок и боев с возможностью дальнейшего определения уязвимости боксера и работы над ними в процессе тренировок. Поставленная задача достигается тем, что в существующую электронную систему судейства бокса, которая содержит набор акселерометров, набор радиопередающих модулей, модуль-приемник, компьютер, анализирующий программный комплекс, вводят акселерометры, размещенные на теле таким образом, чтобы можно было проанализировать силу, тип и область попадания каждого удара, полученного боксером. Программный комплекс, состоящий из модулей «Модель состояния боксера», «Тренер», «Судья», модуль отчетов и статистический модуль, показывает суммарную ударную нагрузку, полученную боксером на протяжении боя, количество нанесенных и пропущенных боксером ударов, их силу, отчеты по результатам определенных боев и статистику, проводимую в ходе тренировок и боев.

Полезная модель относится к области спортивной техники и может быть использована для проведения тренировок и соревнований, как на любительском, так и высшем профессиональном уровнях.

Бокс является одним из самых травмоопасных видов спорта. Многие профессиональные и любительские боксеры подвергают себя риску каждый раз, выходя на спарринг и на ринг. Тренер или судья должны иметь под рукой технические средства, позволяющие оценить состояние боксера, чтобы оперативно реагировать на любые изменения его физического состояния.

Известно устройство для контроля за состоянием спортсмена (патент FR 2571266 (А1), МПК А63В 71/06).

Из известных устройств наиболее близким по своей технической сущности к заявленному устройству является «Электронная система бокса» (WО 2007141584.), которое и выбрано в качестве прототипа.

Данное устройство состоит из шлема и пояса с установленными в них датчиками, соединенными между собой и реагирующими на силу удара соперника; передающего блока, установленного на теле спортсмена и приемного блока, установленного стационарно в пункте контроля за действиями и состоянием спортсменов, находящихся на расстоянии. Передающий и приемный блоки взаимодействуют с помощью излучаемых (принимаемых) электромагнитных волн (ЭВМ) через среду распространения (воздух). При этом, определенная сила удара соответствует количеству очков, отображенных на мониторе, предназначенном для визуального восприятия процесса боя. Сигнал передается в пределах частотного диапазона около 1 кГц.

Недостатком прототипа является его недостаточная функциональность, отсутствие программного комплекса, позволяющего детально рассмотреть характеристики удара, нанесенного боксером во время боя, динамику состояния боксера на основе вычисления средней суммарной нагрузки на спортсмена во время боя, вести статистику о наносимых ударах каждого спортсмена во время тренировок и боев с возможностью дальнейшего определения уязвимости боксера и работы над ними в процессе тренировок.

Задачей предложенного технического решения является дистанционный контроль силы ударов, их количества, оценки физического состояния боксеров во время спарринга, ведение подсчета количества очков и определение победителя, а также ведение статистики о наносимых ударах каждого спортсмена во время тренировок и боев с возможностью дальнейшего определения уязвимости боксера и работы над ними в процессе тренировок.

Поставленная задача достигается тем, что в существующую электронную систему судейства бокса, которая содержит набор акселерометров, набор радиопередающих модулей, модуль-приемник, компьютер, анализирующий программный комплекс, вводят акселерометры, размещенные на теле таким образом, чтобы можно было проанализировать силу, тип и область попадания каждого удара, полученного боксером. Программный комплекс, состоящий из модулей «Модель состояния боксера», «Тренер», «Судья», модуль отчетов и статистический модуль, показывает суммарную ударную нагрузку, полученную боксером на протяжении боя, количество нанесенных и пропущенных боксером ударов, их силу, отчеты по результатам определенных боев и статистику, проводимую в ходе тренировок и боев.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Заявленное устройство поясняется чертежами, на которых показано:

Устройство для фиксации удара и его характеристик на дистанции, структурная схема которого показана на рис.3, состоит из 16-ти акселерометров, размещенных на теле двоих спортсменов (1-16) запаянных на печатных платах вместе с радиопередающими модулями (17-32). Печатные платы с акселерометрами и радиопередающими модулями переносятся спортсменом, перемещающимся по дистанции. Они закреплены на макушке и затылке головы, на обеих лопатках, на поясе и на неударных частях перчаток.

Видеокамеры системы (33-36) размещены по периметру ринга, в котором проходит бой.

При нанесении одному из боксеров удара акселерометры (1-16), размещенные в области попадания удара, получают ускорение, в результате которого формируются импульсы. Эти импульсы с помощью радиомодулей (17-32) передаются на приемный радиомодуль (37), подключенный к компьютеру.

Видеокамеры (33-36) передают информацию на персональный компьютер, на котором она записывается на жесткий диск.

Затем информация, переданная приемным радиомодулем на компьютер, обрабатывается с помощью программного комплекса (38).

Удар, прошедший по боксеру или нанесенный по защите проявляется в диапазоне 100 мс по времени в каком либо из каналов. Для каждого датчика (1-16), расположенном на теле человека, вводится соответствующий порог, при превышении которого встает задача дальнейшей обработки данных.

На рис.1 приведена типичная форма импульса акселерометра (1-16), возникающего вследствие удара. Длина импульса составляет от 10 до 30 мс. Если импульс превышает порог в каком либо из датчиков (1-16), то в диапазоне +-50 мс выбираются максимуму по каждому каналу для боксера, на теле которого было зафиксировано превышение порога, а также с датчиков в перчатках его противника, и записывается это максимальное в вектор состояния.

Затем выполняется первичная классификация удара, в которой используются следующие правила: уклон или уход от удара определяется следующим образом: наличие ускорения на датчике в перчатке первого боксера, и запаздывающее на 0.1-0.2 с ускорение датчика на голове или корпусе второго боксера; удар по защите характеризуется наличием ускорения датчика, находящегося в перчатках обоих боксеров, причем у защищающегося (первого) боксера, ускорение в перчатке перпендикулярно линии предплечья, у бьющего боксера - вдоль линии предплечья (импульсы ускорений должны быть синхронны)

Остальные случаи подвергаются статистическому анализу, который происходит следующим образом:

Сначала уменьшается пространство вектора состояния. Заведомо известные места расположения датчиков позволяют определить следующие параметры ударов, нанесенных в корпус и по голове боксера:

- угловая скорость по каждой из координат;

- амплитуда ускорения центра масс;

- ускорение в перчатке при столкновении с телом.

Принцип решения классификации показан на рис.2

Строятся ограничивающие оболочки в многомерном пространстве для каждого типа ударов. Чем больше статистических данных, тем выше вероятность правильной классификации удара.

ПРИМЕР КОНКРЕТНОГО ИСПОЛНЕНИЯ ПМ

Удар, нанесенный боксером во время боя, вызовет ускорения определенных частей тела его оппонента. Величина ускорений зафиксируется акселерометрами, находящимися на макушке и затылке головы, на обеих лопатках, на поясе и на неударных частях перчаток.

В комбинации акселерометры дают следующие данные:

- Устройства на макушке и затылке позволяют различить удары в голову по видам (например, боковой удар в весок, или в подбородок снизу) и оценивать их силу.

- Устройства на лопатках и на поясе позволяют различить удары в корпус по видам (например, прямой удар в солнечное сплетение, или в почку снизу) и оценивать их силу.

- Устройства на неударных частях перчаток позволяют определить точность попаданий, количество попыток, количество попаданий по защите и оценить их силу.

Все данные передаются с помощью ZigBee радио-модулей на компьютер. Радиоприемник преобразует протокол ZigBee в виртуальный СОМ-порт, что позволяет использовать стандартные компоненты .NET для приема данных.

Затем информация обрабатывается программными модулями «Модель состояния боксера», «Тренер», «Судья», модуль отчетов и статистический модуль и выводится на экран компьютера, в виде звуковых оповещений, а также на печать в виде отчета.

Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом и другими техническими средствами аналогичного назначения обеспечивает безопасное проведение боя, предоставляет полноценный анализ поединка, с помощью которого можно определить победителя среди соревнующихся, дает набор статистических и аналитических данных для определения уязвимостей боксера, построения тренировок для устойчивого развития навыков боксера.

1. Автоматизированная система для определения силы, количества, типа ударов, наносимых или полученных боксером, содержащая специальный шлем и пояс с установленным набором акселерометров, набор радиопередающих модулей, модуль-приемник, счетчик очков, сигнализатор, ЖК-монитор, отличающаяся тем, что датчики определения ускорения размещены на теле особым образом и фиксируют соответственно: датчики на макушке и затылке позволяют различить удары в голову по видам (например боковой удар в весок или в подбородок снизу) и оценивать их силу; датчики на лопатках и на поясе позволяют различить удары в корпус по видам (например прямой удар в солнечное сплетение или в почку снизу) и оценивать их силу; датчики на неударных частях перчаток позволяют определить точность попаданий, количество попыток, количество попаданий по защите и оценить их силу.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в его состав дополнительно введен программный комплекс, состоящий из модулей, показывающих суммарную ударную нагрузку, полученную боксером на протяжении боя, количество нанесенных и пропущенных боксером ударов, их силу, отчеты по результатам определенных боев и статистику, проводимую в ходе тренировок и боев.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчики определения ускорения частей тела выполнены из комбинации двухосевых акселерометров и поэтому имеют относительно малый размер.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в ее состав дополнительно введены цифровые видеокамеры, размещенные по периметру ринга, и соответствующий программный модуль, фиксирующий и обрабатывающий данные, поступающие от видеокамер, что позволяет с более высокой точностью избежать погрешностей судейства.