Тренажер для бокса и других видов единоборств
Тренажер для бокса и других видов единоборств относится к спорту и касается конструкции учебно-тренировочных снарядов для контроля и отработки ударов в боксе и других видах силовых единоборств.
Задачей, которую решает предлагаемая полезная модель, является повышение эффективности процесса тренировки за счет повышения объективности и точности измерения параметров удара боксера.
Другой задачей является упрощение устройства при одновременном сохранении его функциональных возможностей.
Эта задача достигается за счет того, что измерительная система тренажера состоит из акселерометра с цифровым выходом, подключенным к микроконтроллеру, детектора удара и датчика давления, а информационная система состоит из микроконтроллера, процессора, блока питания, беспроводной системы передачи, устройства приема и обработки беспроводного сигнала, управляющего компьютера, монитора тренера и монитора спортсмена, а также за счет установки измерительной системы, а также контроллера, процессора, блока питания, беспроводной системы передачи информационной системы во внутренней капсуле тренажера для бокса, которая представляет собой герметичную несущую конструкцию с крышкой, крышка внутренней полости имеет, по крайней мере, два штуцера, а на верхнем диске герметичной несущей конструкции расположена плата узла беспроводной связи, а сам тренажер имеет возможность установки его с помощью подвесок.
Кроме того, за счет выполнения герметичной конструкции из несущих металлических трубок, нижней металлической основы, платы из диэлектрика, на которой установлены измерительная система, а также контроллер, процессор, блок питания, беспроводная система передачи информационной систем, и верхнего диска с узлом беспроводной связи, крышки, имеющей, по крайней мере, два штуцера.
Предлагаемое изобретение относится к спорту и касается конструкции учебно-тренировочных снарядов для контроля и отработки ударов высококвалифицированных спортсменов в боксе и в других видах ударных единоборств.
Известен, например, динамометрический тренажер для бокса и других видов единоборств [1], включающий ударную подушку с основанием и расположенной на нем эластичной пневмокамерой, снабженной отводным каналом, и измерительную систему, содержащую пневмодатчик, присоединенный к свободному концу отводного канала, функциональный преобразователь сигнала пневмодатчика, индикатор и узел сброса показаний. С целью повышения информативности обследования в подушку введены ударная и демпфирующая пластины, эластичное кольцо и кожух, выполненный из мягкого материала. Эластичное кольцо расположено между основанием и жесткой ударной пластиной с образованием квазизакрытого объема в камере, в качестве пневмодатчика измерительной системы в отводном канале установлен микроэлектронный полупроводниковый тензодатчик.
Использование данного устройства позволяет упростить схему тренажера и повысить информативность обследования силы, резкости, темпа и эффективности, как серии, так и каждого из ударов.
Однако данный динамометрический тренажер не позволяет достаточно точно определять измеряемые параметры, так как вследствие конструктивных особенностей в подушке возникают затухающие колебания, которые могут интерпретироваться системой, как наносимые удары, вследствие этого он не обладает достаточной информативностью.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является динамометрический тренажер для бокса и других видов единоборств, описанный в патенте [2], который и выбран в качестве прототипа.
Он содержит ударный снаряд с наполнителем, внутри которого расположена упругая капсула, наполненная жидкостью, в полости которой размещен датчик давления, связанный с устройством индикации с помощью одного или нескольких функциональных преобразователей его сигнала. Капсула имеет гаситель вибраций, расположенный на ее поверхности с натягом, а наполнитель выполнен из материала, плотность которого в вертикальной и горизонтальной плоскостях, в процессе эксплуатации тренажера, находится в пределах его тренировочных характеристик.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что оно имеет недостаточную объективность контроля процесса тренировки, точность измерения параметров удара и невозможность его оценки на расстоянии вследствие наличия проводной связи с измерительной аппаратурой.
Другим недостатком прототипа является его сложность.
Еще одним недостатком прототипа, является отличие его от используемых в боксе снарядов, и для использования его в тренировочном процессе необходимо под него разрабатывать специальную методику организации тренировки.
Задачей, которую решает предлагаемая полезная модель, является повышение эффективности процесса тренировки за счет повышения объективности и точности измерения параметров удара боксера.
Другой задачей является упрощение устройства при одновременном сохранении и расширения его функциональных возможностей.
Указанная задача достигается тем, что в известном тренажере для бокса и других видов единоборств, содержащем ударный снаряд, состоящий из двух упругих капсул, расположенных одна внутри другой, одна из которых заполнена жидкостью, и информационно-измерительную систему, измерительная система тренажера состоит из акселерометра с цифровым выходом, подключенным к микроконтроллеру, детектора удара и датчика давления, а информационная система состоит из микроконтроллера, процессора, блока питания, беспроводной системы передачи, устройства приема и обработки беспроводного сигнала, управляющего компьютера, монитора тренера и монитора спортсмена, при этом измерительная система, а также контроллер, процессор, блока питания, беспроводная система передачи информационной системы находятся во внутренней капсуле тренажера для бокса, которая представляет собой герметичную несущую конструкцию с крышкой, крышка внутренней полости имеет, по крайней мере, два штуцера, а на верхнем диске герметичной несущей конструкции расположена плата узла беспроводной связи, а сам тренажер имеет возможность установки его с помощью подвесок.
Кроме того, герметичная конструкция внутренней полости тренажера состоит из несущих металлических трубок, нижней металлической основы, платы из диэлектрика, на которой установлены измерительная система, а также контроллер, процессор, блок питания, беспроводная система передачи информационной систем, верхнего диска с узлом беспроводной связи, и крышки, имеющей по крайней мере, два штуцера..
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся, признаками, тождественными всем существенным признакам заявленной полезной модели. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношения к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле полезной модели.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует критерию новизны.
Сущность заявленной полезной модели поясняется с помощью чертежей, представленных на фиг.1-4.
На фиг.1 представлена структурно-функциональная схема для бокса и других видов единоборств, где:
1 - ударный снаряд (боксерская груша)
2 - измерительная система в составе: акселерометр с цифровым выходом, подключенным к микроконтроллеру, детектор удара и датчик давления.
3 - электронная часть устройства в составе: микроконтроллер, процессор, соединенный с микроконтроллером, блок питания, беспроводная система передачи.
4 - Устройство приема и обработки беспроводного сигнала.
5 - Управляющий компьютер со специализированным программным обеспечением.
6 - Монитор тренера.
7 - Монитор спортсмена.
На фиг.2 изображен общий вид тренажера для бокса и других видов единоборств, где:
8 - наружный чехол из натуральной кожи;
9 - внутренний мешок из прорезиненной ткани;
10 - диск (плата из диэлектрика), на котором расположены датчики, элементы электроники, батарея и вспомогательные элементы;
11 - вязкая жидкость (глицерин), заполняющая внутренний мешок;
12 - несущие металлические трубки внутренней полости;
13 - нижняя металлическая основа внутренней полости;
14 - металлический обруч подвески;
151,2 - штуцеры с крышкой для наполнения внутреннего мешка глицерином;
16 - крышка внутренней полости;
17 - цепь подвески; 1
18 - верхний диск;
19 - люверсы подвески;
20 - плата узла беспроводной связи (ZigBee);
21 - скрутка из соединительных проводов.
На Фиг.3 представлена блок схема электронной части устройства, где:
22 - Д1 трехосный интегральный акселерометр.
23 - Д2 датчик измерения длительности удара.
24 - Д3 датчик измерения силы удара.
25 - МК Микроконтроллер.
26 - ZigBee процессор
27 - БП блок питания
28 - Приемник сигналов
29 - Компьютер
На фиг.4 показаны варианты информации, выводимой на монитор спортсмена и тренера. В зависимости от тренировочной задачи, информация, для спортсмена может быть уменьшена. Вся информация, поступающая с датчиков и результаты расчетов, хранятся в базе данных.
Устройство (фиг.2) состоит наружного чехла из натуральной кожи (8), в который помещен внутренний мешок из прорезиненной ткани (9), наполненный вязкой жидкостью (глицерин), на несущих металлических трубках внутренней полости(12) закреплен диск (10) (плата из диэлектрика). На этом диске расположены датчик ускорения (22), датчик длительности удара (23), элементы электроники (25, 26), батарея (27)), вспомогательные элементы, скрепляющая конструкцию нижняя металлическая основа внутренней полости (13), и крышка внутренней полости (16), закрепленная на верхнем диске(18), на который натянут наружный чехол, скрепленный с вшитым в верхнюю часть наружного чехла металлическим обручем подвески; к которому прикреплены цепи подвески (17) и люверсы подвески (19). На верхнем диске также находятся штуцеры с крышкой для наполнения внутреннего мешка глицерином (151,2), в верней части крышки внутренней полости (16) установлена плата узла беспроводной связи (ZigBee) (20), соединенная с диском из диэлектрика (10) при помощи скрутки соединительных проводов (21). Плата беспроводной связи (20) передает информацию, снимаемую с датчиков (10) на приемник сигналов демонстрационный набор EZ430-RF2480 (28), соединенный при помощи USB соединения с управляющим компьютером (29).
Устройство работает следующим образом.
Спортсмен наносит удар (серию ударов) по боксерской груше (наружный чехол из натуральной кожи) (8). Ударный импульс передается внутреннему мешку (9), учитывая, что последний заполнен вязкой несжимаемой жидкостью (11), а, следовательно, отсутствуют затухающие колебания, искажающие характеристики ударного импульса (величину силы удара, время удара, вектор направления), ударный импульс передается на датчики Д1, Д2, Д3 (22, 23, 24). Измеренные параметры с датчиков поступают на микроконтроллер (25), обрабатываются, кодируются и передаются на ZigBee процессор (26), в котором они преобразуются для передачи по беспроводному каналу связи на внешние устройства. Беспроводной сигнал поступает на приемник сигналов демонстрационный набор EZ430-RF2480 (28), соединенный при помощи USB соединения с управляющим компьютером (29). Управляющий компьютер обрабатывает полученную информацию, в соответствие с тренировочным заданием и выдает ее на монитор тренера и спортсмена.
Ускорения мешка по трем координатам измеряются с помощью трехосного интегрального акселерометра Д1, длительность удара измеряется с помощью датчика удара Д2, а значение силы удара с помощью датчика давления Д3. Данного сочетания датчиков с необходимыми метрологическими характеристиками и с соответствующим расположением в пространстве во внутренней полости мешка достаточно для измерения значений интересующих величин с требуемой точностью и расчета всех производных параметров [2]. В качестве микроконтроллера в системе использован цифровой сигнальный процессор MPS430 (Texas Instruments) с низким энергопотреблением, со встроенным 10-ти разрядным АЦП последовательных приближений (200 kps) и большим объемом памяти. Быстродействие процессора достаточно высоко для обработки и предварительной фильтрации сигналов датчиков. Кроме того, этот процессор имеет интерфейс PSI, что обеспечивает его простую стыковку с практически любым сопроцессором беспроводной передачи данных.
В качестве беспроводной технологии передачи данных в составе системы выбрана технология ZigBee. Она разработана для приложений, одним из ключевых требований к которым является низкое энергопотребление. Периоды активности устройств, выполненных по технологии ZigBee, могут быть крайне малы, что и обеспечивает продолжительный срок службы батарей и резко увеличивает интервалы времени между необходимым вскрытием боксерского мешка и заменами этих батарей (несколько месяцев - год). Стандарт 802.15.4/ZigBee позволяет разрабатывать беспроводные интерфейсы с минимальными затратами, что обеспечивается простотой схемотехники, минимальным количеством внешних пассивных элементов, развитым программным обеспечением стека, использующим отведенный ему объем памяти с высокой эффективностью, а также обеспечивает хорошую масштабируемость, возможность самовосстановления в случае сбоев и простоту настройки. Спецификация ZigBee предусматривает передачу информации в радиусе от 10 до 100 метров с максимальной скоростью до 250 кбит/с.За стандартом ZigBee закреплены 27 каналов (по 5 МГц шириной) в трех частотных диапазонах - 2,4 ГГц (16 каналов), 915 МГц (19 каналов) и 868 МГц (1 канал). Максимальная скорость передачи данных для этих эфирных диапазонов составляет, соответственно, 250 кбит/с, 40 кбит/с и 20 кбит/с. Доступ к каналу осуществляется по контролю несущей (Carrier Sense, Multiple Access, CSMA). To есть, устройство сначала проверяет, не занят ли эфир, и только после этого начинает передачу. При этом поддерживается шифрование по алгоритму AES с длиной ключа 128 бит. Стандарт предусматривает полу дуплексный режим работы, то есть, здесь прием и передача данных происходят раздельно. Каких-либо разрешений на использование канала не требуется. С точки зрения решаемой задачи в рассматриваемой системе применение технологии ZigBee оптимально.
В качестве передатчика сигналов датчиков в цифровом виде из нескольких вариантов выбран процессор СС2480 (Texas Instruments), разработанный специально для сетей ZigBee. Это обусловлено следующими причинами:
Управляющая программа Z-Accel представляет собой комплексное решение, в котором Z-Stack
(разработанная компанией TI программная реализация стека ZigBee-2006) работает на процессоре ZigBee, а приложение исполняется на внешнем микроконтроллере. Процессор СС2480 работает со всеми задачами протокола ZigBee, критическими по времени выполнения и требующими интенсивной обработки данных, оставляя свободными ресурсы микроконтроллера (хост-процессора) для работы с приложением. Процессор СС2480 осуществляет связь с микроконтроллером через последовательный периферийный интерфейс (SPI) или универсальный асинхронный приемопередатчик (UART).
Устройство поддерживает интерфейс SimpleAPI с всего 10 интерфейсами прикладного программирования, а также имеет хорошие характеристики радиосвязи, отличается общим низким энергопотреблением и автоматическим переходом в "спящий" режим пониженного энергопотребления в периоды ожидания при использовании интерфейса SPI. Приложению пользователя доступны и некоторые аппаратные ресурсы СС2480 - 12-битный АЦП, энергонезависимая память, четыре программных таймера, а также один аппаратный генератор случайных чисел. Кроме линий последовательного интерфейса, процессор СС2480 имеет дополнительные линии для управления и доступа к своим аппаратным ресурсам [8].
В качестве приемника сигналов использован демонстрационный набор EZ430-RF2480. Он имеет USB интерфейс и представляет собой полностью готовый инструмент с соответствующим программным и аппаратным обеспечением, который используется для ознакомления и демонстрации работы ZigBee сети для диапазона 2,4 ГГц на базе процессора СС2480 и MSP430F2274. EZ430-RF2480 использует бесплатную IAR (IDE) программную среду для написания, загрузки и отладки различных приложений. Отладчик позволяет пользователю запускать приложения с полной скоростью для двух режимов - при аппаратном прерывании и пошаговой отладке программы.
Таким образом, заявленная полезная модель позволяет повысить эффективности процесса тренировки за счет повышения объективности и точности измерения параметров удара боксера и в то же время она является более простой и функциональной по сравнению с прототипом.
Вывод информации в реальном масштабе времени как тренеру, так и спортсмену, позволяет оптимизировать процесс проведение тренировки, а ведение подробной базы данных дает возможность иметь научно-обоснованное проектирование тренировочного и предсоревновательного периода и подводить спортсмена к ответственным соревнованиям на пике формы.
Вывод на экран монитора направления и силы удара позволяет эффективно разучивать основные удары на начальном этапе тренировки, за счет того, что спортсмен видит результат своего действия, а тренер, при необходимости, тут же вносит необходимые коррективы.
Использование стандартной боксерской груши позволяет монтировать контрольно-измерительный комплекс во всех ДЮСШ, СДЮШОР, УОР, при подготовке сборных команд.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1.1. Патент 2118194 РФ, МКИ А63В 69/00, А63В 69/20, А63В 69/34, А63В 24/00. Динамометрический тренажер для бокса и других видов единоборств / А.Н.Лазуткин. - 
97113726/12; Заявлено 21.08.1997, Опубл. 27.08.1998
2.2. Патент 2292932 РФ, МКИ А63В 69/20, А63В 69/34, А63В 24/00. Динамометрический тренажер для бокса и других видов единоборств / А.Н.Кудрин. - 2006104295/12; Заявлено 14.02.2006, Опубл. 10.02.2007 - прототип.
3.3. Логинов А.А., Шмонон Б.В. Автоматизированная система управления двигательными действиями в комплексных видах тренировок «АСУ-КТ» // Моделирование спортивной деятельности в искусственно созданной среде (стенды, тренажеры, имитаторы): (Материалы конференции). - М.: 1999. - С.62-68.
4. Мокеев Г.И., Иванов М.П., Агарагимов P.M., Шокуров Ю.П., Усманов В.Ф. Особенности получения и представления информации с целью управления тренировкой спортсменов. - В сб.: Актуальные проблемы физической культуры, спорта и туризма (Материалы международной научно-практической конференции, г.Уфа, 12-14 февраля 2009 г.). - Уфа, УГАТУ, 2009. - С.37-42.
5. Мокеев Г.И., Иванов М.П., Шестаков К.В., Бакулев С.Е., Репкин В.Б. Новые информационные технологии в подготовке единоборцев высокой квалификации // Научно-теоретический журнал «Ученые записки», 3(37) - СПб.: СПбГУФК имени П.Ф.Лесгафта. - 2008. - С.57-60.
6. Мокеев Г.И., Бакулев С.Е., Иванов М.П., Латыпов A.M., Шестаков К.В. Основные концепции получения и представления информации для целей управления тренировкой боксеров // Научно-теоретический журнал «Ученые записки», 2(24). - СПб.: СПбГУФК имени П.Ф.Лесгафта. - 2007. - С.63-71.
7. ТУ 8784-002-501804209-97. Мешки и груши боксерские. Общие технические требования. // (Дата обращения 10.05.2010)
8. Олейник В. Беспроводная технология ZigBee стандарта 802.15.4 от Chipcon // Радiоматор. - 2006. - 3. - С.54-56.
9. Пушкарев О. СС2480 - Сетевой ZigBee-Сопроцессор. // Новости электроники. - 2008. - 14. - С.32-36.
10.
11. Лазебный В. Новый программируемый цифровой датчик ударных воздействий // Датчики и системы. - 2008. - 11. - С.26-29.
1. Тренажер для бокса и других видов единоборств, содержащий ударный снаряд, состоящий из двух упругих капсул, расположенных одна внутри другой, одна из которых заполнена жидкостью, и информационно-измерительную систему, отличающийся тем, что измерительная система тренажера состоит из акселерометра с цифровым выходом, подключенным к микроконтроллеру, детектора удара и датчика давления, а информационная система состоит из микроконтроллера, процессора, блока питания, беспроводной системы передачи, устройства приема и обработки беспроводного сигнала, управляющего компьютера, монитора тренера и монитора спортсмена, при этом измерительная система, а также контроллер, процессор, блок питания, беспроводная система передачи информационной системы находятся во внутренней капсуле тренажера для бокса, которая представляет собой герметичную несущую конструкцию с крышкой, крышка внутренней полости имеет, по крайней мере, два штуцера, а на верхнем диске герметичной несущей конструкции расположена плата узла беспроводной связи, а сам тренажер имеет возможность установки его с помощью подвесок.
2. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что герметичная конструкция внутренней полости состоит из несущих металлических трубок, нижней металлической основы, платы из диэлектрика, на которой установлены измерительная система, а также контроллер, процессор, блок питания, беспроводная система передачи информационной системы, верхнего диска с узлом беспроводной связи и крышки, имеющей по крайней мере два штуцера.
