устройство для тренировки и определения биомеханических характеристик двигательного действия гиревика

Формула изобретения

1. Устройство для тренировки и определения биомеханических характеристик двигательного действия гиревиков, содержащее вертикальную стойку, укрепленную на основании, состоящем из горизонтальной опоры, горизонтально закрепленный на стойке вал, на котором посажены барабан средства для создания нагрузки, связанный тросом с грузом, и усеченный конус, на наружной поверхности которого размещены приспособление для закрепления тягового троса и желоб для его намотки, укрепленные на основании параллельно плоскости усеченного конуса щечки блоков, огибаемых тяговым тросом, один из которых расположен рядом со стойкой, а другой - на противоположном от стойки краю основания параллельно его плоскости, приспособление для взаимодействия со спортсменом, прикрепленное на свободном конце тягового троса, и измерительный блок, включающий датчик силы, подключенный к системному блоку персонального компьютера, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено блоками со щечками и огибающим их тяговым тросом, наматываемым по желобу, при этом желоб изогнут и укреплен таким образом, что сопротивление нагрузке в начальный момент двигательного действия минимально, затем плавно увеличивается, после чего плавно уменьшается до первоначального значения, измерительный блок включает тензометрическую платформу, датчик перемещения и гониометр, причем тензометрическая платформа, датчики и гониометр подключены к системному блоку компьютера через аналого-цифровые преобразователи, а приспособление для взаимодействия со спортсменом представляет собой гири, вокруг каждой из которых выполнена петля из тягового троса, которая подбирается индивидуально в зависимости от антропометрических особенностей спортсмена, с возможностью фиксирования тягового троса на гире в выбранном положении.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что щечки одного из дополнительных блоков прикреплены рядом со щечками блока, расположенного рядом со стойкой, перпендикулярно им, другой дополнительный блок имеет направляющую и его посадочное место прикреплено параллельно основанию в плоскости щечек первого дополнительного блока с возможностью перестановки и фиксирования его, щечки третьего дополнительного блока прикреплены соосно со щечками блока, расположенного на противоположном от стойки краю основания с возможностью перемещения по оси и фиксирования.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при обработке информации обеспечивается автоматический ввод и регистрация данных, предварительная обработка сигналов, тарировка входящих сигналов, вывод графического изображения входных сигналов, математическая обработка характеристик выполняемых упражнений.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при обработке характеристик двигательного действия обеспечивается возможность выполнения расчета следующих биомеханических параметров: длительности всего движения и отдельных фаз и периодов, величины угловых изменений в коленном суставе, величины перемещения и скорости движения, силы реакции опоры по пиковым значениям, импульса силы реакции опоры всего двигательного действия, его фаз и периодов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к тренировочным устройствам для развития силы мышц, а также может быть использовано для определения биомеханических характеристик двигательного действия и специальных тренировок спортсменов-гиревиков в соревновательном упражнении "Толчок 2-х гирь по длинному циклу".

Известно устройство для развития силы мышц - авторское свидетельство СССР №611623 Кл. А 63 В 21/22, которое содержит закрепленный в кронштейнах вал, имеющий участок, выполненный по форме усеченного конуса с углублениями для размещения тягового троса, и два цилиндрических участка, расположенные с противоположных сторон конического и имеющие диаметры, равные диаметрам соответствующих оснований усеченного конуса, и средство для создания нагрузки, включающее барабан, установленный на валу, и груз, связанный с барабаном через трос. Это устройство позволяет повысить эффективность тренировки путем варьирования режимов сопротивления. Однако оно имеет ряд недостатков.

Во-первых, при резком сбросе спортсменом нагрузки тяговый трос постоянно выскакивает из углубления и его приходится наматывать заново.

Во-вторых, имеется большая зависимость от инерционности груза при создании режима сопротивления, которая не способствует эффективности тренировочного процесса.

В-третьих, это устройство пригодно только для развития силы мышц, т.е. имеет ограниченное применение.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является устройство для тренировки спортсменов, содержащее вертикальную стойку, укрепленную на основании, состоящем из горизонтальной опоры, горизонтально закрепленный на стойке вал, на котором посажены барабан средства для создания нагрузки, связанный тросом с грузом, и усеченный конус, на наружной поверхности которого размещены приспособление для закрепления тягового троса и желоб для его намотки, укрепленные на основании параллельно плоскости усеченного конуса щечки блоков, огибаемых тяговым тросом, один из которых расположен рядом со стойкой, а другой - на противоположном от стойки краю основания параллельно его плоскости, приспособление для взаимодействия со спортсменом, прикрепленное на свободном конце тягового троса, и измерительный блок, включающий датчик силы, подключенный к системному блоку персонального компьютера (патент РФ №2174853, Кл. А 63 В 21/22, 2001).

Это устройство позволяет повысить эффективность тренировок путем варьирования режимов сопротивления для одной нагрузки. В этом его достоинство, однако оно имеет ряд недостатков.

Во-первых, возможно работать только с одной нагрузкой, например с одной гирей. В гиревом же спорте есть упражнения с двумя - толчок двух гирь по длинному циклу.

Во-вторых, устройство должно позволять работать с двумя нагрузками одновременно.

В-третьих, при выполнении упражнения с двумя гирями необходимо учитывать антропометрические характеристики спортсмена-гиревика, такие как рост, ширина плеч, длина рук.

В-четвертых, при проведении тренировки и при исследованиях двигательных действий необходима оперативная информация, это не предусмотрено в прототипе.

Техническим результатом изобретения является обеспечение работы спортсмена-гиревика одновременно с двумя нагрузками, учет индивидуальных антропометрических характеристик атлета, расширение функциональных возможностей за счет обеспечения использования устройства для специальных тренировок гиревиков и выдача по требованию оперативной информации о биомеханических характеристиках двигательного действия.

Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство для тренировки и определения биомеханических характеристик двигательного действия гиревиков, содержащее вертикальную стойку, укрепленную на основании, состоящем из горизонтальной опоры, горизонтально закрепленный на стойке вал, на котором посажены барабан средства для создания нагрузки, связанный тросом с грузом, и усеченный конус, на наружной поверхности которого размещены приспособление для закрепления тягового троса и желоб для его намотки, укрепленные на основании параллельно плоскости усеченного конуса щечки блоков, огибаемых тяговым тросом, один из которых расположен рядом со стойкой, а другой - на противоположном от стойки краю основания параллельно его плоскости, приспособление для взаимодействия со спортсменом, прикрепленное на свободном конце тягового троса, и измерительный блок, включающий датчик силы, подключенный к системному блоку персонального компьютера, согласно изобретению, дополнительно снабжено блоками со щечками и огибающим их тяговым тросом, наматываемым по желобу, при этом желоб изогнут и укреплен таким образом, что сопротивление нагрузки в начальный момент двигательного действия минимально, затем плавно увеличивается, после чего плавно уменьшается до первоначального значения, измерительный блок включает тензометрическую платформу, датчик перемещения и гониометр, причем тензометрическая платформа, датчики и гониометр подключены к системному блоку компьютера через аналого-цифровые преобразователи, а приспособление для взаимодействия со спортсменом представляет собой гири, вокруг каждой из которых выполнена петля из тягового троса, которая подбирается индивидуально в зависимости от антропометрических особенностей спортсмена с возможностью фиксирования тягового троса на гире в выбранном положении.

Щечки одного из дополнительных блоков прикреплены рядом со щечками блока, расположенного рядом со стойкой, перпендикулярно к ним, другой дополнительный блок имеет направляющую и его посадочное место прикреплено параллельно основанию в плоскости щечек первого дополнительного блока с возможностью перестановки и фиксирования его, щечки третьего дополнительного блока прикреплены соосно со щечками блока, расположенного на противоположном от стойки краю основания с возможностью перемещения по оси и фиксирования.

При обработке информации обеспечивается автоматический ввод и регистрация данных, предварительная обработка сигналов, тарировка входящих сигналов, вывод графического изображения входных сигналов, математическая обработка характеристик выполняемых упражнений.

При обработке характеристик двигательного действия обеспечивается возможность выполнения расчета следующих биомеханических параметров: длительности всего движения и отдельных фаз и периодов, величины угловых изменений в коленном суставе, величины перемещения и скорости движения, силы реакции опоры по пиковым значениям, импульса силы реакции опоры всего двигательного действия, его фаз и периодов.

Изобретение поясняется чертежами, где

на фиг.1 изображен вид этого устройства спереди;

на фиг.2 - его вид справа;

на фиг.3 - вид устройства сверху.

Устройство, изображенное на фиг.1.2, содержит: основание, вал, трособлочную систему, средство для создания нагрузки, тензометрическую платформу, датчик перемещения, гониометр, датчик силы и персональный компьютер. Основание состоит из горизонтальной опоры 1 и прикрепленной к ней вертикальной стойки 2. Вал 3 имеет участок 4, выполненный по форме усеченного конуса. Этот участок представляет собой тело вращения прямоугольной трапеции относительно боковой стороны, перпендикулярной основаниям, величина которой, как и величина меньшего основания, многократно меньше величины большего основания. По оси конуса 4 сделана втулка 5 для посадки и фиксации на вал 3. На его наружной поверхности размещены желоб 6 и приспособление 7 для крепления тяговых тросов 8 и 9, наматываемых по желобу 6. Средство для создания нагрузки содержит кронштейн 10, установленный в верхней части вертикальной стойки 2, на котором размещены блок 11 и приспособление 12, служащее для крепления конца второго троса 13, который связан с грузом 14 (оконтурен на чертежах пунктирной линией) и с барабаном 15, насаженным на вал 3. Через блок 11 и полиспаст 16 (в данном случае одноблочный) он сочленен со стержнем 17, проходящим через элементы груза 18, которые в вертикальной плоскости скользят по двум направляющим 19 и 20, закрепленным на горизонтальной опоре 1 и кронштейне 10. Вал 3, на котором туго, но с возможностью поворота и фиксации посажен конус 4 и барабан 15, а также подшипник, закреплен горизонтально на вертикальной стойке 2 с помощью корпуса подшипника 21. Масса груза 14 определяется количеством задействованных элементов груза 18. Предложенная конструкция этой части устройства позволяет изменять величину груза с помощью штыря 22 (фиг.1), проходящего горизонтально через требуемый элемент 18 и стержень 17. Выбирая количество задействованных элементов груза 18, задают начальную массу груза 14, дополнительную к массе гирь 23 и 24, подсоединенных к свободным концам тяговых тросов 8 и 9. Эта масса изменяется в зависимости от положения тяговых тросов 8, 9 и желоба 6. Сначала масса плавно увеличивается, а затем плавно уменьшается до первоначального значения. Тяговый трос 8 огибает блоки (см. фиг.3) 25 и 26, а тяговый трос 9 - блоки 27, 28 и 29. Особенностью устройства является то, что щечки для пятого блока 27 прикреплены рядом со щечками для третьего блока 25, но перпендикулярно к ним, посадочное место для шестого блока 28 с направляющей прикреплено параллельно основанию 1 в плоскости щечек для пятого блока 27 и с возможностью перестановки и фиксации его, щечки для седьмого блока 29 прикреплены соосно со щечками четвертого блока 26 и имеют возможность перемещаться по оси и фиксироваться. Измерительный блок устройства состоит из тензометрической платформы 30 (см. фиг.2, на фиг.1 не показано), датчика перемещения 31 (фиг.1), гониометра 32, датчика силы 33 (см. на фиг.2) и аналого-цифровых преобразователей 34, персонального компьютера, в состав которого входят системный блок 35, дисплей 36, клавиатура 37 и принтер 38. Комплекс программ записан на дискету или на диск и вставляется в посадочное место - касетоприемник 39 в системном блоке 35.

Пользуются устройством следующим образом. Перед началом тренировки выставляют длину тяговых тросов 8 и 9, петли тросов возле гирь и положение конуса 4 в зависимости от антропометрических характеристик спортсмена-гиревика. Обратить внимание на положение желоба 6. Затем выставляют начальную массу груза 14, задействовав необходимое количество элементов груза 18 с помощью штыря 22, тарируют датчик силы 33, датчик перемещения 31 и тензометрическую платформу 30. На коленном суставе атлета закрепляют гониометр 32, в касетоприемник 39 системного блока 35 персонального компьютера вставляют дискету или кассету с программным обеспечением и загружают в системный блок 35 - задействуют измерительный блок устройства.

Рассмотрим двигательное действие "Толчок двух гирь по длинному циклу". Спортсмен берется за ручки гирь и начинает делать замах. Наличие петли вокруг каждой гири позволяет осуществлять это двигательное действие практически без воздействия тренажера. Далее - торможение и после него гири начинают идти вверх. Спортсмен прикладывает усилие к гирям, к концам тяговых тросов 8 и 9, заставляя тяговые тросы сматываться с желоба 6 и вращать конус 4. При этом происходит плавное изменение сопротивления, преодолеваемого спортсменом, т.к. плавно изменяется длина плеча (рычага), к которому прикладывается сила, в то время как длина рычага, к которому прикладывается гравитационная сила инерционной массы груза 14, остается постоянной, т.к. диаметр барабана 15 при этом не изменяется.

Применение в устройстве полиспаста 16, в данном случае одноблочного, и блока 11 позволяет исключить соскакивание с желоба 6 тяговых тросов 8 и 9 при резком сбросе нагрузки за счет выборки их слабины инерционной массой 14, а также уменьшить проявление инерционности инерционной массы нагрузки 14, т.к. они, по крайней мере, вдвое уменьшают влияние массы нагрузки (при одноблочном полиспасте) и увеличивают путь перемещения концов тяговых тросов 8, 9.

Вернемся к выполнению двигательного действия. После торможения гири начинают идти вверх, и сопротивление нагрузки возрастает, т.к. плавно уменьшается длина рычага, к которому прикладывается мускульная сила спортсмена. Начальная часть тяги осуществляется преимущественно за счет работы мышц-разгибателей ног. Затем гири поднимаются вверх на выпрямленных руках - подготовка к подрыву и резкий подрыв. При подседе коленные суставы ног сгибаются. Гири принимают положение ниже кистей рук, которые делают поворот вокруг вертикальной оси. Когда гири подняты на грудь, коленные суставы выпрямляются, концентрация сил, - туловище располагается строго вертикально, что способствует более полной реализации силы ног. Голова слегка отведена назад с таким расчетом, чтобы подбородок не мешал движению гирь.

Подъем до подседа - это главная часть рассматриваемого приема. Основная двигательная ее задача - подъем гирь на такую высоту и с такой конечной скоростью, чтобы при выполнении подседа упражнение могло быть успешно завершено. Начинается выполнение с предварительного приседания с небольшого сгибания ног. Слабина тяговых тросов выбирается грузовой массой 14. Туловище и руки, удерживающие гири, не меняют своей ориентации в это время, а лишь перемещаются вертикально вниз. Приседание должно быть быстрым, но не глубоким.

Торможение гирь переходит в их выталкивание, которое производится очень энергичным, ускоренным разгибанием ног во всех суставах и заканчивается быстрым вставанием на носки. В заключительный момент выталкивания спортсмен быстро и в полную силу "включает" в динамическую работу руки. Это позволяет быстрее погасить вертикальную скорость тела. После ее погашения атлет быстро выполняет подсед, перемещаясь вниз и немного вперед. От начала подседа до постановки ног на помост тело находится в безопорном положении. Это - безопорная часть подседа. Благодаря взаимодействию с гирями тело атлета опускается с ускорением, превышающим ускорение свободного падения, а гири поднимаются выше и несколько смещаются назад. Спортсмен продолжает (до полного выпрямления рук) опускаться вниз при продолжающейся активной работе рук и уступающей работе нижних конечностей. После полного выпрямления рук уже вся система под воздействием сил тяжести и инерции незначительно опускается вниз. Вследствие растягивания мышц-разгибателей ног облегчается последующее вставание. В конечном положении подседа гири, локтевые и тазобедренные суставы располагаются в одной вертикальной плоскости. Опускание тела спортсмена вниз (до начала вставания) называется опорной частью подседа.

Вставание начинается сразу же после прекращения опускания системы "спортсмен-гиревик - тяговые тросы тренажера" энергичным выпрямлением ног. Оно завершается фиксацией гирь, во время которой спортсмен должен быть неподвижным. После фиксации спортсмен сгибает руки и колени ног, опускает гири, затем, распрямив коленные суставы, наклонив туловище и полностью выпрямив ноги, делает замах и начинает новый цикл.

Таким образом, первый период - взятие на грудь, второй период - толчок и третий - опускание гирь.

Желоб 6 изогнут так, что от начального положения сопротивление плавно увеличивается, а затем оно уменьшается и достигает первоначального положения. Это охватывает все двигательное действие. Из рассмотренного видно, что при выполнении указанного упражнения в тех положениях, где формируются технические особенности двигательного действия данного упражнения - при подрыве, подседе, приседании и выталкивании, устройством задается оптимальный тренировочный режим для спортсмена. В те моменты двигательного действия, где техника не так важна - выпрямление туловища и возвращение в исходное положение, создается режим облегчения. Это экономит спортсмену-гиревику до 30% энергетических затрат, т.е. спортсмен-гиревик за время тренировки сможет выполнить больший на 30% объем тренировочной работы с теми же энергетическими затратами. Это существенно влияет на формирование его коростно-силовых качеств и выносливости при выполнении упражнения.

Получение достоверной оперативной информации с помощью измерительного блока помогает спортсмену и тренеру анализировать двигательные действия спортсмена и оперативно корректировать тренировочный процесс. Работает измерительный блок устройства следующим образом. Электрические аналоговые сигналы датчиков тензоплатформы 30, датчика перемещения 31, гониометра 32, датчика силы 33 подаются на входы аналого-цифровых преобразователей 34, где они преобразуются в цифровые коды, которые через интерфейс системного блока 35 поступают в память персонального компьютера для последующей обработки, осуществляемой с помощью комплекса программ. Это позволяет практически сразу после выполнения одного цикла (или ряда двигательных действий) получить цифровую и графическую информацию о параметрах движения, которые выводятся по требованию на экран дисплея 36 персонального компьютера или с помощью принтера 38-на бумажный носитель информации.

В комплексе программ автоматизированной обработки информации входят: автоматический ввод и регистрации данных, предварительная обработка сигналов (сглаживание), тарировка входных сигналов, вывод графического изображения входных сигналов, математическая обработка характеристик выполняемых упражнений.

Программа математической обработки характеристик двигательного действия позволяет выполнять расчет следующих биомеханических параметров: длительности всего движения и отдельных фаз и периодов, величины угловых изменений в коленном суставе, величины перемещения и скорости движения, силы реакции опоры по пиковым значениям, импульса силы реакции опоры всего движения, его фаз и периодов.

По сравнению с прототипом применение устройства с приспособленными определенным образом гирями позволяет существенно повысить эффективность тренировочного процесса спортсменов- гиревиков за счет увеличения объема выполняемой работы во время тренировок и расширить функциональные возможности прототипа за счет его использования с усовершенствованиями в гиревом виде спорта. Возможность регистрировать, а в последующем и анализировать силовые характеристики двигательного действия позволяет прослеживать и корректировать тренировочный процесс в динамике, способствуя повышению эффективности тренировок и мастерства спортсменов.

Источники информации

1. А.с. СССР №611623, кл. А 63 В 21 (22).

2. Патент РФ №2174853, кл. А 63 В 21 (22).