динамометрический тренажер для бокса и других видов единоборств

Формула изобретения

Динамометрический тренажер для бокса и других видов единоборств, содержащий ударный набивной снаряд, связанный со звуковым каналом электрозвукового излучателя мембранного типа, по меньшей мере один функциональный преобразователь, входы которого подключены к электрическому узлу электрозвукового излучателя, и блок индикации, входы которого подключены к выходам по меньшей мере одного функционального преобразователя, отличающийся тем, что в качестве электрозвукового излучателя в нем установлена звуковая электродинамическая головка, при этом связь ударного снаряда с электрозвуковым излучателем выполнена с образованием квазизакрытого объема у поверхности мембраны электродинамической головки со стороны набивки ударного снаряда.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к спорту и касается конструкции учебно-тренировочных снарядов для контроля и отработки ударов в боксе и других видах силовых единоборств. Оно может использоваться также при обследовании профессионалов силовых структур, отборе перспективных кандидатов для работы в указанных структурах, контроле за уровнем подготовки единоборцев, оборудовании спортивных аттракционов, компьютерных игр и т.п.

Известен динамометрический тренажер для силовых единоборств, содержащий способную деформироваться упругую подвеску, которая имеет сжимающуюся под действием удара область и растягивающиеся области, охватываемые пьезоэлектрической лентой, соединенной с блоком индикации. По периметру платы, реагирующей на прилагаемую к ней силу, проходит пьезоэлектрический датчик волн, возникающих при ударном воздействии на плату (РСТ 89/10166, А63В 69/20). Для измерения и записи общей силы нанесенных ударов тренажер содержит подвешиваемую боксерскую грушу, к которой прикреплен датчик давления, два видеоканала и контрольно-измерительную систему на базе компьютера, связанную с датчиком через функциональные преобразователи (US 4941660, А63В 69/00, 1990). К данному направлению проектирования относится также динамометрический тренажер, содержащий программно управляемую модель боксерского мешка с ударными подвижными конечностями, снабженного средствами координатного подведения его к спортсмену по сигналам о координатах местоположения последнего на ринге, и систему непрерывного контроля функционального состояния спортсмена по датчикам, расположенным в модели боксерского мешка, а также и психофизического состояния спортсмена по датчикам, расположенным на его теле и экипировке в виде параметров частоты сердечных сокращений, кровяного давления, кожного сопротивления и температуры (RU 2201784, А63В 69/00, 69/32, 2003).

Известен также динамометрический тренажер для бокса и других видов единоборств, включающий набивной снаряд, представляющий собой ударную подушку с основанием и расположенной на нем эластичной квазизакрытой пневмокамерой, снабженной отводом, в котором установлен микроэлектронный полупроводниковый тензодатчик (МПТД). При этом ударная подушка жестко закреплена в вертикальной плоскости, а микроэлектронный полупроводниковый тензодатчик связан с блоком индикации с помощью пороговых функциональных преобразователей силовых и/или психофизических характеристик единоборца: силы, резкости (производной силы удара по времени), количества и темпа эффективных ударов, а также быстроты реакции спортсмена на сигнал атаки или защиты от внезапного нападения (RU 2118194, А63В 69/00, 69/20, 69/34, 24/00, 1998).

В известный уровень техники входит также динамометрический тренажер, содержащий смонтированный на упругой подвеске ударный набивной снаряд, внутри которого установлена эластичная гидрокапсула, в которой расположен пьезоэлектрический датчик давления сферической формы, связанный с блоком индикации через один или два функциональных преобразователя для измерения силы и/или силы и числа ударов (SU 1718994, А63В 69/20, 1992).

Для повышения точности и информативности обследования единоборцев, обладающих высокой силой и частотой ударов, тренажер содержит подвешиваемый ударный набивной снаряд, внутри которого установлена эластичная гидрокапсула, связанная с блоком индикации с помощью МПТД давления, расположенного внутри гидрокапсулы, и одного или нескольких функциональных преобразователей сигнала датчика давления порогового типа. Оболочка гидрокапсулы может быть выполнена из полиамида, а внутри гидрокапсулы может быть дополнительно установлен пневмокомпенсатор давления (RU 42960, А63В 69/00, 69/20, 69/34, 2004).

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является тренажер, содержащий подвешиваемый ударный набивной снаряд, внутри которого расположена эластичная капсула, выполненная из вязкоупругого несжимаемого материала и связана с блоком индикации с помощью датчика давления, установленного внутри капсулы, и один или несколько функциональных преобразователей сигнала датчика давления, где в качестве датчика давления использован пьезоэлектрический излучатель мембранного типа, снабженный подмембранной камерой, при этом входы функциональных преобразователей связаны с пьезоэлектрическим слоем звукового пьезоэлектрического излучателя непосредственно или через согласующий элемент. Функциональные преобразователи и блок индикации тренажера могут быть выполнены на базе компьютера, преимущественно оснащенного звуковой картой, что удобно при реализации тренажера в соответствующих компьютерных играх и аттракционах (RU 2265470, А63В 69/32, 2005).

Однако конструкция данного тренажера является сложной, особенно в варианте с согласующим элементом, который необходим для подавления помехи при дистанционной передаче сигнала используемого датчика, поскольку последний является высокоомным (10÷100 МОм).

Технической задачей заявляемого тренажера является упрощение конструкции, а также расширение арсенала используемых для его осуществления средств.

Для решения указанной технической задачи в конструкцию динамометрического тренажера для бокса и других видов единоборств, содержащего ударный набивной снаряд, связанный со звуковым каналом электрозвукового излучателя мембранного типа, один или несколько функциональных преобразователей, входы которых подключены к электрическому узлу электрозвукового излучателя, и блок индикации, входы которого подключены к выходам функциональных преобразователей, вносятся следующие изменения:

1) в качестве электрозвукового излучателя в нем установлена звуковая электродинамическая головка;

2) связь ударного снаряда с электрозвуковым излучателем выполнена с образованием квазизакрытого объема у поверхности мембраны электродинамической головки со стороны набивки ударного снаряда.

Причинно-следственная связь внесенных изменений с достигнутым техническим результатом заключается в следующем.

Звуковая электродинамическая головка имеет низкое внутреннее сопротивление (4÷32 Ом), что имеет следствием высокую помехозащищенность дистанционной передачи сигнала по проводам, в связи с чем здесь не требуется установка согласующего элемента. При этом напряжение, снимаемое с выхода электродинамической головки, составляет 1÷3 В при токе до 100 мА при ударах средней силы и резкости, что позволяет исключить источник электрического питания в цепи дистанционной передачи выходного сигнала. Кроме того, данный излучатель работает непосредственно в воздушной среде, что позволяет исключить эластичную капсулу и ее заливку из конструкции чувствительного элемента снаряда. Однако электродинамическая головка, используемая в предложенном устройстве, является в динамическом отношении дифференцирующим звеном, вследствие чего сигнал на его выходе несет первичную информацию о резкости удара (в известных технических решениях измеряемым параметром является сила удара). Поэтому для получения информации о силе удара соответствующий функциональный преобразователь должен быть выполнен в виде интегратора.

Как видно из описания предложенного технического решения, в нем совместно используются две следующие технические идеи:

- создание квазизакрытого объема (RU 2118194);

- обратное включение входа и выхода мембранного электрозвукового излучателя, т.е. входным воздействием является ударная волна, принимаемая мембраной излучателя, а выходом - сигнал, снимаемый с его электрической цепи (RU 2265470).

Сочетание этих идей реализовано с использованием нового средства - звуковой электродинамической головки, на выходе которой получают новую информацию, а именно резкость нанесенного удара как скорость изменения приложенной силы, что является удобным при использовании тренажера для отработки резкости ударов.

Передача выходного сигнала от звуковой электродинамической головки к функциональным преобразователям, расположенным во внешней электрической цепи, может осуществляться по проводам или с помощью беспроводного канала связи, в частности, радиоканала.

На фиг.1 приведена схема настенного варианта тренажера на фиг.2 приведена схема узла функциональных преобразователей. В табл. 1 приведены технические сравнительные характеристики предлагаемого и известных тренажеров.

Настенный вариант тренажера (фиг.1) содержит ударный набивной снаряд, включающий установленное на стене 1 жесткое основание 2, на котором закреплен полый кожух 3, выполненный из упругого эластичного материала, например из резины. Внутреннее пространство кожуха 3 выполнено с образованием квазизакрытого объема 4 и заполнено набивкой из легкого пористого материала (поролона, пенополиуретана, пенополиэтилена, пенорезины и т.п.). В данном варианте для образования квазизакрытого объема на стенке кожуха 3, прилегающей к основанию 2, выполнены дренажные отверстия 5. На той же стенке кожуха 3 выполнено отверстие, в которое проходит звуковая электродинамическая головка 6, герметично закрепленная на основании 2. Такое расположение электродинамической головки 6 обеспечивает ее связь с квазизакрытым объемом 4 ударного снаряда по поверхности мембраны 7 электродинамической головки 6 со стороны набивки ударного снаряда. Таким образом, связь ударного снаряда с электрозвуковым излучателем выполнена с образованием квазизакрытого объема у поверхности мембраны электродинамической головки со стороны набивки ударного снаряда.

В основании 2 по месту установки электродинамической головки 6 в приведенном варианте (фиг.1) выполнено отверстие 8, служащее для повышения чувствительности и точности измерений путем увеличения хода мембраны за счет быстрого воздухообмена с окружающей средой.

Электрический узел (звуковая катушка) электрозвукового излучателя 6 связан с входами функциональных преобразователей 9-12, выходы которых подключены к соответствующим входам блока 13 индикации (фиг.2). В данном примере установлены функциональные преобразователи силы (интегрирующий преобразователь поз.9), резкости (масштабный преобразователь поз.10), темпа (счетчик поз. 11), количества эффективных ударов (пороговый счетчик поз.12).

При нанесении удара по снаряду диафрагма 7 воспринимает ударный импульс воздушной среды квазизакрытого объема, преобразуемый электромагнитной системой электрозвукового излучателя 6 в электрический сигнал, содержащий информацию о резкости удара. Этот сигнал подается на входы функциональных преобразователей 9÷12, с выхода которых на блок индикации 13 поступает информация о значении вышеуказанных характеристик ударов и их серий.

При технической реализации тренажера предпочтительно использовать электродинамические головки 6, выполненные с открытой с двух сторон мембраной, например, типа 0,5ГДШ-2. При использовании односторонних динамических головок их следует устанавливать в положении мембраны, обращенной к набивке снаряда.

Элементы 9÷13 могут быть выполнены на базе компьютера, в частности, с использованием звуковой карты компьютера в качестве аналогового входа.

Возможно выполнение подвесного варианта ударного набивного снаряда. В этом случае кожух 3 исполняется в виде подвешиваемого боксерского мешка или груши, элементы 2, 6 и 7 размещаются внутри набивки кожуха 3, а отверстия в элементах 2 и 3 не выполняются.

Сравнительные стендовые испытания известных (RU 2118194 и RU 2265470) и предлагаемого (вариант фиг.1 со снарядом в форме подушки диаметром 34 см и толщиной 16 см) динамометрических тренажеров проводились при ударах средней силы (250±30 кГ) и частоты (3±1 с^-1 ) в трех диапазонах длительностей импульсов ударов: 0,5÷1; 1÷5 и 5÷10 мс.

Учитывали относительные приведенные погрешности (в %) определения силы и резкости эффективных ударов.

Сравнительные значения относительной приведенной погрешности определения характеристик удара различными динамометрическими тренажерами
УСТРОЙСТВО	ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ИМПУЛЬСА УДАРА, МС	ПОГРЕШНОСТЬ, %
		силы	резкости
	от 0,5 до 1	26,8±3,8	26,5±2,9
RU 2118194	св. 1 до 5	21,5±2,2	24,7±2,5
	св. 5 до 10	14,7±1,6	18,2±1,8
	от 0,5 до 1	16,4±4,6	19,2±3,2
RU 2265470	св. 1 до 5	12,7±3,2	15,4±2,0
	св. 5 до 10	8,4±1,7	9,2±1,6
	от 0,5 до 1	18,1±3,8	11,2±2,5
Предлагаемое	св. 1 до 5	15,5±3,4	12,4±1,8
	св. 5 до 10	10,4±2,3	7,6±1,5

Результаты испытаний точности измерительных систем тренажеров приведены в таблице 1. Как видно из таблицы, погрешности определения силы удара предлагаемого и прототипного (RU 2265470) устройств значимо не различаются и составляют 10,4÷18,1% в предлагаемом устройстве против 8,4÷16,4% в прототипе. В то же время погрешность определения резкости удара в предлагаемом устройстве более низкая, чем в прототипе, и составляет 7,6÷11,2% против 9,2÷19,2% соответственно, что объясняется достигнутым прямым измерением данного параметра в новом техническом решении.

Как пояснено приведенными примерами, основным техническим результатом использования предлагаемого тренажера является упрощение конструкции ударного снаряда: исключена эластичная капсула чувствительного элемента и ее заливка, поскольку электродинамическая головка работает в воздушной среде. Техническим результатом, производным от достигнутого, является повышение технологичности изготовления соответствующих конструкции снаряда. Достигнуто также расширение используемых в качестве датчика средств (электродинамической головки), а также прямое измерение резкости удара. Самостоятельное значение имеет достигнутая возможность автономного электрического питания элементов, встроенных в набивной снаряд, от катушки электродинамической головки, работающей здесь в режиме индуцирования электрической энергии напряжением до 3 В.