устройство для тренировки толкателей ядра

Формула изобретения

1. Устройство для тренировки толкателей ядра, содержащее установленные на расстоянии друг от друга две опоры, несущие регулируемую по углу наклона направляющую балку с кареткой и прикрепленную к ней прямоугольную раму с ядром, связанную посредством троса, редуктора и шкива с установленной на задней опоре осью рычага с грузом, редуктор, размещенный между шкивом и осью рычага с грузом так, что его малая шестерня жестко и соосно соединена со шкивом, а большая шестерня редуктора размещена на оси рычага с грузом с возможностью перестановки в исходном положении и фиксации рычага под разными углами, ползун, закрепленный на вертикальных сторонах прямоугольной рамы с размещенным на нем стержнем и установленным на его конце ядром, при этом рама жестко прикреплена верхней частью к каретке, а трос вторым концом закреплен на раме спереди и охватывает смонтированный на передней части направляющей балки блок, отличающееся тем, что в нем упомянутый стержень выполнен в поперечном сечении в виде n-гранника, изогнутого у места закрепления ядра на угол , а ползун имеет n-гранное отверстие, в которое вставляется указанный стержень, имеющий возможность его продольного и дискретного углового перемещения и фиксации в этом отверстии, а сам ползун имеет возможность перемещения и фиксации на раме в зависимости от антропометрических данных спортсмена, при этом в устройство дополнительно введены размещенный на передней опоре второй блок для обеспечения параллельности троса в рабочей области перемещения каретки, передний и задний ограничители движения каретки и средство для возвращения каретки с ядром к спортсмену или в исходное положение, а также персональный компьютер с периферийными датчиками: измерителя силы, прилагаемой к снаряду, измерителя перемещения каретки, измерителя силы реакции и двух измерителей угловых перемещений, все подключенные электрически к системному блоку через блок аналого-цифровых преобразователей, при этом датчик измерителя силы, прилагаемой к снаряду, встроен между рамой и шкивом, датчик измерителя перемещения каретки установлен на задней опоре около шкива, датчик измерителя силы реакции опоры - на полу в месте размещения спортсмена, и датчик измерителей угловых перемещений располагают на локтевом и коленном суставах.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что измерителем угловых перемещений является гониометр.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ядро является сменным.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для возврата каретки с ядром в исходное положение состоит из натянутой и закрепленной на напрявляющей балке струны с надетой на нее пружиной, которые закреплены у задней опоры и к свободному концу пружины прикреплен один конец тросика, а второй его конец - к каретке.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к тренажерным устройствам, применяемым в спорте, в частности, в толкании ядра, а также может быть использовано для определения биомеханических характеристик двигательного действия и специальных тренировок.

Известно тренажерное устройство для толкателей ядра [1], содержащее ядро, закрепленное на стержне, размещенном свободно в направляющей трубке. На противоположном конце стержня закреплен ограничитель его перемещения. Трубка закреплена на втулке, свободно установленной на вертикальном трубчатом рычаге. Рычаг жестко связан со средством для создания нагрузки. Это средство включает закрепленный на рычаге диск с отверстиями (для установки под разными углами к рычагу грузового рычага с грузом) и храповой механизм. Собачка храпового механизма зак5реплена на диске, а зубчатое колесо установлено соосно с диском на валу, смонтированном на опоре. На втулке противоположно трубке закреплен кронштейн с роликом. Ролик размещен в С-образной направляющей, смонтированной на рычаге параллельно ему с помощью перемычек. Грузовой рычаг фиксируется в отверстиях диска болтом.

Для освобождения зубчатого колеса от собачки последняя снабжена тяговым тросом.

Однако это устройство имеет ряд недостатков.

Во-первых, непосредственное закрепление вертикального рычага (на котором размещено ядро) и грузового рычага на вращающемся диске не способствует созданию максимального удобства выполнения упражнения и повышению эффективности двигательных действий спортсмена при преодолении различных режимов сопротивления.

Во-вторых, с применением этого устройства не происходит реализации в чистом виде всех переменных режимов сопротивления, ввиду того, что при выполнении упражнения ядро перемещается вдоль вертикального рычага. В это время точка приложения силы к вертикальному рычагу удаляется от оси его вращения. Происходит увеличение плеча рычага (силы), а это в свою очередь вызывает увеличение момента толкающей силы. По этой причине мышцы толкателя ядра не могут получить (ощутить) запрограммированный тот или иной режим переменного сопротивления, создающегося при вращении рычага с грузом. Это касается, прежде всего, процесса реализации режима возрастающего сопротивления.

Известно устройство для толкания ядра, содержащее установленные на расстоянии между собой опоры, несущие регулируемую по углу наклона направляющую балку с кареткой и ядром на ней, связанной посредством троса и шкива с установленным на задней опоре валом рычага с грузом [2].

Достоинством данного устройства является то, что оно воспроизводит прямолинейную составляющую траектории движения кисти с ядром.

Недостатком же его является то, что нет возможности воспроизведения всей траектории движения кисти с ядром, т.е. оно создает жесткие условия тренировки.

Наиболее близким техническим решением, взятым в качестве прототипа, является «Устройство для тренировки толкателей ядра» [3].

В устройстве предусмотрены прямоугольная рама, которая верхней частью соединяется с кареткой, закрепленной на направляющей балке (например, двутавровой), трос, намотанный на шкив, насаженный жестко на вал малой шестерни редуктора, закрепленного на задней опоре. Трос одним концом соединяется с прямоугольной рамой, а другим, огибая блок, расположенный на передней части направляющей балки, закрепляется спереди. На оси большой шестерни редуктора закреплен одним концом грузовой рычаг с возможностью его вращения и закрепления на этой шестерне под разными углами. Кроме того, для обеспечения движения ядра в вертикальной плоскости и устранения вращательного его движения вокруг вертикальной оси ползуна, последний, содержащий стержень, на конце которого размещено ядро, закреплен на вертикальных сторонах прямоугольной рамы с возможностью перемещения вдоль них.

Достоинством данного устройства является повышение эффективности тренировки путем четкой реализации преодоления спортсменом различных переменных режимов сопротивления.

Недостатком этого устройства является обхват спортсменом ядра, а именно неудобство захвата ядра относительно головы спортсмена. И кроме того, нет возможности измерения и регистрации двигательных характеристик выполняемого упражнения и расчета остальных биомеханических параметров.

Целью этого изобретения является устранение неудобства захвата ядра спортсменом, которое позволит лучше учесть индивидуальные антропометрические характеристики атлета и расширить функциональные возможности и эффективность тренировок за счет использования периферических датчиков и выдачи по требованию оперативной информации о биомеханических характеристиках двигательного действия.

Указанная цель для тренировки толкателей ядра в устройстве, содержащем установленные на расстоянии друг от друга две опоры, несущие регулируемую по углу наклона направляющую балку с кареткой и прикрепленную к ней прямоугольную раму с ядром, связанную посредством троса, редуктора и шкива с установленной на задней опоре осью рычага с грузом, редуктор, размещенный между шкивом и осью рычага с грузом так, что его малая шестерня жестко и соосно связана со шкивом, а большая шестерня редуктора размещена на оси рычага с грузом с возможностью перестановки в исходном положении и фиксации рычага под разными углами, прямоугольную раму с ползуном на ее вертикальных сторонах с размещенным в нем стержнем и установленным на его конце ядром, при этом указанная рама жестко прикреплена верхней частью к каретке, а трос вторым концом закреплен на раме спереди и охватывает смонтированный на передней части направляющей балки блок, достигается тем, что в нем упомянутый стержень выполнен в поперечном сечении в виде n-гранника, изогнутого у места закрепления ядра на угол , а ползун имеет n-гранное отверстие, в которое вставляется указанный стержень, и имеется возможность его продольного и дискретного углового перемещения, а также фиксирования стержня в этом отверстии, а сам ползун может перемещаться и фиксироваться на раме в зависимости от антропометрических данных спортсмена, кроме того, в устройство дополнительно введены: на передней опоре второй блок для обеспечения параллельности троса в рабочей области перемещения каретки, передний и задний ограничители движения каретки и средство для возвращения каретки с ядром к спортсмену или в исходное положение, а также персональный компьютер с периферийными датчиками: измерителя силы, прилагаемой к снаряду, измерителя перемещения каретки, измерителя силы реакции опоры и два измерителя угловых перемещений, все подключенные электрически к системному блоку через блок аналого-цифровых преобразователей, при этом датчик измерителя силы, прилагаемой к снаряду, встраивается между рамой и шкивом, датчик измерителя перемещения каретки устанавливается на задней опоре около шкива, датчик измерителя силы реакции опоры - на полу в месте размещения спортсмена, и датчик измерителей угловых перемещений располагается на локтевом и коленном суставах.

Отличительными признаками заявляемого технического решения являются:

1. Введение дополнительных узлов, элементов и связей между ними в механической части: второй блок для обеспечения параллельности троса в рабочей области перемещения каретки, средство для возвращения каретки с рамой и ядром к спортсмену или в исходное положение, передний и задний ограничители перемещения каретки.

2. Введение в измерительную часть персонального компьютера с периферийными датчиками - измерителя силы, прилагаемой к снаряду, измерителя перемещения каретки, измерителя силы реакции опоры и измерителя угловых перемещений в локтевых и коленных суставах, которые подключены к системному блоку через аналого-цифровые преобразователи.

3. Место размещения периферийных датчиков: измеритель силы, прилагаемой к снаряду, встроен между рамой и шкивом, измеритель перемещения каретки - на шкиве, измеритель силы реакции опоры - на полу в месте размещения спортсмена и измерители угловых перемещений размещены на локтевом и коленном суставах.

4. Регистрация, обработка и выдача информации о двигательном действии введены в персональный компьютер, в состав которого входят системный блок, дисплей, принтер и клавиатура, периферийные датчики измерения силы и перемещений как линейных, так и угловых, с помощью комплекса программ, обеспечивающих регистрацию, обработку, вычисления и выдачу информации о двигательном действии по вызову.

В заявляемом устройстве отличительные признаки проявляют свойства, известные в других областях науки и техники, а взятые в совокупности с признаками прототипа проявляют свойства, обеспечивающие удобную работу спортсмена-толкателя ядра и определение биомеханических характеристик двигательного действия, что указывает на соответствие заявляемого решения критерию «существенные отличия».

Предлагаемое устройство поясняют чертежи.

На фиг.1, 2 изображено предлагаемое устройство.

На фиг.3 показан ползун устройства.

На фиг.4 изображены стержень и шар устройства.

На фиг.5 - средство для возвращения каретки с рамой и ядром к спортсмену или в исходное положение.

Устройство состоит (фиг.1 и фиг.2) из механической и измерительной частей. Механическая часть содержит вертикальные опоры 1, прикрепленные к основанию 2, направляющую 3, выполненную в виде двутавровой балки и закрепленную на вертикальных опорах 1 (передней и задней), болта 4 для закрепления переднего конца направляющей балки 3 на разных высотах при изменении угла ее положения в пространстве; каретку 5, перемещающуюся и несущую прямоугольную раму 6, ползун 7, закрепленный на прямоугольной раме 6 с возможностью перемещения его по вертикальным ее сторонам (трубам) вверх-вниз и фиксирующийся фиксатором 8, ядро 9, закрепленное на стержне 10 с возможностью замены ядра по размерам на мужское или женское, другой конец стержня 10 горизонтально пропущен в отверстие ползуна 7 и может фиксироваться фиксатором 11, трос 12, один конец которого намотан несколькими витками на шкив 13 и закреплен на прямоугольной раме 6, а другой конец его, огибая блоки 14 и 15, соединен с этой же рамой 6 спереди. Блок 14 размещен на верхнем конце направляющей 3, а блок 15 - на передней опоре 1. Шкив 13 соосно соединен с малой шестерней 16 редуктора, а на валу большой шестерни 17 редуктора насажен конец рычага 18 с возможностью его вращения.

На рычаге 18 ближе к валу большой шестерни 17 закреплен подпружиненный шплинт 19. С помощью этого шплинта и отверстий на большой шестерне 17 редуктора осуществляется фиксация рычага 18 на этой же шестерне.

На свободном (от вала большой шестерни 17) конце рычага 18 закреплены грузы 20. Незадействованные грузы 21 хранятся на патрубке 22.

В ползуне 7 сделано 6-гранное отверстие (фиг.3). В принципе оно может быть выполнено большим или меньшим, т.е. n-гранным, что расширяет возможности устройства по подбору угла положения стержня и ядра для удобства спортсмена. Фиксаторы 8 и 11 для удобства выполнены в виде барашков.

Аналогично со стержнем 10 и ядром 9. На фиг.4 угол изгиба стержня составляет 45°, но в принципе угол можно сделать любой - , это зависит от конституции спортсмена. Ядро 9 крепится на стержне 10 с помощью резьбы, чтобы было легче его менять в зависимости от пола тренирующегося.

Средство для возвращения каретки 5 с ядром 9 к спортсмену или в исходное положение (фиг.5) выполнено в виде струны 23, натянутой на закрепляющих элементах 24 и 25 вдоль направляющей 3. На струну 23 одета пружина 26, закрепленная вместе со струной 23 вблизи задней опоры 1 на крепежном элементе 25. Ко второму концу пружины 26 привязан один конец тросика 27, второй конец которого прикреплен к каретке 5. Само средство может быть расположено либо спереди у направляющей 3, либо сзади нее (как это показано на фиг.1 и фиг.5).

Для мягкости работы устройства применены амортизирующие ограничители 28 и 29, размещенные вблизи передней и задней опор 1, соответственно.

Измерительная и регистрирующая часть устройства содержит (фиг.1, 2) периферийные датчики: измерителя силы 30, прилагаемой к снаряду, измерителя перемещения каретки 31, измерителя силы реакции опоры 32, два измерителя угловых перемещений 33 и 34. Датчики через блок аналого-цифровых преобразователей 35 электрически подключены к системному блоку 36 персонального компьютера 37, в состав которого также входят дисплей 38, клавиатура 39 и принтер 40. При этом датчик измерителя силы 30, прикладываемой к снаряду, встраивается между рамой 6 и шкивом 13. Датчик измерителя перемещения каретки 31 устанавливается на задней опоре 1 вблизи шкива 13. Датчик измерителя силы реакции опоры 32 размещается на полу в месте нахождения спортсмена при тренировке. Датчики измерения угловых перемещений 33 и 34 располагаются на локтевом и коленном суставах спортсмена.

Работа устройства.

Прежде чем приступить к выполнению упражнения на устройстве, нужно сделать следующее. Во-первых, установить направляющую 3 под необходимым углом. Для этого надо ослабить болт 4, поднять или опустить верхний конец направляющей 3 и вновь закрепить ее на вертикальной опоре 1 болтом 4. Каретка 5 должна находиться в нижнем положении.

Во-вторых, установить рычаг 18 в требуемое исходное положение. Для этого необходимо отжать шплинт 19, повернуть рычаг 18 в нужное положение, отпустить шплинт 19 и надеть на рычаг 18 грузы 20 необходимой массы и закрепить их на рычаге 18. Каждый раз при установлении груза 20 силу сопротивления устройства измеряют с помощью динамометра. Для этого динамометр прикрепляют одним концом к середине передней части каретки 5 с помощью тросика и осуществляют тягу, плавно, вдоль направляющей 3 до момента начала движения рычага 18. Показания динамометра фиксируются. Одновременно при этом тарируют датчик 30 измерителя силы, прилагаемой к снаряду. Таким образом, измеряя сопротивление тренажера через определенные градусы поворота рычага 18, устанавливают силу сопротивления тренажера на всем участке движения ядра в фазе финального усилия практически в статическом режиме.

В предлагаемом варианте изготовления устройства редуктор (шестерни 16 и 17) и шкив 13 выполнены так, что поворот рычага 18 на угол 90° соответствует перемещению каретки 5 с прямоугольной рамой 6, равному 1500 мм. Это расстояние приблизительно соответствует перемещению кисти спортсмена в фазе финального усилия. Ядро 9, установленное на стержне 10, по габаритам соответствует размерам мужского или женского соревновательного снаряда, а его масса вместе с ползуном 7 значительно меньше массы ядра.

В-третьих, проверить работу и точность измерителя перемещения 31 каретки 5, который измеряет ее перемещение через поворот шкива 13. На боковой поверхности шкива 13 нанесены метки, по которым и определяется расстояние.

В-четвертых, протестировать измеритель силы реакции опоры 32. Для этого на тензоплатформу 32 помещают эталонный груз и на экране дисплея отмечают эту эталонную меру.

В-пятых, произвести тарировку датчиков измерителей угловых перемещений 33 и 34. Для этого в известных углах необходимо сравнить показания на дисплее с точным значением измеряемых углов.

Одновременно при этом проверяется работа блока аналого-цифровых преобразователей 35 и персонального компьютера 37.

Принцип действия устройства поясним на примере выполнения толкания ядра (устройство рассчитано на выполнение фазы финального усилия) с преодолением плавно изменяющегося сопротивления, например, в возрастающем режиме.

Перед началом выполнения упражнения рычаг 18 с грузом 20 устанавливается вертикально вниз. При этом положении рычага 18 с грузом 20 сопротивление их равно нулю. По ходу выполнения финального усилия сопротивление, создаваемое движению ядра 9 и каретки 5, возрастает и достигает его максимума в тот момент, когда рычаг 18 с грузом 20 оказывается в правом крайнем положении. Возрастание сопротивления происходит за счет того, что при движении рычага 18 с грузом к правому крайнему положению, плечо силы сопротивления груза 20 увеличивается, т.к. оно зависит от положения рычага 18. Соответственно этому увеличивается момент его сопротивления.

В соответствии с движением кисти ядро 9 может перемещаться во всех трех плоскостях и дискретно вращается в зависимости от вращения стержня 10. Это становится возможным благодаря перемещению ползуна 7 со стержнем 10 по вертикальным сторонам прямоугольной рамы вверх-вниз и перемещению каретки 5 с ползуном 7 и стержнем 10 вдоль направляющей 3 вперед-назад. Они могут свободно перемещаться или фиксироваться фиксаторами 8 и 11, соответственно. Кроме того при выполнении упражнения ядро 9 проскальзывает в руке спортсмена, что делает траекторию движения ядра 9 достаточно сложной и максимально удобной для спортсмена.

Свободному вращению стержня 10 вокруг оси препятствует его конструктивное исполнение в виде n-гранника и соответственно в теле ползуна n-гранного отверстия, что делает возможным дискретное перемещение по углу стержня 10 при установлении и фиксации фиксатора 11 в соответствии с антропометрическими характеристиками спортсмена.

Режим убывающего сопротивления происходит на всем участке выполнения фазы финального усилия при вращении рычага 18 от правого крайнего положения до принятия им вертикального положения.

При вращении рычага 18 от верхнего вертикального положения до левого крайнего положения происходит режим возрастающего облегчения.

Во время вращения рычага 18 от левого крайнего положения до нижнего вертикального положения происходит убывающее облегчение. Кроме вышеперечисленных режимов сопротивления возможны и комбинированные варианты, например, такие:

1. При исходном положении рычага 18 между нижней частью вертикальной линии и правой частью горизонтальной линии, проходящих через центр большой шестерни 17 редуктора, обеспечивается возрастающее сопротивление с переходом на убывающее.

2. Чтобы обеспечить убывающее сопротивление с переходом на возрастающее облегчение, необходимо рычаг 18 расположить между правой частью горизонтальной линии и верхней частью вертикальной линии.

3. При исходном положении рычага 18 между верхней частью вертикальной линии и левой частью горизонтальной линии имеет место режим возрастающего облегчения с переходом на убывающее облегчение движения ядра 9.

4. При исходном положении рычага 18 между левой частью горизонтальной линии и нижней частью вертикальной линии создается режим убывающего облегчения с переходом на режим возрастающего сопротивления.

5. Если отсоединить рычаг 18 от шестерни 17, то можно выполнять упражнение в режиме постоянного сопротивления.

Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет выполнять упражнения в девяти режимах сопротивления и облегчения, создавая при этом необходимое направление движения и сохраняя четыре степени свободы движения ядра. Увеличение или уменьшение нагрузки на мышцы спортсмена в вертикальной и горизонтальной плоскостях осуществляют за счет изменения соотношений веса ядра и грузовых дисков 20 на рычаге 18.

Получение достоверной оперативной информации с помощью измерительной части устройства помогает спортсмену и тренеру анализировать двигательные действия спортсмена и оперативно корректировать тренировочный процесс.

Работает измерительная часть устройства следующим образом.

Электрические аналоговые сигналы датчиков: измерителя силы 30, прилагаемой к снаряду, измерителя силы реакции опоры 32, например, тензоплатформы, измерителя перемещения каретки 31, например, отражательного типа отметок, нанесенных на шкив 13 (как показано на фиг.1), двух измерителей угловых перемещений, например, гониометрического типа, подаются на входы блока аналого-цифровых преобразователей 35, где они преобразуются в цифровые коды, которые через интерфейс системного блока 36 поступают в память персонального компьютера 37 для последующей обработки, осуществляемой с помощью комплекса программ. Это позволяет практически сразу после выполнения одного движения (или ряда двигательных действий) получить цифровую и графическую информацию о параметрах движения, которые выводятся по требованию на экран дисплея 38 персонального компьютера 37 или с помощью принтера 40 - на бумажный носитель информации. Программы инициализируются с помощью клавиатуры 39.

В комплексе программ автоматизированной обработки информации входят: автоматический ввод и регистрация 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: длительность всего движения и отдельных его фаз и периодов, величины угловых изменений в коленном и локтевом суставах, величины перемещения и скорости движения, силы реакции опоры по текущим и пиковым значениям, импульса силы реакции опоры всего движения, его фаз и периодов.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство позволяет создавать условия для эффективного управления силой, скоростью и перемещением ядра в фазе финального усилия, повысить эффективность тренировочного процесса толкателей ядра за счет увеличения объема выполняемой работы во время тренировок. Возможность регистрировать, а в последующем и анализировать силовые характеристики двигательного действия позволяет прослеживать и корректировать тренировочный процесс в динамике, что способствует повышению эффективности тренировок и мастерства спортсменов.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1657208, Кл. А63В 21/06, 1991.

2. Авторское свидетельство СССР №390813, Кл. А63В 23/02, 1973.

3. Патент РФ №2019221, кл. А63В 21/06, 23/02, 1994.