устройство для сопряженного взаимозависимого развития физических и интеллектуальных способностей ребенка

Формула изобретения

Устройство для сопряженного взаимозависимого развития физических и интеллектуальных способностей ребенка, содержащее раму, изготовленную из двух согнутых по дуге полуокружности труб, скрепленных двумя опорными элементами, задним и передним, трубу, соединяющую эти опорные элементы, сиденье, прикрепленное к раме и регулируемое по высоте и местоположению, ось, закрепленную на раме и насаженный на нее рычаг, регулируемый по высоте и местоположению на раме, с упором для рук и упором для ног, при этом упор для рук телескопически соединен с рычагом в верхней его части, а упор для ног расположен в нижней части этого рычага и выполнен в виде двух педалей, левой и правой, дополнительную опору для ног, расположенную на раме в передней ее части, два блочка, один из которых размещен на нижнем конце рычага, а второй - на упомянутой трубе вблизи заднего опорного элемента, а в самой трубе размещен силовой элемент, соединенный одним концом с тросом, огибающим указанные блочки, отличающееся тем, что в нем на педалях упора для ног сделаны фиксаторы для ног ребенка, дополнительная опора для ног выполнена дискретно переставляемой на раме, а силовой элемент, одним концом закреплен на неподвижной части узла натяжения, размещенного в трубе вблизи переднего опорного элемента, другим концом - на подвижной части данного узла и огибает третий блочек, укрепленный на первом конце троса, второй конец этого троса соединен с рамой вблизи заднего опорного элемента, в устройство дополнительно введены две рукоятки - под левую и правую руки, размещенные вблизи сиденья, персональный компьютер, оптическая "мышь", которая установлена на раме вблизи рычага, на котором предусмотрена площадка для сканирования оптической "мышью", датчик перемещения рычага и измерения силовой нагрузки, измерение которой осуществляется с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП), датчик пульса ребенка и усилитель-формирователь для измерения пульса, ограничитель перемещения рычага, источник электропитания и программное обеспечение для персонального компьютера, размещенное на дискете или диске, вставляемых в соответствующие гнезда системного блока персонального компьютера, при этом от левой клавиши оптической "мыши" компьютера сделан вывод на две параллельно включенные кнопки, размещенные одна в упомянутом упоре для рук, и вторая - в одной из дополнительно введенных рукояток, причем усилитель-формирователь для измерения пульса электрически соединен входом с датчиком пульса и выходом - с USB-портом системного блока персонального компьютера, а упомянутый АЦП входом соединен электрически с датчиком перемещения рычага и измерения силовой нагрузки, а выходом - с общей шиной системного блока персонального компьютера, который установлен в нижней части также введенной подставки под персональный компьютер, а дисплей персонального компьютера размещен на регулируемой по высоте столешнице этой подставки, при этом датчик перемещения рычага и измерения силовой нагрузки, а также датчик пульса и усилитель-формирователь для измерения пульса подключены к источнику электропитания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицины и педагогики, а также к игровым тренажерам, и может быть использовано для сопряженного взаимозависимого развития физических и интеллектуальных способностей детей.

Известен стационарный тренажер для тренировки гребцов [Dreissigacker P.O., Dreissigacker R.A. Willtfms J.V. Pat. №4396188 (USA). Stationary roroind unit. - Pull 02.08.83.], предназначенный для имитации гребли. Устройство включает в себя установленные на раме подвижное сидение, поворотную площадку для ног и закрепленное на стойке колесо со звездочкой цепной передачи. На одном конце цепь закреплена на ручке. Для создания воздушного сопротивления при работе на колесе по радиусам установлены лопасти. Имеется также тахометр и механизм возврата колеса.

Спортсмен садится на сидение, берется за ручку и начинает выполнять гребковые движения. При этом колесо раскручивается, и лопасти создают воздушное сопротивление. Таким образом, сидение перемещается. Возвратный механизм колеса возвращает цепь в исходное положение.

Достоинства устройства

1. Оно относится к типу сопряженного воздействия.

2. Компактное и занимает мало места.

3. Его применение позволяет самостоятельно тренировать технику гребли.

4. Его целесообразно использовать в тренировке юных спортсменов.

К недостаткам устройства можно отнести следующее:

1. Хотя оно относится к типу сопряженного воздействия, но в нем не предусмотрено создание интеллектуальной нагрузки, что ограничивает возможности его применения.

2. Используется только одно физическое упражнение, т.е. тренируется только одна группа мышц.

Известно устройство для выполнения гребковых движений [Устройство для выполнения гребковых упражнений. // Буклет научно-производственного конструкторского предприятия «Резонанс» при Адыгейском государственном университете, г. Майкоп], предназначенное для развития мышц-разгибателей туловища, ног и сгибателей рук.

Устройство содержит раму, состоящую из двух согнутых труб, стянутых трубой большего диаметра и двумя опорами. На раме размещено велосипедное седло, и в точке сгиба рамы установлена ось, на которую насажена рукоятка. На рукоятке имеются упор для рук, телескопически соединенный в ее верхней части, и упор для ног, выполненный в виде двух педалей в нижней части рукоятки. В передней части рамы закреплен дополнительный упор для ног. На рукоятке и в задней части рамы имеется крепление для пружин силового элемента.

Перед выполнением упражнения нужная нагрузка подбирается количеством пружин.

На устройстве можно выполнять одновременно сгибание и разгибание рук, туловища и ног в положении сидя. Для этого занимающийся садится на сидение, ступни ног ставит на упор для ног, кистями захватывает упор для рук на рукоятке. Можно выполнять и другие физические упражнения.

Достоинством устройства является:

1) компактность и легкость по весу и эксплуатации, что позволяет применять его в любых условиях для занятий дома, в спортзале, детсаде, а также на занятиях в оздоровительных группах;

2) наибольшая эффективность от применения данного устройства может быть достигнута при занятиях греблей.

Недостатками данного устройства являются:

1) размещение силового элемента - возможность его срыва;

2) дискретность подбора нужной нагрузки - определенным количеством пружин;

3) отсутствие возможности интеллектуального воздействия на занимающегося.

Из уровня техники также известен тренажер для детей дошкольного возраста [Тренажер для детей дошкольного возраста. / А.А.Мазанова, Е.А.Антипова, В.В.Афанасенко, Ю.Т.Черкесов // Актуальные проблемы валеологии, воспитания учащихся в условиях новой концепции физкультурного образования. - Нальчик, 2002. - С.149-150]. Он разработан с учетом силовых и антропометрических характеристик детей данного возраста.

Устройство включает раму, изготовленную из двух согнутых труб (прутков), сваренных с двумя опорами, и трубы, соединяющей данные опоры. На опоры с двух концов надеты смягчающие втулки. К раме крепится сиденье, которое можно регулировать по высоте и местоположению на раме. На раме также закреплена ось, на которой насажен рычаг с упорами для рук и для ног. Упор для рук телескопически соединен с рычагом, который регулируется по высоте и местоположению на раме. Дополнительный упор для ног крепится неподвижно к раме. В трубе установлен упругий элемент, например, пружина растяжения, неподвижно закрепленная одним концом на указанной трубе, а другим соединенная с тросом, огибающим два блочка, один из которых расположен на рычаге. Натяжение пружины регулируется устройством натяжения.

Исходное положение занимающегося - сидя на сиденьи, ступни ног на дополнительном упоре или на упоре для ног на рычаге, кисти рук захватывают упор для рук. Из данного исходного положения возможно одновременное разгибание и сгибание туловища, рук и ног. Для локального развития мышц можно выполнять следующие варианты упражнений:

1) сгибание и разгибание рук при фиксировании туловища и ног, ступни ног - на дополнительном упоре для ног;

2) сгибание и разгибание туловища при выпрямленных руках, ступни ног находятся на дополнительном упоре для ног;

3) одновременное сгибание и разгибание рук и туловища, ступни ног - на дополнительном упоре для ног;

4) одновременное сгибание и разгибание туловища и ног при выпрямленном положении рук, ноги находятся на упоре для ног на рычаге.

Достоинством данного устройства является следующее:

1) достаточно широкий круг физических упражнений, выполняемых на тренажере;

2) устройство компактное и легкое в обращении и эксплуатации, что позволяет применять его в любых условиях: на занятиях по физкультуре, при индивидуальных занятиях с ребенком, в самостоятельной двигательной деятельности в режимных моментах по желанию.

К недостаткам данного устройства можно отнести следующее:

1) дополнительный упор для ног приварен к раме;

2) большой ход пружины растяжения в упругом элементе может вызвать необратимую ее деформацию;

3) неудобная конструкция упора для ног на рычаге - педаль простая, но не надежная;

4) нет возможности оказывать на занимающегося интеллектуальное воздействие.

Целью данного изобретения является создание технических, психологических и программных средств для сопряженного взаимозависимого развития физических и интеллектуальных способностей ребенка на мотивационной и оздоровительной основах.

Указанная цель в «Устройстве для сопряженного взаимозависимого развития физических и интеллектуальных способностей ребенка», содержащем раму, изготовленную из двух согнутых по дуге полуокружности труб, скрепленных двумя опорными элементами, задним и передним, трубу, соединяющую эти опорные элементы, сиденье, прикрепленное к раме и регулируемое по высоте и местоположению, ось, закрепленную на раме и насаженный на нее рычаг, регулируемый по высоте и местоположению на раме, с упором для рук и упором для ног, при этом упор для рук телескопически соединен с рычагом в верхней его части, а упор для ног расположен в нижней части этого рычага, выполненный в виде двух педалей, левой и правой, дополнительную опору для ног, расположенную на раме в передней ее части, два блочка, один из которых размещен на нижнем конце рычага, а второй - на упомянутой трубе вблизи заднего опорного элемента, а в самой трубе размещен силовой элемент, соединенный одним концом с тросом, огибающим указанные блочки, достигается тем, что в нем на педалях упора для ног сделаны фиксаторы для ног ребенка, дополнительная опора для ног выполнена дискретно переставляемой на раме, а силовой элемент, одним концом закрепленный на неподвижной части узла натяжения, размещенного в трубе вблизи переднего опорного элемента, другим концом - на подвижной части данного узла, и огибает третий блочек, укрепленный на первом конце троса, второй конец этого троса соединен с рамой вблизи заднего опорного элемента, в устройство дополнительно введены две рукоятки - под левую и правую руки, размещенные вблизи сиденья, персональный компьютер, оптическая «мышь» которого установлена на раме вблизи рычага, на котором предусмотрена площадка для сканирования оптической «мышью», датчик перемещения рычага и измерения силовой нагрузки, измерение которой осуществляется с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП), датчик пульса ребенка и усилитель-формирователь для измерения пульса, ограничитель перемещения рычага, источник электропитания и программное обеспечение для персонального компьютера, размещенное на дискете или диске, вставляемых в соответствующие гнезда системного блока персонального компьютера, при этом от левой клавиши оптической «мыши» компьютера сделан вывод на две параллельно включенные кнопки, размещенные одна в упомянутом упоре для рук, и вторая - в одной из дополнительно введенных рукояток, причем усилитель - формирователь для измерения пульса электрически соединен входом с датчиком пульса и выходом с USB-портом системного блока персонального компьютера, а упомянутый АЦП входом соединен электрически с датчиком перемещения рычага и измерения силовой нагрузки, а выходом - с общей шиной системного блока персонального компьютера, который установлен в нижней части также введенной подставки под персональный компьютер, а дисплей персонального компьютера размещен на регулируемой по высоте столешнице этой подставки, при этом датчик перемещения рычага и измерения силовой нагрузки, а также датчик пульса и усилитель-формирователь для измерения пульса подключены к источнику электропитания.

Отличительными признаками заявляемого технического решения является следующее:

- во-первых, в него дополнительно введены: две рукоятки - под левую и правую руки, размещенные вблизи сиденья, персональный компьютер, оптическая «мышь» которого сканирует положение рычага, датчик перемещения рычага и измерения силовой нагрузки, осуществляемого с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП), датчик пульса ребенка и усилитель-формирователь для измерения пульса, ограничитель перемещения рычага, источник электропитания и программное обеспечение персонального компьютера, размещенное на дискете или диске, вставляемых в соответствующее гнездо системного блока персонального компьютера;

- во вторых, сделаны новые связи между узлами и элементами: от левой клавиши переключателя оптической «мыши» персонального компьютера сделан вывод на две параллельно включенные кнопки, размещенные одна в упомянутом упоре для рук, а вторая - в одной из дополнительно введенных рукояток, усилитель-формирователь для измерения пульса электрически соединен входом с датчиком пульса и выходом - с USB-портом системного блока персонального компьютера, а АЦП входом соединен электрически с датчиком перемещения рычага и измерения силовой нагрузки, а выходом - с общей шиной системного блока, узлы, требующие электропитания, подключены к источнику электропитания;

- в-третьих, воздействуя на сердечно-сосудистую систему и органы восприятия ребенка, развивают его физически и интеллектуально: физическими упражнениями с помощью гребкового тренажера, дозированно нагружая мышцы рук, спины и ног, решением интеллектуальных заданий, задаваемых с помощью персонального компьютера соответствующим программным обеспечением и решаемых ребенком с помощью оптической «мыши» и рычага, а выполняя указанные интеллектуальные задания одновременно с добавлением физических нагрузок и физические упражнения с добавлением интеллектуальных заданий, развивают интеллектуальные и физические способности ребенка сопряженно и взаимозависимо.

В заявляемом устройстве отличительные признаки проявляют свойства, известные в других областях науки и техники, а взятые в совокупности с признаками прототипа, проявляют свойства, которые позволяют сопряженно взаимозависимо развивать физические и интеллектуальные способности ребенка на мотивационной, контролируемой и оздоровительной основах, что указывает на соответствие заявляемого решения критерию «существенные отличия».

Заявляемое устройство поясняют схематические чертежи.

На фиг.1 и фиг.2 показано устройство в целом: вид спереди (фиг.1) и вид сверху (фиг.2).

На фиг.3 приведена блок-схема электрического соединения основных узлов устройства.

На фиг.4 показан алгоритм занятия и соревнования (одна группа).

На фиг.5 представлены конструкция датчика перемещения рычага и измерения силовой нагрузки.

На фиг.6 показаны силовой элемент устройства и узел натяжения.

На фиг.7 представлен фиксатор для ног на упоре для ног.

На фиг.8 приведена одна из возможных конструкций ограничителя перемещения рычага.

На фиг.9 показано крепление оптической «мыши» персонального компьютера и сектора сканирования.

На фиг.10 представлена возможная конструкция датчика и узла определения пульса ребенка.

На фиг.11 показана конструкция сочленения столешницы подставки со стойкой.

Устройство включает в себя тренажер и персональный компьютер. Тренажер 1 (фиг.1 и фиг.2) содержит раму, изготовленную из двух согнутых по дуге полуокружности труб 2, скрепленных двумя опорными элементами 3, 4, передним и задним соответственно, трубу 5, соединяющую опорные элементы 3, 4, сиденье 6, прикрепленное к раме (к дугам 2) и регулируемое по высоте и местоположению, ось 7, закрепленную на раме 2, и насаженный на ось 7 рычаг 8, регулируемый по высоте и местоположению на раме, с упором для рук 9 и упором для ног 10, при этом упор для рук 9 телескопически соединен с рычагом 8 в верхней его части, а упор для ног 10 расположен в нижней части рычага 8, выполнен в виде двух педалей, левой и правой, дополнительную опору для ног 11, расположенную в передней части рамы, и эта опора выполнена дискретно переставляемой на раме, два блочка 12 и 13, один из которых - блочек 12 - размещен на нижнем конце рычага 8, а второй блочек 13 - на трубе 5 вблизи заднего опорного элемента 4, а в самой трубе 5 размещен силовой элемент 14 (амортизатор), одним концом закрепленный на неподвижной части узла натяжения 15, размещенного вблизи переднего опорного элемента 3, а другим концом - на подвижной части данного узла, и огибает третий блочек 16, укрепленный на первом конце троса 17, второй конец этого троса соединен с рамой вблизи заднего опорного элемента 4, и трос 17 огибает блочки 12 и 13, на педалях упора для ног 10 сделаны фиксаторы 18 и 19 для ног ребенка. В устройство дополнительно введены: две рукоятки 20 и 21 - под левую и правую руки, размещенные вблизи сиденья 6, персональный компьютер 22 (см. фиг.3), имеющий в своем составе системный блок 23, дисплей 24, клавиатуру 25 и оптическую «мышь» 26, которая установлена на раме вблизи рычага 8, на котором предусмотрена площадка 27 для сканирования оптической «мышью» 26, датчик перемещения рычага и измерения силовой нагрузки 28 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 29, с помощью которого измеряют силовую нагрузку, датчик пульса 30 и усилитель-формирователь 31 для измерения пульса ребенка, ограничитель перемещения 32 рычага 8, источник электропитания 33 и программное обеспечение для персонального компьютера 22, размещенное на дискете или диске, вставляемых в гнездо 34 для дискеты и гнездо 35 для диска системного блока 23 персонального компьютера 22. При этом от левой клавиши оптической «мыши» 26 сделан вывод на две параллельно включенные кнопки 36 и 37, размещенные (см. фиг.1 и фиг.2) одна - 36 - в упомянутом упоре для рук 9, а вторая 37 - в одной из дополнительно введенных рукояток, например, 20, системный блок 23, дисплей 24, клавиатура 25 персонального компьютера 22, АЦП 29, усилитель-формирователь 31 и источник электропитания 33 размещены на подставке 38. Дисплей 24 персонального компьютера 22 размещен на регулируемой по высоте столешнице 39, фиксируемой фиксатором 40, а системный блок 23 персонального компьютера 22 установлен постоянно в нижней части подставки 38, как и АЦП 29, усилитель-формирователь 31 и источник электропитания 33. Причем усилитель-формирователь 31 для измерения пульса электрически соединен (фиг.3) входом с датчиком пульса 30 ребенка и выходом - с USB-портом 41 системного блока 23 персонального компьютера 22, а упомянутый АЦП 29 входом соединен электрически с датчиком перемещения рычага и измерения силовой нагрузки 28, а выходом - с общей шиной 42 системного блока 23 персонального компьютера 22. И датчик перемещения рычага и измерения силовой нагрузки 28, и датчик пульса 30 ребенка, и усилитель-формирователь 31 для измерения пульса подключены к источнику электропитания 33.

Работают с устройством следующим образом. Важно определиться с мотивом и мотивацией действия и поведения ребенка. В обобщенном понятии мотив - побудительная причина, повод к какому-либо действию, довод в пользу чего-либо, а мотивация - активное состояние мозговых структур, побуждающее человека совершать действие, направленное на удовлетворение своих потребностей.

Мотивов и мотиваций великое множество, но их проявление можно определить как внешними, так и внутренними факторами, интересами и стимулами.

К внешним факторам можно отнести потребность в новом необычном устройстве. Этот фактор может побудить малыша ознакомиться с предлагаемым новым устройством, сесть на него и позаниматься. Для ребенка старшего возраста к внешним факторам можно отнести его стремление походить на своего кумира - быть таким же сильным, ловким, быстрым, умелым и умным, а это значит, что он захочет воспользоваться представившейся возможностью достичь этого.

Другим фактором и стимулом может быть соревнование с кем-либо. Победите в соревновании - вот извечный стимул поведения человека. И проще всего это обеспечивается в игровых ситуациях. Человек, а дети особенно, способен играть в компьютерные игры часами. Вот этот фактор и интерес следует использовать при определении и стимулировании внешних мотивационных потребностей.

Последнее можно с такой же уверенностью отнести и к внутренним факторам мотивационных потребностей человека. Когда страсть к компьютерным играм несколько угасает, остаются внутренние побуждения: узнать что-то новое, интересное, в чем-то углубить свои знания, в чем-то разобраться более детально или способствовать оздоровлению своего организма.

Такой обобщенный подход к учету мотивационных потребностей в процессе практической реализации приобретает большую конкретизацию. Необходимо только помнить о разумном сочетании внешних и внутренних факторов, интересов и стимулов.

Пусть в качестве мотива берется совместное использование гребкового тренажера 1 и персонального компьютера 22. Гребковый тренажер 1 предназначен для развития мышц-разгибателей туловища, ног и сгибателей рук, а также мышц пресса. На данном тренажере можно выполнять одновременно разгибание и сгибание рук, туловища и ног в положении сидя. Для этого занимающийся садится на сидение 6, ступни ног ставит на педали упора для ног 10, кистями рук захватывает упор для рук 9 и смотрит на экран дисплея 24 персонального компьютера 22, установленный на уровне глаз на столешнице 39 подставки 38. Из этого исходного положения осуществляется одновременное разгибание и сгибание рук, туловища и ног. Перед началом занятия инженер-исследователь или воспитатель проверяет работоспособность устройства и тарирует датчик перемещения рычага и измерителя силовой нагрузки 28, для чего к упору для рук 9 прикрепляет динамометр, а узлом натяжения 15 выставляет силовую нагрузку, когда рычаг 8 находится в крайнем положении вблизи ограничителя перемещения 32 рычага 8. Проверяет работу датчика пульса 30 ребенка, усилителя-формирователя 31 и его связь с USB-портом 41 системного блока 23 персонального компьютера 22, вставляет дискету программного обеспечения в гнездо 34 или диск в гнездо 35 и с помощью клавиатуры 25 инициирует ввод программного обеспечения в системный блок 23 персонального компьютера 22. Оптической «мышью» 26 проверяет с помощью площадки 27 перемещение рычага 8 путем сканирования оптической «мышью» 26, а с помощью кнопок 36 и 37 проверяет захват курсора на экране дисплея 24 персонального компьютера 22. Убедившись в работоспособности устройства в целом и отдельных его узлов, можно начинать занятие.

На гребковом тренажере 1 можно также выполнять следующие упражнения:

- сгибание и разгибание рук при фиксации туловища и ног, при этом ступни находятся на дополнительном упоре для ног 11;

- сгибание и разгибание туловища при выпрямленном положении рук, ноги зафиксированы на дополнительном упоре для ног 11;

- одновременное сгибание и разгибание туловища и ног при выпрямленном положении рук, ноги находятся на упоре для ног 10;

- одновременное разгибание ног и воздействие на мышцы пресса, руки находятся на дополнительных рукоятках для рук 36 и 37.

Каждое из этих упражнений позволяет выборочно воздействовать на те или иные группы мышц. Это важно для реабилитации отстающих в своем развитии мышц тела или для преимущественного развития отдельных мышц с учетом специализации и потребности в движениях.

Из упомянутого исходного положения занимающийся начинает выполнять задание, которое высвечивается на экране дисплея 24 персонального компьютера 22 под воздействием программы, находящейся в блоке программ. Например, дается задание «проплыть» как можно быстрее на гребковом тренажере 1 n-е количество метров. Занимающийся начинает интенсивно перемещать рычаг 8, стараясь развить наибольшую «скорость». Усилитель-формирователь 31 с помощью датчика пульса 30 ребенка следит за пульсом занимающегося, его численные значения отображаются на экране дисплея 24 персонального компьютера 22 и дублируются голосом воспитателя. Причем в системном блоке 23 персонального компьютера под управлением соответствующей программы блока программ эти значения сравниваются с оптимальными, измеренными заранее при предварительном обследовании занимающегося, и отображение производится относительно максимального, оптимального, порогового и критического значений. Требование задания состоит не только в том, чтобы быстрее «проплыть» расстояние, но и в том, чтобы значения пульса не выходили за пределы зоны оптимального значения для данного занимающегося. Если пульс ниже зоны оптимального значения, высвечиванием на экране дисплея 24 и соответствующим звуковым сообщением дается рекомендация увеличить нагрузку, которая может сопровождаться соответствующей мелодией. Если значение пульса находится в пороговой зоне, аналогично дается рекомендация уменьшить нагрузку. Если значение пульса вошло в критическую зону, на экране дисплея 24 высвечивается световой тревожный сигнал, сопровождаемый звуковым сигналом, которые предупреждают о недопустимости работы в этом режиме. Через некоторое заданное время, если нагрузка и соответственно, пульс не войдут в норму, технические средства выключаются, и занятия прекращаются, возможно постепенное уменьшение нагрузки.

При перемещении рычага 8, то есть при «движении» на экране дисплея 24, может высвечиваться и интеллектуальное задание, например, на внимание и память (водоплавающие птицы и животные...). По окончании «пути» занимающемуся предлагается назвать встретившихся птиц и животных. Оценивается выполненное задание по затраченному времени. Неправильные ответы на вопросы интеллектуального задания оцениваются, например, штрафным временем, которые прибавляются к основному, как в биатлоне, прохождением дополнительных кругов.

Интеллектуальные задания, высвечиваемые на экране дисплея 24, выполняются либо с помощью рук, кисти которых охватывают упор для рук 9, большой палец руки нажимает кнопку 36, ноги при этом устанавливаются на дополнительном упоре для ног, либо с помощью ног, установленных на упоре для ног 10 и зафиксированных фиксатором 18 и 19, кисти рук при этом охватывают дополнительные рукоятки для рук 20 и 21, большой палец (или указательный) руки нажимает кнопку 37. Задания составляются таким образом, чтобы при их выполнении курсор на экране дисплея 24 перемещался по всему экрану дисплея 24 сверху до низу, а поскольку рычаг 8 имеет сопротивление, которое можно изменять, то занимающемуся приходится прикладывать определенные физические умения, получая дозированную нагрузку на мышцы рук, спины, ног и пресса, а также плечевого пояса. Выполнение интеллектуальных заданий так же может сопровождаться звуковыми и музыкальными сигналами и мелодиями. Здесь также соблюдается принцип - как можно быстрее выполнить интеллектуальное задание, оцениваемое по затраченному времени. Неправильное выполнение его отдельных позиций также штрафуется дополнительным временем, добавляемым к основному.

С помощью датчика пульса 30 ребенка и усилителя - формирователя 31 следят за физическим и психическим состоянием занимающегося и, как в предыдущем случае, управляют действиями занимающегося таким образом, чтобы его пульс находился в оптимальной зоне. Победит тот из занимающихся, кто затратит наименьшее время на выполнение физических упражнений и интеллектуальных заданий и не выйдет из зоны оптимальных значений пульса.

Из этого следует, что занимающийся для победы в единичных и групповых занятиях, а также в соревнованиях должен обладать не только физической силой, чтобы перемещать рычаг 8, но и иметь развитый интеллект, чтобы быстрее и без ошибок выполнять интеллектуальные задания. Такой режим выполнения этих заданий в данном случае создает мотивацию и интерес их выполнения - стать победителем. А развитие достигается регулярным и постоянным воздействием на различные группы мышц и отделы головного мозга, постепенным наращиванием дозированных физических нагрузок и постепенным усложнением интеллектуальных заданий, от простого к сложному, при непрерывном контроле за физическим и психическим состоянием занимающегося.

Алгоритм одного занятия или соревновательного упражнения показан на фиг.4. Физическое воздействие дополняется с интеллектуальной добавкой и наоборот - интеллектуальное воздействие дополняется физической нагрузкой. Время, затраченное занимающимся, суммируется и к нему добавляется штрафное время (если оно есть). Фактическое время для занимающегося 4-6 лет не должно превышать 15-20 минут.

Принципы постепенности и регулярности должны соблюдаться при работе с описанным устройством для осуществления сопряженного взаимозависимого развития физических и интеллектуальных способностей ребенка на мотивационной и оздоровительной основах. Постепенно, но регулярно надо наращивать нагружение мышц рук, ног, мышц плечевого пояса, пресса и спины, используя возможности гребкового тренажера 1. Постепенно надо усложнять интеллектуальные задания - от простого к более сложному. Постепенно увеличивать длительность занятий до допустимого предела, учитывая возрастные, физические и психические особенности занимающихся. Обязательно регулярно проводить занятия.

В заявляемом устройстве много нестандартных узлов. Поэтому основные из них рассмотрим, уделив внимание их конструкции, принципу действия и их участию в работе всего устройства.

Датчик перемещения рычага и измерения силовой нагрузки 28. Принципы, на основе которых он может быть построен, самые разные. Это и тензометрический мост, выходные сигналы которого пропорциональны углу изгиба измерительной балки и миниатюрный вращающийся трансформатор, и миниатюрный потенциометр, движок которого перемещается по кругу и т.д. Одна из возможных конструкций указанного датчика 28, построенного на основе миниатюрного потенциометра (фиг.5) содержит: шарнир, образованный рычагом 8, насаженным на ось 7, закрепленную в трубах рамы 2 через втулку 41, и кронштейном 42, размещенным на раме и закрепленным горизонтально на ней с помощью гайки 43, миниатюрный потенциометр 44 с круговым перемещением его движка, на ось 45 которого плотно насажен шкив 46 с двумя канавками на наружной его поверхности, а на рычаге 8 размещена планка 47 с рядом отверстий, к которой крепятся первые концы нерастяжимой 48 и растяжимой упругой 49 нитей, намотанные на шкив 46 в противоположных направлениях и закрепленные на нем вторыми концами. К выводам 50, 51 и 52 потенциометра 44 подпаиваются провода, с помощью которых этот потенциометр подключается к АЦП 29 и к источнику электропитания 33 (фиг.3).

Работает данный датчик следующим образом.

При перемещении рычага 8 поворачивается шкив 46, так как части шарнира перемещаются друг относительно друга на угол, равный повороту рычага 8. Нерастяжимая нить 48 заставляет вращаться шкив 46. Ось 45 движка потенциометра 44 также поворачивается, и движок перемещается, так как шкив 46 плотно посажен на ось 45 движка потенциометра 44. На информационном выходе датчика перемещения рычага и измерения силовой нагрузки 28 появляется электрический сигнал, пропорциональный углу поворота рычага 8 (потенциометр 44 - линейный). При возвращении рычага 8 нерастяжимая нить 48 ослабляется, а растяжимая нить 49 выбирает эту слабину, вращая ось 45 потенциометра 44 и шкив 46, а электрический сигнал на информационном выходе датчика 28 возвращается к исходному положению в предельном значении. Таким образом, получают первичную информацию о пространственном положении рычага 8. Прикрепив динамометр к рычагу 8 (или упору для рук 9) и натянув с помощью динамометра практически к ограничителю перемещения 32 (см. фиг.1), тарируют датчик перемещения рычага и измерения силовой нагрузки 28 для измерения силовой нагрузки устройства, задавая нагрузку с помощью узла натяжения 15.

Силовой элемент 14 и узел натяжения 15 устройства. Одна из возможных конструкций узла натяжения 15 и силового элемента 14, построенного, например, на основе резинового амортизатора (фиг.6), содержит силовой элемент 14, в качестве которого взят резиновый амортизатор, закрепленный одним концом на неподвижной части узла натяжения 15, а другим - к подвижной его части 53, которая представляет собой шпильку с резьбой по всей ее длине. Данная шпилька 53 перемещается посредством гайки 54, задающей нагрузочное сопротивление на трос 17 через блочек 16 и щечки 55 блочного элемента.

Работает силовой элемент 14 и узел натяжения 15 следующим образом.

Перемещая рычаг 8 либо руками за упор для рук 9, либо ногами за упор для ног 10, либо руками и ногами одновременно, либо комплексно с участием и мышц спины, занимающийся растягивает силовой элемент 14, добавляя к тому натяжению, которое было первоначально, дополнительное натяжение, преодолевая сопротивление силового элемента 14, т.е. сила F будет равна

F=F₀+kx,

где F₀ - первоначальное положение силового элемента 14;

k - коэффициент пропорциональности силового элемента 14;

х - удлинение силового элемента 14.

Зная коэффициент пропорциональности k, перемещение рычага 8-х и начальное положение силового элемента 14 F₀ , можно определить механические характеристики устройства.

Тарировка силового элемента 14 заключается в предварительном изменении коэффициента пропорциональности k с помощью гайки 54. Прикрепляя динамометр, например, за упор для рук 9 натягивают динамометром до крайнего положения (но не касаются фиксатора) и, поворачивая гайку 54, задают силовую нагрузку.

Здесь используются два полиспаста: полиспаст силы - силовой элемент 14 через блочек 16 и полиспаст троса - через блочек 12, что расширяет возможности устройства.

Фиксатор на упоре для ног 10.

Конструкция данного фиксатора может быть самая разная. Можно использовать для нее липучки, застежки, пряжки и др. Одна из возможных конструкций показана на фиг.7, где в основу положено использование пряжки. Правая педаль состоит из: оси 56, прикрепленной к рычагу 8, двух резиновых элементов 57 и 58, фиксирующего элемента - пояска 59 и пряжки 60, входящей в состав фиксатора 18. Аналогично построен фиксатор на левой педали.

Работает данный фиксатор, следующим образом. Ребенок садится на сидение 6 гребкового тренажера. Воспитатель или инженер-исследователь помогает вставить ступни ног на педали и фиксируют фиксатором 18 ногу занимающегося, подобрав натяжение пояска 59 с помощью пряжки 60.

Ограничитель перемещения 32 рычага 8.

Необходимость ограничителя перемещения 32 рычага 8 вызвано по двум причинам. Во-первых, в датчике перемещения рычага и изменения силовой нагрузки 28 (фиг.5) угол поворота потенциометра 44 не превышает 330 угловых градусов, следовательно, необходимо ограничение по углу. Во-вторых, создание для всех занимающихся одинаковых условий для проведения занятий. Одна из возможных конструкций ограничитель перемещения 32 содержит (фиг.8): основание 32, закрепленное в двух точках 61 и 62, в котором предусмотрены ограничительные винты 63 и 64, резьбовые отверстия, в которые вставляются эти винты и закрепляются контргайками 65 и 66. На концах указанных винтов поставлены резиновые опорные головки 67 и 68, выполненные из жесткой резины.

Работает данный ограничитель следующим образом.

Винтом 64 устанавливают начальное положение рычага 8 и закрепляют это положение контргайкой 64. Это начальное положение потенциометра 44 (фиг.5). Затем, поворачивая рычаг 8, выставляют его в другое крайнее положение потенциометра 44 и винтом 63 подводят головку 68 до плотного контакта с рычагом 8 и закрепляют положение винта 63 контргайкой 66. Таким образом, выставлено начальное положение рычага 8 и его конечное положение.

Крепление оптической «мыши» 26 персонального компьютера 22 и

сектора сканирования.

Чтобы задавать и выполнять интеллектуальные задания, необходимо управлять курсором на экране дисплея 24 персонального компьютера 22 (фиг.3). С помощью курсора определяется путь, пройденный занимающимся. Одна из возможных конструкций крепления оптической «мыши» 26 персонального компьютера 22 и сектора сканирования 27 содержит (фиг.9) две стойки 69 и 70, согнутые под прямым углом и установленные на одной из дуг 2, на планке 71 прикрепляется оптическая «мышь» 26, например, приклеиванием, а сама планка 71, имеющая в центре отверстие 72, крепится к стойкам 69 и 70, при этом сектор сканирования 27 прикрепляется на рычаге 8 напротив указанного отверстия в планке 71. Для надежности работы с оптической «мышью» 26 на сектор сканирования 27 наклеивается отражающий материал.

Работает этот узел следующим образом.

При выполнении интеллектуального задания с помощью кнопки 36 или 37 захватывается курсор на экране дисплея 24 персонального компьютера 22, который передвигается занимающимся в нужное по заданию положение. По выполнению этого упражнения кнопка 36 или 37 отпускается и на экране высвечивается новое задание. Одновременно определяются и биомеханические характеристики.

Расширенная блок-схема конструкции датчика пульса 30 и усилителя-формирователя 31 для определения пульса

Существует несколько способов определения пульса человека, а именно: путем пальпирования руки вблизи кисти и в области сонной артерии, с помощью фонендоскопа и кратковременного передавливания потока крови на руке, оптический приборный метод на лбу, пальце руки и на мочке уха, акустический метод и др. Наиболее простым является, по нашему мнению, оптический приборный метод на мочке уха, который не создает трудностей и неудобств для занимающегося.

Усилитель-формирователь 31 по расширенной блок-схеме содержит (фиг.10); непосредственно усилитель сигналов 73, блок фильтрации 74 и логический блок 75.

Датчик пульса 30 состоит (фиг.10,б): из светодиода 76 и фотодиода 77, образующих пару «светодиод - фотодиод». Ток, протекающий через светодиод 76, задается резистором 78, а темновой ток через фотодиод 77 задается резистором 79. Непосредственно усилитель 73 построен по схеме подавления синфазной помехи на трех операционных усилителях 80, 81, 82. Делитель напряжения на резисторах 83 и 84 задает потенциал на входе операционного усилителя 81. Блок фильтрации 74 построен по известному принципу. Логический блок 75 решает задачу, во-первых, определения количества ударов в одну минуту и, во-вторых, для уменьшения случайных помех заполняет случайные пропуски между ударами пульса.

Датчик пульса 30, например, наушного или пальцевого типа (фиг.10,в) состоит из двух элементов 85 и 86, скрепленных осью 87, и фиксируется на мочке уха или на пальце с помощью пружины 88. В элементе 85 установлен излучатель 76, а в элементе 86 - фотоприемник 77. Датчик пульса 30 подключается к усилителю-формирователю 31 с помощью кабеля 89 со штекером 90.

Работают с данным узлом следующим образом.

Надевают датчик пульса 30 на мочку уха занимающегося и следят по дисплею 24 за частотой сокращений пульса. В зависимости от его величины нагрузку или увеличивают или уменьшают.

Сочленение столешницы 39 подставки со стойкой 38.

Одна из возможных конструкций данного сочленения построена (фиг.11) на основе цангового зажима: окончание стойки 38, гайки 40, патрубка 91, конической втулки 92, например, выполненный из бронзы и имеющей способность пружинения. В гайке 40 предусмотрены отверстия 93 для закручивания этой гайки.

Работает данный узел сочленения следующим образом.

Ослабляют гайку 40, чтобы патрубок 91 мог свободно перемещаться вверх-вниз. Столешницу 39 устанавливают на необходимом уровне и гайкой 40 зажимают втулку 92 с помощью прута, вставляемого в отверстие 93.

Что касается программного обеспечения, то с его помощью осуществляются интеллектуальные задания и физические упражнения. Поэтому оно должно вызывать интерес у занимающихся и желание выполнять их.

Должен быть комплекс программ. В комплекс программ автоматизированной обработки информации с периферийных датчиков входят: автоматический ввод и регистрации данных, предварительная обработка сигналов (сглаживание), тарировка входных сигналов, вывод графического изображения входных сигналов, математическая обработка характеристик выполняемых физических упражнений.

Программа математической обработки характеристик физического упражнения позволяет выполнять расчет следующих биомеханических параметров: длительность всего движения и отдельных его фаз и периодов, величины «перемещения» и «скорости» движения, выполняемой работы во время одного движения и на всей «дистанции».

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство обладает новым качеством и позволяет сопряженно взаимозависимо развивать физические и интеллектуальные способности ребенка на мотивационной и оздоровительной основах с применением современных компьютерных технологий и тренажерной техники, причем развивать ребенка гармонично, максимально используя принцип «учение с увлечением».