реверсивный статокинединамометр

Формула изобретения

Устройство для измерения силовых возможностей человека, состоящее из стола, на котором закреплен вал, к валу закреплен трос, к тросу через силоизмерительный элемент прикреплена ручка, за которую тянет испытуемый, имеется переменное сопротивление, которое служит делителем напряжения, отличающееся тем, что вал имеет стопор и через редуктор соединен с электродвигателем с реверсом, на котором есть переключатель реверса для изменения направления вращения вала, также имеется система блоков, направляющих движение троса, имеется коромысло, закрепленное на опоре таким образом, что коромысло имеет длинное и короткое плечо, длинное плечо коромысла подвешено на удерживающей пружине и через резистивный датчик соединено с переменным сопротивлением и одним концом спиральной пружины, другой конец которой воздействует на выключатель, находящийся на столе и управляющий электродвигателем, короткое плечо коромысла соприкасается с силоизмерительным элементом часового типа, имеется также блок преобразования механических сигналов в электрические сигналы, соединенный с переменным сопротивлением, и самописец.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области силоизмерительной техники и может быть использовано для измерения силовых возможностей человека.

Известно устройство [1], предназначенное для определения силы мышц конечностей человека, а именно силы мышц сгибателей и разгибателей конечностей, а также для одновременного определения силы приводящих и отводящих мышц конечностей.

Недостатком данного устройства является, то, что это устройство позволяет измерять усилия только в статическом режиме работы мышц и не позволяет измерять силу мышц при движении сегментов конечностей.

Известно устройство для измерения силы тяги мышц человека в принудительно задаваемых кинематических режимах работы, как в преодолевающем, так и в уступающем режимах работы [2, 3], при этом данное устройство позволяет задавать определенную скорость суставного движения испытуемого и оперативно менять ее, в то же время измеряя и фиксируя силу тяги мышц испытуемого и скорость перемещения его рабочей точки.

Недостатками данного устройства являются: измерение только предельных проявлений силы мышц человека, невозможность измерения силы мышц в статическом режиме работы, а также низкая точность измерений силы мышц человека при перемещении сегмента тела, которая обусловлена использованием ручного труда в процессе измерения силы мышц (вращение вала вручную), что не обеспечивает абсолютно одинаковых условий при повторных попытках измерения, как одним и тем же, так и другими испытуемыми.

По назначению этого устройства, по некоторым особенностям измерения силовых возможностей человека, а также по числу общих с заявляемым изобретением существенных признаков это устройство выбрано в качестве прототипа.

Технической задачей настоящего изобретения является увеличение точности измерения силы мышц человека как в статическом режиме работы мышц, так и в динамическом режиме работы мышц при перемещении сегмента тела в различных направлениях, т.е. в преодолевающем и в уступающем режимах работы, за счет автоматизации как задаваемых кинематических режимов работы, так и процесса фиксации объективных данных о силе мышц.

Это реализуется с помощью устройства для измерения силовых возможностей человека, названного автором «Реверсивный статокинединамометр».

Устройство состоит из стола, на котором закреплен вал, к валу закреплен трос, к тросу через силоизмерительный элемент прикреплена ручка, за которую тянет испытуемый, имеется переменное сопротивление, которое служит делителем напряжения, при этом вал имеет стопор и через редуктор соединен с электродвигателем с реверсом, на котором есть переключатель реверса для изменения направления вращения вала, также имеется система блоков, направляющих движение троса, имеется коромысло, закрепленное на опоре таким образом, что коромысло имеет длинное и короткое плечо, длинное плечо коромысла подвешено на удерживающей пружине и через резистивный датчик соединено с переменным сопротивлением и одним концом спиральной пружины, другой конец которой воздействует на выключатель, находящийся на столе и управляющий электродвигателем, короткое плечо коромысла соприкасается с силоизмерительным элементом часового типа, имеется также блок преобразования механических сигналов в электрические сигналы, соединенный с переменным сопротивлением, и самописец.

Технический результат изобретения достигается за счет введения в устройство электродвигателя с реверсом и переключателем реверса, соединения электродвигателя через редуктор с валом, который имеет стопор для остановки движения вала, наличия системы блоков, направляющих движение троса, коромысла, закрепленного на опоре таким образом, что коромысло имеет длинное и короткое плечо, длинное плечо коромысла при этом подвешено на удерживающей пружине и через резистивный датчик соединено с переменным сопротивлением и одним концом спиральной пружины, другой конец которой воздействует на выключатель, находящийся на столе и управляющий электродвигателем, соприкосновения короткого плеча коромысла с силоизмерительным элементом часового типа, наличия блока преобразования механических сигналов в электрические сигналы, соединенного с переменным сопротивлением, и самописца.

Это позволяет с большей точностью измерять силу мышц человека в процессе перемещения сегментов тела, изучать точность движений человека, а также влияния различных по силе сопротивлений на точность выполнения этих движений, создавая при этом абсолютно одинаковые условия для испытуемых при выполнении повторных попыток в различных заданиях.

С помощью такого устройства становится возможной достаточно точная непрерывная регистрация мышечной силы не только в статике, но и в процессе угловых смещений конечностей или их сегментов. При этом имеются возможности регистрации усилий как в преодолевающем, так и в уступающем режимах работы мышц.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Описание устройства реверсивного статокинединамометра.

Реверсивный статокинединамометр содержит систему, обеспечивающую смещение конечности или ее сегмента: вал - 1, трос - 11, систему блоков - 2, электродвигатель с реверсом и редуктором - 3, переключатель реверса - 12 (для изменения направления вращения вала); систему регистрации усилий: коромысло - 4, закрепленное на опоре - 15 таким образом, что коромысло имеет длинное и короткое плечо, при этом коромысло может смещаться относительно опоры, меняя при этом длину каждого плеча, удерживающую пружину - 5, переменное сопротивление с резистивным датчиком - 6, блок преобразования механических сигналов в электрические для передачи их на самописец - 7, силоизмерительный элемент часового типа - 8; а также: выключатель - 9, спиральную пружину для включения и выключения электродвигателя - 10, рукоятку для крепления к конечности испытуемого - 13, стопор вращения вала - 14.

Система блоков состоит из трех блоков, расположенных последовательно, при этом два крайних блока прикреплены к столу, и между ними расположены: силоизмерительный элемент часового типа, коромысло, подвешенное на удерживающей пружине, переменное сопротивление, спиральная пружина; третий блок расположен между двумя предыдущими и присоединен к концу длинного плеча коромысла.

Описание работы реверсивного статокинединамометра.

Усилие, приложенное к рукоятке (13), ведет к натяжению троса (11) и уменьшению угла наклона длинного плеча коромысла (4). При этом усиливается давление спиральной пружины (10) на выключатель, что автоматически приводит в действие электродвигатель (3). Равномерным вращением вала (1) электродвигатель обеспечивает намотку или размотку троса в зависимости от заданного направления вращения вала. Направление вращение вала определяется поворотом ручки реверса (12).

Для моделирования уступающего режима работы мышц необходимо предварительно вытянуть трос на такую длину, которая является достаточной для выполнения задания, и закрепить рукоятку на конечности испытуемого. Приложение усилия к рукоятке вызовет включение электродвигателя и намотку троса на вал. Мощность электродвигателя должна обеспечивать равномерное вращение вала и намотку троса при любом усилии сопротивления, прилагаемом испытуемым.

Измерение величины усилия, с которым испытуемый сопротивляется принудительному движению, осуществляется следующим образом. Включение электродвигателя происходит при минимальном усилии (около 50 г). Увеличение силы сопротивления приводит к уменьшению угла наклона длинного плеча коромысла (его опусканию). Это вызывает смещение резистивного датчика на переменном сопротивлении (6), которое соединено с блоком преобразования механических сигналов в электрические (7), откуда они попадают на самописец (на чертеже не указан). Изменение величины прилагаемых усилий сопровождается увеличением или уменьшением угла наклона коромысла и изменением положения резистивного датчика на ползунковом сопротивлении, что и позволяет регистрировать величину колебания усилий. При уменьшении усилий до 50 г происходит автоматическое выключение электродвигателя и прекращение движения. Визуально за изменениями усилия можно следить по отклонениям стрелки силоизмерительного элемента часового типа (8). Ее отклонения вызываются изменениями угла наклона короткого плеча коромысла при изменениях величины прилагаемых усилий.

Моделирование и регистрация усилий в преодолевающем режиме работы осуществляется по такому же принципу. Только путем поворота ручки реверса должно быть изменено направление вращения вала. В таких условиях включение электродвигателя вызовет размотку и вытяжку троса в направлении, совпадающем с направлением действия усилия испытуемого. Система регистрации величины усилия также остается прежней. Прекращение усилия вызовет выключение электродвигателя, после чего автоматически приходит в движение возвратный механизм, осуществляющий намотку троса и приведение рукоятки в исходное положение.

С помощью прибора имеется возможность измерять усилия и в статических условиях напряжения мышц. Для этого необходимо отключить электродвигатель от электросети и при помощи стопора (14) исключить возможность вращения вала. Система регистрации приложенных усилий и в этих условиях остается прежней. Застопорить вал можно через каждые 5 см вытяжки троса. Этим обеспечивается возможность измерять статические усилия при любом положении конечности или ее сегмента по отношению к туловищу и к реверсивному статокинединамометру.

В данной конструкции степень точности показаний прибора определяется жесткостью удерживающей пружины (5). Силоизмерительный прибор часового типа позволяет измерять усилия с точностью 10 г на одно деление.

Наличие редуктора позволяет изменять скорость вращения вала и вытяжки троса, что создает возможность для выполнения заданий в изменяющихся условиях и следить за характером изменения показателей величины усилий при этом.

Таким образом, предлагаемый реверсивный статокинединамометр позволяет получать новые данные о закономерностях проявления мышечных усилий человека и о факторах, влияющих на точность их приложения. Это в свою очередь позволяет с более объективных позиций оценить накопленный в специальной литературе по этому поводу обширный экспериментальный материал.

Реверсивный статокинединамометр может быть использован в исследованиях по изучению особенностей кинестетической чувствительности двигательного анализатора, в исследованиях по изучению закономерностей управления величиной мышечных напряжений в различных условиях работы мышц, а также в исследованиях по изучению способностей к точному дозированию усилий, динамики этих способностей в процессе онтогенетического развития и под воздействием различных факторов.

Использование этого прибора может способствовать более глубокому изучению закономерностей проявления точности движений, влияния различных по силе сопротивлений на показатели точности дозирования усилий, выявлению оптимальных величин отягощений и сопротивлений для использования при решении различных задач развития силовых способностей.

Источники информации

1. А.с. СССР №128177 «Реверсивный динамометр».

2. Коренберг В.Б. Изучение предельных проявлений силы с применением установки для измерения силы тяги в принудительно задаваемых кинематических режимах работы. - В кн.: «Специальные технические средства в обучении и тренировке спортсменов. / Сборник научных трудов. - Малаховка: МОГИФК, 1985, с.18-21.

3. Удостов. на рац. предл. №564/74 от 19.09.84 г. БРИЗ Росспортком.