устройство для тренировки мышц и для определения и развития кондиционных и координационных способностей человека

Формула изобретения

Устройство для тренировки мышц и для определения и развития кондиционных и координационных способностей человека, содержащее силовой блок, блок управления и блок программ, первый из которых имеет в своем составе игровой стержень, выполненный с возможностью изменения длины рабочей части рычага игрового стержня, рукоятку, оснащенную двумя кнопками, подсоединенную к одному концу игрового стержня, другой конец игрового стержня выполнен в виде шара, размещенного в стакане, образующем среду регулируемого трения для шара, обеспечиваемого посредством стягивающего узла и воздействующих на шар трущихся элементов, расположенных в верхней и нижней частях стакана, нижний из них размещен на неподвижной пластине и на него опирается упомянутый шар, а верхний трущийся элемент с помощью первой подвижной пластины прижимают к шару посредством тяговых стержней, соединяющих первую подвижную пластину со второй подвижной пластиной, причем в верхнем трущемся элементе и первой подвижной пластине, а также в нижнем трущемся элементе и нижней неподвижной пластине выполнены сквозные круговые отверстия, первые для перемещения игрового стержня, а вторые - для сканирования поверхности шара оптической «мышью», прикрепленной снизу к неподвижной пластине, и входящей в блок управления и управляющей положением курсора на экране дисплея персонального компьютера в зависимости от перемещения игрового стержня, клавиши которой электрическими отводами соединены с упомянутыми кнопками подсоединенной рукоятки и с помощью электрического кабеля она подключена к системному блоку персонального компьютера, работающего под управлением программ, входящих в блок программ, отличающееся тем, что стягивающий узел силового блока дополнительно включает конусообразные пружины, одетые на тяговые стержни и расположенные между первой подвижной пластиной и верхним трущимся элементом на суммирующей пластине, шток, закрепленный во второй подвижной пластине равноудалено от крепления на ней тяговых стержней и расположенной ниже оптической «мыши», рычаг, закрепленный на уголках, установленных на внутренней боковой стенке стакана и соединенный одним концом со штоком, а другим концом через прорезь в стенке стакана и соединительную планку - с тяговой шпилькой, имеющей лыску по всей ее длине, и проходящей через направляюще-тяговое приспособление, имеющее в своем составе направляющий элемент и тяговую гайку, представляющую собой барашек, установленное на внешней боковой поверхности стакана в его верхней части, кроме того в суммирующей пластине также выполнено круговое отверстие для увеличения трения между шаром и трущимся элементом в верхней половине шара, при этом силовой блок прикреплен к платформе, на которой стоит занимающийся, а упомянутая оптическая «мышь» подключена к системному блоку персонального компьютера через интерфейс USB-Universal Serial Bus, в блоке управления добавлены видео и звуковой каналы и узел определения частоты сердечных сокращений, подключенный к LPT-порту системного блока, а для вывода на экран дисплея игровой сцены в блоке программ использована программа трехмерной графики, где в качестве объекта управления выбрана бабочка с изменяемой цветностью, движения которой к кольцу сопровождаются подобранными музыкальными мелодиями, при этом в блок программ входят также служебные, информационно-регистрационные и математические программы, устанавливаемые перед работой устройства на жестком диске системного блока персонального компьютера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к спортивным и игровым тренажерам, а также предназначено для определения и развития кондиционных (скоростных, скоростно-силовых качеств, выносливости и др.) и координационных (точность воспроизведения и дифференцирование пространственных, временных и силовых параметров движений, равновесие, быстрота и точность реагирования на изменяющуюся ситуацию, согласование движений, ориентирование в пространстве) способностей человека. Оно сочетает в себе достоинства игры и занятий на тренажерах.

Известно устройство [1], предназначенное для усиления мускулов живота на уровне талии, мышц, расположенных в задней части и ягодицах, а также всех остальных мускулов тела, включающее основание, стержень, который может перемещаться в любом направлении, один из концов которого имеет рукоятку, а другой его конец связан с основанием посредством механизма связи. Механизм связи включает шар на конце стержня, шар размещен в трубе, верхний конец которой выполнен так, чтобы соответствовать верхнему концу шара, нижний конец трубы прикреплен к основанию. Упомянутый шар может двигаться во всех направлениях в ответ на движение, придаваемое шару, в пределах места, ограниченного верхним концом трубы и частью, формирующей место для шара, установленного на основание, посредством регулировочного механизма, позволяющего регулировать трение шара.

Достоинство данного устройства состоит в том, что оно способно воздействовать на мускулы почти всего тела человека и, в частности, усилить брюшные мускулы на уровне талии и ягодиц. Устройство занимает мало места, компактное и не очень дорогое, предлагает непрерывное сопротивление движениям стержня во всех направлениях и позволяет приспосабливаться, осуществляя трение в зависимости от положения человека, выполняющего упражнение.

Недостатками этого устройства является следующее:

- использование трения металла по металлу;

- относительно сложное построение используемого шара;

- нет возможности получения биомеханических характеристик выполняемого движения;

- нет обратной связи - ответа организма человека на выполняемое двигательное действие или на получаемую нагрузку.

Укрепляющее и оздоровительное действие физических упражнений общеизвестно. Однако при нерациональных занятиях физической культурой и спортом, то есть при несоответствии нагрузок подготовленности и индивидуальным особенностям занимающихся, возможны неблагоприятные влияния, развитие различных предпатологических состояний. Известно, что одинаковые по интенсивности и длительности нагрузки могут быть чрезмерными для одного человека и не быть таковыми для другого, столь же неоднозначными могут быть воздействия сходных по интенсивности и длительности нагрузок для одного и того же человека при его разных функциональных состояниях [2, 3].

Приспособление к любой деятельности человека представляет собой сложный многоуровневый процесс, затрагивающий различные функциональные системы организма. В физиологическом соотношении адаптация к мышечной деятельности является системным ответом организма, направленным на достижение высокой тренированности и минимизации физиологической цены за это. С этих позиций адаптацию к физическим нагрузкам следует рассматривать как динамический процесс [4, 5] и, в первую очередь, одну из его особенностей - утомление.

Исследования в этой области показывают, что ведущую роль в развитии утомления играет кора головного мозга - наиболее утомляемый отдел центральной нервной системы [6]. Поэтому общими для утомления при различных видах деятельности являются параметры, характеризующие изменения в состоянии центральной нервной системы.

При занятиях гимнастикой, акробатикой, прыжками в воду и другими видами, требующими сложной координации движений, очень важно точное восприятие времени и пространства. Одним из распространенных индикаторов точности восприятия временных и пространственных характеристик движения является точность в реакции на движущийся объект - определение точки встречи движущегося объекта и неподвижной точки. Реакция на движущийся объект представляет собой пространственно-временной рефлекс и используется в качестве теста для определения уровня взаимоотношения процессов возбуждения и торможения в коре головного мозга. Ошибки упреждения считаются показателем преобладания возбудительного процесса, ошибки запаздывания - индикатором преобладания процесса торможения. Предполагается также, что точные реакции показывают лица с уравновешенными процесса возбуждения и торможения [7].

Известно техническое решение - «силовой джойстик» [8], имеющий практически все элементы электрической схемы обычного «джойстика», но сама конструкция рассчитана на приложение значительных усилий к прочному «игровому стержню», выполненному с расчетом на возможность изменения величин оказываемого сопротивления. Для этого используются спиральные рессорные пружины, закрепляемые на массивном основании. Изменение величин сопротивления усилием занимающегося обеспечивается как посредством изменения длины рычага (рабочей части «игрового стержня»), так и путем управления жесткостью спиральной пружины.

Достоинство этого технического решения заключается в том, что осуществляется управление перемещениями фигурок на экране монитора (дисплея) персонального компьютера посредством этого силового устройства, полностью выполняющего функции «Джойстика», приложением к нему дозируемого по величинам и направлениям усилий.

Недостатком данного устройства является то, что нет возможности плавно регулировать дозированное сопротивление нагрузки в зависимости от функционального состояния занимающегося, поэтому используются съемные рукоятки, обеспечивающие разные условия захвата и приложения силы, и, кроме того, наибольшая сила проявляется при максимальном отведении «игрового стержня» от положения равновесия.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является «Устройство для тренировки мышц» [9], содержащее «игровой стержень», выполненный с возможностью изменения величины оказываемого сопротивления, обеспечиваемого посредством изменения длины рычага - рабочей части «игрового стержня», несколько модификаций съемных рукояток для присоединения к одному концу «игрового стержня», каждая из которых оснащена кнопками, электрический кабель для подключения к системному блоку персонального компьютера и основание для крепления на нем устройства с помощью крепежных элементов, оптическую «мышь», управляющую положением курсора на экране монитора в зависимости от перемещения «игрового стержня», клавиши которой электрическими отводами соединены с кнопками подсоединенной рукоятки, при этом другой конец «игрового стержня» выполнен в виде шара, размещенного в стакане, образующем среду регулируемого трения для шара, причем среда регулируемого трения обеспечивается с помощью стягивающего узла и трущихся о шар элементов, расположенных в верхней и нижней частях стакана, стягивающий узел включает в себя верхнюю подвижную пластину, нижнюю неподвижную пластину и резиновую демпферную пластину, в верхнем трущемся элементе, в верхней подвижной пластине и демпферной резиновой пластине, а также в нижнем трущемся элементе и неподвижной пластине выполнены круговые сквозные отверстия, первые для перемещения «игрового стержня», а вторые - для сканирования поверхности шара оптической «мышью».

Достоинством данного устройства является создание равномерного сопротивления игровому стержню в пределах заданного сектора его перемещения и плавная регулировка этого сопротивления.

Недостатком этого устройства является узкий диапазон регулировки, обеспечиваемой стягивающим механическим узлом, и связанная с этим трудность задания требуемой величины сопротивления.

Задачей заявленного изобретения является:

- создание равномерного дозированного сопротивления игровому стержню в пределах всего сектора его перемещения;

- расширение возможности плавной регулировки величины этого сопротивления;

- возможность определять способность развития кондиционных и координационных способностей человека;

- подстраивание нагрузки в зависимости от функционального состояния человека.

Технический результат, заключающийся в устранении указанных недостатков в устройстве для тренировки мышц и для определения и развития кондиционных и координационных способностей человека, содержащем силовой блок, блок управления и блок программ, первый из которых имеет в своем составе игровой стержень, выполненный с возможностью изменения длины рабочей части рычага игрового стержня, рукоятку, оснащенную двумя кнопками, подсоединенную к одному концу игрового стержня, другой конец игрового стержня выполнен в виде шара, размещенного в стакане, образующем среду регулируемого трения для шара, обеспечиваемого посредством стягивающего узла и воздействующих на шар трущихся элементов, расположенных в верхней и нижней частях стакана, нижний из них размещен на неподвижной пластине и на него опирается упомянутый шар, а верхний трущийся элемент с помощью первой подвижной пластины прижимают к шару посредством тяговых стержней, соединяющих первую подвижную пластину со второй подвижной пластиной, причем в верхнем трущемся элементе и первой подвижной пластине, а также в нижнем трущемся элементе и нижней неподвижной пластине выполнены сквозные круговые отверстия, первые для перемещения игрового стержня, а вторые - для сканирования поверхности шара оптической «мышью», прикрепленной снизу к неподвижной пластине и входящей в блок управления и управляющей положением курсора на экране дисплея персонального компьютера в зависимости от перемещения игрового стержня, клавиши которой электрическими отводами соединены с упомянутыми кнопками подсоединенной рукоятки и с помощью электрического кабеля она подключена к системному блоку персонального компьютера, работающего под управлением программ, входящих в блок программ, отличающемся тем, что стягивающий узел силового блока дополнительно включает конусообразные пружины, одетые на тяговые стержни и расположенные между первой подвижной пластиной и верхним трущимся элементом на суммирующей пластине, шток, закрепленный во второй подвижной пластине равноудаленно от крепления на ней тяговых стержней и расположенной ниже оптической мыши, рычаг, закрепленный на уголках, установленных на внутренней боковой стенке стакана и соединенных одним концом со штоком, а другим концом через прорезь в стенке стакана и соединительную планку - с тяговой шпилькой, имеющей лыску по всей ее длине и проходящей через направляюще-тяговое приспособление, имеющее в своем составе направляющий элемент и тяговую гайку, представляющую собой барашек, установленное на внешней боковой поверхности стакана в его верхней части, кроме того, в суммирующей пластине также выполнено круговое отверстие для увеличения трения между шаром и трущимся элементом в верхней половине шара, при этом силовой блок прикреплен к платформе, на которой стоит занимающийся, а упомянутая оптическая «мышь» подключена к системному блоку персонального компьютера через интерфейс USB - Universal Serial Bus, в блоке управления добавлены видео и звуковой каналы и узел определения частоты сердечных сокращений, подключенный к LPT-порту системного блока, а для вывода на экран дисплея игровой сцены в блоке программ использована программа трехмерной графики, где в качестве объекта управления выбрана бабочка с изменяемой цветностью, движения которой к кольцу сопровождаются подобранными музыкальными мелодиями, при этом в блок программ входят также служебные, информационно-регистрационные и математические программы, устанавливаемые перед работой устройства на жестком диске системного блока персонального компьютера.

Отличительными признаками заявленного технического решения являются следующие:

В силовом блоке:

- стягивающий узел дополнительно включает тяговые стержни и конусные пружины, одетые на стержни и расположенные между первой подвижной пластиной и верхним трущимся элементом на суммирующей пластине;

- введен шток, закрепленный на второй подвижной пластине равноудаленно от крепления в ней стяговых стержней и расположенный ниже оптической «мыши»;

- дополнительно введен рычаг, закрепленный на уголках, установленных на внутренней боковой стенке стакана и соединенный одним концом со штоком, а другим концом через прорезь в стенке стакана и соединительную планку с тяговой шпилькой, имеющей лыску по всей длине;

- тяговая шпилька проходит через направляюще-тяговое приспособление, имеющее в своем составе направляющий элемент и тяговую гайку, представляющую собой барашек, и которое установлено на внешней боковой поверхности стакана в его верхней части.

В блоке управления:

- оптическая «мышь» подключена к системному блоку персонального компьютера через интерфейс USB - Uniwersal Serial Bus;

- добавлены видео и звуковые сигналы;

- за функциональным состоянием занимающегося следят с помощью узла определения частоты сердечных сокращений (ЧСС).

В блоке программ:

во-первых, для вывода на экран дисплея игровой сцены использована программа трехмерной графики, где в качестве объекта управления выбрана бабочка с изменяемой цветностью и ее движения сопровождаются подобранными музыкальными мелодиями и произведениями;

во-вторых, входят служебные, информационно-регистрационные, математические программы;

в-третьих, все программы устанавливаются на жестком диске системного блока персонального компьютера перед работой на устройстве.

Новые связи между узлами и элементами:

во-первых, оптическая «мышь» блока управления подключается к системному блоку персонального компьютера через интерфейс USB;

во-вторых, узел ЧСС подключается к LPT-порту системного блока персонального компьютера и поддерживается соответствующим программным обеспечением.

В заявляемом устройстве отличительные признаки проявляют известные в других областях науки и техники свойства, а взятые в соответствии с признаками прототипа проявляют свойства, которые позволяют создать равномерное дозированное сопротивление «игровому стержню» в пределах всего заданного сектора его перемещения, плавно расширенно регулировать величину этого сопротивления, возможность определять и способствовать развитию кондиционных способностей человека, подстраивают нагрузку в зависимости от функционального состояния человека, что указывает на соответствие заявляемого технического решения критерию «существенные отличия».

Предлагаемое устройство поясняют схематические чертежи.

На фиг.1 изображено схематично устройство с узлами и элементами, их подключение к средствам вычислительной техники, представленных в виде блок-схемы и поясняющих принцип действия.

На фиг.2 показан силовой блок;

На фиг.3 представлен узел определения частоты сердечных сокращений (ЧСС).

Заявляемое устройство содержит (фиг.1) три блока: силовой блок, блок управления и блок программ. В блок управления входят: два канала - звуковой и видео, персональный компьютер, усилитель-формирователь и датчик пульса.

Силовой блок состоит: из платформы 1, на которую становится занимающийся, к ней крепится стакан 2, в который встраивается «игровой стержень» 3 с рукояткой 4, на которой установлены две кнопки 5 и 6.

Блок управления содержит: персональный компьютер 7 с дисплеем 8, клавиатурой 9, «мышью» 10, системным блоком 11 с дисководом 12, через который в персональный компьютер 7 вводится программное обеспечение. Дисплей 8, системный блок 11 и соответствующая часть программного обеспечения образуют видеоканал 13 устройства. Звуковая карта 14 и звуковые колонки 15 образуют звуковой канал 16, связанный с общей шиной 17 системного блока 11 и сопровождающий изображения видеоканала 13. Датчик пульса 18 и усилитель-формирователь 19 образуют узел определения ЧСС, связанный с LPT-портом 21 системного блока 11.

Содержимое стакана 2 связано с системным блоком 11 через интерфейс Uniwersal Serial Bus (USB) 22.

Усилитель-формирователь 19 и датчик пульса запитаны от источника питания 23.

Рассмотрим силовой блок подробнее (фиг.2). Он выполнен в виде переменного нагрузочного сопротивления для занимающегося, в котором другой конец «игрового стержня» 3, выполненный в виде шара 24, размещен в стакане 2, образующем среду регулируемого трения для шара 24. Эта среда обеспечивается с помощью стягивающего узла и двух трущихся о шар 24 элементов 25 и 26, расположенных соответственно в верхней и нижней частях стакана 2. Опираясь на неподвижную пластину 29 и шар 24, трущиеся элементы 25 и 26 прижимаются к шару 24 «игрового стержня» 3 стягивающим узлом, образованным верхней первой подвижной пластиной 28, нижней 29 неподвижной пластиной и второй подвижной пластиной 30, стягиваемыми четырьмя тяговыми стержнями 31, 32, 33, 34 с крепежными гайками 27 четырех, например конусообразных, пружин 35, 36, 37 и 38 (35 и 37 показаны на фиг.2, а 36 и 38 не показаны, но они надеты на тяговые стержни 32 и 34), размещенных между первой подвижной пластиной 28 и верхним 25 трущимся элементом на суммирующей пластине 39, штока 40 с крепежной гайкой, рычага 41, закрепленного на двух уголках 42 и 43, установленных на внутренней боковой стенке стакана 2, выполненного в виде призмы с квадратным поперечным сечением, и соединенного одним концом со штоком 40, а другим концом через прорезь в боковой стенке стакана 2 и соединительную планку 44 - с тяговой шпилькой 45, проходящей через направляюще-тяговое приспособление 46, имеющее в своем составе направляющую 47 и «гайку-барашек» 48. К нижней 29 неподвижной пластине прикрепляется оптическая «мышь» 49, сканирующая поверхность шара 24. От клавиш оптической «мыши» 49 сделаны электрические отводы, оканчивающиеся кнопками 5 и 6 (фиг.1 и 2) соответственно от левой и правой клавиш. Оптическая «мышь» 49 соединяется с помощью электрического кабеля 50 также с системным блоком 11 персонального компьютера 7. В верхнем 25 трущемся элементе, верхней первой подвижной пластине 28 и суммирующей пластине 39 сделаны сквозные круговые отверстия для перемещения «игрового стержня» 3. В нижнем 26 трущемся элементе и нижней 29 неподвижной пластине также сделаны сквозные круговые отверстия для сканирования оптической «мышью» 49 поверхности шара 24. Стакан 2 крепится к пластине 1 с помощью, например, винтов или шурупов 51, 52, 53, 54.

Работает силовой блок следующим образом.

С помощью винтов или шурупов 51, 52, 53, 54 закрепляют стакан 2 на платформе 1. С помощью электрического кабеля 50 подключают оптическую «мышь» 49 к системному блоку 11 персонального компьютера 7. С помощью «гайки-барашка» 48 направляюще-тягового приспособления 46 задают требуемое сопротивление «игрового стержня» 3. После этого начинают перемещать «игровой стержень» 3, управляя положением курсора на экране дисплея 8 персонального компьютера 7.

Перемещая «игровой стержень» 3 от себя, перемещают курсор в верхнюю часть экрана дисплея 8 по вертикали, перемещая «игровой стержень» 3 к себе, передвигают курсор в нижнюю часть экрана по вертикали. Передвигая «игровой стержень» за рукоятку 4 влево, перемещают курсор по горизонтали в левую часть экрана дисплея 8, передвигая «игровой стержень» 3 вправо, передвигают курсор по горизонтали в правую часть экрана дисплея 8. Таким образом, передвигая «игровой стержень» 3 в пространстве, передвигают курсор по всему экрану дисплея 8 и одновременно задают физические нагрузки на различные мышцы и группы мышц плечевого пояса и частично мышцы спины занимающегося, а при соответствующем программном обеспечении задают интеллектуальные нагрузки.

Прежде чем описать, как работает устройство, кратко опишем примененный способ адаптивного управления.

Виртуальный объект управления - бабочка, ее движения на экране дисплея. Направление ее полета изменяется движением силового манипулятора. Скорость полета задается и может быть постоянной или зависеть от уровня сложности задания. В зависимости от уровня сложности бабочка меняет внешний вид, поддерживая интерес занимающегося к игре.

Перед занимающимся игроком ставится задача - за заданный промежуток времени провести бабочку через как можно большее число колец, возникающих в случайных местах игрового пространства. Число колец, через которые игрок проводит бабочку в единицу времени, будем называть скоростью прохождения колец. Эта скорость является критерием, по которому ведется оценка психофизического состояния игрока

В случайном месте игрового пространства возникает кольцо. При полете бабочки через кольцо оно исчезает и появляется новое на заданном расстоянии от предыдущего. Сюда же на экран выводятся: 1) номер уровня сложности; 2) число колец, пройденных за последнее время; 3) время игры-тренировки в минутах и секундах.

Уровень сложности напрямую связан с физической нагрузкой и меняется по результатам игры (зависит от скорости прохождения бабочками колец) с учетом физической подготовленности и реакции занимающегося и его двигательного опыта. Занимающийся испытывает нагрузку, управляя игрой посредством силового блока.

Цель управления нагрузкой состоит в том, чтобы поддерживать постоянную скорость, задаваемую педагогом или инженером-исследователем. В качестве критерия оптимальности управления выбрано отличие фактической скорости от заданной (чем меньше отличие, тем лучше). Отличие скорости определяется численным интегрированием модуля разности скоростей по времени после тренировки (игры).

Психологами доказано, что первой у человека утомляется кора больших полушарий. У каждого человека это происходит индивидуально. Поэтому скорость прохождения колец индивидуальна для каждого человека и будет неправильным задавать общую для всех величину скорости прохождения колец. Необходимо определять величину скорости индивидуально для каждого человека, лучше всего в условиях игры или во время тренировки.

Педагог или инженер-исследователь может задать требуемую величину скорости прохождения колец, индивидуально для каждого занимающегося, основываясь на своем опыте и рекомендациях системы управления устройства. Основным измеренным результатом тренировки, используемым для принятия решения с требуемой индивидуальной величиной скорости прохождения колец, является максимальная скорость прохождения колец. Эта скорость определяется после каждого занятия делением числа пройденных колец на время тренировки. Максимальный результат сохраняется. Таким образом, в блоке базы данных для каждого занимающегося хранится максимальная и требуемая величина скорости прохождения колец. Если требуемая величина скорости будет больше максимальной для данного занимающегося, то он не сможет подняться выше нулевого уровня. Поэтому необходимо, чтобы требуемая величина скорости прохождения колец была меньше максимальной скорости для данного занимающегося.

Видеоканал 13 (см. фиг.1) участвует в игре или в выполнении тренировочного задания непосредственно, а звуковой канал 16 участвует, в основном, в сопровождении игры или тренировки, но он необходим для стимулирования интереса занимающихся.

Для вывода игровой сцены на дисплей 8 (см. фиг.1) используется качественная трехмерная графика, где в качестве объекта управления выбрана бабочка. Над квадратной площадкой, покрытой текстурой травы и качающимися ромашками, в ограниченном пространстве внутри невидимого куба летит объект управления (бабочка). Вокруг куба - облака и неподалеку большая радуга. По траве ползают божьи коровки. Над ромашками летают и иногда садятся на них другие бабочки.

Детализация. Количество деталей игрового или тренировочного пространства (ромашки, божьи коровки, бабочки) не влияет на игровую или тренировочную ситуацию, но повышает визуальное качество игры и системные требования: если 0, то минимальная детализация, минимальные системные требования, если 100, то максимальная детализация и большие системные требования, но выше качество.

Изменение внешнего вида бабочки. В игре или тренировке заданы номера бабочек и соответствующие им уровни, начиная с которых бабочка принимает новый внешний вид.

Кольца. Задаются размеры колец, расстояние до следующего кольца и поле для управления отображением следующего кольца.

Настройка камеры. В настройках камеры задают скорость движения камеры. Камера привязана к объекту управления (бабочке) не жестко, при движении объекта камера отстает. Это выглядит более естественно. Чем больше число, тем жестче камера привязана к объекту управления (бабочке). Задаваемый угол наклона - это угол, под которым камера возвышается над бабочкой. Камера может подстраивать свою скорость автоматически под скорость бабочки. Это может быть полезно при скорости игры или тренировки, зависящей от уровня.

Работают с устройством следующим образом.

В начале занятия из блока программ его базы данных для занимающегося, который будет играть или тренироваться, выбираются все необходимые данные и загружается соответствующий им уровень нагрузки. Педагог или тренер производят все настройки до начала выполнения двигательных действий в тренировке (настройку графики, при необходимости, можно производить в любое время). Настройка игры и тренировки производится под возможность компьютера (скорость процессора, звуковая карта и видеокарты в настройках графики и звукового блока) и под имеющийся силовой манипулятор (чувствительность управления, время задержки при смене уровней и др.), а также с учетом оптимальных условий игры или тренировки (скорость течения времени, размеры бабочки и кольца и др.). Устанавливают следующие настройки: продолжительность игры или тренировки, интервал времени подсчета колец, требуемое количество колец, скорость (постоянная или переменная).

После всех необходимых настроек и установок устройство готово к работе. Занимающийся становится на платформу 1 (см. фиг.1), берется обеими руками за поручни рукоятки 4, смотрит на дисплей 8, на экране которого картинки игрового пространства - бабочка, положение которой определяется «игровым стержнем» 3, и кольцо, местоположение которого держится заданное время. Задача занимающегося - провести бабочку через это кольцо за заданное время, так как вслед за этим кольцом оно появляется другое в новом неизвестном заранее месте игрового пространства. Если занимающийся укладывается в выделенное время, нагрузка не меняется. Если занимающийся опережает, нагрузка через некоторое время увеличивается. Если он отстает, нагрузка через некоторое время уменьшается. Инженер-исследователь или воспитатель изменяет нагрузку.

Несмотря на кажущуюся простоту, это довольно сложное двигательное действие, так как здесь участвуют разные мышечные группы и интеллектуальные возможности и способности человека: реакция на изображение на экране дисплея, быстрота и точность реагирования на изменение ситуации путем перемещения «игрового стержня».

В случае игры выигрывает тот занимающийся, который при более высоком уровне нагрузки проводит заданное количество бабочек через кольцо. В случае тренировки наиболее интенсивно занимающимся считается тот, кто провел заданное количество бабочек через кольца при высоком уровне нагрузки.

Работая на данном устройстве, занимающийся постепенно развивается физически, воздействуя на различные группы мышц, и интеллектуально, развивая реакцию и укрепляя нервную систему совместно со зрительным и музыкальным центрами.

Важной характеристикой является частота сердечных сокращений, которая напрямую зависит от физической и интеллектуальной нагрузки занимающегося.

Существует несколько способов определения пульса человека, а именно путем пальпирования руки вблизи кисти или 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, по нашему мнению, является оптический приборный метод на мочке уха, который не создает трудностей и неудобств занимающемуся.

Усилитель-формирователь 19 содержит (фиг.3а): непосредственно усилитель сигналов 55, блок фильтрации 56 и логический блок 57.

Датчик пульса 18 состоит (фиг.3б): из светодиода 58 и фотодиода 59, образующих пару «светодиод-фотодиод». Ток, протекающий через светодиод 58, задается резистором 60, а темновой ток через фотодиод 59 задается резистором 61.

Непосредственно усилитель 55 построен по схеме подавления синфазной помехи на трех операционных усилителях 62, 63 и 64. Делитель напряжения на резисторах 65 и 66 задает потенциал на входе операционного усилителя 63. Блок фильтрации 56 построен по известному принципу. Логический блок 57 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 18, например, наушного или пальцевого типа (фиг.3в) состоит из двух элементов 67 и 68, скрепленных осью 69, и фиксируется на мочке уха занимающегося или на его пальце с помощью пружины 70. В элементе 67 установлен излучатель 58, а в элементе 68 - фотоприемник 59. Датчик пульса 18 подключается к усилителю-формирователю 19 с помощью кабеля 71 со штекером 72.

Сам усилитель-формирователь 19 запитан от источника питания 23 (фиг.1).

Работают с данным узлом следующим образом.

Надевают датчик пульса 18 на мочку уха занимающегося и следят по дисплею 8 за частотой сокращения пульса. В зависимости от его величины нагрузку увеличивают или уменьшают.

В блоке программ, кроме ранее рассмотренной части программ создания физической нагрузки, программное обеспечение условно можно разделить еще на три группы: 1) служебные и тестовые программы; 2) информационно-регистрационные; 3) математические для углубленной обработки характеристик спортивного упражнения.

Служебные и тестовые программы обеспечивают работу системного блока 13 персонального компьютера 9 и проверку его правильной работоспособности.

Регистрационные и информационные программы обеспечивают обработку информации, автоматический ее ввод и регистрацию данных, предварительную обработку сигналов, тарировку входных сигналов, запоминание и вывод графического изображения входных сигналов, первичную математическую обработку характеристик выполняемых спортивных и двигательных действий.

Углубленная математическая обработка характеристик упражнения обеспечивается программами, которые позволяют выполнять расчет следующих биомеханических параметров: длительность всего движения и отдельных его фаз и периодов, величины перемещения, скорости и ускорения, движения плечевого пояса занимающегося, механическую работу, проделанную занимающимся во время тренировки или игры.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство позволяет создавать равномерное дозированное сопротивление «игровому стержню» в пределах всего заданного сектора его перемещения, обеспечивать плавную регулировку величины этого сопротивления, возможность определять и способствовать развитию кондиционных и координационных способностей человека и подстраивание нагрузки в зависимости от функционального состояния человека.

Возможность регистрировать, запоминать и выдавать по запросу зарегистрированное двигательное действие или какую-нибудь его часть в реальном масштабе времени, контролировать и выдавать необходимые рекомендации для устранения ошибок, прослеживать и контролировать тренировочный или игровой процесс в статике и динамике способствует повышению эффективности тренировки и развитию кондиционных и координационных способностей человека.