способ тренировки и биоуправляемый интерактивный программно-аппаратный тренажер техники дыхания и навыка контроля плавучести в дайвинге с аппаратами открытого цикла

Формула изобретения

1. Способ тренировки техники дыхания и навыка контроля плавучести, характеризующийся использованием компьютера с дисплеем, датчика дыхания, отличающийся тем, что на лице тренирующегося закрепляют полумаску с трубкой вдоха-выдоха, на которую устанавливают электронный измерительный блок, состоящий из электронного датчика дыхания с соответствующим усилителем сигналов и цифровым контроллером, полезные сигналы с которого подают на компьютер, на котором исходя из заданных параметров виртуального подводного погружения, эталонного профиля дыхательного цикла тренирующийся осуществляет управление вертикальным перемещением модели дайвера посредством того, что старается дышать так, чтобы выводимая на дисплей компьютера кривая его собственных циклов дыхания совпадала с эталонной, задаваемой заранее, а контроль плавучести тренирующийся производит путем изменения степени наполнения собственных легких в процессе непрерывного дыхания, осуществляя тем самым управление вертикальным перемещением модели дайвера в подводной сцене на дисплее компьютера.

2. Способ по п.1 отличающийся тем, что первичную настройку плавучести тренирующийся производит, правильно подбирая вес балласта компьютерной модели дайвера и оперативно посредством интерфейса программы на компьютере управляя виртуальным значением объема воздуха в компенсаторе плавучести модели дайвера по ходу виртуального подводного погружения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на компьютере получают и обрабатывают полезный сигнал электронного измерительного блока, производят индивидуальную калибровку датчика дыхания, интерактивно задают начальные условия виртуального тренировочного погружения (размер и толщину гидрокостюма, тип баллона, запас газа, плотность воды, вес балласта, скорость и направление течения), путем изменения темпа и глубины дыхания тренирующегося по графикам, отображаемым на дисплее, тренирующийся старается подгонять кривую собственных циклов дыхания под заранее заданную эталонную.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что путем изменения степени наполнения собственных легких тренирующийся осуществляет управление вертикальным перемещением отображаемой на дисплее движущейся модели дайвера в соответствующей подводной сцене по ходу виртуального подводного погружения, причем на дисплее компьютера отображают существенные текущие параметры виртуального погружения (кривую циклов дыхания, глубину, курс, горизонтальную и вертикальную скорости, текущее время, лимит времени бездекомпрессионного погружения, минутный расход дыхательного газа, оставшийся запас газа).

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что тренирующийся интерактивно изменяет отдельные текущие параметры виртуального погружения (горизонтальную скорость, направление движения, тангаж, объем воздуха в компенсаторе плавучести).

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что о нарушении безопасных режимов (недопустимая задержка дыхания, превышение скорости всплытия, исчерпание лимита времени) по ходу виртуального погружения модели тренирующемуся сообщают сигналами.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что питание электронного измерительного блока и съем полезного сигнала осуществляют по кабелю, подключаемому к компьютеру через USB-порт.

8. Интерактивный программно-аппаратный тренажер техники дыхания и навыка управления собственной плавучестью в дайвинге, содержащий датчик дыхания, компьютер с дисплеем, отличающийся тем, что аппаратная часть тренажера состоит из полумаски с трубкой вдоха-выдоха, выполненной с возможностью закрепления на лице тренирующегося, на которой установлен электронный измерительный блок, состоящий из электронного датчика дыхания с усилителем сигналов и цифровым контроллером, причем электронный измерительный блок подключен к персональному компьютеру.

9. Интерактивный программно-аппаратный тренажер по п.8, отличающийся тем, что электронный измерительный блок может быть подключен к персональному компьютеру через USB-порт.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обучения и тренировки подводных пловцов (дайверов) в аппаратах с открытым циклом дыхания, в частности к устройствам и принадлежностям для тренировочных упражнений и обучения подводному плаванию без воды [A63B 69/10].

Для обеспечения комфорта и безопасности подводных погружений в аппаратах с открытым циклом дыхания дайвер должен освоить специальные техники замедленного, но без задержек дыхания, а также контроля плавучести по ходу погружения. В настоящее время обучение этим базовым навыкам проводится в ходе практических погружений в иднивидуальном дайвинг-снаряжении с инструктором сначала в закрытой, а затем на открытой воде. Практика показывает, что для устойчивого овладения этими навыками начинающему дайверу требуется затем немало практических погружений, каждое из которых сопряжено с определенными рисками стресса, переохлаждения, баротравм, декомпрессионных заболеваний, связанными с погружением под воду. Фактически же, большинство дайверов совершает серии из 10-20-ти реальных погружений один-два раза в год во время отпуска. При этом на устойчивое овладение техникой дыхания и навыком контроля плавучести уходит немало времени и средств.

Известен способ обучения плаванию (заявка RU 2005122710), включающий адаптацию обучающихся к водной среде, отработку скоординированных движений рук и ног, постановку дыхания, скоординированного с движениями рук и ног, корректирование правильности выполнения скоординированных движений и дыхания с достижением автоматизма всех движений и действий, отличающийся тем, что обучение проводят в три этапа, при этом на первом этапе проводят предварительный инструктаж об основных условных знаках подводного плавания, об основных проблемах, об основных действиях и движениях под водой, после чего осуществляют пробное погружение с аквалангом на глубину до пяти метров, затем на втором этапе осуществляют цикл подготовительных упражнений без погружения для выработки навыков по работе с маской, по работе с компенсатором плавучести (КП), по регулировке нейтральной плавучести у дна, по работе с ремнем, по работе с регулятором дыхания и окто-пусом, по сборке и разборке акваланга, по правилам комплектования грузового пояса, после чего на третьем этапе осуществляют отработку навыков погружения, всплытия и выхода из воды.

Данный принцип обучения относится к стандарту PADI. Тренировки навыков по технике дыхания и контролю плавучести проводятся в воде. Это является существенным недостатком способа.

Предлагаемое изобретение позволяет проводить их вне воды в безопасных и комфортных условиях без использования дорогостоящего индивидуального снаряжения и оборудования.

Известен биоуправляемый игровой тренажер (патент RU 2349256), содержащий дисплей, датчик пульса и программное средство управления, отличающийся тем, что дополнительно содержит соединенный последовательно сдатчиком пульса усилитель для датчика пульса, включенные параллельно цепи «датчик пульса - усилитель для датчика пульса», датчик дыхания и последовательно с ним соединенный усилитель для датчика дыхания, а программное средство управления включает цифровой сигнальный контроллер, управляющий микроконтроллер, выполненный с возможностью реализации алгоритмов обработки данных, управления игровыми сюжетами, обработки сигналов с блока функциональных клавиш, отображения информации на дисплее и оценки успешности и эффективности игры, внешнюю FLASH память данных, управляющие клавиши, причем первый аналоговый вход сигнального контроллера связан с выходом усилителя для датчика пульса, а второй аналоговый вход сигнального контроллера соединен с выходом усилителя для датчика дыхания, выход сигнального контроллера связан с первым входом управляющего микроконтроллера, первый выход которого связан с третьим входом цифрового сигнального контроллера, второй вход и второй выход управляющего микроконтроллера связаны соответственно с первым входом и первым выходом внешней FLASH-памяти, третий вход и третий выход управляющего микроконтроллера связаны соответственно с первым входом и первым выходом дисплея, четвертый вход и четвертый выход связаны соответственно с первым входом и первым выходом внешнего USB приемопередатчика, а пятый вход управляющего микроконтроллера связан с управляющими клавишами.

Способ обучения пациента управлению физиологической функцией в ситуации виртуального соревновательного стресса основан на использовании мультипараметрического сигнала управления в виде частоты пульса, частоты дыхания и величины их соотношений «Т» при помощи изменения цвета светового индикатора, причем при оптимальной величине рассчитанного значения «Т» для достижения поставленной в тренинге задачи цвет индикатора зеленый, при незначительном отклонении - желтый, при более значительном отклонении - красный.

Иными словами, тренирующийся обучается управлять своим функциональным состоянием, не осваивая при это технику дыхания и технику собственной плавучести, непосредственно зависящей от объема дыхательного газа в легких.

Наиболее близким решением является способ тренировки (патент RU 2364436), заключающийся в том, что в ходе выполнения разучиваемого движения данное движение оцифровывается, сравнивается с оцифрованной моделью эталонного движения и, в случае, если обучаемый допустил отклонение в объеме каких-либо частей тела, контролируемых в разучиваемом движении, от эталонного движения, он получает тактильные сигналы, корректирующие движения соответствующих частей тела в объеме в реальном режиме времени.

Отличием данного способа от заявленного является то, что в предлагаемом способе подвержено тренировке не отдельное движение, а сложный комплексный навык тренирующийся получает не тактильный сигнал, а биоуправляемый зрительный образ для коррекции своих дыхательных движений. Он обучается не копировать эталонную кривую дыхания, а усваивать ее тип, творчески применяя его для контроля собственной плавучести.

Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение возможности индивидуальной тренировки техники дыхания и навыка контроля плавучести в дайвинге в безопасных и комфортных условиях в любое удобное время путем проведения не реальных, а виртуальных подводных погружений с помощью биоуправляемого интерактивного программно-аппаратного тренажера, подключаемого к персональному компьютеру.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ тренировки техники дыхания и навыка контроля плавучести, характеризующийся использованием компьютера с дисплеем, датчика дыхания, отличающийся тем, что на лице тренирующегося закрепляют полумаску с трубкой вдоха-выдоха, на которую устанавливают электронный измерительный блок, состоящий из электронного датчика дыхания с соответствующим усилителем сигналов и цифровым контроллером, полезные сигналы с которого подают на компьютер, на котором исходя из заданных параметров виртуального подводного погружения, эталонного профиля дыхательного цикла, тренирующийся осуществляет управление вертикальным перемещением модели дайвера посредством того, что старается дышать так, чтобы выводимая на дисплей компьютера кривая его собственных циклов дыхания совпадала с эталонной, задаваемой заранее, а контроль плавучести тренирующийся производит путем изменения степени наполнения собственных легких в процессе непрерывного дыхания, осуществляя тем самым управление вертикальным перемещением модели дайвера в подводной сцене на дисплее компьютера. Первичную настройку плавучести тренирующийся производит, правильно подбирая вес балласта компьютерной модели дайвера и оперативно посредством интерфейса программы на компьютере управляя виртуальным значением объема воздуха в компенсаторе плавучести модели дайвера по ходу виртуального подводного погружения. На компьютере получают и обрабатывают полезный сигнал электронного измерительного блока, производят индивидуальную калибровку датчика дыхания, интерактивно задают начальные условия виртуального тренировочного погружения (размер и толщину гидрокостюма, тип баллона, запас газа, плотность воды, вес балласта, скорость и направление течения), путем изменения темпа и глубины дыхания тренирующегося по графикам, отображаемым на дисплее, тренирующийся старается подгонять кривую собственных циклов дыхания под заранее заданную эталонную.

Путем изменения степени наполнения собственных легких тренирующийся осуществляет управление вертикальным перемещением отображаемой на дисплее движущейся модели дайвера в соответствующей подводной сцене по ходу виртуального подводного погружения, причем на дисплее компьютера отображают существенные текущие параметры виртуального погружения (кривую циклов дыхания, глубину, курс, горизонтальную и вертикальную скорости, текущее время, лимит времени бездекомпрессионного погружения, минутный расход дыхательного газа, оставшийся запас газа).

Тренирующийся интерактивно изменяет отдельные текущие параметры виртуального погружения (горизонтальную скорость, направление движения, тангаж, объем воздуха в компенсаторе плавучести).

О нарушении безопасных режимов (недопустимая задержка дыхания, превышение скорости всплытия, исчерпание лимита времени) по ходу виртуального погружения модели тренирующемуся сообщают сигналами.

Питание электронного измерительного блока и съем полезного сигнала осуществляют по кабелю, подключаемому к компьютеру через USB-порт. Интерактивный программно-аппаратный тренажер техники дыхания и навыка управления собственной плавучестью в дайвинге, содержащий датчик дыхания, компьютер с дисплеем, отличающийся тем, что аппаратная часть тренажера состоит из полумаски с трубкой вдоха-выдоха, выполненной с возможностью закрепления на лице тренирующегося, на которой установлен электронный измерительный блок, состоящий из электронного датчика дыхания с усилителем сигналов и цифровым контроллером, причем электронный измерительный блок подключен к персональному компьютеру. Электронный измерительный блок может быть подключен к персональному компьютеру через USB-порт.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 показана схема аппаратной части тренажера.

На Фиг.2 показано диалоговое окно интерфейса программы на компьютере «Начальные условия погружения» программной части тренажера.

На Фиг.3 показан пример модели дайвера - подводная сцена с фигурой дайвера и средствами контроля текущих условий погружения, отображаемыми на дисплее компьютера программной частью тренажера.

Осуществление изобретения

Способ может быть реализован с помощью биоуправляемого интерактивного программно-аппаратного тренажера. Аппаратная часть тренажера (см. Фиг.1) представляет собой закрепляемую эластичным ремнем на лице тренирующегося (1) полумаску (2) с трубкой (3) вдоха-выдоха, на которую установлен электронный измерительный блок (4). Питание блока и съем полезного сигнала может осуществляться, например, по кабелю (7), подключаемому к компьютеру (5). Программная часть тренажера позволяет тренерующемуся интерактивно задавать начальные и изменять отдельные текущие параметры виртуального подводного погружения, задавать и копировать эталонный профиль дыхательного цикла, а также осуществлять биоуправление вертикальным перемещением модели дайвера (8) (см. Фиг.3).

Способ тренировки техники дыхания и индивидуального навыка контроля плавучести в безопасном режиме осуществляется вне воды путем биоуправления компьютерной моделью дайвера и копирования эталонного профиля дыхания в ходе виртуального подводного погружения, моделируемого с помощью биоуправляемого интерактивного программно-аппаратного тренажера, подключаемого к персональному компьютеру. Технику дыхания пользователь тренирует, стараясь дышать так, чтобы выводимая на дисплей компьютера кривая его собственных циклов дыхания (9) (см. Фиг.3) совпала с эталонной (10), задаваемой заранее. Первичную настройку плавучести тренирующийся производит, правильно подбирая вес балласта компьютерной модели дайвера (8) и оперативно управляя объемом воздуха в компенсаторе плавучести модели по ходу виртуального подводного погружения с помощью соответствующих кнопок на клавиатуре компьютера. Тонкую настройку и контроль плавучести тренирующийся дайвер производит путем изменения степени наполнения собственных легких в процессе непрерывного дыхания, осуществляя тем самым биоуправление вертикальным перемещением модели дайвера (8) в подводной сцене на дисплее компьютера. Способ реализован с помощью биоуправляемого интерактивного программно-аппаратного тренажера.

Аппаратная часть тренажера представляет собой закрепляемую эластичным ремнем на лице тренирующегося полумаску (2) с трубкой (3) вдоха-выдоха, на которую установлен электронный измерительный блок (ЭИБ) (4). ЭИБ состоит из электронного датчика дыхания с соответствующим усилителем сигналов и цифровым контроллером. Питание ЭИБ и съем полезного сигнала осуществляется по кабелю (7), подключаемому к компьютеру (6) через USB-порт, либо осуществляется независимое питание ЭИБ (4), а связь с компьютером осуществляется беспроводным способом.

Программная часть тренажера инсталлируется на любой имеющийся в распоряжении тренирующегося компьютер с установленной на него операционной системой.

Программная часть тренажера позволяет:

- получать и обрабатывать полезный сигнал ЭИБ;

- производить индивидуальную калибровку датчика дыхания;

- интерактивно задавать начальные условия виртуального тренировочного погружения (размер и толщину гидрокостюма, тип баллона, запас газа, плотность воды, вес балласта, скорость и направление течения);

- тренирующемуся путем изменения темпа и глубины дыхания по графикам, отображаемым на дисплее компьютера, подгонять кривую собственных циклов дыхания под заранее заданную эталонную;

- тренерующемуся путем изменения степени наполнения собственных легких осуществлять биоуправление вертикальным перемещением отображаемой на дисплее компьютера движущейся модели дайвера в соответствующей подводной сцене по ходу виртуального подводного погружения;

- отображать на дисплее компьютера существенные текущие параметры виртуального погружения (кривая циклов дыхания, глубина, курс, горизонтальная и вертикальная скорости, текущее время, лимит времени бездекомпрессионного погружения, минутный расход дыхательного газа, оставшийся запас газа);

- интерактивно изменять отдельные текущие параметры виртуального погружения (горизонтальную скорость, направление движения, тангаж, объем воздуха в компенсаторе плавучести);

- сигнализировать о нарушении безопасных режимов (недопустимая задержка дыхания, превышение скорости всплытия, исчерпание лимита времени) по ходу виртуального погружения.

Работа на тренажере осуществляется путем присоединения кабеля аппаратной части тренажера к USB-порту работающего компьютера, на котором предварительно инсталлирована программная часть тренажера. Надев на лицо полумаску (2) тренажера (см. Фиг.1), тренирующийся (1) запускает программу тренажера и, работая в диалоговом режиме с окном «Начальные условия погружения» (см. Фиг.2), по графику дыхания производит индивидуальную калибровку (подстройку) встроенного в полумаску датчика дыхания, подбирает правильный вес балласта, выбирает эталонный профиль циклов дыхания. Закончив настройки и задав начальные условия погружения, тренирующийся приступает к выработке (восстановлению) и совершенствованию техники дыхания и навыка контроля плавучести. На дисплее компьютера при этом отображается подводная сцена с фигурой дайвера (8) (см. Фиг.3). Работая кнопками изменения объема компенсаторе плавучести, а также изменяя темп и глубину дыхания, степень наполнения собственных легких в процессе дыхания, тренирующийся осуществляет управление моделью дайвера на дисплее компьютера, добиваясь ее правильного расположения и совмещения кривой его собственных циклов дыхания (9) с эталонной (10). В реальных подводных погружениях именно эти навыки позволяют дайверу избежать риска баротравм и осуществлять контроль собственной плавучести по ходу погружения.

Таким образом, тренирующийся формирует навыки дайвера и получает возможность в любое удобное время вне воды в безопасных и комфортных условиях на компьютере вырабатывать, восстанавливать и совершенствовать индивидуальные навыки техники дыхания и контроля плавучести без проведения реальных подводных погружений, без использования дорогостоящего индивидуального снаряжения и оборудования, без рисков стресса, переохлаждения, баротравм, декомпрессионных заболеваний, связанных с пребыванием под водой.