Устройство для тренировки человека движению

(71) Государственный ордена Ленинаи ордена Красного Знамени институтфизической культуры им. П.Ф.Лесгафта(56) 1. Авторское свидетельство СССРМ 49989, кл. А 63 В 69/10, 1976.2, Авторское свидетельство СССРВ 330874, кл. А 63 В 23/04, 1970,3. Авторское свидетельство СССРУ 426663, кл, А 61 М 1/36, 1975.4. Авторское свидетельство СССРУ 439842, кл. 6 09 В 9/06, 19755. Ратов И.П.Кибернетика и спорт,И., 1968, с. 83 (прототип),(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЛ. ТРЕНИРОВКИ:ЧЕЛОВЕКА,ДВИЖЕНИ 0, содержащее пультоператора, подключенный непосредст.венно к Формирователю сигналов воздействий и через блок ввода програм-мы обучения - к первому входу бло"ка сравнения, второй вход которого соединен через первый блок датчиков с блоком имитации реальных процессов движения, а выход - .с Формирователем сигналов воздействий и с блоком индикации, который через второй блок датчиков подключен к блоку имитации реальных процессов движения, о .т л и ч а ю в 1 е е с я тем, что, с целью повывения точности .уст-, ройства, оно содержит последователь но включенные третий блок датчиков, вычислитель энергетических .затрат, блок моделирования движений человека, блок задания критических параметров обучения и Формирователь сигналов коррекции программы обу" чения, подключенный к блоку ввода программы обучения и формирователю сигналов воздействий, выходы пульта оператора соединены с вычислителем энергетических затрат и блоком мо- е делирования движений человека, который подключен к второму и третьему блокам датчиков, вычислитель энергетических затрат соединен с блоком 3 задания критических параметров обу. чения и вторым блоком датчиков,ф 3Изобретениеотносится к устройствам для обучения, в частности ктренажерам, и касаетсяв основном,вопросов обучения и совершенствования движений человека в спорте, про" 5тезировании, при управлении транспортом и т.д.Известны устройства, состоящиеиз нагрузочных устройств и кинематических цепей, воспроизводящихструктуру исследуемого движения. Вэтих тренажерах обучаемому предлагается жесткая программа обучения.В основном, они применяются на начальных стадиях тренировки 111 и12.Недостатком их является отсутствие информации о фазах движенияи временных параметрах этих фаз.Известны также устройства, со Одержащие тренажер, блок задания,датчики регистрации движения тренажера, блок сравнения, пульт оператора, блок воздействия и индикатор. Эти устройства применяются вспорте, например, для управления режимом педалирования, движениями гимнаста и т.д в протезировании длявыработки симметричного шага, при обучении управлению самолетами, ра- ЗО боте на станках и т.д. В них обучаемому предъявляется.оператором задача (модель движения), которую ондолжен отработать. Результаты выполнения движения сравниваются в блоке сравнения с заданием и предъявляются обучаемому с помощью индикатора. В связи с этим появляется возможность ускорения обучения и выработки движения, соответствующегоэталону. В ряде случаев в этих си" стемах не ограничиваются индикацией рассогласования, но и производитсяактивное воздействие на органики 13:и 1.4Однако в связи с тем, что программа движения дискретна и представляет собой "идеального" исполнителя, то вырабатывается неоптимальный навык, требующий часто больших зат, рах энергий.Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее тре" нажер, блок задания, датчики ре, гистрации движений тренажера, блок сравнения, пульт оператора, блок воздействия, индикатор и датцики усилий. Для оценки качества выполняемого движения в нем используются датчики усилий, а информацияоб усилиях подается на индикатор иявляется дополнительным подспорьемдля совершенствования техники Я .Однако как и ранее, обучаемыйосваивает интегральный портрет"идеальнбго" оператора, Хроме того,результирующее движение человекаявляется результатом работы сложной иногозвенной цели (руки),. Ис.пользование же для тренировки только выходной информации не способствует ускорению обучения, так как результирующее движение может совершаться при огромном континуме комбинаций движений отдельных звеньев.Все это снижает точность устройства,что ухудшает качество тренировки.Цель изобретения - повышение точ.ности устройства.Укаэанная цель достигается тем,что в известное устройство, содержащее пульт оператора, подключен-ный непосредственно к формирователю сигналов воздействий и черезблок ввода программы обучения - кпервому входу блока сравнения, вто.рой вход которого соединен черезпервый блок датчиков с блоком имитации реальных процессов движения, авыход - с формирователем сигналоввоздействий и с блоком индикации,который через второй блок датчиковподключен к блоку имитации реальныхпроцессов движения, введены последовательно включенные третий блок датчиков, вычислитель энергетическихзатрат, блок модеЛирования движенийчеловека, блок задания критическихпараметров обучения и формировательсигналов коррекции программы обучения, подклюценный к блоку ввода програмии обучения и формирователю сигналов воздействий, выходы пульта оператора соединены с вычислителем энергетических затрат и блоком моделирования движений человека, которыйподключен к второму и третьему блокам датчиков, вычислитель энергетических затрат соединен с блоком задания критических параметров обучения и вторым блоком датчиковНа чертеже схематически изображено предложенное устройство,Устройство содержит объект 1 обучения, пульт 2 оператора, блок 3ввода программы обучения, формирователь М сигналов воздействий, блок5 имитации реальных процессов, пер10233 30 вый блок 6 датчиков, блок 7 сравнения, второй блок 8 датчиков, третий блок 9 датчиков, блок 10 индикации, блок 11 моделирования движений человека, вычислитель 12 энергетических затрат, формирователь 13 сигналов коррекции программы обучения, блок 14 задания критических па" раметров обучения.Пульт 2 оператора предназначен для 1 О управления работой устройства. Блокявляется основным средством, с помощью которого отрабатываются професВиальные навыки обучаемого. При Этом он может представлять собой систему, имитирующую управле" йие определенным процессом или объектом, или просто кинематическую цепь, отображающую динамику исследуемого движения (в спорте, например, это велоэргометр, станок для гребли и т.д.) С блоком 5 непосредственйЬ связан блок 6регистрации движений тренажера, которые характеризуют процесс выполнения обучаемым данной задачи),В нем могут быть установлены датчики угловых или линейных ускорений, акселерометры и т.д. формирователь 4 предназначен для воздействия на человека с целью обучения его заданной программе. Воздействия могут быть звуковые, тактильный и т,д. главное, чтобы они воспринимались организмом человека и способствовали целенаправленной коррекции его движений в зависимости от вида и. знака воздейст- З 5 вия. Блоки 8 и 9 регистрируют основные параметры движения звеньев человека, необходимые для оценки энергозатрат. Энергозатраты определяются с помощью вычислителя 12, который осно ввн на построении, так называемой, обобценной фазовой траектории. Зто устройство проще других позволяет на основе данных о параметрах .перемеще, ний звеньев, составляющих кинемати ческую цепь, реализующую движение, получить сведения о эиергозатратах.Блоки 11 и 14 предназначены для выявления ведущего элемента движения, вносящего наибольший вклад в общие эиергозатраты. Укаэанное построение системыпозволяет реализовать наиболее простой путь обучения такой многосвяаной, системой,как человек. За счет выделения ведущего элемента происходит обучение. только по этому элементу с учетом задания и минимума энергозатрат. Затем определяется следующий элемент по его 84 4вкладу в энергозатраты, происходит обучение по нему и т.д.Работа .устройства происходит следуецим образом.С пульта 2 обучаемому задают с помощью блока 3 программу обучения. Одновременно с пульта 2 в вычислитель 12 и блок 11 подаются данные об основных биомеханических постоянных организма, соответствующих конкретному человеку. По предъявлении задания обучаемый начинает трениров" ку. Результаты работы, измеренные с помощью блока 6 поступают на один из входов блока 7, на другой вход которого подают сигнал с выхода блока 3. В результате на выходе блока 7 обра" зуется сигнал, пропорциональный рассогласованию между задаваемой программой движения и результатом работы обучаемого. Этот сигнал подают на блок 10 и на формирователь 4 с целью управления процессом тренировки. Од" новременно на блок 10 поступает сигнал с блока 8, который способствует закреплению у обучаемого навыка, соответствующего наименьшим усилиям. Однако процесс обучения с помощью описанной части системы занимает, продолжительное время и некачественен, так как вырабатываемый навык соответствует не оптимальным условиям работы, а ориентирован на некоторую модель "идеального" работника, Для устранения этого не" достатка в объекте служат остальные блоки. Вычислитель 12 опреде.- ляет энергоемкость движения и способствует выявлению с помощью бло" ка 11 и блока 14 выделения ведущих элементов движения ведущегоэлемента движения многозвенной цепи, в наивысшей степени влияющего на энергозатраты. С помощью блока 14 задается формирователем 13 программа коррекции воздействия и задания, так что обучение по пути минимизации энергозатрат, вйосимых этим элементом, По достижении минимума определя ется следующий ведущий элемент и т.д. В результате после завершения обучения человек выполняет комплексное движение с минимумом энергозатрат.аким образом, использованйе предлагаемого изобретения позволяет по сравнению с прототипом повысить качество и индивидуализировать процесс обучения, а также уменьшить время,Фнеобходимое на обучение что повышает точность учебного процесса.4219/36 Тираж 488ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и о113035, Москва, Ж, Раушс род, ул. Проект филиал ППП "Патент", г. Уж итета СССРкрытийкая наб., д. 4/5еее е