Теоретические основы построения спортивной техники

Îсновным элементом этой системы является жесткàя тягà, обрàзующàя мехàническую связь системы спортсменвелосипед и элементов упрàвления приводом лидирующего устройствà. Ëевàя и прàвàя чàсти тяги

неподвижно соединены между собой дàтчиком дàвления. Êроме того, сàмà тягà проходит через середину рàссекàтеля воздухà смонтировàнного нà зàднем обтекàтеле гоночного àвтомобиля, выполняющего, вместе с обтекàтелем функции лидирующего устройствà. Âо время рàботы системы «спортсмен-велосипед-лидер», спортсмен, àктивизируя педàлировàние, дàвит нà дàтчик, вырàбàтывàющий упрàвляющее нàпряжение с положительным знàчением, в результàте чего лидирующее устройство пропорционàльно дàвлению ускоряется и рàссекàтель, рàзрежением воздухà нàходящегося зà ним, создàет тянущий момент. Åсли спортсмен нàчинàет отстàвàть, дàтчик вырàбàтывàет отрицàтельное упрàвляющее движение, что зàстàвляет лидирующее устройство пропорционàльно зàмедлять скорость.

Òàким обрàзом ÈÓÑ вносит и знàчительный вклàд в создàние технологического оборудовàния необходимого при конструировàнии и испытàнии перспективных обрàзцов спортивной техники, инвентàря, снàряжения.

Êроме того, если считàть, что человек, во время реàлизàции своего двигàтельного потенциàлà, является по существу сàмонàстрàивàющейся и сàморегулирующейся системой, то именно ÈÓÑ будет способствовàть àктивизàции и совершенствовàнию нàзвàнных функций системы. Ýто явление, – основное условие приспособленческих реàкций (àдàптàции к внешней среде) с точки зрения совершенствовàния спортивного мàстерствà и достижения рекордных результàтов.

Ïомимо спортивной тренировки и создàния перспективных обрàзцов спортивной техники, «искусственнàя упрàвляющàя средà» имеет вàжное знàчение в оргàнизàции зàнятий с лицàми с порàженными двигàтельными функциями. Îсновной целью, здесь, является ускоренное восстàновление утрàченной или ослàбленной двигàтельной функции в условиях воздействия внешних энерго-силовых добàвок, восполняющих недостàточность естественного двигàтельного потенциàлà и обеспечивàющих нà искусственной основе, все более àктивное воспроизведение естественных действий, осуществляющих роль средств двигàтельной терàпии. Êритерием, к которому нужно стремиться при достижении постàвленной цели, является «здоровое двигàтельное прошлое».

© 2015 ÁÍÒÓ

Ðисунок 6.4. Ñхемà реàлизàции концепции «Èскусственнàя упрàвляющàя средà»

с использовàнием технических средств в физической и профессионàльной

реàбилитàции

«Çдоровое двигàтельное прошлое» – это состояние систем оргàнизмà человекà, его профессионàльных нàвыков и умений до трàвм или зàболевàний, повлекших зà собой нездоровые изменения в оргàнизме, потери необходимых профессионàльных нàвыков и умений.

Ñледует обрàтить внимàние, что зàдàчи выведения спортсменà нà исключительно рекордный результàт, тàк и зàдàчи восстàновления человеком утрàченных двигàтельных функции с возврàщением ему способностей полноценной жизни сопостàвимы по методологии (рисунки 6.1 и 6.4) и по сложности. Ïричем, последние требуют знàчительно большего внимàния и более тонких режимов взàимодействия с ÈÓÑ.

6.3 Îсобенности взàимодействия человекà с рàзличными

устройствàми и оборудовàнием

Îсобенности взàимодействия человекà с рàзличными устройствàми и

оборудовàнием удобнее всего рàссмотреть с точки зрения

© 2015 ÁÍÒÓ

функционировàния подсистем «человек-оперàтор» и «человек-спортсмен» в системàх «человек-оперàтор-мàшинà» и «человек-спортсмен-тренàжер». Ýлементы нàзвàнных систем, «человек-оперàтор» и «человек-спортсмен», в своей àнàлогии, являются интегрàльными и определяющими звеньями любой системы упрàвления, незàвисимо от степени àвтомàтизàции ее рàботы. Áудь это, кàкàя либо мàшинà, где «человек-оперàтор» реàлизует свои функции, или спортивный тренàжер, с которым взàимодействует спортсмен. Èменно эти двà человекà (звенà) принимàют принципиàльные решения, что и кàк делàть. Ïричем, эти решения и возможности обоих, определяются степенью интегрàции с используемым оборудовàнием.

Åдинственным рàзличием здесь является то, что оперàтор в системе человек-мàшинà функционирует в мàксимàльно комфортных условиях, поскольку несет юридическую ответственность зà свои действия, à человек-спортсмен в системе спортсмен-тренàжер,

зàчàстую, действует в условиях, приближенных к экстремàльным, причем нà

фоне нàступàющего утомления.

 функционàльном плàне, системы «человек-оперàтор» и «человек-

спортсмен» можно предстàвить двухстороннего преобрàзовàтеля (рисунок

6.5). Çдесь, у «человекà-спортсменà», входнàя величинà X – это

информàция об изменении пàрàметров движения, функционàльного состояния (нàпример ×ÑÑ), ситуàции. Âеличинà Y – это внутренняя реàкция

оргàнизмà нà входную величину X, вырàженнàя в подготовке к действиям.

Àнàлогично и у системы «человек-оперàтор». Îтсюдà можно сделàть вывод,

- эффективность функционировàния систем «человек-оперàтор» и «человек-

спортсмен» всецело зàвисит от физического, функционàльного, à тàкже

психологического состояния этих систем, вырàженного чувствительностью сенсорных систем, скоростью обрàботки и объемом принятой информàции, быстротой сложной и простой реàкции, способностью прàвильно осмыслить и оргàнизовàть предстоящие двигàтельные действия. Íàпример, скорость обрàщения информàционного сигнàлà кàнàлà обрàтной связи, в первую очередь, зàвисит от длительности лàтентного периодà tлп (время от моментà появления сигàлà средней интенсивности до появления ответà систем «человек-оперàтор» и «человек-спортсмен»). Äля уменьшения погрешностей в рàботе нàзвàнных систем оптимизируют темп приемà и количество информàции (сигнàлов) X и вырàботки ответных сигнàлов Y.

Çнàя особенности систем «человек-оперàтор» и «человек-спортсмен», следует рàссмотреть принципы их взàимодействия, но уже в системàх «человек-оперàтор-мàшинà» и «человек-спортсмен-тренàжер».

© 2015 ÁÍÒÓ

Ïри функционировàнии системы «человек-спортсмен-тренàжер», хàрàктерны следующие взàимосвязи ее звеньев и систем (рисунок 6.6).

Òочно тàкже и здесь «человек-спортсмен», в своей àнàлогии, являются интегрàльным и определяющим звеном системы упрàвления, тренàжерным устройством в не зàвисимости от его сложности. Òолько сейчàс – это уже системà «человек-спортсмен-тренàжер», которàя кàк и системà «человек- оперàтор-мàшинà», может функционировàть в двух режимàх: «человекинструмент» и «человек-мàшинà». Ýти двà режимà функционируют нà основе свойств, покàзàнных нà рисунке 6.6.

противодействует двигàтельной системе спортсменà, информируя

хàрàктерно для режимà «человек-инструмент», когдà основным источником упрàвления, является энергия и координàция мышечной системы человекà, нàпример рàботà нà велотренàжере.

 режиме «человек-мàшинà» человек не является источником мышечной энергии, тàк кàк здесь человек-оперàтор определяет время, место

рàзличными кнопочными или рычàжными регуляторàми, джойстикàми, компьютерной мышью, и многим другим.

Ïри изучении особенностей взàимодействия человекà с рàзличными устройствàми и оборудовàнием необходимо помнить, что педàгогической состàвляющей, определяющей процессы создàния спортивной техники здесь не просмàтривàется. Ñ педàгогической состàвляющей нàиболее взàимосвязàны потребительские и методические свойствà создàвàемых технических средств спортивного нàзнàчения. Çдесь речь идет о теоретической основе совершенствовàния эксплуàтàционных свойств тàких средств, если бàзовой основой конструировàния является приборостроение.

© 2015 ÁÍÒÓ

Âопросы для сàмопроверки

1.Îхàрàктеризовàть особенности формировàния человекà кàк видà.

2.Çà счет кàких фàкторов сформировàлись двигàтельные возможности человекà.

3.Î чем глàсит концепция «искусственнàя упрàвляющàя средà».

4.Íà основе кàких критериев реàлизуется концепция «искусственнàя упрàвляющàя средà».

5.×то тàкое энергосиловые добàвки и кàк они привносятся в двигàтельные действия спортсменà.

6.×то тàкое биомехàническàя коррекция двигàтельных действий спортсменà и кàк онà реàлизуется в специфических движениях.

7.Ïеречислить постоянные внешние фàкторы, противодействующие двигàтельным действиям спортсменà.

8. чем суть понятия «двигàтельное будущее».

9.Êàким обрàзом можно определить «двигàтельное будущее» спортсменà.

10.×то тàкое «здоровое прошлое человекà» и кàким обрàзом оно достигàется.

11. чем зàключàется суть понятий «человек-оперàтор» и «человекспортсмен».

12.Îбъяснить общность и рàзличие понятий «человек-оперàтор» и «человек-спортсмен».

13. чем зàключàется суть понятий «человек-оперàтор-мàшинà» и «человек-спортсмен-тренàжер».

14. Â кàких режимàх могут функционировàть системы «человек-

оперàтор-мàшинà» и «человек-спортсмен-тренàжер».

Ëитерàтерà

1.Ëомов, Á.Ô. ×еловек и техникà: Îчерки инженерной психологии / Á.Â. Ëомов. – Ì .: Ñов. Ðàдио, 1966. – 355 с., ил.

2.Ðàтов, È.Ï. Äвигàтельные возможности человекà . Íетрàдиционные возможности их восстàновления/ È.Ï. Ðàтов – Ìн.,1994. –190 с.

3.Ратов, И.П. Концепция «искусственная управляющая среда», ее основные положения и перспективы использования// Научные труды 1995 г. – Т.1– М.: ВНИИФК, 1996. – С. 129-148.

4.Ñпрàвочник конструкторà ÐÝÀ: Îбщие принципы конструировàния / Ïод ред. Ð.Ã. Âàрлàмовà. – Ì.: Ñов. Ðàдио, 1980. – 480 с., ил.

5. Òимошенков, Â.Â. Òренàжеры в велосипедном спорте /

Â.Â. Òимошенков. – Ìн., 1994, – 126 с.

© 2015 ÁÍÒÓ

Òемà 7. Ôункционàльные элементы технических устройств

7.1Ýлементы взàимодействия спортсменà с тренàжером

Âсистеме «спортсмен-тренàжер», спортсмен функционирует с тренàжером через элементы взàимодействия и исполнительные элементы. Ýлементы взàимодействия спортсменà с тренàжером – это приспособления, либо их комплекс, в соприкосновении с которыми спортсмен, в определенном положении телà, выполняет зàдàнные действия и получàет необходимую нàгрузку нà свои мышцы или информàцию о реàлизàции подобных действий через систему своих зрительных, слуховых или тàктильных àнàлизàторов.

Âпервом случàе спортсмен выполняет взàимодействия с мехàнизмàми нàгружàющими его мышечную систему, во втором выступàет в кàчестве своеобрàзного приемникà получения информàции о своих двигàтельных действиях и вырàбàтывàющего решение о коррекции, либо дàльнейшего упрàвления этими действиями. Ïримером тàкого, может быть тренировочный стенд для бегунà или велосипедистà отрàжàющий нà экрàне, рàсположенном

перед спортсменом, рельеф трàссы и в соответствии с этим рельефом

изменяющим нàгрузку нà мышечную систему спортсменà. Åсли получàемàя информàция нàпрàвленà нà обучение специфическим действиям, и укàзывàет,

кàк они выполняются, то в тàком случàе элементы взàимодействия

спортсменà с тренàжером выполняют функции исполнительного элементà. Ïри взàимодействии с спортсменà с мехàнизмàми нàгружàющими его

мышечную систему, опорà нà которую воздействует спортсмен, нàпример рукоять рычàгà, должнà обеспечить нужную зàвисимость сопротивления от величины перемещения и иметь перекрытие диàпàзонà своего перемещения, кàк минимум ± 10÷15% от мàксимàльного знàчения этого перемещения.

Îсновными элементàми взàимодействия спортсменà с тренàжером можно считàть всевозможные рукоятки рычàгов для зàхвàтà кистью руки, зàхвàты и ремни для фиксàции чàстей конечностей плечевого поясà, нижних конечностей, туловищà, рàзличные педàли с фиксàцией и без фиксàции стопà ноги и многое другое. Ñледует обрàтить особое внимàние нà конструкцию опоры для телà спортсменà, или его конечностей для реàлизàции нужных двигàтельных действий. Îт этого нàпрямую зàвисит кàчество передàчи пàрàметров движения спортсменà нà тренàжер и величины реàкции тàкого устройствà, в нужный момент времени или точки трàектории.

Ñистемà «спортсмен-тренàжер» функционирует в рàмкàх жестких огрàничений вызвàнных требовàниями, нàпример, технико-тàктической подготовки, где Iном – зàдàнное или номинàльное знàчение пàрàметрà двигàтельного действия, определяемого особенностями сàмого спортсменà. Ôàктический пàрàметр двигàтельного действия спортсменà, передàвàемого нà

© 2015 ÁÍÒÓ

элементы взàимодействия спортсменà с тренàжером Iсп, учитывàет особенности не только спортсменà, но и особенности конструкции тренàжерà. Ïриведенные величины носят преимущественно стàтистический хàрàктер, à их соотношение позволяет оценить точность решения двигàтельных зàдàч в системе «спортсмен-тренàжер».

Âеличинà погрешности, с которой функционирует системà «спортсментренàжер»:

Y = Iном – Iсп.

Ýтà величинà может иметь кàк положительное, тàк и отрицàтельное знàчение.

Äля объективной оценки пàрàметров двигàтельных действий Iном и Iсп

необходимо использовàть специàльно сконструировàнные мàнипуляторы и приспособления, моделирующие и контролирующие пàрàметры двигàтельных действия спортсменà.

Êогдà совокупность элементов взàимодействия спортсменà с тренàжерной системой, рàссмàтривàется в виде своеобрàзного динàмического звенà, то соотношение выходного пàрàметрà к пàрàметру двигàтельного действия нà входе, вырàжàется некоторой передàточной функцией. Ýто ознàчàет, что реàкция для совокупности элементов взàимодействия спортсменà с тренàжерной системой нà выходе, должнà полностью соответствовàть двигàтельным действиям нà входе . Åсли нà выходе есть Iсп (р), à нà входе - Iном (р), то передàточнàя функция, или же коэффициент передàчи совокупности элементов взàимодействия спортсменà с тренàжерной системой Êв имеет вид:

© 2015 ÁÍÒÓ

проявляется в велосипедном спорте, где с целью получения мàксимàльного коэффициентà передàчи комплексà элементов взàимодействия с велосистемой

считàется оптимàльным, и Êв мàксимàльно приближен к единичному знàчению.

Íеобходимо провести в тàкой посàдке несколько зàнятий для àдàптàции

© 2015 ÁÍÒÓ

Ïри взàимодействии человекà с приборàми и мехàнизмàми чàще всего используется зрительный, слуховой и достàточно чàсто в спорте, - тàктильный àнàлизàтор. Íàибольшее количество информàции в системе «спортсмен-тренàжер», спортсмен получàет с помощью зрительного

÷ 20%), и (~ 5 ÷ 10%) – тàктильного. Îднàко не следует зàбывàть, что знàчимость слухового и особенно тàктильного àнàлизàторà существенно возрàстàет в зàвисимости специфики двигàтельных проявлений в некоторых видàх спортà. Ýто имеет место в любых сложно-координàционных видàх спортà, игровых видàх спортà и единоборствàх. Âàжно тàкже обрàтить внимàние, что в зàвисимости от внешних и отдельных случàях – фàкторов, любой из перечисленных àнàлизàторов может быть перегружен. Â кàчестве

примерà, - усложненное взàимодействие с тренàжером, либо переизбыток нужной, или ненужной информàции, устàлость оргàнизмà спортсменà. Íà

àнàлизàторы спортсменà, с учетом их физиологических особенностей, воздействуют:

- визуàльные индикàторы, в виде проекционных, мàтричных цифровых

тàбло, счетчиков, шкàл, светофоров, светоплàнов и др; - àкустические индикàторы, в виде громкоговорителей, головных

телефонов, зуммеров или свистков. Ê тàктильным индикàторàм можно отнести специàльные приспособления, вырàбàтывàющие целенàпрàвленные мехàнические воздействия нà отдельные учàстки телà спортсменà, нàпример вибрирующий зàхвàт-рукояткà или опорнàя площàдкà для конечности.

Ñледует обрàтить внимàние, что информàционные системы, при определенных условиях, могут выполнять функции исполнительных элементов, отрàжàя изменение определенной ситуàции или смену сàмой ситуàции.

7.2 Èсполнительные элементы спортивной техники.

Ðàссмàтривàя систему «спортсмен-тренàжер» в виде подсистемы, связàнной с ручным либо àвтомàтическим регулировàнием, следует обрàтить внимàние нà то, что выходнàя величинà этой подсистемы всецело зàвисит от особенностей её исполнительного элементà.

Èсполнительный элемент (исполнительное устройство), это функционàльный элемент системы упрàвления, осуществляющий зàдàнное воздействие нà объект упрàвления путем изменения потокà энергии и потокà мàтериàлов, поступàющих нà объект.

Ñуществующие исполнительные элементы делятся нà двà видà:

- с мехàническим двигàтелем (сервомотор, серводвигàтель или

© 2015 ÁÍÒÓ

сервопривод), в этом случàе исполнительный элемент производит мехàническое перемещение регулирующего оргàнà;

- с электрическим выходом, здесь воздействие, приклàдывàемое к объекту регулировàния, имеет электрическую природу (применительно к спортивной тренировке, имеет отношение только к информàционным

свойствàм исполнительного элементà).

 спортивной технике исполнительный элемент своими действиями моделирует (обеспечивàет) взàимодействие спортсменà с внешней средой.

Ýто вырàжàется в создàния условий искусственного упрàвляющего

окружения. Çдесь исполнительный элемент может облàдàть нàгрузочными

свойствàми, при воздействии нà динàмические, прострàнственные или временные пàрàметры движений, либо информàционными, - покàзывàя (отрàжàя) информàцию необходимую для решения зàдàч по оргàнизàции и

реàлизàции нужных двигàтельных действий.

Èнформàционные свойствà исполнительного элементà

хàрàктеризуются, тем, что спортсмен является приемником получения

информàции о своих двигàтельных действиях. Ýто ознàчàет необходимость

свойствàм любой системы регулировàния, рàботàющей с мехàническими

нàгрузкàми, - до 4000Í в стàтическом и до 12000 Í в импульсном режиме рàботы, à тàкже временными перепàдàми не менее 0,005 сек.

 зàвисимости от объектà, в дàнном случàе – это мышечнàя системà и

биоàнàлизàторы спортсменà, и видà энергии подводимой к исполнительному элементу, его роль могут выполнять сàмые рàзличные устройствà и мехàнизмы. Ê ним относятся: электронные, электромàшинные, мàгнитные или полупроводниковые усилители, всевозможные рел, электрические,

мехàническим выходом отличàются знàчительно большей инерционностью, чем элементы с электрическим выходом, тàк кàк скорость протекàнии электрических процессов нà много порядков выше мехàнических. Çàчàстую исполнительные элементы второго типà служàт приводом исполнительных элементов первого типà, нàпример, электронный усилитель мощности,

исполнительных элементов с мехàническим выходом, отличàются специàльным исполнением обеспечивàющим пониженную инерционность

© 2015 ÁÍÒÓ