XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Разработка проекта универсального тренажера для занятия боксом
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
При занятии со своим тренером по боксу меня часто посещала мысль, как можно автоматизировать процесс повторения комбинаций движений и ударов и как можно наглядно оценить прогресс тренировок. Конечно, есть отработанная схема, приходи на тренировку и работай на груше или с партнером, а тренер поправит и даст оценку твоим успехам. Но что если такие способы не всегда доступны. Допустим, нет столько времени на закрепление требуемой комбинации за период тренировки или попросту нет партнера достаточной весовой или возрастной категории. К тому же, в современном мире куда более интересней, увидеть результаты наглядно, на экране.
Цель:
Разработать проект тренажера, который бы помогал автоматизировать процесс закрепления различных комбинаций движений и ударов, был способен вести статистику успеваемости по силе, скорости и точности ударов, был бы программируемым по интенсивности тренировки и мог бы регулировался по росту. Чтобы он смог подойти разным категориям людей, как от совсем маленьких детей с базовыми движениями, пожилых людей и людей, слабо развитых физически, имеющих проблемы со здоровьем или занятых малоподвижным видом работы, так и для вполне подготовленных спортсменов.
При этом отличительной особенностью тренажера должно стать исключение возможного травмирования, что, на мой взгляд, является одной из основных причин отказа большинства людей от данного полезного вида спорта.
Задачи:
1. Для создания программы для тренажера, а также для определения лучшей формы тренажера нужно изучить бокс с точки зрения науки. Разделить на составляющие, определить основные движения, уклоны, защиты, удары для понимания механики бокса.
2. Изучить существующие школы бокса, для применения наиболее действенных техник.
3. Сравнить представленные готовые решения тренажеров, которые уже существуют, определить их плюсы и недостатки.
4. Создать проект тренажера, определиться с формой, материалами, способами сбора и передачи информации, а также с возможностью программирования и получения статистики.
Школы бокса
Для полноты картины мой папа посоветовал изучить различные школы бокса, для того, чтобы можно было выявить, и впоследствии применить, наиболее эффективные удары и движения.
Существует довольно много школ бокса, однако наиболее ярко выделяются несколько. Это американская, мексиканская и советская школы бокса.
Американская школа бокса – развивает до совершенства самые лучшие способности боксёров. Если боксёр подвижен – он будет быстр в своих передвижениях; если у бойца сильный удар – он будет зубодробительно нокаутирующим; если боксёр ловкий и изворотливый – его защита будет доведена до идеала и т.д. На ринге собраны, экономны в своих движениях, настроены на взрывную атаку. В целом хорошо подготовлены технически, имеют самую развитую и разнообразную защиту во всём мире бокса, прекрасно двигаются по всей ширине ринга, а не только «челночком». В техническом профиле отличаются от представителей других школ использованием таких приёмов, как виртуозные защиты «маятником», откат, перекрёстный блокаж, превосходный контрпанчинг, особый акцент на левый хук, правый кросс и апперкоты.
Мексиканская школа бокса – это высокий темп ведения боя, постоянное давление в ближнем бою (инфайтинг) и силовые атаки. Не боятся вступать в жесткий размен (рубку). При этом технически подготовлены. Умелые передвижения по рингу, активная работа корпусом, инфайтинг, контрпанчинг, комбинационность, серийность ударов. Наиболее эффективно мексиканцы действуют на средней и ближней дистанции. В техническом профиле выделяется стремление наносить короткие удары и контрудары, наиболее практичные при инфайтинге и контрпанчинге. Предпочтение сериям ударов перед ставкой на одноударный нокаут; активная работа по корпусу.
Советская школа бокса. Упор советской школы делался на научный подход и практический опыт. Советскую школу выделяют среди других: универсальность в подготовке бойцов, грамотная техника, тактическая разносторонность, обязательная постановка акцентированного удара, сочетание высоких боевых умений с отличной физподготовкой. Особое внимание делалось на развитие особенности исполнения стандартных техник и приёмов боксеров. Такие бойцы непредсказуемы и неудобны для противников. Действия в ринге отличаются четкостью, рациональностью, умом, а не эмоциями, осторожностью, отказом от обмена ударами, чреватого немотивированными пропущенными ударами. Слабо развит «инстинкт убийцы» – моментального добивания потрясённого соперника. Также заметно не хватает гибкости и пластичности. Наилучше результаты на средней и дальней дистанциях. Уделяется внимание на прямые действия: как вертикальные передвижения («челнок»), так и на ставку в ударном арсенале на прямые удары и их связки. Ударная техника развита лучше защитной.
Движения, комбинации.
В боксе не так много различных движений, однако, их эффективность доводится до совершенства. Мне следовало выделить движения из арсенала боксерской техники.
Передвижения
В первую очередь следует уделить внимание изучению движения ног. Передвижения по рингу как способность боксёра легко и эффективно двигаться на ногах по ходу боя без потери равновесия и баланса, обеспечивает ему возможность атаковать и обороняться.
Одиночные шаги – боевое передвижение боксёра во всех направлениях, при котором, выдвигаясь непосредственно из боевой стойки, шаг вперёд делается передней ногой, после чего к ней будто подтягивается задняя нога в положение, аналогичное исходному. Шаг назад выполняется задней ногой, шаг влево – левой, шаг вправо – правой.
Слитные скользящие шаги – боевое передвижение боксёра, наиболее эффективное в схватке для восстановления дистанции и нахождения удобных исходных положений для нанесения ударов. Осуществляются лёгкими «скользящими» шагами во все стороны на передней части стоп.
Мелкие двойные шаги – боевое передвижение боксёра, выполняющееся по такому же принципу, что и слитные скользящие шаги, но не широким шагом, а коротким, мелким вышагиванием. При выполнении вместо одного широкого скользящего шага делается два мелких.
Скачки – специальное передвижение боксёра при нанесении боковых ударов в голову соперника, основанных на координации удара со скачком. Как способ передвижения употребляется только в этих целях, поскольку прыжки в ринге сами по себе не практичны.
Ударная техника
Технический арсенал боксёров включает в себя три основных вида ударов: прямой (джеб, кросс), боковой (хук, свинг) и удар снизу (апперкот). Каждый из этих ударов можно наносить левой и правой рукой в голову и в туловище. Таким образом, в боксе имеются 12 основных ударов; их структура определяется видом удара (прямой, снизу, боковой), бьющей рукой (левой, правой) и целью (голова, туловище). Удары наносятся в атаке (в движении вперёд), при контратаке – навстречу (с опережением в один темп удара противника) и в ответе (сразу после применения защиты от удара соперника), – а также в защите (стоппинг). Удар, выполненный с наибольшим приложением силы, называется акцентированным.
Также существуют несколько гибридных ударов: полухук/полуапперкот, боло-панч и оверхенд. На основе типовой техники можно наработать весьма действенные разновидности ударов, способные приносить результат.
Прямой удар передней рукой (джеб) – быстрый, прямой удар в голову или, реже, в корпус. При нанесении удара рука полностью разгибается, кулак держится горизонтально, ладонью к земле. Самый универсальный удар в боксе.
Прямой удар доминирующей рукой (кросс) – один из наиболее сильных ударов в боксе. Удар наносится вразрез, так, что бьющая рука проходит над рукой соперника (верхний кросс) или под ней, в ответ на удар соперника (нижний кросс).
Короткий боковой удар (хук, он же крюк) – резкий, взрывной удар, не требующий для нанесения особого замаха, наносимый согнутой в локте передней или задней рукой на средней и ближней дистанции.
Длинный боковой удар (свинг) – длинный, размашистый удар в голову, сигнализация о нанесении которого полностью лишает его эффекта неожиданности.
Удар снизу (апперкот) – очень мощный и эффективный удар, наносимый согнутой в локте рукой по внутренней траектории снизу-вверх. Является оружием ближнего боя.
Полухук/полуапперкот – гибридный удар, представляющий собой промежуточное звено между траекториями нанесения классических хуков и апперкотов.
Оверхенд – гибридный удар, представляющий собой смесь дуговой траектории хука с позицией нанесения кросса. Удар наносится по верховой дуге над руками соперника в голову, обрушиваясь на него под чрезвычайно неудобным углом.
Защитная техника
Известно 4 основных средства защиты от ударов соперника: защита движением рук (подставка предплечий (блокаж) и его вариации перекрёстным блокажем и предплечьем передней руки, подставка плеча, подставка ладони, накладка, отбив), защита корпусом (уклон, нырок, откат), защита движением ног (сайд-степ (уход в сторону), бэк-степ (уход назад), приседание (т.н. защита ку-ку)) и защита сковыванием действий соперника (клинч).
Защита движением рук.
Подставка предплечий (блокаж) – применяется в конечной фазе удара противника. Под кулак подставляются плотно прикрывающие голову и солнечное сплетение предплечья, развёрнутые либо рёбрами ладоней к сопернику
Разновидностью этой подставки является перекрёстный блока, при котором руки группируются не вертикально, а горизонтально, накрест, параллельно плечевому поясу.
Другой разновидностью подставки предплечий является подставка предплечья передней руки. Она применяется в противовес боковым ударам.
Подставка плеча – применяется при нанесении правого или левого прямого или бокового удара в голову в конце движения. Плечо приподнимается и выводится наперёд, прикрывая подбородок.
Подставка ладони – применяется рукой, находящейся на траектории следования бьющей руки соперника. Ладонь плотно прикрывает челюсть, выполняя функцию «защитной подушки» против удара в голову.
Отбив – применяется преимущественно против прямых ударов. Рука противника отбивается в сторону от линии её движения к цели.
Накладка (остановка) – остановка удара соперника в начальной стадии путём наложения руки на его кулак, предплечье или плечо.
Защита корпусом.
Уклон – состоит в движении, наклоне корпуса, отводящем голову от линии удара противника. Применяется исключительно против ударов в голову. От прямых ударов уклоны производятся в стороны, от боковых и апперкотов – главным образом назад (отклоны).
Нырок – основная защита от боковых ударов в голову. Также активно используется в противовес джебам соперника. Состоит в быстрой группировке тела («подныривании») для защиты головы.
Откат – состоит во вращательном смещении корпуса по траектории наносимого удара. Прямые удары ослабляются откатом назад, апперкоты – назад и в сторону, боковые – в соответствующую траектории сторону (против левого – влево, против правого – вправо).
Защита движением ног.
Сайд-степ (уход в сторону) – защита путём ухода с линии атаки соперника одним или несколькими шагами влево или вправо. Основана на быстроте и подвижности ног. Сайд-степ построен на широком движении, выводящем боксёра с огневого рубежа противника и ориентирован не столько на непосредственную защиту от какого-либо одного удара, сколько на избежание его атаки в целом.
Бэк-степ (уход назад) – защита способом ухода из зоны действия ударов противника одним или несколькими шагами назад. Бэк-степ выполняется для увеличения расстояния до противника вне зависимости от наносимого им удара.
Приседание («защита ку-ку») – статичный вид защиты движением ног, состоящий в приседаниях под траекторию ударов противника, подобным сжатиям пружины, с последующим «разжатием» с выбросами контрударов.
Защита сковыванием действий соперника
Клинч – сковывание атакующих действий противника путём «связывания» его рук и плечевого пояса, наваливания на него массой своего тела. Имеет две главных задачи: непосредственного препятствия ударам противника и изматывания его физически.
Анализ представленных на рынке тренажеров
Следующим этапом было необходимо ознакомиться с имеющимися на рынке тренажерами так или иначе связанными с развитием подвижности, реакции, точности и силы, пригодных для использования различными категориями людей. Ниже представлены некоторые варианты.
Boxmaster.
На данном тренажере установлены 12 пронумерованных подушек для нанесения ударов. В зависимости от необходимой последовательности спортсмен выполняет определенные удары согласно указанным номерам. Тренажер жестко фиксируется к полу, подушки закреплены к корпусу на жестких пружинах, что позволяет работать с усилием не опасаясь за травму кистей.
Из плюсов можно отметить возможность регулировки по высоте и большое количество мест для ударов, что позволяет отрабатывать различные комбинации.
Из минусов отсутствует возможность работать детям младшего возраста в связи со значительным для них расстоянием между подушек. Также данный тренажер не оснащен системами учета скорости, точности и силы ударов, а также возможности записи программы и проверки правильности выполнения. Но главное то, что с данным тренажером можно работать только из одного положения, без смещения вокруг и отработки работы ног.
Nexersys N3 Pro Personal Boxing Trainer.
Данный тренажер оснащен планшетом с сенсорным экраном, со встроенным программным обеспечением, транслирующим видео и анимацию тренировок, с возможностью выбора различных параметров.
Из плюсов можно отметить ударные подушки, которые могут смещаться в трех плоскостях со встроенными датчиками удара, показывающие данные о силе и точности удара. Фирменное приложение NEXERSYS позволяет выбрать различный режим тренировки, в том числе и спарринг с партнером. Регулировка по высоте позволяет заниматься людям любого роста.
Из минусов, также как и предыдущий вариант не позволяет полностью задействовать ноги. Очень высокая стоимость.
Liteboxer.
Ещё один вариант тренажера с электронным управлением.
Из плюсов, есть возможность контролировать прогресс тренировок, скорость, силу ударов.
Из минусов ограниченная подвижность, как ног, так и рук, только удары перед собой.
Stryk RXT-1.
Довольно интересный вариант настенного тренажера с запрограммированным циклом действий.
Плюсы данного тренажера, он позволяет отрабатывать различные защиты, регулируется интенсивность атак тренажера.
Минусы, отсутствует контроль за прогрессом тренировки, монтаж на стене не позволяет работать людям разного роста, отсутствие разнообразия атак, комбинации можно выучить. Отсутствие работы ног.
Botboxter.
Наиболее приближенным по функционалу к поставленной задаче можно считать представленный тренажер. Его отличительная особенность в том, что он имеет программное управление с возможностью настраивать различные режимы тренировок. Датчики движения позволяют контролировать перемещения спортсмена и отклонять мешок от возможных попаданий по нему. Мешок закреплен на рычаге электропривода, который отклоняется под действием команд программы. При этом привод оснащен датчиками силы (акселерометрами), считывающими силу и траекторию удара. Все получаемые данные отображаются на сенсорном экране в режиме онлайн, а программный помощник делает необходимые корректировки.
Из минусов можно отметить громоздкость конструкции. Работа ног ограничена достаточно большим основанием стойки мешка, что не дает возможности прорабатывать комбинации на ближней дистанции. Очень высокая стоимость.
Во всех представленных вариантах тренажеров отмечен один характерный минус, это отсутствие возможности задействовать ноги, осуществлять передвижения вокруг «противника», отрабатывать защиту перемещением ног. Что, на мой взгляд, является ключевым при освоении навыков бокса.
Создание проекта тренажера
Форма тренажера
Для определения формы тренажера следовало исходить из поставленной задачи и недостатков вариантов, предложенных на рынке. Исходя из имеющихся данных, лучшим было решение проектировать тренажер в форме цилиндра. Это обоснованно тем, что вокруг цилиндра лучше всего перемещаться, проводить защиты, наносить по нему серии ударов с разных положений.
Так как проект тренажера рассчитан на различные возрастные категории людей, принято решение диаметр цилиндра взять 20 сантиметров. Высота рабочей зоны тренажера взята из расчета среднего тела взрослого человека 80 см, максимальная высота составит 180см.
Тренажер представляет из себя цилиндрический объект состоящий из сердечника диаметром 10 см, выполненного из прочного пластика, высотой 150 см. Данный сердечник жестко крепится к упругой пружине такого же диаметра, высотой 10 см. Пружина крепится к наконечнику такого же диаметра как и сердечник высотой 20 см. Наконечник жестко фиксируется к основанию, представляющего из себя ряд блинов (3-5 штук), соединенных друг с другом с помощью центральной гайки, которая наворачивается на край наконечника. Блины представляют емкости с возможностью заливки в них жидкости или засыпки песка для утяжеления основания тренажера и снижения вероятности его падения. По основанию блинов есть равномерно расположенные по диаметру специальные углубления, для возможности монтировать в них присоски, для дополнительной устойчивости. Предусмотрена также возможность жесткой фиксации тренажера к полу через замену блинов на плиту с отверстиями для болтов, вворачиваемых в пол.
На сердечник насаживается рабочий механизм тренажера, представляющий из себя полый цилиндр высотой 80 см и диаметром 20 см. Полый цилиндр имеет внутренний диаметр 10 см, соответствующим диаметру сердечника, что позволяет хорошо фиксировать рабочий механизм на сердечнике тренажера. Также в нижней части рабочего механизма имеется стопорный болт для возможности фиксации и регулировки по высоте.
Рабочий механизм имеет два продольных углубления снаружи цилиндра. Внутри углублений вмонтированы рычажные механизмы, при раздвижении которых имитируется движение (разгибание) рук соперника. На рычажные механизмы, в районе локтя могут крепиться насадки из мягкого материала (вспененного каучука – ру-флекс). На поверхности цилиндра рабочего механизма в определенных местах расположены ударопрочные световые кнопки. Рабочий механизм состоит из нижней и верхней части и поворотного механизма, который возможность осевого поворота на угол 90 градусов, что ограничивается специальными ограничителями. В то время как нижняя часть жестко фиксирована к сердечнику, верхняя может смещаться относительно нижней за счет поворотного механизма.
Управление и контроль осуществляется программой, которая выдает определенные задачи на механизмы и кнопки тренажера и получает сигналы от датчиков с тренажера для последующего анализа и обратной связи с тренируемым.
Выбор материала
Для того, чтобы создать задуманную конструкцию было необходимо решить, какой материал для этого использовать. Так как основание было решено изначально сделать в виде емкости для воды или песка, то лучшим выбором материала стал пластик. Он легкий, из него легко выдуть необходимую форму, к тому же можно встретить ряд уже готовых, подходящих под размер форм.
Материал наконечника и сердечника, как особо нагруженных частей тренажера, было необходимо выбрать исходя из следующих показателей:
Прочность – так как данные части принимают на себя ударную нагрузку
Упругость – чтобы материал мог возвращать начальную форму при деформации
Легкость – для того, чтобы не перевешивали основание, и тренажер не опрокидывался при ударе
Простота изготовления – чтобы можно было легко заменить при возможной поломке
Для того, чтобы облегчить конструкцию тренажера, нужно снизить вес отдельных его элементов. Таким образом, за место цельных цилиндров наконечника и сердечника лучше использовать трубу с достаточной толщиной стенки.
Были подобраны три наиболее популярные материала, это дерево, металл и пластик.
Дерево. При необходимых для тренажера размерах дерево будет тяжелым. Если же сделать его пустым внутри он станет хрупким, а также крепление его к пружине будет затруднительным и недостаточно крепким
Металл. Сам по себе является наиболее тяжелым материалом. С учетом того, что будет необходимо смонтировать на сердечник рабочий механизм, вероятность опрокидывания довольно высокая.
Пластик. Наиболее привлекательным материалом для сердечника и наконечника является прочный пластик. При том, что он достаточно лёгкий при необходимых размерах, он способен выдержать ударные нагрузки.
Для определения лучшего материала по показателю легкости, был использован онлайн калькулятор. Указанные показатели взяты из расчета одного метра трубы
Таблица 1
|
Диаметр трубы |
Толщина стенки |
Вес, кг |
|
|
Дерево |
- |
- |
- |
|
Сталь |
110 |
4 |
10,5 |
|
Алюминий |
110 |
4 |
3,6 |
|
Пластик |
110 |
4,2 |
1,4 |
|
Пластик |
110 |
6,6 |
2,6 |
Как видно из таблицы, при одном и том же диаметре трубы из разных материалов, их вес сильно различается. Ближе всего из металлов подходит алюминий, однако он очень пластичный и есть вероятность, что он будет деформироваться при ударах.
Трехмерная модель тренажера, создание макета.
Для наглядного обзора проекта было необходимо отразить его в трёхмерном виде. Я использовал наиболее простую онлайн программу TinkerCAD.
После того, как была нарисована трехмерная модель тренажера я попросил преподавателя дополнительного образования по робототехнике создать макет с помощью 3D принтера.
Применяемые датчики, механизмы, управление
В качестве кнопок, которые будут загораться в определенной последовательности, вполне подойдут ударопрочные кнопки с игровых автоматов.
По условиям поставленной задачи, тренажер должен собирать информацию о скорости, точности и силе удара.
Скорость удара – это время, затраченное с момента загорания определенной кнопки до ее нажатия.
Точность удара – это показатель правильности нажатия той или иной кнопки в зависимости от ее загорания.
Сила удара – это показатель приложенной силы в момент времени к определенной кнопке. Наиболее сложным решением в тренажере было применение способа для измерения силы удара. В первую очередь было необходимо решить каким образом можно этот показатель измерить. Были изучены несколько видов датчиков силы и вариантов их установки на тренажер.
Способы измерения силы удара.
Датчик давления воздуха (жидкости). Можно встретить на аттракционах в парках. Принцип работы следующий. Есть шарик с воздухом (жидкостью). Шарик присоединен к датчику давления. При ударе по шарику воздух (жидкость) стремиться выйти из шарика и давит на датчик давления, тот в свою очередь указывает силу этого давления.
Световой (фото) или магнитный датчик. В первом случае используются 2 фотодатчика и пластина, которая двигается при смещении тренажера из неподвижного состояния (нанесения удара). Датчики попеременно фиксируют прохождение пластины мимо них. При этом замеряется время между прохождением пластины от первого до второго. Зная это время и расстояние между датчиками, можно узнать скорость движения пластины, а зная массу рабочего механизма, можем узнать силу, с которой данная масса отклонилась.
В другом случае используется катушка с проволокой и смещаемый магнит. Магнит присоединен к пластине, которая при ударе по тренажеру смещается мимо катушки, в результате в катушке возникает ток. И чем выше скорость смещения магнита, тем больше показатель тока. При известном токе можно получить скорость магнита, а зная скорость и массу можно узнать силу.
Есть также датчики, измеряющие силу при деформации (изменение формы) датчика. Индуктивные, пьезоэлектрические, тензорезистивные. Суть их работы сводится в наличии в составе датчика специального элемента, способного вырабатывать ток при механическом воздействии (сжатии) на него. Соответственно, чем больше деформация, тем больше сила.
Поворот рабочего механизма.
Довольно интересной задачей стало придумать механизм для поворота верхней (рабочей) части рабочего механизма относительно нижней (фиксируемой) части. Главное, что было нужно учесть, это:
Смещение на определенный угол
Достаточно высокую скорость движения (вращения)
Возможность регулировки скорости движения
Небольшой вес механизма
Чтобы верхняя и нижняя части могли свободно вращаться относительно друг друга, лучше всего было использовать подшипник.
Движение рук.
Для того, чтобы смонтировать в тренажер «руки» надо было определиться со способом их движения. Было рассмотрено три способа.
Движение опусканием сверх вниз. Наиболее наглядно такой способ показан на тренажере Stryk RXT-1. Минус такого способа в том, что он имитирует удары сверху, что хоть и применяется в боксе, однако не является распространенным и реальным в бою
Выдвижение руки из корпуса тренажера. Хороший способ развить реакцию, так как удар не особо виден в начале движения. Рука спрятана в корпусе и ее выдвижение неожиданно. Минус в том, что по конструкции тренажера нет возможности применить такой способ.
Разгибание рычажного механизма. Этот способ наиболее подходит для поставленной задачи. Он повторяет движение человеческой руки согнутой в локте, не требует много места в корпусе тренажера.
Чтобы понять принцип работы такого механизма лучше всего представить регулируемую в положении настольную лампу.
Для избегания возможных травм этот механизм от плеча до локтя будет выполнен из пластика и покрыт поролоном. Часть механизма от локтя до кулака будет выполнена из вспененного каучука – ру-флекс. Причем этот элемент можно будет заменять в зависимости от роста тренируемого, то есть чем выше тренируемый, тем более длинные элементы можно установить.
Рычажные механизмы приводятся в движение (наносят удар) шаговым электродвигателем, который распрямляет руку, а также смещает смонтированный на руке датчик приближения, соединенный с двигателем.
Блок управления (СмартХаб), программа.
После того, как весь тренажер был описан и стало понятно, как он будет работать было необходимо разобраться как привести его в действие. Вопрос касается применения программы, которая включала бы в себя возможность задавать определенные последовательности загорания лампочек и считывания информации о времени когда на них нажмут, смещения на определенный угол поворотного узла рабочего механизма и возврат в исходное положение, распрямление рычажного механизма «рук», а также считывание показаний с датчика силы. И все это с различными скоростями, в режиме реального времени и с возможностью записи всех полученных данных.
На уроках дополнительного образования по робототехнике мы программируем простые задачи для собранных роботов на базе конструктора lego wedo 2.0 с помощью программного обеспечения LEGO Education WeDo Software v1.9.6.
Это достаточно простая программа для программирования. Она работает на операционных системах Windows и Android и может быть установлена практически на любое устройство, будь то ноутбук, планшет или смартфон. В данной программе можно устанавливать последовательность действий определенным подключенным компонентам. Компоненты подключаются к блоку управления (СмартХаб).
СмартХаб работает как беспроводной соединитель между устройством и другими электронными компонентами, используя технологию Bluetooth. Он получает набор команд от устройства и исполняет их. Один СмартХаб способен подключить до двух устройств типа «мотор» или датчик. Датчики бывают двух видов, датчик наклона и датчик приближения (расстояния). Одна программа может давать команды трем СмартХабам. Таким образом, можно задавать программу сразу шести устройствам. Для более простого понимания будем считать, что шаговый двигатель это одно и то же, что и мотор.
Основными функциями программы являются:
Вращение двигателя в ту или иную сторону
Указание времени вращения двигателя
Указание скорости вращения двигателя
Загорание и отключение светодиода
Включение, отключение двигателя при срабатывании датчиков приближения или наклона
Распрямление руки вперед.
Для того чтобы задать команду выпрямить руку и вернуть в исходное положение, нужно задействовать мотор и датчик расстояния. Мотор вращается в определенном направлении с регулируемой скоростью до тех пор, пока не срабатывает датчик расстояния. После чего он сразу же начинает вращение в обратную сторону с заданной скоростью до момента срабатывания датчика расстояния и останавливается.
Поворот корпуса.
Задача, похожая на распрямление руки. Разница лишь в том, что движение предусматривается в разные стороны от центрального положения. Так как поворот подвижной части рабочего механизма выполняет шестерня, расположенная внутри стержня тренажера, то надо во-первых, чтобы механизм «запомнил» центральное положение, а во-вторых сделать так, чтобы он не крутился вокруг. Для этого датчик расстояния должен определять не только крайние положения, но и останавливать мотор в центральной точке.
В случае если для комбинации требуется задействовать два или три мотора и датчика, есть возможность их пронумеровать в одной программе и задать для них свои задачи.
Кнопки
Для проектируемого тренажера необходимо 20 кнопок с подсветкой. Главным требованием при подборе кнопок было:
Прочность – возможность выдерживать ударные нагрузки
Возможность загораться (гаснуть) при подаче на них сигнала
Возвращаться в нейтральное положение при нажатии
Легкость используемых материалов
Лучшим решением было использовать светодиодные кнопки от игровых (аркадных) автоматов.
Моей задачей было связать (синхронизировать) загорание кнопок с движением моторов и работой датчиков для определенных комбинаций. Если допустить возможность технически сложного решения по связи загорания кнопок тренажера с программой lego wedo 2.0, то можно задавать определенные комбинации через СмартХабы. Это возможно, так как у каждого Смартхаба есть светодиод, который может светиться десятью разными цветами, то есть возможно задать команду до тридцати разных кнопок. Распределив разные цвета Смартхабов за определенными кнопками и задав программой время свечения каждой кнопки, можно записывать рабочую комбинацию. Распределение кнопок для разных цветов выбрано по счету слева направо, сверху вниз. Кнопки с 1 по 10 будут загораться от команд СмартХаба №1 (красный цвет), с 11 по 20 от Смартхаба №2 (оранжевый цвет). М1, М2 и М3 – это моторы правой, левой руки и поворота корпуса соответственно.
Таким образом разнообразие комбинаций становится очень большим и позволяет отрабатывать их до автоматизма. При этом постоянно анализируя полученные результаты, не только по ощущениям, но и по данным, полученным на экране. Хотелось бы обратить также внимание на то, что данная программа способна выставлять время загорания светодиода СмартХаба (т.е. кнопок) до долей секунд, что позволяет отрабатывать высокоскоростные комбинации.
Считывание данных с датчика силы.
Различные виды датчиков силы позволяют выбрать такой, который способен показать воздействующее на него усилие в довольно короткий промежуток времени. Эти данные также могут быть переданы через различные беспроводные передатчики Blutooth или Wi-Fi. И с помощью самописных программ приняты на планшет или компьютер и отражены в виде точных показателей в определенный момент времени выполнения программой комбинации либо в виде кривой по времени
Считывание данных скорости и точности нажатия кнопок
Как уже описывалось выше с помощью программы можно выставлять время загорания светодиода (кнопки) до долей секунд. Если объединить все кнопки в единую сеть и через блок управления подавать сигнал о моменте нажатия на какую-нибудь из них в определенный момент времени, то на подобие поступающих данных с датчика силы, можно показать на кривой когда была нажата кнопка. В случае если кнопка нажата во время её загорания, сигнал поступит от блока в самописную программу и программа выведет на экран в виде показаний кривой в определенный момент времени. Если же кнопка была нажата после потухания или была нажата не та кнопка, то показание не поступит.
Выводы, результаты
Была проделана большая работа, получен большой объем информации, освоены компьютерные программы. Цель работы была достигнута. Был разработан проект тренажера, который бы мог помочь многим людям освоить нужные и полезные навыки бокса. При этом тренажер может использоваться разными людьми, от детей моего возраста, до пожилых людей или подготовленных спортсменов. Продумана безопасность использования тренажера в сравнении с реальными спаррингами, снижена до минимума вероятность получения травм. Универсальность тренажера позволяет задавать различные режимы тренировок и контролировать свой прогресс.
Список литературы (источников):
Национальные школы бокса: https://studopedia.ru/19_11669_natsionalnie-shkoli-boksa.html
Огруренков Е.И. "Современный бокс", Москва, «Книга по требованию", 1986 г.
Романенко М.И., "БОКС", Киев, изд. объединение "Вища школа", 1978 г.
Boxmaster: https://slingshot.fi/tuote/boxmaster/
Nexersys N3 Pro Personal Boxing Trainer: https://nexersys.com/product/n3-pro/
Liteboxer: https://liteboxer.com/products/liteboxer-floor-stand-new-year
Botboxer: https://botboxer.com/pro-boxing-simulator
Как работает силомер КИКТЕСТ http://kiktest.narod.ru/Document/docHow.htm
Силомер "BOXER" https://radiokot.ru/circuit/digital/game/55/
Трубный калькулятор http://ntz-holding.ru/raschety/trubnyj-kalkulyator.html#round
Вес трубы ПНД https://ingplast.ru/useful/ves-truby-pnd/
Определение силы удара http://www.v8mag.ru/section248/article6580.php
Lego WeDo v.2.0 Комплект учебных проектов https://education.lego.com/v3/assets/blt293eea581807678a/blteb267366ce34fc6b/5f880486f4f4cf0fa39d304d/teacherguide-ru-ru-v1.pdf
Набор для сборки аркадного автомата https://aliexpress.ru/item/4000004457937.html?algo_expid=f2c25b28-f3be-476f-8511-49017727303e-1&algo_pvid=f2c25b28-f3be-476f-8511-49017727303e&item_id=4000004457937&sku_id=10000000012138900&spm=a2g0o.search.0.0.130b2898HXGlk9