Разработка и использование аппаратно-программного комплекса контроля ударов боксера Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

- © С.В. Журавлев, З.М. Хусяйнов,

А.И. Гаракян, C.a Кубрин, 2015

УДК 621.3.084.2:796.012.68:378

С.В. Журавлев, З.М. Хусяйнов, А.И. Гаракян, C.С. Кубрин

РАЗРАБОТКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА КОНТРОЛЯ УДАРОВ БОКСЕРА

Рассмотрена автоматизация процесса подготовки спортсмена к соревнованиям в контактных вида спорта. Описан разработанный аппаратно-программный комплекс контроля ударов боксера. Представлены данные объективного контроля подготовки спортсменов. Выявлены наиболее значащие характеристики боксеров, по которым следует контролировать тренировочный процесс.

Ключевые слова: аппаратно-программный комплекс, контроль, тренировочный процесс, объективный контроль, удар, динамометр, бокс.

«Наука начинается там, где начинают измерять»

Дмитрий Иванович Менделеев

Одним из самых сложных, трудоемких и требующий громадных творческих усилий в педагогической работе тренера является процесс подготовки спортсмена к состязаниям. В без контактных видах спорта, например, в легкой атлетике - бег, ходьба, прыжки в высоту, длину, тройной прыжок, велосипедный спорт, гребля, метание молота, диска, копья, тяжелой атлетики, плавание, в зимних видах спорта - бег на лыжах, коньках, бобслей, санки, биатлон и так далее, подготовку и состояние спортсмена можно оценить по объективным измерениям времени прохождении дистанции (секунды), длины, высоты прыжка, броска спортивного снаряда (метры), веса поднятого снаряда (килограммы), попадания в цель и прочие характеристики, то в единоборствах, подготовка спортсмена оценивается в основном субъективно. При использовании различных видов упражнений, направленных на повышение технической, скоростной, общефизической, силовой, и других подготовках, тренерам оценить эффективность применяемых упражнений крайне сложно. На этих

этапах интенсивного тренировочного процесса чаще всего возникают ошибке в подготовке спортсмена к соревнованиям. Результаты таких ошибок определяют подготовку к соревнованием спортсмена, которое чаще всего описываются состоянием спортсмена, характеризующиеся выражениями: «не набрал должную форму», «не в той кондиции», «перетренирован» и пр. Для проверки уровня подготовки и состояния спортсмена в контактных видах спорта часто проводят тренировочные (учебные) бои, спарринги (англ. sparring - учебный). Чаще всего такие тренировочные бои проводятся в специальном предохраняющем снаряжении (бандаж, шлем, капы). Однако, тренировочные бои могут дать только некоторую качественную оценку состояния спортсмена. Объективные показатели, оценивающие подготовку боксера получить не удастся. Кроме этого, построение и ведения боя зависит не только от состояния спортсмена боксера, который готовится к соревнованиям, но и от состояния партнера-соперника (спарринг-партнера). Необходимость использовать

дополнительным комплект предохраняющего снаряжения сковывает обоих спортсменов. Следует учитывать риск получения травмы спортсменом в ходе подготовке к состязанием. Наиболее часто такие травмы происходят в ходе тренировочного боя. При этом, спарринг партнер подбирается таким образом, чтоб он походил по комплекции, пропорциям, телосложению, технике, тактике ведения боя и прочим характеристикам на конкретного соперника, к поединку с которым и готовится спортсмен. Но одинаковых людей нет на Земле и поэтому здесь существует проблема и вопросы, связанные с моделированием поведения предполагаемого соперника на ринге. Это тема отдельного исследования, которое в данной статье не рассматривается. При подготовке к турнирам в рамках чемпионатов города, страны, континента, мира, Универсиаде, Олимпийских игр, спортсмен должен выиграть не только один бой, но желательно все бои со всеми противниками. В этом случае на этапе тренировочного процесса невозможно подобрать для всех предполагаемых противников партнеров-соперников. В этом случае на первое место выходит подготовка спортсмена, владеющего всем арсеналом технико-тактических приемов, а также высокой скоростью, силой, выносливостью и т.д.

В боксе для поражения соперника используются удары, для нейтрализации атакующих действий соперника применяется защита. Атакующую эффективность боксера, помимо техники, точности, можно объективно оценить по энергии передаваемую им в единицу времени противнику. Отсюда следует, для того, чтобы энергия была больше, необходимо увеличивать

силу удара и уменьшать время удара («хлесткий» удар) первое условно определяет силовую подготовку спортсмена, второе - техническую. Объективно силу удара по реакции боксерской груши определить невозможно. Оценить силу удара можно только с помощью технических средств измерений силы - динамометра.

Для получения объективных оценок об атакующих параметрах боксера во время его подготовки к соревнованиям на различных этапах тренировочного процесса в ходе проведенных исследовательских работ был создан аппаратно-программный комплекс контроля ударов боксера (рис. 1) состоящий из компьютера (слева), крейт ЬТН-и-1 (в центре) и динамометрической платформы (справа).

Динамометрическая платформа является площадкой по которой спортсмен производит удар. Динамометрическая платформа конструктивно представляет собой корпус и площадку для нанесения удара (рис. 1, 2). Площадка прикрыта специальным, для предотвращения возникновения травм, не пружинистым материалом. Корпус жестко крепится на стене и может перемещаться по вертикали, в зависимости от роста боксера. Между собой корпус и площадка для нанесения ударов соеди-

Рис. 1. Аппаратно-программный комплекс контроля ударов боксера

Рис. 2. Обратная поверхность площадки для нанесения удара

Рис. 3. Упругое стальное кольцо: 1 - стальное упругое кольцо, 2 - тензометр

+ЕХС

-Е>:с

Рис. 4 120

няются с помощью упругих стальных колец (рис. 2, 3). Для обеспечения равномерного распределения усилия в динамометрической платформе установлено восемь таких колец. Для гашения удара, задняя часть корпуса оборудована войлочными прокладками (рис. 2). На внутреннюю и внешнюю части упругих стальных колец в области наибольшей их деформации при ударе по площадке наклеены тензометры, образующие полный тензометрических мост (рис. 3). Таким образом, комплект тензометров на одном кольце представляет собой четыре тензометрических моста, с учетом того, что упругих стальных колец восемь вся система измерения суммарной деформации стальных колец состоит из 32 тензометрических мостов, образующих один тензодат-чик. Питание тензометрических мостов осуществляется крейт ЬТН-и-1. Устройство крейт ЬТН-и-1, с модулем ЬТН212, является системой сбора данных производства ООО «Л Кард», предназначенная для построения измерительных систем ввода/вывода аналоговых и цифровых данных и позволяет производить оцифровку сигнала, возникающего при «разбалансировке» тензометрического моста и используется в задачах прецизионной тензометрии с различными схемами подключения до 8-ми тензодатчиков сопротивлением от 100 до 1000 Ом при проведении статических и динамических измерений.

Модуль ЬТН212, измеряет величину разбаланса полного моста (рис. 4), подключенного к 2-тому входу. Даже если применена полу- или четверть-мостовая схема подключения - все равно модуль ЬТН212 измеряет разбаланс полного моста, так или иначе дополненного до полного моста. На рис. 4 цепи +ЕХС, -ЕХС - цепи питания моста, остальные цепи - слаботоковые измерительные.

Рис. 5. Интерфейс программы ЬОтарЪ 2:

смотра данных, 3 - режим записи данных, 4 -

Измеряемая модулем ЬТН212 величина разбаланса моста Д определяется формулой:

Д = ■

и + - и-и+ - и ~

^ЯБРт ^ЯБРт

+ и

ЯБР

В числителе стоит разность напряжений выхода тензометрического моста А+ и А . В знаменателе - разность приложенных напряжений между точками питания моста ЯБР1К и ЯБР1К .

1+ 1_

Дополнительное слагаемое икЕР определяет значение номинального напряжения питания моста, равного 5,0 или 2,5 Вольт. Величина относительного разбаланса моста Д приведена к Вольтам путем умножения на «идеальное» значение номинального напряжения питания моста. Таким образом, показания разбаланса моста модулем ЬТН212 выражены в Вольтах. Диапазон компенсации начального разбаланса моста ограничен значением 1,5% от напряжения питания моста, что для разработанного аппаратно-программного комплекса контроля ударов боксера

1 - графическое окно сигнала, 2 - режим про-остановка записи данных

вполне достаточно. В схеме аппаратно-программного комплекса контроля атакующих характеристик боксера используется режим высокой точности работы модуля ЬТН212.

Для получения, записи и первичной обработки данных на компьютере использовались программное обеспечение в составе драйвера lcomp.exe, сервера ^эгэегуег и программы ЬвгарЬ 2, разработки ООО «Л Кард». Программа ЬвгарЬ 2 позволяет производить просмотр входных сигналов; в режиме реального времени, производить запись сигналов, опрос каналов может быть запущен вручную или синхронизирован с приходом сигнала на цифровые линии АЦП или с заданным событием. Это позволяет включать запись сигналов при возникновении разбаланса тензомоста, получаемого вследствие удара спортсменом по площадке динамометрической платформы аппаратно-программного комплекса контроля ударов боксер. Интерфейс программы ЬвгарЬ 2 представлен на рис. 5.

В ходе проведения тренировочного процесса по подготовки группы спортсменов из 12 боксеров различной степени подготовки (А. Папян, А. Акшалаков, Х. Хидрян, О. Назаров, Е. Бурчак, Э. Асыгалиев,

A. Кобыляцкий, О. Волков, С. Прокопенко, Г. Песков, Г. Юшкевичюс,

B. Ганин) были проведены замеры на аппаратно-программном комплексе контроля ударов боксеров. Регистрировалось выполнение трех упражнений спортсменом: нанесение серии ударов продолжительностью 5, 120 и 180 с (180 с - 3 мин составляет продолжительность раунда в боксе). По полученным данным определялась: суммарная сила ударов, число ударов, средняя сила ударов, самый сильный и самый слабый удар из всех упражнений. Кроме этого, регистрировались показатели общей физической подготовки, сенсомоторная реакция при ударах выполненных сильнейшей и слабейшей рукой, толчок штанги, толчок ядра сильнейшей и слабейшей рукой, подтягивания, отжимания, бег на 3000 м, прыжки с места, сжатие ручного динаммометра сильнейшей и слабейшей рукой. Тренировочный процесс представлял собой три вида подготовки: общефизическую, специально-физическую и специальную в указанной последовательности. Изменение характеристик спортсменов в ходе тренировочной подготовки представлены на рис. 6-27.

На графиках 6-27 и в таблице используются следующие сокращения: сумма Ртах 5 с - суммарная сила ударов, нанесенных спортсменами в течение 5 с; сумма Ртах 120 с - суммарная сила ударов, нанесенных спортсменами в течение 120 с; сумма Ртах 180 с - суммарная сила ударов, нанесенных спортсменами в течение 180 с; N удар 5 с - число ударов, нанесенных спортсменами в течение 5 с; N удар 120 с - число ударов, нанесен-

ных спортсменами в течение 120 с; N удар 180 с - число ударов, нанесенных спортсменами в течении 180 с; F сильн - максимальная сила удара,

max ^ 1 '

нанесенного спортсменом сильнейшей рукой; F слаб - максимальная сила

max

удара, нанесенного спортсменом слабейшей рукой; F 5 с - средняя сила удара, нанесенных спортсменами в течение 5 с; F 120 с - средняя сила удара, нанесенных спортсменами в течение 120 с; Fq 180 с - средняя сила удара, нанесенных спортсменами в течение 180 с; сенсомоторная реакция сильн - сенсомоторная реакция при ударе сильнейшей рукой; сенсомо-торная реакция слаб - сенсомоторная реакция при ударе слабейшей рукой; бег 3000 м - время бега на 3000 м; длина с места - длина прыжка спортсмена, выполненного с места; отжим - число отжиманий от пола выполненных спортсменом; подтягивание - число подтягиваний на перекладине выполненных спортсменом; толчок ядра слаб - результат толчка ядра спортсменом слабейшей рукой; толчок ядра сильн -результат толчка ядра спортсменом сильнейшей рукой; к/д сильн - сила сжатия динамометра спортсменом сильнейшей рукой; к/д слаб - сила сжатия динамометра спортсменом слабейшей рукой.

Определена взаимная зависимость измеряемых параметров, характеризующих состояние спортсменов. Взаимная корреляция измеряемых параметров представлены в таблице. На основе полученных данных произведена оценка влияния (корреляция) каждого измеряемого параметра на все остальные. Результат представлен в графическом виде коэффициентов влияния (корреляции) каждого измеряемого параметра на другие (рис. 28), соответственно в градации значений 0,7, 0, 8, 0,9 и 0,95. Из представленных данных видно, что суммарная сила ударов, средняя сила удара за 5 и 180 с,

Сенсомоторная реакция сильн Fmax сильн Сенсомоторная реакция слаб Fm сла<э N улар 5 с Сумма Fmx 5 с F 5 с N улар 180 с Сумма F 180 с F 18 (5 с

Сумма F 180 с -7 max 0,155 0,292 0,419 0,618 0,641 0,216 0,137 0,644 1,000 0,230

F сильн max 0,726 1,000 0,916 0,851 0,935 0,806 0,399 0,893 0,916 0,563

N удар 180 с 0,533 0,893 0,902 0,986 0,986 0,504 0,713 1,000 0,999 0,310

N удар 5 с 0,667 0,935 0,961 0,982 1,000 0,552 0,693 0,986 0,991 0,465

Сумма F 5 с - max 0,489 0,806 0,526 0,392 0,552 1,000 0,218 0,504 0,545 0,418

Сенсомоторная реакция сильн 1,000 0,726 0,843 0,585 0,667 0,489 0,378 0,533 0,562 0,970

Сенсомоторная реакция слаб 0,843 0,916 1,000 0,928 0,961 0,526 0,677 0,902 0,914 0,686

F слаб max 0,585 0,851 0,928 1,000 0,982 0,392 0,808 0,986 0,981 0,370

F 5с 0,378 0,399 0,677 0,808 0,693 0,218 1,000 0,713 0,684 0,207

F 180 с 0,970 0,563 0,686 0,370 0,465 0,418 0,207 0,310 0,343 1,000

Бег 3000 м 0,592 0,506 0,303 0,002 0,184 0,821 0,481 0,064 0,116 0,659

Длина с места 0,395 0,228 0,165 0,044 0,039 0,603 0,496 0,120 0,133 0,465

Отжим 0,256 0,504 0,680 0,880 0,775 0,059 0,951 0,831 0,802 0,039

Подтягивание 0,006 0,363 0,028 0,114 0,045 0,833 0,673 0,037 0,076 0,001

Толчек ядра слаб 0,186 0,188 0,213 0,268 0,123 0,713 0,769 0,113 0,079 0,160

Толчек ядра сильн 0,623 0,988 0,848 0,811 0,901 0,856 0,312 0,876 0,899 0,454

к/д сильн 0,405 0,267 0,146 0,485 0,412 0,097 0,372 0,558 0,529 0,615

к/д слаб 0,495 0,028 0,426 0,370 0,272 0,489 0,757 0,211 0,193 0,481

N удар 120 с 0,531 0,893 0,902 0,986 0,986 0,503 0,713 1,000 0,999 0,308

Сумма F 120 с - max 0,548 0,928 0,902 0,968 0,986 0,587 0,641 0,995 0,998 0,330

F 180 с CD. 0,938 0,461 0,691 0,421 0,464 0,171 0,420 0,321 0,341 0,956

Бег 3000 м Длина с места Отжим Подтягивание Толчек ядра слаб Толчек ядра сильн к/д сильн к/д слаб N удар 120 с Сумма 12Тс F 180 с

Сумма F 180 с J max 0,091 0,183 0,212 0,110 0,055 0,077 0,199 0,093 0,644 0,969 0,232

F сильн max 0,506 0,228 0,504 0,363 0,188 0,988 0,267 0,028 0,893 0,928 0,461

ЛГудар 180 с 0,064 0,120 0,831 0,037 0,113 0,876 0,558 0,211 1,000 0,995 0,321

N удар 5 с 0,184 0,039 0,775 0,045 0,123 0,901 0,412 0,272 0,986 0,986 0,464

Сумма F 5 с max 0,821 0,603 0,059 0,833 0,713 0,856 0,097 0,489 0,503 0,587 0,171

Сенсомоторная реакция сильн 0,592 0,395 0,256 0,006 0,186 0,623 0,405 0,495 0,531 0,548 0,938

Сенсомоторная реакция слаб 0,303 0,165 0,680 0,028 0,213 0,848 0,146 0,426 0,902 0,902 0,691

F слаб max 0,002 0,044 0,880 0,114 0,268 0,811 0,485 0,370 0,986 0,968 0,421

F 5с 0,481 0,496 0,951 0,673 0,769 0,312 0,372 0,757 0,713 0,641 0,420

F 180 с 0,659 0,465 0,039 0,001 0,160 0,454 0,615 0,481 0,308 0,330 0,956

Бег 3000 м 1,000 0,273 0,475 0,730 0,630 0,511 0,482 0,338 0,063 0,151 0,412

Длина с места 0,273 1,000 0,205 0,852 0,884 0,375 0,549 0,941 0,120 0,189 0,682

Отжим 0,475 0,205 1,000 0,472 0,562 0,460 0,626 0,518 0,831 0,772 0,207

Подтягивание 0,730 0,852 0,472 1,000 0,982 0,472 0,086 0,872 0,037 0,134 0,291

Толчек ядра слаб 0,630 0,884 0,562 0,982 1,000 0,311 0,099 0,943 0,113 0,019 0,442

Толчек ядра сильн 0,511 0,375 0,460 0,472 0,311 1,000 0,353 0,117 0,876 0,919 0,325

к/д сильн 0,482 0,549 0,626 0,086 0,099 0,353 1,000 0,291 0,559 0,541 0,583

к/д слаб 0,338 0,941 0,518 0,872 0,943 0,117 0,291 1,000 0,211 0,135 0,716

N удар 120 с 0,063 0,120 0,831 0,037 0,113 0,876 0,559 0,211 1,000 0,995 0,319

Сумма F 120 с max 0,151 0,189 0,772 0,134 0,019 0,919 0,541 0,135 0,995 1,000 0,311

F 180 с CD. 0,412 0,682 0,207 0,291 0,442 0,325 0,583 0,716 0,319 0,311 1,000

Сенсомоторная реакция _сильн _

Ртах сильн

Рис. 6

Ртах слаб

Рис.

8 а

4

Рис. 9

Рис. 10

f ср.беек

N удар 180 сек

■15 Рис.

-4 -е -а

Рис.

2

□

-2 -4

-е

•в

Рис.

40 20 0 -20 -40 -60 -60

Рис.

2 1 0 -1

12

Рис. 13

Р ср 180 сек

Бег 100 м

15

Длина с места

м

гц

0 -0,1 -0,2 -0,3 -0.4 -0.5

Рис.

4

3 2

1 О -1 -2

16

Отжим

18

Рис. 19

Толчек ядра слаб

Топче к ядра сильн

21

Ю

5 □

-5 -10 Рис.

¿1 \

22

К/д слаб

N удар 120 сек

/ 100 50 0

/

/

Рис. 24

Рис.

2 3 25

Сенсомоторная реакция слаб

2 7 3 N уда л э 5 сек 5

/

Рис. 8

800 еоо 400

Сумма Г глах 5 сек

/ \

/ /

/ \

Рис. 11

Сумма Р тах 180 сек

/

2 3 4 5 Рис. 14

Бег 3000 м

Рис. 17

А

Подтягивание

ч

ч

\

Рис. 20

к^д сильн

Рис. 23

Сумма Р гпах 1Э0 сек

Рис. 26

Рис. 27

Рис. 28: 1 - 0,95; 2 - 0,9; 3 - 0,8; 4 - 0,7

бег на 3000 м, сила сжатия динамометра спортсменом сильнейшей рукой слабо коррелируются с другими параметрами. Связь с измеряемыми параметрами выявлена у характеристик: максимальная сила удара сильнейшей и слабейшей рукой, количество ударов за 5, 120 и 180 с, сенсомоторная

реакция при ударе слабейшей рукой, и суммарная сила ударов за 120 с. Наибольшая влияние (осредненный коэффициент корреляции более 0,95) оказывают: максимальная сила удара сильнейшей рукой, количество ударов за 5, 120 и 180 с и суммарная сила ударов за 120 с.

Таким образом, разработанный аппаратно-программный комплекс контроля ударов боксера позволяет получать объективные оценки атакующей способности спортсмена (число ударов в единицу времени, силу каждого удара) в процессе подготовки его к состязаниям на любом этапе тренировочного процесса, что дает возможность вовремя корректировать тренировочный процесс и исключить ошибки и явные

просчеты в организации подготовки боксеров. Появляется возможность составления индивидуальных программ подготовки. Наиболее информативными характеристиками боксера, которые необходимо учитывать и которые оказывают влияния на другие характеристики спортсмена являются: максимальная сила удара сильнейшей рукой, количество ударов за 5, 120 и 180 с, и суммарная сила ударов за 120 с.

_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Крейтовая система LTR. Руководство 2. LGraph2. Руководство пользователя. пользователя. http://www.lcard.ru/download/ http://www.lcard.ru/download/lgraph2_help. ltr.pdf pdf iirei

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_

Журавлев Сергей Владимирович - старший преподаватель,

Хусяйнов Зуфер Мустафович - кандидат педагогических наук, профессор, зав. кафедрой, e-mail: zufer52@mail.ru,

Гаракян Ашот Иванович - кандидат педагогических наук, профессор, НИТУ «МИСиС»;

Кубрин Cергей Сергеевич - доктор технических наук, профессор, зав. лабораторией, e-mail: s_kubrin@mail.ru,

Институт проблем комплексного освоения недр РАН.

UDC 621.3.084.2:796.012.68:378

THE DEVELOPMENT AND USE OF HARDWARE AND SOFTWARE CONTROL BOXER PUNCHES

Zhuravlev S.V.1, Senior Lecturer,

Khusyainov Z.M.1, Candidate of Pedagogical Sciences, Professor, Head of Chair, e-mail: zufer52@mail.ru, Garakyan A.I.1, Candidate of Pedagogical Sciences, Professor,

Kubrin C.S., Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Laboratory, e-mail: s_kubrin@mail.ru, Institute of Problems of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources of Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia,

1 National University of Science and Technology «MISiS», 119049, Moscow, Russia.

The article automate the process of training an athlete to compete in the contact sport. Describes the developed hardware-software system control strikes boxer. The data of objective monitoring of training athletes. Revealed the most significant characteristics of boxers by which to monitor the training process.

Key words: hardware and software package, control, training process, objective control, stroke, dynamometer, boxing.

REFERENCES

1. Kreitovaya sistema LTR. Rukovodstvo pol'zovatelya (LTR crate system. User's manual), http://www. lcard.ru/download/ltr. pdf

2. LGraph2. Rukovodstvo pol'zovatelya (LGraph2. User's manual), http://www.lcard.ru/download/ lgraph2_help.pdf