Использование специализированных систем для анализа техники академической гребли

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ, СПОРТА и ЗДОРОВЬЯ имени П. Ф. ЛЕСГАФТА, САНКТ-ПЕТЕРБУРГ»

Кафедра биомеханики

Реферат

Дисциплина: Информационные технологии в науке и образовании

Тема: Использование специализированных систем для анализа техники академической гребли

Герасимова Дарья Яковлевна

Введение

Олимпийские игры. Пожалуй, одно из самых грандиозных спортивных событий на планете. Все тщательно продумывается. Выбирается место проведения, строятся спортивные объекты, разрабатывается программа проведения мероприятия, продумывается все до мельчайших деталей. Для спортсменов и тренеров это главный старт четырехгодичного цикла подготовки. Все тренировки, все нагрузки все микро, мезо и макроциклы строятся под самый главный старт в жизни каждого спортсмена.

Но ведь современный спорт - это очень сложная система, затрагивающая помимо спортсменов, тренеров и организаторов спортивных мероприятий еще огромное множество специалистов. Сейчас спорт - это не только состязание спортсменов в скорости, силе, выносливости, а еще и «состязание» различных служб, например, медицинских, технических и конечно же научных, и чем лучше они сработают на каждом этапе подготовки спортсменов, тем выше будет результат спортивной сборной страны.

Если затрагивать сферу науки, непосредственно сопряжённую со спортом, то наука за последние 15-20 лет сделала огромный скачек вперед как минимум в разработке совершенно новых облегченных композитных материалов для спортивного инвентаря, что, например, в академической гребле значительно уменьшает скорость прохождения дистанции, а, следовательно, позволяет показывать более высокие спортивные результаты.

Но помимо разработки новых материалов с помощью компьютерных технологий было разработано и разрабатывается до сих пор огромное множество программ, помогающих провести глубокий анализ действий спортсменов, которые не представляется возможным оценить методом педагогических наблюдений.

1. Применение систем анализа техники в академической гребле

Академическая гребля - королевский вид спорта. Большинство рекламных роликов гласит: «Во время академической гребли задействованы 90% всех мышц тела человека, а если во время гребли улыбаться, то все 95%». И если последняя часть данного выражения шутка, то первая половина чистая правда. Академическая гребля - циклический вид спорта. Выделяют три компоненты эффективности техники гребли:Клешнев В. Мифы и реалии биомеханики гребли// Biorowbiomechanicsofrowing. URL: http://biorow.com/Ru_Papers_files/2003%20Myths%20ru.pdf (дата обращения 17.04.2019)

Внутренняя или мускульная эффективность (является отношение механической энергии приложенной к рукоятке весла и подножке к потребленной метаболической энергии)

Пропульсивная эффективность весла

КПД = Епродв/(Епродв + Мвспл)

где КПД - пропульсивная эффективность весла, Епродв - мощность, затрачиваемая на продвижение системы лодка-гребец, Мвспл - мощность, расходуемая на всплывание весла)

Колебание скорости лодки во время цикла гребка.

В. Клешнев утверждает, что 93% потерь мощности приходятся именно на внутреннюю работу гребца (КПД гребца).

КПДгребца = Емех/Ебиохимич

Заметим, что в КПДгреб имеются значительные биомеханические компоненты, такие как:Клешнев В. Мифы и реалии биомеханики гребли… (дата обращения 17.04.2019)

Характер включения различных мышечных групп. Крупные мышцы имеют более высокий КПД, чем мелкие.

Согласованность действий различных мышц. Напряжение мышц антагонистов противодействует рабочим мышцам и приводит к бесполезной трате энергии. Сюда же относится характер работы дву-суставных мышц. Например, мышцы задней поверхности бедра при сокращении сгибают колено и разгибают таз. Поэтому раннее «открытие» туловища на проводке может тормозить работу ног, противодействую работе мышц передней поверхности бедра.

Характер работы мышц. Единовременная активация мышцы более эффективна, чем две полу-активации.

Количество энергии, которое затрачивается на вспомогательные движения, такие, как вертикальные движения весла в захвате и конце проводки, поддержание позы и т.п.

Поэтому очень важно научить начинающего спортсмена правильной техники гребли, чтобы минимизировать потери на выполнение механической работы.

Но важно не только заложить правильную основу движений на начальном уровне, но и на более высоких постоянно совершенствовать технику. Только если ошибки юных гребцов явно заметны, то рассмотреть проблемные компоненты у профессиональных спортсменов не вооруженным взглядом достаточно сложно, а в некоторых случаях и вовсе не представляется возможным.

И именно с целью выявления самых мельчайших с точки зрения визуального наблюдения, но приводящих к значительному снижению эффективности гребли ошибок и создаётся различное оборудование, направленное на сбор, передачу и преобразование информации, поступающей с различных комплектующих лодки (вертлюга, весла, подножки) и даже со специализированных гребных тренажёров.

2. Биомеханическая система для гребного эргометра

«Биомеханическая система для гребного эргометра» была разработана компанией BioRowLtd. Система измеряет следующие переменные:Клешнев В. Новая биомеханичекая система для эргометра // Новости биомеханики гребли: электр. науч. журнал. 2017. №194. URL: http://www.biorow.su/index.php?route=newsblog/article&newsblog_path=2&newsblog_article_id=40 (дата обращения 17.04.2019)

Перемещения рукоятки, банки и плеч гребца измеряются струнными датчиками положения (рисунок 1,a);

Усилие на рукоятке, также измеряются 3D ускорения и 3D вращения рукоятки (рисунок 1,б);

Раздельно измеряются четыре усилия на подножке (Носки-Пятки/Правое-Левое) в направлении, перпендикулярном плоскости подножки (рисунок 1,с).

3. Интерпретация графиков, построенных системой

На верхнем графике по оси ординат отложена сила усилия, регистрируемая на рукоятке, подножке, носках и пятках спортсмена. По оси ординат время в секундах. Так же на графике обозначены момент захвата имомент окончания гребка. По данному графику можно определить изменение величины прикладываемых усилий во времени.Клешнев В. Новая биомеханичекая система для эргометра … (дата обращения 17.04.2019)

Данные записываются и передаются на персональный компьютер, где в специализированной программе обрабатываются и представляются пользователю в виде графиков, представленных на рисунке 2.

На втором графике по оси ординат отложена скорость (в метрах в секунду) движения исследуемых элементов, по оси абсцисс время в секундах. Данный график отображает изменение скорости движения рукоятки, ног, туловища, руку во время цикла гребка.Клешнев В. Новая биомеханичекая система для эргометра … (дата обращения 17.04.2019)

Рассмотренные графики отображают данные техники гребли одного из многократных чемпионов и призеров национальных регат. Прямые расположенные во временном промежутке от 0 с до 0,72 с (до вертикальной прямой обозначающей момент захвата) отображают распределение усилий и изменение скорости во время подготовки. Из графика понятно, что усилия на подножке растет за счет роста силы на носках спортсмена, что связано с переносом веса на подножку. Сила на пятках и рукоятке остается примерно одинаковой на всем протяжении подготовки. Усилия на пятках начинают медленно расти после захвата, затем рост ускоряется, но усилие носков и общее усилена подножке начинают снижаться в то же время. Интересно, что сила на пятках становится выше силы на носках в то же время, когда общая сила на подножке становится ниже силы на рукоятке. Вскоре после этого момента сила на носках становится отрицательной (гребец начинает тянуть за ремни), а сила на пятках достигает максимума в это же время.Клешнев В. Новая биомеханичекая система для эргометра … (дата обращения 17.04.2019) Из данного описание распределения усилий в цикле гребка можно сделать вывод, что грубых ошибок в технике гребли данного спортсмена нет. Все усилия распределяются верно и в нужный промежуток времени.

Рисунок 1 - Внешний вид «Биомеханической системы для гребного эргометра»

Рисунок 2 - График получаемый после преобразования информации с системы на ПК

Распределение усилий во время цикла гребка автор описывает вполне подробно и понятно, но также хочется провести анализ изменения скорости движения фиксируемых элементов во время цикла гребка. В момент начала подготовки (после конца гребка и до момента захвата) скорость движения рук отрицательная, но потом становится равна нулю, так как спортсмен выводит руки против движения лодки, когда руки полностью выпрямляются их скорость, становится равна нулю. Туловище спортсмена так же после конца гребка приобретает отрицательную скорость, которая к моменту захвата так же постепенно увеличивается и становится равной нулю. Интересно посмотреть на скорость движения ног и рукоятки. В момент, когда скорость движения рук сравнялась с нулём скорость движения рукоятки в идеале должна обеспечиваться исключительно скоростью движения ног, т.е. прямые должны стать параллельными, а скорость движения рукоятки и скорость движения ног должны приобрести положительное значение в одной и той-же временной точке. Но на графике мы видим, что скорость ног становится положительной раньше скорости рукоятки. Учитывая, что данная система считывает информацию с гребного эргометра, то в данном случае такое расхождение обозначает ошибку, называемую «прострел банкой», когда движение ног не передается через руки и спину на рукоятку. Это разница составляет всего доли секунды и без данной программы мы бы не смогли разглядеть эту ошибку. Но учитывая очень маленькую разницу во времени нельзя исключительно по рисунку из статьи утверждать, что это именно ошибка, а не погрешность системы.

После момента захвата интерес представляет прямая кривая скорости рук. Сразу после момента захвата скорость рук принимает положительное значение, хотя в идеале в момент отталкивания от подножки и примерно до середины гребка скорость движения рук должна быть равна нулю, это связано с тем, что до середины проводки основной движущей силой системы лодка-спортсмен являются ноги гребца, руки и спина играют роль связующих элементов и передают скорость разгибания ног рукоятке. Исходя из графика можно сделать вывод, что в техники гребли спортсмена присутствует довольна распространённая ошибка «Прихватывание на руки», когда первая половина проводки происходит не на прямых руках. Дальнейшее распределение скорости не представляет большого интереса с точки зрения обнаружения ошибок и является верной.

Выше нами была рассмотрена система, позволяющая проанализировать технику академической гребли на гребном эргометре. Далее нами будет рассмотрена система, позволяющая оценить технику гребли в лодке.

4. Телеметрическая система для биомеханических измерений и анализа техники в академической гребле

мускульный весло биомеханический

Система (рисунок 3) представляет собой комплекс, состоящий из датчиков, устанавливающихся на баночке (рисунок 4) и на вертлюге (рисунок 5), электронного накопителя, портативного компьютера и программного обеспечения.Biorow biomechanics of rowing : [сайт]. URL: http://biorow.com/products/biorow%20instumentation/biorow_glance Система создана на основе многолетнего опыта и самых современных разработок в области электроники и инженерии, сделанных в России, Австралии и Англии. Система - универсальный и многофункциональный инструмент. Она может работать как в гребном бассейне, так и любом классе лодок от одиночки до восьмерки. Внешний вид системы представлен на рисунке 6.Клешнев В. Телеметрическая система для биомеханических измерений и анализа техники в академической гребле [Электронный ресурс] // Biorowbiomechanicsofrowing. URL: http://www.biorow.com/RBN_ru_P&S_files/RowBot%20Ru.pdf (дата обращения 17.04.2019)

Рисунок 3 - Составные части системы

Рисунок 4 - Датчик на баночке

Система состоит из следующих основных компонентов:

Двух-координатный (2D) датчик угла поворота весла измеряет пространственные параметры работы весла в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Это позволяет определить траекторию движения лопасти относительно уровня воды, «промашку» в захвате и сплывание весла в конце проводки;

Рисунок 5 - Датчик на вертлюге

Рисунок 6 - Внешний вид системы

Датчик усилия измеряет приложения силы к рукоятке весла и позволяет определить силовые и мощностные параметры работы гребца. Датчик универсален (работает как на парном, так и распашном весле), имеет уникальную систему калибровки, которая обеспечивает высокую точность измерений.

Датчики перемещения банки и туловища спортсмена позволяют определить вклад основных сегментов тела (ног, туловища и рук), что дает возможность определить стиль и эффективно совершенствовать технику гребли.

Датчики скорости и ускорения лодки позволяют определить результирующие параметры движения системы гребец-лодка.

Система Визуальной Обратной Связи (Виртуальные Очки) позволяет спортсмену видеть в реальном времени биомеханические параметры своей техники и сравнивать ее с заданными моделями.

В данной системе полученные данные так же, как и в предыдущей отражаются в виде графиков. Но данная система больше адаптирована под спортсмена. Сигнал с датчиков может считывать не только специализированной программой, установленной на пк, но и специальным устройством, которое можно разместить в лодке, что бы спортсмен видел кривые построенные программой. Особенность санной системы заключается в том, что она не только отображает кривую гребка спортсмена, но и показывает модельную кривую. Далее чуть ближе рассмотрим и интерпретируем два наиболее интересных для нас графика, нарисованные системой.

Интерпретация графика распределения усилия.

Кривая усилия традиционно рассматривается, как одна из самых важных индикаторов техники гребли. Обе оси X и Y представляют процентное отношение к максимальным усилиям и длине гребка (общий угол весла) для данного гребца, а не абсолютные величины. Это позволяет сравнивать с моделью лишь форму кривой усилия, а не величины прикладываемых усилий(рисунок 7). Клешнев В. Интерпретация кривой усилия // Новости биомеханики гребли: электр. науч. журнал. 2018. №204. URL: http://www.biorow.su/index.php?route=newsblog/article&newsblog_path=6&newsblog_article_id=50 (дата обращения 17.04.2019)

Усилия начинают нарастать еще на подготовке (1), под действием силы инерции, когда весло замедляется перед захватом. В идеале, усилия стабильно увеличиваются перед и после захвата (синяя модельная кривая). Петля в кривой усилия при захвате (2) означает то, что усилия снижаются сразу после захвата, т.е. лопасть создает некоторую отрицательную тормозящую силу, которая вычитается из силы инерции и снижаетизмеренные усилия на рукоятке. Визуально, это сопровождается задним всплеском, а причина - неточная работа лопасти, когда вход в воду опережает ее ускорение на корму.Клешнев В. Интерпретация кривой … (дата обращения 17.04.2019)

Рисунок 7 - График усилия отображаемый системой

Если лопасть хорошо врабатывается в воду, и быстрая работа ног используется для активного ускорения массы гребца, усилия быстро возрастают (3).Клешнев В. Интерпретация кривой … (дата обращения 17.04.2019)

После «переходной точки» примерно после 20% длины гребка (4), темп нарастания усилий снижается, поскольку фокус смещается на подножку, когда пятки опускаются на нее и гребец начинает разгибание в тазобедренных суставах, при этом пик усилий достигается примерно при 35% длины гребка. Однако, гребцы со слишком ранним включением туловищачасто имеют более ранний пик с последующим провалом в кривой усилий (5), когда они слишком поздно пытаются ускорить ноги. Эту ошибку можно назвать «разрыв» между ногами и туловищем, который разбивает проводку на две части и ее можно видеть визуально, наблюдая ритм проводки.Клешнев В. Интерпретация кривой … (дата обращения 17.04.2019)

Во второй половине проводки, усилия поддерживаются хорошо (6) при условии динамичного разгибания тазобедренного сустава, и вовремя включенными в работу ягодичными мышцами, и мышцами задней поверхности бедра. Если разгибание туловища уже потеряно в начале проводки (когда усилия невелики), это затрудняет поддержание усилий во второй половине. Часто, такие гребцы вынуждены раньше сгибать руки, до пересечения веслом перпендикуляра к оси лодки, что делает разгибание в тазобедренных суставах еще медленнее и менее продуктивным.Клешнев В. Интерпретация кривой … (дата обращения 17.04.2019)

В конце проводки, продвигающая сила на лопасти поддерживается лучше, если гребец упирается в подножку как можно дольше, а затем резко обрывает усилие на подножке и возвращает туловище быстрым «ударом» локтями в направлении носа лодки. При этом, туловище остается динамичным («как поршень в цилиндре»). Если туловище останавливается слишком рано и лишь руки работают в конце, это обычно снижает продвигающую силу на лопасти до нуля, и даже может создавать тормозящую силу.Клешнев В. Интерпретация кривой … (дата обращения 17.04.2019)

Интерпретация графика траектории движения лопасти.

Работа лопасти весла является важным критерием оценки мастерства гребца. Так же, как и с кривой усилия реально измеренная кривая работы лопасти накладывается на модельную кривую (рисунок 8). Эти кривые можно интерпретировать, как траекторию движения центра лопасти относительно воды: ось Х представляет горизонтальный угол весла (в % от длины гребка), а ось Y - его вертикальный угол в градусах, где ноль - положение центра лопасти на уровне воды, т.е. когда лопасть наполовину погружена. Полное погружение лопасти происходит при -3є вертикального угла, который был выбран в качестве критерия для расчета промашки и всплывания.Клешнев В. Интерпретация профиля работы лопасти // Новости биомеханики гребли: электр. науч. журнал. 2018. №205. URL: http://www.biorow.su/index.php?route=newsblog/article&newsblog_path=6&newsblog_article_id=51 (дата обращения 17.04.2019)

Рисунок 8 - График работы лопасти весла

На подготовке, вертикальный угол положительный, т.е., центр лопасти находится выше уровня воды (1). В идеале, раскрытая лопасть двигается горизонтально примерно на уровне +3є. Перед захватом, лопасть обычно поднимается до 4-5є, чтобы создать запас для накрытия, не касаясь нижним краем воды.Клешнев В. Интерпретация профиля работы лопасти… (дата обращения 17.04.2019) По графику видно, что кривая измерения поднимается значительно выше модельной кривой, это означает, что спортсмен перед захватом очень сильно задирает лопасть весла (опускает рукоятку низко к подножке), что не позволяет выполнить быстрый эффективный захват.

После захвата, лопасть следует быстро погрузить в воду, а промашка (4) показывает горизонтальное перемещение весла от захвата (где оно меняет направление движения) до точки, где лопасть полностью погружается (вертикальный угол становится ниже -3є). Модели составляют 6є в парной гребле и 9є - в распашной.Клешнев В. Интерпретация профиля работы лопасти… (дата обращения 17.04.2019)

По модельной кривой мы понимаем, что данные снимались со спортсменов парников. Так же видно, что кривая измерений уходит сильно ниже модельной, это означает, что спортсмен погружает лопасть весла в воду больше, чем это необходимо. Так же очевидно, что траектория движение лопасти весла испытуемого спортсмена в воде напоминает вогнутую параболу, хотя наиболее правильным является движение, более приближенное к прямой. Визуально данное ошибка может выглядеть, как задирание вальков во время проводки.

В конце проводки, лопасть должна оставаться в воде для поддержания, ее продвигающего КПД, а затем - быстро извлечена.Клешнев В. Интерпретация профиля работы лопасти… (дата обращения 17.04.2019)Слишком резкий угол всплывания весла может обозначать «стягивание» рукоятки (слишком низкое ведение рукоятки в конце проводки).

Заключение

В данной работе было рассмотрено две системы, позволяющие тренерам и спортсменам проанализировать технику греблю, сделать выводы относительно ошибок в технике и постараться исправить их.

Данные системы определенно можно признать наиболее эффективными в выявлении мельчайших ошибок в технике гребли. Их использование на уровне спортивных сборных команд позволит улучшить результаты выступления национальной сборной на международных соревнованиях.

Вид представляемой программой информации является доступным для анализа. Его просто хранить и постоянно работая с данной системой можно отследить динамику исправления ошибок в технике академической гребли, выявить эффективность упражнений направленных на исправление конкретных ошибок.

Литература

1. Клешнев В. Интерпретация кривой усилия [Электронный ресурс] // Новости биомеханики гребли: электр. науч. журнал. 2018. №204.URL: http://www.biorow.su/index.php?route=newsblog/article&newsblog_path=6&newsblog_article_id=50 (дата обращения 17.04.2019)

2. Клешнев В. Интерпретация профиля работы лопасти [Электронный ресурс] // Новости биомеханики гребли: электр. науч. журнал. 2018. №205.URL: http://www.biorow.su/index.php?route=newsblog/article&newsblog_path=6&newsblog_article_id=51 (дата обращения 17.04.2019)

3. Клешнев В. Мифы и реалии биомеханики гребли [Электронный ресурс] // Biorow biomechanics of rowing. URL:http://biorow.com/Ru_Papers_files/2003%20Myths%20ru.pdf (дата обращения 17.04.2019)

4. Клешнев В. Новая биомеханичекая система для эргометра [Электронный ресурс] // Новости биомеханики гребли: электр. науч. журнал. 2017. №194. URL: http://www.biorow.su/index.php?route=newsblog/article&newsblog_path=2&newsblog_article_id=40 (дата обращения 17.04.2019)

5. Клешнев В. Телеметрическая система для биомеханических измерений и анализа техники в академической гребле[Электронный ресурс] // Biorow biomechanics of rowing. URL: http://www.biorow.com/RBN_ru_P&S_files/RowBot%20Ru.pdf (дата обращения 17.04.2019)

6. Biorow biomechanics of rowing: [сайт]. URL: http://biorow.com/products/biorow%20instumentation/biorow_glance

Размещено на Allbest.ru