DE102019102085A1

DE102019102085A1 - Device, insole and method for detecting and correcting incorrect walking behavior

Info

Publication number: DE102019102085A1
Application number: DE102019102085.9A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2020-07-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion und Korrektur fehlerhaften Gehverhaltens, die ausgebildet ist, die Haltung und Bewegung der Oberschenkelinnenrotation und/oder den Kniewinkel und/oder der Stärke des Fersenauftrittes beim Gehen oder Laufen und/oder des Einbruchs des Längsgewölbes am Fuß beim Gehen oder Laufen mittels Sensoren zu ermitteln, über einen Computer auszuwerten und mittels Aktoren eine taktile Rückmeldung zu erzeugen.Weiterhin betrifft die Erfindung eine dazugehörige Einlegesohle für einen Schuh und ein Verfahren zur Detektion und Korrektur fehlerhaften Gehverhaltens.The invention relates to a device for detecting and correcting incorrect walking behavior, which is designed to hold and move the inner thigh rotation and / or the knee angle and / or the strength of the heel strike when walking or running and / or the collapse of the longitudinal arch on the foot when walking or To determine running using sensors, evaluate it using a computer and generate tactile feedback using actuators. The invention further relates to an associated insole for a shoe and a method for detecting and correcting incorrect walking behavior.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, eine Einlegesohle und ein Verfahren zur Detektion und Korrektur fehlerhaften Gehverhaltens nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a device, an insole and a method for the detection and correction of incorrect walking behavior according to the preamble of claim 1.

Aufgrund von typischen Zivilisationskrankheiten resultierend aus zu wenig Bewegung und das Tragen unpassendem und allgemein zu festem Schuhwerk ergibt sich ein Fehlverhalten im Bewegungsablauf, der zu verfrühtem Verschleiß durch einseitige/fehlerhafte Abnutzung des Knorpels im Kniegelenk, Schmerzen im Knie und Begünstigungen zu Unfällen (z.B. Patellaluxationen, Meniskusschäden) führen kann.Due to typical diseases of civilization resulting from too little movement and wearing unsuitable and generally too sturdy footwear, there is a misconduct in the movement sequence, which leads to premature wear due to one-sided / incorrect wear of the cartilage in the knee joint, pain in the knee and favor accidents (e.g. patellar luxations, Damage to the meniscus).

In der DE 102013202878 A1 wird eine Vorrichtung zur Detektion fehlerhaften Gehverhaltens offenbart, bei der in einer Fußsohle Druck- und Dehnungssensoren angeordnet sind, mit der das Abrollverhalten von der Ferse zu den Fußballen bestimmt werden kann. Mittels einer integrierten Auswerteeinrichtung kann bei einem fehlerhaften Abrollverhalten ein Warnsignal ausgegeben werden.In the DE 102013202878 A1 discloses a device for the detection of faulty walking behavior, in which pressure and strain sensors are arranged in a sole of the foot, with which the rolling behavior from the heel to the ball of the foot can be determined. A warning signal can be output by means of an integrated evaluation device in the event of a faulty rolling behavior.

Nachteilig ist, dass diese Vorrichtung nicht ausgebildet ist, das gesamte Gehverhalten vom Fuß bis zum Oberschenkel zu erfassen, da aus einem falschen Gehverhalten (Plattfuß, Senkfuß) auch Schmerzen und erhöhter Verschleiß an den Fuß- und Kniegelenken resultieren.The disadvantage is that this device is not designed to record the entire walking behavior from the foot to the thigh, since incorrect walking behavior (flat foot, flat foot) also results in pain and increased wear on the foot and knee joints.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Vorrichtung, eine Einlegesohle und ein zugehöriges Verfahren zu schaffen, mit dem das gesamte Gehverhalten vom Fuß bis zum Oberschenkel bestimmbar und korrigierbar ist.It is an object of the invention to provide an improved device, an insole and an associated method with which the entire walking behavior from the foot to the thigh can be determined and corrected.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch die Lehre nach Anspruch 1, 13 und 14; weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.The invention solves this problem by the teaching of claim 1, 13 and 14; Further advantageous design features of the invention are characterized by the subclaims.

Gemäß der technischen Lehre nach Anspruch 1 ist die Vorrichtung zur Detektion und Korrektur fehlerhaften Gehverhaltens ausgebildet, die Haltung und Bewegung der Oberschenkelinnenrotation, und/oder den Kniewinkel, und/oder die Stärke des Fersenauftrittes beim Gehen oder Laufen, und/oder den Einbruch des Längsgewölbes am Fuß beim Gehen oder Laufen mittels Sensoren zu ermittelt, über einen Computer auszuwerten und mittels Aktoren eine taktile Rückmeldung zu erzeugen.According to the technical teaching according to claim 1, the device for detecting and correcting incorrect walking behavior is designed, the posture and movement of the inner thigh rotation, and / or the knee angle, and / or the strength of the heel strike when walking or running, and / or the collapse of the longitudinal arch to be determined on the foot when walking or running using sensors, evaluated using a computer and generating tactile feedback using actuators.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein Biofeedbacksystem realisiert, mit dem eine Bestimmung und Auswertung der Haltung und Bewegung der Oberschenkelinnenrotation, des Kniewinkels (Varus/Valgus), und/oder der Stärke des Fersenauftrittes beim Gehen oder Laufen, und/oder des Einbruchs des Längsgewölbes am Fuß beim Gehen oder Laufen erfolgt. Dabei ist die Vorrichtung ausgebildet, die Oberschenkelrotation, den Kniewinkel, den Fersenauftritt und den Einbruch des Längsgewölbes sowohl jeweils einzeln zu bestimmen, auszuwerten und eine taktile Rückmeldung mittels mindestens einem Aktor zu geben. Der oder die Aktoren können beispielsweise als kleine Motoren ausgebildet sein, die eine Vibration oder einen Druck oder einen anderen Reiz erzeugen.With the device according to the invention, a biofeedback system is implemented with which a determination and evaluation of the posture and movement of the inner thigh rotation, the knee angle (varus / valgus), and / or the strength of the heel appearance when walking or running, and / or the collapse of the longitudinal arch on Foot when walking or running. The device is designed to individually determine and evaluate the thigh rotation, the knee angle, the heel strike and the collapse of the longitudinal arch and to provide tactile feedback by means of at least one actuator. The actuator or actuators can be designed, for example, as small motors which generate a vibration or a pressure or another stimulus.

Die Vorrichtung unterstützt den Benutzer dabei, dauerhaft korrekte Bewegungs- und Haltungsmuster wieder zu lernen und kann sowohl präventiv wie auch rehabilativ eingesetzt werden. Die Vorrichtung kann über einen längeren Zeitraum getragen werden, bis sich der Benutzer aufgrund des Feedbacks durch die Aktoren wieder einen intuitiv korrekten Bewegungsablauf und ein korrektes Haltungsmuster erlernt hat. Somit können Kniegelenkserkrankungen oder Gelenkverschleiß minimiert oder vermieden werden.The device supports the user in learning permanently correct movement and posture patterns and can be used both preventively and rehabilitatively. The device can be worn over a longer period of time until the user has again learned an intuitively correct movement sequence and a correct posture pattern based on the feedback from the actuators. In this way, knee diseases or joint wear can be minimized or avoided.

Dabei kann die Haltung und Bewegung der Oberschenkelinnenrotation mittels mindestens zweier Sensoren ermittelt werden.The posture and movement of the inner thigh rotation can be determined using at least two sensors.

Jeder Sensor kann mit einem Minicontroller und weiterer Hardware vorzugsweise zu einer Baugruppen zusammengefasst sein. Diese Baugruppe kommuniziert mit anderen Baugruppen über ein I²C-Bussystem miteinander. Über das Netzwerk bzw. Bussystem können die Sensordaten vom Computer mittels einer entsprechenden Software ausgewertet werden und die Aktoren zur Korrekturanleitung angesteuert werden.Each sensor can be combined with a mini controller and other hardware, preferably to form an assembly. This module communicates with other modules via an I ² C bus system. Via the network or bus system, the sensor data can be evaluated by the computer using appropriate software and the actuators can be controlled for correction instructions.

Vorzugsweise können die Baugruppen direkt oder indirekt am Oberschenkel befestigbar sind. Die Positionsänderung der Sensoren zueinander ermöglicht die Erkennung der Haltung und Bewegung der Oberschenkelinnenrotation, die sich bei einer Fehlstellung auf das Kniegelenk und das Gehverhalten auswirken kann. Eine direkte Befestigung der Baugruppen auf der Haut des Oberschenkels kann mittels Klebeband erfolgen, wobei die Baugruppen einteilig oder zweiteilig mit einem Aufsteckmechanismus ausgebildet sein können. Eine indirekte Befestigung kann beispielsweise mit einem sehr eng anliegenden elastischen Strumpf erfolgen, der aufgrund hoher Haftreibung wie eine zweite Haut wirkt.The assemblies can preferably be attached directly or indirectly to the thigh. The change of position of the sensors relative to each other enables the detection of the posture and movement of the inner thigh rotation, which can affect the knee joint and walking behavior in the event of a malposition. The assemblies can be attached directly to the skin of the thigh by means of adhesive tape, it being possible for the assemblies to be formed in one part or in two parts with an attachment mechanism. Indirect attachment can be done, for example, with a very tight elastic stocking that acts like a second skin due to high static friction.

Vorzugsweise kann der Kniewinkel mittels mindestens zweier Sensoren ermittelt werden. Auch hier können vorzugsweise die Sensoren mit jeweils einem Minicontroller und weiterer Hardware vorzugsweise zu einer Baugruppen zusammengefasst sein. Diese Baugruppe kommuniziert ebenfalls mit anderen Baugruppen über ein I²C-Bussystem miteinander. Über das Netzwerk können die Sensordaten vom Computer mittels einer entsprechenden Software ausgewertet werden und die Aktoren zur Korrekturanleitung angesteuert werden.The knee angle can preferably be determined by means of at least two sensors. Here too, the sensors, each with a mini controller and further hardware, can preferably be combined to form an assembly. This module also communicates with other modules via an I ² C bus system together. Via the network, the sensor data can be evaluated by the computer using appropriate software and the actuators can be controlled for correction instructions.

Vorzugsweise ist eine Baugruppe mit einem Sensor am Bein oberhalb und eine Baugruppe mit einem Sensor unterhalb des Knies direkt oder indirekt befestigbar ist. Die Positionsänderung der Sensoren zueinander ermöglicht die Erkennung des Kniewinkels, die bei einer Fehlstellung zu Schmerzen und Verschleiß im Kniegelenk führen kann. Über einen falschen Kniewinkel kann ein fehlerhaftes Gehverhalten verstärkt werden. Eine direkte Befestigung der Baugruppen auf der Haut des Ober- oder Unterschenkels kann mittels Klebeband erfolgen, wobei die Baugruppen einteilig oder zweiteilig mit einem Aufsteckmechanismus ausgebildet sein können. Eine indirekte Befestigung kann beispielsweise mit einem sehr eng anliegenden elastischen Strumpf erfolgen, der aufgrund hoher Haftreibung wie eine zweite Haut wirkt.Preferably, an assembly with a sensor on the leg above and an assembly with a sensor below the knee can be attached directly or indirectly. The change in position of the sensors relative to each other enables the knee angle to be recognized, which can lead to pain and wear in the knee joint in the event of a malposition. Incorrect walking behavior can be reinforced with the wrong knee angle. The assemblies can be directly attached to the skin of the upper or lower leg by means of adhesive tape, it being possible for the assemblies to be formed in one part or in two parts with an attachment mechanism. Indirect attachment can be done, for example, with a very tight elastic stocking that acts like a second skin due to high static friction.

In bevorzugter Ausführungsform sind die Sensoren als Gyroskop- oder Beschleunigungssensoren ausgebildet, da sich so genauestens Winkelstellungen im Raum messen lassen.In a preferred embodiment, the sensors are designed as gyroscope or acceleration sensors, since this enables angular positions in space to be measured very precisely.

Vorzugsweise erfolgt die taktile Rückmeldung mittels Aktoren, die ausgebildet sind, auf dem Oberschenkel angeordnet zu werden. Diese können einzeln oder in Gruppen angeordnet und angesteuert werden. Dabei können die Aktoren, die bei einer Fehlstellung des Kniegelenkes angesteuert werden, auch zur Ansteuerung bei der Fehlstellung des Oberschenkels verwendet werden und umgekehrt, da bei diesem komplexen Bewegungssystem die Fehlstellung, beispielsweise am Kniegelenk, bedingt durch die Oberschenkelrotation sein kann. Die taktile Rückmeldung der Aktoren, die einer Gruppe von Sensoren zugeordnet ist, kann auch indirekt durch die Erfassung von Sensordaten an anderer Stelle des Beines oder Fußes ausgelöst werden, was ein Physiotherapeut aufgrund eines vorgegebenen Bewegungsmusters in einem Computer vorgeben kann.The tactile feedback preferably takes place by means of actuators which are designed to be arranged on the thigh. These can be arranged and controlled individually or in groups. The actuators that are actuated in the event of a malposition of the knee can also be used for actuation in the event of a malposition of the thigh and vice versa, since in this complex movement system the malposition, for example on the knee joint, can be caused by the rotation of the thigh. The tactile feedback from the actuators, which is assigned to a group of sensors, can also be triggered indirectly by the acquisition of sensor data elsewhere on the leg or foot, which a physiotherapist can specify on the basis of a predetermined movement pattern in a computer.

Vorzugsweise sind die Aktoren ausgebildet, eine Vibration oder einen Druck zu erzeugen.The actuators are preferably designed to generate a vibration or a pressure.

Dadurch, dass die Auswertung der Daten der Sensoren mittels eines Computers erfolgt, und dieser die Aktoren in Abhängigkeit der Fehlstellung des Beins ansteuert, kann dem Benutzer ein direkter Hinweis auf die zu erfolgende Korrektur einer Fehlstellung gegeben werden.The fact that the data from the sensors is evaluated by means of a computer and this controls the actuators in dependence on the misalignment of the leg can give the user a direct indication of the correction to be made of a misalignment.

Vorzugsweise wird die Stärke des Fersenauftrittes beim Gehen oder Laufen und/oder der Einbruch des Längsgewölbes am Fuß beim Gehen oder Laufen mittels Sensoren ermittelt, die in eine Einlegesohle eines Schuhs integriert sind.The strength of the heel strike when walking or running and / or the collapse of the longitudinal arch on the foot when walking or running is determined by means of sensors which are integrated into an insole of a shoe.

Vorzugsweise erfolgt die taktile Rückmeldung mittels Aktoren, die in die Einlegesohle des Schuhs integriert sind.The tactile feedback is preferably carried out by means of actuators which are integrated in the insole of the shoe.

Vorzugsweise wertet ein Computer die Daten der Sensoren aus und steuert in Abhängigkeit des fehlerhaften Gehens die Aktoren an. Dabei kann die Ansteuerung der Aktoren in Abhängigkeit von der Größe der Fehlstellung erfolgen, also mit einer kleineren oder größeren Vibration oder Druck.A computer preferably evaluates the data from the sensors and controls the actuators as a function of faulty walking. The actuators can be controlled depending on the size of the incorrect position, that is to say with a smaller or greater vibration or pressure.

Dadurch, dass die Baugruppen in der Einlegesohle und am Oberschenkel ausgebildet sind, direkt oder indirekt miteinander mittels des I²C-Bussystems zu kommunizieren, so dass die ausgewerteten Daten aller Sensoren zur Ansteuerung einzelner oder aller Aktoren in variierbarer Größe verwendet werden können, ergibt sich eine Vorrichtung, die beispielsweise über das Abrollverhalten des Fußes Einfluss auf die Oberschenkelrotation nehmen kann oder alternativ bzw. ergänzend über die Bewegung bzw. die Stellung des Beines Einfluss auf das Abrollverhalten am Fuß nehmen kann.The fact that the assemblies in the insole and on the thigh communicate directly or indirectly with one another by means of the I ² C bus system, so that the evaluated data from all sensors can be used to control individual or all actuators in variable sizes a device that can influence the rotation of the thigh, for example, via the rolling behavior of the foot or, alternatively or additionally, can influence the rolling behavior of the foot via the movement or position of the leg.

Die Erfindung sieht weiterhin eine Einlegesohle für einen Schuh vor, umfassend mindestens eine Baugruppe mit Sensoren, Aktoren und einem Controller zur Erfassung und Beeinflussung der Stärke des Fersenauftrittes beim Gehen oder Laufen und/oder des Einbruchs des Längsgewölbes am Fuß beim Gehen oder Laufen, wobei die Einlegesohle ausgebildet ist, in eine Vorrichtung zur Detektion und Korrektur fehlerhaften Gehverhaltens, insbesondere die Haltung und Bewegung der Oberschenkelinnenrotation und/oder den Kniewinkel, integriert zu werden. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist die erfindungsgemäße Einlegesohle ausgebildet, in ein Gesamtsystem integriert zu werden und mit diesem die erfassten Sensordaten und die Ansteuerung von Aktoren, die nicht Bestandteil der Einlegesohle sind, auszuführen.The invention further provides an insole for a shoe, comprising at least one assembly with sensors, actuators and a controller for detecting and influencing the strength of the heel appearance when walking or running and / or the collapse of the longitudinal arch on the foot when walking or running, the Insole is designed to be integrated into a device for detecting and correcting incorrect walking behavior, in particular the posture and movement of the inner thigh rotation and / or the knee angle. In contrast to the prior art, the insole according to the invention is designed to be integrated into an overall system and to use it to carry out the sensed sensor data and the actuation of actuators that are not part of the insole.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Detektion und Korrektur fehlerhaften Gehverhaltens, wird die Haltung und Bewegung der Oberschenkelinnenrotation und/oder des Kniewinkels und/oder der Stärke des Fersenauftrittes beim Gehen oder Laufen und/oder des Einbruchs des Längsgewölbes am Fuß beim Gehen oder Laufen mittels Sensoren ermittelt, über einen Computer ausgewertet und mittels Aktoren eine taktile Rückmeldung erzeugt.In the method according to the invention for the detection and correction of incorrect walking behavior, the posture and movement of the inner thigh rotation and / or the knee angle and / or the strength of the heel strike when walking or running and / or the collapse of the longitudinal arch on the foot when walking or running is determined by means of sensors , evaluated via a computer and a tactile feedback generated by actuators.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines möglichen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

1a: Eine Darstellung der Einlegesohle von der Seite;
1b: Eine Darstellung einer Einlegesohle von unten;
2a: Eine Vorderansicht auf ein menschliches Bein;
2b: Eine Seitenansicht des menschlichen Beines mit der Einlegesohle;
3: Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Einlegesohle.

The invention is explained in more detail below on the basis of a possible schematically illustrated exemplary embodiment. Show it:

1a : An illustration of the insole from the side;
1b : An illustration of an insole from below;
2a : A front view of a human leg;
2 B : A side view of the human leg with the insole;
3rd : Another embodiment of an insole.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Detektion und Korrektur fehlerhaften Gehverhaltens ist ausgebildet, die Haltung und Bewegung der Oberschenkelinnenrotation und/oder den Kniewinkel und/oder der Stärke des Fersenauftrittes beim Gehen oder Laufen und/oder des Einbruchs des Längsgewölbes am Fuß beim Gehen oder Laufen mittels Sensoren zu ermitteln, über einen Computer auszuwerten und mittels Aktoren eine taktile Rückmeldung zu erzeugen, die in den nachfolgenden Figuren beispielhaft beschrieben werden.The device according to the invention 1 To detect and correct erroneous walking behavior, it is designed to determine the posture and movement of the inner thigh rotation and / or the knee angle and / or the strength of the heel strike when walking or running and / or the collapse of the longitudinal arch on the foot when walking or running using sensors evaluate a computer and generate a tactile feedback by means of actuators, which are described as examples in the following figures.

Die Einlegesohle 2 nach 1a und 1b ist in Kombination mit einem menschlichen Fuß beispielhaft dargestellt und ausgebildet, in einen beliebigen Schuh eingelegt zu werden. Die Einlegesohle 2 zeigt drei Sensoren 3, 4, 5, bei denen die Sensoren 3 und 4 links und rechts unter dem Fußballen FB angeordnet sind, und ein Sensor 6 im Bereich der Ferse FF angeordnet ist. Die Sensoren 3, 4, 5 sind ausgebildet, einen örtlich begrenzten Druck zu messen, der in diesem Ausführungsbeispiel durch die Fußsohle auf die Einlegesohle 2 ausgeübt wird. Die Sensoren 3, 4, 5 können beispielsweise als Dehnmeßstreifen, als Piezoelement, als Silikon-Antista-Chemieschläuche oder als Lastmessbolzen ausgebildet sein. Ein weiterer Sensor 6 ist im Bereich des Längsgewölbe LG des Fußes in die Einlegesohle 2 integriert, der die Stärke des Einbruchsverhaltens bzw. die Verdrehung des Längsgewölbes LG ermittelt. Auch dieser Sensor 6 kann als Dehnmeßstreifen, Piezoelement, als Silikon-Antista-Chemieschlauch oder als Lastmessbolzen ausgebildet sein.The insole 2nd to 1a and 1b is shown in combination with a human foot as an example and designed to be inserted into any shoe. The insole 2nd shows three sensors 3rd , 4th , 5 where the sensors 3rd and 4th left and right under the ball of the foot FB are arranged, and a sensor 6 in the area of the heel FF is arranged. The sensors 3rd , 4th , 5 are designed to measure a locally limited pressure, which in this exemplary embodiment passes through the sole of the foot onto the insole 2nd is exercised. The sensors 3rd , 4th , 5 can be designed, for example, as strain gauges, as a piezo element, as silicone antista chemical hoses or as load measuring bolts. Another sensor 6 is in the area of the longitudinal vault LG of the foot in the insole 2nd integrated, the strength of the break-in behavior or the twisting of the longitudinal vault LG determined. This sensor too 6 can be designed as a strain gauge, piezo element, as a silicone antista chemical hose or as a load measuring pin.

Weiterhin sind in der Einlegesohle 2 Aktoren 7, 8a, 8b, 8c angeordnet, die ausgebildet sind, eine taktile Rückmeldung an die Fußsohle zu geben. Ein Aktor 7 ist dabei im Bereich der Ferse FF in die Einlegesohle 2 integriert und ausgebildet, einen Druck zu erzeugen. Die Aktoren 8a, 8b, 8c sind im Bereich des Vorderfußes, schräg von innen nach außen verlaufend, angeordnet und ausgebildet, eine Vibration zu erzeugen. Anstelle dieser drei Aktoren 8a, 8b, 8c können weitere Aktoren verwendet werden, die eine Vibration erzeugen. Im Bereich des Vorderfußes muss aber mindestens ein Aktor angeordnet sein, mit dem eine Vibration oder eine alternative taktile Rückmeldung erzeugbar ist.Also in the insole 2nd Actuators 7 , 8a , 8b , 8c arranged, which are designed to give tactile feedback to the sole of the foot. An actuator 7 is in the area of the heel FF in the insole 2nd integrated and trained to create a pressure. The actuators 8a , 8b , 8c are arranged and designed to generate a vibration in the area of the forefoot, running obliquely from the inside to the outside. Instead of these three actuators 8a , 8b , 8c additional actuators can be used that generate vibration. In the area of the forefoot, however, at least one actuator must be arranged, with which a vibration or an alternative tactile feedback can be generated.

Zusätzlich zu den Sensoren 3 - 6 und Aktoren 7 - 8c ist ein kleiner Controller 9 oder Prozessor mit Speicher in die Einlegesohle 2 integriert, der ausgebildet ist, die Daten der Sensoren auszuwerten und/oder zu speichern und/oder über ein I²C-Bussystem an einen weiteren Computer zu übermitteln. Eine Stromversorgung in Form eines Akkumulators kann ebenfalls in die Einlegesohle 2 integriert oder außerhalb am Schuh beispielsweise an den Schnürsenkeln oder einem Klettverschluss aufgesteckt und/oder befestigt werden.In addition to the sensors 3rd - 6 and actuators 7 - 8c is a small controller 9 or processor with memory in the insole 2nd integrated, which is designed to evaluate and / or store the data from the sensors and / or to transmit them to a further computer via an I ² C bus system. A power supply in the form of an accumulator can also be placed in the insole 2nd integrated or attached and / or attached outside of the shoe, for example on the laces or a Velcro fastener.

Mittels der Sensoren 3, 4, 5, 6 wird die Belastung des Fußes beim Laufen überwacht. Dabei wird insbesondere das Auftritt- bzw. Abrollverhalten und Einbruch des Längsgewölbes des Fußes ermittelt. Der Controller 9 wertet die Sensordaten der Sensoren 3, 4, 5, 6 aus und stellt sie dem Gesamtnetzwerk zur Verfügung, sodass ein weiterer Computer 15 oder 19 die Gewichtsverlagerung bzw. die Stärke der Stöße beim Auftreten des Fußes auswertet. Weichen die Daten von einem vorgegebenen Sollwert ab, sendet der Computer 15 oder 19 ein Signal an einen einzelnen Aktor, an eine Gruppe von Aktoren oder an alle Aktoren 7, 8a, 8b, 8c, die dann beispielsweise mittels Druck oder Vibration eine taktile Rückmeldung an den Fuß geben. Die Datenübermittlung vom Controller 9 zum Computer 15 kann mittels fester Leitung oder kabelloser Datenübertragung erfolgen. Die Datenübermittlung vom Controller 9 zum Computer 19 erfolgt mittels kabelloser Datenübertragung. Die weitere Auswertung erfolgt dann über den Computer 15, wobei die Daten dann vom Computer 19 auf den Computer 15 übertragen werden.Using the sensors 3rd , 4th , 5 , 6 the load on the foot is monitored while running. In particular, the appearance or rolling behavior and collapse of the longitudinal arch of the foot is determined. The controller 9 evaluates the sensor data of the sensors 3rd , 4th , 5 , 6 and makes it available to the entire network, so that another computer 15 or 19th evaluates the shift in weight or the strength of the shocks when the foot appears. If the data deviate from a specified target value, the computer sends 15 or 19th a signal to a single actuator, to a group of actuators or to all actuators 7 , 8a , 8b , 8c which then give tactile feedback to the foot, for example by means of pressure or vibration. The data transmission from the controller 9 to the computer 15 can be done using a fixed line or wireless data transmission. The data transmission from the controller 9 to the computer 19th takes place by means of wireless data transmission. The further evaluation then takes place on the computer 15 , the data then from the computer 19th to the computer 15 be transmitted.

Mit den Sensoren 3, 4 und 5 wird das Auftritt- bzw. das Abrollverhalten an der Fußunterseite ermittelt. Hierzu werden die Sensoren 3, 4, 5 auf einer individuell angepassten Einlegesohle an mindestens drei Messpositionen, zwei unter dem Fußballen FB und einer unter der Ferse FF, angepasst. Mittels eines Controllers oder Prozessors werden die Sensordaten ausgewertet, im I²C-Bussystem dem Computer 15 oder 19 zur Verfügung gestellt und dort einerseits die Gewichtsverlagerung und/oder die einzelnen Stöße beim Auftreten des Fußes ermittelt und andererseits die Stärke des Einbruchsverhaltens bzw. der Verdrehung des Längsgewölbes LG ermittelt. Weichen die ermittelten Werte zu stark von einem individuellen Sollwert ab, erzeugt ein Aktor eine taktile Rückmeldung, beispielsweise über eine Vibration an der Ferse FF oder eine Vibration schräg entlang des Vorderfußes.With the sensors 3rd , 4th and 5 the appearance or rolling behavior on the underside of the foot is determined. For this, the sensors 3rd , 4th , 5 on an individually adapted insole in at least three measuring positions, two under the ball of the foot FB and one under the heel FF , customized. The sensor data are evaluated by means of a controller or processor, in the I ² C bus system the computer 15 or 19th provided and there on the one hand the weight shift and / or the individual impacts when the foot occurs and on the other hand the strength of the collapse behavior or the twisting of the longitudinal arch LG determined. If the values determined deviate too much from an individual target value, an actuator generates tactile feedback, for example via a vibration on the heel FF or a vibration at an angle along the forefoot.

Dabei sind alle Komponenten 3, 4, 5, 6, 7, 8a - 8c, 9 wasserdicht in der Einlegesohle integriert, beispielsweise in Silikon eingegossen. Die Strom- und Datenübermittlung in der Einlegesohle erfolgt ebenfalls über das I²C-Bussystem mit einer Leitung.All components are included 3rd , 4th , 5 , 6 , 7 , 8a - 8c , 9 integrated waterproof in the insole, for example cast in silicone. The electricity and data transmission in the insole also takes place via the I ² C bus system with one line.

2a zeigt ein menschliches Bein in Vorderansicht, bei dem auf dem Oberschenkel zwei Baugruppen 10, 11 und am Unterschenkel eine weitere Baugruppe 12 angeordnet sind. Jede Baugruppe 10, 11, 12 weist mindestens einen Sensor und einen Controller auf und kann mit einer zusätzlichen Hardware ergänzt werden. Die Sensoren der Baugruppen 10, 11 auf dem Oberschenkel können als Gyroskopsensoren oder Beschleunigungssensoren ausgebildet sein und werden in der Linie des Oberschenkelknochens angeordnet. Dabei ist eine der Baugruppen 10 am oberen Ende und die andere Baugruppe 11 am unteren Ende des Oberschenkelknochens über dem Knie angeordnet. Über einen Computer 15 werden deren Daten mittels der Leitung 18 oder drahtlos ausgewertet, so dass die Stellung der Sensoren der Baugruppen 10, 11 zueinander und deren Lage im Raum bestimmt wird, um die Oberschenkelrotation zu ermitteln. Die Oberschenkelrotation wird mit einer vorab in einem Computer 15 eingegebenen Führungsgröße (Sollwert) des Patienten verglichen, so dass bei einer Abweichung ein taktiles Signal mittels mindestens einem Aktor 14a, 14b erzeugt wird. Die Aktoren 14a, 14b sind mittels einer Leitung 16 oder drahtlos mit dem Computer 15 verbunden. Dieser mindestens eine Aktor 14a, 14b ist auf der Außenseite des Oberschenkels angeordnet und kann eine Vibration oder einen Druckimpuls erzeugen. Das taktile Signal kann in variablen Stufen unterschiedlich stark erzeugt werden, was von der Größe der Oberschenkelrotation und der Abweichung von einer Führungsgröße abhängig gemacht werden kann. 2a shows a human leg in front view, with two assemblies on the thigh 10th , 11 and another assembly on the lower leg 12th are arranged. Any assembly 10th , 11 , 12th has at least one sensor and a controller and can be supplemented with additional hardware. The sensors of the assemblies 10th , 11 on the thigh can be designed as gyroscope sensors or acceleration sensors and are arranged in the line of the thigh bone. One of the assemblies 10th at the top and the other assembly 11 located at the lower end of the femur above the knee. Via a computer 15 are their data by means of the line 18th or evaluated wirelessly, so that the position of the sensors of the modules 10th , 11 to each other and their position in space is determined to determine the thigh rotation. The thigh rotation is done in advance in a computer 15 entered reference variable (target value) of the patient, so that in the event of a deviation a tactile signal by means of at least one actuator 14a , 14b is produced. The actuators 14a , 14b are by means of a line 16 or wirelessly with the computer 15 connected. This at least one actuator 14a , 14b is located on the outside of the thigh and can generate a vibration or a pressure pulse. The tactile signal can be generated to varying degrees in variable stages, which can be made dependent on the size of the thigh rotation and the deviation from a reference variable.

Der Sensor der Baugruppe 12 ist ebenfalls als Gyroskopsensor oder Beschleunigungssensor ausgebildet und unterhalb des Knies am Unterschenkel befestigt. Über den Sensor der Baugruppe 12 und den Sensor der Baugruppe 11 kann die Verdrehung des Kniegelenkes (Varus-/Valguswinkel) bestimmt werden. Auch diese Daten können mittels der Leitung 18 oder drahtlos von dem Computer 15 erfasst und ausgewertet werden. Bei einer Abweichung von einer Führungsgröße (Sollwert) kann der oder die Aktoren 13a, 13b, 13c mittels der Leitung 17 oder drahtlos von dem Computer 15 angesteuert werden, so dass ein einfaches taktiles Feedback in Form von einem Druckimpuls oder einer Vibration oder ein gestuftes taktiles Feedback, je nach Größe der Abweichung, erzeugt werden.The sensor of the assembly 12th is also designed as a gyroscope or acceleration sensor and attached to the lower leg below the knee. Via the sensor of the assembly 12th and the sensor of the assembly 11 the rotation of the knee joint (varus / valgus angle) can be determined. This data can also be transmitted via the line 18th or wirelessly from the computer 15 be recorded and evaluated. In the event of a deviation from a reference variable (setpoint), the actuator or actuators can 13a , 13b , 13c by means of the line 17th or wirelessly from the computer 15 are controlled so that a simple tactile feedback in the form of a pressure pulse or a vibration or a stepped tactile feedback, depending on the size of the deviation, are generated.

Die Baugruppen 10, 11, 12 mit den Sensoren werden direkt auf der Haut des Oberschenkels befestigt, beispielsweise mit einem zweiteiligen Aufsteckmechanismus aufgeklebt oder befestigt, so dass die Baugruppen 10, 11, 12 mit einem Stecker als zweites Teil von dem auf der Haut befindlichen ersten Teil abnehmbar sind. Die Aktoren 13a, 13b, 13c, 14a, 14b können ebenfalls direkt auf der Haut mittels Kinesotape fixiert werden, oder mittels Strumpf übergezogen werden. Die Stromversorgung der Baugruppen 10, 11, 12 und Aktoren 13a, 13b, 13c, 14a, 14b erfolgt ebenfalls über einen tragbaren Akkumulator, der in der Hosentasche, auf dem Strumpf befestigt oder mit dem Computer direkt verbunden sein kann. Als Computer 15 kann vorzugsweise ein Raspberry Pi verwendet werden.The assemblies 10th , 11 , 12th with the sensors are attached directly to the skin of the thigh, for example glued or attached with a two-part attachment mechanism, so that the assemblies 10th , 11 , 12th with a plug as the second part are removable from the first part on the skin. The actuators 13a , 13b , 13c , 14a , 14b can also be fixed directly on the skin with Kinesotape, or put on with a stocking. The power supply of the modules 10th , 11 , 12th and actuators 13a , 13b , 13c , 14a , 14b also takes place via a portable accumulator, which can be fastened in the pocket, on the stocking or connected directly to the computer. As a computer 15 a Raspberry Pi can preferably be used.

Die Vorrichtung 1 nach 2b umfasst dabei die Einlegesohle 2 mit den zuvor beschriebenen Komponenten und die Baugruppen 10, 11, 12 mit den Sensoren und Controllern, und die Aktoren 13a, 13b, 13c, 14a, 14b mit dem Computer 15 auf dem Bein. Der Computer 15 kann drahtlos mit einem weiteren tragbaren Computer 19, beispielsweise in Form eines Smartphones oder einer Smartwatch verbunden sein. Zusätzlich können die Daten beispielsweise mittels einer App ausgewertet und an einen betreuenden Arzt oder Physiotherapeuten übermittelt werden.The device 1 to 2 B includes the insole 2nd with the components and assemblies described above 10th , 11 , 12th with the sensors and controllers, and the actuators 13a , 13b , 13c , 14a , 14b with the computer 15 on the leg. The computer 15 can be wireless with another portable computer 19th , for example in the form of a smartphone or a smart watch. In addition, the data can be evaluated using an app, for example, and transmitted to a doctor in charge or a physiotherapist.

In der 3 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Einlegesohle 2 dargestellt, bei dem verschiedene Typen von Sensoren miteinander kombiniert werden. Die Sensoren 3 und 4 sind als Silikon-Antista-Chemieschläuche ausgebildet, also als antistatische und elektrisch leitende Schläuche, die ein ähnliches Verhalten bei Druckbelastung aufweisen, wie ein Dehnmessstreifen. Der Vorteil bei diesen Sensoren ist, dass diese in beliebiger Länge und beispielsweise gebogener Anordnung in die Einlegesohle 2 integriert werden können und damit einen größeren Bereich der Belastung erfassen können. Nicht dargestellt ist die vorhandene elektrische Verbindung der Sensoren 3 und 4 mit dem Controller 9, der die Sensordaten auswertet. Im Längsgewölbe ist in diesem Ausführungsbeispiel der Sensor 6 als klassischer Dehnmesstreifen ausgebildet. Der Sensor 5 im Fersenbereich besteht aus zwei getrennt angeordneten Silikon-Antista-Chemieschläuchen, die mittels elektrischer Leitung zu einem Sensor 5 verbunden wurden. Auch dieser Sensor ist mittels nicht dargestellter elektrischer Leitung mit dem Controller 9 verbunden. Durch die Kombination verschiedener Typen von Sensoren ergeben sich fertigungstechnische Vorteile für die Integration der Sensoren in die Einlegesohle. Zusätzlich kann im Hinblick auf ein unterschiedliches Gehverhalten (Senkfuß, Plattfuß) die Einlegesohle 2 mit unterschiedlichen Typen von Sensoren und in unterschiedlicher Anzahl mit Sensoren bestückt werden, die für diesen Anwendungsfall eine angepasste Genauigkeit aufweisen oder vorteilhafter der Fußanatomie angepasst in die Einlegesohle 2 integrierbar sind.In the 3rd becomes another embodiment of an insole 2nd shown, in which different types of sensors are combined. The sensors 3rd and 4th are designed as silicone-Antista chemical hoses, i.e. as antistatic and electrically conductive hoses that behave similarly to a pressure load like a strain gauge. The advantage of these sensors is that they can be of any length and, for example, have a curved arrangement in the insole 2nd can be integrated and thus can cover a larger area of the load. The existing electrical connection of the sensors is not shown 3rd and 4th with the controller 9 that evaluates the sensor data. In this embodiment, the sensor is in the longitudinal vault 6 designed as a classic strain gauge. The sensor 5 in the heel area consists of two separately arranged silicone Antista chemical hoses, which are connected to a sensor by means of an electrical cable 5 were connected. This sensor is also connected to the controller by means of an electrical line (not shown) 9 connected. The combination of different types of sensors results in manufacturing advantages for the integration of the sensors in the insole. In addition, with regard to different walking behavior (flat foot, flat foot), the insole 2nd can be equipped with different types of sensors and in different numbers with sensors which have an adapted accuracy for this application or are advantageously adapted to the foot anatomy in the insole 2nd can be integrated.

Mit der Vorrichtung 1 wird ein Biofeedbacksystem realisiert, mit dem eine Bestimmung und Auswertung der Haltung und Bewegung der Oberschenkelinnenrotation, des Kniewinkels (Varus/Valgus) und/oder der Stärke des Fersenauftrittes beim Gehen und Laufen und/oder des Einbruchs des Längsgewölbes am Fuß beim Gehen erfolgt. Dabei ist die Vorrichtung 1 ausgebildet, die Oberschenkelrotation, den Kniewinkel, den Fersenauftritt und den Einbruch des Längsgewölbes sowohl jeweils einzeln zu bestimmen, auszuwerten und eine taktile Rückmeldung mittels der Aktoren zu geben. Die Vorrichtung 1 ist aber auch ausgebildet, alle Komponenten gleichzeitig miteinander zu verbinden und ein Gesamtsystem des menschlichen Bewegungsapparates an Fuß und Bein zu bestimmen, auszuwerten und mittels der Aktoren dem Benutzer eine taktile Rückmeldung zu einer Korrektur der eigenen Bewegung zu geben. Insbesondere die Kombination aller Komponenten ermöglicht aufgrund des komplexen Zusammenspiels der Bewegung eine gezielte Korrektur des Gehverhaltens.With the device 1 a biofeedback system is implemented, with which a determination and evaluation of the posture and movement of the inner thigh rotation, the knee angle (varus / Valgus) and / or the strength of the heel strike when walking and running and / or the collapse of the longitudinal arch on the foot when walking. Here is the device 1 trained to determine and evaluate the thigh rotation, the knee angle, the heel strike and the collapse of the longitudinal arch individually and to give tactile feedback using the actuators. The device 1 is also designed to connect all components at the same time and to determine and evaluate an overall system of the human musculoskeletal system on the feet and legs and to give the user tactile feedback for correcting their own movement. In particular, the combination of all components enables a targeted correction of walking behavior due to the complex interaction of the movement.

BezugszeichenlisteReference list

11: Vorrichtungcontraption
22nd: EinlegesohleInsole
33rd: Sensorsensor
44th: Sensorsensor
55: Sensorsensor
66: Sensorsensor
77: AktorActuator
8a, 8b, 8c8a, 8b, 8c: AktorActuator
99: ControllerController
1010th: Baugruppe (Sensor, Controller, Hardware)Assembly (sensor, controller, hardware)
1111: Baugruppe (Sensor, Controller, Hardware)Assembly (sensor, controller, hardware)
1212th: Baugruppe (Sensor, Controller, Hardware)Assembly (sensor, controller, hardware)
13a - 13c13a-13c: AktorActuator
14a, 14b14a, 14b: AktorActuator
1515: Computercomputer
1616: Leitungmanagement
1717th: Leitungmanagement
1818th: Leitungmanagement
1919th: Computer computer
FBFB: FußballenPads
FFFF: Ferseheel
ARAR: AußenristOuter instep
IRIR: InnenristInner instep
LGLG: LängsgewölbeLongitudinal vault

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102013202878 A1 [0003]

Claims

Device for the detection and correction of incorrect walking behavior, which is designed to hold and move the inner thigh rotation, and / or the knee angle, and / or the strength of the heel strike when walking or running, and / or the collapse of the longitudinal arch on the foot when walking or running to be determined using sensors, evaluated using a computer and generating tactile feedback using actuators.

Device after Claim 1 , characterized in that the posture and movement of the inner thigh rotation is determined by means of at least two sensors.

Device after Claim 1 , characterized in that the knee angle is determined by means of at least two sensors, one sensor being attachable to the leg above and one sensor below the knee.

Device after Claim 1 to 3rd , characterized in that the sensors are designed as gyroscope or acceleration sensors.

Device after Claim 2 to 4th , characterized in that each sensor is arranged with at least one controller in an assembly (10, 11, 12).

Device according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the tactile feedback takes place by means of actuators (14a, 14b, 13a, 13b, 13c) which are designed to be arranged on the thigh.

Device after Claim 6 , characterized in that the actuators (14a, 14b, 13a, 13b, 13c) are designed to generate a vibration or a pressure.

Device according to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that the evaluation of the data of the sensors of the assemblies (10, 11, 12) takes place by means of a computer (15) and this controls the actuators (14a, 14b, 13a, 13b, 13c) depending on the malposition of the leg .

Device after Claim 1 , characterized in that the strength of the heel strike when walking or running and / or the collapse of the longitudinal arch on the foot when walking or running are determined by sensors (3, 4, 5, 6) which are integrated into an insole of a shoe.

Device after Claim 9 , characterized in that the tactile feedback takes place by means of actuators (7, 8a, 8b, 8c) which are integrated in the insole of the shoe.

Device after Claim 9 to 10th , characterized in that a controller (9) evaluates the data from the sensors (3, 4, 5, 6), transmits them to a computer (15 or 19), and the actuators (7, 8a, 8b , 8c).

Device according to one of the Claims 8 and 11 , characterized in that the computers (9, 15) are designed to communicate directly or indirectly with one another, so that the evaluated data from the sensors (3, 4, 5, 6, 10, 11, 12) for controlling individual actuators, groups of actuators or all actuators (7, 8a, 8b, 8c, 14a, 14b, 13a, 13b, 13c) can be used in a variable size.

Insole (1) for a shoe with the features according to one of the Claims 9 to 11 , which is designed to be integrated into a device for detecting and correcting incorrect walking behavior, in particular the posture and movement of the inner thigh rotation and / or the knee angle.

Method for the detection and correction of incorrect walking behavior, in which the posture and movement of the inner thigh rotation, and / or the knee angle, and / or the strength of the heel appearance when walking or running, and / or the collapse of the longitudinal arch on the foot when walking or running by means of sensors is determined, evaluated by a computer and a tactile feedback is generated by actuators.