CN107405520B - 带传感器的运动杆及用于使用该运动杆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种运动杆，该运动杆测量由上部躯体产生的驱动力，该驱动力在北欧式健走或任意其他运动的自然表现期间通过杆施加至地面，其中杆用于驱动或推动身体前进。倾角传感器连同杆长度传感器（杆长度在固定长度的杆中恒定）被置于杆中，用于实现最合适的生物力学性能，即合适的技术。运动杆使用带有地形图的全球定位系统以确保地形的坡度不影响倾角传感器的测量值。所有收集到的数据由控制中心进行分析，其中正确的使用模型已经连同用户的人体测量水平和健康水平的收集被保存。

Description

带传感器的运动杆及用于使用该运动杆的方法

技术领域

本发明涉及运动杆（下文也称“运动杖”），准确地说是北欧式健走杆、滑雪杆或用杆进行练习的任何其他运动，其中杆用于实现在运动期间平衡和推动身体前进。更准确地说，在这类型的运动期间，基于实时采集和记录的信息，这意味着帮助用户实现正确的技术，设置锻炼的强度，实现锻炼的目标，并且传递关于用户的上部躯体活动和矢状面力量平衡的详细信息，以分析在锻炼中运动杖用户的进展，但有时也在康复环境中分析运动杖用户的进展。

背景技术

用于北欧式健走（训练和康复）、滑雪、轮式溜冰等的杆，从锻炼分析和用户友好性的发展角度出发，已反复地被发展成带有传感器。在专利文件WO2003002218A1中看到这种锻炼分析简化发展的例子。对于普通的北欧式健走杆或滑雪杆，已加入功率传感器以测量由手臂产生、传递到地面的力。基于上述，能够测量出估计的卡路里消耗量以及上部躯体矢状面力量平衡。从训练分析和用户友好性的前进发展的例子见于在欧洲提交的专利申请EP1908499A1。传感器的集合已被增加至杆，该传感器包括但不限于加速度计倾角传感器和运动传感器。传感器集合的目的在于，与应用领域相对应，保存正确的技术并当他们给出的技术偏离记录的模型太远时警告用户。所述专利文献中描述的运动杆的缺点是，它们没有提供基于用户的训练水平来设置用户合适的杆长度的机会。它们还缺少杆长度传感器，杆通过此杆长度传感器接收关于自身长度的信息。

在前面文献中所描述的杆还缺少GPS接收器，与地形图耦合的GPS接收器确定相对于地面的杆倾角，该杆倾角反过来影响运动的技术实施。

在前面文献中所描述的杆还缺少以下的可能性：记录必要的人体测量（手、脚、身体长度、体重等）和生理（力量、年龄、创伤等）的用户信息，以及用户的健康保护和技术实施测量优化方法，以测量用户的真实技术表现并通过运动杆信号灯来引导他们朝向正确的技术。

本发明旨在解决以上的所有缺陷。

发明内容

存在对这样的运动杆的需要，该运动杆考虑到个人的生物力学及其个体差异并且集合实时的实施信息。同时，这个装备多个传感器的杆必须能够考虑到环境因素（如影响传感器的读数的地面倾角）。

本发明的目的之一是精确测量作用于地面的力，此力在实施过程中推动人前进。人的身高、体重、最大力量、年龄、创伤历史和训练水平（下文一起称为“用户信息”），以及地面倾角和杆的自身的长度，这些属性是很重要的，因为否则传感器信息分析和参数模型生成控制中心无法考虑到来自用户信息、杆长度、地面倾角和相关的施力角的差异。

例如，经常使用的可调节的北欧式健走杆或徒步杆可调节至不同的长度，因为施加至它们的力明显不同且有可能伤害到身体的肌肉组织结构和关节。由于缺乏信息，数据分析控制中心把这些信息理解为明显的上部躯体肢体力量差异，并因此通知用户，但是与正确的模型的实际偏差是由不同的杆长度引起的。

本发明的另一个目的是在实施期间做出正确的技术评估，这意味着将倾角传感器的测量倾角范围（考虑到地面倾角）和施加至杆的力与预制模型进行比较。但是，举例来说，在北欧式健走的情况下，如果控制中心不知道所使用的杆对于人体的测量值来说太长，那么只有他们把手放在身体前方时倾角范围才是正确的。然而，这与模仿正常行走的正确的北欧式健走技术相矛盾，并在人的肩膀、背部肌肉和上部躯体肢体肌腱中产生张力。

从技术角度来看，已经开发出一种运动杆，该运动杆包括力传感器、倾角传感器、全球定位系统接收器（以下简称GPS）和用户记录的用户信息；将设置弹簧秤或应变计（而不是测量体重）来测量肌肉产生的压力，当杆接触地面时该肌肉产生的压力施加至杆；倾角传感器连同杆长度传感器，该倾角传感器优选但不限于加速度计倾角传感器，该杆长度传感器优选但不限于在杆内的激光测距仪，该激光测距仪从杆的一端向下指向另一端；GPS与地形图配合工作，以精确地获悉倾角传感器的读数，这些读数可受到利用运动杆在上升或下降地形中使用的不同技术的影响。所有结果由控制中心分析并传达给用户。

已设置控制中心，使得根据来自考虑到地面倾角的倾角传感器的数据以及关于手部运动角度范围的数据，在分析与用户身高和创伤历史相关的信息后，控制中心引导用户将运动杆调节到更短或更长的长度。在达到最佳手部运动范围后，考虑到用户的身体质量指数、最大力量以及来自他们的个体使用模型差异，控制中心把关于上部躯体活动和矢状面力量平衡的数据传达给用户。

对本领域技术人员来说，所给出的运动杆的这些和其他部分、特征、方面和优点将会在以下的详细描述中变得清楚，该带有附图的详细描述揭示本发明的优选实施例。

附图说明

本发明前文提及的以及其他的特性和优点将参考附图在下文进行更详细地说明，附图示出优选的实施例，其中，

图1示出带有在本发明中使用的元件的本发明优选的实施例的图示；

图2示出本发明中的元件及其功能的图；

图3示出以信号灯为基础的用户反馈系统的示例图；

图4示出当杆在使用中时控制中心的工作过程的示例；以及

图5示出由于不同的用户信息由共用的杆引起的问题的示例方案。

具体实施方式

后面描述的是参考附图的本发明可能的实施例。对本领域技术人员来说，从描述中可以清楚得知，本发明的以下优选实施例仅用于解释说明而不意在限制本发明。

图1示出根据本发明的运动杆1，在该运动杆1中安装有运动的技术和实施分析控制中心2以及传感器，该传感器对应于运动的实施、测量身体值和大地测量值，连同信号灯3和4，所有这些都从位于运动杆手柄的电池5得到能量。运动杆1能够是可调节的或者是不可调节的，还作为整体被本领域技术人员所公知。

测量身体值和大地测量值的上述传感器是位于手柄附近的倾角传感器6、位于杆的底部的杆长度传感器7、位于运动杆的下端的力传感器8以及位于手柄附近（或在外部设备中，例如智能手机、手表等）的GPS接收器9（与地形图耦合），其中力传感器8直接或间接（通过杆尖）与地面接触。

图2示出在运动杆1内部的控制中心2的数据采集、数据分析以及通过信号灯将结果传输至用户。控制中心2将大致包括通用的计算机部件，如以容纳所有东西的外壳、信息输入和输出接口、带扩展槽的主板、电源以及存储设备（如硬盘）。存储设备将包括控制中心所使用的程序和用户信息以及控制中心所得到的结果。通过输入接口或主板扩展卡，运动杆1还可访问例如GPS接收器9、指南针、WiFi适配器、蓝牙适配器和外部电源。

在以下的解释中，以使用运动杆1进行北欧式健走作为示例。控制中心2开始从杆长度传感器收集数据。杆长度传感器大致是数字式的，不需要手动输入杆长度，但杆长度传感器也能够是杆上的测量刻度和输入接口的组合，其中用户将杆长度手动输入到控制器中心的系统中（就像人通过键盘将数据输入计算机中），或满足相同目的的任何其他方案。

接下来开始使用倾角传感器，该倾角传感器确定相对于地面的杆倾角。利用GPS，控制中心首先将杆倾角与地形图进行比较，以了解地面倾角如何影响倾角传感器的读数。随后，倾角传感器将杆平均倾角范围与其预制模型进行比较，该杆平均倾角范围意思是从推动的开始到推动的结束、相对于地面的杆倾角。如果用户的活动模型与控制中心的预制模型明显不同，则控制中心将用户的身高、年龄和创伤历史与杆长度进行比较，并用信号灯指示用户杆调节和杆方向（更短或更长）的需要。能够用振动、声音、连接至杆的小型显示器（LCD、全息图等）、智能设备中的实时无线连接图像或上述系统的组合，或其他达到同样最终目的的系统来实现相同的功能，以代替信号灯。

当先前的指示器可以时，开始使用力传感器，因为否则力传感器的测量值会因为不正确的杆长度、不等的杆长度或不正确的技术而有误。

在创建与用户信息对应的用户施力模型后，控制中心联系力传感器。在行走过程中，控制中心将通过力传感器的测量值获取关于用户在推动他们自身前进时所施加的力的数据。根据个人的用户信息，他们必须推动其身体质量的5-40％前进。同时，力传感器能够测量上部躯体矢状面力量平衡，意思是将左侧躯干和手部活动与右侧躯干和手部活动进行比较。这样就开辟了单独地调节运动杆的可能性，以使上部躯体矢状面力量平衡均匀并在不同的强度水平上训练左右两侧。当提到康复环境中的北欧式健走时，这尤为重要，在康复环境中人的运动会受到临时或永久的身体创伤的影响。

因为运动杆使用多个电子装置进行数据测量、数据分析和用户通信，所以本发明自然还包括能量供应元件（如为装置提供电力的电池），但是还包括满足相同目的所有其他方案以及给这样的元件再充电的手段（如USB端口）。然而，考虑到这是主要在室外使用的移动式锻炼工具，则存在用电能产生元件（如太阳能电池或物理能）将本发明与电能转换元件相结合的许多机会，其中物理能例如是摩擦或者压力。先前提及的元件的组合也可用于完全或部分地满足本发明的能量需求。

图3示出用于解释在图4中使用的信号灯的含义的表格。

图4示出逻辑方案，该逻辑方案以重复使用的本发明的一个可能的工作示例为特征。这意味着用户早已输入并保存了他们的用户信息。示出的是控制中心的操作、与其他传感器的通信以及通过信号灯与用户的通信。在给定的示例中，操作过程从运动杆的杆长度测量开始，其中控制中心已经启动，因为用户已经通过按下开始按钮来指示运动杆的即将使用。或者，该开始按钮可被替换为被触碰到地面的杆尖或者如语音命令的另一种方案。为了节约能量，控制中心检查杆是否已被调节以供使用。如果运动杆调节在给定的时间段内尚未开始，则控制中心将自动取消会话。

如果运动杆已被调节到适当位置或已经被使用（图4的1.1直到1.2），则控制中心能够通过倾角传感器来分析平均杆倾角范围（1.3直到1.4）。同时，控制中心监控用户的位置，并且在地形图的帮助下能够考虑到由于地面倾角影响杆倾角范围的因素。如果倾角范围与预制模型明显不同，则控制中心将从其存储器中请求人的身高、创伤历史和年龄，然后控制中心将人的身高、创伤历史和年龄与从杆长度传感器接收到的杆长度进行比较。在此分析期间（7.1.1至7.2.6），控制中心将了解用户的锻炼工具是否适于他们的人体测量值。例如，如果运动杆太长，则其将通过亮起位于杆尖的信号灯（图4的LED 3）让用户知道（如图3所示），并计算出新的杆长度。运动杆将通过亮起在LED 4灯带上的信号灯来在杆调节刻度上显示新的杆长度，其等于从计算结果中接收到的新的杆长度。

在图4中看到，只有在检查杆长度和杆倾角（进程6.0、7.0、7.1.1直到7.2.6、7.3、6.1.1直到6.2.4）之后，控制中心才与力传感器联系（进程8.1.1至8.2.4）。这是因为它保证唯一可解释的读数，该唯一可解释的读数不再受错误技术、与最佳施力杆倾角范围的偏差或不等的运动杆长度影响。重要的是要注意不要停止倾角范围和地面倾角的控制，但此控制在进一步分析期间会一贯地继续。随后，控制中心开始将不间断询问发送至力传感器，询问关于用户的平均施力值（进程2.1到2.6），并同时将不间断询问发送至向存储器，询问关于用户的用户信息。通过分析平均施力值和用户信息，杆判断用户是否需要施加更多或更少的力来推动他们自己向前，所以锻炼将刺激身体，同时承受最小的超负荷风险，并考虑到影响人的任何创伤。

如果施力值正常，那么运动杆将通过打开信号灯LED 7来让用户知道。就像之前，力传感器的数据收集和数据分析也将一贯地继续，直到在倾角范围预制模型和活动模型之间出现不一致，或直到运动杆的使用结束。

重要的是要理解，在运动杆中的不同元件之间的通信并不局限于此，但是将大致通过无线通信（如蓝牙）来工作。这减少额外的布线、杆重量以及由此产生的耐久性问题。同时，这也允许控制中心被移至只是一个杆，或者从杆移出、完全移至如智能设备或计算机中。

由不同用户（图5的档案A直到档案Y）使用相同训练工具的用法，以及由此产生的完全不同的用户信息和运动问题由称为“新玩家”的系统所解决。就像在电脑游戏中，玩家能够创建新的账户或角色，每个新用户在使用运动杆之前创建新的档案。在档案创建过程中，输入必要的用户信息和运动，这样允许方便更改用户和运动。在学校、康复或训练中心以及其他机构中，其中一个杆对具有许多潜在用户，相同的系统能够如图5所解释的那样被扩展。用户档案被记录在一个中央系统中，运动杆被给予唯一的数字ID-s。在给定的示例中，X档案被上传到ID-1运动杆上，Y档案被上传到ID-2运动杆上，Z档案被上传到ID-3运动杆上。使用后，记录到的数据被上传回中央系统，运动杆准备再次被使用，但无论如何，记录在档案上的信息都能够在中央系统中被查看和分析。

Claims (5)

1.带传感器的运动杆（1），该运动杆（1）包括倾角传感器（6）和力传感器（8），该力传感器与控制中心（2）通信，在所述控制中心（2）中保存用于所述运动杆（1）的运动的技术和实施的信息，该运动的技术和实施的信息用于分析最优的运动技术以及用于倾角传感器（6）和力传感器（8）的使用数据；信号灯（3和4）与用户通信，其中所述控制中心（2）、所述倾角传感器（6）、所述力传感器（8）和所述信号灯（3和4）是电池（5）供电的，其特征在于，所述运动杆包括带有地形图的GPS接收器（9），该GPS接收器（9）用于确定运动杆（1）相对于地面的真正的倾角；长度传感器（7）所获取的长度信息和用户信息（10）被保存在控制中心（2）中，其中所有数据被控制中心（2）所接收，控制中心（2）以所有数据为基础，为运动杆（1）用户确定最优的长度和力。

2.根据权利要求1所述的运动杆（1），其特征在于，运动杆（1）是可调节的运动杆（1）。

3.根据权利要求1所述的运动杆（1），其特征在于，所述用户信息（10）包括用于运动杆（1）用户的健康水平、年龄、体重、高度和创伤历史的信息。

4.一种用于使用在权利要求1中限定的运动杆（1）的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

用户信息（10）被保存在运动杆（1）的存储器中，

在控制中心（2）中保存用于所述运动杆（1）的运动的技术和实施的信息，

长度传感器（7）传输关于运动杆（1）的长度的信息至控制中心（2），

控制中心（2）监控用户的位置，并且在地形图的帮助下能够考虑到由于地面倾角而影响杆倾角范围的因素，用户的位置为在GPS接收器（9）处接收的信息；

如果倾角范围与预制模型明显不同，则控制中心（2）从其存储器中请求人的身高、创伤历史和年龄，

控制中心（2）将用户信息和预制模型与从杆长度传感器（7）接收到的杆长度进行比较；

在所述分析期间，控制中心（2）将了解用户的锻炼工具是否适于他们的人体测量值；

如果运动杆太长或太短，控制中心（2）通过信号灯（3和4）让用户知道；

在检查杆长度和倾角之后，控制中心（2）联系力传感器（8）；

通过分析平均施力值和用户信息，杆判断用户是否需要施加更多或更少的力以推动他们自身前进，所以锻炼将刺激身体，同时承受最小的超负荷风险并考虑到影响人的任何创伤。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，运动杆（1）使用信号灯（3和4）来通知用户关于运动杆（1）以正确方式的使用。