DE10124242A1

DE10124242A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Haltungskontrolle einer Person

Info

Publication number: DE10124242A1
Application number: DE10124242A
Authority: DE
Inventors: Juergen Loeschinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2002-11-28
Also published as: EP1395968A2; WO2002095714A3; AU2002338767A1; WO2002095714A2

Abstract

Die Vorrichtung und das Verfahren dienen zur Haltungskontrolle einer Person (10). Die Vorrichtung enthält mindestens eine zur Haltungserkennung dienende Aufnahmeeinheit (14, 16, 18, 28). Hierbei ist vorgesehen, dass eine eine Expertendatenbank (22) aufweisende und zur Haltungsdatenauswertung dienende elektronische Datenverarbeitungseinheit (20) vorgesehen ist, die mit der Aufnahmeeinheit (14, 16, 18, 28) und mit einer zur Übermittlung mindestens einer haltungsrelevanten Information an die Person (10) dienenden Informationsausgabeeinheit (24, 26) wirkverbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Hal tungskontrolle einer Person, mit mindestens einer zur Haltungserkennung dienenden Aufnahmeeinheit, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein entsprechendes Verfah ren.

Vorrichtungen und Verfahren der eingangs genannten Art sind bereits bekannt. Sie dienen beispielsweise zum Erlernen komplexer Bewegungsabläufe, wie Tan zen, Yoga, Aerobic, Gymnastik, Golf, Tennis, Ka rate, Musikinstrumente und ähnlichem. Das Erlernen derartig komplexer Bewegungsabläufe erfolgt in be kannter Weise mit Hilfe einer Kursprogrammvermitt lung, zum Beispiel durch einen persönlichen Lehrer, oder in Form von Anleitungen in Büchern, Videopro grammen oder ähnlichem. Insbesondere bei Büchern und Videoprogrammen stellen sich häufig Fehler be ziehungsweise Ungenauigkeiten in der Bewegungsaus führung durch die Person ein, so dass der Lerner folg in Frage gestellt sein kann, wobei gegebenen falls aufgrund von Fehlbelastungen auch gesundheit liche Schäden an der Person hervorgerufen werden können. Eine Lehrperson ist insbesondere bei kom plexen und schnellen Bewegungsabläufen in ihrer Möglichkeit einer korrekten und vollständigen Bewe gungsanalyse beschränkt. Fehlbelastungen an der sich bewegenden Person zeigen sich oftmals erst hinterher, das heißt nach Abschluss der Übung, zum Beispiel mittels einer Videoaufnahme oder anhand von Laufbandanalysen durch Fachleute. Dabei ist ein persönlicher Trainer zudem oft verhältnismäßig teuer und normaler Weise nicht ständig verfügbar. Auch bei Bewegungsabläufen des täglichen Lebens, wie zum Beispiel dem Gehen oder dem Laufen, kann es häufig zu angelernten oder durch andere Umstände erworbene körperliche Fehlbelastungen kommen, die auf Dauer zu gesundheitlichen Störungen führen kön nen. Ferner können derartige gesundheitsschädliche Auswirkungen aufgrund von statischen Haltungsschä den (bewegungslose beziehungsweise -arme Körper stellung) einer Person hervorgerufen werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine zuverlässige und schnelle Haltungskontrolle einer Person erlauben.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen, die sich dadurch auszeichnet, dass eine eine Experten datenbank aufweisende und zur Haltungsdatenauswer tung dienende elektronische Datenverarbeitungsein heit vorgesehen ist, die mit der Aufnahmeeinheit und mit einer zur Übermittlung mindestens einer haltungsrelevanten Information an die Person die nenden Informationsausgabeeinheit wirkverbunden ist. Hierbei wird unter Haltung eine jeweilige Kör perstellung der Person in statischer Position (un bewegt) oder auch während einer dynamischen Bewe gung derselben verstanden. Es lassen sich somit ru hige Körperstellungen sowie Körperbewegungen einer Person in zuverlässiger und schneller Weise kon trollieren, wobei die Person selbst Teil eines ge schlossenen Regelkreises ist. In Abhängigkeit der Expertendatenbank können unterschiedliche Haltungs kontrollen, beispielsweise für Übungen verschiede ner Sportarten, durchgeführt werden. Vorteilhafter weise ist es nun möglich, eine automatisierte und individualisierte Haltungskontrolle einer Person mittels einer Vorrichtung zu gewährleisten. Bei der an die Person zu übermittelnden Information kann es sich beispielsweise um eine haltungsbezogene Bewer tung oder um eine Bewegungsanweisung handeln. Fer ner ist es denkbar, dass nicht die Person direkt einer Haltungskontrolle unterzogen wird, sondern beispielsweise ein von der Person gehaltenes Übungsgerät (Tennisschläger, Golfschläger oder ähn liches) hinsichtlich dessen Positionierung und/oder Bewegung kontrolliert wird zur indirekten Haltungs kontrolle derselben Person.

Mit Vorteil ist zusätzlich eine akustische Auf nahmeeinheit vorgesehen, die mit der Datenverarbei tungseinheit zur Klangdatenauswertung wirkverbunden ist. Die akustische Aufnahmeeinheit kann beispiels weise ein Mikrophon sein, mittels welchem Klangda ten aufnehmbar sind. Dies ermöglicht beispielsweise eine klangdaten- sowie haltungskontrollierte Erler nung eines Musikinstruments mittels einer Vorrich tung. Dabei kann die Klangdatenauswertung indirekt erweise auch zur Haltungskontrolle herangezogen werden.

Vorteilhafterweise enthält die Aufnahmeeinheit min destens einen Sensor zur Erfassung von haltungsre levanten Daten. Sensoren eignen sich besonders zu einer zuverlässigen und schnellen Erfassung von haltungsrelevanten Daten. Darüber hinaus sind sie in verhältnismäßig einfacher Weise mit der elektro nischen Datenverarbeitungseinheit wirkverbindbar.

Der Sensor kann als Drucksensor oder als Beschleu nigungssensor ausgebildet sein. Es ist somit mög lich, eine Mehrzahl an verschiedenartigen Sensoren zur Erfassung von haltungsrelevanten Daten vorzuse hen. Drucksensoren können beispielsweise in einer Schuhsohle der Person zur Aufnahme von Daten in Be zug auf die sich jeweils einstellende Körperbe lastung derselben angeordnet werden. Geeignet sind beispielsweise FSR (ForceSensingResitor) Sensoren, die aus drei dünnen Polymer-Folien bestehen und ihren elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von der auf ihrer Oberfläche eingeleiteten Kraft än dern. Sie eignen sich insbesondere aufgrund ihres verhältnismäßig kleinen Einbauvolumens, ihrer hohen Lebensdauer und ihrer geringen Anschaffungskosten. Es können beispielsweise eine Mehrzahl an Drucksen soren als Matrize angeordnet werden und mittels A/D-Wandler mit einem Mikrocontroller wirkverbunden sein. Die Einzelsensoren der Sensoren-Matrize wer den vorzugsweise zeitcodiert angesteuert. Bei einer typischen Anwendung werden zum Beispiel 9 bis 16 Drucksensoren eingesetzt. Dabei bleiben bei einer zeitlichen angestrebten Auflösung von 10 ms circa 0,1 bis 1 ms Zeit, um die Haltungsdaten der einzel nen Sensoren aufzunehmen und analog/digital zu wan deln. Die Wandlungszeit ist ausreichend, um gän gige, preisgünstige Mikrocontrollersysteme einzu setzen. In dieser Weise ist es möglich, mittels einer Mehrzahl an Drucksensoren Druckverteilungsda ten zu gewinnen, welche in Kenntnis des Körperge wichts und der Schuhgröße der Person Rückschlüsse auf den sogenannten "Körpergewichtsdruck" zulassen.

Gemäß einer möglichen Ausführungsform weist die Aufnahmeeinheit mindestens eine Videokamera auf. Es ist somit möglich, mittels einer in Bezug auf Sen soren alternativen oder zusätzlichen Videokamera eine optische Haltungskontrolle einer Person durch zuführen. Gegebenenfalls können auch zwei oder meh rere Videokameras, die in einem festen Abstand zu einander angeordnet sind, zur stereo-optischen Auf nahme von Haltungsdaten beziehungsweise Bewegungs daten einer Person vorgesehen sein. Vorteilhafter weise können traditionelle Videokameras zum Einsatz kommen, die analoge Videodaten erzeugen.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein optisches Markierungselement zur Be festigung an der Person vorgesehen. Derartige op tische Markierungselemente werden an geeigneten (bewegungsrelevanten) Stellen der Person angebracht und dienen zur Erleichterung der Datenauswertung und somit auch zur Verminderung der erforderlichen Rechenleistung. Die Markierungen sind vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie auch dann eindeutig identifizierbar sind, wenn lediglich Teile von ihnen sichtbar sind. Zum Einsatz kommen beispiels weise Markierungen verschiedener Durchmesser, ver schiedener Abstände zur Videokamera, verschiedener Farben und/oder verschiedener Blinkfrequenzen von LEDs.

Mit Vorteil ist die Informationsausgabeeinheit als Sender für optische und/oder akustische und/oder taktile Signale ausgebildet. Optische Signale kön nen beispielsweise mittels LEDs abgegeben werden, während akustische Signale zum Beispiel mittels eines Summers erzeugt werden können oder auch be vorzugt natürliche Sprachsignale sind. Taktile Signale können zum Beispiel in Form einer Vibration abgegeben werden. Eine natürliche Sprachausgabe kann mittels eines oder mehrerer traditioneller Lautsprecher erfolgen. Dabei ist auch eine Kombina tion an verschiedenen Signalformen möglich, um schnelle und zuverlässige haltungsrelevante Infor mationen an die Person übermitteln zu können.

Die Datenverarbeitungseinheit enthält vorteilhaf terweise ein Datenübertragungssystem und/oder ein Dateneingabesystem. Dabei kann das Datenübertra gungssystem derart ausgebildet sein, dass eine Da tenübertragung zur elektronischen Datenverarbei tungseinheit mittels einer speziellen PCI Einsteck karte oder mittels eines USB-Busses erfolgt. Ein Dateneingabesystem kann beispielsweise eine Tasta tur sein.

Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist die Vor richtung als kompakte und mobile Baugruppe ausge bildet. Dabei soll die Vorrichtung möglichst klein ausgebildet sein, so dass sie problemlos für eine Person tragbar und gegebenenfalls auch als "Stand alone"-Einheit einsetzbar ist. Da die Ansprüche an die elektronische Datenverarbeitungseinheit insbe sondere bei zum Beispiel ausschließlichem Einsatz von Drucksensoren in Bezug auf ihre Rechenleistung verhältnismäßig gering sind, ist es möglich, die erforderlichen Hardware-Komponenten derart klein auszubilden und an einer Person geeignet anzubrin gen, dass sie keine Behinderung derselben bei der Ausübung beispielsweise einer sportlichen Bewegung darstellen. Es ist somit vorteilhafterweise mög lich, Expertenwissen in eine verhältnismäßig kleine und leicht transportable (mobile) Einheit derart zu integrieren, dass eine Auswertung der ermittelten Haltungsdaten in Echtzeit möglich ist und entspre chende Informationen schnell an die Person übermit telt werden können.

Zur Lösung der Aufgabe wird auch ein Verfahren zur Haltungskontrolle einer Person vorgeschlagen, das gemäß Anspruch 11 die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

- Erstellen einer Expertendatenbank in einer elek tronischen Datenverarbeitungseinheit;
- Ermitteln von personenrelevanten Haltungsdaten mittels einer Aufnahmeeinheit;
- Übertragen der Haltungsdaten an die Datenverar beitungseinheit mittels eines Datenübertragungs systems;
- Erstellen mindestens einer haltungsrelevanten In formation mittels der Datenverarbeitungseinheit;
- Übermitteln der Information an die Person mittels einer Informationsausgabeeinheit.

Dieses Verfahren ermöglicht die Erzielung der in Bezug auf die Vorrichtung vorerwähnten Vorteile.

Die Haltungsdaten werden vorzugsweise mittels einer optischen und/oder akustischen Aufnahmeeinheit und/oder mittels Sensoren ermittelt. Hierdurch wird eine schnelle und zuverlässige Haltungskontrolle einer Person ermöglicht, ohne notwendigerweise auf einen menschlichen Experten zurückgreifen zu müs sen.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsvariante werden die ermittelten Haltungsdaten in der Daten verarbeitungseinheit analysiert zur anschließenden Ableitung von Parametern, die mit Daten in der Ex pertendatenbank verglichen werden zur Erstellung mindestens einer haltungsrelevanten Information für die Person. Das Verfahren kann vorteilhafterweise mittels geeigneter Wahl einer Expertendatenbank vielseitig zur Haltungskontrolle einer Person ein gesetzt werden.

Vorzugsweise wird eine auf eine Information erfol gende Haltungsreaktion als Kriterium zur Personen beurteilung und zur Erstellung einer angepassten Informationserstellung herangezogen. Somit kann an hand der Art und Weise, wie schnell oder wie gut eine korrigierende Haltungsreaktion durch eine Per son ausgeführt worden ist, eine Erkenntnis gewonnen werden über den jeweiligen geistigen und körper lichen Zustand derselben Person. Beispielsweise können in dieser Weise Kenntnisse gewonnen werden über das Koordinationsvermögen oder über den Trai ningszustand der entsprechenden Person. Dadurch kann sich das Lernprogramm automatisch auf die in dividuellen Gegebenheiten einer Person einstellen und somit eine unerwünschte Überforderung derselben Person vermeiden, indem das Lernprogramm automa tisch beispielsweise eine Unterbrechung der Übung einleitet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausfüh rungsbeispiel anhand einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert. In einer einzigen Figur ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch darge stellt.

Die Figur zeigt in schematischer Darstellung eine allgemein mit 10 bezeichnete Person, an welcher mittels einer Vorrichtung 12 eine Haltungskontrolle durchgeführt wird. Die Vorrichtung 12 weist eine zur Haltungserkennung dienende Aufnahmeeinheit auf, welche aus zwei Videokameras 14, einem Mikrophon 28, Drucksensoren 16 und Beschleunigungssensoren 18 besteht. Die Aufnahmeeinheit ist mit einer elek tronischen Datenverarbeitungseinheit 20 wirkverbun den, die eine Expertendatenbank 22 aufweist. Die elektronische Datenverarbeitungseinheit 20 dient zur Auswertung der von der Aufnahmeeinheit übermit telten Haltungsdaten der Person 10. Dabei werden mittels der Expertendatenbank 22 haltungsrelevante Informationen erstellt, welche mittels einer Infor mationsausgabeeinheit, die einen Monitor 24 und zwei Lautsprecher 26 enthält, an die Person 10 übermittelt werden. Die Lautsprecher 26 sind an der Datenverarbeitungseinheit 20 angeschlossen (Doppel pfeile 38). Die elektronische Datenverarbeitungs einheit 20 weist ein Datenübertragungssystem (Dop pelpfeile 32) und ein Dateneingabesystem 34 auf. Somit kann die Datenübertragung in die elek tronische Datenverarbeitungseinheit 20 mittels Da tenträgern, per Handeingabe und/oder per Online- Übertragung (zum Beispiel Internet) erfolgen. Die Übermittlung von haltungsrelevanten Daten mittels der Aufnahmeeinheit (Videokameras 14, Drucksensoren 16, Beschleunigungssensoren 18, Mikrophon 28) an die elektronische Datenverarbeitungseinheit 20 kann mittels geeigneter Datenübertragungsleitungen (Dop pelpfeile 34, 36) oder auch drahtlos erfolgen. Zur Erstellung zuverlässiger Daten mittels der Videoka meras 14 sind an der Person 10 eine Mehrzahl an op tischen Markierungselementen 30 angebracht.

Die Vorrichtung 12 dient dazu, Daten in Bezug auf eine jeweilige Körperstellung, Körperbewegung und Körperbelastung (Haltung) einer Person 10 mittels der Aufnahmeeinheit zu ermitteln, diese haltungsre levanten Daten der Expertendatenbank 22 der elek tronischen Datenverarbeitungseinheit 20 zuzuführen und daraus leicht und allgemein verständliche In formationen beziehungsweise Anweisungen zu extra hieren und an die beispielsweise eine sportliche Übung ausführende Person 10 auszugeben. Es wird so mit ein geschlossener Regelkreis in Form eines "Bio-Feedback-Verfahrens" gebildet. Es ist vorteil hafterweise möglich, beispielsweise Bewegungsab läufe einer Person 10 in Form einer Bio-Feedback- Schleife zu kontrollieren, Gefahrensituationen zu melden und/oder komplexe Kurs- und Trainingsanwei sungen zu geben. Dabei erfolgt dies in elektro nischer Form mit Hilfe eines Computers (elektro nische Datenverarbeitungseinheit 20), so dass auf den Einsatz eines menschlichen Lehrers beziehungs weise Experten verzichtet werden kann.

Bei der elektronischen Datenverarbeitungseinheit 20 gemäß Ausführungsbeispiel kann es sich um einen handelsüblichen Rechner (PC mit mindestens 200 Mhz und mindestens 64 MB Ram) handeln. Die mittels der Videokameras 14 aufgenommenen optischen Daten wer den in Form von analogen Videodaten mittels soge nannter Framegrabber in 8 Bit breite Daten digita lisiert und anschließend in die elektronische Da tenverarbeitungseinheit 20 eingewiesen, in welchem mittels einer geeigneten Software die weitere Aus wertung erfolgt. Alternativ kann die Auswertung auch auf schnellen 16 Bits Mikrocontrollern (nicht dargestellt) erfolgen. Je nach Bedarf können weite re Haltungsdaten des Körpers der Person 10 zusätz lich oder alternativ mittels Drucksensoren 16 und/oder Beschleunigungssensoren 18 erfasst werden. Hierbei können handelsübliche Sensoren eingesetzt werden. Die durch die Sensoren ermittelten Hal tungsdaten werden mittels eines Mikrocontrollersys tems aufgenommen und gespeichert. Im Falle von Be schleunigungssensoren sind die ermittelten Daten verhältnismäßig komplex, so dass die eigentliche Datenanalyse mittels eines neuronalen Netzwerks er folgt, das auf einem Fremdrechner entsprechend trainiert wurde. Die nach dem Training des Netz werks ermittelten Gewichtungsfaktoren werden an schließend in das Mikrocontrollersystem übertragen.

Beispielsweise werden mittels der Drucksensoren 16 Druckverteilungsdaten gewonnen, welche als erstes mittels der Kenntnis von Körpergewicht und Schuh größe der Person 10 auf den sogenannten Körperge wichtsdruck normiert und in der elektronischen Da tenverarbeitungseinheit 20 gespeichert werden. Als Speicher dienen EEProms oder Flash Memory Karten. Die Kapazität ist groß genug, um eine mögliche Laufstrecke von beispielsweise 10 bis 20 km zu speichern. Die Speicherung dient entweder statis tischen Zwecken oder einer Nachauswertung an einem PC. Der zeitliche Verlauf der Druckverteilung der Schuhsohle wird dazu genutzt, die verschiedenen Gangphasen (Initialkontakt, Belastungsantwort, Mit telstand, Terminalstand, Schwungphase) zu analysie ren. Aus diesen Daten werden anschließend verschie dene Parameter abgeleitet (Ganggeschwindigkeit, Schrittfrequenz, Symmetrieparameter, Dynamik des Druckschwerpunkts, Beurteilung des Abrollverhal tens). Diese sekundären Parameter bilden einen mehrdimensionalen Merkmalsvektor, mittels welchem nun eine Datenbank, in der das eigentliche Exper tenwissen gespeichert ist, befragt wird. In einer derartigen Expertendatenbank können sowohl Informa tionen über Gefahrensituationen als auch Trainings anweisungen gespeichert sein.

Bei Einsatz von optischen Markierungselementen 30 an der Person werden die von den Videokameras 14 aufgenommenen Markierungen mittels einer sogenann ten Threshold Operation von der elektronischen Da tenverarbeitungseinheit 20 erkannt, freigestellt und deren Koordinaten errechnet. Durch den Ver gleich von Koordinaten jeweils gleicher Punkte in zwei einander entsprechenden Aufnahmebildern der zwei gleichzeitig aufnehmende Videokameras 14 kann die dritte Dimension bei bekanntem Abstand der Vi deokameras 14 errechnet werden. Aus der Kenntnis der räumlichen Lage dieser Markierungen wird die jeweilige Stellung der Person 10 errechnet. Diese haltungsrelevanten Daten werden normiert und mit der Expertendatenbank 22 verglichen. Daran ist die einzunehmende Stellung der Person 10 pro Lernein heit exakt gespeichert. Je nach Abweichung werden nun entsprechende Informationen beziehungsweise An weisungen an die übende Person 10 erstellt. Die In formationen beziehungsweise Anweisungen werden mit tels der Informationsausgabeeinheit (Monitor 24 und/oder Lautsprecher 26) an die Person 10 übertra gen. Vorzugsweise erfolgt die Übertragung der In formationen beziehungsweise Anweisungen mittels einer Sprachausgabe in natürlicher Sprache. Die Person 10 bekommt beispielsweise solange Korrek turanweisungen, bis eine entsprechende korrekte Übungs-Stellung exakt eingenommen ist. Anschließend kann zum nächsten Kursteil übergegangen werden.

Der Aufbau der Expertendatenbank 22 wird anhand einer stereo-optischen Ermittlung der Körperhaltung der Person 10 mittels Videokameras 14 erläutert. Sie gilt sinngemäß auch für die Auswertungen und Analyse der Druckverteilung über eine Laufschuh (Drucksensoren 16).

Aus den stereo-optischen Bild-Daten werden die Win kel, die die verschiedenen am Körper angebrachten Markierungen untereinander bilden, errechnet und gespeichert. Die Markierungen sind so angebracht, dass die sich daraus ergebenden Winkel der Stellung von Gelenken (zum Beispiel Knie, Hüfte) entspre chen. Eine Körperstellung wird durch eine Kombina tion dieser verschiedenen Markierungswinkel eindeu tig definiert. Für jeden dieser verschiedenen Mar kierungswinkel (zum Beispiel linker Arm, rechter Arm, linkes Bein, rechtes Bein, Kopf, Hüfte usw.) gibt es einen Eintrag in einer Tabelle. Die aktuel len Markierungswinkel werden mit den entsprechenden Vorgaben in der Tabelle verglichen. Liegen alle Winkel innerhalb einer vorgegebenen Toleranz, wird an der in der gleichen Zeile definierten Zeilennum mer weitergemacht. Bestimmte Kriterien wie Zeit-, Über-/Unterschreitungen führen dazu, dass an einer alternativen Zeilennummer fortgefahren wird. Falls die gemessenen Markierungswinkel von der Vorgabe in der Tabelle abweichen, werden Textanweisungen an hand von zeilen- und markierungsspezifischen Text kennungen erzeugt.

Jede Zeile dieser Tabelle entspricht damit einer Vorgabe für eine bestimmte Körperhaltung. In den verschiedenen Spalten gibt es außer diesen Vorgaben für die einzelnen Markierungswinkel zusätzlich Hilfseinträge. Die gesamten Einträge lassen sich grob in vier verschiedene Gruppen einteilen: eine oder mehrere sogenannte Vorgabe-Gruppen, eine oder mehrere Extremwert-Gruppen, eine Zeitlimit-Gruppe und eine Verzweigungs-Gruppe (siehe Tabelle 1). Bei Bedarf können zusätzliche Gruppen definiert werden.

Tabelle 1

Aufbau einer Datenzeile

Jede Vorgabegruppe besteht aus einem Valid-Flag, einem unteren und oberen Grenzwert für den Winkel, zwei verschiedenen Textkennungen, einem Prioritäts wert und einem Wert für Übergänge (siehe Tabelle 2). Das Valid-Flag entscheidet darüber, ob die ganze Gruppe aktiv ist und damit beachtet wird oder nicht (don't care-Zustand). Der obere und untere Grenzwert definiert den Toleranzbereich, innerhalb dessen ein Winkel als übereinstimmend anerkannt wird. Liegt der gemessene Markierungswinkel außer halb dieses Toleranzbereichs, wird eine Textausgabe generiert. Dabei definiert die Textkennung die Art der zu erzeugenden Anweisung (zum Beispiel "Heben" oder "Senken", "Strecken", "Beugen" usw.). Die Textkennung existiert zweimal, je nachdem, ob der Winkel zu groß oder zu klein ist. Falls die gemes senen Winkel mehrerer Vorgabe-Gruppen gleichzeitig außerhalb deren Toleranzbereiche liegen und damit mehrere Textausgaben generiert werden, entscheidet ein zugehöriger Prioritätswert darüber, welche Mel dung ausgegeben wird. Die Zahl der Übergänge defi niert, wie oft der gültige Winkelbereich verlassen werden darf (der Übende wackelt hin und her), bevor das Abbruchkriterium erreicht ist.

Die Extremwert-Gruppe gleicht der Vorgabe-Gruppe mit dem Unterschied, dass die Einträge darin be nutzt werden, um vor gesundheitlich gefährdenden Körperstellungen zu warnen. In der Zeitlimit-Gruppe gibt es einen Eintrag für die durchschnittliche Zeit, die zum Einnehmen der Haltung benötigt werden sollte. Ein Überschreiten dieses Wertes erfüllt das Abbruchkriterium. Eine zweite Zeit gibt an, wie lange die Haltung beibehalten werden soll. Die Verzweigungs-Gruppe regelt, in welcher Zeile als nächstes fortgefahren werden soll. Es gibt eine Zeilen-Nummer für den Fall, dass alle Bedingungen erfüllt sind und eine dafür, dass das Abbruchkrite rium erfüllt ist. Es kann sich sowohl um einen ab soluten Sprung oder um den Aufruf eines Unterpro gramms handeln. Entsprechend gibt es einen Eintrag, der einer Return-Anweisung entspricht.

Tabelle 2

Aufbau einer Vorgabe- beziehungsweise Extremwert-Gruppe

Durch die Möglichkeit, Unterprogramme zu definie ren, ergeben sich verschiedene Möglichkeiten für den eigentlichen Ablauf des Lernprogramms. Das ge samte Programm kann einerseits in einer einzigen großen Tabelle gespeichert sein und wird vom Compu ter-Programm genau einmal aufgerufen, der Gesamtab lauf steckt in der Tabelle. Andererseits kann der Lernstoff aber auch in verschiedenen kleineren Ta bellen kodiert sein, die vom Computerprogramm aus mehrmals aufgerufen werden. Dies bietet sich vor allem für die Bildung von Schleifen und ähnlichem an. Der Gesamtablauf steckt in diesem Fall in der Reihenfolge der Aufrufe der Tabellen vom Hauptpro gramm des Computers.

Die Erzeugung der Text-Anweisungen hängt einerseits von der Textkennung der Vorgabegruppe und anderer seits von den Abweichungen der gemessenen Markie rungswinkel zum Sollwert ab. Die Textkennung iden tifiziert den auszugebenden Text mehr oder weniger direkt. Es gibt zwei Kennungen, da der Anweisungs text davon abhängt, ob sich der gemessene Wert über oder unterhalb des Toleranzbereichs befindet. Ist der Toleranzbereich in mehreren Vorgabe-Gruppen nicht erreicht, so entscheidet im einfachsten Fall das Prioritätsfeld darüber, wessen Anweisungen aus gegeben werden sollen. Bei großen oder kleinen Ab weichungen des Sollwerts vom Istwert wird der Aus gabetext entsprechend modifiziert ("sehr", "noch ein wenig" usw.). Um den Ausgabetext natürlicher gestalten zu können, kann die Texterzeugung mittels Fuzzy Logik mit entsprechenden Regeln aus mehreren Vorgabe-Gruppen mit deren Textkennung, Prioritäten und Abweichungen zum Sollwert gleichzeitig gene riert werden (wenn Textkennung₁ gleich aufwärts und Textkennung₂ gleich vorwärts und Priorität₁ gleich hoch, dann Text gleich aufrichten). Bei Erfüllen des Abbruchkriteriums, zum Beispiel durch die Zeit überschreitung, wird an einer anderen und damit vielleicht "leichteren" Stelle im Ablauf-Programm weitergemacht.

Eine Bewegung kann durch genau eine oder mehrere verschiedene Zeilen definiert werden. Je mehr ver schiedene Zeilen pro Bewegungsablauf vergeben wer den, um so präzisere Anweisungen können gegeben werden. So könnte zum Beispiel das Einnehmen der Grundstellung einer Übung durch mehrere Zeilen de finiert werden. Als erstes würde zum Beispiel nur die Rumpfstellung pro Zeile eingegeben werden, der Rest wäre im don't care-Zustand. In einer zweiten Zeile würde zusätzlich zur Rumpfstellung die Arm stellung eingetragen sein. In der nächsten Zeile könnte die Beinstellung dazukommen, diese Zeile hätte damit Einträge für die drei Vorgabe-Gruppen Rumpf, Arm und Beinstellung gleichzeitig. Ein Ver lassen des Toleranzbereichs innerhalb der Rumpf- Vorgabe-Gruppe würde automatisch einen Text ent sprechend der Textkennung dieser Zeile erzeugen. Wird gleichzeitig auch der Arm-Bereich verlassen, so entscheidet im einfachsten Fall der Prioritäts- Wert darüber, welche Meldung generiert wird. Kann zum Beispiel die Beinstellung im dritten Schritt nicht erreicht werden, wird nach Ablauf des Zeitli mits das Abbruchkriterium erzeugt und das Programm wird an einer anderen Stelle fortgesetzt. Alterna tiv kann das Programm zwar nochmals an der gleichen Stelle, aber mit einem geänderten Schwierigkeits- Level fortgeführt werden. Dieser Level kann alle Vorgabewerte, wie zum Beispiel den Toleranzbereich, modifizieren. Wenn das Können des Übenden nach einer gewissen Zeit ansteigt, steigt auch sein Le vel an und damit müssen die Vorgaben genauer ein gehalten werden. Das Prinzip des Schwierigkeits- Levels vereinfacht und verkleinert die Tabellen ganz erheblich.

Das Prinzip des Programms beruht darauf, dass das (einmalige) Kodieren des Lernprogramms selbst zwar relativ aufwendig, die Ausführung dafür aber um so einfacher und damit schneller ist. Dies wird da durch erreicht, dass jeder nötige Teil-Prozess durch einen eigenen Spalteneintrag in der Tabelle repräsentiert wird. Die sich dadurch ergebende Ta belle ist sehr umfangreich, kann aber durch das feste Format einfach ausgewertet werden. Jeder Ein trag in einer Spalte steuert eine Aktion, ver gleichbar mit einem Mikroprogramm bei einem Compu ter. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist der relativ große Speicherbedarf der Tabelle. Bei einer Überwa chung von angenommen 10 Markierungswinkeln ergeben sich circa 200 Byte/Zeile und damit circa 200 kB bei 1000 Zeilen. Dies stellt aber bei den heute verfügbaren Speichergrößen kein Problem dar.

Die Art der Kodierung der Vorgaben über die oben vorgestellte Tabelle hat zusätzlich den Vorteil, dass die Auswertung leicht parallelisiert werden kann. Jede Vorgabe-Gruppe überwacht die entspre chenden Eingänge völlig unabhängig von den anderen und erzeugt die entsprechenden Anweisungen. Erst in einem letzten Schritt werden die Einzelergebnisse zu einem Gesamtergebnis zusammengefasst, im ein fachsten Fall über die existierenden Prioritäten. Durch den einfachen Aufbau könnte die Auswertung -falls erforderlich- komplett durch eine eigene Hardware-Logik (PAL-Bausteine) erfolgen. Einfacher wäre es, für jede Vorgabe-Gruppe einen eigenen Mi krocontroller (Pic-Controller) einzusetzen, der die Ergebnisse einem zentralen Controller zuleitet.

Bei der Anwendung für Drucksensoren werden die Win kel-Toleranzbereiche durch andere Parameter, zum Beispiel Druckwerte, ersetzt. Das Lernprogramm be steht dabei aus viel weniger verschiedenen Zeilen, so dass der zur Verfügung stehende EEProm-Bereich ausreicht. Ist ein umfangreicheres Lernprogramm er wünscht, so können anstelle einer einfachen Spei chererweiterung wegen der einfachen Parallelisie rung der Auswertung - wie oben besprochen - besser ein oder mehrere zusätzliche Mikrocontroller einge setzt werden. Dadurch wird neben der Speicherver waltung die Auswertegeschwindigkeit stark erhöht.

Mittels der Vorrichtung 12 ist somit eine zuverläs sige, schnelle und lernfreundliche Haltungskon trolle an einer Person beispielsweise bei der Aus übung einer sportlichen Übung oder auch bei der Er lernung eines Musikinstruments möglich, ohne not wendigerweise auf einen menschlichen Experten zu rückgreifen zu müssen.

Claims

1. Vorrichtung zur Haltungskontrolle einer Person, mit mindestens einer zur Haltungserkennung dienen den Aufnahmeeinheit, dadurch gekennzeichnet, dass eine eine Expertendatenbank (22) aufweisende und zur Haltungsdatenauswertung (20) dienende elektronische Datenverarbeitungseinheit vorgesehen ist, die mit der Aufnahmeeinheit (14, 16, 18, 28) und mit einer zur Übermittlung mindestens einer hal tungsrelevanten Information an die Person (10) die nenden Informationsausgabeeinheit (24, 26) wirkver bunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass zusätzlich eine akustische Aufnahme einheit (28) vorgesehen ist, die mit der Datenver arbeitungseinheit (20) zur Klangdatenauswertung wirkverbunden ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme einheit (14, 16, 18, 28) mindestens einen Sensor (16, 18) aufweist zur Erfassung von haltungsrelevan ten Daten.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16, 18) als Drucksensor (16) oder als Beschleuni gungssensor (18) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme einheit (14, 16, 18, 28) mindestens eine Videokamera (14) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein optisches Markierungselement (30) zur Befesti gung an der Person (10) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Informa tionsausgabeeinheit (24, 26) als Sender für optische und/oder akustische und/oder taktile Signale ausge bildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aku stischen Signale Sprachsignale sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenver arbeitungseinheit (20) ein Datenübertragungssystem (32) und/oder ein Dateneingabesystem (34) aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als kom pakte und mobile Baugruppe ausgebildet ist.

11. Verfahren zur Haltungskontrolle einer Person, insbesondere mittels einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden Verfah rensschritten:

- Erstellen einer Expertendatenbank (22) in einer elektronischen Datenverarbeitungseinheit (20);
- Ermitteln von personenrelevanten Haltungsdaten (10) mittels einer Aufnahmeeinheit (14, 16, 18, 28);
- Übertragen der Haltungsdaten an die Datenverar beitungseinheit (20) mittels eines Datenübertra gungssystems (34, 36);
- Erstellen mindestens einer haltungsrelevanten In formation mittels der Datenverarbeitungseinheit (20);
- Übermitteln der Information an die Person (10) mittels einer Informationsausgabeeinheit (24, 26).

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltungsdaten mittels einer optischen und/oder akustischen Auf nahmeeinheit (14, 28) und/oder mittels Sensoren (16, 18) ermittelt werden.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Haltungsdaten in der Datenverarbeitungseinheit (20) analysiert werden zur anschließenden Ableitung von Parametern, die mit Daten in der Expertendatenbank (22) verglichen werden zur Erstellung mindestens einer haltungsrelevanten Information für die Person (10).

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf eine In formation erfolgende Haltungsreaktion als Kriterium zur Personenbeurteilung und zur Erstellung einer angepassten Informationserstellung herangezogen wird.