DE102004048364B3

DE102004048364B3 - Golfschwungtrainer

Info

Publication number: DE102004048364B3
Application number: DE102004048364A
Authority: DE
Inventors: Alina Dipl.-Ing. Grädener
Original assignee: Rokeach Leo Dr; Rokeach Leo
Current assignee: ROBOGOLFPRO, LLC, CHICAGO, US
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2024-10-02
Also published as: EP1807159B1; KR20070073847A; EP1807159A1; WO2006037455A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Golfschwungtrainer mit einer Basis (70) und einer Mehrzahl von lang gestreckten Elementen (S1 bis S6), die jeweils ein nahes (103) und ein fernes (102) Ende aufweisen. Ferner ist eine Mehrzahl von ersten Bewegungseinrichtungen (48, 80) vorgesehen, die jeweils mit dem nahen Ende (103) eines der Mehrzahl von lang gestreckten Elementen (S1 bis S6) verbunden sind und die ausgestaltet sind, jeweils eines der Mehrzahl von lang gestreckten Elementen (S1 bis S6) relativ zu der Basis (70) zu bewegen. Die fernen Enden (102) der lang gestreckten Elemente (S1 bis S6) sind mit einer Plattform (8) beweglich verbunden. Der Golfschwungtrainer kann über eine Verbindungseinrichtung (10) mit einem Golfschläger (7) und/oder einem Golfspieler verbunden werden, so dass eine Bewegung der lang gestreckten Elemente (S1 bis S6) eine Bewegung des Golfschlägers (7) und/oder Golfspielers bewirken kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Golfschwungtrainer und ein Verfahren zum Betreiben eines Golfschwungtrainers.

Ein Golfschwungtrainer ist beispielsweise aus der US 5,474,299 bekannt. Dieser Golfschwungtrainer weist einen Rotor auf, der um eine Rotationsachse rotiert, während der Golfspieler den Golfschwung übt. Der Golfspieler verbindet sich oder den Golfschläger-Schaft mit dem Rotor. Dabei kann der Rotor flexibel sein, sodass Abweichungen des Golfschwungs von einem idealen Weg eine Verformung des Rotors bewirken.

Nachteilig an dem bekannten Golfschwungtrainer sind die beschränkten Möglichkeiten der Anpassung an Golfschwünge unterschiedlicher Golfspieler. Auch ist die in der US 5,474,299 beschriebene Einstellung des Golfschwungtrainers kompliziert und aufwändig. Ferner erlaubt der Rotor lediglich eine Rotation um eine vorgegebene Rotationsachse. Da sich der Golfschläger bei einer idealen Golfschwungbewegung jedoch nur entfernt näherungsweise entlang einer Kreisbahn bewegt, kann mit dem Golfschwungtrainer kein idealer Golfschwung trainiert werden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Golfschwungtrainer anzugeben, der eine Vielzahl von möglichen Bewegungsabläufen des Golfschlägers und/oder unterschiedlicher Golfspieler erlaubt, wobei ein Golfschwung trainiert werden kann, der nicht einer Kreisbewegung entspricht. Insbesondere sollen bewegliche Teile des Golfschwungtrainers eine geringe Trägheit aufweisen und soll der Golfschwungtrainer bei schnellen Golfschwungbewegungen mechanisch stabil sein.

Es wird vorgeschlagen, bei einem Golfschwungtrainer eine Parallelkinematik zu verwenden, wobei über eine Mehrzahl von kinematisch parallel angeordneten Elementen des Golfschwungtrainers Kräfte und/oder Drehmomente zwischen einer Basis einerseits und dem Golfschläger und/oder Golfspieler andererseits übertragen werden. Als besonders vorteilhaft hat sich dafür eine Parallelkinematik mit sechs kinematisch parallel angeordneten Elementen erwiesen. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Anordnungen möglich, mit z.B. fünf kinematisch parallel angeordneten Elementen. Eine Parallelkinematik kann im Gegensatz zu einer rein seriellen Kinematik ein geringes Gewicht haben und dennoch eine mechanisch sehr stabile Konstruktion sein. Aufgrund des geringen Gewichts der beweglichen Elemente ist die Trägheit gering. Weiterhin kann die Parallelkinematik trotz des geringen Gewichts insgesamt sehr steif ausgestaltet sein, sodass Vibrationen während der Bewegung unterdrückt oder ausgeschlossen werden können. Daher kann eine Bewegung des Golftrainers bei geringem Energieeinsatz sowohl zeitlich als auch örtlich präzise gesteuert werden.

Insbesondere wird ein Golfschwungtrainer vorgeschlagen mit:

– einer Basis,
– einer Mehrzahl von lang gestreckten Elementen, die jeweils ein erstes Ende und ein in Längsrichtung des jeweiligen lang gestreckten Elements dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende aufweisen,
– einer Mehrzahl von ersten Bewegungseinnchtungen, die jeweils mit dem ersten Ende eines der Mehrzahl von lang gestreckten Elementen verbunden sind und die ausgestaltet sind, jeweils eines der Mehrzahl von lang gestreckten Elementen relativ zu der Basis zu bewegen,
– einer Plattform, die mit den zweiten Enden der lang gestreckten Elemente beweglich verbunden ist, und
– einer Verbindungseinrichtung, die ausgestaltet ist, den Golfschwungtrainer mit einem Golfschläger und/oder einem Golfspieler zu verbinden, so dass eine Bewegung der lang gestreckten Elemente eine Bewegung des Golfschlägers und/oder Golfspielers bewirken kann.

Die Basis ist insbesondere so ausgestaltet, dass sie ortsfest relativ zu den Füßen des Golfspielers positioniert werden kann, wenn der Golfspieler steht und seine Füße nicht bewegt. Hierzu kann die Basis beispielsweise eine Bodenplatte aufweisen, die auf einen Fußboden gelegt wird. Alternativ kann die Basis lediglich stellenweise den Boden kontaktieren. Ferner kann die Basis ein Gestell mit einem Rahmen aufweisen, an dem die ersten Bewegungseinrichtungen befestigt sind.

Unter einer Plattform wird ein in sich starres Bauelement beliebiger Form verstanden. Es muss sich dabei nicht zwangsläufig um ein Bauelement handeln, das eine ebene Oberfläche aufweist, auch wenn dies bei einer konkreten Ausführungsform der Erfindung der Fall ist. Die (aus Sicht der Basis fernen) zweiten Enden der lang gestreckten Elemente können insbesondere jeweils an einem Punkt der Plattform angreifen und/oder gelenkig mit diesem Punkt verbunden sein, wobei alle Punkte in einer gemeinsamen Ebene liegen können. Wenn (wie bevorzugt) die lang gestreckten Elemente überjeweils ein Kreuzgelenk mit der Plattform verbunden sind, liegen die Kreuzungspunkte der Gelenkachsen der Kreuzgelenke vorzugsweise in derselben gemeinsamen Ebene. Um Gewicht zu sparen kann die Plattform Aussparungen aufweisen. Die Plattform (das starre Bauelement) kann auch aus mehreren Bauteilen bestehen.

Zumindest eines der lang gestreckten Elemente kann über ein Kreuzgelenk mit der Plattform und/oder über ein Kreuzgelenk mit der Basis verbunden sein. Unter einem Kreuzgelenk wird ein Gelenk mit zwei quer (vorzugsweise senkrecht) zueinander verlaufenden Drehachsen verstanden, um die das Gelenk eine Bewegung erlaubt. Dabei kreuzen sich die Drehachsen und verläuft eine der Drehachsen in Richtung einer Längsachse des lang gestreckten Elements.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das zumindest eine der lang gestreckten Elemente über ein Kreuzgelenk mit der Plattform verbunden und über ein Kreuzgelenk mit der Basis verbunden. Dabei weist das lang gestreckte Element ein Drehgelenk auf, sodass das erste Ende und das zweite Ende des lang gestreckten Elements unabhängig voneinander um eine Längsachse des lang gestreckten Elements gedreht werden können. Außerdem wird bevorzugt, dass jedes der lang gestreckten Elemente in dieser Weise ausgestaltet ist und gelenkig verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform werden Kräfte zwischen der Basis und der Plattform in sehr guter Näherung ausschließlich in Längsrichtung, d. h. in Richtung der Längsachse des lang gestreckten Elements übertragen.

Die Plattform dient der Übertragung von Kräften und Drehmomenten zwischen der Basis einerseits und dem Golfschläger und/oder Golfspieler andererseits. Vorzugsweise werden diese Kräfte und Momente ausschließlich über die Plattform übertragen. In diesem Fall existiert keine kinematisch parallel zu der Plattform angeordnete Einrichtung zur Übertragung von Kräften und Momenten. Dies schließt allerdings nicht aus, dass in Serie zu der Plattform weitere Kräfte und/oder Momente erzeugt werden.

Insbesondere kann die Plattform drehbeweglich mit der Verbindungseinrichtung verbunden sein, wobei eine zweite Bewegungseinrichtung vorgesehen ist, die ausgestaltet ist, die Verbindungseinrichtung relativ zu der Plattform um eine Drehachse zu drehen. Vorzugsweise ist durch die Plattform und durch die Bewegungseinrichtung eine kinematische Serienschaltung gebildet, sodass die von der Basis über die Plattform übertragenen Kräfte und Drehmomente ausschließlich über einen Teil der zweiten Bewegungseinrichtung auf den Golfschläger und/oder Golfspieler übertragen werden. Eine solche Serienschaltung ist eine einfach auszuführende Möglichkeit. Sie hat den Vorteil, dass die Vorteile einer Parallelkinematik erhalten bleiben und außerdem die Bewegung des Golfschlägers und/oder Golfspielers hinsichtlich eines Freiheitsgrades einen sehr großen Bewegungsbereich hat. Beim Golfschwung führt (wie erwähnt) das Schlagende des Schlägers nur entfernt näherungsweise eine Kreisbewegung aus. Der Golfschwungtrainer wird vorzugsweise so ausgestaltet, dass der Freiheitsgrad mit sehr großem Bewegungsbereich ein Freiheitsgrad der Rotation ist, der der Kreisbewegung entspricht bzw. diese Kreisbewegung erlaubt. Dadurch kann der Bewegungsbereich für entsprechende Rotationsbewegungen der Plattform kleiner ausgelegt werden. Insbesondere können daher die lang gestreckten Elemente näher aneinander angeordnet werden und/oder kürzer ausgestaltet werden und damit Platz gespart werden.

Vorzugsweise ist ein Schaft des Golfschlägers um seine Längsachse drehbar, wenn die Verbindungseinrichtung mit dem Golfschläger verbunden ist. Dabei kann diese Drehbewegung um die Längsachse von einer weiteren (z.B. dritten) Bewegungseinrichtung angetrieben werden, wobei die Drehbewegung von einer Steuereinrichtung des Golfschwungtrainers gesteuert werden kann.

Die lang gestreckten Elemente, ihre Verbindungen zu der Basis und/oder ihre Verbindungen zu der Plattform können identisch ausgestaltet sein, sodass Aufwand und Kosten bei der Herstellung des Golfschwungtrainers reduziert werden können. Bei den lang gestreckten Elementen handelt es sich insbesondere um stangenförmige (z.B. zumindest abschnittsweise rohrförmige) Elemente, die vorzugsweise im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu Ihrer Längsachse sind. Insbesondere ist die Länge der lang gestreckten Elemente jeweils in ihrer Längsrichtung unveränderlich.

Die lang gestreckten Elemente bilden vorzugsweise einen so genannten Hexapod, d. h. es sind sechs kinematisch parallel geschaltete lang gestreckte Elemente vorhanden. Die lang gestreckten Elemente müssen dabei keine Füße in dem Sinne sein, dass sie die Plattform unmittelbar mit einem Fußboden verbinden. Ein Hexapod ist für die Anwendung als Golfschwungtrainer besonders gut geeignet, da er besonders leicht und stabil konstruiert sein kann, auf einfache Weise, eindeutig und präzise gesteuert werden kann (in diesem Zusammenhang wird auf die Vorteile einer so genannten Stewart Plattform hingewiesen, die beispielsweise in der US 6,240,799 B1 beschrieben sind) und einen großen Bewegungsbereich der Plattform hinsichtlich aller sechs unabhängigen Freiheitsgrade der Bewegung aufweist.

Zumindest eine (vorzugsweise alle) der ersten Bewegungseinrichtungen kann eine Linearbewegungseinrichtungen sein, die ausgestaltet ist, eines der Mehrzahl von lang gestreckten Elementen linear entlang einer insbesondere geraden Linie zu bewegen, wobei die gerade Linie ortsfest relativ zu der Basis verläuft. Die erste Bewegungseinrichtung kann beispielsweise jeweils einen Zahnriemenvorschub (einen über einen Zahnriemen angetriebenen Linearvorschub) aufweisen, z.B. den Zahnriemenvorschub ZF 3 der Isel Automation KG, Buergermeister-Ebert-Straße 40, 36124 Eichenzell, Deutschland. Außerdem können im Fall eines Hexapods jeweils zwei der lang gestreckten Elemente entlang von z.B. parallel zueinander verlaufenden geraden Linien an der Basis bewegt werden. Zwei dieser drei Paare von geraden Linien können insbesondere parallel zueinander angeordnet sein, wobei die Linien in Richtung der Plattform schräg geneigt von oben nach unten verlaufen.

Alternativ zu den Linearbewegungseinrichtungen kann eines oder können mehrere der lang gestreckten Elemente in ihrer Längsrichtung längenveränderlich sein, d. h. es kann ein Abstand zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Enden verändert werden. Die erste Bewegungseinrichtung ist entsprechend ausgestaltet und weist z.B. einen hinsichtlich seiner Hubbewegung steuerbaren Hubkolben auf. Auch andere Antriebe sind möglich, etwa ein Linearmotor, der in dem lang gestreckten Element angeordnet ist. Allgemein ausgedrückt kann es sich bei zumindest einem der lang gestreckten Elemente um ein teleskopartig längenveränderliches Element handeln.

Jede der ersten Bewegungseinrichtungen kann Kräfte und/oder Drehmomente auf eines der lang gestreckten Elemente übertragen und kann insbesondere einen Motor aufweisen, z.B. einen Schrittmotor, der die Bewegung der lang gestreckten Elemente antreibt, z.B. über einen Zahnriemen. Weiterhin wird bevorzugt, dass Bewegungspositionen der ersten Bewegungseinrichtungen und/oder der lang gestreckten Elemente durch eine Messeinrichtung feststellbar sind. Die in diesem Absatz genannten Eigenschaften und/oder Merkmale können entsprechend für die zweite Bewegungseinrichtung gelten. Dabei wird bevorzugt, einen Servomotor für den Antrieb zu verwenden.

Bei dem Golfschläger muss es sich nicht um einen den Golfregeln entsprechenden Schläger handeln, auch wenn dies bevorzugt wird. Vielmehr kann der Golfschläger z.B. speziell für das Training mit dem Golfschwungtrainer ausgestaltet sein und lediglich als geeignetes Objekt dienen, das ein Golfspieler wie einen Golfschläger anfassen kann. Insbesondere weist der Golfschläger einen Schaft mit einem Griffbereich auf.

Bei der Verbindungseinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Halteeinrichtung zum Halten eines Schafts des Golfschlägers oder zum Halten zumindest eines Arms und/oder zumindest einer Hand des Golfspielers handeln, wobei die Halteeinrichtung mit der Plattform verbunden ist.

Bei dem Golfschwungtrainer kann die Plattform innerhalb des möglichen Bewegungsbereichs beliebig positioniert und orientiert werden, wobei der Bewegungsbereich insbesondere für Rotationsbewegungen sehr groß ist. Daher können unterschiedliche Golfschwünge trainiert werden, insbesondere von unterschiedlich großen Golfspielern.

Der Golfschwungtrainer kann eine Steuereinrichtung aufweisen, wobei die Steuereinrichtung über Steuerverbindungen jeweils mit den Bewegungseinrichtungen verbunden ist, sodass Bewegungen der Bewegungseinrichtungen von der Steuereinrichtung steuerbar sind.

Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben eines Golfschwungtrainers (insbesondere des Golfschwungtrainers in einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen) vorgeschlagen, wobei der Golfschwungtrainer eine Mehrzahl von lang gestreckten Elementen aufweist, wobei die lang gestreckten Elemente ein erstes und ein fernes Ende aufweisen, wobei die ersten Enden der lang gestreckten Elemente mit einer ortsfesten Basis verbunden sind, wobei die zweiten Enden der lang gestreckten Elemente beweglich mit einer Plattform verbunden sind, wobei die Plattform über eine Verbindungseinrichtung mit einem Golfschläger und/oder einem Golfspieler verbunden ist und wobei durch Bewegung der zweiten Enden relativ zu der Basis eine Golfschwungbewegung des Golfschlägers und/oder des Golfspielers erzeugt wird und/oder eine von dem Golfspieler ausgeführte Golfschwungbewegung beeinflusst wird.

Wegen der Vorteile dieses Verfahrens wird auf die zuvor beschriebenen Vorteile einer Parallelkinematik verwiesen. Ferner ist es einfach, den Golfschwungtrainer wie beschrieben zu betreiben, da lediglich die lang gestreckten Elemente bewegt werden müssen. Eine derartige Bewegung kann wesentlich einfacher sein als die komplizierte Golfschwungbewegung. Insbesondere können die lang gestreckten Elemente ausschließlich geradlinig bewegt werden. Bei ausreichender Anzahl der lang gestreckten Elemente oder durch zusätzliche Maßnahmen kann damit eine Golfschwungbewegung erzeugt werden, die hinsichtlich aller sechs unabhängigen Freiheitsgrade der Bewegung verändert werden kann.

Vorzugsweise sind die Längen zumindest einer Teilanzahl der lang gestreckten Elemente unveränderlich und wird die Bewegung des zweiten Endes dieser lang gestreckten Elemente dadurch bewirkt, dass das erste Ende relativ zu der Basis bewegt wird. Eine derartige Bewegung lässt sich auf einfache Weise erzeugen, insbesondere wenn das erste Ende dadurch bewegt wird, dass es entlang einer geradlinig verlaufenden Linearachse, die ortsfest relativ zu der Basis positioniert ist, bewegt wird.

Vorzugsweise werden Kräfte zwischen der Basis und der Plattform ausschließlich jeweils in Richtung von Längsachsen der lang gestreckten Elemente übertragen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden insgesamt sechs der lang gestreckten Elemente verwendet.

Die Verbindungseinrichtung kann relativ zu der Plattform gedreht werden und dadurch Teilkomponenten der Golfschwungbewegung ausgeführt und/oder beeinflusst werden. Unter Teilkomponenten werden Komponenten oder Teile von Komponenten der Bewegung verstanden, wobei Komponenten im Sinne von geometrischen Komponenten (z.B. Komponente eines Geschwindigkeitsvektors der Bewegung) zu verstehen ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung mit einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Golfschwungtrainers werden nun anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Dabei können einzelne Merkmale oder Kombinationen von Merkmalen der Ausführungsbeispiele mit den zuvor beschriebenen Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung kombiniert werden. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische dreidimensionale Darstellung einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines Golfschwungtrainers, wobei jedoch Antriebseinheiten und die Basis weggelassen wurden,
2 den kinematischen Aufbau eines Teils der in 1 dargestellten Anordnung,
3 eine Vektor-Darstellung für eine lineare Bewegung entlang einer der in 2 dargestellten Linearachsen,
4 Koordinatensysteme eines Abtriebes und der Plattform,
5 Lasten an der freigeschnitten dargestellten Plattform,
6 eine Anordnung zur Steuerung des Betriebes eines Golfschwungtrainers,
7 eine Basis, an der beispielsweise die in 1 dargestellte Anordnung befestigt werden kann,
8 in einer Seitenansicht einen Linearvorschub, insbesondere einen Zahnriemenvorschub, zum linearen Verfahren eines lang gestreckten Elements,
9 den in 8 dargestellten Linearvorschub in Draufsicht,
10 eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines lang gestreckten Elements, wobei ein Längsabschnitt ausgebrochen dargestellt ist,
11 ein Ansatzelement für eine mechanische, bewegliche Verbindung zwischen der Basis und einem lang gestreckten Element,
12 das in 11 dargestellte Ansatzelement mit einem daran befestigten lang gestreckten Element und
13 einer Plattform mit Verbindungseinrichtung und Golfschlägerschaft.
Der in 1 dargestellte Golfschwungtrainer weist sechs lang gestreckte Elemente S1 bis S6 auf, deren Länge jeweils unveränderlich ist. Weiterhin weist der Golfschwungtrainer sechs jeweils geradlinig verlaufende Achsen 1 bis 6 auf, entlang denen erste Enden der Elemente S1 bis S6 geradlinig bewegt werden können. Beispielsweise sind die Elemente S1 bis S6 über jeweils ein entlang der jeweiligen Achse 1 bis 6 geführtes Ansatzelement (beispielsweise für die Achse 5 und das lang gestreckte Element S5 mit A5 bezeichnet) mit der Achse 1 bis 6 verbunden, wobei das Ansatzelement A5 über ein erstes Kreuzgelenk (beispielsweise für das Element S5 mit G5a bezeichnet) mit dem Element S1 bis S6 verbunden ist. Die zweiten Enden der Elemente S1 bis S6 sind z.B. über ein zweites Kreuzgelenk (beispielsweise für das Element S5 mit G5b bezeichnet) mit einer Plattform P verbunden. Insgesamt sind daher sechs erste Kreuzgelenke und sechs zweite Kreuzgelenke vorhanden. Im Ergebnis kann die Plattform P lediglich durch die Linearbewegungen der ersten Elemente mit sechs unabhängigen Freiheitsgraden (drei Freiheitsgraden der Translation und drei Freiheitsgraden der Rotation) bewegt werden.
An der Plattform P ist eine zweite Bewegungseinrichtung 9 angeordnet, sodass durch Betreiben der Bewegungseinrichtung 9 eine Verbindungseinrichtung 10 um eine fest relativ zu der Plattform P angeordnete Rotationsachse gedreht werden kann. An einem aus Sicht der Plattform fernen Ende der Verbindungseinrichtung 10 ist ein Golfschläger 7 befestigt, wobei der Golfschläger 7 um die Längsachse seines Schafts frei gegen die Verbindungseinrichtung 10 drehbar ist. Dabei kann ein entsprechend drehbar gelagertes Befestigungselement der Verbindungseinrichtung 10 ortsfest am Schaft befestigt sein.
Auf Details einer speziellen, besonders bevorzugten Ausführungsform des Golfschwungtrainers wird noch eingegangen.
Die Kinematik eines Hexapod, d. h. eines Golfschwungtrainers mit sechs kinematisch parallel zueinander angeordneten lang gestreckten Elementen zur Kraftübertragung, kann wie folgt beschrieben werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Bewegungseinrichtungen die ersten Enden der lang gestreckten Elemente entlang jeweils einer geradlinig verlaufenden Achse bewegen (im Folgenden: Linearantriebe bzw. Linearachsen). Außerdem weisen die lang gestreckten Elemente feste (d. h. trotz der Bewegung unveränderliche) Längen in ihrer Längsrichtung auf (im Folgenden einfach „Stablängen" genannt, auch wenn andere lang gestreckte Elemente als Stäbe verwendet werden). Im Ausführungsbeispiel des Golfschwungtrainers sind die Abstände zwischen den Kreuzungspunkten der Kreuzgelenke für jedes der lang gestreckten Elemente fest.
Zunächst wird nur die Kinematik am Hexapod betrachtet. Im Anschluss werden zusätzliche Zusammenhänge für einen Hexapod mit einem zusätzlichen Freiheitsgrad der Rotation erläutert, wobei die Rotation zwischen der Plattform und der Verbindungseinrichtung stattfinden kann. Somit liegt eine serielle Kinematik vor, in der der Hexapod in Serie zu der so genannten Hilfsrotationsachse angeordnet ist. Eine Bewegung um die Hilfsrotationsachse wird durch die zweite Bewegungseinrichtung angetrieben.
Zunächst sollen die Grundlagen erläutert werden, die zum Steuern der Bewegungen entlang der Linearachsen mit den Linearantrieben benötigt werden. Hierbei sind (in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Plattformlage und/oder – orientierung) die Positionen der ersten Enden der lang gestreckten Elemente auf den sechs Linearachsen zu bestimmen.
In 2 ist der kinematische Aufbau mit einem globalem Koordinatensystem g (Laborsystem), einem lokalen, ortsfest relativ zu der Plattform angeordneten Koordinatensystem I, einer Plattform P, den sechs lang gestreckten Elementen S1 bis S6, die die Plattform P mit den Linearachsen 1 bis 6 verbinden, dargestellt. Die ersten Enden der lang gestreckten Elemente sind linear entlang der Linearachsen 1 bis 6 beweglich. 3 zeigt exemplarisch die Kinematikkette für die Linearachse 1.
Die Lage und Orientierung der Plattform P für einen Anfangszustand kann eindeutig durch den Ortsvektor r →_p des lokalen Koordinatensystems I, der die Ursprünge der beiden Koordinatensysteme miteinander verbindet, und unter Verwendung der drei Einheitsvektoren e →_x, e →_y, e →_z des lokalen Koordinatensystems I beschrieben werden (3). Die entsprechenden Daten können vorab ermittelt werden. Eine Linearverschiebung der Plattform P kann (im globalen Koordinatensystem) durch einen Verschiebungsvektor Δr →_p ausgedrückt werden: (r →p)neu = (r →p)alt + Δr → (1.1)wobei die Indizes „neu" bzw. „alt" den Ortsvektor des lokalen Koordinatensystems vor der Verschiebung und nach der Verschiebung bezeichnen.
Eine Drehung der Plattform P im Raum kann mit einer orthogonalen Transformationsmatrix T - durch Transformation der lokalen Einheitsvektoren (e →x)neu = T -·(e →x)alt (1.2a) (e →y)neu = T -·(e →y)alt (1.2b) (e →z)neu = T -·(e →z)alt (1.2C)beschrieben werden.
In den lokalen Koordinaten der Plattform P sind die Orte (z.B. Kreuzungspunkte der Kreuzgelenke) der Plattformgelenke (über die die lang gestreckten Elemente S1 bis S6 gelenkig mit der Plattform P verbunden sind) durch die Ortsvektoren (r →_pi)_L festgelegt, wobei der Index i entsprechend der Nummerierung der lang gestreckten Elemente S1 bis S6 die Werte 1 bis 6 annehmen kann. Der Index L drückt aus, dass der Ortsvektor im lokalen Koordinatensystem definiert ist. Diese sechs Ortsvektoren ändern sich nicht, wenn sich die Plattform bewegt.
Sind
die Plattformkoordinaten des Gelenks "i", können diese auch im globalen Koordinatensystem ausgedrückt werden: r →pi = r →p + xi·e →x + yi·e →y + zi·e →z (1.3)
Nun kann der Ortsvektor r →_bi zum Achsengelenk (über das das lang gestreckte Element mit dem Linearantrieb verbunden ist) mit der noch unbekannten Verfahrlänge λ_i entlang der Linearachse (im Beispiel von 3 entlang der Linearachse 1) in dem globalen Koordinatensystem aufgestellt werden: r →bi = r →b0i + λi·e →bi (1.4)
Hierbei sind r →_b0i der Ortsvektor in dem globalen Koordinatensystem auf den Anfangspunkt des Achsenverfahrweges und e →_bi der Einheitsvektor (in Richtung des Verfahrweges der Linearachse) entlang dem Achsenverfahrweg. Mit dem Wissen, dass die Stablänge konstant ist, kann nun der unbekannte Achsenverfahrweg λ_i mit (r →si)2 = (li)2 = (r →bi – r →pi)2 = (r →b0i + λi·e →bi – r →pi)2 (1.5) bestimmt werden. Hierbei muss eine quadratische Gleichung gelöst werden bei der zwei Lösungen für λ_i existieren und in der Regel nur eine einen sinnvollen Wert ergibt.
Die Längen λ_i können nun einer elektronischen Steuerung als Sollvorgabe zum synchronen Anfahren vorgegeben werden.
Die Bewegungsfreiheit und insbesondere die möglichen Drehwinkel einer Hexpod-Plattform sind durch die Geometrie der lang gestreckten Elemente begrenzt. Insbesondere besteht die Gefahr, dass es bei einer starken Verdrehung der Plattform zu einer Berührung der lang gestreckten Elemente und zu einer Behinderung einer Bewegung der Elemente kommen kann. Außerdem kann es vorkommen, dass eine Grenze des möglichen Drehwinkelbereichs erreicht wird und eine weitergehende Drehbewegung nicht ausführbar ist. Ist eine Rotation vorwiegend um eine Achse erwünscht, kann der mögliche Drehwinkel mittels einer zusätzlichen Drehachse mit einem gesteuerten Rotationsantrieb, z.B. eines Servo-Getriebemotors, erreicht werden (wie es beispielsweise bei der zweite Bewegungseinrichtung der Fall ist). Am Abtrieb (z.B. Abtrieb des Motors 46) dieser Drehachse kann nun das zu bewegende Objekt, z.B. der Golfschläger, montiert werden.
4 zeigt die Plattform P, einen fest mit der Plattform P verbundenen Teil 31 der zweiten Bewegungseinrichtung und einen von dem Motor angetriebenen Teil 33 des Abtriebes.
Eine Transformation zwischen dem Koordinatensystem (der Index h weist in 4 auf dieses Koordinatensystems hin) am Abtrieb (x_h, y_h, z_h) und dem Plattformkoordinatensystem (x_p, y_p, z_p) (der Index P weist auf die Plattform hin) kann mit Orthogonalmatrizen erreicht werden. Um eine Rotationsgeschwindigkeit zu erreichen, die höher ist als die durch den Rotationsantrieb allein erreichbare Geschwindigkeit, kann auch die Plattform P mitrotiert werden (durch Bewegung der lang gestreckten Elemente).
Die Kräfte, die auf die Plattform P ausgeübt werden, können mit dem folgenden Algorithmus beschrieben werden (siehe dazu 5).
Hierbei ist F →_i die Kraft in Längsrichtung des lang gestreckten Elements S_i. Können quer zur Längsrichtung des lang gestreckten Elements wirkende Querkräfte vernachlässigt werden (wie es bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel in sehr guter Näherung der Fall ist), sind alle Längskräfte parallel zur Längsachse. D.h. es gilt F →i = Fi·e →si (2.2)
Hierbei ist e →_si der Einheitsvektor des lang gestreckten Elements S_i (siehe 3).
Diese Längskräfte können unter Verwendung von Längsdehnungen (z.B. mit Dehnmessstreifen gemessen) und/oder von elektrischen Spannungen des zugeordneten Antriebsmotors ermittelt werden. Die Kraft F → (siehe Gleichung 2.1) kann durch Gewichtskräfte, durch Massenträgheitskräfte und durch äußere Kräfte (Einwirkung des Golfspielers auf die Plattform) entstehen.
Auf entsprechende Art können die aufgebrachten Momente mit
ermittelt werden, wobei das Moment M → durch Massenträgheitsmomente und durch äußere Momente (Einwirkung des Golfspielers) entstehen kann und wobei mit x das Kreuzprodukt der vor und nach dem Operator stehenden Vektoren bezeichnet ist.
Hierbei sind (r →_F)_L der Ortsvektor auf den Angriffspunkt der Kraft F → und M → ein äußeres Moment, z.B. das Motormoment des Rotationsantriebes.
Wird die vom Golfspieler aufgebrachte Kraft gemäß Gleichung 2.1 ermittelt, kann festgestellt werden, ob der Spieler in Richtung einer vorgegebenen Bewegungsbahn oder quer zu dieser Richtung Kräfte aufgebracht hat. Mit dieser Information kann eine Beschleunigung oder ein Abbremsen interaktiv erfolgen, indem die Komponente der Kraft in der vorgegebenen Bewegungsrichtung ausgewertet wird. Zusätzlich kann nach dem Golfschlag eine Auswertung der Güte des Golfschwungs erfolgen, indem die Kraftkomponente quer zur vorgegebenen Bewegungsrichtung ausgewertet wird.
Die in 6 dargestellte Anordnung weist einen Steuerrechner 41 mit einem Datenspeicher 44 auf, in dem beispielsweise die oben genannten Daten gespeichert werden. Der Steuerrechner 41 dient der Steuerung des Betriebes eines Golfschwungtrainers, beispielsweise des Golfschwungtrainers aus dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel. Bei dem Steuerrechner 41 kann es sich beispielsweise um einen handelsüblichen Personalcomputer (PC) handeln. Der Steuerrechner 41 ist mit einem Bildschirm 42 und mit Eingabemitteln 43, insbesondere einer Tastatur und/oder einer Zeigereinrichtung (z.B. Computermaus), verbunden. Auf diese Weise können Signale ausgelöst und entsprechende Befehle zur Steuerung des Golfschwungtrainers erzeugt werden. Dabei kann der Bildschirm 42 eine berührungsempfindliche Oberfläche aufweisen, sodass auch durch Berührung der Oberfläche derartige Signale ausgelöst werden können.
Über Steuerleitungen 47a bis 47f ist der Steuerrechner 41 jeweils mit einem Antriebsmotor 48 bis 53 verbunden. Die Antriebsmotoren 48 bis 53 sind jeweils Teil einer der ersten Bewegungseinrichtungen zum Bewegen der lang gestreckten Elemente. Außerdem kann bei einer speziellen Ausführungsform jeweils eine Messeinrichtung vorgesehen sein, die ausgestaltet ist, in einer Längsrichtung der lang gestreckten Elemente wirkende Kräfte zu messen und entsprechende Messsignale zu dem Steuerrechner 41 zu übertragen.
Ferner ist bei dem konkreten Ausführungsbeispiel von 6 ein Motor 46 zum Antreiben einer Rotationsbewegung der Verbindungseinrichtung relativ zu der Plattform vorgesehen. Der Motor 46 ist über eine Steuerleitung 45 von dem Steuerrechner 41 steuerbar.
Ohne Beschränkung auf die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele kann der Golfschwungtrainer ausgestaltet sein, die Bewegung des Golfspielers und/oder des Golfschlägers beim Golfschwung (z.B. auf einer idealen Bahnkurve) auszuführen. Dabei muss die Bewegungsgeschwindigkeit nicht einer idealen Schwungbewegung z.B. beim Abschlag eines Golfballs entsprechen. Vielmehr kann die Schwungbewegung auch mit konstanter und/oder geringerer Geschwindigkeit ausgeführt werden. Es wird jedoch bevorzugt, dass der Golfschwungtrainer die Schwungbewegung mit realen, in der Golfpraxis vorkommenden Geschwindigkeitsverläufen ausführt.
Eine Möglichkeit besteht darin, dass dem Golfschwungtrainer die auszuführende Bewegung beigebracht wird, indem die Bewegung des Golfschlägers und/oder des Golfspielers ausgeführt wird, während der Golfschläger und/oder der Golfspieler über die Verbindungseinrichtung mit dem Golfschwungtrainer verbunden ist. Dabei wird beispielsweise eine Vielzahl von Bewegungspositionen der einzelnen Bewegungseinrichtungen von der Steuereinrichtung detektiert und werden entsprechende Daten z.B. in einem Koordinatenspeicher abgespeichert.
Es wird jedoch bevorzugt, derartige Daten auf andere Weise (z.B. wie unten beschrieben durch Eingabe von Informationen direkt an die Steuereinrichtung) zu erzeugen und z.B. in dem Koordinatenspeicher abzuspeichern.
Weiterhin kann die Zeit und/oder der Zeitabstand der Bewegungspositionen festgelegt und abgespeichert werden. Alternativ können die Bewegungspositionen bei konstanten Zeitabständen zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Bewegungspositionen abgespeichert werden.
Der Golfschwungtrainer kann die vorzugsweise in dem Koordinatenspeicher abgespeicherten Daten auslesen und die Golfschwungbewegung z.B. den gespeicherten Bewegungspositionen entsprechend ausführen. Unter Verwendung der abgespeicherten Daten kann die Bewegung auch schneller oder langsamer ausgeführt werden, beispielsweise durch Erhöhung oder Erniedrigung der Frequenz bei der Abtastung der Datenwerte für die aufeinander folgenden Bewegungspositionen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Koordinaten der Bewegungseinrichtungen derart abgespeichert, dass sich bei einer Abtastung der Datenwerte für die aufeinander folgenden Bewegungspositionen mit konstanter Frequenz und bei einer entsprechenden sofortigen Ausführung der Bewegung automatisch ein gewünschter (vorzugsweise der ideale) Geschwindigkeitsverlauf der Bewegung resultiert.
Die Daten der aufeinander folgenden Bewegungspositionen können beispielsweise durch ein Computerprogramm erzeugt werden, das in der Art einer CAD (Computer Aided Design)- Software für den Maschinenbau arbeitet. Die Bewegungsbahnkurve und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit können in diesem Fall an die Eigenschaften und/oder Fähigkeiten eines bestimmten Golfspielers angepasst worden sein. Es kann eine Mehrzahl von Datensätzen für die Steuereinrichtung verfügbar abgespeichert sein, wobei jeder der Datensätze einem Golfschwung entspricht.
Es besteht vorzugsweise die Möglichkeit, die gespeicherte Bewegungsbahnkurve zu verändern, indem einzelne oder mehrere der Bewegungspositionen mit Hilfe einer geeigneten Eingabeeinrichtung der Steuereinrichtung verändert werden. Die Eingabeeinrichtung weist z.B. eine Computertastatur und/oder eine Zeigereinrichtung (z.B. eine Computermaus) auf. Dabei kann die Bewegung, die den momentan abgespeicherten Daten entspricht und/oder veränderten Daten entspricht, mit geeigneten Darstellungseinrichtungen (z.B. einem Computerbildschirm) für einen Benutzer sichtbar dargestellt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform können beispielsweise durch die bereits genannte Eingabeeinrichtung Punkte auf einer idealen Bewegungsbahn festgelegt werden, die bei einem Golfschwung durchlaufen werden müssen. Die Steuereinrichtung kann diesen Punkten entsprechende Bewegungspositionen der Bewegungseinrichtungen berechnen und abspeichern. Ferner kann die Steuereinrichtung automatisch aus den festgelegten Punkten (beispielsweise durch Spline-Interpolation) zusätzliche Punkte der idealen Bewegungsbahn generieren.
Zur Editierung der Bewegungsbahnkurve vor oder nach der Speicherung der Daten kann eine graphische Bedienungs-Oberfläche verwendet werden. Hierbei wird die Schwungkurve z.B. in einer Ebene dargestellt, die der Golfschläger beim Golfschwung durchläuft. Da diese Ebene während des Golfschwungs nicht ortsfest zu dem Labor-Koordinatensystem (z.B. dem Koordinatensystems des Fußbodens) ist, kann zur Darstellung eine entsprechende Transformation der Koordinaten der Bewegungspositionen durchgeführt werden. Zusätzlich kann auch die Geometrie der Bahnkurve senkrecht zu der Ebene editiert werden. Hierzu können unter Verwendung von Bezierkurven Teilsegmente der Bahnkurve bearbeitet werden. Dabei können von einzelnen Punkten der Bahnkurve:

a) der Ort verändert werden,
b) die Tangente der Schwungbahn geändert werden,
c) eine Krümmung der Kurve geändert werden und/oder
d) ein Winkel des Golfschlägerschaftes verändert werden.

Weiterhin wird bevorzugt, dass Kräfte, die in Längsrichtung der lang gestreckten Elemente wirken, gemessen werden (beispielsweise mit Dehnmessstreifen). Insbesondere können die lang gestreckten Elemente jeweils einen Messsensor aufweisen, der ausgestaltet ist, bei der Übertragung von Kräften in Längsrichtung des jeweiligen lang gestreckten Elements eine Messung der momentan wirkenden Kraft entsprechenden Länge des lang gestreckten Elements in Längsrichtung und/oder einer Änderung der Länge zu ermöglichen. Vorzugsweise ist der Messsensor der Messeinrichtung an dem zweiten Ende des lang gestreckten Elements angeordnet. Bei dieser Ausführung ist die zwischen dem Messsensor und dem Golfspieler bzw. dem Golfschläger vorhandene Masse geringer, wodurch die von der Verbindungseinrichtung ausgeführte Bewegung genauer aus den Messwerten berechnet werden kann. Um ein größeres Messsignal zu erhalten, wird vorgeschlagen, die lang gestreckten Elemente an den Messstellen (den Stellen, an denen der Messsensor angebracht ist) hinsichtlich ihrer Widerstandskraft gegen eine Längenänderung durch Kräfte in Längsrichtung schwächer auszugestalten als in anderen Längsabschnitten des lang gestreckten Elements. Zum Beispiel wird bei Verwendung einer Stange als lang gestrecktes Element an der Messstelle Material entfernt, sodass quer zur Längsrichtung in der Art einer Gabel mit zwei Zinken lediglich zwei einander gegenüberliegende Materialbereiche bestehen bleiben.
Alternativ oder zusätzlich können von Antriebseinrichtungen (z.B. Motoren und/oder damit verbundenen beweglichen Antriebselementen, wie Zahnriemen) erzeugte Kräfte und/oder Momente gemessen und/oder aus Steuersignalen zur Steuerung der Antriebseinrichtungen berechnet werden. Beispielsweise können die in Längsrichtung der lang gestreckten Elemente wirkenden Kräfte (als Vektoren) zu der insgesamt zwischen der Basis und der Plattform wirkenden Kraft addiert werden. Wenn die zweite Bewegungseinrichtung vorgesehen ist, kann die von ihr ausgeübte Kraft und/oder das von ihr ausgeübte Drehmoment gemessen werden.
In allen Fällen kann aus den Messwerten ermittelt werden, welche Kräfte und/oder Momente der Golfspieler während der Schwungbewegung ausgeübt hat. Zum Vergleich dienen beispielsweise entsprechende berechnete Werte oder gemessene Werte von einer (z.B. für den Golfspieler idealen) Schwungbewegung, die ohne den Golfspieler ausgeführt wurde. Zum Beispiel wird hierzu lediglich der Golfschläger mit der Verbindungseinrichtung verbunden und die Schwungbewegung ausgeführt. Die Bestimmung der von dem Golfspieler ausgeübten Kräfte und/oder Momente ermöglicht es, die von dem Golfspieler ausgeführte Schwungbewegung zu analysieren und/oder automatisch durch den Golftrainer zu korrigieren. In letzterem Fall spürt der Golfspieler die zusätzlichen Kräfte und/oder Momente, die der Golftrainer ausübt. Insbesondere können durch den Vergleich Werte, die den Golfschwung charakterisieren, einzelnen Punkten und/oder Bereichen der Bewegungsbahn zugeordnet werden, z.B. Beschleunigungswerte und/oder fehlerhaft zu starke oder zu schwache ausgeübte Kräfte und/oder Momente. Allgemeiner formuliert kann also auf einzelne Teile der Bewegungsbahn und/oder des Golfschwungs bezogen analysiert werden. Die Analyse findet dabei vorzugsweise vollautomatisch und gegebenenfalls abhängig von einem vorgewählten Modus durch die Steuereinrichtung statt.
Insbesondere sind folgende Modi des Golfschwungtrainers wählbar:

1. Ein Golfschwung oder Teilsegmente davon können mehrfach wiederholt werden. Hierbei kann der Golfschwung von dem Golfschwungtrainer entlang einer vorgegebenen Bahnkurve mit einer voreingestellten Geschwindigkeit ausgeführt werden.
2. In diesem Modus wird wie in Modus 1 verfahren, jedoch kann der Golfspieler den Geschwindigkeitsverlauf entlang der vorgegebenen Bahnkurve durch Krafteinwirkung bestimmen und/oder verändern. Die Krafteinwirkung wird beispielsweise unter Verwendung der oben stehenden Gleichung 2.1 bestimmt. Dabei setzt sich die Kraft F aus der vom Golfspieler ausgeübten äußeren Kraft, den Massenträgheitskräften und den Gewichtskräften zusammen. Die Gewichtskräfte können mit einer Waage gemessen werden oder durch einen Versuchsbetrieb des Golfschwungtrainers ermittelt werden. Die Massenträgheitskräfte können analytisch aus den Beschleunigungen ermittelt werden. Außerdem können die Kräfte F wie beschrieben unter Verwendung von Dehnmessstreifen in den lang gestreckten Elementen gemessen werden. Somit lässt sich die äußere Kraft wiederholt in kurzen Zeitabständen ermitteln. Wird nun eine Kraftkomponente der äußeren Kraft in Richtung der momentanen vorgegebenen Bahnkurve ermittelt, wird die Geschwindigkeit der Bewegung entlang der Bahnkurve erhöht oder erniedrigt, je nach dem in welche Richtung die Kraftkomponente wird. Dabei kann die Geschwindigkeit beispielsweise proportional zu der Kraftkomponente erhöht werden. Mit anderen Worten ausgedrückt: möchte der Golfspieler die Bewegung beschleunigen und übt daher eine zusätzliche äußere Kraft mit Kraftkomponente in Richtung der Bahnkurve aus, wird dies festgestellt und erhöht der Golfschwungtrainer die Geschwindigkeit.
3. In diesem Modus kann der Golfspieler die Bahnkurve durch
Krafteinwirkung verändern. Jedoch ist der Kraftaufwand zu jedem Zeitpunkt der Bewegung dann am kleinsten, wenn die Bewegung entlang der vorgegebenen Bahnkurve ausgeführt wird. Vorzugsweise übt der Golftrainer dabei eine Rückstellkraft in Richtung der idealen Bahnkurve aus, die z.B. proportional zu dem Abstand des momentanen Ortes der tatsächlich ausgeführten Bahnkurve zu dem Ort der idealen Bahnkurve ist. Der entsprechende Ort der idealen Bahnkurve kann z.B. der zu dem momentanen Ort nächstliegende Ort sein oder der Ort sein, der bei Ausführung eines idealen Golfschwungs mit idealem Geschwindigkeitsverlauf zu dem momentanen Zeitpunkt erreicht worden wäre. Dabei kann der Proportionalitätsfaktor abhängig von dem momentanen Ort und/oder abhängig von dem entsprechenden Ort der idealen Bahnkurve sein.

Zwischen den Modi kann frei gewechselt werden. Zunächst kann der für den Spieler ideale Golfschwung z.B. in Modus 1 einstudiert werden und dann in Modus 2 und/oder Modus 3 wiederholt geübt werden. Durch den Trainingsprozess wird ein "Muskelgedächtnis" antrainiert, so dass der Spieler sich den idealen Golfschwung unbewusst merkt.
Bei einer bevorzugten Vorgehensweise werden bestimmte Punkte (z.B. der in der Fachsprache des Golfsports so genannte „nine o'clock"-Punkt) auf der Bahnkurve des Golfschwungs von dem Golfspieler eingenommen, während er und/oder der Golfschläger mit der Verbindungseinrichtung verbunden ist. Nun gibt es zwei Möglichkeiten. Zum einen kann die Position von einer Person (z.B. einem Experten) durch entsprechende Befehle (z.B. über eine grafische Oberfläche) an die Steuereinrichtung korrigiert werden, sodass der einzustellende Punkt in den Daten der Steuereinrichtung verändert wird. Zum anderen kann der Spieler (z.B. durch Anleitung von einem Experten) seine physikalische Position verändern, sodass entsprechende Kräfte und/oder Momente auf den Golfschwungtrainer ausgeübt werden. Diese Kräfte und/oder Momente können (wie bereits beschrieben z.B. durch Dehnmessstreifen) gemessen werden und die Steuereinrichtung kann daraus die korrigierte Lage des zu bestimmenden Punkts auf der Bahnkurve berechnen.
Die in 7 dargestellte Basis 70 weist eine Bodenplatte 71 und zwei Rahmen 72a, 72b auf, die jeweils zwei Füße 75a, 75b bzw. 75c, 75d aufweisen. Die Füße 75a, 75b bzw. 75c, 75d sind auf der Bodenplatte 71 befestigt. Die Rahmen 72a, 72b bilden in der Art eines Bilderrahmens jeweils eine fensterartige Öffnung, wobei der untere Rand der Öffnung des Rahmens 72a dichter bei der Bodenplatte angeordnet ist als der untere Rand der Öffnung des Rahmens 72b. Der untere Rand beider Rahmen 72a, 72b geht an seinen beiden einander gegenüberliegenden Enden jeweils in einen schräg nach oben verlaufenden Rahmenabschnitt 76a, 76b bzw. 76c, 76d über. Die oberen Ränder der Rahmen 72a, 72b liegen ungefähr auf gleicher Höhe über der Bodenplatte 71.
Die Basis 70 weist insgesamt drei Paare von jeweils zwei parallel zueinander verlaufenden Linearführungen 73a, 73b bzw. 73c, 73d bzw. 73e, 73f auf, die Linearachsen definieren, entlang denen die lang gestreckten Elemente (z.B. die Elemente S1 bis S6 gemäß 1 und 2) linear verfahren werden können. Die beiden Linearführungen 73a, 73b bzw. 73c, 73d bzw. 73e, 73f verlaufen jeweils parallel zueinander. Bei einer alternativen Ausgestaltung können Sie jedoch auch nicht parallel zueinander verlaufen. Die Linearführungen 73c, 73d verlaufen leicht gegen die Horizontale geneigt von hinten oben nach vorne unten. Dies wird dadurch erreicht, dass die Linearführungen 73c, 73d an den oberen Ränder der Rahmen 72a, 72b befestigt sind. Die Linearführungen 73c, 73d bzw. 73e, 73f verlaufen dagegen geneigt zu der Bodenplatte 71. Dies wird dadurch erreicht, dass die Linearführungen 73c, 73d bzw. 73e, 73f in ihrem vorderen Bereich an den schräg nach oben verlaufenden Rahmenabschnitten 76a, 76b und in ihrem hinteren Bereich an den schräg nach oben verlaufenden Rahmenabschnitten 76c, 76d befestigt sind.
Zumindest die Rahmen 72a, 72b der Basis 70 sind vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Stahlprofilen gefertigt.
Der in 8 und 9 dargestellte Linearvorschub 80 weist einen Schlitten 81 auf, der geradlinig verfahrbar ist und zwar in der Darstellung von rechts nach links. Ein in Längsrichtung entlang der entsprechenden Linearachse verlaufender Mittelteil 82 des Linearvorschubs 80 nimmt zwei Zahnriemen 91a, 91b auf, die in einander gegenüberliegenden Endstücken 83, 84 jeweils umgelenkt werden. An Stelle eines solchen Zahnriementriebes kann z.B. ein Wälzschraubtrieb verwendet werden. Wie in 9 erkennbar ist, ist eine Welle 93 mit einem Antriebsmotor 48 verbunden. Der Linearvorschub 80 bildet zusammen mit dem Antriebsmotor 48 eine erste Bewegungseinrichtung zum Bewegen eines ersten Endes eines lang gestreckten Elements. Insbesondere können alle Linearführungen 73 gemäß 7 durch einen derartigen Linearvorschub 80 gebildet sein.
Die Zahnriemen 91a, 91b werden von dem Antriebsmotor 48 über die Welle 93 angetrieben, sodass eine Rotationsbewegung der Welle 93 in eine Linearbewegung entlang der Linearachse umgesetzt wird. Der Schlitten 81 ist beispielsweise durch das Mittelteil 82 geführt, an dessen Außenseite Rollen 85 während der Linearbewegung abrollen.
Das in 10 gezeigte lang gestreckte Element S wird beispielsweise als lang gestrecktes Element S1 bis S6 in der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsform verwendet. Es weist einen stabförmigen, hohlzylindrischen Mittelteil 101 auf, der sich mit seiner Rotationsachse in Längsrichtung des Elements S erstreckt. Der Mittelteil 101 ist in 10 nicht vollständig dargestellt. Er weist im Allgemeinen eine sehr viel größere Länge auf als dargestellt.
Ein erstes Ende 103 des Elements S ist dazu vorgesehen, über ein Gelenk (insbesondere ein Kreuzgelenk) mit der Basis verbunden zu werden. Ein in Längsrichtung dem ersten Ende 103 gegenüberliegendes zweites Ende 102 ist dazu vorgesehen, über ein Gelenk (insbesondere ein Kreuzgelenk) mit einer Plattform verbunden zu werden. Das zweite Ende 102 ist aus einem Vollzylinder gefertigt und drehfest mit dem Mittelteil 101 verbunden, z.B. in dem Endbereich 101a des Mittelteils 101 mit diesem verschweißt. In Richtung der Längsachse 105 (Längsrichtung), die im mittleren Abschnitt des Elements S gleich der Rotationsachse ist, wurde vor der Befestigung des zweiten Endes 102 an dem Mittelteil 101 eine Sacklochbohrung eingebracht und an zwei einander gegenüberliegenden Seiten senkrecht zur Längsrichtung Material abgetragen, sodass zwei einander gegenüberliegende, parallel zueinander verlaufende Oberflächen 106a, 106b entstehen. Dabei überlappen sich die in der Längsrichtung verlaufenden Längsabschnitte, in dem Material abgetragen wurde und in dem die Sacklochbohrung verläuft. Dadurch ist in dem überlappenden Bereich ein Fenster 107 gebildet, das sich von der einen Oberfläche 106a zu der anderen Oberfläche 106b erstreckt. Quer zu der Längsrichtung sind dadurch als Ränder des Fensters 107 zwei parallel zu der Längsrichtung verlaufende Stege 108a, 108b gebildet. Da in der Längsrichtung auftretende Kräfte wirken, bilden diese Stege 108a, 108b die schwächsten Stellen des Elements S. Dort sind daher durch die Kräfte bewirkte Längenänderungen des Elements S am besten messbar. Parallel zur Längsrichtung und vorzugsweise auf der Innenseite eines der Stege 108a, 108b ist ein Dehnmessstreifen 99 befestigt.
Vorzugsweise wird ein Dehnmessstreifen 99 verwendet, wobei ein elektrischer Widerstand eines mit dem Steg 108 verbundenen Materials des Dehnmessstreifens 99 sich mit der Länge des Steges 108 parallel zur Längsrichtung verändert. Dieser elektrische Widerstand wird z.B. über eine elektrische Messbrücke gemessen. Derartige Dehnmessstreifen sind im Handel erhältlich und können auch bei anderen Ausführungsformen des lang gestreckten Elements verwendet werden.
Elektrische Anschlusskabel des Dehnmessstreifens werden vorzugsweise zu der Plattform geführt und von dort, insbesondere zusammen mit dem Anschlusskabel der zweiten Bewegungseinrichtung, weitergeführt. Der Dehnmessstreifen 99 kann mit der anhand von 6 beschriebenen Steuereinrichtung 41 verbunden sein, in der die Messsignale des Dehnmessstreifens 99 ausgewertet werden.
Das Element S besteht, unter Umständen mit Ausnahme von Teilen des Drehgelenks 104, vorzugsweise aus Aluminium und/oder aus CFK (kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff).
In die Enden 102, 103 des Elements S ist jeweils eine quer zur Längsrichtung verlaufende Durchgangsbohrung 109a, 109b eingebracht, sodass in die Durchgangsbohrung 109a, 109b ein Stift (siehe z.B. 12) eingesteckt werden kann, der eine gelenkige mechanische Verbindung des Elements S zu einem anderen Bauteil ermöglicht. Darauf wird noch näher eingegangen. In die Durchgangsbohrungen 109a, 109b ist jeweils ein Gleitlager eingepresst.
Weiterhin weist das Element 101 ein Drehgelenk 104 auf, das z.B. an einem Ende des Mittelteils 101 dieses mit dem Ende 103 verbindet. Das Drehgelenk 104 erlaubt es, die Enden 102, 103 um die Längsachse 105 gegeneinander zu verdrehen. Das Drehgelenk 104 ist vorzugsweise ein Gelenk mit zumindest einem Kugellager.
Das in 11 und 12 dargestellte Ansatzelement wird beispielsweise als das Ansatzelement A5 gemäß 1 verwendet. Es weist ein Übergangsstück 113 auf, das mit der ersten Bewegungseinrichtung verbunden wird.
Ferner weist das Ansatzelement ein Drehgelenk 110 auf. Bevorzugtermaßen ist das Drehgelenk 110 in einem Abstand zu dem Schlitten 81 angeordnet, wenn es daran befestigt ist. Die Anordnung ist so ausgestaltet, dass das Drehgelenk 110 in der Darstellung von 8 über dem Schlitten 81 angeordnet wäre. Dabei verläuft der untere Rand des Übergangsstücks 113 ungefähr in der Richtung der Linearachse. Hierdurch wird ein großer Beweglichkeitsbereich für die Bewegung des lang gestreckten Elements gewährleistet.
Das Drehgelenk 110 ist über ein Winkelstück 112 an dem Übergangsstück 113 befestigt. Dabei weist die Drehachse 117 des Drehgelenks 110 von dem unteren Rand des Übergangsstücks 113 aus gesehen schräg nach oben. Die Begriffe "unten" und "oben" beziehen sich lediglich auf die Darstellung in den 8, 11 und 12. Beim Betrieb des Golfschwungtrainers kann der untere Rand des Übergangsstücks 113 z.B. auch oben liegen (beispielsweise wenn er an der Linearführung 73c befestigt ist).
Das Drehgelenk 110 weist eine Gabel 111 auf, die um die Drehachse 117 relativ zu dem Winkelstück 112 gedreht werden kann. Das Drehgelenk 110 ist vorzugsweise kugelgelagert. Die Gabel 111 weist zwei Fortsätze 114, 115 auf, die mit ihren freien Enden von dem Winkelstück 112 weg weisen. Die Fortsätze 114, 115 sind voneinander beabstandet und erstrecken sich in gleichem Abstand zu der Drehachse 117 beidseits zu der Drehachse 117. Die Fortsätze 114, 115 weisen jeweils eine senkrecht zu der Drehachse 117 verlaufende Durchgangsbohrung 116a, 116b auf, die miteinander fluchten. Wie aus 12 erkennbar ist, kann ein lang gestrecktes Element, beispielsweise das lang gestreckte Element S gemäß 10, derart mit seinem Ende (z.B. Ende 103) zwischen die Fortsätze 114, 115 eingebracht werden und ein Stift oder Bolzen 121 in die Durchgangsbohrungen 116a, 116b und in die Durchgangsbohrung 109b eingesteckt werden, dass durch die Durchgangsbohrungen, den Bolzen oder Stift und durch das Drehgelenk 110 ein Kreuzgelenk gebildet ist.
Beispielsweise wird das Übergangsstück 113 derart unter Verwendung der in dem Übergangsstück 113 vorgesehenen Durchgangsbohrungen 118a, 118b, 118c, 118d mit dem Schlitten 81 gemäß 8 und 9 verbunden, dass die Durchgangsbohrung 118a im Bereich a des Schlittens 81 (siehe 9) angeordnet ist, die Durchgangsbohrung 118b im Bereich b des Schlittens 81, die Durchgangsbohrung 118c im Bereich c des Schlittens 81 und die Durchgangsbohrung 118d im Bereich d des Schlittens 81. Zur sicheren Befestigung und Abstützung des Übergangsstücks 113 können weitere Bauteile verwendet werden. Somit ragt das Drehgelenk 110 in der Darstellung von 9 oben über den Rand des Schlittens 81 hinaus. Dabei weist die Drehachse 117 schräg rechts nach oben. Der Linearvorschub 80 wird dann beispielsweise als Linearführung 73b der Basis 70 verwendet, wobei das Ende mit dem Motor 48 in der Darstellung der 7 oben hinten angeordnet ist. Dabei kann der Motor 48 aus Platzgründen an dem gegenüberliegenden Ansatzstück der Welle 93 angeordnet sein.
Vorzugsweise ist der Golfschwungtrainer so gestaltet, dass die lang gestreckten Elemente (wie aus 12 erkennbar ist) um einen Winkel von mindestens 10 Grad und höchstens 80 Grad, insbesondere von mindestens 20 Grad und höchstens 70 Grad gegen die Drehachse 117 des Drehgelenks 110 geneigt ist. Dies gewährleistet eine präzise und stabile Steuerung der Bewegungen der Plattform bzw. ermöglicht eine ruckfreie Kraftübertragung von den Linearvorschüben über die lang gestreckten Elemente auf die Plattform.
Eine Plattform P des Golfschwungtrainers ist beispielsweise wie in 13 ausgestaltet. Ein plattenförmiges Element 130 weist eine zentrale Aussparung 131 auf. In drei Richtungen, die in der Ebene einer Oberfläche des plattenförmigen Elements 130 verlaufen, erstrecken sich Vorsprünge 132a, 132b, 132c des plattenförmigen Elements 130. Die Richtungen schließen paarweise miteinander einen Winkel von 120 Grad ein. Parallel zu diesen Richtungen verlaufen Drehachsen von Drehgelenken 134a bis 134f, wobei jeweils zwei der Drehgelenke parallel zueinander an einem der Vorsprünge 132a, 132b, 132c befestigt sind. Ähnlich wie das Drehgelenk 110 gemäß 11 weisen die Drehgelenken Gabeln 133a bis 133f mit jeweils zwei Fortsätzen auf, wobei zweite Enden der lang gestreckten Elemente ähnlich wie in 12 dargestellt durch einen Stift oder Bolzen drehbeweglich in den Gabeln 133a bis 133f gesichert werden können, sodass jeweils ein Kreuzgelenk gebildet ist.
Durch die zentrale Aussparung 131 führte der Körper eines Motors 9 (insbesondere eines Servomotors) hindurch, der eine mit der Plattform P verbundene Verbindungseinrichtung 137 (die z.B. die Verbindungseinrichtung 10 gemäß 1 ist) relativ zu der Plattform P drehen kann. Dabei ist die Drehachse gegenüber der Oberflächennormalen der Oberfläche des plattenförmigen Elements 130 geneigt, z.B. um einen Winkel von 20 bis 30 Grad. Die Drehachse wird vorzugsweise so angeordnet, dass sie etwa senkrecht zu einer Ebene verläuft, in der sich der Schaft des Golfschlägers 7 beim Golfschwung bewegt. Dabei existiert eine solche Ebene nur näherungsweise. Die Lage und Orientierung des Schaftes beim Golfschwung kann jedoch leicht durch eine Bewegung der Plattform P korrigiert werden.
Das plattenförmige Element 130 ist über drei Verbindungsstäbe 139a, 139b, von denen nur zwei in 13 erkennbar sind, mit einer Halterung 135, 136 verbunden. An dieser Halterung 135, 136 mit zwei parallel zueinander angeordneten kreisförmigen Scheiben ist ein Stator des Motors 9 angebracht. Der Rotor des Motors 9 ist mit der Verbindungseinrichtung 137 verbunden, die kurbelartig ausgestaltet ist, um eine entsprechende Übersetzung von Momenten zu erhalten.
Der Rotor ist in der kreisförmigen Scheibe 136 mit einem Doppelschrägkugellager gelagert, um die Welle des Motors 9 von quer zur Rotationsachse der Welle wirkenden Kräften freizuhalten.

Claims

Golfschwungtrainer mit: – einer Basis (70), – einer Mehrzahl von lang gestreckten Elementen (S1 bis S6), die jeweils ein erstes Ende (103) und ein in Längsrichtung des jeweiligen lang gestreckten Elements (S1 bis S6) dem ersten Ende (103) gegenüberliegendes zweites Ende (102) aufweisen, – einer Mehrzahl von ersten Bewegungseinrichtungen (48, 80), die jeweils mit dem ersten Ende (103) eines der Mehrzahl von lang gestreckten Elementen (S1 bis S6) verbunden sind und die ausgestaltet sind, jeweils eines der Mehrzahl von lang gestreckten Elementen (S1 bis S6) relativ zu der Basis (70) zu bewegen, – einer Plattform (P), die mit den zweiten Enden (102) der lang gestreckten Elemente (S1 bis S6) beweglich verbunden ist, und – einer Verbindungseinrichtung (10), die ausgestaltet ist, den Golfschwungtrainer mit einem Golfschläger (7) und/oder einem Golfspieler zu verbinden, so dass eine Bewegung der lang gestreckten Elemente (S1 bis S6) eine Bewegung des Golfschlägers (7) und/oder Golfspielers bewirken kann.
Golfschwungtrainer nach dem vorhergehenden Anspruch, mit einer Steuereinrichtung (41), wobei die Steuereinrichtung (41) über Steuerverbindungen (47) jeweils mit den Bewegungseinrichtungen (48, 80) verbunden ist, sodass Bewegungen der Bewegungseinrichtungen (48, 80) von der Steuereinrichtung (41) steuerbar sind.
Golfschwungtrainer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der lang gestreckten Elemente (S1 bis S6) über ein Kreuzgelenk (G1b bis G6b) mit der Plattform (P) und/oder über ein Kreuzgelenk (G1a bis G6a) mit der Basis (70) verbunden ist.
Golfschwungtrainer nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das zumindest eine der lang gestreckten Elemente (S1 bis S6) über ein Kreuzgelenk (G1b bis G6b) mit der Plattform (P) und über ein Kreuzgelenk (G1a bis G6a) mit der Basis (70) verbunden ist und wobei das lang gestreckte Element (S1 bis S6) ein Drehgelenk (104) aufweist, sodass das erste Ende (103) und das zweite Ende (102) des lang gestreckten Elements (S1 bis S6) unabhängig voneinander um eine Längsachse (105) des lang gestreckten Elements (S1 bis S6) gedreht werden können.
Golfschwungtrainer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Golfschwungtrainer derart ausgestaltet ist, dass Kräfte zwischen der Basis (70) und der Plattform (P) ausschließlich jeweils in Richtung von Längsachsen (105) der lang gestreckten Elemente (S1 bis S6) übertragen werden.
Golfschwungtrainer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei insgesamt sechs der lang gestreckten Elemente (S1 bis S6) vorhanden sind.
Golfschwungtrainer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Plattform (P) drehbeweglich mit der Verbindungseinrichtung (10) verbunden ist und wobei eine zweite Bewegungseinrichtung (9) vorgesehen ist, die ausgestaltet ist, die Verbindungseinrichtung (10) relativ zu der Plattform (P) um eine Drehachse zu drehen.
Golfschwungtrainer nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Drehachse geneigt zu einer Richtung verläuft, die senkrecht zu einer Angriffsebene der Plattform (P) verläuft, wobei die zweiten Enden (102) der lang gestreckten Elemente (S1 bis S6) in der Angriffsebene an der Plattform (P) angreifen.
Golfschwungtrainer nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die lang gestreckten Elemente (S1 bis S6) überjeweils ein Kreuzgelenk (G1b bis G6b) mit der Plattform (P) verbunden sind und wobei Kreuzungspunkte von Gelenkachsen der jeweiligen Kreuzgelenke (G1b bis G6b) in der Angriffsebene liegen.
Golfschwungtrainer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Bewegungseinrichtungen (48, 80) Linearbewegungseinrichtungen sind, die ausgestaltet sind, jeweils eines der Mehrzahl von lang gestreckten Elementen (S1 bis S6) linear entlang einer geraden Linie zu bewegen, wobei die gerade Linie ortsfest relativ zu der Basis (70) verläuft.
Golfschwungtrainer nach einem der vorhergehenden Anspnüche, wobei die lang gestreckten Elemente (S1 bis S6) jeweils einen Messsensor (99) aufweisen, der ausgestaltet ist, bei der Übertragung von Kräften in Längsrichtung des jeweiligen lang gestreckten Elements (S1 bis S6) die Messung einer der momentan wirkenden Kraft entsprechenden Länge des lang gestreckten Elements (S1 bis S6) in Längsrichtung und/oder einer Änderung der Länge zu ermöglichen.
Golfschwungtrainer nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Messsensor (99) an dem zweiten Ende (102) des lang gestreckten Elements (S) angeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben eines Golfschwungtrainers, wobei der Golfschwungtrainer eine Mehrzahl von lang gestreckten Elementen (S1 bis S6) aufweist, wobei die lang gestreckten Elemente ein erstes Ende (103) und ein in Längsrichtung des jeweiligen lang gestreckten Elements (S1 bis S6) dem ersten Ende (103) gegenüberliegendes zweites Ende (102) aufweisen, wobei die ersten Enden (103) der lang gestreckten Elemente (S1 bis S6) mit einer ortsfesten Basis (70) verbunden sind, wobei die zweiten Enden (102) der lang gestreckten Elemente (S1 bis S6) beweglich mit einer Plattform (P) verbunden sind, wobei die Plattform (P) über eine Verbindungseinrichtung (10) mit einem Golfschläger (7) und/oder einem Golfspieler verbunden ist und wobei durch Bewegung der zweiten Enden (102) relativ zu der Basis (70) eine Golfschwungbewegung des Golfschlägers (7) und/oder des Golfspielers erzeugt wird und/oder eine von dem Golfspieler ausgeführte Golfschwungbewegung beeinflusst wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Längen zumindest einer Teilanzahl der lang gestreckten Elemente (S1 bis S6) unveränderlich sind und die Bewegung des zweiten Endes (102) dieser lang gestreckten Elemente (S1 bis S6) dadurch bewirkt wird, dass das erste Ende (103) relativ zu der Basis (70) bewegt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das erste Ende (103) dadurch bewegt wird, dass es entlang einer geradlinig verlaufenden Linearachse, die ortsfest relativ zu der Basis (70) positioniert ist, bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Kräfte zwischen der Basis (70) und der Plattform (P) ausschließlich jeweils in Richtung von Längsachsen (105) der lang gestreckten Elemente (S1 bis S6) übertragen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei insgesamt sechs der lang gestreckten Elemente (S1 bis S6) verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungseinrichtung (137) relativ zu der Plattform (P) gedreht wird und dadurch Teilkomponenten der Golfschwungbewegung ausgeführt und/oder beeinflusst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Kräfte, die in einer Längsrichtung der lang gestreckten Elemente wirken, in einer Messung gemessen werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Betrieb des Golfschwungtrainers abhängig von einem Ergebnis der Messung gesteuert wird.