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Die
Erfindung betrifft ein Ballsport-Trainingssystem, insbesondere einen
sogenannten Putting-Trainer für
den Golfsport, mit dem ein Spieler seine Fertigkeit bei der Handhabung
des zur Ausübung des
Ballsports dienenden Schlägers
trainieren kann.
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Ein
derartiges Trainingssystem ist in der WO 99/49944 beschrieben. Auch
die
DE 199 46 798
A1 beschreibt ein Verfahren und System mit ähnlicher Zielrichtung,
nämlich
zur Analyse der Bewegungsmuster des thorakolumbalen Abschnitts der
Wirbelsäule
eines Menschen beim Golfschwung.
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Diese
Systeme und Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass drahtlos arbeitende
Messwertaufnehmer an dem zur Ausführung des Ballsports vorgesehenen
Schläger
und/oder am Körper
des Spielers Positionsdaten zu einer Erfassungs- und Auswertungseinrichtung
senden, in der die Messwertdaten – ggf. im Zuge einer Vergleichs-Verarbeitung
mit gespeicherten Vergleichsdaten – gemäß einem vorbestimmten Algorithmus
verarbeitet werden. Auf einer mit der Auswertungseinrichtung verbundenen
Anzeigeeinrichtung erfolgt eine zusammenhängende Ausgabe der Messergebnisse,
die einen Rückschluss auf
die Qualität
des Bewegungsablaufes zulässt
und hierdurch dem Spieler bzw. seinem Trainer bestimmte Fehler und
Verbesserungsmöglichkeiten
aufzeigt.
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Im
Hinblick auf das Funktionsprinzip der Messwerterfassung und -verarbeitung,
speziell mit einer Ultraschall-Messwerterfassung, wird hingewiesen
auf die Druckschriften
US 4,939,701 und
EP 0 305 780 B1 ,
die auf Arbeiten des Erfinders zurückgehen. In diesen Druckschriften
wird auch bereits auf Möglichkeiten
zur Fehlerreduktion bei einem solchen Verfahren eingegangen und
speziell eine Synchronisation der Aussendung der für die Messwerterfassung
benötigten
Ultraschallsignale mit zusätzlichen, impulsförmigen Licht-
bzw. IR-Signalen gelehrt. Nach den hier beschriebenen Prinzipien
arbeitende Systeme werden von der Firma zebris Medical GmbH, D-88316
Isny, angeboten.
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Auf
dieser Grundlage verfolgt die Erfindung die Aufgabe, ein weitestgehend
störungsfrei
arbeitendes und zugleich einfach aufgebautes und für den Spieler
leicht zu handhabendes Trainingssystem bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Ballsport-Trainingssystem mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Zweckmäßige Fortbildungen
des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die
Erfindung schließt
den wesentlichen Gedanken ein, an einem zur Ausübung des Ballsports dienenden
Schläger
eine Positionssignal-Sendeeinheit mit mehreren Sendeelementen anzubringen,
die von einer Sendefolge-Steuerung gemäß einem vorbestimmten Sende-Zeitprogramm
zum Aussenden einer geordneten Menge von Positionssignalen gesteuert
werden. Weiter ist eine gegenüber
der Positionssignal-Sendeeinheit
im Betrieb stationäre
und mit dieser drahtlos verbundene Positionssignal-Empfangseinheit
zum Empfang der Positionssignale vorgesehen. Schließlich ist
der Empfangseinheit eine Auswertungseinheit zur Auswertung der Positionssignale
zur dynamischen Positionsbestimmung des Schlägers und dieser schließlich eine
Anzeigeeinheit zur Anzeige von den Bewegungsvorgang des Schlägers repräsentierenden
Daten, insbesondere in Form einer grafischen Darstellung des Bewegungsvorganges,
nachgeschaltet.
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Die
Positionssignal-Sendeeinheit kann einteilig in einem zur Anbringung
am jeweiligen Schläger ausgebildeten
Gehäuse
ausgeführt
sein und enthält dann
auch in diesem Gehäuse
die zur Stromversorgung dienenden Batterien bzw. Akkus. Um die Abmessungen
kompakt und das Gewicht niedrig zu halten und Verfälschungen
der mechanischen Eigenschaften des jeweiligen Schlägers in
einem akzeptablen Bereich zu halten, ist hierbei besonderer Wert auf
Miniaturisierung des elektronischen Aufbaus und den Einsatz von
Hochleistungs-Miniaturakkus bzw. -batterien zu legen. Dies wirkt
sich natürlich
kostensteigernd aus, so dass diese Ausführung aus derzeitiger Sicht
als High-End-Variante anzusehen ist.
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Alternativ
ist auch eine zweiteilige Ausführung
möglich,
bei der am Schläger
nur ein Grundkörper
mit den eigentlichen Sendeelementen angebracht und dieser über ein
kurzes Kabel mit einem am Gürtel
tragbaren Grundgerät
("Gürteladapter") verbunden ist,
welches die Stromversorgung und den Großteil der elektronischen Komponenten
enthält. Hier
sind voluminösere
und schwerere Batterien bzw. Akkus einsetzbar, und es muss weniger
Wert auf eine Miniaturisierung der elektronischen Schaltungen gelegt
werden. Diese Ausführung
kann somit eine Low-Cost-Variante darstellen.
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Ein
weiterer wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass
die Positionssignal-Auswertungseinheit Identifizierungsmittel zur
Identifizierung der jeweils von bestimmten Sendeelementes der Sendeeinheit
ausgesandten Positionssignale aufgrund des Sende-Zeitprogramms umfasst.
Im Kontext mit dieser Identifizierung ist weiterhin ein Synchronisations-Signalgeber
zur Synchronisation der Positionssignal-Auswertung mit der Positionssignal-Aussendung
und eine drahtlose Synchronisationssignal-Übertragungsstrecke zwischen
der Positionssignal-Sendeeinheit und der Positionssignal-Auswertungseinheit
(oder umgekehrt) zur Übermittlung von
Synchronisationssignalen an die Sendefolge-Steuerung der Sendeeinheit
oder die Identifizierungsmittel der Auswertungseinheit vorgesehen. Hierdurch
wird eine geordnete Erfassung und Identifizierung der Empfangssignale
gemäß dem Timing der
Sendesignale der einzelnen Sendeelemente realisiert.
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In
einer Ausführung
der Erfindung, bei der dem Spieler relevante Anzeigen zu Betriebszuständen geliefert
werden, sind an der Positionssignal-Sendeeinheit oder alternativ
am stationären Messgerät (der Positionssignal-Empfangs/Auswertungs einheit)
Anzeigeelemente zur Betriebsart-Anzeige vorgesehen. Diese können insbesondere
eine Standby-Anzeige, eine Messbetrieb-Anzeige und eine Synchronisations-Unterbrechungs-Anzeige
umfassen und in gut erfassbarer und kostengünstiger Weise als verschiedenfarbige
und/oder unterschiedlich blinkende LEDs realisiert sein.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Synchronisations-Signalgeber der Positionssignal-Auswertungseinheit
zugeordnet ist und die Sendefolge-Steuerung der Positionssignal-Sendeeinheit
einen internen Zeitgeber aufweist, der durch den kurzzeitigen Empfang
eines Synchronisationssignals vom Synchronisations-Signalgeber getriggert
wird und bei Nichtvorhandensein weiterer externer Synchronisationssignale
das Sende-Zeitprogramm intern steuert.
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Hierdurch
wird sichergestellt, dass auch bei (nicht allzu lang andauernden)
Störungen
der Synchronisationssignalübertragung
ein einmal begonnener Positionserfassungs- und -auswertungsvorgang mit
hinreichender Genauigkeit fortgeführt und dem Spieler ein brauchbares
Auswertungsergebnis bereitgestellt werden kann. Damit wird insgesamt
die Akzeptanz des Ballsport-Trainingssystems erhöht, und dessen Marktaussichten
werden verbessert.
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Alternativ
hierzu ist vorgesehen, dass der Synchronisations-Signalgeber der
Positionssignal-Sendeeinheit zugeordnet ist und über die Synchronisations-Übertragungsstrecke
die Identifizierungsmittel in der Positionssignal-Auswertungseinheit
steuert. Hierbei kann ggf. die Positionssignal-Auswertungseinheit
gänzlich
ohne interne Zeitbasis arbeiten, oder es ist vorgesehen, dass die
Positionssignal-Auswertungseinheit einen internen Zeitgeber aufweist,
der durch den kurzzeitigen Empfang eines Synchronisationssignals
vom Synchronisations-Signalgeber getriggert wird und bei Nichtvorhandensein
weiterer externer Synchronisationssignale den Identifizierungsvorgang
intern steuert.
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Eine
bevorzugte technische Realisierung sieht vor, dass die Synchronisationssignal-Übertragungsstrecke ein IR-Sendeelement
an der Positionssignal-Auswertungsein heit und ein IR-Empfangselement
an der Positionssignal-Sendeeinheit aufweist, oder umgekehrt.
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Andererseits
sind die Sendeelemente der Positionssignal-Sendeeinheit als aktive
Ultraschall- oder IR-Sender mit gleicher Sendefrequenz bzw. -wellenlänge, d.h.
ohne Kanal-Unterteilung des Frequenzbandes, ausgebildet. Hierbei
weist bevorzugt die Positionssignal-Empfangseinheit eine Anzahl
von auf das Wandlerprinzip der Sendeelemente abgestimmten Empfangselementen
auf, deren Betrieb ggf. von dem Synchronisations-Signalgeber gemäß dem Sende-Zeitprogramm
gesteuert wird.
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Vorteile
und Zweckmäßigkeiten
der Erfindung ergeben sich im übrigen
aus der nachfolgenden detaillierteren Beschreibung eines einfachen
Ausführungsbeispiels
anhand der einzigen Figur, welche in einer schematischen Darstellung
in Art eines Blockschaltbildes einen Putting-Trainer 1 für den Golfsport zeigt.
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Bereits
an dieser Stelle ist aber darauf hinzuweisen, dass die Erfindung
nicht auf die Erfassung der Position bzw. Ausrichtung eines Golfschlägers und
die Darstellung von dessen Bewegungsbahn beschränkt ist, sondern auch bei Trainingssystemen
für andere
Ballsportarten anwendbar ist, z.B. für Minigolf oder Kricket oder
auch Tennis und Badminton. Es versteht sich, dass die jeweilige
schlägerseitige
Komponente des Systems dann an die konkrete Gestalt des Schlägers und
die Systemausführung
insgesamt an die typischen Bewegungsabläufe bei der jeweiligen Sportart
angepasst ist.
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Der
Putting-Trainer 1 umfasst eine an einem Golfschläger C, der
von einem Spieler P geführt
wird, abnehmbar montierte Positionssignal-Sendeeinheit 3,
die mittels geeigneter (hier nicht dargestellter) Befestigungs-
und Ausrichtungsmittel in einer vorbestimmten Stellung am Schläger angebracht
ist. Die Positionssignal-Sendeeinheit 3 umfasst, in an
sich bekannter Weise, drei Ultraschall-Sendeelemente 5a, 5b und 5c,
die an einem mehrfach verzweigten Grundkörper 7 fest angebracht
sind. Details des mechanischen Aufbaus der Positionssignal-Sendeeinheit
sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung und werden daher
hier nicht genauer beschrieben.
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Die
Positionssignal-Sendeeinheit 3 umfasst eine Sendefolge-Steuerung 9 zur
Steuerung der sequenziellen Aussendung von Ultraschallsignalen durch
die einzelnen Ultraschall-Sendeelemente 5a, 5b und 5c.
Die Sendefolge-Steuerung 9 umfasst einen Sendeprogrammspeicher 11 zur
Speicherung eines entsprechenden Sende-Zeitprogramms sowie eine Triggerstufe 13 zur
Auslösung
eines Sendeablaufes. Weiterhin ist eine Zeitsteuereinheit 15 zur hochpräzisen Steuerung
des zeitlichen Ablaufes der Signalaussendung vorgesehen, welche
ihrerseits mit einer Synchronsignal-Empfangsstufe 17, einem
internen Zeitgeber 19 und einer Freilauf-Umschaltstufe 21 verbunden
ist.
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Ein
Eingang der Synchronsignal-Empfangsstufe 17 ist mit einem
IR-Empfangselement 23 am Grundkörper 7 der Positionssignal-Sendeeinheit
verbunden, welches als Synchronsignal-Empfänger zum Empfang eines externen
Synchronsignals wirkt. Ausgangsseitig ist die Synchronsignal-Empfangsstufe 17 einerseits
mit dem Eingang der Triggerstufe 13 und andererseits mit
einem Eingang der Zeitsteuereinheit 15 verbunden. Bei Vorliegen
eines empfangenen Synchronisationssignals steuert sie sowohl die Triggerstufe 13 zur
Einleitung eines Positionssignal-Messvorganges als auch die Zeitsteuereinheit 15 zur
Steuerung des zeitlichen Ablaufes desselben direkt an.
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Die
Freilauf-Umschaltstufe 21 ist eingangsseitig mit der Synchronsignal-Empfangsstufe 17 verbunden
und bewirkt, dass im Ansprechen auf die Nicht-Verfügbarkeit
eines externen Synchronsignals der interne Zeitgeber 19 die
Zeitsteuerung des Sendeablaufes übernimmt.
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In
einiger Entfernung vom Spieler P mit dem Schläger C und der daran angebrachten
Positionssignal-Sendeeinheit ist ein Positionssignal-Empfangs/Anzeigegerät 25 aufgestellt,
dessen wesentliche Komponenten eine Positionssignal-Empfangseinheit 27,
eine nachgeschaltete Positionssignal-Auswertungseinheit 29,
eine Synchronisationseinheit 31 und eine der Positionssignal-Auswertungseinheit 29 nachgeschaltete
Anzeigeeinheit 33 sind. Die Positionssignal-Empfangseinheit 27 umfasst
drei Ultraschall-Mikrofone 35a, 35b, 35c und
eine mit diesen eingangsseitig verbundene Empfangssignal-Verarbeitungsstufe 37,
in der (nicht gesondert bezeichnete) Identifizie rungsmittel zur
Identifizierung der über
die Ultraschallmikrofone empfangenen Ultraschallsignale US implementiert
sind.
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Der
Betrieb der Empfangssignal-Verarbeitungsstufe 37 sowie
auch der Algorithmus zur Errechnung der bei einem Bewegungsablauf
des Schlägers
aufeinanderfolgenden Positionen und schließlich auch der Betrieb der
Anzeigeeinheit 33 zur Darstellung der aus den Positionssignal-Datensätzen ermittelten
Bewegungskurve des Schlägers sind
dem Fachmann aus anderen Anwendungen von drahtlos arbeitenden Positionsbestimmungssystemen,
etwa aus der Industrierobotertechnik und Medizin, bekannt und bedürfen daher
hier keiner genaueren Beschreibung. Diese Betriebsweisen und Algorithmen
werden für
das vorliegende Trainingssystem selbstverständlich an den Informationsbedarf
von Spieler und Trainer angepasst, diese Anpassung ist aber nicht
Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Die
Synchronisationseinheit 31 umfasst einen Synchronisations-Signalgeber 39 sowie
ein eingangsseitig mit diesem verbundenes IR-Sendeelement 41,
welches als Synchronsignal-Sender für Synchronisationssignale IR
zur Positionssignal-Sendeeinheit 3 dient.
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Die
Anzeigeeinheit 33 umfasst (in an sich bekannter Weise)
einen Anzeigepuffer und verschiedene vorprogrammierte Steuerfunktionen
zur Erzeugung verschiedener gewünschter
Anzeigen aufgrund des Verarbeitungsergebnisses der Positionsdaten (und
hieraus des Bewegungsablaufes) des Schlägers C.
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Der
Synchronisations-Signalgeber 39 erzeugt als wesentliches
Steuersignal für
den gesamten Mess- und Auswertungsvorgang der Positionsdaten ein
Synchronsignal, welches einerseits intern im Positionssignal-Empfangs/Anzeigegerät 25 der
Empfangssignal-Verarbeitungsstufe 37 und andererseits über das
IR-Sendeelement 41 und das IR-Empfangselement 23 der
Positionssignal-Sendeeinheit 3 zugeführt wird. Dieses Signal steuert
also einerseits, wie bereits oben erwähnt, den sequenziellen Ablauf der
Positionssignal-Aussendung durch die Sendeeinheit 3 und
andererseits einen hierauf abgestimmten und hiermit synchronen Ablauf
der Auswertung der durch die Ultraschall-Mikrofone 35a, 35b und 35c empfangenen
Ultraschallsignale.
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Hierdurch
wird eine korrekte Sender-Empfänger-Signalzuordnung
der Messsignalübertragung und
im übrigen
(wie in den oben erwähnten,
auf den Erfinder zurückgehenden
Druckschriften bereits gelehrt) die Ausschaltung bestimmter Störgrößen gewährleistet.
Diese präzise
Zuordnung und Synchronität
der Positionssignalaussendung und -auswertung ist zur Realisierung
des (an sich bekannten) Auswertungsalgorithmus der Positionssignale
auf der Grundlage des Prinzips der Triangulation und anschließenden Koordinatentransformation
erforderlich.
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Andererseits
bewirkt aber die automatische Aktivierung des internen Zeitgebers 19 der
Sendeeinheit 3 im Falle der Nichtverfügbarkeit des Synchronsignals
am Synchronsignal-Eingang der Sendeeinheit (etwa wegen kurzzeitiger
Unterbrechungen des optischen Übertragungsweges),
dass gleichwohl ein einmal durch Empfang des Synchronsignals an der
Positionssignal-Sendeeinheit 3 initiierter Messsignal-Übertragungs/-Auswertungsvorgang
zu Ende gebracht werden kann. Der interne Zeitgeber 19 gewährleistet
für die
benötigte
Zeitspanne eine hinreichend präzise
Zeitsteuerung des Sendeablaufes, um die Synchronisation mit der
in der Empfangseinheit durch den Synchronisations-Signalgeber 39 intern gesteuerten
Verarbeitung zu sichern.
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Eine
bevorzugte Messprozedur mit dieser Anordnung gestaltet sich wie
folgt: Zu Beginn eines Putting-Versuches schaltet der Spieler zunächst die Positionssignal-Sendeeinheit am Golfschläger auf "Standby", woraufhin der Standby-Modus
optisch angezeigt werden kann, beispielsweise durch eine grün blinkende
oder gelbe LED am Grundkörper
der Sendeeinheit.
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Sobald
der Spieler den Schläger
mit der Positionssignal-Sendeeinheit und der dieser zugeordneten
Synchronisationssignal-Empfangseinheit (IR-Sensor) in die Nähe des stationären Messgerätes (der
Positionssignal-Empfangseinheit, wo auch die Synchronisationssignal-Sendeeinheit
vorgesehen ist) bringt, wird die Synchronisationssignal-Übertragungsstrecke
aufgebaut. Mit dem Empfang der ersten Synchronisationssignale aus
dem stationären Gerät schaltet
der IR-Sensor am Golfschläger
aus dem Standby-Modus in Messbetrieb um. Diese Änderung des Betriebszustandes wird
zweckmäßigerweise
wiederum durch eine Anzeige am Schläger verdeutlicht, beispielsweise
mit einer permanent leuchtenden grünen LED. Nach Etablierung der
Synchronisationssignal-Übertragungsstrecke
beginnt die Positionssignal-Sendeeinheit zu arbeiten; sie beendet
ihre Arbeit erst dann wieder, wenn über eine längere, definierte Zeitdauer
(z.B. 30 s) kein Synchronisationssignal (IR-Signal) mehr empfangen
wurde. Während
kürzerer
Unterbrechungen der Synchronisationssignal-Übertragungsstrecke
steuert der interne Zeitgeber den Sendebetrieb selbständig. Eine
solche Unterbrechung kann jedoch dem Spieler angezeigt werden, etwa
durch eine (gegenüber
den oben erwähnten
LED) andersfarbige oder anders blinkende LED.
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Nach
obigem versteht es sich, dass ein vergleichbarer Ablauf auch mit
umgekehrter Anordnung von Synchronisationssignal-Sender und -Empfänger möglich ist.
In diesem Falle können
die erwähnten Anzeigen
sinnvollerweise auch am stationären
Messgerät
erfolgen.
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Die
Ausführung
der Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, sondern
(im Schutzbereich der Ansprüche)
ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns
liegen. So liegen insbesondere Umkehrungen der Anordnung/Zuordnung
zwischen aktiven und passiven Elementen der Signalübertragungsvorgänge im Bereich
der Erfindung, ebenso wie abweichende Realisierungen der beiden
wesentlichen Signalübertragungsvorgänge nach
anderen, an sich bekannten physikalischen Prinzipien. Dies gilt
auch für
jedwede Kombinationen von Merkmalen der oben erläuterten bevorzugten Ausführungen. Schließlich umfasst
die Erfindung auch Verfahren, die sich durch die oben erläuterten
Aspekte der Erfindung – insbesondere
mit dem erläuterten
Ablauf einer Messprozedur – auszeichnen.