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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zur Verbesserung der Körperhaltung eines Benutzers sowie die Verwendung eines Neigungssensors in einem Gerät zur Verbesserung der Körperhaltung eines Benutzers.
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Aufgrund einer „modernen” Lebensweise, in welcher körperliche Betätigung in den Hintergrund gerückt ist, leiden viele Menschen an Rückenbeschwerden, welche meist durch eine falsche Körperhaltung, insbesondere beim Heben von schweren Gegenständen, ausgelöst werden. Dabei wird meist der Oberkörper zu weit aus der Lotrichtung heraus nach vorn gebeugt, so dass auf die Wirbelsäule übermäßig hohe Kräfte aufgebracht werden. Eine beim Heben eines Gegenstands auftretende Kräfteverteilung ist 3A für den Fall einer richtigen Körperhaltung und 3B für den Fall einer falschen Körperhaltung zu entnehmen, wobei L die Last (z. B. 500 N), l den Lastarm (z. B. 20 cm), Fm die Kraft der Rückenstreckermuskulatur und k den Kraftarm (z. B. 5 cm) darstellen. Im Falle einer richtigen Körperhaltung bei einer Neigung α (Haupterstreckungsrichtung der Wirbelsäule in Bezug zu der Lotrichtung) von etwa 42° beträgt dabei Fm 2000 N, während im Falle einer falschen Körperhaltung bei einer Neigung α von etwa 62° Fm 3000 N beträgt. Allgemein ist festzustellen, zu hohe Belastungen der Rückenstreckermuskulatur führen über kurz oder lang zur Beschädigung der Wirbelsäule und sind daher zu vermeiden. Dies gilt insbesondere für Personen von Berufsgruppen, die bei der Ausübung ihrer beruflichen Tätigkeit oft Gegenstände heben oder zumindest eine gebückte Körperhaltung einnehmen müssen wie für Reinigungskräfte, Verkäufer, Lageristen, Pfleger und Haushaltskräfte.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gerät zu schaffen, welches der Verbesserung der Körperhaltung eines Benuzers dient. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verwendung eines Neigungssensors in einem Gerät zur Verbesserung der Körperhaltung eines Benutzers vorzusehen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 oder 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 9.
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Demgemäß wird ein Gerät zur Verbesserung der Körperhaltung eines Benutzers bereitgestellt mit: einem Neigungssensor, welcher derart ausgebildet ist, dass er die Neigung des Geräts zur Lotrichtung erfasst; einer Steuereinrichtung, welche derart ausgebildet ist, dass sie auf das Überschreiten eines vorbestimmten Werts der erfassten Neigung (im Folgenden auch als Schwellenwert bezeichnet) ein Signal erzeugt; und einer Anzeigevorrichtung, welche derart ausgebildet ist, dass sie das von der Steuereinrichtung erzeugte Signal dem Benutzer ausgibt. Das Gerät ist dabei mit dem Oberkörper des Benutzers verbunden und folgt dessen Bewegungen. Überschreitet die Neigung des Oberkörpers des Benutzers bzw. die Neigung des Geräts in Bezug zu der Lotrichtung einen vorbestimmten Wert, so wird zur Warnung ein Signal erzeugt und dem Benutzer ausgegeben, der anhand des ausgegebenen Signals erkennt, dass seine Körperhaltung durch Aufrichten des Oberkörpers zu verbessern ist.
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Entsprechend einer Ausgestaltung des Geräts der vorliegenden Erfindung ist der Neigungssensor derart ausgebildet, dass er die Neigung des Geräts zur Lotrichtung in einer ersten vertikalen Ebene und/oder in einer zweiten vertikalen Ebene erfasst, die senkrecht zur ersten Ebene verläuft. So kann auf einfache Weise die Neigung des Geräts und damit die Neigung des Oberkörpers des Benutzers in Bezug auf die Lotrichtung in einer ersten vertikalen Ebene, die sich geradeaus nach vorn erstreckt, und/oder in einer zweiten vertikalen Ebene erfasst werden, die sich zur linken und rechten Seite hin erstreckt.
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Die Steuereinrichtung einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Geräts ist derart ausgebildet, dass sie auf das Überschreiten eines ersten vorbestimmten Werts der erfassten Neigung in der ersten vertikalen Ebene (d. h. auf das Überschreiten eines ersten Schwellenwerts) und/oder auf das Überschreiten eines zweiten vorbestimmten Werts der erfassten Neigung in der zweiten vertikalen Ebene (d. h. auf das Überschreiten eines zweiten Schwellenwerts) ein Signal erzeugt, welches dem Benutzer zur Warnung ausgegeben wird und ihm die Möglichkeit zur Korrektur der Körperhaltung gibt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Geräts der vorliegenden Erfindung ist eine Eingabevorrichtung vorgesehen, welche derart ausgebildet ist, dass der Benutzer den ersten und/oder zweiten vorbestimmten Wert darauf eingibt, die jeweils an die Steuereinrichtung weitergeleitet werden. Auf diese Weise kann die Auslöseschwelle des Geräts an die Bedürfnisse des Benutzers individuell angepasst werden.
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Die Steuereinrichtung einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Geräts ist derart ausgebildet, dass sie ein Signal erzeugt, welches eine Information über den Wert der erfassten Neigung in der ersten und/oder zweiten vertikalen Ebene enthält. Beispielsweise könnte mit zunehmender Neigung die Amplitude oder Frequenz des Signals erhöht werden.
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Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Geräts ist die Steuereinrichtung derart ausgebildet, dass sie nach Betätigung eines Betätigungsglieds eine Unterdrückung der Ausgabe des Sinals an den Benutzer veranlasst. Damit entscheidet der Benutzer selbst darüber, ob er gerade über eine ungünstige Körperhaltung informiert werden möchte oder nicht.
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Darüber hinaus ist die Steuereinrichtung einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Geräts derart ausgebildet, dass sie ein Protokoll der Information über den Wert der erfassten Neigung in der ersten und/oder zweiten vertikalen Ebene erstellt. Somit kann die Körperhaltung des Benutzers über einen bestimmten Zeitraum hinweg beobachtet und Veränderungen erfasst werden. Die jeweiligen Daten werden in einem internen Speicher des Geräts bzw. der Steuereinrichtung abgespeichert und können der Steuereinrichtung oder über einen Anschluss einer externen Vorrichtung zur Auswertung übertragen werden. Stellt die Steuereinrichtung beispielsweise fest, dass sich die Zeiträume zwischen einem Überschreiten eines der vorbestimmten Werte erhöhen, könnte sie den jeweiligen vorbestimmten Wert, d. h. den jeweiligen Schwellenwert, verringern.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Geräts der vorliegenden Erfindung ist die Steuereinrichtung derart ausgebildet, dass sie den Betriebszustand des Geräts erfasst und eine Anzeige des Betriebszustands des Geräts veranlasst. Somit kann sich der Benutzer auf die Funktionstüchtigkeit des Geräts verlassen.
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In einem Gerät zur Verbesserung der Körperhaltung eines Benutzers jeder der oben dargestellen Ausgestaltungen kann ein herkömmlicher Neigungssensor verwandt werden, der eine Neigung einer definierten Achse in Bezug zur Lotrichtung in einer ersten vertikalen Ebene und/oder in einer zweiten vertikalen Ebene erfasst, die senkrecht zur ersten Ebene ist.
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Sämtliche Merkmale der Ausgestaltungen sind optional und können beliebig miteinander kombiniert werden.
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Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
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1 zeigt die aüßere Form einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegen Erfindung;
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2 zeigt die Hauptkomponenten der bevorzugten Ausführungsform der vorliegen Erfindung im Blockdiagramm;
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3A zeigt die Kräfteverteilung beim Heben eines schweren Gegenstands für den Fall einer richtigen Körperhaltung;
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3B zeigt die Kräfteverteilung beim Heben eines schweren Gegenstands für den Fall einer falschen Körperhaltung; und
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4 zeigt den Verlauf des Hebens eines schweren Gegenstands ausgehend von dem Fall einer richtigen Körperhaltung.
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Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des Geräts zur Verbesserung der Körperhaltung eines Benutzers, im Folgenden lediglich als Gerät bezeichnet, der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Die äußere Form des Geräts ist, wie in 1 dargestellt, durch ein beispielsweise quaderförmig ausgestaltetes Gehäuse 10 bestimmt, in dem die Komponenten des Geräts untergebracht sind. Wenn im Folgenden die äußere Form des Geräts beschrieben wird, ist darunter ebenso die Form des Gehäuses 10 zu verstehen. Unter Zugrundelegung eines dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems erstrecken sich die Breite b des Geräts in die x-Achse, die Tiefe t des Geräts in die y-Achse und die Höhe h des Geräts in die z-Achse. Das Gerät besitzt eine Vorderseite und eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite, welche durch die Breite b und die Höhe h des Geräts definiert sind und sich im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Geräts vertikal in der durch die x- und z-Achse gebildete Ebene erstrecken. Des Weiteren besitzt das Gerät eine Oberseite und eine der Oberseite gegenüberliegende Vorderseite, welche durch die Breite b und die Tiefe t des Geräts definiert sind und sich im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Geräts horizontal in der durch die x- und y-Achse gebildete Ebene erstrecken. Schließlich besitzt das Gerät eine linke Seite und eine der linken Seite gegenüberliegende rechte Seite, welche durch die Tiefe t und die Höhe h des Geräts definiert sind und sich im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Geräts vertikal in der durch die y- und z-Achse gebildete Ebene erstrecken.
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Um einen sicheren Halt des Gerät an dem Oberkörper des Benutzers zu ermöglichen, ist es mit einer Verbindungseinrichtung versehen. Die Verbindungseinrichtung kann aus einem Klettverschluss bestehen, der an der Rückseite des Geräts angebracht ist und zur Verbindung auf die Oberbekleidung des Benutzers gedrückt wird und daran anhaftet; sie kann aber auch durch Ösen gebildet sein, die an dem Gehäuse des Geräts vorgesehen sind und durch die ein Band verläuft, welches den Oberkörper des Benutzers umschlingt. Des Weiteren kann die Verbindungseinrichtung als an der Rückseite des Geräts zu befestigender Magnet ausgebildet sein, der auf Grund einer Magnetkraft an einer eisenhaltigen Platte haftet, die wiederum an der Oberbekleidung des Benutzers oder an dessen Haut befestigt ist oder daran anhaftet. Die äußere Form bzw. Oberfläche des Geräts weist keine Vorsprünge oder scharfe Kanten auf und besitzt abgerundete Ecken. Das Gerät ist derart klein dimensioniert, dass es mühelos in die Tasche eines Hemds oder einer Jacke passt. Sollte der Benutzer keinen Gebrauch von der Verbindungseinrichtung machen wollen und einen lockeren Sitz des Geräts am Oberkörper in Kauf nehmen, so steckt er es einfach in die Tasche seines Hemds oder seiner Jacke.
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Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass die Rückseite des Geräts an dem Oberkörper eines zunächst aufrecht stehenden Benutzers mittels der Verbindungseinrichtung anhaftet. Das Gerät ist dabei idealer Weise so an dem Oberkörper des Benutzers anzubringen bzw. anzuhaften, dass die Breite b und Tiefe t des Geräts horizontal und die Höhe h des Geräts vertikal ausgerichtet sind. Wenn auch eine derartige Ausrichtung des Geräts praktisch nicht erzielt werden kann, so ist sie doch zumindest anzustreben.
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Neben dem Gehäuse 10 weist das Gerät einen Neigungssensor 2, eine Eingabevorrichtung 4, eine Steuereinrichtung 6 und eine Anzeigevorrichtung 8 als Hauptkomponenten auf, welche von einer Batterie oder einem Akku (in der Figur nicht dargestellt) mit elektrischer Energie versorgt werden.
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Der Neigungssensor 2 ist derart in dem Gehäuse 10 angebracht, dass er Neigung des Geräts in einer durch die y- und z-Achse gebildeten Ebene (erste vertikale Ebene) in Bezug zur Lotrichtung (Richtung der Höhe h) erfasst. Beugt im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Geräts der Benutzer seinen Oberkörper aus der aufrechten Haltung, d. h. der Lotrichtung um einen Winkel von beispielsweise 10° nach vorn oder hinten, so wird von dem Neigungssensor 2 ein Winkel von +10° bzw –10° erfasst. Das Erfassen eines nach hinten gerichteten Winkels ist in der Praxis nur für den Fall relevant, bei welchem der Benutzer Vorderseite und Rückseite des Geräts vertauscht hat. In einer Modifizierung des Geräts, ist der Neigungssensor derart ausgebildet, dass er nicht nur eine Neigung des Geräts in der durch die y- und z-Achse gebildete Ebene (erste vertikale Ebene) in Bezug zur Lotrichtung sondern auch eine Neigung des Geräts in der durch die x- und z-Achse gebildete Ebene (zweite vertikale Ebene) in Bezug zur Lotrichtung erfasst. Beugt im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Geräts der Benutzer seinen Oberkörper aus der aufrechten Haltung, d. h. der Lotrichtung um einen Winkel von beispielsweise 5° nach links oder rechts, so wird von dem Neigungssensor ein Winkel von +5° bzw –5° erfasst.
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Eine an der Vorderseite des Geräts angebrachte und von außen zu betätigende Eingabevorrichtung 4 ermöglicht es dem Benutzer, über ein Eingabefeld den zu erfassenden Neigungswinkel in der ersten und/oder der zeiten Ebene einzugeben, auf dessen Überschreitung hin er alarmiert werden möchte. Darüber hinaus besitzt die Eingabevorrichtung 4 eine erste Taste, auf dessen Betätigung hin das Gerat aktiviert oder deaktiviert wird, und eine zweite Taste, auf dessen Betätigung hin eine Alarmierung unterdrückt wird.
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Eine beispielsweise als Mikroprozessor ausgebildete Steuereinrichtung 6 ist mit dem Neigungssensor 2, der Eingabevorrichtung 4 und der später beschriebenen Anzeigevorrichtung 8 elektrisch verbunden. Die Steuereinrichtung 6 besitzt einen Festwertspeicher, in dem Anweisungen für den Betriebsablauf gespeichert sind, und einen flüchtgen Speicher, in welchem Ein- und Ausgabedaten gespeichert sind.
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Im aktivierten Zustand des Geräts liest die Steuereinrichtung 6 die von dem Neigungssensor 2 erfassten Werte aus und vergleicht sie mit den der Eingabevorrichtung 4 eingegebenen Schwellenwerten. Stellt die Steuereinrichtung 6 ein Überschreiten eines oder beider Schwellenwerte fest, erzeugt sie ein Alarmierungssignal (oder ruft es aus dem Festwertspeicher ab), das beispielsweise durch eine elektromagnetische Schwingung realisiert wird. Je nach dem Grad der Überschreitung wird die Amplitude und/oder die Frequenz der Schwingung erhöht. Der Alarmierung für die Überschreitung der Neigung in der ersten Ebene wird dabei eine erste Grundfrequenz zu Grunde gelegt, während der Alarmierung für die Überschreitung der Neigung in der zweiten Ebene eine zweite Grundfrequenz zu Grunde gelegt wird.
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Die Steuereinrichtung 6 protokolliert die Daten der Überschreitung der Neigung in der ersten und/oder zweiten Ebene, wobei der erfasste Winkel, die betroffene Ebene und der Zeitpunkt einschließlich Datum in dem flüchtigen Speicher gespeichert werden. Stellt die Steuereinrichtung 6 fest, dass über einen bestimmten Zeitraum, der willkürlich festlegbar oder auch über die Eingabevorrichtung 4 eingebbar ist, verringert sie den bzw. die Schwellenwerte. Die protokollierten bzw. gespeicherten Daten können über Funk oder einen Anschluss einer externen Auswerteeinrichtung ausgegeben werden.
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Das von der Steuereinrichtung 6 erzeute oder abgerufene Alarmierungssignal wird an die Anzeigevorrichtung 8 weitergeleitet, welche das elektrische Alarmierungssignal in einen hörbares, sichtbares oder fühlbares Signal zur Ausgabe an den Benutzer umwandelt.
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Die Steuereinrichtung 6 ist derart ausgebildet, dass sie die Bestiebsspannung der Batterie oder des Akkus und optional Signale von Funktionssensoren der Hauptkomponenten erfasst, so dass sie den Betriebstzustand des Geräts ermittelt und eine entsprechendes Betriebszustandssignal der Anzeigevorrichtung 8 zur Ausgabe an den Benutzer ausgibt.
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Im Folgenden wird der bestimmungsgemäße Betrieb des Geräts beschrieben.
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Der Benutzer aktiviert das Gerät durch Tastendruck und hat die Option, über ein Eingabefeld Schwellenwerte eines Neigungswinkels einzugeben, auf deren Überschreitung ein Alarmierungssignal erzeugt und ausgegeben wird. Wird die Option nicht wahrgenommen, werden von dem Gerät vorbestimmte Werte verwendet. Das Gerät wird über eine Verbindungseinrichtung mit dem Oberkörper verbunden, wobei eine gute Ausrichtung angestrebt wird.
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Hebt der Benutzer einen Gegenstand vom Boden auf, wird er dazu in der Regel seinen Oberkörper etwas vorbeugen. Je größer dabei Neigung des Oberkörpers zur Lotrichtung ist, um so höher ist für den Benutzer die Belastung. Um eine übermäßige Belastung zu vermeiden, wird der Benutzer beim Überschreiten eines Schwellenwerts beispielsweise durch ein akustisches Signal alarmiert, woraufhin er seine Körperhaltung durch Verringerung der Neigung verbessern kann. Das akustische Signal verstummt, wenn die erfasste Neigung den Schwellenwert unterschritten hat oder wenn der Benutzer die Überschreitung des Schwellenwerts über einen vorbestimmten Zeitraum aufrechterhält, d. h. wenn er das Alarmierungssignal über den vorbestimmten Zeitraum ignoriert.
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4 zeigt dabei Verlauf des Hebens eines schweren Gegenstands in der Abfolge a, b, c und d ausgehend von dem Fall einer richtigen Körperhaltung, wobei insbesondere dargestellt ist, dass Lasten vorzugsweise mit der Kraft der Beine und nicht aus dem Rücken heraus zu heben sind.
