DE102011052470A1 - Motion parameter-measuring unit for detecting e.g. motion parameter of human being, has sensors and/or sensor surfaces utilized for detecting foot pressure signal from reference speed and force-dependant and/or pressure-dependant velocities - Google Patents
Motion parameter-measuring unit for detecting e.g. motion parameter of human being, has sensors and/or sensor surfaces utilized for detecting foot pressure signal from reference speed and force-dependant and/or pressure-dependant velocities Download PDFInfo
- Publication number
- DE102011052470A1 DE102011052470A1 DE102011052470A DE102011052470A DE102011052470A1 DE 102011052470 A1 DE102011052470 A1 DE 102011052470A1 DE 102011052470 A DE102011052470 A DE 102011052470A DE 102011052470 A DE102011052470 A DE 102011052470A DE 102011052470 A1 DE102011052470 A1 DE 102011052470A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- force
- pressure
- foot
- speed
- sensors
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 0 C(C*1)CC1*1=CC=CCC1 Chemical compound C(C*1)CC1*1=CC=CCC1 0.000 description 5
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/1036—Measuring load distribution, e.g. podologic studies
- A61B5/1038—Measuring plantar pressure during gait
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A43—FOOTWEAR
- A43B—CHARACTERISTIC FEATURES OF FOOTWEAR; PARTS OF FOOTWEAR
- A43B3/00—Footwear characterised by the shape or the use
- A43B3/34—Footwear characterised by the shape or the use with electrical or electronic arrangements
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A43—FOOTWEAR
- A43D—MACHINES, TOOLS, EQUIPMENT OR METHODS FOR MANUFACTURING OR REPAIRING FOOTWEAR
- A43D1/00—Foot or last measuring devices; Measuring devices for shoe parts
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
- A61B5/112—Gait analysis
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C22/00—Measuring distance traversed on the ground by vehicles, persons, animals or other moving solid bodies, e.g. using odometers, using pedometers
- G01C22/006—Pedometers
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
- A61B2562/0247—Pressure sensors
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/04—Arrangements of multiple sensors of the same type
- A61B2562/046—Arrangements of multiple sensors of the same type in a matrix array
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
- A61B5/1123—Discriminating type of movement, e.g. walking or running
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
- A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
- A61B5/6829—Foot or ankle
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erfassung von wenigstens einem Bewegungsparameter eines Läufers nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche. The invention relates to a method and a device for detecting at least one movement parameter of a runner according to the preambles of the independent claims.
Es sind verschiedenste Verfahren und Einrichtungen bekannt, um Bewegungsparameter wie etwa die Geschwindigkeit und die gelaufene Wegstrecke von Läufern zu bestimmen. In der
Aus der
Die
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein genaues und komfortables Verfahren und eine dazu geeignete Einrichtung zu schaffen, mit denen ein Bewegungsparameter eines Läufers bestimmt werden kann. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der weiteren Ansprüche. It is an object of the invention to provide an accurate and comfortable method and a device suitable for this, with which a movement parameter of a runner can be determined. The object is solved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the other claims.
Es wird eine Bewegungsparameter-Messeinrichtung zur Erfassung eines Bewegungsparameters eines Läufers vorgeschlagen, der gegenüber einem Untergrund eine Relativbewebung ausführt. Zur Erfassung eines Drucks und/oder einer Druckverteilung ist zwischen einem Fuß des Läufers und dem Untergrund eine Sensorik mit wenigstens einem Drucksensor vorgesehen, sowie eine Auswerteinheit, die aus dem erfassten Signal des Drucks und/oder der Druckverteilung einen Bewegungsparameter des Läufers ableitet. A movement parameter measuring device for detecting a movement parameter of a runner is proposed, which performs a relative movement with respect to a background. For detecting a pressure and / or a pressure distribution, a sensor system with at least one pressure sensor is provided between a foot of the rotor and the ground, and an evaluation unit which derives a movement parameter of the rotor from the detected signal of the pressure and / or the pressure distribution.
Insbesondere kann der Bewegungsparameter ein Bewegungswinkel sein, insbesondere ein Steigungswinkel des Untergrunds. So kann abgeleitet werden, ob der Läufer sich auf einer Ebene bewegt oder auf einer schiefen Ebene, d.h. auf einer Steigung oder einem Gefälle. Es ist möglich, einen oder mehrere Bewegungsparameter auf der Basis relativ einfacher Modelle von Kraftvektoren und/oder Beschleunigungen zu gewinnen, wobei jeweils gleichartige Parameter verglichen werden können, die mit verschiedenen Modellen gewonnen wurden. Dies erhöht die Sicherheit und kann zu Plausibilitätsbetrachtungen der Ergebnisse herangezogen werden. In particular, the movement parameter may be a movement angle, in particular a pitch angle of the ground. Thus it can be deduced whether the runner is moving on a plane or on an inclined plane, i. on a slope or a slope. It is possible to derive one or more motion parameters based on relatively simple models of force vectors and / or accelerations, each of which can compare similar parameters obtained with different models. This increases the safety and can be used to plausibility considerations of the results.
Vorteilhaft kann die Sensorik eine Sensorkette mit Drucksensoren umfassen, die sich in flächiger Anordnung wenigstens bereichsweise über eine Fußfläche erstreckt. Damit kann eine Druckverteilung erfasst werden, was die Sicherheit und Genauigkeit erhöht. Advantageously, the sensor system can comprise a sensor chain with pressure sensors, which extends in a planar arrangement at least partially over a foot surface. Thus, a pressure distribution can be detected, which increases the safety and accuracy.
Günstigerweise kann die Sensorik in eine Einlegsohle integriert sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Sensorik in einen Schuh integriert sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Sensorik in einen Strumpf integriert sein, der um einen Schuh oder Fuß legbar ist. Conveniently, the sensor can be integrated in an insole. Alternatively or additionally, the sensor system can be integrated in a shoe. Alternatively or additionally, the sensor system can be integrated into a sock which can be laid around a shoe or foot.
In günstiger Ausgestaltung kann die Sensorik ein hydraulisches Gestänge umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Sensorik ein Piezoelement umfassen, oder auch andere Druckaufnehmer, z.B. kapazitive, induktive oder ohmsche Druckaufnehmer wie z.B. der FSR-Sensor (Force Sensitive Resistor), der seinen elektrischen Widerstand abhängig von der auf die aktive Oberfläche einwirkenden Kraft ändert. In a favorable embodiment, the sensor system may comprise a hydraulic linkage. Alternatively or additionally, the sensor system may comprise a piezoelectric element or other pressure transducers, e.g. Capacitive, inductive or resistive pressure transducers such as e.g. the FSR sensor (Force Sensitive Resistor), which changes its electrical resistance depending on the force acting on the active surface.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Bewegungsparameter-Messeinrichtung vorgeschlagen, bei welchem aus einem Druck und/oder einer Druckverteilung zwischen einem Untergrund und einem Fuß eines sich gegenüber dem Untergrund eine Relativbewegung ausführenden Läufers ein Bewegungsparameter des Läufers abgeleitet wird. According to a further aspect of the invention, a method for operating a movement parameter measuring device is proposed in which a movement parameter of the rotor is derived from a pressure and / or a pressure distribution between a substrate and a foot of a relative movement running relative to the substrate.
Insbesondere kann der Bewegungsparameter ein Bewegungswinkel sein, insbesondere ein positiver oder negativer Steigungswinkel des Untergrunds. In particular, the movement parameter may be a movement angle, in particular a positive or negative gradient angle of the ground.
Vorteilhaft kann ein Referenzwert der Geschwindigkeit erfasst werden und mit einem aktuellen Signal des Drucks und/oder der Druckverteilung verglichen werden. Bei einer relativen Zunahme des Drucks im Hackenbereich kann ein Gefälle erkannt werden, und bei einer relativen Zunahme des Drucks in Vorderfußbereich kann eine Steigung erkannt werden. Ebenso kann eine Beschleunigung erkannt werden. Advantageously, a reference value of the speed can be detected and compared with a current signal of the pressure and / or the pressure distribution. With a relative increase in pressure in the heel area, a slope can be detected, and with a relative increase in pressure in the forefoot area, a slope can be detected. Likewise, an acceleration can be detected.
Aus dem Signal und einer vorgegebenen Länge einer Sensorik kann vorteilhaft eine Wegstrecke und/oder eine Geschwindigkeit abgeleitet werden. Advantageously, a distance and / or a speed can be derived from the signal and a predetermined length of a sensor.
Alternativ oder zusätzlich kann aus dem Signal ein Absprungwinkel abgeleitet werden. Alternativ oder zusätzlich kann aus dem Signal ein vorgegebener Laufstil abgeleitet werden. Alternatively or additionally, a takeoff angle can be derived from the signal. Alternatively or additionally, a predetermined running style can be derived from the signal.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawings, embodiments of the invention are shown. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.
In den Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugzeichen beziffert. In the figures the same or equivalent elements are numbered with like reference numerals.
Die Abrollbewegung wird bei einem gesunden Menschen zeitlich nacheinander von der Ferse (Hackenteil
Die Sensor-Druckflächen bestehen aus drucksensitiven Materialien wie z.B. einer drucksensitiven Folie, einer „Roboter-Haut“, einer „piezoelektrischen Silbertinte“ (FlexiForce), einer FSR-Force Sensing Resistorfolie oder Einzelsensoren und sind hinsichtlich ihrer Anordnung sowie ihrer Größe, Länge, Breite usw. zur optimalen Funktion frei wählbar. The sensor pressure surfaces are made of pressure sensitive materials such as e.g. a pressure-sensitive film, a "robot skin", a "piezoelectric silver ink" (FlexiForce), an FSR Force Sensing Resistorfolie or individual sensors and are freely selectable in terms of their arrangement and their size, length, width, etc. for optimal function.
Zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Läufers aus einer Weg-Zeit-Messung, entspricht jede einzelne Sensorflächen-Länge oder die Gesamt-Sensorflächen-Länge, einer konstanten Messstrecke s über die der Fuß
Die Geschwindigkeit kann auch aus einem Sensorabstand als Definition einer konstanten Messstrecke s, über die der Fuß
Diese Geschwindigkeit vs/t gilt beim Gehen wie auch beim Laufen in der horizontalen Ebene und beim Aufwärts- wie auch beim Abwärts-Gehen/Laufen einer schiefen Ebene und gilt somit als Referenzgeschwindigkeit. This speed v s / t is valid for walking as well as running in the horizontal plane and in the upward as well as the downward walking / running of an inclined plane and thus applies as a reference speed.
Die Referenzgeschwindigkeit vs/t kann folglich insbesondere aus einer Weg/Zeit-Messung aus einem Abrollvorgang über Sensoren und/oder Sensorflächen abgeleitet werden. Denkbar ist jedoch auch, dass eine Referenzgeschwindigkeit aus externen Quellen, etwa über ein GPS-Signal oder dergleichen, zur Verfügung gestellt wird. The reference speed v s / t can therefore be derived in particular from a travel / time measurement from a rolling process via sensors and / or sensor surfaces. However, it is also conceivable that a reference speed from external sources, such as a GPS signal or the like, is provided.
Zur Ermittlung einer Geschwindigkeit vDruck aus einer Druck-Zeit-Messung (bzw. Kraft-Zeit-Messung) wird beim Abrollvorgang über die Sensorflächen die Amplitude des Fuß-Drucksignals als Funktion der Zeit erfasst. To determine a speed v pressure from a pressure-time measurement (or force-time measurement), the amplitude of the foot pressure signal is recorded as a function of time during the rolling process via the sensor surfaces.
Aus dem Flächenintegral des Drucksignals über die Zeit wird der arithmetische Mittelwert gebildet, der dem Betrag der resultierenden Kraft |FR_arithm| während der Dauer der Kraftwirkung entspricht. From the area integral of the pressure signal over time, the arithmetic mean is formed, which is the magnitude of the resulting force | F R_arithm | during the duration of the force effect.
Mit Anordnung des Kräftesystems nach dem D’Alembertschen Prinzip dient der Satz des Pythagoras zur Berechnung des Betrages der Beschleunigungskraft |Fa| in der horizontalen Ebene. Dieses D’Alembertsche Prinzip wird den Überlegungen als vereinfachende Annahme zugrunde gelegt. With the arrangement of the force system according to the D'Alembert principle, the Pythagorean theorem is used to calculate the magnitude of the acceleration force | F a | in the horizontal plane. This D'Alembert principle is taken as a simplifying assumption.
Fg ist dabei die Gewichtskraft des Läufers. Das Produkt aus dem Betrag der beschleunigenden Kraft |Fa| und seiner zeitlichen Dauer t heißt Kraftstoß oder Antrieb und ist im Verhältnis zur Körpermasse m ein Maß der Geschwindigkeit v. (bzw. der aktuellen Geschwindigkeit). F g is the weight of the runner. The product of the amount of accelerating force | F a | and its time duration t is called force impulse or drive and is in relation to the body mass m a measure of the speed v. (or the current speed).
Die mit jedem Schritt gemessene resultierende Kraft FR_arithm wird vorzugsweise ständig mit einer berechneten resultierenden Kraft FR_berech, die für die horizontale Ebene gilt, verglichen, die später beschrieben wird. The resultant force F R_arithm measured with each step is preferably constantly compared with a calculated resulting force F R_berech , which is for the horizontal plane, which will be described later.
Bei Gleichheit der Werte (innerhalb einer gegebenen Toleranz) wird geschlossen, dass der Läufer in der horizontalen Ebene mit der Geschwindigkeit vs/t läuft. Bei Ungleichheit der Werte wird geschlossen, dass der Läufer mit der Geschwindigkeit vs/t in der schiefen Ebene läuft. If the values are equal (within a given tolerance), it is concluded that the rotor is running in the horizontal plane at the speed v s / t . In case of inequality of the values, it is concluded that the rotor runs at the speed v s / t in the inclined plane.
Der Vergleich des Betrages des arithmetischen Mittelwerts der resultierenden Kraft |FR_arithm|, mit dem Betrag der berechneten resultierenden Kraft |FR_berech| liefert folgende Aussagen:
Wenn: |FR_arithm| = |FR_berech|, dann läuft der Läufer in der horizontalen Ebene mit dem Steigungswinkel φ = 0°. The comparison of the magnitude of the arithmetic mean of the resulting force | F R_arithm |, with the magnitude of the calculated resulting force | F R_berech | provides the following statements:
If: | F R_arithm | = | F R_berech |, then the slider runs in the horizontal plane with the pitch angle φ = 0 °.
Wenn: |FR_arithm| > |FR_berech|, läuft der Läufer eine schiefe Ebene hinauf mit dem Steigungswinkel φ > 0°. If: | F R_arithm | > | F R_berech |, the runner walks up an incline with the incline angle φ> 0 °.
Wenn: |FR_arithm| < |FR_berech|, läuft der Läufer eine schiefe Ebene hinab mit dem Steigungswinkel φ < 0°. If: | F R_arithm | <| F R_berech |, the runner runs down an inclined plane with the pitch angle φ <0 °.
Die Berechnung des positiven oder negativen Steigungswinkels φ der schiefen Ebene erfolgt mit dem Kosinussatz der Trigonometrie. Der Kosinussatz ist die Verallgemeinerung des Satzes von Pythagoras für beliebige Dreiecke. The calculation of the positive or negative pitch angle φ of the inclined plane takes place with the cosine set of the trigonometry. The cosine phrase is the generalization of Pythagoras' theorem for arbitrary triangles.
Folglich ergibt sich mit: der Winkel β zu: Consequently results with: the angle β to:
Der positive oder negative Steigungswinkel φ ist dann: φ = 90° – β.The positive or negative pitch angle φ is then: φ = 90 ° -β.
Der in
Die durchgezogene Linie unter der Einlegsohle
Der arithmetische Mittelwert entspricht dem Betrag der resultierenden Kraft |FR|. Der Betrag der Beschleunigungskraft |Fa| ergibt sich nach Pythagoras: The arithmetic mean corresponds to the magnitude of the resulting force | F R |. The amount of acceleration force | Fa | follows from Pythagoras:
Multipliziert mit der Dauer der Kraftwirkung, der Druckzeit t, ergibt das Produkt den Flächeninhalt und ist ein Maß der Geschwindigkeit v in der horizontalen Ebene nach
Das System ermöglicht Gehern oder Läufern neben den Angaben über Geschwindigkeit, Beschleunigung und zurückgelegter Wegstrecke, auch Angaben über die positive oder negative Steigung der Wegstrecke. The system allows walkers or runners, in addition to information on speed, acceleration and distance covered, also information on the positive or negative slope of the route.
Maßgebend ist die Erfassung des dynamischen Verlaufs der resultierenden Kraft FR. Zur Ermittlung der Parameter dient eine Einrichtung wie z.B. eine Einlegfußsohle
Die Definition einer konstanten Messstrecke erfolgt über die Länge einer Druckfläche oder/und über den Abstand zweier Sensoren. Beispielsweise kann die Fußlänge L10 eine konstante Messstrecke s sein, wie in
Beim Laufen auf den Vorderfüßen dient z.B. eine Sensorkette oder Druckflächenkette, die am frühsten Aufsetzpunkt des Vorderfußes beginnt und an der Fußspitze endet, zur Ermittlung einer aktuellen Messstrecke s, über die der Vorderfuß abrollt. When walking on the forefoot, e.g. a sensor chain or pressure surface chain that begins at the earliest touchdown point of the forefoot and terminates at the toe, to determine a current measurement distance s over which the forefoot rolls.
Eine weitere, alternative oder ergänzende Betrachtung ist im Folgenden dargestellt. Another, alternative or supplementary consideration is shown below.
Beim Abrollen des Fußes
Diese Geschwindigkeit vs/t gilt beim Gehen/Laufen in der horizontalen Ebene und beim Hinauf-/Hinab-gehen/laufen einer schiefen Ebene und gilt somit als Referenz-Geschwindigkeit. This speed v s / t applies when walking / running in the horizontal plane and when going up / down / walking an inclined plane and is therefore considered as a reference speed.
Mit jedem Schritt kann die Geschwindigkeit vs/t aus der Weg-Zeit-Messung berechnet und die vorhergehende Geschwindigkeit v1 mit der aktuellen Geschwindigkeit v2 verglichen werden. Die Differenz ∆v aus v1 – v2 entspricht einer Geschwindigkeitszunahme oder Geschwindigkeitsabnahme und ist somit ein Maß der Beschleunigung a. Mit einer vorher bestimmten prozentuale Größe der Geschwindigkeitsdifferenz ∆v wird eine Beschleunigung a erkannt. With each step, the speed v s / t can be calculated from the distance-time measurement and the previous speed v 1 compared with the current speed v 2 . The difference Δv from v 1 -v 2 corresponds to a speed increase or decrease and is thus a measure of the acceleration a. With a predetermined percentage size of the speed difference Δv, an acceleration a is detected.
Das Produkt aus der zuvor berechneten Geschwindigkeit vs/t und der konstanten Körpermasse m, im Verhältnis zur gemessenen Dauer der Kraftwirkung t (Abroll-Zeit t oder Kraftdruck-Zeit t), ergibt die für die aktuelle Geschwindigkeit vs/t benötigte beschleunigende Kraft Fa. The product of the previously calculated speed v s / t and the constant body mass m, in relation to the measured duration of the force effect t (roll time t or force pressure time t), yields the accelerating force needed for the current speed v s / t F a .
Mit Anordnung des Kräftesystems nach dem D’Alembertschen Prinzip dient der Satz des Pythagoras eines rechtwinkligen Dreiecks zur Berechnung des Betrages der resultierenden Kraft |FR| in der horizontalen Ebene. By ordering the force system according to D'Alembert's principle, the Pythagorean theorem of a right-angled triangle is used to calculate the magnitude of the resulting force | F R | in the horizontal plane.
Mit dem Betrag der berechneten Beschleunigungskraft |Fa| und dem Betrag der konstanten Gewichtskraft |Fg| = m·g, ergibt sich eine berechnete resultierende Kraft |FR_berech|, die benötigt wird, um in der horizontalen Ebene die aktuelle Geschwindigkeit vs/t zu besitzen. With the amount of the calculated acceleration force | F a | and the amount of constant weight | F g | = m · g, results in a calculated resulting force | F R_berech | that is needed to have the current velocity v s / t in the horizontal plane.
Gleichzeitig mit der Zeitmessung t wird der Druckverlauf der resultierenden Kraft FR = f(t) über einen analog-Digitalwandler abgetastet, (abgespeichert, aufgenommen) und der arithmetische Mittelwert gebildet. Simultaneously with the time measurement t, the pressure curve of the resulting force F R = f (t) is sampled via an analog-digital converter (stored, recorded) and the arithmetic mean value is formed.
Der arithmetische Mittelwert des Druckverlaufs entspricht dem Betrag der resultierenden Kraft |FR_arithm| beim Abrollen des Fußes über die konstante bzw. aktuelle Messstrecke s, Druckfläche A, Druckflächenkette, Sensorkette, in der dazu benötigten Zeit t. The arithmetic mean of the pressure curve corresponds to the magnitude of the resulting force | F R_arithm | when unrolling the foot over the constant or current measuring distance s, pressure surface A, pressure surface chain, sensor chain, in the time required t.
Der Betrag der resultierenden Kraft |FR_arithm|, dient dem Vergleich zum Betrag der berechneten resultierenden Kraft |FR_berech| in der horizontalen Ebene, zur Berechnung des positiven oder negativen Steigungswinkels φ und zur Berechnung der Geschwindigkeit vFt. The magnitude of the resulting force | F R_arithm |, is used to compare the magnitude of the calculated resulting force | F R_berech | in the horizontal plane, to calculate the positive or negative pitch angle φ and to calculate the speed v Ft .
Ist der ermittelte Betrag des arithmetischen Mittelwerts der resultierenden Kraft |FR_arithm| aus der Druck/Zeit-Messung, (Kraft/Zeit-Messung), gleich dem Betrag der berechneten resultierenden Kraft |FR_berech| aus der Weg/Zeit-Messung, so läuft der Läufer mit der Geschwindigkeit vs/t in der horizontalen Ebene.
Aufgrund unterschiedlicher Schuhsohlen-Dämpfungen, ist der Betrag der resultierenden Kraft |FR_arithm| aus der Drucksignal-Messung mit einem Dämpfungsfaktor d zu multiplizieren, um die beiden ermittelten Beträge der resultierenden Kräfte FR gleichzusetzen.
Bei zusätzlichen Störfaktoren, wie z. B. unterschiedlichen Dämpfungen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten oder zur Kalibrierung, wird noch ein Korrekturfaktor k_Faktor hinzugefügt, um die beiden ermittelten Resultierenden FR gleichzusetzen.
Ist der Betrag der resultierenden Kraft |FR_arithm|, ungleich dem Betrag der resultierenden Kraft |FR_berech|, so läuft der Läufer mit der Geschwindigkeit vs/t in der schiefen Ebene.
Die Berechnung des positiven oder negativen Steigungswinkels φ der schiefen Ebene erfolgt, wie oben bereits erwähnt, mit dem Kosinussatz der Trigonometrie. The calculation of the positive or negative slope angle φ of the inclined plane, as already mentioned above, takes place with the cosine set of trigonometry.
Mit konstanter Gewichtskraft FG und veränderlicher Beschleunigungskraft Fa; veränderlicher Geschwindigkeit vs/t nimmt die resultierende Kraft FR in jedem einzelnen Laufbereich einen bestimmten Wertebereich seiner Betragsgröße ein. (siehe
Im Laufbereich der horizontalen Ebene wird der Wertebereich der resultierenden Kraft FR von der maximalen Beschleunigungskraft Fa_max; maximalen Geschwindigkeit vs/t_max begrenzt. In the running region of the horizontal plane, the value range of the resultant force F R is the maximum acceleration force F a_max ; maximum speed v s / t_max limited.
Im Laufbereich der schiefen Ebene aufwärts wird der Wertebereich der resultierenden Kraft FR von der maximalen Beschleunigungskraft Fa_max; maximalen Geschwindigkeit vs/t_max und dem maximalen Steigungswinkel φmax begrenzt. In the running range of the inclined plane upwards, the value range of the resultant force F R is the maximum acceleration force F a_max ; maximum speed v s / t_max and the maximum pitch angle φ max limited.
Im Laufbereich der schiefen Ebene abwärts wird der Wertebereich der resultierenden Kraft FR von der maximalen Beschleunigungskraft Fa_max; maximalen Geschwindigkeit vs/t_max und dem maximalen Neigungswinkel (–)φmax begrenzt. In the running region of the inclined plane downwards, the value range of the resultant force F R is the maximum acceleration force F a_max ; maximum speed v s / t_max and the maximum inclination angle (-) φ max limited.
Berechnung der Geschwindigkeit vFt aus dem arithmetischen Mittelwert der resultierenden Kraft |FR_arithm|. Calculation of the velocity v Ft from the arithmetic mean of the resulting force | F R_arithm |.
Zur Ermittlung der Geschwindigkeit vFt aus der Druck/Zeit-Messung (Kraft-Zeit-Messung) wird beim Abrollvorgang über die Sensorflächen A die Amplitude des Fuß-Drucksignals als Funktion der Zeit t erfasst. Aus dem Flächenintegral des Drucksignals p über die Zeit t, multipliziert mit der Sensorfläche A, wird der arithmetische Mittelwert gebildet, der dem Betrag der resultierenden Kraft |FR_arithm| während der Dauer der Kraftwirkung entspricht. To determine the speed v Ft from the pressure / time measurement (force-time measurement), the amplitude of the foot pressure signal is detected as a function of the time t during the rolling process via the sensor surfaces A. From the area integral of the pressure signal p over the time t, multiplied by the sensor area A, the arithmetic mean is formed, which is the amount of the resulting force | F R_arithm | during the duration of the force effect.
Mit Anordnung des Kräftesystems nach dem D’Alembertschen Prinzip dient der Satz des Pythagoras zur Berechnung des Betrages der Beschleunigungskraft |Fa| in der horizontalen Ebene (siehe
Das Produkt aus dem Betrag der beschleunigenden Kraft |Fa| und seiner Zeitlichen Dauer t, heißt Kraftstoß oder Antrieb und ist im Verhältnis zur Körpermasse m ein Maß der Geschwindigkeit v. The product of the amount of accelerating force | F a | and its temporal duration t, is called force impulse or drive and is in relation to the body mass m a measure of the speed v.
Die berechneten Geschwindigkeiten v aus der Weg/Zeit-Messung und aus der Drucksignal-Messung, sind beim Gehen oder Laufen in der horizontalen Ebene gleich vs/t = vFt. The calculated velocities v from the path / time measurement and from the pressure signal measurement are equal to v s / t = v Ft when walking or running in the horizontal plane.
Aufgrund unterschiedlicher Schuhsohlen-Dämpfungen, ist der berechnete Wert vFt aus der Drucksignal-Messung mit einem Dämpfungsfaktor d zu multiplizieren, um die beiden ermittelten Geschwindigkeiten gleichzusetzen: vs/t = vFt·d. Due to different shoe sole damping, the calculated value v Ft from the pressure signal measurement is to be multiplied by a damping factor d in order to equate the two determined speeds: v s / t = v Ft * d.
Bei zusätzlichen Störfaktoren, wie z. B. unterschiedlichen Dämpfungen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten oder zur Kalibrierung, wird noch ein Korrekturfaktor k_Faktor hinzugefügt, um die beiden ermittelten Geschwindigkeiten gleichzusetzen: vs/t = vFt·d·k_Faktor. For additional disturbing factors, such. B. different attenuation at different speeds or for calibration, a correction factor k _Faktor added to equalize the two determined speeds: v s / t = v Ft · d · k _Faktor .
Sind die berechneten Geschwindigkeiten v aus der Weg/Zeit-Messung und aus der Drucksignal-Messung ungleich, dann läuft der Läufer in der schiefen Ebene mit der Geschwindigkeit vs/t: vs/t ≠ vFt. If the calculated velocities v from the path / time measurement and from the pressure signal measurement are unequal, then the rotor runs in the inclined plane at the speed v s / t : v s / t ≠ v Ft .
Die Multiplikation der Geschwindigkeit vFt mit den Dämpfungs- und Korrektur-Faktoren d und k_Faktor entfällt, wenn zuvor der arithmetische Mittelwert der resultierenden Kraft |FR_arithm| mit den Faktoren multipliziert wurde. The multiplication of the velocity v Ft by the damping and correction factors d and k factor is omitted if the arithmetic mean of the resulting force | F R_arithm | multiplied by the factors.
Die Ermittlung der Schrittlänge sL erfolgt mit der Messung einer zweiten Zeitspanne. Die Zeitmessung wird in einem Zeitpunkt, der im Bereich vom Aufsetzen des Fußes
Die Zeitspanne ∆t_sL liegt also zwischen den Zeitpunkten eines gleichartigen Bewegungsablaufs des zeitlich vorlaufenden Fußes und des zeitlich nachlaufenden Fußes, im Bereich vom Aufsetzen des Fußes mit dem Hacken bis zum Abheben des Fußes mit der Fußspitze. The period .DELTA.t _sL is thus between the times of a similar movement of the temporally leading foot and the trailing foot in the range from putting the foot with the hoes to lifting the foot with the toe.
Die Schrittlänge sL ergibt sich aus der Multiplikation der gemessenen Zeitspanne ∆t_sL mit der aktuellen Geschwindigkeit vs/t des Läufers.
Eine zurückgelegte Wegstrecke sweg ergibt sich durch Summation der einzelnen gemessenen Schrittlängen sL: sweg = ∑sL1 + sL2 + sL3 ... sLn A distance traveled s away results from the summation of the individual measured step lengths s L : s away = Σs L1 + s L2 + s L3 ... s Ln
Eine Funktionsbeschreibung mit Anwendung des D’Alembertschen Prinzips-Trägheitskräfte ist in
Je nach Größe einer Beschleunigung oder Abbremsung, beim Laufen in der horizontalen Ebene oder beim Hinauf- oder Hinunterlaufen einer schiefen Ebene, verlagert der Mensch seine Körpermasse zum Gleichgewicht sämtlicher angreifender Kräfte in der Weise, dass die im Kräftesystem beschleunigend wirkende Resultierende FR (d.h. der resultierenden Kraft FR) zur optimalen Kraftübertragung, immer durch die Berührungsflächen der Fußsohle verläuft. Depending on the magnitude of an acceleration or deceleration, when running in the horizontal plane or when walking up or down an inclined plane, man shifts his body mass to the balance of all the attacking forces in such a way that the resultant in the force system resulting F R (ie the resulting force F R ) for optimum power transmission, always passes through the contact surfaces of the sole of the foot.
Beim Aufsetzen mit dem Hacken eines Fußes
Beim Aufsetzen mit dem Vorderfuß wirkt die resultierende FR im ersten Augenblick auf die Vorderfußaufsetzfläche Aaufsetz und wandert zur Aufrechterhaltung der Bewegung, mit der Bewegung, zur Vorderfußabdruckskraft-Fläche AFabdruck, um hier, mit dem Abheben des Vorderfußes, die Betragsgröße der resultierenden FR durch Muskelkraft beizubehalten, zu vergrößern oder zu verkleinern, was einer konstanten Geschwindigkeit, einer erhöhten Geschwindigkeit oder einer verminderten Geschwindigkeit v entspricht. When placed on the forefoot, the resulting F R acts on the forefoot surface A at the first moment and, in order to maintain the movement, with the movement, to the forefoot imprint area A, to here, with the lift of the forefoot, the magnitude of the resulting F R by muscle power to maintain, increase or decrease, which corresponds to a constant speed, increased speed or a reduced speed v.
Die Erfassung des dynamischen Verlaufs der resultierenden FR, hinsichtlich Kraftstärke und seiner zeitlichen Dauer, vom Aufsetzen des Fußes mit dem Hacken bis zum Abheben des Vorderfußes mit der Fußspitze, oder vom Aufsetzen des Vorderfußes bis zum Abheben des Vorderfußes mit der Fußspitze, erfolgt über: und/oder konstante Messstrecken, aktuelle Messstrecken, konstante Druckflächen, aktuelle Druckflächen, Sensorketten, Druckflächenketten und/oder einem hydraulischen Gestänge
Zur Findung und Messung einer aktuellen Messstrecke s und Abroll-Zeit t dienen hauptsächlich das Hackenaufsetz-Signal, das Hackenabhebe-Signal, das Vorderfußaufsetz-Signal und das Vorderfußabhebe-Signal, mit den von den Sensoren erzeugten steigenden und fallenden Schalt-Flanken. To find and measure a current measurement distance s and roll-off time t are mainly the Hackenaufset signal, the Hackenabhebe signal, the Vorderfußaufsetz signal and Vorderfußabhebe signal, with the generated by the sensors rising and falling switching edges.
Beim Laufen mit dem ganzen Fuß
Beim Laufen auf den Vorderfüßen dient z.B. eine Sensorkette oder Druckflächenkette, die am frühsten Aufsetzpunkt des Vorderfußes beginnt und an der Fußspitze endet, zur Ermittlung einer aktuellen Messstrecke über die der Vorderfuß abrollt. When running on the forefoot, for example, a sensor chain or pressure surface chain, which begins at the earliest attachment point of the forefoot and ends at the toe, is used to determine a current measurement distance over which the forefoot rolls.
Die Sensoren, beispielsweise Schalter und dergleichen, einer Sensorkette oder einer Druckflächenkette liefern die Länge der aktuellen Messstrecke s vom frühsten Aufsetzpunkt des Vorderfußes bis zum spätesten Abhebepunkt des Vorderfußes und die dafür benötigte Zeit t. Hiermit ist auch die Ermittlung einer aktuellen Messstrecken-Länge s, von einem späteren Aufsetzpunkt des Vorderfußes bis zu einem früheren Abhebepunkt des Vorderfußes gegeben. Mit der Aktivierung/Inaktivierung der Sensoren werden die Positionen der Sensoren, die z.B. im Speicher eines Mikrokontrollers liegen, erkannt und die aktuelle Messstrecken-Länge s ermittelt. Gleichzeitig wird zur Messung der Zeit t, die zum Zurücklegen der aktuellen Messstrecken-Länge s benötigt wird, eine Uhr (Timer) geschaltet. The sensors, such as switches and the like, a sensor chain or print area chain provide the length of the current measurement distance s from the earliest touchdown point of the forefoot to the latest lifting point of the forefoot and the time t required for it. This is also the determination of a current measuring track length s, given by a later touchdown point of the forefoot to an earlier lifting point of the forefoot. With the activation / deactivation of the sensors, the positions of the sensors, e.g. lie in the memory of a microcontroller, detected and the current measuring distance length s determined. At the same time, a clock (timer) is switched to measure the time t, which is needed to travel the current measuring distance length s.
Zur Ermittlung und Berechnung der gesuchten Parameter werden die Signale einem Mikrokontroller zugeführt, der die notwendigen Verknüpfungen durchführt und anschließend die Resultate z.B. über ein Sender-Empfänger-System, z.B. mit Hilfe eines Displays mit integrierter Eingabetastatur am Handgelenk, zur Anzeige bringt. Es besteht auch die Möglichkeit, dem Läufer die Resultate über ein akustisches System mitzuteilen. (Kopfhörer, Flachlautsprecher im Gürtel). Möglich sind z.B. unterschiedliche akustische Signale für bestimmte positive oder negative Steigungswinkel φ und/oder für jeden gelaufenen Kilometer. In order to determine and calculate the sought-after parameters, the signals are fed to a microcontroller, which performs the necessary operations and then displays the results, e.g. via a transceiver system, e.g. using a display with integrated keypad on the wrist, brings to the display. It is also possible to tell the runner the results via an acoustic system. (Headphones, flat speaker in the belt). Possible are e.g. different acoustic signals for certain positive or negative pitch angle φ and / or for each kilometer run.
Außerdem können die im Werte-Speicher des Mikrocontrollers liegenden Resultate einem PC zugeführt und über eine graphische Benutzeroberfläche ausgewertet und analysiert werden. In addition, the results stored in the value memory of the microcontroller can be fed to a PC and evaluated via a graphical user interface and analyzed.
Zur Erfassung/Aufnahme des dynamischen Verlaufs der resultierenden FR, dient z.B. ein hydraulisches Gestänge
Das hydraulische Gestänge
Der Mikrocontroller und der Sender können z.B. an den Schuh geklemmt, geklebt, in eine Einleg-Folie integriert oder in einer kleinen Manschette oberhalb des Knöchels fixiert sein. Die Folie kann in den Schuh integriert sein oder als Einleg-Folie ausgebildet sein. Die „Einleg-Fußsohle˝ ist zweckmäßigerweise so konstruiert, dass die Fußabdruckskraft-Druckamplitude und die Hackenaufsetz-Druckamplitude optimal an die Druckmesszellen
Das hydraulische Gestänge
Wirkt auf die Kraft-Aufnahme-Fläche A1 die resultierende Kraft FR(F1), so überträgt sich die Kraft auf die Drucksensor-Fläche A2 der Messzelle
Acts on the force-receiving surface A 1, the resulting force F R (F 1 ), the force is transmitted to the pressure sensor surface A2 of the measuring
Analog zur hydraulischen Presse verhalten sich die Kräfte wie die entsprechenden Flächen. Es gilt: F1/F2 = A1/A2 Similar to the hydraulic press, the forces behave like the corresponding surfaces. The following applies: F 1 / F 2 = A 1 / A 2
Eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung der Geschwindigkeit, der positiven oder negativen Beschleunigung sowie der positiven oder negativen Steigung einer Wegstrecke ergibt sich durch die Erkennung typischer Charakteristika des Kraftverlaufes als Funktion der Zeit, insbesondere aus der Aufnahme des Fuß-Druckbildes. Another way to determine the speed, the positive or negative acceleration and the positive or negative slope of a path results from the recognition of typical characteristics of the force curve as a function of time, in particular from the recording of the foot print image.
Aufnahmen typischer Fuß-Druckbilder von Gehenden oder Laufenden beim Beschleunigen, Abbremsen oder beim Hinauf- oder Hinablaufen einer schiefen Ebene, mit dem ganzen Fuß oder auf dem Vorderfuß, liegen im Speicher eines Mikrocontrollers und dienen einer aktuellen Aufnahme-Messung als Schablonen oder Referenz, zum Vergleich. Recordings of walking or walking footprints when accelerating, decelerating, or when walking up or down an inclined plane, with the whole foot or on the forefoot, are stored in the memory of a microcontroller and serve as a current recording measurement as templates or reference, for Comparison.
Somit ist z.B. eine Unterscheidung zwischen einer Beschleunigung in der horizontale Ebene und dem Hinauflaufen oder Hinablaufen einer schiefen Ebene, durch einen unterschiedlichen Verlauf des Kraft-Zeit-Signals oder unterschiedlichen Fuß-Druckbildes, gegeben. Thus, for example, a distinction between an acceleration in the horizontal plane and the rise or fall of an inclined plane, given by a different course of the force-time signal or different foot print image.
So wird beim Hinablaufen einer schiefen Ebene der Fuß stärker (verglichen mit dem Vorderfuß) mit dem Hacken aufgesetzt als beim Laufen in der Horizontalen oder beim Hinauflaufen. Beim Hinauflaufen einer schiefen Ebene wird eher der Vorderfuß mehr belastet als der Hacken. Aus der Änderung der jeweiligen Belastung von Hacken und Vorderfuß und im Vergleich mit der „neutralen“ Druckverteilung bei Bewegung in der horizontalen Ebene kann erkannt werden, ob der Läufer sich horizontal bewegt oder auf einer Steigung oder einem Gefälle. So when walking down an inclined plane, the foot is placed more heavily (compared to the forefoot) with the heel as when running in the horizontal or when running up. When walking up an inclined plane, the forefoot is more stressed than the heel. From the change in the load on the heel and forefoot and in comparison with the "neutral" pressure distribution when moving in the horizontal plane, it is possible to detect whether the runner moves horizontally or on a slope or a slope.
Die Größe der Parameter, wie Geschwindigkeit, Geschwindigkeitserhöhung oder Geschwindigkeitsminderung, positive oder negative Beschleunigung, sowie positiver oder negativer Steigungswinkel der Wegstrecke, lassen sich aus der Messung des Verlaufs oder Teilverlaufs des Kraft-Zeit-Signals, bezüglich seiner Kraftgröße und seiner zeitlichen Dauer berechnen. Mit Impuls oder Kraftstoß ergibt sich ∆p = m·∆v = F·t The size of the parameters, such as speed, speed increase or deceleration, positive or negative acceleration, as well as positive or negative slope angle of the distance can be calculated from the measurement of the course or partial course of the force-time signal, with respect to its force magnitude and its duration. With impulse or force impulse results Δp = m · Δv = F · t
Die Berechnungen erfolgen mit Hilfe des D’Alembertschen Prinzips, wonach sich mit der Messung der Kraftgröße des Betrages der resultierenden |FR| und der mathematischen Verknüpfung mit dem Betrag der Gewichtskraft |Fg|, der Betrag der Beschleunigungskraft |Fa| ergibt. The calculations are made using the D'Alembertian principle, according to which the measurement of the force magnitude of the magnitude of the resulting | F R | and the mathematical conjunction with the magnitude of the weight | F g |, the magnitude of the acceleration force | F a | results.
Im Folgenden sind einige Zahlenbeispiele angegeben. Die Werte sind zur Veranschaulichung gedacht und sollen lediglich als Anhaltspunkte dienen. Die Werte können selbstverständlich je nach Läufer stark variieren. The following are some numerical examples. The values are for illustrative purposes and are intended as a guide only. Of course, the values can vary greatly depending on the runner.
Eine Berechnung der Beschleunigungskraft Fa kann aus dem Kosinussatz abgeleitet werden. Mit gemessener resultierender Kraft |FR_arithm| = 1474,62 N, bei gegebener Gewichtskraft Fg = 800 N, gegebenem Steigungswinkel φ = 18,72° und β = 90° – φ ergibt sich β = 71,28°, und einer Geschwindigkeit vs/t = 7 km/h. Aus dem Kosinussatz der Trigonometrie mit A calculation of the acceleration force F a can be derived from the cosine theorem. With measured resulting force | F R_arithm | = 1474.62 N, given a gravitational force F g = 800 N, a given pitch angle φ = 18.72 ° and β = 90 ° - φ results in β = 71.28 °, and a velocity v s / t = 7 km / H. From the cosine theorem of trigonometry with
Die negative Lösung für x2 wird nicht betrachtet. The negative solution for x 2 is not considered.
Die Berechnung der aktuellen Leistung P mit jedem Schritt ergibt sich aus dem Produkt der wirkenden Kraft F, die einen Körper auf die Geschwindigkeit vs/t bringt und der Geschwindigkeit vs/t, die durch das Wirken der Kraft F hervorgerufen wurde:
Bei gegebener Geschwindigkeit vs/t verhalten sich die Leistungen P wie die Kräfte F. Die Leistung P ist der Kraft F proportional zugeordnet. For a given speed v s / t , the powers P behave like the forces F. The power P is proportional to the force F.
Mit Anordnung der berechneten und gemessenen Kräfte F in einem Kräfte-Dreieck und Multiplikation der Kräfte F mit einer aus diesen Kräften erzeugten aktuellen Geschwindigkeit vs/t, ergibt das Produkt F·v = P ein Leistungsdreieck mit den jeweiligen zugehörigen Leistungen:
Zur Berechnung der Beschleunigungs-Leistung Pah in der horizontalen Ebene, wird die wirkende Kraft Fah aus dem Kraftstoß und die Geschwindigkeit vs/t aus der Weg/Zeit-Messung berechnet. To calculate the acceleration power P ah in the horizontal plane, the acting force F ah is calculated from the momentum and the speed v s / t is calculated from the distance / time measurement.
Zur Berechnung der Beschleunigungs-Leistung Pas in der schiefen Ebene, wird die wirkende Kraft Fas aus dem Kosinussatz mit der gemessenen Resultierenden |FR_arithm| berechnet. Die Geschwindigkeit vs/t wird aus der Weg/Zeit-Messung berechnet.
Die Berechnung der Resultierenden-Leistung PRh in der horizontalen Ebene ergibt sich aus dem Produkt der berechneten wirkenden Kraft |FR_berech| und der Geschwindigkeit vs/t, die aus der Weg-Zeit-Messung berechnet wurde.
Die Berechnung der Resultierenden-Leistung PRs in der schiefen Ebene ergibt sich aus dem Produkt der gemessenen wirkenden Kraft |FR_arithm| und der Geschwindigkeit vs/t, die aus der Weg/Zeit-Messung berechnet wurde.
Die Berechnung der Gewichtskraft-Leistung PFg ergibt sich aus dem Produkt der konstanten Gewichtskraft Fg und der aktuellen Geschwindigkeit vs/t, die aus der Weg/Zeit-Messung berechnet wurde.
Die Gewichtskraft-Leistung PFg gilt in der horizontalen Ebene und in der schiefen Ebene und ist proportional der aktuellen Geschwindigkeit vs/t. The weight force power P Fg applies in the horizontal plane and in the inclined plane and is proportional to the current speed v s / t .
Eine mittlere Gesamtleistung Pges ergibt sich durch Summation der jeweiligen einzelnen berechneten Schritt-Leistungen dividiert durch die Anzahl der berechneten Leistungen. A mean total power P ges is obtained by summing the respective individual calculated step powers divided by the number of calculated services.
Die einzelnen Leistungen können auch in Analogie zur Wechselstromtechnik betrachtet werden (elektrische Maschine). Hierbei entsprechen dann die Beschleunigungkraft-Leistung Pa der Wirkleistung P, die resultierende Kraft-Leistung PR der Scheinleistung S und die Gewichtskraft-Leistung PFg der Blindleistung Q. The individual services can also be considered in analogy to AC technology (electric machine). Here, the acceleration force power P a then corresponds to the active power P, the resulting power power P R of the apparent power S and the weight force power P Fg of the reactive power Q.
Die Beinmuskeln entsprechen hierbei einem Generator und die Körpermasse den Verbraucher. Die Gewichtskraft-Leistung PFg entspricht somit der ausgetauschten Leistung zwischen Muskelkraft und der zu beschleunigenden Körpermasse. The leg muscles correspond to a generator and the body mass to the consumer. The weight force power P Fg thus corresponds to the exchanged power between muscle power and the body mass to be accelerated.
In der horizontalen Ebene gilt somit: In the horizontal plane the following applies:
Der Leistungsfaktor λ, ist als Funktion vom Steigungswinkel φ und dem Verhältnis von Wirkleistung P = Pa zur Scheinleistung S = PR gegeben. The power factor λ, is given as a function of the pitch angle φ and the ratio of active power P = P a to the apparent power S = P R.
Ein positiver Steigungswinkel (+φ) würde einer induktiven Belastung entsprechen und ein negativer Steigungswinkel (–φ) einer kapazitiven Belastung. A positive pitch angle (+ φ) would correspond to an inductive load and a negative pitch angle (-φ) to a capacitive load.
Die verschiedenen Messverfahren bzw. Berechnungsverfahren können alternativ oder in beliebiger Kombination eingesetzt werden, wobei dieselben, mit verschiedenen Verfahren gewonnenen Größen einerseits zur Plausibilitätsbetrachtung eingesetzt werden können (Ausreißer-Werte können ignoriert werden) und/oder zur Mittelwertbildung, um etwaige Messfehler zu reduzieren. The different measuring methods or calculation methods can be used alternatively or in any desired combination, wherein the same variables obtained with different methods can be used on the one hand for plausibility analysis (outlier values can be ignored) and / or for averaging in order to reduce any measurement errors.
In der horizontalen Ebene ist jeder Geschwindigkeit v der Betrag einer bestimmten resultierenden Kraft |FR| zugeordnet, wobei die Sätze von Newton und Pythagoras gelten In the horizontal plane, each velocity v is the magnitude of a given resultant force | F R | assigned, the sentences of Newton and Pythagoras apply
In der schiefen Ebene ist jedem Betrag einer bestimmten resultierenden Kraft |FR| ein Winkel β zugeordnet. Weiterhin gilt das D`Alambert`sche Prinzip und der Kosinussatz. (siehe
Ein Läufer bewegt sich in der horizontalen Ebene und benötigt zum Zurücklegen seiner konstanten Messstrecke am Fuß s = 30 cm = 0,3m die gemessene Abrollzeit t1 = 0,216 s, das heißt, seine aktuelle Geschwindigkeit ist vs/t1 = s/t1 mit vs/t1 = 0,3m/0,216 s = 1,3889 m/s = 5 km/h. A runner moves in the horizontal plane and needs to travel its constant measuring distance at the foot s = 30 cm = 0.3m the measured rolling time t 1 = 0.216 s, that is, its current speed is v s / t1 = s / t 1 with v s / t1 = 0.3 m / 0.216 s = 1.3889 m / s = 5 km / h.
Gleichzeitig wird in der gemessenen Zeit t1 = 0,216 s der Kraftamplitudenverlauf der resultierenden Kraft FR1 aufgenommen und der arithmetische Mittelwert gebildet, der somit dem Betrag der resultierenden Kraft |FR| während der Zeit t entspricht. At the same time, in the measured time t 1 = 0.216 s, the force amplitude curve of the resulting force F R1 is recorded and the arithmetic mean value is formed, which thus corresponds to the magnitude of the resulting force | F R | during the time t corresponds.
|FR1| = 951,132 N gemessen, arithmetischer Mittelwert. | F R1 | = 951.132 N measured, arithmetic mean.
Der Betrag der Beschleunigungskraft |Fa| ergibt sich aus dem Pythagoras. The amount of acceleration force | F a | arises from the Pythagoras.
Das Produkt des konstanten Betrag der beschleunigenden Kraft |Fa1| und seiner Dauer t1 ergibt im Verhältnis zur Körpermasse m die aktuelle Geschwindigkeit vDruck1.
Aussage: vs/t1 = VFt1 d.h. der Läufer läuft in der horizontalen Ebene! Statement: v s / t1 = V Ft1 ie the rotor runs in the horizontal plane!
Die nächste gemessene Abrollzeit sei t2 = 0,154 s und ergibt mit der konstanten Wegstrecke s = 0,3 m die zu findende aktuelle Geschwindigkeit v2 = s/t2
Die Geschwindigkeitserhöhung beträgt ∆v2-1
Gleichzeitig wird in der gemessenen Zeit t = 0,154 s der Kraftamplitudenverlauf der resultierenden Kraft FR2 aufgenommen und der arithmetische Mittelwert gebildet, der somit dem Betrag der resultierenden Kraft |FR| während der Zeit t entspricht. At the same time, in the measured time t = 0.154 s, the force amplitude curve of the resulting force F R2 is recorded and the arithmetic mean value is formed, which thus corresponds to the magnitude of the resulting force | F R | during the time t corresponds.
|FR2| = 1288,527 N gemessen, berechnet arithmetischer Mittelwert. | F R2 | = 1288.527 N, calculated arithmetic mean.
Der Betrag der Beschleunigungskraft |Fa2| ergibt sich aus dem Pythagoras. The amount of acceleration force | F a2 | arises from the Pythagoras.
Das Produkt des konstanten Betrag der beschleunigenden Kraft |Fa2| und seiner Dauer t2 ergibt im Verhältnis zur Körpermasse m die aktuelle Geschwindigkeit v2.
Die Ermittlung der aktuellen Geschwindigkeiten v1 und v2 aus der Weg-Zeit-Messung und der Kraft-Zeit-Messung ergeben die Werte:
(vs/t1 = 5 km/h, VFt2 = 7 km/h) und ergeben die Aussage, dass der Läufer in der horizontalen Ebene läuft und seine Geschwindigkeit um ∆v = 2 km/h erhöht. The determination of the current velocities v 1 and v 2 from the distance-time measurement and the force-time measurement yield the values:
(v s / t1 = 5 km / h, V Ft2 = 7 km / h) and give the statement that the runner runs in the horizontal plane and increases its speed by Δv = 2 km / h.
Die Geschwindigkeitsänderung und die Beschleunigung können auch aus den Differenzen berechnet werden. Die Geschwindigkeitsdifferenz ∆v = vs/t2 – vs/t1 ergibt ∆v = 1,944 m/s – 1,389 m/s = 0,555 m/s und damit ∆v = 2 km/h, d.h. Geschwindigkeitsänderung um v = 2 km/h The speed change and the acceleration can also be calculated from the differences. The speed difference Δv = v s / t 2 -v s / t 1 gives Δv = 1.944 m / s - 1.389 m / s = 0.555 m / s and thus Δv = 2 km / h, ie speed change by v = 2 km / h. H
Die Abrollzeitdifferenz beträgt ∆t = t1 – t2 mit ∆t = 0,216 s – 0,154 s = 0,062 s The roll-off time difference is Δt = t 1 -t 2 with Δt = 0.216 s-0.154 s = 0.062 s
Die Beschleunigung ergibt sich damit aus a1-2 = ∆v/∆t mit a1-2 = 0,56 m/s/0,062 s = 8,96 m/s2 The acceleration results from a 1-2 = Δv / Δt with a 1-2 = 0,56 m / s / 0,062 s = 8,96 m / s2
Der Betrag der Beschleunigungskraft |Fa| ergibt sich aus |Fa| = m·a1-2 mit der Körpermasse m = 80 kg ergibt sich |Fad| = 80 kg·8,96 m/s2 = 716,845 N. The amount of acceleration force | F a | results from | F a | = m · a 1-2 with the body mass m = 80 kg results | F ad | = 80 kg · 8,96 m / s2 = 716,845 N.
Das Produkt des ermittelten konstanten Betrages der beschleunigenden Kraft |Fad| und der Abrollzeitdifferenz ∆t ergibt im Verhältnis zur Körpermasse m die aktuelle Geschwindigkeitsänderung ∆v.
In der schiefen Ebene ergibt sich mit einer gemessenen Abrollzeit t1 = 0,216 s und mit der konstanten Wegstrecke s = 0,3 m die zu findende aktuelle Geschwindigkeit v1 = s/t1 = 0,3m/0,216 s = 1,389 m/s zu v1 = 5 km/h. In the inclined plane results with a measured roll-off time t 1 = 0.216 s and with the constant distance s = 0.3 m, the actual speed to be found v 1 = s / t 1 = 0.3m / 0.216 s = 1.389 m / s to v 1 = 5 km / h.
Gleichzeitig wird in der gemessenen Zeit t1 = 0,216 s der Kraftamplitudenverlauf der resultierenden Kraft FR aufgenommen und der arithmetische Mittelwert gebildet, der somit dem Betrag der resultierenden Kraft |FR| entspricht mit |FR1| = 951,132 N als gemessener, arithmetischer Mittelwert. At the same time, in the measured time t 1 = 0.216 s, the force amplitude curve of the resulting force F R is recorded and the arithmetic mean value is formed, which thus corresponds to the magnitude of the resulting force | F R | corresponds to | F R1 | = 951.132 N as measured, arithmetic mean.
Der Betrag der Beschleunigungskraft |Fa1| ergibt sich aus dem Satz von Pythagoras. The amount of acceleration force | F a1 | arises from the theorem of Pythagoras.
Das Produkt des konstanten Betrages der beschleunigenden Kraft |Fa1| und seiner Dauer t1 ergibt im Verhältnis zur Körpermasse m die aktuelle Geschwindigkeit v1. mit V1 = |Fa1|·t/m zu V1 = 514,44 N·0,216 s/80 kg = 1,389 m/s = 5 km/h The product of the constant amount of accelerating force | F a1 | and its duration t 1 gives in relation to the body mass m the current speed v 1 . with V 1 = | F a1 | · t / m to V 1 = 514.44 N · 0.216 s / 80 kg = 1.389 m / s = 5 km / h
Die Ermittlung der aktuellen Geschwindigkeiten v aus der Weg-Zeit-Messung und der Kraft-Zeit-Messung ergeben dieselben Werte (v = 5 km/h) und machen die Aussage: der Läufer läuft in der horizontalen Ebene! The determination of the current velocities v from the distance-time measurement and the force-time measurement result in the same values (v = 5 km / h) and make the statement: the rotor runs in the horizontal plane!
Die nächste gemessene Abrollzeit t2 sei auch: t2 = 0,216 s ergibt mit der konstanten Wegstrecke s = 0,3 m die zu findende aktuelle Geschwindigkeit v2 = s/t2 = 0,3m/0,216s = 1,389 m/s zu v2 = 5 km/h The next measured rolling time t 2 is also: t 2 = 0.216 s with the constant distance s = 0.3 m gives the actual speed v 2 = s / t 2 = 0.3 m / 0.216 s = 1.389 m / s to be found v 2 = 5 km / h
Gleichzeitig wird in der gemessenen Zeit t2 = 0,216 s der Kraftamplitudenverlauf der resultierenden Kraft FR aufgenommen und der arithmetische Mittelwert gebildet, der somit dem Betrag der resultierenden Kraft |FR| entspricht mit |FR2| = 1080,259 N als gemessener, arithmetischer Mittelwert. At the same time, in the measured time t 2 = 0.216 s, the force amplitude curve of the resulting force F R is recorded and the arithmetic mean value is calculated, which thus corresponds to the magnitude of the resulting force | F R | corresponds to | F R2 | = 1080.259 N as measured arithmetic mean.
Eine Zeit-Differenzenbildung mit ∆td = ∆t2 – ∆t1 = 0,216s – 0,216 s = 0 s und ∆vd = ∆v2 – ∆v1 = 1,389 s – 1,389 s = 0 s liefert die Aussage: Es liegt keine Geschwindigkeitserhöhung, Beschleunigung vor. A time difference formation with Δt d = Δt 2 - Δt 1 = 0.216s - 0.216 s = 0 s and Δv d = Δv 2 - Δv 1 = 1.389 s - 1.389 s = 0 s provides the statement: There is no speed increase, acceleration.
Mit dem Berechnungsmodus – horizontale Ebene ergibt sich die Beschleunigungskraft |Fa| aus dem Satz des Pythagoras. The calculation mode - horizontal plane results in the acceleration force | F a | from the sentence of Pythagoras.
Das Produkt des konstanten Betrag der beschleunigenden Kraft |Fa| und seiner Dauer t2 ergibt im Verhältnis zur Körpermasse m die aktuelle Geschwindigkeit v2 mit V2 = |Fa2|·t2/m und V2 = 725,919 N·0,216 s/80 kg = 1,95 m/s = 7,055 km/h. Weil die Abrollzeitdifferenz ∆t = t1 – t2 = 0 ist und es somit keine Geschwindigkeitsänderung ∆v = 0 und keine Beschleunigung a = 0. gibt, – ist das ermittelte Ergebnis
v2 = 7,05 km/h oder
∆v = 7,05 km/h – 5 km/h = 2,05 km/h, was erkennbar falsch ist. Hiermit wird erkannt, dass der Läufer sich auf der schiefen Ebene bewegt. Aufgrund seiner Abrollzeit t = 0,216 s läuft der Läufer mit der Geschwindigkeit v = 5 km/h. The product of the constant amount of accelerating force | F a | and its duration t 2 , in relation to the body mass m, gives the current speed v 2 with V 2 = | F a2 | · t 2 / m and V 2 = 725.919 N · 0.216 s / 80 kg = 1.95 m / s = 7.055 km / h. Because the roll-off time difference Δt = t1 - t2 = 0 and there is thus no speed change Δv = 0 and no acceleration a = 0, - is the result determined
v 2 = 7.05 km / h or
Δv = 7.05 km / h - 5 km / h = 2.05 km / h, which is clearly wrong. It is recognized that the runner moves on the inclined plane. Due to its rolling time t = 0.216 s, the runner runs at the speed v = 5 km / h.
Gesucht wird nun der positive oder negative Steigungswinkel φ, wozu der Berechnungsmodus – schiefe Ebene → Kosinussatz herangezogen wird. We are now looking for the positive or negative pitch angle φ, for which the calculation mode - inclined plane → cosine theorem is used.
Der Betrag seiner Beschleunigungskraft |Fa| beträgt weiterhin |Fa| = m·v/t = 80 kg·1,389 m/s/0,216 s = 514,44 N, weil v = const. = 5 km/h. The amount of its acceleration force | F a | is still | F a | = m · v / t = 80 kg · 1.389 m / s / 0.216 s = 514.44 N, because v = const. = 5 km / h.
Der Betrag der gemessenen resultierenden Kraft ist |FR2| = 1080,259 N, und die Gewichtskraft Fg beträgt: Fg = m·g = 80 kg·10 m/s2 = 800 N. The amount of the measured resultant force is | F R2 | = 1080.259 N, and the weight F g is: F g = m × g = 80 kg × 10 m /
Aus dem Kosinussatz: ergibt sich ß mit
Der Steigungswinkel φ = 90° – β = 90° – 71,45° = 18,55°From the cosine phrase: ß results with
The pitch angle φ = 90 ° - β = 90 ° - 71.45 ° = 18.55 °
Daraus folgt die Aussage: Der Läufer läuft mit der Geschwindigkeit v = 5 km/h eine schiefe Ebene mit dem Steigungswinkel φ = 18,55 ° hinauf. From this follows the statement: The runner runs with the speed v = 5 km / h an inclined plane with the pitch angle φ = 18.55 °.
Bei einer Geschwindigkeitserhöhung, d.h. Beschleunigen, in der schiefen Ebene ergibt sich folgendes. At a speed increase, i. Accelerate, in the inclined plane the following results.
Die gemessene Abrollzeit sei t1 = 0,216 s ergibt mit der konstanten Wegstrecke s = 0,3 m die zu findende aktuelle Geschwindigkeit vs/t1 = s/t1 = 0,3m/0,216 s = 1,389 m/s zu vs/t1 = 5 km/h. The measured Abrollzeit is t 1 = 0.216 s yields at the constant distance s = 0.3 m to place current speed v s / t 1 = s / t 1 = 0.3 m / s = 0.216 1.389 m / s to v s / t1 = 5 km / h.
Gleichzeitig wird in der gemessenen Zeit t1 = 0,216 s der Kraftamplitudenverlauf der resultierenden Kraft FR aufgenommen und der arithmetische Mittelwert gebildet, der somit dem Betrag der resultierenden Kraft |FR| entspricht. At the same time, in the measured time t 1 = 0.216 s, the force amplitude curve of the resulting force F R is recorded and the arithmetic mean value is formed, which thus corresponds to the magnitude of the resulting force | F R | equivalent.
Der Betrag der gemessenen Resultierenden ist |FR1| = 1080,259 N The amount of the measured resultant is | F R1 | = 1080,259 N
|FR1| = 1080,259 N gemessen, arithmetische Mittelwert | F R1 | = 1080,259 N measured, arithmetic mean
Aus der vorherigen Berechnung (In der schiefen Ebene) ergeben die gemessenen und ermittelten Werte: v1 = 5 km/h, |Fr1| = 1080,259 N die Aussage: der Läufer läuft mit der Geschwindigkeit v = 5 km/h eine schiefe Ebene mit dem Steigungswinkel φ = 18,55° hinauf. From the previous calculation (in the inclined plane) the measured and determined values give: v 1 = 5 km / h, | Fr 1 | = 1080,259 N the statement: the runner runs with the speed v = 5 km / h an inclined plane with the pitch angle φ = 18.55 °.
Die nächste gemessene Abrollzeit sei t2 = 0,154 s und ergibt mit der konstanten Wegstrecke s = 0,3 m die zu findende aktuelle Geschwindigkeit v2 = s/t2 mit vs/t2 = 0,3m/0,154 s = 1,944 m/s = 7 km/h. The next measured roll-off time is t 2 = 0.154 s and with the constant distance s = 0.3 m results in the current velocity v 2 = s / t 2 with v s / t 2 = 0.3 m / 0.154 s = 1.944 m / s = 7 km / h.
Die Berechnungen aus Differenzenbildung mit
Um die Frage zu klären, ob der Läufer in der horizontalen oder in der schiefen Ebene läuft, wird folgende Betrachtung angestellt. To clarify the question of whether the runner runs in the horizontal or in the inclined plane, the following consideration is made.
Der Betrag der gemessenen und ermittelten Resultierenden |FR_arithm| = 1474,575 N. Um die Geschwindigkeit von v = 7 km/h zu laufen, benötigt der Läufer eine bestimmte Beschleunigungskraft Fa. Zur Berechnung der Beschleunigungskraft Fa dient der Impulssatz:
In der horizontalen Ebene gilt der Pythagoras zur Ermittlung des Betrages der Resultierenden |FR|. In the horizontal plane, the Pythagoras is used to determine the amount of resultant | F R |.
Pythagoras ergibt Pythagoras yields
Aussage: Der Vergleich der gemessenen Resultierenden |FR_arithm|= 1474,575 N mit der aus dem Pythagoras berechneten Resultierenden |FRberech| = 1288,347 N liefert: |FR_arithm| ≠ |FRberech|, die gemessene Resultierende ist nicht gleich der berechneten Resultierenden, d.h. Der Läufer läuft in der schiefen Ebene, woraus folgt, dass die Berechnung des Steigungswinkels φ aus dem Kosinussatz erfolgt.
Ergebnis: Der Läufer läuft weiterhin die schiefe Ebene mit dem Steigungswinkel φ = 18,55 ° hinauf, und seine Geschwindigkeit hat er dabei von v1 = 5 km/h auf v2 = 7 km/h erhöht. Result: The runner continues to climb the inclined plane with the pitch angle φ = 18.55 °, increasing his speed from v 1 = 5 km / h to v 2 = 7 km / h.
Es folgt die Betrachtung der Bewegung die schiefe Ebene hinab. Ein Läufer benötigt zum Zurücklegen seiner konstanten Messstrecke s am Fuß s = 30 cm = 0,3m die gemessene Abrollzeit t1 = 0,060 s. Mit v = s/t1 ergibt sich eine aktuelle Geschwindigkeit von: vs/t1 = 0,3 m/0,06 s = 5 m/s, d.h. vs/t1 = 18 km/h. It follows the consideration of the movement down the inclined plane. A runner requires the measured rolling time t 1 = 0.060 s to cover his constant measuring distance s at the foot s = 30 cm = 0.3 m. With v = s / t 1 an actual speed of: v s / t1 = 0.3 m / 0.06 s = 5 m / s, ie v s / t1 = 18 km / h.
Um in der horizontalen Ebene die Geschwindigkeit von vs/t1 = 18 km/h zu besitzen, wird eine Beschleunigungskraft Fa benötigt, die sich aus dem Impuls/Kraftstoß ergibt.
Mit Anordnung der Kräfte nach dem D’Alembertschen Prinzip ergibt sich der Betrag der resultierenden Kraft |FR|, beim Laufen in der horizontalen Ebene, aus dem Pythagoras. By arranging the forces according to D'Alembert's principle, the amount of the resulting force | F R |, when running in the horizontal plane, results from the Pythagoras.
Mit der Gewichtskraft Fg = m·g = 80 kg·10 m/s2 = 800 m/s2 With the weight F g = m × g = 80 kg × 10 m / s 2 = 800 m / s 2
Gleichzeitig zur Messung der Abrollzeit t1 = 0,060 s wird der Kraftamplitudenverlauf der resultierenden Kraft FR gemessen und der arithmetische Mittelwert gebildet, der somit dem Betrag der resultierenden Kraft |FR_arithm| während der Abrollzeit t1 = 0,060 s entspricht. Simultaneously with the measurement of the rolling time t 1 = 0.060 s, the force amplitude curve of the resulting force F R is measured and the arithmetic mean value is calculated, which thus corresponds to the magnitude of the resulting force | F R_arithm | during the rolling time t 1 = 0.060 s corresponds.
Es ergibt sich gemessen |FR_arithm| = 6304,84 N und berechnet |FRberech| = 6714,498 N, d.h. |FR_arithm| ≠ |FRberech| und |FR_arithm| < |FRberech|. The result is measured | F R_arithm | = 6304.84 N and computes | F Rberech | = 6714.498 N, ie | F R_arithm | ≠ | F Rberech | and | F R_arithm | <| F Rberech |.
Wenn die gemessenen resultierenden Kraft |FR_arithm| gleich der berechneten resultierenden Kraft |FRberech| ist, d.h. |FR_arithm| = |FRberech|, dann läuft der Läufer in der horizontalen Ebene mit der Geschwindigkeit vs/t1 = 18 km/h, und es gilt:
Steigungswinkel φ = 0°When the measured resultant force | F R_arithm | equal to the calculated resulting force | F Rberech | is, ie | F R_arithm | = | F Rberech |, then the runner runs in the horizontal plane at the speed v s / t1 = 18 km / h, and the following applies:
Slope angle φ = 0 °
Wenn die gemessene resultierende Kraft |FR_arithm| ungleich der berechneten resultierenden Kraft |FRberech| ist, |FR_arithm| ≠ |FRberech|, dann läuft der Läufer in der schiefen Ebene mit der Geschwindigkeit vs/t1 = 18 km/h. When the measured resultant force | F R_arithm | unlike the calculated resulting force | F Rberech | is, | F R_arithm | ≠ | F Rberech |, then the runner runs in the inclined plane with the speed v s / t1 = 18 km / h.
Der Steigungswinkel φ berechnet sich aus dem aus Kosinussatz nach
Ergebnis: Der Läufer läuft mit der Geschwindigkeit vs/t = 18 km/h die schiefe Ebene mit dem Steigungswinkel φ = (–30°) hinab. Result: The runner descends the inclined plane with the incline angle φ = (-30 °) at the speed v s / t = 18 km / h.
Die Erfindung erlaubt außer der Bestimmung, ob der Läufer sich auf einer horizontalen oder auf einer schiefen Ebene bewegt, eine Unterscheidung von Gehen und Laufen. The invention allows a distinction between walking and running, in addition to determining whether the runner is moving on a horizontal or inclined plane.
Beim Gehen kennt man beispielsweise nach dem Rancho-Los-Amigos-System acht Unterphasen eines Gangzyklus: ein initiale Bodenkontakt (Initial Contact), eine Belastungsantwort (Loading Response), eine mittlere Standphase (Mid Stance), eine terminale Standphase (Terminal Stance), eine Vorschwungphase (Pre-swing), eine initiale Schwungphase (Initial Swing), eine mittlere Schwungphase (Mid Swing) und eine terminale Schwungphase (Terminal Swing). When walking, for example, according to the Rancho Los Amigos system eight subphases of a gait cycle are known: an initial contact with the ground, a loading response, a mid stance, a terminal stance, a pre-swing phase, an initial swing phase, a mid swing phase and a terminal swing phase.
Die Aufgabe des initialen Bodenkontakts und der Belastungsantwort ist die Übernahme der Körperlast. Hierdurch wird der Stoß abgedämpft, die Stabilität des Beines initiiert und die Fortbewegung beibehalten. Die nächsten drei Unterphasen, die mittlere Standphase, die terminale Standphase und die Vorschwungphase, gewährleisten das monopedale Stehen. In diesen Unterphasen wird die ganze Masse des Menschen nur von einem Bein (monopedal) getragen. Dies benötigt Stabilität, ohne dabei die Fortbewegung zu unterbrechen. Aufgabe der nächsten vier Unterphasen (Vorschwungphase, initiale Schwungphase, mittlere Schwungphase und terminale Schwungphase) ist es, das Bein ohne Geschwindigkeitsverlust nach vorne zu schwingen: das Bein hebt ab, wird nach vorne bewegt und wieder abgesetzt. The task of the initial ground contact and the load response is the takeover of the body load. This dampens the impact, initiates leg stability and maintains locomotion. The next three sub-phases, the middle stance phase, the terminal stance phase and the advance phase, ensure monopedal standing. In these sub-phases the whole mass of the human being is carried by only one leg (monopedal). This requires stability without interrupting locomotion. The next four sub-phases (pre-swing phase, initial swing phase, middle swing phase, and terminal swing phase) are designed to swing the leg forward without loss of speed: the leg lifts off, is moved forward, and released.
Der Lauf unterscheidet sich vom Gang durch seine Phasen. Beinhaltet sind nur die Schwung- und monopedale Standphase, eine bipedale Standphase entfällt. Bei höherer Geschwindigkeit kommt die Schwebephase hinzu, in der kein Fuß Kontakt zum Boden hat. Beim Sprint wird der initiale Bodenkontakt vom Fußballen übernommen. The run is different from the walk through its phases. Included are only the swing and monopedal stance phase, a bipedal stance phase is eliminated. At higher speeds, the floating phase is added, in which no foot has contact with the ground. During the sprint the initial contact with the ground is taken over by the ball of the foot.
Beim Gehen setzt kurz vor dem Abheben des Vorderfußes des nachlaufenden, beschleunigungsgebenden Fußes, der vorlaufende Fuß mit dem Hacken auf. In diesem Zeitpunkt haben beide Füße Bodenkontakt. Im nächsten Augenblick, mit dem Abheben des Vorderfußes des nachlaufenden, beschleunigungsgebenden Fußes, wird die resultierende FR auf den vorlaufenden Fuß übertragen und wandert mit der Fußabrollbewegung vom Hacken zum Vorderfuß, während der abgehobene Fuß des nachlaufenden Fußes nach vorne bewegt wird und nun den Part des vorlaufenden Fußes übernimmt. Hierbei hat der Geher in jeder Phase eines Schrittzyklus mit einem seiner Füße Bodenkontakt, was als Definition des Gehens gelten kann. When walking sets the leading leg of the heel just before lifting the forefoot of the trailing, accelerating foot. At this point, both feet have contact with the ground. The next moment, with the lift of the fore foot of the trailing accelerating foot, the resulting F R is transferred to the leading foot and travels with the foot rolling movement from the heel to the forefoot, while the lifted foot of the trailing foot is moved forward and now the part of the leading foot takes over. Here, in each phase of a step cycle, the goer has ground contact with one of his feet, which can be considered a definition of walking.
Beim Aufsetzen des vorlaufenden Fußes mit dem Hacken fällt der Läufer aus ca. 1 cm Höhe zum Boden. Erfolgt das Aufsetzen des Hackens des vorlaufenden Fußes nach dem Abheben des Vorderfußes des nachlaufenden Fußes, so ist kurzzeitig kein Bodenkontakt mit einem der Füße gegeben. Die Zeitspanne, vom Abheben des Vorderfußes des nachlaufenden Fußes, bis zum Aufsetzen des Hackens des vorlaufenden Fußes, wird als Flugphase bezeichnet und kann als Definition des Laufens gelten. When placing the leading foot with the hoes of the runner falls from about 1 cm height to the ground. If the touchdown of the hacking of the leading foot takes place after lifting off the forefoot of the trailing foot, there is for a short time no ground contact with one of the feet. The period of time, from lifting the forefoot of the trailing foot, to putting on the hacking of the leading foot, is referred to as flight phase and can be considered as a definition of running.
Zur Erkennung, ob ein Gehen oder Laufen vorliegt, dienen der Zeitpunkt des Hackenaufsetz-Signals des vorlaufenden Fußes und der Zeitpunkt des Vorderfußabhebe-Signals des nachlaufenden Fußes oder generell der Zeitpunkt beim Aufsetzen des vorlaufenden Fußes und der Zeitpunkt beim Abheben des nachlaufenden Fußes. To detect whether walking or running, serve the time of Hackenaufsetz signal of the leading foot and the time of Vorderfußabhebe signal of the trailing foot or generally the time when placing the leading foot and the time when lifting the trailing foot.
Liegt der Zeitpunkt des Hackenaufsetz-Signals des vorlaufenden Fußes vor oder ist gleich dem Zeitpunkt des Vorderfußabhebe-Signals des nachlaufenden Fußes, so ist Gehen erkannt. (Bodenkontakt) If the time of the Hackenaufsetz signal of the leading foot before or is equal to the time of Vorderfußabhebe signal of the trailing foot, so walking is detected. (Ground contact)
Liegt der Zeitpunkt des Hackenaufsetz-Signals des vorlaufenden Fußes nach dem Zeitpunkt des Vorderfußabhebe-Signals des nachlaufenden Fußes, so ist Laufen erkannt. (Flugphase) If the time of the heel strike signal of the leading foot is after the time of the Vorderfußabhebe signal of the trailing foot, then running is detected. (Flight phase)
Das Laufen entspricht einer Reihenfolge von „Schritt-Weitsprüngen“, wobei mit dem hinteren nachlaufenden, beschleunigungsgebenden Fuß abgesprungen und mit dem vorlaufenden Fuß gelandet wird. Die Flugphase ist vergleichbar mit dem schrägen Wurf. The running corresponds to a sequence of "step wide jumps", jumping off with the rear trailing, accelerating foot and landed with the leading foot. The flight phase is comparable to the oblique litter.
Hierbei ist die Überlagerung einer gleichförmigen Bewegung des Körperschwerpunktes KSP mit bestimmter Anfangsgeschwindigkeit (Absprunggeschwindigkeit) schräg nach oben und des freien Falls zu verstehen. Die beiden Teilbewegungen ergeben eine resultierende Bewegung. Als Bahnkurve ergibt sich eine Parabel, die der Körperschwerpunkt KSP vom Zeitpunkt des Vorderfußabhebe-Signals des nachlaufenden Fußes, bis zum Zeitpunkt des Hackenaufsetz-Signals des vorlaufenden Fußes zurücklegt. This is the superposition of a uniform movement of the body center of gravity KSP with certain initial speed (jump speed) obliquely upward and free fall to understand. The two partial movements result in a resulting movement. The trajectory is a parabola, which the body center of gravity KSP travels from the time of the forefoot release signal of the trailing foot to the time of the chopping-up signal of the leading foot.
Für diese resultierende Bewegung des Körperschwerpunktes KSP können Geschwindigkeiten und Wege rechnerisch oder zeichnerisch ermittelt werden. Hierbei gelten die Gesetze und Funktionen vom schrägen Wurf, wobei der schräge Wurf nun einem „schrägen Sprung “ entspricht. Für die resultierende Geschwindigkeit gilt: For this resulting movement of the body center of gravity KSP, speeds and paths can be determined by calculation or drawing. Here, the laws and functions of the oblique litter, the oblique litter now corresponds to a "diagonal jump". For the resulting speed:
Dabei bedeuten:
- v0
- Geschwindigkeit des Körperschwerpunktes KSP beim Absprung; Absprungsgeschwindigkeit; Anfangsgeschwindigkeit
- g
- Fallbeschleunigung (9,81 m/s2)
- ts
- Zeit (vom Zeitpunkt des Vorderfußabhebe-Signals des nachlaufenden Fußes, bis zum Zeitpunkt des Hackenaufsetz-Signals des vorlaufenden Fußes)
- δ
- Absprungwinkel; (Beschleunigungskraft-Winkel);
- v 0
- Speed of body center KSP at take-off; Bounce rate; initial velocity
- G
- Fall acceleration (9,81 m / s 2 )
- t s
- Time (from the time of the forefoot lift off signal of the trailing foot until the time of the heel strike signal of the leading foot)
- δ
- Bounce angle; (Acceleration force angle);
Von Interesse ist hierbei die Sprungweite des Körperschwerpunktes KSP. Sie hängt von der Anfangsgeschwindigkeit (Absprungsgeschwindigkeit) und vom Absprungwinkel δ ab. Für die Sprungweite sW des Körperschwerpunktes KSP gilt: Of interest here is the jump distance of the body's center of gravity KSP. It depends on the initial speed (take-off speed) and the take-off angle δ. For the jump width s W of the body center of gravity KSP, the following applies:
In Bezug zur Höhe des Körperschwerpunktes KSP, zum Zeitpunkt des Vorderfußabhebe-Signals des nachlaufenden Fußes, erreicht der Körperschwerpunkt nach der Steigzeit tst seine größte Höhe. Die größte Höhe, die der Körperschwerpunktes KSP erreicht, wird als Sprunghöhe sh bezeichnet. Die Zeit bis zum Erreichen der größten Höhe ist die Steigzeit tst und ist genau so groß wie die Fallzeit tf, also die Zeit zwischen dem Erreichen der größten Höhe und dem Aufsetzen des Hackens des vorlaufenden Fußes in Absprunghöhe. Die Dauer des gesamten Körperschwerpunkt-Sprunges, ist also gleich der Summe aus Steigzeit und Fallzeit. With respect to the height of the body center of gravity KSP, at the time of the forefoot lifting signal of the trailing foot, the body center of gravity reaches its greatest height after the climbing time t st . The greatest height reached by the body center of gravity KSP is called the jump height s h . The time to reach the highest altitude is the climb time t st and is the same as the fall time t f , ie the time between reaching the highest altitude and setting up the hopping of the leading foot in jump height. The duration of the entire body-center-jump, is therefore equal to the sum of rise time and fall time.
Die Sprungdauer (Schrittdauer) tsp ergibt sich aus tsp = tst + tf The jump duration (step duration) t sp results from t sp = t st + t f
Wobei die Steigzeit tst mit dem Abheben des nachlaufenden Fußes beginnt und die Fallzeit mit dem Aufsetzen des vorlaufenden Fußes endet. Where the rising time t st begins with the lifting of the trailing foot and the fall time ends with the placement of the leading foot.
Sprunghöhe und Steigzeit des Körperschwerpunktes KSP berechnen sich mit Jump height and climbing time of the body center of gravity KSP calculate with
Die Wege des Körperschwerpunktes KSP in horizontaler Richtung bzw. in vertikaler Richtung ergeben sich aus den Teilbewegungen und können folgendermaßen ermittelt werden:
Die dargestellten Zusammenhänge gelten in der horizontalen Ebene bei Vernachlässigung des Luftwiderstandes. In der schiefen Ebene ist der Steigungswinkel ±φ zu berücksichtigen. The relationships shown apply in the horizontal plane neglecting air resistance. In the inclined plane, the pitch angle ± φ must be considered.
Das Gehen ist eine olympische, leichtathletische Disziplin, wobei Schiedsrichter strengstens darauf achten, ob der Geher Regelkonform immer Bodenkontakt mit einem seiner Füße hat und nicht läuft. Dabei hat es immer wieder Fehlurteile geben, weil die Beobachtung und Beurteilung sehr schwierig ist. Walking is an Olympic, athletics discipline, with referees paying close attention to whether the golfer complies with the rules of always having contact with one of his feet and is not walking. There are always wrong judgments, because the observation and assessment is very difficult.
Mit der Erfassung des Zeitpunktes des Hackenaufsetz-Signals des vorlaufenden Fußes und dem Zeitpunkt des Vorderfußabhebe-Signals des nachlaufenden Fußes, wird Gehen oder Laufen erkannt und kann z.B. über farbige Leuchtdioden am Schuh signalisiert werden. Damit können Fehlurteile ausgeschlossen werden und tragen zu einem fairen Wettbewerb bei. With the detection of the timing of the heel strike signal of the leading foot and the time of the forefoot release signal of the trailing foot, walking or running is recognized and may be e.g. be signaled via colored LEDs on the shoe. Thus, wrong judgments can be excluded and contribute to a fair competition.
Des Weiteren ist die Innovation zum Training des Weitsprunges oder zur Bestimmung des Kalorienverbrauchs beim Treppensteigen geeignet. Furthermore, the innovation is suitable for training the long jump or for determining the calorie consumption when climbing stairs.
Die Körpergröße eines Läufers, beziehungsweise seine Beinlänge, ist maßgebend für die größtmögliche Schrittlänge sLmax, dem größtmöglichen Winkel δ_max und seiner Schrittfrequenz fschritt. The body size of a runner, or his leg length, is decisive for the largest possible stride length s Lmax , the largest possible angle δ_max and its stepping frequency f step .
Zur Festlegung eines Wertebereiches dient die Einführung einer definierten Beinlänge Lbein. The introduction of a defined leg length L leg serves to define a range of values.
Wie aus
Eine kleine Beinlänge Lbein erfordert zum Zurücklegen einer gegebenen Laufstrecke eine höhere Schrittfrequenz, gegenüber einer großen Beinlänge Lbein. Höhere Schrittfrequenzen ergeben sich beim Beschleunigen und beim Hinauflaufen einer schiefen Ebene. Niedrigere Schrittfrequenzen ergeben sich bei Geschwindigkeitsminderung und beim Hinablaufen einer schiefen Ebene. A small leg length L leg requires a higher stride frequency to travel a given distance, compared to a large leg length L leg . Higher stepping frequencies result when accelerating and when ascending an inclined plane. Lower pacing rates result from slowing down and when walking down an incline.
Um einen Körper zu beschleunigen und ihn auf eine bestimmte Geschwindigkeit zu bringen, muss Arbeit verrichtet werden. Diese steckt dann in Form von kinetischer Energie im Körper. To accelerate a body and bring it to a certain speed, work has to be done. This is then in the form of kinetic energy in the body.
Die aufgewendete Arbeit entspricht somit einer Beschleunigungsarbeit, die von der Fußabdruckskraft geleistet wird. The work done thus corresponds to an acceleration work performed by the footprint force.
Dabei bedeuten:
- Wkin
- kinetische Energie des Körpers (Beschleunigungsarbeit)
- m
- Masse des Körpers
- v
- Geschwindigkeit des Körpers
- s
- Weg
- W kin
- kinetic energy of the body (acceleration work)
- m
- Mass of the body
- v
- Speed of the body
- s
- path
Eine Änderung der Geschwindigkeit von v1 nach v2 hat demnach eine Änderung der kinetischen Energie(-Beschleunigungsarbeit) zur Folge. A change in the velocity from v 1 to v 2 therefore results in a change in the kinetic energy (acceleration work).
Diese ist dann:
Die Differenz, einer gemessenen Fußabdruckskraft zur gemessenen Hackenaufsetzkraft und zur nächsten oder vorherigen gemessenen Fußabdruckskraft, ist ein Maß der Geschwindigkeitsänderung. The difference, a measured footprint force to the measured hoe touch force and the next or previous measured footprint force, is a measure of the speed change.
Die
Hierbei wirkt die Gewichtskraft FG immer lotrecht aus dem Schwerpunkt des Läufers zum Boden und bildet mit der resultierenden Kraft FR den Winkel δ. (Beschleunigungskraft-Winkel; Geschwindigkeits-Winkel). Here, the weight F G always acts perpendicular from the center of gravity of the rotor to the ground and forms with the resultant force F R the angle δ. (Acceleration force angle, speed angle).
Mit Betrachtung des mittleren Teilbildes a der
Die Schrittlänge sL ist abhängig von der Körpergröße des Läufers
In der horizontalen Ebene gelten die Gesetze der trigonometrischen Funktionen eines rechtwinkligen Dreiecks. Die Kräfte berechnen sich aus dem Pythagoras:
Der Winkel β beträgt in der horizontalen Ebene 90°. Der Winkel δ berechnet sich aus: The angle β is 90 ° in the horizontal plane. The angle δ is calculated from:
Das linke Teilbild b der
Das rechte Teilbild c der
In der schiefen Ebene gelten die Gesetze der trigonometrischen Funktionen eines schiefwinkligen Dreiecks (s.
Die Beschleunigungskraft Fa berechnet sich mit: The acceleration force F a is calculated with:
Der Steigungswinkel φ ergibt sich mit: φ = 90° – βThe pitch angle φ is given by: φ = 90 ° - β
Der Winkel δ ergibt sich aus: δ = arcsin((Fa/FR)·sinβ); β = 90° – φThe angle δ is given by: δ = arcsin ((F a / F R ) · sinβ); β = 90 ° - φ
Der Winkel ω ergibt sich aus: ω = arcsin((Fg/FR)·sinε); ε = 180° – βThe angle ω is given by: ω = arcsin ((F g / F R ) · sinε); ε = 180 ° - β
Weitere Winkelbeziehungen sind: δ = β – ω; 180° = δ + ω + εOther angular relationships are: δ = β - ω; 180 ° = δ + ω + ε
Zur Findung des maximalen positiven Steigungswinkel (+φmax) dienen die Teilbilder a–d der
Die Bilder zeigen einen Läufer, der aufrecht, mit konstanter Gewichtskraft FG, mit konstanter resultierender Kraft FR (konstanter Fußabdruckskraft) und konstanter Schrittlänge sL, eine schiefe Ebene mit wachsendem positiven Steigungswinkel (+φ) hinauf läuft. The images show a runner running upright, with constant weight force F G , with constant resultant force F R (constant footprint force) and constant stride length s L , an inclined plane with increasing positive pitch angle (+ φ).
Teilbild a zeigt den Läufer
Die Teilbilder b, c, d zeigen, das die lotrecht wirkende konstante Gewichtskraft FG, mit wachsenden positiven Steigungswinkel (+φ), den Winkel δ verkleinert und somit eine immer kleiner werdende Beschleunigungskraft Fa in Bewegungsrichtung erzeugt. Hieraus ergibt sich ein maximaler positiver Steigungswinkel von φ = 15°, der ein aufrechtes kontinuierliches Gehen/Laufen in der schiefen Ebene gewährleistet. The sub-images b, c, d show that the vertically acting constant weight force F G decreases with increasing positive lead angle (+ φ), the angle δ and thus produces an ever smaller acceleration force F a in the direction of movement. This results in a maximum positive pitch angle of φ = 15 °, which ensures an upright continuous walking / running in the inclined plane.
Ab einem positiven Steigungswinkel von φ = 20°, befindet sich der Läufer
Zur Findung des maximalen negativen Steigungswinkel (–φmax) dienen die Teilbilder a, b, c, d der
Teilbild a zeigt den Läufer
Die Teilbilder b, c, d zeigen, dass die lotrecht wirkende konstante Gewichtskraft FG mit wachsenden negativen Steigungswinkel (–φ) den Winkel δ vergrößert und somit eine immer größer werdende Beschleunigungskraft Fa in Bewegungsrichtung erzeugt. The sub-images b, c, d show that the perpendicularly acting constant weight force F G increases the angle δ with increasing negative lead angle (-φ) and thus generates an ever-increasing acceleration force F a in the direction of movement.
Hieraus ergibt sich ein maximaler negativer Steigungswinkel von –φ = 15°, der ein aufrechtes kontinuierliches Gehen/Laufen in der schiefen Ebene gewährleistet. This results in a maximum negative pitch angle of -φ = 15 °, which ensures an upright continuous walking / running in the inclined plane.
Ab einem negativen Steigungswinkel von –φ = 20°, befindet sich der Läufer
Im Teilbild a der
Teilbild b zeigt den Läufer
Teilbild c zeigt den Läufer
Wie aus den Bildern ersichtlich, verschiebt der Läufer durch Beugung des Oberkörpers seinen Körperschwerpunkt KSP mit seiner aus ihm lotrecht wirkenden Gewichtskraft FG nach vorne und vergrößert damit den Winkel δ und die resultierende FR, womit eine größere Beschleunigungskraft Fa in Bewegungsrichtung erzeugt wird. As can be seen from the pictures, the runner shifts his body center of gravity KSP by flexing the upper body with its perpendicularly acting weight F G forward and thus increases the angle δ and the resulting F R , creating a greater acceleration force F a is generated in the direction of movement.
Teilbild a der
Teilbild b der
Teilbild c der Figur zeigt den Läufer
Wie aus den Bildern ersichtlich, verschiebt der Läufer
Zur direkten Erfassung der durch den Fuß
Zur Wandlung der Kraftwirkung in ein elektrisches Signal können sich Druckmesszellen
Die in den
Als Berechnungsdaten werden beispielhaft folgende Größen verwendet:
Körpergewicht m = 80 kg
konstante Messstrecke s vom Hacken zur Fußspitze s = 30 cm. The following quantities are used as calculation data by way of example:
Body weight m = 80 kg
constant measuring distance s from the heel to the toe s = 30 cm.
Bei einer Geschwindigkeit von v = 10 km/h (obere Kurve) und einem Steigungswinkel φ = 10° erhöht sich die resultierende Kraft FR um ∆FR = 125,88 N At a speed of v = 10 km / h (upper curve) and a slope angle φ = 10 °, the resulting force F R increases by ΔF R = 125.88 N
Bei einer Geschwindigkeit von v = 5 km/h (untere Kurve) und einem Steigungswinkel φ = 10° erhöht sich die resultierende Kraft FR um ∆FR = 72,37 N. At a speed of v = 5 km / h (lower curve) and a slope angle φ = 10 °, the resulting force F R increases by ΔF R = 72.37 N.
Zur Gewährleistung sehr hoher Genauigkeit werden die maßgebenden Parameter, wie die aus der Weg-Zeit-Messung berechnete Geschwindigkeit vs/t und der ermittelte Betrag vom arithmetischen Mittelwert des Druckverlaufs der resultierenden Kraft |FR_arithm|, für jede Laufgeschwindigkeit v und jeden Steigungswinkel (±φ) über Korrekturfaktoren oder Korrekturfunktionen kalibriert. Zur Kalibrierung jeder Geschwindigkeit vs/t und jeden Steigungswinkel (±φ) beim Gehen/Laufen mit dem ganzen Fuß oder auf dem Vorderfuß, dient ein Laufband als Primärnormal zur Geschwindigkeitsvorgabe vkal und einstellbaren positiven und negativen Steigungswinkel (±φkal). To ensure very high accuracy, the relevant parameters, such as the velocity v s / t calculated from the distance-time measurement and the determined value of the arithmetic mean of the pressure curve of the resulting force | F R_arithm |, for each running speed v and each helix angle ( ± φ) are calibrated via correction factors or correction functions. For calibration of each speed v s / t and each pitch angle (± φ) when walking / running with the whole foot or on the forefoot, a treadmill is used as the primary standard for the speed command v kal and adjustable positive and negative pitch angles (± φ kal ).
Vorausgesetzt wird normales Gehen/Laufen, was ein Trapsen, Trippeln, Plumpsen oder auf der Stelle Gehen/Laufen ausschließt. Prerequisite is normal walking / running, which excludes a chattering, tripping, slumping or walking / running.
Die aus der Weg-Zeit-Messung berechnete Geschwindigkeit vs/t, wird mit der vorgegebenen Geschwindigkeit vkal verglichen und bei Nichtgleichheit durch Korrekturfaktoren oder Korrekturfunktionen gleichgesetzt. z.B.
Die genaue Gewichtskraft des Läufers |Fg| = m·g, wird mit einer geeichten Waage gemessen. The exact weight of the runner | F g | = m · g, is measured with a calibrated balance.
Beim Gehen/Laufen in der horizontalen Ebene, wird mit der kalibrierten Geschwindigkeit vs/t_kal und der genaust gemessenen Gewichtskraft |Fg| = m·g, die beschleunigende Kraft Fa und weiterhin der Betrag der resultierenden Kraft |FR_berech| berechnet. When walking / running in the horizontal plane, with the calibrated speed v s / t_kal and the properly measured weight force | Fg | = m · g, the accelerating force Fa, and further the magnitude of the resultant force | F R_berech | calculated.
Dieser aus den kalibrierten Werten berechnete Betrag der resultierenden Kraft |FR_berech|, gilt nun als kalibrierte resultierende Kraft |FR_berech_kal| in der horizontalen Ebene, bei eingestellten Steigungswinkel φkal = 0°. Die Kalibrierung vom Betrag des arithmetischen Mittelwerts der resultierenden Kraft |FR_arithm| aus der Druck/Zeit-Messung, (Kraft/Zeit-Messung) in der horizontalen Ebene, erfolgt über die Gleichsetzung mit der resultierende Kraft |FR_berech_kal| in der horizontalen Ebene, durch Korrekturfaktoren oder Korrekturfunktionen bei jeder vorgegebenen Geschwindigkeit vkal und eingestellten Steigungswinkel φkal = 0°. z.B.
Somit gilt: |FR_berech_kal| = |FR_arithm_kal|; für alle vkal bei φkal = 0°Thus: | F R_berech_kal | = | F R_arithm_kal |; for all v kal at φ kal = 0 °
Hierbei sind die Beträge maßgebend und nicht der individuelle Kraft-Druck-Verlauf der resultierenden Kraft FR. Here, the amounts are decisive and not the individual force-pressure curve of the resulting force F R.
Zur Eliminierung von Signal-Ausreißern (Peak) ist der Auswerteeinheit ein Signalfilter vorgeschaltet. To eliminate signal outliers (peak), the evaluation unit is preceded by a signal filter.
Die Kalibrierung des positiven und negativen Steigungswinkels (±φ), erfolgt über die Gleichsetzung des berechneten Steigungswinkels (±φberech) zu jeden eingestellten Steigungswinkel (±φkal) durch Korrekturfaktoren oder Korrekturfunktionen, bei jeder eingestellten Geschwindigkeit vkal des Laufbandes. The calibration of the positive and negative pitch angle (± φ) is made by equating the calculated pitch angle (± φ berech ) to each set pitch angle (± φ kal ) by correction factors or correction functions at each treadmill speed v kal set .
Maßgebend zur Berechnung des positiven oder negativen Steigungswinkels (±φ), ist der Betrag des arithmetischen Mittelwerts der resultierenden Kraft |FR_arithm_kal| aus der Druck/Zeit-Messung, (Kraft/Zeit-Messung). Decisive for the calculation of the positive or negative pitch angle (± φ), is the magnitude of the arithmetic mean of the resulting force | F R_arithm_kal | from the pressure / time measurement, (force / time measurement).
Um die Gleichheit des zu berechnenden Steigungswinkels (±φ) mit dem eingestellten Steigungswinkel (±φkal) zu erreichen, wird der Betrag |FR_arithm_kal| mit einem Winkel-Korrekturfaktor φ_kFaktor oder einer Winkel-Korrekturfunktion f(φ_kFaktor) multipliziert.
Zusammenfassend ist zu sagen, dass aus der Geschwindigkeitsreferenz v =s/t die Resultierende |FRberech| berechnet wird und somit auch als Kraft-Referenz für die horizontale und schiefe Ebene gilt. In summary, from the velocity reference v = s / t, the resultant | F Rberech | is calculated and thus also applies as a force reference for the horizontal and inclined plane.
Aus der Druckverlauf-Messung wird die Resultierende |FR_arithm| ermittelt und die Geschwindigkeit vFt berechnet, was nur in der horizontalen Ebene korrekt ist. From the pressure curve measurement, the resultant | F R_arithm | and calculates the speed v Ft , which is correct only in the horizontal plane.
Wenn |FR_arithm| = |FRberech| dann ist auch vFt = vs/t (nur horizontale Ebene). If | F R_arithm | = | F Rberech | then also v Ft = v s / t (horizontal plane only).
Wenn |FR_arithm| ≠ |FRberech| dann ist auch vFt ≠ vs/t (Laufen in schiefer Ebene). If | F R_arithm | ≠ | F Rberech | then also v Ft ≠ v s / t (walking in a slanted plane).
|FR_arithm| ist somit ein Maß des Steigungswinkels (±φ) bezüglich |FRberech|. | F R_arithm | is thus a measure of the pitch angle (± φ) with respect to | F Rberech |.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 119734697 A1 [0002] DE 119734697 A1 [0002]
- DE 3405081 A1 [0002] DE 3405081 A1 [0002]
- WO 01/25726 A1 [0003] WO 01/25726 A1 [0003]
- DE 102007011855 B4 [0004] DE 102007011855 B4 [0004]
Claims (19)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011052470.3A DE102011052470B4 (en) | 2011-08-08 | 2011-08-08 | Method and device for detecting a movement parameter of a runner |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011052470.3A DE102011052470B4 (en) | 2011-08-08 | 2011-08-08 | Method and device for detecting a movement parameter of a runner |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102011052470A1 true DE102011052470A1 (en) | 2013-02-14 |
DE102011052470B4 DE102011052470B4 (en) | 2021-12-23 |
Family
ID=47595380
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102011052470.3A Active DE102011052470B4 (en) | 2011-08-08 | 2011-08-08 | Method and device for detecting a movement parameter of a runner |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102011052470B4 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013202878A1 (en) * | 2013-02-21 | 2014-09-04 | Elke Hack | Device for detection of incorrect walking behavior of foot, has sensor system whose measurement signals are determined under consideration of sequence of signals for determination of revolution behavior of foot |
EP2783630A1 (en) * | 2013-03-27 | 2014-10-01 | ETH Zurich | Human motion analysis method and device |
CN104434123A (en) * | 2014-12-04 | 2015-03-25 | 黑龙江大学 | Clustering-algorithm-based human motion state judgment method |
WO2017190496A1 (en) * | 2016-05-06 | 2017-11-09 | 深圳市元征科技股份有限公司 | Method and device for data processing based on intelligent insole |
CN109619762A (en) * | 2017-04-12 | 2019-04-16 | 佛山市丈量科技有限公司 | A kind of physiology sign analysis method and system based on step information |
CN113907748A (en) * | 2021-09-07 | 2022-01-11 | 安徽工程大学 | Device and method for assisting in correcting walking posture |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3405081A1 (en) | 1984-02-13 | 1985-08-14 | Puma-Sportschuhfabriken Rudolf Dassler Kg, 8522 Herzogenaurach | SPORTSHOE FOR RUNNING DISCIPLINES AND METHOD FOR SUBMITTING INFORMATION AND / OR FOR EXCHANGING INFORMATION ON MOTION PROCESSES IN RUNNING DISCIPLINES |
DE19734697A1 (en) | 1997-08-11 | 1999-02-18 | Stern Hans Jakob | Pedometer to count steps of sportsman |
WO2001025726A1 (en) | 1999-10-05 | 2001-04-12 | Zeno Buratto S.P.A. | A device for detecting motion data of a person and a method for processing said data, particularly for detecting the speed of said person |
DE102007011855B4 (en) | 2006-03-07 | 2010-01-14 | Detlef Grellert | Method and device for detecting at least one movement parameter of a runner |
-
2011
- 2011-08-08 DE DE102011052470.3A patent/DE102011052470B4/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3405081A1 (en) | 1984-02-13 | 1985-08-14 | Puma-Sportschuhfabriken Rudolf Dassler Kg, 8522 Herzogenaurach | SPORTSHOE FOR RUNNING DISCIPLINES AND METHOD FOR SUBMITTING INFORMATION AND / OR FOR EXCHANGING INFORMATION ON MOTION PROCESSES IN RUNNING DISCIPLINES |
DE19734697A1 (en) | 1997-08-11 | 1999-02-18 | Stern Hans Jakob | Pedometer to count steps of sportsman |
WO2001025726A1 (en) | 1999-10-05 | 2001-04-12 | Zeno Buratto S.P.A. | A device for detecting motion data of a person and a method for processing said data, particularly for detecting the speed of said person |
DE102007011855B4 (en) | 2006-03-07 | 2010-01-14 | Detlef Grellert | Method and device for detecting at least one movement parameter of a runner |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013202878A1 (en) * | 2013-02-21 | 2014-09-04 | Elke Hack | Device for detection of incorrect walking behavior of foot, has sensor system whose measurement signals are determined under consideration of sequence of signals for determination of revolution behavior of foot |
EP2783630A1 (en) * | 2013-03-27 | 2014-10-01 | ETH Zurich | Human motion analysis method and device |
WO2014154352A1 (en) * | 2013-03-27 | 2014-10-02 | Eth Zurich | Human motion analysis method and device |
CN104434123A (en) * | 2014-12-04 | 2015-03-25 | 黑龙江大学 | Clustering-algorithm-based human motion state judgment method |
CN104434123B (en) * | 2014-12-04 | 2017-01-04 | 黑龙江大学 | Human motion state determination methods based on clustering algorithm |
WO2017190496A1 (en) * | 2016-05-06 | 2017-11-09 | 深圳市元征科技股份有限公司 | Method and device for data processing based on intelligent insole |
CN109619762A (en) * | 2017-04-12 | 2019-04-16 | 佛山市丈量科技有限公司 | A kind of physiology sign analysis method and system based on step information |
CN109619762B (en) * | 2017-04-12 | 2021-05-28 | 佛山市丈量科技有限公司 | Physiological sign analysis method and system based on step length information |
CN113907748A (en) * | 2021-09-07 | 2022-01-11 | 安徽工程大学 | Device and method for assisting in correcting walking posture |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102011052470B4 (en) | 2021-12-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102011052470A1 (en) | Motion parameter-measuring unit for detecting e.g. motion parameter of human being, has sensors and/or sensor surfaces utilized for detecting foot pressure signal from reference speed and force-dependant and/or pressure-dependant velocities | |
DE69921040T2 (en) | METHOD AND SYSTEM FOR MEASUREMENT OF PERFORMANCE DURING EXERCISE ACTIVITY | |
Warren Jr et al. | Visual control of step length during running over irregular terrain. | |
DE60131377T2 (en) | SPEED ADAPTED AND PATIENT ATTACHED KNEE PROSTHESIS | |
DE102014216859B4 (en) | Metallic, additively manufactured footwear components for athletic performance | |
US10786416B2 (en) | Assisting torque setting method and apparatus | |
DE69628407T2 (en) | PEDOMETER | |
DE60027500T2 (en) | shoe | |
DE102015106384B4 (en) | Method for controlling an attenuation change in an artificial joint | |
DE102013218853B4 (en) | Method and system for controlling the gait of a robot | |
EP2229066B1 (en) | Method for influencing the pronation behaviour of a shoe | |
DE4421542A1 (en) | Shoe sole | |
EP3000396B1 (en) | Portable motion analysis system | |
DE102010004504A1 (en) | Running tape arrangement for use by e.g. patient for walking or running, has adjustment unit assigned to drive and/or running rollers for adjusting time varying tape speed as function of time-dependent moving parameter of input signal | |
EP3387401B1 (en) | Measuring arrangement for testing skis and snowboards | |
WO2019179655A1 (en) | Method, device and system for measuring, evaluating and simulating a shoe | |
DE102013202878A1 (en) | Device for detection of incorrect walking behavior of foot, has sensor system whose measurement signals are determined under consideration of sequence of signals for determination of revolution behavior of foot | |
DE102013101926A1 (en) | Device for forming walking motion on base frame in simulated virtual space by data processing unit, has virtual space whose running surface is complemented by step surface in running direction, where step surface partially engages on disk | |
DE102017003587A1 (en) | Exercise machine with treadmill unit | |
DE202007018165U1 (en) | Shoe, in particular sports shoe | |
Warren et al. | Dynamics of step length adjustment during running: A comment on Patla, Robinson, Samways, and Armstrong (1989). | |
DE102007011855B4 (en) | Method and device for detecting at least one movement parameter of a runner | |
WO2013004768A1 (en) | Standing surface for detecting the drop and/or three-dimensional shape of a foot, detection device and method therefor | |
DE102017002334A1 (en) | Time-resolved measurement of parameters of the heart function by autonomously adjustable measuring ranges, such as e.g. Cardiac output, blood pressure, heart pulse, pulse wave transit time, pulse wave variability, respiratory rate ... | |
DE102014104698B4 (en) | Device for measuring the impact force of a foot while walking |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: KAUFMANN & STUMPF PATENTANWALTS-PARTNERSCHAFT, DE Representative=s name: RPK PATENTANWAELTE REINHARDT, POHLMANN UND KAU, DE Representative=s name: KAUFMANN, URSULA, DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT., DE |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: KAUFMANN & STUMPF PATENTANWALTS-PARTNERSCHAFT, DE Representative=s name: RPK PATENTANWAELTE REINHARDT, POHLMANN UND KAU, DE |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: RPK PATENTANWAELTE REINHARDT, POHLMANN UND KAU, DE |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: RPK PATENTANWAELTE REINHARDT, POHLMANN UND KAU, DE |
|
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final | ||
R006 | Appeal filed | ||
R073 | Re-establishment requested | ||
R008 | Case pending at federal patent court | ||
R074 | Re-establishment allowed | ||
R009 | Remittal by federal patent court to dpma for new decision or registration | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R082 | Change of representative |