DE102011052470B4 - Method and device for detecting a movement parameter of a runner - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben einer Bewegungsparameter-Messeinrichtung zur Erfassung eines Bewegungsparameters (φ) eines Läufers (100), der gegenüber einem Untergrund eine Relativbewegung ausführt, wobeiein Druck und/oder eine Druckverteilung zwischen einem Fuß des Läufers (100) und dem Untergrund von einer Sensorik (50) erfasst wird undeine Auswerteeinheit den Bewegungsparameter (φ) des Läufers aus dem erfassten Signal des Drucks und/oder der Druckverteilung ableitet, undder Bewegungsparameter (φ) ein Steigungswinkel des Untergrunds ist,wobei der Bewegungsparameter (φ) des Läufers (100) aus einer Referenzgeschwindigkeit (vs/t) aus einer Weg/Zeit-Messung aus einem Abrollvorgang über Sensoren und/oder Sensorflächen der Sensorik (50) abgeleitet wird oder aus externen Quellen zur Verfügung gestellt wird, undeiner kraftabhängigen und/oder druckabhängigen Geschwindigkeit (vFt), die aus einem Fuß-Drucksignal als Funktion der Zeit beim Abrollvorgang erfasst wird, abgeleitet wird,wobei aus der Referenzgeschwindigkeit (vs/t) eine resultierende Kraft (FR_berech) in der horizontalen Ebene bestimmt wird, welche resultierende Kraft (FR_berech) aus einer Beschleunigungskraft (Fa) in der horizontalen Ebene und dem Betrag der Gewichtskraft (Fg) des Läufers berechenbar ist und welche die Kraft darstellt, die der Läufer benötigt, um in der horizontalen Ebene die aktuelle Geschwindigkeit (vs/t) zu besitzen,wobei beim Abrollvorgang eine Amplitude eines Fuß-Drucksignals als Funktion der Zeit (t) erfasst wird und ein arithmetischer Mittelwert (FR_arithm) aus einem Flächenintegral des Drucksignals über der Zeit (t) gebildet wird, welcher arithmetische Mittelwert (FR_arithm) dem Betrag der resultierenden Kraft während der Dauer der Kraftwirkung entspricht,wobei ein Vergleich der Beträge der berechneten resultierenden Kraft (FR_berech) in der horizontalen Ebene und des arithmetischen Mittelwerts (FR_arithm) durchgeführt wird und bei Gleichheit der Beträge der Läufer (100) mit der Referenzgeschwindigkeit (vs/t) in der horizontalen Ebene läuft, und bei Ungleichheit der Beträge der Läufer (100) in einer schiefen Ebene läuft.Method for operating a movement parameter measuring device for detecting a movement parameter (φ) of a runner (100), which is moving relative to a ground, whereby a pressure and / or a pressure distribution between a foot of the runner (100) and the ground is provided by a sensor system ( 50) is recorded and an evaluation unit derives the movement parameter (φ) of the runner from the recorded signal of the pressure and / or the pressure distribution, and the movement parameter (φ) is a slope angle of the ground, the movement parameter (φ) of the runner (100) from a Reference speed (vs / t) is derived from a distance / time measurement from a rolling process via sensors and / or sensor surfaces of the sensor system (50) or is made available from external sources, and a force-dependent and / or pressure-dependent speed (vFt), which is detected from a foot pressure signal as a function of time during the rolling process, is derived from the Refer A resultant force (FR_berech) in the horizontal plane is determined, which resultant force (FR_berech) can be calculated from an acceleration force (Fa) in the horizontal plane and the amount of weight (Fg) of the runner and which the Represents the force that the runner needs in order to have the current speed (vs / t) in the horizontal plane, whereby an amplitude of a foot pressure signal is recorded as a function of time (t) and an arithmetic mean value (FR_arithm) is calculated during the rolling process an area integral of the pressure signal is formed over time (t), which arithmetic mean value (FR_arithm) corresponds to the amount of the resulting force during the duration of the force effect, with a comparison of the amounts of the calculated resulting force (FR_berech) in the horizontal plane and the arithmetic Mean value (FR_arithm) is carried out and if the amounts of the runner (100) are equal to the reference speed speed (vs / t) runs in the horizontal plane, and if the amounts are unequal, the rotor (100) runs in an inclined plane.
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.The object of the invention is to create an accurate and convenient method and a device suitable for this, with which a movement parameter of a runner can be determined. The object is achieved by the features of the independent claims. Advantageous configurations are the subject of the further claims.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Bewegungsparameter-Messeinrichtung zur Erfassung eines Bewegungsparameters eines Läufers, der gegenüber einem Untergrund eine Relativbewegung ausführt, vorgeschlagen, wobei
ein Druck und/oder eine Druckverteilung zwischen einem Fuß des Läufers und dem Untergrund von einer Sensorik erfasst wird und
eine Auswerteeinheit den Bewegungsparameter des Läufers aus dem erfassten Signal des Drucks und/oder der Druckverteilung ableitet, und
der Bewegungsparameter ein Steigungswinkel des Untergrunds ist,
wobei der Bewegungsparameter des Läufers aus einer Referenzgeschwindigkeit aus einer Weg/Zeit-Messung aus einem Abrollvorgang über Sensoren und/oder Sensorflächen der Sensorik abgeleitet wird oder aus externen Quellen zur Verfügung gestellt wird, und
einer kraftabhängigen und/oder druckabhängigen Geschwindigkeit, die aus einem Fuß-Drucksignal als Funktion der Zeit beim Abrollvorgang erfasst wird, abgeleitet wird,
wobei aus der Referenzgeschwindigkeit eine resultierende Kraft in der horizontalen Ebene bestimmt wird, welche resultierende Kraft aus einer Beschleunigungskraft in der horizontalen Ebene und dem Betrag der Gewichtskraft des Läufers berechenbar ist und welche die Kraft darstellt, die der Läufer benötigt, um in der horizontalen Ebene die aktuelle Geschwindigkeit zu besitzen,
wobei beim Abrollvorgang eine Amplitude eines Fuß-Drucksignals als Funktion der Zeit erfasst wird und ein arithmetischer Mittelwert aus einem Flächenintegral des Drucksignals über der Zeit gebildet wird, welcher arithmetische Mittelwert dem Betrag der resultierenden Kraft während der Dauer der Kraftwirkung entspricht,
wobei ein Vergleich der Beträge der berechneten resultierenden Kraft in der horizontalen Ebene und des arithmetischen Mittelwerts durchgeführt wird und bei Gleichheit der Beträge der Läufer mit der Referenzgeschwindigkeit in der horizontalen Ebene läuft, und bei Ungleichheit der Beträge der Läufer in einer schiefen Ebene läuft.According to the invention, a method for operating a movement parameter measuring device for detecting a movement parameter of a runner who is moving relative to a ground is proposed, wherein
a pressure and / or a pressure distribution between a foot of the runner and the ground is detected by a sensor system and
an evaluation unit derives the movement parameters of the rotor from the detected signal of the pressure and / or the pressure distribution, and
the movement parameter is a slope angle of the ground,
wherein the movement parameter of the runner is derived from a reference speed from a distance / time measurement from a rolling process via sensors and / or sensor surfaces of the sensor system or is made available from external sources, and
a force-dependent and / or pressure-dependent speed, which is derived from a foot pressure signal as a function of time during the rolling process,
wherein a resultant force in the horizontal plane is determined from the reference speed, which resultant force can be calculated from an acceleration force in the horizontal plane and the amount of the weight of the runner and which represents the force that the runner needs to move the having current speed,
During the rolling process, an amplitude of a foot pressure signal is recorded as a function of time and an arithmetic mean value is formed from an area integral of the pressure signal over time, which arithmetic mean value corresponds to the amount of the resulting force during the duration of the force effect,
A comparison of the amounts of the calculated resulting force in the horizontal plane and the arithmetic mean value is carried out and, if the amounts are equal, the runner runs with the reference speed in the horizontal plane, and if the amounts are not the same, the runner runs in an inclined plane.
Vorteilhaft kann ein Referenzwert der Geschwindigkeit erfasst werden und mit einem aktuellen Signal des Drucks und/oder der Druckverteilung verglichen werden.A reference value for the speed can advantageously be recorded and compared with a current signal for the pressure and / or the pressure distribution.
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.With a relative increase in the pressure in the heel area, a slope can be recognized, and with a relative increase in the pressure in the forefoot area, an incline can be recognized. Acceleration can also be recognized.
Aus dem Signal und einer vorgegebenen Länge einer Sensorik kann vorteilhaft eine Wegstrecke und/oder eine Geschwindigkeit abgeleitet werden.A distance and / or a speed can advantageously be derived from the signal and a predetermined length of a sensor system.
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 jump angle can be derived from the signal. Alternatively or additionally, a predetermined running style can be derived from the signal.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielhaft mit einer Bewegungsparameter-Messeinrichtung zur Erfassung eines Bewegungsparameters eines Läufers, der gegenüber einem Untergrund eine Relativbewebung ausführt, erfolgen. Zur Erfassung eines Drucks und/oder einer Druckverteilung kann zwischen einem Fuß des Läufers und dem Untergrund eine Sensorik mit wenigstens einem Drucksensor vorgesehen sein, sowie eine Auswerteinheit, die aus dem erfassten Signal des Drucks und/oder der Druckverteilung einen Bewegungsparameter des Läufers ableitet.The method according to the invention can be carried out, for example, with a movement parameter measuring device for detecting a movement parameter of a runner who is moving relative to a ground. To detect a pressure and / or a pressure distribution, a sensor system with at least one pressure sensor can be provided between a foot of the runner and the ground, as well as an evaluation unit that derives a movement parameter of the runner 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 can be an angle of movement, in particular an angle of incline of the subsurface. In this way it can be deduced whether the runner is moving on a plane or on an inclined plane, i.e. on an upward or downward slope. It is possible to obtain one or more movement parameters on the basis of relatively simple models of force vectors and / or accelerations, it being possible in each case to compare parameters of the same type that were obtained with different models. This increases security and can be used for plausibility studies 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.The sensor system can advantageously comprise a sensor chain with pressure sensors, which extends in a planar arrangement at least in some areas over a foot surface. A pressure distribution can thus be recorded, which increases 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.The sensor system can advantageously be integrated into an insole. Alternatively or additionally, the sensor system can be integrated into a shoe. Alternatively or additionally, the sensor system can be integrated into a stocking that can be placed 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 can comprise a hydraulic linkage. Alternatively or additionally, the sensor system can include a piezo element, or other pressure sensors, e.g. capacitive, inductive or ohmic pressure sensors such as the FSR sensor (Force Sensitive Resistor), which changes its electrical resistance depending on the force acting on the active surface.
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.
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1 eine schematische Darstellung einer Einlegesohle, welche die Fußfläche eines Fußes nachbildet und mit Sensor-Druckflächen versehen ist; -
2 eine Erläuterung des D'Alembertschen Prinzips; -
3 ein Beispiel eines hydraulischen Sensors mit hydraulischem Gestänge; -
4 eine Darstellung eines Läuferbeins in Bewegung; -
5a-5e einen Läufer in verschiedenen Laufpositionen; -
6a-6f verschiedene Varianten von günstigen Druckflächen als Sensorflächen einer Sensorik; und -
7 Beispielsauswertung einer resultierenden Kraft anhand von Kennlinien bei verschiedenen Geschwindigkeiten als Funktion eines Steigungswinkels.
-
1 a schematic representation of an insole, which simulates the foot surface of a foot and is provided with sensor pressure surfaces; -
2 an explanation of D'Alembert's principle; -
3 an example of a hydraulic sensor with hydraulic linkage; -
4th a representation of a runner's leg in motion; -
5a-5e a runner in various running positions; -
6a-6f different variants of favorable pressure surfaces as sensor surfaces of a sensor system; and -
7th Example evaluation of a resulting force based on characteristics at different speeds as a function of a gradient angle.
In den Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugzeichen beziffert.In the figures, elements that are the same or have the same effect are numbered with the same reference symbols.
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 printing surfaces consist of pressure-sensitive materials such as a pressure-sensitive film, a "robot skin", a "piezoelectric silver ink" (FlexiForce), an FSR Force Sensing Resistor film or individual sensors and are different in terms of their arrangement as well as their size, length, width etc. freely selectable 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 applies when walking as well as when running in the horizontal plane and when walking upwards and downwards / running on an inclined plane and is therefore the 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 consequently be derived in particular from a distance / time measurement from a rolling process via sensors and / or sensor surfaces. However, it is also conceivable that a reference speed is made available from external sources, for example via a GPS signal or the like.
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 over 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.
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.
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).
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 resulting force F R_arithm measured with each step is preferably continuously compared with a calculated resulting force F R_berech which applies to the horizontal plane and which is 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 runner is running in the horizontal plane with the speed v s / t. If the values are not the same, it is concluded that the runner is running 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°.
- Wenn: |FR_arithm| > |FR_berech|, läuft der Läufer eine schiefe Ebene hinauf mit dem Steigungswinkel 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 |, then the runner runs in the horizontal plane with the incline angle φ = 0 °.
- If: | F R_arithm | > | F R_berech |, the runner runs up an inclined plane with an incline angle φ> 0 °.
- If: | F R_arithm | <| F R_berech |, the runner runs down an inclined plane with an incline 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 slope angle φ of the inclined plane is done with the cosine law of trigonometry. The cosine law is the generalization of the Pythagorean theorem for arbitrary triangles.
Folglich ergibt sich mit:
Der positive oder negative Steigungswinkel φ ist dann: φ = 90 ◦- β. The positive or negative slope 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:
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 enables walkers or runners to provide information about speed, acceleration and distance covered, as well as information about the positive or negative gradient of the distance.
Maßgebend ist die Erfassung des dynamischen Verlaufs der resultierenden Kraft FR.The determination of the dynamic course of the resulting force F R is decisive.
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
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 front feet, for example, a sensor chain or pressure surface chain that begins at the earliest point of contact of the forefoot and ends at the tip of the foot is used 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 walking up / down / running on an inclined plane and is therefore the 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 Δv aus v1-v2 entspricht einer Geschwindigkeitszunahme oder Geschwindigkeitsabnahme und ist somit ein Maß der Beschleunigung a. Mit einer vorher bestimmten prozentuale Größe der Geschwindigkeitsdifferenz Δv 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 can be compared with the current speed v 2 . The difference Δv from v 1- v 2 corresponds to an increase or decrease in speed and is therefore a measure of the acceleration a. An acceleration a is recognized with a previously determined percentage of the speed difference .DELTA.v.
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.
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.
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 the constant weight | F g | = m * g, the result is a calculated resulting force | F R_berech |, which is required to have the current speed 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 (stored, recorded) via an analog-digital converter and the arithmetic mean 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 amount of the resulting force | F R_arithm | when the foot rolls over the constant or current measuring distance s, pressure area A, pressure area chain, sensor chain, in the time t required for this.
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 vF t.The amount of the resulting force | F R_arithm | is used to compare the amount of the calculated resulting force | F R_berech | in the horizontal plane, to calculate the positive or negative slope angle φ and to calculate the speed v F t .
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 takes place, as already mentioned above, with the cosine law 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 area of the horizontal plane, the value range of the resulting force F R is determined by 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 area of the inclined plane upwards, the value range of the resulting force F R is determined by the maximum acceleration force F a_max ; maximum speed V s / t_max and the maximum slope angle φ max .
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 downward running range of the inclined plane, the value range of the resulting force F R is determined by the maximum acceleration force F a_max ; maximum speed V s / t_max and the maximum angle of inclination (-) φ max .
Berechnung der Geschwindigkeit vFt aus dem arithmetischen Mittelwert der resultierenden Kraft IFR_arithml.Calculation of the speed v Ft from the arithmetic mean of the resulting force IF R_arithml .
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.
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.
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 speeds v from the distance / time measurement and from the pressure signal measurement are equal to v s / t = v F t 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 must 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.In the case of additional disruptive factors, such as B. different damping at different speeds or for calibration, a correction factor k _factor is added to equate the two determined speeds: v s / t = v Ft * d * k_ factor .
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 speeds v from the distance / time measurement and from the pressure signal measurement are not equal, then the runner runs in the inclined plane with the speed v s / t : v s / t ≠ v Ft .
Die Multiplikation der Geschwindigkeit vFt mit den Dämpfungs- und KorrekturFaktoren d und k_Faktor entfällt, wenn zuvor der arithmetische Mittelwert der resultierenden Kraft |FR_arithm| mit den Faktoren multipliziert wurde.The multiplication of the speed v Ft by the damping and correction factors d and k _factor is not applicable if the arithmetic mean of the resulting force | F R_arithm | was 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 Δt_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 time span Δt _sL therefore lies between the points in time of a similar movement sequence of the temporally leading foot and the temporally lagging foot, in the range from the touching down of the foot with the heel to the lifting of the foot with the tip of the foot.
Die Schrittlänge sL ergibt sich aus der Multiplikation der gemessenen Zeitspanne Δt_sL mit der aktuellen Geschwindigkeit vs/t des Läufers.The step length s L results from the multiplication of the measured time span Δt _sL by the runner's current speed v s / t.
Schrittlänge: sL = Δt_sL * Vs/t. Step length: s L = Δt _sL * V s / t .
Eine zurückgelegte Wegstrecke sweg ergibt sich durch Summation der einzelnen gemessenen Schrittlängen sL: sweg = Σ SL1 + SL2 + SL3 ... sLn A covered distance s weg results from the summation of the individual measured step lengths s L : s weg = Σ S 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, the person shifts his body mass to balance all attacking forces in such a way that the resultant F R (i.e. the resulting force F R ) for optimal power transmission, always runs 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 touching down with the forefoot, the resulting F R acts at the first moment on the forefoot touching surface A and migrates to maintain the movement, with the movement, to the forefoot impression force area A Fabdruck, in order here, with the lifting of the forefoot, the magnitude of the resulting F Maintaining, increasing or decreasing R by muscle power, which corresponds to a constant speed, an 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 measuring distance s and roll-off time t, the heel touchdown signal, the heel lift off signal, the forefoot lift off signal and the forefoot liftoff signal are mainly used, with the rising and falling switching edges generated by the sensors.
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 walking on the forefoot, a sensor chain or pressure surface chain, for example, which begins at the earliest touchdown point of the forefoot and ends at the tip of the foot, 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, for example switches and the like, a sensor chain or a pressure surface chain, supply the length of the current measurement section s from the earliest touchdown point of the forefoot to the latest lift-off point of the forefoot and the time t required for this. This also enables a current measurement section length s to be determined from a later touchdown point of the forefoot to an earlier lift-off point of the forefoot. With the activation / deactivation of the sensors, the positions of the sensors, which are e.g. in the memory of a microcontroller, are recognized and the current measuring section length s is determined. At the same time, a clock (timer) is switched to measure the time t, which is required to cover the current measuring section 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.To determine and calculate the required parameters, the signals are fed to a microcontroller, which carries out the necessary links and then displays the results, e.g. via a transmitter-receiver system, e.g. with the help of a display with an integrated input keyboard on the wrist. There is also the option of communicating the results to the runner via an acoustic system. (Headphones, flat speakers in the belt). For example, different acoustic signals are possible for certain positive or negative gradient angles 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 in the value memory of the microcontroller can be fed to a PC and evaluated and analyzed via a graphical user interface.
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 Messzelle54 und wandelt die resultierende Kraft FR in eine elektrische Signalamplitude.
- If the resulting force F R (F 1 ) acts on the force-absorbing surface A 1, the force is transmitted to the pressure sensor surface
A2 the measuringcell 54 and converts the resulting force F R into an electrical signal amplitude.
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 possibility for determining the speed, the positive or negative acceleration and the positive or negative gradient of a distance is obtained by recognizing 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 typical foot print images of people walking or running while accelerating, braking or walking up or down an inclined plane, with the whole foot or on the forefoot, are in the memory of a microcontroller and serve as templates or reference for a current recording measurement 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 is made between acceleration in the horizontal plane and running up or down an inclined plane, due to a different course of the force-time signal or different foot pressure images.
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.When walking down an inclined plane, the foot will land more strongly (compared to the forefoot) with the heel than when running horizontally or when running up. When walking up an incline, the forefoot is more likely to be more stressed than the heel. From the change in the respective load on the heel and forefoot and in comparison with the “neutral” pressure distribution when moving in the horizontal plane, it can be recognized whether the runner is moving horizontally or on an incline 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 Δp = m * Δv = F * tThe size of the parameters, such as speed, increase or decrease in speed, 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 regard to its force size and its duration. With impulse or impulse the result is 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 carried out using D'Alembert's principle, according to which the measurement of the magnitude of the force results in the resulting | F R | and the mathematical link with the amount of weight | F g |, the amount of 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.Some numerical examples are given below. The values are intended for illustrative purposes and are intended as a guide only. The values can of course 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
Normalform:
Lösung:
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.At a given speed v s / t , the powers P behave like the forces F. The power P is proportionally assigned 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.
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 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.
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 viewed in analogy to AC technology (electrical machine). In this case, the acceleration force power P a corresponds to the real power P, the resulting force power P R to the apparent power S and the weight power P Fg to 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 corresponds to the consumer. The weight power P Fg thus corresponds to the power exchanged between muscle power and the body mass to be accelerated.
In der horizontalen Ebene gilt somit:
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 slope angle φ and the ratio of active power P = P a to 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 measurement methods or calculation methods can be used alternatively or in any combination, with the same variables obtained with different methods on the one hand can be used 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 geltenIn the horizontal plane, each speed v is the magnitude of a certain resulting force | F R | assigned, whereby the theorems 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 the measured rolling time t 1 = 0.216 s to cover his constant measurement distance at the foot s = 30 cm = 0.3 m, i.e. his current speed is v s / t1 = s / t 1 with v s / t1 = 0.3m / 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.
Der Betrag der Beschleunigungskraft |Fa| ergibt sich aus dem Pythagoras.
Das Produkt des konstanten Betrag der beschleunigenden Kraft |Fa1| und seiner Dauer t1 ergibt im Verhältnis zur Körpermasse m die aktuelle Geschwindigkeit VDruck1 .
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 Δv2-1
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.
Der Betrag der Beschleunigungskraft |Fa2| ergibt sich aus dem 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 Δv = 2 km /h erhöht.
- (v s / t1 = 5 km / h, V Ft2 = 7 km / h) and result in the statement that the runner runs in the horizontal plane and increases his speed by Δv = 2 km / h.
Die Geschwindigkeitsänderung und die Beschleunigung können auch aus den Differenzen berechnet werden. Die Geschwindigkeitsdifferenz Δv = vs/t2 - vs/t1 ergibt Δv = 1,944 m/s - 1,389 m/s = 0,555 m/s und damit Δv = 2 km/h, d.h. Geschwindigkeitsänderung um v = 2 km/ h Die Abrollzeitdifferenz beträgt Δt = t1 - t2 mit Δt = 0,216 s - 0,154 s = 0,062 sThe change in speed and the acceleration can also be calculated from the differences. The speed difference Δv = v s / t2 - v s / t1 results in Δv = 1.944 m / s - 1.389 m / s = 0.555 m / s and thus Δv = 2 km / h, i.e. speed change by v = 2 km / h 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 = Δv / Δt mit a1-2 = 0,56 m/s / 0,062 s = 8,96 m/s2The 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 magnitude of the acceleration force | F a | results from | F a | = m * a 1-2 with body mass m = 80 kg results in | F ad | = 80 kg * 8.96 m / s2 = 716.845 N.
Das Produkt des ermittelten konstanten Betrages der beschleunigenden Kraft |Fad| und der Abrollzeitdifferenz Δt ergibt im Verhältnis zur Körpermasse m die aktuelle Geschwindigkeitsänderung Δv.
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, with a measured rolling time t 1 = 0.216 s and with the constant distance s = 0.3 m, the current speed to be found is v 1 = s / t 1 = 0.3 m / 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, the force amplitude curve of the resulting force F R is recorded in the measured time t 1 = 0.216 s and the arithmetic mean value is formed, which thus corresponds to the amount of the resulting force | F R | corresponds to | F R1 | = 951.132 N as a measured, arithmetic mean.
Der Betrag der Beschleunigungskraft |Fa1| ergibt sich aus dem Satz von 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/ hThe product of the constant amount of the accelerating force | F a1 | and its duration t 1 gives the current speed v 1 in relation to the body mass m. 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 speeds v from the distance-time measurement and the force-time measurement result in the same values (v = 5 km / h) and make the following statement: the runner 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/hThe next measured roll-off time t 2 is also: t 2 = 0.216 s results in the current speed to be found v 2 = s / t 2 = 0.3 m / 0.216 s = 1.389 m / s with the constant distance s = 0.3 m 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, the force amplitude curve of the resulting force F R is recorded in the measured time t 2 = 0.216 s and the arithmetic mean value is formed, which thus corresponds to the amount of the resulting force | F R | corresponds to | F R2 | = 1080.259 N as a measured, arithmetic mean.
Eine Zeit-Differenzenbildung mit Δtd = Δt2 - Δt1 = 0,216s - 0,216 s = 0 s und Δvd = Δv2 - Δv1 = 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 following statement: There is no increase in speed, acceleration before.
Mit dem Berechnungsmodus - horizontale Ebene ergibt sich die Beschleunigungskraft |Fa| aus dem Satz des 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 Δt = t1 - t2 = 0 ist und es somit keine Geschwindigkeitsänderung Δv = 0 und keine Beschleunigung a = 0. gibt, - ist das ermittelte Ergebnis
v2 = 7,05 km/ h oder
Δv = 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 the accelerating force | F a | and its duration t 2 gives the current speed v 2 with V 2 = | F a2 | in relation to the body mass m * 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 therefore no change in speed Δv = 0 and no acceleration a = 0, - is the result obtained
v 2 = 7.05 km / h or
Δv = 7.05 km / h - 5 km / h = 2.05 km / h, which is clearly wrong. This recognizes that the runner is moving on the inclined plane. Due to its rolling time t = 0.216 s, the runner runs at a speed of 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 slope angle φ, for which the calculation mode - inclined plane → cosine law 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 magnitude 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 resulting force is | F R2 | = 1080.259 N, and the weight F g is: F g = m * g = 80 kg * 10 m / s2 = 800 N.
Aus dem Kosinussatz:
Der Steigungswinkel φ = 90° - β = 90° - 71,45° = 18,55°The slope 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 at a speed of v = 5 km / h up an inclined plane with an incline angle φ = 18.55 °.
Bei einer Geschwindigkeitserhöhung, d.h. Beschleunigen, in der schiefen Ebene ergibt sich folgendes.With an increase in speed, i.e. acceleration, on the inclined plane, the following occurs.
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 roll-off time is t 1 = 0.216 s and the constant distance s = 0.3 m results in the current speed to be found v s / t1 = s / t 1 = 0.3 m / 0.216 s = 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, the force amplitude curve of the resulting force F R is recorded in the measured time t 1 = 0.216 s and the arithmetic mean value is formed, which thus corresponds to the amount of the resulting force | F R | is equivalent to.
Der Betrag der gemessenen Resultierenden ist |FR1| = 1080,259 N |FR1| = 1080,259 N gemessen, arithmetische MittelwertThe absolute value of the measured resultant is | F R1 | = 1080.259 N | 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 result: v 1 = 5 km / h, | Fr 1 | = 1080.259 N the statement: the runner runs at a speed of v = 5 km / h up an inclined plane with an incline 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 speed to be found v 2 = s / t 2 with v s / t2 = 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.In order 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, Pythagoras is used to determine the amount of the resultant | F R |.
Pythagoras ergibt:
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 run up the inclined plane with the incline angle φ = 18.55 °, and has increased 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.The observation of the movement down the inclined plane follows. A runner needs 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 , the current speed is: v s / t1 = 0.3 m / 0.06 s = 5 m / s, i.e. 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.With the arrangement of the forces according to D'Alembert's principle, the amount of the resulting force | F R | when walking in the horizontal plane results from the Pythagoras.
Mit der Gewichtskraft
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 unwinding time t 1 = 0.060 s, the force amplitude curve of the resulting force F R is measured and the arithmetic mean value is formed, which thus corresponds to the amount of the resulting force | F R_arithm | corresponds to 0.060 s during the unwinding time t 1.
Es ergibt sich gemessen |FR_arithm| = 6304,84 N und berechnet
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°If the measured resulting 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: angle of incline 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.If the measured resulting force | F R_arithm | not equal to the calculated resulting force | F Rberech | is, | F R_arithm | ≠ | F Rberech |, then the runner runs on 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 runs at the speed v s / t = 18 km / h down the inclined plane with the incline angle φ = (-30 °).
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.In addition to determining whether the runner is moving on a horizontal or an inclined plane, the invention allows a distinction to be made between walking and running.
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 sub-phases of a gait cycle are known: an initial contact with the ground (initial contact), a loading response, a middle stance phase (mid stance), a terminal stance phase, 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 contact with the ground and the load response is to take over the body load. This dampens the impact, initiates stability of the leg and maintains locomotion. The next three sub-phases, the middle stance phase, the terminal stance phase and the pre-swing phase, ensure monopedal standing. In these sub-phases, the whole mass of the person is carried by just one leg (monopedal). This requires stability without interrupting the movement. The task of the next four sub-phases (pre-swing phase, initial swing phase, middle swing phase and terminal swing phase) is to swing the leg forward without losing speed: the leg lifts off, is moved forward and then put down again.
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 differs from the gait in terms of its phases. Only the swing and monopedal stance phase are included, there is no bipedal stance phase. At higher speeds, there is also the floating phase, in which no foot is in contact with the ground. During the sprint, the ball of the foot takes over the initial contact with the ground.
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, shortly before the forefoot of the trailing, acceleration-giving foot lifts off, the leading foot touches the heel. At this point, both have feet Ground contact. In the next moment, when the forefoot of the trailing, acceleration-giving foot is lifted off, the resulting F R is transferred to the leading foot and moves with the rolling motion 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. The walker has one of his feet in contact with the ground in every phase of a step cycle, 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 heel, the runner falls from a height of about 1 cm to the ground. If the hacking of the leading foot takes place after the forefoot of the trailing foot has been lifted off, there is briefly no ground contact with one of the feet. The period of time from the lifting of the forefoot of the following foot to the touchdown of the heeling of the leading foot is called the flight phase and can be used as the 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.The point in time of the heel touchdown signal of the leading foot and the instant of the forefoot off signal of the trailing foot or, in general, the point in time when the leading foot touches down and the point in time when the trailing foot is lifted are used to detect whether there is walking or running.
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 heel touching signal of the leading foot is present or is the same as the time of the forefoot lifting signal of the trailing foot, walking is recognized. (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 touching signal of the leading foot is after the time of the forefoot lifting signal of the trailing foot, then walking is recognized. (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-long jumps”, where you jump off with the rear foot that gives you acceleration and land with the foot in front. The flight phase is comparable to the oblique throw.
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.Here, the superimposition of a uniform movement of the body's center of gravity KSP with a certain initial speed (jump speed) obliquely upwards and free fall is to be understood. The two partial movements result in a resulting movement. The trajectory is a parabola, which the body's center of gravity KSP covers from the time of the forefoot lifting signal of the following foot to the time of the heel touching 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:
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);
- v0
- Speed of the body's center of gravity KSP when jumping; Take-off speed; Initial speed
- G
- Acceleration due to gravity (9.81 m / s 2 )
- ts
- Time (from the time of the forefoot lift-off signal of the following foot to the time of the heel-touching signal of the leading foot)
- δ
- Take-off angle; (Acceleration force angle);
Von Interesse ist hierbei die Sprungweite des Körperschwerpunktes KSP. Sie hängt von der Anfangsgeschwindigkeit (Absprungsgeschwindigkeit) und vom Absprungwinkel δab. Für die Sprungweite sw des Körperschwerpunktes KSP gilt:
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.In relation to the height of the body's center of gravity KSP, at the time of the forefoot lift-off signal of the following foot, the body's center of gravity reaches its greatest height after the climbing time tst. The greatest height that the body's center of gravity KSP reaches is called the jump height s h . The time to reach the highest height is the climb time tst and is exactly as long as the fall time t f , i.e. the time between reaching the highest height and the time of the hacking of the leading foot at the jump height. The duration of the entire center of gravity jump is therefore equal to the sum of the climbing time and the falling time.
Die Sprungdauer (Schrittdauer) tsp ergibt sich aus tsp = tst + tf The jump duration (step duration) tsp results from tsp = 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.Whereby the rise time tst begins with the lifting of the trailing foot and the fall time ends with the touchdown of the leading foot.
Sprunghöhe und Steigzeit des Körperschwerpunktes KSP berechnen sich mit
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 if the air resistance is neglected. The slope angle ± φ must be taken into account in the inclined plane.
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, athletic discipline, whereby referees pay strict attention to whether the walker always has contact with the ground with one of his feet and does not walk. There have always been wrong judgments because 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 time of the heel-touching signal of the leading foot and the time of the forefoot lifting signal of the following foot, walking or running is recognized and can be signaled e.g. via colored light-emitting diodes on the shoe. This means that wrong judgments can be ruled out and contribute to fair competition.
Des Weiteren ist die Innovation zum Training des Weitsprunges oder zur Bestimmung des Kalorienverbrauchs beim Treppensteigen geeignet.The innovation is also suitable for training long jump or for determining the calorie consumption when climbing stairs.
Die Körpergröße eines Läufers, beziehungsweise seine Beinlänge, ist maßgebend für die größtmögliche Schrittlänge s Lmax, dem größtmöglichen Winkel δ_max und seiner Schrittfrequenz fschritt .The body size of a runner or his leg length is decisive for the greatest possible stride length s Lmax , the greatest possible angle δ_max and his stride frequency fstep.
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 step frequency to cover a given distance, compared to a large leg length L leg . Higher step frequencies result when accelerating and when walking up an inclined plane. Lower step frequencies arise when reducing speed and walking down an inclined plane.
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.In order to accelerate a body and bring it up 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.
Dabei bedeuten:
- Wkin
- kinetische Energie des Körpers (Beschleunigungsarbeit)
- m
- Masse des Körpers
- v
- Geschwindigkeit des Körpers
- s
- Weg
- Wkin
- 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 speed 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 between a measured footprint force and the measured heel contact force and the next or previous measured footprint force is a measure of the change in speed.
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-Winke))The weight F G always acts perpendicularly from the center of gravity of the runner to the ground and forms the angle δ with the resulting force F R. (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:
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:
Der Steigungswinkel φ ergibt sich mit: φ = 90° - βThe slope angle φ results from: φ = 90 ° - β
Der Winkel δ ergibt sich aus: δ = arcsin((Fa /FR)· sin β); β = 90° - φThe angle δ results from: δ = arcsin ((F a / F R ) · sin β); β = 90 ° - φ
Der Winkel ω ergibt sich aus: ω = arcsin((Fg / FR). sinε); ε = 180° - βThe angle ω results from: ω = arcsin ((F g / F R ). Sinε); ε = 180 ° - β
Weitere Winkelbeziehungen sind: δ = β - ω ; 180° = δ + ω + εFurther 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 pictures show a runner who runs upright, with constant weight F G , with constant resulting force F R (constant footprint force) and constant stride length s L , up an inclined plane with an increasing positive angle of incline (+ 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 partial images b, c, d show that the vertically acting constant weight F G , with increasing positive slope angle (+ φ), reduces the angle δ and thus generates an ever decreasing acceleration force F a in the direction of movement. This results in a maximum positive angle of incline of φ = 15 °, which ensures upright, continuous walking / running on 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 partial images b, c, d show that the vertically acting constant weight F G increases the angle δ with increasing negative slope angle (- φ) and thus generates an 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 angle of incline of -φ = 15 °, which guarantees upright, continuous walking / running on 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's center of gravity KSP with his vertical weight F G by bending his upper body and thus increases the angle δ and the resulting F R , which generates a greater acceleration force F a 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 parameters are used as examples of calculation data: Body weight m = 80 kg constant measurement distance s from heel to 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 ΔFR = 125,88 NAt a speed of v = 10 km / h (upper curve) and an incline 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 ΔFR = 72,37 N.At a speed of v = 5 km / h (lower curve) and an incline 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 speed v s / t calculated from the distance-time measurement and the determined amount of the arithmetic mean value of the pressure curve of the resulting force | F R_arithm |, for each running speed v and each pitch angle ( ± φ) calibrated using correction factors or correction functions. To calibrate every speed v s / t and every incline angle (± φ) when walking / running with the whole foot or on the forefoot, a treadmill is used as the primary standard for the speed specification v cal and adjustable positive and negative incline angles (± φ cal ).
Vorausgesetzt wird normales Gehen/Laufen, was ein Trapsen, Trippeln, Plumpsen oder auf der Stelle Gehen/Laufen ausschließt.Normal walking / running is assumed, which excludes trapping, stumbling, plopping or walking / running in place.
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 rotor | F g | = m * g, is measured with a calibrated scale.
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, the calibrated speed v s / t_kal and the precisely measured weight | F g | = m * g, the accelerating force Fa and furthermore the amount of the resulting 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_anthm| 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 cal at φ cal = 0 °
Hierbei sind die Beträge maßgebend und nicht der individuelle Kraft- Druck-Verlauf der resultierenden Kraft FR.The amounts are decisive here 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.A signal filter is connected upstream of the evaluation unit to eliminate signal outliers (peaks).
Die Kalibrierung des positiven und negativen Steigungswinkels (±φ), erfolgt über die Gleichsetzung des berechneten Steigungswinkels (±φ berech) zu jeden eingestellten Steigungswinkel (±φkal) durch Korrekturfaktoren oder Korrekturfunktionen, bei jeder eingestellten Geschwindigkeit vkal des Laufbandes.The calibration of the positive and negative incline angle (± φ) is carried out by equating the calculated incline angle (± φ calc ) to each set incline angle (± φ cal ) by means of correction factors or correction functions, at each set speed v cal of the treadmill.
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).The amount of the arithmetic mean of the resulting force | F R_arithm_kal | is decisive for the calculation of the positive or negative slope angle (± φ) 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.In order to achieve equality of the slope angle to be calculated (± φ) with the set slope angle (± φ kal ), the amount | F R_arithm_kal | multiplied by an angle correction factor φ_k factor or an angle correction function f (φ_k factor).
Mit:
Mit:
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 it can be said that from the velocity reference v = s / t the resultant | F Rberech | is calculated and is therefore also used 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.The resultant | F R_arithm | is derived from the pressure curve measurement and the speed v Ft is calculated, which is only correct 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 (only horizontal plane).
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 an inclined plane).
|FR_arithm| ist somit ein Maß des Steigungswinkels (±φ) bezüglich |FRberech|· | F R_arithm | is thus a measure of the slope angle (± φ) with respect to | F Rberech | ·
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