DE102011121259B3

DE102011121259B3 - Verfahren und Vorrichtung zur mobilen Trainingsdatenerfassung und Analyse von Krafttraining

Info

Publication number: DE102011121259B3
Application number: DE201110121259
Authority: DE
Inventors: Fabian Walke; Hauke Radtki
Original assignee: Fabian Walke
Current assignee: HERO WORKOUT GMBH, DE
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2013-05-16
Anticipated expiration: 2031-12-16
Also published as: WO2013087902A1; US20150374283A1; US9125620B2; CA2844179C; EP2790578A1; CA2844179A1; US20140336947A1; US9750454B2

Abstract

Die Erfindung betrifft das Gebiet der mobilen Trainingsdatenerfassung im Sport, insbesondere im Krafttraining, Bodybuilding, Fitnesssport und Rehabilitation sowie der Analyse dieser Trainingsdaten. Die Erfindung bezieht sich auf eine mobile Vorrichtung, welche an einem, für eine Krafttrainingsübung festgelegten, Körpersegment befestigt wird und mittels Beschleunigungssensor, Gyroskop, Kalman-Filter/Direction Cosine Matrix, zweifacher Integrierung von Beschleunigungswerten, der Hochpassfilterung von Sensor-Offsets und einer anfänglichen Kalibrierung besagter mobiler Vorrichtung vor Beginn des Bewegungsablauf präzise multiple Trainingsdaten, von festgelegten Bewegungsabläufen in N Krafttrainingsübungen und einem Trainingsutensil X, misst. Zu den besagten multiplen Trainingsdaten gehören beispielsweise der Weg-Zeit-Verlauf des Kraftangriffspunkt der Masse des Trainingsutensils, die mechanische Arbeit, Rotationsarbeit bei Drehbewegungen und die Spannungsdauer von exzentrischer, konzentrischer Muskellängenänderungen und isometrischer Muskelkontraktionen, der in einer Krafttrainingsübung beanspruchten Muskulatur. Durch eine Datenschnittstelle können besagte multiple Trainingsdaten auf einen Computer, und von dort auf einen Trainingsdatenserver übertragen werden. Eine Analyse der besagten multiplen Trainingsdaten auf besagten Trainingsdatenserver beruht auf einem Trainingsmodell, welches eine Prognose der zukünftigen Leistungen in den besagten Krafttrainingsübungen und eine Steuerung des Krafttrainings in verschiedenen Trainingsebenen ermöglicht.

Description

In Fitnessstudios, Krafträumen, Olympiastützpunkten, Gesundheitszentren oder Rehabilitationseinrichtungen stehen Sportlern eine große Anzahl an Trainingsutensilien zur Verfügung, welche sich in das Training mit Kurzhanteln, Langhanteln, eigenem Körpergewicht, stationären Maschinen, Kabelzügen und Kardiogeräten unterteilen lassen. Durch die geringe Gegenkraft der Kardiogeräte wird ein Ausdauertraining betrieben, der Puls erfasst und beispielsweise die Leistung und der Kalorienverbrauch errechnet. Im Krafttraining hingegen wird gegen höhere Lasten gearbeitet und es kommen Kurzhanteln, Langhanteln, Maschinen, Kabelzüge und das eigene Körpergewicht als Gegenkraft zur Anwendung. Unter den Begriff Krafttraining lässt sich auch das Bodybuilding, Muskelaufbautraining und zu Teilen das Fitnesstraining einordnen. Ziel eines Krafttrainings ist insbesondere im fitnessorientiertem Krafttraining die Steigerung der Maximalkraft und der damit verbundene Muskelaufbau. Die bisherigen Erfindungen im Krafttraining messen die Trainingsdaten meist an großen stationären Maschinen, beispielsweise mittels Seilzugsensoren. Sonstige mobile Vorrichtungen messen Parameter wie beispielsweise Winkelveränderungen, Kraft, Geschwindigkeit oder Leistung, welche zur unmittelbaren Leistungsbeurteilung oder -optimierung angewendet werden. Anhand mehrerer Patentschriften sollen die bisherigen Erfindungen und Möglichkeiten der Trainingsdatenerfassung und der Analyse dieser Trainingsdaten erläutert werden.
EP 1 834 583 B1 und US 2011/0 207 581 A1 beschreiben eine Erfindung die mittels Beschleunigungssensor Parameter wie beispielsweise muskuläre Kraft, Geschwindigkeit, Leistung, Sprunghöhe bei Counter-Movement-Jumps, Reaktivität, muskuläres Elastizitätsverhalten oder Koordination durch die Ausführung von Testbewegungen errechnet um den Trainingsstand bzw. das Leistungsniveau des Athleten unmittelbar zu erfassen und ihm durch Berechnungen, basierend auf Beschleunigungswerten, das Training zu optimieren. Dabei handelt sich um eine begrenzte Anzahl von Tests, wie beispielsweise die Erfassung der Sprunghöhe bei einem Counter-Movement-Jump.
Die Trainingsoptimierungen basieren auf Beschleunigungsdaten bzw. den oben genannten muskulären Parametem. Ein personalisiertes „muscular profile” ( US 2011/0 207 581 A1 , S. 3, [0043]) beruht auf Kraft-, Leistungs-, und Geschwindigkeitskurven. „Personalized Power curves” ( US 2011/0 207 581 A1 , S. 3, [0044]) ermöglichen die Trainingslast bzw. Masse des Trainingsgewichtes festzulegen, um bestimmte Anpassungen durch ausgewählte Trainingsbereiche (z. B. Muskelhypertrophie) hervorzurufen. Diese Form der Maximalkraftbestimmung (engl.: Repetition Maximum, kurz: RM) legt das Belastungsnormativ Trainingsintensität, also die Trainingslast fest, wodurch das Training optimiert werden soll.
US 6 280 361 B1 beschreibt eine Erfindung die mittels Controlling-Struktur Zugkräfte in mehreren mehreren Kabeln mit der erwünschten Widerstandskraft erzeugt. Mit dieser Erfindung kann auch in Schwerelosigkeit jede Form von Trainingsübung mit einer Widerstandskraft ausgeführt werden. Diese Erfindung ermöglicht ein stationäres Krafttraining.
WO 94/26 359 A1 beschreibt eine Erfindung die mittels Neigungssensor die Bewegung eines Gelenks erfasst. Durch diese Erfindung ist es möglich individuelle vorgegebene Rehabilitationsprogramme zu speichern und die Erfüllung des Rehabilitationsprogramms auf Basis von Winkelmessungen in den Gelenken zu erfassen. Diese Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mittels Neigungssensor Berechnungen vornimmt.
US 2007/0 250 286 A1 beschreibt eine Erfindung zur Überwachung von Bewegungen eines Subjektes mittels einer Vielzahl von Sensorelementen montiert an beweglichen Körpersegmenten eines Subjektes. Durch diese Erfindung ist es möglich, eine Vielzahl von Bewegungen während akuten und chronischen Hebeaufgaben zu registrieren um Erkrankungen der Lendenwirbelsäule und wiederholende Belastungsverletzungen festzustellen und zu korrigieren.
JP 2007 209 636 A beschreibt eine Erfindung die es einem Trainierenden ermöglicht, Messgrößen von einer Trainingswiederholung wie Zeit oder Frequenz mittels Beschleunigungssensor zu erfassen und diese an einen Computer zu übertragen.
US 6 796 925 B2 beschreibt eine Erfindung die mittels Näherungssensor die Bewegungswiederholungen von Trainingsübungen eines Sportlers messen kann. Durch diese Erfindung ist es möglich die Anzahl von Bewegungswiederholungen in bestimmten Übungen zu erfassen.
US 2008/0 090 703 A1 beschreibt eine Erfindung zur automatischen Wiederholungszählung und Übungsorchestrierung. Diese Erfindung ermöglicht auf einem tragbaren Computer wie beispielsweise einen Smartphone/Handy oder PDA einen Zugang zu einem vorgeschriebenen Trainingsprogramm. Ähnlich der Erfindung US 6 796 925 B2 werden die Bewegungswiederholungen hochgezählt. Dazu sind zwei verschiedene Module notwendig. Zum einen ein ”portable computer device” wie beispielsweise ein Handy/Smartphone und ein externer Sender mit Beschleunigungssensor, welcher drahtlos die Messdaten an den tragbaren Computer sendet.
EP 1 688 746 A2 beschreibt eine Erfindung die menschliche Körperbewegungen misst. Diese Körperbewegungen werden mittels Beschleunigungssensor erfasst.
WO 01/69 180 A1 beschreibt eine Erfindung, welche es ermöglicht die Geschwindigkeit und die Distanz während einer Laufbewegung, beispielsweise in einem Ausdauertraining, zu messen.
US 6 820 025 B2 beschreibt eine Erfindung zur Bewegungserkennung an einem gelenkig verbundenen starren Körper. Diese Erfindung kann die Position eines Sensors im Raum feststellen.
US 5 807 284 A beschreibt eine Erfindung zur Verfolgung des menschlichen Kopfes oder ähnlich großen Körpern. Diese Erfindung dient beispielsweise Virtual Reality Applikationen um Kopfbewegungen zu verfolgen.
DE 100 29 459 A1 beschreibt eine Erfindung zur Erfassung der Position und/oder Bewegung eines Objekts und/oder Lebewesens sowie Teile dieser Einrichtung. Diese Erfindung eignet sich beispielsweise zur Positionsbestimmung eines Spielballes auf einem Fussballfeld um beispielsweise herauszufinden, ob der Ball bei einem Torschuss hinter der Torlinie positioniert war.
DE 100 29 459 A1 beschreibt eine Erfindung die sich wiederholende Bewegungen von Schwimmern erkennen, verfolgen, anzeigen und identifizieren kann. Die Anwendung der Erfindung bezieht sich auf schwimmspezifische Bewegungsabläufe, zwei Bewegungsachsen und Beschleunigungsdaten.
CA 1 148 186 A beschreibt eine Erfindung, welche es Tennisspielern ermöglicht, das kontrollierte Biegen des Handgelenks zu erlernen. „It is therefore the primary object of this invention to provide means whereby a player can be automatically informed of errors, so that he can learn to avoid them.” ( CA 1 148 186 A , S. 1–2). Zur Bestimmung der Biegung des Handgelenks werden mehrere Bänder und Verkabelungen, sowie eine externe Aufzeichnungsvorrichtung und Sensoreinheit verwendet. Die Erfindung befindet sich nicht in einer einzelnen geschlossenen Vorrichtung. Die externe Aufzeichnungsvorrichtung speichert die Anzahl und Frequenz der Biegungen des Handgelenks.
DE 42 22 373 A1 beschreibt eine Erfindung zur Weg- und Geschwindigkeitsmessung von Sportlern wie beispielsweise Skifahrer, Surfer, Segler oder Radfahrer. Zur Berechnung des Weges- und der Geschwindigkeit wird ein Beschleunigungssensor eingesetzt.
DE 198 30 359 A2 beschreibt eine Erfindung zur räumlichen Lage- und Bewegungsbestimmung von Körperteilen und Körpern mittels einer Kombination von inertialen Orientierungs-Meßaufnehmer und Positionserfassungssensoriken. Mit dieser Erfindung könnte beispielsweise die Position eines Körpersegmentes im Raum oder ein Teilkoordinatensystem bestimmt werden.
US 5 676 157 A beschreibt eine Erfindung zur Bestimmung kinematisch eingeschränkter mehrgelenkiger Strukturen. Diese Erfindung erlaubt die Bestimmung der räumlichen Position und Orientierung von Körpersegmenten.
DE 10 2006 047 099 A1 beschreibt eine Erfindung zum Sammeln und Aufbereiten von Trainingsdaten in einem Fitnessstudio. Diese Erfindung ermöglicht eine Erfassung von Trainingsdaten an stationären Trainingsgeräten in Form von Kraft-, Bewegungs- und Wiederholungsinformationen und die Aufbereitung der Daten zur Trainingskontrolle.
US 2007/0 219 059 A1 beschreibt eine Erfindung zur kontinuierlichen Überwachung und Echtzeit-Analyse von Übungen. Durch diese Erfindung ist es möglich Körpergeräusche, Körperzeichen, Vitalfunktionen, Bewegungen und Maschineneinstellungen kontinuierlich und automatisch zu überwachen. Diese Erfindung ist speziell auf eine Herz-Lungen-Überwachung eines Sportlers während eines Trainingsablaufes ausgelegt, um die Sicherheit insbesondere bei Rehabilitationspatienten bei Übungsausführen zu gewährleisten.
US 4 660 829 A beschreibt eine Erfindung die es ermöglicht, in Sportspielen wie beispielsweise Tennis, Bewegungen von zwei Körpersegmenten wie dem Handgelenk und dem Unterarm zu erfassen. Um diese Bewegungen zu erfassen werden zwei separate Module eingesetzt.
US 2011/0 082 394 A1 beschreibt eine Erfindung zur Überwachung sportbezogener Fitness durch Schätzung der Muskelkraft und die gemeinsame Kraft von Extremitäten, bestehend aus einem Sensormodul und einem Kraft/Weg-Detektionsmodul zur Klassifizierung von Bewegungsserien bezogen auf die Muskelkraft und die gemeinsame Kraft der Gliedmaßen. Mit dieser Erfindung können Bewegungen beispielsweise erkannt/klassifiziert werden, welche beispielsweise in den oberen und untere Gliedmaßen ausgeführt wurden.
US 6 514 219 B1 beschreibt eine Erfindung zur automatischen biomechanischen Analyse und Erkennung und Korrektur von Haltungsabweichungen. Diese Erfindung ermöglicht mittels optischen Markern an verschiedenen Körpergelenken diese Körpergelenke im Raum zu erfassen und Analysen vorzunehmen.
US 6 834 436 B2 beschreibt eine Erfindung um an einem menschlichen Körper eine liegende, sitzende oder stehende Position unterscheiden zu können. Weiterhin können mit der Erfindung zu viel oder zu wenig Aktivität von Gelenken oder Bewegungen festgestellt werden.
Bei der Betrachtung der aufgezählten Erfindungen wird deutlich, dass bislang keine Erfindung für das Krafttraining entwickelt wurde, welche es ermöglicht, mobil am menschlichen Körper eine einzige Vorrichtung in einem Gehäuse komfortabel anzubringen, welche man vor Trainingsbeginn am Körper befestigt, um präzise relevante Trainingsdaten in sämtlichen Krafttrainingsübungen, mit sämtlichen Trainingsutensilien, zu erfassen, ohne auf fest vorgeschriebene Trainingsabläufe, und/oder Sensoren an stationären Krafttrainingsgeräten, und/oder weitere Module, und/oder weitere Vorrichtungen mit mehreren Gehäusen angewiesen zu sein. Weiterhin fehlt es an einer nachträglichen und fortwährenden Analyse der Trainingsdaten, mit denen das Krafttraining mit sämtlichen Belastungsnormativa in verschiedenen Trainingsebenen gesteuert werden kann und Leistungsprognosen in den Krafttrainingsübungen errechnet werden können. Zu den relevanten Trainingsdaten, welche von den bisherigen Erfindungen nicht gemessen und errechnet werden, zählen unter anderem:

– der präzise Weg-Zeit-Verlauf des Kraftangriffspunkt der Masse eines Trainingsutensils in sämtlichen Krafttrainingsübungen in X-, Y- und Z-Achse;
– die Spannungsdauer/physiologische Arbeit/Anspannungszeit (engl.: Time Under Tension; kurz: TUT) exzentrischer und konzentrischer Muskellängenänderungen sowie isometrischer Muskelkontraktionen;
– die Masse des Trainingsgewichts;
– die gewählte Griffbreite, insbesondere bei geradlinigen (mehrgelenkigen) Trainingsübungen;
– die mechanische Arbeit/Hubarbeit;
– die Rotationsarbeit, insbesondere bei Drehbewegungen in isolierten/eingelenkigen Trainingsübungen aus Drehmoment und Drehwinkel;
– der Drehmoment-Zeit-Verlauf;
– der Ausgangswinkel des jeweils übergeordneten Gelenkes zur Berechnung des Zeit-Verlaufes des Muskellängenzustands;
– die Berechnung der veränderten Krafteinwirkung auf den Angriffspunkt der Masse des Trainingsutensils bei der Auswahl des Trainingsutensils Kabelzug und/oder Maschine;
– das Erkennen von momentanem Muskelversagen in einem Trainingssatz.

Weiterhin brauchen Benutzer in einer Erfindung eine Auswahl an Krafttrainingsübungen und Trainingsutensilien um die genannten relevanten Trainingsdaten präzise berechnen zu können, da die Messwerte je nach Krafttrainingsübung und gewähltem Trainingsutensil stark variieren. Weiterhin brauchen Benutzer um valide Trainingsdaten zu erhalten ein Verfahren, welches die Position des Kraftangriffspunkt der Masse des Trainingsutensils im Raum feststellen kann. Dieses Verfahren kann bei einer Bestimmung von Sensorwerten nur dann wirklich präzise sein, wenn bereits die mathematische Struktur und die Messverfälschungen in den jeweils gewählten Krafttrainingsübungen mit einem Trainingsutensil und den dazugehörigen festgelegten Bewegungsabläufen, bekannt sind. Um ein Krafttraining steuern sowie Leistungsprognosen in Krafttrainingsübungen berechnen zu können, reicht die einmalige Erfassung von Trainingsdaten in einer Trainingseinheit nicht aus. Es müssen über einen längeren Zeitraum (fortwährend) in verschiedenen Trainingsebenen Daten erfasst und analysiert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einem Benutzer die Möglichkeit zu bieten, mobil am Körper eine einzige Vorrichtung anzubringen, welche relevante Trainingsdaten in sämtlichen Krafttrainingsübungen präzise, mit jedem zur Verfügung stehenden Trainingsutensil, erfassen kann, nicht auf weitere oder bereits vorhandene Module (wie bspw. Smartphones/Handys, und/oder externe Sensormodule und/oder Sensoren an stationären Geräten) angewiesen ist, sowie das Krafttraining anhand einer Vielzahl von, über einen längeren Zeitraum erfassten, Trainingsdaten in verschiedenen Trainingsebenen zu steuern und Leistungsprognosen in den Krafttrainingsübungen berechnen zu können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung nach Anspruch 10. Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine mobile Vorrichtung, welche an einem, für eine Krafttrainingsübung festgelegten, Körpersegment befestigt wird und mittels Beschleunigungssensor, Gyroskop, Kalman-Filter/Direction Cosine Matrix, zweifacher Integrierung von Beschleunigungswerten, der Hochpassfilterung von Sensor-Offsets und einer anfänglichen Kalibrierung besagter mobiler Vorrichtung vor Beginn des Bewegungsablauf präzise multiple Trainingsdaten, von festgelegten Bewegungsabläufen in N Krafttrainingsübungen und einem Trainingsutensil X, misst. Zu den besagten multiplen Trainingsdaten gehören beispielsweise die besagten relevanten Trainingsdaten. Der Begriff „präzise” definiert sich dahingehend, dass die Bewegungsabläufe durch die Auswahl der Krafttrainingsübungen und der Trainingsutensilien vorgegeben sind und dadurch die mathematische Struktur und die Messverfälschungen bekannt sind. Diese besagten vorgegebenen Bewegungsabläufe befinden sich auf einer zweiten Speichereinheit in der besagten mobilen Vorrichtung und werden gemeinsam mit den Sensorrohwerten im Prozessor verarbeitet. Erfindungen, welche eine Modellierung der Krafttrainingsübungen mit den besagten Trainingsutensilien nicht explizit beinhalten, weisen ungenauere Berechnungen auf, da Bewegungsabläufe und Sensorwerte nicht vorweg bekannt sind. Der Begriff „relevant” definiert sich dahingehend, dass die gemessenen Trainingsdaten für den Fortschritt des Benutzers unabdingbar sind und beispielsweise Erfindungen, welche den Puls messen, für das Krafttraining völlig unbrauchbar wären. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Datenschnittstelle, einen Trainingsdatenserver und ein Trainingsmodell. Durch die besagte Datenschnittstelle können besagte multiple Trainingsdaten auf einen Computer, und von dort auf den besagten Trainingsdatenserver übertragen werden. Eine Analyse der besagten multiplen Trainingsdaten auf besagten Trainingsdatenserver beruht auf dem besagten Trainingsmodell, welches eine Prognose der zukünftigen Leistungen in den besagten Krafttrainingsübungen und eine Steuerung des Krafttrainings in verschiedenen Trainingsebenen ermöglicht.
Kurzbeschreibung der Abbildungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen näher erläutert. Es zeigen:
1: ein Überblick in Form eines Blockdiagramms einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anordnung;
2: die Vorrichtung an einem Körpersegment mit dem Abstand zu dem Kraftangriffspunkt der Masse eines Trainingsutensils und dem Abstand zur Drehachse (Ellenbogengelenk);
3: eine von einem stehenden Benutzer exemplarisch ausgeführte Trainingsübung „Bizepscurls” mit dem Trainingsutensil „Langhantel”;
4: eine von einem liegenden Benutzer exemplarisch ausgeführte Trainingsübung „Bankdrücken” mit dem Trainingsutensil „Langhantel”, mit Blick von hinten auf den Benutzer;
5: eine drei-dimensionale Perspektive der Trainingsübung „Bankdrücken”;
6: einen stehenden Benutzer mit den Positionen der Körpersegmente an denen die mobile Vorrichtung mindestens befestigt werden kann;
7: zeigt eine exemplarische Ausgangsposition der Krafttrainingsübung „Bizepscurls” mit dem Trainingsutensil „Kurzhantel”, senkrecht zum Erdboden;
8: zeigt eine exemplarische mittlere Unterarmposition der Krafttrainingsübung „Bizepscurls” mit dem Trainingsutensil „Kurzhantel”, senkrecht zum Erdboden;
9: zeigt eine exemplarische angewinkelte Ausgangsposition der Krafttrainingsübung „Bizepscurls” mit dem Trainingsutensil „Kurzhantel”;
10: zeigt eine exemplarische angewinkelte mittlere Unterarmposition der Krafttrainingsübung „Bizepscurls” mit dem Trainingsutensil „Kurzhantel”;
11: die Anordnung der Trainingsdaten/Input; die Trainingsebenen in denen die Trainingsdaten erzeugt werden und das Krafttraining gesteuert werden kann; der Output der errechnet/prognostiziert und erfasst werden kann;
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt einen Überblick in Form eines Blockdiagramms einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anordnung. Die mobile Vorrichtung 1 ist in 1 exemplarisch am Handgelenk und/oder am Unterarm des Benutzers 21 befestigt. Sämtliche Möglichkeiten die mobile Vorrichtung an den Körpersegmenten zu befestigen sind in 6 beschrieben. Die mobile Vorrichtung 1 kann beispielsweise in Form einer Armbanduhr getragen werden und ist von einem Gehäuse umhüllt. Weitere Module und/oder Vorrichtungen werden nicht benötigt. Am inneren Rand des Gehäuses befinden sich ein Lautsprecher und ein Vibrationsmotor (nicht abgebildet). Die mobile Vorrichtung 1 besteht aus einer Benutzerschnittstelle 2, in Form von Tasten/Knöpfen welche beispielsweise in Form eines Steuerkreuzes angeordnet sein können und/oder sich am äußeren Rand der Vorrichtung 1 befinden.
Eine Anzeigeeinheit 3, beispielsweise in Form eines Displays, welches dem Benutzer ein graphische Benutzeroberfläche (GUI) 6, anzeigt. Das Display selbst kann als Benutzerschnittstelle, beispielsweise in Form eines Touchscreens, ausgebildet sein. Eine zweite Speichereinheit 4, beinhaltet vorgegebene Bewegungsdaten, bestehend aus den Kenngrößen festgelegter Bewegungsabläufe einer Krafttrainingsübung mit einem Trainingsutensil X. Diese kann beispielsweise als integrierter Flashbaustein oder als SD-Speicherkarte ausgeführt sein. Die Sensoren 5 bestehen aus einem Beschleunigungssensor und einem Drehratensensor (Gyroskop). Der Prozessor 9 ruft u. a. von der zweiten Speichereinheit 4 die besagten vorgegebenen Bewegungsdaten ab und erhält von den Sensoren 5 die Sensorrohwerte. Im Algorithmus 7 werden überarbeitete Messwerte generiert, in Abhängigkeit von den Sensorrohwerten und den vorgegebenen Bewegungsdaten aus der zweiten Speichereinheit 4.
Durch die Kombination eines Beschleunigungssensors und eines Gyroskops sowie der Fusion der Sensorrohwerte und den vorgegebenen Bewegungsdaten per Kalmanfilter/Direction Cosine Matrix, ist es möglich die Ausrichtung der mobilen Vorrichtung 1 im Raum (Roll-, Nick-, Gierwinkel) relativ zur Erde zu berechnen. Diese Ausrichtung wird u. a. vom Algorithmus 7 berechnet. Die Berechnung der Ausrichtung ist im bewegten Zustand alleine per Beschleunigungsdaten nicht möglich, da neben der Erdbeschleunigung noch weitere nicht von einander zu trennende Beschleunigungen auftreten. Durch die bekannte Ausrichtung ist es möglich die Beschleunigungsdaten vom lokalen System (mobile Vorrichtung 1) in das globale Koordinatensystem zu transformieren. Es lassen sich Beschleunigungen im globalen Koordinatensystem feststellen. Rechnet man die Beschleunigungen nicht um, sind sie so fehlerbehaftet, dass keine Berechnungen von Bewegungsvektoren und aller daraus resultierender Größen möglich sind. Mit Hilfe des festen Bezugssystems ergibt sich die Möglichkeit die mobile Vorrichtung 1 an verschiedenen Positionen zu befestigen, auch welchen die sich bei der geplanten Bewegung drehen obwohl die Bewegung geradlinig ist (z. B. Befestigung am Handgelenk/Unterarm in der Krafttrainingsübung „Bankdrücken” in 4).
Der Fehler der dadurch entsteht, dass sich die mobile Vorrichtung 1 (2) nicht im Mittelpunkt der Bewegung 22) befindet, also am Kraftangriffspunkt der Masse des Trainingsutensils 22, kann mathematisch korrigiert werden, wenn der Abstand 23 und der Abstand 25 bekannt sind. Allgemein kann jede geometrische Abweichung korrigiert werden, solange das Körpersegment an dem die mobile Vorrichtung 1 befestigt ist bei der Übung über höchstens ein Gelenk mit dem Trainingsgerät verbunden ist (in 2 das Handgelenk). Durch zweifaches Integrieren der Beschleunigungen kann der Bewegungsvektor der mobilen Vorrichtung 1 aufgezeichnet werden. Da sich ein kleines systembedingtes Offset, durch Drift der Sensoren 5 über die Zeit, bei zweifacher Integration stark auswirkt, muss dieses Offset durch Hochpassfiltern eliminiert werden. Deswegen kann keine absolute Position errechnet werden, sondern nur Relativpositionen mit einer unteren Grenzfrequenz. Da somit der Weg-Zeit-Verlauf des Trainingsutensils bei der Krafttrainingsübung bekannt ist, können auch Abweichungen von der vorgesehenen Bewegung und kurze Stopps in der Bewegungsamplitude erfasst werden.
Bevor der Bewegungsablauf begonnen wird, wählt der Benutzer 21 eine Krafttrainingsübung und ein Trainingsutensil aus. In besagter zweiter Speichereinheit 4 befinden sich für die gewählte Krafttrainingsübung mit einem bestimmten Trainingsutensil besagte vorgegebene Bewegungsdaten, welche vom Prozessor 9 abgerufen und laufend mit den Sensorrohwerten verarbeitet werden. Das ordnungsgemäße Ausführen einer Krafttrainingsübung mit einem Trainingsutensil schränkt die Freiheitsgrade der mobilen Vorrichtung 1 ein. Dadurch kann die vorläufig errechnete Position, speziell deren Veränderung (Bewegung im Raum), weiteren Plausibilitätstests unterzogen werden. Weiterhin schränkt sowohl die gewählte Krafttrainingsübung, als auch das Skelett des Menschen die möglichen Freiheitsgrade des Körperteils ein, an dem die mobile Vorrichtung 1 befestigt ist. Beispielsweise kann sich die mobile Vorrichtung 1 wenn sie am Oberarm befestigt ist nur auf einer ”Kugeloberfläche” bewegen, solange der Körper still gehalten wird. Wenn dieses Modell bei den Berechnungen beachtet wird, kann die Genauigkeit des Systems weiter erhöht werden, indem bestimmte Eingangsdatenmuster sicher als Fehler identifiziert werden. Somit ist es auch möglich, solange die entsprechenden Maße bekannt sind (Länge von Ober und Unterarm, Griffweite etc.), aus der Bewegung des Körpersegmentes die Bewegung des Trainingsutensils zurückzurechnen. Mit diesen Daten lässt sich beispielsweise die aufgewendete mechanische Arbeit berechnen. Für untersetzte Trainingsgeräte (Gewicht über Flaschenzug o. ä.) können bei bekanntem Untersetzungsfaktor diese Werte ebenfalls errechnet werden. Dafür werden einmalig die weiteren dafür notwendigen Daten manuell vom Benutzer 21 über die Benutzerschnittstelle 2 eingegeben.
Zur Verbesserung der Berechnung und/oder der Erweiterung der multiplen Trainingsdaten, wird vor Beginn des Bewegungsablaufes eine Kalibrierung durchgeführt, wodurch die Position und die Lage der besagten mobilen Vorrichtung 1 im Raum errechnet werden. Weiterhin wird durch die Kalibrierung die Ausgangsposition, beispielsweise des Unterarmes, der Krafttrainingsübung erfasst und weitere Trainingsdaten wie beispielsweise der Ausgangswinkel des jeweils übergeordneten Gelenkes und die gewählte Griffbreite (nicht abgebildet) errechnet. Die gewählte Griffbreite ist insbesondere bei geradlinigen (mehrgelenkigen) Krafttrainingsübungen von Interesse, wie beispielsweise bei der Krafttrainingsübung „Bankdrücken” 4. Diese kann beispielsweise bei der Krafttrainingsübung „Bankdrücken” durch den Winkel des Unterarmes zum Trainingsutensil „Langhantel” errechnet werden. Dazu müssen einmalig ein ausgewählter Abstand der Hände und der dazugehörige Winkel des Unterarmes bekannt sein. Diese Abstände können vom Benutzer 21, bei einem vorgegebenen Winkel des Unterarmes, über die besagte Benutzerschnittstelle 2 einmalig manuell eingegeben werden. Darauffolgend kann die gewählte Griffbreite automatisch errechnet werden.
Weiterhin werden im System 8 (1) die errechneten multiplen Trainingsdaten über das GUI 6 zur Anzeigeeinheit 3 gebracht oder auf einer ersten Speichereinheit 14 hinterlegt. Sowohl die Sensorrohwerte, als auch die überarbeiteten Messwerte und/oder errechnete multiplen Trainingsdaten können auf der ersten Speichereinheit 14 gespeichert werden. Das System 8 verwaltet weiterhin alle Low-Level Funktionen wie Schnittstellen 13, Speicherorganisation und den Energiehaushalt des Geräts, als auch die Verarbeitung der Benutzereingaben. Mit Hilfe des Power Managements 10 wird vom System der Ladezustand des Akkus 11 überwacht, um bei Unterspannung entsprechende Meldungen an den Benutzer 21 weiterzugeben. Die Schnittstelle 13 (auch Datenschnittstelle genannt) wird sowohl zur Datenübertragung als auch zur Stromversorgung der Ladeschaltung 12 genutzt. Da als Akku 11 beispielsweise ein Lithium-Akku verwendet wird, muss mit Hilfe einer chip-basierten Ladeschaltung sichergestellt werden, dass keine Überladung des Akkus 11 stattfindet.
Die Schnittstelle 13, ermöglicht eine Datenübertragung an einen Computer 15, beispielsweise per USB. Der Computer 15 kann über das Internet die multiplen Trainingsdaten und/oder überarbeiteten Messwerte an einen zentralen Trainingsdatenserver 14 übertragen. Ein externer Benutzer 20, beispielsweise ein Trainer, Arzt oder Physiotherapeut, kann auf den Trainingsdatenserver 16 zugreifen und Einsicht in die Trainingsdaten haben. In dem zentralen Trainingsdatenserver 16 befindet sich ein Trainingsmodell 17, welches dazu ausgebildet ist, Leistungsprognosen 19 in den Krafttrainingsübungen, in Form des Repetition Maximum 46 (11) zu berechnen und das Krafttraining anhand der gemessenen multiplen Trainingsdaten, persönlichen Trainingsdaten, welche zuvor auf dem Trainingsdatenserver 16 vom Benutzer 21 eingegeben und gespeichert wurden, und allen weiteren Trainingsdaten 44, welche über einen längeren Zeitraum im Krafttraining erzeugt werden (11), zu steuern 18. Das Trainingsmodell 17 steuert 18 das Krafttraining anhand von errechneten zukünftigen Konstellationen der Belastungsnormative und/oder Trainingsdaten 44 (11) in verschiedenen Trainingsebenen 45 (11), welche wiederum auf dem Trainingsdatenserver 16 abgelegt werden und vom Benutzer 21 über den Computer 15 und das Internet abgerufen werden können. Diese Steuerung 18 kann beispielsweise in Form einer Trainingsempfehlung für zukünftige Trainingseinheiten und/oder Trainingszyklen an den Computer 15 des Benutzers 21 übertragen werden.
Auf dem Trainingsdatenserver 16 ist eine einmalige Anmeldung des Benutzers 21 über einen Computer 15 über das Internet notwendig. Bei dieser Anmeldung werden persönliche Trainingsdaten erfasst, welche mindestens einen der nachfolgenden Informationen enthalten:

– Trainingserfahrung in einer bestimmten Zeiteinheit,
– Kraftwerte in Trainingsübungen,
– Alter,
– Geschlecht,
– Körpergewicht,
– Körperfettanteil,
– Vorerkrankungen,
– weitere sportliche Aktivitäten,
– Nahrungsaufnahme,
– zeitliche und motivationale Aspekte,
– persönliche Trainingsziele.

Die in 11 aufgezählten Trainingsdaten 44, welche für die Steuerung des Krafttrainings und die Prognose der Leistungen in den Krafttrainingsübungen verwendet werden, werden entweder von der mobilen Vorrichtung 1 berechnet, stecken als implizite Information in den von der mobilen Vorrichtung 1 errechneten multiplen Trainingsdaten und/oder sind durch die Anmeldung auf dem Trainingsdatenserver 16 und/oder den dazugehörigen persönlichen Trainingsdaten bestimmt worden.
Traditionellerweise erfolgt die Steuerung von Krafttraining durch Maximalkrafttests, in denen das sogenannte Repetition Maximum ermittelt wird. Ein Trainingssatz wird bis zu dem Punkt des momentanen Muskelversagens ausgeführt, an dem es trotz größtmöglicher Anstrengung und Motivation nicht gelingt eine weitere Wiederholung auszuführen. Im deutschsprachigen Raum spricht man vom Wiederholungsmaximum, wobei sich die englische Begriffsbezeichnung auch im deutschsprachigen Raum durchgesetzt hat (Gießing, 2003). Ob in einem Trainingssatz bis zum momentanen Muskelversagen trainiert wurde, lässt sich anhand der Beschleunigungs- und Winkelgeschwindigkeitswerte errechnen. Aus dem maschinellen Lernen existiert dafür eine Vielzahl an algorithmischen Ansätzen. Man kann zwischen überwachten, unüberwachten und bestärkenden Lernen unterscheiden. Dieses kann beispielsweise mittels Künstlicher Neuronaler Netze, Hidden Markov Models und/oder weiterer mathematischer/statistischer Verfahren geschehen. Beim überwachten Lernen gibt der Benutzer 21 manuell in der mobilen Vorrichtung 1 an, ob ein Trainingssatz bis zum momentanen Muskelversagen ausgeführt wurde (sog. Trainingsdaten für den Algorithmus). Der Algorithmus lernt durch die Trainingsdaten eigenständig und berechnet selbst, ob weitere Trainingssätze bis zum momentanen Muskelversagen ausgeführt wurden. Der Benutzer 21 kann danach selbst überprüfen ob die späteren Berechnungen stimmen (sog. Validierungsdaten für den Algorithmus). Der Algorithmus kann eine Mischung aus überwachtem, unüberwachtem und bestärkenden Lernen beinhalten und sowohl auf der mobilen Vorrichtung 1 selbst, als auch auf dem Trainingsdatenserver 16 ausgeführt werden. Weiterhin kann auf der Vorrichtung 1 beispielsweise eine extra dafür ausgebildete Taste vorhanden sein, mit der komfortabel nach jedem Trainingssatz angegeben wird, ob der Trainingssatz bis zum momentanen Muskelversagen ausgeführt wurde.
Die traditionelle Steuerung von Krafttraining durch Maximalkrafttests beschränkt sich auf das Belastungsnormativ „Trainingsintensität”. In der trainingswissenschaftlichen Literatur existieren aber neben dem Belastungsnormativ Trainingsintensität die Trainingsdichte, Trainingsdauer, Trainingshäufigkeit und der Trainingsumfang. Neben den Belastungsnormativen ist auch die Wahl der Krafttrainingsübung von entscheidender Bedeutung, da Anpassungen des menschlichen Körpers sehr übungsspezifisch stattfinden und sich nicht von Krafttrainingsübung zu Krafttrainingsübung übertragen lassen. Um Prognosen 19 errechnen und das Krafttraining steuern 18 zu können ist ein Trainingsmodell 17 notwendig, welches den Systemzustand und das Systemverhalten abbildet.
In der Sportwissenschaft kommen bislang, insbesondere in Sportspielen und dem Ausdauertraining, mathematisch (bspw.: Differenzengleichungen, e-Funktionen)/statistische (bspw.: multiple Regression) und unkonventionelle Modellierungsparadigmen (bspw.: Künstliche Neuronale Netze, Fuzzy Logic, Genetische Algorithmen) zur Anwendung. Zur Prognose zeigen Edelmann-Nusser et al. (2006), dass sich Künstliche Neuronale Netze zur Modellierung von Wettkampfleistung im Schwimmen bei den Olympischen Spielen 2000 und 2004 als sehr präzises Modellierungsparadigma erweist und die Wettkampfleistung bis auf 0,05 s genau vorhersagen kann. Im Krafttraining werden Künstliche Neuronale Netze bislang nicht eingesetzt. In der Automatisierungs- und Regelungstechnik kommt bereits seit einigen Jahren Fuzzy-Logik zur Anwendung. Im Gegensatz zur binären Logik wird in der Fuzzy-Logik mit Zugehörigkeitsfunktionen gearbeitet, welche bereits erfolgreich beispielsweise in Abstandsreglern von Fahrzeugen integriert sind. Im Krafttraining kommt Fuzzy-Logik bislang nicht zur Anwendung.
Arandjelovic (2010) zeigt ein mathematisches Modell der neuromuskulären Anpassung an ein Krafttraining. Dieses sehr spezifische Modell beschreibt die kurzfristige Anpassung an ein Krafttraining, beschreibt aber nicht die komplette Anordnung und die Beziehungen der Belastungsnormative und der Krafttrainingsübungen untereinander. Um die Systeme „Krafttraining” und „Anpassung des menschlichen Organismus an Krafttraining”, insbesondere über einen längeren Zeitraum, zu modellieren, benötigt es mehrere verschiedene Modellierungsparadigmen, da es sich um komplexe Systeme handelt, welche sich nichtlinear und teilweise linear verhalten, chaotische Anteile beinhalten und sich dynamisch über die Zeit verändern. Teilzusammenhänge im Krafttraining können beispielsweise mittels empirischer Studien im Krafttraining und einer probabilistischen Modellierung beschrieben werden. Andere Zusammenhänge hingegen sind höchst komplex, wodurch sich unkonventionelle Paradigmen wie beispielsweise Künstliche Neuronale Netze eignen, da kein spezielles Vorwissen notwendig ist.
Zur Prognose 19 der Kraftleistungen in den Krafttrainingsübungen können sich, wie bereits oben beschrieben, beispielsweise Künstliche Neuronale Netze anbieten. Zur Belastungssteuerung 18 (Steuerung) wird sich in den Bereichen der empirisch belegten Trainingsbereiche bewegt werden (Sollwerte von Neuronalen Aktivierungsmethoden, Hypertrophiemethoden, schnelligkeitsorientierte Maximalkraftmethoden, Kraftausdauermethoden etc.), welche insbesondere vom Trainingsziel des Athleten, den weiteren persönlichen Trainingsdaten und den multiplen gemessenen Trainingsdaten abhängig sind. Das Trainingsziel ist durch die Anmeldung des Benutzers 21 auf dem Trainingsdatenserver 16 in den persönlichen Trainingsdaten gespeichert. Zur Belastungssteuerung 18 (Steuerung) innerhalb dieser Sollwerte kann sich beispielsweise Fuzzy-Logik anbieten. Fuzzy-Logik kann hierbei helfen, Sollwerte bereits bekannter Trainingsbereiche in denen der Benutzer 21 trainieren sollte, einzuhalten. Mittels Regelbasis (bspw.: Wenn-Dann-Regeln) und Zugehörigkeitsfunktionen können so beispielsweise die notwendigen Wechsel zu einer neuen Trainingsmethode 47 (11) errechnet werden, welche beispielsweise nach einer gewissen zeitlichen Dauer, mit einem bestimmten Trainingsvolumen und einer bestimmten Trainingsintensität ausgeführt wurde. Die Klassifizierung der einzelnen Trainingsmethoden und die dazugehörigen Wertebereiche sind in der sportwissenschaftlichen Grundlagenliteratur für jede Trainingsebene 45 (11) aufgeführt und mehrfach empirisch belegt. Die in 11 aufgezählten Methoden 47 IK, HT, KA und SOM beschreiben die Methoden der Intramuskulären Koordination, Hypertrophie, Kraftausdauer sowie die schnelligkeitsorientierte Maximalkraftmethode. Diese Methoden 47 zählen zu den meistgewählten Krafttrainingsmethoden im fitnessorientierten Krafttraining.
Das jeweilige Repetition Maximum 46 (11 sowie das One-Repetition-Maximum, können Auskunft über die aktuelle Leistungsfähigkeit des Athleten in einer bestimmten Krafttrainingsübung geben. Sobald ein Trainingssatz bis zum momentanen Muskelversagen ausgeführt wird (beispielsweise bis zur 12. Wiederholung), ist das Repetition Maximum bis zu dieser ausgeführten Wiederholung bekannt. Anhand dieser Wiederholungszahl und der bewegten Trainingslast kann mittels empirisch belegter Formeln das hypothetische One-Repetition-Maximum (h1RM) errechnet werden (Gießing, 2003).
Anhand des aktuellen Leistungsstandes können beispielsweise Belastungs-Leistungs-Modelle erstellt werden. Sportartunspezifische Belastungs-Leistungs-Modellierungen haben Perl (2001) und Banister (1975) entwickelt. Durch die nichtlineare und dynamische Modellierung des PerPot-Modells (Differenzengleichungen) von Perl (2001) ist es dem simulierten, mittelfristigen ansteigendem Trend des Fitness-Fatigue Modells (e-Funktionen) von Banister (1975) überlegen (Pfeiffer & Perl, 2009). Eine Verbesserung dieses Antagonismus zwischen Belastung und Leistung kann beispielsweise auch mittels Verfahren des Data-Mining, maschinellen Lernens, der Statistik und/oder unkonventioneller Verfahren erzielt werden. Zur Bestimmung der Belastung-Leistung-Wechselwirkung werden diese Verfahren im Krafttraining bisher nicht angewandt. Werden über einen längeren Zeitraum Trainingsdaten eines Benutzers 21 erfasst, so lassen sich aus den Trainingsdaten Muster erkennen, welche eine individuelle Belastung-Leistung-Wechselwirkung des Benutzers 21 erkennen lassen. Diese besagte Wechselwirkung kann wiederum in die besagte Steuerung 18 einfließen.
Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich auf die mobile Vorrichtung 1. Um die Spannungsdauer einer Muskulatur in einer Krafttrainingsübung zu erfassen, müssen auf der mobilen Vorrichtung 1 bereits Informationen zur Anatomie des menschlichen Skelettsystems und die Funktionen des Muskels abgespeichert sein. Muskeln können in Gelenken beispielsweise die Funktionen der Innen- und Außenrotation, Translation, Abduktion und Adduktion, Extension und Flexion, Supination und Pronation sowie Anteversion und Retroversion haben. Dabei gibt es in Krafttrainingsübungen eine sogenannte Zielmuskulatur, welche hauptsächlich in der jeweiligen Trainingsübung belastet wird (bspw.: m. pectoralis major in der Trainingsübung Bankdrücken), unterstützende Muskulatur (bspw.: m. triceps brachii & m. deltoideus clavicularis in der Trainingsübung Bankdrücken) und eine stabilisierende Muskulatur, meist die antagonistisch kontrahierende Muskulatur (bspw.: m. biceps brachii in der Trainingsübung Bankdrücken). Die in einem Krafttraining beanspruchten Muskeln sind auf der mobilen Vorrichtung 1 gespeichert und werden automatisch den jeweils ausgewählten Krafttrainingsübungen zugewiesen. Um Zielmuskeln in Krafttrainingsübungen eine bestimmte Wertigkeit zuzuweisen fließen neben den anatomischen Informationen, Ergebnisse elektromyographischer Untersuchungen (Boeckh-Behrens & Buskies, 2000) ein. Zu den, für das Krafttraining relevanten, Muskeln zählen (Wirth, 2008; alphabetisch sortiert):

– M. abductor pollicis longus
– M. adductor brevis
– M. adductor longus
– M. adductor magnus
– M. anconeus
– M. biceps brachii
– M. biceps femoris (caput longum, caput breve)
– M. brachialis
– M. brachioradialis
– M. coracobrachialis
– M. deltoideus (pars clavicularis, acromialis, spinalis)
– M. erector spinae
– M. extensor carpi radialis
– M. extensor carpi radialis longus
– M. extensor carpi ulnaris
– M. extensor digiti minimi
– M. extensor digitorum
– M. extensor digitorum longus
– M. extensor hallucis longus
– M. extensor indicis
– M. extensor pollicis longus
– M. flexor carpi radialis
– M. flexor carpi ulnaris
– M. flexor digitorum longus
– M. flexor digitorum profundus
– M. flexor digitorum superficialis
– M. flexor hallucis longus
– M. gastrocnemius
– M. glutaeus maximus
– M. glutaeus medius
– M. glutaeus minimus
– M. gemellus inferior
– M. gemellus superior
– M. gracilis
– M. iliopsoas
– M. infraspinatus
– M. latissimus dorsi
– M. levator scapulae
– M. obliquus externus abdominis
– M. obliquus internus abdominis
– M. obturatorius externus
– M. obturatorius internus
– M. palmaris (longus)
– M. pectineus
– M. pectoralis major
– M. pectoralis minor
– M. peroneus longus
– M. piriformis
– M. popliteus
– M. pronator quadratus
– M. pronator teres
– M. quadratus femoris
– M. quadratus lumborum
– M. quadriceps femoris
– M. rectus abdominis
– M. rectus femoris
– M. rhomboideus (major)
– M. rhomboideus minor
– M. semimembranosus
– M. semitendinosus
– M. serratus anterior
– M. soleus
– M. subscapularis
– M. supinator
– M. supraspinatus
– M. tensor fascie latae
– M. teres major
– M. teres minor
– M. tibialis anterior
– M. tibialis posterior
– M. transversus abdominis
– M. trapezius (pars descendens, transversa, ascendens)
– M. triceps brachii
– M. vastus intermedius
– M. vastus lateralis
– M. vastus medialis
– M. sartorius

Zu den Krafttrainingsübungen, welche bereits auf der mobilen Vorrichtung 1 modelliert gespeichert vorliegen, und anfänglich vom Benutzer 21 ausgewählt werden, gehören mindestens (sortiert nach Körperpartie oder Funktion):

– Brust: (negativ/schräg) Bankdrücken, Fliegende (schräg/negativ), Cable Cross, Butterfly, Chest-Dips;
– Rücken: Klimmzug (breit/eng, in den Nacken, zur Brust), Latziehen (breit/eng, in den Nacken, zur Brust), Rudern sitzend, Rudern vorgebeugt, Prayer, Überzüge;
– Nacken: Schulterheben (Shrugs), Aufrechtes Rudern;
– Schulter: Nackendrücken/Schulterdrücken, Seitheben, Seitheben vorgebeugt, Frontheben, Butterfly reverse, Innen-/Außenrotation im Schultergelenk;
– Armstrecker: Frenchpress/Stirnpressen, Enges Bankdrücken, Dips, Trizepsdrücken, Kickbacks;
– Armbeuger: Curls, Scottcurls, Konzentrationscurls;
– Rumpfextension: Hyperextensions, Rumpfextensionsmaschine, Kreuzheben, Gestrecktes Kreuzheben, Goodmornings;
– Rumpfflexion: Crunches, Situps, Beinheben, Bauchmaschine;
– Unterarm: Palmarflexion, Dorsalextension, Supination, Pronation;
– Hüfte: Hüftextension, Hüftflexion, Innen- und Außenrotation, Adduktion, Abduktion;
– Beinstrecker: Kniebeuge, Beinstrecken, Frontkniebeuge, Kreuzheben, Steps, Ausfallschritt, Beinpresse liegend, Beinpresse 45°;
– Beinbeuger: Beinbeugen stehend, Beinbeugen sitzend, Beinbeugen liegend;
– Unterschenkel: Wadenheben stehend, Wadenheben sitzend, Wadenheben an der Beinpresse, Dorsalextension;
– Ganzkörper (Gewichtheben): Reißen, Stoßen (Umsetzen, Ausstoßen);

Dieser Übungskatalog an Krafttrainingsübungen, kann über die Datenschnittstelle 13 aktualisiert werden.
Die Berechnungen der multiplen Trainingsdaten und die Positionen besagter mobiler Vorrichtung 1 an den Körpersegmenten hängen von der Auswahl der Krafttrainingsübung und der Auswahl des Trainingsutensils ab. Für den Benutzer 21 stehen an besagter mobiler Vorrichtung 1 folgende Trainingsutensilien zur Auswahl:

– Langhantel
– Kurzhantel
– Maschine
– Kabelzug
– Körpergewicht

Optional kann die Griffvariante an besagter mobiler Vorrichtung 1 ausgewählt werden. Zu den wählbaren Griffvarianten gehören mindestens:

– Proniert/Obergriff/Kammgriff
– Supiniert/Untergriff
– Hammergriff/Neutralgriff/Parallelgriff
– Kreuzgriff
– Klammergriff
– SZ-Griff/Schräger-Griff

Der Trainingsumfang/das Trainingsvolumen wird in der Trainingspraxis einfachheitshalber und üblicherweise nach der Formel Satzzahl·Wiederholungen·Last berechnet. Diese Berechnungsart gibt natürlich nicht Aufschluss über die tatsächliche physikalisch/mechanisch verrichtete Arbeit. Die mechanische Arbeit/Hubarbeit errechnet sich nach der Formel: Mechanische Arbeit = Kraft·Weg
Zur besseren Veranschaulichung wird zwischen Drehbewegungen und geradlinigen Bewegungen sowie zwischen mechanischer Arbeit/Hubarbeit und Rotationsarbeit unterschieden. Bei geradlinigen Bewegungen, wie beispielsweise bei mehrgelenkigen Trainingsübungen wie dem „Bankdrücken” (4), wird unter anderem die mechanische Arbeit/Hubarbeit berechnet. Bei Drehbewegungen, also eingelenkigen Trainingsübungen wie beispielsweise den „Bizepscurls” (3) wird u. a. die Rotationsarbeit berechnet: Rotationsarbeit = Drehmoment·Drehwinkel
Die nachfolgenden Ausführungen werden anhand von 2 beschrieben. Um das Drehmoment zu berechnen müssen die Kraft und die Abstände 23 & 25 vom Kraftangriffspunkt der Masse 22 zur Drehachse 26 (Ellenbogengelenk) bekannt sein. Demnach müssen in der mobilen Vorrichtung 1 einmalig der Abstand 23 zum Kraftangriffspunkt der Masse 22 und der Abstand 25 zur Drehachse 26 manuell angegeben werden. Die Maße der Vorrichtung 1 sind bereits gegeben.
Um die Kraft zu berechnen wird vor dem Ausführen einer Krafttrainingsübung an besagter Vorrichtung 1 anfänglich die gewählte Masse des Trainingsgewichtes/Trainingsutensils 24 manuell über die Benutzerschnittstelle 2 eingegeben.
3 zeigt die Krafttrainingsübung „Bizepscurls” von der Seitenansicht. Die 3 ist in die Teilabbildungen a) bis e) unterteilt, welche eine Aufeinanderfolge von Zeitpunkten mehrerer Bewegungen zeigen und dieselben Elemente repräsentieren. In der 3 Teilabbildung a) zeigt 27 den Unterarm eines Benutzers 21. 28 zeigt das Trainingsutensil „Langhantel”. 29 zeigt den Muskel „m. biceps brachii” in einer gestreckten Ausgangshaltung. Die mobile Vorrichtung 1 ist am Unterarm/Handgelenk 36 (6) befestigt. Hebt der Benutzer 21 in 3 Teilabbildung b) den Unterarm 27, so bewegt sich die mobile Vorrichtung 1 mit dem Unterarm 27 und das Trainingsutensil 28 legt von der Ausgangsposition 30 den Weg 31 zurück. Der Muskel 29 hat dynamisch-positive Muskelarbeit geleistet, für diese konzentrische Muskellängenänderung eine bestimmte Zeit benötigt und befindet sich in einer mittleren Position. Es wurde eine Teilbewegung ausgeführt, welche nicht über die volle Bewegungsamplitude bzw. Bewegungsreichweite (engl.: Range of Motion; kurz: ROM) ausgeführt wurde. Die Bewegungsamplitude ist bewegungs-, gelenk- und muskelspezifisch und variiert von Person zu Person, weshalb eine anfängliche Kalibrierung an der Vorrichtung 1, in der die volle Bewegungsamplitude in der Trainingsübung ausgenutzt wird, optional vorgenommen werden kann.
Die Vorrichtung 1 errechnet den zurückgelegten Weg 31 sowie den Weg-Zeit-Verlauf des Kraftangriffspunkt der Masse des Trainingsutensils 28, die Dauer konzentrischer Muskellängenänderung der Zielmuskulatur „m. biceps brachii” 29, die der unterstützenden Muskeln sowie die der stabilisierenden Muskeln und die Rotationsarbeit aus Drehmoment und Drehwinkel. Teilabbildung c) in 3 zeigt, dass der Muskel 29 dynamisch-negative Muskelarbeit leistet und das Trainingsutensil 28 herabgelassen wird.
In 3 Teilabbildung d) zeigt 29 einen durch Anheben des Trainingsutensils vollständig kontrahierten Muskel. Der Unterarm kann nicht weiter an den Oberarm herangeführt werden. Es wurde die volle Bewegungsamplitude ausgenutzt. In 3 Teilabbildung d) zeigt 32 eine zufällige Abweichung des Weg-Verlaufes eines Trainingsutensils von der Idealbewegung, welcher einen längeren zurückgelegten Weg zur Folge hat. Dadurch erhöht sich zwar die Dauer der Bewegung, aber nicht die physikalisch verrichtete Arbeit, was von der mobilen Vorrichtung 1 errechnet wird. In 3 Teilabbildung e) zeigt 33 einen Weg-Zeit-Verlauf des Trainingsutensils, in welchem in Mitten der Bewegungsamplitude die Bewegung abgestoppt wurde. Beim statischen Halten des Trainingsutensils wird keine Arbeit im physikalischen Sinne verrichtet, doch wird im Muskel weiterhin Energie verbraucht. Auch bei einem längeren zurückgelegten Weg 32 wird mehr Energie verbraucht. Es reicht also nicht aus, den Trainingsumfang alleine über die mechanische Arbeit zu berechnen. Eine weitere Messgröße muss hinzugenommen werden. Dabei handelt es sich um die sogenannte Zeit unter Spannung (engl.: Time Under Tension; kurz: TUT), in der Literatur häufig auch als „physiologische Arbeit”, „Anspannungszeit” oder „Spannungsdauer” bezeichnet. Es existieren drei Arbeitsweisen und Kontraktionsformen bezogen auf Längenänderungen der Muskulatur: dynamisch-positive, dynamisch-negative und statische Muskelarbeit sowie konzentrische und exzentrische Muskellängenänderungen und isometrische Muskelkontraktionen. Die Spannungsdauer der Muskulatur wird von der Vorrichtung 1 nicht nur während isometrischer Kontraktionen (statischer Haltearbeit), sondern auch während exzentrischer und konzentrischer Muskellängenänderungen, also dynamisch-positiver und dynamisch-negativer Muskelarbeit, errechnet.
Der Bewegungsrhythmus von statischer, dynamisch-positiver und dynamisch-negativer Muskelarbeit wird in der Trainingspraxis auch als Kadenz bezeichnet. In manchen Trainingsmethoden wird diese Kadenz bewusst in die Länge gezogen und extrem langsame Bewegungen, beispielsweise in der dynamisch-negativen Phase, ausgeführt. Häufig ist es aber schwierig genaue Vorgaben von Kadenzen z. B. 4sek dynamisch-negative, 2sek statische, 4sek dynamisch-positive Muskelarbeit einzuhalten. Die besagte mobile Vorrichtung 1 ist ausgebildet, durch haptische und/oder akustische und/oder visuelle Rückmeldung an den Benutzer 21 diesen Bewegungsrhythmus einzuhalten. Hier sei dazu gesagt, dass solche elektronischen Bewegungsrhythmusvorgaben bislang lediglich an stationären Fitnessgeräten entwickelt wurden. Im Sport kann bislang keine Erfindung am Körper getragen werden und helfen, diese Kadenz einzuhalten. 34 zeigt die Achsen in denen die Vorrichtung 1 den Weg-Zeit-Verlauf errechnen kann.
4 zeigt die mehrgelenkige Krafttrainingsübung „Bankdrücken” von einer Hinteransicht. Zur besseren Veranschaulichung zeigt 5 die Übung Bankdrücken in einer 3D-Perspektive. Die 4 ist in die Teilabbildungen a) und b) unterteilt, welche eine Aufeinanderfolge von Zeitpunkten einer Bewegung zeigt und dieselben Elemente repräsentiert. In 4 Teilabbildung a) zeigt 28 das Trainingsutensil „Langhantel”, welches vom Benutzer 21 in einer Ausgangsposition statisch gehalten wird. 1 zeigt besagte mobile Vorrichtung, welche am Handgelenk/Unterarm 36 (6) des Benutzers 21 befestigt ist. Sobald der Benutzer 21 in 4 Teilabbildung b) das Trainingsutensil herablässt, erfasst Vorrichtung 1 diese Bewegung und errechnet den Weg-Zeit-Verlauf in alle drei Achsen 34. Wie von der Ausgangsposition der Vorrichtung 1 in 4 Teilabbildung a) bis zur Endposition in 4 Teilabbildung b) der Vorrichtung 1 zu erkennen ist, entsteht ein kleiner Anteil an Drehbewegung, welcher mit einem reinen Beschleunigungssensor falsch interpretiert werden würde. In diesem Beispiel treten noch relativ geringe Fliehkräfte auf. Je größer aber der Abstand zur Drehachse wird, desto größer werden bei Drehbewegungen (bspw.: 3 „Bizepscurls”) die Fliehkräfte. Weiterhin werden alle bereits besagten multiplen Trainingsdaten errechnet.
6 zeigt die Positionen am Körper eines Benutzers 21, an denen die Vorrichtung 1 mindestens befestigt werden kann, um valide Messdaten aus sämtlichen Krafttrainingsübungen erfassen zu können. 35 zeigt eine Befestigung an der Hüfte, 36 eine Befestigung am Handgelenk/Unterarm, 37 eine Befestigung am Oberschenkel oberhalb des Kniegelenks, 38 eine Befestigung am oberen Sprunggelenk und 39 eine Befestigung am Oberarm. Bei den Krafttrainingsübungen, in denen reine Handgelenksstreckungen und -beugungen durchgeführt werden, muss besagte Vorrichtung 1 direkt am Trainingsutensil befestigt werden (nicht abgebildet).
Die Muskelkraft ist u. a. abhängig von den Hebelverhältnissen, der Ausgangslänge des Muskels und dem Überlappungsgrad von Aktin und Myosin. Bezüglich der Hebel- und Gelenkwinkelverhältnisse der Trainingsübung „Bizepscurls” in 8 ergibt sich, wenn der Winkel von Unterarm zu Oberarm (nicht explizit in 8 abgebildet) des Gelenks 26 zu groß oder zu klein ist, dass die Wirkungslinie der Kraft 42 näher an die Drehachse/Gelenk 26 rückt (nicht explizit in 8 abgebildet), wodurch ein geringeres Drehmoment bei gleicher Kraft erzeugt wird. Es ergibt sich ein optimaler Winkel (Gelenk- und Muskelspezifisch), in der ein maximaler Abstand 43 der Wirkungslinie 42 des Kraftangriffspunkt der Masse 22 (2) zur Drehachse/Gelenk 26 und damit bei gleicher Kraft ein größeres Drehmoment erzeugt wird. „Diesen Winkelbereich um das maximale Drehmoment nennt man den optimalen Arbeitswinkel” (Grosser, Starischka & Zimmermann, 2004). Beispielsweise ist dieser im Ellenbogengelenk bei 60°–120° und bei Kniestreckung bei 110°–120° Innenwinkel. Um diesen optimalen Arbeitswinkel einzuhalten, ist die besagte mobile Vorrichtung 1 ausgebildet, durch haptische und/oder optische und/oder akustische Rückmeldung an den Benutzer 21, diesen optimalen Arbeitswinkel einzuhalten.
7 zeigt die Ausgangsposition der Trainingsübung „Bizepscurls”. Die mobile Vorrichtung 1 ist am Unterarm/Handgelenk 36 (6) befestigt. 26 zeigt die Drehachse, also das Ellenbogengelenk und 29 den Zielmuskel „m. biceps brachii” in seiner Ausgangslänge. Die Position der Armablage 40 und die des Armes sind komplett senkrecht. Das Gelenk das für die Position zuständig ist, ist das Schultergelenk 41. 24 zeigt das Trainingsutensil „Kurzhantel”. 8 zeigt mit 1 die Vorrichtung, sowie die Position des Unterarmes 27 (Hebelarm), in welcher der Abstand 43 der Wirkungslinie 42 des Kraftangriffspunktes der Masse 22 (2) von der Drehachse 26 am größten ist. In dieser senkrechten Armposition des Schultergelenks 41, befindet sich der Zielmuskel „m. biceps brachii” 29 in einer mittleren Längenposition. In der Literatur wird zwischen drei Muskellängenzuständen unterschieden (vgl. Holman, 1990): Einem gestreckten (stretch), kontrahierten (fully contracted) und mittleren (midrange) Längenzustand. In 8 wird also das größte Drehmoment (besagter optimaler Arbeitswinkel) und somit die größte Rotationsarbeit in einem mittleren Längenzustand verrichtet. 24 zeigt das Trainingsutensil „Kurzhantel”.
Geht man zur 9 über, so zeigt sich eine angewinkelte Ausgangsposition der Armablage 40 und des Schultergelenkes 41, also ein nicht senkrechter Ausgangsgelenkwinkel des übergeordneten Gelenks (Schultergelenk) 41 zur Drehachse/Ellenbogengelenk 26. Dieser Ausgangswinkel des kompletten Armes bzw. des Schultergelenkes 41 kann von Trainingsübung zu Trainingsübung und Armablage zu Armablage variieren. Dieser Ausgangswinkel lässt sich selbstverständlich auf Krafttrainingsübungen mit beispielsweise Bein- oder Oberkörperbewegungen übertragen. Beispielsweise muss bei der Trainingsübung „Seitheben liegend” (nicht abgebildet) mit dem Trainingsutensil „Kurzhantel” der Ausgangswinkel des kompletten menschlichen Körpers, ob er waagerecht zum Erdboden auf der Trainingsbank liegt, oder die Trainingsbank angewinkelt wurde, berechnet werden. Weiterhin beschreibt 1 die besagte mobile Vorrichtung, 27 den Unterarm, 26 die Drehachse (Ellenbogengelenk), 29 den Zielmuskel „m. biceps brachii” in seiner Ausgangslänge und 24 das Trainingsutensil „Kurzhantel”.
10 zeigt mit 1 die besagte mobile Vorrichtung, sowie die Position des Unterarmes 27 (Hebelarm), in welcher der Abstand 43 von der Wirkungslinie 42 des Kraftangriffspunktes der Masse 22 (2) zur Drehachse 26 am größten ist. In dieser angewinkelten Position der Armablage 40 bzw. des Schultergelenks 41 befindet sich der Zielmuskel „m. biceps brachii” 29 in einem gestreckten Längenzustand. In 10 wird also das größte Drehmoment (besagter optimaler Arbeitswinkel) und somit die größte Rotationsarbeit in einem gestreckten Längenzustand verrichtet.
Anhand der Beschreibungen zu 7, 8, 9 & 10 wird deutlich, dass der Ausgangsgelenkwinkel des übergeordneten Gelenks (in den Beispielen das Schultergelenk bzw. die Armablage) für den jeweiligen Längenzustand des Zielmuskels von Bedeutung ist, in welchem das größte Drehmoment erzeugt wird. Die besagte mobile Vorrichtung 1 ist ausgebildet, zu Beginn der Bewegung den Ausgangsgelenkwinkel des übergeordneten Gelenkes, in diesen Beispielen anhand des Schultergelenkes 41 bzw. der Armablage 40, das Drehmoment und den Längenzustand der Muskulatur zusätzlich zur besagten Rotationsarbeit, sowie besagte Spannungsdauer exzentrischer und konzentrischer Muskellängenänderung sowie isometrischer Kontraktionen zu berechnen.
In gestreckten und kontrahierten Muskellängenzuständen kann das größte Drehmoment am besten in eingelenkigen (isolierten/rotatorischen) Krafttrainingsübungen, wie beispielsweise den „Bizepscurls”, erzeugt werden. Bei mehrgelenkigen Krafttrainingsübungen (geradlinigen/translatorischen Bewegungen) ist das Drehmoment abhängig von der Griffweite oder der Fußstellung. Um das Drehmoment in diesen Krafttrainingsübungen präzise messen zu können, muss besagte mobile Vorrichtung 1 beispielsweise bei der Krafttrainingsübung „Beinpresse” am Oberschenkel und bei der Krafttrainingsübung „Bankdrücken” am Oberarm befestigt werden.
Weiterhin ist besagte mobile Vorrichtung 1 ausgebildet, mittels Befragung über die Benutzerschnittstelle 2 (1), in Form einer Ordinalskala, die subjektive Tagesform des Benutzers 21 am Tag einer Trainingseinheit zu ermitteln, um beispielsweise schlechten Tagesleistungswerten eine geringere Gewichtung bei der Steuerung 18 und Prognose 19 zuzuteilen. Weiterhin ist besagte mobile Vorrichtung 1 ausgebildet, dass Datum und die Uhrzeit einer Trainingseinheit und die Pausen zwischen den Trainingssätzen zu erfassen. Außerdem kann in der besagten mobilen Vorrichtung 1, manuell eine intendierte Geschwindigkeit angegeben werden, falls diese nicht mit der tatsächlichen Geschwindigkeit übereinstimmt. Das kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn aufgrund einer sehr hohen Trainingslast die Bewegung sehr langsam abläuft, tatsächlich aber mit maximaler Geschwindigkeit gegen die Trainingslast gearbeitet wird. Außerdem kann in der mobilen Vorrichtung 1 nach jedem Trainingssatz eine angewandte Intensitätstechnik 48 (11) ausgewählt werden. Dem Benutzer stehen folgende Möglichkeiten an Intensitätstechniken zur Auswahl:

– Nachdrücken
– Reduktionssatz
– Supersatz
– Partnerhilfe 1 W dh
– Partnerhilfe 2 W dh
– Partnerhilfe 3 W dh
– Teilwiederholungen
– Zeitverzögertes Versagen/Ruhepausensatz
– Vorermüdung
– Negativsatz
– Riesensatz/Mammutsatz
– Höchstkontraktion
– Stotterwiederholung
– Pause zwischen Wiederholungen 1–3 Sek
– Pause zwischen Wiederholungen 4–7 Sek
– Pause zwischen Wiederholungen 8–10 Sekunden

Diese Intensitätstechniken 48 stecken bereits als implizite Informationen in den multiplen Trainingsdaten (bspw.: 3 Sekunden gemessene Bewegungspause zwischen den Wiederholungen), können aber explizit vom Benutzer 21 während der Trainingseinheit abgespeichert werden. Weiterhin ist besagte mobile Vorrichtung 1 ausgebildet, einen Benutzer 21 an eine Trainingseinheit mittels optischer und/oder akustischer und/oder haptischer Rückmeldung zu erinnern. Diese Erinnerung kann individuell beispielsweise über die Benutzerschnittstelle 2 und/oder Datenschnittstelle 13 eingestellt werden.
Zu den besagten multiplen Trainingsdaten, welche von der mobilen Vorrichtung 1 erfasst und/oder errechnet werden, gehören mindestens eine der nachfolgenden Informationen:

– der präzise Weg-Zeit-Verlauf des Kraftangriffspunkt der Masse eines Trainingsutensils in sämtlichen Krafttrainingsübungen in X-, Y- und Z-Achse;
– die Spannungsdauer/physiologische Arbeit/Anspannungszeit (engl.: Time Under Tension; kurz: TUT) exzentrischer und konzentrischer Muskellängenänderungen sowie isometrischer Muskelkontraktionen;
– die Masse des Trainingsgewichts;
– die gewählte Griffbreite, insbesondere bei geradlinigen (mehrgelenkigen) Trainingsübungen;
– die mechanische Arbeit/Hubarbeit;
– die Rotationsarbeit, insbesondere bei Drehbewegungen in isolierten/eingelenkigen Trainingsübungen aus Drehmoment und Drehwinkel;
– der Drehmoment-Zeit-Verlauf;
– der Ausgangswinkel des jeweils übergeordneten Gelenkes zur Berechnung des Zeit-Verlaufes des Muskellängenzustands;
– die Berechnung der veränderten Krafteinwirkung auf den Angriffspunkt der Masse des Trainingsutensils bei der Auswahl des Trainingsutensils Kabelzug und/oder Maschine;
– das Erkennen von momentanem Muskelversagen in einem Trainingssatz;
– die Pausenzeiten zwischen Krafttrainingsübungen;
– das Datum und Uhrzeit der Trainingseinheit;
– die Reihenfolge der Krafttrainingsübungen;
– die Dauer einer Trainingseinheit.

Zitierte Patentliteratur

• EP 1 834 583 B1
• US 2011/027 581 A1
• US 6 280 361 B1
• WO 94/26 359 A1
• US 2007/0 250 286 A1
• JP 2007 209 636 A
• US 6 796 925 B2
• US 2008/0 090 703 A1
• EP 1 688 746 A2
• WO 01/69 180 A1
• US 6 820 025 B2
• US 5 807 284 A
• DE 100 29 459 A1
• CA 1 148 186 A
• DE 42 22 373 A1
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• US 5 676 157 A
• DE 10 2006 047 099 A1
• US 2007/0 219 059 A1
• US 4 660 829 A
• US 2011/0 082 394 A1
• US 6 514 219 B1
• US 6 834 436 B2

Zitierte Nichtpatentliteratur

Arandjelovic, O. (2010). A mathematical model of neuromuscular adaptation to resistance training and its application in a computer simulation of accommodating loads. European Journal of Applied Physiology, 110 (3), 523–538.
Banister, E. W., Calvert, I. W., Savage, M. V. & Bach, I. M. (1975). A system model of training for athletic performance. Australian Journal of Sports Medicine, 7 (3), 57–61.
Boeck-Behrens, W.-U. & Buskies, W. (2000). Fitness-Krafttraining. Die besten Übungen und Methoden für Sport und Gesundheit. Reinbek: Rowohlt.
Edelmann-Nusser, J., Hohmann, A. & Henneberg, B. (2006). Modellierung von Wettkampfleistung im Schwimmen bei den Olympischen Spielen 2000 und 2004 mittels Neuronaler Netze. Leistungssport, 36 (2), 45–50.
Gießing, J. (2003). Trainingsplanung und -steuerung beim Muskelaufbautraining. Leistungssport, 33 (4), 26–31.
Grosser, M., Starischka, S. & Zimmermann, E. (2004). Das neue Konditionstraining – für alle Sportarten, für Kinder, Jugendliche und Aktive (9. Aufl.). München: BLV.
Holman, S. (1990). Ironman's Home Gym Handbook. Los Angeles: Homebody Productions.
Perl, J. (2001). PerPot: A metamodel for simulation of load performance interaction. European Journal of Sport Science, 1 (2), 1–13.
Pfeiffer, M. & Perl, J. (2009). Simulative Trainingswirkungsanalyse bei einem Fahrradergometertraining mittels antagonistischer Modelle. In Lames, Augste, Cordes, Dreckmann, Görsdorf & Siegle (Hrsg.), Schriften der Deutschen Vereinigung für Sportwissenschaft, Band 189, (S. 41–51).
Wirth, K. (2009). Praktisch-methodische Übungen zum Krafttraining. Unveröff. Manuskript, Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main.

Claims

Verfahren zur präzisen, mobilen Trainingsdatenerfassung und fortwährender Analyse von Krafttraining, bestehend aus folgenden Schritten: Fixierung einer mobilen Vorrichtung (1) an einem Körpersegment (35, 36, 37, 38, 39); Bestimmung von Sensorwerten in Bewegungsabläufen mit besagter mobiler Vorrichtung (1); Berechnung von Trainingsdaten aus besagten Sensorwerten mit besagter mobiler Vorrichtung (1); Speicherung besagter Trainingsdaten auf einer ersten Speichereinheit (14) in besagter mobiler Vorrichtung (1); Übertragung besagter Trainingsdaten von besagter mobiler Vorrichtung (1) über eine Datenschnittstelle (13) an einen Computer (15); gekennzeichnet durch, von N Krafttrainingsübungen und X Trainingsutensilien, Auswahl einer Krafttrainingsübung mit festgelegtem Bewegungsablauf und eines Trainingsutensils, in der mobilen Vorrichtung (1); Abruf von vorgegebenen Bewegungsdaten, bestehend aus den Kenngrößen festgelegter Bewegungsabläufe einer besagten Krafttrainingsübung mit einem Trainingsutensil X, aus einer zweiten Speichereinheit (4) in besagter mobiler Vorrichtung (1); Bestimmung von Sensorrohwerten mit besagter mobiler Vorrichtung (1) in besagten festgelegten Bewegungsabläufen besagter Krafttrainingsübungen mit besagtem Trainingsutensil, bestehend aus Beschleunigungs- und Winkelgeschwindigkeitswerten; Berechnung von überarbeiteten Messwerten mit besagter mobiler Vorrichtung (1), in Abhängigkeit der besagten vorgegebenen Bewegungsdaten und den Sensorrohwerten; präzise Berechnung mit besagter mobiler Vorrichtung (1) von multiplen Trainingsdaten, basierend auf besagten überarbeiteten Messwerten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei besagte Berechnung von überarbeiteten Messwerten mit besagter mobiler Vorrichtung (1) mindestens einen der nachfolgenden Schritte umfasst: – anfängliche Kalibrierung der besagten mobilen Vorrichtung (1), zur Verbesserung der besagten Berechnung und/oder Erweiterung der besagten multiplen Trainingsdaten; – Fusion besagter Sensorrohwerte, bestehend aus besagten Beschleunigungs- und Winkelgeschwindigkeitswerten, und den besagten vorgegebenen Bewegungsdaten per Kalman-Filter/Direction Cosine Matrix; – zweifache Integrierung von den besagten Beschleunigungswerten; – Hochpassfilterung von Sensor-Offsets.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, enthalten besagte multiple Trainingsdaten mindestens einen der nachfolgenden Informationen: – den präzisen Weg-Zeit-Verlauf des Kraftangriffspunkt der Masse eines besagten Trainingsutensils in besagten Krafttrainingsübungen in X-, Y- und Z-Achse; – die mechanische Arbeit/Hubarbeit; – die Rotationsarbeit bei Drehbewegungen; – den Drehmoment-Zeit-Verlauf; – den Ausgangswinkel des jeweils übergeordneten Gelenkes zum Erdboden; – die gewählte Griffbreite.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Benutzer (21) folgende Möglichkeiten an Trainingsutensilien zur Auswahl stehen: – Langhantel – Kurzhantel – Maschine – Kabelzug – Körpergewicht
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, umfasst an besagter mobiler Vorrichtung (1) die anfängliche manuelle Eingabe der Masse des Trainingsgewichtes.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass besagte multiple Trainingsdaten und/oder besagte überarbeitete Messwerte an die erste Speichereinheit (14) in besagter mobiler Vorrichtung (1), und/oder über die Datenschnittstelle (13) für fortwährende und/oder nachträgliche Analysen an den Datenschnittstelle (13) für fortwährende und/oder nachträgliche Analysen an einen Computer (15), und von dort auf einen Trainingsdatenserver (16), übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass besagte fortwährende und/oder nachträgliche Analysen auf besagtem Trainingsdatenserver (16) stattfinden; besagte fortwährende und/oder nachträgliche Analysen basieren auf einem Trainingsmodell (17); besagtes Trainingsmodell (17) ist auf besagtem Trainingsdatenserver (16) gespeichert;
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass besagter Trainingsdatenserver (16), basierend auf besagtem Trainingsmodell (17), Leistungsprognosen (19) in N besagten Krafttrainingsübungen berechnen und/oder das Krafttraining in verschiedenen Trainingsebenen (45) steuern (18) kann.
Verfahren nach Anspruch 8, umfassen besagte Trainingsebenen (45) mindestens eine der nachfolgenden Informationen: – Makrozyklus – Mesozyklus – Mikrozyklus – Krafttrainingseinheit – Krafttrainingsübung – Trainingssatz – Wiederholung
Vorrichtung zur präzisen, mobilen Trainingsdatenerfassung, bestehend aus: Gehäuse; Sensor (5) zur Bestimmung von Sensorwerten; Prozessor (9) zur Berechnung von Trainingsdaten; eine erste Speichereinheit (14) zur Speicherung von besagten Trainingsdaten; Datenschnittstelle (13) zur Übertragung von besagten Trainingsdaten an einen Computer (15); gekennzeichnet durch eine zweite Speichereinheit (4) auf welcher vorgegebene Bewegungsdaten gespeichert sind, bestehend aus den Kenngrößen festgelegter Bewegungsabläufe von N Krafttrainingsübungen mit einem Trainingsutensil X, und von dem Prozessor (9) abgerufen werden; Beschleunigungssensor und Gyroskop zur Bestimmung von Beschleunigungs- und/oder Winkelgeschwindigkeitswerten, die an den Prozessor (9) übertragen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Benutzerschnittstelle (2) zur manuellen Eingabe.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinheit und/oder einen Lautsprecher und/oder Vibrationsmotor zur Beeinflussung des Bewegungsrhythmus und/oder der Bewegungsamplitude durch optische und/oder akustische und/oder haptische Rückmeldung an den Benutzer (21).