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Die Erfindung betrifft eine Laufbandanordnung, mit einem Laufbandgestell und einem über im Laufbandgestell gehalterte Walzen laufenden und von einem Antrieb angetriebenen Endlosband, dessen eine Oberfläche als Geh- oder Lauffläche dient, wobei an aufragenden Seitenteilen oder einem Vorderteil des Laufbandgestells beidseits des Bandes Haltegriffe angebracht sind. Sie betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Laufbandanordnung.
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Laufbandanordnungen für sportliche Trainingszwecke sind in großer Produktvielfalt seit langem bekannt. Ihre Gestelle sind im vorderen (d. h. in Benutzungsrichtung vor dem Benutzer liegenden) Teil üblicherweise mit einem Anzeige- und Bedienpult zur Anzeige und Einstellung von Parametern und Funktionen der Anordnung ausgestattet.
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Auch Vorrichtungen und Verfahren zur Ganganalyse, die eine Aufzeichnung und Analyse des Ganges ermöglichen und sich eines Laufbandes bedienen, sind bekannt. Beispielhaft sei hierzu hingewiesen auf die
DE 40 27 317 C1 oder die
US 6,010,465 A . In R. Kram und A. J. Powell: „A treadmill-mounted force platform” Appl. Physiol. 67 (4): 1692–1698 (1989) wird eine Messvorrichtung als bekannt beschrieben, bei der ein Laufband über eine Messplattform bzw. Messfläche gezogen wird und somit eine fortlaufende Erfassung von durch die Füße eines Probanden auf dem Untergrund ausgeübten Kräften möglich wird.
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Die
EP 2 352 426 A1 und
WO 2010/057552 A1 der Anmelderin beschreiben Laufbandsysteme für den sportmedizinischen bzw. Rehabilitationseinsatz mit einer Bildwiedergabetechnik, bei denen außerdem Druckverteilungsmuster, die von einer auf dem Laufband laufenden Person erzeugt werden, erfasst und synchron zu dargestellten Bildern ausgewertet werden können. Die
DE 10 2010 004 504.7 beschreibt eine Laufbandanordnung, die gemäß dem tatsächlichen Gangverhalten eines Benutzers, speziell eines Rehabilitations-Patienten, gesteuert wird und bei der u. a. ein Abschaltvorgang ausgelöst werden kann.
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Aus der
US 2006/0063645 A1 ist es ebenfalls bekannt, bei einer Trainingseinrichtung mit einem Laufband Kraftsensoren zu verwenden, und aus der
US 2009/0239708 A1 ist es bekannt, mittels an einem Probanden gemessener Pulssignale eine Laufbandanordnung zu steuern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe der Bereitstellung einer weiter verbesserten Vorrichtung der genannten Art zugrunde, die sich besonders für Rehabilitations-Zwecke eignet. Ein Ziel ist es, das System zu einem flexibel nutzbaren Therapiegerät weiter zu entwickeln und dabei die Nutzerakzeptanz und physiotherapeutische Wirkung weiter zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird in ihren Vorrichtungsaspekten durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und in ihren Verfahrensaspekten durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass das Gehen für ältere Menschen oder Rehabilitations-Patienten durch Gehhilfen wesentlich erleichtert werden kann, wobei seit Jahren auch sogenannte „Rollatoren” zunehmend Verbreitung finden, die vom Benutzer nicht speziell gesetzt werden müssen, sondern sich gewissermaßen selbsttätig mit ihm fortbewegen. Zur Erfindung gehört also einerseits der Gedanke, die Nutzbarkeit einer Laufbandanordnung für Rehabilitationszwecke wesentlich zu verbessern, indem die Anordnung mit entsprechenden Haltegriffen versehen wird. Weiterhin gehört zur Erfindung der Gedanke, an mindestens einem der Haltegriffe (bevorzugt an beiden) eine Kraftsensorik und/oder Betätigungsmittel zur Steuerung eines Parameters und/oder einer Funktion der Laufbandanordnung vorzusehen. Hierdurch wird das, u. a. seitens der Anmelderin, bereits früher verfolgte Konzept weiterentwickelt, die Laufbandanordnung mit einer auf das Bewegungsverhalten des Patienten ansprechenden Sensorik bzw. Steuerung zu versehen und über diese Sensorik/Steuerung zusätzliche diagnostisch relevante Daten zu gewinnen und/oder therapeutisch angewandete Parameter bzw. Funktionen zu beeinflussen.
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In einer Ausführung der Erfindung ist die Kraftsensorik als Mehrachsen-Sensorik zur raumrichtungsabhängigen Fassung von Haltekräften eines Benutzers ausgebildet und/oder sind die Betätigungsmittel mit Mehrachsen-Empfindlichkeit zur Ausgabe von Steuersignalen in Abhängigkeit von der Betätigungskraftrichtung ausgestattet. Hiermit lassen sich einerseits Reaktionen des Benutzers in Bezug auf das Laufband, wie etwa ein Festhalte-Reflex bei einer Geschwindigkeitserhöhung oder ein entgegengerichteter Abstütz-Reflex bei Geschwindigkeitsverringerung, oder auch Reflexe zum Ausgleich von Unsicherheiten des Ganges registrieren und einer diagnostischen Auswertung zu führen. Andererseits lassen sich relativ leicht zu verstehende und zu erlernende Betätigungsvorgänge implementieren, zu deren Ausführung der Benutzer seinen sicheren Halt nicht aufgeben muss und die ihm daher mental leicht fallen.
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Spezieller ist die Mehrachsen-Sensorik bzw. Mehrachsen-Empfindlichkeit mindestens zur Unterscheidung von in oder gegen die Laufband-Bewegungsrichtung oder von nach unten oder nach oben wirkenden Halte- oder Betätigungskräften ausgebildet, bevorzugt zu beidem. Dies ermöglicht eine Auswertung sowohl der bereits erwähnten reflexartigen Reaktionen auf Geschwindigkeitsänderungen des Laufbandes bzw. eine selbsterklärende Geschwindigkeitssteuerung, weiterhin aber auch die Erfassung von Ansätzen zu Stürzen oder von posterior/anterioren Körperschwankungen. Beispielsweise kann die Geschwindigkeit des Laufbandes durch Drücken der Haltegriffe nach vorn beschleunigt und durch Ziehen nach hinten seine Geschwindigkeit verringert werden. Bevorzugt ist des weiteren die Mehrachsen-Sensorik bzw. Mehrachsen-Empfindlichkeit auch zur Unterscheidung von nach links oder nach rechts wirkenden Halte- oder Betätigungskräften ausgebildet, wodurch auch laterale Körperschwankungen registrier- und auswertbar gemacht werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Kraftsensorik mit den Betätigungsmitteln kombiniert, derart, dass die Betätigungsmittel zur Ausgabe eines Steuersignals in Abhängigkeit von einer erfassten Kraftwirkungsrichtung und optional einem Kraftbetrag ausgebildet sind und durch die Betätigungsmittel ein Parameter oder eine Funktion der Laufbandanordnung derart steuerbar ist, dass die vom Benutzer eingeleitete Kraft verringert oder das Band angehalten wird. In Kombination mit der vorstehend erläuternden Ausführung ergibt das zum Beispiel die Funktion, da das Laufband automatisch langsamer wird, wenn der Benutzer die eingestellte Geschwindigkeit nicht mithalten kann und entsprechend am Haltegriff zieht, wogegen ein unwillkürliches Drücken am Haltegriff bei zu gering werdender Geschwindigkeit des Bandes dazu benutzt werden kann, die Bandgeschwindigkeit wieder zu erhöhen. Dem Fachmann erschließt sich ohne weiteres, dass in ähnlicher Weise vielfältige andere Kombinationen von Erfassungs- und Steuerungsfunktionen realisierbar sind.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kraftsensorik und Betätigungsmittel gemeinsam in einen einzelnen Haltegriff eingebaut sind. Ist beidseits des Laufbandes jeweils ein Haltegriff vorgesehen, so ist bevorzugt jeden der beiden Haltegriffe mit einer Kombination aus Kraftsensoren und Betätigungsmitteln auszustatten. Zusätzlich kann zur Steuerung mindestens eines Parameters oder einer Funktion der Laufbandanordnung ein zusätzlicher Bediengriff oder -hebel in räumlicher Zuordnung zu einem Haltegriff vorgesehen sein. Ein derartiges zusätzliches Bedienelement kann typischerweise zur Auslösung eines vom Benutzer bewusst gewollten (also nicht von Bewegungsreflexen abhängigen) Steuerungsvorganges dienen, etwa zum Abrufen auswählbarer Funktionen oder das Training begleitender bildlicher Darstellungen oder einer akustischen Untermalung o. ä.
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In einer weiteren Ausführung der Erfindung umfasst die vorgeschlagene Laufbandanordnung eine Fußkraft-Sensorik zur Bestimmung einer Druck-/Kraftverteilung auf dem Band oder eine unterhalb des Bandes befindlichen Messplatte, die eine Vielzahl matrixförmig angeordneter Druck-/Kraftsensoren aufweist, sowie eine mit der Fußkraft-Sensorik eingangsseitig verbundene Fußkraft-Auswertungseinheit, welche die Position von Druckverteilungsbildern eines gehenden oder laufenden Benutzers auf dem Band und damit deren zeitabhängige Ortsveränderungen detektiert, und eine ausgangsseitig mit der Fußkraft-Auswertungseinheit verbundene Verarbeitungseinheit ausgestattet, welche aus der Zeit-/Ortsabhängigkeit der Druckverteilungsbilder Gang-Parameter zur Kennzeichnung des Ganges des Benutzers erzeugt.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Haltekraft-Auswertungseinheit und der Fußkraft-Verarbeitungseinheit eine Gang-Charakterisierungsstufe zur Ableitung einer komplexen Gang-Charakteristik des Benutzers unter Berücksichtigung sowohl der in der Fußkraft-Verarbeitungseinheit als auch der Haltekraft-Auswertungseinheit ermittelten Parameter bzw. Messkurven nachgeordnet ist. Hierdurch lassen sich die bekannten Aussagemöglichkeiten von Kraftmessplatten versehenen Laufbandanordnungen der eingangs erwähnten Art signifikant erweitern.
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In einer weiteren Ausführung ist die Laufbandanordnung mit einer Bildanzeigevorrichtung zur Projektion von Bildern auf die als Gehfläche dienende Oberfläche des Bandes ausgestattet, wobei der Bildanzeigevorrichtung eine Bildanzeige-Steuereinrichtung vorgeschaltet ist, die auf von den Betätigungsmitteln an dem oder einem Haltegriff ausgegebene Steuersignale anspricht. Im Zusammenhang mit der Bildanzeigevorrichtung, ggfs. aber auch ohne eine solche, kann eine mit einer Benutzerführungseinheit zur optischen und/oder akustischen Ausgabe von anzeigebegleitenden Handlungsanweisungen, insbesondere über Ohrhörer und/oder als Texteinblendungen, vorgesehen sein.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist in der mit einer Fußkraft-Sensorik ausgestatteten Variante eine Feedback-Einheit vorgesehen. Diese dient zur Erfassung von Berührungen der Gehfläche durch den Benutzer an Orten, an denen vorbestimmte Bildelemente, insbesondere Soll-Aufsetzpunkte, angezeigt werden, oder an Orten, an denen kein vorbestimmtes Bildelement angezeigt wird, und zur Ausgabe eines Warn- oder Hinweissignals im Ansprechen hierauf. Auch diese letztgenannten Ausgestaltungen diene dazu, die Einsatzmöglichkeiten der Laufbandanordnung speziell im Bereich der Rehabilitation zu erweitern und die Nutzerakzeptanz dadurch zu steigern, dass ein vielgestaltigeres, anspruchvolleres und interessanteres Training ermöglicht wird.
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Verfahrensansprüche des Betriebs bzw. der Nutzung der vorgeschlagenen Laufbandanordnung ergeben sich im wesentlichen unmittelbar aus den weiter oben erläuterten Vorrichtungsaspekten und bedürfen daher keiner weiteren genaueren Erläuterung.
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Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich um Übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
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2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
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3 eine Detailansicht zu einer weiteren Ausführungsform,
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4 eine Detailansicht zu einer weiteren Ausführungsform und
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5A bis 5C Ausschnittdarstellungen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt ein Laufband-Trainingssystem 1, welches ein über zwei Walzen 2a laufendes Laufband 2b umfasst, unter dessen oberer, vom Benutzer als Lauffläche 2c genutzten Oberfläche eine räumlich hochauflösende Druckerfassungsplatte 3 mit einer Vielzahl von (nicht einzeln bezeichneten) matrixförmig angeordneten Drucksensoren zur Erfassung von durch den Benutzer beim Auftreten auf das Laufband erzeugten Druckerfassungsbildern vorgesehen ist. Die eine der beiden Laufrollen 2a ist angetrieben und zieht das Band 2b mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit, die über eine Verarbeitungs- und Steuereinheit 4 der Anordnung und einen Geschwindigkeitsregler 5 eingestellt wird. Des weiteren kann (was in der Figur lediglich symbolisch dargestellt ist) über ein geeignetes Neigungs-Stellglied 6, welches ebenfalls Störsignale von der Verarbeitungs- und Steuereinheit 4 empfangen kann, eine Neigung des gesamten Laufbandes bedarfsgerecht eingestellt oder wahlweise auch nur sein vorderer Teil etwas aufgerichtet werden. In der Praxis kann die Neigungsverstellung des Laufbandes etwa durch eine das Vorderteil anhebende Hydraulik oder sonstige Aktuatoren an der vorderen Walze oder unter der Lauffläche realisiert werden. Mit einer Mehrzahl von Aktuatoren lassen sich auch Unebenheiten der Lauffläche erzeugen, was für bestimmte Trainingsaufgaben wünschenswert sein kann.
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Bei der in 1 dargestellten, stark vereinfachten Ausführung gelangen den eingestellten Geschwindigkeitswert des Laufbandes charakterisierende Signale vom Geschwindigkeitsregler 5 zurück zur Verarbeitungs- und Steuereinheit 4 und dienen dort zur Synchronisation einer bildlichen Darstellung auf der Lauffläche 2c mittels eines Projektors (Laserbeamers) 7, die aus vorgespeicherten Bildelementen und/oder Bildfolgen generiert wird (vgl. dazu weiter unten).
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Die bildliche Darstellung wird anhand der Geschwindigkeitssignale derart gesteuert, dass – insbesondere in Verbindung mit einer weiter unten beschriebenen speziellen Ausgestaltung – dem Nutzer eine insgesamt stimmige Simulation einer Laufumgebung, vorteilhaft verknüpft mit der Einblendung von mit den Füßen zu treffenden Markierungen und/oder mit der Simulation von zu überwindenden oder zu vermeidenden Hindernissen, präsentiert wird. Abweichend von der Darstellung in der Figur, kann auch die tatsächliche Geschwindigkeit des Laufbandes über eine geeignete (nicht dargestellte) Sensorik erfasst und der Messwert der Verarbeitungs- und Steuereinheit 4 zum Zweck der (gewissermaßen rückgekoppelten) Ablaufsteuerung der Bilddarstellung und synchronisierten Auswertung der Druckverteilungsmuster zugeführt werden.
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In der Figur ist dargestellt, dass der Projektor 7 an einer Wandhalterung 7a winkelverstellbar befestigt ist, so dass die Projektionsrichtung mit der Ebene des Laufbandes einen variablen Winkel einschließt. Um Verzerrungen der aus der Verarbeitungs- und Steuereinheit 4 bereitgestellten Bilder bzw. Bildelemente durch den spitzen Projektionswinkel zu vermeiden, ist dem Projektor 7 ein Bildsignal-Entzerrer 7b vorgeschaltet. Dieser kann in Abhängigkeit von der tatsächlichen Winkelstellung des Projektors 7 in der Halterung 7a arbeiten, das ist aber in der Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Im Übrigen ist zur Vervollständigung der Benutzerschnittstelle eine (hier als Lautsprecher symbolisierte) Audiostufe 8 vorgesehen, über die der Trainierende zusätzliche akustische Trainingsanweisungen erhalten kann. Die Audiostufe 8 kann beispielsweise auch als Headset bidirektional ausgeführt sein, so dass der Trainierende außerdem akustisches Feedback (etwa eine Bestätigung erhaltener Anweisungen oder Antworten auf Ihm gestellte Fragen) liefern kann.
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Zur Durchführung von Trainingsaufgaben am Laufband-System kann es von Interesse sein, die Höhe des Abhebens der Füße vom Band zu erkennen z. B. dann, wenn der Proband ein virtuelles Hindernis übersteigen soll. Deshalb hat der Proband in einer weiteren Ausführungsform jeweils einen Sensor 9 an den Füßen befestigt, dessen Signale mittels einer an sich bekannten (hier nicht dargestellten) Positionserfassungs-Sensorik erfasst werden können, um Rückschlüsse über die Lage bzw. die Höhe der Füße zu geben. Die Sensoren arbeiten vorzugsweise zeitsynchron mit den Sensoren der Druckverteilungsmatrix. Eine genaue Zeitsynchronisierung kann ggf. über ein Infrarot- oder Funksignal oder über eine Detektion des Zeitpunktes des Auftretens hergestellt werden.
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Die Sensoren 9 können als Beschleunigungssensoren oder mehrachsigen Beschleunigungssensoren ausgeführt sein und sind ggf. über Funk mit dem Auswerterechner 4 verbunden. Aus den Beschleunigungssignalen kann die Position der Füße errechnet werden, insbesondere dann, wenn zusätzlich die Zeit- und Ortsabhängigkeit der Druckverteilungsmuster in die Berechnung mit eingehen können. In erweiterten Anordnungen können Inertialsensorsysteme zur Anwendung kommen, bei denen zusätzlich Gyroskope oder Sensoren zur Detektion des Erdmagnetfeldes eingesetzt werden. Solche Sensoren können natürlich auch an anderen Körperabschnitt befestigt werden, so dass die Bewegung der kompletten unteren Extremitäten oder des ganzen Körpers gemessen und dargestellt werden kann. Die Sensoren 9 können aber auch nach anderen Messprinzipien arbeiten, zum Beispiel auf der Basis aktiver oder passiver Lichtmarker die von stationären Kameras aufgenommen werden, Magnetfeldesensoren oder Sensoren die Ultraschallwellen zu stationären Empfängern abgeben oder von dort empfangen und aus der Laufzeit des Schalls die Position der Füße bestimmen. Eine laufende Positionsbestimmung der Füße des Laufband-Benutzers und speziell eine Bestimmung der Aufsetzpunkte auf das Band kann grundsätzlich auch mittels einer herkömmlichen (3D) Digitalkamera oder einer 2D-Kamera erfolgen.
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Die Drucksensoren der Druckerfassungsplatte können wahlweise eine analoge oder – in einer vereinfachten und kostengünstigeren Ausführung – eine digitale Ansprechcharakteristik (Aus/Ein-Charakteristik) haben. Beide Varianten haben für bestimmte Anwendungen ihre Berechtigung, und der Auswahl einer der Varianten wird der Systementwerfer nach den primären Einsatzanforderungen treffen. In einer vereinfachten Ausführung der Anordnung kann statt einer Druckerfassungsplatte mit einer Vielzahl matrixförmig angeordneter Sensoren eine „gröbere” Fußkraft-Erfassung durch wenige voneinander beabstandete Kraftsensoren unter dem Band oder auch an den Achsen der Walzen vorgesehen sein. Aufgrund der mit solchen einzelnen Kraftsensoren erhaltenen Messwerte lässt sich neben Betrags-Werten mit Interpolations-Algorithmen auch bis zu einem gewissen Grade eine Ortsabhängigkeit der durch den Benutzer eingeleiteten Fußkraft bestimmen. Im Folgenden sowie in den Ansprüchen ist unter dem Begriff „Fußkraft-Sensorik” auch eine solche vereinfachte Konfiguration zu verstehen.
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Ein Gestell 10 der Laufbandanordnung 1, in dem die Walzen 2a des Laufbandes gelagert sind, hat ein aufragendes Vorderteil 9a, an dem beidseits des Bandes jeweils ein Haltegriff 11 angebracht ist, an dem der Benutzer sich bei einem Rehabilitations-Einsatz der Laufbandanordnung festhält. In die Haltegriffe 11 ist jeweils eine Mehrachsen-Kraftsensorik 11a integriert, die weiter unten beispielhaft genauer erläutert wird. Ausgangssignale dieser Kraftsensorik, mit der durch den Benutzer eingeleitete Halte- bzw. Betätigungskräfte raumrichtungsabhängig erfasst werden können, gelangen, ebenso wie die Signale der Druckerfassungsplatte 3 und des Geschwindigkeitsreglers 5, zum Auswerterechner 4, um dort kombiniert mit den Signalen der weiteren Sensoren in einer weiter unten genauer beschriebenen Weise verarbeitet zu werden.
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2 zeigt eine Abwandlung der in 1 dargestellten und weiter oben beschriebenen Anordnung. Insoweit hier die gleichen Komponenten wie bei jener Anordnung eingesetzt werden, sind diese mit den gleichen Bezugsziffern wie in 1 bezeichnet und werden hier nicht nochmals erläutert.
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Die wesentliche Abwandlung besteht im Einsatz eines großflächigen elektrooptischen Touchscreen 7' anstelle eines Projektors als Anzeigeeinrichtung. Die Oberfläche des Touchscreen bildet eine unterhalb des in Gebrauchslage oberen Abschnittes des Endlosbandes 2b liegende Anzeigefläche 2c', und zugleich bildet der Touchscreen eine neuartige Druckerfassungsplatte 3'. In Abwandlung des Touchscreen-Prinzips und mit Blick auf die Gestehungskosten der Anordnung kann diese kombinierte Anzeige-/Druckerfassungsvorrichtung durch eine matrixartige, alternierende Anordnung aus mehreren kleineren elektrooptischen Anzeigeelementen (etwa LCD-Displays) und jeweils benachbarten kleineren Druckerfassungsplatten ersetzt sein, oder es kann ein flexibler und druckunempfindlicher Anzeigeschirm (beispielsweise vom OLED-Typ) über eine normale Druckerfassungsplatte gelegt sein.
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In allen Fällen ist das Endlosband 2b zumindest im mittleren Bereich seiner seitlichen Erstreckung aus einem durchsichtigen Material zu bilden, um dem Trainierenden eine Wahrnehmung der auf der Anzeigefläche 2c' dargestellten Bilder zu ermöglichen.
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In Abwandlung der in 1 gezeigten und weiter oben beschriebenen Gestell- und Haltegriff-Konfiguration hat die Laufbandanordnung 1' ein geländerartiges Laufbandgestell 10', das ein seitliches Herabfallen des Benutzers (Patienten) auch dann verhindert, wenn dieser durch einen Schwächeanfall oder eine Einschränkung des Orientierungsvermögens sich nicht mehr aktiv festhalten kann. Am Laufbandgestell 10' ist ein modifizierter Haltegriff 11' vorgesehen, der neben einer integrierten Kraftmesssensorik 11a einen zusätzlichen Betätigungshebel 11b zur aktiven Steuerung von Laufbandparametern oder -funktionen, etwa zum bewussten Abbremsen oder Beschleunigen oder Bewirken einer Schrägstellung des Bandes, umfasst. Die Ausgangssignale sowohl der Sensorik als auch des zusätzlichen Betätigungshebels gelangen wiederum zum Auswerterechner 4.
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3 zeigt wesentliche Komponenten der Verarbeitungs- und Steuereinheit 4 der in 1 oder 2 gezeigten Anordnung in einer Detaildarstellung. Ausgeklammert ist hier der in 1 separat dargestellte Bildsignal-Entzerrer, der auch nur bei einer Ausführung der Anordnung mit schräg auf das Laufband gerichtetem Projektor zum Einsatz kommt.
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In einem Anzeigesteuerteil 4A umfasst die Verarbeitungs- und Steuereinheit 4 eine Bildelement-Speichereinheit 41 und einen Videospeicher 42, denen ein Bildelement-Mischer 43 und schließlich ein Video-Bildelement-Mischer 44 zur Generierung von Bildfolgen mit vorbestimmten Bildelement-Einblendungen nachgeschaltet sind. Symbolisch ist zudem dargestellt, dass beide Mischer 43, 44 des Weiteren von Steuersignalen eines Zufallsgenerators 45 beeinflussbar sind. Dem zweiten Mischer 44 ist zudem eine Anzeige-Ablaufsteuerung 46 nachgeschaltet, welcher ein Trainingsgrammspeicher 47 und eine Synchronisationseinheit 48 zugeordnet sind. Eine Bildelement-Positionssteuerung 49 ist steuersignalmäßg mit dem Bildelement-Mischer 43 verbunden und wirkt auf diesen ein, um Relativpositionen von Bildelementen in der letztendlichen Darstellung zu variieren.
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Die Synchronisationseinheit 48 kann durch Signale des (in dieser Figur nicht dargestellten) Geschwindigkeitsreglers 5 des Laufbandes beeinflusst werden. Vor allem aber werden ihr eingangsseitig die Koordinaten von Ist-Aufsetzorten der Füße des Benutzers zugeführt, die (wie weiter oben erwähnt) aus den auf der Druckerfassungsplatte 3 gemäß 1 durch die Füße des Benutzers erzeugten Druckerfassungsbilder abgeleitet werden. Zusätzlich können außerdem die Signale der Sensoren 9 sowie der Kraftsensorik 11a in den Haltegriffen und der Betätigungshebel 11b aus 1 bzw. 2 der Synchronisationseinheit 48 als weitere Eingangssignale zugeführt werden, um letztlich die bildliche Darstellung, speziell mit der Vorgabe von Soll-Aufsetzorten für die Füße des Benutzers, sowohl mit der Ist-Geschwindigkeit des Laufbandes als auch den Ist-Aufsetzorten der Füße des Benutzers und ggfs. weiteren Bewegungsparametern zu synchronisieren. Hinsichtlich der Anpassung der dem Benutzer präsentierten bildlichen Darstellungen an seinen aktuellen Bewegungsablauf können die Anzeige-Ablaufsteuerung 46 und Synchronisationseinheit 48 zusammenfassend als Anzeige-Synchronisationsvorrichtung der Anordnung betrachtet werden.
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Zugleich werden diese Signale einer Systemsteuereinheit 50 der Anordnung zugeführt, die die verschiedenen Steuervorgänge der Anzeige- und Auswertungsfunktionen zusammenfasst und zeitlich abstimmt und erforderliche Anpassungen der Datenströme und -formate ausführt. Das ist in der Figur durch in auf den Anzeige-Steuerteil 4A und den Auswertungsabschnitt 4B gerichtete Doppelpfeile symbolisiert.
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Zum Auswertungsabschnitt 4B gelangen zudem das am Ausgang der Anzeige-Ablaufsteuerung bereitgestellte endgültige Bildsignal und andererseits die (raum-zeitlich aufgelösten) Ausgangssignale der Fußkraftsensorik (Druckverteilungsplatte) 3 und Haltekraft-Sensorik 11a. Die Ausgangssignale der Druckverteilungsplatte 3 werden in einer Drucksignal-Vorverarbeitungsstufe 51 von Störsignalen und Artefakten befreit, in einer Drucksignal-Zeitanpassungsstufe 52 in zeitlicher Synchronität und in einer Drucksignal-Positionsanpassungsstufe 53 in räumliche Synchronität zu den Bildsignalen gebracht und in einer Trainings-Auswertungsstufe (Haupt-Verarbeitungsstufe) 54 anhand eines vorbestimmten Trainingsauswertungsprogramms verarbeitet. Die Ausgangssignale der Haltekraft-Sensorik 11a werden in ähnlicher Weise in einer Haltekraft-Vorverarbeitungsstufe 55 im Sinne einer Störbefreiung vor-verarbeitet und in einer Haltekraft-Synchronisationsstufe 56 mit den übrigen Messsignalen synchronisiert, und die Ergebnisse werden auf einer separaten Anzeigeeinheit 12 des Therapeuten ausgegeben.
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Sie können zudem – zusammen mit über eine Eingabeeinheit 13 des Therapeuten eingegebenen Instruktionen – in einer Benutzerführungsstufe 54 zu Anweisungen an den Trainierenden verarbeitet werden, die über die diesem zugeordneten Anzeigeeinheit 7 bzw. 7' und wahlweise die Audiostufe 8 per Ohrhörer oder Lautsprecher ausgegeben werden.
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4 zeigt in einer schematischen Ausschnittdarstellung in Art eines Funktions-Blockschaltbildes wesentliche Komponenten bzw. Aspekte der Auswertungs- und Steuerkomponente einer weiteren Ausführungsform der Laufbandanordnung. Hierbei wird teilweise in 1–3 gezeigte und weiter oben grundsätzlich erläuterte Komponenten und Funktionen Bezug genommen.
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Als Haltekraft-Sensorik 10a kann ein handelsüblicher Mehrachsen-Kraftsensor eingesetzt werden, der mit seiner Kraftaufnahmefläche in geeigneter Weise mit den Teilen eines (hier nicht gezeigten) Haltegriffes verbunden ist, dass die vom Benutzer eingeleitete Halte- bzw. Betätigungskraft richtungs- und betragsgenau in den Sensor eingeleitet wird. Ausgangsseitig ist die Haltekraft-Sensorik 10a (wie bereits in 3 gezeigt) mit einer Haltekraft-Vorverarbeitungsstufe 55 verbunden, an deren Ausgang störbefreite Haltekraftkomponenten Fx, Fy und Fz ausgegeben werden. Wie ebenfalls bereits in 3 gezeigt, gelangt dieses vorverarbeitete Signal über eine Synchronisationsstufe 56 zu einer Gangcharakteristik-Auswertungsstufe. Diese ist hier (anders als in 3) nicht mit weiteren Signalquellen verbunden gezeigt und daher mit Ziffer 54' bezeichnet und stellt eine aufgrund der Messsignale der Haltekraft-Sensorik 10a ermittelte Gang-Charakteristik des Benutzers oder wesentliche Parameter einer solchen auf einem Auswerterechner 10' des Arztes oder Physiotherapeuten zu Verfügung.
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Anderseits ist die Vorverarbeitungsstufe 55 mit einer Haltekraft-Vergleichereinheit 57 verbunden, in die die räumlich und zeitlich aufgelöst erfasste Kraft laufend mit Vergleichsdaten bzw. Vergleichsmustern verglichen wird, die in einem Vergleichswertspeicher 58 gespeichert sind. Der Vergleichsvorgang kann insbesondere eine Schwellwertcharakteristik aufweisen, und im Ergebnis wird am Ausgang der Vergleichereinheit 57 ein erstes Eingangssignal der Verarbeitungs- und Steuereinheit 4 der Laufbandanordnung bereitgestellt, welches ggfs. zu deren Geschwindigkeitsregler 5 gelangt. Abhängig von der Richtung in der der Benutzer eine Kraft in den Haltegriff einleitet, sowie abhängig von deren Betrag können somit Geschwindigkeitsänderungen des Laufbandes, erforderlichenfalls bis hin zur Abschaltung (Stillstand), gesteuert werden. Dieser Steuerungsablauf ist vom Willen des Benutzers weitgehend unabhängig und berücksichtigt hauptsächlich dessen Bewegungsablauf unter Benutzung der Haltegriffe.
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Ein zweiter Steuerungsablauf wird mittels der Betätigungshebel 10b an den Haltegriffen ausgelöst. Diese können insbesondere einen herkömmlichen proportional Steller aufweisen, dessen Ausgangssignal einerseits direkt zur Verarbeitungs- und Steuereinheit 4 und über diese zum Geschwindigkeitsregler 5 gelangt und dort eine vom Benutzer gewünschte Geschwindigkeitsänderung des Bandes auslöst. Andererseits gelangt das Signal vom Betätigungshebel 10b auch zum Auswerterechner 10' des Therapeuten, um bei der Registrierung und Auswertung der Gang-Charakteristik des Benutzers berücksichtigt zu werden.
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5A und 5B zeigen schematisch in einer Seitenansicht bzw. einer Ausschnittdarstellung in Art einer Vorderansicht wesentliche Teile einer weiteren Laufbandanordnung 1'', die sich von den Anordnungen 1 gemäß 1 und 1' aus 2 im Wesentlichen in zwei Aspekten unterscheidet: Einerseits umfasst die Laufbandanordnung 1'' zwei Bildanzeigevorrichtungen, nämlich neben der bereits in 1 gezeigten Projektionseinrichtung 7 einen Fernsehschirm 7'', der vor dem vorderen Ende des Laufbandes in Augenhöhe eines Benutzers aufgestellt ist und auf dem zusätzliche Informationen, etwa während des Trainings zum Lösen der Aufgaben, dargestellt werden können. Auch diese zusätzliche Bildanzeigevorrichtung kann über die am Laufband vorgesehene Sensorik gesteuert werden, also letztlich in Abhängigkeit von durch den Benutzer ausgeübten Halte- und/oder Fußkräften ablaufen.
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Des Weiteren ist hier die zusammenfassend als Block 14 symbolisierte Haltekraftsensorik im Bodenbereich der Anordnung, seitlich des Laufbandes platziert und über eine mehrachsig verstellbare Hebelanordnung 15 wirkungsmäßig mit den Haltegriffen 11a gekoppelt. Die Hebelanordnung 15 ist bei der Ausscherung nach 5A und 5B barrenartig ausgeführt und jeweils in einem Ständer 16 vertikal verschieblich gehaltert. Über ein Lagerelement 17 wird zusätzlich eine longtitutinale und laterale Verstellbarkeit zur Anpassung an die körperlichen Gegebenheiten unterschiedlicher Benutzer realisiert.
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5C stellt eine Modifikation der zuletzt beschriebenen Anordnung dar, bei der eine abgewandetle Hebelkonstruktion 15' zur Kraftübertragung zwischen den Haltegriffen 11a und der Haltekraftsensorik 14 nicht seitlich des Laufbandes 2, sondern vor diesem in einem einzelnen zentralen Ständer 16' gelagert ist. Hierbei kann eine einzelne Sensorik-Komponente (anstelle zweier bei der Ausführung nach 5A und 5B) zum Einsatz kommen, und der Aufbau ist auch mechanisch einfacher, so dass Kosteneinsparungen erzielt werden können. Andererseits kann die vorbeschriebene, barrenartig aufgebaute Anordnung aufgrund Ihrer höheren mechanischen Stabilität und eines u. U. sensibleren Ansprechens auf links und rechts unterschiedliche Haltekräfte für bestimmte Anwendungen bevorzugt sein.
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Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen.
