DE102012224321B4

DE102012224321B4 - Messvorrichtung zum Erfassen einer Schlagbewegung eines Schlägers, Trainingsvorrichtung und Verfahren zum Training einer Schlagbewegung

Info

Publication number: DE102012224321B4
Application number: DE102012224321.6A
Authority: DE
Inventors: Uwe Richter; Ann Koo
Original assignee: Applejack 199 LP
Current assignee: Applejack 199 LP
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2022-12-15
Anticipated expiration: 2032-12-22
Also published as: US9914018B2; US20160101316A1; WO2014097265A1; CN105007995B; TW201542279A; US20140235348A1; US20140179455A1; CN105007995A; TWI577430B; US20150343293A1; US9272199B2; DE102012224321A1; US9457229B2

Abstract

Messvorrichtung zum Erfassen einer Schlagbewegung eines Schlägers, umfassend- zwei zweidimensionale Beschleunigungssensoren (6a, 6b) zum Erfassen eines zweidimensionalen Beschleunigungsvektors(a→xy),- zwei eindimensionale Beschleunigungssensoren (8a, 8b) zum Erfassen eines eindimensionalen Beschleunigungsvektors(a→z),wobei die eindimensionalen Beschleunigungssensoren (8a, 8b) derart zu den zweidimensionalen Beschleunigungssensoren (6a, 6b) angeordnet sind, dass der erfasste eindimensionale Beschleunigungsvektor(a→z)im Wesentlichen orthogonal zu dem durch die zweidimensionalen Beschleunigungssensoren (6a, 6b) erfassten zweidimensionalen Beschleunigungsvektor(a→xy)verläuft,- einen ersten Drehwinkelsensor (10) zum Erfassen eines ersten Drehwinkels (θ) des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors(a→xy)um eine z-Achse, wobei der erste Drehwinkelsensor (10) derart zu den zweidimensionalen Beschleunigungssensoren (6a, 6b) angeordnet ist, dass sich die z-Achse im Wesentlichen orthogonal zu dem zweidimensionalen Beschleunigungsvektor(a→xy)erstreckt,- einen zweiten Drehwinkelsensor (12) zum Erfassen eines zweiten Drehwinkels (cp) des eindimensionalen Beschleunigungsvektors(a→z)um eine y-Achse, wobei der zweite Drehwinkelsensor (12) derart zu den eindimensionalen Beschleunigungssensoren (8a, 8b) angeordnet ist, dass sich die y-Achse im Wesentlichen senkrecht zu dem eindimensionalen Beschleunigungsvektor(a→z)) erstreckt wobei die zweidimensionalen Beschleunigungssensoren (6a, 6b) in jeweils unterschiedlichen Messbereichen empfindlich sind, wobei die eindimensionalen Beschleunigungssensoren (8a, 8b) in jeweils unterschiedlichen Messbereichen empfindlich sind, wobei die Messvorrichtung so ausgebildet ist, dass die zweidimensionalen Beschleunigungssensoren (6a, 6b) zeitgleich messen und dass die eindimensionalen Beschleunigungssensoren (8a, 8b) zeitgleich messen, und wobei die Messvorrichtung ausgebildet ist, um die Rohdaten desjenigen zweidimensionalen Beschleunigungssensors (6a oder 6b) mit der besseren Auflösung bzw. die Rohdaten desjenigen eindimensionalen Beschleunigungssensors (8a oder 8b) mit der besseren Auflösung zu verwenden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum Erfassen einer Schlagbewegung eines Schlägers nach Anspruch 1, eine Trainingsvorrichtung zum Trainieren einer Schlagbewegung eines Schlägers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 17 und ein Verfahren zum Training einer Schlagbewegung eines Schlägers auf einer ausgezeichneten Schwungbahn nach dem Oberbegriff des Anspruchs 20.
Eine Messvorrichtung der vorstehend genannten Art, die der Bestimmung einer Schlagbewegung dient, umfasst zwei zweidimensionale Beschleunigungssensoren zum Erfassen eines zweidimensionalen Beschleunigungsvektors, zwei eindimensionale Beschleunigungssensoren zum Erfassen eines eindimensionalen Beschleunigungsvektors, wobei die eindimensionalen Beschleunigungssensoren derart zu den zweidimensionalen Beschleunigungssensoren angeordnet sind, dass der erfasste eindimensionale Beschleunigungsvektor im Wesentlichen orthogonal zu dem durch die zweidimensionalen Beschleunigungssensoren erfassten zweidimensionalen Beschleunigungsvektor verläuft, einen ersten Drehwinkelsensor zum Erfassen eines ersten Drehwinkels des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors um eine z-Achse, wobei der erste Drehwinkelsensor derart zu den zweidimensionalen Beschleunigungssensoren angeordnet ist, dass sich die z-Achse im Wesentlichen orthogonal zu dem zweidimensionalen Beschleunigungsvektor erstreckt, und einen zweiten Drehwinkelsensor zum Erfassen eines zweiten Drehwinkels des eindimensionalen Beschleunigungsvektors um eine y-Achse, wobei der zweite Drehwinkelsensor derart zu den eindimensionalen Beschleunigungssensoren angeordnet ist, dass sich die y-Achse im Wesentlichen senkrecht zu dem eindimensionalen Beschleunigungsvektor erstreckt.
Für Sportarten, bei denen ein Ball mit einem Schläger geschlagen werden, wie z. B. das Golfspiel, Baseball, Tennis oder Eishockey, ist es bekanntermaßen von Vorteil, den Schläger während der Schlagbewegung auf einer ausgezeichneten Schwungbahn zu führen. Anderenfalls kann es zu erheblichen Abweichungen von der beabsichtigten Flugbahn des Balles kommen. Das Führen des Schlägers auf einer ausgezeichneten Bahn kann man erlernen und trainieren. Hierzu ist es notwendig, die ausgezeichnete Schwungbahn zu identifizieren und die Abweichung des Schlägers von dieser ausgezeichneten Schwungbahn festzustellen.
Die US 2003/0207 718 A1 , US 2012 / 0 196 693 A1 und US 2011 / 0 224 012 A1 offenbaren Vorrichtungen zum Analysieren eines Schwungs eines Golfschlägers. Aus der DE 10 2006 008 333 B4 ist eine Messvorrichtung mit einem eindimensionalen Beschleunigungssensor zur Messung der Radialbeschleunigung parallel zur Achse des Schlägerschaftes, einem zweidimensionalen Beschleunigungssensor zur Messung des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors senkrecht zur Achse des Schlägerschaftes, und einem Gyrosensor zur Messung der Winkelgeschwindigkeit um die Achse des Schlägerschaftes bekannt. Diese Messvorrichtung ermittelt die für das Training einer Schlagbewegung relevanten Daten vorwiegend über die Beschleunigungssensoren. Aus den durch die Beschleunigungssensoren gewonnenen Daten lässt sich jedoch nicht immer eindeutig der Anfangspunkt eines Schlages ermitteln. Dies zieht nach sich, dass auch von dem Anfangspunkt des Schlages abhängige Daten, wie z.B. die Schlaggeschwindigkeit oder der Zeitpunkt der größten Beschleunigung fehlerbehaftet sein können. Ein weiteres Problem beispielsweise beim Golfspiel ist, dass ein für das Putten empfindlicher Sensor bei einem Schwung mit höherer Geschwindigkeit überläuft. Die Messvorrichtung aus dem Stand der Technik schlägt vor, mehrere eindimensionale Beschleunigungssensoren zur Messung der Radialbeschleunigung parallel zur Achse des Schlägerschaftes mit jeweils unterschiedlichem Abstand zum Griff oder unterschiedlicher Dimensionierung des Messbereichs zu verwenden.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Messvorrichtung mit erhöhter Präzision anzugeben.
Dieses Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Danach sind die zweidimensionalen Beschleunigungssensoren in jeweils unterschiedlichen Messbereichen empfindlich, sind die eindimensionalen Beschleunigungssensoren in jeweils unterschiedlichen Messbereichen empfindlich, ist die Messvorrichtung so ausgebildet, dass die zweidimensionalen Beschleunigungssensoren zeitgleich messen und dass die eindimensionalen Beschleunigungssensoren zeitgleich messen, und ist die Messvorrichtung ausgebildet, um die Rohdaten desjenigen zweidimensionalen Beschleunigungssensors mit der besseren Auflösung bzw. die Rohdaten desjenigen eindimensionalen Beschleunigungssensors mit der besseren Auflösung zu verwenden. Diese Messvorrichtung kann, beispielsweise bei Verwendung für das Golfspiel, Schwünge mit höherer Geschwindigkeit und ebenso Puttbewegungen erfassen.
Bei den Drehwinkelsensoren kann es sich allgemein um Mittel zum Nachweis der Winkelgeschwindigkeit handeln. Solche Mittel sind beispielsweise Gyroskopsensoren. Vorteilhaft sind die Gyroskopsensoren als mikro-elektro-mechanische Systeme, sogenannte MEMS ausgeführt. Für spezielle Anwendungen können auch mechanische Gyroskopsensoren verwendet werden. Der Einfachheit halber können die beiden Drehwinkelsensoren baugleich sein. Weiterhin können die beiden Drehwinkelsensoren in einem Bauteil integriert sein. Da sie vorgesehen sind, um zwei Drehwinkel um zwei im Wesentlichen orthogonal zueinander verlaufende Achsen zu messen, sind die beiden Drehwinkelsensoren im Wesentlichen orthogonal zueinander angeordnet. Die Drehwinkelsensoren sind geeignet, Bewegungen von einer Dauer von wenigen Millisekunden aufzulösen. Werden als Drehwinkelsensoren Gyroskopsensoren verwendet, so sind vorzugsweise solche mit einem Messbereich von 50 bis 2000 °/s, insbesondere von 400 bis 800 °/s, besonders bevorzugt von 550 bis 650 °/s zu wählen.
Die zwei zweidimensionalen Beschleunigungssensoren und die zwei eindimensionalen Beschleunigungssensoren sind in jeweils unterschiedlichen Messbereichen empfindlich. Demnach können der eine zweidimensionale Beschleunigungssensor und der eine eindimensionale Beschleunigungssensor für Messungen von langsamen Schlägen in einem Messbereich von 0 bis 15 g, insbesondere von 0 bis 10 g ausgelegt und vorgesehen sein. Demgegenüber können der andere zweidimensionale Beschleunigungssensor und der andere eindimensionale Beschleunigungssensor für Messungen von schnellen Schlägen in einem Messbereich von 5 bis 250 g, insbesondere von 15 bis 100 g ausgelegt und vorgesehen sein.
Alternativ kann die Messvorrichtung auch nur je einen zweidimensionalen Beschleunigungssensor und eindimensionalen Beschleunigungssensor umfassen. Um dennoch sowohl schnelle Schläge als auch langsame Schläge mit einer Messvorrichtung erfassen zu können, kann für jeden Sensor ein Verstärker vorgesehen werden. Geeignete Verstärker sind beispielsweise stufenlose Verstärker, die um einen Faktor von 1 bis 16 verstärken.
Die Sensoren zum Messen der Beschleunigung und der Drehwinkel des Schlägers können als mikro-elektro-mechanische Systeme, sogenannte MEMS, ausgeführt sein. MEMS haben den Vorteil, dass sie einerseits kostengünstig hergestellt werden können und andererseits einen geringen Energieverbrauch haben. Zudem haben sie meist eine höhere Zuverlässigkeit als konventionelle Systeme.
Um den zeitlichen Verlauf eines Schlages analysieren zu können, ist es zweckmäßig, zusätzlich ein Mittel zur Zeitmessung vorzusehen. Somit kann jedem Messpunkt der Beschleunigungs- und Drehwinkelsensoren ein Zeitpunkt zugeordnet werden und der Schlag zeitaufgelöst analysiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung Rechenmittel, die vorgesehen sind, um die durch die Beschleunigungssensoren und Drehwinkelsensoren ermittelten Rohdaten zu bearbeiten und aufbereitete Daten bereitzustellen. Die aufbereiteten Daten sind Daten, die der Benutzer direkt zur Beurteilung der Qualität seiner Schlagbewegung heranziehen kann. Solche aufbereiteten Daten sind beispielsweise die Orientierung des Schlägers, die maximale Beschleunigung, die Dauer der einzelnen Phasen des Schlages, sowie die Kräfteverteilung bzw. Beschleunigungen während der einzelnen Phasen und die Schwungbahn. Aus diesen aufbereiteten Daten können weitere Daten, wie beispielsweise der Zeitpunkt der höchsten Schlägergeschwindigkeit und daraus der Ort bzw. der Winkel zum Zeitpunkt der höchsten Geschwindigkeit abgeleitet werden.
Das Rechenmittel kann zudem eine Schnittstelle aufweisen, um die Rohdaten und/oder die aufbereiteten Daten an externe Datenverarbeitungssysteme zu übertragen. Alternativ können auch die Sensoren eine derartige Schnittstelle aufweisen. In diesem Fall kann auf ein Rechenmittel als Teil der Messvorrichtung verzichtet werden und die Bearbeitung der Daten direkt auf externen Datenverarbeitungssystemen erfolgen.
Da es oft unnötig ist, dass die Gesamtheit aller aufbereiteten Daten bereitgestellt wird, kann ein Bedienelement vorgesehen sein, mit dem ein Benutzer auswählen kann, welche aufbereiteten Daten das Rechenmittel erzeugt. Dadurch kann Rechenzeit eingespart werden, so dass die aufbereiteten Daten schneller zur Verfügung stehen. Außerdem sind für den Benutzer die gewünschten aufbereiteten Daten einfacher ersichtlich.
Wie eingangs erwähnt, soll die Messvorrichtung dazu dienen, die Bewegung eines Schlägers auf einer ausgezeichneten Schwungbahn zu trainieren. Abweichungen von dieser Schwungbahn können dazu führen, dass der Ball sein Ziel verfehlt. Daher ist es besonders interessant, ob die Schlagbewegung von der ausgezeichneten Schwungbahn abweicht und wenn ja wann und in welchem Maße. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, dass die Messdaten in Echtzeit von dem Rechenmittel bearbeitet und ausgewertet werden. Um dem Benutzer bereits in dem Moment, in dem die Abweichung auftritt, hierüber zu informieren, kann die Messvorrichtung einen Signalgeber umfassen. Dieser liefert dem Benutzer beispielsweise ein Signal, sobald eine Abweichung gemessen wird. Zudem kann die Intensität des Signals mit der Größe der Abweichung korrelieren. Das Signal kann akustisch, optisch und/oder mechanisch sein.
Vorteilhafterweise sind alle Sensoren, und falls vorhanden auch das Mittel zur Zeitmessung, das Rechenmittel und der Signalgeber, in einem Gehäuse untergebracht. An dem Gehäuse ist ein Befestigungsmittel vorgesehen, um die Messvorrichtung lösbar an einem Schläger zu befestigen. Dadurch wird eine einfache Handhabung der Messvorrichtung ermöglicht. Alternativ kann die Messvorrichtung auch nicht lösbar an dem Schläger befestigt sein. Beispielsweise kann die Messvorrichtung in einem Hohlraum des Schlägers angeordnet sein.
Eine Trainingsvorrichtung zum Trainieren einer Schlagbewegung eines Schlägers ist in Anspruch 17 angegeben. Gemäß einer konkreten Ausgestaltung umfasst die Trainingsvorrichtung einen Schläger, mit dem ein Benutzer die Schlagbewegung trainiert, und mindestens eine Messvorrichtung zum Erfassen der Schlagbewegung des Schlägers. Der Schläger definiert eine Schlägerachse. Die Messvorrichtung ist lösbar an dem Schläger befestigt. Die Messvorrichtung umfasst zwei zweidimensionale Beschleunigungssensoren zum Erfassen eines zweidimensionalen Beschleunigungsvektors. Zudem umfasst die Messvorrichtung zwei eindimensionale Beschleunigungssensoren zum Erfassen eines eindimensionalen Beschleunigungsvektors, wobei die eindimensionalen Beschleunigungssensoren derart zu den zweidimensionalen Beschleunigungssensoren angeordnet sind, dass der erfasste eindimensionale Beschleunigungsvektor im Wesentlichen orthogonal zu dem durch die zweidimensionalen Beschleunigungssensoren erfassten zweidimensionalen Beschleunigungsvektor verläuft. Des Weiteren umfasst die Messvorrichtung einen ersten Drehwinkelsensor zum Erfassen eines ersten Drehwinkels des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors um eine z-Achse, wobei der erste Drehwinkelsensor derart zu den zweidimensionalen Beschleunigungssensoren angeordnet ist, dass sich die z-Achse im Wesentlichen orthogonal zu dem zweidimensionalen Beschleunigungsvektor erstreckt, und einen zweiten Drehwinkelsensor zum Erfassen eines zweiten Drehwinkels des eindimensionalen Beschleunigungsvektors um eine y-Achse, wobei der zweite Drehwinkelsensor derart zu den eindimensionalen Beschleunigungssensoren angeordnet ist, dass sich die y-Achse im Wesentlichen orthogonal zu dem eindimensionalen Beschleunigungsvektor erstreckt. Die Trainingsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die zweidimensionalen Beschleunigungssensoren in jeweils unterschiedlichen Messbereichen empfindlich sind, dass die eindimensionalen Beschleunigungssensoren in jeweils unterschiedlichen Messbereichen empfindlich sind, dass die Messvorrichtung so ausgebildet ist, dass die zweidimensionalen Beschleunigungssensoren zeitgleich messen und dass die eindimensionalen Beschleunigungssensoren (8a, 8b) zeitgleich messen, und dass die Messvorrichtung ausgebildet ist, um die Rohdaten desjenigen zweidimensionalen Beschleunigungssensors (6a oder 6b) mit der besseren Auflösung bzw. die Rohdaten desjenigen eindimensionalen Beschleunigungssensors (8a oder 8b) mit der besseren Auflösung zu verwenden
Es bestehen vielfältige Möglichkeiten, die Messvorrichtung an dem Schläger auszurichten, da die Sensoren in ihrer Gesamtheit nicht kugelsymmetrisch sind. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Messvorrichtung derart bezüglich der Schlägerachse orientiert sein, dass die zweidimensionalen Beschleunigungssensoren einen zweidimensionalen Beschleunigungsvektor des Schlägers, der orthogonal zur Schlägerachse verläuft, erfassen, dass die eindimensionalen Beschleunigungssensoren einen eindimensionalen Beschleunigungsvektor des Schlägers, der parallel zur Schlägerachse verläuft, erfassen, dass der erste Drehwinkelsensor einen ersten Drehwinkel des Schlägers um die Schlägerachse erfasst, und dass der zweite Drehwinkelsensor einen zweiten Drehwinkel des Schlägers um die y-Achse, die sich im Wesentlichen senkrecht zur Schlägerachse erstreckt, erfasst.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Messvorrichtung der Trainingsvorrichtung eine Messvorrichtung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung.
Ein Verfahren zum Training einer Schlagbewegung eines Schlägers auf einer ausgezeichneten Schwungbahn mittels einer Trainingsvorrichtung ist in Anspruch 20 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den hiervon abhängigen Ansprüchen.
Gemäß einer konkreten Ausgestaltung des Verfahrens kann insbesondere vorgesehen sein, dass die für das Verfahren verwendete Trainingsvorrichtung einen Schläger und mindestens eine am Schläger befestigte Messvorrichtung zum Erfassen der Schlagbewegung des Schlägers umfasst, wobei die Trainingsvorrichtung eine Trainingsvorrichtung nach einer der Ausführungsformen der Erfindung ist. Bei bestimmungsgemäßer Benutzung der Trainingsvorrichtung erfasst der zweite Drehwinkelsensor einen zweiten Drehwinkel des Schlägers um die y-Achse, die sich im Wesentlichen senkrecht zur ausgezeichneten Schwungbahn erstreckt.
Das Verfahren kann beispielsweise dem Vergleich einer gemessenen Schwungbahn mit einer idealen Referenzschwungbahn dienen. Dazu ermitteln die Sensoren der Messvorrichtung Rohdaten, die das Rechenmittel der Messvorrichtung in aufbereitete Daten umwandelt. Unter aufbereiteten Daten sind die weiter oben beispielhaft erwähnten aufbereiteten Daten gemeint. Demnach kann es sich um die Orientierung des Schlägers, die maximale Beschleunigung, die Dauer der einzelnen Phasen des Schlages, die Kräfteverteilung bzw. Beschleunigungen während der einzelnen Phasen und die Schwungbahn handeln. Weiterhin können die maximale Geschwindigkeit des Schlägerkopfes und die Position des Schlägerkopfes zum Zeitpunkt der höchsten Geschwindigkeit relativ zum Zeitpunkt des Ballschlags bestimmt werden. Die aufbereiteten Daten werden anschließend mit Referenzdaten verglichen, und die Differenz wird ermittelt. Vorteilhafterweise erzeugt ein Signalgeber ein Signal, wenn die Differenz zwischen den aufbereiteten Daten und den Referenzdaten einen festgelegten Grenzwert überschreitet. Das Signal wird in dem Moment erzeugt, in dem die Abweichung von den Referenzdaten vorliegt. Dabei kann die Stärke des Signals mit der Größe der Differenz korrelieren. Der Benutzer wird somit in dem Moment, in dem die Abweichung auftritt, über die Abweichung unterrichtet. Das heißt, er weiß aus der Situation heraus, an welchen Punkten die Schlagbewegung nicht ideal ist. Er braucht demnach nicht nach dem Schlag, den entsprechenden Moment anhand der aufbereiteten Daten zu identifizieren, und was noch schwieriger ist, den berechneten Zeitpunkt im tatsächlichen Bewegungsablauf wiederzufinden.
Die Daten können auch nach einem Schlag im zeitlichen Zusammenhang ausgewertet werden, um zusätzliche oder genauere Parameter zu ermitteln. Beispiele dafür sind ein genaues Ablesen der Position des Schwungbeginns aus geglätteten Messdaten bzw. das Bestimmen des Schwungrhythmus aus der Gesamtmenge der Daten zwischen Schwungbeginn und Ballschlag (Impact).
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen im Einzelnen beschrieben werden.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zum Erfassen einer Schlagbewegung eines Schlägers;
2 eine schematische Darstellung einer Trainingsvorrichtung mit der Messvorrichtung aus 1 im bestimmungsgemäß eingebauten Zustand;
3 die Trainingsvorrichtung aus 2 dargestellt aus einer anderen Perspektive;
4 eine schematische Darstellung von Messsignalen in x-Richtung von zweidimensionalen Beschleunigungssensoren der Messvorrichtung aus 1 in Abhängigkeit von der Zeit;
5 eine schematische Darstellung von Messsignalen in y-Richtung der zweidimensionalen Beschleunigungssensoren aus 4 in Abhängigkeit von der Zeit;
6 eine schematische Darstellung von Messsignalen in z-Richtung von eindimensionalen Beschleunigungssensoren der Messvorrichtung aus 1 in Abhängigkeit von der Zeit;
7 eine schematische Darstellung eines Messsignals eines ersten Drehwinkelsensors der Messvorrichtung aus 1 in Abhängigkeit von der Zeit; und
8 eine schematische Darstellung eines Messsignals eines zweiten Drehwinkelsensors der Messvorrichtung aus 1 in Abhängigkeit von der Zeit.

Die in den 4 bis 8 dargestellten Messsignale wurden von den unterschiedlichen Sensoren gleichzeitig gemessen.
In 1 ist schematisch eine Messvorrichtung 2 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Messvorrichtung 2 ist vorgesehen, Bewegungen eines Schlägers 4, der einen Ball schlägt, im Folgenden als Schlagbewegungen bezeichnet, zu messen. Eine Schlagbewegung gliedert sich in die Abschnitte Schwungbeginn (a), Rückschwung (b), Vorwärtsschwung (c) und Ballschlag (d). Die Messvorrichtung 2 misst die Schlagbewegungen zeitlich aufgelöst, so dass der relevante Zeitraum zwischen Schwungbeginn (a) und Ballschlag (d) ausgewertet werden kann.
Die Messvorrichtung 2 ist beispielsweise für das Messen von Schlagbewegungen beim Golfspiel, Baseball, Tennis und Eishockey geeignet. Im Ausführungsbeispiel (2 und 3) dient die Messvorrichtung 2 der Messung von Schlagbewegungen mit einem Golfschläger 4.
Die Messvorrichtung 2 umfasst im Ausführungsbeispiel zwei zweidimensionale Beschleunigungssensoren 6a, 6b zum Erfassen eines zweidimensionalen Beschleunigungsvektors ${\vec{a}}_{x y}$
und zwei eindimensionale Beschleunigungssensoren 8a, 8b zum Erfassen eines eindimensionalen Beschleunigungsvektors ${\vec{a}}_{z} .$
Dabei sind die eindimensionalen Beschleunigungssensoren 8a, 8b derart zu den zweidimensionalen Beschleunigungssensoren 6a, 6b angeordnet, dass der eindimensionale Beschleunigungsvektor ${\vec{a}}_{z}$
im Wesentlichen orthogonal zum zweidimensionalen Beschleunigungsvektor ${\vec{a}}_{x y}$
verläuft. Neben den Beschleunigungssensoren 6a, 6b, 8a, 8b umfasst die Messvorrichtung 2 einen ersten Drehwinkelsensor 10 zum Erfassen eines ersten Drehwinkels θ. Dabei ist der erste Drehwinkelsensor 10 derart zu den zweidimensionalen Beschleunigungssensoren 6a, 6b angeordnet, dass der erste Drehwinkel θ dem Drehwinkel des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors ${\vec{a}}_{x y}$
um eine Achse z entspricht, die sich im Wesentlichen orthogonal zu dem zweidimensionalen Beschleunigungsvektor ${\vec{a}}_{x y}$
erstreckt. Zudem umfasst die Messvorrichtung 2 einen zweiten Drehwinkelsensor 12 zum Erfassen eines zweiten Drehwinkels φ. Dabei ist der zweite Drehwinkelsensor 12 derart zu den eindimensionalen Beschleunigungssensoren 8a, 8b angeordnet ist, dass der zweite Drehwinkel φ dem Drehwinkel des eindimensionalen Beschleunigungsvektors ${\vec{a}}_{z}$
um eine y-Achse entspricht, die sich im Wesentlichen senkrecht zu dem eindimensionalen Beschleunigungsvektor ${\vec{a}}_{z}$
erstreckt. Der zweite Drehwinkel φ ist demnach der Drehwinkel in der Schwungebene.
Die zweidimensionalen Beschleunigungssensoren 6a, 6b arbeiten in zwei unterschiedlichen, sich teilweise überlappenden Messbereichen. Der Messbereich des einen zweidimensionalen Beschleunigungssensors 6a reicht dabei von 5 bis 250 g und ist besonders für schnelle Schläge geeignet. Der Messbereich des anderen zweidimensionalen Beschleunigungssensors 6b reicht dabei typisch von 0 bis 15 g und ist besonders für langsame Schläge geeignet.
Die zweidimensionalen Beschleunigungssensoren 6a, 6b können aus je zwei eindimensionalen Beschleunigungssensoren aufgebaut sein. Diese eindimensionalen Beschleunigungssensoren eines zweidimensionalen Beschleunigungssensors 6a, 6b können baugleich bzgl. des Messbereiches sein. Für bestimmte Anwendungen kann es auch vorteilhaft sein, unterschiedliche Messbereiche für diese eindimensionalen Beschleunigungssensoren zu wählen. Ferner können die eindimensionalen Beschleunigungssensoren des zweidimensionalen Beschleunigungssensors 6a baugleich mit dem eindimensionalen Beschleunigungssensor 8a sein und die eindimensionalen Beschleunigungssensoren des zweidimensionalen Beschleunigungssensors 6b mit dem eindimensionalen Beschleunigungssensor 8b. Alternativ können die eindimensionalen Beschleunigungssensoren auch unterschiedlich ausgebildet sein. Die zweidimensionalen Beschleunigungssensoren 6a, 6b sind vorteilhaft in einem Bauteil untergebracht.
Die Drehwinkelsensoren 10, 12 sind Mittel zum Nachweis der Winkelgeschwindigkeit. Gemäß einer Ausführungsform sind die Drehwinkelsensoren 10, 12 Gyroskopsensoren. Die Drehwinkelsensoren 10, 12 sind orthogonal zueinander angeordnet, um die Drehwinkel θ und φ zu messen. Die Drehwinkelsensoren 10, 12 arbeiten in einem Messbereich von 50 bis 2000 °/s.
Die Beschleunigungssensoren 6a, 6b, 8a, 8b und die Drehwinkelsensoren 10, 12 sind im Ausführungsbeispiel mikro-elektro-mechanische Systeme, allgemein bekannt als MEMS.
Die Messvorrichtung 2 umfasst ferner ein Mittel 14 zur Zeitmessung. Das Mittel 14 zur Zeitmessung misst parallel zu den Beschleunigungssensoren 6a, 6b, 8a, 8b und den Drehwinkelsensoren 10, 12 die Zeit, um jedem Messwert, der durch die Beschleunigungssensoren 6a, 6b, 8a, 8b und die Drehwinkelsensoren 10, 12 erfasst wird, einen Zeitpunkt zuordnen zu können.
Ein Rechenmittel 16 ist vorgesehen, um die Rohdaten, die die Beschleunigungssensoren 6a, 6b, 8a, 8b, die Drehwinkelsensoren 10, 12 und das Mittel 14 zur Zeitmessung liefern, zu empfangen und auszuwerten. Das Rechenmittel 16 berechnet anhand der ermittelten Rohdaten und anhand von physikalischen Modellen zeitabhängig die Position des Schlägers im Raum, sowie dessen Orientierung und Geschwindigkeit im Laufe des Schlages. Die berechneten Werte können mit Referenzdaten verglichen werden. Eine detaillierte Darstellung der Funktionsweise des Rechenmittels 16 erfolgt weiter unten im Zusammenhang mit der Beschreibung eines Verfahrens zum Training einer Schlagbewegung, bei dem die Messvorrichtung 2 verwendet wird.
Das Rechenmittel 16 umfasst einen Speicher und einen Prozessor. Der Speicher speichert Programme, die der Auswertung der Rohdaten, die die Beschleunigungssensoren 6a, 6b, 8a, 8b, die Drehwinkelsensoren 10, 12 und das Mittel 14 zur Zeitmessung liefern, dienen. Zudem speichert der Speicher eine Vielzahl von Referenzdaten, die idealen Schwungabläufen entsprechen und dem Vergleich mit gemessenen Schlagbewegungen dienen. Das Rechenmittel 16 ist über eine Schnittstelle 18 von außen zugänglich. Somit können einerseits die Rohdaten, die die Beschleunigungssensoren 6a, 6b, 8a, 8b, die Drehwinkelsensoren 10, 12 und das Mittel 14 zur Zeitmessung liefern, bzw. die durch das Rechenmittel 16 ausgewerteten Daten von dem Rechenmittel 16 auf externe Datenverarbeitungssysteme übertragen werden.
Andererseits ermöglicht die Schnittstelle auch, die Programme und/oder Referenzdaten zu aktualisieren bzw. zu ersetzen. Die Schnittstelle 18 ist beispielsweise ein USB Anschluss, eine Bluetooth-Schnittstelle, eine Infrarot-Schnittstelle oder eine andere gängige drahtlose oder drahtgebundene Schnittstelle. Vorzugsweise ist die Schnittstelle eine Bluetooth-Schnittstelle, um damit eine Verbindung zu Smartphones als externe Datenverarbeitungssysteme herstellen zu können.
Die Messvorrichtung 2 weist ferner ein Bedienelement 20 auf, mit dem ein Benutzer auswählen kann, welches oder welche Programm(e) von dem Rechenmittel 16 auszuführen ist/sind. Zudem kann ein Benutzer mittels des Bedienelementes 20 einen Referenzdatensatz auswählen, mit dem die anschließend zu messenden Schlagbewegungen zu vergleichen sind.
Die Beschleunigungssensoren 6a, 6b, 8a, 8b, die Drehwinkelsensoren 10, 12, das Mittel 14 zur Zeitmessung und das Rechenmittel 16 sind in einem kompakten Gehäuse 22 angeordnet. Das Gehäuse 22 weist ein Befestigungsmittel 24 auf, über das die Messvorrichtung 2 lösbar an dem Schläger 4 befestigt werden kann.
Die Messvorrichtung 2 weist ferner einen Signalgeber 26 auf. Der Signalgeber 26 ist beispielsweise außen am Gehäuse 22 angebracht. Alternativ kann der Signalgeber 26 auch im Gehäuse 22 untergebracht sein. Der Signalgeber 26 gibt akustische und/oder optische Signale ab. Für spezielle Anwendungen kann das Signal auch ein Vibrationssignal sein. Signale werden von dem Signalgeber 26 dann abgegeben, wenn die Differenz zwischen den durch das Rechenmittel 16 berechneten Werten und den Referenzdaten einen Grenzwert übersteigt. Der Grenzwert kann dabei von dem Benutzer festgelegt werden.
In den 2 und 3 ist eine Trainingsvorrichtung 30 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aus zwei unterschiedlichen Perspektiven dargestellt. Die Trainingsvorrichtung 30 ist zum Trainieren einer Schlagbewegung eines Schlägers 4 geeignet. Zur besseren Veranschaulichung zeigen die 2 und 3 die Trainingsvorrichtung 30 zusammen mit einem Benutzer. In 2 erstreckt sich die Schwungbahn senkrecht zur Zeichenebene und in 3 parallel zur Zeichenebene.
Die Trainingsvorrichtung 30 umfasst die bereits beschriebene Messvorrichtung 2 und einen Schläger 4, mit dem eine Schlagbewegung trainiert werden soll. Der Schläger erstreckt sich entlang einer Schlägerachse A. Die Messvorrichtung 2 ist an dem Schläger 4 befestigt. Vorzugsweise ist die Messvorrichtung 2 an dem Schläger 4 über das Befestigungsmittel 24 befestigt. Im Ausführungsbeispiel ist der Schläger 4 ein Golfschläger. Allerdings kann der Schläger, wie eingangs beschrieben, auch ein für andere Ballsportarten verwendeter Schläger sein.
Dabei ist die Messvorrichtung 2 derart an dem Schläger 4 befestigt, dass der zweidimensionale Beschleunigungsvektor a_xy, der durch die zweidimensionalen Beschleunigungssensoren 6a, 6b erfasst wird, orthogonal zur Schlägerachse A verläuft. Aus der oben beschriebenen relativen Anordnung der zweidimensionalen Beschleunigungssensoren 6a, 6b, der eindimensionalen Beschleunigungssensoren 8a, 8b, des ersten Drehwinkelsensors 10 und des zweiten Drehwinkelsensors 12 zueinander und aus der relativen Anordnung des Schlägers 4 und der zweidimensionalen Beschleunigungssensoren 6a, 6b ergeben sich folgende Zusammenhänge: Der eindimensionale Beschleunigungsvektor a_z, der durch die eindimensionalen Beschleunigungssensoren 8a, 8b erfasst wird, verläuft parallel zur Schlägerachse A. Der erste Drehwinkel θ, der durch den ersten Drehwinkelsensor 10 erfasst wird, entspricht dem Drehwinkel des Schlägers 4 um die Schlägerachse A. Der zweite Drehwinkel φ, der durch den zweiten Drehwinkelsensor 12 erfasst wird, entspricht dem Drehwinkel des Schlägers 4 um eine y-Achse, die sich im Wesentlichen senkrecht zur Schlägerachse A erstreckt.
Um die Trainingsvorrichtung 30 zum Trainieren einer Schlagbewegung auf einer ausgezeichneten Schwungbahn einsetzen zu können, ist die Messvorrichtung 2 derart zur Schlägerachse A anzuordnen, dass bei bestimmungsgemäßer Benutzung der Trainingsvorrichtung 30 sich die y-Achse, um die sich der zweite Drehwinkel φ dreht, im Wesentlichen orthogonal zu der ausgezeichneten Schwungbahn erstreckt.
Das Verfahren zum Training einer Schlagbewegung mit dem Schläger 4 auf einer ausgezeichneten Schwungbahn beruht darauf, dass die Beschleunigungssensoren 6a, 6b, 8a, 8b, die Drehwinkelsensoren 10, 12 und das Mittel zur Zeitmessung 14 Rohdaten ermitteln, die an das Rechenmittel 16 übertragen und durch das Rechenmittel 16 bearbeitet werden, das die Rohdaten in aufbereitete Daten wie beispielsweise die Orientierung, maximale Beschleunigung, Dauer einzelner Phasen der Schlagbewegung, Kräfteverteilungen und Beschleunigungen während der einzelnen Phasen und Schwungbahn umwandelt. Diese Schritte erfolgen in Echtzeit, so dass die aufbereiteten Daten dem Benutzer unmittelbar während des Schlages zur Verfügung stehen.
Da ein Benutzer, der eine bestimmte Bewegung trainiert, allein aus den aufbereiteten Daten seiner Schlagbewegung nicht unbedingt Fehler ablesen kann, sieht das Verfahren vor, die aufbereiteten Daten mit Referenzdaten zu vergleichen und die Differenz zwischen den aufbereiteten Daten und den Referenzdaten zu bestimmen. Dazu stehen dem Benutzer eine Vielzahl von Referenzdaten zur Verfügung, aus der er mittels des Bedienelementes 20 die Referenzdaten auswählen kann, die der Schlagbewegung entsprechen, die er trainieren möchte. Wenn eine Differenz zwischen der gemessenen Schlagbewegung und den ausgewählten Referenzdaten festgestellt wird, wird durch den Signalgeber 26 ein Signal erzeugt. Die Stärke des Signals variiert dabei mit der Größe der Differenz. Im Ausführungsbeispiel ist das Signal ein akustisches Signal, das mit zunehmender Differenz lauter wird.
Professionelle Spieler, die nicht unbedingt auf einen Vergleich der gemessenen Daten mit Referenzdaten angewiesen sind, können auch direkt auf die aufbereiteten Daten zugreifen. Ein Vergleich mit Referenzdaten findet in diesem Fall nicht statt.
Die aufbereiteten Daten, sowie deren Differenz zu den Referenzdaten werden in Echtzeit ermittelt, das heißt während des Schlages. Somit erkennt der Benutzer instantan, welche Phasen der Schwungbewegung fehlerhaft sind. Zudem können sämtliche Daten (Rohdaten, aufbereitete Daten, Differenzdaten) über die Schnittstelle 18 an ein externes Datenverarbeitungssystem übertragen werden. Dies ermöglicht weitergehende Analysen der Schläge nachdem die Schläge ausgeführt wurden. Beispielsweise kann so ermittelt werden, wie sich bei mehrfacher Wiederholung einer bestimmten Art des Schlagens oder langfristig über mehrere Trainingstage hinweg die Güte des Schlages verbessert hat.
In den 4 bis 8 sind für einen Schlag mit einem Golfschläger 4 schematisch die Messsignale der einzelnen Sensoren 6a, 6b, 8a, 8b, 10, 12 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Dabei sind die relevanten Phasen Schwungbeginn (a), Rückschwung (b), Vorwärtsschwung (c) und Ballschlag (d) in jedem Messsignal gekennzeichnet. Dabei ist unter Rückschwung (b) die Phase zwischen Schwungbeginn (a) und dem Moment der höchsten Schlägerposition zu verstehen. Der Vorwärtsschwung (c) ist dementsprechend die Phase zwischen dem Moment der höchsten Schlägerposition und dem Ballschlag (d). Die Dauer eines Schlages beträgt je nach Spieler typisch zwischen 600 und 1000 ms.
Der in den bis dargestellte Schlag hat eine Länge von ungefähr 1000 ms. Die relative Dauer von Rückwärtsschwung und Vorwärtsschwung ist in den 4 bis 8 nicht wahrheitsgetreu, sondern nur schematisch, abgebildet. In der Regel ist die Dauer des Rückwärtsschwungs in etwa drei Mal so groß wie die Dauer des Vorwärtsschwungs.
4 zeigt, wie sich die Größe des Beschleunigungsvektors ${\vec{a}}_{x}$
als die eine Komponente des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors ${\vec{a}}_{x y}$
im Laufe des Schlages ändert. Wie aus 3 erkennbar, ist der Beschleunigungsvektor ${\vec{a}}_{x}$
senkrecht zur Schlägerachse A gerichtet und verläuft im Wesentlichen parallel zu der ausgezeichneten Schwungbahn. In 4 sind zwei Graphen dargestellt. Der als durchgezogene Linie dargestellte Graph entspricht einer Messung des einen zweidimensionalen Beschleunigungssensors 6a, der in einem Bereich von 10 bis 100 g misst. Der Wert der durch den Beschleunigungssensor 6a gemessenen Beschleunigung ${\vec{a}}_{x}$
wird in 4 an der linken Ordinatenachse abgelesen. Parallel findet die Messung durch den anderen zweidimensionalen Beschleunigungssensors 6b statt (gestrichelte Linie), der in einem Bereich von 0 bis 10 g misst. Der Wert der durch den Beschleunigungssensor 6b gemessenen Beschleunigung ${\vec{a}}_{x}$
wird in 4 an der rechten Ordinatenachse abgelesen. Während der Rückwärtsschwung (b) von dem Sensor 6b mit einer guten Auflösung gemessen wird, ist das Signal dieses Sensors 6b für den Vorwärtsschwung (c) gesättigt. Umgekehrt wird der Rückwärtsschwung (b) durch den Sensor 6a nicht ausreichend aufgelöst, der Vorwärtsschwung (c) jedoch sehr gut abgebildet. Somit ist für die Auswertung des Rückwärtsschwungs (b) der Sensor 6b und für die Auswertung des Vorwärtsschwungs (c) der Sensor 6a zu verwenden. Der Beschleunigungsvektor ${\vec{a}}_{x}$
des Rückschwungs (b) ist negativ und hat einen parabelförmigen Verlauf. Der Beschleunigungsvektor ${\vec{a}}_{x}$
des Vorwärtsschwungs (c) ist positiv und hat ebenfalls einen parabelförmigen Verlauf, der im Moment des Ballschlags (d) einen Peak aufweist.
5 zeigt, wie sich die Größe des Beschleunigungsvektors ${\vec{a}}_{y}$
als die andere Komponente des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors ${\vec{a}}_{x y}$
im Laufe des Schlages ändert. Wie aus 3 erkennbar, ist der Beschleunigungsvektor ${\vec{a}}_{y}$
senkrecht zur Schlägerachse A gerichtet und verläuft im Wesentlichen senkrecht zu der ausgezeichneten Schwungbahn. Bei einem idealen Schlag gibt es keine Beschleunigung in y-Richtung, und der Beschleunigungsvektor ${\vec{a}}_{y}$
ist somit während des gesamten Schlages gleich null. Der Verlauf des Beschleunigungsvektors ${\vec{a}}_{y}$
in 5 rührt allein von der Drehung des Schlägers um die Schlägerachse A her. Auch in 5 sind analog zu 4 zwei Graphen dargestellt. Die Amplituden des Rückwärtsschwungs (b) und des Vorwärtsschwungs (c) sind im Wesentlichen gleich groß und unterscheiden sich lediglich im Vorzeichen. Da die Amplituden in der Regel eher klein sind, wird zur Auswertung des gesamten Schlages vorzugsweise der Sensor 6b herangezogen.
Ein Trainingsziel ist, den Schläger möglichst in einer Ebene zu führen, das heißt, die Auslenkung des Schlägers aus der Ebene zu minimieren. Dieses Ziel kann durch Überprüfung des Verlaufs des Beschleunigungsvektors ${\vec{a}}_{y}$
mit Hilfe der Sensoren 6a, 6b trainiert werden.
6 zeigt, wie sich die Größe des Beschleunigungsvektors ${\vec{a}}_{z},$
der sich parallel zur Schlägerachse A erstreckt, verläuft. Auch in 6 sind analog zu 4 zwei Graphen dargestellt. Die Messung des als durchgezogene Linie dargestellten Graphs erfolgte durch den einen eindimensionalen Beschleunigungssensor 8a und des als gestrichelte Linie dargestellten Graphs durch den anderen eindimensionalen Beschleunigungssensor 8b. Die jeweils zugehörigen Ordinatenachsen sind entsprechend gekennzeichnet. Der Verlauf des Beschleunigungsvektors ${\vec{a}}_{z}$
des Vorwärtsschwungs entspricht qualitativ dem Verlauf des Beschleunigungsvektors ${\vec{a}}_{x}$
des Vorwärtsschwungs. Auch der Verlauf des Beschleunigungsvektors ${\vec{a}}_{z}$
des Rückwärtsschwungs entspricht im Wesentlichen dem Verlauf des Beschleunigungsvektors ${\vec{a}}_{x}$
des Rückwärtsschwungs, nur ist das Vorzeichen nun positiv. Zur Auswertung der Messung Beschleunigungsvektors ${\vec{a}}_{z}$
ist analog zu dem Vorgehen für den Beschleunigungsvektor ${\vec{a}}_{x}$
zu verfahren.
Ausgehend von den Messwerten ${\vec{a}}_{x}, {\vec{a}}_{y}$
und ${\vec{a}}_{z}$
der Beschleunigungssensoren 6a, 6b, 8a, 8b kann die Ansprechposition, also die Position des Schlägers 4 unmittelbar vor dem Golfschlag, ermittelt werden.
7 zeigt, wie sich der erste Drehwinkel Θ des Schlägers 4 um die Schlägerachse A während des Schlages ändert. Der Verlauf des Wertes des ersten Drehwinkels θ während des Schlages entspricht dabei einer Parabel. Oft ist der erste Winkel θ zu Schwungbeginn (a) nicht identisch mit dem ersten Winkel θ beim Ballschlag (d). Das heißt der Schlägerkopf ändert seine Orientierung während des Schlages aufgrund einer Rotation des gesamten Schlägers 4 um die Schlägerachse A. Aus der Differenz der beiden Winkel ergibt sich der sogenannte open-close-Wert des Schlägers 4. Das heißt die Differenz ist ein Maß dafür, ob der Ball von der angestrebten Flugbahn eher nach links oder nach rechts abweichen wird. Idealerweise wird der Schlägerkopf während des Schlages senkrecht zur ausgezeichneten Schwungbahn geführt. Ein Trainingssziel ist, die Differenz zwischen diesen beiden Winkeln so gering wie möglich zu halten. Dieses Ziel kann durch Überprüfung des Verlaufs des ersten Winkels θ mit Hilfe des ersten Drehwinkelsensors 10 trainiert werden.
Ein häufig auftretendes Problem ist der sogenannte YIP. Hierbei handelt es sich um eine Entriegelung des Handgelenks, wodurch es zu einer unkontrollierten Rotation des Schlägers 4 um die Schlägerachse A kommt. Der YIP wird durch den ersten Drehwinkelsensor 10 gemessen. Die Bewegung findet auf einer Zeitskala von ungefähr 50 ms statt. Um diese zu erfassen, ist eine Auflösung von 50 bis 5000 Hz, insbesondere von 500 bis 2000 Hz erforderlich. Der YIP äußert sich im zeitabhängigen Verlauf des ersten Winkels θ als eine hakenförmige Abweichung (siehe 7). Ein anderes Trainingsziel ist, den YIP zu reduzieren. Dieses Ziel kann durch Überprüfung des Verlaufs des ersten Winkels θ mit Hilfe des ersten Drehwinkelsensors 10 trainiert werden.
8 zeigt, wie sich der zweite Drehwinkel φ des Schlägers 4 um die y-Achse während des Schlages ändert. Der zweite Drehwinkel φ entspricht somit dem Winkel, den der Schläger 4 während des Schlages in der Schwungebene zurück legt. Der zeitliche Verlauf des zweiten Winkels φ entspricht qualitativ dem des ersten Winkels θ. Auch bei dem zweiten Winkel θ ist oft zu beobachten, dass sich die Werte zu Schwungbeginn (a) und beim Ballschlag (d) unterscheiden. Aus der Differenz lässt sich der sogenannte Abschlagwinkel ableiten. Der Abschlagwinkel ist der Winkel, den die Abschlagfläche des Schlägerkopfes mit einer Vertikalen beim Ballschlag (d) einschließt. Ein Trainingsziel ist, bei bestimmten Schlägen die Differenz der Abschlagwinkel zwischen der Position zu Schwungbeginn (a) und der Position beim Ballschlag (d) so klein wie möglich zu halten. Bei anderen Schlägen kann es eher darauf ankommen, den Abschlagwinkel so genau wie möglich zu reproduzieren. Diese Ziele können durch Überprüfung des Verlaufs des zweiten Winkels φ mit Hilfe des zweiten Drehwinkelsensors 12 trainiert werden.
Alternativ ist die Bestimmung auch über die zweidimensionalen Beschleunigungssensoren 6a, 6b möglich, wobei es insbesondere auf die Komponente in x-Richtung (siehe 3) ankommt. Allerdings ist die Messgenauigkeit, die durch den zweiten Drehwinkelsensor 12 erreicht werden kann, höher als die der Beschleunigungssensoren 6a, 6b, so dass die Messung des zweiten Drehwinkelsensors 12 zu bevorzugen ist.
Die zweidimensionalen Beschleunigungssensoren 6a, 6b, zusammen mit den eindimensionalen Beschleunigungssensoren 8a, 8b und dem ersten Drehwinkelsensor 10 liefern die relevanten Daten zur Bestimmung der Geschwindigkeit und der Beschleunigung des Golfschlägers 4 entlang der Schwungbahn während des Schlages.
Eine weitere wichtige Information ist der zeitliche Verlauf des Beschleunigungsvektors ${\vec{a}}_{z}$
(entlang der Schlägerachse). Wird mehr als ein Messbereich synchron aufgenommen, können sowohl die langsamen Beschleunigungen einer Puttbewegung als auch die hohen Beschleunigungen eines Schwungs ohne Überlauf erfasst werden. Aus dem zeitlichen Verlauf des Beschleunigungsvektors ${\vec{a}}_{z}$
lässt sich die maximale Geschwindigkeit des Schlägerkopfes und die Position des Schlägerkopfes zum Zeitpunkt der höchsten Geschwindigkeit relativ zum Zeitpunkt des Ballschlags (d) bestimmen. Ein typisches Trainingsziel ist es zu erreichen, dass der Zeitpunkt der höchsten Geschwindigkeit und der Zeitpunkt des Ballschlags (d) zusammenfallen. Ein weiteres Trainingsziel ist, die maximale Geschwindigkeit zu optimieren, das heißt beispielsweise zu maximieren oder auf einen Zielwert zu trainieren.

Claims

Messvorrichtung zum Erfassen einer Schlagbewegung eines Schlägers, umfassend - zwei zweidimensionale Beschleunigungssensoren (6a, 6b) zum Erfassen eines zweidimensionalen Beschleunigungsvektors $({\vec{a}}_{x y}),$
- zwei eindimensionale Beschleunigungssensoren (8a, 8b) zum Erfassen eines eindimensionalen Beschleunigungsvektors $({\vec{a}}_{z}),$
wobei die eindimensionalen Beschleunigungssensoren (8a, 8b) derart zu den zweidimensionalen Beschleunigungssensoren (6a, 6b) angeordnet sind, dass der erfasste eindimensionale Beschleunigungsvektor $({\vec{a}}_{z})$
im Wesentlichen orthogonal zu dem durch die zweidimensionalen Beschleunigungssensoren (6a, 6b) erfassten zweidimensionalen Beschleunigungsvektor $({\vec{a}}_{x y})$
verläuft, - einen ersten Drehwinkelsensor (10) zum Erfassen eines ersten Drehwinkels (θ) des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors $({\vec{a}}_{x y})$
um eine z-Achse, wobei der erste Drehwinkelsensor (10) derart zu den zweidimensionalen Beschleunigungssensoren (6a, 6b) angeordnet ist, dass sich die z-Achse im Wesentlichen orthogonal zu dem zweidimensionalen Beschleunigungsvektor $({\vec{a}}_{x y})$
erstreckt, - einen zweiten Drehwinkelsensor (12) zum Erfassen eines zweiten Drehwinkels (cp) des eindimensionalen Beschleunigungsvektors $({\vec{a}}_{z})$
um eine y-Achse, wobei der zweite Drehwinkelsensor (12) derart zu den eindimensionalen Beschleunigungssensoren (8a, 8b) angeordnet ist, dass sich die y-Achse im Wesentlichen senkrecht zu dem eindimensionalen Beschleunigungsvektor $({\vec{a}}_{z})$
) erstreckt wobei die zweidimensionalen Beschleunigungssensoren (6a, 6b) in jeweils unterschiedlichen Messbereichen empfindlich sind, wobei die eindimensionalen Beschleunigungssensoren (8a, 8b) in jeweils unterschiedlichen Messbereichen empfindlich sind, wobei die Messvorrichtung so ausgebildet ist, dass die zweidimensionalen Beschleunigungssensoren (6a, 6b) zeitgleich messen und dass die eindimensionalen Beschleunigungssensoren (8a, 8b) zeitgleich messen, und wobei die Messvorrichtung ausgebildet ist, um die Rohdaten desjenigen zweidimensionalen Beschleunigungssensors (6a oder 6b) mit der besseren Auflösung bzw. die Rohdaten desjenigen eindimensionalen Beschleunigungssensors (8a oder 8b) mit der besseren Auflösung zu verwenden.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drehwinkelsensor (10) und der zweite Drehwinkelsensor (12) Mittel zum Nachweis der Winkelgeschwindigkeit sind.
Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drehwinkelsensor (10) und der zweite Drehwinkelsensor (12) Gyroskopsensoren sind.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drehwinkelsensor (10) und der zweite Drehwinkelsensor (12) baugleich sind und im Wesentlichen orthogonal zueinander angeordnet sind.
Messvorrichtung nach Anspruch 3 oder nach Anspruch 4, wenn rückbezogen auf Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gyroskopsensoren (10, 12) in einem Messbereich von 50 bis 2000 °/s empfindlich sind.
Messvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eine zweidimensionale Beschleunigungssensor (6a) in einem Messbereich von 0 bis 15 g, insbesondere von 0 bis 10 g, empfindlich ist.
Messvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der andere zweidimensionale Beschleunigungssensor (6b) in einem Messbereich von 5 bis 250 g, insbesondere von 15 bis 100 g, empfindlich ist.
Messvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei zweidimensionalen Beschleunigungssensoren (6a, 6b) jeweils zwei eindimensionale Beschleunigungssensoren umfassen, wobei die eindimensionalen Beschleunigungssensoren des einen zweidimensionalen Beschleunigungssensors (6a) baugleich mit dem einen eindimensionalen Beschleunigungssensor (8a) sind und die eindimensionalen Beschleunigungssensoren des anderen zweidimensionalen Beschleunigungssensors (6b) baugleich mit dem anderen eindimensionalen Beschleunigungssensor (8b) sind.
Messvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungssensoren (6a, 6b, 8a, 8b) und die Drehwinkelsensoren (10, 12) mikro-elektro-mechanische Systeme (MEMS) sind.
Messvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (2) ein Mittel zur Zeitmessung (14) aufweist, das die Zeit während der Schlagbewegung misst.
Messvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (2) ein Rechenmittel (16) aufweist, das vorgesehen ist, um die durch die Beschleunigungssensoren (6a, 6b, 8a, 8b) und Drehwinkelsensoren (10, 12) ermittelten Rohdaten in aufbereitete Daten umzuwandeln, die Orientierung, maximale Beschleunigung, Dauer einzelner Phasen der Schlagbewegung, Kräfteverteilungen und Beschleunigungen während der einzelnen Phasen und Schwungbahn umfassen.
Messvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Rechenmittel (16) eine Schnittstelle (18) aufweist, um die Rohdaten und/oder die aufbereiteten Daten an externe Datenverarbeitungssysteme zu übertragen.
Messvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (2) ein Bedienelement (20) umfasst, mit dem ein Benutzer auswählen kann, welche aufbereiteten Daten das Rechenmittel (16) erzeugt.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (2) ein Gehäuse (22) umfasst, das alle Sensoren (6a, 6b, 8a, 8b, 10, 12), das Mittel (14) zur Zeitmessung und das Rechenmittel (16) einschließt.
Messvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (2) ein Befestigungsmittel (24) umfasst, das vorgesehen ist, um die Messvorrichtung (2) lösbar oder unlösbar an einem Schläger (4) zu befestigen.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signalgeber (26) vorgesehen ist, um einem Benutzer in Abhängigkeit der Rohdaten und/oder der aufbereiteten Daten ein Signal zu liefern.
Trainingsvorrichtung zum Trainieren einer Schlagbewegung eines Schlägers, umfassend - einen Schläger (4), mit dem ein Benutzer die Schlagbewegung trainiert, und - mindestens eine Messvorrichtung (2) zum Erfassen der Schlagbewegung des Schlägers (4), die an dem Schläger (4) befestigt ist, und die umfasst • zwei zweidimensionale Beschleunigungssensoren (6a, 6b) zum Erfassen eines zweidimensionalen Beschleunigungsvektors $({\vec{a}}_{x y}),$
• zwei eindimensionale Beschleunigungssensoren (8a, 8b) zum Erfassen eines eindimensionalen Beschleunigungsvektors $({\vec{a}}_{z}),$
wobei die eindimensionalen Beschleunigungssensoren (8a, 8b) derart zu den zweidimensionalen Beschleunigungssensoren (6a, 6b) angeordnet sind, dass der erfasste eindimensionale Beschleunigungsvektor $({\vec{a}}_{z})$
im Wesentlichen orthogonal zu dem durch die zweidimensionalen Beschleunigungssensoren (6a, 6b) erfassten zweidimensionalen Beschleunigungsvektor $({\vec{a}}_{x y})$
verläuft, • einen ersten Drehwinkelsensor (10) zum Erfassen eines ersten Drehwinkels (θ) des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors $({\vec{a}}_{x y})$
um eine z-Achse, wobei der erste Drehwinkelsensor (10) derart zu den zweidimensionalen Beschleunigungssensoren (6a, 6b) angeordnet ist, dass sich die z-Achse im Wesentlichen orthogonal zu dem zweidimensionalen Beschleunigungsvektor $({\vec{a}}_{x y})$
erstreckt, und • einen zweiten Drehwinkelsensor (12) zum Erfassen eines zweiten Drehwinkels (φ) des eindimensionalen Beschleunigungsvektors $({\vec{a}}_{z})$
um eine y-Achse, wobei der zweite Drehwinkelsensor (12) derart zu den eindimensionalen Beschleunigungssensoren (8a, 8b) angeordnet ist, dass sich die y-Achse im Wesentlichen orthogonal zu dem eindimensionalen Beschleunigungsvektor $({\vec{a}}_{z})$
erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die zweidimensionalen Beschleunigungssensoren (6a, 6b) in jeweils unterschiedlichen Messbereichen empfindlich sind, dass die eindimensionalen Beschleunigungssensoren (8a, 8b) in jeweils unterschiedlichen Messbereichen empfindlich sind, dass die Messvorrichtung so ausgebildet ist, dass die zweidimensionalen Beschleunigungssensoren (6a, 6b) zeitgleich messen und dass die eindimensionalen Beschleunigungssensoren (8a, 8b) zeitgleich messen, und dass die Messvorrichtung ausgebildet ist, um die Rohdaten desjenigen zweidimensionalen Beschleunigungssensors (6a oder 6b) mit der besseren Auflösung bzw. die Rohdaten desjenigen eindimensionalen Beschleunigungssensors (8a oder 8b) mit der besseren Auflösung zu verwenden.
Trainingsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Schläger (4) entlang einer Schlägerachse (A) erstreckt und dass die Messvorrichtung (2) derart bezüglich der Schlägerachse (A) orientiert ist, dass - die zweidimensionalen Beschleunigungssensoren (6a, 6b) einen zweidimensionalen Beschleunigungsvektor $({\vec{a}}_{x y})$
des Schlägers (4), der orthogonal zur Schlägerachse (A) verläuft, erfassen, - die eindimensionalen Beschleunigungssensoren (8a, 8b) einen eindimensionalen Beschleunigungsvektor $({\vec{a}}_{z})$
des Schlägers (4), der parallel zur Schlägerachse (A) verläuft, erfassen, - der erste Drehwinkelsensor (10) einen ersten Drehwinkel (θ) des Schlägers (4) um die Schlägerachse (A) erfasst, und - der zweite Drehwinkelsensor (12) einen zweiten Drehwinkel (φ) des Schlägers (4) um die y-Achse, die sich im Wesentlichen senkrecht zur Schlägerachse (A) erstreckt, erfasst.
Trainingsvorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Messvorrichtung (2) eine Messvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 16 ist.
Verfahren zum Training einer Schlagbewegung eines Schlägers auf einer ausgezeichneten Schwungbahn mittels einer Trainingsvorrichtung (30), wobei die Trainingsvorrichtung (30) einen Schläger (4) und mindestens eine am Schläger (4) befestigte Messvorrichtung (2) zum Erfassen der Schlagbewegung des Schlägers (4) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Trainingsvorrichtung (30) eine Trainingsvorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 17 bis 19 ist.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei bestimmungsgemäßer Benutzung der Trainingsvorrichtung (30) der zweite Drehwinkelsensor (12) einen zweiten Drehwinkel (cp) des Schlägers (4) um die y-Achse, die sich im Wesentlichen senkrecht zur ausgezeichneten Schwungbahn erstreckt, erfasst.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wenn rückbezogen auf einen der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (6a, 6b, 8a, 8b, 10, 12) der Messvorrichtung (2) Rohdaten ermitteln und dass das Rechenmittel (16) der Messvorrichtung (2) instantan die Rohdaten in aufbereitete Daten umwandelt, die Orientierung, maximale Beschleunigung, Dauer einzelner Phasen der Schlagbewegung, Kräfteverteilungen und Beschleunigungen während der einzelnen Phasen und Schwungbahn umfassen.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die aufbereiteten Daten mit Referenzdaten verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 23, wenn rückbezogen auf Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (26) ein Signal erzeugt, wenn die Differenz zwischen den aufbereiteten Daten und den Referenzdaten einen festgelegten Grenzwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des Signals mit der Größe der Differenz korreliert.