DE102014118439B4

DE102014118439B4 - Kommunikationsmodul zur persönlichen Leistungsüberwachung, entsprechendes Gerät, System und Verfahren

Info

Publication number: DE102014118439B4
Application number: DE102014118439.4A
Authority: DE
Inventors: c/o Suunto Oy Martikka Mikko; c/o Suunto Oy Pernu Kimmo; c/o Suunto Oy Lindman Erik
Original assignee: Suunto Oy
Current assignee: Suunto Oy
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2023-03-23
Anticipated expiration: 2034-12-12
Also published as: GB2521716A; GB2521716B; US20150182842A1; GB201416474D0; FI20136347A; US9468835B2; HK1211197A1; FI126011B; DE102014118439A1

Abstract

Kommunikationsmodul zum Überwachen der Körperleistung, umfassend:- eine Einrichtung zum kontinuierlichen Empfangen von Sensorsignalen von einem mit dem Kommunikationsmodul verbundenen Sensor,- eine Verarbeitungseinheit, ausgebildet zum kontinuierlichen Verarbeiten der Sensorsignale und zum Bilden mehrerer aufeinanderfolgender Datennachrichten, die Daten enthalten, welche zumindest teilweise von den Sensorsignalen abgeleitet sind,- eine Drahtlos-Kommunikationseinheit zum Senden der gebildeten Datennachrichten zu einem externen Drahtlos-Empfangsgerät in mehreren aufeinanderfolgenden Sendezeitschlitzen unter Verwendung eines Drahtlos-Kommunikationsprotokolls, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist,- einen Sensorsignal-Analysealgorithmus auszuführen, um basierend auf vordefinierten Charakteristika der Sensorsignale erste Zeitpunkte zu bestimmen,- zweite Zeitpunkte entsprechend den Sendezeitschlitzen zum Senden der Datennachrichten entsprechend den Charakteristika unter Verwendung der Drahtlos-Kommunikationseinheit zu bestimmen, und- Information über die Differenz zwischen den ersten und zweiten Zeitpunkten den Datennachrichten hinzuzufügen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Kommunikationssysteme, die bei der Überwachung persönlicher Leistung beispielsweise bei der Ausübung von Sportarten zum Einsatz kommen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein neues Kommunikationsmodul, welches sich zur Übermittlung von Sensorsignalen, beispielsweise EMG-Signalen, eignet. Außerdem betrifft die Erfindung eine Überwachungseinrichtung und ein Leistungs-Überwachungsverfahren.
Hintergrund der Erfindung
Es ist bekannt, von unterschiedlichen Teilen eines menschlichen Körpers während der Ausübung sportlicher Tätigkeit Elektromyographie-(EMG-)Signale zu messen, wobei das am weitesten verbreitete Beispiel die Herzschlagmessung mit Hilfe eines einen Oberflächen-EMG-Sensor enthaltenden Herzschlag-Gurts mit einem Drahtlos-Sendemodul zum Kommunizieren mit einem Überwachungsgerät, beispielsweise einer Sportuhr, ist. Das Messen von Oberflächen-EMG-Signalen erfolgt auch von anderen Körperteilen, um die Muskelaktivität in Füßen, Armen, mittlerem Körperbereich oder beispielsweise dem Torso zu überwachen. Derartige Messungen lassen sich mit Hilfe von EMG-Sensoren vornehmen, die zum Beispiel in Sportbekleidungsartikel integriert sind. Außerdem ist es bekannt, Signal-Sendemodulen in den Gurt oder ein Bekleidungsstück zu integrieren, oder das Modul als Aufschnapp-Modul zum Anstecken an einer Anbringzone des Bekleidungsstücks oder des Gurts auszubilden. Das Modul lässt sich beispielsweise zum Waschen des Bekleidungsstücks entfernen. Ein Nachteil der bekannten Systeme besteht darin, dass zwar der Sender abnehmbar und wieder anbringbar ist, jedoch jeder Sensor oder jede Sensorgruppe ein speziell ausgestaltetes Sendermodul erfordert, um ordnungsgemäß zu fungieren.
Um einige spezielle Beispiele zu nennen, zeigt die US 8 253 586 B1 ein Leistungsmesssystem mit einem Bekleidungsartikel, der einen integrierten Messsensor und zusätzlich ein Kommunikationsmodul, ein Leistungsmodul und ein Rechenmodul enthält, wobei diese an dem Bekleidungsartikel befestigt sind. Die Module lassen sich von dem Bekleidungsartikel entfernen und bei einem anderen Bekleidungsartikel verwenden, während der Sensor selbst in dem Artikel verbleibt. Die EP 1 531 726 B1 zeigt die Verwendung von Mehrfach-Oberflächen-EMG-Elektroden zur gleichzeitigen Gewinnung von Information von Muskeln in verschiedenen Körperteilen. Außerdem bezieht sich die US 4 583 547 A auf eine ähnliche Anwendung insbesondere dahingehend, wie leitende Pfade in einem Bekleidungsstück angeordnet werden können, um ein Sensorsignal von dem Messpunkt zu dem Signalsendemodul zu transportieren.
Die US 2008 / 0 319 330 A1 zeigt ein weiteres Beispiel für die derzeit verfügbaren Methoden eines mobilen Senders zur Überwachung leistungsbezogener Ereignisse und zum Senden von Daten über die beobachteten Ereignisse zu einem Empfänger. Der Sender enthält einen Timer zur Bereitstellung von Zeitreferenzen bezüglich der Ereignisse, außerdem einen Speicher zum Aufzeichnen der Zeitreferenzen. Der Sender erhält eine Zeitreferenz von dem Timer und zeichnet die erhaltene Zeitreferenz in dem Speicher auf, ferner ist er dazu ausgebildet, Datennachrichten zu erzeugen, die eine vorbestimmte Anzahl von aus dem Speicher erhaltenen Zeitreferenzen enthalten, und um die erzeugten Datennachrichten zu dem Empfänger zu senden. Das dargestellte System ermöglicht eine Zeitstempelung von Ereignissen, beispielsweise von Herzschlägen, ferner das Berechnen der Frequenz- und/oder Intervallschwankungsparameter von Herzschlägen. Das System ermöglicht nicht die Synchronisation von Ereignissen aus unterschiedlichen Detektorquellen.
Die US 7 698 101 B2 zeigt ein System zum Ausstatten von Sensoren enthaltenden Schuhen mit Messelektronik einschließlich Authentifizierung der Schuhe für die Elektronik. Auch diese Lösungen erfordern speziell ausgelegte Sndermodul-Sensorpaare, um das Messsignal zu einer Überwachungseinheit senden zu können. Die US 2013 / 0 096 704 A1 diskutiert Bekleidungsartikel und Module, die in der Lage sind, physikalische und/oder physiologische Charakteristika in Verbindung mit der Verwendung der Bekleidung zu erfassen. Das Modul enthält einen oder mehrere integrale Sensoren. Das System kann das Modul oder den darin befindlichen Sensor nach dem Anbringen des Moduls an der Kleidung aktivieren und bestätigen, dass die Bekleidung und das Modul zur Verwendung miteinander und/oder für eine automatische Datenverarbeitungs-Algorithmusauswahl authorisiert sind. Die Flexibilität dieses Systems ist allerdings beschränkt auf die Anpassung des Sensormoduls an den Einsatz des eingebauten Sensors auf unterschiedliche Weise, abhängig von der Bekleidung, an der es befestigt ist. Dementsprechend werden immer noch mehrere Modulen benötigt, oder ein einzelnes Modul muss mit mehreren Sensoren ausgestattet sein, wenn unterschiedliche Typen von Signalen zu messen sind.
Ein ebenfalls mit den oben erläuterten Veröffentlichungen behaftetes Problem bei einem Mehrfachsensorsystem ist die Übermittlung unterschiedlicher EMG-Messsignale zu einem einzelnen Überwachungsgerät. Es gibt Systeme, die leitungsgebundene Übertragungskanäle von mehreren Sensoren zu einem einzelnen Modul verwenden. Derartige Systeme sind aber dann nicht praktikabel, wenn das Erfordernis besteht, zahlreiche Sensoren an entlegenen Körperteilen und möglicherweise getrennten Gurt- oder Bekleidungseinheiten zu verwenden.
Ein zusätzliches Problem existierender Systeme ist die Handhabung von Signalen aus mehreren Sensorquellen in der Weise, dass eine Gesamtanalyse der Leistung möglich ist. Insbesondere in Drahtlos-Kommunikationssystemen kann eine Überwachungseinheit relativ einfach Daten von mehreren Quellen sammeln, dennoch fehlt Information über die Beziehung der Daten zueinander und/oder zu der erbrachten Leistung.
Damit besteht Bedarf an verbesserten Lösungen zum Erleichtern der Kommunikation zwischen mehreren Sensoren und einer zentralen Überwachungseinheit, damit eine bessere Analyse der Leistung möglich ist.
Offenbarung der Erfindung
Es ist ein Ziel der Erfindung, zumindest einige der oben angesprochenen Probleme zu lösen und ein Kommunikationsmodul zu schaffen, das eine Übermittlung von stärker leistungsbezogenen Daten aus mehreren Sensoren zu der Überwachungseinheit gestattet. Ein besonderes Ziel ist es, eine Lösung anzugeben, die eine bessere zeitliche Analyse der Leistung mit Hilfe mehrerer unterschiedlicher Sensoren erlaubt.
Ein Ziel der Erfindung ist auch die Schaffung einer zugehörigen Überwachungseinheit.
Ein weiteres Ziel ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Überwachen einer Körperleistung einer Person durch Anordnen einer Kommunikationsverbindung zwischen einer peripheren Einheit und einer zentralen Überwachungseinheit.
Die Erfindung basiert auf der Übermittlung von aus einem Sensor abgeleiteten Daten von mehreren Sensoren über Kommunikationsmodule, die in der Lage sind, Information über die Zeit, die zwischen der Signalbildung und der Weiterleitung verstreicht, zu bestimmen und in zwischen den Geräten ausgetauschte Nachrichten einzubeziehen.
Die Erfindung schafft ein Kommunikationsmodul zum Überwachen von Körperleistung, umfassend eine Einrichtung zum Empfangen von Sensorsignalen von einem mit dem Kommunikationsmodul verbundenen Sensor, eine Verarbeitungseinheit, ausgebildet zum Verarbeiten der Sensorsignale und zum Bilden mehrerer aufeinanderfolgender Datennachrichten, die Daten, welche zumindest teilweise von den Sensorsignalen abgeleitet sind, enthalten, und eine Drahtlos-Kommunikationseinheit zum Senden der gebildeten Datennachrichten zu einem externen Drahtlos-Empfangsgerät in mehreren aufeinanderfolgenden Sendezeitschlitzen unter Verwendung eines Drahtlos-Kommunikationsprotokolls. Erfindungsgemäß ist die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet, einen Sensorsignal-Analysealgorithmus auszuführen, um erste Zeitpunkte basierend auf vordefinierten Charakteristika der Sensorsignale zu bestimmen, um zweite Zeitpunkte entsprechend den zeitlichen Sendeschlitzen zum Senden von Datennachrichten entsprechend den Charakteristika mit Hilfe der Drahtlos-Kommunikationseinheit zu bestimmen, und um Information über die Differenz zwischen den ersten und zweiten Zeitpunkten zu den Datennachrichten hinzuzufügen. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Signalverarbeitung im wesentlichen kontinuierlich, und das Kommunikationsprotokoll ist ein zeitschlitzbasiertes Protokoll.
Die vorliegende Überwachungseinheit, die in der Lage ist, Datennachrichten zu empfangen und zu verarbeiten, enthält eine Einrichtung zum Empfangen mehrerer aufeinanderfolgender Nachrichten aus mehreren Kommunikationsmodulen, die jeweils mit einem oder mit mehreren Sensoren verbunden sind, wobei die Nachrichten jeweils mindestens ein erstes Datenfeld mit von einem zugehörigen Sensor abgeleiteten ersten Daten und ein zweites Datenfeld mit zweiten Daten über die Ursprungszeit der ersten Daten enthalten. Die Einheit enthält außerdem eine Verarbeitungseinrichtung, die in der Lage ist, aus den Nachrichten die ersten Daten und die zweiten Daten zu extrahieren, außerdem eine Einrichtung zum Speichern zumindest eines Teils der aus den mehreren Nachrichten extrahierten ersten Daten in einer chronologischen Reihenfolge im Rahmen einer Datenstruktur basierend auf den zweiten Daten. Die ersten Daten können einfach eine Angabe der Existenz eines nachgewiesenen charakteristischen Merkmals eines Signals oder eine quantitative Messgröße des Merkmals sein, so zum Beispiel eine Stärke oder eine Dauer, abhängig von dem gemessenen Phänomen. Das vorliegende Verfahren des Analysierens einer Körperleistung einer Person umfasst das Messen von mindestens zwei verschiedenen leistungsbezogenen Signalen an unterschiedlichen Stellen des Körpers oder der Ausrüstung der Person mit Hilfe mindestens zweier verschiedener Sensoren, die an mindestens zwei verschiedenen Kommunikationsmodulen befestigt sind, und das Transferieren von Nachrichten, welche Daten enthalten, die von den Signalen aus den Kommunikationsmodulen abgeleitet sind, und zwar drahtlos zu einer zentralen Überwachungseinheit. Das Verfahren umfasst weiterhin das Bestimmen von Zeitdifferenzen zwischen der Bildung der Signale und dem Transferieren der den Signalen entsprechenden Nachrichten, das Einbauen von Information über die Zeitdifferenzen in die Nachrichten, und das Verarbeiten der in den Nachrichten enthaltenen Daten in einer zentralen Überwachungseinheit mit Hilfe der Information über die Zeitdifferenzen. Vorzugsweise beinhaltet die Verarbeitung das Anordnen der Daten in einer chronologischen Reihenfolge, das heißt in einer Reihenfolge entsprechend dem realen zeitlichen Auftreten der sich auf die Daten beziehenden Phänomene, basierend auf der Zeitinformation.
Insbesondere ist die Erfindung in den unabhängigen Ansprüchen definiert.
Die Erfindung bietet beträchtliche Vorteile. Erstens erlaubt die Erfindung das zeitliche In-Beziehung-Setzen der individuellen Merkmale der gemessenen Signale miteinander, unabhängig von dem verwendeten Übertragungsprotokoll. Da jede Nachricht Information über die Verzögerung zwischen Messung und Meldung enthält, besitzt der Empfänger der Nachrichten ausreichend Information über die wirkliche chronologische Reihenfolge der gemessenen Ereignisse.
Die Erfindung eignet sich für zahlreiche Arten von Sensorsignalen, einschließlich EMG-Signalen wie zum Beispiel Herz-EMG-Signalen (EKG-Signalen) und anderen muskulären EMG-Signalen, ferner bewegungsinduzierten Signalen, beispielsweise Beschleunigungssignalen.
Die Erfindung eignet sich gut für die Gestaltung von verteilten Leistungsüberwachungssystemen mit Sensoren, die in geeigneten Einzelsensoreinheiten und/oder Mehrfachsensorgruppen zusammengefasst sind, die jeweils einem speziellen Zweck dienen und einem einzelnen Kommunikationsmodul zugeordnet sind. Obschon das System ein verteiltes System ist, lässt sich der Aufwand an baulicher Verdrahtung in vernünftigen Grenzen halten, bedingt durch die Drahtlos-Kommunikation zwischen den Kommunikationsmodulen und der Überwachungseinheit.
Lange Drahtleitungen, wie sie bei Lösungen im Stand der Technik anzutreffen sind, sind empfindlich für Störungen, da die EMG-Spannungen gering sind. Mit Hilfe der Erfindung lässt sich ein robuster Datentransfer zwischen den Messpunkten und einer Überwachungseinheit einrichten. Lediglich die Leitungen zwischen den Sensoren und den verteilten Anbringzonen müssen noch beispielsweise in die Bekleidungsstücke integriert werden. Dennoch wird exakte Information über die relative zeitliche Lage von Ereignissen, die mit den Sensoren erfasst werden, an der Überwachungseinheit gewonnen.
Die vorgeschlagene Methode ist äußerst effizient bei der Implementierung, und sie erhöht den Rechenaufwand in den Modulen nur gering, verglichen mit einem System ohne Zeitinformation. Die Menge zusätzlicher Daten in den drahtlos übermittelten Nachrichten kann ebenfalls sehr gering gehalten werden.
Eine einzelne Trainingseinheit erzeugt typischerweise eine große Menge von Datennachrichten, die in dem Empfänger verarbeitet werden, um eine „Masterdatei“ zu erhalten, welche detaillierte zeitliche Trainingsdaten aus mehreren Quellen innerhalb des persönlichen Netzwerks einer Person enthält. Die Masterdatei lässt sich auf Wunsch in einem Computer noch weiter verarbeiten. Es besteht keine Notwendigkeit, individuelle Datennachrichten zu sichern, nachdem die relevanten Daten erst einmal aus den Nachrichten extrahiert wurden.
Abhängige Ansprüche beziehen sich auf ausgewählte Ausführungsformen der Erfindung.
Bei einer Ausführungsform enthält das Kommunikationsmodul eine Leitereinrichtung zum kontinuierlichen Empfangen von Sensorsignalen von einem mit der Leitereinrichtung verbundenen Sensor, ferner eine Verarbeitungseinheit, die ausgebildet ist zum kontinuierlichen Verarbeiten der Sensorsignale gemäß einem Signalverarbeitungsalgorithmus, und zum Bilden mehrerer aufeinanderfolgender Datennachrichten, die Daten enthalten, welche zumindest teilweise von den Sensorsignalen mit Hilfe des Signalanalysealgorithmus abgeleitet wurden. Die Nachrichten werden zu einer Drahtlos-Kommunikationseinheit geleitet, um jede von ihnen zu einem externen Drahtlos-Empfangsgerät in einem Sendezeitschlitz im Anschluss an die Nachrichtenbildung mit Hilfe eines Drahtlos-Kommunikationsprotokolls zu senden. Der Signal-Analysealgorithmus ist in der Lage, vordefinierte charakteristische Merkmale der Sensorsignale nachzuweisen und erste Zeitpunkte der Merkmale zu bestimmen.
Zusätzlich ist die Verarbeitungseinheit in der Lage, zweite Zeitpunkte zu bestimmen, welche den zeitlichen Sendeschlitzen zum Senden von Datennachrichten entsprechend den charakteristischen Merkmalen mit Hilfe der Drahtlos-Kommunikationseinheit zu bestimmen, und Information über die Differenz zwischen den ersten und zweiten Zeitpunkten den Datennachrichten hinzuzufügen.
Bei einer Ausführungsform sind die Einrichtung zum Empfangen der Sensorsignale und die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet, von einem EMG-Sensor Elektromyographie-(EMG-)Signale zu empfangen und zu verarbeiten. Dies beinhaltet auch Herzschlag-EMG-Signale (EKG-Signale). EMG-Signale können dazu benutzt werden, die Aktivität verschiedener Teile des Körpers während einer Leistungserbringung zu überwachen, und die vorliegende Erfindung ermöglicht auch die Überwachung der Synchronisation und Koordination zwischen beispielsweise unterschiedlichen Muskelgruppen während der Leistungserbringung.
Bei einer Ausführungsform ist die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet, erste Zeitpunkte dadurch zu bestimmen, dass sie lokale Amplitudenspitzenwerte innerhalb der Sensorsignale feststellt. Der Zeitpunkt einer Spitzenamplitude ist gut definiert, mathematisch einfach zu berechnen, und er repräsentiert nicht nur gut den Zeitpunkt des Herzschlags, sondern außerdem den zeitlichen Ablauf weiterer Muskelaktivitäten.
Alternativen zu der Bestimmung der Spitzenamplitude beinhalten beispielsweise eine Nullpunkt-Bestimmung und die Bestimmung eines Zeitpunkts, zu dem die Amplitude des Signals eine vorab definierte Schwellenamplitude erreicht. Unabhängig von dem Bestimmungsverfahren können auch andere, das gemessene Signal beschreibende Daten ermittelt und in die Nachrichten eingebaut werden. Derartige Daten beinhalten zum Beispiel eine Spitzenamplitude (Signalstärke), ein Signal-Integral über eine vorab definierte Zeitspanne, eine Signalsteigung und eine Signalfrequenz.
Nach einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Drahtlos-Kommunikationsprotokoll um ein auf sich wiederholenden Sendezeitschlitzen basierendes Protokoll. Dies bedeutet, dass jedes Modul einen vorab definierten Zeitschlitz, das heißt ein Zeitfenster, aufweist, während dessen es ihm gestattet ist, Daten zu dem Empfänger zu senden. Andere Modulen haben andere Zeitschlitze. Der Empfänger ist typischerweise ein Mastergerät, welches die Schlitze den Modulen zuordnet, wenn sie zu Beginn an das System angeschlossen werden, so dass sämtliche Geräte zu unterschiedlichen Zeiten senden. Bei dieser Ausführungsform ist die Verarbeitungseinheit vorzugsweise dazu ausgebildet, die zweiten Zeitpunkte zu bestimmen, das sind die Nachrichtenzeitpunkte, und zwar unter Verwendung vorab definierter Information über den Zeitschlitz, in welchem dieses Kommunikationsmodul die Erlaubnis hat, Nachrichten zu senden. Wenn der Empfänger mit den Modulen synchronisiert ist, weiß er aufgrund der Empfangszeit der Nachricht, von welchem Modul die Nachricht kommt.
Bei einer Ausführungsform ist die Verarbeitungseinheit dazu ausgelegt, vorab definierte charakteristische Merkmale aus den Sensorsignalen mit Hilfe eines Merkmal-Nachweisalgorithmus nachzuweisen, der in der Verarbeitungseinheit kodiert ist, und Daten über jedes charakteristische Merkmal, welches aufgefunden wurde, in der nachfolgenden Datennachricht unterzubringen. Wenn zum Beispiel zu einer Zeit T eine Muskelaktivität ausreichender Stärke nachgewiesen wird und der nächste Nachrichtenzeitschlitz gemäß dem Nachrichtenprotokoll für das betreffende Modul zur Zeit T + t ansteht, so wird der Wert von t in der in diesem Zeitschlitz gesendeten Nachricht kodiert.
Bei einer Ausführungsform enthält das Modul eine interne Speichereinheit mit einer darin gespeicherten Kennung des Kommunikationsmoduls, wobei die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, die Kennung in zumindest einem Teil der Datennachrichten unterzubringen. Auf diese Weise kann der Empfänger den Ursprung der von verschiedenen Modulen kommenden Nachrichten bestimmen. Es sei angemerkt, dass, nachdem der Empfänger und die Module erst einmal synchronisiert sind, der verwendete Zeitschlitz auch in ausreichendem Maß das Modul angibt.
Bei einer Ausführungsform sind die Module in der Lage, nicht nur Datennachrichten zu senden, sondern auch Datennachrichten von anderen, ähnlichen Kommunikationsmodulen zu empfangen und die empfangenen Datennachrichten oder zumindest einen Teil der in den empfangenen Datennachrichten enthaltenen Daten weiterzuleiten. Vorzugsweise werden die Nachrichten in dem dem weiterleitenden Modul zugeordneten Zeitschlitz weitergeleitet. Die weitergeleitete Nachricht kann als Teil der Datennachricht des weiterleitenden Moduls enthalten sein, oder kann einfach eine nach der anderen gesendet werden. Durch das Weiterleiten kann in besserem Maß sichergestellt werden, dass sämtliche Nachrichten den Empfänger erreichen, das heißt, selbst wenn das ursprüngliche Modul und der Empfänger für direkten Nachrichtendurchgang zu weit voneinander entfernt sind, so gibt es möglicherweise ein Zwischenmodul innerhalb der Reichweite sowohl des ersten Moduls als auch des Empfängers.
Bei dieser Ausführungsform ist es üblicherweise notwendig, eine Kennung des ursprünglichen Moduls in die weitergeleitete Nachricht einzubauen, so dass der Empfänger weiß, auf welches Modul sich die Daten in der Nachricht beziehen. Damit ist bei einer Ausführungsform der Verarbeitungseinheit konfiguriert, in die weitergeleiteten Daten eine Kennung des anderen, ähnlichen Datenmoduls und Information über die Dauer zwischen der Empfangszeit der weiterzuleitenden Daten bis zu der Zeit der tatsächlichen Weiterleitung der Daten einzubauen. Die Weiterleit-Dauer-Information ist für den Empfänger notwendig, um die Chronologie der Daten zu erhalten, da eine weitergeleitete Nachricht mehr Zeit innerhalb des Systems benötigt als eine direkt empfangene Nachricht. Diese Dauer-Information kann in der Praxis auf unterschiedliche Weise in die Datennachrichten eingebaut werden, darunter das Hinzufügen von Information über die Empfangszeit oder die Zeitdauer des „Verbleibs“ der weitergeleiteten Daten innerhalb des weiterleitenden Moduls, und das Bestimmen der gesamten Zeitdauer von dem Ursprung des Originalsignals bis hin zu dem Senden der weitergeleiteten Nachricht. Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung enthält das Modul eine Einrichtung zum Anbringen des Kommunikationsmoduls in einer Anbringzone eines Sportartikels, wobei die Einrichtung zum Anbringen zwei oder mehr elektronische Kontaktanschlüsse (erste Kontaktanschlüsse) zur Herstellung eines elektrischen Kontakts mit dem Sportartikel während der angebrachten Zeit aufweist, wobei die Verarbeitungseinheit funktionell mit den Kontaktanschlüssen und mit der Drahtlos-Kommunikationseinheit verbunden und in der Lage ist, über die Kontaktanschlüsse und/oder die Drahtlos-Kommunikationseinheit empfangene Daten abhängig von Datenverarbeitungsbefehlen zu verarbeiten. Darüber hinaus enthält das Kommunikationsmodul eine Einrichtung zum Lesen einer Kennung aus den Sportartikeln, während es an diesen angebracht ist, und die Verarbeitungseinheit ist in der Lage, die Datenverarbeitungsbefehle basierend auf dem Wert der von dem Sportartikel gelesenen Kennung zu ändern. Diese Ausführungsform ermöglicht es dem Modul, seine interne Arbeitsweise flexibel an die Umgebung (Sportartikel oder Sensor) anzupassen, an der es angebracht ist. Die geänderten Datenverarbeitungsbefehle umfassen zum Beispiel Befehle für den Sensorsignal-Analysealgorithmus. Durch einfaches Anbringen des Moduls an unterschiedlichen Stellen lässt sich folglich dessen Arbeitsweise beeinflussen für eine optimale Signaleingabe in das Modul.
Die Anbringeinrichtung des Kommunikationsmoduls und die Anbringzone des Sportartikels sind vorzugsweise so ausgelegt, dass ein wiederholtes Anbringen und Entfernen des Kommunikationsmoduls bzw. der Kommunikationsmodule von ihm/ihr und an ihm/ihr möglich ist. Damit lässt sich das Modul abnehmen, wenn eine Person das Modul an einem anderen Sportartikel verwenden will oder den Sportartikel zum Beispiel waschen möchte oder die Batterie des Moduls aufladen oder austauschen möchte.
In einer speziellen Ausführungsform beträgt die Anzahl von zweiten elektronischen Kontaktanschlüssen in dem Sportartikel zwei, und die Anschlüsse sind sowohl an die Speichereinheit als auch an den einen oder die mehreren Sensoren angeschlossen. Die Kommunikationsverbindung durch entsprechende erste Anschlüsse des Kommunikationsmoduls und die zweiten Anschlüsse des Sportartikels ist derart ausgestaltet, dass ein Signal von/zu der Speichereinheit und von dem Sensor oder den Sensoren von anderen unterscheidbar ist, beispielsweise anhand des Frequenzgangs, so dass sowohl die Speichereinheit als auch der Sensor oder die Sensoren benutzbar sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform enthält das Kommunikationsmodul einen Speicher zum Speichern einer Menge von Datenverarbeitungsbefehlen entsprechend unterschiedlichen Kennungen, und die Verarbeitungseinheit ist in der Lage, aus der Menge von Datenverarbeitungsbefehlen basierend auf dem Wert der gelesenen Kennung entsprechende Datenverarbeitungsbefehle auszuwählen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Verarbeitungseinheit zu/von dem externen Drahtlosgerät eine Anforderung für Datenverarbeitungsbefehle entsprechend dem Wert der gelesenen Kennung senden und die Datenverarbeitungsbefehle über die Drahtlos-Kommunikationseinheit empfangen, und kann optional die empfangenen Datenverarbeitungsbefehle innerhalb der Menge der Datenverarbeitungsbefehle in dem Speicher abspeichern.
Bei einer Ausführungsform enthält das vorliegende Überwachungsgerät eine Drahtlos-Empfängereinrichtung zum Empfangen mehrerer aufeinanderfolgender Nachrichten aus mehreren Kommunikationsmodulen, die jeweils an einen oder mehrere Sensoren angeschlossen sind, unter Verwendung desselben Kommunikationsprotokolls, wie es von den Kommunikationsmodulen verwendet wird, wobei die Nachrichten jeweils mindestens ein erstes Datenfeld mit ersten Daten und ein zweites Datenfeld mit zweiten Daten enthalten. Das Gerät enthält außerdem eine Verarbeitungseinheit, die in der Lage ist, aus den Nachrichten die ersten Daten und die zweiten Daten zu extrahieren, eine Einrichtung zum Speichern zumindest eines Teils der ersten aus den mehreren Nachrichten extrahierten Daten in einer chronologischen Folge im Rahmen einer Datenstruktur basierend auf den zweiten Daten. Die Daten sind vorzugsweise in einer oder mehreren Dateien innerhalb einer Speichereinheit eines Geräts in geeignetem Datenformat abgespeichert.
Die Erfindung schafft außerdem ein persönliches Leistungsüberwachungssystem, enthaltend mehrere Kommunikationseinheiten und eine Überwachungseinrichtung (Überwachungsgerät) der oben beschriebenen Art. Das System kann zusätzlich ein oder mehrere Sportartikel mit integrierten Sensoren und Anbringzonen zum Aufnehmen der Kommunikationsmodule enthalten und Sensorsignale an die Module zwecks Weiterverarbeitung liefern.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das System ein oder mehrere Sportbekleidungsartikel, umfassend mehrere EMG-Sensoren, die an mehreren Anbringzonen angeschlossen sind, jeweils umfassend eine Einrichtung zum Halten eines Kommunikationsmoduls und eine Kontakteinrichtung zum elektrischen Verbinden des Kommunikationsmoduls mit mindestens einem der EMG-Sensoren. Bei weiteren Ausführungsformen enthalten der eine oder die mehreren Sportbekleidungsartikel Sporthosen, ein Sporthemd oder eine Sportjacke mit EMG-Sensoren zum Messen der Muskelaktivität an beiden Beinen, Armen oder im Mittelbereich. Die Sensoren können in einer, in zwei oder mehr Sensorgruppen angeordnet sein, die jeweils mit einer separaten Anbringzone verbunden sind. Gibt es zahlreiche Anbringzonen und Module (einschließlich der Zonen und Module in möglicherweise weiteren Sportartikeln innerhalb des Systems), so wird ein verteiltes zeitliches Leistungsüberwachungssystem erreicht.
Bei einer Ausführungsform enthält der Sportartikel zusätzlich zu einem Sensor auch eine Analog- und/oder Digital-Verarbeitungseinheit, die in der Lage ist, die Sensordaten zu verarbeiten, bevor sie zu den Kontaktanschlüssen und dann weiter zu dem Kommunikationsmodul gesendet werden. Die Verarbeitungseinheit umfasst typischerweise einen in den Sportartikel eingebetteten Mikrocontroller. Diese Ausführungsform ermöglicht eine noch größere Anzahl allgemeiner Kommunikationsmodule, die als Teil der Signalverarbeitung oder für intelligente Logikoperationen implementierbar sind auf der Ebene der Sporteinheiten als integraler Bestandteil und Funktion des Sportartikels. Vorzugsweise wird die Verarbeitungseinheit durch das Kommunikationsmodul mit Energie versorgt, sie kann natürlich auch eine separate Energiequelle enthalten. Insbesondere kann es in einem einen Sensor enthaltenden Sportartikel eine Sensorsignal-A/D-Umwandlungs- und -Verarbeitungslogik geben. Die Verarbeitung kann entweder in der Nähe des Sensors stattfinden, oder in der Nähe der Anbringzone für das Kommunikationsmodul. Bei dieser Ausführungsform kann die Kennung für das Kommunikationsmodul in einem Speicher der Verarbeitungseinheit vorgesehen sein, so dass dann keinerlei separate Speichereinheit zum Speichern der Kennung notwendig ist. Das Signal für die Kontaktanschlüsse des Sportartikels kann sowohl die Kennung als auch zusätzliche Daten von dem Sensor enthalten, die innerhalb der integralen Verarbeitungseinheit verarbeitet werden. Ferner ist es möglich, eine leitungsgebundene Zweiwege-Verbindung zwischen dem Kommunikationsmodul und der integralen Verarbeitungseinheit des Sportartikels vorzusehen, so dass beispielsweise Vorverarbeitungsbefehle aus dem Kommunikationsmodul an die integrale Verarbeitungseinheit gegeben werden können.
Das vorliegende Verfahren ermöglicht die Bestimmung der zeitlichen Reihenfolge messbarer Signale entsprechend den körperlichen Ereignissen während einer körperlichen Leistungserbringung einer Person. Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Messen von mindestens zwei verschiedenen leistungsbezogenen Signalen an unterschiedlichen Stellen des Körpers oder der Ausrüstung der Person mit Hilfe mindestens zweier verschiedener Sensoren, die an mindestens zwei verschiedenen Kommunikationsmodulen angebracht sind, und das Transferieren von Nachrichten entsprechend den Signalen aus den Kommunikationsmodulen drahtlos zu einer zentralen Überwachungseinheit. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren weiterhin das Bestimmen von Zeitdifferenzen zwischen vorbestimmten Merkmalen der Signale und dem Transferieren der Nachrichten entsprechend den Merkmalen, sowie das Einbeziehen von Information über die Zeitdifferenzen in die Nachrichten. Die Daten in den Nachrichten werden innerhalb der zentralen Verarbeitungseinheit basierend auf der Information über die Zeitdifferenzen weiter verarbeitet, um die zeitliche Reihenfolge der gemessenen Ereignisse zu bestimmen.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei mindestens einem der leistungsbezogenen Signale um ein Elektromyographie-(EMG-)Signal, welches von einem Körperteil der Person abgenommen wird. Das EMG-Signal kann ein elektrokardiographisches (EKG-)Signal oder ein Körpergliedmuskel-EMG-Signal handeln, um Beispiele zu nennen.
Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei mindestens einem der leistungsbezogenen Signale um ein Beschleunigungs-, Orientierungs- oder Stellungssignal, welches an einem Körperteil der Person oder der Ausrüstung oder dem von der Person getragenen Kleidungsstück gemessen wird.
Bei einer Ausführungsform sind sämtliche Kommunikationsmodule innerhalb des Systems ungeachtet ihrer Anbringstelle ähnlich in ihrer Hardware-Ausgestaltung, und die Betriebsunterschiede werden ausschließlich durch Umprogrammierung gemäß der Erfindung basierend auf aus den Anbringzonen ausgelesenen Kennungen erreicht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind Sporthosen vorgesehen, umfassend mehrere integrierte EMG-Sensoren zum Erfassen von EMG-Signalen von mindestens zwei Beinmuskeln, so zum Beispiel vorderen und/oder hinteren Oberschenkelmuskeln, vorzugsweise von beiden Beinen. Außerdem sind ein oder mehrere Anbring- oder Aufnahmezonen für Kommunikationsmodule in der oben beschriebenen Weise vorgesehen, wobei die Anbringzonen vom Modul lesbare Kennungen aufweisen. Die EMG-Sensoren sind mit in den Anbringzonen enthaltenen Kontaktanschlüssen über Leitungsdrähte verbunden, die in die Bekleidungsstruktur integriert sind. Die Anzahl von Anbringzonen beträgt typischerweise eins (sämtliche daran angeschlossenen Sensoren und deren in einem Modul verarbeiteten Signale sind dort angebracht) oder zwei (in zwei Gruppen angeordnete Sensoren und deren separat verarbeitete Signale), die Anzahl kann aber größer sein (mehrere Sensorgruppen).
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist ein Sporthemd oder eine Sportjacke mit einem integrierten EKG-Sensor zur Herzschlagerfassung sowie optional einem oder mehreren integrierten EMG-Sensoren zum Messen von EMG-Signalen von beispielsweise Bauch-, Rücken- und/oder Armmuskeln vorgesehen. Im übrigen ähnelt das Hemd oder die Jacke den oben diskutierten Hosen.
Definitionen
Der Begriff „Sportartikel“ deckt verschiedene Teile von Bekleidungsstücken und anderen Artikeln ab, die beim Ausführen sportlicher Aktivitäten verwendet werden. Insbesondere deckt der Begriff persönliche Bekleidung und andere tragbare Gegenstände ab, so zum Beispiel Herzschlag-Gürtel, ferner persönliche Sportausrüstungen, die sich in direktem Besitz der den Sport ausführenden Person befinden. Außerdem deckt der Begriff andere Sportartikel ab, die sich zumindest teilweise in der Nähe der Person während der Betätigung befinden, das heißt, die in dem persönlichen Netzwerkbereich einer Zentraleinheit (Überwachungseinheit) der Person gelangen. Ein Beispiel für einen derartigen Artikel ist ein Golfsack. Weitere Beispiele sind in der detaillierten Beschreibung angegeben. „Sport“ sollte hier in breitem Sinn verstanden werden, also sämtliche Arten körperlicher Aktivitäten abdeckt.
„Nachricht“ ist eine typischerweise digitale Datenstruktur, die in der Lage ist, kodierte Daten zu befördern, die drahtlos von einem Drahtlos-Kommunikationsmodul zu einem Drahtlos-Empfänger gesendet werden können, in welchem sich die Daten extrahieren lassen. Die Nachrichten können mehrere Datenfelder mit einer Feldkennung (Tag) und einem Feldwert enthalten. Von besonderem Nutzen im Rahmen der Erfindung sind Zeitangaben-Datenfelder mit einer Angabe über eine Verzögerung von Signalzeit zur Nachrichten-Sendezeit, außerdem optionale Datenfelder mit anderer Information über das Signal (zum Beispiel über eine Signalamplitude).
„Verarbeiten eines Sensorsignals“ deckt sämtliche Aktionen ab, die von dem Kommunikationsmodul an dem Sensorsignal gemacht werden, um eine Datennachricht zu bilden, die auf dem Signal basiert. Beispiele für Verarbeitungsaktionen beinhalten Verstärkung, A/D-Umsetzung und digitale Signalanalyse, beispielsweise Merkmalserfassung.
„Erster Zeitpunkt“ bezieht sich auf einen Zeitpunkt, der von dem Kommunikationsmodul durch Verarbeitung des Sensorsignals bestimmt wird. Typischerweise wird der erste Zeitpunkt unter Verwendung einer digitalen Signalanalyse und mit Hilfe eines Signal-Analysealgorithmus' bestimmt, der für einen speziellen Sensortyp ausgelegt ist.
„Zweiter Zeitpunkt“ bezieht sich auf den Zeitpunkt des Sendens von Sensordaten enthaltenden Nachrichten von einem Kommunikationsmodul zu einem Empfänger. Da die Dauer der Nachricht (und damit des Nachrichten-Zeitschlitzes) typischerweise kurz ist im Vergleich zu der Signalisier-Verzögerung (der Zeit von dem ersten Zeitpunkt bis zu dem zweiten Zeitpunkt) und sämtliche Module die gleiche Einstellung verwenden, ist es ohne Belang, ob der zweite Zeitpunkt auf den Anfang oder das Ende der Nachricht oder zwischen diesen Enden eingestellt wird. Wesentlich ist allerdings, dass jedes Modul vorab die anstehende Zeit von mindestens dem nächsten Sendezeitschlitz kennt.
„Anbringzone“ (auch als Aufnahmezone bezeichnet) ist eine Zone an einem Sportartikel, der speziell dazu ausgelegt ist oder zumindest geeignet ist für ein erfindungsgemäßes Kommunikationsmodul. Eine Anbringzone enthält sowohl bauliche als auch elektronische Verbindungsmittel für das Kommunikationsmodul, damit dieses sowohl an dem Sportartikel verbleibt als auch in der Lage ist, elektrisch mit einem oder mehreren Sensoren an dem Sportartikel zu kommunizieren.
„ID“ oder „Kennung“ in einem Sportartikel ist ein Stück maschinenlesbarer Daten, die den Typ des Sportartikels insbesondere in Bezug auf die Anzahl und den Typ oder die Typen von Sensor (Sensoren) und/oder Aktuator (Aktuatoren) in dem Artikel angibt, wodurch ermöglicht wird, dass ein an der Anbringzone befestigtes Kommunikationsmodul Gebrauch von ihnen macht. Die Kennung kann in einem geeigneten maschinenlesbaren Format zum Kodieren eines spezifischen Werts kodiert sein. Bezugnahmen auf die „Kennung“ lassen sich also als Bezugnahmen auf den „Wert der Kennung“ betrachten, falls dies zutreffend erscheint. Die Kennung kann beispielsweise eine Folge von bitweise kodierten Zeichen sein, die in einer Halbleiterspeichereinheit abgespeichert sind.
„Verarbeitungsbefehle“ bedeutet einen computerlesbaren Code (typischerweise in einer einzelnen Datei untergebracht) mit Dateninhalt, der sich von dem Kommunikationsmodul interpretieren lässt, damit dessen Betrieb den Erfordernissen eines Sportartikels mit einer speziellen ID entspricht. Diese Befehle haben beispielsweise Einfluss auf

- Sensorsignal-(Eingangssignal-)Verarbeitungscharakteristika (beispielsweise Verstärkungskennwerte) des Moduls,
- interne Sensordaten-Verarbeitungsalgorithmen,
- Datenschnittstellen-Spezifikationen bezüglich eines Sensors, und/oder
- Drahtlos-Datenkommunikations-Charakteristika bezüglich einer Überwachungseinheit.

Die Verarbeitungsbefehle können einen Satz von Konfigurationswerten (Passivbefehle), einen computerlesbaren Code (aktive Befehle) oder beides in einer passenden Datenstruktur umfassen, passender Weise in einer oder mehreren Dateien untergebracht. Damit handelt es sich bei den Verarbeitungsbefehlen um für einen Sportartikel spezifische Software-Konfigurationsdateien oder -anwendungen, die von dem Betriebssystem (der Firmware) des Moduls verwendet oder betrieben werden können.
„Überwachen“ bedeutet das Empfangen von Information über die erbrachte Leistung unter Verwendung eines oder mehreren Sensoren in einem oder mehreren Sportartikel über ein oder mehrere Kommunikationsmodule gemäß der Erfindung. Überwachen erfolgt vorzugsweise mit Hilfe einer tragbaren Überwachungseinheit, beispielsweise einem Wristop-Computer, kann aber auch mit einem anderen Rechengerät erfolgen, welches in der Lage ist, mit einem oder mehreren Kommunikationsmodulen zu kommunizieren. Eine Option ist der Einsatz eines Mobiltelefons als Überwachungseinheit.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung und entsprechende Vorteile in größerer Einzelheit unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Figurenliste

1A veranschaulicht ein Überwachungssystem nach einer Ausführungsform der Erfindung, die an Sportartikeln mit integrierten EMG-Sensoren befestigt sind.
1B veranschaulicht ein Überwachungssystem nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung unter Einsatz von in Sportbekleidungsartikeln integrierten EMG-Sensoren.
2A zeigt ein weiteres beispielhaftes Überwachungssystem mit Kommunikationsmodulen, die an zwei Teilen von Bekleidungsstücken mit einem integrierten EMG-Sensor befestigt sind, nämlich an einem Tennisracket und einem Schuh.
2B zeigt eine graphische Darstellung eines beispielhaften Nachrichtenübermittlungsschemas für das System nach 2A gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2C zeigt eine Tabelle, die eine beispielhafte Masterdatei veranschaulicht, die in einem Überwachungsgerät erzeugt wird, das die in 2B dargestellte Nachrichten von den Kommunikationsmodulen nach 2A empfängt.
3 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Kommunikationsmoduls und einer Anbringzone an einem Sportartikel.
4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Kommunikationsmoduls gemäß der einen Ausführungsform der Erfindung.
5 veranschaulicht ein schematisches Blockdiagramm einer Überwachungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
6 veranschaulicht ein System, welches ausgehend von der Überwachungseinheit auf externe Geräte oder Cloud-Dienste erweitert ist.
7 zeigt ein Flussdiagramm des vorliegenden Verfahrens, das auf einem Kommunikationsmodul gemäß einer Ausführungsform läuft.
8 zeigt ein Flussdiagramm des vorliegenden Verfahrens, das von einer Überwachungseinheit gemäß einer Ausführungsform ausgeführt wird.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1A zeigt ein Beispiel eines Systems, welches Vorteile der Erfindung genießt. Das System enthält einen ersten Sportbekleidungsartikel (ein Hemd) 100A und einen zweiten Sportbekleidungsartikel (Shorts) 100B, die beide integrierte EMG-Sensoren enthalten. Das Hemd 100A enthält erste EMG-Sensorpads 101A, 101B, angeordnet zum Messen eines Herz-EMG-Signals. In den Shorts 100B gibt es zweite EMG-Sensorpads 102A-D, die in zwei Gruppen (102A und 102B/102C und 102D) gegenüber beiden Oberschenkeln angeordnet sind, um die Oberschenkelmuskel-EMG-Aktivität zu messen. Die Herz-EMG-Pads 101A, 101B sind an einer ersten Anbringzone 103A in dem Hemd 100A mit Hilfe von Leitungsdrähten 105A angeschlossen. In ähnlicher Weise sind die Oberschenkelmuskel-Aktivitäts-EMG-Pads 102A-D der Shorts 100B an einer zweiten Anbringzone 103B in den Shorts mit Hilfe zweiter Leitungen 105B angeschlossen.
An der ersten und der zweiten Anbringzone 103A, 103B sind ein erstes bzw. ein zweites Kommunikationsmodul 110A, 110B derart befestigt, dass sie elektrisch mit den ersten und den zweiten Leitungen 105A, 105B und weiterhin mit den ersten bzw. zweiten EMG-Sensorpads 101A-B bzw. 102A-D verbunden sind.
Obschon hier als modulares System diskutiert, das heißt mit lösbaren und wieder anbringbaren Kommunikationsmodulen, können die Kommunikationsmodule auch integrale Bestandteile der Sportbekleidungsartikel sein.
Die Kommunikationsmodule 110A, 110B sind in der Lage, EMG-Signale, die von den EMG-Pads 101A-B, 102A-D geliefert werden, nachzuweisen und zu verarbeiten. Die Verarbeitung kann eine Verstärkung, eine A/D-Umsetzung und Analyseschritte umfassen. Der Analyseschritt kann den Nachweis eines charakteristischen Punkts, beispielsweise eines Scheitelpunkts, gemäß einem Nachweisalgorithmus umfassen, der in den Verarbeitungseinheiten der Kommunikationsmodule abgespeichert ist. Insbesondere wird der Zeitpunkt (die absolute oder relative Zeit) des charakteristischen Punkts aufgezeichnet. Wenn die Analyse im wesentlichen in Echtzeit bezüglich der Signalerfassung erfolgt, so ist die Zeit des charakteristischen Punkts im wesentlichen die Zeit des Nachweises. Wenn mehrere Sensoren an eine einzelne Einheit angeschlossen sind, wie es der Fall bei den Shorts 100B ist (EMG von beiden Beinen wird separat gemessen), erfolgt die Analyse für beide Sensorsignale separat. Die Daten von jedem Sensor können als getrennte Nachrichten oder zu einer einzelnen Nachricht integriert gesendet werden.
Die Kommunikationsmodule 110A, 110B sind außerdem so konfiguriert, dass sie den Zeitpunkt des Sendens einer Nachricht in Bezug auf die nachgewiesene Kenngröße (Charakteristik) bestimmen und die Zeitdifferenz wischen dem Nachweiszeitpunkt und dem Sendezeitpunkt (das heißt Zeitstempel) in die zu sendende Nachricht einkodieren, zusammen mit den gewünschten Daten über das Signal selbst. In einigen Anwendungen, so beispielsweise bei dem Herzschlagnachweis, ist lediglich die Anzahl der Herzschläge von Bedeutung, so dass die Nachricht möglicherweise nur die Zeitstempel der Herzschläge enthält, oder lediglich die Anzahl von Herzschlägen nach dem letzten Sendevorgang. Bei anderen Anwendungen, so zum Beispiel bei der Messung der Muskelaktivität durch EMG, sind auch andere Signaleigenschaften von Interesse, so zum Beispiel der Betrag und/oder die Dauer der EMG-Signale, und dies wird vorzugsweise in die Nachricht mit entsprechenden Zeitstempeln einkodiert. Sind mehrere Sensoren an eine einzelne Einheit angeschlossen, so können ihre Daten und Zeitstempel auf Wunsch in eine einzige Nachricht einbezogen werden.
Außerdem gibt es eine Überwachungseinheit (einen Wristop-Computer) 120, an die die Kommunikationsmodule 110A, 110B drahtlos die in der oben beschriebenen Weise gebildeten Nachrichten senden, das heißt die gewünschte Messinformation und die Zeitstempel, die von den Sensoren empfangen wurden, nachdem eine Verarbeitung in den Verarbeitungseinheiten der Kommunikationsmodule 110A, 110B erfolgt ist. Die Überwachungseinheit 120 empfängt die Nachrichten und verarbeitet ihre Inhalte, um die zeitliche Reihenfolge der Signale aus den verschiedenen Sensoren zu bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die beiden Anbringzonen 103A, 103B durch die Kommunikationsmodule lesbare Kennungen, die von den Kommunikationsmodulen 110A, 110B gelesen werden, damit diese in der Lage sind, sich an die jeweilige Messumgebung anzupassen. Damit können die Module 110A, 110B in ihrer Hardware und Firmware identisch sein, sie können allerdings ihre internen Betriebsbefehle so ändern, dass sie auf bestmögliche Weise mit den Sensorgeräten und/oder der Überwachungseinheit, mit denen/der sie verbunden sind, zusammenarbeiten können. Parameter, die möglicherweise durch die Adaption beeinflusst werden, beinhalten beispielsweise die Verstärkungskennwerte des Sensorsignals, Verarbeitungsalgorithmen des Sensorsignals und Kennwerte des Kommunikationskanals zwischen dem Modul und der Überwachungseinheit.
Die Überwachungseinheit 120 kann dazu dienen, die Betriebsbefehle für die Module 110A, 110B basierend auf den von den Modulen 110A, 110B nach Anforderung durch diese gelesenen Kennungen bereitzustellen. Das Anfordern und das Senden der Befehle erfolgen vorzugsweise auch über Drahtlos-Kommunikation. Alternativ können die den Kennungen entsprechenden Befehle in den Modulen 110A, 110B gespeichert sein, so dass keine Kommunikation mit der Überwachungseinheit 120 während der Adaptionsphase erforderlich ist.
Um ein Beispiel für die Adaption der Module zu geben, kann die Kennung des Hemds 100A dem Modul 100A „mitteilen“, dass es einen Sensor (zwei Pads) des EMG-Typs gibt, der angeschlossen ist, und dass der Pegel der erforderlichen Signalverstärkung X beträgt. Die Kennung der Shorts 100B kann dem Modul 110B „mitteilen“, dass es zwei Sensoren (vier Pads) jeweils vom EMG-Typ gibt, die angeschlossen sind, und dass der erforderliche Pegel für die Signalverstärkung in beiden Fällen Y beträgt. Wie oben angegeben, kann dieses „Mitteilen“ über eine ausschließlich interne Adaption erfolgen (Befehle sind in dem Modul vorab gespeichert worden), oder über Kommunikation mit einem anderen Gerät, so zum Beispiel die Überwachungseinheit, einen Computer oder einen Cloud-Service.
1B veranschaulicht ein System, welches demjenigen nach 1A ähnlich ist, bei dem allerdings die Shorts 150B in alternativer Weise ausgebildet sind. Die Shorts 150B enthalten Anbringzonen 153A, 153B für Kommunikationsmodule getrennt für jedes Bein. Die Anbringzonen 153A, 153B sind mit EMG-Sensoren 152A-C, 162A-C an dem jeweiligen Bein verbunden. Die dargestellten Sensoren 152A-C, 162A-C befinden sich an dem vorderen und Seitenbereichen der Beine und sind an den Anbringzonen 153A, 153B mit passenden Leitungen verbunden, die in die Kleidungsstücke integriert sind, möglich ist aber auch die Anbringung eines oder mehrerer zusätzlicher (nicht dargestellter) Sensoren an den Rückseiten der Beine, wiederum mit Leitungen 152D', 152E', 162D', 162E' verbunden. Damit wird ein komplettes Muskelaktivitäts-Sensorsystem für jede große Muskelgruppe und jedes Bein gebildet. Kombiniert mit dem EKG-Signal von dem Untersystem des Hemds 100A erhält man ein umfassendes Leistungsüberwachungssystem.
Anstelle von zwei separaten Anbringzonen 153A, 153B und entsprechenden darin enthaltenen Kennungen an den Hosen 150B kann man auch nur eine Anbringzone oder auch noch mehr Anbringzonen vorsehen. Die dargestellte Sensorgruppierung ist lediglich beispielhaft für die Möglichkeiten der Erfindung.
Mit Hilfe der in den 1A und 1B dargestellten Ausführungsformen lässt sich eine EMG-Nachrichtenelektronik nahe dem Messort verteilen, wodurch das Erfordernis langer Verdrahtungsleitungen vermieden wird, ohne dass dabei Information über die zeitliche Reihenfolge der gemessenen Ereignisse verlorengeht. Jedes Drahtlosmodul ist erfindungsgemäß so ausgebildet, dass es eine zeitliche Synchronisation ermöglichende Daten über den oder die einschlägigen Sensoren gemessene Ereignisse liefert. Dies ermöglicht eine Fertigung von hoch entwickelten Sportüberwachungshemden und -hosen, beispielsweise in Form von separaten Einheiten (anstelle eines kombinierten Ganzkörpergeräts), ohne schwerfällige Drahtverbinder zwischen den Teilen.
2A zeigt ein modifiziertes beispielhaftes System mit Sportbekleidungsartikeln 200 und 240 entsprechend den Bekleidungsartikeln 100A und 100B nach 1A. Die EMG-Pads sind mit Bezugszeichen 201A-B und 202D-D''' bezeichnet, die erste Anbringzone ist mit 203A und 203D bezeichnet, Verdrahtungen sind mit 205 und 205D bezeichnet, und das erste daran angebrachte Kommunikationsmodul ist mit 210A und 210D bezeichnet. Falls erwünscht, können die Anbringzonen 203A, 203D zugehörige Kennungen aufweisen, die von den Modulen 210A, 210D lesbar sind.
Darüber hinaus ist ein Tennisracket 230 mit einer z weiten Anbringzone 203B und einem zweiten Kommunikationsmodul 210B, ferner ein Sportschuh 240 mit einer dritten Anbringzone 203C und einem dritten Kommunikationsmodul 210C vorgesehen. Die Anbringzonen 203B, 203C des Rackets 230 und des Schuhs 240 können zum Anbringen von Beschleunigungssensoren, Orientierungssensoren oder Stellungssensoren ausgestattet sein, um nur einige Beispiele zu nennen, so dass sie in der Lage ist, entsprechende Beschleunigungs-, Orientierungs- oder Stellungsinformation an die Kommunikationseinheiten 210B, 210C und weiter an die Überwachungseinheit 220 zu übermitteln.
Ähnlich der Situation bei EMG-Sensoren sind die Kommunikationsmodule 210B, 210C auch konfiguriert zum Verarbeiten der Sensorsignale, enthalten beispielsweise Verstärkungs-, A/D-Umwandlungs- und Analyseschritte. Auch in diesem Fall umfasst der Analyseschritt vorzugsweise den Nachweis charakteristischer Punkte des Signals, so zum Beispiel von Scheitelpunkten, wozu ein Nachweisalgorithmus verwendet wird, der in den Verarbeitungseinheiten der Kommunikationsmodule gespeichert ist. Insbesondere wird die (absolute oder relative) Zeit des charakteristischen Punkts aufgezeichnet. Zusätzlich bestimmen die Kommunikationsmodule den Zeitpunkt des Sendens einer Nachricht bezüglich der nachgewiesenen Charakteristik, und sie kodieren die Zeitdifferenz zwischen der Zeit des Nachweises und der Zeit des Sendens in die zu sendende Nachricht, zusammen mit den Nutzdaten über das Signal selbst. Damit können die chronologische Reihenfolge der EMG-, Beschleunigungs-, Stellungs- und/oder Orientierungssignale durch die Überwachungseinheit bestimmt werden, die Nachrichten der jeweiligen Module empfangen.
Bei einer Ausführungsform enthalten die Anbringzonen 203B, 203C auch entsprechende Kennungen, die von den Modulen 210B, 210C lesbar sind, um kenntlich zu machen, welche Art von Betriebsweise der Kommunikationsmodule 210B, 210C erforderlich ist, wie oben in Verbindung mit den Systemen nach den 1A und 1B diskutiert wurde.
Außerdem ist es möglich, dass das Racket 230 und/oder der Schuh 240 mit keinerlei Sensoren an den Anbringzonen 203B, 203C ausgerüstet sind. In diesem Fall können ihre Kennungen den Modulen 210B, 210C „mitteilen“, dass ein interner Sensor, zum Beispiel ein Beschleunigungssensor, der Module 210B, 210C zu verwenden sind. In diesem Fall können die Kennungen auch „leer“ sein. In anderen Worten: wenn ein Modul nicht in der Lage ist, eine Kennung mit einem spezifischen Dateninhalt (Kennungs-Code) aufzufinden, so nimmt es standardmäßig eine Betriebsweise in spezieller Weise an, typischerweise unter Verwendung seines internen Sensors und entsprechender vorab gespeicherter Verarbeitungsbefehle für die Verwendung des internen Sensors.
Die Sportartikel 100A, 100B, 200, 230 und 240 sind vorzugsweise passiv, das heißt, sie sind nicht mit eigenen Energiequellen ausgestattet. Statt dessen wird die Energie sowohl für Kennungs-Leseoperationen als auch für Sensoroperationen von Energiequellen bezogen, die in den Kommunikationsmodulen 110A, 110B, 210A, 210B und 210C enthalten sind.
Die vorliegenden Module können in Verbindung mit beliebigen Sportartikeln innerhalb des persönlichen Netzwerkbereichs einer Person verwendet werden. Beispiele sind Bekleidungsstücke, die von der Person getragen werden, so zum Beispiel Hemden, Hosen, Socken, Hüte, Kappen, Fußbekleidung, Handschuhe und Gurte sowie verschiedene Stücke von Sportausrüstungen, die für die jeweiligen Sportarten benötigt werden, darunter Rackets, Schläger, Schlagstöcke, Stecken, Skier, Fahrräder, Bälle, Fahrzeuge und Taschen.
Beispiele für in den Sportartikeln enthaltene Sensoren beinhalten EMG-Beschleunigungs-, Orientierungs-Stellungssensoren, die bereits oben erwähnt wurden, ferner Temperatur- und Drucksensoren, so beispielsweise Luftdrucksensoren oder Berührungsfühler sowie Photosensoren. Spezielle Sensorarten für die oben angegebenen Zwecke beinhalten leitende elektronische Potentialsensoren, mikromechanische Beschleunigungssensoren, mikromechanische Gyroskopsensoren, mikromechanische magnetische Sensoren, mikromechanische Drucksensoren, Satellitenortungssystem-Sensoren (zum Beispiel GPS oder GLONASS), Widerstands- und kapazititve Berührungssensoren (mit optionaler Berührstellen- und/oder Berührkraft-Nachweisfähigkeit) und digitale bildgebende Sensoren (zum Beispiel Mehrfachpixel-CCD- oder CMOS-Sensoren).
Spezielle Beispiel für Sportartikel beinhalten Herzschlag-EKG-Gürtel, Muskel-EMG-Gurte oder -Bekleidungsstücke wie Tennisschläger, Golfschläger, Skiausrüstung und Beschleunigungssensoren oder Orientierungssensoren sowie photographische Geräte, die während der körperlichen Leistungserbringung benutzt werden.
2B zeigt eine Übersicht über das Schema der Sensormessung, der Signalverarbeitung und der Nachrichtenübermittlung für das in 2A beispielhaft dargestellte System. Die Übersicht veranschaulicht die Zeit t auf der horizontalen Achse und Sensorsignale und Modul-zu-Überwachungseinheit-Nachrichten für jedes der Module A, B, C und D aus 2A separat. Zunächst das Nachrichtenübermittlungsschema betrachtend, handelt es sich bei dem für die Kommunikation zwischen den Modulen und der Überwachungseinheit verwendeten beispielhaften Protokoll um ein Zeitschlitz basiertes Protokoll. Dies bedeutet, dass ein getrenntes Zeitfenster (Zeitschlitz) für die Nachrichtenübertragung jedem der Module zugeordnet ist. Der Zyklus der aufeinanderfolgenden Zeitfenster ist durch die Schlitze 1-4 in 2B dargestellt (dem Modul D ist der Schlitz 1 zugeordnet, ... dem Modul A ist der Schlitz 4 zugeordnet). Die Überwachungseinheit hört die Schlitze 1-4 ab, um Nachrichten von jedem der Module A-D zu empfangen. Sind sämtliche Schlitze einmal abgehört, wird der Zyklus wiederholt.
Als nächstes die Sensorsignale und insbesondere die letzten der beiden Nachrichtenübertragungszyklen nach 2A betrachtend, liefert jeder Sensor ein Sensorsignal abhängig vom Typ des Sensors und der zu messenden Aktivität. Beispielsweise handelt es sich bei dem an das Modul A gekoppelten Sensor um einen Herzschlag-EMG-Sensor, der deshalb ein relativ regelmäßiges Signal bei jedem Herzschlag liefert, wohingegen der Beschleunigungssensor in dem Racket mit dem Modul B ein unregelmäßiges Signal entsprechend der Bewegung des Rackets liefert, und so fort. In diesem Beispiel werden lokale Höhen (Spitzenwerte) der Signale, die auftreten, nachdem die letzte Nachrichtenübertragung des betreffenden Moduls stattgefunden hat (das heißt sämtliche Spitzenwerte die noch nicht an die Überwachungseinheit gemeldet wurden) bestimmt, und es werden ihre Zeitpunkte aufgezeichnet (vergleiche die linken Enden der horizontalen Zeitlinien t_xy, wobei X eine Modulkennung A, B, C und D ist und Y eine Scheitelpunkt-Kennung 1, 2, 3, 4 ist). Darüber hinaus werden die Zeitpunkte der als nächstes anstehenden Übertragungen von Nachrichten m_A, m_B, m_C, m_D bestimmt (vergleiche die rechten Enden der horizontalen Zeitlinien t_xy). Die Zeit t_XY, die zwischen diesen Zeitpunkten verstrichen ist, wird in den entsprechenden Nachrichten m_A, m_B, m_C, m_D kodiert.
Basierend auf dem in 2B dargestellten Schema kann eine Überwachungseinheit, die sämtliche Nachrichten m_A, m_B, m_C, m_D aufnimmt, die von den Modulen A-D gesendet wurden, die Spitzenwerte der Signale in chronologischer Reihenfolge anordnen, wobei einige der Signale in der Form einer Tabelle mit beispielhaften beliebigen Werten in 2C veranschaulicht sind. Der Schlüssel zu der Fähigkeit, die Signal so anzuordnen, ist die Zeitinformation t_xy, die von den Kommunikationsmodulen bestimmt wird und in den Nachrichten m_A, m_B, m_C, m_D enthalten ist.
Das Signalverarbeitungsschema kann auch von demjenigen, das oben vorgestellt wurde, abweichen, und kann natürlich für jeden Sensortyp und/oder Messpunkt und/oder erwartete Signalcharakteristik verschieden sein. Beispielsweise kann das Modul, anstatt oder zusätzlich zu einer Spitzenwertbestimmung, Nulldurchgangspunkte des Signals, Start- oder Endpunkte des Signals, Durchgangspunkte des Signals durch einen vorab definierten Schwellenwert, eine Signaldauer, das Integral des Signals über die Zeit, eine Steigung des Signals, eine Frequenz des Signals und dergleichen bestimmen. Die Erfindung eignet sich besonders für Signale mit deutlichen charakteristischen Punkten, so zum Beispiel für Herzschlagsignale, EMG-Signale von Körpergliedmuskeln und Beschleunigungssignale von Körpergliedern und Sportausrüstungen. Wenn der Sensor ein digitaler bildgebender Sensor ist, so ist der Interessenspunkt der Zeitpunkt der Bildgebung, das heißt der Bildung des Photosignals an dem bildgebenden Sensor.
3 veranschaulicht zwei Schlüsselkomponenten eines modularen Systems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Es handelt sich hier um das Kommunikationsmodul 310 und den Sportartikel 160. Das Kommunikationsmodul 310 enthält ein Gehäuse 317 und zwei elektrische Kontaktanschlüsse 311A, 311B auf der Außenfläche des Gehäuses. Bei diesem Beispiel haben die Kontaktanschlüsse 311A, 311B die Form von Höckern oder Knöpfen, die in passende Ausnehmungs-Gegenstücke 307A, 307B einer Anbringzone 303 eines Sportartikels 360 einschnappbar sind, um für eine mechanische Befestigung und eine elektrische Verbindung zu sorgen. Es können auch getrennte oder zusätzliche Mittel vorgesehen werden, um für diese Funktionen zu sorgen.
In der Anbringzone 303 befindet sich eine Kennungs-Speichereinheit 309, die elektrisch an die Gegenstücke 307A, 307B angeschlossen ist. Wenn also das Modul 310 mit der Anbringzone 303 verbunden ist, kann es auf die Speichereinheit 309 zugreifen und die dort gespeicherte Kennung lesen. Bei diesem Beispiel sind die Gegenstücke 307A, 307B zusätzlich mit EMG-Sensorpads 301A, 301B über geeignete Leitungen 305A, 305B in dem Sportartikel 360 verbunden, um dem Modul 310 ein EMG-Signal zuzuführen.
Die Speichereinheit kann eine für eine Speicherschaltung passende Schnittstellenschaltung enthalten. Von dem Modul kann an die Schnittstellenschaltung zum Auslesen der Kennung ein Speicher-Lesebefehl gesendet werden. Das Modul kann zwischen Kennungsdaten und Sensor-Eingangsdaten anhand des Frequenzgangs dieser Signale unterscheiden.
Als Alternative zu dem dargestellten Lesen der Kennungs-Speichereinheit über Leitungen kann der Lesevorgang auch drahtlos erfolgen. Beispielsweise kann ein Hochfrequenz-Kennungs-Tag (RFID-Tag), beispielsweise ein Nahfeld-Kommunikationstag (NFC-Tag) verwendet werden, das in die Anbringzone eingebettet ist, wobei das Modul eine entsprechende RFID-NFC-Leseeinheit zum Lesen der Kennung enthält. In diesem Fall dienen die Kontaktanschlüsse des Moduls ausschließlich zum Lesen des Sensorsignals.
4 zeigt in größerer Einzelheit die internen Hauptkomponenten eines Kommunikationsmoduls 410 nach einer Ausführungsform der Erfindung. Das Modul 410 enthält eine Verarbeitungseinheit 412, die die Eingabe und Ausgabe des Moduls über eine Drahtlos-Kommunikationseinheit 414 (zu und von einer Überwachungseinheit) und die Kontaktanschlüsse 311A, 311B (zu einer Kennung hin und zu einem Sensor in einem Sportartikel) steuert und verarbeitet. Es kann eine (nicht gezeigte) getrennte Eingabe- und/oder Ausgabeeinheit zwischen der Verarbeitungseinheit 412 und den Kontaktanschlüssen 311A, 311B vorhanden sein, wobei die Eingabe- und/oder Ausgabeeinheit die notwendigen Schaltungen zur Verstärkung der Eingangssignale enthält, falls notwendig.
Die Verarbeitungseinheit 412 enthält typischerweise einen durch Firmware betriebenen Mikrocontroller und einen Speichervorrat. Es kann außerdem eine (nicht gezeigte) getrennte Speicherschaltung zur Speicherung großer Datenmengen vorhanden sein. Aufgaben der Verarbeitungseinheit 412 enthalten das Ausführen von internen Datenbearbeitungsaktionen des Kommunikationsmoduls 410 sowie das Steuern der Kommunikation zu/von der Überwachungseinheit und dem Sportartikel, an welchem das Modul befestigt ist. Die Datenverarbeitungsaktionen enthalten insbesondere die Sensorsignal-Verarbeitungsaktionen, die erforderlich sind zum Bestimmen der Zeitstempel für die gesendeten Nachrichten, wie es oben erläutert wurde. Befehle zur Datenverarbeitung sind möglicherweise adaptiv ausgewählt auf der Grundlage der von dem Sportartikel ausgelesenen Kennung (ID), wie oben erläutert wurde.
Die Kommunikationseinheit 414 enthält eine Antenne und die notwendige Elektronik zum Verstärken der empfangenen und gesendeten Signale sowie zur Ankopplung an die Verarbeitungseinheit 412. Die Kommunikationseinheit 414 kann das gewünschte Drahtlos-Kommunikationsprotokoll benutzen. Das Protokoll ist vorzugsweise ein auf Zeitschlitzen basierendes Protokoll. Beispiele geeigneter Protokolle enthalten Bluetooth LE und ANT+ unter Verwendung von Direktsequenz-Spreizspektrum-(DSSS-)Modulationsverfahren und eine adaptive isochrone Netzwerkkonfiguration. Eine ausführliche Beschreibung der benötigten Hardware für unterschiedliche Implementierungen ist verfügbar in beispielsweise dem Texas Instrument^®'s Handbook „Wireless Connectivity“, welches von IC-Schaltkreisen und zugehörigen Hardwarekonfigurationen Gebrauch macht für Protokolle, die in Sub-1- und 2,4-GHz-Frequenzbändern arbeiten, so zum Beispiel ANT™, Bluetooth^®, Bluetooth^® LE (low energy), RFID/NFC, PurePath™ Wireless audio, ZigBee^®, IEEE 802.15.4, ZigBee RF4CE, 6LoWPAN, Wi-Fi^®, GPS.
Im Fall von Bluetooth LE beispielsweise gelangt ein Attributprofil-(ATT-)Leitungsanwendungsprotokoll zum Einsatz. Ein Attribut setzt sich aus drei Elementen zusammen:

- einen 16-Bit-Handle,
- eine UUID, die den Attributtyp definiert;
- einen Wert gewisser Länge.

Ein „Handle“ ist eine Nummer, die in einzigartiger Weise ein Attribut identifiziert und von dem erwartet wird, dass es für jedes Gerät stabil ist. Eine UUID (eine universell einzigartige Kennung) ist ein Kennungs-Standard, der bei der Softwaregestaltung dazu benutzt wird, verteilten Systemen zu ermöglichen, in einzigartiger Weise Information zu kennzeichnen, ohne dass es eine signifikante zentrale Koordination erfordert. Der Wert ist ein Array von Bytes beliebiger Größe. Die Bedeutung des Werts hängt ab von der UUID.
Außerdem können TDMA-basierte Protokolle eingesetzt werden, wie dies diskutiert ist in „TDMA Protocol Requirements for Wireless Sensor Networks“, Sensor Technologies and Applications, SENSORCOMM '08. Second International Conference on 25-31 Aug. 2008, Pages 30-35, ISBN :978-0-795-3330-8.
Gespeist wird das Modul von einer Energiequelle 416, typischerweise einer Batterie. Außerdem gibt es Mittel (nicht dargestellt) zum Aufladen oder zum Ermöglichen eines Austausches der Batterie.
5 veranschaulicht eine Überwachungseinheit 520 in Form eines am Handgelenk getragenen Computers. Auch die Überwachungseinheit enthält eine Verarbeitungseinheit 522 und eine Kommunikationseinheit 524 für die Kommunikation mit einem oder mehreren Modulen der oben beschriebenen Art. Ferner gibt es eine Speichereinheit 526 zum Speichern der empfangenen und der zu sendenden Daten. Die Kommunikationseinheit macht Gebrauch von dem gleichen Drahtlos-Kommunikationsprotokoll wie das oder die Kommunikationsmodule, mit denen sie kommunizieren soll. Das Protokoll ist vorzugsweise ein Zeitschlitz-basiertes Protokoll. Beispiele für geeignete Protokolle enthalten Bluetooth LE und ANT+.
Eine Aufgabe der Verarbeitungseinheit 522 der Überwachungseinheit 520 besteht in dem Sammeln von Nachrichten, die von Kommunikationseinheiten im selben persönlichen Bereichsnetzwerk gesendet werden, und in dem Anzeigen und/oder Speichern relevanter Information aus den Nachrichten für den Benutzer über eine Anzeige oder die Speichereinheit zwecks weiterer Verwendung. Bei einer Ausführungsform greift die Verarbeitungseinheit aus den Nachrichten von entfernten Sensoren gemessene Daten und Information über den Zeitpunkt der Messungen und Reihenfolgen der Messdaten in chronologischer Reihenfolge in einer oder mehreren Datenstrukturen auf.
Die Überwachungseinheit 520 wird von einer Energiequelle 528, typischerweise einer Batterie, gespeist. Außerdem gibt es (nicht gezeigte) Mittel zum Aufladen und zum Ermöglichen des Austauschens der Batterie.
6 zeigt eine Abwandlung des vorliegenden Systems, erweitert von der Überwachungseinheit 620 auf Cloud-Dienste 680B über das Internet und/oder einen externen Computer 680A. Die Verbindung von der Überwachungseinheit zu dem Internet-Clouddienst 680B erfolgt vorzugsweise drahtlos unter Verwendung zum Beispiel eines WLAN oder über mobile Internetprotokolle. Die Verbindung zum Computer 680A kann drahtlos erfolgen oder über eine Kabelverbindung abgewickelt werden.
Ein Zweck der Erweiterung besteht darin, die von den Sportartikeln 600A und 600B zu der Überwachungseinheit 620 übermittelten Messdaten weiter zu dem Computer 680A oder dem Clouddienst 680B zu leiten. Die Verarbeitung der Daten zu der chronologischen Reihenfolge kann entweder innerhalb der Überwachungseinheit 620, oder in dem Computer 680A oder dem Clouddienst 680B stattfinden.
Ein weiterer möglicher Zweck der Erweiterung besteht in der Bereitstellung von Verarbeitungsbefehlen für die Kommunikationsmodule der an das System angeschlossenen Sportartikel 600A, 600B, selbst wenn die Kommunikationsmodule selbst oder die Überwachungseinheit zunächst keine Verarbeitungsbefehle entsprechend der aus den Sportartikeln ausgelesenen Kennung enthält. In diesem Fall kann die Überwachungseinheit 620 eine weitere Anfrage zum Korrigieren von Verarbeitungsbefehlen an den Computer 860A und/oder den Clouddienst 680B richten.
Die Verarbeitungsbefehle sind vorzugsweise in dem Kommunikationsmodul als eigenständige Anwendungen gespeichert oder werden für das Modul vorgesehen, wobei die Anwendungen über das Betriebssystem (Firmware) des Moduls laufen können. Dies ermöglicht äußerst allgemein gestaltete Module, die dennoch für eine Vielfalt von Verwendungszwecken gefertigt werden können. 7 zeigt ein Flussdiagramm des vorliegenden Verfahrens gemäß einer Ausführungsform. Zunächst empfängt im Schritt 700 das Kommunikationsmodul von einem Sensor ein Sensorsignal. Im Schritt 702 analysiert das Modul das Sensorsignal, um ein charakteristisches Merkmal aufzufinden (zum Beispiel einen Spitzenwert eines EMG-Signals). Eine Signalmessung und eine Analyse finden dann im Hintergrund kontinuierlich statt. Findet das Modul ein charakteristisches Merkmal auf (Schritt 704), so bestimmt es dessen Zeitpunkt des Auftretens im Schritt 706. In einem Echtzeitprozess ist die Zeit des Auftretens die laufende Zeit. Als nächstes bestimmt das Modul im Schritt 708 den nächsten zum Senden von Daten bezüglich dieses Merkmals verfügbaren Zeitschlitz. Im Schritt 710 bildet das Modul eine zu sendende Nachricht einschließlich der gewünschten Merkmale des Signals und der zwischen Signal und Sendevorgang verstrichenen Zeit. Im Schritt 712 sendet das Modul die Nachricht. Der Prozess wird für jedes relevante Signal oder aufgefundenes Merkmal wiederholt.
8 veranschaulicht den Prozess aus der Sicht des Nachrichtenempfängers, das heißt der Überwachungseinheit. Im Schritt 800 empfängt die Einheit Nachrichten von mehreren Modulen, die in der oben beschriebenen Weise arbeiten. Im Schritt 802 extrahiert die Überwachungseinheit den relevanten Datengehalt der Nachrichten und fährt damit fort, die Daten in chronologischer Reihenfolge anzuordnen, Schritt 804. Schließlich werden im Schritt 806 die Daten in einer Speichereinrichtung zur weiteren Verwendung abgespeichert.
Bei einer Ausführungsform sind die Kommunikationsmodule in der Lage, nach Nachrichten anderer Module zu lauschen und die Nachrichten und in den empfangenen Nachrichten enthaltene vorab definierte Daten zu einem zentralen Empfangsgerät weiterzuleiten. Die Zeitstempelinformation in den weitergeleiteten Nachrichten oder Daten muss entsprechend der berücksichtigten zusätzlichen Zeit, innerhalb der die Daten sich in dem weiterleitenden Zwischenmodul befunden haben, geändert oder ergänzt werden. Diese Ausführungsform kann für Modul-Ketten eingesetzt werden, außerdem zum Sicherstellen einer erfolgreichen Datenkommunikation von solchen Modulen, die nicht in der Lage sind für eine direkte Verbindung zu dem Empfänger. Bei dieser und vorzugsweise auch bei den weiteren, oben diskutierten Ausführungsbeispielen enthält jedes Datenstück oder jede Nachricht vorzugsweise Information über die Kennungen der Sensoren und/oder Module, von denen die Daten herstammen.
Wie oben kurz diskutiert wurde, enthält bei einer Ausführungsform nicht nur das Kommunikationsmodul, sondern auch der Sportartikel eine digitale Verarbeitungseinheit, die in der Lage ist, die Sensordaten zu verarbeiten, bevor sie zu den Kontaktanschlüssen und weiter zu dem Kommunikationsmodul gesendet werden. Damit lässt sich zumindest ein Teil der Sensorsignal-Verarbeitung, der Signalanalyse und/oder der Nachrichtenbildung auf der Ebene des Sportartikels implementieren. Beispielsweise lässt sich die Verarbeitungseinheit des Sportartikels dazu ausgestalten, ein Sensorsignal von analoger in digitale Form umzusetzen. Optional kann die Verarbeitungseinheit einen Algorithmus zum Bestimmen charakteristischer Merkmale des Signals ausführen. Bei dieser Ausführungsform wird die Nachrichtenbildung immer noch innerhalb des Kommunikationsmoduls ausgeführt.
Um ein weiteres Beispiel für eine noch weitergehende Verlagerung der Verarbeitung aus dem Kommunikationsmodul in den Sportartikel zu geben, kann das Kommunikationsmodul Signalübertragungs-Zeitschlitzinformation für die Verarbeitungseinheit des Sportartikels bereitstellen, welcher dazu ausgebildet ist, Sensordaten bis zu einem gewissen Punkt vor dem nächsten verfügbaren Sendezeitschlitz zu sammeln und diese lokal mit Hilfe eines Algorithmus zu analysieren, welcher innerhalb der Einheit implementiert ist, und um eine Nachricht für das Kommunikationsmodul zu bilden, das dann drahtlos weiter gesendet wird. Insofern sich eine Sensorkennung oder eine Sportartikelkennung auch in dem Sportartikel selbst befindet, lässt sich die Kennung der Nachricht leicht hinzufügen. Es sei angemerkt, dass nur wenige Beispiele hier beschrieben sind, und dass die Nachrichtenverarbeitung und die Analyse sowie die Nachrichtenbildung unter den Einheiten in vielseitiger Weise auch anderweitig aufgeteilt werden kann.
Bei einer Ausführungsform enthält das vorliegende Drahtlossystem eine drahtlose Digitalkamera, ein Mobiltelefon oder ein ähnliches Gerät, das in der Lage ist, kompatible Datennachrichten zu bilden und mit der Überwachungseinheit unter Einsatz des gleichen Kommunikationsprotokolls zu kommunizieren wie der oder die übrigen Sportartikel innerhalb des Systems. Das Gerät enthält eine interne Drahtlos-Kommunikationseinheit, wodurch ein separates Kommunikationsmodul gemäß der Erfindung nicht benötigt wird. Die Kamera oder das Mobiltelefon kannbeliebige Messdaten, die in ihm empfangen oder erzeugt wurden, zu der Überwachungseinheit übersenden und entsprechende Zeitstempel zu den gesendeten Datennachrichten hinzufügen. Die Daten können zum Beispiel ein digitales Bild oder ein Videoclip sein, der mit dem Gerät aufgenommen wurde, und der Zeitstempel enthält Information über den zeitlichen Unterschied zwischen dem Moment der Bildaufnahme und dem für das Gerät zum Senden der Daten reservierten Sendezeitschlitz. Wird ein Mobiltelefon als Überwachungseinheit und Datenaufnahmegerät verwendet, so ist keine Nachrichtenbildung und insbesondere keine Drahtlosübertragung für die aufgenommenen Daten erforderlich, sondern die erforderlichen Prozesse können innerhalb des Mobiltelefons ausgeführt werden.

Claims

Kommunikationsmodul zum Überwachen der Körperleistung, umfassend: - eine Einrichtung zum kontinuierlichen Empfangen von Sensorsignalen von einem mit dem Kommunikationsmodul verbundenen Sensor, - eine Verarbeitungseinheit, ausgebildet zum kontinuierlichen Verarbeiten der Sensorsignale und zum Bilden mehrerer aufeinanderfolgender Datennachrichten, die Daten enthalten, welche zumindest teilweise von den Sensorsignalen abgeleitet sind, - eine Drahtlos-Kommunikationseinheit zum Senden der gebildeten Datennachrichten zu einem externen Drahtlos-Empfangsgerät in mehreren aufeinanderfolgenden Sendezeitschlitzen unter Verwendung eines Drahtlos-Kommunikationsprotokolls, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, - einen Sensorsignal-Analysealgorithmus auszuführen, um basierend auf vordefinierten Charakteristika der Sensorsignale erste Zeitpunkte zu bestimmen, - zweite Zeitpunkte entsprechend den Sendezeitschlitzen zum Senden der Datennachrichten entsprechend den Charakteristika unter Verwendung der Drahtlos-Kommunikationseinheit zu bestimmen, und - Information über die Differenz zwischen den ersten und zweiten Zeitpunkten den Datennachrichten hinzuzufügen.
Kommunikationsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Empfangen der Sensorsignale und die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet sind, Elektromyographie-(EMG-)Signale von einem EMG-Sensor zu empfangen und zu verarbeiten.
Kommunikationsmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, die ersten Zeitpunkte dadurch zu bestimmen, dass Amplitudenspitzenwerte in den Sensorsignalen ermittelt werden.
Kommunikationsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - das Drahtlos-Kommunikationsprotokoll ein auf sich regelmäßig wiederholenden Sendezeitschlitzen basiertes Protokoll ist, - die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, die zweiten Zeitpunkte unter Verwendung von vordefinierter Information über den Zeitschlitz zu bestimmen, in welchem der Kommunikationseinheit gestattet ist, Nachrichten zu senden.
Kommunikationsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, vordefinierte charakteristische Merkmale aus den Sensorsignalen mit Hilfe eines Merkmal-Nachweisalgorithmus nachzuweisen, welcher in der Verarbeitungseinheit kodiert ist, und Daten bezüglich jedes aufgefundenen charakteristischen Merkmals in die nächste Datennachricht einzubeziehen.
Kommunikationsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Speichereinheit zum Speichern einer Kennung des Kommunikationsmoduls, wobei die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, die Kennung in die Datennachrichten einzubauen.
Kommunikationsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das in der Lage ist, Datennachrichten von einem anderen, ähnlichen Kommunikationsmodul zu empfangen und die empfangenen Datennachrichten oder zumindest einen Teil der in den empfangenen Datennachrichten enthaltenen Daten zusammen mit seinen eigenen Datennachrichten weiterzuleiten.
Kommunikationsmodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit konfiguriert ist, um in die weitergeleiteten Daten eine Kennung des anderen, ähnlichen Datenmoduls und Information über die Dauer vom Zeitpunkt des Empfangs der weiterzuleitenden Daten bis hin zur Zeit der Weiterleitung der Daten einzubeziehen.
Kommunikationsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Einrichtung zum Anbringen des Kommunikationsmoduls in einer Anbringzone an einem Sportartikel, wobei die Einrichtung zum Anbringen zwei oder mehr elektronische Kontaktanschlüsse zur Herstellung eines elektronischen Kontakts mit dem Sportartikel während der Anbringdauer aufweist, und die Verarbeitungseinheit funktionell mit den Kontaktanschlüssen und mit der Drahtlos-Kommunikationseinheit verbunden und in der Lage ist, über die Kontaktanschlüsse und/oder die Drahtlos-Kommunikationseinheit empfangene Daten gemäß Datenverarbeitungsbefehlen zu verarbeiten, und wobei - das Kommunikationsmodul eine Einrichtung aufweist zum Lesen einer Kennung aus dem Sportartikel, während es an diesem angebracht ist, und - die Verarbeitungseinheit in der Lage ist, die Datenverarbeitungsbefehle basierend auf dem Wert der von dem Sportartikel gelesenen Kennung zu ändern.
Kommunikationsmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungsbefehle Befehle für den Sensorsignal-Analysealgorithmus umfassen.
Kommunikationsmodul nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass - das Kommunikationsmodul einen Speicher zum Speichern einer Menge von Datenverarbeitungsbefehlen entsprechend verschiedenen Kennungen aufweist, und die Verarbeitungseinheit in der Lage ist, die Datenverarbeitungsbefehle aus der Menge von Datenverarbeitungsbefehlen basierend auf dem Wert der gelesenen Kennung auszuwählen, und/oder - die Verarbeitungseinheit in der Lage ist, zu/von dem externen Drahtlos-Empfangsgerät eine Anforderung nach Datenverarbeitungsbefehlen entsprechend dem Wert der gelesenen Kennung zu senden, und die Datenverarbeitungsbefehle über die Drahtlos-Kommunikationseinheit zu empfangen und optional die empfangenen Datenverarbeitungsbefehle in der innerhalb des Speichers befindlichen Menge von Datenverarbeitungsbefehlen zu speichern.
Gerät zum Überwachen von Körperleistung, gekennzeichnet durch: - eine Einrichtung zum Empfangen mehrerer aufeinanderfolgender Nachrichten von mehreren Kommunikationsmodulen, die jeweils mit einem oder mehreren Sensoren verbunden sind, wobei die Nachrichten jeweils mindestens ein erstes Datenfeld mit von einem jeweiligen Sensor abgeleiteten ersten Daten und ein zweites Datenfeld mit zweiten Daten über die Zeit des Ursprungs der ersten Daten enthalten, - eine Verarbeitungseinheit, die in der Lage ist, aus den Nachrichten die ersten Daten und die zweiten Daten zu extrahieren, - eine Einrichtung zum Speichern zumindest eines Teils der ersten aus den mehreren Nachrichten extrahierten Daten in chronologischer Reihenfolge innerhalb einer Datenstruktur basierend auf den zweiten Daten.
Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Speichern dazu ausgebildet ist, die Datenstruktur in Form einer oder mehrerer Dateien in einer Speichereinheit des Geräts abzuspeichern.
Persönliches Leistungsüberwachungssystem, gekennzeichnet durch - mehrere Kommunikationsmodule nach einem der Ansprüche 1 bis 11, - ein Überwachungsgerät nach einem der Ansprüche 12 bis 13.
System nach Anspruch 14, weiterhin gekennzeichnet durch - ein oder mehrere Sportbekleidungsstücke, umfassend mehrere EMG-Sensoren, die an mehreren Anbringzonen angeschlossen sind, umfassend eine Einrichtung zum Halten eines Kommunikationsmoduls und eine Kontakteinrichtung zum elektrischen Verbinden des Kommunikationsmoduls mit mindestens einem der EMG-Sensoren.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Sportbekleidungsartikel eine Sporthose mit EMG-Sensoren zum Messen der Muskelaktivität beider Füße enthalten, wobei die Sensoren in einer, zwei oder mehr Sensorengruppen angeordnet sind, die jeweils mit einer separaten Anbringzone verbunden sind.
Verfahren zum Überwachen einer Körperleistung einer Person, umfassend: - Messen von mindestens zwei verschiedenen leistungsbezogenen Signalen an verschiedenen Stellen des Körpers oder einer Ausrüstung der Person unter Verwendung von mindestens zwei verschiedenen Sensoren, die in einem oder mehreren Sportartikeln enthalten sind und die funktionell mit mindestens zwei verschiedenen Kommunikationsmodulen verbunden sind, - Bilden von Nachrichten, die von den Signalen abgeleitete Daten enthalten, - Transferieren der Nachrichten von den Kommunikationsmodulen drahtlos zu einer zentralen Überwachungseinheit, gekennzeichnet durch - Bestimmen von Zeitdifferenzen zwischen den Signalen und dem Transferieren der den Signalen entsprechenden Nachrichten, - Einbeziehen von Information über die Zeitdifferenzen in die Nachrichten, - Verarbeiten der Signale in der zentralen Überwachungseinheit unter Verwendung der Information über die Zeitdifferenzen.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der leistungsbezogenen Signale ein von einem Körperteil einer Person abgenommenes Elektromyographie-(EMG-)Signal ist.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der leistungsbezogenen Signale ein Beschleunigungs-, Orientierungs- oder Stellungssignal ist, welches von einem Körperteil der Person oder einer von der Person getragenen Ausrüstung abgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens eines der Signale das Bestimmen der Zeitdifferenzen, das Bilden von Nachrichten und/oder das Einbeziehen von Information über die Zeitdifferenzen von einer in dem Kommunikationsmodul enthaltenen Verarbeitungseinheit durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens eines der Signale das Bestimmen der Zeitdifferenzen, das Bilden von Nachrichten und/oder das Einbeziehen von Information über die Zeitdifferenzen von einer in dem Sportartikel enthaltenen Verarbeitungseinheit ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, gekennzeichnet durch die Verwendung von Kommunikationsmodulen nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und einer zentralen Überwachungseinheit gemäß einem der Ansprüche 12 bis 13.