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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ansteuerung von Geräten oder Maschinen die externe Belastungen auf den Körper von Menschen und Tieren erzeugen.
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Stand der Technik
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Während der Bewegung eines Menschen wird dessen Körper dauerhaft belastet, was zu einer individuellen Beanspruchung des Gewebes führt, wie z.B. der Knochen, Sehnen, Bänder, Muskeln und Gelenke. Diese Beanspruchung kann in nahezu allen Fällen nicht direkt gemessen werden, weil dafür eine Implantation oder Anbringung von Messgeräten in den Körper, wie zum Beispiel bei instrumentieren Prothesen, beziehungsweise an den Körper nötig ist, wie zum Beispiel in der Elektromyografie (EMG).
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Die Elektromyografie ist eine elektrophysiologische Methode in der neurologischen Diagnostik, bei der die elektrische Muskelaktivität gemessen wird. Mit Hilfe von Nadelelektroden lassen sich die Potentialschwankungen einzelner motorischer Einheiten ableiten. Mit Spezialnadeln lassen sich auch einzelne Muskelfasern erfassen (Einzelfasermyografie). Auch Messungen der Potentialänderungen auf der Haut mit Oberflächenelektroden sind möglich, jedoch wesentlich unpräziser, da diese Technik das Summen-Aktionspotential eines ganzen Muskels oder sogar mehrerer Muskeln misst. Die Elektromyographie ist somit eine Technik, die sich der Entstehung, Aufzeichnung und Analyse myoelektrischer Signale widmet, unter Verwendung von Elektroden in oder an dem Körper.
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Aktuell können im Körper entstehende Drehmomente kontaktlos beziehungsweise ohne Elektroden nur mittels Bewegungsanalysen und biomechanischen Modellen inversdynamisch berechnet oder anhand instrumentierter Endoprothesen in vivo gemessen werden.
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Ein weiteres Problem dabei ist, dass die inneren Beanspruchungen des Körpers neben den von außen auf den Körper einwirkenden Kräften, stark von den durch Muskeln erzeugten inneren Kräften abhängen. Diese inneren Muskelkräfte sind jedoch von der aktuellen Anspannung bzw. Aktivierung abhängig. Auf der anderen Seite werden im Bereich des Sports, der Physiotherapie, der Ergonomie oder anderer medizinischer Bereiche gezielt Beanspruchungen des Körpers erzeugt, um z.B. einen Trainingseffekt zu generieren oder therapeutisch und präventiv wirksam zu werden. Hier werden häufig Geräte oder Übungen verwendet, mit dem Ziel einen bestimmten Reiz zu erzeugen. Diese Interventionen können jedoch entweder eine zu geringe Beanspruchung erzeugen, wodurch die erwünschten Effekte sich später oder gar nicht einstellen, oder eine zu große Beanspruchung erzeugen, wodurch eine Schädigung des Körpers entstehen könnte.
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Digitale Fitnessgeräte haben sich längst etabliert und sind in vielen Fitnessstudios installiert. Sie bieten viele Vorteile im Vergleich zu analogen Trainingsgeräten. Erfasste Trainingsdaten werden in diesem Zusammenhang insbesondere für die persönliche Trainingsplanung und Dokumentation genutzt. Solche Geräte finden auch bereits Anwendung in Reha-Zentren und Physiotherapie-Praxen. Neben der Erfassung der Trainingsdaten bieten die digitalen Fitnessgeräte im Speziellen Vorteile durch eine automatische Anpassung der Gerätekonfiguration an die Anatomie, insbesondere die Körperabmessungen der trainierenden Person.
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Auch wird im Stand der Technik mit einem Scan-System, auf Basis biometrischer Marker, der Körper jedes Trainierenden vermessen, wodurch die Voreinstellung der Geräte auf die Körpermaße, wie zum Beispiel die Körpergröße, des Trainierenden möglich ist.
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Als Beispiel: Ein Trainingsgerät zum funktionellen Training der Beinmuskulatur im Stand der Technik ist die vollelektronische Beinpresse. Die Beinpresse ist ein vollautomatisches Kraftgerät, bei welchem eine trainierende Person in sitzender Position ein Fußpedal gegen einen Wiederstand von sich wegdrückt. Es handelt sich in der Regel um eine sogenannte 45°-Beinpresse, bei der das Fußpedal oder Fußteil schräg nach oben gedrückt wird, wobei sich die trainierende Person mit ihrem Rücken an einer Sitzlehne abstützt. Die Beinpresse steuert das Training gemäß bestimmten Trainingsprinzipien digital und automatisch. D.h. bei der bekannten Beinpresse wird der gesamte Trainingsablauf nach den Bedürfnissen des Trainierenden individualisiert. Dafür wird die Trainingsplanung digitalisiert und die Trainingsauswertung automatisiert. Das macht Fortschritte und Ergebnisse sichtbar und soll den Anwender zu höheren Leistungen motivieren. Die automatische Sitzeinstellung und Gewichts-/Widerstandsbestimmung der Beinpresse unterstützt den Anwender indirekt dabei, Ausführungsfehler zu vermeiden.
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Auch sind aus dem Stand der Technik Trainingsgeräte bekannt, bei welchen Kraftsensoren die Kraftbeaufschlagung einer Krafteinleitungsschnittstelle während eines Trainings-Intervalls (z.B. einmaliges Anheben und Absenken einer Last) erfassen, anhand eines Kraft-Zeitverlaufs Rückschlüsse auf die aktuelle Rest-Leistungsfähigkeit der trainierenden Person ziehen und dementsprechend den aktuellen Widerstand verändern.
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Schließlich existieren Trainingsgeräte, deren mechanische Konstruktion so gestaltet ist, dass bei einer Bewegung während eines Trainings-Intervalls gemäß vorstehender Definition der Widerstand sich in vorgegebener Weise zwangsläufig verändert, um so bestimmten Winkelpositionen der aktuell trainierten Körperteile Rechnung zu tragen,
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Alle vorstehend genannten Maßnahmen sind jedoch ungenaue Behelfsmittel zur näherungsweisen Anpassung des Trainingsgeräts an die aktuelle Belastungssituation der trainierenden Person und nicht geeignet, Personenschäden auszuschließen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht demzufolge darin, ein Gerät zur externen Belastungsbeaufschlagung des Körpers einer Person oder eines Tieres bereitzustellen, dessen Konfigurationen insbesondere die Belastung, sich optimal auf die aktuell zu belastende Person (Tier) einstellen. Zudem ist es bevorzugt eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Analyse von Körperschäden ggf. durch eine Überbeanspruchung aufzuzeigen. Eine weitere bevorzugte Aufgabe der Erfindung ist es, mit möglichst wenigen manuellen Eingabeparametern eine möglichst genaue Steuerung des Geräts durchführen zu können.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Gerät zur externen Belastungsbeaufschlagung des Körpers einer Person oder eines Tieres nach Anspruch 1 und einem Verfahren nach Anspruch 4.
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Die Erfindung betrifft demzufolge ein Körper-Lastbeaufschlagungsgerät aufweisend eine Kraft-(einleitungs-)fläche bzw. zumindest eine Last- oder Krafteinleitungsschnittstelle, z.B. durch eine Schlaufe, Fußpedal, Griff, etc., an welcher eine Person oder ein Tier eine Körperkraft in das Gerät einleitet sowie einer Gegenkraft ausgesetzt ist/wird, wenigstens einen (Kraft-)Sensor an oder im Bereich der Kraftfläche bzw. der Krafteinleitungsschnittstelle zur Erfassung oder Messung einer von der Person (Tier) aktuell aufgebrachten/eingeleiteten Kraft, wenigstens eine weitere Erfassungseinheit/-einrichtung oder Sensoren zur Erfassung zumindest eines (oder mehrere) aktuellen Gelenkwinkels der betreffenden Person an zumindest einem ausgewählten Gelenk, insbesondere deren Gesamtkörperhaltung und/oder deren aktuell bewegten Körperteil(e) und eine CPU mit einer Speichereinheit auf der folgende Steuerschritte gespeichert sind:
- a) Messen der (Gegen-)Kraft, die auf die betreffende Person (Tier) einwirkt sowie deren Abstand zu dem zumindest einen ausgewählten Gelenk mittels vorzugsweise an der Krafteinleitungsschnittstelle platzierten (Kraft-)Sensoren, die mit einer CPU verbunden sind,
- b) Messen des Gelenkwinkels zumindest des einen ausgewählten Gelenks der betreffenden Person während einer Bewegungsausführung mittels der weiteren Erfassungseinheit/- einrichtung bzw. Sensoren oder videobasierter Systeme, die mit der CPU verbunden sind,
- c) Berechnen einer optimierten externen (Geräte-) Kraft oder Gerätewiderstands durch Berechnen innerer aktueller Muskelkräfte zumindest aus den gemessenen (Gegen-)Kräften und Gelenkwinkeln durch die CPU,
- d) Ansteuern des Geräts und/oder Regeln der externen Kraft/Wiederstands des Geräts zur Erreichung oder Annäherung der optimierten externen Kraft oder Gerätewiderstands durch die CPU.
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Die Schritte a) bis d) erfolgen vorzugsweise in Echtzeit, also online.
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Das erfindungsgemäße Gerät ist bevorzugt ein Fitnessgerät oder ein Sportgerät, vorzugsweise eine Beinpresse, eine Abduktoren-/Adduktoren-Maschine, eine Kabelzugstation, ein Stepper, eine Kraftstation, ein Ergometer, ein Spin-Bike, ein Laufband, ein Rudergerät, ein Crosstrainer, ein Butterfly, eine Arm-Curl Maschine oder dergleichen. Es bezieht aber auch jegliche Geräte ein, die eine externe Belastung auf den Menschen oder Tiere erzeugen, wie z.B. Arbeitsmaschinen oder Haushaltsgeräte.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines Lastbeaufschlagungsgeräts, welches eine Last auf eine Person oder ein Tier aufbringt, aufweisend eine Krafteinleitungsschnittstelle zwischen Gerät und Person (Tier), wenigstens einen Sensor zur Erfassung einer in das Gerät eingeleiteten oder auf die betreffende Person zurückgegebene Kraft, eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung zumindest eines (oder mehrere) aktuellen Gelenkwinkels der betreffenden Person an zumindest einem ausgewählten Gelenk, insbesondere deren Gesamtkörperhaltung und/oder deren aktuell bewegten Körperteil(e) und eine CPU mit einer Speichereinheit, weist die folgenden Schritte auf:
- a) Messen einer (Gegen-)Kraft, die auf eine kraftbeaufschlagende Person (Tier) einwirkt sowie deren Abstand zu einem zumindest einen ausgewählten Gelenk mittels vorzugsweise an der Krafteinleitungsschnittstelle platzierten (Kraft-)Sensoren, die mit einer CPU verbunden sind,
- b) Messen des Gelenkwinkels zumindest des einen ausgewählten Gelenks der betreffenden Person (Tier) während einer Bewegungsausführung mittels der weiteren Erfassungseinheit/-einrichtung bzw. Sensoren oder videobasierter Systeme, die mit der CPU verbunden sind,
- c) Berechnen einer optimierten externen (Geräte-) Kraft oder Gerätewiderstands durch Berechnen innerer aktueller Muskelkräfte zumindest aus den gemessenen (Gegen-)Kräften und Gelenkwinkeln durch die CPU,
- d) Ansteuern des Geräts und/oder Regeln der externen Kraft/Wiederstands des Geräts zur Erreichung oder Annäherung der optimierten externen Kraft oder Gerätewiderstands durch die CPU.
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Die Erfindung nutzt computergestützte Modelle, in welches die gemessenen Kräfte und Gelenkwinkel einfließen, um die tatsächlich im Körper auftretenden Belastungen während einer Bewegungsausführung an dem Lastbeaufschlagungs-Gerät zu quantifizieren und diese Ergebnisse dann zur Steuerung und/oder Regelung des Gerätes zu nutzen. Alternativ können die Ergebnisse zur Prävention von Personen-/Tierschäden durch eine Überbeanspruchung genutzt werden.
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Erfindungsgemäß wird hierfür die Analyse von Muskel- und Gelenkbelastungen im Körper genutzt, um die Bewegungsausführung gezielt belastungsspezifisch zu kontrollieren, zu regeln und/oder zu steuern. Die Erfindung weist ein Computermodell des menschlichen Körpers auf, in den Muskeln und deren anatomische Lage enthalten sind. Mit diesem Modell können u.a. die Muskelkräfte, sowie die sich daraus ergebenden Beanspruchungen des Gewebes berechnet werden. Diese innere Beanspruchung des Körpers wird dann genutzt, um damit die Belastung durch ein Körper-Lastbeaufschlagungs-Gerät zu regeln. Dieser Regelkreis bezieht sich im Grunde auf alle Situationen des Lebens, in denen regelbare Maschinen Belastungen auf den Körper des Menschen oder auch von Tieren erzeugen.
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Die Erfindung verwendet eine Echtzeit Bewegungsanalyse zur Analyse von Gelenk- und Muskelbelastung unter Beachtung der inneren Muskelkräfte und eröffnet insbesondere speziell für den Bereich Sport, Fitness, der medizinischen Trainingstherapie, Physiotherapie und Ergonomie völlig neuartige innovative Trainings-, Behandlungs- und Präventionsmöglichkeiten. Anhand der Echtzeit-Erfassung der auftretenden Belastungen in den relevanten Körperpartien und die direkte Rückkopplung zum Anwender während der Trainingsanwendung können Bewegungsabläufe und die externe Belastung gezielt optimiert werden und dadurch Fehlhaltungen und Überbelastung verhindert werden. Besonders wichtig ist dieses zum Beispiel nach Verletzungen des Bewegungsapparates wo sich die Trainingsintensität nach der Art der Verletzung sowie der noch bestehenden Schäden und Probleme richten. Computermodel-unterstützte Geräte gemäß der Erfindung, die die Kraftentwicklung einzelner Muskeln berechnen, bieten signifikante Vorteile gegenüber traditionellen Geräten.
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Die Erfindung unterstützt mit speziell ausgelegten Geräten den Menschen und auch Tiere dabei, die Belastungsvorgaben umzusetzen, beispielsweise dadurch, dass der Widerstand (bspw. über Gewichte oder kraftgeregelten Motoren) und/oder die Grundhaltung (bspw. Verstellbarkeit des Sitzes und der Handgriffe) möglichst genau auf den Patienten eingestellt werden können. Bei Verletzungen des Bewegungsapparates werden hierfür beispielsweise auch Beinpress- und Kniebeugen-Übungen oder Butterfly und Arm-Curl Maschinen eingesetzt. Im Trainings- bzw. Behandlungsverlauf ist somit eine Bewertung der tatsächlich auftretenden Belastungen in den entscheidenden Strukturen (Muskeln und Gelenken) möglich und eine darauf aufbauende Korrektur der Bewegungsdurchführung, der Widerstände oder der Grundeinstellung der Geräte. Bei Geräten mit dynamischer Messung der wirkenden Kräfte, bspw. über Kraftaufnehmer an den Fußplatten oder Handgriffen, besteht die Möglichkeit die dort auftretenden Kräfte zu messen. Hohe Belastungen in verletzungsbedingt funktionseingeschränkten Strukturen oder ein ungenügendes Training der zu trainierenden Strukturen durch unbewusste Kompensation (bspw. rechtes Bein kompensiert linkes Bein) können somit korrigiert werden. Es wird demzufolge das Risiko einer Überbelastung verringert, die zum Beispiel einen Trainingseffekt bzw. einen Heilungsverlauf gefährdet, d.h. das Risiko eines nicht effizienten Trainings bzw. einer nicht effizienten Therapie wird verringert. Es besteht somit die Möglichkeit, die tatsächlich wirkenden Beanspruchungen im Körper während des Trainings bzw. der Behandlung zu quantifizieren und darüber die Trainings- bzw. Behandlungsdurchführung gezielt zu steuern, es wird also eine Optimierung eines Trainings oder einer Behandlung erreicht.
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Die Erfindung erlaubt es, die Möglichkeiten eines Trainings bzw. einer medizinischen Trainingstherapie zu erweitern, indem erstmals die tatsächlich während des Gerätetrainings im Körper wirkenden Belastungen in den Muskeln und Gelenken genutzt werden, um das (Reha-)Training zu steuern und/oder zu regeln. Es wird somit eine komplett neuartige Leitgröße für die Reha-Therapie/ das Training in Form eines muskel- bzw. gelenkspezifischen Belastungsindex erfassbar gemacht. Anhand der Echtzeit-Erfassung der auftretenden Belastungen in den relevanten Körperpartien und die direkte Rückkopplung der Belastungswerte zum Anwender werden Bewegungsabläufe gezielt optimiert und dadurch Fehlhaltungen und Überbelastung bereits während der Trainingsausübung bzw. der Behandlung verhindert. Der zentrale innovative Lösungsgedanke besteht darin, das klassische gerätegestützte Training bzw. die gerätegestützte Behandlung mit dem hier beschriebenen Verfahren zu koppeln und darüber die auftretenden Belastungen im Körper synchronisiert mit der Trainings- bzw. Behandlungsdurchführung zu berechnen. Die in Echtzeit analysierten Belastungen im Körper werden als Feedback direkt an den Anwender in Form eines Biofeedbacks oder an das Gerät in Form einer Regelung der externen Belastung rückgekoppelt und darüber das Training in Form von direkten Trainingskorrekturen verbessert. Die Computerberechnungen sind synchronisiert mit der Bewegungsdurchführung möglich. Nur über die Simulation der Belastungen in Echtzeit ist ein Belastungs-Feedback zur Steuerung der Trainingsdurchführung möglich. Aktuelle CPUs sind für ein echtzeitfähiges Feedback eventuell noch zu langsam. Eine Maßnahme um dennoch diese Echtzeit-Fähigkeit der Simulation zu realisieren besteht in der Reduktion der Anzahl der simulierten Muskelgruppen, sodass nur für die Trainingsanwendung relevante Muskelgruppen (Teilkörper-Simulation) simuliert werden. Eine weitere Maßnahme besteht in der Verwendung von künstlicher Intelligenz, die auch zur Bewältigung einer weiteren Beschränkung zum Einsatz kommt. Die notwendigen Messparameter zur Simulation der wirkenden Belastungen sind erheblich reduziert. Diese Reduktion ist insbesondere über den Einsatz künstlicher Intelligenz, z.B. in Form rekurrenter neuronaler Netze (RNN) unter Berücksichtigung der Randbedingungen der Trainingsanwendung und externer Kräfte in der Simulation realisiert. Die Erfassung der notwendigen Messparameter erfolgt an den Kontaktflächen zwischen Mensch und Trainingsgerät und über eine sensorische Instrumentierung der Trainingsgeräte.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Erfindung ein Gerät zum Training der Armbeuge, wobei an dieser Stelle unbedingt darauf hinzuweisen ist, dass auch andere Geräte zum Bewegen/Trainieren anderer Muskelgruppen denkbar sind. Ferner treten Körperbeanspruchungen nicht nur bei Trainingsgeräten sondern auch bei Arbeitsmaschinen, Kraftfahrzeugen etc. welche als weitere Anwendungsmöglichkeiten für das erfindungsgemäß Gerät sowie Verfahren denkbar sind. Es kann sowohl in der dynamischen Bewegungsausführung als auch in der isometrischen Haltung eine Kraftmessung durchgeführt werden. Hierdurch wird das Training bzw. die Benutzung des erfindungsgemäßen Geräts deutlich besser individualisiert und Kraft- und Belastungsmessungen werden in unterschiedlichen Varianten durchgeführt. Zusätzlich ist es möglich, ausgehend von den Belastungsanalysen, eine mechanische oder kombinierte sensorisch-mechanische Lösung zur Reduktion von Belastungsspitzen bereitzustellen. Auf Ebene des Trainingsgerätes selbst wird außerdem eine geräteintegrierte Erfassung von Messparametern bereitgestellt, um darüber die Trainingsdurchführung mit der Belastungssimulation zu koppeln.
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In der Erfindung ist zur Erfassung der Eingabeparameter in das Simulationsmodell sensible Elektronik in konstruierte mechanische Komponenten integriert. Zudem werden die Belastungsspitzen während des Gerätebetriebs reduziert.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Körper-Lastbeaufschlagungsgerätes gemäß der Erfindung, am Beispiel eines Trainingsgeräts, insbesondere einer Beinpresse,
- 2 ist eine weitere Darstellung zur Veranschaulichung eines Körper-Lastbeaufschlagungsgerätes gemäß der Erfindung, am Beispiel eines Trainingsgeräts, insbesondere einer Armcurling-Maschine,
- 3 ist eine Darstellung eines Regelkreises des Trainingsgerätes gemäß der Erfindung, am Beispiel der Armcurling-Maschine.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung auf der Basis der zugehörigen Figur beschrieben.
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1 zeigt ein bevorzugtes Lastbeaufschlagungsgerät gemäß der Erfindung in Form eines Trainingsgeräts 1, genauer gesagt einer Beinpresse, aufweisend eine Kraftfläche (Lasteinleitungsschnittstelle) 2, wenigstens einen Sensor 4 und eine CPU 6 mit einer Speichereinheit 8 und einem Belastungsregler 10. Die Kraftfläche 2 ist in Kontakt mit dem Sensor 4, der vorgesehen und angepasst ist, die Kraft, beziehungsweise den Kraftverlauf, zu messen/ ermitteln die/ der auf die Kraftfläche 2 einwirkt, wenn der Trainierende gegen diese mit seinen Füßen drückt und welche in Form einer Gegenkraft in die betreffende Person (Trainierende) zurückgeleitet wird. Der Sensor 4 ist in Verbindung mit der CPU 6, welche die Speichereinheit 8 aufweist. Die CPU 6 berechnet einen optimierten Widerstand (durch das Gerät 1 erzeugt) auf Basis beispielsweise eines 3D-Ganzkörper-Computermodells, insbesondere eines 3D-Simulationsmodells gemäß der 1, in welches die Beaufschlagungslast/-kraft durch den Trainierenden als auch dessen Gelenkwinkel einfließen.
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In anderen Worten ausgedrückt berechnet die CPU 6 anhand des Kraft- und Gelenkwinkelverlaufs, wieviel Kraft/Widerstand dem Trainierenden entgegengebracht wird. Die CPU 6 steuert und/oder regelt auf Basis der Ergebnisse des 3D-Simulationsmodells durch den Belastungsregler 10, der den Widerstand einstellt, die der Kraft des Trainierenden entgegengebracht wird.
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Konkreter ausgedrückt erfasst der eine Sensor 4 jene Kraft/Last, die an der Krafteinleitungsschnittstelle 2 in die trainierende Person eingeleitet wird. Ein weiterer Sensor (in 1 nicht dargestellt) erfasst den aktuellen Beugewinkel an zumindest einem ausgewählten Gelenk der Person, in diesem Beispiel das Knie- und/oder Hüftgelenk sowie dessen Abstand zur Krafteinleitungsschnittstelle. Aus diesen Werten sowie ggf. den zusätzlichen Lasten, welche durch die Person bzw. deren aktuell trainierten Körperteilen selbst erzeugt werden, können nach dem bevorzugt verwendeten Computermodell durch die CPU 6 innere Muskelkräfte berechnet werden, aus denen dann wiederum Gelenksbelastungen abgeleitet werden können. Diese berechneten Größen dienen abschließend zur Einstellung der vom Gerät 1 aktuell erzeugten Last/Kraft/Bewegungswiderstand mittels des Belastungsreglers 10.
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2 zeigt ein weiteres Trainingsgerät 1, genauer gesagt ein Gerät 1 zum Training der Armbeuger in stark vereinfachter Darstellung, aufweisend eine Schlaufe (Krafteinleitungsschnittstelle) 2, wenigstens den einen Sensor 4 und die eine CPU 6 mit der Speichereinheit 8 und dem Belastungsregler 10. Die Schlaufe 2 ist in Kontakt mit dem Sensor 4, der auch hier vorgesehen und angepasst ist, die Kraft, beziehungsweise den Kraftverlauf, zu messen/ermitteln, die/der auf die Schlaufe 2 einwirkt, wenn der Trainierende gegen diese mit seinem Arm zieht. Der Sensor 4 ist ebenfalls in Verbindung mit der CPU 6, welche die Speichereinheit 8 aufweist. Die CPU 6 berechnet den optimierten Widerstand des Geräts 1 auf Basis des eingangs beschriebenen Verfahrens. Genauer gesagt, erfasst der Sensor 4 die in die Schlaufe eingetragene Kraft, welche zwangsläufig als Gegenkraft in die Hand der trainierenden Person eingeleitet wird. Diese Kraft wird in diesem vereinfachten Computer-/Berechnungsmodell durch den Bizeps aufgebracht, der an einem Oberarm und Unterarm angewachsen ist, wobei sich gemäß diesem stark vereinfachten Computermodell die in der 2 dargestellten Hebel a, b und c ergeben, die sich in Abhängigkeit des Beugewinkels Unterarm zu Oberarm, aus welchem sich beispielsweise auch der dargestellte Bizepswinkel α zur Senkrechten auf den Oberarm ergibt, verändern.
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Aus dem beispielhaft dargestellten Computer-Simulationsmodell ist entnehmbar, dass in Abhängigkeit des Beugewinkels α sowie des Abstands zwischen Gelenk und Schlaufe 2 die durch die interne Muskelkraft bewirkte Belastung auf beispielsweise das ebenfalls symbolisch dargestellte Armgelenk (Ellenbogen) die Belastung resultierend aus dem externen Gewicht deutlich übersteigt. Die CPU berechnet nunmehr anhand dieses in 2 beispielhaft dargestellten Modells, welcher Belastung der betreffende Muskel und das betreffende Gelenk ausgesetzt sind. Die CPU steuert und/oder regelt auf Basis der Ergebnisse des Simulationsmodells dann einen Belastungsregler 10, der die Last bzw. den Widerstand am Gerät 1 einstellt, die der Kraft des Trainierenden entgegengebracht werden soll.
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An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass das Simulationsmodell gemäß der 2 lediglich ein stark vereinfachtes Grundprinzip der vorliegenden Erfindung darstellt und in seiner praktischen Umsetzung deutlich komplexer ausgestaltet sein kann.
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3 ist eine Darstellung eines Regelkreises eines Trainingsgerätes (in 3 nicht dargestellt) gezeigt. In dem Regelkreis 12 gemäß der Erfindung, am Beispiel eines Gerätes zur Belastung der Armbeuger; wird die Beanspruchung in Schritt 14 mittels des Verfahrens zur Berechnung der Belastung des Ellenbogens bestimmt. In Schritt 16 wird die Belastung der Maschine am Belastungsregler angesteuert. In Schritt 18 erfolgt die externe Belastung durch die Maschine.
