DE202022103798U1

DE202022103798U1 - Force sensor with wireless connection for isometric strength training

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Publication number: DE202022103798U1
Application number: DE202022103798.1U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-07-07
Filing date: 2022-07-07
Publication date: 2022-11-05
Anticipated expiration: 2032-07-08

Abstract

Vorrichtung zur Messung von Druck- und Zugkräften beim isometrischen Krafttraining bestehend aus einem Kraftsensor, der als eine Wägezelle ausgebildet ist, die eine Spannungsänderung bei Längendehnung oder Stauchung derselbigen misst, wobei der Kraftsensor mit einer Seite an einem unbeweglichen Widerstand befestigt wird und auf der anderen Seite verschiedene Arten von Griffen befestigt werden können, einen damit verbundenen AD-Wandler, der die analogen Signale des Kraftsensors in digitale Signale umwandelt, einem damit verbundenen Mikrokontroller, der die digitalen Signale des AD-Wandlers in die physikalische Größe Kraft umrechnet und diese über eine drahtlose Verbindung an eine damit verbundene Auswerteeinheit per Bluetooth oder WiFi weitergibt, und eine mit der Auswerteeinheit verbundene Audiovisualisierungseinheit, die ein audiovisuelles Signal beim Erreichen einer bestimmten Kraft abgibt.

Device for measuring compressive and tensile forces during isometric strength training, consisting of a force sensor designed as a load cell that measures a change in tension during length expansion or compression of the same, with the force sensor being attached to an immovable resistance on one side and on the other side different types of handles can be attached, an associated AD converter, which converts the analog signals from the force sensor into digital signals, an associated microcontroller, which converts the digital signals from the AD converter into the physical quantity of force and transmits this via a wireless Connection passes on to an associated evaluation unit via Bluetooth or WiFi, and an audio visualization unit connected to the evaluation unit, which emits an audio-visual signal when a certain force is reached.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Druck- und Zugkräften beim isometrischen Krafttraining mit einer drahtlos verbundenen Auswerte- und Audiovisualisierungseinheit. Smarte Trainingsgeräte eröffnen eine neue Ära personalisierter Trainingserlebnisse für die Anwender und verbinden effektives Training mit einer personalisierten, motivierenden Nutzererfahrung. Die Messdaten werden in der Regel durch einen Sensor erfasst und dem Nutzer bereitgestellt. Dieser kann entsprechend seiner Leistungen einschätzen und sein Training zur Erreichung optimaler Erfolge anpassen.The invention relates to a device for measuring compressive and tensile forces during isometric strength training with a wirelessly connected evaluation and audio visualization unit. Smart training devices open up a new era of personalized training experiences for users and combine effective training with a personalized, motivating user experience. The measurement data is usually recorded by a sensor and made available to the user. He can assess his performance and adapt his training to achieve optimal success.

Die Messung der Kräfte wird bei Kraftsensoren überwiegend durch federgelagerte Dehnungsbänder realisiert, deren elektrische Spannung sich ändert, sobald eine Kraft angelegt wird. Daneben gibt es kapazitive Sensoren, bei denen eine Verformung eines Pads zur Änderung des elektrischen Felds führt. Die Kraftsensoren können an verschiedenen Trainingsgeräten angebracht werden. Es gibt Druck- und Zugsensoren. Häufigste Anwendung ist ein Zugsensor, der in ein Seil eingespannt wird, welches vom Nutzer gezogen wird und die aufgewendete Kraft gemessen wird. Entsprechende Vorrichtungen sind aus der DE202016002157U1 , der DE202018100743U1 und der US20190153248A1 bekannt.With force sensors, the forces are mainly measured by spring-loaded strain gauges whose electrical voltage changes as soon as a force is applied. There are also capacitive sensors in which deformation of a pad leads to a change in the electrical field. The force sensors can be attached to various training devices. There are pressure and tension sensors. The most common application is a tension sensor that is clamped into a rope that is pulled by the user and the force exerted is measured. Corresponding devices are from DE202016002157U1 , the DE202018100743U1 and the US20190153248A1 known.

In den Dokumenten werden die Daten nicht nur durch ein Display dem Nutzer direkt angezeigt gegebenenfalls nach vorheriger Interpretation durch eine Auswerteeinheit, sondern auch an eine Empfangseinheit übertragen, wobei die Übertragung durch WLAN oder Bluetooth erfolgen kann. Demgegenüber ist die vorliegende Erfindung ausschließlich für das isometrische Krafttraining vorgesehen, d.h. die Kraftmessung an einem unbeweglichen Widerstand, bei der anders als beim Stand der Technik Kräfte von bis zu 1.000 kg auftreten können. Mit der Auswerteeinheit ist zudem eine Audiovisualisierungseinheit verbunden, die ein audiovisuelles Signal beim Erreichen einer bestimmten Kraft abgibt.In the documents, the data is not only shown directly to the user on a display, optionally after prior interpretation by an evaluation unit, but also transmitted to a receiving unit, with the transmission being able to take place via WLAN or Bluetooth. In contrast, the present invention is intended exclusively for isometric strength training, i.e. the measurement of force on an immovable resistance, in which, unlike in the prior art, forces of up to 1,000 kg can occur. In addition, an audio visualization unit is connected to the evaluation unit, which emits an audiovisual signal when a specific force is reached.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, die es dem Benutzer ermöglicht, die Herausforderungen beim isometrischen Krafttraining zu überwinden und erfolgreich Muskeln aufzubauen.The object of the invention is to provide a device that allows the user to overcome the challenges of isometric strength training and successfully build muscle.

Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst, wonach die Vorrichtung zur Messung von Druck- und Zugkräften beim isometrischen Krafttraining aus einem Kraftsensor, der als eine Wägezelle ausgebildet ist, die eine Spannungsänderung bei Längendehnung oder Stauchung derselbigen misst, besteht, der Kraftsensor mit einer Seite an einem unbeweglichen Widerstand befestigt wird und auf der anderen Seite verschiedene Arten von Griffen befestigt werden können, einen damit verbundenen AD-Wandler, der die analogen Signale des Kraftsensors in digitale Signale umwandelt, einem damit verbundenen Mikrokontroller, der die digitalen Signale des AD-Wandlers in die physikalische Größe Kraft umrechnet, die Kraft über eine drahtlose Verbindung an eine damit verbundene Auswerteeinheit per Bluetooth oder WiFi weitergibt, und eine mit der Auswerteeinheit verbundene Audiovisualisierungseinheit, die ein audiovisuelles Signal beim Erreichen einer bestimmten Kraft abgibt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die als Kraftsensor eingesetzte Wägezelle für Belastungen von über 500 kg ausgelegt und es treten in diesem Belastungsbereich keine übermäßigen Messfehler auf. Beim isometrischen Krafttraining können solche Belastungen vorkommen, weil keine Gewichte gehoben werden müssen. Um dennoch auswertbare Werte darzustellen, ist eine spezielle Wägezelle, welche für solche Belastungen ausgelegt ist, notwendig. Sie verfügt über stärkere Streben und eine stärkere Feder. Die Messfehler sind entsprechend gering.This object is achieved with the features specified in claim 1, according to which the device for measuring compressive and tensile forces during isometric strength training consists of a force sensor, which is designed as a load cell that measures a change in tension during length expansion or compression of the same, the force sensor fixed with one side to an immovable resistance and on the other side different types of handles can be attached, an associated AD converter, which converts the analog signals from the force sensor into digital signals, an associated microcontroller, which converts the digital signals from the AD converter converts the force into the physical quantity, which transmits the force via a wireless connection to a connected evaluation unit via Bluetooth or WiFi, and an audio visualization unit connected to the evaluation unit, which emits an audio-visual signal when a certain force is reached. In a preferred embodiment, the load cell used as a force sensor is designed for loads of more than 500 kg and no excessive measuring errors occur in this load range. Such loads can occur with isometric strength training because there are no weights to be lifted. A special load cell designed for such loads is required to display values that can be evaluated. It has stronger struts and a stronger spring. The measurement errors are correspondingly small.

In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Übertragung zwischen dem Mikrokontroller und der Auswerteeinheit per Bluetooth low energy. Bluetooth Low Energy (BLE), ehemals Bluetooth Smart, ist eine Funktechnik, mit der sich Geräte in einer Umgebung von etwa 10 Metern vernetzen lassen. Im Gegensatz zum konventionellen Bluetooth verfügt BLE über einen deutlich geringeren Stromverbrauch und geringere Kosten mit einer ähnlichen Kommunikationsleistung. Der Einsatz an einem mobilen Kraftsensor beim isometrischen Fitnesstraining ermöglicht eine seltenere Aufladung der Batterien.In a further preferred embodiment, the transmission between the microcontroller and the evaluation unit takes place via Bluetooth low energy. Bluetooth Low Energy (BLE), formerly Bluetooth Smart, is a radio technology that allows devices to be networked within a range of around 10 meters. Unlike conventional Bluetooth, BLE features significantly lower power consumption and cost with similar communication performance. The use of a mobile force sensor during isometric fitness training enables the batteries to be recharged less frequently.

In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform kann der Kraftsensor mit einem für die Messung in dem speziellen Belastungsbereich ausgelegten Kraftsensor ausgetauscht werden. Dies ermöglicht es dem Benutzer sein Training entsprechend der anvisierten Kraft zu variieren. Der Austausch erfolgt durch Aushängen des Kraftsensors.In a further preferred embodiment, the force sensor can be exchanged for a force sensor designed for measurement in the specific load range. This allows the user to vary their workout according to the strength they are targeting. The exchange takes place by unhooking the force sensor.

In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform ist eine Steuereinheit, die mit denselben Übertragungsmechanismen wie die Auswerteeinheit mit dem Mikrokontroller derart in Verbindung steht, dass dieser darüber mit den jeweiligen Parametern konfiguriert werden kann, insbesondere ein Tara-Gewicht gesetzt werden kann. Diese externe Steuerung des Mikrokontrollers ermöglicht dessen Einstellung entsprechend der eingesetzten Wägezelle und daher eine einfache Austauschbarkeit derselbigen.In a further preferred embodiment, there is a control unit which is connected to the microcontroller by the same transmission mechanisms as the evaluation unit in such a way that it can be configured with the respective parameters, in particular a tare weight can be set. This external control of the microcontroller enables its setting according to the load cell used and therefore easy interchangeability of the same.

In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform wird die Vorrichtung bei der Benutzung von WiFi als eigener Access Point eingesetzt oder in ein bestehendes WiFi integriert. Dies ermöglicht eine weitere und flexible Nutzbarkeit, vor allem, wenn kein WiFi vorhanden ist.In a further preferred embodiment, the device when using WiFi used as a separate access point or integrated into an existing WiFi. This enables further and flexible usability, especially when WiFi is not available.

In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform werden die Temperatur und die Versorgungsspannung der Vorrichtung durch mit dem Mikrokontroller verbundene Sensoren gemessen und die sich daraus ergebenden Daten bei der Berechnung der Kraft nach Anspruch 1 einbezogen, wobei für die Anpassung an die Temperatur ein Kalibrierungsfaktor, der entsprechend der verwendeten Wägezelle eingestellt werden kann, verwendet wird. Dies ermöglicht eine Anpassung an externe Parameter bei gleichzeitiger Beibehaltung der Messgenauigkeit. Der Kalibrierungsfaktor ist durch die Steuerungseinheit einzustellen.

1 zeigt einen schematischen Aufbau der Vorrichtung

In a further preferred embodiment, the temperature and the supply voltage of the device are measured by sensors connected to the microcontroller and the resulting data are included in the calculation of the force according to claim 1, with a calibration factor for the adjustment to the temperature, which corresponds to the used Load cell can be adjusted, is used. This allows adjustment to external parameters while maintaining measurement accuracy. The calibration factor is set by the control unit.

1 shows a schematic structure of the device

Die Erfindung soll in dem folgendem Ausführungsbeispiel verdeutlicht werden. Eine Wägezelle für Belastungen von 800 kg wird als Kraftsensor zwischen einem unbeweglichen Widerstand und verschiedenen Arten von Griffen befestigt. Der Kraftsensor kann durch Aushängen mit einem Sensor in denselben Dimensionen ausgetauscht werden. Bei Längendehnung oder Stauchung misst der Kraftsensor eine Spannungsänderung. Ein mit ihm über ein Kabel verbundener AD-Wandler wandelt die analogen Signale des Kraftsensors in digitale Signale um. Ein mit ihm über ein Kabel verbundener Mikrokontroller rechnet die digitalen Signale des AD-Wandlers in die physikalische Größe Kraft. Die Temperatur und die Versorgungsspannung werden durch Sensoren gemessen. Die sich daraus ergebenden Daten werden bei der Berechnung der Kraft einbezogen. Die Kraft wird über eine drahtlose Verbindung an eine damit verbundene Auswerteeinheit per Bluetooth low energy weitergegeben. Mit der Auswerteeinheit ist über ein Kabel eine Audiovisualisierungseinheit verbunden, die ein audiovisuelles Signal beim Erreichen einer bestimmten Kraft abgibt. Eine Steuereinheit ist über Bluetooth low energy mit dem Mikrokontroller verbunden. Der Mikrokontroller kann darüber mit den jeweiligen Parametern kalibriert werden. Ein Tara-Gewicht kann gesetzt werden und der auf den jeweiligen Kraftsensor abgestimmte Kalibrierungsfaktor eingestellt werden.The invention is to be illustrated in the following exemplary embodiment. A load cell for loads of 800 kg is attached as a force sensor between an immovable resistance and various types of handles. The force sensor can be replaced with a sensor of the same dimensions by unhooking it. In the event of elongation or compression, the force sensor measures a change in tension. An AD converter connected to it via a cable converts the analog signals from the force sensor into digital signals. A microcontroller connected to it via a cable converts the digital signals from the AD converter into the physical quantity force. The temperature and the supply voltage are measured by sensors. The resulting data is included in the calculation of the force. The force is transmitted via a wireless connection to an associated evaluation unit via Bluetooth low energy. An audio visualization unit, which emits an audiovisual signal when a specific force is reached, is connected to the evaluation unit via a cable. A control unit is connected to the microcontroller via Bluetooth low energy. The microcontroller can be calibrated with the respective parameters. A tare weight can be set and the calibration factor matched to the respective force sensor can be set.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 202016002157 U1 [0002]
DE 202018100743 U1 [0002]
US20190153248A1[0002]

Claims

device after claim 1 , characterized in that the load cell used as a force sensor is designed for loads of over 500 kg and no excessive measurement errors occur in this load range.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission between the microcontroller and the evaluation unit takes place via Bluetooth low energy.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the force sensor can be exchanged by detaching it for a force sensor designed for the measurement in the special load range.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that there is a control unit which is connected to the microcontroller with the same transmission mechanisms as the evaluation unit in such a way that it can be configured with the respective parameters, in particular a tare weight can be set .

Device according to one of the preceding claims, characterized in that when WiFi is used, the device is used as its own access point or is integrated into an existing WiFi.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature and the supply voltage of the device are measured by sensors connected to the microcontroller and the resulting data used in the calculation of the force claim 1 are included, using a calibration factor to adjust for temperature, which can be set according to the load cell used.