EP1395968A2 - Method and device for controlling the posture or movement of a person - Google Patents

Method and device for controlling the posture or movement of a person

Info

Publication number
EP1395968A2
EP1395968A2 EP02750954A EP02750954A EP1395968A2 EP 1395968 A2 EP1395968 A2 EP 1395968A2 EP 02750954 A EP02750954 A EP 02750954A EP 02750954 A EP02750954 A EP 02750954A EP 1395968 A2 EP1395968 A2 EP 1395968A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
data
posture
person
program
training program
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02750954A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jürgen Löschinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP1395968A2 publication Critical patent/EP1395968A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B24/00Electric or electronic controls for exercising apparatus of preceding groups; Controlling or monitoring of exercises, sportive games, training or athletic performances
    • A63B24/0003Analysing the course of a movement or motion sequences during an exercise or trainings sequence, e.g. swing for golf or tennis
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B69/00Training appliances or apparatus for special sports
    • A63B69/36Training appliances or apparatus for special sports for golf
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B24/00Electric or electronic controls for exercising apparatus of preceding groups; Controlling or monitoring of exercises, sportive games, training or athletic performances
    • A63B24/0003Analysing the course of a movement or motion sequences during an exercise or trainings sequence, e.g. swing for golf or tennis
    • A63B24/0006Computerised comparison for qualitative assessment of motion sequences or the course of a movement
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B69/00Training appliances or apparatus for special sports
    • A63B69/38Training appliances or apparatus for special sports for tennis
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/20Movements or behaviour, e.g. gesture recognition
    • G06V40/23Recognition of whole body movements, e.g. for sport training
    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09BEDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B19/00Teaching not covered by other main groups of this subclass
    • G09B19/0015Dancing
    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09BEDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B19/00Teaching not covered by other main groups of this subclass
    • G09B19/003Repetitive work cycles; Sequence of movements
    • G09B19/0038Sports
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1116Determining posture transitions
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B24/00Electric or electronic controls for exercising apparatus of preceding groups; Controlling or monitoring of exercises, sportive games, training or athletic performances
    • A63B24/0003Analysing the course of a movement or motion sequences during an exercise or trainings sequence, e.g. swing for golf or tennis
    • A63B24/0006Computerised comparison for qualitative assessment of motion sequences or the course of a movement
    • A63B2024/0009Computerised real time comparison with previous movements or motion sequences of the user
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B24/00Electric or electronic controls for exercising apparatus of preceding groups; Controlling or monitoring of exercises, sportive games, training or athletic performances
    • A63B24/0003Analysing the course of a movement or motion sequences during an exercise or trainings sequence, e.g. swing for golf or tennis
    • A63B24/0006Computerised comparison for qualitative assessment of motion sequences or the course of a movement
    • A63B2024/0012Comparing movements or motion sequences with a registered reference
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2208/00Characteristics or parameters related to the user or player
    • A63B2208/12Characteristics or parameters related to the user or player specially adapted for children
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2220/00Measuring of physical parameters relating to sporting activity
    • A63B2220/40Acceleration
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2220/00Measuring of physical parameters relating to sporting activity
    • A63B2220/50Force related parameters
    • A63B2220/51Force
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2220/00Measuring of physical parameters relating to sporting activity
    • A63B2220/80Special sensors, transducers or devices therefor
    • A63B2220/806Video cameras
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2220/00Measuring of physical parameters relating to sporting activity
    • A63B2220/80Special sensors, transducers or devices therefor
    • A63B2220/807Photo cameras

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling posture or movement of a person with the aid of a training program.
  • the invention also relates to an apparatus for performing the method.
  • a method for checking the posture of a person is proposed, which has the features of claim 1.
  • the method for checking the posture and / or movement of a person with the aid of a training program has the following procedural steps:
  • posture-relevant data (posture data) are recorded;
  • the acquisition of the data is preferably timed;
  • the data recorded by the sensor devices are put together and in particular synchronized; the data is synchronized, for example, by a control device which outputs a synchronization signal per time unit (for example every 10 Hz); the data received by the various sensor devices are thus coordinated with one another in time; when assembling, the synchronized data are related to each other in time;
  • the composite and in particular synchronized data are filtered and in particular standardized and exempted;
  • filtering spatial proximity relationships between the sensors and temporal references are taken into account; filtering serves to smooth the data structure and, for example, to eliminate certain frequencies or around certain ones Reinforce features such as edges;
  • the filtered and standardized data are compared with reference data in order to determine correlation factors and / or are examined for the occurrence of characteristic features such as extreme values or the exceeding or falling below threshold values; depending on the structure and complexity of the data relevant to posture, a comparison with existing reference data or an analysis of the data is preferable, usually a combination of both methods;
  • objects are defined with the aid of the correlation factors and / or the characteristic features found during the examination, each comprising a set of conditions and a probability value derived therefrom; the size of the probability values depends, for example, on the probability of the associated characteristic feature occurring;
  • the objects are processed in an expert database and, depending on the fulfillment of one or more conditions and the current status of the training program, messages are output and the further course of the training program is controlled.
  • the method has the advantage that, depending on the person's reaction is promptly given information in the form of messages to improve posture and / or movement. A visual comparison between the current posture and / or movement and an ideal posture and / or movement by the person is not necessary. With the help of the method, the person is guided through the training program without the person having to resort to a human trainer or expert or an appropriate manual. Previous systems were only geared towards isolated movements.
  • the method according to the invention includes a coherent training program. Depending on the reaction of the person practicing, the next step in the process is automatically selected. The process reflects the knowledge and style of a human trainer. Default values are stored in the expert database in the form of reference data, which are used to compare the parameters that are determined from the person's posture. In addition, the expert database contains the training program, which automatically adjusts the training process based on the attitude of the person and their reaction to the information provided.
  • the invention can also be understood as two hierarchically nested control loops containing one person, the inner control loop (bio-feedback) of the person receiving feedback about the deviation of the posture or movement from an ideal posture or movement (or about their achievement) and the external control loop (MetaFeedback) the independent continuation of the trai- program based on the person's reaction to the feedback from the internal control loop.
  • the training program can thus teach the person movement sequences in individual learning steps, which are adapted to the user, and thus effectively enable the attainment of the superordinate learning goal, namely the learning of complex sequences of movement sequences.
  • the expert database in such a way that it contains an internal representation of the user either implicitly or explicitly, for example his training level, his training progress, his daily state, tiredness and / or his state of mind.
  • reaching a higher training level not only has the effect of having to correspond more exactly to the ideal of a movement sequence, that is to say, receive a corresponding correction feedback even with a small deviation, but also essentially forwarding to areas of the training program, the new, more difficult one Can train and monitor movements.
  • the training program can give instructions on less difficult exercises in the event of poor daily health or looming tiredness. This can reduce the risk of injury to the practitioner.
  • the training program or learning program consists of individual training steps, which can be implemented in the form of a sequence program with instructions and jump commands in a device. For storing or representing the current As of now, a device is required that can be changed by the training program itself, hereinafter referred to as the training program counter.
  • the training program can be defined in its own high-level language based on a programming language and can be executed by an internal interpreter using a training program counter. The course of the training program is guaranteed by the training program counter, which designates the point at which the program is currently located.
  • the training program counter can cause a conditional or unconditional jump in the program flow.
  • Complex patterns in the input data stream are recognized in the expert database and trigger a corresponding reaction. Depending on the current status of the system, a decision is made as to how to proceed. It is therefore taken into account how the system reacts to the circumstances. In addition to identifying complex patterns, changing the internal state is an important part of the present expert system. This corresponds to a changed position in a state diagram or, for example, a changed position in a table of exercise instructions.
  • An essential feature of the expert system is that the response to the same input data can differ depending on the state of the system.
  • the expert system is used to specifically guide a user through a training program. What the reaction to a user's posture or movement looks like and how to proceed is at the discretion of the human expert who developed the training program.
  • All of the expert knowledge can be implemented as software in the form of an expert database. This makes it possible to run different courses without changing the hardware.
  • the expert system can be used, for example, to recognize movement sequences on the basis of complex patterns of print data, in particular of both feet.
  • the expert system can also be used to run a health and / or fitness check program or, for example, a program to determine the fit of shoes.
  • the system described is capable of learning and thus adapts to the user. On the one hand, this ability to learn is implicitly built in through the use of the expert system (training program). Depending on the user's reaction to the instructions, the system continues at various points in the learning or training program. At which point exactly depends on the creator (experts) of the actual training program and the user himself. The current status of the training program is saved permanently.
  • Another type of learning ability is to keep statistics on the user's reaction to the instructions.
  • a special training program can be started, which specifies certain exercises or behaviors in order to get to know the user. NEN. Special instructions can thus be used to evaluate the training status of the user. The reaction to this is evaluated and, together with the statistical data, influences the further course of the training.
  • Another type of learning ability is the consideration of different training levels. Depending on the user and training success, the current training level changes, which automatically leads to a change in the instructions generated.
  • the training status of the user is therefore characterized and taken into account.
  • Another type of adaptation or learning ability of the system is that the instructions generated to the user can be subjected to a plausibility check and success check before the actual output. This not only prevents contradicting instructions, but also makes it possible, for example, to respond to the user in the language selection. For example, if the user does not respond to an instruction, it can be assumed that the user does not want any instructions at the moment and, for example, wants to rest. In addition, statistical data on the success or failure of certain instructions are determined. This data is in turn used to adapt the output to the user.
  • the method according to the invention can be used in the field of occupational medicine / safety. To do this, it records the movement sequence, recognizes harmful conditions in good time and gives provide timely instructions for balancing exercises or breaks. It also monitors the effectiveness of passive protective measures such as mats, shoes, insoles etc.
  • the method can be used to determine a factor associated with the frequency of the movement, with which, for example, the frequency of movement of children can be monitored.
  • the procedure can also be used to check the fit of shoes over a period of hours or days.
  • a preferred exemplary embodiment of the method is characterized in that the messages are output to the person immediately after the associated conditions have been met, in particular in real time.
  • the person and the sensor devices are, so to speak, parts of a closed control loop which enables a direct influence on the posture or movement of the person.
  • Another preferred exemplary embodiment of the method is characterized in that the training program takes into account the person's reactions to the messages that are output. This feedback function frees the user from thinking, so to speak.
  • the expert database comprises a learning program which has a large number of lines and whose execution is ensured by a counter which stores the Line that the tutorial is on.
  • each line of the learning program comprises an instruction block, a control block and a branching block.
  • the instruction block defines the type of instruction that is issued, for example, via a language unit.
  • the identifiable possible reactions of the practitioner to the instruction are defined in the reference block.
  • the branch block contains a conditional or unconditional jump address for each entry in the control block. This makes it possible to react specifically to the reaction of the practitioner taking into account the current position in the program and to continue at a suitable point.
  • conditional jumps makes it possible to influence the program flow by means of additional internal parameters (level of ability, timing, physical condition, etc.).
  • the process is designed in such a way that the competence of the human expert can be recognized in its entirety.
  • the posture data are preferably determined by means of an optical and / or acoustic recording unit and / or by means of sensors. This enables a quick and reliable posture control of a person without necessarily having to resort to a human expert.
  • the posture data determined are analyzed in the data processing unit for the subsequent derivation of parameters which are compared with data in the expert database in order to create at least one posture-relevant information for the person.
  • the method can advantageously be used in a versatile manner for controlling a person's posture by means of a suitable choice of an expert database.
  • a posture reaction to information is preferably used as a criterion for person assessment and for the creation of an adapted information creation.
  • knowledge about the respective mental and physical state of the same person can be gained. For example, knowledge can be gained in this way about the ability to coordinate or about the training status of the corresponding person.
  • the learning program can automatically adjust to the individual circumstances of a person and thus avoid undesirably overwhelming the same person, for example by automatically initiating an interruption in the exercise.
  • a device with the features of claim 9 is also proposed, which is characterized in that an expert database which is used for maintaining data evaluation-serving electronic data processing unit is provided, which is operatively connected to the recording unit and to an information output unit serving to transmit at least one posture-relevant information to the person.
  • posture is understood to mean a particular body position of the person in a static position (still) or also during a dynamic movement thereof. Static body positions and body movements of a person can thus be controlled reliably and quickly, the person himself being part of a closed control loop.
  • different posture controls can be carried out, for example for exercises in different sports. It is now advantageously possible to ensure an automated and individualized posture control of a person by means of a device.
  • the information to be transmitted to the person can be, for example, an attitude-related assessment or a movement instruction.
  • the person is not subjected to a posture control directly, but, for example, an exercise device held by the person (tennis racket, golf club or the like) is checked with regard to its positioning and / or movement for indirect posture control of the person using the exercise device.
  • an acoustic recording unit is additionally provided, which is operatively connected to the data processing unit for sound data evaluation.
  • the acute The static recording unit can be a microphone, for example, by means of which sound data can be recorded. This enables, for example, sound data and posture-controlled learning of a musical instrument using a device.
  • the sound data evaluation can also be used indirectly for posture control.
  • the recording unit advantageously contains at least one sensor for recording posture-relevant data. Sensors are particularly suitable for the reliable and quick acquisition of posture-relevant data. In addition, they can be operatively connected to the electronic data processing unit in a relatively simple manner.
  • the sensor can be designed as a pressure sensor or as an acceleration sensor. It is thus possible to provide a plurality of different types of sensors for recording posture-relevant data.
  • Pressure sensors can, for example, be arranged in a person's shoe sole to record data relating to the body stress that is occurring in each case. Suitable are, for example, FSR (ForceSensingResitor) sensors, which consist of three thin polymer films and change their electrical resistance depending on the force applied to their surface. They are particularly suitable due to their relatively small installation volume, their long service life and their low purchase costs.
  • the sensors can also be integrated or glued into a plastic measuring sole. The sensors can be glued to the measuring base and preferably be perforated to ensure ventilation of the measuring sole and the removal of moisture. With the same film, a tactile feedback to the person can be created in the form of vibration. It is therefore possible to use the same device, such as a piezo film, to record posture-relevant data and output feedback.
  • a plurality of pressure sensors can be arranged as a matrix and can be operatively connected to a microcontroller by means of an A / D converter.
  • the individual sensors of the sensor matrix are preferably controlled in a time-coded manner. In a typical application, for example, 9 to 16 pressure sensors are used. With a temporally targeted resolution of 10 ms, there is approximately 0.1 to 1 ms time to record the posture data of the individual sensors and convert them to analog / digital. The conversion time is sufficient to use common, inexpensive microcontroller systems. In this way it is possible to obtain pressure distribution data by means of a plurality of pressure sensors which, based on knowledge of the body weight and the shoe size of the person, allow conclusions to be drawn about the so-called "body weight pressure”.
  • a piezo film can also be used to measure the pressure distribution.
  • structure-borne noise When placing an object equipped with a sensor on another (for example when placing a foot on the ground) or when two objects rub against each other (for example, a ski over snow), structure-borne noise is generated that can be detected by the sensors.
  • Structure-borne noise is used on the one hand to identify the surface, for example the type of ground when running, the snow conditions when skiing, or to provide information on the speed of an object (for example a ski).
  • structure-borne noise can be used to obtain information about the height and the course of the forces acting when two objects collide (for example, a foot on the floor). The structure-borne noise can therefore be used to analyze the movement of the person.
  • sensors for measuring the temperature, the air pressure, the humidity etc. are advantageously used.
  • the user's personal data such as pulse, blood pressure, oxygen content in the blood, skin resistance, etc.
  • sensors are preferably used to record pulse, blood pressure, oxygen in the blood, skin resistance, etc.
  • Inclination sensors are also preferably used to determine, for example, the inclination of the person's pelvic and shoulder girdles.
  • acceleration sensors can be used to completely record the movement of the person.
  • the recording unit has at least one video camera. It is thus possible to carry out an optical posture control of a person using an alternative or additional video camera with respect to sensors. If necessary, two or more video cameras, which are arranged at a fixed distance from one another, can also be provided for the stereo-optical recording of posture data or movement data of a person. Traditional video cameras that generate analog video data or inexpensive web cameras can advantageously be used.
  • At least one optical marking element is provided for attachment to the person.
  • Such optical marking elements are attached to suitable (movement-relevant) points on the person and serve to facilitate data evaluation and thus also to reduce the required computing power.
  • the markings are preferably designed in such a way that they can be clearly identified even if only parts of them are visible. For example, markings of different diameters, different distances from the video camera, different colors and / or different flashing frequencies of LEDs are used.
  • the information output unit is advantageously designed as a transmitter for optical and / or acoustic and / or tactile signals.
  • Optical signals can be emitted, for example, by means of LEDs, while acoustic signals can be generated by means of a buzzer, for example, or are preferably natural speech signals.
  • Tactile signals can be emitted in the form of a vibration, for example.
  • Natural speech can be delivered using one or more traditional loudspeakers. A combination of different signal forms is also possible in order to be able to transmit fast and reliable posture-relevant information to the person.
  • the data processing unit advantageously contains a data transmission system and / or a data input system.
  • the data transmission system can be designed in such a way that data is transmitted to the electronic data processing unit by means of a special PCI plug-in card or by means of a USB bus or by means of a Firewire interface.
  • a data entry system can be a keyboard, for example.
  • the device is designed as a compact and mobile assembly.
  • the device should be made as small as possible so that it can be easily carried by one person and possibly also used as a "stand-alone" unit. Since the demands on the electronic data processing unit are relatively low, in particular when pressure sensors are used exclusively in terms of their computing power, it is possible to design the necessary hardware components so small and to fit them to a person in such a way that they do not interfere with them Represent exercise, for example, a sporting movement. It is thus advantageously possible to integrate expert knowledge into a relatively small and easily transportable (mobile) unit in such a way that the determined posture data can be evaluated in real time and corresponding information can be transmitted quickly to the person.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a device according to the invention
  • FIG. 2 is a block diagram of the inventive method
  • Figure 3 shows a section of a flow chart of the training program.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a person, generally designated 10, on whom a posture control is carried out by means of a device 12.
  • the device 12 has a recording unit which serves to detect posture and which comprises two video cameras 14, a microphone 28, pressure sensors 16 and acceleration sensors 18.
  • the recording unit is operatively connected to an electronic data processing unit 20 which has an expert database 22.
  • the Electronic data processing unit 20 is used to evaluate the posture data of the person 10 transmitted by the recording unit.
  • posture-relevant information is created using the expert database 22, which is transmitted to the person 10 by means of an information output unit that contains a monitor 24 and two loudspeakers 26.
  • the loudspeakers 26 are connected to the data processing unit 20 (double arrows 38).
  • the electronic data processing unit 20 has a data transmission system (double arrows 32) and a data input system 34.
  • the data can thus be transmitted to the electronic data processing unit 20 by means of data carriers, by manual input and / or by online transmission (for example the Internet).
  • Posture-relevant data can be transmitted to the electronic data processing unit 20 by means of the recording unit (video cameras 14, pressure sensors 16, acceleration sensors 18, microphone 28) by means of suitable data transmission lines (double arrows 34, 36) or also wirelessly.
  • a plurality of optical marking elements 30 are attached to person 10 in order to create reliable data by means of video cameras 14.
  • the device 12 is used to determine data relating to a particular body position, body movement and body strain (posture) of the person 10 by means of the recording unit, to supply these posture-relevant data to the expert database 22 of the electronic data processing unit 20 and from this easily and generally understandable information or Instructions for extra here and to the person performing a sporting exercise 10, for example.
  • a closed control loop is thus formed in the form of a "bio-feedback process". It is advantageously possible, for example, to control movement sequences of person 10 in the form of a bio-feedback loop, to report dangerous situations and / or to give complex course and training instructions. This is done electronically with the help of a computer (electronic data processing unit 20), so that the use of a human teacher or expert can be dispensed with.
  • the electronic data processing unit 20 can be a commercially available computer (PC with at least 200 MHz and at least 64 MB RAM).
  • the optical data recorded by the video cameras 14 are digitized in the form of analog video data using so-called frame grabbers into 8-bit wide data and then instructed in the electronic data processing unit 20, in which the further evaluation takes place using suitable software.
  • web cameras can be used that provide the image data directly in digitized form.
  • the evaluation can also be carried out on fast 16-bit microcontrollers (not shown).
  • additional posture data of the body of the person 10 can additionally or alternatively be recorded by means of pressure sensors 16 and / or acceleration sensors 18. Standard sensors can be used here.
  • the determined by the sensors Posture data are recorded and stored using a microcontroller system.
  • the data ascertained are relatively complex, so that the actual data analysis takes place by means of a neural network which has been appropriately trained on a third-party computer.
  • the weighting factors determined after training the network are then transferred to the microcontroller system.
  • pressure distribution data are obtained by means of the pressure sensors 16, which are first standardized to the so-called body weight pressure by means of knowledge of the body weight and shoe size of the person 10 and are stored in the electronic data processing unit 20.
  • EEProms or flash memory cards serve as memory.
  • the capacity is large enough to store a possible running distance of 10 to 20 km, for example.
  • the storage is used either for statistical purposes or for subsequent evaluation on a PC.
  • the time course of the pressure distribution of the shoe sole is used to analyze the different gait phases (initial contact, stress response, middle class, terminal position, swing phase). From this data, various parameters are then derived (gait speed, step frequency, symmetry parameters, dynamics of the pressure center, assessment the rolling behavior).
  • These secondary parameters form a multi-dimensional feature vector, by means of which a database in which the actual expert knowledge is stored is now queried. In such an expert database, both information and tion about dangerous situations as well as training instructions.
  • the markings recorded by the video cameras 14 are recognized by the electronic data processing unit 20 by means of a so-called threshold operation, and their coordinates are calculated.
  • the third dimension can be calculated with a known distance between the video cameras 14.
  • the coincidence method according to Rolf D. Henkel, which is described in the publication "Synchronization, Coherence-Detection and Three-dimensional Vision, Perception, Neural Dynamics & Spiking Neurons, 2000" can be used.
  • the respective position of person 10 is calculated from knowledge of the spatial position of these markings.
  • the position of the person 10 per learning unit is exactly stored there.
  • appropriate information or instructions are now created for the exercising person 10.
  • the information or instructions are transmitted to the person 10 by means of the information output unit (monitor 24 and / or loudspeaker 26).
  • the information or instructions are preferably transmitted by means of natural language voice output. For example, person 10 receives correction instructions as long as until a corresponding correct exercise position is exactly taken. Then you can proceed to the next part of the course.
  • the structure of the expert database 22 is explained on the basis of a stereo-optical determination of the body posture of the person 10 by means of video cameras 14 and on the other hand also for the evaluation and analysis of the pressure distribution via a running shoe (pressure sensors 16).
  • the angles that the different markings made on the body form with one another are calculated and stored.
  • the markings are placed in such a way that the resulting angles correspond to the position of joints (e.g. knees, hips).
  • a body position is clearly defined by a combination of these different marking angles.
  • There is an entry in a table for each of these different marking angles for example left arm, right arm, left leg, right leg, head, hip, etc.
  • the current marking angles are compared with the corresponding specifications in the table. If all angles are within a specified tolerance, the line number defined in the same line is continued. Certain criteria such as exceeding or falling short of time lead to the continuation of an alternative line number.
  • text instructions are generated using line and marking-specific text identifiers.
  • Each row in this table thus corresponds to a specification for a specific posture.
  • additional entries in the different columns for the individual marking angles can be roughly divided into four different groups: one or more so-called default groups, one or more extreme value groups, a time limit group and a branching group (see Table 1). If necessary, additional groups can be defined.
  • Each default group consists of a valid flag, a lower and upper limit for the angle, two different text identifiers, a priority value and a value for transitions (see Table 2).
  • the valid flag decides whether the whole group is active and is thus observed or not (don't care state).
  • the upper and lower limit defines the tolerance range within which an angle is recognized as matching. If the measured marking angle lies outside this tolerance range, a text output is generated.
  • the text identifier defines the type of instruction to be generated (for example "lifting” or “lowering”, “stretching”, “bending” etc.). The text identifier exists twice, depending on whether the angle is too large or too small.
  • An associated priority value decides which message is to be output outside of its tolerance ranges and thus multiple text outputs are generated.
  • the number of transitions defines how often the valid vault area can be left (the practitioner wiggles back and forth) before the termination criterion is reached.
  • the extreme value group is similar to the default group with the difference that the entries in it are used to warn of positions that are hazardous to health.
  • the time limit group there is an entry for the average time it should take to take the posture. Exceeding this value fulfills the termination criterion.
  • a second time specifies how long the posture should be maintained.
  • the branch group regulates in which line to continue next. There is one line number for the case that all conditions are met and one for the termination criterion. It can be either an absolute jump or a subroutine call. Accordingly, there is an entry that corresponds to a return statement.
  • the ability to define subroutines offers various options for the actual course of the tutorial.
  • the entire program can be stored in a single large table and is called up exactly once by the computer program; the overall sequence is in the table.
  • the learning material can also be coded in various smaller tables that are called up several times by the computer program. This is particularly useful for the formation of loops and the like.
  • the overall process in this case is in the order in which the tables are called from the main program of the computer.
  • the generation of the text instructions depends on the one hand on the text identifier of the default group and on the other hand on the deviations of the measured marking angles from the target value.
  • the text identifier identifies the text to be output more or less directly. There are two identifiers because the instruction text depends on whether the measured value is above or below the tolerance range. If the tolerance range is not reached in several default groups, in the simplest case the priority field decides whose instructions are to be issued. In the event of large or small deviations of the setpoint from the actual value, the output text is modified accordingly ("very", "a little", etc.). In order to make the output text more natural, the text can be generated using fuzzy logic with appropriate rules from several default groups with their text ID, priorities and deviations from the target value.
  • a movement can be defined by exactly one or more different lines.
  • the starting position of an exercise could be defined by several lines. First, for example, only the trunk position would be entered per line, the rest would not be in the care state.
  • the arm position would be entered in a second line in addition to the trunk position.
  • the leg position could be added in the next line, this line would have entries for the three default groups trunk, arm and leg position at the same time. Leaving the tolerance range within the body default group would automatically generate a text according to the text identifier of this line. If the arm area is also left at the same time, in the simplest case the priority value decides which message is generated.
  • the termination criterion is generated after the time limit has expired and the program is continued at another point.
  • the program can be repeated at the same point, but with a different difficulty Level to be continued. This level can modify all default values, such as the tolerance range. If the skill of the practitioner increases after a certain time, his level also rises and therefore the requirements must be adhered to more precisely. The principle of the difficulty level simplifies and reduces the tables considerably.
  • the principle of the program is based on the fact that the (one-off) coding of the learning program itself is relatively complex, but the execution is all the easier and therefore faster. This is achieved in that each necessary sub-process is represented by its own column entry in the table.
  • the resulting table is very extensive, but can be easily evaluated due to the fixed format.
  • Each entry in a column controls an action, comparable to a micro program on a computer.
  • a disadvantage of this method is the relatively large memory requirement of the table. Assuming that 10 marking angles are monitored, this results in approximately 200 bytes / line and thus approximately 200 kB for 1,000 lines. However, this is not a problem with the memory sizes available today.
  • the angular tolerance ranges are replaced by other parameters, for example pressure values.
  • the tutorial consists of much fewer different lines, so that the available EEProm area is sufficient. If a more extensive learning program is desired, one or more additional microcontrollers can be used instead of a simple memory expansion because of the simple parallelization of the evaluation, as discussed above. In addition to the memory management, this greatly increases the evaluation speed.
  • the device 12 thus enables a reliable, quick and learning-friendly posture control on a person, for example when performing a sporting exercise or also when learning a musical instrument, without necessarily having to resort to a human expert.
  • FIG. 2 shows the sequence of the method according to the invention in the form of a Block diagram shown.
  • the data from various sensor modules are synchronized and combined.
  • print data are determined from N data channels each.
  • the data is stored and preprocessed in sensor modules 1 and 2. The preprocessing affects all processes in which only the information of a single sensor module is required.
  • the data is then forwarded to a master module, where further processing takes place.
  • the data channels are synchronized in the block Synch.
  • the input data FIFO contains the raw data.
  • the filter data FIFO contains the data after the filter operation.
  • the block reference pattern stands for various reference patterns that are required for processing in the object level.
  • the reference patterns are used to determine correlation factors in comparison with the data in the filter level.
  • all objects are defined that are accessible from the expert database. Every object has a set of conditions, a derived truth value, properties and methods. The conditions relate either to the data at the filter level or to the properties and methods of objects from which they are derived.
  • the objects of the first level (object 11, object 12, ..., object In) directly access the filter level.
  • the derived objects objects (object 21, object 22, ..., object 2n) access the data of the filter level indirectly via the objects of the first stage, from which they are derived.
  • the actual training program runs in the expert system.
  • the training program can be implemented in the form of hardware (own microcontroller, programmable logic) or as software.
  • the expert database contains the totality of all sub-steps of the entire training program in the form of individual program lines. Several object conditions are defined in each line with the associated branching to other program lines. When the condition is met, the corresponding branching is carried out.
  • the interpreter with program counter, stack and registers controls the flow of the expert database.
  • the output is generated in the form of natural language or tones and melodies.
  • the instructions for this come from the expert database.
  • the instructions are generated from stored speech sequences.
  • tones and melodies are generated using MIDI commands.
  • the objects are links between the actual sensor data and the expert database and represent an abstraction layer. This makes the actual expert database independent of the hardware used and greatly simplifies programming and any changes.
  • An object has its own probability value between zero and one, which depends on the one hand on the input data itself and on the other hand on the degree of fulfillment of conditions defined in the object.
  • an object has properties and methods for changing these properties.
  • An object can be derived from another object and thus inherits both its probability value and its properties and its reference to the sensor data record. The own probability value then results from a combination of the fulfillment of the own conditions and the inherited probability value.
  • First-order objects can directly access the original or filtered sensor data. Objects derived therefrom can access indirectly via the data reference of the objects of the first order from which they were derived.
  • An object “pecodicity” is defined in which sensor pressure data are examined to determine whether rhythmic fluctuations occur. For this purpose, the distance between two extreme values is determined in the low-pass-filled pressure data, which are available in the FIFO. If the distance meets certain minimum / maximum requirements and has a certain fluctuation range, the probability value is set accordingly by a fuzzy rule set. The requirements are part of the object "Pe ⁇ odizitat”.
  • Step object refers once to the object periodicity of the left pressure curve PL and other on the other hand on the periodicity of the right pressure curve PR.
  • the conditions defined in the “Step” object require that both PL and PR must be true. In addition, the PL and PR values must be in opposite phases. If the condition is met, the "Step” object is assigned the corresponding fuzzy probability value. As a property, it is assigned the numerical value of the phase shift. An object “bouncing" would look very similar, only that the conditions would provide an in-phase pressure curve.
  • the "Walking” and “Running” objects can now be derived.
  • the probability value of these modules depends on the phase shift property of the "Step” object.
  • the exact conditions are specified in the objects “walking” or "running".
  • a property of the "walking” object could, for example, be the walking time that can be queried in the object from the expert database. Differences between old and new values could also be provided as properties.
  • a module “overpronation” could be derived from the object "step”. This module would use the reference to the print data from the object “step” to check to what extent the pressure values in the data identified by the object “step” correspond to the required conditions and set its probability value and its properties accordingly.
  • Statistical objects can also be defined by other objects Add the measured times to a total time or to energy consumption.
  • the line number serves as a reference for the program run.
  • the output message (message) is a clear reference for the voice or sound output to be generated.
  • a flag can be set instead of a voice output, which can be queried in the Conditions column.
  • the Conditions column all conditions are recorded to which you want to react.
  • the conditions can refer to objects themselves or their properties.
  • standard objects such as the Z time, which contains the dwell time per line, can be queried, which are automatically set each time a line is processed.
  • the Priority column specifies which condition should be addressed first if several conditions are met at the same time.
  • the Object manipulation column indicates whether an object should be changed using its methods.
  • the PCounter column specifies how the training program counter should fulfill the the condition is to be changed. There are simple jumps (Goto), subroutine calls (Call, Return) and loop instructions (Do, While, For, Next, Loop). There are also unconditional jump instructions that combine different, recurring queries into one block.
  • the Max. # Column is to be seen in connection with the program counter control. With call commands, it shows the maximum number of times the subroutine can be called.
  • the reference points are recorded by means of several video cameras, which are mounted at a certain angle and distance from one another. The distance between the points and the cameras is determined from the offset of corresponding points in related image rows. A coincidence procedure is used for this.
  • the position of the reference points directly reflects the attitude of a person in the room.
  • the relationships of these points to each other can therefore directly address the expert knowledge in the form of the training program.
  • sole pressure sensors for example jogging module, ski module
  • sensors structure-borne noise, acceleration sensors, inclinometers
  • the posture or movement must be determined indirectly using the data recorded by the sensors getting closed.
  • the recognition or differentiation of the movements "walking” and “running” is only possible through the temporal pressure curve of both sons. to differentiate len.
  • a parallel turn is defined by the time sequence of a complex pressure pattern on the outer and inner skis.
  • An additional preprocessing stage is required to carry out this type of recognition.
  • Indirect movement data is used to infer the actual movement and posture.
  • the preprocessing stage is preferably carried out in a two-stage process for deriving movement data from indirect movement data.
  • a secondary data record is derived from a primary data record.
  • the movement or behavior is then concluded from the two data sets together.
  • the temporal data stream of the two pressure-sensitive soles or the other sensors is temporarily stored in a FIFO buffer and filtered.
  • Two methods are used for filtering. First, the filtering using a one- or multi-dimensional matrix (kernel with the weighting factors), the so-called convolution. With this method, all common filter operations such as high pass, low pass, tophet, mean, median, max, ming, sobel, roberts etc. can be carried out with comparable effort in the time domain.
  • the data are subjected to FFT or wavelet filtering. These operations take place in the frequency domain and provide more precise information about the frequency spectrum in general (FFT) or per space / time unit (wavelet).
  • FFT frequency spectrum
  • wavelet space / time unit
  • other secondary data such as the course of the center of gravity (COG) per sole and its deviation from a reference straight line, the percentage pressure distributions etc. are determined.
  • the derived secondary data is used together with the primary raw data stored in its own FIFO buffer and additional antropomorphic data to identify posture or movement.
  • the primary and secondary data must be temporarily stored, since some movement patterns are only defined by the chronological sequence of individual movement components.
  • ski module this not only enables simple statements, such as supine position, template, one-sided, double-sided, full-surface loading, edge loading, but also complex statements, such as the beginning of a curve, the end of a curve, plow, parallel turn, short swing, carving, etc. is not possible with simple threshold systems.
  • harmful movement components are based on the analysis described identified by complex print patterns over time. This analysis uses additional internally recorded statistical data on the duration and frequency of certain postures and movements. Whether a movement component is harmful also depends on how often it is carried out in which period. These statements are not available in simple threshold systems.
  • the movement sequences recognized in the preprocessing stage can be made audible by means of a tone to enable a bio-feedback process.
  • a MIDI-compatible sound module is preferably used.
  • Training program can also be understood as a program for health or fitness check or for determining the accuracy of fit of footwear etc. What is generally meant is a sequence of instructions to the user, the user's reaction being assessed and the further course of action being specified.
  • the ski module also uses sensors that are suitable for recognizing the distance and the angle of the skis from one another.
  • Small portable generators are used for the power supply sets that use either the movement of the exerciser / sports device or the temperature difference between the exerciser / sports device and the environment to generate electricity.
  • the pressure sensor unit (sensor and receiving unit) can also be designed as a complete stocking.
  • the data processing unit and information output unit can be incorporated into a piece of clothing, for example a jacket.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Educational Technology (AREA)
  • Social Psychology (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for controlling the posture and/or movement of at least one person with the aid of a training program. The inventive method comprises the following steps: a) data relevant to posture is detected with the aid of sensor devices; b) the data detected by the sensor devices is synchronized and assembled; c) the synchronized and assembled data is filtered and normalized; d) the filtered and normalized data is compared with reference data in order to determine correlation factors and/or examine the occurrence of characteristic features such as extreme values or exceeding threshold values or falling short thereof; e) objects are defined with the aid of the correlation factors and/or occurring characteristic features, said objects comprising a set of conditions and a probability value derived therefrom; f) the objects are processed in an expert databank and messages are outputted depending on the fulfillment of one or several conditions and the actual state of the training program and the subsequent progression of the training program is controlled.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Haltungs- oder Bewegungskontrolle einer PersonMethod and device for checking the posture or movement of a person
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Haltungsoder Bewegungskontrolle einer Person mit Hilfe eines Trainingsprogramms. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .The invention relates to a method for controlling posture or movement of a person with the aid of a training program. The invention also relates to an apparatus for performing the method.
Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind bereits bekannt. Sie dienen beispielsweise zum Erlernen komplexer Bewegungsabläufe, wie Tan- zen, Yoga, Aerobic, Gymnastik, Golf, Tennis, Karate, Spielen von Musikinstrumenten und ähnlichem. Das Erlernen derartig komplexer Bewegungsabläufe erfolgt in bekannter Weise mit Hilfe einer Kursprogrammvermittlung, zum Beispiel durch einen persön- liehen Lehrer, oder in Form von Anleitungen in Büchern, Videoprogrammen oder ähnlichem. Sportarten, wie Golf oder Tennis, umfassen eine Kombination von vielen verschiedenen Bewegungsabläufen, die zumeist für sich allein trainiert werden können, deren kom- plexer Ablauf aber eine weitere Herausforderung darstellt. Dieses komplexe Zusammenspiel erlernt man typischerweise nicht auf einmal, sondern in verschiedenen aufeinander aufbauenden Schritten. Welche Schritte dies im Einzelnen sind, hängt einerseits vom Talent und Können des Übenden ab, und andererseits vom Stil des Trainers. Es ist auch möglich, komplexe Bewegungsabläufe ohne einen per- sönlichen Trainer zum Beispiel aus Büchern oder Videoprogrammen zu erlernen. Insbesondere bei Büchern und Videoprogrammen stellen sich häufig Fehler beziehungsweise Ungenauigkeiten in der Bewe- gungsausführung durch die Person ein, so dass der Lernerfolg in Frage gestellt sein kann, wobei gegebenenfalls aufgrund von Fehlbelastungen auch gesundheitliche Schäden an der Person hervorgerufen werden können. Eine Lehrperson ist insbesondere bei komplexen und schnellen Bewegungsabläufen in ihrer Möglichkeit einer korrekten und vollständigen Bewegungsanalyse beschränkt. Fehlbelastungen an der sich bewegenden Person zeigen sich oftmals erst hinterher, das heißt nach Abschluss der Übung, zum Beispiel mittels einer Videoaufnahme oder anhand von Laufbandanalysen durch Fachleute. Dabei ist ein persönlicher Trainer zudem oft verhältnismäßig teuer und normalerweise nicht ständig verfügbar. Auch bei Bewegungsabläufen des täglichen Lebens, wie zum Beispiel dem Gehen oder dem Laufen, kann es häufig zu angelernten oder durch andere Umstände erworbene körperliche Fehlbelastungen kommen, die auf Dauer zu gesundheitlichen Störungen führen können. Ferner können derartige gesundheitsschädliche Auswirkungen aufgrund von statischen Haltungsschäden (bewegungslose beziehungsweise -arme Körperstellungen) einer Person hervorgerufen werden.Methods and devices of the type mentioned are already known. They are used, for example, to learn complex movements, such as dancing, yoga, aerobics, gymnastics, golf, tennis, karate, playing musical instruments and the like. Such complex movement sequences are learned in a known manner with the help of a course program mediation, for example by a personal teacher, or in the form of instructions in books, video programs or the like. Sports, such as golf or tennis, include a combination of many different movements, which can mostly be practiced on their own, but the complex process is another challenge. This complex interaction is typically not learned at once, but in different steps that build on one another. Which steps are involved depends on the one hand on the talent and ability of the practitioner, and on the other hand on the style of the trainer. It is also possible to carry out complex movements without a learn personal trainers, for example, from books or video programs. In the case of books and video programs in particular, errors or inaccuracies frequently occur in the movement execution by the person, so that the learning success can be called into question, and possibly health damage to the person can also be caused due to incorrect loads. A teacher is particularly limited in the possibility of a correct and complete movement analysis in the case of complex and fast movement sequences. Wrong loads on the moving person often only show up afterwards, i.e. after completing the exercise, for example by means of a video recording or using treadmill analyzes by experts. A personal trainer is often relatively expensive and is usually not always available. Even during everyday movements, such as walking or running, there can often be poor physical learning or acquired through other circumstances, which can lead to long-term health problems. Furthermore, such harmful effects due to static postural damage (motionless or poor body positions) of a person can be caused.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung der eingangs genann- ten Art zu schaffen, die eine zuverlässige und schnelle Haltungs- und Bewegungskontrolle einer Person erlauben. Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zur Haltungskontrolle einer Person vorgeschlagen, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.It is an object of the invention to provide a method and a corresponding device of the type mentioned at the outset which allow a person to be reliably and quickly checked for posture and movement. To achieve the object, a method for checking the posture of a person is proposed, which has the features of claim 1.
Das Verfahren zur Haltungs- und/oder Bewegungskon- trolle einer Person mit Hilfe eines Trainingsprogramms weist folgende Verfahrensschritte auf:The method for checking the posture and / or movement of a person with the aid of a training program has the following procedural steps:
a) mit Hilfe von mehreren Sensoreinrichtungen werden haltungsrelevante Daten (Haltungsdaten) er- fasst; die Erfassung der Daten erfolgt vorzugs- weise zeitlich getaktet;a) with the help of several sensor devices, posture-relevant data (posture data) are recorded; The acquisition of the data is preferably timed;
b) die von den Sensoreinrichtungen erfassten Daten werden zusammengesetzt und insbesondere synchronisiert; das Synchronisieren der Daten erfolgt beispielsweise durch eine Steuereinrichtung, die pro Zeiteinheit (zum Beispiel alle 10 Hz) ein Synchronisationssignal ausgibt; die von den verschiedenen Sensoreinrichtungen empfangenen Daten werden also zeitlich aufeinander abgestimmt; beim Zusammensetzen werden die synchronisierten Daten in einen zeitlichen Bezug zueinander gesetzt;b) the data recorded by the sensor devices are put together and in particular synchronized; the data is synchronized, for example, by a control device which outputs a synchronization signal per time unit (for example every 10 Hz); the data received by the various sensor devices are thus coordinated with one another in time; when assembling, the synchronized data are related to each other in time;
c) die zusammengesetzten und insbesondere synchronisierten Daten werden gefiltert und insbesondere normiert und freigestellt; beim Filtern werden räumliche Nachbarschaftsbeziehungen der Sensoren untereinander und zeitliche Bezüge berücksichtigt; das Filtern dient dazu, die Datenstruktur zu glätten und beispielsweise bestimmte Frequenzen zu eliminieren oder um bestimmte Merkmale, wie beispielsweise Kanten, zu verstärken;c) the composite and in particular synchronized data are filtered and in particular standardized and exempted; When filtering, spatial proximity relationships between the sensors and temporal references are taken into account; filtering serves to smooth the data structure and, for example, to eliminate certain frequencies or around certain ones Reinforce features such as edges;
d) die gefilterten und normierten Daten werden mit Referenzdaten verglichen, um Korrelationsfakto- ren zu ermitteln, und/oder auf das Auftreten von charakteristischen Merkmalen, wie Extremwerten oder das Über- oder Unterschreiten von Schwellenwerten, untersucht; in Abhängigkeit von der Struktur und der Komplexität der erfassten hal- tungsrelevanten Daten ist ein Vergleich mit vorhandenen Referenzdaten oder einer Analyse der Daten vorzuziehen, meist eine Kombination aus beiden Methoden;d) the filtered and standardized data are compared with reference data in order to determine correlation factors and / or are examined for the occurrence of characteristic features such as extreme values or the exceeding or falling below threshold values; depending on the structure and complexity of the data relevant to posture, a comparison with existing reference data or an analysis of the data is preferable, usually a combination of both methods;
e) mit Hilfe der Korrelationsfaktoren und/oder der bei der Untersuchung herausgefundenen charakteristischen Merkmale werden Objekte definiert, die jeweils einen Satz von Bedingungen und einen daraus abgeleiteten Wahrscheinlichkeitswert umfassen; die Größe der Wahrscheinlichkeitswerte hängt zum Beispiel von der Wahrscheinlichkeit für ein Auftreten des zugehörigen charakteristischen Merkmals ab;e) objects are defined with the aid of the correlation factors and / or the characteristic features found during the examination, each comprising a set of conditions and a probability value derived therefrom; the size of the probability values depends, for example, on the probability of the associated characteristic feature occurring;
f) die Objekte werden in einer Expertendatenbank verarbeitet und es werden in Abhängigkeit von der Erfüllung einzelner oder mehrerer Bedingungen und dem aktuellen Stand des Trainingsprogramms Nachrichten ausgegeben und der weitere Ablauf des Trainingsprogramms gesteuert.f) the objects are processed in an expert database and, depending on the fulfillment of one or more conditions and the current status of the training program, messages are output and the further course of the training program is controlled.
Das Verfahren liefert gegenüber dem bekannten Stand der Technik den Vorteil, dass in Abhängigkeit von der Reaktion der Person unmittelbar Hinweise in Form von Nachrichten zur Verbesserung der Haltung und/oder Bewegung ausgegeben werden. Ein visueller Vergleich zwischen der aktuellen Haltung und/oder Bewegung und einer idealen Haltung und/oder Bewegung durch die Person ist nicht erforderlich. Mit Hilfe des Verfahrens wird die Person durch das Trainingsprogramm geführt, ohne dass die Person auf einen menschlichen Trainer beziehungsweise Experten oder ein entsprechendes Handbuch zurückgreifen muss. Bisherige Systeme sind nur auf einzelne isolierte Bewegungsabläufe ausgerichtet. Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet ein in sich schlüssiges Trainingsprogramm. Je nach Reaktion der übenden Person wird automatisch der nächste Schritt im Ablauf ausgesucht. Das Verfahren spiegelt das Wissen und den Stil eines menschlichen Trainers wider. In der Expertendatenbank sind Vorgabewerte in Form von Referenzdaten gespeichert, die zum Ver- gleich mit den Parametern dienen, die aus der Haltung der Person ermittelt werden. Darüber hinaus enthält die Expertendatenbank das Trainingsprogramm, das anhand der Haltung der Person sowie deren Reaktion auf die ausgegebene Information selb- ständig den Trainingsvorgang anpasst.Compared to the known prior art, the method has the advantage that, depending on the person's reaction is promptly given information in the form of messages to improve posture and / or movement. A visual comparison between the current posture and / or movement and an ideal posture and / or movement by the person is not necessary. With the help of the method, the person is guided through the training program without the person having to resort to a human trainer or expert or an appropriate manual. Previous systems were only geared towards isolated movements. The method according to the invention includes a coherent training program. Depending on the reaction of the person practicing, the next step in the process is automatically selected. The process reflects the knowledge and style of a human trainer. Default values are stored in the expert database in the form of reference data, which are used to compare the parameters that are determined from the person's posture. In addition, the expert database contains the training program, which automatically adjusts the training process based on the attitude of the person and their reaction to the information provided.
Die Erfindung kann auch als zwei hierarchisch geschachtelte eine Person beinhaltende Regelkreise verstanden werden, wobei der innere Regelkreis (Bio-Feedback) der Person eine Rückmeldung über die Abweichung der Haltung oder Bewegung von einer idealen Haltung oder Bewegung (oder über deren Erreichen) erhält und der äußere Regelkreis (MetaFeedback) das selbständige Weiterführen des Trai- ningsprogramms aufgrund der Reaktion der Person auf die Rückmeldungen des inneren Regelkreises. Damit kann das Trainingsprogramm in einzelnen Lernschritten der Person Bewegungsabläufe beibringen, die an den Benutzer angepasst sind, und so effektiv das Erreichen des übergeordneten Lernziels, nämlich das Erlernen komplexer Abfolgen von Bewegungsabläufen ermöglichen.The invention can also be understood as two hierarchically nested control loops containing one person, the inner control loop (bio-feedback) of the person receiving feedback about the deviation of the posture or movement from an ideal posture or movement (or about their achievement) and the external control loop (MetaFeedback) the independent continuation of the trai- program based on the person's reaction to the feedback from the internal control loop. The training program can thus teach the person movement sequences in individual learning steps, which are adapted to the user, and thus effectively enable the attainment of the superordinate learning goal, namely the learning of complex sequences of movement sequences.
Vorteilhafterweise ist es möglich, die Expertenda- tenbank so zu gestalten, dass sie eine innere Repräsentation des Benutzers entweder implizit oder explizit enthält, zum Beispiel seine Trainingsstufe, seinen Trainingsfortschritt, seine Tagesverfassung, Müdikeit und/oder seinen Gemütszustand. Hierbei hat das Erreichen einer höheren Trainingsstufe nicht etwa nur den Effekt, dem Ideal eines Bewegungsablaufes genauer entsprechen zu müssen, das heißt, schon bei geringer Abweichung eine entsprechende Korrekturrückmeldung zu erhalten, son- dern wesentlich auch das Weiterleiten in Bereiche des Trainingsprogramms, das neue schwierigere Bewegungsabläufe trainieren und überwachen kann. Umgekehrt kann das Trainingsprogramm bei schlechter Tagesverfassung oder sich abzeichnender Müdigkeit An- Weisungen zu weniger schwierigen Übungen ausgeben. Dadurch kann das Verletzungsrisiko der übenden Person verringert werden.It is advantageously possible to design the expert database in such a way that it contains an internal representation of the user either implicitly or explicitly, for example his training level, his training progress, his daily state, tiredness and / or his state of mind. In this case, reaching a higher training level not only has the effect of having to correspond more exactly to the ideal of a movement sequence, that is to say, receive a corresponding correction feedback even with a small deviation, but also essentially forwarding to areas of the training program, the new, more difficult one Can train and monitor movements. Conversely, the training program can give instructions on less difficult exercises in the event of poor daily health or looming tiredness. This can reduce the risk of injury to the practitioner.
Das Trainingsprogramm oder Lernprogramm besteht aus einzelnen Trainingsschritten, die in Form eines Ab- laufprogramms mit Anweisungen und Sprungbefehlen in ein Gerät implementiert sein können. Zur Speicherung beziehungsweise Repräsentierung des aktuellen Standes ist eine Vorrichtung nötig, die durch das Trainingsprogramm selbst verändert werden kann, im Folgenden Trainingsprogrammcounter genannt. Das Trainingsprogramm kann in einer eigenen, an eine Programmiersprache angelehnten Hochsprache definiert sein und durch einen geräteinternen Interpreter mittels eines Trainingsprogrammcounters ausgeführt werden. Der Ablauf des Trainingsprogramms wird durch den Trainingsprogrammcounter gewährleis- tet, der die Stelle bezeichnet, an der sich das Programm aktuell befindet. Durch den Trainingsprogrammcounter kann ein bedingter beziehungsweise unbedingter Sprung im Programmablauf herbeigeführt werden.The training program or learning program consists of individual training steps, which can be implemented in the form of a sequence program with instructions and jump commands in a device. For storing or representing the current As of now, a device is required that can be changed by the training program itself, hereinafter referred to as the training program counter. The training program can be defined in its own high-level language based on a programming language and can be executed by an internal interpreter using a training program counter. The course of the training program is guaranteed by the training program counter, which designates the point at which the program is currently located. The training program counter can cause a conditional or unconditional jump in the program flow.
In der Expertendatenbank werden komplexe Muster im Eingangsdatenstrom erkannt und lösen eine entsprechende Reaktion aus. Je nach aktuellem Stand des Systems wird entschieden, wie weiter verfahren werden soll. Es wird also berücksichtigt, wie das Sys- tem auf die Gegebenheiten reagiert. Außer der Identifizierung komplexer Muster ist also die Änderung des internen Zustands ein wichtiger Bestandteil des vorliegenden Expertensystems. Dies entspricht einer veränderten Position in einem Zustandsdiagramm oder zum Beispiel einer geänderten Position in einer Tabelle von Übungsanweisungen. Ein wesentliches Merkmal des Expertensystems besteht also darin, dass die Reaktion auf gleiche Eingangsdaten je nach Zustand des Systems unterschiedlich sein kann. Das Expertensystem wird dazu verwendet, einen Benutzer spezifisch durch ein Trainingsprogramm zu führen. Wie die Reaktion auf eine Haltung oder Bewegung des Benutzers aussieht, und wie weiter verfahren werden soll, liegt allein im Ermessen des menschlichen Experten, der das Trainingsprogramm entwickelt hat. Das gesamte Expertenwissen kann in Form einer Expertendatenbank als Software realisiert werden. Dadurch wird es möglich, unterschiedliche Kurse ohne Änderung der Hardware durchzuführen. Das Expertensystem kann beispielsweise zum Erkennen von Bewe- gungsabläufen anhand komplexer Muster von Druckdaten, insbesondere beider Füße, verwendet werden. Das Expertensystem kann auch zum Ausführen eines Programms zum Gesundheits- und/oder Fitnesscheck oder zum Beispiel eines Programms zur Ermittlung der Passgenauigkeit von Schuhen verwendet werden.Complex patterns in the input data stream are recognized in the expert database and trigger a corresponding reaction. Depending on the current status of the system, a decision is made as to how to proceed. It is therefore taken into account how the system reacts to the circumstances. In addition to identifying complex patterns, changing the internal state is an important part of the present expert system. This corresponds to a changed position in a state diagram or, for example, a changed position in a table of exercise instructions. An essential feature of the expert system is that the response to the same input data can differ depending on the state of the system. The expert system is used to specifically guide a user through a training program. What the reaction to a user's posture or movement looks like and how to proceed is at the discretion of the human expert who developed the training program. All of the expert knowledge can be implemented as software in the form of an expert database. This makes it possible to run different courses without changing the hardware. The expert system can be used, for example, to recognize movement sequences on the basis of complex patterns of print data, in particular of both feet. The expert system can also be used to run a health and / or fitness check program or, for example, a program to determine the fit of shoes.
Das beschriebene System ist lernfähig und passt sich damit dem Benutzer an. Zum einen ist diese Lernfähigkeit durch die Benutzung des Expertensystems (Trainingsprogramms) implizit eingebaut. Je nach Reaktion des Benutzers auf die Anweisungen macht das System an verschiedenen Stellen des Lern- beziehungsweise Trainingsprogramms weiter. An welcher Stelle genau hängt allein vom Schöpfer (Experten) des eigentlichen Trainingsprogramms und dem Benutzer selbst ab. Der aktuelle Stand des Trainingsprogramms wird dauerhaft gespeichert.The system described is capable of learning and thus adapts to the user. On the one hand, this ability to learn is implicitly built in through the use of the expert system (training program). Depending on the user's reaction to the instructions, the system continues at various points in the learning or training program. At which point exactly depends on the creator (experts) of the actual training program and the user himself. The current status of the training program is saved permanently.
Eine andere Art der Lernfähigkeit liegt darin, eine Statistik über die Reaktion des Benutzers auf die Anweisungen zu führen. In einer Erweiterung dieses Konzepts kann ein spezielles Trainingsprogramm gestartet werden, das bestimmte Übungen oder Verhaltensweisen vorgibt, um den Benutzer kennen zu 1er- nen. Es können also spezielle Anweisungen zur Bewertung des Trainingszustandes des Benutzers eingesetzt werden. Die Reaktion darauf wird bewertet und beeinflusst zusammen mit den statistischen Daten den weiteren Ablauf des Trainings. Eine weitere Art der Lernfähigkeit stellt die Berücksichtigung verschiedener Trainingsstufen dar. Je nach Benutzer und Trainingserfolg verändert sich die aktuelle Trainingsstufe, was automatisch zu einer Änderung der erzeugten Anweisungen führt.Another type of learning ability is to keep statistics on the user's reaction to the instructions. In an extension of this concept, a special training program can be started, which specifies certain exercises or behaviors in order to get to know the user. NEN. Special instructions can thus be used to evaluate the training status of the user. The reaction to this is evaluated and, together with the statistical data, influences the further course of the training. Another type of learning ability is the consideration of different training levels. Depending on the user and training success, the current training level changes, which automatically leads to a change in the instructions generated.
Der Trainingszustand des Benutzers wird also charakterisiert und berücksichtigt. Eine andere Art der Anpassung beziehungsweise Lernfähigkeit des Systems liegt darin, dass die erzeugten Anweisungen an den Benutzer vor der eigentlichen Ausgabe einer Plausibilitatsprüfung und Erfolgskontrolle unterzogen werden können. Dadurch werden nicht nur widersprüchliche Anweisungen verhindert, sondern es wird ermöglicht, zum Beispiel in der Sprachwahl auf den Benutzer einzugehen. Wenn zum Beispiel keine Reaktion des Benutzers auf eine Anweisung erfolgt, kann davon ausgegangen werden, dass der Benutzer momentan keine Anweisungen wünscht, und sich zum Beispiel ausruhen will. Zusätzlich werden statistische Daten über Erfolg beziehungsweise Misserfolg bestimmter Anweisungen ermittelt. Diese Daten werden wiederum benutzt, um die Ausgabe an den Benutzer anzupassen.The training status of the user is therefore characterized and taken into account. Another type of adaptation or learning ability of the system is that the instructions generated to the user can be subjected to a plausibility check and success check before the actual output. This not only prevents contradicting instructions, but also makes it possible, for example, to respond to the user in the language selection. For example, if the user does not respond to an instruction, it can be assumed that the user does not want any instructions at the moment and, for example, wants to rest. In addition, statistical data on the success or failure of certain instructions are determined. This data is in turn used to adapt the output to the user.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann im Bereich Ar- beitsmedizin/Sicherheit eingesetzt werden. Es er- fasst dafür den Bewegungsablauf, erkennt rechtzeitig gesundheitsschädliche Bedingungen und gibt rechtzeitig Anweisungen für Ausgleichsübungen oder Arbeitspausen aus. Ferner überwacht es die Wirksamkeit von passiven Schutzmaßnahmen, wie Matten, Schuhen, Einlagen etc.The method according to the invention can be used in the field of occupational medicine / safety. To do this, it records the movement sequence, recognizes harmful conditions in good time and gives provide timely instructions for balancing exercises or breaks. It also monitors the effectiveness of passive protective measures such as mats, shoes, insoles etc.
Mit dem Verfahren kann ein mit der Häufigkeit der Bewegung assoziierter Faktor ermittelt werden, mit dem zum Beispiel die Bewegungshäufigkeit von Kindern überwacht werden kann. Mit dem Verfahren kann auch die Passform von Schuhen über einen Zeitraum von Stunden oder Tagen geprüft werden.The method can be used to determine a factor associated with the frequency of the movement, with which, for example, the frequency of movement of children can be monitored. The procedure can also be used to check the fit of shoes over a period of hours or days.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Nachrichten unmittelbar nach Erfüllen der zugehörigen Bedingungen, insbesondere in Echtzeit, an die Person ausge- geben werden. Die Person und die Sensoreinrichtungen sind sozusagen Teile eines geschlossenen Regelkreises, der eine direkte Einwirkung auf die Haltung oder Bewegung der Person ermöglicht.A preferred exemplary embodiment of the method is characterized in that the messages are output to the person immediately after the associated conditions have been met, in particular in real time. The person and the sensor devices are, so to speak, parts of a closed control loop which enables a direct influence on the posture or movement of the person.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Trainingsprogramm die Reaktionen der Person auf die ausgegebenen Nachrichten berücksichtigt. Durch diese Feedback-Funktion wird der Benutzer sozusagen vom Mitdenken befreit.Another preferred exemplary embodiment of the method is characterized in that the training program takes into account the person's reactions to the messages that are output. This feedback function frees the user from thinking, so to speak.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Expertendatenbank ein Lernprogramm umfasst, das eine Vielzahl von Zeilen aufweist und dessen Ablauf durch einen Zähler gewährleistet wird, der die Zeile bezeichnet, an der sich das Lernprogramm gerade befindet.Another preferred exemplary embodiment of the method is characterized in that the expert database comprises a learning program which has a large number of lines and whose execution is ensured by a counter which stores the Line that the tutorial is on.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass jede Zeile des Lernprogramms (Trainingsprogramms) einen Anweisungsblock, einen Kontrollblock und einen Verzweigungsblock umfasst. Im Anweisungsblock ist die Art der Anweisung, die beispielsweise über eine Spracheinheit ausgegeben wird, definiert. Im Refe- renzblock sind die identifizierbaren möglichen Reaktionen des Übenden auf die Anweisung hin definiert. Für jeden Eintrag im Kontrollblock enthält der Verzweigungsblock eine bedingte beziehungsweise unbedingte Sprungadresse. Dadurch wird es ermög- licht, spezifisch auf die Reaktion des Übenden unter Berücksichtigung der aktuellen Stelle im Programm zu reagieren und an geeigneter Stelle fortzufahren. Die Einführung von bedingten Sprüngen erlaubt es, den Programmablauf durch zusätzliche in- terne Parameter (Grad des Könnens, Zeitvorgaben, körperliche Verfassung usw.) beeinflussen zu können. Das Verfahren ist so konzipiert, dass in seiner Gesamtheit die Kompetenz des menschlichen Experten erkennbar ist.Another preferred exemplary embodiment of the method is characterized in that each line of the learning program (training program) comprises an instruction block, a control block and a branching block. The instruction block defines the type of instruction that is issued, for example, via a language unit. The identifiable possible reactions of the practitioner to the instruction are defined in the reference block. The branch block contains a conditional or unconditional jump address for each entry in the control block. This makes it possible to react specifically to the reaction of the practitioner taking into account the current position in the program and to continue at a suitable point. The introduction of conditional jumps makes it possible to influence the program flow by means of additional internal parameters (level of ability, timing, physical condition, etc.). The process is designed in such a way that the competence of the human expert can be recognized in its entirety.
Die Haltungsdaten werden vorzugsweise mittels einer optischen und/oder akustischen Aufnahmeeinheit und/oder mittels Sensoren ermittelt. Hierdurch wird eine schnelle und zuverlässige Haltungskontrolle einer Person ermöglicht, ohne notwendigerweise auf einen menschlichen Experten zurückgreifen zu müssen . Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsvariante werden die ermittelten Haltungsdaten in der Datenverarbeitungseinheit analysiert zur anschließenden Ableitung von Parametern, die mit Daten in der Ex- pertendatenbank verglichen werden zur Erstellung mindestens einer haltungsrelevanten Information für die Person. Das Verfahren kann vorteilhafterweise mittels geeigneter Wahl einer Expertendatenbank vielseitig zur Haltungskontrolle einer Person ein- gesetzt werden.The posture data are preferably determined by means of an optical and / or acoustic recording unit and / or by means of sensors. This enables a quick and reliable posture control of a person without necessarily having to resort to a human expert. According to a preferred embodiment variant, the posture data determined are analyzed in the data processing unit for the subsequent derivation of parameters which are compared with data in the expert database in order to create at least one posture-relevant information for the person. The method can advantageously be used in a versatile manner for controlling a person's posture by means of a suitable choice of an expert database.
Vorzugsweise wird eine auf eine Information erfolgende Haltungsreaktion als Kriterium zur Personenbeurteilung und zur Erstellung einer angepassten Informationserstellung herangezogen. Somit kann an- hand der Art und Weise, wie schnell oder wie gut eine korrigierende Haltungsreaktion durch eine Person ausgeführt worden ist, eine Erkenntnis gewonnen werden über den jeweiligen geistigen und körperlichen Zustand derselben Person. Beispielsweise können in dieser Weise Kenntnisse gewonnen werden über das Koordinationsvermögen oder über den Trainingszustand der entsprechenden Person. Dadurch kann sich das Lernprogramm automatisch auf die individuellen Gegebenheiten einer Person einstellen und somit eine unerwünschte Überforderung derselben Person vermeiden, indem das Lernprogramm automatisch beispielsweise eine Unterbrechung der Übung einleitet .A posture reaction to information is preferably used as a criterion for person assessment and for the creation of an adapted information creation. Thus, based on how quickly or how well a corrective postural response has been carried out by a person, knowledge about the respective mental and physical state of the same person can be gained. For example, knowledge can be gained in this way about the ability to coordinate or about the training status of the corresponding person. As a result, the learning program can automatically adjust to the individual circumstances of a person and thus avoid undesirably overwhelming the same person, for example by automatically initiating an interruption in the exercise.
Zur Lösung der Aufgabe wird auch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgeschlagen, die sich dadurch auszeichnet, dass eine eine Expertendatenbank aufweisende und zur Haltungsdatenaus- wertung dienende elektronische Datenverarbeitungseinheit vorgesehen ist, die mit der Aufnahmeeinheit und mit einer zur Übermittlung mindestens einer haltungsrelevanten Information an die Person die- nenden Informationsausgabeeinheit wirkverbunden ist. Hierbei wird unter Haltung eine jeweilige Körperstellung der Person in statischer Position (unbewegt) oder auch während einer dynamischen Bewegung derselben verstanden. Es lassen sich somit statische Körperstellungen sowie Körperbewegungen einer Person in zuverlässiger und schneller Weise kontrollieren, wobei die Person selbst Teil eines geschlossenen Regelkreises ist. In Abhängigkeit der Expertendatenbank können unterschiedliche Haltungs- kontrollen, beispielsweise für Übungen verschiedener Sportarten, durchgeführt werden. Vorteilhafterweise ist es nun möglich, eine automatisierte und individualisierte Haltungskontrolle einer Person mittels einer Vorrichtung zu gewährleisten. Bei der an die Person zu übermittelnden Information kann es sich beispielsweise um eine haltungsbezogene Bewertung oder um eine Bewegungsanweisung handeln. Ferner ist es denkbar, dass nicht die Person direkt einer Haltungskontrolle unterzogen wird, sondern beispielsweise ein von der Person gehaltenes Übungsgerät (Tennisschläger, Golfschläger oder ähnliches) hinsichtlich dessen Positionierung und/oder Bewegung kontrolliert wird zur indirekten Haltungskontrolle der Person, die das Übungsgerät benutzt.To achieve the object, a device with the features of claim 9 is also proposed, which is characterized in that an expert database which is used for maintaining data evaluation-serving electronic data processing unit is provided, which is operatively connected to the recording unit and to an information output unit serving to transmit at least one posture-relevant information to the person. Here, posture is understood to mean a particular body position of the person in a static position (still) or also during a dynamic movement thereof. Static body positions and body movements of a person can thus be controlled reliably and quickly, the person himself being part of a closed control loop. Depending on the expert database, different posture controls can be carried out, for example for exercises in different sports. It is now advantageously possible to ensure an automated and individualized posture control of a person by means of a device. The information to be transmitted to the person can be, for example, an attitude-related assessment or a movement instruction. Furthermore, it is conceivable that the person is not subjected to a posture control directly, but, for example, an exercise device held by the person (tennis racket, golf club or the like) is checked with regard to its positioning and / or movement for indirect posture control of the person using the exercise device.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich eine akustische Aufnahmeeinheit vorgesehen, die mit der Datenverarbeitungseinheit zur Klangdatenauswertung wirkverbunden ist. Die aku- stische Aufnahmeeinheit kann beispielsweise ein Mikrophon sein, mittels welchem Klangdaten aufnehmbar sind. Dies ermöglicht beispielsweise eine klangdaten- sowie haltungskontrollierte Erlernung eines Musikinstruments mittels einer Vorrichtung. Dabei kann die Klangdatenauswertung indirekterweise auch zur Haltungskontrolle herangezogen werden.In a preferred embodiment, an acoustic recording unit is additionally provided, which is operatively connected to the data processing unit for sound data evaluation. The acute The static recording unit can be a microphone, for example, by means of which sound data can be recorded. This enables, for example, sound data and posture-controlled learning of a musical instrument using a device. The sound data evaluation can also be used indirectly for posture control.
Vorteilhafterweise enthält die Aufnahmeeinheit mindestens einen Sensor zur Erfassung von haltungsre- levanten Daten. Sensoren eignen sich besonders zu einer zuverlässigen und schnellen Erfassung von haltungsrelevanten Daten. Darüber hinaus sind sie in verhältnismäßig einfacher Weise mit der elektronischen Datenverarbeitungseinheit wirkverbindbar .The recording unit advantageously contains at least one sensor for recording posture-relevant data. Sensors are particularly suitable for the reliable and quick acquisition of posture-relevant data. In addition, they can be operatively connected to the electronic data processing unit in a relatively simple manner.
Der Sensor kann als Drucksensor oder als Beschleunigungssensor ausgebildet sein. Es ist somit möglich, eine Mehrzahl an verschiedenartigen Sensoren zur Erfassung von haltungsrelevanten Daten vorzusehen. Drucksensoren können beispielsweise in einer Schuhsohle der Person zur Aufnahme von Daten in Bezug auf die sich jeweils einstellende Körperbelastung derselben angeordnet werden. Geeignet sind beispielsweise FSR ( ForceSensingResitor) Sensoren, die aus drei dünnen Polymer-Folien bestehen und ihren elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von der auf ihrer Oberfläche eingeleiteten Kraft ändern. Sie eignen sich insbesondere aufgrund ihres verhältnismäßig kleinen Einbauvolumens, ihrer hohen Lebensdauer und ihrer geringen Anschaffungskosten. Die Sensoren können auch in eine Mess-Sohle aus Kunststoff integriert oder aufgeklebt sein. Die Sensoren können auf die Mess-Sohle aufgeklebt und vorzugsweise perforiert ausgebildet werden, um eine Belüftung der Mess-Sohle und den Abtransport von Feuchtigkeit zu gewährleisten. Mit der gleichen Folie kann in Form von Vibration eine taktile Rück- meidung an die Person erzeugt werden. Es ist also möglich, mit ein und derselben Einrichtung, wie zum Beispiel einer Piezofolie, haltungsrelevante Daten aufzunehmen und Rückmeldungen auszugeben.The sensor can be designed as a pressure sensor or as an acceleration sensor. It is thus possible to provide a plurality of different types of sensors for recording posture-relevant data. Pressure sensors can, for example, be arranged in a person's shoe sole to record data relating to the body stress that is occurring in each case. Suitable are, for example, FSR (ForceSensingResitor) sensors, which consist of three thin polymer films and change their electrical resistance depending on the force applied to their surface. They are particularly suitable due to their relatively small installation volume, their long service life and their low purchase costs. The sensors can also be integrated or glued into a plastic measuring sole. The sensors can be glued to the measuring base and preferably be perforated to ensure ventilation of the measuring sole and the removal of moisture. With the same film, a tactile feedback to the person can be created in the form of vibration. It is therefore possible to use the same device, such as a piezo film, to record posture-relevant data and output feedback.
Es können beispielsweise eine Mehrzahl an Drucksen- soren als Matrix angeordnet werden und mittels A/D- Wandler mit einem MikroController wirkverbunden sein. Die Einzelsensoren der Sensoren-Matrix werden vorzugsweise zeitcodiert angesteuert. Bei einer typischen Anwendung werden zum Beispiel 9 bis 16 Drucksensoren eingesetzt. Dabei bleiben bei einer zeitlichen angestrebten Auflösung von 10 ms circa 0,1 bis 1 ms Zeit, um die Haltungsdaten der einzelnen Sensoren aufzunehmen und analog/digital zu wandeln. Die Wandlungszeit ist ausreichend, um gän- gige, preisgünstige Mikrocontrollersysteme einzusetzen. In dieser Weise ist es möglich, mittels einer Mehrzahl an Drucksensoren Druckverteilungsdaten zu gewinnen, welche in Kenntnis des Körpergewichts und der Schuhgröße der Person Rückschlüsse auf den sogenannten "Körpergewichtsdruck" zulassen.For example, a plurality of pressure sensors can be arranged as a matrix and can be operatively connected to a microcontroller by means of an A / D converter. The individual sensors of the sensor matrix are preferably controlled in a time-coded manner. In a typical application, for example, 9 to 16 pressure sensors are used. With a temporally targeted resolution of 10 ms, there is approximately 0.1 to 1 ms time to record the posture data of the individual sensors and convert them to analog / digital. The conversion time is sufficient to use common, inexpensive microcontroller systems. In this way it is possible to obtain pressure distribution data by means of a plurality of pressure sensors which, based on knowledge of the body weight and the shoe size of the person, allow conclusions to be drawn about the so-called "body weight pressure".
Zur Messung der Druckverteilung kann auch eine Piezofolie eingesetzt werden.A piezo film can also be used to measure the pressure distribution.
Beim Aufsetzen eines mit einem Sensor ausgestatteten Objekts auf ein anderes (zum Beispiel beim Auf- setzen eines Fußes auf den Untergrund) beziehungsweise bei der Reibung zweier Objekte aneinander (zum Beispiel eines Skis über Schnee) wird Körperschall erzeugt, der durch die Sensoren erfasst werden kann. Der Körperschall wird einerseits dazu benutzt, um den Untergrund zu identifizieren, zum Beispiel die Art des Bodens beim Laufen, oder die Schneebeschaffenheit beim Skifahren, oder um Hinweise auf die Geschwindigkeit eines Objekts (zum Beispiel eines Skis) zu geben. Zum anderen kann der Körperschall verwendet werden, um Informationen über die Höhe und den Verlauf der wirkenden Kräfte beim Aufprall zweier Objekte aufeinander (zum Beispiel eines Fußes auf den Boden) zu gewinnen. Der Körperschall kann also benutzt werden, um die Bewegung der Person zu analysieren.When placing an object equipped with a sensor on another (for example when placing a foot on the ground) or when two objects rub against each other (for example, a ski over snow), structure-borne noise is generated that can be detected by the sensors. Structure-borne noise is used on the one hand to identify the surface, for example the type of ground when running, the snow conditions when skiing, or to provide information on the speed of an object (for example a ski). On the other hand, structure-borne noise can be used to obtain information about the height and the course of the forces acting when two objects collide (for example, a foot on the floor). The structure-borne noise can therefore be used to analyze the movement of the person.
Zur Erfassung von Umwelteinflüssen, welche die Reaktion des Expertensystems beeinflussen können, werden in vorteilhafter Weise Sensoren zur Messung der Temperatur, des Luftdrucks, der Feuchtigkeit etc. eingesetzt. Darüber hinaus können die persön- liehen Daten des Benutzers, wie Puls, Blutdruck, Sauerstoffgehalt im Blut, Hautwiderstand etc. erfasst und in dem Expertensystem berücksichtigt werden. Dazu werden vorzugsweise Sensoren zur Erfassung von Puls, Blutdruck, Sauerstoff im Blut, Haut- widerstand etc. eingesetzt.To measure environmental influences, which can influence the reaction of the expert system, sensors for measuring the temperature, the air pressure, the humidity etc. are advantageously used. In addition, the user's personal data, such as pulse, blood pressure, oxygen content in the blood, skin resistance, etc., can be recorded and taken into account in the expert system. For this purpose, sensors are preferably used to record pulse, blood pressure, oxygen in the blood, skin resistance, etc.
Vorzugweise werden auch Neigungs-Sensoren eingesetzt, um zum Beispiel den Schiefstand von Becken- und Schultergürtel der Person zu ermitteln. Darüber hinaus können Beschleunigungssensoren eingesetzt werden, um die Bewegung der Person vollständig zu erfassen . Gemäß einer möglichen Ausführungsform weist die Aufnahmeeinheit mindestens eine Videokamera auf. Es ist somit möglich, mittels einer in Bezug auf Sensoren alternativen oder zusätzlichen Videokamera eine optische Haltungskontrolle einer Person durchzuführen. Gegebenenfalls können auch zwei oder mehrere Videokameras, die in einem festen Abstand zueinander angeordnet sind, zur stereo-optischen Aufnahme von Haltungsdaten beziehungsweise Bewegungs- daten einer Person vorgesehen sein. Vorteilhafterweise können traditionelle Videokameras zum Einsatz kommen, die analoge Videodaten erzeugen, oder aber preisgünstige Webcameras eingesetzt werden.Inclination sensors are also preferably used to determine, for example, the inclination of the person's pelvic and shoulder girdles. In addition, acceleration sensors can be used to completely record the movement of the person. According to a possible embodiment, the recording unit has at least one video camera. It is thus possible to carry out an optical posture control of a person using an alternative or additional video camera with respect to sensors. If necessary, two or more video cameras, which are arranged at a fixed distance from one another, can also be provided for the stereo-optical recording of posture data or movement data of a person. Traditional video cameras that generate analog video data or inexpensive web cameras can advantageously be used.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein optisches Markierungselement zur Befestigung an der Person vorgesehen. Derartige optische Markierungselemente werden an geeigneten (bewegungsrelevanten) Stellen der Person angebracht und dienen zur Erleichterung der Datenauswertung und somit auch zur Verminderung der erforderlichen Rechenleistung. Die Markierungen sind vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie auch dann eindeutig identifizierbar sind, wenn lediglich Teile von ihnen sichtbar sind. Zum Einsatz kommen beispiels- weise Markierungen verschiedener Durchmesser, verschiedener Abstände zur Videokamera, verschiedener Farben und/oder verschiedener Blinkfrequenzen von LEDs.According to a preferred embodiment, at least one optical marking element is provided for attachment to the person. Such optical marking elements are attached to suitable (movement-relevant) points on the person and serve to facilitate data evaluation and thus also to reduce the required computing power. The markings are preferably designed in such a way that they can be clearly identified even if only parts of them are visible. For example, markings of different diameters, different distances from the video camera, different colors and / or different flashing frequencies of LEDs are used.
Mit Vorteil ist die Informationsausgabeeinheit als Sender für optische und/oder akustische und/oder taktile Signale ausgebildet. Optische Signale können beispielsweise mittels LEDs abgegeben werden, während akustische Signale zum Beispiel mittels eines Summers erzeugt werden können oder auch bevorzugt natürliche Sprachsignale sind. Taktile Signale können zum Beispiel in Form einer Vibration abgegeben werden. Eine natürliche Sprachausgabe kann mittels eines oder mehrerer traditioneller Lautsprecher erfolgen. Dabei ist auch eine Kombination an verschiedenen Signalformen möglich, um schnelle und zuverlässige haltungsrelevante Infor- mationen an die Person übermitteln zu können.The information output unit is advantageously designed as a transmitter for optical and / or acoustic and / or tactile signals. Optical signals can be emitted, for example, by means of LEDs, while acoustic signals can be generated by means of a buzzer, for example, or are preferably natural speech signals. Tactile signals can be emitted in the form of a vibration, for example. Natural speech can be delivered using one or more traditional loudspeakers. A combination of different signal forms is also possible in order to be able to transmit fast and reliable posture-relevant information to the person.
Die Datenverarbeitungseinheit enthält vorteilhafterweise ein Datenübertragungssystem und/oder ein Dateneingabesystem. Dabei kann das Datenübertragungssystem derart ausgebildet sein, dass eine Da- tenübertragung zur elektronischen Datenverarbeitungseinheit mittels einer speziellen PCI-Einsteck- karte oder mittels eines USB-Busses oder mittels einer Firewire-Schnittstelle erfolgt. Ein Dateneingabesystem kann beispielsweise eine Tastatur sein.The data processing unit advantageously contains a data transmission system and / or a data input system. The data transmission system can be designed in such a way that data is transmitted to the electronic data processing unit by means of a special PCI plug-in card or by means of a USB bus or by means of a Firewire interface. A data entry system can be a keyboard, for example.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist die Vorrichtung als kompakte und mobile Baugruppe ausgebildet. Dabei soll die Vorrichtung möglichst klein ausgebildet sein, so dass sie problemlos für eine Person tragbar und gegebenenfalls auch als "Stand- alone"-Einheit einsetzbar ist. Da die Ansprüche an die elektronische Datenverarbeitungseinheit insbesondere bei zum Beispiel ausschließlichem Einsatz von Drucksensoren in Bezug auf ihre Rechenleistung verhältnismäßig gering sind, ist es möglich, die erforderlichen Hardware-Komponenten derart klein auszubilden und an einer Person geeignet anzubringen, dass sie keine Behinderung derselben bei der Ausübung beispielsweise einer sportlichen Bewegung darstellen. Es ist somit vorteilhafterweise möglich, Expertenwissen in eine verhältnismäßig kleine und leicht transportable (mobile) Einheit derart zu integrieren, dass eine Auswertung der ermittelten Haltungsdaten in Echtzeit möglich ist und entsprechende Informationen schnell an die Person übermittelt werden können.According to a possible embodiment, the device is designed as a compact and mobile assembly. The device should be made as small as possible so that it can be easily carried by one person and possibly also used as a "stand-alone" unit. Since the demands on the electronic data processing unit are relatively low, in particular when pressure sensors are used exclusively in terms of their computing power, it is possible to design the necessary hardware components so small and to fit them to a person in such a way that they do not interfere with them Represent exercise, for example, a sporting movement. It is thus advantageously possible to integrate expert knowledge into a relatively small and easily transportable (mobile) unit in such a way that the determined posture data can be evaluated in real time and corresponding information can be transmitted quickly to the person.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.Further advantageous embodiments of the invention result from the description.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail in an exemplary embodiment with reference to an accompanying drawing. Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer er- findungsgemäßen Vorrichtung;FIG. 1 shows a schematic illustration of a device according to the invention;
Figur 2 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens undFigure 2 is a block diagram of the inventive method and
Figur 3 einen Ausschnitt aus einem Ablaufplan des Trainingsprogramms .Figure 3 shows a section of a flow chart of the training program.
Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine allgemein mit 10 bezeichnete Person, an welcher mittels einer Vorrichtung 12 eine Haltungskontrolle durchgeführt wird. Die Vorrichtung 12 weist eine zur Haltungserkennung dienende Aufnahmeeinheit auf, welche zwei Videokameras 14, ein Mikrophon 28, Drucksensoren 16 und Beschleunigungssensoren 18 um- fasst. Die Aufnahmeeinheit ist mit einer elektronischen Datenverarbeitungseinheit 20 wirkverbunden, die eine Expertendatenbank 22 aufweist. Die elektronische Datenverarbeitungseinheit 20 dient zur Auswertung der von der Aufnahmeeinheit übermittelten Haltungsdaten der Person 10. Dabei werden mittels der Expertendatenbank 22 haltungsrelevante Informationen erstellt, welche mittels einer Informationsausgabeeinheit, die einen Monitor 24 und zwei Lautsprecher 26 enthält, an die Person 10 übermittelt werden. Die Lautsprecher 26 sind an der Datenverarbeitungseinheit 20 angeschlossen (Doppel- pfeile 38). Die elektronische Datenverarbeitungseinheit 20 weist ein Datenübertragungssystem (Doppelpfeile 32) und ein Dateneingabesystem 34 auf. Somit kann die Datenübertragung in die elektronische Datenverarbeitungseinheit 20 mittels Da- tenträgern, per Handeingabe und/oder per Online- Übertragung (zum Beispiel Internet) erfolgen. Die Übermittlung von haltungsrelevanten Daten mittels der Aufnahmeeinheit (Videokameras 14, Drucksensoren 16, Beschleunigungssensoren 18, Mikrophon 28) an die elektronische Datenverarbeitungseinheit 20 kann mittels geeigneter Datenübertragungsleitungen (Doppelpfeile 34, 36) oder auch drahtlos erfolgen. Zur Erstellung zuverlässiger Daten mittels der Videokameras 14 sind an der Person 10 eine Mehrzahl an op- tischen Markierungselementen 30 angebracht.FIG. 1 shows a schematic illustration of a person, generally designated 10, on whom a posture control is carried out by means of a device 12. The device 12 has a recording unit which serves to detect posture and which comprises two video cameras 14, a microphone 28, pressure sensors 16 and acceleration sensors 18. The recording unit is operatively connected to an electronic data processing unit 20 which has an expert database 22. The Electronic data processing unit 20 is used to evaluate the posture data of the person 10 transmitted by the recording unit. In this case, posture-relevant information is created using the expert database 22, which is transmitted to the person 10 by means of an information output unit that contains a monitor 24 and two loudspeakers 26. The loudspeakers 26 are connected to the data processing unit 20 (double arrows 38). The electronic data processing unit 20 has a data transmission system (double arrows 32) and a data input system 34. The data can thus be transmitted to the electronic data processing unit 20 by means of data carriers, by manual input and / or by online transmission (for example the Internet). Posture-relevant data can be transmitted to the electronic data processing unit 20 by means of the recording unit (video cameras 14, pressure sensors 16, acceleration sensors 18, microphone 28) by means of suitable data transmission lines (double arrows 34, 36) or also wirelessly. A plurality of optical marking elements 30 are attached to person 10 in order to create reliable data by means of video cameras 14.
Die Vorrichtung 12 dient dazu, Daten in Bezug auf eine jeweilige Körperstellung, Körperbewegung und Körperbelastung (Haltung) der Person 10 mittels der Aufnahmeeinheit zu ermitteln, diese haltungsrele- vanten Daten der Expertendatenbank 22 der elektronischen Datenverarbeitungseinheit 20 zuzuführen und daraus leicht und allgemein verständliche Informationen beziehungsweise Anweisungen zu extra- hieren und an die beispielsweise eine sportliche Übung ausführende Person 10 auszugeben. Es wird somit ein geschlossener Regelkreis in Form eines "Bio-Feedback-Verfahrens" gebildet. Es ist vorteil- hafterweise möglich, beispielsweise Bewegungsabläufe der Person 10 in Form einer Bio-Feedback- Schleife zu kontrollieren, Gefahrensituationen zu melden und/oder komplexe Kurs- und Trainingsanweisungen zu geben. Dabei erfolgt dies in elektro- nischer Form mit Hilfe eines Computers (elektronische Datenverarbeitungseinheit 20), so dass auf den Einsatz eines menschlichen Lehrers beziehungsweise Experten verzichtet werden kann.The device 12 is used to determine data relating to a particular body position, body movement and body strain (posture) of the person 10 by means of the recording unit, to supply these posture-relevant data to the expert database 22 of the electronic data processing unit 20 and from this easily and generally understandable information or Instructions for extra here and to the person performing a sporting exercise 10, for example. A closed control loop is thus formed in the form of a "bio-feedback process". It is advantageously possible, for example, to control movement sequences of person 10 in the form of a bio-feedback loop, to report dangerous situations and / or to give complex course and training instructions. This is done electronically with the help of a computer (electronic data processing unit 20), so that the use of a human teacher or expert can be dispensed with.
Bei der elektronischen Datenverarbeitungseinheit 20 gemäß Ausführungsbeispiel kann es sich um einen handelsüblichen Rechner (PC mit mindestens 200 Mhz und mindestens 64 MB RAM) handeln. Die mittels der Videokameras 14 aufgenommenen optischen Daten werden in Form von analogen Videodaten mittels soge- nannter Framegrabber in 8 Bit breite Daten digitalisiert und anschließend in die elektronische Datenverarbeitungseinheit 20 eingewiesen, in welchem mittels einer geeigneten Software die weitere Auswertung erfolgt. Alternativ können Webcameras ein- gesetzt werden, die die Bilddaten direkt in digitalisierter Form zur Verfügung stellen. Die Auswertung kann auch auf schnellen 16 Bit-Mikrocontrol- lern (nicht dargestellt) erfolgen. Je nach Bedarf können weitere Haltungsdaten des Körpers der Person 10 zusätzlich oder alternativ mittels Drucksensoren 16 und/oder Beschleunigungssensoren 18 erfasst werden. Hierbei können handelsübliche Sensoren eingesetzt werden. Die durch die Sensoren ermittelten Haltungsdaten werden mittels eines Mikrocontroller- systems aufgenommen und gespeichert. Im Falle von Beschleunigungssensoren sind die ermittelten Daten verhältnismäßig komplex, so dass die eigentliche Datenanalyse mittels eines neuronalen Netzwerks erfolgt, das auf einem Fremdrechner entsprechend trainiert wurde. Die nach dem Training des Netzwerks ermittelten Gewichtungsfaktoren werden anschließend in das Mikrocontrollersystem übertragen.The electronic data processing unit 20 according to the exemplary embodiment can be a commercially available computer (PC with at least 200 MHz and at least 64 MB RAM). The optical data recorded by the video cameras 14 are digitized in the form of analog video data using so-called frame grabbers into 8-bit wide data and then instructed in the electronic data processing unit 20, in which the further evaluation takes place using suitable software. Alternatively, web cameras can be used that provide the image data directly in digitized form. The evaluation can also be carried out on fast 16-bit microcontrollers (not shown). Depending on requirements, additional posture data of the body of the person 10 can additionally or alternatively be recorded by means of pressure sensors 16 and / or acceleration sensors 18. Standard sensors can be used here. The determined by the sensors Posture data are recorded and stored using a microcontroller system. In the case of acceleration sensors, the data ascertained are relatively complex, so that the actual data analysis takes place by means of a neural network which has been appropriately trained on a third-party computer. The weighting factors determined after training the network are then transferred to the microcontroller system.
Beispielsweise werden mittels der Drucksensoren 16 Druckverteilungsdaten gewonnen, welche als erstes mittels der Kenntnis von Körpergewicht und Schuhgröße der Person 10 auf den sogenannten Körpergewichtsdruck normiert und in der elektronischen Da- tenverarbeitungseinheit 20 gespeichert werden. Als Speicher dienen EEProms oder Flash Memory Karten. Die Kapazität ist groß genug, um eine mögliche Laufstrecke von beispielsweise 10 bis 20 km zu speichern. Die Speicherung dient entweder statis- tischen Zwecken oder einer Nachauswertung an einem PC. Der zeitliche Verlauf der Druckverteilung der Schuhsohle wird dazu genutzt, die verschiedenen Gangphasen (Initialkontakt, Belastungsantwort, Mittelstand, Terminalstand, Schwungphase) zu analysie- ren. Aus diesen Daten werden anschließend verschiedene Parameter abgeleitet (Ganggeschwindigkeit, Schrittfrequenz, Symmetrieparameter, Dynamik des Druckschwerpunkts, Beurteilung des Abrollverhaltens). Diese sekundären Parameter bilden einen mehrdimensionalen Merkmalsvektor, mittels welchem nun eine Datenbank, in der das eigentliche Expertenwissen gespeichert ist, befragt wird. In einer derartigen Expertendatenbank können sowohl Informa- tionen über Gefahrensituationen als auch Trainingsanweisungen gespeichert sein.For example, pressure distribution data are obtained by means of the pressure sensors 16, which are first standardized to the so-called body weight pressure by means of knowledge of the body weight and shoe size of the person 10 and are stored in the electronic data processing unit 20. EEProms or flash memory cards serve as memory. The capacity is large enough to store a possible running distance of 10 to 20 km, for example. The storage is used either for statistical purposes or for subsequent evaluation on a PC. The time course of the pressure distribution of the shoe sole is used to analyze the different gait phases (initial contact, stress response, middle class, terminal position, swing phase). From this data, various parameters are then derived (gait speed, step frequency, symmetry parameters, dynamics of the pressure center, assessment the rolling behavior). These secondary parameters form a multi-dimensional feature vector, by means of which a database in which the actual expert knowledge is stored is now queried. In such an expert database, both information and tion about dangerous situations as well as training instructions.
Bei Einsatz von optischen Markierungselementen 30 an der Person 10 werden die von den Videokameras 14 aufgenommenen Markierungen mittels einer sogenannten Threshold Operation von der elektronischen Datenverarbeitungseinheit 20 erkannt, freigestellt und deren Koordinaten errechnet. Durch den Vergleich von Koordinaten jeweils gleicher Punkte in zwei einander entsprechenden Aufnahmebildern der zwei gleichzeitig aufnehmenden Videokameras 14 kann die dritte Dimension bei bekanntem Abstand der Videokameras 14 errechnet werden. Alternativ dazu kann das Koinzidenzverfahren nach Rolf D. Henkel, das in der Publikation "Synchronization, Coherence- Detection and Three-dimensional Vision, Perception, Neural Dynamics & Spiking Neurons, 2000" beschrieben wird, eingesetzt werden. Aus der Kenntnis der räumlichen Lage dieser Markierungen wird die jewei- lige Stellung der Person 10 errechnet. Diese haltungsrelevanten Daten werden normiert und mit der Expertendatenbank 22 verglichen. Daran ist die einzunehmende Stellung der Person 10 pro Lerneinheit exakt gespeichert. Je nach Abweichung werden nun entsprechende Informationen beziehungsweise Anweisungen an die übende Person 10 erstellt. Die Informationen beziehungsweise Anweisungen werden mittels der Informationsausgabeeinheit (Monitor 24 und/oder Lautsprecher 26) an die Person 10 übertragen. Vor- zugsweise erfolgt die Übertragung der Informationen beziehungsweise Anweisungen mittels einer Sprachausgabe in natürlicher Sprache. Die Person 10 bekommt beispielsweise solange Korrekturanweisungen, bis eine entsprechende korrekte Übungs-Stellung exakt eingenommen ist. Anschließend kann zum nächsten Kursteil übergegangen werden.When optical marking elements 30 are used on the person 10, the markings recorded by the video cameras 14 are recognized by the electronic data processing unit 20 by means of a so-called threshold operation, and their coordinates are calculated. By comparing coordinates of the same points in each case in two corresponding recording images of the two simultaneously recording video cameras 14, the third dimension can be calculated with a known distance between the video cameras 14. Alternatively, the coincidence method according to Rolf D. Henkel, which is described in the publication "Synchronization, Coherence-Detection and Three-dimensional Vision, Perception, Neural Dynamics & Spiking Neurons, 2000", can be used. The respective position of person 10 is calculated from knowledge of the spatial position of these markings. These posture-relevant data are standardized and compared with the expert database 22. The position of the person 10 per learning unit is exactly stored there. Depending on the deviation, appropriate information or instructions are now created for the exercising person 10. The information or instructions are transmitted to the person 10 by means of the information output unit (monitor 24 and / or loudspeaker 26). The information or instructions are preferably transmitted by means of natural language voice output. For example, person 10 receives correction instructions as long as until a corresponding correct exercise position is exactly taken. Then you can proceed to the next part of the course.
Der Aufbau der Expertendatenbank 22 wird anhand einer stereo-optischen Ermittlung der Körperhaltung der Person 10 mittels Videokameras 14 erläutert und andererseits auch für die Auswertungen und Analyse der Druckverteilung über einen Laufschuh (Drucksensoren 16) .The structure of the expert database 22 is explained on the basis of a stereo-optical determination of the body posture of the person 10 by means of video cameras 14 and on the other hand also for the evaluation and analysis of the pressure distribution via a running shoe (pressure sensors 16).
Aus den stereo-optischen Bild-Daten werden die Winkel, die die verschiedenen am Körper angebrachten Markierungen untereinander bilden, errechnet und gespeichert. Die Markierungen sind so angebracht, dass die sich daraus ergebenden Winkel der Stellung von Gelenken (zum Beispiel Knie, Hüfte) entsprechen. Eine Körperstellung wird durch eine Kombination dieser verschiedenen Markierungswinkel eindeutig definiert. Für jeden dieser verschiedenen Markierungswinkel (zum Beispiel linker Arm, rechter Arm, linkes Bein, rechtes Bein, Kopf, Hüfte usw.) gibt es einen Eintrag in einer Tabelle. Die aktuellen Markierungswinkel werden mit den entsprechenden Vorgaben in der Tabelle verglichen. Liegen alle Winkel innerhalb einer vorgegebenen Toleranz, wird an der in der gleichen Zeile definierten Zeilennummer weitergemacht. Bestimmte Kriterien wie Zeit-, Über-/Unterschreitungen führen dazu, dass an einer alternativen Zeilennummer fortgefahren wird. Falls die gemessenen Markierungswinkel von der Vorgabe in der Tabelle abweichen, werden Textanweisungen anhand von zeilen- und markierungsspezifischen Text- kennungen erzeugt. Jede Zeile dieser Tabelle entspricht damit einer Vorgabe für eine bestimmte Körperhaltung. In den verschiedenen Spalten gibt es außer diesen Vorgaben für die einzelnen Markierungswinkel zusätzlich Hilfseinträge. Die gesamten Einträge lassen sich grob in vier verschiedene Gruppen einteilen: eine oder mehrere sogenannte Vorgabe-Gruppen, eine oder mehrere Extremwert-Gruppen, eine Zeitlimit-Gruppe und eine Verzweigungs-Gruppe (siehe Tabelle 1). Bei Bedarf können zusätzliche Gruppen definiert werden.From the stereo-optical image data, the angles that the different markings made on the body form with one another are calculated and stored. The markings are placed in such a way that the resulting angles correspond to the position of joints (e.g. knees, hips). A body position is clearly defined by a combination of these different marking angles. There is an entry in a table for each of these different marking angles (for example left arm, right arm, left leg, right leg, head, hip, etc.). The current marking angles are compared with the corresponding specifications in the table. If all angles are within a specified tolerance, the line number defined in the same line is continued. Certain criteria such as exceeding or falling short of time lead to the continuation of an alternative line number. If the measured marking angles deviate from the specification in the table, text instructions are generated using line and marking-specific text identifiers. Each row in this table thus corresponds to a specification for a specific posture. In addition to these specifications, there are additional entries in the different columns for the individual marking angles. The entire entries can be roughly divided into four different groups: one or more so-called default groups, one or more extreme value groups, a time limit group and a branching group (see Table 1). If necessary, additional groups can be defined.
Tabelle 1 (Aufbau einer Datenzeile)Table 1 (Structure of a data line)
Jede Vorgabegruppe besteht aus einem Valid-Flag, einem unteren und oberen Grenzwert für den Winkel, zwei verschiedenen Textkennungen, einem Prioritätswert und einem Wert für Übergänge (siehe Tabelle 2). Das Valid-Flag entscheidet darüber, ob die ganze Gruppe aktiv ist und damit beachtet wird oder nicht (don't care-Zustand) . Der obere und untere Grenzwert definiert den Toleranzbereich, innerhalb dessen ein Winkel als übereinstimmend anerkannt wird. Liegt der gemessene Markierungswinkel außerhalb dieses Toleranzbereichs, wird eine Textausgabe generiert. Dabei definiert die Textkennung die Art der zu erzeugenden Anweisung (zum Beispiel "Heben" oder "Senken", "Strecken", "Beugen" usw.). Die Textkennung existiert zweimal, je nachdem, ob der Winkel zu groß oder zu klein ist. Falls die gemes- senen Winkel mehrerer Vorgabe-Gruppen gleichzeitig außerhalb deren Toleranzbereiche liegen und damit mehrere Textausgaben generiert werden, entscheidet ein zugehöriger Prioπtatswert darüber, welche Meldung ausgegeben wird. Die Zahl der Übergänge defi- niert, wie oft der gültige Wmkelbereich verlassen werden darf (der Übende wackelt hin und her) , bevor das Abbruchkriterium erreicht ist.Each default group consists of a valid flag, a lower and upper limit for the angle, two different text identifiers, a priority value and a value for transitions (see Table 2). The valid flag decides whether the whole group is active and is thus observed or not (don't care state). The upper and lower limit defines the tolerance range within which an angle is recognized as matching. If the measured marking angle lies outside this tolerance range, a text output is generated. The text identifier defines the type of instruction to be generated (for example "lifting" or "lowering", "stretching", "bending" etc.). The text identifier exists twice, depending on whether the angle is too large or too small. If the measured angles of several default groups at the same time An associated priority value decides which message is to be output outside of its tolerance ranges and thus multiple text outputs are generated. The number of transitions defines how often the valid vault area can be left (the practitioner wiggles back and forth) before the termination criterion is reached.
Die Extremwert-Gruppe gleicht der Vorgabe-Gruppe mit dem Unterschied, dass die Eintrage darin be- nutzt werden, um vor gesundheitlich gefährdenden Korperstellungen zu warnen. In der Zeitlimit-Gruppe gibt es einen Eintrag für die durchschnittliche Zeit, die zum Einnehmen der Haltung benotigt werden sollte. Ein Überschreiten dieses Wertes erfüllt das Abbruchkriterium. Eine zweite Zeit gibt an, wie lange die Haltung beibehalten werden soll. Die Verzweigungs-Gruppe regelt, in welcher Zeile als nächstes fortgefahren werden soll. Es gibt eine Zeilen-Nummer für den Fall, dass alle Bedingungen erfüllt sind und eine dafür, dass das Abbruchkriterium erfüllt ist. Es kann sich sowohl um einen absoluten Sprung oder um den Aufruf eines Unterprogramms handeln. Entsprechend gibt es einen Eintrag, der einer Return-Anweisung entspricht.The extreme value group is similar to the default group with the difference that the entries in it are used to warn of positions that are hazardous to health. In the time limit group there is an entry for the average time it should take to take the posture. Exceeding this value fulfills the termination criterion. A second time specifies how long the posture should be maintained. The branch group regulates in which line to continue next. There is one line number for the case that all conditions are met and one for the termination criterion. It can be either an absolute jump or a subroutine call. Accordingly, there is an entry that corresponds to a return statement.
Tabelle 2 (Aufbau einer Vorgabe- beziehungsweise Extremwert-Gruppe) :Table 2 (Structure of a default or extreme value group):
Durch die Möglichkeit, Unterprogramme zu definieren, ergeben sich verschiedene Möglichkeiten für den eigentlichen Ablauf des Lernprogramms. Das gesamte Programm kann einerseits in einer einzigen großen Tabelle gespeichert sein und wird vom Computer-Programm genau einmal aufgerufen, der Gesamtablauf steckt in der Tabelle. Andererseits kann der Lernstoff aber auch in verschiedenen kleineren Tabellen kodiert sein, die vom Computerprogramm aus mehrmals aufgerufen werden. Dies bietet sich vor allem für die Bildung von Schleifen und ähnlichem an. Der Gesamtablauf steckt in diesem Fall in der Reihenfolge der Aufrufe der Tabellen vom Hauptprogramm des Computers. The ability to define subroutines offers various options for the actual course of the tutorial. On the one hand, the entire program can be stored in a single large table and is called up exactly once by the computer program; the overall sequence is in the table. On the other hand, the learning material can also be coded in various smaller tables that are called up several times by the computer program. This is particularly useful for the formation of loops and the like. The overall process in this case is in the order in which the tables are called from the main program of the computer.
Die Erzeugung der Text-Anweisungen hängt einerseits von der Textkennung der Vorgabegruppe und andererseits von den Abweichungen der gemessenen Markierungswinkel zum Sollwert ab. Die Textkennung identifiziert den auszugebenden Text mehr oder weniger direkt. Es gibt zwei Kennungen, da der Anweisungstext davon abhängt, ob sich der gemessene Wert über oder unterhalb des Toleranzbereichs befindet. Ist der Toleranzbereich in mehreren Vorgabe-Gruppen nicht erreicht, so entscheidet im einfachsten Fall das Prioritätsfeld darüber, wessen Anweisungen ausgegeben werden sollen. Bei großen oder kleinen Abweichungen des Sollwerts vom Istwert wird der Ausgabetext entsprechend modifiziert ("sehr", "noch ein wenig" usw.). Um den Ausgabetext natürlicher gestalten zu können, kann die Texterzeugung mittels Fuzzy Logik mit entsprechenden Regeln aus mehreren Vorgabe-Gruppen mit deren Textkennung, Prioritäten und Abweichungen zum Sollwert gleichzeitig gene- riert werden (wenn Textkennungi gleich aufwärts und Textkennung2 gleich vorwärts und Prioritäti gleich hoch, dann Text gleich aufrichten) . Bei Erfüllen des Abbruchkriteriums, zum Beispiel durch die Zeit- Überschreitung, wird an einer anderen und damit vielleicht "leichteren" Stelle im Ablauf-Programm weitergemacht .The generation of the text instructions depends on the one hand on the text identifier of the default group and on the other hand on the deviations of the measured marking angles from the target value. The text identifier identifies the text to be output more or less directly. There are two identifiers because the instruction text depends on whether the measured value is above or below the tolerance range. If the tolerance range is not reached in several default groups, in the simplest case the priority field decides whose instructions are to be issued. In the event of large or small deviations of the setpoint from the actual value, the output text is modified accordingly ("very", "a little", etc.). In order to make the output text more natural, the text can be generated using fuzzy logic with appropriate rules from several default groups with their text ID, priorities and deviations from the target value. (if text identifier i is up and text identifier 2 is forward and priority i is equal, then text is erected immediately). If the termination criterion is met, for example due to the time being exceeded, the program continues at a different and perhaps "easier" point in the sequence program.
Eine Bewegung kann durch genau eine oder mehrere verschiedene Zeilen definiert werden. Je mehr ver- schiedene Zeilen pro Bewegungsablauf vergeben werden, um so präzisere Anweisungen können gegeben werden. So könnte zum Beispiel das Einnehmen der Grundstellung einer Übung durch mehrere Zeilen definiert werden. Als erstes würde zum Beispiel nur die RumpfStellung pro Zeile eingegeben werden, der Rest wäre im don ' t care-Zustand. In einer zweiten Zeile würde zusätzlich zur RumpfStellung die Armstellung eingetragen sein. In der nächsten Zeile könnte die Beinstellung dazukommen, diese Zeile hätte damit Einträge für die drei Vorgabe-Gruppen Rumpf, Arm und Beinstellung gleichzeitig. Ein Verlassen des Toleranzbereichs innerhalb der Rumpf- Vorgabe-Gruppe würde automatisch einen Text entsprechend der Textkennung dieser Zeile erzeugen. Wird gleichzeitig auch der Arm-Bereich verlassen, so entscheidet im einfachsten Fall der Prioritäts- Wert darüber, welche Meldung generiert wird. Kann zum Beispiel die Beinstellung im dritten Schritt nicht erreicht werden, wird nach Ablauf des Zeitli- mits das Abbruchkriterium erzeugt und das Programm wird an einer anderen Stelle fortgesetzt. Alternativ kann das Programm zwar nochmals an der gleichen Stelle, aber mit einem geänderten Schwierigkeits- Level fortgeführt werden. Dieser Level kann alle Vorgabewerte, wie zum Beispiel den Toleranzbereich, modifizieren. Wenn das Können des Übenden nach einer gewissen Zeit ansteigt, steigt auch sein Le- vel an und damit müssen die Vorgaben genauer eingehalten werden. Das Prinzip des Schwierigkeits- Levels vereinfacht und verkleinert die Tabellen ganz erheblich.A movement can be defined by exactly one or more different lines. The more different lines are assigned per movement sequence, the more precise instructions can be given. For example, the starting position of an exercise could be defined by several lines. First, for example, only the trunk position would be entered per line, the rest would not be in the care state. The arm position would be entered in a second line in addition to the trunk position. The leg position could be added in the next line, this line would have entries for the three default groups trunk, arm and leg position at the same time. Leaving the tolerance range within the body default group would automatically generate a text according to the text identifier of this line. If the arm area is also left at the same time, in the simplest case the priority value decides which message is generated. If, for example, the leg position cannot be reached in the third step, the termination criterion is generated after the time limit has expired and the program is continued at another point. Alternatively, the program can be repeated at the same point, but with a different difficulty Level to be continued. This level can modify all default values, such as the tolerance range. If the skill of the practitioner increases after a certain time, his level also rises and therefore the requirements must be adhered to more precisely. The principle of the difficulty level simplifies and reduces the tables considerably.
Das Prinzip des Programms beruht darauf, dass das (einmalige) Kodieren des Lernprogramms selbst zwar relativ aufwendig, die Ausführung dafür aber um so einfacher und damit schneller ist. Dies wird dadurch erreicht, dass jeder nötige Teil-Prozess durch einen eigenen Spalteneintrag in der Tabelle repräsentiert wird. Die sich dadurch ergebende Tabelle ist sehr umfangreich, kann aber durch das feste Format einfach ausgewertet werden. Jeder Eintrag in einer Spalte steuert eine Aktion, vergleichbar mit einem Mikroprogramm bei einem Compu- ter. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist der relativ große Speicherbedarf der Tabelle. Bei einer Überwachung von angenommen 10 Markierungswinkeln ergeben sich circa 200 Byte/Zeile und damit circa 200 kB bei 1.000 Zeilen. Dies stellt aber bei den heute verfügbaren Speichergrößen kein Problem dar.The principle of the program is based on the fact that the (one-off) coding of the learning program itself is relatively complex, but the execution is all the easier and therefore faster. This is achieved in that each necessary sub-process is represented by its own column entry in the table. The resulting table is very extensive, but can be easily evaluated due to the fixed format. Each entry in a column controls an action, comparable to a micro program on a computer. A disadvantage of this method is the relatively large memory requirement of the table. Assuming that 10 marking angles are monitored, this results in approximately 200 bytes / line and thus approximately 200 kB for 1,000 lines. However, this is not a problem with the memory sizes available today.
Die Art der Kodierung der Vorgaben über die oben vorgestellte Tabelle hat zusätzlich den Vorteil, dass die Auswertung leicht parallelisiert werden kann. Jede Vorgabe-Gruppe überwacht die entspre- chenden Eingänge völlig unabhängig von den anderen und erzeugt die entsprechenden Anweisungen. Erst in einem letzten Schritt werden die Einzelergebnisse zu einem Gesamtergebnis zusammengefasst , im einfachsten Fall über die existierenden Prioritäten. Durch den einfachen Aufbau könnte die Auswertung -falls erforderlich- komplett durch eine eigene Hardware-Logik (PAL-Bausteine) erfolgen. Einfacher wäre es, für jede Vorgabe-Gruppe einen eigenen Mi- krocontroller (Pic-Controller ) einzusetzen, der die Ergebnisse einem zentralen Controller zuleitet.The type of coding of the specifications using the table presented above has the additional advantage that the evaluation can be easily parallelized. Each default group monitors the corresponding inputs completely independently of the others and generates the corresponding instructions. The individual results are only in a last step summarized to an overall result, in the simplest case about the existing priorities. Due to the simple structure, the evaluation - if necessary - could be carried out entirely by means of its own hardware logic (PAL modules). It would be easier to use a separate microcontroller (Pic controller) for each group of specifications, which forwards the results to a central controller.
Bei der Anwendung für Drucksensoren werden die Win- kel-Toleranzbereiche durch andere Parameter, zum Beispiel Druckwerte, ersetzt. Das Lernprogramm besteht dabei aus viel weniger verschiedenen Zeilen, so dass der zur Verfügung stehende EEProm-Bereich ausreicht. Ist ein umfangreicheres Lernprogramm er- wünscht, so können anstelle einer einfachen Speichererweiterung wegen der einfachen Parallelisie- rung der Auswertung -wie oben besprochen- besser ein oder mehrere zusätzliche Mikrocontroller eingesetzt werden. Dadurch wird neben der Speicherver- waltung die Auswertegeschwindigkeit stark erhöht.When used for pressure sensors, the angular tolerance ranges are replaced by other parameters, for example pressure values. The tutorial consists of much fewer different lines, so that the available EEProm area is sufficient. If a more extensive learning program is desired, one or more additional microcontrollers can be used instead of a simple memory expansion because of the simple parallelization of the evaluation, as discussed above. In addition to the memory management, this greatly increases the evaluation speed.
Mittels der Vorrichtung 12 ist somit eine zuverlässige, schnelle und lernfreundliche Haltungskontrolle an einer Person beispielsweise bei der Ausübung einer sportlichen Übung oder auch bei der Er- lernung eines Musikinstruments möglich, ohne notwendigerweise auf einen menschlichen Experten zurückgreifen zu müssen.The device 12 thus enables a reliable, quick and learning-friendly posture control on a person, for example when performing a sporting exercise or also when learning a musical instrument, without necessarily having to resort to a human expert.
Im Folgenden wird der Aufbau eines Systems für die Auswertung und Analyse der Druckverteilung über einen Laufschuh beschrieben. In Figur 2 ist der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Blockdiagramms dargestellt. In der Eingangsebene werden die Daten von verschiedenen Sensormodulen synchronisiert und zusammengesetzt. In den Sensormodulen 1 und 2 werden Druckdaten aus jeweils N Da- ten-Kanälen ermittelt. Außerdem werden die Daten in den Sensormodulen 1 und 2 gespeichert und vorverarbeitet. Die Vorverarbeitung betrifft alle Verfahren, bei denen nur die Information eines einzelnen Sensormoduls benötigt wird. Anschließend werden die Daten an ein Mastermodul weitergeschickt, wo die weitere Verarbeitung stattfindet. In dem Block Synch werden die Datenkanäle synchronisiert.The structure of a system for evaluating and analyzing the pressure distribution over a running shoe is described below. FIG. 2 shows the sequence of the method according to the invention in the form of a Block diagram shown. At the entry level, the data from various sensor modules are synchronized and combined. In the sensor modules 1 and 2, print data are determined from N data channels each. In addition, the data is stored and preprocessed in sensor modules 1 and 2. The preprocessing affects all processes in which only the information of a single sensor module is required. The data is then forwarded to a master module, where further processing takes place. The data channels are synchronized in the block Synch.
In der Filterebene werden die Daten über die Zeit und den Raum gefiltert und normiert. Der Eingangs- Daten FIFO enthält die Rohdaten. Der Filter-Daten FIFO enthält die Daten nach der Filteroperation.At the filter level, the data is filtered and standardized over time and space. The input data FIFO contains the raw data. The filter data FIFO contains the data after the filter operation.
Der Block Referenzmuster steht für verschiedene Referenzmuster, die zur Verarbeitung in der Objektebene benötigt werden. Die Referenzmuster dienen zum Ermitteln von Korrelationsfaktoren im Vergleich mit den Daten in der Filterebene.The block reference pattern stands for various reference patterns that are required for processing in the object level. The reference patterns are used to determine correlation factors in comparison with the data in the filter level.
In der Objektebene werden alle Objekte definiert, die von der Expertendatenbank her zugänglich. Jedes Objekt besitzt einen Satz von Bedingungen, einen daraus abgeleiteten Wahrheitswert, Eigenschaften und Methoden. Die Bedingungen beziehen sich entweder auf die Daten der Filterebene oder auf die Eigenschaften und Methoden von Objekten, von denen sie abgeleitet sind. Die Objekte der ersten Stufe (Objekt 11, Objekt 12, ..., Objekt In) greifen direkt auf die Filterebene zu. Die abgeleiteten Ob- jekte (Objekt 21, Objekt 22, ..., Objekt 2n) greifen indirekt über die Objekte der ersten Stufe, von denen sie abgeleitet sind, auf die Daten der Filterebene zu.In the object level, all objects are defined that are accessible from the expert database. Every object has a set of conditions, a derived truth value, properties and methods. The conditions relate either to the data at the filter level or to the properties and methods of objects from which they are derived. The objects of the first level (object 11, object 12, ..., object In) directly access the filter level. The derived objects objects (object 21, object 22, ..., object 2n) access the data of the filter level indirectly via the objects of the first stage, from which they are derived.
In dem Expertensystem läuft das eigentliche Trainingsprogramm ab. Das Trainingsprogramm kann in Form von Hardware (eigener Mikrocontroller, programmierbare Logik) oder als Software realisiert werden. Die Expertendatenbank enthält die Gesamt- heit aller Teilschritte des gesamten Trainingsprogramms in Form von einzelnen Programmzeilen. In jeder Zeile sind mehrere Objektbedingungen mit der zugehörigen Verzweigung zu anderen Programmzeilen definiert. Bei der Erfüllung der Bedingung wird die entsprechende Verzweigung durchgeführt. Der Interpreter mit Programmcounter, Stack und Registern steuert den Ablauf der Expertendatenbank.The actual training program runs in the expert system. The training program can be implemented in the form of hardware (own microcontroller, programmable logic) or as software. The expert database contains the totality of all sub-steps of the entire training program in the form of individual program lines. Several object conditions are defined in each line with the associated branching to other program lines. When the condition is met, the corresponding branching is carried out. The interpreter with program counter, stack and registers controls the flow of the expert database.
In der Ausgabeebene wird die Ausgabe in Form von natürlicher Sprache beziehungsweise Tönen und Melo- dien erzeugt. Die Anweisungen dazu kommen aus der Expertendatenbank. Bei einer Sprachausgabe werden die Anweisungen aus gespeicherten Sprachsequenzen generiert. Bei einer Melodieausgabe werden Töne und Melodien über MIDI-Kommandos erzeugt.At the output level, the output is generated in the form of natural language or tones and melodies. The instructions for this come from the expert database. In the case of a speech output, the instructions are generated from stored speech sequences. When a melody is output, tones and melodies are generated using MIDI commands.
Die Objekte sind Bindeglieder zwischen den eigentlichen Sensordaten und der Expertendatenbank und stellen eine Abstraktionsschicht dar. Dies macht die eigentliche Expertendatenbank unabhängig von der eingesetzten Hardware und erleichtert die Pro- grammierung und eventuelle Änderungen ungemein. Ein Objekt hat einen eigenen Wahrscheinlichkeitswert zwischen null und eins, der einerseits von den Eingangsdaten selbst und andererseits vom Grad der Erfüllung im Obiekt definierter Bedingungen abhangt. Zusatzlich verfugt ein Objekt über Eigenschaften und Methoden zum Verandern dieser Eigenschaften. Ein Objekt kann von einem anderen Objekt abgeleitet werden und erbt damit sowohl dessen Wahrscheinlich- keitswert als auch dessen Eigenschaften und dessen Bezug auf den Sensordatensatz. Der eigene Wahr- schemlichkeitswert ergibt sich dann anhand einer Kombination aus der Erfüllung der eigenen Bedingungen und dem geerbten Wahrschemlichkeitswert . Objekte erster Ordnung können direkt auf die originalen beziehungsweise gefilterten Sensordaten zugrei- fen. Davon abgeleitete Objekte können indirekt über den Datenbezug der Objekte erster Ordnung, von denen sie abgeleitet wurden, zugreifen.The objects are links between the actual sensor data and the expert database and represent an abstraction layer. This makes the actual expert database independent of the hardware used and greatly simplifies programming and any changes. An object has its own probability value between zero and one, which depends on the one hand on the input data itself and on the other hand on the degree of fulfillment of conditions defined in the object. In addition, an object has properties and methods for changing these properties. An object can be derived from another object and thus inherits both its probability value and its properties and its reference to the sensor data record. The own probability value then results from a combination of the fulfillment of the own conditions and the inherited probability value. First-order objects can directly access the original or filtered sensor data. Objects derived therefrom can access indirectly via the data reference of the objects of the first order from which they were derived.
Das Verfahren wird im Folgenden an einem einfachen Beispiel erläutert. Es wird ein Objekt "Peπodizi- tat" definiert, in dem Sensordruckdaten daraufhin untersucht werden, ob rhythmische Schwankungen auftreten. Dazu wird der Abstand zweier Extremwerte in den Tiefpass-gefllterten Druckdaten ermittelt, die in dem FIFO zur Verfugung stehen. Wenn der Abstand gewisse Mmιmal-/Maxιmalanforderungen erfüllt und eine bestimmte Schwankungsbreite aufweist, wird der Wahrschemlichkeitswert durch einen Fuzzy-Regelsatz entsprechend gesetzt. Die gestellten Anforderungen sind Bestandteil des Objekts "Peπodizitat".The method is explained below using a simple example. An object “pecodicity” is defined in which sensor pressure data are examined to determine whether rhythmic fluctuations occur. For this purpose, the distance between two extreme values is determined in the low-pass-filled pressure data, which are available in the FIFO. If the distance meets certain minimum / maximum requirements and has a certain fluctuation range, the probability value is set accordingly by a fuzzy rule set. The requirements are part of the object "Peπodizitat".
Es wird ein weiteres Objekt "Schritt" definiert. Dieses Objekt bezieht sich einmal auf das Objekt Periodizitat des linken Druckverlaufs PL und ande- rerseits auf die Periodizität des rechten Druckverlaufs PR. Die in dem Objekt "Schritt" definierten Bedingungen fordern, dass sowohl PL als auch PR wahr sein müssen. Zusätzlich müssen die Werte von PL und PR gegenphasig sein. Wenn die Bedingung erfüllt ist, bekommt das Objekt "Schritt" den entsprechenden Fuzzy-Wahrscheinlichkeitswert zugewiesen. Als Eigenschaft bekommt es den numerischen Wert der Phasenverschiebung zugewiesen. Ein Objekt "Hüpfen" sähe ganz ähnlich aus, nur dass die Bedingungen einen gleichphasigen Druckverlauf vorsehen würden .Another "Step" object is defined. This object refers once to the object periodicity of the left pressure curve PL and other on the other hand on the periodicity of the right pressure curve PR. The conditions defined in the "Step" object require that both PL and PR must be true. In addition, the PL and PR values must be in opposite phases. If the condition is met, the "Step" object is assigned the corresponding fuzzy probability value. As a property, it is assigned the numerical value of the phase shift. An object "bouncing" would look very similar, only that the conditions would provide an in-phase pressure curve.
Abgeleitet von dem Objekt "Schritt" können nun die Objekte "Gehen" und "Laufen" abgeleitet werden. Der Wahrscheinlichkeitswert dieser Module hängt von der Eigenschaft Phasenverschiebung des Objekts "Schritt" ab. Die genauen Bedingungen sind in den Objekten "Gehen" beziehungsweise "Laufen" festgelegt. Eine Eigenschaft des Objektes "Gehen" könnte zum Beispiel die Gehdauer sein, die von der Expertendatenbank in dem Objekt abgefragt werden kann. Ferner könnten als Eigenschaften Differenzen zwischen alten und neuen Werten vorgesehen sein.Derived from the "Step" object, the "Walking" and "Running" objects can now be derived. The probability value of these modules depends on the phase shift property of the "Step" object. The exact conditions are specified in the objects "walking" or "running". A property of the "walking" object could, for example, be the walking time that can be queried in the object from the expert database. Differences between old and new values could also be provided as properties.
Ein Modul "Überpronation" könnte von dem Objekt "Schritt" abgeleitet werden. Dieses Modul würde den Bezug auf die Druckdaten von dem Objekt "Schritt" benutzen, um zu prüfen, wieweit die Druckwerte in den von dem Objekt "Schritt" identifizierten Daten den geforderten Bedingungen entsprechen und seinen Wahrscheinlichkeitswert und seine Eigenschaften entsprechend setzen. Es können auch statistische Objekte definiert werden, die von anderen Objekten gemessene Zeiten zu einer Gesamtzeit oder zu einem Energieverbrauch addieren.A module "overpronation" could be derived from the object "step". This module would use the reference to the print data from the object "step" to check to what extent the pressure values in the data identified by the object "step" correspond to the required conditions and set its probability value and its properties accordingly. Statistical objects can also be defined by other objects Add the measured times to a total time or to energy consumption.
In Figur 3 ist der Ablauf des Verfahrens beispielhaft ausschnittsweise dargestellt. Das Verfahren verlangt in der Zeile 1, dass 10 Minuten gegangen wird. Laufen, Hüpfen oder eine starke Überpronation würden eine entsprechende Korrekturanweisung auslösen. Nach Ablauf der 10 Minuten Gehen geht es in Zeile 2 weiter. Spätestens nach 12 Minuten würde in Zeile 4 weitergehen.In Figure 3, the sequence of the method is shown as an excerpt. The procedure in line 1 requires that 10 minutes be left. Running, bouncing or a strong overpronation would trigger a corresponding correction instruction. After the 10 minutes of walking, it continues in line 2. Row 4 would continue after 12 minutes at the latest.
Die Zeilennummer dient als Bezug für den Programmablauf. Die Ausgabe-Message (Nachricht) ist ein eindeutiger Bezug für die zu generierende Sprach- beziehungsweise Tonausgabe. Alternativ kann anstatt einer Sprachausgabe ein Flag gesetzt werden, das in der Spalte Bedingungen abgefragt werden kann. In der Spalte Bedingungen werden alle Bedingungen er- fasst, auf die reagiert werden soll. Die Bedingungen können sich auf Objekte selbst oder deren Eigenschaften beziehen. Zum anderen können Standard-Objekte, wie die Z-Zeit, die die Verweildauer pro Zeile enthält, abgefragt werden, die automatisch bei jeder Abarbeitung einer Zeile gesetzt werden. In der Spalte Priorität ist geregelt, auf welche Bedingung zuerst eingegangen werden soll, falls mehrere Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind.The line number serves as a reference for the program run. The output message (message) is a clear reference for the voice or sound output to be generated. Alternatively, a flag can be set instead of a voice output, which can be queried in the Conditions column. In the Conditions column, all conditions are recorded to which you want to react. The conditions can refer to objects themselves or their properties. On the other hand, standard objects such as the Z time, which contains the dwell time per line, can be queried, which are automatically set each time a line is processed. The Priority column specifies which condition should be addressed first if several conditions are met at the same time.
Die Spalte Objekt Manipulation gibt an, ob ein Objekt über dessen Methoden verändert werden soll. In der Spalte PCounter ist festgelegt, wie der Trainingsprogrammcounter bei Erfüllung der entsprechen- den Bedingung verändert werden soll. Es gibt einfache Sprünge (Goto), Unterprogrammaufrufe (Call, Return) und Schleifenanweisungen (Do, While, For, Next, Loop) . Daneben gibt es noch unbedingte Sprunganweisungen, die verschiedene, immer wiederkehrende Abfragen zu einem Block zusammenfassen. Die Spalte Max.# ist in Zusammenhang mit der Pro- grammCounter-Steuerung zu sehen. Bei Call-Befehlen zeigt sie an, wie oft das Unterprogramm maximal aufgerufen werden darf.The Object manipulation column indicates whether an object should be changed using its methods. The PCounter column specifies how the training program counter should fulfill the the condition is to be changed. There are simple jumps (Goto), subroutine calls (Call, Return) and loop instructions (Do, While, For, Next, Loop). There are also unconditional jump instructions that combine different, recurring queries into one block. The Max. # Column is to be seen in connection with the program counter control. With call commands, it shows the maximum number of times the subroutine can be called.
Die Referenzpunkte werden mittels mehrerer Videokameras erfasst, die in einem bestimmten Winkel und Abstand zueinander montiert sind. Aus dem Versatz entsprechender Punkte in zusammengehörigen Bildrei- hen wird die Distanz der Punkte zu den Kameras ermittelt. Dazu wird ein Koinzidenzverfahren eingesetzt.The reference points are recorded by means of several video cameras, which are mounted at a certain angle and distance from one another. The distance between the points and the cameras is determined from the offset of corresponding points in related image rows. A coincidence procedure is used for this.
Die Lage der Referenzpunkte spiegelt direkt die Haltung einer Person im Raum wieder. Die Beziehun- gen dieser Punkte zueinander können daher das Expertenwissen in Form des Trainingsprogramms direkt ansteuern. Bei Modulen, bei denen Sohlen-Drucksensoren (zum Beispiel Jogging-Modul, Ski-Modul) und/oder andere Sensoren (Körperschall, Beschleuni- gungssensoren, Neigungsmesser) eingesetzt werden, muss anhand der von den Sensoren erfassten Daten indirekt auf die Haltung beziehungsweise Bewegung geschlossen werden.The position of the reference points directly reflects the attitude of a person in the room. The relationships of these points to each other can therefore directly address the expert knowledge in the form of the training program. In the case of modules in which sole pressure sensors (for example jogging module, ski module) and / or other sensors (structure-borne noise, acceleration sensors, inclinometers) are used, the posture or movement must be determined indirectly using the data recorded by the sensors getting closed.
So ist zum Beispiel das Erkennen beziehungsweise Unterscheiden der Bewegungen "Gehen" und "Laufen" nur durch den zeitlichen Druck-Verlauf beider Soh- len zu unterscheiden. Beim Skifahren ist zum Beispiel ein Parallelschwung durch die zeitliche Abfolge eines komplexen Druckmusters des Außen- und des Innenskis definiert. Um diese Art der Erkennung durchzuführen, ist eine zusätzliche Vorverarbeitungsstufe nötig. Dabei wird von indirekten Bewegungsdaten auf die eigentliche Bewegung und Haltung geschlossen.For example, the recognition or differentiation of the movements "walking" and "running" is only possible through the temporal pressure curve of both sons. to differentiate len. In skiing, for example, a parallel turn is defined by the time sequence of a complex pressure pattern on the outer and inner skis. An additional preprocessing stage is required to carry out this type of recognition. Indirect movement data is used to infer the actual movement and posture.
Die Vorverarbeitungsstufe wird vorzugsweise in einem zweistufigen Verfahren zum Ableiten von Bewegungsdaten aus indirekten Bewegungsdaten durchgeführt. Dabei wird aus einem primären Datensatz ein daraus abgeleiteter sekundärer Datensatz erzeugt. Aus beiden Datensätzen zusammen wird dann auf die Bewegung beziehungsweise das Verhalten geschlossen. Dazu wird in einem ersten Schritt der zeitliche Datenstrom der beiden drucksensitiven Sohlen beziehungsweise der anderen Sensoren in einem FIFO- Puffer zwischengespeichert und gefiltert. Für die Filterung werden zwei Verfahren eingesetzt. Zum ersten die Filterung mittels einer ein- oder mehrdimensionalen Matrix (Kernel mit den Gewichtungsfaktoren) , die sogenannte Konvolution. Mit diesem Verfahren können alle gängigen Filteroperationen wie zum Beispiel Hochpass, Tiefpass, Tophet, Mean, Mediän, Max, Ming, Sobel, Roberts usw., mit vergleichbar wenig Aufwand im Zeitbereich durchgeführt werden. Zum zweiten werden die Daten einer FFT beziehungsweise Wavelet-Filterung unterzogen. Diese Operationen laufen im Frequenzbereich ab und liefern genauere Informationen über das Frequenzspektrum allgemein (FFT) beziehungsweise pro Raum- /Zeiteinheit (Wavelet) . Neben der Filterung werden noch weitere sekundäre Daten, wie zum Beispiel der Verlauf des Schwerpunkts (COG) pro Sohle und dessen Abweichung von einer Referenzgeraden, die prozentuale Druckvertei- lungen usw. ermittelt. Die abgeleiteten Sekundärdaten werden zusammen mit den in einem eigenen FIFO Buffer gespeicherten primären Rohdaten und zusätzlichen antropomorphen Daten zur Erkennung der Haltung beziehungsweise Bewegung herangezogen. Die Zwischenspeicherung der primären und sekundären Daten ist nötig, da manche Bewegungsmuster erst durch die zeitliche Abfolge einzelner Bewegungskomponenten definiert sind. Da es eine breite Variation im Bewegungsablauf von Person zu Person gibt, wird die Analyse der primären, sekundären und antropomorphen Daten zweckmäßig mittels unscharfer Fuzzy-Logik in Verbindung mit einer Regeldatenbank durchgeführt. Als Ergebnis dieser Vorverarbeitungsstufe sind dann Bewegungs- und Haltungsinformationen, wie zum Bei- spiel Stehen, Gehen, Laufen, Springen, Treppensteigen usw., aber auch Aussagen über die Dynamik der Bewegung, wie zum Beispiel kraftvoll, schleppend oder müde, über die Zeit verfügbar.The preprocessing stage is preferably carried out in a two-stage process for deriving movement data from indirect movement data. A secondary data record is derived from a primary data record. The movement or behavior is then concluded from the two data sets together. For this purpose, the temporal data stream of the two pressure-sensitive soles or the other sensors is temporarily stored in a FIFO buffer and filtered. Two methods are used for filtering. First, the filtering using a one- or multi-dimensional matrix (kernel with the weighting factors), the so-called convolution. With this method, all common filter operations such as high pass, low pass, tophet, mean, median, max, ming, sobel, roberts etc. can be carried out with comparable effort in the time domain. Secondly, the data are subjected to FFT or wavelet filtering. These operations take place in the frequency domain and provide more precise information about the frequency spectrum in general (FFT) or per space / time unit (wavelet). In addition to filtering, other secondary data, such as the course of the center of gravity (COG) per sole and its deviation from a reference straight line, the percentage pressure distributions etc. are determined. The derived secondary data is used together with the primary raw data stored in its own FIFO buffer and additional antropomorphic data to identify posture or movement. The primary and secondary data must be temporarily stored, since some movement patterns are only defined by the chronological sequence of individual movement components. Since there is a wide variation in the movement sequence from person to person, the analysis of the primary, secondary and antropomorphic data is expediently carried out using fuzzy fuzzy logic in conjunction with a rule database. As a result of this preprocessing level, movement and posture information, such as standing, walking, running, jumping, climbing stairs, etc., but also statements about the dynamics of the movement, such as powerful, sluggish or tired, are available over time ,
Beim Ski-Modul ermöglicht dies nicht nur einfache Aussagen, wie Rückenlage, Vorlage, einseitige, beidseitige, ganzflächige Belastung, Kantenbelastung, sondern komplexe Aussagen, wie zum Beispiel Beginn einer Kurve, Ende einer Kurve, Pflug, Parallelschwung, Kurzschwingen, Carven usw. Dies ist mit einfachen Schwellensystemen nicht möglich.With the ski module, this not only enables simple statements, such as supine position, template, one-sided, double-sided, full-surface loading, edge loading, but also complex statements, such as the beginning of a curve, the end of a curve, plow, parallel turn, short swing, carving, etc. is not possible with simple threshold systems.
In einem vergleichbaren Verfahren werden schädliche Bewegungsanteile aufgrund der beschriebenen Analyse von komplexen Druckmustern über die Zeit identifiziert. Bei dieser Analyse kommen zusätzliche intern erfasste statistische Daten über Dauer und Häufigkeit bestimmter Haltungen und Bewegungen zum Ein- satz. Ob eine Bewegungskomponente schädlich ist, hängt auch davon ab, wie oft sie in welchem Zeitraum durchgeführt wird. Diese Aussagen sind in einfachen Schwellensystemen nicht verfügbar.In a comparable procedure, harmful movement components are based on the analysis described identified by complex print patterns over time. This analysis uses additional internally recorded statistical data on the duration and frequency of certain postures and movements. Whether a movement component is harmful also depends on how often it is carried out in which period. These statements are not available in simple threshold systems.
Die in der Vorverarbeitungsstufe erkannten Bewe- gungsabläufe, einschließlich der schädlichen Bewegungsabläufe, können mittels eines Tones zum Ermöglichen eines Bio-Feedback-Verfahrens hörbar gemacht werden. Anstelle eines einfachen Tons wird vorzugsweise ein MIDI-fähiger Soundbaustein benutzt.The movement sequences recognized in the preprocessing stage, including the harmful movement sequences, can be made audible by means of a tone to enable a bio-feedback process. Instead of a simple tone, a MIDI-compatible sound module is preferably used.
Die in der Vorverarbeitung ermittelten Aussagen über das Verhalten werden nun einem Expertensystem in Form von Trainingsanweisungen, ähnlich dem Video-Modul, zugeführt. Dieses Programm ermöglicht es nun seinerseits, auf das Verhalten der Person zu reagieren, zu warnen und ein komplettes Trainingsprogramm auszuführen. Unter Trainingsprogramm kann auch ein Programm zum Gesundheits- oder Fitnesscheck oder zum Ermitteln der Passgenauigkeit von Schuhwerk usw. verstanden werden. Gemeint ist all- gemein eine Abfolge von Anweisungen an den Benutzer, wobei die Reaktion des Benutzers beurteilt wird und den weiteren Ablauf vorgibt.The statements about the behavior determined in the preprocessing are now fed to an expert system in the form of training instructions, similar to the video module. This program now makes it possible to react to the person's behavior, to warn and to carry out a complete training program. Training program can also be understood as a program for health or fitness check or for determining the accuracy of fit of footwear etc. What is generally meant is a sequence of instructions to the user, the user's reaction being assessed and the further course of action being specified.
Beim Ski-Modul werden zusätzlich Sensoren eingesetzt, die geeignet sind, den Abstand und den Win- kel der Skier zueinander zu erkennen. Zur Stromversorgung werden kleine tragbare Generatoren einge- setzt, die entweder die Bewegung des Übenden/Sportgeräts oder die Temperaturdifferenz zwischen dem Übenden/Sportgerät und der Umgebung zur Stromgewinnung nutzen.The ski module also uses sensors that are suitable for recognizing the distance and the angle of the skis from one another. Small portable generators are used for the power supply sets that use either the movement of the exerciser / sports device or the temperature difference between the exerciser / sports device and the environment to generate electricity.
Die Druck-Sensoreinheit (Sensor und Aufnahmeeinheit) kann auch als kompletter Strumpf ausgebildet sein. Die Datenverarbeitungseinheit und Informationsausgabeeinheit kann in ein Kleidungsstück, beispielsweise Jacke, eingearbeitet sein. The pressure sensor unit (sensor and receiving unit) can also be designed as a complete stocking. The data processing unit and information output unit can be incorporated into a piece of clothing, for example a jacket.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zur Haltungs- und/oder Bewegungskontrolle mindestens einer Person mit Hilfe eines Trainingsprogramms, mit folgenden Verfahrensschritten:1. Procedure for posture and / or movement control of at least one person using a training program, with the following procedural steps:
a) mit Hilfe von mehreren Sensoreinrichtungen werden haltungsrelevante Daten erfasst;a) posture-relevant data are recorded with the aid of several sensor devices;
b) die von den Sensoreinrichtungen erfassten Daten werden zusammengesetzt und insbesondere synchronisiert;b) the data recorded by the sensor devices are put together and in particular synchronized;
c) die zusammengesetzten und synchronisierten Daten werden gefiltert und insbesondere normiert und freigestellt;c) the composite and synchronized data are filtered and in particular standardized and exempted;
d) die gefilterten und normierten Daten werden mit Referenzdaten verglichen, um Korrelationsfakto- ren zu ermitteln, und/oder auf das Auftreten von charakteristischen Merkmalen, wie Extremwerten von Winkelwerten oder das Über- oder Unterschreiten von Schwellenwerten, untersucht;d) the filtered and standardized data are compared with reference data in order to determine correlation factors and / or are examined for the occurrence of characteristic features, such as extreme values of angle values or the exceeding or falling below threshold values;
e) mit Hilfe der Korrelationsfaktoren und/oder der aufgetretenen charakteristischen Merkmale werdene) using the correlation factors and / or the characteristic features that occurred
Objekte definiert, die jeweils einen Satz von Bedingungen und einen daraus abgeleiteten Wahrscheinlichkeitswert umfassen; f) die Objekte werden in einer Expertendatenbank verarbeitet und es werden in Abhängigkeit von der Erfüllung einzelner oder mehrerer Bedingungen und dem aktuellen Stand des Trainingspro- gramms Nachrichten ausgegeben und der weitere Ablauf des Trainingsprogramms gesteuert.Defines objects, each comprising a set of conditions and a probability value derived therefrom; f) the objects are processed in an expert database and, depending on the fulfillment of one or more conditions and the current status of the training program, messages are output and the further course of the training program is controlled.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachrichten noch während der Ausführung der relevanten Trainingseinheit an die Person ausgegeben werden, insbesondere unmittelbar nach der Erfüllung der zugehörigen Bedingungen, insbesondere in Echtzeit.2. The method according to claim 1, characterized in that the messages are output to the person while the relevant training unit is being executed, in particular immediately after the associated conditions have been met, in particular in real time.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trainingspro- gramm die Reaktion der Person auf die ausgegebenen Nachrichten berücksichtigt.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the training program takes into account the person's reaction to the messages output.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Expertendatenbank ein Lernprogramm umfasst, das eine Vielzahl von Zeilen aufweist und dessen Ablauf durch einen Zähler gewährleistet, der die Zeile bezeichnet, an der sich das Lernprogramm gerade befindet.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the expert database comprises a learning program which has a plurality of lines and the sequence of which ensures by a counter which designates the line on which the learning program is currently located.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zeile des Lernprogramms einen Anwei- sungsblock, einen Kontrollblock und einen Verzweigungsblock umfasst.5. The method according to claim 4, characterized in that each line of the learning program comprises an instruction block, a control block and a branch block.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltungsdaten mittels einer optischen und/oder akustischen Auf- nahmeeinheit (14,28) und/oder mittels Sensoren (16,18) ermittelt werden.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the posture data by means of an optical and / or acoustic Auf- acquisition unit (14, 28) and / or by means of sensors (16, 18).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Haltungsdaten in der Datenverarbeitungseinheit (20) analysiert werden zur anschließenden Ableitung von Parametern, die mit Daten in der Expertendatenbank (22) verglichen werden zur Erstellung mindestens einer haltungsrelevanten Information für die Person (10) .7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the determined posture data are analyzed in the data processing unit (20) for the subsequent derivation of parameters that are compared with data in the expert database (22) to create at least one posture-relevant information for the person (10).
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf eine Information erfolgende Haltungsreaktion als Kriterium zur Personenbeurteilung und zur Erstellung einer angepassten Informationserstellung herangezogen wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a posture response to information is used as a criterion for personal assessment and for creating an adapted information creation.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit mindestens einer zur Haltungserkennung dienenden Aufnahmeeinheit , dadurch gekennzeichnet, dass eine eine Expertendatenbank (22) aufweisende und zur Haltungsdatenauswertung (20) dienende elektronische Datenverarbeitungseinheit vorgesehen ist, die mit den Sensoreinrichtungen und/oder der Aufnahmeeinheit (14,16,18,28) und mit einer zur Übermittlung mindestens einer haltungsrelevanten Information an die Person (10) dienenden Informationsausgabeeinheit (24,26) wirkverbunden ist.9. Device for carrying out the method according to one of claims 1 to 8, with at least one recording unit serving for posture detection, characterized in that an expert database (22) and posture data evaluation (20) is provided electronic data processing unit is provided with the sensor devices and / or the recording unit (14, 16, 18, 28) and is operatively connected to an information output unit (24, 26) serving to transmit at least one posture-relevant information to the person (10).
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn- zeichnet, dass zusätzlich eine akustische Aufnahme- einheit (28) vorgesehen ist, die mit der Datenverarbeitungseinheit (20) zur Klangdatenauswertung wirkverbunden ist.10. The device according to claim 9, characterized in that in addition an acoustic recording Unit (28) is provided, which is operatively connected to the data processing unit (20) for sound data evaluation.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheit11. The device according to one of claims 9 or 10, characterized in that the receiving unit
(14,16,18,28) mindestens einen Sensor (16,18) aufweist zur Erfassung von haltungsrelevanten Daten.(14, 16, 18, 28) has at least one sensor (16, 18) for recording posture-relevant data.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16,18) als Drucksensor (16) oder als Beschleunigungssensor (18) ausgebildet ist.12. Device according to one of claims 9 to 11, characterized in that the sensor (16, 18) is designed as a pressure sensor (16) or as an acceleration sensor (18).
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheit (14,16,18,28) mindestens eine Videokamera (14) auf- weist.13. Device according to one of claims 9 to 12, characterized in that the recording unit (14, 16, 18, 28) has at least one video camera (14).
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein optisches Markierungselement (30) zur Befestigung an der Person (10) vorgesehen ist.14. Device according to one of claims 9 to 13, characterized in that at least one optical marking element (30) is provided for attachment to the person (10).
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationsausgabeeinheit (24,26) als Sender für optische und/oder akustische und/oder taktile Signale ausgebildet ist.15. Device according to one of claims 9 to 14, characterized in that the information output unit (24, 26) is designed as a transmitter for optical and / or acoustic and / or tactile signals.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die akustischen Signale Sprachsignale sind. 16. The device according to one of claims 9 to 15, characterized in that the acoustic signals are speech signals.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (20) ein Datenübertragungssystem (32) und/oder ein Dateneingabesystem (34) aufweist.17. Device according to one of claims 9 to 16, characterized in that the data processing unit (20) has a data transmission system (32) and / or a data input system (34).
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie als kompakte und mobile Baugruppe ausgebildet ist. 18. Device according to one of claims 9 to 17, characterized in that it is designed as a compact and mobile assembly.
EP02750954A 2001-05-18 2002-05-18 Method and device for controlling the posture or movement of a person Withdrawn EP1395968A2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10124242A DE10124242A1 (en) 2001-05-18 2001-05-18 Equipment and method for checking persons deportment when exercising against expert data stored in data processing unit
DE10124242 2001-05-18
PCT/EP2002/005525 WO2002095714A2 (en) 2001-05-18 2002-05-18 Method and device for controlling the posture or movement of a person

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1395968A2 true EP1395968A2 (en) 2004-03-10

Family

ID=7685263

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP02750954A Withdrawn EP1395968A2 (en) 2001-05-18 2002-05-18 Method and device for controlling the posture or movement of a person

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP1395968A2 (en)
AU (1) AU2002338767A1 (en)
DE (1) DE10124242A1 (en)
WO (1) WO2002095714A2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104524755A (en) * 2010-12-20 2015-04-22 精工爱普生株式会社 Swing analyzing apparatus

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060154220A1 (en) * 2002-07-12 2006-07-13 Mary Toniolo Dance training device
JP4690890B2 (en) * 2003-05-22 2011-06-01 国立大学法人 東京大学 Apparatus and method for applying skin sensory stimulation
DE10345063A1 (en) * 2003-09-26 2005-04-28 Abb Patent Gmbh Motion detecting switch, switches consumer directly or via transmitter if sufficient similarity is found between actual movement and stored movement sequences
WO2005120346A1 (en) * 2004-06-03 2005-12-22 Littel Stephanie System and method for ergonomic tracking for individual physical exertion
DE102005022005B4 (en) * 2005-05-09 2014-10-30 Anna Gutmann Method and device for facilitating the movement control of body parts
JP5118038B2 (en) * 2005-08-19 2013-01-16 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ System and method for analyzing user movement
US8611587B2 (en) 2006-03-27 2013-12-17 Eyecue Vision Technologies Ltd. Device, system and method for determining compliance with an instruction by a figure in an image
US7515734B2 (en) * 2006-03-27 2009-04-07 Eyecue Vision Technologies Ltd. Device, system and method for determining compliance with a positioning instruction by a figure in an image
WO2008129442A1 (en) * 2007-04-20 2008-10-30 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh System and method of assessing a movement pattern
FR2917224B1 (en) * 2007-06-05 2010-03-12 Team Lagardere METHOD AND SYSTEM FOR AIDING THE TRAINING OF HIGH-LEVEL SPORTS, IN PARTICULAR PROFESSIONAL TENNISMEN.
DE102008004298B3 (en) * 2008-01-15 2009-09-03 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Dance steps performance quality improving method for dancer, involves comparing detected temporal characteristic of acceleration and turning rate of body part with given target characteristic of acceleration and turning rate of body part
EP2262573A4 (en) * 2008-04-03 2013-11-27 Korea Electronics Telecomm Training apparatus and method based on motion content
DE102010060592A1 (en) * 2010-11-16 2012-05-16 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Training system, mobile terminal and training method for one person
EP2508127B1 (en) * 2011-04-06 2017-01-18 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Method and system for posture evaluation
ES2405033B1 (en) * 2011-11-16 2014-07-18 Telefónica, S.A. Method and system for calculating the correction of a physical exercise
DE202012005018U1 (en) * 2012-05-22 2012-07-23 Lutz Redeker Posture monitoring, correction and conditioning device
DE102015209607A1 (en) 2014-05-23 2015-11-26 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method for detecting a movement step and for determining the movement and / or movement speed of a legged body, in particular a pedestrian
US11521326B2 (en) 2018-05-23 2022-12-06 Prove Labs, Inc. Systems and methods for monitoring and evaluating body movement
CN109887380A (en) * 2019-03-04 2019-06-14 郑州大学体育学院 A kind of intelligence sports dancing step learning device
CN109949625B (en) * 2019-04-09 2021-10-15 义乌市万博创意设计有限公司 Can contrast trainer of chinese and western aerobics exercises difference
CN114259720B (en) * 2020-09-15 2022-10-18 荣耀终端有限公司 Action recognition method and device, terminal equipment and motion monitoring system
EP4325466A1 (en) * 2022-08-18 2024-02-21 Benecke-Kaliko AG Capturing a performance dataset of a sports movement

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5052406A (en) * 1982-08-16 1991-10-01 Neurocom International, Inc. Apparatus and method for movement coordination analysis
EP0275665B1 (en) * 1986-12-18 1993-03-17 Michael Anthony Smithard Improvements in and relating to educational devices
DE4039648A1 (en) * 1990-12-12 1992-07-16 Rolf Wendler Measurement value processing system for biological object - mathematically evaluates and compares with given measurement value structures
DE29720110U1 (en) * 1997-11-13 1998-01-02 Wittenbecher Rainer Dr Ing Training device
DE19839638C2 (en) * 1998-08-31 2000-06-21 Siemens Ag System for enabling self-control of the body movement sequences to be carried out by the moving person
DE19846982C2 (en) * 1998-10-12 2001-05-17 Siemens Ag Method and system for monitoring a user's posture on exercise equipment
DE19918008A1 (en) * 1999-04-21 2000-10-26 Claussen Claus Frenz Method to determine neck movement pattern of subject; involves placing markers on head, neck and shoulders and storing locus curve of each marker in 3D space as function of time
DE19948942C1 (en) * 1999-10-11 2001-05-17 Uwe Koetting Posture monitoring device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO02095714A2 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104524755A (en) * 2010-12-20 2015-04-22 精工爱普生株式会社 Swing analyzing apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
DE10124242A1 (en) 2002-11-28
WO2002095714A2 (en) 2002-11-28
WO2002095714A3 (en) 2003-09-12
AU2002338767A1 (en) 2002-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2002095714A2 (en) Method and device for controlling the posture or movement of a person
DE60017228T2 (en) Method for identifying a trainee
DE60129972T2 (en) SYSTEM FOR EVALUATING AND MODIFYING THE PHYSIOLOGICAL CONDITION OF AN INDIVIDUAL
DE60123693T2 (en) Determination of stress level in fitness exercise
DE102012101152C5 (en) System and method for automatically controlling the correct performance of a fitness exercise
DE69736622T2 (en) Motion detection system
DE202018006818U1 (en) System for optimized joint monitoring in physiotherapy
DE60111677T2 (en) Robot and action-oriented method for robots
DE60101434T2 (en) electrode structure
DE60128746T2 (en) Method and device for measuring physiological parameters
DE102015121763A1 (en) Device for neurovascular stimulation
EP0959956B1 (en) Patient monitoring system
DE102020129804A1 (en) INTELLIGENT FITNESS STUDIO
EP2916724A1 (en) Method and device for determining vital parameters
CN109102859A (en) A kind of motion control method and system
DE112015003928T5 (en) Confirmation information measuring device, game control program, operation information measurement program
WO2010112007A2 (en) Capturing motions with feedback
DE102007038392A1 (en) Apparatus and method for predicting a loss of control of a muscle
EP3755226A1 (en) System and method for recognising and measuring affective states
DE102020210676A1 (en) CLOSED-LOOP COMPUTER-BRAIN INTERFACE DEVICE
DE102019120655A1 (en) Method and system for generating individual training sequences in a simulation environment, in particular for sports and rehabilitation purposes
EP1378851A1 (en) Method and system for choosing a training program as part of a therapy plan
EP3819908A1 (en) Method for the detection, analysis and optimization of movements in the sports field and rehabilitation field
EP1304073B1 (en) Biofeedback method and device, as well as a method for producing and presenting data
DE102020100366A1 (en) Procedure for 3D motion analysis and instant feedback for training exercises

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL LT LV MK RO SI

17P Request for examination filed

Effective date: 20040312

17Q First examination report despatched

Effective date: 20080304

APBK Appeal reference recorded

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNREFNE

APBN Date of receipt of notice of appeal recorded

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNNOA2E

APBR Date of receipt of statement of grounds of appeal recorded

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNNOA3E

APAF Appeal reference modified

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSCREFNE

APBT Appeal procedure closed

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNNOA9E

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20141202