EP1863579A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung von wiederkehrenden bewegungen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur steuerung von wiederkehrenden bewegungen

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Publication number
EP1863579A1
EP1863579A1 EP05791955A EP05791955A EP1863579A1 EP 1863579 A1 EP1863579 A1 EP 1863579A1 EP 05791955 A EP05791955 A EP 05791955A EP 05791955 A EP05791955 A EP 05791955A EP 1863579 A1 EP1863579 A1 EP 1863579A1
Authority
EP
European Patent Office
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movement
frequency
amplitude
speed
control unit
Prior art date
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Ceased
Application number
EP05791955A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Georg Korfmacher
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Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP1863579A1 publication Critical patent/EP1863579A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B22/00—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B24/00—Electric or electronic controls for exercising apparatus of preceding groups; Controlling or monitoring of exercises, sportive games, training or athletic performances
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2208/00—Characteristics or parameters related to the user or player
    • A63B2208/12—Characteristics or parameters related to the user or player specially adapted for children

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling recurrent movement patterns, in particular in cyclic or alternating movements with the amplitude and frequency parameters of the movement and a device for its implementation.
  • Such methods are known in exercise machines in the form of bicycle or rowboat-like devices (ergometers), in which the test person moves against a resistance and e.g. depending on his pulse.
  • the pulse is a relatively irregular variable and depends on the overall constitution of the subject.
  • he is in need of explanation and is often misinterpreted or assessed by the subject. This can lead to incorrect stress on the circulation or to contraindicated results. In particular, during continuous stress while unwanted side effects or even damage may occur.
  • the known methods and devices include, in particular, pulse measurement, power measurement, cadence measurement, speed data and time measurement as exercise specifications. These measurements must be correlated and compared with complex medical equations that largely elude the subject's understanding and thus lead to errors.
  • these known devices address substantially only the musculature of movement, which respond to more than 40% of the maximum, arbitrary muscle power, while at a much lower loads responsive support muscles can not be trained with them.
  • the devices known today such as e.g.
  • Rowing ergometer a relatively high and complex mechanical effort, comprising a flywheel for storing the energy between two strokes (simulation of the moment of inertia of the boat), connected to the flywheel via a chain, belt or cable engaging element (simulation of the belt), a Damping mechanism on the flywheel (simulation of the friction between the water and the hull) and a return mechanism (simulation of the starting situation). It is therefore a matter of numerous simulations, which are inevitably subject to errors individually or in their overall combination.
  • the object of the invention is to propose a method and a device in which the expenditure on equipment of the known devices is avoided, so that the methodology and feasibility are substantially facilitated.
  • the subject should be made understandable by a minimum of parameters, what and how he trains. Especially in long-term exercises should not proceed according to the pulse rate, any simulations or against resistance, but according to the optimal energy yield of the body's forces, to whose control only a single, objective parameter is necessary.
  • the invention proposes that the parameters (A, F) be related to the mean velocity (V) of a body actually or fictively moved by the movement.
  • a device In a device according to the invention, three variables are important in this context, namely the amplitude of a movement, the frequency of the movement and the desired real or even fictitious movement speed of the body moved by the movement.
  • the amplitude is determined here, for example, by the total diameter of a pedal crank, the frequency by the number of revolutions of the pedal crank per second and the desired speed in km / h in example based on walking, trotting, running, race of a subject. It is now necessary to bring these parameters into an optimal context in the sense of optimal use of the body's own energy for the subject.
  • the model for this optimal connection is nature with the flight of migratory birds. These have to overcome long distances without overloading the body's energy (energy).
  • the device provided for solving the above-mentioned object for carrying out the method according to the invention is based on a device for
  • the inventive device therefore works much more accurate and is less susceptible to interference.
  • the device according to the invention is particularly suitable for children, the elderly, ill and those people who can not or only insufficiently control their musculoskeletal system. Due to the simplicity of its construction, it can even be operated by bedridden patients in a lying position.
  • V e.g. Movement patterns are given from slow walking to fast running, without overstraining the patient's energy. Since the device according to the invention has no masses to be moved, it is also applicable in weightlessness, e.g. for the controlled training of astronauts.
  • the method according to the invention and the device can be used for determining the optimum energy yield of a subject over a longer period of time.
  • the subject can then make further and known optimizations.
  • This applies according to the invention e.g. for a long-distance athlete.
  • the average speed required to reach a certain power / distance is easy to determine.
  • Pulse measurements can serve as a control, especially in the context of rehabilitation to avoid over-stressing the cardiovascular system.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the inventive device for a rotary movement.
  • Fig. 2 shows an embodiment of the inventive device for a reciprocating motion.
  • a device comprises e.g. a base frame 1 on which a
  • Bearing 2 is arranged. At this bearing block 2, a crank 5 is rotatably supported by means of a bearing 3. It can be a pedal pair but also a two-armed
  • pedals or handles 4 are pivoted. These pedals or handles can be provided in a conventional manner with loops.
  • the device Via a suitable cable connection 6 the device is connected to a control unit 7 via which e.g. the speed of the crank is transmitted to the control unit 7.
  • a freely selectable speed V and e.g. the amplitude A of the crank 5 is entered.
  • the arms of the crank 5 are adjustable in their length.
  • the control unit 7 includes a timing device T and a display 8 for the optimal operation of the device according to the invention.
  • control unit 7 may be connected to a monitor 9 on which recordings can be made visible or also stored and printed out.
  • a subject is e.g. on the base frame 1 and operates the crank 5 via the pedals 4 with his feet.
  • the device may also be in the form of a bicycle.
  • a desired traveling speed e.g. Go, run, race entered with the dimension km / h.
  • the set diameter of the crank 5 in the dimension meters (m) is entered.
  • a calculator now determines according to the Strouhal equation and with the Strouhal number 0.3 the resulting frequency F for the revolutions on the crank 5.
  • the subject can now follow in his pedaling on the display 8 that and whether he is in the optimal frequency range or remains.
  • the time for the exercise can be set in T. It is independent of the work in the computer.
  • a log can be recorded by means of the monitor 9, e.g. represents the frequency over time.
  • FIG. 2 shows another embodiment of the device according to the invention for rectilinear, alternating movements.
  • a crank disk 10 is rotatably mounted, which cooperates with a push rod 11, 12.
  • the Kurberlstange 11 is articulated with its circular end to the crank disk 10 and along a link 13 adjustable. This sets the amplitude A of the movement.
  • the push rod 12 is mounted here in a suitable manner in a bearing housing 14 and has at its operating end, for example, a handle 15.
  • the device is connected to a control unit 7, at which the described settings can be made.
  • the device can be extremely easy to build.
  • the device according to the invention is particularly suitable for exercises over a longer period of time and for "normal" training of the musculoskeletal system. It deliberately does not focus on movements under external loads, so that incorrect use is largely excluded when they are used. By reducing it to one of three objective but variable parameters to control movement over a period of time, the subject will not be misinterpreted. On the display 8 he sees directly and precisely whether he is in the optimal or sub-optimal range of the calculated value.
  • the device can also be used in weightless space.
  • the inventive device is primarily concerned with the optimal use of the body's own energy in the execution of a controlled, predetermined movement over a long time. As a result, undesirable developments, such as excessive muscle formation or joint wear, are avoided. Since it is a largely natural movement, the handling of the device is not perceived as an unpleasant burden.
  • the only parameter that can be arbitrarily set by the subject is time.
  • a healthy subject will set a desired value here.
  • a doctor or Thrapeut will make a medically indicated timeline.
  • a subject will definitely stop the movement if he thinks he has "walked away” enough, or if he is simply too weak, since there are no forced movements in the device according to the invention that the test person regards as "normal” unnaturally or overly bothersome, he feels through the movement control also not overused.
  • the method according to the invention and the device for carrying it out are not slavishly bound to the optimal factor of 0.3. If, for a specific case or circumstance, another value were to make sense for this factor, this value can of course be used without departing from the scope of the invention to leave. Also other mechanical Mttel are conceivable to implement a movement pattern with the parameters of the amplitude and frequency.
  • the amplitude and frequency are predetermined and then, after calculating the speed as the control value to be maintained, the value 0.3 appears on the display 8 as a green area.
  • This is e.g. Also applicable to a trolley, in which the operation of the lever arm is controlled and controlled similar to a rudder mechanism.
  • a force-time diagram is determined and then displayed on the monitor 9 or can be printed to record the work / performance performed by the movement of the subject.

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Abstract

Verfahren zur Steuerung von wiederkehrenden Bewegungsmustern, insbesondere bei zyklischen oder alterniereden Bewegungen mit den Parametern der Amplitude und Frequenz der Bewegung, bei dem man diese Parameter in Beziehung zu einer mittleren Geschwindigkeit eines durch die Bewegung real oder fiktiv fortbewegten Körpers setzt, sowie Vorrichtung zu seiner Durchführung.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung von wiederkehrenden Bewegungen
Die voliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von wiederkehrenden Bewegungsmustern, insbesondere bei zyklischen oder alternierenden Bewegungen mit den Parametern der Amplitude und Frequenz der Bewegung sowie eine Vorrichtung zu seiner Durchführung.
Solche Verfahren sind bei Trainingsgeräten in Form von fahrrad- oder ruderbootartigen Vorrichtungen bekannt (Ergometer), bei denen der Proband Bewegungen gegen einen Widerstand und z.B. in Abhängigkeit von seinem Puls machen muss. Der Puls ist jedoch eine relativ unregelmässige Grosse und hängt von der Gesamtkonstitution des Probanden ab. Ferner ist er erklärungsbedürftig und wird vom Probanden oft falsch interpretiert oder eingeschätzt. Das kann zu Falschbelastungen des Kreislaufes führen bzw. zu kontraindizierten Ergebnissen. Insbesondere bei Dauerbelastung können dabei unerwünschte Nebenwirkungen oder gar Schäden auftreten.
Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen umfassen insbesondere Pulsmessung, Leistungsmessung, Trittfrequenzmessung, Geschwindigkeitsdaten und Zeitmessung als Übungsvorgaben. Diese Messungen müssen durch komplexe medizinische Gleichungen in Beziehung gesetzt und abgeglichen werden, die sich dem Verständnis des betroffenen Probanden weitgehend entziehen und somit zu Fehlern verleiten. Darüberhinaus sprechen diese bekannten Vorrichtungen im wesentlichen nur die Bewegungsmuskulatur an, die bei mehr als 40 % der maximalen, willkürlichen Muskelkraft reagieren, während die bei wesentlich geringeren Belastungen ansprechende Stützmuskulatur mit ihnen nicht trainiert werden kann. Ausserdem bedingen die heute bekannten Vorrichtungen, wie z.B. Ruder-Ergometer, einen relativ hohen und komplexen mechanischen Aufwand, umfassend ein Schwungrad zur Speicherung der Energie zwischen zwei Schlägen (Simulation des Trägheitsmomentes des Bootes), ein mit dem Schwungrad über eine Kette, Riemen oder Kabel verbundenes Anfasselement (Simulation des Riemens), einen Dämpfungsmechanismus an dem Schwungrad (Simulation der Reibung zwischen dem Wasser und dem Rumpf) sowie einen Rückholmechanismus (Simulation der Startsituation). Es handelt sich also um zahlreiche Simulationen, die zwangsweise einzeln oder in ihrer Gesamkombination mit Fehlern behaftet sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, bei denen der apparative Aufwand der bekannten Geräte vermieden wird, so dass die Methodik und Durchführbarkeit wesentlich erleichtert werden. Dem Probanden soll durch ein Minimum von Parametern verständlich gemacht werden, was und wie er trainiert. Insbesondere bei Langzeitübungen soll nicht nach der Pulszahl, irgendwelchen Simulationen oder gegen Widerstand, sondern nach der optimalen Energieausbeute der körpereigenen Kräfte vorgegangen werden, zu deren Konrolle nur ein einziger, objektiver Parameter notwenig ist.
Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung bei Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art vor, dass man die Parameter (A, F) in Beziehung zu der mittleren Geschwindigkeit (V) eines durch die Bewegung real oder fiktiv fortbewegten Körpers setzt.
Bei einer erfindungsgemässen Vorrichtung sind in diesem Zsammenhang drei Grossen von Bedeutung, nämlich die Amplitude einer Bewegung, die Frequenz der Bewegung und die gewünschte echte oder auch fiktive Fortbewegungsgeschwindigkeit des durch die Bewegung fortbewegten Körpers. Die Amplitude ist hier z.B. durch den Gesamtdurchmesser einer Pedalkurbel bestimmt, die Frequenz durch die Anzahl der Umdrehungen der Pedalkurbel pro Sekunde und die gewünschte Geschwindigkeit in km/h in z.B. Anlehnung an Gehen, Traben, Laufen, Rennen eines Probanden. Es gilt nun, diese Parameter in einen optimalen Zusammenhang im Sinne einer für den Probanden optimalen Nutzung seiner körpereigenen Energie zu bringen. Vorbild für diesen optimalen Zusammenhang ist die Natur mit dem Flug von Zugvögeln. Diese müssen lange Distanzen ohne Überbelastung der körpereigenen Kräfte (Energie) überwinden. Andererseits erreichen sie ihr Ziel dann nicht, wenn sie ihre Energie nicht optimal ausnutzen. Aus der Physik ist im Bereich der Strömungsmechanik eine Gleichung bekannt, welche die oben genannten Parameter in ein optimales Verhältnis setzt, die sog. Strouhal-Gleichung/Zahl, die wie folgt definiert ist: St = A x F / V. Dabei ist A die Amplitude und F die Frequenz der Bewegung und V die mittlere Geschwindigkeit des durch die Bewegung fortbewegten Körpers oder Mediums. Diese Gleichung gilt gleichermassen für zyklische wie für oszillierende Bewegungsmuster. Sie ist unabhängig von der zu bewegenden Masse und äusseren Widerständen. Sie beschreibt ein reines Bewegungsmuster in Verbindung mit einer Geschwindigkeit bzw. einem Potential.
Daher ist in vorteilhafter Ausführung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäss der Erfindung vorgesehen, dass man die Beziehung zwischen der Amplidute, Frequenz und
Geschwindigkeit nach der Gleichung X = A x F / V einstellt. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Wert X = 0,3.
Die Wissenschaft hat bestätigt, dass die dimensionslose Strouhal-Zahl St für optimale Energieausbeute für Fische und Vögel zwischen 0,2 und 0,4 liegt. Dies gilt für Sardinen ebenso wie für Wale, für Fledermäuse ebenso wie für Schwalben oder Gänse. Es' scheint sich um ein evolutionäres Optimum zu handeln, welches universumweit gilt. Dimensionslose Zahlen sind in der Biomechanik wichtig, weil sie duch ihre Konstanz auf dynamische Ähnlichkeiten trotz möglicher Unterschiede der Medien oder Grosse hinweisen können. Die zur Lösung der oben gestellten Aufgabe vorgesehene Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur
Durchführung einer zyklischen oder alterniernden Bewegung und schlägt dabei vor, dass sie Mittel zur Einstellung der Amplitude, der Frequenz und der gewünschten mittleren Fortbewegungsgeschwindigkeit des durch die Bewegung real oder fiktiv fortbewegten Körpers aufweist. Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung und dem damit realisierbaren Verfahren kann man nun V in Anlehnung an die Zielvorstellung Gehen, Laufen oder Rennen einstellen, Gehen z.B. mit 6 km/h, St ist z.B. mit 0,3 vorgegeben. Es gilt nun, A und F so abzustimmen, dass die Strouhal-Gleichung StxV = AxF mit St = 0,3 erfüllt wird. Nimmt man für die Amplitude einen (fixen) Durchmesser der Pedalkurbel die von z.B. 0,3 m an, so errechnet sich die Frequenz mit 1 ,67 Hz, um die optimale Nutzung der körpereigenen Energie zu erreichen.
Stellt man sich bei dieser Einstellung vor, dass der Proband Vi Stunde lang bei optimaler körperlicher Auslastung gehen soll, gilt es, die Frequenz der Tretbewegung bei 1,67 Hz unter Konrolle zu halten. Massgebend ist also eine einzige, objektive Grosse, - in diesem Fall die Frequenz -, die sich dem Ermessen oder der Willkür vollkommen entzieht und nicht mit Simulationsfehlern behaftet ist.
Andererseits ist es gemäss der Erfindung ebenso möglich, den Probanden ohne übermässige Belastung an ein Bewegungsmuster mit optimaler Energieausbeute heranzuführen. Ein geschwächter Patient wird nicht auf Anhieb eine für ihn ermittelte Frequenz über längere Zeit halten können oder gar erreichen. Erst durch wiederholte Übungen wird er langsam und behutsam an seine optimale Leistung herangeführt. Es wird also eine objektive Vorgabe gemacht, die unabhängig vom jeweiligen Zustand des Patienten ist.
Nach einer solchen Belastung können in an sich bekannter Weise Belastungsübungen, Energiebilanz, Puls und sonstige medizinische Kenngrössen bestimmt werden, um auf die Konstitution des Probanden zu schliessen. Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung entfallen insbesondere
Energiespeichermassen und der damit verbundene apparative Aufwand, ebenso wie komplexe Steuerungen, die in den bekannten Vorrichtungen vohandene Energien und Verluste mit medizinischen Kenngrössen in Verbindung bringen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung arbeitet daher wesentlich genauer und ist weniger störanfällig.
Durch das Fehlen von zu bewegenden Massen ist die erfindungsgemässe Vorrichtung insbesondere für Kinder, ältere, kranke und solche Menschen geeignet, die ihren Bewegungsapparat nicht oder nur unzureichend kontrollieren können. Durch die Einfachheit ihres Aufbaues kann sie sogar von bettlägerigen Patienten in liegender Stellung betätigt werden. Durch den Wert V können z.B. Bewegungsmuster vom langsamen Gehen bis zum schnellen Laufen vorgegeben werden, ohne den Patienten energiemässig zu überfordern. Da die erfindungsgemässe Vorrichtung keine zu bewegenden Massen hat, ist sie auch in der Schwerelosigkeit anwendbar, so z.B. für das kontrollierte Training von Astronauten.
Darüberhinaus ist es mit der erfindungsgemässen Vorrichtung auch möglich, den Probanden bei optimaler Ausbeute der körpereigenen Energie an die Grenzen seiner
Belastbarkeit heranzuführen. So kann das erfindungsgemässe Verfahren und die Vorrichtung zu sener Durchführung zur Bestimmung der optimalen Energieausbeute eines Probanden über eine längere Zeit dienen. Mit dieser Kenntnis kann dann der Proband weitere und an sich bekannte Optimierungen vornehmen. Dies gilt gemäss der Erfindung z.B. für einen Langstreckensportler. Die zur Erreichung einer bestimmten Leistung/Strecke notwendige durchschnittliche Geschwindigkeit ist einfach zu ermitteln. Er wird nun mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäss der Erfindung zunächst mit dem Ziel trainieren, die für diese Geschwindigkeit optimale Frequenz oder Schrittlänge bei optimaler Energieausbeute zu erreichen. Von dieser Kenntnis ausgehend wird er dann mit den bereits bekannten Verfahren und Mitteln für Spezialbelastungen bei der Startphase, für Zwischenspurts und den Endspurt trainieren.
Anders ist es bei einem Patienten, der z.B. nach einem Unfall wieder an sein Leistungsoptimum herangeführt werden soll. Die Zielvorgabeen wären hier z.B. wieder Gehen, Traben, Rennen etc. sowie die optimale Strouhal-Zahl von 0,3. Bei bestehender Amplitude der Bewegung, z.B. Fahrrad oder Ruder- Vorrichtung, kann man den Patienten progressv an die optimale Frequenz heranführen. Pulsmessungen können dabei zur Kontrolle dienen, um insbesondere im Rahmen einer Rehabilitation keine Überbe-anspruchung des Herz- Kreislaufsystems zu riskieren. Der Puls wird jedoch hier nicht als Vorgabe benutzt, sondern eben nur als Kontrollmassnahme. Bei der St = 0,3 und einer für den Patienten machbaen Einstellung von A und F wird sich der optimale Puls mit der Zeit soz. von selbst einstellen.
Ebenso kann man sich eine übergewichtige Person vorstellen, die auf Anhieb nicht in der Lage ist, die bei vorge-gebener Bewegungsamplitude notwendige Schrittzahl (Frequenz) über längere Zeit zu erreichen oder zu halten. Es ist zwar sehr wohl möglich, diesem Probanden durch bereits bekannte Massnahmen zum schnellen und gezielten Gewichtsverlust zu verhelfen, das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt dann die Feststellung der Belastbarkeit über eine längere Zeit nach rein objektiven, reproduzierbaren und verifizierbaren Kriterien. Ebenso ist es gemäss der Erfindung möglich, Amplitude und Frequenz entsprechend den gegebenen Umständen und Möglichkeiten des Probanden einzustellen und mit St = 0,3 die mittlere Geschwindigkeit zu berechnen. In diesem Fall ist S1 = 0,3 direkt der einzige Parameter, mit dem die Bewegung gesteuert bzw. kontrolliert wird. Dadurch ist es mit dem erfindungsgemässen Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung auch möglich, gezielt die Stützmuskulatur zu trainieren, die bei nur 20 bis 30 % der maximalen, willkürlichen Muskelkraft anspricht. Durch das Konstanthalten und die objektive Kontrolle bei St=0,3 kann gemäss der Erfindung auch vermieden werden, dass durch eine unbewusste oder unkontrollierte Belastung oder Bewegung grossere Muskelkräfte ins Spiel kommen (> 40 % der maximalen, willkürlichen Muskelkraft), die dann ungewollt die Bewegungsmuskulatur ansprechen und die Stützmuskulatur ausschalten würden.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den heiligenden Zeichnungen. In diesen Zeichnungen sind:
Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung für eine Drehbewegung;
Fig. 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung für eine hin- und hergehende Bewegung.
Eine Vorrichtung gemäss der Erfindung umfasst z.B. einen Grundrahmen 1, auf dem ein
Lagerbock 2 angeordnet ist. An diesem Lagerbock 2 ist mittels eines Lagers 3 eine Kurbel 5 drehbar gelagert. Dabei kann es sich um ein Pedalpaar handeln aber auch um eine doppelarmige
Handkurbel. An den Enden der Kurbelarme sind Pedale oder Handgriffe 4 drehbar angelenkt. Diese Pedale oder Handgriffe können in an sich bekannter Weise mit Schlaufen versehen sein.
Über eine geeignete Kabelverbindung 6 ist die Vorrichtung mit einer Steuereinheit 7 verbunden, über die z.B. die Drehzahl der Kurbel an die Steuereinheit 7 übertragen wird. In diese Stuereinheit werden eine frei wählbare Geschwindigkeit V und z.B. die Amplitude A der Kurbel 5 eingegeben. Bei dieser Ausfuhrungsform sind die Arme der Kurbel 5 in ihrer Länge einstellbar. Ferner beinhaltet die Steuereinhaiet 7 eine Zeitmessvorrichtung T sowie eine Anzeige 8 für die optimale Arbeitsweise der Vorrichtung gemäss der Erfindung.
Darüber hinaus kann die Steuereinheit 7 mit einem Monitor 9 verbunden sein, an dem Aufzeichnungen sichtbar gemacht oder auch gespeichert und ausgedruckt werden können.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung ist wie folgt: Ein Proband liegt z.B. auf dem Grundrahmen 1 und betätigt die Kurbel 5 über die Pedale 4 mit seinen Füssen. Die Vorrichtung kann auch die Form eines Fahrrades aufweisen. An der Steuereinheit 7 wird in V eine gwünschte Fortbewegungsgeschwindigkeit, wie z.B. Gehen, Laufen, Rennen mit der Dimension km/h eingegeben. In A wird dann der eingestellte Durchmesser der Kurbel 5 in der Dimension Meter (m) eingegeben. Ein Rechner ermittelt nun entsprechend der Strouhal- Gleichung und mit der Strouhal-Zahl 0,3 die resultierende Frequenz F für die Umdrehungen an der Kurbel 5. An der Anzeige 8 wird z.B. an einer Farbskala, umfassend einen optimalen, grünen Zentralbereich und Bereiche zur Anzeige der Abweichungen nach oben und unten, die jeweilige Frequenz der Kurbel 5 sichtbar gemacht.
Der Proband kann nun bei seinen Tretbewegungen an der Anzeige 8 verfolgen, dass und ob er im optimalen Frequenzbereich ist bzw. bleibt. Die Zeit für die Übung kann in T eingestellt werden. Sie ist unabhängig von der Arbeit im Rechner. Für spätere Auswertungszwecke kann mittels des Monitors 9 ein Protokoll aufgezeichnet werden, das z.B. die Frequenz über die Zeit darstellt.
Bei fixer Kurbel 5 und somit fester Amplitude A kann entsprechend der Strouhal- Gleichung an der Steuereinhaeit 7 selbstverständlich auch V variiert werden, um die optimale Frequenz zu ermitteln. Ebenso kann die Frequenz F vorgegeben und die Amplitude variiert werden. In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung für geradlinige, alternierende Bewegungen gezeigt. Am Lagerbock 2 nach Fig. 1 ist hier eine Kurbelscheibe 10 drehbar gelagert, die mit einem Schubgestänge 11, 12 zusammenwirkt. Die Kurberlstange 11 ist dabei mit ihrem kreisenden Ende an der Kurbelscheibe 10 angelenkt und entlang einer Kulisse 13 verstellbar. Dadurch wird die Amplitude A der Bewegung eingestellt. Die Schubstange 12 ist hier in geeigneter Weise in einem Lagergehäuse 14 gelagert und weist an ihrem Betätigungsende z.B. einen Griff 15 auf. Wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben, ist die Vorrichtung mit einer Steuereinheit 7 verbunden, an der die beschriebenen Einstellungen getätigt werden können. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist es z.B. möglich, bei entsprechender Ausgestaltung das Bewegen von Finger-, Kopf- oder Fussbewegungen zu steuern und zu kontrollieren.
Da für die Arbeitsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung keinerlei Schwungmassen oder Reibungselemente mit dementsprechenden Mechaniken notwendig sind, kann die Vorrichtung extrem leicht gebaut werden. Sie wird nicht „belastet", sondern dient nur der Steuerung und Kontrolle von Bewegungen. Die Vorrichtung gemäss der Erfindung eignet sich besonders für Übungen über eine längere Zeit und zum „normalen" Training des Bewegungs- und Muskelapparates. Sie stellt bewusst nicht auf Bewegungen unter äusseren Belastungen ab, so dass bei ihrer Anwendung Fehlbelastungen weitgehend ausgeschlossen sind. Durch die Reduzierung auf einen von drei objektiven aber variierbaren Parametern zur Kontrolle der Bewegung über einen gewissen Zeitraum ist eine Fehlinterpretation durch den Probanden nicht möglich. An der Anzeige 8 sieht er direkt und genau, ob er sich im optimalen oder sub-optimalen Bereich des berechneten Wertes befindet.
Wegen der fehlenden Massen kann die erfinngsgemässe Vorrichtung auch im schwerelosen Raum zur Anwendung kommen. Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung geht es vorrangig um die optimale Nutzung der körpereigenen Energie bei der Ausführung einer kontrollierten, vorgegebenen Bewegung über eine längere Zeit. Dadurch werden Fehlentwicklungen, wie übermässige Muskelbildung oder Gelenkabnutzungen, vermieden. Da es sich also um einen weitgehend natürlichen Bewegungsablauf handelt, wird der Umgang mit der Vorrichtung auch nicht als unangenehme Belastung empfunden.
Der einzige vom Probanden willkürlich einstellbare Parameter ist die Zeit. Ein gesunder Proband wird hier einen gewünschten Wert einstellen. Bei einem kranken Menschen oder Rekonvaleszenten wird ein Arzt oder Thrapeut eine medizinisch indizierte Zeitvorgabe machen. Ein Proband wird auf jeden Fall dann die Bewegung beenden, wenn er meint, genügend „gegangen'Oder „gelaufen" zu sein, oder wenn er einfach zu schwach ist. Da es bei der erfindungsgemässen Vorrichtung auch keine erzwungenen Bewegungen gibt, die vom Probanden als unnatürlich oder übermässig belästigend empfunden werden, fühlt er sich durch die Bewegungskontrolle auch nicht überbeansprucht.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die dargestellten und beschriebenen Beispiele beschränkt. Sie umfasst vielmehr alle Ausfuhrungsformen, die den
Erfindungsgedanken verwirklichen. So sind das erfϊndungsgemässe Verfahren und die Vorrichtung zu seiner Durchführung nicht sklavisch an den optimalen Faktor 0,3 gebunden.Sollte für einen spezifischen Fall oder Umstand ein anderer Wert für diesen Faktor sinnvoll sein, kann selbstverständlich dieser Wert verwendet werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Auch sind andere mechanische Mttel denkbar, um ein Bewegungsmuster mit den Parametern der Amplitude und Frequenz umzusetzen.
So kann gemäss der Erfindung insbesondere jene Variante von Vorteil sein, bei der die Amplitude und Frequenz vorgegeben werden und dann nach Berechnung der Geschwindigkeit als einzuhaltender Kontrollwert der Wert 0,3 auf der Anzeige 8 als grüner Bereich erscheint. Das ist z.B. auch bei einer Draisine anwendbar, bei der die Betätigung des Hebelarmes ähnlich einem Rudermechanismus gesteuert und kontrolliert wird.
Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, ist es auch möglich, dass in der Steuereinheit ein Kraft-Zeit-Diagramm ermittelt und dann an dem Monitor 9 dargestellt bzw. ausgedruckt werden kann, um die durch die Bewegung des Probanden geleistete Arbeit/Leistung festzuhalten.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Steuerung von wiederkehrenden Bewegungsmustern, insbesondere bei zyklischen oder alternierenden Bewegungen mit den Parametern der Amplitude und Frequenz der Bewegung, dadurch gekennzeichnet, dass man diese Parameter (A, F) in Beziehung zu der mittleren Geschwindigkeit (V) eines durch die Bewegung real oder fiktiv fortbewegten Körpers setzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man die Beziehung zwischen den Parametern (A,F,V) entsprechend der Gleichung X = A x F / V einstellt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man den Wert X auf 0,3 einstellt.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend eine Einrichtung zur Durchführung einer zyklischen oder alternierenden Bewegung, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (5, 7) zur Einstellung der Amplitude (A), der Frequenz (F) und der gewünschten mittleren Fortbewegungsgeschwindigkeit (V) eines durch die Bewegung real oder fiktiv fortbewegten Körpers aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Einrichtung zur Durchführung einer zyklischen Bewegung einen Kurbeltrieb aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Kurbelarme (5; 11, 13) und somit die Amplitude (A) der Bewegung veränderbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass sei eine Steuereinheit (7) aufweist, an der die Amplitude (A) der Bewegung, die mittlere echte oder fiktive Fortbewegungsgeschwindigkeit (V) und die Frequenz (F) einstellbar sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (7) einen Rechner aufweist, der die Amplitude (A) der Bewegung entspechend der Frequenz (F) und der Geschwindigkeit (V) ermittelt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (7) einen Rechner aufweist, der die Frequenz (F) entsprechend der Amplitude (A) und der Geschwindigkeit (V) ermittelt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (7) einen Rechner aufweist, der die Geschwindigkeit (V) entsprechend der Amplitude (A) und der Frequenz (F) ermittelt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner Mittel zur Errechnung der jeweiligen Amplitude (A), Frequenz (F) und/oder Geschwindigkeit (V) unter Berücksichtigung der Strouhal-Gleichung aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strouhal-Zahl den Wert 0,3 hat.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner Mittel zur Darstellung eines Kraft-Zeit-Diagramms aufweist.
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