EP2086650B1 - Schlagpolster mit einer messeinrichtung zur erfassung und bewertung eines schlages - Google Patents
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- EP2086650B1 EP2086650B1 EP07815171A EP07815171A EP2086650B1 EP 2086650 B1 EP2086650 B1 EP 2086650B1 EP 07815171 A EP07815171 A EP 07815171A EP 07815171 A EP07815171 A EP 07815171A EP 2086650 B1 EP2086650 B1 EP 2086650B1
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Definitions
- the invention relates to a shock pad with a measuring device according to claim 1.
- the physical component i. physical parameters, e.g. the force
- the impact itself describes in principle the transfer of energy in this shock process.
- These are dynamic processes, as the person influences the impact immediately before, during and after the hit, for example through physical effort, influencing the contact times, etc.
- the person who holds influences the impact effect.
- the simultaneous consideration of force, time and distance or stroke depth is used to determine the so-called shock force, i. a very high power acting over a very short period of time.
- the object of the invention is therefore to provide a structurally simple and easy measuring device with which the impact can be measured and assessed. Furthermore, it is an object of the invention to design the measuring device constructively so that it can be used as hand-held durable hand-held device, which can be used especially in training for martial arts without risk of injury.
- the invention advantageously describes a portable hand-heid device which measures both the force and the acceleration, for example a shock, and also measures their value and determines therefrom the mass, speed, travel, momentum, transmitted energy and power. These are meaningful parameters for assessing the effect of a flapping motion. By measuring the value of both parameters, namely the force and the acceleration, the measuring device becomes independent of the mass and therefore suitable for hand-held purposes.
- sensors are placed directly in the device.
- a controller system takes over the remaining processing.
- the arrangement of the force and acceleration sensors directly in the shock pad itself allows an absolutely training everyday use without risk of injury. There are no preparations necessary to perform the measurements, this leads to a "plug and play" function.
- the manufacturing costs are very low compared to other devices.
- the aid as is customary in training, can be held by a training partner and does not have to be mounted on a support or a wall, which also considerably reduces the risk of injury.
- the number of directly measured parameters is higher with the force and the acceleration than in known devices, which determine only a single size and the system is thus more meaningful. Thus, primarily the force and the acceleration are detected. From this, a large number of additional parameters can be determined by physical relationships. In addition to the primary, in itself important parameters of force and acceleration, the speed, displacement, momentum, transmitted energy, power can be calculated. These parameters are essential for the evaluation of the impact and its effect, since these represent in training the actually to be optimized by the movement technique sizes.
- a time-dependent "pseudo-inertial mass” is assumed which reflects the effects of the true inertial mass, i. the system pad support arm and the additionally occurring resistance forces, i. the additional muscle forces of the support arm, united. This size can not be determined with other, one-dimensional measuring systems, as a result of which the abovementioned values can not be determined.
- This "pseudo-inertial mass” is re-determined at each time in accordance with the sampling rate, whereby upon application of the already mentioned physical relationships, e.g. the determination of the energy, the momentum, etc., can be made independent of the knowledge of the mass and the resistance forces.
- the advantageous arrangement of the sensors according to claim 2 ensures that the triggered by any hits forces or pulses are easy and easy to measure.
- the acceleration sensors can be arranged according to claims 8 to 10 in an advantageous manner on the measuring device or hit area. This makes it possible to evaluate or analyze the acceleration of a stroke or a shock in the best possible way, even if the hit does not occur every time on the same point of the hit area or is placed somewhat decentralized.
- the arrangement of the acceleration sensors according to these claims also ensures a high reproducibility of the measurement results.
- claims 11 to 14 describe advantageous arrangements and configurations of the force sensors. This makes it possible to measure the forces acting on the target area as reproducibly and well as possible and also to achieve high accuracy in relative independence of the position of the hit. In particular, by the features of claims 12 to 14, this can be achieved particularly advantageous.
- An alternatively designed target area which is used in particular with a hand Mitts with a handle, is designed according to claim 15.
- the features of claim 17 ensure a variety of evaluability of the results.
- a training device which comprises a measuring device according to the invention, with the active or passive impact or impact processes can be analyzed in different sports.
- the measuring device is thus versatile.
- FIG. 1 to 5 a so-called coaching Mitt is described in the Fig. 6 to 8 a so-called hand Mitt:
- a coaching Mitt is a training device called, which is used in particular for the training of martial arts techniques. Such a coaching Mitt is tightened like a glove or attached to the hand or forearm 5.
- Fig. 1 and Fig. 2 the attachment to a hand 5 is shown.
- the hand 5 is connected via a holder 3 on the forearm and a holder 4 on the palm with the Coaching Mitt 1.
- a hit area 2 is formed, which absorbs the expected impact or kick or acts on the blow or kick.
- Fig. 5 the application of Coaching Mitts 1 is shown.
- the impact vector thus passes through the holding body part, that is, for example, by the hand 5, the right person through.
- Such a coaching Mitt 1 is mainly used when it is necessary to be able to oppose the blows more resistance.
- the coaching mitt 1 is pressed in an arcuate path from its starting position to the right into an end position.
- a rotation axis or center of rotation acts, as in Fig. 5 depicted, the right person's elbow.
- This movement of Coaching Center 1 defines a movement plane. This plane of movement passes through the center of the hit area 2 in the starting position, through the center of the hit area 2 in the End position as well as through the center of rotation or the elbow. In Fig. 5 the movement plane is aligned perpendicular to the ground.
- Fig. 3 shows the Coaching Mitt 1 from the front, with the front protected by a dirt and moisture-repellent cover.
- Fig. 4 the coaching Mitt is shown with the cover removed, the arrangement of the sensors 6, 7 of the measuring device 1 being recognizable.
- There are three force sensors 6 are provided in this embodiment, which are designed as capacitive, inductive, piezo or FSR force sensors.
- the three force sensors 6 are arranged annularly around the center of the hit area 2 and cover almost the entire hit area 2 over the entire surface.
- two acceleration sensors 7 are arranged on the impact surface 2 on a vertical, in particular perpendicular, line in the estimated plane of motion of the coaching center 1 caused by the impact with respect to the axis of rotation or center of rotation, i. in this case the elbow, are arranged.
- the two acceleration sensors 7 are both at the same distance and diametrically to the center of the target area. 2
- a further embodiment of a measuring device 1 is shown, which is designed in the form of a hand Mitts.
- a hand Mitt 1 will, as in Fig. 8 Obviously, held by a training partner like a bat.
- the exerciser strikes the target area 2 of the Hand Mitts 1.
- the stroke vector does not pass through the holding body part, ie the hand 5, but only through the hit area 2.
- Such a hand mitt 1 is used above all when a goal with less resistance is to be offered to achieve greater accelerations or speeds.
- the hand Mitt 1 as well as the coaching Mitt 1 according to Fig. 5 pressed in an arcuate path from its initial position to the right in an end position. But as the axis of rotation or center of rotation does not affect the elbow, but rather the shoulder joint of the right person.
- This movement of the hand center 1 defines a movement plane. This plane of movement passes through the center of the hit area 2 in the starting position of the hand center 1, through the center of the hit area 2 in the end position and through the center of rotation or the shoulder joint. In Fig. 5 the plane of movement is inclined or nearly horizontal to the ground.
- Fig. 6 the basic structure of such a hand Mitts 1 is shown, wherein a handle 8 is provided, to which the hit surface 2 is connected.
- the Hit area 2 at this in Fig. 6 illustrated embodiment is not circular or oval designed, but has a rather elongated basic shape. With differently shaped hand Mitts 1, the hit area 2 can also be configured circular or oval.
- Fig. 7 becomes the hit area 2 of the Fig. 6 shown in detail view.
- the hit area 2 is subdivided into two areas, namely a right subarea, which has a substantially circular shape or an oval base area, and a left, essentially triangular subarea near the grab handle 8.
- Another force sensor 6 is arranged in the left part of the target area 2 and represents a substantially triangular base.
- two acceleration sensors 7 are arranged on the impact surface 2, which are arranged in a straight line, in particular in an extension of the handle 8, in the movement plane probably caused by the impact with respect to the axis of rotation or the center of rotation.
- the two motion sensors 7 can be arranged at the same distance and / or diametrically to the center of the right part of the target area 2.
- FIGS. 9 and 10 Further arrangement options for the force sensors 6 and the acceleration sensors 7 are in FIGS. 9 and 10 shown.
- force sensors 6 capacitive sensor, in which a force acting on them causes a change in the distance of a plate capacitor and thereby a change in the capacitance and impedance can be used, but there are also inductive pickups that work on the principle Tauchspulenkar or Hall sensors, conceivable. Furthermore, so-called FSR (Force Sensing Resistance or Force Sensitive Resistor) sensors are possible in which the resistance value changes due to the action of force, or films which generate voltages proportional to the mechanical action due to the piezoelectric effect.
- FSR Force Sensitive Resistor
- MEMS Micro Electro Mechanical System
- the measuring device 1 In the case of the measuring device 1 according to the invention, therefore, two parameters are determined directly, namely on the one hand the concrete force values and on the other hand the concrete acceleration values. Thus, the system is more meaningful because Moreover, from a single parameter in mobile application not the other interesting sizes are derived. Also, the measuring device 1 becomes independent of mass and is suitable for use as a hand-held device, which is advantageous for exercise equipment.
- the force values and the acceleration values are accordingly recorded in terms of value and the concrete values flow into the evaluation and the calculation of the characteristics for the qualitative evaluation of the impact, such as, for example, performance, etc. It is thus not merely determined with the measuring device 1 according to the invention, whether a certain threshhold or a certain limit is exceeded, for example, whether the beat exceeds a certain minimum force and is only detected at all.
- the time relationships for example, the ratio of contact and Ausschwungzeit can be determined.
- the pressure can also be determined as force per area of the area.
- the measuring device 1 advantageously has an integrated display on which the results can be displayed.
- a data interface eg via cable, radio, NFC, optical or other methods
- a data processing device such as PC, PDA, mobile phone, etc.
- results can be displayed in a database, for example, the performance diagnostics to support.
- entire training programs and specifications can be integrated.
- the power supply preferably takes place via integrated rechargeable batteries, which can be charged, either conventionally or via absorption of the kinetic energy.
- any sports equipment that is actively or passively involved in impact processes may be equipped with the system, for example all sports in which a game object is struck by a racket or body part, such as a game object.
- a racket or body part such as a game object.
- the measuring device can also be used to diagnose the Absch s for sports in which an object is thrown or pushed, for example, for shot put, javelin, discus etc.
- two cases can be distinguished: in the first case, an active part (body part, racket, object) encounters a hit target with measuring unit (for example fist on mitt, ball on glove, racket on ball). In this case, the detection takes place in the hit target, which is naturally not rigidly anchored. In the second case, a moving, active part equipped with the measuring device (body part / garment, racket) strikes a target (ball, object, etc.).
- a moving, active part equipped with the measuring device body part / garment, racket
- strikes a target ball, object, etc.
- the detection of the parameters by the measuring arrangement according to the invention is made possible in the first place, since in all cases moving / moving objects are to be considered, which are partially connected to a body part and in particular by this coupling to dynamically changeable, by previous methods not detectable, Lead sizes.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Schlagpolster mit einer Messeinrichtung gemäß Anspruch 1.
- Im Kampfsport, insbesondere in Vollkontakt-Sportarten und in der Selbstverteidigung, ist man bestrebt, durch körperliches Training die "Schlagwirkung" zu erhöhen. Neben der physiologischen, psychologischen und taktischen Wirkungskomponente ist die physikalische Komponente, d.h. physikalische Parameter, wie z.B. die Kraft, der Hauptaspekt zur Beurteilung der Schlagwirkung. Die Schlagwirkung selbst beschreibt im Prinzip die Übertragung von Energie in diesem Stoßprozess. Es handelt sich dabei um dynamische Prozesse, da die Person den Schlag unmittelbar vor, während und nach dem Treffer beeinflusst, beispielsweise durch Körpereinsatz, Beeinflussung der Kontaktzeiten etc. Zudem beeinflusst bei mobilen Lösungen auch die Person, die hält, die Trefferwirkung. Die gleichzeitige Berücksichtigung von Kraft, Zeit und Weg bzw. Schlagtiefe wird zur Ermittlung der sogenannten Schockkraft, d.h. einer über einen sehr kurzen Zeitraum wirkenden sehr hohen Kraft, verwendet.
- Kräfte in der Biomechanik werden hauptsächlich über Kraftmessplatten gemessen. Solche Platten sind fest mit einem Bezugssystem verbunden d.h. an einer starren Wand befestigt und messen die Krafteinwirkung auf diese starre Platte. Solche Systeme können jedoch in der Biomechanik nur bei statischen oder quasi-statischen Kräften, d.h. bei langsamen Änderungen der Kraft bzw. bei kleinen Kräften sinnvoll eingesetzt werden, da Schläge mit großer Kraft und großer Beschleunigung auf eine solche starre Platte verletzungsgefährlich sind. Außerdem können solche Systeme bei Messungen eingesetzt werden, wo sich der die Kraft ausübende Körper von der Platte wegbewegt, z.B. bei Sprungkraftmessung. Daher sind solche Systeme zur Schlagkraftmessung nur bedingt bis gar nicht tauglich. Zudem sind solche Systeme sehr teuer in der Anschaffung, und meist nicht mobil, sondern setzen die Montage an einem unbeweglichen, starren und massereichen Körper, z.B. einer Wand voraus.
Die direkte Anwendung solcher Messaufnehmer in einem Hand-Held-Gerät ist daher nicht möglich (bewegliches, nicht reproduzierbar nachgiebiges Ziel) und erfordert eine Berücksichtigung von Kraft- und kinetischen Parametern. Die vorliegende Erfindung ermöglicht erstmals die Ermittlung der für den Schlagprozess wesentlichen, zum Teil nicht direkt messbaren Kenngrößen. Die Realisierung erfolgt gemäß den Patentansprüchen. - Speziell für den Kampfsport gibt es bereits einige Ansätze, um Trainingsfortschritte bezüglich der Schlagkraft zu objektivieren. Diese sind aber entweder in starren Konstruktionen untergebracht, was die Verletzungsgefahr massiv erhöht, oder es werden nur vereinzelte, bedingt aussagekräftige Parameter ermittelt. Beispielsweise fehlt die Ermittlung der "Schlagwirkung", d.h. Energieübertragung und deren Zeitverlauf.
- So sind beispielsweise aus der
GB 2 372 220 DE 20001615 U1 oder derEP 1 221 333 fix an Wänden befestigbare Messplatten bekannt. Nachteilig sind dabei die oben beschriebenen Verletzungsgefahren durch Schläge gegen ein starres Hindernis. Zudem simuliert ein nachgebendes Ziel besser die Realsituation eines Treffers z.B. auf einen Körper. - Es ist aus dem Stand der Technik weiters bekannt, die Kraft eines Schlages oder die Beschleunigung des Schlages zu messen.
- So wird beispielsweise in der
DE 103 23 348 A1 ein Boxsack mit integriertem Beschleunigungssensor beschrieben. Aus derUS 6,611,782 ist eine Messeinrichtung für die Schlagwirkung bekannt, bei dem ein Kraftsensor eingesetzt wird. Auch die oben erwähnten Messplatten messen entweder nur die Kraft des Schlages oder dessen Beschleunigung. Alle weiteren notwendigen Parameter werden dann aus dieser Größe hergeleitet. - Eine derartige Messung von nur einer Größe, also von der Kraft oder der Beschleunigung, funktioniert aber nur bei konstanter bekannter Masse, wie dies beispielsweise bei fix montierten Messplatten bekannt ist und ist daher für eine "Hand-Held-Funktion", bei der die Messeinrichtung in der Hand gehalten wird, nicht geeignet.
- Zwar sind ähnliche Hand-Held-Geräte, beispielsweise aus der
US 3270 564 oder derUS 6441 745 B1 bei Golf- oder Tennisschlägern bekannt, allerdings wird auch hier entweder nur die Kraft oder die Beschleunigung gemessen. Das DokumentWO 2005/094953 wird als nächstliegender Stand der Technik gegenüber dem Gegenstand des Anspruchs 1 angesehen. Es offenbart einen Golfschläger Kopft. - Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine konstruktiv einfache und leichte Messeinrichtung zu schaffen, mit der die Schlagwirkung gemessen und beurteilt werden kann. Weiters ist es Aufgabe der Erfindung die Messeinrichtung konstruktiv so zu gestalten, dass diese als in der Hand haltbares Hand-Held-Gerät einsetzbar ist, das vor allem im Training für Kampfsportarten ohne Verletzungsgefahr eingesetzt werden kann.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
- Die Erfindung beschreibt in vorteilhafterweise ein tragbares Hand-Heid-Gerät, das sowohl die Kraft als auch die Beschleunigung, beispielsweise eines Schlages, misst und auch wertmäßig erfasst und daraus die beeinflusste Masse, Geschwindigkeit, Weg, Impuls, übertragene Energie und Leistung ermittelt. Dies sind aussagekräftige Parameter zur Beurteilung der Wirkung einer Schlagbewegung. Durch die wertmäßige Erfassung beider Parameter, nämlich der Kraft und der Beschleunigung, wird die Messeinrichtung masseunabhängig und somit Hand-Held-tauglich.
- Zur Messung der Kraft und der Beschleunigung werden Sensoren direkt im Gerät untergebracht. Ein Controllersystem übernimmt die restliche Verarbeitung. Die Anordnung der Kraft- und Beschleunigungssensoren direkt im Schlagpolster selbst ermöglicht einen absolut trainingsalltagstauglichen Einsatz ohne Verletzungsgefahr. Es sind keine Vorbereitungen notwendig um die Messungen durchzuführen, dies führt zu einer "Plug-and-Play"-Funktion. Zudem sind die Herstellungskosten im Vergleich zu anderen Geräten sehr gering. Das Hilfsmittel kann, wie es im Training üblich ist, von einem Trainingspartner gehalten werden und muss nicht auf einen Träger oder eine Wand montiert werden, was zudem die Verletzungsgefahr erheblich verringert.
- Die Anzahl der direkt gemessenen Parameter ist mit der Kraft und der Beschleunigung höher als bei bekannten Vorrichtungen, die nur eine einzige Größe ermitteln und das System ist somit aussagekräftiger. Es werden somit primär die Kraft und die Beschleunigung erfasst. Daraus lässt sich durch physikalische Zusammenhänge eine Vielzahl an weiteren Parametern ermitteln. Neben den primären, an sich schon wichtigen Parametern Kraft und Beschleunigung können in weiterer Folge die Geschwindigkeit, Weg, Impuls, übertragene Energie, Leistung berechnet werden. Diese Parameter sind essentiell für die Beurteilung des Schlages und dessen Wirkung, da diese im Training die durch die Bewegungstechnik eigentlich zu optimierenden Größen darstellen.
- Es wird eine zeit- bzw. wegabhängige "Pseudo-Trägheitsmasse" angenommen, die die Effekte der echten Trägheitsmasse, d.h. des Systems Schlagpolster-Haltearm und der zusätzlich auftretenden Widerstandskräfte, d.h. der zusätzlichen Muskelkräfte des Haltearms, vereint. Diese Größe ist bei anderen, eindimensionalen Messsystemen nicht ermittelbar, wodurch die oben genannten Werte nicht bestimmt werden können. Diese "Pseudo-Trägheitsmasse" wird zu jedem Zeitpunkt gemäß der Abtastrate neu ermittelt, wodurch bei der Anwendung der schon erwähnten physikalischen Zusammenhänge, z.B. der Ermittlung der Energie, des Impulses etc., von der Kenntnis der Masse und der Widerstandskräfte unabhängig gemacht werden können.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
- Die vorteilhafte Anordnung der Sensoren gemäß Anspruch 2 gewährleistet, dass die durch allfällige Treffer ausgelösten Kräfte bzw. Impulse-leicht und gut messbar sind.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Messeinrichtung sind durch die Merkmale des Anspruches 3 gegeben. So ist es möglich, verschiedene Leistungsparameter in verschiedenen Sportarten zu messen, um die Leistung des Athleten objektiv zu beurteilen und zu optimieren.
- Um Verletzungsgefahren zu vermeiden und eine effektive Anordnung der Sensoren zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, die Merkmale des Anspruches 4 vorzusehen.
- Vorteilhaft einsetzbare Kraftsensoren werden durch die Merkmale des Anspruches 5 gegeben.
- In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, die Merkmale des Anspruches 6 vorzusehen, da dadurch eine gute Kraftmessung bewerkstelligt werden kann.
- Eine vorteilhafte Art von Beschleunigungssensoren, mit der die Beschleunigungen gut und reproduzierbar messbar sind, wird durch die Merkmale des Anspruches 7 gegeben.
- Die Beschleunigungssensoren können gemäß den Ansprüchen 8 bis 10 in vorteilhafter Weise auf der Messeinrichtung bzw. Trefferfläche angeordnet werden. Dadurch ist es möglich, die Beschleunigung eines Schlages oder eines Stoßes bestmöglich auszuwerten bzw. zu analysieren, auch wenn der Treffer nicht jedes Mal auf derselben Stelle der Trefferfläche erfolgt bzw. etwas dezentral platziert ist. Die Anordnung der Beschleunigungssensoren gemäß diesen Ansprüchen gewährleistet auch eine hohe Reproduzierbarkeit der Messergebnisse.
- Die Merkmale der Ansprüche 11 bis 14 beschreiben vorteilhafte Anordnungen und Ausgestaltungen der Kraftsensoren. Dadurch wird es möglich, die Kräfte, die auf die Trefferfläche einwirken, möglichst reproduzierbar und gut zu messen und ebenfalls eine hohe Genauigkeit in relativer Unabhängigkeit von der Position des Treffers zu erreichen. Insbesondere durch die Merkmale der Ansprüche 12 bis 14 kann dies besonders vorteilhaft erreicht werden.
- Eine alternativ ausgestaltete Trefferfläche, die insbesondere bei Hand Mitts mit einem Handgriff eingesetzt wird, ist gemäß Anspruch 15 ausgestaltet.
- Eine weitere Möglichkeit zur Anordnung von Kraftsensoren ist vorteilhafterweise gemäß den Merkmalen des Anspruches 16 gegeben.
- Die Merkmale des Anspruches 17 gewährleisten eine vielfältige Auswertbarkeit der Ergebnisse.
- Im Anspruch 18 wird ein Trainingsgerät beschrieben, das eine erfindungsgemäße Messeinrichtung umfasst, mit dem in verschiedenen Sportarten aktive oder passive Stoß- oder Schlagprozesse analysiert werden können. Die Messeinrichtung ist somit vielfältig einsetzbar.
- Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
- Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielsweise beschrieben.
-
Fig.1 zeigt die Rückseite einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung in Form eines Coaching Mitts. -
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht gemäßFig. 1 . -
Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht gemäßFig. 1 . -
Fig. 4 zeigt die Anordnung der Kraftsensoren und der Beschleunigungssensoren der Messeinrichtung im Inneren des Coaching Mitts. -
Fig. 5 zeigt die Anwendung der Messeinrichtung in Form eines Coaching Mitts. -
Fig. 6 zeigt eine erfindungsgemäße Messeinrichtung in Form eines Hand Mitts. -
Fig. 7 zeigt die Kraftsensoren und die Beschleunigungssensoren des Hand Mitts gemäßFig. 6 . -
Fig. 8 zeigt die Anwendung des Hand Mitts. -
Fig. 9 zeigt Anordnungsmöglichkeiten für Beschleunigungssensoren. -
Fig. 10 zeigt Anordnungsmöglichkeiten für Kraftsensoren. - In den Zeichnungen sind zwei verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung 1 dargestellt. In den
Fig. 1 bis 5 wird ein sogenanntes Coaching Mitt beschrieben, in denFig. 6 bis 8 ein so genanntes Hand Mitt: - Als Coaching Mitt wird ein Trainingsgerät bezeichnet, das insbesondere für das Training von Kampfsporttechniken eingesetzt wird. Ein derartiges Coaching Mitt wird wie ein Handschuh angezogen bzw. an der Hand oder Unterarm 5 befestigt. In
Fig. 1 und Fig. 2 ist die Befestigung an einer Hand 5 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird die Hand 5 über eine Halterung 3 am Unterarm und eine Halterung 4 an der Handfläche mit dem Coaching Mitt 1 verbunden. Auf der der Hand 5 gegenüberliegenden Seite der Messeinrichtung bzw. des Coaching Mitts 1 ist eine Trefferfläche 2 ausgebildet, die den zu erwartenden Schlag oder Tritt aufnimmt bzw. auf die der Schlag oder Tritt einwirkt. - In
Fig. 5 wird die Anwendung des Coaching Mitts 1 gezeigt. Die inFig. 5 rechte Person hält das Coaching Mitt 1 in der Hand 5 mit der Trefferfläche 2 einer linken zweiten Person, dem Trainierenden, zugewendet. Diese schlägt auf die Trefferfläche 2 ein. Der Schlagvektor geht somit durch den haltenden Körperteil, das heißt z.B. durch die Hand 5, der rechten Person hindurch. Ein derartiges Coaching Mitt 1 wird vor allem dann verwendet, wenn es erforderlich ist, den Schlägen mehr Widerstand entgegensetzen zu können. - Trifft ein Schlag die Trefferfläche 2, wird das Coaching Mitt 1 in einer kreisbogenförmigen Bahn von seiner Ausgangsposition nach rechts in eine Endposition gedrückt. Als Drehachse bzw. Drehmittelpunkt wirkt dabei, wie in
Fig. 5 dargestellt, der Ellbogen der rechten Person. Durch diese Bewegung des Coaching Mitts 1 wird eine Bewegungsebene definiert. Diese Bewegungsebene verläuft durch den Mittelpunkt der Trefferfläche 2 in der Ausgangsposition, durch den Mittelpunkt der Trefferfläche 2 in der Endposition sowie durch den Drehmittelpunkt bzw. den Ellbogen. InFig. 5 ist die Bewegungsebene senkrecht zum Boden ausgerichtet. -
Fig. 3 zeigt das Coaching Mitt 1 von vorne, wobei die Vorderseite durch eine schmutz- und feuchtigkeitsabweisende Abdeckung geschützt ist. - In
Fig. 4 wird das Coaching Mitt mit abgenommener Abdeckung gezeigt, wobei die Anordnung der Sensoren 6,7 der Messeinrichtung 1 erkennbar ist. Es sind bei dieser Ausführungsform drei Kraftsensoren 6 vorgesehen, die als kapazitive, induktive, piezo- oder FSR-Kraftsensoren ausgebildet sind. Die drei Kraftsensoren 6 sind kreisringförmig um den Mittelpunkt der Trefferfläche 2 angeordnet und bedecken nahezu die gesamte Trefferfläche 2 vollflächig. - Außerdem sind zwei Beschleunigungssensoren 7 auf der Trefferfläche 2 angeordnet, die auf einer vertikalen, insbesondere lotrechten, Linie in der durch den Schlag bewirkten voraussichtlichen Bewegungsebene des Coaching Mitts 1 bezüglich der Drehachse bzw. dem Drehmittelpunkt, d.h. in diesem Fall dem Ellbogen, angeordnet sind. Die beiden Beschleunigungssensoren 7 liegen beide im gleichen Abstand und diametral zum Mittelpunkt der Trefferfläche 2.
- In den
Fig. 6 bis 8 wird eine weitere Ausführungsform einer Messeinrichtung 1 dargestellt, die in Form eines Hand Mitts ausgestaltet ist. Ein derartiges Hand Mitt 1 wird, wie inFig. 8 ersichtlich, von einem Trainingspartner wie ein Schläger gehalten. Die inFig. 8 dargestellte linke Person, der Trainierende, schlägt auf die Trefferfläche 2 des Hand Mitts 1 ein. Der Schlagvektor geht im Unterschied zum Coaching Mitt 1 nicht durch den haltenden Körperteil, das heißt die Hand 5, durch, sondern nur durch die Trefferfläche 2. Ein derartiges Hand Mitt 1 wird vor allem dann verwendet, wenn ein Ziel mit weniger Widerstand geboten werden soll, um größere Beschleunigungen bzw. Geschwindigkeiten zu erreichen. - Trifft ein Schlag die Trefferfläche 2, wird das Hand Mitt 1 wie auch das Coaching Mitt 1 gemäß
Fig. 5 in einer kreisbogenförmigen Bahn von seiner Ausgangsposition nach rechts in eine Endposition gedrückt. Als Drehachse bzw. Drehmittelpunkt wirkt dabei aber nicht der Ellbogen, sondern eher das Schultergelenk der rechte Person. Durch diese Bewegung des Hand Mitts 1 wird eine Bewegungsebene definiert. Diese Bewegungsebene verläuft durch den Mittelpunkt der Trefferfläche 2 in der Ausgangsposition des Hand Mitts 1, durch den Mittelpunkt der Trefferfläche 2 in der Endposition sowie durch den Drehmittelpunkt bzw. das Schultergelenk. InFig. 5 ist die Bewegungsebene schräg bzw. nahezu horizontal zum Boden ausgerichtet. - In
Fig. 6 wird der grundsätzliche Aufbau eines derartigen Hand Mitts 1 dargestellt, wobei ein Handgriff 8 vorgesehen ist, an den sich die Trefferfläche 2 anschließt. Die Trefferfläche 2 bei dieser inFig. 6 dargestellten Ausführungsform ist nicht kreisförmig oder oval ausgestaltet, sondern hat eine eher längliche Grundform. Bei anders gestalteten Hand Mitts 1 kann die Trefferfläche 2 auch kreisförmig oder oval ausgestaltet sein. - In
Fig. 7 wird die Trefferfläche 2 derFig. 6 in Detailansicht dargestellt. Die Trefferfläche 2 ist in zwei Bereiche unterteilt, und zwar in einen rechten Teilbereich, der im wesentlichen Kreisform oder eine ovale Grundfläche aufweist, und einen linken im Wesentlichen dreieckigen Teilbereich nahe dem Haltegriff 8. - Im rechten Teilbereich sind drei Kraftsensoren 6 angeordnet, die ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß
Fig. 1 bis 5 als konzentrische Kreisringe um einen Mittelpunkt des rechten Teilbereichs der Trefferfläche 2 angeordnet sind. Auch in dieser Ausführungsform sind die Kraftsensoren 6 flächig ausgebildet. - Ein weiterer Kraftsensor 6 ist im linken Teilbereich der Trefferfläche 2 angeordnet und stellt eine im Wesentlichen dreieckige Grundfläche dar.
- Außerdem sind zwei Beschleunigungssensoren 7 auf der Trefferfläche 2 angeordnet, die in einer geraden Linie, insbesondere in einer Verlängerung des Handgriffes 8, in der durch den Schlag voraussichtlich bewirkten Bewegungsebene bezüglich der Drehachse bzw. dem Drehmittelpunkt angeordnet sind. Die beiden Bewegungssensoren 7 können in gleichem Abstand und/oder diametral zum Mittelpunkt des rechten Teiles der Trefferfläche 2 angeordnet sein.
- Weitere Anordnungsmöglichkeiten für die Kraftsensoren 6 und die Beschleunigungssensoren 7 sind in
Fig. 9 und 10 dargestellt. - Als Kraftsensoren 6 können kapazitive Aufnehmer, bei denen eine auf sie einwirkende Kraft eine Abstandsänderung eines Plattenkondensators und dadurch eine Änderung in der Kapazität und Impedanz bewirkt, eingesetzt werden, es sind aber auch induktive Aufnehmer, die nach dem Tauchspulenprinzip oder über Hallsensoren arbeiten, denkbar. Weiters sind auch sogenannte FSR (Force Sensing Resistance bzw. Force Sensitive Resistor) Sensoren möglich, bei denen sich der Widerstandswert durch die Krafteinwirkung ändert, bzw. Folien, welche durch den Piezo-Effekt Spannungen proportional zur mechanischen Einwirkung erzeugen.
- Als Beschleunigungssensoren werden vorteilhafter Weise MEMS (Micro Electro Mechanical System) Sensoren eingesetzt. Diese zeichnen sich durch weite Messbereiche, gute Linearität sowie ihre kleine und robuste Bauform aus.
- Bei der erfindungsgemäßen Messeinrichtung 1 werden somit zwei Parameter, nämlich einerseits die konkreten Kraftwerte und andererseits die konkreten Beschleunigungswerte, direkt ermittelt. Somit wird das System aussagekräftiger, da zudem aus einem einzigen Parameter bei mobiler Anwendung nicht die weiteren interessanten Größen abgeleitet werden. Auch wird die Messeinrichtung 1 dadurch masseunabhängig und eignet sich zur Verwendung als Hand-Held-Gerät, was für Trainingsgeräte vorteilhaft ist.
- Die Kraftwerte und die Beschleunigungswerte werden demgemäß wertmäßig erfasst und die konkreten Werte fließen in die Auswertung und die Berechung der Kenngrößen zur qualitativen Bewertung des Schlages, wie z.B. der Leistung, etc. ein. Es wird mit der erfindungsgemäßen Messeinrichtung 1 somit nicht lediglich festgestellt, ob eine gewisse threshhold bzw. ein bestimmter Grenzwert überschritten wird, beispielsweise ob der Schlag eine gewisse Mindestkraft übersteigt und nur dann überhaupt erfasst wird.
- Aus den ermittelten Werten der Kraft und der Beschleunigung werden durch bekannte physikalische Zusammenhänge eine Vielzahl an weiteren Parametern ermittelt, die eine Aussage über die Schlagqualität liefern. Neben den primären, an sich schon wichtigen Parametern Kraft und Beschleunigung können so Geschwindigkeit, Weg, Impuls, übertragene Energie, Leistung berechnet werden:
- Geschwindigkeit v(t) = ∫ a(t) * dt (inklusive Ermittlung der Maximalgeschwindigkeit)
- Zurückgelegte Weglänge des Targets s(t) = ∫ v(t) * dt = ∫∫a(t) dt2
- Impuls p(t) = ∫ F(t) * dt
- Übertragene Energie W(t) = F(t) * s(t) = F * a * t2 = F(t) * ∫∫a(t) dt2
- Leistung P(t) = W(t) / t = F * a * t = F(t) * a(t) * dt
- Zudem können die Zeitverhältnisse, beispielsweise das Verhältnis aus Kontakt- und Ausschwungzeit ermittelt werden. Dazu kann auch die beeinflusste Masse dm(t) = dF(t) / da(t), je nach Widerstand des Trainingspartners, berechnet werden
- Weiters liegen alle Größen in ihrem Zeitverlauf vor, nicht nur beispielsweise als skalarer Maximalwert. So können aus dem morphologischen Kurvenverlauf bzw. dem Profil wichtige Informationen über die Performance des ausgeführten Stoßes ermittelt werden.
- Zusätzlich ist es auch durch die Verwendung mehrerer über die gesamte Trefferfläche verteilter Sensoren möglich, die Ziel- und Treffergenauigkeit zu beurteilen. Hierzu können verschiedene Algorithmen, z.B. Triangulation, verwendet werden. Bei entsprechender Auflösung, d.h. Anzahl der Kraftsensor-Areale, kann auch der Druck als Kraft pro Fläche des Areals ermittelt werden.
- Bei der Realisierung der Messeinrichtung 1 als Hand-Mitt können zwei Beschleunigungssensoren 7 im Gerät installiert werden, um auch Rotationsgeschwindigkeiten und Drehradien zu bestimmen.
- Die Messeinrichtung 1 verfügt vorteilhafterweise über ein integriertes Display, auf dem die Ergebnisse dargestellt werden können. Zudem ist die Anbindung über eine Datenschnittstelle (z.B. über Kabel, Funk, NFC, optische oder andere Methoden) an ein Datenverarbeitungsgerät (beispielsweise PC, PDA, Mobiltelefon etc.) möglich, um Ergebnisse anzuzeigen und in einer Datenbank zu speichern, um beispielsweise die Leistungsdiagnostik zu unterstützen. Außerdem können auch ganze Trainingsprogramme und Vorgaben integriert werden.
- Die Energieversorgung erfolgt vorzugsweise über integrierte Akkus, welche aufgeladen werden können, entweder herkömmlich oder über Aufnahme der Bewegungsenergie.
- Die Umsetzung für andere Sportarten ist bei entsprechender Adaption ebenso möglich. Im Prinzip kann jedes Sportgerät, welches aktiv oder passiv an Stoßprozessen beteiligt ist, mit dem System ausgestattet werden, beispielsweise alle Sportarten, bei denen ein Spielobjekt durch einen Schläger oder einen Körperteil getroffen wird, wie z.B. Fußball, Volleyball, Tennis, Tischtennis, Baseball, Hockey, Eishockey, Golf, Cricket, Polo etc, wobei die Messeinrichtung 1 bzw. die Sensoren 6,7 im Schläger bzw. Körperteil (Bekleidung, z.B. Schuh, Handschuh) untergebracht bzw. am Schläger/Körperteil befestigt sind.
- Die Messeinrichtung ist auch zur Diagnostik des Abwurfverhaltens für Sportarten einsetzbar, bei denen ein Objekt geworfen oder gestoßen wird, beispielsweise für Kugelstoßen, Speerwurf, Diskuswerfen etc.
- Prinzipiell sind zwei Fälle zu unterscheiden: im ersten Fall trifft ein aktiver Teil (Körperteil, Schläger, Objekt) auf ein Trefferziel mit Messeinheit (z.B. Faust auf Mitt, Ball auf Handschuh, Schläger auf Ball). In diesem Fall erfolgt die Erfassung im Trefferziel, welches naturgemäß nicht starr verankert ist. Im zweiten Fall trifft ein bewegter, aktiver, mit der Messeinrichtung ausgestatteter Teil (Körperteil/Kleidungsstück, Schläger) auf ein Ziel (Ball, Objekt, etc.).
- In beiden Fällen wird die Erfassung der Parameter durch die erfindungsgemäße Messanordnung überhaupt erst ermöglicht, da in allen Fällen bewegliche/bewegte Objekte zu betrachten sind, die teilweise mit einem Körperteil verbunden sind und insbesondere durch diese Kopplung zu dynamisch veränderlichen, durch bisherige Methoden nicht erfassbaren, Größen führen.
Claims (15)
- Schlagpolster, insbesondere Coaching Mitt oder Hand Mitt, dessen Oberfläche bzw. Schlagfläehe als Trefferfläche (2) ausgebildet ist, mit einer Messeinrichtung zur Erfassung und Bewertung eines Schlages, Stoßes oder Impulses, der auf die Trefferfläche (2) auftrifft, dadurch gekennzeichnet,- dass zumindest ein Kraftsensor (6) zur wertmäßigen Erfassung der dadurch auf die Trefferfläche einwirkenden Kraft vorgesehen ist,- dass zumindest ein Beschleunigungssensor (7) zur wertmäßigen Erfassung der dadurch auf die Trefferfläche einwirkenden Beschleunigung vorgesehen ist,- dass der Kraftsensor (6) und der Beschleunigungssensor (7) mit der Trefferfläche (2) in Wirkverbindung stehen oder auf oder hinter der Trefferfläche (2) angeordnet sind, und- dass der Kraftsensor (6) und der Beschleunigungssensor (7) an eine Auswertungseinheit zur Verarbeitung der ermittelten Kraft- und Beschleunigungswerte angeschlossen sind, in der aus den konkreten, wertmäßig erfassten, Kraft- und Beschleunigungswerten die Berechnung der Kenngrößen zur qualitativen Bewertung des Schlages erfolgt.
- Schlagpolster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trefferfläche (2) im Wesentlichen kreisförmig oder oval ist.
- Schlagpolster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftsensoren (6) als kapazitive, induktive oder FSR (Force Sensing Resistor) Sensoren ausgebildet sind.
- Schlagpolster nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftsensoren (6) als flächig Kraftsensoren (6) ausgebildet sind und insbesondere mindestens einen Großteil der bis die komplette Trefferfläche (2) bedecken.
- Schlagpolster nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungssensoren (7) als MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) Sensoren ausgebildet sind.
- Schlagpolster nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger Beschleunigungssensor vorgesehen ist (7), der im bzw. nahe dem Mittelpunkt der Trefferfläche (2) bzw. zentral in Schlagrichtung hinter der Trefferfläche (2) angeordnet ist.
- Schlagpolster nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Beschleunigungssensoren (7) vorgesehen sind, die auf einer Linie in der durch die Bewegung der Messeinrichtung (1) bzw. der Trefferfläche (2) definierten Bewegungsebene, welche Bewegungsebene durch den Mittelpunkt der Trefferfläche (2) in der Ausgangsposition, den Mittelpunkt der Trefferfläche (2) In der Endposition und den Drehmittelpunkt, um den die Messeinrichtung (1) im Gebrauch bewegt wird, insbesondere einen Ellbogen od. dgl., definiert ist, vorzugsweise äquidistant und/oder diametral zum Mittelpunkt der Trefferfläche (2), insbesondere In einer Verlängerung eines Handgriffes (8), angeordnet sind.
- Schlagpolster nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest drei Beschleunigungssensoren (7) auf der Trefferfläche (2) vorgesehen sind, die eine Ebene aufspannen, die normal zum Schlagvektor liegt, und in dieser Ebene, insbesondere linear unabhängig, vorzugsweise äquidistant zum Mittelpunkt der Trefferfläche (2), vorzugsweise in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind.
- Schlagpolster nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger Kraftsensor (6) vorgesehen ist, der als flächiger, insbesondere kapazitiver, Kraftsensor (6) ausgebildet ist, der die Trefferfläche (2) vorzugsweise möglichst vollständig bedeckt.
- Schlagpolster nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor (6) kreisringförmig um den Mittelpunkt der, insbesondere annähernd kreisförmige oder ovalen, Trefferfläche (2) angeordnet ist.
- Schlagpolster nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei kreisringförmige Kraftsensoren (6) vorgesehen sind, die konzentrisch um den Mittelpunkt der, insbesondere annähernd kreisförmigen oder ovalen, Trefferfläche (2) angeordnet sind.
- Schlagpolster nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisringförmigen Kraftsensoren (6) eine Ringbreite von mindestens 10 mm aufweise.
- Schlagpolster nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Trefferfläche (2) eine von der Kreisform oder der ovalen Form abweichende Ausgestaltung hat, wobei ein kreisförmiger oder ovaler erster Teilabschnitt und ein die übrige Trefferfläche (2) bildender zweiter Teilabschnitt ausgebildet sind, wobei in jedem Teilabschnitt zumindest ein Kraftsensor (6) vorgesehen ist.
- Schlagpolster nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei punktuell, insbesondere FSR-, Kraftsensoren (6) vorgesehen sind, die in einer gemeinsamen normal zur Schlagrichtung ausgerichteten Ebene, insbesondere linear unabhängig, äquidistant zum Mittelpunkt der Trefferfläche (2) und/oder mit gleichen Abständen zueinander angeordnet sind.
- Schlagpolster nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit (9) aus den konkreten Messwerten zumindest die Geschwindigkeit, den Weg, den Impuls, die übertragene Energie, die Leistung und weitere Kenngrößen zur qualitativen Beurteilung des Schlages bzw. Stoßes berechnet.
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