EP2814391A1 - Device and method for determining and displaying forces - Google Patents

Device and method for determining and displaying forces

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Publication number
EP2814391A1
EP2814391A1 EP13706172.7A EP13706172A EP2814391A1 EP 2814391 A1 EP2814391 A1 EP 2814391A1 EP 13706172 A EP13706172 A EP 13706172A EP 2814391 A1 EP2814391 A1 EP 2814391A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
force
plates
measuring
sensors
plate
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Withdrawn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
EP13706172.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Pusch
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.)
Otto Bock Healthcare GmbH
Original Assignee
Otto Bock Healthcare GmbH
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 Otto Bock Healthcare GmbH filed Critical Otto Bock Healthcare GmbH
Publication of EP2814391A1 publication Critical patent/EP2814391A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/1036—Measuring load distribution, e.g. podologic studies
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/48—Other medical applications
    • A61B5/4851—Prosthesis assessment or monitoring
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7271—Specific aspects of physiological measurement analysis
    • A61B5/7278—Artificial waveform generation or derivation, e.g. synthesising signals from measured signals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/74—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means
    • A61B5/742—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means using visual displays

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting and representing forces that act when standing on a person in which the person is on two separate, mutually coupled force plates, one foot positioned on a force plate and on the force plates of the respective support point on the Force plate is determined.
  • the invention also relates to a device for carrying out such a method.
  • EP 663 181 A2 describes a display system for measuring the human body and a corresponding method in which a patient stands on a measuring plate and is provided with a vertical center of gravity line in the form of a laser beam. Depending on the center of gravity displacement, the light beam travels in one or the other direction.
  • WO 2002/059 554 A2 describes a method and a device for monitoring forces, in particular forces exerted by a worker on other objects.
  • the worker is on a force plate, which detects the forces in three spatial orientations.
  • the determined forces are displayed on any display device.
  • the US 4,598,717 AI relates to the detection of static and dynamic body loads with pressure measuring plates, so that a horizontal force determination takes place.
  • DE 10 2009 003 487 AI relates to a device with two separate, mutually assigned force plates and three display devices that indicate the respective centroid of the force plate on the body of standing on the force plates person. The lines of light are projected onto the body. In addition to displaying the individual center of gravity actions on projection planes in the sagittal plane and the frontal plane, it is also possible to display an overall center of gravity. Additionally, manually adjustable display devices
  • DE 10 2006 021 788 A1 relates to a device for determining and displaying a horizontal force component with a force measuring plate, in which the display is made on a body image.
  • the display can be made via a beamer.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device in which a horizontal force component acting on a patient can be determined and displayed inexpensively and reliably.
  • the representation can be made directly on the body of the person or by a force vector shown inclined, which is displayed or displayed in an image recorded and displayed on a screen or the like. Even with unevenly vertically loaded plates is a reliable representation of the tilt angle of the resulting force vector, starting from the body center of gravity possible.
  • the detection of the individual support points or focal points is possible by simple pressure sensors inexpensive and reliable. The sensors are particularly effective only in the vertical direction, similar to a balance.
  • the people standing on the force plates can be recorded via a camera device and the recorded image can be displayed by the display device.
  • the representation of the resulting force vector may be on the basis of a determined horizontal force component and a vertical force component having the origin at the body center of gravity, which representation may be in a captured, image or movie, or directly on the person and the background behind.
  • the vertical force component may be plotted over the respective resulting support point to provide a visual impression of the force application point of the vertical force.
  • the separate representation allows a precise analysis of the weight distribution for each foot.
  • An overall center of gravity can be determined from the support point data, ie the position on the respective force plate or the center of gravity position data of the force plates, and the resulting force vector can be calculated and displayed for each force plate.
  • the representation or display of the resulting force vector can be made with the origin in the total center of gravity in the displayed image or on the person.
  • the overall center of gravity is preferably displayed via a center of gravity line, which is displayed in the displayed image of the person or is projected onto the person. In this way, the effect of the horizontal force component can be illustrated very clearly on the inclined, resulting force vector.
  • an autokahbritation the playback device is performed relative to the force plate via sensors or markers on at least one force plate before the resulting force vector is displayed.
  • the representation of the force vectors can thus be made to scale in the image.
  • the autokahbritation can be done via multiple markers or sensors, in particular photosensitive sensors, which are arranged on at least one force measuring plate, preferably at all corners of the force plates.
  • a measuring field in which the force plates and possibly also the person on the force plates is scanned, so that the dimensions of the force plates, their position in space and the location where the resulting force vector is displayed, can be determined so that a qualitatively and quantitatively accurate representation can be made.
  • the autocalibration can take place in that photosensitive sensors are arranged at measuring points of at least one force measuring plate and the autocalibration is carried out by illuminating the entire measuring field and subsequently reducing the illuminated area and selectively activating the individual sensors.
  • This can be done, for example, by arranging the image section of the camera device parallel to an edge on one of the force measuring plates and by directing a light field on the display device, for example a beamer, in the direction of the sensors, which initially illuminates all the sensors and then for each Sensor is scaled down until just one sensor is just illuminated. This is repeated for all the photosensitive sensors, so that successively the individual sensors are approached individually, so that the positioning between the force plate and the display device together with the focal length and orientation of the beamer are known.
  • the lying force plate can be aligned so that it is orthogonal at the bottom of the image of the display device.
  • the image of the playback device for example, the beamer, should be set so large that a person on the plate is illuminated at least up to the height of the body center of gravity.
  • a vertical orientation of the image of the display device has an advantageous effect with regard to the image brightness. The greatest possible distance between the display device and the force plate reduces the parallax error.
  • the photosensitive sensors can be arranged in four corners of the measuring plate, if this is rectangular, which are then illuminated by the display device, such as the projector.
  • the display device illuminates the entire image area, so that all the photosensitive sensors detect the signal and transmit corresponding data to an evaluation device.
  • the luminous surface of the display device for example designed as a flashing surface, is reduced in size such that the lowermost cell is just still illuminated.
  • the same process is repeated from the other four directions, bottom, left, and right so that the exact position of the one sensor becomes known.
  • This process is repeated in the same way for the other sensors, so that the positioning between see the force plate or between the force plates and the display device can be determined together with the focal length and the orientation of the beamer. This allows an auto-calibration of the display device and the force sensors shown within the image.
  • patterns are projected into the measuring field by the display device and adapted so that they coincide with the sensors or markers on at least one force measuring plate, ie the sensors or markers are illuminated or excited precisely.
  • the auto-calibration is performed by the display device as a function of patterns or coordinates in the measuring field. You can recognize patterns or specific points in the measurement field.
  • the calibration can also be done by the user using a mouse pointer certain patterns or calibration points ana and confirmed.
  • the image of the display device ie the resulting force vector
  • the image of the display device is projected onto the person standing on the force plates, which in turn can be recorded by a camera device.
  • each individual force component of the force plates is represented in the image, that is, each horizontal force component of the individual force measuring platforms is displayed separately so that the horizontal force component exerted by each leg is represented in the image, preferably as an inclined force vector of the resultant force .
  • the resulting force vector can be displayed in an image on a monitor, so that the point of attack, the orientation and the size of the vector can take place in the correct position and scaled in the image.
  • white surfaces may be arranged, which are suitable for the projection of additional data in the image, optionally, even on the white surfaces themselves projection so that the person standing on the force plates can receive information during the measured value recording ,
  • the body center height can be entered manually or via the detection the horizontal force in the frontal plane or sagittal plane.
  • the center of gravity of the body can be determined and also used in the sagittal plane.
  • the image taken with the camera device can be superimposed on the force vector both in the frontal plane and in the sagittal plane by projecting the force vector into the image. This visualizes the burden on the person standing in both planes.
  • the device for carrying out a method according to any one of the preceding claims with two force plates, which are provided with sensors for receiving forces, which are connected to an evaluation device, via which the detected measured variables are evaluated provides that the force plates at least in one Horizontal force direction are stored decoupled.
  • the force plates are for this purpose preferably mounted on rollers, which are advantageously guided parallel to each other. The plates are held at one point on the frame in relation to the horizontal force, this is possible with flexible silicone sufficiently flexible.
  • the sensors in particular horizontal force measuring cells, can also be mounted under the force measuring plates.
  • the measuring sensors can be designed as horizontal force measuring cells, which are arranged below or next to the respective force measuring plate.
  • the connection of the horizontal load cells to the force plates is carried out so that the deflection of the force plates has no impact on the result when loaded by the patient. This can be done for example by a hinged storage or push rods.
  • the two force plates are mounted decoupled in two horizontal directions of force, for example, by a crosswise arranged sliding or roller bearings.
  • the force plate can be mounted on an elastomeric intermediate layer or on lenticular in cross-section bearings.
  • dimensionally stable one- or two-dimensionally curved elements or materials which transmit no or hardly any shear forces are suitable for storage, so that in the relevant range of motion no substantial resistance of a displacement in the horizontal direction is opposed.
  • the sensors can be designed as rolling bodies on which the force measuring plate is mounted. This makes it possible that a direct mounting of the force plates on the sensors or vertical force cells is made possible, so that no separate bearings must be provided to effect a decoupling of Kraftmessplat- th in at least one horizontal direction.
  • the sensors may be formed as a ball or a combination of ball parts, for example by the upper and lower pads of the sensors are designed as spherical surfaces which are curved outward to fulfill a roller bearing function / barrel-shaped configurations or cylindrical or be provided part-cylindrical configurations.
  • FIGS. 1 a and 1 b show different force introduction points in the sagittal plane
  • FIGS. 2a and 2b force profiles in sagittal and transverse planes with and without horizontal force component;
  • FIG. 3 shows a representation of the influence of horizontal forces with corresponding horizontal force influences;
  • FIG. 4 shows a representation according to FIG. 3 with different horizontal force influences
  • Figure 5 is a Kraftmessplatten injured with decoupling in a horizontal force direction
  • Figure 6 shows a dynamically stacked force plate assembly
  • FIG. 7 shows an arrangement of horizontal force measuring cells underneath
  • Figure 9 is an illustration of a force vector projection on a person;
  • FIG. 10 shows a representation according to FIG. 9 through a known body center of gravity
  • Figure 1 1 is a schematic representation of an auto-calibration
  • FIG. 12 shows a variant of the auto-calibration
  • FIG. 13 an autocalibration with adaptation of a pattern to a sensor surface
  • Figure 14 shows a variant of the load cells.
  • la is a prosthetic foot 1 with a lower leg part 2, a prosthetic knee joint 3, a thigh part 4 and a hip joint 5 is shown in a schematic representation.
  • An analogous structure results even with an unproven leg.
  • the force vector F is the floor reaction force in front of the knee joint 3, so that a secure standing with a prosthesis is guaranteed.
  • the force vectors F prot h for a supplied leg and Fko.iat for the contralateral and unproven leg are shown.
  • Usually uncomfortable standing is assumed when the difference between the two force vectors is greater than 10mm.
  • the figure 2a in addition to the representation of the two force vectors Fko.iat and F pro th in the sagittal plane is also shown a plan view in the transverse plane.
  • the force introduction points of the force vectors are arranged on different sides of the vertical plane through the connecting line of the two knee joints; in the present case, the point of application of force on the contralateral, unsupplied side in normal walking direction is arranged behind the connection plane, whereas that of the supplied leg before Level lies.
  • a horizontal force component is not available.
  • FIG. 2 b shows the situation with a horizontal force component in which the horizontal Zontalkraft on the contralateral side is oriented to the rear, while the oriented on the supplied side is forward.
  • the left foot is loaded backwards, for example, to bring the hip forward, the right foot counteracts.
  • FIG. 3 shows the standing situation according to FIG. 2b in the transversal plane, wherein both feet are arranged on a respective force-measuring plate 11, 12.
  • Force sensors which detect the center of gravity on each force-measuring plate 11, 12, are arranged under both force-measuring plates.
  • the measured force thus corresponds to the reaction force.
  • FIG. 5 shows a variant of the invention in which the force-measuring plates 1 1, 12 are mounted on a row of rollers 31, which decouple the horizontal forces in the respective direction.
  • the left force plate 11 is mounted on rollers 31, whose axes of rotation is oriented substantially perpendicular to the longitudinal direction of the foot, while the right force plate 12 is perpendicular to bearing rollers 32 oriented.
  • On the side next to the force measuring plates 11, 12 horizontal force sensors 21, 22 are arranged, which detect effective horizontal forces according to the working direction of the rollers. The friction the rollers on the force plates 11, 12 prevents rotation of the force plate about the vertical axis, so that the respective force plates 11, 12 can be displaced in only one working direction.
  • a horizontal force component is additionally or alternatively achieved via separate horizontal load cells 21, 22.
  • FIG. 6 shows a variant of FIG. 5 in which the force measuring plates 11, 12 are horizontally decoupled in both directions, the horizontal force measuring cells 211, 212, 221, 222 being arranged below the force measuring plates 11, 12 in the roller stacks.
  • the horizontal force measuring cells 21 1, 212, 221, 222 are advantageously coupled to the force plates 11 so that a deflection of the individual plate has no influence on the measurement result, advantageously, the horizontal force measuring cells 211, 212, 221, 222 via push rods or joints with the force plates 11, 12 coupled.
  • FIG. 7 shows a further variant of the invention, in which only one horizontal force measuring cell is provided in the respective working direction; in FIG. 6, the horizontal force measuring cells are effective in both planes.
  • FIG. 8 A further variant is shown in FIG. 8, in which the structure of the force measuring plates is designed analogously to that of FIG. 7, the rollers 31, 32 are guided parallel to one another.
  • the plates 11, 12 are kept decoupled from one another in a frame, the horizontal force measuring cells 21, 22 are arranged outside of the plates 11, 12.
  • FIG. 9 shows, in a schematic illustration, the projection of force vectors on a person 1 and on the background of this person 1.
  • the person 1 is standing on the two force plates 1 1, 12 and the respectively determined resulting force vectors FR, FRL for the right foot and the left foot are projected onto the body of the person 1 and the background.
  • the resulting force vector FRR represents the force vector, which is calculated from the respective support points on the right force plate 1 1, a known center of gravity and a vertical force distribution of the two force plates 1 1, 12 to each other.
  • the course of the right resulting force vector FRR and the respective force introduction point is shown on the body of the person 1.
  • FIG. 9 A second embodiment is also shown in FIG. 9, in which the resulting force vector FRL of the left leg is shown on a background. This is shown discontinued for reasons of clarity, so that the broken line is shown offset. For better distinctness, the two resulting force vectors FRR, FRL can be represented in different brightnesses or in different colors.
  • FIG. 10 A variant of the invention is shown in FIG. 10, in which the projecting force vectors are guided through the center of gravity 2.
  • the representation is analogous to the representation of Figure 9 either on the body of the person 1 or on a background, the body center of gravity can be entered manually or determined for example by detecting the horizontal forces in the frontal plane or sagittal plane.
  • FIG. 11 shows a possible method for calibrating a display device 3.
  • the display device for example in the form of a beamer, spans a measuring field 10, which is defined by its corner points.
  • the two force plates 1 1, 12 are arranged.
  • the two force plates 1 1, 12 are arranged side by side and substantially rectangular.
  • sensors 41, 42, 43, 44 are arranged, which may be formed as a photo-sensitive sensors.
  • markers may be disposed at the vertices of the measurement surface defined by the force plates 1 1, 12.
  • a light strip or a darkened strip is moved to the opposite side via the measuring field 4, starting from a first side edge.
  • the strip is first shifted from the left side edge to the right, as indicated by the arrow.
  • the display device 13 initially illuminates the measuring field 4 completely, then initially moves the strip of differing brightness from the left-hand side edge in the direction of the right-hand side edge. Subsequently, a second strip of differing brightness is moved from the upper side edge in the direction of the lower side edge of the measuring field 4.
  • the strips within the illuminated or darkened area successively cover the photosensitive sensors 41, 42, 43, 44 of the measuring plates 1 1, 12, so that their position and size can be determined with known size of the measuring plates.
  • a not shown evaluation usually a computer, thus has information where in the measuring field 4, the measuring plates 11, 12 are arranged and how the distances from the display device 3 to the force plates 1 1, 12 is.
  • This makes it possible to perform not only a qualitative, but also a quantitative representation of the forces and the resulting force vectors.
  • FIG. 11 such a representation as is known from FIG. 10 is shown.
  • Both the center of gravity 2 and the resulting force vectors F RR , F RL can be represented on the basis of the values determined by the force measuring plates 1 1, 12 and projected onto the body of the person 1.
  • FIG. 12 A variant of the auto-calibration is shown in FIG. 12, in which the auto-calibration is effected by a stepwise reduction of the illuminated area.
  • the reduced areas are indicated by Roman numerals.
  • the measuring field 4 is reduced from the left to reach the left rear sensor 42, so that the illuminated surface I results.
  • this area is scaled down further scaled, so that successively the surfaces II, III, IV, V result.
  • the reduction is continued until, ideally, only the measuring point of the sensor 42 is illuminated, which is indicated by the field VI.
  • this method is then continued and the reduction of the illuminated area from the area VII to XII in the respective steps is carried out.
  • This reduction of the illuminated areas is carried out for all sensors of the measuring plates 11, 12, so that all the position data of the sensors 41, 42, 43, 44 of the force measuring plates 11, 12 are known analogously to the method according to FIG.
  • a variant of the auto-calibration is shown in FIG.
  • a pattern 400 in the form of a rectangle is projected through the display device 3.
  • the lower left point 401 of the pattern 400 is pulled onto the lower left sensor 41, which may also be designed as a marker.
  • FIG. 14 shows a variant of the configuration of the force-measuring plate 11 in several views.
  • the force measuring plate 11 is mounted on spherically shaped sensors 21, 22, which are supported in receptacles 200.
  • the receptacles 200 are mounted on the force measuring plate 1 1 and a support plate 110 arranged below it. This makes it possible for the spherical sensors 21, 22 to exert a roller bearing function, whereby the force-measuring plate 11 is mounted on the carrier plate 110 in decoupled horizontal directions.
  • the receptacles 200 may be arranged either on the force-measuring plate 11 or the carrier plate 110.
  • the receptacles 200 may allow a displacement in a horizontal force direction when formed as rails.
  • the receptacles 200 serve to ensure a basic assignment of the force measuring plate 11 to the carrier plate 110. Should this be done in a different way, the recordings 200 can also be omitted.
  • the force measuring plate 11 In order to prevent rotation of the force measuring plate 11 taking place when torque is applied about the vertical axis, the force measuring plate 11 is mounted on a parallelogram guide 100, by which a respective horizontal force component is intercepted. As a result, the force-measuring plate 11 can not be rotated relative to the carrier plate 110 about a vertical axis.
  • the sensors 21, 22 In addition to the spherical structure of the sensors 21, 22, it is also possible for the sensors 21, 22 to be only partially spherical, as shown in the lower right-hand illustration.
  • the sensors 21, 22 are designed as part-spherical elements which have a crescent-shaped cross-section.
  • the sensors 21, 22 are barrel-shaped or cylinder-like, in order to enable a decoupling in a horizontal force direction. Even with such a shape, the configuration with an open cross-section is possible in order to be able to absorb, for example, strain gauges, vertical forces or other force components.

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Abstract

The invention relates to a method for determining and displaying horizontal and vertical forces which act on a person when standing, in which method the person stands on two separate force measurement plates (11, 12) coupled to each other, wherein each foot is positioned on a respective force measurement plate (11, 12), and the respective support point on the force measurement plate (11, 12) is determined via the force measurement plates (11, 12), wherein a resulting force vector (FRR, FRL) is calculated from the respective support points of the two force measurement plates (11, 12), from a known point of gravity (2) of the body and from a vertical force distribution of the two force measurement plates (11, 12) relative to each other, and is displayed using a display device (3).

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung und Darstellung von Kräften  Device and method for the determination and representation of forces
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung und Darstellung von Kräften, die beim Stehen auf eine Person einwirken, bei dem die Person auf zwei separaten, miteinander gekoppelten Kraftmessplatten steht, wobei je ein Fuß auf eine Kraftmessplatte positioniert und über die Kraftmessplatten der jeweilige Unterstützungspunkt auf der Kraftmessplatte ermittelt wird. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens. The invention relates to a method for detecting and representing forces that act when standing on a person in which the person is on two separate, mutually coupled force plates, one foot positioned on a force plate and on the force plates of the respective support point on the Force plate is determined. The invention also relates to a device for carrying out such a method.
Die EP 663 181 A2 beschreibt ein Anzeigesystem zur Vermessung des menschlichen Körpers und ein entsprechendes Verfahren, bei dem ein Patient auf einer Messplatte steht und mit einer lotrechten Schwerpunktlinie in Gestalt eines Laserstrahls versehen wird. Je nach Schwerpunkt- Verlagerung wandert der Lichtstrahl in die eine oder andere Richtung. Über dieses Anzeigesystem ist es möglich, einen Prothesenaufbau, also die Zuordnung der einzelnen Prothesenkomponenten bei Prothesen der unteren Extremität zueinander, präziser einzustellen, so dass sich eine verbesserte Funktionalität und ein größerer Komfort des Prothesenträgers erzielt werden können. EP 663 181 A2 describes a display system for measuring the human body and a corresponding method in which a patient stands on a measuring plate and is provided with a vertical center of gravity line in the form of a laser beam. Depending on the center of gravity displacement, the light beam travels in one or the other direction. By means of this display system, it is possible to set a prosthesis structure more precisely, that is to say the assignment of the individual prosthesis components in prostheses of the lower limb to one another, so that improved functionality and greater comfort of the prosthesis wearer can be achieved.
Die WO 2002/ 059 554 A2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von Kräften, insbesondere von Kräften, die von einem Arbeiter auf andere Objekte ausgeübt werden. Dazu befindet sich der Arbeiter auf einer Kraftmessplatte, die die Kräfte in drei Raumorientierungen erfasst. Die ermittelten Kräfte werden auf einer beliebigen Anzeigeein- richtung dargestellt. WO 2002/059 554 A2 describes a method and a device for monitoring forces, in particular forces exerted by a worker on other objects. For this purpose, the worker is on a force plate, which detects the forces in three spatial orientations. The determined forces are displayed on any display device.
Die US 4,598,717 AI betrifft die Erfassung statischer und dynamischer Körperbelastungen mit Druckmessplatten, so dass eine Horizontalkraftermittlung stattfindet. Die DE 10 2009 003 487 AI betrifft eine Vorrichtung mit zwei getrennten, einander fest zugeordneten Kraftmessplatten und drei Anzeigeeinrichtungen, die die jeweilige Schwerpunktlinie der Kraftmessplatte auf den Körper der auf den Kraftmessplatten stehenden Person anzeigen. Die Lichtlinien werden auf den Körper projiziert. Neben der Anzeige der einzelnen Schwerpunklagen auf Projektionsebenen in der Sagittalebene und Frontalebene ist auch die Anzeige eines Gesamtschwerpunktes möglich. Zusätzlich sind manuell verstellbare Anzeigeeinrichtun-The US 4,598,717 AI relates to the detection of static and dynamic body loads with pressure measuring plates, so that a horizontal force determination takes place. DE 10 2009 003 487 AI relates to a device with two separate, mutually assigned force plates and three display devices that indicate the respective centroid of the force plate on the body of standing on the force plates person. The lines of light are projected onto the body. In addition to displaying the individual center of gravity actions on projection planes in the sagittal plane and the frontal plane, it is also possible to display an overall center of gravity. Additionally, manually adjustable display devices
BESTÄTIGUNGSKOPIE gen für die Anzeige von Solllagen oder Bezugsebenen vorgesehen. Ebenfalls kann der Abstand zwischen einzelnen Schwerpunktlagen oder eine Solllage und einer Schwerpunktlage angezeigt werden. Die DE 10 2006 021 788 AI betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung und Anzeige einer Horizontalkraftkomponente mit einer Kraftmessplatte, bei der die Anzeige auf einem Körperbild erfolgt. Die Anzeige kann über einen Beamer erfolgen. CONFIRMATION COPY conditions for the display of desired positions or reference planes provided. Likewise, the distance between individual center of gravity positions or a desired position and a center of gravity can be displayed. DE 10 2006 021 788 A1 relates to a device for determining and displaying a horizontal force component with a force measuring plate, in which the display is made on a body image. The display can be made via a beamer.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, in der preiswert und zuverlässig eine auf einen Patienten wirkende Horizontalkraftkomponente ermittelt und dargestellt werden kann. The object of the present invention is to provide a method and a device in which a horizontal force component acting on a patient can be determined and displayed inexpensively and reliably.
Erfindungsgemäß wird dies durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruches sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren offenbart. This is achieved by a method having the features of the main claim and a device having the features of the independent claim. Advantageous embodiments and further developments of the inventions are disclosed in the subclaims, the description and the figures.
Das Verfahren zur Ermittlung und Darstellung von Horizontal- und Vertikalkräften, die beim Stehen auf eine Person einwirken, bei dem die Person auf zwei separaten, miteinander gekop- pelten Kraftmessplatten steht, wobei je ein Fuß auf einer Kraftmessplatte positioniert wird und über die Kraftmessplatten der jeweilige Unterstützungspunkt oder die Schwerpunktsposition auf der Kraftmessplatte ermittelt wird, sieht vor, dass ein resultierender Kraftvektor aus den jeweiligen Unterstützungspunkten der beiden Kraftmessplatten, einer bekannten Körperschwerpunktshöhe und einer Vertikalkraftverteilung der beiden Kraftmessplatten zueinander berechnet und mit einer Wiedergabeeinrichtung dargestellt wird. Es ist also vorgesehen, dass hier eine getrennte, gleichzeitige Ermittlung der Unterstützungspunkte und der Schwerpunktspositionen unter den beiden Füßen eine Horizontalkraftkomponente errechnet wird, die unter der Annahme der Kö erschwerpunktshöhe mit einer Wiedergabeeinrichtung, beispielsweise einem Bildschirm oder einem Projektor dargestellt wird. Die Darstellung kann auf dem Körper der Person direkt erfolgen oder durch einen geneigt dargestellten Kraftvektor, der in einem aufgenommenen und auf einem Bildschirm oder dergleichen dargestellten Bild eingeblendet oder angezeigt wird. Auch bei ungleich vertikal belasteten Platten ist eine zuverlässige Darstellung des Kippwinkels des resultierenden Kraftvektors ausgehend von der Körperschwerpunktshöhe möglich. Die Erfassung der einzelnen Unterstützungspunkte oder Schwerpunkte ist durch einfache Drucksensoren preiswert und zuverlässig möglich. Die Sensoren sind insbesondere nur in Vertikalrichtung wirksam, ähnlich einer Waage. Die auf den Kraftmessplatten stehenden Personen können über eine Kameraeinrichtung aufgenommen und das aufgenommene Bild durch die Wiedergabeeinrichtung dargestellt werden. Die Darstellung des resultierenden Kraftvektors kann auf der Grundlage einer ermittelten Horizontalkraftkomponente und einer Vertikalkraftkomponente mit dem Ursprung auf der Körperschwerpunkthöhe erfolgen, wobei die Darstellung in einem aufgenommen, Bild oder Film oder direkt auf der Person und dem dahinter befindlichen Hintergrund erfolgen kann. The method of detecting and displaying horizontal and vertical forces acting on a person standing on a person standing on two separate, mutually coupled force plates, one each on a force plate and one on the force plates Support point or the center of gravity position is determined on the force plate, provides that a resulting force vector is calculated from the respective support points of the two force plates, a known body center of gravity and a vertical force distribution of the two force plates to each other and displayed with a display device. It is therefore intended that here a separate, simultaneous determination of the support points and the center of gravity positions under the two feet of a horizontal force component is calculated, which is represented on the assumption of Kö mergepunktshöhe with a display device, such as a screen or a projector. The representation can be made directly on the body of the person or by a force vector shown inclined, which is displayed or displayed in an image recorded and displayed on a screen or the like. Even with unevenly vertically loaded plates is a reliable representation of the tilt angle of the resulting force vector, starting from the body center of gravity possible. The detection of the individual support points or focal points is possible by simple pressure sensors inexpensive and reliable. The sensors are particularly effective only in the vertical direction, similar to a balance. The people standing on the force plates can be recorded via a camera device and the recorded image can be displayed by the display device. The representation of the resulting force vector may be on the basis of a determined horizontal force component and a vertical force component having the origin at the body center of gravity, which representation may be in a captured, image or movie, or directly on the person and the background behind.
Für jedes Bein separat kann die Vertikalkraftkomponente über dem jeweiligen resultierenden Unterstützungspunkt dargestellt werden, um einen visuellen Eindruck des Krafteinleitungspunktes der Vertikalkraft zu erhalten. Durch die separate Darstellung kann eine präzise Analyse der Gewichtsverteilung für jeden Fuß vorgenommen werden. For each leg separately, the vertical force component may be plotted over the respective resulting support point to provide a visual impression of the force application point of the vertical force. The separate representation allows a precise analysis of the weight distribution for each foot.
Ein Gesamtschwerpunkt kann aus den Unterstützungspunktdaten, also der Position auf der jeweiligen Kraftmessplatte, bzw. den Schwerpunktspositionsdaten der Kraftmessplatten ermittelt und der resultierende Kraftvektor für jede Kraftmessplatte berechnet und angezeigt werden. Die Darstellung oder Anzeige des resultierenden Kraftvektors kann mit dem Ursprung in dem Ge- samtschwerpunkt in dem dargestellten Bild oder an der Person erfolgen. Der Gesamtschwerpunkt wird vorzugsweise über eine Schwerpunktslinie angezeigt, die in dem dargestellten Bild der Person eingeblendet wird oder auf die Person projiziert wird. Auf diese Weise kann sehr anschaulich über den geneigten, resultierenden Kraftvektor die Wirkung der Horizontalkraftkomponente dargestellt werden. An overall center of gravity can be determined from the support point data, ie the position on the respective force plate or the center of gravity position data of the force plates, and the resulting force vector can be calculated and displayed for each force plate. The representation or display of the resulting force vector can be made with the origin in the total center of gravity in the displayed image or on the person. The overall center of gravity is preferably displayed via a center of gravity line, which is displayed in the displayed image of the person or is projected onto the person. In this way, the effect of the horizontal force component can be illustrated very clearly on the inclined, resulting force vector.
Um auch eine quantitativ zutreffende Darstellung der angreifenden Kräfte vornehmen zu können, ist vorgesehen, dass über Sensoren oder über Marker an zumindest einer Kraftmessplatte eine Autokahbrierung der Wiedergabeeinrichtung relativ zu der Kraftmessplatte durchgeführt wird, bevor der resultierende Kraftvektor dargestellt wird. Die Darstellung der Kraftvektoren kann somit maßstabsgerecht in dem Bild erfolgen. Die Autokahbrierung kann über mehrere Marker oder Sensoren, insbesondere photosensitive Sensoren erfolgen, die an zumindest einer Kraftmessplatte, vorzugsweise an allen Ecken der Kraftmessplatten angeordnet sind. Ein Messfeld, in dem sich die Kraftmessplatten und ggf. auch die Person auf den Kraftmessplatten be- findet, wird abgescannt, so dass die Dimensionen der Kraftmessplatten, deren Position im Raum sowie der Ort, an dem der resultierende Kraftvektor dargestellt wird, ermittelt werden kann, so dass eine qualitativ und quantitativ zutreffende Darstellung erfolgen kann. Die Autokalibrierung kann dadurch erfolgen, dass an Messpunkten zumindest einer Kraftmessplatte photosensitive Sensoren angeordnet sind und die Autokalibrierung durch Beleuchten des gesamten Messfeldes und anschließendes Verkleinern des beleuchteten Bereiches und selektives Aktivieren der einzelnen Sensoren durchgeführt wird. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass der Bildausschnitt der Kameraeinrichtung parallel zu einer Kante an einer der Kraftmessplatten angeordnet wird und dass ein Lichtfeld an der Wiedergabeeinrichtung, beispielsweise einem Beamer, in Richtung auf die Sensoren gerichtet wird, das zunächst alle Sensoren beleuchtet und anschließend für jeden Sensor so verkleinert wird, bis nur ein Sensor gerade noch beleuchtet wird. Dies wird für alle photosensitiven Sensoren wiederholt, so dass nacheinander die einzelnen Sensoren individuell angefahren werden, so dass die Positionierung zwischen der Kraftmessplatte und der Wiedergabeeinrichtung zusammen mit der Brennweite und Orientierung des Beamers bekannt sind. Die liegende Kraftmessplatte kann dabei so ausgerichtet werden, dass diese orthogonal am unteren Bildrand des Bildes der Wiedergabeeinrichtung liegt. Das Bild der Wiedergabeeinrichtung, beispielsweise des Beamers, soll so groß eingestellt werden, dass eine Person auf der Platte zumindest bis zur Höhe des Körperschwerpunk- tes beleuchtet wird. Eine vertikale Orientierung des Bildes der Wiedergabeeinrichtung wirkt sich vorteilhaft im Hinblick auf die Bildhelligkeit aus. Ein möglichst großer Abstand zwischen der Wiedergabeeinrichtung und der Kraftmessplatte verringert den Parallaxenfehler. In order to be able to make a quantitatively accurate representation of the attacking forces, it is provided that an autokahbrierung the playback device is performed relative to the force plate via sensors or markers on at least one force plate before the resulting force vector is displayed. The representation of the force vectors can thus be made to scale in the image. The autokahbrierung can be done via multiple markers or sensors, in particular photosensitive sensors, which are arranged on at least one force measuring plate, preferably at all corners of the force plates. A measuring field in which the force plates and possibly also the person on the force plates is scanned, so that the dimensions of the force plates, their position in space and the location where the resulting force vector is displayed, can be determined so that a qualitatively and quantitatively accurate representation can be made. The autocalibration can take place in that photosensitive sensors are arranged at measuring points of at least one force measuring plate and the autocalibration is carried out by illuminating the entire measuring field and subsequently reducing the illuminated area and selectively activating the individual sensors. This can be done, for example, by arranging the image section of the camera device parallel to an edge on one of the force measuring plates and by directing a light field on the display device, for example a beamer, in the direction of the sensors, which initially illuminates all the sensors and then for each Sensor is scaled down until just one sensor is just illuminated. This is repeated for all the photosensitive sensors, so that successively the individual sensors are approached individually, so that the positioning between the force plate and the display device together with the focal length and orientation of the beamer are known. The lying force plate can be aligned so that it is orthogonal at the bottom of the image of the display device. The image of the playback device, for example, the beamer, should be set so large that a person on the plate is illuminated at least up to the height of the body center of gravity. A vertical orientation of the image of the display device has an advantageous effect with regard to the image brightness. The greatest possible distance between the display device and the force plate reduces the parallax error.
Zur Autokalibrierung können in vier Ecken der Messplatte, sofern diese rechteckig ausgebildet ist, die photosensitiven Sensoren angeordnet werden, die dann von der Wiedergabeeinrichtung, beispielsweise dem Beamer angestrahlt werden. Die Wiedergabeeinrichtung beleuchtet die gesamte Bildfläche, so dass sämtliche photosensitiven Sensoren das Signal erkennen und entsprechende Daten zu einer Auswerteeinrichtung übermitteln. Aus einer Richtung beginnend, beispielsweise von oben, wird die leuchtende Fläche der Wiedergabeeinrichtung, beispielsweise als blinkende Fläche ausgebildet, so verkleinert, dass die unterste Zelle gerade noch beleuchtet wird. Der gleiche Vorgang wird von den vier anderen Richtungen wiederholt, also von unten, links und rechts, so dass die genaue Position des einen Sensors bekannt wird. Dieser Vorgang wird in gleicher Weise für die anderen Sensoren wiederholt, so dass die Positionierung zwi- sehen der Kraftmessplatte bzw. zwischen den Kraftmessplatten und der Wiedergabeeinrichtung zusammen mit der Brennweite und der Orientierung des Beamers ermittelt werden kann. Dadurch kann eine Autokalibrierung der Wiedergabeeinrichtung und der dargestellten Kraftsensoren innerhalb des Bildes erfolgen. For autocalibration, the photosensitive sensors can be arranged in four corners of the measuring plate, if this is rectangular, which are then illuminated by the display device, such as the projector. The display device illuminates the entire image area, so that all the photosensitive sensors detect the signal and transmit corresponding data to an evaluation device. Starting from one direction, for example from above, the luminous surface of the display device, for example designed as a flashing surface, is reduced in size such that the lowermost cell is just still illuminated. The same process is repeated from the other four directions, bottom, left, and right so that the exact position of the one sensor becomes known. This process is repeated in the same way for the other sensors, so that the positioning between see the force plate or between the force plates and the display device can be determined together with the focal length and the orientation of the beamer. This allows an auto-calibration of the display device and the force sensors shown within the image.
Zur Autokalibrierung kann es vorgesehen sein, dass von der Wiedergabeeinrichtung Muster in das Messfeld projiziert werden und angepasst werden, so dass sie mit den Sensoren oder Markeren an zumindest einer Kraftmessplatte übereinstimmen, die Sensoren oder Marker also genau angeleuchtet oder angeregt werden. For autocalibration, it may be provided that patterns are projected into the measuring field by the display device and adapted so that they coincide with the sensors or markers on at least one force measuring plate, ie the sensors or markers are illuminated or excited precisely.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Autokalibrierung von der Wiedergabeeinrichtung in Abhängigkeit von Mustern oder Koordinaten im Messfeld durchgeführt wird. Es können Muster oder bestimmte Punkte im Messfeld erkannt werden. Die Kalibrierung kann auch erfolgen, indem der Anwender über einen Mauszeiger bestimmte Muster oder Kalibrierpunkte anfährt und bestätigt. It can also be provided that the auto-calibration is performed by the display device as a function of patterns or coordinates in the measuring field. You can recognize patterns or specific points in the measurement field. The calibration can also be done by the user using a mouse pointer certain patterns or calibration points anfährt and confirmed.
Es kann vorgesehen sein, dass das Bild der Wiedergabeeinrichtung, also der resultierende Kraftvektor, auf die auf den Kraftmessplatten stehende Person projiziert wird, was wiederum von einer Kameraeinrichtung aufgenommen werden kann. Ebenfalls ist es möglich, dass jede einzelne Kraftkomponente der Kraftmessplatten in dem Bild dargestellt wird, also dass jede Horizontalkraftkomponente der einzelnen Kraftmessplattformen separat dargestellt wird, so dass die von jedem Bein ausgeübte Horizontalkraftkomponente in dem Bild dargestellt wird, vorzugsweise als ein geneigter Kraftvektor der resultierenden Kraft. Der resultierende Kraftvektor kann insbesondere in einem Bild auf einem Monitor dargestellt werden, so dass der An- griffspunkt, die Orientierung und die Größe der Vektors lagerichtig und skaliert in dem Bild erfolgen kann. It can be provided that the image of the display device, ie the resulting force vector, is projected onto the person standing on the force plates, which in turn can be recorded by a camera device. It is also possible that each individual force component of the force plates is represented in the image, that is, each horizontal force component of the individual force measuring platforms is displayed separately so that the horizontal force component exerted by each leg is represented in the image, preferably as an inclined force vector of the resultant force , In particular, the resulting force vector can be displayed in an image on a monitor, so that the point of attack, the orientation and the size of the vector can take place in the correct position and scaled in the image.
Neben den Kraftmessplatten können vorteilhafterweise helle, bevorzugt weiße Flächen angeordnet sein, die zur Projektion von Zusatzdaten in dem Bild geeignet sind, gegebenenfalls kann auch auf die weißen Flächen selbst eine Projektion erfolgen, so dass die auf den Kraftmessplatten stehende Person während der Messwertaufnahme Informationen erhalten kann. In addition to the force plates advantageously light, preferably white surfaces may be arranged, which are suitable for the projection of additional data in the image, optionally, even on the white surfaces themselves projection so that the person standing on the force plates can receive information during the measured value recording ,
Die Körperschwerpunktshöhe kann manuell eingegeben werden oder wird über die Erfassung der Horizontalkraft in der Frontalebene oder Sagittalebene ermittelt. Bei der Erfassung der Horizontalkraft in der Frontalebene kann die Körperschwerpunktshöhe ermittelt und auch in der Sagittalebene genutzt werden. Das mit der Kameraeinrichtung aufgenommene Bild kann sowohl in der Frontalebene als auch in der Sagittalebene mit dem Kraftvektor überlagert werden, indem der Kraftvektor in das Bild projiziert wird. Dadurch wird die Belastung der stehenden Person in beiden Ebenen visualisiert. The body center height can be entered manually or via the detection the horizontal force in the frontal plane or sagittal plane. When detecting the horizontal force in the frontal plane, the center of gravity of the body can be determined and also used in the sagittal plane. The image taken with the camera device can be superimposed on the force vector both in the frontal plane and in the sagittal plane by projecting the force vector into the image. This visualizes the burden on the person standing in both planes.
Die Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprü- che mit zwei Kraftmessplatten, die mit Sensoren zur Aufnahme von Kräften versehen sind, die mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sind, über die die erfassten Messgrößen ausgewertet werden sieht vor, dass die Kraftmessplatten zumindest in einer Horizontalkraftrichtung entkoppelt gelagert sind. Die Kraftmessplatten sind dazu vorzugsweise auf Rollen gelagert, die vorteilhafterweise parallel zueinander geführt werden. Die Platten werden an einem Punkt am Rahmen in Bezug auf die Horizontalkraft gehalten, dies ist mit weichem Silikon ausreichend flexibel möglich. The device for carrying out a method according to any one of the preceding claims with two force plates, which are provided with sensors for receiving forces, which are connected to an evaluation device, via which the detected measured variables are evaluated provides that the force plates at least in one Horizontal force direction are stored decoupled. The force plates are for this purpose preferably mounted on rollers, which are advantageously guided parallel to each other. The plates are held at one point on the frame in relation to the horizontal force, this is possible with flexible silicone sufficiently flexible.
Die Sensoren, insbesondere Horizontalkraftmesszellen, können auch unter den Kraftmessplatten angebracht werden. Die Messsensoren können als Horizontalkraftmesszellen ausgebildet sein, die unterhalb oder neben der jeweiligen Kraftmessplatte angeordnet sind. Die Anbindung der Horizontalkraftmesszellen an die Kraftmessplatten erfolgt dabei so, dass die Durchbiegung der Kraftmessplatten bei einer Belastung durch den Patienten keinen Einfluss auf das Ergebnis hat. Dies kann beispielsweise durch eine gelenkige Lagerung oder Schubstangen erfolgen. Neben der Entkopplung in unterschiedlichen Horizontalkraftrichtungen ist es möglich, dass die beiden Kraftmessplatten in beiden Horizontalkraftrichtungen entkoppelt gelagert sind, beispielsweise durch eine kreuzweise angeordnete Gleit- oder Rollenlagerung. Alternativ können die Kraftmessplatte auf eine elastomeren Zwischenschicht gelagert werden oder auf im Querschnitt linsenförmigen Lagern. Grundsätzlich sind formstabile ein- oder zweidimensional ge- krümmte Elemente oder Materialen, die keine oder kaum Scherkräfte übertragen, zur Lagerung geeignet, so dass im relevanten Bewegungsbereich kein wesentlicher Widerstand einer Verlagerung in Horizontalrichtung entgegengesetzt wird. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Sensoren als Rollkörper ausgebildet sein können, auf denen die Kraftmessplatte lagert. Dadurch wird es möglich, dass eine direkte Lagerung der Kraftmessplatten auf den Sensoren oder Vertikalkraftzellen ermöglicht wird, so dass keine separaten Lager mehr vorgesehen sein müssen, um eine Entkopplung der Kraftmessplat- ten in zumindest einer Horizontalrichtung zu bewirken. Die Sensoren können als Kugel oder Kombination von Kugelteilen ausgebildet sein, beispielsweise indem die oberen und unteren Anschlussflächen der Sensoren als sphärische Flächen ausgelegt sind, die nach außen gewölbt sind, um eine Rollenlagerfunktion zu erfüllen/ Neben einer kugeligen Ausgestaltung können auch tonnenförmige Ausgestaltungen oder zylindrisch oder teilzylindrische Ausgestaltungen vorgesehen sein. The sensors, in particular horizontal force measuring cells, can also be mounted under the force measuring plates. The measuring sensors can be designed as horizontal force measuring cells, which are arranged below or next to the respective force measuring plate. The connection of the horizontal load cells to the force plates is carried out so that the deflection of the force plates has no impact on the result when loaded by the patient. This can be done for example by a hinged storage or push rods. In addition to the decoupling in different horizontal directions of force, it is possible that the two force plates are mounted decoupled in two horizontal directions of force, for example, by a crosswise arranged sliding or roller bearings. Alternatively, the force plate can be mounted on an elastomeric intermediate layer or on lenticular in cross-section bearings. In principle, dimensionally stable one- or two-dimensionally curved elements or materials which transmit no or hardly any shear forces are suitable for storage, so that in the relevant range of motion no substantial resistance of a displacement in the horizontal direction is opposed. A development of the invention provides that the sensors can be designed as rolling bodies on which the force measuring plate is mounted. This makes it possible that a direct mounting of the force plates on the sensors or vertical force cells is made possible, so that no separate bearings must be provided to effect a decoupling of Kraftmessplat- th in at least one horizontal direction. The sensors may be formed as a ball or a combination of ball parts, for example by the upper and lower pads of the sensors are designed as spherical surfaces which are curved outward to fulfill a roller bearing function / barrel-shaped configurations or cylindrical or be provided part-cylindrical configurations.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen: Figur la und lb unterschiedliche Krafteinleitungspunkte in der Sagittalebene; Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying figures. FIGS. 1 a and 1 b show different force introduction points in the sagittal plane;
Figuren 2a und 2b Kraftverläufe in Sagittal- und Transversalebenen mit und ohne horizontalen Kraftanteil; Figur 3 eine Darstellung des Horizontalkrafteinflusses bei einander entsprechenden Horizontalkrafteinflüssen; FIGS. 2a and 2b force profiles in sagittal and transverse planes with and without horizontal force component; FIG. 3 shows a representation of the influence of horizontal forces with corresponding horizontal force influences;
Figur 4 eine Darstellung gemäß Figur 3 mit unterschiedlichen Horizontalkrafteinflüssen; FIG. 4 shows a representation according to FIG. 3 with different horizontal force influences;
Figur 5 einen Kraftmessplattenaufbau mit Entkopplung in einer Horizontalkraftrichtung; Figure 5 is a Kraftmessplattenaufbau with decoupling in a horizontal force direction;
Figur 6 einen dynamisch gestapelten Kraftmessplattenaufbau; Figure 6 shows a dynamically stacked force plate assembly;
Figur 7 eine Anordnung von Horizontalkraftmesszellen unterhalb der FIG. 7 shows an arrangement of horizontal force measuring cells underneath
Kraftmessplatten;  Force plates;
Figur 8 Anordnung von Kraftmesszellen neben den Kraftmessplat- ten; Figur 9 eine Darstellung einer Kraftvektorprojektion auf eine Person; FIG. 8 arrangement of load cells next to the force measuring plates; Figure 9 is an illustration of a force vector projection on a person;
Figur 10 eine Darstellung gemäß Figur 9 durch einen bekannten Körperschwerpunkt; FIG. 10 shows a representation according to FIG. 9 through a known body center of gravity;
Figur 1 1 eine schematische Darstellung einer Autokalibrierung; Figure 1 1 is a schematic representation of an auto-calibration;
Figur 12 eine Variante der Autokalibrierung; FIG. 12 shows a variant of the auto-calibration;
Figur 13 eine Autokalibrierung mit Anpassung eines Musters auf eine Sen- sorfläche; sowie FIG. 13 an autocalibration with adaptation of a pattern to a sensor surface; such as
Figur 14 eine Variante der Kraftmesszellen. In der Figur la ist in einer schematischen Darstellung ein Prothesenfuß 1 mit einem Unterschenkelteil 2, einem Prothesenkniegelenk 3, einem Oberschenkelteil 4 und einem Hüftgelenk 5 dargestellt. Ein analoger Aufbau ergibt sich auch bei einem unversorgten Bein. Beim normalen Stehen befindet sich der Kraftvektor F der Bodenreaktionskraft vor dem Kniegelenk 3, so dass ein sicheres Stehen mit einer Prothese gewährleistet ist. Figure 14 shows a variant of the load cells. In the figure, la is a prosthetic foot 1 with a lower leg part 2, a prosthetic knee joint 3, a thigh part 4 and a hip joint 5 is shown in a schematic representation. An analogous structure results even with an unproven leg. In normal standing, the force vector F is the floor reaction force in front of the knee joint 3, so that a secure standing with a prosthesis is guaranteed.
In der Figur lb sind die Kraftvektoren Fproth für ein versorgtes Bein und Fko.iat für das kontralaterale und unversorgte Bein dargestellt. Üblicherweise wird ein unkomfortables Stehen angenommen, wenn die Differenz zwischen den beiden Kraftvektoren größer als 10mm ist. In der Figur 2a ist neben der Darstellung der beiden Kraftvektoren Fko.iat und Fproth in der Sagit- talebene auch eine Draufsicht in der Transversalebene dargestellt. In der Figur 2a sind die Krafteinleitungspunkte der Kraftvektoren auf unterschiedlichen Seiten der senkrechten Ebene durch die Verbindungslinie der beiden Kniegelenke angeordnet, vorliegend ist der Krafteinleitungspunkt auf der kontralateralen, unversorgten Seite in normaler Gehrichtung hinter der Ver- bindungsebene angeordnet, während der des versorgten Beines vor der Ebene liegt. Ein Horizontalkraftanteil ist nicht vorhanden. In the figure lb the force vectors F prot h for a supplied leg and Fko.iat for the contralateral and unproven leg are shown. Usually uncomfortable standing is assumed when the difference between the two force vectors is greater than 10mm. In the figure 2a in addition to the representation of the two force vectors Fko.iat and F pro th in the sagittal plane is also shown a plan view in the transverse plane. In FIG. 2 a, the force introduction points of the force vectors are arranged on different sides of the vertical plane through the connecting line of the two knee joints; in the present case, the point of application of force on the contralateral, unsupplied side in normal walking direction is arranged behind the connection plane, whereas that of the supplied leg before Level lies. A horizontal force component is not available.
In der Figur 2b ist die Situation mit einem Horizontalkraftanteil dargestellt, bei dem die Hori- zontalkraft auf der kontralateralen Seite nach hinten orientiert ist, während die auf der versorgten Seite nach vorn orientiert ist. Der linke Fuß wird dabei nach hinten belastet, beispielsweise um die Hüfte nach vorne zu bringen, der rechte Fuß wirkt dem entgegen. In der Figur 3 ist die Standsituation gemäß Figur 2b in Transversalebene dargestellt, wobei beide Füße auf jeweils einer Kraftmessplatte 11, 12 angeordnet sind. Unter beiden Kraftmessplatten sind Kraftsensoren angeordnet, die die Schwerpunktlage auf jeder Kraftmessplatte 11, 12 erfassen. Üblichweise sind lediglich Vertikalkraftsensoren an den vier Ecken der Kraftmessplatte angeordnet, so dass durch eine einfache Auswertung der einzelnen Messsignale ei- ner jeden Kraftmessplatte die Schwerpunktslage auf jeder einzelnen Platte bestimmt werden kann. Beide Kraftmessplatten 1 1, 12 sind separat voneinander gelagert, so dass sie sich gegenseitig nicht beeinflussen. Die Kraftmessplatten sind messtechnisch miteinander gekoppelt, so dass durch Auswertung sämtlicher Kraftsensoren unterhalb der Kraftmessplatten 11, 12 ein Gesamtschwerpunkt ermittelt werden kann. Aus diesem Gesamtschwerpunkt und dem Einzel- Schwerpunkt einer jeden Kraftmessplatte 1 1, 12 kann der jeweilige Horizontalkraftanteil Fhk, Fkp auf der kontralateralen oder mit Prothesen versorgten Seite ermittelt werden. Wenn der vertikale Kraftanteil der kontralateralen Seite Fvk gleich dem vertikalen Kraftanteil auf der versorgten Prothesenseite Fvp ist, sind auch die Horizontalkraftanteile Fhk, Fkp auf der kontralateralen bzw. Prothesenseite gleich, die gemessene Kraft entspricht somit der Reaktionskraft. FIG. 2 b shows the situation with a horizontal force component in which the horizontal Zontalkraft on the contralateral side is oriented to the rear, while the oriented on the supplied side is forward. The left foot is loaded backwards, for example, to bring the hip forward, the right foot counteracts. FIG. 3 shows the standing situation according to FIG. 2b in the transversal plane, wherein both feet are arranged on a respective force-measuring plate 11, 12. Force sensors, which detect the center of gravity on each force-measuring plate 11, 12, are arranged under both force-measuring plates. Normally, only vertical force sensors are arranged at the four corners of the force measuring plate, so that the center of gravity position on each individual plate can be determined by a simple evaluation of the individual measuring signals of each force measuring plate. Both force plates 1 1, 12 are stored separately from each other so that they do not affect each other. The force measuring plates are metrologically coupled with each other, so that by evaluating all the force sensors below the force plates 11, 12 an overall center of gravity can be determined. From this overall center of gravity and the individual center of gravity of each force plate 1 1, 12, the respective horizontal force component F hk , F kp can be determined on the contralateral or prosthetic side. If the vertical force component of the contralateral side F vk is equal to the vertical force component on the supplied prosthesis side F vp , the horizontal force components F hk , F kp on the contralateral or prosthesis side are also equal, the measured force thus corresponds to the reaction force.
In der Figur 4 ist eine andere Belastungssituation dargestellt, der Horizontalkraftanteil auf der kontralateralen Seite Fhk ist kleiner als der Horizontalkraftanteil auf der Fhp auf der Prothesenseite, die gemessene Kraft entspricht der Reaktionskraft, wenn die Vertikalkräfte unterschiedlich sind, und zwar wenn die Vertikalkraft auf der kontralateralen Seite Fvk größer als die Ver- tikalkraft auf der Prothesenseite Fvp ist. In Figure 4, another load situation is shown, the horizontal force component on the contralateral side F hk is smaller than the horizontal force component on the F hp on the prosthesis side, the measured force corresponds to the reaction force when the vertical forces are different, namely when the vertical force on the contralateral side F vk is greater than the vertical force on the prosthesis side F vp .
In der Figur 5 ist eine Variante der Erfindung dargestellt, bei der die Kraftmessplatten 1 1, 12 auf einer Reihe von Rollen 31 gelagert sind, die Horizontalkräfte in der jeweiligen Richtung auskoppeln. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die linke Kraftmessplatte 11 auf Rollen 31 gelagert, deren Drehachsen im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Fußes orientiert ist, während die rechte Kraftmessplatte 12 senkrecht dazu orientiert gelagerte Rollen 32 aufweist. Seitlich neben den Kraftmessplatten 11, 12 sind Horizontalkraftsensoren 21, 22 angeordnet, die nach Arbeitsrichtung der Rollen wirksame Horizontalkräfte erfassen. Die Reibung der Rollen auf den Kraftmessplatten 11, 12 verhindert eine Drehung der Kraftmessplatte um die Hochachse, so dass die jeweiligen Kraftmessplatten 11, 12 nur in genau einer Arbeitsrichtung verlagert werden können. So wird neben Ermittlung über die Bestimmung der Schwerpunkte zusätzlich oder alternativ eine Horizontalkraftkomponente über separate Horizontal- kraftmesszellen 21, 22 erreicht. FIG. 5 shows a variant of the invention in which the force-measuring plates 1 1, 12 are mounted on a row of rollers 31, which decouple the horizontal forces in the respective direction. In the illustrated embodiment, the left force plate 11 is mounted on rollers 31, whose axes of rotation is oriented substantially perpendicular to the longitudinal direction of the foot, while the right force plate 12 is perpendicular to bearing rollers 32 oriented. On the side next to the force measuring plates 11, 12 horizontal force sensors 21, 22 are arranged, which detect effective horizontal forces according to the working direction of the rollers. The friction the rollers on the force plates 11, 12 prevents rotation of the force plate about the vertical axis, so that the respective force plates 11, 12 can be displaced in only one working direction. Thus, in addition to determination via the determination of the center of gravity, a horizontal force component is additionally or alternatively achieved via separate horizontal load cells 21, 22.
In der Figur 6 ist eine Variante der Figur 5 dargestellt, bei der die Kraftmessplatten 11, 12 in beiden Richtungen horizontalkraftentkoppelt sind, wobei die Horizontalkraftmesszellen 211, 212, 221, 222 unterhalb der Kraftmessplatten 11, 12 in den Rollenstapeln angeordnet sind. Die Horizontalkraftmesszellen 21 1, 212, 221, 222 sind vorteilhafterweise so mit den Kraftmessplatten 11 gekoppelt, dass eine Durchbiegung der einzelnen Platte keinen Einfluss auf das Messergebnis hat, vorteilhafterweise werden die Horizontalkraftmesszellen 211, 212, 221, 222 über Schubstangen oder Gelenkeinrichtungen mit den Kraftmessplatten 11, 12 gekoppelt. In der Figur 7 ist eine weitere Variante der Erfindung dargestellt, bei der nur eine Horizontal - kraftmesszelle in der jeweiligen Arbeitsrichtung vorgesehen ist, in der Figur 6 sind die Horizontalkraftmesszellen in beiden Ebenen wirksam. FIG. 6 shows a variant of FIG. 5 in which the force measuring plates 11, 12 are horizontally decoupled in both directions, the horizontal force measuring cells 211, 212, 221, 222 being arranged below the force measuring plates 11, 12 in the roller stacks. The horizontal force measuring cells 21 1, 212, 221, 222 are advantageously coupled to the force plates 11 so that a deflection of the individual plate has no influence on the measurement result, advantageously, the horizontal force measuring cells 211, 212, 221, 222 via push rods or joints with the force plates 11, 12 coupled. FIG. 7 shows a further variant of the invention, in which only one horizontal force measuring cell is provided in the respective working direction; in FIG. 6, the horizontal force measuring cells are effective in both planes.
Eine weitere Variante ist in der Figur 8 dargestellt, bei der Aufbau der Kraftmessplatten analog zu der der Figur 7 ausgebildet ist, die Rollen 31, 32 parallel zueinander geführt sind. Die Platten 11, 12 sind in einem Rahmen entkoppelt voneinander gehalten, die Horizontalkraftmesszellen 21, 22 sind außerhalb der Platten 11, 12 angeordnet. A further variant is shown in FIG. 8, in which the structure of the force measuring plates is designed analogously to that of FIG. 7, the rollers 31, 32 are guided parallel to one another. The plates 11, 12 are kept decoupled from one another in a frame, the horizontal force measuring cells 21, 22 are arranged outside of the plates 11, 12.
In der Figur 9 ist in einer schematischen Darstellung die Projektion von Kraftvektoren auf eine Person 1 und auf den Hintergrund dieser Person 1 dargestellt. Die Person 1 steht auf den beiden Kraftmessplatten 1 1, 12 und die jeweils ermittelten resultierenden Kraftvektoren FR, FRL für den rechten Fuß und den linken Fuß sind auf den Körper der Person 1 und den Hintergrund projiziert. Der resultierende Kraftvektor FRR repräsentiert dabei den Kraftvektor, der aus den jeweiligen Unterstützungspunkten auf der rechten Kraftmessplatte 1 1, einer bekannten Schwer- punktshöhe und einer Vertikalkraftverteilung der beiden Kraftmessplatten 1 1, 12 zueinander berechnet wird. Der Verlauf des rechten resultierenden Kraftvektors FRR und der jeweilige Krafteinleitungspunkt ist auf dem Körper der Person 1 dargestellt. Die Krafteinleitung im rechten Bein findet im Fersenbereich statt, wohingegen die Krafteinleitung im linken Bein im Vor- derfußbereich stattfindet, so dass der resultierende Kraftvektor FRL des linken Beines zur Senkrechten geneigt dargestellt ist und der auf den Körper projizierte resultierende Kraftvektor FRL durch den Vorderfußbereich hindurchgeht. Eine zweite Darstellungsform ist ebenfalls in der Figur 9 dargestellt, bei der der resultierende Kraftvektor FRL des linken Beines auf einem Hin- tergrund dargestellt ist. Dies ist aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit abgesetzt dargestellt, so dass die unterbrochene Linie versetzt dargestellt ist. Zur besseren Unterscheidbarkeit können die beiden resultierenden Kraftvektoren FRR, FRL in unterschiedlichen Helligkeiten oder in unterschiedlichen Farben dargestellt sein. Eine Variante der Erfindung ist in der Figur 10 dargestellt, bei der die projizierenden Kraftvektoren durch den Körperschwerpunkt 2 geführt sind. Die Darstellung erfolgt analog der Darstellung gemäß Figur 9 entweder auf dem Körper der Person 1 oder auf einem Hintergrund, die Körperschwerpunktshöhe kann dabei manuell eingegeben werden oder beispielsweise über die Erfassung der Horizontalkräfte in der Frontalebene oder Sagittalebene ermittelt werden. FIG. 9 shows, in a schematic illustration, the projection of force vectors on a person 1 and on the background of this person 1. The person 1 is standing on the two force plates 1 1, 12 and the respectively determined resulting force vectors FR, FRL for the right foot and the left foot are projected onto the body of the person 1 and the background. The resulting force vector FRR represents the force vector, which is calculated from the respective support points on the right force plate 1 1, a known center of gravity and a vertical force distribution of the two force plates 1 1, 12 to each other. The course of the right resulting force vector FRR and the respective force introduction point is shown on the body of the person 1. The application of force in the right leg takes place in the heel area, whereas the introduction of force in the left leg in the front foot region occurs so that the resultant left leg force vector F RL is inclined to the vertical and the resultant force vector FRL projected on the body passes through the forefoot area. A second embodiment is also shown in FIG. 9, in which the resulting force vector FRL of the left leg is shown on a background. This is shown discontinued for reasons of clarity, so that the broken line is shown offset. For better distinctness, the two resulting force vectors FRR, FRL can be represented in different brightnesses or in different colors. A variant of the invention is shown in FIG. 10, in which the projecting force vectors are guided through the center of gravity 2. The representation is analogous to the representation of Figure 9 either on the body of the person 1 or on a background, the body center of gravity can be entered manually or determined for example by detecting the horizontal forces in the frontal plane or sagittal plane.
In der Figur 1 1 ist ein mögliches Verfahren zur Kalibrierung einer Wiedergabeeinrichtung 3 dargestellt. Die Wiedergabeeinrichtung, beispielsweise in Gestalt eines Beamers, spannt ein Messfeld 10 auf, das durch seine Eckpunkte definiert wird. Innerhalb des Messfeldes 4 sind die beiden Kraftmessplatten 1 1 , 12 angeordnet. Die beiden Kraftmessplatten 1 1 , 12 sind nebenein- ander angeordnet und im Wesentlichen rechteckig. An den freien Eckpunkten der Messplatten 1 1, 12 sind Sensoren 41 , 42, 43, 44 angeordnet, die als photo sensitive Sensoren ausgebildet sein können. Alternativ dazu können Marker an den Eckpunkten der Messfläche, die durch die Kraftmessplatten 1 1 , 12 definiert ist, angeordnet sein. Zur Autokalibrierung wird über das Messfeld 4, ausgehend von einer ersten Seitenkante, ein Lichtstreifen oder ein abgedunkelter Streifen zur gegenüberliegenden Seite verfahren. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Streifen zunächst von der linken Seitenkante nach rechts verschoben, wie durch den Pfeil angedeutet ist. Die Wiedergabeeinrichtung 13 beleuchtet das Messfeld 4 zunächst komplett, dann der Streifen mit abweichender Helligkeit zunächst von der linken Seitenkante in Richtung auf die rechte Seitenkante verfahren. Anschließend wird ein zweiter Streifen abweichender Helligkeit von der oberen Seitenkante in Richtung auf die untere Seitenkante des Messfeldes 4 verfahren. Dabei überstreichen die Streifen innerhalb des beleuchteten oder abgedunkelten Bereiches nacheinander die photosensitiven Sensoren 41 , 42, 43, 44 der Messplatten 1 1, 12, so dass deren Lage und Größe bei bekannter Größe der Messplatten ermittelt werden kann. Eine nicht dargestellte Auswerteeinheit, in der Regel ein Computer, verfügt somit über Informationen, wo in dem Messfeld 4 die Messplattem 11, 12 angeordnet sind und wie die Entfernungen von der Wiedergabeeinrichtung 3 zu den Kraftmessplatten 1 1, 12 ist. Dadurch besteht die Möglichkeit, nicht nur eine qualitative, sondern auch eine quantitative Darstellung der Kräfte und der resultierenden Kraftvektoren vorzunehmen. In der rechten Darstellung der Figur 11 ist eine solche Darstellung, wie sie aus der Figur 10 bekannt ist, gezeigt. Sowohl der Körperschwerpunkt 2 als auch die resultierenden Kraftvektoren FRR, FRL können auf der Grundlage der von den Kraftmessplatten 1 1, 12 ermittelten Werte dargestellt und auf den Körper der Person 1 projiziert werden. FIG. 11 shows a possible method for calibrating a display device 3. The display device, for example in the form of a beamer, spans a measuring field 10, which is defined by its corner points. Within the measuring field 4, the two force plates 1 1, 12 are arranged. The two force plates 1 1, 12 are arranged side by side and substantially rectangular. At the free corners of the measuring plates 1 1, 12 sensors 41, 42, 43, 44 are arranged, which may be formed as a photo-sensitive sensors. Alternatively, markers may be disposed at the vertices of the measurement surface defined by the force plates 1 1, 12. For autocalibration, a light strip or a darkened strip is moved to the opposite side via the measuring field 4, starting from a first side edge. In the illustrated embodiment, the strip is first shifted from the left side edge to the right, as indicated by the arrow. The display device 13 initially illuminates the measuring field 4 completely, then initially moves the strip of differing brightness from the left-hand side edge in the direction of the right-hand side edge. Subsequently, a second strip of differing brightness is moved from the upper side edge in the direction of the lower side edge of the measuring field 4. The strips within the illuminated or darkened area successively cover the photosensitive sensors 41, 42, 43, 44 of the measuring plates 1 1, 12, so that their position and size can be determined with known size of the measuring plates. A not shown evaluation, usually a computer, thus has information where in the measuring field 4, the measuring plates 11, 12 are arranged and how the distances from the display device 3 to the force plates 1 1, 12 is. This makes it possible to perform not only a qualitative, but also a quantitative representation of the forces and the resulting force vectors. In the right-hand illustration of FIG. 11, such a representation as is known from FIG. 10 is shown. Both the center of gravity 2 and the resulting force vectors F RR , F RL can be represented on the basis of the values determined by the force measuring plates 1 1, 12 and projected onto the body of the person 1.
Eine Variante der Autokalibrierung ist in der Figur 12 dargestellt, bei der die Autokalibrierung durch eine schrittweise Verkleinerung der beleuchteten Fläche erfolgt. Die verkleinerten Flächen sind durch römische Ziffern gekennzeichnet. Zunächst wird das Messfeld 4 von links bis zum Erreichen des linken hinteren Sensors 42 verkleinert, so dass sich die beleuchtete Fläche I ergibt. Anschließend wird diese Fläche weiter skaliert verkleinert, so dass sich nacheinander die Flächen II, III, IV, V ergeben. Die Verkleinerung wird solange fortgeführt, bis idealerweise nur noch der Messpunkt des Sensors 42 beleuchtet wird, was durch das Feld VI angedeutet ist. A variant of the auto-calibration is shown in FIG. 12, in which the auto-calibration is effected by a stepwise reduction of the illuminated area. The reduced areas are indicated by Roman numerals. First, the measuring field 4 is reduced from the left to reach the left rear sensor 42, so that the illuminated surface I results. Subsequently, this area is scaled down further scaled, so that successively the surfaces II, III, IV, V result. The reduction is continued until, ideally, only the measuring point of the sensor 42 is illuminated, which is indicated by the field VI.
In der rechten Darstellung der Figur 12 wird dieses Verfahren dann fortgeführt und die Ver- kleinerung der beleuchteten Fläche von der Fläche VII bis XII in den jeweiligen Schritten durchgeführt. Diese Verkleinerung der beleuchteten Flächen wird für alle Sensoren der Messplatten 11, 12 vorgenommen, so dass analog zu dem Verfahren gemäß Figur 1 1 sämtliche Positionsdaten der Sensoren 41, 42, 43, 44 der Kraftmessplatten 11, 12 bekannt sind. Eine Variante der Autokalibrierung ist in der Figur 13 dargestellt. In dem Messfeld 4 wird ein Muster 400 in Gestalt eines Rechteckes durch die Wiedergabeeinrichtung 3 hineinprojiziert. Anschließend wird der linke untere Punkt 401 des Musters 400 auf den linken unteren Sensor 41 gezogen, der auch als Marker ausgebildet sein kann. Anschließend wird der linke obere Punkt 402 auf den linken hinteren Sensor 42 oder Marker gezogen, gleiches geschieht mit dem rechten oberen Punkt 403 des Musters 400, der auf den hinteren rechten Sensor 43 gezogen wird. Abschließend wird der rechte untere Punkt des Musters 400 auf den rechten vorderen Sensor 44 gezogen, so dass aus der bekannten Zuordnung der Sensoren 41, 42, 43, 44 zueinander und der Positionen der Eckpunkte 401, 402, 403, 404 des Musters 400 eine Autokalibrie- rung durch Anpassung des Musters 400 auf die Sensorfläche, die durch die Eckpunkte der Kraftmessplatten 11, 12 gebildet wird, an denen die Sensoren 41, 42, 43, 44 angeordnet sind, durchgeführt wird. In der Figur 14 ist eine Variante der Ausgestaltung der Kraftmessplatte 11 in mehreren Ansichten dargestellt. Die Kraftmessplatte 11 ist dabei auf sphärisch geformten Sensoren 21, 22 gelagert, die sich in Aufnahmen 200 abstützen. Die Aufnahmen 200 sind an der Kraftmessplatte 1 1 und einer unterhalb davon angeordneten Trägerplatte 110 gelagert. Dadurch ist es möglich, dass die kugelförmig ausgebildeten Sensoren 21, 22 eine Rollenlagerfunktion ausüben, wo- durch die Kraftmessplatte 11 in Horizontalkraftrichtungen entkoppelt auf der Trägerplatte 1 10 gelagert ist. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die Aufnahmen 200 entweder an der Kraftmessplatte 11 oder der Trägerplatte 110 angeordnet sind. Die Aufnahmen 200 können eine Verlagerung in eine Horizontalkraftrichtung zulassen, wenn sie als Schienen ausgebildet sind. Grundsätzlich dienen die Aufnahmen 200 dazu, eine grundsätzliche Zuordnung der Kraftmess- platte 11 zu der Trägerplatte 1 10 sicherzustellen. Sollte dies auf eine andere Art und Weise geschehen, können die Aufnahmen 200 auch entfallen. In the right-hand illustration of FIG. 12, this method is then continued and the reduction of the illuminated area from the area VII to XII in the respective steps is carried out. This reduction of the illuminated areas is carried out for all sensors of the measuring plates 11, 12, so that all the position data of the sensors 41, 42, 43, 44 of the force measuring plates 11, 12 are known analogously to the method according to FIG. A variant of the auto-calibration is shown in FIG. In the measuring field 4, a pattern 400 in the form of a rectangle is projected through the display device 3. Subsequently, the lower left point 401 of the pattern 400 is pulled onto the lower left sensor 41, which may also be designed as a marker. Subsequently, the upper left point 402 is drawn on the left rear sensor 42 or marker, the same happens with the upper right point 403 of the pattern 400, which is pulled on the rear right sensor 43. Finally, the lower right point of the pattern 400 is drawn on the right front sensor 44, so that from the known assignment of the sensors 41, 42, 43, 44 to each other and the positions of the corner points 401, 402, 403, 404 of the pattern 400 an autocalibration - tion by adaptation of the pattern 400 on the sensor surface, which is formed by the corner points of the force plates 11, 12, on which the sensors 41, 42, 43, 44 are arranged is performed. FIG. 14 shows a variant of the configuration of the force-measuring plate 11 in several views. The force measuring plate 11 is mounted on spherically shaped sensors 21, 22, which are supported in receptacles 200. The receptacles 200 are mounted on the force measuring plate 1 1 and a support plate 110 arranged below it. This makes it possible for the spherical sensors 21, 22 to exert a roller bearing function, whereby the force-measuring plate 11 is mounted on the carrier plate 110 in decoupled horizontal directions. In principle, it is also possible for the receptacles 200 to be arranged either on the force-measuring plate 11 or the carrier plate 110. The receptacles 200 may allow a displacement in a horizontal force direction when formed as rails. In principle, the receptacles 200 serve to ensure a basic assignment of the force measuring plate 11 to the carrier plate 110. Should this be done in a different way, the recordings 200 can also be omitted.
Um zu verhindern, dass bei einem Aufbringen von Drehmomenten um die Vertikalachse eine Verdrehung der Kraftmessplatte 11 stattfindet, ist die Kraftmessplatte 1 1 auf einer Parallelo- grammführung 100 gelagert, durch die jeweils eine Horizontalkraftkomponente abgefangen wird. Dadurch kann die Kraftmessplatte 11 gegenüber der Trägerplatte 110 nicht um eine Vertikalachse verdreht werden. In order to prevent rotation of the force measuring plate 11 taking place when torque is applied about the vertical axis, the force measuring plate 11 is mounted on a parallelogram guide 100, by which a respective horizontal force component is intercepted. As a result, the force-measuring plate 11 can not be rotated relative to the carrier plate 110 about a vertical axis.
Neben der Kugelstruktur der Sensoren 21, 22 ist es auch möglich, die Sensoren 21, 22 nur teil- weise kugelförmig auszubilden, wie in der rechten unteren Darstellung gezeigt ist. Die Sensoren 21, 22 sind dabei als teilsphärische Elemente ausgebildet, die einen halbmondförmigen Querschnitt aufweisen. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die Sensoren 21, 22 tonnenartig oder zylinderartig ausgebildet sind, um eine Entkopplung in einer Horizontalkraftrichtung zu ermöglichen. Auch bei einer solchen Formgebung ist die Ausgestaltung mit einem offenen Querschnitt möglich, um über beispielsweise Dehnmessstreifen Vertikalkräfte oder andere Kraftkomponenten aufnehmen zu können. Durch die halbmondförmige Ausgestaltung, also die teilsphärische Ausgestaltung mit einem hohlen Querschnitt, kann beispielsweise über die Anwendung von Dehnmessstreifen oder anderen bekannten Kraftaufnehmern eine Erfassung der Vertikalkräfte ermöglichen. Eine separate Vertikalkraftaufnahme unterhalb der Kraftmessplatte 1 1 oder der Trägerplatte 110 ist durch die Funktionsintegration der Rollenlager in die Sensoren 21, 22 nicht mehr notwendig. Dadurch wird es zudem möglich, separate Funktionen und Baugruppen miteinander zu kombinieren, um eine verringerte Bauhöhe zu verwirklichen. Die Sen- soren 21, 22 sind somit gleichzeitig Lager, Kraftaufnehmer und Entkopplungseinrichtungen, die eine Verlagerung in zumindest eine Horizontalkraftrichtung ermöglichen. In addition to the spherical structure of the sensors 21, 22, it is also possible for the sensors 21, 22 to be only partially spherical, as shown in the lower right-hand illustration. The sensors 21, 22 are designed as part-spherical elements which have a crescent-shaped cross-section. In principle, it is also possible that the sensors 21, 22 are barrel-shaped or cylinder-like, in order to enable a decoupling in a horizontal force direction. Even with such a shape, the configuration with an open cross-section is possible in order to be able to absorb, for example, strain gauges, vertical forces or other force components. Due to the crescent-shaped configuration, so the part-spherical design with a hollow cross-section, for example, on the application of strain gauges or other known force sensors, a detection of Vertical forces allow. A separate vertical force absorption below the force measuring plate 1 1 or the support plate 110 is no longer necessary due to the functional integration of the roller bearings in the sensors 21, 22. This also makes it possible to combine separate functions and assemblies together to achieve a reduced height. The sensors 21, 22 are thus at the same time bearings, force transducers and decoupling devices which allow a displacement in at least one horizontal force direction.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Ermittlung und Darstellung von Horizontal- und Vertikalkräften, die beim Stehen auf eine Person einwirken, bei dem die Person auf zwei separaten, miteinander gekoppelten Kraftmessplatten (11, 12) steht, wobei je ein Fuß auf einer Kraftmessplatte (11, 12) positioniert wird und über die Kraftmessplatten (11, 12) der jeweilige Unterstützungspunkt auf der Kraftmessplatte (1 1, 12) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein resultierender Kraftvektor (FRR, FRL) aus den jeweiligen Unterstützungspunkten der beiden Kraftmessplatten (11, 12), einer bekannten Körper schwerpunktshöhe (2) und einer Vertikalkraftverteilung der beiden Kraftmessplatten (11, 12) zueinander berechnet und mit einer Wiedergabeeinrichtung (3) dargestellt wird. 1. A method for determining and representing horizontal and vertical forces acting on standing on a person in which the person is on two separate, mutually coupled force plates (11, 12), wherein one foot on a force plate (11, 12 ) is determined and on the force plates (11, 12) of the respective support point on the force plate (1 1, 12) is determined, characterized in that a resultant force vector (FRR, FRL) from the respective support points of the two force plates (11, 12 ), a known body center of gravity (2) and a vertical force distribution of the two force plates (11, 12) calculated to each other and represented by a display device (3).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Bein die Vertikalkraftkomponente über dem jeweiligen resultierenden Unterstützungspunkt dargestellt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that for each leg, the vertical force component is represented above the respective resulting support point.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gesamtschwerpunkt aus den Unterstützungspunktdaten der Kraftmessplatten (11, 12) ermittelt und der resultierende Kraftvektor (FRR, FRL) beider Kraftmessplatten (1 1, 12) berechnet und dargestellt wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a total center of gravity from the support point data of the force plates (11, 12) determined and the resulting force vector (FRR, FR L ) of both force plates (1 1, 12) is calculated and displayed.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über mehrere Sensoren (41, 42, 43, 44) oder Marker an zumindest einer Kraftmessplatte (1 1, 12) eine Autokalibrierung einer Wiedergabeeinrichtung (3) relativ zu der Kraftmessplatte (11, 12) durch Abscannen eines Messfeldes (4), in dem sich die Kraftmessplatten (11, 12) befinden, durchgeführt wird, bevor ein resultierender Kraftvektor (FRR, Frl) dargestellt wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that via a plurality of sensors (41, 42, 43, 44) or marker on at least one force plate (1 1, 12) an auto-calibration of a display device (3) relative to the force plate (11 , 12) is performed by scanning a measuring field (4) in which the force measuring plates (11, 12) are located, before a resulting force vector (FRR, F rl ) is displayed.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an Messpunkten zumindest einer Kraftmessplatte (11, 12) photosensitive Sensoren (41, 42, 43, 44) angeordnet sind und die Autokalibrierung durch Beleuchten des gesamten Messfeldes (4) und anschließendes Verkleinern des beleuchteten Bereiches und selektives Aktivieren der einzelnen Sensoren (41, 42, 43, 44) durchgeführt wird. 5. The method according to claim 4, characterized in that at measuring points of at least one force measuring plate (11, 12) photosensitive sensors (41, 42, 43, 44) are arranged and the auto-calibration by illuminating the entire measuring field (4) and then reducing the illuminated Range and selective activation of the individual sensors (41, 42, 43, 44) is performed.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Autokalibrierung von der Wiedergabeeinrichtung (3) dergestalt Muster in das Messfeld (4) projiziert und angepasst werden, dass sie mit Sensoren oder Markern an zumindest einer Kraftmessplatte (1 1, 12) übereinstimmen. 6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that for the autocalibration of the display device (3) such pattern in the measuring field (4) are projected and adapted to be connected to sensors or markers on at least one force plate (1 1, 12) to match.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Autokalibrierung von der Wiedergabeeinrichtung (3) in Abhängigkeit von Mustern oder Koordinaten im Messfeld (4) durchgeführt wird. 7. The method according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the auto-calibration of the display device (3) as a function of patterns or coordinates in the measuring field (4) is performed.
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der resultierende Kraftvektor (FRR, Frl) auf die auf den Kraftmessplatten (1 1, 12) stehende Person projiziert und/oder in einem Bild der Wiedergabeeinrichtung (3) dargestellt wird. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the resulting force vector (FRR, F rl ) on the person on the force plates (1 1, 12) standing person projects and / or in an image of the display device (3).
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperschwerpunktshöhe (2) manuell eingegeben oder über die Erfassung der Horizontalkraft in der Frontalebene oder Sagittalebene ermittelt wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the body center of gravity height (2) is entered manually or determined by detecting the horizontal force in the frontal plane or sagittal plane.
10. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche mit zwei separaten Kraftmessplatten (11, 12), die mit Sensoren (21, 22; 211, 212, 221, 222) zur Aufnahme von Kräften und/oder Momenten versehen sind, die mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sind, über die die erfassten Messgrößen ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmessplatten (11, 12) in zumindest einer Horizontalkraftrichtung entkoppelt gelagert sind. 10. Apparatus for carrying out a method according to one of the preceding claims with two separate force measuring plates (11, 12) which are provided with sensors (21, 22, 211, 212, 221, 222) for receiving forces and / or moments which are connected to an evaluation device, via which the detected measured variables are evaluated, characterized in that the force measuring plates (11, 12) are mounted decoupled in at least one horizontal force direction.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kraftmessplatten (11, 12) in unterschiedlichen Horizontalkraftrichtungen entkoppelt gelagert sind. 11. The device according to claim 10, characterized in that the two force plates (11, 12) are mounted decoupled in different horizontal directions of force.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (21, 22; 211, 212, 221, 222) unter oder neben den Kraftmessplatten (11, 12) angeordnet sind. 12. The device according to claim 10 or 11, characterized in that the sensors (21, 22, 211, 212, 221, 222) are arranged below or next to the force measuring plates (11, 12).
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmessplatten (11, 12) auf Rollen (31, 32) gelagert sind. 13. Device according to one of claims 10 to 12, characterized in that the force measuring plates (11, 12) on rollers (31, 32) are mounted.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (21, 22) als Rollkörper ausgebildet sind, auf denen die Kraftmessplatten (11,14. Device according to one of claims 10 to 13, characterized in that the sensors (21, 22) are designed as rolling bodies on which the force measuring plates (11,
12) lagern. 12) store.
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