WO2001026753A1 - Vorrichtung zur haltungsüberwachung - Google Patents

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Thomas Degner
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Fahrner Hans Daniel
Thomas Degner
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Definitions

  • the invention relates to a device for monitoring the posture of an athlete when carrying out a sporty movement sequence, which has at least one sensor for detecting the posture and in which the sensor is coupled to an evaluation unit which compares the detected posture with a target value and which compares the result transmits to at least one display unit.
  • devices of this type are usually implemented using video cameras which visually record an athlete performing the sporting movement sequence and which visually rush to transmit information to a coach of the athlete. After finishing the training, the trainer can then evaluate the video recordings together with the athlete and give the athlete advice on how to improve their posture.
  • Devices of this type have the considerable disadvantage that direct feedback to the athlete during training is not guaranteed. This considerable time delay in the feedback of information to the athlete creates a considerable need for training time. In addition, there is a risk that incorrect movements and incorrect postures are first memorized by the athlete, so that subsequent corrections are time-consuming.
  • WO 99/25 430 describes a training device which is provided for movement monitoring during tennis training.
  • Posture monitoring sensors are located in the area of the tennis racket as well as in the wrists and ankles of the athlete.
  • the wrists and ankles are held using data gloves and data shoes.
  • the movement data recorded by the sensors are digitized and converted into virtual movement information using a data processing system, which is shown to the athlete via a visual display during training.
  • the object of the present invention is to design a device of the type mentioned in the introduction structure that immediate monitoring of the posture is supported.
  • the senor is designed as a pressure sensor, that at least one sensor is arranged in the area of a left and one right ski boot and that the display unit is designed as an acoustic signal transmitter.
  • the interaction of the sensor, the evaluation unit and the display unit makes it possible to detect and display postural errors immediately. In particular, it is possible to carry out a permanent target / actual comparison. It is possible to take a static setpoint into account as well as to dynamically evaluate a setpoint value profile depending on the passage of time and a planned movement.
  • the display unit is arranged spatially separated from the sensor and is wirelessly coupled to the evaluation unit.
  • the display unit is arranged in the area of an athlete's clothing.
  • the senor can be arranged on the body of the athlete. Universal applicability is supported in that the sensor is arranged in the area of an athlete's clothing.
  • the senor is designed as a strain gauge.
  • An easily detectable signal is provided in that the display unit is designed as an acoustic signal transmitter.
  • the display unit be wirelessly coupled to a stationary display unit.
  • the display unit is designed as an acoustic signal transmitter with a variable frequency.
  • the display unit is designed as an acoustic signal transmitter with variable volume.
  • a comfortable monitoring system is provided in that two acoustic displays are used, each of which is assigned in its spatial arrangement to a signal detection with respect to a left half of the body and a right half of the body.
  • a further improvement in the information content can be achieved in that a left display unit can be assigned to a left ear of the athlete and signals sensor information relating to a left half of the body and that a right display unit is assigned to a right ear of the athlete and signals information relating to the right half of the body.
  • FIG. 3 a summarizing block diagram for the circuit according to FIG. 1 and FIG. 2
  • the sensor (11) is designed in this embodiment as a strain gauge which is arranged as part of a bridge circuit.
  • the bridge circuit consists of two parallel resistance branches. One of these branches hold the potentiometer (Pl) like the resistors (Rl + R3), the other branch consists of the sensor (11) and a resistor (R2).
  • the voltage levels at the circuit taps (1, 2) are fed to the associated inputs of an operational amplifier (ICl), which is connected with a very high resistance on the input side.
  • ICl operational amplifier
  • a junction FET input can be used for this.
  • the operational amplifier (ICl) works as a comparator.
  • the proposed wiring of the operational amplifier (ICl) has the result that the operational amplifier (ICl) always works at full power and causes the output state to tip over with the smallest differences in the input voltage.
  • part of the output voltage is fed back to the input of the operational amplifier with the resistor (R4).
  • the RC element in the feedback branch calms the sensitive operational amplifier (ICl) at the instant of switching.
  • a center coupling is provided by the feedback to the plus input of the operational amplifier.
  • the feedback via the resistor (R4) also prevents the signal level at the output from wobbling.
  • the output of the operational amplifier (ICl) switches a power transistor (Tl), which in turn controls the circuit (IC2) shown in FIG. 2.
  • a UHF transmitter is built up by the output-side circuit component in FIG. 2.
  • the evaluation unit controls an oscillator as a function of the respective potentiometer setting, the output signal of which is converted into a square-wave signal.
  • FIG. 4 shows the basic circuit arrangement in the area of a display unit, which is designed as an acoustic signal transmitter in the area of a headphone.
  • the entire device typically consists of four individual components.
  • the skier In an application in the field of skiing, the skier carries two transmitters for data acquisition, each in the area of a ski boot, and a receiver in the form of headphones for emitting an acoustic signal.
  • the trainer has a receiver.
  • the volume as well as the sound volume and the pitch can be adjustable. All individual components are installed in such a way that there is no risk of injury to the skier in the event of a fall.
  • the signal tone generator can also be positioned in a suitable area of the ski suit.
  • a simple evaluation for the skier can be achieved in that the signal tones that correspond to the data acquisition in the area of the right ski boot pond, are transmitted to the skier's right ear and that a transmission to the left ear is provided for the signals generated with regard to the left ski boot.
  • a special receiver with three outputs is provided for the trainer.
  • a first output has a left and right acoustic channel for connecting a headphone.
  • a second output is connected to a video camera and also provides acoustic data.
  • a third output transmits optical signals that signal the left and right channels by means of a light indicator.
  • the circuit explained takes advantage of the fact that typical postures lead to typical pressure or stretching loads, which can be detected, for example, in skiing applications in the area of ski boots. According to a typical embodiment, it is provided that no output signal is generated when an optimal posture is taken. With increasing deviation from this optimal posture, an acoustic signal can be provided that signals the deviation from the ideal position by its volume and / or its frequency. When evaluating, for example, in the area of both ski Boots can be provided with body-side information.

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Abstract

Die Vorrichtung dient zur Überwachung der Körperhaltung eines Sportlers bei der Durchführung eines sportlichen Bewegungsablaufes. Die Vorrichtung weist mindestens einen Sensor zur Erfassung der Körperhaltung auf. Der Sensor ist mit einer Auswertungseinheit gekoppelt, die die erfasste Körperhaltung mit einem Sollwert vergleicht. Das Vergleichsergebnis wird zu mindestens einer Anzeigeeinheit übertragen.

Description

Vorrichtung zur Haltungsüberwachung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung der Körperhaltung eines Sportlers bei der Durchführung eines sportlichen Bewegungsablaufes, die mindestens einen Sensor zur Erfassung der Körperhaltung aufweist und bei der der Sensor mit einer Auswertungseinheit gekoppelt ist, die die erfaßte Körperhaltung mit einem Sollwert vergleicht und die das Vergleichsergebnis zu mindestens einer Anzeigeeinheit überträgt.
Derartige Vorrichtungen sind gemäß dem Stand der Technik üblicherweise unter Verwendung von Videokameras realisiert, die einen den sportlichen Bewegungsablauf durchführenden Sportler visuell erfassen und die visu- eilen Informationen zu einem Trainer des Sportlers ü- bertragen. Nach einer Beendigung des Trainings kann der Trainer dann gemeinsam mit dem Sportler die Videoaufzeichnungen auswerten und dem Sportler Ratschläge zur Verbesserung der Körperhaltung erteilen.
Derartige Vorrichtungen weisen den erheblichen Nachteil auf, daß eine unmittelbare Rückkopplung auf den Sportler während des Trainings nicht gewährleistet ist . Durch diese erhebliche zeitliche Verzögerung bei der Informationsrückkopplung zum Sportler entsteht ein erheblicher Bedarf an Trainingszeit. Darüber hinaus besteht die Gefahr, daß sich falsche Bewegungsabläufe und falsche Körperhaltungen dem Sportler zunächst einprägen, so daß nachträgliche Korrekturen zeitaufwendig sind.
In der WO 99/25 430 wird eine Trainingsvorrichtung beschrieben, die für eine Bewegungsüberwachung bei einem Tennistraining vorgesehen ist. Sensoren zur Haltungsüberwachung sind sowohl im Bereich des Tennisschlägers als auch im Bereich von Handgelenken und Fußgelenken des Sportlers angeordnet. Die Halterung im Bereich der Handgelenke und der Fußgelenke erfolgt unter Verwendung von Datenhandschuhen und Datenschuhen. Die von den Sensoren erfaßten Bewegungsdaten werden digitalisiert und unter Verwendung einer Datenverarbeitungsanlage in virtuelle BewegungsInformationen umgesetzt, die dem Sportler über eine visuelle Anzeige während des Trainings dargestellt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu kon- struieren, daß eine unmittelbare Überwachung der Körperhaltung unterstützt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sensor als ein Drucksensor ausgebildet ist, daß jeweils mindestens ein Sensor im Bereich jeweils eines linken und eines rechten Skischuhs angeordnet ist und daß die Anzeigeeinheit als akustischer Signalgeber ausgebildet ist.
Durch das Zusammenwirken des Sensors, der Auswertungs- einheit und der Anzeigeeinheit ist es möglich, Haltungsfehler unmittelbar zu detektieren und anzuzeigen. Insbesondere ist es möglich, einen permanenten Soll- Ist-Vergleich vorzunehmen. Hierbei ist es sowohl möglich, einen statischen Sollwert zu berücksichtigen, als auch dynamisch in Abhängigkeit vom Zeitablauf und einer vorgesehenen Bewegunsgdurchführung ein Sollwertprofil auszuwerten.
Eine behinderungsfreie Verwendung wird dadurch unterstützt, daß die Anzeigeeinheit räumlich getrennt zum Sensor angeordnet und drahtlos mit der Auswertungseinheit gekoppelt ist.
Eine unmittelbare Bereitstellung der Informationen für den Sportler wird dadurch unterstützt, daß die Anzeige- einheit im Bereich einer Sportlerbekleidung angeordnet ist .
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Sensor am Körper des Sportlers anordbar ist . Eine universelle Verwendbarkeit wird dadurch unterstützt, daß der Sensor im Bereich einer Sportlerbeklei- dung angeordnet ist .
Eine sehr genaue und zugleich robuste Ausfuhrungsform wird dadurch bereitgestellt, daß der Sensor als ein Dehnungs-Meß-Streifen ausgebildet ist.
Ein einfach erfaßbares Signal wird dadurch bereitgestellt, daß die Anzeigeeinheit als akustischer Signalgeber ausgebildet ist.
Zur Information eines den Sportler betreuenden Trainers wird vorgeschlagen, daß die Anzeigeeinheit drahtlos mit einer stationären Anzeigeeinheit gekoppelt ist.
Eine einfache Auswertbarkeit des Signals wird dadurch unterstützt, daß die Anzeigeeinheit als akustischer Signalgeber mit variabler Frequenz ausgebildet ist.
Gemäß einer anderen Ausfuhrungsform ist vorgesehen, daß die Anzeigeeinheit als akustischer Signalgeber mit variabler Lautstärke ausgebildet ist.
Ein komfortables Überwachungssystem wird dadurch bereitgestellt, daß zwei akustische Anzeigen verwendet sind, die jeweils in ihrer räumlichen Anordnung einer Signalerfassung bezüglich einer linken Körperhälfte und einer rechten Körperhälfte zugeordnet sind.
Eine weitere Verbesserung des Informationsgehaltes kann dadurch erreicht werden, daß eine linke Anzeigeeinheit einem linken Ohr des Sportlers zuordbar ist und Sensorinformationen bezüglich einer linken Körperhälfte signalisiert und daß eine rechte Anzeigeeinheit einem rechten Ohr des Sportlers zugeordnet ist und Informationen bezüglich der rechten Körperhälfte signalisiert.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1: Ein Schaltschema zur Realisierung eines ein- gangsseitigen Teilbereiches der Auswertungseinheit,
Fig. 2 rein Schaltschema zur Realisierung eines aus- gangsseitigen Teilbereiches der Auswertungseinheit,
Fig. 3: ein zusammenfassendes Blockschaltbild zur Schaltung gemäß Fig. 1 und Fig. 2
und
Fig. 4: ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer akustischen Anzeigeeinheit, die mit der Auswertungseinheit koppelbar ist.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel für einen schaltungstechnischen Aufbau eines eingangsseitigen Teilbereiches einer Auswertungseinheit (10) zur Verarbeitung eines Meßsignales eines Sensors (11) . Der Sensor (11) ist bei dieser Ausfuhrungsform als ein Dehnungs-Meß-Streifen ausgebildet, der als Teil einer Brückenschaltung angeordnet ist. Die Brückenschaltung besteht aus zwei parallelen Widerstandszweigen. Einer dieser Zweige bein- haltet das Potentiometer (Pl) wie die Widerstände (Rl + R3), der andere Zweig besteht aus dem Sensor (11) sowie einem Widerstand (R2) .
Die Spannungspegel an den Schaltungsabgriffen (1, 2) werden an zugehörige Eingänge eines Operationsverstärker (ICl) geführt, der eingangsseitig sehr hochohmig geschaltet ist. Typischerweise kann hierzu ein Junetion-FET-Eingang verwendet werden. Durch die entsprechende Beschaltung arbeitet der Operationsverstärker (ICl) als ein Komperator.
Die vorgeschlagene Beschaltung des Operationsverstärker (ICl) hat zur Folge, daß der Operationsverstärker (ICl) immer mit voller Leistung arbeitet und bei kleinsten Differenzen in der Eingangsspannung ein Kippen des Ausgangszustandes verursacht wird.
Um Probleme auszuschließen, die aus der hohen Eingangsempfindlichkeit resultieren, beispielsweise ein Rauschen beim Schalten, wird mit dem Widerstand (R4) ein Teil der AusgangsSpannung auf den Eingang des Operationsverstärkers zurückgeführt .
Das RC-Glied im Rückkopplungszweig beruhigt den empfindlichen Operationsverstärker (ICl) im Umschaltaugenblick. Durch die Rückführung auf den Plus-Eingang des Operationsverstärkers wird eine Mittenkopplung bereitgestellt.
Die Rückführung über den Widerstand (R4) verhindert darüber hinaus ein Wackeln des Signalpegels am Ausgang. Der Ausgang des Operationsverstärkers (ICl) schaltet einen Leistungstransistor (Tl) , der seinerseits den in Fig. 2 dargestellten Schaltkreis (IC2) steuert. Durch die ausgangsseitige Schaltungskomponente in Fig. 2 wird ein UHF-Sender aufgebaut.
Fig. 3 zeigt als Schaltungsprinzip, daß die Auswertungseinheit in Abhängigkeit von der jeweiligen Potentiometereinstellung einen Oszillator steuert, dessen Ausgangssignal in ein Rechtecksignal umgewandelt wird.
Fig. 4 zeigt die prinzipielle Schaltungsanordnung im Bereich einer Anzeigeeinheit, die als akustischer Signalgeber im Bereich eines Kopfhörers ausgebildet ist.
Typischerweise besteht die gesamte Vorrichtung aus vier einzelnen Komponenten. Bei einer Anwendung im Bereich des Skisports trägt der Skiläufer zwei Sender zur Datenerfassung jeweils im Bereich eines Skischuhes und einen Empfänger in Form eines Kopfhörers zur Abgabe eines akustischen Signals. Der Trainer verfügt über einen Empfänger. Im Bereich des akustischen Signalausganges für den Skiläufer können sowohl die Lautstärke als auch das Schallvolumen und die Tonhöhe einstellbar sein. Sämtliche einzelnen Komponenten werden derart installiert, daß bei einem Sturz keine Verletzungsgefahr für den Skiläufer besteht. Der Signaltongenerator kann auch in einem geeigneten Bereich des Skianzuges positioniert werden.
Eine einfache Auswertbarkeit für den Skiläufer kann dadurch erreicht werden, daß die Signaltöne, die zur Datenerfassung im Bereich des rechten Skischuhes korres- pondieren, zum rechten Ohr des Skiläufers übertragen werden und daß für die im Hinblick auf den linken Skischuh generierten Signale eine Übertragung zum linken Ohr vorgesehen ist.
Für den Trainer ist ein spezieller Empfänger vorgesehen, der drei Ausgänge aufweist. Ein erster Ausgang besitzt jeweils einen linken und rechten akustischen Kanal zum Anschluß für einen Kopfhörer. Ein zweiter Ausgang ist an eine Videokamera angeschlossen, und stellt ebenfalls akustische Daten bereit. Ein dritter Ausgang überträgt optische Signale, die jeweils den linken und rechten Kanal mittels einer Leuchtanzeige signalisieren.
Für den Sender im Bereich des Skiläufers erweist es sich als zweckmäßig, wenn ein permanenter Sendercodewechsel durchgeführt wird. Hierdurch können Reichweitenminderungen durch magnetische Störfelder vermieden oder entsprechende Auswirkungen zumindest reduziert werden.
Durch die erläuterte Schaltung wird es ausgenutzt, daß typische Körperhaltungen zu typischen Druck- oder Dehnungsbelastungen führen, die beispielsweise bei Anwendungen im Bereich des Skilaufens im Bereich der Skischuhe erfaßt werden können. Gemäß einer typischen Aus- führungsform ist vorgesehen, daß bei der Einnahme einer optimalen Körperhaltung kein Ausgangssignal generiert wird. Mit zunehmender Abweichung von dieser optimalen Haltung kann ein akustisches Signal bereitgestellt werden, daß durch seine Lautstärke und/oder seine Frequenz die Abweichung von der Idealposition signalisiert. Bei einer Auswertung beispielsweise im Bereich beider Ski- Stiefel können körperseitige Informationen bereitgestellt werden.
Ergänzend zur reinen Erfassung der Körperhaltung ist es ebenfalls denkbar, erweiterte Ausfuhrungsformen bereitzustellen, die beispielsweise eine Erfassung der Herzoder Pulsfrequenz, des Blutdruckes, der Körpertemperatur oder des Hautwiderstandes ermöglichen. Ebenfalls ist es denkbar, die Vorrichtung mit einer visuellen Trainingsstreckenüberwachung zu koppeln. Hierdurch können die auftretenden Bewegungsabläufe im Zusammenhang mit der jeweiligen Streckenbeschaffenheit, insbesondere in Abhängigkeit von den Bodenverhältnissen, den Steigungen und einem Kurvenverlauf sowie in Abhängigkeit von den Witterungsverhältnissen ausgewertet werden. Insbesondere ist auch daran gedacht, über geeignete Speicherfunktionen eine nachträgliche Auswertung zu unterstützen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Vorrichtung zur Überwachung der Körperhaltung eines Sportlers bei der Durchführung eines sportlichen Bewegungsablaufes, die mindestens einen Sensor zur Erfassung der Körperhaltung aufweist und bei der der Sensor mit einer Auswertungseinheit gekoppelt ist, die die erfaßte Körperhaltung mit einem Sollwert vergleicht und die das Vergleichsergebnis zu mindestens einer Anzeigeeinheit überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (11) als ein Drucksensor ausgebildet ist, daß jeweils mindestens ein Sensor (11) im Bereich jeweils eines linken und eines rechten Skischuhs angeordnet ist und daß die Anzeigeeinheit (10) als akustischer Signalgeber ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinheit räumlich getrennt zum Sensor (11) angeordnet und drahtlos mit der Auswertungseinheit (10) gekoppelt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinheit im Bereich einer Sportlerbekleidung angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (11) am Körper des Sportlers anordbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (11) im Bereich einer Sportlerbekleidung angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (11) als ein Dehnungs-Meß-Streifen ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinheit (10) drahtlos mit einer stationären Anzeigeeinheit gekoppelt ist .
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinheit (10) als akustischer Signalgeber mit variabler Frequenz ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinheit (10) als akustischer Signalgeber mit variabler Lautstärke ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei akustische Anzeigen verwendet sind, die jeweils in ihrer räumlichen Anordnung einer Signalerfassung bezüglich einer linken Körperhälfte und einer rechten Körperhälfte zugeordnet sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine linke Anzeigeeinheit einem linken Ohr des Sportlers zuordbar ist und Sensorinformationen bezüglich einer linken Körperhälfte signalisiert und daß eine rechte Anzeigeeinheit einem rechten Ohr des Sportlers zugeordnet ist und Informationen bezüglich der rechten Körperhälfte signalisiert.
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