WO2014090263A1 - Verfahren zur bestimmung des von einer person zurückgelegten weges - Google Patents

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WO2014090263A1
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person
determined
movement
time interval
shoe
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PCT/EP2012/005117
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Doris Oriwol
Christian MAIWALD
Thomas Milani
Ralph DÖRFLER
Robert Hahn
Christian MITSCHKE
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Puma SE
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Publication date
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    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2218/00—Aspects of pattern recognition specially adapted for signal processing

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the distance traveled by a person wearing a shoe, which it covers during a step, wherein the person moves in a direction of movement.
  • the determination of the distance traveled by a person and possibly also the speed of the person is for example for athletes, especially for football players or for runners, for various purposes, such as for training, particularly interesting.
  • EP 1 066 793 B1 proposes in general the measurement of the accelerations of the foot of the person, the path being determined from the measured accelerations by integration twice over time. Since this error can sum up very disturbing, here is a redefinition of the reference system proposed at each step.
  • the determination of the distance traveled is computationally quite expensive here; In addition, integration inaccuracies may sometimes lead to inaccurate results.
  • the invention has the object of developing a method of the type mentioned above so that it can be carried out in a simpler manner and has an improved or at least comparable accuracy in the determination of both the distances covered and the speeds achieved by the person.
  • the proposed method comprises the steps of: a) measuring the rotational speed and / or rotational acceleration of a shoe worn by the person about an axis which is perpendicular to the direction of movement when resting on the ground shoe is and is preferably arranged horizontally and / or measuring a translational acceleration of the shoe worn by the person and detection of said variables over time; b) determination of the position of periodically recurring course characteristics of the at least one variable detected under step a), in particular of maximum values of the detected variable; c) determining the time interval between two consecutive periodically recurring characteristics identified in step b); d) Determining a step size resulting from the time interval between the two consecutive progress characteristics by using stored values or a stored one functional relationship between time interval and step size; e) Based on the step size thus determined as the distance traveled during the step.
  • the steps a) to e) are preferably carried out for a number of successive steps of the person, wherein a total distance traveled by the person way by adding the number of each determined individual step sizes is determined.
  • the speed of the person in the direction of movement can be determined by dividing the distance traveled by the time required for this.
  • the value of the average step size SW to be determined according to step d) is determined particularly preferably as a function of the determined time interval t from the following functional relationship:
  • SW G average step size in a first movement mode
  • the value of the step size to be determined in accordance with step d) of a claim 1 is determined from a nonlinear functional relationship, in particular from a polynomial of at least second order, from a function having a plurality of straight line sections or from a logistic function Increments in at least three different motion modes in the determination of the non-linear function are based. Accordingly, in the simplest case, a linear relationship can be used which interpolates (straight line) between two defined motion modes or which is also based on any non-linear function defined by more than two motion modes. A section-wise linear function then easily accounts for three or more modes of motion. When using a logistic function, it can be taken into account that saturation of the step frequency occurs above and below certain speed limits.
  • the mean step sizes in the considered movement modes as well as the associated time intervals of two successive progression characteristics in the movement modes can be determined by measurements on the individual person.
  • the first movement mode is preferably walking, the second preferably the sprint; a third mode of movement may be the trotting. If nonlinear functional relationships between step size and time interval of consecutive progression features are to be used, several different motion modes can be considered accordingly.
  • the ascertained paths and / or speeds for each step and / or as averages for a number of steps of the person can be stored in a memory element.
  • the ascertained paths and / or speeds for each step and / or as mean values for a number of steps of the person can alternatively or additionally also be transmitted wirelessly to a receiving station.
  • at least one translational acceleration and / or at least one rotational speed of the shoe is detected by means of a sensor element and stored together with the traveled paths and / or speeds and / or transmitted to the receiving station.
  • three translational accelerations and / or three rotational speeds in the direction or about three orthogonal axes by means of a sensor element or several sensor elements can be detected and stored together with the paths and / or speeds traveled and / or be transmitted to the receiving station.
  • the method is particularly preferably performed by a football player or a runner. This makes it possible to carry out a comprehensive monitoring of the movement behavior of a sportsperson. The distances traveled can be detected quite accurately, but in a very simple way, also the movement speeds.
  • an embodiment of the invention is shown.
  • FIG. 2 schematically shows a person who walks in a direction of movement, the course of an angular speed measured over time in a shoe for a defined movement mode of the person, the course of the angular speed analogous to FIG. 2, wherein the measured values are shown here for three different movement modes 1 schematically shows a shoe in the sectional side view, which is equipped with a measuring and monitoring unit, and schematically the measuring and monitoring unit of the shoe according to FIG. 4.
  • a person 1 can be seen, which runs in a direction of movement x.
  • the person 1 has shoes 2 on.
  • a measuring and monitoring unit is housed.
  • the measuring and monitoring unit has a housing 6 in which a sensor element 5 is housed.
  • a memory element 3 for storing measured data, a microprocessor 7, a USB port 8 and a battery or a rechargeable battery 9 are accommodated in the housing.
  • the housing 6 is arranged in the sole in the midfoot area. However, depending on the application, it can also be placed elsewhere, for example in the lacing or in the heel area. Not shown in detail, but is indicated only schematically in Fig. 1, that the measuring and monitoring unit wirelessly communicate with a receiving station 4 and can transmit to this data.
  • the sensor element 5 is equipped with a number of individual sensors, which are not shown in detail.
  • Fig. 1 the angular velocities ⁇ ⁇ , co y and ⁇ ⁇ are indicated; in Fig. 2 and Fig. 3, the angular velocities are plotted in the Y direction.
  • 3 angular velocity sensors and 3 acceleration sensors are used, which preferably in integrated into a single circuit. These sensors are arranged so that all three spatial directions x, y and z can be measured simultaneously.
  • the measurement data of the 6 sensors are read out by the microprocessor 7 and stored on the memory element 3.
  • the size of the memory can be adjusted according to the tasks, e.g. a full length of a football game.
  • the entire electronics form a unit that fits into the shoes provided. Due to the USB port 8, data can be sent to an external device, such as an external device. B. to a PC or to a smartphone.
  • a Bluetooth dongle can also be connected via USB via which data transmission can take place.
  • the person 1 runs a certain distance in a first defined movement mode, eg.
  • the measured angular velocity co y is plotted against time
  • the measurement result is shown in FIG.
  • characteristic, periodically recurring curve features are determined by the recorded measurement curve; in the exemplary embodiment, these are the positive maximum values. These are indicated in Fig. 1 with P y . These "peaks" are spaced apart in time, the time interval being indicated by t.
  • a step of the person 1 is defined by two successive "peaks” P y of the measured rotational speed co y . These maximum angular velocities arise in the swing phase of the gait or running movement when advancing that leg which is provided with the shoe 2 and the sensor element 5 (the maximum values thus result due to the through-swing during a step).
  • FIG. 2 shows a measurement with 13 steps and the corresponding maximum values P y over a distance of 20 m.
  • SW G is the average step size when walking
  • SW S is the mean increment of the sprint
  • t G is the time interval between two consecutive maximum values
  • t s is the time interval between two consecutive maximum values
  • a linear function is determined from the values for walking and sprint, which defines the step size as a function of the distances between the peaks.
  • a time interval t of 1.0 seconds it can be determined by means of the linear functional relationship that a step size of 1.50 meters corresponds thereto; ie the person 1 goes. If, however, a time interval t of 0.5 seconds is determined, the function delivers a step size of 3.3 meters; ie the person 1 sprints. The classification into the intensity levels (movement modes) thus takes place on the basis of the established linear functional relationship. The shorter the peak distances, the faster the person walks. This function is stored in the memory element 3 or in the microprocessor 7.
  • the corresponding increment is determined on the basis of the determined current time interval t between the "peaks" or generally speaking between the periodically recurring curve features, which accordingly indicates how far the person 1 has moved in this concrete step Since, at the same time, a clock function is available in the measuring and monitoring unit, the speed can be determined by dividing the distance by the recorded time interval.
  • the speed can also be determined by determining the speed for each step, then summing up all the speeds and dividing the result by the number of steps.
  • the individual measurement of the courses according to FIG. 3 has the consequence that a very accurate later determination of the distances traveled and speeds can be carried out.
  • the body size is entered into the measuring and monitoring unit, so that the appropriate function of the step size over the time interval for the calculation of the paths and speeds can be used.
  • SW G mean increment in a first motion mode

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des von einer Schuhe tragenden Person (1) zurückgelegten Weges (s), den diese während eines Schrittes zurücklegt, wobei sich die Person (1) in eine Bewegungsrichtung (x) bewegt. Um in einfacher und dennoch genauer Weise den zurückgelegten Weg und gegebenenfalls die Geschwindigkeit der Person ermitteln zu können, sieht das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte vor: a) Messen der Drehgeschwindigkeit (ωy) eines von der Person (1) getragenen Schuhs (2) um eine Achse (y), die bei auf dem Boden aufliegenden Schuh senkrecht zur Bewegungsrichtung (x) steht und Erfassung der genannten Größe über der Zeit; b) Ermittlung der Lage von periodisch wiederkehrenden Verlaufsmerkmalen (Py) der mindestens einen unter Schritt a) erfassten Größe; c) Ermittlung des zeitlichen Abstands (t) zweier aufeinanderfolgender, periodisch wiederkehrender Verlaufsmerkmale (Py), die unter Schritt b) identifiziert wurden; d) Ermittlung einer sich aufgrund des zeitlichen Abstand (t) der beiden aufeinanderfolgenden Verlaufsmerkmale (Py) ergebenden Schrittweite (SWm) durch Rückgriff auf gespeicherte Werte oder einen gespeicherten funktionalen Zusammenhang (SWm = f(t)) zwischen zeitlichem Abstand (t) und Schrittweite (SWm); e) Zugrundelegung der so ermittelten Schrittweite (SWm) als während des Schritts zurücklegten Weges (s).

Description

Verfahren zur Bestimmung des von einer Person zurückgelegten Weges
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des von einer Schuhe tragenden Person zurückgelegten Weges, den diese während eines Schrittes zurücklegt, wobei sich die Person in eine Bewegungsrichtung bewegt.
Die Bestimmung des von einer Person zurückgelegten Weges und gegebenenfalls auch der Geschwindigkeit der Person ist beispielsweise bei Sportlern, insbesondere bei Fußballspielern oder bei Läufern, für verschiedene Zwecke, beispielsweise für das Training, besonders interessant.
Es sind hierfür Verfahren bekannt, um die Wege zu bestimmen, die von der Person zurückgelegt werden. Die EP 1 066 793 Bl schlägt hierfür generell die Messung der Beschleunigungen des Fußes der Person vor, wobei aus den gemessenen Beschleunigungen durch zweimalige Integration über der Zeit der Weg ermittelt wird. Da sich hierbei Fehler sehr störend aufsummieren können, wird hier eine Neudefinition des Bezugssystems bei jedem Schritt vorgeschlagen.
Die Bestimmung des zurückgelegten Weges ist rechentechnisch hier recht aufwändig; durch Integrationsungenauigkeiten kann es des weiteren mitunter gegebenenfalls zu ungenauen Ergebnissen kommen. Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass es in einfacherer Weise durchführbar ist und eine verbesserte oder jedenfalls vergleichbare Genauigkeit bei der Bestimmung sowohl der zurückgelegten Wege als auch der von der Person erreichten Geschwindigkeiten aufweist.
Die L ö s u n g dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das vorgeschlagene Verfahren die Schritte aufweist: a) Messen der Drehgeschwindigkeit und/oder Drehbeschleunigung eines von der Person getragenen Schuhs um eine Achse, die bei auf dem Boden aufliegenden Schuh senkrecht zur Bewegungsrichtung steht und vorzugsweise horizontal angeordnet ist und/oder Messen einer translatorischen Beschleunigung des von der Person getragenen Schuhs und Erfassung der genannten Größen über der Zeit; b) Ermittlung der Lage von periodisch wiederkehrenden Verlaufsmerkmalen der mindestens einen unter Schritt a) erfassten Größe, insbesondere von Maximalwerten der erfassten Größe; c) Ermittlung des zeitlichen Abstands zweier aufeinanderfolgender, periodisch wiederkehrender Verlaufsmerkmale, die unter Schritt b) identifiziert wurden; d) Ermittlung einer sich aufgrund des zeitlichen Abstand der beiden aufeinanderfolgenden Verlaufsmerkmale ergebenden Schrittweite durch Rückgriff auf gespeicherte Werte oder einen gespeicherten funktionalen Zusammenhang zwischen zeitlichem Abstand und Schrittweite; e) Zugrundelegung der so ermittelten Schrittweite als während des Schritts zurücklegten Weges.
Die Schritte a) bis e) werden dabei bevorzugt für eine Anzahl aufeinanderfolgender Schritte der Person durchgeführt, wobei ein insgesamt von der Person zurückgelegter Weg durch Addition der Anzahl der jeweils ermittelten einzelnen Schrittweiten ermittelt wird.
Die Geschwindigkeit der Person in Bewegungsrichtung kann ermittelt werden, indem der zurückgelegte Weg durch die hierfür benötigte Zeit dividiert wird.
Der gemäß Schritt d) zu ermittelnde Wert der durchschnittlichen Schrittweite SW wird besonders bevorzugt als Funktion des ermittelten zeitlichen Abstands t aus dem folgenden funktionalen Zusammenhang ermittelt:
Figure imgf000005_0001
mit:
SWG: mittlere Schrittweite bei einem ersten Bewegungsmodus;
SWS: mittlere Schrittweite bei einem zweiten Bewegungsmodus;
zeitlicher Abstand zweier aufeinanderfolgender Verlaufsmerkmale (Maximalwerte) beim ersten Bewegungsmodus; zeitlicher Abstand zweier aufeinanderfolgender Verlaufsmerkmale (Maximalwerte) beim zweiten Bewegungsmodus. Alternativ kann vorgesehen werden, dass der gemäß Schritt d) von Anspruch 1 zu ermittelnde Wert der Schrittweite aus einem nichtlinearen funktionalen Zusammenhang ermittelt wird, insbesondere aus einem Polynom mindestens zweiter Ordnung, aus einer Funktion mit mehreren Geradenabschnitten oder aus einer logistischen Funktion, wobei die mittleren Schrittweiten bei mindestens drei unterschiedlichen Bewegungsmodi bei der Bestimmung der nichtlinearen Funktion zugrunde gelegt werden. Demgemäß kann im einfachsten Fall eine lineare Beziehung zugrunde gelegt werden, die zwischen zwei definierten Bewegungsmodi interpoliert (Gerade) oder auch eine beliebige nichtlineare Funktion zugrunde gelegt werden, die durch mehr als zwei Bewegungsmodi definiert wird. Eine abschnittsweise lineare Funktion berücksichtigt dann in einfacher Weise drei oder mehr Bewegungsmodi. Bei der Verwendung einer logistischen Funktion kann berücksichtigt werden, dass oberhalb und unterhalb gewisser Geschwindigkeitsgrenzen eine Sättigung der Schrittfrequenz eintritt.
Der Vorteil dieses Vorgehens ist, dass ein sehr genaues Ergebnis erreichbar ist, zu dessen Erzielung allerdings keine aufwändigen Maßnahmen (wie im Stand der Technik) durchgeführt werden müssen.
Die mittleren Schrittweiten bei den berücksichtigen Bewegungsmodi sowie die zugehörigen zeitlichen Abstände zweier aufeinanderfolgender Verlaufsmerkmale bei den Bewegungsmodi können durch Messungen an der individuellen Person ermittelt werden.
Sie können aber auch in empirischer Weise durch Messungen an einer Vielzahl von Personen ermittelt werden, wobei die jeweiligen Mittelwerte bei dem funktionalen Zusammenhang zugrunde gelegt werden. Dabei können Personen eines definierten Bereichs der Körpergröße betrachtet werden.
Der erste Bewegungsmodus ist vorzugsweise das Gehen, der zweite vorzugsweise der Sprint; ein dritter Bewegungsmodus kann das Traben sein. Sollen nichtlineare funktionale Zusammenhänge zwischen Schrittweite und zeitlichem Abstand aufeinanderfolgender Verlaufsmerkmale verwendet werden, können entsprechend mehrere verschiedene Bewegungsmodi berücksichtigt werden.
Die ermittelten zurücklegten Wege und/oder Geschwindigkeiten für jeden Schritt und/oder als Mittelwerte für eine Anzahl von Schritten der Person können in einem Speicherelement gespeichert werden. Die ermittelten zurücklegten Wege und/oder Geschwindigkeiten für jeden Schritt und/oder als Mittelwerte für eine Anzahl von Schritten der Person können alternativ oder additiv auch drahtlos an eine Empfangsstation übertragen werden. Bevorzugt wird mindestens eine translatorische Beschleunigung und/oder mindestens eine Drehgeschwindigkeit des Schuhs mittels eines Sensorelements erfasst und zusammen mit den zurücklegten Wegen und/oder Geschwindigkeiten gespeichert und/oder an die Empfangsstation übertragen. Für weitergehende Zwecke können aber, was besonders bevorzugt ist, drei translatorische Beschleunigungen und/oder drei Drehgeschwindigkeiten in Richtung oder um drei orthogonal zueinander stehende Achsen mittels eines Sensorelements oder mehrerer Sensorelemente erfasst werden und zusammen mit den zurücklegten Wegen und/oder Geschwindigkeiten gespeichert und/oder an die Empfangsstation übertragen werden. Das Verfahren wird besonders bevorzugt bei einem Fußballspieler oder bei einem Läufer durchgeführt. Hiermit ist es möglich, eine umfassende Überwachung des Bewegungsverhaltens einer Sport treibenden Person vorzunehmen. Es können die zurückgelegten Wege recht genau, aber in sehr einfacher Weise erfasst werden, ebenfalls die Bewegungsgeschwindigkeiten. In der Zeichnung ist ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen: schematisch eine Person, die in eine Bewegungsrichtung läuft, den Verlauf einer in einem Schuh gemessenen Winkelgeschwindigkeit über der Zeit für einen definierten Bewegungsmodus der Person, den Verlauf der Winkelgeschwindigkeit analog zu Fig. 2, wobei hier für drei verschiedene Bewegungsmodi die Messwerte dargestellt sind, schematisch einen Schuh in der geschnittenen Seitenansicht, der mit einer Mess- und Überwachungseinheit ausgestattet ist, und schematisch die Mess- und Überwachungseinheit des Schuhs gemäß Fig. 4. In Fig. 1 ist eine Person 1 zu sehen, die in eine Bewegungsrichtung x läuft. Die Person 1 hat Schuhe 2 an. In mindestens einem der Schuhe 2 ist eine Mess- und Überwachungseinheit untergebracht. Unter Bezugnahme auf die Figuren 4 und 5 hat die Mess- und Überwachungseinheit ein Gehäuse 6, in dem ein Sensorelement 5 untergebracht ist. Weiterhin sind im Gehäuse ein Speicherelement 3 zur Speicherung gemessener Daten, ein Mikroprozessor 7, ein USB-Anschluss 8 und eine Batterie bzw. ein Akkumulator 9 untergebracht. Diese Komponenten sind - was nicht dargestellt ist - entsprechend miteinander verbunden.
In Fig. 4 ist das Gehäuse 6 in der Sohle im Mittelfußbereich angeordnet. Es kann aber abhängig von der Anwendung auch an anderer Stelle platziert werden, beispielsweise in der Schnürung oder im Fersenbereich. Nicht näher dargestellt, sondern in Fig. 1 nur schematisch angedeutet ist, dass die Mess- und Überwachungseinheit drahtlos mit einer Empfangsstation 4 kommunizieren und an diese Daten übertragen kann.
Das Sensorelement 5 ist mit einer Anzahl von Einzelsensoren ausgestattet, die im Einzelnen nicht dargestellt sind. Namentlich sind drei Sensoren vorhanden, mit denen in den drei Raumrichtungen x, y und z (s. Fig. 1 ) die translatorischen Beschleunigungen x , y und z erfasst werden können, sowie drei Sensoren, mit denen die Drehgeschwindigkeiten ωχ, coy, ωζ um die drei genannten Achsen x, y und z gemessen werden können. In Fig. 1 sind die Winkelgeschwindigkeiten ωχ, coy und ωζ angedeutet; in Fig. 2 und Fig. 3 sind die Winkelgeschwindigkeiten in Y-Richtung aufgetragen.
Zur Analyse der Bewegung am Schuh werden also 3 Winkelgeschwindigkeitssensoren und 3 Beschleunigungssensoren eingesetzt, welche bevorzugt in einem einzigen Schaltkreis integriert sind. Diese Sensoren sind so angeordnet, dass alle 3 Raumrichtungen x, y und z gleichzeitig gemessen werden können.
Die Messdaten der 6 Sensoren werden von dem Mikroprozessor 7 ausgelesen und auf dem Speicherelement 3 hinterlegt. Die Größe des Speichers kann den Aufgaben entsprechend angepasst werden, z.B. eine volle Länge eines Fußballspieles.
Die gesamte Elektronik bildet eine Einheit, die in die dafür vorgesehenen Schuhe passt. Aufgrund des USB- Anschlusses 8 können Daten an ein externes Gerät, z. B. an einen PC oder an ein Smartphone, übertragen werden.
Des weiteren ist es möglich, die Daten auch über einen in der Einheit integrierten Sender zu übertragen, wahlweise kann auch per USB ein Bluetooth-Dongle angesteckt werden, über den eine Datenübertragung erfolgen kann.
Somit ist die Möglichkeit einer Realzeit- (Realtime) oder Quasi-Realzeit- Analyse der ermittelten Daten auf einem externen Gerät (insbesondere PC oder Smartphone) gegeben.
Es geht nunmehr darum, den von der Person 1 während eines Schrittes zurückgelegten Weg s - insbesondere einen insgesamt von der Person 1 zurückgelegten Weg sges - zu bestimmen. Des weiteren soll die Geschwin- digkeit v der Person in Bewegungsrichtung jederzeit ermittelt werden. Hierzu wird wie folgt vorgegangen:
Ausganspunkt für die Bestimmung des zurückgelegten Weges s bzw. der Geschwindigkeit v der Person ist die Drehgeschwindigkeit um die zur Bewegungsrichtung x senkrechte und horizontale Achse y, d. h. die Drehgeschwindigkeit coy.
Diese wird zunächst - also vor der eigentlichen Bestimmung des zurückgelegten Weges bzw. der Geschwindigkeit - im Rahmen einer Kalibriermessung erfasst. Dies ist in Fig. 2 skizziert.
Die Person 1 läuft dabei eine gewisse Strecke in einem ersten definierten Bewegungsmodus, z. B. im Modus „Gehen". Die gemessene Winkelgeschwindigkeit coy wird über der Zeit aufgetragen. Das Messergebnis ist in Fig. 2 dargestellt.
Für die weitere bzw. spätere Berechnung des zurückgelegten Weges werden von der aufgenommenen Messkurve charakteristische, periodisch wiederkehrende Kurvenmerkmale bestimmt, im Ausfuhrungsbeispiel sind dies die positiven Maximalwerte. Diese sind in Fig. 1 mit Py angegeben. Diese„Peaks" liegen zeitlich voneinander beabstandet. Der zeitliche Abstand ist mit t angegeben. Ein Schritt der Person 1 definiert sich über zwei aufeinanderfolgende„Peaks" Py der gemessenen Drehgeschwindigkeit coy. Diese maximalen Winkelgeschwindigkeiten entstehen in der Schwungphase der Gang- bzw. Laufbewegung beim Vorbringen jenes Beins, welches mit dem Schuh 2 und dem Sensorelement 5 versehen ist (die Maximalwerte ergeben sich also aufgrund des Durchschwungs während eines Schritts). In Fig. 2 ist eine Messung mit 13 Schritten und den entsprechenden Maximalwerten Py über eine Strecke von 20 m dargestellt. Wie erwähnt, können aber auch andere periodisch wiederkehrende Merkmale des Kurvenverlaufs statt der genannten Maximal herangezogen werden. Hier kann beispielsweise die vertikale Beschleunigung des Schuhs und deren Kurvenverlauf ins Auge gefasst werden. Dabei kann durchaus auch ein anderes Merkmal als das Maximum des Kurvenverlaufs als Kriterium berücksichtigt werden.
Diese Messung ist nach Fig. 3 dahingehend erweitert, als dass hier für drei verschiedene Bewegungsmodi, nämlich für das Gehen, für das Traben und für das Sprinten, die entsprechenden Messkurven dargestellt sind. Hier sind jeweils eine Anzahl Schritte aufgenommen, aus denen - analog zu Fig. 2 - die Maximalwerte Py sowie deren zeitlicher Abstand t entnommen werden können. Praktisch werden hierbei alle positiven„Peaks" Py (beispielsweise solche mit einer Winkelgeschwindigkeit von mehr als 100 s) mit Betrag und Zeitpunkt ermittelt. Anhand der erfassten Zeiten kann im Anschluss der zeitliche Abstand t zwischen den einzelnen„Peaks" bestimmt werden. Je enger diese bei einander liegen, desto höher ist die Schrittfrequenz. In Fig. 3 sind die unterschiedlich großen Beträge der „Peaks" bei den verschiedenen Bewegungsmodi sowie deren zeitliche Abstände (tG: zeitlicher Abstand beim Gehen; ts: zeitlicher Abstand beim Sprinten) zu erkennen. Zu sehen ist die zeitliche Kompression der Kurvenverläufe, je schneller die Person 1 läuft. Dabei wird die besagte Kurve gemäß Fig. 3 für die individuelle Person 1 aufgenommen und ausgewertet. Dadurch wird die individuelle Schrittweite (SW in Metern bzw. Zentimetern), die die Person 1 in den verschiedenen Bewegungsmodi hat, anhand der zurückgelegten Referenzstrecke geschätzt. Es wird nun - beispielsweise unter Zugrundelegung eines linearen Zusammenhangs - so vorgegangen, dass eine lineare Funktion (Geradengleichung) erstellt wird, die die Schrittweite SW als Funktion des auftretenden zeitlichen Abstands t bestimmt. Diese Funktion ergibt sich zu vir, SWG - SWS SWC - SWS
SWm = f{t) =— 5 s- . t + SWs G- s—ts
Hierbei ist: SWG die mittlere Schrittweite beim Gehen,
SWS die mittlere Schrittweite beim Sprint,
tG der zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Maximalwerte
beim Gehen und
ts der zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Maximalwerte
beim Sprint.
Das bedeutet, auf der Basis der Mittelwerte der Schrittweiten des gemessenen Probanden wird eine lineare Funktion aus den Werten für Gehen und Sprint bestimmt, welche die Schrittweite in Abhängigkeit der Abstände zwischen den Peaks definiert.
Beispielsweise kann bei Vorgabe eines zeitlichen Abstands t von 1 ,0 Sekunden mittels des linearen funktionellen Zusammenhangs bestimmt werden, dass hierzu eine Schrittweite von 1 ,50 Meter korrespondiert; d. h. die Person 1 geht. Wird indes ein zeitlicher Abstand t von 0,5 Sekunden ermittelt, liefert die Funktion eine Schrittweite von 3,3 Metern; d. h. die Person 1 sprintet. Die Einordnung in die Intensitätsstufen (Bewegungsmodi) erfolgt also auf der Grundlage des erstellten linearen funktionellen Zusammenhangs. Je kürzer die Peakabstände sind, desto schneller läuft die Person. Diese Funktion wird im Speicherelement 3 bzw. im Mikroprozessor 7 hinterlegt.
Wird nun später - bei der regulären Benutzung des Schuhs - das vorgesehene und oben erläuterte Verfahren durchgeführt, wird aufgrund des ermittelten aktuellen zeitlichen Abstands t zwischen den „Peaks" bzw. allgemein gesprochen zwischen den periodisch wiederkehrenden Kurvenmerkmalen die korrespondierende Schrittweite bestimmt, die demgemäß angibt, wie weit sich die Person 1 bei diesem konkreten Schritt bewegt hat. Da gleichzeitig in der Mess- und Überwachungseinheit eine Uhrfunktion bereitsteht, kann durch Division des Weges durch den erfassten zeitlichen Abstand die Geschwindigkeit bestimmt werden.
Die Geschwindigkeitsbestimmung kann auch erfolgen, indem die Geschwindigkeit für jeden einzelnen Schritt bestimmt, alle Geschwin- digkeiten dann aufsummiert werden und das Ergebnis durch die Zahl der Schritte geteilt wird.
Wird besagtes Vorgehen für jeden Schritt, den die Person 1 ausführt, durchgeführt, ergibt sich der zurückgelegte Weg durch Addition der einzelnen Schrittweiten entsprechend.
Die individuelle Messung der Verläufe gemäß Fig. 3 hat zur Folge, dass eine sehr genaue spätere Bestimmung der zurückgelegten Wege und Geschwindigkeiten erfolgen kann. Es kann aber durchaus ausreichend sein, für eine Gruppe von Probanden - gegebenenfalls differenziert für verschiedene Körpergrößen - die Messverläufe aufzunehmen, diese zu mittein und diese Werte bei der erfindungsgemäßen Verfahrensdurchfuhrung zugrunde zu legen. Insoweit ist es möglich, dass dann bei der Benutzung des Schuhs zunächst die Körpergröße in die Mess- und Überwachungseinheit eingegeben wird, so dass die passende Funktion der Schrittweite über dem zeitlichen Abstand für die Berechnung der Wege und Geschwindigkeiten zugrunde gelegt werden kann.
Wie oben erläutert kann bereits bei Nutzung (Messung) der Drehgeschwindigkeit bzw. Drehbeschleunigung um eine einzige Achse das erläuterte Verfahren genutzt werden. Generell können allerdings bis zu 6 Signale von 6 Sensoren berücksichtigt werden (Messdaten der 6 Sensoren, s. o.). Es kann also auch vorgesehen werden, dass bis zu 6 Signale bezüglich periodisch wiederkehrender Charakteristika ausgewertet und berücksichtigt werden.
Bezugszeichenliste;
1 Person (Sportler)
2 Schuh
3 Speicherelement
4 Empfangsstation
5 Sensorelement
6 Gehäuse
7 Mikroprozessor
8 USB-Anschluss
9 Batterie s zurückgelegter Weg
sges insgesamt von der Person zurückgelegter Weg x Bewegungsrichtung / Achse
y Bewegungsrichtung / Achse
z Bewegungsrichtung / Achse v Geschwindigkeit x Beschleunigung
y Beschleunigung
z Beschleunigung
Drehgeschwindigkeit
C0y Drehgeschwindigkeit Drehgeschwindigkeit
Drehbeschleunigung
Drehbeschleunigung
Drehbeschleunigung
Maximalwert Drehgeschwindigkeit bzw.
periodisch wiederkehrendes Verlaufsmerkmal (Kurvenmerkmal) t zeitlicher Abstand
tges Gesamtzeit
tc zeitlicher Abstand zweier aufeinanderfolgender Verlaufsmerkmale (Maximalwerte) beim ersten Bewegungsmodus (Gehen) ts zeitlicher Abstand zweier aufeinanderfolgender Verlaufsmerk- male (Maximalwerte) beim zweiten Bewegungsmodus (Sprinten)
SWm durchschnittliche Schrittweite
SWG mittlere Schrittweite bei einem ersten Bewegungsmodus
(Gehen)
SWS mittlere Schrittweite bei einem zweiten Bewegungsmodus
(Sprinten)

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Bestimmung des von einer Schuhe tragenden Person (1 ) zurückgelegten Weges (s), den diese während eines Schrittes zurücklegt, wobei sich die Person (1) in eine Bewegungsrichtung (x) bewegt, umfassend die Schritte: a) Messen der Drehgeschwindigkeit (coy) und/oder Drehbeschleunigung ( ώγ ) eines von der Person (1) getragenen Schuhs
(2) um eine Achse (y), die bei auf dem Boden aufliegenden Schuh senkrecht zur Bewegungsrichtung (x) steht und vorzugsweise horizontal angeordnet ist und/oder Messen einer translatorischen Beschleunigung ( x , y , z ) des von der Person (1) getragenen Schuhs (2) und Erfassung der genannten Größen über der Zeit; b) Ermittlung der Lage von periodisch wiederkehrenden Verlaufsmerkmalen (Py) der mindestens einen unter Schritt a) erfassten Größe, insbesondere von Maximalwerten der erfassten Größe; c) Ermittlung des zeitlichen Abstands (t) zweier aufeinanderfolgender, periodisch wiederkehrender Verlaufsmerkmale (Py), die unter Schritt b) identifiziert wurden; d) Ermittlung einer sich aufgrund des zeitlichen Abstand (t) der beiden aufeinanderfolgenden Verlaufsmerkmale (Py) ergebenden Schritt- weite (SWm) durch Rückgriff auf gespeicherte Werte oder einen gespeicherten funktionalen Zusammenhang (SWm = f(t)) zwischen zeitlichem Abstand (t) und Schrittweite (SWm); e) Zugrundelegung der so ermittelten Schrittweite (SWm) als während des Schritts zurücklegten Weges (s).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis e) von Anspruch 1 für eine Anzahl aufeinanderfolgender Schritte der Person (1) durchgeführt werden, wobei ein insgesamt von der Person (1) zurückgelegter Weg (sges) durch Addition der Anzahl der jeweils ermittelten einzelnen Schrittweiten (SWm) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (v) der Person (1) in Bewegungsrichtung (x) ermittelt wird, indem der zurückgelegte Weg (sges) durch die hierfür benötigte Zeit (tges) dividiert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gemäß Schritt d) von Anspruch 1 zu ermittelnde Wert der Schrittweite (SWm) aus dem folgenden funktionalen Zusammenhang ermittelt wird:
Figure imgf000019_0001
mit: SWG: mittlere Schrittweite bei einem ersten Bewegungsmodus;
SW$: mittlere Schrittweite bei einem zweiten Bewegungsmodus;
tG: zeitlicher Abstand zweier aufeinanderfolgender Verlaufsmerkmale (Maximalwerte) (Py) beim ersten Bewegungsmodus;
ts: zeitlicher Abstand zweier aufeinanderfolgender Verlaufsmerkmale (Maximalwerte) (Py) beim zweiten Bewegungsmodus.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gemäß Schritt d) von Anspruch 1 zu ermittelnde Wert der Schrittweite (SWm) aus einem nichtlinearen funktionalen Zusammenhang (SWm = f(t)) ermittelt wird, insbesondere aus einem Polynom mindestens zweiter Ordnung, aus einer Funktion mit mehreren Geradenabschnitten oder aus einer logistischen Funktion, wobei die mittleren Schrittweiten bei mindestens drei unterschiedlichen Bewegungsmodi bei der Bestimmung der nichtlinearen Funktion zugrunde gelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mittleren Schrittweiten (SWG, SWs) bei den berücksichtigen Bewegungsmodi sowie die zugehörigen zeitlichen Abstände (tG, ts) zweier aufeinanderfolgender Verlaufsmerkmale bei den Bewegungsmodi durch Messungen an der individuellen Person (1) ermittelt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mittleren Schrittweiten (SWG, SWS) bei den berücksichtigen Bewegungsmodi sowie die zugehörigen zeitlichen Abstände (tG, ts) zweier aufeinanderfolgender Verlaufsmerkmale bei den Bewegungsmodi durch Messungen an einer Vielzahl von Personen ermittelt werden, wobei die jeweiligen Mittelwerte bei dem funktionalen Zusammenhang zugrunde gelegt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Personen eines definierten Bereichs der Körpergröße betrachtet werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Bewegungsmodus Gehen ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Bewegungsmodus Sprint ist.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Bewegungsmodus Traben ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten zurücklegten Wege (s) und/oder Geschwindigkeiten (v) für jeden Schritt und/oder als Mittelwerte für eine Anzahl von Schritten der Person (1) in einem Speicherelement (3) gespeichert werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten zurücklegten Wege (s) und/oder Geschwindigkeiten (v) für jeden Schritt und/oder als Mittelwerte für eine Anzahl von Schritten der Person (1) drahtlos an eine Empfangsstation (4) übertragen werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine translatorische Beschleunigung ( x, y, z ) und/oder mindestens eine Drehgeschwindigkeit (ωχ, coy, ωζ) des Schuhs (2) mittels eines Sensorelements (5) erfasst werden und zusammen mit den zurücklegten Wegen (s) und/oder Geschwindigkeiten (v) gespeichert und/oder an die Empfangsstation (4) übertragen werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass drei translatorische Beschleunigungen ( x,y, z ) und/oder drei Drehgeschwindigkeit (ωχ, cüy, ωζ) in Richtung oder um drei orthogonal zueinander stehende Achsen (x, y, z) mittels eines Sensorelements (5) oder mehrerer Sensorelemente erfasst werden und zusammen mit den zurücklegten Wegen (s) und/oder Geschwindigkeiten (v) gespeichert und/oder an die Empfangsstation (4) übertragen werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es bei einem Fußballspieler durchgeführt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es bei einem Läufer durchgeführt wird.
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