WO2022084387A1 - Verfahren und anordnung zur bewegungsoptimierung - Google Patents

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WO2022084387A1
WO2022084387A1 PCT/EP2021/079086 EP2021079086W WO2022084387A1 WO 2022084387 A1 WO2022084387 A1 WO 2022084387A1 EP 2021079086 W EP2021079086 W EP 2021079086W WO 2022084387 A1 WO2022084387 A1 WO 2022084387A1
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WO
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movement
person
learning
feedback
detecting
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PCT/EP2021/079086
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English (en)
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Inventor
Mai GEISEN
Original Assignee
Deutsche Sporthochschule Köln
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B5/00—Electrically-operated educational appliances
    • G09B5/02—Electrically-operated educational appliances with visual presentation of the material to be studied, e.g. using film strip
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B19/00—Teaching not covered by other main groups of this subclass
    • G09B19/003—Repetitive work cycles; Sequence of movements
    • G09B19/0038—Sports

Definitions

  • the invention relates to a method for learning and/or improving a movement performed by a learning person.
  • a method for learning and/or improving a movement performed by a learning person includes the following process steps:
  • detecting a movement performed by at least one teaching person by means of a detection unit for detecting movements, and generating a target movement based on the detected performed movement;
  • the movement can preferably affect individual body parts and/or joints or the entire body. More preferably, the movement relates to different muscle tension states, such as tense or relaxed, and/or vital signs, such as respiratory rate, respiratory air volume, heart rate, or oxygen saturation.
  • the learner is the person who wants to optimize their movement.
  • these can be athletes, for example, or workers who change their attitude with regard to fine motor work, such as surgeons, dental technicians, goldsmiths, watchmakers, musicians and/or instrumentalists, with regard to gross motor work, such as craftsmen and/or construction workers, or but workers with sedentary sitting and/or standing jobs, such as clerks.
  • the teaching person is preferably understood to mean the person who masters the desired movement or the desired target movement.
  • the desired movement can be carried out or recorded by a specialist, for example.
  • Experts can be, for example, trainers and/or professional athletes of different types of sports, physicians, physiotherapists or the like.
  • the teaching person can also be understood in particular as the combination of movement data from a number of teaching persons and/or the sequence of movement sections from different teaching persons.
  • the teaching person can be a fictitious person, so that the desired movement results from artificially produced movement data.
  • This can preferably be at least one synthetically produced value, which in particular has been modeled, or at least one hybrid product, in particular the combination of an averaged and processed value and a synthetically produced and modeled value.
  • a target movement is preferably understood not only as a fixed target movement in the sense of a model action, but also as an optimization of an already learned movement that is specific to the subject or adapted to the learner.
  • An optimization can therefore preferably be implemented without a target specification in the sense of a model action or movement and/or a model behavior, in that the performance improvement is achieved by providing one or more feedback parameters in real time.
  • the provision of real-time information for example on speed, joint positions, muscle tone, respiratory volume, energy consumption - in a simple or suitably calculated and/or weighted combined manner - can give subjects an awareness of their own performance and enable them to monitor and control their movement performance independently.
  • target movement within the meaning of the invention is understood to mean both a desired movement specifically executed by at least one teaching person in the sense of a model movement and also artificially generated and desired movement data.
  • a target movement within the meaning of the invention can, for example, be an exemplary one Movement sequence, more efficient consumption values, muscle tone values or multi-chain joint movements and their harmonious modulation. In particular, these can be combined in a suitable manner or made available separately to the learner.
  • the target movement preferably takes place in advance as a preparation for the actual training of the movement. Leading up in time means in particular that the movement of the teaching person can also be recorded days, weeks, months or years in advance, before the learning person begins the training.
  • the target movement can preferably be generated once or consist of an averaged or processed value of several movement data and movement detection times. It then serves as a central specification for the training of a large number of learners, but can also be further adapted or changed if necessary.
  • the target movement preferably takes into account not only movement-related aspects, but also time-related aspects, such as the timing in a movement sequence.
  • a deviation in the movements is preferably determined via an actual/target comparison.
  • the target movement corresponds to the target movement and the actual movement corresponds to the movement performed by the person learning.
  • the actual movement is compared with the target movement and a deviation is determined.
  • the deviation is preferably determined in two stages. This means that the movement of the person learning either corresponds to the target movement within a predetermined tolerance range or deviates from it.
  • the deviation is preferably determined in a number of steps, for example in 10% increments or in 20% increments.
  • the determination of the deviation is preferably carried out steplessly.
  • the feedback is preferably in the form of positive or negative feedback. This means that when the feedback is positive, sensory signals are amplified the closer the learner's movement to be improved comes to the target movement and disappear the further away the movement to be improved is from the target movement. In the case of negative feedback, the sensory signals are amplified the further away the movement to be improved is from the target movement and disappear as the movement to be improved comes closer to the target movement.
  • the feedback of a desired movement can in particular also be the provision of data that arise from the force exerted by the learner against a force, in particular against an actuator, and recorded by at least one sensor, such as angle positions, speed data, oxygen values, respiratory volume, respiratory rate , muscle tone, eye movement, heart rate, and/or weight of the learner.
  • the movements are compared and the feedback about a deviation of the movements is output in real time and the learner thereby receives feedback about the incorrect movement at the moment in which they perform an incorrect movement receives. Due to the feedback in real time, the learning success can be increased.
  • the method includes the following additional method step: Visual display of a 3-dimensional model of the target movement and/or visual display of a 3-dimensional model of the movement performed by the person learning.
  • the target movement is represented, for example, as a kind of silhouette.
  • the learning person is, for example, a virtual avatar shown, who exercises the same movements, as the real model or as the learning person.
  • a three-dimensional movement is depicted by depicting a silhouette or an avatar. In contrast to video analysis, this ensures that the person learning responds to certain movements as realistically as possible.
  • the 3-dimensional model of the movement performed by the learning person preferably includes an image tailored to the learning person.
  • the avatar is adapted to the learner.
  • this can relate to size, body shape, skin color, hair color, hairstyle, clothing, and the like. This makes it possible for the learning person to be able to identify with the avatar in a particularly easy manner and to view the avatar as a kind of mirror image. This simplifies the transfer of the visually recorded avatar to one's own movement adaptation.
  • the visual representation takes place by means of virtual reality and/or augmented and/or mixed reality.
  • VR Virtual reality
  • VR is the representation and simultaneous perception of reality and its physical properties in a real-time, computer-generated, interactive virtual environment.
  • Augmented reality is the computer-aided extension of the perception of reality. This information can appeal to all human sensory modalities. Augmented reality is often understood as the visual representation of information, ie the supplementing of images or videos with computer-generated additional information or virtual objects by means of overlays/overlays.
  • Mixed reality is the mixing of natural perception and computer-generated perception made possible by the combination of environments and/or systems.
  • XR Extended Reality Systems
  • the person learning is preferably shown the target movement as well as their own movement virtually via VR.
  • the target movement is preferably superimposed virtually on the learner via AR and/or MR, while he can actually see himself with his own movement, for example in a mirror.
  • the feedback is output visually and/or haptically and/or proprioceptively and/or audibly.
  • a visual feedback can be provided in particular via a different coloring, structures or trajectories.
  • a haptic or tactile feedback can be provided in particular via actuators, such as vibration elements, which can be arranged on the skin or in the clothing of the person learning and at the points at which the movement does not correspond to the target movement, a vibration, electricity, Give off pressure, tension, heat, cold and/or other signals that the learner can feel or feel sensitive to the skin.
  • actuators such as vibration elements, which can be arranged on the skin or in the clothing of the person learning and at the points at which the movement does not correspond to the target movement, a vibration, electricity, Give off pressure, tension, heat, cold and/or other signals that the learner can feel or feel sensitive to the skin.
  • Devices for haptic or tactile signals can be attached to or adapted to different body axes and/or joints at the same time.
  • a proprioceptive or kinesthetic feedback can be provided in particular via special plates that are attached to the skin and cause deep vibrations under the skin.
  • Auditory feedback can be provided in particular via audio systems which, for example, enable different sounds and/or tones to be played when movements are performed correctly or incorrectly.
  • an arrangement for carrying out a method explained in more detail above is also provided.
  • the arrangement has a detection unit for detecting movements, a computing unit for determining a deviation between two detected movements in real time, and a display unit for outputting feedback depending on the deviation between two detected movements in real time.
  • the same and/or the same detection unit can be used to detect the movement performed by the teaching person and to detect the movement performed by the student.
  • different detection units can be used.
  • the detection unit comprises an item of clothing which can be worn by a person performing the movement, the item of clothing having sensors and/or actuators.
  • a piece of clothing within the scope of the invention is understood to mean both a full-body suit customary for motion capture (MoCaP) and individual pieces of clothing such as T-shirts, pants, cuffs, kidney belts, caps and others.
  • the markers customary in MoCaps are understood to be in particular sensors.
  • Vibration elements are preferably understood as actuators.
  • the sensors and/or actuators are attached directly to the skin of the learning or teaching person.
  • the detection unit comprises at least one camera for detecting the sensors and/or for detecting outlines of the person performing the movement.
  • the MoCap with markers or sensors is enabled via the camera for detecting the sensors.
  • the markers ensure fast yet accurate capture of movement.
  • the MoCap is made possible without a marker, so-called silhouette tracking.
  • Silhouette tracking does not require the use of markers that have to be glued or otherwise attached to the person. Rather, the person or their outline is recorded as a whole. Although this increases the computing time regarding the Capture and image processing, but also increases the accuracy of motion capture.
  • the movement can preferably also be detected via a combination of MoCap with markers and MoCap without markers.
  • the detection unit preferably comprises a sonography device and/or a computer tomograph and/or at least one force sensor and/or at least one speed sensor and/or a pulse oximeter and/or a measuring device for determining the respiratory volume and/or the respiratory rate and/or or muscle tone and/or eye movement and/or heart rate.
  • the detection unit comprises at least one unmanned aerial vehicle having a camera, the camera being designed to detect sensors and/or outlines of the person performing the movement.
  • the camera for detecting the sensors and/or the outline of the person are consequently arranged in the air.
  • the detection unit preferably comprises a system made up of a plurality of unmanned aerial vehicles, which tracks the movement of a body part. This can be in the form of a swarm-like distribution of the unmanned aerial vehicles around the body part or in the form of individual unmanned aerial vehicles at specific locations.
  • the unmanned aerial vehicle can, by means of a preferably integrated display device, emit sensations at that specific point, for example in the form of a point of light.
  • the display unit includes glasses and/or a display for representing virtual and/or augmented reality and/or mixed reality.
  • the glasses are VR glasses and the display is an AR and/or MR display.
  • Both the target movement for example in the form of a silhouette, and the movement actually performed by the person learning, for example in the form of an avatar, can be displayed virtually via the VR glasses.
  • the target movement can be displayed virtually in the form of a silhouette, for example, via the AR and/or MR display, which more preferably has a mirror surface, while the learner's own movement is actually perceived as a mirror image.
  • the AR and/or MR display can preferably show both the target movement as a silhouette, as well as the learner's own movement as an avatar.
  • the glasses can preferably be AR and/or MR glasses, via which the target movement is displayed virtually to the person learning, for example in the form of a silhouette, while the person learning is looking through the AR and/or MR glasses in one mirror can see.
  • the display unit includes at least one loudspeaker for playing tones and/or sounds.
  • notification tones can be output via the loudspeaker when a movement is carried out correctly and/or when a movement is incorrect.
  • the display unit includes any device that is suitable for influencing recorded body states. This can be done in particular on the one hand by perceptible feedback, such as knock actuators. On the other hand, this can be done in particular by external systems. According to a preferred development of the invention, the display unit comprises at least one external and/or a cable-bound robot system.
  • An external robot system is preferably understood to mean a robot system that is pre-programmed for a correctly executed movement sequence and guides the learning person to an optimized movement.
  • the robot can, for example, stand behind the learner as a perfected trainer role and guide the body parts and/or the objects relevant to the execution of the movement into the positions required for the movement sequence.
  • the robot moves a club just like the human, so that both exert force on each other.
  • the force exerted by the learner is determined and the force exerted by the robot is known or is also determined.
  • the learner experiences and gives input and output, the sensor system conveys input and output to the learner. This is then processed by electronic data processing in a feedback or forward loop.
  • the person learning can be lifted into the air by a robot system, so that the person learning can learn the desired movement without the disadvantages of gravity, such as without the risk of injury.
  • a cable-bound robot system is preferably understood to mean a single and/or multiple cable-bound robot system.
  • the cable-bound robot system preferably comprises a mobile device that can be moved by cable system and/or motors and a fixed device that is designed to be immobile as the origin of the cables for controlling the mobile device.
  • a multiple cable-bound robot system preferably enables full movement of the person, in particular through full arm and associated body movement.
  • a simple cable-bound robot system would only be used to move the hand.
  • another cable-bound system is used for feedback on complete body movement in space.
  • feedback is provided in real time, i.e. during one's own movement execution.
  • movement adjustments can be made after the feedback has been provided, i.e. the learner receives feedback on his movement in real time, saves the feedback and information regarding possible necessary changes and then adjusts the movement during the next run or .the next execution of this movement task.
  • This can relate in particular to the provision of tactile feedback, since due to the direct tactile signal on the skin and/or on an object that is in contact with the skin, an immediate movement adjustment with regard to the feedback is made more difficult or difficult due to time. partially not possible. For example, a tactile signal in the form of vibration takes place at the moment when a movement has been executed incorrectly.
  • one's own body movements can also be adapted directly or immediately at the time of the real-time feedback.
  • Devices for particularly visual real-time feedback can, for example, make it possible for visual signals to stop or stop the movement at the time of the error to occur or prompt during a movement task, for example in the backhand movement in batting sports.
  • the movement can be carried out again directly or correctly in the further course of the movement task.
  • the ability to learn and/or tweak movements in slow motion using various devices and/or technologies can simplify direct implementation of the real-time feedback.
  • Fig. 2 shows schematically an arrangement according to a preferred embodiment of the invention
  • FIG. 3 schematically shows an arrangement according to a further preferred embodiment of the invention.
  • FIG. 1 schematically shows a method for learning and/or improving a movement performed by a learning person.
  • a target movement is detected. This takes place in that the desired movement, which is carried out by a teaching person, is recorded by means of a recording unit. Based on this, the target movement is generated. This step is carried out as part of the preparation for the training. In terms of time, step S1 can take place well before the subsequent steps, in particular several weeks, months or years before. Step S1 is preferably carried out once per target movement. The resulting templates for the respective target movement can be used by several learners.
  • step S2 the person learning carries out the movement that is to be optimized.
  • the executed movement is recorded by means of a recording unit.
  • the detection unit is in particular the same detection unit as in step S1.
  • a deviation between the target movement, ie the target movement, and the actual movement, ie the movement carried out by the person learning, is determined in real time.
  • a visual representation in the form of a 3-dimensional model of the target movement and/or the movement performed by the person learning is displayed S5 in parallel.
  • this step S5 can also take place after the third step S3.
  • a fourth step S4 feedback is output in real time as a function of the previously determined deviation.
  • the feedback is given during the movement execution, so that feedback on the execution of the movement is given at the moment when the movement is actually executed.
  • the learner can then either store the information and improve upon repeated execution, or adjust the movement directly until the movement matches the target movement.
  • Fig. 2 an arrangement for carrying out the method described above is shown.
  • the learning person 1 wears a piece of clothing 11 which is provided with sensors 10 .
  • the sensors 10 are attached in particular to the joints and movement-relevant points.
  • the movement 2 of the learning person 1 is detected by means of the detection unit 3, which includes cameras 12 for detecting the sensors 10, which are arranged both on the ground and on unmanned aerial vehicles 14.
  • the movement is recorded using a motion capture method with markers.
  • About the computing unit 6 is a deviation between the target movement and the movement carried out by the person learning 1 is determined.
  • the deviation is then displayed via the VR glasses 15 together with a 3-dimensional model of the target movement 9 and a 3-dimensional model of the learning person 1's own movement 8 .
  • the learning person 1 can then correct their own movement until their own movement corresponds to the target movement.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the arrangement from FIG. 2.
  • the person learning 1 wears a piece of clothing 11 with integrated actuators 4.
  • the cameras 13 record the outline of the person learning 1.
  • the movement is therefore recorded using a motion capture method without markers.
  • a 3-dimensional model of the target movement 9 is displayed on a monitor 16.
  • the target movement 9 is represented by the dashed line.
  • a 3-dimensional model of the movement 8 performed by the learning person 1 is displayed on the monitor 16 in the form of an avatar of the learning person 1 .
  • the avatar is adapted to the learning person 1 with regard to the external appearance features.
  • the movement performed by the learner 1 is represented by the bold solid line.
  • a deviation 5 between the target movement and the movement actually executed is determined and displayed visually via the arrows.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erlernen und/oder Verbessern einer von einer lernenden Person (1) ausgeführten Bewegung (2) mit folgenden Verfahrensschritten: S1) Vorab Erfassen einer von wenigstens einer lehrenden Person ausgeführten Bewegung mittels einer Erfassungseinheit (3) zum Erfassen von Bewegungen, und Generieren einer Zielbewegung anhand der erfassten ausgeführten Bewegung; S2) Erfassen einer von der lernenden Person (1) ausgeführten Bewegung (2) mittels der Erfassungseinheit (3); S3) Ermitteln einer Abweichung (5) zwischen der von der lernenden Person 1) ausgeführten Bewegung (2) und der Zielbewegung in Echtzeit mittels einer Recheneinheit (6); S4) Ausgeben einer Rückmeldung abhängig von der zuvor ermittelten Abweichung (5) in Echtzeit mittels einer Anzeigeeinheit. Auf diese Weise wird es ermöglicht, dass der Abgleich der Bewegungen und die Ausgabe der Rückmeldung über eine Abweichung der Bewegungen in Echtzeit erfolgt und dadurch der Lernerfolg der lernenden Person (1) gesteigert wird. (Fig. 3)

Description

Verfahren und Anordnung zur Bewegungsoptimierung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erlernen und/oder Verbessern einer von einer lernenden Person ausgeführten Bewegung.
Bezogen auf den Sport, insbesondere den Leistungssport, spielen das Erlernen und die Optimierung einzelner Bewegungstechniken und -abläufe eine wichtige Rolle, um langfristig die sportliche Leistungsfähigkeit zu steigern. In Schlagsportarten beispielsweise kann eine bestimmte Schlägerhaltung und Bewegungsausführung zu entscheidenden Unterschieden in der Leistungsentwicklung von Nachwuchssportlem führen. Auch in weiteren Sportarten wie Ballsportarten ist eine optimal ausgeführte Technik essentiell für die Steigerung der Leistungsfähigkeit. In technisch-kompositorischen Sportarten, wie beispielsweise das Tanzen, spielt zudem der ästhetische Aspekt und demnach der korrekt ausgeführte Bewegungsablauf eine wichtige Rolle. Um solche Bewegungsausführungen optimieren zu können, benötigt der Sportler Rückmeldungen über den eigenen Bewegungsverlauf. Nur so können mögliche Fehler verbessert und anhand einer optimierten Bewegungswahrnehmung eine richtige Bewegungsausführung erlernt und langfristig verbessert werden. Auch im Hinblick auf die Effizienz einer Bewegung lassen sich anhand von Rückmeldungen im Optimalfall mögliche Fehlhaltungen vermeiden und die Gesundheit von Sportlern und darüber hinaus auch der allgemeinen Gesellschaft fördern.
Bisher erfolgten Rückmeldungen zu bestimmten Bewegungsmustern vorwiegend mithilfe von menschlichen Experten oder mittels technischer Vorrichtungen in Form von Videoanalysen. Diese Form der Bewegungsrückmeldung hat insbesondere zur Folge, dass Rückmeldungen nicht unmittelbar in Echtzeit erfolgen, sondern unter anderem Sportler erst zu jenem Zeitpunkt Informationen über ihren eigenen Bewegungsablauf erhalten, wenn dieser bereits erfolgt ist. Eine direkte Umsetzung der gegebenen Informationen in Form einer optimierten Bewegungsausführung wird aufgrund der zeitversetzten Rückmeldung erschwert. Anhand von Rückmeldungen per Video kann das eigene Bewegungsverhalten lediglich nach der Bewegungsausführung betrachtet werden. Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zur Bewegungsoptimierung bereitzustellen, das bzw. die eine Bewegungsoptimierung mit einem verbessertem Lernerfolg ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist somit ein Verfahren zum Erlernen und/oder Verbessern einer von einer lernenden Person ausgeführten Bewegung vorgesehen. Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:
Erfassen einer von wenigstens einer lehrenden Person ausgeführten Bewegung mittels einer Erfassungseinheit zum Erfassen von Bewegungen, und Generieren einer Zielbewegung anhand der erfassten ausgeführten Bewegung;
Erfassen einer von der lernenden Person ausgeführten Bewegung mittels einer Erfassungseinheit;
Ermitteln einer Abweichung zwischen der von der lernenden Person ausgeführten Bewegung und der Zielbewegung in Echtzeit mittels einer Recheneinheit;
Ausgeben einer Rückmeldung abhängig von der zuvor ermittelten Abweichung in Echtzeit mittels einer Anzeigeeinheit.
Ist vorliegend die Rede von einer Bewegung, werden darunter im Rahmen der Erfindung einzelne Bewegungen, Bewegungsabläufe und/oder Bewegungsprofile sowie Haltungsformen im Stehen, Sitzen und/oder Gehen, verstanden. Die Bewegung kann vorzugsweise einzelne Körperteile und/oder Gelenke oder den gesamten Körper betreffen. Weiter vorzugsweise betrifft die Bewegung verschiedener Muskel spannungszustände, wie angespannt oder entspannt und/oder Vitalzeichen, wie beispielsweise die Atemfrequenz, das Atemluftvolumen, die Herzfrequenz oder Sauerstoffsättigungen.
Unter lernende Person wird die Person verstanden, die ihre Bewegung optimieren möchte. Dies können beispielsweise wie bereits erwähnt Sportler sein, oder auch Arbeiter, die ihre Haltung hinsichtlich feinmotorischer Arbeiten, wie beispielsweise Chirurgen, Zahnarzttechniker, Goldschmiede, Uhrmacher, Musiker und/oder Instrumentalisten, hinsichtlich grobmotorischer Arbeiten, wie beispielsweise Handwerker und/oder Bauarbeiter, oder aber Arbeiter mit lagen Sitz- und/oder Stehtätigkeiten, wie beispielsweise Büroangestellte, sein.
Unter lehrender Person wird vorzugsweise die Person verstanden, die die angestrebte Bewegung bzw. die gewünschte Zielbewegung beherrscht. Die angestrebte Bewegung kann beispielsweise von einer Fachperson ausgeführt bzw. erfasst werden. Fachpersonen können beispielsweise Trainer und/oder Profisportler unterschiedlicher Sportarten, Mediziner, Physiotherapeuten oder ähnliche sein. Die lehrende Person kann insbesondere auch als die Kombination von Bewegungsdaten mehrerer lehrender Personen und/oder die Aneinanderreihung von Bewegungsabschnitten unterschiedlicher lehrender Personen verstanden werden. Die lehrende Person kann insbesondere eine fiktive Person sein, sodass sich die angestrebte Bewegung aus künstlich produzierten Bewegungsdaten ergibt. Dabei kann es sich vorzugsweise um wenigstens einen synthetisch erstellten Wert, der insbesondere modelliert wurde, oder um wenigstens ein hybrides Produkt, insbesondere um die Kombination aus einem gemittelten und bearbeiteten Wert und einem synthetisch hergestellten und modellierten Wert, handeln.
Als Zielbewegung wird vorzugsweise nicht nur eine fest vorgegebene Zielbewegung im Sinne einer Vorbildhandlung, sondern auch eine probandenspezifische bzw. an den Lernenden angepasste Optimierung einer bereits erlernten Bewegung verstanden. Eine Optimierung kann demnach vorzugsweise ohne eine Zielvorgabe im Sinne einer Vorbildhandlung bzw. -bewegung und/oder eines Vorbildverhaltens umgesetzt werden, indem die Leistungsverbesserung durch Zurverfügungstellung von ein- oder mehreren Feedback-Parametern in Echtzeit erreicht wird. Konkret kann die Bereitstellung von Echtzeit-Informationen beispielsweise zur Geschwindigkeit, Gelenkstellungen, Muskeltonus, Atemvolumen, Energieverbrauch - in einfacher oder geeigneter kalkulierter und/oder gewichteter kombinierter Weise - Probanden ein Bewusstsein über die eigene Leistung vermitteln und eine eigenständige Kontrolle und Steuerung der Bewegungsleistung veranlassen.
Folglich wird unter „Zielbewegung“ im Sinne der Erfindung sowohl eine von wenigstens einer lehrenden Person konkret ausgeführten angestrebte Bewegung im Sinne einer Vorbildbewegung als auch künstlich erzeugte und angestrebte Bewegungsdaten verstanden. Eine Zielbewegung im Sinne der Erfindung kann beispielsweise ein vorbildlicher Bewegungsablauf, effizientere Verbrauchswerte, Muskel tonus-Werte oder mehrkettige Gelenksbewegungen und deren harmonische Modulation sein. Diese können insbesondere geeignet kombiniert oder jeweils separat an den Lernenden bereitgestellt werden.
Bei Bewegungsbereitstellung durch eine lehrende Person wird dessen bzw. deren ausgeführte und erfasste Bewegung als Zielbewegung abgespeichert und dient als Vorlage für die lernende Person. Das Bereitstellen eigener Bewegungsaspekte des Lernenden können einzelne Daten oder eine kombinierte Berechnung mehrerer Daten, die einem Bewegungsablauf zugrunde liegen, sein. Das Erfassen und Generieren der Zielbewegung erfolgt vorzugsweise im zeitlichen Vorlauf als Vorbereitung auf das eigentliche Trainieren der Bewegung. Mit zeitlichem Vorlauf ist insbesondere gemeint, dass die Bewegung der lehrenden Person auch Tage, Wochen, Monate oder Jahre vorher erfasst werden kann, bevor die lernende Person das Training beginnt. Die Zielbewegung kann vorzugsweise einmalig generiert werden oder aus einem gemittelten oder bearbeiteten Wert mehrerer Bewegungsdaten und Bewegungserfassungszeitpunkte bestehen. Sie dient dann als zentrale Vorgabe für das Training einer Mehrzahl von lernenden Personen, kann jedoch bei Bedarf auch weiter angepasst oder geändert werden. Vorzugsweise berücksichtigt die Zielbewegung nicht nur bewegungstechnische Aspekte, sondern auch zeittechnische Aspekte, wie beispielsweise das Timing bei einem Bewegungsablauf.
Eine Abweichung der Bewegungen wird vorzugsweise über einen Ist-/Soll-Abgleich ermittelt. Die Soll-Bewegung entspricht dabei der Zielbewegung und die Ist-Bewegung entspricht der von der lernenden Person ausgeführten Bewegung. Die Ist-Bewegung wird mit der Soll-Bewegung abgeglichen und eine Abweichung ermittelt. Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung der Abweichung in zwei Stufen. Das bedeutet, dass die Bewegung der lernenden Person entweder im Rahmen eines vorbestimmten Toleranzbereichs der Zielbewegung entspricht oder von dieser abweicht. Alternativ dazu erfolgt die Ermittlung der Abweichung vorzugsweise in mehreren Abstufungen, wie beispielsweise in 10%-Schritten oder in 20%-Schritten. Alternativ erfolgt die Ermittlung der Abweichung vorzugsweise stufenlos.
Die Rückmeldung ist vorzugsweise als positive oder negative Rückmeldung ausgestaltet. Das bedeutet, dass bei einer positiven Rückmeldung sensorische Signale verstärkt werden je näher die zu verbessernde Bewegung der lernenden Person an die Zielbewegung kommt und verschwinden je weiter die zu verbessernde Bewegung von der Zielbewegung entfernt ist. Bei einer negativen Rückmeldung werden die sensorischen Signale verstärkt je weiter die zu verbessernde Bewegung von der Zielbewegung entfernt ist und verschwindet je näher die zu verbessernde Bewegung an die Zielbewegung kommt. Die Rückmeldung einer angestrebten Bewegung kann insbesondere auch das Bereitstellen von Daten sein, die aus der gegen eine Kraft, insbesondere gegen einen Aktor, ausgeübten und durch wenigstens einen Sensor erfassten Kraft des Lernenden entstehen, wie beispielsweise Winkel Stellungen, Geschwindigkeitsdaten, Sauerstoffwerte, Atemvolumen, Atemfrequenz, Muskeltonus, Augenbewegung, Herzfrequenz, und/oder Gewicht der lernenden Person.
Ist vorliegend die Rede von „Echtzeit“, so ist damit gemeint, dass die Rückmeldung zu der Bewegung der lernenden Person während der Ausführung ausgegeben wird. Das bedeutet, dass die lernende Person in dem Moment, in dem sie eine fehlerhafte Bewegung ausübt, direkt eine Rückmeldung erhält und die Bewegung sofort korrigieren bzw. anpassen kann. Alternativ können die Bewegungskorrekturen bzw. Bewegungsanpassungen auch im Anschluss an die Rückmeldung erfolgen, sodass die lernende Person die Rückmeldung zu seiner Bewegung in Echtzeit erhält, die Rückmeldung und Informationen bezüglich möglicher notwendiger Änderungen speichert und die Bewegung anschließend beim nächsten Durchgang bzw. der nächsten Ausführung dieser Bewegung anpasst.
Es ist somit ein maßgeblicher Punkt der Erfindung, dass der Abgleich der Bewegungen und die Ausgabe der Rückmeldung über eine Abweichung der Bewegungen in Echtzeit erfolgt und dadurch die lernende Person in dem Moment, in dem sie eine fehlerhafte Bewegung ausübt, eine Rückmeldung über die fehlerhafte Bewegung erhält. Aufgrund der Rückmeldung in Echtzeit kann der Lernerfolg gesteigert werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst das Verfahren folgenden weiteren Verfahrensschritt: Visuelles Darstellen eines 3 -dimensionalen Modells der Zielbewegung und/oder visuelles Darstellen eines 3 -dimensionalen Modells der von der lernenden Person ausgeführten Bewegung. Die Zielbewegung wird beispielsweise als eine Art Silhouette dargestellt. Die lernende Person wird beispielsweise als virtueller Avatar dargestellt, der die gleichen Bewegungen ausübt, als das reale Vorbild bzw. als die lernende Person.
Über die Darstellung einer Silhouette bzw. eines Avatars wird eine Dreidimensionalität der Bewegung abgebildet. Dadurch kann, anders als bei Videoanalysen, eine möglichst realitätsnahe Reaktion von lernenden Personen auf bestimmte Bewegungen gewährleistet werden.
Weiterhin umfasst das 3 -dimensionale Modell der von der lernenden Person ausgeführten Bewegung vorzugsweise ein an die lernende Person abgestimmtes Abbild. Das bedeutet, dass der Avatar an die lernende Person angepasst wird. Dies kann beispielsweise die Größe, Körperform, Hautfarbe, Haarfarbe, Frisur, Kleidung, und ähnliches betreffen. Dadurch wird es ermöglicht, dass die lernende Person sich in besonders leichterWeise mit dem Avatar identifizieren kann und den Avatar als eine Art Spiegelbild betrachtet. Die Übertragung des visuell erfassten Avatars auf die eigene Bewegungsanpassung wird damit vereinfacht.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbilder der Erfindung erfolgt das visuelle Darstellen mittels virtueller Realität und/oder erweiterter und/oder gemischter Realität.
Unter virtueller Realität (engl. virtual reality, VR) versteht man die Darstellung und gleichzeitige Wahrnehmung der Wirklichkeit und ihrer physikalischen Eigenschaften in einer in Echtzeit computergenerierten, interaktiven virtuellen Umgebung.
Unter erweiterter Realität (engl. augmented reality, AR) versteht man die computergestützte Erweiterung der Realitäts Wahrnehmung. Diese Information kann alle menschlichen Sinnesmodalitäten ansprechen. Häufig wird unter erweiterter Realität die visuelle Darstellung von Informationen verstanden, also die Ergänzung von Bildern oder Videos mit computergenerierten Zusatzinformationen oder virtuellen Objekten mittels Einblendung/Über- lagerung. Unter vermischter bzw. gemischter Realität (engl. mixed reality, MR) versteht man die durch die Zusammenfassung von Umgebungen und/oder Systemen ermöglichte Vermischung von natürlicher Wahrnehmung mit computererzeugter Wahrnehmung.
Virtuelle Realität, erweiterte Realität und gemischte Realität werden unter den Begriff der Extended Reality Systeme (XR) zusammengefasst.
Der lernenden Person wird vorzugsweise via VR sowohl die Zielbewegung als auch die eigene Bewegung virtuell angezeigt. Via AR und/oder MR wird der lernenden Person vorzugsweise die Zielbewegung virtuell eingeblendet, während sie sich selbst mit ihrer eigenen Bewegung, beispielsweise in einem Spiegel, real sehen kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Rückmeldung visuell und/oder haptisch und/oder propriozeptiv und/oder auditiv ausgegeben wird.
Eine visuelle Rückmeldung kann insbesondere über eine unterschiedliche Farbgebung, Strukturen oder Trajektorien bereitgestellt werden.
Eine haptische bzw. taktile Rückmeldung kann insbesondere über Aktoren, wie beispielsweise Vibrationselemente, erfolgen, die auf der Haut oder in der Kleidung der lernenden Person angeordnet sein können und an den Punkten, an denen die Bewegung nicht der Zielbewegung entspricht, eine Vibration, Strom, Druck, Zug, Wärme, Kälte und/oder weitere für den Lernenden spürbare bzw. hautsensible Signale abgeben. Vorrichtungen für haptische bzw. taktile Signale können zeitgleich an verschiedenen Körperachsen und/oder Gelenken angebracht bzw. darauf abgestimmt sein.
Eine propriozeptive bzw. kinästhetische Rückmeldung kann insbesondere über spezielle Plättchen erfolgen, die auf der Haut angebracht werden und eine Tiefenvibration unter der Haut verursachen.
Eine auditive Rückmeldung kann insbesondere über Audiosysteme, welche beispielsweise das Abspielen verschiedener Laute und/oder Töne bei korrekter oder falscher Bewegungsausführung ermöglichen, erfolgen. Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Anordnung zum Durchführen eines oben näher erläuterten Verfahrens bereitgestellt. Die Anordnung weist eine Erfassungseinheit zum Erfassen von Bewegungen, eine Recheneinheit zum Ermitteln einer Abweichung zwischen zwei erfassten Bewegungen in Echtzeit und eine Anzeigeeinheit zum Ausgeben einer Rückmeldung abhängig von der Abweichung zwischen zwei erfassten Bewegungen in Echtzeit auf.
Vorzugsweise können zum Erfassen der von der lehrenden Person ausgeführten Bewegung und zum Erfassen der von der lernenden Person ausgeführten Bewegung dieselbe und/oder die gleiche Erfassungseinheit verwendet werden. Alternativ können insbesondere unterschiedliche Erfassungseinheiten verwendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Erfassungseinheit ein von einer die Bewegung ausführenden Person tragbares Kleidungsstück, wobei das Kleidungsstück Sensoren und/oder Aktoren aufweist. Als Kleidungsstück im Rahmen der Erfindung wird sowohl ein bei der Bewegungserfassung (engl. Motion Capture, MoCaP) üblicher Ganzkörperanzug, als auch einzelne Kleidungsstücke, wie beispielsweise T-Shirts, Hosen, Stulpen, Nierengürtel, Mützen und weitere, verstanden. Im Rahmen der Erfindung werden als Sensoren insbesondere die beim MoCap üblichen Marker verstanden. Als Aktoren werden vorzugsweise Vibrationselemente verstanden. Alternativ ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Sensoren und/oder Aktoren direkt auf der Haut der lernenden bzw. lehrenden Person angebracht sind.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Erfassungseinheit wenigstens eine Kamera zum Erfassen von den Sensoren und/oder zum Erfassen von Umrissen der die Bewegung ausführenden Person. Über die Kamera zum Erfassen der Sensoren wird das MoCap mit Markern bzw. Sensoren ermöglicht. Die Marker gewährleisten eine schnelle und dennoch genaue Erfassung der Bewegung. Über die Kamera zum Erfassen eines Personenumrisses wird das MoCap ohne Marker, das sogenannte Silhouettetracking, ermöglicht. Beim Silhouettetracking ist kein Einsatz von Markern, die an der Person aufgeklebt oder anderweitig angebracht werden müssen, erforderlich. Vielmehr wird die Person bzw. ihr Umriss als Ganzes erfasst. Dies erhöht zwar die Rechenzeit bezüglich der Erfassung und Bildverarbeitung, erhöht jedoch auch die Genauigkeit der Bewegungserfassung. Die Bewegungserfassung kann vorzugsweise auch über eine Kombination aus Mo- Cap mit Markern und MoCap ohne Markern erfolgen.
Alternativ umfasst die Erfassungseinheit vorzugsweise ein Sonografiegerät, und/oder einen Computertomografen, und/oder wenigstens einen Kraftsensor, und/oder wenigstens einen Geschwindigkeitssensor, und/oder ein Pulsoximeter, und/oder ein Messgerät zum Bestimmen des Atemvolumens und/oder der Atemfrequenz und/oder des Muskeltonus und/oder der Augenbewegung und/oder der Herzfrequenz.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Erfassungseinheit wenigstens eine Kamera aufweisende unbemannte Flugeinrichtung, wobei die Kamera dazu ausgestaltet ist, Sensoren und/oder Umrisse der die Bewegung ausführenden Person zu erfassen. Die Kamera zum Erfassen der Sensoren und/oder des Personenumrisses sind folglich in der Luft angeordnet. Vorzugsweise umfasst die Erfassungseinheit ein System aus einer Mehrzahl von unbemannten Flugeinrichtungen, welches die Bewegung eines Körperteils verfolgt. Dies kann in Form einer schwarmartigen Verteilung der unbemannten Flugeinrichtungen um das Körperteil herum oder in Form von einzelnen unbemannten Flugeinrichtungen an bestimmten Stellen erfolgen. Bei fehlerhafter Bewegung oder bei korrekt ausgeführter Bewegung kann die unbemannte Flugeinrichtung mittels vorzugsweise integrierter Anzeigeeinrichtung an jener spezifischen Stelle Sensationen, beispielsweise in Form eines Lichtpunktes, auf die Stelle abgeben.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Anzeigeeinheit eine Brille und/oder ein Display für die Darstellung virtueller und/oder erweiterter Realität und/oder gemischter Realität. Insbesondere ist die Brille eine VR-Brille und das Display ein AR- und/oder MR-Display. Über die VR-Brille kann sowohl die Zielbewegung beispielsweise in Form einer Silhouette als auch die tatsächlich ausgeführte Bewegung der lernenden Person beispielsweise in Form eines Avatars virtuell angezeigt werden. Über das AR und/oder MR-Display, das weiter bevorzugt eine Spiegelfläche aufweist, kann die Zielbewegung beispielsweise in Form einer Silhouette virtuell angezeigt werden, während die eigene Bewegung von der lernenden Person real als Spiegelbild wahrgenommen wird. Alternativ kann das AR- und/oder MR-Display vorzugsweise sowohl die Zielbewegung als Silhouette, als auch die eigene Bewegung der lernenden Person als Avatar anzeigen. Ferner kann die Brille vorzugsweise eine AR- und/oder MR-Brille sein, über die der lernenden Person die Zielbewegung beispielsweise in Form einer Silhouette virtuell angezeigt wird, während sich die lernende Person durch die AR- und/oder MR-Brille hindurch in einem Spiegel sehen kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Anzeigeeinheit wenigstens einen Lautsprecher zum Abspielen von Tönen und/oder Lauten. Über den Lautsprecher können beispielsweise Hinweistöne bei einer korrekt ausgeführten Bewegung und/oder bei einer fehlerhaften Bewegung ausgegeben werden.
Grundsätzlich umfasst die Anzeigeeinheit jegliche Vorrichtung, die dazu geeignet ist, aufgenommene Körperzustände zu beeinflussen. Dies kann insbesondere einerseits durch erfahrbare Rückmeldungen, wie beispielsweise Klopf-Aktoren, erfolgen. Andererseits kann dies insbesondere durch externe Systeme erfolgen. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Anzeigeeinheit wenigstens ein externes und/oder ein seilgebundenes Roboter system.
Unter externes Robotersystem wird vorzugsweise ein auf einen korrekt ausgeführten Bewegungsablauf vorprogrammiertes und der lernenden Person zur optimierten Bewegung hinführendes Robotersystem verstanden. Dabei kann der Roboter beispielsweise als perfektionierte Trainerrolle hinter der lernenden Person stehen und die Körperteile und/oder die für die Bewegungsausführung relevanten Gegenstände in die für den Bewegungsablauf erforderlichen Positionen führen. In einem Golfbeispiel bewegt der Roboter ebenso wie der Mensch einen Schläger, sodass beide aufeinander Kraft ausüben. Die vom Lernenden ausgeübte Kraft wird ermittelt und die vom Roboter ausgeübte Kraft ist bekannt bzw. wird ebenfalls ermittelt. Insgesamt erfährt und erteilt der Lernende Input und Output, die Sensorik vermittelt an den Lernenden Input und Output. Dies wird dann per elektronischer Datenverarbeitung in einer Feedback- oder Forward-Schleife bearbeitet.
Ferner kann beispielsweise die lernende Person per Robotersystem in die Luft gehoben werden, sodass die lernende Person die angestrebte Bewegung ohne die Nachteile der Schwerkraft, wie beispielsweise ohne Verletzungsgefahr, erlernen kann. Als seilgebundenes Robotersystem wird vorzugsweise ein einfach und/oder ein mehrfach kabelgebundenes Robotersystem verstanden.
Bei einem einfach gebundenen Robotersystem erfolgt die Anzeige einer Rückmeldung insbesondere per Druck- bzw. Zugsensationen. Das bedeutet, dass die lernende Person beispielsweise ein Sportgerät in der Hand hält, welches innerhalb einer Kastenform von Seilen per Motoren (engl. cable-driven units), gesteuert wird und/oder von der lernenden Person gesteuert werden kann und an verschiedenen Stellen Rückmeldungen zur richtigen bzw. falschen Bewegungsausführung ausgegeben werden. Dies kann beispielsweise durch Abbremsen oder Stoppen einer Bewegung erfolgen. Das seilgebunde Robotersystem umfasst vorzugsweise eine mobile Vorrichtung, die per Seilsystem und/oder Motoren bewegt werden kann und eine fixierte Vorrichtung, die als Ursprung der Seile zum Steuern der mobilen Vorrichtung unbeweglich ausgestaltet ist.
Ein mehrfaches seilgebundenes Robotersystem ermöglicht vorzugsweise eine vollständige Bewegung der Person, insbesondere durch eine vollständige Arm- und dazugehörige Körperbewegung. Beim Tennisschlag beispielsweise würde ein einfach seilgebundenes Robotersystem ausschließlich der Bewegung der Hand dienen. Bei einem mehrfach seilgebundenem Robotersystem dient ein weiteres seilgebundenes System dem Feedback zur vollständigen Körperbewegung im Raum.
Insgesamt wird eine Feedbackbereitstellung in Echtzeit, also während der eigenen Bewegungsausführung, ermöglicht. Hinsichtlich der Anwendung der in Echtzeit bereitgestellten Rückmeldungen können Bewegungsanpassungen zum einen im Anschluss an die Feedbackbereitstellung erfolgen, sprich der Lernende erhält die Rückmeldung zu seiner Bewegung in Echtzeit, speichert die Rückmeldung und Informationen bzgl. möglicher notwendiger Änderungen und passt die Bewegung anschließend beim nächsten Durchgang bzw. der nächsten Ausführung dieser Bewegungsaufgabe an. Dies kann sich insbesondere auf die Bereitstellung von taktilem Feedback beziehen, da aufgrund des direkten taktilen Signals auf der Haut und/oder auf einem Gegenstand, welcher mit der Haut in Berührung ist, eine sofortige Bewegungsanpassung im Hinblick auf die Rückmeldung zeitlich bedingt erschwert wird bzw. teilweise nicht möglich ist. Beispielsweise ein taktiles Signal in Form von Vibration erfolgt in dem Moment, in dem eine Bewegung fehlerhaft ausgeführt wurde. Somit ist die Bewegung bereits erfolgt und kann im selben Moment nicht mehr angepasst werden. Zum anderen, beispielsweise bei visueller Feedbackbereitstellung während des Erlernens einer Bewegung, können eigene Körperbewegungen zum Zeitpunkt des Echtzeit-Feedbacks auch direkt bzw. sofort angepasst werden. Vorrichtungen zum insbesondere visuellen Echtzeitfeedback können beispielsweise ermöglichen, dass während einer Bewegungsaufgabe, beispielsweise bei der Rückhandbewegung in Schlagsportarten, visuelle Signale zum Stoppen bzw. Anhalten der Bewegung zum Zeitpunkt des Fehlers erfolgen bzw. auffordem. Die Bewegung kann entsprechend direkt erneut bzw. im weiteren Verlauf der Bewegungsaufgabe korrekt ausgeführt werden. Die Möglichkeit des Erlernens und/oder Optimierens von Bewegungen in Zeitlupe mittels verschiedener Vorrichtungen und/oder Technologien kann die direkte Umsetzung des Echtzeitfeedbacks vereinfachen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter im Detail erläutert.
In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 schematisch ein Verfahren gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 schematisch eine Anordnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Fig. 3 schematisch eine Anordnung gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Aus Fig. 1 ist schematisch ein Verfahren zum Erlernen und/oder Verbessern einer von einer lernenden Person ausgeführten Bewegung ersichtlich.
In einem ersten Schritt S1 wird eine Zielbewegung erfasst. Das erfolgt, indem die gewünschte Bewegung, die von einer lehrenden Person ausgeführt wird, mittels Erfassungseinheit erfasst wird. Davon ausgehend wird die Zielbewegung generiert. Dieser Schritt wird im Rahmen der Vorbereitung auf das Training durchgeführt. Der Schritt S1 kann zeitlich gesehen deutlich vor den nachfolgenden Schritten erfolgen, insbesondere mehrere Wochen, Monate oder Jahre vorher. Vorzugsweise wird der Schritt S1 einmal pro Zielbewegung durchgeführt. Die so entstehenden Vorlagen für die jeweilige Zielbewegung können von mehreren lernenden Personen verwendet werden.
Ist die Zielbewegung einmal erfasst bzw. generiert, kann das Training beginnen. Die lernende Person führt in einem zweiten Schritt S2 die Bewegung, die optimiert werden soll, aus. Parallel dazu wird die ausgeführte Bewegung mittels Erfassungseinheit erfasst. Die Erfassungseinheit ist insbesondere dieselbe Erfassungseinheit wie in Schritt Sl.
Danach wird in einem dritten Schritt S3 eine Abweichung zwischen der Soll -Bewegung, also der Zielbewegung, und der Ist-Bewegung, also der von der lernenden Person ausgeführten Bewegung, in Echtzeit bestimmt. In diesem Ausführungsbeispiel wird parallel dazu eine visuelle Darstellung in Form eines 3 -dimensionalen Modells der Zielbewegung und/oder der von der lernenden Person ausgeführten Bewegung angezeigt S5. Dieser Schritt S5 kann jedoch auch nach dem dritten Schritt S3 erfolgen.
Danach wird in einem vierten Schritt S4 eine Rückmeldung abhängig von der zuvor ermittelten Abweichung in Echtzeit ausgegeben. Die Rückmeldung wird während der Bewegungsausführung ausgegeben, sodass ein Feedback zur Ausführung der Bewegung in diesem Moment gegeben wird, in dem die Bewegung auch tatsächlich ausgeführt wird. Die lernende Person kann dann entweder die Information speichern und bei einer wiederholten Ausführung verbessern oder sie kann die Bewegung direkt anpassen bis die Bewegung der Zielbewegung entspricht.
In Fig. 2 wird eine Anordnung zum Durchführen des oben beschriebenen Verfahrens gezeigt. Die lernende Person 1 trägt ein Kleidungsstück 11, das mit Sensoren 10 versehen ist. Die Sensoren 10 sind insbesondere an den Gelenken und bewegungsrelevanten Stellen angebracht. Mittels Erfassungseinheit 3, die Kameras 12 zum Erfassen der Sensoren 10, die sowohl am Boden als auch an unbemannten Flugeinrichtungen 14 angeordnet sind, umfasst, wird die Bewegung 2 der lernenden Person 1 erfasst. Die Bewegungserfassung erfolgt also über ein Motion Capture Verfahren mit Markern. Über die Recheneinheit 6 wird eine Abweichung zwischen der Zielbewegung und der von der lernenden Person 1 ausgeführten Bewegung ermittelt. Die Abweichung wird dann über die VR-Brille 15 zusammen mit einem 3 -dimensionales Modell der Zielbewegung 9 und einem 3 -dimensionales Modell der eigenen Bewegung 8 der lernenden Person 1 angezeigt. Die lernende Person 1 kann dann die eigene Bewegung korrigieren bis die eigene Bewegung der Zielbewegung entspricht.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Anordnung aus Fig. 2. Die lernende Person 1 trägt ein Kleidungsstück 11 mit integrierten Aktoren 4. Die Kameras 13 erfassen den Umriss der lernenden Person 1. Die Bewegungserfassung erfolgt demnach über ein Motion Capture Verfahren ohne Marker. Ein 3 -dimensionales Modell der Zielbewegung 9 wird über einen Monitor 16 angezeigt. Die Zielbewegung 9 wird über die gestrichelte Linie dargestellt. Zusätzlich wird auf dem Monitor 16 ein 3 -dimensionales Modell der von der lernenden Person 1 ausgeführten Bewegung 8 in Form eines Avatars der lernenden Person 1 angezeigt. Der Avatar ist hinsichtlich der äußeren Erscheinungsmerkmale auf die lernenden Person 1 angepasst. Die von der lernenden Person 1 ausgeführte Bewegung wird über die fette durchgezogene Linie dargestellt. Eine Abweichung 5 zwischen der Zielbewegung und der tatsächlich ausgeführten Bewegung wird ermittelt und visuell über die Pfeile dargestellt. Zusätzlich erfolgt eine Rückmeldung über die Abweichung 5 via Vibration der Aktoren 4. Je größer die Abweichung zu der Zielbewegung ist, desto stärker vibrieren die Aktoren an den abweichenden Stellen. Ferner wird die Rückmeldung über den Lautsprecher 17 ausgegeben. Unterschiedliche Hinweistöne signalisieren eine Abweichung oder ein Übereinstimmen von bzw. mit der Zielbewegung.
Bezugszeichenliste Erfassen einer von einer lehrenden Person ausgeführten Bewegung mittels einer Erfassungseinheit und Generieren einer Zielbewegung anhand der erfassten ausgeführten Bewegung Erfassen einer von der lernenden Person ausgeführten Bewegung Ermitteln einer Abweichung zwischen der von der lernenden Person ausgeführten Bewegung und der Zielbewegung in Echtzeit Ausgeben einer Rückmeldung abhängig von der zuvor ermittelten Abweichung in Echtzeit Visuelles Darstellen eines 3 -dimensionalen Modells der Zielbewegung und/oder visuelles Darstellen eines 3 -dimensionalen Modells der von der lernenden Person ausgeführten Bewegung lernende Person Bewegung Erfassungseinheit Aktoren Abweichung Recheneinheit Lautsprecher 3D Modell der von der lernenden Person ausgeführten Bewegung 3D Modell der Zielbewegung Sensoren Kleidungsstück Kamera zum Erfassen von Sensoren Kamera zum Erfassen von Umrissen unbemannte Flugeinrichtung VR-B rille AR-Di splay Lautsprecher

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erlernen und/oder Verbessern einer von einer lernenden Person (1) ausgeführten Bewegung (2) mit folgenden Verfahrensschritten:
51) vorab Erfassen einer von wenigstens einer lehrenden Person ausgeführten Bewegung mittels einer Erfassungseinheit (3) zum Erfassen von Bewegungen und Generieren einer Zielbewegung anhand der erfassten ausgeführten Bewegung,
52) Erfassen einer von der lernenden Person (1) ausgeführten Bewegung (2) mittels einer Erfassungseinheit (3),
53) Ermitteln einer Abweichung (5) zwischen der von der lernenden Person (1) ausgeführten Bewegung (2) und der Zielbewegung in Echtzeit mittels einer Recheneinheit (6) und
54) Ausgeben einer Rückmeldung abhängig von der zuvor ermittelten Abweichung (5) in Echtzeit mittels einer Anzeigeeinheit.
2. Verfahren nach Anspruch 1 mit folgendem weiteren Verfahrensschritt:
55) Visuelles Darstellen eines 3 -dimensionalen Modells der Zielbewegung (9) und/oder visuelles Darstellen eines 3 -dimensionalen Modells der von der lernenden Person ausgeführten Bewegung (8).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das 3 -dimensionale Modell der von der lernenden Person ausgeführten Bewegung (8) ein an die lernende Person abgestimmtes Abbild umfasst.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das visuelle Darstellen mittels virtueller Realität und/oder erweiterter Realität und/oder gemischter Realität erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rückmeldung visuell und/oder haptisch und/oder propriozeptiv und/oder auditiv ausgegeben wird.
6. Anordnung zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine Erfassungseinheit (3) zum Erfassen von Bewegungen, eine Recheneinheit (6) zum Ermitteln einer Abweichung (5) zwischen zwei erfassten Bewegungen in Echtzeit, und eine Anzeigeeinheit zum Ausgeben einer Rückmeldung abhängig von der Abweichung (5) zwischen zwei erfassten Bewegungen (2, 4) in Echtzeit.
7. Anordnung nach Anspruch 6, wobei die Erfassungseinheit (3) ein von einer die Bewegung ausführenden Person tragbares Kleidungsstück (11) umfasst, wobei das Kleidungsstück (11) Sensoren (10) und/oder Aktoren (4) aufweist.
8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Erfassungseinheit (3) wenigstens eine Kamera (12, 13) zum Erfassen von den Sensoren (10) und/oder zum Erfassen von Umrissen der die Bewegung ausführenden Person umfasst.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Erfassungseinheit (3) wenigstens eine eine Kamera (12, 13) aufweisende unbemannte Flugeinrichtung (14) umfasst, wobei die Kamera (12, 13) dazu ausgestaltet ist, Sensoren (10) und/oder Umrisse der die Bewegung ausführenden Person zu erfassen.
10 Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Anzeigeeinheit eine Brille (15) und/oder ein Display (16) für die Darstellung virtueller und/oder erweiterter und/oder gemischter Realität umfasst.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Anzeigeeinheit wenigstens einen Lautsprecher (17) zum Abspielen von Tönen und/oder Lauten umfasst.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei die Anzeigeeinheit wenigstens ein externes und/oder ein seilgebundenes Robotersystem umfasst.
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