DE102006032081A1

DE102006032081A1 - ergometer

Info

Publication number: DE102006032081A1
Application number: DE200610032081
Authority: DE
Inventors: Peter Prof.Dr. Schneider
Original assignee: Julius Maximilians Universitaet Wuerzburg
Current assignee: Julius Maximilians Universitaet Wuerzburg
Priority date: 2006-07-11
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2026-07-12
Also published as: WO2008006482A1; DE102006032081B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ergometer zur Bestimmung der Arbeitsleistung von Muskeln oder anderen Kraftquellen. Dieses weist einen Kraftaufnehmer 1 auf, mit dem auf ihn einwirkende Kräfte zeitaufgelöst erfassbar und in Ausgangssignale umsetzbar sind. Des weiteren weist das Ergometer eine mit dem Kraftaufnehmersignal ausgangsseitig verbundene Auswerteeinheit 4, 5, 6, 7 auf, mit welcher das zeitabhängige Auswertesignal des Kraftaufnehmers erfassbar ist und welche eine Integriereinheit 7 aufweist, mit der dieses zeitabhängige Ausgangssignal oder eine davon abgeleitete zeitabhängige Größe über ein definierbares Zeitintervall integrierbar ist und/oder mit der das Leistungsspektrum dieses Ausgangssignals berechenbar ist und dieses Leistungsspektrum oder eine daraus abgeleitete frequenzabhängige Größe über ein definierbares Frequenzintervall integrierbar ist.The invention relates to an ergometer for determining the performance of muscles or other sources of power. This has a force transducer 1, with the forces acting on it can be detected time-resolved and converted into output signals. The ergometer also has an evaluation unit 4, 5, 6, 7 connected to the force transducer signal, with which the time-dependent evaluation signal of the force transducer can be detected and which has an integrating unit 7, with which this time-dependent output signal or a time-dependent variable derived therefrom definable time interval is integrable and / or with which the power spectrum of this output signal can be calculated and this power spectrum or a derived frequency-dependent variable over a definable frequency interval can be integrated.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Leistung von mechanischen Kraftquellen bzw. der durch eine bekannte Masse, die von einer motorischen Kraftquelle bewegt wird, erzeugten Leistung, insbesondere der Arbeitsleistung von Muskeln bzw. der Muskelleistung. Die Quelle der Kraft kann der menschliche Muskel, der tierische Muskel oder ganz allgemein eine technische Kraftquelle sein. Die Kraft kann auch außerhalb der Erdgravitation (z.B. im Weltraum oder auf einem Planeten) einwirken und so eine Leistung bewirken. Die Erfindung kann insbesondere auch zur Bestimmung der Muskelleistung dienen, die jemand vollbringt, wenn er im sog. Tandem-Stand versucht, das Gleichgewicht zu halten und somit der Erfassung von Funktionen und von Störungen des motorischen und sensorischen Gleichgewichtssystems beim Menschen dienen.The The present invention relates to a device and a Method for determining the power of mechanical power sources or by a known mass, that of a motor power source is moved, generated power, in particular work performance of muscles or muscle performance. The source of the power can be the human Muscle, the animal muscle or more generally a technical one Be a source of power. The force can also be outside of earth gravity (for example in space or on a planet) and so on Achieve performance. The invention can also be used in particular for the determination serve the muscular performance that someone accomplishes when he is in the so-called Tandem Stand tries to keep the balance and thus the Capture of functions and disorders of the motor and sensory balance system in humans.

Das Gleichgewicht eines Menschen im Stand wird durch das harmonische Zusammenspiel der Motorik und Sensorik des menschlichen Bewegungsapparates und von speziellen Funktionen des Zentralnervensystems, dem spinalmotorischen und dem supraspinalmotorischen System gewährleistet. Das Gleichgewicht im Stand wird gegenwärtig durch verschiedene Tests geprüft, die lediglich ein subjektives Beurteilen durch den Beobachter erlauben, ggf. unter Zuhilfenahme einer Stoppuhr.The Balance of a person in the state is through the harmonious Interaction of the motor and sensor system of the human musculoskeletal system and of special functions of the central nervous system, the spinal motor and the supraspinal motor system. The balance in the state becomes present tested by various tests, that allow only a subjective judgment by the observer, possibly with the help of a stopwatch.

Störungen im spinalmotorischen und im supraspinalmotorischen System sind einerseits bedingt durch Krankheiten oder Verletzungen, andererseits unterliegen sie biologischen Auf- und Abbauprozessen in der Kindheit bzw. im Alter. Alle Komponenten, die einen sicheren Stand oder zielsichere willkürliche und unwillkürliche Bewegungen gewährleisten, können davon betroffen sein. Im Endresultat führt hauptsächlich die Feinregulation der Muskelgruppen der unteren Extremitäten, insbesondere der Fußbeuger und Fußstrecker zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichts im Stehen.Disturbances in the spinal motor and in the supraspinal motor system are on the one hand due to illness or injury, on the other hand subject they biological up and degradation processes in the childhood or in the Age. All components that are safe or purposeful arbitrary and involuntary Ensure movements, can be affected by it. The final result is mainly the fine regulation of Muscle groups of the lower extremities, especially the Fußbeuger and foot stirrup to maintain the balance while standing.

Wird somit die Muskelleistung berechnet, die ein Mensch vollbringt, wenn er das Gleichgewicht hält oder auch wenn er Kniebeugen macht, Hanteln stemmt oder einfach nur die Arme hebt, so lässt sich erfassen, ob beispielsweise Muskelkrankheiten vorliegen oder auch wie weit diese ggf. fortgeschritten sind und auch welche Extremitäten (Arme oder Beine) sie betreffen. Denn je nach körperlichem Zustand treten bei der Muskelleistung große Unterschiede auf: So bringt es ein durchtrainierter Mann mittleren Alters durchaus auf eine Leistung von etwa 3000 W, während ältere oder körperlich nicht geforderte Personen da gegen lediglich etwa 100 W erbringen.Becomes thus calculates the muscular performance, which performs a human, if he keeps his balance or even if he does squats, dumbbells or simply stabs just raise your arms, so lets determine whether, for example, muscle diseases are present or also how far these may have progressed and which limbs (arms or legs) concern them. Because depending on physical condition occur the muscle power is great Differences: So it brings a well-trained middle-aged man quite an output of about 3000 W while older or physically unsolicited persons as against only about 100 W provide.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Ergometer und ein Ergometrieverfahren zur Verfügung zu stellen, mit der auf einfache, robuste und zuverlässige Art und Weise die Muskelleistung des Menschen quantitativ berechnet werden kann.aim Thus, the present invention is an ergometer and an ergometry method to disposal with the simple, robust and reliable way and quantitatively calculate the muscular performance of humans can be.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe basiert auf einem Kraftaufnehmer (nachfolgend auch als Kraftsensor oder Kraftmessdose bezeichnet), mit dem auf ihn einwirkende Kräfte zeitaufgelöst erfassbar sind und in ein zeitabhängiges (d.h. sich im Verlauf der Zeit in der Amplitude bzw. in seiner Größe änderndes) Ausgangssignal umsetzbar sind. Mit dem Kraftaufnehmer ist signalausgangsseitig eine Auswerteeinheit verbunden, so dass das zeitabhängige Ausgangssignal des Kraftaufnehmers in die Auswerteeinheit einspeisbar ist. Die Auswerteeinheit weist dann eine Integriereinheit auf, mit der entweder dieses zeitabhängige Ausgangssignal oder eine davon abgeleitete zeitabhängige Größe (beispielsweise das quadrierte Ausgangssignal) über ein festlegbares Zeitintervall integrierbar ist. Bevorzugt wird jedoch das Leistungsspektrum des zeitabhängigen Ausgangssignals des Kraftaufnehmers berechnet und dieses Leistungsspektrum oder eine daraus abgeleitete frequenzabhängige Größe (beispielsweise das Quadrat des Leistungsspektrums) über ein definierbares Frequenzintervall integriert. Es können jedoch kumulativ auch beide Integrationsfunktionen (im Zeitraum wie im Frequenzraum) realisiert sein.The solution the task of the invention Based on a force transducer (hereafter referred to as a force sensor or load cell called), with the forces acting on it detected time-resolved are and in a time-dependent (i.e., changing in amplitude over time) Output signal can be implemented. With the force transducer is signal output side an evaluation unit connected, so that the time-dependent output signal of the force transducer in the evaluation unit can be fed. The The evaluation unit then has an integrating unit with which either this time dependent Output signal or a derived time-dependent variable (for example the squared output) via a definable time interval can be integrated. It is preferred However, the power spectrum of the time-dependent output signal of Force transducer calculated and this range of services or a derived frequency-dependent Size (for example the square of the power spectrum) over a definable frequency interval integrated. It can however cumulatively also both integration functions (in the period as in frequency space).

Vorteilhafterweise wird mit dem erfindungsgemäßen Ergometer die mechanisch in den Sensor eingebrachte Leistung, z.B. Muskelleistung, mittels Integration des Betragsquadrates des Leistungsspektrums anhand der folgenden Formel berechnet:

Advantageously, with the ergometer according to the invention, the power introduced mechanically into the sensor, eg muscle power, is calculated by means of integration of the magnitude square of the power spectrum on the basis of the following formula:

Hierbei bezeichnet Lsp(f) das Leistungsspektrum des zeitabhängigen Ausgangssignals des Kraftaufnehmers und f-max eine frei definierbare maximale Erfassungsfrequenz. Gemäß dem Shannonschen Abtasttheorem wird für f-max vorteilhafterweise mindestens die halbe Abtastfrequenz der Auswerteeinheit gewählt. Die Abtastfrequenz der Auswerteeinheit ist hierbei diejenige Abtastfrequenz, mit der die Auswerteeinheit das zeitabhängige Ausgangssignal des Kraftaufnehmers zu dessen Digitalisierung abtastet.in this connection Lsp (f) denotes the power spectrum of the time-dependent output signal of the force transducer and f-max a freely definable maximum detection frequency. According to Shannon's Sampling theorem is for f-max advantageously at least half the sampling frequency of Evaluation unit selected. The sampling frequency of the evaluation unit here is the sampling frequency, with which the evaluation unit, the time-dependent output signal of the force transducer to digitize it.

Basis der vorliegenden Erfindung ist somit der Grundgedanke, dass das Integral über das Betragsquadrat des Leistungsspektrums innerhalb der durch die Frequenzbandbreiten limitierten Fehlergrenzen identisch mit der geleisteten Arbeit entgegen der Schwerkraft oder entgegen eines Widerstands in der verstrichenen Zeit ist und damit identisch mit der physikalischen körperlichen Leistung in Watt ist. Das Leistungsspektrum lässt sich mittels der Fourier-Transformation aus dem zeitabhängigen Ausgangssignal des Kraftaufnehmers gewinnen. Hierbei kann vorteilhafterweise eine Fast-Fourier-Transformation eingesetzt werden. Alternativ ist auch die Berechnung des Leistungsspektrums mittels der Methode der maximalen Entropie möglich.The basis of the present invention is thus the basic idea that the integral over the magnitude square of the power spectrum within the error limits limited by the frequency bandwidths is identical to the work done against gravity or against a resistance in the elapsed time and thus identical to the physical physical power in Watt is. The Power spectrum can be obtained by means of the Fourier transform from the time-dependent output signal of the force transducer. In this case, advantageously, a fast Fourier transformation can be used. Alternatively, the calculation of the power spectrum by means of the maximum entropy method is possible.

Gemäß dem Parsevalschen Theorem gilt:

According to Parseval's theorem,

Hierbei ist A(t) das zeitabhängige Ausgangssignal des Kraftaufnehmers bzw. dessen Amplitude (t bezeichnet somit die Zeit). Lsp(f) ist das aus dieser zeitabhängigen Funktion mittels der Fourier-Transformation berechnete Leistungsspektrum (f bezeichnet somit die Frequenz). Durch die beschriebene Integration über das Leistungsspektrum (genauer: über dessen Betragsquadrat) ergibt sich somit wie vorbeschrieben die Gesamtleistung gegen die Schwerkraft oder gegen einen mechanischen Widerstand in Watt. Die vorbeschriebene Einheit aus einem Kraftaufnehmer und der damit signalausgangsseitig verbundenen Auswerteeinheit stellt somit ein dynamisches, praktisch verlustfrei messendes Ergometer dar. Wie bereits erwähnt, wird hierbei im praktischen Anwendungsfall die Integration im Frequenzraum über ein Frequenzintervall von 0 Hz bis zu einer Maximalfrequenz f-max durchgeführt, wobei letztere vorteilhafterweise in Abhängigkeit von der Abtastfrequenz der Auswerteeinheit für das Ausgangssignal des Kraftaufnehmers gewählt wird.in this connection A (t) is the time-dependent one Output signal of the force transducer or its amplitude (t denotes thus the time). Lsp (f) is the result of this time-dependent function Power spectrum calculated by Fourier transformation (f thus denotes the frequency). Through the described integration over the Range of services (more precisely: about its Absolute square) thus results as described above, the overall performance against gravity or against mechanical resistance in Watt. The above-described unit of a force transducer and the thus signal output side connected evaluation unit thus provides a dynamic, virtually lossless measuring ergometer dar. As already mentioned, Here, in practical application, the integration in the frequency space over a frequency interval from 0 Hz to a maximum frequency f-max, where the latter advantageously as a function of the sampling frequency the evaluation unit for the output signal of the force transducer is selected.

Wie aus dem Parsevalschen Theorem unmittelbar erkennbar, kann die Muskelarbeitsleistung jedoch alternativ dazu mit der vorliegenden Erfindung auch durch Integration über das Betragsquadrat des zeitabhängigen Ausgangssignals A(t) des Kraftaufnehmers berechnet werden. Hierzu wird das Signal A(t) über ein Zeitintervall [t1, t2] erfasst. Die Muskelarbeitsleistung ergibt sich dann proportional zu

However, as can be seen immediately from Parseval's theorem, muscle work power can alternatively be calculated with the present invention by integration over the magnitude square of the time dependent output signal A (t) of the force transducer. For this purpose, the signal A (t) is detected over a time interval [t1, t2]. The muscle work then results proportional to

Die Berechnung der Muskelarbeitsleistung wird mit der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft mittels Integration im Frequenzraum durchgeführt, kann jedoch alternativ auch wie beschrieben im Zeitraum (bzw. durch Integration über ein entsprechendes Zeitintervall) durchgeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, kumulativ beide Berechnungen durchzuführen und beispielsweise als Ergebnis für die Muskelarbeitsleistung den Mittelwert hieraus zu bilden.The Calculation of muscle work performance is achieved with the present invention particularly advantageous carried out by integration in the frequency domain, can however alternatively also as described in the period (or by integration over a corresponding time interval) are performed. It is, however possible, cumulatively perform both calculations and for example as Result for the Muscle work performance to make the mean out of this.

Inputfunktion ist dabei eine Zeitreihe [Sekunden] der Kraft [Newton]. Wenn das System exakt mittels einer bekannten Masse kalibriert oder geeicht ist, ergibt sich als Ergebnis das Leistungsspektrum aus der Fouriertransformierten in [Watt/Sekunden], die Integration ergibt dann [Watt]. Eine Normierung ist somit nicht erforderlich. Lediglich Ungenauigkeiten existieren wegen der Bandbreitenbegrenzung bei der Frequenzzerlegung. Diese liegen jedoch im Bereich von wenigen Prozent (erkennbar an Unterschieden bei der Anwendung verschiedener Filtermethoden, wie Ramp, Wiener etc.) und sind somit vernachlässigbar. Bei der Methode der maximalen Entropie wird ein Normierungsfaktor eingeführt, auf der Basis eines Experiments mit bekannter Masse, Zeitmessung und definierter Krafteinwirkung, um die tatsächliche Leistung in [Watt] zu erhalten.input function is a time series [seconds] of force [Newton]. If that System calibrated or calibrated accurately using a known mass is, results as the result of the power spectrum of the Fourier transform in [watts / second], the integration then gives [watt]. A standardization is not required. Only inaccuracies exist because of the bandwidth limitation in the frequency division. These However, they are in the range of a few percent (indicated by differences in the use of different filter methods, such as Ramp, Wiener etc.) and are therefore negligible. The maximum entropy method becomes a normalization factor introduced, based on an experiment with known mass, time measurement and defined force to determine the actual power in [watt] to obtain.

In der vorliegenden Erfindung wird somit die auf eine Kraftmessdose einwirkende Kraft mittels einer Auswerteeinheit als Zeitreihe erfasst. Die Zeitreihe enthält somit die Kraft an einer biologischen oder technischen Quelle, insbesondere die Muskelkraft, welche über das betrachtete Zeitintervall auf die Kraftmessdose eingewirkt hat. Einer über ein Zeitintervall längs eines Weges einwirkenden Kraft liegt jedoch ei ne Leistung zugrunde. Zur Berechnung dieser Leistung aus der quasi-periodischen Zeitreihe kommt wie vorbeschrieben die Methode der Fourier-Transformation, vorteilhafterweise in Form der bandbreitenbegrenzten Fast-Fourier-Transformation (FFT) zum Einsatz. Wie später noch genauer beschrieben wird, kann die konkrete Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mittels Einzelmessdosen z.B. in den Pedalen eines Fahrrads oder in den Sohlen eines Laufschuhs bestehen. Alternativ hierzu können jedoch, wie nachfolgend noch ausführlicher beschrieben wird, auch drei oder mehr Kraftmessdosen, welche an einer stabil gestützten Plattform angeordnet sind, eingesetzt werden. Im letzteren Fall sind dann alle Kraftmessdosen signalausgangsseitig mit der Auswerteeinheit verbunden. Die Ausgangssignale der einzelnen Kraftmessdosen können dann einzeln oder auch als Summensignal ausgewertet bzw. integriert werden. Bei den Kraftmessdosen handelt es sich vorzugsweise um Piezosensoren mit Maximallastwerten, welche für Kräfte in der Größenordnung der Gewichtskraft des menschlichen Körpers geeignet sind. Die Abtastung des Ausgangssignals des oder der Kraftaufnehmer mittels der Auswerteeinheit geschieht bevorzugt mit Abtastraten zwischen wenigen 10 und einigen 100 Hz oder einem Mehrfachen der maximal auftretenden mechanischen Frequenzen.In The present invention is thus on a load cell detected force by means of an evaluation as a time series. The time series contains thus the power at a biological or technical source, in particular the muscle power, which over the considered time interval has acted on the load cell. One over a time interval along However, a force acting on a path is based on a performance. To calculate this power from the quasi-periodic time series comes as described above the method of Fourier transformation, advantageously in the form of the bandwidth-limited fast Fourier transformation (FFT) is used. How later will be described in more detail, the specific embodiment of present invention by means of single load cells, e.g. in the pedals of a bicycle or in the soles of a running shoe. alternative can do this however, as will be described in more detail below, Also, three or more load cells, which on a stably supported platform are arranged to be used. In the latter case, then all Load cells on the signal output side connected to the evaluation unit. The output signals of the individual load cells can then individually or as a sum signal to be evaluated or integrated. The load cells are preferably piezosensors with maximum load values, which for personnel in the order of magnitude Weight of the human body are suitable. The sampling of the output signal of the force transducer or the By means of the evaluation unit is preferably done with sampling rates between a few 10 and a few 100 Hz or a multiple of the maximum occurring mechanical frequencies.

Genaue Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen Ergometers und des erfindungsgemäßen Ergometrieverfahrens sowie weitere alternative Ausgestaltungsmöglichkeiten werden nachfolgend mittels der Beispiele beschrieben.exact Embodiments of the ergometer according to the invention and the ergometry method according to the invention as well as further alternative design options are hereafter described by means of examples.

Die Erfindung weist eine Reihe erheblicher Vorteile auf:

• Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es auf einfache Art und Weise möglich, die Arbeitsleistung von Muskeln des menschlichen Körpers oder anderer biologischer Kraftquellen (z.B. von kleinen Tieren, wie Mäusen, oder großen Tieren, wie Pferden, je nach Spezifizierung der konkreten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung) oder die Leistung von nichtbiologischen Kraftquellen quantitativ zu erfassen.
• Das erfindungsgemäße Ergometer lässt sich in einer Vielzahl von Ausgestaltungsformen einsetzen. So lässt sich bei Integration in einen Laufschuh beim Joggen oder Walken die tatsächlich geleistete Wattzahl messen und aufzeichnen. Bei Integration in ein Fahrradpedal ist es ebenso möglich, die beim Fahrradfahren geleistete Wattzahl zu erfassen.
• Wird die Auswerteeinheit des Ergometers geeignet ausgestaltet, so lassen sich mit ihr auch Muskelfrequenzanalysen durchführen. So können beispielsweise Mittelwerte oder Maximalwerte im Leistungsspektrum detektiert werden. Durch eine solche Muskelfrequenzanalyse lässt sich z.B. feststellen, ob ein schlechtes Gleichgewicht eher nervlich oder eher durch die Muskelfunktion bedingt ist.
• Ebenso können durch geeignete Auswertung des bzw. der zeitabhängigen Ausgangssignale beispielsweise auf den Körper einwirkende Spitzenkräfte erfasst werden, die nach neueren Erkenntnissen für den Erhalt und Zuwachs der Knochen ausschlaggebend sind.
• Wird das erfindungsgemäße Ergometer mit drei oder mehr Kraftaufnehmern in einer Ebene eingesetzt (siehe nachfolgend noch beschriebene Ergometrievorrichtungen), so kann es auch zur quantitativen Erfassung und Auswertung des Gleichgewichtsverhaltens des Menschen im Stehen dienen. Aus den quantitativ berechneten Muskelleistungen lassen sich auhc Aussagen über die Sturzwahrscheinlichkeit des Probanden treffen.

The invention has a number of significant advantages:

With the device according to the invention, it is possible in a simple manner, the performance of muscles of the human body or other biological power sources (eg of small animals, such as mice, or large animals, such as horses, depending on the specification of the specific embodiment of the present invention ) or to quantify the performance of non-biological sources of force.
The ergometer according to the invention can be used in a variety of embodiments. Thus, when integrated into a running shoe while jogging or walking, the actual wattage can be measured and recorded. When integrated into a bicycle pedal, it is also possible to record the wattage of cycling.
• If the evaluation unit of the ergometer is configured appropriately, it can also be used to perform muscle frequency analyzes. For example, mean values or maximum values in the power spectrum can be detected. Such a muscle frequency analysis can be used to determine, for example, whether a bad balance is more nervous or more due to the muscle function.
Likewise, by suitable evaluation of the time-dependent output signals, for example, peak forces acting on the body can be detected, which, according to recent findings, are decisive for the preservation and growth of the bones.
If the ergometer according to the invention is used with three or more force transducers in one plane (see the ergometry devices described below), then it can also serve for the quantitative recording and evaluation of the equilibrium behavior of the person standing up. From the quantitatively calculated muscle performances it is possible to make statements about the fall probability of the subject.

In den nachfolgenden zu den Beispielen gehörenden Figuren sind identische oder einander entsprechende Vorrichtungsbestandteile mit identischen Bezugszeichen versehen.In The following figures belonging to the examples are identical or corresponding device components with identical reference numerals Mistake.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Ergometer mit Kraftaufnehmer und Auswerteeinheit in schematischer Ansicht. 1 shows an inventive ergometer with load cell and evaluation in a schematic view.

2 zeigt ein Beispiel für ein Leistungsspektrum, wie es mit einem erfindungsgemäßen Ergometer integrierbar ist. 2 shows an example of a performance spectrum as it can be integrated with an ergometer according to the invention.

3 zeigt ein erfindungsgemäßes Ergometer, welches in eine Schuhsohle eines Laufschuhs integriert ist. 3 shows an inventive ergometer, which is integrated in a shoe sole of a running shoe.

4 zeigt ein erfindungsgemäßes Ergometer in Form einer Ergometrievorrichtung mit drei Kraftmessdosen. 4 shows an inventive ergometer in the form of a Ergometrievorrichtung with three load cells.

5 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Ergometrievorrichtung nach 4. 5 shows a schematic block diagram of the ergometry device according to the invention 4 ,

6 zeigt ein Diagramm von Ausgangssignalen der drei Kraftmessdosen der Ergometrievorrichtung nach 4 sowie das daraus gebildete Summensignal G. 6 shows a diagram of output signals of the three load cells of Ergometrievorrichtung after 4 and the sum signal G formed therefrom.

7 zeigt eine Ergometrie durch Kniebeugen. 7 shows an ergometry by squats.

1 zeigt ein Blockschaltbild bzw. eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Ergometers. Das Ergometer weist einen Kraftaufnehmer 1 auf, mit dem auf ihn einwirkende Kräfte (beispielsweise Druckkräfte, wie die Gewichtskraft einer Person) zeitaufgelöst erfassbar sind. Ein der momentan zum Zeitpunkt t auf den Kraftaufnehmer 1 einwirkenden Kraft proportionales analoges Ausgangssignal a(t) wird vom Signalausgang des Kraftaufnehmers 1 einem Operationsverstärker 4 einer signalausgangsseitig mit dem Kraftaufnehmer verbundenen Auswerteeinheit zugeführt. Der Operationsverstärker 4 verstärkt das analoge Signal a(t) um den Faktor 150 oder 300. Es können jedoch auch andere Verstärkungsfaktoren verwendet werden. Das verstärkte analoge Ausgangssignal des Operationsverstärkers va(t) wird einen dem Operationsverstärker 4 nachgeschalteten Analog-Digital-Konverter ADC 5 zugeführt. Der Operationsverstärker 4 kann jedoch auch in den Kraftaufnehmer 1 integriert sein. Je nach Sichtweise entspricht somit das Signal a(t) oder das verstärkte Signal va(t) dem vorstehend erwähnten Signal A(t), dessen auf das betrachtete Zeitintervall normierte Betragsquadratintegration eine der gesuchten Muskelleistung proportionale Kenngröße liefert. 1 shows a block diagram or a schematic diagram of the ergometer according to the invention. The ergometer has a load cell 1 on, with the forces acting on it (for example, pressure forces, such as the weight of a person) can be detected time-resolved. One of the momentary time t on the load cell 1 acting force proportional analog output signal a (t) is from the signal output of the force transducer 1 an operational amplifier 4 supplied to a signal output side connected to the force transducer evaluation. The operational amplifier 4 amplifies the analog signal a (t) by a factor of 150 or 300. However, other gain factors may be used. The amplified analog output signal of the operational amplifier va (t) becomes the operational amplifier 4 downstream analog-to-digital converter ADC 5 fed. The operational amplifier 4 However, it can also be in the force transducer 1 be integrated. Depending on the point of view, the signal a (t) or the amplified signal va (t) thus corresponds to the abovementioned signal A (t) whose absolute value square integration normalized to the time interval considered supplies a characteristic variable proportional to the sought after muscular power.

Der ADC 5 ist ausgangsseitig mit einer Integriereinheit 7 verbunden. Im gezeigten Fall ist die Auswerteeinheit (bestehend aus dem Operationsverstärker 4, dem ADC 5 und der Integriereinheit 7) als Mikrocontroller 6 ausgebildet.The ADC 5 is output side with an integrating unit 7 connected. In the case shown, the evaluation unit (consisting of the operational amplifier 4 , the ADC 5 and the integrating unit 7 ) as a microcontroller 6 educated.

Der ADC 5 erzeugt somit aus den elektrischen Spannungen, die aufgrund der Kraftausübung auf die Messdose 1 am Signalausgang der Kraftmessdose anliegen und mittels Operationsverstärker 4 verstärkt werden, digitale Signale, die in die Integriereinheit 7 der Auswerteeinheit eingespeist werden. Das verstärkte zeitabhängige Ausgangssignal va(t) wird hierbei in Echtzeit von dem ADC 5 digitalisiert. Hierbei wird eine Abtastfrequenz von 50 Hz verwendet (es können jedoch auch andere Abtastfrequenzen, bevorzugt zwischen 40 und 250 Hz, verwendet werden).The ADC 5 thus generates from the electrical stresses due to the exertion of force on the load cell 1 abut the signal output of the load cell and by means of operational amplifier 4 be amplified, digital signals coming into the integrator unit 7 the evaluation unit to be fed. The amplified time-dependent output signal va (t) is in this case in real time from the ADC 5 digitized. Here, a sampling frequency of 50 Hz ver applies (however, other sampling frequencies, preferably between 40 and 250 Hz, may be used).

Es erfolgt jedoch nicht nur eine Datenübertragung vom ADC 5 zur Integriereinheit 7, umgekehrt kann die Integriereinheit 7 auch das Zeitfenster der Öffnung des Messkanals des ADC 5 ansteuern. Somit wird das Messintervall, über das die mittels Kraftsensor 1 erfassten Kraftwerte digitalisiert und ausgewertet werden, festgelegt. Beispielsweise wird ein Zeitfenster von 10 s verwendet. Der ADC 5 erzeugt somit eine Messwertzeitreihe des Kraftsensors 1, welche zur weiteren Verarbeitung in der Integriereinheit 7 zur Verfügung steht.However, not only is data transfer from the ADC 5 to the integration unit 7 conversely, the integrating unit 7 also the time window of the opening of the measuring channel of the ADC 5 drive. Thus, the measuring interval over which the force sensor 1 recorded force values are digitized and evaluated. For example, a time window of 10 s is used. The ADC 5 thus generates a measurement time series of the force sensor 1 which for further processing in the integrating unit 7 is available.

Im vorliegenden Fall weist die Integriereinheit 7 eine Recheneinheit 7a und eine Speichereinheit 7b auf. In der Speichereinheit 7b werden die einzelnen Messdaten abgelegt. Zudem weist die Speichereinheit 7b eine darin gespeicherte Befehlsfolge 7c auf, mittels derer die von der Integriereinheit zu integrierende Größe zunächst berechnet und dann integriert wird.In the present case, the integrating unit 7 an arithmetic unit 7a and a storage unit 7b on. In the storage unit 7b the individual measurement data are stored. In addition, the storage unit points 7b a command sequence stored therein 7c by means of which the variable to be integrated by the integrating unit is first calculated and then integrated.

Im vorliegenden Fall wird durch die Einheit 7 aus der verstärkten, digitalisierten Messwertzeitreihe der Kraftmesswerte des Signalaufnehmers 1 zunächst die Fourier-transformierte (Leistungsspektrum) berechnet. Nach Berechnung des Betragsquadrates des Leistungsspektrums, wird diese Größe anschließend durch die Integriereinheit 7 über ein Frequenzintervall von [0, f-max] (siehe auch nachfolgende 2) integriert.In the present case, by the unit 7 from the amplified, digitized measurement time series of the force readings of the signal pickup 1 First, the Fourier-transformed (power spectrum) is calculated. After calculating the absolute value square of the power spectrum, this quantity is subsequently passed through the integration unit 7 over a frequency interval of [0, f-max] (see also the following 2 ) integrated.

Wie vorbeschrieben ist die dergestalt mittels der Integration berechnete Größe ein Maß für die körperliche Leistung in Watt, die zur Generierung des entsprechenden Ausgangssignals a(t) am Kraftsensor 1 geleistet wird. Die berechnete Muskelleistung wird dann mit Hilfe eines Ausgabegerätes 8 (beispielsweise ein einfaches Display oder auch ein Monitor) angezeigt.As described above, the quantity calculated by means of the integration is a measure of the physical power in watts which is used to generate the corresponding output signal a (t) at the force sensor 1 is done. The calculated muscle power is then using an output device 8th (for example, a simple display or a monitor) is displayed.

2 zeigt das Leistungsspektrum bzw. Powerspektrum des Ausgangssignals a(t) des Aufnehmers 1 aus 1. Dieses Leistungsspektrum wurde mittels der Recheneinheit 7a mit der in der Speichereinheit 7b abgelegten Befehlsfolge 7c berechnet. Basis der Berechnung ist hier eine Abtastung des analogen Ausgangssignals va(t) durch den ADC 5 mit einer Abtastrate von 50 Hz. Der Mindestwert von 50 Hz entspricht hierbei etwa dem Vierfachen der durch die Krafteinwirkung zu erwartenden Frequenzen. 2 shows the power spectrum or power spectrum of the output signal a (t) of the pickup 1 out 1 , This service spectrum was determined by means of the arithmetic unit 7a with the in the storage unit 7b filed command sequence 7c calculated. The basis of the calculation here is a sampling of the analog output signal va (t) by the ADC 5 with a sampling rate of 50 Hz. The minimum value of 50 Hz corresponds to approximately four times the expected by the force frequencies.

Zur Berechnung des Leistungsspektrums wurde die Messwertzeitreihe der Kräfte des Sensors 1 einer Frequenzzerlegung unterzogen. Dies wurde im vorliegenden Fall mittels der Methode der Fourier-Transformation in Form einer Fast-Fourier-Transformation FFT durchgeführt. Alternativ zum FFT-Verfahren kann jedoch auch eine Frequenzzerlegung mit der Methode der maximalen Entropie mittels der Integriereinheit 7 durchgeführt werden (zur Methode der maximalen Entropie sowie der Fast-Fourier-Transformation siehe beispielsweise „Numerical Recipes" in Pascal: The art of Scientific Computing, William H. Preis, Brian P. Flannery, Saul A. Teukolsky, William T. Vetterling, Cambridge University Press, 1989).To calculate the power spectrum, the measured value time series of the forces of the sensor 1 subjected to a frequency decomposition. In the present case, this was carried out by means of the Fourier transformation method in the form of a fast Fourier transformation FFT. However, as an alternative to the FFT method, it is also possible to use a frequency decomposition with the method of maximum entropy by means of the integrating unit 7 See, for example, "Numerical Recipes" in Pascal for the method of maximum entropy and fast Fourier transformation: The Art of Scientific Computing, William H. Price, Brian P. Flannery, Saul A. Teukolsky, William T. Vetterling, Cambridge University Press, 1989).

Die Methode der maximalen Entropie bietet hierbei den Vorteil einer höheren Auflösung.The The method of maximum entropy offers the advantage of this higher Resolution.

Von der Recheneinheit 7a der Integriereinheit 7 wird anschließend die Quadrierung des Leistungsspektrums (Betragsquadrat) durchgeführt. Anschließend erfolgt die Integrierung über das Frequenzintervall [0, f-max]. Der Wert von f-max beträgt hier 25 Hz, dies ist das 0,5-fache der Abtastfrequenz, mit der das Ausgangssignal des Kraftaufnehmers 1 durch die Auswerteeinheit abgetastet wird (gemäß dem Shannonschen Abtasttheorem). Das so berechnete Integral über das Betragsquadrat des Leistungsspektrums wird dann wie vorbeschrieben als quantitative Kenngröße, die proportional zur Muskelleistung ist, verwendet und auf der Anzeigevorrichtung 8 dargestellt.From the arithmetic unit 7a the integration unit 7 Subsequently, the squaring of the power spectrum (magnitude square) is performed. Subsequently, the integration takes place over the frequency interval [0, f-max]. The value of f-max here is 25 Hz, which is 0.5 times the sampling frequency with which the output signal of the force transducer 1 is scanned by the evaluation unit (according to the Shannon sampling theorem). The thus calculated integral over the magnitude square of the power spectrum is then used as described above as a quantitative characteristic that is proportional to the muscle power and on the display device 8th shown.

Im vorliegenden Fall führt die Integriereinheit 7 mittels des Programmcodes 7c auch noch eine weitere Analyse der Frequenzen im Leistungsspektrum durch. So können z.B. arithmetische oder geometrische Mittelwerte der auftretenden Frequenzen bzw. Durchschnittsfrequenzen bestimmt werden (wie die Figur zeigt, finden sich hier im Beispiel Muskelkraftaktionen hauptsächlich im Bereich von 0 bis etwa 13 Hz). Auch können diejenigen Frequenzen bestimmt werden, bei denen lokale Spitzen im Frequenzspektrum auftreten. Solche weitergehenden Analysen erlauben Aussagen über die Reaktionsfähigkeit der Testperson oder des Testobjektes (Tier oder andere motorisch bewegte Masse). Je höher die Durchschnittsfrequenzen sind, desto höher ist die Reaktionsfähigkeit der Person.In the present case, the integration unit performs 7 by means of the program code 7c also a further analysis of the frequencies in the power spectrum by. For example, arithmetic or geometric mean values of the occurring frequencies or average frequencies can be determined (as the figure shows, here muscle power actions in the example are mainly in the range from 0 to about 13 Hz). Also, those frequencies may be determined where local peaks occur in the frequency spectrum. Such further analyzes allow statements about the reactivity of the subject or the test object (animal or other motile mass). The higher the average frequencies, the higher the responsiveness of the person.

3 zeigt nun eine Ausgestaltungsform, in der das erfindungsgemäße Ergometer in einem Laufschuh integriert ist. 3 now shows an embodiment in which the ergometer according to the invention is integrated in a running shoe.

3A zeigt den Schnitt durch die Schuhsohle 3 des Laufschuhs. Wie zu sehen ist, ist im Fersenbereich der Schuhsohle der Kraftaufnehmer 1 integriert. Alternativ zum gezeigten Beispiel kann der Aufnehmer 1 jedoch auch so ausgestaltet und in die Schuhsohle integriert sein, dass die Kraftaufnahme über die gesamte Schuhsohle erfolgt. Die wie vorbeschrieben als Mikrocontroller 6 ausgestaltete Auswerteeinheit ist im Bereich der Sohlenmitte und der Sohlenspitze in die Schuhsohle 3 integriert. Die Integriereinheit 7 ist hier über eine Signalleitung mit einem Ausgangsanschluss 9 verbunden. Über diesen Ausgangsanschluss 9 können die vom Ergometer berechneten Muskelleistungswerte abgefragt werden. 3A shows the cut through the shoe sole 3 of the running shoe. As can be seen, in the heel area of the shoe sole is the load cell 1 integrated. As an alternative to the example shown, the transducer 1 However, also be designed and integrated into the shoe sole that the power is absorbed over the entire shoe sole. As described above as a microcontroller 6 equipped evaluation unit is in the area of the middle of the sole and the sole tip in the shoe sole 3 integrated. The Inte grier unit 7 is here via a signal line with an output terminal 9 connected. About this output terminal 9 the muscle performance values calculated by the ergometer can be queried.

3B zeigt den erfindungsgemäßen Laufschuh mit integriertem Ergometer in einer Seitenansicht. 3B shows the running shoe according to the invention with integrated ergometer in a side view.

In entsprechender Art und Weise lässt sich ein erfindungsgemäßes Ergometer auch in ein Fahrradpedal integrieren. In diesem Fall wird dann nicht die beim Laufen erbrachte Muskelleistung quantitativ bestimmt, sondern diejenige Muskelleistung, die beim Fahrradfahren erbracht wird.In appropriate manner leaves an ergometer according to the invention also integrate into a bicycle pedal. In this case, then not the while running performed muscle performance determined quantitatively, but the muscle power that is provided while cycling.

Die nachfolgenden 4 bis 6 zeigen eine beispielhafte Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Ergometers als Ergometrievorrichtung. Diese Vorrichtung erlaubt es, mittels dreier in einer Ebene angeordneter Kraftmessdosen diejenige Muskelleistung zu quantifizieren, welche von einer Versuchsperson zur Haltung des Gleichgewichts aufgebracht wird. Hierzu wird auf den bekannten Tandem-Stand-Test zurückgegriffen. Beim Tandem-Stand-Test (nachfolgend auch als Tandemtest oder Tandemstand bezeichnet) wird die Fähigkeit getestet, bei voreinander angeordneten Füßen (Ferse des einen Fußes unmittelbar vor der Fußspitze des anderen Fußes angeordnet bzw. Anordnung beider Füße auf einer Geraden) den Stand über etwa 10 s halten zu können, ohne einen Ausfallschritt zu machen. Die erfindungsgemäße Ergometrievorrichtung erlaubt es somit, die hierzu aufgewendete Muskelleistung zu erfassen.The following 4 to 6 show an exemplary embodiment of the ergometer according to the invention as Ergometrievorrichtung. This device makes it possible to quantify by means of three arranged in a plane load cells that muscle performance, which is applied by a subject to balance the balance. For this purpose, the known tandem stand test is used. In the tandem stand test (hereinafter also referred to as tandem test or tandem stand), the ability is tested in front of each other feet arranged (heel of one foot immediately in front of the toe of the other foot or arrangement of both feet on a straight line) over about To be able to hold for 10 s without making a lunge. The ergometry device according to the invention thus makes it possible to detect the muscle power used for this purpose.

Die erfindungsgemäße Ergometrievorrichtung weist drei in einer Ebene (Kraftaufnehmerebene) angeordnete Kraftaufnehmer bzw. Kraftsensoren 1a bis 1c auf (es können auch mehr als drei Sensoren sein). Mit diesen Kraftaufnehmern ist eine starre, begehbare Trägerplatte 2 gekoppelt. Wird auf diese Trägerplatte auf der den Kraftaufnehmern abgewandten Seite während eines Zeitintervalls (Messintervall) eine Druckkraft (beispielsweise Gewichtskraft einer Person) ausgeübt, so nehmen die voneinander entkoppelten Kraftaufnehmer jeweils über die Trägerplatte auf die Kraftaufnehmer übertragene, aufgrund der Druckkraft resultierende Kräfte zeitaufgelöst auf. Mit den Kraftaufnehmern 1 ist signalausgangsseitig die Auswerteeinheit verbunden. Diese weist eine Integriereinheit 7 auf, mit der zunächst das Leistungsspektrum eines aus einer Summe der Ausgangssignale der Kraftaufnehmer gebildeten Gesamtsignals berechenbar ist. Das Gesamtsignal kann hierbei aus der Summe der Ausgangssignale aller drei Kraftaufnehmer gebildet werden, es ist jedoch auch möglich, die Summe lediglich über einen Teil der Kraftaufnehmer bzw. der zugehörigen Ausgangssignale. zu bilden. Es kann als Gesamtsignal auch das Ausgangssignal eines einzelnen Kraftaufnehmers herangezogen werden.The ergometry device according to the invention has three force transducers or force sensors arranged in one plane (force transducer plane) 1a to 1c on (there can be more than three sensors). With these load cells is a rigid, walkable support plate 2 coupled. If a pressure force (for example weight of a person) is exerted on this support plate on the side facing away from the force transducers during a time interval (measurement interval), the mutually decoupled force transducers receive time-resolved forces transmitted to the force transducers via the support plate and resulting from the pressure force. With the force transducers 1 the evaluation unit is connected on the signal output side. This has an integration unit 7 on, with the first of the power spectrum of a total of the output signals of the force transducer formed total signal is calculated. The total signal can in this case be formed from the sum of the output signals of all three load cells, but it is also possible, the sum only over part of the force transducer or the associated output signals. to build. It can be used as a total signal and the output of a single force transducer.

4A zeigt eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Ergometrievorrichtung senkrecht zur Kraftaufnehmerebene. 4B zeigt eine Aufsicht auf diese Vorrichtung bzw. eine Aufsicht auf die Kraftaufnehmerebene. In 4 sind lediglich die zur Krafterfassung notwendigen Bestandteile der Vorrichtung (also die Bestandteile der Messeinheit der Vorrichtung) gezeigt. Die Auswerteeinheit zur Auswertung der erfassten Kräfte ist im Blockschaltbild von 5 (siehe nachfolgend) gezeigt. Die Messeinheit und die Auswerteeinheit stehen miteinander in Verbindung, um Daten auszutauschen. Die Ergometrievorrichtung weist eine starre, ebene, dreieckförmige Bodenplatte 10 auf. Diese ist im vorliegenden Fall aus Aluminium gefertigt. Die Dreiecksform ist durch ein gleichseitiges Dreieck mit einer Kantenlänge von hier 60 cm definiert. Die drei Dreiecksspitzen der Bodenplatte sind abgerundet. Die Bodenplatte 10 weist eine Dicke (senkrecht zur Kraftaufnehmerebene, also in z-Richtung) von 1 cm auf. Die Bodenplatte ist im gezeigten Fall oberhalb einer ebenen Bodenfläche B und angrenzend an diese angeordnet. Auf der Bodenplatte 10 sind im Bereich der Dreiecksspitzen drei Kraftaufnehmer 1a bis 1c angeordnet. Die Kraftmessdosen sind auf der Bodenplatte 10 angeschraubt, können jedoch beispielsweise auch aufgeklebt werden. Die drei Kraftmessdosen sind in einer Ebene (Kraftaufnehmerebene) in Form eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet. Jede Kraftmessdose ist hierbei im Bereich der Dreiecksspitze der Bodenplatte geringfügig (wenige cm) vom umlaufenden Rand der Bodenplatte beabstandet, angeordnet, so dass das gleichseitige Dreieck, welches durch die drei Kraftmessdosen 1a bis 1c gebildet wird, eine Seitenlänge von etwa 55 cm aufweist. Oberhalb der drei Kraftmessdosen 1a bis 1c ist eine ebenfalls in Form eines gleichseitigen Dreiecks ausgebildete Trägerplatte 2 angeordnet. Bei der Trägerplatte handelt es sich um eine bruchsichere, von einer Per son mit einem Gewicht bis ca. 200 kg betretbare Platte, welche verrutschsicher auf die drei Kraftmessdosen 1a bis 1c aufgelegt ist. Von oben (d.h. von der den Kraftmessdosen gegenüberliegenden Seite) auf die Trägerplatte 2 einwirkende Kräfte bzw. Drücke können somit auf die drei entkoppelten Kraftmessdosen 1a bis 1c anteilig übertragen werden. Die starre, betretbare Trägerplatte 2 weist parallel zur Kraftaufnehmerebene (die durch die Anordnung der drei Kraftaufnehmer 1 ausgebildet wird) dieselbe Form und Größe auf wie die Bodenplatte 10. Bei der Trägerplatte 2 handelt es sich hier um eine doppelte ESG-Glasplatte nach DIN 1249 mit einer Dicke von 16 mm. 4A shows a sectional view through an ergometry device according to the invention perpendicular to the Kraftaufnehmerebene. 4B shows a plan view of this device or a view of the force transducer level. In 4 only the components of the device necessary for force detection (ie the components of the measuring unit of the device) are shown. The evaluation unit for evaluating the detected forces is in the block diagram of 5 (see below). The measuring unit and the evaluation unit communicate with each other to exchange data. The Ergometrievorrichtung has a rigid, flat, triangular base plate 10 on. This is made in the present case of aluminum. The triangular shape is defined by an equilateral triangle with an edge length of 60 cm here. The three triangle tips of the bottom plate are rounded. The bottom plate 10 has a thickness (perpendicular to the force transducer plane, ie in the z direction) of 1 cm. The bottom plate is arranged in the case shown above a flat bottom surface B and adjacent thereto. On the bottom plate 10 are three force transducers in the area of the triangle tips 1a to 1c arranged. The load cells are on the bottom plate 10 screwed, but can also be glued for example. The three load cells are arranged in a plane (force transducer level) in the form of an equilateral triangle. Each load cell is here in the region of the triangle top of the bottom plate slightly (a few cm) from the peripheral edge of the bottom plate spaced, arranged so that the equilateral triangle, which through the three load cells 1a to 1c is formed, has a side length of about 55 cm. Above the three load cells 1a to 1c is also formed in the form of an equilateral triangle support plate 2 arranged. The support plate is a shatter-proof, from a person with a weight up to 200 kg enterable plate, which slip-proof on the three load cells 1a to 1c is up. From above (ie from the opposite side of the load cells) to the carrier plate 2 acting forces or pressures can thus on the three decoupled load cells 1a to 1c be transferred proportionally. The rigid, accessible carrier plate 2 points parallel to the force transducer plane (which is due to the arrangement of the three force transducers 1 is formed) the same shape and size as the bottom plate 10 , At the carrier plate 2 this is a double ESG glass panel according to DIN 1249 with a thickness of 16 mm.

Die Aufnehmerachsen der drei Kraftaufnehmer 1a bis 1c sind hier parallel zueinander und in z-Richtung bzw. senkrecht zur Kraftaufnehmerebene (x-y-Ebene) angeordnet. Die Aufnehmerachse eines Kraftaufnehmers ist dadurch definiert, dass eine längs dieser Achse auf dem Kraftaufnehmer 1 einwirkende Kraft oder Kraftkomponente vom Kraftaufnehmer bestimmt bzw. erfasst wird.The transducer axes of the three force transducers 1a to 1c are here parallel to each other and in the z-direction or perpendicular to the force transducer plane (xy-plane) arranged. The transducer axis of a force transducer is defined by one along this axis on the force transducer 1 acting force or force component is determined or detected by the force transducer.

Bei den zwischen der Bodenplatte 10 und der Trägerplatte 2 angeordneten Kraftaufnehmern 1a bis 1c handelt es sich um kommerziell erhältliche Kraftmessdosen. Im vorliegenden Fall werden Messdosen verwendet, welche eine maximale Last von 2000 N bzw. 2 kN bei einer Deformation bzw. einem Nennmessweg in Aufnehmerachsrichtung von 0,2 mm aufweisen. Die verwendeten Kraftmessdosen weisen bezüglich der erfassten Kräfte eine Genauigkeitsklasse von < 0,1% auf. Der Nennkennwert (Sensitivität) bzw. die Signalspannung der drei Messdosen beträgt jeweils 2 mV/V. Im vorliegenden Fall werden die Kraftmessdosen „K-450" der Firma „ATP Messtechnik + Waagen" verwendet.At the between the bottom plate 10 and the carrier plate 2 arranged load cells 1a to 1c These are commercially available load cells. In the present case, load cells are used which have a maximum load of 2000 N or 2 kN for a deformation or a nominal measuring path in the pick-up axis direction of 0.2 mm. The load cells used have an accuracy class of <0.1% with respect to the detected forces. The nominal characteristic value (sensitivity) or the signal voltage of the three load cells is 2 mV / V each. In the present case the load cells "K-450" of the company "ATP Messtechnik + Waagen" are used.

In 4B ist darüberhinaus der Tandem-Stand T skizziert, den eine auf der Trägerplatte 2 stehende Person während der Erfassung und Auswertung der auf die Kraftaufnehmer 1a bis 1c ausgeübten Kräfte einnehmen sollte.In 4B is also outlined the tandem stand T, the one on the carrier plate 2 standing person during the detection and evaluation of the force transducer 1a to 1c should be exercised.

5 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Ergometrievorrichtung der 4, bei dem sowohl die Messdosen der in 4 gezeigten Messeinheit als auch die zur Signalauswertung nachgeschalteten Bestandteile 4, 5, 6, 7 der Auswerteeinheit sichtbar sind. Jeder der Kraftmessdosen 1a bis 1c ist jeweils ein Operationsverstärker 4a bis 4c signalausgangsseitig nachgeschaltet. Betritt somit eine Person die Trägerplatte 2, so werden die von den Kraftmessdosen 1a bis 1c generierten analogen Ausgangssignale A1a bis A1c mittels geeigneter Signalleitungen an die Operationsverstärker 4 übertragen. Die Operationsverstärker verstärken die analogen Signale um den Faktor 150 oder 300 (es können jedoch auch andere Verstärkerfaktoren verwendet werden). Die drei nunmehr verstärkten analogen Signale VA1a bis VA1c werden über geeignete Signalleitungen einem den Operationsverstärkern 4 nachgeschalteten Analog-Digital-Konverter ADC 5 mit drei Eingangskanälen zugeführt. 5 shows a block diagram of the ergometry device of the invention 4 in which both the load cells of the 4 shown measuring unit as well as the signal evaluation downstream components 4 . 5 . 6 . 7 the evaluation unit are visible. Each of the load cells 1a to 1c is each an operational amplifier 4a to 4c downstream of the signal output side. Thus, a person enters the carrier plate 2 so are the ones from the load cells 1a to 1c generated analog output signals A1a to A1c by means of suitable signal lines to the operational amplifier 4 transfer. The operational amplifiers amplify the analog signals by a factor of 150 or 300 (however, other amplifier factors may be used). The three now amplified analog signals VA1a to VA1c become the operational amplifiers via suitable signal lines 4 downstream analog-to-digital converter ADC 5 supplied with three input channels.

Der ADC 5 ist ausgangsseitig mit einer Integriereinheit 7, hier in Form eines Steuercomputers (PC) verbunden. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei dem ADC um den Typ „miniLAB 1008" der Firma Measurement Computing Corporation. Im vorliegenden Fall sind die Operationsverstärker 4 sowie der ADC 5 zwischen der Bodenplatte 10 und der Trägerplatte 2 innerhalb des durch die drei Kraftmessdosen 1a bis 1c gebildeten Dreiecks angeordnet (in 4 nicht gezeigt). Dies hat den Vorteil, dass die Datenleitungen zur Übertragung der Signale A1a bis A1c bzw. VA1a bis VA1c kurz sind. Die ADC-Ausgangssignale werden dann über eine USB-Leitung über einen USB-Anschluss der Integriereinheit 7 bzw. des PC in letzteren übertragen. Der ADC 5 kann jedoch auch als mehrkanalige Datenaquisitionskarte ausgebildet sein, welche innerhalb des Computers 7 angeordnet ist. Der ADC 5 erzeugt somit aus den elektrischen Spannungen, die aufgrund der Druckbelastung der Trägerplatte 2 von den Messdosen 1a bis 1c generiert werden, USB-konforme Signale, die in den Steuercomputer 7 eingespeist werden. Die Messwerte der Kraftmessdosen 1 bzw. die entsprechenden Spannungen werden hierbei in Echtzeit von dem ADC 5 digitalisiert.The ADC 5 is output side with an integrating unit 7 , here in the form of a control computer (PC) connected. In the present case, the ADC is the type "miniLAB 1008" from Measurement Computing Corporation, in the present case the operational amplifiers 4 as well as the ADC 5 between the bottom plate 10 and the carrier plate 2 within the through the three load cells 1a to 1c formed triangle formed (in 4 Not shown). This has the advantage that the data lines for transmitting the signals A1a to A1c or VA1a to VA1c are short. The ADC output signals are then sent via a USB cable through a USB port on the integrator 7 or the PC transferred in the latter. The ADC 5 However, it can also be designed as a multi-channel data acquisition card, which is inside the computer 7 is arranged. The ADC 5 thus generates from the electrical stresses due to the pressure load of the carrier plate 2 from the measuring boxes 1a to 1c generated, USB-compliant signals that are in the control computer 7 be fed. The measured values of the load cells 1 or the corresponding voltages are in real time from the ADC 5 digitized.

Es erfolgt jedoch nicht nur eine Datenübertragung vom ADC 5 zum Computer 7, umgekehrt kann der Steuercomputer 7 auch das Zeitfenster der Öffnung der Messkanäle des ADC 5 über zugehörige Hilfssoftware ansteuern.However, not only is data transfer from the ADC 5 to the computer 7 Vice versa, the control computer 7 also the time window of the opening of the measuring channels of the ADC 5 via associated auxiliary software.

Somit wird das Messintervall, über das die mittels der Kraftsensoren 1 erfassten Kraftwerte digitalisiert und ausgewertet werden, festgelegt. Der ADC 5 erzeugt somit Messwertzeitreihen der drei Messdosen 1a bis 1c, die zur weiteren Verarbeitung im Computer 7 zur Verfügung stehen. Die Spannungsversorgung des ADC erfolgt hier mit einem Schaltnetzteil, das stabilisiert 12 V abgibt.Thus, the measuring interval over which the means of the force sensors 1 recorded force values are digitized and evaluated. The ADC 5 thus generates measured time series of the three measuring doses 1a to 1c For further processing in the computer 7 be available. The power supply of the ADC is done here with a switching power supply, the stabilized 12 V outputs.

Im vorliegenden Fall ist die Integriereinheit somit der erfindungswesentliche Bestandteil des Steuercomputers (beide wurden vorstehend mit dem Bezugszeichen 7 versehen). Die Integriereinheit bzw. der Steuercomputer 7 weist eine Recheneinheit 7a sowie eine Speichereinheit 7b mit einer darin gespeicherten Befehlsfolge 7c auf.In the present case, the integrating unit is thus the constituent part of the control computer essential to the invention (both have been described above by the reference numeral 7 Mistake). The integration unit or the control computer 7 has an arithmetic unit 7a and a storage unit 7b with a command sequence stored therein 7c on.

Die drei mittels der drei Kraftmessdosen 1 bis 1c, drei Operationsverstärkern 4 und des ADC 5 erfassten und digitalisierten Messwert-Zeitreihen über das Messintervall [t1, t2] (also die Messkurven über eine einstellbare Zeitspanne bzw. ein einstellbares Zeitintervall) werden zunächst durch die Integriereinheit 7 aufaddiert (siehe auch nachfolgende 6). Aus diesem addierten Summensignal bzw. Gesamtsignal berechnet die Integriereinheit 7 dann zunächst das Leistungsspektrum des Gesamtsignals. Dies geschieht mit der im Speicher 7b abgelegten Befehlsfolge 7c. Die Befehlsfolge 7c wird hier mittels der Programmiersprache Delphi erzeugt bzw. kompiliert. Es können jedoch auch andere Programmiersprachen, wie beispielsweise C++ eingesetzt werden. Das verwendete Betriebssystem ist im vorliegenden Fall Windows XP der Firma Microsoft, Seattle.The three by means of the three load cells 1 to 1c , three operational amplifiers 4 and the ADC 5 The measured time series acquired and digitized over the measuring interval [t1, t2] (ie the measuring curves over an adjustable period of time or an adjustable time interval) are first processed by the integrating unit 7 added up (see also the following 6 ). The integrating unit calculates from this added sum signal or total signal 7 then first the power spectrum of the overall signal. This happens with the in memory 7b filed command sequence 7c , The command sequence 7c is created or compiled here by means of the programming language Delphi. However, other programming languages such as C ++ may be used. The operating system used in the present case is Windows XP Microsoft, Seattle.

Die Ergebnisse der Berechnung können graphisch von dem Computer 7 auf der Ausgabeeinheit 8 (beispielsweise einem Bildschirm) dargestellt werden. Die beschriebenen Programme bzw. Befehlsfolgen können darüberhinaus auch die kalibrierten Sollwerte der Sensoren 1 überprüfen. Mit den beschriebenen Programmen können darüberhinaus auch die Verstärkungsfaktoren der Vorverstärker, die Abtast- bzw. Samplingraten des ADC 5 und die Messdauer bzw. das Zeitintervall der Datenerfassung angepasst werden. Im vorliegenden Fall beträgt die Samplingrate 100 Hz (generell: mindestens 50 Hz), die Verstärkungsfaktoren wie bereits beschrieben 150 oder 300 und die Messdauer 10 s. Es können jedoch auch andere Werte, insbesondere eine beliebige andere Messdauer, verwendet werden.The results of the calculation can be graphically from the computer 7 on the output unit 8th (for example, a screen) are displayed. The described programs or command sequence In addition, the calibrated setpoints of the sensors can also be used 1 to verify. In addition, with the programs described, the amplification factors of the preamplifiers, the sampling rates of the ADC can also be determined 5 and the measurement duration or the time interval of the data acquisition are adjusted. In the present case the sampling rate is 100 Hz (in general: at least 50 Hz), the amplification factors as already described 150 or 300 and the measuring time 10 s. However, other values, in particular any other measurement duration, may also be used.

Wie 6 zeigt, errechnet die Integriereinheit 7 über das Zeitintervall aus den einzelnen abgetasteten bzw. gemessenen Kraftmesswerten der drei Kraftaufnehmer 1a bis 1c zu jedem Abtastzeitpunkt im Messintervall die Summe der Messwerte. Hierdurch ergibt sich das Gesamtsignal G (hier gezeigt über ein Messintervall von 10 s, x-Achse in 6).As 6 shows, calculates the integration unit 7 over the time interval from the individual sampled or measured force values of the three load cells 1a to 1c at each sampling time in the measuring interval, the sum of the measured values. This results in the total signal G (shown here over a measuring interval of 10 s, x-axis in 6 ).

Die in 6 gezeigte Gesamtmesswert-Zeitreihe G (oder aber alternativ auch die einzelnen Messwert-Zeitreihen 1a bis 1c bzw. beliebige Summenkombinationen dieser drei Messwert-Zeitreihen) werden nun in der Integriereinheit 7 wie folgt weiterverarbeitet: Zunächst wird wie bereits beschrieben mittels der Fast-Fourier-Transformation FFT das Leistungsspektrum der Gesamtmesswertzeitreihe G(t) berechnet (Ergebnis: Lsp(f)). Anschließend wird das Betragsquadrat dieses Leistungsspektrums, also |Lsp(f)|² berechnet. Dieses Betragsquadrat wird dann über das Frequenzintervall [0, f-max] integriert. Die maximale Integrationsfrequenz f-max wird hierbei wie bereits beschrieben als das 0,5-fache der Abtastrate für das Ausgangssignal der Kraftmessdosen 1a bis 1c gewählt. Die somit errechnete Kenngröße

quantifiziert somit die Muskelarbeitsleistung, welche im betrachteten Zeitintervall aufgewendet wird, um das Gleichgewicht auf der Plattform 2 zu halten. Das Integral des Betragsquadrates des Leistungsspektrums ist innerhalb der durch die Frequenzbandbreiten limitierten Fehlergrenzen somit identisch mit der geleisteten Arbeit entgegen der Schwerkraft in der verstri chenen Zeit und damit identisch mit der physikalischen körperlichen Leistung in Watt.In the 6 shown overall measured value time series G (or alternatively also the individual measured value time series 1a to 1c or any sum combinations of these three measured value time series) are now in the integrating unit 7 As already described, the power spectrum of the total measured value time series G (t) is first calculated as described above by means of the fast Fourier transformation FFT (result: Lsp (f)). Subsequently, the absolute square of this power spectrum, ie | Lsp (f) | ² calculated. This absolute square is then integrated over the frequency interval [0, f-max]. As already described, the maximum integration frequency f-max here is 0.5 times the sampling rate for the output signal of the load cells 1a to 1c selected. The thus calculated parameter

thus quantifies the muscle work power that is spent in the considered time interval to the balance on the platform 2 to keep. The integral of the magnitude square of the power spectrum is thus within the limited by the frequency bandwidth error limits identical to the work done against gravity in the elapsed time and thus identical to the physical physical power in watts.

Der Zweck der erfindungsgemäßen Ergometrievorrichtung besteht somit darin, die in das System durch Muskelkraft eingebrachte mechanische Leistung zu berechnen. Mit Hilfe des beschriebenen Ergometers oder der beschriebenen Ergometrievorrichtung kann sowohl die anaerobe Spitzenleistung als auch die im cardiorespiratorischen Gleichgewicht auftretende aerobe Dauerleistung aufgezeichnet werden. Es ergibt sich somit eine Ergometerfunktion auf der Basis reiner Kraftmessung über der Zeit, wobei die Kraft die Körpermasse gegen die Schwerkraft oder gegen einen Widerstand beschleunigt und dabei Arbeit verrichtet. Eine kurzzeitige anaerobe Ergometrie kann ebenso wie eine langzeitige aerobe Ergometrie insbesondere mit Hilfe der in den 4 bis 6 beschriebenen Ergometrievorrichtung mit den oberen und unteren Extremitäten einzeln oder zugleich, einseitig oder beidseitig an einer Person mit oder ohne Zuhilfenahme von Zusatzgewichten durchgeführt werden. Dabei kann die muskuläre Leistung der Extremitäten im jeweiligen Zeitintervall berechnet werden. Gegenläufige Massebewegungen (in Richtung der Schwerkraft) neutralisieren sich jedoch, da sich dabei die Kräfte aufheben, es sei denn, die Messdosen sind an der Masse und nicht an der Plattform angebracht.The purpose of the ergometry device according to the invention is thus to calculate the mechanical power introduced into the system by muscular force. With the aid of the described ergometer or the ergometry device described, both the anaerobic peak power and the continuous aerobic power occurring in the cardiorespiratory equilibrium can be recorded. This results in an ergometer function on the basis of pure force measurement over time, wherein the force accelerates the body mass against gravity or against resistance while doing work. Short - term anaerobic ergometry, as well as long - term aerobic ergometry, can be used in particular with the aid of the 4 to 6 described ergometry device with the upper and lower extremities individually or simultaneously, on one side or on both sides of a person with or without the aid of additional weights are performed. The muscular performance of the extremities can be calculated in the respective time interval. Counteracting mass movements (in the direction of gravity), however, neutralize themselves as the forces cancel each other out, unless the load cells are attached to the ground and not to the platform.

Mit Hilfe der in den 4 bis 6 gezeigten Ergometrievorrichtung kann die Muskelleistung berechnet werden, welche durch Halten des Gleichgewichts auf der Trägerplatte aufgewendet wird. Ebenso lässt sich jedoch die Muskelleistung quantifizieren, welche bei willkürlicher kurz- oder langzeitiger Bewegung des Körpers oder der Extremitäten auf der Platte in positiver und negativer Richtung zur Schwerkraft (bei spielsweise durch Kniebeugen, Arme auf und ab oder Gewichte stemmen) erbracht wird.With the help of in the 4 to 6 shown ergometry device, the muscle power can be calculated, which is spent by keeping the balance on the support plate. However, it is also possible to quantify the muscular performance that is provided by voluntary short- or long-term movement of the body or extremities on the plate in a positive and negative direction to gravity (for example by squats, arms up and down or lift weights).

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ergometrievorrichtung der 4 bis 6 lässt sich auch ein Testverfahren zum geriatrischen Assessment digitalisieren und objektivieren und für einen späteren Vergleich mit einer anderen oder derselben Person im Original zur Verfügung stellen.With the aid of the ergometry device according to the invention 4 to 6 It is also possible to digitize and objectify a geriatric assessment test procedure and make it available for later comparison with another or the same person in the original.

Wird darüberhinaus das bestimmte Leistungsspektrum auch hinsichtlich seiner anteiligen Frequenzen ausgewertet, so lassen sich Rückschlüsse auf die Eigenschaften der langsamen und schnellen Muskelfasern bei der Testperson ziehen, und somit Rückschlüsse auf den körperlichen Krankheits- oder Trainingszustand der Testperson ziehen.Becomes Furthermore the specific range of services also with regard to its proportionate frequencies evaluated, so can draw conclusions the characteristics of the slow and fast muscle fibers in the Test person pull, and thus conclusions on the physical Pull disease or training condition of the subject.

7 zeigt das Beispiel einer Ergometrie mit dem erfindungsgemäßen Ergometer durch Kniebeugen mit maximaler Kraft über ein Zeitintervall von 10 Sekunden (Ausdruck der Bedienungsoberfläche für eine Befehlsfolge mit Ergebnissen der Auswerteinheit). Das obere Diagramm der Figur zeigt analog zu 6 das Ausgangssignal (Kraft in Newton) des die durch die Kniebeugen ausgeübte Kraft aufnehmenden Kraftaufnehmers 1 über der Zeit in Sekunden. Das untere Diagramm der Figur zeigt analog zu 2 das Leistungsspektrum des darüber gezeigten Ausgangssignals, wie es mit der Integriereinheit 7 berechnet worden ist. 7 shows the example of ergometry with the ergometer according to the invention by squats with maximum force over a time interval of 10 seconds (expression of the user interface for a command sequence with results of the evaluation unit). The upper diagram of the figure shows analogously to 6 the output signal (force in Newton) of the force applied by the squat force absorbing force transducer 1 over time in seconds. The lower diagram of the figure shows by analogy 2 the power spectrum of the output signal shown above, as with the integrating unit 7 has been calculated.

Claims

Ergometer for determining the performance of biological power sources, in particular muscles, or of mechanical power sources, with a force transducer ( 1 ), with the forces acting on it can be detected time-resolved and can be converted into a time-dependent output signal, and an output connected to the force transducer evaluation unit ( 4 . 5 . 6 . 7 ), with which the time-dependent output signal of the force transducer can be detected and which an integrating unit ( 7 ), with which this time-dependent output signal or a time-dependent variable derived therefrom can be integrated over a definable time interval and / or with which the power spectrum of this output signal can be calculated and this power spectrum or a frequency-dependent variable derived therefrom can be integrated over a definable frequency interval.

Ergometer according to the preceding claim, characterized in that the derived frequency-dependent variable is the magnitude square of the power spectrum is integrable.

Ergometer according to the preceding claim, characterized in that as a parameter for the mechanical performance, in particular the muscle work,

is calculable, where f is the frequency, Lsp (f) the power spectrum of the time-dependent output signal of the force transducer and f-max is a definable maximum detection frequency.

Ergometer according to the preceding claim, characterized characterized in that f-max is equal to half the sampling frequency of Evaluation unit for the time-dependent Output signal of the force transducer is.

Ergometer according to one of the preceding claims, characterized in that the derived time-dependent quantity is the magnitude square of the time-dependent output signal the force transducer can be integrated.

is calculable, where t is the time, t1 is the time of commencement of force sensing by the force transducer, t2 is the time of the end of this force sensing, and A (t) is the time dependent output of the force transducer in the force sensing interval [t1, t2].

Ergometer according to one of the preceding claims, characterized in that the integrating unit ( 7 ) a computing unit ( 7a ) and a storage unit ( 7b ) including a command sequence stored therein ( 7c ), by means of which the size to be integrated can be integrated.

Ergometer according to one of the preceding claims, characterized by more than one force transducer ( 1 ), each of these force transducer signal output side with the evaluation unit ( 4 . 5 . 6 . 7 ) for detecting the respective output signal and for integrating the respective output signal or a sum signal from a plurality of output signals or a derived from the output signal or the sum signal time-dependent magnitude and / or the power spectrum of the respective output signal or the power spectrum of a sum signal from a plurality of output signals or one of the power spectrum derived frequency-dependent variable is connected.

Ergometer according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the force transducer ( 1 ) is a piezoelectric sensor and / or that at least one of the force transducer has a maximum load value of about 0.01 N and / or less than 100 kN, in particular of more than 0.5 kN and / or less than 5 kN, in particular more than 1 kN and / or less than 2 kN, and / or a measurement accuracy of less than 1%, in particular less than 0.1%, and / or a nominal characteristic value or a sensitivity of more than 1 mV / V and / or less than 10 mV / V, in particular 2 mV / V, and / or that at least one of the force transducers ( 1 ) along its pickup axis has a maximum deformation (Nennmessweg) of less than 1 mm, in particular of less than 0.3 mm.

Ergometer according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit ( 4 . 5 . 6 . 7 ) at least one with at least one of the force transducer ( 1 ) on its signal output side connected operational amplifier ( 4 ) having.

Ergometer according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit ( 4 . 5 . 6 . 7 ) an analog-to-digital converter ADC ( 5 ), with which at least one of the force transducers ( 1 ) signal output side is connected, has.

Ergometer according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit or a part thereof as a microcontroller ( 6 ) is trained.

Ergometer according to one of the preceding claims, characterized in that the output signal of at least one force transducer ( 1 ) by means of the evaluation unit ( 4 . 5 . 6 . 7 ) with a sampling rate of over 40 Hz, in particular of over 50 Hz and / or below 250 Hz, is scanned.

Ergometer according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the power spectrum of the output signal means the Fourier transformation, in particular by means of the fast Fourier transformation, and / or calculable by the maximum entropy method is.

Ergometer according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the power spectrum of the output signal in the evaluation unit with regard to the frequencies contained in it is evaluable, in particular that the arithmetic and / or geometric Means of the included frequencies and / or maxima in the power spectrum calculable is.

Running shoe characterized by an ergometer according to one of the preceding claims, wherein the load cell ( 1 ) in the shoe sole ( 3 ) is integrated and / or arranged on the shoe sole.

Bicycle pedal characterized by an ergometer according to one of claims 1 to 15, wherein the load cell ( 1 ) is integrated in the bicycle pedal and / or arranged on it.

Ergometer device with an ergometer according to one of claims 1 to 15, wherein the ergometer at least three in a plane (force transducer level) arranged force transducer ( 1a . 1b . 1c ) and with one with the force transducers ( 1a . 1b . 1c ) coupled, rigid, walkable carrier plate ( 2 ), wherein the force transducer on one side of the support plate ( 2 ) are arranged adjacent to these, wherein the one from the on the support plate ( 2 ) acting force on the force transducers resulting forces are detected time-resolved by the force transducers, wherein by means of the signal transducers with the output side connected evaluation unit ( 4 . 5 . 6 . 7 ) the time-dependent output signal of at least one of the force sensors can be detected and a total output signal can be calculated from the sum of at least one of these output signals, and wherein by means of the integrating unit ( 7 ) This time-dependent overall output signal or a time-dependent variable derived therefrom can be integrated over a de-settable time interval and / or the power spectrum of the overall output signal can be calculated and this power spectrum or a frequency-dependent variable derived therefrom can be integrated over a definable frequency interval.

Ergometry device according to the preceding claim, characterized in that the transducer axes of the force transducer ( 1a . 1b . 1c ) are arranged substantially parallel to each other and substantially perpendicular to the Kraftaufnehmerebene, wherein the transducer axis of a force transducer ( 1 ) is defined by the fact that one along this axis on the load cell ( 1 ) acting force or force component can be determined by the force transducer.

Ergometric device according to one of the two preceding Claims, characterized by exactly three force transducers, which in the force transducer level in the form of a triangle, preferably in the form of an isosceles Triangle, particularly preferably in the form of an equilateral triangle are arranged.

Ergometric method, which determines the performance of muscles, using a force transducer ( 1 ) are detected time-resolved forces acting on him and are converted into a time-dependent output signal, and wherein with an output side connected to the force transducer evaluation unit ( 4 . 5 . 6 . 7 ) the time-dependent output signal of the force transducer is detected and this time-dependent output signal or a time-dependent variable derived therefrom is integrated over a fixed time interval and / or the power spectrum of this output signal is calculated and this power spectrum or a frequency-dependent variable derived therefrom is integrated over a defined frequency interval.

Ergometry method according to the preceding claim characterized in that it with an ergometer, running shoe or Bicycle pedal or with an ergometry device according to one of claims 1 to 20 performed becomes.

Ergometry method according to one of claims 21 or 22, characterized in that as a derived frequency-dependent size of the amount square of the power spectrum is integrated.

Ergometry method according to the preceding claim, characterized in that as a parameter for the muscle work performance

where f is the frequency, Lsp (f) is the power spectrum of the time dependent output of the force transducer and f-max is a definable maximum detection frequency.

Ergometry method according to the preceding claim, characterized in that f-max is equal to half the sampling frequency the evaluation unit for the time-dependent Output signal of the force transducer is.

Ergometry method according to one of claims 21 to 25, characterized in that as the derived time-dependent size, the absolute square of the time-dependent Output signal of the force transducer is integrated.

where t is the time, t1 is the time of commencement of force sensing by the force transducer, t2 is the time of the end of this force sensing, and A (t) is the time dependent output of the force transducer in the force sensing interval [t1, t2].

Ergometry method according to one of claims 21 to 27, characterized in that the output signal of the force transducer ( 1 ) by means of the evaluation unit ( 4 . 5 . 6 . 7 ) is sampled at a sampling rate of over 40 Hz, in particular of more than 50 Hz and / or less than 250 Hz.

Ergometry method according to one of claims 21 to 28, characterized in that the power spectrum of the output signal by means of the Fourier transformation, in particular by means of the fast Fourier transformation, and / or calculated by the maximum entropy method.

Ergometry method according to one of claims 21 to 29, characterized in that the power spectrum of the output signal in the evaluation unit with regard to the frequencies contained in it is evaluated, in particular that the arithmetic and / or geometric Mean of the contained frequencies and / or maxima in the power spectrum is calculated.

Use of an ergometer, running shoe, bicycle pedal or an ergometry device or an ergometry method according to one of the preceding claims for determining characteristics for the physical Fitness of persons or animals or for determining the mechanical Power specification of a device or a moving mass.