DE3617591C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen von Bewegungsabläufen bei Laufdisziplinen und daraus errechenbarer Größen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 34 05 081 bekannt. Bei diesem Verfahren wird vom vorderen Schuh beim Auftreffen auf dem Untergrund ein erstes Signal zum hinteren Schuh und zugleich ein Startsignal zu einer externen Rechnereinheit abgegeben. Vom hinteren Schuh wird darauf ein zweites Signal zum vorderen Schuh und über diesen ebenfalls zur Rechnereinheit gesendet. Aus den Laufzeiten der beiden Signale kann die Bein- oder Laufgeschwindigkeit und/oder die Schrittweite des Sportlers durch die Rechnereinheit ermittelt und ausgegeben werden.

Weiterhin ist es möglich, in jedem Schuh einen Sender und einen Empfänger vorzusehen, um beispielsweise nach dem Doppler-Prinzip die Relativgeschwindigkeit der beiden Beine zueinander messen zu können. Dabei wird auch beim Abheben des hinteren Schuhes ebenfalls ein Ausgangssignal erzeugt und an den vorderen Schuh ausgegeben, wodurch eine Erhöhung der Meßgenauigkeit zur Messung der Schrittlänge erreicht werden kann. Über die dabei erforderlichen Maßnahmen ist jedoch nichts ausgesagt.

Weiterhin ist aus der DE-Z.: Elektronik 9, 3. Mai 1985, Seite 20 bekannt, daß die Wegstrecke eines Läufers gemessen werden kann. Dort wird jedoch nicht unmittelbar die Schrittlänge gemessen. Vielmehr wird dort für jeden Läufer durch mehrmaliges Durchlaufen einer Teststrecke von 400 m mit jeweils unterschiedlicher Geschwindigkeit aus der gezählten Schrittzahl und der Zeit ein Diagramm erstellt. Entsprechend diesem individuellen Diagramm wird bei Benutzung des Schuhes mit der dort beschriebenen Einrichtung der zurückgelegte Weg errechnet. Hier handelt es sich also im wesentlichen um ein statistisches Verfahren. In dieses statistische Verfahren gehen beispielsweise Ermüdungserscheinungen des Läufers über längere Distanzen oder Bergstrecken, die eine vollkommen andere Laufart bedingen, nicht ein und es kommt dann bei der Wegberechnung zu erheblichen Abweichungen vom Realwert.

Mit der vorliegenden Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die Meßgenauigkeit bezüglich der tatsächlich gelaufenen Strecke und auch anderer Daten, wie Sprungzeit und Schrittlänge, auf wenige Prozent genau zu erfassen. Aus diesen Daten sollen dann auch noch weitere Daten, wie die Laufgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Wegstrecke errechenbar sein.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Durch die Verwendung von zwei Zählern in Verbindung mit den Sende-Empfangseinrichtungen kann auf einfache Weise sehr genau und ohne großen Bauteileaufwand die Sprungzeit und die Signallaufzeit gemessen werden.

Eine weitere Vereinfachung ist möglich durch Verwendung je eines einfachen Sende-Empfangs-Wandlers, der sowohl im Sendebetrieb als auch im Empfangsbetrieb wirksam geschaltet werden kann.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 den Beginn der Sprungphase eines Läufers im Zeitpunkt des Abhebens des hinteren Fußes,

Fig. 2 das Ende der Sprungphase beim Aufsetzen des vorderen Fußes,

Fig. 3 das Prinzipschaltbild der beiden Sende- Empfangseinrichtungen und

Fig. 4 das dabei entstehende Ablaufschema.

In Fig. 4 sind auf der Zeitachse t nach oben die vom ersten Schuh 1 und nach unten die vom zweiten Schuh 2 abgegebenen und empfangenen Signale in den einzelnen Zeitabschnitten dargestellt. Dabei ist der erste Schuh 1 jeweils dem gerade vorn und der zweite Schuh 2 dem gerade hinten befindlichen Fuß zugeordnet, wie anhand der Fig. 1 und 2 dargestellt ist. In beiden Schuhen 1 und 2 ist je eine Sende- und eine Empfangseinheit S 1, E 1 bzw. S 2, E 2 (Fig. 3), insbesondere auf Ultraschallbasis, vorgesehen. Zweckmäßig ist dabei nur jeweils ein Wandler 3 bzw. 4 vorgesehen, der sowohl im Sendebetrieb als auch im Empfangsbetrieb arbeitet. Die Umschaltung erfolgt in der jeweiligen Sende-Empfangseinheit S 1, E 1 bzw. S 2, E 2. Vorteilhaft sind beide Sende-Empfangseinheiten S 1, E 1 bzw. S 2, E 2 gleichartig ausgeführt.

Zusätzlich ist im ersten Schuh 1 noch ein weiterer Sender S 3 vorgesehen, der die im zweiten Schuh 2 vorhandenen und gegebenenfalls zwischengespeicherten Daten an eine externe Rechnereinheit abstrahlen kann.

In jedem Schuh 1, 2 ist noch ein Drucksensor D 1 bzw. D 2 vorgesehen. Der Drucksensor D 1 des ersten Schuhes 1 bewirkt beim Auftreffen des Schuhes 1 die Ausgabe eines Ausgangssignals (dir.) (direkter Strahl) vom Sender S 1 aus, das vom Wandler 4 dem Empfänger E 2 zugeleitet wird. Nach Ausgabe des Ausgangssignals dir. wird an den Wandler 3 der Empfänger E 1 angeschaltet und im Schuh 2 nach Empfang des Ausgangssignals dir. von Empfang auf Senden geschaltet und dann ein reflektiertes Ausgangssignal refl. an den ersten Schuh 1 ausgegeben und dort vom Wandler 3 und Empfänger E 1 empfangen.

Zusätzlich enthält jeder Schuh 1, 2 noch einen Zähler und der erste Schuh 1 noch einen Speicher zur Speicherung mindestens eines von einem Zähler übernommenen Wertes.

Die Wirkungsweise dieser Anordnungen wird nachfolgend anhand des in Fig. 4 dargestellten Ablaufschemas erläutert.

Zum Zeitpunkt t₀ wird beim Laufen, bei dem eine Sprungphase auftritt, in der keiner der beiden Schuhe 1, 2 den Untergrund B berührt, beim Abheben des zweiten Schuhes 2 vom Untergrund B über den Drucksensor D 2 der zweite Zähler Z 2 gestartet.

Nach der Sprungzeit t _s trifft der erste Schuh 1 zum Zeitpunkt t₁ auf dem Untergrund B auf. Dabei wird über dessen Drucksensor D 1 dessen Sender S 1 angesteuert und der direkte Strahl dir. als Ausgangssignal über den Wandler 3 zum hinteren zweiten Schuh 2 abgestrahlt. Nach Absendung des Ausgangssignals dir. wird innerhalb der Umschaltzeit t _um der Wandler 3 auf den Empfänger E 1 geschaltet und auf Empfangsbetrieb umgeschaltet und im Zeitpunkt t₂ der erste Zähler Z 1 gestartet.

Nach der Laufzeit t _dir. des Ausgangssignals dir. wird dieses vom Wandler 4 im Zeitpunkt t₃ aufgenommen und im Empfänger E 2 verarbeitet, wobei das zu verarbeitende Signal nach einer Detektionszeit t _Det. , beispielsweise nach dem Einschwingvorgang der Empfangsschaltung, im Zeitpunkt t′₃ zur Verfügung steht. Dieses Signal wird zum Stoppen des zweiten Zählers Z 2 herangezogen. Der Wert des Zählers Z 2 entspricht daher der Sprungzeit t _s zuzüglich der Laufzeit des direkten Strahles t _dir. vom ersten Schuh 1 zum zweiten Schuh 2, zuzüglich der Detektionszeit t _Det. .

Nach einer Verzögerungszeit t _v im zweiten Sende-Empfänger S 2, E 2 wird zum Zeitpunkt t₄ vom Sender S 2 über den Wandler 4 ein reflektiertes Ausgangssignal refl. vom zweiten Schuh 2 an den ersten Schuh 1 abgestrahlt und von letzterem nach einer Laufzeit t _refl. im Zeitpunkt t₆ empfangen. Das entsprechende Signal steht zum Zeitpunkt t′₆, also ebenfalls erst nach einer Detektionszeit t _Det. , zur Verfügung. Dieses Signal wird dazu herangezogen, den ersten Zähler Z 1 zu stoppen.

Ist die Verzögerungszeit t _v gleich der Umschaltzeit t _um gewählt worden, dann entspricht der Wert des Zählers Z 1 genau der Summe der Laufzeiten der Ausgangssignale dir. und refl., nämlich t _dir. + t _refl. .

Erfindungsgemäß wird nach Abgabe des reflektierten Ausgangssignals refl., also nach dem Zeitpunkt t₄, der Wert des zweiten Zählers Z 2 an den Schuh 1 abgestrahlt. Dies erfolgt hier nach einer entsprechenden Zeitspanne von t₄ bis t₅, die der Sprungzeit t _s , zuzüglich der Laufzeit des direkten Ausgangssignals t _dir. , zuzüglich gegebenenfalls einer Pausenzeit t _p entspricht, durch Abgabe eines Folge- Burst FB im Zeitpunkt t₅.

Die Pausenzeit t _p ist dabei gleich der Pausenzeit t _p im Zeitpunkt t₇, zu dem der erste Zähler Z 1 nach seinem Stoppzustand im Zeitpunkt t′₆ wieder gestartet wird.

Der Folge-Burst FB wird nach einer Laufzeit t _FB im Zeitpunkt t₈ vom Empfänger E 1 empfangen, wobei das Verarbeitungssignal nach der Detektionszeit t _Det. im Zeitpunkt t′₈, zur Verfügung steht. Zu diesem Zeitpunkt wird der erste Zähler Z 1 durch den Folge-Burst FB gestoppt.

In der Pausenzeit t _p wird der erste Wert des ersten Zählers Z 1 in einem Speicher SP abgespeichert.

Ab dem Zeitpunkt t′₆ wird der weitere Sender S 3 des ersten Schuhes 1 aktiviert und der im Speicher SP gespeicherte Wert und dann auch der zweite gezählte, der Zeit t _FB entsprechende Wert über einen geeigneten Strahler 5 abgestrahlt und von einem externen Empfänger einer externen Rechnereinheit zugeleitet. Der Sender S 3 ist vorteilhaft ein Sender für hochfrequente, elektromagnetische Wellen und der Strahler 5 eine hierfür geeignete Antenne.

Damit liegen an der Rechnereinheit und vorher schon im ersten Schuh 1 die Informationen über die doppelte Laufzeit des direkten Ausgangssignals dir. und die um die einfache Laufzeit t _dir. zu große Sprungzeit t _s vor. Aus diesen Daten kann die tatsächliche Sprungzeit t _s gewonnen werden, was zweckmäßig erst nach der Funkphase (Abstrahlung der Werte an die externe Rechnereinheit) im Mikroprozessor geschieht, da die dazu nötige Arithmetik dort keinen Aufwand verursacht.

Um die Übertragung der im zweiten Zähler Z 1 gezählten Werte in der kurzen verfügbaren Zeit zu gewährleisten, erfolgt die Übertragung der Werte in einer um einen Faktor K verkürzten Zeit. Gleichzeitig wird der Zähler Z 1 mit einer Frequenz f₂ angesteuert, die um den Faktor K größer ist als die vorher verwendete Frequenz f₁. Die Übertragungszeit zwischen den Zeitpunkten t₄ und t₅ beträgt demnach dann · ( t _s +t _dir. )+ t _p .

Geht der Anwender des erfindungsgemäßen Verfahrens vom Laufen in die Bewegungsart Gehen über, so entfällt die Sprungphase und damit die Sprungzeit t _s . Der Zeitpunkt t₀ liegt dann auf jeden Fall nach dem Zeitpunkt t₁. Der dann gestartete zweite Zähler Z 2 wird in diesem Falle nicht vom direkten Ausgangssignal dir. gestoppt und läuft somit ab. Entsprechend wird keine Sprungzeit gezählt, auch kein Folge-Burst FB übertragen und damit kein Stoppsignal für den zum zweiten Mal gestarteten Zähler Z 1. Dadurch läuft der Zähler Z 1 ebenfalls ab und es wird an die Rechnereinheit nur der beim ersten Start des Zählers Z 1 ermittelte Wert t _dir. + t _refl. übertragen. Damit ergibt sich aus den Laufzeiten t _dir. + t _refl. bei gegebener Frequenz durch Umrechnung unmittelbar der doppelte Abstand der Schuhe 1 und 2 und damit die doppelte Schrittweite.

Um die Übertragungssicherheit zu erhöhen, ist es vorteilhaft, zumindest die vom ersten Schuh 1 an die externe Rechnereinheit abgestrahlten Signale in einem geeigneten Code zu übertragen, der es erlaubt, Übertragungsfehler zu erkennen und zu korrigieren. In gleicher Weise kann auch die am Schuh 2 gemessene Sprungzeit t _s codiert auf den Schuh 1 übertragen werden.

Claims (8)

1. Verfahren zum Messen von Bewegungsabläufen bei Laufdisziplinen und Ermitteln daraus errechenbarer Größen mit einem Laufschuhpaar, wobei in jedem Schuh ein Sender und ein Empfänger vorgesehen ist und beim Auftreffen des einen Schuhs auf dem Untergrund dieser, ausgelöst durch einen Drucksensor, ein Ausgangssignal an den anderen, zu diesem Zeitpunkt hinteren Schuh ausgibt und der Empfänger desselben dieses Ausgangssignal empfängt und seinerseits über seinen Sender ein Reflex-Ausgangssignal an den Empfänger des einen Schuhs ausgibt, daß der andere Schuh einen Drucksensor enthält, der beim Abheben des anderen Schuhs ein Signal erzeugt, das dem einen Schuh zugestrahlt wird und dieser das Reflex-Ausgangssignal und das vom anderen Schuh empfangene Signal an einen externen Empfänger, an den eine Rechnereinheit angeschlossen ist, ausgibt und die Rechnereinheit aus diesen übermittelten Signalen die daraus ermittelbaren Daten berechnet und ausgibt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schuh (1 bzw. 2) einen eigenen elektronischen Zähler (Z 1 bzw. Z 2) enthält, daß beim Abheben des anderen Schuhs (2) dessen Zähler (Z 2) und nach einer definierten Zeit (t _um ) nach dem Auftreffen des einen Schuhes (1) dessen Zähler (Z 1) gestartet wird und beim Auftreffen des einen Schuhes (1) das Ausgangssignal (dir.) an den anderen Schuh (2) ausgegeben wird und beim Eintreffen desselben beim anderen Schuh (2) dessen Zähler (Z 2) gestoppt wird, daß nach einer zumindest annähernd der definierten Zeit (t _um ) entsprechenden Verzögerungszeit (t _v ) der andere Schuh (2) ein Reflex-Ausgangssignal (refl.) an den einen Schuh (1) ausgibt und beim Empfang des Reflex-Ausgangssignals (refl.) durch den einen Schuh (1) dessen Zähler (Z 1) gestoppt wird, daß in einer Zeitspanne (t₄ bis t₅) während der Zeit (t _refl. bzw. t₄ bis t₆) der Ausgabe des Reflex-Ausgangssignals (refl.) bis zu dessen Empfang durch den einen Schuh (1) der Zählerstand des Zählers (2) des anderen Schuhs (2) an den einen Schuh (1) ausgegeben wird und am Ende der Zeitspanne (t₄ bis t₅) ein Folge- Burst (FB) ausgegeben wird, daß die Zeitspanne (t₄ bis t₅) eine Pausenzeit (t _p ) enthält und der Zähler (Z 1) des einen Schuhes (1) ab dem Stoppzeitpunkt (t₆′) nach einer der Pausenzeit (t _p ) entsprechenden Zeitspanne (t₆′ bis t₇) erneut gestartet wird und beim bzw. nach dem Empfang des Folge-Bursts (FB) des anderen Schuhes (2) durch den einen Schuh (1) erneut gestoppt wird, daß weiterhin in der Pausenzeit (t _p ; t₆′ bis t₇) zwischen Stopp und erneutem Start des Zählers (Z 1) des einen Schuhes (1) zunächst sein erster Zählerinhalt über einen Sender (S 3) dem externen Empfänger der externen Rechnereinheit zugesandt wird und dann der zweite Zählerstand, der dem Inhalt des Zählers (Z 2) des anderen Schuhes (2) entspricht, an die Rechnereinheit abgestrahlt wird, und daß die Rechnereinheit aus den beiden Zählerinhalten die gewünschten Daten ermittelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der zu übertragenden Signale (dir., refl.) codiert übertragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Sende-Empfangseinheit (S 1, E 1; S 2, E 2) jedes Schuhes (1, 2) ein einziger, in die beiden Betriebsarten umschaltbarer Sende-Empfangs-Wandler (3, 4) verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zähler (Z 1) nach einer der Umschaltzeit (t _um ) von Senden auf Empfang entsprechenden Verzögerungszeit gestartet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit (t _v ) zur Abstrahlung des Reflex- Ausgangssignals (refl.) der Umschaltzeit (t _um ) minus der Einschwingzeit (t _Det. ) der Empfänger (E 1, E 2) des ersten und des zweiten Schuhes (1, 2) beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Übertragung des Zählerstandes des zweiten Zählers (Z 2) entsprechende Zeit (t _s + t _dir. = t₀ bis t₃) um einen Faktor (K) verkürzt und die Zählfrequenz (f₂) des ersten Zählers (Z 1) bei der zweiten Zählperiode gegenüber der Zählfrequenz (f₁) bei der ersten Zählperiode um diesen Faktor (K) erhöht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendesignale (dir., refl.) aus zwischen den beiden Schuhen (1, 2) ausgestrahlten Ultraschallimpulsen bestehen und als Wandler (3, 4) Ultraschallwandler verwendet werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vom ersten Schuh (1) zur externen Rechnereinheit ausgesandten Signale als hochfrequente, elektromagnetische Wellen übertragen werden.