DE102004058563B4

DE102004058563B4 - Verfahren und Einrichtung zur Erfassung und Auswertung von Daten an Fitnessgeräten

Info

Publication number: DE102004058563B4
Application number: DE102004058563.6A
Authority: DE
Inventors: Dr. Werfel Frank; Wolfgang Beyer; Michael Resch; Eberhard Rath
Original assignee: Medevice GmbH
Current assignee: Medevice De GmbH
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2025-07-03
Anticipated expiration: 2024-12-04
Also published as: DE102004058563A1

Abstract

Verfahren zur Erfassung und Auswertung von Daten an Fitnessgeräten mit zur körperlichen Belastung dienenden Gewichtsplatten durch Erfassung des zurückgelegten Weges, der Hebegeschwindigkeit und der Bewegungsrichtung der Gewichtsplatten sowie eine Abspeicherung der Trainingsdaten erfolgt, die Ermittlung des zeitlichen Ablaufes der Trainingsübungen, der von den Gewichtsplatten (1) zurückgelegten Wegstrecke, der Bewegungsrichtung und der Geschwindigkeit des Hebevorgangs durch eine ausschließlich berührungslose Erfassung und Auswertung der Signale von an den Gewichtsplatten (1) angebrachten Sende und/oder Reflexionsbaugruppen erfolgt, parallel zur Messwerterfassung die Bewegungsenergie der Gewichtsplatten (1) zusammen mit anderen umweltverbundenen Energiegewinnungen in elektrische Energie umgewandelt und gespeichert wird und die erfassten Trainingsdaten auf ihren zeitlichen und quantitativen Verlauf hin ausgewertet, angezeigt und gespeichert werden, wobei die Erfassung des zurückgelegten Weges, der Hebegeschwindigkeit und der Bewegungsrichtung der Gewichtsplatten durch Erfassung der Magnetfeldstärke der Magnetfeldspitzen während des Hebevorganges erfolgt und die signalerzeugenden Sendebaugruppen aus an den Gewichtsplatten (1) angebrachten Magnetplatten (2) aufgebaut werden, deren magnetische Pole an ihren Berührungspunkten (7; 8) gleichnamig sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Geschwindigkeitswerte während des Hebevorgangs berührungslos erfasst werden, wobei jeweils ein Geschwindigkeitswert während des abschnittsweisen Hebevorganges der Gewichtsplatten (1) um den Höhenunterschied entsprechend der Bauhöhe einer Gewichtsplatte (1) berührungslos erfasst wird, wobei die Zeitdifferenz (t₂-t₁) zwischen der Erfassung zweier Maximalwerte (9; 10) des Signalverlaufes mittels einer der Sensoren (3; 4; 5) und Bildung des Verhältniswertes der Zeitdifferenz (t₂-t₁) zur Bauhöhe der Gewichtsplatte (1) die Ermittlung der Hebegeschwindigkeit vorgenommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zur Durchführung des Verfahrens dienende Einrichtung zur Erfassung, Auswertung und Anzeige von Trainingsdaten an Fitnessgeräten, insbesondere an Fitnesseinrichtungen mit stapelbaren Gewichtsplatten.
Bekannt ist nach der DE 38 07 038 C1 eine Anordnung zur Erfassung von Trainingsdaten für mechanische Trainingsgeräte mit einer an dem Trainingsgerät angeordneten Kontrolleinheit und mit einem der Kontrolleinheit zugeordneten Prozessor. Bei dieser Anordnung werden mittels eines Speicherbausteines Trainingsvorgaben eingegeben. Der mechanische Bewegungsvorgang des Trainingsgerätes wird von einem vorzugsweise berührungslosen Sensor abgetastet. Der Speicherbaustein ist als nichtflüchtiger, tragbarer Datenträger ausgebildet und mit personenbezogenen Trainingsvorgaben programmiert. Zudem weist dieser Datenträger mit den Kontrolleinheiten verschiedener Trainingsgeräte verbunden werden kann. Die über den Sensor von der Kontrolleinheit aufgenommenen geleisteten Trainingseinheiten werden ebenfalls von dieser angezeigt.
Mittels dieser Anordnung wird dem Nutzer die Möglichkeit gegeben, einen auf ihn abgestellten Trainingsplan an verschiedenen Trainingsgeräten und über einen längeren Zeitraum verteilt durchzuführen.
Nachteilig an dieser Anordnung ist jedoch die fehlende Möglichkeit der Erfassung und Auswertung der Geschwindigkeits/Zeitverläufe während der Hebevorgänge und die damit verbundene Ungenauigkeit der Erfassung, Auswertung und Vorgabe der Trainingsverläufe. Weiterhin nachteilig ist die erforderliche zentrale Energieversorgung (öffentliches Energienetz) für die Trainingseinrichtungen und die damit verbundene Abhängigkeit von der Energieversorgung durch das öffentliche Energienetz. Trainingsgeräte, die mit einem elektrischen Generator ausgerüstet sind, sind beispielsweise in der US 4 822 036 A beschrieben.
Die US 6 494 811 B1 offenbart eine Messeinheit für ein Gewichtsstapelfitnessgerät, bei dem ein Rahmen eine Lasteinheit trägt, die mit einer Vielzahl von im wesentlichen identischen Gewichten ausgestattet ist. Die Gewichte sind mit einem Loch versehen, um einen vertikalen Kanal für eine Lastauswahlstange zu bilden. Zur Berechnung statischer und dynamischer Trainingsparameter ist eine ferngesteuerte Lastmesseinheit vorgesehen.
Die DE 85 02 372 U1 offenbart eine Messvorrichtung für Trainingsmaschinen mit einem an der Trainingsmaschine befestigbaren Sensor, der für jede vom Benutzer erbrachte Arbeitseinheit eine vorgegebene Anzahl von Impulsen für einen Zähler erzeugt, den eine mit einer Anzeigevorrichtung versehene und mit der Trainingsmaschine verbindbare Auswerteinrichtung enthält.
Weiterhin bekannt ist nach der EP 0 691 140 B1 ein Fitness-Feedback-System für Geräte mit gestapelten Gewichten zum Überwachen, Zurückverfolgen, Aufzeichnen, Aktualisieren und Rückmelden von Trainingsdaten an Einrichtungen mit Gewichtsstapelelementen und Fitness-Systemen. Bei dieser Vorrichtung werden mittels Näherungsmesseinrichtungen die Anzahl der angehobenen Gewichtsplatten bestimmt. Dabei sind die Näherungsmesseinrichtungen den Gewichtsplatten berührungslos zugeordnet und befinden sich zudem in einer kontaktbehafteten Verbindung mit einer an den Gewichtsplatten angebrachten Kabelbaugruppe. Zur messtechnischen Erfassung der Wegstrecke, um die sich die Gewichtsplatten während eines Hebevorgangs bewegen, dient eine Codiereinrichtung aus einer einziehbaren, zwei Enden aufweisenden Kabelbaugruppe, deren erstes Ende an dem Gestell befestigt ist und deren zweites Ende an einer der Gewichtsplatten angebracht ist. Desweiteren weist diese Codiereinrichtung einen Drehimpulsgenerator auf, der Impulse entsprechend des von dem einziehbaren Kabel zurückgelegten Weges erzeugt. Bei einer weiteren Ausführungsform wird diese Codiereinrichtung als mehrgängiges Potentiometer ausgebildet. Eine mit der Codiereinrichtung und den Näherungsmesseinrichtungen verbundene elektronische Erfassungseinrichtung berechnet das Gewicht der gehobenen Gewichtsplatten. Mit dieser Lösung ist eine Einrichtung zum Messen und Anzeigen einzelner Übungsparameter, wie beispielsweise des Gewichtes, des Gewichts-Bewegungsbereiches, der Hebegeschwindigkeit und der Anzahl der Wiederholungen des Gewichtshebevorganges geschaffen worden.
Mittels dieser Einrichtung werden die Übungsparameter an eine zentrale Speicherstelle geleitet und an den Nutzer oder dem Fitness-Trainer rückgemeldet. Eine Anzeige der Übungsdaten erfolgt dabei in der Nähe der Gewichtsstapelmaschine.
Nachteilig an dieser Einrichtung ist jedoch die ebenfalls fehlende Möglichkeit der Erfassung und Auswertung der Geschwindigkeits/Zeitverläufe, die kontaktbehaftete Verbindung der Kabelbaugruppe an den Gewichtsplatten und die Abhängigkeit vom öffentlichen Energienetz oder von umweltschädlichen Speicherbaugruppen wie Akkus u.ä. Der mobile Einsatz derartiger Fitnesseinrichtungen ist wegen erforderlicher Nachlademöglichkeiten nur eingeschränkt möglich.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb in der Schaffung eines Verfahrens und einer zur Durchführung des Verfahrens dienenden Einrichtung, mit denen eine höhere Genauigkeit der Auswertung von Trainingsdaten erreicht wird, eine durch Nutzung alternativer Energiequellen umweltfreundliche Energieversorgung ermöglicht, die Einrichtung verschleissfrei gestaltet sowie ein geringerer Raumbedarf und materialtechnischer Aufwand erforderlich wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 beschriebenen Merkmale des Verfahrens und der zur Durchführung des Verfahrens dienenden Einrichtung nach Patentanspruch 4. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens werden in den Patentansprüchen 2 und 3 und der Einrichtung in den Patentansprüchen 4 und 5 beschrieben. Insbesondere eignet sich die Lösung zur Anwendung für Trainingsabläufe auf dem Gebiet des Hochleistungssportes.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
In der Zeichnung zeigt

1: die schematische Anordnung der Gewichtsplatten zu den Sensoren,
2: die Anordnung der Magnetplatten an den Gewichtsplatten und
3: den Spannungs/Zeit-Signalverlauf an den Sensoren.

Bei der bekannten Lösung nach der DE 695 198 26 T2 (Integrated Fitness Corp.) werden Näherungsmesseinrichtungen dem Gewichtsstapel und einem die Weglänge erfassenden Kabel zugeordnet. Das zu hebende Gesamtgewicht wird errechnet. Erfasst wird bei diesem System nur eine Hebegeschwindigkeit. Die Anordnung der Näherungsmesseinrichtungen erfolgt im Bereich des Gewichtsstapels.
Bei der nachfolgend beschriebenen Lösung wird wie in 1 dargestellt, an jeder Gewichtsplatte 1 der Belastungssäule seitlich eine Magnetplatte 2 mechanisch befestigt. Diese Magnetplatte 2 weist an ihrer Oberseite einen magnetischen Nordpol und an ihrer Unterseite den dazugehörigen magnetischen Südpol auf.
Nach Vorauswahl des zu hebenden Gewichtes und der damit verbundenen Festlegung der Anzahl an übereinander angeordneten zu hebenden Gewichtsplatten 1 liegen jeweils zwei Magnetplatten 2 magnetisch gesehen gleichpolig übereinander und erzeugen nach aussen an der jeweiligen Berührungsstelle 7 und 8 der gleichnamigen Magnetpole ein gebündeltes Magnetfeld mit dem summierten Magnetfluss der sich abstossenden Magnetfelder. Die sich abstossenden Magnetfelder werden durch das Gewicht der Gewichtsplatten 1 sozusagen gegeneinander „gepresst“. Die an den Berührungsstellen 7 und 8 nach außen erfassbaren Magnetfeldspitzen sind messtechnisch repräsentativ für jeweils zwei Gewichtsplatten 1. Werden zwei derartige Magnetfeldspitzen erfasst, so sind diese für vier Gewichtsplatten 1 repräsentativ usw.
Da das Gewicht einer Gewichtsplatte 1 vorgegeben ist, ist dadurch auch das Gesamtgewicht ohne weiteres ermittelbar. So wird durch die Summierung der jeweils erzeugten Signale bei der Vorbeibewegung dieser Magnetfeldspitzen an den magnetischen Sensoren 3, 4, 5 während des Hebevorganges das Gesamtgewicht aller gehobenen Gewichtsplatten 1 ermittelt.
Die Erfassung der Magnetfeldstärke der Magnetfeldspitzen während des Hebevorganges durch die entlang des Hebeweges angeordneten Sensoren 3, 4, 5 dient neben der Ermittlung des gehobenen Gewichtes auch zur Ermittlung der Geschwindigkeiten beim Vorbeibewegen der Magnetplatten 2 an den Sensoren 3, 4, 5. Die Sensoren 3, 4, 5 sind oberhalb der abgesteckten, zu hebenden Gewichtsplatten 1 am Gehäuse der Fitnesseinrichtung angeordnet.
Die signalmäßige Erfassung und Auswertung des Eintrittes und des Austrittes der zwischen den Gewichtsbaugruppen 1 erzeugten Magnetfeldspitzen innerhalb des jeweiligen Erfassungsbereiches der Sensoren 3, 4, 5 ermöglicht die Erfassung der aktuellen Geschwindigkeitswerte zu unterschiedlichen Zeitpunkten der Bewegungsphase.
In der hier nicht näher beschriebenen Auswerteschaltung 6 werden unter Ausnutzung der Systemzeituhr (Zeitgeberbaustein) die o.g. Geschwindigkeitswerte, das gehobene Gewicht und die mit diesem Gewicht zurückgelegten Wege ermittelt. Eine derartige Auswerteschaltung wird in der DE 103 49 357 A1 beschrieben. Voraussetzung ist lediglich die Kenntnis der maßlichen Höhe der Gewichtsplatte 1 bzw. der Magnetplatte 2.
Die zwischen den Gewichtsplatten 1 entstehenden Magnetfeldspitzen werden von einem Sensor durch eine an sich bekannte Spitzenwertmessung erfasst. Entscheidend ist dabei nicht die Grösse des erfassten Spitzenwertes, sondern die Feststellung (Erfassung), dass zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Spitzenwert vorliegt. Die zwischen der Erfassung zweier Spitzenwerte verstrichene Zeit (t₂-t₁) wird zur Ermittlung der Geschwindigkeit herangezogen.
In der 2 ist schematisch die Vorderansicht der Belastungssäule mit den an dieser mechanisch befestigten Magnetplatten 2 dargestellt. Bei der maßlichen Gestaltung der Magnetplatten 2 kommt es nicht auf ihre Breite, sondern auf ihre Höhe an, die dem Abstand von der Unterkante bis zur Oberkante der Gewichtsplatte 1 entsprechen muss.
Da die Anzahl der an den Berührungspunkten 7 und 8 zwischen Gewichtsplatten 1 erzeugten Magnetfeldspitzen gleichermaßen mit der Anzahl der Gewichtsplatten (+1) steigt, wird mit der messtechnischen erfassten Anzahl Sensorsignale automatisch auch die Höhe des Gewichtes ermittelt. Ist die Anzahl der Gewichtsplatten bekannt, so kann durch die o.g. Vorgabe der einheitlichen maßlichen Höhe der Gewichtsplatten 1 auch die maßliche Gesamthöhe der abgesteckten Gewichtsplatten (Stapelgewicht) ermittelt werden.
Mittels der Systemzeituhr werden die Zeitpunkte des Eintrittes des Gewichtspaketes in den Erfassungsbereich des Sensors 3 und des Austrittes des Gewichtspaketes aus dem Erfassungsbereich festgestellt. Aufgrund der Zeitdifferenz und der Höhe des Gewichtspaketes kann so die in Positionshöhe des Sensors 3 vorhandene Geschwindigkeit des Gewichtspaketes während des Hebevorganges errechnet werden. Der gleiche Ermittlungsvorgang wird während der Vorbeibewegung des Gewichtspaketes an den Sensoren 4 und 5 durchgeführt. Die bei diesem Ausführungsbeispiel ermittelten drei Geschwindigkeitswerte sind Grundlage für nachfolgende Auswertungen.
Durch softwaremäßige Interpolation der Werte kann so der v/t-Verlauf der Trainingsbewegung ermittelt und gespeichert werden. Die Genauigkeit der ermittelten Verläufe hängt von der zur Anwendung kommenden Anzahl an Sensoren ab. Durch die Ermittlung des Durchschnittswertes der erfassten Signalwerte aller Sensoren 3, 4, 5 wird die Genauigkeit der v/t-Verläufe erhöht. Desweiteren dient die Anordnung von mehreren Sensoren zur Erhöhung der Redundanz der Einrichtung. Bei Ausfall eines Sensors übernimmt ein anderer dessen Funktion.
Prinzipiell ist jedoch das Verfahren mit einem Sensor durchführbar. In der 3 wird der Spannungs-/Zeitverlauf des erfassten Signales eines Sensors während der Vorbeibewegung zweier Magnetfeldspitzen wiedergegeben. Die dabei auftretenden Maximalwerte 9, 10 der Signale werden von einem Sample & Hold-Schaltkreis erfasst und durch Signalvergleich mit einem Zeitgeberbaustein der jeweilige Zeitpunkt t₁ und t₂ zugeordnet. Durch die signalmäßige Differenzwertbildung der beiden Zeitpunkte t₁ und t₂ wird die Zeit ermittelt, in der sich zwei Magnetfeldspitzen und damit eine Gewichtsplatte 1 am Sensor vorbeibewegt haben. Der Verhältniswert der Höhe der Gewichtsplatte 1 zur ermittelten Zeit ergibt die jeweilige Hebegeschwindigkeit.
Die Bewegungsenergie wird von einer in der Nähe der Sensoren 3, 4, 5 angeordneten induktiven Baugruppe, die beispielsweise als Spule ausgebildet sein kann, in elektrische Energie umgewandelt wird. Die Erfassung der jeweiligen Polarität der dabei induzierten Spannung wird zur Erkennung der Bewegungsrichtung genutzt.
Die Energiespeicherung der Körperbewegungen in Kombination mit der Energie anderer umweltverbundener Energiequellen wie beispielsweise einer Solarzellenfolie erfolgt in einem sogenannten Ultracup-Kondensator und dient zur Energieversorgung der Auswerteeinrichtung 6. Diese Ultracup-Kondensatoren weisen trotz ihrer miniaturisierten Bauweise sehr hohe Speicherkapazitäten auf. Diese Kapazitäten können derzeit bis zu einer elektrischen Speicherkapazität von 1000 Farad aufweisen. Sie dienen neben der Energieversorgung für die Auswerteeinrichtung 6 auch zur Energieversorgung der anderen elektrischen Baugruppen des Fitnessgerätes.
Bezugszeichenliste

1: Gewichtsplatte
2: Magnetplatte
3: Sensor
4: Sensor
5: Sensor
6: Auswerteschaltung
7: Berührungspunkt
8: Maximalwert
9: Maximalwert

Claims

Verfahren zur Erfassung und Auswertung von Daten an Fitnessgeräten mit zur körperlichen Belastung dienenden Gewichtsplatten durch Erfassung des zurückgelegten Weges, der Hebegeschwindigkeit und der Bewegungsrichtung der Gewichtsplatten sowie eine Abspeicherung der Trainingsdaten erfolgt, die Ermittlung des zeitlichen Ablaufes der Trainingsübungen, der von den Gewichtsplatten (1) zurückgelegten Wegstrecke, der Bewegungsrichtung und der Geschwindigkeit des Hebevorgangs durch eine ausschließlich berührungslose Erfassung und Auswertung der Signale von an den Gewichtsplatten (1) angebrachten Sende und/oder Reflexionsbaugruppen erfolgt, parallel zur Messwerterfassung die Bewegungsenergie der Gewichtsplatten (1) zusammen mit anderen umweltverbundenen Energiegewinnungen in elektrische Energie umgewandelt und gespeichert wird und die erfassten Trainingsdaten auf ihren zeitlichen und quantitativen Verlauf hin ausgewertet, angezeigt und gespeichert werden, wobei die Erfassung des zurückgelegten Weges, der Hebegeschwindigkeit und der Bewegungsrichtung der Gewichtsplatten durch Erfassung der Magnetfeldstärke der Magnetfeldspitzen während des Hebevorganges erfolgt und die signalerzeugenden Sendebaugruppen aus an den Gewichtsplatten (1) angebrachten Magnetplatten (2) aufgebaut werden, deren magnetische Pole an ihren Berührungspunkten (7; 8) gleichnamig sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Geschwindigkeitswerte während des Hebevorgangs berührungslos erfasst werden, wobei jeweils ein Geschwindigkeitswert während des abschnittsweisen Hebevorganges der Gewichtsplatten (1) um den Höhenunterschied entsprechend der Bauhöhe einer Gewichtsplatte (1) berührungslos erfasst wird, wobei die Zeitdifferenz (t₂-t₁) zwischen der Erfassung zweier Maximalwerte (9; 10) des Signalverlaufes mittels einer der Sensoren (3; 4; 5) und Bildung des Verhältniswertes der Zeitdifferenz (t₂-t₁) zur Bauhöhe der Gewichtsplatte (1) die Ermittlung der Hebegeschwindigkeit vorgenommen wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die umweltverbundene Energieversorgung und Datenauswertung sowie -speicherung dezentral an den jeweiligen Fitnesseinrichtungen erfolgt.
Verfahren nach den Patentansprüchen 1, dadurch gekennzeichnet, dass die umweltverbundene Energiegewinnung mittels eines mit den Hebevorgängen gekoppelten elektrischen Generators erfolgt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Fitnessgerät jeweils eine separate, die Datengewinnung, - speicherung und -auswertung sowie die Energiegewinnung, -speicherung und -versorgung vornehmende Baugruppe zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Fassung der Magnetfeldstärke der Magnetfeldspitzen während des Hebevorganges entlang des Hebeweges angeordnete Sensoren umfasst und die signalerzeugenden Sendebaugruppen aus an den Gewichtsplatten (1) angebrachten Magnetplatten (2) bestehen, deren magnetische Pole an ihren Berührungspunkten (7; 8) gleichnamig sind.
Vorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (6) aus einem das Magnetfeld erfassenden Sensor, einer den bei der Vorbeibewegung der Magnetplatte (2) auftretenden maximalen Signalwert erfassende und speichernde Baugruppe und einem Zeitgeberbaustein besteht.