DE102016006099A1

DE102016006099A1 - Tragbares Sensormodul für ein tragbares System zur Trainingsüberwachung sowie tragbares System und Verfahren zur Trainingsüberwachung

Info

Publication number: DE102016006099A1
Application number: DE102016006099.9A
Authority: DE
Inventors: Torsten Völkl; Thomas Steiger; Harald Freitag
Original assignee: Ivs Engineering GbR (vertretungsbererchtigter Ges Herr Thomas Steiger 57537 Wissen); Ivs Engineering GbR (vertretungsbererchtigter Gesellschafter Herr Thomas Steiger 57537 Wissen)
Current assignee: Movx De GmbH
Priority date: 2016-05-20
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2017-11-23
Anticipated expiration: 2036-05-21
Also published as: EP3458990A1; DE102016006099B4; WO2017198337A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein tragbares Sensormodul (100) für ein tragbares System zur Trainingsüberwachung sowie ein tragbares System (200) und Verfahren (300) zur Trainingsüberwachung. Das tragbare Sensormodul (100) umfasst eine Anzahl von zumindest zur Detektion einer Bewegung von Körperteilen eines Trainierenden (T) notwendigen Sensoren (110), eine Energieversorgung (120), eine Kommunikationseinheit (130) und ein Gehäuse (140). Die Energieversorgung (120) umfasst ein System zur lokalen Energiegewinnung (121). Das tragbare System zur Trainingsüberwachung (200) umfasst eine Mehrzahl von zumindest zur Detektion einer Bewegung von Körperteilen eines Trainierenden (T) notwendigen Sensoren (210), wobei je eine Anzahl von Sensoren (210) an mindestens zwei Körperteilen oder auch einem Sportgerät (SG) des Trainierenden (T) anbringbar ist. Das System (200) umfasst zumindest eine mit den Sensoren (210) kommunikativ verbundenen Recheneinheit (220), wobei die Recheneinheit (220) dazu ausgelegt ist, die Ist-Messwerte der Sensoren (210) zu einem Ist-Bewegungsmuster zu korrelieren und das Ist-Bewegungsmuster des Trainierenden (T) mit einem Soll-Bewegungsmuster zu vergleichen. Das System (200) umfasst zumindest eine mit der Recheneinheit (220) kommunikativ verbundenen Ausgabeeinheit (230). Die Recheneinheit (220) verfügt über zumindest eine Datenschnittstelle (221), die dazu ausgelegt ist, zumindest Körpermerkmale und Sportart des Trainierenden (T) einzulesen und dazu passende Soll-Bewegungsmuster aus einer Datenbank abzurufen. Außerdem ist die Ausgabeeinheit (230) des Systems zur Ausgabe eines optischen und/oder akustischen Signals in Echtzeit bei Abweichungen zwischen Ist-Bewegungsmuster und Soll-Bewegungsmuster ausgelegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein tragbares Sensormodul für ein tragbares System zur Trainingsüberwachung. Die Erfindung betrifft ferner ein tragbares System zur Trainingsüberwachung. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Trainingsüberwachung.
Etwa 19 Millionen Deutsche betreiben regelmäßig Laufsport. Davon betreiben 73% den Sport selbstorganisiert, d. h. sie trainieren in der Regel nicht in einem Verein, einer Laufgruppe oder unter Anleitung eines Trainers. 17% der männlichen Sportler laufen mit dem Ziel, an Wettkämpfen teilzunehmen und absolvieren damit auch entsprechend leistungsorientierte Trainingsumfänge. Für 72% der Läuferinnen und Läufer steht jedoch der Aspekt Gesundheit und Fitness im Vordergrund.
Vor allem bei Ausdauerläufern kommt es durch hohe Trainingsumfänge und die sportartspezifische Belastungen auf das Muskel-Skelett-System zu Verletzungen, die sich häufig chronisch manifestieren. In der Literatur werden diverse Verletzungen beschrieben, wie z. B. patellofemurales Bandsyndrom („vorderer Knieschmerz), ilio-tibiales Bandsyndrom („Runner's Knee”) oder mediotibiales Stress-Syndrom („Schienbeinkantensyndrom”). Dabei konnten Zusammenhänge zwischen biomechanischen Parametern und dem Auftreten von Laufverletzungen identifiziert werden.
Die kinematische Kette der Beinbewegung beim Laufen hat zur Folge, dass Bewegungen der unterschiedlichen Gelenke miteinander gekoppelt sind. Damit können durch das Erfassen bestimmter Parameter (z. B. Tibia-Innenrotation) Aussagen über weitere Gelenkbewegungen gemacht werden (z. B. Pronation/Eversion des Fußes), ohne diese direkt zu erfassen.
Unter professioneller Anleitung können ungünstige Stellungen des Bewegungsapparats erkannt und korrigiert werden. Wie anfangs beschrieben, üben aber 73% der Sportler das Laufen ohne Trainer aus mit der Folge, dass sich durch langfristige Fehlbelastungen eine hohe Verletzungsanfälligkeit ergibt. Ein wichtiges Problem der Sportbewegungsanalyse ist die Schwierigkeit, aus kurzeitigen oder einzelnen Bewegungsdaten eine Anleitung für den Sportler zur Verbesserung der Leistung und Schonung der Gelenke abzuleiten. Meist kann der Sportler anhand der Messwerte erst im Nachhinein seine Bewegung analysieren und mögliche Rückschlüsse ziehen. Der Erfolg der Maßnahmen kann wiederum nur in weiteren späteren Analysen überprüft werden. Eine automatische kontinuierlich Auswertung während der Messung würde ein direktes Feedback und somit einen deutlich schnelleren und sichereren Erfolg zur Verbesserung des Bewegungsverhaltens ermöglichen.
Aus der Film- und Spieleindustrie sind technische Systeme bekannt, mit denen sich der Bewegungsablauf einer Person erfassen lässt. Diese Systeme sind aber in der Regel nicht vollständig tragbar, sodass Sportler damit nicht ihren normalen Bewegungsablauf zum Beispiel über eine längere Laufstrecke in Echtzeit analysieren können. Außerdem geben diese Systeme dem Sportler keine Korrekturvorschläge für seinen Bewegungsablauf wie ein Trainer und sind für Breitensportler unerschwinglich teuer.
Die US-amerikanische Druckschrift US 2010/0173276 A1 offenbart eine Trainingsmethode, die darin besteht, eine Bewegung zu digitalisieren, während sie erlernt wird, und sie mit dem digitalen Muster einer Referenzbewegung zu vergleichen, wobei der Trainierende zur Korrektur seiner Bewegung eine direkte taktile Rückmeldung erhält, wenn er von der Referenzbewegung abweicht. Die Methode kann so ausgestaltet sein, dass die Referenzbewegung von einem Experten ausgeführt wird oder durch Computersimulation entsteht. Außerdem wird ein Gerät zur Umsetzung der beschriebenen Trainingsmethode offenbart. Die Druckschrift US 2010/0173276 A1 offenbart eine ausschließlich taktile Rückmeldung an den Trainierenden. Sie hat dadurch die Nachteile, dass eine Vielzahl von Aktuatoren für die taktile Rückmeldung an allen relevanten Körperteilen angebracht werden muss, und dem Trainierenden trotzdem nur auf sofortige Richtungskorrekturen der Körperteile beschränkte Anweisungen und keine Korrekturanweisungen für den Gesamtbewegungsablauf gegeben werden können. Außerdem sieht die Druckschrift US 2010/0173276 A1 keine Möglichkeit vor, Referenzbewegungen anders als durch die Ausführung durch Trainierenden oder Trainer oder durch Computersimulation zu erhalten. Daraus ergibt sich der Nachteil, dass der Trainierende zumindest am Anfang seines Trainings auf einen Trainer oder ein nicht weiter spezifiziertes System zur Computersimulation angewiesen ist und sein Training nicht vollkommen selbstständig durchführen kann.
Die US-amerikanische Druckschrift US 8,165,844 B2 beschreibt eine Methode zur Bewegungsverfolgung eines segmentierten Objekts, wobei eine Mehrzahl von Sensormodulen an mehreren Segmenten des Objekts angebracht sind und 3D-Positionsdaten und 3D-Ausrichtungsdaten sammeln, aus denen 3D-Position und 3D-Ausrichtung jedes Segments unter Berücksichtigung von Randbedingungen über die Verbindungsart der Segmente berechnet werden. Die Methode kann so ausgestaltet sein, dass zusätzliche Hilfssensoren in die Berechnung einbezogen werden. Des Weiteren werden ein System und ein Sensormodul zur Ausführung der Methode offenbart. Die Druckschrift US 8,165,844 B2 gibt keine Hinweise darauf, ob das Gesamtsystem so ausgelegt ist, dass es tragbar ist und einen Sportler in seinem Bewegungsablauf nicht behindert. Außerdem ist kein Vergleich einer Bewegung mit einer Referenzbewegung offenbart, mit deren Hilfe ein Sportler seine Bewegung selbstständig korrigieren könnte.
Die europäische Druckschrift EP 1 970 005 B1 beschreibt ein System und Verfahren zur Bewegungsnachverfolgung über eine Kalibriereinheit. Diese Druckschrift unterscheidet sich von der Druckschrift US 8,165,844 B2 im Wesentlichen nur durch die Einführung einer Kalibriereinheit für die Berechnung von Kalibrierwerten zur Ermittlung von mindestens gemeinsamen Proportionen der Objektteile und mindestens Ausrichtungsparametern der Ausrichtungsmesseinheiten. Die zuvor genannten Beschränkungen und Nachteile gelten daher auch für die Druckschrift EP 1 970 005 B1 .
Die Druckschrift US 2013/0002682 A1 beschreibt ein elektronisches Gerät zur Übertragung menschlicher Bewegung auf ein digitales Modell, das als animiertes Bild angezeigt wird. Weiterhin sind ein automatischer Vergleich des animierten Bildes mit animierten Standardbildern und eine Anzeige von Korrekturen bei Abweichungen vorgesehen. Nachteilig an dem Gerät aus US 2013/0002682 A1 ist, dass zur Bewegungsermittlung ausschließlich Gyroskope vorgesehen sind, sodass die Ergebnisse beispielsweise durch Sensordrift verfälscht werden können. Des Weiteren wird keine Echtzeit-Auswertung erwähnt, und die generierten Bewegungsbilder werden nur mit Standardbildern verglichen, die individuellen Bewegungseinschränkungen eines Trainierenden nicht Rechnung tragen.
Die Druckschrift EP 0 793 445 B1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Auswertung von ambulant-registrierten Bewegungssignalen verschiedener Körperteile eines Probanden, die zuvor mit an allen überwachten Körperteilen angebrachten Beschleunigungssensoren aufgezeichnet wurden. Nachteilig an diesem Verfahren ist für eine Trainingsüberwachung, dass nur das Bewegungsausmaß analysiert wird, wohingegen die zur Detektion möglicher Fehlbelastungen wesentliche Form der Bewegungen nicht erfasst wird.
Aus dem dargestellten Stand der Technik ergibt sich die Aufgabe, ein Sensormodul zu schaffen, mit dem das charakteristische Bewegungsmuster eines Trainierenden im normalen Training in Echtzeit aufgenommen werden kann. Diese Aufgabe wird durch ein Sensormodul gemäß Anspruch 1 gelöst.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein System zur Trainingsüberwachung zu schaffen, mit dem Abweichungen eines Trainierenden von seinem Soll-Bewegungsmuster im normalen Training erkannt und dem Trainierenden in Echtzeit vermittelt werden können. Diese Aufgabe wird durch ein System zur Trainingsüberwachung gemäß Anspruch 10 gelöst.
Außerdem ergibt sich die Aufgabe, ein Verfahren zur Trainingsüberwachung zu schaffen, mit der ein Trainierender, insbesondere ein Breitensportler, selbstständig seinen Bewegungsablauf im normalen Training überwachen und korrigieren kann, um Fehlbelastungen und daraus resultierende Verletzungen oder chronische Beschwerden zu verhindern. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Trainingsüberwachung nach Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Training im Sinne der Erfindung umfasst die Einübung und Ausführung beliebiger körperlicher Bewegungsfolgen durch einen Trainierenden, beispielsweise im Leistungssport oder im Freizeitsport, oder auch im Rahmen von Krankengymnastik oder Rehabilitation. Ein Trainierender im Sinne der Erfindung kann ein Mensch oder auch ein Tier, beispielsweise ein Dressurpferd, Sprungpferd, Rennpferd, Rennkamel oder Rennhund sein.
Ein erfindungsgemäßes tragbares Sensormodul für ein tragbares System zur Trainingsüberwachung umfasst eine Anzahl von zumindest zur Detektion einer Bewegung von Körperteilen eines Trainierenden notwendigen Sensoren, eine Energieversorgung, wenigstens eine Kommunikationseinheit zur Kommunikation mit dem System zur Trainingsüberwachung und ein Gehäuse zur Aufnahme der Sensoren, der Energieversorgung und der wenigstens einen Kommunikationseinheit.
Ein Sensor kann ein Bewegungssensor wie beispielsweise ein Beschleunigungssensor oder ein Drehratensensor sein. Welche Sensoren und zu erhebenden Messwerte notwendig sind, hängt sowohl von dem Bewegungsablauf und der Sportart, die überwacht werden sollen, als auch von dem Körperteil, an dem das Sensormodul angebracht werden soll. ab. So bewegen sich beispielsweise die Beine eines Radfahrers durch die Fixierung am Fahrrad in jeweils einer Ebene, sodass ihre Bewegung mit 2D-Bewegungssensoren überwacht werden kann. Im Gegensatz dazu sind die Beinbewegungen eines Tänzers nur anatomisch beschränkt, sodass zu ihrer Überwachung 3D-Bewegungssensoren notwendig sind.
Die Energieversorgung kann zum Beispiel eine Batterie oder ein Akkumulator mit einer Lademöglichkeit sein. Das Gehäuse kann beispielsweise als Formgussteil ausgestaltet sein, wodurch das Sensormodul mit beliebiger Formgebung und gegebenenfalls elastischen Materialien auf kostengünstige Weise, insbesondere dicht, umschlossen werden kann.
Das Sensormodul ist zum Beispiel über Klettbänder oder integriert in der Kleidung an einem Körperteil des Trainierenden anbringbar und so klein und leicht und/oder in einer ergonomischen Form ausgestaltet, dass es den Trainierenden in seiner Bewegung nicht behindert. Ein Sensormodul vom Format einer Armbanduhr, also mit einer Dicke von wenigen Millimetern, einer Grundfläche von einigen Quadratzentimetern und einer Masse von etwa einhundert Gramm, wäre beispielsweise in den meisten Fällen nicht behindernd. Im Fall eines flexiblen Sensormoduls würde dies auch für größere Grundflächen gelten. Die konkrete Ausgestaltung hängt von dem Körperteil, der das Sensormodul trägt, und der ausgeübten Sportart ab.
Die Energieversorgung des Sensormoduls umfasst ein System zur lokalen Energiegewinnung, beispielsweise ein Photovoltaikmodul. Ein System zur lokalen Energiegewinnung bringt den Vorteil, dass kein externer Anschluss zur Energieversorgung oder austauschbarer Energiespeicher notwendig ist. Beides sind Schwachstellen für die mechanische Stabilität und Dichtheit des Gehäuses und Beschränkungen im Aufbau der Sensormodule, die durch die lokale Energiegewinnung vermieden werden. Außerdem muss sich der Nutzer im Betrieb weder um den Ladezustand eines Energiespeichers kümmern noch den Energiespeicher regelmäßig nachladen oder austauschen oder Behinderungen durch Energieversorgungsleitungen in Kauf nehmen.
Wenigstens ein Sensor eines Sensormoduls kann einen Mikroprozessor, der zur Berechnung abgeleiteter Messwerte aus den Sensormesswerten, beispielsweise zur Datenfilterung und/oder zur Eliminierung von Artefakten aus Relativbewegungen zwischen einem Körperteil oder Sportgerät des Trainierenden und dem daran angebrachten Sensormodul, ausgelegt ist, und/oder einen Datenspeicher, beispielsweise einen nicht-flüchtigen Datenspeicher, insbesondere einen Flash-Speicher, umfassen.
Der Mikroprozessor bringt den Vorteil, dass durch die Filterung die Menge der Daten reduziert und ihre Qualität verbessert werden kann. Dadurch müssen geringere Datenmengen gespeichert und/oder übertragen werden, sodass der Datenspeicher und die Kommunikationseinheit geringer dimensioniert werden können und somit kleiner, leichter und kostengünstiger sind. Außerdem wird für Speicherung und Übertragung weniger Energie benötigt, sodass auch die Energieversorgung kleiner, leichter und kostengünstiger wird, und es einfacher wird, die Energieversorgung ausschließlich durch lokale Energiegewinnung sicherzustellen.
Der Datenspeicher erlaubt es, Messdaten oder abgeleitete Messwerte zu sammeln und paketweise an das System zur Trainingsüberwachung zu übermitteln. Dadurch können zum Beispiel Übertragungsfehler vermieden werden, indem bei Verbindungsproblemen mehrfach die gleichen Daten übermittelt und verglichen werden. Ein Flash-Speicher stellt eine besonders energieeffiziente und kostengünstige Ausführung eines solchen nicht flüchtigen Datenspeichers dar.
Wenigstens ein Sensor eines Sensormoduls kann ein Bewegungssensor, beispielsweise ein Beschleunigungssensor und/oder Drehratensensor, insbesondere ein Gyroskop, sein, und weiterhin kann wenigstens ein Sensor ein Hilfssensor, insbesondere ein Empfänger zur satellitengestützten Positionsbestimmung, Magnetfeldsensor, Drucksensor, Kraftsensor, Feuchtigkeitssensor, Temperatursensor, Pulsmesser und/oder Höhenmesser sein. Die Orientierung und Position eines Körperteils kann beispielsweise durch die zeitliche Integration der Drehrate und zweifache zeitliche Integration der Beschleunigung eines an dem Körperteil fixierten Sensormoduls bestimmt werden. Die dabei notwendigen Randbedingungen können aus anatomischen oder sportartbedingten Beschränkungen des Bewegungsablaufs oder aus den Messwerten von Hilfssensoren wie beispielsweise Magnetfeldsensoren zur Orientierungsbestimmung im Erdmagnetfeld oder Drucksensoren zur Kontrolle eines Kontakts beispielsweise zwischen Läuferfuß und Boden ermittelt und regelmäßig überprüft werden. Weitere Hilfssensoren können für die Trainingsanalyse nützliche Metadaten über den Trainingsverlauf aufnehmen. So können beispielsweise mit einem Pulsmesser der Anstrengungsverlauf des Trainierenden oder mit einem Höhenmesser das Höhenprofil der Trainingsstrecke ermittelt werden.
Das System zur lokalen Energiegewinnung eines Sensormoduls kann beispielsweise zur Umwandlung mechanischer Energie, thermischer Energie, der Wirkung magnetischer Induktion und/oder elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie ausgelegt sein. Mechanische Energie kann beispielsweise durch Piezo-Elemente, elektromagnetische Strahlung durch Photovoltaik-Zellen genutzt werden. Um Ungleichgewichte zwischen Energiegewinnung und Energieverbrauch auszugleichen, kann die Energieversorgung einen Energiespeicher, beispielsweise einen Akkumulator und/oder einen Kondensator enthalten.
Die Energieversorgung eines Sensormoduls kann ein Regelelement zum bewegungsabhängigen automatischen Einschalten und/oder Ausschalten, zum Aktivieren und/oder Deaktivieren eines Energiesparmodus und/oder zur automatischen Anpassung der Abtastrate und/oder der Übertragungsrate des Sensormoduls und/oder einen manuellen Ein-/Ausschalter umfassen. Diese Ausgestaltungen haben den Vorteil, dass sie die Energieeffizienz des Sensormoduls steigern können, sodass die Energieversorgung klein, leicht und kostengünstig dimensioniert werden kann. Bezüglich der Abtastrate ist beispielsweise eine hohe Abtastrate für einmalig ausgeführte Bewegungen notwendig, wohingegen die Abtastrate bei zyklischen Bewegungen reduziert werden kann.
Die Kommunikationseinheit eines Sensormoduls kann für drahtlose Kommunikationsstandards, beispielsweise Bluetooth, Bluetooth Low Energy und/oder WLAN, ausgelegt sein. Sie kann ferner eine Antenne umfassen. Das Sensormodul kann vorteilhafterweise ein Mittel zur Abschirmung von Antenne und Sensoren gegeneinander umfassen. Das Mittel zur Abschirmung kann beispielsweise eine Metallfolie zwischen Antenne und Sensoren sein. Der Vorteil drahtloser Kommunikation liegt in der Vermeidung einer aufwändigen und fehleranfälligen Verdrahtung zwischen Sensormodul und System zur Trainingsüberwachung, die außerdem die Bewegungsfreiheit des Trainierenden einschränken könnte. Durch die Verwendung bekannter Kommunikationsstandards können kostengünstige und gut charakterisierte Standardkomponenten zur Realisierung der Kommunikationseinheit eingesetzt werden. Das Mittel zur Abschirmung kann störende Interferenzen zwischen Antenne und Sensoren und daraus entstehende Fehler bei der Datenerfassung und/oder Messwertübermittlung verhindern.
Das Gehäuse eines Sensormoduls kann spritzwassergeschützt, wasserdicht, waschbar und/oder maschinenwaschbar ausgestaltet sein. Hierdurch wird zum einen gewährleistet, dass das Sensormodul bei Freiluft- oder Wassersportarten nicht durch Kontakt mit Wasser und/oder anderen Flüssigkeiten beschädigt wird. Waschbarkeit erlaubt es darüber hinaus, Sensormodule in Kleidungsstücke zu integrieren, die mitsamt der Sensormodule gewaschen werden können.
Das Gehäuse eines Sensormoduls kann wenigstens einen zur Datenkommunikation und/oder zur Speisung der Energieversorgung ausgelegten Anschluss, beispielsweise einen USB-Anschluss, insbesondere einen Mikro-USB-Anschluss umfassen.
Das Gehäuse des Sensormoduls kann ein Befestigungssystem zur Anbringung des Sensormoduls an einem Körperteil und/oder Sportgerät des Trainierenden umfassen. Bevorzugt ist das Befestigungssystem in Form zumindest einer Saugverbindung, Klebeverbindung, eines Gummibandes, Klettbandes, Neoprenbandes, Ösensystems und/oder Druckknopfsystems ausgeführt. Ein solches Befestigungssystem hat den Vorteil, dass Relativbewegungen zwischen einem Körperteil oder Sportgerät des Trainierenden und dem daran angebrachten Sensormodul und daraus resultierende Artefakte in den Messwerten vermieden werden, was die Auswertung der Messwerte vereinfacht. Das Sensormodul könnte auch in der Kleidung des Trainierenden beispielsweise durch Vernähung, durch ein Druckknopfsystem, durch eine Klettverbindung und/oder in Taschen integriert werden. Ein Druckknopfsystem sollte gegen Verdrehung mindestens zwei nebeneinander liegende Anschlüsse am Sensormodul aufweisen. Ein Druckknopfsystem könnte neben einer Befestigung auch eine lösbare Verbindung zu einer externen Energieversorgung darstellen.
Das Gehäuse des Sensormoduls kann wenigstens eine Anzeigeeinheit, insbesondere eine LED-Anzeige, aufweisen, die zur Anzeige des Betriebszustands des Sensormoduls ausgelegt ist. Eine solche Anzeige hat den Vorteil, dass der Trainierende auf einen Blick mögliche Funktionsstörungen des Sensormoduls erkennen kann.
Außerdem kann das Gehäuse als Formgussteil ausgeführt und/oder zumindest abschnittsweise flexibel sein. Die Ausführung als Formgussteil erlaubt eine einfache und kostengünstige Einkapselung des Sensormoduls. Ein zumindest abschnittsweise flexibles Gehäuse hat den Vorteil, dass es weniger bruchanfällig und für den Bewegungsablauf des Trainierenden weniger hinderlich ist als ein starres Gehäuse.
Das Sensormodul kann insbesondere vollintegriert aufgebaut sein. Vollintegriert im Sinne der Erfindung bedeutet, dass alle elektronischen Komponenten fest auf einer Platine verbaut sind. Alternativ kann das Sensormodul auch so aufgebaut ist, das einzelne Komponenten modular, insbesondere lösbar, miteinander verbindbar sind. Der vollintegrierte Aufbau hat den Vorteil einer sehr hohen Reproduzierbarkeit und Miniaturisierbarkeit bei der Herstellung. Der modulare Aufbau hat dagegen den Vorteil, dass je nach Sportart und Körperteil auf einfache Weise genau die notwendigen Komponenten in einem Sensormodul eingebaut werden können. Auf diese Weise kann aus einer begrenzten Anzahl standardisierter und somit preisgünstiger Komponenten für jede Anwendung das optimale Sensormodul aufgebaut werden.
Ein erfindungsgemäßes tragbares System zur Trainingsüberwachung umfasst zumindest eine Mehrzahl von zumindest zur Detektion einer Bewegung von Körperteilen eines Trainierenden notwendigen Sensoren, wobei je eine Anzahl von Sensoren an mindestens zwei Körperteilen oder an mindestens zwei Körperteilen und mindestens einem Sportgerät eines Trainierenden anbringbar ist. Das System umfasst zumindest eine mit den Sensoren kommunikativ verbundenen Recheneinheit, wobei die Recheneinheit dazu ausgelegt ist, die Ist-Messwerte der Sensoren zu einem Ist-Bewegungsmuster zu korrelieren und das Ist-Bewegungsmuster des Trainierenden mit einem Soll-Bewegungsmuster zu vergleichen. Das System umfasst zumindest eine mit der Recheneinheit kommunikativ verbundenen Ausgabeeinheit.
Die Recheneinheit verfügt über zumindest eine Datenschnittstelle, die dazu ausgelegt ist, zumindest Körpermerkmale und Sportart des Trainierenden einzulesen und dazu passende Soll-Bewegungsmuster aus einer Datenbank in den Speicher der Recheneinheit abzurufen. Außerdem ist die Ausgabeeinheit des Systems zur Ausgabe eines zumindest optischen und/oder akustischen Signals in Echtzeit bei Abweichungen zwischen Ist-Bewegungsmuster und Soll-Bewegungsmuster an den Trainierenden zur Korrektur seines Bewegungsablaufs ausgelegt. Der Vorteil der Datenschnittstelle liegt darin, dass sie es dem Trainierenden erlaubt, selbstständig ohne einen Trainer ein für den Trainierenden und seine Sportart passendes Soll-Bewegungsmuster zu erhalten. Der Vorteil einer erfindungsgemäßen Ausgabeeinheit liegt darin, dass der Trainierende in Echtzeit, das heißt in einer kürzeren Zeit als einem sportarttypischen Bewegungszyklus, umfassende Informationen zur Korrektur seines Bewegungsablaufs erhält.
Wenigstens ein Sensor des Systems kann ein Bewegungssensor, insbesondere ein Beschleunigungssensor und/oder Drehratensensor, beispielsweise ein Gyroskop, sein, und insbesondere kann wenigstens ein Sensor ein Hilfssensor, beispielsweise ein Empfänger zur satellitengestützten Positionsbestimmung, Magnetfeldsensor, Drucksensor, Kraftsensor, Feuchtigkeitssensor, Temperatursensor, Pulsmesser und/oder Höhenmesser sein. Die Orientierung und Position eines Körperteils kann beispielsweise durch die zeitliche Integration der Drehrate und zweifache zeitliche Integration der Beschleunigung an dem Körperteil fixierter Sensoren bestimmt werden. Die dabei notwendigen Randbedingungen können aus anatomischen oder sportartbedingten Beschränkungen des Bewegungsablaufs oder aus den Messwerten von Hilfssensoren wie beispielsweise Magnetfeldsensoren zur Orientierungsbestimmung im Erdmagnetfeld oder Drucksensoren zur Kontrolle eines Kontakts beispielsweise zwischen Läuferfuß und Boden ermittelt und regelmäßig überprüft werden. Weitere Hilfssensoren können für die Trainingsanalyse nützliche Metadaten über den Trainingsverlauf aufnehmen. So können beispielsweise mit einem Pulsmesser der Anstrengungsverlauf des Trainierenden oder mit einem Höhenmesser das Höhenprofil der Trainingsstrecke ermittelt werden.
Wenigstens ein Sensor des Systems kann einen Mikroprozessor, der zur Berechnung abgeleiteter Messwerte aus den Sensormesswerten, beispielsweise zur Datenfilterung und/oder zur Eliminierung von Artefakten aus Relativbewegungen zwischen einem Körperteil oder Sportgerät des Trainierenden und dem daran angebrachten Sensormodul, ausgelegt ist, und/oder einen Datenspeicher, beispielsweise einen nicht-flüchtigen Datenspeicher, insbesondere einen Flash-Speicher, umfassen.
Der Mikroprozessor bringt den Vorteil, dass durch die Filterung die Menge der Daten reduziert und ihre Qualität verbessert werden kann. Dadurch müssen geringere Datenmengen gespeichert und/oder übertragen werden, sodass der Datenspeicher und die kommunikative Verbindung zur Recheneinheit geringer dimensioniert werden können und somit kleiner, leichter und kostengünstiger sind. Außerdem wird für Speicherung und Übertragung weniger Energie benötigt, sodass auch die Energieversorgung kleiner, leichter und kostengünstiger wird. Der Datenspeicher erlaubt es, Messwerte oder abgeleitete Messwerte zu sammeln und paketweise an die Recheneinheit zu übermitteln. Dadurch können zum Beispiel Übertragungsfehler vermieden werden, indem bei Verbindungsproblemen mehrfach die gleichen Daten übermittelt und verglichen werden. Ein Flash-Speicher stellt eine besonders energieeffiziente und kostengünstige Ausführung eines solchen nicht flüchtigen Datenspeichers dar.
Wenigstens ein Sensor des Systems kann drahtlos kommunikativ mit der Recheneinheit verbunden sein, wobei die Verbindung beispielsweise bekannten Kommunikationsstandards, insbesondere Bluetooth, Bluetooth Low Energy und/oder WLAN, entspricht. Die Verwendung drahtloser Kommunikation vermeidet eine aufwändige und fehleranfällige Verdrahtung zwischen Sensor und Recheneinheit, die außerdem die Bewegungsfreiheit des Trainierenden einschränken könnte. Durch die Verwendung bekannter Kommunikationsstandards können kostengünstige und gut charakterisierte Standardkomponenten zur Realisierung der Verbindung eingesetzt werden.
Wenigstens ein Sensor des Systems kann eine Energieversorgung umfassen, die insbesondere ein zum bewegungsabhängigen automatischen Einschalten und/oder Ausschalten, zum Aktivieren und/oder Deaktivieren eines Energiesparmodus und/oder zur automatischen Anpassung der Abtastrate und/oder der Übertragungsrate des Sensors ausgelegtes Regelelement und/oder einen manuellen Ein-/Ausschalter umfassen kann. Diese Ausgestaltungen haben den Vorteil, dass sie die Energieeffizienz des Sensors steigern können, sodass seine Energieversorgung klein, leicht und kostengünstig dimensioniert werden kann. Bezüglich der Abtastrate ist beispielsweise eine hohe Abtastrate für einmalig ausgeführte Bewegungen notwendig, wohingegen die Abtastrate bei zyklischen Bewegungen reduziert werden kann. Außerdem kann die Energieversorgung einen Energiespeicher, beispielsweise einen Akkumulator und/oder Kondensator, umfassen.
Wenigstens ein Sensor des Systems kann in Form eines erfindungsgemäßen Sensormoduls ausgestaltet ist, wodurch die in der Beschreibung des Sensormoduls genannten Vorteile realisiert werden.
Das System kann ein zur Synchronisierung der Sensoren und der Recheneinheit auf eine Abweichung unter 10 ms ausgelegtes Synchronisierungs-Modul, insbesondere ein Funksynchronisierungs-Modul, umfassen. Die Einbindung eines solchen Synchronisierungs-Moduls bringt den Vorteil, dass die Messwerte mehrerer Sensoren ohne durch Zeitverschiebungen bedingte Artefakte zu einem einzigen Bewegungsmuster kombiniert werden können.
Die Recheneinheit und/oder die Ausgabeeinheit des Systems kann in wenigstens einem tragbaren Computergerät, beispielsweise einem Smartphone, einem Tablet, einem Activity-Tracker, einer Sportuhr und/oder einer Smartwatch, enthalten sein. Diese Ausgestaltung sorgt durch die Verwendung von Standardgeräten, insbesondere wenn der Trainierende sowieso über diese Geräte verfügt, für eine erhebliche Kostenreduktion bei der Herstellung und/oder Anschaffung des Systems. Außerdem könnten so auch die in dem Computergerät vorhandenen Sensoren, beispielsweise Empfänger zur satellitengestützten Positionsbestimmung und/oder Lagesensoren, in das System zur Trainingsüberwachung eingebunden werden.
Das System kann mit einer Web-Anwendung oder Desktop-Anwendung kommunikativ verbunden sein, beispielsweise durch die Internetanbindung eines Smartphones. In dieser Ausgestaltung kann die Systemkonfiguration, das Laden von Messdaten, Bewegungsmustern und/oder Metadaten und/oder Auswertungen auf komfortablere Weise als an einem tragbaren Gerät durchgeführt werden. Außerdem können Ergebnisse der Auswertungen und/oder Trainingsvorschläge umfassender dargestellt werden.
Mehrere Sensoren des Systems können mit einer gemeinsamen Energieversorgung, einem gemeinsamen Mikroprozessor, einem gemeinsamen Datenspeicher und/oder einer gemeinsamen Kommunikationseinheit zur Kommunikation mit der Recheneinheit und/oder einem Synchronisierungsmodul verbunden sein. Dabei kann die Kommunikationseinheit drahtlose Kommunikation, insbesondere bekannte Kommunikationsstandards, beispielsweise Bluetooth, Bluetooth Low Energy und/oder WLAN unterstützen. Dadurch, dass mehrere Sensoren eine gemeinsame Energieversorgung, einen gemeinsamen Mikroprozessor, einen gemeinsamen Datenspeicher und/oder eine gemeinsame Kommunikationseinheit nutzen, können einerseits Kosten bei der Herstellung des Systems eingespart und andererseits der Energieverbrauch im Betrieb reduziert werden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Trainingsüberwachung umfasst die folgenden Schritte:

• Erfassen von Ist-Messwerten durch eine Mehrzahl von zumindest zur Detektion einer Bewegung von Körperteilen eines Trainierenden notwendigen Bewegungssensoren und/oder Hilfssensoren, wobei je eine Anzahl von Bewegungssensoren und/oder Hilfssensoren an mindestens zwei Körperteilen oder an mindestens zwei Körperteilen und mindestens einem Sportgerät eines Trainierenden angebracht ist,
• Übermitteln der Ist-Messwerte und/oder aus den Ist-Messwerten abgeleiteter Messwerte von den Sensoren an eine tragbare Recheneinheit,
• Ermitteln eines Ist-Bewegungsmusters des Trainierenden aus den Ist-Messwerten und/oder den abgeleiteten Messwerten durch die Recheneinheit,
• Abrufen aus einer Datenbank und/oder Eingabe eines Soll-Bewegungsmusters durch die Recheneinheit,
• Vergleich von Soll-Bewegungsmuster und Ist-Bewegungsmuster durch die Recheneinheit und
• Ausgabe eines zumindest optischen und/oder akustischen Korrektursignals bei einer Abweichung zwischen Soll-Bewegungsmuster und Ist-Bewegungsmuster in Echtzeit durch die Recheneinheit über eine mit der Recheneinheit kommunikativ verbundenen tragbaren Ausgabeeinheit an den Trainierenden zur Korrektur seines Bewegungsablaufs.

Der Vorteil des Abrufens eines Soll-Bewegungsmusters aus einer Datenbank liegt darin, dass es dem Trainierenden erlaubt, selbstständig ohne einen Trainer ein für den Trainierenden und seine Sportart passendes Soll-Bewegungsmuster zu erhalten. Der Vorteil einer erfindungsgemäßen Ausgabe eines Korrektursignals liegt darin, dass der Trainierende in Echtzeit, das heißt in einer kürzeren Zeit als einem sportarttypischen Bewegungszyklus, umfassende Informationen zur Korrektur seines Bewegungsablaufs erhält.
Neben den Bewegungen von Körperteilen des Trainierenden können auch Bewegungen von Sportgeräten des Trainierenden in das Ermitteln eines Ist-Bewegungsmusters einfließen. Bei vielen Sportarten ist die korrekte Bewegung von Sportgeräten, beispielsweise eines Flugdrachens, Gleitschirms, Hochsprungstabs, Tennisschlägers oder Golfschlägers; von Ski, Skistöcken, Paddeln, Skulls oder Riemen, wesentlich für den sportlichen Erfolg. Daher ist es vorteilhaft, wenn zusammen mit der Körperbewegung des Trainierenden auch die Bewegung seiner Sportgeräte erfasst wird.
Das Verfahren kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass die minimale zur Ermittlung eines charakteristischen Ist-Bewegungsmusters notwendige Anzahl Sensoren verwendet wird. Die Auswahl und Positionierung der Sensoren kann unter Ausnutzung von Symmetrieeigenschaften des Körpers, anatomischer Randbedingungen und/oder sportartbedingter Randbedingungen des Bewegungsablaufs erfolgen. Bei einem Läufer könnte man beispielsweise Sensoren nur an jeweils einem Arm und einem Bein und am Rumpf und/oder Becken anbringen und die Bewegung des jeweils anderen Armes und Beines aus Symmetrieüberlegungen erschließen. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass durch die Verwendung einer möglichst geringen Anzahl von Sensoren die Kosten des Verfahrens und die Menge der zu übertragenden und zu verarbeitenden Messwerte minimiert werden. Weniger Messwerte bedingen wiederum einen geringeren Bedarf an Übertragungsleistung, Rechenleistung und Energie zur Umsetzung des Verfahrens.
Die Menge zu übertragender und zu verarbeitender Messwerte kann auch dadurch verringert werden, dass an unterschiedlichen Körperteilen angebrachte Sensoren mit unterschiedlichen Abtastraten messen. Indem an Orten hoher Dynamik, beispielsweise am Fuß eines Läufers, mit einer höheren Abtastrate gemessen wird als an Orten geringerer Dynamik, beispielsweise am Rumpf eines Läufers, kann mit einem möglichst geringen Datenvolumen eine möglichst umfassendes Bewegungsmuster ermittelt werden.
Mindestens ein Bewegungssensor und/oder Hilfssensor kann aus den Ist-Messwerten abgeleitete Messwerte durch Datenfilterung ermitteln, wobei insbesondere Methoden der PID-Regelung, Sensorfusion mittels Kalman-Filterung, Madgwick-Filterung, Fuzzy-Logic und/oder selbstlernender Algorithmen, beispielsweise neuronale Netzwerke, eingesetzt werden. Die Verwendung abgeleiteter Messwerte bringt den Vorteil, dass die Menge der zu übertragenen und zu behandelnden Daten reduziert wird, sodass Übertragung und weitere Behandlung energieeffizienter und/oder schneller umgesetzt werden können. Des Weiteren kann die Qualität der Messwerte verbessert werden, indem Artefakte aus Relativbewegungen zwischen einem Körperteil oder Sportgerät und dem daran angebrachten Sensor ausgefiltert werden.
Die Bewegungssensoren und/oder Hilfssensoren und die Recheneinheit können auf eine Abweichung von unter 10 ms synchronisiert werden. Die Synchronisierung bringt den Vorteil, dass die Messwerte mehrerer Sensoren ohne durch Zeitverschiebungen bedingte Artefakte zu einem einzigen Bewegungsmuster kombiniert werden können.
Für das Verfahren kann ein erfindungsgemäßes System zur Trainingsüberwachung verwendet werden, wodurch die in dessen Beschreibung genannten Vorteile möglich werden.
Die Recheneinheit kann zum Ermitteln des Ist-Bewegungsmusters neben den Ist-Messwerten und/oder abgeleiteten Messwerten der Bewegungssensoren auch Ist-Messwerte und/oder abgeleitete Messwerte von Hilfssensoren, Symmetrieeigenschaften des Körpers des Trainierenden, anatomische Randbedingungen und/oder sportartbedingte Randbedingungen des Bewegungsablaufs einbeziehen. Die anatomischen Randbedingungen können in Form eines biomechanischen Modells des Menschen hinterlegt sein.
Die Orientierung und Position eines Körperteils kann beispielsweise durch die zeitliche Integration der Drehrate und zweifache zeitliche Integration der Beschleunigung eines an dem Körperteil fixierten Sensors bestimmt werden. Die dabei notwendigen Randbedingungen können aus anatomischen oder sportartbedingten Beschränkungen des Bewegungsablaufs oder aus den Messwerten von Hilfssensoren wie beispielsweise Magnetfeldsensoren zur Orientierungsbestimmung im Erdmagnetfeld oder Drucksensoren zur Kontrolle eines Kontakts beispielsweise zwischen Läuferfuß und Boden ermittelt und regelmäßig überprüft werden. Diese Ausgestaltung erlaubt es, mit einer minimalen Anzahl an Bewegungssensoren ein charakteristisches Bewegungsmuster zu ermitteln und somit die Kosten des Verfahrens gering zu halten. Gleichzeitig können die Messwerte der Bewegungssensoren mit Hilfe der zusätzlichen Daten überprüft und korrigiert werden.
Die Ermittlung eines charakteristischen Bewegungsmusters setzt sich zusammen aus Winkelmessung und Bestimmung der Körperhaltung. Die Winkelmessung hat die Aufgabe die dreidimensionalen Winkel von Körpersegmenten kontinuierlich in Bezug zum Lot zu bestimmen. Zum anderen ist ein wichtiger Messparameter die Winkelinformationen zwischen den Köpersegmenten. Die Winkeldaten geben Aufschluss über die Körperhaltung und sind wesentlicher Bestandteil der Sport-Bewegungsanalyse.
Bei der Detektion von Bewegungsmustern werden aus spezifischen Mustern in den Sensordaten Rückschlüsse auf das Bewegungsverhalten getroffen. Wichtig ist, dass die Algorithmen so entwickelt werden, dass eine Anpassung oder Erweiterung an die speziellen Umstände der Versuchsreihe relativ einfach möglich ist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die zu erkennenden Bewegungsverhalten in einem separaten Textfile über eine Skriptsprache mit einfacher Syntax definiert werden. Dabei wird das Bewegungsverhalten durch eine Kombination von vorher ermittelten Basis-Merkmalen beschrieben. Das Ziel ist die Detektion von besonderen, insbesondere nachteiligen Krafteinwirkungen auf die Gelenke; zyklischen Bewegungsmustern; Fehlstellungen bezüglich der Gelenkwinkel, die den Bewegungsablauf ungünstig beeinflussen, und/oder Asymmetrien, welche als Hinweise auf mögliche orthopädische Probleme verstanden werden können.
Mittels Winkeldaten und Bewegungsverhalten soll eine Sportbewegungsanalyse durchgeführt werden. Der zeitliche Verlauf der erhobenen Daten dient als Grundlage für eine Beurteilung der durchgeführten Bewegungen. Die charakteristischen Bewegungsphasen können je nach Sensor-Anzahl und -Anbringung nur für einzelne Körpersegmente oder auch für den gesamten Körper erfasst werden.
Die Recheneinheit kann das Ist-Bewegungsmuster aufzeichnen und/oder zusammen mit dem Ist-Bewegungsmuster über die Hilfssensoren trainingsrelevante Metadaten, beispielsweise Puls und/oder Schweißproduktion des Trainierenden und/oder ein Höhenprofil der Trainingsstrecke, aufnehmen. Der Vorteil der Aufzeichnung liegt darin, dass der Trainingsverlauf im Nachhinein analysiert werden kann und beispielsweise mehrere Trainingseinheiten miteinander verglichen werden können. Durch zusätzliche Metadaten wird die Aussagekraft der Aufzeichnungen weiter gesteigert.
Der Trainierende oder ein Trainer kann das Soll-Bewegungsmuster durch die Ausführung von Referenzbewegungen in die Recheneinheit eingeben. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass der Trainierende mit einem Trainer eine Ziel- oder Soll-Bewegung erstellen kann, die er nach erfolgreichem Absolvieren speichert. Somit wird der Individualität der Bewegung Genüge getan. Eine gesunde und effektive Bewegung kann bei verschiedenen Menschen unterschiedlich sein. Ebenso können Sportler mit Verletzungen oder Handicaps gegebenenfalls nur an ein suboptimales Bewegungsmuster herangeführt werden, welches aber aus ihrer Sicht trotzdem das maximal gesunde und effektive Muster darstellt.
Der Trainierende kann seine Körpermerkmale, Sportart und/oder Trainingspräferenzen über ein mit der Recheneinheit kommunikativ verbundenes Eingabegerät an die Recheneinheit eingeben, damit die Recheneinheit ein zur Eingabe passendes Soll-Bewegungsmuster aus einer Datenbank, beispielsweise einer Online-Datenbank, abruft. Außerdem kann die Datenbank durch die Körpermerkmale, Sportarten und/oder Trainingspräferenzen in Verbindung mit Ist-Bewegungsmustern und/oder Metadaten von Trainierenden stetig ergänzt werden. Eine solche Datenbankanbindung ermöglicht es dem Trainierenden, selbständig das für sein Training optimale individualisierte Soll-Bewegungsmuster zu finden. Durch die Definition geeigneter Auswahltabellen, zum Beispiel Körpermaße, Alter, Geschlecht, Gewicht, Trainingsparameter wie beispielsweise Geschwindigkeit und/oder Steigung, und/oder kinematische Parameter kann die Datenbanknutzung optimiert werden. Die Grundlage der Datenbasis können beispielsweise spezielle Körpermaße aus Lehrbüchern und/oder Norm-Tabellen bilden. Die Optimierung für eine gesellschafts- und zeitnähere Datenbasis kann mit Hilfe der eingegebenen Benutzerdaten erfolgen.
Die Recheneinheit kann zu Soll-Bewegungsmustern und dazugehörigen Ist-Bewegungsmustern und insbesondere auch Metadaten in Echtzeit und/oder nach dem Training passende Trainingsvorschläge aus einer Datenbank, insbesondere einer Online-Datenbank, abrufen und dem Trainierenden über die Ausgabeeinheit anzeigen. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass der Trainierende auch ohne Trainer wichtige Hinweise erhält, wie sein weiteres Training gestaltet werden kann, damit er seinem Bewegungsoptimum schrittweise näher kommt.
Die Bewegungssensoren und/oder Hilfssensoren können statisch, beispielsweise durch Nullpunktkorrektur, Bestimmung der Start-Orientierung und/oder Abfrage der lokalen Deklination und Erdmagnetfeldstärke bei einem Deklinations-Server, kalibriert werden. Die Bewegungssensoren können dynamisch, beispielsweise durch Drehung um eine isolierte Achse und/oder Drehung in 90°-Schritten und/oder eine Würfelbewegung und/oder eine Temperatur-Verlaufs-Korrektur kalibriert werden. Die Relativposition der Bewegungssensoren kann in Form einer anatomischen Kalibration, beispielsweise durch die Ausführung einer definierten Bewegung des Trainierenden und/oder Vermessung des Körpers des Trainierenden, kalibriert werden. Zur Kalibrierung der Relativpositionen ist zum Beispiel eine Hampelmann-Bewegung zur automatischen Bestimmung der Sensor-Position innerhalb eines Körpersegmentes durch Ausnutzung des Drehimpulserhaltungssatzes und/oder Trigonometrie, die Vermessung des Körpers durch Anbringung von Sensoren an den äußersten Gelenkpunkten des Systems, die Vermessung der Sensor-Position innerhalb eines definierten Intervalls auf der Basis der Körpermaße, die Aufstellung von Drehimpuls- bzw. Trägheitstabellen unabhängig von der Masse des entsprechenden Körpersegmentes, die Vermessung des Körpers über Photogrammetrie und/oder Received Signal Strength Indicator und/oder die Bestimmung der Sensor-Position durch Rückschlüsse aus der Berechnung des Bogenmaßes bzw. zurückgelegten Weges bei der Durchführung verschiedener Pendelbewegungen beispielsweise für Arme und/oder Beine denkbar. Die Kalibration der Sensoren und/oder des Systems erhöht die Genauigkeit der Sensormesswerte und verbessert damit die Aussagekraft des daraus ermittelten Ist-Bewegungsmusters und möglicher Abweichungen vom Soll-Bewegungsmuster.
Die Recheneinheit kann Soll-Bewegungsmuster und Ist-Bewegungsmuster in Echtzeit oder nach dem Training zur graphischen Darstellung an die Anzeigeeinheit übermittelt, wobei die Darstellung beispielsweise in Form von je einem überlagerten Schema des Körpers des Trainierenden für Soll-Bewegungsmuster und Ist-Bewegungsmuster erfolgt. Dabei können Abweichungen zwischen Soll-Bewegungsmuster und Ist-Bewegungsmuster beispielsweise farblich, insbesondere in Form eines Ampelsystems, hervorgehobenen, werden. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass der Trainierende eine einfach zu erfassende Rückmeldung über sein gesamtes Ist-Bewegungsmuster und dessen Abweichungen vom Soll-Bewegungsmuster erhält.
Die Erfindung stellt unter anderem ein automatisiertes am Köper getragenes Messsystem und seine Verwendung für die Analyse der Körperbewegung beispielsweise während des Laufsports dar. Das System ist in der Lage, die Körperhaltung mobil zu erfassen und über einen längeren Zeitraum zu überprüfen. Dadurch wird eine deutliche Verbesserung der Bewegung des Trainierenden hinsichtlich der für ihn festgelegten medizinischen Randbedingungen ermöglicht.
Ein Einsteigerset mit 3 bis 5 Sensoren kann die Bewegung von einzelnen Körperpartien wie Arm, Bein, Schulter-Rücken analysieren. Der Trainierende kann sich beim Training dann auf diese Areale konzentrieren. Eine Ganzkörperanalyse ist mit einer entsprechenden Anzahl an Sensoren ebenso möglich. Die Daten können zum Beispiel mittels Smartphone oder separat erhältlichem Datenlogger aufgezeichnet werden. Darüber hinaus können in Echtzeit bereits wichtige Hinweise an den Trainierenden gegeben werden.
Neben dem bereits erwähnten Laufsport kann die Erfindung auf zusätzliche Sportarten angewandt werden. Weitere mögliche Anwendungsbereiche sind zum Beispiel im Breitensport Schwimmen, Radfahren, Gehen und Inline-Skating; in der Leichtathletik Sprint, Langlauf, Weitsprung, Hochsprung, Stab-Hochsprung, Hürdenlauf, Speerwurf, Hammerwurf, Diskuswurf und Kugelstoßen; im Wintersport Eisschnelllauf, Eiskunstlauf, Slalom, Parallelslalom, Abfahrtslauf, Skilanglauf, Skisprung und Biathlon; im Flugsport Gleitschirmfliegen und Drachenfliegen; im Ballsport Basketball, Volleyball, Handball, Tennis, Badminton, Hockey und Golf; im Kampfsport Karate, Taekwondo und Judo; im Wassersport Rudern, Kanu- und Kajakfahren; im Tiersport Dressurreiten, Springreiten, Pferderennen, Kamelrennen und Hunderennen sowie weitere olympische Sportarten wie Bodenturnen, Geräteturnen, Gewichtheben und Fechten.
Auch im therapeutischen und Rehabilitationsbereich, beispielsweise nach dem Setzen von Hüft- oder Kniegelenkprothesen, kann die Erfindung große Vorteile bringen. In diesem Bereich sind die Erfassung der Bewegung und ein zeitnahes Feedback an den Trainierenden beziehungsweise Patienten von immenser Bedeutung für den Genesungsverlauf, indem beispielsweise des Verletzungsrisikos bei empfindlichen und/oder vorgeschädigten Trainierenden ohne dauernde Betreuung durch einen Therapeuten oder Trainer gesenkt wird. Dabei kann insbesondere die symmetrische Ausführung von Bewegungen überwacht werden, um Dysbalancen vorzubeugen.
Im Rahmen der Rehabilitation beispielsweise bei halbseitigen Lähmungen, beispielsweise nach einem Schlaganfall, tritt häufig das Problem auf, dass Patienten im Alltag im Gegensatz zu Therapiesitzungen überwiegend ihre nicht gelähmte Körperseite benutzen, wodurch Verletzungen durch Überanstrengung auf der gesunden und eine weitere Schwächung auf der gelähmten Körperseite auftreten können. Dagegen kann die Erfindung genutzt werden, um die Teil-Bewegungsmuster der rechten und linken Körperhälfte kontinuierlich zu vergleichen. Indem der Patient beziehungsweise Trainierende bei Abweichungen in Echtzeit gewarnt wird, kann insbesondere auch im Alltag eine möglichst gleichmäßige Belastung beider Körperseiten erreicht werden.
Ausführungsbeispiele werden anhand der Figuren erläutert. Merkmale, die im Kontext eines Beispiels dargestellt sind, können erfindungsgemäß auch anders kombiniert werden.
Es zeigen:
1 eine schematische Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen tragbaren Sensormoduls für ein tragbares System zur Trainingsüberwachung;
2 eine schematische Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen tragbaren Systems zur Trainingsüberwachung;
3 eine weitere schematische Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen tragbaren Systems zur Trainingsüberwachung
4 eine weitere schematische Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen tragbaren Systems zur Trainingsüberwachung
5 eine schematische Ausgestaltung der kommunikativen Verbindungen der Sensoren eines erfindungsgemäßen tragbaren Systems zur Trainingsüberwachung und
6 eine schematische Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Trainingsüberwachung.
1 zeigt schematisch ein beispielhaftes erfindungsgemäßes tragbares Sensormodul 100 mit zwei Sensoren 110, von denen ein Sensor 110 einen Mikroprozessor 111 und einen Datenspeicher 112 beispielsweise in Form eines Flash-Speichers enthält. Des Weiteren enthält das Sensormodul 100 eine Kommunikationseinheit 130 zur drahtlosen Kommunikation mit einem System zur Trainingsüberwachung. An die Kommunikationseinheit ist eine Antenne 131 angeschlossen, die beispielsweise durch eine Metallfolie als Mittel zur Abschirmung 132 von den Sensoren 110 getrennt ist. Außerdem enthält das Sensormodul 100 eine Energieversorgung 120, die beispielsweise aus einer Photovoltaikzelle als System zur lokalen Energiegewinnung 121, einem Energiespeicher 124 beispielsweise in Form eines Akkumulators, einem manuellen Ein-/Ausschalter 123 und einem Regelelement 122 zum automatischen Einschalten des Sensormoduls bei Bewegung und Ausschalten in Ruhe besteht. Das Sensormodul 100 wird von einem Gehäuse 140 umschlossen, das einen Mikro-USB-Anschluss 141 und ein Befestigungssystem 142 beispielsweise in Form von zwei Druckknöpfen, die über eine passende Gegenplatte beispielsweise an einem Kleidungsstück des Trainierenden fixiert werden können, aufweist. Außerdem befindet sich am Gehäuse 140 eine ampelartige Anordnung von drei LED, die dem Trainierenden als beispielhafte Anzeigeeinheit 143 Aufschluss über den Betriebszustand des Sensormoduls 100 geben kann. Der Klarheit halber sind die Verbindungen der Komponenten des Sensormoduls untereinander zur Kommunikation und Energieversorgung nicht dargestellt.
2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes tragbares System zur Trainingsüberwachung 200. Die dargestellte, beispielhafte Ausgestaltung umfasst fünf Sensormodule 100, von denen jeweils eines an Oberschenkel und Unterschenkel eines Beines, an dem gegenüberliegenden Ober- und Unterarm sowie am Rumpf eines Trainierenden T angebracht sind. Durch diese Anordnung kann beispielsweise das charakteristische Bewegungsmuster eines Läufers unter Zuhilfenahme eines biomechanischen Modells des menschlichen Körpers vollständig erfasst werden. Die Sensormodule 100 kommunizieren beispielsweise drahtlos mit einem tragbaren Computergerät 250 beispielsweise in Form eines Smartphones, das die Recheneinheit 220 und die Ausgabeeinheit 230 vereint.
3 zeigt schematisch ein weiteres erfindungsgemäßes tragbares System zur Trainingsüberwachung 200. Im dargestellten Beispiel ist ein Sensormodul 100 an einem Sportgerät SG, beispielsweise einem Tennisschläger, fixiert. Jeweils ein weiteres Sensormodul ist an dem Ober- und Unterarm, mit dem ein Trainierender T das Sportgerät SG hält, sowie im oberen und unteren Rumpfbereich des Trainierenden T angebracht. Durch diese Verteilung der Sensormodule kann beispielsweise die Schlagbewegung eines Tennisspielers, die neben einer Armbewegung auch eine Torsion des Rumpfes umfasst, zusammen mit der Bewegung des Schlägers vollständig erfasst werden. Die Sensormodule 100 kommunizieren beispielsweise drahtlos mit einem tragbaren Computergerät 250, das die Recheneinheit 220 und die Ausgabeeinheit 230 vereint. Das Computergerät 250 kann vorteilhafterweise in Form einer Smartwatch an dem Arm, der kein Sportgerät hält, des Trainierenden T befestigt sein. Dadurch kann der Trainierende T sein Training in Echtzeit überwachen und behält gleichzeitig die zweite Hand frei, um beispielsweise einen Ball aufzunehmen.
4 zeigt schematisch ein weiteres erfindungsgemäßes tragbares System zur Trainingsüberwachung 200. Im dargestellten Beispiel ist der Trainierende T kein Mensch, sondern ein Vierbeiner, beispielsweise ein Pferd. Im Reitsport kann das Bewegungsmuster eines Pferdes überwacht werden, um zum Beispiel die korrekte Ausführung von Dressurposen oder das Lahmen eines Beines frühzeitig zu erkennen. Dazu können wie im dargestellten Beispiel jeweils ein Sensormodul 100 an Ober- und Unterschenkel der Vorderbeine; an Unterschenkel und Fuß der Hinterbeine; am Kopf, am Hals und am Rumpf angebracht werden. Das Sensormodul 100 am Rumpf kann beispielsweise am Sattel oder Sattelgurt fixiert sein, die übrigen Sensormodule 100 beispielsweise an Klettbändern. Die Sensormodule 100 kommunizieren drahtlos mit einem tragbaren Computergerät 250, das die Recheneinheit 220 und die Ausgabeeinheit 230 vereint. Das Computergerät 250 kann sich beispielsweise in Form eines Laptops am Rand des Trainingsbereichs befinden, sodass ein Trainer in Echtzeit die Bewegung des Vierbeiners überwachen kann. Besonders vorteilhaft für den Reitsport ist die Anbringung eines Sensormoduls 100 am Kopf des Pferdes, da die Ausrichtung des Kopfes des Pferdes die Blick- und Bewegungsrichtung definiert. Beim Springreiten ist die Kopfausrichtung beispielsweise wichtig, um abzuschätzen, ob das Pferd ein Hindernis richtig anvisiert und/oder ob der Reiter dem Pferd genügend Zügel, also Freiraum, dafür gibt. Beim Dressurreiten ist die Haltung und Ausrichtung des Kopfes beispielsweise entscheidend dafür, ob das Pferd am Zügel geht, also die richtige Kopfhaltung und damit einhergehende Wirbelsäulenkrümmung einnimmt, die dem Reiter eine optimale Kontrolle über das Pferd bietet und/oder den Maßgaben der Dressuraufgabe entspricht. Weicht die Ist-Blickrichtung von einer der Aufgabe des Pferdes entsprechende Soll-Blickrichtung des Pferdes ab, so ist dies insbesondere ein Indiz für einen verbesserungsfähigen Beritt oder Dressur des Pferdes. Insbesondere kann ein Sensormodul 100 in eine Trense (nicht dargestellt) des Pferdes oder in einen vorzugsweise lösbaren Aufsatz dafür angeordnet sein. Denkbar ist auch, die Blickrichtung noch präziser, weil unabhängig von der Ausrichtung des Kopfes, zu erfassen, indem die Blickrichtung der Pferdeaugen beispielsweise optisch ermittelt und dann computerstützt in Metadaten ausgewertet wird.
5 zeigt mögliche kommunikative Verbindungen der Sensoren 210 des trabgaren Systems zur Trainingsüberwachung 200. Die Sensoren 210 können direkt oder über eine gemeinsame Kommunikationseinheit 130 mit der Recheneinheit 220 und dem Synchronisierungsmodul 240 verbunden sein.
6 zeigt eine beispielhafte schematische Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Trainingsüberwachung 300, die folgende Schritte umfasst. Zunächst erfolgt das Erfassen 310 von Ist-Messwerten durch eine Mehrzahl von zumindest zur Detektion einer Bewegung von Körperteilen eines Trainierenden notwendigen Sensoren 210. Dann erfolgt die Ermittlung 311 abgeleitete Messwerte aus den Ist-Messwerten durch die Sensoren 210. Vorteilhaft daran ist, dass durch Filterung die Datenmenge reduziert und die Datenqualität verbessert wird. Als nächstes erfolgt die Übermittlung 320 der abgeleiteten Messwerte an eine tragbare Recheneinheit 220 beispielsweise durch eine drahtlose Verbindung, wodurch auf fehleranfällige und hinderliche kabelgebundene Verbindungen verzichtet wird. Dann erfolgt die Ermittlung 330 eines Ist-Bewegungsmusters des Trainierenden aus den abgeleiteten Messwerten sowie biomechanischen und sportartbedingten Randbedingungen durch die Recheneinheit 220. Die Einbeziehung der Randbedingungen erlaubt es, die Anzahl der für ein charakteristisches Bewegungsmuster notwendigen Messwerte zu reduzieren. Außerdem erfolgt das Abrufen 340 eines Soll-Bewegungsmusters aus einer Datenbank durch die Datenschnittstelle 221 der Recheneinheit 220. Auf diese Weise kann der Trainierende selbstständig ohne Trainer ein zum Trainierenden und seiner Sportart passendes Soll-Bewegungsmuster erhalten. Als nächstes wird von der Recheneinheit 220 der Vergleich 350 von Soll-Bewegungsmuster und Ist-Bewegungsmuster durchgeführt.
Schließlich erfolgt durch die Recheneinheit 220 bei einer Abweichung zwischen Soll-Bewegungsmuster und Ist-Bewegungsmuster die Ausgabe 360 eines beispielsweise optischen Korrektursignals in Echtzeit über eine Ausgabeeinheit 230. Dadurch kann der Trainierende seinen Bewegungsablauf während des Trainings sofort korrigieren und möglichen Fehlbelastungen vorbeugen.
Bezugszeichenliste

100: tragbares Sensormodul
110: Sensor
111: Mikroprozessor
112: Datenspeicher
120: Energieversorgung
121: System zur lokalen Energiegewinnung
122: Regelelement der Energieversorgung
123: manueller Ein-/Ausschalter
124: Energiespeicher
130: Kommunikationseinheit
131: Antenne
132: Mittel zur Abschirmung
140: Gehäuse
141: Kommunikations- und/oder Energieversorgungsanschluss
142: Befestigungssystem
143: Anzeigeeinheit
200: tragbares System zur Trainingsüberwachung
210: Sensor
211: Mikroprozessor
212: Datenspeicher
220: Recheneinheit
221: Datenschnittstelle
222: Datenbank
230: Ausgabeeinheit
240: Synchronisierungsmodul
250: tragbares Computergerät
300: Verfahren zur Trainingsüberwachung
310: Erfassen von Ist-Messwerten
311: Ermitteln abgeleiteter Messwerte
320: Übermitteln von Messwerten an eine Recheneinheit
330: Ermitteln eines Ist-Bewegungsmusters aus den Messwerten
340: Abrufen eines Soll-Bewegungsmusters
350: Vergleich von Soll-Bewegungsmuster und Ist-Bewegungsmuster
360: Ausgabe eines Korrektursignals
SG: Sportgerät
T: Trainierender

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2010/0173276 A1 [0007, 0007, 0007]
US 8165844 B2 [0008, 0008, 0009]
EP 1970005 B1 [0009, 0009]
US 2013/0002682 A1 [0010, 0010]
EP 0793445 B1 [0011]

Claims

Tragbares Sensormodul (100) für ein tragbares System zur Trainingsüberwachung aus • einer Anzahl von zumindest zur Detektion einer Bewegung von Körperteilen eines Trainierenden (T) notwendigen Sensoren (110), • einer Energieversorgung (120), • wenigstens einer Kommunikationseinheit (130) zur Kommunikation mit dem System zur Trainingsüberwachung und • einem Gehäuse (140) zur Aufnahme der Sensoren (110), der Energieversorgung (120) und der wenigstens einen Kommunikationseinheit (130), wobei das Sensormodul (100) an einem Körperteil des Trainierenden (T) anbringbar ist und so klein und leicht ist, dass es den Trainierenden (T) in seiner Bewegung nicht behindert, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung (120) ein System zur lokalen Energiegewinnung (121) umfasst.
Sensormodul (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor (110) • einen Mikroprozessor (111), der zur Berechnung abgeleiteter Messwerte aus den Sensormesswerten, bevorzugt zur Datenfilterung und/oder zur Eliminierung von Artefakten aus Relativbewegungen zwischen einem Körperteil oder Sportgerät (SG) des Trainierenden (T) und dem daran angebrachten Sensormodul (100), ausgelegt ist, und/oder • einen Datenspeicher (112), bevorzugt einen nicht-flüchtigen Datenspeicher, besonders bevorzugt einen Flash-Speicher, umfasst.
Sensormodul (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass • wenigstens ein Sensor (110) ein Bewegungssensor, bevorzugt ein Beschleunigungssensor und/oder Drehratensensor ist, und • bevorzugt wenigstens ein Sensor (110) ein Hilfssensor, besonders bevorzugt ein Empfänger zur satellitengestützten Positionsbestimmung, Magnetfeldsensor, Drucksensor, Kraftsensor, Feuchtigkeitssensor, Temperatursensor, Pulsmesser und/oder Höhenmesser ist.
Sensormodul (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System zur lokalen Energiegewinnung (121) zur Umwandlung mechanischer Energie, thermischer Energie, der Wirkung magnetischer Induktion und/oder elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie ausgelegt ist.
Sensormodul (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung (120) • ein zum bewegungsabhängigen automatischen Einschalten und/oder Ausschalten, zum Aktivieren und/oder Deaktivieren eines Energiesparmodus und/oder zur automatischen Anpassung der Abtastrate und/oder der Übertragungsrate des Sensormoduls (100) ausgelegtes Regelelement (122), • einen Energiespeicher (124), bevorzugt einen Akkumulator und/oder Kondensator, und/oder • einen manuellen Ein-/Ausschalter (123) umfasst.
Sensormodul (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit (130) drahtlose Kommunikation, bevorzugt bekannte Kommunikationsstandards, besonders bevorzugt Bluetooth und/oder WLAN, meist bevorzugt Bluetooth Low Energy, unterstützt und eine Antenne (131) umfasst, wobei die Kommunikationseinheit bevorzugt ein Mittel zur Abschirmung (132) von Antenne und Sensoren gegeneinander umfasst.
Sensormodul (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (140) • spritzwassergeschützt, bevorzugt wasserdicht, besonders bevorzugt waschbar, meist bevorzugt maschinenwaschbar ist, • wenigstens einen zur Datenkommunikation und/oder zur Speisung der Energieversorgung ausgelegten Anschluss (141), bevorzugt einen USB-Anschluss, besonders bevorzugt einen Mikro-USB-Anschluss aufweist, • ein Befestigungssystem (142) zur Anbringung des Sensormoduls (100) an einem Körperteil und/oder Sportgerät (SG) des Trainierenden umfasst, wobei das Befestigungssystem bevorzugt in Form zumindest einer Saugverbindung, Klebeverbindung, eines Gummibandes, Klettbandes, Neoprenbandes, Ösensystems und/oder Druckknopfsystems ausgeführt ist, • wenigstens eine Anzeigeeinrichtung (143), bevorzugt eine LED-Anzeige, aufweist, die zur Anzeige des Betriebszustands des Sensormoduls (100) ausgelegt ist, • als Formgussteil ausgeführt ist und/oder • zumindest abschnittsweise flexibel ist.
Sensormodul (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul (100) vollintegriert aufgebaut ist.
Sensormodul (100) gemäß einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul (100) so aufgebaut ist, das einzelne Komponenten modular, bevorzugt lösbar, miteinander verbindbar sind.
Tragbares System zur Trainingsüberwachung (200) • mit einer Mehrzahl von zumindest zur Detektion einer Bewegung von Körperteilen eines Trainierenden (T) notwendigen Sensoren (210), wobei je eine Anzahl von Sensoren an mindestens zwei Körperteilen oder an mindestens zwei Körperteilen und mindestens einem Sportgerät (SG) eines Trainierenden (T) anbringbar ist, • mit einer mit den Sensoren kommunikativ verbundenen Recheneinheit (220), wobei die Recheneinheit dazu ausgelegt ist, die Ist-Messwerte der Sensoren zu einem Ist-Bewegungsmuster zu korrelieren und das Ist-Bewegungsmuster des Trainierenden (T) mit einem Soll-Bewegungsmuster zu vergleichen, • und mit einer mit der Recheneinheit (220) kommunikativ verbundenen Ausgabeeinheit (230), dadurch gekennzeichnet, • dass die Recheneinheit (220) über zumindest eine Datenschnittstelle (221) verfügt, die dazu ausgelegt ist, zumindest Körpermerkmale und Sportart des Trainierenden (T) einzulesen und dazu passende Soll-Bewegungsmuster aus einer Datenbank (222) in den Speicher der Recheneinheit abzurufen und • dass die Ausgabeeinheit (230) zur Ausgabe eines zumindest optischen und/oder akustischen Signals in Echtzeit bei Abweichungen zwischen Ist-Bewegungsmuster und Soll-Bewegungsmuster an den Trainierenden (T) zur Korrektur seines Bewegungsablaufs ausgelegt ist.
System (200) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass • wenigstens ein Sensor (210) ein Bewegungssensor, bevorzugt ein Beschleunigungssensor und/oder Drehratensensor, besonders bevorzugt ein Gyroskop ist, und • bevorzugt wenigstens ein Sensor (210) ein Hilfssensor, besonders bevorzugt ein Empfänger zur satellitengestützten Positionsbestimmung, Magnetfeldsensor, Drucksensor, Kraftsensor, Feuchtigkeitssensor, Temperatursensor, Pulsmesser und/oder Höhenmesser ist.
System (200) gemäß einem der Ansprüche 10–11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor (210) • einen Mikroprozessor (111), der zur Berechnung abgeleiteter Messwerte aus den Sensormesswerten, bevorzugt zur Datenfilterung und/oder zur Eliminierung von Artefakten aus Relativbewegungen zwischen einem Körperteil oder Sportgerät (SG) des Trainierenden (T) und dem daran angebrachten Sensor, ausgelegt ist • einen Datenspeicher (112), bevorzugt einen nicht-flüchtigen Datenspeicher, besonders bevorzugt einen Flash-Speicher, umfasst, • drahtlos kommunikativ mit der Recheneinheit (220) verbunden ist, wobei die Verbindung bevorzugt bekannten Kommunikationsstandards, besonders bevorzugt Bluetooth und/oder WLAN, meist bevorzugt Bluetooth Low Energy, entspricht, • eine Energieversorgung (120) umfasst, die bevorzugt ein zum bewegungsabhängigen automatischen Einschalten und/oder Ausschalten, zum Aktivieren und/oder Deaktivieren eines Energiesparmodus und/oder zur automatischen Anpassung der Abtastrate und/oder der Übertragungsrate des Sensors ausgelegtes Regelelement (122), einen Energiespeicher (124) und/oder einen manuellen Ein-/Ausschalter (123) umfasst und/oder • in Form eines Sensormoduls (100) gemäß einem der Ansprüche 1–9 ausgestaltet ist.
System (200) gemäß einem der Ansprüche 10–12, dadurch gekennzeichnet, dass das System (200) ein zur Synchronisierung der Sensoren und der Recheneinheit auf eine Abweichung unter 10 ms ausgelegtes Synchronisierungs-Modul (240), bevorzugt ein Funksynchronisierungs-Modul, umfasst.
System (200) gemäß einem der Ansprüche 10–13, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (220) und/oder die Ausgabeeinheit (230) in wenigstens einem tragbaren Computergerät (250), bevorzugt einem Smartphone, einem Tablet, einem Activity-Tracker, einer Sportuhr und/oder einer Smartwatch, enthalten ist.
System (200) gemäß einem der Ansprüche 10–14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sensoren (210) mit einer gemeinsamen Energieversorgung (120), einem gemeinsamen Mikroprozessor (111), einem gemeinsamen Datenspeicher (112) und/oder einer gemeinsamen Kommunikationseinheit (130) zur Kommunikation mit der Recheneinheit (220) und/oder dem Synchronisierungsmodul (240) verbunden sind, wobei die Kommunikationseinheit (130) bevorzugt drahtlose Kommunikation, besonders bevorzugt bekannte Kommunikationsstandards, mehr bevorzugt Bluetooth und/oder WLAN, meist bevorzugt Bluetooth Low Energy unterstützt.
Verfahren zur Trainingsüberwachung (300), das die folgenden Schritte umfasst: • Erfassen (310) von Ist-Messwerten durch eine Mehrzahl von zumindest zur Detektion einer Bewegung von Körperteilen eines Trainierenden (T) notwendigen Bewegungssensoren und/oder Hilfssensoren, wobei je eine Anzahl von Bewegungssensoren und/oder Hilfssensoren an mindestens zwei Körperteilen oder an mindestens zwei Körperteilen und mindestens einem Sportgerät (SG) eines Trainierenden (T) angebracht ist, • Übermitteln (320) der Ist-Messwerte und/oder aus den Ist-Messwerten abgeleiteter Messwerte von den Sensoren an eine tragbare Recheneinheit (220), • Ermitteln (330) eines Ist-Bewegungsmusters des Trainierenden (T) aus den Ist-Messwerten und/oder den abgeleiteten Messwerten durch die Recheneinheit (220), • Abrufen (340) aus einer Datenbank und/oder Eingabe eines Soll-Bewegungsmusters durch die Recheneinheit (220), • Vergleich (350) von Soll-Bewegungsmuster und Ist-Bewegungsmuster durch die Recheneinheit (220) und • Ausgabe (360) eines zumindest optischen und/oder akustischen Korrektursignals bei einer Abweichung zwischen Soll-Bewegungsmuster und Ist-Bewegungsmuster in Echtzeit durch die Recheneinheit (220) über eine mit der Recheneinheit kommunikativ verbundene tragbare Ausgabeeinheit (230) an den Trainierenden (T) zur Korrektur seines Bewegungsablaufs.
Verfahren (300) gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale zur Ermittlung (330) eines charakteristischen Ist-Bewegungsmusters, bevorzugt unter Ausnutzung von Symmetrieeigenschaften des Körpers, anatomischer Randbedingungen und/oder sportartbedingter Randbedingungen des Bewegungsablaufs, notwendige Anzahl Bewegungssensoren und/oder Hilfssensoren verwendet wird.
Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 16–17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bewegungssensor und/oder Hilfssensor zur Reduktion der Datenmenge und/oder zur Eliminierung von Artefakten aus Relativbewegungen zwischen einem Körperteil oder Sportgerät des Trainierenden (T) und dem daran angebrachten Bewegungssensor die Ermittlung (311) abgeleiteter Messwerte aus den Ist-Messwerten ausführt, wobei bevorzugt Methoden der PID-Regelung, Kalman-Filterung, Madgwick-Filterung, Fuzzy-Logic und/oder selbstlernender Algorithmen eingesetzt werden.
Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 16–18, dadurch gekennzeichnet, dass • die Bewegungssensoren und/oder Hilfssensoren und die Recheneinheit (220) auf eine Abweichung von unter 10 ms synchronisiert werden und/oder • ein System (200) zur Trainingsüberwachung gemäß einem der Ansprüche 10–15 verwendet wird.
Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 16–19, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (220) • zum Ermitteln (330) des Ist-Bewegungsmusters neben den Ist-Messwerten und/oder abgeleiteten Messwerten der Bewegungssensoren auch Ist-Messwerte und/oder abgeleitete Messwerte von Hilfssensoren, Symmetrieeigenschaften des Körpers des Trainierenden (T), anatomische Randbedingungen und/oder sportartbedingte Randbedingungen des Bewegungsablaufs einbezieht, • das Ist-Bewegungsmuster aufzeichnet und/oder • zusammen mit dem Ist-Bewegungsmuster über die Hilfssensoren trainingsrelevante Metadaten, bevorzugt den Puls und/oder Schweißfluss des Trainierenden (T) und/oder das Höhenprofil der Trainingsstrecke, aufzeichnet.
Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 16–20, dadurch gekennzeichnet, dass • der Trainierende (T) und/oder ein Trainer das Soll-Bewegungsmuster durch die Ausführung von Referenzbewegungen in die Recheneinheit (220) eingibt, • der Trainierende (T) seine Körpermerkmale, Sportart und/oder Tainingspräferenzen über ein mit der Recheneinheit kommunikativ verbundenes Eingabegerät an die Recheneinheit (220) eingibt, und die Recheneinheit (220) ein zur Eingabe passendes Soll-Bewegungsmuster aus einer Datenbank, bevorzugt einer Online-Datenbank, abruft, • die Datenbank durch die Körpermerkmale, Sportarten und/oder Trainingspräferenzen in Verbindung mit Ist-Bewegungsmustern und/oder Metadaten von Trainierenden (T) stetig ergänzt wird und/oder • die Recheneinheit (220) in Echtzeit und/oder nach dem Training zu Soll-Bewegungsmustern und dazugehörigen Ist-Bewegungsmustern und bevorzugt auch Metadaten passende Trainingsvorschläge aus einer Datenbank, bevorzugt einer Online-Datenbank, abruft und dem Trainierenden (T) über die Ausgabeeinheit (230) anzeigt.
Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 16–21, dadurch gekennzeichnet, dass • die Bewegungssensoren und/oder Hilfssensoren statisch, bevorzugt durch Nullpunktkorrektur, Bestimmung der Start-Orientierung und/oder Abfrage der lokalen Deklination und Erdmagnetfeldstärke bei einem Deklinations-Server, kalibriert werden, • die Bewegungssensoren dynamisch, bevorzugt durch Drehung um eine isolierte Achse und/oder Drehung in 90°-Schritten und/oder eine Würfelbewegung und/oder eine Temperatur-Verlaufs-Korrektur kalibriert werden und/oder • die Relativposition der Bewegungssensoren, bevorzugt durch die Ausführung einer definierten Bewegung des Trainierenden (T) und/oder Vermessung des Körpers des Trainierenden, kalibriert wird.
Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 16–22, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (220) Soll-Bewegungsmuster und Ist-Bewegungsmuster in Echtzeit und/oder nach dem Training zur graphischen Darstellung an die Anzeigeeinheit (230) übermittelt, wobei die Darstellung bevorzugt in Form von je einem überlagerten Schema des Körpers des Trainierenden (T) für Soll-Bewegungsmuster und Ist-Bewegungsmuster erfolgt, wobei besonders bevorzugt Abweichungen zwischen Soll-Bewegungsmuster und Ist-Bewegungsmuster hervorgehoben, meist bevorzugt farblich hervorgehobenen, werden.