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DE202006019191U1 - System zur Kraft- und Bewegungsmessung eines Fahrradpedals - Google Patents

System zur Kraft- und Bewegungsmessung eines Fahrradpedals Download PDF

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DE202006019191U1
DE202006019191U1 DE202006019191U DE202006019191U DE202006019191U1 DE 202006019191 U1 DE202006019191 U1 DE 202006019191U1 DE 202006019191 U DE202006019191 U DE 202006019191U DE 202006019191 U DE202006019191 U DE 202006019191U DE 202006019191 U1 DE202006019191 U1 DE 202006019191U1
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/22—Ergometry; Measuring muscular strength or the force of a muscular blow
    • A61B5/221—Ergometry, e.g. by using bicycle type apparatus
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Abstract

System zur Kraftmessung in mehrere verschiedene Richtungen (je nach baulicher Gegebenheit des Pedals in X, Y und Z Richtung) und Bewegungsanalyse (Kräfteparallelogram) eines Fahrradpedals, wobei eine Gruppe von Sensoren im Pedal selbst, ihre Informationen anhand einer zentralen Stelle mit Sender an eine Gegenstelle übermitteln, welche besagte Informationen sammelt und interpretiert.

Description

  • Diese Erfindung beschreibt ein elektronisches System zur Bewegungsanalyse und Kraftmessung an einem Fahrradpedal.
  • Hilfsmittel zur Geschwindigkeitsmessung an Fahrrädern gehören seit langem zum Stand der Technik, Messmittel zur Erfassung der aufgewendeten Kraft existieren ebenfalls schon.
  • Für medizinische oder sportphysiologische Anwendungen wäre es indess wünschenswert, möglichst präziese Messkurven über die aufgewändeten Kräfte an einem Fahrradpedal zu haben. Entsprechend kostengünstige Herstellung vorausgesetzt sind derartige Messmittel sicher auch für den Massenmarkt interessant, da sich aus der Bewegungskurve die tatsächlich aufgewendete Energie (lies Kalorienverbrauch) und damit der Kraftaufwand des Anwenders viel besser errechnen lassen, denn aus einem an zentraler Stelle (Beispielsweise Rad- oder Pedalnabe, DE 102005010373 A1 ), angebrachten Sensor.
  • Das im folgenden beschriebene System besteht aus einer Reihe von in mindestens ein Pedal (1) des Fahrrads eingebauter Sensoren (4), deren Messdaten von einer zentralen, ebenfalls im Pedal integrierten, Steuerung (2) zusammengefasst und per Drahtlosschnittstelle (3) an eine Gegenstelle (5) zum Sammeln und auswerten der eingehenden Messdaten weitergeleitet werden.
  • Dabei werden am Pedal wirkende Kräfte anhand dort angebrachter Kraftsensoren (1) gemessen, welche die jeweilige Kraft als elektrisches Signal an die zentrale Stelle (2) im Pedal weitergelietet werden. Diese zentrale Stelle (2) überführt die eingehenden Messignale in Digitale Daten, welche über die Drahtlosschnittstelle (3) weitergeleitet werden. Aufgrund dessen existiert hier keine Kabelverbindung über bewegliche Teile hinfort.
  • Eine Ausprägung des hier vorgestellten Systems zeichent sich darüber hinaus durch ein besonders hohes Maß an Umweltverträglichkeit aus, da sie die benötigte Energie aus der Bewegungsenergie des Pedals gewinnt und es damit keiner zusätzlichen Battarie bedarf. Ein derartiges System kann wie in 2 dargestellt ausgeführt sein. Bei dieser größten Ausbaustufe ist im Inneren des Pedals (10) an der Trittachse (11) ein Dynamo (12) angebracht, der bei Bewegungsänderung des Pedals Energie erzeugt, die in einer Kapazität (13) gespeichert wird und die Elektronikkomponenten mit Spannung versorgt (aus Gründen der besseren Übersicht in 2 nicht dargestellt). Die Kraftsensoren (14) liefern nicht nur Information über die aufgewendete Kraft, sondern auch deren Verteilung auf vordere und hintere Pedalhälfte. Je nach Bauart des Pedals kann noch ein weiterer Kraftsensor (14) hinzukommen, der Information über wirkende Zugkräfte – zum Beispiel bei Pedalsystemen mit Bindung – liefert (in 2. nicht dargestellt). Zusätzlich liefern ein Beschleunigungs- (15) und Umdrehungs- bzw. Neigungssensor (16) Information über Bewegungsablauf und Richtung. Alle Sensoren (14, 15, 16) stellen ihre Informationen der zentralen Steuereinheit (17) bereit, welche ihrersits die eingehenden Messignale in entsprechend aufbereiteter (Vorverarbeitung) Form mittels einer Drahtlosschnittstelle (18) überträgt. Nicht nur ergibt sich aus der Kombination genannter Sensoren ein sehr viel genaueres Bewegungsbild, als mit bekannten Messmethoden, sondern die Kombination Neigungs- bzw. Umdrehungs- und Beschleunigungssensor ermöglicht darüber hinaus ein vollautomatisches Eichen der Messanlage.
  • Im Gegensatz zu anderen vergleichbaren Systemen (z.B: DE 102005010373 A1 ) lässt sich jedes handelsübliche Fahrrad ohne größeren technischen Eingriff mit dem hier beschriebenen System nachrüsten.
  • Anwendungsbeispiele
  • Um ein Rannfahrrad optimal auf seinen Fahrer einzustellen, wird es mit dem beschriebenen System ausgestattet, welches seine Daten an den Mess PC des Rennstalls übermittelt. Der PC zeigt Bewegungsrichtung und Kraftübertragung in jeder Phase der Pedaldrehung an. Anhand dieser Informationen kann das Fahrrad so eingestellt werden, daß der Sportler stets eine optimale Kraftübertragung erziehlt.
  • Global eingesetzt könnte das System im verlaufe eines Radrennens oder einer Radrenntour stochastische Daten über die einzelnen Fahrer liefern. Anhand dieser Daten wäre es sozusagen in Echtzeit möglich Rückschlüsse auf die eigesetzte Kraft einzelner Athleten zu schließen. Liegt besagte Kraft ungewöhnlich hoch im Vergleich zu Trainingsergebnissen, so kann eine unangemledte Dopingkontrolle durchgeführt werden, da ja ein Anfangsverdacht gegeben ist (Vgl.: Floyd Landis, Tour de France, 2006).
  • Ist das System hinreichend preiswert herstellbar, so kann es auch im Breitensport eingesetzt werden um ein Fahrrad möglichst ergonomisch auf seinen Faherer anzupassen.
  • Selbstverständlich sind auch weit trivialere Szenarien denkbar, beispielsweise als Hilfsmittel zur Überwachung eines medizinischen Diätprogrammes mit begleitender Bewegungstherapie.
    • 1
    Fahrradpedal
    2
    Zentrale Steuerung
    3
    Drahtlosschnittstelle (Antenne)
    4
    Kraftsensor
    5
    Gegenstells
    10
    Fahradpedal
    11
    Hauptachse
    12
    Dynamo
    13
    Kapazität
    14
    Kraftsensor
    15
    Beschleunigungssensor
    16
    Neigungssensor/Umdrehungssensor
    17
    Zentrale Steuerung
    18
    Drahtlosschnittstelle (Antenne)

Claims (22)

  1. System zur Kraftmessung in mehrere verschiedene Richtungen (je nach baulicher Gegebenheit des Pedals in X, Y und Z Richtung) und Bewegungsanalyse (Kräfteparallelogram) eines Fahrradpedals, wobei eine Gruppe von Sensoren im Pedal selbst, ihre Informationen anhand einer zentralen Stelle mit Sender an eine Gegenstelle übermitteln, welche besagte Informationen sammelt und interpretiert.
  2. System nach Anspruch 1, wobei mechanische Kraftsensoren zum Einsatz kommen.
  3. System nach Anspruch 1, wobei optische Kraftsensoren verwendet werden.
  4. System nach Anspruch 1, welches piezo elektrische Kraftsensoren verwendet.
  5. System nach Anspruch 1, dessen zentrale Komponente über eine Bluetooth-Drahtlosschnittstelle mit der Gegenstelle Verbindung hält.
  6. System nach Anspruch 1, dessen zentrale Komponente über eine WiFi-Drahtlosschnittstelle mit der Gegenstelle Verbindung hält.
  7. System nach Anspruch 1, dessen zentrale Komponente über eine ZigBee-Drahtlosschnittstelle mit der Gegenstelle Verbindung hält.
  8. System nach Anspruch 1, dessen zentrale Komponente mittells GSM Verbindung zur Gegenstelle hält.
  9. System nach Anspruch 1, dessen zentrale Komponente über eine beliebige andere Datenfunkschnittstelle Verbindung mit der Gegenstelle hält.
  10. System nach Anspruch 1, welches aus einer Batterie oder Akkumulator mit Spannung versorgt wird.
  11. System nach Anspruch 1, welches aus einer Kapazität mit Spannung versorgt wird.
  12. System nach Anspruch 1, welches seine Spannung aus einem ins Pedal integrierten und von der Bewegungsenergie des Nutzers angetriebenen, Dynamo bezieht.
  13. System nach Anspruch 1, dessen Gegenstelle als Fahrradcomputer ausgeführt ist.
  14. System nach Anspruch 1, dessen Gegenstelle als PDA ausgeführt ist.
  15. System nach Anspruch 1, dessen Gegenstelle als PC ausgeführt ist.
  16. System nach Anspruch 1, dessen Gegenstelle selbst als Sensor (z.B.: Aktivitätssensor) ausgeführt ist.
  17. System nach Anspruch 1, dessen Gegenstelle als beliebiges Computersystem ausgeführt ist.
  18. System nach Anspruch 1, wobei das Pedal zusätzlich mit einem Beschleunigungssensor ausgerüstet ist, um genauere Informationen über den Bewegungsablauf zu erhalten.
  19. System nach Anspruch 1 bzw. 18, wobei das Pedal zusätzlich mit einem Umdrehungssensor ausgerstattet ist, um ein genaueres Bewegungsbild zu erhalten.
  20. System nach Anspruch 1 bzw. 18, wobei das Pedal zusätzlich mit einem Neigungssensor, der Pedalstellung in Relation zur Pedalachse aufzeichnet, ausgestattet ist, um ein genaueres Bewegungsbild zu erhalten.
  21. System nach Anspruch 1 und 18 bis 20, wobei mindestens zwei Sensoren über ein Busnetzwerk an die zentrale Steuereiheit angeschlossen sind.
  22. System nach Anspruch 1 und 18 bis 20, wobei die zentrale Komponente im Pedal einen Teil der Messdaten vorverarbeitet oder sogar in komplett aufbereiteter Form an die Gegenstelle schickt.
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