DE10114731C2

DE10114731C2 - Device for determining the acceleration and / or speed of a spear during launch

Info

Publication number: DE10114731C2
Application number: DE2001114731
Authority: DE
Inventors: Ulrich Schmucker; Ralf Warnemuende
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2001-03-20
Filing date: 2001-03-20
Publication date: 2003-02-20
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: DE10114731A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bestim mung der Beschleunigung und/oder Geschwindigkeit ei nes Speers während der Anlauf- und Abwurfphase.The invention relates to a device for determination acceleration and / or speed spear during the start-up and launch phase.

Für die Erzielung einer maximalen Wurfbreite beim Speerwerfen sind die Parameter Abwurfgeschwindigkeit sowie Abwurf- und Anstellwinkel von entscheidender Bedeutung. Maßgeblichen Einfluß auf die Abwurfge schwindigkeit haben Kraft, Schnellkraft, Anlaufge schwindigkeit und Wurftechnik des Probanden. Die Wurftechnik bestimmt, in welchem Maße die biomechani sche Aktion des Probanden in eine hohe Wurfweite um gesetzt werden kann. Eine Koordination der Bein-, Körper- und Wurfarmbewegung spielen dabei eine ent scheidende Rolle. To achieve a maximum throw width at Javelin throws are the parameters of the throwing speed as well as the throw and angle of attack are more decisive Importance. Significant influence on the discharge dizziness have strength, speed, start-up The subject's speed and throwing technique. The Throwing technique determines to what extent the biomechani action of the test person into a long throw range can be set. A coordination of the leg, Body and limb movement play an ent outgoing role.

Zur objektiven Bewertung eines Wurfes stehen dem Trainer und Athleten in der Regel nur bildgebende Systeme, insbesondere Hochgeschwindigkeits-Video systeme zur Verfügung. Mit deren Hilfe kann das Bewe gungsverhalten analysiert und Parameter wie Beschleu nigung, Geschwindigkeit und Winkel durch klassische Auswertung von Bildsequenzen bestimmt werden. Derar tige Systeme erfordern einen hohen gerätetechnischen Aufwand sowie eine manuelle bzw. teilautomatisierte Auswertung der Videodaten. Die Auswertung erfolgt in der Regel nicht unmittelbar nach dem Versuch, daher ist eine direkte Rückkopplung auf den weiteren Trai ningsverlauf nicht gegeben.For the objective evaluation of a litter Trainers and athletes usually only imaging Systems, especially high speed video systems available. With their help, the Bewe Analysis behavior and parameters such as acceleration inclination, speed and angle through classic Evaluation of image sequences can be determined. Derar systems require a high level of technical equipment Effort as well as a manual or partially automated Evaluation of the video data. The evaluation takes place in usually not immediately after the attempt, therefore is a direct feedback on the further trai nings course not given.

Aus der DE 32 05 329 A1 ist ein Speerwurftrainingsgerät zur Wurfimitation in der Halle mit photoelektrischer Meß- und Anzeigevorrichtung zur Beurteilung der Qua lität eines Wurfversuchs offenbart. Dieses Gerät ver wendet eine Speerimitation sowie einen stationären Aufbau der Meßtechnik in der Halle. Die Speerimitati on besteht aus einem massebeschwerten Segment eines Wettkampfspeeres. Zur Beurteilung der Wurfqualität wird die Abwurfgeschwindigkeit durch Lichtschranken bestimmt. Mittels der Gleichung einer Wurfparabel wird eine theoretische Wurfweite berechnet. Dieses bekannte Trainingsgerät bildet nur auf sehr niedrigem Niveau die realen Bedingungen beim Speerwerfen nach. Durch die Verwendung einer Speerimitation, dem fe dernden Anlauf, die nur theoretische Berechnung der Wurfweite ohne die Berücksichtigung der relativ kom plexen Flugphase usw. sind die Bedingungen wenig rea litätsnah.DE 32 05 329 A1 describes a javelin throwing device for imitation of litter in the hall with photoelectric Measuring and display device for assessing the Qua of a throwing attempt. This device ver uses a spear imitation as well as a stationary one Setup of the measuring technology in the hall. The imitation spear on consists of a weighted segment of a Competition Peeres. To assess the throwing quality is the discharge speed through light barriers certainly. Using the equation of a throwing parabola a theoretical throw range is calculated. This known training device forms only on very low Level up the real conditions of javelin throwing. By using an imitation spear, the fe changing start, the only theoretical calculation of the Throwing range without considering the relatively com plex flight phase, etc. the conditions are not very real litätsnah.

Aus der DE 44 28 663 A1 ist eine Vorrichtung zum Mes sen der Geschwindigkeit eines Benutzers oder eines Objektes bekannt, die einen Dopplerradar-Sensor aufweist, der an dem Benutzer oder dem Objekt angebracht ist. Der Sensor umfaßt einen Mikrowellenstreifenlei tersensor dessen Ausgangssignale einer einen Sender aufweisenden Auswerteeinrichtung zugeführt wird. Der Sender sendet die ausgewerteten Daten an eine Verar beitungs- und Anzeigeeinheit. Die Auswerteeinrichtung umfaßt unter anderem einen Mikroprozessor und RAM- und ROM-Speicher. Der Streifenleitersensor und die Auswerteeinrichtung sind mit einem Beschleunigungs sensor kombiniert, wobei bei konstanter Geschwindig keit der Streifenleiter abgeschaltet wird.DE 44 28 663 A1 describes a device for measuring speed of a user or one Object known, which has a Doppler radar sensor, attached to the user or object is. The sensor includes a microwave strip line tersensor whose output signals a transmitter having evaluation device is supplied. The Sender sends the evaluated data to a processor processing and display unit. The evaluation device includes a microprocessor and RAM and ROM memory. The stripline sensor and the Evaluation device are with an acceleration sensor combined, with constant speed the stripline is switched off.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Bestimmung von Beschleunigung und/oder Geschwindigkeit eines Speers vom Anlauf bis zum Abwurf zu schaffen, mit der realitätsnah die An lauf- und Abwurfphase des Speers durch den Werfer er faßt wird und mittels der eine direkte Rückkopplung auf den Trainingsverlauf ermöglicht wird.The invention is therefore based on the object Device for determining acceleration and / or speed of a spear from start to to throw off, with the realistic barrel and throw phase of the spear by the thrower is grasped and by means of a direct feedback on the training course is made possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.This object is achieved by the features of the main claim solved.

Entsprechend der Erfindung wird mit Hilfe einer in dem Speer integrierten Meßvorrichtung, die Beschleu nigungsaufnehmer, und mindestens einen Speicher um faßt, für jeweils einen Wurf der zeitliche Verlauf der Beschleunigung in Speerlängsrichtung gemessen und gespeichert. Das System wird nur zum Auslesen der Meßwerte sowie zum Start einer Messung mit einem Com puter verbunden. Beim eigentlichen Wurf ist es frei von jeglicher Verkabelung. Mit einem Computerprogramm werden die Meßwerte unmittelbar nach dem Wurf ausge wertet und visualisiert. Dem Athleten wird ein direk ter Bezug zum erfolgten Wurf und somit eine direkte Rückkopplung auf den Trainingsverlauf ermöglicht.According to the invention with the help of a the spear integrated measuring device, the accelerator level sensor, and at least one memory summarizes the time course for one litter the acceleration measured in the direction of the spear and saved. The system is only used to read out the Measured values and to start a measurement with a Com connected to the computer. The actual litter is free of any wiring. With a computer program the measured values are output immediately after the litter evaluates and visualizes. The athlete becomes a direct related to the litter and therefore a direct one Feedback on the course of the training enables.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnah men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse rungen möglich. Durch besondere Anordnung der Kompo nenten der Meßvorrichtung an unterschiedlichen Stel len, kann ein Gewichtsausgleich vorgenommen werden, wodurch eine Verschiebung des Masseschwerpunkts ver hindert werden kann.By the measure specified in the subclaims Men are advantageous further training and improvements possible. Due to the special arrangement of the compo the measuring device at different positions len, a weight balance can be carried out whereby a shift in the center of mass ver can be prevented.

Besonders vorteilhaft ist, daß die Meßvorrichtung ei ne Meßsteuerung umfaßt, mit der der Abwurfmoment er faßt und die Aufzeichnung gestoppt werden kann, wo durch ein Speicher mit begrenzter Speicherkapazität verwendbar ist, der wiederum in seinen Abmessungen klein ist und in dem Inneren des Speers integrierbar ist.It is particularly advantageous that the measuring device ei ne measuring control with which the release torque he summarizes and the recording can be stopped where through a memory with limited storage capacity Can be used, which in turn in its dimensions is small and can be integrated into the interior of the spear is.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is in the Drawing shown and is in the following Description explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus der erfindungsgemäßen Einrichtung, und Fig. 1 is a schematic representation of the structure of the device according to the invention, and

Fig. 2 eine prinzipielle Auswertekurve über der Zeit sowie der Geschwindigkeit Fig. 2 shows a basic evaluation curve over time and the speed

In Fig. 1 ist schematisch der Speer 1 dargestellt, in dessen Inneren die Meßvorrichtung 2 integriert ist, was in Fig. 1 auch lediglich schematisch darge stellt ist. Die Meßvorrichtung besteht aus mindestens einem Beschleunigungsaufnehmer, einer analogen Sig nalverarbeitung zur Verstärkung und Filterung der Si gnale vom Beschleunigungsaufnehmer, einen einen Ringspeicher aufweisenden Mikrocontroller zur Steue rung und Speicherung der Messung, einer Akku- Stromversorgung sowie einer Schnittstelle zur Kommu nikation mit einem als PC oder Laptop ausgebildeten Computer 3. Die gesamte Meßvorrichtung 2 ist miniatu risiert aufgebaut und in das Speerinnere integriert, wobei es im Speerinneren durch Verschäumung befestigt ist. Die einzelnen Komponenten der Meßvorrichtung werden an unterschiedlichen Stellen im Speerinneren derart angeordnet, daß die Gewichte ausgeglichen sind und eine Verschiebung des Masseschwerpunktes verhin dert wird.In Fig. 1, the spear 1 is shown schematically, the measuring device 2 is integrated in the interior of which is in Fig. 1 also only schematically Darge. The measuring device consists of at least one accelerometer, an analog signal processing for amplifying and filtering the signals from the accelerometer, a microcontroller with a ring memory for control and storage of the measurement, a battery power supply and an interface for communication with a PC or Laptop trained computer 3 The entire measuring device 2 is miniaturized and integrated into the spear interior, wherein it is fastened in the spear interior by foaming. The individual components of the measuring device are arranged at different points in the interior of the spear such that the weights are balanced and a shift in the center of gravity is prevented.

Die Schnittstelle der Meßvorrichtung weist vorzugs weise an der Speerspitze isoliert nach außen geführte Kontaktpunkt auf, die über einen Magnetadapter 4 und ein Schnittstellenkabel 5 mit dem Computer 3 verbindbar sind. Dadurch wird eine serielle Kommunikations verbindung zum Computer zur Verfügung gestellt. In dem Computer ist ein Programm zur Steuerung der Meß vorrichtung und zur Auswertung der gemessenen Daten. Insbesondere wird über die Kommunikationsverbindung eine Messung gestartet, gespeicherte Meßwerte ausge lesen, die Meßvorrichtung ein- und ausgeschaltet, die Meßvorrichtung kalibriert und parametriert sowie Sta tusinformationen ausgelesen.The interface of the measuring device preferably has, at the spear tip, an isolated contact point which can be connected to the computer 3 via a magnetic adapter 4 and an interface cable 5 . This provides a serial communication connection to the computer. In the computer is a program for controlling the measuring device and for evaluating the measured data. In particular, a measurement is started via the communication link, stored measured values are read out, the measuring device is switched on and off, the measuring device is calibrated and parameterized, and status information is read out.

Der Akku als Stromversorgung für die Meßvorrichtung im Speerinneren ist über einen vorzugsweise ab schraubbaren Kopf an der Speerspitze einsetzbar und austauschbar. Im Ausführungsbeispiel ist er über eine Ladevorrichtung 6 von außen auf- oder nachladbar.The battery as a power supply for the measuring device in the interior of the spear can be inserted and exchanged via a preferably screwable head on the spearhead. In the exemplary embodiment, it can be charged or recharged from the outside via a charging device 6 .

Der integrierte Beschleunigungsaufnehmer besitzt eine Meßkomponente. Diese ist so ausgerichtet, daß seine aktive Meßrichtung mit der Speerlängsachse überein stimmt. Nach dem Einbau wird eine Feinjustierung vor genommen. Eine Verfälschung des Meßsignals durch den Einfluß der Erdgravitation ist sehr gering. Typische Längsbeschleunigungen beim Speerwerfen liegen im Be reich von 20 bis 28 g (g = Erdbeschleunigung). Eine maximale Verfälschung a_f ergibt sich aus der Glei chung a_f = g.sin(α) mit dem Anstellwinkel α. Mit ei nem maximalen Anstellwinkel von α = 40° ergibt sich eine Verfälschung zu a_f = 0,64 g. Durch eine pauscha le Korrektur mittels eines mittleren Anstellwinkels wird das Meßergebnis hinreichend genau.The integrated accelerometer has a measuring component. This is aligned so that its active measuring direction coincides with the longitudinal axis of the spear. After installation, a fine adjustment is made. There is very little distortion of the measurement signal due to the influence of earth's gravity. Typical longitudinal accelerations in javelin throwing range from 20 to 28 g (g = gravitational acceleration). A maximum falsification a _f results from the equation a _f = g.sin (α) with the angle of attack α. With a maximum angle of attack of α = 40 ° there is a distortion to a _f = 0.64 g. A blanket correction by means of an average angle of attack makes the measurement result sufficiently accurate.

Für eine Messung wird zu Beginn der Speer bzw. die in dem Speer integrierte Meßvorrichtung 2 über den Mag netadapter 4 und das Schnittstellenkabel 5 mit dem Computer 3 verbunden, wobei das in dem Computer ge speicherte Programm die Meßvorrichtung 2 einschaltet und den Start einer Messung initiiert. Nach dem Start wird kontinuierlich die Beschleunigung gemessen und in dem Ringspeicher des Mikrocontrollers gespeichert. Der Werfer wird dann mit dem Speer anlaufen und durch den Armdurchzug den Speer bis zum Abwurf beschleuni gen. In der Meßvorrichtung bzw. dem Ringspeicher wer den die Beschleunigungswerte für den Wurf, d. h. für den Anlauf und den Abwurf gespeichert, wobei der Speicher nur eine begrenzte Speicherkapazität auf weist. Daher nimmt der Mikrocontroller eine kontinu ierliche Analyse der Beschleunigungsdaten vor, um den Abwurfmoment des Speer zu bestimmen, da in diesem Mo ment die Aufzeichnung, d. h. die Speicherung der Daten gestoppt wird. In dem Ringspeicher des Mikrocontrol lers stehen dann die Meßwerte rückwärts vom Abwurf zeitpunkt mit der Länge des Ringspeichers zur Verfü gung.For a measurement, the spear or the measuring device 2 integrated into the spear is connected to the computer 3 via the magnetic adapter 4 and the interface cable 5 , the program stored in the computer switching on the measuring device 2 and initiating the start of a measurement , After the start, the acceleration is continuously measured and stored in the ring memory of the microcontroller. The thrower will then start with the spear and accelerate the spear until it is thrown by pulling the arm through it Storage capacity has. The microcontroller therefore carries out a continuous analysis of the acceleration data in order to determine the throwing moment of the spear, since the recording, ie the storage of the data, is stopped at this moment. The measured values are then available in the ring memory of the microcontroller backwards from the time of dropping with the length of the ring memory.

Die kontinuierliche Analyse der Beschleunigungsdaten durch den Mikrocontroller zur Bestimmung des Abwurf momentes basiert auf dem typischen Kurvenverlauf der Amplitude der Beschleunigung vom Anlauf bis zum Ab wurfmoment. Eine solche typische Kurve ist in Fig. 2 dargestellt. Für die Bestimmung des Abwurfmomentes und die Gültigkeit eines Wurfes werden vier Kriterien bzw. sich daraus ergebende Zustände der Beschleuni gungsamplitude verwendet. Der Abwurf eines Speeres ist durch einen langsamen Beschleungigungsanstieg aufgrund des Armdurchzuges und durch einen sich an schließenden steilen Abfall sowie durch den Null durchgang der Beschleunigungsamplitude aufgrund des Verlassens der Hand und das Ende der positiven Be schleunigung gekennzeichnet. Somit wird die Gültig keit des Wurfes und der damit verbundene Aufzeich nungsstop durch Prüfung der folgenden Kriterien bzw. sich daraus ergebenden Zustände bestimmt:
The continuous analysis of the acceleration data by the microcontroller to determine the release torque is based on the typical curve shape of the amplitude of the acceleration from the start to the release torque. Such a typical curve is shown in FIG. 2. Four criteria or the resulting states of the acceleration amplitude are used to determine the throwing moment and the validity of a throw. The dropping of a spear is characterized by a slow acceleration of acceleration due to the passage of the arm and by a steep drop that follows, as well as by the zero crossing of the acceleration amplitude due to leaving the hand and the end of the positive acceleration. The validity of the litter and the associated stop of recording are thus determined by checking the following criteria or the resulting conditions:

1. Exceeding a predetermined upper threshold lenwert (1 in Fig. 2) of the acceleration, where the threshold is so large that it is only reached during the arm movement.
2. Falling below a lower threshold value (2 in Fig. 2) within a predetermined time window (3 in Fig. 2), the time window being only slightly larger than the maximum duration of an arm swipe.
3. Exceeding a threshold value of the negative gradient of the curve (4 in FIG. 2), ie for the steepness of the curve drop after falling below the lower threshold value, and
4. Zero crossing of the acceleration curve profile (5 in FIG. 2).

Wenn alle diese Kriterien erfüllt sind, wird der Wurf als richtig bewertet und es wird durch den Mikrocon troller die Aufzeichnung beendet.If all of these criteria are met, the litter rated as correct and it is by the microcon troller stopped recording.

Nach dem Wurf wird der Speer wiederum über die in der Speeraußenhaut eingebrachten Kontaktpunkte sowie über den Magnetadapter 4 mit gefederten Kontakten mit dem Computer 3 verbunden, so daß der Ringspeicher in den Computer ausgelesen werden kann und der Verlauf der Beschleunigung über die Zeit graphisch dargestellt werden kann. Aus dem Beschleunigungsverlauf wird in bekannter Weise der Verlauf der Geschwindigkeit be rechnet und dargestellt (s. untere Kurve in Fig. 2). Außerdem kann die Maximalbeschleunigung sowie die Ab wurfgeschwindigkeit bestimmt und angezeigt werden. After the throw, the spear is in turn connected to the computer 3 via the contact points introduced in the outer skin of the spear and via the magnetic adapter 4 with spring-loaded contacts, so that the ring memory can be read out into the computer and the course of the acceleration can be shown graphically over time , The course of the speed is calculated and represented in a known manner from the course of acceleration (see lower curve in FIG. 2). In addition, the maximum acceleration and the throwing speed can be determined and displayed.

Nach dem Auslesen kann eine neue Messung gestartet werden.After reading out a new measurement can be started become.

Auf diese Weise ist es möglich, daß der Werfer unmit telbar nach seinem Wurf seine Technik überprüfen kann und das Ergebnis der Prüfung in den weiteren Trai ningsverlauf einfließen lassen kann.In this way it is possible that the thrower immediately can check his technique after his litter and the result of the exam in the further trai can flow in.

Claims

1.Device for determining the acceleration and / or speed of a spear during the start-up and launch phase with at least one acceleration sensor, the active measuring direction of which coincides with the longitudinal axis of the rod-shaped element, and a memory for recording the measuring device having the acceleration data measured by the acceleration sensor, which is inserted into the spear, and with an evaluation device, an interface being provided on the spear ( 1 ) via which a data exchange between the memory of the measuring device ( 2 ) and the evaluation device ( 3 ) is possible.

2. Device according to claim 1, characterized in that the measuring device ( 2 ) has a measuring control which controls the measurements by the accelerometer and the recording in the memory.

3. Device according to one of claims 1 to 2, characterized in that the measured values at least at least until the release moment in the memory be drawn.

4. Device according to claim 3, characterized records that the measurement control depending on the measured acceleration values and given conditions, the release torque and / or that End of recording determined.

5. Device according to claim 4, characterized records that the conditions thresholds and / or time window and / or gradient in the loading acceleration amplitude curve.

6. Device according to claim 4 or claim 5, there characterized in that the measurement control the Decision about the throwing moment depending on the acceleration is exceeded by a first upper threshold, the exceeding a lower threshold within a predetermined time window, the exceeding a threshold value for the steepness of the Be deceleration after falling below the lower threshold and / or the zero through course of the acceleration curve.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the Auswerteinrich device ( 3 ) and / or the measurement control makes a gra vitation-taking correction of the measured values te.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the interface has contact points accessible from the outside.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the measuring device is foamed into the spear.

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the various components of the measuring device ( 2 ) are used to maintain the position of the center of mass at different points in the spear.

11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the Auswertvorrich device ( 3 ) depending on the recorded Be acceleration measurements, the speed be.

12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the memory as Ring memory is formed.