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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trainieren koordinativer Fähigkeiten von Individuen, insbesondere zum Trainieren koordinativer Fähigkeiten von Menschen oder Tieren unter Verwendung eines instabilen Untergrundes.
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Es sind verschiedene Vorrichtungen bekannt, welche mittels eines instabilen Untergrundes die koordinativen Fähigkeiten von Personen trainieren. Ein solches Training kann beispielsweise aus sportlichen, pädagogischen oder therapeutischen Zwecken notwendig sein. Aber auch ein rein spielerisches Training ist beispielsweise denkbar. In der Regel wird bei derartigen Vorrichtungen ein auf einer beweglichen Platte stehendes Individuum (d.h. eine Person oder ein Tier) dazu angeregt, so zu balancieren, dass die Platte horizontal bleibt.
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Die
DE 100 04 785 B4 beschreibt beispielsweise ein Trainingsgerät mit einer Plattform, welche um zwei waagerechte, in einer Ebene liegende und senkrecht zueinander stehende Achsen beweglich gelagert ist. Eine auf dem Gerät stehende Person muss eine durch die bewegliche Lagerung erzeugte Instabilität aktiv ausgleichen. Das Bewegungsausmaß, der Bewegungswiderstand und die Trägheit der Plattform können mechanisch, durch Anpassen entsprechender Einrichtungen am Gerät eingestellt werden.
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In der
AT 411 015 B ist ein Trainingsgerät zur Verbesserung und zum Training des Gleichgewichtssinnes beschrieben. Dabei ist ein Standbrett mit zwei auf dessen Unterseite angebrachten, in Form von Kreissegmenten gekrümmten Kufen, vorgesehen. Das Standbrett kann durch Abrollen an den Kufen in eine harmonische, kontrollierte Schaukelbewegung versetzt werden. Eine Veränderung des Schwierigkeitsgrades ist dabei nach dem Absteigen von dem Trainingsgerät, durch Verstellen der Lage der Kufen möglich, wodurch das Wippverhalten der Platte sanfter oder abrupter wird.
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Aus der
WO 2007/035976 A2 ist eine Vorrichtung zum Bewegen von Menschen oder anderen Objekten bekannt, welche eine ruhende Basisfläche und eine bewegte Fläche aufweist. Zwischen ruhender und bewegter Fläche wirken dabei aktive, steuerbare, mechanische Stellorgane. Verschiedene voreinstellbare Bewegungsabläufe können in mehreren Freiheitsgraden der Bewegung aktiv durchlaufen werden. Die Bewegungsabläufe können dabei durch einen Computer gesteuert werden. Eine Anpassung des Schwierigkeitsgrades ist durch entsprechende Auswahl eines Programms möglich.
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Bei den bekannten Trainingsgeräten kann ein Schwierigkeitsgrad zwar grundsätzlich eingestellt werden, jedoch muss dieser vom Nutzer selbst eingestellt werden und kann somit möglicherweise falsch ausgewählt werden. So kann das Training beispielsweise bei einem zu leicht gewählten Schwierigkeitsgrad nicht fordernd genug und somit langweilig und bei einem zu schwer gewählten Schwierigkeitsgrad zu fordernd und somit demotivierend sein. Leistungssteigerungen während dem Training müssen aktiv vom Nutzer erkannt und der Schwierigkeitsgrad vom Nutzer entsprechend manuell angepasst werden. Insbesondere beim Einsatz solcher Trainingsgeräte bei Tieren ist es dabei auch gar nicht möglich, eine Rückmeldung über den Schwierigkeitsgrad zu erhalten.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Trainingsgerät zur Verfügung zu stellen, welches den individuell sinnvollen Schwierigkeitsgrad erkennen kann und es erlaubt, den verwendeten Schwierigkeitsgrad entsprechend anzupassen.
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Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und das Verfahren gemäß Anspruch 17 gelöst. Unterschiedliche, beispielhafte Ausgestaltungen und Verwendungen der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Es wird eine Vorrichtung zum Trainieren koordinativer Fähigkeiten beschrieben mit wenigstens einer beweglichen Standplatte, wenigstens einer ruhenden Basisplatte, wenigstens zwei Verbindungselementen, die in ihrer Höhe veränderbar sind und zwischen der wenigstens einen beweglichen Standplatte und der wenigstens einen ruhenden Basisplatte wirken, einer Benutzerschnittstelle und einem Regelelement. Die Vorrichtung ist dazu ausgebildet, nacheinander verschiedene Soll-Positionen des Schwerpunktes eines auf der wenigstens einen beweglichen Standplatte befindlichen Benutzers vorzugeben, wobei jede der Soll-Positionen bis zum Eintritt eines bestimmten Ereignisses (z.B. Zeitdauer abgelaufen, Punktezahl erreicht, stabile Lage erreicht, Soll-Position erreicht, etc.) vorgegeben wird. Die Vorrichtung ist weiterhin dazu ausgebildet kontinuierlich die Ist-Position des Schwerpunktes des auf der beweglichen Standplatte befindlichen Benutzers zu messen oder zu berechnen und jede gemessene Ist-Position mit der zum Zeitpunkt ihrer Messung vorgegebenen Soll-Position zu vergleichen. Unter Berücksichtigung der gemessenen Ist-Positionen und/oder der Ergebnisse der Vergleiche von Ist-Positionen und Soll-Positionen können Ansteuersignale generiert werden und die wenigstens zwei Verbindungselemente mit den Ansteuersignalen angesteuert werden. Unter Messung wird ganz allgemein auch eine indirekte Messung verstanden, bei dem das eigentliche Messergebnis (der Schwertpunkt) aus anderen gemessenen Größen berechnet wird.
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Es wird des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Trainieren koordinativer Fähigkeiten mit wenigstens einer beweglichen Standplatte, wenigstens einer ruhenden Basisplatte, wenigstens zwei Verbindungselementen, die in ihrer Höhe veränderbar sind und zwischen der beweglichen Standplatte und der ruhenden Basisplatte wirken, einer Benutzerschnittstelle und einem Regelelement beschrieben. Das Verfahren umfasst das Vorgeben verschiedener aufeinander folgender Soll-Positionen des Schwerpunktes eines auf der wenigstens einen beweglichen Standplatte befindlichen Benutzers, wobei jede der Soll-Positionen solange vorgegeben wird, bis vorgegebene Ereignisse eintreten (z.B. Zeitdauer abgelaufen, Punktezahl erreicht, etc.). Das Verfahren umfasst weiterhin das kontinuierliche Messen bzw. Berechnen der Ist-Position des Schwerpunktes des auf der wenigstens einen beweglichen Standplatte befindlichen Benutzers und das Vergleichen jeder gemessenen Ist-Position mit der jeweils zum Messzeitpunkt vorgegebenen Soll-Position. Das Verfahren umfasst auch das Generieren von Ansteuersignalen, unter Berücksichtigung der gemessenen Ist-Positionen und/oder der Ergebnisse der Vergleiche von Ist-Positionen und Soll-Positionen und das Ansteuern der wenigstens zwei Verbindungselemente mit den Ansteuersignalen.
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Die folgenden Abbildungen und die weitere Beschreibung sollen helfen, die Erfindung besser zu verstehen. Nähere Details, Varianten und Weiterentwicklungen des Erfindungsgedankens werden anhand der Abbildung erläutert. Die dargestellten Details sind nicht als Einschränkung zu verstehen, vielmehr wird Wert darauf gelegt, das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip zu erläutern. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei gleiche oder ähnliche Komponenten mit gleicher bzw. ähnlicher Bedeutung. In den Abbildungen zeigt:
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1 beispielhaft das generelle Prinzip einer Vorrichtung zum Trainieren koordinativer Fähigkeiten mit beweglicher Standplatte;
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2 beispielhaft das generelle Prinzip einer Vorrichtung zum Trainieren koordinativer Fähigkeiten mit beweglicher Standplatte;
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3 beispielhaft das generelle Prinzip einer Vorrichtung zum Trainieren koordinativer Fähigkeiten mit beweglicher Standplatte;
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4 beispielhaft das generelle Prinzip einer Vorrichtung zum Trainieren koordinativer Fähigkeiten mit beweglicher Standplatte;
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5 in einem Blockschaltbild ein Beispiel eines Regelkreises zum Betreiben einer Vorrichtung zum Trainieren koordinativer Fähigkeiten mit beweglicher Standplatte;
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6 in einem Diagramm ein Beispiel für einen Trainingsverlauf über mehrere Trainingseinheiten;
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7 beispielhaft einen möglichen Ablauf der Informationsverarbeitung während des Betriebs einer Vorrichtung zum Trainieren koordinativer Fähigkeiten mit beweglicher Standplatte; und
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8 anhand einer schematischen Skizze ein weiteres Beispiel einer Vorrichtung zum Trainieren koordinativer Fähigkeiten mit beweglicher Standplatte.
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Die 1 bis 4 zeigen beispielhaft das grundsätzliche Prinzip einer Vorrichtung zum Trainieren koordinativer Fähigkeiten mit beweglicher Standplatte. Hierzu ist eine Vorrichtung in Seitenansicht vereinfacht dargestellt. Eine bewegliche Standplatte P1 ist mit einer festen Basisplatte P2 verbunden. In der dargestellten Ansicht wird diese Verbindung mittels zweier Verbindungselemente 11, 12 implementiert. Es können jedoch auch mehr als zwei Verbindungselemente 11, 12, in unterschiedlichen Anordnungen vorgesehen sein. Die Verbindungselemente 11, 12 weisen in einem unbelasteten Grundzustand der beweglichen Standplatte P1 eine Höhe H111, bzw. H121 auf. 1 zeigt einen solchen unbelasteten Grundzustand der Vorrichtung. Die Höhe H111 des Verbindungselements 11 ist dabei im gezeigten Beispiel identisch zu der Höhe H121 des Verbindungselements 12 (H111 = H121).
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Im unbelasteten Grundzustand liegt die bewegliche Standplatte P1 in dem in 1 gezeigten Beispiel somit waagerecht auf den Verbindungselementen 11, 12 auf. Ein derartiger Grundzustand ist für die meisten Anwendungen sinnvoll, es ist jedoch auch denkbar, dass die Verbindungselemente 11, 12 im unbelasteten Grundzustand eine unterschiedliche Höhe H111, bzw. H121 aufweisen und die bewegliche Standplatte P1 somit nicht waagerecht ausgerichtet ist. In dem gezeigten Beispiel weisen die bewegliche Standplatte P1 und die feste Basisplatte P2 eine identische Breite B auf, dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Die Verbindungselemente 11, 12 sind in einem gleichen Abstand x von dem jeweiligen Rand der Platten P1, bzw. P2 angebracht, können jedoch auch unterschiedliche Abstände zu den jeweiligen Plattenrändern aufweisen.
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Die Verbindungselemente 11, 12 sind dabei derart ausgebildet, dass sie unter Einwirkung einer Kraft F in ihrer Höhe H veränderbar sind. Bei einer Veränderung der Höhe H der Verbindungselemente 11, 12 bewegt sich die bewegliche Standplatte in vertikaler Richtung. Werden beide Verbindungselemente 11, 12 in ihrer Höhe H unterschiedlich verändert, bzw. wird lediglich eines der Verbindungselemente 11 oder 12 in seiner Höhe verändert, neigt sich die bewegliche Standplatte P1 jeweils in Richtung des Verbindungselements 11 oder 12, welches die geringere Höhe H aufweist. In der gezeigten Anordnung ist eine Neigung der beweglichen Standplatte P1 lediglich um eine waagerechte Achse möglich. Durch vorsehen weiterer Verbindungselemente, welche in entsprechender Weise zwischen den Platten P1, P2 angeordnet sind, kann jedoch eine Neigung der beweglichen Standplatte P1 um mehrere Achsen, die in einem bestimmten Winkel zueinander stehen ermöglicht werden.
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Steht ein Benutzer (d.h. eine Person, ggf. ein Tier) auf der Anordnung, so wirkt eine durch das Gewicht des Benutzers verursachte Kraft FG auf die bewegliche Standplatte P1. Diese Kraft FG wirkt somit auch auf die Verbindungselemente 11, 12, so dass diese sich in ihrer Höhe H verringern. Sind die Verbindungselemente 11, 12 identisch ausgebildet, muss auf jedes der Verbindungselemente 11, 12 die gleiche Kraft ausgeübt werden, damit die bewegliche Standplatte P1 auch unter Belastung in ihrer waagerechten Grundstellung verbleibt. Bei der in 2 gezeigten beispielhaften Vorrichtung muss sich der Schwerpunkt S des Benutzers im Abstand von B/2 vom Rand der beweglichen Standplatte P1, also in der Mitte der beweglichen Standplatte P1 befinden, um die Kraft FG gleichmäßig auf beide Verbindungselemente 11, 12 zu verteilen. Auf jedes der Verbindungselemente 11, 12 wirkt dann eine Kraft F111 = FG/2, bzw. F121 = FG/2. Das Verbindungselement 11 weist unter Belastung eine Höhe H112 (H112 = H111 – y111) und das Verbindungselement 12 eine Höhe H122 (H122 = H121 – y121) auf, wenn sich der Schwerpunkt S einer Person in der Mitte der beweglichen Standplatte befindet, es gilt also H112 = H122.
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Durch eine Veränderung der Lage des Schwerpunktes S wird die Kraft FG nicht mehr gleichmäßig auf die Verbindungselemente 11, 12 verteilt, sondern es wird auf eines der Verbindungselemente 11 oder 12 eine größere Kraft ausgeübt wird als auf das andere. Durch eine Schwerpunktverlagerung kann also die bewegliche Standplatte P1 somit geneigt werden, indem die Verbindungselemente 11 und 12 durch die unterschiedliche Kraft die auf sie wirkt in ihrer Höhe H unterschiedlich verändert werden. In 3 ist beispielsweise der Schwerpunkt S in Richtung des Verbindungselementes 12 aus der Ausgangslage bei B/2 heraus verschoben. Durch die größere Kraft, die nun auf das Verbindungselement 12 wirkt (z.B. F122 = 2/3 FG), wird dieses in seiner Höhe um y122 im Vergleich zum belasteten Zustand in 2 verringert (H123 = H122 – y122). Das Verbindungselement 11, welches nun eine geringere Kraft erfährt als im belasteten Grundzustand (z.B. F112 = 1/3 FG), weist nun eine Höhe von H113 auf (H113 = H112 + y112). Die bewegliche Platte P1 ist dadurch nicht mehr waagerecht, sondern in Richtung des Verbindungselementes 12 abwärts geneigt.
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Die Verbindungselemente 11, 12 können jedoch auch derart ausgebildet sein, dass sie selbst aktiv eine Kraft auf die bewegliche Standplatte P1 ausüben können. Die Verbindungselemente 11, 12 sind dabei beispielsweise einzeln ansteuerbar, so dass die Bewegungen nicht mittels Exzentern aus überlagerten Sinusschwingungen erzeugt werden. Beispielsweise können 1D, 2D oder 3D Bahnen vorgegeben oder durch einen Zufallsgenerator erzeugt werden. Es können auch einzelne Impulse erzeugt werden. Durch die von den Verbindungselementen 11, 12 ausgeübte Kraft kann die bewegliche Standplatte P1 beispielsweise von der festen Basisplatte P2 weggedrückt oder an die feste Basisplatte P2 herangezogen werden. In 4 übt beispielsweise das Verbindungselement 11 eine Kraft F1 auf die bewegliche Standplatte P1 aus, welche in Richtung der festen Basisplatte P2 wirkt. Die Kraft F1 wirkt somit in Richtung der Kraft F112. Das Verbindungselement 12 hingegen übt in dem gezeigten Beispiel eine Kraft F2 auf die bewegliche Standplatte P1 aus, welche von der festen Basisplatte P2 weg wirkt. Die Kraft F2 wirkt somit der Kraft F122 entgegen. Auf diese Weise ist es möglich einer Schwerpunktverlagerung des Nutzers entgegenzuwirken. Dem Nutzer wird es somit erschwert, seinen Schwerpunkt S in eine gewünschte Lage zu bringen. Ebenso ist es aber beispielsweise auch möglich, dass die vom Verbindungselement 11 ausgeübte Kraft F1 von der festen Basisplatte P2 weg, also entgegengesetzt zur Kraft F112 und die vom Verbindungselement 12 ausgeübte Kraft F2 in Richtung der festen Basisplatte P2, also in Richtung der Kraft F122, wirkt. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Schwerpunktverlagerung des Nutzers unterstützt werden. Für den Nutzer ist es somit leichter, seinen Schwerpunkt S in eine bestimmte Lage zu bringen.
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5 zeigt beispielhaft anhand eines Blockschaltbildes das Grundprinzip einer Regelung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Trainieren koordinativer Fähigkeiten mit einer beweglichen Standplatte P1. Die bewegliche Standplatte P1 ist mit den Verbindungselementen 11, 12 sowie mit einem Regelelement 4 verbunden. Das Regelelement 4 kann beispielsweise eine Soll-Position SPx des Schwerpunktes S eines auf der beweglichen Standplatte P1 befindlichen Benutzers (z.B. zeitabhängig) vorgeben. Das Regelelement 4 kann auch mit einer Benutzerschnittstelle 2 verbunden sein, welche beispielsweise eine Anzeigeeinheit 3, wie zum Beispiel ein Display oder dergleichen aufweist, auf der die vorgegebene Soll-Position SPx graphisch dargestellt werden kann. Die Anzeigeeinheit 3 kann beispielsweise mit der Benutzerschnittstelle 2 entsprechend verbunden sein, sie kann aber auch beispielsweise in der Benutzerschnittstelle 2 integriert sein. Das Regelelement 4 kann zudem Ansteuersignale D an die bewegliche Standplatte P1 senden, um die Verbindungselemente 11, 12 derart anzusteuern, dass diese entweder die Bewegung des Benutzers stören oder unterstützen.
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Ein Benutzer, der auf der beweglichen Standplatte P1 steht, kann dann versuchen, seinen Schwerpunkt S in die vorgegebene Soll-Position SPx zu bringen. Die Sensorik der beweglichen Standplatte P1 kann dazu ausgebildet sein, kontinuierlich die Ist-Position IPy des Schwerpunkts S des auf der beweglichen Platte P1 befindlichen Benutzers zu messen. Generell wird unter „Messen“ auch ein indirektes Messen verstanden, bei dem das eigentliche Messergebnis (der Schwertpunkt bzw. das „Center of Pressure“) aus anderen gemessenen Größen berechnet wird. Beispielsweise kann die auf die Verbindungselemente 11, 12 ausgeübte Störkraft (FG) gemessen werden, um daraus die Ist-Position IPy des Schwerpunkts S zu berechnen. Alternativ kann anhand der Neigung der beweglichen Standplatte P1 der Schwerpunkt S abgeschätzt werden. Aber auch jegliche weitere Methoden, welche geeignet sind, den Schwerpunkt S zu bestimmen sind hierbei möglich. Die jeweils gemessene Ist-Position IPy des Schwerpunktes S zu einem Messzeitpunkt tMy kann dann beispielsweise an das Regelelement 4 übertragen werden. Von dem Regelelement 4 kann eine Information über die gemessene Ist-Position IPy wiederum an die Benutzerschnittstelle 2 gesendet werden. Die gemessenen Ist-Positionen IPy des Schwerpunktes S können dann beispielsweise ebenfalls mittels der Anzeigeeinheit 3 graphisch dargestellt werden. Auf diese Weise kann der Nutzer sehen, wo sich sein Schwerpunkt S jeweils im Vergleich zur vorgegebenen Soll-Position SPx befindet und in welche Richtung er die bewegliche Standplatte P1 durch Verlagerung seines Gewichtes neigen muss, um Ist-Position IPy und Soll-Position SPx in Übereinstimmung zu bringen. Eine komplette Übereinstimmung von Soll-Position SPx und Ist-Position IPy ist in der Praxis dabei kaum möglich, insbesondere dann, wenn jede Soll-Position SPx nur über einen kurzen Zeitraum tSPx vorgegeben wird um damit eine, mehr oder weniger schnelle, Sollbewegung vorzugeben, welcher der Benutzer folgen soll. Aus diesem Grund können beispielsweise unterschiedliche Distanzmaße zur Bewertung einer Übereinstimmung herangezogen werden.
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Die Vorrichtung kann verschiedene Modi, bzw. Schwierigkeitsgrade aufweisen. In einem ersten, leichten Modus, können beispielsweise die Verbindungselemente 11, 12 überwiegend unterstützend wirken und den Schwerpunkt S des trainierenden Benutzers in die richtige Soll-Position SPx führen. Die vorgegebene Soll-Position SPx kann dabei beispielsweise über einen verhältnismäßig langen Zeitraum tSPx angezeigt werden, so dass der Nutzer eine lange Zeit zur Verfügung hat, um die bewegliche Platte P1, bzw. die Ist-Position IPy seines Schwerpunkts S auf der Platte P1 mit der entsprechenden Soll-Position SPx möglichst in Übereinstimmung (IPy = SPx, bzw. IPy ~ SPx) zu bringen. Die Soll-Positionen SPx könnten in einem leichten Modus beispielsweise auch derart gewählt werden, dass nur eine leichte Neigung der beweglichen Platte P1 durch den Nutzer erforderlich ist, um Ist-Position IPy und Soll-Position SPx in Übereinstimmung zu bringen. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Soll-Position SPx nahe dem Mittelpunkt der beweglichen Standplatte P1 liegt. Auf diese Weise kann die Bewegung der beweglichen Platte P1 in einem einfacheren Modus beispielsweise eher gedämpft und sehr sicher sein.
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In schwierigeren Modi können mit einer Steigerung des Schwierigkeitsgrads beispielsweise die Verbindungselemente 11, 12 immer mehr der Bewegung des trainierenden Benutzers entgegenwirken und deren Schwerpunkt S von der Soll-Position SPx weg schieben. Die Störung kann beispielsweise zufällig generiert werden. Die einzelnen Soll-Positionen SPx können in einem schwereren Modus beispielsweise auch nur noch für eine immer kürzere Zeitdauer tSPx angezeigt werden, so dass der Nutzer nur noch wenig Zeit hat seinen Schwerpunkt S in die entsprechende Ist-Position IPy (IPy = SPx) zu bringen. Werden verschiedene aufeinander folgende Soll-Positionen SPx beispielsweise jeweils nur noch für eine sehr kurze Zeitdauer tSPx angezeigt, kann eine mehr oder weniger schnelle Sollbewegung des Schwerpunktes S vorgegeben werden, welcher der Nutzer folgen muss. Eine solche Sollbewegung könnte beispielsweise mit steigender Schwierigkeit immer schneller werden. In einem schweren Modus könnte beispielsweise auch eine sehr starke Neigung der beweglichen Platte P1 notwendig sein, um die Ist-Position IPy mit der vorgegebenen Soll-Position SPx in Übereinstimmung zu bringen. Dies kann dadurch erreicht werden, indem die Soll-Position SPx weiter zu den Rändern der beweglichen Platte P1 hin vorgegeben wird.
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So sind unter anderem folgende Modi für eine Anordnung mit einer beweglichen Standplatte P
1 denkbar:
Modus M1: | Regelung der Steifigkeit der Platte → aktive Balance durch den Nutzer. |
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Modus M2: | aktive Balance durch den Nutzer → zufällige Störung durch die Platte. |
Modus M3: | aktive Balance durch den Nutzer → Störung durch die Platte abhängig von der Lage des Schwerpunkts (Center of Pressure, COP). |
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Modus M4: | Bewegungsprogramm → aktive Balance durch den Nutzer, Platte wird „weich“ gestellt, messen der Zeit, die zum Stabilisieren benötigt wird. |
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Modus M5: | Sicherheitsmodus → nur bestimmte Bewegungen der Platte sind möglich (z.B. rechts/links), kippt die Platte in andere Richtungen (z.B. nach vorne) Sicherung durch aktives Gegensteuern der Platte mit Hilfe der Verbindungselemente 11, 12. |
Modus M6: | aktive Balance durch den Nutzer → aktives Bewegungsprogramm der Platte, ständige Messung des Schwerpunktes S. |
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Das Regelelement 4 kann die Ergebnisse der Messungen der Ist-Position IPy beispielsweise in die Generierung weiterer Soll-Positionen SPx (oder einer ganzen Folge von Soll-Positionen, d.h. einer Soll-Trajektorie des Schwerpunktes des Benutzers) mit einbeziehen. Des Weiteren ist es beispielsweise möglich, unter Einbeziehung der Ergebnisse der Messungen der Ist-Positionen IPy, die Verbindungselemente 11, 12 anzusteuern. Eine Ansteuerung kann beispielsweise mittels Ansteuersignalen D erfolgen, welche von dem Regelelement 4 zur Verfügung gestellt werden.
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Indem die vorgegebenen Soll-Positionen SPx mit den jeweils gemessenen Ist-Positionen IPy verglichen werden, kann beispielsweise bestimmt werden, ob der gegenwärtige Modus dem gegenwärtigen Trainingszustand des Nutzers entspricht. Hierfür kann beispielsweise bestimmt werden, ob der Nutzer überhaupt in der Lage ist, die Ist-Position IPy mit der jeweiligen Soll-Position SPx in Übereinstimmung zu bringen, bzw. wie nahe der Nutzer die Ist-Position IPy an die jeweils vorgegebene Soll-Position SPx heranbringen kann. Es kann jedoch beispielsweise auch die Zeit bestimmt werden, die von der trainierenden Person benötigt wird um Ist-Position IPy und Soll-Position SPx in Übereinstimmung oder in einen bestimmten Abstand voneinander zu bringen. Hierfür kann zum Beispiel eine mehrmalige Messung der Ist-Position IPy innerhalb einer Zeit tSPx, während der eine Soll-Position SPx vorgegeben wird, durchgeführt werden. Sobald eine Übereinstimmung von zum Beispiel einer ersten Soll-Position SP1 und einer Ist-Position IP1 festgestellt wird (SP1 = IP1) kann dann beispielsweise eine nächste Soll-Position SP2 vorgegeben werden.
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Es kann jedoch beispielsweise auch lediglich bestimmt werden, ob innerhalb der vorgegebenen Zeit tSPx, während der eine Soll-Position SPx vorgegeben wird, die Ist-Position IPy mit dieser Soll-Position SPx in Übereinstimmung gebracht wurde, ohne die dafür benötigte Zeit zu messen. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise auch bestimmt werden, wie lange die Ist-Position IPy mit der Soll-Position SPx nahezu komplett oder komplett in Übereinstimmung gehalten wird oder wie stark eine Ist-Trajektorie des Schwerpunkts des Benutzers von einer vorgegebenen Soll-Trajektorie maximal oder durchschnittlich abweicht. Zudem könnte die Geschwindigkeit mit der die Ist-Position IPy verändert wird, das „Center of Pressure Error Integral“ (= Fläche), die Frequenz und/oder die Phase zwischen einer periodischen Ist-Bewegung und einer zugehörigen Soll-Bewegung des Schwerpunkts gemessen werden.
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Durch kontinuierliche Messung der Ist-Position IPy des Schwerpunktes S können beispielsweise aber auch eventuelle Falltendenzen der trainierenden Person erkannt werden. Beispielsweise ist es möglich zu erkennen, ob eine Person häufig droht in eine bestimmte Richtung (z.B. nach vorne, hinten oder seitwärts) zu fallen. Durch Erkennen einer solchen individuellen Gefahrentendenz kann dies im weiteren Trainingsablauf entsprechend berücksichtigt werden. Dadurch ist es möglich, dass ganz speziell die individuellen Schwachstellen jeder trainierenden Person trainiert werden.
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Um einen Trainingsfortschritt zu erkennen, kann beispielsweise ein Gesamtpunktekonto geführt werden. Wird nach einer Messung der Ist-Position IPy eine (weitgehende) Übereinstimmung zwischen Soll-Position SPx und Ist-Position IPy festgestellt, kann beispielsweise eine bestimmte Anzahl an Punkten zu diesem Gesamtpunktekonto hinzu addiert werden. Beispielsweise kann bei einer Übereinstimmung von Soll-Position SPx und Ist-Position IPy eine bestimmte maximale Anzahl an Punkten addiert werden. Es kann jedoch beispielsweise auch der Abstand der gemessenen Ist-Positionen IPy zur jeweils vorgegebenen Soll-Position SPx betrachtet werden. Stimmen Ist-Position IPy und Soll-Position SPx zwar nicht überein, wurde die Ist-Position IPy jedoch zumindest in die Nähe der Soll-Position SPx gebracht, so kann beispielsweise für bestimmte Abstände der Ist-Position IPy von der Soll-Position SPx oder für die Zeitdauer der Übereinstimmung noch eine bestimmte Anzahl an Punkten zum Gesamtpunktekonto hinzu addiert werden. Das heißt, je geringer der Abstand zwischen Soll- und Ist-Position des Schwerpunkts und je länger der Benutzer diesen geringen Abstand halten kann, desto mehr Punkte werden dem Punktekonto gutgeschrieben. Bei größeren gemessenen Abständen der Ist-Position IPy von der Soll-Position SPx kann die addierte Punktzahl dabei beispielsweise immer geringer werden. Ebenso ist es zum Beispiel auch möglich mehr Punkte zu addieren, je schneller die Ist-Position IPy mit der Soll-Position SPx in Übereinstimmung gebracht wurde. Punkte können alternativ oder zusätzlich jedoch auch nach beliebigen weiteren Kriterien addiert werden.
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Wird zunächst ein erster Modus M1 eingestellt, so kann der Nutzer beispielsweise in diesem Modus M1 Punkte sammeln, indem er die Ist-Position IPy genau oder nahezu mit der vorgegebenen Soll-Position SPx in Übereinstimmung bringt. Die vom Nutzer gesammelten Punkte (entsprechend dem nach vorgebbaren Kriterien messbaren Erfolg des Nutzers) können dann beispielsweise über den Verlauf dieser Trainingseinheit hinweg addiert werden. Dies ist beispielhaft in dem Diagramm in 6 gezeigt. Auf der x-Achse ist die Anzahl der absolvierten Trainingseinheiten, auf der y-Achse die Anzahl der insgesamt erzielten Punkte aufgetragen.
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Der Nutzer beginnt beispielsweise in Trainingseinheit 1. Während dieser Trainingseinheit werden verschiedene Soll-Positionen SPx (z.B. entlang einer Soll-Trajektorie) vorgegeben. Pro Übereinstimmung von Ist-Position IPy und Soll-Position SPx kann beispielsweise jeweils eine bestimmte Punktezahl erreicht werden, welche zu der Gesamtpunktzahl hinzu addiert wird. Im Verlauf der ersten Trainingseinheit erreicht der Nutzer in dem dargestellten Beispiel eine Gesamtpunktzahl von 200 Punkten. In den folgenden Trainingseinheiten steigert sich der Nutzer jeweils um eine gewisse Punktzahl und etwa ab der siebten Trainingseinheit stellt sich im gezeigten Beispiel eine Stabilisationsphase ein. Der Nutzer erreicht ab der siebten bis zur zehnten Trainingseinheit jeweils eine Punktzahl von etwa 500 Punkten, bleibt also relativ konstant. Eine derartige Stabilisationsphase im Anschluss an eine Steigerungsphase kann häufig während eines Trainingsverlaufs beobachtet werden. Das Erreichen, bzw. Halten einer solchen Stabilisationsphase kann somit beispielsweise als Indiz gewertet werden, dass der Nutzer den aktuellen Modus M1 nun so gut beherrscht, dass er in einem zweiten, schwierigeren Modus M2 weitertrainieren kann.
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Aufgrund der erhöhten Schwierigkeit im zweiten Modus M2, erreicht der Nutzer zunächst wieder nur eine geringe Anzahl an Punkten pro Trainingseinheit, steigert sich durch das Training jedoch wieder von Trainingseinheit zu Trainingseinheit. Es kann beispielsweise wieder in einen nächsten Modus umgeschaltet werden, wenn wiederum erkannt wird, dass der Nutzer den zweiten Modus M2 bereits gut beherrscht, also zum Beispiel wieder eine Stabilisationsphase erreicht wurde. Das Erkennen einer Stabilisationsphase ist jedoch nur ein mögliches Indiz dafür, dass der aktuelle Modus möglicherweise nicht mehr fordernd genug ist. Weitere Indizien könnten beispielsweise sein, dass ein Nutzer bereits zu Beginn eines Modus eine bestimmte Anzahl an Punkten überschreitet oder dass die Ist-Position IPy immer in direkter Nähe (sog. Zielkreis) der Soll-Position SPx gemessen wird.
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Ebenso ist es aber beispielsweise auch möglich, anhand verschiedener Kriterien zu erkennen, ob der gewählte Modus möglicherweise zu anspruchsvoll ist. Wird beispielsweise über eine vorgegebene Anzahl an Trainingseinheiten hinweg eine bestimmte Mindestpunktzahl nicht erreicht oder ist keine Steigerungsphase über mehrere Trainingseinheiten hinweg zu erkennen, so kann dies beispielsweise als Indiz gewertet werden, dass der gewählte Modus zu anspruchsvoll für den Nutzer ist. Ebenso könnten beispielsweise gemessene Falltendenzen darauf hinweisen, dass der aktuelle Modus nicht dem aktuellen Trainingsstand des Nutzers entspricht. In einem solchen Fall kann manuell oder automatisch in einen leichteren Modus geschaltet werden. Ein aktives Erkennen durch den Nutzer sowie ein manuelles Umschalten in einen anderen, passenden Modus, ist im automatischen Modus nicht notwendig.
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Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es somit möglich, das Trainingsniveau manuell aber auch automatisch anhand verschiedener Kriterien dem aktuellen Trainingsstand des Nutzers anzupassen. Auf diese Weise wird das Training für einen Nutzer nie langweilig, aber auch nie zu schwer und somit demotivierend.
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In 7 ist beispielhaft ein möglicher Ablauf der Informationsverarbeitung während des Betriebs der Vorrichtung gezeigt. Zunächst wird zu Beginn einer neuen Trainingseinheit beispielsweise festgestellt, in welchem Modus der Nutzer trainieren soll. Wurde noch keine Trainingseinheit vorher absolviert, kann in einem einfachen Modus gestartet werden. Wurden bereits Trainingeinheiten absolviert, so kann zunächst beispielsweise anhand der oben genannten Kriterien bestimmt werden, ob der letzte Modus beibehalten werden soll, oder ob ein leichterer oder schwererer Modus eingestellt werden soll. Weiterhin kann, falls vorhanden, ein Gesamtpunktestand für die neue Trainingseinheit wieder auf Null gesetzt werden.
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Gemäß dem eingestellten Modus kann dann, beispielsweise durch das Regelelement 4, eine Soll-Position SPx, eine Sollbewegung oder eine Koordinationsaufgabe vorgegeben werden. Der Nutzer hat dann beispielsweise während einer Zeitdauer tSPx die Möglichkeit, die Ist-Position IPy mit der Soll-Position SPx in Übereinstimmung zu bringen, bzw. der Sollbewegung so gut wie möglich zu folgen oder die gestellte Aufgabe zu lösen. Während der Zeitdauer tSPx, wird kontinuierlich die Ist-Position IPy des Schwerpunkts S gemessen. Jede gemessene Ist-Position IPy kann dann mit der jeweils zum Messzeitpunkt tMy vorgegebenen Soll-Position SPx verglichen werden. Anschließend kann eine Bewertung anhand dieses Vergleiches erfolgen. Stimmen die Soll-Positionen SPx und die gemessenen Ist-Positionen IPy (nahezu, innerhalb gewisser Toleranzbereiche) überein, so kann beispielsweise der Gesamtpunktestand erhöht werden. Stimmen Soll-Positionen SPx und Ist-Positionen IPy nicht überein, so kann der Gesamtpunktestand beispielsweise unverändert bleiben oder reduziert werden.
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Je nach dem Schwierigkeitsgrad des aktuellen Modus kann eine (Netto-)Kraft F von den Verbindungselementen 11, 12 auf die bewegliche Standplatte P1 ausgeübt werden. Die auf die bewegliche Standplatte P1 ausgeübte Kraft F kann dabei in Richtung (Unterstützung) oder entgegen (Störung) der durch den Nutzer ausgeübten Kraft FG wirken, wobei die Kraft F dabei jedoch auch beispielsweise Null sein kann.
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Ist das Ende der Trainingseinheit noch nicht erreicht, kann eine neue Soll-Position SPx, Sollbewegung oder Koordinationsaufgabe vorgegeben werden und der oben beschriebene Ablauf wiederholt sich. Ist das Ende der Trainingseinheit erreicht kann direkt im Anschluss oder zu einem späteren Zeitpunkt eine nächste Trainingseinheit gestartet und der entsprechend oben beschriebene Ablauf wiederholt werden, indem zunächst geprüft wird, ob der Modus geändert werden soll. Auf diese Weise ergibt sich ein integrierter geschlossener Regelkreis.
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Um eine aktive Beeinflussung der beweglichen Platte P1 durch das System zu ermöglichen, können die Verbindungselemente 11, 12 entsprechend ausgebildet sein. Beispielsweise können als Verbindungselemente 11, 12 aktive, steuerbare, mechanische Stellorgane wie z.B. Balgzylinder oder Luftmuskel Verwendung finden. Es sind hier jedoch auch andere Verbindungselemente denkbar, welche durch das Gewicht des Nutzers in ihrer Höhe H verändert werden können und zudem aktiv eine Kraft F auf die bewegliche Standplatte P1 ausüben können. Die Verbindungselemente können dann beispielsweise über das Regelelement 4 mittels Ansteuersignalen D entsprechend angesteuert werden.
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8 zeigt beispielhaft eine vereinfachte Darstellung einer derartigen Vorrichtung. Die bewegliche Standplatte P1 weist in dem gezeigten Beispiel eine runde Form auf. Mittels drei Verbindungselementen 51, 52, 53 ist die bewegliche Standplatte P1 mit einer festen Basisplatte P2 verbunden. Die Verbindungselemente 51, 52, 53 sind im gezeigten Beispiel als Balgzylinder ausgebildet. Wie bereits oben dargestellt, können hier jedoch auch andere Arten von Verbindungselementen vorgesehen sein, welche in ihrer Höhe veränderbar sind und aktiv eine Kraft auf die bewegliche Standplatte P1 ausüben können. Die Verbindungselemente 51, 52, 53 sind in der gezeigten Anordnung derart angeordnet, dass sie ein gleichseitiges Dreieck bilden. Durch eine derartige Anordnung ist beispielsweise eine Neigung der beweglichen Standplatte P1 um mehrere Achsen möglich. Die gezeigte Anordnung der Verbindungselemente 51, 52, 53 ist jedoch nur beispielhaft, es sind auch jegliche andere Anordnungen denkbar.
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Die beschriebenen Beispiele sollen lediglich das grundsätzliche Prinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellen. Die Vorrichtung kann nicht nur zum Training von Menschen, sondern beispielsweise auch zum Training von Tieren verwendet werden. Zudem sind verschiedene weitere Ausgestaltungen möglich. Anstatt einer einzelnen beweglichen Standplatte können beispielsweise auch mehrfache Standplatten vorgesehen werden. Soll die Vorrichtung beispielsweise zum Training von Pferden, eingesetzt werden, kann für jede Hufe eine, also vier Standplatten vorgesehen werden. Eine Schwerpunktmessung kann dann beispielsweise über eine Mittelung der Kippwinkel der Platten oder mittels sonstiger geeigneter Methoden, erfolgen und jede einzelne Standplatte kann wie oben dargestellt angesteuert werden.
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Bei Verwendung mehrfacher Standplatten können beispielsweise die Modi M1 bis M5, wie für die einzelne bewegliche Standplatte beschrieben, vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich können aber beispielsweise auch folgende Modi implementiert werden:
Modus M7: | Schwerpunktmessung links/rechts interpolieren. |
Modus M8: | Schwerpunktmessung aus den Kippwinkeln (vor/rück) der Platten. |