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Title:
POSITION SENSOR AND MOVEMENT ANALYSIS METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/094949
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a position sensor (3) for a movement analysis method, in particular for golf training. According to the invention, the position sensor (3) can be detachably mounted on ball sports equipment (2) and receives or emits at least one position signal for determining the three-dimensional position and/or alignment of the ball sports equipment (2). The invention also relates to a movement analysis system that uses the inventive position sensor.

Inventors:
MARQUARDT CHRISTIAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/003237
Publication Date:
October 13, 2005
Filing Date:
March 26, 2004
Export Citation:
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Assignee:
SCIENCE & MOTION GMBH (DE)
MARQUARDT CHRISTIAN (DE)
International Classes:
A63B57/00; A63B69/36; (IPC1-7): A63B69/36
Domestic Patent References:
WO2002035184A22002-05-02
Foreign References:
US6375579B12002-04-23
US6095928A2000-08-01
JP2001112903A2001-04-24
US3945646A1976-03-23
US20020077189A12002-06-20
US5694340A1997-12-02
Other References:
See also references of EP 1727602A1
Attorney, Agent or Firm:
Beier, Ralph (Akademiestrasse 7, München, DE)
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Claims:
16285/PCT ANSPRÜCHE
1. Positionsgeber (3), gekennzeichnet durch eine Befesti gungseinrichtung, mittels derer der Positionsgeber (3) lösbar an einem Ballsportgerät (2) montierbar ist.
2. Positionsgeber (3) nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass das Ballsportgerät (2) ein Golfschläger ist.
3. Positionsgeber (3) nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen Sender (7, 9, 10) zur Abgabe eines Positionssignals an einen ortsfest ange¬ ordneten Empfänger (1618), wobei der Empfänger (1618) in Abhängigkeit von dem empfangenen Positionssignal die Position und/oder die Ausrichtung des Ballsportgeräts (2) ermittelt.
4. Positionsgeber (3) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch mindestens drei zueinander beabstandete Sender (7, 9, 10) zur Abgabe jeweils eines Positionssignals an drei orts¬ fest angeordnete und zueinander beabstandete Empfänger (16 18) .
5. Positionsgeber (3) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeich net durch mindestens einen Empfänger zum Empfang des Positi¬ onssignals von einem ortsfest angeordneten Sender, wobei der Empfänger in Abhängigkeit von dem empfangenen Positionssignal die Position und/oder die Ausrichtung des Ballsportgerät (2) ermittelt .
6. Positionsgeber (3) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch mindestens drei zueinander beabstandete Empfänger zum Empfang j eweils eines Positionssignals von drei ortsfest an¬ geordneten und zueinander beabstandeten Sendern. 7.
7. Positionsgeber ( 3 ) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender ( 7 , 9 , 10 ) ein Ultra¬ schallsender ist .
8. Positionsgeber (3) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (7, 9, 10) im Wesent¬ lichen in einer Ebene angeordnet sind.
9. Positionsgeber (3) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (7, 9, 10) die Posi¬ tionssignale im Wesentlichen in die gleiche Richtung abstrah¬ len.
10. Positionsgeber (3) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Sender (7, 9, 10) im Wesentlichen in Form eines Dreiecks angeordnet sind.
11. Positionsgeber (3) nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Sender (7, 9, 10) im montierten Zustand in einer Ebene mit dem Schaft des Ball¬ sportgeräts (2) angeordnet ist, während die beiden anderen Sender (9, 10) auf gegenüberliegenden Seiten dieser Ebene an¬ geordnet sind.
12. Positionsgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass der Positionsgeber mindestens einen Beschleu¬ nigungssensor aufweist.
13. Positionsgeber (3) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsgeber (3) an dem Schaft des Ballsportgeräts (2) montierbar ist.
14. Positionsgeber (3) nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur drahtgebundenen Kommunikation mit einer ortsfest angeordneten Steuereinheit (12) ein Kabelanschluss (11) vorgesehen ist.
15. Positionsgeber (3) nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur drahtlosen Kommuni¬ kation mit einer ortsfest angeordneten Steuereinheit (12) ein zusätzliche Sender vorgesehen ist.
16. Positionsgeber (3) nach Anspruch 15, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass der zusätzliche Sender am Körper eines Golfspielers fixierbar ist.
17. Bewegungsanalysesystem mit einem Positionsgeber (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einer mit dem Po¬ sitionsgeber (3) verbundenen Steuereinheit (12) zur Steuerung und Auswertung der Bewegungsanalyse.
18. Bewegungsanalyseverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung eines Ballsportgeräts (2) beim Schlagen mittels eines an dem Ballspoxtgerät (2) montierten Positionsgebers (3) erfasst und analysiert wird.
19. Bewegungsanalyseverfahren nach Anspruch 18, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass das Ballsportgerät (2) ein Golfschläger ist.
20. Bewegungsanalyseverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 19, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Übertragung eines Positionssignals 'zwischen dem an dem Ballsportgerät (2) angebrachten Positionsgeber (3) und ei¬ ner ortsfest angeordneten Steuereinheit (12), Ermittlung der Position und/oder Ausrichtung des Ballsportgeräts (2) in Abhängigkeit von dem Positionssig nal .
21. Bewegungsanalyseverfahren nach Anspruch 20 , dadurch ge¬ kennzeichnet, dass' die Lauf zeit des Positionssignals zwischen dem Positionsgeber ( 3 ) und der Steuereinheit ( 12 ) gemessen und die Position und/oder Ausrichtung des Ballsportgeräts (2 ) in Abhängigkeit von der Lauf zeit bestimmt wird .
22. Bewegungsanalyseverfahren nach Anspruch 20 oder 21, da¬ durch gekennzeichnet, dass der Positionsgeber (3) und die Steuereinheit (12) mehrere zueinander beabstandete Sender (7, 9, 10) bzw. mehrere zueinander beabstandete Empfänger auf weist, zwischen denen mehrere Positionssignale übertragen werden, wobei die Position und/oder Ausrichtung des Ball¬ sportgeräts (2) in Abhängigkeit von den Positionssignalen er¬ mittelt wird.
23. Bewegungsanalyseverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Position und/oder der Ausrichtung des Ballsportgeräts (2) folgende Da¬ ten ermittelt werden: Beginn einer Schlagbewegung und/oder Ende einer Schlagbewegung und/oder AuftreffZeitpunkt des Ballsportgeräts (2) auf den Ball.
24. Bewegungsanalyseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Position und/oder der Ausrichtung des GolfSchlägers (2) mindestens ei¬ ner der folgenden Schlagparameter für einen Schlag ermittelt wird: Dauer des Rückschwungs Dauer des Durchschwungs Treffzeitpunkt Symmetrie des TreffZeitpunkts Symmetrie des Geschwindigkeitsprofils Ausrichtung beim Ansprechen Schlägerkopf im Treffmoment • ■ •••Differenzwert zu Ausrichtung Rotation bis zum Treffmoment Rotation nach dem Treffmoment Rotationsrate pro Zeit Horizontaler Winkel des Schlägerkopfs auf der Schwungbahn Loft des Schlägers im Treffmoment Treffpunkt auf dem Schlägerkopf Höhe des Schlägers im Treffmoment Länge des Rückschwungs Länge des Durchschwungs Symmetrie der Schwungbahn Horizontale Richtung der Schwungbahn im Treffmoment Vertikale Neigung der Schwungbahn im Treffmoment Maximale Rückschwung Geschwindigkeit Auftreffgeschwindigkeit Maximale Durchschwunggeschwindigkeit Maximale Beschleunigung Beschleunigung nach dem Treffen Maximales Bremsen Mittlerer Jerk im Rückschwung Mittlerer Jerk im Durchschwung.
25. Bewegungsanalyseverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden der Schlagpa rameter zur Messung der Bewegungskonsistenz die Variabilität berechnet wird.
26. Bewegungsanalyseverfahren nach, einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagparameter gra¬ fisch dargestellt werden.
27. Bewegungsanalyseverfahren nach, einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Schlagparameter grafisch dargestellt wird.
28. Bewegungsanalyseverfahren nach, einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagparameter nor¬ malisiert werden.
29. Bewegungsanalyseverfahren nach, einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagparameter mit gespeicherten Vergleichswerten verglichen und/oder gemeinsam mit den Vergleichswerten dargestellt werden.
30. Bewegungsanalyseverfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass aus den normalisierten Schlagparametern ein OverallPerformanceIndex zur Bestimmung der Leistung des Golfspielers berechnet wird.
31. Bewegungsanalyseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Posi tionsbestimmung des Schlägers zeitlich synchron weitere Posi¬ tionssignale erfasst und gemeinsam analysiert werden, wie die Positionen und Bewegungen des Körpers des Golfspielers.
32. Bewegungsanalyseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Posi¬ tionsbestimmung des Schlägers zeitlich synchron 'die Bodenre¬ aktionskräfte bei Golfspiel mittels einer Kraftmessplatte ge¬ messen und analysiert werden.
33. Bewegungsanalyseverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des berechneten Kompetenzprofils Bewegungsprobleme wie das YipsSyndrom klas¬ sifiziert und bereits vor dem eigentlichen Ausbruch identifi ziert werden können.
34. Bewegungsanalyseverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsgeber min¬ destens einen Beschleunigungssensor aufweist, der entspre chend der Bewegung des Ballsportgeräts ein Beschleunigungs¬ signal erzeugt.
35. Bewegungsanalyseverfahren nach Anspruch 34, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass das laufzeitabhängige Positionssignal mit dem Beschleunigungssignal verrechnet wird, um die Genauigkeit zu erhöhen.
36. Bewegungsanalyseverfahren nach Anspruch 34, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass aus den Beschleunigungssignalen der Be schleunigungssensoren die Positionssignale und Winkelsignale des Schlägers rückgerechnet werden, um daraus dann die Schlagparameter zu berechnen. * * * * *.
Description:
Positionsgeber und Bewegungsanalyseverfahren

Die Erfindung betrifft .einen Po-sitionsgeber sowie ein Bewe¬ gungsanalyseverfahren.

Beim Golfspielen stellt das Putten hohe feinmotorische Fähig- keiten an den Golfspieler. Beim Training wird das Hauptaugen¬ merk normalerweise auf die Schlagtechnik, also die statischen Aspekte der Bewegung, gelegt. Mit dem bloßen Auge ist die Be¬ wegungsdynamik beim Putten wegen der geringen Ausführungsge- schwindigkeit kaum zu erfassen. Auch mit herkömmlichen Analy- semethoden wie der Videoanalyse sind aus methodischen Gründen die dynamischen Aspekte der Puttbewegung nur ungenügend und mit großem Aufwand analysierbar. Entsprechend wird das Trai¬ ning des kurzen Spiels oftmals stark vernachlässigt und führt oftmals zu unbefriedigenden Ergebnissen, obwohl gemessen an der Schlagzahl das Putten etwa 40% des Golfspiels ausmacht.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den Bewe¬ gungsablauf beim Golfspielen und insbesondere beim Putten zu messen und zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch einen Positionsgeber gemäß An¬ spruch 1 und durch ein entsprechendes Bewegungsanalyseverfah¬ ren gemäß Anspruch 18 gelöst.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass beim Erlernen von verlangsamten Bewegungen wie dem Putten oftmals unbemerkt auch systematische Bewegungsfehler mitgelernt werden. Schnel¬ le ballistische Bewegungen werden immer rein motorisch ausge¬ führt und sind deshalb selbst organisierend. Im Gegensatz da- zu werden verlangsamte Bewegungen immer stark strategiegebun¬ den ausgeführt. Strategische Bewegungsfehler bei verlangsam¬ ten Bewegungen wie dem. Putten werden oftmals vom Golfspieler selbst nicht bemerkt, und auch der Trainier kann diese mit dem bloßen Auge nur schwer erkennen. Beispielsweise führt das so genannte Yips-Syndrom im Golfsport zu einem unbewussten •• Zucken der Hand und des Handgelenks beim kurzen Spiel, und macht eine präzise Ausführung der Schlagbewegung damit unmög¬ lich. Mit herkömmlichen Trainingsmethoden ist das Yips- Syndrom nicht zu behandeln, im Gegenteil verschlimmern sich die Symptome mit verstärktem Üben immer weiter.

Die Erfindung umfasst deshalb die allgemeine technische Leh¬ re, die Bewegung eines GolfSchlägers durch ein entsprechendes Bewegungsanalyseverfahren apparategestützt zu erfassen und zu analysieren. Damit werden zum einen Stärken und Schwächen des individuellen Bewegungsablaufs detailgenau abgebildet und er¬ lauben ein zielgerichtetes und damit extrem effizientes Trai¬ ning. Darüber hinaus können Bewegungsprobleme wie das Yips- Syndrom frühzeitig und objektiv gemessen werden. Durch die abgeleiteten Informationen kann erstmals eine spezifische Be¬ handlung dieser Bewegungsprobleme erfolgen.

Hierzu ist im Rahmen der Erfindung ein Positionsgeber vorge- sehen, der an einem Golfschläger lösbar montiert wird, um die räumliche Position und/oder Ausrichtung des GolfSchlägers zu ermitteln.

Vorzugsweise empfängt oder sendet der Positionsgeber hierzu mindestens ein Positionssignal, das der Ermittlung der Posi¬ tion und/oder Ausrichtung des GolfSchlägers dient.

Die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf die Erfassung der Position bzw. Ausrichtung eines GolfSchlägers, sondern grundsätzlich auch bei anderen Ballsportgeräten anwendbar, wie beispielsweise beim Billardspiel, bei Kricketschlägern oder ähnlichem. Zum einfacheren Verständnis wird die Erfin¬ dung jedoch nachfolgend anhand eines GolfSchlägers erläutert.

Bei dem Positionsgeber handelt es sich vorzugsweise um einen aktiven Positionsgeber, der mindestens ein Positionssignal sendet, das durch einen ortsfest angeordneten Empfänger er- fasst wird, wobei die Position und/oder die Ausrichtung des GolfSchlägers empfängerseitig in Abhängigkeit von dem empfan¬ genen Positionssignal ermittelt wird.

Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass der an dem Golfschläger montierbare Positionsgeber passiv ist und zum Empfang eines Positionssignals von einem ortsfest ange¬ ordneten Sender einen Empfänger aufweist, wobei die Position und/oder die Ausrichtung des GolfSchlägers wiederum empfän- gerseitig in Abhängigkeit von dem Positionssignal ermittelt wird.

Bei dem Positionssignal handelt es sich vorzugsweise um ein Ultraschallsignal, das beispielsweise mit einer Messrate zwi¬ schen 100 Hz und 400 Hz gesendet werden kann, wobei die Mess¬ rate in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung 300 Hz beträgt. Die Verwendung eines Ultraschallsignals als Posi¬ tionssignal ermöglicht eine Ortsauflösung von ungefähr 0,1 mm, was bei einer Bewegungsanalyse kleinste Feinheiten des Bewegungsablaufs aufdecken kann und auch die Identifizierung von Bewegungsstörungen, wie beispielsweise dem YlPS-Syndrom, ermöglicht, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind.

Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des Positionssignals nicht auf ein akustisches Signal beschränkt. Bei dem Positi¬ onssignal kann es sich vielmehr auch um ein optisches oder ein magnetisches Signal handeln. Dabei können die Bewegungs- messkomponenten beispielsweise nach dem Prinzip der optischen Positionsbestimmung mit Kameras oder der Abtastung mit Laser¬ licht bestehen, und die Messsensoren aus reflektierenden und/oder aktiv leuchtenden Markierungspunkten oder optisch empfindlichen Messflächen bestehen. Weiterhin können die Be- wegungsmesskomponenten nach dem Prinzip der Positionsbestim¬ mung mittels Magnetfeldern arbeiten.

Darüber hinaus kann der Positionsgeber auch einen oder mehre¬ re Beschleunigungssensoren aufweisen, cdie eine Bewegung des GolfSchlägers erfassen.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der an dem Golfschläger montierbare Positionsgeber mindestens drei Sender bzw. Empfänger auf, so dass die Position der ein¬ zelnen Sender bzw. Empfänger durch Triangulation und an¬ schließende Koordinatentransformation exakt bestimmt werden kann. Die einzelnen Sender bzw. Empfänger sind hierbei vor- zugsweise in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, und bilden die Form eines Dreiecks.

Darüber hinaus strahlen die einzelnen Sender vorzugsweise im Wesentlichen in die gleiche Richtung ab, wobei die einzelnen Sender einen Abstrahlwinkel von bis zu 180° aufweisen können, so dass der Positionsgeber bzw. eine zugehörige Steuereinheit mit den zugehörigen Empfängern nur grob ausgerichtet werden muss.

Im montierten Zustand des erfindungsgernäßen Positionsgebers ist vorzugsweise einer der Sender in ei_ner Ebene mit dem Schaft des GolfSchlägers angeordnet, während die beiden ande¬ ren Sender auf gegenüberliegenden Seiten dieser Ebene ange¬ ordnet sind. Diese Anordnung der einzelnen Sender ermöglicht vorteilhaft eine vereinfachte und exakte Koordinatentransfor¬ mation und damit eine genaue Positionsbestimmung.

Die Befestigung des erfindungsgemäßen Positionsgebers erfolgt vorzugsweise an dem Schaft des GolfSchlägers, wobei die Be¬ festigung vorzugsweise lösbar ist und beispielsweise durch eine Klemmverschraubung erfolgen kann. Hierbei ist der Posi¬ tionsgeber vorzugsweise um den Schaft des GolfSchlägers dreh¬ bar, wobei zur Ausrichtung des Positionsgebers in Drehrich- tung relativ zu dem Golfschläger eine Lehre verwenden kann.

Die lösbare Befestigung des erfindungsgemäßen Positionsgebers an dem Golfschläger ist vorteilhaft, weil es sich bei dem Po¬ sitionsgeber auch um ein Trainingsgerät handelt und verschie- dene Golfschläger miteinander verglichen werden sollen. Bei¬ spielsweise ermöglicht eine Erprobung verschiedener Golf¬ schläger mit dem erfindungsgemäßen Positionsgeber die direkte Auswahl des individuell optimalen GolfSchlägers, was ansons¬ ten nur durch eine längere Benutzung verschiedener Golfschlä- ger möglich ist.

Die eigentliche Bestimmung der Position bzw. Ausrichtung des GolfSchlägers erfolgt hierbei vorzugsweise durch eine orts¬ fest angeordnete Steuereinheit, wobei .die Steuereinheit mit den Sendern und den Empfängern verbunden ist, um eine Lauf¬ zeitmessung durchzuführen und dadurch die Position und Aus¬ richtung des Positionsgebers und des mit dem Positionsgeber verbundenen GolfSchlägers zu ermitteln. Hierbei kann eine herkömmliche Steuereinheit verwendet werden, wie sie bei- spielsweise von der Firma zebris Medical GmbH, Max-Eyth-Weg 42, 88316 Isny (Deutschland) unter den Markennamen CMS-20 o- der CMS10 vertrieben wird. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Bewegungsanalyseverfahrens werden die von den vorstehend beschriebenen bekannten Steuer¬ einheiten ermittelten Rohdaten jedoch noch einer kinemati¬ schen Analyse unterzogen, um zum Golftraining und insbesonde- re zum Training des Puttens golfspezifische Informationen ü- ber den Bewegungsablauf zu.-erhalten. Beispielsweise können aus der Position und/oder der Ausrichtung des GolfSchlägers folgende Schlagparameter ermittelt werden: Dauer des Rückschwungs - Dauer des Durchschwungs TreffZeitpunkt Symmetrie des TreffZeitpunkts Symmetrie des Geschwindigkeitsprofils - Ausrichtung beim Ansprechen - Schlägerkopf im Treffmoment Differenzwert zur Ausrichtung Rotation bis zum Treffmoment Rotation nach dem Treffmoment Rotationsrate pro Zeit - Horizontaler Winkel des Schlägerkopfs auf der Schwungbahn Loft des Schlägers im Treffmoment Treffpunkt auf dem Schlägerkopf Höhe des Schlägers im Treffmoment Länge des Rückschwungs - Länge des Durchschwungs Symmetrie der Schwungbahn Horizontale Richtung der Schwungbahn im Treffmoment Vertikale Neigung der Schwungbahn im Treffmoment - Maximale Rückschwung Geschwindigkeit - Auftreffgeschwindigkeit - Maximale Durchschwunggeschwindigkeit Maximale Beschleunigung Beschleunigung nach dem Treffen Maximales Bremsen - Mittlerer Jerk im Rückschwung - Mittlerer Jerk im Durchschwung

Darüber hinaus werden im Rahmen des erfindungsgemäßen Bewe- gungsanalyseverfahrens zur Beschreibung der Konsistenz der Bewegungsausführung vorzugsweise die Variabilitäten aller 28 Parameter bei mehrfacher Schlagwiederholung (typischerweise 5 Schläge) berechnet.

Ferner werden die einzelnen Schlagparameter im Rahmen des er¬ findungsgemäßen Bewegungsanalyseverfahrens vorzugsweise nor¬ malisiert, um Normabweichungen bei den einzelnen Schlagpara¬ metern einfach erkennen und quantitativ auswerten zu können.

Darüber hinaus werden die Schlagparameter im Rahmen des er¬ findungsgemäßen Bewegungsanalyseverfahrens vorzugsweise gra¬ fisch dargestellt, wobei die Darstellung gemeinsam mit ge¬ speicherten Vergleichswerten erfolgen kann, um Abweichungen und Bewegungsstörungen erkennen zu können.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusam¬ men mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein erfindungsgemäßes Bewegungsanalysesystem zum Training des Puttens beim Golfspiel, Figur 2 einen erfindungsgemäßen Positionsgeber, der an einem Golfschläger montierbar ist, Figur 3 eine vergrößerte Ansicht aus Figur 1 mit dem an dem Golfschläger montierten Positionsge¬ ber aus Figur 2, Figur 4a bis 4e das erfindungsgemäße Bewegungsanalyseverfah¬ ren in Form eines Flussdiagramms, Figur 5 und 6 verschiedene Bildschirmdarstellungen, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Bewegungsanaly¬ severfahrens erzeugt werden sowie Figur 7 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bewegungsanalysesystems.

Figur 1 zeigt einen Golfspieler 1 mit einem Golfschläger 2 beim Putten, wobei an dem Schaft des GolfSchlägers 2 ein ak¬ tiver Positionsgeber 3 lösbar befestigt ist, der in Figur 2 detailliert dargestellt ist und nachfolgend beschrieben wird.

Der Positionsgeber 3 weist zwei Klemmschrauben 4, 5 aufr mit denen der Positionsgeber 3 lösbar an dem Schaft des Golf¬ schlägers 2 befestigt werden kann. Die Ausrichtung des Posi- tionsgebers 3 in Drehrichtung um den Schaft des GolfSchlägers 2 erfolgt hierbei durch eine Lehre, die zur Vereinfachung nicht dargestellt ist.

Der Positionsgeber 3 besteht im Wesentlichen aus einem Mit- telteil 6, an dessen freiem Ende ein Ultraschallsender 7 an¬ gebracht ist, wobei das Mittelteil 7 an dem gegenüberliegen¬ den Ende in zwei Seitenarme 8.1, 8.2 verzweigt, an deren freiem Ende jeweils ein weiterer Ultraschallsender 9 bzw. 10 angeordnet ist.

Die Ultraschallsender 7, 9, 10 sind hierbei in einer Ebene angeordnet und strahlen in die gleiche Richtung ab, wobei die einzelnen Ultraschallsender 7, 9, 10 einen Abstrahlwinkel von jeweils 180° und einen maximalen Messabstand von etwa 2 m aufweisen und eine Messrate von insgesamt 300 Hz ermögli_chen.

An der Oberseite des Positionsgebers 3 befindet sich ein An- schluss, an dem für die getrennte Messung von Handgelenksbe- wegungen ein vierter Sensor angeschlossen werden kann. Die Bewegungen des Handgelenks sind vor allem bei der Messung von Yips-Problemen von großer Bedeutung.

Zusätzlich kann das Bewegungsanalysesystem auch andere Mess- signale verarbeiten, wenn staizt dem Positionsgeber 3 an dem Golfschläger -2 ein am Körper cies Golfspielers 1 befestigter Positionsgeber verwendet wird - Mit einem solchen Positionsge¬ ber können zusätzlich Körperbewegungen wie Bewegungen vom Kopf, den Schultern, des Rückens und der Hüften gemessen wer- den. In einer weiteren Ausführung der Erfindung können diese körperbezogenen Signale zeitgZLeich mit einem zweiten Messauf¬ nehmer registriert werden, deur über eine zweite Steuereinheit an die gleiche Recheneinheit angeschlossen ist. Die Signale aus der Bewegung des GolfSchlägers 2 und die Bewegungssignale des Körpers können dann zeitlich synchronisiert analysiert und ausgewertet werden. Mit einer solchen Messeinheit ist erstmals der Zusammenhang zwischen einer guten Leistung beim kurzen Golfspiel und den zugehörigen körperbezogenen Bewegun¬ gen messbar. Weiterhin kann das Bewegungsanalysesystem mit weiteren Messsystemen synchronisiert betrieben werden, bei¬ spielsweise zur zeitsynchronen. Bestimmung der Bodenreaktions¬ kräfte mittels einer Kraftverteilungsmessplatte.

Der Positionsgeber 3 ist über das Kabel 11 mit einer Steuer- einheit 12 verbunden, die herkömmlich ausgeführt sein kann. Bei der Steuereinheit 12 kann es sich beispielsweise um das Mess-System CMSlO oder CMS20S handeln, das von der bereits eingangs erwähnten Firma zebri_s Medical GmbH vertrieben wird.

Die Kommunikation zwischen dem Positionsgeber 3 und der Steu¬ ereinheit 12 kann jedoch alterrnativ auch kabellos erfolgen, beispielsweise durch ein optisches Signal. Dazu kann über ein verkürztes Kabel ein Signalgeber (z.B. Infrarot) angesteuert werden, der beispielsweise am Gürtel des Golfspielers 1 be- festigt wird und einen zusätzlichen Empfänger ansteuert. Der Messaufnehmer ist dann vorzugsweise mit einem Kabel über die Steuereinheit 12 mit der Recheneinheit 19 verbunden. Die Steuereinheit 12 kann hierbei auch in dem Messaufnehmer 14 integriert sein oder mit der Recheneinheit 19 zusammengefasst sein.

Darüber hinaus ist die Steuereinheit 12 über ein weiteres Ka¬ bel 13 mit einem Ultraschall-Messaufnehmer 14 verbunden, der an sich herkömmlich ausgeführt sein kann und beispielsweise zusammen mit den vorstehend erwähnten Mess-Systemen von der Firma zebris Medical GmbH erhältlich ist. Der Messaufnehmer 14 ist hierbei auf einem Stativ angeordnet und weist drei Ultraschallempfänger 16, 17, 18 auf, die in einer Ebene in Form eines Dreiecks angeordnet und gemeinsam und parallel grob auf den Positionsgeber 3 ausgerichtet sind, um Ultra¬ schallsignale von den Ultraschallsendern 7, 9 und 10 zu emp¬ fangen.

Die Steuereinheit 12 steuert die Ultraschallsender 7, 9 und 10 über das Kabel 11 zur Abgabe von Ultraschallimpulsen an, die von den Ultraschallempfängern 16-18 erfasst und über das Kabel 13 an die Steuereinheit 12 übermittelt werden. Die Laufzeiten der Ultraschallimpulse der Urtraschallsender 7, 9, 10 bis zum Empfang durch die Ultraschallempfänger 16-18 wer¬ den von dem Messaufnehmer 14 über das Kabel 13 an die Steuer¬ einheit 12 und von dort über eine Datenschnittstelle an die Recheneinheit 19 übermittelt. Die Recheneinheit 19 berechnet mittels Triangulation aus der Laufzeit der Ultraschallimpulse die Positionen der einzelnen Ultraschallsender 7, 9, 10 im dreidimensionalen Raum. Aus diesen Rohdaten werden von der Recheneinheit 19 durch Koordinatentransformation dann in Echtzeit die Positionsdaten des GolfSchlägers 2 berechnet. Die Positionsdaten des GolfSchlägers 2 werden in Echtzeit a- nalysiert, die Ergebnisse wahlweise an einem Bildschirm 20 dargestellt und zur weiteren Analyse in einer- Messwertdatei gespeichert. Über ein Eingabegerät 21 ist dabei eine Bedie¬ nerführung möglich.

Aus der vergrößerten Darstellung in Figur 3 i st ersichtlich, dass der Positionsgeber 3 so an dem Schaft des GolfSchlägers 2 befestigt ist, dass sich der Ultraschallsender 7 mittig vor dem Schaft des GolfSchlägers 2 befindet, während die Seiten- arme 8.1, 8.2 seitlich und von dem Schaft des GolfSchlägers 2 abstehen. Diese Anordnung des Positionsgebers 3 ermöglicht eine exakte Positionsbestimmung durch eine Triangulation der von den drei Ultraschallsendern 7, 9, 10 ausgehenden Ultra¬ schallimpulse.

Die Figuren 4a bis 4e zeigen das erfindungsgemäße Bewegungs¬ analyseverfahren in Form eines Flussdiagraituns .

In dem in Figur 4a dargestellten Verfahrensabschnitt erfolgen zunächst Vorarbeiten wie die Montage des Posi~tionsgebers 3 an dem Golfschläger 2 sowie der Aufbau des Messa~ufnehmers 14 mit dem Stativ 15 und die Ausrichtung des Messaufnehmers 14 in Richtung des Golfspielers 1.

Darüber hinaus wird das gesamte System in diesem Verfahrens¬ abschnitt kalibriert, um eine genaue Positionserfassung zu ermöglichen. Dabei wird der Schlägerkopf des GolfSchlägers 2 in horizontaler Richtung genau auf das anvisierte Ziel hin kalibriert („Ausrichtung"), in vertikaler Ricϊitung wird der Schlägerkopf auf Neigung gegenüber der Senkrechten hin kalib¬ riert („Loftλλ) .

In dem in Figur 4b dargestellten Verfahrensabschnitt erfolgt dann die eigentliche Messung der Bewegung des Golfschlä- gers 2, wobei dieser Verfahrensabschnitt während des Betriebs im Hintergrund laufend wiederholt wird. Bei einer Messung im Diagnosemodus werden normalerweise mehrere Schläge hinterein¬ ander ausgeführt, um die Konsistenz der Bewegungsausführung zu überprüfen. Typischerweise werden fünf Pütts auf das selbe Ziel hin ausgeführt.

Hierbei geben die Ultraschallsender 7, 9, 10 des Positionsge¬ bers 3 laufend Ultraschallsignale ab, die von den U]_tra- schallempfängern 16 bis 18 des Messaufnehmers 14 empfangen werden.

Die Steuereinheit 12 misst dann die Laufzeit der Ultraschall¬ signale zwischen der Abstrahlung durch die Ultrascha_llsender 7, 9, 10 des Positionsgebers 3 und dem Empfang durch, die Ult¬ raschallempfänger 16 bis 18 des Messaufnehmers 14.

Anschließend berechnet die Recheneinheit 19 aus den gemesse¬ nen Laufzeiten die Positionen der Ultraschallsender 7, 9, 10 und aus diesen Positionen durch Koordinatentransforiixation die Position und Ausrichtung des Schlägerkopfs, wobei eine defi¬ nierte Ausrichtung des Positionsgebers 3 relativ zu dem Golf¬ schläger 2 zugrundegelegt wird.

Um einen Bedienereingriff zur Messung und Speicherung der Da¬ ten der einzelnen Schläge überflüssig zu machen, werden die Schlagbewegungen innerhalb des kontinuierlichen Datenstroms nach genau festgelegten Kriterien automatisch identi fiziert, was in dem Verfahrensabschnitt in Figur 4c erfolgt. Dabei werden verschiedene Kriterien in einer Kombination von Zeit¬ abläufen, Bewegungsrichtung und Bewegungsdynamik mit einander kombiniert. Zunächst muss der Golfschläger 2 für eine be¬ stimmte Zeit (beispielsweise 1 Sekunde) ruhig gehalt en wer¬ den. Dann muss der Schläger mit einer bestimmten Minclestge- schwindigkeit in negativer Richtung vom Ziel weg beweg-t wer¬ den. Innerhalb einer bestimmten Zeit muss dann die Rückwärts- bewegung gestoppt werden und übergangslos in eine Vorwärtsbe¬ wegung übergehen. Innerhalb einer bestimmten Zeit muss dann eine bestimmte Vorwärtsgeschwindigkeit überschritten werden. Innerhalb einer bestimmten Zeit muss dann die Schlägeirge- schwindigkeit unter einen bestimmten Schwellwert sinken um das Schlagende anzuzeigen. Wenn eine der vorgegebenen Bedin¬ gungen nicht eingehalten wird, wird der Messzyklus unterbro- chen und die Bewegung wird als nicht gültig zurückgewiesen.

Wenn dagegen ein gültiger Schlagzyklus in dem kontinul erli- chen Datenstrom identifiziert wurde, dann werden die zugehö¬ rigen Positionsdaten und die Ausrichtung des Schlägerkopfs des GolfSchlägers 2 zusammen mit den jeweiligen Messzeitpunk¬ ten für die anschließende Analyse der Schlagbewegung abge¬ speichert.

Falls die Schlagbewegung nicht korrekt beendet wurde, so wird der in Figur 4c dargestellte Verfahrensabschnitt erneut durchlaufen. Wenn ein Schlag beendet ist und die geforderte Anzahl an Schlägen noch nicht ausgeführt wurde, so wird der in Figur 4c dargestellte Verfahrensabschnitt erneut durchlau¬ fen. Andernfalls wird zu dem in Figur 4d dargestellten Ver- fahrensabschnitt übergegangen, in dem die eigentliche .Analyse und Darstellung der Bewegungsdaten erfolgt, wie nachfolgend beschrieben wird.

Im Trainingsmodus wird im Gegensatz zum Diagnosemodus nur je- weils eine Bewegung ausgeführt, diese in Echtzeit sofort ana¬ lysiert und die Ergebnisse sofort am Bildschirm ausgegeben. So kann der Golfspieler 1 für jeden Schlag sofort erkennen, wie nahe er den Vorgaben gekommen ist. Im Gegensatz zum kon¬ tinuierlichen Biofeedback wird hier ein so genanntes kineti- sches Feedback verwendet („knowledge of result") . Ein konti¬ nuierliches Bewegungsfeedback würde hingegen die Bewegungs¬ ausführung stören und hat sich als nicht geeignet beim Lernen automatisierter Bewegungen erwiesen.

Bevor die Daten' ausgewertet werden können, werden sie einer Fehleranalyse und einer Datenfilterung unterworfen, was in Figur 4d dargestellt ist. Da alle biomechanischen Signale mit einem bestimmten Fehleranteil behaftet sind, und sich dieser Fehleranteil bei Berechung der dynamischen Aspekte wie Ge¬ schwindigkeit und Beschleunigung vervielfacht, kommt einer validen Datenfilterung eine entscheidende Rolle zu. Aufgrund wissenschaftlicher Erkenntnisse wird hier ein gleitender Mit¬ telwertsfilter verwendet, der nachweislich für Bewegungsdaten die besten Filterergebnisse ergibt. Dieser Filter ist bei¬ spielsweise in MARQUARDT, C. & MAI, N. : "A computational pro- cedure for movement analysis in handwriting" (Journal of Neu- roscience Methods, 52, 39-45) beschrieben, so dass der Inhalt dieser Veröffentlichung der vorliegenden Beschreibung in vol- lern Umfang zuzurechnen ist und an dieser Stelle auf eine de¬ taillierte Beschreibung der Datenfilterung verzichtet werden kann.

Da der AuftreffZeitpunkt des GolfSchlägers 2 auf den Golfball wegen der geringen Schlägergeschwindigkeit nicht akustisch gemessen werden kann, wird der Treffmoment aus dem Datenfluss heraus berechnet. Zur Ermittlung des AuftreffZeitpunkts wird eine Kombination der Position des Schlagbeginns, der Schlä¬ gerkopfhöhe, und dem gemessenen Auftreffimpuls des Balls auf den GolfSchläger 2 im Beschleunigungssignal verwendet. Zur Bestimmung des AuftreffZeitpunkts kann auch ein zusätzlich an dem Golfschläger 2 montierter Beschleunigungsaufnehmer ver¬ wendet werden. Zur Berechnung der verschiedenen Bewegungsparameter werden die Daten der einzelnen abgespeicherten Bewegungen automa¬ tisch in jeweils 7 verschiedene Bewegungsabschnitte unter¬ gliedert. Diese Abschnitte sind: 1) Beginn des Rückschwungs, 2) Beginn des- Durchschwungs, " •' " 3) Maximale Beschleunigung, 4) TreffZeitpunkt, 5) Maximale Geschwindigkeit, 6) Maximales Bremsen, 7) Ende des Durchschwungs.

Auf Basis der 7 Bewegungssegmente werden dann die 28 ver¬ schiedenen Bewegungsparameter berechnet, von denen einige beispielhaft in den Bildschirmausdrucken aus den Figuren 5 und 6 dargestellt sind. Beispielsweise werden im Rahmen der Bewegungsanalyse die Maximalgeschwindigkeit und die Maximal¬ beschleunigung des Schlägerkopfes des GolfSchlägers 2 vorbe¬ rechnet. Alle berechneten Datenkurven können graphisch darge- stellt und zusammen mit den zugehörigen Bewegungsparametern beliebig miteinander kombiniert auf dem Bildschirm darge¬ stellt oder ausgedruckt werden.

Anschließend werden die auf diese Weise ermittelten Bewe- gungsparameter (z.B. Maximalbeschleunigung) durch eine Trans¬ formation in entsprechende Z-Werte normiert, wobei die Z- Werte zusammen ein Kompetenzprofil bilden, das in Figur 6 grafisch dargestellt ist.

Darüber hinaus wird aus den Z-Werten ein sogenannter Overall- Performance-Index berechnet, der die Leistungsfähigkeit des jeweiligen Golfspielers 1 wiedergibt. Ferner kann aus einer in der Recheneinheit 19 gespeicherten Datenbank ein Kompetenzprofil eines bekannten Golfspielers als Referenz ausgelesen und auf dem Bildschirm grafisch dar¬ gestellt werden. In Figur 6 wird dieses als Referenz dienende Kompetenzprofil jeweils mittig als grau schraffiertes Feld dargestellt, wohingegen- die tatsächlich ermittelten Z-Werte des Golfspielers 1 als schwarze Balken erscheinen, die teil¬ weise außerhalb der Bandbreite des als Referenz dienenden Kompetenzprofils liegen.

Schließlich wird das ermittelte Kompetenzprofil und das als Referenz ausgewählte Kompetenzprofil grafisch dargestellt, wobei die Bildschirmausdrucke aus den Figuren 5 und 6 ledig¬ lich beispielhaft zu verstehen sind.

Das in Figur 7 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfin¬ dungsgemäßen Bewegungsanalysesystems stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in Figur 1 dargestellten Be¬ wegungsanalysesystems überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen weitgehend auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird und im Folgenden für entsprechende Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.

Die Bestimmung der Position und Ausrichtung des Golfschlä- gers 2 beruht bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch auf einem technisch grundsätzlich anderen Prinzip. So weist der Positi¬ onsgeber 3 hierbei mehrere Beschleunigungssensoren auf, wel¬ che die Beschleunigung des Positionsgebers 3 erfassen, woraus die Steuereinheit 12 dann in Verbindung mit der Recheneinheit 19 die Position und Ausrichtung des GolfSchlägers 2 berechnen kann.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen be¬ vorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die eben¬ falls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.