DE19533757A1 - Skitrainingsgerät - Google Patents
SkitrainingsgerätInfo
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- A63B69/18—Training appliances or apparatus for special sports for skiing
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- Physical Education & Sports Medicine (AREA)
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Skitrainingsgerät, genauer,
auf ein Skitrainingsgerät, welches eine Einrichtung aufweist, um einen Belastungs
zustand und eine Drehbewegung eines Paars Skier zu messen, um einen Gleit
zustand einschließlich einer Gleitgeschwindigkeit und ähnlichem auf der Basis
einer Belastung, der Neigung der Füße, der Richtung der Skier, und geo
graphischer Informationen abzuschätzen, und um eine Bremsoperation in Über
einstimmung mit der Skibewegung und dem Gleitzustand durchzuführen.
Ein Skitrainingsgerät dieser Art kann als Sportausrüstung für körperliches
Training, auch unabhängig vom Skitraining, in Sporteinrichtungen und Hotels ver
wendet werden. Das Gerät kann auch für Unterhaltungszwecke und für Virtual
Reality-Systeme verwendet werden.
Ein Skitrainingsgerät dieser Art wird auf der Basis der folgenden zwei
Konzepte konstruiert.
Bei dem ersten Konzept steht ein Benutzer auf Fußplatten, die sich auf
Schienen bewegen, und vollführt wiederholt Bewegungen in seitlicher Richtung
entlang der Schienen. Produkte, die dieses Konzept verwenden, schließen "Skier′s
Edge", vertrieben durch "Scientific Sports Systems", U.S.A., den "Wedeln Master",
vertrieben durch "L.TAS.I CO., LTD.", Japan und ähnliches ein.
Bei diesem Konzept sind an die Fußplatten angebrachte Seile über Rollen
mit Federn verbunden, wobei die Federauslenkung entsprechend dem Abstand der
Fußplatten von der Mittelstellung der Schienen in seitlicher Richtung zunimmt. Der
bewegliche Bereich jedes Fußplattenteils variiert je nach Produkt. "Skier′s Edge"
erlaubt nur eine Neigung der Füße nach innen/außen. Der "Wedeln Master"
erlaubt auch ein Ändern der Richtung der Füße.
Bei dem zweiten in Fig. 12 gezeigten Konzept kann ein Paar horizontal
gelagerter Fußplatten 52, auf das ein Benutzer seinen linken bzw. rechten Fuß
stellt, im Uhrzeigersinn bzw. entgegengesetzt wie durch die Pfeile A angezeigt
bewegt werden, und ein beweglicher Teil 5, der die Fußplatten 52 trägt, entlang
einer Hauptachse 51 wie durch Pfeil B angezeigt, drehbar gelagert werden. Bei
dieser Anordnung schwingen die Fußplatten 52 entlang einer durch die Pfeile C
und D angedeuteten gebogenen Bahn. Der bewegliche Teil 5 besteht aus einem T-
förmigen Rahmen, dessen Grundteil auf der Hauptachse 51 wie ein Rotor gelagert
ist. Federn 53 erstrecken sich von beiden Seiten der Hauptachse und sind an das
bewegliche Teil 5 gekoppelt. Bei dieser Anordnung vergrößert sich die Rückstell
kraft der Federn 53 gemäß der Auslenkung der Fußplatten 52 von der Mittel
stellung der gebogenen Bahn. Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Griff, den der
Benutzer während des Trainings mit beiden Händen greift, Bezugszeichen 7 eine
stationäre Halterung für den Griff 6, Bezugszeichen 8 eine Handbremse, Bezugs
zeichen 9 einen Grundrahmen, der eine Halterung für den beweglichen Teil 5 ein
schließt und Bezugszeichen 10 einen Gerätekörper, bestehend aus dem Griff 6,
der stationären Halterung 7 und dem Basisrahmen 9.
Produkte, die dieses Konzept verwenden, umfassen den "PRO SKIFIT", ver
trieben durch TUNTURIPYÖRÄOY, Finnland, und ähnliches. Der "PRO SKIFIT" ist
so konstruiert, daß die linke und rechte Fußplatte 52 im Uhrzeigersinn bzw. ent
gegengesetzt dem Uhrzeigersinn gedreht werden, was einer Neigung der Skier
bezogen auf die Laufrichtung der Skier als Achse entspricht. Darüber hinaus kann
eine Drehbewegung der Hauptachse 51 eine Gewichtsverlagerung nach außen im
Zusammenhang mit einer Drehung repräsentieren (siehe Bedienungsanleitung des
"Pro SkiFit S830", hergestellt von TUNTURI, Finnland, April 1991).
Bei einem herkömmlichen Skitrainingsgerät, das eines der obigen Konzepte
verwendet, ist es für den Benutzer schwierig, in einer Stellung anzuhalten, in der
die Auslenkung der Fußplatten von der Mittelstellung groß ist, da die Federn eine
Rückstellkraft in Richtung der Mittelstellung erzeugen. Aus diesem Grund kann der
Benutzer nicht Drehbewegungen mit großem Drehradius oder traversierende
Bewegungen üben.
Darüber hinaus dient das Gerät, da der Benutzer eher monotone Hin- und
Herbewegungen wiederholt, eher zum körperlichen Training als zum Training von
Skitechniken. Außerdem wird beim Gewichtsverlagern zum Schwingen eine durch
plötzliche Gewichtsverlagerung erzeugte Kraft von den Federn absorbiert, was das
Gefühl des tatsächlichen Ausführens einer Drehbewegung beeinträchtigt.
Wie oben beschrieben werden die Probleme bei den herkömmlichen
Skitrainingsgeräten durch eine Rückstellkraft in Richtung der Mittelstellung verur
sacht, die von den Federn erzeugt wird. Um diese Probleme zu lösen, benötigt das
Gerät eine Einrichtung zur Steuerung sowohl der Position der Fußplatten entspre
chend einer Last und einer Auslenkung als auch der Rückstellkraft der Federn.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Skitrainingsgerät zu
schaffen, das eine Drehbewegung mit einem großen Drehradius sowie traversie
rende Bewegungen ermöglicht.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Skitrainings
gerät zu schaffen, das eine Drehbewegung mit großem Drehradius und traversie
rende Bewegungen ermöglicht, um einen Benutzer davon abzuhalten, wiederholt
monotone Hin- und Herbewegungen auszuführen, und dadurch ein effektives
Training von Skitechniken zu ermöglichen.
Es ist weiter eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Skitrainingsgerät
zu schaffen, das einen Widerstand erzeugt, der der Gewichtsverlagerung zum
Zwecke der Drehbewegung entspricht, um das Gefühl des tatsächlichen Ausfüh
rens einer Drehbewegung zu verbessern.
Um die oben genannten Aufgaben zu erfüllen, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Skitrainingsgerät geschaffen, welches umfaßt: eine linke und eine
rechte Fußplatte, auf denen ein Trainierender anstelle von Skiern steht, ein
beweglicher Teil, der die Fußplatten trägt, den Fußplatten das Rotieren im Uhr
zeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn ermöglicht, und der schwingt, um die
Fußplatten entlang einem Bogen entsprechend der Ski-Gleitbewegung des
Trainierenden auszulenken, einen Gerätekörper, der den beweglichen Teil trägt,
um dem beweglichen Teil zu ermöglichen, in horizontaler Richtung zu schwingen,
eine Meßeinrichtung, um die Belastung des linken und rechten Fußes des Trainie
renden, der auf den Fußplatten steht, zu messen und die gemessenen Belastun
gen als Belastungsinformationen auszugeben, während ein Grad der Auslenkung
des beweglichen Teils und Drehwinkel der Fußplatten gemessen werden, und zum
Ausgeben der gemessenen Auslenkung und der Winkel als
Auslenkungsinformationen, eine Bewegungsabschätzeinrichtung, um eine
Gleitgeschwindigkeit sowie eine Position des Trainierenden auf einem Hang und
eine Aufkantstärke abzuschätzen, welche die Größe einer Reaktionskraft
repräsentiert, die von einer Schneeoberfläche ausgeübt wird und einer Belastung
des Trainierenden auf der Schneeoberfläche auf der Basis der
Belastungsinformationen und der Auslenkungsinformationen entspricht, die von
der Meßeinrichtung geliefert werden, sowie von geographischen Informationen, die
im voraus eingegeben wurden und den Zustand einer geneigten Oberfläche, auf
der der Trainierende gleitet, repräsentieren, und zur Ausgabe der abgeschätzten
Gleitgeschwindigkeit, Position und Aufkantstärke als Bewegungsinformationen
eine Bremssteuereinrichtung zur Berechnung einer Bremsstärke unter
Verwendung der Belastungsinformationen und der Auslenkungsinformationen
welche von der Meßeinrichtung geliefert werden, sowie der
Bewegungsinformationen, die von der Bewegungsabschätzeinrichtung geliefert
werden, und zur Ausgabe der Bremsstärke als Bremsinformation, sowie eine
Bremsvorrichtung, um eine Bremskraft auf den beweglichen Teil entsprechend der
Bremsinformation von der Bremssteuereinrichtung auszuüben.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, welches ein Steuersystem für ein Skitrainings
gerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
zeigt,
Fig. 2 ist eine Darstellung zur Erläuterung, wie Belastungsinformationen und
Auslenkungsinformationen in Fig. 1 gemessen werden,
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das einen Fall zeigt, bei dem geographische
Informationen in einer Bewegungsabschätzeinrichtung gemäß Fig. 1
gespeichert werden,
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das einen Fall zeigt, bei dem geographische
Informationen von außen in die Bewegungsabschätzeinrichtung aus Fig.
1 eingegeben werden,
Fig. 5 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Kräfte, die bei der Gleitbewe
gung der Skier auftreten,
Fig. 6 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Rich
tung der Geschwindigkeit und der Richtung jedes Skis,
Fig. 7 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer Reaktionskraft, die bei einem
Schwung nach innen erzeugt wird,
Fig. 8A und 8B sind Aufsicht bzw. Seitenansicht von Fußplattenteilen, auf denen
Belastungssensoren angebracht sind,
Fig. 9A und 9B sind eine Aufsicht bzw. eine Seitenansicht, die ein Koppelteil
zwischen einem Hauptschaft und einem beweglichen Teil zeigen, auf
dem ein Winkelsensor für den beweglichen Teil und eine Bremsvorrich
tung angebracht sind,
Fig. 10A und 10B sind eine Aufsicht bzw. eine Seitenansicht, welche Fußplatten
teile zeigen, auf denen Winkelsensoren zum Feststellen der Neigungen
des linken und rechten Fußes angebracht sind,
Fig. 11 ist eine Aufsicht, die ein anderes Koppelteil zwischen dem Hauptschaft
und dem beweglichen Teil zeigt, auf dem eine Bremsvorrichtung mon
tiert ist, und
Fig. 12 ist eine perspektivische Darstellung, die die Gesamtanordnung eines
Skitrainingsgeräts zeigt.
Als nächstes wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die
beiliegende Zeichnung erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Steuersystem für ein Skitrainingsgerät entsprechend einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Da die Gesamtstruktur ein
schließlich des beweglichen Teils die gleiche ist wie die des in Fig. 12 gezeigten
Skitrainingsgeräts, wird deren Beschreibung weggelassen. Unter Bezugnahme auf
Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 eine Meßeinrichtung zum Messen von Bela
stungen 100 des linken und rechten Fußes eines Benutzers sowie der Auslenkung
eines beweglichen Teils 5 und der Drehwinkel, und zur Ausgabe der Bela
stungsinformationen 110 und der Auslenkungsinformationen 111. Die
Meßeinrichtung 1 umfaßt eine Feststelleinrichtung 1a und eine
Datenumwandlungseinrichtung 1b.
Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Bewegungsabschätzeinrichtung zum
Abschätzen einer Gleitgeschwindigkeit 201, der Position eines Trainierenden auf
dem Hang, und einer Aufkantstärke, und zwar anhand der
Belastungsinformationen 110 und der Auslenkungsinformationen 111, die von der
Meßeinrichtung 1 geliefert werden, und der eingegebenen geographischen
Informationen 200, und zur Ausgabe der abgeschätzten Informationen als
Bewegungsinformationen 210. Bezugszeichen 3 bezeichnet eine
Bremssteuereinrichtung zur Berechnung einer Bremsstärke unter Verwendung der
Belastungsinformationen 110 und der Auslenkungsinformationen 111, welche von
der Meßeinrichtung 1 geliefert werden, sowie der Bewegungsinformationen 210
von der Bewegungsabschätzeinrichtung 2, und zur Ausgabe der Bremsstärke als
Bremsinformation 310. Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Bremsvorrichtung zum
Ausüben einer Bremskraft 410 auf den beweglichen Teil 5 in Übereinstimmung mit
der Bremsinformation 310.
Die Meßeinrichtung 1 stellt die Belastungen 100 des linken und rechten
Fußes auf dem beweglichen Teil 5 fest, die Auslenkung des beweglichen Teils 5
und die Drehwinkel 101 der Fußplatten 52. Die ermittelten Werte werden jeweils
als Belastungsinformationen 110 und Auslenkungsinformationen 111 ausgegeben.
Die Belastungsinformationen 110 werden in der Form wi (i = 1, 2, . . . , 6)
ausgegeben, und die Auslenkungsinformationen 111 werden in der Form xj (j = 1,
2, 3) ausgegeben. Es werden z. B., wie in Fig. 2 gezeigt, die Belastungen w₁ bis w₃
und die Belastungen w₄ bis w₆ an drei Positionen jeweils des linken und rechten
Fußes und die Drehwinkel x₁ und x₂ des linken und rechten Fußes festgestellt.
Darüber hinaus wird die Gesamtauslenkung des linken und rechten Fußes, d. h.
des beweglichen Teils 5, als Drehwinkel x₃ um eine Hauptachse 51 herum
festgestellt. So sind z. B. w₁ und w₅ die Lasten der kleinen Zehen, w₂ und w₄ die
Lasten der großen Zehen und w₃ und w₆ die Lasten der Fersen.
Fig. 3 und 4 zeigen jeweils den Aufbau des ersten und zweiten Beispiels
der Bewegungsabschätzeinrichtung 2. Genauer zeigt Fig. 3 einen Fall, bei dem die
geographischen Informationen 200 in der Einrichtung 2 gespeichert sind, und Fig.
4 zeigt einen Fall, bei dem die geographischen Informationen 200 von außen
eingegeben werden.
Zusätzlich zu den Belastungsinformationen 110 und den
Auslenkungsinformationen 111, die von der Meßeinrichtung 1 ausgegeben
werden, werden die geographischen Informationen 200 in die
Bewegungsabschätzeinrichtung 2 eingegeben. Eine Gleitzustands-
Abschätzeinrichtung 21 berechnet die Gleitgeschwindigkeit 201 und eine Position
202 des Trainierenden auf einem Hang. Darüber hinaus berechnet eine
Aufkantstärke-Berechnungseinrichtung 22 eine Aufkantstärke 203. Eine
Bewegungsinformations-Erzeugungseinrichtung 23 erzeugt Bewegungsinfor
mationen 210 als eine Kombination der oben berechneten Werte und gibt diese
aus.
Die geographischen Informationen 200 bestehen aus einer Kombination
der Neigung einer geneigten Oberfläche, dem Reibungskoeffizienten einer
Schneeoberfläche, einem Schneeverschiebewiderstand und ähnlichem. Wie in Fig.
3 gezeigt kann eine Datenspeichereinrichtung 24 in der Bewegungsabschätz
einrichtung 2 enthalten sein, und diese Informationen können darin gespeichert
sein. Alternativ dazu kann, wie in Fig. 4 gezeigt, in der
Bewegungsabschätzeinrichtung 2 eine Einrichtung 25 zur Eingabe geographischer
Informationen enthalten sein, und diese Informationen können von außen
eingegeben werden.
Ein Verfahren zur Berechnung der Bewegungsinformationen 210 in der
Bewegungsabschätzeinrichtung 2 wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben.
Fig. 5 erläutert die Kräfte, die mit der Gleitbewegung der Skier in Zusammenhang
stehen. Die mit der Gleitbewegung der Skier verknüpften Faktoren sind die
Schwerkraft, ein Reibungswiderstand, ein Schneeverschiebewiderstand und ein
Luftwiderstand. Die Gleitbewegung kann durch eine Bewegungsgleichung (1)
beschrieben werden (TANAHASHI, "Mechanism of ski-sliding - Effects of Material
and Vibration Friction", Jour. JSME, Vol. 95, Nr. 888, Seiten 1001-1004,
November 1992):
Dabei steht M für die Masse (Gesamtlast) des Benutzers und der Skiausrüstung, θ
steht für die Neigung, µk ist der Koeffizient der Reibung zwischen jeder Gleitober
fläche und der Schneeoberfläche, R ist der Schneeverschiebewiderstand, D ist der
Luftwiderstand, g ist die Erdbeschleunigung und s ist der Ort.
In Gleichung (1) ist der Betrag der Last Mg zur Zeit t aus den Belastungs
informationen 110 wie folgt gegeben:
Mg = (Σwi)g (2)
Die Neigung θ, der Koeffizient µk und der Widerstand R können aus den
geographischen Informationen erhalten werden. Darüber hinaus kann durch das
Speichern des Luftwiderstands D und der Erdbeschleunigung g in der Bewe
gungsabschätzeinrichtung 2 eine Beschleunigung zur Zeit t erhalten werden durch:
Deshalb kann, indem auch eine Geschwindigkeit v(0) und ein Ort s(0) zur
Zeit t = 0 in der Bewegungsabschätzeinrichtung 2 gespeichert werden, die
Geschwindigkeit v zur Zeit t über Gleichung (3) erhalten werden, wobei Gleichung
(1) als Differenzengleichung der Geschwindigkeit umgeschrieben wird. Darüber
hinaus kann der Ort s zur Zeit t durch Verwendung der so erhaltenen
Geschwindigkeit v aus Gleichung (4) erhalten werden:
Auf diese Weise berechnet die Gleitzustandsabschätzeinrichtung 21 der
Bewegungsabschätzeinrichtung 2 die Gleitgeschwindigkeit 201 und die Position
202 des Trainierenden auf dem Hang.
Es kann davon ausgegangen werden, daß die Aufkantstärke 203, welche
die Größe einer Reaktionskraft der Schneeoberfläche anzeigt und welche einer auf
die Schneeoberfläche ausgeübten Belastung entspricht, sich vergrößert, wenn die
Differenz zwischen der Richtung der Geschwindigkeit und der Richtung der Skier
sich einem rechten Winkel annähert, und wenn eine bei einer Kurve erzeugte nach
innen gerichtete Reaktionskraft, d. h. eine durch den Schwung nach außen aus
geübte Belastung, sich vergrößert.
Ein Verfahren zur Berechnung der Aufkantstärke 203, welches auf dieser
Annahme basiert, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 6 und 7 beschrie
ben.
Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen der Richtung der Geschwindigkeit und
der Richtung der Skier. Ein Koordinatensystem x-y auf einer geneigten Oberfläche
ist so ausgerichtet, daß die Neigung in Richtung der y-Achse maximal ist, d. h. die
Fallinie entspricht der y-Achse. Wenn die Gleitgeschwindigkeit 201, d. h. die
Geschwindigkeit v durch v = (vx, vy) ausgedrückt wird, ist in diesem Fall ein Winkel
θv, der durch die Richtung der Geschwindigkeit v und der y-Achse definiert wird
gegeben durch:
Wenn eine Richtung θs der Skier durch den Winkel zwischen den Skiern
und der y-Achse gegeben ist, so ist der Winkel θs z. B. definiert durch θs = x₃, wobei
der Gesamtdrehwinkel x₃ aus Fig. 2 von den Auslenkungsinformationen 111
verwendet wird.
Fig. 7 erläutert eine Reaktionskraft nach innen, die bei einem Schwung
erzeugt wird. Eine nach innen gerichtete Reaktionskraft, die bei einem Schwung
erzeugt wird, kann durch Projizieren der Reaktionskraft bei einer Belastung auf
eine Schneeoberfläche in Übereinstimmung der Neigung der Skier erhalten wer
den. Die Aufkantstärke 203 kann als eine dimensionslose Stärke unabhängig von
dem Gewicht des Benutzers berechnet werden, indem z. B. die auf die Schnee
oberfläche projizierte Komponente einer nach innen gerichteten, bei einem
Schwung erzeugten Reaktionskraft durch die Gesamtlast dividiert wird.
Gemäß Fig. 2 kann die Neigung der Skier aus den Auslenkungsinformatio
nen x₁ und x₂, erhalten werden, und die Belastungen PL und PR des linken und
rechten Fußes können über PL = w₁ + w₂ + w₃ und PR = w₄ + w₅ + w₆ erhalten wer
den.
Wie in Fig. 7 gezeigt sind deshalb die nach innen gerichteten, bei einem
Schwung erzeugten Kräfte Komponenten, die jeweils erhalten werden, indem die
Reaktionskräfte der Belastungen des linken und rechten Fußes auf die Schnee
oberfläche projiziert werden. Sind x₁ und x₂ die Neigungen der linken und rechten
Skier, so sind die Kräfte jeweils PL sinx₁ und PR sinx₂. Die Aufkantstärke 203 ist
deshalb gegeben durch:
Dabei ist E die Aufkantstärke und a und b sind die gewichtenden Konstanten für
die jeweiligen Terme. Da die Konstanten ª und b in der
Bewegungsabschätzeinrichtung (2) gespeichert werden können, kann die
Aufkantstärke 203 durch Gleichung (6) erhalten werden. Man beachte, daß eine
Gesamtlast M geeicht werden kann durch M = w₁ + w₂ + w₃ + w₄ + w₅ + w₆, wenn
das Gerät benutzt werden soll.
Auf diese Weise berechnet die Aufkantstärke-Berechnungseinrichtung 22
der Bewegungsabschätzeinrichtung 2 die Aufkantstärke 203. Wie in Fig. 1 gezeigt,
gibt die Bewegungsabschätzeinrichtung 2 dann die Bewegungsinformationen 210
als Kombination der Gleitgeschwindigkeit 201, der Position 202 des Trainierenden
auf dem Hang und der Aufkantstärke 203 an die Bremssteuereinrichtung 3 aus.
Die Bremssteuereinrichtung 3 berechnet eine Bremsstärke unter Verwen
dung der Belastungsinformationen 110, der Auslenkungsinformationen 111 und
der Bewegungsinformationen 210 und gibt die berechnete Stärke als
Bremsinformation 310 aus. Eine Bremsstärke wird z. B. berechnet unter
Verwendung der Aufkantstärke 203 und einer Veränderung der Gleitrichtung. Da
darüber hinaus das Ausmaß der Bewegung sich abhängig vom Gewicht des
Benutzers ändert, muß das Gewicht des Benutzers bei Berechnung der
Bremsstärke einbezogen werden. Eine Bremsstärke Cb wird z. B. berechnet durch:
Cb = pME (7).
Dabei ist p eine Konstante, M ist das Gewicht des Benutzers und E ist die oben
beschriebene Aufkantstärke 203.
Auf diese Weise wird die Bremsstärke Cb von der Bremssteuereinrichtung
3 berechnet und in ein elektrisches Signal, d. h. ein Spannungssignal umgewan
delt, um die Bremsvorrichtung 4 zu steuern. Dieses Signal wird dann als Brems
information 310 ausgegeben.
Wie in Fig. 1 gezeigt, übt deshalb die Bremsvorrichtung 4 die Bremskraft
410 auf das bewegliche Teil 5 in Übereinstimmung mit der Bremsinformation 310
aus, einschließlich der Reaktionskraft, die von der Schneeoberfläche ausgeübt
wird, welche in Übereinstimmung mit der Gleitbewegung abgeschätzt wird. Diese
Betriebsweise ermöglicht es dem Benutzer, in einer Position zu verbleiben, bei der
die Auslenkung von der Mittelstellung groß ist, und sie ermöglicht damit das
Trainieren von Drehbewegungen mit einem großen Drehradius und traversierende
Bewegungen, im Gegensatz zu einem herkömmlichen Gerät, das einfach Federn
benutzt, um eine Rückstellkraft in Richtung der Mittelstellung zu erzeugen.
In der Praxis sind wie in Fig. 8A und 8B gezeigt Belastungssensoren 11 an
den jeweiligen Meßpunkten der Lasten w₁ bis w₃ und w₄ bis w₆ in Fig. 2 auf den
jeweiligen Teilen der Fußplattenteile des Skitrainingsgeräts angebracht, und Aus
gangssignale der Belastungssensoren 11 werden durch Signalverstärker verstärkt,
wodurch Belastungen festgestellt werden.
Darüber hinaus kann, wie in Fig. 9A und 9B gezeigt, der Grad der Auslen
kung, d. h. der Drehwinkel des beweglichen Teils 5 festgestellt werden, wenn ein
Drehencoder 12 an dem Koppelteil zwischen dem Hauptschaft und dem bewegli
chen Teil des Skitrainingsgeräts aus Fig. 12 angebracht ist. Bezugszeichen 13
bezeichnet eine elektromagnetische Bremse zum Ausüben einer Bremskraft auf
den beweglichen Teil 5, und Bezugszeichen 14 bezeichnet ein Getriebe zur Über
tragung des Grads der Auslenkung des beweglichen Teils 5 an den Drehencoder.
Darüber hinaus können die Drehwinkel der Fußplatten 52 festgestellt wer
den, wenn, wie in Fig. 10A und 10B gezeigt, Drehencoder 15 an den Halteschaft
teilen der Fußplatten des Skitrainingsgerät aus Fig. 12 angebracht sind.
Mit diesen Komponenten kann die Feststelleinrichtung 1a der Meßeinrich
tung 1 aus Fig. 1 realisiert werden.
Die Datenumwandlungseinrichtung 1b der Meßeinrichtung 1 kann ein ver
stärktes Ausgangssignal von dem Belastungsumwandler und Ausgangssignale von
den Drehencodern als Zeitreihendaten erhalten, und kann die
Belastungsinformationen 110 und die Auslenkungsinformationen 111b durch
Verwendung eines A/D-Wandlers und eines Pulszählermoduls, welche mit einem
Personal Computer verbunden sind, erhalten.
Die Meßeinrichtung 1 kann auf die oben beschriebene Weise realisiert
werden.
Die Bewegungsabschätzeinrichtung 2 aus Fig. 1 kann durch Programmie
ren der oben beschriebenen Berechnungsverarbeitung der
Bewegungsinformationen 210 und Ausführen des Programms auf dem Personal
Computer realisiert werden. Die Datenspeichereinrichtung 24 kann durch
Verwendung eines Teils des Hauptspeichers des PCs, der die
Bewegungsabschätzeinrichtung 2 bildet, realisiert werden.
Die Einrichtung zur Eingabe geographischer Informationen 25 wird durch
Verwendung einer RS-232C-Schnittstelle des PCs, der die Bewegungsab
schätzeinrichtung 2 bildet, sowie durch Ausführen der Kommunikationsverar
beitung als ein Programm realisiert.
Auf die oben beschriebene Weise kann die Bewegungsabschätzeinrich
tung 2 realisiert werden.
Die Bremssteuereinrichtung 3 aus Fig. 1 kann durch Programmieren der
Berechnungsverarbeitung der Bremsinformation 310 wie oben beschrieben und
durch Ausführen des Programms auf dem PC und Ausgeben der Bremsinformation
310 als digitales Signal durch eine Schnittstellenschaltung realisiert werden.
Die Bremsvorrichtung 4 kann eine Spannung erzeugen, die einer Brems
stärke entspricht, und zwar durch Verwenden einer variablen Gleichspannungs-/Konstantstromquelle
und durch Eingeben der Bremsinformation 310 in diese.
Diese Spannung wird an die Bremsvorrichtung angelegt, die aus der trockenen
elektromagnetischen Lamellenbremse 13 aus Fig. 9A und 9B besteht, wodurch die
Bremsvorrichtung 4 realisiert wird.
Wie in Fig. 9 gezeigt kann eine Bremskraft in bezug auf die Drehbewegung
der Skier ausgeübt werden, wenn diese Bremsvorrichtung 4 an dem Koppelteil
zwischen dem Hauptschaft und dem beweglichen Teil des Skitrainingsgeräts aus
Fig. 12 montiert wird, wodurch das Skitrainingsgerät der vorliegenden Erfindung
realisiert wird.
Alternativ dazu kann, wie in Fig. 11 gezeigt, das Bremsteil einer Hand
bremse 55, die an das Skitrainingsgerät aus Fig. 12 angebracht wird, anstelle der
trockenen elektromagnetischen Lamellenbremse verwendet werden, und eine
variable Gleichspannungs-Konstantstrom-Spannungsversorgung (programmierba
re Spannungsversorgung), die ein Steuergerät 21 bildet, legt eine Spannung an
ein Solenoid 22 gemäß der Bremsinformation 310 an. Bei Betrieb des Solenoids
wird eine Zugkraft auf ein Kabel 23 ausgeübt, um eine Bremstrommel 24 zu
schließen, um dadurch die Achsenbewegung des beweglichen Teils 5 zu bremsen,
wodurch die Bremsvorrichtung 4 realisiert wird.
Wie oben beschrieben wurde, schätzt die Bewegungsabschätzeinrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung eine Gleitgeschwindigkeit, die Position des
Trainierenden auf dem Hang und eine Aufkantstärke auf der Basis von Belastungs
informationen und Auslenkungsinformationen, welche durch eine Meßeinrichtung
gemessen werden, und geographischer Informationen ab und gibt die
abgeschätzten Werte als Bewegungsinformationen aus. Die
Bremssteuereinrichtung berechnet eine Bremsstärke aus diesen
Bewegungsinformationen, den Belastungsinformationen und den
Auslenkungsinformationen. Eine Bremskraft wird dann auf das bewegliche Teil in
Übereinstimmung mit der berechneten Bremsstärke ausgeübt. Durch diesen
Vorgang wird eine Reaktionskraft, die von der Schneeoberfläche ausgeübt wird,
abgeschätzt und eine entsprechende Bremskraft wird in Übereinstimmung mit der
durch die Meßeinrichtung gemessenen Bedienung ausgeübt, wodurch ein Training
ähnlich der tatsächlichen Gleitbewegung ermöglicht wird, zusätzlich zu der
monotonen Hin- und Herbewegung, wie in einem herkömmlichen Gerät.
Da die geographischen Informationen die Neigung der geneigten
Oberfläche, auf der der Benutzer gleitet, den Koeffizienten der Reibung auf der
Schneeoberfläche und den Schneeverschiebewiderstand einschließen, kann das
Gerät darüber hinaus das Gefühl des tatsächlichen Gleitens auf einem Hang mit
verschiedenen geographischen Charakteristika erzeugen.
Darüber hinaus wird eine Aufkantstärke von als Belastungsinformationen
erhaltenen Meßwerten, als Auslenkungsinformationen erhaltenen Meßwerten und
der Gesamtlast eines Trainierenden erhalten. Auch vergrößert sich die Auf
kantstärke, wenn sich der Winkel zwischen der abgeschätzten Richtung der Skier
und der abgeschätzten Richtung der Geschwindigkeit einem rechten Winkel annä
hert. Aus diesem Grund kann eine genaue Reaktionskraft der Schneeoberfläche in
Übereinstimmung mit verschiedenen Arten von Gleitbewegungen abgeschätzt
werden, wodurch ein für Skitechniken nützliches Skitraining ermöglicht
wird.
Claims (8)
1. Skitrainingsgerät, dadurch gekennzeichnet, daß es folgendes umfaßt:
eine linke und eine rechte Fußplatte (52), auf welchen ein Trainierender anstelle von Skiern steht,
einen beweglichen Teil (5), welcher die Fußplatten trägt, um es den Fuß platten zu ermöglichen, sich im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn zu drehen, und der schwingt, um die Fußplatten entlang einem Bogen in Überein stimmung mit der Skigleitbewegung des Trainierenden auszulenken,
einen Gerätekörper (10), der den beweglichen Teil trägt und es dem beweglichen Teil ermöglicht, in horizontaler Richtung zu schwingen,
eine Meßeinrichtung (1) zur Messung von Belastungen des linken und rechten Fußes des Trainierenden, der auf den Fußplatten (52) steht, und zur Aus gabe der gemessenen Belastungen als Belastungsinformationen (110), während ein Grad der Auslenkung des beweglichen Teils und Drehwinkel der Fußplatten gemessen werden, und zur Ausgabe des gemessenen Auslenkungsgrades und der Winkel als Auslenkungsinformationen (111),
eine Bewegungsabschätzeinrichtung (2) zum Abschätzen einer Gleit geschwindigkeit, einer Position des Trainierenden auf einem Hang und einer Auf kantstärke, die die Größe einer Reaktionskraft repräsentiert, die von einer Schnee oberfläche ausgeübt wird und einer Belastung des Trainierenden auf der Schnee oberfläche auf der Basis der Belastungsinformationen (110) und der Auslenkungs informationen (111) entspricht, welche von der Meßeinrichtung geliefert werden, sowie geographischer Informationen (200), welche im voraus eingegeben werden und einen Zustand der geneigten Oberfläche, auf der der Trainierende gleitet, angeben, und zur Ausgabe der abgeschätzten Gleitgeschwindigkeit, der Position und der Aufkantstärke als Bewegungsinformationen (210), und
eine Bremssteuereinrichtung (3) zur Berechnung einer Bremsstärke durch Verwendung der Belastungsinformationen (110) und der Auslenkungsinformationen (111), welche von der Meßeinrichtung (1) geliefert werden, sowie der Bewegungsinformationen (210), welche von der Bewegungsabschätzeinrichtung (2) geliefert werden, und zur Ausgabe der Bremsstärke als Bremsinformation (310), und
eine Bremsvorrichtung (4) zum Ausüben einer Bremskraft auf den beweg lichen Teil (5) in Übereinstimmung mit der Bremsinformation (310) von der Brems steuereinrichtung (3).
eine linke und eine rechte Fußplatte (52), auf welchen ein Trainierender anstelle von Skiern steht,
einen beweglichen Teil (5), welcher die Fußplatten trägt, um es den Fuß platten zu ermöglichen, sich im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn zu drehen, und der schwingt, um die Fußplatten entlang einem Bogen in Überein stimmung mit der Skigleitbewegung des Trainierenden auszulenken,
einen Gerätekörper (10), der den beweglichen Teil trägt und es dem beweglichen Teil ermöglicht, in horizontaler Richtung zu schwingen,
eine Meßeinrichtung (1) zur Messung von Belastungen des linken und rechten Fußes des Trainierenden, der auf den Fußplatten (52) steht, und zur Aus gabe der gemessenen Belastungen als Belastungsinformationen (110), während ein Grad der Auslenkung des beweglichen Teils und Drehwinkel der Fußplatten gemessen werden, und zur Ausgabe des gemessenen Auslenkungsgrades und der Winkel als Auslenkungsinformationen (111),
eine Bewegungsabschätzeinrichtung (2) zum Abschätzen einer Gleit geschwindigkeit, einer Position des Trainierenden auf einem Hang und einer Auf kantstärke, die die Größe einer Reaktionskraft repräsentiert, die von einer Schnee oberfläche ausgeübt wird und einer Belastung des Trainierenden auf der Schnee oberfläche auf der Basis der Belastungsinformationen (110) und der Auslenkungs informationen (111) entspricht, welche von der Meßeinrichtung geliefert werden, sowie geographischer Informationen (200), welche im voraus eingegeben werden und einen Zustand der geneigten Oberfläche, auf der der Trainierende gleitet, angeben, und zur Ausgabe der abgeschätzten Gleitgeschwindigkeit, der Position und der Aufkantstärke als Bewegungsinformationen (210), und
eine Bremssteuereinrichtung (3) zur Berechnung einer Bremsstärke durch Verwendung der Belastungsinformationen (110) und der Auslenkungsinformationen (111), welche von der Meßeinrichtung (1) geliefert werden, sowie der Bewegungsinformationen (210), welche von der Bewegungsabschätzeinrichtung (2) geliefert werden, und zur Ausgabe der Bremsstärke als Bremsinformation (310), und
eine Bremsvorrichtung (4) zum Ausüben einer Bremskraft auf den beweg lichen Teil (5) in Übereinstimmung mit der Bremsinformation (310) von der Brems steuereinrichtung (3).
2. Gerät nach Anspruch 1, bei der die von der Bewegungsabschätzeinrich
tung (2) verwendeten geographischen Informationen (200) eine Neigung der
geneigten Oberfläche, auf der der Trainierende gleitet, einen Koeffizienten der
Reibung der Schneeoberfläche und einen Schneeverschiebewiderstand
einschließen.
3. Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Bewegungsabschätzeinrichtung (2)
umfaßt: eine Gleitzustands-Abschätzeinrichtung (21) zur Berechnung einer Gleit
geschwindigkeit und der Position des Trainierenden auf dem Hang auf der Basis
der Belastungsinformationen (110) von der Meßeinrichtung (1) und geographischer
Informationen (200), welche einen Zustand einer geneigten Oberfläche, auf wel
cher der Trainierende gleitet, anzeigen, eine Aufkantstärke-Berechnungseinrich
tung (22) zur Berechnung einer Aufkantstärke (203), welche die Größe einer
Reaktionskraft repräsentiert, die von der Schneeoberfläche ausgeübt wird, und
einer auf die Schneeoberfläche ausgeübten Belastung auf der Basis der Bela
stungsinformationen (110) und der Auslenkungsinformationen entspricht, welche
von der Meßeinrichtung (1) geliefert werden, sowie der Gleitgeschwindigkeit und
der geographischen Informationen (200), welche den Zustand der geneigten
Oberfläche, auf der der Trainierende gleitet, anzeigen, und eine
Bewegungsinformations-Erzeugungseinrichtung (23) zur Erzeugung von
Bewegungsinformationen (210), welche die Gleitgeschwindigkeit und die Position
des Trainierenden auf dem Hang, welche von der Gleitzustands-
Abschätzeinrichtung (21) geliefert werden, und die Aufkantstärke (203) von der
Aufkantstärke-Berechnungseinrichtung (22) einschließen.
4. Gerät nach Anspruch 3, bei dem die Gleitzustands-Abschätzeinrichtung
(21) eine Geschwindigkeit und einen Ort zu einer beliebigen Zeit über einen
bestimmten mathematischen Ausdruck erhält, indem sie verwendet: eine Gesamt
last des Trainierenden einschließlich Skier als Belastungsinformationen von der
Meßeinrichtung (1), eine Neigung der geneigten Oberfläche als geographische
Informationen, eine Reibungskraft zwischen jeder Gleitoberfläche und der Schnee
oberfläche, einen Schneeverschiebewiderstand, einen Luftwiderstand als eine
Konstante und die Erdbeschleunigung als eine Konstante, wodurch eine Gleit
geschwindigkeit und die Position des Trainierenden auf dem Hang abgeschätzt
werden.
5. Gerät nach Anspruch 3, bei dem die Aufkantstärke-Berechnungseinrich
tung (22) eine Aufkantstärke (203) über einen vordefinierten mathematischen Aus
druck berechnet, indem sie verwendet: eine Gesamtlast des Trainierenden ein
schließlich der Skier, Belastungen des linken und rechten Fußes, die Gesamtlast
und die Belastungen des linken und rechten Fußes basierend auf den Belastungs
informationen (110) von der Meßeinrichtung (1), eine Richtung jedes Skis, welche
auf den Auslenkungsinformationen (111) von der Meßeinrichtung basiert, eine
Neigung jedes Skis als Auslenkungsinformationen von der Meßeinrichtung, eine
Richtung der Geschwindigkeit, welche auf der Gleitgeschwindigkeit von der
Gleitzustands-Abschätzeinrichtung basiert, und gewichtende Konstanten für den
linken und rechten Ski.
6. Gerät nach Anspruch 5, bei dem die Aufkantstärke, die durch die Auf
kantstärke-Berechnungseinrichtung (22) berechnet wird, sich vergrößert, wenn
eine Winkeldifferenz zwischen der Richtung jedes Skis und einer Richtung der
Geschwindigkeit sich einem rechten Winkel annähert und wenn eine bei einem
Schwung nach außen ausgeübte Kraft größer wird.
7. Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Bremsvorrichtung (4) aus einer
elektromagnetischen Bremse (13) besteht, um die Auslenkbewegung des
beweglichen Teils (5) elektromagnetisch abzubremsen.
8. Gerät nach Anspruch 1, welches ferner eine Federeinrichtung (53)
umfaßt, um auf den beweglichen Teil (5) eine Rückstellkraft in Richtung einer
Mittelstellung auszuüben.
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