DE19533757C2

DE19533757C2 - Skitrainingsgerät

Info

Publication number: DE19533757C2
Application number: DE19533757A
Authority: DE
Inventors: Akihisa Kenmochi; Shin Ichi Fukuzumi
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1994-09-12
Filing date: 1995-09-12
Publication date: 1998-01-29
Anticipated expiration: 2015-09-13
Also published as: DE19533757A1; US5690591A

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-för migen 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. Ein solcher Aufbau ist beispielsweise bekannt aus DE 40 40 437 A1 oder in ähnlicher Weise auch aus DE 84 11 358 U1.

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.

Aus EP-0,275,665 A2 ist beispielsweise ein Skitrainingsgerät bekannt, bei dem die Person auf einem Paar Ski steht, welches auf Sensoren befestigt ist, wobei die Sensoren in Abhängigkeit von Gewicht, Druck oder Bewegung der Person Ausgangssignale erzeugen, welche dann mittels einer Verarbeitungseinheit in eine simulierte Trajektorie umgewandelt werden, welche der Skispur der Person entspricht, wobei diese auf einem Bildschirm angezeigt wird.

US-5,049,079 beschreibt ein Skisimulations- und Lernsystem mit geschlossenem Regelkreis. Auch hier werden mittels Sensoren die Belastungen der Füße der trainierenden Person gemessen.

Ausgehend vom Stand der Technik stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Skitrainingsgerät zu schaffen, welches einen realistischeren Bewegungsablauf und realistischere Kräfteverhältnisse zu simulieren imstande ist, als dies der Stand der Technik ermöglicht. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die beweglichen Teile des Skitrainingsgerät in Abhängigkeit von gemessenen Belastungs- und Auslenkungsinformationen so zu steuern, daß eine realistische Simulation des Skitrainings möglich wird, wobei insbesondere die Rückstellkraft zur Mittellage nicht lediglich durch die Auslenkung einer Feder bestimmt wird.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Skitrainingsgerät zu schaffen, das eine Drehbewegung mit einem großen Drehradius sowie traversierende 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 w_i (i = 1, 2, . . . , 6) ausgegeben, und die Auslenkungsinformationen 111 werden in der Form x_j (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, µ_k 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 = (Σw_i)g (2)

Die Neigung θ, der Koeffizient µ_k 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 = (v_x, v_Y) ausgedrückt wird, ist in diesem Fall ein Winkel θ_v, der durch die Richtung der Geschwindigkeit v und der y-Achse definiert wird, gegeben durch:

Wenn eine Richtung θ_s der Skier durch den Winkel zwischen den Skiern und der y-Achse gegeben ist, so ist der Winkel θ_s z. B. definiert durch θ_s = 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 P_L und P_R des linken und rechten Fußes können über P_L = w₁ + w₂ + w₃ und P_R = 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 P_L sinx₁ und P_Rsinx₂. 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 C_b wird z. B. berechnet durch:

C_b = 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 C_b 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 Skitraininigsgeräts 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 denk 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-/Kon stantstromquelle und durch Eingeben der Bremsinformation 310 in diese. Diese Spannung wird an die Bremsvorrichtung angelegt, die aus einer trockenen elektromagnetischen Lamellenbremse 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

1. Skitrainingsgerät, welches 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,
dadurch gekennzeichnet, daß es ferner umfaßt:
eine Meßeinrichtung (1) zur Messung von Belastungen des linken und rechten Fußes des Trainierenden, der auf den Fußplatten (52) steht, und Ausgabe der gemessenen Belastungen als Belastungsinformationen (110), und zur Messung des Grades der Auslenkung des beweglichen Teils (5) und der Drehwinkel der Fußplatten (52) und 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.