Dievorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Bewegungsmusternbei zyklischen oder alternierenden Bewegungen mit den Parameternder Amplitude und Frequenz der Bewegung sowie eine Vorrichtung zuseiner Durchführung.TheThe present invention relates to a method of controlling movement patternsin cyclic or alternating movements with the parametersthe amplitude and frequency of movement as well as a device tooits execution.
SolcheVerfahren sind bei Trainings- bzw. Therapiegeräte in Form von fahrrad- oderruderbootähnlichenVorrichtungen bekannt (Ergometer), bei denen der Proband Bewegungengegen einen Widerstand und z.B. in Abhängigkeit von seinem Puls machenmuss. Der Puls ist jedoch eine relativ unregelmässige Grösse und hängt von der Gesamtkonstitutiondes Probanden ab. Ferner ist er erklärungsbedürftig und wird vom Probandenoft falsch interpretiert oder eingeschätzt. Das kann zu Falschbelastungendes Kreislaufes führenbzw. zu kontraindizierten Ergebnissen. Insbesondere bei Dauerbelastungen können dabeiunerwünschteNebenwirkungen oder gar Schädenauftreten.SuchProcedures are in training or therapy devices in the form of bicycle orrowboat similarDevices known (ergometers) in which the subject movementsagainst a resistance and e.g. depending on his pulsegot to. However, the pulse is a relatively irregular variable and depends on the overall constitutionof the subject. Furthermore, he is in need of explanation and is the subjectoften misinterpreted or assessed. This can lead to wrong loadingof the cycleor contraindicated results. Especially with continuous loads can therebyundesirableSide effects or even damageoccur.
Diebekannten Verfahren und Vorrichtungen umfassen insbesondere Pulsmessung,Leistungsmessung, Trittfrequenzmessung, Geschwindigkeitsdaten undZeitmessungen.Theknown methods and devices include in particular pulse measurement,Power measurement, cadence measurement, speed data andTime measurements.
DieseMessungen müssendurch komplexe medizinische Gleichungen in Beziehung gesetzt und abgeglichenwerden, die sich dem Verständnisdes betroffenen Probanden weithegend entziehen und somit zu Fehlernverleiten.TheseMeasurements needcorrelated and balanced by complex medical equationsbe aware of thatof the affected subject extensively deprive and thus errorsentice.
Ausserdembedingen die heute bekannten Vorrichtungen, wie z.B. Ruder-Ergometer,einen relativ grossen und komplexen mechanischen Aufwand, umfassendein Schwungrad zur Speicherung der Energie zwischen zwei Schlägen (Simulationdes Trägheitsmomentsdes Bootes), ein mit dem Schwungrad über eine Kette, Riemen oderKabel verbundenes Anfasselement (Simulation des Ruders), einen Dämpfmechanismusan dem Schwungrad (Simulation der Reibung zwischen dem Wasser unddem Rumpf) sowie einen Rückholmechanismus(Simulation der Startsituation). Es handelt sich also um zahlreicheSimulationen, die zwangsweise einzeln oder in ihrer Gesamtkombinationmit Fehlern behaftet sind.Moreovercondition the devices known today, e.g. Rowing ergometer,a relatively large and complex mechanical effort, comprisinga flywheel to store the energy between two strokes (simulationthe moment of inertiaof the boat), one with the flywheel over a chain, belt orCable connected grasping element (simulation of the rudder), a damping mechanismon the flywheel (simulation of the friction between the water andthe hull) and a return mechanism(Simulation of the starting situation). So there are manySimulations that are forcibly single or in their overall combinationare flawed.
Aufgabeder Neuerung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen,bei denen der apparative Aufwand der bekannten Geräte weitgehendvermieden wird, so dass die Methodik und Durchführbarkeit wesentlich erleichtertund dem Proband durch ein Minimum von Parametern verständlich gemachtwerden und bei der ein Proband insbesondere bei Dauerbelastungennicht nach der Pulszahl oder irgendwelchen Simulationen, sondernnach der optimalen Energieausbeute seines Körpers belastet wird, zu derenKontrolle nur ein einziger, objektiver Parameter notwendig ist.taskthe innovation is to propose a method and a devicein which the expenditure on equipment of the known devices largelyavoided, so that the methodology and practicability are greatly facilitatedand the subject understood by a minimum of parametersand in the case of a test subject, especially at continuous loadsnot according to the number of pulses or any simulations, butis charged according to the optimal energy yield of his body, to whoseControl only a single, objective parameter is necessary.
Zudiesem Zweck schlägtdie Erfindung bei Verfahren und Vorrichtung der eingangs genannten Artvor, dass man die Parameter (A, F) in Beziehung zu einer mittlerenGeschwindigkeit (V) des durch die Bewegung real oder fiktiv fortbewegtenKörpers setzt.Tothat purposethe invention in the method and apparatus of the type mentionedsuggesting that the parameters (A, F) be related to a meanVelocity (V) of moving real or fictitious movingBody sets.
Beieiner erfindungsgemässenVorrichtung sind in diesem Zusammenhang drei Grössen von Bedeutung, nämlich dieAmplitude einer Bewegung, die Frequenz der Bewegung und die gewünschte echte oderauch fiktive Fortbewegungsgeschwindigkeit des durch die Bewegungfortbewegten Körpers.Die Amplitude ist hier z.B. durch den Gesamtdurchmesser eines Pedallagersbestimmt, die Frequenz durch die Anzahl der Umdrehungen des Pedallagerspro Sekunde und die gewünschteGeschwindigkeit in km/h in z.B. Anlehnung an Gehen, Traben, Laufen,Rennen eines Probanden.atan inventiveDevice are in this context three sizes of importance, namely theAmplitude of a movement, the frequency of movement and the desired real oralso fictitious movement speed of the movementmoving body.The amplitude is here e.g. through the total diameter of a pedal bearingdetermines the frequency by the number of revolutions of the pedal bearingper second and the desiredSpeed in km / h in e.g. Leaning on walking, trotting, running,Race of a subject.
Esgilt nun, diese Parameter in einen optimalen Zusammenhang im Sinneeiner fürden Probanden optimalen Nutzung seiner Körperenergie zu bringen. Vorbildfür diesenoptimalen Zusammenhang ist die Natur mit dem Flug von Zugvögeln. Diesemüssenlange Distanzen ohne Überbelastungder körpereigenenKräfte(Energie) überwinden.Andererseits erreichen sie ihr Ziel dann nicht, wenn sie ihre Energienicht optimal ausnutzen. Aus der Physik ist im Bereich der Strömungsmechanikeine Gleichung bekannt, welche die oben genannten Parameter in ein optimalesVerhältnissetzt, die sog. Strouhal-Gleichung, die wie folgt definiert ist:St = A × F/V.Diese Gleichung gilt gleichwohl für zyklische wie für oszillierendeBewegungsmuster. Sie ist unabhängigvon der zu bewegenden Masse und Umgebungswiderständen. Sie beschreibt ein reinesBewegungsmuster in Verbindung mit einer Geschwindigkeit.It is now necessary to bring these parameters into an optimal context in the sense of optimal utilization of the body's energy for the subject. The model for this optimal connection is nature with the flight of migratory birds. These have to overcome long distances without overloading the body's energy (energy). On the other hand, they do not reach their goal if they do not use their energy optimally. From physics in the field of fluid mechanics, an equation is known which sets the above-mentioned parameters in an optimal ratio, the so-called Strouhal equation, which is defined as follows: St = A × F / V. Nevertheless, this equation applies to both cyclic and oscillating motion patterns. It is independent of the mass to be moved and environmental resistance. It describes a pure movement pattern in conjunction with a speed.
DieWissenschaft hat bestätigt,das die mit dieser Gleichung ermittelte Strouhal-Zahl St für optimaleEnergieausbeute fürFische und Vögelzwischen 0,2 und 0,4 liegt. Dies gilt für Sardinen ebenso wie für Wale,für Fledermäuse ebensowie für Schwalbenoder Gänse.Es scheint sich um ein evolutionäresOptimum zu handeln, welches universumweit gilt.Science has confirmed that the Strouhal number St determined by this equation for optimal energy yield for fish and birds is between 0.2 and 0.4. This applies to sardines as well as to whales, to bats as well as to swallows or geese. It seems to be an evolutionary optimum, which applies universally.
Diezur Lösungder oben gestellten Aufgabe vorgesehene Vorrichtung zur Durchführung desVerfahrens gemässder Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Durchführung einerzyklischen oder alternierenden Bewegung und schlägt dabei vor, dass sie Mittelzur Einstellung der Amplitude, der Frequenz und der gewünschtenmittleren Fortbewegungsgeschwindigkeit des durch die Bewegung real oderfiktiv fortbewegten KörpersaufweistThe device for carrying out the method according to the invention provided for accomplishing the above-stated object is based on a device for carrying out a cyclical or alternating movement and proposes in that it comprises means for adjusting the amplitude, the frequency and the desired average speed of movement of the body real or fictitiously moved by the movement
Beider erfindungsgemässenVorrichtung und dem damit realisierbaren Verfahren kann man nunV in Anlehnung an die Zielvorstellung Gehen, Laufen oder Renneneinstellen, Gehen z.B. mit 6 km/h. St istmit 0,3 als Zielgrössevorgegeben. Es gilt nun, A und F so abzustimmen, dass die Strouhal-Gleichungmit St = 0,3 erfüllt wird. Nimmt man für die Amplitudeeinen (fixen) Durchmesser des Pedallagers von z.B. 0,3 m an, somuss man die Frequenz auf 1,67 Hz einstellen, um die optimale Nutzungder körpereigenenEnergie zu erreichen.In the device according to the invention and the method that can be implemented with it, it is now possible to set V in accordance with the objective of walking, running or running, eg walking at 6 km / h. St is specified as 0.3 with target size. Now we have to tune A and F so that the Strouhal equation is satisfied with St = 0.3. If one assumes a (fixed) diameter of the pedal bearing of, for example, 0.3 m for the amplitude, then the frequency must be set to 1.67 Hz in order to achieve optimum utilization of the body's own energy.
Stelltman sich bei dieser Einstellung vor, dass der Proband 1/2 Std. langbei optimaler körperlicherAuslastung gehen soll, gilt es, die Frequenz der Tretbewegung bei1,67 Hz unter Kontrolle zu halten. Massgebend ist also eine einzige,objektive Grösse, – in diesemFall die Frequenz –,die sich dem Ermessen oder der Willkür vollkommen entzieht und nicht mitSimulationsfehlern behaftet ist.providesImagine that the subject is 1/2 hour longwith optimal physicalUtilization, it is, the frequency of pedaling at1.67 Hz under control. The decisive factor is therefore a single,objective size, - in thisCase the frequency -,which completely defies discretion or arbitrariness and not withSimulation errors is afflicted.
Andererseitsist es gemässder Erfindung ebenso möglich,den Probanden ohne übermässige Belastungan ein Bewegungsmuster mit optimaler Energieausbeute heranzuführen. Eingeschwächter Patientwird nicht auf Anhieb eine fürihn ermittelte Frequenz überlängereZeit halten könnenoder gar erreichen. Es wird also eine objektive Vorgabe gemacht,die unabhängigvon jeweiligen Zustand des Patienten ist.on the other handit is according tothe invention also possiblethe subject without excessive loadto introduce a movement pattern with optimal energy yield. Oneweakened patientwill not be a first forhim determined frequency overlongerCan hold timeor even reach. So an objective specification is madethe independentof each patient's condition.
Nacheiner solchen Belastung könnenin an sich bekannter Weise Belastungsübungen, Energiebilanz, Pulsund sonstige medizinische Kenngrössen bestimmtwerden, um auf die Konstitution des Probanden zu schliessen.Tosuch a burdenin a known manner exercise exercises, energy balance, pulseand other medical parametersto conclude on the constitution of the subject.
Beider erfindungsgemässenVorrichtung entfallen insbesondere Energiespeichermassen und derdamit verbundene apparative Aufwand, ebenso wie komplexe Steuerungen,die in den bekannten Vorrichtungen vorhandenen Energien und Verluste mitmedizinischen Kenngrössenin Verbindung bringen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung arbeitet daherwesentlich genauer und ist weniger störanfällig.atthe inventiveDevice accounts in particular energy storage masses and theassociated equipment expense, as well as complex controls,with the existing in the known devices energies and lossesmedical parametersget in touch. The device according to the invention therefore worksmuch more accurate and less prone to failure.
Durchdas Fehlen von zu bewegenden Massen ist die erfindungsgemässe Vorrichtunginsbesondere fürKind, ältere,kranke und solche Menschen geeignet, die ihren Bewegungsapparatnicht oder nur unzureichend kontrollieren können. Durch die Einfachheitihres Aufbaues kann sie sogar von bettlägerigen Patienten in liegenderStellung betätigtwerden. Durch den Wert V könnenz.B. Bewegungsmuster vom langsamen Gehen bis zum schnellen Laufen vorgegebenwerden, ohne den Patienten energiemässig zu überfordern. Da die erfindungsgemässe Vorrichtungkeine zu bewegenden Massen hat, ist sie auch in der Schwerelosigkeitanwendbar, so z.B. für daskontrollierte Training von Astronauten.Bythe absence of masses to be moved is the device according to the inventionespecially forChild, older,ill and those people suitable to their musculoskeletal systemunable or insufficiently controlled. By the simplicityIt can even be lying in bed by bedridden patientsPosition actuatedbecome. By the value V cane.g. Movement patterns from slow walking to fast running are givenwithout overtaxing the patient in terms of energy. As the inventive deviceshe has no masses to move, she is also in weightlessnessapplicable, e.g. for thecontrolled training of astronauts.
Darüber hinausist es mit der erfindungsgemässenVorrichtung auch möglich,den Probanden bei optimaler Energieausbeute an die Grenzen der Belastbarkeitheranzuführen.So kann das erfindungsgemässeVerfahren und die Vorrichtung zu seiner Durchführung zur Bestimmung der optimalen Langzeitenergieausbeuteeines Probanden dienen. Mit dieser Kenntnis kann dann der Probandweitere und an sich bekannte Optimierungen vornehmen.Furthermoreit is with the inventiveDevice also possiblethe subjects with optimal energy yield to the limits of resilienceintroduce.Thus, the inventiveMethod and apparatus for its implementation for determining the optimal long-term energy yieldserve a subject. With this knowledge, the subject can thenmake further and known optimizations.
Diesgilt gemässder Erfindung z.B. auch für einenLangstreckensportler. Die zur Erreichung einer bestimmten Leistungnotwendige durchschnittliche Geschwindigkeit ist einfach zu ermitteln.Er wird nun mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäss der Erfindungzunächstmit dem Ziel trainieren, die für dieseGeschwindigkeit optimale Frequenz oder Schrittlänge bei optimaler Energieausbeutezu erreichen. Von dieser Kenntnis ausgehend wird er dann mit denbereits bekannten Verfahren und Mitteln für Spitzenbelastungen bei derStartphase, fürZwischenspurts und den Endspurt trainieren.Thisapplies according toof the invention e.g. also for oneLong-distance athletes. To achieve a certain performancenecessary average speed is easy to determine.He will now with the method and the device according to the inventionfirstTrain with the goal for thisSpeed optimum frequency or stride length with optimum energy yieldto reach. Based on this knowledge, he is then with thealready known methods and means for peak loads in theStarting phase, forTrain intermediate sprints and the final sprint.
Andersist es bei einem Probanden, der z.B. nach einem Unfall wieder ansein Leistungsoptimum herangeführtwerden soll. Die Zielvorgaben wären hierz.B. wieder Gehen, Traben, Rennen etc. und die optimale Strouhal-Zahlvon 0,3. Bei feststehender Amplitude der Bewegung, z.B. Fahrradoder auch Rudermaschine, kann man den Probanden progressiv an dieoptimale Frequenz heranführen.Pulsmessungen dienen dabei zur Kontrolle, um insbesondere im Rahmeneiner Rehabilitation keine Überbeanspruchungdes Herz-Kreislaufsystems zu riskieren. Der Puls wird jedoch hiernicht als Vorgabe benutzt, sondern eben nur als Kontrollgrösse. Beider St = 0,3 und einer für den Probanden machbaren Einstellungvon A und F wird sich der optimale Puls mit der Zeit soz. von selbsteinstellen. Ebenso kann man sich einen übergewichtigen Probanden vorstellen,der auf Anhieb nicht in der Lage ist, die bei vorgegebener Bewegungsamplitudenotwendige Schrittzahl (Frequenz) über längere Zeit zu erreichen oderzu halten. Es ist zwar sehr wohl möglich, diesen Probanden durchbereits bekannte Massnahmen zum schnellen und gezielten Gewichtsverlustzu verhelfen, das erfindungsgemässeVerfahren erlaubt dann die Feststellung der Langzeitbelastbarkeitnach rein objektiven Kriterien.It is different with a subject, for example, after an accident to be brought back to its optimum performance. The goals would be eg walking, trotting, running etc. and the optimal Strouhal number of 0.3. With fixed amplitude of the movement, eg bicycle or rowing machine, one can lead the subject progressively to the optimum frequency. Pulse measurements serve as a control, especially in the context of rehabilitation to avoid overstressing the cardiovascular system. The pulse is not used here as a default, but just as a control variable. With the St = 0.3 and a setting of A and F that is feasible for the subject, the optimal pulse will adjust itself over time. Similarly, one can imagine an obese subject who is not immediately able to reach or maintain the required number of steps (frequency) for a given amplitude of movement over a longer period of time. Although it is very possible to help these subjects by already known measures for rapid and targeted weight loss, the inventive method then allows the determination of the long-term load capacity according to purely objective criteria.
WeitereEinzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgendenBeschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen. Indiesen Zeichnungen sind:Further details and features of the invention will become apparent from the following Be description in conjunction with the accompanying drawings. In these drawings are:
EineVorrichtung gemässder Erfindung umfasst z.B. einen Grundrahmen
Über einegeeignete Kabelverbindung
Indieser werden eine frei wählbareGeschwindigkeit V und z.B. die Amplitude A der Kurbel
Darüber hinauskann die Steuereinheit
DieArbeitsweise der erfindungsgemässen Vorrichtungist wie folgt: Ein Proband liegt z.B. auf dem Grundrahmen
DerProband kann nun bei seinen Tretbewegungen an der Anzeige
Beifixer Kurbel
In
Dafür dieArbeitsweise der erfindungsgemässenVorrichtung keinerlei Schwungsmassen oder Reibungselemente mit dementsprechendenMechaniken notwendig sind, kann die Vorrichtung extrem leicht gebautwerden. Sie wird nicht „belastet", sondern dient nurder Steuerung und Kontrolle von Bewegungen.Therefor theOperation of the inventiveDevice no flywheel masses or friction elements with accordinglyMechanisms are necessary, the device can be built extremely lightbecome. It is not "burdened", but only servesthe control and control of movements.
DieVorrichtung gemässder Erfindung eignet sich besonders für Langzeitbelastungen und zum „normalen" Training des Bewegungs-und Muskelapparates. Sie stellt bewusst nicht auf Bewegungen unter äusserenBelastungen ab, so dass bei ihrer Anwendung Fehlbelastungen weitgehendausgeschlossen sind. Durch die Reduzierung auf einen von drei objektivenaber variierbaren Parametern zum Kontrolle der Bewegung über einengewissen Zeitraum ist eine Fehlinterpretation durch den Probandennicht möglich.An der Anzeige
Wegender fehlenden Massen kann die erfindungsgemässe Vorrichtung auch im schwerelosen Raumzur Anwendung kommen. Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung geht es vorrangigstets um die optimale Nutzung der körpereigenen Energie bei der Ausführung einerkontrollierten, vorgegebenen Bewegung über eine längere Zeit. Dadurch werden Fehlentwicklungen,wie übermässige Muskelbildung oderGelenkabnutzungen, vermieden. Da es sich also um einen weitgehendnatürlichenBewegungsablauf handelt, wird der Umgang mit der Vorrichtung auchnicht als unangenehme Belastung empfunden. Der einzige vom Probandenwillkürlicheinstellbare Parameter ist die Zeit. Ein gesunder Proband wird hiereinen gewünschtenWert einstellen. Bei einem kranken Menschen oder Rekonvaleszentenwird ein Arzt oder Therapeut eine medizinisch indizierte Zeitvorgabemachen. Ein Proband wird auf jeden Fall dann die Bewegung beenden,wenn er meint, genügend „gegangen" oder „gelaufen" zu sein. Da es bei dererfindungsgemässenVorrichtung auch keine erzwungenen Bewegungen gibt, die vom Probanden alsunnatürlichoder übermässig belästigendempfunden werden, fühlter sich durch die Bewegungskontrolle auch nicht überbeansprucht.Because of the lack of masses, the device according to the invention can also be used in weightless space. In the device according to the invention, the priority is always the optimal use of the body's own energy in the execution of a controlled, predetermined movement over a longer period of time. This will be Malformations, such as excessive muscle formation or joint wear, avoided. Since it is a largely natural movement, the handling of the device is not perceived as an unpleasant burden. The only parameter that can be arbitrarily set by the subject is time. A healthy subject will set a desired value here. For a sick person or convalescent, a doctor or therapist will make a medically indicated timing. A subject will definitely stop the movement if he thinks he has "walked" or "walked" enough. Since there are no forced movements in the inventive device, which are perceived by the subject as unnatural or excessive annoying, he feels through the movement control also not overstressed.
DieErfindung ist selbstverständlichnicht auf die dargestellten und beschriebenen Beispiele beschränkt. Sieumfasst vielmehr alle Ausführungsformen,die den Erfindungsgedanken verwirklichen. So sind das erfindungsgemässe Verfahrenund die Vorrichtung zu seiner Durchführung nicht sklavisch an denoptimalen Faktor 0,3 gebunden. Sollte für einen spezifischen Fall oderUmstand ein anderer Wert für diesenFaktor sinnvoll sein, kann selbstverständlich dieser verwendet werden,ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Auch sind andere mechanischeMittel denkbar, um das Bewegungsmuster mit Amplitude und Frequenzumzusetzen.TheInvention is self-evidentnot limited to the examples shown and described. sherather includes all embodiments,which realize the concept of the invention. So are the inventive methodand the device for its implementation not slavishly to theoptimal factor 0.3 bound. Should be for a specific case orCircumstance another value for thisFactor can be useful, of course, this one can be usedwithout departing from the scope of the invention. Also, other mechanicalMedium conceivable to the movement pattern with amplitude and frequencyimplement.
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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