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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Training des Ganges, mit einem über mindestens zwei Laufrollen geführten und von einem Antrieb angetriebenen, als Laufband dienenden Endlosband, dessen eine Oberfläche als Lauffläche wirkt, und einer Sensoreinrichtung zur Erfassung des Aufsetzens der Füße eines Benutzers auf die Lauffläche und zur Ausgabe eines entsprechenden Aufsetz-Signals.
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Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Trainingsanordnungen für den sportlichen oder Rehabilitations-Einsatz bekannt.
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Die erstere dieser Druckschriften beschreibt ein Laufband, welches aus einer Vielzahl von Gliedern aufgebaut ist, von denen jedes eine matrixförmige Anordnung von Druck- bzw. Kraftsensoren umfasst, während die zweite ein Laufband mit unter der Bandoberfläche liegender Messplatte mit einer matrixförmigen Anordnung von Druck- bzw. Kraftsensoren beschreibt. Beide Druckschriften lehren, dass mit der jeweiligen Sensorik eine Auswertungseinheit verbunden ist und die
US 6,010,465 beschreibt den Aufbau und die Betriebsweise der Auswertungseinheit, etwa zur Auswertung der Position und eines zugeordneten Kraftwertes beim Auftreten auf das Laufband, beispielsweise zur Bestimmung von Drehmomenten und Lasten auf die Gelenke sowie bestimmten Gangparametern, relativ detailliert.
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Mit Verbesserungen dieser bekannten Lösungen hinsichtlich der Ableitung differenzierter medizinischer bzw. sportphysiologischer Aussagen befasst sich die internationale Patentanmeldung
WO/2007/131542 der Anmelderin. Diese lehrt insbesondere Mittel und Vorgehensweisen zur genauen und differenzierten Erfassung der tatsächlichen Geschwindigkeit des Laufbandes unter Nutzung der Zeit- und Ortsabhängigkeit von auf diesem beim Gehen oder Laufen eines Probanden aufgenommenen Druckverteilungsbildern.
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Bekannt ist auch der Einsatz von Anzeigevorrichtungen, wie Anzeigeschirmen, bei Laufband-Anordnungen.
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Aus der
EP 1 145 682 A2 sind ein auf der Laufband-Technik aufbauendes Rehabilitationsgerät und -verfahren bekannt, bei dem eine Anpassung der Funktion des Laufbandes an den aktuellen Stand der wiederherzustellenden Geh- bzw. Lauffähigkeit eines Patienten vorgesehen ist. Insbesondere wird die Laufbandgeschwindigkeit an einen persönlichen Schrittzyklus des Nutzers angepasst, und das Gerät soll diesem zugleich ein Feedback geben. In einer speziellen Ausführung ist auch die Erfassung von beim Auftreten ausgeübten Druckkräften und deren Auswertung im Rahmen des Gesamtprogramms vorgesehen. Die Druckschrift beschreibt auch den Einsatz eines Anzeigeschirmes in Verbindung mit einer Eingabetastatur zur Anzeige der auf dem Laufband erzeugten Fußabdrücke und zur Einstellung von Laufbandparametern anhand dieser Anzeige.
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Aus der
US 6,231,527 B1 ist ebenfalls der Einsatz eines Anzeigeschirmes bei einer Laufbandvorrichtung für den sportmedizinischen bzw. Rehabilitations-Einsatz bekannt, wobei hier die Bilder verschiedener Kameras dargestellt werden können, die den Sportler/Patienten in seinen Bewegungen auf dem Laufband aufnehmen.
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Auch das europäische Patent
EP 2 060 229 B1 der Anmelderin beschreibt ein Laufbandsystem für den sportmedizinischen bzw. Rehabilitationseinsatz mit einer Bildwiedergabetechnik, bei dem außerdem Druckverteilungsmuster, die von einer auf dem Laufband laufenden Person erzeugt werden, erfasst und synchron zu dargestellten Bildern ausgewertet werden können.
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Aus der
EP 1 386 642 A1 ist eine Gymnastik- und Sportanordnung bekannt, die einen stereoskopischen Projektionsschirm und eine zugehörige Audioanlage zur Erzeugung einer kombiniert visuell-akustischen Simulations-Umgebung für den Trainierenden umfasst. In dieser Druckschrift wird auch offenbart, dass die Bildprojektion und Klangwiedergabe in Abhängigkeit von Einstellparametern eines zur Anordnung gehörenden Laufbandes gesteuert werden kann.
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In der
WO 2010/057552 A1 der Anmelderin wird eine Trainingsanordnung beschrieben, bei der eine Sensorik zur Bestimmung einer Druck-/Kraftverteilung auf einer unterhalb der Lauffläche befindlichen Kraftmessplatte, die auf der dem Endlosband zugewandten Seite eine Vielzahl von Druck-/Kraftsensoren aufweist, eine mit den Druck-/Kraftsensoren eingangsseitig verbundenen Auswertungseinheit, welche Druckverteilungen detektiert, die durch einen gehenden oder laufenden Probanden auf der Lauffläche erzeugt werden, und eine eingangsseitig mit der Auswertungseinheit verbundenen Verarbeitungseinheit, welche aus den Druckverteilungen Werte bzw. Signale erzeugt, die den Gang des Probanden charakterisieren, vorgesehen ist.
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Diese Anordnung hat optische Anzeigemittel zur Darstellung von Bildern im Bereich der Lauffläche, die mit Bildsignal-Erzeugungsmitteln und einer Anzeige-Ablaufsteuerung zur Erzeugung und zeitlich-räumlichen Positionssteuerung von Bildern bzw. Bildelementen verbunden sind, sowie eine Synchronisations- und Anpassungsstufe zur Synchronisation und Anpassung der Verarbeitung der Druckverteilungsbilder mit der bzw. an die Bilddarstellung im Bereich der Lauffläche. In einer Ausbaustufe ist auch eine Audiostufe zur Ausgabe von Sprachanweisungen an den Trainierenden vorgesehen, welche in Abhängigkeit von einer Erfassung seiner aktuellen Bewegungsparameter erstellt und ausgegeben werden können.
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Mit dieser Anordnung lässt sich ein hochwertiges und für den Probanden leicht zu erschließendes Trainingsprogramm sowohl für den sportlichen als auch für den Rehabilitations-Einsatz realisieren.
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Bekannte Anordnungen können nach der Analyse durchgeführter Schritte eine akustische Anweisung zur Änderung des Gehverhaltens geben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für bestimmte Einsatzzwecke noch besser angepasste und dabei einfach aufgebaute und kostengünstig zu erstellende und zu realisierende Anordnung der gattungsgemäßen Art bereitzustellen. Des Weiteren soll ein entsprechendes Betriebs- bzw. Trainingsverfahren angegeben werden.
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Diese Aufgabe wird in ihrem Vorrichtungsaspekt durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und in ihrem Verfahrensaspekt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung schließt den Gedanken ein, der gattungsgemäßen Trainingsanordnung eine einstellbare Ton-Ausgabeeinrichtung zur akustischen Benutzerführung, speziell Schrittvorgabe hinzuzufügen. Sie schließt weiterhin den Gedanken ein, die Tonausgabe mit einer Ton-Synchronisations- und Anpassungseinrichtung zur Synchronisation und Anpassung von durch die Ton-Ausgabeeinrichtung ausgegebenen Tönen, Geräuschen oder u.U. auch Musik mit den bzw. an die durch eine Sensoreinrichtung zur Erfassung des Aufsetzens der Füße eines Benutzers erzeugten Aufsetz-Signale zu synchronisieren bzw. anzupassen. Unter einer Ton-Ausgabeeinrichtung soll hier vorrangig eine Einrichtung zur Ausgabe von Ton- oder Sprachsignalen, verstanden werden.
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Hierdurch wird mit relativ einfachen und kostengünstigen Mitteln eine recht differenzierte Schrittvorgabe realisiert, unter Beachtung des tatsächlichen Benutzerverhaltens, speziell der Art und Weise, wie zu Beginn der Benutzung der Anordnung die ersten Schritte gesetzt werden. Auf eine aufwändige Sensorik zur Fußkrafterfassung und -auswertung kann ebenso verzichtet werden wie auf eine visuelle Schrittvorgabe; in Ausbaustufen der vorgeschlagenen Anordnung können diese aber auch zusätzlich zur Tonsignal- Schrittvorgabe vorgesehen sein.
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In praktikablen Ausführungen der Anordnung weist die Sensoreinrichtung mindestens einen Drucksensor bzw. eine Kraftmessdose und/oder mindestens einen Dehnungsmessstreifen und/oder mindestens einen Beschleunigungssensor und/oder mindestens eine Lichtschrankeneinrichtung auf. Für jede dieser Ausführungen sind zuverlässige und kostengünstige Sensoren kommerziell verfügbar, und deren Einbindung in eine Laufbandanordnung liegt im Rahmen fachgemäßen Handelns des zuständigen Fachmannes. Wenn hier eine Druck- bzw. Kraftmessdose erwähnt ist, so soll dies die Nutzung an sich bekannter Kraftmessplatten einschließen, und die Erwähnung eines Dehnungsmessstreifens soll auch als Offenbarung komplexerer Anordnungen mit mehreren Dehnungsmessstreifen oder ähnlichen Sensoren verstanden werden.
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In einer weiteren Ausführung ist die Ton- bzw. Sprachausgabeeinrichtung zweikanalig ausgeführt und umfasst einen rechten und einen linken Kanal, in die selektiv Ton- oder Sprachsignale eingekoppelt werden können. In einer Ausgestaltung dieser Ausführung weist die Ton-Ausgabeeinrichtung einen links an einem Gestell des Laufbandes angebrachten linken Lautsprecher und einen rechts am Gestell des Laufbandes angebrachten rechten Lautsprecher auf.
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Hiermit lassen sich beispielsweise separat rechts und links Ton- oder Sprachsignale für den Nutzer zum Aufsetzen des rechten bzw. linken Fußes auf das Laufband ausgeben. Dies erleichtert dem Nutzer, einen Rechts-Links-Rhythmus entsprechend den Vorgaben des Trainers bzw. Therapeuten zu finden, und es erspart diesem weitgehend verbale Erläuterungen. Hierbei kann die Sprachausgabe mit den Worten „links!“ bzw. „rechts!“ zum Aufsetzen des linken bzw. rechten Fußes auf die Lauffläche auffordern. Diese können als gespeicherte Sprachbefehle abhängig von den Signalen der Aufsetz-Sensorik ausgegeben werden. In einer besonderen Ausführung kann beim Training zuerst eine Sprachausgabe erfolgen, die nach einer gewissen Trainingszeit zu einer reinen Tonausgabe wechselt.
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In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die Anordnung eine Feinjustiereinheit zur manuellen Justierung der Ausgaben der Ton-Ausgabeeinrichtung, insbesondere von deren Taktfrequenz auf.
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In weiteren Ausführungen der Erfindung ist zusätzlich zur Aufsetz-Sensorik eine Bandgeschwindigkeits-Sensorik vorgesehen, und die Ton-Synchronisations- und Anpassungseinrichtung führt auch eine Synchronisation bzw. Anpassung der Ausgaben der Ton-Ausgabeeinrichtung mit der bzw. an die gemessene Bandgeschwindigkeit aus.
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In Ausgestaltungen dieser Ausführungen weist die Geschwindigkeitsmesseinrichtung einen Messfühler zur direkten Messung der Translationsgeschwindigkeit des Laufbandes oder einen Tachogenerator an einer Laufrolle zur Messung von deren Rotationsgeschwindigkeit auf. Speziell kann der Messfühler bzw. Tachogenerator so funktionieren, dass auf einer Oberfläche oder an einer Kante des Laufbandes oder an der Oberfläche oder Kante einer der Laufrollen ein Kodierungsmuster angebracht ist und der oder ein Messfühler ein optischer Detektor ist, welcher die Translationsbewegung des Kodierungsmusters erfasst. Diese Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils mit einfachen Mitteln und kostengünstig realisierbar und ermöglichen eine völlig ausreichende Erfassung des wichtigen Parameters Bandgeschwindigkeit.
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In einer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ton-Ausgabeeinrichtung eine Tonsignal-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung von einzelnen vorbestimmten Tonsignalen oder Geräuschen oder eine Musik-Wiedergabeeinrichtung oder einen Musik-Synthesizer zur Bereitstellung von Musik aufweist, deren Rhythmus bzw. Taktfrequenz sich automatisch der Bandgeschwindigkeit anpasst.
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In weiteren Ausführungen ist vorgesehen, dass die Ton-Ausgabeeinrichtung eine Ton-Einstellstufe zur Einstellung einer Tonfrequenz und/oder eines zeitlichen Verlaufes der Tonfrequenz und/oder einer Tonlänge und/oder von Abständen zwischen mehreren Tönen in Abhängigkeit von einem unter Nutzung eines Ausgangssignals der Sensor- und/oder Geschwindigkeitsmesseinrichtung erzeugten Steuersignal aufweist.
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In weiteren zweckmäßigen Ausführungen ist die Anordnung mit optischen Anzeigemitteln zur Anzeige von Lichtsignalen und/oder Darstellung von Bildern und einer Lichtsignal-/Bildanzeige-Synchronisations- und Anpassungsstufe zur Synchronisation und Anpassung der Ausgabe der Lichtsignale bzw. der Bildanzeige mit der bzw. an die Tonsignalausgabe ausgerüstet. Speziell können hierbei die optischen Anzeigemittel zur Darstellung von Bildern mit Bildsignal-Erzeugungsmitteln und einer Bildanzeige-Ablaufsteuerung zur Erzeugung und zeitlich-räumlichen Positionssteuerung von Bildern bzw. Bildelementen und wahlweise Farb-, Helligkeits- und/oder von Lichtsignalen bzw. Bildern bzw. Bildelementen verbunden sind verbunden sein.
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Den vorstehend erläuterten Vorrichtungsaspekten von Ausführungsformen der Erfindung entsprechen weitgehend auch Verfahrensaspekte, so dass diese hier nicht nochmals vollständig aufgeführt werden. Es sei jedoch auf folgende Ausgestaltungen des Verfahrens ausdrücklich hingewiesen:
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Es können über die mit einem linken und rechten Kanal ausgestattete Ton-Ausgabeeinrichtung selektiv links oder rechts Ton- oder Sprachsignale ausgegeben werden, die wahlweise links- und rechtsseitig unterschiedlich sind.
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In einer weiteren Ausführung wird mit einer Geschwindigkeitsmesseinrichtung eine Messung der Bandgeschwindigkeit des Endlosbandes vorgenommen, und die Tonsignal-Synchronisations- und Anpassungseinrichtung steuert die Ausgabe der Töne zur Benutzerführung auch in Abhängigkeit von der gemessenen Bandgeschwindigkeit. In weiteren Ausführungen erfolgt eine Einstellung einer Tonfrequenz und/oder eines zeitlichen Verlaufes der Tonfrequenz und/oder einer Tonlänge und/oder von Abständen zwischen mehreren Tönen in Abhängigkeit von einem unter Nutzung eines Ausgangssignals der Sensoreinrichtung und wahlweise der Geschwindigkeitsmesseinrichtung erzeugten Steuersignal.
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In Kombination mit vorgenannten Ausgestaltungen des Verfahrens, aber auch unabhängig hiervon, kann mittels einer Justiereinheit eine manuelle Justierung von Ausgaben der Ton-Ausgabeeinrichtung, insbesondere von deren Taktfrequenz, vorgenommen werden.
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Unterstützend zur akustischen Signalisierung wird in weiteren Ausführungen des Verfahrens mit optischen Signal- bzw. Anzeigemitteln eine Darstellung von Lichtsignalen und/oder Bildern zur ergänzenden Benutzerführung vorgenommen, die insbesondere in ihrer Farbe, Helligkeit und/oder Position gesteuert und mittels einer Bildanzeige-Synchronisations- und Anpassungsstufe mit der bzw. an die Tonsignalausgabe synchronisiert werden.
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Mit der hier vorgeschlagenen Anordnung und dem Verfahren wird insbesondere das Problem gelöst, dass bei herkömmlichen Anordnungen das akustische Signal - insbesondere zu Beginn der Benutzung - nicht mit der Bewegung der Beine des Benutzers synchronisiert ist. Wenn der Proband oder Patient losläuft, fängt die akustische Signalisierung an. Einer der beiden Füße sollte nun vorne sein, damit synchron mit dem akustischen Signal gegangen werden kann. In Wirklichkeit muss der Patient aber nun seine Schritte umstellen, damit er dem Signal folgen kann. In einer besonderen Trainingsvariante wird dem Patienten (z.B. durch Sprachausgabe) ja sogar vorgegeben, welchen Fuß er nach vorne stellen soll also: „links ... rechts ... links... rechts ...“. Es wäre ein Zufall, wenn der Patient gerade seinen linken Fuß vorne hätte, wenn das System „links“ ausgibt.
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Die erfindungsgemäße Anordnung sieht also einen Messgeber vor, der detektieren kann ob einer der beiden Füße gerade vorne auftritt oder - in einer besonders bevorzugten Ausführung - sogar detektieren kann, ob der linke oder rechte Fuß gerade vorne ist. Dann würde das akustische Signal synchron mit dem Auftreten eines Fußes beginnen, und der Patient muss keine Korrektur seiner Schritte vornehmen.
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Der Ablauf ist insbesondere wie folgt: Der Proband läuft los. die akustischen Schrittvorgabe synchronisiert sich auf die Position eines Fußes. Das System kann sich vom Ausgabetakt an den Gang des Probanden orientieren. Automatisch oder auch händisch kann der Ausgabetakt verändert z.B. verlängert werden, wodurch sich die Schrittlänge des Probanden verändern, z.B. verlängern lässt. Oftmals ist die Schrittlänge von Patienten links und rechts unterschiedlich. Hier kann es sinnvoll sein, die Schrittlänge dadurch zu symmetrisieren, dass der Takt symmetrisch ausgegeben wird und sich z.B. zunächst an der kleineren Schrittlänge orientiert. Wie auch bereits im Patent beschrieben, soll sich die Taktrate des Schallsignals mit der Geschwindigkeit den Laufbandes automatisch erhöhen und erniedrigen.
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Über die Messung der Differenz zwischen Tonausgabe und Aufsetz-Signal kann gemessen werden, ob der Proband in der Lage ist, tatsächlich dem Tonsignal zu folgen. Dabei kann über die Farbe eines Lichtsignals (z.B. Grün/Rot) ein Feedback geliefert werden, ob die Füße wirklich richtig im Takt aufgesetzt worden sind. Dieses Feedback kann aber ebenso akustisch oder durch eine Sprachausgabe erzeugt werden.
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In einer besonderen Ausführung passt sich die Taktrate des Tonsignals oder der Sprachausgabe, z.B. „...links...rechts...links...“ in einem Regelkreis automatisch den tatsächlichen Möglichkeiten des Patienten an. Das heißt, wenn der Patient mit seinen Schritten über eine gewisse Zeit hinter den Vorgaben zurück bleibt, dann erniedrigt das System automatisch die Taktrate der akustischen Schrittvorgabe.
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Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der nachfolgenden skizzenartigen Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung im Gebrauch,
- 2 eine Detailansicht wesentlicher Komponenten der Verarbeitungs- und Steuereinheit der in 1 gezeigten Anordnung,
- 3 eine Detaillösung zu einem messtechnischen Aspekt der vorliegenden Erfindung,
- 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Ton-Ausgabeeinrichtung, wie sie bei den Anordnungen nach 1 und 3 vorgesehen sein kann und
- 5 eine Darstellung zur Erläuterung einer Ausführungsform der Erfindung mit zweikanaliger Ton-Ausgabeeinrichtung.
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1 zeigt ein Laufband-Trainingssystem 1, welches ein über zwei Walzen 2a laufendes Laufband 2b umfasst, unter dessen oberer, vom Benutzer als Lauffläche 2c genutzten Oberfläche eine Sensorplatte 3 angeordnet ist. Diese kann mit (nicht einzeln bezeichneten) einzelnen oder matrixförmig angeordneten Drucksensoren, mit unterhalb der Sensorplatte angeordneten Kraftmessdosen, mit vorzugsweise an der Unterseite befestigten Dehnungsmessstreifen oder Beschleunigungssensoren oder auf der Sensorplatte befindlichen Lichtschranken bzw. einem Lichtschranken-Array zur Erfassung von durch den Benutzer beim Auftreten auf das Laufband erzeugten Aufsetz-Signals versehen sein. Die eine der beiden Laufrollen 2a ist angetrieben und zieht das Band 2b mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit, die über eine Verarbeitungs- und Steuereinheit 4 der Anordnung und einen Geschwindigkeitsregler 5 im Zusammenwirken mit einem Tachometer 6 eingestellt wird.
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Bei der in 1 dargestellten, stark vereinfachten Ausführung gelangen sowohl Aufsetz-Signal von der Druckerfassungsplatte 3 als auch Geschwindigkeits-Signale vom Geschwindigkeitsregler 5 und dem Tachometer 6 zur Verarbeitungs- und Steuereinheit 4.
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Erfindungsgemäß ist eine (hier als linker und rechter Lautsprecher symbolisierte) Ton- bzw. Sprachausgabeeinrichtung 8l/8r vorgesehen, über die diskrete Sprach- bzw. Tonsignale und Tonsignalfolgen an den Trainierenden ausgegeben werden können, um diesem den Takt des Aufsetzens seiner Füße auf das Laufband vorzugeben. Die Tonausgabe durch die Ton-Ausgabeeinrichtung 8l/8r wird durch eine geeignete Software in der Verarbeitungs- und Steuereinheit 7 auf das anfängliche Aufsetzen der Füße des Benutzers synchronisiert. Hierzu nutzt die Verarbeitungs- und Steuereinheit 4 die durch die Sensorplatte 3 gelieferten Aufsetz-Signale, und zwar insbesondere mit einer Links-/Rechts-Unterscheidung zur Ausgabe von unterschiedlichen Tonsignalen für das Setzen des linken bzw. rechten Fußes. Diese Links/Rechts-Differenzierung kann durch eine entsprechende geteilte Anordnung der Drucksensoren, eine entsprechende Anordnung mehrerer Kraftmessdosen, links- und rechtseitig angeordnete Dehnungsmesstreifen oder Beschleunigungssensoren an der Sensorplatte 3 und softwaremäßig in der Verarbeitungs- und Steuereinheit 4 realisiert werden.
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Zusätzlich sind links- und rechtsseitig angeordnete Lichtsignalgeber 7l/7r vorgesehen, die, von der Steuereinheit 4 gesteuert, ihre Lichtintensität und oder Farbe ändern können, um einem Benutzer der Trainingsanordnung zusätzliche Stimuli zu einem dem Trainings- oder Therapieprogramm entsprechenden Aufsätzen des linken und rechten Fußes auf die Lauffläche 2c zu geben. Hierfür kann beispielsweise eine „Ampel-Signalisierung“ mit grünen, gelben und roten Lichtsignalen als Hinweis auf eine völlig korrekte, leicht verbesserungsbedürftige oder unkorrekte Aufsetz-Rhythmik des Benutzers eingesetzt werden. Die Lichtsignalgeber 8a/8b können dazu beispielsweise entsprechend verschiedenfarbige LEDs umfassen, die gemäß den erfassten Aufsetz- und Geschwindigkeitssignalen und in Synchronisation zur Tonsignal- bzw. Sprachausgabe selektiv angesteuert werden.
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Die Sensoren der Sensorplatte können wahlweise eine analoge oder - in einer vereinfachten und kostengünstigeren Ausführung - eine digitale Ansprechcharakteristik (Aus/Ein-Charakteristik) haben. Beide Varianten haben für bestimmte Anwendungen ihre Berechtigung, und der Auswahl einer der Varianten wird der Systementwerfer nach den primären Einsatzanforderungen treffen.
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2 zeigt wesentliche Komponenten der Verarbeitungs- und Steuereinheit 4 der in 1 gezeigten Anordnung in einer schematischen Detaildarstellung in Art eines Funktions-Blockschaltbildes. Dargestellt ist eine einkanalige Ausführung bzw. ein Kanal einer zweikanaligen, zur Links-/Rechts-Differenzierung des Ganges eines Benutzers geeigneten Ausführung.
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Als Eingangssignale empfängt die Verarbeitungs- und Steuereinheit 4 Druck- bzw. Kraftsignale F von der Sensorplatte 3 und Geschwindigkeitsmesssignale v vom Tachometer 6. Die Kraftsignale F gelangen zunächst zu einer Kraftdiskriminatorstufe 41, in der sie einer Schwellwertdiskriminierung zur Gewinnung von Aufsetz-Signalen unterzogen werden, die das Aufsetzen eines Fußes des Benutzers auf die Lauffläche 2c des Laufbandes 2b (1) signalisieren. Die Ausgangssignale der Diskriminatorstufe 41, nämlich die Aufsetz-Signale, gelangen ebenso zu einer Benutzerführungs-Synchronisationsstufe 42 wie die Geschwindigkeitssignale v. Weiterhin werden der Benutzerführungs-Synchronisationsstufe 42 Zeitsignale eines Systemzeitgebers 43 zugeführt.
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Die Verarbeitungs- und Steuereinheit 4 umfasst weiterhin eine Gangmodus-Speichereinheit 44, in der verschiedene beispielhafte Gang- bzw. Laufmodi (Schritte pro Zeiteinheit, Schrittweite...) als Trainingsmuster abgelegt sind. Eine Trainingsmuster-Anpassungseinheit 45 ist mit der Gangmodus-Speichereinheit 44 verbunden und wird mit einer Software betrieben, die einen Anpassungsalgorithmus für eine auf den Trainingsmustern basierende Benutzerführung des Benutzers in gleitender Anpassung an dessen aktuelles Laufverhalten realisiert. Um dies zu erreichen, ist auch die Trainingsmuster-Anpassungseinheit mit dem Ausgang der Kraftdiskriminatorstufe 41 und dem Systemzeitgeber 43 verbunden und empfängt die Geschwindigkeitssignale vom Tachometer 6. Ausgangsseitig ist die Trainingsmuster-Anpassungseinheit 45 mit einem Eingang der Benutzerführungs-Synchornisationsstufe 42 verbunden.
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Die Benutzerführungs-Synchronisationsstufe 42 ist ausgangsseitig einerseits mit einer Ton-/Sprachsignal-Erzeugungsstufe 46 und andererseits mit einer Lichtsignal-Erzeugungsstufe 47 verbunden. Die beiden letztgenannten Stufen stellen Ton-/Sprachausgaben bzw. Licht-Steuersignale bereit, die der in 1 gezeigten Ton- bzw. Sprachausgabeeinrichtung 8l/8r bzw. dem Lichtsignalgeber 7l/7r zugeführt werden und dort eine kombinierte akustisch/optische Benutzerführung bewirken.
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Diese Benutzerführung kann im Zusammenwirken der genannten Komponenten nach den oben erläuterten grundsätzlichen bzw. beispielhaften Verfahrensführungen erfolgen.
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So kann bei Beginn der Benutzung des Laufbandes die Erfassung eines ersten Aufsetz-Signals durch die Kraftdiskriminatorstufe 41 und dessen Verarbeitung in der Benutzerführungs-Synchronisationsstufe 42 und über die Ton-/Sprachsignal-Erzeugungsstufe 46 und die Lichtsignal-Erzeugungsstufe 47 die Ausgabe eines initialen Sprach- und Lichtsignals als „Quittung“ für das Betreten des Laufbandes durch den Nutzer bewirken. Dies kann für eine vorbestimmte Zeitdauer in der Weise fortgeführt werden, dass jeweils das Aufsetzen der Füße durch den Benutzer akustisch und optisch „quittiert“ wird. In dieser Startphase ist die Trainingsmuster-Anpassungseinheit 45 noch funktionslos.
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Nach dieser Anfangsphase, in der der Nutzer sich an die Trainingsumgebung und insbesondere die eingestellte Laufbandgeschwindigkeit gewöhnt, kann gezielt Einfluss auf seinen Gang bzw. seinen Laufmodus genommen werden. Hierzu wird in der Gangmodus-Speichereinheit 44 ein gewünschtes Trainingsmuster abgerufen und in der Trainingsmuster-Anpassungseinheit 45 unter Berücksichtigung der eingestellten Geschwindigkeit des Laufbandes und der zuletzt erfassten Aufsetz-Signale einer Anpassung unterzogen, und es werden entsprechende Steuersignale an die Benutzerführungs-Synchronisationsstufe 42 übergeben. Diese steuert dann die Ton-/Spracherzeugungseinheit 46 und die Lichtsignal-Erzeugungseinheit 47 derart an, dass Sprachbefehle und/oder Lichtsignale ausgegeben werden, die den Benutzer zu einem bestimmten Zeitpunkt zum Aufsetzen seines Fußes auffordern und/oder ihn zu einer Beschleunigung oder Verlangsamung seines Ganges auffordern oder ihm ein Vorauseilen bzw. „Nachhinken“ gegenüber einem im Trainingsprogramm festgelegten Aufsetz-Zeitpunkt signalisieren. Dieses Einschleifen der Trainingsmusteranpassung in den aktuell erfassten Gang bzw. Laufmodus des Benutzers kann insbesondere gleitend erfolgen, um Störungen im Bewegungsablauf des Benutzers durch zu abrupte und nicht mit seinen tatsächlichen Bewegungen synchronisierte Anweisungen weitgehend zu verhindern.
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3 zeigt, dass ein Muster 2c.1 äquidistanter, zur Laufrollenachse paralleler Striche auf der Innenoberfläche des Laufbandes 2b aufgebracht ist und ein seitlich vom Laufband platzierter optischer Sensor 5' auf dieses Streifenmuster gerichtet ist. Die Bewegung des Streifenmusters mit dem Laufband wird mit dem Sensor detektiert, und die pro Zeiteinheit zurückgelegte Strecke ist die Bandgeschwindigkeit. Eine ähnliche Anordnung, mit Kodierungsmuster auf einer der Laufrollen 2a, kann dazu genutzt werden, die Winkelgeschwindigkeit der das Band tragenden Laufrollen zu bestimmen, und auch hieraus ist die tatsächliche Bandgeschwindigkeit präzise ermittelbar.
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4 zeigt als einfaches Blockschaltbild einen grundsätzlichen Aufbau der Ton-Ausgabeeinrichtung 8, wie sie bei der Anordnung nach 1 zur Anwendung kommen kann. Hiernach umfasst die Ton-Ausgabeeinrichtung 8 einen Einzelsignalgenerator 8a, einen Einzelsignal-Kombinierer 8b und einen Lautsprecher 8c. Der Einzelsignal-Generator 8a ist hinsichtlich der Tonhöhe von mit ihm erzeugten diskreten Tonsignalen und deren Dauer durch Steuersignale Sf bzw. Sd ansteuerbar, die beispielsweise von einer (nicht dargestellten) Vergleichereinheit in der Verarbeitungs- und Steuereinheit 4 der Anordnung kommen können und bewirken, dass ein bestimmtes Verarbeitungsergebnis von Eingangsgrößen zur Ausgabe eines Tonsignals definierter Tonhöhe und -länge führt. In ähnlicher Weise ist der Einzelsignal-Kombinierer 8b durch ein Steuersignal Sc ansteuerbar, welches eine bestimmte Tonfolge aus den durch den Einzelsignal-Generator 8a erzeugten diskreten Tonsignalen bildet.
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Sollte keine Sprachausgabe erfolgen, wird der Trainierende im praktischen Einsatz anfangs darin geschult, Signale einer bestimmten Tonhöhe und -dauer bzw. bestimmte Signalkombinationen (auch aus Signalen unterschiedlicher Tonhöhe und -dauer) als bestimmte Hinweis- oder Warnsignale zu verstehen bzw. der Trainierende reagiert intuitiv auf die Dauer, Intensität oder Tonhöhe. Beispielsweise wird er bei einem lauten Ton fester auftreten oder bei einem langen Ton den Bodenkontakt länger halten. Somit lässt sich allein durch die sehr einfache Erzeugung und Ausgabe von Tonsignalen der beschriebenen Art eine Beeinflussung des Gehverhaltens bzw. der Schrittführung des Trainierenden realisieren.
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5 zeigt in einer synoptischen Darstellung verschiedene Möglichkeiten der Ausgestaltung des Laufband-Trainingssystems 1' mit zweikanaliger Ton-Ausgabeeinrichtung 8 (als Vorderansicht). Das Laufband-Trainingssystem 1 hat hier ein Laufbandgestell 12, welches einen vorderen Haltebügel 12a umfasst, der im Wesentlichen rechteckig senkrecht über der Fläche des (hier nicht zu erkennenden) Laufbandes aufsteht. Am horizontal verlaufenden oberen Abschnitt des Haltebügels 12a ist eine Bedieneinheit 13 montiert über die der Benutzer Eingaben zur Steuerung des Laufbandes vornehmen und gewisse Anzeigen zur Funktion des Laufbandes erhalten kann.
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In einer ersten Ausgestaltung dieser Ausführungsform sind ein rechter Lautsprecher R1 und ein linker Lautsprecher L1 (vom Benutzer aus gesehen) rechts bzw. links in die Bedieneinheit 13 integriert. In einer zweiten Ausgestaltung sind ein rechter Lautsprecher R2 und ein linker Lautsprecher L2 abgesetzt von der Bedieneinheit 13 am horizontalen Abschnitt des Haltebügels 12a angebracht. In einer dritten Ausgestaltung sind ein rechter Lautsprecher R3 und ein linker Lautsprecher L3 am rechten bzw. linken vertikalen Teil des Haltebügels 12a angebracht. Grundsätzlich lässt sich eine zweikanalige Ton-Ausgabeeinrichtung aber auch durch einen Kopfhörer mit separat ansteuerbaren rechtem und linkem Kanal, also völlig ohne Anbringung von Lautsprechern am Laufbandgestell, realisieren.
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In einer speziellen Ausführungsform ist in das Gehäuse des Lautsprechers oder in unmittelbarer Nähe eine links- und rechtsseitige Lichtausgabeeinheit angebracht, deren Licht im Takt des jeweiligen Tonsignals ein- und ausgeschaltet wird und/oder deren Lichtfarbe sich zusätzlich z.B. dann ändert, wenn der Trainierende die Schrittvorgaben nicht ausreichend einhält.
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Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4027317 C1 [0003]
- US 6010465 A [0003]
- US 6010465 [0004]
- WO 2007/131542 [0005]
- EP 1145682 A2 [0007]
- US 6231527 B1 [0008]
- EP 2060229 B1 [0009]
- EP 1386642 A1 [0010]
- WO 2010/057552 A1 [0011]
