DE69211044T2

DE69211044T2 - Vorrichtung zur Messung der Leistung bei der Ausstreckung eines Beines und dessen Verfahren

Info

Publication number: DE69211044T2
Application number: DE69211044T
Authority: DE
Inventors: Masao Ito; Kunimasa Tsuchiya
Original assignee: Combi Corp
Current assignee: Combi Corp
Priority date: 1991-03-30
Filing date: 1992-01-30
Publication date: 1996-11-21
Anticipated expiration: 2012-01-31
Also published as: ATE138547T1; US5401224A; EP0507051B1; EP0507051A1; US5277674A; CA2060070A1; DE69211044D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen der physischen Kraft einer Person. Genauer richtet sie sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum dynamischen Messen der Momentanleistung einer sich nicht dauernd wiederholenden Muskelkraft, wie z.B. die Kraft einer Beinausstreckbewegung, basierend auf der Krafttheorie. Speziell betreffen die Vorrichtung und das Verfahren das Messen der Momentanleistung einer dynamischen, sich nicht dauernd wiederholenden Multiartikulär-Bewegung, wie z.B. einen vertikalen Sprung.
Konventionelle physische Krafttests, wie z.B. vertikale Sprungtests, reziproke Sprungtests und dorsale Muskeltests haben die folgenden Probleme aufgewiesen:
1. Es ist oft schwierig, getrennte Testergebnisse zusammenzufassen, die für eine Auswertung erfaßt worden sind, da verschiedene Funktionen getrennt ausgewertet werden.
2. Auswertungsstandards sind zweideutig. Zum Beispiel ist der Auswertungsstandard eines vertikalen Sprungs die Höhe, zu der jemand springen kann; jedoch ist dies nur ein indirekter Hinweis auf die physische Kraft.
3. Es existiert keine standardisierte wissenschaftliche Unterstützung.
4. Ungewöhnliche Bewegungen können einbezogen werden, die einbezogenen Lasten sind groß und Verletzungen können auftreten.
Derzeit besteht ein wachsendes Interesse an physischer Konditionierung. Daher werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum leichten, sicheren und genauen Messen physischer Kraft benötigt. Als Antwort ist eine Studie über vereinigte Indizien physischer Kraft, basierend auf einer Krafttheorie, in Arbeit.
Gemäß der Krafttheorie wird physische Kraft als die Kapazität der Energie (ein integrierter Wert der Leistung) gemessen oder als ein Index. Verfahren zur Erzeugung von Leistung können gemäß Energiegewinnungsmechanismen in einem lebenden Körper klassifiziert werden. Für jedes Verfahren zur Erzeugung von Leistung wird ein oberer Grenzwert von Leistung gemessen und als ein Index für physische Kraft für den korrespondierenden Energieerzeugungsmechanismus verwendet.
Speziell sind die Mechanismen wie folgt klassifiziert:
(a) Energiemechanismus bei vorhandenem Sauerstoff
Dauer: Unendlich
Auswertung der oberen Grenzleistung: Verfügbare Leistung bei 75% der maximalen Herzrate, etc.
Hauptfaktor für Energieerzeugung: Sauerstoff
(b) Milchsäure-Typ anaerober Energiemechanismus
Dauer: ca. 30 Sekunden
Auswertung der oberen Energiegrenze: Die Durchschnittsleistung, kritische Leistung, etc.
Hauptfaktor für die Energieerzeugung: Glykogen
(c) Nicht-Milchsäuretyp anearober Energiemechanismus
Dauer: ca. 7 Sekunden Auswertung der oberen Energiegrenze: Der optimale Wert bestimmt durch Geschwindigkeit und Entwicklungskraft der Spitzenleistung um 5 bis 6 Sekunden.
Hauptfaktor für die Energieerzeugung: ATP-CP Typ chemische Energie.
Mit Bezug auf Energiemechanismen a) und c) ist eine Meßvorrichtung, die ein Fahrradergometer verwendet, vom Anmelder getestet worden (geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 42694/1989). "AEROBIKE" und "POWERMAX" sind auch bekannte Vorrichtungen, die im Stand der Technik entwickelt worden sind. ("AEROBIKE" und "POWERMAX" sind eingetragene und gültige Marken der Combi Corporation; die erste ist die eingetragene japanische Marke Nr. 1840771, die zweite ist die japanische Markenveröffentlichung Nr. 61- 42348.) Für den Energiemechanismus b) ist der Wingate-Test ein Beispiel.
Die Energiemessung durch ein Fahrradergometer hat den Vorteil einer rhythmischen und wirkungsvollen Pedalbewegung, die die Verletzungsmöglichkeit verringert.
Die Momentanleistung einer dynamischen, sich nicht dauernd wiederholenden Muskelkraft bei kontinuierlicher Muskelübung eines Beines oder einer anderen ähnlichen multiartikulären Übung, kann im Alltagsleben vorteilhaft sein, wie z.B. wenn jemand eilig ein Hindernis vermeiden muß. Eine Vorrichtung zum Messen der Momentanleistung einer sich nicht dauernd wiederholenden Muskelbewegung von Beinen, ist in der ungeprüften japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 18103/1988 offenbart. In dieser Veröffentlichung wird die Beinstreckkraft auf einen hydraulischen oder pneumatischen Zylinder übertragen und die physikalische Belastbarkeit eines Subjekts wird gemäß den Daten von dem Zylinder gemessen.
Bei der obigen Beinausstreck-Energiemeßvorrichtung ist die Einstellung des Zylinders und ähnlichem sehr schwierig und die Variation der Last in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit macht es schwierig, die Momentanleistung genau zu messen. Des weiteren ist bei einem Hydraulikzylinder die Reaktionszeit auf den hydraulischen Druck so langsam, daß die Meßgenauigkeit unzuverlässig gemacht wird.
Momentanleistung, die durch eine Beinstreckkraft erzeugt wird, wird konventionell aus dem Betrag der Arbeit, die auf eine Bremslast ausgeübt wird, berechnet. Die Fußplatte, die die erzeugte Kraft aufnehmen muß, wenn der Benutzer oder das Subjekt diese mit seiner vollen Kraft in einer sehr kurzen Zeit (ca. 0,3 Sekunden) tritt, ist schwer und steif in ihrer Struktur. Kinetische und Trägheitsenergie, wie sie durch die Fußplatte und das drehende System einer Bremse absorbiert wird, werden nicht in derartigen Berechnungen berücksichtigt. Daher ist es schwierig, die Momentanleistung, die durch die Beinstreckung erzeugt wird, genau zu messen.
Die europäische Patentanmeldung EP 0 430 067 Al ist in den Stand der Technik in Übereinstimmung mit Artikel 54(3) und (4) EPÜ eingeschlossen, mit Bezug auf alle benannten Staaten der vorliegenden Erfindung, und offenbart eine Vorrichtung zum Messen einer Momentanleistung durch Beinstreckkraft.
Die vorliegende Erfindung wurde mit Hinblick auf die obigen Überlegungen gemacht und bezieht sich auf die genaue Messung von Momentanleistung durch die Leistungstheorie, wobei unstabile Faktoren, die in das Meßsystem involviert sind, soweit wie möglich eliminiert worden sind.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung der Momentanleistung zu bieten, die durch eine Beinstreckkraft erzeugt wird, in der eine Pulverbremse verwendet wird, um den Einfluß von Trägheit auf die Leistungsmessung zu reduzieren. Die vorliegende Erfindung versucht im Vergleich mit konventionellen Leistungsmessungen, die auf Nicht-Milchsäure-Typ anaeroben Energiemechanismen basieren, die erforderliche Zeit zu minimieren, um eine Fußplatte zu drücken, so daß die Spannung auf den Benutzer oder das Subjekt, das in die Messung involviert ist, damit verbunden reduziert wird.
Eine andere Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Messen einer Momentanleistung zu bieten, die durch eine Beinstreckkraft erzeugt wird, bei dem eine Vorrichtung, die verwendet wird, um eine Last zu erzeugen, vielmehr vom Konstantdrehmomenttyp als vom Hydraulik- oder Dynamotyp ist, wobei die Last durch die Fußdruckgeschwindigkeit variiert wird. Mit Hinblick auf die Tatsache, daß die Reaktionszeit der Last auf die Pulverbremse ca. 200 Millisekunden beträgt, ist es schwierig, die Last während einer Messung, deren Dauer ca. 0,3 Sekunden beträgt, zu wechseln. Daher wird ein Konstantdrehmomentsystem vorgeschlagen, um die Meßgenauigkeit zu erhöhen. Die vorliegende Erfindung wendet dieses System an und versucht, Lastvariationen während der Messung zu eliminieren, wodurch die Messung stabilisiert wird.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Momentanleistung zu bieten, die durch eine Beinstreckkraft erzeugt wird, bei dem der Winkel der Fußplatte automatisch variiert wird, in Übereinstimmung mit dem Betrag der Beinstreckung. Bei konventionellen Vorrichtungen ist der Winkel der Fußplatte festgestellt, was die Fußdruckkraft aufgrund von Anderungen bei dem Neigungswinkel des Fußes des Subjekts während der Beinstreckung instabil macht.
Diese Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Vorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, und durch ein Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 12 jeweils aufweist, gelöst. Detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 11 definiert.
Um die obigen Aufgaben zu erzielen, wird der Tatsache Aufmerksamkeit geschenkt, daß die Beziehung zwischen der Fußplattenreaktion, die durch einen vertikalen Sprung erzeugt wird, und der Geschwindigkeit des Schwerpunktes eines Subjekts, wie in den Figuren 1(a) und (b) gezeigt, direkt mit der Beinstreckung, wie in Figuren 2(a) und (b) gezeigt, zusammenhängt. Des weiteren kann aus den kinetischen Gleichungen gesehen werden, daß die Pulverbremslast gleich der Gravitationskraft ist, die auf die unteren Extremitäten eines Subjekts während eines vertikalen Sprungs aufgebracht wird, und daß die Trägheitsmasse, W&sub0;/g, gleich zu der Masse der unteren Extremitäten des Subjekts ist, wie eine Trägheitskraft während des vertikalen Sprungs. Insbesondere betrifft eine Beinausstreck-Meßvorrichtung Bewegungen der unteren Extremitäten, die ähnlich einem vertikalen Sprung sind, so daß es ausreichend ist, die Trägheitsmasse einer sich horizontal bewegenden oberen Extremität zu verwenden. Zum Beispiel wählt eine Person, die 65 kg wiegt, als eine äquivalente Masse 1 W&sub0;/g der Fußplatte, eine Gewichtsspanne von 40 bis 50 kg, in die sein oberes Extremitätengewicht von 46 kg fällt (man sagt, daß ca. 70% des Gesamtgewichts einer Person der oberen Extremitätenmasse zurechenbar ist), und mißt seine Beinstreckkraft analog zu einem vertikalen Sprung durch die Belastung der Fußplatte mit einer äquivalenten Masse, die mit der oberen Extremitätenmasse korrespondiert. Mit anderen Worten ist die Fußplatten-äquivalente Masse so ausgewählt, um äquivalent zu der Masse der oberen Extremitäten einer Person zu sein, um die Messung einer Beinstreckkraft in einer analogen Weise zu einem vertikalen Sprung zu messen.
Die Verwendung eines Kraftsensors, der auf der Fußplatte aufgebracht ist, ist strukturell kompliziert und macht das Verfahren unhandlich. Des weiteren kann das Vorsehen einer Bremsvorrichtung, um eine Stoßbelastung auf die Füße zu verhindern, aufgrund der schweren Struktur der Fußplatte zu Fehlern in der Messung der Momentanleistung, die durch eine Beinausstreckbewegung erzeugt wird, führen. Außerdem existiert die Wahrscheinlichkeit, daß die Fußplatte aufgrund von Trägheit die Beine überdehnt, was auf diese Weise die Struktur gefährlich macht. Die vorliegende Erfindung versucht, diese Probleme zu überwinden.
Um die obigen Aufgaben zu lösen, bietet die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen einer Momentanleistung, die durch eine Beinstreckkraft erzeugt wird. Das Verfahren schließt die Berechnung einer Maximalgeschwindigkeit Vmax der Fußplatte und ihre Ausgabezeit Tmax durch Addieren der Arbeit, die mit einer äquivalenten Trägheitsenergie korrespondiert, die durch ein Drehantriebssystem absorbiert wird, das aus einer Pulverbremse, einer Zwischenwelle und einer Seiltrommelwelle besteht, und die Arbeit, die mit der tatsächlichen kinetischen Energie korrespondiert, wie sie von der Fußplatte erzielt wird, zu der Arbeit, die auf die Pulverbremse aufgebracht wird, ein. Auf diese Weise kann die Leistung, die durch die Beinstreckung erzeugt wird, aus der Maximalgeschwindigkeit Vmax der Fußplatte und ihrer Ausgabezeit Tmax berechnet werden.
Des weiteren bietet die Erfindung, um die obigen Aufgaben zu lösen, einen Grundrahmen, bei dem zwei lange Teile parallel zueinander montiert sind, ein Kasten im hinteren Grundrahmen angeordnet ist, und eine Antriebseinheit, die in dem Kasten installiert ist. Ein Sitz ist über der Antriebseinheit und auf diese Weise auf der oberen Fläche des Kastens angeordnet. Ein Führungsabschnitt erstreckt sich in der gleichen Richtung wie der Grundrahmen zwischen der oberen Vorderseite des Kastens und einer vertikalen Platte, die an dem vorderen Ende des Grundrahmens steht, wobei die obere Vorderseite des Kastens als Basisende dient. Ein Fußabschnitt verschiebt sich vor und zurück entlang des Führungsabschnitts, so daß sein Gleitwinkel variabel ist. Eine Meßeinheit mißt die Verschiebungsbedingungen des Fußabschnitts. Ein Anzeigeabschnitt zeigt visuell oder akustisch verschiedene Daten der Beinstreckung des Subjekts, wie sie durch die Meßeinheit gemessen werden, an. Das Subjekt gibt vorbestimmte Daten, die erforderlich sind, um eine Messung durchzuführen, durch einen Eingabeabschnitt ein.
Die Erfindung, die sich das obige Verfahren zueigen macht, kann eine Momentanleistung durch einen sehr schnellen Vollkrafttritt auf die Fußplatte messen, der eine natürliche Bewegung beinhaltet und der eine geringere physischer Last auf das Subjekt ausübt. Auf diese Weise mißt die Erfindung die Beinstreckleistung eines Subjekts in einer äußerst einfachen Weise und mit einem hohen Grad an Genauigkeit.
Der obige Vollkrafttritt erlaubt die Messung einer Momentanleistung einer Beinstreckkraft, die während einer dynamischen, sich nicht ständig wiederholenden Multiartikulärübung, wie z.B. einem vertikalen Sprung, erzeugt wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figuren 1A und 1B sind Diagramme, die die Beziehung zwischen einer Fußplattenreaktion, die durch einen vertikalen Sprung erzielt wird, und dem Schwerpunkt eines Menschen zeigen;
Figuren 2A und 2B sind Diagramme, die die Beziehung zwischen einer Fußplattenreaktion, die von einem vertikalen Sprung erzielt wird, und einer Fußplattengeschwindigkeit zeigen;
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht der allgemeinen Konstruktion einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ist ein Diagramm, das die allgemeine Konstruktion der Vorrichtung als Seitenansicht zeigt;
Fig. 5 ist eine Draufsicht, die den Hauptabschnitt einer Antriebseinheit der Vorrichtung zeigt;
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtvorrichtung darstellt;
Fig. 7 ist ein Flußdiagramm einer Meßsequenz;
Fig. 8 ist ein Diagramm zur Berechnung einer Durchschnittsbeinstreckleistung;
Fig. 9 ist ein Diagramm, das die Längen Lp zeigt, die durch einen Kodiereinrichtungspuls einer Trommelwelle gemessen werden; und
Figuren 10(a) und (b) sind Schnittansichten, die ein Beispiel der Pulverbremse zeigen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

In den Figuren mißt eine Vorrichtung 1 eine Momentanleistung, die durch eine Beinstreckkraft erzeugt wird, wobei die Vorrichtung diejenige ist, die bei dem vorliegenden Verfahren zum Messen einer Momentanleistung, die durch eine Beinstreckkraft erzeugt wird, angewendet wird. In der Vorrichtung 1 weist ein Grundrahmen 2 zwei lange Teile 2a auf (in dieser Ausführungsform aus quadratischen Metallstangen hergestellt), die parallel zueinander montiert sind. Ein Kasten 3 ist auf der Rückseite des Grundrahmens 2 angeordnet. Eine Antriebseinheit 4 ist in dem Kasten 3 installiert. Ein Sitz 5, der über der Antriebseinheit 4 und auf diese Weise auf der oberen Seite des Kastens 3 angeordnet ist, dient zum Setzen eines Subjekts M. Ein Führungsabschnitt 6 erstreckt sich in der gleichen Richtung wie der Grundrahmen zwischen der oberen Vorderseite des Kastens 3 und einer vertikalen Platte 2b, die an dem vorderen Ende des Grundrahmens 2 steht, wobei die obere Vorderseite des Kastens als das Basisende dient. Ein Fußabschnitt 7 gleitet vor und zurück entlang des Führungsabschnitts 6, so daß sein Gleitwinkel variabel ist. Eine Meßeinheit 8 mißt die Verschiebungsbedingungen des Fußabschnitts 7. Ein Anzeigeabschnitt 9 zeigt visuell oder akustisch verschiedene Daten bei der Beinstreckung des Subjekts M an, die durch die Meßeinheit 8 gemessen werden. Das Subjekt M gibt vorbestimmte Daten, die zur Durchführung einer Messung erforderlich sind, in einen Eingabeabschnitt 10 ein.
Die zwei langen Teile 2a, die den Grundrahmen 2 bilden, sind so angeordnet, um sich parallel zueinander zu erstrecken, während sie einen vorbestimmten Abstand untereinander aufweisen. An dem hinteren Ende jedes langen Teils 2a ist eine vertikal einstellbare Gleitrolle 2c. Zusätzlich sind insgesamt vier befestigte Einsteller 2d so angeordnet, daß zwei an beiden Seiten nahe der unteren Vorderseite des Kastens 3, und zwei an beiden Seiten unter der vertikalen Platte 2b, die an dem vorderen Ende des Grundrahmens 2 steht, angeordnet sind. Diese Einsteller 2d dienen dazu, den Grundrahmen 2 horizontal zu halten und stabil zu befestigen.
Der Kasten 3 wird durch Anordnen einer Platte 3b gebildet, um durch vier Pfeiler 3a umgeben zu werden, die aufrecht in der Rückseite des Grundrahmens 2 montiert sind.
Die Antriebseinheit 4, die in dem Kasten 3 angeordnet ist, weist eine Seiltrommel 4c auf, um die ein Seil 11 (später beschrieben) gewunden ist, wobei die Seiltrommel 4c an einer drehenden Welle 4b montiert ist, die durch Träger 4a getragen wird, die aufrecht an beiden Seiten eines vorderen Endes des Kastens 3 und diesem zugewandt stehen. Eine Rückholfeder 4d (aus einer Zylinderfeder geformt, wie in Figuren 3 und 5 gezeigt) steht neben der Seiltrommel 4c und ein erster Zahn eines Kettenrades 4e ist an einer Seite der Seiltrommel 4c angeordnet.
Ein Zwischenwellenmechanismus 4g wird in einer Richtung durch eine Kette 4f gedreht, die um den ersten Zahn eines Kettenrades 4e gewunden ist. Der Zwischenwellenmechanismus 49 weist eine drehende Welle 4g2 auf, die durch beide Träger 4g1 getragen wird, die aufrecht im wesentlichen in der Mitte des Inneren des Kastens 3 stehen, einen freien Zahn eines Kettenrades 4g4, der ein freies Rad 4g3 aufweist, das auf der drehenden Welle 4g2 montiert ist und um das die Kette 4f gewunden ist, und einen dritten Zahn eines Kettenrades 4g5, der ähnlich an der drehenden Welle 4g2 befestigt ist.
Ein Pulverbremsmechanismus 4i wird in einer Richtung durch eine Kette 4h gedreht, die um den dritten Zahn eines Kettenrades 4g5 gewunden ist. Der Pulverbremsmechanismus 4i weist einen Träger 4i1 auf, der aufrecht im hinteren Teil des Kastens 3 steht, eine drehende Welle 4i2, die in den Träger 4i1 eingeführt ist, einen vierten Zahn eines Kettenrades 4i3, der an der drehenden Welle 4i2 befestigt ist und in einer Richtung durch die Kette 4h gedreht wird, und eine Pulverbremse 4i4, die um die drehende Welle 4i2 gedreht wird.
Figuren 10(a) und (b) sind Schnittansichten, die ein Beispiel der Pulverbremse zeigen. Wie in Fig. 10(a) gezeigt, befindet sich ein Antriebsteil 101 in einer Lösestellung, wenn kein Strom zu einer Erregerspule 100 fließt, um kein Drehmoment zu einem angetriebenen Teil 102 zu übertragen. In diesem Zustand haftet das Pulver 100 (z.B. Magnetpulver) an dem äußeren Umfang eines Pulverspaltes 104, der zwischen dem angetriebenen Teil 102 und dem Antriebsteil 101 gebildet wird. Eine der Antriebs- und angetriebenen Teile ist befestigt.
Auf der anderen Seite ist das Pulver 100 magnetisiert, wenn der Strom zu der Erregerspule 100 fließt, um den festen Zustand in dem Spalt zu bilden, so daß das Drehmoment zu dem angetriebenen Teil 102 übertragen wird, wie in Fig. 10(b) gezeigt. Durchgezogene Linien bezeichnen das Magnetfeld, und gestrichelte Linien bezeichnen den Drehmomentübertragungsweg.
Der Sitz 5 zum Draufsetzen des Subjekts M ist über der Antreibseinheit 4 auf der oberen Fläche des Kastens 3 angeordnet und ist so aufgebaut, daß er in einer geeigneten Position durch horizontales Verschieben parallel zu Einstellführungswellen Sa durch einen vorbestimmten Abstand eingestellt werden kann, während sie in die Wellenaufnahmeteile 5b eingeführt werden. Die Einstellführungswellen 5a sind auf beiden Seiten unter der unteren Fläche des Sitzes 5 angeordnet und die Wellenaufnahmeteile 5b sind so geformt, um von der oberen Fläche des Kastens 3 vorzustehen.
Der Führungsabschnitt 6, der sich in der gleichen Richtung wie der Grundrahmen von der oberen Vorderfläche des Kastens 3 erstreckt, weist rechte und linke obere Führungsstangen 6a auf, von denen jede sich horizontal zwischen der oberen Vorderfläche des Kastens 3 ausdehnt und wobei die vertikale Platte 2b an dem Vorderende des Grundrahmens 2 steht. Eine untere Führungsstange 6b läuft entlang der Führungsstangen 6a auf halbem Weg zwischen diesen und ist so geneigt, daß sie an ihrem vorderen Ende niedriger ist.
Der Fußabschnitt 7, der vor und zurück entlang des Führungsabschnitts 6 gleitet, weist einen Schieber 7b auf, der horizontal durch Einfügen der oberen Führungswellen 6a in ihre rechte und linke Einführöffnung 7a gleitet (ein Ende des Seils 11 der Seiltrommel 4c ist mit dem Schieber 7b an dem Zentrum seines hinteren Endes verbunden). Eine Fußplatte 7e weist eine hintere Fläche auf, die drehbar durch einen Träger aufgehängt ist, der aufrecht an der Vorderseite des Schiebers 7b vorgesehen ist und der ein Fußaufnahmeteil 7d auf seiner oberen Fläche aufweist, auf dem beide Füße des Subjekts M plaziert werden. Der Winkel des Fußaufnahmeteils 7d der Fußplatte 7e, die sich vor und zurück bewegt, kann auf einen geeigneten Wert in Übereinstimmung mit der Beinstreckung des Subjekts M eingestellt werden. Diese Winkeleinstellung ist durch Verschieben der Fußplatte 7 entlang der unteren Führungswelle 6b während des Einführens der unteren Führungswelle 6b in eine Einführöffnung 7hl eines sich hinund herbewegbar befestigten runden Dichtvorsprungs (Schiebemuffe) 7h eingebaut. Die Fußplatte 7e ist verschiebbar auf der unteren Führungswelle 6b durch ein Tragteil 7f, das sich nach unten durch eine Öffnung 7g erstreckt, die um das Zentrum des Schiebers 7b gebildet ist und die an dem runden Dichtvorsprung 7h durch Schrauben durch seinen Gabelabschnitt 7f1 befestigt ist, montiert.
Die Meßeinheit 8, die die Schiebebedingungen des Fußabschnitts 7 mißt, schließt eine Kodiereinrichtung für die Trommelwelle 8a ein, die an dem ersten Zahn eines Kettenrades 4e der Seiltrommel 4c befestigt ist. Ein Pulsgeberzähler 8c für Vorwärts/Rückwärtsdrehung der Seiltrommel 4c weist einen Fotosensor 8b zum Erfassen der Anzahl von Umdrehungen der Kodiereinrichtung 8a der Trommelwelle auf. Eine Kodiereinrichtung 8d für Wellenlast ist an der drehenden Welle 412 des Pulverbremsmechanismus 4i befestigt. Eine Pulsgeberkodiereinrichtung 8f einer Lastwelle erfaßt die Drehung der Pulverbremse 4i4, wobei der Zähler 8f einen Fotosensor 81 zum Erfassen der Drehung der Lastwellenkodiereinrichtung 8d aufweist. Ein Einsteller 8g für Laststrom stellt den Strom der Pulverbremse 4i4 ein. Ein Prozessor 8i (im folgenden als "mikrocomputer" bezeichnet) berechnet die Beinstreckkraft zu der Zeit, wenn das Subjekt M die Fußplatte 7e für eine geeignete Anzahl von Malen wiederholt tritt, aus Signalen, wie z.B. Pulssignalen, die von den Pulsgeberzählern 8c, 8f gesendet werden, einem Modussignal, das durch einen Moduswählschalter 8h gewählt wird, und einem Datensignal, das von dem Eingabeabschnitt 10 eingegeben wird (später beschrieben).
Die Meßeinheit 8 weist einen IC-Karten-Leser/Schreiber 12 an einem geeigneten anderen Ort außer der Trommelwellenkodiereinrichtung 8a auf, einen Fotosensor 8b, der die Anzahl von Umdrehungen der Trommelwellenkodiereinrichtung 8a erfaßt, eine Lastwellenkodiereinrichtung 8d und einen Fotosensor 8e, der die Drehung der Lastwellenkodiereinrichtung 8d erfaßt. Der Karten-Leser/Schreiber 12 ist in einem Gehäuse 14 installiert, das einen Drucker 13 zum Aufnehmen der Meßergebnisse aufweist. Der IC-Karten-Leser/Schreiber 12 und der Drucker 13 sind vorgesehen, um die Handhabung der Eingabegewichtsdaten und Ausgabeleistungsdaten des Subjekts M durch einen Hochleistungscomputer leichter zu handhaben.
Das Gehäuse 14 ist auf einem Arm 15 installiert, der lösbar auf einer Querseite eines Grundrahmens 2a an einer derartigen Position steht, um es dem Subjekt M, das in dem Sitz 5 sitzt, zu erlauben, es leicht zu bedienen.
Der Anzeigeabschnitt 9, der visuell oder akustisch vorbestimmte Werte, die durch die Meßeinheit 8 gemessen werden, wie z.B. einen Schrittzähler, ein Gewicht des Subjekts M (kg), eine Energie (W) und eine erforderliche Zeit (S) anzeigt, schließt eine LED-Anzeigeeinheit 9a und einen Summer 9b ein. Die LED-Anzeigeeinheit 9a ist auf einem oberen Vorderabschnitt des Gehäuses 14 angeordnet, in dem die Meßeinheit 8 und der Summer 9b positioniert sind.
Der Eingabeabschnitt 10 zum Eingeben verschiedener Daten, wie z.B. einem Gewicht des Subjekts M in den Mikrocomputer 8i weist Tasten 10b oder ähnliches auf, die ähnlich auf einem unteren Vorderabschnitt des Gehäuses 14 angeordnet sind.
Eine Ausgabe des Mikrocomputers 8i wirkt auf die Pulverbremse 4i4 durch den Laststromeinsteller 8g, so daß das Vorwärtsverschieben der Fußplatte 7e durch das Subjekt M übertragen wird und gebremst wird. Ein sogenannter "Automatik-Bremsmechanismus" wird verwendet. Der Mechanismus ist aus einer einfachen Bremse erfunden, die die Messung der Länge der Beine des Subjekts M verwendet, und der Vmax der Fußplatte 7e auf einer Echtzeitbasis erfassen kann. Die Position, an der die Fußplatte 7e gebremst wird, ist auf eine maximale Länge voreingestellt, die bemessen ist, um gleich dem Abstand eines Subjekts M zu sein, das seine Beine unter einer natürlichen Bedingung ausstreckt, so daß ein Trägheitsstoß, der am Ende des Tretens der Fußplatte 7e erzeugt wird, vermieden werden kann und stabile Messung dadurch implementiert werden kann.
Die Daten in dem Mikrocomputer 8i sind mit einem Host Computer (nicht gezeigt) durch einen Interface-Schaltkreis 16 verbunden, so daß die Meßergebnisse auch von externen Vorrichtungen gehandhabt werden können.
Die Beinstreckkraft des Subjekts M kann durch den Mikrocomputer 8i wie folgt genau berechnet werden. Zuerst wird eine Beinstreckkraft, die durch das Subjekt M durch Treten der Fußplatte 7e erzeugt wird, zu der Seiltrommel 4c durch das Seil 11 übertragen. Ein Rotationszählsignal der Seiltrommel 4c wird in den Mikrocomputer 8i durch den Zählergeber 8c des Vorwärts/Rückwärts-Drehpulses eingegeben, während durch den Fotosensor 8b die Anzahl der Umdrehungen der Trommelwellenkodiereinrichtung 8a, die sich dreht, wenn sich die Seiltrommel 4c dreht, erfaßt. Die Drehung der Seilwelle 4c wird zu dem Endbestimmungsort, d.h. der Pulverbremse 4i4, durch den ersten Zahn des Kettenrades 4e und den Zwischenwellenmechanismus 4g übertragen. Die Drehung der Lastwellenkodiereinrichtung 8d, die an der drehenden Welle 4i2 der Pulverbremse 4i4 befestigt ist, wird durch den Fotosensor 8e erfaßt. Schließlich wird das erfaßte Drehsignal der Lastwelle auf den Mikrocomputer 8i durch den Pulsgeberzähler 8f der Lastwellendrehung angewendet.
Für die obige Berechnung verwendet die vorliegende Erfindung die gleiche Masse des drehenden Systems, wie z.B. die drehende Welle 4b der Seiltrommel 4c, wobei die drehende Welle 4g2 den Zwischenwellenmechanismus 49 und die Pulverbremse 4i4 bildet, um die Meßgenauigkeit zu verbessern.
Angenommen, ein Trägheitsmoment J an der Seiltrommelwelle (einschließlich der Zwischenwelle und der Pulverbremse) begründet die folgende Beziehung:
worin T: auf die Trommelwelle aufgebrachtes Bremsdrehmoment [kgm]
ω: Winkelgeschwindigkeit der Trommel [rad/s]
N: Anzahl der Umdrehungen der Trommel [rpm]
v: Seilgeschwindigkeit [m/s]
Fs: Zugkraft, die auf das Seil ausgeübt wird [kgf]
Durch Hinzufügung der tatsächlichen Masse der Fußplatte 7e zu der äquivalenten Masse des Rotationssystems wird auf diese Weise die kinetische Gleichung der Beinstreckkraft eines Subjekts M in der folgenden Weise berechnet.
Angenommen, eine Masse der Fußplatte selbst ist MF, dann wird die Gesamtmasse M&sub0;
M&sub0; = MF + MJ ... (4)
Und auf diese Weise,
M&sub0; dv/dt = F - FB ... (5)
wobei F: die Beinstreckkraft ist, die durch eine Person erzeugt wird [N]
FB die Bremskraft ist, die durch die Pulverbremse erzeugt wird [N]
Durch die Last W&sub0; [kgf], M&sub0; im System der Gravitationseinheiten ausgedrückt,
W&sub0;/g dv/dt = F - FB ... (6)
wobei W&sub0;: [kgf]
F,FB: [kgf]
g: 9,8 [m/s²] darstellt.
Sobald die kinetische Gleichung für die Beinstreckung gelöst worden ist, erlaubt die Drehung der Trommelwellenkodiereinrichtung 8a und der Lastwellenkodiereinrichtung 8d der Beinstreckkraft von der maximalen Fußplattengeschwindigkeit Vmax und ihrer Ausgabezeit Tmax unterdrückt zu werden; d.h. die Kraft, die durch eine Beinstreckung des Subjekts M erzeugt wird, wird zuerst berechnet. Danach wird die Arbeit, die zu der Trägheitsenergie äquivalent ist, die durch das Rotationssystem absorbiert wird (bestehend aus der Pulverbremse 4i4, der Drehwelle 4g2 des Zwischenwellenmechanismus 4g und die Drehwelle 4b der Seiltrommel 4c), und die äquivalente Arbeit zu der kinetischen Energie, die durch die Fußplatte 7e erreicht wird, zu der Arbeit, die durch die Pulverbremse 7i4 geleistet wird, addiert. Der addierte Wert wird als ein neuer Typ von Beinstreckkraft definiert, und eine Durchschnittsbeinstreckkraft des Subjekts M wird durch eine vorbestimmte Berechnung erzielt.
Wenn die Beine horizontal von einem Ursprung ausgestreckt sind, (angenommen, daß die maximale Seilgeschwindigkeit V Vmax beträgt und daß die Zeit, während der Vmax erzeugt worden ist oder ihre Ausgabezeit τmax beträgt, beträgt der maximale Beinstoß lmax folgendes:
Wenn die Änderung in der Seilgeschwindigkeit V von 0 nach Vmax linear angenähert wird,
lmax 1/2 x τmax x Vmax ... (8)
Wenn eine Person die Fußplatte, die W&sub0; wiegt, tritt, angenommen, daß die erzielte Geschwindigkeit v ist, beträgt die durch die Fußplatte erzeugte kinetische Energie folgendes:
Kinetische Energie, die durch W&sub0; erzielt wird:
Wenn dies nach der Zeit differenziert wird,
Unter Verwendung von Gleichung (6), wenn F - FB = ΔF,
wobei x der Abstand [m] ist, um den das Seil bewegt wird.
Daher ist die kinetische Energie, die durch die Fußplatte bis zu dem Moment erzielt wird, an dem die Seilgeschwindigkeit V die Geschindigkeit Vmax erreicht hat,
Die linke Seite stellt dabei die gesamte von der Person verrichtete Arbeit dar, während die rechte Seite die Summe der Arbeit darstellt, die in die kinetische Energie konvertiert wird und die Arbeit, die an der Bremse verrichtet wird.
Ersetzt man in Gleichung (7) lmax, dann ist .
Eine Durchschnittsleistung P kann wie folgt berechnet werden. (Gesamtarbeit, die durch die Person durch eine Beinstreckung erzeugt wird)
(g dient dazu, die Einheit [kgf] von F zu [N] zu konvertieren)
Daher wird
Auf diese Weise kann die Durchschnittsbeinstreckkraft P durch Messung von τmax und Vmax berechnet werden.
Angenommen, daß der Abstand, um den das Seil bewegt wird, pro Puls der Kodiereinrichtung gleich Δx&sub1; beträgt, und daß der Pulszyklus ΔT&sub1; beträgt, dann wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Seils, die durch die Lastwellenkodiereinrichtung meßbar ist,
V&sub1; = Δx&sub1;/ΔT&sub1; ... (18)
Es wird angenommen, daß der Abstand, um den das Seil 11 pro Umdrehungspuls der Trommelwellenkodiereinrichtung 8a bewegt wird, gleich Δx ist.
Des weiteren wird die Meßwertverschiebung von C&sub2; (Fehler bei der Rückkehr der Fußplatte 7e zu ihrem Ursprung werden berücksichtigt) COFF während der Erfassung eines Vorwärts/Rückwärts-Drehpulses durch den Vorwärts/Rückwärts- Drehpuls-Geberzähler 8c (als Zweiphasenzähler), wobei angenommen wird, daß die Zählung der Trommelwellenkodiereinrichtung 8a C&sub2; ist und daß der Abstand, um den die Fußplatte 7e vom Ursprung bewegt wird, Lp ist. Um Lp zu messen, muß das Subjekt M seine Beine zweimal leicht strecken, um den Zähler zu veranlassen, einen Wert C&sub2; zu zählen. Um das Auftreten von Fehlern zu verhindern, die mit unregelmäßig zitternden Füßen einhergehen, wird das Zählen unter zwei Bedingungen ausgeführt: einem Hochzählen CU und einem Herunterzählen CD mit einer gewissen Hysterese.
Hier wird die Fehlerverarbeitung durchgeführt, wenn die Differenz zwischen den zwei Zählungen zu groß wird, wie z.B. wenn lp&sub1; - lP&sub2; < lp.
Bei der Berechnung des obigen Wertes wird das Gewicht des Subjekts M als eine Last gewählt, um den Bremswert zu bestimmen, der bei dem vorliegenden Verfahren zur Messung einer Momentanleistung, die durch eine Beinstreckkraft erzeugt wird, an der Pulverbremse 4i4 eingestellt wird, während die Tatsache berücksichtigt wird, daß die Reaktion aus einem vertikalen Sprung durch den Schwerpunkt des Gewichts ausgeübt wird, wie aus der Gleichung des vertikalen Sprungs geschlossen werden kann.
Ein Verfahren zum Messen einer Momentanleistung, die durch eine Beinstreckkraft der vorliegenden Erfindung erzeugt wird, wird als nächstes mit Bezug auf die vorher genannte Vorrichtung beschrieben.
Der Betrieb der Vorrichtung 1 zur Messung einer Momentanleistung durch eine Beinstreckkraft wird durchgeführt, wenn das Subjekt M, das in dem Sitz 5 sitzt, kräftig die Fußplatte 7e nach vorne tritt. Die Fußplatte 7e, die durch das Subjekt M nach vorne getreten wird, wird durch die untere Führungswelle 6b geführt, die sanft geneigt ist, wenn die Fußplatte 7e sich vorwärts, entlang des unteren Endes des Unterstützungsteils 7f bewegt. Das Unterstützungsteil 7f ist aufgehängt, um Hin- und Herbewegung mit Bezug auf den Schieber 7b zu erlauben, und erstreckt sich nach unten durch die Öffnung 7g des Schiebers 7b. Auf diese Weise wechselt der Winkel, der durch die Beine des Subjekts M gebildet wird, wenn sie nach vorne ausgestreckt werden, und auf diese Weise der Winkel der Fußplatte 7e, in Übereinstimmung mit dem Wechsel des Winkels der Position des Subjekts M, d.h. von einer vorwärtsgeneigten Position, bei der seine Beine zu einer im wesentlichen vertikalen Position gebogen sind, wenn seine Beine ausgestreckt sind, wie durch die durchgezogene Linie und die gestrichelte Linie in Fig. 4 dargestellt. Daher kann die Beinstreckung des Subjekts M durch Veranlassung des Subjekts M, seine Beine natürlich voll zu strecken, gemessen werden.
Des weiteren wird durch die Fußplatte 7e, die durch das Subjekt M getreten wird, das Seil 11, das mit dem Zentrum der Rückseite der Fußplatte 7e verbunden ist, strammgezogen, wenn die Fußplatte 7e sich nach vorne bewegt. Als Ergebnis dreht sich die Seiltrommel 4c mit dem darum gewundenen Seil 11, wobei sie der Rückholfeder 4d widersteht. Diese Drehung wird dem Mikrocomputer 8i durch die Trommelwellenkodiereinrichtung 8a, den Fotosensor 8b und den Vorwärts/Rückwärts- Drehpulsgeberzähler 8c eingegegen, welche an einer Seite der Drehwelle 4b vorgesehen sind.
Die Drehung der Seiltrommel 4c wird auf die Pulverbremse 4i4 durch den ersten Träger 4e, die Kette 4f, das freie Bad 4g3, den freien Radträger 4g4, den dritten Träger 4g5, die Kette 4h und den vierten Träger 4i3 übertragen. Die Drehung der Pulverbremse 4i4 wird in den Mikrocomputer 8i durch die Lastwellenkodiereinrichtung 8d, den Fotosensor 8e und den Pulsgeberzähler 8f eingegeben, die an einer Seite der Drehwelle 8i2 angeordnet sind.
Wenn die Fußplatte 7e, die durch das Subjekt M getreten wird, die Position erreicht, an der die Beinstreckung gemessen wird, greift die Pulverbremse 4i4 ein, so daß die Füße des Subjekts nicht von dem Gewicht der Fußplatte 7e gezogen werden. Demgemäß biegt das Subjekt M seine Beine, um die Fußplatte 7e zu der Ausgangsposition zurückzuholen. Die Fußplatte 7e kehrt sehr sanft zurück, da die Federkraft der Rückholfeder 4d, die neben der Seiltrommel 4c steht, in der Vorwärtsrichtung wirkt, was bewirkt, daß das Seil 11 eng um die Seiltrommel 4c gewunden wird.
Das Folgende ist eine Beschreibung des Meßvorgangs.
(1) Das Subjekt M wird auf den Sitz 5 gesetzt und stellt den Sitz 5 durch Vorwärts- und Rückwärtsschieben während des Sitzens ein, so daß er oder sie die Fußplatte 7e unter optimalen Bedingungen zum Messen treten kann. Beim Einstellen des Sitzes 5 wird die Fußplatte 7e durch die Bremse festgehalten und ein Widerstand von der Fußplatte 7e wird für Vorwärts/Rückwärts-Einstellung verwendet.
(2) Das Subjekt M setzt dann seine Füße auf das Fußaufnahmeteil 7d der Fußplatte 7e, wobei es seine Füße auf der Fußplatte 7e durch Festziehen der Fußriemen, die auf dem Fußaufnahmeteil 7d vorgesehen sind, befestigt. Des weiteren trägt das Subjekt einen Sitzgurt, der an dem Sitz 5 vorgesehen ist, um seine Hüfte, um die untere Hälfte seines Körpers stabil zu halten und um seine Position zur Messung zu sichern.
(3) Das Subjekt M bedient dann den Moduswählschalter 8h, der nahe bei dem Anzeigeabschnitt 9 angeordnet ist, um einen Meßmodus zu wählen, wie z.B. Modus A (der Modus, bei dem das Subjekt M sein Gewicht durch die Tasten eingibt, um eine Messung zu aktivieren), Modus B (der Modus, bei dem eine IC-Karte in den IC-Karten-Leser/Schreiber 12 eingegeben wird, um eine Messung in Übereinstimmung mit Daten zu aktivieren, die auf der IC-Karte aufgezeichnet sind), und Modus C (der Modus, bei dem das Subjekt M Lastdaten eingibt, die mit seiner physischen Belastung korrespondieren, um eine Messung zu aktivieren.
Die Moduswahl wird durch die LED-Anzeigeeinheit 9a dargestellt, die in dem Anzeigeabschnitt 9 angeordnet ist. Wenn das Subjekt M einen Modus A wählt, leuchtet eine LED auf, die die Eingabe eines Gewichts an dem Anzeigeabschnitt 9 anzeigt. Nach Bestätigung, daß die LED erleuchtet ist, bedient das Subjekt M die Tasten, um sein oder ihr Gewicht anzugeben. Der eingegebene Wert wird dem Subjekt M durch eine LED-Anzeigeeinheit 9a dargestellt.
(4) Das Subjekt M drückt dann eine Längenmessungstaste. Nach Drücken dieser Taste beginnt die Längenmessungs-LED- Anzeigeeinheit 9a zu blinken, wobei auf diese Weise das Subjekt M informiert wird, daß die Längenmessungstaste betätigt worden ist. In Übereinstimmung damit bedient das Subjekt M die Starttaste, um dem Subjekt zu erlauben, die Fußplatte 7e zweimal zu treten, und die Länge seiner oder ihrer Beine werden zu der Zeit gemessen, wenn sie gestreckt sind. In Übereinstimmung mit dieser Längenmessung speichert der Mikrocomputer 8i die Wahl des richtigen Zeitpunkts zum Aktivieren der Pulverbremse 4i4. Dementsprechend wird der Zustand der Längenmessungs-LED-Anzeigeeinheit 9a vorn Blinken zu normalem Leuchten verändert, wenn die Längenmessung beendet worden ist, wodurch auf diese Weise das Subjekt M informiert wird, daß die Längenmessung beendet worden ist.
Der obige Vorgang der Längenmessung wird vermieden, wenn ein automatischer Bremsmodus gewählt wird. Eine automatische Bremse erfaßt einen Spitzenwert von Vmax auf einer Echtzeitbasis und führt eine Bremsfunktion durch. Da eine Bremsung auf die Fußplatte angewendet wird, nachdem ein Spitzenwert erfaßt worden ist, wird eine Verzögerung erzeugt, entgegengesetzt dem Fall, bei dem Bremsen nach der Messung auftritt. Auf diese Weise kann es als einfaches System verwendet werden.
(5) Nach Beendigung der Längenmessung blinkt die Meß- LED-Anzeigeeinheit 9a, die das Subjekt M darüber informiert, daß das System zum Start der Messung bereit ist. Nach der Bestätigung startet das Subjekt M das Verfahren zur Messung einer Momentanleistung, die durch eine Beinstreckkraft erzeugt, durch Drücken der Starttaste. Nach Drücken der Starttaste ändert sich die Meß-LED-Anzeigeeinheit 9a (die vorher blinkte, während sie den Start einer Messung erlaubte) zu normalem Leuchten, wodurch sie das Subjekt M darüber informiert, daß die Messung begonnen hat.
Falls eine externe Anzeigeeinheit verwendet wird, kann der obige Status auf der externen Anzeigeeinheit gleichzeitig dadurch dargestellt werden, daß der Mikrocomputer 8i veranlaßt wird, ein vorbestimmtes Signal dort hinzusenden. Wenn ein externer Computer oder ähnliches verbunden ist, wird der obige Zustand in dem externen Computer dadurch ähnlich aufgenommen, daß der Mikrocomputer 8i veranlaßt wird, einen vorbestimmten Meßsequenzcode dort hinzusenden.
(6) Nach Leuchten der Meß-LED-Anzeigeeinheit 9a signalisiert der Mikrocomputer 8i einem Zeitmesser zu beginnen, von 10 Sekunden bis zum Beginn der Messung herunterzuzählen. Nach Beendigung des 10 Sekunden-Countdowns startet das Objekt M eine erste Schritt 3 Sekunden- Momentanleistungsmessung. Die Trittzeitmessung der Fußplatte 7e wird durch z.B. den Summer 9b signalisiert und das Subjekt M tritt die Fußplatte 7e bis zum Summton.
Wenn die erste Schrittmessung beendet worden ist, wird sie auf der LED-Anzeigeeinheit 9a angezeigt, und gleichzeitig damit wird die gemessene Leistung in dem ersten Schritt auf dem Anzeigeabschnitt 9 dargestellt.
Nach dem Treten ruht das Subjekt für 20 Sekunden, während der Zeit die Fußplatte 7e in ihre Ausgangsposition zurückgeholt wird. Die Pulverbremse 4i4 greift ein, um die Fußplatte 7e in einen stationären Zustand zu versetzen. (Das Subjekt M kann dann als ein Ergebnis dieser Bremsung mit seinen auf der Fußplatte 7e ruhenden Füßen entspannen.)
(7) 20 Sekunden nach dem ersten Schritt blinkt die Meß- LED-Anzeigeeinheit 9a ähnlich, um dem Subjekt M anzuzeigen, daß das System für eine zweite Schrittmessung bereit ist (das gleiche trifft auf ähnliche dritte Schritt-, vierte Schrittund fünfte Schrittmessungen zu). Nach Bestätigung dieses beginnt das gesamte Verfahren, wie oben detailliert beschrieben, von neuem.
Die Meßergebnisse aus den ersten bis fünften Schritten werden durch den Mikrocomputer 8i auf einer Schrittbasis berechnet; d.h., die Arbeit, die mit der äquivalenten Trägheitsenergie korrespondiert, die durch das Rotationsantriebssystem absorbiert wird, das aus Pulverbremse 4i4, dem Zwischenwellenmechanismus 4g und der Drehwelle 4b der Seiltrommel 4c besteht, sowie die Arbeit, die mit der auf die Fußplatte 7i aufgebrachte kinetischen Energie korrespondiert, werden beide zu der Arbeit addiert, die auf die Pulverbremse 4i4 aufgebracht wird, um die Höchstgeschwindigkeit Vmax der Fußplatte 7e und ihrer Ausgabezeit Tmax zu erzielen. Und von der Maximalgeschwindigkeit Vmax der Fußplatte 7e und ihrer Ausgabezeit Tmax wird die Durchschnittsleistung, die durch das Subjekt M beim Ausstrecken seiner Beine erzeugt wird, erzielt.
(8) Auf diese Weise leuchtet die End-LED-Anzeigeeinheit 9a nach Beendigung der Messungen der ersten bis fünften Schritte, um das Subjekt M darüber zu informieren, daß die Messungen beendet worden sind. Gleichzeitig damit wird das Messungsende durch den Summer bestätigt und die Meßergebnisse werden auf dem Anzeigeabschnitt 9 dargestellt.
Die Meßergebnisse werden durch den Drucker 13 gedruckt und auf der IC-Karte, die in den IC-Karten-Leser/Schreiber eingeführt ist, aufgenommen, um alle Meßschritte zu vervollständigen.
Wie in der vorangegangenen detaillierten Beschreibung ausgeführt, verwendet die vorliegende Erfindung eine Pulverbremse als einen Konstantdrehmoment, niedrigen Trägheits-Lastmechanismus und mißt dadurch eine Momentanleistung, die durch einen extremen Kurzzeit- Vollkrafttritt gegen die Fußplatte erzeugt wird, wobei eine trittbasierende natürliche physikalische Übung eingebaut wird. Als Ergebnis kann die Beinstreckkraft eines Subjekts leicht gemessen werden, mit geringerer physischer Last, die auf das Subjekt ausgeübt wird, und mit einem extrem hohen Grad an Genauigkeit. Das Vollkrafttreten bietet verschiedene Vorteile, einschließlich Messung von einer Momentanleistung einer dynamischen, sich nicht wiederholenden multiartikulären Bewegung, wie z.B. einen vertikalen Sprung.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen einer Momentanleistung, die durch eine Beinstreckkraft erzeugt wird, wobei die Vorrichtung (1) folgendes aufweist:

einen Grundrahmen (2), der zwei lange Teile (2a) parallel zueinander aufweist;

eine vertikale Platte (2b), die an einem vorderen Ende des Grundrahmens (2) steht;

einen Kasten (3), der im hinteren Ende des Grundrahmens angeordnet ist;

eine Antriebseinheit (4), die in dem Kasten (3) installiert ist, wobei die Antriebseinheit eine drehende Welle (4b), ein Seil (11), eine Seiltrommel (4c), um welche das Seil (11) gewunden ist, wobei die Seiltrommel (4c) auf der drehenden Welle (4b) montiert ist, und Träger (4a), die aufrecht auf beiden Seiten und gegenüber einem vorderen Ende des Kastens (3) stehen, um die drehende Welle (4b) zu tragen, aufweist;

einen Sitz (5), der über der Antriebseinheit (4) und auf einer Oberfläche des Kastens (3) zum Daraufsetzen eines Subjekts angeordnet ist;

einen Führungsabschnitt (6), der sich in der gleichen Richtung wie der Grundrahmen (2) zwischen einer oberen vorderen Fläche des Kastens (3) und der vertikalen Platte (2b) erstreckt, wobei die obere Vorderfläche des Kastens (3) als ein Basisende dient;

einen Fußabschnitt (7), der für eine verschiebbare Bewegung entlang des Führungsabschnittes (6) angeordnet ist, um einen variablen Verschiebungswinkel zu bieten;

eine Meßeinheit (8) zum Messen der Schiebebedingungen des Fußabschnitts (7);

einen Anzeigeabschnitt (9) zum Anzeigen verschiedener Daten, die sich auf das Beinstrecken des Subjekts im Zusammenhang mit den Schiebebedingungen beziehen; und

einen Eingabeabschnitt (10) zum Aufnehmen vorbestimmter Eingabedaten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Anzeigeabschnitt (9) eine visuelle Anzeige der Daten bietet, die sich auf die Beinstreckung des Subjekts beziehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anzeigevorrichtung (9) eine akustische Anzeige der Daten vorsieht, die die Beinstreckung des Subjekts betreffen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zwei langen Teile (2a) einen vorbestimmten Abstand dazwischen aufweisen, wobei die Vorrichtung (1) des weiteren vertikal einstellbare Gleitrollen (2c) an den hinteren Enden der langen Teile (2a) und vier feste Einsteller (2d) aufweisen, wobei zwei der festen Einsteller (2d) an jeder Seite nahe einer unteren Vorderfläche des Kastens (3) vorgesehen sind und die anderen zwei der festen Einsteller (2d) an jeder Seite unter der vertikalen Platte (2b) an dem vorderen Ende des Grundrahmens (2) stehend vorgesehen sind, wobei die vier festen Einsteller (2d) dazu dienen, den Grundrahmen (2) horizontal zu halten und stabil zu befestigen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Antriebseinheit zusätzlich folgendes aufweist:

eine Rückholfeder (4d), die neben der Seiltrommel (4c) steht;

einen ersten Zahn eines Kettenrades (4e), der an einer Seite der Seiltrommel (4c) angeordnet ist;

eine erste Kette (4e), die um den ersten Zahn des Kettenrades (4e) gewunden ist;

einen Zwischenwellenmechanismus (49), der in einer Richtung durch die erste Kette (4e) gedreht wird;

eine zweite Kette (4h), die um den Zwischenwellenmechanismus (49) gewunden ist; und

einen Pulverbremsmechanismus (4i), der durch die zweite Kette (4h) in einer Richtung gedreht wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sitz (5) auf der Oberfläche des Kastens (3) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung (1) des weiteren horizontal verschiebbare, parallele Einstellführungswellen (5a) und Wellenaufnahmeteile (5b) aufweist, die von der oberen Seite des Kastens (3) vorstehen, wobei die Einstellführungswellen (5a) in die Wellenaufnahmeteile (5b) eingeführt sind, so daß der Sitz (5) einstellbar ist, wobei die Einstellführungswellen (5a) auf beiden Seiten auf und unter einer unteren Fläche des Sitzes (5) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Führungsabschnitt (6) folgendes aufweist:

rechte und linke obere Führungswellen (6a), wobei jede sich horizontal zwischen der oberen Vorderfläche und des Kastens (3) und der vertikalen Platte (2b) erstreckt; und

eine untere Führungswelle (6b), die entlang der oberen Führungswellen (6a) läuft, auf halbem Weg dazwischen, und geneigt, um ein vorderes Ende dieser abzusenken, wobei das vordere Ende der unteren Führungswelle (6b) auf einer Seite der vertikalen Platte (2b) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Fußabschnitt (7) folgendes aufweist:

einen Schieber (7b), der sich durch Einführen der oberen Führungswellen (6a) in rechte und linke Einführungsöffnungen (7a) horizontal verschiebt;

einen Träger, der aufrecht an einem Vorderende des Schiebers (7b) vorgesehen ist;

eine Fußplatte (7e), deren Rückseite drehbar durch den Träger aufgehängt ist;

einen runden Dichtvorsprung (7h), der zum Hin- und Herbewegen montiert ist und der eine Einführöffnung (7h1) aufweist;

ein Lagerteil (7f), das sich nach unten durch eine Öffnung (7g) erstreckt, die um das Zentrum des Schiebers (7b) gebildet ist, wobei das Lagerteil (7f) an dem runden Dichtvorsprung (7h) durch Schrauben durch einen Gabelabschnitt (7f1) befestigt ist; und

ein Fußaufnahmeteil (7d) auf einer oberen Fläche der Fußplatte (7e), auf welchem beide Füße des Subjekts plaziert werden, wobei der Fußabschnitt (7) so angeordnet ist, daß der Winkel des Fußaufnahmeteils (7d) der Fußplatte (7e) um einen geeigneten Wert in Übereinstimmung mit dem Betrag der Beinstreckung des Subjekts einstellbar ist, wobei die Winkeleinstellung durch Schieben der Fußplatte (7e) entlang der unteren Führungswelle (6b) implementiert ist, während die untere Führungswelle (6b) in eine Einführöffnung (7h1) des runden Dichtvorsprungs (7h) eingeführt wird, wobei die Fußplatte (7e) schiebbar auf der unteren Führungswelle (6b) durch das Lagerteil (7f) montiert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Meßeinheit (8) folgendes aufweist:

eine Trommelwellenkodiereinrichtung (8a), die an der drehenden Welle (4b) der Seiltrommel (4c) befestigt ist;

einen Vorwärts/Rückwärts-Drehpulsgeberzähler (8c) der Seiltrommel (4c), wobei der Vorwärts/Rückwärts- Drehpulsgeberzähler (8c) einen ersten Fotosensor (5b) zum Erfassen der Anzahl von Umdrehungen der Trommelwellenkodiereinrichtung (8a) aufweist, wobei der Vorwärts/Rückwärts-Drehpulsgeberzähler (8c) erste Pulssignale entsprechend ausgibt;

eine Drehwelle (4i2) des Pulverbremsmechanismus (4i);

eine Lastwellenkodiereinrichtung (8b), die an der drehenden Welle (4i2) des Pulverbremsmechanismus (4i) befestigt ist;

einen Drehpulsgeberzähler (8f) der Lastwelle zum Erfassen der Drehung des Pulverbremsmechanismus (4i), wobei der Drehpulsgeberzähler (8f) der Lastwelle einen zweiten Fotosensor (8e) zum Erfassen der Drehung der Lastwellenkodiereinrichtung (8d) aufweist, wobei der Drehpulsgeberzähler (8f) der Lastwelle zweite Pulssignale entsprechend ausgibt;

ein Einsteller (89) des Laststromes zum Einstellen des Stromes des Pulverbremsmechanismus (4i);

einen Moduswählschalter (8h) zum Wählen eines Modussignals;

einen Eingabeabschnitt (10) zum Eingeben eines Datensignals; und

einen Prozessor (8i) zum Berechnen einer Beinstreckkraft als Antwort auf mindestens die ersten und zweiten Pulssignale, das Modussignal und das Datensignal.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Meßeinheit (8) folgendes aufweist:

einen externen Hochleistungscomputer;

einen IC-Karten-Leser/Schreiber (12) und einen Drucker (13) zum Aufnehmen von Meßergebnissen, Ausgeben von Daten auf dem IC-Karten-Leser/Schreiber (12) und dem Drucker (13), die zu dem externen Hochleistungscomputer übertragen und von diesem bearbeitet worden sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 8, wobei die Vorwärtsbewegung der Fußplatte (7e) durch die Aktivierung des Pulverbremsmechanismus (4i) zu einer Zeit angehalten wird, wenn die Fußplatte (7e) einen maximalen Ausdehnungspunkt erreicht hat, wie er durch die Verwendung der gemessenen Länge der Beine des Subjekts bestimmt ist, um dadurch einen Trägheitsstoß zu verhindern.

12. Verfahren zum Messen einer Momentanleistung, die durch eine Beinstreckkraft erzeugt wird, das folgende Schritte aufweist:

Berechnen eines ersten Arbeitsbetrages, der mit einer äquivalenten Trägheitsenergie korrespondiert, die durch ein Drehantriebssystem absorbiert wird, wobei das Drehantriebssystem aus einer Pulverbremse, einer Zwischenwelle und einer Seiltrommelwelle besteht;

Berechnen eines zweiten Arbeitsbetrages, der mit einer kinetischen Energie korrespondiert, die tatsächlich durch eine Fußplatte erreicht wird;

Berechnen eines dritten Arbeitsbetrages, der auf die Pulverbremse ausgeübt wird;

Berechnen einer kombinierten Arbeit durch Addieren der ersten, zweiten und dritten Arbeitsbeträge;

Erreichen einer maximalen Geschwindigkeit, Vmaxi der Fußplatte und einer Ausgabezeit, Tmaxi der Höchstgeschwindigkeit, die auf diesen Berechnungsschritten basiert; und

Berechnen einer Leistung, die durch die Beinstreckkraft von der Höchstgeschwindigkeit Vmax der Fußplatte und der Ausgabezeit Tmax erzeugt wird.