• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Beschriebenwird eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Erfassen des Bewegungszustandeseines als Ski, Snowboard, schlittenartiges oder mit Gleitkufen versehenesGerät ausgebildetenGleitkörpers miteiner Gleitfläche,längs derder Gleitkörperauf einem optisch unterscheidbaren Untergrund gleitet.Die Erfindungzeichnet sich dadurch aus, dass eine Lichtquelle an der Gleitfläche vorgesehenist, die Licht in Richtung des optisch unterscheidbaren Untergrundesemittiert, dass eine erste Kamera an der Gleitfläche vorgesehen ist, die Einzelbildaufnahmenvon einem von der Lichtquelle beleuchteten Oberflächenbereichmit einer Bildaufnahmefrequenz erstellt, so dass zwei zeitlich aufeinanderfolgende Einzelbilder zumindest identische Teilbildbereiche enthalten,und dass eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, die durch Bildvergleichzweier Einzelbildaufnahmen die Geschwindigkeit des Gleitkörpers ermittelt,mit der der Gleitkörperzwischen den zwei zeitlich getrennt voneinander aufgenommenen Einzelbildernseine Lage veränderthat.
    公开号:DE102004023013A1
    申请号:DE200410023013
    申请日:2004-05-10
    公开日:2005-12-08
    发明作者:Walter Dipl.-Ing. Schaaf；Timo Dipl.-Ing. Schäfer
    申请人:Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV；
    IPC主号:A63C11-00
    专利说明:
    [0001] DieErfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sowie ein Verfahrenzum Erfassen des Bewegungszustandes eines als Ski, Snowboard oder schlittenartigesGerät ausgebildetenGleitkörpersmit einer Gleitfläche,längs derder Gleitkörperauf einem optisch unterscheidbaren Untergrund gleitet.
    [0002] Engmit dem Skisport verbunden ist die Frage nach der Geschwindigkeit,die ein Skifahrer in der Lage ist zu erzielen, zumal unter bloßer Einwirkung derHangabtriebskraft ein Skifahrer in Geschwindigkeitsbereiche vorzudringenvermag, in die man in keiner anderen Sportart mit vergleichbar technischgeringem Aufwand vorstoßenkann. Insofern ist es nicht verwunderlich, dass bereits diverseVorstöße unternommenworden sind, die beim Skifahren erreichbare Fahrtgeschwindigkeitzu ermitteln. So wurden hierfürin naheliegender Weise am Ski rotierende Teile angebracht, die entwederin Kontakt mit dem Untergrund gelangen oder ausschließlich durchden Fahrtwind in Rotation versetzt werden und somit eine von derSkigeschwindigkeit abhängigeDrehzahl erreichen. Es liegt auf der Hand, dass derartige mit der Drehgeschwindigkeitrotierender Teile korrespondierende Geschwindigkeitsmesssystemeneben ihrer unvermeidbaren sperrigen Ausdehnung und einem damitverursachten störendenEindruck als zusätzlicham Ski anzubringende Einheit, eine unerwünschte Bremswirkung auf dieansonsten mit hohem technischen Aufwand optimierten Gleiteigenschaftendes Sportgerätesausübenund aus diesen Gründeneine nur geringe praktische Akzeptanz fanden. Vielmehr besteht derWunsch nach einem Meßsystem,das den Gleitvorgang möglichstunbeeinträchtigtlässt.
    [0003] Sosind Armbanduhrsysteme bekannt, die über Höhenmesserfunktionen verfügen, mitdenen unter Zeitmessung fürdie Bewältigungeiner Höhendifferenzbei einer Abfahrt der Druckgradient ermittelt wird, der wiederumin Korrelation mit einer Skigeschwindigkeit gebracht wird. Ein etwasgenauer arbeitendes Geschwindigkeitsmessgerät ist aus der DE 101 44 309 A1 entnehmbar,bei dem mit einem Höhenmesserdie zurückgelegteHöhe ineiner bestimmten Zeit gemessen und mit einem Neigungssensor dieNeigung des Hangs bestimmt wird. Auf der Grundlage dieser Messwertewird übertrigonometrische Zusammenhängedie Geschwindigkeit berechnet. Nachteilig bei diesem Verfahren istgleichsam wie bei dem Armbanduhrensystem die nur ungenaue Bestimmungder mittleren Geschwindigkeit. Von besonderem Interesse sind jedochabsolute Geschwindigkeitsangabe, insbesondere die Ermittlung vonMaximalgeschwindigkeiten, die in aller Regel jedoch nur kurzfristigerreicht werden.
    [0004] EineMöglichkeitdie absoluten Geschwindigkeiten beim Skifahren zu erfassen ist inder DE 196 30 44 A1 beschrieben.Hierzu sind zwei optische Sensoren in Längsrichtung hintereinanderan der Gleitflächeeines Skis angeordnet. Durch Vergleich der binär vorliegenden Sensorbilddatenkann unter Zugrundelegung des bekannten gegenseitigen Sensorabstandessowie der bekannten zeitlichen Differenz, mit der beide optischeSensoren angesteuert und ausgelesen werden, die aktuelle Fahrtgeschwindigkeitberechnet werden. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass eineMessung nur in Fällenmöglich ist,in denen die Skiführungeinem exakten Geradeauslauf entspricht. Bereits bei geringsten seitlichen Abdriftenkönnenkeine oder lediglich Fehlmessungen durchgeführt werden.
    [0005] Auchsind Systeme zur Messung der Fahrtgeschwindigkeit mit Hilfe vonRadarstrahlen bekannt, die den Dopplereffekt ausnutzen. Bei derartigenSystemen werden elektromagnetische Wellen von einem bewegten Objektausgesandt und an relativ zum bewegten Objekt ruhenden Hindernissenreflektiert, die wieder am Ort des bewegten Objektes empfangen werden.Aus der Differenz der Schwingungsfrequenz von ausgesendeter undempfangener Welle kann die Fahrtgeschwindigkeit berechnet werden.Ein Einsatz eines derartigen Systems im Bereich des Skisports wirftjedoch erhebliche Probleme bezüglichder Messgenauigkeit auf. So führtunweigerlich eine Veränderungder Neigung des Sensors gegenüberdem Untergrund bzw. einem ruhenden Objekt zu Messfehlern. Aufgrundder überaushochdynamischen Bewegungsabläufe,die ein Skifahrer ausübt,ist ein derartiges Messsystem fürdiesen Einsatzzweck ungeeignet.
    [0006] Schließlich istder Einsatz von GPS-gestütztenMesssystemen bekannt, die zwar als portable Einheiten vom Skifahrermitgeführtwerden können, jedochaufgrund von systemimmanenten Laufzeitmessungen lediglich in derLage sind, Mittelwerte der Fahrtgeschwindigkeit zu berechnen. Dadarüberhinaus die Positioniergenauigkeit bei GPS-gestützten Systemen nicht sonderlichgenau ist, überträgt sich dieUngenauigkeit unweigerlich auch auf die Bestimmung der Fahrtgeschwindigkeit.
    [0007] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie einVerfahren zum Erfassen des Bewegungszustandes, insbesondere derGeschwindigkeit eines vorzugsweise als Ski ausgebildeten Gleitkörpers anzugeben,der übereine Gleitflächeverfügt,längs derder Gleitkörperauf einem optisch unterscheidbaren Untergrund gleitet. Die Vorrichtungsoll darüberhinaus auch fürzu Skien artverwandte Gleitkörperwie beispielsweise Snowboards, schlittenartige oder mit Gleitkufenversehene Geräte, wiebeispielsweise Rodel oder Schlittschuhe anwendbar sein. Die Vorrichtungsoll eine genaue Messung der Momentangeschwindigkeit des Gleitkörpers ermöglichen,ohne dabei den aktuellen Bewegungszustand des Gleitkörpers zubeeinträchtigen.Auch gilt es, die Vorrichtung möglichstkleinbauend auszubilden, so dass sie über eine hohe Integrationsfähigkeitverfügt,so dass auch das äußere Erscheinungsbilddes Gleitkörpersdurch Vorsehen der erfindungsgemäßen Vorrichtungnicht in Mitleidenschaft gezogen wird.
    [0008] DieLösungder der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben.Gegenstand des Anspruches 17 ist ein erfindungsgemäßes Verfahrenzum Erfassen des Bewegungszustandes eines entsprechenden Gleitkörpers. DenErfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstandder Unteransprüchesowie insbesondere unter Bezugnahme auf die Beschreibung der Ausführungsbeispielezu entnehmen.
    [0009] Dieerfindungsgemäße Vorrichtungbasiert auf dem technischen Grundprinzip, mit dem bis anhin bekannteoptische Computermäusearbeiten, die zur kinematischen Bewegungsumsetzung der Handbewegungzur Bewegungsführungeines optisch auf einer graphischen Benutzeroberfläche darstellbaren Cursorzeigersdienen. Bei optischen Computermäusenbefindet sich auf der Unterseite des Mausgehäuses eine Kameraeinheit, diein einer schnellen Bildsequenzabfolge Einzelbilder vom Untergrund über den dieComputermaus geführtwird, erstellt. Wird die Computermaus bewegt, so kann anhand einesVergleiches der in zeitlicher Sequenz aufgenommenen Einzelbilderfestgestellt werden, in welche Richtung und mit welcher Geschwindigkeitdie Computermaus bewegt worden ist.
    [0010] DiesenMesssystemgedanken aufgreifend sieht die erfindungsgemäße Vorrichtungzum Erfassen des Bewegungszustandes eines als Ski, Snowboard, schlittenartigesoder mit Gleitkufen versehenes Gerät ausgebildeten Gleitkörpers miteiner Gleitfläche,längs derder Gleitkörperauf einem optischen unterscheidbaren Untergrund gleitet, eine Lichtquelle ander Gleitflächevor, die Licht in Richtung des optischen unterscheidbaren Untergrundesemittiert. An der Gleitflächeist eine erste Kamera vorgesehen, die Einzelbildaufnahmen von einemvon der Lichtquelle beleuchteten Oberflächenbereich mit einer Bildaufnahmefrequenzerstellt, so dass zwei zeitlich getrennt aufgenommene Einzelbilderzumindest identische Bildteilbereiche enthalten. Eine vorzugsweise innerhalbdes Gleitkörpersintegrierte Auswerteeinheit ermittelt durch graphischen Bildvergleichzweier Einzelbildaufnahmen die Geschwindigkeit des Gleitkörpers, mitder der Gleitkörperzwischen den zwei zeitlich getrennt voneinander aufgenommenen Einzelbildernseine Lage veränderthat.
    [0011] Daserfindungsgemäße Geschwindigkeitsmeßsystemzeichnet sich durch seine Kompaktheit und hohe Integrationsfähigkeitaus, zumal die zumeist auf CCD-Technik basierenden Kameraeinheitensowie auch das fürdie Belichtung des Untergrundes erforderlichen Leuchtmittel, vorzugsweisein Form einer LED oder einer Laserdiode, in miniaturisierter Formvollständigin den Gleitkörperangrenzend zur Gleitflächeimplementierbar sind. Im Falle eines Skis reicht die Bauhöhe des Skikernsohne weiteres aus, die vorstehend erwähnten technischen Komponentenvollständigin einen Ski zu integrieren. Dies gilt ebenso für eine für den Betrieb der technischenKomponenten erforderliche Energieversorgungseinheit, vorzugsweisein Form einer Batterie. Denkbar wäre auch die Verwendung photovoltaischerZellen, die an geeigneter Stelle an der Oberfläche des Gleitkörpers zurErzeugung elektrischer Energie vorzusehen sind. Da die zur Geschwindigkeitserfassungerforderlichen Komponenten marktüblich sind,zeichnet sich ein derartiges Meßsystemdurch geringe Herstellungs- und letztlich geringe Anschaffungskostenaus, so dass von einer hohen wirtschaftlichen Attraktivität einesderartigen Produktes ausgegangen werden kann.
    [0012] Gleichsamder Anwendung des Messsystems in einem Ski zur Bestimmung der Skigeschwindigkeit,lässt sichdie Vorrichtung in Snowboards, schlittenartigen Geräten wiebeispielsweise Rodel, Bob oder Kufenschlitten integrieren. Ebensoist es denkbar die Messvorrichtung längs einer Kufe eines Schlittschuhsoder eine Skeleton-Bobs zu implementieren, um auf diese Weise dieGeschwindigkeit derartiger Sportgeräte exakt zu erfassen.
    [0013] Inallen genannten Anwendungen oder bei einer zu den vorstehend beschriebenenvergleichbaren Gleitkörperausbildung,bei der eine Geschwindigkeitsmessung wünschenswert und technisch sinnvoll ist,befindet sich die Gleitflächedes jeweiligen Gleitkörpersin Gleit- oder Haftkontakt mit einem Untergrund, der von der Kamerain einem bestimmten Teilausschnitt erfasst wird. Die Kameraoptikder innerhalb des Gleitkörpersintegrierten Kamera bildet die Ebene der Gleitfläche, an die der Untergrundunmittelbar angrenzt, scharf ab. Die Kamera selbst weist vorzugsweiseein zweidimensional ausgebildetes CCD-Array auf, auf das das Abbilddes von der Kameraoptik erfassten Bereiches des Untergrundes scharfabgebildet wird. Mit einer vorzugsweise konstant vorgebbaren Ausleseratewerden die eine Einzelbildaufnahme des Teilbereiches des Untergrundes repräsentierendeBildpixelwerte aus dem CCD-Array ausgelesen und entsprechend alsEinzelbildaufnahme abgespeichert. Im Rahmen einer Auswerteeinheit erfolgtzur Geschwindigkeitsbestimmung des Gleitkörpers ein Bildvergleich zweierin der periodischen Sequenz unmittelbar aufeinanderfolgend aufgenommenerEinzelbildaufnahmen. Hierzu werden identische Bildinhalte ermitteltund aufgrund des räumlichenVersatzes beider identischer Bildinhalte unter Zugrundelegung derzwischen beiden Einzelbildaufnahmen liegenden Zeitunterschiedesdie Geschwindigkeit des Gleitkörpersberechnet.
    [0014] Nebender Geschwindigkeitsbestimmung ist es ebenso möglich, eine Richtungsinformationaus dem Bildvergleich zu gewinnen, in der der Gleitkörper zwischenbeiden Bildaufnahmesequenzen bewegt worden ist. In Einbindung desMesssystems in einen Ski ist es somit möglich, neben der aktuellenSkigeschwindigkeit auch festzustellen, ob der Ski in Skilängsrichtungoder quer zur Fahrtrichtung bewegt wird. Seitliche Drift des Skislassen sich auf diese Weise exakt erfassen.
    [0015] Umden vorstehend skizzierten Bildvergleich zweier in zeitlicher Sequenzaufeinanderfolgender Einzelbildaufnahmen durchführen zu können, ist dafür Sorgezu tragen, dass die zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Einzelbilderzumindest identische Bildteilbereiche enthalten. So gilt es dieBildaufnahmefrequenz sowie den von der Kameraoptik erfassten Bereichdes aufzunehmenden Untergrundes derart zu wählen, so dass eine geometrische Überlappung zwischenzwei aufeinanderfolgenden Einzelbildaufnahmen stets gewährleistetist. Eine möglichsthohe Bildrate bzw. Bildfolgefrequenz, mit der die Einzelbilder aufgenommenwerden, sowie ein möglichstgroßflächiger Bereich,der von der Kamera erfasst wird sind hierzu wünschenswert.
    [0016] EineAusführungsformder erfindungsgemäßen Vorrichtungsieht die Verwendung zweier Kameraeinheiten vor, deren Aufnahmebereichevom Untergrund identisch sind. Beide Kameraeinheiten werden derartbetrieben, dass sie zeitlich jeweils abwechselnd Einzelbildaufnahmenvom Untergrund erstellen. Auf diese Weise kann die Zeitdifferenzzwischen zwei unmittelbar aufeinander folgenden Einzelbildaufnahmenvom Untergrund verkürztwerden, ohne dabei die Bildaufnahmefrequenz, mit der die jeweiligeKameraeinheit betrieben wird, vergrößern zu müssen. In gleicher Weise istes möglich,die Bildfolgefrequenz durch den Einsatz von drei und mehr Kamerasin entsprechender Weise zu verkürzen.
    [0017] Dadie fürdie vorbeschriebene Geschwindigkeitsmessung erforderlichen technischenKomponenten, wie eingangs erwähnt,in der Computerbranche bereits eine sehr große Verbreitung besitzen und überdies über eineentsprechende Robustheit verfügen,sind die Komponenten in großerStückzahlkostengünstigzu beziehen.
    [0018] ZurAuswertung der von den Kameras aufgenommenen Einzelbildaufnahmenbedarf es einer entsprechenden Auswerteeinheit, die die Bilddatenvorzugsweise im Wege eines Korrelationsverfahrens auswertet. DieAuswerteeinheit ist in vorteilhafter Weise gleichfalls wie die Lichtquellesowie die Kamera im Gleitkörperselbst integriert. Ebenso denkbar ist es, dass die Auswerteeinheitals externe Einheit ausgebildet ist, beispielsweise im Rahme einerportabel mitzuführendenEinheit, wie beispielsweise eine Armbanduhr. In diesem Fall istam Gleitkörpereine Sendeeinheit vorzusehen, überdie die von der Kameraeinheit bereitgestellten Einzelbildaufnahmedatenzur Auswerteeinheit vorzugsweise drahtlos übermittelt werden. In geeigneterWeise könnendie Einzelbildaufnahmedaten in einer im Gleitkörper vorzusehenden Speichereinheitzwischengespeichert werden.
    [0019] Eineweitere Ausführungsvariantesieht die Integration aller fürdie Geschwindigkeitsbestimmung und Wiedergabe erforderlichen technischenKomponenten innerhalb des Gleitkörpers,beispielsweise innerhalb eines Skis, vor. So kann die von der imSki integrierten Auswerteeinheit ermittelte Geschwindigkeit anhandeiner auf der Oberseite des Skis angebrachten Displayeinheit vomSkifahrer abgelesen werden. Hierfür eignen sich vorzugsweisefolienartig ausgebildete Flachdisplays, die an geeigneter Stelle ander Oberseite des Skis anzubringen sind. Die Geschwindigkeitsangabeerfolgt beispielsweise mittels numerischer Zahlenwiedergabe oderanhand einer graphischen Balkendarstellung oder ähnlichem. Ebenso ist es möglich, dieGeschwindigkeitswerte akustisch zu modulieren und über eineentsprechende Lautsprechereinheit dem Skifahrer akustisch wahrnehmbarzukommen zu lassen. Denkbar wäre derEinsatz von Kopfhörersystemen,die überdrahtlose Kommunikationstechnik mit der Messvorrichtung verbundensind, Stichwort Bluetooth-Technik.
    [0020] Nebeneiner Echtzeitwiedergabe von gemessenen Geschwindigkeiten anhandgeeigneter Display- und/oder Lautsprechereinheiten ermöglicht eineSpeichereinheit die Abspeicherung aller ermittelter Geschwindigkeitsinformationen,die zeitcodiert abgespeichert werden und für eine nachträgliche Analysezur Verfügungstehen. Die Speichereinheit kann entweder zusammen in der Auswerteeinheitim Gleitkörperselbst integriert oder ebenso als externe Einheit ausgebildet sein,die vorzugsweise übereine drahtlose Informationsübertragungstechnikmit der Kameraeinheit in Kommunikativen Kontakt steht.
    [0021] DieAuswertung der mit der wenigstens einen Kameraeinheit aufgenommenenEinzelbildaufnahmen erfolgt vornehmlich zum Zwecke der Bestimmungder Absolutgeschwindigkeit, mit der sich der Gleitkörper innerhalbeiner kurzen Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einzelbildaufnahmenfortbewegt. Selbstverständlichist es möglich, dieauf vorstehende Weise gewonnenen Geschwindigkeitsinformationen über größere Zeitspannenzu integrieren um letztlich Durchschnittsgeschwindigkeiten zu berechnen.Anhand der zusätzlichaus den Einzelbildaufnahmen extrahierbaren Richtungsinformationenkönnengezielte Rückschlüsse aufBewegungstrajektorien angestellt werden, längs der sich der Gleitkörper während derMessung fortbewegt hat.
    [0022] Ohneden erfinderischen Gedanken einzuschränken ist es möglich, durchIntegration vorstehender Messvorrichtung in einen Ski einen Skifahrer aufgrundder gemessenen Kenndaten absolute Messgrößen zukommen zu lassen, anhandderer der Skifahrer sein Fahrkönnenbewerten kann. So ermöglichtdie Kenntnis überdie exakte Fahrgeschwindigkeit sowie die Information über auftretendeQuerbewegungen relativ zur Fahrtrichtung des Skis dem Skifahrerdie Möglichkeitseine Technik zu optimieren. Ebenso verleiht die Angabe über dieMomentangeschwindigkeit bereits während des Skifahrens durchoptische oder akustische, fürden Fahrer wahrnehmbare Signale einen besonderen Reiz der zur Erhöhung desFahrvergnügensbeiträgt.
    [0023] Invorteilhafter Ergänzungzum vorstehend beschriebenen Geschwindigkeitsmeßsystems sind weitere in denGleitkörperintegrierbare Sensorsysteme denkbar. Beispielsweise ein Sensor zurMessung des Abstandes zwischen der Gleitfläche und dem Untergrund vermagdem Skifahrer die Sprunghöhe während odernach der Fahrt übereine entsprechende Auswerte- und Kommunikationseinheit zu vermitteln.So ermöglichtein derartiges, beispielsweise auf der Ultraschalltechnik basierendesMesssystem neben der Erfassung absoluter Sprunghöhen auch eine Information darüber, obder Ski in Kontakt mit dem Untergrund ist oder nicht. DerartigeInformationen sind bspw. besonders wichtig bei der Analyse und Optimierungder Rennpositionen bei Abfahrtsrennen. Gerade bei Skirennen giltes, stets eine Haltung einzunehmen, die einen möglichst kontinuierlichen Bodenkontaktgewährleistet.Werden beispielsweise derartige Abstandsmessungen während einerAbfahrt durchgeführtund als Messwerte in einer geeignet vorgesehenen Speichereinheitabgespeichert, die entweder auf dem Ski selbst oder wie vorstehend bereitsbeschrieben, als externe Einheit ausgebildet sein kann, letzterebedarf jedoch einer drahtlosen Kommunikationstechnik, können nachträglich exakte Fahranalysenangestellt werden. Aber auch fürdie Durchführungvon Skitests sind derartige Kenntnisse wichtig für die Auslegung und Konstruktionvon Ski oder Snowboards o.ä.Gleitkörperim Allgemeinen.
    [0024] Gleichsamder vorstehend beschriebenen Darstellungsmöglichkeiten hinsichtlich dergemessenen Momentangeschwindigkeit lässt sich auch der momentanerfasste Abstand zwischen Gleitfläche und Untergrund entsprechendvisuell oder akustisch darstellen.
    [0025] Eineweitere vorteilhafte Ausführungsvariantesieht die Erfassung des Deformationszustandes des Gleitkörpers vor,in dem innerhalb des Gleitkörperspiezoelektrische Fasern eingearbeitet sind, die durch Deformationelektrische Signale generieren, die mit Hilfe einer geeignet ausgebildetenAuswerteeinheit detektierbar und entsprechend auswertbar sind. Wiederumim Fallbeispiel eines Skis könnenanhand einiger innerhalb des Skis eingearbeiteter piezoelektrischerFasern die Torsionssteifigkeit des Skis exakt erfasst werden, diewiederum entscheidend zur Laufruhe des Skis selbst beiträgt. Derartigeden aktuellen Deformationszustand von Skiern erfassbare Sensorsystemeverhelfen insbesondere in der Skierprobung- und -entwicklung zuentscheidenden Erkenntnissen überdas Schwingungsverhalten eines Skis in Abhängigkeit der tatsächlich gefahrenenGeschwindigkeit.
    [0026] Schließlich siehteine weitere ergänzteAusführungsformdie Integration eines Sensorsystems innerhalb der Gleitfläche einesGleitkörpersvor, mit dem der Anpressdruck des Gleitkörpers gegen den Untergrunderfassbar ist. Besonders eignen sich hierfür piezoelektrische Sensoren,die bspw. bereits in Form von Dehnungsmessstreifen (DMS) breiten Einsatzfinden.
    [0027] Durchdie gemeinsame sensorielle Erfassung aller vorstehender Messparameter,d.h. Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung, Abstand zwischen Gleitfläche undUntergrund, Deformationszustand und letztlich Anpressdruck der Gleitfläche gegenden Untergrund, kann ein wichtiges Gesamtbild über den Bewegungszustand desGleitkörperserstellt werden, das nicht nur füreine nachträglichedetaillierte Analyse, sondern insbesondere für die in Echtzeit zur Verfügung zustellende Information über denBewegungszustand des Gleitkörpersdient. Gleichgültigob es sich in der praktischen Anwendung des Geschwindigkeitsmesssystemssowie seiner sensoriellen, vorstehend beschriebenen Ergänzung imEinsatz in einen Ski, in einem Snowboard, oder in sonstigen schlittenartigenoder mit Gleitkufen versehenen Geräten befindet, verhilft dieerfindungsgemäße Vorrichtungder Steigerung der Attraktivitätdes jeweiligen Gleitkörpers.Denkbar auch ist die Integration des Geschwindigkeitsmesssystemsin Gleitkufen, so beispielsweise in Schlittschuhen längs derGleitkufenfläche,die im unmittelbaren Kontakt mit der Eisoberfläche tritt. Eine analoge Integrationbietet sich in den Laufkufen von Rennrodel oder Rennbobs an, beidenen neben der exakten Geschwindigkeitsbestimmung die Information über einQuerrutschen von besonderer Bedeutung ist. Bei allen letztgenannten Einsatzfällen isteine Anbringung einer Display- oder Lautsprechereinheit unmittelbaram Sportgeräteher ungeeignet. In diesen Fälleneignet sich das Vorsehen einer entsprechend miniaturisiert ausgebildeten Sendeeinheitam Sportgerät,die die entsprechend aufgenommenen Messsignale zu einer extern,vorzugsweise portabel ausgebildeten Auswerte- und/oder Speichereinheit überträgt. Zurvisuellen Darstellung der erfassten Informationen eignet sich nebenden bereits vorstehend genannten folienartigen Flachbildschirmeinheiten,die an geeigneten Oberflächenanbringbar sind, so genannte Durchsichtdisplays, in die die Informationeneinblendbar sind. Derartige Displays können in entsprechend konfektioniertenBrillen oder Helmen mit Visier integriert werden, so dass der jeweiligenPerson gezielt ausgewählteInformationen, vorzugsweise die Momentangeschwindigkeit, beim Skifahren,Snowboardfahren oder Rodeln aktuell in das Blickfeld eingeblendetwerden können.
    [0028] DieErfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhandvon Ausführungsbeispielenunter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Eszeigen:
    [0029] 1 schematisierteDarstellung der technischen Komponenten zur Geschwindigkeitsbestimmung,
    [0030] 2 schematisierterAufbau eines Skis mit elektronischen Sensoren,
    [0031] 3 alternativesAusführungsbeispielfür einSki mit Sensoren und
    [0032] 4–5 alternativeAusführungsbeispielefür Skimit entsprechenden Sensoren.
    [0033] In 1 istein schematisiertes Messprinzip zur Durchführung einer Geschwindigkeitsmessung voneinem beliebigen Gleitkörper 1 ausdargestellt. Es sei angenommen, dass sich der Gleitkörper 1,in dem eine Lichtquelle 2 sowie eine Miniaturkamera 3 vorgesehensind, relativ zu einem Untergrund U bewegt. Ferner sei angenommen,dass die Gleitfläche 1' des Gleitkörpers 1 inKontakt mit der Oberfläche desUntergrundes U tritt. Nur aus Gründeneiner besseren Verdeutlichung der Messsituation ist der Gleitkörper 1 vomUntergrund U beabstandet angeordnet. Die Kameraeinheit 1 erstelltEinzelbilder von einem Teilbereich des Untergrundes U, die in zeitlichsequentieller Abfolge einer Auswerteeinheit 4 zugeführt werden,in der die Einzelbildaufnahmen im Wege eines Korrelationsverfahrensmiteinander verglichen werden und ein räumlicher Versatz zwischen beiden Bildaufnahmenermittelt wird, aus dem ein Geschwindigkeitswert berechnet wird,der letztlich im angegebenen Ausführungsbeispiel gemäß 1 aufeinem Anzeigefeld 5 zur visuellen Darstellung gebracht wird.
    [0034] Dasvorbezeichnete Sensorprinzip ist in einen Ski derart integrierbar,dass die Lichtquelle 2 sowie die Kameraeinheit 3 ander Gleitflächedes Skis 1 derart angrenzend angebracht sind, so dass die Lichtquelle 2 denUntergrund U beleuchtet, der zugleich in einem Teilbereich von derKameraeinheit 3 erfasst wird. Der in 2 schematischdargestellte Ski verfügtsomit überdie nachfolgenden Komponenten: An der Gleitfläche 1' des Ski 1 befindet sichdas in 1 detailliert dargestellte Geschwindigkeitsmesssystem 6,das die in 1 beschriebenen Komponentenumfasst. Ferner sind an der Gleitfläche 1` desSkis 1 Drucksensoren 7 vorgesehen, die als piezoelektrischeSensoren ausgebildet sind und den Anpressdruck des Skis 1 gegenüber demnicht dargestellten Untergrund erfassen. Wie aus der schematisiertenDarstellung gemäß 2 entnehmbarist, sind die Drucksensoren 7 nahezu gleichmäßig über diegesamte Längedes Skis verteilt angeordnet. Hierdurch ist es möglich den Anpressdruck desSkis überseine gesamte Längeortsaufgelöstzu ermitteln. Unterhalb des Fersenteils FT der Bindung B ist ein Abstandssensor 8 angebracht,der den Abstand des Skis 1 bei einem Sprung über denUntergrund U ermittelt. Nahe der Skispitze ist ein Verwindungssensor 9,in Form von in den Ski eingearbeiteten piezoelektrischen Fasern,die insbesondere den Grad der torsionalen Verwindung des Skis erfassen.Alle elektrisch arbeitenden Sensorsysteme werden von einer Batterieeinheit 10 mitStrom versorgt, die im hinteren Bereich des Skis integriert ist.Alle mit dem vorstehend beschriebenen Sensorsystemen erfassten Sensorsignalewerden in einer Auswerteeinheit mit integriertem Speichermodul 11 ausgewertetund zur visuellen Darstellung auf den Anzeigefeldern 4,die auf der Oberseite des vorderen Skibereichs vorgesehen sind,zur Darstellung gebracht. Auf diese Weise kann der Skifahrer dieaktuell gewonnenen Messsignale wahrnehmen.
    [0035] In 3 istdie Draufsicht auf einen Ski 1 dargestellt, mit jeweilsvier randnah angebrachten Geschwindigkeitssensoren 6. Dasrandnahe Anbringen von jeweils vier getrennten Geschwindigkeitssensoren 6 ermöglicht zujedem Zeitpunkt die exakte Erfassung der Skigeschwindigkeit. Kantetder Skifahrer beispielsweise den Ski um eine Kante an, so ist stetsgewährleistet,dass jene Geschwindigkeitssensoren, die längs der Kante angebracht sind,um die der Ski angekantet ist, in unmittelbarem Kontakt mit demUntergrund stehen. Auf die übrigen,in der 4 eingezeichneten Komponenten, die ansonsten die identischenbereits zu 3 eingeführten Bezugszeichen tragen,wird um Wiederholungen zu vermeiden, nicht weiter eingegangen.
    [0036] Indem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf diegraphische Darstellung des dem Erfindungsgedanken zentral zugrundeliegenden Geschwindigkeitssensors verzichtet worden. Nur der gutenOrdnung halber wird darauf hingewiesen, dass auch das in 4 gezeigteAusführungsbeispiel über einentsprechendes Geschwindigkeitsmesssystem verfügt. Das Ausführungsbeispielgemäß 4 weist imFersenbereich FT der Bindung B einen als Ultraschallsensor ausgebildetenAbstandssensor 8 auf, dessen Messsignale über eineAuswerteelektronik mit integriertem Speichermodul 11 ausgewertetwerden. Eine Batterieeinheit 10 sorgt für die entsprechende Energieversorgungdes Abstandssensors 8 sowie der Auswerteelektronik 11.Die ermittelten Abstandswerte werden in dem gezeigten Ausführungsbeispiel über einenLautsprecher 12, der an der Oberseite des Skis vorgesehenist, akustisch wahrnehmbar abgeschallt. Beispielsweise ist es möglich, einenTon mit einer zur Flughöheproportionalen Frequenz zu generieren, so dass der Skifahrer beisteigender Frequenz erfährt,dass seine Flughöhe durchausbeachtlich ist.
    [0037] Ingleicher Weise kann die Fahrgeschwindigkeit in ein akustisches Signalumgewandelt werden. Da bei sehr hoher Fahrgeschwindigkeit, ähnlich wie beimSchanzen der Blick auf ein optisch wahrnehmbares Anzeigefeld häufig nichtmöglichist, kann die aktuelle Fahrgeschwindigkeit ebenso als Tonsignal ausgegeben werden.Beispielsweise ist es auch in diesem Fall möglich, einen Ton mit einerzur Fahrgeschwindigkeit proportionalen Frequenz zu generieren.
    [0038] MitHilfe akustisch wahrnehmbarer Tonsignale ist es überdies möglich beispielsweise bei entsprechendenFehlbelastungen des Skis fürden Skifahrer akustische Korrektursignale zu erzeugen. Auch einefalsche Belastung zwischen Tal- und Bergski kann mit Hilfe geeignetangebrachter Drucksensoren erfasst und über die Lautsprechereinheitfür denFahrer akustisch wahrnehmbar vermittelt werden.
    [0039] Allevorstehend genannten Sensorsignale können im Rahmen des im Ski integriertenSpeichermoduls abgespeichert und für eine spätere Analyse herangezogen werden.In 5 ist ein erweitertes Ausführungsbeispiel mit einem vollständig mitSensoren bestückterSki vorgesehen, der zudem eine Funkübertragungseinheit 13 vorsieht, über diesämtlicheMesswerte zwischen beiden Skiern ausgetauscht werden können. Aufdiese Weise ist es möglich,ein Vorauseilen eines Skis durch Integration der Geschwindigkeitenbeider Skier zu detektieren. Auch ermöglicht eine derartige Kommunikationzwischen beiden Skiern die Unterscheidung zwischen Tal- und Bergskisowie die Feststellung von unterschiedlichen Anpressdrücken.
    [0040] Dasvorstehend beschriebene Sensorsystem ermöglicht eine nahezu vollständige quantitative Erfassungdes Bewegungszustandes eines Skis. Mit diesem System können demSkifahrer währenddes Fahrens nicht nur interessante Bewegungsinformationen übermittelt,sondern darüberhinaus eine gesamtheitliche Analyse des Bewegungsvorganges beimSkifahren ex post angestellt werden. Letztere dient der Verbesserungund Optimierung der skifahrerischen Praxis.
    [0041] In äquivalenterWeise ist das erfindungsgemäße Sensorsystemauf artverwandte Sportgeräte übertragbar,in denen ein Gleitvorgang zur Fortbewegung des Sportgerätes erfolgt.Auf einige derartige alternative Sportgeräte ist vorstehend bereits verwiesenworden.
    1 Gleitkörper, Ski 1' Gleitfläche 2 Lichtquelle 3 Kameraeinheit 4 Auswerteelektronik 5 Anzeigefeld 6 Geschwindigkeitssensor 7 Drucksensor 8 Abstandssensor 9 Verwindungssensor 10 Batterie 11 Auswerteelektronikmit Speichermodul 12 Lautsprecher 13 Funkübertragungseinheit
    权利要求:
    Claims (24)
    [1] Vorrichtung zum Erfassen des Bewegungszustandeseines als Ski, Snowboard, schlittenartiges oder mit Gleitkufen versehenesGerät ausgebildeten Gleitkörpers (1)mit einer Gleitfläche(1'), längs der derGleitkörper(1) auf einem optisch unterscheidbaren Untergrund (U) gleitet, dadurchgekennzeichnet, dass eine Lichtquelle (2) an der Gleitfläche (1') vorgesehenist, die Licht in Richtung des optisch unterscheidbaren Untergrundes(U) emittiert, dass eine erste Kamera (3) an der Gleitfläche (1') vorgesehenist, die Einzelbildaufnahmen von einem von der Lichtquelle beleuchtetenOberflächenbereich miteiner Bildaufnahmefrequenz erstellt, so dass zwei zeitlich getrenntvoneinander aufgenommene Einzelbilder zumindest identische Teilbildbereicheenthalten, und dass eine Auswerteeinheit (4) vorgesehenist, die durch Bildvergleich zweier Einzelbildaufnahmen die Geschwindigkeitdes Gleitkörpers(1) ermittelt, mit der der Gleitkörper (1) zwischenden zwei zeitlich getrennt voneinander aufgenommenen Einzelbildern seineLage veränderthat.
    [2] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Kamera (3) eine CCD-Kamera ist, die ein zweidimensionalesCCD-Array aufweist, auf das mittels einer Abbildungsoptik die Einzelbildervon der beleuchteten Oberflächeabbildbar sind.
    [3] Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Auswerteeinheit (4) zwei zeitlich unmittelbaraufeinander folgende Einzelbilder auswertet.
    [4] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass wenigstens eine zweite Kamera vorgesehen ist, die Einzelbildaufnahmenvon dem von der Lichtquelle (2) beleuchteten Oberflächenbereicherstellt, der identisch ist zu demjenigen, der von der Kamera (3)erfassbar ist.
    [5] Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass die Auswerteeinheit (4) zur Ermittlung der Geschwindigkeitsowohl Einzelbildaufnahmen von der ersten als auch von der zweitenKamera heranzieht.
    [6] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dass eine mit der Auswerteeinheit (4) am Gleitkörper (1)verbundene Ausgabeeinheit (5) vorgesehen ist, an der zumindestdie ermittelte Geschwindigkeit optisch und/oder akustische wahrnehmbardarstellbar ist.
    [7] Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass die Ausgabeeinheit (5) auf einem der Gleitfläche (1') des Gleitkörpers (1)abgewandten Oberflächenbereichvorgesehen ist und eine Display- (5) und/oder Lautsprechereinheit(12) vorsieht.
    [8] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass eine Speichereinheit am oder im Gleitkörper (1) vorgesehenist, in der die von der Auswerteeinheit (4) ermitteltenGeschwindigkeitswerte als Zeitfunktion abspeicherbar ist.
    [9] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,dass eine Sendeeinheit (13) am oder im Gleitkörper (1)vorgesehen ist, die die ermittelten Geschwindigkeitswerte an eineEmpfangsstation drahtlos übermittelt.
    [10] Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,dass die Empfangsstation als portable Einheit ausgebildet ist, vorzugsweisein Form einer Armbanduhr mit einem Display, an dem die Geschwindigkeitswerteoptisch darstellbar sind.
    [11] Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,dass die Empfangstation als Brille oder Helm mit Visier ausgebildetist, an der die Geschwindigkeitswerte optisch darstellbar sind.
    [12] Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,dass die Empfangsstation als portable Lautsprechereinheit ausgebildetist, vorzugsweise als Kopfhörereinheit,durch die die Geschwindigkeitswerte akustisch kodiert wahrnehmbardarstellbar sind.
    [13] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,dass an der Gleitfläche (1') des Gleitkörpers (1)wenigstens ein Abstandssensor (8) vorgesehen ist, der denAbstand zwischen der Gleitfläche(1') unddem Untergrund (U) erfasst.
    [14] Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,dass der Abstandssensor (8) ein Ultraschallsensor ist.
    [15] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,dass im Gleitkörper(1) piezoelektrische Fasern eingearbeitet sind, die durch Verformendes Gleitkörpers(1) elektrische Signale generieren, die von der Auswerteeinheit(4) zur Ermittlung des Verformungszustandes des Gleitkörpers (1)auswertbar sind.
    [16] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,dass an der Gleitfläche (1') wenigstensein Drucksensor (7) vorgesehen ist, der zur Ermittlungdes Anpressdruckes des Gleitkörpers(1) gegen den Untergrund (U) dient.
    [17] Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,dass der Drucksensor (7) als piezoelektrische Faser ausgebildetist.
    [18] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet,dass neben der Geschwindigkeit, der ermittelbare Abstand, der Verformungszustandund/oder der Anpressdruck des Gleitkörpers mittels der Auswerteinheitauswertbar, mittels der Speichereinheit abspeicherbar und/oder mittelsder Sendeeinheit an eine Empfangseinheit übertragbar sind.
    [19] Verfahren zum Erfassen des Bewegungszustandes einesals Ski, Snowboard, schlittenartiges oder mit Gleitkufen versehenesGerät ausgebildeten Gleitkörpers (1)mit einer Gleitfläche(1'), längs der derGleitkörper(1) auf einem optisch unterscheidbaren Untergrund (U) gleitetdadurch gekennzeichnet, dass von einer an der Gleitfläche (1') des Gleitkörpers (1)angebrachten Kameraeinheit (3) Einzelbildaufnahmen vondem optisch unterscheidbaren Untergrund (U) mit einer Bildaufnahmefrequenzerstellt werden, so dass bei einer Relativbewegung des Gleitkörpers (1)gegenüberdem Untergrund (U) zwei zeitlich aufeinander folgende Einzelbildaufnahmen zumindestidentische Teilbildbereiche enthalten, und dass mittels einer Auswerteeinheit(4) ein Bildvergleich zweier Einzelbildaufnahmen derartdurchgeführtwird, dass auf der Grundlage des räumlichen Versatzes beider identischerTeilbildbereiche die Geschwindigkeit des Gleitkörpers (1) ermitteltwird, mit der der Gleitkörper(1) zwischen den zwei zeitlich getrennt voneinander aufgenommenenEinzelbildern seine Lage veränderthat.
    [20] Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,dass die Geschwindigkeitsermittlung im Wege des Korrelationsverfahrensdurchgeführt wird.
    [21] Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet,dass anhand des Bildvergleiches die Richtung ermittelt wird, unterder der Gleitkörper(1) zwischen beiden Einzelbildaufnahmen seine Lage verändert hat.
    [22] Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet,dass wenigsten einer der nachfolgenden Parameter ermittelt werden: – mit Hilfeeines Abstandssensors (8), der an der Gleitfläche (1') des Gleitkörpers (1)angebracht ist, wird der Abstand zwischen der Gleitfläche (1') und dem Unterrund(U) gemessen, – mitHilfe in den Gleitkörper(1) eingearbeiteter piezoelektrischer Fasern wird der Deformationszustand desGleitkörpers(1) ermittelt, – mitHilfe eines in der Gleitfläche(1') eingearbeiteten Drucksensors(7) wird der Anpressdruck der Gleitkörpers (1) gegen denUntergrund (U) ermittelt, und dass die ermittelten Parametergemeinsam mit der erfassten Geschwindigkeit abgespeichert, zu akustischenoder optischen Darstellung gebracht und/oder zur Bestimmung desBewegungszustandes des Gleitkörpers(1) herangezogen werden.
    [23] Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet,dass wenigstens zwei Kameraeinheiten Einzelbildaufnahmen von demoptisch unterscheidbaren Untergrund mit identischen Bildausschnittenerstellen, und dass zur Ermittlung der Geschwindigkeit die Einzelbildaufnahmenbeider Kameraeinheiten herangezogen werden.
    [24] Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,dass beide Kameraeinheiten zeitlich jeweils abwechselnd Einzelbildaufnahmenvon dem Untergrund erstellen.
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    US10625117B2|2020-04-21|Monitoring and tracking athletic activity
    US10091564B2|2018-10-02|Athletic monitoring system having automatic pausing of media content
    US9936912B2|2018-04-10|Device for measuring a cycling cadence
    US9656119B2|2017-05-23|Exercise information display system, exercise information display method, and computer-readable storage medium having exercise information display program stored thereon
    US9501044B2|2016-11-22|Fitness watch case
    JP2018075391A|2018-05-17|System and method for measuring and displaying athletic activity on a time basis
    JP6104954B2|2017-03-29|Exercise clock
    EP1884869B1|2017-11-29|Informationsverarbeitungsvorrichtung und Speichermedium zum Abspeichern eines Informationsverarbeitungsprogrammes.
    JP5674566B2|2015-02-25|運動活動のモニタリングおよび追跡の方法
    EP1562680B1|2017-08-02|Überwachung von sportereignissen
    US20140278218A1|2014-09-18|Capturing and Analyzing Boardsport Maneuver Data
    US6836711B2|2004-12-28|Bicycle data acquisition
    US10668324B2|2020-06-02|Multi-sensor monitoring of athletic performance
    US8229700B2|2012-07-24|Method and device for measuring the progress of a moving person
    KR100753657B1|2007-08-31|Golf ball and head information analysis system
    US5724265A|1998-03-03|System and method for measuring movement of objects
    US6870520B2|2005-03-22|Immersive display system
    US8021270B2|2011-09-20|Online sporting system
    EP2947588A1|2015-11-25|Verfahren zur berechnung der aktivität eines nutzers
    US7572205B1|2009-08-11|System and methodology for endurance training
    US10092812B2|2018-10-09|Disparity correction for location-aware distributed sporting events
    JP2012531295A6|2015-03-19|運動活動のモニタリングおよび追跡の方法
    JP5955845B2|2016-07-20|人の歩く又は走る速さを決定するための方法及びシステム
    Baca et al.2009|Ubiquitous computing in sports: A review and analysis
    JP4989660B2|2012-08-01|モーションキャプチャー装置およびそれに係る方法
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004023013B4|2010-04-08|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-12-08| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2010-09-30| 8364| No opposition during term of opposition|
    2015-12-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE200410023013|DE102004023013B4|2004-05-10|2004-05-10|Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung des Bewegungszustandes eines als Ski, Snowboard oder schlittenartiges Gerät ausgebildeten Gleitkörpers|DE200410023013| DE102004023013B4|2004-05-10|2004-05-10|Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung des Bewegungszustandes eines als Ski, Snowboard oder schlittenartiges Gerät ausgebildeten Gleitkörpers|
    [返回顶部]