DE69921040T2

DE69921040T2 - Verfahren und system zur leistungsmessung während einer übungsaktivität

Info

Publication number: DE69921040T2
Application number: DE69921040T
Authority: DE
Inventors: P. Erik DAMEN; Christoph Schiller
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1999-02-04
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2019-02-05
Also published as: ES2230831T3; CN1256752A; EP0977974B1; WO1999044016A1; JP2002500768A; US6356856B1; JP4286328B2; EP0977974A1; DE69921040D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System, um beim Laufen oder Wandern die Geschwindigkeit, die zurückgelegte Strecke, die verstrichene Zeit, die mittlere Geschwindigkeit und die von einer Person oder einem Tier verbrauchten Kalorien zu bestimmen.
In den vergangenen Jahren hat sich deutlich gezeigt, dass regelmäßiges Training ein wesentlicher Faktor im Kampf gegen Kreislaufkrankheiten ist. Weiterhin hat sich gezeigt, dass regelmäßiges Training eine positive Auswirkung auf die mentale Befindlichkeit eines Menschen hat. Viele Individuen nahmen daher Zuflucht zu ihrem eigenen Fitnessprogramm mit regelmäßigem Joggen, Laufen oder Wandern. Laufen hat Anerkennung gefunden hinsichtlich seiner therapeutischen Auswirkungen auf den Körper. Es erhöht die kardiopulmonale Leistungsfähigkeit, unterstützt das Absenken des Blutdrucks, verringert das mit Herzkrankheiten assoziierte Cholesterin und verringert das Gewicht. Wegen der zunehmenden Popularität von Wandern, Joggen und Laufen steigt die Zahl von Einrichtungen, die jene Menschen, die wandern, joggen oder laufen, unterstützen, ebenfalls an. Bereits im Handel übliche Einrichtungen sind die allgemein als Schrittzähler oder Pedometer bezeichneten Einrichtungen. Wenn die Schrittlänge eines Läufers oder Wanderers konstant ist, liefert der Schrittzähler ein Maß für die Geschwindigkeit des Läufers oder Wanderers und die zurückgelegte Strecke. Im Allgemeinen ist die Schrittlänge jedoch nicht konstant und sicherlich nicht für unterschiedliche Geschwindigkeiten, und somit sind diese Einrichtungen nicht sehr genau.
Es sind Einrichtungen nach dem Stand der Technik bekannt, die die Geschwindigkeit des Läufers ohne Eingabe der Schrittlänge messen. Eines dieser Verfahrens wird in dem US-Patent Nr. 4.578.769 beschrieben, bei dem die Lauf- oder Wandergeschwindigkeit durch Messung der Kontaktzeit zwischen dem Schuh und dem Untergrund berechnet wird. Die Beziehung zwischen Kontaktzeit und Geschwindigkeit ist jedoch nur für Laufgeschwindigkeiten oberhalb von 8 km/h linear. Eine genaue Bestimmung der Wandergeschwindigkeit und der zurückgelegten Strecke während des Wanderns ist mit dieser Einrichtung nicht möglich. Außerdem hängen die genannte Beziehung und die genannte Bestimmung von der Person ab.
Eine genauere Einrichtung ist aus der internationalen Anmeldung Nr. WO 97/21983 bekannt. Bei dieser bekannten Einrichtung sind Beschleunigungsmesser und Drehsensoren und eine elektronische Schaltung, die mathematische Berechnungen zur Bestimmung der Strecke und der Größe jedes Schrittes ausführt, in der Sohle eines der Schuhe des Läufers platziert. Diese bekannte Einrichtung nutzt drei Beschleunigungs- und drei Drehsensoren zum Messen der Verlagerung des Fußes des Läufers. Es versteht sich, dass diese bekannte Einrichtung kompliziert und relativ teuer ist.
Ein anderes Instrument zum Messen von Trainingsaktivität mit Hilfe eines Beschleunigungssensors wird in US 4 962 469 beschrieben.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein neues und verbessertes Messverfahren und ein System für ein Läufer-Hilfsmittel zu verschaffen, das Nachteile der Einrichtungen nach dem Stand der Technik überwindet und das relativ preiswert und einfach und bequem zu verwenden ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Läufer-Hilfsmittel zu verschaffen, mit dem die Geschwindigkeit des Läufers einfach und genau bestimmt werden kann.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Läufer-Hilfsmittel zu verschaffen, mit dem die von dem Läufer zurückgelegte Strecke einfach und genau bestimmt werden kann.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist, ein Läufer-Hilfsmittel zu verschaffen, mit dem die mittlere und die maximale Geschwindigkeit, die gesamte von dem Läufer zurückgelegte Strecke, die Schrittlänge des Läufers, die verstrichene Zeit, die Anzahl der von dem Läufer verbrauchten Kalorien einfach und genau bestimmt werden können.
Zur Lösung der vorstehenden und anderen Aufgaben gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Messen des Leistungsvermögens während einer Trainingsaktivität verschafft, mit:
einem Beschleunigungssensor zum Messen der Beschleunigung in einer Bewegungsrichtung eines Fußes eines Trainierenden und zum Abgeben eines Beschleunigungssignals in Reaktion auf die genannte Beschleunigung;
Signalverarbeitungsmitteln mit:
Mitteln zum Analysieren einer Signalform des Beschleunigungssignals und zum Bestimmen, aus der Analyse, eines Anfangs und eines Endes der Bewegung des Fußes während eines vom Fuß des Trainierenden ausgeführten Schrittes;
Mitteln, um das Beschleunigungssignal zwischen dem genannten Anfang und dem Ende der Bewegung einfach und zweifach zu integrieren, um die Geschwindigkeit des Fußes während des Schrittes als Funktion der Zeit bzw. die von dem Fuß während des Schrittes zurückgelegte Strecke als Funktion der Zeit zu berechnen;
Mitteln zum Berechnen eines Beschleunigungsfehlers, indem der Beschleunigungsfehler mit der durch die zwischen dem Ende und dem Anfang des Schrittes verstrichene Zeit dividierten Geschwindigkeit am Ende der Bewegung des Fußes gleichgesetzt wird;
Mitteln zum Berechnen eines Streckenfehlers durch zweifaches Integrieren des Beschleunigungsfehlers über die genannte zwischen dem Ende und dem Anfang der Bewegung des Fußes verstrichene Zeit;
Mitteln zum Berechnen einer korrigierten Strecke durch Subtrahieren des Streckenfehlers von der während des Schrittes zurückgelegten Strecke.
Das bei der Erfindung verwendete Verfahren, um beim Laufen oder Wandern die Geschwindigkeit und die zurückgelegte Strecke zu bestimmen, beruht auf einer konstanten Beobachtung der Beschleunigung eines Fußes des Läufers oder Wanderers. Dies geschieht mit minimal einem Beschleunigungsmesser, der am Fuß oder Schuh befestigt oder in einem Schuh des Läufers montiert ist, welcher die Beschleunigung in Vorwärtsrichtung misst, parallel zu der Linie zwischen den Zehen und der Ferse des Fußes oder zwischen der Spitze und der Ferse des Schuhs, wenn die Vorwärtsgeschwindigkeit und Schrittlänge des Läufers beobachtet werden sollen; oder in einer Richtung senkrecht zu dieser Richtung, wenn die vertikale Geschwindigkeit und die Sprunghöhe des Läufers gemessen werden sollen; oder in einer beliebigen Richtung, in der man das Leistungsvermögen während eines Trainings messen möchte. Das von dem Beschleunigungsmesser generierte Signal wird verarbeitet und analysiert.
Der zur Interpretation des Beschleunigungssignals verwendete Algorithmus besteht im Grunde aus drei Hauptfunktionen, d.h. der Bestimmung des Anfangs und des Endes eines Schrittes, der zweifachen Integration des Beschleunigungssignals und der Korrektur des zweifach integrierten Signals. Die Bestimmung des Anfangs und Ende des Schrittes erfolgt durch Analyse der Signalform des Beschleunigungssignals. Einfache Integration des Beschleunigungssignals zwischen dem Anfang und Ende ergibt die Ge schwindigkeit des Fußes als Funktion der Zeit, während die zweifache Integration des Beschleunigungssignals die Strecke des Fußes als Funktion der Zeit ergibt.
Die von dem Beschleunigungssensor gemessene Beschleunigung ist jedoch nicht die gleiche wie die wahre Beschleunigung des Fußes oder des Schuhs in der Wander- oder Laufrichtung. Wegen des sich konstant ändernden Winkels zwischen dem Fuß oder Schuh und dem Untergrund besteht eine komplizierte Beziehung zwischen der Beschleunigung in der Wander- oder Laufrichtung und der von dem Beschleunigungssensor gemessenen Beschleunigung. Wegen dieses sich ändernden Winkels führt weiterhin auch die Erdbeschleunigung zu einem zusätzlich komplizierenden Signal. Die Erfinder haben jedoch erkannt, dass man den Winkel als Funktion der Zeit nicht zu kennen braucht, wenn eine weitere Bedingung verwendet wird.
Am Ende des Schrittes ist die Geschwindigkeit des Fußes oder des Schuhs gleich null, weil er auf dem Untergrund gelandet ist. Das Ergebnis der einfachen Integration des Beschleunigungssignals vom Anfang eines Schrittes bis zum Ende eines Schrittes, d.h. die Geschwindigkeit des Fußes oder des Schuhs am Ende des Schrittes ist wegen der zusätzlichen Komponente im Beschleunigungssignal nicht gleich null. Diese zusätzliche Komponente wird aus der Geschwindigkeit am Ende des Schrittes berechnet und verwendet, um eine korrigierte während des Schrittes zurückgelegte Strecke zu berechnen. Die Geschwindigkeit des Läufers wird durch Dividieren der korrigierten Strecke durch die zwischen aufeinander folgenden Schritten verstrichene Zeit berechnet. Auf diese Weise können die zurückgelegte Strecke und die Geschwindigkeit des Läufers genau gemessen werden, ohne eine Vielzahl von Beschleunigungs- und Drehsensoren zu verwenden.
Durch Eingabe persönlicher Daten, wie z.B. der Masse des Trainierenden, ist es möglich, die Anzahl von dem Trainierenden verbrauchten Kalorien zu berechnen. Durch Hinzufügen eines Herzfrequenzmonitors und durch Kombinieren der Herzfrequenzdaten und der von dem Trainierenden pro Zeiteinheit verbrauchten Kalorien kann eine Zahl generiert werden, die repräsentativ für die Fitness oder Kondition des Trainierenden ist. Das Läufer-Hilfsmittelsystem kann weiterhin eine um das Handgelenk oder irgendwo anders getragene Display-Einheit umfassen, die Daten wie z.B. aktuelle Geschwindigkeit, Schrittlänge, verstrichene Zeit, mittlere Geschwindigkeit, maximale Geschwindigkeit, insgesamt zurückgelegte Strecke, verbrauchte Kalorien und Fitnessanzeige wiedergibt. Die Kommunikation zwischen der den Beschleunigungssensor und das Signalverarbeitungsmit tel umfassenden Einheit und der Display-Einheit erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines drahtlosen Senders in der Sensoreinheit und einem Empfänger in der Display-Einheit.
Der Beschleunigungssensor kann in einer am Fuß des Trainierenden zu befestigenden Einheit untergebracht sein. Diese Einheit kann auch in der Sohle eines Sportschuhs untergebracht sein. Diese Einheit kann weiterhin das Signalverarbeitungsmittel und den Sender umfassen.
Die vorstehenden und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden anhand von Ausführungsbeispielen im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Perspektivansicht eines Läufers, die die am Fuß befestigte Sensoreinheit und eine um das Handgelenk getragene Empfangs- und Wiedergabeeinheit darstellt;
2 eine Teil-Schnittansicht eines Sportschuhs mit einem eingebauten Beschleunigungssensor, der gemäß den Prinzipien der Erfindung arbeitet;
3 die Beschleunigung eines Fußes eines Läufers in einer Richtung parallel zu einer Linie zwischen der Spitze und der Ferse eines von dem Läufer getragenen Sportschuhs;
4 ein Blockschaltbild der elektronischen Einheiten, die das Läufer-Hilfsmittelsystem bilden;
5 ein Beispiel für die Signalform des Beschleunigungssensorsignals, wenn der Läufer mit 6 km/h wandert;
6 ein Beispiel für die Signalform des Beschleunigungssensorsignals, wenn der Läufer mit 9 km/h läuft;
7 einen Ablaufplan des Hauptprogramm eines Algorithmus zum Berechnen der Geschwindigkeit und der vom Läufer zurückgelegten Strecke; und
8 einen Ablaufplan einer Routine zum Berechnen der Geschwindigkeit des Läufers.
In der Zeichnung und in der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um das gleiche oder sehr ähnliche Element oder Elemente darzustellen.
1 zeigt eine wandernde oder laufende Person, die eine Display-Einheit 2 um ihr Handgelenk trägt und Sportschuhe 4 trägt. An einem der Schuhe 4 ist eine Sensoreinheit 6 befestigt. Die Sensoreinheit 6 kann jedoch auch in der Sohle des Schuhs unterge bracht sein, wie in 2 näher dargestellt wird. Die Sensoreinheit 6 kann auch direkt am Fuß der Person befestigt sein. 4 zeigt ein Blockschaltbild der Elektronik in der Display-Einheit 2 und der Sensoreinheit 6. Die Sensoreinheit 6 umfasst einen Beschleunigungssensor 8, der so montiert ist, dass er eine Beschleunigung in einer Richtung nahezu parallel zu einer Linie zwischen der Spitze und der Ferse des Schuhs 4 oder zwischen den Zehen und der Ferse des Fußes der Person misst, falls die Person die Sensoreinheit 6 direkt am Fuß befestigt trägt. 3 zeigt eine laufende Person, die den Schuh 4 mit eingebauter Sensoreinheit 6 trägt. Die Pfeile geben die Richtung der Beschleunigung des Schuhs 4 entlang der Linie zwischen der Spitze und der Ferse des Schuhs 4 an. Der Beschleunigungssensor 8 sollte so montiert sein, dass er in der in 3 mit den Pfeilen angedeuteten Richtung empfindlich ist. Ein hierfür geeigneter Beschleunigungssensor ist beispielsweise der piezoelektrische Beschleunigungsmesser vom Typ PKGS-00LA-TC, hergestellt von Murata. Die Sensoreinheit 6 umfasst weiterhin einen Verstärker 10, der das vom Beschleunigungssensor 8 kommende Beschleunigungssignal AS bis auf einen Pegel verstärkt, der für einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC) 12 geeignet ist, der das verstärkte analoge Beschleunigungssignal in ein digitales Signal umsetzt. Das digitale Signal wird einem Mikroprozessor 14 zugeführt, der die Analyse der Signalform des Beschleunigungssensorsignals, die Berechnung der Geschwindigkeit, Schrittlänge und anderer Parameter der laufenden Person und das Generieren von Signalen zum Ansteuern eines Senders 16 ausführt. Die Display-Einheit 2 umfasst einen Empfänger 18 und ein Display 20.
Die zum Ausführen der obigen elektronischen Funktionen der Sensoreinheit 6 notwendigen elektronischen Bauteile können auf einer kleinen Platine montiert werden und in der Schuhsohle eingebaut werden oder in einem kleinen Gehäuse untergebracht werden, das an einer der Seiten des Schuhs 4 oder an dessen Oberseite befestigt ist.
Der Läufer oder Wanderer muss imstande sein, die aktuelle Lauf- oder Wandergeschwindigkeit, die zurückgelegte Strecke, die mittlere Geschwindigkeit, die verstrichene Zeit usw. abzulesen. Hierzu wird ein Display benötigt, das sich in einer Armbanduhr oder einem kleinen tragbaren Gerät befindet oder dem Benutzer auf irgendeine andere Weise zur Verfügung gestellt wird. Die Kommunikation zwischen der in oder an dem Schuh 4 befestigten Sensoreinheit 6 und der Display-Einheit 2 am Handgelenk oder irgendwo anders ist drahtlos. Die Datenübertragung kann der Datenübertragung zwischen dem Sensor und der Display-Einheit eines Fahrradcomputers sehr ähnlich sein. Ein Fahrradcomputer empfängt ein wiederholtes gepulstes Signal von einem Sensor nahe dem sich drehenden Fahrradrad und berechnet die Radfahrgeschwindigkeit auf Basis dieses Signals und des Radumfangs. Das gleiche Prinzip kann bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Der Mikroprozessor 14 in der in oder an dem Schuh 4 befestigten Sensoreinheit 6 wandelt die Geschwindigkeit in Metern pro Sekunde in eine Anzahl Impulse pro Sekunde um, was einer gewissen Anzahl virtueller Radumfänge pro Sekunde äquivalent ist. Eine kleine HF-Oszillatorschaltung sendet die Impulse zur Display-Einheit 2, die vorwiegend ähnliche Elektronik enthält wie ein Standard-Fahrradcomputer. Eine andere Möglichkeit ist, Informationsbytes mit Information über die Geschwindigkeit und andere Messdaten zu übertragen.
Auf dem Display 20 werden Geschwindigkeit, mittlere Geschwindigkeit, maximale Geschwindigkeit, Tagesstrecke, Gesamtstrecke, Fahrtdauer, Uhrzeit und verbrauchte Kalorien beobachtet. Zum Berechnen der verbrauchten Kalorien wird die Masse des Benutzers benötigt, die in den Computer in der Display-Einheit 2 in bequemer Weise, beispielsweise mit Tasten 22 auf der Display-Einheit 2, eingegeben werden muss. Um Störungen durch einen anderen Läufer oder Wanderer mit der gleichen Messeinrichtung zu vermeiden, muss die Funkübertragung codiert werden.
Das Beschleunigungssignal AS des Beschleunigungssensors 8 repräsentiert die Beschleunigung des Schuhs 4 in Vorwärtsrichtung, d.h. in der Richtung der Zehen des Läufers. Obwohl dieses Beschleunigungssignal wiederholend ist, da jeder Schritt dem vorhergehenden Schritt ähnlich ist, variiert das Ausgangssignal stark in Abhängigkeit von Lauf- oder Wandergeschwindigkeit und -stil. Ein wichtiger Aspekt gilt jedoch für alle Schritte gemeinsam und spiegelt sich in der Signalform der Beschleunigungssignale wieder: der Fuß steht am Anfang eines Schrittes still und steht am Ende eines Schrittes wieder still. Dies erscheint offensichtlich, aber es ist sehr wichtig bei der Interpretation und Analyse der Beschleunigungssignale.
5 zeigt ein Beispiel für das verstärke Beschleunigungssignal AS während 2,5 Sekunden für eine Person, die mit 6 km/h wandert. Der relativ kleine negative Peak BS gibt den Anfang eines Schrittes an, der dem Moment entspricht, zu dem der Schuh den Untergrund verlässt und seine Bewegung beginnt. Der Nulldurchgang ES nach dem großen negativen Peak gibt das Ende des Schrittes an, das dem Moment entspricht, zu dem der Schuh wieder auf dem Untergrund landet und seine Bewegung aufhört. Die Zeit zwischen zwei Nulldurchgängen ist die Schrittdauer ST. 6 zeigt das Beschleunigungssignal AS für eine Person, die mit 9 km/h läuft. Auch in diesem Signal markieren die relativ kleinen negativen Peaks den Anfang eines Schrittes und die Nulldurchgänge das Ende eines Schrittes.
Das Beschleunigungssignal AS wird einem Algorithmus unterworfen, der von dem Mikroprozessor 14 ausgeführt wird. Die erste Hauptfunktion des Algorithmus ist das Finden des Anfangs und des Endes eines Schrittes. Dies erfolgt durch Analyse der Signalform des Beschleunigungssignals AS und Finden der relativ kleinen negativen Peaks BS in dem Signal, die den Anfangs eines Schrittes anzeigen und der relativ großen negativen Peaks kurz vor den Nulldurchgängen ES, die das Endes eines Schrittes anzeigen. Negative Peaks können detektiert werden, indem beobachtet wird, wann sich die erste Ableitung des Beschleunigungssignals von negativ in positiv verändert. Weiterhin wird konstant eine geglättete Version des Beschleunigungssignals AS beobachtet. Schließlich werden zwei Minima registriert, das Gesamtminimum und in dem Moment, in dem der Fuß den Untergrund verlässt, ein lokales Minimum irgendwo um den kleinen negativen Peak BS herum. Wenn bei einem gewissen negativen Peak der Wert des Beschleunigungssignals unter einer gewissen Grenze liegt, wird der Peak detektiert. Diese Grenze liegt auf der Hälfte zwischen dem geglätteten Signal und dem Minimum. Der Peakfinde-Algorithmus wird zusammen mit dem Ablaufplan von 7 näher erläutert. Das Ende des Schrittes kann verhältnismäßig einfach in dem Beschleunigungssignal AS erkannt werden, weil die Wucht des auf dem Untergrund landenden Fußes hohe Beschleunigungspeaks verursacht. Das Finden des Anfangs des Schrittes ist jedoch schwieriger. Während der Fuß auf dem Untergrund stillsteht und darauf wartet, für den nächsten Schritt in die Luft gestoßen zu werden, ist das Beschleunigungssignal AS nicht null, wie aus den Signalformen zu den Zeitpunkten BS in 5 und 6 zu erkennen ist. Hierfür gibt es einige Gründe: die langsame Erholung von dem Schlag nach dem Landen des Fußes, die konstante Bewegung des Fußes während der Abwicklung des Schuhs zwischen dem Landen und Abheben des Schuhs vom Untergrund, und den Abklingbeitrag der Erdbeschleunigung infolge der schnellen Winkelbewegungen des Fußes.
Die zweite Hauptfunktion des Algorithmus ist die einfache und zweifache Integration des Beschleunigungssignals AS während der Integrationszeit IT zwischen dem Anfang BS und dem Ende ES des Schrittes. Die einfache Integration des Beschleunigungssignals ergibt die Geschwindigkeit v(t) des bewegenden Fuß als Funktion der Zeit, während das zweifache Integral des Beschleunigungssignals die durchlaufene Strecke x(t) des Fußes als Funktion der Zeit ergibt: v(t) = ∫a(t)dt, x(t) = ∫∫a(t)dt2.
Das Beschleunigungssignal AS ist jedoch nicht nur repräsentativ für die Beschleunigung des Fußes in der Wander- oder Laufrichtung. Wegen des sich konstant ändernden Winkels zwischen dem Schuh und dem Untergrund, besteht eine komplizierte Beziehung zwischen der Beschleunigung in der Wander- oder Laufrichtung und der von dem Beschleunigungssensor 8 gemessenen Beschleunigung. Wegen dieses sich ändernden Winkels führt weiterhin auch die Erdbeschleunigung zu einem Signal. Ein anderer Beitrag kommt von der Elektronik. Die Signalspannung für die Beschleunigung null ist nicht immer die gleiche, oder mit anderen Worten, der Offset des Beschleunigungssignals ist wegen der Abweichungen im Verstärker 10 und Temperaturabweichungen im Beschleunigungssensor 8 selbst nicht genau bekannt.
Es ist jedoch ein wichtiger Aspekt dieser Erfindung, dass alle diese Signalbeiträge nicht benötigt werden, wenn die Bedingung verwendet wird, dass am Ende ES des Schrittes die Geschwindigkeit des Schuhs null ist, weil er auf dem Untergrund gelandet ist. Die einfache Integration des Beschleunigungssignals vom Anfang BS des Schrittes, wenn der Fuß seine Bewegung beginnt, bis zum Ende ES des Schrittes, wenn der Fuß mit der Bewegung aufhört, d.h. die Geschwindigkeit v(t=ES) des Schuhs am Ende des Schrittes, ist jedoch nicht gleich null, wegen des Fehlers im Beschleunigungssignal, der durch die oben erwähnten Signalbeiträge verursacht wird. Dieser Fehler a_err kann berechnet werden, indem die am Ende des Schrittes erhaltene Geschwindigkeit v(t=ES) durch die Integrationszeit IT dividiert wird: aerr = v(ES)/IT.
Wenn der Beschleunigungsfehler a_err bekannt ist, beträgt der Fehler x_err in der Schrittlänge:
Die korrigierte Schrittlänge x_corr wird berechnet, indem der Fehler x_err von der nach zweifacher Integration des Beschleunigungssignals über die Integrationszeit IT gefundenen Schrittlänge x(t=ES) subtrahiert wird: xcorr = x(ES) – xerr
Die Wander- oder Laufgeschwindigkeit v wird nachfolgend berechnet, indem die korrigierte Schrittlänge durch die Schrittdauer ST dividiert wird:
Weil der menschliche Gang ein wenig unregelmäßig ist und auch die Bestimmung der Geschwindigkeit kleinen Abweichungen unterliegen kann, gewinnt die Berechnung der Geschwindigkeit an Genauigkeit, wenn die berechnete Geschwindigkeit durch Mittelung der berechneten Geschwindigkeit mit der Geschwindigkeit des vorhergehenden Schrittes etwas geglättet wird.
Das System kann mit einem weiteren Beschleunigungssensor erweitert werden, der in einer Richtung senkrecht zur Vorwärtsrichtung des Läufers empfindlich ist, um die Schritt- oder Sprunghöhe in ungefähr gleicher Weise zu messen, wie die Schrittlänge gemessen wird.
Es gibt eine ziemlich exakte Beziehung zwischen der Wander- oder Laufgeschwindigkeit und dem Energieverbrauch des Läufers oder Wanderers. Wenn die Masse des Läufers bekannt ist, kann der gesamte Energieverbrauch aus den Geschwindigkeitsdaten berechnet werden. Die Abhängigkeit von verbrauchten Kalorien von der Geschwindigkeit ist linear für Wandern und linear für Laufen, wenn auch für beide unterschiedliche Steigungen und Schnittpunkte gelten. Hierzu kann die Display-Einheit 2 mit Tasten 22 zur Eingabe und einem Speicher 24 zum Speichern des Gewichts des Läufers und mit einer An Computermittel 26 zum Kombinieren der von der Sensoreinheit 6 aus empfangenen Geschwindigkeitsdaten und der Gewichtsdaten und zum Berechnen der Anzahl von dem Läufer verbrauchter Kalorien versehen sein. Das Gewicht des Läufers kann jedoch auch automatisch mit Hilfe eines im Sportschuh 4 montierten Sensors in einer Weise gemessen werden, die ähnlich der für Personenwaagen ist.
Dem oben beschriebenen System können gesonderte Systeme hinzugefügt werden, z.B. ein Herzfrequenzmonitor oder ein Höhenmesser. Die Beziehung zwischen Herzfrequenz und Energieverbrauch pro Zeiteinheit kann in eine Zahl überführt werden, die die Fitness oder Kondition des Benutzers repräsentiert. Mit einem gut ausbalancierten Training, das durch das Läufer-Hilfsmittel unterstützt wird, kann der Energieverbrauch als Funktion der Herzfrequenz gemessen werden, aus der die Fitness, ausgedrückt in VO_2,max (ml/min/kg) des Benutzers beurteilt werden kann.
Die Erfindung ist nicht auf das Messen des Trainingsleistungsvermögens von Menschen beschränkt. Es sollte deutlich sein, dass die Erfindung auch bei Tieren verwendet werden kann, beispielsweise bei Pferden und Hunden. Insbesondere bei Pferden ist der zusätzliche Beschleunigungssensor zum Messen der Sprunghöhe ein nützliches Merkmal.
Der oben erwähnte Algorithmus wird jetzt im Detail anhand der in 7 und 8 dargestellten Ablaufpläne vorgestellt. Die Blöcke in 7 haben die folgende Inschrift:

1: read AdcX
2: ai = (ai + AdcX)/2
: CountInterval = CountInterval + 1
3: ai > aiold
3A: slopex = True
3B: slopex = False
4: CountUpper = 3/4·StepTime
: CountLower = 1/4·StepTime
5: ai < minwindowloc
: CountInterval > CountLower
: CountInterval < CountUpper
5A: minwindowloc = ai
6: ai < minloc
6a: minloc = ai
7: xav = (7·xav + ai)/8
8: NOT slopexold und slopex
: aiold < minwindow + (xav – minwindow)/2
: CountInterval > CountLower
: CountInterval < CountUpper
8A: pp = True
: vx = 0
: xp = 0
: n = 0
: takeoff = CountInterval
9: aiold < offx – (offx – min)/2
: NOT slopexold und slopex
: CountInterval > CountLower
9A: Peak = True
10: Peak
: aiold < offx
: ai >= offx
10A: min = (minloc + min)/2
: minwindow = (minwindow + windowloc)/2
: minwindowloc = 1023
: minloc = 1023
: GOSUB Berechnung der Geschwindigkeit
: vx = 0
: xp = 0
: n = 0
: pp = False
: StepTime = CountInterval
: CountInterval = 0
: Peak = False
11: pp
11A: vx = vx + ai/8
: xp = xp + vx/8
: n = n + 1
12: aiold = ai
: slopexold = slopex

Die Blöcke in 8 haben die folgende Inschrift:

20: Berechnung der Geschwindigkeit
21: xpshift = (offx/128)·n·(n + 1)
: vxshift = (offx/8)·n
22: n<>0
23: vx > vxshift
23A: axoff = (vx – vxshift)/n
: xpcor = 1/2·n·(n + 1)·axoff/8
: xp = xp – xpshift – xpcor
23B: axoff = (vxshift – vx)/n
: xpcor = 1/2·n·(n + 1)·axoff/8
: xp = xp – xpshift + xpcor
24: NewSpeedValue = 1024·StepTime/xp
25: takeoff < StepTime/2
25A: NewSpeedValue = 4/3·NewSpeedValue
26: SpeedValue = (SpeedValue + NewSpeedValue)/2
27: Return

Bei der Erläuterung der Ablaufpläne beziehen sich die Nummern links vom Text auf die Blöcke in 7 und 8.
7 zeigt den Ablaufplan des Hauptprogramms des Algorithmus.

1: Der Mikroprozessor 14 befiehlt dem Analog-Digital-Umsetzer 12 einen
: neuen Wert des verstärkten Signals des Beschleunigungssensors 8 anzuneh
: men und gibt den erhaltenen Wert in die Variable AdcX ein
2: Danach wird der Wert in der Variablen AdcX mit dem Wert in der Variablen
: ai gemittelt. Der so erhaltene geglättete Wert wird wieder in der Variablen ai
: gespeichert. Diese Variable repräsentiert somit den geglätteten Wert der Be
: schleunigung zu diesem Zeitpunkt. Weiterhin wird der Zähler CountInterval
: um Eins erhöht. Dieser Zähler zählt die Anzahl Schleifen seit dem Anfang
: des Schrittes, d.h. seit dem Ende des vorhergehenden Schrittes.
3,3A,3B: Der Wert in der Variablen ai wird mit dem Wert einer Variablen aiold ver
: glichen, die den Wert von ai der vorhergehenden Schleife speichert. Wenn
: ai größer ist als aiold, dann ist die Steigung des Beschleunigungssignals zu
: diesem Zeitpunkt positiv und ein Bit slopex wird gesetzt (Block 3A). Wenn
: der Wert von ai kleiner ist als aiold, dann wird das Bit slopex rückgesetzt
: (Block 3B).
4: Der Wert in der Variablen StepTime repräsentiert die Schrittdauer des vor
: hergehenden Schrittes. Auf Basis dieses Wertes wird in den Werten von
: CountUpper, gleich StepTime mal3/4, und CountLower, gleich StepTime
: mal 1/4, ein Fenster eingestellt.
5,5A: Wenn der Zähler CountInterval in dem Fenster durch CountUpper und
: CountLower gesetzt worden ist, dann wird der Wert von ai mit dem Wert in
: einer Variablen minwindowloc verglichen. Wenn ai kleiner ist als minwin
: dowloc, dann wird minwindowloc gleich ai gemacht, sodass diese Variable
: dem niedrigsten Wert von ai innerhalb des Zeitfensters folgt.
6,6A: Wenn ai kleiner ist als minloc, dann wird der Wert der letzteren Variablen
: gleich ai gemacht, sodass die Variable minloc dem niedrigsten Wert von ai
: innerhalb des gesamten Schrittes folgt.
7: Ein laufender Mittelwert der letzten acht Werte des Beschleunigungssignals
: wird berechnet, was zu einer sehr geglätteten Version des Beschleunigungs
: signals führt. Die geglättete Version, gespeichert in xav, wird als Werkzeug
: zum Finden des kleinen negativen Peaks (BS in 5 und 6) am Anfang der
: Bewegung des Fußes verwendet.
8,8A: Wenn der Wert des Zählers CountInterval in dem Fenster durch CountUpper
: und CountLower gesetzt worden ist und zu diesem Zeitpunkt deutlich ist,
: dass das Beschleunigungssignal bei dem Minimum eines negativen Peaks
: liegt, was der Fall ist, wenn slopexold False und slopex True ist, und wenn
: der Wert dieses Minimums unterhalb der Hälfte zwischen minwindow und
: xav (Bedingungen in Block 8) liegt, dann (Block 8A) ist der kleine negative
: Peak am Anfang der Bewegung des Fußes gefunden worden. Dies ist das
: Signal, dass die einfache und zweifache Integration des Beschleunigungs
: signals beginnen kann, was sich in der Einstellung des Bits pp und der Initia
: lisierung der Integrationvariablen vx und xp und des Integrationszählers n
: wiederspiegelt. Weiterhin wird die Variable takeoff gleich dem Wert von
: CountInterval gemacht, sodass, wenn die StepTime am Ende des Schrittes
: bekannt ist, bestimmt werden kann, ob es um Wandern oder Laufen geht.
: Der Wert von minwindow ist eine geglättete Version der zu dieser Variablen
: gehörenden lokalen Variablen, d.h. minwindowloc. Die Glättung erfolgt am
: Ende des Schrittes und wird später im Algorithmus auftauchen.
9,9A: Wenn der Wert des Zählers CountInterval größer ist als der Wert von
: CountLower und wenn zu diesem Zeitpunkt deutlich ist, dass das Beschleu
: nigungssignal bei dem Minimum eines negativen Peaks liegt, da slopexold
: False und slopex True ist, und wenn der Wert dieses Minimums unterhalb
: der Hälfte zwischen der Linie für die Beschleunigung null, gespeichert in
: der Variablen offx, und min liegt, welches die geglättete Version von minloc
: ist, dann haben wir den großen negativen Peak gefunden, der zu dem letzten
: großen negativen Peak vor dem Ende des Schrittes gehört (den Peak links
: vom Nulldurchgang ES in 5 und 6). Die Tatsache, dass der Peak gefun
: den worden ist, wird durch Setzen des Bits Peak (Block 9A) bewahrt.
10,10A: Nach dem Finden des großen negativen Peaks durchquert der Wert der Be
: schleunigungsvariablen ai die Linie für die Beschleunigung null offx. Dieser
: Punkt wird gefunden, wenn Peak True ist und ai größer ist als offx und aiold
: kleiner ist als offx (Block 10). Dieser Moment ist sehr wichtig, weil er zu
: dem Ende des Schrittes gehört. Am Ende des Schrittes (Block 10A) müssen
: viele Dinge behandelt werden:
: a. Die geglätteten Versionen der Minimumdetektoren min und minwin
: dow werden berechnet, und die lokalen Versionen werden auf den
: maximalen Wert von 1023 zurückgesetzt;
: b. Die Bits Peak und pp werden rückgesetzt;
: c. Der neue Wert der Variablen StepTime kann jetzt gleich dem Wert
: im Zähler CountInterval gemacht werden, und der Zähler CountIn
: terval wird auf null rückgesetzt;
: d. Die Wander- oder Laufgeschwindigkeit wird berechnet, was in einer
: speziellen Subroutine Berechnung der Geschwindigkeit erfolgt, die
: weiter unten erläutert wird;
: e. Nach der Berechnung der Geschwindigkeit werden die Integrations
: variablen vx, xp und n auf null zurückgesetzt, obwohl dies auch in
: Block 8A in dem Moment erfolgt, in dem der kleine negative Peak
: am Anfang der Bewegung des Fußes gefunden worden ist.
11,11A: Wenn das Bit pp True ist (Block 11), wird dem Prozessor ermöglicht, die
: Beschleunigung ai zu integrteren, um die Geschwindigkeit vx zu erhalten
: und die Geschwindigkeit zu integrieren, um die Strecke xp (Block 11A) zu
: erhalten. Die Werte von ai und vx werden durch acht dividiert, um zu ver
: hindern, dass die Variablen vx und xp größer als 65535 werden, der maxima
: le Wert, der in einer 16-Bit Variablen gespeichert werden kann.
12: Der letzte Schritt in dem Algorithmus ist, den Wert in ai nach aiold zu ver
: schieben und den Wert von slopex nach slopexold. Danach beginnt die
: Schleife erneut am Anfang der Schleife in Block 1.

8 zeigt den Ablaufplan der Subroutine Berechnung der Geschwindigkeit.

21: Der Mikroprozessor kann nur Berechnungen mit positiven ganzen Zahlen
: ausführen. Natürlich treten während der Bewegung des Fußes sowohl positi
: ve als auch negative Beschleunigungen auf. Dies bedeutet, dass eine gewisse
: Abbildung erfolgen muss, so, dass sowohl positive als auch negative Werte
: der Beschleunigung auf die vom Analog-Digital-Umsetzer erlaubte 10-Bit-
: Darstellung abgebildet werden. Die logische Abbildung ist, die Beschleuni
: gung null auf 512 zu setzen, was die Hälfte von 2 hoch zehn ist. Negative
: Werte der Beschleunigung sind kleiner als 512, während positive Werte der
: Beschleunigung größer als 512 sind. Dies bedeutet auch, dass während der
: Integration der Beschleunigung ai und der Geschwindigkeit vx die Integrati
: on nicht in Bezug auf die reale Null ausgeführt wird, sondern in Bezug auf
: den Offset von 512, gespeichert in der Variablen offx. Diese zusätzlichen
: Gebiete müssen von den in vx und xp erhaltenen Werten nach Abschluss der
: Integration subtrahiert werden. Der im Fall der einfachen Integration zu sub
: trahierende Wert ist in der Variablen vxshift gespeichert und ist gleich n mal
: dem Offset offx, dividiert durch acht, was bei der Integration eingeführt
: worden war (7, Block 11A), um Überlauf zu verhindern. Der im Fall der
: zweifachen Integration zu subtrahierende Wert ist in der Variablen xpshift
: gespeichert und ist gleich 1/2 mal n mal (n + 1) mal dem Offset offx, dividiert
: durch das Quadrat von acht, d.h. 64.
22: Wenn der Integrationszähler n nicht null ist, was bedeutet, dass Integration
: tatsächlich stattgefunden hat, kann die Berechnung der Geschwindigkeit be
: ginnen, anderenfalls wird die Berechnung übersprungen.
23,23A,23B: Der Wert von vx minus dem Wert von vxshift sollte in einem perfekten Sys
: tem ohne Schwerkraft null sein, weil der Fuß am Ende des Schrittes auf dem
: Untergrund stillsteht. In der Praxis ist dies jedoch nicht der Fall. Der Wert in
: vx wird daher verwendet, um eine Korrektur der Schrittlänge xp zu berech
: nen. Wenn vx größer ist als vxshift, kann die Subtraktion vx-vxshift erfolgen,
: ohne dass die Gefahr besteht, eine negative Zahl zu erhalten. In diesem Fall
: wird der virtuelle Offset der Beschleunigung axoff durch Dividieren dieser
: Differenz durch n berechnet (Block 23A). Wenn der Wert von vx kleiner ist
: als vxshift, würde die Subtraktion zu einer negativen Zahl führen. Daher be
: rechnet eine gesonderte Routine (Block 23B) den Offset der Beschleuni
: gung, indem vx von vxshift subtrahiert und durch n dividiert wird. Anschlie
: ßend wird die Korrektur von xp durch Multiplizieren von (1/2)·n(n + 1) und
: axoff/8 berechnet (Blöcke 23A und 23B).
24: Die Wander- oder Laufgeschwindigkeit kann jetzt berechnet werden, da
: sowohl die Schrittdauer StepTime als auch die Schrittlänge xp bekannt sind.
: Die Geschwindigkeit wird jedoch nicht in km/h oder mi/h ausgedrückt, son
: dern durch die Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Signalen für den
: Fahrradcomputer, unter der Annahme eines bekannten virtuellen Radum
: fangs. Dies wird berechnet, indem StepTime durch xp dividiert wird und das
: Ergebnis mit einem gewissen Kalibrierungsfaktor multipliziert wird (in die
: sem Fall 1024). Der Wert wird in der Variablen NewSpeedValue gespei
: chert.
25,25A: Dieser Teil des Programms ist eine Verfeinerungskorrektur. Aus Tests zeigt
: sich, dass die Laufgeschwindigkeit ungefähr 30% zu hoch eingeschätzt wird.
: Da der Algorithmus zwischen Wandern und Laufen unterscheiden kann
: (Block 25), kann er diesen Fehler durch Multiplizieren des NewSpeedValue
: mit 4/3 in einfacher Weise korrgieren (Block 25A). Aus Beobachtungen er
: gab sich, dass die Zeit, die der Schuh oder Fuß sich auf dem Untergrund be
: findet, beim Wandern größer als 50% der Schrittdauer ist und beim Laufen
: kleiner als 50 % der Schrittdauer.
26: Schließlich erfolgt eine Glättung über zwei oder mehr Schritte, um die Vari
: abilität der Geschwindigkeitsdaten zu verringern. Die tatsächliche Ge
: schwindigkeit wird in der Variablen SpeedValue gespeichert.
27: Die Subroutine ist fertig und die Steuerung wird an das Hauptprogramm des
: Algorithmus zurückgegeben.

Natürlich werden zahlreiche Abwandlungen und Varianten der obigen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus dieser Offenbarung deutlich werden. Man sollte sich bewusst sein, dass die Erfindung sich nicht auf die spezielle offenbarte Ausführungsform beschränkt, sondern dass ihr Anwendungsbereich nur durch den Rahmen der beigefügten Ansprüche bestimmt wird.

Claims

System zum Messen des Leistungsvermögens während einer Trainingsaktivität mit: einem Beschleunigungssensor (8) zum Messen der Beschleunigung in einer Bewegungsrichtung eines Fußes eines Trainierenden und zum Abgeben eines Beschleunigungssignals in Reaktion auf die genannte Beschleunigung; Signalverarbeitungsmitteln (14, 26) mit: Mitteln (14) zum Analysieren einer Signalform des Beschleunigungssignals und zum Bestimmen, aus der Analyse, eines Anfangs und eines Endes der Bewegung des Fußes während eines vom Fuß des Trainierenden ausgeführten Schrittes; Mitteln (14), um das Beschleunigungssignal zwischen dem genannten Anfang und dem Ende der Bewegung einfach und zweifach zu integrieren, um die Geschwindigkeit des Fußes während des Schrittes als Funktion der Zeit bzw. die von dem Fuß während des Schrittes zurückgelegte Strecke als Funktion der Zeit zu berechnen; Mitteln (14) zum Berechnen eines Beschleunigungsfehlers, indem der Beschleunigungsfehler mit der durch die zwischen dem Ende und dem Anfang des Schrittes verstrichene Zeit dividierten Geschwindigkeit am Ende der Bewegung des Fußes gleichgesetzt wird; Mitteln (14) zum Berechnen eines Streckenfehlers durch zweifaches Integrieren des Beschleunigungsfehlers über die genannte zwischen dem Ende und dem Anfang der Bewegung des Fußes verstrichene Zeit; Mitteln (14) zum Berechnen einer korrigierten Strecke durch Subtrahieren des Streckenfehlers von der während des Schrittes zurückgelegten Strecke.
System nach Anspruch 1, bei dem das Signalverarbeitungsmittel weiterhin umfasst: Mittel (14) zum Berechnen einer Geschwindigkeit des Trainierenden durch Dividieren der korrigierten Strecke durch eine zwischen aufeinander folgenden Schritten verstrichene Zeit.
System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Bewegungsrichtung im Wesentlichen parallel zu einer Linie zwischen der Ferse und den Zehen des Fußes des Trainierenden verläuft.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Bewegungsrichtung im Wesentlichen senkrecht zu einer Linie zwischen der Ferse und den Zehen des Fußes des Trainierenden verläuft.
System nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, weiterhin mit: Mitteln (22, 24) zum Eingeben von persönlichen Daten des Trainierenden in das Signalverarbeitungsmittel (14, 26).
System nach Anspruch 5, bei dem die persönlichen Daten eine Masse des Trainierenden umfassen, wobei das Signalverarbeitungsmittel ausgebildet ist, aus der Geschwindigkeit und der Masse eine von dem Trainierenden verbrauchte Anzahl Kalorien zu berechnen.
System nach Anspruch 6, bei dem die persönlichen Daten eine Herzfrequenz des Trainierenden umfassen, wobei das Signalverarbeitungsmittel (14, 26) ausgebildet ist, aus der Herzfrequenz und den pro Zeiteinheit verbrauchten Kalorien eine Fitnessanzeige zu berechnen.
System nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, weiterhin mit: Displaymitteln (20), die mit dem Signalverarbeitungsmittel (14, 26) zum Wiedergeben von Trainingsparametern gekoppelt sind.
System nach Anspruch 8, bei dem die Trainingsparameter zumindest einen der folgenden umfassen: aktuelle Geschwindigkeit, mittlere Geschwindigkeit, maximale Geschwindigkeit, Schrittlänge, zurückgelegte Strecke, verstrichene Zeit, Anzahl verbrauchter Kalorien und Fitnessanzeige.
System nach Anspruch 8, weiterhin mit einem drahtlosen Sender (16) und Empfänger (18) zum Koppeln der Signalverarbeitungsmittel (14) mit den Displaymitteln (20).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, während der Beschleunigungssensor (8) zum Messen einer Beschleunigung in einer Bewegungsrichtung des Sportschuhs (4) und zum Abgeben eines Beschleunigungssignals in Reaktion auf die genannte Beschleunigung in einem Sportschuh (4) montiert ist.
System nach Anspruch 11, bei dem die Bewegungsrichtung im Wesentlichen parallel zu einer Linie zwischen der Ferse und der Spitze des Schuhs (4) verläuft.
System nach Anspruch 11, bei dem die Bewegungsrichtung im Wesentlichen senkrecht zu einer Linie zwischen der Ferse und der Spitze des Schuhs (4) verläuft.
System nach Anspruch 11, 12 oder 13, weiterhin mit einem Sender (16) zum Senden von Daten, die mit dem Beschleunigungssignal zusammenhängen oder daraus abgeleitet sind.
Verfahren zum Messen des Leistungsvermögens während einer Trainingsaktivität mit den Schritten: Messen, mit Hilfe eines Beschleunigungssensors (8), einer Beschleunigung in einer Bewegungsrichtung eines Fußes eines Trainierenden und Abgeben eines Beschleunigungssignals in Reaktion auf die genannte Beschleunigung; Verarbeiten des Beschleunigungssignals, wobei das Veraxbeiten die folgenden Schritte umfasst: Analysieren einer Signalform des Beschleunigungssignals und Bestimmen, aus der Analyse, eines Anfangs und eines Endes der Bewegung des Fußes während eines vom Fuß des Trainierenden ausgeführten Schrittes; einfaches und zweifaches Integrieren des Beschleunigungssignals zwischen dem genannten Anfang und dem Ende der Bewegung, um die Geschwindigkeit des Fußes während des Schrittes als Funktion der Zeit bzw. die von dem Fuß während des Schrittes zurückgelegte Strecke als Funktion der Zeit zu berechnen; Berechnen eines Beschleunigungsfehlers, indem der Beschleunigungsfehler mit der durch die zwischen dem Ende und dem Anfang der Bewegung des Fußes verstrichene Zeit dividierten Geschwindigkeit am Ende der Bewegung des Fußes gleichgesetzt wird; Berechnen eines Streckenfehlers durch zweifaches Integrieren des Beschleunigungsfehlers über die genannte zwischen dem Ende und dem Anfang des Schrittes verstrichene Zeit; Berechnen einer korrigierten Strecke durch Subtrahieren des Streckenfehlers von der während des Schrittes zurückgelegten Strecke.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Signalverarbeitung weiterhin den Schritt umfasst: Berechnen einer Geschwindigkeit des Trainierenden durch Dividieren der korrigierten Strecke durch eine zwischen aufeinander folgenden Schritten verstrichene Zeit.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem die Bewegungsrichtung so gewählt wird, dass sie im Wesentlichen parallel zu einer Linie zwischen der Ferse und den Zehen des Fußes des Trainierenden verläuft.
System nach Anspruch 15, 16 oder 17, bei dem die Bewegungsrichtung so gewählt wird, dass sie im Wesentlichen senkrecht zu einer Linie zwischen der Ferse und den Zehen des Fußes des Trainierenden verläuft.