EP0732127A2 - Device for measuring and training of strength and/or mobility in humans or animals - Google Patents

Device for measuring and training of strength and/or mobility in humans or animals Download PDF

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EP0732127A2
EP0732127A2 EP96103313A EP96103313A EP0732127A2 EP 0732127 A2 EP0732127 A2 EP 0732127A2 EP 96103313 A EP96103313 A EP 96103313A EP 96103313 A EP96103313 A EP 96103313A EP 0732127 A2 EP0732127 A2 EP 0732127A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
force
positioning
measuring
measurement
mobility
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP96103313A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0732127A3 (en
Inventor
Georg Doz. Dr. sc.nat. Blümel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bavaria Patente und Lizenzen Verwertungsgesellschaft mbH
Original Assignee
Bavaria Patente und Lizenzen Verwertungsgesellschaft mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bavaria Patente und Lizenzen Verwertungsgesellschaft mbH filed Critical Bavaria Patente und Lizenzen Verwertungsgesellschaft mbH
Publication of EP0732127A2 publication Critical patent/EP0732127A2/en
Publication of EP0732127A3 publication Critical patent/EP0732127A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B24/00Electric or electronic controls for exercising apparatus of preceding groups; Controlling or monitoring of exercises, sportive games, training or athletic performances
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2208/00Characteristics or parameters related to the user or player
    • A63B2208/02Characteristics or parameters related to the user or player posture
    • A63B2208/0228Sitting on the buttocks
    • A63B2208/0233Sitting on the buttocks in 90/90 position, like on a chair
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2208/00Characteristics or parameters related to the user or player
    • A63B2208/14Characteristics or parameters related to the user or player specially adapted for animals
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2220/00Measuring of physical parameters relating to sporting activity
    • A63B2220/50Force related parameters
    • A63B2220/51Force
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2225/00Miscellaneous features of sport apparatus, devices or equipment
    • A63B2225/09Adjustable dimensions
    • A63B2225/096Adjustable dimensions automatically adjusted according to anthropometric data of the user

Definitions

  • the invention relates to a device for measuring and training forces and / or mobility of humans or animals.
  • Such devices are required, for example, to control the development of individual muscles or muscle parts or the mobility of the corresponding body parts as precisely as possible. This can be important in competitive sports, for example, to check training progress, but also in medical rehabilitation processes. Comparable applications are also conceivable for racing horses etc.
  • the present invention aims to provide a device for measuring and training the forces and / or mobility of humans or animals, which is more suitable especially for the mentioned applications.
  • the position of the affected parts of the body relative to the corresponding means of attack is basically reproducible during the individual measurements or exercises. As a result, it can be set again and again. As a result, the individual force measurements or exercises can be carried out under the same or at least under similar conditions. The measurement results are thus comparable and thus meet the requirements placed on them with the desired precision.
  • the engagement means and the means for force measurement are designed as force absorption plates or pressure load cells (claim 2). This is particularly advantageous if the position of the affected body parts should not be changed during the measurement, as is the case with isometric exercises. From the pressure which an affected body part exerts in a given position on a force absorption plate, it is possible to infer the underlying forces which the corresponding muscles or muscle parts exert.
  • load cells has also the advantage that standard elements can be used.
  • the means for positioning and / or force and / or mobility measurement are preferably equipped with magnetic brakes (claim 3).
  • Magnetic brakes allow a more flexible positioning of the means for measuring force and / or mobility or the corresponding parts of the body. This is particularly advantageous if (also) measurements are to be made on moving parts of the body. The same applies to parts of the body with a large radius of action, such as the extremities, in particular the human arms or parts thereof.
  • the forces that the test person exerts against the braking resistance by means of individual muscles or muscle groups are measured.
  • the respective magnetic brake can transmit the forces to a measuring sensor.
  • such means for measuring strength and / or mobility are advantageous if, for example, the range of mobility of the extremities or the rotational mobility of the spine are also to be determined.
  • the positioning means preferably comprise a spatially adjustable recliner chair for receiving a subject (claim 4). For many applications, this enables the test subject to be positioned in a particularly simple and precise manner.
  • handles are provided as the means of attack.
  • the handles are fixed or adjustable on a skeleton-like linkage.
  • the skeleton-like linkages are designed for flexible spatial positioning of the handles (claim 5).
  • Such an arrangement enables a particularly flexible and varied use of the device. For example, it can be designed in the same way for moving, isometric and forced exercises or movements be. In particular, measurements of the rotational mobility in the upper body area are possible. With the help of such skeletal or exo-skeletal elements, an optimal adaptation of the device to the anthropometry of the test subject is possible, which ensures highly reproducible measurement conditions.
  • At least one positioning means is preferably equipped with drive means (claim 6).
  • the positioning means have position measuring means for measuring relative positions of at least one part of the body and an attack means (claim 7). This enables a particularly uncomplicated handling of the device according to the invention.
  • Another preferred embodiment is equipped with means for data processing, including means for inputting, storing and outputting measurement and training-relevant data (claim 8).
  • means for data processing including means for inputting, storing and outputting measurement and training-relevant data (claim 8).
  • the required patient data can be easily entered or called up on site, corrected or expanded if necessary, and / or the associated measurement data can be further processed, processed or managed without any particular effort.
  • Common data transmission means are preferably provided between means for force and / or mobility measurement and / or position measuring means and means for data processing, which further simplify the administration and processing of the measurement data.
  • there is the possibility of using a biofeedback process cf. EP-A-94 113 968.5). In this way, the test person can exactly understand a given load sequence.
  • the data processing means and the drive means are designed for an exchange of control signals and measurement data (claim 9).
  • This enables almost complete automation of the device according to the invention. For example, it could now be designed in such a way that the test subject only has to enter his name in a data processing system in order to call up the corresponding device setting — previously stored — to carry out the necessary measurements and to evaluate and further process or manage the measurement data. An immediate reaction of the device to the existing performance of the affected muscles would also be conceivable as part of mobility training.
  • Rotation positioning means are preferably used in a device according to the invention, in which rotatable parts can be fixed in desired positions by means of a permanent magnet brake, the permanent magnet brake is connected to means for force measurement, and means are provided for minimizing the friction during the transmission of forces to the force measurement means (claim 10 ). This enables particularly uncomplicated and reliable measurements, especially when measuring the extremities.
  • X, Y and Z which are also shown in the individual figures. They correspond to the mutually perpendicular axes of a Cartesian coordinate system.
  • the exemplary embodiments described always lie in the same way such that the X axis corresponds to the longitudinal direction, the Y axis corresponds to the transverse direction and the Z axis corresponds to the height direction of the devices.
  • Figures 1 to 6 show a device according to the invention for measuring and training forces, which a seated or a lying test subject applies with his legs (or at least parts thereof).
  • the test subject sits on a recliner chair 10 for a measurement process (see FIGS. 1-3).
  • the desired position of a backrest 14 of the recliner chair 10 is set via first positioning means 12.
  • the measurements can be carried out sitting upright (see FIG. 1) or lying down (see FIG. 2).
  • the height of a seat surface 16 above a device base 18 is adapted to the size of the subject by means of second positioning means 20.
  • Different front parts 22, 24, 26, 27 or 28 allow the front end of the seat surface 16 to be varied in accordance with the desired design.
  • the front parts 22, 24, 26, 27 or 28 can be attached, for example, by means of plug-in bolts 30, 32 (cf.
  • the armchair 10 is mounted on rails 34 and 36 and equipped with corresponding third positioning means (not shown).
  • the knees of the test person are angled downwards, regardless of their rather lying or sitting overall posture, between two contact surfaces 40 and 42 or 44 and 46 (see especially Fig. 4 to 6). This is done by moving the chair in the X direction according to the length of the thigh of the test person. Then the attack surfaces 40 and 42 or 44 and 46 are brought into a desired position on both sides of the knees. For example, they can touch or crimp the knee from both sides at the same time. In the present exemplary embodiment, this positioning is carried out by fourth positioning means 50 or 56, by means of which the engagement surfaces 40 or 46 can be displaced in the Y direction.
  • the attack surfaces 42 and 44 are rigidly attached to a central wall 52.
  • attack means 60 'or 62' can be provided, which are arranged above the feet, so that forces exerted upwards can also be measured.
  • attack means 70 and 72 are placed on the top of the knees (see FIG. 6). These can be moved in the Y and Z directions by fifth positioning means 80 and 82, respectively, and thus adapted to the position and the dimensions of the knees.
  • the device can thus be precisely adapted to the external dimensions of the knees by means of the contact surfaces 40, 70, 42 and 44, 72, 46 and, in this respect, has exo-skeletal properties. This in turn ensures highly reproducible measurement conditions.
  • knee measuring means 40, 42, 44, 46, 70 and 72 can also be via sixth positioning means 90 in the height (Z direction) and can be moved in the X direction via seventh positioning means 92. It is described in more detail below with reference to FIG. 6.
  • the arrangement of knee measuring means comprises six contact surfaces 40, 42, 44, 46, 70 and 72, which are designed as force-absorbing plates.
  • three force absorption plates 40, 70 and 42 are arranged in a U-shape on wall sections 51, 54 and 52 and / or force absorption plates 44, 72 and 46 on wall sections 52, 55 and 53. In this formation, they allow forces to be measured when the knees are facing each other (inwards, force plates 42 and 44), away from each other (outwards, force plates 40 and 46), or in a further direction (force plates 70 and 72 ) are pressed.
  • the entire arrangement is placed in such a way that the force-absorbing plates 70 and 72 are located above the knees and, as a further direction, the upward direction (Z direction) comes into consideration.
  • the arrangement of engagement surfaces or knee measuring means 40, 42, 44, 46, 70 and 72 shown can, however, also be placed differently in other exemplary embodiments or else be rotatably supported by means of positioning means (not shown).
  • All the positioning means listed can be adjustable by hand and / or via drive means (not shown).
  • electric motors or hydraulic systems can be used as drive means. These can each be controlled on site, ie, for example, via controllers on the individual devices.
  • an overall control via a central data processing system which is connected to the drive means via cable or radio, is also particularly advantageous.
  • the latter variant is preferably designed such that the input of the name or a number for the test subject is sufficient to save the entire measuring device by means of stored Set data appropriately.
  • Such a data processing system could also be designed for the immediate evaluation of the measurement data, for the conversion of measurement data into control signals or for other purposes, such as for a biofeedback process (cf. EP-A-94 113 968.5).
  • Trays 94 and 96 are also provided.
  • a data processing system, a monitor and a keyboard (not shown) are positioned on them, for example.
  • the data processing system is designed, for example, for the uses described above.
  • the height (Z direction) is adjusted in height together with the entire arrangement of knee measuring means 40, 42, 44, 46, 70 and 72 via the sixth positioning means 90.
  • first rotational positioning means 98 are provided.
  • FIGS. 7 to 9 show a device according to the invention for the measurement of forces and the training of the corresponding feature parts, which a standing test subject applies with his legs (or with parts of his legs).
  • a reproducible posture of the subject is ensured in particular by a semicircular armrest 100, a backrest 102 and a middle wall 104.
  • the armrest 100 and the backrest 102 can be adjusted in height (Z direction) via a common eighth positioning means 110.
  • the middle wall 104 is also adjustable in height. It can be adjusted to the subject's leg length by ninth positioning means 112.
  • the backrest 102 is first pivoted outward (direction A). It is about one for this purpose Swivel arm 120 attached to a second rotational positioning means 122 which can be rotated about an axis 124. Then the middle wall 104 is adjusted appropriately in height (Z direction). As soon as the test subject enters the device and has positioned one leg on the right and one on the left of the middle wall 104, the backrest 102 is pivoted back against the direction A until it is approximately parallel to the Y direction. At the same time or at different times, the height (Z direction) of the armrest 100 and the backrest 102 is adapted to the size of the test person via the common eighth positioning means 110. A curved handle 126 is also provided to ensure a firm placement of the subject's arms on the armrest.
  • the measuring device provides four contact surfaces 130, 132, 134 and 136 for the knee area, namely two outer (130 and 136) and two for the front of the knees (132 and 134). These are designed as force plates.
  • the force absorption plates 132 and 134 are rigidly fixed, while the force absorption plates 130 and 136 can be moved in the Y direction via tenth positioning means 140 and 142.
  • the relative position of the test person with respect to the force absorption plates 130, 132, 134 and 136 is set, for example, as follows: first, the backrest 102 (parallel to the Y axis) is displaced in the X direction via eleventh positioning means 144 such that the knees of the test person standing upright in in the immediate vicinity of the front force receiving plates 132 and 134.
  • the subject's upper body is supported by the armrest 100.
  • buckles can be provided in order to measure pulling forces exerted with the knees to the rear (in the X direction).
  • trays 160 and 162, as well as a holder 164 for a data processing system, a monitor and a keyboard are also provided. They can be adjusted in height or twisted using twelfth positioning means 146.
  • the data processing system can in turn be designed for the above-mentioned applications.
  • this device can also be designed for all the functions described above.
  • the positioning means 110, 112, 122, 140, 142, 144 and / or 146 can be equipped with any drive means.
  • weight measuring plates 101, 103 can be provided as a base. With their help, a possibly different load on his feet and thus also on the plates 101, 103 resulting from an asymmetrical equilibrium distribution of the test person can be measured. A weakness in posture can, for example, be recognized from this and then trained away. Apart from its surface, the weight measuring plate can be constructed similarly to the load cell described below.
  • Fig. 10 shows a force plate with a load cell and associated positioning means. It is suitable for the measurement of forces which are exerted along the direction B.
  • the force absorption plate consists of a front, padded plate 170 and a rear fixed, for example wooden part 172, which can be fixedly or releasably connected to one another. Adhesives or a Velcro fastener, for example, are suitable as connecting means.
  • a hexagon nut 174 is fixedly arranged, by means of which the entire force absorption plate can be detachably attached to a threaded pin 176.
  • the threaded pin 176 passes through a first mounting plate 178 and a pressure plate 180 and is firmly connected to a force sensor 182. This in turn is firmly arranged on a second mounting plate 184 and is available as a finished component of the 8524.5 kN type from Burster in D-76587 Gernsbach.
  • Both the force sensor 182 and the second mounting plate 184 are located within a load cell.
  • the side wall of the load cell is formed by an annular cover sleeve 186, which is connected, for example, to a device wall 190 via a flange plate 188.
  • the front mounting of the load cell is formed by the first mounting plate 178 or the force absorption plate.
  • the positioning of the force receiving plate can be carried out parallel to the B direction as follows: a spindle 192 is rotated via a handwheel 191 (or via a correspondingly arranged drive means). As a result, a spindle nut 193 moves parallel to the B direction, which is firmly connected to the second mounting plate 184. A locking pin 194, which is also firmly connected to the second mounting plate 184 and is guided by a guide bore 195 in a hollow device wall 190, prevents the moving parts of the load cell from being rotated.
  • a telescope-like system is also provided in order to enable relatively wide adjustments of the force receiving plate against the B-direction and at the same time to keep an all-round closed box in a relatively flat load cell.
  • a concentric protective ring 196 inside the round cover sleeve 186, which takes over the function of the cover sleeve 186 when the first mounting plate 178 is unscrewed from the cover sleeve 186. If extreme freedom of adjustment is desired, further concentric protective rings can be provided. An excessive unscrewing of the force absorption plate is finally prevented by a stop 197.
  • 11 to 14 show a measuring device according to the invention for standing or sitting test subjects. It is used for the measurement and / or training of muscle parts in the arm-shoulder and trunk area, as well as the mobility or rotational mobility of the upper body, the spine and the arms, especially the upper arms. In addition, it is designed for measurements and / or training under forced movements. All measurements can be carried out in the same way while standing or sitting, as indicated in Fig. 11. For reasons of clarity, however, only the embodiment for standing subjects is described below. Finally, a similar device could also be designed for measurements of the mobility of the lower body.
  • the subject stands on a base 200 (in the XY plane) with his back to a height-adjustable backrest 202 (cf., in particular, FIGS. 11, 12 and 14) and with his head below a crossbeam 216
  • Subjects are stabilized by a middle plate 220 between their legs.
  • the middle plate 220 is first adjusted together with the backrest 202 to the leg length of the test person in height (Z direction). Thirteenth positioning means 222 are provided for this purpose.
  • the backrest 202 and / or the center plate 220 are brought into a desired position in the X direction by fourteenth positioning means 224 and 226, respectively.
  • the subject's waist circumference can be taken into account.
  • the position of the crossbar 216 in the Z direction is adapted to the body size of the subject by fifteenth positioning means 231 such that he can stand upright under the crossbar 216 and maintain a desired space between the crossbar 216 and the subject's head becomes. Simultaneously or at different times the subject can move to the measuring position, ie stand up with his back to the backrest 202.
  • the measurements are made using a skeleton-like construction.
  • This consists of a linkage for the right and left arm of the test subject, which are arranged symmetrically to a central axis 230 on the crossbeam 216 (cf. especially FIGS. 11 and 12).
  • Each linkage consists of a handle 204 or 206, a boom 208 or 210 and a curved swivel arm 212 or 214.
  • the subject's head as described above, is below the crossbar 216, his shoulders within the arch the pivot arms 212 or 214 and his hands on the handles 204 or 206.
  • the adaptation of the skeleton-like construction to the test person is carried out, for example, as follows: first, the curved swivel arms 212 and 214 are moved along the crossbar 216 in the Y direction in order to arrange them according to the shoulder width of the test person. For this purpose, sixteenth positioning means 232 and 234 are provided for a linear displacement. The bent swivel arms 212 and 214 are then rotated into a desired position. This takes place via third rotary positioning means 236 or 238, by means of which they are connected at their upper ends (in the Z direction) to the linear sixteenth positioning means 232 or 234. The swivel arms can thus be moved laterally in the Y direction and rotated about an axis perpendicular to the X-Y plane. For example, their lower ends can be positioned next to or behind the subject's shoulders.
  • the arms 208 and 210 are rotatably attached to the lower ends of the curved swivel arms 212 and 214 by means of fourth rotary positioning means 240 and 242, respectively. They each rotate around an axis that lies in the XY plane. These axes are therefore perpendicular to the axes of rotation of the third Rotary positioning means 236 and 238 are arranged at the upper ends of the curved pivot arms 212 and 214, respectively. In this way it is possible to position the arms 208 and 210 appropriately for any position of the (stretched) arms of the subject.
  • the height of the crossbeam 216 should be such that the lower ends of the curved swivel arms 212 and 214 are at the level of the subject's shoulders.
  • the subject stands on the base 200 with his back to the backrest 202 and the central plate 220 between his legs.
  • the crossbar 216 is located above the subject's head.
  • the lower ends of the curved swivel arms 212 and 214 are arranged at the level of the subject's shoulders, for example to the right and left of his shoulders.
  • the brackets 208 and 210 are set, for example, parallel to the X direction, i.e. the subject stands with his arms straight out.
  • the handles 204 and 206 must now be placed so that the test person can grip them with their arms outstretched.
  • they are connected to the brackets 208 and 210 via linear seventeenth positioning means 244 and 246, respectively. They can therefore be moved along the arms 208 or 210.
  • the handles 204 and 206 serve as the sole means of attack.
  • several force-measuring means per attack means can be provided here, for example on all joints of the linkages.
  • the flexibility of the described embodiment can be considerably increased if the crossbeam 216 is rotatably arranged via fifth rotary positioning means 248 is. In this way it is possible to rotate the entire skeleton about the central axis 230.
  • the construction described enables very flexible settings for measurements of all kinds in the area of the upper body.
  • it can be designed for isometric exercises.
  • the third, fourth and / or fifth rotational positioning means 236, 238, 240, 242, 248 are equipped with continuously lockable magnetic brakes.
  • the positioning means 236, 238, 240, 242 and / or 248 can simultaneously serve to measure forces. The forces that a test subject exerts against the magnetic resistances are measured. (In the following, rotational positioning means, which also serve to measure forces, are identified by an apostrophe.)
  • the positioning means 236, 238, 240, 242 and / or 248 mentioned can also be equipped with drive means in such a way that measurements under forced movements and / or mobility training are possible.
  • the drive means can generally move the arms 208, 210, swivel arms 212, 214, handles 204, 206, generally the target surfaces, in a predetermined manner, for example periodically pivoting, with the body parts of the test subject lying against the moving target surfaces appropriate movements are forced.
  • Trays 250 and 252 can be seen therein, on which a data processing system 254 with a monitor 256 or for a keyboard 258 is arranged.
  • the trays are via a linkage 260 and sixth rotary positioning means 262 connected to the pad 200. They can be rotated about an axis perpendicular to the XY plane.
  • supports 264 are also shown, which stabilize the entire device, in particular during exercises for rotational mobility.
  • FIG. 15 shows, by way of example, a partial longitudinal section of the fourth rotational positioning means 242 (see, for example, FIG. 12) in an enlarged view. It contains means for rotational positioning as well as means for force measurement. Furthermore, the ends of the swivel arm 214 and the arm 210, which are connected to the rotary positioning means 242, can be seen in part.
  • the rotary positioning means 242 is rigidly attached to the swivel arm 214 and enables the boom 210 to be rotated about an axis 270. It is designed for isometric exercises. For dynamic exercises, various of the components described below would have to be replaced by an electric motor.
  • the arm 210 is screwed onto the front side (on the left in the illustration) of a cylindrical armature hub 272, among other things by cylinder screws 274, 276.
  • the anchor hub 272 is T-shaped in longitudinal section, i.e. it has a large outside diameter in its front area and a small outside diameter in its rear area. However, their inside diameter is essentially constant.
  • the inner wall of the armature hub 272 can be rotated via first deep groove ball bearings 278, 280 and is arranged concentrically around a cylindrical hollow shaft 282. It can thus be rotated about the central axis 270 of the hollow shaft 282.
  • the deep groove ball bearings 278, 280 are fixed along the axis 270 by means of retaining rings and spacer sleeves (no reference symbols).
  • annular driver 284 is arranged concentrically in a concentric recess in the front region of the armature hub 272 in such a way that its free surface is flush with the front surface of the armature hub 272. It is firmly connected to the anchor hub 272 via cylinder screws 286 (among others). Its outer diameter is smaller than the outer diameter of the front area of the armature hub 272 and larger than the inner diameter of the armature hub 272.
  • the driver 284 is also T-shaped in longitudinal section. Its rear end lies frictionless inside the hollow shaft 282. At this rear end, a concentric shaft 290 is rigidly fastened via screw, groove and spring means 288, which also lies in the interior of the hollow shaft 282. The radial fixation of the shaft 290 takes place in the front area by the first deep groove ball bearings 278, 280 via the detour from the armature hub 272 and driver 284. The latter form a gripping arm which grips around the front end of the hollow shaft 282 and from the outside via the first deep groove ball bearing 278, 280 concentrically surrounds the outer surface of the hollow shaft 282.
  • the rear area of the shaft 290 is simply fixed radially by second deep groove ball bearings 292, which are arranged flush between the inner wall of the hollow shaft 282 and the shaft 290.
  • the hollow shaft 282 is finally rigidly connected to a foundation plate 294, which in turn is rigidly connected to the swivel arm 214.
  • any rotation of the boom 210 about the axis 270 is possible.
  • the shaft 290 lies inside the hollow shaft 282, while the armature hub 272 surrounds it from the outside.
  • the rigid hollow shaft 282 is thus surrounded by rotatable parts from the inside and outside.
  • the rotatable parts are via first and second deep groove ball bearings 278, 280; 292 radially fixed against the hollow shaft 282. Further components, which are described below, are provided for fixing the rotatable parts in a desired position and thus for reproducibly positioning the arm 210.
  • annular permanent magnet 296 is concentrically attached to the armature hub 272. Together with an annular, concentric electromagnet 298, this forms a permanent magnet brake, as is available, for example, as a prefabricated component of the type 14.118.14.2.0.3 from Lenze in D-31763 Hameln. Such a permanent magnet brake allows two settings.
  • the permanent magnet 296 is fastened to the armature hub 272 via spring means 302.
  • the spring means 302 can consist of a resilient concentric ring. This is riveted to the permanent magnet 296 at several, symmetrically distributed locations by means of rivets 304 etc. It is pierced at other points that are also symmetrical to each other. There are recesses in the permanent magnet 296 behind the drill holes, each of which receives a screw head 306.
  • the diameter of the screw head 306 is larger than the bore, so that the screw head 306 is fixed in the recess in the permanent magnet 296.
  • a threaded bolt 308 is formed, which is screwed to a threaded bore 310 in the anchor hub 272.
  • the permanent magnet 296 can change its position along the axis 270 within the framework of the elasticity of the spring ring in such a way that the air gap 300 can be opened or closed.
  • the components of the rotary positioning means 242 shown so far enable any desired rotational positioning of the arm 210 when rotated about the axis 270. If the electromagnet 298 is energized, this positioning can be changed. Once the power is turned off, the positioning is fixed. Further components for force measurement are described below.
  • force measurements are only carried out when the moving parts are firmly positioned.
  • the forces exerted against an electric motor would have to be measured.
  • the permanent magnet 296 and the switched-off electromagnet 298 are firmly engaged with one another due to attractive forces and the resulting frictional forces.
  • the electromagnet 298 is on the other hand permanently connected to a cylindrical and concentric magnetic hub 312. This magnetic hub 312 concentrically surrounds the rear region of the hollow shaft 282. Between the inner surface of the magnetic hub 312 and the hollow shaft 282, third deep groove ball bearings 314, 316 are arranged flush, so that almost no friction can occur between the inner surface of the magnetic hub 312 and the outer surface of the hollow shaft 282 . This is important for the actual force measuring system shown below.
  • the magnetic hub 312 is rigidly connected on its right and on its left side to an abutment 318, 320 (see FIG. 16, the connecting means are not shown).
  • a support bearing 324, 322 is arranged below each abutment 318, 320, which is fixedly connected to the foundation plate 294.
  • a force sensor 326 or 328 is arranged between an abutment 318 or 320 and the associated support bearing 324 or 322.
  • Such force sensors are available as prefabricated components of type 8415, 5 kN from Burster in D-76587 Gernsbach.
  • the force measurement is now carried out as follows: a test subject exerts a force on the arm 210 in one of the two possible directions of rotation after the moving parts have been fixed by the permanent magnet brake. Since the permanent magnet 296 and the electromagnet 298 are in engagement, the torque is transmitted to the magnet hub 312. However, this is firmly connected to the abutments 320 and 318. As a result, the torque is transmitted as a compressive force to the first force sensor 326 or the second force sensor 328, depending on the direction of rotation. Together with the support bearings 322, 324, these each permit only one micro-movement of all components which are now connected and are movable per se.
  • the third deep groove ball bearings 314, 316 prevent forces from being lost due to friction.
  • the rotary positioning device is also equipped with the following components:
  • FIG. 15 partially shows a counterweight 330 which is rigidly connected to the shaft 290 via a counterjib 332, a coupling flange 334 and fastening means 336.
  • the counterweight is dimensioned and arranged so that it balances the weight of the boom 210. This ensures that the force measurements are not influenced by the weight of the boom 210.
  • Fixing means 338 are also attached to the counter jib 332. They serve to fix — and thus deactivate — the entire rotary positioning means 242 in certain positions. This can be advantageous for measurements for which only a rigidly bent point is required at this point on the skeletal linkage.
  • housing parts 340, 342, 344, 346, 348, 350, 352 can also be seen in FIG.
  • An incremental rotary or pulse generator 354 serves as position measuring means, which is connected to the coupling flange 334 via a friction wheel 358 and a round ring 356.
  • the pulse generator is available as a finished component of the MOM 20 type from Megatron in D-85640 Putzbrunn and is connected to a 360 board.
  • drive means for the positioning means, position measuring means, data transmission means, means for converting input or measured data into control signals for drive means or means for force measurement, cables etc. have not been shown or have not been designated for reasons of clarity.
  • the means mentioned for converting data into control signals can be integrated in a general-purpose computer.
  • the Position measuring means can be integrated in drive means, or, for manual handling, additionally or instead be designed as measuring devices or suitable integrated scales.

Abstract

The device has contact pads (40, 42, 44, 46) for detecting the force and/or movement and positioning elements (12, 20, 50, 80, 82, 90, 92), for reproducible relative positioning of different parts of the body and the contact pads. The positioning elements can be adjusted via respective positioning drives, with detection of the relative positions of the body parts and the contact pads to provide control signals for the positioning drives, via a data processor receiving the position data.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermessung und zum Training von Kräften und/oder Beweglichkeiten von Mensch oder Tier.The invention relates to a device for measuring and training forces and / or mobility of humans or animals.

Solche Vorrichtungen werden beispielsweise benötigt, um die Entwicklung einzelner Muskeln oder Muskelpartien bzw. der Beweglichkeit der entsprechenden Körperteile möglichst exakt zu steuern. Dies kann etwa im Leistungssport von Bedeutung sein, um einen Trainingsfortschritt zu überprüfen, aber auch bei medizinischen Rehabilitationsprozessen. Vergleichbare Anwendungen sind auch für Rennpferde etc. denkbar.Such devices are required, for example, to control the development of individual muscles or muscle parts or the mobility of the corresponding body parts as precisely as possible. This can be important in competitive sports, for example, to check training progress, but also in medical rehabilitation processes. Comparable applications are also conceivable for racing horses etc.

Die genannten Verwendungsmöglichkeiten betreffen die Entwicklung von Muskeln bzw. der Beweglichkeit von Körperteilen. Hierzu müssen deren Leistungsfähigkeit bzw. die Kräfte, welche sie aufbringen können, über einen längeren Zeitraum immer wieder gemessen werden. Dabei ist es von großer Bedeutung, vergleichbare Meßwerte zu erhalten, was in der Praxis bisher kaum möglich war.The uses mentioned relate to the development of muscles and the mobility of parts of the body. For this purpose, their performance or the forces that they can exert must be measured again and again over a longer period of time. It is of great importance to obtain comparable measured values, which was previously hardly possible in practice.

Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, eine Vorrichtung zur Vermessung und zum Training von Kräften und/oder Beweglichkeiten von Mensch oder Tier zur Verfügung zu stellen, welche vor allem für die genannten Anwendungen besser geeignet ist.The present invention aims to provide a device for measuring and training the forces and / or mobility of humans or animals, which is more suitable especially for the mentioned applications.

Sie erreicht dieses Ziel mit dem Gegenstand des Anspruch 1, also durch eine Vorrichtung zur Vermessung und zum Training von Kräften und/oder Beweglichkeiten von Mensch oder Tier, welche Mittel zur Kraft- und/oder Beweglichkeitsmessung mit vorgegebenen Angriffsmitteln und Positionierungsmittel zur reproduzierbaren Einstellung der Relativlage von Körperteilen und Angriffsmitteln aufweist.It achieves this goal with the subject matter of claim 1, that is to say by a device for measuring and training the forces and / or mobility of humans or animals, which means for measuring strength and / or mobility with predetermined means of attack and positioning means for reproducible adjustment of the relative position of body parts and aggression.

Auf diese Weise wird die Lage der betroffenen Körperteile relativ zu den entsprechenden Angriffsmitteln während der einzelnen Messungen oder Übungen grundsätzlich reproduzierbar. Infolgedessen kann sie immer wieder gleich eingestellt werden. Im Ergebnis können dadurch die einzelnen Kraftmessungen oder Übungen unter gleichen oder zumindest unter ähnlichen Bedingungen durchgeführt werden. Die Meßergebnisse werden somit vergleichbar und damit den an sie gestellten Anforderungen in der gewünschten Präzision gerecht. Nach einer Einstellung der Kopplung Mensch-Maschine können beispielsweise nacheinander Kräfte an den "Symmetrieantrieben", also etwa am rechten und am linken Knie, und auch in verschiedenen Wirkrichtungen, z.B. Knie strecken oder beugen, gemessen werden.In this way, the position of the affected parts of the body relative to the corresponding means of attack is basically reproducible during the individual measurements or exercises. As a result, it can be set again and again. As a result, the individual force measurements or exercises can be carried out under the same or at least under similar conditions. The measurement results are thus comparable and thus meet the requirements placed on them with the desired precision. After the coupling between man and machine has been set, forces on the "symmetry drives", for example on the right and left knees, and also in different directions of action, e.g. Extend or bend knees to be measured.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Angriffsmittel und die Mittel zur Kraftmessung als Kraftaufnahmeplatten bzw. Druckmeßdosen ausgebildet (Anspruch 2). Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Position der betroffenen Körperteile während der Messung nicht verändert werden soll, wie es bei isometrischen Übungen der Fall ist. Hier kann aus dem Druck, welchen ein betroffenes Körperteil in einer vorgegebenen Positionierung auf eine Kraftaufnahmeplatte ausübt, auf die zugrundeliegenden Kräfte geschlossen werden, welche die entsprechenden Muskeln oder Muskelpartien aufbringen. Die Verwendung von Kraftmeßdosen hat auch den Vorteil, daß auf Standardelemente zurückgegriffen werden kann.In a preferred embodiment, the engagement means and the means for force measurement are designed as force absorption plates or pressure load cells (claim 2). This is particularly advantageous if the position of the affected body parts should not be changed during the measurement, as is the case with isometric exercises. From the pressure which an affected body part exerts in a given position on a force absorption plate, it is possible to infer the underlying forces which the corresponding muscles or muscle parts exert. The use of load cells has also the advantage that standard elements can be used.

Bevorzugt sind die Mittel zur Positionierung und/oder Kraft- und/oder Beweglichkeitsmessung mit Magnetbremsen ausgestattet (Anspruch 3). Magnetbremsen erlauben eine flexiblere Positionierung der Mittel zur Kraft- und/oder Beweglichkeitsmessung bzw. der entsprechenden Körperteile. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn (auch) Messungen an bewegten Körperteilen vorgenommen werden sollen. Gleiches gilt für Körperteile mit einem großen Aktionsradius, etwa die Extremitäten, insbesondere die menschlichen Arme oder Teile davon. Gemessen werden jeweils die Kräfte, welche der Proband mittels einzelner Muskeln oder Muskelpartien gegen den Bremswiderstand aufbringt. Zu diesem Zweck kann die jeweilige Magnetbremse die Kräfte auf einen Meßgeber übertragen. Darüberhinaus sind solche Mittel zur Kraft- und/oder Beweglichkeitsmessung vorteilhaft, wenn etwa zusätzlich der Beweglichkeitsbereich der Extremitäten oder die Drehbeweglichkeit der Wirbelsäule ermittelt werden sollen.The means for positioning and / or force and / or mobility measurement are preferably equipped with magnetic brakes (claim 3). Magnetic brakes allow a more flexible positioning of the means for measuring force and / or mobility or the corresponding parts of the body. This is particularly advantageous if (also) measurements are to be made on moving parts of the body. The same applies to parts of the body with a large radius of action, such as the extremities, in particular the human arms or parts thereof. The forces that the test person exerts against the braking resistance by means of individual muscles or muscle groups are measured. For this purpose, the respective magnetic brake can transmit the forces to a measuring sensor. In addition, such means for measuring strength and / or mobility are advantageous if, for example, the range of mobility of the extremities or the rotational mobility of the spine are also to be determined.

Bevorzugt umfassen die Positionierungsmittel einen räumlich verstellbaren Liegesessel zur Aufnahme eines Probanden (Anspruch 4). Dies ermöglicht für viele Anwendungen eine besonders einfache und zugleich exakte Positionierung des Probanden.The positioning means preferably comprise a spatially adjustable recliner chair for receiving a subject (claim 4). For many applications, this enables the test subject to be positioned in a particularly simple and precise manner.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind als Angriffsmittel Handgriffe vorgesehen. Dabei sind die Hand griffe an je einem Skelett-artigen Gestänge fest oder verstellbar gelagert. Die Skelett-artigen Gestänge sind zur flexiblen räumlichen Positionierung der Handgriffe ausgebildet (Anspruch 5). Eine solche Anordnung ermöglicht eine besonders flexible und vielfältige Verwendung des Geräts. Beispielsweise kann es in gleicher Weise für bewegte, isometrische und erzwungene Übungen oder Bewegungen ausgelegt sein. Insbesondere sind Messungen der Drehbeweglichkeit im Oberkörperbereich möglich. Mit Hilfe derartiger Skelettartiger bzw. Exo-Skelett-artiger Elemente ist eine optimale Anpassung der Vorrichtung an die Anthropometrie des Probanden möglich, was hochreproduzierbare Meßbedingungen sichert.
Vorzugsweise ist wenigstens ein Positionierungsmittel mit Antriebsmitteln ausgerüstet (Anspruch 6). Auf diese Weise läßt sich die Einstellung gewünschter Relativpositionen von Körperteilen und Mitteln zur Kraftmessung besonders einfach und zeitsparend erledigen. Zusätzlich wird es möglich, etwa ein Beweglichkeitstraining für die betroffenen Körperteile durchzuführen oder die Belastbarkeit der entsprechenden Muskeln unter erzwungenen und genau definierten Bewegungen zu messen.
In a further preferred embodiment, handles are provided as the means of attack. The handles are fixed or adjustable on a skeleton-like linkage. The skeleton-like linkages are designed for flexible spatial positioning of the handles (claim 5). Such an arrangement enables a particularly flexible and varied use of the device. For example, it can be designed in the same way for moving, isometric and forced exercises or movements be. In particular, measurements of the rotational mobility in the upper body area are possible. With the help of such skeletal or exo-skeletal elements, an optimal adaptation of the device to the anthropometry of the test subject is possible, which ensures highly reproducible measurement conditions.
At least one positioning means is preferably equipped with drive means (claim 6). In this way, the setting of desired relative positions of body parts and means for force measurement can be carried out in a particularly simple and time-saving manner. In addition, it becomes possible, for example, to perform mobility training for the affected body parts or to measure the resilience of the corresponding muscles under forced and precisely defined movements.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Positionierungsmittel Positionsmeßmittel zur Messung von Relativpositionen von wenigstens einem Körperteil und einem Angriffsmittel auf (Anspruch 7). Dies ermöglicht eine besonders unkomplizierte Handhabung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.In a further preferred embodiment, the positioning means have position measuring means for measuring relative positions of at least one part of the body and an attack means (claim 7). This enables a particularly uncomplicated handling of the device according to the invention.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist mit Mitteln zur Datenverarbeitung, einschließlich Mitteln zur Eingabe, Speicherung und Ausgabe von Meß- und trainingsrelevanten Daten ausgerüstet (Anspruch 8). Auf diese Weise wird es möglich, etwa die gewonnenen Meßdaten unmittelbar weiterzuverarbeiten oder in der jeweils gewünschten Weise aufzubereiten. Dies wiederum ermöglicht einen besonders effektiven und zeitsparenden Einsatz der Erfindung. Beispielsweise können die benötigten Patientendaten so vor Ort leicht eingegeben oder abgerufen, im Bedarfsfalle korrigiert oder erweitert, und/oder die dazugehörigen Meßdaten ohne besonderen Aufwand weiterverarbeitet, aufbereitet oder verwaltet werden.Another preferred embodiment is equipped with means for data processing, including means for inputting, storing and outputting measurement and training-relevant data (claim 8). In this way it becomes possible, for example, to directly process the measurement data obtained or to prepare it in the manner desired in each case. This in turn enables a particularly effective and time-saving use of the invention. For example, the required patient data can be easily entered or called up on site, corrected or expanded if necessary, and / or the associated measurement data can be further processed, processed or managed without any particular effort.

Vorzugsweise sind dabei gängige Datenübertragungsmittel zwischen Mitteln zur Kraft- und/oder Beweglichkeitsmessung und/oder Positionsmeßmitteln und Mitteln zur Datenverarbeitung vorgesehen, welche die Verwaltung und Bearbeitung der Meßdaten weiter vereinfachen. Insbesondere entfällt ein gesonderter Arbeitsgang zur Erfassung der Meßdaten. Zusätzlich entsteht beispielsweise die Möglichkeit der Verwendung eines Biofeedbackverfahrens (vgl. EP-A-94 113 968.5). Der Proband kann so etwa einen vorgegebenen Belastungsablauf genau nachvollziehen.Common data transmission means are preferably provided between means for force and / or mobility measurement and / or position measuring means and means for data processing, which further simplify the administration and processing of the measurement data. In particular, there is no separate work step for recording the measurement data. In addition, for example, there is the possibility of using a biofeedback process (cf. EP-A-94 113 968.5). In this way, the test person can exactly understand a given load sequence.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Datenverarbeitungsmittel und die Antriebsmittel für einen Austausch von Steuersignalen und Meßdaten ausgelegt (Anspruch 9). Dies ermöglicht eine beinahe vollständige Automatisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Beispielsweise könnte sie nun derart ausgelegt werden, daß der Proband lediglich seinen Namen in eine Datenverarbeitungsanlage eingeben muß, um die -zuvor gespeicherte- entsprechende Geräteeinstellung abzurufen, die erforderlichen Messungen durchzuführen und die Meßdaten auszuwerten und weiter zu verarbeiten bzw. zu verwalten. Auch wäre etwa im Rahmen eines Beweglichkeitstrainings eine unmittelbare Reaktion der Vorrichtung auf die jeweils vorhandene Leistungsfähigkeit der betroffenen Muskeln denkbar.In a further preferred embodiment, the data processing means and the drive means are designed for an exchange of control signals and measurement data (claim 9). This enables almost complete automation of the device according to the invention. For example, it could now be designed in such a way that the test subject only has to enter his name in a data processing system in order to call up the corresponding device setting — previously stored — to carry out the necessary measurements and to evaluate and further process or manage the measurement data. An immediate reaction of the device to the existing performance of the affected muscles would also be conceivable as part of mobility training.

Vorzugsweise werden bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung Drehpositionierungsmittel verwendet bei welchen drehbare Teile über eine Permanentmagnetbremse in gewünschten Positionen fixierbar sind, die Permanentmagnetbremse mit Mitteln zur Kraftmessung verbunden ist und Mittel zur Minimierung der Reibung bei der Übertragung von Kräften auf die Mittel zur Kraftmessung vorgesehen sind (Anspruch 10). Dies ermöglicht insbesondere bei Messungen an den Extremitäten besonders unkomplizierte und sichere Messungen.Rotation positioning means are preferably used in a device according to the invention, in which rotatable parts can be fixed in desired positions by means of a permanent magnet brake, the permanent magnet brake is connected to means for force measurement, and means are provided for minimizing the friction during the transmission of forces to the force measurement means (claim 10 ). This enables particularly uncomplicated and reliable measurements, especially when measuring the extremities.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten schematischen Zeichnung noch näher erläutert. In der Zeichnung ist:

Fig. 1:
eine perspektivische Darstellung einer Meßvorrichtung mit einem Liegesessel in einer Einstellung für sitzende Probanden;
Fig. 2:
eine perspektivische Darstellung der Meßvorrichtung aus Fig. 1 in einer Einstellung für liegende Probanden;
Fig. 3:
ein Aufriß des Liegesessels;
Fig. 4:
eine Seitenansicht des Meßbereichs der Vorrichtung aus Fig.1;
Fig. 5:
eine Draufsicht auf den Meßbereich aus Fig.1;
Fig. 6:
eine teilweise Frontansicht des Meßbereichs aus Fig. 1 mit Kraftaufnahmeplatten;
Fig. 7:
eine perspektivische Darstellung einer Meßvorrichtung für stehende Probanden;
Fig. 8:
eine teilweise Seitenansicht der Meßvorrichtung aus Fig.7;
Fig. 9:
eine Draufsicht auf die Meßvorrichtung aus Fig.7;
Fig. 10:
ein Querschnitt durch eine Kraftaufnahmeplatte mit einer Kraftmeßdose und dazugehörigen Positionierungsmitteln;
Fig. 11:
ein Aufriß einer Meßvorrichtung für den Oberkörperbereich stehender Probanden;
Fig. 12:
eine teilweise Frontansicht der Meßvorrichtung aus Fig. 11;
Fig. 13:
eine Draufsicht auf die Meßvorrichtung aus Fig. 11;
Fig. 14:
eine Seitenansicht der Meßvorrichtung aus Fig.11;
Fig. 15:
ein Drehpositionierungsmittel mit Mitteln zur Kraft- und/oder Beweglichkeitsmessung mit einer Magnetbremse in einem teilweisen Längsschnitt; und
Fig. 16:
einen Querschnitt des Drehpositionierungsmittels aus Fig. 15.
The invention is explained in more detail below with the aid of exemplary embodiments and the attached schematic drawing. In the drawing is:
Fig. 1:
a perspective view of a measuring device with a recliner in a setting for seated subjects;
Fig. 2:
a perspective view of the measuring device of Figure 1 in a setting for lying subjects.
Fig. 3:
an elevation of the chaise longue;
Fig. 4:
a side view of the measuring range of the device of Figure 1;
Fig. 5:
a plan view of the measuring area of Figure 1;
Fig. 6:
a partial front view of the measuring range of Figure 1 with force plates.
Fig. 7:
a perspective view of a measuring device for standing subjects;
Fig. 8:
a partial side view of the measuring device of Figure 7;
Fig. 9:
a plan view of the measuring device of Figure 7;
Fig. 10:
a cross section through a force receiving plate with a load cell and associated positioning means;
Fig. 11:
an elevation of a measuring device for the torso of standing subjects;
Fig. 12:
a partial front view of the measuring device of Fig. 11;
Fig. 13:
a plan view of the measuring device of Fig. 11;
Fig. 14:
a side view of the measuring device of Figure 11;
Fig. 15:
a rotational positioning means with means for force and / or mobility measurement with a magnetic brake in a partial longitudinal section; and
Fig. 16:
15 shows a cross section of the rotational positioning means from FIG. 15.

In der folgenden Figurenbeschreibung wird auf Raumrichtungen X, Y und Z Bezug genommen, welche auch in den einzelnen Figuren eingezeichnet sind. Sie entsprechen den zueinander senkrechten Achsen eines kartesischen Koordinatensystems. In diesem Koordinatensystem liegen die beschriebenen Ausführungsbeispiele immer in gleicher Weise so, daß die X-Achse der Längsrichtung, die Y-Achse der Querrichtung und die Z-Achse der Höhenrichtung der Geräte entspricht.In the following description of the figures, reference is made to spatial directions X, Y and Z, which are also shown in the individual figures. They correspond to the mutually perpendicular axes of a Cartesian coordinate system. In this coordinate system, the exemplary embodiments described always lie in the same way such that the X axis corresponds to the longitudinal direction, the Y axis corresponds to the transverse direction and the Z axis corresponds to the height direction of the devices.

Die Figuren 1 bis 6 zeigen eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Vermessung und zum Training von Kräften, welche ein sitzender oder ein liegender Proband mit seinen Beinen (oder zumindest Teilen davon) aufbringt.Figures 1 to 6 show a device according to the invention for measuring and training forces, which a seated or a lying test subject applies with his legs (or at least parts thereof).

Für einen Meßvorgang nimmt der Proband auf einem Liegesessel 10 Platz (vgl. Fig. 1-3). Über erste Positionierungsmittel 12 wird die gewünschte Stellung einer Rückenlehne 14 des Liegesessels 10 eingestellt. Beispielsweise können die Messungen aufrecht sitzend (vgl. Fig. 1) oder liegend (vgl. Fig. 2) durchgeführt werden. Auch besteht die Möglichkeit, die Rückenlehne 14 in einzeln verstellbare Abschnitte zu untergliedern (angedeutet in Fig.2, Bezugszeichen 15). Die Höhe einer Sitzfläche 16 über einem Geräteboden 18 wird mittels zweiter Positionierungsmittel 20 der Größe des Probanden angepaßt. Durch verschiedene Frontpartien 22, 24, 26, 27 oder 28 kann der vordere Abschluß der Sitzfläche 16 den jeweils gewünschten Ausbildungsformen entsprechend variiert werden. Die Frontpartien 22, 24, 26, 27 oder 28 können dabei beispielsweise mittels Steckbolzen 30, 32 aufgesteckt werden (vgl. v.a. Fig.3). Zusätzlich können Armlehnen, Anschnallmittel etc. (nicht dargestellt) vorgesehen sein. Schließlich ist es möglich, den gesamten Liegesessel 10 in X-Richtung zu verschieben. Zu diesem Zweck ist der Sessel 10 auf Laufschienen 34 und 36 gelagert und mit entsprechenden dritten Positionierungsmitteln (nicht dargestellt) ausgestattet.The test subject sits on a recliner chair 10 for a measurement process (see FIGS. 1-3). The desired position of a backrest 14 of the recliner chair 10 is set via first positioning means 12. For example, the measurements can be carried out sitting upright (see FIG. 1) or lying down (see FIG. 2). There is also the possibility of dividing the backrest 14 into individually adjustable sections (indicated in FIG. 2, reference number 15). The height of a seat surface 16 above a device base 18 is adapted to the size of the subject by means of second positioning means 20. Different front parts 22, 24, 26, 27 or 28 allow the front end of the seat surface 16 to be varied in accordance with the desired design. The front parts 22, 24, 26, 27 or 28 can be attached, for example, by means of plug-in bolts 30, 32 (cf. especially Fig. 3). In addition, armrests, buckles, etc. (not shown) can be provided. Finally, it is possible to move the entire recliner 10 in the X direction. For this purpose, the armchair 10 is mounted on rails 34 and 36 and equipped with corresponding third positioning means (not shown).

Die Kniee des Probanden werden -unabhängig von dessen eher liegenden oder sitzenden Gesamthaltung- nach unten abgewinkelt zwischen je zwei Angriffsflächen 40 und 42 bzw. 44 und 46 plaziert (vgl. v.a. Fig. 4 bis 6). Dies erfolgt durch eine Verschiebung des Sessels in X-Richtung entsprechend der Länge der Oberschenkel des Probanden. Sodann werden auf beiden Seiten der Knie die Angriffsflächen 40 und 42 bzw. 44 und 46 in eine gewünschte Position gebracht. Beispielsweise können sie dabei das Knie von beiden Seiten gleichzeitig berühren oder einzwängen. Diese Positionierung wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch vierte Positionierungsmittel 50 bzw. 56 vorgenommen, durch welche die Angriffsflächen 40 bzw. 46 in Y-Richtung verschoben werden können. Die Angriffsflächen 42 und 44 sind hingegen an einer Mittelwand 52 starr befestigt.The knees of the test person are angled downwards, regardless of their rather lying or sitting overall posture, between two contact surfaces 40 and 42 or 44 and 46 (see especially Fig. 4 to 6). This is done by moving the chair in the X direction according to the length of the thigh of the test person. Then the attack surfaces 40 and 42 or 44 and 46 are brought into a desired position on both sides of the knees. For example, they can touch or crimp the knee from both sides at the same time. In the present exemplary embodiment, this positioning is carried out by fourth positioning means 50 or 56, by means of which the engagement surfaces 40 or 46 can be displaced in the Y direction. The attack surfaces 42 and 44, however, are rigidly attached to a central wall 52.

Die Füße des Probanden werden auf Angriffsflächen 60 bzw. 62 plaziert (vgl. Fig. 5 und 6, in Fig. 1 bis 3 nicht eingezeichnet). Zusätzlich oder als eine Alternative können Angriffsmittel 60' bzw. 62' (vgl. Fig. 4) vorgesehen sein, welche oberhalb der Füße angeordnet sind, so daß auch nach oben ausgeübte Kräfte gemessen werden können.The subject's feet are placed on contact surfaces 60 and 62 respectively (cf. FIGS. 5 and 6, not shown in FIGS. 1 to 3). In addition or as an alternative, attack means 60 'or 62' (see FIG. 4) can be provided, which are arranged above the feet, so that forces exerted upwards can also be measured.

Desweiteren werden Angriffsmittel 70 bzw. 72 auf der Oberseite der Knie plaziert (vgl. Fig. 6). Diese können durch fünfte Positionierungsmittel 80 bzw. 82 in Y- und in Z-Richtung verschoben und so der Lage und den Ausmaßen der Knie angepaßt werden.Furthermore, attack means 70 and 72 are placed on the top of the knees (see FIG. 6). These can be moved in the Y and Z directions by fifth positioning means 80 and 82, respectively, and thus adapted to the position and the dimensions of the knees.

Die Vorrichtung kann also mittels der Angriffsflächen 40,70,42 bzw. 44,72,46 den äußeren Abmessungen der Kniee exakt angepaßt werden und weist insofern Exo-Skelett-artige Eigenschaften auf. Dies wiederum sichert hochreproduzierbare Meßbedingungen.The device can thus be precisely adapted to the external dimensions of the knees by means of the contact surfaces 40, 70, 42 and 44, 72, 46 and, in this respect, has exo-skeletal properties. This in turn ensures highly reproducible measurement conditions.

Die gesamte Anordnung von Kniemeßmitteln 40, 42, 44, 46, 70 und 72 kann ferner über sechste Positionierungsmittel 90 in der Höhe (Z-Richtung) und über siebte Positionierungsmittel 92 in X-Richtung verschoben werden. Sie wird im folgenden anhand von Fig.6 noch detaillierter beschrieben.The entire arrangement of knee measuring means 40, 42, 44, 46, 70 and 72 can also be via sixth positioning means 90 in the height (Z direction) and can be moved in the X direction via seventh positioning means 92. It is described in more detail below with reference to FIG. 6.

Die Anordnung von Kniemeßmitteln (vgl. v.a. Fig.6) umfaßt sechs Angriffsflächen 40, 42, 44, 46, 70 und 72, welche als Kraftaufnahmeplatten ausgebildet sind. Für die Kraftmessung an den Knien sind pro Knie drei Kraftaufnahmeplatten 40, 70 und 42 an Wandabschnitten 51, 54 und 52 und bzw. Kraftaufnahmeplatten 44, 72 und 46 an Wandabschnitten 52, 55 und 53 U-förmig angeordnet. In dieser Formation erlauben sie die Messung von Kräften, wenn die Knie aufeinander zu (nach innen, Kraftaufnahmeplatten 42 bzw. 44), voneinander weg (nach außen, Kraftaufnahmeplatten 40 bzw. 46), oder in eine weitere Richtung (Kraftaufnahmeplatten 70 bzw. 72) gepreßt werden. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 5 ist die gesamte Anordnung derart plaziert, daß sich die Kraftaufnahmeplatten 70 und 72 oberhalb der Kniee befinden und demzufolge als weitere Richtung die Richtung nach oben (Z-Richtung) in Betracht kommt. Die dargestellte Anordnung von Angriffsflächen bzw. Kniemeßmitteln 40, 42, 44, 46, 70 und 72 kann aber auch in anderen Ausführungsbeispielen anders plaziert werden oder aber über Positionierungsmittel (nicht eingezeichnet) verdrehbar gelagert sein.The arrangement of knee measuring means (cf. especially Fig. 6) comprises six contact surfaces 40, 42, 44, 46, 70 and 72, which are designed as force-absorbing plates. For force measurement on the knees, three force absorption plates 40, 70 and 42 are arranged in a U-shape on wall sections 51, 54 and 52 and / or force absorption plates 44, 72 and 46 on wall sections 52, 55 and 53. In this formation, they allow forces to be measured when the knees are facing each other (inwards, force plates 42 and 44), away from each other (outwards, force plates 40 and 46), or in a further direction (force plates 70 and 72 ) are pressed. In the exemplary embodiment of FIGS. 1 to 5, the entire arrangement is placed in such a way that the force-absorbing plates 70 and 72 are located above the knees and, as a further direction, the upward direction (Z direction) comes into consideration. The arrangement of engagement surfaces or knee measuring means 40, 42, 44, 46, 70 and 72 shown can, however, also be placed differently in other exemplary embodiments or else be rotatably supported by means of positioning means (not shown).

Alle aufgeführtenen Positionierungsmittel können von Hand und/oder über Antriebsmittel (nicht dargestellt) verstellbar sein. Als Antriebsmittel können beispielsweise Elektromotoren oder hydraulische Systeme Verwendung finden. Diese können jeweils vor Ort, d.h. beispielsweise über Regler an den einzelnen Geräten gesteuert werden. Besonders vorteilhaft ist aber auch eine Gesamtsteuerung über eine zentrale Datenverarbeitungsanlage, welche über Kabel oder über Funk mit den Antriebsmitteln in Verbindung steht. Letztere Variante ist bevorzugt derart ausgelegt, daß die Eingabe des Namens oder einer Nummer für den Probanden ausreicht, um die gesamte Meßvorrichtung mittels gespeicherter Daten passend einzustellen. Eine solche Datenverarbeitungsanlage könnte auch zur unmittelbaren Auswertung der Meßdaten, zur Umwandlung von Meßdaten in Steuersignale oder zu sonstigen Zwecken, wie etwa für ein Biofeedbackverfahren (vgl. EP-A-94 113 968.5), ausgebildet sein.All the positioning means listed can be adjustable by hand and / or via drive means (not shown). For example, electric motors or hydraulic systems can be used as drive means. These can each be controlled on site, ie, for example, via controllers on the individual devices. However, an overall control via a central data processing system, which is connected to the drive means via cable or radio, is also particularly advantageous. The latter variant is preferably designed such that the input of the name or a number for the test subject is sufficient to save the entire measuring device by means of stored Set data appropriately. Such a data processing system could also be designed for the immediate evaluation of the measurement data, for the conversion of measurement data into control signals or for other purposes, such as for a biofeedback process (cf. EP-A-94 113 968.5).

Ferner sind Tablare 94 und 96 vorgesehen. Auf ihnen sind beispielsweise eine Datenverarbeitungsanlage, ein Monitor und eine Tastatur (nicht dargestellt) positioniert. Dabei ist die Datenverabeitungsanlage beispielsweise für die oben beschriebenen Einsatzmöglichkeiten ausgelegt. Auch ist es möglich, die Tablare 94 und 96 mit räumlichen Positionierungsmitteln zu versehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden sie in der Höhe (Z-Richtung) gemeinsam mit der gesamten Anordnung von Kniemeßmitteln 40, 42, 44, 46, 70 und 72 über die sechsten Positionierungsmittel 90 in der Höhe verstellt. Zusätzlich sind erste Drehpositionierungsmittel 98 vorgesehen.Trays 94 and 96 are also provided. A data processing system, a monitor and a keyboard (not shown) are positioned on them, for example. The data processing system is designed, for example, for the uses described above. It is also possible to provide the trays 94 and 96 with spatial positioning means. In the present exemplary embodiment, the height (Z direction) is adjusted in height together with the entire arrangement of knee measuring means 40, 42, 44, 46, 70 and 72 via the sixth positioning means 90. In addition, first rotational positioning means 98 are provided.

Die Figuren 7 bis 9 zeigen eine erfindungsgemäße Vorrichtung für die Messung von Kräften und das Training der entsprechenden Merkmalpartien, welche ein stehender Proband mit seinen Beinen (bzw. mit Teilen seiner Beine) aufbringt.FIGS. 7 to 9 show a device according to the invention for the measurement of forces and the training of the corresponding feature parts, which a standing test subject applies with his legs (or with parts of his legs).

In diesem Ausführungsbeispiel wird eine reproduzierbare Körperhaltung des Probanden insbesondere durch eine halbkreisförmige Armauflage 100, eine Rückenlehne 102 und eine Mittelwand 104 gewährleistet. Die Armauflage 100 und die Rückenlehne 102 können über ein gemeinsames achtes Positionierungsmittel 110 in der Höhe (Z-Richtung) verstellt werden. Die Mittelwand 104 ist ebenfalls höhenverstellbar. Sie kann durch neunte Positionierungsmittel 112 der Beinlänge des Probanden angepaßt werden.In this exemplary embodiment, a reproducible posture of the subject is ensured in particular by a semicircular armrest 100, a backrest 102 and a middle wall 104. The armrest 100 and the backrest 102 can be adjusted in height (Z direction) via a common eighth positioning means 110. The middle wall 104 is also adjustable in height. It can be adjusted to the subject's leg length by ninth positioning means 112.

Damit ein Proband die Vorrichtung für einen Meßvorgang betreten kann, wird zunächst die Rückenlehne 102 nach außen (Richtung A) geschwenkt. Sie ist zu diesem Zweck über einen Schwenkarm 120 an einem zweiten Drehpositionierungsmittel 122 befestigt, welches um eine Achse 124 verdreht werden kann. Sodann wird die Mittelwand 104 in der Höhe (Z-Richtung) passend eingestellt. Sobald der Proband die Vorrichtung betreten und je ein Bein rechts bzw. links der Mittelwand 104 positioniert hat, wird die Rückenlehne 102 entgegen der Richtung A zurückgeschwenkt, bis sie etwa parallel zur Y-Richtung liegt. Gleichzeitig oder zeitlich versetzt wird die Höhe (Z-Richtung) der Armauflage 100 und der Rückenlehne 102 über die gemeinsamen achten Positionierungsmittel 110 der Größe des Probanden angepaßt. Um eine feste Plazierung der Arme des Probanden auf der Armauflage zu gewährleisten ist ferner ein gebogener Handgriff 126 vorgesehen.So that a test person can enter the device for a measuring process, the backrest 102 is first pivoted outward (direction A). It is about one for this purpose Swivel arm 120 attached to a second rotational positioning means 122 which can be rotated about an axis 124. Then the middle wall 104 is adjusted appropriately in height (Z direction). As soon as the test subject enters the device and has positioned one leg on the right and one on the left of the middle wall 104, the backrest 102 is pivoted back against the direction A until it is approximately parallel to the Y direction. At the same time or at different times, the height (Z direction) of the armrest 100 and the backrest 102 is adapted to the size of the test person via the common eighth positioning means 110. A curved handle 126 is also provided to ensure a firm placement of the subject's arms on the armrest.

Die Meßvorrichtung sieht vier Angriffsflächen 130, 132, 134 und 136 für den Kniebereich vor, nämlich zwei äußere (130 bzw. 136) und zwei für die Vorderseite der Knie (132 bzw. 134). Diese sind als Kraftaufnahmeplatten ausgebildet.The measuring device provides four contact surfaces 130, 132, 134 and 136 for the knee area, namely two outer (130 and 136) and two for the front of the knees (132 and 134). These are designed as force plates.

Die Kraftaufnahmeplatten 132 und 134 sind starr fixiert, während die Kraftaufnahmeplatten 130 und 136 über zehnte Positionierungsmittel 140 und 142 in Y-Richtung verschoben werden können. Die Relativposition des Probanden gegenüber den Kraftaufnahmeplatten 130, 132, 134 und 136 wird beispielsweise folgendermaßen eingestellt: zunächst wird die (zur Y-Achse parallele) Rückenlehne 102 in X-Richtung über elfte Positionierungsmittel 144 derart verschoben, daß die Knie des aufrecht stehenden Probanden in unmittelbare Nähe der vorderen Kraftaufnahmeplatten 132 und 134 gezwungen werden. Der Oberkörper des Probanden wird dabei von der Armauflage 100 abgestützt. Im Anschluß werden die Kniee des Probanden über die zehnten Positionierungsmittel 140 und 142 gegen die zwischen den Knieen befindliche Mittelwand 104 in Y-Richtung fixiert. Zusätzlich können Schnallen (nicht eingezeichnet) vorgesehen sein, um mit den Knien nach hinten (in X-Richtung) ausgeübte Zugkräfte zu messen.The force absorption plates 132 and 134 are rigidly fixed, while the force absorption plates 130 and 136 can be moved in the Y direction via tenth positioning means 140 and 142. The relative position of the test person with respect to the force absorption plates 130, 132, 134 and 136 is set, for example, as follows: first, the backrest 102 (parallel to the Y axis) is displaced in the X direction via eleventh positioning means 144 such that the knees of the test person standing upright in in the immediate vicinity of the front force receiving plates 132 and 134. The subject's upper body is supported by the armrest 100. The subject's knees are then fixed in the Y direction against the middle wall 104 located between the knees by means of the tenth positioning means 140 and 142. In addition, buckles (not shown) can be provided in order to measure pulling forces exerted with the knees to the rear (in the X direction).

Weiterhin sind auch in Fig. 7 bis 9 Tablare 160 und 162, sowie eine Halterung 164 für eine Datenverarbeitungsanlage, einen Monitor und eine Tastatur vorgesehen. Sie können über zwöfte Positionierungsmittel 146 in der Höhe verstellt oder verdreht werden. Die Datenverarbeitungsanlage kann wiederum für die oben genannten Anwendungen ausgelegt sein. Ferner kann auch diese Vorrichtung für alle oben beschriebenen Funktionen ausgelegt sein. Insbesondere können die Positionierungsmittel 110, 112, 122, 140, 142, 144 und/oder 146 mit beliebigen Antriebsmitteln ausgestattet sein.7 to 9, trays 160 and 162, as well as a holder 164 for a data processing system, a monitor and a keyboard are also provided. They can be adjusted in height or twisted using twelfth positioning means 146. The data processing system can in turn be designed for the above-mentioned applications. Furthermore, this device can also be designed for all the functions described above. In particular, the positioning means 110, 112, 122, 140, 142, 144 and / or 146 can be equipped with any drive means.

Schließlich können als Fußunterlage Gewichtsmeßplatten 101, 103 vorgesehen sein. Mit ihrer Hilfe kann eine eventuell aus einer unsymetrischen Gleichgewichtsverteilung des Probanden resultierende unterschiedliche Belastung seiner Füße und damit auch der Platten 101, 103 gemessen werden. Hieraus kann beispielsweise eine Haltungsschwäche erkannt und danach wegtrainiert werden. Die Gewichtsmeßplatte können abgesehen von ihrer Oberfläche ähnlich wie die im Anschluß beschriebene Kraftmeßdose aufgebaut sein.Finally, weight measuring plates 101, 103 can be provided as a base. With their help, a possibly different load on his feet and thus also on the plates 101, 103 resulting from an asymmetrical equilibrium distribution of the test person can be measured. A weakness in posture can, for example, be recognized from this and then trained away. Apart from its surface, the weight measuring plate can be constructed similarly to the load cell described below.

Fig. 10 zeigt eine Kraftaufnahmeplatte mit einer Kraftmeßdose und dazugehörigen Positionierungsmitteln. Sie eignet sich für die Messung von Kräften, welche längs der Richtung B ausgeübt werden.Fig. 10 shows a force plate with a load cell and associated positioning means. It is suitable for the measurement of forces which are exerted along the direction B.

Die Kraftaufnahmeplatte besteht aus einem vorderen, Polsterteller 170 und einem hinteren festen, beispielsweise hölzernen Teil 172, welche fest oder lösbar miteinander verbunden sein können. Als Verbindungsmittel kommen beispielsweise Klebemittel oder ein Klettverschluß in Betracht. Im Zentrum des hinteren festen Teils 172 ist eine Sechskantmutter 174 fest angeordnet, mittels welcher die gesamte Kraftaufnahmeplatte an einem Gewindestift 176 lösbar angebracht werden kann. Dabei durchsetzt der Gewindestift 176 eine erste Montageplatte 178 sowie eine Druckscheibe 180 und ist mit einem Kraftsensor 182 fest verbunden. Dieser wiederum ist auf einer zweiten Montageplatte 184 fest angeordnet und als Fertigbauteil vom Typ 8524, 5 kN der Fa. Burster in D-76587 Gernsbach erhältlich.The force absorption plate consists of a front, padded plate 170 and a rear fixed, for example wooden part 172, which can be fixedly or releasably connected to one another. Adhesives or a Velcro fastener, for example, are suitable as connecting means. In the center of the rear fixed part 172, a hexagon nut 174 is fixedly arranged, by means of which the entire force absorption plate can be detachably attached to a threaded pin 176. The threaded pin 176 passes through a first mounting plate 178 and a pressure plate 180 and is firmly connected to a force sensor 182. This in turn is firmly arranged on a second mounting plate 184 and is available as a finished component of the 8524.5 kN type from Burster in D-76587 Gernsbach.

Sowohl der Kraftsensor 182 als auch die zweite Montageplatte 184 liegen innerhalb einer Kraftmeßdose. Die Seitenwand der Kraftmeßdose wird von einer ringförmigen Abdeckhülse 186 gebildet, welche über eine Flanschplatte 188 beispielsweise mit einer Gerätewand 190 verbunden ist. Den vorderen Abschluß der Kraftmeßdose bildet die erste Montageplatte 178 bzw. die Kraftaufnahmeplatte.Both the force sensor 182 and the second mounting plate 184 are located within a load cell. The side wall of the load cell is formed by an annular cover sleeve 186, which is connected, for example, to a device wall 190 via a flange plate 188. The front mounting of the load cell is formed by the first mounting plate 178 or the force absorption plate.

Die Positionierung der Kraftaufnahmeplatte kann parallel zur B-Richtung wie folgt durchgeführt werden: über ein Handrad 191 (oder über ein entsprechend angeordnetes Antriebsmittel) wird eine Spindel 192 gedreht. Infolgedessen bewegt sich eine Spindelmutter 193 parallel zur B-Richtung, welche mit der zweiten Montageplatte 184 fest verbunden ist. Dabei verhindert ein Sicherungsstift 194, welcher mit der zweiten Montageplatte 184 ebenfalls fest verbunden ist und von einer Führungsbohrung 195 in einer hohlen Gerätewand 190 geführt wird, daß die beweglichen Teile der Meßdose in Drehbewegungen versetzt werden.The positioning of the force receiving plate can be carried out parallel to the B direction as follows: a spindle 192 is rotated via a handwheel 191 (or via a correspondingly arranged drive means). As a result, a spindle nut 193 moves parallel to the B direction, which is firmly connected to the second mounting plate 184. A locking pin 194, which is also firmly connected to the second mounting plate 184 and is guided by a guide bore 195 in a hollow device wall 190, prevents the moving parts of the load cell from being rotated.

Um ferner bei einer relativ flachen Meßdose relativ weite Verstellungen der Kraftaufnahmeplatte entgegen der B-Richtung zu ermöglichen und zugleich eine rundum geschlossene Dose zu behalten, ist ein Teleskop-artiges System vorgesehen. Zu diesem Zweck befindet sich im Inneren der runden Abdeckhülse 186 ein konzentrischer Schutzring 196, welcher die Funktion der Abdeckhülse 186 übernimmt, wenn die erste Montageplatte 178 aus der Abdeckhülse 186 herausgedreht wird. Sofern ein extremer Verstellungsspielraum erwünscht ist, können noch weitere konzentrische Schutzringe vorgesehen sein. Ein übermäßiges Herausdrehen der Kraftaufnahmeplatte wird schließlich durch einen Anschlag 197 verhindert.A telescope-like system is also provided in order to enable relatively wide adjustments of the force receiving plate against the B-direction and at the same time to keep an all-round closed box in a relatively flat load cell. For this purpose, there is a concentric protective ring 196 inside the round cover sleeve 186, which takes over the function of the cover sleeve 186 when the first mounting plate 178 is unscrewed from the cover sleeve 186. If extreme freedom of adjustment is desired, further concentric protective rings can be provided. An excessive unscrewing of the force absorption plate is finally prevented by a stop 197.

Fig. 11 bis 14 zeigen eine erfindungsgemäße Meßvorrichtung für stehende oder sitzende Probanden. Sie dient der Vermessung und/oder dem Training von Muskelpartien im Arm-Schulter- und Rumpf-Bereich, sowie der Beweglichkeit bzw. Drehbeweglichkeit des Oberkörpers, der Wirbelsäule und der Arme, insbesondere der Oberarme. Zusätzlich ist sie für Messungen und/oder Training unter erzwungenen Bewegungen ausgelegt. Alle Messungen können in gleicher Weise im Stehen oder im Sitzen vorgenommen werden, wie in Fig. 11 angedeutet wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird im folgenden jedoch nur die Ausführungsform für stehende Probanden beschrieben. Eine ähnliche Vorrichtung könnte schließlich auch für Messungen der Beweglichkeit des Unterkörpers ausgestaltet sein.11 to 14 show a measuring device according to the invention for standing or sitting test subjects. It is used for the measurement and / or training of muscle parts in the arm-shoulder and trunk area, as well as the mobility or rotational mobility of the upper body, the spine and the arms, especially the upper arms. In addition, it is designed for measurements and / or training under forced movements. All measurements can be carried out in the same way while standing or sitting, as indicated in Fig. 11. For reasons of clarity, however, only the embodiment for standing subjects is described below. Finally, a similar device could also be designed for measurements of the mobility of the lower body.

Während eines Meßvorgangs steht der Proband auf einer Unterlage 200 (in der X-Y-Ebene) mit dem Rücken zu einer höhenverstellbaren Rückenlehne 202 (vgl. v.a. Fig. 11, 12 und 14) und mit dem Kopf unterhalb von einem Querbalken 216. Die Haltung des Probanden wird dabei durch eine Mittelplatte 220 zwischen seinen Beinen stabilisiert. Zur Vorbereitung des Meßvorgangs wird beispielsweise zunächst die Mittelplatte 220 zusammen mit der Rückenlehne 202 an die Beinlänge des Probanden in der Höhe (Z-Richtung) angepaßt. Zu diesem Zweck sind dreizehnte Positionierungsmittel 222 vorgesehen. Sodann werden die Rückenlehne 202 und/oder die Mittelplatte 220 durch vierzehnte Positionierungsmittel 224 bzw. 226 in X-Richtung in eine gewünschte Position gebracht. Dabei kann beispielsweise der Bauchumfang des Probanden berücksichtigt werden. Im Anschluß oder gleichzeitig wird die Position des Querbalkens 216 in der Z-Richtung durch fünfzehnte Positionierungsmittel 231 derart an die Körpergröße des Probanden angepaßt, daß er aufrecht unter dem Querbalken 216 stehen kann und ein gewünschter Zwischenraum zwischen dem Querbalken 216 und dem Kopf des Probanden gewahrt wird. Gleichzeitig oder zeitlich versetzt kann sich der Proband in die Meßposition begeben, d.h. sich mit dem Rücken zur Rückenlehne 202 aufstellen.During a measurement process, the subject stands on a base 200 (in the XY plane) with his back to a height-adjustable backrest 202 (cf., in particular, FIGS. 11, 12 and 14) and with his head below a crossbeam 216 Subjects are stabilized by a middle plate 220 between their legs. To prepare for the measurement process, for example, the middle plate 220 is first adjusted together with the backrest 202 to the leg length of the test person in height (Z direction). Thirteenth positioning means 222 are provided for this purpose. Then the backrest 202 and / or the center plate 220 are brought into a desired position in the X direction by fourteenth positioning means 224 and 226, respectively. For example, the subject's waist circumference can be taken into account. Subsequently or at the same time, the position of the crossbar 216 in the Z direction is adapted to the body size of the subject by fifteenth positioning means 231 such that he can stand upright under the crossbar 216 and maintain a desired space between the crossbar 216 and the subject's head becomes. Simultaneously or at different times the subject can move to the measuring position, ie stand up with his back to the backrest 202.

Die Messungen erfolgen über eine Skelett-artige Konstruktion. Diese besteht aus je einem Gestänge für den rechten und den linken Arm des Probanden, welche symmetrisch zu einer Mittelachse 230 an dem Querbalken 216 angeordnet sind (vgl. v.a. Fig. 11 und 12). Jedes Gestänge besteht aus einem Handgriff 204 bzw. 206, einem Ausleger 208 bzw. 210 und einem gebogenen Schwenkarm 212 bzw. 214. Während eines Meßvorgangs befinden sich der Kopf des Probanden, wie oben beschrieben, unterhalb des Querbalkens 216, seine Schultern innerhalb der Bogen der Schwenkarme 212 bzw. 214 und seine Hände an den Handgriffen 204 bzw. 206.The measurements are made using a skeleton-like construction. This consists of a linkage for the right and left arm of the test subject, which are arranged symmetrically to a central axis 230 on the crossbeam 216 (cf. especially FIGS. 11 and 12). Each linkage consists of a handle 204 or 206, a boom 208 or 210 and a curved swivel arm 212 or 214. During a measurement process, the subject's head, as described above, is below the crossbar 216, his shoulders within the arch the pivot arms 212 or 214 and his hands on the handles 204 or 206.

Die Anpassung der Skelett-artigen Konstruktion an den Probanden wird beispielsweise wie folgt durchgeführt: zunächst werden die gebogenen Schwenkarme 212 und 214 entlang dem Querbalken 216 in Y-Richtung verschoben, um sie der Schulterbreite des Probanden entsprechend anzuordnen. Zu diesem Zweck sind sechszehnte Positionierungsmittel 232 bzw. 234 für eine lineare Verschiebung vorgesehen. Sodann werden die gebogenen Schwenkarme 212 bzw. 214 in eine gewünschte Stellung verdreht. Dies erfolgt über dritte Drehpositionierungsmittel 236 bzw. 238, durch welche sie an ihren oberen (in Z-Richtung) Enden mit den linearen sechzehnten Positionierungsmitteln 232 bzw. 234 verbunden sind. Die Schwenkarme können somit in Y-Richtung seitlich verschoben und um eine zur X-Y-Ebene senkrechten Achse verdreht werden. Ihre unteren Enden können so beispielsweise neben oder hinter den Schultern des Probanden positioniert werden.The adaptation of the skeleton-like construction to the test person is carried out, for example, as follows: first, the curved swivel arms 212 and 214 are moved along the crossbar 216 in the Y direction in order to arrange them according to the shoulder width of the test person. For this purpose, sixteenth positioning means 232 and 234 are provided for a linear displacement. The bent swivel arms 212 and 214 are then rotated into a desired position. This takes place via third rotary positioning means 236 or 238, by means of which they are connected at their upper ends (in the Z direction) to the linear sixteenth positioning means 232 or 234. The swivel arms can thus be moved laterally in the Y direction and rotated about an axis perpendicular to the X-Y plane. For example, their lower ends can be positioned next to or behind the subject's shoulders.

An den unteren Enden der gebogenen Schwenkarme 212 bzw. 214 sind über vierte Drehpositionierungsmittel 240 bzw. 242 die Ausleger 208 bzw. 210 drehbar angebracht. Sie drehen sich jeweils um eine Achse, welche in der X-Y-Ebene liegt. Diese Achsen sind somit senkrecht zu den Drehachsen der dritten Drehpositionierungsmittel 236 bzw. 238 an den oberen Enden der gebogenen Schwenkarme 212 bzw. 214 angeordnet. Auf diese Weise ist es möglich, die Ausleger 208 und 210 passend für jede beliebige Stellung der (gestreckten) Arme des Probanden zu positionieren. Die Höheneinstellung des Querbalken 216 sollte dabei in der Weise erfolgen, daß sich die unteren Enden der gebogenen Schwenkarme 212 bzw. 214 auf der Höhe der Schultern des Probanden befinden.The arms 208 and 210 are rotatably attached to the lower ends of the curved swivel arms 212 and 214 by means of fourth rotary positioning means 240 and 242, respectively. They each rotate around an axis that lies in the XY plane. These axes are therefore perpendicular to the axes of rotation of the third Rotary positioning means 236 and 238 are arranged at the upper ends of the curved pivot arms 212 and 214, respectively. In this way it is possible to position the arms 208 and 210 appropriately for any position of the (stretched) arms of the subject. The height of the crossbeam 216 should be such that the lower ends of the curved swivel arms 212 and 214 are at the level of the subject's shoulders.

Aus den bisher vorgenommenen Einstellungen ergibt sich also die folgende Situation: der Proband steht auf der Unterlage 200 mit dem Rücken zu der Rückenlehne 202 und der Mittelplatte 220 zwischen seinen Beinen. Der Querbalken 216 befindet sich oberhalb des Kopfes des Probanden. Die unteren Enden der gebogenen Schwenkarme 212 und 214 sind auf der Höhe der Schultern des Probanden beispielsweise rechts bzw. links neben seinen Schultern angeordnet. Die Ausleger 208 und 210 sind beispielsweise parallel zur X-Richtung eingestellt, d.h. der Proband steht mit gerade nach vorne ausgestreckten Armen da.From the settings made so far, the following situation arises: the subject stands on the base 200 with his back to the backrest 202 and the central plate 220 between his legs. The crossbar 216 is located above the subject's head. The lower ends of the curved swivel arms 212 and 214 are arranged at the level of the subject's shoulders, for example to the right and left of his shoulders. The brackets 208 and 210 are set, for example, parallel to the X direction, i.e. the subject stands with his arms straight out.

Als letzte Einstellung müssen nun noch die Handgriffe 204 und 206 so plaziert werden, daß der Proband sie mit ausgestreckten Armen ergreifen kann. Zu diesem Zweck sind sie über lineare siebzehnte Positionierungsmittel 244 bzw. 246 mit den Auslegern 208 bzw. 210 verbunden. Sie können also längs der Ausleger 208 bzw. 210 verschoben werden. Die Handgriffe 204 und 206 dienen in diesem Ausführungsbeispiel als alleinige Angriffsmittel. Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Kraftaufnahmeplatten können hier also mehrere Kraftmeßmittel pro Angriffsmittel, beispielsweise an allen Gelenken der Gestänge, vorgesehen sein.As a last adjustment, the handles 204 and 206 must now be placed so that the test person can grip them with their arms outstretched. For this purpose, they are connected to the brackets 208 and 210 via linear seventeenth positioning means 244 and 246, respectively. They can therefore be moved along the arms 208 or 210. In this exemplary embodiment, the handles 204 and 206 serve as the sole means of attack. In contrast to the force-absorbing plates described above, several force-measuring means per attack means can be provided here, for example on all joints of the linkages.

Die Flexibilität der beschriebenen Ausführungsform kann noch beträchtlich erweitert werden, wenn der Querbalken 216 über fünfte Drehpositionierungsmittel 248 drehbar angeordnet ist. Auf diese Weise ist es möglich, das gesamte Skelett um die Mittelachse 230 zu verdrehen.The flexibility of the described embodiment can be considerably increased if the crossbeam 216 is rotatably arranged via fifth rotary positioning means 248 is. In this way it is possible to rotate the entire skeleton about the central axis 230.

Die beschriebene Konstruktion ermöglicht sehr flexible Einstellungen für Messungen aller Art im Bereich des Oberkörpers. Beispielsweise kann sie für isometrische Übungen ausgelegt sein. Zu diesem Zweck sind die dritten, vierten und/oder fünften Drehpositionierungsmittel 236, 238, 240, 242, 248 mit stufenlos arretierbaren Magnetbremsen ausgerüstet. In diesem Fall können die Positionierungsmittel 236, 238, 240, 242 und/oder 248 zugleich der Messung von Kräften dienen. Gemessen werden dabei die Kräfte, welche ein Proband gegen die Magnetwiderstände aufbringt. (Im folgenden sind Drehpositionierungsmittel, welche zugleich der Messung von Kräften dienen durch einen Apostroph gekennzeichnet.)The construction described enables very flexible settings for measurements of all kinds in the area of the upper body. For example, it can be designed for isometric exercises. For this purpose, the third, fourth and / or fifth rotational positioning means 236, 238, 240, 242, 248 are equipped with continuously lockable magnetic brakes. In this case, the positioning means 236, 238, 240, 242 and / or 248 can simultaneously serve to measure forces. The forces that a test subject exerts against the magnetic resistances are measured. (In the following, rotational positioning means, which also serve to measure forces, are identified by an apostrophe.)

Stattdessen oder zusätzlich können die genannten Positionierungsmittel 236, 238, 240, 242 und/oder 248 auch derart mit Antriebsmitteln ausgerüstet sein, daß Messungen unter erzwungenen Bewegungnen und/oder ein Beweglichkeitstraining möglich sind. Mit anderen Worten, die Antriebsmittel können die Ausleger 208, 210, Schwenkbarme 212, 214, Handgriffe 204, 206, allgemein die Angriffsflächen, in vorgegebener Weise, etwa periodisch schwenken, drehen, allgemein bewegen, wobei den an den bewegten Angriffsflächen anliegenden Körperteilen des Probanden entsprechende Bewegungen aufgezwungen werden.Instead or additionally, the positioning means 236, 238, 240, 242 and / or 248 mentioned can also be equipped with drive means in such a way that measurements under forced movements and / or mobility training are possible. In other words, the drive means can generally move the arms 208, 210, swivel arms 212, 214, handles 204, 206, generally the target surfaces, in a predetermined manner, for example periodically pivoting, with the body parts of the test subject lying against the moving target surfaces appropriate movements are forced.

Ferner ist die Verwendung einer Datenverarbeitungsanlage mit den oben beschriebenen Anwendungen auch hier uneingeschränkt möglich.Furthermore, the use of a data processing system with the applications described above is also possible without restrictions.

Fig. 14 zeigt diese Meßvorrichtung in einer Seitenansicht. Darin sind Tablare 250 und 252 zu erkennen, auf welchen eine Datenverarbeitungsanlage 254 mit einem Monitor 256 bzw. für eine Tastatur 258 angeordnet ist. Die Tablare sind über ein Gestänge 260 und sechste Drehpositionierungsmittel 262 mit der Unterlage 200 verbunden. Sie können um eine zur X-Y-Ebene senkrechte Achse verdreht werden.14 shows this measuring device in a side view. Trays 250 and 252 can be seen therein, on which a data processing system 254 with a monitor 256 or for a keyboard 258 is arranged. The trays are via a linkage 260 and sixth rotary positioning means 262 connected to the pad 200. They can be rotated about an axis perpendicular to the XY plane.

In Fig. 13 sind noch Stützen 264 dargestellt, welche die gesamte Vorrichtung insbesondere bei Drehbeweglichkeitsübungen stabilisieren.In FIG. 13, supports 264 are also shown, which stabilize the entire device, in particular during exercises for rotational mobility.

Fig. 15 zeigt beispielhaft einen teilweisen Längsschnitt des vierten Drehpositionierungsmittels 242 (vgl. z.B. Fig. 12) in einer vergrößerten Darstellung. Es enthält sowohl Mittel zur Drehpositionierung als auch Mittel zur Kraftmessung. Ferner sind die Enden des Schwenkarms 214 und des Auslegers 210 teilweise zu erkennen, welche mit dem Drehpositionierungsmittel 242 verbunden sind. Das Drehpositionierungsmittel 242 ist dabei starr an dem Schwenkarm 214 befestigt und ermöglicht Drehungen des Auslegers 210 um eine Achse 270. Es ist für isometrische Übungen ausgelegt. Für dynamische Übungen müßten verschiedene der unten beschriebenen Bauteile durch einen Elektromotor ersetzt werden.FIG. 15 shows, by way of example, a partial longitudinal section of the fourth rotational positioning means 242 (see, for example, FIG. 12) in an enlarged view. It contains means for rotational positioning as well as means for force measurement. Furthermore, the ends of the swivel arm 214 and the arm 210, which are connected to the rotary positioning means 242, can be seen in part. The rotary positioning means 242 is rigidly attached to the swivel arm 214 and enables the boom 210 to be rotated about an axis 270. It is designed for isometric exercises. For dynamic exercises, various of the components described below would have to be replaced by an electric motor.

Der Ausleger 210 ist an der vorderen Seite (in der Darstellung links) einer zylindrischen Ankernabe 272 unter anderem durch Zylinderschrauben 274, 276 festgeschraubt. Die Ankernabe 272 ist im Längsschnitt T-förmig, d.h. sie hat in ihrem vorderen Bereich einen großen und in ihrem hinteren Bereich einen kleinen Außendurchmesser. Ihr Innendurchmesser ist hingegen im wesentlichen gleichbleibend.The arm 210 is screwed onto the front side (on the left in the illustration) of a cylindrical armature hub 272, among other things by cylinder screws 274, 276. The anchor hub 272 is T-shaped in longitudinal section, i.e. it has a large outside diameter in its front area and a small outside diameter in its rear area. However, their inside diameter is essentially constant.

Die Innenwand der Ankernabe 272 ist über erste Rillenkugellager 278, 280 drehbar und konzentrisch um eine zylindrische Hohlwelle 282 angeordnet. Sie kann somit um die Mittelachse 270 der Hohlwelle 282 verdreht werden. Die Rillenkugellager 278, 280 werden dabei durch Sicherungsringe und Distanzhülsen (keine Bezugszeichen) längs der Achse 270 fixiert.The inner wall of the armature hub 272 can be rotated via first deep groove ball bearings 278, 280 and is arranged concentrically around a cylindrical hollow shaft 282. It can thus be rotated about the central axis 270 of the hollow shaft 282. The deep groove ball bearings 278, 280 are fixed along the axis 270 by means of retaining rings and spacer sleeves (no reference symbols).

Im folgenden wird der Begriff "konzentrisch" ohne weitere Bezugnahme für alle kreisförmigen bzw. zylindrischen Bauteile verwendet, deren Mittelachse mit der Achse 270 zusammenfällt.In the following, the term "concentric" is used without further reference for all circular or cylindrical components, the central axis of which coincides with the axis 270.

Desweiteren ist in einer konzentrischen Aussparung im vorderen Bereich der Ankernabe 272 ein ringförmiger Mitnehmer 284 konzentrisch so angeordnet, daß seine freie Oberfläche bündig mit der vorderen Oberfläche der Ankernabe 272 abschließt. Er ist mit der Ankernabe 272 über Zylinderschrauben 286 (u.a.) fest verbunden. Sein Außendurchmesser ist kleiner als der Außendurchmesser des vorderen Bereichs der Ankernabe 272 und größer als der Innendurchmesser der Ankernabe 272.Furthermore, an annular driver 284 is arranged concentrically in a concentric recess in the front region of the armature hub 272 in such a way that its free surface is flush with the front surface of the armature hub 272. It is firmly connected to the anchor hub 272 via cylinder screws 286 (among others). Its outer diameter is smaller than the outer diameter of the front area of the armature hub 272 and larger than the inner diameter of the armature hub 272.

Der Mitnehmer 284 ist im Längsschnitt ebenfalls T-förmig. Sein hinteres Ende liegt reibungsfrei im Inneren der Hohlwelle 282. An diesem hinteren Ende ist über Schraub-, Nut- und Federmittel 288 eine konzentrische Welle 290 starr befestigt, welche gleichfalls im Inneren der Hohlwelle 282 liegt. Die radiale Fixierung der Welle 290 erfolgt im vorderen Bereich durch die ersten Rillenkugellager 278, 280 über den Umweg aus Ankernabe 272 und Mitnehmer 284. Letztere bilden einen Greifarm, welcher aus dem Inneren der Hohlwelle 282 um deren vorderes Ende herum greift und von außen über die ersten Rillenkugellager 278, 280 die Außenoberfläche der Hohlwelle 282 konzentrisch umfaßt. Der hintere Bereich der Welle 290 wird hingegen einfach durch zweite Rillenkugellager 292 radial fixiert, welche zwischen der Innenwand der Hohlwelle 282 und der Welle 290 bündig angeordnet sind. Die Hohlwelle 282 ist schließlich starr mit einer Fundamentplatte 294 und diese wiederum starr mit dem Schwenkarm 214 verbunden.The driver 284 is also T-shaped in longitudinal section. Its rear end lies frictionless inside the hollow shaft 282. At this rear end, a concentric shaft 290 is rigidly fastened via screw, groove and spring means 288, which also lies in the interior of the hollow shaft 282. The radial fixation of the shaft 290 takes place in the front area by the first deep groove ball bearings 278, 280 via the detour from the armature hub 272 and driver 284. The latter form a gripping arm which grips around the front end of the hollow shaft 282 and from the outside via the first deep groove ball bearing 278, 280 concentrically surrounds the outer surface of the hollow shaft 282. The rear area of the shaft 290, on the other hand, is simply fixed radially by second deep groove ball bearings 292, which are arranged flush between the inner wall of the hollow shaft 282 and the shaft 290. The hollow shaft 282 is finally rigidly connected to a foundation plate 294, which in turn is rigidly connected to the swivel arm 214.

Mit den bisher dargestellten Bauteilen sind also beliebige Drehungen des Auslegers 210 um die Achse 270 möglich. Dabei wird jeweils die Ankernabe 272, der Mitnehmer 284 und die Welle 290 mitgedreht, während die Hohlwelle 282, die Fundametplatte 294 und der Schwenkarm 214 unbewegt bleiben. Die Welle 290 liegt im Inneren der Hohlwelle 282, während die Ankernabe 272 sie von außen umfaßt. Die starre Hohlwelle 282 wird somit von drehbaren Teilen von innen und von außen umgeben. Die drehbaren Teile sind dabei über erste und zweite Rillenkugellager 278, 280; 292 radial gegen die Hohlwelle 282 fixiert. Für eine Fixierung der drehbaren Teile in einer gewünschten Position und somit für eine reproduzierbare Positionierung des Auslegers 210 sind weitere Bauteile vorgesehen, welche im folgenden beschrieben werden.With the components shown so far, any rotation of the boom 210 about the axis 270 is possible. The anchor hub 272, the driver 284 and the Rotated shaft 290, while the hollow shaft 282, the foundation plate 294 and the swivel arm 214 remain stationary. The shaft 290 lies inside the hollow shaft 282, while the armature hub 272 surrounds it from the outside. The rigid hollow shaft 282 is thus surrounded by rotatable parts from the inside and outside. The rotatable parts are via first and second deep groove ball bearings 278, 280; 292 radially fixed against the hollow shaft 282. Further components, which are described below, are provided for fixing the rotatable parts in a desired position and thus for reproducibly positioning the arm 210.

Zunächst ist an der Ankernabe 272 ein ringförmiger Permanentmagnet 296 konzentrisch angebracht. Dieser bildet zusammen mit einem ringförmigen, konzentrischen Elektromagneten 298 eine Permanentmagnetbremse, wie sie beispielsweise als Fertigbauteil vom Typ 14.118.14.2.0.3 von Fa. Lenze in D-31763 Hameln erhältlich ist. Eine derartige Permanentmagnetbremse läßt zwei Einstellungen zu.First, an annular permanent magnet 296 is concentrically attached to the armature hub 272. Together with an annular, concentric electromagnet 298, this forms a permanent magnet brake, as is available, for example, as a prefabricated component of the type 14.118.14.2.0.3 from Lenze in D-31763 Hameln. Such a permanent magnet brake allows two settings.

Zum einen besteht die Möglichkeit, daß am Elektromagneten 298 Strom anliegt. Dies hat zur Folge, daß zwischen dem Elektromagneten 298 und dem Permanentmagneten 296 ein Lüftspalt 300 entsteht, d.h. die beiden Magneten stoßen sich ab. Um dies zu ermöglichen, ist der Permanentmagnet 296 über Federmittel 302 an der Ankernabe 272 befestigt. Die Federmittel 302 können aus einem federnden konzentrischen Ring bestehen. Dieser ist an mehreren, symmetrisch verteilten Stellen mittels Nieten 304 etc. an dem Permanentmagneten 296 angenietet. An anderen, ebenfalls zueinander symmetrisch liegenden Stellen ist er durchbohrt. Hinter den Bohrlöchern befinden sich Aussparungen im Permanentmagneten 296, welche je einen Schraubkopf 306 aufnehmen. Dabei ist der Durchmesser des Schraubkopfes 306 jeweils größer als die Bohrung, so daß der Schraubkopf 306 in der Aussparung im Permanentmagneten 296 fixiert ist. An der vorderen Seite des Schraubkopfes 306 ist ein Gewindebolzen 308 ausgebildet, welcher jeweils mit einer Gewindebohrung 310 in der Ankernabe 272 verschraubt ist. Auf diese Weise kann der Permanentmagnet 296 seine Position längs der Achse 270 im Rahmen der Elastizität des Federrings derart verändern, daß der Luftspalt 300 geöffnet oder geschlossen werden kann.On the one hand, there is the possibility that current is applied to the electromagnet 298. The result of this is that an air gap 300 is created between the electromagnet 298 and the permanent magnet 296, ie the two magnets repel each other. To make this possible, the permanent magnet 296 is fastened to the armature hub 272 via spring means 302. The spring means 302 can consist of a resilient concentric ring. This is riveted to the permanent magnet 296 at several, symmetrically distributed locations by means of rivets 304 etc. It is pierced at other points that are also symmetrical to each other. There are recesses in the permanent magnet 296 behind the drill holes, each of which receives a screw head 306. The diameter of the screw head 306 is larger than the bore, so that the screw head 306 is fixed in the recess in the permanent magnet 296. On the front side of the screw head 306, a threaded bolt 308 is formed, which is screwed to a threaded bore 310 in the anchor hub 272. In this way, the permanent magnet 296 can change its position along the axis 270 within the framework of the elasticity of the spring ring in such a way that the air gap 300 can be opened or closed.

Fig. 15 stellt die Situation mit geöffnetem Luftspalt 300 dar. Dabei ist der Federring 302 entspannt. Schaltet man nun den Strom am Elektromagneten 298 wieder ab, so bestehen Anziehungskräfte zwischen dem Permanentmagneten 296 und dem Elektromagneten 298. Der Luftspalt 300 wird infolgedessen geschlossen. Der Federring 302 steht dabei unter elastischer Spannung. Aufgrund der Oberflächenreibung zwischen dem Permanentmagneten 296 und dem Elektromagneten 298 sind die drehbaren Teile in dieser Situation im wesentlichen starr fixiert.15 shows the situation with the air gap 300 open. The spring ring 302 is relaxed. If the current on the electromagnet 298 is now switched off again, there are attractive forces between the permanent magnet 296 and the electromagnet 298. The air gap 300 is consequently closed. The spring ring 302 is under elastic tension. Due to the surface friction between the permanent magnet 296 and the electromagnet 298, the rotatable parts are essentially rigidly fixed in this situation.

Die bisher dargestellten Bauteile des Drehpositionierungsmittels 242 ermöglichen also eine beliebige Drehpositionierung des Auslegers 210 bei Verdrehungen um die Achse 270. Sofern der Elektromagnet 298 unter Strom steht, kann diese Positionierung verändert werden. Sobald der Strom abgestellt wird, ist die Positionierung fest. Weitere Bauteile zur Kraftmessung werden im folgenden beschrieben.The components of the rotary positioning means 242 shown so far enable any desired rotational positioning of the arm 210 when rotated about the axis 270. If the electromagnet 298 is energized, this positioning can be changed. Once the power is turned off, the positioning is fixed. Further components for force measurement are described below.

Kraftmessungen erfolgen in diesem Ausführungsbeispiel nur dann, wenn die beweglichen Teile fest positioniert sind. Für Kraftmessungen unter bewegten Auslegern etc. müßten etwa die gegen einen Elektromotor ausgeübten Kräfte gemessen werden.In this exemplary embodiment, force measurements are only carried out when the moving parts are firmly positioned. For force measurements under moving arms etc., the forces exerted against an electric motor would have to be measured.

Bei einer festen Positionierung stehen im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Permanentmagnet 296 und der abgeschaltete Elektromagnet 298 aufgrund von Anziehungskräften und daraus resultierenden Reibungskräften fest miteinander im Eingriff. Der Elektromagnet 298 ist aber andererseits dauerhaft mit einer zylindrischen und konzentrischen Magnetnabe 312 verbunden. Diese Magnetnabe 312 umgibt konzentrisch den hinteren Bereich der Hohlwelle 282. Zwischen der Innenoberfläche der Magnetnabe 312 und der Hohlwelle 282 sind dritte Rillenkugellager 314, 316 bündig angeordnet, so daß zwischen der Innenoberfläche der Magnetnabe 312 und der Außenoberfläche der Hohlwelle 282 beinahe keine Reibung entstehen kann. Dies ist für das im folgenden dargestellte eigentliche Kraftmeßsystem von Bedeutung.In the case of a fixed positioning, in the present exemplary embodiment the permanent magnet 296 and the switched-off electromagnet 298 are firmly engaged with one another due to attractive forces and the resulting frictional forces. The electromagnet 298 is on the other hand permanently connected to a cylindrical and concentric magnetic hub 312. This magnetic hub 312 concentrically surrounds the rear region of the hollow shaft 282. Between the inner surface of the magnetic hub 312 and the hollow shaft 282, third deep groove ball bearings 314, 316 are arranged flush, so that almost no friction can occur between the inner surface of the magnetic hub 312 and the outer surface of the hollow shaft 282 . This is important for the actual force measuring system shown below.

Die Magnetnabe 312 ist auf ihrer rechten und auf ihrer linken Seite jeweils mit einem Widerlager 318, 320 starr verbunden (vgl. Fig. 16, die Verbindungsmittel sind nicht dargestellt). Unterhalb von jedem Widerlager 318, 320 ist je ein Stützlager 324, 322 angeordnet, welches mit der Fundamentplatte 294 fest verbunden ist. Zwischen je einem Widerlager 318 bzw. 320 und dem dazugehörigen Stützlager 324 bzw. 322 ist jeweils ein Kraftsensor 326 bzw. 328 angeordnet. Derartige Kraftsensoren sind als Fertigbauteil vom Typ 8415, 5 kN von Fa. Burster in D-76587 Gernsbach erhältlich.The magnetic hub 312 is rigidly connected on its right and on its left side to an abutment 318, 320 (see FIG. 16, the connecting means are not shown). A support bearing 324, 322 is arranged below each abutment 318, 320, which is fixedly connected to the foundation plate 294. A force sensor 326 or 328 is arranged between an abutment 318 or 320 and the associated support bearing 324 or 322. Such force sensors are available as prefabricated components of type 8415, 5 kN from Burster in D-76587 Gernsbach.

Die Kraftmessung wird nun folgendermaßen durchgeführt: ein Proband übt auf den Ausleger 210 eine Kraft in einer der beiden möglichen Drehrichtungen aus, nachdem die beweglichen Teile durch die Permanentmagnetbremse fixiert sind. Da dabei der Permanentmagnet 296 und der Elektromagnet 298 in Eingriff stehen, wird das Drehmoment auf die Magnetnabe 312 übertragen. Diese ist jedoch mit den Widerlagern 320 und 318 fest verbunden. Infolgedessen wird das Drehmoment als Druckkraft je nach Drehrichtung auf den ersten Kraftsensor 326 oder den zweiten Kraftsensor 328 übertragen. Diese lassen gemeinsam mit den Stützlagern 322, 324 jeweils nur eine Mikrobewegung aller nunmehr zusammenhängenden und an sich beweglichen Bauteile zu. Die dritten Rillenkugellager 314, 316 verhindern dabei, daß Kräfte durch Reibung verloren gehen.The force measurement is now carried out as follows: a test subject exerts a force on the arm 210 in one of the two possible directions of rotation after the moving parts have been fixed by the permanent magnet brake. Since the permanent magnet 296 and the electromagnet 298 are in engagement, the torque is transmitted to the magnet hub 312. However, this is firmly connected to the abutments 320 and 318. As a result, the torque is transmitted as a compressive force to the first force sensor 326 or the second force sensor 328, depending on the direction of rotation. Together with the support bearings 322, 324, these each permit only one micro-movement of all components which are now connected and are movable per se. The third deep groove ball bearings 314, 316 prevent forces from being lost due to friction.

Weiterhin ist das Drehpositionierungsmittel mit den folgenden Bauteilen ausgestattet:The rotary positioning device is also equipped with the following components:

Fig. 15 zeigt teilweise ein Gegengewicht 330, welches über einen Gegenausleger 332, einen Koppelflansch 334 und Befestigungsmittel 336 mit der Welle 290 starr verbunden ist. Dabei ist das Gegengewicht so bemessen und angeordnet, daß es die Gewichtskraft des Auslegers 210 ausgleicht. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß die Kraftmessungen nicht vom Eigengewicht des Auslegers 210 beeinflußt werden.FIG. 15 partially shows a counterweight 330 which is rigidly connected to the shaft 290 via a counterjib 332, a coupling flange 334 and fastening means 336. The counterweight is dimensioned and arranged so that it balances the weight of the boom 210. This ensures that the force measurements are not influenced by the weight of the boom 210.

An dem Gegenausleger 332 sind ferner Fixiermittel 338 angebracht. Sie dienen der Fixierung -und damit außer-Kraftsetzung- des gesamten Drehpositionierungsmittels 242 in bestimmten Stelllungen. Dies kann für Messungen vorteilhaft sein, für welche an dieser Stelle des Skelett-artigen Gestänges lediglich eine starr gebogene Stelle benötigt wird.Fixing means 338 are also attached to the counter jib 332. They serve to fix — and thus deactivate — the entire rotary positioning means 242 in certain positions. This can be advantageous for measurements for which only a rigidly bent point is required at this point on the skeletal linkage.

Desweiteren sind in Fig. 15 noch Gehäuseteile 340, 342, 344, 346, 348, 350, 352 zu erkennen.Furthermore, housing parts 340, 342, 344, 346, 348, 350, 352 can also be seen in FIG.

Als Positionsmeßmittel dient ein inkrementaler Dreh- bzw. Impulsgeber 354, welcher über ein Reibrad 358 und einen Rundring 356 mit der Koppelflansch 334 verbunden ist. Der Impulsgeber ist als Fertigbauteil vom Typ MOM 20 der Fa. Megatron in D-85640 Putzbrunn erhältlich und mit einer Leiterkarte 360 verbunden.An incremental rotary or pulse generator 354 serves as position measuring means, which is connected to the coupling flange 334 via a friction wheel 358 and a round ring 356. The pulse generator is available as a finished component of the MOM 20 type from Megatron in D-85640 Putzbrunn and is connected to a 360 board.

In den einzelnen Figuren wurden Antriebsmittel für die Positionierungsmittel, Positionsmeßmittel, Datenübertragungsmittel, Mittel zur Umwandlung von eingegebenen oder gemessenen Daten in Steuersignale für Antriebsmittel oder Mittel zur Kraftmessung, Kabel etc. aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt oder nicht bezeichnet. Ergänzend sei noch darauf verwiesen, daß die erwähnten Mittel zur Umwandlung von Daten in Steuersignale in einen Universalrechner integriert sein können. Ferner können die Positionsmeßmittel in Antriebsmitteln integriert sein, oder, für eine manuelle Handhabung, zusätzlich oder stattdessen als Meßgeräte oder geeignete integrierte Skalen ausgebildet sein.In the individual figures, drive means for the positioning means, position measuring means, data transmission means, means for converting input or measured data into control signals for drive means or means for force measurement, cables etc. have not been shown or have not been designated for reasons of clarity. In addition, it should be pointed out that the means mentioned for converting data into control signals can be integrated in a general-purpose computer. Furthermore, the Position measuring means can be integrated in drive means, or, for manual handling, additionally or instead be designed as measuring devices or suitable integrated scales.

Claims (10)

Vorrichtung zur Vermessung und zum Training von Kräften und/oder Beweglichkeiten von Mensch oder Tier, welche a) Mittel zur Kraft- und/oder Beweglichkeitsmessung mit vorgegebenen Angriffsmitteln (40,42,44,46, 60,62,60',62',70,72; 130,132,134,136; 204;206); und b) Positionierungsmittel (12,20,50,56,80,82,90,92; 110,112,122,140,142,144,146; 222,224,226,231,232, 234,236,238,240,242,244,246,248) zur reproduzierbaren Einstellung der Relativlage von Körperteilen und Angriffsmitteln (40,42,44,46, 60,62,60',62',70,72; 130,132,134,136; 204;206) aufweist.Device for measuring and training forces and / or mobility of humans or animals, which a) means for measuring force and / or mobility with predetermined means of attack (40, 42, 44, 46, 60, 62, 60 ', 62', 70, 72; 130, 132, 134, 136; 204; 206); and b) Positioning means (12,20,50,56,80,82,90,92; 110,112,122,140,142,144,146; 222,224,226,231,232, 234,236,238,240,242,244,246,248) for reproducible adjustment of the relative position of parts of the body and means of attack (40.42.44.46, 60.62.60 ' , 62 ', 70.72; 130,132,134,136; 204; 206) having. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Angriffsmittel (40,42,44,46,60,62,60',62',70,72; 130,132,134,136) als Kraftaufnahmeplatten und die Mittel zur Kraftmessung als Kraftmeßdosen ausgebildet sind.Device according to Claim 1, in which the engagement means (40, 42, 44, 46, 60, 62, 60 ', 62', 70, 72; 130, 132, 134, 136) are designed as force absorption plates and the means for force measurement are designed as load cells. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Mittel zur Positionierung und/oder zur Kraft- und/oder Beweglichkeitsmessung Magnetbremsen aufweisen.Device according to one of the preceding claims, in which the means for positioning and / or for force and / or mobility measurement have magnetic brakes. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Positionierungsmittel einen räumlich verstellbaren Liegesessel (10) zur Aufnahme eines Probanden umfassen.Device according to one of the preceding claims, wherein the positioning means comprise a spatially adjustable recliner (10) for receiving a subject. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher a) als Angriffsmittel Handgriffe (204,206) vorgesehen sind; b) die Handgriffe (204,206) an je einem Skelett-artigen Gestänge (208,212,216; 210,214,216) fest oder verstellbar gelagert sind; und c) die Skelett-artigen Gestänge (208,212,216; 210,214,216) zur flexiblen räumlichen Positionierung der Handgriffe (204,206) ausgebildet sind. Device according to one of the preceding claims, in which a) handles (204, 206) are provided as the means of attack; b) the handles (204, 206) are each fixed or adjustable on a skeleton-like linkage (208, 212, 216; 210, 214, 216); and c) the skeleton-like linkages (208, 212, 216; 210, 214, 216) are designed for flexible spatial positioning of the handles (204, 206). Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher wenigstens ein Positionierungsmittel (12,20,50,56, 80,82,90,92; 110,112,122,140, 142,144,146; 222,224,226, 231,232, 234,236,238, 240,242,244,246,248) mit Antriebsmitteln ausgerüstet ist.Device according to one of the preceding claims, in which at least one positioning means (12, 20, 50, 56, 80, 82, 90, 92; 110, 112, 122, 140, 142, 144, 146; 222, 224, 262, 231, 232, 234, 236, 238, 240, 242, 244, 246, 248) is equipped with drive means. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Positionierungsmittel (12,20,50,56, 80,82,90,92; 110,112,122,140,142,144,146; 222,224,226, 231,232, 234,236,238,240,242,244,246,248) Positionsmeßmittel zur Messung von Relativpositionen von wenigstens einem Körperteil und einem Angriffsmittel (40,42,44,46,60,62, 60',62',70,72; 130,132,134,136; 204;206) aufweisen.Device according to one of the preceding claims, in which the positioning means (12, 20, 50, 56, 80, 82, 90, 92; 110, 112, 122, 140, 142, 144, 146; 222, 224, 262, 231, 232, 234, 236, 238, 240, 422, 244, 244, 248) position measuring means for measuring relative positions of at least one part of the body and an attacking means (40 , 42,44,46,60,62, 60 ', 62', 70,72; 130,132,134,136; 204; 206). Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche mit Mitteln zur Datenverarbeitung (254, 256, 258), einschießlich Mitteln zur Eingabe (258), Speicherung und Ausgabe von meß- und trainingsrelevanten Daten (256).Device according to one of the preceding claims with means for data processing (254, 256, 258), including means for input (258), storage and output of measurement and training-relevant data (256). Vorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher die Datenverarbeitungsmittel (254, 256, 258), die Antriebsmittel und/oder die Meßmittel für einen Austausch von Steuer- oder Meßdaten ausgelegt sind.Apparatus according to claim 8, in which the data processing means (254, 256, 258), the drive means and / or the measuring means are designed for an exchange of control or measurement data. Drehpositionierungsmittel für eine Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem a) drehbare Teile (272, 284, 290, 330, 332, 334) über eine Permanentmagnetbremse (296, 298) in gewünschten Positionen fixierbar sind; b) die Permanentmagnetbremse (296, 298) mit Mitteln zur Kraftmessung (318, 320, 322, 324, 326, 328) verbunden ist; und c) Mittel (314, 316) zur Minimierung der Reibung bei der Übertragung von Kräften auf die Mittel zur Kraftmessung (318, 320, 322, 324, 326, 328) vorgesehen sind. Rotary positioning means for a device according to any one of the preceding claims, in which a) rotatable parts (272, 284, 290, 330, 332, 334) can be fixed in desired positions via a permanent magnet brake (296, 298); b) the permanent magnet brake (296, 298) is connected to means for force measurement (318, 320, 322, 324, 326, 328); and c) means (314, 316) for minimizing the friction during the transmission of forces to the means for force measurement (318, 320, 322, 324, 326, 328) are provided.
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