WO2007096069A2 - Apparatus and method for training the movement of a hitting implement for hitting a ball, in particular for golf, for baseball, for tennis and for ice hockey - Google Patents

Apparatus and method for training the movement of a hitting implement for hitting a ball, in particular for golf, for baseball, for tennis and for ice hockey Download PDF

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racket
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Definitions

  • Apparatus and method for training the movement of a racket for hitting a ball in particular for the game of golf, for baseball, for tennis and for ice hockey.
  • the invention relates to a device according to the preamble of claim 1, uses according to claims 29-33 and a method according to claim 34 et seq.
  • Swing training devices that attempt to solve the problem in real time to allow feedback of the deviation of the impact from an excellent swing plane to the striking person and thus a correction are known.
  • a disadvantage of this solution is also that the weight of the joints falsified the Schlägergef ⁇ hl and the club head is difficult to feel. In addition, the use not possible to use a personal racquet or racquet set. Another disadvantage is that training for different club lengths or different swing levels (eg different Liewinkel golf) requires several training racket.
  • Racket shaft e.g. by turning the wrist. So it is e.g. it is possible to move the laser along a line indicating the swing plane without the shot being made correctly. In addition, there is a dead zone when neither laser points to the ground. The disadvantage here too is that no information is available for the course of a shock.
  • the present invention solves the problem of determining deviations of any desired club from an excellent swing track, clearly signaling them as errors both in real time during the strike, and enabling a subsequent evaluation of the complete time course of the strike.
  • the object of the present invention is to find a flexible, portable and inexpensive device and a method for training the movement of a racket on an excellent swing track.
  • the object is achieved in that a means for determining the two-dimensional acceleration vector (12) perpendicular to the axis of the club shaft (1) and a means (7) for determining the rotation thereof, with respect to the beginning of the shock, with the club shaft (1 ) are connected via a fastening device (11).
  • the means (7, 12) for determining the two-dimensional acceleration vector and for determining the angle of rotation (7) provide output signals which are processed by a computing means (8) according to one or more of the methods described herein to an error magnitude which the beating person with a signal generator (9) is signaled.
  • the data provided by the device is recorded on a data memory (10).
  • the recorded data is further processed with a computer program during and after the execution of the blow, in accordance with one or more of the methods of sweep analysis and error correction (52) described herein.
  • the device does not require any modification of rackets or is limited to special rackets, but can be used with the game-designed rackets or personal rackets, giving the possibility of achieving a more realistic training feel and thus improving the relationship between training and performance in the ball game is possible.
  • Another advantage is the generation of measured data.
  • the presence of measurement data enables their transmission, recording and further processing (e.g., correction, filtering, analysis) and the additional possible evaluation of the kinetics of a momentum by evaluating the recorded time history.
  • Fig. 2 I Different phases of the golf swing, illustrating the rotation of the Meßkoordinatensystems about the axis of the club shaft
  • Fig. 10 Presentation of the time course of recorded data for different beats with identification of backswing A and downturn B a) good and better hit of a golfer with a low handicap b) fast and slow run of a golfer with a low handicap c) Two turns of a golfer with high handicap with early and late deflection of the right wrist d) influence of shoulder rotation on the angle of rotation, golfer with high handicap e) wrist normal and palmar flexed f) strong and weak grip g) comparison of two reduced turns h) rotation angle and acceleration for reduced swing i) rotation angle for two turns, inwards and outwards j) accelerations, normal swing, high handicap k) comparison of the turning angles of two golfers with high and low handicap 1) fast and slow running of a low handicap golfer
  • Fig. 13 Representation of the position of the racket on the excellent swing path a) in the response position and b) when picking up for a normal shot.
  • the first embodiment of the device according to the invention is the use as a golf practice device.
  • the disclosure of the invention using the example of a golf practice device is not a limitation for other uses for ball sports with rackets and is for illustrative purposes only.
  • Part of the embodiment of the inventive device is a conventional golf club with handle (2), shaft (1) and club head (3).
  • the construction of the device according to the invention is illustrated using the example of a golf training apparatus with reference to FIG.
  • racket consisting of shaft (1), handle (2) and head (3) are a means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector in the plane perpendicular to the axis of the club shaft (1) and means (7) for detecting the angle of rotation of the two-dimensional acceleration vector about the axis of the club shaft (1) since the start of the stroke via the fastening device (1 1) mounted.
  • the golf club Before the beginning of the stroke, in the rest position or in the so-called response position, the golf club forms with the bottom of the angle 9 (see also Fig. 2a).
  • This angle is called the Liew angle and is steeper for shorter clubs (iron) and smaller for longer clubs (woods).
  • the Liewinkel 3 ranges from 50 degrees for a driver to 64 degrees for a wedge.
  • the golfer endeavors, during the backswing and downswing, to guide the racket parallel to the plane (14) pointing in the direction of the target and parallel to the axis of the racket shaft, ie inclined by the angle of elevation to the gravitational vector.
  • This swing plane should completely contain the desired excellent swing path.
  • the embodiment of the device according to the invention solves, inter alia, the problem of improving the training of the guidance of the golf club on this swing plane (14).
  • the aim is to signal a fault in real time during the golf swing of the batting person in the event of deviation from this level, as well as subsequently to provide easily interpretable measurement data for evaluating the golf swing.
  • Figs. 1a-c are illustrative of the location of the sensor coordinate system with respect to the beating person. If the racket moves exactly on the swing plane (14), no acceleration forces should occur out of the swing plane.
  • the means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector has an acceleration sensor (6) which is mounted perpendicular or normal to this swing plane (14) on the club shaft (1), then it measures all accelerations a y 'in the Direction y out of this plane. If the acceleration sensor (6), which is sensitive in the y direction, but tilted with respect to the normal vector of the swing plane (14) in the axis of the club shaft (1), he would also accept not to be signalized accelerations within the swing plane (14) true. For the static case, in the rest position or the response position, this problem could, for example, be determined according to the invention.
  • the means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector in the plane perpendicular to the axis of the club shaft (1) has a further acceleration sensor (5) which is sensitive in the x direction and the acceleration signals a x 'supplies.
  • the x direction lies in the swing plane (14) and is perpendicular to the club shaft (1) and perpendicular to the acceleration sensor (6) that is sensitive in the y direction.
  • the means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector in the plane perpendicular to the axis of the club shaft (1) provides the output signals a x 'and a y '. Will now be the acceleration sensor coordinate system, which by the
  • the angle p between the normal vector N on the plane and the coordinate system xy in the rest position can be determined since that of the means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector in the plane perpendicular to the axis of the club shaft (1) measured projection of the gravitational vector g in the measurement plane x and y the same direction as the normal vector N has. If, however, the bat is moved, on the one hand, the change from the means (12) to
  • the means for detecting the two-dimensional acceleration vector (12) perpendicular to the axis of the club shaft (1) may for example be constructed of two sensors (5, 6) which are sensitive in a single axis, but these are advantageously adjusted perpendicular to one another.
  • these acceleration sensors for the x and y components (5, 6) have a measuring range of 10 g.
  • a 2-axis acceleration sensor which has two axes that are perpendicular to one another in a housing at the factory, is an advantage.
  • the means for determining the two-dimensional acceleration vector (12) perpendicular to the axis of the club shaft (1) with the club shaft (1) is firmly connected.
  • the acceleration sensor supplies to the acceleration components of the acceleration
  • the means for detecting the two-dimensional acceleration vector (12) perpendicular to the axis of the club shaft (1) is mounted as close as possible to it.
  • An advantageous embodiment of the invention uses MEMS designs of gyro sensors (13).
  • the gyro sensor (13) has, for example, a measuring range of 300 ° / s.
  • a means (7) with the ability to measure the angle of rotation ⁇ about the axis of the club shaft (1) since the beginning of the impact with the axis of the club shaft (1) is firmly connected.
  • This means (7) outputs analog or digital output signals upon rotation of the racket about its shaft axis.
  • the rotation angle ⁇ as a function of the time t without a sensor, for example from a mathematical model, from experience or another method.
  • the temporal course of the Rotation angle for example, and taken from one of the figures 10 approximated by a polynomial are then to be approximated from the acceleration signals a x and a y with respect to width (duration) and amplitude (angle of rotation) reconstructed taking into account the continuity ..
  • the device according to the invention can advantageously be extended by a means (4) for detecting the radial acceleration in the z direction, ie parallel to the axis of the club shaft (1).
  • the measuring range for the acceleration sensor (4) of the radial (z-direction) component can be varied by the position of the sensor along the shaft (1) within limits. This makes use of the fact that the acceleration signals with increasing distance from the center of rotation, including the handle (2), increase.
  • the dimensioning of the sensor can be done for example between 10g and 100g.
  • a plurality of means (4) for detecting the radial acceleration in the z direction, each with a different distance to the handle (2) or different dimensions of the measuring range can be used. This creates the opportunity to achieve a correspondingly high resolution of the measurement signal both at high and low impact speeds.
  • a further advantageous embodiment of the device according to the invention uses more than one means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector perpendicular to the axis of the club shaft (1) with different distances to the handle (2).
  • both differential accelerations can be measured and the measuring range and sensitivity of the acceleration sensors can be adapted to the respective conditions.
  • the particular circumstances include both the characteristics of available acceleration sensors and the particularities of the individual ball sports with more or less strongly accelerated strokes.
  • An advantageous embodiment of the invention uses MEMS versions of acceleration sensors.
  • a computing means a microcontroller, which is able to further process the output signals provided by the sensors after amplification and digitization.
  • a part of the memory (10) is non-volatile and keeps the firmware, another part of the memory (10) is used for program execution. Another part of the memory (10) is used to record time-dependent data of complete beats.
  • the use of a flash memory card allows the easy exchange of data with PCs or other peripherals.
  • IO module there are further interfaces and precautions for the corresponding signaling of flywheel errors with a signal transmitter (9) (LED, loudspeaker, headphones, control for vibration motor, display, etc.).
  • the device with the sensors, the microprocessor, the computer interface, the power supply and signaling in a compact housing (16) is summarized and housed in a simple way mechanically at one point of the club shaft (1) with a Fixing device (1 1) can be attached.
  • the attachment can be done by means of a clamping device.
  • the clamping device may e.g. have two jaws that close around the club shaft (1) in a suitable manner. This can e.g. can be realized if one uses the jaws on the thin, lower end of the club near the club head (3) and pushes along the thickening shaft towards the handle (2) upwards.
  • the described embodiment of the device according to the invention can be advantageously used as a game input device for golf software.
  • the device has corresponding interfaces.
  • a further advantageous embodiment of the invention has additional sensors, which detects accelerations or rotational movements of the golfer.
  • These sensors can be attached to the golfer's body e.g. be brought into a certain relationship by accommodation in the clothing. It is advantageous to measure rotational movements or acceleration forces in the shoulder, back, hip, upper arm and lower arm area.
  • MEMS acceleration sensors and MEMS gyro sensors are advantageous because of their small dimensions and weights. responsible for the portability and flexibility and the low impact on the club feel during the swing.
  • MEMS accelerometers and MEMS gyro sensors allow low cost and the ability to electronically process the digital or analog output signals.
  • FIG. 6 shows the data flow diagram for the described embodiment of the method with the described embodiment (FIG. 3) of the device according to the invention according to claim 1.
  • the means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector perpendicular to the axis of the club shaft (1) provides the measured accelerations a 'in the xy measurement plane perpendicular to the axis of the club shaft (1).
  • the gyro sensor (13) supplies, as part of the means (7) for determining the angle of rotation about the axis of the club shaft (1), an output signal which is related to the angular velocity ⁇ of the shaft.
  • the aim of a first calibration for the means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector is to measure the acceleration a in units of g.
  • the so-called offset is the nonzero output when the center (12) is at rest and the x y measurement plane is perpendicular to g.
  • the gyrosensor (13) as part of the means (7) for detecting the angle of rotation must also be calibrated.
  • the determination of the offsets of the angular velocity ⁇ Offsel takes place as a measurement of the output signal of the gyro sensor (13) in the rest position of the invention Contraption.
  • the offset is subtracted in each case from the output signal of the gyro sensor (13).
  • the determination of the angle of rotation takes place according to the invention according to the following method:
  • the output signal of the gyro sensor (13) is sampled, for example, with a frequency of IkHz.
  • the output of the gyro sensor (13) is related to the angular velocity of the racket.
  • Time integration (63) of the output signal of the gyro sensor (13) provides an angle.
  • To calibrate this angle in degrees one determines the integral I for a known rotation angle ⁇ , wherein the position of its sensitive axis is not changed in space. This procedure can be performed both at the factory and in the field. In the field, for example, the club shaft with the attached device can be rotated about its axis by a known angle ⁇ .
  • the integrals are approximated by summing the output signals measured at a certain sampling rate:
  • FIG. 7 shows the time sequence of the method according to the invention for determining real-time training information and for recording time profiles of momentum parameters.
  • a factory calibration (50) is used to determine individual hardware parameters of the device according to the invention as a necessary prerequisite for the execution of the method according to the invention.
  • the program code is loaded into the memory and the conditions for proper function are created.
  • the calibration (71) of the device takes place, for example, the offsets of the means (12) for the detection of the two-dimensional acceleration vector and the means (7) for determining the angle of rotation and the Lie angle are determined.
  • An embodiment of the method (72) may be based, for example, on detection of the triggering of a switch.
  • Another embodiment of method (72) advantageously uses the output signals of
  • the determination of Liewinkel, excellent swing and twist (54-57) is performed.
  • the measurement (60), preprocessing (62), integration (63) of the angular velocity, rotational transformation (65) and the determination of the acceleration components in the direction of the normal vector of the plane in which the excellent flywheel runs and in a loop are successively measured Determination of the error signal and its signaling performed.
  • the determination of the current rotation angle ⁇ is effected by integration (63) of the angular velocity..
  • a precise time measurement since the beginning of the beat can be derived from the clock for the microcontroller.
  • the beat After storing (73) the results with a time stamp, it is determined according to a method (74) whether the beat has ended or is aborted. After a complete hit, the time-dependent data is available and available for post-processing (75).
  • the measured values a x and a y of the means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector are dependent on ⁇ p, but since ⁇ is now known, however, they can simply be turned back (2D rotation transformation 65).
  • a rotation of a x and a y by the rotation angle ⁇ and by the rotation p then gives the magnitudes of the acceleration in the direction of the normal vector and in the direction of the tangential vector standing perpendicular thereto.
  • the two-dimensional rotation matrix is:
  • the rotation (65) is made by multiplying the two-dimensional acceleration vector with the matrix R.
  • FIG. 9 shows, by way of example, the angle of rotation, the unrotated and the values of rotation rotated by the angle of rotation, which occur during a beat and are recorded. With the illustrated embodiment, one no longer measures position information but only accelerations.
  • the problem of determining an error quantity E (69) can be solved by various methods, taking into consideration the position information of the excellent flywheel (57) and parameters for the maximum permissible deviation (58) thereof:
  • the magnitude of the deviation directly derived a training signal of a Norma i from the flywheel plane, the audible alarm to direct the golfer during the swing, tactile (vibration), or made visible can.
  • Volume, pitch, vibration frequency or light intensity can be correlated with the amplitude of the deviation.
  • the golfer can break the momentum with appropriate signal strength.
  • An advantageous embodiment of the invention therefore specifies range limits which allow a classification of the momentum into several categories (excellent, good, satisfactory, bad, etc.).
  • the deviation from a Norma i is scaled by the magnitude of the acceleration component in the club axial direction a z . Since a z is approximately equal to the radial acceleration a R a d iai and thus approximately proportional to the speed of the racket, the fact would advantageously be taken into account that deviations of a N ⁇ rmai are not weighted higher in faster beats than in slow beats. Thus, a better consistency in the perception of the training signal is given for both fast and slow turns.
  • the current time profile of the rotated acceleration components is compared with a reference momentum.
  • the reference momentum is determined from a mathematical model, from experience or from the recording of one or more data for a golf swing.
  • a fifth variant uses a method for adapting the parameters of a computer model to the data supplied by the training device.
  • a computer model for example, the so-called double pendulum model, which is illustrated in FIG. 12, can be used.
  • this model of a golf swing there are two centers of rotation (shoulders and wrists), with the arms rotating through the angle a ⁇ ⁇ f) and the club shaft (1) through the angle a 2 (t).
  • the club shaft (1) as shown in FIG.
  • the cone angle or the associated opening angle between excellent swing plane (14) and faulty swing plane (15) are determined as a measure of the deviation from the fit of the measured and subsequently rotated acceleration values to the acceleration values calculated via the model approach.
  • Another variant derives the error signal from the evaluation of the speed at which the club moves out of the swing plane or from the evaluation of the distance of the sensors from the excellent swing path. The speed is calculated from the simple and the distance from the double integration of the acceleration derived from the supply signal a N ⁇ rm ai. The results of the double integration of the time courses of the accelerations are shown for a good and bad impact in Fig. 15a-b.
  • the error size E is determined in real time and fed back to the golfer via a signal generator (9).
  • the error signal is audible, felt (vibration) or visualized for immediate alerting of the golfer during the swing.
  • Volume, pitch, vibration frequency or light intensity can be correlated with the amplitude of the deviation.
  • the golfer can break the momentum with appropriate signal strength.
  • An advantageous embodiment of the invention specifies range limits which allow a classification of the momentum into several categories (excellent, good, satisfactory, bad, etc.).
  • the data of acceleration and angle of rotation during a complete swing are recorded on a memory. This can also happen for a certain number of turns. This allows the subsequent evaluation of a golf swing with the aim of gaining further training information.
  • Additional information can be obtained from the comparison of sweeps, in particular the comparison with the recorded data of a reference swing of a professional or with data obtained from a model.
  • the dynamics of the wrist rotation and wrist release, essential sources of faulty golf swings can be evaluated.
  • Fig. 10 shows a series of examples. For better comparability of beats with different dynamics, the time axis in the presentation has been shifted so that the count starts at 0 at the moment of impact.
  • the point in time at which the ball makes contact with the racket can be identified according to the invention from the maximum acceleration values of the acceleration sensors (shock).
  • the backswing phase A and the downswing phase B have been identified and represented over time.
  • a method for determining the reversal point between the backswing (backswing) and slowdown (beating) is based on the interpretation of a ⁇ a n ge nt ⁇ ai (t).
  • This acceleration component has a minimum at the reversal point. at sufficiently high temporal resolution of the measurement is the radial acceleration at zero.
  • Another method for determining the reversal point is erf ⁇ ndungsgemäss on the determination of the minimum or zero crossing of the acceleration component a z parallel to the shaft axis (hereinafter a rad i a i called) before the impact moment.
  • Fig. 10a are the acceleration components aN ORMA iO) and a wheel, a ⁇ (t) as a function of time for a good and a better impact of a golfer with a low handicap.
  • the maximum of the acceleration component a Rad i a i is for a good GoI; fer expected at impact, which here by the strong deflection of Be: acceleration sensors distinguished.
  • the acceleration a Rad i a i even reaches full rash of 15g at impact (saturation). In principle one could use a sensor with a larger one
  • Fig. 10a it can be seen that after the z NEN (with respect to the excellent swing path after) below launched swing dung according inventions be recognized in that the acceleration component a N ⁇ rma i deviates downward from the zero line in phase A.
  • the acceleration component a Norma i is smaller for a better momentum.
  • Fig. 1 (b) the accelerations over time are shown for a fast and slow running stroke of a low handicap golfer. The same racket was used both times. The respective reversal points (Ausholen / hitting) are marked (minima of the radial acceleration). Since the radial acceleration is proportional to the speed, according to the invention, both the height of the acceleration value a Rad i a i at the moment of impact and the distance reversal point to impact moment for evaluating or comparing speeds of a momentum can be used. The associated angles of rotation for both turns are shown in FIG. 101. The absolute rotation remains almost untouched by the speed of execution of the beat. Fig. 10c shows the measured angle of rotation over time for two turns.
  • a high-handicap golfer deliberately angles his right wrist at various times during the swing.
  • the angle of rotation also shows that for a golfer with high This is shown in more detail in Fig. 10k, which compares the time course of the angle of rotation for a golfer with high and low handicap.
  • the angle of rotation of the better golfer is much more symmetrical and smoother
  • the wrist rotation and the timely unlocking of the wrist up to the impact moment can be read from the course of the rotational angle during the swing
  • angles of rotation for differently twisted shoulders of a golfer with a high handicap to see the training device according to the invention can be used for specific training of the shoulder rotation.
  • FIG. 10e shows the influence of a respectively normal and palmar-flexed wrist on the angle of rotation and the acceleration components. These turns are distinguishable and each identifiable with the training device. A strong and a weak grip are also differentiable as seen in Fig. 10f. A stronger grip on this golfer leads to a lower acceleration a norm ai from the excellent swing plane.
  • Fig. 10g shows the acceleration components for two reduced turns that were not fully balanced. The same racket was used, both turns were carried out successively and are hardly distinguishable. Even with the reduced momentum, the maximum of the radial acceleration is at impact. The course of the rotation angle for a reduced momentum is shown in Fig. 10h. The absolute Drehwin; Kel is smaller than for a full swing.
  • the course of the rotation angle is characteristic of an inward or outward started momentum. This is mainly caused by the projection of the actual axis of rotation on the sensitive axis of the gyro-sensor (13).
  • Fig. 10j shows the recorded acceleration components for one swing of a high handicap golfer.
  • the maximum of the radial acceleration is before the impact moment, from which a delay of the momentum before the impact of the club can be read on the ball.
  • the momentum is not effective because slowed down.
  • the device according to the invention for exchanging data with the PC has a wired or wireless interface (for example USB, IRDA, Bluetooth) or the data are accommodated on a portable flash memory card.
  • a wired or wireless interface for example USB, IRDA, Bluetooth
  • An embodiment of the method according to the invention represents the control of computer games or ball flight simulations. Both real time error signal and recorded data can be used to control computer games or ball flight simulations.
  • a vibration motor is used as a signal generator (9) and this vibration motor is mounted on the club shaft (1), so the vibrations transmitted to the club shaft (1), the handle (2) and on the hands and thus signal the beating person an error.
  • Vibrations on the output signals of the means (12,7) for detecting the acceleration and the angle of rotation impact are represented by a on the club shaft (1) mounted unbalance motor disturbed output signals of the acceleration signals and the result of the application of a low-pass filter to eliminate the disturbance. From Fig. II a can be seen that the rotation angle remains relatively undisturbed. In addition, it becomes clear from FIG. 1c that the influence of the vibrations on the radial acceleration can be neglected for carrying out the method according to the invention. LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • club head 4 means for proving the acceleration z (radial)

Abstract

The invention relates to a method and an apparatus for training the movement of a hitting implement for hitting a ball, in particular for golf, for baseball, for tennis and for ice hockey. Deviations in the swing from the perfect swing path lead to deviations from the target and shortening of the flight of the ball. The object of the invention is, when training a person to hit a ball, to both indicate a fault when there is a deviation in the movement of a certain hitting implement from the perfect swing path during the hitting operation in real time and also to permit analysis of the time profile of a hitting operation by recording said hitting operation. A means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector in the plane perpendicular to the axis of the shaft (1) of the hitting implement and a means (7) for determining the rotary angle of the two-dimensional acceleration vector about the axis of the shaft (1) of the hitting implement are connected to the shaft (1) of the hitting implement by means of a fastening apparatus (11), wherein the rotary angle counts from the beginning of the hitting operation. The apparatus also includes a data memory (10) for recording time-dependent data, a signal transmitter (9) for warning the person using the hitting implement of faults in the swing, and also a computer means (8) for determining the fault signal (69) in accordance with the method described here.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Training der Bewegung eines Schlägers zum Schlagen eines Balles, insbesondere für das Golfspiel, für Baseball, für Tennis und für Eishockey.Apparatus and method for training the movement of a racket for hitting a ball, in particular for the game of golf, for baseball, for tennis and for ice hockey.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, Verwendun- gen gemäß Ansprüchen 29-33 und ein Verfahren gemäß Anspruch 34 ff.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1, uses according to claims 29-33 and a method according to claim 34 et seq.
Für mehrere Ballsportarten mit Schläger ist es bekanntermaßen von Vorteil, den Schläger während des Ausholens und während des Schlages auf einer ausgezeichneten Schwungbahn zu führen. Anderenfalls kann dies zu erheblichen Abweichungen von der beabsichtigten Flugbahn des Balles führen. Das Führen des Schlägers auf einer ausgezeichneten Bahn kann man erlernen und trainieren. Hierzu ist es notwendig, die ausgezeichnete Schwungbahn zu identifizieren und die Abweichung des Schlägers von dieser ausgezeichnete Schwungbahn festzustellen. Erfolgt dies in Echtzeit, kann daraus ein Fehlersignal für die Abweichung des Schlägers von der ausgezeichneten Schwungbahn unmittelbar bei der Ausführung des Schla- ges generiert und zu der trainierenden Person rückgekoppelt werden. Werden die Daten aufgezeichnet, kann die Ermittlung der Bahnabweichung nach Ausführung des Schlages erfolgen und diese Information für die Ausführung des nächsten Schlages berücksichtigt werden.For several ball sports with rackets, it is known to be of advantage to guide the bat during an out swing and during the swing on an excellent swing track. Otherwise, this can lead to significant deviations from the intended trajectory of the ball. Leading the racket on an excellent track can be learned and trained. For this it is necessary to identify the excellent swing track and to determine the deviation of the racket from this excellent swing track. If this is done in real time, an error signal for the deviation of the racket from the excellent swing track can be generated immediately upon the execution of the beat and fed back to the exercising person. If the data is recorded, the determination of the path deviation can be made after the stroke has been executed and this information can be taken into account for the execution of the next stroke.
Eine vollständige Messung der Position eines Schlägers im Raum ist prinzipiell möglich aber auch technisch aufwendig, da die Bestimmung von 6 Freiheitsgraden nötig ist. Nach dem gegenwärtigen Stand der Technik (Helmut Appel, Physikalische Aspekte des Golfspiels, Physikalische Blätter 56 (2000), Nr. 10) sind auch die theoretischen Modelle zur Beschreibung der Dynamik eines Golfschwunges noch nicht ausreichend, von einem Roboter ausgeführte Schwünge mit denen, die durch einen menschlichen Körper ausgeführt werden, in Überein- Stimmung zu bringen (Gloria J. Wiens, Eric A. Hunt, „Design and Analysis of parallel me- chanism for the golf industry", l Oth International Congress on sound and Vibration, ICSV10, 7-10 JuIy 2003, Stockholm, Sweden). Coleman und Rankin hinterfragen sogar den bisher allgemein akzeptierte Ansatz, dass sich die ausgezeichnete Schwungbahn durch eine Ebene repräsentieren lässt (Simon G. S. Coleman, Andrew J. Rankin, „A three-dimensional examination of the planar nature of the golf swing", Journal of Sports Sciences, March 2005 23(3);227- 234). Komplexe Systeme zur Analyse des Golfschwunges sind aufwändig. Eine Signalisierung von Fehlersignalen in Echtzeit folgt aus der genauen Positionsmessung des Schlägers im Raum nicht zwangsläufig. Biometrische, rechenaufwändige Analysen können nur mit leistungsfähiger Rechentechnik durchgeführt werden und sind deshalb nur bedingt portabel und erfordern einen gewissen Installationsaufwand. Solche Systeme sind dem Amateur im Breitensport bis heute nicht zugänglich und mehr dem professionellen, sportwissenschaftlichen Bereich vorbehalten bzw. gehören zur Ausrüstung von Trainern oder Trainingszentren.A complete measurement of the position of a racket in space is possible in principle but also technically complex, since the determination of 6 degrees of freedom is necessary. According to the current state of the art (Helmut Appel, Physical Aspects of Golf Game, Physikalische Blätter 56 (2000), Nr. 10), the theoretical models for describing the dynamics of a golf swing are not sufficient, a robot executed turns with those, the be performed by a human body (Gloria J. Wiens, Eric A. Hunt, "Design and Analysis of Parallel Mechanism for the Golf Industry", Oth International Congress on Sound and Vibration, ICSV10, 7-10 JuIy 2003, Stockholm, Sweden) Coleman and Rankin even question the hitherto generally accepted approach that the excellent flywheel can be represented by a plane (Simon GS Coleman, Andrew J. Rankin, "A Three-dimensional Examination of the planar nature of the golf swing ", Journal of Sports Sciences, March 2005 23 (3); 227-234). Complex systems for analyzing the golf swing are expensive. Signaling of error signals in real time does not necessarily follow from the exact position measurement of the racket in space. Biometric, computationally intensive analyzes can only be carried out with powerful computational technology and are therefore only conditionally portable and require a certain installation effort. To date, such systems are not accessible to amateurs in mass sports and are reserved for the professional, sports science sector or belong to the equipment of trainers or training centers.
Unter anderem sind die Verfahren der Videoanalyse (Racquel Urtasun, David Fleet, Pascal Fua, „Monocular 3-D Tracking of the Golf Swing, Technical Report No: IC/2004/90) bekannt. Bei einfacheren Realisierungen wird z.B. eine Kamera mit Blickrichtung zum Ziel oder parallel zur schlagenden Person aufgestellt, eine Filmsequenz mit hoher Bildwiederholrate aufgenommen und anschließend im Computer mit langsamer Geschwindigkeit abgespielt und mit einem Referenzschwung verglichen (www.yl golf.com). Komplexere Systeme verwenden mehr als eine Kamera. So sind die Gegenüberstellung mit Filmsequenzen von professionellen Spielern oder die Einzeichnung von Ideallinien möglich. Nachteilig hierbei sind die aufwändige Installation, die Ungenauigkeiten durch Verzerrungen der Optik oder durch die Aufstellung im Feldeinsatz und dass keine Information in Echtzeit vorliegt, d.h. während des Schwunges erfolgt keine Signalisierung des Fehlers und es gibt keine unmittelbare Rückkopplung des Fehlers der Abweichung von der ausgezeichneten Schwungbahn zur Person, die den Ball schlägt.Among others, the methods of video analysis (Racquel Urtasun, David Fleet, Pascal Fua, "Monocular 3-D Tracking of the Golf Swing, Technical Report No: IC / 2004/90) are known. For simpler implementations, e.g. A camera is placed facing the target or parallel to the beating person, a high-fidelity movie clip recorded, then played back in the computer at slow speed and compared to a reference swing (www.yl golf.com). More complex systems use more than one camera. Thus, the juxtaposition with film sequences of professional players or the marking of ideal lines are possible. The disadvantage here is the complex installation, the inaccuracies due to distortions of the optics or by the deployment in the field and that no information in real time exists, i. during the turn there is no signaling of the fault and there is no immediate feedback of the error of deviation from the excellent swing track to the person hitting the ball.
Schwungtrainingsgeräte, die die Aufgabe zu lösen versuchen, in Echtzeit eine Rückkopplung der Abweichung des Schlages von einer ausgezeichneten Schwungebene zur schlagenden Person und damit eine Korrektur zu ermöglichen sind bekannt.Swing training devices that attempt to solve the problem in real time to allow feedback of the deviation of the impact from an excellent swing plane to the striking person and thus a correction are known.
Bekannte Trainingsgeräte, die Abweichungen von der Schwungebene in Echtzeit signalisieren sollen, versuchen diese Aufgabe dadurch zu lösen, dass der reale, im Ballspiel verwendete Schläger durch eine Nachbildung mit speziellen Eigenschaften ersetzt wird. So existieren z.B. Schläger, die ein oder zwei mechanische Gelenke aufweisen, die bei zu starker Abweichung von der Schwungebene einfach abknicken sollen (US 5,277,427; www.medicus.com). Diese Art von Trainingsgeräten ist jedoch unempfindlich gegenüber einer Reihe von Schwungfehlern. Nachteilig ist, dass keine Information über den Verlauf eines Schlags für eine nachträgli- che Fehleranalyse vorliegt und nur Momentanfehler zur Signalisierung führen. Des Weiteren sind Fehler in verschiedenen Phasen des Schwunges nicht unterscheidbar und auch bei einem akzeptablen Schlag kann der Schläger abknicken, ohne dass die Ursache nachvollzogen werden kann. Nachteilig bei dieser Lösung ist außerdem, dass das Gewicht der Gelenke das Schlägergefύhl verfälscht und der Schlägerkopf schwer fühlbar ist. Zudem ist die Verwen- düng des persönlichen Schlägers oder Schlägersets nicht möglich. Weiterhin nachteilig ist, dass ein Training für verschiedene Schlägerlängen oder verschiedene Schwungebenen (z.B. verschiedene Liewinkel beim Golf) mehrere Trainingsschläger erfordert.Known training devices that are intended to signal deviations from the swing plane in real time, try this task to solve the fact that the real racket used in the ball game is replaced by a replica with special properties. For example, there are clubs that have one or two mechanical joints, which should simply bend in the event of excessive deviation from the swing plane (US 5,277,427, www.medicus.com). However, this type of exercise equipment is insensitive to a number of flywheel errors. The disadvantage is that there is no information about the course of a strike for a subsequent error analysis and only instantaneous errors lead to the signaling. Furthermore, errors in different phases of the swing are indistinguishable, and even with an acceptable swing, the racket may snap off without the cause being understood. A disadvantage of this solution is also that the weight of the joints falsified the Schlägergefύhl and the club head is difficult to feel. In addition, the use not possible to use a personal racquet or racquet set. Another disadvantage is that training for different club lengths or different swing levels (eg different Liewinkel golf) requires several training racket.
In der US 3,945,646 wird ein Schläger mit Beschleunigungssensoren im Schlägerkopf eines Golfschlägers offen gelegt. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass die Rotation um die Schlägerachse des durch die Sensoren aufgespannten Meßkoordinatensystems während des Schlages und die Kopplung von Lage und Beschleunigung im Ausgangssignal der Beschleunigungssensoren unberücksichtigt bleiben und damit mehrdeutige Interpretationsmöglichkeiten bestehen.In US 3,945,646 a racket with acceleration sensors in the club head of a golf club is disclosed. The disadvantage of this solution is that the rotation around the club axis of the measuring coordinate system spanned by the sensors during impact and the coupling of position and acceleration in the output signal of the acceleration sensors remain unconsidered and thus ambiguous interpretations exist.
Einen anderen möglichen Lösungsweg bieten z.B. so genannte Lasertrainer, die am unteren und oberen Ende des Schlägerschaftes jeweils einen Laser, der in beide Richtungen der Achse des Schlägerschaftes zeigt, besitzen (US 2005/0009616 Al ; US 5.692.965; www.lasertrainer.de; www.planesight.com). Diese Laser können an existierende Schläger, wie man sie auch direkt im Ballspiel verwendet, temporär montiert werden. Das Schlägergefühl wird nicht beeinträchtigt. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, dass ein Verfolgen des Lasers auf einer Linie am Boden oder auf einer Matte mit den Augen während des Schwunges eine Kopf- und Augenbewegung weg vom Ball erzwingt. Weiterhin ist solch ein Trainings- gerät völlig unempfindlich gegenüber Drehungen des Schlägerschaftes um die Achse desAnother possible solution is offered by e.g. so-called laser trainer, which at the bottom and top of the racket shaft each have a laser pointing in both directions of the axis of the racket shaft, have (US 2005/0009616 Al, US 5,692,965, www.lasertrainer.de, www.planesight.com ). These lasers can be temporarily mounted on existing clubs, such as those used directly in ball games. The club feeling is not affected. A disadvantage of this arrangement is that tracking the laser on a line on the ground or on a mat with the eyes during the swing forces head and eye movement away from the ball. Furthermore, such a training device is completely insensitive to rotations of the club shaft around the axis of the
Schlägerschaftes, z.B. durch Drehen des Handgelenkes. So ist es z.B. möglich, den Laser auf einer die Schwungebene kennzeichnenden Linie entlang zu bewegen, ohne dass der Schlag korrekt ausgeführt wird. Zusätzlich existiert eine Totzone, wenn keiner der beiden Laser auf den Boden zeigt. Nachteilig ist auch hier, dass keine Informationen für den Verlaufeines Schlages zur Verfügung stehen.Racket shaft, e.g. by turning the wrist. So it is e.g. it is possible to move the laser along a line indicating the swing plane without the shot being made correctly. In addition, there is a dead zone when neither laser points to the ground. The disadvantage here too is that no information is available for the course of a shock.
Ein anderer möglicher Lösungsansatz ist das temporäre Anbringen von Neigungs- bzw. Lagesensoren am Schlägerschaft (US 5,91 1 ,635 Ogden, Golf Swing Training Device). Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass die Verfälschung der Lageinformation durch Beschleu- nigungskräfte unberücksichtigt bleibt und ein Abweichen von der Schwungebene mit verschiedener Dynamik des Schwungs kompensiert werden kann, die Signalisierung einer Abweichung also mehrdeutig oder falsch ist. Zudem bleibt die der Einfluss einer möglichen oder auch beabsichtigten Drehung des Schlägerschaftes während des Schwunges unberücksichtigt. Vom Golfschwung ist z.B. bekannt, dass das rechte Handgelenk (beim Rechtshänder) den Schläger um die Achse des Schaftes dreht. Außerdem sind aus der offen gelegten Lösung die Referenzierung der ausgezeichneten Schwungebene und die Anpassung an den jeweiligen Liewinkel des individuellen Schlägers nicht erkennbar. Eine ähnliche Lösung ist in der US 6,739,981 B l beschrieben.Another possible approach is the temporary attachment of inclination or position sensors on the club shaft (US 5,91 1, 635 Ogden, Golf Swing Training Device). A disadvantage of this solution is that the distortion of the position information by acceleration forces remains unconsidered and a deviation from the swing plane can be compensated with different dynamics of the momentum, the signaling of a deviation is therefore ambiguous or wrong. In addition, the influence of a possible or even intended rotation of the club shaft during the swing is disregarded. From the golf swing is known, for example, that the right wrist (the right-handed) the Racket rotates about the axis of the shaft. In addition, from the disclosed solution, the referencing of the excellent swing plane and the adaptation to the respective Liewinkel of the individual racquet are not recognizable. A similar solution is described in US 6,739,981 B l.
Ein weiterer Lösungsansatz zur Bestimmung der Bewegungs- und Schlagparameter für die Echtzeitanalyse von Schlägen wird in der US 2005/02881 1 19Al offen gelegt. Magnetfeldsensoren messen die Lage des Schlägers in Bezug auf den Vektor des Erdmagnetfeldes. Die Meßdaten werden zeitabhängig aufgezeichnet. Nachteilig bei dieser Lösung ist. Nachteilig hierbei ist, dass die unmittelbaren Meßdaten nicht zuverlässig von Schlag zu Schlag bzw. zwischen verschiedenen Golfern verglichen werden können. Dies ist unter anderem dadurch verursacht, dass das Erdmagnetfeld ortsabhängig ist, zeitlichen Schwankungen unterworfen ist und die jeweils schlagende Person eine willkürliche Ausrichtung zum Erdmagnetfeldvektor einnehmen kann. Magnetisierbare oder magnetische Gegenstände oder elektromagnetische Felder können zur Verfälschung der Meßdaten führen.Another approach for determining the motion and impact parameters for the real-time analysis of impacts is disclosed in US 2005/02881 1 19Al. Magnetic field sensors measure the position of the racquet with respect to the vector of the Earth's magnetic field. The measured data are recorded time-dependent. The disadvantage of this solution. The disadvantage here is that the immediate measurement data can not be compared reliably from beat to beat or between different golfers. This is caused, inter alia, by the fact that the geomagnetic field is location-dependent, is subject to temporal fluctuations and the beating person can assume an arbitrary orientation to the geomagnetic field vector. Magnetic or magnetic objects or electromagnetic fields can lead to the falsification of the measured data.
Schwungtrainingsgeräte, die die Aufgabe zu lösen versuchen, Schwungparameter oder Abweichungen des Schlages von einer ausgezeichneten Schwungebene über einen gesamten Schlag aufzuzeichnen und damit die Analyse zeitlicher Verläufe zu ermöglichen, sind eben- falls bekannt.Fly training devices that attempt to solve the problem of recording swing parameters or deviations of the impact from an excellent swing plane over an entire stroke, and thus allow the analysis of time courses, are also known.
In der US 5,700,205 wird z.B. die Auslenkung des Schlägers während des Schlages mitgeschrieben. Nachteilig bei der offen gelegten Lösung ist, dass keine Fehlersignalisierung in Echtzeit erfolgt und dass die Interpretation der aufgezeichneten Kurven bezüglich des Vorlie- gens von Schwungfehlern nicht eindeutig ist. Beschleunigung, Lage, Gewicht und Länge des Schlägers gehen in den Kurvenverlauf ein und sind nicht trennbar.In US 5,700,205, e.g. recorded the deflection of the racket during the stroke. A disadvantage of the disclosed solution is that no error signaling takes place in real time and that the interpretation of the recorded curves with regard to the presence of flywheel errors is not clear. Acceleration, position, weight and length of the racket go into the curve and are not separable.
Eine weitere Lösung der vorgenannten Probleme besteht darin, die Bewegung des Schlägers rein mechanisch auf eine ausgezeichnete Schwungebene zu zwingen (www.superswingtrainer.com). Hierzu wird z.B. ein übermannshohes Führungsgestell für den Schläger um den Körper der schlagenden Person aufgebaut. Nachteilig ist hierbei die aufwändige Installation. Da die Rotation des Schlägerschaftes unberücksichtigt bleibt, können Mehrdeutigkeiten und Ununterscheidbarkeit von guten und schlechten Schwüngen nicht ausgeschlossen werden. Eine weitere auf einem rein mechanischen System beruhende Lösung des Problems ist in der US 6,530,845 B l offen gelegt. Ein auf den Schläger montierter Kreisel signalisiert unmittelbar Fehler beim Schwung. Nachteilig ist, dass keinerlei Meß- oder Fehlerdaten entstehen, die in irgendeiner Form durch Dritte analysiert oder übertragen, gespeichert, verglichen oder weiterverarbeitet werden könnten.Another solution to the above problems is to force the movement of the racket purely mechanically to an excellent swing level (www.superswingtrainer.com). For this example, a superman-high guide frame for the racket is built around the body of the beating person. The disadvantage here is the complex installation. Since the rotation of the club shaft is disregarded, ambiguities and indistinguishability of good and bad turns can not be excluded. Another solution to the problem based on a purely mechanical system is disclosed in US Pat. No. 6,530,845 B1. A mounted on the rack gyro signaled immediately errors in the swing. The disadvantage is that no measurement or error data arise that could be analyzed or transmitted in any form by third parties, stored, compared or further processed.
Die vorliegende Erfindung löst das Problem, Abweichungen irgendeines beliebigen Schlägers von einer ausgezeichneten Schwungbahn zu bestimmen, diese sowohl in Echtzeit während des Schlages eindeutig als Fehler zu signalisieren als auch eine nachträgliche Bewertung des kompletten zeitlichen Schlagverlaufs zu ermöglichen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine flexible, portable und kostengünstige Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Training der Bewegung eines Schlägers auf einer ausgezeichneten Schwungbahn zu finden.The present invention solves the problem of determining deviations of any desired club from an excellent swing track, clearly signaling them as errors both in real time during the strike, and enabling a subsequent evaluation of the complete time course of the strike. The object of the present invention is to find a flexible, portable and inexpensive device and a method for training the movement of a racket on an excellent swing track.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Mittel zur Bestimmung des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors (12) senkrecht zur Achse des Schlägerschaftes (1) sowie ein Mittel (7) zur Bestimmung von dessen Verdrehung, bezogen auf den Beginn des Schlages, mit dem Schlägerschaft (1) über eine Befestigungsvorrichtung (1 1) verbunden wer- den. Die Mittel (7, 12) zur Bestimmung des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors und zur Bestimmung des Drehwinkels (7) liefern Ausgangssignale, die mit einem Rechenmittel (8) nach einem oder mehreren hier beschriebenen Verfahren zu einer Fehlergröße verarbeitet werden, welche der schlagenden Person mit einem Signalgeber (9) signalisiert wird. Die von der Vorrichtung bereitgestellten Daten werden auf einem Datenspeicher (10) aufgezeichnet. Die aufgezeichneten Daten werden während und nach der Ausführung des Schlages nach einem oder mehreren hier beschriebenen Verfahren zur Schwunganalyse und Fehlerkorrektur (52) mit einem Computerprogramm weiterverarbeitet.According to the invention the object is achieved in that a means for determining the two-dimensional acceleration vector (12) perpendicular to the axis of the club shaft (1) and a means (7) for determining the rotation thereof, with respect to the beginning of the shock, with the club shaft (1 ) are connected via a fastening device (11). The means (7, 12) for determining the two-dimensional acceleration vector and for determining the angle of rotation (7) provide output signals which are processed by a computing means (8) according to one or more of the methods described herein to an error magnitude which the beating person with a signal generator (9) is signaled. The data provided by the device is recorded on a data memory (10). The recorded data is further processed with a computer program during and after the execution of the blow, in accordance with one or more of the methods of sweep analysis and error correction (52) described herein.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,The advantages achieved by the invention are, in particular,
• dass ein Fehlersignal für die Abweichung der Bewegung eines Schlägers von einer ausgezeichneten Schwungbahn in Echtzeit gewonnen und ausgegeben wird und damit die Möglichkeit zur unmittelbaren Korrektur des Schwunges besteht, • dass durch Aufzeichnung der Schwungdaten die Analyse des zeitlichen Verlaufs eines Schlages sowie die Archivierung von Daten eines Schwunges ermöglicht wird,That an error signal for the deviation of the movement of a racket from an excellent swinging track is obtained and output in real time and there is therefore the possibility of immediate correction of the swing, • that by recording the momentum data it is possible to analyze the time course of a beat as well as to archive data of a momentum,
• dass die Drehung des Schlägers um die eigene Achse sowie die bei bestimmten Lösungen vernachlässigte Kopplung von Lage bzw. Neigung des Schlägers und Beschleunigung des Schlägers Berücksichtigung findet und deshalb die Fehlersignale genauer sind,• that the rotation of the racket around its own axis as well as the neglected coupling of position and inclination of the racket and acceleration of the racket are considered in certain solutions and therefore the error signals are more accurate,
• dass Installationsaufwand und Kosten im Vergleich zu komplexeren Schwunganalysesyste- men gering bleiben.• That installation effort and costs remain low compared to more complex swing analysis systems.
• dass die Vorrichtung keine Modifikation von Schlägern erfordert oder auf spezielle Schläger beschränkt ist sondern mit den für das Spiel vorgesehenen bzw. den persönlichen Schlägern verwendet werden kann und dadurch die Möglichkeit der Erzielung eines realistischeren Trainingsgefühls besteht und damit die Verbesserung des Zusammenhangs von Training und Leistung im Ballspiel möglich ist.• that the device does not require any modification of rackets or is limited to special rackets, but can be used with the game-designed rackets or personal rackets, giving the possibility of achieving a more realistic training feel and thus improving the relationship between training and performance in the ball game is possible.
• Weitere Vorteile bestehen in der Aufhebung der Mehrdeutigkeit des Fehlersignals von bestimmten Trainingsgeräten bei der Ausführung von Schwüngen, die mit der Kopplung von Lage und Beschleunigungsinformationen zusammenhängen.• Other benefits include eliminating the ambiguity of the error signal from certain exercise equipment when performing sweeps related to the location and acceleration information coupling.
• Außerdem von Vorteil ist die portable und flexible Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung mit verschiedenen Schlägern.• Another advantage is the portable and flexible use of the inventive device with different clubs.
• Weiterhin von Vorteil ist die Entstehung von Meßdaten. Das Vorhandensein von Meßdaten ermöglicht deren Übertragung, Aufzeichnung und Weiterverarbeitung (z.B. Korrektur, Filterung, Analyse) und die zusätzlich mögliche Auswertung der Kinetik eines Schwunges durch Bewertung des aufgezeichneten zeitlichen Verlaufes.• Another advantage is the generation of measured data. The presence of measurement data enables their transmission, recording and further processing (e.g., correction, filtering, analysis) and the additional possible evaluation of the kinetics of a momentum by evaluating the recorded time history.
• Es ist außerdem von Vorteil, dass die entstehenden Meßdaten für verschiedenen Schläge und verschiedene Personen und verschiedene Orte untereinander vergleichbar sind und somit eine von den jeweiligen Umgebungsbedingungen relativ unabhängige Interpretation zulassen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.• It is also advantageous that the resulting measurement data for different impacts and different people and different locations are comparable with each other and thus allow a relatively independent of the respective environmental conditions interpretation. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausfϋhrungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the figures of the drawings on several Ausfϋhrungsbeispielen. Show it:
Fig. I aFig. I a
Golfspieler mit Golfschläger und Vorrichtung in der Ansprechposition, Darstellung der Seitenansicht in Richtung Ballflug und Darstellung eines Schnittes durch den Schlägerschaft. Kennzeichnung der ausgezeichneten Schwungbahn und des Meßkoordinatensystems.Golfer with golf club and device in the response position, representation of the side view in the direction of ball flight and representation of a section through the club shaft. Marking of excellent swing track and measurement coordinate system.
Fig. I bFig. I b
Darstellung eines Schnittes durch die Achse des Schlägerschaftes mit Kennzeichnung desRepresentation of a section through the axis of the club shaft with identification of the
Meßkoordinatensystems, des Drehwinkels und des gedrehten KoordinatensystemsMeasuring coordinate system, the angle of rotation and the rotated coordinate system
Fig. I cFig. I c
Frontansicht eines Golfers in der Ansprechposition mit Kennzeichnung des Meßkoordinatensystems.Front view of a golfer in the response position with marking of the measuring coordinate system.
Fig. 2 I Verschiedene Phasen des Golfschwunges, Veranschaulichung der Drehung des Meßkoordinatensystems um die Achse des SchlägerschaftesFig. 2 I Different phases of the golf swing, illustrating the rotation of the Meßkoordinatensystems about the axis of the club shaft
Fig. 3Fig. 3
Blockschema der Elektronik mit Beschleunigungssensoren und Gyroskop-Sensor, Mikropro- zessor, Schnittstellen, Speicher, SignalisierungBlock diagram of the electronics with acceleration sensors and gyroscope sensor, microprocessor, interfaces, memory, signaling
Fig. 6Fig. 6
Datenflussdiagramm zur Messung mit der Vorrichtung und zur Bestimmung eines Fehlersignals für Echtzeit- Trainingsinformationen und zur AufzeichnungData flow diagram for measurement with the device and for determining an error signal for real-time training information and for recording
Fig. 7Fig. 7
Zeitliche Darstellung des Verfahrens zur Bestimmung von Echtzeit - Trainingsinformationen und zur Aufzeichnung zeitlicher Verläufe von Schwungparametern. Ausgangssignale (Rohdaten) der Sensoren für Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit während eine SchlagesTiming of the method for the determination of real-time training information and for the recording of time profiles of swing parameters. Output signals (raw data) of the sensors for acceleration and angular velocity during a beat
Fig. 9Fig. 9
Aufzeichnung des zeitlichen Verlaufes von Drehwinkel, gedrehten und ungedrehten Beschleunigungswerten über der Zeit während eines SchlagesRecording the time course of rotation angle, rotated and unrotated acceleration values over time during a stroke
Fig. 10 Darstellung des zeitlichen Verlaufes aufgezeichneter Daten für verschiedene Schläge mit Kennzeichnung von Rückschwung A und Abschwung B a) guter und besserer Schlag eines Golfers mit geringem Handicap b) schnell und langsam ausgeführter Schlag eines Golfers mit geringem Handicap c) Zwei Schwünge eines Golfers mit hohem Handicap mit frühem und spätem Abwin- kein des rechten Handgelenkes d) Einfluss der Schulterdrehung auf den Drehwinkel, Golfer mit hohem Handicap e) Handgelenk jeweils normal und palmar gebeugt f) Starker und schwacher Griff g) Vergleich zweier reduzierter Schwünge h) Drehwinkel und Beschleunigung für reduzierten Schwung i) Drehwinkel für zwei Schwünge, nach innen sowie nach außen gestartet j) Beschleunigungen, normaler Schlag, hohes Handicap k) Vergleich der Drehwinkel von zwei Golfern mit hohem und geringem Handicap 1) schnell und langsam ausgeführter Schlag eines Golfers mit geringem HandicapFig. 10 Presentation of the time course of recorded data for different beats with identification of backswing A and downturn B a) good and better hit of a golfer with a low handicap b) fast and slow run of a golfer with a low handicap c) Two turns of a golfer with high handicap with early and late deflection of the right wrist d) influence of shoulder rotation on the angle of rotation, golfer with high handicap e) wrist normal and palmar flexed f) strong and weak grip g) comparison of two reduced turns h) rotation angle and acceleration for reduced swing i) rotation angle for two turns, inwards and outwards j) accelerations, normal swing, high handicap k) comparison of the turning angles of two golfers with high and low handicap 1) fast and slow running of a low handicap golfer
Fig. 1 1Fig. 1 1
Veranschaulichung der Problemstellung zum Verfahren zur Datenverarbeitung bei Einsatz eines Vibrationsmotors am Schläger a) Einfluss der Vibrationen des Signalgebers auf Drehwinkel b) Einfluss der Vibrationen des Signalgebers auf Beschleunigungswerte und Anwendung eines 30Hz Tiefpassfilters auf die Beschleunigungswerte c) Einfluss der Vibrationen des Signalgebers auf die RadialbeschleunigungIllustration of the problem concerning the method of data processing when using a vibration motor on the beater a) Influence of the vibrations of the sensor on the angle of rotation b) Influence of the vibrations of the sensor on acceleration values and application of a 30Hz low-pass filter on the acceleration values c) Influence of the vibrations of the sensor on the radial acceleration
Fig. 12 Verwendeter Ansatz für den zeitlichen Verlauf der Winkel um die Drehachsen eines DoppelpendelsFig. 12 Approach used for the time course of the angles around the axes of rotation of a double pendulum
Fig. 13 Darstellung der Position des Schlägers auf der ausgezeichneten Schwungbahn a) in der Ansprechposition und b) beim Ausholen für einen normalen Schlag.Fig. 13 Representation of the position of the racket on the excellent swing path a) in the response position and b) when picking up for a normal shot.
Fig. 14Fig. 14
Von der ausgezeichneten Schwungbahn abweichende Position des Schlägers c) in der Ansprechposition und d) beim Ausholen für einen nach außen gestarteten Schlag.From the excellent swing track deviating position of the racket c) in the response position and d) when striking out for a blow started to the outside.
Fig. 15Fig. 15
Verfahren zur Bestimmung des FehlersignalsMethod for determining the error signal
Darstellung von einfacher und doppelter Integration der Beschleunigung aus der Schwungebene heraus a) guter Schlag, hohes Handicap b) nach außen gestarteter Schlag, hohes HandicapPresentation of simple and double integration of the acceleration from the swing plane a) good swing, high handicap b) outward strike, high handicap
Anhand einer ersten Ausführungsform (Fig. la-c) werden wesentliche Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.On the basis of a first embodiment (Fig. La-c) essential elements of the device according to the invention will be described.
Bei der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich um die Verwendung als ein Golfübungsgerät. Die Offenlegung der Erfindung am Beispiel eines Golfübungsgerätes stellt keine Einschränkung für andere Verwendungen für Ballsportarten mit Schläger dar und dient lediglich der Veranschaulichung.The first embodiment of the device according to the invention is the use as a golf practice device. The disclosure of the invention using the example of a golf practice device is not a limitation for other uses for ball sports with rackets and is for illustrative purposes only.
Bestandteil der Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist ein herkömmlicher Golfschläger mit Griff (2), Schaft (1) und Schlägerkopf (3).Part of the embodiment of the inventive device is a conventional golf club with handle (2), shaft (1) and club head (3).
Anhand der Fig. l a-c wird der Aufbau der erfindungsgemässen Vorrichtung am Beispiel eines Golftrainingsgerätes dargestellt. Am Schläger, bestehend aus Schaft (1), Griff (2) und Kopf (3) sind ein Mittel (12) zum Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors in der Ebene senkrecht zur Achse des Schlägerschaftes (1) und ein Mittel (7) zum Nachweis des Drehwinkels des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors um die Achse des Schlägerschaftes (1) seit Beginn des Schlages über die Befestigungsvorrichtung (1 1) montiert.The construction of the device according to the invention is illustrated using the example of a golf training apparatus with reference to FIG. On racket, consisting of shaft (1), handle (2) and head (3) are a means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector in the plane perpendicular to the axis of the club shaft (1) and means (7) for detecting the angle of rotation of the two-dimensional acceleration vector about the axis of the club shaft (1) since the start of the stroke via the fastening device (1 1) mounted.
Vor Beginn des Schlages, in der Ruhelage bzw. in der so genannten Ansprechposition, bildet der Golfschläger mit dem Boden den Winkel 9 (siehe auch Fig. 2a). Dieser Winkel wird als Liewinkel bezeichnet und ist für kürzere Schläger (Eisen) steiler und für längere Schläger (Hölzer) kleiner. Der Liewinkel 3 bewegt im Bereich von 50 Grad für einen Driver bis 64 Grad für ein Wedge.Before the beginning of the stroke, in the rest position or in the so-called response position, the golf club forms with the bottom of the angle 9 (see also Fig. 2a). This angle is called the Liew angle and is steeper for shorter clubs (iron) and smaller for longer clubs (woods). The Liewinkel 3 ranges from 50 degrees for a driver to 64 degrees for a wedge.
Der Golfer ist bestrebt, während des Rückschwunges und Abschwunges den Schläger parallel zu der Ebene (14) zu führen, die in Richtung Ziel zeigt und parallel zur Achse des Schlägerschaftes liegt, also um den Liewinkel gegenüber dem Gravitationsvektor geneigt ist. Diese Schwungebene soll die angestrebte ausgezeichnete Schwungbahn vollständig enthalten.The golfer endeavors, during the backswing and downswing, to guide the racket parallel to the plane (14) pointing in the direction of the target and parallel to the axis of the racket shaft, ie inclined by the angle of elevation to the gravitational vector. This swing plane should completely contain the desired excellent swing path.
Die Ausfύhrungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung löst unter anderem das Problem, das Training der Führung des Golfschlägers auf dieser Schwungebene (14) zu verbessern. Ziel ist es, sowohl während des Golfschwunges der schlagenden Person bei Abweichung von die- ser Ebene einen Fehler in Echtzeit zu signalisieren, als auch nachträglich einfach interpretierbare Meßdaten zur Bewertung des Golfschwunges zur Verfügung zu stellen.The embodiment of the device according to the invention solves, inter alia, the problem of improving the training of the guidance of the golf club on this swing plane (14). The aim is to signal a fault in real time during the golf swing of the batting person in the event of deviation from this level, as well as subsequently to provide easily interpretable measurement data for evaluating the golf swing.
Fig. l a-c dienen der Veranschaulichung der Lage des Sensorkoordinatensystems in Bezug auf die schlagende Person. Bewegt sich der Schläger genau auf der Schwungebene (14), sollten keine Beschleunigungskräfte aus der Schwungebene heraus auftreten.Figs. 1a-c are illustrative of the location of the sensor coordinate system with respect to the beating person. If the racket moves exactly on the swing plane (14), no acceleration forces should occur out of the swing plane.
Zur Verdeutlichung: Weist das Mittel (12) zum Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors einen Beschleunigungssensor (6) auf, der senkrecht bzw. normal zu dieser Schwungebene (14) am Schlägerschaft (1) montiert ist, dann misst dieser alle Beschleunigungen ay' in der Richtung y aus dieser Ebene heraus. Würde der Beschleunigungssensor (6), der in y Richtung empfindlich ist, jedoch gegenüber dem Normalenvektor der Schwungebene (14) in der Achse des Schlägerschaftes (1) verkippt, nähme er auch nicht zu signalisierende Beschleunigungen innerhalb der Schwungebene (14) wahr. Für den statischen Fall, in der Ruhelage bzw. Ansprechposition ließe sich dieses Problem erfindungsgemäss beispiels- weise dadurch lösen, dass das Mittel (12) zum Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors in der Ebene senkrecht zur Achse des Schlägerschaftes (1) einen weiteren Beschleunigungssensor (5) aufweist, der in x Richtung empfindlich ist und die Beschleunigungssignale ax' liefert. Dabei liegt die x Richtung in der Schwungebene (14) und steht senkrecht zum Schlägerschaft (1) und senkrecht zum in y - Richtung empfindlichen Beschleunigungssensor (6). Das Mittel (12) zum Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors in der Ebene senkrecht zur Achse des Schlägerschaftes (1) liefert die Ausgangssignale ax' und ay' . Wird nun das Beschleunigungssensorkoordinatensystem, das durch dieFor clarification: If the means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector has an acceleration sensor (6) which is mounted perpendicular or normal to this swing plane (14) on the club shaft (1), then it measures all accelerations a y 'in the Direction y out of this plane. If the acceleration sensor (6), which is sensitive in the y direction, but tilted with respect to the normal vector of the swing plane (14) in the axis of the club shaft (1), he would also accept not to be signalized accelerations within the swing plane (14) true. For the static case, in the rest position or the response position, this problem could, for example, be determined according to the invention. solve in that the means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector in the plane perpendicular to the axis of the club shaft (1) has a further acceleration sensor (5) which is sensitive in the x direction and the acceleration signals a x 'supplies. The x direction lies in the swing plane (14) and is perpendicular to the club shaft (1) and perpendicular to the acceleration sensor (6) that is sensitive in the y direction. The means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector in the plane perpendicular to the axis of the club shaft (1) provides the output signals a x 'and a y '. Will now be the acceleration sensor coordinate system, which by the
Vektoren x und y aufgespannt wird, um die Achse des Schlägerschaftes (1) rotiert, kann der Winkel p zwischen dem Normalenvektor N auf der Ebene und dem Koordinatensystem x y in der Ruhelage bestimmt werden, da die vom Mittel (12) zum Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors in der Ebene senkrecht zur Achse des Schlägerschaftes (1) gemessene Projektion des Gravitationsvektors g in die Meßebene x und y dieselbe Richtung wie der Normalenvektor N aufweist. Wird nun allerdings der Schläger bewegt, ändert sich einerseits die vom Mittel (12) zumIf the vectors x and y are spanned about the axis of the club shaft (1), the angle p between the normal vector N on the plane and the coordinate system xy in the rest position can be determined since that of the means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector in the plane perpendicular to the axis of the club shaft (1) measured projection of the gravitational vector g in the measurement plane x and y the same direction as the normal vector N has. If, however, the bat is moved, on the one hand, the change from the means (12) to
Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors in der Ebene senkrecht zur Achse des Schlägerschaftes (1) gemessene statische Beschleunigung (Projektionen von g auf x und y ) und andererseits addieren sich die jeweiligen dynamischen Beschleunigungsanteile für x und y . Aus den beiden zur Verfügung stehenden Meßsignalen ax' und ay' kann man im dynamischen Fall nun nicht mehr gleichzeitig die Verdrehung des Sensorkoordinatensystems x y um die Achse des Schlägerschaftes, wie das in Fig. 2 für verschiedene Phasen eines Schwunges veranschaulicht wird, als auch die Beschleunigungskomponenten in Normalenrichtung bestimmen. Dieses Problem wird erfindungsgemäss gelöst durch Verwendung eines von ax' und a' unab- hängigen Mittels zum Nachweis der Verdrehung φ des x y - Koordinatensystems um die Achse des Schlägerschaftes seit Beginn des Schlages, also bezogen auf die Ruhelage bzw. Ansprechposition des Schlägers (Fig. 2c). Somit können die Meßgrößen ax' und ay' zu jedemDetection of the two-dimensional acceleration vector in the plane perpendicular to the axis of the club shaft (1) measured static acceleration (projections of g on x and y) and on the other hand add the respective dynamic acceleration components for x and y. From the two available measuring signals a x 'and a y ', it is no longer possible at the same time to simulate the rotation of the sensor coordinate system xy about the axis of the club shaft, as illustrated in FIG. 2 for different phases of a swing determine the acceleration components in the normal direction. This problem is solved according to the invention by using a means independent of a x 'and a' for detecting the rotation φ of the xy coordinate system about the axis of the club shaft since the beginning of the stroke, that is to say relative to the rest position or the response position of the club (FIG 2c). Thus, the measurands a x 'and a y ' to each
Zeitpunkt des Schlages mathematisch wieder in die Ruhelage rotiert werden, so dass die so entstehenden Ausgangssignale ax* und ay* nur noch mit den Beschleunigungskomponenten N und T in der Ebene senkrecht zur Achse des Schlägerschaftes (1) in Beziehung stehen. Das Mittel zur Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors (12) senkrecht zur Achse des Schlägerschaftes (1) kann beispielsweise aus zwei in einer einzelnen Achse empfindlichen Sensoren (5,6) aufgebaut sein, wobei diese vorteilhafterweise jedoch senkrecht zueinander justiert werden. Diese Beschleunigungssensoren für die x- und y- Komponente (5,6) haben beispielsweise einen Meßbereich von 10g.Time of the impact are mathematically rotated back to the rest position, so that the resulting output signals a x * and a y * only with the acceleration components N and T in the plane perpendicular to the axis of the club shaft (1) are related. The means for detecting the two-dimensional acceleration vector (12) perpendicular to the axis of the club shaft (1) may for example be constructed of two sensors (5, 6) which are sensitive in a single axis, but these are advantageously adjusted perpendicular to one another. For example, these acceleration sensors for the x and y components (5, 6) have a measuring range of 10 g.
Ein 2-Achs- Beschleunigungssensor, der werksseitig zwei senkrecht zueinander empfindliche Achsen in einem Gehäuse hat, ist von Vorteil. Während des Schlages ist das Mittel zur Bestimmung des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors (12) senkrecht zur Achse des Schlägerschaftes (1) mit dem Schlägerschaft (1) fest verbunden. Der Beschleunigungssensor liefert zu den Beschleunigungskomponenten des Beschleuni-A 2-axis acceleration sensor, which has two axes that are perpendicular to one another in a housing at the factory, is an advantage. During impact, the means for determining the two-dimensional acceleration vector (12) perpendicular to the axis of the club shaft (1) with the club shaft (1) is firmly connected. The acceleration sensor supplies to the acceleration components of the acceleration
gungsvektors ä* = in der Ebene senkrecht zur Richtung der Achse des Schlägerschaftes
Figure imgf000014_0001
z und mit der Neigung bezüglich des Gravitationsvektors g zusammenhängende Ausgangssignale. Vorteilhafterweise wird das Mittel zur Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors (12) senkrecht zur Achse des Schlägerschaftes (1) so nah wie möglich an dieser montiert.
vector = * in the plane perpendicular to the axis of the club shaft
Figure imgf000014_0001
z and with the inclination with respect to the gravitational vector g related output signals. Advantageously, the means for detecting the two-dimensional acceleration vector (12) perpendicular to the axis of the club shaft (1) is mounted as close as possible to it.
In der hier dargestellten Ausfϋhrungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung verfügt das Mittel (7) zum Nachweis des Drehwinkels φ seit t=0 (Ansprechposition) über einen Gyrosen- sor (13) mit der Fähigkeit, die Winkelgeschwindigkeit φ um die Achse des Schlägerschaftes (1) zu messen.In the embodiment of the device according to the invention shown here, the means (7) for detecting the rotation angle φ since t = 0 (response position) via a gyro sensor (13) with the ability to the angular velocity φ to the axis of the club shaft (1) measure up.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung verwendet MEMS - Ausführungen von Gyro- sensoren (13). Der Gyrosensor (13) hat beispielsweise einen Meßbereich von 300°/s.An advantageous embodiment of the invention uses MEMS designs of gyro sensors (13). The gyro sensor (13) has, for example, a measuring range of 300 ° / s.
In der ersten Variante der Ausführungsform ist ein Mittel (7) mit der Fähigkeit zur Messung des Drehwinkels φ um die Achse des Schlägerschaftes (1) seit Beginn des Schlages mit der Achse des Schlägerschaftes (1) fest verbunden. Dieses Mittel (7) gibt bei Drehung des Schlägers um seine Schaftachse analoge oder digitale Ausgangssignale ab.In the first variant of the embodiment, a means (7) with the ability to measure the angle of rotation φ about the axis of the club shaft (1) since the beginning of the impact with the axis of the club shaft (1) is firmly connected. This means (7) outputs analog or digital output signals upon rotation of the racket about its shaft axis.
In einer zweiten, Kosten sparenden Variante der Ausführungsform für das Mittel (7) zum Nachweis des Drehwinkels φ um die Achse des Schlägerschaftes (1) wird der Drehwinkel φ in Abhängigkeit von der Zeit t ohne Sensor, z.B. aus einem mathematischen Modell, aus der Erfahrung oder einen anderen Verfahren bestimmt. Hierzu kann der zeitliche Verlauf des Drehwinkels beispielsweise aus einer der Figuren 10 entnommen und durch ein Polynom genähert werden um dann unter Berücksichtigung der Stetigkeit näherungsweise aus den Beschleunigungssignalen ax und ay bezüglich Breite (Dauer) und Amplitude (Drehwinkel) rekonstruiert zu werden..In a second, cost-saving variant of the embodiment for the means (7) for detecting the rotation angle φ about the axis of the club shaft (1), the rotation angle φ as a function of the time t without a sensor, for example from a mathematical model, from experience or another method. For this, the temporal course of the Rotation angle, for example, and taken from one of the figures 10 approximated by a polynomial are then to be approximated from the acceleration signals a x and a y with respect to width (duration) and amplitude (angle of rotation) reconstructed taking into account the continuity ..
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann vorteilhafterweise um ein Mittel (4) zum Nachweis der Radialbeschleunigung in der z Richtung, also parallel zur Achse des Schlägerschaftes (1) erweitert werden. Der Meßbereich für Beschleunigungssensor (4) der radialen (z-Richtung) Komponente kann über die Position des Sensors entlang des Schaftes (1) in Grenzen variiert werden. Hierbei macht man sich zunutze, dass die Beschleunigungssignale mit größer werdendem Abstand vom Drehzentrum, also auch vom Griff (2), zunehmen. Die Bemessung des Sensors kann so beispielsweise zwischen 10g und 100g erfolgen. In einer vorteilhaften Variante der Ausführungsform können auch mehrere Mittel (4) zum Nachweis der Radialbeschleunigung in der z Richtung mit jeweils unterschiedlichem Abstand zum Griff (2) oder auch unterschiedlicher Dimensionierung des Meßbereiches verwendet werden. Dies schafft die Möglichkeit, sowohl bei hohen als auch niedrigen Schlaggeschwindigkeiten eine entsprechend hohe Auflösung des Meßsignals zu erzielen.The device according to the invention can advantageously be extended by a means (4) for detecting the radial acceleration in the z direction, ie parallel to the axis of the club shaft (1). The measuring range for the acceleration sensor (4) of the radial (z-direction) component can be varied by the position of the sensor along the shaft (1) within limits. This makes use of the fact that the acceleration signals with increasing distance from the center of rotation, including the handle (2), increase. The dimensioning of the sensor can be done for example between 10g and 100g. In an advantageous variant of the embodiment, a plurality of means (4) for detecting the radial acceleration in the z direction, each with a different distance to the handle (2) or different dimensions of the measuring range can be used. This creates the opportunity to achieve a correspondingly high resolution of the measurement signal both at high and low impact speeds.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung verwendet mehr als ein Mittel (12) zum Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors senkrecht zur Achse des Schlägerschaftes (1) mit unterschiedlichen Entfernungen zum Griff (2). Mit dieser Anordnung können sowohl Differenzbeschleunigungen gemessen werden als auch Meßbereich und Empfindlichkeit der Beschleunigungssensoren an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden. Zu den jeweiligen Gegebenheiten zählen sowohl die Eigenschaften verfügbarer Beschleunigungssensoren als auch die Besonderheiten der einzelnen Ballsportarten mit mehr oder weniger stark beschleunigten Schlägen.A further advantageous embodiment of the device according to the invention uses more than one means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector perpendicular to the axis of the club shaft (1) with different distances to the handle (2). With this arrangement, both differential accelerations can be measured and the measuring range and sensitivity of the acceleration sensors can be adapted to the respective conditions. The particular circumstances include both the characteristics of available acceleration sensors and the particularities of the individual ball sports with more or less strongly accelerated strokes.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung verwendet MEMS - Ausführungen von Beschleunigungssensoren.An advantageous embodiment of the invention uses MEMS versions of acceleration sensors.
In Fig. 3 sind die weitere Bestandteile der Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt. Hierzu gehört als Rechenmittel (8) ein MikroController, der in der Lage ist, die von den Sensoren bereitgestellten Ausgangssignale nach Verstärkung und Digitalisierung weiterzuverarbeiten. Ein Teil des Speichers (10) ist nichtflüchtig und hält die Firmware, ein anderer Teil des Speichers (10) dient zur Programmausführung. Ein weiterer Teil des Speichers (10) dient der Aufzeichnung von zeitabhängigen Daten von kompletten Schlägen. Die Verwendung einer Flashspeicherkarte gestattet den problemlosen Austausch von Daten mit PCs oder anderer Peripherie. Auf dem so genannten IO Modul befinden sich weitere Schnittstellen und Vorkehrungen für die entsprechende Signalisierung von Schwungfehlern mit einem Signalgeber (9) (LED, Lautsprecher, Kopfhörer, Ansteuerung für Vibrationsmotor, Anzeige etc.).In Fig. 3, the other components of the embodiment of the inventive device are shown. This includes as a computing means (8) a microcontroller, which is able to further process the output signals provided by the sensors after amplification and digitization. A part of the memory (10) is non-volatile and keeps the firmware, another part of the memory (10) is used for program execution. Another part of the memory (10) is used to record time-dependent data of complete beats. The use of a flash memory card allows the easy exchange of data with PCs or other peripherals. On the so-called IO module, there are further interfaces and precautions for the corresponding signaling of flywheel errors with a signal transmitter (9) (LED, loudspeaker, headphones, control for vibration motor, display, etc.).
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Vorrichtung mit den Sensoren, dem Mikroprozessor, der Computerschnittstelle, der Stromversorgung und der Signalisierung in einem kompakten Gehäuse (16) zusammengefasst und untergebracht, das auf einfache Art mechanisch an einer Stelle des Schlägerschaftes (1) mit einer Befestigungsvorrichtung (1 1) befestigt werden kann. Die Befestigung kann mit Hilfe einer Klemmvorrichtung erfolgen. Die Klemmvorrichtung kann z.B. zwei Backen besitzen, die sich um den Schlägerschaft (1) in geeigneter Weise schließen. Dies kann z.B. realisiert werden, wenn man die Backen am dünnen, unteren Schlägerende in der Nähe des Schlägerkopfes (3) einsetzt und entlang des sich verdickenden Schaftes in Richtung Griff (2) nach oben schiebt.In an advantageous embodiment of the invention, the device with the sensors, the microprocessor, the computer interface, the power supply and signaling in a compact housing (16) is summarized and housed in a simple way mechanically at one point of the club shaft (1) with a Fixing device (1 1) can be attached. The attachment can be done by means of a clamping device. The clamping device may e.g. have two jaws that close around the club shaft (1) in a suitable manner. This can e.g. can be realized if one uses the jaws on the thin, lower end of the club near the club head (3) and pushes along the thickening shaft towards the handle (2) upwards.
Die beschriebene Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung kann vorteilhafter- weise als Spieleingabegerät für Golfsoftware verwendet werden. Für diese Verwendung weist die Vorrichtung entsprechende Schnittstellen auf.The described embodiment of the device according to the invention can be advantageously used as a game input device for golf software. For this use, the device has corresponding interfaces.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung weist weitere Sensoren auf, die Beschleunigungen oder Drehbewegungen des Golfers nachweist. Diese Sensoren können zum Körper des Golfers z.B. durch Unterbringung in der Bekleidung in eine bestimmte Beziehung gebracht werden. Es ist vorteilhaft, Drehbewegungen bzw. Beschleunigungskräfte im Schulter-, Rücken, Hüft, Oberarm- und Unterarmbereich zu messen.A further advantageous embodiment of the invention has additional sensors, which detects accelerations or rotational movements of the golfer. These sensors can be attached to the golfer's body e.g. be brought into a certain relationship by accommodation in the clothing. It is advantageous to measure rotational movements or acceleration forces in the shoulder, back, hip, upper arm and lower arm area.
Mit den beschriebenen Ausführungsformen lassen sich neben den genannten Vorteilen eine Reihe von weiteren Vorteilen erzielen:In addition to the advantages mentioned, a number of further advantages can be achieved with the described embodiments:
• Die Verwendung von MEMS Beschleunigungssensoren und MEMS Gyrosensoren als Mik- rosysteme auf Halbleiterbasis ist wegen deren geringer Abmessungen und Gewichte vorteil- haft für die Portabilität und Flexibilität und den geringen Einfluss auf das Schlägergefϋhl beim Schwung.• The use of MEMS acceleration sensors and MEMS gyro sensors as semiconductor-based microsystems is advantageous because of their small dimensions and weights. responsible for the portability and flexibility and the low impact on the club feel during the swing.
• Außerdem gestattet die Verwendung von MEMS Beschleunigungssensoren und MEMS Gyrosensoren geringe Kosten sowie die Möglichkeit, die digitalen oder analogen Ausgangssignale elektronisch weiterzuverarbeiten.• In addition, the use of MEMS accelerometers and MEMS gyro sensors allows low cost and the ability to electronically process the digital or analog output signals.
• Weist das Rechenmittel (8) beispielsweise einen USB Controller auf, bietet das den Vorteil, die Echtzeitberechnungen mit der Firmware durchzuführen und gleichzeitig eine populäre, kostengünstige Computerschnittstelle zu unterstützen.• For example, if the computing device (8) has a USB controller, this has the advantage of performing the real-time calculations with the firmware while supporting a popular, low-cost computer interface.
• Die Ausgabe des Fehlersignals durch Übertragung von Vibrationen über den Schlägerschaft (1 ) auf die schlagende Person ermöglicht die Verwendung des Trainingsgerätes, ohne andere Personen im näheren Umfeld zu stören.• The output of the error signal by transmitting vibrations through the club shaft (1) to the beating person allows the use of the training device without disturbing other persons in the immediate vicinity.
• Die Verwendung eines Speichers gestattet die die Aufzeichnung der Meßdaten- und oder weiterverarbeiteten Daten von ein oder mehreren Schlägen, um sie nachträglich auf einen leistungsfähigeren PC übertragen zu können. Wird Flashspeicher verwendet, können die Daten ohne Stromversorgung erhalten werden.• The use of a memory allows the recording of the measured data and / or further processed data from one or more beats in order to transfer them to a more powerful PC later. If flash memory is used, the data can be obtained without power supply.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens nach den Ansprüchen 34 ff. für die Verwendung als Golfübungsgerät beschrieben.In the following, an embodiment of the inventive method according to claims 34 ff. For use as a golf practice device will be described.
Fig. 6 zeigt das Datenflussdiagramm für die beschriebene Ausführungsform des Verfahrens mit der beschriebenen Ausführungsform (Fig. 3) der erfindungsgemässen Vorrichtung nach Anspruch 1.6 shows the data flow diagram for the described embodiment of the method with the described embodiment (FIG. 3) of the device according to the invention according to claim 1.
Als Teil einer Messung (60) liefert das Mittel (12) zum Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors senkrecht zur Achse des Schlägerschaftes (1) die gemessenen Be- schleunigungen ä' in der x y - Meßebene senkrecht zur Achse des Schlägerschaftes (1). In einem weiteren Teil der Messung (60) liefert der Gyrosensor (13) als Teil des Mittels (7) zur Bestimmung des Drehwinkels um die Achse des Schlägerschaftes (1) ein Ausgangssignal, das mit der Winkelgeschwindigkeit φ des Schaftes zusammenhängt.As part of a measurement (60), the means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector perpendicular to the axis of the club shaft (1) provides the measured accelerations a 'in the xy measurement plane perpendicular to the axis of the club shaft (1). In a further part of the measurement (60), the gyro sensor (13) supplies, as part of the means (7) for determining the angle of rotation about the axis of the club shaft (1), an output signal which is related to the angular velocity φ of the shaft.
Geht man davon aus, dass der Schläger zu Beginn des Schlages, in der so genannten Ansprechposition, einen Winkel von φ =0 hat, kann man die Drehung φ um die eigene Achse durch Integration (63) der gemessenen Winkelgeschwindigkeit von Beginn des Schlages (Zeit t=0) an bestimmen.Assuming that the club at the beginning of the beat, in the so-called response position, has an angle of φ = 0, one can rotate φ about its own axis by integrating (63) the measured angular velocity from the beginning of the beat (time t = 0).
Beispielhaft sind die zeitlichen Verläufe der unverarbeiteten Ausgangssignale (61) des Mittels (12) zum Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors senkrecht zur Achse des Schlägerschaftes (1) bzw. der beiden Beschleunigungssensoren (5, 6) sowie des Mittels (7) zur Bestimmung des Drehwinkels während eines bestimmten Schlages in Fig. 8 dargestellt.By way of example, the time profiles of the unprocessed output signals (61) of the means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector perpendicular to the axis of the club shaft (1) or the two acceleration sensors (5, 6) and the means (7) for determining the rotation angle during a certain impact in Fig. 8 shown.
Zur weiteren Verarbeitung der Ausgangssignale der Mittel (7,12) sind Kalibrierungen und Bestimmungen von Korrekturen (50-52) notwendig:For further processing of the outputs of the means (7, 12), calibrations and determinations of corrections (50-52) are necessary:
Ziel einer ersten Kalibrierung für das Mittel (12) zum Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors ist es, die Beschleunigung ä in Einheiten von g zu messen. Der so ge- nannte Offset ist das von Null verschiedene Ausgangssignal, wenn sich das Mittel (12) in Ruhe befindet und die x y Meßebene senkrecht zu g steht.The aim of a first calibration for the means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector is to measure the acceleration a in units of g. The so-called offset is the nonzero output when the center (12) is at rest and the x y measurement plane is perpendicular to g.
Offset des Mittels (12) für die Empfindlichkeitsachse in x Richtung: ax°lhel Offset des Mittels (12) für die Empfindlichkeitsachse in y Richtung: ajs"Offset of the means (12) for the sensitivity axis in the x direction: a x ° lhel Offset of the means (12) for the sensitivity axis in the y direction: aj s "
Die Offsets werden als Teil der Vorverarbeitung (62) von den unverarbeiteten Ausgangssig- nalen jeweils abgezogen:The offsets are subtracted from the raw output signals as part of preprocessing (62):
Der Gyrosensor (13) als Teil des Mittels (7) zum Nachweis des Drehwinkels muss ebenfalls kalibriert werden. Die Bestimmung der Offsets der Winkelgeschwindigkeit φOffsel erfolgt als Messung des Ausgangssignals des Gyrosensors (13) in der Ruhelage der erfindungsgemässen Vorrichtung. Als weiterer Teil der Vorverarbeitung (62) wird der Offset jeweils vom Ausgangssignal des Gyrosensors (13) abgezogen.The gyrosensor (13) as part of the means (7) for detecting the angle of rotation must also be calibrated. The determination of the offsets of the angular velocity φ Offsel takes place as a measurement of the output signal of the gyro sensor (13) in the rest position of the invention Contraption. As a further part of the preprocessing (62), the offset is subtracted in each case from the output signal of the gyro sensor (13).
Die Bestimmung des Drehwinkels erfolgt erfindungsgemäss nach folgenden Verfahren: Das Ausgangssignal des Gyrosensors (13) wird beispielsweise mit einer Frequenz von IkHz ab- getastet. Das Ausgangssignal des Gyrosensors (13) hängt mit der Winkelgeschwindigkeit des Schlägers zusammen. Zeitliche Integration (63) des Ausgangsignals des Gyrosensors (13) liefert einen Winkel. Um diesen Winkel in Grad zu eichen, bestimmt man das Integral I für einen bekannten Drehwinkel γ , wobei die Lage seiner empfindlichen Achse im Raum nicht verändert wird. Diese Prozedur kann sowohl werksseitig als auch im Feld durchgeführt wer- den. Im Feld kann beispielsweise der Schlägerschaft mit der befestigten Vorrichtung um seine Achse um einen bekannten Winkel γ gedreht. Dreht man um eine ganze Runde, entspricht das Integral einem Drehwinkel von γ =360°. Es ist beispielsweise auch möglich den Schläger mit der befestigten Vorrichtung horizontal zu halten und langsam (Vermeidung von Beschleunigung) um einen gewissen Winkel γ zu drehen. Dieser Winkel γ kann mit dem zweidimensionalen Beschleunigungssensor direkt gemessen werden. Das entsprechende Integral muss dann nur auf diesen bestimmten Winkel γ bezogen werden. γ - bekannter DrehwinkelThe determination of the angle of rotation takes place according to the invention according to the following method: The output signal of the gyro sensor (13) is sampled, for example, with a frequency of IkHz. The output of the gyro sensor (13) is related to the angular velocity of the racket. Time integration (63) of the output signal of the gyro sensor (13) provides an angle. To calibrate this angle in degrees, one determines the integral I for a known rotation angle γ, wherein the position of its sensitive axis is not changed in space. This procedure can be performed both at the factory and in the field. In the field, for example, the club shaft with the attached device can be rotated about its axis by a known angle γ. If you turn around a whole round, the integral corresponds to a rotation angle of γ = 360 °. It is also possible, for example, to keep the bat horizontally with the attached device and to rotate it slowly (avoiding acceleration) by a certain angle γ. This angle γ can be measured directly with the two-dimensional acceleration sensor. The corresponding integral must then be related only to this particular angle γ. γ - known rotation angle
T-benötigte Gesamtzeit, um um einen bestimmten Drehwinkel zu drehen I γ Integral für einen bestimmten Drehwinkel γ φ gesuchter DrehwinkelT-required total time to rotate by a certain angle of rotation I γ Integral for a certain angle of rotation γ φ desired angle of rotation
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Die Integrale werden durch Summation der mit einer bestimmten Abtastrate gemessenen Ausgangssignale genähert:The integrals are approximated by summing the output signals measured at a certain sampling rate:
NN
Meßwerte φ{tl ) , Zeit tt = t * i bei äquidistanten Meßintervallen, I( φ ) » ^ φt * t, In der Ruhelage (Ansprechposition, Zeit t=0) erfolgt die Bestimmung der ausgezeichneten Schwungbahn (57), auf der sich der Schläger für einen idealen Schwung bewegen soll: Als ausgezeichnete Schwungbahn legt man eine Ebene parallel zum Ziel und zur Achse des Schlägerschaftes (1), geneigt um den Liewinkel 3 gegenüber der Erdoberfläche fest. Ein um 3 gegenüber der Gravitationsachse geneigter Beschleunigungssensor sieht dann ein Signal N0.Measured values φ {t l ), time t t = t * i at equidistant measuring intervals, I (φ) »^ φ t * t, In the rest position (response position, time t = 0), the determination of the excellent swing track (57) on which the club is to move for an ideal swing: As an excellent swing track to lay a plane parallel to the target and the axis of the club shaft (1 ), inclined about the Liewinkel 3 opposite the earth's surface. An acceleration sensor inclined by 3 with respect to the gravitational axis then sees a signal N 0 .
In einem Verfahren (57) wird der Liewinkel 3 bestimmt aus der Neigung der xy -Ebene des Sensorkoordinatensystems gegenüber dem Gravitationsvektor g , d.h. aus dem Betrag der gemessenen Projektion des Gravitationsvektors g : cos(.9) = ιt=0In one method (57) of Liewinkel 3 is determined from the inclination of the plane xy of the sensor coordinate system relative to the gravitational vector g, g that from the amount of measured projection of the gravitational vector: cos (.9) = ι t = 0
Zur Interpretation der Beschleunigungssignale ist es notwendig, die Verdrehung p der Empfindlichkeitsachsen x und y in der Ansprechposition (t=0) gegenüber demFor the interpretation of the acceleration signals, it is necessary to determine the rotation p of the sensitivity axes x and y in the response position (t = 0) with respect to
Normalenvektor N zu bestimmen (54). arctan(α*, ay) = pNormal vector N to determine (54). arctane (α * , ay ) = p
(dabei ist p die Verdrehung der Platine zur Messung von ä" gegenüber der Ideallage α JN bei t=0 um die Achse des Schlägerschaftes (1) verdreht ist).(Here, p is the rotation of the board for the measurement of ä " with respect to the ideal position α JN at t = 0 is rotated about the axis of the club shaft (1)).
Damit ist die Lage des Normalenvektors auf der ausgezeichneten Schwungbahn in der Ansprechposition in Bezug auf die Ausgangsgrößen des Mittels (12) zur Bestimmung des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors bekannt.Thus, the position of the normal vector on the excellent flywheel in the response position with respect to the outputs of the means (12) for determining the two-dimensional acceleration vector is known.
Damit sind wesentliche Schritte zur Kalibrierung für die dargestellte Ausführungsform zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens abgeschlossen. In dieser oder anderen Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens können weitere Kalibrierschritte erforderlich oder vorteilhaft sein.Thus, essential steps for calibration for the illustrated embodiment for carrying out the inventive method are completed. In this or other embodiments of the method according to the invention, further calibration steps may be necessary or advantageous.
In Fig. 7 ist der zeitliche Ablauf des erfindungsgemässen Verfahrens zur Bestimmung von Echtzeit - Trainingsinformationen und zur Aufzeichnung zeitlicher Verläufe von Schwungparametern dargestellt. Eine Werkskalibrierung (50) dient der Bestimmung individueller Hardwareparameter der erfindungsgemässen Vorrichtung als notwendige Voraussetzung zum Ablauf des erfindungsgemässen Verfahrens. Zu einem bestimmten Zeitpunkt vor Ausführung eines Schlages, bei- spielsweise nach dem Einschalten, erfolgt eine Initialisierung der Vorrichtung. Beispielsweise wird der Programmcode in den Speicher geladen und die Voraussetzungen zur ordnungsge- mässen Funktion geschaffen. Anschließend erfolgt die Kalibrierung (71) der Vorrichtung, beispielsweise werden die Offsets des Mittels (12) zum Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors und des Mittels (7) zur Bestimmung des Drehwinkels und der Lie- winkel bestimmt. Im weiteren Verlauf des erfindungsgemässen Verfahrens wird ein Verfahren (72) zur Bestimmung des Zeitpunktes t=0, also des Beginns des Schlages, wenn sich der Schläger in Ruhe befindet, durchgeführt. Eine Ausführungsform des Verfahrens (72) kann beispielsweise auf Detektion des Auslösens eines Schalters beruhen. Eine andere Ausfüh- rungsform von Verfahren (72) verwendet vorteilhafterweise die die Ausgangssignale derFIG. 7 shows the time sequence of the method according to the invention for determining real-time training information and for recording time profiles of momentum parameters. A factory calibration (50) is used to determine individual hardware parameters of the device according to the invention as a necessary prerequisite for the execution of the method according to the invention. At some point prior to the execution of a blow, For example, after switching on, there is an initialization of the device. For example, the program code is loaded into the memory and the conditions for proper function are created. Subsequently, the calibration (71) of the device takes place, for example, the offsets of the means (12) for the detection of the two-dimensional acceleration vector and the means (7) for determining the angle of rotation and the Lie angle are determined. In the further course of the method according to the invention, a method (72) for determining the time t = 0, ie the beginning of the stroke, when the racket is at rest, is performed. An embodiment of the method (72) may be based, for example, on detection of the triggering of a switch. Another embodiment of method (72) advantageously uses the output signals of
Mittel (7) und (12), um festzustellen, ob sich der Schläger in der Nähe einer bestimmten Lage befindet und ob sich die Ausgangssignale der Mittel (7) und (12) für eine gewisse Zeit in einem gewissen Bereich nicht ändern. Ist die Ruhelage festgestellt, wird die Bestimmung von Liewinkel, ausgezeichneter Schwungbahn und Verdrehung (54-57) durchgeführt. Anschlie- ßend werden in einer Schleife nacheinander die Messung (60), Vorverarbeitung (62), Integration (63) der Winkelgeschwindigkeit, Drehtransformation (65) und die Bestimmung der Beschleunigungskomponenten in Richtung des Normalenvektors der Ebene, in der die ausgezeichnete Schwungbahn verläuft sowie die Bestimmung des Fehlersignals und dessen Signalisierung durchgeführt. Wie schon bei der Beschreibung der Kalibrierung ausgeführt, erfolgt die Bestimmung des aktuellen Drehwinkels φ durch Integration (63) der Winkelgeschwindigkeit^ . Geht man davon aus, dass der Schläger zu Beginn des Schlages, in der so genannten Ansprechposition, einen Winkel von φ=0 hat, kann man die Drehung φ um die Achse des Schlägerschaftes (1) durch Integration (63) der gemessenen Winkelgeschwindigkeit φ von Beginn des Schlages (t=0) an bestimmen.
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Ü -
Means (7) and (12) for determining whether the club is in the vicinity of a certain position and whether the output signals of the means (7) and (12) do not change for a certain time in a certain range. When the rest position is determined, the determination of Liewinkel, excellent swing and twist (54-57) is performed. Subsequently, the measurement (60), preprocessing (62), integration (63) of the angular velocity, rotational transformation (65) and the determination of the acceleration components in the direction of the normal vector of the plane in which the excellent flywheel runs and in a loop are successively measured Determination of the error signal and its signaling performed. As already stated in the description of the calibration, the determination of the current rotation angle φ is effected by integration (63) of the angular velocity.. Assuming that the club at the beginning of the stroke, in the so-called response position, an angle of φ = 0, one can φ the rotation about the axis of the club shaft (1) by integration (63) of the measured angular velocity φ of Determine the beginning of the beat (t = 0).
Figure imgf000021_0001
Ü -
Eine präzise Zeitmessung seit Beginn des Schlages kann aus dem Takt für den Microcontroller abgeleitet werden.A precise time measurement since the beginning of the beat can be derived from the clock for the microcontroller.
Nach dem Speichern (73) der Ergebnisse mit Zeitstempel wird nach einem Verfahren (74) festgestellt, ob der Schlag beendet ist oder abgebrochen wird. Nach einem kompletten Schlag liegen die zeitabhängigen Daten vor und stehen für eine Nachverarbeitung (75) zur Verfügung. Während des Schlages sind die Meßwerte ax und aydes Mittels (12) zum Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors abhängig von <p , da φ jedoch jetzt bekannt ist, kann man diese aber einfach zurückdrehen (2D-Drehungstransformation 65). Eine Drehung von ax und ay um den Drehwinkel φ und um die Verdrehung p ergibt dann die Beträge der Beschleunigung in Richtung des Normalenvektors und in Richtung des senkrecht dazu stehenden Tangentialvektors. Die zweidimensionale Drehmatrix lautet:After storing (73) the results with a time stamp, it is determined according to a method (74) whether the beat has ended or is aborted. After a complete hit, the time-dependent data is available and available for post-processing (75). During the beat, the measured values a x and a y of the means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector are dependent on <p, but since φ is now known, however, they can simply be turned back (2D rotation transformation 65). A rotation of a x and a y by the rotation angle φ and by the rotation p then gives the magnitudes of the acceleration in the direction of the normal vector and in the direction of the tangential vector standing perpendicular thereto. The two-dimensional rotation matrix is:
(cos(p + /9) - sin(φ + p)λ \ sin(<p + p) cos(</9 + p) J(cos (p + / 9) - sin (φ + p) λ \ sin (<p + p) cos (< / 9 + p) J
Die Drehung (65) wird durch Multiplikation des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors mit der Matrix R vorgenommen.The rotation (65) is made by multiplying the two-dimensional acceleration vector with the matrix R.
Figure imgf000022_0001
Figure imgf000022_0001
Man erhält dann Meßwerte armai = a*γ und aiangentiai = a*x, die genau den Meßwerten entsprechen, die man aufnehmen würde, wenn die Vorrichtung mit dem Mittel (12) nicht um p verdreht und φ über den gesamten Schlag konstant =0 wäre (67). In Fig. 9 sind beispielhaft der Drehwinkel, die ungedrehten und die um den Drehwinkel gedrehten Beschleunigungswerte dargestellt, wie sie während eines Schlages auftreten und aufgezeichnet werden. Mit der dargestellten Ausführungsform misst man keine Lageinformation mehr, sondern nur noch Beschleunigungen. Wenn man Meßwerte aNormai für φ =0 hat, so sind die Meßwerte für aN0rmai=cos( i9 )*g konstant, solange alle Bewegungen des Schlägers innerhalb der Ebene mit Liewinkel 9 verlaufen (keine Beschleunigungskomponenten senkrecht zu dieser Ebene). Jede Abweichung von aNormai gegenüber dem Meßwert zu Beginn der Messung zeigt dann eine Beschleunigung aus der Schwungebene heraus an.Then one obtains measured values a rmai = a * γ and aiangentiai = a * x which correspond exactly to the measured values which would be recorded if the device with the means (12) is not rotated by p and φ is constant over the entire beat = 0 would be (67). FIG. 9 shows, by way of example, the angle of rotation, the unrotated and the values of rotation rotated by the angle of rotation, which occur during a beat and are recorded. With the illustrated embodiment, one no longer measures position information but only accelerations. If one has measured values aNormai for φ = 0, then the measured values for aN 0rma i = cos (i9) * g are constant, as long as all movements of the racket are within the plane with Liewinkel 9 (no acceleration components perpendicular to this plane). Any deviation of a Norma i from the measured value at the beginning of the measurement then indicates acceleration from the swing plane.
Das Problem der Bestimmung einer Fehlergröße E (69) kann durch verschiedene Verfahren gelöst werden, wobei die Lageinformationen der ausgezeichneten Schwungbahn (57) und Parameter für die maximal zulässige Abweichung (58) davon berücksichtigt werden: In einer ersten Variante wird aus der Größe der Abweichung von aNormai aus der Schwung- ebene heraus ein Trainingssignal direkt abgeleitet, das zur unmittelbaren Alarmierung des Golfers während des Schwunges hörbar, fühlbar (Vibration) oder sichtbar gemacht werden kann. Lautstärke, Tonhöhe, Vibrationsfrequenz oder Lichtstärke können mit der Amplitude der Abweichung korreliert werden. Der Golfer kann bei entsprechender Signalstärke den Schwung abbrechen. Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung gibt hierfür Bereichsgrenzen vor, die eine Klassifizierung des Schwunges in mehrere Kategorien gestattet (exzellent, gut, befriedigend, schlecht, etc.).The problem of determining an error quantity E (69) can be solved by various methods, taking into consideration the position information of the excellent flywheel (57) and parameters for the maximum permissible deviation (58) thereof: In a first variant, the magnitude of the deviation directly derived a training signal of a Norma i from the flywheel plane, the audible alarm to direct the golfer during the swing, tactile (vibration), or made visible can. Volume, pitch, vibration frequency or light intensity can be correlated with the amplitude of the deviation. The golfer can break the momentum with appropriate signal strength. An advantageous embodiment of the invention therefore specifies range limits which allow a classification of the momentum into several categories (excellent, good, satisfactory, bad, etc.).
In einer zweiten Variante wird die die Abweichung von aNormai mit der Größe der Beschleunigungskomponente in Schlägerachsrichtung az skaliert. Da az näherungsweise der Radialbeschleunigung aRadiai entspricht und damit näherungsweise proportional zur Geschwindigkeit des Schlägers ist, fände vorteilhafterweise die Tatsache Berücksichtung, dass Abweichungen von armai bei schnelleren Schlägen nicht höher gewichtet werden als bei langsam ausgeführten Schlägen. Somit ist eine bessere Konsistenz in der Wahrnehmung des Trainingssignals sowohl für schnelle als auch für langsame Schwünge gegeben.In a second variant, the deviation from a Norma i is scaled by the magnitude of the acceleration component in the club axial direction a z . Since a z is approximately equal to the radial acceleration a R a d iai and thus approximately proportional to the speed of the racket, the fact would advantageously be taken into account that deviations of a rmai are not weighted higher in faster beats than in slow beats. Thus, a better consistency in the perception of the training signal is given for both fast and slow turns.
In einer 3. Variante wird der aktuelle zeitliche Verlauf der gedrehten Beschleunigungskomponenten mit einem Referenzschwung verglichen. Der Referenzschwung wird erfmdungsge- mäss aus einem mathematischen Modell, aus der Erfahrung oder aus Aufzeichnung eines oder mehrerer Daten für einen Golfschwung bestimmt.In a third variant, the current time profile of the rotated acceleration components is compared with a reference momentum. According to the invention, the reference momentum is determined from a mathematical model, from experience or from the recording of one or more data for a golf swing.
In einer vierten Variante wird die dritte Variante um die Einbeziehung des Drehwinkels φ in die Bewertung bzw. den Vergleich erweitert. Eine 5. Variante verwendet ein Verfahren zum Anpassen der Parameter eines Rechenmodells an die von der Trainingsvorrichtung gelieferten Daten. Hierzu kann beispielsweise das so genannte Doppelpendelmodell, das in Fig. 12 veranschaulicht ist, herangezogen werden. In diesem Modell eines Golfschwunges existieren zwei Drehzentren (Schultern und Handgelenke), wobei sich die Arme um den Winkel aχ {f) und der Schlägerschaft (1) um den Winkel a2 (t) drehen. Setzt man weiterhin voraus, dass sich der Schlägerschaft (1), wie in Fig. 14b darge- stellt bei fehlerhaften Schwüngen näherungsweise auf der Oberfläche eines gedachten Kegels bewegt, kann der Kegelwinkel oder der damit zusammenhängende Öffnungswinkel zwischen ausgezeichneter Schwungebene (14) und fehlerhafter Schwungebene (15) als Maß für die Abweichung aus dem Fit der gemessenen und anschließend gedrehten Beschleunigungswerte an die über den Modellansatz berechneten Beschleunigungswerte bestimmt werden. Eine weitere Variante leitet das Fehlersignal aus der Bewertung der Geschwindigkeit, mit der sich der Schläger aus der Schwungebene herausbewegt oder aus der Bewertung der Entfernung der Sensoren von der ausgezeichneten Schwungbahn ab. Die Geschwindigkeit wird dabei aus der einfachen und die Entfernung aus der doppelten Integration des Beschleuni- gungssignals aNθrmai abgeleitet. Die Ergebnisse der doppelten Integration der zeitlichen Verläufe der Beschleunigungen sind für einen guten und schlechten Schlag in Fig. 15a-b dargestellt.In a fourth variant, the third variant is extended to include the rotation angle φ in the evaluation or the comparison. A fifth variant uses a method for adapting the parameters of a computer model to the data supplied by the training device. For this purpose, for example, the so-called double pendulum model, which is illustrated in FIG. 12, can be used. In this model of a golf swing there are two centers of rotation (shoulders and wrists), with the arms rotating through the angle a χ {f) and the club shaft (1) through the angle a 2 (t). Assuming further that the club shaft (1), as shown in FIG. 14b, moves approximately on the surface of an imaginary cone in faulty turns, the cone angle or the associated opening angle between excellent swing plane (14) and faulty swing plane (15) are determined as a measure of the deviation from the fit of the measured and subsequently rotated acceleration values to the acceleration values calculated via the model approach. Another variant derives the error signal from the evaluation of the speed at which the club moves out of the swing plane or from the evaluation of the distance of the sensors from the excellent swing path. The speed is calculated from the simple and the distance from the double integration of the acceleration derived from the supply signal a Nθrm ai. The results of the double integration of the time courses of the accelerations are shown for a good and bad impact in Fig. 15a-b.
Vorteilhafterweise wird die Fehlergröße E in Echtzeit bestimmt und dem Golfer über einen Signalgeber (9) rückgekoppelt.Advantageously, the error size E is determined in real time and fed back to the golfer via a signal generator (9).
Erfindungsgemäß wird das Fehlersignal wird zur unmittelbaren Alarmierung des Golfers während des Schwunges hörbar, fühlbar (Vibration) oder sichtbar gemacht. Lautstärke, Tonhöhe, Vibrationsfrequenz oder Lichtstärke können mit der Amplitude der Abweichung korrel- iert werden. Der Golfer kann bei entsprechender Signalstärke den Schwung abbrechen. Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung gibt hierfür Bereichsgrenzen vor, die eine Klassifizierung des Schwunges in mehrere Kategorien gestattet (exzellent, gut; befriedigend, schlecht, etc.).According to the invention, the error signal is audible, felt (vibration) or visualized for immediate alerting of the golfer during the swing. Volume, pitch, vibration frequency or light intensity can be correlated with the amplitude of the deviation. The golfer can break the momentum with appropriate signal strength. An advantageous embodiment of the invention specifies range limits which allow a classification of the momentum into several categories (excellent, good, satisfactory, bad, etc.).
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Daten von Beschleunigung und Drehwinkel während eines kompletten Schwunges auf einem Speicher aufgezeichnet. Dies kann auch für eine gewisse Anzahl von Schwüngen geschehen. Dies gestattet die nachträgliche Auswertung eines Golfschwunges mit dem Ziel, weitere Trainingsinformationen zu gewinnen.In an advantageous embodiment of the invention, the data of acceleration and angle of rotation during a complete swing are recorded on a memory. This can also happen for a certain number of turns. This allows the subsequent evaluation of a golf swing with the aim of gaining further training information.
Zusätzliche Informationen können gewonnen werden aus dem Vergleich von Schwüngen, insbesondere dem Vergleich mit den aufgezeichneten Daten eines Referenzschwungs eines Professionals oder mit Daten, die aus einem Modell gewonnen wurden. Aus dem zeitlichen Verlauf des Drehwinkels der Schaftachse lässt sich die Dynamik der Handgelenkrotation und Handgelenkentriegelung, wesentliche Quellen für fehlerhafte Golfschwünge, bewerten. Fig. 10 zeigt eine Reihe von Beispielen. Zur besseren Vergleichbarkeit von Schlägen mit verschiedener Dynamik wurde die Zeitachse in der Darstellung so verschoben, dass die Zählung im Treffmoment bei 0 beginnt. Der Zeitpunkt, zu dem der Ball Kontakt mit dem Schläger bekommt (Treffmoment) kann erfindungsgemäß aus den maximalen Be- schleunigungswerten der Beschleunigungssensoren identifiziert werden (Schock).Additional information can be obtained from the comparison of sweeps, in particular the comparison with the recorded data of a reference swing of a professional or with data obtained from a model. From the time course of the rotation angle of the shaft axis, the dynamics of the wrist rotation and wrist release, essential sources of faulty golf swings, can be evaluated. Fig. 10 shows a series of examples. For better comparability of beats with different dynamics, the time axis in the presentation has been shifted so that the count starts at 0 at the moment of impact. The point in time at which the ball makes contact with the racket (impact moment) can be identified according to the invention from the maximum acceleration values of the acceleration sensors (shock).
Erfindungsgemäß wurden die Rückschwungphase A und die Abschwungphase B im zeitlichen Verlauf identifiziert und dargestellt. Ein Verfahren zur Bestimmung des Umkehrpunktes zwischen Rückschwung (Ausholen) und Abschwung (Schlagen) beruht auf der Interpretation von aτangentιai(t). Diese Beschleunigungskomponente hat im Umkehrpunkt ein Minimum. Bei genügend hoher zeitlicher Auflösung der Messung ist die Radialbeschleunigung im Umkehrpunkt Null.According to the invention, the backswing phase A and the downswing phase B have been identified and represented over time. A method for determining the reversal point between the backswing (backswing) and slowdown (beating) is based on the interpretation of aτa n ge nt ιai (t). This acceleration component has a minimum at the reversal point. at sufficiently high temporal resolution of the measurement is the radial acceleration at zero.
Ein weiteres Verfahren zur Bestimmung des Umkehrpunktes beruht erfϊndungsgemäss auf der Bestimmung des Minimums bzw. Nulldurchganges der Beschleunigungskomponente az pa- rallel zur Schaftachse (im weiteren aRadiai genannt) vor dem Treffmoment.Another method for determining the reversal point is erfϊndungsgemäss on the determination of the minimum or zero crossing of the acceleration component a z parallel to the shaft axis (hereinafter a rad i a i called) before the impact moment.
Ein weiteres Verfahren beruht auf der Integration der tangentialen Beschleunigungskomponente. Diese ergibt die Geschwindigkeit in tangentialer Richtung. Deren Nulldurchgang markiert den Umkehrpunkt.Another method is based on the integration of the tangential acceleration component. This gives the velocity in the tangential direction. Their zero crossing marks the reversal point.
In Fig. 10a sind die Beschleunigungskomponenten aNormaiO) und aRad,aι(t) in Abhängigkeit von der Zeit für einen guten und einen besseren Schlag eines Golfers mit geringem Handicap dargestellt. Das Maximum der Beschleunigungskomponente aRadiai liegt für einen guten GoI; fer erwartungsgemäß im Treffmoment, das sich hier durch den starken Ausschlag der Be: schleunigungssensoren auszeichnet. Die Beschleunigung aRadiai erreicht sogar Vollausschlag von 15g im Treffmoment (Sättigung). Prinzipiell könnte man einen Sensor mit größeremIn Fig. 10a are the acceleration components aN ORMA iO) and a wheel, a ι (t) as a function of time for a good and a better impact of a golfer with a low handicap. The maximum of the acceleration component a Rad i a i is for a good GoI; fer expected at impact, which here by the strong deflection of Be: acceleration sensors distinguished. The acceleration a Rad i a i even reaches full rash of 15g at impact (saturation). In principle one could use a sensor with a larger one
Meßbereich einsetzen, da die Radialbeschleunigung mit der Geschwindigkeit und dem Abstand vom Drehzentrum zusammenhängt, kann man den Beschleunigungssensor jedoch erfin; dungsgemäss auch dichter am Griff anbringen (im vorliegenden Fall war der gesamte Aufbau sehr dicht am Schlägerkopf montiert. Derselben Fig. 10a ist zu entnehmen, dass ein nach inz nen (bezüglich der ausgezeichneten Schwungbahn nach unten) gestarteter Schwung erfin- dungsgemäss daran erkennbar ist, dass die Beschleunigungskomponente aNθrmai in Phase A von der Nulllinie nach unten abweicht. Die Beschleunigungskomponente aNormai für einen besseren Schwung kleiner ist.However, since the radial acceleration is related to the speed and the distance from the center of rotation, one can experience the acceleration sensor ; dung according to also install closer to the handle (in this case, the entire structure was very tightly mounted on the racket head. thereof Fig. 10a it can be seen that after the z NEN (with respect to the excellent swing path after) below launched swing dung according inventions be recognized in that the acceleration component a Nθrma i deviates downward from the zero line in phase A. The acceleration component a Norma i is smaller for a better momentum.
In Fig. 1 Ob sind die Beschleunigungen über der Zeit für einen schnell und einen langsam ausgeführten Schlag eines Golfers mit geringem Handicap dargestellt. Es wurde beide Male der- selbe Schläger verwendet. Die jeweiligen Umkehrpunkte (Ausholen/Schlagen) sind markiert (Minima der Radialbeschleunigung). Da die Radialbeschleunigung proportional zur Geschwindigkeit ist, können erfindungsgemäss sowohl die Höhe des Beschleunigungswertes aRadiai im Treffmoment als auch der Abstand Umkehrpunkt zu Treffmoment zur Bewertung bzw. dem Vergleich von Geschwindigkeiten eines Schwunges herangezogen werden. Die zugehörigen Drehwinkel für beide Schwünge sind in Fig. 101 dargestellt. Die absolute Drehung bleibt von der Geschwindigkeit der Ausführung des Schlages fast unberührt. Fig. 10c zeigt den gemessenen Drehwinkel über der Zeit für zwei Schwünge. Dabei winkelt ein Golfer mit hohem Handicap sein rechtes Handgelenk bewusst zu verschiedenen Zeitpunkten während des Schwunges ab. Der Drehwinkel zeigt auch die für einen Golfer mit ho- hem Handicap typischen „abgehackten" Phasen des Drehwinkels. Das ist genauer in Fig. 10k zu sehen, wo der zeitliche Verlauf des Drehwinkels für einen Golfer mit hohem und geringem Handicap gegenübergestellt sind. Der Drehwinkel des besseren Golfers ist viel symmetrischer und glatter. Der Beginn der Handgelenkdrehung und die rechtzeitige Entriegelung des Handgelenkes bis zum Treffmoment (DrehwinkeI=0, sonst Slice oder Hook) können erfindungsgemäss aus dem Verlauf des Drehwinkels während des Schwunges abgelesen werden. In Fig. 1Od können weitere Merkmale eines Schwunges erfindungsgemäss aus dem zeitlichen Verlauf des Drehwinkels abgelesen werden. Hier sind Drehwinkel für unterschiedlich stark gedrehte Schultern eines Golfers mit hohem Handicap zu sehen. Das erfindungsgemässe Trainingsgerät kann zum gezielten Training der Schulterdrehung eingesetzt werden.In Fig. 1 (b) the accelerations over time are shown for a fast and slow running stroke of a low handicap golfer. The same racket was used both times. The respective reversal points (Ausholen / hitting) are marked (minima of the radial acceleration). Since the radial acceleration is proportional to the speed, according to the invention, both the height of the acceleration value a Rad i a i at the moment of impact and the distance reversal point to impact moment for evaluating or comparing speeds of a momentum can be used. The associated angles of rotation for both turns are shown in FIG. 101. The absolute rotation remains almost untouched by the speed of execution of the beat. Fig. 10c shows the measured angle of rotation over time for two turns. A high-handicap golfer deliberately angles his right wrist at various times during the swing. The angle of rotation also shows that for a golfer with high This is shown in more detail in Fig. 10k, which compares the time course of the angle of rotation for a golfer with high and low handicap.The angle of rotation of the better golfer is much more symmetrical and smoother According to the invention, the wrist rotation and the timely unlocking of the wrist up to the impact moment (rotational angle I = 0, otherwise slice or hook) can be read from the course of the rotational angle during the swing Here are angles of rotation for differently twisted shoulders of a golfer with a high handicap to see the training device according to the invention can be used for specific training of the shoulder rotation.
Fig. 10e zeigt den Einfluss eines jeweils normal und palmar gebeugten Handgelenkes auf den Drehwinkel und die Beschleunigungskomponenten. Auch diese Schwünge sind unterscheidbar und jeweils mit dem Trainingsgerät identifizierbar. Ein starker und ein schwacher Griff sind, wie in Fig. 10f zu sehen, ebenfalls differenzierbar. Ein stärkerer Griff führt bei diesem Golfer zu einer geringeren Beschleunigung aNormai aus der ausgezeichneten Schwungebene heraus. Fig. 10g zeigt die Beschleunigungskomponenten für zwei reduzierte Schwünge, bei denen nicht voll ausgeholt wurde. Es wurde derselbe Schläger verwendet, beide Schwünge wurden nacheinander ausgeführt und sind kaum unterscheidbar. Auch beim reduzierten Schwung liegt das Maximum der Radialbeschleunigung im Treffmoment. Der Verlauf des Drehwinkels für einen reduzierten Schwung ist in Fig. 10h dargestellt. Der absolute Drehwin; kel ist kleiner als für einen vollen Schwung.10e shows the influence of a respectively normal and palmar-flexed wrist on the angle of rotation and the acceleration components. These turns are distinguishable and each identifiable with the training device. A strong and a weak grip are also differentiable as seen in Fig. 10f. A stronger grip on this golfer leads to a lower acceleration a norm ai from the excellent swing plane. Fig. 10g shows the acceleration components for two reduced turns that were not fully balanced. The same racket was used, both turns were carried out successively and are hardly distinguishable. Even with the reduced momentum, the maximum of the radial acceleration is at impact. The course of the rotation angle for a reduced momentum is shown in Fig. 10h. The absolute Drehwin; Kel is smaller than for a full swing.
Zum Verständnis der Fig. 10i ist die Erklärung der Begriffe eines nach innen und eines nach außen gestarteten Schwunges notwendig: In Fig. 13a ist die Position des Schlägers für einen idealen Schwung in der Ansprechposition und in Fig. 13b beim Ausholen auf der ausgezeichneten Schwungbahn in der Ebene (14) dargestellt. Ein so genannter Schwung nach außen weicht von der idealen Ebene (14) ab und startet nach oben aus der ausgezeichneten Schwungebene (14) heraus. Der Schlägerkopf bewegt sich dann auf einer Bahn in der fehlerhaften Schwungebene (15) oberhalb der Schwungebene (14). Diese Verhältnisse sind in Fig. 14a-b an Hand der Schlägerpositionen in der Ansprechposition und während des Ausholens dargestellt. Entsprechend würde sich der Schlägerkopf auf einer Bahn innerhalb einer fehlerhaften Schwungebene (15) unterhalb der Schwungebene (14) für einen nach innen gestarteten Schwung bewegen. Fig. 1 Oi kann man entnehmen, dass erfindungsgemäss auch der Verlauf des Drehwinkels kennzeichnend für einen nach innen bzw. außen gestarteten Schwung ist. Dies ist hauptsächlich durch die Projektion der tatsächlichen Drehachse auf die empfindliche Achse des Gyro- sensors (13) verursacht. Fig. 1Oj zeigt die aufgezeichneten Beschleunigungskomponenten für einen Schwung eines Golfers mit hohem Handicap. Hier ist eine Anomalie erkennbar: Das Maximum der Radialbeschleunigung liegt vor dem Treffmoment, woraus sich eine Verzögerung des Schwunges vor dem Auftreffen des Schlägers auf dem Ball ablesen lässt. Der Schwung ist nicht effektiv, weil abgebremst.In order to understand Fig. 10i, the explanation of the terms of inward and outward swing is necessary. In Fig. 13a, the position of the racket for ideal swing is in the responsive position and in Fig. 13b is taken out on the excellent swing lane in Figs the level (14) shown. A so-called swing to the outside deviates from the ideal plane (14) and starts up out of the excellent swing plane (14) out. The club head then moves on a track in the faulty swing plane (15) above the swing plane (14). These relationships are shown in Figures 14a-b with reference to the club positions in the response position and during the retrieving. Accordingly, the club head would move on a path within a faulty swing plane (15) below the swing plane (14) for an inward started swing. 1 Oi it can be seen that according to the invention, the course of the rotation angle is characteristic of an inward or outward started momentum. This is mainly caused by the projection of the actual axis of rotation on the sensitive axis of the gyro-sensor (13). Fig. 10j shows the recorded acceleration components for one swing of a high handicap golfer. Here is an anomaly recognizable: The maximum of the radial acceleration is before the impact moment, from which a delay of the momentum before the impact of the club can be read on the ball. The momentum is not effective because slowed down.
Die nachträgliche Auswertung zur Diskussion von Korrekturen für folgende Golfschläge erfolgt vorteilhafterweise an einem mit höherer Rechenleistung und besseren Fähigkeiten zur grafischen Auswertung ausgestatteten PC. Vorteilhafterweise verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Datenaustausch mit dem PC über eine drahtgebundene oder drahtlose Schnittstelle (z.B. USB, IRDA, Bluetooth) oder die Daten sind auf einer portablen Flashspeicherkarte untergebracht.The subsequent evaluation for the discussion of corrections for the following golf strokes is advantageously carried out on a PC equipped with higher computing power and better capabilities for graphic evaluation. Advantageously, the device according to the invention for exchanging data with the PC has a wired or wireless interface (for example USB, IRDA, Bluetooth) or the data are accommodated on a portable flash memory card.
Eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt die Steuerung von Computerspielen oder Ballflugsimulationen dar. Sowohl Echtzeit-Fehlersignal als auch aufgezeichnete Da- ten können zur Steuerung von Computerspielen oder Ballflugsimulationen verwendet werden.An embodiment of the method according to the invention represents the control of computer games or ball flight simulations. Both real time error signal and recorded data can be used to control computer games or ball flight simulations.
Wird ein Vibrationsmotor als Signalgeber (9) verwendet und wird dieser Vibrationsmotor am Schlägerschaft (1) montiert, so übertragen sich die Schwingungen auf den Schlägerschaft (1 ), den Griff (2) und auf die Hände und signalisieren somit der schlagenden Person einen Fehler. Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens löst das Problem, dass sich dieIf a vibration motor is used as a signal generator (9) and this vibration motor is mounted on the club shaft (1), so the vibrations transmitted to the club shaft (1), the handle (2) and on the hands and thus signal the beating person an error. An embodiment of the method according to the invention solves the problem that the
Schwingungen auf die Ausgangssignale der Mittel (12,7) zum Nachweis der Beschleunigung und des Drehwinkels auswirken. In Fig. 1 I b sind die durch einen am Schlägerschaft (1) montierten Unwuchtmotor gestörten Ausgangssignale der Beschleunigungssignale und das Ergebnis der Anwendung eines Tiefpassfilters zur Beseitigung der Störung dargestellt. Aus Fig. I I a ist ersichtlich, dass der Drehwinkel relativ ungestört bleibt. Zusätzlich wird aus Fig. 1 Ic deutlich, dass für die Durchführung der erfindungsgemässen Verfahren der Einfluss der Vibrationen auf die Radialbeschleunigung vernachlässigt werden kann. BezugszeichenlisteVibrations on the output signals of the means (12,7) for detecting the acceleration and the angle of rotation impact. In Fig. 1 I b are represented by a on the club shaft (1) mounted unbalance motor disturbed output signals of the acceleration signals and the result of the application of a low-pass filter to eliminate the disturbance. From Fig. II a can be seen that the rotation angle remains relatively undisturbed. In addition, it becomes clear from FIG. 1c that the influence of the vibrations on the radial acceleration can be neglected for carrying out the method according to the invention. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Schlägerschaft1 club shaft
2 Griff2 handle
3 Schlägerkopf 4 Mittel zum Nachweis der Beschleunigung z (radial)3 club head 4 means for proving the acceleration z (radial)
5 Mittel zum Nachweis der Beschleunigung x5 means for detecting the acceleration x
6 Mittel zum Nachweis der Beschleunigung y6 means for detecting the acceleration y
7 Mittel zum Nachweis des Drehwinkels der Achse des Schlägerschaftes7 means for detecting the angle of rotation of the axis of the club shaft
8 Rechenmittel 9 Signalgeber8 calculating means 9 signal generator
10 Datenspeicher10 data storage
1 1 Mechanische Befestigungsvorrichtung1 1 Mechanical fastening device
12 Mittel zum Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors in der Ebene senkrecht zur Achse des Schlägerschaftes 13 Gyrosensor zum Nachweis der Winkelgeschwindigkeit12 means for detecting the two-dimensional acceleration vector in the plane perpendicular to the axis of the club shaft 13 Gyrosensor for detecting the angular velocity
14 Schwungebene14 swing plane
15 Fehlerhafte Schwungebene15 Wrong swing plane
16 Gehäuse der Vorrichtung 50 Werkskalibrierung 51 Berücksichtigung der Umgebungstemperatur16 Housing of the device 50 Factory calibration 51 Consideration of the ambient temperature
52 Korrekturverfahren52 correction procedure
54 Bestimmung der Verdrehung des xy Sensorkoordinatensystems54 Determination of the rotation of the xy sensor coordinate system
55 Bestimmung des Normalenvektors55 Determination of the normal vector
56 Bestimmung des Tangentialvektors 57 Bestimmung der ausgezeichneten Schwungbahn56 Determination of the Tangential Vector 57 Determination of the Excellent Fly Path
58 Bestimmung der Vergleichsmittel58 Determination of the comparison means
59 Berücksichtigung der Radialbeschleunigung59 Consideration of radial acceleration
60 Messung60 measurement
61 unverarbeitete Ausgangssignale der Messung 62 Vorverarbeitung61 unprocessed output signals of the measurement 62 Preprocessing
63 Integrationsverfahren zur Bestimmung des Drehwinkels63 Integration method for determining the angle of rotation
64 verarbeitete Ausgangssignale64 processed output signals
65 Rotation der Beschleunigungswerte Rechenoperation Normal-, Tangentialbeschleunigung in g und Drehwinkel in grad Rechenoperation Bestimmung eines Fehlersignals 65 Rotation of the acceleration values Arithmetic operation Normal, tangential acceleration in g and rotation angle in degrees Arithmetic operation Determination of an error signal

Claims

Patentansprücheclaims
1) Vorrichtung zum Training der Bewegung eines Schlägers auf einer ausgezeichneten Schwungbahn zum Schlagen eines Balles bestehend aus einem Schläger mit Griff (2), Schlä- gerschaft (1) und Schlägerkopf (3), insbesondere einem Golfschläger, Baseballschläger, Eishockeyschläger oder Tennisschläger,1) Apparatus for training the movement of a racket on an excellent swing track for hitting a ball consisting of a racket with handle (2), club (1) and club head (3), in particular a golf club, baseball bat, hockey stick or tennis racket,
gekennze ichnet durch a) ein Mittel (12) zum Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors in der Ebene senkrecht zur Achse des Schlägerschaftes (1), b) ein Mittel (7) zum Nachweis des Drehwinkels des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors um die Achse des Schlägerschaftes (1) seit Beginn des Schlages, c) mindestens ein Rechenmittel (8) d) einen Signalgeber (9) e) einen Datenspeicher (10) f) mindestens eine mechanische Befestigungsvorrichtung (1 1) für die Befestigung des Mittels (12) zum Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors und des Mittels (7) zum Nachweis des Drehwinkels desselben um die Achse des Schlägerschaftes (1) am Schlägerdenoted by a) a means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector in the plane perpendicular to the axis of the club shaft (1), b) means (7) for detecting the angle of rotation of the two-dimensional acceleration vector about the axis of the club shaft (1) C) at least one computing means (8) d) a signal generator (9) e) a data memory (10) f) at least one mechanical fastening device (1 1) for fixing the means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector and the means (7) for detecting the angle of rotation thereof about the axis of the club shaft (1) on the racket
wobei das Mittel (12) zum Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors und das Mittel (7) zum Nachweis des Drehwinkels ein mit den Meßgrößen in bekannter Beziehung stehendes und zur Signalverarbeitung geeignetes Ausgangssignal abgeben sowie über die Befestigungsvorrichtung (1 1) während des Schlages mit dem Schläger fest verbunden sind.wherein the means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector and the means (7) for detecting the angle of rotation emanating with the measured variables in a known relationship and suitable for signal processing output signal and fixed via the fastening device (1 1) during the blow with the racket are connected.
2) Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (12) zum Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors in der Ebene senkrecht zur Achse des Schlägerschaftes (1) ein Mittel (5) zum Nachweis der Beschleunigung in einer ersten Empfindlichkeitsachse und ein Mittel (6) zum Nachweis der Beschleunigung in einer zweiten, senkrecht dazu stehenden Empfindlichkeitsachse aufweist.2) Device according to claim 1, characterized in that the means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector in the plane perpendicular to the axis of the club shaft (1) comprises means (5) for detecting the acceleration in a first axis of sensitivity and means (6 ) for detecting acceleration in a second perpendicular axis of sensitivity.
3) Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dad urch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiteres Mittel zum Nachweis der Beschleunigung (4)(5)(6) des Schlägers, insbesondere ein Mittel (4), das in der Achse senkrecht zu den Empfindlichkeitsachsen der Mittel (5)(6) zum Nachweis der Beschleunigung empfindlich ist, verwendet wird.3) Device according to claim 1 and 2, dad urch in that at least one further means for detecting the acceleration (4) (5) (6) of the racket, in particular a Means (4), which is sensitive in the axis perpendicular to the axes of sensitivity of the means (5) (6) for detecting the acceleration, is used.
4) Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch geken nzeichnet, dass mindestens zwei Mittel zum Nachweis der Beschleunigung des Schlägers über den Schlägerschaft (1) in unterschiedlicher Distanz zum Griff (2) verteilt sind.4) Device according to claim 3, characterized Porsche Style nzeichnet that at least two means for detecting the acceleration of the racket on the racket shaft (1) at a different distance to the handle (2) are distributed.
5) Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiteres Mittel zum Nachweis von Beschleunigungen ver- wendet wird, das nicht mit dem Schläger fest verbunden, sondern insbesondere am Körper oder der Kleidung der schlagenden Person befestigt ist.5) Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one further means for detecting accelerations is used, which is not firmly connected to the racket, but in particular on the body or clothing of the beating person is attached.
6) Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (7) zum Nachweis des Drehwinkels ein Mittel zum Nachweis der Winkelgeschwindigkeit um die Achse des Schlägerschaftes (1 ) und ein Mittel zur Zeitmessung seit Beginn des Schlages aufweist.6) Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the means (7) for detecting the angle of rotation comprises means for detecting the angular velocity about the axis of the club shaft (1) and a means for measuring time since the start of the shock.
7) Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Rechenmittel (8) zur Bestimmung des Drehwinkels seit Beginn des Schlages aus dem Aus- gangssignal des Mittels zum Nachweis der Winkelgeschwindigkeit und der Zeitmessung aufweist.7) Device according to claim 6, characterized in that it comprises at least one computing means (8) for determining the angle of rotation since the beginning of the shock from the output signal of the means for detecting the angular velocity and the time measurement.
8) Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Rechenmittel (8) zur Drehtransformation der Ausgangs- signale des Mittels (12) zum Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors aufweist.8) Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one computing means (8) for rotational transformation of the output signals of the means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector.
9) Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Rechenmittel (8) zur Bestimmung des zeitlichen Verlaufes des Drehwinkels seit Beginn des Schlages nach einem bestimmten Verfahren, insbesondere durch Berechnung aus einem mathematischen Modell oder durch Verwendung eines aufgezeichneten zeitlichen Verlaufes des Drehwinkels aufweist. 10) Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Datenspeicher (10) mindestens über eine solche Speicherkapazität verfügt, dass die von der Vorrichtung nach Anspruch 1 gelieferten Daten für mindestens einen kompletten Schlag und mindestens einen Referenzschlag aufgezeichnet werden können.9) Device according to claim 1, characterized in that it comprises at least one computing means (8) for determining the time course of the rotation angle since the beginning of the shock according to a particular method, in particular by calculation from a mathematical model or by using a recorded time course of the rotation angle having. 10) Device according to claim 1, characterized in that the data memory (10) has at least such a memory capacity that the data supplied by the device according to claim 1 data for at least one complete beat and at least one reference beat can be recorded.
1 1) Vorrichtung nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Rechenmittel (8) ein Verfahren zur Bestimmung der ausgezeichneten Schwungbahn und ein Verfahren zur Bestimmung der aktuellen Abweichung des Schlägers von der ausgezeichneten Schwungbahn in Echtzeit ausführbar sind.1 1) Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that with the computing means (8), a method for determining the excellent swing path and a method for determining the actual deviation of the racket from the excellent swing track in real time are executable.
12) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Mittel zum Nachweis von Beschleunigungen (12)(4)(5)(6) einen elektronischen Beschleunigungssensor basierend auf Technologien der Mikrosystemtechnik aufweist.12) Device according to claim 1 or 2, characterized in that at least one means for detecting accelerations (12) (4) (5) (6) comprises an electronic acceleration sensor based on microsystem technology.
13) Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennze ichnet, dass ein Mittel zum Nachweis der Winkelgeschwindigkeit um die Achse des Schlägerschaftes (1) einen elektronischen Gyrosensor (13), basierend auf Technologien der Mikrosystemtechnik aufweist.A device according to claim 6, characterized in that a means for detecting the angular velocity about the axis of the club shaft (1) comprises an electronic gyro sensor (13) based on microsystem technology.
14) Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- ze ichnet, dass mindestens ein Rechenmittel (8) einen Mikroprozessor aufweist.14) Device according to at least one of the preceding claims, characterized marked ichnet that at least one computing means (8) comprises a microprocessor.
15) Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet d urch eine Bedieneinheit, insbesondere zum Ein- und Ausschalten, zum Wechsel zwischen verschiedenen Funktionen und zur Auswahl von Bereichen.15) Device according to at least one of the preceding claims, characterized by a control unit, in particular for switching on and off, for switching between different functions and for the selection of areas.
16) Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Bedieneinheit, die die Mittel (12,5,6,4) zum Nachweis von Beschleunigungen und das Mittel (7) zum Nachweis des Drehwinkels zur Bedienung verwendet, wobei insbesondere bestimmte Dreh- oder Auf- und Ab- Bewegungen oder Seitwärtsbewegungen des Schlägers im Programmiermodus zur Auslösung bestimmter Funktionen an Hand der Ausgangssignale interpretiert und verwendet werden.16) Apparatus according to claim 15, characterized by an operating unit, which uses the means (12,5,6,4) for detecting accelerations and the means (7) for detecting the angle of rotation for operation, in particular certain rotation or Aufdrehung and Ab movements or sideways movements of the racket in the programming mode for triggering certain functions on the basis of the output signals are interpreted and used.
17) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (9) a) einen akustischen Signalgeber aufweist und in Lautstärke und Tonhöhe variierbar ist. b) und/oder einen visuellen Signalgeber aufweist, der von der schlagenden Person ohne Beeinträchtigung des Schlages beobachtet werden kann, insbesondere eine Projektionsbrille, c) und/oder einen für den Golfer fühlbaren Signalgeber aufweist, insbesondere einen Vibrationsmotor bzw. Unwuchtmotor.17) Apparatus according to claim 1, characterized in that the signal generator (9) a) has an acoustic signal generator and is variable in volume and pitch. b) and / or has a visual signal generator, which can be observed by the beating person without affecting the blow, in particular a projection goggles, c) and / or has a signalable for the golfer signal generator, in particular a vibration motor or unbalance motor.
18) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennze ichnet, dass der Signalgeber (9) am Schläger, am Körper oder an der Kleidung des Golfers befestigt ist.18) Device according to claim 1 or 2, characterized in that the signal transmitter (9) is fastened to the racket, the body or the clothing of the golfer.
19) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine drahtlose Schnittstelle zur Datenübertragung zu einem Signalgeber (9) und/oder zu einem Personalcomputer und/oder zu anderen Vorrichtungen zur Weiterverarbeitung der Daten der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird, insbesondere nach einem der Standards IRDA, Wireless USB, Bluetooth oder Zigbee.19) Device according to one of the preceding claims, characterized in that a wireless interface for data transmission to a signal generator (9) and / or to a personal computer and / or other devices for further processing the data of the device according to one of the preceding claims is used, in particular according to one of the standards IRDA, Wireless USB, Bluetooth or Zigbee.
20) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (9) ein Mobiltelefon mit polyphonen Klingeltönen, Vibrationsalarm, Display und mit einer drahtlosen oder drahtgebundenen Schnittstelle zum Datenaustausch mit der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.20) Device according to one of the preceding claims, characterized in that the signal generator (9) comprises a mobile phone with polyphonic ring tones, vibration alarm, display and with a wireless or wired interface for data exchange with the device according to one of the preceding claims.
21) Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein Mittel zum Nachweis seiner Lage bezüglich des Magnetfeldvektors der Erde, das sowohl mit dem Schläger als auch mit dem Körper oder der Bekleidung der schlagenden Person verbunden ist.21) Device according to at least one of the preceding claims, characterized by at least one means for detecting its position with respect to the magnetic field vector of the earth, which is connected both to the bat as well as to the body or clothing of the beating person.
22) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Mittel (12)(4)(5)(6) zum Nachweis von Beschleunigungen und das Mittel (7) zum Nachweis des Drehwinkels eine elektrische und mechanische Einheit bildet, in einem Gehäuse (16) untergebracht ist und mit einer Befestigungsvorrichtung (1 1) auf verschiedenen Schlägern befestigt und von diesen wieder entfernt werden kann, ohne den jeweiligen Schläger in seinen Eigenschaften zu verändern.22) Device according to claim 4, characterized in that the arrangement of the means (12) (4) (5) (6) for detecting accelerations and the means (7) for detecting the angle of rotation forms an electrical and mechanical unit, in one Housing (16) is housed and with a fastening device (1 1) attached to different clubs and can be removed from them again, without changing the respective racket in its properties.
23) Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgung der mit dem Schlägerschaft verbundenen Mittel mit portablen Energiespeichern erfolgt. 24) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadu rch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einer drahtlosen oder drahtgebundenen Schnittstelle zu einem Personalcomputer ausgestattet ist, insbesondere nach einem der Standards wie RS232, IRDA, USB, WLAN, Bluetooth, Zigbee.23) Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the power supply of the means connected to the club shaft means with portable energy storage takes place. 24) Device according to one of the preceding claims, dadu rch characterized in that the device is equipped with a wireless or wired interface to a personal computer, in particular according to one of the standards such as RS232, IRDA, USB, WLAN, Bluetooth, Zigbee.
25) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenspeicher (10), das Rechenmittel (8), der Signalgeber (9) Schnittstellen aufweisen, die es gestatten, die Daten, die mit der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An- Sprüche erzeugt werden, drahtlos zu einem Endgerät, insbesondere zu einem Personalcomputer, einem PDA oder einem Mobiltelefon zu übertragen.25) Device according to one of the preceding claims, characterized in that the data memory (10), the computing means (8), the signal generator (9) have interfaces which allow the data obtained with the device according to one of the preceding Proverbs are generated to transmit wirelessly to a terminal, in particular to a personal computer, a PDA or a mobile phone.
26) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadu rch gekennzeichnet, dass der Datenspeicher (10) eine Speicherkarte aufweist, die als Flashspeicher ausgeführt ist, insbesondere als SD/MMC, CompactFlash, Memorystick.26) Device according to one of the preceding claims, dadu rch in that the data memory (10) has a memory card which is designed as a flash memory, in particular as SD / MMC, CompactFlash, memory stick.
27) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit weiteren Vorrichtungen zum Training der Bewegung eines Schlägers bzw. Sensoren kombiniert werden kann, wobei die Vorrichtungen mit entsprechenden Schnittstellen zur Datenübertragung versehen sind und die Daten der verschiedenen Vorrichtungen zusammengeführt und zueinander in Beziehung gesetzt werden und insbesondere durch eine Software auf einem Personalcomputer weiter ausgewertet werden.27) Device according to one of the preceding claims, characterized in that it can be combined with other devices for training the movement of a racket or sensors, wherein the devices are provided with corresponding interfaces for data transmission and merges the data of the various devices and each other in Be set relationship and in particular be further evaluated by a software on a personal computer.
28) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie weitere Mittel aufweist, die zum Nachweis von Beschleunigung, Magnetfeld oder28) Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises further means for detecting acceleration, magnetic field or
Winkelgeschwindigkeit verwendet werden und am Körper oder der Bekleidung der schlagenden Person, insbesondere an Handgelenken, Unterarmen, Oberarmen, Schultergürtel und Rücken befestigt sind.Angular velocity are used and attached to the body or clothing of the beating person, especially on wrists, forearms, upper arms, shoulder girdles and back.
29) Verwendung der Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche für die Lieferung von Eingangsparametern für Computerspiele oder Computersimulationen.29) Use of the device according to at least one of the preceding claims for the supply of input parameters for computer games or computer simulations.
30) Verwendung der Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche als Golftrainingsgerät. 31) Verwendung der Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche als Baseballtrainingsgerät.30) Use of the device according to at least one of the preceding claims as a golf training device. 31) Use of the device according to at least one of the preceding claims as a baseball training device.
32) Verwendung der Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche als Tennistrainingsgerät.32) Use of the device according to at least one of the preceding claims as a tennis training device.
33) Verwendung der Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche als Eishockeytrainingsgerät.33) Use of the device according to at least one of the preceding claims as an ice hockey training device.
34) Verfahren zum Training der Bewegung eines Schlägers auf einer ausgezeichneten Schwungbahn zum Schlagen eines Balles mittels einer Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus einem Schläger mit Griff (2), Schaft (1) und Kopf (3), insbesondere einem Golfschläger, Baseballschläger, Eishockeyschläger oder Ten- nisschläger,34) A method for training the movement of a racket on an excellent swing track for hitting a ball by means of a device according to at least one of the preceding claims, consisting of a racket with handle (2), shaft (1) and head (3), in particular a golf club , Baseball bats, hockey sticks or tennis racquets,
dadurch gekennze ichnet, dasscharacterized by the fact that
a) ein Mittel (12) zum Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors in der Ebene senkrecht zur Achse des Schlägerschaftes (1) zur Signalverarbeitung geeignete, von der Beschleunigung in der Ebene senkrecht zur Achse des Schlägerschaftes (1) abhängige Ausgangssignale (61) abgibt, b) ein Mittel (7) zur Bestimmung des Drehwinkels des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors um die Achse des Schlägerschaftes (1) zur Signalverarbeitung geeignete, von einer Drehbewegung um die Achse des Schlägerschaft (1) abhängige Ausgangssignale (61) abgibt c) mindestens ein Rechenmittel (8) die Ausgangssignale (61) des Mittels (12) zum Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors und des Mittels (7) zum Nachweis dessen Drehwinkels um die Achse des Schlägerschaftes (1) nach einem oder mehreren be- stimmten Verfahren weiterverarbeitet, d) ein Signalgeber (9) während des Schlages eine nach einem oder mehreren bestimmten Verfahren bestimmte Fehlergröße als Indikator für das Verlassen einer ausgezeichneten Schwungbahn signalisiert e) während der Bewegung des Schlägers die Ausgangssignale des Mittel (12) zum Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors und des Mittels (7) zum Nachweis dessen Drehwinkels um die Achse des Schlägerschaftes (1) bzw. die mit einem Rechenmittel (8) weiterverarbeiteten Daten auf einem Datenspeicher (10) aufgezeichnet werden.a) a means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector in the plane perpendicular to the axis of the club shaft (1) suitable for signal processing, dependent on the acceleration in the plane perpendicular to the axis of the club shaft (1) outputs output signals (61), b) a means (7) for determining the angle of rotation of the two-dimensional acceleration vector about the axis of the club shaft (1) suitable for signal processing, dependent on a rotational movement about the axis of the club shaft (1) output signals (61) c) at least one computing means (8) Output signals (61) of the means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector and the means (7) for detecting the angle of rotation about the axis of the club shaft (1) according to one or more specific processes, d) a signal generator (9) during of the impact determined by one or more specific methods error size as an indicator of Verlas an excellent swing track signals e) during the movement of the racket, the output signals of the means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector and the means (7) for detecting its rotation angle about the axis of the club shaft (1) or with a computing means (8) further processed data on a Data memory (10) are recorded.
35) Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass zum Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors in der Ebene senkrecht zur Achse des Schlägerschaftes (1) jeweils ein Mittel (5) zum Nachweis der Beschleunigung in einer ersten Empfindlichkeitsachse und ein Mittel (6) in einer zweiten, senkrecht dazu stehenden Empfindlich- keitsachse Ausgangssignale abgeben.35). A method according to claim 34, characterized in that for detecting the two-dimensional acceleration vector in the plane perpendicular to the axis of the racket shaft (1) in each case a means (5) for detecting the acceleration in a first axis of sensitivity and a means (6) in a second , perpendicular to this sensitivity axis output signals.
36) Verfahren nach Anspruch 34 und 35, dad urch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiteres Mittel (4)(5)(6) zum Nachweis der Beschleunigung des Schlägers, insbesondere ein Mittel (4), das in der Achse senkrecht zu den Mitteln (5)(6) zum Nachweis der Beschleuni- gung empfindlich ist, ein Ausgangssignal abgibt.36) A method according to claim 34 and 35, characterized in that at least one further means (4) (5) (6) for detecting the acceleration of the racket, in particular a means (4) in the axis perpendicular to the means ( 5) (6) is sensitive to detecting the acceleration, outputs an output signal.
37) Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Mittel zum Nachweis der Beschleunigung des Schlägers, die über den Schaft in unterschiedlicher Distanz zum Griff verteilt sind, Ausgangssignale abgeben, wobei die Amplitude der Aus- gangssignale bei gleicher Beschleunigung mit dem Abstand zum Griff variiert werden kann.37). A method according to claim 36, characterized in that at least two means for detecting the acceleration of the racket, which are distributed over the shaft at a different distance from the handle, output signals, the amplitude of the output signals at the same acceleration with the distance to Handle can be varied.
38) Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass mindestens ein weiteres Mittel zum Nachweis von Beschleunigungen Ausgangssignale bereitstellt, das nicht mit dem Schläger fest verbunden, sondern insbesondere am Körper oder der Kleidung der schlagenden Person befestigt ist.38) Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one further means for detecting acceleration provides output signals, which is not firmly connected to the racket, but in particular attached to the body or clothing of the beating person.
39) Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zum Nachweis der Winkelgeschwindigkeit als Teil des Mittels (7) zum Nachweis des Drehwinkels um die Achse des Schlägerschaftes Ausgangssignale abgibt und die Zeit seit Beginn des Schlages gemessen wird.39) Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a means for detecting the angular velocity as part of the means (7) for detecting the angle of rotation about the axis of the club shaft outputs output signals and the time since the beginning of the shock is measured.
40) Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rechenmittel (8) den Drehwinkel seit Beginn des Schlages aus dem Ausgangssignal des Mittels zum Nachweis der Winkelgeschwindigkeit und der Zeitmessung bestimmt, wobei der Drehwinkel durch zeitliche Integration der Winkelgeschwindigkeit bestimmt wird.40) A method according to claim 39, characterized in that a computing means (8) the angle of rotation since the beginning of the beat from the output signal of the means for detecting the Angular velocity and the timing determined, the angle of rotation is determined by temporal integration of the angular velocity.
41) Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass der durch zeitliche In- tegration einer Winkelgeschwindigkeit bestimmte Drehwinkel auf bekannte Winkeleinheiten, insbesondere in Einheiten von Grad kalibriert wird, indem ein Kalibrierverfahren das zeitliche Integral der Winkelgeschwindigkeit für einen genau bekannten Drehwinkel bestimmt und die berechneten zeitlichen Integrale der Winkelgeschwindigkeit für unbekannte Drehwinkel darauf bezogen und mit dem bekannten Drehwinkel multipliziert werden.41). Method according to claim 40, characterized in that the angle of rotation determined by temporal integration of an angular velocity is calibrated to known angular units, in particular units of degrees, by a calibration method determining the temporal integral of the angular velocity for a precisely known angle of rotation and the calculated values temporal integrals of the angular velocity for unknown angles of rotation related thereto and multiplied by the known rotation angle.
42) Verfahren nach Anspruch 41 , dadurch gekennzeichnet, dass der für die Kalibrierung benötigte bekannte Drehwinkel aus den mit Mittel (12) nachgewiesenen Werten für den zweidimensionalen Beschleunigungsvektor bestimmt wird.42). Method according to claim 41, characterized in that the known rotation angle required for the calibration is determined from the values for the two-dimensional acceleration vector detected by means (12).
43) Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rechenmittel (8) eine Drehtransformation der Ausgangssignale des Mittels (12) zum Nachweis des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors um den durch das Mittel (7) nachgewiesenen Drehwinkel durchführt.43) Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a computing means (8) performs a rotational transformation of the output signals of the means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector by the rotation angle detected by the means (7).
44) Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rechenmittel (8) zur Bestimmung des zeitlichen Verlaufes des Drehwinkels seit Beginn des Schlages eine Berechnung mit einem mathematischen Modell vornimmt oder die Werte eines aufgezeichneten zeitlichen Verlaufes des Drehwinkels verarbeitet und verwendet.44). Method according to claim 34, characterized in that a calculating means (8) for determining the time profile of the angle of rotation since the beginning of the stroke carries out a calculation with a mathematical model or processes and uses the values of a recorded time profile of the angle of rotation.
45) Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Datenspeicher (10) die von der Vorrichtung nach vorhergehenden Ansprüchen gelieferten Daten für mindestens einen kompletten Schlag und mindestens einen Referenzschlag aufgezeichnet werden.45) Method according to claim 34, characterized in that the data supplied by the device according to the preceding claims for at least one complete beat and at least one reference beat are recorded on the data memory (10).
46) Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Daten des mit Mittel (12) nachgewiesenen zweidimensionalen Beschleunigungsvektors und des mit Mittel (7) nachgewiesenen Drehwinkels für eine Serie von Schlägergeschwindigkeiten und Neigungswinkeln der ausgezeichneten Schwungbahn gemessen oder unter Annahme eines physikalischen Modells vorausberechnet und auf dem Datenspeicher (10) gespeichert wird. 47) Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beginn des Schlages, in der Ruhelage, eine ausgezeichnete Schwungbahn aus der Lage des mit dem Schlägerschaft (1) fest verbundenen Mittels (12) zum Nachweis des zweidimensionalen Beschleuni- gungsvektors bestimmt wird.46) Method according to claim 34, characterized in that the time course of the data of the two-dimensional acceleration vector detected by means (12) and the rotation angle detected by means (7) is measured for a series of whip speeds and inclination angles of the excellent flywheel or assuming a physical Model is pre-calculated and stored on the data memory (10). 47). A method according to claim 34, characterized in that prior to the start of the impact, in the rest position, an excellent swing track from the position of the club shaft (1) firmly connected means (12) for detecting the two-dimensional acceleration vector is determined.
48) Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass eine ausgezeichnete Schwungbahn aus Erfahrungswerten oder durch ein physikalisches Modell festgelegt wird, insbesondere durch Aufzeichnung oder Berechnung von Werten für den zweidimensionalen Beschleunigungsvektor und des Drehwinkels bzw. der Winkelgeschwindigkeit eines Referenzschwunges.48) Method according to claim 34, characterized in that an excellent flywheel is determined from empirical values or by a physical model, in particular by recording or calculating values for the two-dimensional acceleration vector and the angle of rotation or the angular velocity of a reference momentum.
49) Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beginn des Schlages, in der Ruhelage des Schlägers, mit einem Rechenmittel (8) die Verdrehung des zweidi- mensionalen Beschleunigungsvektors gegenüber dem Normalenvektor auf der ausgezeichneten Schwungebene unter Verwendung der Ausgangssignale des Mittels (12) zur Bestimmung des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors bestimmt wird.49). Method according to claim 34, characterized in that before the start of the beat, in the rest position of the club, the rotation of the two-dimensional acceleration vector with respect to the normal vector on the excellent swing plane is calculated by means of a computing means (8) using the output signals of the means (12 ) is determined to determine the two-dimensional acceleration vector.
50) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlersignal zur Bewertung der Abweichung der tatsächlichen Schwungbahn von der ausgezeichneten Schwungbahn aus der durch Drehtransformation des vom Mittel (12) nachgewiesenen zweidimensionalen Beschleunigungsvektors um den vom Mittel (7) nachgewiesenen Drehwinkel und die nach Anspruch 49 ermittelte Verdrehung bestimmten Beschleunigungskomponente in Richtung des Normalenvektors auf die ausgezeichnete Schwungbahn bestimmt wird.50) Method according to one of the preceding claims, characterized in that an error signal for evaluating the deviation of the actual flywheel from the excellent flywheel from the two-dimensional acceleration vector detected by the means (12) by the rotational angle detected by the means (7) determined according to claim 49 twisting certain acceleration component in the direction of the normal vector is determined on the excellent swing path.
51) Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlersignal bestimmt wird, das zur unmittelbaren Alarmierung des Golfers während des Schwunges hörbar, fühlbar (Vibration) oder sichtbar gemacht werden kann, wobei Lautstärke, Tonhöhe, Vibra- tionsfrequenz oder Lichtstärke mit der Amplitude der Abweichung korreliert werden.51) Method according to claim 34, characterized in that an error signal is determined which can be made audible (vibration) or visualized for immediate alerting of the golfer during the swing, wherein volume, pitch, vibration frequency or light intensity with the amplitude the deviation are correlated.
52) Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fehlersignal mit der Größe der Beschleunigungskomponente in Schlägerachsrichtung (Radialbeschleunigung) skaliert wird. 53) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fehlersignal aus dem Vergleich des aktuellen zeitlichen Verlaufes der mit Mittel (12) nachgewiesenen Werte des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors, die um den mit Mit- tel (7) nachgewiesenen Drehwinkel und die nach Anspruch 49 bestimmte Verdrehung drehtransformiert wurden, mit dem zeitlichen Verlauf dieser Werte für einen Referenzschwung ermittelt wird, wobei der Referenzschwung insbesondere aus einem mathematischen Modell, aus der Erfahrung oder aus Aufzeichnung eines oder mehrerer Daten für einen Schlag bestimmt wird, wobei unter Berücksichtigung des Verlaufs und/oder des Momentanwertes der gemessenen Radialbeschleunigung die zutreffende Kurve der vorausberechneten oder aufgezeichneten Referenzschwungdaten ausgewählt werden kann.52) Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the error signal with the size of the acceleration component in Schlägerachsrichtung (radial acceleration) is scaled. 53) Method according to one of the preceding claims, characterized in that the error signal from the comparison of the current time course of the means (12) detected values of the two-dimensional acceleration vector, the by means of (7) detected rotation angle and according to claim In particular, the reference momentum is determined from a mathematical model, from experience, or from the recording of one or more data for a beat, taking into account the course and / or or the instantaneous value of the measured radial acceleration, the appropriate curve of the predicted or recorded reference momentum data may be selected.
54) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fehlersignal aus der Bewertung der Geschwindigkeit, mit der sich der Schläger aus der Schwungebene herausbewegt oder aus der Bewertung der Entfernung der Sensoren von der ausgezeichneten Schwungbahn abgeleitet wird, wobei die Geschwindigkeit aus der einfachen und die Entfernung aus der doppelten Integration der Beschleunigungskomponente normal zur ausgezeichneten Schwungebene bestimmt wird.54). Method according to one of the preceding claims, characterized in that the error signal is derived from the evaluation of the speed with which the club moves out of the swing plane or from the evaluation of the distance of the sensors from the excellent swing track, the speed being determined from the simple and the distance from the double integration of the acceleration component normal to the excellent swing plane is determined.
55) Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Fehlersignal durch ein Verfahren zum Anpassen der Parameter eines Rechenmodells an die von der Trainingsvorrichtung gelieferten Daten bestimmt wird.55). Method according to claim 34, characterized in that the error signal is determined by a method for adapting the parameters of a computer model to the data supplied by the training device.
56) Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale der Mittel zum Nachweis von Beschleunigung und/oder Drehwinkels bzw. davon abgeleitete56) A method according to claim 34, characterized in that the output signals of the means for detecting acceleration and / or angle of rotation or derived therefrom
Werte während des Schwunges übertragen und während des Schwunges auf einem Display angezeigt oder auf einem externen Speichermedium aufgezeichnet werden.Values are transmitted during the swing and displayed on a display during the swing or recorded on an external storage medium.
57) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Rechenmittel (8) auszuführenden Programme und Verfahren ein Upgrade über eine portable Flashspeicherkarte erhalten.57). Method according to one of the preceding claims, characterized in that the programs and methods to be executed by the computing means (8) are upgraded via a portable flash memory card.
58) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ausführung des kompletten Schlages nachträglich ein oder mehrere Verfahren zur Be- wertung des Schlages auf den im Datenspeicher 10) aufgezeichneten zeitlichen Verlauf der Daten angewendet werden.58) Method according to one of the preceding claims, characterized in that after execution of the complete blow subsequently one or more methods for Evaluation of the impact on the data stored in the memory 10) recorded time history of the data.
59) Verfahren zur Bewertung eines Schlages nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Phasen eines Schlages zum Ausholen und zum Schlagen des Balles identifiziert werden, a) wobei zur Bestimmung des Umkehrpunktes zwischen Rückschwung (Ausholen) und Ab- schwung (Schlagen) die tangentiale Beschleunigungskomponente verwendet wird, die im Umkehrpunkt ein Minimum hat. b) wobei die Geschwindigkeit in tangentialer Richtung , die sich durch Integration der Tan- gentialkomponente der Beschleunigung ergibt durch einen Nulldurchgang den Umkehrpunkt markiert c) durch das letzte Minimum der radialen Beschleunigungskomponenten vor dem Treffmoment, der wiederum durch höchste Beschleunigungswerte (Schock) für alle Beschleunigungs- komponenten gekennzeichnet ist.59) A method for evaluating a shock according to claim 58, characterized in that the individual phases of a blow for striking and for striking the ball are identified, a) wherein for determining the reversal point between backswing (Ausholen) and downswing (beating) the tangential acceleration component is used, which has a minimum at the reversal point. b) where the velocity in the tangential direction resulting from integration of the tangential component of the acceleration is indicated by the zero crossing of the reversal point c) by the last minimum of the radial acceleration components before the moment of impact, again by the highest acceleration (shock) values for all acceleration - Components is marked.
60) Verfahren zur Bewertung eines Schlages nach Anspruch 58, dadurch gekennze ichnet, dass über das unterschiedliche Vorzeichen des zeitlichen Verlaufs der Normalkomponente der Beschleunigung in der Ausholbewegung ein Schwung nach außen von einem Schwung nach innen unterschieden werden kann.60) Method for evaluating a shock according to claim 58, characterized in that the different signs of the time course of the normal component of the acceleration in the outward movement can be used to distinguish a momentum from the outside from a momentum inward.
61) Verfahren zur Bewertung eines Schlages nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, dass über den zeitlichen Verlauf der radialen Beschleunigungskomponente schnellere von langsameren Schwüngen unterschieden werden können, wobei sowohl das Maximum der Radialbeschleunigung als auch der zeitliche Abstand zwischen Minimum (Null) und Treffmoment beim Rückschwung (Schlagen) verwendet werden können.61) A method for evaluating a shock according to claim 58, characterized in that faster over the time course of the radial acceleration component of slower turns can be distinguished, with both the maximum of the radial acceleration and the time interval between minimum (zero) and moment of impact during the backswing (Hitting) can be used.
62) Verfahren zur Bewertung eines Schlages nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem zeitlichen Verlauf des Drehwinkels a) ein frühes von einem späten Abwinkein der Handgelenke unterschieden werden kann, b) ein nach innen und ein nach außen gestarteter Schwung unterschieden werden können, c) aus der Symmetrie ein schlechterer von einem besseren Schlag unterscheidbar ist, d) im Treffmoment abgeleitet werden kann, ob die Handgelenke vollständig entriegelt waren, e) im Treffmoment abgeleitet werden kann, ob der Schläger schräg durch den Ball ging. 63) Verfahren zur Bewertung eines Schlages nach Anspruch 58-62, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten zu einem Service übertragen werden und eine Fernauswertung erfolgt. 62) A method for assessing a stroke according to claim 58, characterized in that from the time course of the rotation angle a) an early can be distinguished from a late Abwinkein the wrists, b) a inwardly and outwardly started momentum can be distinguished, c) from the symmetry a worse from a better shock is distinguishable, d) can be derived at impact, whether the wrists were completely unlocked, e) can be derived at impact, whether the racket went obliquely through the ball. 63) A method for evaluating a shock according to claim 58-62, characterized in that the data is transmitted to a service and a remote evaluation takes place.
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