DE102018132827A1

DE102018132827A1 - Procedure for horse movement analysis

Info

Publication number: DE102018132827A1
Application number: DE102018132827.3A
Authority: DE
Inventors: Christel Yazgönül-Werkman; Joris Brouwer
Original assignee: Werkman Hoofcare Bv
Current assignee: Werkman Hoofcare Bv
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2020-06-25
Also published as: WO2020126809A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Pferdebewegungsanalyse, wobei ein Kontaktpunkt (6) eines Hufs (3) eines Pferdes mit dem Untergrund (6) während der Bewegung des Pferdes bestimmt wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine erste räumliche Orientierung des Hufs (3) zu einem ersten Messzeitpunkt (11) bestimmt wird, dass eine zweite räumliche Orientierung des Hufs (3) zu einem zweiten Messzeitpunkt (12a, b) bestimmt wird, und dass basierend auf der ersten räumlichen Orientierung und der zweiten räumlichen Orientierung der Kontaktpunkt (6) des Hufs (3) mit dem Untergrund (7) bestimmt wird.The invention relates to a method for horse movement analysis, wherein a contact point (6) of a hoof (3) of a horse with the ground (6) is determined during the movement of the horse. The method is characterized in that a first spatial orientation of the hoof (3) is determined at a first measurement time (11), that a second spatial orientation of the hoof (3) is determined at a second measurement time (12a, b), and that the contact point (6) of the hoof (3) with the ground (7) is determined based on the first spatial orientation and the second spatial orientation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Pferdebewegungsanalyse mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a method for horse movement analysis with the features of the preamble of claim 1.

Bei der Haltung von Pferden ist die Beobachtung des Ganges der Pferde ein wichtiger Weg, sich um ihr Wohlbefinden zu kümmern. Ein nicht regelmäßiger Gang kann das Symptom eines grundlegenden Gesundheitsproblems des Pferdes sein. Für Pferde die an irgendeiner Art von Sport teilnehmen, ist eine solche Ganganalyse besonders wichtig.When keeping horses, observing the gait of the horses is an important way to take care of their well-being. An irregular gait can be the symptom of a basic health problem for the horse. Such a gait analysis is particularly important for horses participating in any type of sport.

Es sind unterschiedliche Ansätze bekannt, den Gang eines Pferdes unter Verwendung von elektronischen und Computermitteln zu betrachten. Diese umfassen üblicherweise das Befestigen von Beschleunigungssensoren in der Nähe der Hufe des Pferdes und das Aufnehmen der Bewegung. Ein spezieller Aspekt der Ganganalyse betrifft den Kontaktpunkt des Hufs mit dem Untergrund. Ein solcher Kontakt findet regelmäßig entlang der Wand des Hufs statt, die im Wesentlichen kreisförmig ist. Dieser Kontakt kann sowohl während der Landephase des Hufschritts - bei dem der Kontakt ein Aufprall ist - und während der Abhebephase des Hufschritts auftreten. Bei der Bewertung des Gangs ist die Identifizierung des Kontaktpunkts in diesem Sinne auch ein wichtiger Aspekt.Different approaches are known to view the gait of a horse using electronic and computer means. These typically include attaching accelerometers near the horse's hooves and picking up motion. A special aspect of gait analysis concerns the contact point of the hoof with the ground. Such contact occurs regularly along the wall of the hoof, which is essentially circular. This contact can occur both during the landing phase of the hoof step - where the contact is an impact - and during the lifting phase of the hoof step. In this sense, the identification of the contact point is also an important aspect when evaluating the gait.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, diesen Kontaktpunkt dadurch zu identifizieren, dass ein Sensor an der Hufwand selbst angeordnet wird und somit der Kontakt direkt aufgenommen wird. Der Aufsatz „Motion analysis and its use in equine practice and research“ von Hobbs et al [Wien. Tierärztl. Mschr. - Vet. Med. Austria 97 (2010), 55- 64], von dem die vorliegende Erfindung ausgeht, beschreibt die Nutzung von Kraftmessplatten oder mit Instrumenten versehenen Hufeisen für derartige Messungen.It is known from the prior art to identify this contact point by arranging a sensor on the hoof wall itself and thus making direct contact. The essay "Motion analysis and its use in equine practice and research" by Hobbs et al [Vienna. Veterinary Mschr. - Vet. Med. Austria 97 (2010), 55-64], from which the present invention is based, describes the use of force plates or horseshoes provided with instruments for such measurements.

Einerseits erlaubt dieser Ansatz eine direkte Messung des Kontaktpunkts. Andererseits ist die Anordnung des Sensors selbst derart, dass sie zu einem verzerrten Resultat bezüglich dessen führen könnte, was der Kontaktpunkt wäre, wenn der Sensor nicht am Huf befestigt ist. Aufgrund der starken auftretenden Kräfte unterliegt der Sensor ferner großer Belastung und muss daher entweder sehr robust sein oder wird sich schnell verschlechtern.On the one hand, this approach allows a direct measurement of the contact point. On the other hand, the arrangement of the sensor itself is such that it could lead to a distorted result as to what the contact point would be if the sensor was not attached to the hoof. Due to the strong forces, the sensor is also subject to great stress and must therefore either be very robust or will deteriorate quickly.

Somit ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Pferdebewegungsanalyse bereitzustellen, mit dem der Kontaktpunkt eines Hufs mit dem Untergrund bestimmt werden kann, das weniger intrusiv bezüglich der Bewegung des Hufs ist, und das einen direkten Aufprall auf die Sensoren vermeidet.It is therefore the object of the invention to provide a method for horse movement analysis, with which the contact point of a hoof with the ground can be determined, which is less intrusive with respect to the movement of the hoof and which avoids a direct impact on the sensors.

Bezüglich eines Verfahrens zur Pferdebewegungsanalyse mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.With regard to a method for horse movement analysis with the features of the preamble of claim 1, this object is achieved with the features of the characterizing part of claim 1.

Die Erfindung fußt auf der Einsicht, dass der Kontaktpunkt indirekt dadurch bestimmt werden kann, dass die jeweilige Orientierung des Hufs während zweier Zeitpunkte verglichen wird. Basierend auf diesen beiden Orientierungen kann die entsprechende Drehbewegung des Hufs in der Zeit dazwischen bestimmt werden. Da angenommen werden kann, dass der Kontaktpunkt am Umfang des Hufs liegt, d.h. an der Hufwand, ermöglicht die Identifizierung dieser Drehbewegung wiederum die genaue Bestimmung des Kontaktpunktes auf der Hufwand. Ein solcher Ansatz, der auf der Bestimmung einer Drehbewegung basiert, erfordert nicht das Absorbieren des eigentlichen Aufpralls mit einem Sensor und ist daher weniger intrusiv für den Gang und weniger schädigend für den Sensor.The invention is based on the insight that the contact point can be determined indirectly by comparing the respective orientation of the hoof during two points in time. Based on these two orientations, the corresponding rotary movement of the hoof in the time in between can be determined. Since it can be assumed that the contact point is on the circumference of the hoof, i.e. on the hoof wall, the identification of this rotary movement in turn enables the exact determination of the contact point on the hoof wall. Such an approach, which is based on the determination of a rotary movement, does not require the actual impact to be absorbed by a sensor and is therefore less intrusive for the gait and less damaging for the sensor.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Bewegungsanalyse von Pferden da. Bei dem erfindungsgemäß Verfahren wird ein Kontaktpunkt eines Hufs eines Pferdes mit dem Untergrund während der Bewegung des Pferdes bestimmt. Dieser Kontaktpunkt ist entweder der anfängliche Kontaktpunkt des Hufs, wenn der Huf auf dem Untergrund landet, oder der letzte Kontaktpunkt des Hufs, wenn der Huf vom Untergrund abhebt. In beiden Fällen kann angenommen werden, dass der Kontaktpunkt ein einziger Punkt ist. Es kann ebenfalls angenommen werden, dass der Kontaktpunkt eine bestimmte Kontaktfläche aufweist, die größer als ein einziger Punkt ist.The method according to the invention is used for movement analysis of horses. In the method according to the invention, a point of contact of a horse's hoof with the ground is determined during the movement of the horse. This contact point is either the initial contact point of the hoof when the hoof lands on the ground or the last contact point of the hoof when the hoof lifts off the ground. In both cases it can be assumed that the contact point is a single point. It can also be assumed that the contact point has a certain contact area that is larger than a single point.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine erste räumliche Orientierung des Hufs zu einem ersten Messzeitpunkt bestimmt wird, dass eine zweite räumliche Orientierung des Hufs zu einem zweiten Messzeitpunkt bestimmt wird, und dass basierend auf der ersten räumlichen Orientierung und der zweiten räumlichen Orientierung der Kontaktpunkt des Hufs mit dem Untergrund bestimmt wird. Die Bestimmung des Kontaktpunkts des Hufs mit dem Untergrund kann das Berechnen eines Orientierungsunterschiedes zwischen der ersten räumlichen Orientierung und der zweiten räumlichen Orientierung umfassen. Basierend auf diesem Orientierungsunterschied kann eine Drehbewegung des Hufs, bevor oder nachdem ein Kontakt am Kontaktpunkt stattfindet, bestimmt werden, anhand derer wiederum der Kontaktpunkt selbst bestimmt werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann im Prinzip jede Orientierung, insbesondere räumliche Orientierung, des Hufs oder jedes anderen Gebildes relativ zu einer beliebigen Basisorientierung bestimmt werden. Wird die relative Veränderung zwischen zwei unterschiedlichen Orientierungen betrachtet, ist im Allgemeinen die beliebige Basisorientierung, die den beiden unterschiedlichen Orientierungen zugrunde liegt, irrelevant. In einem bevorzugten Fall kann für jede räumliche Orientierung die Basisorientierung so gewählt werden, dass sie einem Huf entspricht, der flach auf einem Untergrund mit ebener Oberfläche angeordnet ist, wobei die Richtung der Schwerkraft normal zur Oberfläche des Untergrunds ist. Da räumliche Orientierung mit Nicken, Rollen und Gieren ausgedrückt werden kann, können diese Größen auch relativ zu einer beliebigen Basisorientierung ausgedrückt werden. Für diese wird ebenfalls bevorzugt, dass die Basisorientierung dem Huf entspricht, der flach auf einem Untergrund mit ebener Oberfläche entspricht.The method according to the invention is characterized in that a first spatial orientation of the hoof is determined at a first measurement time, that a second spatial orientation of the hoof is determined at a second measurement time, and that the contact point is based on the first spatial orientation and the second spatial orientation of the hoof with the subsurface. The determination of the contact point of the hoof with the ground can include calculating an orientation difference between the first spatial orientation and the second spatial orientation. Based on this difference in orientation, a rotational movement of the hoof before or after contact at the contact point can be determined, which in turn can be used to determine the contact point itself. In principle, any orientation, in particular spatial orientation, of the hoof or any other structure relative to any basic orientation can be determined within the scope of the present invention. Will the relative change between two different Looking at orientations, the arbitrary basic orientation underlying the two different orientations is generally irrelevant. In a preferred case, the basic orientation can be selected for each spatial orientation so that it corresponds to a hoof that is arranged flat on a surface with a flat surface, the direction of gravity being normal to the surface of the surface. Since spatial orientation can be expressed with pitch, roll and yaw, these quantities can also be expressed relative to any basic orientation. For these it is also preferred that the basic orientation corresponds to the hoof, which corresponds flat on a surface with a flat surface.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist der erste Messzeitpunkt ein Standereignis, wenn der Huf flach auf dem Untergrund ist. Eine solche Position des Hufs stellt eine natürliche Ausgangslage dar, bei der ein vollständiger Kontakt entlang der Wand des Hufs mit dem Untergrund angenommen werden kann. Es wird des Weiteren bevorzugt, dass der zweite Messzeitpunkt stattfindet, wenn der Huf einen Punktkontakt mit dem Untergrund hat. Es kann angenommen werden, dass die Drehbewegung des Hufs zwischen diesen beiden Messzeitpunkten die Richtung definiert, die dem Kontaktpunkt am Umfang des Hufs oder - mit anderen Worten - an der Hufwand entspricht. Bevorzugt wird angenommen, dass sich der Huf während des Standereignisses in Bezug auf Drehung in Ruhe befindet. Diese Annahme kann auch bei der Berechnung der Hufbewegung basierend auf Messungen helfen. Um ein Standereignis eindeutig zu bestimmen kann eine weitere Bedingung für ein Standereignis hinzugefügt werden. Bevorzugt ist das Standereignis dann, wenn der Huf flach auf dem Untergrund ist und keine lineare Geschwindigkeit in der Richtung der Bewegung des Pferdes aufweist. Mit anderen Worten hat der Huf damit aufgehört, zu verrutschen. Diese zusätzliche Bedingung kann nützlich sein, da üblicherweise der Huf über einige Distanz rutschen kann, nachdem er die flache Orientierung erreicht hat.In a preferred embodiment of the method, the first measurement time is a stand event when the hoof is flat on the ground. Such a position of the hoof is a natural starting point, in which complete contact along the wall of the hoof with the ground can be assumed. It is further preferred that the second measurement time takes place when the hoof is in point contact with the ground. It can be assumed that the rotary movement of the hoof between these two measurement times defines the direction that corresponds to the contact point on the circumference of the hoof or - in other words - on the hoof wall. It is preferably assumed that the hoof is at rest with respect to rotation during the stationary event. This assumption can also help calculate hoof movement based on measurements. In order to clearly determine a stand event, another condition for a stand event can be added. The stand event is preferred when the hoof is flat on the ground and has no linear speed in the direction of the movement of the horse. In other words, the hoof has stopped slipping. This additional condition can be useful because usually the hoof can slide some distance after reaching the flat orientation.

Im Prinzip können der erste Messzeitpunkt und der zweite Messzeitpunkt in einer beliebigen zeitlichen Sequenz, d.h. Reihenfolge, stattfinden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens findet der zweite Messzeitpunkt nach dem ersten Messzeitpunkt statt. Bevorzugt finden der erste Messzeitpunkt und der zweite Messzeitpunkt während einer Abhebebewegung des Hufs statt. Insbesondere kann der zweite Messzeitpunkt ein Hufabhebeereignis sein, d.h. der Zeitpunkt, kurz bevor der Huf den Kontakt mit dem Untergrund verliert.In principle, the first measurement time and the second measurement time can be in any time sequence, i.e. Order to take place. In a further preferred embodiment of the method, the second measurement time takes place after the first measurement time. The first measurement time and the second measurement time preferably take place during a hoisting movement of the hoof. In particular, the second measurement time may be a hoof lift event, i.e. the time just before the hoof loses contact with the ground.

Alternativ wird bevorzugt, dass der zweite Messzeitpunkt vor dem ersten Messzeitpunkt stattfindet. Bevorzugt finden dann der erste Messzeitpunkt und der zweite Messzeitpunkt während einer Landebewegung des Hufs statt. Insbesondere kann der zweite Messzeitpunkt ein Hufaufprallereignis sein. Dies ist der Zeitpunkt, zu dem der Huf gerade Punktkontakt mit dem Untergrund aufgenommen hat.Alternatively, it is preferred that the second measurement time takes place before the first measurement time. The first measurement time and the second measurement time then preferably take place during a landing movement of the hoof. In particular, the second measurement time can be a hoof impact event. This is when the hoof has just started to make point contact with the ground.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste räumliche Orientierung und die zweite räumliche Orientierung basierend auf einer Messung durch eine Sensoranordnung zum Messen von Linearbeschleunigung und Drehgeschwindigkeit bestimmt werden. Eine solche Sensoranordnung, die ein Trägheitssensor sein kann, ist besonders geeignet, um Messungen der oben erwähnten Größen durchzuführen, aus denen räumliche Orientierungen indirekt abgeleitet werden können. Bevorzugt ist die Sensoranordnung an einem distalen Ende eines Körperglieds des Pferds, insbesondere im Wesentlichen in der Nähe des Hufs, angeordnet. Insbesondere kann die Sensoranordnung im Wesentlichen an einer Vorderseite des Körperglieds angeordnet sein, die wiederum einer Vorderseite des Hufs entspricht. Diese Platzierung der Sensoranordnung stellt sicher, dass die Sensoranordnung ausreichend nahe am Huf des Pferdes ist, dass es somit an im Wesentlichen der gesamten Bewegung des Hufs während der Bewegung des Pferds teilnimmt, und dass die Drehung des Hufs um eine Querachse effektiv durch die Sensoranordnung gemessen werden kann.A preferred embodiment of the method is characterized in that the first spatial orientation and the second spatial orientation are determined based on a measurement by a sensor arrangement for measuring linear acceleration and rotational speed. Such a sensor arrangement, which can be an inertial sensor, is particularly suitable for carrying out measurements of the quantities mentioned above, from which spatial orientations can be derived indirectly. The sensor arrangement is preferably arranged on a distal end of a limb of the horse, in particular essentially in the vicinity of the hoof. In particular, the sensor arrangement can essentially be arranged on a front side of the limb, which in turn corresponds to a front side of the hoof. This placement of the sensor assembly ensures that the sensor assembly is sufficiently close to the horse's hoof that it participates in substantially all of the hoof's movement during the horse's movement, and that the hoof's rotation about a transverse axis is effectively measured by the sensor assembly can be.

Es wird bevorzugt, dass die Sensoranordnung einen Drei-Achsen-Beschleunigungssensor zum Messen von Linearbeschleunigung in drei Richtungen und ein Drei-Achsen-Gyroskop zum Messen von Drehgeschwindigkeit um drei Achsen umfasst. Ferner kann es sein, dass der Drei-Achsen-Beschleunigungssensor ein Sensor für niedrigere Beschleunigung zum Messen niedrigerer Beschleunigungen ist, und dass die Sensoranordnung einen weiteren Drei-Achsen-Beschleunigungssensor umfasst, der ein Sensor für höhere Beschleunigung zum Messen von höherer Linearbeschleunigung in drei Richtungen ist. Somit können der Sensor für niedrigere Beschleunigung und der Sensor für höhere Beschleunigung einen niedrigeren bzw. höheren Messbereich aufweisen. In diesem Kontakt sind die niedrigere Beschleunigung und die höhere Beschleunigung zueinander relativ, d.h. in dem Sinne, dass die niedrigere Beschleunigung kleiner als die höhere Beschleunigung ist.It is preferred that the sensor arrangement comprises a three-axis acceleration sensor for measuring linear acceleration in three directions and a three-axis gyroscope for measuring rotational speed about three axes. Furthermore, the three-axis acceleration sensor may be a lower acceleration sensor for measuring lower accelerations, and the sensor arrangement may comprise a further three-axis acceleration sensor which is a higher acceleration sensor for measuring higher linear acceleration in three directions is. The sensor for lower acceleration and the sensor for higher acceleration can thus have a lower or higher measuring range. In this contact the lower acceleration and the higher acceleration are relative to each other, i.e. in the sense that the lower acceleration is less than the higher acceleration.

Bei der Platzierung oder Befestigung der Sensoranordnung am Körperglied des Pferds kann es sein, dass eine relative Orientierung zwischen der Sensoranordnung und dem Huf mit ausreichender Präzision vor der Bestimmung der ersten und der zweiten räumlichen Orientierung bestimmt wird. Dementsprechend ist eine weitere Ausführungsform des Verfahrens dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der ersten räumlichen Orientierung und der zweiten räumlichen Orientierung auf einem bestimmten Rollen, einem bestimmten Nicken und einem bestimmten Gieren zwischen der Sensoranordnung und dem Huf basiert. Somit kann das Bestimmen dieser Größen durch Messen und das Kalibrieren der Sensoranordnung in diesem Sinne ein vorläufiger Schritt des Bestimmens der ersten räumlichen Anordnung und der zweiten räumlichen Anordnung sein. Da die Sensoranordnung bezüglich des Hufes fixiert ist, sind bevorzugt das Rollen, das Nicken und das Gieren zwischen der Sensoranordnung und dem Huf im Wesentlichen zeitlich konstant.When placing or attaching the sensor arrangement to the limb of the horse, a relative orientation between the sensor arrangement and the hoof may be determined with sufficient precision before determining the first and the second spatial orientation. Accordingly, a further embodiment of the method is characterized in that the Determining the first spatial orientation and the second spatial orientation based on a certain roll, a certain pitch and a certain yaw between the sensor arrangement and the hoof. Thus, determining these quantities by measuring and calibrating the sensor arrangement in this sense can be a preliminary step in determining the first spatial arrangement and the second spatial arrangement. Since the sensor arrangement is fixed with respect to the hoof, the rolling, pitching and yawing between the sensor arrangement and the hoof are preferably essentially constant over time.

Hierbei wird bevorzugt, dass das Rollen und das Nicken zwischen dem Beschleunigungssensor und dem Huf während des Standereignisses des Hufs bestimmt werden. Insbesondere kann es sein, dass das Standereignis basierend darauf identifiziert wird, dass Drehgeschwindigkeiten um drei Achsen unterhalb einer Standereignisschwelle sind. Diese Identifizierung basiert auf der Annahme, dass der Huf während des Standereignisses im Wesentlichen stationär ist, zumindest für einen kurzen Zeitraum, und daher keine Drehgeschwindigkeit aufweist.It is preferred that the roll and pitch between the acceleration sensor and the hoof are determined during the standing event of the hoof. In particular, the stationary event may be identified based on the fact that rotational speeds about three axes are below a stationary event threshold. This identification is based on the assumption that the hoof is essentially stationary during the stationary event, at least for a short period of time, and therefore has no rotational speed.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Gieren zwischen dem Beschleunigungssensor und dem Huf basierend auf einer Richtung der Maximaldrehgeschwindigkeit bestimmt, von welcher Richtung der Maximaldrehgeschwindigkeit angenommen wird, dass sie eine Querachse des Hufs ist. Mit anderen Worten wird die Drehgeschwindigkeit über die Zeit gemessen, und basierend auf dieser Messung wird diejenige Achse bestimmt, um die die Drehgeschwindigkeit maximal ist, welche Achse hier auch als Richtung der Maximaldrehgeschwindigkeit bezeichnet wird. Basierend auf der Kenntnis der Dynamik der Hufbewegung entspricht diese Richtung einer Querachse des Hufs. Die Drehgeschwindigkeit um diese Achse entspricht der Nickgeschwindigkeit, d.h. die Rate, zu der das Nicken des Hufs sich ändert.According to a preferred embodiment of the method, the yaw between the acceleration sensor and the hoof is determined based on a direction of the maximum rotational speed, which direction of the maximum rotational speed is assumed to be a transverse axis of the hoof. In other words, the speed of rotation is measured over time, and based on this measurement, the axis is determined around which the speed of rotation is at a maximum, which axis is also referred to here as the direction of the maximum speed of rotation. Based on the knowledge of the dynamics of the hoof movement, this direction corresponds to a transverse axis of the hoof. The rotational speed around this axis corresponds to the pitching speed, i.e. the rate at which the hoof pitch changes.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die erste räumliche Orientierung und die zweite räumliche Orientierung aus einer Messserie von Linearbeschleunigung und Drehgeschwindigkeit bestimmt, die über einen Messzeitraum gemessen wird, die mehrere Schritte des Pferds abdeckt. Die einzelnen Stufen eines Schrittes eines Pferds sind bekannt und können daher ohne große Schwierigkeiten identifiziert werden. Die Betrachtung mehrerer solcher Schritte stellt eine größere Datenbasis bereit, wodurch die Reduktion von Rauschen und anderen Artefakt ermöglicht wird. Bevorzugt wird der Messzeitraum basierend auf detektierten Kippereignissen der Hufbewegung in eine Serie einzelner Schritte unterteilt. Ein Kippen beginnt, wenn die Ferse des Hufs den Untergrund verlässt, und der Huf damit beginnt, sich um den Zeh des Hufs, der noch immer mit dem Untergrund in Kontakt ist, zu drehen. Das Kippereignis ist dadurch ein spezifisches, aber im Prinzip beliebiges Ereignis während des Kippens. Insbesondere wird das Kippereignis basierend auf einer Nickgeschwindigkeitsschwelle detektiert. Somit kann die Detektion des Kippereignisses darauf beruhen, dass die Nickgeschwindigkeit die Nickgeschwindigkeitsschwelle überschreitet. Diese Nickgeschwindigkeitsschwelle kann konstant und/oder vorgegeben sein. Sie kann auch variabel sein.According to a further preferred embodiment of the method, the first spatial orientation and the second spatial orientation are determined from a series of measurements of linear acceleration and rotational speed, which is measured over a measurement period that covers several steps of the horse. The individual stages of a horse's step are known and can therefore be identified with little difficulty. The consideration of several such steps provides a larger database, which enables the reduction of noise and other artifacts. The measurement period is preferably divided into a series of individual steps based on detected tilting events of the hoof movement. Tilting begins when the heel of the hoof leaves the ground and the hoof begins to turn around the toe of the hoof that is still in contact with the ground. The tipping event is therefore a specific, but in principle arbitrary event during the tipping. In particular, the tipping event is detected based on a pitching speed threshold. The detection of the tilting event can therefore be based on the fact that the pitching speed exceeds the pitching speed threshold. This pitch speed threshold can be constant and / or predetermined. It can also be variable.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schritt in einen Landezeitraum, einen Standmittenzeitraum, der das Standereignis umfasst, und einen Kippzeitraum, der das Kippereignis umfasst, unterteilt wird. Ferner basieren ein Schwingzeitraum und eine Bestimmung des ersten Messzeitpunkts und des zweiten Messzeitpunkts bevorzugt auf der Unterteilung jedes Schrittes. Solch eine Unterteilung in charakteristische Zeiträume erleichtert das Identifizieren von spezifischen Ereignissen während des Schrittes. Der Landezeitraum kann beginnen, wenn der Huf beim Landen einen Punktkontakt mit dem Untergrund hat, d.h. beginnend mit dem Hufaufprallereignis bei der Landebewegung.A preferred embodiment of the method is characterized in that each step is subdivided into a landing period, a mid-stand period that includes the stall event, and a tipping period that includes the tipping event. Furthermore, an oscillation period and a determination of the first measurement time and the second measurement time are preferably based on the division of each step. Such a division into characteristic periods facilitates the identification of specific events during the step. The landing period can begin when the hoof has a point contact with the ground, i.e. starting with the hoof impact event during the landing movement.

Jeder der obigen Zeiträume, in die ein Schritt unterteilt ist, kann wiederum weiter in eine beliebige Anzahl von Unterzeiträumen unterteilt werden, die als Phasen bezeichnet werden können. Beispielsweise kann der Landezeitraum in eine erste Phase, beginnend von dem Hufaufprallereignis bis zu dem ersten Zeitpunkt, zu dem der Huf flach auf dem Untergrund ist, unterteilt werden. Diese erste Phase kann als Landephase bezeichnet werden. Es kann dann die zweite Phase folgen. Somit beginnt die zweite Phase zu dem ersten Zeitpunkt, an dem der Huf flach auf dem Untergrund ist, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Huf jede verbleibende Rutschbewegung stoppt. Basierend auf der oben beschriebenen bevorzugten Definition des Standereignisses kann somit die zweite Phase des Landezeitraums bis zum Standereignis weitergehen. Die zweite Phase kann als Rutschphase bezeichnet werden.Each of the above periods into which a step is divided can in turn be further divided into any number of sub-periods, which can be referred to as phases. For example, the landing period can be divided into a first phase, starting from the hoof impact event to the first time the hoof is flat on the ground. This first phase can be called the landing phase. The second phase can then follow. Thus, the second phase begins from the first time the hoof is flat on the ground to the time when the hoof stops any remaining slip. Based on the preferred definition of the stand event described above, the second phase of the landing period can thus continue until the stand event. The second phase can be called the slip phase.

Allgemein können die relevanten physikalischen Größen, wie etwa Position und Geschwindigkeit, nicht durch einen Sensor direkt gemessen werden, sondern können nur durch weitere Berechnungen, die auf Sensormessungen basieren, ermittelt werden. Dementsprechend ist eine weitere Ausführungsform des Verfahrens dadurch gekennzeichnet, dass eine Orientierungssequenz des Hufs basierend auf einer Integration, bevorzugt eine Quaternionen-Integration, der gemessenen Drehgeschwindigkeiten bestimmt wird. Die Orientierungssequenz ist eine Sequenz oder ein Verlauf von Werten, die die Orientierung des Hufs beschreibt und somit die Orientierung über die Zeit repräsentiert.In general, the relevant physical quantities, such as position and speed, cannot be measured directly by a sensor, but can only be determined by further calculations based on sensor measurements. A further embodiment of the method is accordingly characterized in that an orientation sequence of the hoof is determined based on an integration, preferably a quaternion integration, of the measured rotational speeds. The orientation sequence is a sequence or a course of values that the Describes the orientation of the hoof and thus represents the orientation over time.

Der obige Ansatz zur Bestimmung der Orientierung basiert auf der Beobachtung, dass im Prinzip die Winkelposition durch eine Integration der Drehgeschwindigkeit bestimmt werden kann, welche Drehgeschwindigkeit gleich der Winkelgeschwindigkeit ist. Es wird des Weiteren bevorzugt, dass die Orientierungssequenz des Hufs basierend auf einer Integration der gemessenen Drehgeschwindigkeiten während eines einzigen Schrittes bestimmt wird. Mit einer Integration können kleine Versätze oder Messfehler zu großen Fehlern im Ergebnis führen. Indem diese Integration pro Schritt durchgeführt wird und z.B. bestimmte Annahmen über die Orientierung für spezifische Ereignisse während des Schrittes gemacht werden, können derartige Fehler vermieden oder reduziert werden. Insbesondere kann die Orientierungssequenz des Hufs durch Vereinigen einer Vorwärtsintegration der gemessenen Drehgeschwindigkeiten und einer Rückwärtsintegration der gemessenen Drehgeschwindigkeiten bestimmt werden. Dieser zweiteilige Ansatz kann in ähnlicher Weise den Effekt von Messfehlern reduzieren.The above approach to determining the orientation is based on the observation that, in principle, the angular position can be determined by integrating the rotational speed, which rotational speed is equal to the angular speed. It is further preferred that the orientation sequence of the hoof is determined based on an integration of the measured rotational speeds during a single step. With an integration, small offsets or measurement errors can lead to large errors in the result. By performing this integration per step and e.g. If certain assumptions are made about the orientation for specific events during the step, such errors can be avoided or reduced. In particular, the hoof's orientation sequence can be determined by combining a forward integration of the measured rotational speeds and a backward integration of the measured rotational speeds. This two-part approach can similarly reduce the effect of measurement errors.

Quaternionen-Integration im obigen Sinn bedeutet, dass die Drehung des Hufs in Quaternionen ausgedrückt wird. Quaternionen sind in der Mathematik bekannt. Es ist auch bekannt, dass Drehungen im dreidimensionalen Raum mit Quaternionen ausgedrückt werden können, wobei Kombinationen von Drehungen Operationen an den Quaternionen entsprechen. Auf diese Weise wird die Integration der Drehungen effizienter ausgedrückt, wenn sie mit Quaternionen ausgedrückt werden.Quaternion integration in the above sense means that the hoof rotation is expressed in quaternions. Quaternions are known in mathematics. It is also known that rotations in three-dimensional space can be expressed with quaternions, with combinations of rotations corresponding to operations on the quaternions. In this way, the integration of the rotations is expressed more efficiently when they are expressed with quaternions.

Der obige Ansatz, eine Vorwärts- und Rückwärtsintegration zu vereinigen, kann auch auf die Lineargeschwindigkeit ausgedehnt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine Geschwindigkeitssequenz des Hufs basierend auf einer Integration der gemessenen Linearbeschleunigungen bestimmt, die durch die bestimmte Orientierungssequenz angepasst werden. Diese Anpassung durch die Orientierungssequenz berücksichtigt, dass Veränderungen der Orientierung des Hufs - und somit der Sensoranordnung - auch die Richtung der gemessenen Linearbeschleunigungen beeinflusst. Analog zur Orientierungssequenz ist die Geschwindigkeitssequenz eine Sequenz oder ein Verlauf von Werten, die die Lineargeschwindigkeit beschreibt und somit die Geschwindigkeit über die Zeit repräsentiert. Bevorzugt ist die Geschwindigkeit des Hufs eine dreidimensionale Größe. Ebenfalls analog zur Orientierungssequenz wird bevorzugt die Geschwindigkeitssequenz des Hufs durch Vereinigen einer Vorwärtsintegration der gemessenen Linearbeschleunigungen und einer Rückwärtsintegration der gemessenen Linearbeschleunigungen bestimmt.The above approach to combine forward and backward integration can also be extended to linear velocity. In a preferred embodiment of the method, a speed sequence of the hoof is determined based on an integration of the measured linear accelerations, which are adapted by the determined orientation sequence. This adjustment by the orientation sequence takes into account that changes in the orientation of the hoof - and thus the sensor arrangement - also influences the direction of the measured linear accelerations. Analogous to the orientation sequence, the speed sequence is a sequence or a course of values that describes the linear speed and thus represents the speed over time. The speed of the hoof is preferably a three-dimensional variable. Similarly to the orientation sequence, the speed sequence of the hoof is preferably determined by combining a forward integration of the measured linear accelerations and a backward integration of the measured linear accelerations.

Die obigen Überlegungen für die Orientierung und die Geschwindigkeit können weiter auf die Position ausgeweitet werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird somit eine Positionssequenz des Hufs basierend auf einer Integration der Geschwindigkeitssequenz bestimmt. Es wird des Weiteren bevorzugt, dass die Positionssequenz des Hufs durch Vereinigen einer Vorwärtsintegration der Geschwindigkeitssequenz und einer Rückwärtsintegration der Geschwindigkeitssequenz bestimmt wird.The above considerations for orientation and speed can be extended to position. In a further preferred embodiment of the method, a position sequence of the hoof is thus determined based on an integration of the speed sequence. It is further preferred that the positional sequence of the hoof is determined by combining forward integration of the speed sequence and backward integration of the speed sequence.

Im Prinzip können die oben beschriebenen Berechnungen und etwaige andere Berechnung durch Berechnungshardware durchgeführt werden, die von der Sensoranordnung umfasst ist. Da jedoch die Berechnungen verhältnismäßig ressourcenintensiv werden können und im Allgemeinen ein geringes Gewicht für die Sensoranordnung erwünscht ist, überträgt in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ein Drahtlossender der Sensoranordnung die gemessene Linearbeschleunigung und die gemessene Drehgeschwindigkeit an eine Rechnervorrichtung, die insbesondere ein Personal Computer, ein Smartphone oder dergleichen sein kann. Es wird des Weiteren bevorzugt, dass die Rechnervorrichtung eine Berechnung zum Bestimmen der ersten räumlichen Orientierung und der zweiten räumlichen Orientierung basierend auf der übertragenen Linearbeschleunigung und Drehgeschwindigkeit durchführt. Insbesondere kann die Rechnervorrichtung auch Berechnungen zum Bestimmen des Rollens, Nickens und Gierens zwischen der Sensoranordnung und dem Huf, zum Identifizieren des Standereignisses, zum Unterteilen des Messzeitraums in die Serie von einzelnen Schritten, zum Detektieren der Kippereignisse und/oder zum Unterteilen jedes Schritts in den Landezeitraum, den Standmittenzeitraum, den Kippzeitraum und den Schwingzeitraum durchführen. Ferner kann die Rechnervorrichtung Berechnungen für die Integration der gemessenen Drehgeschwindigkeiten und/oder zum Vereinigen der Vorwärtsintegration der gemessenen Drehgeschwindigkeiten und der Rückwärtsintegration der gemessenen Drehgeschwindigkeiten durchführen. Die Rechnervorrichtung kann ebenfalls die Berechnungen für jede andere Bestimmung direkt oder indirekt auf der Basis der gemessenen Linearbeschleunigung und der gemessenen Drehgeschwindigkeit durchführen.In principle, the calculations described above and any other calculation can be carried out by calculation hardware that is included in the sensor arrangement. However, since the calculations can become relatively resource-intensive and generally a low weight for the sensor arrangement is desired, in a preferred embodiment of the method a wireless transmitter of the sensor arrangement transmits the measured linear acceleration and the measured rotational speed to a computing device, in particular a personal computer, a smartphone or the like. It is further preferred that the computing device performs a calculation to determine the first spatial orientation and the second spatial orientation based on the transmitted linear acceleration and rotational speed. In particular, the computing device can also perform calculations for determining the rolling, pitching and yawing between the sensor arrangement and the hoof, for identifying the stand event, for dividing the measurement period into a series of individual steps, for detecting the tilting events and / or for dividing each step into the Carry out the landing period, the mid-stand period, the tipping period and the oscillation period. Furthermore, the computing device can carry out calculations for the integration of the measured rotational speeds and / or for combining the forward integration of the measured rotational speeds and the backward integration of the measured rotational speeds. The computing device can also perform the calculations for any other determination directly or indirectly based on the measured linear acceleration and the measured rotational speed.

Bei der Verarbeitung der gemessenen Linearbeschleunigung und der gemessenen Drehgeschwindigkeiten, wie auch bei allen weiteren Berechnungen, können Filter, Mittelungen und andere numerische Operationen zum Reduzieren von Rauschen und Reduzieren des Effekts von Messfehlern angewandt werden.Filters, averages, and other numerical operations to reduce noise and reduce the effect of measurement errors can be used in processing the measured linear acceleration and the measured rotational speeds, as in all other calculations.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Hufabhebeereignis basierend auf einer Hufabhebebeschleunigungsschwelle für die Beschleunigung in einer nach oben gerichteten Vertikalrichtung bestimmt wird. Das Hufabhebeereignis ist der Zeitpunkt oder -raum, in dem der Huf das Kippen abgeschlossen hat und vollständig den Kontakt mit dem Untergrund verlässt. Das Hufabhebeereignis kann daher als der Zeitpunkt angesehen werden, zu dem es im Wesentlichen nur einen einzigen Kontaktpunkt des Hufs mit dem Untergrund gibt. Dementsprechend wird bevorzugt, dass das bestimmte Hufabhebeereignis der zweite Messzeitpunkt ist. Es wurde herausgefunden, dass das Hufabhebeereignis mit substantieller Genauigkeit mit dem Zeitpunkt gleichgesetzt oder zumindest angenähert werden kann, zu dem die Linearbeschleunigung in einer nach oben gerichteten Vertikalrichtung eine Schwelle überschreitet. Hierbei bezieht sich die nach oben gerichtete Vertikalrichtung auf die Horizontalebene des Untergrunds.A preferred embodiment of the method is characterized in that a Hoof lift event is determined based on a hoof acceleration threshold for acceleration in an upward vertical direction. The hoof lifting event is the point in time or space at which the hoof has finished tipping and completely leaves contact with the ground. The hoof lifting event can therefore be regarded as the time at which there is essentially only a single point of contact of the hoof with the ground. Accordingly, it is preferred that the certain hoof lift event is the second measurement time. It has been found that the hoof lifting event can be equated, or at least approximated, with substantial accuracy to the point in time at which the linear acceleration in an upward vertical direction exceeds a threshold. Here, the upward vertical direction refers to the horizontal plane of the subsurface.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Start des Kippereignisses basierend auf einer Kippschwelle für eine Veränderung des Nickens bezüglich des Standereignisses bestimmt. Dies basiert auf der Einsicht, dass das Nicken bei dem Standereignis null beträgt, da angenommen wird, dass der Huf flach auf dem Untergrund liegt. Somit geht der Beginn des Kippens damit einher, dass das Nicken des Hufs eine spezifische Schwelle überschreitet, nämlich die Kippschwelle.In a preferred embodiment of the method, a start of the tipping event is determined based on a tipping threshold for a change in the pitch with respect to the stand event. This is based on the insight that the nod at the stand event is zero, since it is assumed that the hoof lies flat on the ground. Thus, the beginning of the tipping goes hand in hand with the fact that the pitch of the hoof exceeds a specific threshold, namely the tipping threshold.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Hufaufprallereignis basierend auf einer Aufprallbeschleunigungsschwelle für die Beschleunigung in einer nach oben gerichteten Vertikalrichtung bestimmt wird. Insbesondere wird das Hufaufprallereignis weiterhin darauf basierend bestimmt, dass er nach einem Start des Kippereignisses stattfindet. Dies ist im Prinzip ähnlich der Detektion des Hufabhebeereignisses, wobei das Hufaufprallereignis insbesondere von dem Hufabhebeereignis dadurch unterscheidbar ist, dass der Start des Kippereignisses dem Hufaufprallereignis vorangeht. Bevorzugt ist das bestimmte Hufaufprallereignis der erste Messzeitpunkt. A further preferred embodiment of the method is characterized in that a hoof impact event is determined based on an impact acceleration threshold for the acceleration in an upward vertical direction. In particular, the hoof impact event is further determined based on the fact that it occurs after the toggle event has started. In principle, this is similar to the detection of the hoof lift event, the hoof impact event being distinguishable in particular from the hoof lift event in that the start of the tilting event precedes the hoof impact event. The particular hoof impact event is preferably the first measurement time.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird für den bestimmten Kontaktpunkt des Hufs eine Winkelposition für den Kontaktpunkt bestimmt. Diese Winkelposition ist ein Wert, der den Winkel, bezüglich einer beliebigen Ausgangslage mit einem Winkel gleich Null, des Kontaktpunkts von einem Mittelpunkt des Hufs innerhalb der durch die Hufwand definierten Ebene anzeigt. Basierend auf der Kenntnis dessen, dass die Wand des Hufs im Wesentlichen kreisförmig ist, würde eine solche Winkelposition zum Anzeigen des Kontaktpunkts ausreichen. In diesem Kontext wird angenommen, dass die Bodenfläche der Hufwand im Wesentlichen in einer Ebene liegt.In a further preferred embodiment of the method, an angular position for the contact point is determined for the specific contact point of the hoof. This angular position is a value which indicates the angle, with respect to any starting position with an angle equal to zero, of the contact point from a center of the hoof within the plane defined by the hoof wall. Based on the knowledge that the wall of the hoof is essentially circular, such an angular position would be sufficient to indicate the point of contact. In this context, it is assumed that the bottom surface of the hoof wall is essentially in one plane.

Bevorzugt wird ein Nickwinkel des Hufs zu dem Zeitpunkt, wenn der Kontaktpunkt des Hufs mit dem Untergrund in Kontakt ist, bestimmt. Auf diese Weise kommt außer der Winkelposition innerhalb der Ebene der Hufwand auch die dritte räumliche Dimension ins Spiel. Diese zusätzliche Information, die über das Identifizieren des Kontaktpunkts hinausgeht, ist auch bei der Beurteilung des Gangs des Pferdes wertvoll. Dieser Nickwinkel kann auch als Hufwinkel bezeichnet werden. Zusätzlich oder alternativ wird ein Rollwinkel des Hufs zu dem Zeitpunkt, wenn der Kontaktpunkt des Hufs mit dem Untergrund in Kontakt ist, bestimmt.A pitch angle of the hoof is preferably determined at the point in time when the contact point of the hoof is in contact with the ground. In this way, in addition to the angular position within the plane of the hoof wall, the third spatial dimension also comes into play. This additional information, which goes beyond identifying the contact point, is also valuable in assessing the horse's gait. This pitch angle can also be referred to as the hoof angle. Additionally or alternatively, a roll angle of the hoof at the point in time when the contact point of the hoof is in contact with the ground is determined.

Weitere vorteilhafte und bevorzugte Merkmale werden unter Bezugnahme auf die Figuren in der folgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens besprochen. Im Folgenden zeigt

1 eine schematische Darstellung der Orientierung des Hufs eines Pferds, dessen Bewegung durch das erfindungsgemäße Verfahren analysiert werden soll, während der Bewegung des Pferds,
2 eine schematische Darstellung der Position einer Sensoranordnung bezüglich des Hufs, und
3 eine schematische Darstellung der Hufwand des Hufs.

Further advantageous and preferred features are discussed with reference to the figures in the following description of the method according to the invention. The following shows

1 1 shows a schematic representation of the orientation of the hoof of a horse, the movement of which is to be analyzed by the method according to the invention, during the movement of the horse,
2nd a schematic representation of the position of a sensor arrangement with respect to the hoof, and
3rd a schematic representation of the hoof wall of the hoof.

Vor der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Sensoranordnung 1 an einem distalen Ende eines Körperglieds 2, d.h. einem Bein, eines Pferds an dem oder in der Nähe des Hufs 3 befestigt. Eine solche Platzierung wird in 2 gezeigt. Die Sensoranordnung 1 der 2, die hier auch als Trägheitsbewegungseinheit bezeichnet wird, umfasst eine Anordnung von mikromechanischen Systemen. Insbesondere umfasst die Sensoranordnung 1 einen ersten Drei-Achsen-Beschleunigungssensor zum Messen höherer Linearbeschleunigungen und einen zweiten Drei-Achsen-Beschleunigungssensor zum Messen niedrigerer Linearbeschleunigungen. Die jeweiligen Achsen der Beschleunigungssensor fluchten. Beide Beschleunigungssensoren sind zum Messen von Linearbeschleunigungen in jeweils unterschiedlichen Wertebereichen da. Basierend darauf kann die jeweilige Messung von jedem Beschleunigungssensor zu einem einzigen Wert kombiniert werden. Die Sensoranordnung 1 umfasst auch ein Drei-Achsen-Gyroskop zum Messen von Drehgeschwindigkeiten um drei Achsen. Die Sensoranordnung 1 umfasst des Weiteren Computerverarbeitungsmittel und einen Speicher zum Speichern von Messungen, wie auch Drahtloskommunikationsmittel zum Übertragen der Messwerte an eine Rechnervorrichtung, wie etwa einen stationären Computer, einen tragbaren Computer oder ein Smartphone. Die Sensoranordnung 1 kann Teil eines größeren Systems sein, das mehrere solche Sensoranordnungen 1 umfasst, z.B. ein System aus vier Sensoranordnungen 1, die jeweils an einem jeweiligen Körperglied 2 desselben Pferdes befestigt sind und alle mit der Rechnervorrichtung in Drahtloskommunikation stehen.Before the method according to the invention is carried out, a sensor arrangement is used 1 at a distal end of a limb 2nd , ie a leg, a horse on or near the hoof 3rd attached. Such placement is in 2nd shown. The sensor arrangement 1 of the 2nd , which is also referred to here as an inertial movement unit, comprises an arrangement of micromechanical systems. In particular, the sensor arrangement comprises 1 a first three-axis acceleration sensor for measuring higher linear accelerations and a second three-axis acceleration sensor for measuring lower linear accelerations. The respective axes of the acceleration sensor are aligned. Both acceleration sensors are used to measure linear accelerations in different value ranges. Based on this, the respective measurement from each acceleration sensor can be combined into a single value. The sensor arrangement 1 also includes a three-axis gyroscope for measuring rotational speeds around three axes. The sensor arrangement 1 further comprises computer processing means and a memory for storing measurements, as well as wireless communication means for transmitting the measured values to a computing device, such as a stationary computer, a portable computer or a smartphone. The sensor arrangement 1 can be part of a larger system that has multiple such sensor arrays 1 includes, eg a system made up of four sensor arrangements 1 , each on a respective limb 2nd of the same horse and are all in wireless communication with the computing device.

Wie aus 2 ersichtlich ist, resultiert die Platzierung der Sensoranordnung 1 am Körperglied 2 des Pferds in einer relativen Orientierung zwischen der Sensoranordnung 1 und dem Huf 3, welche relative Orientierung hier durch eine Sensornormalachse 4 und eine Hufnormalachse 5 repräsentiert wird. Da diese relative Orientierung für jede Befestigung variabel und im Vorhinein unbekannt ist, wird sie im Prozess des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es unten beschrieben wird, bestimmt.How out 2nd the placement of the sensor arrangement results 1 on the limb 2nd of the horse in a relative orientation between the sensor arrangement 1 and the hoof 3rd what relative orientation here through a sensor normal axis 4th and a hoof normal axis 5 is represented. Since this relative orientation is variable for each fastening and is unknown beforehand, it is determined in the process of the method according to the invention, as described below.

Der Messprozess durch die Sensoranordnung 1 und die Analyse der entsprechenden Messwerte beginnt während der Bewegung des Pferdes in entweder einer Schrittgangart oder einer Trabgangart. Diese beiden Gangarten können in einzelne Schritte unterteilt werden, wobei für jeden Schritt ein bestimmter Huf 3 die Phasen Landen - welche Phase mit einem Hufaufprallereignis 8 beginnt -, Stand, Kippen und Schwingen durchläuft. Die Kippphase endet mit einem Hufabhebeereignis 9. Ein Standereignis 10 findet während der Standphase statt. Die Position des Hufs 3 bezüglich des Untergrunds 7 während des Hufaufprallereignisses 8, welches der Zeitpunkt ist, zu dem der Huf 3 mit dem Untergrund 7 am Kontaktpunkt 6 in Kontakt kommt, des Standereignisses 10, in dem der Huf 3 bezüglich der Drehgeschwindigkeit in Ruhe ist, und dem Hufabhebeereignis 9, welches der Zeitpunkt ist, zu dem der Huf 3 nur am Kontaktpunkt 6 verbleibenden Kontakt mit dem Untergrund 7 hat, ist in 1 dargestellt. Wenn es einen ausgedehnten Zeitraum während der Standphase gibt, in dem der Huf 3 bezüglich der Drehgeschwindigkeit in Ruhe ist, dann kann das Standereignis 10 im Prinzip auf jeden Zeitpunkt innerhalb dieses Zeitraums festgelegt werden. Die jeweiligen Kontaktpunkte 6 des Hufaufprallereignisses 8 und des Hufabhebeereignisses 9 können sich voneinander unterscheiden.The measuring process through the sensor arrangement 1 and the analysis of the corresponding measurements begins during the movement of the horse in either a step gait or a trot gait. These two gaits can be divided into individual steps, with a specific hoof for each step 3rd the phases landing - which phase with a hoof impact event 8th begins -, stands, tilts and swings through. The tipping phase ends with a hoof lifting event 9 . A stand event 10 takes place during the standing phase. The position of the hoof 3rd regarding the underground 7 during the hoof impact event 8th which is the time when the hoof 3rd with the underground 7 at the contact point 6 comes into contact with the stand event 10 in which the hoof 3rd regarding the speed of rotation is at rest, and the hoof lifting event 9 which is the time when the hoof 3rd only at the contact point 6 remaining contact with the ground 7 has is in 1 shown. If there is an extended period during the stance phase in which the hoof 3rd is at rest with respect to the rotational speed, then the stand event 10 in principle be set at any point in time within this period. The respective contact points 6 of the hoof impact event 8th and the hoof pick event 9 can differ from each other.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Bestimmung des Kontaktpunkts 6 - entweder während des Hufaufprallereignisses 8 oder des Hufabhebeereignisses 9 oder für beide - des Hufs 3 mit dem Untergrund 7 während der Bewegung da, wobei man unter Kontaktpunkt 6 einen Punkt im mathematischen Sinn oder eine Oberfläche verstehen kann, die in Relation zum gesamten Huf 3 oder zur Hufwand klein ist. Diese Bestimmung kann nur für einen einzigen Schritt sein. Alternativ kann jeder Kontaktpunkt 6 für eine Mehrzahl von Schritten oder sogar alle Schritte bestimmt werden, wobei es in dem Fall auch möglich wäre, einen Durchschnitt der bestimmten Kontaktpunkte 6 zu bestimmen.The method according to the invention is for determining the contact point 6 - either during the hoof impact event 8th or hoof pick event 9 or for both - the hoof 3rd with the underground 7 there during the movement, taking one under contact point 6 can understand a point in the mathematical sense or a surface that is in relation to the entire hoof 3rd or is small to the hoof wall. This determination can only be for a single step. Alternatively, each contact point 6 can be determined for a plurality of steps or even all steps, in which case it would also be possible to average the determined contact points 6 to determine.

Die Bestimmung des Kontaktpunkts 6 für das Hufaufprallereignis 8 basiert auf einem Vergleich zwischen der räumlichen Orientierung des Hufs 3 während des Standereignisses 10 und einem weiteren Zeitpunkt, wenn der Kontakt zwischen dem Huf 3 und dem Untergrund 7 nur ein Kontaktpunkt 6 ist. Basierend auf den obigen Überlegungen ist dieser weitere Zeitpunkt entweder das Hufaufprallereignis 8 oder das Hufabhebeereignis 9. Gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit der erste Messzeitpunkt 11 das Standereignis 10, und der zweite Messzeitpunkt 12a ist das Hufaufprallereignis 8. In einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der erste Messzeitpunkt 11 wieder das Standereignis 10, und der zweite Messzeitpunkt 12b ist das Hufabhebeereignis 9. Das Attribut erster und zweiter Messzeitpunkt impliziert nicht eine zeitliche Aufeinanderfolge, d.h. der zweite Messzeitpunkt 12a, b kann zeitlich vor dem ersten Messzeitpunkt 11 kommen.The determination of the contact point 6 for the hoof impact event 8th is based on a comparison between the spatial orientation of the hoof 3rd during the stand event 10 and another time when the contact between the hoof 3rd and the underground 7 just a contact point 6 is. Based on the considerations above, this additional time is either the hoof impact event 8th or the hoof pick event 9 . According to a first embodiment of the method according to the invention, the first measurement time is thus 11 the stand event 10 , and the second measurement time 12a is the hoof impact event 8th . In a second embodiment of the method according to the invention, the first measurement time is 11 again the stand event 10 , and the second measurement time 12b is the hoof pick event 9 . The attribute first and second measurement time does not imply a chronological sequence, ie the second measurement time 12a , b can occur before the first measurement time 11 come.

Die zugrunde liegende Idee ist die, dass die Veränderung der räumlichen Orientierung des Hufs 3 zwischen einem dieser weiteren Zeitpunkte und dem Standereignis 10 eine Winkelposition des Kontaktpunkts 6 auf der Hufwand abbildet, welche Hufwand im Wesentlichen den Umfang des Hufs 3 zumindest für den Teil des Hufs 3 bildet, in dem der Kontaktpunkt 6 erwartet werden kann. Des Weiteren wird angenommen, dass der Huf 3 im Wesentlichen zwischen diesen Zeitpunkten in einer Drehbewegung schwenkt, die der Veränderung der räumlichen Orientierung entspricht. Die Hufwand wird auch in 3 dargestellt. Auf diese Weise kann der Kontaktpunkt 6 ohne jeden Sensor am Kontaktpunkt 6 selbst bestimmt werden.The underlying idea is that changing the spatial orientation of the hoof 3rd between one of these other times and the stand event 10 an angular position of the contact point 6 on the hoof wall depicts which hoof wall essentially the circumference of the hoof 3rd at least for the part of the hoof 3rd forms where the contact point 6 can be expected. It is also believed that the hoof 3rd essentially pivots between these times in a rotary movement that corresponds to the change in spatial orientation. The hoof wall is also in 3rd shown. This way the contact point 6 without any sensor at the contact point 6 be determined yourself.

In einem ersten Schritt wird die relative Orientierung 13 - die symbolisch in 2 angezeigt wird - zwischen der Sensoranordnung 1 und dem Huf 3 bestimmt und bevorzugt anhand von Rollen, Nicken und Gieren ausgedrückt. Zu diesem Zweck wird zunächst ein Standereignis 10 identifiziert. Basierend auf der Überlegung, dass beim Standereignis 10 der Huf 3 im Wesentlichen stationär bezüglich der Drehung sein wird, wird das Standereignis 10 identifiziert, wenn die Drehgeschwindigkeit um alle drei Achsen, wie sie durch das Drei-Achsen-Gyroskop der Sensoranordnung 1 bestimmt wird, unterhalb einer Standereignisschwelle liegt, d.h. ausreichend niedrig. Diese Standereignisschwelle kann entweder vorgegeben und konstant sein oder dynamisch während der Messung bestimmt werden.The first step is the relative orientation 13 - the symbolic in 2nd is displayed - between the sensor arrangement 1 and the hoof 3rd determined and preferably expressed in terms of rolling, pitching and yawing. For this purpose, first a stand event 10 identified. Based on the consideration that at the stand event 10 the hoof 3rd will be essentially stationary with respect to rotation, the stand event 10 Identifies when the rotational speed around all three axes as determined by the three-axis gyroscope of the sensor arrangement 1 is determined, is below a level event threshold, ie sufficiently low. This level event threshold can either be predetermined and constant or be determined dynamically during the measurement.

Es wird angenommen, dass während des Standereignisses 10 die einzige Beschleunigung, die durch die Beschleunigungssensoren gemessen wird, die Schwerkraft ist. Es wird weiter angenommen, dass sich während des Standereignisses 10 der Huf flach auf dem Untergrund 7 befindet. Somit entspricht die Orientierung des Hufs 3, wie sie durch die Hufnormalachse 5 bezeichnet wird, der Richtung der Schwerkraft. Basierend auf diesen Überlegungen können das Rollen und Nicken der relativen Orientierung 13 basierend auf den Linearbeschleunigungen bestimmt werden, die durch die Sensoranordnung 1 gemessen werden.It is believed that during the stand event 10 the only acceleration measured by the acceleration sensors is gravity. It is further believed that during the stand event 10 the hoof flat on the ground 7 located. Consequently corresponds to the orientation of the hoof 3rd as seen through the hoof normal axis 5 is called the direction of gravity. Based on these considerations, the relative orientation can roll and nod 13 be determined based on the linear accelerations by the sensor arrangement 1 be measured.

Die Bestimmung des Gierens der relativen Orientierung 13 kann basierend auf der Annahme durchgeführt werden, dass die größte Drehgeschwindigkeit - in irgendeiner Richtung - während der Bewegung des Hufs 3 um eine Querachse 14 des Hufs 3 stattfinden wird, d.h. eine Achse, die parallel zum Untergrund 7 und normal zur gemittelten translatorischen Richtung der Bewegung des Hufs 3 während eines einzigen Schritts oder einer Anzahl von Schritten ist. Somit wird die Querachse 14 als die Richtung der Maximaldrehgeschwindigkeit angesehen. Wenn man nun diese Querachse 14 für das Rollen und Nicken der relativen Orientierung 13 korrigiert, die oben bestimmt wurde, kann der resultierende Vektor auf den Untergrund 7 projiziert werden. Basierend auf dieser Projektion kann das Gieren der relativen Orientierung 13 bestimmt werden.The determination of the yaw of the relative orientation 13 can be done based on the assumption that the greatest speed of rotation - in any direction - during the movement of the hoof 3rd about a transverse axis 14 of the hoof 3rd will take place, ie an axis that is parallel to the ground 7 and normal to the averaged translational direction of hoof movement 3rd during a single step or a number of steps. Thus the transverse axis 14 viewed as the direction of maximum rotational speed. If you look at this transverse axis 14 for rolling and nodding relative orientation 13 corrected, which was determined above, the resulting vector can be on the background 7 be projected. Based on this projection, the yaw can be relative orientation 13 be determined.

Unter der Annahme, dass der Gierwinkel klein genug ist, kann der Nickwinkel des Hufs 3 aus den Messungen der Sensoranordnung 1 bestimmt werden.Assuming that the yaw angle is small enough, the pitch angle of the hoof can 3rd from the measurements of the sensor arrangement 1 be determined.

Indem somit die relative Orientierung 13 bestimmt wurde, die durch Rollen, Nicken und Gieren definiert wird, können die Beschleunigungen und Drehgeschwindigkeiten, die durch die Sensoranordnung 1 gemessen wurden, in den Bezugsrahmen des Hufs 3 rotiert werden.By thus the relative orientation 13 Was determined, which is defined by rolling, pitching and yawing, the accelerations and speeds of rotation caused by the sensor arrangement 1 were measured in the hoof's frame of reference 3rd be rotated.

Die durch die Sensoranordnung 1 während der laufenden Bewegung des Pferdes gemessenen Bewegungsdaten werden zunächst in einzelne Schritte des Pferdes unterteilt. Um einzelne Schritte zu identifizieren, werden unter den Messdaten Kippereignisse detektiert. Ein Kippereignis wird detektiert, wenn die Nickgeschwindigkeit - die die Drehgeschwindigkeit um die Querachse 14 des Hufs 3 ist - eine Nickgeschwindigkeitsschwelle überschreitet. Diese Schwelle ist im Prinzip variabel und kann dynamisch basierend auf der Überlegung bestimmt werden, dass Kippereignisse mit einem Zeitraum stattfinden, der im Wesentlichen Konstant oder zumindest langsam veränderlich ist, und dass bei jedem Schritt die Nickgeschwindigkeit bei oder in der Nähe des Kippereignisses maximal sein wird. Basierend auf dem Kippereignis wird das Standereignis 10, das dem Kippereignis unmittelbar vorangeht, basierend auf der Beobachtung detektiert, dass die Drehgeschwindigkeit des Hufs 3 während des Standereignisses 10 im Wesentlichen null oder sehr klein sein wird. Jeder Schritt besteht dann aus der Zeit von einem Standereignis 10 zum nachfolgenden Standereignis 10.The through the sensor arrangement 1 Movement data measured while the horse is moving are first divided into individual steps of the horse. In order to identify individual steps, tilting events are detected under the measurement data. A tipping event is detected when the pitching speed - the speed of rotation about the transverse axis 14 of the hoof 3rd is - exceeds a pitch speed threshold. This threshold is in principle variable and can be determined dynamically based on the consideration that tipping events take place over a period that is essentially constant or at least slowly changing, and that with each step the pitch rate will be maximum at or near the tipping event . The stand event is based on the tipping event 10 that immediately precedes the tipping event, based on the observation that the hoof rotation speed detects 3rd during the stand event 10 will be essentially zero or very small. Each step then consists of the time from a stand event 10 to the subsequent stand event 10 .

Für jeden Schritt werden der Verlauf oder die Sequenz der Orientierung und der Geschwindigkeiten des Hufs 3 über die Zeit bestimmt, indem die gemessenen Drehgeschwindigkeiten und die gemessenen Beschleunigungen insbesondere unter Verwendung der Quaternionen-Integration integriert werden. Zum Integrieren der Orientierung ist der Startpunkt das Standereignis 10, zu dem eine flache Position des Hufs 3 auf dem Untergrund angenommen wird. Von diesem Startpunkt schreitet die Integration zeitlich in sowohl einer vorwärts gerichteten als auch in der rückwärts gerichteten Richtung voran. Das Ergebnis der Rückwärtsintegration wird mit dem Ergebnis der Vorwärtsintegration vom vorherigen Standereignis 10 vereinigt. Dieselbe Vereinigung findet entsprechend mit dem Ergebnis der Vorwärtsintegration statt. Dadurch wird eine Sequenz oder ein Verlauf von Orientierungen des Hufs 3 über die Zeit für den gesamten Schritt bestimmt.For each step, the course or sequence of the orientation and the speeds of the hoof 3rd determined over time by integrating the measured rotational speeds and the measured accelerations, in particular using the quaternion integration. To integrate the orientation, the starting point is the stand event 10 to which a flat position of the hoof 3rd is accepted on the underground. From this starting point, integration progresses in both a forward and a backward direction. The result of the backward integration becomes the result of the forward integration from the previous stand event 10 united. The same union takes place accordingly with the result of the forward integration. This creates a sequence or course of orientations of the hoof 3rd determined over time for the entire step.

Basierend auf den so bestimmten Orientierungen werden die Beschleunigungen zu einer Sequenz von Lineargeschwindigkeiten über die Zeit integriert. Dazu geht die Integration erneut von dem Standereignis 10 aus in die Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, und eine Vereinigung findet statt, wie für die Orientierung beschrieben wurde. Es wird angenommen, dass zum Standereignis 10 die Geschwindigkeit des Hufs 3 null beträgt. Dann können die Geschwindigkeiten in derselben Weise integriert werden, um zu einer Positionssequenz über die Zeit zu kommen.Based on the orientations determined in this way, the accelerations are integrated into a sequence of linear speeds over time. To do this, the integration again starts from the stand event 10 out in the forward and backward directions, and unification takes place as described for orientation. It is believed that at the booth event 10 the speed of the hoof 3rd is zero. The speeds can then be integrated in the same way to arrive at a position sequence over time.

Phasenübergänge im Schritt können nun auf die folgende Weise bestimmt werden. Das Hufabhebeereignis 9 wird detektiert, in dem eine Beschleunigung in einer nach oben gerichteten Vertikalrichtung 15, d.h. in der zum Untergrund 7 normalen Richtung, mit einer Hufabhebebeschleunigungsschwelle verglichen wird, die ebenfalls in derselben Weise variabel ist, wie es für die Nickgeschwindigkeitsschwelle beschrieben wurde. Das Beginnen des Kippens, das dem Kippereignis vorangeht, kann identifiziert werden, wenn der Nickwinkel des Hufs 3 eine Kippschwelle überschreitet.Phase transitions in the step can now be determined in the following way. The hoof pick event 9 is detected by accelerating in an upward vertical direction 15 , ie in the underground 7 normal direction, is compared to a hoof acceleration threshold, which is also variable in the same manner as described for the pitching speed threshold. The beginning of the tipping that precedes the tipping event can be identified when the pitch angle of the hoof 3rd exceeds a tipping threshold.

Das Hufaufprallereignis 8 wird ebenfalls bestimmt, indem die Beschleunigung in der nach oben gerichteten Vertikalrichtung 15 mit einer variablen Aufprallbeschleunigungsschwelle verglichen wird. Es ist zu bemerken, dass nach einem Standereignis 10 zunächst das Hufabhebeereignis 9 stattfindet, und erst danach das Hufaufprallereignis 8.The hoof impact event 8th is also determined by the acceleration in the upward vertical direction 15 is compared with a variable impact acceleration threshold. It should be noted that after a stand event 10 first the hoof lift event 9 takes place, and only after that the hoof impact event 8th .

Wie in 3 gezeigt wird, werden basierend auf dem Unterschied zwischen der ersten räumlichen Orientierung und der zweiten räumlichen Orientierung der Kontaktpunkt 6, und somit auch eine Winkelposition 16 bestimmt, die den Kontaktpunkt 6 auf dem Umfang des Hufs 3 definiert, der durch die Hufwand dargestellt wird. Des Weiteren können der Nickwinkel und der Rollwinkel des Hufs 3 zu diesem Zeitpunkt bestimmt werden.As in 3rd is shown, based on the difference between the first spatial orientation and the second spatial orientation, the contact point 6 , and thus also an angular position 16 that determines the contact point 6 on the circumference of the hoof 3rd defined, which is represented by the hoof wall. Furthermore, the pitch angle and the roll angle of the hoof 3rd can be determined at this time.

Claims

A method for horse movement analysis, wherein a contact point (6) of a hoof (3) of a horse with the ground (7) is determined during the movement of the horse, characterized in that a first spatial orientation of the hoof (3) at a first measurement time ( 11) it is determined that a second spatial orientation of the hoof (3) is determined at a second measurement time (12a, b), and that based on the first spatial orientation and the second spatial orientation the contact point (6) of the hoof (3) is determined with the substrate (7).

The procedure after Claim 1 , characterized in that the first measurement time (11) is a standing event (10) when the hoof (3) is flat on the ground (7), preferably that the second measurement time (12b) takes place when the hoof (3) has a point contact with the subsurface (6).

The procedure after Claim 2 , characterized in that the second measurement time (12a, b) takes place after the first measurement time (11), preferably that the first measurement time (11) and the second measurement time (12a, b) take place during a lifting movement of the hoof (3).

The procedure after Claim 2 , characterized in that the second measurement time (12a, b) takes place before the first measurement time (11), preferably that the first measurement time (11) and the second measurement time (12a, b) take place during a landing movement of the hoof (3).

The procedure according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the first spatial orientation and the second spatial orientation are determined based on a measurement by a sensor arrangement (1) for measuring linear acceleration and rotational speed, which sensor arrangement (1) preferably at a distal end of a limb (2) of the horse , in particular essentially in the vicinity of the hoof (3), is further preferred that the sensor arrangement (1) has a three-axis acceleration sensor for measuring linear acceleration in three directions and a three-axis gyroscope for measuring rotational speed around comprises three axes.

The procedure after Claim 5 , characterized in that determining the first spatial orientation and the second spatial orientation based on a certain roll, a certain pitch and a certain yaw between the sensor arrangement (1) and the hoof (3), preferred that the roll and pitch between of the sensor arrangement (1) and the hoof (3) is determined during the standing event (10) of the hoof (3), in particular that the standing event (10) is identified based on the fact that rotational speeds around three axes are below a standing event threshold.

The procedure after Claim 6 , characterized in that the yaw between the acceleration sensor (1) and the hoof (3) is determined based on a direction of the maximum rotational speed, which direction of the maximum rotational speed is assumed to be a transverse axis (14) of the hoof (3).

The procedure after Claim 6 or 7 , characterized in that the first spatial orientation and the second spatial orientation are determined from a measurement series of linear acceleration and rotational speed, which is measured over a measurement period that covers several steps of the horse, the measurement period preferably based on detected tilting events of the hoof movement into one Series of individual steps is subdivided, in particular a tilting event being detected based on a pitching speed threshold.

The procedure after Claim 8 , characterized in that each step is subdivided into a landing period, a stand middle period, which comprises the stand event (10), a tipping period, which includes the tipping event, and an oscillation period, and that the determination of the first measurement time and the second measurement time on the division every step is based.

The procedure according to one of the Claims 6 to 9 , characterized in that an orientation sequence of the hoof (3) is determined based on an integration, preferably a quaternion integration, of the measured rotational speeds, with further preference an orientation sequence of the hoof (3) based on an integration of the measured rotational speeds during a single step is determined, in particular the orientation sequence of the hoof (3) being determined by combining a forward integration of the measured rotational speeds and a backward integration of the measured rotational speeds.

The procedure after Claim 10 , characterized in that a speed sequence of the hoof (3) based on an integration of the measured linear accelerations are determined, which are adapted by the determined orientation sequence, the speed sequence of the hoof (3) preferably being determined by combining a forward integration of the measured linear accelerations and a backward integration of the measured linear accelerations.

The procedure after Claim 11 , characterized in that a position sequence of the hoof (3) is determined based on an integration of the speed sequence, the position sequence of the hoof (3) being determined by combining a forward integration of the speed sequence and a backward integration of the speed sequence.

The procedure according to one of the Claims 6 to 12th , characterized in that a hoof lifting event (9) is determined based on a hoof acceleration threshold for the acceleration in an upward vertical direction (15), preferred that the determined hoof lifting event (9) is the second measurement time (12a, 12b).

The procedure according to one of the Claims 6 to 13 , characterized in that a hoof impact event (8) is determined based on an impact acceleration threshold for the acceleration in an upward vertical direction (15), preferably that the determined hoof impact event is the first measurement time.

The procedure according to one of the Claims 1 to 14 , characterized in that for the specific contact point (6) of the hoof (3) an angular position (16) for the contact point (6) is determined, preferably that a pitch angle of the hoof (6) at the time when the contact point (6 ) of the hoof (3) in contact with the ground (7) is determined.