步态监测器和监测人的步态的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于监测人的步态的设备，尤其涉及用于监测跑步者的步态的设备。
【背景技术】
[0002]当人处理他的日常事务时，身体的正确姿势对于避免僵硬和受伤来说是重要的。因此，已经建议使用电子设备来监测姿势和提供用于姿势矫正的反馈。在很多这样的设备中，使用了至少一个加速度计实时地监测姿势。第5，749，838号美国专利(克莱因)公开了这样的姿势监测设备，该姿势监测设备通过带子接附到使用者的背部并对准使用者的中矢面。该中矢面定义为从后到前过中心地切过使用者的身体的假想竖直面。设备可以接附到L4-L5椎骨或S1-S2椎骨的水平面。通过设备中的加速度计可以检测脊柱在中矢面内的弯曲中的任何改变。使用者走步时捕捉到的他的平均骨盆角度被当作良好姿势的参考。随后，当使用者在站立时如果他的骨盆倾斜落在此平均骨盆角度的+/-5°之内，则使用者被认为是采用了良好的站立姿势。如果检测到姿势不良，设备会震动以警示使用者他的不良姿势。
[0003]克莱因的设备在使用者走步和跑步时不能监测他的步态。然而，对于跑步者来说，为了避免受伤和提高跑步效率，监测他们的姿势和步态正是重要的。特别是，克莱因的设备不能监测使用者的左侧和右侧之间的平衡;姿势分析完全沿着脊椎朝向使用者的前或后的弯曲。因此，在其他这种设备中，使用多个传感器来监测步态。在一个示例中，放置于缠在使用者腰部的带子中的惯性传感器或加速度计垂直地对准他的肚脐，肚脐是身体的横向中心，以监测中矢面。另一个传感器单元也对准他的肚脐缠在使用者的胸部。脚踝和手腕也各自系有传感器单元。总之，这些传感器单元测量使用者的诸如动态移动性的步态特征，包括步频、步幅速度、步幅长度、躯体旋转、转弯持续时间(turning durat1n)和摆臂速度。特别是，在中心放置的传感器单元能够监测使用者的步伐中力的任何横向偏斜，且能够确定他的步态是否在横向上是平衡的。
[0004]但是，所有这些设备都要求使用者穿戴带子或挽具状带(harness)，通过该带子或挽具状带将至少一个传感器单元定位在他的中矢面中，或者在他的胸上或者在他的肚脐附近。如果传感器单元移位到与使用者的肚脐不对准，则监测步态中的横向平衡就变得不准确。可惜的是，如果使用者正进行锻炼，维持传感器单元对准肚脐是困难的；使用者的运动常常会使带子绕着他旋转。因此，这些设备在严格和长时间的锻炼(诸如长距离跑步)过程中无法足够稳固地准确监测使用者的姿势和步态。
[0005]因此，期望提供一种设备，该设备能够监测跑步者的步态，且具有减小由于训练过程中设备的移位引起的不准确性的风险的可能。
【发明内容】
[0006]在第一方面中，本发明提出了一种包括运动传感器对的步态监测器，其中运动传感器构造为分别穿戴在使用者身体的左侧和右侧，以监测使用者的步伐中的力的样式。
[0007]“运动传感器”包括可以监测以下参数的所有方式的传感器，诸如速度、加速度、距离位移、角度改变等，特别是可以用于获得或推导出使用者的步伐中的力的样式的参数。这些运动传感器典型地是加速度计或陀螺仪。
[0008]由于身体的自然对称性，本发明提供了在使用者的身体上的相同的但横向相对的点(诸如他的臀部、他的鬓角或他的耳朵)上放置每个运动传感器的可能性，且提供了运动传感器可以横跨使用者的中矢面且相对于该中矢面等距离地放置。到使用者的中矢面距离相等，该身体每侧上的运动传感器的对可以推导出与由对准肚脐的运动传感器可获得的相同的信息。因此，可以使用运动传感器对来监测跑步或走步期间在使用者的左步伐和右步伐中施加的力，以确定步态的横向平衡，而不会出现不对准使用者的中矢面的可能性。
[0009]—个相对于另一个，使用者身体的这些左侧和右侧典型地不能独立运动。身体的这些部位通常位于头部或躯干上，而不在肢体中。身体的这些左面部位和右面部位一般一前一后地、一起地或一个围绕另一个旋转地运动，并且不沿着不同方向移动离开或远离另一个。人身体的这种一般或基本上不能独立地、离开或远离相对的配对物运动的部位诸如是耳朵、鬓角、颂骨上左-右相对的位置、前额上左-右相对的位置、骨盆上左-右相对的位置、髋骨、胸部或肋骨、颂骨的相对侧上的牙齿、两个眼睛的相对角等等部位。
[0010]—些个别的人可以锻炼这些身体部位以使一个能够独立于配对物中的一个运动是可能的，诸如使一个耳朵运动而另一个不动，但是这是例外而不是在正常身体运动中的普遍规则。在任何这样的两个部位之间的这些镜面运动提供了推断位于该部位之间的对称面内的点或平面运动的可能性。
[0011]诸如耳朵的一些身体部位能够在头部倾斜或转动时向前移动。这可能给根据使用者的步态检测到的运动增加额外的读数。但是，由于两个耳朵一起移动，因此使用两个运动传感器使得识别完全由头部倾斜或转动导致的运动变成可能，且允许运动传感器带来的它们导致的读数无效。以此方式，总的来说，针对任何两个一般不能相对运动的这种配对物所检测到的任何运动都可以用于监测人是否倾向于朝向他身体的一侧偏斜。
[0012]相比之下，诸如手、手腕或脚的肢体中的任一个都能够独立于其中的另一个运动和挥动。例如，一只手可以向上挥动而另一只手向下。如果运动传感器对放置在使用者的脚或手上，则由这些运动传感器获得的读数将不可用于评估使用者的中矢面的偏斜，因此不能测量步态是竖直不对准或偏斜。
[0013]优选地，步态监测器包括适于穿戴在使用者的头部上的结构，且运动传感器设置在步态监测器中，使得运动传感器在步态监测器被穿戴时定位在使用者的头部的相对侧上。更优选地，运动传感器通过设置在步态监测器中来构造，使得运动传感器在步态监测器被穿戴在使用者的头部上时都接附到使用者的耳朵。“接附”到耳朵包括将运动传感器固定到耳朵的任何方式。例如，运动传感器可以构造为以与耳塞式耳机相同的方式穿戴在使用者的耳朵中或者以与助听器相同的方式挂在使用者的耳朵上。可替换地，步态监测器可以构造为具有安装有运动传感器的听筒的头戴式耳机。另可替换地，步态监测器是护目镜框，运动传感器设置在所述护目镜框的鬓角中，以在护目镜框被穿戴时靠近耳朵。
[0014]由于耳朵的小的可确定区域，耳朵相比于身体的一些其他部位，其位置相对精确。更进一步，头部的侧面不像身体的关节或躯干，身体的关节或躯干会进行弯曲运动。将运动传感器构造为适于接附到耳朵提高了运动传感器的位置的可再现性。更进一步，当人在跑步或锻炼时穿戴诸如耳塞式耳机的头饰也是习惯做法，不会像穿戴接附有运动传感器的胸式挽具状带一样被认为是奇怪的。
[0015]优选地，步态监测器构造为能够比较使用者的每条腿的步伐中的力的样式。也就是说，可以使用两个运动传感器分开地检测左脚周期和右脚周期，精确地跟踪每条腿的落地样式。左腿和右腿之间力的任何不均匀施加都指示了使用者步态在横向上是不平衡的。
[0016]于是，本发明提供了免除对运动传感器需要仔细对准肚脐或者在中矢面内的可能性，减小了运动传感器不对准肚脐的风险。因此，相对稳固的步态监测器是可能的，其适于在诸如跑步的锻炼中准确地监测使用者的步态。
[0017]优选地，步态监测器构造为检测使用者的步伐中的力的样式，特别是确定步伐通过后跟着地还是通过前掌着地落在地面上。典型地，从使用者的脚离开地面的时间到它的脚再接合地面的时刻、直到他的脚再一次离开地面的时刻跟踪每个步伐的力的样式。步态监测器可以用于帮助想要监测和改掉在他跑步时他的后跟着在地面上的习惯的使用者。
[0018]在第二个方面中，本发明提出了一种监测使用者步态的方法，包括以下步骤:将第一运动传感器接附到使用者的左侧，并将第二运动传感器接附在使用者的相对应的右侧上，使得第一运动传感器和第二运动传感器到使用者的中矢面等距离；以及使用在使用者的各个侧面上的运动传感器监测使用者的每只脚，以获得每只脚的步伐的力的样式。
[0019]在第三个方面中，本发明提出了一种包括两个听筒的音频头戴式耳机;听筒每个都安装有运动传感器，用于检测头戴式耳机的穿戴者的步伐的力的样式。在现有技术中，没有可以用于播放音乐的头戴式耳机具有包括用于监测使用者的步态的双重功能。因此，本发明提供了头戴式耳机形式的步态监测器，其不具有对准穿戴者的肚脐的中心传感器单元，仍然获得相同的、也可能更多的步态信息。
[0020]在第四方面中，本发明提出了一种可安装在耳朵处的运动传感器，其构造为监测使用者的步态中的力的样式。该可安装在耳朵处的运动传感器可以是耳塞、耳塞式耳机或可接附到耳朵的其他设备的形式。单独地提供可安装运动传感器允许使用者从不同的供应商分开获得可安装运动传感器，或者更换一对中的任何一个坏掉的可安装运动传感器。与要求任何可安装在耳朵处的设备的使用者在可安装在耳朵处的设备中的任何一个坏掉的情况下成对购买且成对更换的先前技术相比，这是有利的。
[0021]在第五方面中，本发明