步态监测器和监测人的步态的方法_3

文档序号:9871734阅读:来源:国知局
并且诸如通过蓝牙与运动传感器无线通信。
[0061]步态监测器100包括反馈系统,用于为使用者指示他的步态的质量。在此实施例中,头戴式耳机可以用于给使用者提供可听见的反馈。有利地,头戴式耳机还可以连接到诸如CD播放器的音乐播放器,以使使用者在不需要关于他的步态质量的音频反馈时享受音乐。替代地,反馈系统可以是视觉反馈系统,诸如接收和显示步态信息的无线腕表上的屏
[0062]当使用者跑步时,他一般保持他的头部稳定而不点头,否则对路面的注视将不稳定。但是,在极少数情况下,使用者在他跑步时点头,将会存在沿着z轴的力分量,同时伴随沿着X轴的力分M。这在图8中被图不出,图8不出了在头部点头时头部如何向如和向后倾斜。因此,每当在沿着X轴的力改变中观察到增加,伴随在沿着Z轴的力改变中观察到减小时,步态监测器100都将通过假设它是由点头引起而忽略沿着Z轴的全部峰301、303。跳过一个或两个这种步伐的数据不会影响对使用者步态的整体评估。
[0063]无论如何,使用者穿戴听筒103,运动传感器相对靠近寰椎和枢椎的车轴关节,以使点头运动对运动传感器读数产生的影响降到最小。
[0064]图9是示出步态监测器100如何确定是否要忽略由运动传感器中的一个检测到的峰301、303的流程图。当在步骤901处沿着z轴检测到力时,在步骤903处步态监测器100检查是否存在沿着X轴检测到的同时发生的力。如所提到的,如果使用者点他的头,沿着X轴的力改变中将存在增加,伴随沿着z轴的力改变的减小。在此情况下,在步骤907处,步态监测器100认为z轴的力是由头部点头引起的或者已经受到头部点头的影响,并且将忽略z轴的数据。如果不存在沿着X轴的同时发生的力,在步骤909处,步态监测器100会认为z轴的力仅是由于跑步引起的,并且将考虑z轴数据用于步态监测。流程图然后回到最早的步骤,在步骤901处分析检测到的沿着z轴的下一个力分量。
[0065]类似地,使用者的头部向侧向的倾斜将导致两个运动传感器沿着y轴和z轴同时检测到力。因此,每当存在沿着Z轴的力分量,其伴随有沿着y轴的力分量时,步态监测器100都将通过假设它是受到使用者倾斜他的头部的影响而忽略z轴的分量。当使用者左右摇摆时会看到相同的效果。图11是示出步态监测器100如何确定是否忽略可能是受到头部的倾斜影响的峰301、303的相应流程图。当在步骤1101处沿着z轴检测到力时,在步骤1103处,步态监测器100检查是否存在沿着y轴检测到的同时发生的力。如所提到的,如果使用者倾斜他的头部或摆动他的身体,沿着y轴的力改变中将存在增加,伴随沿着z轴的力改变的减小。在此情况下,在步骤1107处,步态监测器100会忽略z轴的数据。如果不存在沿着y轴的同时发生的力,在步骤1111处,步态监测器100会认为z轴的力仅是由于跑步引起的,并且将考虑z轴数据用于步态监测。流程图然后回到最早的步骤,在步骤1101处分析沿着z轴检测到的下一个力分量。
[0066]当使用者转动他的头部时,这是跑步过程中最普遍的头部运动,两个运动传感器501、503将检测到沿着相对的方向的X轴的力分量。这在图12中被图示出,图12示出了一个运动传感器将如何检测到沿着X轴的负的力分量,而另一个检测到沿着X轴的正的力分量。由于该转动运动不会增加错误数据到z轴分量,可选地,忽略头部的转动运动所伴随的任何Z轴上的力分量。因此,在一些实施例中,可以使用两轴运动传感器仅监测Z轴和X轴,替代地,使用三轴运动传感器。
[0067]已经描述了步态监测器100包括运动传感器对501、503,运动传感器对501、503构造为分别穿戴在使用者的身体的左侧和右侧上,且运动传感器501、503构造为检测使用者的步伐的力的样式。步态监测器100没有中心就位在使用者的身体上的、可轻易发生移位的运动传感器。这是因为两个运动传感器501、503不是放置在缠绕到腰部或胸部的带子中,而是固定到使用者的头部的侧面。特别地,优选的是,两个运动传感器501、503固定到诸如头戴式耳机的听筒103的头部安装设备中。但是,更优选地,听筒103不是罩在每个耳朵上的耳罩,而是可插入到耳孔中的听筒103。这确保每次使用时运动传感器在使用者的头部上的位置是一致的且可重现的。
[0068]优选地,实施例100可以连接到诸如光盘播放器的音乐播放器,以允许使用者在他进行锻炼时享受音乐。这还提供了耳塞式耳机设备可以在使用者的步态明显不平衡时给他提供音频提醒以保持正确的身体运动的可能性。
[0069]由运动传感器检测到的力的样式可以无线地发送到诸如手机的外部设备,使用者携带该外部设备进行计算或分析。可替换地,可以在耳塞式耳机中安装处理器,用于执行计算。技术人员将了解所有这些变型,本文无需详细阐述。
[0070]所描述的实施例也可以用于监测跑步时使用者的步伐落在地面上的方式。一般来说,跑步者的脚着地有三种主要的方式:
[0071]1、后跟着地后跟先落下,然后前掌再下落(后跟-脚尖跑步)
[0072]2、足中段着地脚的后跟和球部同时落下
[0073]3、前掌着地脚的球部在后跟下落之前先落下(脚尖-后跟-脚尖跑步)。
[0074]在后跟着地时,后跟与地面的碰撞产生具有较大力的明显撞击,其将发送向上传遍身体的冲击波。在前掌着地时,前掌与地面的碰撞产生最小的撞击力。跑步时良好的脚下落应当感觉平缓、放松和顺从。因此,跑步者可以避免经受前掌着地带来的大的撞击力。据发现,由于具有厚的鞋底和厚的鞋后跟的鞋的发明,大多数人已经习惯在跑步时采用后跟着地,然而倾向于不穿鞋或倾向于穿着具有薄的鞋底的鞋的人倾向于采用前掌着地。前掌着地给跑步者提供了精确地决定前掌和足中段的哪个部位先落下的潜意识的能力,允许跑步者在不平坦和略微有石子的地面上敏捷前行。因此,前掌着地对于较高的跑步效率和节省体能来说是至关重要的。
[0075]图13示出了后跟着地者的落地力的样式。如图7中,较大的峰603是在使用者身体的、与当前运动传感器接附到的耳朵相同侧的腿的步伐中检测到的力。较小的峰601是在身体的另一侧的腿的步伐中检测到的力。力的样式示出了第二峰1302之前、当后跟着在地面时的撞击瞬态1300(在1301处),第二峰1302出现在当足中段落在地面上时(在1303处)。在1305处,当使用者将他的重量移到他的脚的前掌或球部上时,力开始减小,并且最终在1307处,当使用者抬离地面以迈出另一步伐时,不记下逆着地面的力。
[0076]图14示出了前掌着地者的落地力的较平缓样式。前掌落下不会产生图13中所示出的瞬态峰。在1400处,使用者以他的脚的球部落地时,触发了由运动传感器检测到的逆着地面的落地力1401的平缓增加。落地力的峰1402出现在足中段触碰地面时(在1403处)。落地力在使用者将他的重量移回到前掌时开始减小(在1405处),并且最终在1407处,当使用者抬离地面以迈出另一步伐时,不记下逆着地面的力1407。后跟根本不用于着在地面上。在一些情况下,不同的鞋可以改变跑步的着地类型。在实施例之一中,在穿着不同类型的鞋的情况下,力的样式监测落地类型。通过比较落地类型,可以确定对于使用者来说哪双鞋是最佳的。
[0077]对一些人来说,倾向于重复训练他们自己以前掌着地跑步。但是,对于习惯后跟着地者,重复训练他自己切换到前掌着地是困难且费时的,其原因在于需要加强脚和小腿的肌肉。如所描述的步态监测器100可以检测使用者是否以他的前掌或后跟落地,并在恢复后跟着地的习惯时向使用者发出以他的前掌落地的警示。
[0078]图15中图示了第二实施例1500,其是在鬓角1501中的每个处安装有运动传感器的护目镜、眼镜或防护眼镜。鬓角1501被认为足够接近头部围绕其点头的寰椎和枢椎的关节,因此,运动传感器将经受来源于头部点头的极小的z轴信号干扰。在这些实施例中,反馈系统是在护目镜框架上的头部安装显示器,诸如在护目镜的镜片上的视觉显示器,其可以由穿戴者读取或者是靠近护目镜的铰链定位的闪烁LED灯,该闪烁LED灯可以闪烁以警示使用者不良的步态平衡。
[0079]在特定的实施例中,使用者可以从一个供应商获得可安装在耳朵处的运动传感器(其构造为监测在使用者的步伐中的力的样式)和另一可安装在耳朵处的运动传感器,并且将它们结合使用以监测他的步态。
[0080]技术人员可以了解,可以使用身体上的其他点,其具有运动传感器可以固定到其的左右相对的镜像部位,且这些部位贡献由于其弯曲或摇摆的相对小的噪声。这可以包括使用者的髋骨,除了在竞走的情况下,髋骨在跑步和走步期间经历小的侧向摇摆。一个相对于另一个,使用者身体的这些左侧和右侧典型地不能够独立运动。人身体的一般或基本上不能独立于相对的配对物进行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。身体的这些部
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