用于感测和分析的适形传感器系统的制作方法
【专利说明】用于感测和分析的适形传感器系统 相关专利申请的交叉引用
[0001 ]本申请要求以下各项的优先权的权益：标题为"适形传感器和分析（Conformal Sensors and Analysis)"并且于2013年10月7日提交的美国临时专利申请号61/887,696; 标题为"用于感测和分析的适形传感器系统（Conformal Sensor Systems for Sensing and Analysis)"并且于2013年11月8日提交的美国临时专利申请号61/902,151;标题为"投 掷监测和分析(Throw Monitoring and Analysis)"并且于2014年5月23日提交的美国临时 专利申请号62/002,773;以及标题为"适形传感器及其使用方法（Conformal Sensors and Methods for Using the Same)"并且于2014年10月1日提交的美国临时专利申请号62/ 058,318,这些专利申请全部通过引用以其各自的全部内容结合在此。
【背景技术】
[0002] 用于监测移动（包括投掷运动）的现有技术可能要求昂贵的3-D运动捕获/视频分 析系统，抑或要求运动员在实验室中穿戴可能妨碍表现的笨重装置。一些更笨重的系统可 能是外部(视频捕获)装置。此技术并不适用于实时或现场监测。另外，用于对投掷或投扔进 行计数的现有方法是人工的，例如点击器(clicker)，并且可能要求由教练团进行严密监 测。由于将刚性电气器件放置在投掷臂上的限制性本质，市场上似乎并不存在任何投掷专 用的广品。
【发明内容】
[0003] 提供了用于使用适形传感器装置监测个体的表现的系统、设备和方法。在一些实 现方式中，该系统可以被布置到可以被联接到个体的一部分上或布置在该部分上的适形电 子器件中。该系统可以包括用于允许对数据进行审查和分析的存储模块。在一些实现方式 中，该系统还可以包括指示器。在一些实现方式中，指示器可以用于显示由系统对冲击做出 的实时分析。
[0004] 与大型且笨重的装置相比，根据在此描述的原理的示例性系统、方法和设备在检 查身体运动方面提供更好的性能。
[0005] 在实例中，个体的该部分可以是头、脚、胸、腹、肩、躯干、大腿或臂。
[0006] 披露了用于分析用户的至少一部分的适形传感器装置。在一些实施例中，适形传 感器装置包括至少一个柔性基板，该至少一个柔性基板可操作来附接(例如，经由粘着剂） 到用户上（例如，直接附接到用户的皮肤上）。至少一个电源被嵌入至少一个柔性基板之上 或之内并且可操作来给适形传感器装置供电。另外，至少一个存储器装置被嵌入至少一个 柔性基板之上或之内。至少一个存储器装置存储微处理器可执行指令。同样被嵌入至少一 个柔性基板之上或之内的至少一个微处理器被通信联接到至少一个存储器装置上并且可 操作来执行微处理器可执行指令。此外，至少一个传感器装置被嵌入至少一个柔性基板之 上或之内并且可操作来获得用户的至少一个测量结果。另外地，至少一个无线通信部件被 嵌入至少一个柔性基板之上或之内，并且可操作来传输指示由至少一个传感器获得的至少 一个测量结果的数据。
[0007] 还披露了用于分析个体的适形传感器组件。在一些实施例中，适形传感器组件包 括柔性基板，该柔性基板可操作来附接或联接到个体的一部分上。电源和微处理器被附接 或联接到柔性基板上。微处理器可操作来执行微处理器可执行指令。另外，传感器装置被附 接或联接到柔性基板上并且可操作来获得用户的至少一个测量结果。
[0008] 在此还披露了用于监测用户的代表性适形传感器系统。在一些实施例中，适形传 感器系统包括存储微处理器可执行指令的至少一个存储器装置。至少一个微处理器被（电 气地和/或通信地)联接到至少一个存储器装置上并且可操作来执行微处理器可执行指令。 适形传感器系统还包括至少一个传感器装置、至少一个无线通信部件以及至少一个电源。 至少一个传感器装置被（电气地和/或通信地)联接到至少一个微处理器上并且可操作来获 得用户的至少一个测量结果。至少一个无线通信部件被（电气地和/或通信地)联接到至少 一个微处理器上并且可操作来传输指示由至少一个传感器获得的至少一个测量结果的数 据。另外，至少一个电源被（电气地和/或通信地)联接到至少一个存储器装置、微处理器、传 感器装置以及无线通信部件上并且可操作来给以上各项供电。
[0009] 披露了用于使用适形传感器装置监测个体的表现的示例性系统。适形传感器装置 被安装到个体的第一部分上。示例性系统包括:至少一个存储器，该至少一个存储器用于存 储处理器可执行指令;处理单元，该处理单元用于访问至少一个存储器并且执行处理器可 执行指令；以及分析器。处理器可执行指令包括通信模块，该通信模块用于接收指示第一适 形传感器装置的至少一个传感器部件的至少一个测量结果的数据。第一适形传感器装置包 括至少一个传感器部件。至少一个传感器部件被配置成获得以下各项中的至少一项的至少 一个测量结果：（a)表示邻近个体的该部分的加速度的加速度数据；以及(b)表示施加给个 体的力的力数据。第一适形传感器装置基本上适形于个体的第一部分的表面以便提供一定 适形接触度，并且指示至少一个测量结果的数据包括指示适形接触度的数据。分析器被配 置成基于至少一个传感器部件的至少一个测量结果以及适形接触度来量化指示以下各项 中的至少一项的参数：（i)所传递能量以及（ii)头部损伤基准(HIC)。参数与预设表现阈值 的比较提供了个体的表现的指示。
[0010] 在实例中，个体的第一部分是小腿、膝、大腿、头、脚、胸、腹、肩以及臂中的至少一 个。至少一个传感器部件可以是加速度计或陀螺仪。至少一个传感器部件可以被配置成进 一步获得个体的生理数据的至少一个测量结果。
[0011] 在实例中，预设表现阈值使用指示个体的先前表现的数据和/或指示多个不同个 体的先前表现的数据来确定。在实例中，如果个体的表现的指示低于预设表现阈值，那么分 析器确定个体执行减轻的体力活动的时间段。
[0012] 在另一个实例中，预设表现阈值使用来自基本上适形于个体的第二部分的表面的 第二传感器部件的至少一个测量结果来确定。
[0013] 第一适形传感器装置可以进一步包括柔性和/或可拉伸基板，其中至少一个传感 器部件被布置在柔性和/或可拉伸基板上，并且其中至少一个传感器部件被联接到至少一 个可拉伸互连件上。柔性和/或可拉伸基板可以包括织物、弹性体、纸、或一件设备。至少一 个可拉伸互连件可以是导电的或不导电的。
[0014] 示例性系统可以包括用于显示个体的表现的指示的至少一个指示器。至少一个指 示器可以是液晶显示器、电泳显示器或指示灯。
[0015] 在实例中，至少一个指示器是指示灯，并且其中当个体的表现的指示低于预设表 现阈值时，指示灯看上去与个体的表现的指示满足或超过预设表现阈值时不同。指示灯的 外观可以是由人眼或由智能手机、平板电脑、平板触摸电脑、电子游戏系统、和/或电子阅读 器的图像传感器可检测的。
[0016] 在实例中，第一适形传感器装置可以包括至少一个可拉伸互连件，该至少一个可 拉伸互连件用于将至少一个传感器部件电气地联接到第一适形传感器装置的至少一个其 他部件上。至少一个其他部件可以是以下各项中的至少一项：电池、发送器、收发器、放大 器、处理单元、用于电池的充电器调节器、射频部件、存储器以及模拟感测块。
[0017] 示例性通信模块可以包括用于接收指示至少一个测量结果的数据的支持近场通 信(NFC)的部件。
[0018] 在实例中，通信模块可以被配置成基于Bluetooth?技术、Wi-Fi、Wi-Max、IEEE 802.11技术、射频(RF)通信、红外数据协会（IrDA)兼容协议、或共享无线接入协议(SWAP)来 实现通信协议。
[0019] 示例性系统可以进一步包括至少一个存储器，该至少一个存储器用于存储指示至 少一个测量结果和/或参数的数据。
[0020] 在另一个方面中，披露了用于使用适形传感器装置评估个体的表现的示例性系 统。示例性系统可以包括数据接收器，该数据接收器用于接收指示第一适形传感器装置和 第二适形传感器装置中的至少一个的测量结果的数据，第一适形传感器装置和第二适形传 感器装置中的每一个被布置在个体的对应部分除并且基本上适形于该对应部分。第一适形 传感器装置和第二适形传感器装置中的每一个可以包括用于获得至少一个测量结果的至 少一个传感器部件。至少一个测量结果可以是以下各项中的至少一项的：（a)表示邻近个体 的该部分的加速度的加速度数据；以及(b)表示施加给个体的力的力数据。指示至少一个测 量结果的数据包括指示对应适形传感器装置与个体的对应部分之间的适形接触度的数据。 示例性系统还包括分析器，该分析器用于基于来自第一适形传感器装置和第二适形传感器 装置中的每一个的至少一个测量结果来量化指示以下各项中的至少一项的参数：（i)所传 递能量以及（ii)头部损伤基准(HIC)。基于来自第一适形传感器装置的至少一个测量结果 所确定的参数与基于来自第二适形传感器装置的至少一个测量结果所确定的参数的比较 提供个体的表现的指不。
[0021] 在实例中，第一适形传感器装置和第二适形传感器装置中的每一个可以被布置在 个体的每条小腿、每个膝、每条大腿、每只脚、每侧髋、每条臂或每个肩处并且基本上适形于 以上各项。
[0022] 至少一个传感器部件可以是加速度计或陀螺仪。
[0023] 在实例中，如果基于来自第一适形传感器装置的至少一个测量结果所确定的参数 不同于基于来自第二适形传感器装置的至少一个测量结果所确定的参数，那么个体可被分 类为展现出减弱的表现。
[0024] 在此实例中，如果个体被分类为展示出减弱的表现，那么分析器可以进一步被配 置成确定个体执行减轻的体力活动的时间段。
[0025] 在实例中，第一适形传感器装置和第二适形传感器装置中的至少一个可以进一步 包括柔性和/或可拉伸基板，其中至少一个传感器部件被布置在柔性和/或可拉伸基板上， 并且其中至少一个传感器部件被联接到至少一个可拉伸互连件上。
[0026] 在实例中，至少一个可拉伸互连件可以是导电的或不导电的。
[0027] 示例性系统的数据接收器可以进一步包括支持近场通信(NFC)的部件。
[0028] 在实例中，数据接收器可以被配置成基于Bluetootll?技术、Wi-Fi、Wi_Max、IEEE 802.11技术、射频(RF)通信、红外数据协会（IrDA)兼容协议、或共享无线接入协议(SWAP)来 实现通信协议。
[0029] 在实例中，该系统可以进一步包括至少一个存储器，该至少一个存储器用于存储 指示第一适形传感器装置和第二适形传感器装置中的至少一个的测量结果的参数和/或数 据。
[0030] 在另一个方面中，披露了用于使用安装到个体的臂的一部分上的适形传感器装置 来监测个体的表现的示例性系统。示例性系统包括:至少一个存储器，该至少一个存储器用 于存储处理器可执行指令;处理单元，该处理单元用于访问至少一个存储器并且执行处理 器可执行指令；以及分析器。处理器可执行指令包括通信模块，该通信模块用于接收指示适 形传感器装置的至少一个传感器部件的至少一个测量结果的数据。适形传感器装置包括至 少一个传感器部件，该至少一个传感器部件用于获得表示臂的该部分的加速度的数据的至 少一个测量结果。适形传感器装置基本上适形于臂的该部分的表面以提供一定适形接触 度。指示至少一个测量结果的数据包括指示该适形接触度的数据。分析器被配置成基于至 少一个传感器部件的至少一个测量结果以及适形接触度来量化指示臂的该部分的能量或 加速度的参数。参数与预设表现阈值的比较提供了个体的表现的指示。
[0031 ]至少一个传感器部件可以是加速度计或陀螺仪。
[0032]在实例中，至少一个传感器部件进一步获得个体的生理数据的至少一个测量结 果。
[0033]在实例中，如果个体的表现的指示低于预设表现阈值，那么分析器确定个体执行 减轻的体力活动的时间段。
[0034]示例性系统可以进一步包括存储装置，该存储装置被联接到通信模块上，其中存 储装置被配置成存储指示个体的表现的指示超过所传递能量的预定阈值的次数的计数的 数据。
[0035]在实例中，该系统进一步包括传输模块，该传输模块用于传输指示个体的表现的 指示超过所传递能量的预定阈值的次数的计数的数据。
[0036]传输模块可以是无线传输模块。
[0037]在实例中，传感器部件可以进一步包括加速度计和陀螺仪中的至少一个，并且其 中指示臂的该部分的能量或加速度的参数是基于来自加速度计和/或陀螺仪的至少一个测 量结果来计算。
[0038]在实例中，该系统可以被配置成使得处理器执行处理器可执行指令，用于将参数 与预设表现阈值进行比较，从而确定个体的表现的指示。
[0039]在实例中，该系统可以被配置成使得处理器执行处理器可执行指令，以便针对其 中参数超过预设表现阈值的每次比较递增第一累计计数量。
[0040]在另一个方面中，披露了用于使用安装到个体的第一部分上的适形传感器装置来 监测个体的表现的示例性系统。示例性系统包括:至少一个存储器，该至少一个存储器用于 存储处理器可执行指令;处理单元，该处理单元用于访问至少一个存储器并且执行处理器 可执行指令；以及分析器。处理器可执行指令包括通信模块，该通信模块用于接收指示第一 适形传感器装置的至少一个传感器部件的至少一个测量结果的数据。第一适形传感器装置 包括至少一个传感器部件，该至少一个传感器部件用于获得以下各项中的至少一项的至少 一个测量结果：（a)表示邻近个体的该部分的加速度的加速度数据；以及(b)表示个体的生 理状况的生理数据。第一适形传感器装置基本上适形于个体的第一部分的表面以提供一定 适形接触度。指示至少一个测量结果的数据包括指示该适形接触度的数据。分析器可以被 配置成基于至少一个传感器部件的至少一个测量结果以及适形接触度来量化指示以下各 项中的至少一项的表现参数：投掷计数、模式匹配、对称性、移动幅度、抓握强度、运动链 (kinetic link)、以及返回到比赛的准备度。参数与预设表现阈值的比较提供了个体的表 现的指示。
[0041] 在实例中，个体的第一部分是小腿、膝、大腿、头、脚、胸、腹、肩以及臂中的至少一 个。
[0042] 至少一个传感器部件可以是加速度计或陀螺仪。
[0043]在实例中，该系统可以被配置成使得至少一个传感器部件进一步获得个体的生理 数据的至少一个测量结果。
[0044] 第一适形传感器装置可以进一步包括至少一个通信接口，该至少一个通信接口用 于传输指示至少一个测量结果的数据和/或个体的表现的指示。
[0045] 在实例中，预设表现阈值使用指示个体的先前表现的数据和/或指示多个不同个 体的先前表现的数据来确定。
[0046] 在另一个实例中，预设表现阈值使用来自基本上适形于个体的第二部分的表面的 第二传感器部件的至少一个测量结果来确定。
[0047] 在实例中，第一适形传感器装置可以进一步包括柔性和/或可拉伸基板，其中至少 一个传感器部件被布置在柔性和/或可拉伸基板上，并且其中至少一个传感器部件被联接 到至少一个可拉伸互连件上。
[0048] 柔性和/或可拉伸基板可以包括织物、弹性体、纸、或一件设备。
[0049] 至少一个可拉伸互连件可以是导电的或不导电的。
[0050] 在实例中，第一适形传感器装置可以进一步包括至少一个可拉伸互连件，该至少 一个可拉伸互连件用于将至少一个传感器部件电气地联接到第一适形传感器装置的至少 一个其他部件上。至少一个其他部件可以是以下各项中的至少一项：电池、发送器、收发器、 放大器、处理单元、用于电池的充电器调节器、射频部件、存储器以及模拟感测块。
【附图说明】
[0051] 熟练的业内人士将理解，在此描述的附图仅是出于说明目的。应当理解的是，在一 些情况下，可以夸张或放大地示出所描述的实现方式的不同方面以便于理解所描述的实现 方式。在附图中，相似参考符号在不同附图中总体上是指相似特征、功能类似和/或结构类 似的元件。附图不一定是按比例的，而是强调示出传授内容的原理。附图并不旨在以任何方 式限制本传授内容的范围。根据以下参考以下附图进行的说明性描述可以更好地理解系 统、设备和方法，在附图中：
[0052]图1A-1D示出了根据在此的原理的用于监测个体的表现的示例性装置的框图。 [0053]图2A-2C示出了根据在此的原理的用于监测个体的表现并且显示指示表现度量的 数据的示例性装置的框图。
[0054]图3示出了根据在此的原理的用于监测个体的表现的示例性方法的流程图。
[0055]图4示出了根据在此的原理的计算机系统的总体体系结构。
[0056]图5示出了根据在此的原理的用于监测表现的示例性系统。
[0057]图6A和图6B示出了根据在此的原理的用于基于抓握强度监测表现的示例性系统。 [0058]图7示出了根据在此的原理的用于基于模式匹配监测表现的示例性系统。
[0059] 图8示出了根据在此的原理的用于监测表现的示例性系统。
[0060] 图9示出了根据在此的原理的用于监测表现的示例性系统。
[0061] 图10示出了根据在此的原理的安装在皮肤上的示例性适形传感器装置。
[0062]图11示出了根据在此的原理的示例性数据。
[0063]图12示出了根据在此的原理的在投掷活动过程中所采集的示例性数据。
[0064]图13示出了根据在此的原理的示例性适形传感器系统的示例性体系结构的框图。
[0065]图14示出了根据在此的原理的示例性适形运动传感器平台的部件的非限制性实 例。
[0066]图15示出了根据在此的原理的示例性适形传感器系统的示例性体系结构。
[0067]图16A和图16B示出了根据在此的原理的适形传感器系统的示例性实现方式。
[0068]图16C示出了根据在此的原理的以一定适形接触度联接到身体部分上的适形传感 器装置的示例性实现方式。
[0069]图17A示出了根据在此的原理的示例性适形传感器系统在人体上的放置的实例。 [0070]图17B示出了根据在此的原理的布置在身体部分上的适形传感器系统的示例性图 像。
[0071]图18和图19示出了根据在此的原理的通信协议的不同实例。
[0072]图20示出了根据在此的原理的用于量化表现的指标的示例性适形传感器系统作 为肌肉活动跟踪器的使用实例。
[0073] 图21示出了根据在此的原理的用于量化表现的指标的示例性适形传感器系统作 为力量培训计划跟踪器和/或私人教练的使用实例。
[0074] 图22示出了根据在此的原理的用于量化表现的指标的示例性适形传感器系统用 于力量培训反馈的使用实例。
[0075]图23A、图23B和图23C示出了根据在此的原理的用于量化表现的指标的示例性适 形传感器系统用于用户反馈的使用实例。
[0076]图24A和图24B示出了根据在此的原理的示例性适形传感器系统用于确定用户对 返回到正常活动的准备度的使用实例。
[0077]图25示出了根据在此的原理的示例性适形传感器系统用于睡眠跟踪的使用实例。
【具体实施方式】
[0078]应当理解，以下更详细论述的概念的所有组合(其条件是此类概念相互不矛盾)被 作为在此披露的发明主题的部分来考虑。还应当理解，在此明确采用的还可能出现在通过 引用而结合的任何披露中的术语应当符合与在此披露的特定概念最一致的意义。
[0079] 以下接着是对与用于使用利用适形传感器装置获得的测量数据量化个体的表现 的本发明方法、设备和系统有关的概念以及本发明方法、设备和系统的实施例的更详细说 明。根据非限制性实例，个体的表现可以使用被称为"投掷计数"的参数来量化，该参数充当 个体在投掷运动和/或打击(包括拍打)物体中的表现的指标。应当理解，由于所披露的概念 并不限于任何特定形式的实现方式，因此可以按多种方式中的任何方式来实现上文引入并 且下文更详细讨论的不同概念。主要出于说明性目的而提供具体实现方式和应用的实例。
[0080] 在此使用的术语"包括"意思是包括但不限于，术语"包括了"意思是包括了但不限 于。术语"基于"意思是至少部分地基于。
[0081] 描述了用于使用安装到个体的一部分上的适形传感器装置来量化个体的表现的 示例性系统、方法和设备。适形传感器装置根据一定适形接触度被配置成基本上适形于个 体的该部分。示例性系统包括:至少一个存储器，该至少一个存储器用于存储处理器可执