具有基于反馈的调整的调步系统的制作方法
【专利摘要】本公开涉及具有基于反馈的调整的调步系统。一种用于对活动进行调步的调步系统接收包括时序间隔的期望步速，并基于该期望步速并且对应于时序间隔产生第一步速信号。该系统接收关于活动的实际步速的反馈，并确定实际步速是否不同于期望步速。当实际步速不同时，该系统产生具有与时序间隔不同的时序的第二步速信号。当实际步速相同时，该系统根据时序间隔产生第二步速信号。
【专利说明】具有基于反馈的调整的调步系统
【技术领域】
[0001]一个实施例一般涉及一种调步系统，并尤其涉及一种包括反馈调整的调步系统。【背景技术】
[0002]众所周知，良好的调步(pacing)对于运动表现是关键的。大多数耐力运动中的关键目标是确保能量输出在比赛期间尽可能最好地扩展并且在结束时为最大，以使得运动员能够尽可能快地完成。理想的步速策略涉及成比例地使用能量的感知过程，以使得运动员从不以太高的水平工作以致很快感到疲倦，或者从不以太低的水平工作以致没有发挥潜倉泛。
[0003]对于耐力运动员，准确地判断他或她应以其工作的步速以按当他或她越过终点线时身体的资源几乎耗尽的这样的方式花费可用能量通常是困难的。为了帮助调步，诸如“节拍器”的调步系统或装置用于将步速发送给运动员。节拍器是提供绝对时序的周期性信号。例如，每秒60拍(“bps”)通常被作为每秒一次的信号(例如，简短音频嘟嘟响或滴答声)发送给某人。无论活动的实际步速如何，如果步速信号被提供给用户，步速信号都是坚定的且持续的。
[0004]然而，当试图在节拍器的帮助(包括例如练习简短的钢琴作品)下以给定步速执行任何数量的体育活动时，可能难以保持步速正确。因为节拍器不以任何方式监听或关注活动，所以整合步速建议并“参与”完全取决于用户。
[0005]当用户很熟练并且活动的步速在他们的能力内恰当时，这很好地工作。可是，通常，节拍器是意在于帮助用户超出他们当前的能力水平进行移动的训练装置。因此，用户通常以他们的能力极限进行运动，这会导致活动的步速自然地摇摆(蹒跚，faltering)。
【发明内容】
[0006]一个实施例是用于对活动进行调步的调步系统。该系统接收包括时序间隔的期望步速，并基于该期望步速并且对应于时序间隔产生第一步速信号。该系统接收关于活动的实际步速的反馈，并确定实际步速是否不同于期望步速。当实际步速不同时，该系统产生具有与时序间隔不同的时序的第二步速信号。当实际步速相同时，该系统根据时序间隔产生第二步速信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是根据本发明的一个实施例的佩戴调步系统的跑步者的透视图。
[0008]图2是根据本发明的一个实施例的能够实现图1的调步系统的系统的框图。
[0009]图3是根据本发明的一个实施例的为调步提供反馈的反馈调步模块的功能的流程图。
【具体实施方式】[0010]一个实施例是以音频信号、触觉效果、视频信号或其他类型的指示符的形式提供作为节拍器类型步速信号的调步指示符的调步系统。该系统包括确定实际表现步速并且作为响应相应地调整步速信号的反馈回路。因此，用户从不严重地与当前表现失步(不协调，out of pace)。
[0011]如以上结合节拍器所描述的，一旦经过调步的用户的步速一直摇摆，甚至瞬间摇摆，活动就不再与节拍器同步一表现通常与节拍器信号失步。如果恢复了正确步速，则现在在节拍器信号与活动之间存在恒定的切分音。这通常是严重的认知失调的起因，用户要么具有加快他们的表现的步速、试图“赶上”节拍器的本能，要么执行者将暂停，然后试图与信号同步地重新以节拍器步速进行活动。通常，在重新获得与节拍器同步的过程中，在试图“找到节拍”时，切分音和认知负荷如此高，以至于用户的实际步速在延长的时间段内疯狂地振荡或偏离，直到用户感测到明确的同步方法并且可以“重新”使他们的表现步速“附随”节拍器信号的步速为止。
[0012]图1是根据本发明的一个实施例的佩戴调步系统的跑步者100的透视图。图1中所示的系统是触觉调步系统，因为它是基于触觉的。触觉调步系统/装置102被构造为附连到跑步者的手臂并且产生触觉提示(cue)序列以与跑步者的步幅保持同步。系统102可以包括用于检测事件的多个传感器。触觉调步系统102包括单独的感测单元106，感测单元106附连到跑步者的脚踝，并且收集各种跑步者身体状况(诸如跑步者的心率、速度和血压)以及跑步者的当前步速。感测单元106的一些或全部功能可以合并到系统102中，以使得可以不需要单独的单元。此外，感测单元106可以被安置在跑步者100上的任何地方。在一个实施例中，触觉调步系统102可以被校准为和/或被构造为适应跑步者的特性和/或体能以用于优化跑步者的表现。
[0013]在触觉效果用于提供调步的一个实施例中，系统102和感测单元106共同包括传感器和致动器。传感器用于检测跑步者的状况，而致动器用于根据跑步者的这些状况提供触觉提示(诸如振动效果)。例如，心率传感器能够在温度传感器测量跑步者的体温的同时感测跑步者的心率。所检测的信息(诸如心率和体温)按顺序进行处理，并且根据当前检测的?目息广生指不跑步者的最佳步速的一系列触觉提不。
[0014]具有多个传感器的感测单元106附连到跑步者，并且单元106经由无线通信网络耦合到系统102。单元106可以用于检测跑步者的心率、体温、环境状况、其他跑步者的身体状况。应指出，系统102可以被构造为管理可以单独地附连到跑步者的多个单独的感测单元106。触觉系统102的功能是提供最佳调步机制以在跑步者的身体状况以及环境状况下改进跑步者的表现。环境状况包括上坡、下坡、天气状况等。反馈机构可以被安置在身体上的任何地方，诸如在鞋(一个或两个)里、在手腕上、在头盔里等等。例如，如本领域中已知的，为了感测心率，单元106可以为胸带的形式。
[0015]在图1中所示的实施例中，感测单元106用作反馈传感器或步速传感器，并且可以如所示那样附连到脚踝，或者可以附连到跑步者的鞋。触觉系统102提供调步计算和触觉输出，并且可以被佩戴在跑步者的手腕上。在另一实施例中，单个装置可以例如被绑到手腕，并且包含触觉输出装置和加速度计两者作为反馈源。在另一实施例中，可以使用单独的测量装置和触觉输出装置，其中，触觉输出装置被佩戴在腰背部，并且反馈和调步计算装置包含在在包括加速度计的移动计算装置上运行的软件应用中。[0016]图2是根据本发明的一个实施例的能够实现图1的调步系统102的系统10的框图。系统10的单独的实施例可以实现图1中所示的其他元件中的任何一个(即，感测单元106的一个或多个)。对于这些实现中的任何一种实现，图2中所示的所有元件可能并非都需要或都存在。例如，在调步信号不需要触觉效果的实施例中，可以不包括图2中所示的致动器。
[0017]系统10包括用于传送信息的总线12或其他通信机构、以及耦合到总线12用于处理信息的处理器22。处理器22可以是任何类型的通用或专用处理器。系统10还包括用于存储将被处理器22执行的信息和指令的存储器14。存储器14可以由随机存取存储器(“RAM”)、只读存储器(“ROM”)、静态储存器(诸如磁性盘或光学盘)、闪存、或任何其他类型的计算机可读介质的组合组成。
[0018]计算机可读介质可以是可以被处理器22访问的任何可用介质，可以包括易失性和非易失性介质、可移动和非可移动介质、通信介质、以及存储介质。通信介质可以将计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据包括在调制数据信号(诸如载波或其他传输机制)中，并且可以包括本领域中已知的任何其他形式的信息传递介质。存储介质可以包括RAM、闪存、ROM、可擦除可编程只读存储器(“EPR0M”)、电可擦除可编程只读存储器(“EEPR0M”)、寄存器、硬盘、可移动盘、光盘只读存储器(“⑶-ROM”)、或本领域中已知的任何其他形式的存储介质。
[0019]在一个实施例中，存储器14存储当被处理器22执行时提供功能的软件模块。模块包括为系统10提供操作系统功能的操作系统15。如以下更详细地公开的，模块还包括提供为调步提供反馈的反馈调步模块16。系统10通常将包括一个或多个包括附加功能的附加应用模块18,诸如其他跑步训练相关应用、运动表现分析应用、绘图(mapping)应用等。
[0020]在从远程源发送和/或接收数据的实施例中，系统10还包括提供移动无线网络通信的通信装置20 (诸如网络接口卡)，无线移动网络通信诸如红外、无线电、W1-Fi或蜂窝网络通信，如果需要的话，包括与远程传感器106的来回通信。
[0021]处理器22还经由总线12耦合到用于向用户显示图形表示或用户界面的显示器24，诸如液晶显示器(“IXD”)。显示器24可以是被构造为从处理器22发送和接收信号的触摸敏感输入装置(诸如触摸屏)，并且可以是多触摸触摸屏。
[0022]在触觉使能实施例中，系统10还包括一个或多个致动器26。处理器22可以将与触觉效果相关联的触觉信号发送到致动器26，致动器26继而输出触觉效果。致动器26可以是例如电动机、电磁致动器、音圈、线性谐振致动器、压电致动器、形状记忆合金、电活性聚合物、螺线管、偏心旋转质量电机(“ERM”)或线性谐振致动器(“LRA”)。
[0023]除了致动器26之外，系统10还可以包括可以是非机械或非振动装置的其他类型的触觉输出装置(未显示)，诸如使用静电摩擦(“ESF”)、超声表面摩擦(“USF”)的装置、通过超声触觉换能器诱发声辐射压力的装置、使用触觉基板和柔性或可变形表面或形状改变装置并且可以附连到用户身体的装置、提供投射(project)的触觉输出(诸如通过使用空气喷射提供一阵空气)的装置等。具有多个触觉效果的多个触觉输出装置可以产生调步信号。此夕卜，调步输出装置可以是与系统10分离的装置，该装置与系统10进行通信，并且诸如通过布带或线带或者作为可佩戴装置附连到用户，或者集成到用户所穿的衣服或鞋的面料中。
[0024]系统10还包括可以代替图1的传感器106的一个或多个传感器28，或者可以除了图1的传感器106之外还包括一个或多个传感器28。传感器28可以包括加速度计、陀螺仪、全球定位系统(“GPS ”)传感器、触摸敏感输入装置(例如，触摸屏、触控板)、纹理触针、成像传感器或一些其他类型的传感器。传感器28可以被构造为检测加速度、倾角、惯性或位置的变化。传感器28还可以包括位置传感器、旋转速率传感器、光传感器、压力传感器、纹理传感器、照相机、麦克风或其他类型的传感器。
[0025]如以上结合图1和图2所描述的，在一个实施例中，系统10是被跑步者或其他类型的用户佩戴的、提供指示脚步或落脚步速的触觉效果的装置。为了解释的目的，假定每分钟60步或每秒一步是期望步速。就已知的步速发送器(诸如节拍器)而言，将每一秒(即，时序间隔)提供触觉信号。在t=0、t=ls、t=2s时，跑步者将感觉到触觉效果或其他类型的指示符，无论他/她的当前表现如何。
[0026]相反，在一个实施例中，步速系统10在时间=Os时向跑步者提供第一步速信号。系统10然后监视来自一个或多个传感器的反馈信号。在一个实施例中，反馈信号由可以检测跑步者的脚步或落脚的踩踏的加速度计产生。系统10等待直到t=ls，同时实现以下功能:
[0027].如果在750ms时检测到脚步(意味着，步速比目标步速快25%)，则系统10在t=750ms时重置其步速设置，在t=ls时播放步速信号，并将下一步速信号目标设置为750ms+ls=1.75so跑步者在脚步之后不久将感觉到告诉他们他们的步速太快的触觉效果。这相对于最后检测的脚步重置节奏。
[0028].如果脚步在目标步速的+/-5%内(意味着在t=950ms至t=1050ms内)发生,则系统10在t=ls时播放步速信号，并将下一步速信号目标设置为t=2s。
[0029].如果脚步在t>1050ms时发生,则系统10在t=ls时播放告诉跑步者预期脚步来得太晚的步速信号。系统10等待脚步例如在t=1250ms时发生。系统10将下一步速信号目标设置为1250ms+ls=2.25s。这相对于最后检测的脚步重置节奏。
[0030]通过相对于最后检测的脚步设置下一步速信号，永远不会存在困扰跑步者几秒的不稳定的或混淆的步速信号切分音。相反，它鼓励跑步者基于他们当前的步速加速或减慢，并且步速系统因此使用起来更加直觉和愉悦。
[0031]所产生的步速信号可以由范围广泛的效果和技术形成，包括音频和视频效果、振动、变形、挤压、触碰、拉伸、表面摩擦、热量等。步速信号还可以由系统10本身、或可佩戴附件(例如，手镯、眼镜、鞋、皮带等)、或其他远程附件(例如，汽车钥匙、膝上型计算机、音乐播放器或任何其他触觉使能装置)生成。
[0032]图3是根据本发明的一个实施例的为调步提供反馈的反馈调步模块16的功能的流程图。在一个实施例中，图3的流程图的功能用存储在存储器或其他计算机可读或有形介质中的软件实现，并且被处理器执行。在其他实施例中，该功能可以由硬件(例如，通过使用专用集成电路(“ASIC”)、可编程门阵列(“PGA”)、现场可编程门阵列(“FPGA”)等)或硬件和软件的任何组合执行。
[0033]在302，接收并设置期望步速。用户通过使用系统10上的任何类型的用户界面控件来针对他们的活动设置期望步速。活动可以是具有可测量步速的任何活动。
[0034]在304，创建并产生步速信号输出以将当前步速信号传送给用户。如所讨论的，步速信号输出可以是触感(例如，振动触觉效果)、音频或视觉提示、或这些输出的组合。
[0035]在306，系统10监视反馈信号，寻找反馈提示。在一个实施例中，反馈是在加速度计信号中引起尖峰脉冲(spike)的脚步。
[0036]在312，通过确定反馈离期望步速有多近地发生来确定反馈与所设置的步速相比太早、或者太晚。确定反馈是否在可接受的时间限制内发生。
[0037]如果在312为否(B卩，反馈信号在可接受的时间限制内发生)，则在下一步速信号内保持现有时序。系统10根据用户设置的标称步速来确定下一步速信号输出时间。
[0038]如果在312为是(即，反馈信号未在可接受的时间限制内发生)，则在310，基于所接收的反馈的时序来确定/调整下一步速信号输出时间。
[0039]在310，除了当前步速/脚步反馈数据之外，如以上所讨论的来自多个源的传感器数据(在314接收)也可以用于修改步速。例如，如果用户想他们的心血管系统在特定心跳率内操作，则除了脚步数据之外，系统10还可以使用心率监视数据来基于心率和脚步调整步速。此外，如果超过限制(诸如最小或最大心率)，则系统10还可以向用户提供触觉警报。
[0040]在一个实施例中，当在304处以触觉效果的形式产生步速信号，则不同触觉效果可以变化，并且可以区别性地让用户知道步速过早、按时或过晚。在一个实施例中，可以通过变化一个或多个参数来变化触觉效果，从而触觉效果不同于其他触觉效果(即，不同的触觉效果类型)。一般来讲，定义特定触觉效果的高级参数包括幅值、频率和持续时间。诸如流传输电机命令的低级参数也可以用于确定特定触觉效果。这些参数的某种变型可以改变触觉效果的感觉，并且还可以使触觉效果被认为是“动态的”。第一类型的触觉效果可以指示过早步速，第二类型的触觉效果可以指示按时步速，第三类型的触觉效果可以指示过晚步速。此外，不同类型的触觉效果可以用于指示不同信息，诸如超过最大心率、过高体温等。
[0041]在一个实施例中，如上所述，与将调步重置为时间=Os时的步速完全不同，系统10充当逐渐地使用户恢复同步的自适应节拍器。例如，如果用户/跑步者以脚步之间750ms进行，但是目标是在脚步之间为I秒，则系统10采取当前步速，并试图通过经过逐渐调步(诸如850ms、900ms、最终100ms调步)来逐渐地使用户进入目标步速。在这个实施例中，单个触觉效果类型可以用于调节步速。
[0042]如所公开的，调步系统包括反馈机构，以使得如果被跟踪的步速与所设置的步速不一致，则调步提示或信号用于使用户恢复到所设置的步速。步速提示和信号可以是触觉效果，并且不同类型的触觉效果可以进一步用于提供关于实际步速如何不同于所设置的步速的指示。实施例可以用于将受益于调步的任何活动。例如，对于自行车队，可能有多个人根据他们的步速接收不同的触觉提示。对于需要使舞伴或舞蹈队同步的跳舞，对于可调整调步存在益处。可以受益于大致稳定的可调整的节奏以对划水、步伐等进行调步的体育运动(诸如游泳、赛艇、竞走等)可以实现本发明的实施例。在短时间段内利用高强度活动的间隔的其他运动可以受益于基于反馈的调步。此外，反馈可以是任何类型的重复移动中一个阶段的达成的测量。
[0043]本文中具体例示和/或描述了几个实施例。然而，将意识到，所公开的实施例的修改和变型被以上教导涵盖，并且在所附权利要求书的权限内，而不脱离本发明的精神和预期范围。
【权利要求】
1.一种对用户进行调步的方法，所述方法包括: 接收包括时序间隔的期望步速； 基于期望步速并且对应于时序间隔产生第一步速信号； 接收关于实际步速的反馈； 确定实际步速是否不同于期望步速； 当实际步速不同时，产生具有与时序间隔不同的时序的第二步速信号；和 当实际步速相同时，根据时序间隔产生第二步速信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一步速信号和第二步速信号均包括一个或多个触觉效果。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述触觉效果由致动器(26)产生。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述触觉效果由静电摩擦、超声表面摩擦、超声触觉换能器、可变形表面或形状改变装置中的至少一个产生。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述反馈是脚步的测量。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述反馈是在重复移动中一个阶段的达成的测量。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述反馈由加速度计(28)产生。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，确定实际步速是否不同于期望步速的步骤包括确定脚步的时序是否不同于预定范围内的时序间隔。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二步速信号包括多种类型的触觉效果中的指示实际步速比目标步速慢、或者快的不同触觉效果类型的一种触觉效果，其中，所述不同触觉效果类型包括一个或多个触觉效果参数的变化。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述触觉效果参数包括幅值、频率或持续时间中的至少一个。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括接收与用户的身体状况相应的传感器信号，并且其中，所述第二步速信号的时序部分基于所述传感器信号。
12.一种对用户进行调步的设备，所述设备包括: 接收包括时序间隔的期望步速的装置； 基于期望步速并且对应于时序间隔产生第一步速信号的装置； 接收关于实际步速的反馈的装置； 确定实际步速是否不同于期望步速的装置； 当实际步速不同时，产生具有与时序间隔不同的时序的第二步速信号的装置；和 当实际步速相同时，根据时序间隔产生第二步速信号的装置。
13.一种步速系统，包括: 处理器(22)； 步速信号输出装置(26)，所述步速信号输出装置(26)耦合到所述处理器；和 反馈装置(28 )，所述反馈装置(28 )耦合到所述处理器； 根据权利要求12所述的设备，所述设备耦合到所述处理器。
【文档编号】G05B19/418GK104035393SQ201410081214
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年3月7日 优先权日:2013年3月7日
【发明者】R·拉克罗伊克斯, D·格兰特 申请人:英默森公司