步態(tài)監(jiān)測(cè)器和監(jiān)測(cè)人的步態(tài)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于監(jiān)測(cè)人的步態(tài)的設(shè)備，尤其涉及用于監(jiān)測(cè)跑步者的步態(tài)的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)人處理他的日常事務(wù)時(shí)，身體的正確姿勢(shì)對(duì)于避免僵硬和受傷來(lái)說(shuō)是重要的。因此，已經(jīng)建議使用電子設(shè)備來(lái)監(jiān)測(cè)姿勢(shì)和提供用于姿勢(shì)矯正的反饋。在很多這樣的設(shè)備中，使用了至少一個(gè)加速度計(jì)實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)姿勢(shì)。第5，749，838號(hào)美國(guó)專利(克萊因)公開(kāi)了這樣的姿勢(shì)監(jiān)測(cè)設(shè)備，該姿勢(shì)監(jiān)測(cè)設(shè)備通過(guò)帶子接附到使用者的背部并對(duì)準(zhǔn)使用者的中矢面。該中矢面定義為從后到前過(guò)中心地切過(guò)使用者的身體的假想豎直面。設(shè)備可以接附到L4-L5椎骨或S1-S2椎骨的水平面。通過(guò)設(shè)備中的加速度計(jì)可以檢測(cè)脊柱在中矢面內(nèi)的彎曲中的任何改變。使用者走步時(shí)捕捉到的他的平均骨盆角度被當(dāng)作良好姿勢(shì)的參考。隨后，當(dāng)使用者在站立時(shí)如果他的骨盆傾斜落在此平均骨盆角度的+/-5°之內(nèi)，則使用者被認(rèn)為是采用了良好的站立姿勢(shì)。如果檢測(cè)到姿勢(shì)不良，設(shè)備會(huì)震動(dòng)以警示使用者他的不良姿勢(shì)。
[0003]克萊因的設(shè)備在使用者走步和跑步時(shí)不能監(jiān)測(cè)他的步態(tài)。然而，對(duì)于跑步者來(lái)說(shuō)，為了避免受傷和提高跑步效率，監(jiān)測(cè)他們的姿勢(shì)和步態(tài)正是重要的。特別是，克萊因的設(shè)備不能監(jiān)測(cè)使用者的左側(cè)和右側(cè)之間的平衡;姿勢(shì)分析完全沿著脊椎朝向使用者的前或后的彎曲。因此，在其他這種設(shè)備中，使用多個(gè)傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)步態(tài)。在一個(gè)示例中，放置于纏在使用者腰部的帶子中的慣性傳感器或加速度計(jì)垂直地對(duì)準(zhǔn)他的肚臍，肚臍是身體的橫向中心，以監(jiān)測(cè)中矢面。另一個(gè)傳感器單元也對(duì)準(zhǔn)他的肚臍纏在使用者的胸部。腳踝和手腕也各自系有傳感器單元?？傊@些傳感器單元測(cè)量使用者的諸如動(dòng)態(tài)移動(dòng)性的步態(tài)特征，包括步頻、步幅速度、步幅長(zhǎng)度、軀體旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)彎持續(xù)時(shí)間(turning durat1n)和擺臂速度。特別是，在中心放置的傳感器單元能夠監(jiān)測(cè)使用者的步伐中力的任何橫向偏斜，且能夠確定他的步態(tài)是否在橫向上是平衡的。
[0004]但是，所有這些設(shè)備都要求使用者穿戴帶子或挽具狀帶(harness)，通過(guò)該帶子或挽具狀帶將至少一個(gè)傳感器單元定位在他的中矢面中，或者在他的胸上或者在他的肚臍附近。如果傳感器單元移位到與使用者的肚臍不對(duì)準(zhǔn)，則監(jiān)測(cè)步態(tài)中的橫向平衡就變得不準(zhǔn)確?？上У氖牵绻褂谜哒M(jìn)行鍛煉，維持傳感器單元對(duì)準(zhǔn)肚臍是困難的；使用者的運(yùn)動(dòng)常常會(huì)使帶子繞著他旋轉(zhuǎn)。因此，這些設(shè)備在嚴(yán)格和長(zhǎng)時(shí)間的鍛煉(諸如長(zhǎng)距離跑步)過(guò)程中無(wú)法足夠穩(wěn)固地準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)使用者的姿勢(shì)和步態(tài)。
[0005]因此，期望提供一種設(shè)備，該設(shè)備能夠監(jiān)測(cè)跑步者的步態(tài)，且具有減小由于訓(xùn)練過(guò)程中設(shè)備的移位引起的不準(zhǔn)確性的風(fēng)險(xiǎn)的可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在第一方面中，本發(fā)明提出了一種包括運(yùn)動(dòng)傳感器對(duì)的步態(tài)監(jiān)測(cè)器，其中運(yùn)動(dòng)傳感器構(gòu)造為分別穿戴在使用者身體的左側(cè)和右側(cè)，以監(jiān)測(cè)使用者的步伐中的力的樣式。
[0007]“運(yùn)動(dòng)傳感器”包括可以監(jiān)測(cè)以下參數(shù)的所有方式的傳感器，諸如速度、加速度、距離位移、角度改變等，特別是可以用于獲得或推導(dǎo)出使用者的步伐中的力的樣式的參數(shù)。這些運(yùn)動(dòng)傳感器典型地是加速度計(jì)或陀螺儀。
[0008]由于身體的自然對(duì)稱性，本發(fā)明提供了在使用者的身體上的相同的但橫向相對(duì)的點(diǎn)(諸如他的臀部、他的鬢角或他的耳朵)上放置每個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器的可能性，且提供了運(yùn)動(dòng)傳感器可以橫跨使用者的中矢面且相對(duì)于該中矢面等距離地放置。到使用者的中矢面距離相等，該身體每側(cè)上的運(yùn)動(dòng)傳感器的對(duì)可以推導(dǎo)出與由對(duì)準(zhǔn)肚臍的運(yùn)動(dòng)傳感器可獲得的相同的信息。因此，可以使用運(yùn)動(dòng)傳感器對(duì)來(lái)監(jiān)測(cè)跑步或走步期間在使用者的左步伐和右步伐中施加的力，以確定步態(tài)的橫向平衡，而不會(huì)出現(xiàn)不對(duì)準(zhǔn)使用者的中矢面的可能性。
[0009]—個(gè)相對(duì)于另一個(gè)，使用者身體的這些左側(cè)和右側(cè)典型地不能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。身體的這些部位通常位于頭部或軀干上，而不在肢體中。身體的這些左面部位和右面部位一般一前一后地、一起地或一個(gè)圍繞另一個(gè)旋轉(zhuǎn)地運(yùn)動(dòng)，并且不沿著不同方向移動(dòng)離開(kāi)或遠(yuǎn)離另一個(gè)。人身體的這種一般或基本上不能獨(dú)立地、離開(kāi)或遠(yuǎn)離相對(duì)的配對(duì)物運(yùn)動(dòng)的部位諸如是耳朵、鬢角、頌骨上左-右相對(duì)的位置、前額上左-右相對(duì)的位置、骨盆上左-右相對(duì)的位置、髖骨、胸部或肋骨、頌骨的相對(duì)側(cè)上的牙齒、兩個(gè)眼睛的相對(duì)角等等部位。
[0010]—些個(gè)別的人可以鍛煉這些身體部位以使一個(gè)能夠獨(dú)立于配對(duì)物中的一個(gè)運(yùn)動(dòng)是可能的，諸如使一個(gè)耳朵運(yùn)動(dòng)而另一個(gè)不動(dòng)，但是這是例外而不是在正常身體運(yùn)動(dòng)中的普遍規(guī)則。在任何這樣的兩個(gè)部位之間的這些鏡面運(yùn)動(dòng)提供了推斷位于該部位之間的對(duì)稱面內(nèi)的點(diǎn)或平面運(yùn)動(dòng)的可能性。
[0011]諸如耳朵的一些身體部位能夠在頭部?jī)A斜或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)向前移動(dòng)。這可能給根據(jù)使用者的步態(tài)檢測(cè)到的運(yùn)動(dòng)增加額外的讀數(shù)。但是，由于兩個(gè)耳朵一起移動(dòng)，因此使用兩個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器使得識(shí)別完全由頭部?jī)A斜或轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)變成可能，且允許運(yùn)動(dòng)傳感器帶來(lái)的它們導(dǎo)致的讀數(shù)無(wú)效。以此方式，總的來(lái)說(shuō)，針對(duì)任何兩個(gè)一般不能相對(duì)運(yùn)動(dòng)的這種配對(duì)物所檢測(cè)到的任何運(yùn)動(dòng)都可以用于監(jiān)測(cè)人是否傾向于朝向他身體的一側(cè)偏斜。
[0012]相比之下，諸如手、手腕或腳的肢體中的任一個(gè)都能夠獨(dú)立于其中的另一個(gè)運(yùn)動(dòng)和揮動(dòng)。例如，一只手可以向上揮動(dòng)而另一只手向下。如果運(yùn)動(dòng)傳感器對(duì)放置在使用者的腳或手上，則由這些運(yùn)動(dòng)傳感器獲得的讀數(shù)將不可用于評(píng)估使用者的中矢面的偏斜，因此不能測(cè)量步態(tài)是豎直不對(duì)準(zhǔn)或偏斜。
[0013]優(yōu)選地，步態(tài)監(jiān)測(cè)器包括適于穿戴在使用者的頭部上的結(jié)構(gòu)，且運(yùn)動(dòng)傳感器設(shè)置在步態(tài)監(jiān)測(cè)器中，使得運(yùn)動(dòng)傳感器在步態(tài)監(jiān)測(cè)器被穿戴時(shí)定位在使用者的頭部的相對(duì)側(cè)上。更優(yōu)選地，運(yùn)動(dòng)傳感器通過(guò)設(shè)置在步態(tài)監(jiān)測(cè)器中來(lái)構(gòu)造，使得運(yùn)動(dòng)傳感器在步態(tài)監(jiān)測(cè)器被穿戴在使用者的頭部上時(shí)都接附到使用者的耳朵?！敖痈健钡蕉浒▽⑦\(yùn)動(dòng)傳感器固定到耳朵的任何方式。例如，運(yùn)動(dòng)傳感器可以構(gòu)造為以與耳塞式耳機(jī)相同的方式穿戴在使用者的耳朵中或者以與助聽(tīng)器相同的方式掛在使用者的耳朵上。可替換地，步態(tài)監(jiān)測(cè)器可以構(gòu)造為具有安裝有運(yùn)動(dòng)傳感器的聽(tīng)筒的頭戴式耳機(jī)。另可替換地，步態(tài)監(jiān)測(cè)器是護(hù)目鏡框，運(yùn)動(dòng)傳感器設(shè)置在所述護(hù)目鏡框的鬢角中，以在護(hù)目鏡框被穿戴時(shí)靠近耳朵。
[0014]由于耳朵的小的可確定區(qū)域，耳朵相比于身體的一些其他部位，其位置相對(duì)精確。更進(jìn)一步，頭部的側(cè)面不像身體的關(guān)節(jié)或軀干，身體的關(guān)節(jié)或軀干會(huì)進(jìn)行彎曲運(yùn)動(dòng)。將運(yùn)動(dòng)傳感器構(gòu)造為適于接附到耳朵提高了運(yùn)動(dòng)傳感器的位置的可再現(xiàn)性。更進(jìn)一步，當(dāng)人在跑步或鍛煉時(shí)穿戴諸如耳塞式耳機(jī)的頭飾也是習(xí)慣做法，不會(huì)像穿戴接附有運(yùn)動(dòng)傳感器的胸式挽具狀帶一樣被認(rèn)為是奇怪的。
[0015]優(yōu)選地，步態(tài)監(jiān)測(cè)器構(gòu)造為能夠比較使用者的每條腿的步伐中的力的樣式。也就是說(shuō)，可以使用兩個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器分開(kāi)地檢測(cè)左腳周期和右腳周期，精確地跟蹤每條腿的落地樣式。左腿和右腿之間力的任何不均勻施加都指示了使用者步態(tài)在橫向上是不平衡的。
[0016]于是，本發(fā)明提供了免除對(duì)運(yùn)動(dòng)傳感器需要仔細(xì)對(duì)準(zhǔn)肚臍或者在中矢面內(nèi)的可能性，減小了運(yùn)動(dòng)傳感器不對(duì)準(zhǔn)肚臍的風(fēng)險(xiǎn)。因此，相對(duì)穩(wěn)固的步態(tài)監(jiān)測(cè)器是可能的，其適于在諸如跑步的鍛煉中準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)使用者的步態(tài)。
[0017]優(yōu)選地，步態(tài)監(jiān)測(cè)器構(gòu)造為檢測(cè)使用者的步伐中的力的樣式，特別是確定步伐通過(guò)后跟著地還是通過(guò)前掌著地落在地面上。典型地，從使用者的腳離開(kāi)地面的時(shí)間到它的腳再接合地面的時(shí)刻、直到他的腳再一次離開(kāi)地面的時(shí)刻跟蹤每個(gè)步伐的力的樣式。步態(tài)監(jiān)測(cè)器可以用于幫助想要監(jiān)測(cè)和改掉在他跑步時(shí)他的后跟著在地面上的習(xí)慣的使用者。
[0018]在第二個(gè)方面中，本發(fā)明提出了一種監(jiān)測(cè)使用者步態(tài)的方法，包括以下步驟:將第一運(yùn)動(dòng)傳感器接附到使用者的左側(cè)，并將第二運(yùn)動(dòng)傳感器接附在使用者的相對(duì)應(yīng)的右側(cè)上，使得第一運(yùn)動(dòng)傳感器和第二運(yùn)動(dòng)傳感器到使用者的中矢面等距離；以及使用在使用者的各個(gè)側(cè)面上的運(yùn)動(dòng)傳感器監(jiān)測(cè)使用者的每只腳，以獲得每只腳的步伐的力的樣式。
[0019]在第三個(gè)方面中，本發(fā)明提出了一種包括兩個(gè)聽(tīng)筒的音頻頭戴式耳機(jī);聽(tīng)筒每個(gè)都安裝有運(yùn)動(dòng)傳感器，用于檢測(cè)頭戴式耳機(jī)的穿戴者的步伐的力的樣式。在現(xiàn)有技術(shù)中，沒(méi)有可以用于播放音樂(lè)的頭戴式耳機(jī)具有包括用于監(jiān)測(cè)使用者的步態(tài)的雙重功能。因此，本發(fā)明提供了頭戴式耳機(jī)形式的步態(tài)監(jiān)測(cè)器，其不具有對(duì)準(zhǔn)穿戴者的肚臍的中心傳感器單元，仍然獲得相同的、也可能更多的步態(tài)信息。
[0020]在第四方面中，本發(fā)明提出了一種可安裝在耳朵處的運(yùn)動(dòng)傳感器，其構(gòu)造為監(jiān)測(cè)使用者的步態(tài)中的力的樣式。該可安裝在耳朵處的運(yùn)動(dòng)傳感器可以是耳塞、耳塞式耳機(jī)或可接附到耳朵的其他設(shè)備的形式。單獨(dú)地提供可安裝運(yùn)動(dòng)傳感器允許使用者從不同的供應(yīng)商分開(kāi)獲得可安裝運(yùn)動(dòng)傳感器，或者更換一對(duì)中的任何一個(gè)壞掉的可安裝運(yùn)動(dòng)傳感器。與要求任何可安裝在耳朵處的設(shè)備的使用者在可安裝在耳朵處的設(shè)備中的任何一個(gè)壞掉的情況下成對(duì)購(gòu)買且成對(duì)更換的先前技術(shù)相比，這是有利的。
[0021]在第五方面中，本發(fā)明