專利名稱：用于確定運動感測裝置的附著位置的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及用于確定運動感測裝置的附著位置的方法和裝置。更特別 地，本發(fā)明的各種實施例提供可操作為通過使用由運動感測裝置感測的加速度測量確定運 動感測裝置的附著位置的方法和裝置。
背景技術(shù)：
運動感測裝置常常被用于感測物體、動物或人的運動。例如，可以在運動員和動物 的訓(xùn)練和評價、傷殘人員的康復(fù)和各種休養(yǎng)活動中利用感測和計算的諸如加速度、平均速 度、步幅距離、總距離和步態(tài)效率等的運動參數(shù)。運動感測裝置常常必須被附著到諸如用戶的鞋子、臂或手腕的特定的部位上，以 正確地感測和計算運動參數(shù)。因此，如果運動感測裝置被附著到不正確的部件上，那么它會 不正確地起作用。并且，必須對于不同的附著部件使用不同地配置的運動感測裝置，由此防 止用戶在多于一個的附著配置中使用相同的運動感測裝置。

發(fā)明內(nèi)容
在各種實施例中，本發(fā)明提供一種運動感測裝置，該運動感測裝置一般包含可操 作為在附著位置上被附著到對象上的外殼單元；可操作為提供與加速度測量對應(yīng)的信號的 加速計；和處理系統(tǒng)。處理系統(tǒng)可操作為獲取與加速度測量對應(yīng)的信號并分析獲取的加速 度測量以識別外殼單元的附著位置。應(yīng)當(dāng)理解，以上的一般描述和以下的詳細(xì)描述均是示例性的和解釋性的，并且未 必限制要求保護的本發(fā)明。被包含于說明書中并構(gòu)成其一部分的附圖示出本發(fā)明的實施 例，并與一般的描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。


以下參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的各種實施例，其中，圖1是示出使用根據(jù)本發(fā)明的各種實施例配置的傳感器單元和用戶界面單元的 用戶的示意圖；圖2是示出鞋子內(nèi)或上的各種傳感器的示例性取向的示意圖；圖3是示出可操作為被本發(fā)明的各種實施例利用的部件中的一些的框圖；圖4是更詳細(xì)地示出圖3的部件中的一些的框圖；圖5是示出與圖1的傳感器單元和用戶界面單元通信的外部系統(tǒng)單元的框圖；圖6是示出與GPS接收器通信的圖5的用戶界面單元和傳感器單元的框圖；圖7是示出圖5的用戶界面單元和GPS接收器的另一配置的框圖；圖8是示出圖5的傳感器單元和GPS接收器的另一配置的框圖；圖9是示出圖5的GPS接收器、用戶界面單元和傳感器單元的另一配置的框圖；圖10是表示根據(jù)本發(fā)明的各種實施例配置的多個裝置的交互作用的示意圖11是腳部安裝的傳感器單元的示例性加速度特征(signature)；圖12是臂部安裝的傳感器單元的示例性加速度特征；圖13是胸部安裝的傳感器單元的示例性加速度特征；圖14是示出示例性處理方法的框圖；圖15是示出運動角度的示例性示圖；圖16是表示運動角度和上行或下行表面之間的關(guān)系的示例性示圖；圖17是表示運動參數(shù)度量和跨步速度之間的示例性相關(guān)性的示圖。附圖不將本發(fā)明限于這里公開和描述的特定的實施例。附圖未必按比例，而是強 調(diào)清楚地示出本發(fā)明的各種實施例。
具體實施例方式本發(fā)明的各種實施例的以下的詳細(xì)描述參照示出可實現(xiàn)本發(fā)明的特定實施例的 附圖。實施例的意圖在于充分詳細(xì)地描述本發(fā)明的各方面以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn) 本發(fā)明?？梢岳闷渌膶嵤├⑶铱蛇M行改變，而不背離本發(fā)明的范圍。因此，以下的詳 細(xì)的描述不是以限制的方式進行的。連同賦予這些權(quán)利要求的等同物的整個范圍一起，本 發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求限定。本發(fā)明的各種實施例提供可操作為基于一個或更多個加速度測量確定其附著位 置的運動感測裝置10。裝置10可基于識別的附著位置選擇運動分析算法并通過使用選擇 的運動分析算法確定運動參數(shù)。在各種實施例中，裝置10可包含一個或更多個加速計12、過濾元件14和處理系統(tǒng) 16。加速計12、過濾元件14和處理系統(tǒng)16可被集成在一起以形成可相互關(guān)聯(lián)的離散元件。 處理系統(tǒng)16 —般可操作為分析由一個或更多個加速計12提供的測量以確定裝置10的附
著位置。一個或更多個加速計12分別可操作為測量加速度并產(chǎn)生與測量的加速度對應(yīng)的 加速度測量。加速度測量可被體現(xiàn)為可操作為被過濾元件14和/或處理系統(tǒng)16利用的信 號。在一些實施例中，加速計12中的一個或更多個可操作為輸出與加速度測量對應(yīng)的模擬 信號。例如，各加速計12可輸出與測量的加速度成比例的模擬電壓信號。在一些實施例中， 加速計12中的一個或更多個可包含由Norwood，MA的ANALOG DEVICES制造的ADXL321加 速計。但是，一個或更多個加速計12可包含可操作為產(chǎn)生與測量的加速度對應(yīng)的信號的任 何數(shù)字和模擬部件。因此，在一些實施例中，加速計12中的一個或更多個可操作為輸出代 表測量的加速度的數(shù)字信號。在一些實施例中，多于一個的加速計12可被集成到同一集成電路封裝中，以允許 單一封裝提供沿多于一個的軸的加速度測量。例如，如圖2所示，裝置10可包含分別可操 作為輸出與測量的加速度對應(yīng)的信號的兩個或更多個加速計12。在一些實施例中，裝置10 包含適于沿被大于零度的角度分開的兩個方向測量加速度并且分別提供與測量的加速度 對應(yīng)的信號的至少兩個加速計12。并且，裝置10可包含適于沿分別被大于零度的角度分 開的三個方向測量加速度并且分別提供與測量的加速度對應(yīng)的信號的至少三個加速計12。 在一些實施例中，三個加速計12可在相互垂直的配置中取向。但是，裝置10可包含任意數(shù) 量的加速計12，包括位于任意配置中以提供供過濾元件14和/或處理系統(tǒng)16使用的加速度測量的單一加速計12。加速計12中的一個或更多個可操作為通過有線或無線連接與裝置10中的其它元 件或裝置10外面的元件通信。因此，加速計12可通過導(dǎo)線等與過濾元件14和/或處理系 統(tǒng)16耦合。加速計12中的一個或更多個還可被配置為以無線的方式向其它的裝置10元 件和裝置10外面的器件傳送數(shù)據(jù)。例如，一個或更多個加速計12可被配置為用于使用諸 如藍(lán)牙、Zigbee、ANT 和/或任何其它的無線協(xié)議的各種RF協(xié)議的無線通信。過濾元件14可操作為與一個或更多個加速計12耦合并過濾加速度測量和與加速 度測量對應(yīng)的信號。在一些實施例中，裝置10不包含過濾元件14并且處理系統(tǒng)16可操作 為使用未過濾的加速度測量和相應(yīng)的信號。在其它的實施例中，過濾元件14可與加速計12 中的一個或更多個、處理系統(tǒng)16或加速計12和處理系統(tǒng)16 —體化。例如，過濾元件14的 第一部分可與加速計12中的一個或更多個一體化，并且，過濾元件14的第二部分可與處理 系統(tǒng)16 —體化。在其它的實施例中，過濾元件14可與加速計12和處理系統(tǒng)16分開。過濾元件14可包含可操作為過濾并且/或者提供其它的預(yù)處理功能的模擬和數(shù) 字部件，以有利于處理系統(tǒng)16對于運動參數(shù)的估計。在圖4所示的各種實施例中，過濾元 件14可操作為過濾由一個或更多個加速計12提供的信號或從中得出的信號，以使垂直加 速度衰減、補償重力和/或使混疊(aliasing)最小化。過濾元件14可包含用于執(zhí)行這些 過濾功能中的每一個的離散的部件或使用用于這些和其它過濾功能的相同的部件和硬件。過濾元件14可包含用于過濾信號和測量的模擬和數(shù)字部件，包括無源和有源電 子部件、處理器、控制器、可編程邏輯器件、數(shù)字信號處理元件和它們的組合等。在一些實施 例中，過濾元件14可包含諸如由TEXAS INSTRUMENTS制造的MSP430F149微控制器的數(shù)字 微控制器以提供各種靜態(tài)和/或自適應(yīng)過濾器。過濾元件14還可包含用于轉(zhuǎn)換由一個或 更多個加速計12提供的模擬信號以使處理系統(tǒng)16使用的信號數(shù)字化的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。 過濾元件14還可包含常規(guī)的預(yù)采樣過濾器。在一些實施例中，低通濾波器18可以為可操作為使用靜態(tài)和/或約0. 5Hz IOHz 之間的變化的截止頻率的自適應(yīng)過濾器。在估計與人步幅對應(yīng)的參數(shù)的一些實施例中，低 通濾波器18可使用約IHz 3Hz之間的截止頻率。過濾元件14可基于由處理系統(tǒng)16執(zhí) 行的計算從處理系統(tǒng)16獲取與主體要素S的特定的步幅頻率對應(yīng)的截止頻率。低通濾波 器18可另外或替代性地被調(diào)整以使用與由處理系統(tǒng)16識別的步態(tài)類型對應(yīng)的截止頻率。在其它的實施例中，低通濾波器18的截止頻率可以是基于奔跑或行走的人的典 型的步幅頻率的靜態(tài)值。例如，截止頻率可與諸如IHz 3Hz之間的靜態(tài)頻率的奔跑和/ 或行走的人的典型的步幅頻率的1 2倍之間的頻率對應(yīng)。特別地，在一些實施例中，截止 頻率對于行走的人可以為約1. 45Hz，并且對于慢跑的人可以為約2. IHz0由過濾元件14提供的重力補償一般補償可被加速計12中的一個或更多個感測的 由重力提供的恒定加速度。在一些實施例中，過濾元件14包含可操作為濾除或衰減與給定 的截止頻率以下的測量的加速度對應(yīng)的信號的成分。高通濾波器20的截止頻率可與諸如 0. IHz的接近OHz的頻率對應(yīng)，以適當(dāng)?shù)貙τ谂c重力相關(guān)的加速度提供補償。由過濾元件14提供的抗混疊一般減少或防止由由一個或更多個加速計12提供或 導(dǎo)出的信號的采樣導(dǎo)致的混疊。在一些實施例中，過濾元件14包含被設(shè)計為衰減超過在由 處理系統(tǒng)16或與裝置10相關(guān)的其它器件提供的任何隨后的模數(shù)轉(zhuǎn)換中使用的采樣頻率的一半的信號頻率的相對寬帶濾波器22。在一些實施例中，除了用于補償混疊的寬帶濾波器 22以外或作為其替代，過濾元件14可提供其它的過濾部件。例如，過濾元件14可包含用于 執(zhí)行這里討論的各種過濾功能的任意組合的一個或更多個模擬和/或數(shù)字過濾器。在一些 實施例中，信號過濾元件可被用于執(zhí)行上面討論的過濾功能中的每一種，使得不必對于不 同的過濾功能使用單獨或離散的過濾器。處理系統(tǒng)16 —般可操作為與一個或更多個加速計12和/或過濾元件14耦合以 識別運動感測裝置10的附著位置，更特別地，識別一個或更多個加速計12的附著位置。處 理系統(tǒng)16可包含可操作為執(zhí)行這里討論的各種功能的各種模擬和數(shù)字部件。在一些實施 例中，處理系統(tǒng)16可包含微處理器、微控制器、可編程邏輯器件、數(shù)字和模擬邏輯器件、諸 如個人計算機的計算元件、服務(wù)器、便攜式計算器件或它們的組合等。處理系統(tǒng)16、過濾元件14、加速計12和/或裝置10的其它部分可限制或擴展用 于產(chǎn)生運動參數(shù)度量和/或識別附著位置的加速度測量的動態(tài)范圍。例如，諸如士8g的特 定動態(tài)范圍外面的加速度測量可能在動態(tài)范圍極限處飽和，以進一步限制垂直加速度的影 響。作為替代方案，可以使用線性或非線性的放大器以增加或減小動態(tài)范圍?？苫诒还?計的特定的運動參數(shù)或根據(jù)其它感測或產(chǎn)生的測量由處理系統(tǒng)16改變動態(tài)范圍。處理系統(tǒng)16還可包含存儲器或可操作為與存儲器耦合。存儲器可包含可操作為 存儲供處理系統(tǒng)16使用的數(shù)據(jù)的任何計算機可讀存儲器或計算機可讀存儲器的組合。例 如，存儲器可操作為存儲加速度數(shù)據(jù)、運動參數(shù)度量數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、運動參數(shù)數(shù)據(jù)、過濾數(shù) 據(jù)、配置數(shù)據(jù)和它們的組合等。處理系統(tǒng)16可與上面討論的各種加速計12和過濾元件14分開。在其它的實施 例中，處理系統(tǒng)16可與裝置10的其它部分一體化。例如，可以利用同一微控制器或微處理 器以實現(xiàn)過濾元件14和處理系統(tǒng)16。在一些實施例中，由加速計12、過濾元件14和/或處理系統(tǒng)16產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和信息 可被存儲在與處理系統(tǒng)16相關(guān)的存儲器或任何其它的計算機可讀存儲器中，以允許在以 后被處理系統(tǒng)16或與其相關(guān)的其它器件分析。存儲的信息可與時間相關(guān)聯(lián)以有利于分析 并可被壓縮以減少需要的存儲器容量。處理系統(tǒng)16可另外或替代性地利用從一個或更多個加速計12以外的傳感器獲取 的信息。例如，在一些實施例中，處理系統(tǒng)16可與心率監(jiān)視器耦合、從心率監(jiān)視器獲取心率 信息、并且通過使用心率信息和/或加速度測量識別裝置10的附著位置并且/或者產(chǎn)生運 動參數(shù)。類似地，處理系統(tǒng)16可與其它的傳感器耦合以獲取諸如速度的非加速度運動學(xué)變 量和/或諸如環(huán)境溫度和海拔高度的環(huán)境變量。例如，為了獲取附加的信息，處理系統(tǒng)16 可包含射頻收發(fā)器、溫度計、高度計、羅盤、磁傾儀、壓力傳感器、血壓監(jiān)視器、光傳感器、大 氣傳感器、角速度傳感器和其它的慣性傳感器、麥克風(fēng)、諸如個人計算機、蜂窩式電話和個 人數(shù)字助理的計算器件、其它類似地配置的裝置和它們的組合等，并且/或者與它們耦合。在一些實施例中，如圖6 9所示，裝置10可操作為從至少一個導(dǎo)航器件24接收 信息。導(dǎo)航器件24可適于向裝置10和裝置10的用戶提供地理位置信息。導(dǎo)航器件24可 包含非常類似于在美國專利No. 6434485中公開的GPS接收器的GPS接收器，這里并入該專 利作為具體的參考。但是，除了 GPS以外或作為其替代，導(dǎo)航器件24可使用蜂窩式或其它 定位信號，以有利于地理位置的確定。導(dǎo)航器件24可操作為產(chǎn)生諸如導(dǎo)航器件24的速度、導(dǎo)航器件24的當(dāng)前和先前位置、導(dǎo)航器件24的方位和航向、導(dǎo)航器件24的海拔高度、以及 它們的組合等的導(dǎo)航信息。處理系統(tǒng)16可使用從導(dǎo)航器件24得到的信息以產(chǎn)生運動參數(shù)度量和/或識別裝 置10的附著位置。處理系統(tǒng)16還可使用并呈現(xiàn)獲取的與度量和估計的參數(shù)無關(guān)的導(dǎo)航信 息。另外，或者，作為替代方案，處理系統(tǒng)16可使用從導(dǎo)航器件24獲取的信息以校正和/或 調(diào)整計算的信息。例如，處理系統(tǒng)16可比較從由一個或更多個加速計12提供的加速度產(chǎn) 生的距離和速度與由導(dǎo)航器件24提供的距離和速度，并且校正計算的測量以使得從測量 的加速度產(chǎn)生的距離和速度如由導(dǎo)航器件24提供的那些那樣精確。因此，處理系統(tǒng)16可 周期性地與導(dǎo)航器件24耦合以校正信息以保證裝置10即使當(dāng)不與導(dǎo)航器件24耦合時也 精確地估計運動參數(shù)。過濾元件14和處理系統(tǒng)16可另外地可操作為補償在一個或更多個加速計12中 存在的零件間制造變化，包括Og偏置點的溫度、靈敏度、橫軸靈敏度、非線性、輸出阻抗和 它們的組合等上的表征。在一些實施例中，如圖5所示，裝置10可包含通信元件26以使得裝置10能夠通 過諸如因特網(wǎng)、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、專設(shè)或?qū)Φ染W(wǎng)絡(luò)、它們的組合等的通信網(wǎng)絡(luò)與其它的計算 器件、練習(xí)器件、導(dǎo)航器件、傳感器和任何其它的啟用器件通信。類似地，通信元件26可被 配置為允許通過使用USB、ANT 、藍(lán)牙、Zigbee、固件和其它的連接在類似地配置的裝置 之間進行直接通信，使得裝置10不需要利用通信網(wǎng)絡(luò)以獲取并交換信息。在各種實施例中，通信元件26可使得裝置10能夠通過利用諸如WiFi (802. 11)、 Wi-Max、藍(lán)牙、超寬帶、紅外、蜂窩式電話和射頻等的無線數(shù)據(jù)傳送方法與通信網(wǎng)絡(luò)無線通 信。但是，通信元件26可通過利用諸如以太網(wǎng)電纜的有線連接與通信網(wǎng)絡(luò)耦合，并且不限 于無線方法。通信元件26可被配置為使得裝置10能夠與外部計算器件交換數(shù)據(jù)以有利于信息 的產(chǎn)生和/或分析。例如，處理系統(tǒng)16可在識別裝置10的附著位置時、在產(chǎn)生運動參數(shù)度 量時和/或在估計運動參數(shù)時使用通過通信元件26獲取的信息。處理系統(tǒng)16還可通過通 信元件26提供產(chǎn)生的供外部器件使用的運動參數(shù)度量和估計的運動參數(shù)。例如，外部器件 可被配置為在多個用戶和/或被附著到一個或多個用戶身上的多個器件之間存儲、分析和 交換信息。因此，通信元件26 —般使得能夠?qū)崿F(xiàn)由裝置10和其它的器件產(chǎn)生的信息的實時 比較。通信元件26還使得裝置10能夠在外部器件中的一個或更多個上存儲用于以后的檢 索、分析和集合等的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可被個人、他們的訓(xùn)練員或其它人使用以捕獲歷史、評價成 績(performance)、修改訓(xùn)練程序以及與其它的個人比較等。還可以以集合的形式使用數(shù) 據(jù)。裝置10可另外包含用戶界面28，以使得用戶能夠訪問由裝置10產(chǎn)生和獲取的各 種信息，諸如附著參數(shù)、加速度測量、運動參數(shù)度量、估計的運動參數(shù)、從導(dǎo)航器件24獲取 的導(dǎo)航信息、通過通信元件26獲取的信息和數(shù)據(jù)、配置信息和它們的組合等。用戶界面28 有利于例如打開/關(guān)閉裝置10、選擇顯示哪些內(nèi)容、以及提供諸如主體要素S的屬性的配置 fn息ο用戶界面28可包含用于在視覺上呈現(xiàn)用戶的消耗量信息的一個或更多個顯示器
8和用于在聽覺上向用戶呈現(xiàn)信息的一個或更多個揚聲器。用戶界面28還可包含諸如蜂鳴 器和振動器的機械元件，以通過機械攪動將事件通知到用戶。在一些實施例中，如圖1所 示，可以在可操作為配戴于用戶的手腕、前臂和/或臂上的手表內(nèi)實現(xiàn)用戶界面28。因此， 用戶界面28的位置可與加速計12中的一個或更多個分開，以使得用戶能夠很容易地與裝 置10交互作用。但是，在一些實施例中，用戶界面28和加速計12可一體化。用戶界面28還可操作為從用戶接收輸入以控制處理系統(tǒng)16和/或與其相關(guān)的器 件和元件的功能。用戶界面28可包含諸如開關(guān)和按鈕、觸摸屏顯示器、光傳感器、磁傳感 器、熱傳感器、慣性傳感器、麥克風(fēng)和聲音識別能力、它們的組合等的各種功能輸入。用戶界 面28還可包含有利于其功能的各種處理和存儲器設(shè)備。用戶界面28使得用戶能夠接收關(guān)于估計的運動參數(shù)和相關(guān)的信息的實時反饋。 例如，用戶界面28可呈現(xiàn)諸如當(dāng)前的步幅速度和距離的當(dāng)前估計的運動參數(shù)和/或諸如總 距離、消耗的卡路里、總速度、它們的組合等的與其或與其它的運動參數(shù)相關(guān)的信息。通過利用通信元件26，用戶界面28還使得用戶能夠接收實時的反饋和與其它用 戶和器件的比較。例如，如圖10所示，多個裝置10可被多個跑步者使用以使得能夠?qū)τ谟?戶共享和呈現(xiàn)與各跑步者對應(yīng)的數(shù)據(jù)、度量和參數(shù)。因此，例如，用戶可通過用戶界面28確 認(rèn)其它用戶的速度和位置。并且，用戶界面28可通過通信元件26從處理系統(tǒng)16和/或從其它的器件獲取比 較信息，以使得用戶能夠通過使用比較信息比較他或她的成績。例如，用戶界面28可呈現(xiàn) 用戶的當(dāng)前成績與用戶的先前成績、與訓(xùn)練模型和/或與另一個人的比較。在各種實施例中，用戶可通過利用用戶界面28配置裝置10，以監(jiān)視估計的運動參 數(shù)，并且，當(dāng)一個或更多個估計的運動參數(shù)與諸如可接受的參數(shù)范圍、閾值和/或變化的用 戶定義的條件沖突時通過用戶界面28警告用戶。用戶還可通過利用用戶界面28配置裝置 10，以監(jiān)視諸如時間限制、運動參數(shù)最大值等的各種用戶定義的目標(biāo)。如上面討論的那樣，可以以任何的組合一體化或單獨地容納裝置10的各種部件。 在一些實施例中，裝置10包含用于容納用戶界面28和相關(guān)的部件的接口單元30和用于 容納一個或更多個加速計12和通信元件26的傳感器單元32。在這些實施例中，處理系統(tǒng) 16(容納于單元30、32中的兩個或任一個內(nèi))可操作為確定傳感器單元32的附著位置。在 一些實施例中，如圖9所示，單元30、32可被容納于同一外殼內(nèi)。但是，在其它的實施例中， 單元30、32可以是分離的，使得傳感器單元32可位于諸如用戶的鞋子上的第一位置，并且 接口單元30可位于諸如用戶的手腕上的第二位置。接口單元30還可包含以與上面討論的通信元件26類似的方式配置的接口通信元 件34，以使得接口單元30能夠與傳感器單元32、裝置10的其它部分和/或與裝置10外面 的器件交換信息。在單元30、32的位置相互分開的實施例中，通信元件26、34可通過利用 上面討論的各種無線方法通信。但是，通信元件26、34也可通過利用有線連接或通過外部 設(shè)備和系統(tǒng)通信。單元30、32還可分別包含用于諸如通過使用電池或諸如壓電、機電、熱電和光電 元件的發(fā)電元件為裝置10的各種部件供電的電源。在一些實施例中，用戶界面28的多個 部分可包含于單元30、32內(nèi)，使得用戶可使各單元30、32及其各部件單獨地起作用。如圖5所示，裝置10可另外包含使得接口單元30和傳感器單元32能夠容易地與外部系統(tǒng)和器件通信的外部系統(tǒng)單元36。例如，外部系統(tǒng)單元36可包含與其它的通信元件 26,34通信的通信元件、用于處理信息的微控制器和可操作為容易地與諸如蜂窩式電話、便 攜式媒體播放器、個人數(shù)字助理、導(dǎo)航器件、個人和便攜式計算器件、它們的組合等的器件 接口連接的諸如WiFi、藍(lán)牙、ANT 、USB或Zigbee接口的標(biāo)準(zhǔn)接口。因此，在一些實施 例中，如圖10所示，外部系統(tǒng)單元36可與附著的個人計算機連接，并且，接口單元30和傳 感器單元32可位于移動的用戶身上。如圖6 9所示，接口單元30和傳感器單元32可分別可操作為與導(dǎo)航器件24通 信以接收和利用導(dǎo)航信息。如圖6所示，導(dǎo)航器件24可與單元30、32分開，如圖7所示，導(dǎo) 航器件24可與接口單元30 —體化，如圖8所示，導(dǎo)航器件24可與傳感器單元32 —體化，并 且/或者，如圖9所示，導(dǎo)航器件24可與單元30、32兩者一體化。并且，在一些實施例中， 單元30、32、36和導(dǎo)航器件24中的任一個或更多個可在不被使用時被自動去能(disable)， 以實現(xiàn)最佳的系統(tǒng)功率消耗和功能。在一些實施例中，傳感器單元32可在與手表類似的封裝中被附著到用戶的手腕 上并與諸如計時的其它功能或與諸如導(dǎo)航器件24的其它傳感器組合。在其它的實施例中， 傳感器單元32可通過使用與臂帶類似的封裝被附著到用戶的臂上并與諸如蜂窩式電話、 音頻器件和/或?qū)Ш狡骷?4的其它器件組合。在各種其它的實施例中，傳感器單元32可 通過使用胸帶在可包含諸如心率監(jiān)視器(HRM)的其它傳感器的封裝中被附著到用戶身上。 在另外的實施例中，傳感器單元32可通過使用例如帶夾被附著到用戶的手腕上。在另外的 實施例中，傳感器單元32可通過諸如夾子的可去除的緊固件被附著到用戶的鞋子的頂部。 在其它的實施例中，傳感器單元32可被插入用戶的鞋子內(nèi)，諸如被插入在鞋子的鞋底中形 成的凹陷內(nèi)。在一些實施例中，傳感器單元32和/或更一般的裝置10可操作為附著到用戶的 多于一個的部位上。例如，傳感器單元32可適于附著到上面討論的各種位置中的任一個 上，包括但不限于用戶的手腕、臂、腰部、胸部、口袋、帽子、手套、鞋子(內(nèi)部)和鞋子(外 部)。這種配置使得用戶能夠容易地在各種位置上使用同一傳感器單元32或裝置10，以產(chǎn) 生希望的運動參數(shù)并且/或者有利于使用的便利性。在一些實施例中，裝置10可被配置為識別其在用戶身體上的位置，由此允許用戶 在以上識別的任何位置中或在任何其它任意的位置中攜帶或附著裝置10或特別是傳感器 單元32，包括與諸如蜂窩式電話的其它電子器件組合。為了識別傳感器單元32的附著位置，處理系統(tǒng)16可分析由一個或更多個加速計 12產(chǎn)生的一個或更多個加速度測量。對于諸如闊步走的特定的運動類型，根據(jù)如何和/或 在哪里容納加速計12，各附著位置和/或取向?qū)⒊尸F(xiàn)可被處理系統(tǒng)16識別以確定加速計 12或裝置10的其它部分的附著位置和/或運動類型的一般唯一的加速度特征。例如，圖11示出闊步走時的與安裝到用戶的腳上的傳感器單元32對應(yīng)的示例性 加速度特征；圖12示出闊步走時的與安裝到用戶的臂上的傳感器單元32對應(yīng)的示例性加 速度特征；以及圖13示出闊步走時的與安裝到用戶的胸部(軀干)上的傳感器單元32對 應(yīng)的示例性加速度特征。通過利用各種信號處理算法，處理系統(tǒng)16可分析由一個或更多個 加速計12提供的測量并且確定測量是否與腳、臂、胸部或其它的闊步走加速度特征對應(yīng)。 例如，通過識別最小值、最大值、周期、頻率、波形、變化速度、它們的組合等，處理系統(tǒng)16可識別加速度特征，并由此識別傳感器單元32的附著位置和/或運動類型。在一些實施例中，處理系統(tǒng)16可通過確定裝置10或者更特別是傳感器單元32的 取向確定裝置10的附著位置。例如，如果傳感器單元32被配置為沿例如為用于在鞋子內(nèi)安 裝的直立取向和用于在鞋子的頂部安裝的顛倒取向的兩個取向被安裝，那么，處理系統(tǒng)16 可分析來自一個或更多個加速計12的加速度測量以確定傳感器單元32的例如為直立或顛 倒的取向并由此確定傳感器單元32被附著到哪里。在一些實施例中，如上所述，裝置10的取向不與任何特定的附著位置相關(guān)。相反， 不同的取向可與不同的活動類型相關(guān)，或者，可以指示諸如不同的地形類型和不同的用戶 的使用等的其它條件。例如，如果傳感器單元32被配置為沿例如用于安裝在鞋子內(nèi)或上的 任何位置的直立取向或顛倒取向的兩個取向安裝，那么，處理系統(tǒng)16可分析來自一個或更 多個加速計12的加速度測量以確定傳感器單元32的例如直立或顛倒的取向并由此確定活 動類型為慢跑或騎車中的一個。作為替代方案，例如，如果傳感器單元32被配置為沿例如用于安裝在鞋子內(nèi)或上 的任何位置的朝前取向和朝后取向的兩個取向安裝，那么，處理系統(tǒng)16可分析來自一個或 更多個加速計12的加速度測量以確定傳感器單元32的例如朝前或朝后的取向并由此確定 參與活動的用戶是兩個用戶中的特定的一個。在另一實施例中，傳感器單元32被配置為例如在胸帶上或在腰帶上沿一特定的 取向安裝，并且，例如慢跑或游泳的活動類型確定傳感器單元32相對于重力的取向。處理 系統(tǒng)16可然后分析來自一個或更多個加速計12的加速度測量以確定傳感器單元32的例 如與重力平行或垂直的取向并由此確定活動類型是慢跑或游泳中的一種。處理系統(tǒng)16可動態(tài)地(例如，在飛行中)識別裝置10和/或傳感器單元32的附 著位置、取向和/或運動類型，并且/或者在存儲器中存在與加速度測量對應(yīng)的數(shù)據(jù)以用于 以后的分析和使用。但是，附著位置、取向和/或運動類型的動態(tài)識別使得處理系統(tǒng)16能 夠?qū)τ诠烙嫼?或計算的運動參數(shù)的實時用戶反饋選擇適當(dāng)?shù)倪\動分析算法。在一些實施例中，處理系統(tǒng)16可被訓(xùn)練以識別新的附著位置。例如，用戶可在諸 如他或她的頭頂?shù)娜我馕恢弥懈街鴤鞲衅鲉卧?2，并指示處理系統(tǒng)16在游泳中進入訓(xùn)練 模式以在新的運動類型中掌握新的附著位置的加速度特征。在裝置10的隨后的使用中，處 理系統(tǒng)16可在不需要用戶的附加的訓(xùn)練的情況下基于新的位置和/或新的運動類型的加 速度特征自動識別傳感器單元32什么時候處于新的附著位置和/或新的運動類型何時被 執(zhí)行。在一些實施例中，處理系統(tǒng)16還可基于由一個或更多個加速計12提供的一個或 更多個加速度測量將當(dāng)前被用戶執(zhí)行的運動分類。除了基于上面討論的加速度特征的附著 位置和運動類型識別以外或作為其替代，處理系統(tǒng)16可執(zhí)行運動分類分析。運動分類分析 可識別不同的類型的步態(tài)，諸如平坦或傾斜表面上的行走或奔跑、上樓梯、下樓梯、爬梯子、 它們的組合等。在各種實施例中，裝置10包含提供供處理系統(tǒng)16使用以確定跨步運動角度的信 號的至少兩個加速計12。兩個加速計12可以以基本上相互垂直的取向并在用戶的弧矢面 中被安裝到腳上，并產(chǎn)生加速度測量ajt)和 (0。旋轉(zhuǎn)傳感器可被用于沿弧矢面測量 角度θ (t)的變化。在各種實施例中，旋轉(zhuǎn)傳感器是可被用于基于信號的差異計算角度加
11速度的一對于分開的基本上平行的加速計12。在另一實施例中，旋轉(zhuǎn)傳感器是陀螺儀。如在圖14的示例性框圖中詳細(xì)示出的那樣，對于各跨步T的持續(xù)過程采樣和存儲 并且處理加速度和旋轉(zhuǎn)信號。測量的加速度向弧矢面內(nèi)的任意步幅基準(zhǔn)幀的變換可被處理 系統(tǒng)16計算如下a0' (t) =ao(t)cos(0 (t))-B1 (t) sin ( θ (t))(1)B1 ‘ (t) = a0(t)sin( θ (t))+ai(t)cos( θ ⑴)(2)關(guān)于步幅基準(zhǔn)幀的平均加速度和速度可被處理系統(tǒng)處理系統(tǒng)16計算如下 跨步速率(speed)可被處理系統(tǒng)16作為跨步速度(velocity)的大小計算如下
(9)在各跨步的開始，可通過裝置10或特別是傳感器單元32的弧矢面中的任意取向 定義基準(zhǔn)幀。對于各跨步選擇基準(zhǔn)時間點，使得傳感器單元32是基本上靜止的并且基準(zhǔn)幀 在跨步之間是基本上一致的。通過從各跨步的開始到結(jié)束計算平均加速度矢量，產(chǎn)生基本 上由重力限定的矢量測量。這允許將測量的加速度矢量、速度和位移從任意的基準(zhǔn)幀變換 為由重力限定的基準(zhǔn)幀?？捎商幚硐到y(tǒng)16從跨步相對于水平線的角度將運動的角度計算如下Φ =Z v-( Z a-90° )(10)這里，φ =運動相對于水平線的角度Zv =跨步速度相對于基準(zhǔn)幀的角度Z a =跨步加速度相對于基準(zhǔn)幀的角度Zv = tan"1 (ν/ mean, V0' mean)(11)Za = tan"1 (a/ mean, a0' mean)(12)可對于特定的主體的步態(tài)和傳感器單元32在用戶的身體上的安裝校準(zhǔn)運動的角 度。一種校準(zhǔn)方法是，當(dāng)主體在平面上行走時，去除運動角度到零的平均偏移。在一些實施例中，如圖15 16所示，運動的角度可被用于區(qū)分當(dāng)前正在穿過的表面是上斜還是下斜。在一個實施例中，除了上面討論的沿基本上相互垂直的取向并在弧矢面中安裝的 兩個加速計以外，包括第三加速計。沿與其它的兩個加速計基本上垂直的方向安裝第三加 速計。由第三加速計測量的加速度被用于估計與弧矢面垂直的運動的量。該估計可被用于 補償與弧矢面垂直的運動的運動角度測量。在一些實施例中，可通過使用平均加速度確定運動角度。由一個或更多個加速計 12提供的加速度測量可被平均化，以至少部分提取加速度的DC(OHz)分量。在足夠長的時 間段上，DC加速度主要可歸因于由于重力導(dǎo)致的加速度。因此，重力矢量的測量被用于確 定傳感器單元32相對于重力方向(垂直)的平均取向。如果基準(zhǔn)的測量幀的取向關(guān)于運 動的方向(即，身體上的單元安裝取向)是已知的，那么可由此估計運動的方向。在一個實施例中，可以使用單一的加速計。該配置可假定代表運動的方向的矢量 處于諸如用戶的弧矢面的已知的面中。在這些約束下，由加速計測量的平均加速度隨著基 準(zhǔn)的測量幀與垂線之間的角度以正弦的方式改變。如果基準(zhǔn)的測量幀的取向相對于運動的 方向是已知的，那么由此可由處理系統(tǒng)16計算運動角度。在另一實施例中，可以使用兩個加速計以在上述的單一加速計配置上提高精度。 兩個加速計沿均基本上處于諸如用戶的弧矢面的已知面內(nèi)的兩個基本上垂直的方向測量 加速度。通過將兩個加速度測量組合成加速度矢量并在足夠長的時間段上取均勻值，測量 基準(zhǔn)的測量幀中的重力加速度矢量。與基準(zhǔn)的測量幀相對于運動的方向的已知的取向組合 的測量的重力加速度矢量的角度測量運動角度。在另一實施例中，可以在代表運動的方向的矢量不在已知的面中的情況下使用三 個加速計。三個加速計沿三個基本上相互垂直的方向測量加速度。通過將三個加速度測量 組合成加速度矢量并在足夠長的時間段上取平均值，測量基準(zhǔn)的測量幀中的重力加速度矢 量。與基準(zhǔn)的測量幀相對于運動的方向的已知的取向組合的測量的重力加速度矢量的角度 測量運動角度。由處理系統(tǒng)16確定的運動角度可被用于諸如通過將用戶的步態(tài)分類將用戶的運 動分類。在下表1中提供示例性的步態(tài)分類表表 1 運動角度還可被處理系統(tǒng)16利用以確定輸出力量。運動員常常關(guān)心在活動中由 身體輸出的功率的量。身體功率輸出以幾種方式被消耗，其中的一種是克服重力。身體功 率輸出可被計算為消耗功率的方式的和。對于特定的速度，隨著上行角度的增加，克服重力 所需要的功率增加。對于特定的速度，隨著下行角度的增加，重力對運動所貢獻(xiàn)的功率的量 增加。對于平面上的運動，重力不影響輸出的功率。因此，關(guān)于運動角度的信息可被處理系 統(tǒng)16利用以確定輸出的功率。加速度測量也可被處理系統(tǒng)16使用以區(qū)分用戶的運動是否是循環(huán)的。為了識別 傳感器單元32的循環(huán)運動，處理系統(tǒng)16可分析由一個或更多個加速計12產(chǎn)生的一個或更 多個加速度測量?？梢允褂弥T如FFT、數(shù)字過濾、模擬過濾、峰值計數(shù)等的許多已知的頻譜 分析技術(shù)中的一種或幾種以識別加速度測量的主導(dǎo)頻率分量，或測量特定的頻帶中的信號 功率。如果主導(dǎo)頻率分量在特定的頻帶內(nèi)，那么運動可被歸類為循環(huán)。作為替代方案，如果 在特定的頻帶內(nèi)存在足夠的信號功率，那么運動可被歸類為循環(huán)。例如，特定的頻帶可以為 0.25Hz 5Hz。通過將用戶的運動歸類為循環(huán)，使得處理系統(tǒng)16能夠計算節(jié)奏。例如，可 以在例如行走、慢跑、奔跑、騎車、橢圓訓(xùn)練器上的練習(xí)、劃船等中找到循環(huán)分量。還可使用由一個或更多個加速計12提供的加速度測量以區(qū)分諸如慢跑、騎車等 的活動中的地形類型。在諸如慢跑或騎車的活動中，與平整的地形類似相比，崎嶇的地形類 型在加速度測量的高頻分量中產(chǎn)生更多的能量。為了識別傳感器單元32的運動地形類型， 處理系統(tǒng)16可分析由一個或更多個加速計12產(chǎn)生的一個或更多個加速度測量?？梢允褂?諸如FFT、數(shù)字過濾、模擬過濾、峰值計數(shù)等的許多已知的頻譜分析技術(shù)中的一種或幾種以 測量特定的頻帶中的信號功率。如果在特定的頻帶內(nèi)或在特定的頻率上存在足夠的信號功 率，那么運動地形類型可被歸類為崎嶇。例如，特定的頻率可以為10Hz。還可將崎嶇地形類 型再分類。例如，基于特定頻率上的特定頻帶中的相對信號功率，在頁巖或砂礫上騎車會與 在玻璃或泥土和巖石上騎車不同。地形分類可被用于例如自行車上的暫?？刂苹蛑鲃有迯?fù) (active-prosthetic)控制。處理系統(tǒng)16可另外利用加速度測量以將跨步運動分類。在一個方面中，通過觀察 “靜止周期”，跨步運動被分類為步態(tài)類型。靜止周期是在行走時保持基本上靜止的時間量。 可通過檢查由一個或更多個加速計12測量的腳加速度確定靜止周期。行走的靜止周期明 顯比慢跑或奔跑長。一般地，隨著運動的速度增加，靜止周期減小。靜止周期可以是但未必 等于站姿階段的持續(xù)時間。加速度測量可由此被處理系統(tǒng)16使用以通過利用包括加速度特征識別、運動角 度的確定、輸出功率的確定、循環(huán)運動的識別、地形類型分類、步態(tài)類型分類等的各種技術(shù) 的組合將活動的整個范圍分類。可例如被處理系統(tǒng)16分類或另外識別的活動包括行走； 慢跑；奔跑；游泳；騎車；球拍運動；劃船、滑雪滑冰、砂壺(shuffling)；駕駛；靜止自行車 或諸如橢圓訓(xùn)練器的其它靜止裝置上的練習(xí)；徒步旅行；滑旱冰；滑板運動；諸如辦公室活 動和看電視的低能量活動；睡覺；跳舞；諸如籃球、橄欖球、足球或高爾夫的運動；它們的組 合等。因此，裝置10可在不需要用戶的手動重新配置或編程的情況下自動提供多種活動的 fn息ο
處理系統(tǒng)16可另外或替代性基于由一個或更多個加速計12提供的測量將用戶的 跨步運動分為健康或異常。例如，處理系統(tǒng)16可通過比較諸如運動角度或確定的運動參 數(shù)的實時確定的特性與已知的、正常的存儲值檢測用戶的步態(tài)的不規(guī)則；例如，異常搖擺特 性、足下垂條件的開始(onset)等。在另一實現(xiàn)中，例如，傳感器單元32可被配戴于各腳/ 腿上，以觀察步態(tài)不對稱性。可以在康復(fù)和訓(xùn)練成績優(yōu)化中使用這種配置。在一個實施例中，用諸如容納于傳感器單元32內(nèi)的陀螺儀的陀螺儀測量內(nèi)旋 (pronation)/外旋(supination)條件。通過求角速度的積分測量與運動的方向基本上垂 直的面中的腳起落(foot roll)的量。在另一實施例中，用諸如上面討論的加速計12中的兩個的分開附著的距離的基 本上平行的兩個加速計測量內(nèi)旋/外旋條件。在這一方面，可以使用測量的平移加速度以 計算可被雙重積分的角加速度以獲得與行進方向基本上垂直的面中的腳起落量。在另一實施例中，可通過估計腳落地(strike)前后的重力矢量相對于腳的取向 的方向，由加速計12中的一個測量內(nèi)旋/外旋條件。可以用加速計12中的一個、兩個或三 個完成這一點。一個和兩個加速計的實施例假定加速計僅在與運動方向基本上垂直的面中 是可自由旋轉(zhuǎn)的?？梢栽谀_上的任意的位置中安裝三軸的實施例。處理系統(tǒng)16還可基于與運動相關(guān)的沖擊的激烈度將運動分類。例如，以較差的技 術(shù)在路面上奔跑可與實質(zhì)性的沖擊相關(guān)并可由此導(dǎo)致實質(zhì)性的關(guān)節(jié)應(yīng)力和磨損。另一方 面，橢圓訓(xùn)練儀上的練習(xí)與最小的沖擊相關(guān)或與無沖擊相關(guān)?？梢允褂眉铀儆嫓y量以識別 可被處理系統(tǒng)16使用以估計沖擊力和/或與沖擊相關(guān)的關(guān)節(jié)應(yīng)力的沖擊特性。用戶可能 關(guān)心知道特定的運動類型的瞬時的沖擊水平或關(guān)節(jié)應(yīng)力在活動期間或更長的時間段上的 累積量。因此，用戶界面28可向用戶通知確定的運動角度、運動分類、沖擊功率、它們的組
口寸ο在一個實施例中，處理系統(tǒng)16可基于沖擊水平測量對于特定的用戶或特定的活 動確定鞋襪的合適性。在另一實施例中，可以用沖擊水平測量隨時間監(jiān)視鞋襪的質(zhì)量以確 定鞋襪應(yīng)在什么時候被更換。隨著用戶的落腳開始變得較不連貫和較不規(guī)則(這表明不一致的加速度模式)， 處理系統(tǒng)16還可通過在練習(xí)活動中識別隨時間的沖擊水平的變化估計用戶的疲勞或效 率。通過利用用戶界面28，處理系統(tǒng)16還可例如通過表示與建立的規(guī)范相比較的腳沖擊的 水平和方向關(guān)于用戶從打擊或事故的康復(fù)提供實時生物反饋。通過利用識別的附著位置和/或分類的運動，處理系統(tǒng)16可選擇可用于確定一個 或更多個運動參數(shù)的一種或更多種運動分析算法。存儲器可包含與各種附著位置和運動分 類的各種組合對應(yīng)的運動分析算法的數(shù)據(jù)庫。例如，存儲器可包含用于腳、胸和臂附著位 置的運動分析算法；行走、跑步、游泳和騎車算法；和/或用于腳、胸和臂附著位置中的每一 個的行走、跑步、游泳和騎車算法。應(yīng)當(dāng)理解，處理系統(tǒng)16可對于任何識別的附著位置或分 類的運動從存儲器或其它的來源(包括外部來源)選擇適當(dāng)?shù)倪\動分析算法。與識別的附 著位置和/或分類運動對應(yīng)的運動分析算法的選擇有利于運動參數(shù)的精確確定。處理系統(tǒng)16可另外或替代性地基于諸如年齡、性別、體重、身高、配置、形狀等的 一個或更多個用戶特性選擇運動分析算法。處理系統(tǒng)16還可基于諸如利用的加速計12的 數(shù)量和類型、接收的加速度測量的數(shù)量、它們的組合等選擇運動分析算法。
在一些實施例中，選擇的運動分析算法可包含統(tǒng)計模型，諸如選自包含線性回歸 模型、多項式回歸模型、多次回歸模型、分段線性回歸模型、它們的組合等的回歸模型。通過利用一種或更多種選擇的運動分析算法和由一個或更多個加速計12提供的 加速度信號，處理系統(tǒng)16可估計、計算、識別或另外確定一個或更多個運動參數(shù)。運動參數(shù) 可與跨步速度、加速度、速度、跨步距離、總距離、步態(tài)效率、功率、能量、最大沖擊、平均卡路 里消耗、最大速度變化、速度變化性、打擊功率(stroke power)、一圈時間(lap time)、擊打 時間(strike time)、步幅、步調(diào)、它們的組合等對應(yīng)。但是，由處理系統(tǒng)16確定的運動參數(shù) 可與與用戶的運動相關(guān)的任何參數(shù)對應(yīng)。在一些實施例中，處理系統(tǒng)16可通過使用由一個或更多個加速計12提供的測量 和選擇的運動分析算法估計人或動物的跨步持續(xù)時間。例如，基于由一個或更多個加速計 12測量的加速度的各種變化，處理系統(tǒng)16能夠諸如通過確定跑步者的腳什么時候沖擊地 面、跑步者的腳什么時候離開地面、跑步者的腳什么時候相對于地面靜止、它們的組合等確 定跨步的開始和結(jié)束時間。因此，通過分析測量加速度中的各種變化，處理系統(tǒng)16可計算 跨步持續(xù)時間和諸如跨步頻率的與其對應(yīng)的信息?？绮筋l率可代表每秒的跨步次數(shù)或跨步 速度的其它表示。在一些實施例中，處理系統(tǒng)16可向上面討論的用于確定各種截止頻率的過濾元 件14提供跨步持續(xù)時間和/或跨步頻率。因此，處理系統(tǒng)16可動態(tài)地基于接收的加速度 測量確定跨步持續(xù)時間和跨步頻率，并且，過濾元件14可適于基于用戶的特定的成績提供 精確的過濾。例如，過濾元件14可基于由處理系統(tǒng)16計算的跨步頻率過濾垂直的加速度 以有利于運動參數(shù)的精確估計。處理系統(tǒng)16可利用任何運動分析算法，包括在共同未決的美國專利申請 No. 11/681032中公開的運動參數(shù)度量和統(tǒng)計模型，在此通過引用并入該專利申請。例如，處 理系統(tǒng)16可如圖17的回歸模型所示的那樣使產(chǎn)生的運動參數(shù)度量與跨步速度相關(guān)。由處理系統(tǒng)16執(zhí)行的估計/計算/確定可一般與選擇的運動分析算法和一個或 更多個運動參數(shù)之間的任何相關(guān)性對應(yīng)，并且，未必是基于用戶運動學(xué)的直接計算。因此， 即使當(dāng)難以或不可能執(zhí)行運動參數(shù)的直接計算時，處理系統(tǒng)16也可通過利用統(tǒng)計和/或其 它的經(jīng)驗信息估計運動參數(shù)。在一些實施例中，處理系統(tǒng)16可利用存儲于存儲器或任何其它計算機可讀介質(zhì) 內(nèi)的數(shù)據(jù)庫、查找表或其它的信息，以通過利用選擇的運動分析算法估計運動參數(shù)。例如， 給定特定的一組加速度測量、附著位置和/或分類的運動，處理系統(tǒng)16可訪問存儲器以獲 取相應(yīng)的運動參數(shù)。在各種實施例中，處理系統(tǒng)16可操作為對于各檢測的跨步計算運動參數(shù)度量和/ 或估計運動參數(shù)，以有利于運動的精確分析。因此，對于上面討論的每次跨步，或者對于跨 步的任意組合，處理系統(tǒng)16可估計運動參數(shù)。并且，在一些實施例中，處理系統(tǒng)16可通過 利用與多次跨步對應(yīng)的算法估計運動參數(shù)。例如，估計的運動參數(shù)可與從幾次跨步得到的 總的或平均的跨步速度對應(yīng)。裝置10可操作為僅通過使用從一個或更多個加速計12獲取的加速度測量、通過 使用與通過通信元件26從導(dǎo)航單元24或其它的器件獲取的其它信息組合的加速度測量、 通過使用加速度測量以外的信息、它們的組合等估計運動參數(shù)。
16
在一些實施例中，處理系統(tǒng)16可利用加速度測量和/或諸如識別的附著位置或分 類的運動的其它信息，以在不需要用戶輸入的情況下自動地基于識別的活動提供適當(dāng)?shù)膬?nèi) 容。例如，如果用戶從行走變?yōu)槁?，那么處理系統(tǒng)16可識別變化，計算與慢跑相關(guān)的度量 和運動參數(shù)，并且，通過使用用戶界面28顯示與慢跑相關(guān)的信息。作為另一例子，處理系統(tǒng) 16可基于加速度測量識別用戶正在游泳以及傳感器單元32被安裝在用戶的臂上，并且產(chǎn) 生并顯示諸如節(jié)奏、劃水功率、一圈時間等的與游泳相關(guān)的信息。在一些實施例中，處理系統(tǒng)16可被配置為在存儲與感測的測量和活動相關(guān)的信 息和數(shù)據(jù)時利用多重解析(resolution)方法。例如，在最低的解析上，可以保存各活動的 時間、日期、類別、持續(xù)時間和總能量消耗。另一解析可允許例如對于慢跑存儲與平均步幅、 平均步調(diào)、總距離和總海拔變化等對應(yīng)的數(shù)據(jù)。另一解析可允許同樣例如對于慢跑存儲與 單獨的跨步參數(shù)和/或心率的頻率測量、海拔、步幅和/或相關(guān)的GPS坐標(biāo)對應(yīng)的數(shù)據(jù)?？?基于可用的存儲空間的量由用戶預(yù)先選擇或由處理系統(tǒng)16自動選擇各種類型的活動的歷 史解析深度。在一些實施例中，首先以最高的可用的解析記錄所有的活動；隨后，如果存儲 空間變得受限，那么最早的活動的最高解析記錄可被擦除以允許以至少如最早的記錄的解 析那樣好的歷史解析存儲最近的活動。并且，處理系統(tǒng)16可通過利用測量的加速度、識別的附著位置、分類的運動、選擇 的算法、估計的運動參數(shù)、通過用戶界面28獲取的信息、通過通信元件26或諸如導(dǎo)航器件 24的其它器件獲取的信息、它們的組合等提供背景獲知功能。例如，處理系統(tǒng)16可檢測 裝置10是否被用于估計運動參數(shù)或監(jiān)視用戶成績；裝置10是否沒有被使用；裝置10是否 正被充電；裝置10是否接近兼容的外部系統(tǒng)或器件；裝置10是否接近諸如蜂窩式電話、個 人數(shù)字助理、計算機、音頻器件、頭戴式顯示器、手表、它們的組合等的顯示器件?；谑褂铆h(huán)境的確定并且通過最小的用戶干涉或者在沒有用戶干涉的情況下，裝 置10可提供任何適當(dāng)?shù)墓δ芙M。例如，當(dāng)接近兼容的外部系統(tǒng)時，裝置10可自動建立通信 信道并與兼容的外部系統(tǒng)交換信息。類似地，當(dāng)監(jiān)視用戶活動時，裝置10可記錄運動歷史 和相關(guān)的運動參數(shù)。在處于未使用狀態(tài)時，裝置10可去能其大多數(shù)的傳感器以節(jié)省能量， 并以僅足以維持背景獲知的頻率啟用諸如一個或更多個加速計12的傳感器的子集。當(dāng)接 近顯示器件時，裝置10可確定器件的能力并向顯示器件傳送適當(dāng)?shù)男畔?。使用背景未必?相互排斥的。例如，裝置10可正在充電并且同時接近兼容的外部系統(tǒng)。因此，在充電時，裝 置10可繼續(xù)感測附近的兼容外部系統(tǒng)，并且，一旦檢測到兼容的外部系統(tǒng)，就建立通信信 道并與兼容的外部系統(tǒng)交換信息。用戶由此覺察并期望裝置10總是被啟用并且裝置10需 要最少的用戶輸入或不需要用戶輸入以執(zhí)行其所有功能。裝置10可利用上面討論的活動監(jiān)視和/或背景獲知以維持用戶活動的一般連續(xù) 的記錄。例如，用戶可連續(xù)或重復(fù)地配戴裝置10以監(jiān)視諸如趨勢、目標(biāo)等的長期活動。如 果處理系統(tǒng)16檢測到異常的活動，那么裝置10對于用戶活動的一般連續(xù)的監(jiān)視還使得能 夠發(fā)出警告。例如，如果用戶長時間段一般保持不運動，那么處理系統(tǒng)16可發(fā)出警告以通 過用戶界面28通知用戶和/或通過利用通信元件26警告第三方。可以相信，通過上述的描述，將理解本發(fā)明的實施例及其許多伴隨的優(yōu)點，并且， 顯然，可以對于其部件的形式、構(gòu)成和配置進行各種變化，而不背離本發(fā)明的范圍和精神或 不犧牲其實質(zhì)性優(yōu)點。由于以上描述的形式僅是其解釋性的實施例，因此以下的權(quán)利要求意欲包含和包括這些變化。
權(quán)利要求
一種用于確定運動感測裝置的附著位置的方法，該方法包括從運動感測裝置獲取加速度測量；和分析獲取的加速度測量以識別運動感測裝置的附著位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括基于識別的附著位置選擇運動分析算法并且通過利 用選擇的運動分析算法確定運動參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，還包括分析獲取的加速度測量以將裝置的運動分類并且基 于識別的附著位置和運動分類選擇運動分析算法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，從包含運動感測裝置的一部分的加速計獲取加速度 測量，并且，通過包含運動感測裝置的一部分的處理系統(tǒng)執(zhí)行獲取的加速度測量的分析。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述附著位置是與人身體對應(yīng)的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，識別的附著位置是鞋子或非鞋子位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，識別的附著位置是鞋子內(nèi)的位置和鞋子頂部的位置 中的一個。
8.一種運動感測裝置，包括外殼單元，可操作為在附著位置處被附著到對象上；加速計，與外殼單元耦合并可操作為提供與加速度測量對應(yīng)的信號；和處理系統(tǒng)，可操作為獲取與加速度測量對應(yīng)的信號并分析獲取的加速度測量以識別外 殼單元的附著位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的運動感測裝置，其中，處理系統(tǒng)還可操作為基于識別的附著位置 選擇運動分析算法并且通過利用選擇的運動分析算法確定運動參數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的運動感測裝置，還包括可操作為向用戶呈現(xiàn)確定的運動參數(shù)的 視覺指示的用戶界面。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的運動感測裝置，其中，處理系統(tǒng)還可操作為分析獲取的加速度測 量以將對象的運動分類并且基于識別的附著位置和運動分類選擇運動分析算法。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的運動感測裝置，其中，所述對象是人并且附著位置是與人的身體 對應(yīng)的位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的運動感測裝置，其中，附著位置是鞋子或非鞋子位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的運動感測裝置，其中，附著位置是鞋子內(nèi)的位置和鞋子頂部的 位置中的一個。
15.根據(jù)權(quán)利要求8的運動感測裝置，還包括與外殼單元耦合并且可操作為提供與加 速度測量對應(yīng)的多個信號的多個加速計，該處理系統(tǒng)可操作為獲取所述信號并且通過利用 加速度測量識別運動感測裝置的附著位置。
16.一種運動感測裝置，包括外殼單元，可操作為在附著位置處被附著到人的身體上；多個加速計，與外殼單元耦合并可操作為提供與加速度測量對應(yīng)的多個信號；和處理系統(tǒng)，可操作為獲取與加速度測量對應(yīng)的信號、分析獲取的加速度測量以識別外 殼單元的附著位置、基于識別的附著位置選擇運動分析算法并且通過利用選擇的運動分析 算法確定運動參數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的運動感測裝置，還包括可操作為向用戶呈現(xiàn)確定的運動參數(shù)的視覺指示的用戶界面。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的運動感測裝置，其中，附著位置是鞋子或非鞋子位置。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的運動感測裝置，其中，外殼單元容納加速計和處理系統(tǒng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的運動感測裝置，其中，處理系統(tǒng)還可操作為分析獲取的加速度 測量以將人的運動分類并且基于識別的附著位置和運動分類選擇運動分析算法。
21.—種運動感測裝置，包括外殼單元，可操作為沿附著取向被附著到對象上； 加速計，與外殼單元耦合并可操作為提供與加速度測量對應(yīng)的信號；和 處理系統(tǒng)，可操作為獲取與加速度測量對應(yīng)的信號、分析獲取的加速度測量以識別外 殼單元的附著取向、基于識別的附著取向選擇運動分析算法并且通過利用選擇的運動分析 算法確定運動參數(shù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的運動感測裝置，其中，處理系統(tǒng)還可操作為分析獲取的加速度 測量以將對象的運動分類并且基于識別的附著取向和運動分類選擇運動分析算法。
23.一種用于確定運動感測裝置的附著取向的方法，該方法包括 從運動感測裝置獲取加速度測量；分析獲取的加速度測量以識別運動感測裝置的附著取向； 基于識別的附著取向選擇運動分析算法；和 通過利用選擇的運動分析算法確定運動參數(shù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，還包括分析獲取的加速度測量以將裝置的運動分類并且 基于識別的附著取向和運動分類選擇運動分析算法。
全文摘要
提供一種運動感測裝置，該運動感測裝置一般包含可操作為在附著位置處被附著到對象上的外殼單元；可操作為提供與加速度測量對應(yīng)的信號的加速計；和處理系統(tǒng)。處理系統(tǒng)可操作為獲取與加速度測量對應(yīng)的信號并分析獲取的加速度測量以識別外殼單元的附著位置。
文檔編號G01C22/00GK101910846SQ200980101562
公開日2010年12月8日 申請日期2009年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月28日
發(fā)明者C·J·庫拉奇, J·K·魯尼, P·R·麥克唐納德, R·G·斯特爾靈 申請人:佳明有限公司