测量人在运动中脚的触地时间和脚的腾空时间制造技术

一种通过处理和分析加速度计（３４）的输出信号来确定使用者迈步期间脚接触地面的时间周期和使用者迈步之间脚不接触地面的时间周期的方法。加速度计（３４）是这样安装在使用者身上的，以致其加速度敏感轴感受到的是基本平行于使用者脚底方向的加速度。加速度计（３４）的输出经过高通滤波（３６）、放大（３８）、然后传送到微控制器（４０）的输入端，该微控制器监视这个信号，其中该信号的正和负的尖峰分别代表使用者的脚离开地面的瞬间和脚开始踏地的瞬间。通过测定这些正负尖峰之间的时间间隔，可以分别计算使用者的“脚触地时间”和“脚腾空时间”的平均值。为了推算使用者的步调，如果平均的脚触地时间在４００毫秒（ｍｓ）以下，将它乘以第一常数；如果该触地时间大于４００ｍｓ则将它乘以第二常数。这个步调值可以依次用于计算使用者的行走距离。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及监视人的矫形运动，更具体地说涉及测量人在运动中的脚触地时间、脚腾空时间、速度和/或步调。本专利技术的现有技术众所周知，有用的信息可以依据人在运动中“脚的触地时间”来推算，其中所述的“脚的触地时间”指的是在人迈步期间人的脚与地面接触的时间周期。如果知道人的脚触地时间，其他的信息(如行走速率、行走的距离和步行消耗的能量)都可以根据这个实测的脚触地时间进行计算。过去，脚触地时间是通过将压敏传感器或开关(如电阻型传感器)放在鞋根和鞋尖中并且测量鞋根传感器输出的第一信号(该信号表示脚开始接触地面)和鞋尖传感器输出的第二信号(该信号表示脚离开地面)之间的时间差。但是，这些传感器承受鞋内的高冲击环境，因此频繁地出现故障。此外，当使用者在鞋根传感器或鞋尖传感器未被激活的情况下迈步时，例如使用者用脚尖跑步时，可能产生不精确的脚触地时间测量结果。另一种技术上已知的装置是计步器。计步器通常装在使用者的腰上并且其结构适合借助测量使用者在行走期间身体上下运动的次数来完成使用者的脚步计数。众所周知，现有技术的计步器设计用安装在弹簧上的重物来数使用者在行走期间身体上下运动的次数。按照使用者以前实测的步长通过适当地校准可以用该计步器测量使用者的行走距离。但是，因为在跑步期间重物过分地颤动，这些“摆锤型”计步器一般不能测量跑步者的行走距离，并且因为这种颤动往往使脚步被“加倍计数”，从而产生不准确的结果。因此，这些装置不可以在不同的训练计划(例如行走、漫步和奔跑)中使用。另一种现有技术的计步器装置使用加速度计来测量使用者在运动时脚开始踏地的次数。这就是将加速度计安装在鞋上，以便产生表示脚开始踏地的信号，该信号具有明显的向下隆起的峰。因此，这些装置在数出使用者的步数时仅仅产生类似于现有技术的“摆锤型”计步器装置的结果，并且为了计算使用者的行走距离必须按照使用者的步长进行标定。因此，这些基于加速度的装置受到类似于“摆锤型”装置的限制，并且不能测量使用者在运动时的脚触地时间。所以，为买得起的、可靠的、容易使用的准确的计步器提供一种新方法是本专利技术的一般目的。本专利技术的概述本专利技术揭示了一种方法和器件，其中一种不需要压缩力就能感受运动的运动敏感元件的输出被用于确定(1)在运动中使用者的脚离开表面的瞬间，和(2)使用者的脚开始踏地的瞬间。通过测量每次脚开始踏地的瞬间与接下来的脚离开地面的瞬间之间的时间差，可以准确而可靠地在使用者迈步行走期间测量若干个脚与地面接触的时间周期，即脚触地时间。通过计算这几个实测的脚触地时间的平均值，可以确定平均的脚触地时间，依据这个平均的脚触地时间可以计算诸如使用者的步调、行走速率、行走距离之类的信息。另外，通过测量使用者的脚离开地面的瞬间和随后脚开始踏地的瞬间之间的时间差，还可以计算使用者在两次迈步之间脚不接触地面的平均时间周期，即平均的脚腾空时间。按照本专利技术的一个方面，分析脚相对地面运动的方法包括利用不需要压缩力就能感受运动的运动敏感元件的输出来确定脚离开地面的瞬间。按照本专利技术的另一方面，代表脚的加速度的运动敏感元件的输出信号可以送到信号处理电路，该电路是为了分析所述信号以确定脚离开地面的瞬间而设计制作的。按照另一方面，运动敏感元件的输出还可以用来确定脚开始接触地面的那个瞬间。按照又一方面，脚触地时间还可以根据脚开始接触地面的那个瞬间与脚离开地面的瞬间之间的时间差来确定，或者脚的腾空时间可以根据在脚离开地面的瞬间与脚开始接触地面的瞬间之间的时间差来确定。按照本专利技术的又一个方面，实测的脚触地时间可以用来确定使用者相对地面的运动速率。进而，通过测量使用者的运动时间间隔，可以确定使用者已经走过的距离，其方法是使用者的运动速率乘以确定该速率测量结果所用的时间间隔。按照另一个方面，基于脚相对地面移动确定使用者的运动速率的方法包括下述步骤(a)确定在运动中使用者的脚触地时间；(b)如果脚触地时间小于第一时间量，那么按照包含脚触地时间的第一方程推算使用者的运动速率；以及(c)如果脚触地时间大于第二时间量，(该时间量大于第一时间量)，那么按照包含脚触地时间的第二方程推算使用者的运动速率。按照本专利技术的另一个方面，分析脚相对地面的运动的装置包括一个不需要压缩力就能感受运动状态的运动敏感元件和一个信号处理电路。所述的运动敏感元件相对脚支撑，并且其结构和布局适合提供代表脚的运动的输出信号。所述的信号处理电路与所述的运动敏感元件耦合以便接收来自所述元件的输出信号，并且该电路的结构适合分析所述的输出信号以确定至少一个脚离开地面的瞬间。按照本专利技术的另一个方面，运动敏感元件可以包括加速度计。按照另一个方面，所述的处理电路的结构还适合分析输出信号，以便确定至少一个脚开始接触地面的瞬间。按照又一个方面，所述的处理电路也可以为下述目的构成(1)分析输出信号，以便确定在脚迈步期间至少一个脚接触地面的时间周期；和/或(2)分析输出信号，以便确定在脚迈步之间脚不接触地面的时间周期。按照另一方面，用于确定运动中使用者的运动速率的装置包括适合接收关于脚触地时间的信息的处理电路。该处理电路是这样构成的，以致如果脚触地时间少于第一时间量，那么该处理电路按照包含所述的脚触地时间的第一方程推算使用者的运动速率；如果脚触地时间大于比第一时间量还大(或相等)的第二时间量，那么所述的处理电路按照包含所述的脚触地时间的第二方程推算使用者的运动速率。附图的简要说明附图说明图1是可以使用本专利技术的网络方框图。图2是说明如何相对使用者安装本专利技术的示意图。图3是可以使用本专利技术的系统方框图。图4是按照本专利技术的电路的一个实施方案的方框图。图5是图4所示的电路的示意图。图6是两张图，它们说明图5所示的电路两个节点在使用者散步期间的信号。图7是按照本专利技术经过放大/滤波的加速度计输出与利用现有技术的电阻型传感器得到的数据进行比较的两张图。图8是两张图，它们说明图5所示电路的两个节点在使用者跑步期间的信号。图9是按照本专利技术经过放大/滤波的加速度计输出与利用现有技术的电阻型传感器所得到的数据在使用者跑步期间进行比较的两张图。图10是按照本专利技术测量脚触地时间的方法的连续循环部分的高级流程图。图11是按照本专利技术测量脚触地时间的方法的中断部分的高级流程图。图12是图10所示方法的连续循环部分的更详细的流程图。图13是图11所示方法的中断部分的更详细的流程图。图14是图解说明如何根据使用者的脚的平均实测脚触地时间确定使用者运动中的步调的图表。本专利技术的详细描述图1展示可以使用本专利技术的网络70的方框图。如图所示，网络70包括网络处理电路系统30、存储器单元28、用户界面32、显示器26A和声音或振动指示器26B。网络处理电路系统30还与一个或多个监视装置(如脚触地时间/脚腾空时间发生器20A和20B、心率监视器22和呼吸监视器24)耦合以便接收来自它们的输入。图1所示装置可以结合在一起，例如，借助硬连接线路或电容耦合通过使用射频(RF)或红外(IR)的发射机/接收机或者借助熟悉这项技术的人所知道的任何其它信息传输媒介形成链路。网络处理电路系统30可以包括个人计算机或任何其它能够处理来自网络70的各种输入信息的装置。存储器单元28与网络处理电路系统30耦合，用于储存提供给网络处理电路系统30本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于分析脚相对某表面运动的方法，该方法包括：（ａ）利用无需施加压缩力就能感受运动状态的运动敏感元件的输出确定脚离开该表面瞬间的步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗J高德特，托马斯P布莱克达，斯蒂文R奥利文，
申请(专利权)人：个人电子设备有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]