用于使游泳者的动作的表现度量公式化的系统和方法

摘要

本发明涉及一种用于使诸如水上运动动作，优选游泳姿势的动作的表现度量公式化的系统，所述系统包括可佩戴传感器装置；所述可佩戴传感器装置包括4个压力传感器、9自由度惯性测量单元(IMU)、与所述压力传感器和所述IMU通信的微处理器，和柔性硅带形式的防水外壳，所述防水外壳用以容纳所述微处理器、所述压力传感器和所述IMU。所述系统包括外部计算机和处理单元，所述外部计算机经由所述微处理器与所述装置通信以用于从所述压力传感器和所述IMU的每一者接收输入数据并组合，所述处理单元配置成组合所述至少一个压力传感器和所述IMU两者的所述输入数据。所述输入数据用于推断至少一个力幅值和至少一个力方向，所述输入数据用于提供所述水上运动动作的所述表现度量。

说明书

技术领域

本发明涉及用于使用户的动作的表现度量公式化的系统和方法，特别是对于水上运动(尤其是游泳)的应用。本发明包括可佩戴装置和相关软件以用于共同地监测姿势技术。虽然一些实施例将在本文特别地参考该应用进行描述，但是应当理解，本发明不限于此类使用领域，并且可适用于更广泛情景。

背景技术

在整个说明书中，背景技术的任何讨论不应以任何方式视为承认：此类技术为众所周知的，或形成本领域中公知常识的一部分。

在专业运动员中，用于监测运动表现的可佩戴附件为周知的和普遍的。最近，用于监测运动表现的较低成本可佩戴装置的出现已将此类表现监测带给普通人。传统上，仅基本工具为可用的，诸如秒表、姿势计数和心率监测，其提供了仅关于效果但不关于输入和努力(effort)的洞察力。

更特别地观察水上运动，对于所有技术水平的水上运动员而言日益普遍的是测量并收集关于其游泳表现的信息。游泳者和/或游泳者教练能够利用所收集信息来评估薄弱环节并且以减少游泳单圈时间的目标改善表现。

游泳固有地为一项复杂运动。表现取决于运动员生成的身体-系统上的阻力和推力。阻力包括各种形式的拖曳力(例如，摩擦力、压力和波纹拖曳力)，该拖曳力与运动员的正向方向相对起作用并且通常取决于形式和技术。推力(由于臂部、足部和全身动作)在各种方式起作用，取决于运动员施加努力的方向。然而，遗憾的是，仅努力在正向方向上的分量将运动员在其期望方向上向前推进。

通过将由运动员所做的努力定量地测量为矢量，无论其为力、功率、压力或一些其它相关度量，可推导出真实表现和努力效率度量，一种度量使运动员在所有方向上的总输出努力相关于仅在其期望方向上推动游泳者的努力。当相比于其它可用度量(诸如速度、姿势速率、时间，和距离每姿势)时，相关于效率的其它表现度量(其可更佳地通知游泳者其技术)可从总努力和仅在期望方向上的努力的度量进行推导。

通过监测和分析推力和阻力以及诸如上文所述及那些的度量，通过使其阻力最小化，和增加并优化推力幅值和方向，游泳者可增加速度。

存在用于测量推力的各种已知技术。这些技术包括将绳索附接至游泳者，利用视频系统，利用控制流水通道和池外机械。此类已知系统为不易于携带的，价格昂贵的，并且通常需要经训练专业人员来操作。这些系统通常适合生物力学专家。因此，这些设施通常仅安装于精英运动员的现有技术训练中心并使用。

用于测量推力的其它已知技术包括利用可佩戴个人装置，该可佩戴个人装置未受到上文所述及设施的限制。这些方法探究了压力传感器在游泳者手部上的使用以评估以手部水平所生成的推力。

游泳所涉及的动力学和动作学为十分复杂的。虽然大多数教练可视觉上识别游泳者关于技术的错误(其为费时费力的，并且仅提供关于粗差的定性反馈)，但是更细微技术错误可更难以识别，并且需要一些前述设施。教练很少采用这些设施，不仅因为它们笨重且昂贵，而且因为其经常需要生物力学专家来分析并领会所捕获数据。

已知装置利用手部上的压力传感器来估算力，其中重点是利用手部周围的多个压力传感器来得到力估算幅值。在一些情况下，已知装置还利用独立传感器来监测方向。

相关技术描述

美国专利4,654,010公开了一种用于测量游泳技术的方法和装置，该装置利用了安装至游泳者的手部的压力变换器。该系统测量了游泳者手部的手掌和手背之间的压力差值。该数据针对时间进行绘制，并且曲线下面积给出游泳“效应”的测幅值。这基本上为随着时间的持续力输出的量度，并且未量化游泳相关于正向方向的效应。

美国专利5,663,897公开了一种在手部安装装置(其在游泳期间可佩戴)上测量游泳表现和游泳姿势效率的方法和设备。表现和效率度量包括但不限于姿势速率、周期时间、距离和速度。该发明公开了力响应膜的使用，该力响应膜完善了电路，该电路允许姿势的计数。该发明未公开由游泳者所生成的力的任何连续标量或矢量测幅值。

美国专利6,183,396公开了一种设计用于附接至游泳者的手部的手掌板。该板配备有将信号传输至微处理器的至少一个压力传感器，该微处理器能够计算支持力、臂周期的数量、所产生的力、所消耗卡路里、水温度和脉冲，所有这些可显示于读出屏幕上。该发明未公开所产生力的方向的任何测幅值。

美国专利申请2010/0210975公开了用于监测包括游泳的多种活动的表现的系统和方法。该发明涉及主要或任选额外辅助装置或第三方装置以用于感测活动的表现或环境(该活动在环境执行)的特性。该发明未直接公开利用压力传感器来计算游泳者身体上的力的幅值或方向。

美国专利8,406,085公开了一种游泳装置，该游泳装置包括放置于腕部、手部和足部的多个传感器单元。腕部单元包括至少一个压力传感器，并且手部/足部包括至少一个压力传感器，该至少一个压力传感器附接至佩戴于手指或大脚趾的第一区段上的盖。该发明的目标是测量实耗时间并且计数一个环节中的圈数。该发明公开了压力信息至用户的呈现；但是因为其不具有惯性或位置传感器，所以其未提供压力的任何方向信息。

美国专利申请2014/0277628公开了一种方法和装置，该装置包括一个或多个动作敏感传感器，该一个或多个动作敏感传感器可用于确定游泳者转身、游动距离或游泳姿势，等等。该发明未公开测量由游泳者所施加的努力。

Kudo等人的文献(“Prediction of fluid forces acting on a hand model inunsteady flow conditions”,Journal of Biomechanics 41.5(2008):1131-1136)讨论了一种用以预测在不稳定流游泳条件下作用于人手部上的流体力的方法。机械系统用于通过水使手部模型旋转。手部上的力通过高阶多项式公式进行测量并关联于12个压力变换器，这些压力变换器在各个点附接至手部。该论文未公开监测方向数据并且将其考虑入所估算力。

美国专利申请2017/0043212公开了一种系统，该系统包括小桨板装置，该小桨板装置装配穿过游泳者手部的手指或手掌并且通过计算机软件提供关于运动员的动作的实时测量和分析。然而，这种装置未公开待考虑入所测量力的压力传感器和方向数据两者的使用。

美国专利申请2017/0128808公开了一种包括力感测可佩戴装置的系统，该力感测可佩戴装置捆扎于游泳者手部周围或桨板周围并且测量施加于水的力。然而，该产品也未公开待考虑入所测量力的压力传感器和方向数据两者的使用。

发明内容

期望的是利用装置而监测运动表现，这些装置便于使用并且提供准确数据。本发明的目标是克服或改善现有技术的缺点的至少一者，或提供可用替代方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于使用户的动作的表现度量公式化的系统，该系统包括：

可佩戴传感器装置，该可佩戴传感器装置包括至少一个压力传感器、惯性测量单元(IMU)，与至少一个压力传感器和IMU通信的微处理器，和至少一个外壳，该至少一个外壳用以容纳微处理器、至少一个压力传感器和IMU；

外部单元，该外部单元经由微处理器与可佩戴传感器装置通信以用于从至少一个压力传感器和IMU两者接收输入数据，其中至少一个压力传感器和IMU两者的输入数据进行组合并且该组合输入数据用于推断至少一个力幅值或至少一个力方向，该至少一个力幅值和至少一个力方向经处理以提供表现度量。

在一个实施例中，组合输入数据用于推断至少一个力幅值和至少一个力方向两者。在又一个实施例中，至少一个压力传感器和IMU两者的输入数据的组合通过外部单元来执行。

在一个另选实施例中，至少一个压力传感器和IMU两者的输入数据的组合通过微处理器来执行。在另一个实施例中，至少一个压力传感器和IMU两者的输入数据的组合通过外部单元或微处理器来执行。

在一个实施例中，表现度量通过估计处于正向方向上的力幅值的比例进行计算。在又一个实施例中，估计处于正向方向上的力幅值的比例包括以IMU的惯性数据扩充至少一个压力传感器的压力数据。

在另一个实施例中，表现度量通过估计时间间隔乘以所有全局轴线上的总冲量的倒数进行计算。在又一个实施例中，表现度量通过估计时间间隔乘以所有全局轴线上的总冲量的倒数和应用归一化和缩放进行计算。

在一个实施例中，至少一个力幅值或至少一个力方向基于拖曳力和第一提升力进行计算。

在一个实施例中，至少一个力幅值和至少一个力方向各自基于拖曳力和第一提升力进行计算。

在一个实施例中，至少一个力幅值或至少一个力方向基于拖曳力、第一提升力和第二提升力进行计算。在另一个实施例中，至少一个力幅值和至少一个力方向各自基于拖曳力、第一提升力和第二提升力进行计算。

在一个实施例中，可佩戴传感器装置包括至少两个压力传感器。在又一个实施例中，可佩戴传感器装置适于佩戴于用户的手部上。在又一个实施例中，可佩戴传感器装置适于环绕用户的手掌。在另一个实施例中，可佩戴传感器装置适于佩戴于用户的手部上或环绕用户的手掌。在一个实施例中，至少两个压力传感器在使用中设置成邻近手掌和手部的手背侧。在一个另选实施例中，至少两个压力传感器在使用中设置于可佩戴传感器装置的正交表面上。在一个另选实施例中，可佩戴传感器装置包括面向外的外部表面，并且至少两个压力传感器在使用中设置于该外部表面的相对向外表面上。

在一个实施例中，可佩戴传感器装置包括至少四个压力传感器。

在一个实施例中，可佩戴传感器装置适于佩戴于用户的腕部上。在一个另选实施例中，可佩戴传感器装置适于佩戴于用户的足部上。在一个另选实施例中，可佩戴传感器装置适于佩戴于用户的躯干上。在一个另选实施例中，可佩戴传感器装置适于佩戴于用户的背部上。在一个另选实施例中，可佩戴传感器装置适于佩戴于用户的髋部上。在一个另选实施例中，可佩戴传感器装置适于佩戴于用户的头部上。在另一个实施例中，可佩戴传感器装置适于佩戴于用户的腕部、足部、躯干、背部、髋部和头部的组的至少一者上。

在一个实施例中，IMU的惯性数据至少部分地用于制定正向方向。

在一个实施例中，外部单元为智能电话。在一个实施例中，智能电话包括软件以用于分析输入数据来产生表现度量。在又一个实施例中，可佩戴传感器装置无线地与智能电话通信。在又一个实施例中，可佩戴传感器装置包括蓝牙收发器，并且无线通信通过蓝牙的方式。在又一个实施例中，蓝牙收发器包括ANT+硬件，并且无线通信还通过ANT+协议的方式。

在一个实施例中，外部单元容纳于可佩戴传感器装置的至少一个外壳内。在一个另选实施例中，外部单元独立于可佩戴传感器装置，并且为以下一者：智能手表、计算机和外部可佩戴训练辅助器材。

在一个实施例中，IMU包括以下一者或多者：加速度计、陀螺仪和磁力计。在另一个实施例中，IMU包括加速度计、陀螺仪和磁力计。

在一个实施例中，可佩戴传感器装置包括多个IMU。

在一个实施例中，可佩戴传感器装置包括数字显示器。在又一个实施例中，显示器为有机发光二极管(OLED)显示器。

在一个实施例中，系统包括佩戴于身体的不同部分上的多个可佩戴传感器装置。在又一个实施例中，多个可佩戴传感器装置彼此无线通信。

在一个实施例中，可佩戴传感器装置包括多个外壳，每个外壳用以容纳微处理器、至少一个压力传感器和IMU的一者或多者。在又一个实施例中，可佩戴传感器装置包括多个压力传感器，并且多个压力传感器的每一者容纳于多个外壳的独立一者中。在又一个实施例中，多个外壳安装于用户的不同位置处。

在一个实施例中，动作为水上运动动作。在一个更优选实施例中，水上运动动作为游泳姿势。

在一个实施例中，外壳为大体防水的。

在又一个实施例中，系统包括显示器以用于以图形方式显示用户的动作力，其中用户的动作力以360°极坐标图进行显示。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于使用户的动作的表现度量公式化的方法，该方法包括：

(a)基于从理想机具设置所获取的多个输入变量而创建力模型；

(b)将可佩戴传感器装置设置于用户上以用于在接合动作时使用；

(c)从可佩戴传感器装置接收与输入变量相关联的输入数据；

(d)基于将可佩戴传感器装置输入数据应用至力模型而计算力估算值；

(e)基于所述力估算值而计算所述动作的表现度量。

在一个实施例中，该方法的计算可在微处理器上执行。另选地，该方法的计算可在外部单元上执行。在其它实施例中，该方法的计算可在微处理器或外部单元上执行。在一个实施例中，接收输入数据包括惯性测量单元(IMU)数据，并且表现度量基于力估算值和IMU数据。

在一个实施例中，步骤(e)包括：输入移动正向方向；使力估算值相对于移动正向方向旋转；和计算处于移动正向方向上的力估算值的部分，其中表现度量基于在移动正向方向上的力估算值的该部分。

在一个实施例中，模型利用一种或多种统计建模技术进行创建。在又一个实施例中，一种或多种统计建模技术包括回归分析建模。在又一个实施例中，回归分析建模包括以下一者或多者：线性回归模型、多元线性回归模型、多项式回归模型、非线性回归模型，和非参数回归模型。

在一个实施例中，一种或多种统计建模技术包括由以下项组成的组的一者或多者：决策树回归、K最近邻算法、人工神经网络，和支持向量机。

在一个实施例中，在步骤(c)之后，包括将特定用户变量输入至力模型中的其它步骤。在又一个实施例中，特定用户变量包括以下一者或多者：手部尺寸、手指展开度，和翘起程度。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于使游泳姿势的表现度量公式化的系统，该系统包括：

防水可佩戴传感器装置，该防水可佩戴传感器装置包括至少一个压力传感器、惯性测量单元(IMU)、与至少一个压力传感器和IMU通信的微处理器，和防水外壳，该防水外壳用以容纳微处理器、至少一个压力传感器和IMU；

外部单元，该外部单元经由微处理器与可佩戴传感器装置通信以用于从至少一个压力传感器和IMU两者接收输入数据，其中输入数据用于推断至少一个力幅值或至少一个力方向，该输入数据经处理以提供表现度量。

在一个实施例中，组合输入数据用于推断至少一个力幅值和至少一个力方向两者。在又一个实施例中，至少一个压力传感器和IMU两者的输入数据的组合通过外部单元来执行。

在一个另选实施例中，至少一个压力传感器和IMU两者的输入数据的组合通过微处理器来执行。

在一个实施例中，表现度量通过估计处于正向方向上的力幅值的比例进行计算。在又一个实施例中，估计处于正向方向上的力幅值的比例包括以IMU的惯性数据扩充至少一个压力传感器的压力数据。

在一个实施例中，至少一个力幅值或至少一个力方向基于拖曳力和第一提升力进行计算。

在一个实施例中，至少一个力幅值和至少一个力方向各自基于拖曳力和第一提升力进行计算。

在一个实施例中，至少一个力幅值或至少一个力方向基于拖曳力、第一提升力和第二提升力进行计算。在另一个实施例中，至少一个力幅值和至少一个力方向各自基于拖曳力、第一提升力和第二提升力进行计算。

在一个实施例中，可佩戴传感器装置包括至少两个压力传感器。在又一个实施例中，可佩戴传感器装置适于佩戴于用户的手部上。在又一个实施例中，可佩戴传感器装置适于环绕用户的手掌。在一个实施例中，至少两个压力传感器在使用中设置成邻近手掌和手部的手背侧。在一个另选实施例中，至少两个压力传感器在使用中设置于可佩戴传感器装置的正交表面上。在一个另选实施例中，可佩戴传感器装置包括面向外的外部表面，并且至少两个压力传感器在使用中设置于该外部表面的相对向外表面上。

在一个实施例中，可佩戴传感器装置包括至少四个压力传感器。

在一个实施例中，可佩戴传感器装置适于佩戴于用户的腕部上。在一个另选实施例中，可佩戴传感器装置适于佩戴于用户的足部上。在一个另选实施例中，可佩戴传感器装置适于佩戴于用户的躯干上。在一个另选实施例中，可佩戴传感器装置适于佩戴于用户的背部上。在一个另选实施例中，可佩戴传感器装置适于佩戴于用户的髋部上。在一个另选实施例中，可佩戴传感器装置适于佩戴于用户的头部上。

在一个实施例中，IMU的惯性数据至少部分地用于制定正向方向。在另一个实施例中，IMU的磁性数据至少部分地用于制定正向方向。在其它实施例中，惯性数据和磁性数据的组合可至少部分地用于制定正向方向。

在一个实施例中，外部单元为智能电话。在一个实施例中，智能电话包括软件以用于分析输入数据来产生表现度量。在又一个实施例中，可佩戴传感器装置无线地与智能电话通信。在又一个实施例中，可佩戴传感器装置包括蓝牙收发器，并且无线通信通过蓝牙的方式。在又一个实施例中，蓝牙收发器包括ANT+硬件，并且无线通信还通过ANT+协议的方式。

在一个实施例中，外部单元容纳于可佩戴传感器装置的至少一个外壳内。在一个另选实施例中，外部短语独立于可佩戴传感器装置，并且为以下一者：智能手表、计算机、平板和外部可佩戴训练辅助器材。

在一个实施例中，IMU包括以下一者或多者：加速度计、陀螺仪和磁力计。在另一个实施例中，IMU包括加速度计、陀螺仪和磁力计。

在一个实施例中，可佩戴传感器装置包括多个IMU。

在一个实施例中，可佩戴传感器装置包括数字显示器。在又一个实施例中，显示器为有机发光二极管(OLED)显示器。

在一个实施例中，系统包括佩戴于身体的不同部分上的多个可佩戴传感器装置。在又一个实施例中，多个可佩戴传感器装置彼此无线通信。

在一个实施例中，可佩戴传感器装置包括多个外壳，每个外壳用以容纳微处理器、至少一个压力传感器和IMU的一者或多者。在又一个实施例中，可佩戴传感器装置包括多个压力传感器，并且多个压力传感器的每一者容纳于多个外壳的独立一者中。在又一个实施例中，多个外壳安装于用户的不同位置处。

根据本发明的第四方面，提供了一种用于计算和显示用户的动作力的方法，该方法包括以下步骤：

从置于用户上的至少一个压力传感器和惯性测量单元(IMU)两者接收取向数据；

校准和/或过滤该取向数据；

基于所述校准和/或过滤的取向数据，估算所述用户上的至少一个动作力；

估算所述用户的正向方向参照系并且使所估算的至少一个动作力旋转至所述参照系中；

提供360°坐标图并且将该坐标图分割成多个(n)面元；

对于旋转估算的至少一个动作力，计算动作力在选择平面中的对应方向；

基于动作力的对应方向，将旋转估算的至少一个动作力累积至适当面元以产生图形数据；将图形数据绘制为线形图；和

将所述线形图转换成360°极坐标图形，从而显示所述用户的所述动作力。

在一个实施例中，多个动作同时地绘制。在一个实施例中，对于多个动作的每一者，取向数据接收自多个压力传感器的一者和多个IMU的一者。在一个实施例中，多个压力传感器和多个IMU各自的至少两者放置于用户上的两个不同位置处。

根据本发明的第五方面，提供了一种用于显示用户的动作力的系统，该系统包括：

可佩戴传感器装置，该可佩戴传感器装置包括至少一个压力传感器、惯性测量单元(IMU)、与至少一个压力传感器和IMU通信的微处理器，和至少一个外壳，该至少一个外壳用以容纳微处理器、至少一个压力传感器和IMU；

外部单元，该外部单元经由微处理器与可佩戴传感器装置通信以用于从至少一个压力传感器和IMU两者接收输入数据，其中至少一个压力传感器和IMU的输入数据进行组合并且所组合输入数据用以推断至少一个力幅值或至少一个力方向，该至少一个力幅值和至少一个力方向经处理以提供用户的动作力；和

显示器，该显示器用于以图形方式显示用户的动作力，其中用户的动作力以360°极坐标图进行显示。

在一个实施例中，多个动作同时地绘制。在一个实施例中，系统包括多个可佩戴传感器装置，其中对于多种动作的每一者，取向数据接收自多个可佩戴传感器装置的一者。在一个实施例中，多个可佩戴传感器装置各自的至少两者放置于用户上的两个不同位置处。在又一个实施例中，至少一个外壳为大体防水的。

根据本发明的第六方面，提供了一种用于显示用户的动作力的系统，该系统包括：

可佩戴传感器装置，该可佩戴传感器装置包括至少一个压力传感器、惯性测量单元(IMU)、与至少一个压力传感器和IMU通信的微处理器，和至少一个外壳，该至少一个外壳用以容纳微处理器、至少一个压力传感器和IMU；

外部单元，该外部单元经由微处理器与可佩戴传感器装置通信以用于从至少一个压力传感器和IMU两者接收输入数据，其中至少一个压力传感器和IMU的输入数据进行组合并且所组合输入数据用以推断至少一个力幅值或至少一个力方向，该至少一个力幅值和至少一个力方向经处理以提供用户的动作力；和

显示器，该显示器用于根据图19A和图20A所示的坐标图类型以图形方式显示用户的动作力。

在一个实施例中，成对动作同时地绘制。在一个实施例中，系统包括成对可佩戴传感器装置，其中对于成对动作的每一者，取向数据接收自成对可佩戴传感器装置的相应一者。在一个实施例中，成对可佩戴传感器装置的每一者放置于用户上的两个不同位置处。在又一个实施例中，至少一个外壳为大体防水的。

根据本发明的第七方面，提供了一种用于向多个力提供360°极坐标图形的方法，这些力各自具有力幅值和力方向，该方法包括以下步骤：

提供360°坐标图并且将该坐标图分割成多个(n)面元；

对于多个力的每一者，基于每个相应力方向而计算动作力在选择平面中的对应方向；

基于动作力的方向，将多个力的每一者的力幅值累积至相应面元中以产生图形数据；

将图形数据绘制为线形图；和

将线形图转换成360°极坐标图形。

在一个实施例中，多个动作同时地绘制。

本说明书各处对“一种实施例”、“一些实施例”或“一个实施例”的引用意指，结合实施例所描述的特定特征、结构或特性包括于本发明的至少一个实施例中。因此，本说明书中各处出现的短语“在一种实施方式中”、“在一些实施例中”或“在一个实施例中”未必始终指代相同实施例，但可指代相同实施例。此外，在一个或多个实施例中，特定特征、结构或特性可以任何合适方式进行组合，如对于本领域的技术人员将显而易见的。

根据本发明的任一方面，提供了一种用于使用户的动作的表现度量公式化的系统，该系统包括：

可佩戴传感器装置，该可佩戴传感器装置包括至少一个压力传感器、惯性测量单元(IMU)、与至少一个压力传感器和IMU通信的微处理器，和至少一个外壳，该至少一个外壳用以容纳微处理器、至少一个压力传感器和IMU；

外部单元，该外部单元经由微处理器与可佩戴传感器装置通信以用于从至少一个压力传感器和IMU两者接收输入数据；和

处理单元，该处理单元配置成组合至少一个压力传感器和IMU两者的输入数据，并且该组合输入数据用于推断至少一个力幅值或至少一个力方向，该至少一个力幅值和至少一个力方向经处理以提供表现度量。

在其它实施例中，处理单元(配置成组合至少一个压力传感器和IMU两者的输入数据)形成外部单元或微处理器的至少一部分。在一个实施例中，处理单元为微处理器的一部分。在另一个实施例中，处理单元为外部单元的一部分。在另选实施例中，处理单元与微处理器和/或外部单元分开，但与之通信。

如本文所用，除非另外指明，用于描述共同物体的序数形容词“第一”、“第二”、“第三”等的使用仅指示类似物体的不同实例正进行指代，并且非旨在暗示所描述的物体必须处于给定顺序(时间上或空间上)，进行排序，或以任何其它方式。

在下述权利要求和本文描述中，术语包括(comprising)、包括(comprised of)或包括(which comprises)的任一者为开放术语，意味着至少包括随后的要素/特征，但不排除其它要素/特征。因此，术语包括(comprising)当用于权利要求中时不应解释为局限于此后所列举的手段或要素或步骤。例如，表述“包括A和B的装置”的范围不应局限于仅由要素A和B组成的装置。如本文所用，术语包含(including)或包含(which includes)或包含(thatincludes)的任一者也为开放术语，也意味着至少包含该术语之后的要素/特征，但不排除其它要素/特征。因此，包含与包括同义并且意指包括。

附图说明

本公开的优选实施例现将参考附图通过仅实例的方式进行描述，其中：

图1为本发明的系统的概念性框图；

图2A为使用中的图1的系统的可佩戴传感器装置的顶视图表示；

图2B为图2A的可佩戴传感器装置的右侧视图表示；

图2C为图2A和图2B的可佩戴传感器装置的底视图表示；

图2D为图2A至图2C的可佩戴传感器装置的左侧视图表示；

图3A为使用中的图1的系统的可佩戴传感器装置的另选实施例的顶视图表示；

图3B为图3A的可佩戴传感器装置的右侧视图表示；

图3C为图3A和图3B的可佩戴传感器装置的底视图表示；

图3D为图3A至图3C的可佩戴传感器装置的左侧视图表示；

图3E为图3A至图3D的可佩戴传感器装置的顶部右正交视图，示出了脱离的可调整带；

图4A为使用中的图1的系统的可佩戴传感器装置的另选实施例的底视图表示；

图4B为图4A的可佩戴传感器装置的右侧视图表示；

图4C为图4A和图4B的可佩戴传感器装置的顶视图表示；

图5A为使用中的图1的系统的可佩戴传感器装置的另选实施例的底视图表示；

图5B为图5A的可佩戴传感器装置的右侧视图表示；

图5C为图5A和图5B的可佩戴传感器装置的顶视图表示；

图6A为使用中的图1的系统的可佩戴传感器装置的另选实施例的顶视图表示；

图6B为图6A的可佩戴传感器装置的底视图表示；

图6C为图6A和图6B的可佩戴传感器装置的顶部右正交视图表示，示出未使用；

图7A为使用中的图1的系统的可佩戴传感器装置的另选实施例的底视图表示；

图7B为图7A的可佩戴传感器装置的右侧视图表示；

图7C为图7A和图7B的可佩戴传感器装置的顶视图表示；

图8为图1的可佩戴传感器装置的多种型式的显示器的多个实例的视图；

图9为图1的系统的概念性框图，示出了该系统的力模型的主要分量；

图10为可佩戴传感器装置的硬件的概念性框图；

图11为以图形方式示出反馈算法的流程图；

图12为以图形方式示出反馈算法的流程图；

图13为图1的系统的一般过程的流程图，该系统包括图9的力模型；

图14为图1的系统的用户界面的输出显示器的一个实施例的视图；

图15为图1的系统的用户界面的输出显示器的一个实施例的视图；

图16为图1的系统的用户界面的输出显示器的一个实施例的视图；

图17A和图17B为示出于图1的系统的用户界面的输出显示器上的力分布曲线的表示；

图18为图1的系统的用户界面的输出显示器的一个实施例的视图；

图19A为示出用户的动作的圆形坐标图输出显示器的一个实施例的视图；

图19B为图19A所示动作的线性坐标图输出的一个实施例的视图；和

图20A为图19A的圆形坐标图输出的另选型式，示出了不同记录的动作；和

图20B为图20A所示动作的线性坐标图输出的一个实施例的视图。

具体实施方式

参考图1和图3A至图3E，提供了一种用于使用户(优选地，游泳者)的动作(优选地水上运动动作和更优选地游泳姿势)的表现度量公式化的系统100。系统100包括可佩戴传感器装置101，可佩戴传感器装置101包括两个压力传感器201和202、9自由度(9-DOF)惯性测量单元(IMU)205、与压力传感器201和202以及IMU 205通信的微处理器(未示出)，和柔性硅带110形式的防水外壳，该防水外壳用以容纳微处理器、压力传感器201和202以及IMU205。

系统100还包括外部计算机单元115，优选地智能电话111、平板112、智能手表或可佩戴装置(由附图标号113共同地表示)或个人计算机；外部计算机单元115经由微处理器与装置101通信以用于从压力传感器201和202以及IMU 205两者接收输入数据并且任选地或额外地组合该输入数据。应当理解，压力传感器201和202以及IMU 205两者的输入数据的组合可在由外部计算机单元115或任何其它外部单元接收之前发生于微处理器上。另选地，压力传感器201和202以及IMU 205两者的输入数据的组合可在由外部计算机单元115接收之后发生于外部单元上。输入数据用于推断至少一个力幅值和至少一个力方向，该输入数据用于提供动作的表现度量。

在一个另选实施例中，系统100还包括处理单元(未示出)，该处理单元配置成组合压力传感器201和202以及IMU 205两者的输入数据。处理单元可形成微处理器(未示出)的至少一部分或可集成至微处理器中。另选地，处理单元可形成外部计算机单元115的至少一部分或可集成至外部计算机单元115中。在其它实施例中，处理单元可与微处理器和/或外部计算机单元分开，但与之通信。

可佩戴装置

特别地参考图3A至图3E，装置101适于佩戴于用户的手部210上，紧密地环绕手掌211。所示实施例示为佩戴于左手210上，但其等同地能够佩戴于右手的对应位置。装置101包括两个压力传感器301和302。如图3A所示，压力传感器301设置于装置101上，使得压力传感器301在使用中大体居中地位于手掌211上。如图3D所示，压力传感器302设置于装置101上，使得压力传感器302在使用中位于左手210的短边缘侧上(相邻于小指213)。应当理解，IMU 205(图3A至图3E中未示出)可设置于装置101的任何部分上，因为其不影响IMU 205的数据的测量。需注意，在该实施例中，带110为将在下文更详细地描述的可调整带布置。

应当理解，在其它实施例中，装置101包括两个以上的压力传感器。特别地参考图2A至图2D，装置101的另选实施例包括四个压力传感器，由附图标号201、202、203和204表示。如图2A所示，压力传感器201设置于装置101上，使得压力传感器201在使用中大体居中地位于左手210的手背侧。如图2C所示，压力传感器202设置于装置101上，使得压力传感器202在使用中大体居中地位于手掌211上。如图2B所示，压力传感器203和IMU 205大体彼此相邻地设置于装置101上，使得压力传感器203和IMU 205在使用中位于左手210的短边缘侧上(相邻于食指214和拇指215)。如图2D所示，压力传感器204设置于装置101上，使得压力传感器204在使用中位于左手210的短边缘侧上(相邻于小指213)。如上文所述，在其它实施例中，IMU 205设置于装置101的其它部分上，例如在使用中设置于左手201的相对短边缘侧上(相邻于小指213)。

应当理解，在其它实施例中，存在两个以上或四个压力传感器。还应当理解，图3A至图3E的两个压力传感器配置还适用于不具有可调整带的图2A至图2D的实施例。在此类实施例中，装置101将仅包括压力传感器202和204。在另一个实施例中，装置101包括一个压力传感器，该一个压力传感器在使用中大体居中地位于用户左手的手掌上。

在其它实施例中，一个以上的压力传感器可在使用中放置于手部的手掌、手背、远侧、近侧或任意短边缘上(拇指或小指附近)，其中IMU附连于手部上的任何位置。在其它实施例中，多个压力传感器可在使用中放置于手部和手指上的任何位置，包括朝远侧放置(相邻于指尖)和朝近侧放置(靠近于腕部)。应当理解，压力传感器的放置仅受限于防水外壳的形状。

在特定于游泳的实施例中，两组的压力传感器和IMU放置于游泳者的两个手部上。在其它实施例中，多个压力传感器和IMU放置于游泳者身体上，包括腕部、臂部的其它部分、肩部、足部、腿部、躯干、背部、髋部和头部的一者或多者。在优选实施例中，多个压力传感器和IMU为无线通信。在其它实施例中，多个压力传感器和IMU彼此硬连线。

需注意，两个或更多个压力传感器的使用允许流体静压力的效应得以消除，作为通过采用传感器对的差分信号而计算表现度量的一部分。这些两个或更多个压力传感器可布置成使得，它们在使用中对称地设置于手部的相对侧上，或以交替方式诸如设置于手部的前部和侧部上。应理解，优选四个压力传感器实施例涵盖了这些配置的两者。

微处理器采取ARM微处理器的形式。此外，装置101包括板载非易失性存储器，并且通过锂离子可充电电池(包括正电压调节器)来供电。装置101还包括收发器形式的蓝牙能力(更优选地，蓝牙低功耗)以用于允许装置101和外部计算机单元115之间的无线通信。装置101包括ANT+硬件，该ANT+硬件尤其可用于与其它感觉可佩戴装置(诸如心率监测器)或佩戴于不同肢体上的另一装置101通信。在其它实施例中，外部计算机单元115的部件和/或功能性构建于装置101中，并且容纳于相同外壳(在这种情况下，带110)内。

如图2A的实施例最佳所示，装置101包括有机发光二极管(OLED)显示器220。在其它实施例中，显示器为OLED显示器之外的例如液晶显示器(LCD)。此外，应当理解，在类似于图3A至图3E的那些的其它实施例中，包括显示器。显示器220提供了一般装置信息，诸如电池电力，以及将效率反馈提供至用户。用户能够选择性地设定示于显示器220上并且因此在诸如游泳的活动期间进行查看的度量。参考图8，示出了由显示器220所示的度量的一些实例，包括：冲量(在该实例中示为“42.0Ns”)、节奏(在该实例中示为“000.0s/100m”)、拖曳力(在该实例中示为“23.0％”)、效率(在该实例中示为“89.5％”)、正向力(在该实例中示为“000.0％”)和峰值加速度(在该实例中示为“000.0m/s

在其它实例中，不同表现度量为可用的，包括但不限于：

·身体部分上的力(单位为牛顿)；

·效率(百分比)；

·各个全局轴线上的力(单位为牛顿)。在多个实施例中，全局轴线涉及动作的正向方向，即，由于用户的动作的期望移动方向。在其它实施例中，全局轴线涉及游泳者身体的一部分。

·所生成功率(单位为瓦特)。

·做功(单位为焦耳)。

·每个全局轴线上的冲量(单位为牛顿秒)。

·姿势的每部分的所公开度量的任一者，包括入水、划水、推水、出水、提臂恢复。

·姿势长度(单位为米或英尺)。

·姿势速率(单位为姿势每分钟)。

·单圈时间(单位为秒或毫秒)。

·分段时间(单位为秒或毫秒)。

·圈数。

·每圈的姿势。

·姿势类型(将为自由泳、蛙泳、蝶泳或仰泳)。

·速度或节奏(单位米每秒，或秒每100米，或英制当量)。

·手部/身体加速度(单位为米/s

·姿势路径(示为3D坐标图)。

·整个姿势的手部角度(示为图/坐标图)。

·平均/中值/峰值力角度(单位为度)。

在另一个实施例中，表现度量可为冲量秒倒数，该冲量秒倒数源于获取时间间隔乘以所有全局轴线上的总冲量的倒数。时间间隔可为单圈时间或任何其它适当时间间隔。在冲量秒倒数表现度量的一些实施例中，归一化和缩放可应用于单圈时间乘以所有全局轴线上的总冲量的倒数。冲量秒倒数表现度量输出了反映预定时间段内的表现的数值。此外，当单圈时间和沿着圈的总冲量(即，力的整合)低时，可赋予最佳数值。

例如，在诸如游泳的水上运动的语境中，短单圈时间指示快速游泳，并且具有低单圈时间的低冲量意味着有效率地游泳。在冲量高并单圈时间低的情况下，那么游泳动作可确定为低效的。另外，在其中冲量低并且单圈时间高的情况下，那么游泳动作可确定为有效率的，但用户可未投入足够力量。在其中单圈时间和冲量均高的情况下，那么可确定，用户对于游泳动作投入了大量努力，但用户未移动地方。

冲量秒倒数表现度量或其变型的任一者可称为或缩写为“iimps”，但是应当理解，可使用任何其它名称。

此外，应当理解，在不同实施例中，上述度量可利用另选测量单位来提供。

此外，应当理解，在不同实施例中，上述度量在显示器220或外部计算机单元115上将为可视的。在其它实施例中，需要优于和高于数字的更复杂表示的度量(诸如需要图或坐标图的那些)将仅在外部计算机单元115上为可视的。然而，显示器220的另选实施例能够显示更复杂表示。

参考图14至图18，多个更复杂表示提供用于示出力分布曲线，具体地：

·图14示出了图形力分布曲线的实例，示出了表现度量(在这种情况下，功率)，将姿势分割成四个阶段(入水1401、划水1402、推水1403、出水1404)，并且示出了入水的当前功率读数并且将其相比于游泳者的60天平均值。

·图15示出了图形力分布曲线的实例，示出了姿势、圈、环节或任何时间段的一者的概要。该图形表示示出了分解成3个轴线的力分布曲线的幅值。数字表示姿势的冲量或多个数字的平均值。

·图16示出了图形力分布曲线的实例，示出一时间段内的三种姿势的力“泄漏”。力“泄漏”为在向上轴线和向右轴线上所施加的力。

·图17A和图17B分别示出：单种姿势的图形力分布曲线的实例示为每个方向的累积线形图；并且单种姿势的图形力分布曲线的实例示为在每个方向的相同轴线上所绘制的线形图。这两个图均能够示出一种以上的姿势，并且用作应用范式以用于显示整个时间段。

·图18示出了在单圈距离上所绘制的冲量姿势的图形表示的实例。其它度量能够以类似方式进行绘制，包括峰值力、距离每姿势和时间每姿势，等等。

在又一个实施例中，度量和/或数据可与视觉媒体(诸如所捕获图像或视频)同步显示。同步化可通过利用和/或对准相关数据上的时间戳记进行控制。然而，应当理解，可使用任何适当同步化手段。同步化数据可显示于相同显示器或独立显示器上。数据和视觉媒体可并排同步地显示。在另选实施例中，同步化数据可通过使视频与数据重叠进行显示。

此类力分布曲线的计算和产生将在下文详细地解释。

最后，在其它实施例中，装置101包括通用按钮。在其它实施例中，包括一个以上的通用按钮。在多个实施例中，按钮与带110整体地形成。用户利用通用按钮可在度量的每一者之间切换。

IMU 205包括加速度计、陀螺仪和磁力计。在其它实施例中，IMU包括加速度计、陀螺仪和磁力计的任一者，或加速度计、陀螺仪和磁力计的任两者的组合。

在其它实施例中，装置101包括多个IMU。在不同实施例中，IMU的每一者彼此等同或不同，或为等同或不同IMU的组合。

带110为设计用于使用时的舒适度的完全防水柔性硅构造。在不同实施例中，带110将为取决于游泳者的不同尺寸，并且将包括用于可调整性的器具以确保牢固配合。例如，带110将以多个预定尺寸来制备(标记为“小”、“中”和“大”尺寸)，使得不同尺寸的带将适合绝大多数的人群。

如图2A至图2D所示，带110佩戴于手部的手掌周围，而非手部的手指周围，并且以紧密环状物方式进行捆扎。与手部的此类接合对于游泳为优选的，因为其使得其余手指未受阻挡并且允许游泳者获得更佳“水感”。另外，自然手指展开度对于不同游泳者有所不同，这能够以手指安装装置进行约束。此外，手掌相比于手指为高级感测位置，因为远远较大量的压力施加于给定较大表面积。

用于舒适性的柔性硅构造确保了绕着手部的舒适性和紧密配合。柔性材料和不同手部尺寸的组合满足装置101用以绕着手掌紧密地配合的需求，使得装置在使用期间将不跌落。

参考图3A至图3E，在该实施例中，带110为具有可调整性的“一种尺寸适合所有”的带。如图3E最佳所示，带通过带110的一个端部上的销轴310的方式为可调整的，销轴310接合多个孔311的一者，使得过盈配合存在于销轴310和孔311的一者之间以将带110设定至特定期望尺寸。

主要设计用于游泳的装置101的其它实施例示出如下：

·图4A至图4C将装置101示为环形佩戴装置，该环形佩戴装置具有三个压力传感器401、402和403、显示器420和IMU(未示出)，如同所有实施例，该实施例适于佩戴于游泳者左手的食指和中指上。

·图5A至图5C将装置101示为手套状装置，该手套状装置具有三个压力传感器501、502和503、显示器520和IMU(未示出)，该实施例适于佩戴于游泳者左手上并且具有三个开口以用于分别允许拇指、腕部和手指的无阻碍延伸。

·图6A至图6C将装置101示为桨板配置的一部分，该桨板配置具有至少两个压力传感器601和602、显示器620和IMU(未示出)，该实施例包括桨板610，桨板610由装置101绕着游泳者左手的手掌进行捆扎并且通过辅助条带611捆扎至游泳者左手的中指609。

·图7A至图7C将装置101示为腕部佩戴装置，该腕部佩戴装置具有三个压力传感器701、702和703、显示器720和IMU(未示出)，该实施例适于绕着游泳者的左腕部710佩戴。

现参考图10，示出了装置101的一个实施例的架构的更一般示意图。更特别地，上文所描述的传感器由附图标号1001共同地表示，并且包括诸如加速度计、陀螺仪和磁力计(其共同地包括于IMU 205中，如上文所提及)的硬件和压力传感器(共同地表示压力传感器201、202、203和204)。传感器1001将输入提供至处理器内核1002(表示上文所讨论的微处理器)，处理器内核1002与存储器存储模块1003和通信模块1004通信。模块1004包括无线通信硬件，表示上文所讨论的蓝牙收发器和ANT+硬件。处理器内核1002将输入提供至用户界面输出端1005，用户界面输出端1005包括视觉输出端(诸如显示器220)、听觉输出端(经由用户所佩戴的耳机)和触觉输出端(接合装置101的用户)。装置101还包括用户界面输入端1006(诸如通用按钮)，用户界面输入端1006将输入提供至处理器内核1002和通信模块1004。最后，装置101包括电池1007和电力管理模块1008以用于对装置101共同地供电和优化装置101的电力效率。

力的建模和测量

为使从装置101所获取的数据为可用的，需要软件建模，使得该数据可应用至软件模型以使有意义结果公式化。特别地，需要三个独立力模型以向拖曳力、第一提升力和第二提升力提供估算值。每个力模型创建用于以最佳准确度提供力的估算值，并且这些模型然后可实时用于计算用户正在生成的对应力。每个力模型利用多个输入变量(大部分为传感器数据)以相同基本方式进行创建。因此，对于“模型”的引用解释为涉及三个独立力模型的任一者或任何组合。

在一个优选实施例中，模型利用以机械索具所采集的一组测试数据进行开发，该机械索具配置成测量索具固定装置上的力，该索具固定装置具有对于装置101的大致相同形状和相同传感器配置以及放置。所创建模型然后实况使用，其中输入数据以对应于测试数据的每个数据源的方式从每个数据源(诸如压力传感器或IMU)馈送至模型中。换句话讲，将从特定传感器(位于特定地方)所采集的数据与相同传感器的“具有最佳准确度的力估算值”当量相比较。至少一个测幅值(直接或推导的)获得自以下项的每一者：压力传感器201和202的至少一者，和IMU 205。因为关联性存在于力、压力和惯性以及位置测幅值之间，所以所有这些因数的组合改善了力估算值的准确度。创建模型的过程涉及推导所有输入变量的权重，这得到最准确力估算值。

在一个优选实施例中，模型利用统计建模技术(诸如回归分析)来创建。回归模型包括线性回归模型、多元线性回归模型、多项回归模型、非线性回归模型和非参数回归模型，等等。在其它实施例中，建模技术包括决策树回归、K最近邻算法、人工神经网络和支持向量机。

多种类型的变量数据可获得自压力传感器201和202以及IMU 205，包括压力信号、差分压力信号、线性加速度、线性速度、线性位移、角加速度、角速度、角位置、取向、攻角、深度、游泳者移动方向、游泳者速度、先前时间点的变量，或其任何组合。此外，还可包括跟踪其它相关因数(诸如温度)的其它传感器，这些其它相关因数还可与上述类型的变量数据的任一者进行组合。

关于游泳，IMU 205的输入数据允许系统100推断游泳者的正向方向。此外，IMU205的存在提供了数据以检测整个姿势中的游泳者手部角度，整个姿势中的游泳者手部位移，分解相对于正向方向所生成的力，计算手部速度并推断身体速度。此外，压力传感器201和202以及IMU 205的输入数据的组合允许系统100识别游泳者的姿势分段和阶段。

机具固定装置适当为人左手的形状。在其它实施例中，机具固定装置采取人解剖结构的其它部分的形状，诸如足部。在这种情况下，将使用装置101的迥然不同配置，诸如对于游泳者足部的袜状形式因数。在另一个实施例中，机具固定装置采取人臂部的形式，并且装置101的配置再次不同，诸如安装于臂部的腕部上的带形式因数。

从压力传感器201、202、203和204所获取的数据(即，压力差分)用于消除流体静压力的影响(两个传感器之间的任何深度差别除外)。在其它实施例中，从IMU 205所获取的数据用于消除流体静压力的影响，即，通过加速度计的双重积分来计算深度。在另一个实施例中，IMU 205和压力传感器201、202、203和204的数据通过传感器融合能够组合地用于产生深度的状态估算值，该状态估算值然后用于消除压力信号的流体静压分量。除了前述实施例，在其它实施例中，IMU 205可用于说明不同传感器位置处的不同流体静压力，这取决于手部在水中的取向。

在一个实施例，原始输入数据在穿过至模型之前进行过滤。该过滤可采取单种或组合的线性、非线性和频率过滤器的形式，诸如高通过滤器、低通过滤器、带通过滤器、巴特沃斯过滤器、α-β过滤器和卡尔曼过滤器。此类过滤将允许将更纯净数据提供至模型以产生更准确结果。更特别地，根据过滤和数据(诸如原始数据或估算状态，诸如模型的力)的类型，过滤消除了传感器所固有的高频噪音，消除了可影响准确度的传感器中的低频偏差(即，加速度计偏差)，将数据置于更有序状态以用于其它算法(即，用于峰值检测算法)的更准确结果，并且提供视觉更简单数据以呈现至用户。

在一些实施例中，状态估算器在数据传递至模型中之前使用，该状态作为输入变量传递至力模型中。在一些实施例中，还使用状态估算器，从而继续进行力模型，其中所计算力用于估算其它状态。状态估算器可采取但不排除以下形式：线性二次估算器或卡尔曼过滤器，该线性二次估算器或卡尔曼过滤器减小了统计噪音并产生了所选状态的估算值，该估算值相比于仅平均值或单个测幅值将为更准确的。状态包括压力传感器201和202的测幅值、IMU205的测幅值，或所得到的任何其它测幅值，以及输入数据的任何组合，该输入数据可组合以形成新状态，例如取向、游泳者方向和速度。状态估算器还可将从模型所生成的力输出用作相关于装置101的高阶函数的效果状态，包括但不限于游泳方向、姿势计数和手部位置信息。

在一个实施例中，机器学习技术用于姿势开始/结束分段、姿势类型分类、姿势阶段识别，和游泳或休息分类。在另一个实施例中，使用启发式算法或模糊逻辑。

在一些实施例中，启发式算法、模糊逻辑等应用于表现度量，这些表现度量继而可用于使文本、视频或音频形式的教练型反馈公式化。在此类实施例中，游泳者的形式能够进行标记并呈现给游泳者以有助于改善其表现。提供至游泳者的反馈包括关于技术、可能池外锻炼的反馈以帮助游泳者表现和一般游泳提示等。

图11至图13的流程图示出了教练型反馈如何提供至游泳者的实例。

参考图11，示出了一种算法以提供关于游泳者的抓水位置的反馈。首先，动作方向从IMU205的数据进行推导，并且然后攻角从姿态(即，手部/臂部的形状)和动作方向进行计算。游泳者的独立姿势然后进行分割，并且抓水位置基于分段的各种状态而识别。最后，找出抓水角度，并且反馈将基于小于90°(抓水延迟)、大于90°(抓水过早)或约90°(抓水正确)的角度而提供。

参考图12，示出了一种算法以提供关于游泳者进入水中的姿势的效率的反馈。首先，游泳者的独立姿势然后进行分割，并且入水阶段基于分段的各种状态而识别。整合如上文所描述模型的力估算值以计算关于进入水中的游泳者姿势的总“做功”，并且将该“做功”与阈值相比较。在“做功”小于阈值(浪费最小能量)或“做功”超出阈值(浪费过量能量)的情况下，将提供反馈。

参考图13，示出了更一般流程图，从而示出传感器数据如何转换成反馈。即，传感器数据(得自压力传感器201、202、203和204以及IMU 205)输入至力模型、表现计算、姿势和阶段识别，以及洞察力分类中。此外，力模型的输出也输入至姿势和阶段识别中，并且表现计算以及姿势和阶段识别的输出也输入于洞察力分类中，这继而通过用户界面(UI)将反馈提供至游泳者。

现参考图19A和图20A，示出了圆形坐标图的两个可能输出(通过图19A中的附图标号1900和图20A中的附图标号2000来表示)，从而示出用户的力相对于用户的正向方向的分布。图19A示出了相当有效的姿势，而图20A示出了远远较低有效的姿势。更具体地，两个阴影区域1901和1902以及2001和2002分别示出了游泳者的左手和右手的力，其中区域1901、1902、2001和2002朝向圆形坐标图显示器的顶部的部分表示在向后方向(即，与期望正向方向相对)上的力，区域1901、1902、2001和2002朝向圆形坐标图显示器的底部的部分表示在正向方向上的力，并且区域1901、1902、2001和2002朝向圆形坐标图显示器的左侧和右侧的部分分别表示相对于正向方向在向左方向和向右方向上的力。

从力模型所估算的力提供了相对于正向方向在推进方向、侧向方向和竖直方向上的力和冲量分量。圆形360°坐标图通过首先将坐标图分割成多个(n)面元进行创建，其中使用的面元越多，结果越准确。根据从力模型所输出的每个估算力或冲量，对应力方向在所选平面(在这种情况下，水平平面(即，从上方向下观察游泳者的视角))中进行计算。所估算力或冲量的幅值累积至适当面元中(基于该力或冲量的对应方向)以产生图形数据。该数据首先绘制为线形图(图19B和图20B所示)，并且然后该线形图转换成360°极坐标图形(分别地，图19A和图20A)。效果为，360°极坐标图形代表2D空间中的现实世界物理动作。

需注意，首先绘制线性图和然后将其转换成圆形坐标图的使用提供了技术优点：其能够利用较小处理器功率而更有效地显示360°极坐标图。本领域的技术人员应当理解，将需要远远更大处理器功率来运行产生更复杂360°极坐标图的较复杂绘制算法。然而，发明人对于相当简化线性绘制算法和随后另一种简单转换算法的使用提供了将以其它方式未享有的处理器效率。

此外，图19A和图20A(连同图14至图18)中和如上所述及的信息将直接和瞬时反馈(关于在游泳者姿势期间进行指向的力)提供至游泳者，并且因此游泳者可容易地看出如何校正误指向力。

从机械机具所创建的模型形成了软件的一部分，该软件在外部计算机单元115上为可读的和可执行的，使得输入数据得以处理和分析，并且向游泳者提供了效率。

最后，其它因数可手动地输入至模型中以创建更准确表现度量，包括手部变量，诸如手部尺寸、手指展开度和手部翘起程度。例如，在一个实施例中，不同分立手部尺寸(诸如小尺寸、中尺寸和大尺寸的手部，或从1至10的手部尺寸的数字标度，其中1为最小并且10为最大)能够输入至模型中，其中用户选择最接近于其手部尺寸的方式。类似地，这可应用于其它身体部分的建模。

在一个实施例中，装置101为具有柔性传感器(或类似技术)的手套的形状，该柔性传感器能够直接地测量此类手部变量并且因此允许系统自动地说明力模型中的这些变量以用于更大准确度。

十分广义来讲，表现度量通过估计处于正向方向上的力幅值的比例进行计算。这通过以IMU的惯性数据扩充至少一个压力传感器的压力数据进行计算。

表现度量从拖曳力、第一提升力和第二提升力(其各自从力模型的一者进行计算)推导出。

图9为示出力模型之后的过程的简化框图。如上所述及，传感器数据(附图标号901)馈送至力模型(附图标号902)中和/或馈送至模块(附图标号903)中以处理该传感器数据来获得所推导数据，该推导数据随后馈送至力模型902中。然后，力模型输出力估算值(附图标号904)。在各种实施例中，推导数据还包括但不限于以下项的一者或多者：状态估算器和双重积分器。如上文所指出，这三个独立模型用于估算拖曳力、第一提升力和第二提升力，并且可表示为“x”力、“y”力和“z”力。

结论

本发明致力于克服和/或改善上述限制或缺陷的一者或多者。

系统100提供了由游泳者所施加的流体力的准确、可靠且有效测幅值，该测幅值为游泳者、教练和生物力学专家可理解的和可行的。改善水上运动动作的力估算值的准确度、可重复性和有效性为一项复杂过程。虽然力、压力和加速度为相关度量，但是存在众多因数，这些因数有助于一者从另一者的计算。例如，力可通过加速度和质量的乘积进行计算。虽然加速度可从加速度计或位置传感器来采集，但是质量不仅是移动穿过水的物体的质量，而且是“增大质量”，该增大质量为手部推动的水的质量加上物体的质量。在继而为手部角度、手部尺寸和手指外展程度等因数的函数。同样，如果使用压力传感器，其中力作为面积乘以压力进行计算，那么物体具有压力分布曲线，该压力分布曲线非必然地代表所选单个或多个压力点。横穿物体的压力以增大复杂性的非均匀方式改变，取决于物体的形状。根据压力传感器的数量和定位，在例如手部以极小“攻角”移动通过水的情况下，可不存在足够信息来开发作用于手部上的力的有益估算值。系统100描述了一种系统和多种方法以改善给定这些复杂性的力矢量估算值的准确度、可重复性和有效性。

运动员(尤其是精英运动员)依赖于其准确、可重复和有效的工具，使得其技术或表现的微妙变化可准确地测量、评估并解出。正是这些小变化可有助于表现(尤其对于游泳)的极大改善。其也为需要的，使得每日环节或甚至月度和年度环节之间的运动员表现可进行可靠地比较。当比较不同运动员的数据集时，准确度、可重复性和有效性也扮演了重要角色。在例如具有不同手部尺寸的游泳者之间可存在较大变型，这些变型难以说明用于生成力数据的所描述给定前述方法。当将数据集相比于对于运动员可为重要的其它度量(例如，单圈时间和所消耗卡路里)时，准确度、可重复性和有效性也为必不可少的。

在一些实施例中，系统100采用机器学习来开发复杂力模型(利用装置101的传感器数据的幅值)。所创建模型使拖曳力和提升力关联于各种手部速度和角度下的手部压力。力模型采用了除了压力传感器的IMU数据的使用以极大地改善准确度并且处理游泳动作的流体静压复杂性。

位于手部周围的两个压力传感器(201和202)的使用允许系统100补偿流体静压力，从而确保相比于仅涉及IMU的使用的方法的更大准确度。

相比于已知产品，存在系统101的许多优点，并且这些优点包括：

·馈送至力估算的多个压力传感器的使用，这些压力传感器在使用中设置于手部和/或前臂上的关键位置。流体流的这些额外数据点在模型中用于改善模型表现，并且因此改善准确度。

·复杂数学建模的使用，包括回归、决策树和神经网络。由于流体动力学为高度非线性的和复杂的，此类先进模型将提供所产生力的更准确估算值。

·用户特定变量可进行说明(例如，手部尺寸、手指展开度、翘起程度，等等)，这提供了用户之间或在用户改变其手部形状的情况下的力估算值的改善准确度。

·源于速度矢量和取向的攻角的使用，以计算3轴线力估算(拖曳力、第一提升力、第二提升力)。这提供了远远更高的力估算准确度，因为所有已知现有产品仅估算拖曳力，其可排除至多30％的所生成总力。

·作为力估算的额外输入的IMU数据的使用(即，攻角、加速度和速度，等等)。该IMU数据(和所推导估算状态)为不同于压力的范式，并且显著地改善了模型的表现。

·安装于手部的不同部分上的两个或更多个压力传感器的使用还提供了输入数据以补偿流体静压力。此类补偿方法远远优于双重积分IMU数据，该双重积分IMU数据依赖于假设(例如，水的密度)并且由于加速度漂移而产生大误差。

·利用IMU数据来推断游泳者正向方向，这对于计算有效游泳力为必不可少的。

·利用IMU数据来检测整个姿势的手部角度允许游泳者监测手部取向并且调整其姿势的这个方面以增大游泳效率。

·利用IMU数据来检测整个姿势的手部位移允许游泳者监测手部位置并且调整其姿势的这个方面来增大游泳效率。

·利用IMU数据来相对于正向方向分解所生成力，这对于计算有效游泳力为必不可少的。

·利用IMU数据来计算手部速度并推断身体速度。这允许所生成功率的计算(如相对于仅力)。

·姿势分割和阶段识别利用了IMU数据和/或压力传感器数据，还利用了模型的力数据。这有助于用户在姿势之间和姿势之内水平上生成洞察力。

·装置内置显示器提供了在游泳时的即时反馈(关于用户所选的度量)并且允许与训练程序对接。

·通用按钮允许不同度量在显示器上循环，并且例如允许游泳者旋转训练程序。

·IMU 205允许用户界面交互性(包括动作或行为)以激活功能。这些动作或行为包括“双击”或“抬腕唤醒”动作功能。

·装置101佩戴于手掌而不是手指周围并且以环状方式进行捆扎。这种配置使游泳者的手指未受阻挡，这是更优选的，因为他们可获得更佳“水感”。另外，手指展开度在游泳者之间也有所不同，其通过本设计将不受影响。最后，手掌还为高级感测位置，因为相对于手指，较大量的压力施加于给定大表面积。

准确度在运动活动中为基本的，并且在新度量用以提供关于表现的细微反馈的情况下为必不可少的。通过利用压力传感器数据和惯性测量单元的惯性数据两者，系统100提供了高准确度力估算值。

发明人已执行竞争装置关于准确度的多种测试。这些测试涉及本文所讨论的机器学习力建模的使用。首先，做出关于竞争者装置和建模的多种假设，这些假设为：

·竞争者装置仅具有一个压力传感器，该压力传感器在使用中位于手部的手掌上以用于计算力；

·流体静压力由于深度而完美地消除(其对于竞争者装置为最佳情景)；和

·力利用简单“压力＝力/面积”公式或类似方式(即，利用无截距的一阶多项式)进行计算。

当使用双传感器配置(在手部的前侧和后侧)与高阶多项式时(利用系统100才有可能实现的技术)，拖曳力估算值的针对竞争者装置(其中它们将力简单地关联于压力)的所得比较结果显示出显著改善。此外，当使用双传感器配置(在手部的前侧和后侧)时，提升力估算值的针对竞争装置的所得比较结果显示出更显著改善。这主要是由于竞争者产品未考虑到提升力，因为提升力在未利用本文所描述的系统100内的建模技术的情况下极其难以估算。

此外，通过移动手部或臂部所产生的拖曳力已观察到大于提升力两倍到三倍，参见：Thayer A.M.,(1990).Hand pressures as predictors of resultant andpropulsive hand forces in swimming(Doctoral dissertation,The University oflowa,1990)。因此，竞争产品的准确度由于未估算提升力而减小了另外大约30％。

将这两个结果一起结合于100N姿势中(参见：Tagki et al.(2002).Measurementof propulsion by the hand during competitive swimming(The Engineering ofSport 4,Blackwell Publishing)pp.631-637)，本系统经计算具有约5.82N左右的误差范围。相对于竞争者装置的相同计算产生了约34.63N左右的误差范围，这种差异的主要因素是缺少所测量提升力。

因此，通过比较，竞争者装置的误差大于系统100高达600％。

解释

在整个说明书中，术语“元件”的使用旨在意指单个整体部件或部件的集合，这些部件进行组合以执行特定功能或目的。

除非另行明确地指出(如根据下述讨论明显的)，应理解，在整个说明书中，利用术语(诸如“处理”、“计算”、“运算”、“确定”、“分析”等)的讨论是指计算机或计算系统或类似电子计算装置的行为和/或过程，该类似电子计算装置操纵表示为物理(诸如电子)量的数据和/或将其转换成类似地表示为物理量的其它数据。

以类似方式，术语“控制器”或“处理器”可指代任何装置或装置的一部分，该装置处理例如寄存器和/或存储器的电子数据以将该电子数据转换成例如可存储于寄存器和/或存储器中的其它电子数据。“计算机”或“计算机器”或“计算平台”可包括一个或多个处理器。

在一个实施例中，本文所描述的方法为一个或多个处理器可执行的，该一个或多个处理器接收包含一组指令的计算机可读(也称为机器可读)代码，该组指令当由处理器的一者或多者执行时开展本文所描述方法的至少一者。能够执行一组指令(顺序或其它方式)的任何处理器包括在内，该组指令指定了待采取的行为。因此，一个实例为包括一个或多个处理器的典型处理系统。每个处理器可包括以下项的一者或多者：CPU、图形处理单元和可编程DSP单元。处理系统还可包括存储器子系统，该存储器子系统包括主要RAM和/或静态RAM和/或ROM。总线子系统可包括在内以用于在部件之间通信。处理系统还可为具有由网络所耦合的处理器的分布式处理系统。如果处理系统需要显示器，那么此类显示器可包括在内，例如液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器或阴极射线管(CRT)显示器。如果需要手动数据录入，那么处理系统还包括输入装置，诸如以下项的一者或多者：字母数字输入单元(诸如键盘)、指向控制装置(诸如鼠标)等。如本文所用，在根据上下文明显的情况下和除非另行明确地指出，术语存储器单元还涵盖存储系统，诸如硬盘驱动单元。在一些配置中，处理系统可包括声音输出装置和网络接口装置。因此，存储器子系统包括计算机可读载体介质，该计算机可读载体介质承载包括一组指令的计算机可读代码(例如，软件)，该组指令在由一个或多个处理器执行时引起执行本文所描述方法的一者或多者。需注意，当该方法包括一些要素(例如，一些步骤)时，不暗示此类要素的次序，除非明确地指出。软件可驻留于硬盘中，或在其由计算机系统的执行期间还可完整地或至少部分地驻留于RAM和/或处理器内。因此，存储器和处理器也构成承载计算机可读代码的计算机可读载体介质。

此外，计算机可读载体介质可形成计算机程序产品，或可包括于计算机程序产品中。

在另选实施例中，一个或多个处理器操作为独立装置或可连接(例如，联网)至一个或多个其它处理器；在联网部署中，一个或多个处理器可以服务器或用户机器的能力在服务器-用户网络环境中操作，或作为对等机器在对等或分布式网络环境中操作。一个或多个处理器可形成个人计算机(PC)、平板PC、机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、网络设备、网络路由器、切换器或桥接器，或能够执行一组指令(序列或其它方式)的任何机器，该组指令规定了由该机器所采取的行为。

需注意，虽然一些图仅示出单个处理器和承载计算机可读代码的单个存储器，但是本领域的技术人员将理解，上文所描述的多个部件包括在内，但未明确地示出或描述以不模糊创造性方面。例如，虽然仅示出单个机器，但是术语“机器”还应解释为包括机器的任何集合，这些机器单个地或共同地执行一组(或多组)指令以执行本文所讨论方法的任一者或多者。

因此，本文所描述方法的每一者的一个实施例为计算机可读载体介质的形式，该计算机可读载体介质承载用于在一个或多个处理器(例如，作为网络服务器布置的一部分的一个或多个处理器)上执行的一组指令(例如，计算机程序)。因此，如本领域的技术人员将理解，本发明的实施例可实施为方法、设备(诸如专用设备，诸如数据处理系统的设备)，或计算机可读载体介质(例如，计算机程序产品)。计算机可读载体介质承载包括一组指令的计算机可读代码，该组指令当在一个或多个处理器上执行时引起一个或多个处理器实现一种方法。因此，本发明的方面可采取以下形式：方法、完全硬件实施例、完全软件实施例，或组合软件方面和硬件方面的实施例。此外，本发明可采取载体介质(例如，计算机程序产品或计算机可读存储介质)的形式，该载体介质承载在该介质中所实施的计算机可读程序代码。

软件还可经由网络接口装置在网络上进行传输或接收。虽然载体介质在一个例示性实施方式中示为单种介质，但是术语“载体介质”应解释为包括单种介质或多种介质(例如，集中式或分布式数据库，和/或相关缓存和服务器)，该单种介质或多种介质存储一组或多组的指令。术语“载体介质”也应解释为包括能够存储、编码或承载一组指令的任何介质，该组指令由处理器的一者或多者执行并且引起一个或多个处理器执行本发明的方法的任何一者或多者。载体介质可采取多种形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。非易失性介质包括例如光盘、磁盘和磁光盘。易失性介质包括动态存储器，诸如主要存储器。传输介质包括同轴线缆、铜线和光纤，包括含有总线子系统的线材。传输介质还可采取声波或光波的形式，诸如在无线电波和红外数据通信期间所生成的那些。例如，术语“载体介质”应因此解释为包括但不限于固态存储器、在光学和磁性介质中所实施的计算机产品；承载传播信号的介质，该传播信号由一个或多个处理器的至少一个处理器可检测并且表示一组指令，该组指令当执行时实现了一种方法；承载传播信号的载波，该传播信号由一个或多个处理器的至少一个处理器可检测并且表示指令组；和承载传播信号的网络中的传输介质，该传播信号由一个或多个处理器的至少一个处理器可检测并且表示指令组。

应当理解，所讨论方法的步骤在一个实施例中由处理(即，计算机)系统的一个适当处理器(或多个处理器)执行，该处理系统执行存储于存储装置中的指令(计算机可读代码)。还应当理解，本发明不限于任何特定实施方式或编程技术，并且本发明可利用用于实现本文所描述功能性的任何适当技术来实现。本发明不限于任何特定编程语言或操作系统。

应当理解，在本公开的示例性实施例的上述描述汇总，本公开的各种特征有时在单个实施例、图或其描述中分组在一起以用于使本公开精简并且协助各种创造性方面的一者或多者的理解的目的。然而，本公开的这种方法不应解释为反映这样的意图：权利要求书要求多于每条权利要求所明确列举的特征。相反，如下述权利要求书反映，创造性方面在于少于单个前述所公开实施例的所有特征。因此，具体实施方式之后的权利要求书据此明确地并入该具体实施方式中，其中每条权利要求自身作为本公开的一个独立实施例。

此外，虽然本文所描述的一些实施例包括一些特征但不包括其它实施例中所包括的其它特征，但是不同实施例的特征的组合意指处于本公开的范围内，并且形成不同实施例，如本领域的技术人员将理解。例如，在下述权利要求书中，所要求保护实施例的任一者可以任何组合来使用。

此外，实施例中的一些在本文描述为一种方法或一种方法的要素的组合，该方法可通过计算机系统的处理或通过开展功能的其它手段来实现。因此，具有用于开展此类方法或方法的要素的必需指令的处理器形成了用于开展该方法或方法的要素的手段。此外，设备实施例的本文所描述元件为用于开展由该元件所执行的功能(出于开展本发明的目的)的手段的实例。

在本文所提供的描述中，解释了许多具体细节。然而，应理解，本公开的是死了可在无这些具体细节的情况下付诸实践。在其它情况下，周知方法、结构和技术尚未详细地示出以不模糊本描述的理解。

类似地，应注意到，术语耦合当用于权利要求书中时不应解释为仅限制于直接连接。可使用术语“耦合”和“连接”以及其派生词。应当理解，这些术语非旨在为彼此同义的。因此，表述“装置A耦合至装置B”的范围不应限制于其中装置A的输出端直接地连接至装置B的输入端的装置或系统。意味着在A的输出端和B的输入端之间存在路径，该路径可为包括其它装置或手段的路径。“耦合”可意指两个或更多个元件直接物理、电气或光学接触，或意指两个或更多个元件未彼此直接接触，但仍共同操作或彼此相互作用。

因此，虽然已描述了据信为本公开的优选实施例的内容，但是本领域的技术人员将认识到可对其做出其它和另外修改而不脱离本公开的精神，并且旨在要求保护落入本公开的范围内的所有此类变化和修改。例如，上文所给出的任何公式仅代表可使用的过程。功能性可添加或可从框图删除，并且操作可在功能框之间进行互换。步骤可添加至在本公开的范围内所描述的方法或从其删除。