相關申請的交叉引用

本申請主張保護在2011年2月7日提交的美國臨時專利申請序列號61/440,243的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其公開內(nèi)容以其全文引用的方式合并到本文中。

技術(shù)領域

本發(fā)明大體而言涉及運動器械的領域，并且更特定而言涉及用于向跑步者提供訓練信息的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

存在用于向跑步者提供基本訓練信息的多種裝置。例如，使用可夾到例如工作服上的傳感器來測量并且記錄跑步者的心率、速度、距離和/或步頻（stride rate）的系統(tǒng)已由德國Herzogenaurach的阿迪達斯公司制造。同樣， Oregon州Beaverton的Nike公司已生產(chǎn)了測量并且記錄走路或跑步的距離和步速的裝置。這樣的裝置常常包括附連或嵌入于鞋中的小加速度計，其與接收裝置(例如，腕帶，或被插塞或嵌入于移動電話內(nèi)的接收器)通信。該裝置和接收器允許使用者跟蹤訓練跑步的距離、時間和步速，在訓練跑步期間通過音頻反饋將信息提供給使用者和/或進行記錄以用于后來分析。還存在通過利用移動電話的GPS(“全球定位系統(tǒng)”)測量和記錄訓練跑步的訓練信息諸如距離、時間和步速的系統(tǒng)，而不需要在鞋中的傳感器。

但是，這些系統(tǒng)僅提供例如與跑步者行進的速度和距離有關的基本訓練信息，并且不能提供可用于改進跑步者的實際跑姿和技術(shù)的任何詳細的生物反饋信息。因此，仍存在對于能在訓練項目期間和之后向運動員提供詳細訓練信息以輔助改進它們跑姿的系統(tǒng)和方法的需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對于用于監(jiān)視使用者的一個或多個運動表現(xiàn)特征和/或向使用者提供生物反饋信息以輔助訓練使用者以更好形式（例如以改進的腳撞擊）跑步的新穎系統(tǒng)、方法和裝置。

本發(fā)明的一方面包括一種用于監(jiān)視使用者的一個或多個運動表現(xiàn)特征的設備，該設備包括適于可附連到使用者的鞋上的感測單元。感測單元包括：第一傳感器，諸如陀螺傳感器，適于在使用者運動時監(jiān)視使用者的腳移動；處理器件，用于確定使用者的第一表現(xiàn)特征，諸如所述使用者的腳在撞擊地面時的腳撞擊部位；以及，傳送器件，用于將表示表現(xiàn)特征的數(shù)據(jù)包傳送到遠程接收器。陀螺傳感器可適于測量使用者腳的角速度。用于確定使用者的表現(xiàn)特征的器件可包括微處理器。

在一實施例中，該設備還包括接收器件，用于接收從感測單元傳送的數(shù)據(jù)包并且向使用者傳達表示表現(xiàn)特征的信息。用于向使用者傳達信息的手段可包括或者基本上由下列組成：視覺信號、聽覺信號和/或觸覺信號(例如，振動)中的至少一個。信息可基本上實時地傳達到使用者和/或存儲于例如感測單元和/或接收器件內(nèi)用于在后來傳達給使用者和/或用于進一步分析。

接收器件可包括一個或多個遠程使用者反饋裝置，諸如(但不限于)手表、可分離的條帶、移動電話、聽筒、手持反饋裝置、膝上型計算機、頭戴式反饋裝置(例如，帽舌或帽子)和/或臺式個人計算機。作為替代或作為補充，接收器件可包括軟件應用和/或硬件(例如適配器)用于控制諸如移動電話這樣的遠程使用者反饋裝置的至少一個功能。

在一實施例中，感測單元包括適于容納第一傳感器、處理器件和傳送器件的外殼單元。外殼單元可適于可釋放地附連到鞋底和/或使用者的鞋的上部，或者固定地附連到或嵌入于鞋的上部和/或鞋底，在一實施例中，外殼單元可釋放地附連到鞋的緊固部(例如，鞋帶部)或鞋的腳跟部中的至少一個。

該設備可包括用于確定使用者的至少一個第二表現(xiàn)特征的器件，其可基于來自第一傳感器的輸出和/或基于來自一個或多個第二傳感器的輸出。(多個)第二傳感器可包括，或者基本上由下列組成：一個或多個加速度計、壓力傳感器、力傳感器、溫度傳感器、化學傳感器、全球定位系統(tǒng)、壓電傳感器、旋轉(zhuǎn)位置傳感器、陀螺傳感器、心率傳感器和/或角度計。其它傳感器，諸如，但不限于心電圖傳感器、皮膚電圖（electrodermograph）傳感器、腦電圖傳感器、肌電圖傳感器、反饋體溫計傳感器、光體積描記器傳感器和/或呼吸描記器傳感器也可用于本發(fā)明的各種實施例中。至少一個第二表現(xiàn)特征可包括或基本上由下列組成：使用者的步調(diào)/節(jié)奏、姿勢、傾斜、速度、行進距離和/或心律中的至少一個。

在一實施例中，處理器件包括在腳撞擊事件期間(例如，在腳與地面之間即將初始接觸之前、初始接觸時和/或初始接觸后的短暫時段)將局部最大角速度測量與局部最小角速度測量進行的對比。例如，處理測量的數(shù)據(jù)可包括或者基本上由下列組成：將腳撞擊事件期間的局部最小角速度測量除以在腳撞擊事件期間局部最大角速度測量，并且比較所得到的計算值與至少一個預定比較值來判斷是否已發(fā)生腳跟撞擊、中腳撞擊或者前腳撞擊。作為替代或作為補充，處理器件可包括取得腳撞擊事件期間的測量角速度數(shù)據(jù)的積分、并且比較腳撞擊事件期間積分的正角速度結(jié)果與積分負角速度結(jié)果。

本發(fā)明的另一方面包括一種用于監(jiān)視使用者的一個或多個運動表現(xiàn)特征的方法，該方法包括提供適于可附連到使用者的鞋上的感測單元。該感測單元可包括：第一傳感器，諸如陀螺傳感器，其適于在使用者運動時監(jiān)視使用者的腳的移動；處理器件，用于確定使用者的第一表現(xiàn)特征，諸如使用者的腳在撞擊地面時的腳撞擊部位；以及，傳送器件，用于將表示表現(xiàn)特征的數(shù)據(jù)包傳送到遠程接收器。該方法還包括：提供接收器件，用于接收從感測單元傳送的數(shù)據(jù)包并且向使用者傳達表示表現(xiàn)特征的信息。在一實施例中，該方法允許基本上實時地將信息傳達給使用者。

在本文中所公開的本發(fā)明的這些和其它目的以及優(yōu)點和特征將通過參考以下描述、附圖和權(quán)利要求而變得更顯然。而且，應了解本文所描述的各種實施例的特征并非相互排斥的并且可以以各種組合和置換存在。

附圖說明

在附圖中，相似的附圖標記通常指代所有不同視圖中相似的零件。而且，附圖未必按照比例繪制，替代地通常重點放在說明本發(fā)明的原理上。在下文的描述中，參考附圖來描述本發(fā)明的各種實施例，在附圖中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一實施例由跑步者穿戴的生物反饋系統(tǒng)的示意透視圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明的一實施例的鞋的示意側(cè)視圖，其具有嵌入于其中的前腳傳感器和腳跟傳感器；

圖3為根據(jù)本發(fā)明的一實施例的鞋的示意側(cè)視圖，其具有嵌入于其中的中腳傳感器；

圖4為根據(jù)本發(fā)明的一實施例的鞋的示意側(cè)視圖，其具有嵌入于其中的多個傳感器；

圖5為根據(jù)本發(fā)明的一實施例的鞋的示意平面圖，其具有嵌入于其中的傳感器陣列；

圖6為根據(jù)本發(fā)明的一實施例的另一鞋的示意平面圖，其具有嵌入于其中的傳感器陣列；

圖7為根據(jù)本發(fā)明的一實施例的鞋的示意平面圖，具有插入于鞋底內(nèi)的傳感器保持插件；

圖8為根據(jù)本發(fā)明的一實施例的鞋底的示意平面圖，具有中腳傳感器墊和腳跟傳感器墊；

圖9為根據(jù)本發(fā)明的一實施例的鞋底的示意平面圖，具有前腳傳感器墊、中腳傳感器墊和腳跟傳感器墊；

圖10為根據(jù)本發(fā)明的一實施例的鞋的示意側(cè)視圖，具有在鞋帶部處聯(lián)接到鞋的傳感器保持插件；

圖11為根據(jù)本發(fā)明的一實施例的鞋的示意側(cè)視圖，具有聯(lián)接到上部的傳感器；

圖12為根據(jù)本發(fā)明的一實施例用于向運動員提供生物反饋信息的系統(tǒng)的示意圖；

圖13為根據(jù)本發(fā)明的一實施例用于提供運動員的生物反饋信息的另一系統(tǒng)的示意圖；

圖14為根據(jù)本發(fā)明的一實施例用于提供運動員的生物反饋信息的又一系統(tǒng)的示意圖；

圖15至圖19為根據(jù)本發(fā)明的一實施例由跑步者穿戴的各種生物反饋系統(tǒng)的示意圖；

圖20為根據(jù)本發(fā)明的一實施例的生物反饋系統(tǒng)的手持反饋裝置的示意透視圖；

圖21為根據(jù)本發(fā)明的一實施例定位于鞋的鞋帶部上的生物反饋系統(tǒng)的傳感器吊艙的示意側(cè)視圖；

圖22為圖21的吊艙的透視圖；

圖23為根據(jù)本發(fā)明的一實施例定位于鞋的腳跟部上的生物反饋系統(tǒng)的傳感器吊艙的示意側(cè)視圖；

圖24為圖23的吊艙的透視圖；

圖25為根據(jù)本發(fā)明的一實施例用于生物反饋系統(tǒng)的陀螺傳感器的方位軸線的示意透視圖；

圖26為根據(jù)本發(fā)明的一實施例來自用于腳跟撞擊跑步方式的陀螺傳感器的角速度數(shù)據(jù)的曲線圖；

圖27為根據(jù)本發(fā)明的一實施例來自用于中腳撞擊跑步方式的陀螺傳感器的角速度數(shù)據(jù)的曲線圖；

圖28為根據(jù)本發(fā)明的一實施例用于陀螺傳感器的復位觸發(fā)器的數(shù)據(jù)的曲線圖；

圖29為根據(jù)本發(fā)明的一實施例用于跑步者的腳撞擊部位的各種數(shù)據(jù)表現(xiàn)手段的示意圖；以及

圖30a至33c為根據(jù)本發(fā)明的一實施例用于生物反饋系統(tǒng)的傳感器吊艙的各種附連機構(gòu)的示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明大體而言涉及改進的生物反饋系統(tǒng)和相關方法，用于訓練使用者(例如，跑步者或其它運動員)以改進的跑姿或技術(shù)來跑步。本發(fā)明可由所有技術(shù)水平的跑步者或其他運動員從專業(yè)運動員到初學者和偶爾慢跑者利用，通過將一個或多個傳感器放置于跑步者的身體上(例如在一個或多個鞋和/或服飾中的一個或多個上或中)，本文所描述的系統(tǒng)和方法可用作輔導工具以在運動活動期間提供基本上瞬間的反饋和輔導，并且也存儲信息用于在跑步后評估和進一步處理。

促進更好的跑姿可有益于跑步者，這是由于許多原因，包括(但不限于)改進的跑步效率(由此改善表現(xiàn))和減少受傷的風險。一般而言，輔導可為用以促進適當跑姿并且防止跑步者受傷的重要方式。但是大部分跑步者(包括許多大學生和甚至某些職業(yè)跑步者)關于如何以適當跑姿跑步從未給予任何或大量訓練。因此，許多跑步者并未意識到他們跑姿問題(例如，不當?shù)哪_撞擊位置或者跑步方式，其中跑步者右腳與其左腳不同地接觸地面)，這可能會顯著地影響到他們的跑步效率并且使得他們更傾向于受傷。

在輔導期間利用高速攝像機可向跑步者提供某些反饋來輔助改進跑姿。但是，不僅大部分運動員不能充分接近利用這種技術(shù)的專業(yè)輔導以提供任何實質(zhì)性指導來訓練他們以改進的跑姿來跑步，但這樣的輔導即使可能得到，可為昂貴的并且耗時的。此外，觀看運動員跑步的視頻并未提供可由運動員在跑步期間使用的瞬間反饋。雖然技術(shù)已用于向跑步者提供某些瞬間反饋，諸如速度、行進的距離、心率和在跑步期間燃燒的卡路里，由這些系統(tǒng)提供的信息并未產(chǎn)生可用于給予跑步者實質(zhì)性訓練的關于適當跑姿的生物反饋信息。本文所描述的發(fā)明通過提供用于測量、傳送、存儲、分析和/或傳達可瞬間或基本上瞬間用于在跑步期間和/或跑步之后提供運動員良好跑姿的實質(zhì)性生物反饋數(shù)據(jù)的改進的系統(tǒng)和相關的方法來解決這個問題。

用于訓練運動員以適當跑姿跑步的生物反饋信息包括(但不限于)腳撞擊位置、步調(diào)、姿勢和傾斜信息。這樣的信息可用于分析跑步者的技術(shù)和跑步特性，并且識別可由跑步者在訓練期間調(diào)整以改進一個或多個表現(xiàn)特征的參數(shù)。運動員良好的跑姿可包括諸如(但不限于)下列的要素：快速步幅、中腳撞擊部位和良好姿勢。這些要素可增加效率和跑步容易性同時減小了在跑步者上可能導致扭傷和其它損傷的應力。相比而言，在未經(jīng)訓練的運動員中常見的較差的跑姿可包括諸如下列的要素，諸如步幅過大、強烈的腳跟撞擊和較差的姿勢。這些較差的跑步要素可例如對膝蓋產(chǎn)生過大應力可能導致跑步者膝蓋或髕股疼痛綜合征或其它損傷。

跑步者的姿勢涉及在跑步期間跑步者身體的姿態(tài)/舉止。可例如通過站直和昂首并且凝視正前方而實現(xiàn)良好的姿勢(通常直立姿勢)。

跑步者的步調(diào)(即，每分鐘的腳撞擊次數(shù))在確保良好跑姿方面可為重要的，在一實施例中，每分鐘約180次腳撞擊的步調(diào)可為最佳的以防止步幅太大并且確保適當跑姿，無論跑步者的步速如何。在替代實施例中，可使用更高或更低步調(diào)，例如取決于使用者的具體生理機能、年齡和/或目的。

可利用跑步者的傾斜來通過有利地利用重力來減小對于過量肌肉力的需要來輔助向前運動。在一實施例中，可通過利用包括在身體的整個長度上向前傾斜而不使腰部彎曲和通過在腳踝處撓曲以減小由足尖離地所造成的不必要的肌肉扭傷的跑步方式來實現(xiàn)改進的傾斜。

腳撞擊部位(即，在每步期間與地面初始沖擊時在腳底上的部位)可在促進良好的跑姿方面極為重要。具有中腳撞擊步態(tài)的跑步者在跑步步態(tài)循環(huán)期間在腳上的壓力分布不同于采用腳跟撞擊步態(tài)的跑步者。此外，使用中腳撞擊步態(tài)的跑步者的下肢執(zhí)行的機械工作在關節(jié)上的分布不同于采用腳跟撞擊步態(tài)的跑步者。具有中腳撞擊步態(tài)的跑步者在初始沖擊時主要將壓力分布于外側(cè)中腳和前腳區(qū)域中并且在初始沖擊之后表現(xiàn)出更多的腳踝屈伸(背屈)。具有腳跟撞擊步態(tài)的跑步者在初始沖擊時主要將壓力分布于外側(cè)腳跟中并且通常在沖擊之后并不表現(xiàn)出這樣的腳踝屈伸。因此，腳跟撞擊者傾向于將更大應力放置于其膝蓋上，這可能會導致?lián)p傷，例如跑步者膝蓋/髕股疼痛綜合征。因此，后腳/腳跟撞擊者可能具有比中腳撞擊者更低效率的跑步步態(tài)，腳跟撞擊和步幅過大常常造成減速。有益于中腳撞擊步態(tài)的示例被描述于美國專利公告No.2009-0145005中，其公開以其全文引用的方式合并到本文中。此外，中腳撞擊步態(tài)可提供比顯著的前腳跑步步態(tài)(其可例如造成小腿扭傷和腳踵扭傷)更優(yōu)越的跑姿。本發(fā)明的一實施例可包括使用一個或多個傳感器來確定在每一步中與地面初始沖擊的腳底上的部位和/或在初始沖擊時確定腳相對于地面的角度(其可用于確定腳撞擊部位)。

本發(fā)明的一實施例包括用于向跑步者115提供生物反饋信息以用于改進跑姿的系統(tǒng)100。如圖1所示，該系統(tǒng)100包括附連到(例如，嵌入于，固定地聯(lián)接到，或可釋放地聯(lián)接到)跑步者115的鞋110的一部分以在體育活動(例如，跑步)期間測量一個或多個數(shù)據(jù)條件/表現(xiàn)特征的一個或多個傳感器105。該系統(tǒng)100還包括用于從(多個)傳感器105接收數(shù)據(jù)和基于對所收集的數(shù)據(jù)的分析向跑步者傳達信息的一個或多個遠程接收系統(tǒng)120。所收集的數(shù)據(jù)的分析可在位于鞋110中的處理器、遠程接收系統(tǒng)120和/或單獨的分析單元(例如，個人計算)中執(zhí)行。一個或多個傳感器105可放置于跑步者115的每個鞋110中，或者跑步者115的僅單只鞋110中。

(多個)傳感器可一體地嵌入于鞋中并且例如在鞋底的一個或多個部分內(nèi)(例如，外底、中底或內(nèi)底)。一個或多個傳感器也可一體地嵌入于鞋的上部的一個或多個部分內(nèi)，在另一實施例中，一個或多個傳感器可被可釋放地附連到底的一部分上和/或鞋的上部中。例如，傳感器單元可適于夾到鞋上部的一部分(例如，鞋的外網(wǎng)層或者鞋的鞋帶部段)上和/或可釋放地附連到鞋底的一部分上。(多個)傳感器可通過任何適當附連元件可釋放地附連，包括(但不限于)鉤環(huán)緊固(例如， Velcro?)、夾子、銷、鞋帶、磁性元件和/或粘合劑。

可在運動活動期間利用各種傳感器來測量一個或多個數(shù)據(jù)條件。示例傳感器包括(但不限于)機械反饋裝置(例如，可縮回的銷，其在與地面接觸時縮回以測量并且指示地面接觸和/或與其相關聯(lián)的力，或者銷或在腳撞擊期間向使用者提供觸覺感覺的其它結(jié)構(gòu))、加速度計、壓電傳感器、旋轉(zhuǎn)位置傳感器、陀螺傳感器、溫度傳感器、化學傳感器(例如，用于測量氧氣水平的傳感器)、GPS裝置、壓力傳感器(例如，壓力換能器)、力傳感器(例如，測壓儀、力換能器、或應力/應變傳感器)和/或角度計。示例壓力/力傳感器包括(但不限于)電阻、電容、基于阻抗的和/或壓電傳感器。傳感器可測量在局部位置的數(shù)據(jù)條件和/或為適于在延伸的區(qū)域上測量數(shù)據(jù)條件(例如，壓力和/或力)的條或墊。在各種實施例中，可使用其它電磁、機械和/或光學傳感器，作為上文所列出的傳感器的補充或替代。

一個或多個傳感器可放置于鞋上的任何適當部位和例如在鞋底的前腳部、中腳部和/或腳跟部和/或上部內(nèi)。在一實施例中，如圖2所示，鞋110包括位于鞋110的前腳部117中的前腳傳感器105和位于鞋110的腳跟部112內(nèi)的腳跟傳感器105。傳感器可定位于鞋110的其它部位，作為前腳部117和腳跟部122的補充或替代。例如，一個或多個中腳傳感器105可位于鞋110的中腳部125，如圖3所示。各個傳感器105可定位于鞋110的鞋底120內(nèi)或上方(例如，在鞋的中底中的腔內(nèi)，或者在鞋的內(nèi)底位置)和/或定位于鞋110上部135內(nèi)或上。

在一實施例中，多個傳感器105(即，傳感器陣列)定位于沿著鞋110長度的各個部位或者其一部分，如圖4所示。傳感器105可定位于基本上沿著底130的中心軸線140的多個部位，或者在沿著鞋130的中側(cè)145和/或外側(cè)150的多個部位處，如圖6所示。任何適當數(shù)量的傳感器105可定位于鞋110底130長度上的任何適當部位，具有嵌入于或可釋放地附連到底130的外底、中底和/或內(nèi)底的傳感器105，取決于被測量的具體數(shù)據(jù)和跑步特征。在一實施例中，傳感器105中的一個或多個可暴露于底130的外表面上。作為替代或作為補充，傳感器105中的一個或多個可嵌入于鞋底130內(nèi)。

在一實施例中，一個或多個傳感器105可放置于可移除的插件內(nèi)，可移除的插件可定位于鞋內(nèi)側(cè)，例如作為可移除的內(nèi)底或者作為適于裝配到在鞋底的一部分或上部(例如在插舌袋的腳跟袋中)內(nèi)形成的腔或袋內(nèi)。例如，鞋110可形成為具有底部130，底部130具有適于可釋放地接納插件175的腔170，插件175中保持一個或多個傳感器105，如圖7所示。腔可包括適于在操作期間覆蓋并且保護插件的覆蓋部。腔170或多個腔可放置于鞋110的前腳部117、中腳部125和/或腳跟部122內(nèi)的任何部位。在各種實施例中，腔170可從鞋內(nèi)部接近，如圖7所示，或者通過在鞋110的外底130的外表面中的開口接近。

在一實施例中，一個或多個傳感器墊或條可固結(jié)到或嵌入于鞋110的鞋底130內(nèi)。例如，圖8示出了鞋130具有沿著底130的外側(cè)150定位于腳跟部122處的腳跟傳感器墊180，具有沿著底130的外側(cè)150定位于中腳部125處的中腳傳感器墊185。傳感器墊或條可沿著底的中側(cè)、外側(cè)和/或中部定位，或者橫跨鞋寬度，或其一部分。例如，圖9示出了鞋底130具有沿著底130的外側(cè)150位于中腳部125處的中腳傳感器墊185，但也具有橫跨腳跟部122寬度的腳跟傳感器墊190以及橫跨前腳部117的前腳傳感器墊195。

在各種實施例中，傳感器墊和/或條可定位于鞋底的任何部分上。傳感器墊或條可嵌入于外底、中底和/或內(nèi)底中，或者定位于底的鄰接層之間。替代地，傳感器墊或條可定位于可移除的插件(例如，可移除的內(nèi)底)中，可移除的插件能放置于鞋內(nèi)或者附連到鞋的外部、地面接觸表面上。

替代地，一個或多個傳感器105可放置于插件160內(nèi)，插件160可在鞋帶部165處可釋放地附連到鞋110，如圖10所示，或者在鞋110的上部135的一個或多個部分，如圖11所示。

傳感器105可用于在跑步期間測量在地面上的每個腳的每次腳撞擊的部位和分布和/或在跑步期間施加到腳的各個部分上的力和/或壓力?？商幚頊y量的數(shù)據(jù)以產(chǎn)生生物反饋信息，生物反饋信息可用于訓練跑步者以更高效并且更安全的腳撞擊部位來跑步，例如通過中腳撞擊。可處理數(shù)據(jù)并且將數(shù)據(jù)瞬間或基本上瞬間傳達給跑步者以在跑步期間給予跑步者即刻反饋。數(shù)據(jù)也可存儲和用于在完成跑步后生成平均和時間相關性結(jié)果，由此向跑步者和/或教練提供跑步者在跑步過程中的表現(xiàn)的完全分析。

傳感器105也可通過記錄在每次腳撞擊之間的時間用于測量跑步者在跑步期間的步調(diào)，作為腳撞擊信息的補充或替代。同樣，可處理所測量的數(shù)據(jù)并且在瞬間或基本上瞬間傳達給跑步者以在跑步期間給予跑步者即刻反饋和/或被存儲和用于在跑步完成后生成平均和時間相關性結(jié)果。

在一示例實施例中，鞋110可包括傳感器105，傳感器105包括位于鞋110底中的和例如腳跟部處的機械反饋裝置(例如，銷)。從傳感器105測量和傳送的數(shù)據(jù)可用于判斷跑步者的腳跟何時與地面接觸，由此產(chǎn)生可用于向跑步者提供關于其步態(tài)的更好認識的信息。

本發(fā)明的一實施例包括定位于鞋110底130的上部135中或上的一個或多個傳感器205(在上文中關于傳感器105所描述)以測量可用于確定在跑步期間確定跑步者的姿勢和/或傾斜的數(shù)據(jù)。例如，一個或多個傳感器205(例如，角度計)可固定地嵌入或可釋放地附連到鞋110的上部135以測量數(shù)據(jù)，可處理數(shù)據(jù)以提供與跑步者的姿勢和/或傾斜有關的生物反饋信息，如圖11所示。傳感器205可單獨于或者與用于測量腳撞擊和/或步調(diào)的傳感器105協(xié)調(diào)地操作。在一實施例中，傳感器205可使用與傳感器105所用的相同的傳送器將數(shù)據(jù)傳達到遠程接收器。替代地，傳感器205可利用單獨的傳送器。在替代實施例中，用于測量使用者的姿勢和/或傾斜的傳感器可定位于使用者身體的其它部位(例如，使用者的腳踝、腿、腰部、手臂或胸部)。

在一實施例中，一個或多個傳感器可嵌入于或可釋放地附連到跑步者可穿的衣服上。作為替代或補充，一個或多個傳感器可安裝于可由跑步者穿戴的條帶上，或者通過皮膚敏感的粘合劑或膠帶而可移除地固定到跑步者的一部分上。這些傳感器可作為在鞋上的傳感器的補充或替代用于提供與跑步者的表現(xiàn)特征有關的生物反饋信息。

除了提供與跑步者適當跑姿(例如，腳撞擊、步調(diào)、姿勢和/或傾斜信息)相關的生物反饋信息之外，本文所描述的系統(tǒng)可包括傳感器，用于測量與跑步者表現(xiàn)相關的其它參數(shù)，包括(但不限于)距離、步速、時間、燃燒的卡路里、心率、每分鐘的呼吸、血乳酸鹽水平和/或肌肉活動(EMG)。例如，測量血乳酸鹽水平可用于確定在長跑的跑步者和其它運動員中的乳酸鹽閾值數(shù)據(jù)。

在各種實施例中，傳感器105、205可由聯(lián)接到傳感器105、205的一個或多個電池元件供電。電池可為一次性的、可替換的電池或者為可再充電的電池。可再充電的電池可通過任何適當手段再充電。替代地，傳感器105、205可利用跑步者的生物化學作用來供電。

傳感器105、205可聯(lián)接到一個或多個傳送器用于將測量的數(shù)據(jù)傳送到遠程接收器。傳送器可包括或基本上由下列組成：無線傳送器和更特別地射頻傳送器和/或紅外傳送器。例如，傳送器可為適于經(jīng)由藍牙?、藍牙?低能量和/或ANT或ANT+協(xié)議傳送短波無線電傳送的無線電傳送器。在一實施例中，該系統(tǒng)可包括傳送系統(tǒng)，其能夠根據(jù)多個傳送協(xié)議進行傳送，由此允許該裝置與多個不同的接收系統(tǒng)通信。在一實施例中，傳送器也能接收從遠程源傳送的信息。這條信息可用于例如開/關所述傳感器，校準所述傳感器和/或控制所述感測系統(tǒng)的一個或多個功能。

由(多個)鞋中或鞋上的傳感器所測量的數(shù)據(jù)可傳送到遠程接收系統(tǒng)用于記錄和/或分析。在圖12中示出了用于提供生物反饋信息的示例系統(tǒng)300，其包括感測單元305和接收/分析單元310。感測單元305可包括元件，例如但不限于，一個或多個傳感器315、電源320和傳送/接收元件325。感測單元305可定位于鞋中或鞋上和/或衣服上(如本文中所描述的那樣)。遠程接收單元310可包括諸如(但不限于)下列的元件：傳送/接收元件330，用于接收從感測單元305傳送的數(shù)據(jù)；遠程使用者反饋元件335，用于接收數(shù)據(jù)；存儲單元340，用于存儲原始和/或分析的數(shù)據(jù)；通信元件345(例如，視覺顯示器，諸如圖形使用者界面(GUI)、聽覺通信元件、和/或觸覺使用者界面)用于將從分析數(shù)據(jù)確定的生物反饋信息傳達給運動員；以及，電源350。傳送/接收元件330也可用于與遠程數(shù)據(jù)庫例如在線數(shù)據(jù)庫相通信，由此允許將生物反饋信息傳送到遠程數(shù)據(jù)庫并且允許生物反饋信息、訓練指令、軟件更新或其它數(shù)字信息從遠程數(shù)據(jù)庫傳送到接收/分析單元310。

在圖13中示出了用于提供生物反饋信息的另一示例系統(tǒng)300。在此實施例中，感測單元305額外地包括分析元件335和存儲單元360。將分析元件335和存儲單元360包括于感測單元305中允許在感測單元305中執(zhí)行對來自一個或多個傳感器315的原始數(shù)據(jù)的初始處理，其中原始和/或分析的數(shù)據(jù)存儲于感測單元305內(nèi)的存儲裝置360內(nèi)。因此，僅處理的數(shù)據(jù)或表示處理的數(shù)據(jù)的小信息包需要從感測單元305傳送到遠程使用者反饋元件335，由此減小了需要在裝置之間傳送的信息量以便向使用者提供實時反饋。這繼而減小了對電源320、350的消耗，由此延長了系統(tǒng)300的運行時間和效率。此外，在感測單元305內(nèi)存儲原始和/或處理的數(shù)據(jù)允許將數(shù)據(jù)下載到分析裝置(例如，計算機)內(nèi)用于在完成跑步后做進一步處理，無論在跑步期間遠程使用者反饋元件355是否接收到數(shù)據(jù)。

遠程接收單元310可例如為手表、便攜式媒體播放器(例如，但不限于Apple公司 iPod?)、適于由使用者穿戴的定制的接收單元(例如，附連到可分離的條帶上或者適于裝配于使用者衣服的口袋里)、移動電話或智能電話(例如，但不限于Apple公司iPhone?或Research In Motion公司的Blackberry?)、便攜式GPS裝置、聽筒和/或頭飾物品(例如，帽、帽舌、太陽鏡等)。作為替代或作為補充，遠程接收器可為膝上型計算機、平板計算機、臺式個人計算機和/或運動訓練系統(tǒng)(例如，踏車)。在一實施例中，傳送/接收元件330可為適于插塞到智能電話或計算機內(nèi)以允許在感測單元305與接收/分析單元310之間通信的單獨的單元(例如，適配器，即允許兩個遠程裝置通信的硬件或軟件“鑰匙”)。

生物反饋信息可通過聽覺、光學和/或觸覺(例如，振動)信號傳達給跑步者。聽覺信號可例如通過揚聲器(例如，在鞋內(nèi)的小揚聲器、感測單元和/或接收裝置)傳達和/或在由運動員穿戴的聽筒或耳機中傳達。光學信號可例如通過在接收裝置上的視覺顯示器(例如，在智能電話屏幕上的視覺顯示器)或者通過一個或多個光學傳送器(例如但不限于發(fā)光二極管(LED光源)聯(lián)接到跑步者的鞋和/或附連到由跑步者所穿戴的服飾或條帶上的光學傳送器傳達。振動信號可通過在接收器內(nèi)和/或在鞋內(nèi)或附連到鞋的振動引起元件而傳達給跑步者。

通過分析來自(多個)傳感器的測量的數(shù)據(jù)而生成的生物反饋信息可以以任何適當聽覺形式而傳回給運動員，例如但不限于，語音命令和/或警告信號。例如，信息可經(jīng)由軟件生成的語音通信而傳達，向跑步者提供信息和/或指令(例如，“你正用你的腳跟跑步”，“你的步調(diào)太低”等)。作為替代或作為補充，聽覺信號可包括滴答聲、嘟嘟聲或其它簡單的信號，其可在如果跑步者的跑姿并不符合特定要求的情況下向跑步者提供警告和/或如果他們的跑姿符合所需參數(shù)則提供積極的信號。這樣的簡單的聽覺信號也可用于提供定時信息(類似于節(jié)拍器)以在跑步期間給予使用者目標步調(diào)。作為補充或作為替代，聽覺信號可包括根據(jù)使用者的實際步調(diào)相對于目標步調(diào)，向使用者播放的樂曲的音調(diào)或速度的變化。通過提供這樣的實際上實時的反饋，運動員能在跑步期間對他們的步態(tài)做出快速調(diào)整。

在各種實施例中，生物反饋信息可自動地傳達給運動員，通過來自跑步者的提示而傳達(例如，通過起始在接收器中的命令)，和/或在設定的時段作為總結(jié)報告而傳達(例如在設定距離或經(jīng)過的時段結(jié)束時，運動員可接收關于經(jīng)過的最后一里和/或經(jīng)過整個距離的他/她的表現(xiàn)的總結(jié)的生物反饋信息，例如“在過去的一里中你有20%的時間用腳跟跑步”)。

本發(fā)明的一實施例可包括具有一個或多個傳感器的系統(tǒng)，這一個或多個傳感器放置于跑步者的鞋內(nèi)以記錄腳撞擊。這條信息轉(zhuǎn)換為聽覺信號，通過嵌入于或附連于跑步者的鞋上的小揚聲器來做出這種聽覺信號。因此，在此實施例中，將會需要單獨接收/通信單元來向跑步者提供反饋。

作為提供實時生物反饋信息的補充或替代，信息可由系統(tǒng)存儲以用于運動員和/或教練做出進一步分析。這條信息可例如用于向運動員提供關于其跑步歷史和在每次跑步期間其表現(xiàn)的信息。在一實施例中，生物反饋系統(tǒng)僅將來自(多個)傳感器的數(shù)據(jù)存儲為簡單的原始數(shù)據(jù)，在完成其跑步后通過將原始數(shù)據(jù)下載到處理單元來執(zhí)行數(shù)據(jù)的處理和分析。這可有利于例如最小化由運動員在跑步期間執(zhí)行的實際生物反饋系統(tǒng)的大小、重量和/或成本，而同時在完成跑步時仍允許將數(shù)據(jù)的詳細分析傳達給運動員和/或教練。

處理的數(shù)據(jù)可也可上傳到用于在線社區(qū)的共享的計算機驅(qū)動器或存儲驅(qū)動器(例如，云計算系統(tǒng))，由此允許信息或其部分由教練和/或同伴運動員遠程檢閱。在一實施例中，由一個或多個應用軟件程序(“Apps”)來執(zhí)行對從傳感器傳送的數(shù)據(jù)的處理和分析，應用軟件程序(“Apps”)可下載到智能電話或其它電子裝置內(nèi)。這樣的“Apps”可被編程以分析數(shù)據(jù)并且以任何適當方式提供生物反饋信息，取決于運動員的具體訓練要求。

在圖14中示出了示例系統(tǒng)400，其用于監(jiān)視使用者的一個或多個運動表現(xiàn)特征，提供與(多個)表現(xiàn)特征有關的實時生物反饋信息和/或?qū)⑴c表現(xiàn)特征相關聯(lián)的數(shù)據(jù)下載到計算機455。在此實施例中，感測單元405適于可釋放地或固定地附連到使用者的身體部分和例如使用者的鞋上。感測單元405可包括一個或多個感測元件(例如，陀螺傳感器、加速度計等)用于在例如跑步等運動活動期間監(jiān)視使用者的一個或多個運動表現(xiàn)特征。感測單元405也可包括諸如(但不限于)下列的元件：一個或多個電源(例如，可再充電或可替換的電池)、處理/分析單元(例如，微處理器)、存儲器、RF傳送和/或接收單元和/或?qū)咏佑|件460以允許感測單元405與另一裝置對接。與另一裝置對接可例如允許將測量的數(shù)據(jù)(原始和/或處理的數(shù)據(jù))從感測單元405轉(zhuǎn)移到分析裝置(例如，計算機)，將軟件應用、指令、更新或設置(例如，固件推送(firmware push))從分析裝置傳送給感測單元405，和/或?qū)Ω袦y單元405再充電。對接接觸件460可包括用于將感測單元405連接到接收/分析裝置的USB端口或其它適當端口。

與一個或多個表現(xiàn)特征有關的數(shù)據(jù)可從感測單元405傳送430到一個或多個遠程實時反饋(RTF)接收裝置410和/或遠程分析和存儲裝置455(例如，計算機)用于在后來分析和長期存儲。RTF單元410可為本文所描述的裝置中的任何裝置。圖14示出了下面這樣的系統(tǒng)，其中智能電話420和/或手表415可用于向使用者提供實時反饋。與使用者的(多個)表現(xiàn)特征相關聯(lián)的數(shù)據(jù)可通過任何適當?shù)腞F信號傳送，例如(但不限于)藍牙?、藍牙?低能量和/或ANT或ANT+協(xié)議。在一實施例中，RTF 410(例如，智能電話420)可與感測單元405直接通信，而不需要任何額外的硬件或軟件。在替代實施例中，適配器450可用于便于在RTF 410與感測單元405之間的通信。

在一實施例中，RTF 410可從一個或多個感測單元405接收和分析信息和從除了感測單元405之外的其它傳感器或源接收并分析數(shù)據(jù)(例如，嵌入于或直接附連到RTF40上的一個或多個傳感器和/或與RTF 410無線通信的一個或多個額外遠程傳感器單元)，由此允許同時處理與使用者的多個表現(xiàn)特征相關聯(lián)的信息。例如，RTF可包括表現(xiàn)測量裝置或可與表現(xiàn)測量裝置通信，表現(xiàn)測量裝置為例如心率監(jiān)視器、GPS監(jiān)視器、速度/距離/時間監(jiān)視器、氧氣水平監(jiān)視器、呼吸速率監(jiān)視器、能量使用監(jiān)視器等。

在各種實施例中，RFT 410可與計算機455或其它處理/存儲裝置(例如，云計算系統(tǒng))通過無線連接和/或與在處理/存儲裝置上的對接端口460對接以在完成跑步后允許它們之間直接通信而進行遠程通信。RTF 410可例如適于允許在RTF 410與感測單元405之間的單向或雙向無線或直接“對接”連接，由此允許RTF 410下載軟件應用、指令、更新或設置到感測單元405和/或在跑步完成后上傳來自感測單元405的原始和/或處理的數(shù)據(jù)。例如，感測單元405可在跑步期間向RTF 410無線地發(fā)送表示該表現(xiàn)特征的小數(shù)據(jù)包(例如，使用者的腳撞擊部位)，其中原始數(shù)據(jù)存儲于感測單元405上并且通過物理有線連接而下載到RTF 410和/或遠程分析接收裝置455以用于在使用者跑步完成后做進一步處理。然后將原始和/或處理的數(shù)據(jù)存儲于RTF 410中和/或從RTF 410傳達425給分析/存儲裝置455或設施。

在一實施例中，軟件應用 (“App”)可提供給RTF 410(例如，智能電話420)以控制RTF 410的各種功能并且便于從感測單元405接收表現(xiàn)特征信息并且將相關聯(lián)的表現(xiàn)信息傳達給使用者。

RTF 410裝置(例如，智能電話410或手表415)能以多種方式將信息傳達給使用者，包括(但不限于)通過視覺顯示屏、通過從RTF 410直接發(fā)出或者通過有線或無線(例如藍牙?)耳機連接而傳達給使用者的音頻信號、和/或通過由RTF 410所發(fā)出的振動。這樣的信息可實時地持續(xù)地或者在選定的間隔傳達。在一實施例中，腳撞擊部位信息(例如，腳跟撞擊、中腳撞擊或前腳撞擊)傳達給使用者，與腳撞擊信息同時或基本上同時可傳達額外表現(xiàn)特征信息(例如，步調(diào)、心率、速度、行進的距離、時間等)，或者獨立于腳撞擊信息而傳達。

感測單元405和RTF 410可以以各種方式附連到使用者，取決于被監(jiān)視的特定表現(xiàn)特征、所用的特定RTF 410和提供給使用者的特定實時反饋。例如，一個或多個RTF 410可安裝到使用者435的腰部、手臂、手腕、肩部、頭部、胸部或腿部，或者放置于使用者435的衣服口袋中或者在由使用者435攜帶的包中。感測單元405和RTF 410的示例配置可見于圖15至圖19中。在圖15至圖19中，感測單元405安裝于鞋的緊固部上(例如，可釋放地附連到帶鞋帶的鞋的鞋帶上)。生物反饋系統(tǒng)400可利用附連到使用者的僅一只腳上的單個感測單元405，如在圖15至圖16和圖18至圖19中示出，或者利用附連到使用者的兩只腳上的感測單元405，如在圖17中示出。

在兩只腳上使用感測單元405允許該系統(tǒng)400準確地監(jiān)視表現(xiàn)特征，例如在跑步期間在兩只腳上的腳撞擊部位。但是，由于跑步步態(tài)常常合理地對稱(即，跑步者很少一只腳用腳跟撞擊而另一只腳用中腳撞擊)，可使用僅一個感測單元吊艙405來得到有價值的訓練信息和生物反饋信息，并且使用者能在跑步之間(或甚至在跑步中休息期間)交換/切換安裝感測單元405的腳以確保隨著時間可提供關于兩只腳的腳撞擊部位的反饋。此外，額外表現(xiàn)特征，例如步調(diào)可通過使用僅一個感測單元405(因為步調(diào)將與由僅一只腳上的感測單元405所記錄的腳撞擊次數(shù)的二倍有關)而得到。

在圖15的實施例中，RTF 410為基于腕部的裝置465(例如，手表415或其它適當RTF裝置，例如專門適于從感測單元405接收信息和將該信息傳達給使用者的定制裝置)通過可釋放的條帶或帶子440而綁到使用者435的腕部?；谕蟛康难b置465可包括視覺顯示器以提供信息的視覺指示，包括觸覺裝置以在若發(fā)生特定事件(例如，腳跟撞擊)的情況下向腕部提供觸覺感覺(例如，振動)，和/或包括揚聲器以在若發(fā)生特定事件(例如，腳跟撞擊)的情況下提供聽覺信號。

圖16的實施例使用智能電話420，包括用于控制智能電話420的功能以允許它充當RTF 410的軟件應用。智能電話420利用條帶或帶子440可釋放地附連到使用者435的上部。如同手表415，智能電話420能通過視覺顯示器、振動和/或聽覺信號將信息傳達給使用者435。例如，智能電話420可輸出聽覺信號，聽覺信號可通過一對耳機445傳達給使用者435，如圖17所示。利用具有雙向通信功能的RTF 410(例如但不限于智能電話420)允許RTF 410從感測單元405接收信息和將信息傳送給另一遠程裝置(例如，計算機455)和/或回到感測單元405。

在各種實施例中，其它裝置或衣服可用作一種用于從感測單元405接收信息和將信息傳達給使用者435的RTF 410。在圖18的實施例中，例如，使用者435可戴上一種帽舌470，帽舌470具有嵌入于其中或附連于其上的接收元件。接收元件然后可處理數(shù)據(jù)(若需要)并且通過安裝到帽舌470上的視覺顯示元件475將信息傳達給使用者435。帽舌還可包括聽覺反饋元件(例如，揚聲器或耳機連接)和/或振動反饋元件，作為視覺顯示器475的補充或替代。

在圖19的實施例中，RTF 410可包括或基本上由下列組成：手持裝置480，其可在跑步期間保持在使用者435的手中。示例手持裝置480在圖20中示出。如同其它RTF 410，手持裝置480可包括多種特征，例如(但不限于)使用者通信元件、控件和通信端口。如圖20所示，手持裝置480可包括：視覺顯示屏485以向使用者435提供視覺信息；耳機插孔490以允許將聽覺信號發(fā)送到使用者435；以及，把手495，其中保持著振動元件以向使用者435提供觸覺反饋。作為替代或作為補充，手持裝置480可包括一個或多個揚聲器以將聽覺信號傳達給使用者435而不需要耳機。手持裝置480還可包括控制按鈕500以允許使用者控制手持裝置480的一個或多個功能和一個或多個通信端口505(例如，USB端口)以允許在手持裝置480與另一裝置(例如，計算機455)之間下載和上傳信息并且提供手持裝置480的充電端口。

在一實施例中，感測單元405包括陀螺傳感器，陀螺傳感器適于在運動活動期間測量鞋的角速度。這種角速度數(shù)據(jù)的分析可用于確定與使用者跑步方式有關的腳撞擊信息，由此允許向使用者通知特定腳撞擊是否為腳跟撞擊、中腳撞擊或前腳撞擊。這條信息可實時地、以設定的間隔傳達給使用者和/或存儲于感測單元405中用于后來分析和處理。此外，來自陀螺傳感器的數(shù)據(jù)可用于確定何時發(fā)生腳撞擊，由此允許測量使用者的步調(diào)(即，每分鐘腳撞擊的次數(shù))信息。例如，腳撞擊部位信息(例如，腳跟撞擊、中腳撞擊或前腳撞擊)、步調(diào)信息和/或其它表現(xiàn)特征信息可在每次腳撞擊時傳達給使用者。作為替代或作為補充，在完成預設或使用者選擇的腳撞擊次數(shù)時，在完成了預設或使用者選擇的行進距離或行進時間時，在使用者請求時和/或在跑步結(jié)束時，可將編譯和/或平均表現(xiàn)特征信息傳達給使用者。

在一實施例中，包括陀螺傳感器的感測單元可被可釋放地安裝到鞋上部位于鞋頂部中心或基本上中心的緊固部處(例如鞋帶部或鉤環(huán)緊固部)。在圖21和圖22中示出了安裝到鞋515的鞋帶部520上的示例陀螺傳感器單元510。作為替代，陀螺傳感器單元510可安裝到鞋515的腳跟部525上，如圖23和圖24所示，或者到鞋515上部或鞋底的任何其它適當部位，取決于具體鞋、所需的具體安裝布置和/或傳感器的測量和校準要求。

陀螺傳感器可為單軸線傳感器、雙軸線傳感器或甚至三軸線傳感器，允許測量繞任何軸線(X,Y,Z)的角速度(x', y', z')，如圖25所示，并且由此允許測量與腳撞擊相關聯(lián)的多種表現(xiàn)參數(shù)。例如，仔細分析繞Z軸線的角速度測量z'允許識別使用者在步幅期間的腳撞擊部位(即，腳跟撞擊、中腳撞擊或前腳撞擊)并且由此也提供關于使用者的腳在與地面沖擊時是否背屈(腳跟撞擊)、跖屈(前腳撞擊)或中性(中腳撞擊)的信息。同樣，仔細分析繞X軸線的角速度測量x'允許系統(tǒng)識別在與地面沖擊時使用者的腳內(nèi)旋/后旋(其中腳踝朝向另一只腳向內(nèi)凹進)或者仰轉(zhuǎn)(其中腳踝遠離另一只腳向外凹)。此外，繞Y軸線的角速度測量y' 的分析允許系統(tǒng)識別在與地面沖擊時使用者的腳外展(其中前腳遠離另一只腳向外旋轉(zhuǎn))或內(nèi)收(其中前腳朝向另一只腳向內(nèi)旋轉(zhuǎn))。

一般而言，處理來自(多個)陀螺傳感器的原始z'角速度數(shù)據(jù)的算法的目的是在與地面沖擊時刻準確地檢測腳的旋轉(zhuǎn)方向和速度，并且從這些信息來確定腳撞擊類型(即，前腳、中腳或腳跟撞擊)和腳撞擊的嚴重性(例如，嚴重腳跟撞擊、中度腳跟撞擊、緩和腳跟撞擊、在中腳后部的中腳撞擊、中腳中心的中腳撞擊、在中腳前部的中腳撞擊、緩和前腳撞擊、中度前腳撞擊、或嚴重前腳撞擊)。在下文中討論從陀螺傳感器計算腳撞擊部位信息的方法的示例方法。在此實施例中，僅需要來自陀螺傳感器的一個單軸線的數(shù)據(jù)來測量腳撞擊部位和步調(diào)。

從陀螺傳感器記錄的數(shù)據(jù)可為是周期性的,其中每個步態(tài)循環(huán)為一個周期。在正常步態(tài)循環(huán)期間，腳常常具有即將腳撞擊之前的正旋轉(zhuǎn)(參考，例如圖26和圖27)。在腳撞擊之后，在步態(tài)的站姿階段，腳平放在地上并且相對不動。在擺動階段結(jié)束與站姿階段開始之間的較短時段(例如，在約10ms至50ms之間，例如大約30ms)發(fā)生腳撞擊，具有在該時段期間繞Z軸線的角速度數(shù)據(jù)(z')，其提供數(shù)據(jù)可被分析以確定腳撞擊類型。

在腳跟撞擊事件期間，腳跟首先觸摸地面，之后腳向前快速旋轉(zhuǎn)直到鞋底平放在地面上。因此，在腳撞擊事件期間，對于腳跟撞擊測量了較大的正旋轉(zhuǎn)速度伴以較小或無負旋轉(zhuǎn)速度。相比而言，中腳撞擊由較小的正旋轉(zhuǎn)速度之后為明確限定的負旋轉(zhuǎn)速度來指示，而前腳撞擊示出比中腳撞擊所觀察到的更大的負速度。因而，在腳跟撞擊與前腳撞擊/中腳撞擊之間關于Z軸線的陀螺傳感器數(shù)據(jù)存在明顯的定性差異。常常發(fā)現(xiàn)在腳撞擊事件期間鄰近初始沖擊但在初始沖擊略后發(fā)生最大局部旋轉(zhuǎn)速度。

在一實施例中，可分析來自陀螺傳感器的原始數(shù)據(jù)來確定腳撞擊事件的腳撞擊部位。在一替代實施例中，在分析數(shù)據(jù)以確定腳撞擊信息之前可對數(shù)據(jù)進行預處理(例如，通過放大和/或低通、高通、帶通、帶阻和/或巴特沃斯濾波)。也可將陀螺傳感器的取樣速率也可設置為任何適當速率以確保取樣速率足以獲得準確信息而無需以太耗電和/或占據(jù)太多存儲空間的速率取樣。取樣速率可例如設置在500至5000Hz或者500與2000Hz之間或者更特別地在800Hz與1500Hz之間，例如在約900Hz。在一實施例中，約900Hz的取樣速率可被設置以確保每個步幅進行至少約300次取樣。

在圖26中示出了用于腳跟撞擊的示例陀螺傳感器，而在圖27中示出了用于中腳撞擊的示例原始陀螺傳感器數(shù)據(jù)。在每個曲線圖中示出了三個腳撞擊事件。如圖所示，中腳撞擊表現(xiàn)出正尖峰550之后為負尖峰555，并且負分量示出了在初始沖擊之后腳“向后”旋轉(zhuǎn)(即，腳跟相對于腳趾向下來)。相反，腳跟撞擊具有正尖峰550但并不具有負分量(即，局部最小值575從不小于零)，示出腳“向前”旋轉(zhuǎn)(即，腳趾相對于腳跟向下移動)。前腳撞擊的特征在于相對于負峰值555具有較小的正峰值550，示出了腳比中腳撞擊更大程度向后旋轉(zhuǎn)。簡單地通過在規(guī)定時間計數(shù)腳撞擊事件來確定步調(diào)。

在一實施例中，微處理器分析來自陀螺傳感器的每個角速度樣本并且判斷是否已發(fā)生了腳撞擊。為了發(fā)現(xiàn)腳撞擊時刻，微處理器首先需要利用周期性觸發(fā)器使步幅彼此區(qū)分，如圖28所示。當腳向前擺動時，腳趾向上移動并且旋轉(zhuǎn)速度為負的。當旋轉(zhuǎn)速度為負的，微處理器將每個樣本添加到總值。當總值到達預設水平時，設置標記并且總值重置560，這對于每個步幅在即將腳撞擊的時刻之前發(fā)生一次。在設置標記后，微處理器開始查找最大值550。一旦發(fā)現(xiàn)后，發(fā)現(xiàn)最小值555在設定時窗內(nèi)。其為這個最大值與最小值的比，該比決定了腳撞擊的額定值。

為了進行腳撞擊部位分析而取得的最大角速度測量和最小角速度測量時期的時窗可被設置為適當大小和起點以確保俘獲/采集所需的最大峰值和最小峰值，而沒有對該計算有污染的額外、非相關的數(shù)據(jù)。例如，時窗可設置為采集并且分析在周期性數(shù)據(jù)循環(huán)期間的特定識別事件開始和/或結(jié)束時的數(shù)據(jù)或者在周期性數(shù)據(jù)循環(huán)期間在特定識別事件之前或之后的具體時段或具體樣本數(shù)量，和/或設置為從設置起點適當?shù)亟?jīng)過具體時段或具體樣本數(shù)量。

在一實施例中，時窗可始于初始沖擊時刻，或者在初始沖擊后的第一局部最大角速度的時刻，并且繼續(xù)直到觀察到第一局部最小角速度測量的點或之后。替代地，時窗可設置為用以檢閱在具體時窗(例如，在10ms至50ms之間，并且例如約30ms)內(nèi)采集的數(shù)據(jù)，或者始于初始沖擊時刻的樣本大小，或者在初始沖擊后第一最大旋轉(zhuǎn)峰值時刻的樣本大小，或者在初始沖擊瞬間之前、當時或之后的任何其它適當時間的樣本大小。在另一實施例中，用于分析的時窗可在初始沖擊之前角速度為零的時間打開，或者在觀察到局部最小角速度之后角速度從負過渡到正的時間閉合。

在一實施例中，可通過根據(jù)以下方程式比較在樣本時窗內(nèi)的最大值與最小值來計算腳撞擊部位的確定：

腳撞擊部位額定值(F)=|(局部最小值*100)/局部最大值|

這個計算結(jié)果產(chǎn)生從F_min至F_max的無量綱值(例如，在F_min = 0 與F_max = 100之間的值)，并且F_min指示嚴重腳跟撞擊，F(xiàn)_max指示嚴重前腳撞擊，并且在這個范圍中部的值指示中腳撞擊。識別每個范圍的具體值對于一個示例使用者而言可為：

X₁至X₂=腳跟撞擊(并且“X₁”指示更嚴重的腳跟撞擊并且更接近X₂的值指示更緩和的腳跟撞擊)

X₂至X₃=中腳撞擊

X₃至X₄=前腳撞擊(其中“X₄”指示更嚴重的前腳撞擊并且更接近X₃的值指示更緩和的前腳撞擊)。

用于X₃或X₄的值可為預設的或者校準和/或選擇為用以確保具體使用者的準確度。X₂的值的示例范圍可為約15-40，或者更特定而言約20-30或20-25，或者更特定而言約20。X₃的值的示例范圍可為約60-80，或者更特定而言約65-75或65-70，或者更特定而言約70。

若適當，可執(zhí)行額外處理以提供準確腳撞擊位置信息。例如，可采用高斯乘數(shù)(Gaussian multiplier)或其它適當二階乘數(shù)來輔助分析結(jié)果。作為補充或替代，設定的結(jié)果時窗外(例如，在F_min至F_max范圍外)的結(jié)果可被丟棄或轉(zhuǎn)移為預設默認值。例如， 大于F_max的任何結(jié)果可轉(zhuǎn)移以指示值“F_max”或者可完全丟棄。

在一替代實施例中，曲線565的負部的積分與曲線570的正部的積分的比(即，從曲線565的負部和曲線570的正部下方的面積計算)可用于產(chǎn)生腳撞擊部位額定值，而不是最小局部峰值與最大局部峰值的絕對值的比。可在任何適當時窗大小取得數(shù)據(jù)的積分。利用積分的結(jié)果可例如適用于在陀螺傳感器的取樣速率不足以確保能得到準確局部最大峰值和最小峰值的情形下產(chǎn)生準確的讀數(shù)。此外，旋轉(zhuǎn)速度的積分涉及腳的角度變化，而這可產(chǎn)生關于使用者的腳撞擊的重要的表現(xiàn)特征信息。在有益的情況下，各種其它實施例可利用用于處理數(shù)據(jù)的其它適當算法來確定腳撞擊信息。

在一實施例中，傳感器單元可被設置成在不活動期間進入到“睡眠模式”(即，減小電力消耗模式)。這個睡眠模式可被設置為自動開啟(當傳感器保持閑置持續(xù)一定給定時段時)和關閉(當傳感器移動時)。作為替代或作為補充，傳感器單元可包括使用者界面(例如，由來自RTF的無線信號起始的硬件開關或軟件“開關”)從而允許使用者手動開關所述傳感器。

在一實施例中，陀螺傳感器在整個步態(tài)循環(huán)連續(xù)地取得數(shù)據(jù)。但是，在一替代實施例中，陀螺傳感器可在步態(tài)循環(huán)期間開啟和關閉從而使得其僅在步態(tài)循環(huán)的腳撞擊事件階段取得數(shù)據(jù)。例如，這可減小由傳感器單元的電力消耗和/或減小由傳感器單元存儲和/或處理的原始數(shù)據(jù)量。例如，除了陀螺傳感器之外，單獨傳感器(例如，加速度計)可用于傳感器單元中，并且加速度計用于指示何時發(fā)生腳撞擊事件，并且當加速度計數(shù)據(jù)指示發(fā)生腳撞擊事件時陀螺傳感器僅在由系統(tǒng)所觸發(fā)時采集角速度數(shù)據(jù)。作為補充或作為替代，可使用加速度計數(shù)據(jù)來計算步調(diào)信息(其中陀螺傳感器數(shù)據(jù)僅用于腳撞擊部位計算)，和/或加速度計可用于判斷使用者是站著不動、走路或跑步，并且僅在使用者跑步時啟動陀螺傳感器。加速度計可例如基于在沖擊時所測量的加速度量值來判斷腳撞擊事件是走路腳撞擊還是跑步腳撞擊(其中例如由更高量值的加速度測量指示了跑步腳撞擊)。

可以用多種方式處理表現(xiàn)特征信息(例如,腳撞擊部位信息)并且傳達給使用者。例如，在一實施例中，如圖29(a)所示，可處理原始數(shù)據(jù)以產(chǎn)生在F_min與F_max之間的腳撞擊部位額定值(例如，在0與100之間)，其中該值被存儲并且傳達給使用者。在此示例中，可向使用者提供關于腳上發(fā)生初始腳撞擊沖擊中心的精確位置的準確計算，且進一步指示基于X₂和X₃的設置值而計算的這個值是否表示腳跟撞擊、中腳撞擊或前腳撞擊。

在一實施例中，如圖29(B)所示，腳撞擊部位額定值可放置于多個“二進制文件(bin)”之一內(nèi)，其中該系統(tǒng)向使用者傳達特定腳撞擊(或平均腳撞擊)屬于哪個二進制文件。在圖29(B)的實施例中，腳撞擊信息被分成九個二進制文件(嚴重腳跟撞擊605、中度腳跟撞擊610、緩和腳跟撞擊615、在中腳后部處的中腳撞擊620、在中腳中心處的中腳撞擊625、在中腳前部處的中腳撞擊630、緩和的前腳撞擊635、中度前腳撞擊640，或嚴重前腳撞擊645)，但若適當可使用更多或更少量的二進制文件。在另一替代實施例中，腳撞擊部位額定值可用于僅指示是否已發(fā)生了腳跟撞擊650、中腳撞擊655或前腳撞擊660，如圖29(C)所示。

通過利用在傳感器單元內(nèi)的微處理器來執(zhí)行上文所描述的分析，傳送到接收單元的表現(xiàn)特征數(shù)據(jù)可僅限于表示腳撞擊部位額定值的小包或數(shù)據(jù)或者給定值所屬的適當“二進制文件”。步調(diào)信息也可隨著腳撞擊信息一起傳送，或者可固有地從傳送每個腳撞擊值的時間來確定。最小化需要從感測單元發(fā)送到RTF的數(shù)據(jù)可降低系統(tǒng)所需的功率并且由此延長系統(tǒng)的運行時間。

在各種實施例中，信息可通過視覺信號、聽覺信號和/或觸覺信號向使用者傳達。例如，RTF可生成聲音(例如，嗡嗡聲)，造成振動和/或僅當發(fā)生特定事件(例如，腳跟撞擊)時使視覺指示器閃爍。作為替代，不同的聲音、視覺信號和/或振動可分配給不同的事件，由此根據(jù)所發(fā)生的具體事件向使用者提供不同指示。可例如通過不同的聲音或者通過給定聲音的音量、音調(diào)、音質(zhì)或其它聲參數(shù)的變化來指示事件的嚴重性(例如，嚴重、中度或緩和的腳跟撞擊)。同樣，強度或顏色變化和/或振動強度的振蕩可用于區(qū)分給定腳撞擊事件的不同的嚴重性。在一實施例中，與具體腳撞擊位置相關聯(lián)的聽覺、視覺和/或觸覺信號可為預設的，或者由使用者根據(jù)他/她的特定偏好和所用RTF的功能來選擇。

在一實施例中，感測單元可包括外殼單元，其適于容納傳感器、電源、處理器和/或傳送器。外殼單元可例如提供用于傳感器和其它電子器件的保護殼和/或提供安裝器件，可利用安裝器件將傳感器安裝到使用者的鞋上。外殼單元可適于可釋放地可附連到使用者的鞋底和/或使用者鞋上部，或者固定地附連到，或嵌入于鞋的上部和/或鞋底內(nèi)。在一實施例中，外殼單元可釋放地可附連到鞋的緊固部(例如，鞋帶部或鉤環(huán)緊固部)或鞋的腳跟部中的至少一個上。外殼單元可具有整合的安裝元件用于將該裝置安裝到鞋上。替代地，外殼單元和安裝單元可為單獨、可附連的元件，其能聯(lián)接在一起以將傳感器包安裝到鞋上。示例外殼單元700和安裝元件705在圖30a至圖33c中示出。

在圖30a示出的實施例包括外殼單元700，外殼單元700固定地或可分離地附連到彈性或非彈性安裝元件705，該安裝元件705包括鉤形端710用于接合鞋帶。圖30b包括外殼單元700，外殼單元700具有從外殼單元700延伸以用于接合鞋帶或鞋的孔眼的多個彈性或非彈性鉤715。圖30c包括外殼單元700，外殼單元700具有柔性或非柔性基體單元720，基體單元720可放置于鞋帶下方并且固定地或可分離地連接到外殼單元700。

圖30d和圖30e包括柔性或非柔性基體單元725，其能在鞋的腳跟上滑動或者滑入到鞋腳跟上的袋內(nèi)(如圖30d所示)或者滑入到鞋帶下方(在圖30e中示出)?；w單元725可包括用于將基體單元725釘入到鞋上部的一層或多層內(nèi)的銷。同樣，基體單元725可固定地或可分離地附連到外殼單元700上。圖30f和圖30g示出了類似配置但具有閂鎖元件730允許基體單元725的端部閂鎖到外殼單元700上以在安裝到鞋上時將其鎖定就位。

在一實施例中，如圖31a所示，磁性元件730可用于將外殼單元700可釋放地附連到鞋735上部，而在圖31b中，銷740可穿過鞋735的上部插入以可釋放地或者固定地將外殼單元700保持在銷740上。在另一實施例中，具有多個閂鎖元件750的可分離的安裝單元745可放置于鞋帶755下方，如圖32a和圖32b所示，由此允許外殼單元700可分離地安裝到鞋的鞋帶部上。

在一實施例中，如圖33a所示，外殼單元700可與安裝單元760可滑動地連接。安裝單元760可包括柔性臂765，柔性臂765可夾入以允許臂765的端部770鉤在鞋帶下方或者鞋上部的鞋帶部的側(cè)部。臂765可被替代地固定地安裝到外殼單元700上。在另一實施例中，如圖33b所示，外殼單元700可由柔性細長長度的材料形成，具有保持于內(nèi)部的傳感器、電源、處理器和/或傳送器。這個柔性外殼可例如滑入帶下方并且由帶施加到鞋上的閉合力而保持就位。在又一實施例中，外殼單元700可被可釋放地或固定地安裝到夾子775上，夾子775可夾到鞋上部上的腳跟部(如圖33c所示)或者鞋的鞋帶部上，或者通過粘合性附連件、鉤與圈附連件、釘住附連件或任何其它適當附連器件而附連到鞋上部。

在一實施例中，來自聯(lián)接到例如身體的上部身體的陀螺傳感器的數(shù)據(jù)可用于在運行期間提供姿勢和/或傾斜信息。例如，在智能電話中或綁到使用者的上部身體(例如，在使用者的軀干或上臂上)的其它RTF中的陀螺傳感器可用于測量可與腳撞擊和步調(diào)信息有關聯(lián)的姿勢和/或傾斜信息以向跑步者提供其跑姿的更完整分析。然后智能電話可充當傳感器單元和RTF。在一實施例中，使用者能在使用之前校準在智能電話或其它RTF內(nèi)的陀螺傳感器，例如通過簡單地將智能電話綁到人身上并且然后在跑步之前站直(例如，抵靠墻)以將傳感器“調(diào)整為零”。

在一實施例中，可由GPS數(shù)據(jù)或其它適當數(shù)據(jù)來支持腳撞擊位置信息，GPS數(shù)據(jù)或其它適當數(shù)據(jù)可用于確定特定腳撞擊的使用者的高度和更具體而言高度變化。更特定而言，高度數(shù)據(jù)可用于判斷跑步者每個腳撞擊是否跑在平坦或基本上平坦的地段上、或者上坡或下坡跑步。這可有益地提供每個腳撞擊的情形以確保準確的數(shù)據(jù)和指令傳達給跑步者，因為即使跑步良好的跑步者在順著較大斜坡向下跑時傾向于腳跟撞擊和當沿著較大斜坡向上跑時前腳撞擊。

在一實施例中，鞋可具有嵌入于其中的一個或多個控制元件以調(diào)整鞋的元件。例如，控制元件可嵌入于鞋底中以響應于從遠程源接收的信號來調(diào)整鞋底剛度、柔性和/或厚度。這樣，生物反饋系統(tǒng)可適于將由鞋中的一個或多個傳感器所測量的生物反饋信息發(fā)送到遠程接收器，分析數(shù)據(jù)以確定跑步者在跑步期間的一個或多個表現(xiàn)特征，并且向鞋中的控制元件發(fā)送控制信號來調(diào)整鞋的特征以補償跑步者技術(shù)的缺點和/或輔助訓練跑步者以適當形式跑步。在一替代實施例中，可由嵌入于鞋內(nèi)的或者附連到鞋上的控制元件來執(zhí)行分析和控制步驟，而不需要遠程接收器。

雖然上文的討論有關于使用傳感器來測量以在慢跑或跑步期間提供與跑步者形式有關的反饋。在一替代實施例中，本文所描述的系統(tǒng)和方法可用于測量與并非跑步的運動活動有關的一個或多個表現(xiàn)特征。例如，本文所描述的系統(tǒng)和方法可適用于在體育運動的訓練目的，其需要運動員做出快速方向變化(例如，英式足球、美式足球、籃球、棒球、壘球、網(wǎng)球、壁球、羽毛球、排球、長曲棍球、陸上曲棍球、極限飛盤等)，其中對于轉(zhuǎn)身或“穿入”期間運動員腳撞擊的分析可提供有價值的表現(xiàn)信息。同樣，當跳躍時需要良好跳躍形式的體育運動(例如，跨欄賽跑、籃球、排球等)也可受益于提供與推動和/或降落期間運動員的腳位置有關的準確信息。此外，提供關于使用者的腳位置和旋轉(zhuǎn)的準確信息的裝置可向打高爾夫球的人提供擺動期間的有價值的訓練信息，向板球投球手提供在投擲動作期間的有價值的信息，向棒球投手提供在投擲期間的有價值的信息，或者用于需要高度可重復性的其它體育運動。

應當指出的是替代實施例和/或在實施例或替代實施例的構(gòu)造中的材料可適用于本文所描述的所有其它實施例。

在不偏離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，本發(fā)明可以以其它具體形式來實施。因此前文的描述在所有方面被認為是說明性的而不限制本文所描述的本發(fā)明。本發(fā)明的范圍因此由所附權(quán)利要求而非前文的描述指示，并且屬于權(quán)利要求的等效物的意義和范圍內(nèi)的所有變化預期涵蓋于其中。