本發(fā)明涉及一種包括至少一個沖擊吸收墊的可穿戴的服裝。

背景技術：

帶有沖擊吸收墊的可穿戴的服裝在許多應用中是已知的。特別地，它們被廣泛地用于穿戴者的身體可能會經(jīng)受到?jīng)_擊的運動中。例如，在橄欖球、足球(美式)、拳擊、騎馬和板球項目中。另外，在諸如摩托車和自行車的活動中，沖擊吸收墊被構建在頭盔、夾克和褲子中，其為用戶的身體提供一定程度的保護。

與本發(fā)明相關的還有“智能服裝”領域的許多發(fā)展。智能服裝的示例包括內(nèi)置在服裝中的計步器、陀螺儀和心率監(jiān)測器。這些通常用于測量諸如行走距離、速度、加速度和心率的參數(shù)。這些可以用于向用戶提供各種參數(shù)的指示，例如消耗的能量、行走的距離等。

與本發(fā)明特別相關的是在沖擊檢測領域中的智能服裝的發(fā)展。申請人知道許多被設計為間接測量對身體的沖擊的系統(tǒng)。這些包括X2Biosystems制造的xPatch。這是一種貼片，其被設計為貼在用戶的耳后，并且提供六軸加速度測量。由Reebok制造的Checklight包括內(nèi)置在無沿便帽中的加速度計和陀螺儀。該無沿便帽具有紅色、黃色和綠色的燈，其根據(jù)檢測到的沖擊的嚴重程度被點亮。來自i1的Shockbox提供了一種類似的設備。此外，由Blackbox Biometrix制造的爆破壓力計系統(tǒng)是一種傳感器系統(tǒng)，其監(jiān)測壓力和加速度以確定在軍事環(huán)境中是否暴露在爆炸沖擊下。

我們還知道一種被稱為Sensoglove(RTM)的高爾夫球手套，其具有內(nèi)置的壓力傳感器以為訓練者提供用于確定用戶如何用力地抓握球桿的分析工具。

US2015/0059494公開了一種用于監(jiān)測和測量施加到個體的沖擊力的系統(tǒng)。其具有可以被結合到衣物中的多層板。朝向板的外表面設置傳感器。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供對以上設備的改進。

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種如權利要求1所限定的可穿戴的服裝。

以這種方式使用壓力傳感器是獨特的。如上所述，大多數(shù)設備依賴于可選地與陀螺儀組合的加速度計。Blackbox設備具有壓力傳感器，但是其旨在利用由加速度計測量到的沖擊力來測量爆破壓力。

在高爾夫球手套的情況下，沒有公開沖擊吸收墊并且不期望測量沖擊力。在US2015/0059494中，傳感器被定位成朝向板的外表面。如此，傳感器無法測量沖擊吸收墊的有效性，因為傳感器位于大多數(shù)墊的錯誤側上。

通過測量實際通過沖擊吸收墊傳遞的壓力并且通過利用壓力傳感器進行此測量，與現(xiàn)有技術當前可能做到的相比，本發(fā)明能夠更準確地確定身體實際經(jīng)受的力。

本發(fā)明僅直接測量沖擊吸收墊下游的壓力。該服裝可以可選地包括鄰近所述墊的外表面的第二傳感器，以直接測量沖擊力。然而，優(yōu)選地，所述服裝還包括基于在內(nèi)表面測得的力來計算沖擊吸收墊的外表面上的沖擊力的裝置。該裝置可以采用控制系統(tǒng)的形式，該控制系統(tǒng)用與材料的沖擊吸收能力相關的填充阻尼因子編程。該因子被確定為給定力的傳遞力(transmitted force)與入射力(incident force)的比率。這樣的值優(yōu)選地通過測試材料樣本的實驗來確定。

實際上，所述墊的外表面上的入射力可能不垂直于墊的表面。另一方面，壓力傳感器僅能夠測量傳遞的力的法向分量。在目前和接下來的描述中，入射力是指在墊的外表面上的沖擊力。傳遞的力是指在墊的相反側上的力。

大致上，可以僅依賴于測量該法向分量，這是基于法向分量是對穿用者最有害的力。因此，以相對較高的入射角度(相對于法線方向)施加的相對較大的力實際上表示對用戶的“側擊”，使得確定該力的法向分量就足夠了。

然而，優(yōu)選地，可穿戴服裝還包括加速度計和陀螺儀以測量由于沖撞造成的速度(大小和方向)的變化。該信息與上面提到的填充阻尼因子相結合使得能夠通過使用動量定律和能量守恒求解運動方程來計算入射力的方向和大小。

沖擊吸收墊是設計成通過吸收一部分所施加的力為用戶提供合理程度的緩沖的墊。吸收的力的比例可以根據(jù)沖擊的峰值力在一定程度上變化，并且因此沖擊吸收墊的性質(zhì)可以基于在選定的力7kN下的阻尼因子來描述。優(yōu)選地，沖擊吸收墊在7kN下具有大于10％，優(yōu)選大于50％且最優(yōu)選地大于85％的阻尼因子。通過使材料經(jīng)受不同大小的多個入射力并且在材料的相反側上測量傳遞的力來確定特定材料的阻尼因子。然后從這些測量值獲得校準曲線以用于這樣的計算。例如，7kN處的阻尼因子大于10％，表示所述墊將吸收10％的入射力。

在最廣泛的意義上，本發(fā)明僅需要兩個層，即沖擊吸收墊和壓力傳感器。

傳感器本身可以在其內(nèi)表面上進行處理，使得其具有對皮膚舒適的層。然而，優(yōu)選地，提供覆蓋壓力傳感器的內(nèi)表面的內(nèi)纖維層以在與用戶身體的接觸面處提供增強的舒適性、透氣性和吸汗特性。

可以提供覆蓋墊的外表面的外纖維層。這將增強服裝的外觀，因為墊不會暴露在服裝的外表面。

第一纖維層和第二纖維層可以是多層的以為穿戴者提供增強的舒適性能。在墊、傳感器和纖維層之間可以有另外的層。

壓力傳感器本身可以是能夠測量一個特定位置處的壓力的單個傳感器。這樣的傳感器將適用于僅需要在相對小的區(qū)域中檢測力的服裝。另選地，可以在更寬的區(qū)域上提供這樣的墊和傳感器的陣列。

然而，優(yōu)選地，壓力傳感器是矩陣陣列的形式，其能夠檢測橫跨沖擊吸收墊的寬度的大部分的壓力變化。

傳感器可以是電容傳感器(例如，如US2013167663中所描述的)或應變儀。優(yōu)選地為電阻傳感器，例如被構造成將施加的力轉換為電阻的模擬電阻傳感器。

沖擊吸收墊的性質(zhì)(特別是當其具有沖擊消散層時)如下：入射力將會散布在相對較寬廣的區(qū)域上?？梢钥缭皆搮^(qū)域獲得矩陣陣列傳感器，該矩陣陣列傳感器將測量跨越整個這樣的區(qū)域的力增加和來自傳感器的平均值。另選地，可以測量沖擊的“力分布”，其中測量在各個位置的力。在任一情況下，傳感器將測量力和施加力的面積，從而計算壓力。

當使用這樣的陣列時，期望將所檢測的力分布在盡可能寬的區(qū)域上。

因此，優(yōu)選地，具有比沖擊吸收墊高的抗彎剛度的沖擊消散層被嵌入在沖擊吸收墊內(nèi)，以將入射力分散到身體的更寬的區(qū)域。

在其最簡單的形式中，所述服裝可以包括單個墊和傳感器。該傳感器可以包括記錄可以在以后被訪問的感測數(shù)據(jù)的一些設備。

然而，優(yōu)選地，可穿戴服裝還包括與壓力傳感器電連接的控制模塊。對于較大的服裝，例如被設計成穿在上身的上衣，可以存在多個沖擊吸收墊，每個沖擊吸收墊都具有其自己的壓力傳感器，并且每個沖擊吸收墊均連接到控制模塊。

如果所述服裝包括如上文所述的加速度計和陀螺儀，則這些加速度計和陀螺儀優(yōu)選地被容納在控制模塊中。

控制模塊還優(yōu)選地包括處理單元，該處理單元用于接收感測的數(shù)據(jù)，并且執(zhí)行入射力的任何所需的計算并根據(jù)需要來控制數(shù)據(jù)的傳輸。

控制模塊還優(yōu)選地包括能夠無線地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的收發(fā)器。這可以是任何已知類型的無線通信，諸如蜂窩電話、藍牙、Wi-Fi、Sub 1GHz無線電或無線電。所述服裝還可以結合GPS技術以使得能夠確定穿戴者的位置。

控制模塊優(yōu)選地還包括諸如鋰陶瓷電池的電池。這由于其安全性而特別適用于這樣的應用。

控制模塊優(yōu)選地還包括接通/截斷開關?？刂颇K還可以包括一個或更多個發(fā)光二極管(LED)以提供接通/截斷狀態(tài)、充電狀態(tài)和/或沖擊力的大小的指示。

控制模塊還可以設置有存儲器，以便存儲所檢測到的數(shù)據(jù)。另選地，控制模塊可以無線地實時傳輸以便外部存儲?？刂圃O備傳輸數(shù)據(jù)的頻度將根據(jù)需要而定。一方面，數(shù)據(jù)可以立即被傳輸出去。另一方面，數(shù)據(jù)可以簡單地全部存儲在控制模塊上，并且一旦用戶已經(jīng)停止穿戴所述服裝，就在稍后的日期下載。否則，可以每隔幾秒或幾分鐘定期發(fā)送數(shù)據(jù)。

控制模塊可以完全封裝在防水殼體內(nèi)，使得其可以與服裝一起洗滌。另選地，控制模塊是可移除的。類似地，所述壓力傳感器或每個壓力傳感器可以根據(jù)需要被封裝或可移除。

所討論的服裝可以是從包含T恤、長袖衫、夾克、鎧甲(harness)、頭盔、綁腿、短褲、手套(例如拳擊手套或板球手套)、或可附接到身體的單獨的墊式物品(諸如大腿墊、護胸、護脛、板球墊和頸托)的組中選擇的一個或更多個。所述服裝可以是“骨架”類型的服裝，其不一定形成完整的服裝，而是設計成在另一件服裝下穿戴。

本發(fā)明還涉及一種系統(tǒng)，其包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面的可穿戴的服裝，該系統(tǒng)與被布置為從壓力傳感器接收信息的數(shù)據(jù)處理和顯示設備相結合。該數(shù)據(jù)處理和顯示設備可以是計算機或移動通信設備，例如智能電話或平板電腦。

這樣的設備可以從控制模塊和與控制模塊相關聯(lián)的附加傳感器接收數(shù)據(jù)。所述系統(tǒng)還可以包括附加的傳感器，例如計步器、心率監(jiān)測器等等，其可以或可以不與服裝成一體。

如果處理和顯示設備僅用于個人使用，則其可以被布置為從單個服裝接收數(shù)據(jù)。

另選地，其可以被布置為從多個服裝接收數(shù)據(jù)。這可能是有用的，例如，用于團隊教練來監(jiān)視團隊的所有成員的信息。另選地，對于醫(yī)療從業(yè)人員來說，從各種各樣的用戶收集數(shù)據(jù)可能是有用的，以便對特定類別的用戶及對沖擊對他們的影響進行全局評估。所述數(shù)據(jù)還可以用作例如在電視體育廣播或在社交媒體上的信息，以使得能夠進行互動

附圖說明

現(xiàn)在將參照附圖來描述根據(jù)本發(fā)明的服裝的示例，在附圖中：

圖1A是根據(jù)本發(fā)明的服裝的前視圖；

圖1B是圖1A的服裝的后視圖；

圖1C是圖1A和圖1B的服裝的透視圖；

圖1D是前述附圖的服裝的頂視圖；

圖2是穿過墊、傳感器和服裝的不同層的示意性橫截面；

圖3A是壓力傳感器的分解透視圖；

圖3B是同一傳感器的組裝平面圖；

圖4示出了控制模塊的布局；以及

圖5是示出系統(tǒng)的一般操作的流程圖，示出了智能裝甲-算法定義。

具體實施方式

圖1A至圖1D示出了加墊上衣，其是旨在供橄欖球運動員使用的一種加墊襯層。如本申請中其它地方所述的，本發(fā)明可應用于通常需要沖擊保護的可穿戴服裝。同時，雖然圖1A至圖1D示出的上衣被用作說明，但容易理解的是，對于其它這樣的衣服，沖擊吸收墊被放置在最可能接受沖擊的區(qū)域中。

如圖1A至圖1C所示，服裝1包括五個沖擊吸收墊2，所述五個沖擊吸收墊2包括一對肩墊、一對上臂墊以及胸墊。朝向服裝1的背部的上部的是控制模塊3。該控制模塊3被柔軟的層4包圍，以為穿戴服裝的人以及沖擊他們的任何人提供舒適感。控制模塊3通過導電線5與每個墊2連接。線5可以僅為保持在服裝的層之間的線，使得其不會妨礙穿戴者。

墊的數(shù)量和定位僅作為一個示例提供。可以有更少的墊，例如僅肩墊，或者存在附加的墊，例如保護肋骨的墊。

圖2更加詳細地示出了墊2的結構。墊被夾在外纖維層10和內(nèi)纖維層11之間。所述墊由沖擊吸收層12組成。其可以由諸如泡沫彈性體、熱塑彈性體、泡沫熱塑彈性體的材料或任何適合的復合材料制成。層12的厚度通常小于100mm，更優(yōu)選地小于50mm，并且最優(yōu)選地小于20mm。在沖擊吸收材料12內(nèi)是沖擊消散層13。其是可選的層。其可以在制造時嵌入到?jīng)_擊吸收材料中。另選地，沖擊吸收材料12可由在沖擊消散層13周圍夾住沖擊消散層13的兩部分形成。沖擊消散層13可以是高沖擊工程聚合物(例如聚碳酸酯或尼龍)、玻璃或碳纖維復合物、雙軸取向膜或提供高抗彎強度、高抗穿刺性和柔性的任何其它材料。

沖擊吸收材料12與內(nèi)纖維層11之間是傳感器14。該傳感器在圖3A和圖3B中被更加詳細地示出。在US2014/0083207中示出了另一種適合的傳感器。

傳感器14包括兩個基底層14a、14b，在兩個基底層之間設置間隔體層14c以及可選的一個或更多個介電層14d、14e。基底層14a、14b的相對的表面可以承載印刷于其上的已知電阻的導電跡線，使得當接觸基底層14a、14b時提供取決于接觸力的可變電阻。優(yōu)選地，這樣的力感測電阻元件的陣列以網(wǎng)格圖案布置在基底14a、14b上。傳感器可以被設計成具有布置在其內(nèi)的有效感測網(wǎng)格的任何期望的圖案(網(wǎng)格圖案不必是規(guī)則的圖案)。

圖4中示出了控制模塊3的布局。

該模塊包括以下部件。

加速度計(例如ADXL375)，它是一個三軸加速度計，適用于高g應用。其將測量正常運動期間穿戴者的加速度，并且測量受沖擊時的突然變化。

陀螺儀51(例如ADXRS290)。它可以是2或3軸陀螺儀，其能夠檢測穿戴者的運動的角取向以及任何發(fā)生的沖擊。

處理器53(例如ARM Cortex M3)，其將從加速度計50和陀螺儀51接收來自壓力傳感器14的讀數(shù)，并且執(zhí)行各種計算并輸出如下所述的診斷信息。

連接器54，用于連接到矩陣傳感器。

電源管理集成電路55。

收發(fā)器56，例如藍牙設備。

插座57，電池可以經(jīng)由該插座充電。

LED 58，其優(yōu)選為多色設備，以提供設備狀態(tài)的指示，例如接通/截斷、低電量、充電等。其還可以用于根據(jù)沖擊的大小提供可視輸出。

用于激活所述設備的接通/截斷開關59。

用于附接到電池(諸如鋰陶瓷電池)的電池連接件60，其以相對小的體積提供相對大的電源。盡管示出為單獨的連接，但電池優(yōu)選地是控制模塊3的一部分。

現(xiàn)在將參照圖5描述本發(fā)明的操作?？刂破?3接收如下所述的多個輸入，以評估沖擊的性質(zhì)并且執(zhí)行各種計算及提供有用的輸出。

某些信息由用戶在首次穿戴所述服裝之前提供。這可以通過提供用戶界面70來方便地實現(xiàn)，例如當用戶首次使用所述服裝時可以訪問的應用或網(wǎng)站。需要關于用戶特定的多個參數(shù)的信息，例如他們的體重、身高和尺寸，例如胸部和腰部測量值。這些都被用于確定沖擊的性質(zhì)。還可以輸入年齡，以使得軟件能夠確定什么可以被認為是可接收的沖擊水平。

所述軟件預先安裝關于被認為是可接受的峰值壓力和沖力(impulse)的閾值水平的數(shù)據(jù)71。這些將包括各沖擊的值以及關于累積的沖擊的數(shù)據(jù)。這些值可以基于沖擊的安全水平的現(xiàn)有醫(yī)學研究來設定。軟件的這方面是可更新的，以使得能夠從最新的醫(yī)學研究收集新的信息。

來自所述壓力傳感器14的輸入由數(shù)字72表示。所感測的值是所傳遞的力的法向分量。壓力傳感器14提供沖擊力F_N的指示以及該力被施加的區(qū)域A_pad。

來自加速度計50和陀螺儀51的輸入由數(shù)字73表示。填充阻尼因子74基于材料的校準被編程到所述軟件中。

這可以如同向墊施加已知大小的沖擊并測量傳遞的力一樣簡單?？梢酝ㄟ^向墊施加不同大小的沖擊來執(zhí)行更復雜的校準。

所有這些信息隨后由處理器53接收，處理器53可以計算用戶感覺到的沖力。這通過將壓力傳感器14檢測到的力對時間積分來獲得。

使用這些數(shù)據(jù)，連同個人用戶數(shù)據(jù)、加速度計和陀螺儀數(shù)據(jù)以及填充阻尼因子一起，算法能夠通過使用動量和能量守恒定律來求解運動方程來計算入射力Fi。

輸出值可以包括在墊的外側感覺到的沖力和峰值壓力以及傳遞給用戶的峰值壓力、以及傷害風險的指示和填充的有效性的指示。