本發(fā)明涉及用于監(jiān)測(cè)游泳者的表現(xiàn)的可穿戴系統(tǒng)。特別地，本發(fā)明涉及由安裝了傳感器的服裝和耦合至其的裝置組成的系統(tǒng)，其能夠提供關(guān)于穿戴它的游泳者的心率、運(yùn)動(dòng)和加速度的數(shù)據(jù)。因此，本發(fā)明旨在主要由用戶在游泳鍛煉期間使用，以改善他或她的表現(xiàn)并增進(jìn)健康，或者測(cè)量基于水的康復(fù)治療的效果。

背景技術(shù)：

游泳在我們的社會(huì)中是廣泛從事的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)榕c許多其他運(yùn)動(dòng)相比，游泳是全面的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)全身并訓(xùn)練大范圍的肌肉，這就是為什么游泳通常被推薦給孩子和具有涉及肌肉和骨骼的特定背部問(wèn)題的人。

同時(shí)，游泳不需要任何昂貴的裝備，而是僅需要服裝、一副游泳鏡和游泳帽。

該項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的流行也可以歸因于以它為特色的大量的運(yùn)動(dòng)賽事，例如奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)，其中，游泳是主要運(yùn)動(dòng)之一以及最受公眾關(guān)注的運(yùn)動(dòng)之一。

這些以及其他因素促成了大量的經(jīng)常從事和關(guān)注這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的業(yè)余和半業(yè)余游泳者的產(chǎn)生。

在大多數(shù)情況下，這種游泳者不被教練跟隨并且不利用高級(jí)儀器來(lái)分析他們的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練以改進(jìn)他們的表現(xiàn)并優(yōu)化用于訓(xùn)練的時(shí)間。

游泳是周期性運(yùn)動(dòng)，其目的是流暢并且快速在水中穿行。

為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，最根本的是具有身體的各個(gè)部分之間的完美協(xié)調(diào)性和出色的技術(shù)。

技術(shù)和協(xié)調(diào)性，即便不超過(guò)，也至少具有與競(jìng)技能力類似的戰(zhàn)略重要性。實(shí)際上，當(dāng)游泳時(shí)，如果人們即使最輕微地改變了身體的運(yùn)動(dòng)或位置，例如頭部的轉(zhuǎn)動(dòng)角度或劃水速度，則可能導(dǎo)致對(duì)表現(xiàn)惡化的顯著改進(jìn)。

可惜的是，并不總是容易識(shí)別如何精確地改進(jìn)表現(xiàn)，因?yàn)殡y以理解如何將人的身體運(yùn)動(dòng)改變?yōu)槠渥陨淼膬?yōu)勢(shì)。實(shí)際上，由于大部分運(yùn)動(dòng)在水的表面下發(fā)生并且因此難以觀察的事實(shí)，即使有教練的幫助，也會(huì)出現(xiàn)困難。

當(dāng)前在市場(chǎng)上存在幾種可用產(chǎn)品，其可以幫助和改進(jìn)運(yùn)動(dòng)的男人和女人的訓(xùn)練。特別地，存在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其可以使用與游泳者的速度相關(guān)聯(lián)的游泳者的心率以及流逝的時(shí)間量來(lái)評(píng)估體能表現(xiàn)。

然而，當(dāng)這些產(chǎn)品用于游泳時(shí)，它們具有某些局限性，因?yàn)殡娮觾x器可能具有通過(guò)與水接觸導(dǎo)致的問(wèn)題，并且當(dāng)用于諸如游泳的技巧性運(yùn)動(dòng)時(shí)從功能視角看，也可能是不足的。

此外，這些產(chǎn)品對(duì)于游泳者來(lái)說(shuō)可能不舒服，因?yàn)樗鼈兎恋K了手臂和腿部保持自由，或者至少擺脫手鏈或踝帶，這可能干擾游泳姿勢(shì)并且在流體動(dòng)力學(xué)方面可能甚至影響游泳者的表現(xiàn)。

美國(guó)專利2011/0172549描述了用于在高速運(yùn)動(dòng)情況下以及甚至在水下使用的心率和心電圖(ECG)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特征在于其上放置有電極和處理器的帶，其中處理器分析來(lái)自電極的信號(hào)。該處理器被放在在游泳者的胸部上，然而這在游泳時(shí)以及在從事任何其他水上運(yùn)動(dòng)時(shí)被證明是不舒服的且體積大。此外，用于放置電極和處理器的簡(jiǎn)單的帶的使用可能是不利的，因?yàn)橛斡菊叩倪\(yùn)動(dòng)與充當(dāng)潤(rùn)滑劑的水的存在一起可以導(dǎo)致帶沿著游泳者的身體滑動(dòng)，由此影響了ECG信號(hào)的檢測(cè)和游泳者的表現(xiàn)，游泳者現(xiàn)在可能發(fā)現(xiàn)圍繞他或她的腰部懸掛的物體。

WO 2010/113134描述了用于游泳的監(jiān)測(cè)裝置，其中，存在用于在身體活動(dòng)期間檢測(cè)游泳者的位置的傳感器。該裝置也可以安裝心率檢測(cè)系統(tǒng)，其在穩(wěn)定性方面和其體積以及其可能導(dǎo)致游泳者的不舒適方面存在某些傳感器的位置有關(guān)的問(wèn)題。特別地，在游泳者胸部中心的傳感器的位置對(duì)于游泳來(lái)說(shuō)可能是不舒適的和不實(shí)用的。此外，其所位于的胸帶在游泳時(shí)可以容易地移動(dòng)，由此會(huì)改變傳感器的位置并使得信號(hào)讀取無(wú)效。

因此，期望有用于監(jiān)測(cè)游泳者的體能表現(xiàn)的系統(tǒng)，其可以檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員在水中消耗體力時(shí)的運(yùn)動(dòng)和體能表現(xiàn)的參數(shù)。

也期望有在體育活動(dòng)期間容易穿上且穩(wěn)定的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，換句話說(shuō)，期望有不會(huì)由于游泳者的運(yùn)動(dòng)而改變其位置的系統(tǒng)。

最后，期望有在不影響游泳者的表現(xiàn)并且不會(huì)由于其位置導(dǎo)致任何種類的不舒適的情況下使得參數(shù)持續(xù)地被監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于監(jiān)測(cè)游泳者的體能表現(xiàn)的系統(tǒng)，其也可以容易地在水下操作。

本發(fā)明的另一目的是提供一種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其可以容易地由游泳者穿戴并且同時(shí)在體能消耗和運(yùn)動(dòng)期間是穩(wěn)定和舒適的。

本發(fā)明的另一目的是提供一種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其可以評(píng)估游泳者的技術(shù)以及他或她的體能表現(xiàn)，以獲得完整的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。

根據(jù)下文的描述，本發(fā)明的這些以及其他目的和優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得更加明顯，其是通過(guò)用于從事水上運(yùn)動(dòng)的服裝來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該服裝的特征在于，其包括兩個(gè)或更多個(gè)心率和/或ECG信號(hào)傳感器、具有加速度計(jì)的用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的慣性系統(tǒng)、心率和/或ECG信號(hào)檢測(cè)電路、用于分析來(lái)自所述心率和/或ECG信號(hào)檢測(cè)傳感器的數(shù)據(jù)的微處理器、以及用于將所述數(shù)據(jù)發(fā)送至接收單元的發(fā)射器；所述運(yùn)動(dòng)檢測(cè)慣性系統(tǒng)、所述微處理器、所述電路和所述發(fā)射器包含在放置于所述服裝的背部上的外殼中，以使得當(dāng)服裝由用戶穿著時(shí)，所述外殼沿著脊柱放置在與胸椎T6-L3相對(duì)應(yīng)的位置。這樣，可以以穩(wěn)定的重復(fù)的方式監(jiān)測(cè)在水中從事運(yùn)動(dòng)的游泳者的體能表現(xiàn)，而不會(huì)導(dǎo)致對(duì)游泳者的任何不適感并且不會(huì)有傳感器以及運(yùn)動(dòng)檢測(cè)慣性系統(tǒng)的移動(dòng)或故障的風(fēng)險(xiǎn)。

優(yōu)選地，心率檢測(cè)傳感器被放在服裝的胸-腹部分上，以使得所述傳感器被放置在胸-腹帶上部區(qū)域中與肋骨9-12相對(duì)應(yīng)的位置。這確保了在用于檢測(cè)心率的最佳位置與皮膚的正確接觸。

優(yōu)選地，運(yùn)動(dòng)檢測(cè)慣性系統(tǒng)包括陀螺儀，以使得可以以高靈敏度檢測(cè)游泳者在空間中的位置。

優(yōu)選地，心率傳感器在服裝的腹部部分沿著彈性帶放置。即使在體能消耗期間沉重地呼吸時(shí)，這也會(huì)確保傳感器的正確位置和對(duì)于游泳者的有限的不適感。

優(yōu)選地，心率傳感器由紡織材料制成。這確保了與皮膚的極好的接觸以任何時(shí)候都獲得精確的信號(hào)。

優(yōu)選地，心率傳感器具有轉(zhuǎn)向所述服裝的內(nèi)部的凸形輪廓。以這種方式，即使服裝在游泳者的身體上發(fā)生輕微移動(dòng)，與游泳者的皮膚的接觸也是最大化的。

優(yōu)選地，包含所述運(yùn)動(dòng)檢測(cè)慣性系統(tǒng)、所述電路、所述微處理器和所述發(fā)射器的外殼由防滲材料制成。這會(huì)保證即使在水中運(yùn)行時(shí)部件也能最優(yōu)地操作，由此使得可以在游泳的同時(shí)監(jiān)測(cè)游泳者的表現(xiàn)。

優(yōu)選地，制造外殼的防滲材料從由聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯組成的組中選擇。更優(yōu)選地，外殼由高密度聚乙烯制成。這將在保持系統(tǒng)盡可能輕并且還有助于它漂浮的同時(shí)保證部件的最佳不可滲透性。

優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的用于從事水上運(yùn)動(dòng)的服裝包括數(shù)據(jù)顯示單元，該數(shù)據(jù)顯示單元具有接收單元和顯示器的。以這種方式，可以實(shí)時(shí)地評(píng)估以及在訓(xùn)練結(jié)束之后評(píng)估游泳者的體能表現(xiàn)，以使得可以基于所獲得的數(shù)據(jù)改進(jìn)游泳姿勢(shì)的技術(shù)組成和游泳者的體能表現(xiàn)。

優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的用于從事水上運(yùn)動(dòng)的服裝包括用于記錄由所述微處理器分析的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元，由此使得可以在訓(xùn)練項(xiàng)目期間存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并隨后將數(shù)據(jù)傳送至接收單元。

附圖說(shuō)明

根據(jù)對(duì)本發(fā)明的通過(guò)附圖中的非限制性示例示出的優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的進(jìn)一步的特征和優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得更加明顯，其中：

-圖1A示出針對(duì)女性模型的根據(jù)本發(fā)明的服裝的實(shí)施例的前視圖；

-圖1B示出針對(duì)女性模型的根據(jù)本發(fā)明的服裝的實(shí)施例的側(cè)視圖；

-圖1C示出針對(duì)女性模型的根據(jù)本發(fā)明的服裝的實(shí)施例的后視圖；

-圖2A示出針對(duì)男性模型的根據(jù)本發(fā)明的服裝的實(shí)施例的前視圖；

-圖2B示出針對(duì)男性模型的根據(jù)本發(fā)明的服裝的實(shí)施例的側(cè)視圖；

-圖2C示出針對(duì)男性模型的根據(jù)本發(fā)明的服裝的實(shí)施例的后視圖；

-圖3示出了顯示包含加速度計(jì)、微處理器和發(fā)射器的外殼在游泳者的背部上的位置的示意圖；

-圖4示出了顯示心率傳感器在游泳者的上部身體上的位置的示意圖；

-圖5示出在自由泳時(shí)的前-后向、橫向和垂直加速度的圖；

-圖6示出在蛙泳時(shí)的前-后向、橫向和垂直加速度的圖；

-圖7示出在仰泳時(shí)的前-后向、橫向和垂直加速度的圖。

具體實(shí)施方式

參考附圖，用于水上運(yùn)動(dòng)的服裝包括服飾，換句話說(shuō)，由如通常認(rèn)為的在做運(yùn)動(dòng)時(shí)適于在水中使用的材料制作的服裝，其可以穿戴在游泳者的上半身上，并且特別地可以穿戴為胸罩。該特定實(shí)施例允許服裝是舒適的，并且在游泳時(shí)防止服裝移動(dòng)并沿著游泳者滑動(dòng)(這會(huì)改變測(cè)量值并產(chǎn)生不適)，以及使得電極與皮膚接觸的區(qū)域不可滲透。

如圖1和2所示，由于所使用的面料的剪裁和形狀，服裝10可以由女性和男性運(yùn)動(dòng)員使用。這使得游泳者能具有完全適合并且因此對(duì)于女性用戶和男性用戶都舒適的服裝。

根據(jù)本發(fā)明的服裝10包括兩個(gè)或更多個(gè)心率和/或心電圖(ECG)信號(hào)傳感器100，其沿著位于服裝的腹部部分的彈性帶110放置，如圖1A和2A所示。特別地，傳感器100被放置成使得一旦服裝被游泳者穿上，它們就處于與肋骨9-12相對(duì)應(yīng)的位置上，如圖4所示。這保證了對(duì)由心跳生成的電信號(hào)的良好接收。此外，從人體工程學(xué)的視角看，這個(gè)位置也是理想的位置，因?yàn)槠湓谏眢w活動(dòng)的時(shí)間段期間對(duì)游泳者產(chǎn)生盡可能少的不舒適。

彈性帶110用于通過(guò)完全地粘附至游泳者的上半身來(lái)將服裝保持在正確的位置以及保證心率傳感器100與游泳者的皮膚正確接觸的雙重目的，由此保證連續(xù)有效地接收監(jiān)測(cè)心率所需的電信號(hào)，盡管所考慮的區(qū)域是不可滲透的以防止由水的存在所導(dǎo)致的電極之間的短路。在本發(fā)明的第二實(shí)施例(未在圖中示出)中，服裝包括沿著彈性帶放置的一系列傳感器，以便不僅檢測(cè)心率還使得獲得心電圖軌跡成為可能，從而具有關(guān)于游泳者的健康的另外的更多的詳細(xì)信息。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，心率和/或ECG信號(hào)傳感器100由紡織材料制成，換句話說(shuō)，它們由可導(dǎo)電的織物制成，其在服裝的內(nèi)部應(yīng)用于彈性帶110以確保與游泳者的皮膚的更好接觸。

為了進(jìn)一步改善與游泳者皮膚的接觸，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，傳感器100墊有柔軟的惰性紡織材料以呈現(xiàn)略微的圓形，并因此具有轉(zhuǎn)向服裝10的內(nèi)部的凸形輪廓。這保證了電極在皮膚上的較好接觸，而不會(huì)使游泳者感到不舒適。

由傳感器100檢測(cè)到的電信號(hào)由電路接收并由微處理器分析——根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)——該微處理器通過(guò)常規(guī)的電連接系統(tǒng)連接至它們。

根據(jù)本發(fā)明的服裝10包括慣性系統(tǒng)，該慣性系統(tǒng)包括至少一個(gè)三軸加速度計(jì)或一系列單軸加速度計(jì)，其能夠檢測(cè)和測(cè)量游泳者的加速度并因此能夠檢測(cè)沿著三個(gè)笛卡爾軸X、Y和Z的運(yùn)動(dòng)，以便具有對(duì)游泳者身體的運(yùn)動(dòng)的精確指示，從而評(píng)估與各種游泳姿勢(shì)有關(guān)的技術(shù)組成。

在未在圖中示出的本發(fā)明的另一實(shí)施例中，服裝包括陀螺儀，該陀螺儀能夠精確地檢測(cè)游泳者的空間位置，以便能夠在不同游泳姿勢(shì)的各個(gè)階段期間準(zhǔn)確地理解游泳者身體的位置，由此使得可以校正定位或運(yùn)動(dòng)的任何誤差。

特別地，通過(guò)使用沿著前后軸的加速度，可以評(píng)估游泳者在不同游泳姿勢(shì)中生成的推進(jìn)推力的量。沿著橫向軸的加速度使得可以評(píng)估在自由泳和仰泳中的手臂和腳部運(yùn)動(dòng)。沿著垂直軸的加速度使得可以在蛙泳時(shí)評(píng)估進(jìn)展。

來(lái)自加速度計(jì)的信號(hào)也以與來(lái)自心率傳感器的信號(hào)相同的方式被微處理器采集和分析。

在未在圖中示出的本發(fā)明的另一實(shí)施例中，服裝包括陀螺儀，該陀螺儀能夠精確地檢測(cè)游泳者的空間位置，以便能夠在不同游泳姿勢(shì)的各個(gè)階段期間準(zhǔn)確地理解游泳者身體的位置。

根據(jù)本發(fā)明，慣性系統(tǒng)以及用于處理來(lái)自慣性系統(tǒng)本身和來(lái)自心率和/或ECG信號(hào)傳感器的信號(hào)的微處理器被包含在由防滲材料制成的外殼200中。

包含慣性系統(tǒng)和微處理器的外殼(casing)200被放置在服裝10的背部，如圖1B、1C、2B和2C所示。特別地，其沿著游泳者的脊柱放置，以使得當(dāng)游泳者穿上服裝時(shí)，該外殼處于與胸椎T7-T12相對(duì)應(yīng)的位置，如圖3所示。

優(yōu)選地，外殼200位于與椎骨T6-L3相對(duì)應(yīng)的位置。甚至更優(yōu)選地，外殼200位于與椎骨T9-L1相對(duì)應(yīng)的位置。

圖5、6和7示出參考三個(gè)主要游泳姿勢(shì)由加速度計(jì)記錄的加速度的圖。特別地，圖5示出自由泳的加速度的圖，其中，各個(gè)劃水動(dòng)作由與每個(gè)單獨(dú)劃水動(dòng)作相對(duì)應(yīng)的橫向加速度的峰指示，以及向前推進(jìn)的推力由與每個(gè)單獨(dú)劃水動(dòng)作相對(duì)應(yīng)的前后向加速度指示。該圖也示出了游泳者在泳池長(zhǎng)度之后轉(zhuǎn)身的時(shí)刻，以使得可以詳細(xì)地評(píng)價(jià)每個(gè)單獨(dú)長(zhǎng)度、以及游泳者表現(xiàn)隨時(shí)間的退化。

圖6示出蛙泳的加速度的圖，其中，進(jìn)入水和離開水的階段由垂直加速度指示。

圖7示出仰泳的加速度的圖，其中，各個(gè)劃水動(dòng)作也由橫向加速度指示。

從由慣性系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的記錄的視角以及從對(duì)于游泳者的舒適度的視角，外殼200在服裝10的背部上的位置特別地合適。背部上的位置能夠使得加速度計(jì)在三種游泳方式期間精確地記錄橫向、后向和垂直加速度以用于評(píng)估游泳者的運(yùn)動(dòng)，以便具有對(duì)在游泳時(shí)要校正的任何技術(shù)錯(cuò)誤的精確指示，如上所示。此外，就游泳者的舒適度而言，該位置對(duì)于游泳者產(chǎn)生了盡可能少的不適感，由此允許他或她自然地游泳，并因此使得能對(duì)要做的游泳姿勢(shì)進(jìn)行真實(shí)的有效的評(píng)估。

制造外殼200的防滲材料必須保證對(duì)水的高度的不可滲透性，以便使得電子部件正確地操作，但同時(shí)其必須是輕的容易加工的材料，以便在身體活動(dòng)期間對(duì)游泳者產(chǎn)生最小可能的不舒適感，并允許在組裝階段期間容易安裝部件。該防滲材料從由聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯組成的組中選擇。優(yōu)選地，外殼200由高密度聚乙烯(HDPE)制成，以在保持整個(gè)服裝的重量低的同時(shí)確保足夠的不可滲透性。

為了評(píng)估所獲得的數(shù)據(jù)，外殼200包含連接至微處理器的發(fā)射器，其能夠向接收單元發(fā)送所記錄的速度和心率數(shù)據(jù)。特別地，該數(shù)據(jù)被發(fā)送至外部單元，例如PC、平板電腦或任何其他的包括信號(hào)接收單元和在其上評(píng)估所記錄的信號(hào)的顯示器的電子裝置。

這些信號(hào)接收和顯示器件可以配備有數(shù)據(jù)處理程序，其能夠使得所記錄的數(shù)據(jù)的質(zhì)量被自動(dòng)評(píng)估，由此提供對(duì)于涉及游泳者的訓(xùn)練以及因此要做出的任何技術(shù)改變的精確指示，以便優(yōu)化游泳姿勢(shì)并改進(jìn)表現(xiàn)。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，服裝包括存儲(chǔ)單元，用于記錄由微處理器分析的數(shù)據(jù)。以這種方式，所記錄的數(shù)據(jù)可以在任意時(shí)間(包括不在實(shí)際的培訓(xùn)項(xiàng)目期間)被傳送至顯示單元。這意味著所記錄的數(shù)據(jù)甚至可以在幾個(gè)訓(xùn)練項(xiàng)目之后進(jìn)行分析而不是在每個(gè)單獨(dú)訓(xùn)練項(xiàng)目之后或期間進(jìn)行分析。

在其他運(yùn)動(dòng)的情況下，該系統(tǒng)提供關(guān)于心率和/或ECG信號(hào)以及關(guān)于涉及要做的運(yùn)動(dòng)或姿勢(shì)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)的相同信息。在基于水的運(yùn)動(dòng)康復(fù)的情形下獲得類似的信息。