用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備(100)、一種操作用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備(100)的方法(500)以及一種騎車節(jié)奏計算機程序。所述設(shè)備(100)包括：運動傳感器(諸如，例如加速度計)，其用于檢測所述設(shè)備(100)的移動并且用于生成與所述移動相對應(yīng)的運動信號(x,y,z)；節(jié)奏確定單元(300)，其用于基于所述運動信號(x,y,z)來確定騎車節(jié)奏。所述設(shè)備(100)能夠被佩戴在騎車人的手腕或手臂(110)上。所述設(shè)備中的所述運動傳感器能夠拾取手臂或手腕的與所述節(jié)奏相對應(yīng)的微小移動。任選地，應(yīng)用能夠根據(jù)有噪聲的信號來導(dǎo)出節(jié)奏的算法。
【專利說明】
用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備、一種操作用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備的方法以及一種騎車節(jié)奏計算機程序。【背景技術(shù)】
[0002]目前，騎車人騎自行車的速率，即騎車節(jié)奏由需要被安裝到自行車的設(shè)備來測量， 這種設(shè)備例如曲軸上的磁體，其中在框架上具有當(dāng)曲軸緊密傳遞時測量波動磁場的傳感器。
[0003]W02012019654A1公開了一種用于確定曲軸節(jié)奏和自行車速度的傳感器裝置。該傳感器裝置包括具有關(guān)于第一垂直測量軸和第二垂直測量軸、能夠提供取決于兩個測量軸的第一信號和第二信號的加速度計、無線發(fā)送器以及電源的外殼。該外殼包括用于將外殼附接到自行車的車輪的附接器件。該傳感器裝置還包括用于根據(jù)極性的連續(xù)改變在第一信號中發(fā)生的速率或根據(jù)連續(xù)的正極值和負極值在第一信號中發(fā)生的速率來確定節(jié)奏的第一器件和用于根據(jù)連續(xù)的最大極值和最小極值在第二信號中發(fā)生的速率來確定速度的第二器件。
[0004]EP1992389A1公開了一種用于監(jiān)測運動的數(shù)據(jù)記錄器，其包括加速度計、用于感測角度位移的陀螺儀傳感器、用于感測位置和速度的GPS單元、用于感測移動的方向的磁力計、心率監(jiān)測器、以及被編程為操縱數(shù)據(jù)并提供心率、速度和其他運動參數(shù)的顯示的控制器。數(shù)據(jù)能夠被存儲或被發(fā)送到遠程計算機以便由教練使用。該設(shè)備在足球規(guī)范、田徑運動、游泳、滑雪運動和自行車賽中是有用的。
[0005]被附接到自行車的用于測量節(jié)奏的設(shè)備的缺點在于其僅僅在一輛自行車上工作。 大多數(shù)運動騎車人具有多于一個自行車，并且因此將需要購買并在每個自行車上附接節(jié)奏測量設(shè)備。另外，將節(jié)奏計附接到自行車是麻煩的。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是要提供一種用于測量自行車節(jié)奏的設(shè)備、一種操作用于測量自行車節(jié)奏的設(shè)備的方法以及一種自行車節(jié)奏計算機程序，其克服了先前技術(shù)的缺點。
[0007]在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種用于測量自行車節(jié)奏的設(shè)備。所述設(shè)備包括: 運動傳感器，其用于檢測所述設(shè)備的移動并且用于生成與所述移動相對應(yīng)的運動信號。所述設(shè)備還包括節(jié)奏確定單元，所述節(jié)奏確定單元用于基于所述運動信號來確定基于運動的節(jié)奏。所述設(shè)備還包括附接單元，所述附接單元用于將所述設(shè)備附接到手腕或手臂。
[0008]對以上提到的缺點的解決方案是測量在手腕或手臂處的節(jié)奏。手腕或手臂佩戴設(shè)備提供改進的移動性，因為其未被附接到自行車?？梢岳酶浇訂卧獊硗瓿稍O(shè)備到手腕或手臂的附接。附接單元可以包括例如手環(huán)。然而，所述設(shè)備也可以被包括在手表中，并且因此借助于表帶被附接到騎車人的手腕或手臂。當(dāng)騎車人將時變力應(yīng)用到自行車踏板時，該力導(dǎo)致在駕駛方向上的小的時變加速度，這能夠由所述設(shè)備來測量。然而，本發(fā)明不限于當(dāng)駕駛戶外自行車時的訓(xùn)練。也就是說，在室內(nèi)騎車的情況下，在前向方向上的加速度是不存在的，但是小的旋轉(zhuǎn)是主要的。事實上，被附接到在測力計上鍛煉的人的手腕或手臂的設(shè)備隨著踏板轉(zhuǎn)動而輕微旋轉(zhuǎn)。因此，在受制于重力的加速度計中，這些旋轉(zhuǎn)可測量為在重力矢量的取向上的小的改變。在設(shè)備中的運動傳感器(諸如，例如加速度計)拾取手臂或手腕的與節(jié)奏相對應(yīng)的微小移動。基于這些檢測到的微小移動，運動傳感器生成運動信號。運動信號可以例如與加速度的時間相關(guān)測量結(jié)果相對應(yīng)。在另一實施例中，運動信號可以例如與回轉(zhuǎn)的時間相關(guān)測量結(jié)果相對應(yīng)。如下面更詳細地解釋的，運動信號可以受制于節(jié)奏確定單元。節(jié)奏確定單元可以處理運動信號以計算運動節(jié)奏，即針對節(jié)奏的近似值，其中，近似值是基于運動信號的。
[0009]在本發(fā)明的實施例中，節(jié)奏確定單元適于通過使用運動信號的頻率來確定基于運動的節(jié)奏。針對基于頻率的技術(shù)的一個范例涉及短期傅里葉譜。使用頻率域而不是時間域以根據(jù)運動信號來確定節(jié)奏具有的優(yōu)點在于基于頻率的方法針對非周期性運動更具魯棒性。例如，這樣的非周期性運動可以例如通過在不平坦的表面上騎自行車、或者通過手臂或手腕的附帶移動(諸如從水壺喝水或調(diào)檔)而引起。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知頻率域方法特別能夠在存在非周期性噪聲的情況下檢測周期性信號分量(即，節(jié)奏)。
[0010]在又一實施例中，節(jié)奏確定單元包括一個或多個低通濾波器單元，所述一個或多個低通濾波器單元用于在確定基于運動的節(jié)奏之前對運動信號進行低通濾波。當(dāng)路面不平坦的時候，運動傳感器(諸如，例如加速度計)測量大量噪聲。噪聲可以掩蓋與節(jié)奏有關(guān)的周期性信號分量。解決該問題的一個可能性是通過應(yīng)用運動信號的低通濾波。由于歸因于不平坦的路面的失真主要在高頻中(諸如，例如在2.5Hz以上)并且能夠是極大的，所以低通濾波可以充分地抑制來源于不平坦路面的噪聲。優(yōu)選地，在運動信號經(jīng)受低通濾波之前，對其進行分類。也就是說，運動信號的高頻分量可以被用于對活動的類型進行分類(諸如，例如， 騎自行車或步行)。因此，節(jié)奏確定單元可以采用不同的算法來確定節(jié)奏，或者甚至可以完全避免確定節(jié)奏(諸如，例如，在確定節(jié)奏沒有意義的情況下，例如，在用戶是乘坐摩托車或自動扶梯的情況下)。
[0011]在又一實施例中，所述設(shè)備還包括光學(xué)傳感器。優(yōu)選地，光學(xué)傳感器被配置為使得光源將光照射到皮膚上/中。然后，在離光源一定距離處利用光電檢測器(諸如例如，光電二極管)測量反射光、折射光和/或散射光。這樣的光學(xué)傳感器的范例可以是例如正常地被用于利用反射ppg(光學(xué)體積描記術(shù))測量心率或sP02(脈搏血氧計氧飽和度)的傳感器或激光斑點傳感器。光學(xué)傳感器可以被包括在運動傳感器中以測量設(shè)備相對于皮膚的移位/傾斜。 尤其當(dāng)設(shè)備的佩戴者具有節(jié)奏地移動他/她的手臂并且設(shè)備未被完全地緊緊捆綁在手臂/ 手腕周圍時，該移位/傾斜將示出節(jié)奏。而且，除了運動傳感器，通過提供光學(xué)傳感器，并且通過使用用于確定另一量(諸如，例如心率)的光學(xué)傳感器，自行車活動的更完全的監(jiān)測是可能的。
[0012]在又一實施例中，光學(xué)傳感器被配置為生成光學(xué)信號。節(jié)奏確定單元被配置為接收光學(xué)信號。節(jié)奏確定單元還被配置為僅僅基于光學(xué)信號來確定基于光學(xué)信號的節(jié)奏，和/ 或被配置為基于光學(xué)信號和運動信號的組合來確定基于組合的光學(xué)運動的節(jié)奏。
[0013]在又一實施例中，節(jié)奏確定單元被配置為接收心率信號。優(yōu)選地，節(jié)奏確定單元還被配置為僅僅基于心率信號來確定基于心率的節(jié)奏，并且/或者節(jié)奏確定單元被配置為基于心率信號和運動信號的組合來確定基于組合的心率運動的節(jié)奏。
[0014]在又一實施例中，所述設(shè)備包括傳感器，所述傳感器被配置為測量心率并且被配置為生成與心率相對應(yīng)的心率信號。測量心率和騎車節(jié)奏兩者包括心率和騎車節(jié)奏能夠容易地彼此關(guān)聯(lián)的優(yōu)點。這對于在活動之后想要比較兩個數(shù)據(jù)的騎車人可以是有用的。在這種情況下，在活動之后，兩個監(jiān)測設(shè)備(即，節(jié)奏監(jiān)測器和心率監(jiān)測器)的手動同步將不是必要的。
[0015]在又一實施例中，節(jié)奏確定單元包括騎車節(jié)奏算法單元，所述騎車節(jié)奏算法單元用于基于所述運動信號來確定所述運動節(jié)奏。優(yōu)選地，所述騎車節(jié)奏算法單元采用用于首先對信號進行低通濾波以去除高頻失真的算法。接下來，所述騎車節(jié)奏算法單元通過對針對給定時間間隔的x分量、y和z分量中的每個求平均來計算重力的方向。接下來，所述騎車節(jié)奏算法單元對信號進行高通濾波以在排除重力的DC分量的同時僅僅觀察加速度改變。最后，所述騎車節(jié)奏算法單元將由此獲得的信號組合成表示在駕駛方向上的時變加速度的信號。該信號可以經(jīng)受交疊信號段的短期功率譜密度(譜圖)的計算。然后譜圖中的峰值可以被分析以確定節(jié)奏。通過采用這樣的算法，實現(xiàn)信號和信號處理的智能組合以便甚至在粗燥道路環(huán)境下仍然檢測到節(jié)奏。
[0016]在又一實施例中，運動傳感器包括加速度計。加速度計是針對本發(fā)明中的運動傳感器的一個可能范例。現(xiàn)今，小尺寸的數(shù)字加速度計可以可承受的價格購得，使得在手表狀設(shè)備中的加速度計的改進的集成是可能的。騎車節(jié)奏算法單元還被配置為確定水平加速度分量。從加速度計信號選擇水平加速度分量是有利的，因為失真在垂直方向上是最主要的。
[0017]在又一實施例中，運動傳感器包括用于生成陀螺儀信號的陀螺儀。尤其對于其中騎車人具有節(jié)奏地改變他/她的手臂的取向的騎車類型，一個或多個陀螺儀也能夠被用于導(dǎo)出節(jié)奏。如本文以上提到的，在室內(nèi)騎車的情況下，在“駕駛”方向上的加速度是不存在的，但是小的旋轉(zhuǎn)是主要的。事實上，被附接到在測力計上鍛煉的人的手腕或手臂的設(shè)備隨著踏板轉(zhuǎn)動而輕微旋轉(zhuǎn)。因此，在受制于重力的加速度計中，這些旋轉(zhuǎn)可測量為在重力矢量的取向上的小的改變?？梢杂赏勇輧x確定這些旋轉(zhuǎn)。
[0018]在又一實施例中，運動傳感器還包括用于生成加速度計信號的加速度計。優(yōu)選地， 運動信號包括陀螺儀信號和加速度計信號。優(yōu)選地，節(jié)奏確定單元還被配置為僅僅基于陀螺儀信號，和/或僅僅基于加速度計信號，和/或基于陀螺儀信號和加速度計信號的組合來確定基于運動的節(jié)奏。將加速度計信號與陀螺儀信號組合可以改進用于導(dǎo)出節(jié)奏的整體信號。即，當(dāng)駕駛競賽自行車時，騎車人當(dāng)將力應(yīng)用到踏板時將輕微偏向一側(cè)。因此，由于騎車人偏向一側(cè)設(shè)備將改變其取向，并且另外，由于將被應(yīng)用到踏板的力設(shè)備將檢測到加速度 (諸如，例如在駕駛方向上的加速度)。將在兩個移動上的傳感器信息相關(guān)將得到改進的信號，其對于測量誤差更具魯棒性。
[0019]在又一實施例中，所述設(shè)備還包括環(huán)境測量單元，所述環(huán)境測量單元被配置為測量一個或多個環(huán)境參數(shù)。在又一實施例中，所述設(shè)備還包括生理測量單元，所述生理測量單元被配置為測量一個或多個生理參數(shù)。環(huán)境參數(shù)和/或生理參數(shù)的這樣的直接測量不僅消除了對額外監(jiān)測設(shè)備的需要，而且改進了易用性，因為事后同步是不必要的。而且，具有僅僅一個設(shè)備提供了更緊湊的布置，這同時能夠測量用戶感興趣的許多參數(shù)。
[0020]在又一實施例中，所述設(shè)備包括用于接收來自其他測量單元的輸入的接收單元，其他測量單元測量一個或多個環(huán)境參數(shù)和/或一個或多個生理參數(shù)。這些其他測量單元可以被安裝在自行車上和/或由其他用戶佩戴。例如，騎車人的運動團隊的每個成員可以佩戴根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。然后各個設(shè)備可以例如通過交換關(guān)于由于路面的噪聲的信息來對彼此進行交叉校準。另外，檢測針對給定用戶的顯著偏差(諸如，例如心率、節(jié)奏等)的設(shè)備可以將此通知給其他設(shè)備，這繼而可以警告它們各自的佩戴者偏離狀況。由此，可以通過監(jiān)測個體健康狀況來提高安全性。[0021 ]在又一實施例中，一個或多個環(huán)境參數(shù)包括高度和/或溫度和/或光強度和/或全球定位和/或濕度和/或風(fēng)和/或時間。具有環(huán)境狀況的概貌可以例如有助于對騎車人是否具有壞天氣或者差的訓(xùn)練結(jié)果是否是主要由于糟糕的天氣狀況進行分類。而且，用戶可以記錄駕駛的地圖，并且將他/她的位置與實現(xiàn)的騎車節(jié)奏或其他參數(shù)相關(guān)。[〇〇22] 在又一實施例中，一個或多個生理參數(shù)包括心率和/或血壓和/或心率變化性和/ 或呼吸率和/或皮膚傳導(dǎo)性和/或皮膚溫度和/或核心溫度和/或\02(脈搏血氧計氧飽和度)。具有生理狀況的概貌可以被用于使訓(xùn)練個體地適于騎車人的身體狀況。例如，騎車人可以記錄他/她的心率等并且將他/她的生理參數(shù)與騎車節(jié)奏相關(guān)。注意，sP〇2傳感器適合于被集成到手臂或手腕佩戴設(shè)備中。
[0023] 在又一實施例中，所述設(shè)備還包括路面監(jiān)測單元，所述路面監(jiān)測單元用于基于運動信號來確定路面的不平坦度。路面顛簸、不平坦人行道、減速路障等給出傳感器信號上的噪聲，即它們使得更難以導(dǎo)出節(jié)奏。但是另一方面，噪聲傳感器信號可以被用于確定道路的不平坦度。也就是說，噪聲本身給出關(guān)于道路的顛簸性的信息。山地騎車人可能想要知道他/她真正在樹林中耗費了訓(xùn)練的哪個部分和其在樹林中來回騎行花費多少時間。如果騎車人在旅途中已經(jīng)記錄了速度，這也將使速度的解讀變得更有意義。在瀝青上，節(jié)奏將主要存在于原始運動信號中，而在不平坦的人行道上時，高頻分量將使原始運動信號失真。因此，手臂或手腕佩戴設(shè)備能夠被制造使得其確定(并且優(yōu)選地顯示)道路的顛簸性。[〇〇24] 在又一實施例中，所述設(shè)備還包括用于在設(shè)備上實時顯示騎車節(jié)奏的顯示單元。 該實施例包括用戶可以-根據(jù)需要-更多或更少地不斷監(jiān)測他/她的活動的另外的優(yōu)點。也就是說，沒有顯示單元的設(shè)備通常將需要在之后被讀出，使得在騎車期間騎車人不知道訓(xùn)練參數(shù)，諸如，例如，騎車節(jié)奏。通過例如聲音通知騎車人這些參數(shù)可能不是令人滿意的，這是因為在道路上具有例如來自過往汽車或者在競賽期間來自觀眾的許多聲音噪聲，其潛在地破壞數(shù)據(jù)到騎車人的正確傳送。
[0025]在又一實施例中，所述設(shè)備還包括發(fā)送單元，所述發(fā)送單元用于將測得的節(jié)奏發(fā)送到用于測量騎車節(jié)奏的另一設(shè)備。將節(jié)奏通信到用于測量騎車節(jié)奏的另一設(shè)備可以有助于在訓(xùn)練中和/或在競賽期間協(xié)調(diào)一起行駛的運動團隊。
[0026]在又一實施例中，所述設(shè)備還包括用于存儲騎車節(jié)奏數(shù)據(jù)的存儲單元。存儲單元可以包括磁性存儲設(shè)備(諸如，例如磁帶和/或硬盤驅(qū)動器)和/或光學(xué)存儲設(shè)備(諸如，例如磁光驅(qū)動器和/或光盤)和/或電子存儲設(shè)備(諸如，例如，USB閃存盤和/或固態(tài)驅(qū)動器)。例如借助于更精細的算法，采用存儲單元促進對在活動之后的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分析，其將需要在設(shè)備本身上的太多計算功率。騎車節(jié)奏數(shù)據(jù)可以包括節(jié)奏作為時間的函數(shù)或通過設(shè)備聯(lián)機確定的平均。騎車節(jié)奏數(shù)據(jù)還可以包括個體運動信號和/或心率信號和/或其他生理參數(shù)和/或環(huán)境參數(shù)等。
[0027]在又一實施例中，所述設(shè)備還包括輸入遞送單元，所述輸入遞送單元用于遞送輸入以便計算活動和/或能量消耗。輸入遞送單元可以包括無線或有線接口以通信例如關(guān)于騎車節(jié)奏算法的更新和/或利用另一設(shè)備記錄的節(jié)奏數(shù)據(jù)等。因此，所述設(shè)備可以以后向兼容方式(通過提供安裝來自其他設(shè)備的數(shù)據(jù)的可能性)來準備和/或(例如，通過安裝騎車節(jié)奏算法的最近版本)保持最新。
[0028]在又一實施例中，所述設(shè)備還包括噪聲指示器單元，所述噪聲指示器單元用于指示當(dāng)節(jié)奏不能夠根據(jù)運動信號來導(dǎo)出時所述設(shè)備不能夠?qū)С龉?jié)奏。噪聲指示器單元可以例如通過聲信號和/或通過在設(shè)備的顯示器上的或經(jīng)由在設(shè)備上的照明元件(諸如，例如LED) 的視覺信號來指示所述設(shè)備不能夠?qū)С龉?jié)奏。其中節(jié)奏不能夠根據(jù)運動信號來導(dǎo)出的情形包括例如非常不平坦的道路，其中由于道路中的碰撞的噪聲太強以至于不能產(chǎn)生用于導(dǎo)出騎車節(jié)奏的有意義的信號。對所述設(shè)備不能夠?qū)С龉?jié)奏進行指示不僅防止希望獲得關(guān)于騎車節(jié)奏的結(jié)果的騎車人免于每幾秒檢查所述設(shè)備。對所述設(shè)備不能夠?qū)С龉?jié)奏進行指示還可以通過節(jié)奏確定單元幫助避免過度的功率消耗。如果運動信號是如此嘈雜使得甚至在多次應(yīng)用節(jié)奏算法之后，節(jié)奏確定單元仍然不能夠?qū)С鲵T車節(jié)奏的有意義的值，則這樣的過度功率消耗可以發(fā)生。
[0029]在本發(fā)明的第二方面中，提供了一種用于操作用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備的方法， 所述方法包括以下步驟:將所述設(shè)備附接到手腕或手臂;檢測所述設(shè)備的移動;生成與所述移動相對應(yīng)的運動信號;并且基于所述運動信號來確定基于運動的節(jié)奏。
[0030]在本發(fā)明的第三方面中，提供了一種騎車節(jié)奏計算機程序，所述騎車節(jié)奏計算機程序包括程序代碼模塊，當(dāng)騎車節(jié)奏計算機程序在控制根據(jù)本發(fā)明的第一方面的用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備的計算機上運行時，所述程序代碼模塊令用于測量騎車節(jié)奏的所述設(shè)備執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的第二方面的操作的方法的步驟。
[0031]在本發(fā)明的第四方面中，提供了一種騎車節(jié)奏分析計算機程序，所述騎車節(jié)奏分析計算機程序包括程序代碼模塊，其用于令計算機基于一個或多個運動信號來確定基于運動的節(jié)奏，其中，所述一個或多個運動信號指示運動傳感器的移動，其中，所述運動傳感器被配置為響應(yīng)于所述移動而生成所述一個或多個運動信號。在所述移動期間所述運動傳感器被附接到用戶的手腕或手臂。
[0032]應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備、根據(jù)權(quán)利要求14所述的操作的方法和根據(jù)權(quán)利要求15所述的騎車節(jié)奏計算機程序具有與如在從屬權(quán)利要求中限定的相似和/或相同的實施例?！靖綀D說明】
[0033]在下圖中:
[0034]圖1示意性且范例性地示出了由在運動自行車上的用戶佩戴的用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備的實施例，
[0035]圖2示意性且范例性地示出了集成在運動手表中的加速度計的參考軸的范例，
[0036]圖3示意性且范例性地示出了節(jié)奏確定單元的實施例，
[0037]圖4示意性且范例性地示出了在駕駛方向上的經(jīng)帶通濾波的加速度的譜圖的范例，以及
[0038]圖5示意性且范例性地示出了操作用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備的方法的實施例。 【具體實施方式】[〇〇39]本發(fā)明涉及一種用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備、一種操作用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備的方法以及一種騎車節(jié)奏計算機程序。所述設(shè)備包括:運動傳感器(諸如，例如加速度計)，其用于檢測所述設(shè)備的移動以及用于生成與所述移動相對應(yīng)的運動信號;節(jié)奏確定單元，其用于基于所述運動信號來確定騎車節(jié)奏。所述設(shè)備能夠被佩戴在騎車人的手臂或手腕上。 所述設(shè)備中的運動傳感器能夠拾取手臂或手腕的與節(jié)奏相對應(yīng)的微小移動。任選地，應(yīng)用能夠根據(jù)有噪聲的信號來導(dǎo)出節(jié)奏的算法。本發(fā)明的這些和其他方面將參考下文描述的實施例變得顯而易見并將參考下文描述的實施例得以闡述。
[0040]圖1示出了在運動自行車上的用戶佩戴用于測量節(jié)奏的手表狀設(shè)備100的范例。根據(jù)本發(fā)明，這樣的手表狀設(shè)備(或其他手腕或手臂佩戴設(shè)備)能夠被制造使得其能夠?qū)С鲵T車節(jié)奏。設(shè)備100包括臂章或臂帶120,其一般地適合于將設(shè)備100附接到用戶的手臂或手腕 110〇
[0041]如圖2中圖示的，3D-加速度計能夠被集成到手表狀(或其他手腕或手臂佩戴)設(shè)備 100中，示出了被集成到運動表中的加速度計的參考軸的范例。對于各自的軸方向的運動信號x、y、z可以被通信到(下文描述的)節(jié)奏確定單元。[〇〇42]當(dāng)佩戴設(shè)備100的人在握住手把的同時正在騎車時，設(shè)備100經(jīng)受幾個力，諸如重力、平移力和旋轉(zhuǎn)力。下面對這些進行進一步解釋。[〇〇43]當(dāng)人將時變力應(yīng)用到踏板時，該力導(dǎo)致例如在駕駛方向上的小的時變加速度。時變加速度，以及因此在駕駛方向上的平移力能夠由設(shè)備100來測量。取決于騎自行車類型， 自行車也可以從左往右稍微搖擺并且隨著踏板轉(zhuǎn)動而返回。從左到右(和返回)的該平移力可以導(dǎo)致在垂直于駕駛方向的水平方向上的小的時變加速度。
[0044]在室內(nèi)騎車(測力計)的情況下，在駕駛方向上或從左到右(和返回)的平移力幾乎是不存在的。在這種情況下，小的旋轉(zhuǎn)力是主要的。能夠觀察到(借助于附接單元120)被附接到在測力計上訓(xùn)練的人的手腕或手臂110的設(shè)備100隨著踏板轉(zhuǎn)動而輕微旋轉(zhuǎn)。當(dāng)這些旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸和詳細形狀可以取決于環(huán)境而變化時，總是觀察到某種旋轉(zhuǎn)。在受制于重力的加速度計中，這些旋轉(zhuǎn)可測量為在重力矢量的取向上的小的改變。
[0045]因此，騎車的人的節(jié)奏或腳踏頻率在加速度計信號中可觀察為周期性信號。周期性能夠以某種適當(dāng)?shù)姆绞絹頊y量并且被用于確定節(jié)奏。節(jié)奏可以被表示為例如每分鐘幾輪 (rpm) 〇
[0046]當(dāng)在室外騎車時，額外的問題發(fā)生。即，當(dāng)路面不平坦時，加速度計測量大量噪聲， 其可以容易地掩蓋與節(jié)奏有關(guān)的周期性信號分量。噪聲可以是由于例如在路面的碰撞、小石頭或其他不平坦的結(jié)構(gòu)。因此需要信號和信號處理的智能組合以便在這樣的環(huán)境下仍然檢測到節(jié)奏。此處提到三種技術(shù)。這些技術(shù)可以是根據(jù)本發(fā)明的節(jié)奏測量設(shè)備的一個或多個實施例的部分。
[0047]第一技術(shù)涉及對加速度信號的低通濾波。由于歸因于不平坦的路面的失真主要在高頻中并且能夠是極大的，必須應(yīng)用適當(dāng)?shù)牡屯V波。由于騎車節(jié)奏通常將不超過每分鐘 150轉(zhuǎn)數(shù)(對應(yīng)于2.5Hz的腳踏頻率)，一個可能性是過濾掉在2.5Hz以上的所有頻率。另外，必須注意模擬前端滿足要求以防止混疊。換言之，選擇恰當(dāng)?shù)牟蓸宇l率以便避免不同的信號變得不可區(qū)分是有利的。即，節(jié)奏信號的相當(dāng)高的頻率諧波和來自振動的相當(dāng)高的頻率噪聲是加速度信號的部分。
[0048]第二技術(shù)涉及從加速度計信號選擇水平加速度分量。這是有利的，因為來自不平坦的路面的失真在垂直方向上是最主要的。例如，小石頭或洞將導(dǎo)致自行車在垂直方向上的小的移動，其一般地與腳踏頻率無關(guān)。由于根據(jù)在時間間隔內(nèi)的平均加速度方向已知重力的方向，能夠通過坐標系的恰當(dāng)旋轉(zhuǎn)來將水平加速度和垂直加速度分離。而且，可以假設(shè)騎車人的手臂至少近似指向駕駛方向。因此，通過將手臂指向的方向(圖2中的y方向)投影在水平平面上，可以獲得在駕駛方向上的水平加速度。[〇〇49]第三技術(shù)涉及用于測量周期性的頻率域技術(shù)，諸如短期傅里葉譜(譜圖)。
[0050] 在圖3中圖示了節(jié)奏確定單元300的實施例。通過低通濾波器單元310對運動信號 x、y、z進行低通濾波以去除(例如，來源于不平坦的路面)高頻失真。優(yōu)選地通過任選的重力矢量計算單元315計算重力的方向，其對針對給定時間間隔的x、y和z分量中的每個求平均。 然后，任選地通過任選的高通濾波器單元320對信號進行高通濾波以在排除重力的直流 (DC)分量的同時僅僅觀察加速度改變。這是因為重力不變化，并且由此至多具有非常低的頻率。本文描述的實施例尋找通常在30rpm以上的頻率范圍中的非常小的周期性信號;去除相對大的DC分量總體上改進了該檢測過程。頻率分析技術(shù)優(yōu)選該大的DC項被去除。接下來， 任選的信號組合器單元330可以被用于將經(jīng)濾波的信號分量組合成表示在駕駛方向上的時變加速度的單一信號。該信號可以被反饋到譜圖計算單元340,其中其經(jīng)受交疊信號段的短期功率譜密度(譜圖)的計算。通過騎車節(jié)奏算法單元350對譜圖中的峰值進行分析以確定節(jié)奏。最后的步驟包括在譜圖中的峰值跟蹤。其通過(1)(例如，通過搜索局部極大值的算法)識別峰值位置，以及通過(2)將找到的峰值位置與節(jié)奏相關(guān)聯(lián)(見圖4)來執(zhí)行。[0051 ]在圖4中示出了在駕駛方向上的經(jīng)帶通濾波的加速度的結(jié)果譜圖400的范例。軸 410對應(yīng)于時間軸(其中，在該范例中，示出以秒為單位的時間)。軸420對應(yīng)于在駕駛方向上的測得的經(jīng)帶通濾波的加速度。對于(沿軸410的)每個時間切片，確定在經(jīng)帶通濾波的信號中的頻率分量。因此，軸420示出了以rpm為單位的頻率。節(jié)奏本身和其二次諧波兩者清晰地可見為譜圖中的跡線(即，強調(diào)的帶狀結(jié)構(gòu))。峰值選擇算法對譜圖進行分析并且確定基本頻率，從而披露節(jié)奏。即，在本實施例中，基本頻率等于節(jié)奏。虛水平線是在l〇〇rpm和200rpm 處。因此，在該范例中，節(jié)奏是lOOrpm。此處，在1000秒之前的大約50秒的間隔和在1500秒之后的另一間隔，根本看不到跡線。這些間隔可以對應(yīng)于這樣的時間，其中例如騎車人沒有腳踏或者騎車人在松開手把的情況下進行腳踏(例如，當(dāng)拿取飲料瓶或巧克力棒時，同時仍然腳踏)。
[0052]尤其對于騎車人具有節(jié)奏地改變他/她的手臂的取向的騎車類型，一個或多個陀螺儀也能夠被用于導(dǎo)出節(jié)奏。在這種情況下，將根據(jù)由一個或多個陀螺儀測量的取向的改變來導(dǎo)出節(jié)奏。優(yōu)選地，將加速度計信號與陀螺儀信號組合以得到用于導(dǎo)出節(jié)奏的改進的信號。[〇〇53]通過將加速度計信號與光學(xué)傳感器的信號組合可以進一步改進加速度計信號，其中，光源將光照射在皮膚上和/或中，并且利用光電檢測器(例如光電二極管)在離光源一定距離處測量反射光、折射光和/或散射光。這樣的光學(xué)傳感器的范例是正常地被用于利用反射光學(xué)體積描記術(shù)測量心率或SP02(脈搏血氧計氧飽和度)的傳感器或激光斑點傳感器。光學(xué)傳感器可以例如測量所述設(shè)備相對于皮膚的移位或傾斜。例如，當(dāng)所述設(shè)備的佩戴者具有節(jié)奏地移動他/她的手臂并且所述設(shè)備未被完全地緊緊捆綁在手臂/手腕周圍時，該移位/傾斜將示出節(jié)奏。利用這樣的光學(xué)傳感器測量的第二分量是在皮膚中和可能正下方的大量血液的改變。除了由心臟的栗送引起的血流，在手臂/手腕處的皮膚中和正下方的血液量取決于在肌肉和肌腱中的張力、手臂的方向和手臂的移動(手臂的移動導(dǎo)致所謂的血液“晃動”)。所有這些很可能隨著與騎車節(jié)奏相同的頻率改變。由于不同波長被皮膚和被血液不同地吸收和散射，優(yōu)選地組合不同波長的信號(代替使用僅僅一個波長)。另外，可以選擇在光電檢測器和光源之間的不同距離。除了與加速度計信號組合使用光信號以得到節(jié)奏，可以獨立使用光信號來導(dǎo)出節(jié)奏。在又一實施例中，可以與陀螺儀組合使用光信號。優(yōu)選地，光信號也被用于導(dǎo)出佩戴者的心率。
[0054]在一個實施例中，使用包括加速度計的當(dāng)前手表或手環(huán)的硬件，并且添加以上所述的算法以根據(jù)設(shè)備中的加速度計來導(dǎo)出節(jié)奏。任選地，算法使用光學(xué)信號來改進從加速度計信號的偽影減少。優(yōu)選地，在顯示器上實時顯示節(jié)奏。在顯示器上(或者在交替視圖上或在相同視圖上)也能夠顯示心率、能量消耗、時間以及可能的其他生理或環(huán)境信號。數(shù)據(jù)可以被存儲在所述設(shè)備上。然而數(shù)據(jù)也可以被傳遞到另一設(shè)備。
[0055]例如由于很不平坦的道路的信號噪聲可以是如此強，使得導(dǎo)出節(jié)奏幾乎變得不可能。在這種情況下，代替顯示表示節(jié)奏的數(shù)字，顯示器可以示出設(shè)備不能夠?qū)С龉?jié)奏。
[0056]路面顛簸、不平坦人行道、減速路障等給出傳感器信號上的噪聲，即它們使得更難以導(dǎo)出節(jié)奏。在多數(shù)情況下本文以上解釋的算法使得仍然能夠?qū)С龉?jié)奏。然而，注意也可以反過來應(yīng)用以上本文解釋的邏輯以抑制來自不平坦的路面的噪聲。也就是說，噪聲本身給出關(guān)于道路的顛簸性的信息。在許多情況下，道路的結(jié)構(gòu)可以是感興趣的。例如，山地騎車人可能想要知道他/她真正在樹林中耗費了訓(xùn)練的哪個部分和其在樹林中來回騎行花費多少時間。如果他在他的旅途中已經(jīng)記錄了他的速度，這也將使速度的解讀變得更有意義。在瀝青上，節(jié)奏將主要存在于原始加速度計信號中，而在不平坦的人行道上時，高頻分量將明確地使原始加速度計信號失真。因此，手臂或手腕佩戴設(shè)備能夠被制造使得其顯示道路的顛簸性。然而，導(dǎo)出/示出道路的顛簸性的設(shè)備不需要被附接到手臂/手腕，而是也能夠被附接到其他身體部分或自行車。
[0057]圖5示意性且范例性地示出了操作用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備100的方法500的實施例。方法500通過將設(shè)備100附接到手腕或手臂110開始(步驟510)。在又一步驟520中，方法500包括檢測設(shè)備100的移動。在又一步驟530中，方法500包括生成與移動相對應(yīng)的運動信號。在又一步驟540中，方法500包括基于運動信號來確定基于運動的節(jié)奏。
[0058]本發(fā)明的范例性應(yīng)用在于確定騎車節(jié)奏。本發(fā)明的又一范例性應(yīng)用在于確定路面的不平坦度的度量。
[0059]本發(fā)明能夠被用在可以被添加到騎車節(jié)奏檢測器的光學(xué)心率手表中。此外，可以對跟蹤佩戴者的活動和能量消耗感興趣。
[0060]傳感器(加速度計、陀螺儀、光學(xué)傳感器)的所有布置能夠與根據(jù)本發(fā)明的運動傳感器一起使用。
[0061 ] 運動傳感器能夠包括一個或多個加速度計和/或一個或多個陀螺儀和/或一個或多個光學(xué)傳感器和/或這些傳感器的任意組合。
[0062]盡管在上述實施例中示出了包括加速度計的用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備的某些配置，但是本發(fā)明不限于設(shè)備的某一配置。在實施例中，所述設(shè)備不包括加速度計，而是包括僅僅陀螺儀和/或僅僅光學(xué)傳感器。
[0063]通過研究附圖、說明書和權(quán)利要求書，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實踐所主張的本發(fā)明時，能夠理解并實現(xiàn)對所公開實施例的其他變型。
[0064]在權(quán)利要求中，“包括”一詞不排除其他元件或步驟，并且詞語“一”或“一個”不排除多個。
[0065]單個的單元或設(shè)備可以實現(xiàn)在權(quán)利要求中列舉的若干項功能。在互不相同的從屬權(quán)利要求中記載的特定措施并不表示不能有利地使用這些措施的組合。
[0066]由一個或若干單元或設(shè)備執(zhí)行的確定，如檢測設(shè)備的移動，基于運動信號來確定基于運動的節(jié)奏，測量心率，確定基于心率的節(jié)奏，確定組合的基于心率運動的節(jié)奏，確定水平加速度分量，測量一個或多個環(huán)境參數(shù)，測量一個或多個生理參數(shù)，確定路面的不平坦度等，能夠由任何其他數(shù)量的單元或設(shè)備來執(zhí)行。例如，對節(jié)奏的確定能夠由單個單元或由任意其他數(shù)量的不同單元來執(zhí)行。所述確定和/或根據(jù)上述方法對用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備的控制能夠被實施為計算機程序的程序代碼模塊和/或被實施為專用硬件。
[0067]計算機程序可以被存儲/分布在與其他硬件一起提供或作為其他硬件的一部分的諸如光學(xué)存儲介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)的適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)上，但也可以以其他形式分布，例如經(jīng)由因特網(wǎng)或其他有線或無線的遠程通信系統(tǒng)。
[0068]權(quán)利要求中的任何附圖標記不應(yīng)被解釋為對范圍的限制。
【主權(quán)項】
1.一種用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備(100)，所述設(shè)備(100)包括:-運動傳感器，其用于檢測所述設(shè)備(100)的移動并且用于生成與所述移動相對應(yīng)的運 動信號(X，y，z);-節(jié)奏確定單元(300)，其用于基于所述運動信號(x，y，z)來確定基于運動的節(jié)奏；以及-附接單元(120)，其用于將所述設(shè)備(100)附接到手腕或手臂(110)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備(100)，其中，所述節(jié)奏確定單元 (300)適于通過使用所述運動信號(x，y，z)的頻率來確定所述基于運動的節(jié)奏。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備(100)，其中，所述節(jié)奏確定單元 (300)包括一個或多個低通濾波器單元(310)，所述一個或多個低通濾波器單元用于在確定 所述基于運動的節(jié)奏之前對所述運動信號(x，y，z)進行低通濾波。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備(100)，其中，所述設(shè)備(100)還包括 光學(xué)傳感器。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備(100)，其中，所述光學(xué)傳感器被配 置為生成光學(xué)信號，其中，所述節(jié)奏確定單元(300)被配置為接收所述光學(xué)信號，并且其中， 所述節(jié)奏確定單元(300)還被配置為僅僅基于所述光學(xué)信號來確定基于光學(xué)信號的節(jié)奏， 并且/或者其中，所述節(jié)奏確定單元(300)被配置為基于所述光學(xué)信號和所述運動信號(X， y，z)的組合來確定組合的基于光學(xué)運動的節(jié)奏。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備(100)，其中，所述設(shè)備(100)包括傳 感器，所述傳感器被配置為測量心率并且被配置為生成與所述心率相對應(yīng)的心率信號。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備(100)，其中，所述節(jié)奏確定單元 (300)包括騎車節(jié)奏算法單元(350 )，所述騎車節(jié)奏算法單元用于基于所述運動信號(x，y， z)來確定所述運動節(jié)奏。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備(100)，其中，所述運動傳感器包括 加速度計，并且其中，所述騎車節(jié)奏算法單元(350)還被配置為確定水平加速度分量。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備(100)，其中，所述運動傳感器包括 用于生成加速度計信號的加速度計。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備(100)，其中，所述運動傳感器包括 用于生成陀螺儀信號的陀螺儀。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備(100)，其中，所述運動傳感器還 包括用于生成加速度計信號的加速度計，其中，所述運動信號(x，y，z)包括所述陀螺儀信號 和所述加速度計信號;并且其中，所述節(jié)奏確定單元(300)還被配置為僅僅基于所述陀螺儀 信號，和/或僅僅基于所述加速度計信號，和/或基于所述陀螺儀信號和所述加速度計信號 的組合來確定所述基于運動的節(jié)奏。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備(100)，其中，所述設(shè)備(100)還包 括環(huán)境測量單元，所述環(huán)境測量單元被配置為測量一個或多個環(huán)境參數(shù)，并且/或者其中， 所述設(shè)備(100)還包括生理測量單元，所述生理測量單元被配置為測量一個或多個生理參數(shù)。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備(100)，其中，所述設(shè)備(100)還包 括路面監(jiān)測單元，所述路面監(jiān)測單元用于基于所述運動信號(x，y，z)來確定路面的不平坦度。14.一種用于操作用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備(100)的方法(500)，所述方法(500)包括以 下步驟:-將所述設(shè)備(100)附接(510)到手腕或手臂(110);-檢測(520)所述設(shè)備(100)的移動；-生成(530)與所述移動相對應(yīng)的運動信號(x，y，z);并且 -基于所述運動信號(x，y，z)來確定(540)基于運動的節(jié)奏。15.—種騎車節(jié)奏計算機程序，所述騎車節(jié)奏計算機程序包括程序代碼模塊，當(dāng)所述騎 車節(jié)奏計算機程序在控制根據(jù)權(quán)利要求1所述用于測量騎車節(jié)奏的設(shè)備(1〇〇)的計算機上 運行時，所述程序代碼模塊令用于測量騎車節(jié)奏的所述設(shè)備(100)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求14所 述的操作的方法(500)的步驟。
【文檔編號】G01C22/00GK106030247SQ201580010485
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年2月17日
【發(fā)明人】D·A·C·M·羅福斯, L·J·輝基布雷格茨, A·T·J·M·席佩爾, F·M·馬斯庫羅
【申請人】皇家飛利浦有限公司