CN102036581A - 智能型牙刷监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种牙刷监控装置(1)，包括：用于存储参考数据的存储器(4)；用于将产生的数据与存储于存储器(4)内的上述参考数据进行比较的比较器(5)；以及用于向使用者指示产生的数据与参考数据是否对应的指示器(6)。为获得经济有效并节省空间以及可以考虑到牙刷使用时的个体因素的解决方案，传感器装置仅由加速度计(3)构成，加速度计(3)构造成产生指示牙刷(9)在使用过程中被保持的角度的数据。监控装置(1)包括用于将监控装置(1)设定成教示模式的开关(8)，其中，由加速度计(3)产生的数据存储在存储器(4)中，以在后续使用牙刷(9)的过程中作为参考数据使用。

Description

智能型牙刷监控装置

技术领域

本发明涉及一种用于监控牙刷使用的装置，以向使用者提供有关牙齿刷洗的反馈。

背景技术

先前从WO 2006/137648已知一种刷牙型态分析装置，其包括用于分析刷牙过程中使用的型态的地磁传感器、加速度传感器以及角速度传感器。该装置将使用者有效运动量与目标值比较，并在达到目标值时告知使用者。

这种已知装置具有的一个缺点是生产这种装置所涉及的成本。生产该装置所需的部件的价格以及部件所需的空间都是可观的。

另一缺点是这种装置不可能考虑到刷牙时所涉及到的个体因素。不同的人倾向于通过使用各自的刷牙型态并通过在刷牙时保持他们的头和牙刷位于不同位置，来刷洗他们的牙齿。

发明内容

本发明的目的是解决上述缺点，并提供更经济有效和节省空间的用于监控刷牙的解决方案，其可以考虑到在使用牙刷时的个体因素。借助于独立权利要求1的牙刷监控装置可实现这些以及其它目的。

在本发明中，利用仅由加速度计构成的传感器装置就足够了，该传感器装置构造成产生指示牙刷在使用过程中的倾斜度的数据。当以此方式使用加速度计时，不需要追踪牙刷运动或位置的其它增加成本和耗费空间的传感器部件。另外，能够考虑到当刷牙时个体行为的差异，因为装置设置有容许使用者将装置设定成教示模式的开关，其中加速度计产生的数据作为参考数据存储于存储器中以供后续使用。以此方式，使用者可在任何期望时间点将个体参考数据存储于装置的存储器中，以形成考虑到刷牙时使用者自己的个体行为的参考数据。

本发明的优选实施方式在从属权利要求中公开。

附图说明

以下将通过示例的方式并参照附图更详细地描述本发明，其中：

图1是图示监控装置的优选实施方式的方块图；

图2图示具有图1的监控装置的电动牙刷；

图3图示具有图1的监控装置的牙刷；

图4和5图示向使用者指示刷牙结果的一种方式；

图6和7图示在用图2的电动牙刷刷牙的过程中所进行的测量；

图8图示监控装置中存储的参考数据；

图9图示在用图3的牙刷刷牙的过程中所进行的测量；

图10图示从监控装置到外部设备的数据传输；

图11a至11d图示用于确定牙齿的哪一部分正被刷洗的解决方案；以及

图12图示具有监控装置的牙刷的另一实施方式。

具体实施方式

图1是图示监控装置1的优选实施方式的方块图。监控装置可集成进牙刷中，或替代地由附接到牙刷的独立部件构成。后一选择使得可以在第一牙刷用旧后，将监控装置从第一牙刷拆卸下，并将监控装置附接到新牙刷。

监控装置包括控制监控装置操作的控制器2。控制器2和比较器5可借助于电路或作为计算机程序和电路的结合而实施。在作为计算机程序和电路的结合而实施的情况下，运行计算机程序的处理器可执行控制器2和比较器5的任务。

利用三轴加速度计3来检测使用过程中牙刷的倾斜度、即使用过程中牙刷和附接到牙刷的监控装置被保持的角度。加速度计可例如为能从地址为芬兰P.O.Box 27，FI-01621 Vantaa的VTI技术公司购得的SCA 3000。

三轴加速度计的输出可如下表达：

${\stackrel{\‾}{m}}_{\mathrm{SF}}^B=\frac{d}{\mathrm{dt}}{\stackrel{\‾}{v}}^B-{\stackrel{\‾}{g}}^B+\stackrel{\‾}{\mathrm{\ϵ}}\left(1\right)---\left(1\right),$

其中所生成的矢量(3个分量)与物体的速度变化对应，物体速度由于重力矢量而减小。另外，总是要考虑误差项。上标B(本体框架)是指关联于加速度计(在该例中为监控装置)的坐标系统。在该坐标系统中进行测量。

因此，该结果并不仅由加速度组成，且书面上使用术语“比力(Specific Force)”。比力加速度定义为由加速度计测得的由所施加的非重力的力所产生的相对于非转动惯性空间的加速度。

由于公式(1)，加速度计可用于测量倾斜度(当已知速度变化时)和加速度(当已知本体框架的重力加速度时)。在借助于监控装置1实施的测量中，加速度表现为干扰倾斜度或角度测量结果的杂波。

因此，在刷牙过程中，加速度计3产生并发送测量数据到比较器5。所产生的该数据指示倾斜度、即使用过程中监控装置1和牙刷被保持的角度。另外，参考数据也可指示所用时间(例如秒)以及刷洗顺序(从一个位置转移到另一位置)。比较器5还从存储器4接收参考数据。一旦结束牙刷的使用，将参考数据与所产生的数据进行比较。比较结果用于通过指示器6向使用者提供反馈。在简单示例中，这种指示器可由单个LED(发光二极管)构成，LED通过以预定方法闪烁而告知使用者刷牙结果是否被接受或不被接受。替代地，指示器6可由诸如LCD(液晶显示器)的显示器构成，或者由用于指示牙齿的什么部分未被足够彻底地刷洗的若干个LED构成。监控装置可构造成在刷洗结束之后通过指示预定时间段的结果，借助于LED或显示器自动地告知使用者有关刷牙的结果。

替代视觉指示器，可以使用在结果是不可被接受的情况下刷牙之后产生声音的指示器，例如产生预定嘟嘟声的蜂鸣器或产生指令的语音发生器。以此方式，使用者将得到关于刷洗的即时反馈。

在图1的实施方式中，监控装置1还包括用于将比较结果发送到外部设备的接口7。然而，由于可借助于指示器6向使用者提供足够的反馈，因此这种接口对于所有实施方式而言并非都是必不可少的。

在有线连接到外部设备的情况下，接口可包括电触头，电触头由监控装置使用，用于与外部设备通信。替代地，在无线接口7的情况下，接口7可包括无线电发射机，用于将测量结果经由无线电传播路径发射到外部设备。

监控装置1还包括开关8，用于将监控装置设定成教示模式。在开关8致动之后，加速度计3将所产生的数据发送到存储器4，所产生的数据存储在存储器4中以用于牙刷使用过程中的后续使用。

教示模式使得使用者可以将个体参考数据存储于存储器4中。在按压开关8之后，使用者使用牙刷来尽可能彻底地刷洗他或她的牙齿。第二次致动开关8可结束教示模式。结果是，指示该特定使用者在使用过程中保持牙刷的角度的参考数据作为参考数据存储在存储器中。另外，参考数据也可指示所用时间和刷洗顺序(从一个位置到另一位置)。然后，这种个体参考数据用于分析该特定使用者未来将怎样彻底地刷洗他或她的牙齿。因此，教示模式使得可以考虑到刷牙时的个体行为(例如，牙刷或使用者的头保持在各个角度)。

可以在监控装置的存储器中存储若干人的个体参考数据。在这种情况下，在教示模式过程中使用牙刷的人的标识符与参考数据一起存储在存储器中。这种可能性在若干人使用相同牙刷(具有它们的私人用可附接刷洗部分)的情况下是有利的。在这种情况下，监控装置在最佳情况下能够通过选择与牙刷使用过程中所产生的数据最佳匹配的参考数据，自动地识别使用牙刷的人。替代地，牙刷可包括接口，该接口向使用者提供了输入他或她的标识符、以使监控装置能够从存储器选择正确参考数据的可能性。

图2图示具有图1的监控装置的电动牙刷9。

在电动牙刷的情况下，可从用于给牙刷的电动马达提供能量的同一电池获取操作监控装置所需的能量。监控装置1可集成进电动牙刷9中，如图示，或者替代地，例如作为延伸部附接到电动牙刷9的本体(图2中的左端)。

为了说明用于形成图6至9中的图表的坐标系统，在图2中标示了X轴、Y轴以及Z轴的方向。为了清楚目的，X轴方向与牙刷的刷毛方向大致相同，Y轴方向与牙刷的管形本体的中心线方向大致相同，以及Z轴从牙刷本体指向侧部，因此与X和Y轴形成90°角度。然而，应该观察到，轴的精确方向对于本发明本身并不重要，只是仅为了理解图6至9的示例性图表中图示的角度。

图3图示具有图1的监控装置的牙刷。并且，在该实施方式中，举例而言，假定监控装置已集成进牙刷10中。然而，当考虑普通牙刷的价格以及监控装置1所需的电子元件的价格时，在很多情况下可利用独立监控装置较为有利，该独立监控装置附接到牙刷10(例如作为刷柄的延伸部分)，并在丢弃旧牙刷后被拆卸用于另一牙刷中。

图4和5图示向使用者指示刷牙结果的一种方式。

在图4中可识别出牙齿的四个不同区域，即左上区域L-U、左下区域L-D、右上区域R-U以及右下区域R-D。在很多情况下，通过简单地指示这四个区域中的一个(或更多个)尚未被足够彻底地刷洗而向使用者提供足够的反馈。这可通过使用图5中的指示器来完成。这种指示器在实践中例如可借助于四个LED或LCD显示器来实施，并且包括用于图4所示每个区域的一个扇区11至14。例如，如果在刷洗之后图5的指示器上扇区11被照亮成红色，则使用者理解图4中的区域R-U需要更彻底的刷洗。相似地，例如，如果在刷洗之后图5中的指示器上扇区13被照亮成红色，则使用者理解图4中的区域L-U需要更彻底的刷洗。在刷洗可被接受的情况下，指示器可例如通过照亮成绿色来指示刷洗可被接受。自然地，可利用其它照亮指示器的颜色和方法以向使用者提供反馈。

图6和7图示在用图2的电动牙刷9刷牙过程中所进行的测量。

图6示出使用电动牙刷9刷洗上颌的牙齿的内侧即图4的区域L-U和R-U的内侧时从左到右(由使用者观察的)移动牙刷过程中的测量数据即由加速度计3产生的数据。可以看到在样本800附近Z角度的大的变化，在此处当牙刷从区域L-U到R-U移动时牙刷由使用者在牙齿前部转动。

图7示出相似的测量数据，不同之处在于电动牙刷9用于刷洗所有的牙齿。刷洗顺序从上部外表面开始并从左到右，然后到右下部外表面朝左，下咬面从左到右，上咬面从右到左，最后上部内表面从左到右以及下部内表面从右到左。

基于图7的图表，可以看到当刷洗牙齿的不同部位时所用的角度结合是不同的。基于角度结合(X、Y及Z角度值)，可以识别口腔的哪一部分已被刷洗了。这在图8中更清晰地示出。

图8图示了存储在监控装置的存储器中的参考数据。在图8中，当刷洗牙齿的不同部位时来自加速度计的输出结果以三维方式标示出。在图8中，仅图示出位于多个其它样本邻近处的这些样本。

可以看到，数据包括用于不同角度结合的若干个样本簇团。例如，簇团15由当刷洗牙齿的右上内表面时所获得的样本组成，在获取这些样本的时刻期间，牙刷相对稳定地保持在特定倾斜度(角度结合)。

如果在获得图8中的簇团所示的参考数据时人们倾向于尽可能彻底地刷洗他或她的牙齿，则加速度计应该产生如下数据，即由这些数据可识别相似的簇团图案。如果簇团之一消失，例如簇团15，则可以确定角度的特定结合(XYZ)，需要这些角度的特定结合以获得该簇团的样本，并且基于该角度结合(对于各个角度，具有一定的精度)来确定牙齿的部位，在该例中为牙齿的右上内表面，该牙齿的右上内表面尚未被足够彻底地刷洗。然后，这种信息可借助于监控装置的指示器提供给使用者。

图9图示了在用图3的牙刷10刷牙过程中所进行的测量。

由于牙刷10不是电动的且使用者必须因此连续地来回移动牙刷，因此来自加速度计的信号中包括频率约4至5Hz的扰乱图案。在图9中，已通过低通滤波消除该扰乱信号。

可从图9中看到，在非电动牙刷的情况下也可以利用监控装置1来确定刷牙过程中所用的角度。因此，可利用与用于电动牙刷的解决方案相似的解决方案来分析使用者有多彻底刷洗，并指示需要附加刷洗的区域。

然而，借助于非电动牙刷10，可得到附加信息。在图9中可看到作为每次使用者移动牙刷以刷洗随后的牙齿时的峰值的这种附加信息。因此，也可以计算这种运动的数量，以确定在刷牙过程中使用者移动了牙刷多少次。为了获得与对应于参考数据的刷洗结果(教示模式)一样彻底的刷洗结果，运动数量应该至少不会大大小于参考数据标示的运动数量。

指示使用者移动牙刷以刷洗随后的牙齿的次数的附加信息也可用来确定何时需要更新牙刷。这可通过设置监控装置以安装计数器来实现，该计数器指示自第一次使用牙刷以来用该特定牙刷执行这种运动的数量。如果计数器达到预定限值，则监控装置可通过指示器向使用者指示应该更新牙刷了。

图10图示从监控装置到外部设备的数据传输。在图10中，假定用于图2的电动牙刷9的的监控装置包括与无线电发射器连接的接口，从而将比较结果发送到外部设备。监控装置可包括使用者接口(至少一个附加开关)，使用者接口可由使用者使用，以触发比较结果到外部设备的发射。替代地，每次用完牙刷后，发射自动地进行。

监控装置的所有部件可以彼此封装在一起并集成或附接到电动牙刷9的本体。替代地，无线电发射器可独立于其它部件设置，例如位于电动牙刷9的电池充电器内。在这种情况下，接口7可包括位于电动牙刷9内的触头端子，触头端子连接到电池充电器内的对应端子，用于将比较结果经由有线连接器发送到电池充电器内的发射器。然后，位于电池充电器内的无线电发射器进一步将该比较结果经由无线电连接器发射到外部设备。

在图10中，图示出外部设备可为例如手机、PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理)或计算机的外部设备16，外部设备经由短程无线电连接器从监控装置直接接收信息。这种短程无线电连接器可例如为蓝牙或超低功耗蓝牙无线技术连接器(Wibree connection)。以此方式，外部设备16的使用者可接收有关牙刷9已被如何彻底地使用的信息。

图10也图示替代性实施方式，其中监控装置包括蜂窝式无线电系统18。并且，在这种情况下，无线电发射器可位于与电动牙刷9连接、或替代地与电动牙刷9的充电器连接之处。在这种实施方式中，比较结果可经由基站17和蜂窝式无线电系统发射到位于比短程无线电系统范围更远的位置的外部设备19。

经由蜂窝式无线电系统到外部设备的信息发射使得可以包括广告装置，在这种情况下，借助于蜂窝式无线电系统中的网络元件将广告添加到比较结果。使用者接收具有比较结果的广告。这种解决方案的另一优点是广告商可为将比较结果从电动牙刷9发射到外部设备19付费。

虽然通过具体参照三轴加速度计解释了本发明，但应该观察到，因为二轴加速度计已经使得可以获得有关在使用过程中牙刷倾斜度的大量信息量，因此不一定在所有实施方式利用三轴加速度计。另外，n轴加速度计使得可以确定除了牙刷倾斜度以外的角速度。

图11a至11c图示了用于确定牙齿的哪一部分正被刷洗的解决方案。可实施该解决方案以便例如结合图4和5解释的向使用者指示刷牙结果。

在这种实施方式中，指示使用者在移到下一区域之前，总是完全地刷洗四个图示区域R-U、L-U、R-D以及L-D中的每一个。另外，应该以如下顺序刷洗四个区域中的每一个：外表面、咀嚼面以及内表面。使用者以什么顺序刷洗不同的区域并不要紧，只要以该顺序刷洗各区域即可，因为监控装置能够自动地识别已刷洗区域，并通过使用指示器上的正确扇区11至14来指示刷洗结果。

图11a图示以前述刷洗顺序刷洗区域R-U，即外表面、咀嚼面以及内表面的顺序。相应地，图11b至11d图示通过对各区域使用相同的刷洗顺序来刷洗区域L-U、R-D以及L-D。

当以此方式刷洗区域时，可基于两个因素识别出正被刷洗的区域：

1)当Z轴水平时，换言之，当在图11a至11d的测量结果中所标示的关于Z轴的角度值是90°时，分析X的值。如果X大于90°，则这就意味着下部区域(R-D、L-D)中的一个正被刷洗。然而，如果X小于90°，则这就意味着上部区域(R-U、L-U)中的一个正被刷洗。

2)如果在对一个区域刷洗时Z值(大体上)减小，则这就意味着右侧区域(R-D、R-U)中的一个正被刷洗。然而，如果在对一个区域刷洗时Z值(大体上)增大，则这就意味着左侧区域(L-D、L-U)中的一个正被刷洗。

因此，在这种实施方式中，监控装置1构造成在教示模式过程中以及还有在后续使用牙刷过程中分析上述角度。以此方式，监控装置能够识别当前正被刷洗的区域。在刷洗之后，对关于这些区域中的每一个区域的参考数据和牙刷使用过程中所产生的数据相互比较。如果识别出对于某个区域，由参考数据所表示的样本数量或将牙刷保持在该区域内所花费的时间与由在后续使用过程中产生的数据所表示的样本数量或所花费的时间不对应，则指示器上的该区域的扇区11至14用于告知使用者该区域内出现不良刷洗结果。

作为上述解释的替代例，也可以容许使用者以任何期望方式刷洗图4的区域中的每一个。并且在这种情况下，在进入下一区域之前应该完全地刷洗当前区域。可以任何顺序刷洗四个区域。

然而，在这种情况下，对于监控装置而言，更难于识别正被刷洗的特定区域。在这种情况下，监控装置可简单地具有设有编号从一到四的扇区的指示器。当使用者刷洗了第一区域时，通过使用指示器的第一扇区标示出结果。当使用者刷洗了第二区域时，通过使用第二扇区标示出结果。当使用者刷洗了第三区域时，通过使用第三扇区标示出结果，等等。因此，在这种情况下，监控装置不能够告知使用者已识别出的不良刷洗结果所在的特定区域。替代地，监控装置可仅照亮扇区3以指示刷洗结果不良的是第三已刷洗区域。在这种情况下，依靠使用者记忆哪一个是第三已刷洗区域。

图12图示具有监控装置的牙刷的另一实施方式。图12的实施方式与结合图2所述的实施方式非常相似。因此，将主要通过指出这些实施方式之间的不同来解释图12的实施方式。

与图2的实施方式相比，图12中的监控装置包括替代的指示器20。在这种实施方式中，指示器包括例如设置为绕电动牙刷9本体的环形的多个LED。一种选择是在指示器20中包括八个LED。

图12的牙刷以与先前所解释的相似的方式设定成教示模式，以产生参考数据。在后续使用监控装置21的过程中且当在刷洗过程中牙刷保持在特定位置(XYZ角度结合)时，将所产生的数据与所获得的该特定角位置的参考数据进行比较。一旦确定所产生的数据与参考数据匹配，就将指示器20中的LED之一照亮。在这种情况下，监控装置总是在该特定时刻照亮指向预定方向的LED，例如向上。

当使用者完成刷牙时，他应该将牙刷保持于与在教示模式过程中相对应的位置，且监控装置应该照亮(一个接一个)LED中的每一个(在该特定时刻总是位于最上端的那一个)。因此，如果使用者观察到LED中的一个未被照亮，则这就意味着在该未被照亮的LED位于最上端时所在的位置处进行刷洗的过程中，未充分使用牙刷。然后，使用者能够将牙刷转动到该LED位于最上端时的这种位置，并基于牙刷位置确定哪一区域未被充分彻底地刷洗。

可以理解，以上描述和附图仅用来阐释本发明。对本领域技术人员显然的是，在不脱离本发明范围情况下可以其它方法改变和修改本发明。

Claims (15)

1.一种牙刷监控装置(1、21)，包括：

传感器装置，所述传感器装置用于在使用牙刷(9、10)的过程中产生数据；

存储器(4)，所述存储器(4)用于存储参考数据；

比较器(5)，所述比较器(5)用于将所述产生的数据与存储于所述存储器(4)内的所述参考数据进行比较；以及

指示器(6、20)，所述指示器(6、20)响应于所述比较器(5)，向使用者指示所述产生的数据与所述参考数据是否对应，

其特征在于

所述传感器装置仅由加速度计(3)构成，所述加速度计(3)构造成产生指示所述牙刷(9、10)在使用过程中的倾斜度的数据；以及

所述监控装置(1、21)包括用于将所述监控装置(1、21)设定成教示模式的开关(8)，其中，由所述加速度计(3)产生的数据存储在所述存储器(4)中，以在后续使用所述牙刷(9、10)的过程中作为参考数据使用。

2.如权利要求1所述的监控装置，其特征在于，所述比较器(5)构造成考虑到由所述产生的数据和所述参考数据表示的指示所述牙刷(9、10)已被保持在特定位置的样本数量的所述比较。

3.如权利要求1或2所述的监控装置，其特征在于，所述比较器(5)构造成考虑到由所述产生的数据和所述参考数据表示的所述牙刷(10)已被移到随后牙齿的次数的所述比较。

4.如权利要求1至3中任一项所述的监控装置，其特征在于，所述比较器(5)构造成识别在所产生的数据中未能发现而由所述参考数据标示出的这种刷洗位置(15)，利用所述被识别出的刷洗位置来识别牙齿的具有这种刷洗位置的本应该被刷洗的区域(L-U)，以及通过所述指示器(6)向使用者指示所述被识别出的区域。

5.如权利要求4所述的监控装置，其特征在于，所述刷洗位置用于识别四个能接近区域中的至少一个，所述四个能接近区域包括右上区域(R-U)、右下区域(R-D)、左上区域(L-U)以及左下区域(L-D)。

6.如权利要求1至5中任一项所述的监控装置，其特征在于，所述指示器(6)由显示器构成。

7.如权利要求1至5中任一项所述的监控装置，其特征在于，所述指示器(6)由至少一个LED构成。

8.如权利要求1至5中任一项所述的监控装置，其特征在于，所述指示器(20)包括绕所述监控装置(21)或所述牙刷(9)的本体设置成环形的多个LED，并且所述监控装置构造成，通过利用所述多个LED中的预定的相应LED，指示所述产生的数据与所述参考数据不对应的刷洗位置，所述预定的相应LED被分配用于所述特定刷洗位置，且当在此位置用牙刷刷洗时应该转向预定方向。

9.如权利要求1至9中任一项所述的监控装置，其特征在于，所述装置(1、21)包括接口(7)，用于将比较结果发送到外部设备(16、19)以供进一步处理。

10.如权利要求9所述的监控装置，其特征在于，所述接口(7)包括无线电发射器。

11.如权利要求10所述的监控装置，其特征在于，所述无线电发射器是短程无线电发射器。

12.如权利要求10所述的监控装置，其特征在于，所述无线电发射器是蜂窝式无线电系统(18)的无线电发射器。

13.如权利要求1至12中任一项所述的监控装置，其特征在于，所述加速度计是三轴加速度计。

14.如权利要求1至13中任一项所述的监控装置，其特征在于，所述比较器(5)构造成考虑到由所述产生的数据和所述参考数据表示的所述牙刷(9、10)被保持在特定位置的时间的所述比较。

15.如权利要求1至14中任一项所述的监控装置，其特征在于，所述比较器(5)构造成考虑到由所述产生的数据和所述参考数据表示的通过将牙刷从一个倾斜度转移到另一个倾斜度所表示的刷洗顺序的所述比较。

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