CN102131551A - 运动检测系统 - Google Patents

Abstract

一种运动检测系统（100）包括：传感器（106），被设置成检测用户引起的运动的运动模式；以及控制设备（108），被设置成接收代表检测的运动模式的运动数据。控制设备（108）进一步被设置成将检测的运动模式数据与代表预定的运动模式的运动模式数据进行比较并且确定代表检测的运动模式与预定的运动模式之间的一致性的一致性参数。控制设备（108）控制反馈设备（110），该反馈设备用于基于确定的一致性参数向用户提供反馈。

Description

运动检测系统

技术领域

本发明涉及运动检测系统。该运动检测系统能够检测由用户引起的运动或者一般地由用户引起的运动模式。

背景技术

已知各式各样的实施例中的运动检测系统，特别地，已知可以检测用户引起的运动或运动模式并且可以基于检测的运动提供与用户的某种交互的运动检测系统。

美国专利公开US7179984B2中公开了这种系统的一个实例，其中描述了一种演奏接口系统，其包括被提供用于和演奏者或用户一起运动的运动检测器。该已知的系统还包括用于接收从运动检测器传输的检测数据并且响应于接收的检测数据而控制音调的演奏的控制系统。用户运动的状态经由运动检测器的传感器检测并且代表检测的运动状态的检测数据被传输到控制系统。该控制系统接收来自运动检测器的检测数据，分析用户的运动并且然后依照分析的数据控制音调演奏，例如乐器。该已知的系统主要用来允许用户参与控制系统中的音调演奏，例如一段音乐。用户可以例如在倾听控制系统执行的一段音乐时使他的手运动，其中检测该运动并且将相应的数据馈送给控制系统，该控制系统反过来可变化地控制音乐片段演奏中的预定音调因素。这允许一段音乐中尤其是无经验的或不熟练的演奏者的交互式演奏。

该已知的系统主要旨在使得用户即使在用户不够熟练的情况下也能够参与表演，例如音乐片段。该已知的系统检测并分析用户的运动，并且以消除参与的用户的实际技能水平的因素的方式产生例如音调形式的响应。因此，该系统不能够向用户提供其表演的技能水平的任何信息。

发明目的

本发明旨在改进已知的运动检测系统，因为用户接收来自系统的有关其运动，或者更一般地有关其运动模式的反馈，使得用户可以适应性调节其运动模式以更紧密地对应预定的运动模式。

发明内容

为了实现上面指出的目的，提供了一种运动检测系统，该运动检测系统包括：传感器，其被设置成检测用户引起的运动的运动模式；以及控制设备，其被设置成接收代表检测的运动模式的运动数据。控制设备进一步被设置成将检测的运动模式数据与代表预定的运动模式的运动模式数据进行比较并且确定代表检测的运动模式与预定的运动模式之间的一致性（coherence）的一致性参数。控制系统进一步被设置成控制反馈设备，该反馈设备用于基于确定的一致性参数向用户提供反馈。通过这种方式，所述运动检测系统向用户提供有关他正在进行的运动的反馈或信息以及更特别地向用户提供有关他与预定的运动模式匹配程度如何，即检测的运动模式与预定的运动模式之间的一致性水平如何的反馈。能够提供这种反馈的运动检测系统向用户提供了将其运动或运动模式调节到预定的或希望的运动模式的可能性，因为该反馈向用户告知用户的运动模式与希望的模式之间的一致性。特别地，本发明人已经认识到，通过基于所述一致性向用户提供反馈，用户经历性质上非常有节奏的特定运动模式变得容易。这样的运动模式例如为太极锻炼、演奏乐器或者用户可以经历以实现增加的放松状态的特定运动模式。已经证明（参见例如http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9465340），患帕金森病的人可以大大受益于使用有节奏的运动，有节奏的运动是其中依照本发明的运动检测系统可能非常有帮助的事情。在本发明的一个实施例中，所述传感器是加速度传感器、位置传感器、速度传感器和陀螺传感器之一。这样的传感器中的每一个提供可以从中导出运动模式的数据。

在本发明的一个实施例中，所述传感器是加速度传感器并且检测用户引起的运动在至少一个方向上的加速度。加速度传感器特别适合于提供运动模式是否有节奏和/或平滑的数据。

在本发明的一个实施例中，所述传感器是加速度传感器并且检测用户引起的运动在至少两个方向上的加速度，并且其中所述控制设备被设置成确定对所述方向上的加速度平均的平均加速度值。这提供了检测运动模式的增大的精度。

在本发明的一个实施例中，所述传感器检测用户携带的活动对象的运动模式。通过提供用户可以持有的对象，提高了用户与系统的交互感，这改进了利用本发明的系统获得的结果。

在本发明的一个实施例中，所述传感器与对象结合，使得该传感器可以非常直接且非常精确地检测用户引起的运动模式。

在本发明的一个实施例中，所述控制设备包括用于存储预定的运动模式数据的电子存储器。这允许对系统重新编程和/或存储多个预定的运动模式，从而提高了系统的通用性。

在本发明的一个实施例中，所述反馈设备被设置成向用户提供光、声、振动、温度或者其任意组合中的至少一个的形式的反馈。这些形式的反馈都容易为用户所辨别并且可以用来提供反馈的所谓的参数化动画，其中更混乱的动画指示低的一致性并且规则的动画指示高的一致性。

在本发明的一个实施例中，所述反馈设备与对象结合，从而向用户给出非常直接的反馈并且允许运动检测系统非常轻便。

在本发明的一个实施例中，所述反馈设备位于对象的外部。这允许外部光源提供反馈，从而例如在本发明的系统例如用于放松或冥想练习时提供增强的环境体验。

在本发明的一个实施例中，所述系统进一步包括用于将反馈数据无线传送到反馈设备的通信装置，使得在控制设备与反馈设备之间不必存在物理连接，从而提高了系统的通用性。

在本发明的一个实施例中，所述系统进一步包括被设置成测量与用户有关的物理数据的另外的传感器，特别地，该另外的传感器被设置成测量用户的心律、用户的体温、用户的血压和用户的传导皮肤阻抗中的至少一个，并且其中所述控制设备进一步被设置成接收和分析测量的物理数据并且将基于测量的物理数据的反馈数据提供给反馈设备。这改进了给予用户的反馈，并且特别是当运动模式为放松或冥想练习的一部分时有可能进一步细调该反馈。

在本发明的一个实施例中，所述系统进一步包括至少一个附加的活动对象，从而使得系统在可以与其一起使用的运动模式方面更加通用。

在本发明的一个实施例中，所述传感器进一步被设置成收集与所述活动部件有关的关系数据，所述关系数据包含关于对象之间的距离和相对运动模式中的至少一个的数据，其中所述控制设备进一步被设置成基于关系数据而控制反馈设备。通过这种方式，可以将用户导向所述两个或更多对象相对于彼此的希望的用法。

在本发明的一个实施例中，所述反馈设备包括被设置成发射光的一定数量的光源，尤其是LED，和/或包括振动设备。LED和/或振动的使用将向用户提供可清楚地检测的反馈。

在本发明的一个实施例中，所述对象为球形，并且可以在用户的手掌中持有且由用户使其同时地运动，其中这些对象中的至少一个包括检测运动模式的传感器并且包括反馈设备。这种配置允许用户将对象作为所谓的中国冥想球来使用。本发明人已经发现，使用这样的冥想球可以帮助实现有效冥想所需的专心水平。实现这种所需的专心水平以及还有放松水平被证明尤其对于初学者用户是困难的。对用户使用冥想球的方式的反馈将使得实现所需的专心和放松更容易。此外，使用依照本发明的冥想球，用户将体验帮助控制其呼吸和心率以及提高其手指的灵巧性。

在本发明的一个实施例中，两个球形对象都包括被设置成发射光的一定数量的光源，尤其是LED，和/或包括振动设备，从而为用户提供直接形式的反馈。

在本发明的一个实施例中，所述球形对象中的至少一个被提供致动装置，该致动装置被设置成在控制设备的控制下作用于所述至少一个另外的球形对象。这可以创建对象的附加的运动，从而有可能特别地训练用户的手的灵巧性和/或平衡感。这种致动装置可以包括陀螺设备或磁性设备，其被设置成使得它们影响其他对象。

在本发明的一个实施例中，所述传感器、控制设备和反馈设备实时操作，使得用户得到关于运动模式的直接反馈。

附图说明

在权利要求和下面参照附图的描述中说明了依照本发明的运动检测系统的另外的有利实施例，其中：

图1示意性地示出了依照本发明第一实施例的运动检测系统，以及

图2示出了包括放置在基站（base station）上的冥想球的运动检测系统的艺术家印象。

具体实施方式

图1示出了依照本发明的运动检测系统100的第一示意性绘出的实施例。图1的第一实施例中体现的本发明将使用以下实例进行解释：运动检测系统100是帮助控制使用依照本发明的系统的用户的呼吸和心率以及提高该用户的手指的灵巧性的冥想辅助设备。更特别地，在图1的实例中，所述系统或设备100基于两个球形对象，即所谓的中国冥想球的使用。因此，系统100包括第一对象或第一球102以及第二对象或第二球104。

用户可以在一只手中持有两个球102、104，并且使用其手指使球102、104运动，使得它们围绕基本上垂直于用户手掌的假想轴旋转。这类似于利用传统的中国冥想球的典型练习。众所周知的是，通过旋转球102、104的重复运动模式，帮助用户实现有效冥想所需的专心。此外，通过使用冥想球，可以实现特定的放松状态，其中用户体验心率降低并且呼吸节奏更放松。为了提高普通冥想球的有效性，球102、104为运动检测系统100的一部分。

运动检测系统100包括被设置成检测用户引起的运动或运动模式的传感器106。在图1的实例中，传感器106在球102中提供并且可以直接检测球102经受的任何运动。传感器106可以例如是可以检测一个、两个或者更多方向上的加速度的加速度检测器。加速度传感器可以覆盖的方向数量越大，运动模式的检测越精确。在图1的实例的情况下，术语运动模式表示冥想球102、104的相互旋转运动。其他类型的传感器也是可能的，例如位置传感器或速度传感器。在这里应当指出的是，也有可能提供位于球102之外的能够检测其运动模式的传感器。在这种情况下，球102将例如设有RFID标签，使得传感器可以拾取来自RFID标签的信号。

运动检测系统100还包括控制设备108，例如微处理器，其被设置成接收代表检测的运动模式的运动数据。控制设备108设有用来存储预定的运动模式的电子存储器。这样的预定的运动模式为例如放松模式，其可以利用球102、104执行以便用户实现特定的放松或专心状态。控制设备108进一步被设置成将检测的运动模式数据与代表预定的运动模式的运动模式数据进行比较并且确定代表检测的运动模式与预定的运动模式之间的一致性的一致性参数。检测的运动模式与预定的运动模式之间的一致性越大，用户执行希望的运动模式越佳。基于该一致性参数，控制设备108进一步被设置成控制反馈设备110，该反馈设备可以向用户提供反馈，告知用户关于其拷贝希望的运动模式的努力如何进行。反馈设备110可以以用户可以感知的方式给出反馈，例如以对于其效果可以提供适当发射器的光、声、振动、温度或者其任意组合的形式给出反馈。

在图1的实例中，旋转球102、104的用户可以实现其中当这些球以连续的方式旋转时用户的心率作为实例将降低并且更加恒定的特定放松状态。他的实现球102、104的该连续运动模式的努力将被传感器106检测并且通过控制装置108与希望的（预定的）运动模式进行比较。起初，该运动模式将不同于希望的模式，并且反馈将是混乱的和不规则的。这将告知用户他不与希望的模式一致。当用户引起的运动模式与希望的运动模式匹配时，反馈将更具结构性和更加规则。

当例如使用振动形式的反馈时，反馈设备110包括例如移动电话中常用类型的振动器112。振动的感知会将用户引导到希望的运动模式，其中有节奏的振动模式指示与预定的运动模式的密切对应。将反馈给予用户的一种优选的方式是借助于光，由此球102例如设有当激活时从外部可见的一定数量的LED 122。这些LED在控制设备108的控制下激活，并且类似于如上所述，可以产生指示用户的运动如何紧密地与希望的运动模式匹配的照明图案。

在这里应当指出的是，为了能够操作，球102设有电池114，该电池优选地为可再充电电池。此外，提供了包括具有充电站118的外壳的基站116，其在练习球102、104不使用时用作用于这些球的支架或容器。当完成时，用户简单地将球102、104置于充电站118上并且这些球将自动地再充电以供下一次使用。

在一个可替换的实施例中，传感器106可以进一步被设置成感测第一球102与第二球104之间的关系的方面。换言之，收集与这些对象有关的关系数据。控制设备108被设置成也基于该关系数据控制反馈设备110。

第一球102与第二球104之间的关系可以例如通过在第一球中利用传感器106或者附加的专用传感器并且在第二球中利用RFID标签120来感测。通过这种方式，可以检测诸如对应距离、旋转速度以及这些球相对于彼此的任何相对运动的一致性之类的关系数据。该信息然后可以由控制设备108用来以将用户导向使用两个球的希望的途径的方式控制反馈设备110。

在依照本发明的又一实施例中，所述运动检测设备100以及在图1的实例中球102设有诸如无线电装置之类的通信设备124，其被设置成将有关球的使用的数据传送到诸如光源126之类的外部设备，该外部设备设有适当的接收设备并且在使用运动检测系统100时可以控制用户的光环境以便提供增强的环境体验。在图1的实例中，该外部设备是包括光源126的基站116。此外，同样可能的是，该外部设备是包括例如诸如耳机之类的个人设备的声音系统。

此外，该实施例也可以用作训练设备，其中有经验的个人或教师将使用冥想球或其他对象以创建其他人遵循的受控的环境体验。其他用户的冥想球可以给出其表演相对于教师的表演的各反馈，并且将增强团体体验。

在本发明的又一个实施例中，第二冥想球104也可以设有具有与第一球102的反馈设备类似的设计的反馈设备，由此第二球104的反馈设备也处于控制设备108的控制下。通过这种方式，其中例如使用了LED的反馈中的图案或动画可以由两个冥想球102、104发射的光的图案形成。再一次地，规则的图案将指示检测的运动模式与预定的运动模式之间的高一致性。

除了以上所述之外，所述传感器可以进一步被设置成或者附加的传感器可以提供来测量用户的（重要）身体信号。特别地，这样的传感器被设置成测量用户的心律、用户的体温、用户的血压和用户的传导皮肤阻抗中的至少一个。传感器测量的数据可以提供给控制设备，该控制设备分析测量的物理数据并且将基于测量的物理数据的反馈数据提供给反馈设备以便细调用户接收的反馈。

在依照本发明的系统的又一实施例中，可以将衰减器嵌入到练习球中，其可以创建球的某种运动以便特别地训练用户的手的灵巧性或平衡感。这些衰减器可以包括例如陀螺设备或磁性设备，其可以用于一个练习球以便影响另一个练习球。

运动检测设备100的艺术家印象参照图2给出，其中可以看出，第一冥想球102和第二冥想球104放置在基站116上。

作为以上所述的可替换方案，该可替换方案未在图中进一步示出，提出使用以可替换的方式包括振动器的实施例。在使用冥想球之前，用户进行深呼吸，缓慢呼气，同时按压基站上提供的复位按钮直到呼气结束以便开始新的使用循环。呼气的持续时间由控制设备通过传感器和定时器记录。用户然后拾取所述两个练习球并且这些球将通过利用振动器开始在重复的循环中振动。振动的幅度轻轻上升，直到达到其峰值并且然后轻轻下降。每次完整循环的持续时间等于先前记录的呼气时间的一倍或两倍。振动和节奏的感知创建了舒缓的效果并且轻轻地引导用户以有节奏的方式重复深呼吸。通过重复的呼吸以及专注于振动循环，帮助用户实现有效冥想所需的专心。软振动循环的优点之一在于，用户希望从何处开始并不关键，只要用户记录起始点并且一致地保持它。

迄今借助于实例描述了本发明，其中运动检测系统包括冥想球作为经受系统用户的特定运动模式的对象。应当理解的是，该实例绝非意在限制本发明的范围。事实上，本发明隐含的创造性构思可以以比仅仅所给实例宽广得多的方式加以使用。

通常，检测用户引起的运动模式以及向用户提供这些运动模式与希望的运动模式之间的一致性水平的反馈可以用于许多领域中。这样的领域例如表演艺术，比如音乐和舞蹈、太极和瑜伽以及甚至武术。此外，可以设想体育中的应用，其中可以检测例如球拍等的运动并且将其与希望的模式进行比较。在所有给定领域中，应当以特定希望的方式执行运动模式并且关于用户如何执行的直接反馈将大大有益于用户提高其技能。

Claims (21)

1.一种运动检测系统（100），包括：

- 传感器（106），被设置成检测用户引起的运动的运动模式；

- 控制设备（108），被设置成接收代表检测的运动模式的运动数据，其特征在于，控制设备（108）进一步被设置成将检测的运动模式数据与代表预定的运动模式的运动模式数据进行比较并且确定代表检测的运动模式与预定的运动模式之间的一致性的一致性参数，并且控制反馈设备（110），该反馈设备用于基于确定的一致性参数向用户提供反馈。

2.依照权利要求1的系统，其中传感器（106）是加速度传感器、位置传感器、速度传感器和陀螺传感器之一。

3.依照权利要求2的系统，其中传感器（106）是加速度传感器并且检测用户引起的运动在至少一个方向上的加速度。

4.依照权利要求2或3的系统，其中传感器（106）是加速度传感器并且检测用户引起的运动在至少两个方向上的加速度，并且其中控制设备（108）被设置成确定对所述方向上的加速度平均的平均加速度值。

5.依照前面的权利要求中任何一项的系统，其中传感器（106）检测用户携带的活动对象（102）的运动模式。

6.依照权利要求5的系统，其中传感器（106）与对象（102）结合。

7.依照前面的权利要求中任何一项的系统，其中控制设备（108）包括用于存储预定的运动模式数据的电子存储器。

8.依照前面的权利要求中任何一项的系统，其中反馈设备（110）被设置成向用户提供光、声、振动、温度或者其任意组合中的至少一个的形式的反馈。

9.依照前面的权利要求中任何一项的系统，其中反馈设备（110）与对象（102）结合。

10.依照权利要求1-8中任何一项的系统，其中反馈设备（110）位于对象（102）的外部。

11.依照前面的权利要求中任何一项的系统，进一步包括用于将反馈数据无线传送到反馈设备（110）的通信装置（124）。

12.依照前面的权利要求中任何一项的系统，包括被设置成测量与用户有关的物理数据的另外的传感器，特别地，该另外的传感器被设置成测量用户的心律、用户的体温、用户的血压和用户的传导皮肤阻抗中的至少一个，并且其中控制设备（108）进一步被设置成接收和分析测量的物理数据并且将基于测量的物理数据的反馈数据提供给反馈设备（110）。

13.依照前面的权利要求中任何一项的系统，其中该系统（100）进一步包括至少一个附加的活动对象（104）。

14.依照权利要求13的系统，其中传感器（106）进一步被设置成收集与所述对象（102，104）有关的关系数据，所述关系数据包含关于对象（102，104）之间的距离和相对运动模式中的至少一个的数据，其中控制设备（108）进一步被设置成基于关系数据而控制反馈设备（110）。

15.依照权利要求13-14中任何一项的系统，其中所述对象（102，104）为球形，并且可以在用户的手掌中持有且由用户使其同时地运动，其中这些对象（102，104）中的至少一个包括检测运动模式的传感器（106）并且包括反馈设备（110）。

16.依照权利要求15的系统，其中反馈设备（110）包括被设置成发射光的一定数量的光源（122），尤其是LED，和/或包括振动设备（112）。

17.依照权利要求16的系统，其中两个球形对象（102，104）都包括被设置成发射光的一定数量的光源（122），尤其是LED，和/或包括振动设备（112）。

18.依照权利要求15-17中任何一项的系统，其中所述球形对象（102，104）中的所述至少一个被提供电源，该电源优选地为可再充电电源。

19.依照权利要求15-18中任何一项的系统，其中所述球形对象（102，104）中的至少一个被提供致动装置，例如陀螺设备和/或磁性设备，该致动装置被设置成在控制设备（108）的控制下作用于所述至少一个另外的球形对象。

20.依照前面的权利要求中任何一项的系统，其中传感器（106）、控制设备（108）和反馈设备（110）实时操作。

21.依照前面的权利要求中任何一项的系统，其中所述预定的运动模式数据包括放松模式。

Images