CN107530545A - 用于电刺激系统的用户接口 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种与用于电刺激系统(1)的用户接口(20)，所述用户接口(20)包括通信模块(25)和用于将所述通信模块(25)固定在使用所述系统训练的人的手背上的固定装置。所述通信模块(25)包括至少一个用于显示电刺激的实际或标称条件的显示器和/或用于开始或结束电刺激和/或设置电刺激参数的输入装置。

Description

用于电刺激系统的用户接口

技术领域

本发明涉及一种用于电刺激系统的用户接口。

背景技术

现有的电肌肉刺激(EMS)是众所周知的。电信号和刺激被用于刺激一段肌肉或神经。这用于肌肉强化和恢复运动功能。

这里重要的是，用户有机会获得关于系统状态的反馈，以及改变参数的机会。在已知的固定系统中，用户通过电缆连接到以固定方式安装的设备，并且可以在设备处获得并给出所述反馈。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于EMS系统的人机工程学用户接口，该EMS系统特别适合于移动使用。该系统旨在被用户简单地和符合人体工程学地使用。

该目的通过权利要求1的特征来实现。从属权利要求涉及优选实施例。

用于电肌肉刺激系统的用户接口包括通信模块和用于将通信模块固定在利用该系统训练的人的手背上的固定装置。在这种情况下，通信模块包括至少一个用于显示电刺激的实际或设定条件的显示器、和/或用于开始或结束电刺激和/或设定电刺激参数的输入装置。将通信模块定位在手背上具有一些好处。用户可以很容易看到该区域。在以移动系统的形式使用EMS的情况下，用户可以在室外使用后者，并且在该过程中穿上外套。因此，例如作为手表佩戴的通信模块不太有用，因为它很容易地被袖子隐藏，并且用户必须以单独的运动将袖子向后卷，直到他/她获得对通信模块的访问。此外，通信模块可以包括用于产生机械、热或电刺激的触觉反馈装置。电刺激与EMS脉冲不同，因为它们的目的不是为了引起肌肉刺激，而是可由神经感知的脉冲。由于手上有大量的神经，与由手表式单元引起的信号相比，用户可以明显更好地感觉到这种触觉信号。在这方面，例如用户接口发出的振动直接覆盖整个手，并且也被提供给手指的感觉细胞所感知。

拇指环适合作为固定用户接口的装置。由于拇指的运动在许多类型的运动中不是非常重要的，所以可以使用该环，而不会给使用者带来令人不安的感觉。

可替代地或另外地，可以提供手指环。本文意义上的手指是以下手指之一，即食指、中指、无名指、小指，其中拇指被理解为不是手指。一个手指提供一个指环。也可以将手指环用于多个手指，例如，两个相邻的手指，例如中指和无名指或食指和中指。该组合可以将用户接口良好地固定在手背上。

此外，可替代地或另外地，可以提供至少一个保持夹，其由弯曲的刚性材料制成，并且至少间接地固定在通信模块上，且在这种情况下被配置为包围手掌的一部分以固定用户接口。当EMS系统用于移动应用时，用户的双手自由是令人愉悦的。因此，覆盖手指或手掌内侧的任何部件可能被认为是令人不愉快的。如果保持夹从手的背面以钩的方式按压到手掌上，则这种令人不愉快的感觉被最小化。保持夹可以是例如电线或刚性塑料拱，并且可以以平坦的方式实现。厚度可以小于1毫米。

可替代地和另外地，固定装置可以包括腕带，其特别是以具有弹性压力的方式围绕手腕引导，并且优选地配置成不覆盖拇指球或仅覆盖10％。手腕的周长小于手掌。因此，可以简单地在这里固定带子。此外，如果还提供了在手的前部方向上引导和保持用户接口的装置，则这将导致用户接口在手背上的安全定位。

此外，固定装置可以包括用于拇指球的带子，其特别是以具有弹性压力的方式围绕手指引导。凭借弹性压力，还可以使用手而没有限制。与腕带不同，用于拇指球的带子实际上并不限制手腕的移动性。精确地结合拇指环，用户接口不可移动地固定在手背上。

一方面，用于拇指球的腕带和/或带子可被设计为使得它们可以打开和闭合。另一方面，它们可以由高弹性材料(弹性伸长率>60％)组成，并被实现为闭环。

在许多情况下优选的是手掌的至少60％，特别是至少80％不被固定装置覆盖。手掌不包括由手指或拇指限定的内表面区域。在这方面，手的触觉受到的限制尽可能少。

此外，另外地或可替代地，固定装置可以是覆盖使用用户接口人的前臂的衣服的一部分。此外，通信模块还可以经由固定装置(特别是钩环连接)与覆盖使用用户接口的人的前臂的衣服连接。在这种情况下，所述衣服优选地是具有拇指环和/或手指环的衬衫。作为示例，所述衣服作为固定装置可以具有容纳通信装置的口袋。

此外，优选的是，如果通信模块包括至少两个电子组件，例如特别是显示器、输入开关、输出光源(例如特别是LED)、和/或电源，则这些组件相对于彼此的相对运动特别是枢转运动是可能的。

特别地，所述至少两个组件以不可拆卸的方式连接到用户接口。特别地，所述两个组件都可以在用该系统训练的人的手背上固定。

此外，其中用户接口不包括分指手套，不包括半指手套，并且不包括无指手套的实施例是优选的。通过这种方式，手的触觉最低限度到受到限制。

此外，厚度最大为2cm，优选最大为1cm的带子可以穿过手掌和手背，并且拇指环可以固定带子。

在根据本发明的系统的一个实施例中，用户接口特别是可视化单元和/或输入装置可以固定在可佩戴在手上的带子上。在这种情况下，优选的是，带子被配置成使得其在手掌和手背上移动并且配备有拇指环。拇指环固定带子。结果，即使系统中包括的织物，特别是衣服具有较长的袖子(就运动服装而言通常如此)，也可以以容易看到的方式将用户接口定位。带子可以设置有用于个人调节的钩环紧固件。

此外，刺激单元可以以无线和/或有线方式连接到控制单元，其优选地阐明手或手腕上的刺激，特别是发信号表示脉冲和暂停之间的变化；这可以通过声学和/或视觉和/或触觉刺激(振动)来发出信号，并且同时通过LED控制强度和/或显示信号。所述刺激单元可以通过臂章固定到拇指，该臂章不完全是臂带，而是可以优选地通过环围绕手背佩戴。

手势控制是可能的，其中用户接口包括倾斜传感器、罗盘和/或加速度传感器，并且被配置为测量角位置和/或移动和/或加速度。可以根据这些测量值识别手势控制方式的控制的用户的输入或命令。

附图说明

下面参考附图和实施例更详细地说明本发明的示例性实施例。在图中：

图1示出了用于在EMS用户的EMS应用期间控制EMS脉冲的便携式系统的示意图，

图2示出了用于利用至少两个电极和用于脉冲单元和电极的电连接的导体来控制刺激脉冲的系统的示意图，

图3示出了当执行通过传感器检测并在监视器上可视化的运动序列时的EMS用户的示意图，作为虚拟现实应用，

图4示出了配备有至少两个电极的EMS用户的示意图，

图5示出了刺激脉冲的电压分布图，

图6、7示出了具有用于固定在手上的保持夹的用户接口的一个实施例，

图8示出了包括分成两部分的通信模块的用户接口的变体，

图9、10示出了包括手指环和腕带的用户接口的一个实施例，

图11、12各自示出了具有用于拇指球的带子的实施例的视图，以及

图13以打开的视图示出了图11和12的用户接口。

具体实施方式

图1示出了刺激脉冲的控制的示意图。用于在用户2的刺激期间控制刺激脉冲的系统1包括至少一个传感器3，数据处理单元4和脉冲单元5。在图1所示的实施例中，电极8和传感器3连接到织物，这里是训练服10，并且在每种情况下固定地连接在训练服10的小腿区域中。结果，提供了便携式系统1，其允许用户以在空间和/或运动自由方面无阻碍的方式进行刺激应用。在这种情况下，传感器3例如适于测量用户2的测量值，特别是用户2的EMG活动。这有利地允许测量用户2的EMG活动并触发刺激脉冲，特别是EMS脉冲，刺激脉冲的一个或多个刺激脉冲参数根据测量值或控制信号而变化。有利地，可以在系统1中布置相同类型或不同类型的一个或多个传感器3。

数据处理单元4被配置为将测量值与阈值进行比较，并且在测量值和阈值彼此具有可预定的比率时生成脉冲单元5的控制信号。在本例所示的实施例中，脉冲单元5和数据处理单元4安装在可由用户2一只手携带的公共外壳中，或者可选地能够以可释放的方式插入到口袋中或连接到训练服10。在这种情况下，脉冲单元5适于触发刺激脉冲，并且被配置为根据控制信号改变一个或多个刺激脉冲参数。

脉冲单元触发一个或多个刺激脉冲的方法至少包括以下步骤：a)测量测量值，b)将测量值与阈值进行比较，c)如果测量值和阈值彼此具有可预定的关系，则生成控制信号，d)根据控制信号改变刺激脉冲参数。

在这种情况下，传感器测量的测量值通过适当的算法与阈值进行比较。这样的算法可以有利地在数据处理单元中是预定义的，或可调节的，或可预定义的。如果确定测量值和阈值彼此具有预定义的关系，则产生相应的控制信号并根据控制信号改变脉冲参数。然后可以通过脉冲单元触发具有改变的脉冲参数的相应刺激脉冲。因此，例如可以根据测量值增加或减少刺激脉冲强度。同样，可替代地或另外地，可以改变进一步的刺激脉冲参数，例如脉冲类型、强度、刺激脉冲的持续时间、频率、斜坡、脉冲暂停、单个脉冲宽度和/或单个脉冲持续时间。

图1中所示的系统1还包括用户接口6，其包括输入装置62(例如，按键)。在本实施例中，用户接口6被布置在与数据处理单元4和脉冲单元5分离并被配置作为遥控器的外壳中。因此，通过包括用户接口6的遥控器，可以控制和调整数据处理单元4和脉冲单元5，而不需要用户2在刺激应用期间随他/她携带遥控器。包括数据处理单元4和脉冲单元5的便携式外壳还包括能量源7。

从图2可以看出，织物10也可以被配置作为上衣。这里，在各种情况下，电极8和传感器3各自布置在左腹部和右腹部。此外，图2所示实施例与图1所示实施例的不同之处在于，使用了移动电话或平板电脑，来作为可视化单元61和输入装置62。在这种情况下，通过适当的传输手段，例如通过无线电或WLAN来实现从可视化单元61和输入装置62到数据处理单元/控制单元4的数据传输。

在图3所示的实施例中，提供了屏幕61作为可视化单元6，该屏幕相机62尤其作为输入装置62。如图3所示，对于用户2，通过屏幕61为用户2提供虚拟现实，当用户2执行运行序列(这里是提起重物)时，所述虚拟现实显示用户2。在这种情况下，在虚拟环境中，将重物作为虚拟环境的一部分添加到由相机61记录的用户2的图像中。在这种情况下，用户和重物一起的运动序列被实时显示给用户2。根据图3，这里，系统1包括翼形式的织物10，在各种情况下，电极8和传感器3布置在上臂的后部区域上。当存储在数据处理单元4中的运动序列未被用户2正确地执行时，用户2经由电极8接收刺激脉冲。同样可以输出刺激脉冲来作为游戏状况的模拟，例如，提起重物的效果。

图4示出了EMS用户2刺激脉冲控制的图示，EMS用户2在训练裤10上配备有至少两个电极。所述用户在他或她的活动期间被脉冲刺激。脉冲通过传感器计时。在这种情况下可选地使用时间、压力、加速度或超声波传感器、电阻设备或肌电图设备。

图5示出了示例性刺激脉冲的电压分布图的图示。所述刺激脉冲的一个或多个刺激脉冲参数可以变化，并且所述刺激脉冲可以根据控制信号特别是脉冲单元5而被触发。在这种情况下，从图5可以看出，脉冲强度的矩形分布分别在这里呈现。整个刺激脉冲包括由快速连续地以相同或不同强度触发的多个独立脉冲组成的脉冲单元。在这种情况下，每个单独的脉冲是单个过程，其瞬时值仅在有限的时间段内明显偏离零。刺激脉冲的强度在一系列斜坡脉冲的最大偏移增加之后得到。如图5所示，斜坡示出了从其偏移增加的一系列这种斜坡脉冲的最大偏移获得的梯度。在刺激脉冲进行之后，图5示出了脉冲暂停，其表示两个连续的刺激脉冲之间的暂时持续时间。基于其第一斜坡脉冲来指示脉冲暂停后继续的刺激脉冲。所示的刺激脉冲具有大约25至大约200μs的脉冲宽度。

图6和图7示出了在被固定在人手上的状态下的用户接口20的实施例。用户接口20可以执行与已经提到的用户接口6相同的任务或不同的任务。它可以在用户接口6之外或作为其替代使用。

在这种情况下，图6示出了手的内部，图7示出了手的外部。根据图7，通信模块25固定在手背上。所述通信模块可以包括输入装置和输出装置，如稍后将详细描述的。三个保持夹30固定在通信模块25上。所述保持夹由弯曲的刚性材料制成。这可以是一种热塑性塑料夹子或金属夹子，如果合适，金属夹子以塑料封装。弯曲刚性意味着它具有相对于变形的高机械恢复力。此外，它可以塑性变形。换句话说，通过超过屈服点的变形，用户可以赋予保持夹30一个新的形状，以便最佳地将其适应于用户自己的手的几何形状。在由塑料制成的保持夹30的情况下，可以在温度的影响下进行变形。第一个保持夹接合到拇指/食指间隙中。另一个保持夹接合在手的边缘上，也就是说与拇指相对的手的主要区域的一侧。手的边缘是小手指在手的平面方向上的向外延伸。此外，第三保持夹30可以位于任意的手指间隙中。保持夹基本上是U形，其中180°弧不需要是完整的。即使至少120°弯曲也可以产生一定的保持功能，摆动程度优选至少为150°。所述弧是从圆的中点考虑的。

图8示出了通信模块25的替代实施例。后者是由两部分构成的，其中两个部分经由弹性连接，例如塑料或纺织带彼此连接。两部分都包括电子组件。所述组件可以是输入区域、显示器、容纳有电池的模块、和/或印刷电路板(PCB)。在手移动的过程中，手背改变其形状。为了使通信模块25能够无间隙地良好承载在手背上，这种灵活性是有利的。在所示示例中，通过两个保持夹来实现通信模块25的固定。此外，可以在手掌上引导连续的带子。通信模块25还可以包括相对于彼此灵活地或可弹性移位的两个以上的组件。此外，电子组件本身是可弯曲的和/或可弹性变形的。

图9和10示出了包括腕带42和手指环32的用户接口20的替代实施例。腕带被实施为由弹性材料制成的封闭环，并且腕带42由于恢复力而被保持在手腕上。所述带42固定在通信模块25上。此外，手指环32附接在那里。手指环是(弹性)带子，并且在当前情况下实施为使得中指能够穿过带子。在这方面，通信模块被牢固地保持在手指环32和腕带42之间的手背上，而不会滑动。。

在图11至13中示出了另一个实施例，其中使用拇指球的带子44来代替腕带42。拇指球的带子44以环形在拇指球的水平上围绕手的主表面环绕。此外，提供拇指环34，拇指插入其中。在这方面，通信模块首先以防止位移的方式在手的纵向上被引导，并且用于拇指球的带子44也不会扭曲。用于拇指球的带子44本身不是闭环，而是细长条，如图13所示。在端部存在钩环连接，使得用户可以容易地戴上它将其适应与他/她的个人身材。在图9和10中的腕带的情况下也可以使用钩环连接，并且在用于拇指球的带子的情况下也可以使用闭合的环形带(如图9和10中所示)。

优选地，整个手掌不被固定装置覆盖。这允许用户继续使用他/她的手的触感，并且例如能够很好地掌握训练装置。在这个意义上，不使用分指手套，或包括缩短手指或切断手指的分指手套是有利的，因为手掌完全被覆盖。在图11-13中用于拇指球的带子的情况下，虽然手掌的一部分被覆盖，但是由于手指和手掌的手腕骨骼不被覆盖，所以所期望的触摸能力不限于不可忽视的程度。优选地，手掌的至少50％不被固定装置覆盖。

通信模块可以执行以下任务：

它可以提供关于训练状态的反馈。在这方面，在详细的显示中，可以显示诸如训练序列或范围的信息，例如燃烧的卡路里。可以输出正在锻炼的肌肉组的概况。

可以提供反馈装置，其提供关于下一个EMS脉冲的信息。作为示例，EMS脉冲可以持续3秒钟，然后跟随暂停，例如暂停3秒。为了使用户对下一个脉冲不感到惊讶，可以通过用户接口输出光信号。在这方面，例如在EMS脉冲开始之前，LED可以发光或闪烁一秒或半秒钟。触觉反馈也是可能的。在这方面，通信模块25可以施加振动。手是非常敏感的，因此这种振动容易被察觉。除了上述输出装置，也就是说向用户提供关于系统状态的信息的装置，可以提供输入装置。通过各个按键或键盘，可以选择脉冲强度、频率、信号类型(矩形或正弦)等刺激参数。此外，可以选择并激活EMS的各个电极(或电极组)。

此外，可以在通信模块中集成时钟和/或秒表。

此外，可以提供永久打开或可以打开和关闭的照明。在这种情况下，所述照明特别地不是显示EMS的系统的一些状态的功能显示。相反，所述照明，特别是在黑暗中户外使用的情况下，可以作为安全特征，并使培训人员例如在道路交通中可见。通信模块可以被实施为使其防水，以便在户外应用中不会在雨中损坏。

通信模块也可以是感应充电的。体育活动通常包括剧烈的手臂运动。在能量收集的意义上，可以感应地产生能量。拉伸、压缩、移动等被视为替代原理。

附图标记列表

1 系统

2 用户

3 传感器

4 数据处理单元

5 脉冲单元

6 用户接口

61 可视化单元

62 输入装置

7 能量源

8 电极

9 导体

10 织物

20 用户接口

25 通信模块

30 保持夹

32 手指环

34 拇指环

42 腕带

44 用于拇指球的带子

Claims (15)

1.一种用户接口(20)，特别用于电肌肉刺激系统(1)，其中

所述用户接口(20)包括通信模块(25)和用于将所述通信模块(25)固定在使用所述系统训练的人的手背上的固定装置，并且

所述通信模块(25)包括至少一个用于显示电刺激的实际或设定条件的显示器、和/或用于开始或结束电刺激和/或用于设置电刺激的参数和/或至少一个训练相关参数的显示的输入装置，所述训练相关参数例如为一天的时间。

2.根据权利要求1所述的用户接口，其中所述固定装置包括拇指环(34)，用户能够通过所述拇指环(34)来插入他/她的拇指以固定所述用户接口(20)。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的用户接口(20)，其中所述固定装置包括至少一个手指环(32)，用户能够通过所述至少一个手指环(32)插入至少一个手指以固定所述用户接口。

4.根据前述权利要求中任一项所述的用户接口(20)，其中所述固定装置包括至少一个保持夹(30)，所述保持夹(30)由弯曲的刚性材料制成，并且至少间接地固定在所述通信模块(25)上，且在这种情况下被配置为包围手掌的一部分以固定所述用户接口(20)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的用户接口，其中所述固定装置包括腕带(42)，所述腕带(42)能围绕手腕引导，特别是以具有弹性压力的方式围绕手腕引导，并且优选地被配置为不覆盖拇指球或仅覆盖10％。

6.根据前述权利要求中任一项所述的用户接口，其中所述固定装置包括用于所述拇指球的带子(44)，所述带子能围绕手引导，特别是具有弹性压力。

7.根据权利要求5或6所述的用户接口，其中所述腕带和/或所述拇指球的带子被设计成使得它们/它能够打开和关闭，并且在这种情况下特别包括钩环连接。

8.根据权利要求5或6所述的用户接口，其中所述腕带和/或所述拇指球的带子由弹性性材料制成，并且作为闭环不能被打开。

9.根据前述权利要求中任一项所述的用户接口，其中在其使用期间，手掌的至少60％不被固定装置覆盖，特别是至少80％不被固定装置覆盖。

10.根据前述权利要求中任一项所述的用户接口，其中所述固定装置是用于覆盖使用所述用户接口的人的前臂的衣服的一部分，和/或所述通信模块能经由所述固定装置特别是钩环连接而连接至覆盖使用所述用户接口的人的前臂的衣服，其中所述衣服优选是具有拇指环和/或手指环的衬衫。

11.根据前述权利要求中任一项所述的用户接口，其中所述通信模块包括至少两个电子组件，例如特别是显示器、输入开关、输出光源、和/或电源，所述输出光源例如特别是LED，并且这些组件相对于彼此的相对运动特别是枢转运动是可行的。

12.根据前述权利要求中任一项所述的用户接口，其中所述用户接口不是分指手套，不是半指手套，不是无指手套。

13.根据前述权利要求中任一项所述的用户接口，其中带子在手掌和手背上延伸，并且所述拇指环固定所述带子。

14.根据前述权利要求中任一项所述的用户接口，其中所述用户接口包括控制单元和/或能连接到所述控制单元，并且所述控制单元被配置为激活电肌肉刺激信号和/或改变电肌肉刺激参数。

15.根据前述权利要求中任一项所述的用户接口，其中所述控制单元包括倾斜传感器、罗盘和/或加速度传感器，并且被配置为测量角位置和/或移动和/或加速度，并且根据这些测量值识别手势控制方式的用户的输入或命令。