CN111885945A - 用于在定位测量期间实现改善的运动鲁棒性的方法和系统 - Google Patents

用于在定位测量期间实现改善的运动鲁棒性的方法和系统 Download PDF

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CN111885945A CN201980016651.0A CN201980016651A CN111885945A CN 111885945 A CN111885945 A CN 111885945A CN 201980016651 A CN201980016651 A CN 201980016651A CN 111885945 A CN111885945 A CN 111885945A
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V·珍妮
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Abstract

一种方法(200)，用于确定手持式个人护理设备的一部分相对于用户的身体(50)的位置和方向，包括：提供(210)包括至少一个能量源的手持式个人护理设备(20)和至少一个检测器(22)，至少一个能量源和至少一个检测器两者都位于手持式个人护理设备内，至少一个能量源布置在第一位置并且在手持式个人护理设备内具有第一方向；在围绕手持式个人护理设备的三维空间中发射(220)能量；检测(230)发射的能量的一部分；产生(240)传感器数据；从生成的传感器数据中提取(250)一个或多个特征；以及基于所提取的一个或多个特征估计(260)相对于所述用户的身体的手持式个人护理设备的一部分的位置和方向。

Description

用于在定位测量期间实现改善的运动鲁棒性的方法和系统
技术领域
本公开总体上针对用于确定手持式个人护理设备相对于用户的身体的位置和/或方向信息的方法和系统，该位置和/或方向信息对于用户运动和在用户特征中的变化是鲁棒性的。
背景技术
确定手持式个人护理设备和手持式个人护理设备的组成部件相对于用户的身体的位置和/或方向信息，能够在个人清洁或梳妆方案(诸如刷牙和齿间清洁、面部清洁或剃刮等)中实现监视和指导。例如，如果确定了个人护理设备的头部构件在用户的口部内的定位，则可以识别出一组牙齿、特定牙齿或牙龈部分的一部分，以便用户可以专注于那些区域。
为了促进适当的清洁技术，一些设备包含一个或多个传感器，以在使用过程中检测手持式个人护理设备的定位信息。现有的方法和设备使用诸如电动牙刷中的惯性测量单元来检测手持式个人护理设备的方向。然而，当前设备中的方向数据不能唯一地识别口腔中所有特定的定位。因此，为了将头部构件部分定位在口腔的特定区域中，必须将方向数据与引导信息结合。为了使得该技术成为可能，用户必须在遵循引导信息的同时执行一定时长的使用过程，以将头部构件部分定位在口部的特定区段内。由于该技术基于手持式个人护理设备相对于世界的方向，因此与该设备的使用相关的移动无法与非使用移动(例如步行或转头)区分开。结果，如果期望得到准确的定位数据，则用户在操作手持式个人护理设备的同时被迫限制他的或她的移动。简单地检测在传感器前皮肤存在或不存在的方法不能解释用户行为，该用户行为对于个别用户可以随着时间变化和/或在用户之间变化。
因此，在本领域中持续需要用于确定手持式个人护理设备相对于用户的身体的位置和/或方向信息的方法和系统，该位置和/或方向信息对于用户运动和在用户特征中的变化是鲁棒性的。
发明内容
本公开内容针对用于准确地确定手持式个人护理设备的一部分相对于用户的身体的位置和/或方向的创造性方法和系统，位置是设备在三维空间中的定位。本文的各种实施例和实施方式都针对一种手持式个人护理设备，该手持式个人护理设备包括被配置为从手持式个人护理设备检测用户的身体的一个或多个传感器。对包括处理器和用于存储程序代码的非暂时性存储介质的控制器进行编程，以解译从一个或多个传感器接收的信号，以提供有关手持式个人护理设备相对于用户的身体的位置和/或方向方面的信息。选择传感器的空间特性以及传感器在手持式个人护理设备中的位置和方向，以便可以从一个或多个传感器接收的信号中得到附加的信息。另外，通过基于源和检测器的空间特性的知识并结合在应用到特定身体区域期间在设备的位置和方向方面可能的用户行为的知识创建算法或逆函数，来增强信号的解译。本发明的系统和方法使得能够确定手持式个人护理设备相对于用户的身体的位置和/或方向，而无需要求用户在遵循引导信息的同时进行一定时长的使用过程，和/或无需要求用户限制他的或她的运动。
总的来说，在一个方面，提供一种方法，用于确定手持式个人护理设备的一部分相对于用户的身体的位置和方向。该方法包括步骤：(i)提供手持式个人护理设备，手持式个人护理设备包括至少一个能量源和至少一个检测器，至少一个能量源和至少一个检测器两者都位于手持式个人护理设备内，至少一个能量源在手持式个人护理设备内布置在第一位置并且具有第一方向；(ii)通过至少一个能量源，在围绕手持式个人护理设备的三维空间中发射能量；(iii)通过至少一个检测器，检测从至少一个能量源发射的能量的一部分；(iv)通过至少一个检测器，基于从至少一个能量源发射的能量的被检测到的部分生成传感器数据；(v)从所生成的传感器数据中提取一个或多个特征；以及(vi)基于所提取的一个或多个特征，估计手持式个人护理设备的一部分相对于用户的身体的位置和方向。
根据一个实施例，方法进一步包括检测从用户的身体反射或散射的能量的步骤。
根据一个实施例，方法进一步包括步骤：处理由至少一个检测器生成的传感器数据，以创建与使用中的手持式个人护理设备的位置或方向相关的一个或多个特征。
根据一个实施例，方法进一步包括步骤：在手持式个人护理设备内将至少一个检测器布置在第二位置并且具有第二方向，其中至少一个检测器的第二位置和第二方向不同于至少一个能量源的第一位置和所述第一方向。
根据一个实施例，至少一个能量源是发光二极管，并且所发射的能量是近红外光能量，并且至少一个检测器是光电检测器。
根据一个实施例，至少一个能量源和至少一个检测器被布置在可附接到手持式个人护理设备的模块中。
根据一个实施例，方法还包括如下步骤：将包括所生成的传感器数据的第一组测量值与来自一个或多个运动传感器的第二组测量值相结合。
根据一个实施例，方法进一步包括将第一组测量值和第二组测量值一起处理的步骤。
根据一个实施例，方法进一步包括步骤：分别地处理第一组测量值和第二组测量值以分别形成第一输出和第二输出，并且随后将第一输出和第二输出相结合。
根据另一方面，提供一种方法，用于确定手持式个人护理设备的一部分相对于用户的身体的方向，手持式个人护理设备包括步骤：(i)提供手持式个人护理设备，手持式个人护理设备包括至少一个能量源和至少一个检测器，至少一个能量源和至少一个检测器两者都位于手持式个人护理设备内，至少一个能量源在手持式个人护理设备内布置在第一位置并且具有第一方向；(ii)通过至少一个能量源，在围绕手持式个人护理设备的三维空间中发射能量；(iii)通过至少一个检测器，检测从至少一个能量源发射的能量的一部分；(iv)通过至少一个检测器，基于从至少一个能量源发射的能量的被检测到的部分生成传感器数据；(v)从所生成的传感器数据中提取一个或多个特征；以及(vi)基于所提取的一个或多个特征，估计手持式个人护理设备的一部分相对于用户的身体的方向。
根据一个实施例，方法进一步包括检测从用户的身体反射或散射的能量的步骤。
根据一个实施例，方法进一步包括步骤：在手持式个人护理设备内将至少一个检测器布置在第二位置并且具有第二方向，其中至少一个检测器的第二位置和第二方向不同于至少一个能量源的第一位置和所述第一方向。
根据一个实施例，所述方法还包括步骤：将包括所生成的传感器数据的第一组测量值与来自一个或多个运动传感器的第二组测量值相结合。
根据一个实施例，至少一个能量源和至少一个检测器被布置在可附接到手持式个人护理设备的模块中。
根据又一方面，提供一种方法，用于确定手持式个人护理设备的一部分相对于用户的身体的位置。方法包括步骤：(i)提供手持式个人护理设备，手持式个人护理设备包括至少一个能量源和至少一个检测器，至少一个能量源和至少一个检测器两者都位于手持式个人护理设备内；(ii)通过至少一个能量源，在围绕手持式个人护理设备的三维空间中发射能量；(iii)通过至少一个检测器，检测从至少一个能量源发射的能量的一部分；(iv)通过至少一个检测器，基于从至少一个能量源发射的能量的被检测到的部分生成传感器数据；(v)从所生成的传感器数据中提取一个或多个特征；以及(vi)基于所提取的一个或多个特征，估计手持式个人护理设备的一部分相对于用户的身体的位置。
根据一个实施例，方法进一步包括基于所提取的一个或多个特征表征个人护理设备的运动的步骤。
根据一个实施例，提供一种方法，用于表征手持式个人护理设备相对于用户的身体的运动。方法包括步骤：在围绕手持式个人护理设备的三维空间中发射能量；在多个时间检测已经从用户的身体反射或散射的从至少一个能量源发射的能量的一部分；基于所检测到的能量部分，生成多个传感器数据，每个传感器数据对应于在所述多个时间中的一个不同时间检测到的能量；从多个传感器数据中提取一个或多个特征；以及基于从多个传感器数据中提取的所述特征，表征手持式个人护理设备相对于用户的身体的运动。
根据一个实施例，方法进一步包括将所表征的运动与预定运动比较。
根据一个实施例，方法进一步包括：生成有关所表征的运动与预定运动的比较的信息，以及将信息传递给用户和/或存储信息。
根据一个实施例，表征包括确定手持式个人护理设备相对于用户的身体的运动。
根据一个实施例，运动包括手持式个人护理设备在靠近用户的身体的一系列第一位置和比第一位置进一步远离用户的身体的一系列第二位置之间的移动。
根据一个实施例，表征包括确定手持式个人护理设备在位置之间相对于用户的身体移动的运动速率。
根据一个实施例，运动速率基于手持式个人护理设备在靠近用户的身体的一系列第一位置和比第一位置进一步远离用户的身体的一系列第二位置之间移动的运动频率，以及其中所提取的一个或多个特征包括运动频率。
根据一个实施例，运动速率进一步基于与在一系列第一位置和一系列第二位置之间的距离相对应的振幅；以及其中所提取的一个或多个特征包括振幅。
根据一个实施例，表征的步骤包括确定运动频率是否大于预定频率。
根据一个实施例，提取的步骤使用傅里叶分析和带通滤波中的至少一个来执行。
根据一个实施例，提取的步骤进一步包括在提取特征之前，对多个数据预处理。
根据一个实施例，预处理包括在提取特征之前，从多个数据中的每一个数据去除预定频率。
根据一个实施例，预处理包括以下至少之一：应用低通滤波和增加来自至少一个附加传感器的信号。
根据一个实施例，提供一种手持式个人护理设备，手持式个人护理设备包括：至少一个能量源，用于朝向用户的身体发射能量，并且被配置为在围绕手持式个人护理设备的三维空间中发射能量，以及在手持式个人护理设备内被布置在第一位置并且具有第一方向；以及至少一个检测器，用于响应于朝向用户的身体发射能量而从用户的身体接收能量，被配置为检测从所述至少一个能量源发射的能量的一部分。
根据一个实施例，提供一种计算机程序产品，包括代码，所述代码用于引起手持式个人护理设备执行本文描述的任何方法的步骤。
根据一个实施例，提供一种包括计算机程序产品的控制器。
根据一个实施例，手持式个人护理设备从手持式个人护理设备的组中选择，手持式个人护理设备的组包括：口腔护理设备、牙刷、剃刮刀、口腔冲洗器、牙线设备、用于接收任何前述设备的头部构件的主体部分和用于任何前述设备的头部构件。
根据一个实施例，控制器在手持式是在个人护理设备、远程服务器、远程设备、界面设备中的至少一个中。
根据一个实施例，提供一种感测系统，包括手持式个人护理设备和控制器。
如本文中出于本公开的目的所使用的，术语“控制器”通常用于描述与手持式个人护理设备、系统或方法的操作有关的各种装置。可以以多种方式(例如，诸如利用专用硬件)来实现控制器，以执行本文所讨论的各种功能。“处理器”是采用一个或多个微处理器的控制器的一个示例，该微处理器可以使用软件(例如，微代码)进行编程以执行本文讨论的各种功能。控制器可以在有或没有采用处理器的情况下实现，并且还可以被实现为执行一些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关电路)的组合。可以在本公开的各种实施例中采用的控制器部件的示例包括但是不限于常规微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。
在各种实施方式中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质(在本文中总称为“存储器”，例如，易失性和非易失性计算机存储器)相关联。在一些实施方式中，可以用一个或多个程序对存储介质进行编码，当在一个或多个处理器和/或控制器上执行该程序时，该程序执行本文所讨论的至少一些功能。各种存储介质可以固定在处理器或控制器内或者可以是可移动的，使得可以将存储在其上的一个或多个程序加载到处理器或控制器中，以实现本文讨论的本公开的各个方面。本文在一般意义上使用术语“程序”或“计算机程序”来指代可以用来对一个或多个处理器或控制器进行编程的任何类型的计算机代码(例如，软件或微代码)。
如本文所使用的术语“用户界面”是指人类用户或操作员与一个或多个设备之间的界面，该界面使得用户和设备之间能够进行通信。可以在本公开的各种实施方式中采用的用户界面的示例包括但不限于开关、电位计、按钮、拨盘、滑块、跟踪球、显示屏、各种类型的图形用户界面(GUI)、触摸屏、麦克风和可能会接收某种形式的人类产生的刺激并且响应于此而产生信号的其他类型的传感器。
应当理解，前述概念和下面更详细讨论的附加概念的所有组合(假设这样的概念并不相互矛盾)被认为是本文公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开的结尾处的要求保护的主题的所有组合被认为是本文公开的发明主题的一部分。
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并且易于阐明。
附图说明
在附图中，在所有不同的视图中，相似的附图标记通常指代相同的部分。同样，附图不一定按比例绘制，而是通常将重点放在说明本发明的原理上。
图1是根据一个实施例的手持式个人护理设备的示意性侧视图。
图2是根据一个实施例的手持式个人护理设备的示意性端视图。
图3是根据一个实施例的模拟传感器数据的图形表示。
图4是根据一个实施例的位置感测功能的算法模块的流程图。
图5是根据一个实施例的定位感测系统的示意图。
图6是根据一个实施例的用于定位感测的方法的流程图。
图7是根据一个实施例的包括测得传感器输出的数据集以及设备的对应位置和方向的图形表示。
图8是根据一个实施例的模拟传感器输出的示意图。
图9是根据一个实施例的模拟传感器输出的图形表示。
图10是根据一个实施例的结合了多种传感器技术的示意图。
图11是根据实施例的用于组合来自运动传感器以及由能量发射源和检测器形成的传感器的测量值的方法的流程图。
图12是根据实施例的用于组合来自运动传感器以及由能量发射源和检测器形成的传感器的测量值的方法的流程图。
图13是根据一个实施例的用于表征手持式个人护理设备相对于用户的身体的运动的方法的流程图。
图14是预定运动检测的图形表示。
图15是从多个传感器源组合的多个信号的图形表示。
具体实施方式
本公开描述了用于确定手持式个人护理设备相对于用户的身体部位的位置和/或方向信息的系统和方法的各种实施例，该位置和/或方向信息对用户运动和用户特征的变化是鲁棒性的。更具体地说，申请人已经认识到并意识到，利用主动传感器将对运动鲁棒的定位感测应用于口腔护理设备将是有益的，从而能够指导用户改进其清洁技术，在每个区域花费足够的时间清洁所有区域。因此，本文所述或以其他方式设想的方法提供了一种手持式个人护理设备，其被配置为结合逆函数(算法)来感测用户的身体，该逆函数将传感器数据转换为设备相对于用户身体的定位。该技术可应用于任何希望监控其相对于身体位置的设备。该系统包括一个或多个能量发射源和至少一个检测器，以获得关于用户身体存在的信息。该系统还包括处理器，该处理器被配置为利用逆函数(算法)将传感器数据转换成设备相对于用户的位置和/或方向信息。
在此公开或以其他方式预见的实施例和实施方式可与任何合适的手持时个人护理设备一起使用。手持式个人护理设备可包括或由主体部分组成，和/或可包括或由可移除地或不可移除地安装在主体部分上的头部构件组成。合适的个人护理设备的例子包括牙刷、剃刮刀或其他梳妆设备、牙线设备、口腔冲洗器、舌头清洁器、皮肤护理设备或其他手持式个人护理设备。然而，本公开不限于手持式个人护理设备，因此，本公开和在此公开的实施例可以包括任何手持式或个人护理设备。
参照图1，在一个实施例中，提供了一种手持式个人护理设备10，手持式个人护理设备10包括主体部分12和可移除地或不可移除地安装在主体部分12上的头部构件14。主体部分12包括壳体，该壳体的至少一部分是中空的，以容纳设备的部件，例如驱动器组件/电路、控制器和/或电源(例如，电池或电源线)(未显示)。图1中所示的特定配置和布置是仅仅是示例性的，而且并不限制下面公开的实施例的范围。
手持式个人护理设备10包括位于手持式个人护理设备10中的一个或多个能量发射源20和一个或多个检测器22。能量发射源和检测器20、22可以直接集成在设备10的主体部分12中(如图2所示)。替代地，源和检测器20、22可以在设备附接物中，诸如头部构件14或可以附接到设备主体部分12的模块。源和检测器20、22可以布置在手持式个人护理设备10的平面或弯曲表面中。源和/或检测器可被布置使得源和/或检测器在使用期间在口部的外部或在使用期间在口部的内部。传感器优选地布置在口部的外部。可以将源和检测器20、22一起安装在单个封装件中，以便于在手持式个人护理设备10中容易组装，或者可以以不同的位置和方向分别安装在手持式个人护理设备10内。可以将源和检测器20、22彼此紧密地布置，或者可以将源和检测器20、22彼此相距一定距离地布置。
根据一个实施例，一个或多个能量发射源20可以被配置为使用发光二极管生成近红外光能量，并且一个或多个检测器22可以被配置为检测由一个或多个能量发射源20发射的光的波长。一个或多个检测器可以是光电检测器，例如，光电二极管或光电晶体管，其光谱灵敏度与检测由一个或多个能量发射源20生成的光的波长一致。
参照图1和图2，根据实施例，主体部分12包括长轴线、前侧、后侧、左侧和右侧。前侧通常是手持式个人护理设备10的包含操作部件16和致动器的一侧。通常地，操作部件16是诸如电动牙刷的刷毛、牙线清洁设备的喷嘴、剃刮刀的刀片、面部清洁装置的刷头等部件。如果操作侧是主体部分12的前侧，则能量源20可以位于主体部分的与前侧相对的后侧，在其靠近头部构件14的端部处。然而，源20可沿着手持式个人护理设备10的长轴线或围绕手持式个人护理设备10的周长位于设备内的任何位置。类似地，检测器22可以位于主体部分的与前侧相对的后侧上，在其靠近头部构件14的端部处。尽管图2描绘了检测器22位于源20附近，但是检测器22可以沿着设备的长轴线或围绕设备的周长位于设备内的任何位置。
源和检测器20、22的数量可以是相等的或不相等的，并且各个源或检测器可以取决于各个源或检测器的位置而具有不同的特性，例如不同的角度发射或灵敏度特性，以便给出最佳性能。例如，手持式个人护理设备可以包括四个发光二极管和单个宽检测器。作为另一示例，手持式个人护理设备可以包括四个发光二极管和四个对应的检测器。尽管可以设想任何数量的光源，但是在示例实施例中，可以包括最少三个光源用于优化。
如图2和图3所示，根据一个实施例，手持式个人护理设备10(包括能量发射源20和检测器22)中的单个传感器的位置和方向影响设备的位置/方向分类的性能。例如，位置/方向分类可以指示如果手持式个人护理设备10是牙刷，则操作构件或头部构件的刷毛在牙齿的内表面、咀嚼表面或外表面上。在包括单个传感器的示例配置中，传感器的最佳位置和方向是围绕手持式个人护理设备10的周长在0度处布置，即，在头部构件14的后侧处，与操作部件16相对，而且仰角在15-35度之间。在图1中，示出了相对于手持式个人护理设备10的长轴线的仰角E。0度的仰角平行于长轴线，而90度的仰角垂直于长轴线。返回参照图3，使用从被测量的用户行为得到的模拟传感数据和基于机器学习方法的算法生成图3，在传感器角度和仰角方面存在明显的最佳选择。图3中的图表的x轴表示围绕主体部分12的周长的传感器角度(0-360度)。y轴表示仰角(从顶部到底部0-90度)。对于包括单个传感器的这种配置，提供最高性能的定位在围绕主体部分12的大约0度(或180度)处，并且具有在15-35度之间的仰角。应理解的是，对于不同类型的手持式个人护理设备，以及包括例如附加传感器的不同传感器配置，提供最高性能的定位将是不同的。
诸如如图1和5所示，手持式个人护理设备10的一个或多个检测器22可以被配置为生成传感器数据，并且将这种传感器数据提供给控制器30。根据一个实施例，源和检测器20、22是控制器30的组成部分。控制器30可以由一个或多个模块形成，并且被配置为操作本文所述的定位感测功能。控制器30可以包括例如处理器32和存储器或数据库34。处理器32可以采用任何合适的形式，包括但不限于微控制器、多个微控制器、电路、单个处理器或多个处理器。存储器或数据库34可以采用任何合适的形式，包括非易失性存储器和/或RAM。非易失性存储器可以包括只读存储器(ROM)，硬盘驱动器(HDD)或固态驱动器(SSD)。存储器可以存储操作系统等等。处理器将RAM用于临时存储数据。根据一个实施例，操作系统可以包含在由控制器30执行时控制设备10的硬件部件的操作的代码。根据一个实施例，连接模块36发送所收集的传感器数据，并且可以是任何能够传输有线或无线信号的模块、设备或装置，包括但不限于Wi-Fi、蓝牙、近场通信和/或蜂窝模块。根据一个实施例，手持式个人护理设备10的控制器30接收由一个或多个检测器22生成的传感器数据，评估和分析该传感器数据，并且提供可以传达给用户的信息。
参照图4，提供了定位感测功能的算法模块的概述。这些步骤可以实时或离线执行(使用先前记录并存储在控制器30的存储器或数据库中的数据)。这些步骤可以包括诸如以下的动作：环境光补偿100、滑动时间窗110、特征提取120、定位估计130和时域滤波140。环境光补偿步骤和时域滤波步骤是可选的。
根据一个实施例，环境光补偿步骤100被配置、设计或编程为去除环境光的任何影响，例如，在环境照明包含波长在检测器的灵敏度范围内的光，即检测器对设备光源发射的光的反射的测量可能会受到环境中存在的光的干扰。例如，可以通过在光源照明打开和关闭的情况下执行连续测量以及从一个减去另一个来实现这种校正机制。其他策略可能包括对所述源的信号进行调制，并且解调检测器适当地测得的信号。
根据一个实施例，滑动时间窗步骤110被配置、设计或编程为在时间窗中对源/检测器测量值以及来自设备中存在的任何附加传感器的数据进行分组和处理。这些窗的长度范围可以从单个时间样本(即，仅使用最新的测量值)到几秒钟。
根据一个实施例，特征提取步骤120被配置、设计或编程为使用信号处理从测量窗口中的传感器数据中提取一个或多个判别特征。
根据一个实施例，定位估计步骤130被配置、设计或编程为基于特征值来估计设备的定位。在实施例中，该步骤可以包括附加的校准参数作为输入，以提高预测的准确性。这样的校准参数可以是用户特有的参数，例如与用户的头部几何形状有关的参数。替换地，校准参数可以是设备特有的参数，诸如由于在制造过程中发生变化而导致的用于传感器校准所需的值。
根据一个实施例，时域滤波步骤140被配置、设计或编程为增强呈现给用户的输出的时间一致性。时域滤波可以应用于估计的定位。这种时域滤波可以采用低通滤波器的形式。替换地，可以使用统计学方法，诸如隐马尔可夫模型或卡尔曼滤波器。
参照图5，在一个实施例中，提供了手持式个人护理设备10的定位感测系统200的示意图。定位感测系统200是手持式个人护理设备10的实施例，该实施例可以是在此公开或以其他方式设想的设备实施例中的任一个。根据一个实施例，定位感测系统200可以在两个或更多个设备中实现。例如，可以在诸如智能电话、平板电脑、可穿戴设备、计算机或其他计算设备的远程设备中实施一个或多个所述模块或部件。
定位感测系统200包括具有处理器32和存储器34的控制器30，该控制器可以存储操作系统以及传感器数据。系统200还包括能量发射源和检测器20、22，能量发射源和检测器20、22被配置为生成并且提供传感器数据至控制器30。系统200可以包括连接模块36，该连接模块可以被配置和/或编程为将传感器数据传输至无线收发器(未显示)。例如，连接模块36可以经由因特网或内联网通过Wi-Fi连接将传感器数据传输到牙科专业人员、数据库或其他定位。替换地，连接模块36可以通过蓝牙或其他无线连接将传感器或反馈数据发送到本地设备(例如，分开的计算设备)、数据库或其他收发器。例如，除其他用途之外，连通模块36允许用户将传感器数据传输到分开的数据库中以进行长期存储、传输传感器数据以进行进一步分析、将用户反馈传输到分开的用户界面或与牙科专业人员共享数据。连接模块36也可以是可以能够接收用户输入信息的收发器，包括上述参考标准(如本领域普通技术人员应结合本公开的回顾所理解的那样)。本文所述的其他通信和控制信号可以通过硬线(非无线)连接或无线和非无线连接的组合来实现。系统200还可以包括任何合适的电源38。在实施例中，系统200还包括可以被配置和/或编程为向用户传输信息(或从用户接收信息)的用户界面46。用户界面46可以是、或可以包括反馈模块，该反馈模块经由触觉信号、音频信号、视觉信号和/或任何其他类型的信号向用户提供反馈。
根据一个实施例，定位感测系统200可以被编程和/或配置为在使用期间确定手持式个人护理设备10相对于用户的身体50(例如图8所示)的位置和/或方向。如本文中所论述，可由系统200分析或使用以执行本文中所描述的功能和方法的信息或数据可以由一个或多个能量发射源和检测器20、22生成。例如，系统200可以被编程和/或配置为实现：(i)在围绕手持式个人护理设备10的三维空间的一个或多个区域内检测用户的身体；(ii)生成传感器数据；以及(iii)从手持式个人护理设备确定手持式个人护理设备相对于用户的身体的位置和/或方向信息。
能量发射源/检测器20、22可以是本文描述或以其他方式设想的任何传感器，并且可以被编程和/或配置为生成关于手持式个人护理设备的相对于用户身体的位置和/或方向的一个或多个方面的传感器数据。控制器30可以实时或周期性地接收传感器数据。例如，检测器22可以将恒定的传感器数据流提供给控制器30以进行存储和/或分析，或者可以在将数据发送给控制器30之前临时存储和聚合或处理数据。一旦被控制器30接收，传感器数据可以由处理器32处理。
参考图6，在一个实施例中，图6是用于确定手持式个人护理设备10的头部构件14相对于用户的身体50的位置和/或方向的方法300的流程图。在一个示例性实施例中，该方法包括确定作为口腔护理设备的个人护理设备的头部构件是在用户的口腔内部还是在用户的口腔外部。尽管在用户的口腔内部的头部构件的布置是一个示例位置，而在用户的口腔外部的头部构件的布置是另一示例位置。该方法利用了手持式个人护理设备在使用过程中通常被保持在特定的位置和方向的事实。例如，用户通常将牙刷定向成头部构件的操作部件(即刷毛)侧朝下，以清洁下牙齿的顶部咀嚼表面。类似地，用户通常将牙刷定向成操作部件侧朝内，以清洁牙齿的外部表面。然而，对于个体来说用户行为可能会随时间发生显著变化和/或不同用户之间的用户行为可能发生显著变化。例如，当清洁特定牙齿表面时，用户施加的牙刷刷毛的角度。可以考虑传感器的空间特性以及传感器输出对用户行为的依赖性，以创建对大量不同的用户有效的解决方案。可以使用本文描述的一个或多个传感器来测量这些方面，并且该信息可以用于确定头部构件相对于用户的身体50的位置和/或方向。
根据一个实施例，在该方法的步骤310中，提供了手持式个人护理设备10。手持式个人护理设备10可以包括主体手柄或主体部分12、头部构件14、用户输入26以及具有处理器32的控制器30。手持式个人护理设备10还包括一个或多个传感器，一个或多个传感器包括能源发射源和检测器20、22。还可以包括附加的传感器，包括但不限于接近传感器和其他类型的传感器，诸如加速度计、陀螺仪、磁传感器、电容传感器、摄像机、光电管、时钟、计时器、任何其他类型的传感器或传感器的任何组合，例如包括惯性测量单元。
在该方法的步骤320，系统或设备从一个或多个能量发射源20发射能量，以在围绕手持式个人护理设备10的三维空间中形成一个或多个区域，在该区域中用户的身体50的部分(如果存在)可以被检测到。该能量的一部分从身体表面或覆盖身体的衣服或其他材料的表面散射或反射。在该方法的步骤330，该系统或设备通过从在手持式个人护理设备10中的一个或多个检测器22来收集该反射或散射的能量的另一部分。一个或多个检测器22被配置为检测来自围绕手持式个人护理设备10的三维空间中的一个或多个区域的能量。光被发生进入并且从其检测到光的区域的交点在空间中定义了一个或多个三维区域，在该区域中，身体部分或覆盖身体部分的物体的存在会影响来自特定传感器的数据(如前所述，传感器包括源和检测器的组合，源和检测器一起被操作以生成输出信号)。透镜、挡光板或其他光学部件可用于修改和/或控制从一个或多个能量发射源向其内发射能量的空间区域以及从中检测到从身体反射或散射的能量的空间区域。在一个或多个能量发射源20发光的实施例中，用户的身体可以被照亮。根据实施例，通过具有多个能量发射源和检测器，可以围绕手持式个人护理设备建立多个定义的感测区域。
在该方法的步骤340，系统或设备生成传感器数据。确定传感器输出的机制是在传感器的具体说明期间应用的，即选择能量发射源和检测器的位置、方向和空间特性的特定配置。例如，确定传感器输出取决于从用户的身体50到能量发射源和检测器的距离，或者用户的身体填充传感器对身体存在敏感的空间中的一个或多个三维区域的程度，允许从传感器数据中获取附加的信息。源和检测器的空间特性及源和检测器在设备中的位置和方向可以与有关在应用于某些身体区域(诸如某些牙齿表面)期间的设备的位置和方向的数据相结合，以在生成的传感器数据中创建判别特征。
在一实施例中，来自一个或多个检测器22的数据可以被处理以创建可以充当算法的输入的特征。另外，选择源和检测器20、22的空间特性以及它们在设备10中的位置和方向，以在从检测器22得到的数据中创建与需要区分的设备的位置和方向(例如清洁不同牙齿表面中涉及的那些)唯一或强烈相关的特征。这涉及在围绕设备的三维空间中创建特定区域，在特定区域中用户身体部分的存在会修改检测器的输出。关于源和检测器的空间特性的知识与在应用到某些身体区域期间在设备的位置和方向方面的可能的用户行为的知识相结合，以创建用于根据检测器的输出确定设备相对于用户身体的位置和方向的方面的算法或逆函数。可以结合不同的特征以便创建提供附加位置/方向信息的算法。可以使用机器学习方法或启发式方法来定义特征相结合的方式。
在示例实施例中，从一组经标记的训练示例中自动推断出逆函数。这样的训练示例采用由传感器输出以及设备的对应位置和方向组成的数据集的形式。例如，使用来自两个传感器的传感器/检测器测量值，一个位于手持式个人护理设备10的前侧，另一个位于手持式个人护理设备10的后侧，机器学习可以用于在用户的口腔中检测内部牙齿表面、咀嚼牙齿表面和外部牙齿表面。尽管该示例使用两个传感器，但是相同的方法可以应用于任何数量的传感器。图7示出了使用模拟传感器输出的来推断传感器/检测器测量值与设备定位(牙齿的外部、内部和咀嚼表面)之间的关系的机器学习的示例。在图7中，点表示训练数据，而轮廓线表示推断的分类区域(外部、内部、咀嚼表面)。
可以对用于训练的传感器输出进行测量或模拟。在使用设备期间可以记录测得的传感器输出。这些可以通过对大量对象进行测试(使得能够建立用于所有用户的通用模型)获得和/或从终端用户那里获得，例如，通过要求终端用户执行一个或多个训练过程(使得能够实现个性化模型)。
模拟传感器输出是通过模拟获得的。例如，使用三维头部模型，精确地模拟设备任何位置和方向的传感器输出是可能的。因此，通过使用平均头部模型和/或使用各种三维头部模型、和/或使用与终端用户的头部几何形状相对应的三维头部模型，可以在感兴趣的任何定位模拟传感器测量值。
图8和图9显示了针对特定设备位置和方向的传感器输出模拟的示例。在图8和图9所示的示例中，传感器/检测器的测量值从四个传感器得到，一个位于设备的前侧(传感器2)，一个位于设备的后侧(传感器4)，一个位于左侧(传感器1)，一个在右侧(传感器3)。当用户清洁牙齿的外表面时(如图所示)，其中三个传感器部分或完全指向用户身体50的不同部分，这些传感器生成对应地更高的输出。第二个传感器最直接指向用户的面部，并且具有最大的输出。相反，第四传感器的方向为背离用户的身体50并且具有低或零输出。改变个人护理设备的方向，以使头部构件的操作部件向上或向下倾斜更多，从而导致来自传感器1-3的输出信号分布发生变化。因此，指示用户清洁牙齿外表面的示例特征是来自传感器2的信号大于来自传感器4的信号。这可以通过应用比较来自传感器1和3的信号水平以检测操作部件是向上还是向下倾斜的特征来扩展。
在该方法的步骤350，系统或设备使用信号处理从生成的传感器数据中提取一个或多个判别特征。根据一个实施例，可以通过对来自所有传感器的数据进行归一化来创建判别特征，该归一化趋向于去除关于在口部内的头部构件的深度的信息。归一化的数据留下有关头部构件和操作部件相对于用户头部的指向的信息。然后可以将跨传感器的水平分布与期望的样式匹配，以便提取操作部件角度。例如，判别特征可用于指示用户正在清洁牙齿的特定表面(例如，内部、咀嚼或外部表面)。
在该方法的步骤360，系统或设备基于特征值来估计手持式个人护理设备相对于用户的身体的位置和/或方向。在示例实施例中，使用机器学习算法来创建算法或逆函数，即在给定一组检测器测量值的情况下估计设备的位置和方向的函数。根据实施例，还可以使用启发式方法来创建逆函数。在启发式方法中，对传感器和用户特征的理解被应用以识别传感器数据中的特征，这些特征可以与设备相对于用户的身体的位置和/或方向有关。在其他实施例中，可以使用启发式和机器学习方法来创建逆函数。
参照图10，在另一实施例中，来自一个或多个运动传感器的数据与本文描述的能量发射源和检测器相结合，以允许通过数据融合的过程改善位置定位/方向感测的性能。例如，来自运动传感器(例如，加速度计和陀螺仪)的数据可以用于估计设备与竖直方向(重力)之间的角度θ刷。由能量发射源和检测器20、22组成的传感器可以提供设备相对于用户的身体的方向θ刷/头部＝θ刷+θ头部的估计。通过适当地结合两个测量值，获得设备相对于用户的身体50的位置和方向的更精确的估计是可能的。获得用户的身体相对于世界的方向θ头部的估计也是可能的。
如图11所示，来自运动传感器以及由能量发射源和检测器形成的传感器的测量值可以通过增加作为机器学习算法的输入的运动传感器的数据进行结合。如在如图12所示，来自运动传感器以及由源和检测器形成的传感器的测量值的结合也可以通过分别处理这两组测量值、并且随后在第二步骤中将输出相结合。在一个实施例中，融合步骤可以是两种算法的输出的加权平均值，或者可以使用诸如卡尔曼滤波的更复杂的方法。
在另一实施例中，作为任何上述方法或系统的替换或附加，检测到的能量可以用于确定个人护理设备相对于用户的运动。
这样的方法可以包括，除了基于所提取的一个或多个特征估计手持式个人护理设备的一部分相对于用户的身体的位置和方向中的至少一个之外，确定个人护理设备相对于用户的运动的步骤。
替换地，方法可以包括以下步骤：作为基于所提取的一个或多个特征估计手持式个人护理设备的一部分相对于用户的身体的位置和方向中的至少一个的替换，确定个人护理设备相对于用户的运动。方法可以允许选择任一功能。例如，该方法可以包括：确定个人护理设备相对于用户的运动和/或基于所提取的一个或多个特征估计手持式个人护理设备的一部分相对于用户的身体的位置和方向中的至少一个。此外，个人护理设备的估计位置/方向可以用于表征个人护理设备的运动。例如，如果重复该方法的各个步骤，从而估计多个位置/方向，则可以表征个人护理设备在这些位置/方向之间的运动。这可以通过如下实现：在不同时间检测从至少一个能量源发射的能量的一部分、基于所检测到的能量部分生成传感器数据、从所生成的传感器数据中提取一个或多个特征以及基于所提取的特征估计多个位置/方向，并且基于所提取的特征表征个人护理设备的运动。
图13是示出该方法的流程图，并且包括以下步骤：
步骤1200：在围绕手持式个人护理设备的三维空间内发射能量；
步骤S1230：在多个时间检测已经从用户的身体反射或散射的至少一个能量源发射的能量的一部分；
步骤1240：基于所检测到的能量部分，生成多个传感器数据，每个数据对应于在所述多个时间中的一个不同时间检测到的能量；
步骤1250：从多个传感器数据中提取一个或多个特征；以及
步骤1300：基于从多个数据中提取的特征，表征个人护理设备相对于用户的身体的运动。
如上所述，手持式个人护理设备可以从能量源发射能量并且检测从能量源发射的能量的一部分。可基于所检测到的从所述能量源发射的能量部分生成传感器数据，可从所述多个传感器数据提取至少一个特征。在这个实施例中，生成传感器数据，其对应于在所述多个不同时间所检测到的能量。可在一系列时间点上收集传感器数据，例如，在设备被使用的同时。
从多个传感器数据中提取的特征可以用于表征个人护理设备相对于用户的身体的运动。表征可以包括确定手持式个人护理设备相对于用户的身体的运动。所表征的运动可以包括关于个人护理设备在不同定位之间的移动的信息。替换地或附加地，所表征的运动可以包括个人护理设备的整体移动的信息，例如，位置之间或位置组之间的移动的地图，该移动可以相对于用户的身体或相对于在空间中的总坐标。运动可以包括手持式个人护理设备在靠近用户的身体的一系列第一位置和比第一位置进一步远离用户的身体的一系列第二位置之间的移动。所表征的运动可以包括关于个人护理设备相对于用户的身体移动的速率的信息。例如，所表征的运动可以包括关于个人护理设备相对于用户的面部和/或身体在各个位置之间移动的运动速率(速度)的信息。例如，个人护理设备在靠近用户的身体和/或面部的(一个或一系列)第一位置与比所述(一个或一系列)第一位置进一步远离用户的身体的和/或面部(一个或一系列)第二位置之间(朝向或远离用户的身体的)移动的速度可以是所表征的运动。
可以使用上述任何算法或方法来提取特征。所提取的特征可以包括个人护理设备相对于用户的身体的位置和/或方向。
替换地或附加地，所提取的特征可以包括运动的频率。例如，为了分离传感器数据的频率分量，可以执行傅立叶分析，并且可以从传感器数据中提取至少一个频率。所提取的频率可以是个人护理设备相对于用户的身体的运动的频率。手持式个人护理设备在靠近用户的身体的一系列第一位置和比第一位置进一步远离用户的身体的一系列第二位置之间的运动的频率可以通过检测数据的频率分量的主频率来确定(主频率是信号具有最大振幅的频率(在频率域中))。例如，在个人护理设备是牙刷的情况下，主频率(具有最大振幅的频率)可以是个人护理设备朝向和远离使用者的面部的运动(例如刷牙运动)的频率。因此可以使用最大幅度检测来提取运动的频率。
在示例中，可以将汉恩函数应用于传感器数据，并且使用快速傅里叶变换(FFT)或希尔伯特变换来处理所得的数据窗口。例如，可以使用例如FFT将传感器(时间)数据信号转换到频率域，并且随后可以将主频率识别为运动的频率。随后可以使用最大振幅检测来提取运动的频率。
替换地或附加地，可以基于次数和传感器数据的信号表示(例如，去除了低频的高通滤波后的信号)经过零(与轴线相交)的时间段来确定运动的频率。
替换地或附加地，带通滤波可以用于确定运动的频率。例如，可以将三个带通频率滤波器(上、下和中带)应用于传感器数据。可以例如通过计算每个带的均方根(RMS)值来确定带通的每个带中的频率的能量。通过比较带的RMS值，并且确定带中的哪一个具有最大RMS值(并且因此包括最高能量信号)，可以将主刷洗频率(并且因此运动的频率)确定为所确定的带包括的频率。
附加地或替换地，所提取的特征可以包括振幅，例如传感器数据信号的振幅。为了分离数据的频率分量，可以执行傅立叶分析。然后可以确定以及提取主频率的振幅。
替换地或附加地，传感器数据中的连续极值(最大值或最小值)之间的距离可以用于确定振幅。
可以基于一个或多个所提取的特征来表征个人护理设备相对于用户的身体的运动，例如，可以基于所提取的频率(和所提取的振幅)来表征个人护理设备相对于用户的身体的运动。
个人护理设备的运动可以相对于用户的身体(或面部)来表征。可以在其中实施该方法或系统的合适的个人护理设备的示例包括牙刷、剃刮刀或其他梳妆设备、牙线清洁设备、口腔冲洗器、舌头清洁器、皮肤护理设备或其他手持式个人护理设备。例如，在个人护理设备是剃刮刀的情况下，可以表征剃刮刀在用户面部上方的运动(例如，可以生成剃刮刀相对于用户面部的相对运动地图，和/或可以检测到剃刮刀的周期性运动)。可以使用上面或下面描述的任何方法将所表征的运动与预定运动进行比较、和/或可以将比较结果指示给用户和/或被存储。
所提取的特征可以是个人护理设备在靠近用户的身体的一系列第一位置和比第一位置进一步远离用户的身体的一系列第二位置之间的运动的频率。因此，所表征的运动可以是个人护理设备在靠近用户的身体的一系列第一位置和比第一位置进一步远离用户的身体的一系列第二位置之间的运动的频率。因此，所表征的运动可以指示个人护理设备在位置之间移动的速率(频率)。
还可以使用所提取的振幅与所提取的运动的频率相结合来确定所表征的运动。所提取的幅度可以指示个人护理设备在靠近用户的身体的一系列第一位置和比第一位置进一步远离用户的身体的一系列第二位置之间移动的距离。因此，所提取的振幅和所提取的运动的频率的结合可以提供关于个人护理设备在特定时间框上行进的距离的信息，因此指示个人护理设备在位置之间移动的速率(速度)。
可以被检测为个人护理设备中的所表征的运动的运动的一个示例是擦洗运动。当用户使牙刷在牙齿段上周期性地过快地移动(即，在该时间段内以过高的频率)时，可以执行擦洗运动。擦洗运动也可以在其他设备中检测到，并且可以与第一位置和第二位置之间的任何运动有关，但是，在该示例中，擦洗运动如上所述被定义。使用电动牙刷执行擦洗运动是不期望的，因为当执行擦洗运动时，电动牙刷在清洁用户的牙齿方面可能不太有效。个人护理设备在靠近用户的身体和/或面部的(一个或一系列)第一位置与比(一个或一系列)第一位置进一步远离用户的身体的和/或面部(一个或一系列)第二位置之间移动的运动的频率可以指示用户使用诸如牙刷的个人护理设备执行“擦洗运动”。附加地或替换地，运动的速率可以被定义为以下中的至少一个：在远离用户的面部的第一方向上的移动，朝向用户的面部的移动。
可以如图14所示定义阈值运动。图14是示出期望的运动的阈值的曲线图，其中线下方的区域是期望的运动，而线上方的区域是不期望的(预定)运动。距离的指示(运动的幅度的指示，个人护理设备在第一方向上移动的距离)沿着y轴，并且运动的频率沿着x轴。如该图所示，可以绘制指示区分期望的运动和非期望的运动的阈值的线，并且提取的频率和/或幅度可以用于确定运动是处于线上方的阴影(不期望的)区域中，还是处于线下方的非阴影(期望的)区域。因此，在低频率处，可以基于行程长度和运动的频率之间的关系来分析运动，以查看所表征的运动是期望的或者非期望的运动。
在该示例中，在某个频率之上，距离的指示在确定正在执行不期望运动中的作用变得可以忽略，并且因此所检测的频率单独可以用于确定是否正在执行不期望的运动。因此，可以基于对运动的频率(高于阈值)的检测和/或使用距离(振幅)的指示和运动的频率来表征运动。
如所讨论的，所提取的振幅和所提取的频率可以用于表征运动，并且这可以用作与期望的运动进行比较的基础。例如，所提取的频率可以与所提取的振幅相结合，以确定所表征的运动是否位于预定运动(不期望运动)的阈值范围内。例如，如果相对于所提取的振幅的值绘制的所提取的频率的值落入图14中(在线上方)的阴影区域内，那么确定了不期望的运动正在被执行。
替换地，可以进行近似使得可以将阈值频率与所提取的频率进行比较，并且如果所提取的频率超过阈值频率，则可以确定不期望的运动正在被执行。因此，减少了获得比较所需的处理。
例如，可以将所表征的运动与预定运动进行比较。可以将如上所述的个人护理设备的运动频率与预定频率进行比较，例如，期望的和/或阈值频率(例如，正在其之上执行不期望的运动的频率)。可以在所表征的运动与预定运动的比较中生成信息。例如，可以确定关于运动的频率(从所提取的频率中确定)是否超过预定频率的信息(例如，该信息可以是是否正在执行不期望的运动)。该信息可以被传达给个人护理设备的用户和/或被存储。例如，可以使用触觉、音频和/或视觉装置来指示信息。该信息可以通过个人护理设备本身，或者通过诸如远程设备(智能电话、智能手表等)的方式，例如通过智能手机上的应用程序进行传输。信息可以被存储在例如个人护理设备本身中、在远程服务器中(个人护理设备可以与远程服务器进行无线通信)、在远程设备中(诸如移动电话、智能手表)。因此，可以整理关于用户对个人护理设备的使用(移动)的信息。
在一个示例中，如果如上所述基于运动的频率超过预定频率而检测到擦洗运动，则可以将达到该效果的信息传达给用户。例如，如果设置了2Hz的运动频率目标(预定运动)，并且用户在个人护理设备朝向和远离用户的面部的移动方面超过2Hz的运动的频率，则用户已经超过预定频率，并且因此正在执行擦洗运动的信息可以被传达给用户(和/或被存储)。响应于这样的通信，用户可以相应地调节他们的刷牙运动。
多个传感器数据可以连续地收集，或者可以间断地收集。传感器数据可以被采样以收集数据。采样可以以与个人护理设备的预期运动有关的频率进行。例如，在牙刷中，可以以大于正常刷牙的预期频率的频率对信号采样，其中如上所述，运动的频率是在靠近用户的面部的第一位置和比第一位置进一步远离用户的面部的第二位置之间的移动的频率。例如，可以以(至少)两倍于期望频率的频率(速率)对传感器数据进行采样。因此，可以以允许所收集的数据准确地表示个人护理设备相对于用户的身体的运动的频率对传感器数据采样。
可以在提取特征之前对传感器数据进行预处理。例如，可以对传感器数据进行预处理以去除预定频率。可以去除与上述在第一定位和第二定位之间的运动的频率无关的频率(与个人护理设备朝向和远离用户面部的整体运动无关的频率信息)。预处理可以包括应用低通滤波。例如，高于4Hz的频率分量可能不太可能是由于个人护理设备朝向和远离用户面部的移动引起的。因此，可以使用低通滤波来滤除传感器数据中高于4Hz的任何频率。
预处理可以包括添加从至少一个附加传感器收集的传感器信号。例如，个人护理设备可以包括至少一个附加检测器。替换地或附加地，个人护理设备可以包括任意数量的附加传感器，例如惯性测量单元(IMU)和/或霍尔效应压力传感器和/或摄像机。可以通过将与个人护理设备中提供的任何传感器有关地生成的传感器数据相结合来生成复合传感器信号。复合信号可以对设备的方向的变化更不敏感，但是仍然包含有关个人护理设备与用户的面部和/或身体的距离的信息。
图15是使用表征个人护理设备的运动的方法收集的数据的图示，该方法包括通过将从个人护理设备中包括的多个传感器生成的传感器数据结合而生成的复合信号。曲线图上所示的峰值对应于靠近面部的个人护理设备(靠近用户的身体的一系列第一位置)，而波谷对应于远离面部的个人护理设备(比第一位置进一步远离用户的身体的一系列第二位置)。图15的曲线图中所示的复合信号对应于由该设备测量的八个传感器信号的总和。从该图可以看出，个人护理设备朝向和远离用户的面部的运动可以以上述讨论的任何方式使用传感器数据来表征，例如，通过提取频率和/或振幅。
尽管本文描述的几个实施例包括近红外光能量源和检测器，但也可以使用其他类型的能量。例如，也可以使用替换的光波长，诸如在可见光谱内、形成雷达传感器的无线电频率电磁辐射、或诸如互电容传感器中的静电能也可以被使用。传感器输出可以从所检测的能量的不同方面得出，诸如检测到的能量的大小和/或能量源与所检测到的信号之间的相位或时间延迟、飞行时间。
虽然本文中已经描述并且说明了若干发明实施例，但是本领域普通技术人员将容易构想到各种其它手段和/或结构，以用于执行本文中所描述的功能和/或获得本文中所描述的结果和/或优点中的一个或多个，并且这样的变形和/或修改中的每一个被视为在本文所描述的发明实施例的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易地理解，本文所述的所有参数、尺寸、材料和/或构造意在是示例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或构造将取决于使用本发明教导的具体应用或应用。本领域技术人员将认识到或能够在使用不超过常规实验的情况下确定本文描述的具体创造性实施例的许多等同方案。因此，应当理解，前述实施方案仅以示例的方式给出，并且在所附权利要求书及其等同方式的范围内，发明实施例可以以不同于具体描述和要求的方式来实践。本公开的发明实施例针对本文所述的每个个别特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。此外，如果这样的特征、系统、物品、材料、套件或方法不相互矛盾，则两个或更多个这种特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合都包括在本公开的发明范围中。
声明：
1.一种方法(200)，用于确定手持式个人护理设备的一部分相对于用户的身体(50)的位置和方向，该方法包括步骤：
提供(210)手持式个人护理设备，所述手持式个人护理设备包括至少一个能量源(20)和至少一个检测器(22)，所述至少一个能量源和所述至少一个检测器两者都位于所述手持式个人护理设备内，所述至少一个能量源在所述手持式个人护理设备内布置在第一位置并且具有第一方向；
通过所述至少一个能量源在围绕所述手持式个人护理设备的三维空间中发射(220)能量；
通过所述至少一个检测器，检测(230)从所述至少一个能量源发射的所述能量的一部分；
通过所述至少一个检测器，基于从所述至少一个能量源发射的所述能量的被检测到的部分生成(240)传感器数据；
从所生成的传感器数据中提取(250)一个或多个特征；以及
基于所提取的一个或多个特征，估计(260)所述手持式个人护理设备的一部分相对于所述用户的身体的位置和方向。
2.根据声明1所述的方法，其中检测从所述至少一个能量源发射的所述能量的一部分的步骤包括检测从所述用户的身体反射或散射的能量。
3.根据声明1所述的方法，还包括步骤：处理由所述至少一个检测器生成的所述传感器数据，以创建与使用中的所述手持式个人护理设备的位置或方向相关的一个或多个特征。
4.根据声明1所述的方法，还包括以下步骤：在所述手持式个人护理设备内将所述至少一个检测器布置在第二位置并且具有第二方向，其中所述至少一个检测器的所述第二位置和所述第二方向不同于所述至少一个能量源的所述第一位置和所述第一方向。
5.根据声明1所述的方法，其中所述至少一个能量源是发光二极管，并且所发射的能量是近红外光能量，并且所述至少一个检测器是光电检测器。
6.根据声明1所述的方法，其中所述至少一个能量源和所述至少一个检测器被布置在可附接到所述手持式个人护理设备的模块中。
7.根据声明1所述的方法，还包括步骤：将包括所生成的传感器数据的第一组测量值与来自一个或多个运动传感器的第二组测量值相结合。
8.根据声明7所述的方法，其中将所述第一组测量值和所述第二组测量值相结合的步骤还包括将所述第一组测量值和所述第二组测量值一起处理的步骤。
9.根据声明7所述的方法，其中将所述第一组测量值和所述第二组测量值相结合的步骤还包括步骤：单独地处理所述第一组测量值和所述第二组测量值以分别形成第一输出和第二输出，并且随后将所述第一输出和所述第二输出相结合。
10.一种方法(200)，用于确定手持式个人护理设备的一部分相对于用户的身体(50)的方向，所述方法包括步骤：
提供(210)手持式个人护理设备，所述手持式个人护理设备包括至少一个能量源(20)和至少一个检测器(22)，所述至少一个能量源和所述至少一个检测器两者都位于所述手持式个人护理设备内，所述至少一个能量源在所述手持式个人护理设备内布置在第一位置并且具有第一方向；
通过所述至少一个能量源，在围绕所述手持式个人护理设备的三维空间中发射(220)能量；
通过所述至少一个检测器，检测(230)从所述至少一个能量源发射的所述能量的一部分；
通过所述至少一个检测器，基于从所述至少一个能量源发射的所述能量的被检测到的部分生成(240)传感器数据；
从所生成的传感器数据中提取(250)一个或多个特征；以及
基于所提取的一个或多个特征，估计(260)所述手持式个人护理设备的一部分相对于所述用户的身体的方向。
11.根据声明10所述的方法，其中检测从所述至少一个能量源发射的所述能量的一部分的步骤包括检测从所述用户的身体反射或散射的能量。
12.根据声明10所述的方法，还包括步骤：在所述手持式个人护理设备内将所述至少一个检测器布置在第二位置并且具有第二方向，其中所述至少一个检测器的所述第二位置和所述第二方向不同于所述至少一个能量源的所述第一位置和所述第一方向。
13.根据声明10所述的方法，还包括步骤：将包括所生成的传感器数据的第一组测量值与来自一个或多个运动传感器的第二组测量结果相结合。
14.根据声明10所述的方法，其中所述至少一个能量源和所述至少一个检测器被布置在可附接到所述手持式个人护理设备的模块中。
15.一种方法(200)，用于确定手持式个人护理设备(10)的一部分相对于用户的身体(50)的位置，所述方法包括步骤：
提供(210)手持式个人护理设备，所述手持式个人护理设备包括至少一个能量源(20)和至少一个检测器(22)，所述至少一个能量源和所述至少一个检测器两者都位于所述手持式个人护理设备内；
通过所述至少一个能量源，在围绕所述手持式个人护理设备的三维空间中发射(220)能量；
通过所述至少一个检测器，检测(230)从所述至少一个能量源发射的所述能量的一部分；
通过所述至少一个检测器，基于从所述至少一个能量源发射的所述能量的被检测到的部分生成(240)传感器数据；
从所生成的传感器数据中提取(250)一个或多个特征；以及
基于所提取的一个或多个特征，估计(260)所述手持式个人护理设备的一部分相对于所述用户的身体的位置。

Claims (30)

1.一种方法(200)，用于确定手持式个人护理设备的一部分相对于用户的身体(50)的位置和方向中的至少一个，所述方法包括步骤：
提供(210)手持式个人护理设备，所述手持式个人护理设备包括至少一个能量源(20)和至少一个检测器(22)，所述至少一个能量源和所述至少一个检测器两者都位于所述手持式个人护理设备内，所述至少一个能量源在所述手持式个人护理设备内布置在第一位置并且具有第一方向；
通过所述至少一个能量源，在围绕所述手持式个人护理设备的三维空间中发射(220)能量；
通过所述至少一个检测器，检测(230)从所述至少一个能量源发射的所述能量的一部分；
通过所述至少一个检测器，基于从所述至少一个能量源发射的所述能量的被检测到的部分生成(240)传感器数据；
从所生成的传感器数据中提取(250)一个或多个特征；以及
基于所提取的一个或多个特征，估计(260)所述手持式个人护理设备的一部分相对于所述用户的身体的位置和方向中的至少一个。
2.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中检测从所述至少一个能量源发射的所述能量的一部分的所述步骤包括：检测从所述用户的身体反射或散射的能量。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括步骤：处理由所述至少一个检测器生成的所述传感器数据，以创建与使用中的所述手持式个人护理设备的位置或方向相关的一个或多个特征。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括步骤：在所述手持式个人护理设备内将所述至少一个检测器布置在第二位置并且具有第二方向，其中所述至少一个检测器的所述第二位置和所述第二方向不同于所述至少一个能量源的所述第一位置和所述第一方向。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个能量源是发光二极管，并且所发射的能量是近红外光能量，并且所述至少一个检测器是光电检测器。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个能量源和所述至少一个检测器被布置在能够附接到所述手持式个人护理设备的模块中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括步骤：将包括所生成的传感器数据的第一组测量值与来自一个或多个运动传感器的第二组测量值相结合。
8.根据权利要求7所述的方法，其中将所述第一组测量值和所述第二组测量值相结合的步骤还包括将所述第一组测量值和第二组测量值一起处理的步骤。
9.根据权利要求7所述的方法，其中将所述第一组测量值和所述第二组测量值相结合的步骤还包括步骤：单独地处理所述第一组测量值和所述第二组测量值以分别形成第一输出和第二输出，并且随后将所述第一输出和所述第二输出相结合。
10.一种方法(200)，用于确定手持式个人护理设备的一部分相对于用户的身体(50)的位置和方向中的至少一个，所述方法包括步骤：
通过布置在所述手持式个人护理设备中的第一位置并且在所述手持式个人护理设备内具有第一方向的至少一个能量源，在围绕所述手持式个人护理设备的三维空间中发射(220)能量；
通过布置在所述手持式个人护理设备中的至少一个检测器，检测(230)从所述至少一个能量源发射的所述能量的一部分；
通过所述至少一个检测器，基于从所述至少一个能量源发射的所述能量的被检测到的部分生成(240)传感器数据；从所生成的传感器数据中提取(250)一个或多个特征；以及
基于所提取的一个或多个特征，估计(260)所述手持式个人护理设备的一部分相对于所述用户的身体的位置和方向中的至少一个。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括：
基于所提取的一个或多个特征来表征所述个人护理设备的运动。
12.一种方法(1200)，用于表征手持式个人护理设备相对于用户的身体(50)的运动，所述方法包括步骤：
在围绕所述手持式个人护理设备的三维空间中发射(1220)能量；
在多个时间检测(1230)从所述至少一个能量源发射的所述能量中的、已经从所述用户的身体反射或散射的一部分；
基于能量的所检测到的部分，生成(1240)多个传感器数据，每个传感器数据对应于在所述多个时间中的一个不同时间检测到的能量；
从所述多个传感器数据中提取(1250)一个或多个特征；以及
基于从所述多个传感器数据中提取的所述特征，表征所述手持式个人护理设备相对于所述用户的身体的运动。
13.根据权利要求11或12所述的方法，所述方法还包括将所表征的运动与预定运动比较。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述方法还包括：
生成有关所表征的运动与所述预定运动的比较的信息，以及
将所述信息传递给所述用户和/或存储所述信息。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中所述表征包括确定所述手持式个人护理设备相对于所述用户的身体的运动。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其中所述运动包括所述手持式个人护理设备在靠近所述用户的身体的一系列第一位置和比所述第一位置更远离所述用户的身体的一系列第二位置之间的移动。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，其中所述表征包括确定所述手持式个人护理设备相对于所述用户的身体在位置之间移动的运动速率。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述运动速率基于所述手持式个人护理设备在靠近所述用户的身体的一系列第一位置和比所述第一位置更远离所述用户的身体的一系列第二位置之间移动的运动频率，以及其中所提取的一个或多个特征包括所述运动频率。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述运动速率还基于与在所述一系列第一位置和所述一系列第二位置之间的距离相对应的振幅；以及其中所提取的一个或多个特征包括所述振幅。
20.根据权利要求18和19中任一项所述的方法，其中所述表征的步骤包括确定所述运动频率是否大于预定频率。
21.根据权利要求11至20中任一项所述的方法，其中所述提取的步骤使用傅里叶分析和带通滤波中的至少一个来执行。
22.根据权利要求11至21中任一项所述的方法，其中所述提取的步骤还包括：在提取所述特征之前，对所述多个数据预处理。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述预处理包括：在提取所述特征之前，从所述多个数据中的每一个数据去除预定频率。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其中所述预处理包括以下至少之一：应用低通滤波、和增加来自至少一个附加传感器的信号。
25.一种手持式个人护理设备(10)，包括：
至少一个能量源，用于朝向用户的身体(50)发射能量，并且被配置为在围绕所述手持式个人护理设备(10)的三维空间中发射能量，以及在所述手持式个人护理设备(10)内被布置在第一位置并且具有第一方向；以及
至少一个检测器(22)，用于响应于朝向所述用户的身体(50)发射能量而从所述用户的身体(50)接收能量，被配置为检测从所述至少一个能量源发射的所述能量的一部分。
26.一种计算机程序产品，包括代码，用于引起根据权利要求25所述的手持式个人护理设备(10)执行根据权利要求1至24中任一项所述的方法的步骤。
27.一种控制器(30)，包括根据权利要求26所述的计算机程序产品。
28.根据权利要求25所述的手持式个人护理设备(10)，其中所述手持式个人护理设备(10)从手持式个人护理设备的组中选择，所述手持式个人护理设备的组包括：口腔护理设备、牙刷、剃刮刀、口腔冲洗器、牙线设备、用于接收上述任何设备的头部构件(14)的主体部分(12)和用于上述任何设备的头部构件(14)。
29.根据权利要求27所述的控制器(30)，其中所述控制器(30)是在所述手持式个人护理设备(10)、远程服务器、远程设备、界面设备中的任何一个中。
30.一种感测系统(200)，包括：
根据权利要求25所述的手持式个人护理设备(10)；以及
根据权利要求27所述的控制器(30)。
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