CN112384103A - 用于确定电动牙刷中的刷洗参数的系统 - Google Patents

Abstract

一种刷头(12)、一种电动牙刷(10)以及一种操作电动牙刷的方法。电动牙刷(10)包括从基部结构延伸的刷毛。多个簇(20)被形成为被捆束在一起的刷毛(23)的独立的组。传感器组件(28)被配置为针对簇中的每个簇生成表示被施加到簇中的每个簇的力的信号。控制器(18)被配置为生成表示施加到簇中的每个簇的力的分布的簇签名。该簇签名随后可以通过适当的算法被分类以确定刷洗参数，诸如在使用者的口中所施加的压力、角度和位置。

Description

用于确定电动牙刷中的刷洗参数的系统

技术领域

本公开总体上涉及电动牙刷，并且更具体地用于当使用电动牙刷时确定刷洗参数的系统和方法。

背景技术

刷牙技术和顺应性是口腔健康的主要指标。牙科专家提供指导，但是通常依靠自我报告用于患者的刷洗技术的评估。类似地，个人有动力刷得好，但是通常直到一年两次的检查才收到反馈。在每次刷洗区段中，使用者必须以正确的角度施加适当的压力，并且覆盖所有牙齿表面用于在不损坏使用者的牙齿或牙龈的情况下充分去除牙菌斑。

当前牙刷的一个挑战是解决端执行器(刷毛)在口中的位置。例如，惯性运动单元(加速度计、陀螺仪、磁力计等)在从加速度到位置的双重积分中会由于误差而发生漂移。而且，牙刷使用者的上颚和下颚可能非常接近并且难以区分。此外，压力敏感牙刷尽管有助于标识使用者是否用力刷洗，但是仍依靠在手柄上被测得的总施加力。作为结果，在某些情况下，诸如对于用脸颊将刷头挤靠在牙齿上的使用者，压力可能无法准确地被确定。此外，确定牙刷关于使用者的牙齿的角度是另一个挑战，因为随着使用者在刷牙时经常相对于牙刷移动他们的头部，使用者牙齿的取向不被牙刷获知。作为结果，使用者可能被要求遵循规定的规程或在摄像机前刷牙，以最准确地跟踪牙刷的刷毛端在使用者口中的位置。

因此，在本领域中继续需要用于更精确地监测刷洗参数，诸如被施加到使用者的牙齿的压力，以及关于使用者的牙齿的牙刷的刷毛端的位置、角度和/或取向。

发明内容

本公开涉及发明性的电动牙刷，更具体地涉及用于确定刷洗参数(诸如电动牙刷的刷头在刷牙期间的压力、角度和位置)的系统和方法。牙刷包括许多刷毛的单独的簇。每个牙齿的几何形状可能因位置和人而异。单独的簇的几何形状(例如大小、形状、长度、材料、硬度等)针对使用者的口中的特定功能和/或位置。在口中的任何给定位置，仅簇的总数的子集(例如10％至25％)被设计或被预期承担由使用者所施加的总压力的不成比例的部分。作为结果，在使用期间所施加的跨簇的阵列的压力的分布发生变化。对于特定的牙刷使用者，压力被集中的位置的簇的模式对于口中的给定位置、刷头的角度和所施加的负载可以是唯一的或特定的。

所公开的用于电动牙刷的实施例，其中在单独的簇上的力可以被监测。跨单独的簇的力的分布可以被使用形成不同的簇签名，该簇签名指示了在刷牙期间的刷洗参数，诸如牙刷的刷毛端的位置、角度和/或压力。在一个实施例中，每个簇被布置为传感器组件的一部分，以生成常开开关，该常开开关需要规定的轴向力来闭合。从所收集的传感器数据生成的簇签名可以通过算法被分析和/或与来自其他传感器的数据融合，以增强在刷洗期间可以被提供的反馈。例如，使用者口中的刷头的位置、刷头角度和所施加压力的确定可以全部被改善。

通常，一方面，用于电动牙刷的刷头包括：刷毛，从基部结构延伸；簇的阵列，每个簇被形成为被捆束在一起的刷毛的独立的组；以及传感器组件，被配置为针对簇中的每个簇生成表示被施加到簇中的每个簇的力的信号。

在一个实施例中，簇中的每个簇可以响应于力而关于基部结构移动，并且传感器组件被配置为当力超过阈值时选择性地形成电气连接以生成信号。

在一个实施例中，基部结构包括：刚性压板和柔性层，导电元件被安装到该刚性压板，簇被嵌入在该柔性层中，并且其中柔性层的弹性使得簇能够相对于基部结构移动。在一个实施例中，簇中的每个簇设置有导电表面，当力超过阈值时，该导电表面被移动到接触导电元件。

在一个实施例中，刷头还包括用于簇中一个或多个簇的导电层，当力超过阈值时，该导电层被簇中的相应一个簇推动接触导电元件。在一个实施例中，导电元件是不连续元件，并且电气连接电连接不连续元件。在一个实施例中，不连续元件包括两个平面半部或两个凸起的垫。

通常，在另一方面，电动牙刷包括根据权利要求1所述的刷头和被配置为生成簇签名的控制器，该簇签名表示所施加的跨簇的阵列的力的分布。

在一个实施例中，控制器被配置为根据簇签名对刷头相对于使用者的牙齿的角度进行分类。在一个实施例中，控制器被配置为根据簇签名对由刷头所施加到使用者的牙上的压力进行分类。

在一个实施例中，簇签名包括多个训练簇签名和当前簇签名，其中控制器被配置为在训练过程期间创设将训练簇签名中的每个训练簇签名与使用者的口中的特定位置相关联的签名图。并且其中控制器被配置为在使用期间通过将当前簇签名与签名图比较来确定刷头在使用者的口中的位置。

在一个实施例中，控制器被配置为从位置传感器接收位置数据，并且将位置数据与簇签名融合，以重新校准或验证刷头在使用者的口中的经确定的位置。

通常，在一个方面，操作电动牙刷的方法包括：接收在电动牙刷的刷头的多个簇中的每个簇上的力；针对簇中的每个簇，生成表示分别被施加到簇中的每个簇的力的信号；以及生成表示被施加到簇的力的分布的簇签名。

在一个实施例中，簇被布置为常开开关，该常开开关能够响应于力关于刷头的基部结构移动，并且生成包括与簇中的给定的一个簇形成电气连接，以当力超过阈值时生成针对簇中的该给定的一个簇的信号。

在一个实施例中，方法还包括根据簇签名中确定以下各项中的至少一项：刷头在使用者的口中的位置、刷头相对于使用者的牙齿的角度以及由使用者所施加的刷洗力。

应当理解的是，上述概念和下文更详细讨论的附加概念的所有组合(只要这些概念不是相互不一致的)被认为是本文所公开的发明性主题的一部分。特别地，出现在本公开的结尾处的权利要求的主题的所有组合被认为是本文所公开的发明性主题的一部分。还应当理解的是，本文明确采用的也可能出现在通过引用并入的任何公开中的术语应被赋予与本文公开的特定概念最一致的含义。

附图说明

在附图中，贯穿不同的视图，相似的参考字符通常指相同的部分。而且，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示意性地图示了根据本文所公开的一个实施例的电动牙刷。

图2图示了根据本文所公开的一个实施例的具有多个刷毛的簇的刷头。

图3A和图3B图示了根据本文所公开的实施例的用于牙刷的刷头的示例刷毛的簇。

图4是根据本文所公开的一个实施例的刷头的基部中的簇以形成传感器组件的剖视图。

图5是根据本文所公开的一个实施例的、图示了簇是如何被布置为形成可转变为闭合状态的常开开关的刷头的基部中的簇的剖视图。

图6是根据本文所公开的另一实施例的被安装在牙刷的刷头的基部中的簇的剖视图。

图7是根据本文的一个实施例的传感器组件的部件的横截面侧视图和俯视图。

图8是根据本文的一个实施例的传感器组件的部件的横截面侧视图和俯视图。

图9是描述了根据本文所公开的一个实施例的用于操作电动牙刷以确定刷头的压力和/或角度的方法和系统的框图。

图10A至图10E图示了可以表示或在刷洗期间与刷头的刷毛端的不同角度和/或压力相关联的各种示例簇签名签名。

图11图示了可以表示或在刷洗期间与使用者的口中的刷头的刷毛端的不同位置相关联的各种示例簇签名。

图12是描述了根据本文所公开的一个实施例的用于操作电动牙刷以确定刷头的位置的方法和系统的框图。

具体实施方式

本公开描述了电动牙刷的各种实施例。申请人已经识别并且意识到，提供被配置为有传感器组件的电动牙刷以监测被施加到牙刷的刷头的刷毛的每个单独的簇上的力是有益的。利用本公开的某些实施例的特定目标是更精确地确定刷洗参数，诸如在刷洗期间的电动牙刷的刷头的压力、角度和位置。

鉴于前述内容，各种实施例和实施方式涉及电动牙刷，并且更具体地涉及用于确定刷洗参数的系统和方法，诸如在刷洗期间的电动牙刷的刷头的压力、角度和位置。牙刷包括许多刷毛的单独的簇。每个牙齿的几何形状可能因位置和人而异。单独的簇的几何形状(例如大小、形状、长度、材料、刚度等)以使用者的口中的特定功能和/或位置为目标。在口中任何给定的位置，仅簇的总数的子集(例如10％至25％)被设计或被预期承担由使用者所施加的总压力的不成比例的部分。因此，在使用期间所施加的跨簇的阵列的压力的分布发生变化。对于特定的牙刷使用者，压力被集中的位置的簇的模式对于口中的给定位置，刷头的角度和施加的负载可能是唯一的或特定的。

公开了用于电动牙刷的实施例，其中在单独的簇上的力可以被监测。跨单独的簇的力的分布可以被使用形成不同的簇签名，该簇签名指示了刷洗期间牙刷的刷毛端的位置、角度和/或压力。在一个实施例中，每个簇被布置为传感器组件的一部分，以生成需要规定的轴向力来闭合的常开开关。从所收集的传感器数据生成的簇签名可以通过算法被分析和/或与其他传感器的数据融合，以增强在刷洗期间可以被提供的反馈。例如，使用者口中的刷头的位置、刷头角度和所施加压力的确定可以全部被改善。

参考图1，根据一个实施例所示的电动牙刷10具有刷头12和手柄组件14。刷头12包括远离手柄组件14的刷毛端16，例如当牙刷10在使用中时用于接抵和刷洗使用者的牙齿。例如，手柄组件14可以包括驱动组件(例如电动机)，该驱动组件被配置为引起刷头12的振动、振荡或其他运动，以帮助利用刷毛端16刷洗使用者的牙。刷头12可以是可拆卸地连接至手柄组件14的独立的部件，以使得使用者能够更换刷头12，例如以使得牙刷10具有不同的功能，或者一旦刷毛端16被过度使用或被消耗，定期地(例如每三个月)更换一次刷头。

牙刷10可以包括被配置为控制牙刷10的操作的控制器18。例如，控制器18可以包括相应的硬件(例如处理器、存储器、通信模块、位置传感器等)和软件(例如应用、固件等)，相应的硬件和软件被配置为启用针对牙刷10的一种或多种不同的操作的模式。整个控制器18或该控制器18的一部分可以被包括或被嵌入在手柄组件14和/或刷头12中。控制器18还可以启用与一个或多个外部或远程设备(诸如智能手机或基于云的服务器)的数据通信。例如，在智能手机上的软件应用可以与牙刷10相关联，并且被配置为接收和显示由牙刷10的传感器所收集的数据，以使得使用者能够通过图形使用者界面等与牙刷10进行交互。应当理解的是，控制器18可以至少部分地由这种类型的外部计算资源被形成，或者以其他方式利用这种类型的外部计算资源来帮助提供本文所描述的这种功能。下文将更详细地讨论控制器18在存储和分析从被嵌入在刷头12中的一个或多个传感器中所收集的数据的使用。

牙刷10的刷毛端16包括许多单独的细丝或刷毛，该细丝或刷毛被捆束成从刷头12的基部22延伸的多个簇20。例如，刷头12在图2的实施例中(簇20中的每个簇20示意性地被图示为点)包括二十个簇20。应当理解的是，在每个簇20中任何数量的簇20可以被包括，并且任何数量的单独的刷毛可以被包括。簇20中的每个簇20可以是统一的尺寸和形状(例如，每个具有以相同形状或图案排列的相同数量的刷毛)，或者各种簇20可以包括更多或更少数量的以相同或不同形状捆束的刷毛和/或刷毛可以是不同的长度、材料、厚度或构造。

在一个实施例中，簇20通过将刷毛的一端固定在一起被形成，诸如通过熔合、夹紧、压接、粘附或紧固。例如，如图3A所示，簇20A由绕刷毛23的组紧固的环24形成，该环24保持簇20A为离散的或单独的单元。在图3B中，簇20B包括材料块25，该材料块25通过将一组刷毛23融合在一起(例如熔化、焊接等)被创设。应当理解的是，簇20A和簇20B是针对簇20的具体示例，并且关于簇20的任何描述通常都适用于簇20A和簇20B两者。如下面更详细地被讨论的，与刷毛的自由端相对的簇20的表面(例如背面或底表面)被提供为导电表面26。尽管任何其他形状可以被使用，环24、材料块25等可以帮助包括导电表面26的簇20维持在期望的形状，例如图3A中的圆形、图3B中的菱形等。与传统的牙刷一样，与环24和/或材料块25相背的刷毛可以是自由的或不受约束的，以促进刷洗。

图4示出了被嵌入或被灌封到刷头12的基部22中以形成传感器组件28的簇20中的一个簇的横截面。在该实施例中，基部22包括柔性层30(例如弹性塑料或弹性地可变形塑料)，该柔性层30被固定到刚性压板32(例如硬塑料)上。传感器组件28包括在压板32上与簇20中的每个簇20的导电表面26相对的导电元件34。形成的柔性层30的材料的弹性可被使用保持在导电表面26和导电元件34之间的空气间隙36。

通过在金属中涂覆或覆盖簇20和压板32，或者通过以其他方式金属化或为各个组件提供金属元件可以形成导电表面26和导电元件34。例如，通过经由接触掩模(即，用于引导金属沉积的表面上的物理结构)或光掩模(即，通过暴露于紫外光而被图案化的光敏聚合物)来图案化现有的聚合物压板可以实现压板32的金属化。簇20也可以以各种不同的方式被金属化。例如，单独的簇在相对于压板32被定位之前可以被金属化，并且对柔性层30进行注射建模以保持簇20在适当位置。在一个实施例中，簇首先被灌封在形成层30的柔性聚合物中，然后金属被沉积穿过簇20的底部表面。然后该组件将被对准并且被粘附到压板32。通过在层30的底部或压板32的顶部与簇20的起点(该起点限定空气间隙36)之间的阶跃变化可以维持单独的接触。在一个实施例中柔性层30被执行以具有金属层或金属箔的附加物。当插入簇20时，金属层围绕簇20的圆周撕裂以实现分段的垫。

空气间隙36也可以被设置为多种不同的方式。例如，空气间隙36可以在将形成柔性层30的柔性部件粘附到压板32之前被预定义。在一个实施例中，空气间隙36由在柔性层30和压板32之间的材料的附加层形成，该压板32被溶解或以其他方式被去除。在一个实施例中，空气间隙36通过在相应位置的零件模具中的空气的添加被设置。在一个实施例中，空气间隙36通过关于选定的金属材料(例如，用于导电元件34)的选定的聚合物材料(例如，用于柔性层30)的疏水表面张力行为被维持，这在每个导电部件周围形成了气泡或囊袋。

如图5所示，柔性层30还可以使得每个簇20能够响应于所施加的力38(例如，通过使用者将刷头12的刷毛端16接抵使用者的牙齿而被施加到簇20的力)而被移位。如果所施加的力38足够高(即，克服柔性层30的自然弹性)，则可使导电表面26与导电元件34接触，从而建立电气连接。例如，如图所图示的，空气间隙36可以具有宽度“x”，使得所施加的力38的应用可以使柔性层30弹性变形以使簇20移动量Δx，从而将导电表面26和导电元件34接触在一起。

如上所述，柔性层30的弹性可以被使用使簇20偏置导电元件34。因此，每个簇20，连同在基部22中的导电表面26和相应的导电元件34，被配置为用作常开开关(为了便于本文的讨论，可以使用术语“簇开关”)。以这种方式，传感器组件28可以被形成为簇开关的阵列，每个簇开关都以该方式被布置。例如通过控制器18，导电表面26和导电元件34之间的电气连接可以被标识为由电连接导致的电气参数的变化，诸如电势(ΔV)、电流、电阻、电容、阻抗等。例如，被布置为开关的每个簇20可以被分配具有由控制器18获知的唯一地址或与由控制器18获知的唯一地址相关联。如下面更详细地讨论的，例如，通过控制器18，可以使用已知的位置或地址以绘制在使用者口中刷洗过程中被施加到刷毛端16上的力的分布。

在一个实施例中，所施加的力38需要使簇20中的每个簇移位距离x的值可以被设置，从而选择柔性层30的材料特性和尺寸。换句话说，簇20的材料特性和尺寸可以被选择设置阈值力F_close，使得仅当所施加的力38超过该簇20的阈值力F_close时，每个簇开关才被转换为闭合配置。例如，该阈值力可以被设置如下的力：该力大约等于或源自被推荐的刷洗力或压力(例如，在不损坏使用者的牙釉质和/或牙龈的情况下足以清洁使用者的牙齿)。以这种方式，传感器组件28被配置为根据电信号的存在或不存在为簇20中的每个簇20生成信号，该电信号指示在阈值力F_close上哪些簇20受到了所施加的力38。

应当理解的是，被施加在每个簇20上的力可以以多种方式被确定，例如，如图6所示的簇20C的备选实施例，其中簇20C的底部表面是不导电的(即，簇20C不包括导电表面26)。相反，金属化或导电层40设置在柔性层30上、设置在柔性层30中或设置穿过柔性层30，并且空气间隙36可以在导电层40和导电元件34之间被创设。作为另一个示例，任何或所有导电部件可以被移除并且通过被配置为确定所施加的力的力传感器所代替。例如，响应于所施加的力的生成电压的一个或多个压电元件可以被包括。在另一实施例中，在簇20和/或基座22和霍尔效应传感器中可以包括磁性部件，该磁性部件用于检测簇20何时归因于足够高的力而移位。在一个实施例中，代替或除了柔性层30之外，可以包括独立的偏置元件(例如弹簧)，这使得阈值闭合力(F_close)能够更具体地被设置。本领域普通技术人员将理解可以被用于测量或以其他方式确定力的其他传感器组件。

在一个实施例中，导电元件34是不连续元件，例如，如图7所示，包括两个半部42a和42b。以这种方式，当导电表面26接触导电元件34时，导电表面26在两个半部42a和42b之间完成电气连接，以生成上述电信号。如图8所示，导电元件34可以包括独立的凸起的垫44a和44b而不是图7的平面结构。本领域普通技术人员将认识到，这仅是两个示例，并且用于导电元件34的其他构造也是可能的。例如，导电元件34可以是连续元件，通过电气电路的一个半部连接到导电元件34和导电表面26中的每个，使得当电接触在导电元件34和导电表面26之间被形成时电路被完成。

不管传感器组件28的构造如何，控制器18可以被配置为监测每个簇20的状态。例如，关于簇20中的每个簇20至少部分地形成常开的开关的实施例中，控制器18可以被配置为监测哪些簇被断开与哪些簇20处于关闭状态。也就是说，如果所施加的压力已经将开关闭合，则控制器18可以注册“1”，并且否则注册“0”。在利用压电材料或其他力传感器的实施例中，控制器18可以被布置为检测被施加在簇中的每个簇处的力。

图9示出了框图，该框图示出了方法，通过该方法(例如通过控制器18)可以分析簇开关的状态以确定或验证在使用者的口中的刷毛端16的角度、压力和估计位置。在步骤46中，控制器18从如上所述的传感器组件28获取每个簇20的状态(例如，“0”用于断开开关，“1”用于闭合开关)。在该步骤中，来自所有簇的时域数据可以从刷头中被获取。如上所述，传感器模态可以是许多不同的电气参数(例如电压、电流、电阻、阻抗、电容)。在此步骤中，采样频率(例如，检查簇开关状态的频率)和采样包的持续时间(即，一次分析一个采样周期或一起分析“n”个周期)可以被设置。

如果期望，在步骤48刷毛端16关于使用者牙齿的角度可以被获取或估计。例如，刷毛关于使用者的牙的角度可能会影响分布在簇20上的力，因此，该输入可以有助于识别和/或区分不同的旋转状态。测量可以是直接的(例如编码器)或间接的(例如电动机参数、诸如电流消耗)。

在步骤46和/或步骤48获取或生成的数据可以被馈送到过滤器模块50中。例如，原始获取的数据很可能是有噪声的，因此来自簇开关中每个簇开关的信号可以被过滤。在一个实施例中，仅对应于施加在某个最小接触持续时间阈值之上的力的信号被考虑。例如，感测少于约1ms至10ms或其他一些接触时间的任何接触可以被丢弃。过滤器模块50可以被配置具有一系列过滤器，以基于在步骤48中收集的数据来分割出与用于刷头12的角度的不同范围相对应的数据的某些部分。

在步骤52处，每个簇的簇签名可以被生成。簇“签名”是指来自被寻址的传感器组件28的相应数据，以指示每个簇20在任何给定时刻或采样周期的状态。例如，在任何给定时刻哪个簇开关处于“断开”和“闭合”的特定标识可以被分析作为簇签名。应当注意的是，簇签名根据旋转的角度和所施加的压力是不同的，并且可以从被过滤后的数据来被估计或被确定。例如，基于断开(白点)和闭合(黑点)开关的模式，图10A至图10E示出了各种不同的簇签名。即，图10A示出了无负载(所有开关都断开)，图10B仅示出了“左侧”的负载(关于图10B的取向)，图10C示出了标称负载(例如，一些簇开关闭合)，图10D示出了在“右侧”的负载(关于图10D的取向)，图10E示出了过大的负载(例如大多数开关闭合，指示高压)。

在一个实施例中，旋转的确定被分组为至少三个状态，这些状态限定了关于使用者的牙的表面“向上”旋转和“向下”旋转的中性位置(刷毛基本上垂直于使用者的牙齿的表面延伸)。如果对于每种情况解决方案是足够的和/或被需要的，则其他状态可以被包括。每个簇开关的状态可以根据上述旋转组之一的功能被估计。

如图9所示，一旦簇签名被生成，该签名可以被传递到分类模块54。来自给定旋转组或组的组合的簇签名被分析和被分类。基于接触模式，当前施加的负载可以被分类，例如，刷头的角度或旋转可以被确定为向上旋转、向下旋转或居中。如果负载在整个周期内集中在某一侧，则可以确定刷在该方向上旋转。例如，根据刷头12被放置在使用者的口中的哪一侧，图10B和图10D的签名可以被确定为“向上旋转”或“向下旋转”，因为仅在一侧上的负载指示该侧朝向使用者的牙齿旋转。该确定可以用来补充在在步骤48中生成的角度数据。由分类模块54执行的分类可以使用本领域中已知的或所开发的任何技术、技巧、方法或方式来被确定，诸如但不限于启发式模型、决策树、朴素贝叶斯分类器、支持向量机、机器学习和/或人工智能(神经网络、集成体等)。

作为附加示例，在步骤56处(例如使用分类模块54或其他算法)基于簇签名，所运用的压力可以被确定。例如，低、标称和过度压力可以分别从图10A(所有开关都断开)、图10C(仅闭合少量开关)以及图10E(大多数开关闭合)被确定。如果闭合的簇的数量超过特定阈值(例如，簇开关中的大约25％至40％之间是闭合的)，则控制器18可以确定所施加的力38是足够的，而小于该数量可以指示使用者刷得不够用力，超过该数量可能表明使用者刷得太用力了。此外，如果给定的(一个或多个)簇在整个旋转范围、刷洗事件、预定时间长度等时间内保持关闭，这也可能表示压力过大，因为刷毛可能会被钉住而不是扫(即，使用者正在“擦洗”而不是刷洗)。

除了更一般地对所施加的压力分类(例如如上所述，为“低”，“标称”和“过度”)外，簇签名还可以被用于更定量地估计所施加的压力。也就是说，如上所述，由于闭合给定的簇开关的压力可以通过设计和制造过程被控制，所以所施加的压力可以被估计。在标称负载状态下，针对给定的簇签名，在知道针对每个簇的所需要的闭合力(例如，阈值力Fclose)和/或簇的表面积的情况下，所施加的压力则可以从在闭合状态下簇的数量之和中简单的被估计。如果所施加的压力不能被估计，例如，由于不可接受的簇的大(例如，全部)或小(例如，无)百分比指示闭合状态，则“过大压力”或“不足压力”可以被传递作为输出而不是定量值。

在一个实施例中，刷毛端16的相对位置也可以(例如由控制器18)被提供作为使用簇签名和位置传感器(诸如IMU、光学接近度传感器等)的输出的数据的融合，该位置传感器被嵌入和/或被包括在电动牙刷10中。例如，簇签名可以被使用作为参考测量，以纠正被嵌入在电动牙刷10中的IMU生成的复合误差。通过建立一段时间内使用者的牙齿的签名图(例如，当使用者正常刷洗时)，或者通过首先用刷头扫描使用者的牙，可以完成该刷毛端16的相对位置。在后者中，在无需电动机运行和/或遵循特定的路径或常规的情况下，使用者可以被指导(例如，经由所打印的指令、被安装在智能手机上的应用等被指示)，以在一个或多个刷洗区段期间抵着特定的牙按压和滚动刷头12。这将形成簇签名作为口中角度和位置的函数的图。

例如，图11示意性地图示了签名图，该签名图示出了由于牙的几何形状，使用者的口中的不同位置可能生成不同的接触模式(签名)。控制器18可以被训练以建立如上所述的簇签名图。以这种方式，控制器18将能够通过在任何给定的时刻由传感器组件28所感测到的当前簇签名与在典型的刷洗条件下使用者的口中的不同位置相关联来估计刷头12的位置。

鉴于图12的框图，确定位置的方法可以被理解。步骤58包括如上所述(例如，如图11所示)从传感器组件28确定簇签名。当前簇签名可以与该人的签名图被比较，以估计在使用者的口中的位置或可能的位置。步骤60包括(诸如从与控制器18通信的IMU或其他位置传感器)获取位置数据。应当注意的是，针对多个不同的位置在签名图中相似的签名可以被开发，但是通过另外考虑来自步骤60的IMU数据在任何给定时间的特定位置的信心可以被增加。为此，步骤62包括将来自步骤58和步骤60的数据融合在一起，这引起在步骤64处的刷头12的刷毛端16的当前位置的计算。例如，在IMU中的偏移可以通过周期性地将传感器重新校准到在步骤58中所提供的被估计的位置来被补偿，或者在步骤58中所确定的数据可以使用来自步骤60的IMU数据来被验证。

作为步骤64的附加输入，广义信息(例如，通过汇总其他使用者的测量在临床或实验室环境中所收集的等)可以在步骤66中被提供以帮助分析融合的IMU和簇签名数据。针对每个当前周期的所确定的位置可以被使用以通知针对下一个周期的确定。控制器18的输出可以包括使用者的口的图形表示(例如，经由与控制器18通信的智能手机的屏幕或显示器)，该图形表示指示使用者刷洗太用力、角度不正确、漏刷或花费时间太少等的区域。

有利地，以这种方式重新校准能够使使用者准确地收集刷洗信息，而不需要使用者遵循预设的或指示的刷洗常规或路径。例如，即使使用者在使用者的口中的不同位置之间快速、突然或迅速地转变，在任何期望的位置处开始刷洗区段，在刷洗时移动他们的头部或身体等，控制器18也可以准确地标识刷毛端16的位置。

虽然本文已经描述和图示了几个发明性实施例，但本领域普通技术人员将很容易设想各种其他手段和/或结构用于执行功能和/或获得结果和/或本文所描述的一个或多个优点，并且每个这样的变化和/或修改被认为是在本文所描述的发明性实施例的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易理解，本文所描述的所有参数、尺寸、材料和配置意在作为示例，并且该实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于用于在发明教义被使用的一个或多个具体的应用。本领域技术人员将认识到，或者能够使用不超过常规实验来确定许多等同于本文所描述的具体发明性实施例。因此，应该理解的是，上述实施例仅以示例的方式提出，在所附权利要求及其等价物的范围内，发明性实施例可以以具体描述和权利要求以外的方式实施。本公开的发明性实施例针对本文所描述的每个单独的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。此外，两个或更多这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合，如果该特征、系统、物品、材料、套件和/或方法不是相互不一致的，则被包括在本公开的发明范围内。

本文在说明书和权利要求书中使用的短语“和/或”应被理解为指如此连接的元件中的“一个或两个”，即在某些情况下是结合地存在的元件，在其他情况下是分离地存在的元件。用“和/或”列出的多个元件应以同样的方式被解释，即如此结合的元件的“一个或多个”。除了由“和/或”子句具体被确定的元件之外，其他元件可以任选地存在，无论这些元件与具体被确定的元件相关还是不相关。如本文在说明书和权利要求书中所使用的，“或”应被理解为与上述定义的“和/或”具有相同的含义。

还应当理解的是，除非有相反的明确指示，在本文所要求的包括一个以上的步骤或行为的任何方法中，该方法的步骤或行为的顺序不一定限于该方法的步骤或行为的叙述顺序。

Claims (15)

1.一种用于电动牙刷(10)的刷头(12)，包括：

刷毛(23)，从基部结构(22)延伸；

簇(20)的阵列，每个簇被形成为被捆束在一起的所述刷毛的独立的组；以及

传感器组件(28)，被配置为针对所述簇中的每个簇，生成表示被施加到所述簇中的每个簇的力(38)的信号。

2.根据权利要求1所述的刷头，其中所述簇中的每个簇响应于所述力关于所述基部结构移动，并且所述传感器组件被配置为当所述力超过阈值时，选择性地形成电气连接以生成所述信号。

3.根据权利要求2所述的刷头，其中所述基部结构包括刚性压板和柔性层，导电元件被安装到所述刚性压板，所述簇被嵌入在所述柔性层中，并且其中所述柔性层的弹性使得所述簇能够相对于所述基部结构移动。

4.根据权利要求3所述的刷头，其中所述簇中的每个簇设置有导电表面，当所述力超过所述阈值时，所述导电表面被移动到接触所述导电元件。

5.根据权利要求3所述的刷头，还包括用于所述簇中的一个或多个簇的导电层，当所述力超过所述阈值时，所述导电层被所述簇中的相应一个簇推动接触所述导电元件。

6.根据权利要求3所述的刷头，其中所述导电元件是不连续元件，并且所述电气连接电连接所述不连续元件。

7.根据权利要求6所述的刷头，其中所述不连续元件包括两个平面半部或两个凸起的垫。

8.一种电动牙刷(10)，包括控制器(18)和根据权利要求1所述的刷头，所述控制器被配置为生成簇签名，所述簇签名表示所施加的跨所述簇的阵列的力的分布。

9.根据权利要求9所述的电动牙刷，其中所述控制器被配置为根据所述簇签名，来对所述刷头相对于使用者的牙的角度进行分类。

10.根据权利要求9所述的电动牙刷，其中所述控制器被配置为根据所述簇签名，对由所述刷头所施加到使用者的牙齿上的压力进行分类。

11.根据权利要求9所述的电动牙刷，其中所述簇签名包括多个训练簇签名和当前簇签名，其中所述控制器被配置为在训练过程期间，创设将所述训练簇签名的每个所述训练簇签名与使用者的口中的特定位置相关联的签名图，并且其中所述控制器被配置为在使用期间，通过将所述当前簇签名与所述签名图比较来确定所述刷头在使用者的口中的位置。

12.根据权利要求9所述的电动牙刷，其中所述控制器被配置为从位置传感器接收位置数据，并且将所述位置数据与所述簇签名融合，以重新校准或验证所述刷头在使用者的口中的经确定的位置。

13.一种操作电动牙刷(10)的方法，包括：

接收在所述电动牙刷的刷头(12)的多个簇(20)中的每个簇上的力(38)；

针对所述簇中的每个簇，生成表示分别被施加到所述簇中的每个簇的所述力的信号；以及

生成表示被施加到所述簇的所述力的分布的簇签名。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述簇被布置为常开开关，所述常开开关能够响应于所述力关于所述刷头的基部结构移动，并且生成包括与所述簇中的给定的一个簇形成电气连接，以当所述力超过阈值时，生成针对所述簇中的该给定的一个簇的所述信号。

15.根据权利要求13所述的方法，还包括：根据所述簇签名确定以下项中的至少一项：所述刷头在使用者的口中的位置、所述刷头相对于所述使用者的牙齿的角度、以及由所述使用者所施加的刷洗力。

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