JP2011505015A - System, method and computer program product for measuring pressure points - Google Patents

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Abstract

力感知方法、システム、およびコンピュータプログラムプロダクトを使用して、骨、関節、筋肉、腱、および靭帯を含むユーザの足部の複数の点における圧力を感知し得る。そのようなシステム、方法、およびコンピュータプログラムプロダクトは、スポーツのトレーニング中およびモニタリングアプリケーション、コンピュータゲーム、および診断システムでユーザの足部の底に沿って圧力を感知する。特に、システムは、一般的に複数の対象点を有する変換器と、複数の対象点において感知されたデータを収集しかつ伝達するためのインソールノードと、そのデータをネットワークに結合するための第1の手段と、同じデータをコレクタノードに、次いでコンピュータに結合するための第2の手段とを含む。  Force sensing methods, systems, and computer program products may be used to sense pressure at multiple points on a user's foot, including bones, joints, muscles, tendons, and ligaments. Such systems, methods, and computer program products sense pressure along the bottom of the user's foot during sports training and in monitoring applications, computer games, and diagnostic systems. In particular, the system generally includes a transducer having a plurality of target points, an insole node for collecting and transmitting data sensed at the plurality of target points, and a first for coupling the data to the network. And a second means for coupling the same data to the collector node and then to the computer.

Description

著作権警告
この特許文献の説明の一部は、著作権保護下にある事柄も含まれ得る。著作権所有者は、米国特許商標局のファイルまたは記録文書でみられる限り特許文献または特許情報開示の何人かによる複製に異存がないが、そうでなければ、どんなものでも全ての著作権を留保する。
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関連出願の相互参照
本出願は、以下の関連出願の利益を主張する:2008年6月5日出願の米国特許出願第12/155,558号。この出願は、同様に、2007年6月5日出願の米国仮特許出願第60/924,931号、および2007年11月27日出願の米国仮特許出願第60/996,608号の利益を主張し、これらはそれぞれその全体を本願明細書に援用する。
This application claims the benefit of the following related applications: US patent application Ser. No. 12 / 155,558, filed Jun. 5, 2008. This application likewise takes advantage of US Provisional Patent Application No. 60 / 924,931, filed June 5, 2007, and US Provisional Patent Application No. 60 / 996,608, filed November 27, 2007. Each of which is incorporated herein by reference in its entirety.

本発明は、その説明の実施形態において、一般的に圧力感知のためのシステム、方法、およびコンピュータプログラムプロダクトに関し、より詳細には、以下明らかになるような、スポーツのトレーニング兼モニタリングアプリケーション、コンピュータゲーム、および診断システムの利用の際中にユーザの足部の底に沿って圧力を感知するシステム、方法、およびコンピュータプログラムプロダクトに関する。しかしながら、当業者には、以下の実施形態を他の圧力感知アプリケーションに対して適用できることが容易に理解されるであろう。   The present invention, in its illustrative embodiments, relates generally to systems, methods, and computer program products for pressure sensing, and more particularly, sports training and monitoring applications, computer games, as will become apparent below. And a system, method, and computer program product for sensing pressure along the bottom of a user's foot during use of a diagnostic system. However, it will be readily appreciated by those skilled in the art that the following embodiments can be applied to other pressure sensing applications.

運動選手は様々な測定基準(metrics:メトリック)を用いて自身のパフォーマンスを測定し、ワークアウト(workuout:練習、トレーニング)を記録する。ワークアウト中およびワークアウト後に測定基準を記録し、それらを分析する。例えば、インターバルを取るワークアウトでは、一般に、激しいすなわち強さが大の活動、幾分激しいすなわち中程度の強さの活動、および休息の複数回のセットを伴う。この激しい活動は、特定の運動選手に対する所望の激しさすなわち強さに相関する測定基準の範囲によって表し得る。同様に、休息または幾分激しい活動の期間は、特定の運動選手に対する所望の落ち着いた状態に相関する範囲または測定基準として表し得る。   Athletes use a variety of metrics to measure their performance and record workouts. Record metrics and analyze them during and after the workout. For example, an interval workout generally involves intense or intense activity, somewhat intense or moderate intensity activity, and multiple sets of rest. This intense activity may be represented by a range of metrics that correlate to the desired intensity or strength for a particular athlete. Similarly, periods of rest or somewhat intense activity may be expressed as a range or metric that correlates to a desired calm state for a particular athlete.

従って、スポーツのトレーニング兼モニタリングアプリケーション、コンピュータゲーム、および診断システムの利用の際中にそのような測定基準を記録しかつ解析するために、ユーザの足部の底に沿って圧力を感知するシステム、方法、およびコンピュータプログラムプロダクトを提供することが望ましい。   Thus, a system that senses pressure along the bottom of the user's foot to record and analyze such metrics during use of sports training and monitoring applications, computer games, and diagnostic systems, It would be desirable to provide methods and computer program products.

ヒトの足部は、機械的に複雑でありかつ構造強度も強い。足首は、土台、ショックアブソーバ(緩衝部)、および推進機関としての機能を果たす。足部は強烈な圧力(すなわち、1マイル(1マイルは約1609m)走る間に約数トンの範囲)に耐えることができ、柔軟性と弾力性を提供し得る。   The human foot is mechanically complex and has strong structural strength. The ankle functions as a base, a shock absorber (buffer part), and a propulsion engine. The foot can withstand intense pressure (ie, a range of about a few tons while running a mile (one mile is about 1609m)) and can provide flexibility and elasticity.

足部および足首は、26個の骨(すなわち、人体の骨の1/4近くが足部にある);33個の関節;100個超の筋肉、腱(すなわち、筋肉を骨につなぐ線維組織)、および靭帯(すなわち、骨と他の骨をつなぐ線維組織);および血管組織網、神経、皮膚、および軟組織を含む。   The feet and ankles consist of 26 bones (ie, nearly 1/4 of the human bone is in the foot); 33 joints; more than 100 muscles, tendons (ie, fibrous tissue that connects muscles to bone) ), And ligaments (ie, fibrous tissue connecting bones to other bones); and vascular tissue networks, nerves, skin, and soft tissues.

これらの構成要素が共に働いて、体を支え、体の均衡を保ち、体に運動性を与える。いずれかの一部分における構造的な欠陥または機能障害があると、体のどこかに問題が発現し得る。体の他の部分における異常が足部に問題を生じ得る。本発明の実施形態は、ユーザの足部の複数の点にかけられた圧力を感知することを支援して、そのような問題を軽減する一助となる。   These components work together to support the body, maintain body balance, and provide mobility to the body. Any structural defect or dysfunction in any part can cause problems anywhere in the body. Abnormalities in other parts of the body can cause problems with the feet. Embodiments of the present invention help to mitigate such problems by assisting in sensing pressure applied to multiple points on the user's foot.

構造的に、足部は3つの主要な部分を有する:前足部、中足部、および後足部である。図2Aおよび図2Bに示す前足部すなわち足の前方部は5本の足指(趾骨または指骨と称する)と、それらをつなぐ長骨(中足骨)とで構成される。各足指(趾骨または指骨)はいくつかの小骨で構成される。足の親指(母指または第一趾としても知られている)は2本の趾骨、遠位骨および近位骨を有する。足の親指は、趾節間関節と呼ばれる関節を1つ有する。足の親指は第一中足骨頭と関節を形成し、第一中足指節関節(略してMTPJ)と呼ばれる。第一中足骨頭の下側には、種子骨と呼ばれる2つの小さな丸い骨がある。他の4本の足指は各々、3本の骨と2つの関節とを有する。趾骨は、母指球において5つの中足指節関節によって中足骨につながれている。前足部は体重の半分を支え、母指球にかかる圧力の均衡をとる。   Structurally, the foot has three main parts: a forefoot, a midfoot, and a hindfoot. 2A and 2B, the forefoot part, that is, the front part of the foot, is composed of five toes (referred to as ribs or phalanges) and a long bone (metatarsal bone) connecting them. Each toe (rib or phalange) is composed of several small bones. The big toe (also known as thumb or first heel) has two ribs, a distal bone and a proximal bone. The big toe has one joint called the interphalangeal joint. The big toe forms a joint with the first metatarsal head and is called the first metatarsophalangeal joint (abbreviated as MTPJ). Below the first metatarsal head are two small round bones called seed bones. The other four toes each have three bones and two joints. The ribs are connected to the metatarsal bone by five metatarsophalangeal joints in the thumb ball. The forefoot supports half of the weight and balances the pressure on the ball.

中足部すなわち足の中間部は、5本の不規則な形状の足根骨を有し、アーチ(arch)すなわち足底弓を形成し、かつショックアブソーバとしての機能を果たす。中足部の骨は、筋肉および足底筋膜(Plantar fascia)(土踏まずの靭帯)によって前足部および後足部につながれている。   The midfoot or midfoot has five irregularly shaped tarsal bones, forms an arch or plantar arch, and serves as a shock absorber. The midfoot bones are connected to the forefoot and hindfoot by muscles and plantar fascia (arch ligament).

後足部すなわち足の後方部は3つの関節で構成され、中足部を足首(距骨)に結合する。距骨の上部を下肢の2本の長骨(脛骨および腓骨)につないで蝶番を形成し、それにより、足部を上下に動かすことが可能となる。かかとの骨(踵骨)は、足部で最も大きい骨である。踵骨は距骨に接合して距骨下関節を形成する。踵骨の底は脂肪層で衝撃を和らげられている。   The rear foot portion, that is, the rear portion of the foot is composed of three joints, and the middle foot portion is connected to the ankle (talar bone). The upper part of the talus is connected to the two long bones (tibia and fibula) of the lower limb to form a hinge, thereby allowing the foot to move up and down. The heel bone (rib) is the largest bone in the foot. The radius joins the talus to form the subtalar joint. The bottom of the rib is softened by a fat layer.

筋肉、腱、および靭帯の網が、足部の骨および関節を支持する。足部には20個の筋肉があり、足部に、骨を適切な箇所に保持することによりその形状を与え、かつ伸び縮みして動きを与える。足部の主要な筋肉は:足部を上方に動かすことを可能とする前脛骨筋;土踏まずを支える後脛骨筋;足首の外側の動きを制御する脛腓骨筋;足首を上げて足指が前に進む行為を開始させるのを助ける伸筋;および足指を地面に対して安定させるのを助ける屈筋である。より小さな筋肉により、足指を持ち上げたり曲げたりすることが可能となる。   Muscle, tendon, and ligament networks support the bones and joints of the foot. There are 20 muscles in the foot, and the foot is given its shape by holding the bone in an appropriate location, and stretches and contracts to give movement. The main muscles of the foot are: the anterior tibial muscle that allows the foot to move upwards; the posterior tibial muscle that supports the arch; the tibial peroneal muscle that controls the movement of the ankle outside; Extensors that help initiate the action to go to; and flexors that help stabilize the toes against the ground. Smaller muscles allow the toes to be lifted and bent.

足部には、筋肉を骨および関節につなぐ弾性組織(腱)がある。足部の最も大きくかつ最強の腱はアキレス腱であり、ふくらはぎの筋肉から踵まで延在する。その強度と関節機能とによって、走る、ジャンプする、階段を上る、および足指の上に体を伸ばすといった動作を容易にする。靭帯は腱を適切な場所に保持し、かつ関節を安定させる。これらのうちで最も長い足底筋膜が、足部の足底に踵から足指まで土踏まずを形成する。足底筋膜が収縮することによって、土踏まずを湾曲させたり平らにしたりしてバランスをもたらし、かつ足部に、歩く動作を開始する強さを与える。足部の外側の内部および側部の靭帯にある内側靭帯が、安定性をもたらし、かつ足部を上げたり下げたりすることができるようにする。皮膚、血管、および神経が足部にその形状と耐久性とを与え、細胞の再生および筋肉に必要な栄養をもたらし、ならびにその様々な運動を制御する。   In the foot, there is an elastic tissue (tendon) that connects muscles to bones and joints. The largest and strongest tendon of the foot is the Achilles tendon, which extends from the calf muscle to the heel. Its strength and joint function make it easy to run, jump, climb stairs, and stretch your body on your toes. The ligament holds the tendon in place and stabilizes the joint. Among these, the longest plantar fascia forms an arch from the heel to the toes on the sole of the foot. As the plantar fascia contracts, the arch is curved and flattened to provide balance and give the foot the strength to start walking. The medial ligaments on the outside and lateral ligaments of the foot provide stability and allow the foot to be raised or lowered. The skin, blood vessels, and nerves give the foot its shape and durability, provide cell regeneration and the necessary nutrients for the muscle, and control its various movements.

圧力感知のための方法、システム、およびコンピュータプログラムプロダクトを、特に、ユーザの足部の、骨、関節、筋肉、腱、および靭帯を含む複数の点において圧力を感知するために使用することができる。   The method, system, and computer program product for pressure sensing can be used to sense pressure at multiple points, including bones, joints, muscles, tendons, and ligaments, particularly of a user's foot. .

本発明の実施形態によるこれらのおよび他の目的、利点、および新規の特徴は、一般的に複数の対象点を有する変換器(トランスデューサ)と、複数の対象点において感知されるデータを収集しかつ伝送する第1の手段であって、そのデータをネットワークへ結合させる第1の手段と、その同じデータをコレクタノードへ、次いで解析用コンピュータへ結合させる第2の手段とを含む感知システムによって達成される。   These and other objects, advantages, and novel features according to embodiments of the present invention generally include a transducer having a plurality of target points and collecting data sensed at the plurality of target points and Achieved by a sensing system comprising: a first means for transmitting, the first means for coupling the data to the network; and the second means for coupling the same data to the collector node and then to the analyzing computer. The

「コンピュータ」とは、構造化された入力を受け取り、規定のルールに従って、構造化された入力を処理し、かつ出力として処理結果を生じることができる1つ以上の装置および/または1つ以上のシステムのことを称するとする。コンピュータの例としては:コンピュータ;据置型および/または携帯用コンピュータ;シングルプロセッサ、マルチプロセッサ、または並列動作および/または非並列動作し得るマルチコアプロセッサを有するコンピュータ;汎用コンピュータ;スーパーコンピュータ;メインフレーム;超小型コンピュータ;小型コンピュータ;ワークステーション;マイクロコンピュータ;サーバ;クライアント;インタラクティブテレビ;ウェブアプライアンス;インターネット接続できる通信機器;コンピュータおよびインタラクティブテレビのハイブリッド複合機;携帯用コンピュータ;タブレットパーソナルコンピュータ(PC);携帯情報端末(PDA);携帯電話;コンピュータおよび/またはソフトウェアをエミュレートする特定用途向けハードウェア、例えば、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、特定用途向け集積回路(ASIC)、特定用途向け命令セットプロセッサ(ASIP)、1つのチップ、複数のチップ、チップ上のシステムまたはチップセット;データ収集装置;光コンピュータ;量子コンピュータ;バイオコンピュータ;およびデータを受け取る、1つ以上の格納されたソフトウェアプログラムに従ってデータを処理する、結果を生成する、ならびに典型的には入力装置、出力装置、記憶装置、演算装置、論理演算装置および制御装置を含み得る装置を挙げることができる。   “Computer” means one or more devices and / or one or more devices that can receive structured input, process the structured input and produce processing results as output according to defined rules. Let's say the system. Examples of computers are: computers; stationary and / or portable computers; single processors, multiprocessors, or computers with multicore processors that can operate in parallel and / or non-parallel; general purpose computers; supercomputers; mainframes; Small computers; Small computers; Workstations; Microcomputers; Servers; Clients; Interactive televisions; Web appliances; Communication devices that can connect to the Internet; Hybrid computers with computers and interactive televisions; Portable computers; Tablet personal computers (PCs); Terminal (PDA); mobile phone; specific application to emulate computer and / or software Hardware, eg, digital signal processor (DSP), field programmable gate array (FPGA), application specific integrated circuit (ASIC), application specific instruction set processor (ASIP), one chip, multiple chips, on chip Data collection device; optical computer; quantum computer; biocomputer; and receive data, process data according to one or more stored software programs, generate results, and typically an input device And an apparatus that may include an output device, a storage device, an arithmetic device, a logical arithmetic device, and a control device.

「ソフトウェア」とは、コンピュータを動作させる規定のルールのことを称するとする。ソフトウェア例としては:1つ以上のコンピュータ可読言語におけるコードセグメント;グラフィカルなおよび/またはテキスト形式の命令;アプレット(applets);プリコンパイルコード;翻訳されたコード;コンパイル済みコード;およびコンピュータプログラムを挙げることができる。   “Software” refers to a prescribed rule for operating a computer. Examples of software include: code segments in one or more computer readable languages; graphical and / or textual instructions; applets; precompiled code; translated code; compiled code; and computer programs Can do.

「コンピュータ可読媒体」とは、コンピュータでアクセス可能なデータを記憶するために使用されるいずれかの記憶装置のことを称するとする。コンピュータ可読媒体の例としては:磁気ハードディスク;フロッピー(登録商標)ディスク;光ディスク、例えばCD−ROMおよびDVDなど;磁気テープ;フラッシュメモリ;メモリチップ;および/または機械可読命令を記憶できる他のタイプの媒体を挙げることができる。   “Computer-readable medium” refers to any storage device used to store computer-accessible data. Examples of computer readable media are: magnetic hard disk; floppy disk; optical disk, such as CD-ROM and DVD; magnetic tape; flash memory; memory chip; and / or other types of machine readable instructions A medium can be mentioned.

「コンピュータシステム」とは、1つ以上のコンピュータを有し、各コンピュータが、コンピュータまたはその構成要素の1つ以上を動作させるソフトウェアを具現化するコンピュータ可読媒体を含み得るシステムのことを称するとする。コンピュータシステムの例としては:ネットワークに接続したコンピュータシステムによって情報を処理するための分散型コンピュータシステム;コンピュータシステム間で情報を送信および/または受信するためにネットワークを介して接続された2つ以上のコンピュータシステム;単一のコンピュータ内に2つ以上のプロセッサを含むコンピュータシステム;およびデータの受け取りができ、1つ以上の格納されたソフトウェアプログラムに従ってデータの処理ができ、その結果の生成ができ、ならびに典型的には入力装置、出力装置、記憶装置、演算装置、論理演算装置および制御装置を含むことができる1つ以上の装置および/または1つ以上のシステムを挙げることができる。   “Computer system” refers to a system having one or more computers, each computer including a computer-readable medium embodying software for operating the computer or one or more of its components. . Examples of computer systems include: a distributed computer system for processing information by a computer system connected to a network; two or more connected via a network to send and / or receive information between computer systems A computer system; a computer system including two or more processors in a single computer; and receiving data, processing data according to one or more stored software programs, generating results thereof; and One or more devices and / or one or more systems that may typically include an input device, an output device, a storage device, a computing device, a logic computing device, and a control device may be mentioned.

「ネットワーク」とは、通信機器によって接続され得る複数のコンピュータおよび関連デバイスのことを称するとする。ネットワークは、ケーブルなどの永久接続、または電話や他の通信回線によってなされるものなどの一時接続を含むことができる。ネットワークはさらに、配線接続(例えば、同軸ケーブル、ツイストペア、光ファイバー、導波管など)および/または無線接続(例えば、無線周波数波、自由空間光学波、音響波など)を含むことができる。ネットワークの例としては:インターネット、例えばインターネット;イントラネット;ローカルエリアネットワーク(LAN);広域ネットワーク(WAN);ならびに例えばインターネットおよびイントラネットなどのネットワークの組み合わせを挙げることができる。例示的なネットワークは、複数のプロトコルのいずれか、例えばインターネットプロトコル(IP)、非同期転送モード(ATM)、および/または同期式光ネットワーク(SONET)、ユーザデータグラムプロトコル(UDP)、IEEE802.xなどで動作し得る。   “Network” refers to a plurality of computers and associated devices that may be connected by a communication device. The network can include permanent connections such as cables, or temporary connections such as those made by telephones or other communication lines. The network can further include wired connections (eg, coaxial cables, twisted pairs, optical fibers, waveguides, etc.) and / or wireless connections (eg, radio frequency waves, free space optical waves, acoustic waves, etc.). Examples of networks include: the Internet, eg, the Internet; an intranet; a local area network (LAN); a wide area network (WAN); and a combination of networks, such as the Internet and an intranet. Exemplary networks may be any of a number of protocols, such as Internet Protocol (IP), Asynchronous Transfer Mode (ATM), and / or Synchronous Optical Network (SONET), User Datagram Protocol (UDP), IEEE 802. It can operate with x and the like.

本発明の実施形態は、本明細書で説明するオペレーションを実行するための装置を含み得る。装置を所望の目的のために特別に構成してもよいし、あるいは、選択的に起動されるか、またはデバイスに記憶されたプログラムによって再構成された汎用のデバイスを含んでもよい。   Embodiments of the invention can include an apparatus for performing the operations described herein. The apparatus may be specially configured for the desired purpose, or it may include a general purpose device that is selectively activated or reconfigured by a program stored on the device.

本発明の実施形態はまた、ハードウェア、ファームウェア、およびソフトウェアのいずれか1つ、またはハードウェア、ファームウェア、およびソフトウェアの組み合わせにおいて実行されてもよい。それらは、機械可読媒体に記憶された命令として実行されてもよい。それら機械可読媒体は、計算プラットフォームによって読み取られ、実行されて、本明細書で説明するオペレーションを実行し得る。   Embodiments of the invention may also be implemented in any one of hardware, firmware, and software, or a combination of hardware, firmware, and software. They may be executed as instructions stored on a machine-readable medium. These machine readable media may be read and executed by a computing platform to perform the operations described herein.

以下の説明および特許請求の範囲において、用語「コンピュータプログラム媒体」および「コンピュータ可読媒体」は、一般的に、リムーバブルストレージドライブ、ハードディスクドライブに取り付けられたハードディスクなどの媒体を指すのに使用されるが、何らこれに限定されない。これらコンピュータプログラムプロダクトは、コンピュータシステムにソフトウェアを提供し得る。本発明の実施形態は、そのようなコンピュータプログラムプロダクトに関する。   In the following description and claims, the terms “computer program medium” and “computer readable medium” are generally used to refer to media such as a removable storage drive, a hard disk attached to a hard disk drive, etc. , But not limited to this. These computer program products may provide software to the computer system. Embodiments of the invention relate to such computer program products.

「一実施形態」、「実施形態」、「例示的な実施形態」、「様々な実施形態」などは、本発明の実施形態の説明において特定の特徴、構造または特性を含むとされるが、全ての実施形態が必ずしも特定の特徴、構造または特性を含むわけではない。さらに、用語「一実施形態では」または「例示的な実施形態では」を繰り返し使用することは、同じ実施形態を必ずしも参照しているわけではないが、そうであってもよい。   “One embodiment”, “embodiment”, “exemplary embodiment”, “various embodiments” and the like are intended to include specific features, structures or characteristics in the description of embodiments of the invention, Not all embodiments necessarily include specific features, structures or characteristics. Furthermore, repeated use of the terms “in one embodiment” or “in an exemplary embodiment” does not necessarily refer to the same embodiment, but may.

以下の説明および特許請求の範囲において、用語「結合」および「接続」が、それらの派生語と共に使用される場合がある。これらの用語を互いに類義語とするわけではないことに理解されたい。それどころか、特定の実施形態では、「接続された」は、2つ以上の要素が互いに物理的に、または電気的に直接接触していることを示すのに使用される。「結合された」は、2つ以上の要素が、物理的に、または電気的に直接接触していることを意味する。しかしながら、「結合された」はまた、2つ以上の要素が互いに直接接触していないが、依然として協働して相互作用していることも意味する。   In the following description and claims, the terms “coupled” and “connected” may be used with their derivatives. It should be understood that these terms are not synonymous with each other. On the contrary, in certain embodiments, “connected” is used to indicate that two or more elements are in direct physical or electrical contact with each other. “Coupled” means that two or more elements are in direct physical or electrical contact. However, “coupled” also means that two or more elements are not in direct contact with each other but are still cooperatively interacting.

ここでは全体的に、アルゴリズムを、所望の結果をもたらす作用またはオペレーションの自己無撞着シーケンスであるとみなす。これらには、物理量の物理的処置が含まれる。通常、必ずしも必要なことではないが、これらの量は、記憶、転送、組み合わせ、比較、およびこれら以外の操作等が可能な電気または磁気信号の形態をとる。時々、主に共通に利用できることから、これらの信号をビット、値、要素、シンボル、キャラクタ、用語、数などと呼ぶことが好都合であることが判明している。しかしながら、これらのおよび類似の用語の全てを適切な物理量に関連させ、かつ単にこれらの量に好都合なラベルを適用することを理解されたい。   Overall, the algorithm is considered to be a self-consistent sequence of actions or operations that produce the desired result. These include physical treatment of physical quantities. Usually, though not necessarily, these quantities take the form of electrical or magnetic signals capable of being stored, transferred, combined, compared, and otherwise manipulated. It has proven convenient at times to refer to these signals as bits, values, elements, symbols, characters, terms, numbers, etc., primarily because they are commonly available. However, it should be understood that all of these and similar terms relate to the appropriate physical quantities and that only convenient labels are applied to these quantities.

特に説明がない限り、および以下の説明および特許請求の範囲から明らかなように、本明細書の全体を通して、「処理」、「コンピューティング」、「計算」、「決定」などの用語を利用した説明は、コンピュータシステムのレジスタおよび/またはメモリ内の物理的な、例えば電子的な量として表されるデータを操作するおよび/またはコンピュータシステムのメモリ、レジスタまたは他のそのような情報の記憶、伝送、または表示装置内の物理量として同じように表示される他のデータに変換するコンピュータまたはコンピューティングシステム、または類似の電子計算装置の動作および/または処理を指すことを理解されたい。   Unless otherwise stated, and as will be apparent from the following description and claims, terms such as “processing”, “computing”, “calculation”, “decision”, etc. were used throughout this specification. The description manipulates data represented as physical, e.g., electronic quantities in the computer system registers and / or memory and / or stores, transmits, computer system memory, registers or other such information. It should be understood that it refers to the operation and / or processing of a computer or computing system, or similar electronic computing device, that translates into other data that is also displayed in the same manner as a physical quantity in a display device.

同様に、用語「プロセッサ」は、レジスタおよび/またはメモリからの電子データを処理し、その電子データを他の電子データに変換してレジスタおよび/またはメモリに記憶できる任意の装置、または装置の一部を指している。「計算プラットフォーム」は1つ以上のプロセッサを含むことができる。   Similarly, the term “processor” refers to any device or device that can process electronic data from a register and / or memory, convert the electronic data to other electronic data, and store it in the register and / or memory. Pointing to the department. A “computational platform” can include one or more processors.

本発明の上述および他の特徴は、以下の例示的な実施形態の説明から明らかとなり、添付の図面に示すように、類似の参照符号は全体的に同一、機能的に類似、および/または構造的に類似の要素を示す。通常、対応する参照符号の一番左側の桁は、その要素が最初に出てきた図を示す。   The above and other features of the present invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments, and like reference numerals are generally identical, functionally similar, and / or structural, as illustrated in the accompanying drawings. Shows similar elements. Usually, the leftmost digit of the corresponding reference number indicates the figure in which the element first appears.

本発明の第1の実施形態による感知システムを示す。1 shows a sensing system according to a first embodiment of the present invention. 図2Aおよび2Bは、人の足部の一部を示し、その一部が、図1に示す感知システムによって感知される。2A and 2B show a portion of a person's foot, a portion of which is sensed by the sensing system shown in FIG. 図1に示す感知システムの一部を、それによる変換器の分解図と共に示す。FIG. 2 shows a portion of the sensing system shown in FIG. 図3に示す変換器と使用され得る電極グリッドセレクタマッピング手段の概略的なフォーマットを示す。Figure 4 shows a schematic format of an electrode grid selector mapping means that can be used with the converter shown in Figure 3; 図4で示す電極グリッドセレクタマッピング手段を組み込むコントローラを概略的なフォーマットで示す。Fig. 5 shows in schematic format a controller incorporating the electrode grid selector mapping means shown in Fig. 4; 変換器によって感知された圧力に応じて、変換器の抵抗への依存度を示すグラフを示す。Figure 6 shows a graph showing the dependence of the transducer on resistance as a function of the pressure sensed by the transducer. 図1および図3〜図6の感知システムによって感知されたデータの伝送フロー図を示す。FIG. 7 shows a transmission flow diagram of data sensed by the sensing system of FIGS. 1 and 3-6. 本発明の別の実施形態による変換器の第1の電極グリッド層を示す。Fig. 5 shows a first electrode grid layer of a converter according to another embodiment of the invention. 本発明の別の実施形態による変換器の第1の電極グリッド層と使用され得る第2の電極グリッド層を示す。Fig. 4 shows a second electrode grid layer that can be used with a first electrode grid layer of a converter according to another embodiment of the invention. 図8および図9に示す第1および第2の電極グリッド層と使用され得るRFモジュールの概略的なフォーマットの部分を示す。10 shows a portion of a schematic format of an RF module that can be used with the first and second electrode grid layers shown in FIGS. 図8および図9に示す第1および第2の電極グリッド層と使用され得るRFモジュールの概略的なフォーマットの部分を示す。10 shows a portion of a schematic format of an RF module that can be used with the first and second electrode grid layers shown in FIGS. 図8および図9に示す第1および第2の電極グリッド層と使用され得るRFモジュールの概略的なフォーマットの部分を示す。10 shows a portion of a schematic format of an RF module that can be used with the first and second electrode grid layers shown in FIGS. 図8および図9に示す第1および第2の電極グリッド層と使用され得るRFモジュールの概略的なフォーマットの部分を示す。10 shows a portion of a schematic format of an RF module that can be used with the first and second electrode grid layers shown in FIGS. 図8および図9に示す第1および第2の電極グリッド層と使用され得るRFモジュールの概略的なフォーマットの部分を示す。10 shows a portion of a schematic format of an RF module that can be used with the first and second electrode grid layers shown in FIGS. 図8および図9に示す第1および第2の電極グリッド層と使用され得るRFモジュールの概略的なフォーマットの部分を示す。10 shows a portion of a schematic format of an RF module that can be used with the first and second electrode grid layers shown in FIGS. 図8、図9および図10A〜10Fによる変換器と使用され得る第1および第2のアルゴリズムを示す。FIG. 10 shows first and second algorithms that may be used with the converter according to FIGS. 8, 9 and 10A-10F. 図8、図9および図10A〜10Fによる変換器と使用され得る第1および第2のアルゴリズムを示す。FIG. 10 shows first and second algorithms that may be used with the converter according to FIGS. 8, 9 and 10A-10F.

以下、例示的な実施形態を詳細に説明する。特定の例示的な実施形態について説明するが、これは例示目的のみであることを理解されたい。例示的な実施形態を説明しかつ図示する中で、明瞭にするために特定の用語を用いる。しかしながら、本発明は、そのように選択された特定の用語の例に何ら限定されるものではない。当業者は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく他の構成要素および構成を使用し得ることを理解されたい。特定の各要素は、類似の目的を達成するために同様に動作する技術的な等価物を全て含むことを理解されたい。それゆえ、本願明細書に説明する例および実施形態は、非限定的な例である。   Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail. Although specific exemplary embodiments are described, it should be understood that this is for illustrative purposes only. In describing and illustrating the exemplary embodiments, certain terminology is used for the sake of clarity. However, the present invention is in no way limited to the specific term examples so selected. Those skilled in the art will appreciate that other components and configurations may be used without departing from the spirit and scope of the present invention. It is to be understood that each specific element includes all technical equivalents that operate in a similar manner to accomplish a similar purpose. Thus, the examples and embodiments described herein are non-limiting examples.

ここで図面を参照すると、同様の参照符号およびキャラクタは、多くの図のそれぞれを通して同様の、または対応する部分およびステップを示す。図1に、本発明の第1の実施形態による感知システム100を示す。システム100は、一般的に、複数の対象点104a、104b、104c、104d、104eを有する変換器102と、複数の対象点104a〜104eにおいて感知されたデータを収集しかつ伝送するためのインソール(insole)ノード106と、データをネットワーク110へ結合する第1の手段108と、当該データをコレクタノード114へ、次いでコンピュータ116へ結合する第2の手段112とを含む。   Referring now to the drawings, like reference numerals and characters indicate like or corresponding parts and steps throughout each of the many views. FIG. 1 shows a sensing system 100 according to a first embodiment of the present invention. The system 100 generally includes a transducer 102 having a plurality of target points 104a, 104b, 104c, 104d, 104e and an insole for collecting and transmitting data sensed at the plurality of target points 104a-104e ( insole) node 106, first means 108 for coupling data to network 110, and second means 112 for coupling the data to collector node 114 and then to computer 116.

図3に、図1に示す感知システム100の一部を示し、それによる変換器300を分解して示してある。感知システム100のインソール(内底)(insole)は、連続的な静電容量圧力センサシステムを含み得る足部力(foot force:フットフォース)変換器300を備える。従来の足部力変換器は、三層構造の中心層の両側において、2セットの導電性帯条片(strips:ストリップ)を、直交方向に並べて、重ね合わせることによって形成された離散型アレイのコンデンサを有する。   FIG. 3 shows a portion of the sensing system 100 shown in FIG. 1 and an exploded transducer 300 thereby. The insole of the sensing system 100 includes a foot force transducer 300 that may include a continuous capacitive pressure sensor system. A conventional foot force transducer is a discrete array formed by stacking two sets of electrically conductive strips (strips) side by side in an orthogonal direction on both sides of a central layer of a three-layer structure. Has a capacitor.

そのような従来の変換器とは異なり、感知システム100の設計では、典型的な三層構造を作製するときに導電性要素をフレキシブルに配置することが可能となる。靴の内底の連続的な静電容量圧力センサ素子は感圧可変(variable)すなわち導電率が検出された圧力で変わる導電性ポリマー302を使用して作製される。導電性ポリマー302は、可撓性の高分子フィルム製のフレキシブル回路のシート308、310上の導電性トレースすなわち導電性材料の線路304、306間に設けられている。この高分子フィルムは、エッチングされて導体パターンを与えている銅薄板に積層されている。このポリイミドフィルムは耐熱性が高く、寸法安定性があり、絶縁耐力が良好で可撓性が高いため、厳しい環境でも耐えることができる。   Unlike such conventional transducers, the sensing system 100 design allows for flexible placement of conductive elements when creating a typical three-layer structure. A continuous capacitive pressure sensor element at the insole of the shoe is made using a conductive polymer 302 that is variable, that is, the conductivity changes with the detected pressure. The conductive polymer 302 is disposed between conductive traces or lines 304, 306 of conductive material on flexible circuit sheets 308, 310 made of flexible polymer film. The polymer film is laminated to a copper sheet that has been etched to give a conductor pattern. This polyimide film has high heat resistance, dimensional stability, good dielectric strength, and high flexibility, so that it can withstand harsh environments.

連続的な抵抗/静電容量センサ層を、押出し成形された、静電放電(ESD)型の超高密度導電性XPU(cross linked polyurethane:架橋ポリウレタン)フォーム(foam)とし得る。この材料は、超高電圧の静電放電(ESD)から保護するために使用され、かつ動きによる衝撃から物理的なデバイスを保護するための圧縮可能な形にする要因すなわちフォームファクター(compressible form factor)となる。図6に示すように、材料は、圧縮力の範囲(0〜30psi)(但し、1ポンドは約453.6グラム、1インチは約2.54cm)において直線的(リニア)の抵抗特性および静電容量特性をもたらす。   The continuous resistance / capacitance sensor layer may be an extruded, ultra-high density conductive XPU (cross linked polyurethane) foam of the electrostatic discharge (ESD) type. This material is used to protect against ultra-high voltage electrostatic discharge (ESD) and is a compressible form factor to protect physical devices from motion shocks. ) As shown in FIG. 6, the material has linear resistance characteristics and static characteristics in the compression force range (0-30 psi) (where 1 pound is about 453.6 grams and 1 inch is about 2.54 cm). Provides capacitance characteristics.

層302において使用されるXPUフォームは、加えられた圧力または圧縮力に応じて特性インピーダンスが変化する半導体である。図6に示すように、材料のインピーダンス特性は、加えられた圧力(例えば、10psi未満)や圧縮力が低いときには非線形であり、加えられた圧力または圧縮力が増大するにつれ、線形になる。XPU材料の厚みもまた、XPU材料のインピーダンス特性の決定的要因である。インピーダンス関数は、以下の通り特徴づけられる:
0≦p≦Pcの場合、Z(p)XPU=[R(p)+jwC(p)](1−exp(−p/Rc))
Pc<p<Pmaxの場合、Z(p)XPU=R(p)+jwC(p)
Po<p<30psi Po=Pc*n*0.125の場合、Z(p)XPU?R(p)
ここで、n=XPU層の数(すなわち、厚さ=0.125インチ。但し1インチは2.54cm)、およびPは、線形で開始する動作圧である。XPU材料の特性インピーダンスを、感知システム100のプロセッサで動作する組み込みソフトウェアによってアルゴリズムでプロファイルし得る。
The XPU foam used in layer 302 is a semiconductor whose characteristic impedance changes in response to applied pressure or compressive force. As shown in FIG. 6, the impedance characteristics of the material are non-linear when the applied pressure (eg, less than 10 psi) or compressive force is low, and become linear as the applied pressure or compressive force increases. The thickness of the XPU material is also a decisive factor for the impedance characteristics of the XPU material. The impedance function is characterized as follows:
When 0 ≦ p ≦ Pc, Z (p) XPU = [R (p) + jwC (p)] (1-exp (−p / Rc))
When Pc <p <Pmax, Z (p) XPU = R (p) + jwC (p)
When Po <p <30 psi Po = Pc * n * 0.125, Z (p) XPU? R (p)
Where n = number of XPU layers (ie, thickness = 0.125 inches, where 1 inch is 2.54 cm), and P is the operating pressure starting linearly. The characteristic impedance of the XPU material may be algorithmically profiled by embedded software running on the sensing system 100 processor.

可変圧力解析点技術すなわち測定点を変えて圧力の分析を行う(variable pressure analysis point technique)手法を使用して、足部圧測定の対象の複数の点/領域を動的にマッピングすることができる。例えば、図1を再び参照すると、踵領域104aおよび足指領域104c、104dの一部分を約10ミリ秒間測定し得る一方、土踏まず領域104eを25ミリ秒間測定し得る。この測定により、例えば、疾患を原因とする神経損傷によって、足部の一定の領域が膨張していることに気づけない、糖尿病に患っている人の場合には、パターン測定が可能となる。目標とされたパターン測定を用いることによって、足底の足部圧の変動に変化があると警告を発生させることができる。   Variable pressure analysis point technology, ie, variable pressure analysis point technique, can be used to dynamically map multiple points / regions for foot pressure measurement . For example, referring again to FIG. 1, a portion of the heel region 104a and toe regions 104c, 104d can be measured for about 10 milliseconds while the arch region 104e can be measured for 25 milliseconds. By this measurement, for example, in the case of a person suffering from diabetes who does not notice that a certain region of the foot is inflated due to nerve damage caused by a disease, pattern measurement becomes possible. By using targeted pattern measurements, a warning can be generated if there is a change in the variation in the foot pressure at the sole.

静電容量効果、圧電効果、および/または抵抗効果をもたらすことができる圧電セラミック材料などの他の材料を使用し得ることが考えられる。   It is contemplated that other materials may be used such as piezoceramic materials that can provide a capacitive effect, a piezoelectric effect, and / or a resistive effect.

感知システム100の変換器300は、種々の構成配置に再構成することが可能であるこれらのモジュール式の軽量で高解像度の連続的な圧力感知靴インソールを組み込んで、RFモジュール312を介して詳細な圧力データをコンピュータ116に無線伝送し、このコンピュータで、それらデータを収集しかつまとめて表示する。感知システム100を、他のシステム(例えば視覚ベースの感知システム)と一体化して、頑健なマルチモーダル(多様式)な感知能力を提供し得る。それゆえ、感知システム100は、データの解析/可視化、データの記録および再生用に一連のアプリケーションを提供するだけでなく、複数の感知装置をグループ化して、コンピュータにリアルタイムでデータを送信するクラスタを形成する場合もある。   The transducer 300 of the sensing system 100 incorporates these modular, lightweight, high resolution continuous pressure sensing shoe insoles that can be reconfigured in various configurations and details via the RF module 312. Pressure data is wirelessly transmitted to the computer 116, which collects and displays the data collectively. Sensing system 100 may be integrated with other systems (eg, vision-based sensing systems) to provide a robust multimodal sensing capability. Therefore, the sensing system 100 not only provides a series of applications for data analysis / visualization, data recording and playback, but also groups a plurality of sensing devices into a cluster that transmits data in real time to a computer. Sometimes it forms.

感知システム100は、連続的な静電容量圧力センサの材料が機械的に変形することに起因する、これらセンサの電気特性の変化を検出する。感知システムは、典型的には、200のエレメントすなわちセンサを含む変換器300の場合には、50Hzのサンプリングレートで約1秒間の記録継続時間を有するので、圧力データ検出ポイントは、変換器当たり1秒間に約10,000点となる。これだけの情報量があるので、視覚的表示およびデータ整理技術を用いることができる。圧力分布のグラフ表示を図に示すワイヤーで結線された装置314で表現する。これらの圧力マップを、各サンプリング間隔で、または足部が地面に接触している間の特定の瞬時に取得する。ピーク圧力のグラフ表示316を使用して、個々の足部の地面との接触態様を表示することができる。この画像は、足部下の圧力の最大値は接地中常に発生するので、この最高圧を示すことによって生成することができる。   The sensing system 100 detects changes in the electrical properties of these continuous capacitance pressure sensors due to mechanical deformation of the material. Since the sensing system typically has a recording duration of about 1 second at a sampling rate of 50 Hz for a transducer 300 that includes 200 elements or sensors, the pressure data detection point is one per transducer. Approximately 10,000 points per second. Because of this amount of information, visual display and data organization techniques can be used. A graph display of the pressure distribution is expressed by a device 314 connected by wires shown in the figure. These pressure maps are acquired at each sampling interval or at specific instants while the foot is in contact with the ground. A graphical representation 316 of peak pressure can be used to display the contact manner of the individual foot with the ground. This image can be generated by showing this maximum pressure, since the maximum pressure under the foot always occurs during ground contact.

感知システム100は、二足で立っている間の足底(plantar)の圧力を測定することができ、二足立により、踵圧は前足部圧対して約2.6倍高くなる。最も高い前足部圧は、第2および第3中足骨頭部の下にある。この立っている間は、足指は、負荷を分担する機能をほとんど有しない。足底のピーク圧力は、体重とは実質的に関連性を示さない。感知システム100は、二足で立っている、歩いている、および走っている期間中の足部圧を測定し、かつ前足部下の最も高い圧力が第3中足骨頭部の下にあることを示す。二足で立っている場合および歩いている場合、第3中足骨頭部の下側のピーク圧力は、他の中足骨頭の下側の圧力よりもかなり高い。走っているときの、地面からの反作用力の衝撃フェーズすなわち衝撃を受ける期間中に、足部が地面に衝突するので、減速する肢の運動量が急激に変化し、その結果、過渡的な力が骨格に伝達される。これらの力は、体重の3倍までの大きさに達する。これらの力が繰り返し伝達されると、退化(degradation:デグラデーション)およびオーバーユース傷害をもたらす。走っている間(ランニング中)に足部のソール全体に分布した足底の圧力を測定する感知システム100は、その能力により、衝撃フェーズの地面からの反作用力の結果として、足部の生体力学的特性をプロファイリングすることによって、退化およびオーバーユース傷害の可能性を早期にすなわち逸速く決定することが可能となる。   The sensing system 100 can measure plantar pressure while standing on two legs, and the biped increases the toe pressure about 2.6 times higher than the forefoot pressure. The highest forefoot pressure is below the second and third metatarsal heads. While standing, the toes have little function to share the load. The plantar peak pressure is not substantially related to body weight. Sensing system 100 measures foot pressure during biped standing, walking and running, and determines that the highest pressure under the forefoot is below the third metatarsal head. Show. When standing on two feet and walking, the peak pressure below the third metatarsal head is significantly higher than the pressure below the other metatarsal head. During the impact phase of the reaction force from the ground when running, that is, during the period of impact, the foot collides with the ground, so the momentum of the decelerating limb changes abruptly, and as a result, the transient force is Transmitted to the skeleton. These forces reach up to three times the weight. Repeated transmission of these forces results in degradation and overuse injury. Sensing system 100 that measures plantar pressure distributed across the sole of the foot while running (running), by virtue of its ability, as a result of the reaction force from the ground during the impact phase, the biomechanics of the foot. By profiling the physical characteristics, it is possible to determine the likelihood of degeneration and overuse injury early, ie very quickly.

図4に、図3に示す変換器と使用し得る電極グリッドセレクタマッピング手段400を概略的なフォーマットで示す。グリッドセレクタマッピング手段400は、好適なマイクロコントローラにロジック、ファームウェア、およびハードウェアの組み合わせを含み得る。変換器300は、シート308、310上の電極グリッド(図4には図示せず)間の3層の導電性フォーム302を含む。そのような3層構造は、バイアスレジスタ402によって+VCCと地面との間で電気的に結合される。シート308からのVfoutは、10ビットのアナログデジタル変換器(ADC)406への入力であり、次いでそのアナログデジタル変換器が10ビットのデジタル出力端子から出力する。 FIG. 4 shows in schematic format an electrode grid selector mapping means 400 that may be used with the converter shown in FIG. Grid selector mapping means 400 may include a combination of logic, firmware, and hardware in a suitable microcontroller. The transducer 300 includes a three layer conductive foam 302 between electrode grids (not shown in FIG. 4) on sheets 308, 310. Such a three-layer structure is electrically coupled between + VCC and ground by bias resistor 402. Vfout from sheet 308 is an input to a 10-bit analog-to-digital converter (ADC) 406, which then outputs from a 10-bit digital output terminal.

図5に、図4に示す電極グリッドセレクタマッピング手段を組み込むマイクロコントローラ500を概略的なフォーマットで示す。   FIG. 5 shows in a schematic format a microcontroller 500 incorporating the electrode grid selector mapping means shown in FIG.

起動時、感知システム100はまず、このシステムがコレクターノードすなわち収集ノード114、またはインソール(insole)ノード106のどちらであるか判定する。感知システムはこの判定を、まず、いずれかの有線のインターフェースが存在するかどうかを判定することによって行う。USBインターフェースはコンピュータ116への接続を可能とするためにあるのだから、有線のインターフェースがあるのは、感知システム100がコレクタノード114である場合である。   At startup, the sensing system 100 first determines whether this system is a collector node or collection node 114 or an insole node 106. The sensing system makes this determination by first determining whether any wired interface exists. Since the USB interface is to allow connection to the computer 116, there is a wired interface when the sensing system 100 is the collector node 114.

収集ノード114として、感知システム100は、MCU(マイクロコントローラユニット)、COP(コプロセッサ)、GPIO(汎用入出力部)、SPI(シリアル周辺インタ−フェース)、IRQ(割り込み要求)を初期化し、かつMCUInit、GPIOInit、SPIInit、IRQInit、IRQACK、SPIDrvRead、およびIRQPinEnableの呼び出しルーチンによって所望のRF送受信機クロック周波数を設定する。MCUInitは、MCU監視(ウォッチドッグ)をオフにし、タイマモジュールを設定して32段階にプレスケーリング(pre−scaling)された基準(reference:リファレンス)としてBUSCLKを使用するマスタ初期化ルーチンである。状態可変gu8RTxModeをSYSTEM_RESET_MODEに設定し、かつルーチンGPIOInit、SPIInitおよびIRQInitを呼び出す。次に、状態可変gu8RTxModeをRF_TRANSCEIVER_RESET_MODEに設定して、IRQFLAGをチェックして、IRQがアサーションされたかどうか見る。RF送受信機の割り込みがSPIDrvReadを使用してまずクリアにされてから、RF送受信機をATTN(アテンション)IRQの割り込みのためにチェックする。MCUInitの最終ステップとして、PLMEPhyReset(物理的MAC層をリセットするために)、IRQACK(ペンディング中のIRQ割り込みを確認(ACK)するため)およびIRQPinEnable(信号のネガティブエッジで、IE、IRQ CLRをピン・イネーブル(Pin Enable)するため)に対して呼び出しが行われる。   As collection node 114, sensing system 100 initializes MCU (microcontroller unit), COP (coprocessor), GPIO (general-purpose input / output unit), SPI (serial peripheral interface), IRQ (interrupt request), and A desired RF transceiver clock frequency is set by a calling routine of MCUInit, GPIOInit, SPIInit, IRQInit, IRQACK, SPIDrvRead, and IRQPinEnable. MCUInit is a master initialization routine that turns off MCU monitoring (watchdog), sets a timer module, and uses BUSCLK as a reference that is pre-scaled in 32 steps. Set the state variable gu8RTxMode to SYSTEM_RESET_MODE and call the routines GPIOInit, SPIInit and IRQInit. Next, set the state variable gu8RTxMode to RF_TRANSCEIVER_RESET_MODE and check IRQFLAG to see if IRQ has been asserted. After the RF transceiver interrupt is first cleared using SPIDrvRead, the RF transceiver is checked for an ATTN (Attention) IRQ interrupt. As the final step of MCUInit, PLMEPhyReset (to reset the physical MAC layer), IRQACK (to acknowledge (ACK) pending IRQ interrupts) and IRQPinEnable (on the negative edge of the signal, pin IE, IRQ CLR) A call is made to enable (Pin Enable).

コレクタノード処理が初期化されたら、感知システム100は、いつでもインソール(insole)ノード106からRFパケットを受信できる。これは、RF送受信機パケット受信割り込みの呼び戻し機能によって駆動されるRFパケット受信キュー(queue:待ち行列)を作成することによって開始される。RFパケットがインソールノード106から受信されると、まず、このパケットが新しいインソールノード106、または既存のインソールノードのどちらからのものか判定するチェックが行われる。これが既存のインソールノード106からのものである場合、RFパケットのシーケンス番号がチェックされて、パケットをさらに解析する前に連続的な同期を判定する。これが新しいインソールノード106からのものである場合、インソールノードのコンテキスト状態ブロックが作成され、初期化される。ノード対ノードのこのRFパケットセッションレベルの処理に続いて、RFパケットデータペイロードの解析が行われる。このペイロードには、現在の可変圧力解析マップに基づく、圧縮された足底の足部圧プロファイルが含まれる。圧縮データの第1の部分は、以下のように構成されたマップマスクアレイを含む。   Once the collector node processing is initialized, the sensing system 100 can receive RF packets from the insole node 106 at any time. This is initiated by creating an RF packet receive queue that is driven by the RF transceiver packet receive interrupt recall function. When an RF packet is received from the insole node 106, a check is first made to determine whether the packet is from a new insole node 106 or an existing insole node. If this is from an existing insole node 106, the sequence number of the RF packet is checked to determine continuous synchronization before further analyzing the packet. If this is from a new insole node 106, a context state block for the insole node is created and initialized. Following this node-to-node RF packet session level processing, the RF packet data payload is analyzed. This payload includes a compressed plantar foot pressure profile based on the current variable pressure analysis map. The first portion of the compressed data includes a map mask array configured as follows.

Figure 2011505015
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ここで、FootMaskArrayのビット(行1、行2、...、行m)を値255のデータに対して1に設定する。各行の表現バイトは6ビットを使用して(すなわち、最上位の2ビットはゼロであり、将来の使用のためにリザーブされる)、各A/Dチャネル(現在のユーティリティには6個ある)を参照する。次いで、FootRowMask[k]アレイが、ノンアクティブ値(非圧縮)用に走査される。非圧縮値のビットを設定する、FootRowMask[k]アレイにおける位置が決定される。これはまず、FootRowMask[k]アレイの(行を表す)16のバイトのうちのどのバイトが、非圧縮値を有する行であるかを見つけることによってなされる。次いで、対象の行のバイトに取り入れられる基準値(base value)を取り除き、かつ残りを、および既に特定されている他の非圧縮値とし得る既存の内容を有するXORおよびビットマスクとして使用する。   Here, the bits of the FootMaskArray (row 1, row 2,..., Row m) are set to 1 for data of value 255. Each row's representation byte uses 6 bits (ie, the most significant 2 bits are zero and are reserved for future use), each A / D channel (the current utility has 6) Refer to The FootRowMask [k] array is then scanned for inactive values (uncompressed). The position in the FootRowMask [k] array that sets the bits of the uncompressed value is determined. This is done by first finding which of the 16 bytes (representing a row) of the FootRowMask [k] array is a row with an uncompressed value. It then removes the base value taken into the bytes of the subject row and uses the rest as an XOR and bitmask with existing content that can be other uncompressed values already identified.

インソールノード106からのRFパケットがデコンプレックス(decompress)すなわち解凍されたら、コレクタノード114はSCITransmitArrayルーチンを使用して解凍済みのRFパケットデータ(gsRxPacket.pu8DataおよびgsRxPacket .u8DataLength)を、USBインターフェース(図示せず)を介して接続されたコンピュータ116に送信する。インソール圧力データは以下の通りフォーマットされている。   Once the RF packet from the insole node 106 is decompressed or decompressed, the collector node 114 uses the SCITransmitArray routine to extract the decompressed RF packet data (gsRxPacket.pu8Data and gsRxPacket.u8DataLength) to the USB interface (not shown). To the computer 116 connected via the computer. Insole pressure data is formatted as follows.

Figure 2011505015
Figure 2011505015

ZigBee、WirelessHART、およびMiWi仕様のベースであるIEEE802.15.4標準(以下「802.15.4」と称す)は、127バイトの最大パケットサイズを規定し、およびTime Synchronized Mesh Protocol(TSMP)は、オペレーション用に47バイトを割り当てすなわち確保し、80バイトをペイロード用に残す。ここで使用され得る2.4GHzの産業科学医療用(ISM)無線周波数(RF)帯域の送受信機は、802.15.4に準拠している。それは、ピアツーピアの、スター型、および網目状のネットワークを支援する802.15.4無線標準用に設計された完全な802.15.4物理層(PHY)モデムを含む。本発明の様々な実施形態に従って、それはMPUと組み合わせられて、必要な無線RFデータリンクおよびネットワークを作成する。送受信機(例えば、RFモジュール312)は、5.0MHzチャネルの250kbpsのO-QPSK(O-QPSK: offset quadrature phase shift keying)データならびに完全なスペクトラム拡散の符号化および復号化を支援する。   The IEEE 802.15.4 standard (hereinafter referred to as “802.15.4”), which is the base of ZigBee, WirelessHART, and MiWi specifications, specifies a maximum packet size of 127 bytes, and Time Synchronized Mesh Protocol (TSMP) is Allocate or reserve 47 bytes for operation, leaving 80 bytes for payload. The 2.4 GHz industrial scientific medical (ISM) radio frequency (RF) band transceiver that can be used here is compliant with 802.15.4. It includes a complete 802.15.4 physical layer (PHY) modem designed for the 802.15.4 wireless standard that supports peer-to-peer, star and mesh networks. In accordance with various embodiments of the present invention, it is combined with an MPU to create the necessary wireless RF data links and networks. A transceiver (eg, RF module 312) supports 250 kbps O-QPSK (O-QPSK) data and full spread spectrum encoding and decoding of a 5.0 MHz channel.

全制御、例えばステータスの読み取り、データの書き込み、およびデータの読み取りは、感知システムノード装置のRF送受信機インターフェースポートによって行われる。感知システムノード装置のMPUは、バイト長データの複数のバーストがインターフェースバスで伝送されるインターフェース「トランザクション」を介して感知システムノード装置のRF送受信機にアクセスする。各トランザクションは、トランザクションの種類に依存した3バースト以上の長さである。トランザクションは常に、レジスタのアドレスへの読み取りアクセスまたは書き込みアクセスである。いずれか1つのレジスタのアクセス用の関連のデータは常に16ビット長である。   Full control, eg, status reading, data writing, and data reading, is performed by the RF transceiver interface port of the sensing system node device. The MPU of the sensing system node device accesses the RF transceiver of the sensing system node device via an interface “transaction” in which multiple bursts of byte-length data are transmitted over the interface bus. Each transaction has a length of 3 bursts or more depending on the type of transaction. A transaction is always a read or write access to a register address. The associated data for accessing any one register is always 16 bits long.

受信モードは、感知システムノード装置のRF送受信機が着信データフレームを待っている状態である。パケット受信モードによって、感知システムノード装置のRF送受信機が、感知システムノード装置のMPUに干渉されずにパケット全体を受信することが可能となる。全パケットペイロードはRX Packet RAMに格納され、マイクロコントローラが、RXパケットの長さおよび妥当性(validity:バリディティ)を判定した後にデータを取り出す。   The reception mode is a state in which the RF transceiver of the sensing system node device is waiting for an incoming data frame. The packet reception mode enables the RF transceiver of the sensing system node device to receive the entire packet without interference with the MPU of the sensing system node device. All packet payloads are stored in RX Packet RAM and the microcontroller retrieves data after determining the length and validity of the RX packet.

感知システムノード装置のRF送受信機は、プリアンブルとこれに続く開始(スタートオブ)フレームデリミタ(Start of Frame Delimiter)を待っている。そこから、フレームレングスインディケータ(Frame Length Indicator)を使用してフレームの長さを判定しかつ周期冗長検査(Cycle Redundancy Check:CRC)シーケンスを計算する。フレームの受信後、感知システムノード装置のアプリケーションはパケットの妥当性を判定する。ノイズのため、以下の条件のいずれかにおいて、無効パケットを報告することが可能である。条件:フレーム長(0、1または2)を有する有効CRCおよび/または無効フレーム長を有する無効CRC。   The RF transceiver of the sensing system node device is waiting for a preamble followed by a start of frame delimiter. From there, the length of the frame is determined using a frame length indicator and a cyclic redundancy check (CRC) sequence is calculated. After receiving the frame, the sensing system node device application determines the validity of the packet. Due to noise, it is possible to report invalid packets under any of the following conditions: Condition: Valid CRC with frame length (0, 1 or 2) and / or Invalid CRC with invalid frame length.

感知システムノード装置のアプリケーションソフトは、パケットのCRCが有効であるかどうか、および3以上の値のパケットフレーム長が有効であるかどうかを判定する。感知システムノード装置のRF送受信機からの割り込み要求に応答して、感知システムノード装置のMPUは、有効なフレーム長およびCRCデータを読み出してチェックすることによりフレームの妥当性を判定する。感知システムノード装置のRF送受信機がデータ転送のために読み出されるときに受信パケットRAMポートレジスタにアクセスする。   The application software of the sensing system node device determines whether or not the CRC of the packet is valid, and whether or not the packet frame length of 3 or more is valid. In response to an interrupt request from the RF transceiver of the sensing system node device, the MPU of the sensing system node device determines the validity of the frame by reading and checking the valid frame length and CRC data. The receive packet RAM port register is accessed when the sensing system node device's RF transceiver is read for data transfer.

感知システムノード装置のRF送受信機は、本発明のノード装置のMPUから干渉されずに全パケットを伝送する。全パケットペイロードはTX Packet RAMに事前にロードされ、感知システムノード装置のRF送受信機はフレームを伝送し、その後、伝送完了の完全なステータスが感知システムノード装置のMPUに設定される。パケットの伝送が成功のうちに行われるとき、感知システムノード装置のMPUで実行される伝送割り込みルーチンがパケット伝送の完了を報告する。感知システムノード装置のRF送受信機からの割り込み要求に応答して、感知システムノード装置のMPUはステータスを読み出して割り込みをクリアにし、かつ伝送の成功をチェックする。   The RF transceiver of the sensing system node device transmits all packets without interference from the MPU of the node device of the present invention. All packet payloads are pre-loaded into the TX Packet RAM and the RF transceiver of the sensing system node device transmits the frame, after which the complete status of transmission complete is set in the MPU of the sensing system node device. When the packet transmission is successful, a transmission interrupt routine executed by the MPU of the sensing system node device reports the completion of the packet transmission. In response to an interrupt request from the RF transceiver of the sensing system node device, the MPU of the sensing system node device reads the status to clear the interrupt and checks for successful transmission.

感知システムノード装置のRF送受信機の制御およびデータ転送は、シリアルペリフェラルインターフェース(Serial Peripheral Interface:SPI)によって達成される。通常のSPIプロトコルは8ビットの転送に基づくが、感知システムノード装置のRF送受信機は、トランザクション毎に複数の8ビット転送に基づくより高いレベルのトランザクションプロトコルを必要とする。1回のSPI読み取りまたは書き込みトランザクションは、8ビットのヘッダ転送およびこれに続く2回の8ビットデータ転送からなる。ヘッダはアクセスタイプおよびレジスタのアドレスを表す。これに続くバイトは読み取り、または書き込みデータである。SPIはまた、追加的なデータ転送が生じ得る再帰的な「データバースト」トランザクションを支援する。再帰モードは主に、パケットRAMアクセスと感知システムノード装置のRF送受信機の迅速な構成(configuration:コンフィギュレーション)とを対象としたものである。   Control and data transfer of the RF transceiver of the sensing system node device is achieved by a serial peripheral interface (SPI). While the normal SPI protocol is based on 8-bit transfers, the RF transceiver of the sensing system node device requires a higher level transaction protocol based on multiple 8-bit transfers per transaction. A single SPI read or write transaction consists of an 8-bit header transfer followed by two 8-bit data transfers. The header represents the access type and the address of the register. Subsequent bytes are read or write data. The SPI also supports recursive “data burst” transactions where additional data transfers can occur. The recursive mode is mainly intended for packet RAM access and rapid configuration of the RF transceiver of the sensing system node device.

感知システムが、インソール(insole)モードで動作するかどうかを決定するとき、その状態フラグFootStepPacketRecvdをリセットし、かつそのMLMERXEnableRequestルーチンを呼び出す一方、LOW_POWER_WHILE状態をイネーブルにする。インソールノード106は、デフォルト条件としてフルインソール(default full insole)電極の走査が行われるかまたはマップ電極の走査が開始されるかどうかを判定するために、コレクタノード114からの応答を250ミリ秒待つ。マップ電極の走査の場合、コレクタノードは、適切な電極の走査マッピングコンフィギュレーションデータを送信する。電極の走査は、FootScanルーチンによって行われる。FootScanルーチンでは、FootDataBufferIndexが初期化され、および行が、出力[PTCDD_PTCDDN=Output]用のMCU方向モードをイネーブルすることおよび関連のポートライン(port line)を低く[PTCD_PTCD6=0]することによって活性化すなわち起動される。各行が、電極の走査マップに基づいて活性化されるとき、MCUのアナログ信号ポートに取り付けられた列が、列のライン(line)それぞれの現在の電圧をサンプリングして読み取り、かつそれら読み取った電圧を、その選択された行にわたる足底の足部圧であるデジタル形式の値に変換する。行は全て連続的に走査され、リセット条件または非活動パワーダウンモードまで処理全体を繰り返す。   When the sensing system determines whether to operate in insole mode, it resets its state flag FootStepPacketRecvd and calls its MLMERXEnableRequest routine while enabling the LOW_POWER_WHILE state. The insole node 106 waits 250 milliseconds for a response from the collector node 114 to determine whether a default full insole scan or a map electrode scan is initiated as a default condition. . For a map electrode scan, the collector node transmits the appropriate electrode scan mapping configuration data. The electrode scan is performed by the FootScan routine. In the FootScan routine, the FootDataBufferIndex is initialized and the row is activated by enabling the MCU direction mode for output [PTCDD_PTCDDN = Output] and lowering the associated port line [PTCD_PTCD6 = 0] That is, it is activated. As each row is activated based on an electrode scan map, a column attached to the MCU analog signal port samples and reads the current voltage of each of the column lines, and the read voltages Is converted to a digital value that is the plantar foot pressure across the selected row. All rows are scanned continuously and the entire process is repeated until a reset condition or inactive power down mode.

足底の足部圧データは、以下のように構成されたビットマップマスクアレイをクリアにすることにより圧縮される。   The plantar foot pressure data is compressed by clearing a bitmap mask array configured as follows.

Figure 2011505015
Figure 2011505015

これは、FootMaskArray[k]のビットが、値の圧縮のないデータに対して1に設定される場所である。各行の表現バイトは6ビットを使用して(すなわち、最上位の2ビットはゼロであり、将来使用するためにリザーブすなわち保持される)、各A/Dチャネル(6個ある)を参照する。圧縮ビットを設定するために、対応してパラメータFootRowMaskIndexおよびMaskValueがセットされてルーチンFootSetMaskが呼び出され、次いで、MaskValueに基づき、選択されたマスク値を有するFootRowMask[R]でXOR操作が実施される{0x01;0x02;0x04;0x08;0x10;0x20;}。   This is where the FootMaskArray [k] bit is set to 1 for data without value compression. Each row's representation byte uses 6 bits (ie, the most significant 2 bits are zero and are reserved or reserved for future use) to reference each A / D channel (there are 6). To set the compression bit, the routine FootSetMask is called with the corresponding parameters FootRowMaskIndex and MaskValue set, and then an XOR operation is performed on FootRowMask [R] with the selected mask value based on MaskValue { 0x01; 0x02; 0x04; 0x08; 0x10; 0x20;

FootSendNumBytesおよびFootDataBufferIndexなどのいくつかの変数を使用し、802.15.4RFパケットgsTxPacket.gau8TxDataBuffer[]を準備して、FootDataBuffer[]の圧縮データを使用して送信する。RFSendRequest(&gsTxPacket)ルーチンを使用してRFパケットを送信する。このルーチンは、gu8RTxModeがIDLE_MODEで設定されているかどうかをチェックし、かつgsTxPacketをポインタとして使用して、RAMDrvWriteTxルーチンを呼び出し、次いでこれがSPIDrvReadを呼び出してRF送受信機のTXパケット長のレジスタ内容を読み取る。この内容を使用して、マスク長の設定が、CRCに2およびコードバイトに2を追加することで2によって更新される。SPIDrvWriteを呼び出してTXパケット長のフィールドを更新する。次に、SPIClearRecieveStatRegが呼び出されて状態レジスタをクリアにした後、SPIClearRecieveDataRegが呼び出されて受信データレジスタをクリアにし、いつでもSPIインターフェースを読み取りまたは書き込みできる準備状態にする。   Using some variables such as FootSendNumBytes and FootDataBufferIndex, prepare 802.15.4 RF packet gsTxPacket.gau8TxDataBuffer [] and send it using the compressed data of FootDataBuffer []. An RF packet is transmitted using an RFSendRequest (& gsTxPacket) routine. This routine checks whether gu8RTxMode is set with IDLE_MODE and calls the RAMDrvWriteTx routine using gsTxPacket as a pointer, which then calls SPIDrvRead to read the register contents of the RF transceiver's TX packet length. Using this content, the mask length setting is updated by 2 by adding 2 to the CRC and 2 to the code byte. Call SPIDrvWrite to update the TX packet length field. Next, SPIClearRecieveStatReg is called to clear the status register, and then SPIClearRecieveDataReg is called to clear the received data register, making the SPI interface ready for reading or writing at any time.

SPIインターフェースが準備状態になると、第1のコードバイトを表すOxFFキャラクタを送信するSPISendCharが呼び出される。次に、SPIWaitTransferDoneが呼び出されて、送信が行われたかどうかの検証を行う。   When the SPI interface is in the ready state, SPISendChar is called which transmits an OxFF character representing the first code byte. Next, SPIWaitTransferDone is called to verify whether transmission has been performed.

ここで、SPISendCharが再び呼び出されて、第2のコードバイトである0x7Eバイトを送信する。さらに、SPIWaitTransferDoneが再び呼び出されて、送信が行われたかどうかの検証を行う。これらのコードバイトが送信されながら、パケットの残りが、psTxPkt->u8DataLength+1が反復回数を表わすforループ(繰返しループ)を使用して、一連の順次のSPISendChar、SPIWaitTransferDone、SPIClearRecieveDataRegに送信される。これが行われたら、RF送受信機に、送信するパケットがロードされる。ANTENNA_SWITCHが伝送するために設定され、LNA_ONモードがイネーブルにされ、最後にRTXENAssertが呼び出されて実際にパケットを送信する。   Here, SPISendChar is called again to transmit the second code byte, 0x7E byte. Furthermore, SPIWaitTransferDone is called again to verify whether transmission has been performed. While these code bytes are being transmitted, the remainder of the packet is sent to a series of sequential SPISendChar, SPIWaitTransferDone, SPIClearRecieveDataReg using a for loop where psTxPkt-> u8DataLength + 1 represents the number of iterations. Once this is done, the RF transceiver is loaded with the packet to transmit. ANTENNA_SWITCH is set to transmit, LNA_ON mode is enabled, and finally RTXENAssert is called to actually send the packet.

このように、可変マッピング能力のある連続的な2次元圧力感知グリッドを使用することにより、3次元のリアルタイムの平面圧力を得ることができ、分析および表示するために遠隔地に無線伝送することができる。上述のような感知システム100のプログラミングに関するさらなる詳細は、「無線送信3軸基準設計設計者基準マニュアル(Wireless Sensing Triple Axis Reference Design Designer Reference Manual)」、書類番号ZSTARRM、改訂3、2007年1月、および「シンプルメディアアクセスコントローラ(SMAC)ユーザガイド(Simple Media Access Controller(SMAC)User’s Guide)」書類番号SMACRM、改訂1.2、2005年4月に見られる。それらはそれぞれ、フリースケールセミコンダクタ社(Freescale semiconductor, Inc.)の出版物であり、本願明細書に援用する。   Thus, by using a continuous two-dimensional pressure sensing grid with variable mapping capability, three-dimensional real-time plane pressure can be obtained and transmitted wirelessly to a remote location for analysis and display. it can. Further details regarding programming of the sensing system 100 as described above can be found in “Wireless Sensing Triple Axis Reference Design Designer Manual”, Document Number ZSTARRM, Revision 3, January 2007, And “Simple Media Access Controller (SMAC) User's Guide” document number SMACRM, revision 1.2, April 2005. Each of these is a publication of Freescale semiconductor, Inc., which is incorporated herein by reference.

ここで図8を参照すると、本発明の別の実施形態による変換器の第1の電極グリッド層800を示す。層800は、図3に示す層308に相当する。しかしながら、この場合、複数の長手方向グリッド部材804のように、複数の横方向グリッド部材802がRFモジュール312に電気的に結合されている。   Referring now to FIG. 8, a first electrode grid layer 800 of a transducer according to another embodiment of the present invention is shown. The layer 800 corresponds to the layer 308 illustrated in FIG. However, in this case, a plurality of transverse grid members 802 are electrically coupled to the RF module 312, such as a plurality of longitudinal grid members 804.

図9に、第1の電極グリッド層800と共に使用する第2の電極グリッド層900を示す。層900は、図3に示す層310に相当する。しかしながら、この場合、複数の長手方向部材902がRFモジュール312に結合されて、第1の電極グリッド層800および導電性フォーム層302(図8または図9には図示せず)と協働し、ユーザの足部に沿って複数の対象点において圧力を感知する。   FIG. 9 shows a second electrode grid layer 900 for use with the first electrode grid layer 800. The layer 900 corresponds to the layer 310 shown in FIG. However, in this case, a plurality of longitudinal members 902 are coupled to the RF module 312 to cooperate with the first electrode grid layer 800 and the conductive foam layer 302 (not shown in FIG. 8 or FIG. 9); Pressure is sensed at a plurality of target points along the user's foot.

図10A〜図10Fに、図8および図9に示す第1および第2の電極グリッド層と一緒に使用され得るRFモジュール312の部分を概略的なフォーマットで示す。図10Aは、フレキシブルなPCB接続部1000に関する概略図の一部を示す。マップアレイにおける電子グリッドの行および列をRFモジュール312に結合し得る。図10Bは、バッテリー1002に関する概略図の一部を示す。好適なバッテリーは、型番BK−877のものであって、リン青銅製のCR2450ボタン電池保持器(Coin Cell Retainer)SMD、ニッケル仕上げ接触部、およびマイラー(Mylar)バッテリー絶縁体を有するものである。   FIGS. 10A-10F show in schematic format portions of an RF module 312 that may be used with the first and second electrode grid layers shown in FIGS. FIG. 10A shows a portion of a schematic diagram for a flexible PCB connection 1000. Electronic grid rows and columns in the map array may be coupled to the RF module 312. FIG. 10B shows a portion of a schematic diagram relating to the battery 1002. A suitable battery is model BK-877, having a phosphor bronze CR2450 button battery retainer (Coin Cell Retainer) SMD, a nickel finish contact, and a Mylar battery insulator.

ここで図10Cを参照すると、本発明の実施形態による3軸加速度計1004に関する一部を概略的に示す。1つの例示的な加速度計1004を、フリースケールセミコンダクタ社(Freescale semiconductor, Inc)製(米国アリゾナ州テンペ(Tempe,Arizona USA))のモデルMMA7260QT±1.5g〜6g3軸低gマイクロマシン加速度計(Three Axis Low−g micromachined Accelerometer)とし得る。この低コストの容量性のマイクロマシン加速度計は、信号調節、1極のローパスフィルタ、温度補償、および4つの感度からの選択を可能にするg選択を特徴とする。ゼロgオフセット全目盛りスパン(Zero-g offset full scale span) およびフィルタカットオフは工場出荷時設定であり、外部装置を必要としない。加速度計は、ハンドヘルドのバッテリー駆動式エレクトロニクスには理想的であるスリープモードを含む。   Referring now to FIG. 10C, a portion of a triaxial accelerometer 1004 according to an embodiment of the invention is schematically shown. One exemplary accelerometer 1004 is model MMA7260QT ± 1.5 g-6 g 3-axis low g micromachined accelerometer (Three, manufactured by Freescale semiconductor, Inc. (Tempe, Arizona USA). Axis Low-g micromachined accelerometer). This low-cost capacitive micromachine accelerometer features signal conditioning, a single pole low pass filter, temperature compensation, and a g selection that allows you to choose from four sensitivities. Zero-g offset full scale span and filter cutoff are factory settings and do not require external equipment. The accelerometer includes a sleep mode that is ideal for handheld battery-powered electronics.

加速度計1004は、表面マイクロマシン加工で得られた集積回路加速度計である。装置は、表面マイクロマシン加工で得られた容量性の2つの感知セル(gセルと称する)と、単一の集積回路パッケージに含まれた信号調節ASICとからなる。感知要素を、バルクマイクロマシン加工で得られたキャップウェハーを使用してウェハーレベルで密封する。   The accelerometer 1004 is an integrated circuit accelerometer obtained by surface micromachining. The device consists of two capacitive sensing cells (called g-cells) obtained by surface micromachining and a signal conditioning ASIC contained in a single integrated circuit package. The sensing element is sealed at the wafer level using a cap wafer obtained by bulk micromachining.

gセルは、半導体プロセス(マスキングおよびエッチング)を使用して半導体材料(ポリシリコン)から形成された機械的な構造体である。これは、固定ビーム間で移動する、可動中心質量部に取り付けられたビームのセットとしてモデル化できる。システムが加速度を受けると、可動ビームがそれらの静止位置から撓められる。   A g-cell is a mechanical structure formed from a semiconductor material (polysilicon) using a semiconductor process (masking and etching). This can be modeled as a set of beams attached to a movable central mass that moves between fixed beams. As the system is accelerated, the movable beams are deflected from their rest position.

中心質量部に取り付けられたビームが動くにつれ、片側におけるそれらビームから固定ビームまでの距離は、他方の側の固定ビームまでの距離の減少両と同じ量だけ増大する。距離の変化は、加速度の測定値である。   As the beam attached to the central mass moves, the distance from one beam to the fixed beam on one side increases by the same amount as both the decrease in the distance to the fixed beam on the other side. The change in distance is a measurement of acceleration.

gセルビームは2つの背中合わせのキャパシタを形成する。中心ビームが加速されて動くにつれ、ビーム間の距離が変わり、各キャパシタの値が変化する(C=Aε/D)。ここで、Aはビームの面積であり、εは誘電率であり、およびDはビーム間の距離である。   The g cell beam forms two back-to-back capacitors. As the center beam is accelerated and moved, the distance between the beams changes and the value of each capacitor changes (C = Aε / D). Where A is the area of the beam, ε is the dielectric constant, and D is the distance between the beams.

ASICはスイッチドキャパシタ技術を使用してgセルキャパシタを測定し、かつ2つのキャパシタ間の容量差から加速度データを抽出する。ASICはまた、信号を調整しかつ信号をフィルタリング(スイッチドキャパシタ技術で)して、レシオメトリック(ratiometric)すなわち感度とオフセット量が供給電圧に直線的に依存していて、かつ加速度に比例する高いレベルの出力電圧をもたらす。   ASIC uses switched capacitor technology to measure g-cell capacitors and extracts acceleration data from the capacitance difference between the two capacitors. The ASIC also adjusts the signal and filters the signal (with switched capacitor technology) so that the ratiometric, i.e. sensitivity and offset, is linearly dependent on the supply voltage and proportional to the acceleration. Resulting in a level output voltage.

g選択機能によって、装置すなわち加速度計に存在する4つの感度からの選択が可能になる。ピン1および2における論理入力に依存して、1.5g、2g、4gまたは6g感度で機能できるように装置の内部利得が変化する(下記表1参照)。製品すなわち加速度計が、最適な性能にするために異なる感度を必要とするアプリケーションを有する場合、この機能は理想的である。感度は、製品の動作中いつでも変えることができる。g選択1ピンおよびg選択2ピンは、1.5g感度のみを必要とするアプリケーションに対して、装置がその感度を保持するための内部のプルダウンを有する場合、接続されていないままである(800mV/g)。   The g-select function allows selection from the four sensitivities present in the device or accelerometer. Depending on the logic input at pins 1 and 2, the internal gain of the device changes to function with 1.5g, 2g, 4g or 6g sensitivity (see Table 1 below). This feature is ideal when the product or accelerometer has an application that requires different sensitivities for optimum performance. Sensitivity can be changed at any time during product operation. The g-select 1 and g-select 2 pins remain unconnected (800 mV) for applications that require only 1.5 g sensitivity if the device has an internal pull-down to maintain that sensitivity. / G).

Figure 2011505015
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加速度計1004は、バッテリー式製品に理想的であるスリープモードを提供し得る。スリープモードがアクティブなとき、装置すなわち加速度計の出力がオフにされて、動作電流を著しく低減する。ピン12に低レベル入力信号(スリープモード)を与えることにより、装置をこのモードにし、かつ電流を典型的には3μAまで削減する。電力消費を低くするためには、g選択1およびg選択2を1.5gモードに設定することが推奨される。ピン12に高レベル入力信号を与えることにより、装置は再開して、ノーマルモードの動作になる。   The accelerometer 1004 may provide a sleep mode that is ideal for battery powered products. When the sleep mode is active, the device or accelerometer output is turned off, significantly reducing the operating current. Applying a low level input signal (sleep mode) to pin 12 puts the device in this mode and reduces the current to typically 3 μA. In order to reduce power consumption, it is recommended to set g selection 1 and g selection 2 to 1.5 g mode. By applying a high level input signal to pin 12, the device resumes and enters normal mode operation.

加速度計1004はまた、搭載された単極スイッチドキャパシタフィルタを含む。フィルタは、スイッチドキャパシタ技術を使用して実現されているため、カットオフ周波数を設定するために外部受動部品(すなわち、レジスタおよびコンデンサ)を必要としない。   The accelerometer 1004 also includes an on-board single pole switched capacitor filter. Since the filter is implemented using switched capacitor technology, no external passive components (ie, resistors and capacitors) are required to set the cutoff frequency.

レシオメトリシティは単に出力オフセット電圧を意味し、および感度は、加えられた供給電圧に対して直線的に増減する。すなわち、供給電圧が増加すると、感度およびオフセットは直線的に高くなる;供給電圧が減少すると、オフセットおよび感度は直線的に低くなる。これは、マイクロコントローラまたはA/D変換器と連結するときの重要な特徴である。なぜなら、アナログデジタル変換処理における、供給によって引き起こされたエラーを、システムレベルでの取り消しを行うからである。オフセットのレシオメトリックエラーをVDD=2.2Vにおいて、典型的には、>20%とし得る。感度のレシオメトリックエラーを、典型的には、VDD=2.2Vにおいて>3%とし得る。   Ratiometricity simply means the output offset voltage, and the sensitivity scales linearly with the applied supply voltage. That is, as the supply voltage increases, the sensitivity and offset increase linearly; as the supply voltage decreases, the offset and sensitivity decrease linearly. This is an important feature when interfacing with a microcontroller or A / D converter. This is because the error caused by the supply in the analog-digital conversion process is canceled at the system level. The offset ratiometric error can typically be> 20% at VDD = 2.2V. The ratiometric error of sensitivity can typically be> 3% at VDD = 2.2V.

Figure 2011505015
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VDDラインは、装置のVDDピンにおいて測定するとき、<0.1ms内に2.2Vに達する能力を有する必要がある。これよりも長い立ち上がり時間は、おそらくは、起動動作を妨げることであろう。マイクロコントローラへの加速度計の物理的な結合距離は最小である必要がある。パッケージの下側にあるフラグすなわちダイパッドを、内部で地面に接続する。フラグを半田付けすることは勧められない。接地面を加速度計1004の下側に配置して、ノイズを低減させる。接地面を開放型端末全てに取付ける必要がある。1.0kΩのレジスタ1006および0.1μFコンデンサ1008を有するRCフィルタを加速度計1004の出力側において使用して、(スイッチドコンデンサフィルタ回路からの)クロックノイズを最小限にすることができる。電源および接地のPCBレイアウトは電源ノイズを結合するべきではない。加速度計およびマイクロコントローラは高電流路とするべきではない。A/Dサンプリングレートおよびいずれかの外部電源スイッチング周波数を、内部加速度計のサンプリング周波数(サンプリング周波数に対して11kHz)を妨げないように、選択する必要がある。これにより、エイリアシングエラーを回避する。PCBレイアウトは、QFN部分下にトレースまたはビアを設けるべきではない。これらは加速度計フラグに接地短絡をもたらし得る。   The VDD line should have the ability to reach 2.2V in <0.1 ms when measured at the device's VDD pin. Longer rise times will probably interfere with the start-up operation. The physical coupling distance of the accelerometer to the microcontroller needs to be minimal. A flag or die pad on the underside of the package is connected to the ground internally. It is not recommended to solder the flag. A ground plane is placed under the accelerometer 1004 to reduce noise. It is necessary to attach the ground plane to all open terminals. An RC filter with a 1.0 kΩ resistor 1006 and a 0.1 μF capacitor 1008 can be used on the output side of the accelerometer 1004 to minimize clock noise (from the switched capacitor filter circuit). The power and ground PCB layout should not couple power noise. Accelerometers and microcontrollers should not be high current paths. The A / D sampling rate and any external power supply switching frequency must be selected so as not to interfere with the sampling frequency of the internal accelerometer (11 kHz relative to the sampling frequency). This avoids aliasing errors. PCB layout should not have traces or vias under the QFN part. These can cause a ground short to the accelerometer flag.

加速度計1004に関するさらなる詳細はフリースケール(Freescale)セミコンダクタの書類番号:MMA7260QT、改訂5、03/2008にみられ、それを本願明細書に援用する。   Further details regarding accelerometer 1004 can be found in Freescale Semiconductor document number: MMA7260QT, Revision 5, 03/2008, which is incorporated herein by reference.

ここで図10D〜図10Fを参照すると、本発明の実施形態に従って使用され得る、マイクロコントローラ1010、ならびにバラン1014および水晶発振器1016を含む送受信機1012に関連する部分の概略図を示す。両機能を組み込む1つの例示的なプラットフォームを、IEEE(登録商標)802.15.4標準およびフリースケールセミコンダクタ社(Freescale semiconductor、Inc)製(米国アリゾナ州テンペ(Tempe、Arizona USA))のマイクロコントローラ用の、モデルMC13213ZigBee(商標)−準拠プラットフォーム(Compliant Platform)−2.4GHz低電力送受信機(Low Power Transceiver)とし得る。   Referring now to FIGS. 10D-10F, there is shown a schematic diagram of portions associated with a microcontroller 1010 and a transceiver 1012 including a balun 1014 and a crystal oscillator 1016 that can be used in accordance with embodiments of the present invention. One exemplary platform that incorporates both functions is a microcontroller from the IEEE® 802.15.4 standard and Freescale semiconductor, Inc. (Tempe, Arizona USA). Model MC13213ZigBee (TM) -Compliant Platform-2.4GHz Low Power Transceiver.

MC1321xファミリーは、フリースケールセミコンダクタの第2世代ZigBeeプラットフォームであり、それは、低電力の2.4GHz無線周波数送受信機および8ビットのマイクロコントローラを、単一の9×9×1mmの71ピンLGAパッケージに組み込んでいる。MC1321xソリューションを、単純な専用の二地点間接続から、完全なZigBeeメッシュネットワークまで無線アプリケーションに使用することができる。小型のフットプリントパッケージにおける無線およびマイクロコントローラの組み合わせによって、費用効果的な解決法が可能となる。   The MC1321x family is Freescale Semiconductor's second generation ZigBee platform, which combines a low power 2.4GHz radio frequency transceiver and 8-bit microcontroller in a single 9x9x1mm 71-pin LGA package. Incorporated. The MC1321x solution can be used for wireless applications from simple dedicated point-to-point connections to full ZigBee mesh networks. The combination of radio and microcontroller in a small footprint package allows for a cost effective solution.

MC1321xは、2.4GHz ISM周波数帯域で動作する802.15.4に準拠した無線であるRF送受信機を含む。送受信機は低雑音増幅器、1mWの公称出力電力、内部電圧制御発振器(VCO)を備えるPA、統合伝送/受信、および復号を含む。MC1321xはまた、マイクロコントローラユニット(MCU)のHCS08ファミリー、特にHCS08バージョンAに基づいたマイクロコントローラを含み、かつ60KBまでのフラッシュメモリおよび4KBのRAMを提供し得る。搭載MCUにより、通信スタックが可能になり、かつまた、アプリケーションを同じシステムインパッケージ(system−in−package)(SIP)に存在させることが可能となる。MC13213は、60Kのフラッシュメモリおよび4KBのRAMを含み、かつまた、フリースケールセミコンダクタの完全に準拠した802.15.4MACと完全にZigBeeに準拠したフリースケールビースタック(Freescale BeeStack)とで使用することを意図している。   The MC1321x includes an RF transceiver that is wireless in accordance with 802.15.4 operating in the 2.4 GHz ISM frequency band. The transceiver includes a low noise amplifier, a nominal output power of 1 mW, a PA with an internal voltage controlled oscillator (VCO), integrated transmission / reception, and decoding. The MC1321x also includes a microcontroller based on the HCS08 family of microcontroller units (MCUs), particularly HCS08 version A, and may provide up to 60 KB of flash memory and 4 KB of RAM. The on-board MCU enables a communication stack and also allows applications to reside in the same system-in-package (SIP). MC13213 includes 60K flash memory and 4KB RAM and is also used with Freescale Semiconductor's fully compliant 802.15.4 MAC and fully ZigBee compliant Freescale BeeStack Is intended.

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図11および図12に、図8、図9および図10A〜図10Fによる変換器と使用し得る第1および第2のアルゴリズムを示す。感知システム100は、スライディングウィンドウのボックスカー式の積分器(sliding window boxcar style integrator)と併用して指数関数的移動平均フィルタを使用して、3次元Ax、Ay、Az全てのリアルタイム加速度データをプロセスごとにデジタル化し得る。累積した加速度データを分析して、ストライドおよびステップなどの一意の動きのアーティファクトならびにそれらの個々の方向を識別し得る。基準フレームを作成して動きのアーティファクトの可変の時間シーケンスを提供し得る。XPU導電性フォーム(foam)によって、ステップの開始(すなわち、立った姿勢−足部をあげてスライドを開始する)およびステップの終わり(すなわち、足部を降ろして−立った姿勢)などの基準フレームのゲーティングが可能となる。感知システム100を支援するプロセッサで実行される組み込みソフトウェアとして組み込まれかつ実装され得る一般的なアルゴリズムは以下の通りである。   FIGS. 11 and 12 show first and second algorithms that may be used with the transducers according to FIGS. 8, 9 and 10A-10F. The sensing system 100 uses an exponential moving average filter in conjunction with a sliding window boxcar integrator to process all 3D Ax, Ay, and Az real-time acceleration data. Each can be digitized. Accumulated acceleration data can be analyzed to identify unique motion artifacts such as strides and steps and their individual directions. A reference frame may be created to provide a variable time sequence of motion artifacts. XPU conductive foam (foam) allows reference frames such as the beginning of a step (ie standing posture-starting to slide with the foot raised) and the end of the step (ie lowering the foot-standing posture) Gating becomes possible. A general algorithm that can be incorporated and implemented as embedded software running on a processor that supports the sensing system 100 is as follows.

Figure 2011505015
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[0093]そのアルゴリズムの代替的な実施形態を図11に示す。どちらの場合も図12に示すように、これらのアルゴリズムの結果を合計してまとめる。これを表わす式はおおよそ以下の通りである:   [0093] An alternative embodiment of the algorithm is shown in FIG. In either case, the results of these algorithms are summed together as shown in FIG. The formula for this is roughly as follows:

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それゆえ、感知システム100は、縦足弓下の、成人男性の足部圧と女性の足部圧との足底の圧力の差を測定するのに十分な感度を有する。中足部下では、女性は、立っている間のピーク足部圧が低くなる。かつまた、女性の場合、歩いているときに女性の足部の縦足弓下において体重と足部圧との間に相関関係がある。これにより、感知システム100によって、靭帯の構造、すなわち歩いている際の体重を支えているフェーズの間にある程度縦足弓の崩れをきたすこととなる、当該靭帯の構造を分析することが可能となる。   Sensing system 100 is therefore sensitive enough to measure the difference in plantar pressure between an adult male foot pressure and a female foot pressure under the longitudinal footbow. Under the midfoot, women have lower peak foot pressure while standing. Also, in the case of women, there is a correlation between weight and foot pressure under the longitudinal arch of the woman's foot when walking. This allows the sensing system 100 to analyze the ligament structure, that is, the structure of the ligament that will cause the longitudinal arch to collapse to some extent during the phase of supporting the weight while walking. Become.

感知システム100は、走っている間にも同様な足部機能分析を行うことができる。具体的には、感知システム100は、中足部の負荷、ならびに男性ランナーと比較して女性ランナーの場合の方がより明白である後足部の回転量を分析することができる。子供の場合、成人とは違って、体重は、子供の足部下の圧力の大きさに重大な影響を与えるものであると判明しており、男の子と女の子との間で足部圧、または相対的な負荷パターンに差がない。このような場合に感知システム100を周期的に使用して、子供が成長するにつれた、子供の歩き/走り/足取りに関連した潜在的な問題を分析し得る。これは、適切な中敷(in−sole)および他のサポート構造の開発の手助けとなるデータを提供して、歩き/走り/足取りに関連した問題の改善化(renormalizing)に役立つことができる。   Sensing system 100 can perform similar foot function analysis while running. Specifically, the sensing system 100 can analyze the midfoot load, as well as the amount of rotation of the hind legs that is more apparent for female runners compared to male runners. For children, unlike adults, weight has been found to have a significant impact on the magnitude of pressure under the child's feet, and the foot pressure, or relative, between boys and girls There is no difference in the typical load pattern. In such cases, sensing system 100 may be used periodically to analyze potential problems associated with the child's walking / running / gait as the child grows up. This can provide data to help develop appropriate in-soles and other support structures, and can help renormalize issues related to walking / running / gaiting.

感知システム100は、過体重および肥満の人の痛みならびに下肢の不快感の原因を決定する手助けとなり得る。足底の圧力解析を分析するシステムの能力によれば、痛みおよび下肢の不快感をさらに見つけることもできる。立っているおよび歩いている間の肥満な成人と非肥満な成人との間の足底の圧力差は、過体重の人の前足部の幅対足部の長さの比が大きくなっていることを示す。これは、体重による負荷が増加した条件下において前足部が広がっているためである。地面に対する足部の荷重を支持する接触域が増えていても、過体重の人は、立っている、歩いているおよび走っている間中、踵、中足部および前足部の下側における足部圧はかなり高い。   Sensing system 100 can help determine the cause of pain and leg discomfort in overweight and obese people. Pain and lower limb discomfort can also be found by the ability of the system to analyze plantar pressure analysis. The difference in plantar pressure between obese and non-obese adults while standing and walking increases the ratio of forefoot width to foot length in overweight persons It shows that. This is because the forefoot part has spread under conditions in which the load due to weight has increased. Even if the contact area supporting the foot load on the ground has increased, overweight persons can still stand on their feet on the lower side of the heel, midfoot and forefoot while standing, walking and running. The club pressure is quite high.

感知システム100は、肥満男性と比べて肥満女性の方が、立っている期間中の中足部下の足部圧をより高く測定される。女性の足部における靭帯の本来の強さが自然に低減した結果、土踏まずが扁平化するが、この扁平化には、主に、体重の影響がある。体重は、これら肥満な人の下肢の痛みおよび不快感、ならびに肥満な人の履物の選択、および歩くおよび走るなど日々の生活の活動に関与したいという気持ちなどに影響を与え得る。歩く場合、前足部圧ならびに前足部接触域は、肥満女性でかなり増大している。感知システム100は、この前足部足底の圧力の増大を分析しおよびモニタすることができる。この圧力の増大は、ほとんどの場合、足部に不快感をもたらしおよびこれらの肥満女性が通常の身体活動を行うのを妨げてしまう。   Sensing system 100 measures higher foot pressure under the midfoot during standing periods in obese women than in obese men. As a result of the natural reduction of the original strength of the ligaments in the female foot, the arch flattenes, but this flattening mainly has an effect on body weight. Body weight can affect the pain and discomfort of the legs of these obese people, as well as the choice of footwear for the obese people and their desire to be involved in daily life activities such as walking and running. When walking, forefoot pressure as well as forefoot contact area is significantly increased in obese women. The sensing system 100 can analyze and monitor this increase in forefoot plantar pressure. This increased pressure most often causes discomfort to the foot and prevents these obese women from performing normal physical activity.

感知システム100は、ランナーがオーバーユースすなわち酷使による傷害の管理をする手助けを行うことができる。オーバーユース傷害は、毎年、活動しているランナーの半数超に発生し、ランニングをやめさせる原因となっている。そのような傷害の原因としては、トレーニング変数、後足部運動変数、運動力学的変数および強さの変数を最適化するための体の寸法にばらつき(違い)または分布があることが挙げられる。リアルタイムの足部圧などの生体力学的なパラメータを、感知システム100によって特定し、分析することは、オーバーユース傷害を保護しおよびパフォーマンスの向上をもたらす鍵となる運動用の履物の性質を特定するのに役立つ。そのようなパラメータをミッドソール材料特性とし、これら特性は、履物の製造におけるばらつきに関する情報をもたらすことができる。   Sensing system 100 can help runners manage injuries due to overuse. Overuse injuries occur every year in more than half of runners who are active, causing them to stop running. Causes of such injuries include variation (difference) or distribution in body dimensions to optimize training variables, hindfoot movement variables, kinematic variables and strength variables. Identifying and analyzing biomechanical parameters, such as real-time foot pressure, by sensing system 100 identifies key athletic footwear properties that protect against overuse injury and improve performance. To help. Such parameters are midsole material properties, which can provide information on variations in footwear manufacture.

感知システム100は、ランニングシューズ/運動競技用の履物の後足部の回転、足部圧パターン、および衝撃吸収特性を測定しかつ記録して、オーバーユース傷害の危険性を低減する助けとなり得る靴の特徴を分析できる。それゆえ、感知システム100を使用して、様々な地形タイプにおけるランニング中に靴が合うかどうかおよび靴の快適性を評価できる。感知システムの長期のモニタリングおよびアーカイブ能力により、時間が経つにつれておよび使用するにつれる靴の特性の劣化を分析することが可能となる。   Sensing system 100 may measure and record rear foot rotation, foot pressure patterns, and shock absorption characteristics of running shoes / athletic footwear to help reduce the risk of overuse injuries. Can be analyzed. Therefore, the sensing system 100 can be used to assess whether a shoe fits and the comfort of the shoe during running on various terrain types. The long-term monitoring and archiving capabilities of the sensing system make it possible to analyze the deterioration of shoe characteristics over time and over time.

感知システム100は、ランニングおよびトレーニング中の靴の中の圧力をリアルタイムで記録し、かつ履物と、その履物を履いている人の足部の構造(メカニクス:mechanics)との間の相互作用に関する情報を提供する。ランニングおよびトレーニング中に回転しすぎることが、多くのオーバーユース傷害の原因となっている。一般に、後足部の過剰な動きを制限することおよび衝撃吸収性を改善することによって、ランニングおよびトレーニングにおける傷害の危険性を低減することができる。距骨下関節の回転を判定しかつ測定することは、ランニングシューズおよびトレーニングシューズの評価を行うために重要である。リアルタイムで距骨下関節の回転測定データを収集することは、感知システムの主要な機能の1つである。   Sensing system 100 records the pressure in a shoe during running and training in real time, and information regarding the interaction between the footwear and the structure of the foot of the person wearing the footwear (mechanics). I will provide a. Too much rotation during running and training causes many overuse injuries. In general, by limiting excessive movement of the rear foot and improving shock absorption, the risk of injury in running and training can be reduced. Determining and measuring the rotation of the subtalar joint is important for evaluating running shoes and training shoes. Collecting rotation measurement data of the subtalar joint in real time is one of the main functions of the sensing system.

感知システム100は、特徴をモニタリングしおよび記録して評価することによって傷みまたは擦り切れおよび引裂き(wear and tear)を判定し得る。感知システムは、足部圧データを無線で、およびミッドソール(mid−sole)すなわちソールの中間部の特性の違いと組み合わせられた後足部の動きの変化でリアルタイムに検出し、収集すなわち記録しおよび分析して、靴のクッションの違いを判定して靴の全体的な堅さすなわち剛性を分類する能力を有する。これらの剛性の特徴は、履物のランディングパターンを変えて、より低い衝撃力を引き出すようになる。これにより、着用者がそのような靴を使用して繰り返しの衝撃負荷によって生じる傷害を最小限にするために有益な生体力学的な査定を行う構成とすることが可能となる。インソールの摩耗は、緑、黄、赤のグラフィックディスプレイ表示として靴の外側に表示されて、靴の摩耗の度合いを示す。   Sensing system 100 may determine scratches or fraying and tear and tear by monitoring and recording and evaluating features. The sensing system detects and collects or records foot pressure data wirelessly and in real-time with changes in hindfoot movement combined with differences in mid-sol or mid-sole characteristics. And analyze and have the ability to determine differences in shoe cushions and classify the overall stiffness or stiffness of the shoe. These rigid features change the landing pattern of the footwear and draw out lower impact forces. This allows the wearer to use such shoes to perform a useful biomechanical assessment to minimize injury caused by repeated impact loads. Insole wear is displayed on the outside of the shoe as a green, yellow, and red graphic display display to indicate the degree of wear on the shoe.

感知システム100は、足部ゾーン(踵、中足部および前足部)によって重量および力の評価を行い得る。感知システム100は、歩行、ランニングおよび/またはトレーニング中に、進化したクッショニングコラムシステム(cushioning column system)を備えるランニングシューズの垂直方向の地面からの反作用力のパターンならびに材料特性に関係する足部圧データを、無線およびリアルタイムで検出、収集および解析する能力を有する。   Sensing system 100 may perform weight and force assessment by foot zones (heel, midfoot and forefoot). Sensing system 100 includes foot pressure data related to the vertical ground reaction force pattern and material properties of a running shoe with an advanced cushioning column system during walking, running and / or training. Have the ability to detect, collect and analyze the data wirelessly and in real time.

感知システム100は、特定の事象の間のおよび相関関係にある複数の事象(練習対試合活動)の間における対象(被験者)の足取りの変化/パターンを決定し得るように、活動中の足のソール(foot sole)の圧力パターンの変化を検出し得る。例えばランニングレースでの体液或いは水分(fluid)の損失のようなことによる、時間が経つにつれる圧力のわずかな変動も検出できるようにする。この情報を収集サイトまたはモニタへ無線で伝送する能力がある。   The sensing system 100 can determine the gait change / pattern of the subject (subject) during a particular event and between multiple correlated events (practice versus game activity). A change in the pressure pattern of the foot sole can be detected. It is possible to detect even slight fluctuations in pressure over time, for example due to loss of body fluids or fluids in a running race. Ability to wirelessly transmit this information to a collection site or monitor.

感知システム100は、特定のスポーツイベント中の力のパターンにおける変化を検出し、かつ予想される出力に対する力/エネルギー条件を計算することができる。エネルギーベクトル分析対現在の予想される出力を得ること。   Sensing system 100 can detect changes in force patterns during a particular sporting event and calculate force / energy conditions for the expected output. Obtain current expected output versus energy vector analysis.

感知システム100は、ダンスや運動学的な利用、例えばインタラクティブなダンス運動(例えば、対象(被験者)が正しいステップを踏んでいるときには対象にある信号が送られ、間違っているときには別の信号が送られるゲームのアプリケーションとしてダンスを学ぶ)に必要なモニタリングおよび解析を提供し得る。   The sensing system 100 may send a signal on the subject when it is dancing or kinematic use, such as an interactive dance movement (eg, the subject (subject) is taking the correct steps, and another signal when it is wrong. Monitoring and analysis necessary to learn dance as a game application).

感知システム100は、産業上の利用に必要なモニタリングおよび解析を提供して、組立て効率に対して測定された許容可能な人員の動き、危険区域および/またはセキュリティ区域など立ち入りが禁止されている特定の領域への立ち入りを監視するために個々の作業者の配置の決定などの倉庫人員の有効性を決定し(GPSは建物の内部では、とりわけ倉庫環境においては非常に効果的というわけではなく、高価であるため)、ならびに減量および健康維持に対する従業員の健康管理を刺激するアプリケーションにおいてモニタリングおよび解析を提供し得る。   Sensing system 100 provides the monitoring and analysis necessary for industrial use to identify forbidden entry, such as acceptable personnel movement, hazardous and / or security areas measured against assembly efficiency. Determine the effectiveness of warehouse personnel, such as determining the placement of individual workers to monitor entry into the area (GPS is not very effective inside buildings, especially in warehouse environments, Monitoring and analysis in applications that stimulate employee health care for weight loss and health maintenance.

感知システム100は、ゲームのインターフェースを増強し、プレイステーション(PlayStation)PS3(登録商標)およびXBox360(登録商標)のゲーム機などのテレビゲームを補足し得る。これは、これらのゲーム機で実行されるテレビゲームとのインタラクションの仕方に関する特別な次元(dimension:ディメンション)を追加する。ジャンプ、歩行またはランニング中に検出された足部圧の活動は、足部の向きおよび位置のデータと組み合わせられて、通常の人気のあるテレビゲームとの対話性を高め、格闘ゲームにおけるキックまたはブロックのように直感的に認識してゲームをすることが可能となる。   Sensing system 100 may augment the game interface and supplement video games such as PlayStation PS3® and XBox 360® gaming consoles. This adds a special dimension on how to interact with video games run on these gaming machines. Foot pressure activity detected while jumping, walking or running is combined with foot orientation and position data to enhance interactivity with normal popular video games and kick or block in fighting games It becomes possible to play a game by intuitively recognizing.

感知システム100のバックエンドサーバ処理オプションは、スポーツゲーム(例えば、フットボール、サッカー、および/またはバスケットボールなど)に関与するプレーヤーのフィールドを表す感知システム中敷(insole:インソール)モニタを大きなグループとして収集することができる。これは、遠隔解析サポーティング集団レビュータイプのアプリケーション用にウェブサイトとして実装し得る。感知システム100は、個々のソール用の特定の記号(signature:シグネチャ)によって、人(2つのソール)によって、または個々のソールの集合によって大きな参照フィールド(スポーツフィールド、戦場、長距離走)にわたるデータを収集することができる。それゆえ、感知システム100は、伝送ゾーンに着信したときに、ウェブでゲームをする仲間によって記憶され、比較されかつ評価されるポストイベント再シミュレーションを作成するウェブインターフェースへこの情報を全てダウンロードできるようにする。   The back-end server processing option of sensing system 100 collects as a large group of sensing system insole monitors that represent the field of players involved in sports games (eg, football, soccer, and / or basketball, etc.). be able to. This may be implemented as a website for a remote analysis supporting collective review type application. Sensing system 100 is a data that spans a large reference field (sport field, battlefield, long-distance run) by a specific signature for each sole, by a person (two soles), or by a collection of individual soles. Can be collected. Therefore, the sensing system 100 can download all of this information to a web interface that creates a post-event re-simulation that is stored, compared and evaluated by companions playing the game on the web when it arrives in the transmission zone. To do.

感知システムのバックエンドサーバ処理オプションは、スポーツゲーム(例えば、フットボール、サッカー、および/またはバスケットボールなど)に関与するプレーヤーのフィールドを表す感知システム中敷モニタを大きなグループとして収集することができる。これにより、リアルタイムのおよびアーカイブされた中敷(in−sole:インソール)データを用いる相関分析を使用することによってゲーム戦略解析プログラムを作成することができる。リアルタイムのビデオなどの追加的なデータ入力によって、強化型動的ゲーム戦略調整プログラムなどが可能となることが、当業者には容易に理解される。   The sensing system back-end server processing option can collect a large group of sensing system insole monitors that represent a field of players involved in sports games (eg, football, soccer, and / or basketball, etc.). This allows a game strategy analysis program to be created by using correlation analysis using real-time and archived in-sole data. One skilled in the art will readily appreciate that additional data entry, such as real-time video, enables enhanced dynamic game strategy coordination programs and the like.

感知システム100は、ランニングレース中での水分の損失、医療またはリハビリ環境における血圧の変化、血圧が、オペレータが継続するのに適しているかを示し得る作業プロセス(例えば、車の運転)中の血圧の変化のような状態に起因する、時間が経つにつれる足部圧のわずかな変動を検出することができる。感知システム100のモニタリングおよびアーカイブ能力を用いて、プログラムを、上述のように長期の足部圧の変動分析を管理するように構成し得る。   Sensing system 100 can be used to indicate water loss during a running race, changes in blood pressure in a medical or rehabilitation environment, blood pressure during a work process (eg, driving a car) that can indicate whether the blood pressure is suitable for the operator to continue. It is possible to detect slight variations in foot pressure over time due to conditions such as changes in Using the monitoring and archiving capabilities of sensing system 100, the program may be configured to manage long-term foot pressure variability analysis as described above.

この感知システム100を、車両速度のオペレーションの主要なメカニズムとして、車用のフロアマットタイプの構成に、実装し得る。感知システムをまた、傷害や先天性異常のためにオペレータが手または足部の操作システムに圧力をかけることができない場合に、小型モータ制御を支援するアプリケーションに使用し得る。上述のどちらの場合も、感知システム100の無線サポートでは6自由度の動作を可能にする。   The sensing system 100 can be implemented in a vehicle floor mat type configuration as the primary mechanism for vehicle speed operation. The sensing system may also be used in applications that support small motor control when an operator is unable to apply pressure to the hand or foot operating system due to injury or a congenital anomaly. In both cases described above, the wireless support of sensing system 100 allows operation with six degrees of freedom.

感知システム100のさらに別の実施形態は、エネルギーが「取り込まれる」」システムである。すなわち、圧電繊維複合体が機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換できる。感知システム100の代替的な実施形態を使用してそのような圧電繊維複合体の性質を活用し得る。なぜなら、それら複合体は圧電セラミックバルクよりも軽くてより可撓性があるからである。そのような圧電繊維複合体は、3Hzの「ステッピング」周波数において50Vを生じることができる。これにより、5ミリアンプの速度でバッテリーを充電することができる。圧電繊維複合体を、本発明の様々な実施形態のインソール内に踵から足指まであるように成形することができる。圧電繊維複合体を平行にして、所望の電力を蓄積してもよい。その結果、感知システム100は、インソール設計用に、ポリエチレンシートと併せて、プロットされて積層された実装を活用することができる。   Yet another embodiment of sensing system 100 is a system in which energy is “captured”. That is, the piezoelectric fiber composite can convert mechanical energy into electrical energy. Alternative embodiments of the sensing system 100 may be used to take advantage of the properties of such piezoelectric fiber composites. This is because these composites are lighter and more flexible than piezoceramic bulks. Such a piezoelectric fiber composite can produce 50V at a “stepping” frequency of 3 Hz. Thereby, the battery can be charged at a speed of 5 mm amplifier. Piezoelectric fiber composites can be molded from the heel to toes in the insoles of various embodiments of the present invention. The piezoelectric fiber composite may be parallel to store desired power. As a result, the sensing system 100 can take advantage of the plotted and stacked implementation in conjunction with the polyethylene sheet for insole design.

圧電繊維複合体を含むそのような感知システム100は、非常に耐久性があり、かつ2億サイクルよりも多い疲労寿命を有し、その圧電特性には劣化がない。ここで使用された圧電繊維複合体は、直径250ミクロンであり、長さは可変である。充電回路を追加して、バッテリー充電アプリケーションに電圧制限および調整能力をもたらすことができる。感知システム100に有用な特定のバッテリー技術は、そのアプリケーションの機能である。例えば、ゲーム、スポーツおよびヘルスモニタリングアプリケーションは、再充電可能なリチウム−ポリマー(Li−PoIy)バッテリーを必要とし得る。そのような場合には、圧電繊維複合体の1mmのインソール層がバッテリーの再充電実装に適切である。   Such a sensing system 100 comprising a piezoelectric fiber composite is very durable and has a fatigue life of more than 200 million cycles, with no degradation in its piezoelectric properties. The piezoelectric fiber composite used here has a diameter of 250 microns and its length is variable. Charging circuitry can be added to provide voltage limiting and regulation capabilities for battery charging applications. A particular battery technology useful for sensing system 100 is a function of that application. For example, gaming, sports and health monitoring applications may require a rechargeable lithium-polymer (Li-PoIy) battery. In such a case, a 1 mm insole layer of the piezoelectric fiber composite is suitable for recharge mounting of the battery.

本発明の様々な実施形態を説明してきたが、それらは、限定ではなく例示目的で提示されたにすぎないことを理解されたい。それゆえ、本発明の広がりおよび範囲を、上述の例示的な実施形態のいずれかによって限定すべきでなく、以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物に従ってのみ定義される。   While various embodiments of the invention have been described, it should be understood that they have been presented for purposes of illustration and not limitation. Therefore, the breadth and scope of the present invention should not be limited by any of the above-described exemplary embodiments, but is defined only in accordance with the following claims and their equivalents.

Claims (41)

対象の領域において複数の点のそれぞれの圧力を測定するための変換器と、測定された前記圧力に対応するデータを伝送する伝送手段とを備え、
該変換器は、
圧縮層、および
前記圧縮層が間に配置されている第1および第2の可撓性導電層
を含む感知システム。
A transducer for measuring the pressure at each of a plurality of points in a region of interest, and transmission means for transmitting data corresponding to the measured pressure,
The converter
A sensing system comprising a compression layer, and first and second flexible conductive layers with the compression layer disposed therebetween.
前記伝送手段が送受信機を含む、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the transmission means includes a transceiver. 前記送受信機が無線送受信機を含む請求項2に記載のシステム。   The system of claim 2, wherein the transceiver includes a wireless transceiver. 前記第1および第2の可撓性導電層の各々が電極グリッドを含む、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein each of the first and second flexible conductive layers includes an electrode grid. 前記電極グリッドの選択した点の電源を入れたり切ったりして、前記対象の領域の前記選択した点からの圧力を可変的に測定するためのセレクタ
をさらに含む、請求項4に記載のシステム。
5. The system of claim 4, further comprising a selector for turning on and off selected points of the electrode grid to variably measure pressure from the selected points of the region of interest.
前記セレクタが、前記電極グリッドの前記選択された点の電源をリアルタイムで動的に入れたり切ったりする請求項5に記載のシステム。   6. The system of claim 5, wherein the selector dynamically turns on and off the selected point of the electrode grid in real time. 前記複数の対象点が、前足部領域、中足部領域および後足部領域からなる群から選択された足部の複数の部分を含む、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the plurality of target points includes a plurality of portions of a foot selected from the group consisting of a forefoot region, a middle foot region, and a hindfoot region. 前記群がさらに、複数の趾骨の1つ以上、複数の中足骨の1つ以上、複数の趾骨関節の1つ以上、前記足部の母指球、前記足部の土踏まず、足底筋膜、距骨、踵骨および距骨下関節を形成する複数の足根骨の1つ以上を含む、請求項7に記載のシステム。   The group further includes one or more of a plurality of ribs, one or more of a plurality of metatarsals, one or more of a plurality of rib joints, a thumb ball of the foot, an arch of the foot, a plantar fascia The system of claim 7, comprising one or more of a plurality of tarsal bones forming the talus, radius and subtalar joints. 前記測定圧力に対応する前記データを前記伝送手段によって伝送する前に圧縮するデータ圧縮器をさらに含む、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, further comprising a data compressor that compresses the data corresponding to the measured pressure prior to transmission by the transmission means. 前記変換器が靴のソールに実装されている請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the transducer is mounted on a shoe sole. 前記圧縮性材料が、圧縮可能な導電性フォームを含む、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the compressible material comprises a compressible conductive foam. 前記圧縮可能な導電性フォームが、静電放電(ESD)に好適な材料を含む、請求項9に記載のシステム。   The system of claim 9, wherein the compressible conductive foam comprises a material suitable for electrostatic discharge (ESD). 前記伝送データを無線で受信し、かつ前記受信データをユーザが可読なフォーマットに出力するように適合されたコンピュータをさらに含む請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, further comprising a computer adapted to receive the transmission data wirelessly and output the received data in a user readable format. さらに、
前記対象の領域内の前記複数の点の加速度を測定するように適合された加速度計と;
前記測定された加速度に対応するデータを伝送する手段とを含む、請求項13に記載のシステム。
further,
An accelerometer adapted to measure the acceleration of the plurality of points within the region of interest;
14. A system according to claim 13, comprising means for transmitting data corresponding to the measured acceleration.
前記加速度計が、x軸、y軸、およびz軸に沿った前記対象の領域内の前記複数の点の各々の加速度を測定するように適合されている、請求項14に記載のシステム。   The system of claim 14, wherein the accelerometer is adapted to measure the acceleration of each of the plurality of points in the region of interest along the x-axis, y-axis, and z-axis. 前記コンピュータがさらに、前記x軸、前記y軸および前記z軸に沿った前記対象の領域内の前記複数の点の各々の加速度に対応する前記伝送されたデータを統合する統合手段を含む、請求項15に記載のシステム。   The computer further comprises integration means for integrating the transmitted data corresponding to the acceleration of each of the plurality of points in the region of interest along the x-axis, the y-axis, and the z-axis. Item 16. The system according to Item 15. 前記統合手段が、前記x軸、前記y軸、および前記z軸に沿った前記対象の領域内の前記複数の点の各々の速度に対応するデータを出力するように適合されている、請求項16に記載のシステム。   The integration means is adapted to output data corresponding to the velocity of each of the plurality of points in the region of interest along the x-axis, the y-axis, and the z-axis. 16. The system according to 16. 前記統合手段が、前記x軸、前記y軸、および前記z軸に沿った前記対象の領域内の前記複数の点の各々の変位に対応するデータを出力するように適合されている、請求項16に記載のシステム。   The integration means is adapted to output data corresponding to the displacement of each of the plurality of points in the region of interest along the x-axis, the y-axis, and the z-axis. 16. The system according to 16. 前記コンピュータがさらに:
前記統合データを収集する手段と;前記収集された収集データと、
前記測定された圧力に対応する前記伝送データとを相関させる相関手段と
を含む、請求項16に記載のシステム。
The computer further includes:
Means for collecting the integrated data; the collected data collected;
17. A system according to claim 16, comprising correlation means for correlating the transmitted data corresponding to the measured pressure.
さらに、相関手段に結合されかつ前記相関データを受信するように適合されたコンピュータゲームを含み、それに応じて前記コンピュータゲームをインタラクティブに適合させる、請求項19に記載のシステム。   20. The system of claim 19, further comprising a computer game coupled to a correlation means and adapted to receive the correlation data, and interactively adapting the computer game accordingly. 前記コンピュータがさらに、前記収集データおよび相関データを解釈するための診断手段を含み、それにより、前記複数の点の位置の変更を推奨する、請求項19に記載のシステム。   The system of claim 19, wherein the computer further comprises diagnostic means for interpreting the collected data and correlation data, thereby recommending a change in the location of the plurality of points. 前記コンピュータがさらに、前記推奨された変更を行うための矯正器具を設計する手段を含む、請求項21に記載のシステム。   The system of claim 21, wherein the computer further comprises means for designing a corrective instrument for making the recommended changes. 前記コンピュータがさらに、前記収集データおよび相関データを解釈するための追跡(トラッキング)手段を含み、それにより、トレーニングプログラムの変更を推奨する、請求項16に記載のシステム。   The system of claim 16, wherein the computer further comprises tracking means for interpreting the collected data and correlation data, thereby recommending changes to a training program. 前記コンピュータがさらに、前記収集データおよび相関データを解釈するための追跡手段を含み、それにより、治療プログラムの変更を推奨する、請求項16に記載のシステム。   The system of claim 16, wherein the computer further includes tracking means for interpreting the collected data and correlation data, thereby recommending changes to a treatment program. 前記ユーザ可読形式が拡張マークアップ言語(XML)を含む、請求項13に記載のシステム。   The system of claim 13, wherein the user readable form includes Extensible Markup Language (XML). 第1の移動物体に、前記第1の物体と接触する第2の移動物体によって加えられた力を感知するための方法であって、
前記第1の物体と第2の物体との間の対象の領域において複数の点の各々における前記力を測定し;
リアルタイムで動的に、前記対象の領域内の選択された点を活性化して、前記選択された点において力を可変的に測定し;
x軸、y軸、およびz軸に沿った前記対象の領域内の前記複数の点の各々の加速度を測定し;
前記測定された力および前記測定された加速度に対応するデータをコンピュータに伝送し、該コンピュータは、前記伝送データを受信し、かつ前記受信データをユーザ可読形式で出力するように適合されており;
前記x軸、前記y軸、および前記z軸に沿った前記対象の領域内の前記複数の点の各々の加速度に対応する前記伝送データを統合し;
前記統合データを収集し;および
前記収集されたデータと、前記測定された力および前記測定された加速度に対応する前記伝送データとを相関させる
ことを含む当該方法。
A method for sensing a force applied to a first moving object by a second moving object in contact with the first object, comprising:
Measuring the force at each of a plurality of points in a region of interest between the first object and the second object;
Dynamically activating a selected point in the region of interest and variably measuring a force at the selected point in real time;
measuring the acceleration of each of the plurality of points in the region of interest along the x-axis, y-axis, and z-axis;
Transmitting data corresponding to the measured force and the measured acceleration to a computer, the computer being adapted to receive the transmitted data and output the received data in a user-readable format;
Integrating the transmission data corresponding to the acceleration of each of the plurality of points in the region of interest along the x-axis, the y-axis, and the z-axis;
Collecting the integrated data; and correlating the collected data with the transmitted data corresponding to the measured force and the measured acceleration.
さらに、前記x軸、前記y軸、および前記z軸に沿った前記対象の領域内の前記複数の点の各々の速度に対応するデータを出力することを含む、請求項26に記載の方法。   27. The method of claim 26, further comprising outputting data corresponding to the velocity of each of the plurality of points in the region of interest along the x-axis, the y-axis, and the z-axis. さらに、前記x軸、前記y軸、および前記z軸に沿った前記対象の領域内の前記複数の点の各々の変位に対応するデータを出力することを含む、請求項26に記載の方法。   27. The method of claim 26, further comprising outputting data corresponding to the displacement of each of the plurality of points in the region of interest along the x-axis, the y-axis, and the z-axis. さらに、前記伝送ステップの前に、前記測定された力に対応する前記データを圧縮することを含む、請求項26に記載の方法。   27. The method of claim 26, further comprising compressing the data corresponding to the measured force prior to the transmitting step. さらに、
前記相関データを受信するように結合されたコンピュータゲームを結合し;および
前記相関データに従って前記コンピュータゲームをインタラクティブに適合する
ことを含む、請求項26に記載の方法。
further,
27. The method of claim 26, comprising: combining a computer game coupled to receive the correlation data; and interactively adapting the computer game according to the correlation data.
さらに、
前記収集データおよび相関データを診断的に解釈し;および
前記解釈に従って前記複数の点の位置を変更する
ことを含む、請求項26に記載の方法。
further,
27. The method of claim 26, comprising diagnostically interpreting the collected data and correlation data; and changing the position of the plurality of points according to the interpretation.
さらに、
前記複数の点の予め定められた動きのトレーニングプログラムを確立し;
前記収集データおよび相関データを診断的に解釈し;
前記収集データおよび相関データの前記解釈を時間に応じて追跡し;および
前記追跡した解釈に従って前記複数の点の前記予め定められた動きを変更する
ことを含む、請求項26に記載の方法。
further,
Establishing a predetermined motion training program for the plurality of points;
Interpreting the collected data and correlation data diagnostically;
27. The method of claim 26, comprising tracking the interpretation of the collected data and correlation data as a function of time; and changing the predetermined movement of the plurality of points according to the tracked interpretation.
さらに、
前記複数の点の予め定められた動きの治療プログラムを確立し;
前記収集データおよび相関データを診断的に解釈し;
前記収集データおよび相関データの前記解釈を時間に応じて追跡し;および
前記追跡した解釈に従って前記複数の点の前記予め定められた動きを変更する
ことを含む、請求項26に記載の方法。
further,
Establishing a predetermined motion therapy program for the plurality of points;
Interpreting the collected data and correlation data diagnostically;
27. The method of claim 26, comprising tracking the interpretation of the collected data and correlation data as a function of time; and changing the predetermined movement of the plurality of points according to the tracked interpretation.
コンピュータ実行可能命令を含むコンピュータ可読媒体であって、
前記第1の物体と第2の物体との間の対象の領域において複数の点の各々において力を測定するための1つ以上の命令;
リアルタイムで動的に、前記対象の領域内の選択された点を活性化して、前記選択された点における力を可変に測定する1つ以上の命令;
x軸、y軸、およびz軸に沿った前記対象の領域内の前記複数の点の各々の加速度を測定するための1つ以上の命令;
前記測定された力および前記測定された加速度に対応するデータをコンピュータに伝送するための1つ以上の命令であって、そのコンピュータは、前記伝送されたデータを受信し、かつ受信データをユーザ可読形式で出力するように適合されている、当該1つ以上の命令;
前記x軸、前記y軸、および前記z軸に沿った前記対象の領域内の前記複数の点の各々の加速度に対応する前記伝送データを統合するための1つ以上の命令;
前記統合データを収集するための1つ以上の命令;および
前記収集データと、前記測定された力および前記測定された加速度に対応する前記伝送データとを相関させるための1つ以上の命令
を含むコンピュータ可読媒体。
A computer readable medium containing computer executable instructions comprising:
One or more instructions for measuring force at each of a plurality of points in a region of interest between the first object and the second object;
One or more instructions that dynamically activate a selected point in the region of interest and variably measure the force at the selected point in real time;
one or more instructions for measuring the acceleration of each of the plurality of points in the region of interest along the x-axis, y-axis, and z-axis;
One or more instructions for transmitting data corresponding to the measured force and the measured acceleration to a computer, the computer receiving the transmitted data and receiving the received data The one or more instructions adapted to output in a format;
One or more instructions for integrating the transmitted data corresponding to the acceleration of each of the plurality of points in the region of interest along the x-axis, the y-axis, and the z-axis;
One or more instructions for collecting the integrated data; and one or more instructions for correlating the collected data with the transmitted data corresponding to the measured force and the measured acceleration Computer readable medium.
さらに、前記x軸、前記y軸、および前記z軸に沿った前記対象の領域内の前記複数の点の各々の速度に対応するデータを出力するための1つ以上の命令を含む、請求項34に記載の媒体。   The method further comprises one or more instructions for outputting data corresponding to the velocity of each of the plurality of points in the region of interest along the x-axis, the y-axis, and the z-axis. 34. The medium according to 34. さらに、前記x軸、前記y軸、および前記z軸に沿った前記対象の領域内の前記複数の点の各々の変位に対応するデータを出力するための1つ以上の命令を含む、請求項34に記載の媒体。   The method further comprises one or more instructions for outputting data corresponding to the displacement of each of the plurality of points in the region of interest along the x-axis, the y-axis, and the z-axis. 34. The medium according to 34. さらに、前記伝送ステップの前に前記測定された力に対応する前記データを圧縮するための1つ以上の命令を含む、請求項34に記載の媒体。   35. The medium of claim 34, further comprising one or more instructions for compressing the data corresponding to the measured force prior to the transmitting step. さらに、
前記相関データを受信するために結合されたコンピュータゲームを結合するための1つ以上の命令;および
前記相関データに従って前記コンピュータゲームをインタラクティブに適合するための1つ以上の命令
を含む、請求項34に記載の媒体。
further,
35. One or more instructions for combining a computer game coupled to receive the correlation data; and one or more instructions for interactively adapting the computer game according to the correlation data. The medium described in 1.
さらに、
前記収集データおよび相関データを診断的に解釈するための1つ以上の命令;および
前記解釈に従って前記複数の点の位置を変更するための1つ以上の命令
を含む、請求項34に記載の媒体。
further,
35. The medium of claim 34, comprising one or more instructions for diagnostically interpreting the collected data and correlation data; and one or more instructions for changing the position of the plurality of points according to the interpretation. .
さらに、
前記複数の点の予め定められた動きのトレーニングプログラムを確立するための1つ以上の命令;
前記収集データおよび相関データを診断的に解釈するための1つ以上の命令;
前記収集データおよび相関データの前記解釈を時間に応じて追跡するための1つ以上の命令;および
前記追跡した解釈に従って前記複数の点の前記予め定められた動きを変更するための1つ以上の命令
を含む、請求項34に記載の媒体。
further,
One or more instructions for establishing a predetermined motion training program for the plurality of points;
One or more instructions for diagnostically interpreting the collected data and correlation data;
One or more instructions for tracking the interpretation of the collected data and correlation data as a function of time; and one or more for changing the predetermined movement of the plurality of points according to the tracked interpretation 35. The medium of claim 34, comprising instructions.
さらに、
前記複数の点の予め定められた動きの治療プログラムを確立するための1つ以上の命令;
前記収集データおよび相関データを診断的に解釈するための1つ以上の命令;
前記収集データおよび相関データの前記解釈を時間に応じて追跡するための1つ以上の命令;および
前記追跡した解釈に従って前記複数の点の前記予め定められた動きを変更するための1つ以上の命令
を含む、請求項34に記載の媒体。
further,
One or more instructions for establishing a predetermined motion therapy program for the plurality of points;
One or more instructions for diagnostically interpreting the collected data and correlation data;
One or more instructions for tracking the interpretation of the collected data and correlation data as a function of time; and one or more for changing the predetermined movement of the plurality of points according to the tracked interpretation 35. The medium of claim 34, comprising instructions.
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