JP2020509343A - 力測定デバイス - Google Patents

Abstract

力の正確なリアルタイム測定のための力測定システムおよび方法が開示される。このシステムは、力を時間の関数として測定するように構成されている。このシステムは、手持ち式デバイスを含んでもよく、この手持ち式デバイスは、個人の健康のためのアイソメトリックエクササイズを監視または指導する目的のために、その対向する表面領域に外部から加えられた力を測定することができる。また、このシステムは、力測定データを遠隔デバイスまたはサーバに通信するように構成されてもよい。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許仮出願第６２／４４２，２９６号（２０１７年１月４日出願）および第６２／４７８，４６７号（２０１７年３月２９日出願）に基づく優先権を主張するものであり、これら米国特許仮出願の開示は、参照により全体として本明細書に明確に組み込まれる。

本発明は、概して力測定技術に関し、より詳細には力を測定するための携帯型力測定デバイスに関する。本発明の力測定技術は、ユーザと相互作用するための複数の異なるオブジェクトに組み込むことができる。これらのオブジェクトには、ユーザの周囲または極近傍にあり、ユーザ相互作用を容易にする手持ち型デバイスまたはオブジェクトが含まれるがそれらに限定されない。

個人またはグループエクササイズ中に用いられる装置は、設置型または携帯型であってもよい。設置型装置は、エクササイズマシンを提供し、反復回数、消費カロリーなど、エクササイズルーチンの様々な局面を定量化するように構成され得る。携帯型装置は一般に、大型の設置型装置と比べて機能がはるかに少なく、エクササイズ用の装置を提供することなく、ウォーキングまたはランニング中に計測される心拍数、消費カロリー、または歩幅などのパラメータをに監視するように構成されることが多い。力を測定し、その力を無線で通信するためのデバイス、例えば、無線通信プロトコルを介してユーザの体重を送信するように構成された電子体重計が知られている。ただし、そのようなデバイスは、例えばユーザの両手のひらの間で圧迫されている間の、時間関数としてのリアルタイムの力を測定および送信するようには構成されておらず、またアイソメトリックエクササイズセッション中の携帯式、手持ち式使用のために設計されてもいない。携帯型エクササイズデバイスは、通常エクササイズへのアクセスが不便であるか利用できない場合に有用である。例えば、空の旅または他の長時間座って行う活動は、標準的なマシンへのアクセスを制限することがある。エクササイズを追跡し記録する能力は、更なるメリットをもたらす。例えば、ユーザはゴールやパーフォーマンス目標を設定することができる。医療監視用途においては、パーフォーマンスを追跡し、潜在的な健康上の懸念を素早くスクリーニングするために、設置型装置または携帯型デバイスのいずれかを用いることができる。

本開示は、力を測定するためのシステムおよび方法を説明する。

本明細書に記載の力測定システムは、例えば、ユーザによるアイソメトリックエクササイズを容易にする携帯型デバイスにあってもよく、および／またはそれにおいて用いられてもよい。１つ以上の実施形態において、このシステムは、力を測定し、測定値をリアルタイムまたはほぼリアルタイムで外部アプリケーションに送信するように構成されている。しかしながら、これは限定を意図するものではない。用途に応じ、本システムを他の目的に用いてもよく、および／または他の機能をデバイスに追加してもよい。例えば、このデバイスは、一体型３軸加速度計、ジャイロスコープ、および／または地理位置（ＧＰＳ）センサを含み得る。これらの追加的な特徴は、力測定データを補完するために、ユーザの活動、運動、およびエクササイズ強度に関する情報を提供することができる。

このシステムは、アイソメトリックおよび／または他の活動を介して、筋肉、筋肉群、および／または他の身体部分のエクササイズを行う、リハビリするなどのためのアイソメトリックトレーニングを中心に開発される、様々な力作用活動と関連して用いられ得る。このデバイスは、エクササイズ／リハビリテーション体験を向上させるエクササイズ追跡／指導用アプリまたはゲームなどのアプリケーションソフトウェアと相互作用し得る。アプリケーションと相互作用するとき、アプリケーションがユーザに、例えば、様々な強度で様々な期間にわたってデバイスに力を加えることを要求する場合がある。

このシステムは、例えば手持ち型力測定デバイスである、複数の異なる物理的デバイスであってもよく、および／またはそれらの中に組み込まれてもよい。そのような実施形態において、このシステムは、ユーザが、デバイスの異なる各エリアを圧迫動作において共に押すことによってデバイスの外部を係合させ、それによって力測定システムと相互作用するように構成されてもよい（これは一例にすぎず、限定を意図するものではない）。この力の印加は、システムのハウジング内部の各センサ（例えば、ロードセルおよび／または他のセンサ）への力の伝達を引き起こし得る。このシステムは、温度、心拍数、パルス酸素測定法、心電図検査法などの他の各センサを含み、それら他の各センサからの信号を処理するように構成されてもよい。個々のセンサは、歪みを抵抗の小さな変化に変換するように構成された一体型歪みゲージを備えてもよい。例えばホイートストンハーフブリッジ、および／または他の各回路構成機構を適用すると、回路は測定可能な電圧変化を出力し、それを力値に変換することができる。温度変化を補償するために、第２の近接結合された歪ゲージを用いてもよい。

一部の実施形態において、力測定システムは、それに及ぼされる力を受けるように構成された複数の表面領域を含むハウジング本体を備える。複数の表面領域のうちの少なくとも２つの個々の領域は、複数の表面領域のうちの少なくとも２つの個々の領域への（例えば、アイソメトリックおよび／または他の）力の印加に応答して互いに対して移動するように構成される。１つ以上の力センサ（例えば、ロードセルおよび／または他のセンサ）は、力に関する情報を伝える出力信号をそれぞれ生成するように構成されてもよい。力測定システムは、電源と、１つ以上のプロセッサおよび他の電子回路構成を含む電子機器アセンブリとを備える。一部の実施形態において、電子機器アセンブリは、１つ以上の力センサおよび電源、たとえばバッテリに動作可能に結合される。各力センサ、電源、および電子機器アセンブリは、ハウジング本体内に封入される。１つ以上のプロセッサは、力に関する情報を変換および／または増幅するように各センサ出力信号を処理して電圧信号を生成するように、機械可読命令（たとえばソフトウェアおよび／またはファームウェア）によって構成される。力測定システムは、各センサ出力信号に対応付けられた個々の力値または総力値を求めるするように構成されてもよい。一部の実施形態において、力測定システムは、処理済み各センサ出力信号を、ハウジング本体に収容されていない遠隔コンピューティングデバイスに通信するように構成される。一部の実施形態において、遠隔コンピューティングデバイスは、複数のセンサ出力信号を受信および処理し、各センサ出力信号に対応付けられた個々の力値または総力値を求めるように構成される。

一部の実施形態において、１つ以上の力センサは、歪みゲージを用いた複数のロードセルを含む。各ロードセルは、力検知エリアを提供するように、ハウジング本体の周辺領域において離間して配置されてもよい。力検知エリアは、力検知エリア内の力を受ける位置に拘わらず、総力値がほぼ同じであるエリアを含む。力検知エリアは、複数の表面領域のうちの１つ以上の表面領域の形状および／またはサイズに対応し得る。一部の実施形態において、力測定システムは、それぞれが固定端と自由端とを有する複数の片持ち梁にそれぞれ取り付けられた複数のロードセルと、各ロードセルが固定的に取り付けられるフレームアセンブリであって、ハウジング本体内に収容され、ハウジング本体に対して浮動するフレームアセンブリと、複数の作動部材であって、少なくとも１つの作動部材が、それぞれの片持ち梁の自由端とハウジング本体との間に位置するように配置された複数の作動部材とを備える。一部の実施形態において、１つ以上の力センサは、力検知抵抗器、歪みゲージを用いたロードセル、線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）デバイスなどの変位センサ、ホール効果センサおよび光学センサ、圧電抵抗センサ、および圧力センサからなる群から選択される。

一部の実施形態において、アイソメトリックエクササイズを実行する過程でユーザによってハウジングに力が及ぼされる。風袋機能は、力が加えられていないときの歪みゲージロードセル信号におけるヌルオフセット値および／またはドリフトを説明するために実施されてもよい。一部の実施形態において、力測定システムは、総力値の精度を高めるために温度補償をするように構成された回路を更に備える。一部の実施形態において、ハウジング本体に加えられる総力の値は、±１ポンドの精度内および／または±５パーセントの直線性内に求められる。一部の実施形態において、力測定システムは、反復してデバイスに及ぼされる力に関する情報を伝えるアナログ信号をリアルタイムでデジタル測定値に変換するように更に構成され、１つ以上のプロセッサは、機械可読命令によって、ハウジング本体に加えられる力に関してユーザにリアルタイムな情報を提供するように構成されている。

本開示の別の態様は、力測定方法を説明する。この力測定方法は、前記力測定システムを用いて行われる。この方法は、ハウジング本体で力を受けることを含み、ハウジング本体は、それに及ぼされる力を受けるように構成された複数の表面領域を含む。複数の表面領域は、複数の表面領域のうちの少なくとも２つの個々の領域への力の印加に応答して互いに対して移動可能な形状を備えてもよい。この方法は、１つ以上の力センサを用いて、力に関する情報を伝える各出力信号を生成することを含む。この方法は、電源および１つ以上のプロセッサを含む電子機器アセンブリを１つ以上の力センサに動作可能に結合することを含む。この方法は、１つ以上の力センサ、電源、および電子機器アセンブリをハウジング本体に収容することを含む。この方法は、機械可読命令を実行することによって、１つ以上のプロセッサに以下のことを行わせることを含む。すなわち、力に関する情報を変換および／または増幅するように各センサ出力信号を処理して電圧信号を生成することと、ハウジング本体に収容されていない遠隔コンピューティングデバイスに電圧信号を通信することである。一部の実施形態において、この方法は、遠隔コンピューティングデバイスを用いて、各センサ出力信号に対応付けられた総力値を求めることを更に含む。

１つ以上の実施形態による、遠隔コンピューティングデバイスと通信する力測定システムの概略図である。

１つ以上の実施形態による力測定システムの各特徴を示す組立図である。

１つ以上の実施形態によるハウジング本体および基準座標系を示す。

１つ以上の実施形態によるハウジング本体の第１の部分の実施態様の一例を示す。

１つ以上の実施形態によるハウジング本体の第２の部分の実施態様の一例を示す。

１つ以上の実施形態による力測定システムの力センサの実施態様の一例を示す。

１つ以上の実施形態による力測定システムのロードセルの実施態様の一例を示す。

１つ以上の実施形態による力測定システムのフレームの実施態様の一例を示す。

１つ以上の実施形態による力測定システムの電気回路構成を示すブロック図である。

１つ以上の実施形態による、ユーザがどのようにして力測定システムとインターフェースを取るかを示す図である。

１つ以上の実施形態による力測定システムを用いて力を測定する方法を示す。

本発明の各実施形態を、当業者が本発明を実施することが可能になるように例示的な例として提供される図面および画像を参照して詳細に説明する。特に、以下の各図および各例は、本発明の範囲を単一の実施形態に限定することを意図するものではなく、記載または図示された要素の一部または全てを入れ替えることにより、他の各実施形態が可能である。都合のよい場合には、同じまたは同様の部分を指すのに、図面全体を通して同じ参照番号が用いられる。これらの実施形態の特定の要素が既知の構成要素を用いて部分的または完全に実施できる場合、そのような既知の構成要素の、本発明の理解に必要な部分のみを説明し、本発明を曖昧にしないように、そのような既知の構成要素の他の部分の詳細な説明は省略するものとする。本明細書において、単数の構成要素を示す実施形態は限定的と見なされるべきではなく、むしろ本発明は、本明細書において別段明示的に述べられていない限り、複数の同じ構成要素を含む他の実施形態を包含することを意図しており、逆もまた同様である。更に、出願人は、そのように明示的に述べられない限り、明細書または特許請求の範囲におけるいかなる用語も一般的でない、または特別な意味に帰されることを意図しない。また、本発明は、例示として本明細書において言及されている構成要素の現在および将来的な既知の均等物を包含する。他のおよび更なる態様および特徴は、本発明を例示することを意図し、限定を意図しない以下の各実施形態の詳細な説明を読むことから明らかになるであろう。

本明細書において用いられている単数形の“１つの（ａ）”、“１つの（ａｎ）”、および“その（ｔｈｅ）”は、文脈によって別に解すべきことが明らかでない限り、複数のものへの言及を含む。本明細書において用いられる場合、２つ以上の部品または構成要素が「結合される」という記述は、リンクが生じる限り、それらの部品が直接的または間接的に、すなわち１つ以上の中間部品または構成要素を介して接合される、または共に動作することを意味するものとする。本明細書において用いられる場合、「直接結合」は、２つの要素が互いに直接接触していることを意味する。本明細書において用いられる場合、「固定的に結合された」または「固定された」は、２つの構成要素が、互いに対して一定の向きを維持しながら一体となって移動するように結合されていることを意味する。本明細書において用いられる場合、「または」という用語は、文脈によって別に解すべきことが明らかでない限り、「および／または」を意味する。

本明細書において用いられる場合、「単体の」という語は、構成要素が単一のピースまたはユニットとして作成されることを意味する。すなわち、別々に作成された後、１つのユニットとして共に結合された各ピースを含む構成要素は、「単体の」構成要素または本体ではない。本明細書において採用される場合、２つ以上の部品または構成要素が互いに「係合する」という記述は、それらの部品が直接的に、または１つ以上の中間部品または構成要素を介して互いに対して力を及ぼすことを意味するものとする。本明細書において採用される場合、「数」という用語は、１または１より大きい整数（すなわち複数）を意味するものとする。

例えば、これらに限定されないが、頂（”ｔｏｐ”）、底（”ｂｏｔｔｏｍ”）、左（”ｌｅｆｔ”）、右（”ｒｉｇｈｔ”）、上（”ｕｐｐｐｅｒ”）、下（”ｌｏｗｅｒ”）、前（”ｆｒｏｎｔ”）、後（”ｂａｃｋ”）、およびそれらの派生語などの本明細書で用いられる方向的表現は、各図面に示される要素の向きに関するものであり、特許請求の範囲において明確に記載されない限り、特許請求の範囲を限定するものではない。

図１Ａは、本発明の１つ以上の実施形態による、力を測定し、１つ以上の遠隔デバイス１０２と通信するように構成された力測定システム１００を示す。第１の実施形態において、力測定システムは、有線接続を用いて、または無線通信プロトコルを用いた無線通信リンク１０４を介して、処理済み各センサ出力信号を遠隔コンピューティングデバイスに通信するように構成される。代替的な実施形態において、力測定システムは、クラウドサーバ１０６を介し、力測定システムとクラウドサーバの間の第１の無線通信リンク１０８およびクラウドサーバと遠隔デバイスの間の第２の無線通信リンク１１０とを用いて、処理済み各センサ出力信号を遠隔デバイスに通信するように構成される。当業者は、前述の各実施形態が限定的なものではなく、例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、各無線リンクに代えて有線接続が用いられてもよく、またその逆であってもよいことを容易に認識するであろう。

力測定システム１００は、パーソナルモバイルデバイスまたはコンピュータ、携帯電話、タブレットまたは他のパーソナルコンピューティングデバイスなどの遠隔デバイス１０２上で実行されている遠隔アプリケーションと連携して動作し得る。力測定デバイスはアプリケーションと通信し、このアプリケーションは共に複合システムとして動作し得る。力測定デバイスは、反復してデバイスに加えられる力をリアルタイムでデジタル測定値に変換し、その後、デバイスとリアルタイムで通信して、ユーザがデバイスに加えている力に関する情報をユーザに提供することができる。このシステムは、ユーザが、力測定システム（以下に説明される）の外側シェルに力を加えることにより、様々なアプリケーション（例えば、フィットネス、ゲーム、理学療法、生物測定学、履歴比較、消費カロリー、マルチユーザ体験、および／または他のアプリケーション）と相互作用することを可能にするように構成される。

図１Ｂに示され、以下に詳細に説明されるように、動作中、このシステムは力を測定し、測定値をリアルタイムで外部アプリケーションに送信する。ユーザは、力測定システム１００の対向する表面領域を互いに向かっておよび／または他の方向に押すことによって、力測定システム１００の外部と相互作用する。例えば、これは圧迫動作および／または他の動作であり得る。ユーザは、任意の種類の身体部分を用いて（例えば、片手を用いて、両手を用いて、肘と膝を用いて、両膝を用いて、など）、ある身体部分と静止面（例えば、壁、デスクトップなど）を用いて、および／または任意の他の方法を用いて、システムの表面を圧縮（例えば圧迫）してもよい。一部の実施形態において、これらの力は、アイソメトリックエクササイズおよび／またはユーザユーザが行う他の活動によって引き起こされる。この力の印加は、（例えば、高強度および／または他の）各ロードセルなどの、デバイス内部の各圧力センサへの力の伝達を引き起こす。以下に説明する１つ以上の実施形態において、個々のロードセルは、例えば抵抗の小さな変化などの歪みを信号に変換する一体型歪みゲージを備える。

一部の実施形態において、システム回路構成は、回路が（歪みゲージの歪み下の抵抗変化に基づいて）測定可能な電圧変化を出力することができるように構成されたホイートストンハーフブリッジ歪みゲージを採用する（ただし、他の力測定技術も考えられる）。第２の、近接結合された実質的に同一である歪みゲージは、温度補償をするために測定ゲージに直交して構成されている。一部の実施形態において、システムファームウェアは、それぞれのロードセルから読み取られた電圧を力に変換するために二点線形較正を用いる。複数の力値が総計されて（例えば、合計されて、および／または他の総計形態で）、デバイスが経験した総力が求められる。非限定的な例として、使用中、力測定値は１００ミリ秒毎に取得され、その結果が遠隔コンピューティングデバイスに送信されてもよい。この送信は、例えば、ブルートゥース（登録商標）低エネルギー（ＢＬＥ）、ＷｉＦｉ、ＬＡＮ、ＵＳＢ、または任意の標準、カスタム、または独自の方法を含む、任意の有線または無線送信方法もしくはプロトコルを用いて達成され得る。それぞれの歪みゲージからの電圧は、増幅され、その後、例えば、以下に説明するように（例えば、マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）を備えたプリント回路基板を含む１つ以上のプロセスによって形成された、および／またはそれを用いた）システムの電子機器アセンブリ１４０のアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）によって測定される。

図１Ｂは、図１Ａの力測定システムの実施形態を示す。このシステムは、頂部ケース１２０および底部ケース１２５（「頂部」および「底部」という用語は便宜上用いられているだけであり、限定を意図するものではない）、および／または他の構成要素を有するハウジング本体１１５を含み、頂部ケース１２０および底部ケース１２５および／または他の構成要素は共に嵌合して、および／または他の方法で互いに係合してハウジング本体１１５を形成するように構成される。ハウジング本体１１５は、その中に収容された構成要素に対して保護および／または機械的支持をもたらし得る。ハウジング本体１１５は、例えば、システム１００の外側シェルを形成してもよい。ハウジング本体１１５は、１つ以上の力センサ１３０、電子機器アセンブリ１４０、バッテリまたは他の電源１５０、フレーム１６０、およびライトパイプ１７０を介してユーザに情報を提供するための光源（図示せず）を収容する。一部の実施形態において、システム１００は、加速度計および／またはジャイロスコープ（図示せず）を更に備えてもよい。一部の実施形態において、ハウジング本体は、１１５立法センチメートル以下の体積寸法を有する。

各力センサ１３０は、１つ以上の力検知技術に依存し、および／またはそれを含む。適用可能な力検知技術には、力検知抵抗器、歪みゲージを用いたロードセル、変位センサ（線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）デバイス、ホール効果センサ、および光学センサなど）、圧電抵抗センサ、および／または圧力センサが含まれ得るが、これらに限定されない。ロードセルは力センサとも呼ばれ得る。各力センサは、外側シェルに加えられた力についての力値を求めるために用いられる情報を伝える出力信号をそれぞれ生成する。このデバイスは、電子回路およびファームウェアおよび／または他の構成要素を備えた電子機器アセンブリ１４０を更に含み、これらの電子回路およびファームウェアおよび／または他の構成要素は、システム１００の外側シェル（ハウジング本体１１５）に加えられる総力を求めるための、１つ以上の力センサからの力値の総計（例えば合計）を容易するように構成される。一部の実施形態において、電子機器アセンブリ１４０は、総力を計算するために、各センサによって収集されたデータが任意的に収集され、遠隔的に（例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示される遠隔コンピューティングデバイス１０２上に）存在するソフトウェアに通信され得るように構成されてもよい。計算がシステム１００上のファームウェアによって行われる各実施形態において、加えられた総力を遠隔アプリケーションソフトウェアに通信してもよい。

以下に詳細に説明するように、システム１００の外面領域（例えば、各ケース１２０および１２５の各表面）は、滑らかで、尖った縁部またはピンチポイントがないことにより、システム１００を用いるユーザ体験を向上させ、内部構成要素を保護するように構成される。これらの外面は、ユーザによって加えられる力に耐え、アイソメトリックエクササイズの周期的負荷特性に耐える能力を有し、電子部品に耐水性／耐汗性バリアをもたらし、標準的な洗浄剤や化学薬品に耐え、外部からの侵入物が内部構成要素を損なわないように十分に密封された、エンジニアリングプラスチックまたはエラストマーなどの材料で構成される。一部の実施形態において、エラストマーは、危険を引き起こす可能性がある尖った角部を有する空隙を導入することなく、限られたケースの運動をもたらすのに十分な硬度のプラスチック部品と共成形される。

図２Ａは、各ケース１２０および１２５を含むハウジング本体１１５の図を示す。直交デカルト座標系が、これ以降の各図の基準座標系として規定される。正のｚ方向２００は、頂部ケース１２０の外面の中心にほぼ垂直であり、かつ図２Ａにおいて上方を向くベクトルによって規定され、負のｚ方向２０２は反対側にあり、これらが共にｚ軸２０３を形成する。正のｘ方向２０４は、ｚ軸に垂直でこれと交差し、ｘ軸とｚ軸が図２Ａの紙面の平面内にあるように図２Ａにおいて右を向くベクトルによって規定され、負のｘ方向２０６は反対側にあり、これらが共にｘ軸２０７を形成する。正のｙ方向２０８は、ｘ軸およびｙ軸に直交し、図２Ａの平面の奥に向かうベクトルによって規定され、負のｙ方向２１０は反対側にあり、これらが共にｙ軸２１１を形成する。図２Ａに示すように、ハウジング本体１１５は、ボタンまたはスイッチ２１５、ライトパイプ１７０（図１Ｂ）の外側部分、および／または１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ、図示せず）または他のインジケータ、ディスプレイ、またはユーザインターフェース機構を組み込み得る。

ハウジング本体１１５は、（例えば、この例ではｚ軸２０３に沿って）互いに対向して配置された頂部ケース１２０と底部ケース１２５とを少なくとも含み、これら２つのケースはアイソメトリック（例えば）および／または他の力が、例えば、＋／−ｚ方向２００、２０２におけるこれらのケースの外面領域に加わることに応答して互いに対して移動可能な形状を含む。一部の実施形態において、追加的なハウジング本体構成要素は、それらの外面に（例えば、アイソメトリック）力が加わることに応答して互いに対して移動可能な人間工学的形状を含み得る。一部の実施形態において、頂部ケースおよび底部ケースはそれらの間に配置されたベルト２１２に取り付けられてもよく、取り付け手段が頂部ケースと底部ケースの間の相対運動を可能にし、および／または１つ以上の他のハウジング本体構成要素が、これら２つのケース間の、例えばｚ軸に沿った相対運動を可能にする。人間工学に基づいたハウジング本体は、ユーザの快適さと力測定の精度を最適化するように設計されている。

図２Ｂは、図２Ａのハウジング本体１１５の頂部ケース１２０の側面図２２０を示す。この側面図は、図２Ａと同じ視点からのものであり、紙面の平面内のｘ軸２０７およびｙ軸２１１と紙面の奥に向かう正のｚ方向２００を有する投影底面図２２５も示される。形状は、少なくとも部分的に頂部ケースの外周部２３０によって規定される。図示された実施形態において、外周部は円形でも楕円形でもなく、むしろ、ｘ軸２４０に沿った最大寸法より小さいｙ軸２３５に沿った最大寸法に関してｘ軸に沿って細長い人間工学的形状を規定する、滑らかで連続的な曲線である。一部の実施形態において、デバイスジオメトリは、ユーザから力を受けるように設計された任意の形状であってもよい。例えば、頂面２４５は、直線、平坦、湾曲、弓形、ドーム形であってもよく、および／または１つ以上の他の形状を有してもよい。

図２Ｂに示す頂部ケースの側面図２２０を参照し、ハウジング本体１１５の頂部ケース１２０は、頂部ケースの外面上に位置するほとんどまたは全ての点の対について、第１の点２５１において表面に交差し、垂直な第１のベクトル２５０が、第２の点２５６において表面に交差し、垂直な第２のベクトル２５５に概して平行でないように設計された凸状で滑らかな輪郭の外頂面２４５を有する。

図２Ｃは、図２Ａのハウジング本体１１５の底部ケース１２５の側面図２６０を示す。この側面図は、図２Ａと同じ視点からのものであり、紙面の平面内のｘ軸２０７およびｙ軸２１１と紙面の奥に向かうｚ方向２００とを有する投影底面図２６５も示される。この例において、外周部２７０によって規定される形状は、頂部ケースの形状をほぼ反映し、ｘ軸２８０に沿った最大寸法より小さいｙ軸２７５に沿った最大寸法に関してｘ軸に沿って細長く伸びている。

図２Ｃに示す底部ケースの側面図２６０を参照すると、ハウジング本体１１５の底部ケース１２５は、底部ケースの外面上に位置するほとんどまたは全ての点の対について、第１の点２９１において表面に交差し、垂直な第１のベクトル２９０が、第２の点２９６において表面に交差し、垂直な第２のベクトル２９５に概して平行でないように設計された凸状で滑らかな輪郭の外底面２８５を有する。

一部の実施形態において、頂部ケースおよび底部ケースは、それらの間に配置されたベルト２１２に取り付けられて、頂部ケースと底部ケースの間に弾性接続をもたらし、これらのケース間の相対運動を可能にするハウジング（例えば、ハウジング本体１１５）を形成してもよい。一部の実施形態において、ベルトは、頂部ケース１２０に組み込まれてもよく、または図２Ｃに示すように底部ケースに組み込まれてもよい。システム１００は、無線接続の状態、機械的な開始および停止デバイス動作、およびユーザ制御を含むがこれらに限定されないデバイスの動作についてユーザに情報を伝えるための視覚インジケータを更に含んでもよい。視覚インジケータは、ハウジング本体１１５の任意の部分に組み込まれてもよい。

図３Ａは、力に関する情報を伝える出力信号をそれぞれ生成するように構成され、フレーム１６０に固定的に取り付けられた各力センサ１３０（図１Ｂ）および／または他の構成要素を含むフレームアセンブリ３００を示す。この例において、各力センサ１３０は、それぞれが歪みゲージ３０９を用いた複数のロードセル３０３を備え、各ロードセルは、力検知エリア（図２Ｂおよび図２Ｃにも示される）３０１を提供するようにハウジング本体の周辺領域において離間して配置される。力検知エリア３０１は、力検知エリア内の力を受ける位置に拘わらず、総力値（例えば、本明細書に記載されているような）がほぼ同じであるエリアを含む。図２Ｂ、図２Ｃ、および図３Ａに示すように、力検知エリアは、頂面および底面上に投影されたロードセルタッチ点によって規定される形状に対応する。ロードセルタッチ点においては、加えられた力がシステムによって正確に測定値に総計され得る。力検知エリアは、その形状が図２Ａのハウジング本体１１５の１つ以上の表面領域に対応してもよい。例えば、力検知エリアは、図２Ｂの頂部ケース外周部２３０によって境界付けられる頂面領域２４５および／または図２Ｃの外周部２７０によって規定される底面領域２８５に対応してもよい。

個々のロードセル３０３は、それぞれが固定端３１５と自由端３１８とを有する片持ち梁３１２を備える。図３Ａに示すように、各ロードセルは、例えば、アンカーポイント３２１に配置された機械的締結具またはアンカー１７２を用いて、フレーム１６０上に取り付けられる。各歪みゲージ３０９および他の構成要素は、各片持ち梁に固定的に取り付けられ、各取り付けネジを用いて、および／または任意の他の取り付け手段によってフレーム１６０に取り付けられる各ロードセルサブアセンブリ３２４を形成する。一部の実施形態において、ディンプル３２７がロードセルの自由端付近に配置され、それによって高精度な機械的接触点がもたらされ、力測定システムの外面領域に及ぼされた力がその機械的接触点から力センサに伝えられる。選択された設計アプローチによって、他の設計に比べ、より低コスト、より小型、そしてより大きなアクティブエリアで必要な力検知精度がもたらされる。ハウジング本体に加えられる総力の値は、±１ポンドの精度内および／または±５パーセントの直線性内に求められ得る。デバイスによる正確な力測定をより確実なものとするために、オーバートラベルジオメトリを作成することによって、力検知フレームアセンブリを保護し、高感度構造体への応力を制限してもよい。

再び図１Ｂを参照して、図３Ａのフレーム１６０は、下部ケースにおける各ネジボスに嵌合する肩付きネジなどの複数の取り付けネジ１７５を用いてデバイスの底部ケース１２５に取り付けられ、複数のバネ１８０を備えて、フレームを付勢することで各ロードセル３０３との接触を維持させる一方、接着前にフレームアセンブリ３００が底部ケースに対して「浮動する」ことを可能にしてもよい。一部の実施形態において、３つの片持ち梁３１２のそれぞれの端部における各ディンプル３２７は、底部ケースによって支持されている各起動ディスク１８５に接触する。接着剤および／または他の結合構成要素を用いて、それぞれのディンプルに隣接するエリアにおいて各片持ち梁と各起動ディスクとを接合してもよい。接着剤は、フレームを底部ケースにしっかりと保持し、製造と組み立てにおけるバリエーションを可能にする。フレームは、底部ケースに対してｚ軸２０３に沿って「浮動する」ことができ、各底部ケース取り付けネジと付随する各バネとによって垂直方向の平行移動が規制され、各ネジボスのうちの１つ以上にキー止めされることによって、両方の水平軸２０７、２１１に沿って物理的に規制される。頂部ケース１２０は、例えば、頂部ケースをフレームに固定するために、フレーム上のインターロックと嵌合するスナップフィット機構を組み込んでもよい。

図３Ｂは、当業界で一般的に利用可能な力センサ１３０（図１）の一部を示す。一部の実施形態において、１つ以上の力センサの設計は、歪みゲージ３０９を組み込んだロードセル３０３を含んでもよい。各ロードセルは、様々な実現可能なジオメトリで作成できる。おそらく、最も一般的なのは、例えば、図３Ｂに示すように中央に配置された歪みゲージ３３３を備えた「Ｗ」型ロードセル３３０である。図３Ｂのサンプル実施形態は限定を意図するものではない。例えば、一変形として本質的にＷの半分からなる「Ｊ」型がある。（より高いコストとより大きなサイズで）精度を高めるために変曲点を中心とする正と負の両方の歪みをもたらす他の実現可能なジオメトリには、「Ｕ」型および「Ｓ」型が含まれる。「Ｉ」ジオメトリ（単純な曲げ梁）は最もコンパクトで最も低コストな設計であるが、このジオメトリがもたらすのは単一極性の歪みであり、また片持ち梁を支持する上で課題があるため、あまり用いられない。

図３Ａに示す例において、各ロードセルは、３つの片持ち梁３１２のそれぞれの上に取り付けられた各歪みゲージ３０９を有する各ホイートストンハーフブリッジとして構成される。一部の実施形態において、力測定システム１００は、力が加えられたときの片持ち梁の先端３１８のたわみに比例して抵抗を変化させる歪みゲージが取り付けられた片持ち梁ロードセル３０３（単純な「Ｉ」型片持ち梁ロードセルなど）を備えてもよい。デバイスは、複数のアンカーポイント３２１を更に含んでもよく、これらアンカーポイント３２１は、フレームジオメトリに組み込まれ、片持ち梁をフレーム１６０に固定して、より高い力レベルでもより正確な測定を行い、安定した変曲点を実現する。複数のロードセルは、シェルの周辺に向かって間隔を空けて配置され、ユーザーが力を加えることができ、正確に力検知される大きなアクティブエリアを提供し得る（例えば、力測定エリア）。各ロードセルは、セルのロードポイント３２７が片持ち梁の先端にできるだけ近くなるように更に設計されて、大きなアクティブ（力測定）エリアを提供し得る。

片持ち梁３１２の先端３１８が、システムの頂面１２０および底面１２５などの外面領域に及ぼされる力によって撓むと、ホイートストンハーフブリッジ回路は測定可能な電圧変化を出力する。それぞれの歪みゲージからのこの電圧は増幅され、その後、アナログ−デジタルコンバーター（ＡＤＣ）によって測定される。ファームウェアは、不揮発性メモリから二点線形較正および風袋データをロードし、このデータを用いて、それぞれのロードセルから読み取った電圧を力値に変換する。３つの力値（それぞれのロードセルから１つずつ）を総計またはベクトル合計して、デバイスが経験した総力を求める。使用中、電子機器アセンブリ１４０（１つ以上のプロセッサを含む）は、力測定が準連続的な方法、例えば１００ミリ秒ごとに行われて、リアルタイムの結果を生成し、その結果を、例えばＢＬＥを用いてホストデバイスに送信するように構成されてもよい。任意の数の実現可能な力信号収集アルゴリズム（例えば、様々な周波数、様々な通信技術など）が当業者によって認識されるであろうことから、この例は限定を意図するものではない。

ハーフブリッジ歪みゲージには、片持ち梁の伸びを検知する少なくとも１つの能動圧電抵抗素子と、温度範囲にわたって正確な力測定を確実なものとするための温度補償の基準としての役割を果たす、少なくとも１つの他の同一の能動圧電抵抗素子とが含まれ得る。従って、一部の実施形態は、総力値の精度を高めるために温度補償をするように構成された回路を更に備えてもよい。これらのデバイスのうちの１つ以上を用いた場合、力は複数の歪みゲージの読み取り値の較正され、スケーリングされた合計として計算され得る。デバイスは、例えば、製造中、単純な一度限りの較正で必要な精度を確実なものとするように較正され得る。一部の実施形態において、デバイスはまた、力センサ再較正能力を備えてもよい。

例えば、電子機器アセンブリ１４０（例えば、１つ以上のプロセッサを含む）は、容器の内容物を計量するときに風袋が用いられ、この容器が最初に空で計量され、その後内容物で満たされるように構成されてもよい。全重量から空のときの重量を差し引くと、容器の重量が除かれて内容物の重量が得られる。この風袋の概念が、本発明の１つ以上の実施形態の負荷測定に適用され得る。例えば、デバイスが外力のない状態に意図的に置かれている間に、「無負荷」重量がヌルオフセット値として記録され、不揮発性メモリに記憶される。それ以降得られる測定値は、報告された力から呼び戻されたヌルオフセット値を差し引くことにより補正される。そのため、ヌルオフセットエラーは、除かれる「容器」負荷に例えられる。デバイスは、勾配補正乗数によって「較正」されてもよい。この乗数は、既知の重量をデバイスに適用し、報告された重量を記録することにより求めることができる。既知の重量を報告された重量で除算することにより、ソフトウェアは測定値の定量化に使用可能な勾配補正乗数を記憶することができる。この手法は、既知の反復可能な重量を適用する必要があるため、たとえば初期較正の一部として適用されてもよい。

一部の実施形態において、電子機器アセンブリ１４０（例えば、１つ以上のプロセッサ）は、ヌルオフセット補正および勾配乗数の各線形補正技術を、初期較正またはデバイスが測定に恒久的に影響を及ぼす条件に遭遇した場合のその後の較正に適用し得るように構成されてもよい。

図３Ｃは、本発明の１つ以上の実施形態によるフレーム１６０を示しており、図２Ａのｘ軸２０７およびｙ軸２１１が紙面の平面にほぼ平行となるように配向されている。底面図３５０は、図２Ａの正のｚ方向２００が紙面の奥に向かうように配向され、頂面図３５５は、このｚ方向が紙面から出る向きとなるように配向されている。図示された実施形態において、フレームの外周部３６０の形状は、頂部ケースの外周部２３０および底部ケースの外周部２７０の形状とほぼ同じであるが、ハウジング本体１１５内にフレーム１６０が収まることができるように僅かにそれらより小さい。一部の実施形態において、フレームは複数のスロットまたは溝３６５を組み込み、それによって底部ケース１２５または頂部ケース１２０にスナップして嵌るようにフレームの各部が曲がることを可能にしてもよい。一部の実施形態において、各スロットは、Ｌ形状を有してスナップの保持力を最適化してもよい。

フレーム１６０は、フレームを底部ケースに取り付けるために、および／または他の目的のために用いられる各ネジ１７５を取り付けるための複数の貫通孔３７０を含む。これらの貫通孔は、頂部および底部ケースハウジングに対する適正なデータミングを容易にするために、「スリップフィット」もしくは溝付きまたはクリアランスとなるように構成されてもよい。一部の実施形態において、各スロットは、各嵌合部上の突起と嵌合して、フレームに対する嵌合部の位置を固定または規制するように設計されてもよい。フレームは、図３Ａの各アンカーポイント３２１でフレームを底部ケースにしっかりと固定するための各ネジボス３７５用の複数の穴および／またはウェルも組み込んでいる。フレームは、バッテリまたは他の電源を保持するための電源ウェル３８０および／または電源への電気接続に対応するための機構３８５を含んでもよい。フレームは、各片持ち梁を支持し、各取り付けネジが取り付けられてもよい追加的な各ボスを提供する支持構造３９０を有してもよい。フレームは、プリント回路基板（ＰＣＢ）上に含まれる１つ以上のプロセッサなどの、図１Ｂの電子機器アセンブリ１４０を取り付けるための手段（図示せず）を更に含んでもよい。

図１Ｂに戻り、力測定システム１００は、バッテリーなどの電源１５０によって電力供給されてもよい。電源は、非充電式または充電式であってもよい。後者の場合、システム１００は、例えばユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）充電ポートおよび／または他の充電ポートなどの充電ポートを備えてもよい。前者の場合、システム１００は、この目的のための、例えば取り外し可能なバッテリーハウジングへのバッテリーハウジングアクセスを備えてもよい。図示された例において、電源は単一のＡＡＡバッテリであり、これは一対のバッテリクリップによって所定の位置に保持されたスロット３８０（図３）内にある。これらのバッテリクリップは、バッテリスロットのそれぞれの端部でフレーム１６０に固定的に取り付けられ、例えばはんだを用いて電子機器アセンブリ１４０に固定的に接続される。

図１Ｂの電子機器アセンブリ１４０は、ＢＬＥなどの無線データ送信をサポートし、マイクロプロセッサまたはＭＣＵとして機能するように構成された１つ以上のチップセット（例えば、１つ以上のプロセッサ）を含むプリント回路基板（ＰＣＢ）アセンブリを含み得る。スイッチおよび１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）および／または他の種類の光源がユーザフィードバックを提供してもよく、同じくＰＣＢ上に実装される。光源（群）は多色であってもよく、成形されたライトパイプを介してデバイスの外側ケースに光学的に接続されてもよい。同じくＰＣＢに実装されたスイッチは、例えばベルト２１２上のエラストマーのモールドインされたボタンを介してアクセスされてもよい。図１Ｂおよび図３Ａに更に示されるように、ＰＣＢの下方（例えば、各図に示される向きにおいて。ただし、これは限定を意図するものではない）に配置されるのは、デバイスの各ロードセル１３０、３０３および各起動ディスク１８５である。ＰＣＢアセンブリは、各ネジまたは他の手段を用いてフレーム１６０に取り付けられ、所定の位置に固定されてもよい。ＰＣＢアセンブリと各ロードセルに含まれる歪みゲージの間には電気接続（図示せず）がある。

図４は、本発明の１つ以上の実施形態による電気回路構成を示すブロック図４００である。図示された例における主な電気構成要素およびサブシステムには、以下が含まれる。すなわち、処理能力とＢＬＥ無線通信プロトコルを介した通信の両方を提供するように構成されたＭＣＵ／ＢＬＥチップモジュール４０５、データを送信および／または受信するように構成されたＢＬＥアンテナ４１０、歪みゲージ抵抗をデジタル力測定値に変換するための信号経路を提供するように構成されたＭＵＸ（マルチプレクサ）／ＰＧＡ（プログラム可能ゲートアレイ）／ＡＤＣモジュールまたはモジュール群４１５、バッテリ電圧を回路構成が必要とする電圧に変換し、デバイスのオン／オフ制御を提供するように構成された電力回路モジュール（群）４２０、オン／オフ制御を提供するように構成されたモーメンタリスイッチ４２５、ボタン押し操作をデコードするように構成されたリセットタイマー４３０、赤、緑、および青のインジケータライトを提供するように構成されたＲＧＢ（赤／緑／青）ＬＥＤモジュール４３５、ファームウェア画像と他のプログラムされたデータを永続的に記憶し、一方が無効または破損した場合（例えば、ファームウェアのアップグレードの失敗によって）に備えて２つの画像を記憶する容量を提供するように構成されたフラッシュメモリモジュール４４０、デバイスをプログラミングし、デバッグデータを出力するためのアクセスおよび／または能力を提供するように構成されたＪＴＡＧ（ジョイントテストアクショングループ）ポートなどのプログラム／デバッグポート４４５。電気回路構成は、電子機器アセンブリ１４０に全体的または部分的に組み込まれ、図１Ｂに示すように電源１５０によって電力供給されてもよい。電源１５０および各力センサ１３０は、電気回路構成に電気的に接続されている。例えば、各力センサは、図３Ａに示すような各歪みゲージロードセル３０３として具現化されてもよい。

上述のように、図１Ａの力測定システム１００から遠隔デバイス１０２へのデータ送信は、有線または無線の何れかとすることができ、無線の場合は、モビリティを高めるようにＢＬＥまたは他の無線送信技術が用いられる。無線送信が用いられる場合、遠隔コンピューティングデバイスに適切なアンテナが装備されてもよい。例えば、逆Ｆアンテナが含まれてもよい。デバイスの機械的制約に対応するために、必要に応じ、アンテナジオメトリが変更されてもよい。ＰＣＢ上のグラウンドプレーンのサイズを補償するために、長さも調整が必要となることがある。無線技術は、デバイスが、マウスを用いた使用のために設計されたゲームとの互換性のためにヒューマンインターフェイスデバイス（ＨＩＤ）の使用をサポートできるように、市販またはカスタマイズ可能の何れかであってもよい。例えば、ＢＬＥを採用してホストデバイスにデータを送信する場合、ＢＬＥ通信能力は、基準設計を有するチップセット、またはテキサスインスツルメンツ（ＴＩ）ＣＣ２６４０ ＭＣＵ／ＢＬＥチップセットなどの事前認証モジュールによって提供されてもよい。当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、他のチップセットおよび／または無線通信プロトコルが用いられてもよいことを認識するであろう。電気回路構成を単一のＰＣＢ上に実装するによって、例えば、信頼性が低い可能性がある相互接続を排除してもよい。

システム１００用のファームウェアは、デバイスの各動作を制御するＭＣＵ ４０５（１つ以上のプロセッサ）によって実行されるように構成されており、デバイスの各動作には以下が含まれ得るが、これらに限定されない。すなわち、ボタン押し操作に応答して電源をオンおよびオフすること、ＢＬＥまたは別の無線プロトコルを介して遠隔コンピューティングデバイスに接続すること、各センサ出力信号から力情報を受信および／または総計し、各出力信号を分析および／または電圧信号に変換し、リアルタイム力データを遠隔デバイスに送信すること、バッテリー低下などの「例外条件」を信号通知すること、およびＢＬＥまたは別の無線プロトコルを用いてファームウェアアップグレードのダウンロードおよびインストールを行うこと。ファームウェアは、例えばリアルタイムオペレーティングシステムの下で単一のタスクとして動作してもよい。とりわけ、データの受信、ボタン押し操作、およびタイマーの期限切れを含む各事象は、割り込みによって信号通知されてもよい。１つ以上のプロセッサ（ＭＣＵ ４０５）はまた、バッテリーの充電寿命を維持するための自動タイムアウト機能を備えてもよい。

図５は、ユーザ５０１がどのようにして図１の力測定システムデバイス１００とインターフェースを取るかを示す図５００である。この図において、左の列の各ボックスはハードウェアを表し、中央の列の各ボックスはハードウェアインターフェイスを表し、右の列の各ボックスはファームウェアの機能を表す。図５に示すように、ユーザは、以下の各工程において説明されるようにデバイスと相互作用するが、示された順序で行われる必要はない。工程５０５で、ユーザはボタン（例えば、図２Ａの２１５）を用いてデバイスをオンまたはオフにする。工程５１０で、ユーザは、デバイスの外面領域（例えば、図１Ｂの頂部ケース１２０および底部ケース１２５）に圧力を加えてアイソメトリックエクササイズを行う。工程５１５で、ユーザは、電源（例えば、図１Ｂの１５０）が使い果たされたときに、電源を交換または充電する。工程５２０で、ユーザは、ＬＥＤ（例えば、図４の４３５）を用いてデバイスの状態を観察する。

図６は、力測定システムで力を測定する方法６００を示す。このシステムは、複数の表面領域、１つ以上のセンサ、電源、機械可読命令を実行するように構成された１つ以上のハードウェアプロセッサを含む電子機器アセンブリ、および／または他の構成要素を備えたハウジング本体を含む。機械可読命令には、１つ以上のプロセッサに力に関する情報を変換および／または増幅させて電圧信号を生成させる命令、および１つ以上のプロセッサに処理済み各センサ出力信号をハウジング本体に収容されていない遠隔デバイスに通信させる命令が含まれる。以下に説明する方法６００の各オペレーションは例示に過ぎない。一部の実施形態において、方法６００は、説明されていない１つ以上の追加的なオペレーションを用いて実現されてもよく、および／または説明される各オペレーションのうちの１つ以上を省略して実現されてもよい。また、方法６００の各オペレーションが図６に示され、以下に説明される順序は、限定を意図するものではない。例えば、一部の用途において、総力値を求める前に、ヌルオフセット風袋値を記録および記憶し、および／または温度補正を実施することが望ましい場合がある。

一部の実施形態において、方法６００は、１つ以上の処理デバイス（例えば、デジタルプロセッサ、アナログプロセッサ、情報処理用に設計されたデジタル回路、情報処理用に設計されたアナログ回路、ステートマシン、および／または電子的に情報を処理する他のメカニズム−本明細書に記載されている１つ以上のプロセッサを含むＭＣＵ ４０５）において全体的または部分的に実施されてもよい。これらの処理デバイスは、電子記憶媒体に電子的に記憶された命令に応答して、方法６００の各オペレーションの一部または全てを実行する１つ以上のデバイスを含んでもよい。これらの処理デバイスは、ハードウェア、ファームウェア、および／またはソフトウェアを介して構成され、方法６００の各オペレーションのうちの１つ以上を実行するために特に設計された１つ以上のデバイスを含んでもよい。

オペレーション６０２で、力センサ、電源、および電子機器アセンブリを収容するハウジング本体によって力が受けられる。一部の実施形態において、力は、ハウジング本体１１５（例えば図２に示され、本明細書に記載されている）と同一または同様のハウジング本体によって受けられる。一部の用途において、力は、アイソメトリックエクササイズおよび／または他の力および／またはエクササイズを行っている間にユーザによってハウジングに及ぼされる、本明細書に記載されているようなアイソメトリック力であってもよい。

オペレーション６０４で、力に関する情報を伝える出力信号をそれぞれ生成する１つ以上の力センサが設けられる。１つ以上の力センサは、各センサ１３０（図１Ｂに示され、本明細書に記載されるような）と同一または同様であってもよく、本明細書に記載されているような１つ以上の力検知技術を採用してもよい。一部の実施形態において、各信号は、歪みゲージロードセル３０３（図３Ａおよび図３Ｂに示され、本明細書に記載されるような）と同一または同様の各歪みゲージロードセルと併せてホイートストンハーフブリッジ回路を用いることによって生成される。

オペレーション６０６で、機械可読命令を実行するように構成された１つ以上のプロセッサを含む電子機器アセンブリ１４０（図１Ｂに示され、本明細書に記載されるような）と同一または同様の電子機器アセンブリが設けられる。電子機器アセンブリは、上記の１つ以上の力センサおよび電源１５０（図１Ｂに示され、本明細書に記載されている）と同じまたは同様の電源に動作可能に結合される。一部の実施形態において、電子機器アセンブリは、本明細書に記載されるようなＰＣＢを備えてもよい。一部の実施形態において、１つ以上のプロセッサは、処理能力とＢＬＥ無線通信プロトコルを介した通信の両方を提供するように構成されるＭＣＵ／ＢＬＥチップモジュール４０５（図４に示され、本明細書に記載されるような）を含んでもよい。

オペレーション６０８で、総力値の精度を高めるために温度補償を実施する回路が設けられる。本明細書で説明するように、ハーフブリッジ歪みゲージには、片持ち梁の伸びを検知する少なくとも１つの圧電抵抗素子と、温度範囲にわたって正確な力測定を確実なものとするための温度補償の基準としての役割を果たす、少なくとも１つの他の名目上同一の圧電抵抗素子とが含まれ得る。従って、一部の実施形態は、総力値の精度を高めるために温度補償をするための基準圧電抵抗素子を用いる方法を含んでもよい。

オペレーション６１０で、１つ以上のプロセッサは、機械可読命令を実行することによって、力に関する情報を変換および／または増幅するように各センサ出力信号を処理して電圧信号を生成する。一部の実施形態において、電圧信号は、本明細書に記載されているような歪みゲージロードセルと併せてホイートストンハーフブリッジを用いて生成されてもよい。更に、オペレーション６１０で、１つ以上のプロセッサは、機械可読命令を実行することによって、処理済み各センサ出力信号を、遠隔コンピューティングデバイス１０２（図１Ａに示され、本明細書に記載されているような）と同じまたは同様の、ハウジング本体に収容されていない遠隔コンピューティングデバイスに通信する。

オペレーション６１２で、遠隔コンピューティングデバイス１０２（図１Ａに示され、本明細書に記載されているような）と同じまたは同様の遠隔コンピューティングデバイスは、通信された各センサ出力信号を処理することにより、総力値を求める。一部の実施形態において、本明細書に記載されているような複数の個々の力センサからの力値を合計することにより、総力値を求めてもよい。

オペレーション６１４で、外力がハウジング本体に加えられていないときに記録されたヌルオフセット風袋値が、メモリ４４０（図４に示され、本明細書に記載されているような）と同一または同様の不揮発性メモリに記憶される。この値は後に呼び戻され、その後の力測定の精度を高めるために用いられてもよい。一部の実施形態において、本明細書で説明するように、ヌルオフセット風袋値がその後の測定値から差し引かれる。一部の実施形態において、構成要素が時間とともに機械的または電気的なドリフトを示す場合に、ヌルオフセット風袋値をリセットするためにユーザによって呼び出されるユーザ有効風袋機能をデバイスに組み込むことができる。

オペレーション６１６で、システムに及ぼされる繰り返し力に関する情報を伝える各信号がリアルタイムでデジタル測定値に変換され、ハウジング本体に加えられる力に関するリアルタイムな情報がユーザーに（例えば、遠隔コンピューティングデバイスを介して）提供される。例えば、本明細書で説明するように、力の測定値は１００ミリ秒毎に取得され、その結果が遠隔コンピューティングデバイスに送信されてもよい。この情報は、例えば、４０５および４１０（図４に示されるような）によって提供される能力と同じまたはそれと同様の能力を用いるブルートゥース（登録商標）低エネルギー（ＢＬＥ）を用いて送信されてもよく、または本明細書に記載されているような別の接続によって送信されてもよい。

オペレーション６１８で、アイソメトリックエクササイズを行っている間にユーザによって及ぼされるる力が、力測定システム１００のハウジング本体の少なくとも２つの表面領域によって受けられる（例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示され、本明細書に記載されるように）。このエクササイズ関連の力は、時間の関数として測定され、および／または上記のようにユーザーに送信されてもよい。システムは、エクササイズを行うことに関するゴール、命令、パラメータ、または手順などのエクササイズ情報を送信してもよい。エクササイズ情報は事前にプログラムされていてもよく、および／またはシステムによって測定された、またはシステムに入力されたデータによって表されるユーザのパフォーマンスの各局面に基づいてもよい。

要約すると、本発明は、デバイスの外部に加えられる力を測定するための力測定デバイスの周辺付近に分散して配置された各ロードセルおよび各歪みゲージを含むがこれらに限定されない各力センサを有する力測定デバイスを提供する。力測定デバイスは、ハウジング本体としての役割を果たす外側ケースと、無線通信用のハードウェアサポートを備えたハウジング内の電子機器アセンブリと、電源と、デバイスの周辺付近に分散して配置された１つ以上の力センサと、を備え、外側ケースは外側ケースに加えられた力を１つ以上の力センサに伝えることができる。

当業者は、上記し、各図に関連して説明した１つ以上のプロセス、サブプロセス、またはプロセス工程が、ハードウェアおよび／またはソフトウェアによって行われてもよいことを理解し、正しく認識するあろう。プロセスがソフトウェアによって行われる場合、ソフトウェアは、各機能的構成要素またはモジュールのうちの１つ以上などの適切な電子処理構成要素またはシステムにおけるソフトウェアメモリ（図示せず）に常駐してもよい。ソフトウェアメモリ内のソフトウェアは、論理的機能を実施するための実行可能命令の順序付けられたリスト（つまり、デジタル回路構成もしくはソースコードなどのデジタル形式、またはアナログ回路構成もしくは、アナログ電気、音声、または映像信号などのアナログ源などのアナログ形式の何れかにおいて実施されてもよい「論理」）を含んでもよく、命令実行システム、装置、またはデバイスからの命令を選択的にフェッチし、それらの命令を実施してもよい、コンピュータベースのシステム、プロセッサを含むシステム、または他のシステムなどの命令実行システム、装置、またはデバイスによって、またはそれと関連して用いられる任意のコンピュータ可読媒体において選択的に具現化されてもよい。本開示の文脈において、「コンピュータ可読媒体」は、命令実行システム、装置、またはデバイスによって、またはそれと関連して用いられるプログラムを含有、記憶、または通信してもよい任意の手段である。コンピュータ可読媒体は選択的に、例えば、電子的、磁気的、光学的、電磁的、赤外線、または半導体のシステム、装置、またはデバイスであってもよいが、これらに限定されない。コンピュータ可読媒体のより具体的な例であるが、非網羅的なリストには以下が含まれるであろう。すなわち、携帯型コンピュータディスケット（磁気）、ＲＡＭ（電子）、読み取り専用メモリ「ＲＯＭ」（電子）、消去可能プログラム可能読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）（電子）、および携帯型コンパクトディスク読み取り専用メモリ「ＣＤＲＯＭ」（光学）。コンピュータ可読媒体が、プログラムが印刷される紙または別の適切な媒体でさえあり得ることに留意されたい。これは、プログラムが、例えば紙または他の媒体の光走査を介して電子的に取り込まれ、その後、必要に応じて適切な方法でコンパイルされ、解釈され、または他の処理を施され、その後、コンピュータメモリに記憶され得るからである。

各機能的構成要素またはモジュールのうちの１つ以上などの電子処理構成要素またはシステムは、互いに直接接続されてもよく、または信号通信状態にあってもよい。本明細書において用いられる「信号通信状態に」という用語は、２つ以上のシステム、デバイス、構成要素、モジュール、またはサブモジュールが、何らかの種類の信号経路上を移動する各信号を介して互いに通信可能であることを意味することが理解されるであろう。各信号は、通信、電力、データ、またはエネルギー信号であってもよく、これらの信号は、情報、電力、またはエネルギーを第１のシステム、デバイス、構成要素、モジュール、またはサブモジュールから第２のシステム、デバイス、構成要素、モジュール、またはサブモジュールに第１および第２のシステム、デバイス、構成要素、モジュール、またはサブモジュール間の信号経路に沿って通信してもよい。信号経路には、物理的、電気的、磁気的、電磁的、電気化学的、光学的、有線、または無線接続が含まれ得る。信号経路には、第１および第２のシステム、デバイス、構成要素、モジュール、またはサブモジュール間の追加的な各システム、デバイス、構成要素、モジュール、サブモジュールも含まれ得る。

より一般的には、「通信する」および「〜と…通信状態に」（例えば、第１の構成要素が第２の構成要素「と通信する」または「と通信状態にある」）などの用語は、２つ以上の構成要素または素子間の構造的、機能的、機械的、電気的、信号、光学的、磁気的、電磁気的、イオン的、または流体的関係を示すために本明細書において用いられる。そのため、１つの構成要素が第２の構成要素と通信すると言われているという事実は、追加的な各構成要素が第１および第２の構成要素間に存在する、および／または第１および第２の構成要素に動作可能に関連付けられている、または係合されている可能性の排除を意図しない。

前述した各実施例の説明は、例示および説明を目的として提示されたものである。前述の説明は網羅的ではなく、クレームされた各発明を開示されている厳密な形態に限定するものではない。種々の変形および変更が上述の説明に照らして可能であり、または本発明の実施を通じて取得され得る。各請求項およびそれらの均等物は、本発明の範囲を規定する。

特定の例示的な各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明のより広い精神および範囲から逸脱することなく、これらの実施形態に様々な変形および変更を加えてもよいことが当業者には明らかであろう。従って、明細書および各図面は、制限的ではなく、例示的な意味において考慮されるべきである。

特許請求の範囲において、括弧内のいかなる参照符号も、請求項を限定するものと解釈されるべきではない。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という語は、請求項に列挙されたもの以外の要素または工程の存在を除外するものではない。いくつかの手段を列挙するデバイスクレームにおいて、これらの手段のいくつかは、ハードウェアのある１つの同一の項目によって具現化されてもよい。ある要素に先行する”ａ”または”ａｎ”という語は、複数のかかる要素の存在を除外しない。い
くつかの手段を列挙する任意のデバイスクレームにおいて、これらの手段のいくつかは、ハードウェアのある１つの同一の項目によって具現化されてもよい。特定の複数の要素が相互に異なる従属クレームに記載されているという単なる事実は、これらの要素を組み合わせて用いることができないことを示すものではない。

現時点で最も実用的で好ましいと考えられる各実施形態に基づいて、本特許出願を例示のために詳細に説明したが、このような詳細な説明が例示のみを目的としたものであり、本特許出願が、開示された各実施形態に限定されるものではなく、むしろ添付の特許請求の範囲の精神及び範囲に入る種々の変形および均等な配置を含むことが意図されていることが理解されるべきである。例えば、本特許出願においては、任意の実施形態の１つ以上の特徴を任意の他の実施形態の１つ以上の特徴と可能な限り組み合わせることができることが理解されるべきである。

Claims (22)

1. 及ぼされた力を受けるように構成された複数の表面領域を含むハウジング本体であって、前記複数の表面領域のうちの少なくとも２つの個々の表面領域が、前記力の印加に応答して互いに対して移動するように構成された、ハウジング本体と、
   前記力に関する情報を伝える出力信号をそれぞれ生成するように構成された１つ以上の力センサと、
   電源と、
   １つ以上のプロセッサを含む電子機器アセンブリであって、前記電子機器アセンブリが、前記１つ以上の力センサおよび前記電源に動作可能に結合され、前記１つ以上の力センサ、前記電源、および前記電子機器アセンブリが前記ハウジング本体に収容されている、電子機器アセンブリと、を備え、
   前記１つ以上のプロセッサが、機械可読命令によって、
   前記力に関する情報を変換および／または増幅するように前記各センサ出力信号を処理して電圧信号を生成し、
   前記ハウジング本体に収容されていない遠隔コンピューティングデバイスに前記電圧信号を通信するように構成された、力測定システム。
2. 前記遠隔コンピューティングデバイスが、処理済み前記各センサ出力信号を受信し、前記各センサ出力信号に対応付けられた総力値を求めるように構成された、請求項１に記載の力測定システム。
3. 前記１つ以上の力センサが、力検知抵抗器、歪みゲージを用いたロードセル、線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）デバイスを含む変位センサ、ホール効果センサおよび光学センサ、圧電抵抗センサ、および圧力センサからなる群から選択される、請求項１に記載の力測定システム。
4. 前記１つ以上の力センサが、歪みゲージを用いた複数のロードセルを更に備え、前記複数のロードセルが、力検知エリアを提供するように前記ハウジング本体の周辺領域において離間して配置され、前記力検知エリアが、前記力検知エリア内の前記力を受ける位置に拘わらず、前記総力値がほぼ同じであるエリアを含み、前記力検知エリアが、前記複数の表面領域のうちの１つ以上の表面領域の形状および／またはサイズに対応する、請求項２に記載の力測定システム。
5. 前記複数のロードセルが、それぞれが固定端と自由端とを有する片持ち梁をそれぞれ含み、前記力測定システムが、
   前記複数のロードセルが固定的に取り付けられるフレームアセンブリであって、前記フレームアセンブリが、前記ハウジング本体内に収容され、前記ハウジング本体に対して浮動する、フレームアセンブリと、
   複数の作動部材であって、少なくとも１つの作動部材が、それぞれの前記片持ち梁の前記自由端と前記ハウジング本体との間に位置するように配置された複数の作動部材と、を更に備える、請求項４に記載の力測定システム。
6. 前記力が、アイソメトリックエクササイズを実行する過程でユーザによって前記ハウジング本体に及ぼされるアイソメトリック力である、請求項１に記載の力測定システム。
7. 前記ハウジング本体が、１１５立法センチメートル以下の体積寸法を有する、請求項１に記載の力測定システム。
8. 前記ハウジング本体が、前記ハウジング本体またはその中に収容されている各構成要素に実質的な損害を受けることなく、少なくとも２００ポンドの力に耐えるように構成された、請求項１に記載の力測定システム。
9. 前記総力値の精度を高めるために、前記電圧信号に温度補償を行うように構成された回路を更に備える、請求項１に記載の力測定システム。
10. 前記複数の表面領域、前記１つ以上の力センサ、および前記電子機器アセンブリが、前記ハウジング本体に加えられる総力の前記値が、±１ポンドの精度内および／または±５パーセントの直線性内に求められるように構成された、請求項１に記載の力測定システム。
11. 前記１つ以上のプロセッサが、機械可読命令によって、前記複数の表面領域のうちの前記少なくとも２つの個々の表面領域に反復して及ぼされる力に関する情報を伝える前記１つ以上の力センサからの出力信号を、ほぼリアルタイムでデジタル測定値に変換するように更に構成され、前記１つ以上のプロセッサが、機械可読命令によって、前記ハウジング本体に加えられる力に関する、表示用のほぼリアルタイムな情報をユーザに提供するように構成された、請求項１に記載の力測定システム。
12. 及ぼされた力を受けるように構成された複数の表面領域を含むハウジング本体を用いて力を受ける工程であって、前記複数の表面領域のうちの少なくとも２つの個々の表面領域が、前記力の印加に応答して互いに対して移動可能である工程と、
    前記１つ以上の力センサを用いて、前記力に関する情報を伝える各出力信号を生成する工程と、
    電源および１つ以上のプロセッサを含む電子機器アセンブリを前記１つ以上の力センサに動作可能に結合する工程と、
    前記１つ以上の力センサ、前記電源、および前記電子機器アセンブリを前記ハウジング本体に収容する工程と、
    機械可読命令を実行する工程であって、それによって前記１つ以上のプロセッサに、
    前記力に関する情報を変換および／または増幅するように前記各センサ出力信号を処理させて電圧信号を生成させ、
    前記電圧信号を前記ハウジング本体に収容されていない遠隔コンピューティングデバイスに通信させる工程と、を含む、力測定方法。
13. 前記方法が、前記遠隔コンピューティングデバイスを用いて、前記各センサ出力信号に対応付けられた総力値を求める工程を更に含む、請求項１２に記載の力測定方法。
14. 力検知抵抗器、歪みゲージを用いたロードセル、線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）デバイスを含む変位センサ、ホール効果センサおよび光学センサ、圧電抵抗センサ、および圧力センサからなる群から選択される１つ以上の力センサを設ける工程を更に含む、請求項１２に記載の力測定方法。
15. 前記１つ以上の力センサが、歪みゲージを用いた複数のロードセルを備え、前記複数のロードセルが、力検知エリアを提供するように前記ハウジング本体の周辺領域において離間して配置され、前記力検知エリアが、前記力検知エリア内の前記力を受ける位置に拘わらず、前記総力値がほぼ同じであるエリアを含み、前記力検知エリアが、前記少なくとも２つの表面領域のうちの１つ以上の表面領域の形状および／またはサイズに対応する、請求項１３に記載の力測定方法。
16. 前記複数のロードセルに、それぞれが固定端と自由端とを有する片持ち梁をそれぞれ設ける工程と、
    前記複数のロードセルをフレームアセンブリに固定的に取り付ける工程であって、前記フレームアセンブリが、前記ハウジング本体内に収容され、前記ハウジング本体に対して浮動する工程と、
    複数の作動部材であって、少なくとも１つの作動部材が、それぞれの前記片持ち梁の前記自由端と前記ハウジング本体との間に位置するように複数の作動部材を設ける工程と、を更に含む、請求項１５に記載の力測定方法。
17. 前記力が、アイソメトリックエクササイズを実行する過程でユーザによって前記ハウジングに及ぼされるアイソメトリック力である、請求項１２に記載の力測定方法。
18. 前記ハウジング本体が、１１５立法センチメートル以下の体積寸法を有する、請求項１２に記載の力測定方法。
19. 前記ハウジング本体が、前記ハウジング本体またはその中に収容されている各構成要素に実質的な損害を受けることなく、少なくとも２００ポンドの力に耐えるように構成された、請求項１２に記載の力測定方法。
20. 前記総力値の精度を高めるために、前記ハウジング本体に収容された回路を用いて、温度変動について前記電圧信号を補償する工程を更に含む、請求項１２に記載の力測定方法。
21. 前記ハウジング本体に加えられる総力の前記値を、±１ポンドの精度内および／または±５パーセントの直線性内に求める工程を更に含む、請求項１３に記載の力測定方法。
22. 前記複数の表面領域のうちの前記少なくとも２つの個々の表面領域に反復して及ぼされる力に関する情報を伝える前記１つ以上の力センサからの出力信号を、ほぼリアルタイムでデジタル測定値に変換する工程と、前記ハウジング本体に加えられる力に関する、表示用のほぼリアルタイムな情報をユーザに提供する工程と、を更に含む、請求項１２に記載の力測定方法。