WO2005034751A2 - Dispositif de controle de foulee - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a device for controlling ("monitoring") the stride of a walker or a runner. It finds applications in particular in the field of sport and in the medical field.
  • the calibration sequence is provided for determining, on the one hand, a mathematical law of calibration by means of a polynomial regression and, on the other hand, a direct correspondence between the measured signal and the length of the stride, for given shoes and an individual.
  • the stride length estimation algorithm uses the measurement of the variation of the magnetic field resulting from the movement of the magnetic mass.
  • Examples of the device which are the subject of the invention are described in the following, in which the fact is used that, in stride, at all times one of the feet has a fixed support point relative to the ground while the other foot is movable, at a variable distance from the foot having the fixed support point relative to the ground, and this distance is measured to calculate, by summation, the distance traveled.
  • These examples implement the combined association and processing of the signals of one or more magnetometers (preferably one or more micro-magnetometers) and one or more accelerometers, which are contained in one of the shoes of 'a pair of shoes, and a magnetic mass, which is contained in the other shoe of the pair, for mainly measuring distances and speeds.
  • At least one magnetometer is used, preferably at least one micro-magnetometer, which measures the magnetic field produced by a mobile magnetic mass, to make a dynamic measurement of the distance between the shoes by measuring the signal response of the magnetometer.
  • This measurement uses the shape of the signal and the amplitude of the magnetic field which is alternating and which is measured at the rate of the stride.
  • the temporal calibration of this dynamic measurement is done thanks to the signal which is supplied by the accelerometer, in particular at the time of the impact of the foot on the ground and makes it possible to determine the instants when the signal of the micro-magnetometer must be processed.
  • This measurement can be corrected or refined by the joint integration of the measured acceleration by the accelerometer, by measuring the speed of the mobile magnetic mass and then by measuring the distance between the shoes.
  • This measurement will be calibrated by a calibration phase to establish the law giving the stride length according to the amplitude of the signal and according to the walker or runner and the magnetic characteristics of the shoe containing the magnetic mass.
  • a differential measurement can be made between the micro-magnetometer implanted in the shoe and another micro-magnetometer, which is distant from this shoe and which is for example in a bracelet, to subtract the earth's magnetic field ( measured by this other micro-magnetometer) of the magnetic field measured by the micro-magnetometer which is implanted in the shoe, in order to improve the signal / noise ratio and therefore the accuracy of the measurement.
  • the shoes are provided with completely autonomous and portable means.
  • the measured parameters are preferably transmitted by radio to personal viewing and control means which can be installed on a bracelet or on any other portable element.
  • a device can be produced in accordance with the invention making it possible to measure various parameters, in particular the number of steps, the length of each step, the distance traveled, the walking time or race, the average speed of the walker or runner, their maximum speed and their rest time.
  • This device can be programmed to define a typical hike, in particular by duration, speed, rhythm, rest time, and measure the deviations between the actual values and the predicted values for the user to carry out a defined program.
  • This device can comprise two additional micro-magnetometers in order to record the directions and / or the route and / or the course, which are followed by the user of the device.
  • MAG2 MAG2
  • a permanent magnet Al (respectively A2) which produces a magnetic field Bl (respectively B2)
  • - electronic processing means ETl for processing the signals supplied by the corresponding accelerometer and magnetometer
  • a transmission module MTR1 (respectively MTR2) which is provided with an antenna (not shown) and designed to transmit the signals thus processed
  • a module for supplying electrical energy ME1 (respectively ME2) which is intended to supply the accelerometer, the magnetometer , the corresponding electronic means and transmission module and which can be a battery, an electromechanical generator or an accumulator rechargeable by remote power supply.
  • the wearer of the shoes thus equipped also has, as can be seen in FIG.
  • a bracelet (or a belt) for BCC control and command which comprises: - an MTR module for digital transmission / reception data, this MTR module being provided with an antenna (not shown) and allowing the reception of the data transmitted by the modules MTRl and MTR2, - a data processing unit UTD, which is provided with a memory MEM, a COM control keyboard and means AFF for displaying data which are received via the MTR module, these data being displayed after being processed in the processing unit UTD, and - a source of electrical energy SE, for example a battery, for supplying energy to the module MTR, the unit UTD, the memory MEM, the means d 'AFF display (and other RC, ALT and H components that the bracelet may possibly include and which will be discussed later).
  • an MTR module for digital transmission / reception data
  • this MTR module being provided with an antenna (not shown) and allowing the reception of the data transmitted by the modules MTRl and MTR2
  • - a data processing unit UTD which is provided with
  • SEQCAL is a sequence of calibration of the signal provided by the accelerometers and magnetometers, according to the stride length and the intrinsic parameters of the shoe.
  • SEQCAL calculates the mathematical law of calibration, using a polynomial regression or any other suitable algorithm, and establishes a direct correspondence between the measurement signal and the length of the stride for a given shoe and individual. This correspondence depends on the proper magnetic mass, its distribution in the shoe (in the example considered, there is only one magnet per shoe but in another example there could be several), and the orientation of the magnetic dipole (s) of the magnetic mass.
  • CROWD is an algorithm for estimating stride length.
  • the magnetic signal B (t) measured at time t depends on a model which is a function (as a first approximation) of the instantaneous distance (distance at time t) between the magnetic mass (magnet) of the shoe and the or the magnetometers of the other shoe, according to the relation: B (t) ⁇ o 3 (M. r) r M. ⁇ ⁇ 5
  • the taking into account of the instants of impact of the shoe is carried out by thresholding the accelerometer or accelerators, during of signal processing, and makes it possible to determine the instants of impact tl and t2 and to calculate the difference ⁇ t between them.
  • the length L of the stride is then easily calculated: it is equal to the product of the speed V (estimated) by ⁇ t. It is possible that the magnetic signal is attenuated at the end of the stride and therefore that the measurement is too imprecise in this area (which represents a few% of running or walking).
  • the bracelet can also be provided with: - an RC heart rate sensor, consisting of a pressure sensor for pulse measurement, - a digital alt altimeter whose data as a function of time is recorded in a memory which is initialized at each race (or each walk) and - by a clock H.
  • RC heart rate sensor consisting of a pressure sensor for pulse measurement
  • a digital alt altimeter whose data as a function of time is recorded in a memory which is initialized at each race (or each walk) and - by a clock H.
  • algorithms are provided which are associated with these components RC, ALT and H and which make it possible to calculate secondary parameters.
  • an algorithm called INDICE is provided for calculating the energy index IE and the power index IP which have been defined above, as a function of the parameters a, b, c, K.
  • Other algorithms may also be provided for calculating other parameters such as distance traveled, average speed, maximum instantaneous speed, total energy expended by the runner or walker, instantaneous energy integrated in different phases, the power supplied, the state deviations from running (or walking) according to a previously defined program.
  • another algorithm, called ORIENTATION can be provided to calculate, from the signals of accelerometers and especially magnetometers, which must then be bi-axis or tri-axis, the exact positions and orientations of the foot in the space during the stride.
  • FIG. 4 shows the diagram of signals sal, sa2, sml and sm2 which are respectively received by the accelerometers ACC1 and ACC2 and by the magnetometers MAG1 and MAG2, as a function of time t.
  • the parameter x represents the distance traveled.
  • ACC1 records the acceleration then the deceleration of the stride 1, and MAGl measures a signal si which is the sum of: .Bl which is a constant over time; it is known and can be easily subtracted; .mt (Bt) which is a modulation of the measurement of the Earth's magnetic field during the stride, modulation due to variations in the angle made by MAGl with the vector Bt; .ma (B2) which is a modulation of the amplitude of the field B2 during the stride, modulation due to the passage of MAGl near the magnet A2.
  • ACC2 does not measure any acceleration, C2 being stopped, and the speed is zero;
  • MAG2 measures a signal s2 which is the sum of: .B2 which is a constant over time; it is known and can be easily subtracted; .Bt which is constant over this whole stride ma (Bl) which is a modulation of the amplitude of the field Bl during the stride.
  • Bl stride ma
  • the MTR module of the UTD unit portable control-command means receives the data streams and, according to the reception channel, classifies this data in list mode in its memory, according to four different lists for MAG1, ACC1, MAG2 and ACC2.
  • a time indicator is inserted so that the values of the corresponding coders can be identified in time.
  • the number of digital values of the sensors, between two time indicators from the lists stored in the memory depends on the sampling frequency used. This number is for example 100 if this frequency is 100Hz.
  • the memory capacity of the UTD unit is such that it can at least store all the values of the sensors, multiplied by the sampling frequency, multiplied by the maximum walking (or running) time to be recorded (by 24 hour example).
  • the present invention allows a user to know the main parameters of his running or walking.
  • the device of the invention can be easily inserted into standard hiking or jogging shoes, because of its lightness which results from the use of integrated technologies, allowing a reduction in weight and volume.
  • the references 10a and 10b respectively indicate an accelerometer and a magnetometer. he these are sensors with three axes of sensitivity, of known type, capable of delivering measurement data representative of the orientation, that is to say of an angular position of a solid SI.
  • the solid SI is briefly indicated in broken lines.
  • the measurements of the sensors are scalar or vector quantities. They are representative, for example, of yaw, roll and pitch angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ). These measurements are directed to a comparator 12. In the example illustrated, this is a differentiator.
  • the comparator 12 also receives one or more test data ⁇ t delivered by a calculator 14.
  • the test data can be of vector type and express angles along several axes. "The calculator 14 is used as means generating test data.
  • test data are representative of an estimated orientation of the solid, which may or may not be random, for example, triples of yaw, roll, and pitch angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ).
  • the comparator delivers a difference ⁇ , which, along one or more axes, represents a difference between the real orientation, corresponding to the measurement data, and the estimated orientation corresponding to the test data
  • This gap can be used to refine the estimated orientation of the sensor, and therefore of the solid to which it is attached.
  • a threshold th below which it is considered that the estimated orientation is sufficiently close to the orientation measured to be validated. This can take place by means of a second comparator 16 provided for comparing the difference ⁇ with the threshold value th.
  • the test data ⁇ t When the difference is less than the threshold in absolute value the test data ⁇ t , that is to say the estimate of the angular position is directed to an output 01. On the other hand, when the difference is greater than the threshold, it is directed to the computer 14 to make a new estimate of the position.
  • the comparators 12 and 16 thus constitute, with the calculator 14, means 18 for modifying the estimated orientation of the solid SI. -_-
  • the new estimate may be random. It can also be refined according to a correction calculation using the error gradient descent method.
  • the second comparator can possibly be eliminated. In this case, the estimated value is continuously refined until a new measurement value is entered.
  • the device of FIG. 5 comprises means, for example a memory, for recording the successive estimated values, validated, as a function of successive measurements of the angular position of the solid.
  • the memory Ml can be part of the computer and can be located on the solid SI.
  • the successive values make it possible to calculate the rotational movement of the solid as well as its angular speeds and accelerations.
  • the first test data generated is advantageously the validated estimated value of the previous position.
  • the capture of measurement values by the sensors, and the recording of the estimated values in the memory Ml can be clocked by a clock Hl. Any number of sensors can be used, provided that this number is greater than the number of angle variables I to estimate (the number of angle variables I to estimate is between 1 and 3). Depending on the desired quality of the estimate, we can then use the minimum number of sensors required or a number of sensors greater than the minimum number (redundancy).
  • a confidence criterion or weight Cm is then established which is associated with each component of the measurement ⁇ m in order to take the latter more or less into account in the algorithm for searching for angles.
  • the calculation of a weight Cm is established according to the following rules: - a) the weight Cm has a value equal to 1 by default, - b) the weight Cm takes the value 0 in the case where the measurement delivered is an outlier (saturation, value indicating a malfunction, etc.), - c) the weight Cm has a value equal to 0 when the noise level measured by the sensor exceeds a certain threshold, an intermediate value varying linearly from 0 to 1 can be applied for noise values varying from the value of the threshold to a noise value considered to be negligible, - d) the confidence is reduced on the accelerometers if the total acceleration measured deviates as a rule from the value of gravity, - e) the confidence is reduced on the magnetometers if the magnetometers record too
  • a method for estimating the orientation of a solid can comprise the following steps: a) the entry of measurement data from at least one angular position sensor and the establishment of test data representative of an estimated orientation of the solid, b) the confrontation of the test data and the measured data, c) the establishment of a new test data representative of a new estimated orientation of the solid, corrected as a function of the previous confrontation, d) repeating steps b) and c).
  • Steps b) and c) can be repeated until the comparison reveals a difference between the test data and the measurement data below a determined threshold.
  • a correction calculation can be carried out according to the so-called error gradient descent method.
  • the comparison of the test data and the measurement data can comprise the establishment of difference data between successive test data and the measurement data.
  • Steps a) to d) can be repeated with successive measurement data.

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Abstract

Ce dispositif, qui s'applique notamment au domaine sportif, comprend une paire de chaussures (C1, C2) dont l'une comprend au moins une masse magnétique (A1), et l'autre comprend au moins des moyens de mesure, pour effectuer au moins une mesure, et des moyens (ET2) de traitement de cette mesure. Les moyens de mesure comprennent au moins un accéléromètre (ACC2) et au moins un magnétomètre (MAG2) qui sont aptes à fournir des signaux dont le traitement permet de déterminer des paramètres de la foulée.

Description

DISPOSITIF DE CONTROLE DE FOULEE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un dispositif de contrôle (« monitoring ») de la foulée d'un marcheur ou d'un coureur. Elle trouve des applications notamment dans le domaine du sport et dans le domaine médical.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE On connaît déjà des dispositifs qui sont implantés dans les paires de chaussures et destinés à contrôler certains paramètres. Un dispositif de ce genre peut comprendre une masse magnétique, placée dans l'une des chaussures, et un moyen de mesure placé dans l'autre chaussure. On se reportera en particulier aux documents suivants : [1] DE 29701308 A [2] CA 1193436 A. Le document [1] décrit un dispositif électronique de mesure du mouvement d'un pied dans une chaussure, par exemple au moyen de transducteurs à effet Hall et d'aimants fixés à la semelle de cette chaussure. Le document [2] décrit un dispositif destiné à avertir un enfant lorsqu' il se trompe de pied en mettant ses chaussures, à l'aide d'un aimant placé dans l'une des chaussures et de moyens électriques et magnétiques placés dans l'autre chaussure. Remarquons que ces documents ne divulguent pas l'utilisation d'un accéléromètre ou d'un magnetometre .
EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention a pour but de résoudre le problème de l'obtention d'informations sur la foulée d'un marcheur ou d'un coureur. Elle vise à mesurer des paramètres caractéristiques de la foulée et éventuellement d' autres paramètres qui sont complémentaires des précédents (notamment les mouvements du pied), à l'aide de moyens appropriés, contenus dans les chaussures de la personne dont on contrôle la foulée. L'invention propose d'utiliser au moins un magnetometre pour faire des mesures de champ magnétique et au moins un accéléromètre pour faire des mesures d'accélération au cours du déplacement du dispositif afin de calculer la position dans l'espace de ce dispositif. De façon précise, la présente invention a pour objet un dispositif de contrôle de foulée, ce dispositif comprenant une paire de chaussures comportant des première et deuxième chaussures, la première chaussure comprenant au moins une masse magnétique, la deuxième chaussure comprenant au moins des moyens de mesure, pour effectuer au moins une mesure physique, et des moyens électroniques de traitement de cette mesure physique, ce dispositif étant caractérisé en ce que les moyens de mesure comprennent au moins un accéléromètre et au moins un magnetometre qui sont aptes à fournir des signaux dont le traitement permet de déterminer des paramètres de la foulée. Notons que l'insertion des composants du dispositif dans la paire de chaussures permet de ne pas gêner la personne qui porte ces chaussures et conduit à un dispositif discret. Selon un mode de réalisation préféré du dispositif objet de l'invention, chacune des première et deuxième chaussures comprend au moins une masse magnétique, des moyens de mesure, pour effectuer au moins une mesure physique, et des moyens électroniques de traitement de cette mesure physique, les moyens de mesure comprenant au moins un accéléromètre et au moins un magnetometre qui sont aptes à fournir des signaux dont le traitement permet de déterminer des paramètres de la foulée. De préférence, la masse magnétique comprend au moins un aimant permanent . Les moyens de mesure peuvent comprendre une pluralité d' accéléromètres . De même, les moyens de mesure peuvent comprendre une pluralité de magnétomètres . De préférence, les moyens électroniques de traitement sont munis de moyens de transmission d'un signal fourni par ces moyens électroniques de traitement . Selon un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, ce dispositif comprend en outre des moyens portables prévus pour recevoir le signal transmis par les moyens de transmission et afficher des données représentatives de ce signal. De préférence, ces moyens portables comprennent : - des moyens de réception de données, - des moyens électroniques de traitement de ces données, ces moyens électroniques de traitement de données étant munis d'une mémoire, - des moyens d'introduction de commande, et - des moyens d'affichage. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la mémoire contient : - une séquence de calibration du signal transmis par les moyens de transmission, en fonction de la longueur de la foulée et de paramètres intrinsèques des chaussures, - un algorithme d'estimation de la longueur de la foulée, - un algorithme de calibrage du signal transmis par les moyens de transmission, en fonction de paramètres fournis par un utilisateur, et - un algorithme d'estimation de la vitesse de la foulée .' De préférence, la séquence de calibration est prévue pour déterminer, d'une part, une loi mathématique de calibration au moyen d'une régression polynomiale et, d'autre part, une correspondance directe entre le signal mesuré et la longueur de la foulée, pour des chaussures et un individu donnés. De préférence, l'algorithme d'estimation de la longueur de la foulée utilise la mesure de la variation du champ magnétique résultant du mouvement de la masse magnétique.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une partie d'un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, qui est contenue dans l'une des chaussures d'une paire de chaussures, - la figure 2 est une vue schématique d'une autre partie de ce dispositif, qui est contenue dans l'autre chaussure de la paire, - la figure 3 est une vue schématique de moyens de contrôle et de commande que comporte ce dispositif, - la figure 4 est un diagramme de signaux qui sont reçus par des composants de ce dispositif, et - la figure 5 illustre schématiquement un dispositif de capture de mouvements.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
On décrit dans ce qui suit des exemples du dispositif objet de l'invention, dans lesquels on utilise le fait que, dans une foulée, à tout instant l'un des pieds possède un point d'appui fixe par rapport au sol tandis que l'autre pied est mobile, à une distance variable du pied possédant le point d'appui fixe par rapport au sol, et l'on mesure cette distance pour calculer, par sommation, la distance parcourue. Ces exemples mettent en oeuvre l'association conjuguée et le traitement des signaux d'un ou de plusieurs magnétomètres (de préférence un ou plusieurs micro-magnétomètres) et d'un ou de plusieurs accéléromètres, qui sont contenus dans l'une des chaussures d'une paire de chaussures, et une masse magnétique, qui est contenue dans l'autre chaussure de la paire, pour mesurer principalement des distances et des vitesses. On utilise ainsi au moins un magnetometre, de préférence au moins un micro-magnétomètre, qui mesure le champ magnétique produit par une masse magnétique mobile, pour faire une mesure dynamique de la distance entre les chaussures grâce à la mesure de la réponse du signal du magnetometre. Cette mesure utilise la forme du signal et l'amplitude du champ magnétique qui est alternatif et que l'on mesure au rythme de la foulée . La calibration temporelle de cette mesure dynamique se fait grâce au signal qui est fourni par 1' accéléromètre, en particulier au moment du choc du pied sur le sol et permet de déterminer les instants où le signal du micro-magnétomètre doit être traité. Cette mesure peut être corrigée ou affinée par l'intégration conjointe de l'accélération mesurée par l' accéléromètre, de la mesure de la vitesse de la masse magnétique mobile puis de la mesure de la distance entre les chaussures. Cette mesure sera calibrée par une phase d'étalonnage pour établir la loi donnant la longueur de la foulée en fonction de l'amplitude du signal et en fonction du marcheur ou du coureur et des caractéristiques magnétiques de la chaussure contenant la masse magnétique. Dans une variante du dispositif, on peut faire une mesure différentielle entre le micro- magnétomètre implanté dans la chaussure et un autre micro-magnétomètre, qui est distant de cette chaussure et qui est par exemple dans un bracelet, pour soustraire le champ magnétique terrestre (mesuré par cet autre micro-magnétomètre) du champ magnétique mesuré par le micro-magnétomètre qui est implanté dans la chaussure, afin d'améliorer le rapport signal/bruit et donc la précision de la mesure. Dans les exemples donnés, les chaussures sont pourvues de moyens complètement autonomes et portables . Les paramètres mesurés sont de préférence transmis par radio à des moyens personnels de visualisation et de contrôle qui peuvent être installés sur un bracelet ou sur tout autre élément portable. On peut réaliser un dispositif conforme à l'invention permettant de mesurer divers paramètres, en particulier le nombre de pas, la longueur de chaque pas, la distance parcourue, le temps de marche ou de course, la vitesse moyenne du marcheur ou du coureur, sa vitesse maximale et son temps de repos. Ce dispositif peut être programmé pour définir une randonnée-type, notamment par la durée, la vitesse, le rythme, le temps de repos, et mesurer les écarts entre les valeurs effectives et les valeurs prévues pour que l'utilisateur réalise un programme défini. Ce dispositif peut comporter deux micro- magnétomètres supplémentaires en vue d'enregistrer les directions et/ou la route et/ou le cap, qui sont suivis par l'utilisateur du dispositif. Tous les paramètres sont transmis aux moyens portables de visualisation (qui peuvent être fixés à une ceinture ou à un bracelet) . En outre, à un dispositif conforme à l'invention on peut adjoindre une montre et/ou un altimètre et/ou un moyen de mesure de température et/ou un micro-magnétomètre (pour mesurer le champ magnétique terrestre, comme on l'a déjà vu plus haut) et/ou un moyen de mesure du rythme cardiaque au niveau du poignet . Un indice énergétique du porteur du dispositif peut être également calculé : IE(t)=K. (a.Dm+b.Dd+c.Dh) (t) , avec : IE(t) : indice énergétique sur une durée t, a, b, c : coefficients de pondération, tenant compte, en particulier, du poids de la personne qui porte le dispositif, Dm : valeur calculée en fonction de la distance parcourue en montant, avec corrélation des informations fournies par l'altimètre, Dd : valeur calculée en fonction de la distance parcourue en descendant, avec corrélation des informations fournies par l'altimètre, Dh : valeur calculée en fonction de la distance parcourue en phase horizontale, avec corrélation des informations fournies par l'altimètre, K : coefficient global, tenant compte des unités, de la nature et de la difficulté du terrain. On peut définir un indice de la puissance fournie pendant le temps t par la formule suivante : IP (t)=IE(t)/t. Pour des applications sportives de haut niveau ou des applications médicales, on peut réaliser un dispositif conforme à l'invention, ayant une grande sensibilité et utilisant, pour ce faire, plusieurs accéléromètres, plusieurs micromagnétomètres et des algorithmes de traitement qui sont élaborés pour calculer, avec une grande précision, les mouvements du pied dans l'espace et ses différentes orientations, dans une phase de temps déterminée. Un dispositif conforme à l'invention est installé dans une paire de chaussures. L'une des chaussures peut être simplement pourvue d'une masse magnétique constituée par un aimant, de préférence un aimant permanent . L'autre chaussure peut simplement comporter au moins un accéléromètre, au moins un magnetometre, des moyens électroniques de traitement des signaux fournis par ces derniers et une source d'énergie électrique pour alimenter l' accéléromètre, le magnetometre et les moyens électroniques de traitement. Le dispositif peut comporter en outre (mais ce n'est pas indispensable) des moyens de visualisation, de contrôle et de commande (« control ») que l'on peut alors placer sur un bracelet ou une ceinture . Cependant, pour des raisons de fabrication industrielle, de quantités fabriquées, de symétrie et d'homogénéité, les deux chaussures reçoivent de préférence le même équipement . Ceci est schématiquement illustré par l'exemple des figures 1 et 2 où un dispositif conforme à l'invention est installé dans une paire de chaussures qui ont les références Cl et C2 sur les figures 1 et 2, la chaussure Cl correspondant par exemple au pied droit et la chaussure C2 au pied gauche. Remarquons que ces chaussures sont dans le champ magnétique terrestre Bt . On peut par exemple installer les divers composants du dispositif dans les semelles des chaussures Cl et C2. La chaussure Cl (respectivement C2) comprend : - un accéléromètre ACC1 (respectivement
ACC2) ou plusieurs accéléromètres si cela est nécessaire, - un magnetometre AG1 (respectivement
MAG2) ou plusieurs magnétomètres si cela est nécessaire, - un aimant permanent Al (respectivement A2) qui produit un champ magnétique Bl (respectivement B2), - des moyens électroniques de traitement ETl (respectivement ET2) pour traiter les signaux fournis par l' accéléromètre et le magnetometre correspondants, un module de transmission MTR1 (respectivement MTR2) qui est muni d'une antenne (non représentée) et prévu pour transmettre les signaux ainsi traités, et - un module d'alimentation en énergie électrique MEl (respectivement ME2) qui est destiné à alimenter l' accéléromètre, le magnetometre, les moyens électroniques et le module de transmission correspondants et qui peut être une pile, un générateur électromécanique ou un accumulateur rechargeable par télé-alimentatio . Dans l'exemple considéré, le porteur des chaussures ainsi équipées, possède également, comme on le voit sur la figure 3, un bracelet (ou une ceinture) de contrôle et de commande BCC qui comprend : - un module MTR de transmission/réception numérique de données, ce module MTR étant muni d'une antenne (non représentée) et permettant la réception des données transmises par les modules MTRl et MTR2, - une unité de traitement des données UTD, qui est munie d'une mémoire MEM, d'un clavier de commande COM et de moyens AFF d' a fichage des données qui sont reçues par l'intermédiaire du module MTR, ces données étant affichées après avoir été traitées dans l'unité de traitement UTD, et - une source d'énergie électrique SE, par exemple une pile, pour alimenter en énergie le module MTR, l'unité UTD, la mémoire MEM, les moyens d'affichage AFF (et d'autres organes RC, ALT et H que le bracelet peut éventuellement comporter et dont il sera question par la suite) . Dans la mémoire MEM sont enregistrés par exemple des programmes appelés SEQCAL, FOULEE, NORPARAM et ESTIVITS. SEQCAL est une séquence de calibration du signal fourni par les accéléromètres et magnétomètres , en fonction de la longueur de la foulée et des paramètres intrinsèques de la chaussure. SEQCAL calcule la loi mathématique de calibration, à l'aide d'une régression polynomiale ou de tout autre algorithme approprié, et établit une correspondance directe entre le signal de mesure et la longueur de la foulée pour une chaussure et un individu donnés . Cette correspondance dépend de la masse magnétique propre, de sa répartition dans la chaussure (dans l'exemple considéré, il n'y a qu'un aimant par chaussure mais dans un autre exemple il pourrait y en avoir plusieurs), et de l'orientation du ou des dipôles magnétiques de la masse magnétique. FOULEE est un algorithme d'estimation de la longueur de la foulée. Cet algorithme est fondé sur le traitement du signal qui est engendré par la variation du champ magnétique que crée la chaussure « magnétique » (elle est appelée ainsi car elle contient un aimant) lorsque cette chaussure est en mouvement . Le signal varie selon la distance instantanée entre le micro-magnétomètre et la chaussure, la direction de l'aimantation et la répartition de la masse magnétique dans la chaussure. En fonction de la forme du signal, de son amplitude, de l'instant donné par le ou les accéléromètres pour la prise en compte du signal magnétique de la foulée, et des paramètres de la loi, qui sont déterminés par la phase de calibration, l'unité UTD calcule la longueur de la foulée . On utilise alors les relations et l'algorithme qui suivent. Le signal magnétique B(t) mesuré à l'instant t dépend d'un modèle qui est fonction (en première approximation) de la distance instantanée (distance à l'instant t) entre la masse magnétique (aimant) de la chaussure et le ou les magnétomètres de l'autre chaussure, selon la relation: B(t) βo 3(M. r) r M . π ~~5
Dans cette formule, les vecteurs sont indiqués par des caractères gras, μo est la perméabilité du vide (4πxl0-7m.kg.C-2) , M est le moment magnétique de l'aimant et r est égal à OP où 0 est le milieu de l'aimant et P le point de mesure. La signature magnétique complète du passage d'un pied devant l'autre dépend, quant à elle, de la distance minimale entre les deux pieds et de la vitesse V du pied dans la foulée. La distance minimale entre les deux pieds est déterminée dans l'algorithme précédent (SEQCAL). Donc, par un procédé connu de minimisation des écarts quadratiques et par un filtrage adapté, on peut avoir une estimation correcte de la vitesse V. La prise en compte des instants d'impact de la chaussure est réalisée par seuillage du ou des accéléromètres, lors du traitement du signal, et permet de déterminer les instants d'impact tl et t2 et de calculer l'écart δt entre ceux-ci. La longueur L de la foulée est alors facilement calculée : elle est égale au produit de la vitesse V (estimée) par δt . II est possible que le signal magnétique soit atténué en fin de foulée et donc que la mesure soit trop imprécise dans cette zone (qui représente quelques % de la course ou de la marche) . Dans ces conditions, avec l'estimation de la vitesse faite lorsque le signal est de bonne qualité, on peut facilement calculer la distance parcourue dans cette zone en multipliant la vitesse estimée par le temps de parcours correspondant à cette zone dont la fin est déterminée par le déclenchement de 1' accéléromètre. De plus, afin d'améliorer la qualité du signal de mesure qui est fourni par les micro- magnétomètres contenus dans les chaussures, cette mesure peut être corrigée en tenant compte de la valeur du champ magnétique terrestre Bt . Pour ce faire, on soustrait de cette mesure la mesure de Bt, qui est faite par le micromagnetometre fixé au bracelet ou à la ceinture, ce dernier magnetometre n'étant pas sensible aux aimants des chaussures. NORPARAM est un algorithme de calibrage des signaux en fonction des paramètres introduits par l'utilisateur sur le clavier du bracelet (ou de la ceinture) . ESTIVITS est un algorithme d' estimation de la vitesse de la foulée. Cet algorithme prend en compte la dérivée du signal émis par le magnetometre d'une chaussure à la suite de la variation du champ magnétique engendré par l'aimant de l'autre chaussure. Le bracelet (ou la ceinture) peut être également pourvu : - d'un capteur de rythme cardiaque RC, constitué par un capteur de pression pour mesure du pouls, - d'un altimètre numérique ALT dont les données en fonction du temps sont enregistrées dans une mémoire qui est initialisee à chaque course (ou chaque marche) et - d'une horloge H. Dans l'unité UTD, on prévoit des algorithmes que l'on associe à ces composants RC, ALT et H et qui permettent de calculer des paramètres secondaires . On prévoit en particulier un algorithme appelé INDICE pour calculer l' indice énergétique IE et l'indice de puissance IP qui ont été définis plus haut, en fonction des paramètres a, b, c, K. D'autres algorithmes peuvent être également prévus pour calculer d'autres paramètres tels que la distance parcourue, la vitesse moyenne, la vitesse maximale instantanée, l'énergie totale dépensée par le coureur ou le marcheur, l'énergie instantanée intégrée selon différentes phases, la puissance fournie, l'état des écarts de la course (ou de la marche) en fonction d'un programme préalablement défini. En outre, un autre algorithme, appelé ORIENTATION, peut être prévu pour calculer, à partir des signaux des accéléromètres et surtout des magnétomètres, qui doivent alors être bi-axes ou tri- axes, les positions exactes et les orientations du pied dans l'espace en cours de foulée. On reviendra sur un tel traitement à la fin de la présente description. Si la masse magnétique qu'il est nécessaire de placer dans une chaussure est trop importante, on peut utiliser un électro-aimant à la place d'un aimant permanent pour produire le champ magnétique. De préférence, cet électro-aimant est placé dans la semelle de la chaussure. L'énergie de l' électro-aimant peut être produite par un générateur, à chaque foulée pendant la course ou la marche, soit lors de l'impact au sol, soit lors du pliage de la semelle. La pile sert alors uniquement à l'alimentation du reste des moyens électroniques . La figure 4 montre le diagramme de signaux sal, sa2, sml et sm2 qui sont respectivement reçus par les accéléromètres ACC1 et ACC2 et par les magnétomètres MAG1 et MAG2, en fonction du temps t. Le paramètre x représente la distance parcourue . A l'instant tO, la chaussure C2 (pied gauche) est à l'arrêt, et la chaussure Cl (pied droit) démarre son mouvement de foulée qui se termine à l'instant tl. Dans ces conditions, en ce qui concerne les signaux reçus par Cl : ACC1 enregistre l'accélération puis la décélération de la foulée 1, et MAGl mesure un signal si qui est la somme de: .Bl qui est une constante au cours du temps ; elle est connue et peut être facilement soustraite ; .mt (Bt) qui est une modulation de la mesure du champ magnétique terrestre au cours de la foulée, modulation due aux variations de l'angle que fait MAGl avec le vecteur Bt ; .ma(B2) qui est une modulation de l'amplitude du champ B2 durant la foulée, modulation due au passage de MAGl près de l'aimant A2. En ce qui concerne les signaux reçus par C2: ACC2 ne mesure aucune accélération, C2 étant à l'arrêt, et la vitesse est nulle ; MAG2 mesure un signal s2 qui est la somme de: .B2 qui est une constante au cours du temps ; elle est connue et peut être facilement soustraite ; .Bt qui est constant sur toute cette foulée ma(Bl) qui est une modulation de l'amplitude du champ Bl durant la foulée. A l'instant tl la foulée 1 est terminée, Cl est à l'arrêt et C2 démarre pour s'arrêter à l'instant t2. On a exactement le même fonctionnement, mais de façon symétrique: les signaux d'indice 1 sont remplacés par les signaux d'indice 2 ( et réciproquement) . On se reportera à la figure 4. Considérons maintenant le fonctionnement du dispositif. Les signaux de MAGl, ACC1, MAG2 et ACC2 sont mesurés sous forme analogique puis convertis sous forme numérique par un convertisseur adapté. Ces mesures entrent dans le module ETl (respectivement ET2) de la chaussure Cl (respectivement C2) grâce à une interface (non représentée) et sont, d'une part, stockées dans une mémoire dont la gestion est de type FIFO (premier entré premier sorti) et, d'autre part, transmises directement à l'interface MTRl (respectivement MTR2) qui se charge de les transmettre sous forme codée, par un procédé de radio-transmission numérique multi-canal. Les données de la chaussure 1 seront transmises par exemple sur le canal 1 de MTRl, et les données de la chaussure 2 sur le canal 2 de MTR2. Les capteurs sont échantillonnés selon une fréquence-type de 100 Hz, qui est adaptable. En réception, le module MTR de l'unité UTD des moyens portables de contrôle-commande reçoit les flots de données et, selon le canal de réception, classe ces données en mode liste dans sa mémoire, selon quatre listes différentes pour MAGl, ACC1, MAG2 et ACC2. En tête de chaque liste, un indicateur de temps est inséré afin de pouvoir faire le repérage temporel de chacune des valeurs des codeurs correspondants. Le nombre des valeurs numériques des capteurs, entre deux indicateurs temporels des listes enregistrées dans la mémoire, dépend de la fréquence d'échantillonnage retenue. Ce nombre vaut par exemple 100 si cette fréquence vaut 100Hz. La capacité de mémoire de l'unité UTD est telle qu'elle peut au moins stocker l'ensemble des valeurs des capteurs, multiplié par la fréquence d'échantillonnage, multiplié par le temps maximum de marche (ou de course) à enregistrer (par exemple 24 heures) . L'unité UTD calcule en permanence les paramètres de la marche ou de la course et déclenche pour ce faire les différents algorithmes de calcul enregistrés dans sa mémoire de programmes. Les données qui en résultent sont affichées de manière cyclique sur les moyens d'affichage AFF, par exemple toutes les 10 secondes, ou sur demande explicite du marcheur ou du coureur. Les signaux sont enregistrés de manière continue au cours du temps et sont stockés dans la mémoire. Les algorithmes « FOULEE » et « ESTIVITS » sont exécutés cycliquement afin de calculer : - la vitesse puis la longueur de la foulée, par l'intégration des signaux des accéléromètres, et - les valeurs de la vitesse et de la longueur de la foulée par un traitement du signal après soustraction des mesures constantes de Bt, et des bruits de la modulation de la foulée. Les prises en compte des signaux de MAGl et
MAG2 sont synchronisées avec les déclenchements de détection de début d'accélération de ACC1 et ACC2, afin de ne prendre en compte que des signaux « propres », c'est-à-dire sans perturbation. L'homme du métier pourrait adapter les exemples qui précèdent au cas où la chaussure Cl est simplement pourvue de l'aimant Al et la chaussure C2 est simplement pourvue des composants ACC2, MAG2, ET2,
MTR2 et ME2. La présente invention permet à un utilisateur de connaître les paramètres principaux de sa course ou de sa marche. De plus, le dispositif de l'invention peut s'insérer facilement dans des chaussures standard de randonnée ou de jogging, du fait de sa légèreté qui résulte de l'utilisation de technologies intégrées, permettant une réduction de poids et de volume. On donne ci-après, en faisant référence à la figure 5, un exemple de technique permettant d'élaborer un algorithme de détermination des orientations du pied dans l'espace. Les références 10a et 10b indiquent respectivement un accéléromètre et un magnetometre. Il s'agit de capteurs à trois axes de sensibilité, de type connu, susceptibles de délivrer des données de mesure représentatives de l'orientation, c'est-à-dire d'une position angulaire d'un solide SI. Le solide SI est indiqué sommairement en trait discontinu. Il s'agit par exemple d'une partie du corps humain dont on veut apprécier les mouvements, une souris informatique, un outil chirurgical, .... Les mesures des capteurs, notées Θm, sont des grandeurs scalaires ou vectorielles. Elles sont représentatives, par exemple, d'angles de lacet, de roulis et de tangage (φ,ψ,θ). Ces mesures sont dirigées vers un comparateur 12. Il s'agit, dans l'exemple illustré, d'un différenciateur . Le comparateur 12 reçoit aussi une ou plusieurs données de test Θt délivrées par un calculateur 14. La donnée de test peut être de type vectoriel et exprimer des angles selon plusieurs axes." Le calculateur 14 est utilisé comme moyen générateur de données de test. Les données de test sont représentatives d'une orientation estimée du solide qui peut être aléatoire ou non. Il s'agit, par exemple, de triplets d'angles de lacet, de roulis et de tangage (φ,ψ,θ). Le calculateur peut être localisé sur le solide SI. Le comparateur délivre une différence ΔΘ, qui, selon un ou plusieurs axes, représente un écart entre l'orientation réelle, correspondant à la donnée de mesure, et l'orientation estimée correspondant à la donnée de test. Cet écart est utilisable pour affiner l'orientation estimée du capteur, et donc du solide auquel il est fixé. Toutefois, il est possible de fixer un seuil th en deçà duquel on considère que l'orientation estimée est suffisamment proche de l'orientation mesurée pour être validée. Ceci peut avoir lieu au moyen d'un deuxième comparateur 16 prévu pour comparer la différence ΔΘ avec la valeur de seuil th. Lorsque la différence est inférieure au seuil en valeur absolue la donnée de test Θt, c'est-à- dire l'estimation de la position angulaire est dirigée vers une sortie 01. En revanche, lorsque la différence est supérieure au seuil, elle est dirigée vers le calculateur 14 pour effectuer une nouvelle estimation de la position. Les comparateurs 12 et 16 constituent ainsi avec le calculateur 14 des moyens 18 de modification de l'orientation estimée du solide SI. -_- La nouvelle estimation peut être aléatoire. Elle peut aussi être affinée selon un calcul de correction par la méthode de descente de gradient d' erreur . Le deuxième comparateur peut éventuellement être éliminé. Dans ce cas, la valeur estimée est continuellement affinée jusqu'à la saisie d'une nouvelle valeur de mesure. Le dispositif de la figure 5 comprend des moyens, par exemple une mémoire, pour enregistrer les valeurs estimées successives, validées, en fonction de mesures successives de la position angulaire du solide.
La mémoire Ml peut faire partie du calculateur et peut être localisée sur le solide SI. Les valeurs successives permettent de calculer le mouvement de rotation du solide de même que ses vitesses et accélérations angulaires. Pour démarrer la mesure d'une nouvelle orientation du solide, la première donnée de test générée est avantageusement la valeur estimée validée de la position précédente. La saisie de valeurs de mesure par les capteurs, et l'enregistrement des valeurs estimées dans la mémoire Ml peuvent être cadencés par une horloge Hl. On peut utiliser un nombre quelconque de capteurs, sous réserve que ce nombre soit supérieur au nombre de variables d'angle I à estimer (le nombre de variables d'angle I à estimer est compris entre 1 et 3). Selon la qualité souhaitée de l'estimation, on peut alors utiliser le nombre minimal de capteurs nécessaire ou un nombre de capteurs supérieur au nombre minimal (redondance) . La contribution de chaque capteur peut être pondérée. Il est alors établi un critère de confiance ou poids Cm qui est associé à chaque composante de la mesure Θm afin de prendre cette dernière plus ou moins en compte dans l'algorithme de recherche des angles. Le calcul d'un poids Cm est établi selon les règles suivantes : - a) le poids Cm a une valeur égale à 1 par défaut, - b) le poids Cm prend la valeur 0 dans le cas où la mesure délivrée est une valeur aberrante (saturation, valeur traduisant un mauvais fonctionnement, etc.), - c) le poids Cm a une valeur égale à 0 lorsque le niveau de bruit mesuré par le capteur dépasse un certain seuil, une valeur intermédiaire variant linéairement de 0 à 1 pouvant être appliquée pour des valeurs de bruit variant de la valeur du seuil à une valeur de bruit considérée comme négligeable, - d) la confiance est réduite sur les accéléromètres si l'accélération totale mesurée s'éloigne en norme de la valeur de la pesanteur, - e) la confiance est réduite sur les magnétomètres si les magnétomètres enregistrent une variation trop importante de leur norme (on peut alors soupçonner la présence d'objet (s) ferromagnétique (s) à proximité du capteur) . En l'absence de pondération, pour une itération effectuée par le calculateur 14, la modification d'un angle de test I est liée à la grandeur Si telle que : Si = ΣN n=ι ( CGm ΔΘn ), où n est l'indice d'un capteur, N est le nombre de capteurs, o.ιn est un paramètre relatif au capteur d'indice n, calculé de façon usuelle par la descente de gradient, ΔΘn est l'écart entre l'orientation réelle et l'orientation estimée du capteur d'indice n. L'introduction d'un poids Cmn relatif au capteur d'indice n modifie alors l'expression de la grandeur Si comme suit : Si = ∑N n=ι Cmn ( ttm ΔΘn )
De façon générale, les valeurs d'un poids Cmn peuvent évoluer continûment entre la valeur 1 (confiance totale sur la mesure effectuée par le capteur d'indice n) et la valeur 0 (absence totale de confiance sur la mesure effectuée par le capteur d'indice n, la mesure effectuée par le capteur d'indice n n'est pas prise en compte) . Ainsi, un procédé d'estimation de l'orientation d'un solide peut comprendre les étapes suivantes : a) la saisie de données de mesure en provenance d'au moins un capteur de position angulaire et l'établissement d'une donnée de test représentative d'une orientation estimée du solide, b) la confrontation de la donnée de test et la donnée mesurée, c) l'établissement d'une nouvelle donnée de test représentative d'une nouvelle orientation estimée du solide, corrigée en fonction de la confrontation précédente, d) la répétition des étapes b) et c) . Les étapes b) et c) peuvent être répétées jusqu' à ce que la confrontation révèle une différence entre la donnée de test et la donnée de mesure inférieure à un seuil déterminé. Lors de l'étape c) , on peut effectuer un calcul de correction selon la méthode dite de descente de gradient d'erreur. La confrontation des données de test et de la donnée de mesure peut comprendre l'établissement de données de différence entre des données de test successives et la donnée de mesure. On peut répéter les étapes a) à d) avec des données de mesure successives.

Claims

REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle de foulée, ce dispositif comprenant une paire de chaussures comportant des première et deuxième chaussures, la première chaussure (Cl) comprenant au moins une masse magnétique (Al) , la deuxième chaussure (C2) comprenant au moins des moyens de mesure, pour effectuer au moins une mesure physique, et des moyens électroniques (ET2) de traitement de cette mesure physique, ce dispositif étant caractérisé en ce que les moyens de mesure comprennent au moins un accéléromètre (ACC2) et au moins un magnetometre (MAG2) qui sont aptes à fournir des signaux dont le traitement permet de déterminer des paramètres de la foulée.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel chacune des première et deuxième chaussures (Cl, C2) comprend au moins une masse magnétique (Al,
A2), des moyens de mesure, pour effectuer au moins une mesure physique, et des moyens électroniques (ETl, ET2) de traitement de cette mesure physique, les moyens de mesure comprenant au moins un accéléromètre (ACC1, ACC2) et au moins un magnetometre (MAGl, MAG2) qui sont aptes à fournir des signaux dont le traitement permet de déterminer des paramètre de la foulée.
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel la masse magnétique comprend au moins un aimant permanent (Al, A2) .
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens de mesure comprennent une pluralité d' accéléromètres .
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les moyens de mesure comprennent une pluralité de magnétomètres.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les moyens électroniques de traitement (ETl, ET2) sont munis de moyens (MTRl, MTR2) de transmission d'un signal fourni par ces moyens électroniques de traitement .
7. Dispositif selon la revendication 6, comprenant en outre des moyens portables (BCC) prévus p'our recevoir le signal transmis par les moyens de transmission et afficher des données représentatives de ce signal.
8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel les moyens portables comprennent : - des moyens (MTR) de réception de données, - des moyens électroniques (UTD) de traitement de ces données, ces moyens électroniques de traitement de données étant munis d'une mémoire (MEM), - des moyens d'introduction de commande
(COM) , et - des moyens d'affichage (AFF).
9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel la mémoire (MEM) contient : - une séquence de calibration du signal transmis par les moyens de transmission (MTR) , en fonction de la longueur de la foulée et de paramètres intrinsèques des chaussures, - un algorithme d'estimation de la longueur de la foulée, - un algorithme de calibrage du signal transmis par les moyens de transmission, en fonction de paramètres fournis par un utilisateur, et - un algorithme d'estimation de la vitesse de la foulée.
10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel la séquence de calibration est prévue pour déterminer, d'une part, une loi mathématique de calibration au moyen d'une régression polynomiale et, d'autre part, une correspondance directe entre le signal mesuré et la longueur de la foulée, pour des chaussures et un individu donnés.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendication 9 et 10, dans lequel l'algorithme d'estimation de la longueur de la foulée utilise la mesure de la variation du champ magnétique résultant du mouvement de la masse magnétique (Al, A2) .
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FR (1) FR2860700B1 (fr)
WO (1) WO2005034751A2 (fr)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008101925A1 (fr) 2007-02-19 2008-08-28 Commissariat A L'energie Atomique Dispositif et procede pour detecter la trajectoire d'un objet se deplacant en deux dimensions
WO2010076313A1 (fr) * 2009-01-05 2010-07-08 Movea S.A Dispositif et methode de caracterisation de mouvements

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2864225B1 (fr) 2003-12-22 2006-07-21 Commissariat Energie Atomique Procede de mesure du mouvement d'un solide, utilisant une mesure absolue associee a une mesure par double integration
US7532977B2 (en) * 2005-03-30 2009-05-12 Yu-Yu Chen Portable personal positioner
US7733224B2 (en) 2006-06-30 2010-06-08 Bao Tran Mesh network personal emergency response appliance
FR2897680B1 (fr) * 2006-02-17 2008-12-05 Commissariat Energie Atomique Dispositif de capture de mouvement et procede associe
US7841967B1 (en) 2006-04-26 2010-11-30 Dp Technologies, Inc. Method and apparatus for providing fitness coaching using a mobile device
US8902154B1 (en) 2006-07-11 2014-12-02 Dp Technologies, Inc. Method and apparatus for utilizing motion user interface
US7653508B1 (en) 2006-12-22 2010-01-26 Dp Technologies, Inc. Human activity monitoring device
US8620353B1 (en) 2007-01-26 2013-12-31 Dp Technologies, Inc. Automatic sharing and publication of multimedia from a mobile device
US8949070B1 (en) 2007-02-08 2015-02-03 Dp Technologies, Inc. Human activity monitoring device with activity identification
US7753861B1 (en) 2007-04-04 2010-07-13 Dp Technologies, Inc. Chest strap having human activity monitoring device
US8555282B1 (en) 2007-07-27 2013-10-08 Dp Technologies, Inc. Optimizing preemptive operating system with motion sensing
US10052048B2 (en) 2008-05-14 2018-08-21 Koninklijke Philips N.V. Respiratory monitors and monitoring methods
US8285344B2 (en) 2008-05-21 2012-10-09 DP Technlogies, Inc. Method and apparatus for adjusting audio for a user environment
US8678925B1 (en) 2008-06-11 2014-03-25 Dp Technologies, Inc. Method and apparatus to provide a dice application
US8996332B2 (en) 2008-06-24 2015-03-31 Dp Technologies, Inc. Program setting adjustments based on activity identification
US8187182B2 (en) 2008-08-29 2012-05-29 Dp Technologies, Inc. Sensor fusion for activity identification
US8872646B2 (en) 2008-10-08 2014-10-28 Dp Technologies, Inc. Method and system for waking up a device due to motion
EP2186478A1 (fr) * 2008-11-14 2010-05-19 HASOMED Hard- und Software für Medizin GmbH Procédé et dispositif destinés à l'analyse d'un cycle humain
FR2943412B1 (fr) * 2009-03-19 2015-05-29 Commissariat Energie Atomique Dispositif de mesure magnetique de rotation d'une boule magnetisee et procede de realisation
US9529437B2 (en) 2009-05-26 2016-12-27 Dp Technologies, Inc. Method and apparatus for a motion state aware device
EP2263532A1 (fr) * 2009-06-05 2010-12-22 Koninklijke Philips Electronics N.V. Appareil de détermination de mouvement
US9068844B2 (en) 2010-01-08 2015-06-30 Dp Technologies, Inc. Method and apparatus for an integrated personal navigation system
FR2959112B1 (fr) * 2010-04-23 2015-05-29 Movea Systeme d'analyse de foulees d'un utilisateur
CH703381B1 (fr) 2010-06-16 2018-12-14 Myotest Sa Dispositif portable intégré et procédé pour calculer des paramètres biomécaniques de la foulée.
US20120024061A1 (en) * 2010-07-29 2012-02-02 Cheng-Tang Chiang Track measurement apparatus for sports shoes
US8560259B2 (en) * 2010-12-06 2013-10-15 Broadband Discovery Systems, Inc. Dynamically self-adjusting magnetometer
US8460001B1 (en) * 2011-04-14 2013-06-11 Thomas C. Chuang Athletic performance monitoring with overstride detection
US9374659B1 (en) 2011-09-13 2016-06-21 Dp Technologies, Inc. Method and apparatus to utilize location data to enhance safety
US11016111B1 (en) 2012-01-31 2021-05-25 Thomas Chu-Shan Chuang Stride monitoring
CA2942727C (fr) * 2014-03-31 2018-05-29 Pairme Products, Llc Paire de chaussures ayant un ensemble indicateur de positionnement
US11918375B2 (en) 2014-09-05 2024-03-05 Beijing Zitiao Network Technology Co., Ltd. Wearable environmental pollution monitor computer apparatus, systems, and related methods
US10448867B2 (en) 2014-09-05 2019-10-22 Vision Service Plan Wearable gait monitoring apparatus, systems, and related methods
US10617342B2 (en) 2014-09-05 2020-04-14 Vision Service Plan Systems, apparatus, and methods for using a wearable device to monitor operator alertness
US10215568B2 (en) 2015-01-30 2019-02-26 Vision Service Plan Systems and methods for tracking motion, performance, and other data for an individual such as a winter sports athlete
US9910298B1 (en) 2017-04-17 2018-03-06 Vision Service Plan Systems and methods for a computerized temple for use with eyewear
US10722128B2 (en) 2018-08-01 2020-07-28 Vision Service Plan Heart rate detection system and method
DE202018004815U1 (de) * 2018-10-17 2019-09-19 Sascha Kulas System zur Erfassung von Sportleistungsdaten an einem Schuh
CN110579212B (zh) * 2019-08-13 2022-11-29 湘潭大学 室内定位方法及装置
US11805966B1 (en) * 2022-08-05 2023-11-07 Carlos Valdes Footwear drying device and methods of making and using the same
CN116350215A (zh) * 2023-05-31 2023-06-30 武汉大学 一种基于惯性传感器的步态分析方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5807283A (en) * 1997-01-27 1998-09-15 Ng; Kim Kwee Activity monitor
US6122960A (en) * 1995-12-12 2000-09-26 Acceleron Technologies, Llc. System and method for measuring movement of objects

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3355942A (en) * 1965-05-14 1967-12-05 Martin Marietta Corp Man-carried auto-navigation device
US4571680A (en) * 1981-05-27 1986-02-18 Chyuan Jong Wu Electronic music pace-counting shoe
CA1193436A (fr) 1984-10-11 1985-09-17 Isabella Ziemlinski Articles chaussants avec indicateur d'appariement par la gauche et la droite
US5485402A (en) * 1994-03-21 1996-01-16 Prosthetics Research Study Gait activity monitor
US8280682B2 (en) * 2000-12-15 2012-10-02 Tvipr, Llc Device for monitoring movement of shipped goods
DE29701308U1 (de) 1997-01-28 1997-05-15 Schiebl, Frank, Dipl.-Sportlehrer, 71069 Sindelfingen Bewegungsmeßgerät zur Erfassung der Bewegung des Fußes im Schuh
US6594617B2 (en) * 2000-08-18 2003-07-15 Applanix Corporation Pedometer navigator system
US6826477B2 (en) * 2001-04-23 2004-11-30 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Pedestrian navigation method and apparatus operative in a dead reckoning mode
FR2826127B1 (fr) 2001-06-19 2003-09-26 Commissariat Energie Atomique Installation de telesurveillance et procede mettant en oeuvre cette installation
GB0128528D0 (en) * 2001-11-29 2002-01-23 Koninkl Philips Electronics Nv Shoe based force sensor and equipment for use with the same
FR2838185B1 (fr) 2002-04-05 2004-08-06 Commissariat Energie Atomique Dispositif de capture des mouvements de rotation d'un solide
JP2003337930A (ja) * 2002-05-22 2003-11-28 Canon Electronics Inc 歩数測定装置
CN1802140A (zh) * 2003-03-06 2006-07-12 艾弗伦特股份有限公司 改善人平衡与步态并防止足部受伤的方法及设备
US7188439B2 (en) * 2003-03-10 2007-03-13 Adidas International Marketing B.V. Intelligent footwear systems
PL1734858T4 (pl) * 2004-03-22 2015-04-30 Bodymedia Inc Urządzenie do nieinwazyjnego monitoringu temperatury

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6122960A (en) * 1995-12-12 2000-09-26 Acceleron Technologies, Llc. System and method for measuring movement of objects
US5807283A (en) * 1997-01-27 1998-09-15 Ng; Kim Kwee Activity monitor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008101925A1 (fr) 2007-02-19 2008-08-28 Commissariat A L'energie Atomique Dispositif et procede pour detecter la trajectoire d'un objet se deplacant en deux dimensions
US8224618B2 (en) 2007-02-19 2012-07-17 Commissariat A L'energie Atomique Device and method for detecting the path of an object moving in two dimensions
WO2010076313A1 (fr) * 2009-01-05 2010-07-08 Movea S.A Dispositif et methode de caracterisation de mouvements

Also Published As

Publication number Publication date
FR2860700A1 (fr) 2005-04-15
ATE454055T1 (de) 2010-01-15
US20070123806A1 (en) 2007-05-31
DE602004025019D1 (de) 2010-02-25
FR2860700B1 (fr) 2005-12-09
EP1673590B1 (fr) 2010-01-06
EP1673590A2 (fr) 2006-06-28
US7857772B2 (en) 2010-12-28
WO2005034751A3 (fr) 2005-07-21

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