[发明专利]用于操作适于环绕感兴趣对象的外壳的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于操作适于环绕感兴趣对象的外壳并在其上提供力的伺服系统和方法。

背景技术

US20070203433公开了一种可穿戴放松诱导装置，其包括由紧紧地穿在躯干上的弹性地柔软织物制成的甲胄（harness）或衣服。机电传感器被附接到该织物以用于将穿戴者的呼吸运动转换成表示呼吸速率和深度的电信号。电动操作的换能器附加到该织物以用于提供对身体的关于呼吸的触觉反馈，并且电子电路用于处理由机电传感器产生的电信号且用于以所选的可调节的顺序和速率（rate）操作该换能器。

这样的呼吸带被用于测量人的呼吸速率。大多数带使用气压传感器来在呼吸期间测量胸腔的膨胀和收缩中的变化。已经证实，经引导的呼吸对（快速）放松有益，放松又对人的幸福有益。当前可用的呼吸带仅测量呼吸速率，但是它们不向用户提供关于如何呼吸的内建的触觉刺激，例如反馈。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够同时感测呼吸和致动（actuation）的改进的伺服系统。

根据第一方面，本发明涉及一种用于操作适于围绕感兴趣对象的外壳并且用于在其上提供力的伺服系统，包括：

- 伺服电动机，适于操作外壳的位置且因此操作由外壳施加在感兴趣对象上的力，

- 测量单元，适于测量由电源提供以驱动伺服电动机的原始（raw）驱动电流信号I_raw，

- 低通滤波装置，适于将低通频率滤波应用在I_raw上以用于确定滤波电流信号I_filtered，以及

- 处理单元，适于确定：

  - 基于伺服电动机设置参数的致动电流信号I_actuated，I_actuated指示伺服电动机在操作外壳的位置时对I_raw-的贡献，

  - 驱动力电流信号I_force，其指示由外壳施加在感兴趣对象上的力，其中I_force与I_filtered和I_actuated之间的差成比例。

由此可见，提供了一种可以还用作力传感器的伺服系统，因为力电流信号I_force指示由外壳施加在感兴趣对象上的力。

在一个实施例中，感兴趣对象是用户的躯干并且其中外壳是环绕躯干的带，该带的位置的操作包括促使带的环绕长度恒定，其中I_force指示由带施加在躯干上的力。

在一个实施例中，感兴趣对象是用户的躯干并且其中外壳是环绕躯干的带，位置的操作包括借助改变带的位置保持带施加在躯干上的力恒定，其中I_force指示由带施加在躯干上的瞬时力，并且其中处理单元将I_force用作操作参数，其用于命令伺服电动机根据I_force调节带的位置以使得所得的力变成基本恒定。以此方式，该带正在随同用户一起“呼吸”，这意味着它未被用户感觉到。即，这使得心电图（ecg）带正相当多地约束胸腔并且因此是强迫人的（obtrusive）。相应地，通过知道该力，提供操作参数，例如，力/电流是否会增加、减小或保持恒定，依赖于该带是否处于固定位置操作模式或固定力操作模式。

在一个实施例中，处理单元进一步适于基于I_force的频率确定用户的呼吸。在应用所述低通滤波，I_force展现出所述电流导致在保持力恒定或导致膨胀/收缩带方面的结果。因此，获得如正弦波的电流信号，其中信号频率是用户的呼吸的清楚指示符。

在一个实施例中，处理单元进一步适于基于I_force的幅度确定用户的呼吸深度。相应地，所得的I_force信号的深度展示出呼吸深度并且因此展现出用户正在吸入/呼出的程度。

在一个实施例中，外壳是第一和第二踝支具（brace），其间具有借助伺服电动机致动的接头，其中该伺服电动机操作该位置以便允许该接头自由移动或施加支持踝的力。

在一个实施例中，处理单元基于I_force的幅度确定由外壳施加在感兴趣对象上的力，使得幅度变得越大，由外壳施加在感兴趣对象上的力变得越大。

在一个实施例中，低通滤波包括低于500Hz、更优选地低于50Hz、更优选地低于50Hz，更优选地等于或小于1Hz的频率滤波。