1.本公开涉及用于向手持设备(例如口腔护理设备)的用户提供自适应物理反馈的系统和方法。


背景技术：

2.获得并保持良好的口腔护理习惯对口腔和全身健康两者都很重要。然而，尽管健康专业人士提出了许多建议并且通过智能口腔护理产品(例如联网或互联网连接的牙刷)进行专门指导，但遵守口腔护理方案对许多消费者来说仍然是一个挑战。专业推荐的影响通常会在访问牙科诊所后的短时间内逐渐消失。因此，本领域持续需要促进用户良好口腔护理习惯的口腔护理系统和方法。


技术实现要素：

3.本公开涉及用于向手持设备的用户提供自适应物理反馈的创造性系统和方法。口腔护理系统可以包括：口腔护理设备；一个或多个传感器，被配置为在使用口腔护理设备时感测其位置和取向；一个或多个控制器，用于确定对设备的位置和取向所需的校正；以及感觉反馈模块，被设计成为用户提供物理指示以校正设备的位置和取向。
4.通常，在一个方面，提供了一种用于向手持设备的用户提供自适应物理指示的方法。该方法包括：(i)通过手持设备的控制器和一个或多个传感器，确定手持设备的当前取向；(ii)通过手持设备的控制器，确定与手持设备的目标取向的偏差；(iii)通过手持设备的控制器，确定取向的期望校正；(iv)使用手持设备的感觉反馈模块，向用户提供物理指示。
5.在一个方面，该方法允许使用以下各项来确定当前取向：相机、惯性运动单元、倾角计或接近传感器。
6.在一个方面，该方法允许进行期望校正以允许反馈平滑。
7.在一个方面，该方法允许物理指示具有可变的定时或幅度。
8.在一个方面，该方法允许通过比例积分推导方案应用物理指示。
9.通常，在一个方面，提供了一种用于向手持设备的用户提供自适应物理指示的方法。该方法包括：(i)通过手持设备的控制器和一个或多个传感器确定手持设备的当前位置；(ii)通过手持设备的控制器，确定位置的期望校正；(iii)使用手持护理设备的感觉反馈模块，向用户提供物理指示。
10.在一个方面，该方法还包括以下步骤：通过手持设备的控制器确定手持设备与目标位置的接近度。
11.在一个方面，该方法允许使用以下各项来确定当前位置：相机、惯性运动单元、倾角计或接近传感器。
12.在一个方面，该方法允许进行期望校正以允许反馈平滑。
13.在一个方面，该方法允许物理指示具有可变的定时或幅度。
14.在一个方面，该方法允许通过比例积分推导方案应用物理指示。
15.通常，一个方面，提供了一种用于向口腔护理设备的用户提供自适应物理指示的口腔护理系统。口腔护理系统包括：口腔护理设备；传感器模块，被配置为检测口腔护理设备的刷头在用户口腔中的位置和角度；存储模块，被配置为存储刷涂位置相关数据；口腔护理设备的感觉反馈模块，被配置为提供物理指示；以及，一个或多个控制器。一个或多个控制器被配置为：确定口腔护理设备的当前取向或位置；确定口腔护理设备与目标取向的偏差或确定口腔护理设备与目标位置的接近度；以及，确定期望的取向或位置校正并且使用感觉反馈模块提供物理指示。
16.在一个方面，该系统还被配置为使得感觉反馈模块依靠惯性转向来提供物理反馈。
17.在一个方面，该系统还被配置为使得惯性转向由一个或多个控制力矩陀螺仪提供。
18.在一个方面，该系统还被配置为使得感觉反馈模块依赖于一个或多个偏离重心的质量来提供物理反馈。
19.应当理解，前述概念和以下更详细讨论的附加概念的所有组合(假设这些概念不是相互矛盾的)都被认为是本文公开的发明主题的一部分。具体而言，出现在本公开末尾的要求保护的主题的所有组合都被认为是本文公开的发明主题的一部分。还应当理解，本文中明确采用的术语也可能出现在通过引用并入的任何公开中，应当具有与本文公开的特定概念最一致的含义。
附图说明
20.在附图中，相同的附图标记在不同的视图中通常表示相同的部分。此外，附图不一定按比例绘制，重点通常放在说明本发明的原理上。
21.图1是根据示例性实施例的口腔护理设备的示意图。
22.图2a和图2b是根据示例性实施例的偏离重心质量的图。
23.图3是根据示例性实施例的感觉反馈模块中的多个偏离重心质量的图。
24.图4是根据示例性实施例的用于向口腔护理设备的用户提供自适应物理指示的方法的流程图。
25.图5是根据示例性实施例的用于向口腔护理设备的用户提供自适应物理指示的方法的流程图。
具体实施方式
26.本公开涉及用于向手持设备的用户提供自适应物理反馈的系统和方法。该系统包括：一个手持设备；传感器模块，被配置为在手持设备被使用时检测其位置和角度；存储模块，被配置为存储与手持设备的使用区域相关的数据；手持设备的感觉反馈模块，被配置为提供物理指示；以及，一个或多个控制器。一个或多个控制器被配置为：确定手持设备的当前取向或位置；确定手持设备与目标取向的偏差或确定手持设备与目标位置的接近度；确定期望的取向或位置校正；以及，使用感觉反馈模块提供物理指示。
27.物理指示被设计为提供手持设备中的物理偏移，用户通过根据期望校正改变手持
设备的取向或位置来对该物理偏移做出反应。物理偏移可以由偏离重心质量提供，其中移动质量会改变设备的重心，从而为用户创造一种不平衡的感觉。用户然后改变设备的位置或取向或角度以调整和/或校正不平衡的感觉。物理偏移也可以是惯性转向的形式，其中作用力将设备拉向特定方向。作用力可以来自惯性转向设备，例如控制力矩陀螺仪。拉力可以根据期望的校正移动设备，或者拉力可以用作用户沿着作用力的方向移动设备的指示。
28.在此公开或以其他方式设想的实施例和实施方式可以与任何合适的手持或个人护理设备一起使用。合适的手持或个人护理设备的示例包括牙刷(如飞利浦牙刷(由皇家飞利浦，n.v.制造))、剃须刀、牙线设备，口腔冲洗器、齿间清洁设备、舌头清洁器、皮肤护理设备、或其他个人护理设备。然而，本公开不限于这些个人护理设备，因此本文公开的公开内容和实施例可以涵盖任何手持或个人护理设备。尽管本文描述了口腔护理设备的示例，但本领域的普通技术人员将认识到，该系统和方法可以与多种手持或个人护理设备结合使用。
29.参考图1，在一个实施例中，提供了一种电动口腔护理设备10，其包括手柄或主体部分12和刷头构件14。刷头构件14在其远离主体部分的端部包括刷头16。刷头16包括刷毛面18，刷毛面18提供多个刷毛。主体部分12通常包括外壳，该外壳的至少一部分是中空的，以容纳电动口腔护理设备的部件。主体部分12可以包括具有用于产生运动的马达22的传动系组件，以及用于将所产生的运动传递到刷头构件14的传动部件或传动轴24。
30.根据一个实施例，刷头构件14被安装到传动系统轴24以便能够相对于主体部分12运动。运动可以是多种不同运动(包括振动或旋转等)中的任何一种。例如，刷头构件14可以被固定地安装到传动系统轴24上，或者它可以可拆卸地安装，以便针对不同的操作特征，或者当刷毛或其他刷头部件磨损并且需要更换时，刷头构件14可以用不同的刷头构件替换。尽管在本实施例中，电动口腔护理设备10是摆动牙刷，但应当理解，在备选实施例中，电动口腔护理设备可以是任何其他电动个人护理设备。
31.主体部分12还设置有用户输入26，以允许用户操作电动口腔护理设备10，例如，打开和关闭设备。例如，用户输入26可以是按钮、触摸屏或开关。
32.电动口腔护理设备10包括一个或多个传感器28，该传感器28被配置为在设备10的使用期间获得指示位置和取向或角度变化的传感器数据。在图1中示出的传感器28在主体部分12内，但传感器28可以位于设备内部或外部的任何位置，包括例如刷头构件14、刷头16的内部或外部，或设备内部或之上的其他地方。根据一个实施例，传感器28可以包括一个或多个运动传感器、光学传感器、红外线、超声波或光学接近传感器、定时器、相机、压力传感器、倾角计、惯性运动单元、磁力计、陀螺仪、加速度计和/或任何用于收集与电动口腔护理设备10的位置或取向相关的数据的传感技术、协议、类型或模态。
33.设备10还包括控制器30，其被配置为接收由传感器28产生的传感器数据。根据一个实施例，传感器28与控制器30是一体的。控制器30可以由一个或多个模块形成，并且被配置为操作口腔护理设备10以响应于输入(例如通过用户输入26获得的输入)。控制器30可以包括例如处理器32和存储器或数据库34。处理器32可以采用任何合适的形式，包括但不限于微控制器、多个微控制器、电路、单个处理器或多个处理器。存储器或数据库34可以采用任何合适的形式，包括非易失性存储器和/或ram。非易失性存储器可以包括只读存储器(rom)、硬盘驱动器(hdd)或固态驱动器(ssd)。存储器可以存储操作系统等。ram被处理器用
于临时存储数据。根据一个实施例，操作系统可以包含代码，当由控制器30执行时，该代码控制口腔护理设备10的硬件部件的操作。根据一个实施例，连接模块38传输所收集的传感器数据，并且可以是能够传输有线或无线信号的任何模块，设备或设备，包括但不限于wi-fi、蓝牙、近场通信和/或蜂窝模块。
34.该设备还包括感觉反馈模块50。感觉反馈模块50包含：一个或多个物理指示设备52；控制器54，其被配置为操作物理指示，包括打开或关闭物理指示、增加或减小物理指示的幅度、接收和处理与物理指示有关的传感器数据、确定口腔护理设备的当前位置和口腔护理设备的当前取向或角度，确定与口腔护理设备的目标取向的偏差、确定口腔护理设备与目标位置的接近度、以及，确定期望的取向和/或位置校正。控制器54可以包括例如处理器56和存储器或数据库58。处理器56可以采用任何合适的形式，包括但不限于微控制器、多个微控制器、电路、单个处理器或多个处理器。存储器或数据库34可以采用任何合适的形式，包括非易失性存储器和/或ram。非易失性存储器可以包括只读存储器(rom)、硬盘驱动器(hdd)或固态驱动器(ssd)。存储器可以存储操作系统等。ram被处理器用于临时存储数据。根据一个实施例，操作系统可以包含代码，当由控制器54执行时，该代码控制感觉反馈模块或口腔护理设备10的硬件部件的操作。控制器还可以包含算法的代码，用于学习适当的物理指示的定时、方向和幅度。根据一个实施例，连接模块60发送和/或接收所收集的传感器数据，并且可以是能够传输有线或无线信号的任何模块、设备或设备，包括但不限于wi-fi、蓝牙、近场通信和/或蜂窝模块。感觉反馈模块50的控制器54还可以与控制器30、处理器32、存储器34和连接模块38结合工作，以执行其任何功能。控制器54还可以与一个或多个远程设备结合工作，这些远程设备包括它们自己的控制器或计算资源，这些计算资源与来自口腔护理设备10的计算资源一起使用，而这个口腔护理设备10包括控制器54。远程设备可以是任何有能力与口腔护理设备10的一个或多个部件的数据通信(例如，通过连接模块38)的计算设备。例如，远程设备可以是或包括：计算机、膝上型电脑、平板电脑、智能手机、移动计算设备、服务器、网关、网络节点、互联网或云实现的计算资源等。
35.物理指示设备52可以是以设备10的物理运动或设备10的重心位移的形式提供感觉反馈的设备的任何组合。物理指示设备52可以是惯性转向设备，其以设备沿设备期望运动方向的物理运动形式提供感觉反馈。物理运动可以是沿着期望运动的方向移动设备的幅度，或者是向用户提供物理拉力以激励用户沿着作用力和期望运动的方向移动设备的幅度。例如，惯性转向设备可以包含控制力矩陀螺仪(“cmg”)。示例性的cmg可以包含旋转转子和一个或多个电动万向节，其倾斜转子的角力矩，从而产生陀螺扭矩。cmg产生的扭矩大小与cmg的几何形状和质量及其转速的变化有关。物理指示设备可以是一个或多个单轴线或多轴线cmg。例如，物理指示设备52中的单轴线cmg可能足以在刷涂期间提供沿刷涂轴线的反馈，以纠正或影响用户的行为(例如，沿他/她的牙齿的咀嚼表面刷涂足够远达到臼齿)。多个cmg或多轴线cmg可以提供沿多个轴线的感觉反馈，例如，在刷涂期间中校正刷涂角度和刷子运动方向。使用这种感觉反馈方法，口腔护理设备10的用户将感觉到在期望方向上的拉力，这可以移动口腔护理设备10或在期望运动的方向上提供轻推，这向用户发出信号以移动口腔护理设备10沿该方向移动。应当理解，可以设计许多其他方法来在感觉反馈模块50中的旋转物体和用户的手之间产生相对扭矩。惯性转向可以通过施加轴向力或旋转力的任何物理手段来提供，包括施加磁力、使用高速空气或本领域已知的任何其他方法。使用
惯性转向，在期望运动的方向上提供力，其可以移动刷子或者在期望运动方向上提供轻柔的推动或轻推，这向用户指示沿期望方向移动刷子。
36.物理指示设备52可以依靠偏离重心的质量来提供感觉反馈和物理指示。这种提供感觉反馈的方法使用户对口腔护理设备10不平衡的感觉作出反应，并使用户将口腔护理设备10移动到期望位置或取向以纠正设备不平衡的感觉。例如，可以使用偏离重心的质量来校正刷头和用户牙齿之间的不正确取向或角度。如图2a所示，在中性位置(位置a和b)，质量80和质量82的重心与感觉反馈模块50的物理中心对齐。为了移动重心，质量80、82之一或两者被旋转到规定位置a'、b'。如图2b所示，当质量80和质量82被移动到新的位置a'、b'时，更多的质量被移动到感觉反馈模块50的l侧。用户可以感觉到设备的重心不平衡。用户对现在重心不平衡的反应是沿d2方向旋转手柄以正确对齐重心，使质量与地球对齐。重心的移动可以由不同形式的可移动质量提供，包括：两个具有质量80、82的旋转叶片，多个具有质量80的旋转叶片(这将允许增加重心移动的幅度)、流体泵、隔间中的可动质量(其中质量可以在隔间之间移动)、线性滑轨(其中质量可以沿着线性滑轨的轴线移动)、或操纵质量的位置任何其他手段。
37.物理指示设备52可以依靠一个或多个偏离重心的质量来提供物理指示。当使用多个偏离重心的质量时，可以提供旋转方向和纵向方向上的物理反馈。图3示出了两个具有质量80、82的叶片，它们相对于感觉反馈模块50的中心c不平衡。响应于设备重心不平衡的感觉，用户将沿旋转方向d2旋转口腔护理设备10。三个附加质量84、86和88也可以在感觉反馈模块50中沿轴线90移动。质量84、86和88的移动可以在f和b方向上，它们是沿轴线穿过口腔护理设备10的中心从底部到头部的纵向方向。如果质量84、86和88在b方向上移动，则感觉反馈模块50的重心的偏移将导致用户沿f方向移动口腔护理设备10。以此方式，用户可以校正口腔护理设备10的取向角(沿旋转方向)和口腔护理设备10的位置(沿着f和b方向的纵轴线)。
38.图4示出了用于向口腔护理设备的用户提供自适应物理指示的示例性方法200。在步骤210，使用口腔护理设备10的控制器54和传感器28确定口腔护理设备10的当前取向。例如，刷头16相对于用户牙齿的角度或取向可以使用运动传感器、光学传感器、红外线、超声波或光学接近传感器、定时器、照相机、压力传感器、倾角计、惯性运动单元、磁力计、陀螺仪或加速度计来确定，其中将刷头16的取向与用户的头部和牙齿的取向进行比较。控制器54可以融合来自不同传感器28的组合的数据以做出更准确或更高水平的确定。从传感器28收集的数据可以通过算法进行分析以增强在刷涂期间提供的感觉反馈和物理指示。在步骤220，控制器54被用于确定与口腔护理设备10的目标取向的偏差。例如，口腔护理设备10(作为牙刷)的目标取向可以是牙刷相对于用户牙齿表面取向45度角。如果用户的牙刷被定位为相对于他/她的牙齿成27度角，则与目标取向的偏差将为18度。在步骤230，控制器确定取向的期望校正。例如，控制器可以确定应该将牙刷旋转附加的18度，以将牙刷的取向校正为相对于用户的牙齿成45度角。然而，控制器可以确定不需要取向校正的不同的取向偏差。反馈平滑是任何减少用户收到的感觉反馈量以消除过度感觉反馈的过程。例如，反馈平滑的一种形式是不对小偏差提供取向校正。作为示例，与目标取向相差五度或更小的偏差可以不保证取向的校正。不够大的偏差可能无法保证校正，因此系统不会为微小偏差提供过多的感觉反馈。过度的感觉反馈可能会给用户带来烦恼或干扰设备的使用，因为频繁的微小
取向偏差会导致频繁的感觉反馈。
39.在步骤240，使用感觉反馈模块50向口腔护理设备10的用户提供物理指示。感觉反馈模块50的操作由控制器54控制。物理指示由一个或多个物理指示设备52提供，该物理指示设备52可以是使用惯性转向和偏离重心质量方法，对应地以设备10的物理运动或设备10的重心位移的形式提供感觉反馈的设备的任何组合。
40.图5示出了用于向口腔护理设备10的用户提供自适应物理指示的示例性方法300。在步骤310，使用口腔护理设备10的控制器54和传感器28确定个人护理设备的当前位置。例如，可以使用传感器28，例如运动传感器、光学传感器、红外线、超声波或光学接近传感器、定时器、相机、压力传感器、倾角计、惯性运动单元、磁力计、陀螺仪或加速度计，确定牙刷的刷头16相对于用户口腔的位置。作为示例，至少部分地根据口腔护理设备10相对于用户的相对位置来确定已经刷过的牙齿的区域，这可以通过使用运动传感器(诸如嵌入式惯性传感器)来确定口腔护理设备10的绝对位置，以及使用光学或接近传感器(例如红外接近传感器或相机)以考虑用户头部相对于口腔护理设备10的相对运动。控制器54可以融合来自不同传感器28的组合的数据以做出更准确或更高水平的确定。从传感器28收集的数据可以通过算法进行分析以增强在刷涂期间提供的感觉反馈。
41.在可选步骤320，控制器54被用于确定口腔护理设备与目标位置的接近度。最近在刷涂期间中遗漏的牙齿的目标位置或区域处于其他次优条件下，这些位置或区域被用户或其他人经常遗漏或者是刷涂持续时间太短的区域。可以为特定用户而学习目标位置，它们可以被预先编程到设备中并且不特定于用户，或者它们可以是先前编程和所学习位置的组合。控制器54可以依靠用户的口腔和牙齿的地图来确定刷子当前沿着地图的哪个位置以及用户与目标位置的接近度。口腔护理设备10可以依靠先前已被编程到控制器模块30或感觉反馈模块50中的牙齿地图或依靠为用户单独学习或编程的地图。例如，可以指令用户最初使用刷头16来追踪他/她的牙齿。可以引导(例如，通过印刷的指令、安装在智能手机上的应用程序等来指令)用户在一个或多个刷涂期间中，在没有马达运行和/或遵循特定路径或例行程序的情况下，针对特定牙齿移动刷头16。
42.在步骤330，控制器54确定位置的期望校正。例如，当用户靠近在刷涂期间经常遗漏的口腔或牙齿区域时，控制器54可以确定需要位置校正。使用机器学习，控制器54可以随时间变得更有效，因为它更频繁地了解口腔或牙齿的哪些区域被遗漏。如果刷头16靠近口腔或牙齿的较少被遗漏的区域，则控制器54可以确定不需要位置校正。反馈平滑是任何减少用户收到的感觉反馈量以消除过度感觉反馈的过程。当在刷涂期间不太频繁地遗漏口腔或牙齿区域时，位置的校正可能是不需要的，从而系统不会为微小偏差提供过多的感觉反馈。过度的感觉反馈可能会导致用户烦恼或妨碍设备的使用，而频繁的轻微位置偏差会导致频繁的感觉反馈。
43.在步骤340，使用感觉反馈模块50向口腔护理设备10的用户提供物理指示。物理指示由一个或多个物理指示设备52提供，该一个或多个物理指示设备52可以是以设备10的物理运动或设备10的重心的位移形式，对应地使用惯性转向和偏离重心质量方法来提供感觉反馈的设备的任意组合。
44.可以使物理指示和感觉反馈的定时或幅度发生变化。物理指示的幅度和持续时间可以更大或更小以响应不同的期望的取向或位置校正。例如，更大的偏离重心质量可以被
用于对刷子的角度或取向进行更大的校正。对于更常被遗漏的口腔或牙齿区域，惯性转向物理指示可以提供更大幅度的拉力。作为另一示例，当需要更大的校正时，物理指示的定时可以增加。例如，多个连续的物理指示可以指示需要更大的校正。作为另一示例，物理指示可以持续更长的持续时间，这指示更大的位置校正(例如，过去遗漏了口腔或牙齿的大面积，或者口腔或牙齿的一个区域在过去经常被遗漏)是必需的。在另一示例中，可以提供连续的物理指示(例如，以拉的形式)，其中连续的物理指示的幅度(拉力)增加，以作为鼓励用户沿着移动刷子覆盖期望位置的手段。作为另一示例，当用户已经偏离正确的取向时(例如，用户以不期望的角度刷涂)，物理指示可以是偏离重心质量的形式。可以以偏离重心质量的形式提供物理指示，其中偏离重心质量的大小随着用户校正他的取向并将他的刷子越来越靠近正确的取向移动而减小。这是物理指示的比例积分推导方案的应用示例。
45.可以使用算法来确定提供期望结果、校正口腔护理设备10的取向或位置所需的物理指示的定时、方向和幅度。用户响应于口腔护理设备10的期望取向或位置的偏差而接收的感觉反馈必须足够适当，以导致用户在期望的方向和期望的量上校正他/她的取向或位置。感觉反馈模块50可以被编程以学习物理指示的适当方向和幅度，这将在用户中产生期望的响应。作为另一示例，感觉反馈模块50可以被设置为确定口腔护理设备10的当前取向或位置以及取向或位置的期望校正，然后以设置的时间间隔提供物理指示。物理指示的定时，或自适应物理指示循环(确定当前位置或取向，确定取向偏差或与目标位置的接近度，确定期望的校正，提供物理指示)的定时可以是设置为足够频繁，以确定用户何时偏离了期望的取向或位置，但不要太频繁，以便为用户留出时间校正口腔护理设备10的取向和/或位置。可以在用户使用口腔护理设备10之前预设物理指示的定时、方向和幅度，或者可以使用算法来了解每个用户的物理指示的适当定时、方向和幅度，或者可以使用的技术两者的组合。
46.虽然这里已经描述和图示了数个创造性的实施例，但是本领域的普通技术人员将容易地设想用于执行功能和/或获得结果和/或本文所描述的一个或多个优点的各种其他手段和/或结构，并且这种变化和/或修改中的每一个都被认为在本文描述的发明实施例的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易理解，本文描述的所有参数、尺寸、材料和配置旨在示例性并且实际参数、尺寸、材料和/或配置将取决于特定应用使用本发明的教导。本领域技术人员将认识到或能够仅使用常规实验来确定本文描述的特定发明实施例的许多等效物。因此，应当理解，前述实施例仅通过示例的方式呈现，并且在所附权利要求及其等价物的范围内，可以以不同于具体描述和要求保护的方式来实践本发明的实施例。本公开的发明实施例涉及本文描述的每个单独的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。此外，两个或更多个此类特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合，如果此类特征、系统、物品、材料、套件和/或方法不相互矛盾，则包括在本发明的发明范围。
47.说明书和权利要求书中使用的短语“和/或”应理解为表示如此结合的要素中的“一个或两个”，即要素在某些情况下结合存在而在其他情况下不结合存在。用“和/或”列出的多个元素应以相同方式解释，即“一个或多个”元素如此连接。除了由“和/或”子句具体标识的元素之外，可以可选地存在其他元素，无论与那些具体标识的元素相关或不相关。如本文在说明书和权利要求中使用的，“或”应理解为与如上定义的“和/或”具有相同的含义。
48.还应该理解的是，除非明确指出相反，在本文要求保护的任何方法中，包括一个以
上的步骤或动作，方法的步骤或动作的顺序不一定限于所引述方法的步骤或动作的顺序。