智能护胫
1.本发明涉及用于测量和传输数据的所谓“智能”护胫。
2.在体育界，无论是在职业界(非常有价值)还是在业余界，对比赛的后验分析使得量化主观感受成为可能，最终提高队伍的表现。
3.一些运动员提供需要重型基础设施或额外的运动员设备的复杂分析设备，这些设备通常非常昂贵，这意味着这些设备仅由非常大的俱乐部使用。这些设备包括智能手表、皮带(在腰部或围绕胸部)、佩戴智能手机的臂章等。但是，这些运动员佩戴的分析设备会引起不适，从而阻碍它们的使用和接受，并且大多数这些设备在官方比赛中是不被允许的。
4.在某些类型的体育活动中，例如足球、棒球、武术、曲棍球、越野、橄榄球等(并且取决于联合会、级别、运动员的年龄
……
)，每个运动员都可以穿或必须穿护胫。护胫是对小腿的保护，在比赛和/或训练的情况下常常是必不可少的，现在通常由玻璃纤维、复合材料(碳型的)、塑料或聚氨酯制成。
5.除了有时是强制性的佩戴外，它还非常适合分析佩戴者的表现，因为它与会话(比赛或训练)期间所采取的姿态有关，即对球的控制(在球类体育活动的情况下)、受到的打击(在武术的情况下)等。通过配备具有测量功能的护胫，可以为每位运动员提供分析设备。
6.文件wo20170178880描述了一种设有电子芯片的护胫，该电子芯片允许收集各种数据，特别是行进距离、平均速度、力量和击打等。芯片的形状为胶囊，该胶囊被放置在护胫的内上部中，由护胫的硬质部分和保护泡沫之间的小安全包体保护，并且被连接到数据处理和显示应用程序。
7.然而，芯片能够从包体中移除，存在丢失或损坏的风险。此外，芯片的小尺寸允许电池寿命、数据捕获和分析以及将该数据传输至处理设备的能力。
8.因此，希望解决这些不便之处。
9.本发明的实施例然后涉及一种智能护胫，其包括被集成到护胫主体中的微处理器、数据传感器、存储器、至少一个无线通信接口和电源供应器的电子部件，无线通信接口允许发送由传感器捕获的与体育会话相关的数据的至少一部分。
10.根据一个实施例，护胫还包括由发光二极管组成的人机界面，该发光二极管被布置在护胫的上边缘。
11.根据一个实施例，护胫还包括用于给电源供应器充电的连接端口，该端口被布置在护胫的底部并且向下布置。
12.根据一个实施例，电源供应器为矩形形状，位于连接端口和微处理器之间的中央。
13.根据一个实施例，传感器包括加速度计、陀螺仪和磁强计类型的运动传感器，以及全球定位系统类型的位置传感器。
14.根据一个实施例，至少一些电子部件被布置在柔性印刷电路上以匹配护胫的弯曲形状。
15.根据一个实施例，至少一些电子部件被布置在至少两个印刷电路上以匹配护胫的弯曲形状。
16.根据一个实施例，，护胫包括至少两个按照不同通信协议的无线通信接口，一个接
口用于在会话期间实时传输某些数据，另一个接口用于在会话后传输其他数据。
17.本发明的实施例还涉及一种从体育会话捕获和发送数据的方法，其包括以下步骤：由运动员在体育会话期间佩戴根据一个实施例的护胫；收集有关体育会话的数据；将至少一些捕获的数据发送到数据处理和显示应用程序。
18.本发明的实施例还涉及一种从体育会话接收和处理数据的方法，其包括以下步骤：通过数据处理和显示应用程序接收通过至少一些被捕获的与体育会话相关的数据，该数据根据一个实施例的数据捕获和发送方法所发送；对接收到的数据进行处理。
19.根据一个实施例，一种接收和处理的方法还包括将数据分成至少两个时间段以进行分析的步骤。
20.在详细描述本发明的实施例之前，有必要理解本发明不限于其应用程序到以下描述中阐述的或附图中所示的部件的构造细节和布置。本发明能够有其他实施例并且可以以各种方式实践和实施。此外，应当理解，本文所采用的短语和术语是为了描述的目的，不应被解释为限制。
21.本发明的其他目的和优点对读者来说将变得显而易见，并且这些目的和优点旨在落入本发明的范围内。
22.为实现上述目的和相关目的，本发明可以以附图所示的形式实施，参考附图仅是说明性的，并且可以在所附权利要求的范围内对所示和描述的具体结构进行修改。
23.通过阅读附图将理解与本发明相关联的各种其他目的、特性和优点，其中附图标记在不同视图中表示相同或相似的部件，并且其中：
24.图1是根据一个实施例的护胫的电子部件的示意图；
25.图2是根据一个实施例的护胫的分解的机械侧视图；
26.图3是根据一个实施例的护胫的前视图；
27.图4是被安装在智能手机上的应用程序的视图，尤其是根据一个实施例的运动员的资料；
28.图5是被安装在智能手机上的应用程序的视图，尤其是根据一个实施例的会话位置的选择；
29.图6是被安装在智能手机上的应用程序的视图，尤其是根据一个实施例的会话的数据；
30.图7是被安装在智能手机上的应用程序的视图，尤其是根据一个实施例的与会话时段相关的数据，该会话被划分为至少两个时段；
31.图8是被安装在智能手机上的应用程序的视图，和
32.图9是被安装在智能手机上的应用程序的视图，这些图具体示出了根据一个实施例将与会话相关的数据划分为至少两个时段。
33.发现分析装置必须尽可能地集成到现有的护胫中，也就是说它不可以导致产品的外部增长，出于重量的原因，不可以导致妨碍运动员，以集成到现有产品和制造工艺等。
34.为此，电子部件已经被集成到护胫的主体中，进行了巧妙的修改，以在较小的空间内实现最大的功能，和经受机械冲击和温度变化的影响。
35.护胫容易被其他运动员或例如球、棍子等物体击中。此外，它与腿接触，通常在运动员的袜子下，并且经受与运动员的汗水有关的潮湿环境以及外界(冬季和夏季之间)与体
温之间的温度变化的影响。现有的护胫的典型使用寿命为两年。
36.理想情况下，但不是必须地，智能护胫应该能够记录整个会话(在下文中理解为训练或比赛)，而无需充电。一场比赛的持续时间大约为两小时，并且在运动员的着装和会话结束之间必须要有一段时间，因此能够自主运作约三小时。
37.图1是智能护胫的电子部件示意图。
38.智能护胫10包括微处理器11(cpu)、数据传感器、存储器14(mem)、至少一个无线通信接口15(com)、人机界面16(hmi)和电源供应器17(bat)，数据传感器特别是运动传感器12(cap)和位置传感器13(gps)。另外，如果电源供应器17是通过导线的再充电类型(相对于感性负载)，则连接端口18(i/o)被链接到电源供应器17，也可以被链接到微处理器11，以允许下载数据、安装功能等。
39.微处理器11允许通过运动传感器12和位置13获取数据，将它们存储在存储器14中，并且它们经由无线通信接口15进行通信。微处理器11能够执行启动序列算法或预处理。微处理器11理想地允许多接口管理、持久性、待机和使用中的低功耗操作能力、确保所需连接能力的盒的可用性、开发工具的支持和可用性(例如，下载和安装新功能)。
40.运动传感器12可以包括但不限于加速度计、陀螺仪和三轴磁场。
41.位置传感器13是gps(“全球定位系统”)类型的。这种传感器的使用在技术领域中是已知的。
42.存储器14具有至少相当于电池寿命的数据存储容量。仅提供一个想法，并且不受限制，如果传感器的采集频率为100到200hz，并且在四个小时的时间内数据以16字节的块写入，即1600到3200bps(每秒字节数)，这提供了46mb的数据量，即368mb。因此，目标内存为512mb。专用spi(“串行外围接口”)总线能够被用于将微处理器11连接到存储器14。
43.为了使智能护胫10与数据分析介质(例如，智能手机或触摸板)进行通信，提供了至少一个无线通信接口15。根据不同的通信标准或协议-wifi、蓝牙、gsm等，有可能是几种不同的无线通信方式。每种方法都有其优点和缺点，特别是功率消耗、通信距离和接口大小。
44.在一个实施例中，无线通信接口15是wifi模块，允许以可接受的传输时间传输大数据包。
45.但是，能够提供数个接口，例如一个允许始终快速发送某些数据的接口(教练希望实时跟踪每个运动员所走过的距离)，而另一个接口例如usb或蓝牙端口允许在会话后对其他数据进行下载，以进行更深入的分析。同样，可以将通信接口(无线的或有线的)指派为主要接口，只有在主要接口不再起作用时才会激活另一个接口。
46.在一个实施例中，智能护胫10被配备有wifi接口和蓝牙接口，因为通过wifi将智能手机连接至像护胫这样的设备涉及将手机的网络切换到这个接口然后电话的通信能力锁定到这个单一的接口上。然后手机失去其与外界的数据连接。另外，wifi接口的恒功率供应涉及高消耗。然后有必要在中途重新装戴护胫，或更换护胫。蓝牙接口的使用允许永久连接，并且允许与智能手机连接，而后者不会丢失自己的数据连接。因此，蓝牙接口能够用于概览产品状态、配置以及偶尔启动的wifi连接。
47.在两个通信接口的情况下，目标是两个接口共用的天线。
48.在一个实施例中，人机界面16是发光二极管(也称为led，“发光二极管”或led)。优
选地，二极管被布置在产品的顶部，在上边缘上，如图3所示，以便运动员在俯视时可以轻松查阅它们。例如，他或她能够确保护胫始终处于开启状态和获得数据，以及查看通话何时进行。
49.然后二极管能够指示护胫是否打开、充电水平、是否被连接到网络、内存是否已满等。
50.更优选地，护胫不包括屏幕类型的界面，该界面在会话可能损坏并且在任何情况下都难以查阅，并且也不包括可能成为故障源的按钮。轻敲型按钮能够被用于打开和关闭护胫、触发数据传输和任何其他操作。
51.代替用于打开和关闭护胫的电源的“轻敲”型按钮，程序能够涉及运动传感器12和位置传感器13以定义关于智能护胫10的位置和在智能护胫10上启动和停止数据记录所要执行的手势的条件。这个程序还包括将信息从护胫传达给运动员，以使他/她能够验证智能护胫10上数据记录的正确停止和开始。
52.在一个实施例中，当智能护胫10处于直立位置时，包括二极管的边缘面朝上，轻敲处于该位置的智能护胫10的效果由智能护胫10检测并且触发绿色二极管连续亮3秒，然后闪光5秒，在此期间，在智能护胫10上连续轻敲两次的效果是开始记录数据。
53.轻敲是通过手部运动执行的动作，该动作以足以被运动传感器12检测到的力击打护胫而不会损坏智能护胫10。
54.两次连续轻敲是彼此时间间隔在2秒内的两次轻敲。
55.为了停止数据记录，当护胫处于直立位置时，包括二极管的边缘面朝下，智能护胫10上两次连续轻敲的效果使得可以停止数据记录。
56.在数据记录期间，gps信号丢失会导致绿色led闪光，直到再次收到gps信号。
57.蓝色二极管闪烁表示数据记录功能正常。
58.电源供应器17(电池)优选地是可充电的，重量轻且体积小。能够使用锂聚合物型电池并且与17a电源管理电路(ges)(pmic或“电源管理集成电路”)相关联，以组成充电、充电管理、控制led接口，如果存在的话、测量和电池保护的功能。在可充电电源供应器的情况下，能够包括一个usb c型连接器来为电池充电。优选地，在所描述的实施例中，usb端口是护胫外壳的外侧上的唯一开口。优选地，usb端口向下布置，以防止其被雨水或汗水充满。然后它涉及与接口链接的识别/辨别电路的实现。
59.但是，如上所述，考虑到电池尺寸、运行时间、再充电时间等，也能够使用感应充电电池。
60.必须考虑所描述的电气部件、护胫的机械限制，包括总可用面积、厚度和腿部的曲率。
61.标准护胫通常底部较窄，顶部较宽，长度可能因运动员的体型而异。
62.因此，第一个约束是可用于放置电气部件的总表面积。最高和最笨重的部件是通信接口15、电源供应器17和端口18。机电集成研究表明，所需的表面导致需要与单个pcb(“印刷电路板”)平面的使用不兼容的表面(由于腿的曲率)，即平面表面不足以接收所有部件。因此，印刷电路可以是由符合护胫的弯曲形状的三个部分组成的“屈曲”或柔性pcb，或三个链接的印刷电路。印刷电路被放置在护胫的上部中以具有尽可能大的表面并且允许二极管照亮指示灯的孔。
63.高度和体积的限制也对电源供应器17的尺寸有影响。机电集成研究表明，至少在电流限制下，被放置在护胫下部中央的细长矩形电池是最佳解决方案。
64.如上所述，端口18被放置在护胫的底部以避免其在雨中或运动员的汗水中被“填满”。
65.在图1所示的示例中，微处理器11、运动传感器12和人机界面16被布置在中央的印刷电路19-1上，由于其在运动员腿上的中央位置，所以该印刷电路是最宽的。更具体地，人机界面被布置在顶部中央，以便允许运动员快速查阅，如上所述。同样，无线通信接口15的天线(未示出)也优选地被布置在顶部以促进其与通信网络的连接。
66.位置传感器13和无线通信接口15被布置在一侧较窄的印刷电路19-2上，而存储器14和电源供应器管理模块17a被布置在另一侧的也窄的电路板19-3上。端口18与其他部件分开，位于护胫的底部中心。电源供应器17被布置在端口18和中央印刷电路19-1上的微处理器11之间。
67.在无线通信接口15(或该至少一个无线通信接口15中的一个接口)是wifi类型的情况下，它被布置在中央印刷电路19-1上，因为目前，由于这个接口的尺寸，中心部分是唯一能够接受它的部分。优选地，微处理器11也被布置在中央以降低部件之间的链接的复杂性。
68.图2是护胫10的分解机械侧视图。可以注意到背面20，通常由泡沫支撑以提高舒适度，正面21用于保护运动员。电子部件被布置在印刷电路19-1、19-2、19-3上的两个面20、21之间。还示出了电源供应器17和端口18，端口在护胫底部，电源供应器17在端口18和电路板之间。
69.图3是护胫10的前视图。能够看到可以根据运动员和/或俱乐部的意愿个性化的正面21(带有旗帜、俱乐部名称、照片等)。在顶部，示出了二极管16的位置，二极管被布置在上边缘上(在正面21和背面20之间)。最后，示出了用于有线连接的端口18的位置。
70.图4至图8示出了被安装在智能手机上的分析应用程序的示例，该应用程序从相关联的智能护胫10接收数据。
71.图4是被安装在智能手机上的应用程序的视图，其包括运动员的资料。运动员能够输入各种参数，例如他的名、他的照片或他的头像、他的身高、他的性别、他的体重、他在运动队中的位置、他的俱乐部名称、相关联的智能护胫的标识符、其年龄、其级别(初学者、业余爱好者、专业人士
……
)、实践年数、适用的单位制(例如，英里或公里)，以及许多其他元素。此外，安装护胫的腿也是可配置的，以提供更高的精度。运动员可能希望将其安装在他/她最常射击的腿上以更好地跟踪射击次数，或者相反更喜欢将其安装在另一条腿上以测量例如遭受冲击的次数。
72.此外，没有什么可以阻止同时使用两个智能护胫10(每条腿一个)。这对于估计每条腿的击球次数、确定优势腿、相互检查数据很有用-即找到被安装在左腿上的护胫与被安装在右腿上的护胫所捕获的数据之间的差异幅度等。在集体分析的情况下，还需要装备每位运动员的腿，以便例如确定优先选择的传球线路。
73.应用程序能够与多个护胫相结合，例如一个用于训练，一个用于比赛，或者每位运动员一个，如果教练希望查阅他所有球员的数据。可以根据会话(日期、时间、位置)存储会话数据，并且根据需要下载或传输。
74.此外，其他数据，例如心率、血液氧合和呼吸频率能够由其他设备(或可能由护胫本身)获取，被传输至智能手机或平板电脑应用程序，并且被集成/关联到会话数据的处理。
75.智能护胫与应用程序的识别或关联能够通过扫描护胫本身或其包装上的条形码或q码，录入号码标识，通过电缆连接(至少一次进行调整)或只是连接最近的护胫来完成。
76.还可以录入有关会话(训练或比赛)的位置的数据，例如体育场的名称或联系方式。一些体育场有不同的技术参数，例如表面类型(草、柏油等)、其表面积和其平整度。
77.图5是被安装在智能手机上的应用程序的视图，包括会话位置的选择(体育场、野外、停车场等)。在一个实施例中，运动员能够使用他的当前位置在诸如谷歌地球(r)的卫星地图或照片上定位自己。能够通过跟踪地图或照片上的轮廓来定义有关会话位置(其大小、位置)的信息。
78.图6是被安装在智能手机上的应用程序的视图，其包括会话数据。能够注意到日期指示的会话，以及与会话相关的统计数据，特别是行进距离、最大速度、击球次数和踢球力量。
79.图7是被安装在智能手机上的应用程序的视图，包括与会话时段相关的数据，该会话被划分为至少两个时段；可以注意到与当前会话前半部分相关的数据。
80.图8和图9是被安装在智能手机上的应用程序的视图，包括将与会话相关的数据划分为至少两个时段。
81.图8示出了为会话所记录的所有数据。
82.图9示出了将会话数据划分为至少两个时段，这里第一时段对应于上半场，第二时段对应于下半场。因此排除了与训练前、休息期间和训练后的时间段对应的数据。这种划分允许可以比较两个时段之间运动员的身体活动。例如，也许他或她更累或接触球的次数更多。如图7中能够看到的，行进距离、击球次数等则特定于所讨论的时段。
83.数据的其他应用和使用是可能的。
84.关于数据传输和处理，原始会话数据被发送到分析应用程序(通常在智能手机或平板电脑等移动设备上，也可以在计算机上)。该应用程序包括编程接口(api或“应用程序编程接口”)、有关运动员和护胫的数据(例如，哪个版本)。编程接口将原始数据传输到处理软件，该软件对其进行分析并且应用算法。解码后的数据被返回给应用程序，应用程序对显示的会话数据进行格式化。然而，这个方法能够不同地实施，特别是在用于处理会话数据的专用计算机或平板电脑中，特别是在专业环境中。
85.在本详细描述中已经参考附图描述和说明了本发明。然而，本发明不限于所呈现的实施例。
86.在一个实施例中，护胫不包括运动和位置传感器，仅包括其中一个或另一个。
87.此外，人机界面16也不是必须的。能够简单地使用智能手机应用程序来检查护胫的电量和状况。
88.本发明领域的技术人员在阅读本说明书和附图后可以推断和实施其他变型和实施例。