CN107107355B - 用于确定设备相对于用户的取向的*** - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种用于确定第一设备相对于用户的取向的***。该***包括第一设备，第一设备包括被布置为测量第一设备相对于地球的取向的第一取向测量单元；被布置为由用户佩戴在身体部位上的第二设备，第二设备包括被布置为测量第二设备相对于地球的取向的第二取向测量单元。该***还包括被布置为通过将所测量的第一设备相对于地球的取向与所测量的第二设备相对于地球的取向相比较来计算第一设备相对于第二设备的取向的处理单元。

Description

用于确定设备相对于用户的取向的***
技术领域
本发明涉及一种用于确定设备相对于用户的取向的***。
背景技术
近年来，对于能够通过检测与用户相关联的多个物理参数来执行功能的“智能”个人护理器具的需求日益增长。例如，诸如牙刷、理发器、胡须修剪器、吹风机等个人护理器具的使用可以通过根据器具相对于用户的取向和/或位置改变器具的功能被改进。
已经描述了几种用于确定器具相对于用户、特别是用户的身体部位(例如头部)的取向的方法。例如，在一些传统布置中，可以根据气流相对于用户头部的距离和/或角度来调节来自吹风机的气流的强度和/或温度。
存在很多传统的用于确定设备相对于用户的取向和/或位置以及根据所确定的取向和/或位置以某种方式修改设备的功能的方法。例如，一些传统的个人护理器具包括电磁场传感器，该电磁场传感器与包括另一电磁场传感器的用户头部跟踪设备结合使用。在这样的***中，由来自个人护理器具和用户头部跟踪设备的电磁场传感器捕获的数据被传输到嵌入式计算机***，使得个人护理器具的位置和旋转可以被监视。
在传统的***中，使用电磁***来确定器具和用户的相对取向需要大量的感测硬件和处理能力。
WO 2013/163999公开了一种头发修剪***，其被设置成相对于客户的头部检测头发修剪装置的位置。
US 2014/0200734公开了一种可以确定头发修剪装置的位置和/或取向的定位装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够测量第一设备相对于由用户佩戴的第二设备的取向的***、以及一种用于测量第一设备相对于第二设备的取向的技术，该技术实质上减轻或克服了上述问题。
根据本发明的一方面，提供了一种用于确定第一设备相对于用户的取向的***。
因此，这样的***可以通过将第一设备相对于地球的取向与由用户佩戴的第二设备相对于地球的取向相比较来确定第一设备相对于用户的取向。这提供了一种用于确定第一设备相对于用户的取向的方便的方法，其在所需的处理能力方面是非常高效的。
第一取向测量单元和第二取向测量单元包括加速度计。通过在第一设备中放置加速度计，器具相对于世界的取向是已知的。通过在人的相关身体部位上的固定位置处的第二设备上放置加速度计，人们相对于世界的取向是已知的。通过比较(通过几何减法)这些取向，器具相对于人或人的相关身体部位的取向可以被确定。
通过将取向与通过另一方法(诸如电磁场传感器或基于激光距离传感器的子***)确定的位置组合，确定第一设备(例如，器具)相对于人的位置。
在一些实施例中，第二设备被布置为由用户佩戴在身体部位上。
在一些实施例中，第一设备被布置为基于第一设备相对于用户的取向来调节第一设备的功能。
在一些实施例中，第一设备还包括第一通信单元，并且第二设备还包括第二通信单元，其中第二通信单元被布置为向第一通信单元传输所测量的取第二设备相对于地球的向。
在一些实施例中，第一取向测量单元包括陀螺仪和数字倾斜仪中的至少一项，第二取向测量单元包括陀螺仪、罗盘、寻北仪和数字倾斜仪。
在一些实施例中，处理单元位于第一设备、第二设备和第三设备中的至少一项中。
通过将第一设备相对于地球的取向与由用户佩戴的第二设备相对于地球的取向相比较来确定第一设备相对于用户的取向，并将其与测量第一设备相对于第二设备(例如使用电磁场传感器或激光距离传感器)的位置相结合，以非常高效的方式确定第一设备相对于人的位置。例如，与使用基于位置的***来确定位置和取向二者相比，这使用相当少的处理能力。
在一些实施例中，位置测量单元包括电磁场传感器或激光距离传感器。
在一些实施例中，第一设备还被布置为基于第一设备相对于第二设备的取向以及第一设备相对于第二设备的位置来调节第一设备的功能。
在一些实施例中，第一设备是个人器具，包括电动剃须刀、理发器、胡须修剪器、电动牙刷、吹风机、护肤装置、清洁器具和美容器具中的任何一项。
根据本发明的一方面，提供了一种设备，其包括：被布置为测量第一设备相对于地球的取向的第一取向测量单元；被布置为接收第二设备相对于地球的取向的第一通信单元，第二设备由用户佩戴；以及被配置为通过将所测量的第一设备的取向与接收的第二设备的取向相比较来计算第一设备相对于用户的取向的处理单元。
在一些实施例中，设备还被布置为基于第一设备相对于用户的取向来调节设备的功能。
参考下文中描述的实施例，本发明的这些和其它方面将会变得显然。
附图说明
现在将仅通过示例的方式参考附图来描述本发明的实施例，在附图中：
图1是根据本发明的第一实施例的***的框图；
图2是从侧视图示出根据本发明的第一实施例的第一设备相对于地球的取向和第二设备相对于地球的取向的图；
图3是从侧视图示出根据本发明的第一实施例的第一设备100相对于用户的头部的取向的图；
图4是从侧视图示出根据本发明的第一实施例的第一设备100相对于用户的头部的取向的图；以及
图5是示出根据本发明的第一实施例的用于测量第一设备相对于第二设备的取向的方法的流程图。
具体实施方式
图1是根据本发明的一个实施例的***的框图。
如图1所示，提供了一种包括第一设备100和第二设备200的***1。***1被布置为确定第一设备100到第二设备200的相对取向。在本实施例中，第二设备200被布置为被佩戴在用户的身体部位上。因此，在本实施例中可以假定，第二设备200相对于用户的取向是固定的。因而，可以基于第一设备100相对于第二设备200的取向来确定第一设备100相对于用户的取向。
特别地，在本实施例中，第一设备100是理发器，并且第二设备200是能够由用户佩戴在他/她的耳朵中的固定位置处的入耳式头部跟踪设备。
第一设备100包括第一取向测量单元110、第一位置测量单元120、第一通信单元130和处理单元300。
还应当理解，第一设备100将具有与第一设备100的头发剪切/修剪功能相关的多个部件，为方便起见而未在图1中示出。如下所述，在本实施例中，可以基于第一和第二设备的相对取向和相对位置来调节第一设备100的头发剪切/修剪功能。
在本实施例中，第一取向测量单元110是加速度计，该加速度计能够测量第一设备100的加速度并且将所测量的加速度数据转换为第一设备100相对于地球的取向。因此，第一取向测量单元110被布置为测量第一设备相对于地球的取向。
由第一取向测量单元110测量的第一设备100相对于地球的取向被传送到处理单元300。
第一位置测量单元120被布置为测量第一设备100相对于第二设备200的位置。在本实施例中，第一位置测量单元120是电磁场传感器，例如是在WO2013163999中描述的类型。
测量的第一设备100相对于第二设备200的位置被传送到处理单元300。
第一通信单元130被布置为从第二设备200的第二通信单元230接收测量的第二设备200相对于地球的取向。本实施例中的第一通信单元130是蓝牙无线接口，该蓝牙无线接口与第二设备200的第二通信单元230(其也是蓝牙无线接口)通信。
第二设备200包括第二取向测量单元210和第二通信单元230。
在本实施例中，第二设备200是入耳式头部跟踪设备，当***被使用时，该入耳式头部跟踪设备将被用户佩戴在耳朵中的固定位置处(即具有固定取向)。因此，第二设备200相对于地球的取向指示用户的头部的取向。
在本实施例中，第二取向测量单元210是加速度计，该加速度计能够测量第二设备200的加速度并且将所测量的加速度数据转换为第二设备200相对于地球的取向。因此，第二取向测量单元210被布置为测量第二设备相对于地球的取向。
在本实施例中，所测量的第二设备200相对于地球的取向由第二通信单元230传输到第一通信单元130。
处理单元300被布置为基于第一设备100对于第二设备200的相对取向和相对位置来调节第一设备100的头发剪切/修剪功能。
在本实施例中，处理单元300接收由第一取向测量单元110测量的第一设备100相对于地球的取向、以及由第一通信单元130接收的第二设备200相对于地球的取向。处理单元300还接收由第一位置测量单元120测量的第一设备100相对于第二设备200的位置。
处理单元300通过将所测量的第一设备100相对于地球的取向与第二设备200相对于地球的测量的取向相比较来计算第一设备100与第二设备200的相对取向。
具体地，在本实施例中，处理单元300对所测量的第一设备100相对于地球的取向和第二设备200的测量的取向执行几何减法，以便获得第一设备100相对于第二设备200的取向。
在本实施例中，处理单元300将第一和第二设备的计算的相对取向与由第一位置测量单元120测量的第一设备相对于第二设备的相对位置组合。在本实施例中，处理单元300被布置为使用该相对取向和相对位置信息来调节第一设备100的头发剪切/修剪功能。例如，当确定第一设备100相对于第二设备200的取向在预定范围内时，可以减小或增加理发器操作的强度。
图2是从侧视图示出根据本发明的第一实施例的第一设备100相对于地球的取向和第二设备200相对于地球的取向的图。
第一设备100(即，理发器)处于相对于垂直线成α角的取向，并且入耳式头部跟踪设备200处于相对于垂直线成β角的取向。角度β也表示用户头部相对于地球平面的取向，因为入耳式头部跟踪设备固定在用户的耳朵上的适当位置处。重力加速度在图2中用g表示。应当理解，尽管参考图2示出了相对于一个平面的取向和角度，但是这仅仅是为了便于说明。
在本实施例中，第一取向测量单元110被布置为测量第一设备100相对于地球的取向为一组角度。其然后从第一取向测量单元110被传送到处理单元300。
入耳式头部跟踪设备200包括被配置为测量第二设备200的取向的第二取向测量单元210。在本实施例中，第二取向测量单元210是加速度计，并且被布置为测量第二设备200相对于地球的取向为一组角度。其然后从第二取向测量单元210被传送到第二通信单元230。然后，第二通信单元230将该组角度传送到第一设备100的第一通信单元130。然后，第一通信单元130将其传送到处理单元300。
处理单元300然后被布置为执行指示第一设备100相对于地球的取向的一组角度与指示第二设备200相对于地球的取向的一组角度的几何减法。例如，考虑到相对于垂直线的取向，处理单元300减去角度α(与第一设备100相关联)和角度β(与第二设备200相关联)，以产生作为第一设备的相对垂直线的角度γ。
为了准确地测量理发器100和入耳式头部跟踪设备200的取向，第一设备100和第二设备的运动变化(加速度)优选地相对于重力加速度(g)较小。在使用中，被包括在理发器100和入耳式头部跟踪设备200中的加速度计和加速度计在较长时间内的净平均加速度将指示重力方向。除了该方法之外，从位置测量单元也知道位置随时间的变化。由此，由于这种位置变化而导致的加速度可以通过随时间的积分来确定。实践中，从加速度测量值中减去由于位置变化而导致的加速度来产生相对于地球的取向的瞬时、短时间帧测量。更长的时间帧(约>20秒)净平均值确保更长的时间帧正确性并且防止随时间的漂移。
在实际使用理发器100的期间，在更长的时间段(例如超过5秒)内，在单个取向上没有持续加速。这允许使用被包括在理发器100和/或入耳式头部跟踪设备200内的加速度计的读数的平均值来测量相对夹口操作(clam operation)(例如运动<4Hz)的取向。
图3示出了第一实施例的第一设备100和第二设备的另一侧视图。第一设备100处于相对于垂直线与用户头部成角度γ的相对取向。参考图2，通过角度α(相对于地球平面与第一设备100相关联)和角度β(与第二设备200相关联)的几何减法来获得角度γ。
理发器100的垂直轴与入耳式头部跟踪设备200的垂直轴之间的第一距离在图3中表示为D1。理发器100的水平轴与入耳式头部跟踪设备200的水平轴之间的第二距离在图3中表示为D2。这些对应于如上所述的第一设备100相对于第二设备200的距离。
在实践中，这些D1和D2(在平面中)或D1、D2和D3(在空间中)使用从第二设备到第一设备的距离测量来测量的，以具有第二设备具有的使得能够从来自第二设备的极端(extremities)的值之间的增量(deltas)推断位置的尺寸(尤其是入耳式实施例)这一益处。
处理单元300被配置为使用距离D1和距离D2以便确定第一设备100相对于第二设备200的位置。在本实施例中，这与相对取向信息一起使用来在头发剪切/修剪功能方面执行调节。
图4示出了第一设备100和第二设备200的示意图。位置测量***产生第一设备相对于第二设备的位置(即与用户相同)——图4中的距离D(其可以表示为笛卡尔坐标或极坐标)。
由此可以理解，定位***确定第一设备相对于第二设备的取向(图4中用三个旋转表示)是可能的，但是更难和麻烦。因此，本发明的实施例提供了确定取向的有效方法。
图5是示出根据本发明的第一实施例的用于测量第一设备100和第二设备200的相对取向的方法的流程图。
在流程图的步骤S510，测量第一设备100的取向。如上所述，由第一设备100中的第一取向测量单元110测量第一设备100相对于地球的取向。所测量的第一设备100相对于地球的取向然后被传送到处理单元300，该处理单元300在本实施例中位于第一设备100中。
在步骤S520，由第二设备200的第二取向测量单元210测量第二设备200的取向。该步骤可以与步骤S510同时进行。由第二设备200中的第二取向测量单元210测量第二设备200相对于地球的取向。所测量的第二设备200相对于地球的取向然后经由第二通信单元230被传输到第一通信单元130，并且随后由第一通信单元130将其传送到处理单元300。
在步骤S530，由处理单元300计算第一设备100与第二设备200的相对取向。在该步骤中，处理单元300比较第一设备100相对于地球的取向和第二设备200相对于地球的取向并且执行几何减法，以便生成第一设备100相对于第二设备200的取向。
在步骤S540，由第一位置测量单元120测量第一设备100相对于第二设备200的位置。该步骤可以出现在步骤S510至S530期间的任何时间。第一设备100相对于第二设备200的位置然后被传送到处理单元300。
在步骤S550，在计算第一设备100相对于第二设备200的取向之后，由处理单元300计算第一设备100相对于第二设备200的相对位置，并且接收第一设备100相对于第二设备200的相对位置。
应当理解，在替代实施例中，方法步骤可以以与上面描述的不同的顺序执行，特别是关于取向和位置测量。
基于上述内容，第一实施例的***可以确定第一设备和第二设备的相对取向和相对位置。假定第二设备相对于用户处于固定位置，则可以确定第一设备和用户的相对取向和位置。这可以用来改变第一个设备的功能。
特别地，基于第一和第二设备相对于地球的取向的比较，而不是通过直接确定第一和第二设备的相对取向的方法(例如通过使用电磁传感器布置)，来确定第一设备和第二设备的相对取向。
在传统的***中，例如使用电磁***来确定器具相对于人的位置，以及除了位置之外还确定相对取向，这需要增加量的感测硬件以及特别是处理能力。
然而，通过在第一设备和第二设备上使用取向传感器(例如加速度计)，可以通过比较(例如通过几何减法)来确定相对取向。因此，本发明的实施例可以提供用于确定第一和第二设备的相对取向的机制(以及通过第一设备和佩戴第二设备的在固定取向的用户的扩展相对取向)，其需要比传统解决方案更少的处理能力。
本发明的实施例可以用于通过与位置(距离)传感器不同的技术原理的单独的一组局部取向传感器来增加传统的非接触测量技术。使用这些取向传感器的取向数据并且将其传送到单个处理单元，可以确定相对取向。这可以用于补充和完成相对位置确定***。
在一些实施例中，通过将两个加速度计放置在第一设备(或第二设备)中彼此已知的距离处，相对于器具的世界的取向的改进的读数是可能的。
在上述实施例中，第一设备100确定第一和第二设备的相对取向和相对位置。然而，在其他实施例中，***可以被布置为仅通过比较第一和第二设备相对于地球的取向来确定第一设备和用户的相对取向。在这样的实施例中，可以仅基于第一设备和用户的相对取向来调节第一设备100的功能。
或者，在一些这样的实施例中，第一设备100可以包括接近传感器。在这样的实施例中，第一设备100可以确定第一和第二设备的相对取向和相对位置，并且将其与来自接近传感器的数据一起使用以调节第一设备100的功能。例如，如果第一设备100是吹风机，则接近传感器可以用于检测第一设备100离对象(其在使用中可以被认为是用户的头部)的距离。因此，可以基于吹风机和用户头部的相对取向以及离用户头部的距离来调节吹风机的功能。
在一些实施例中，第一设备100和第二设备200的相对位置可以由单独的单元或单独的设备(例如，***中的第三设备)来测量，其可被布置为向处理单元300传送第一设备100相对于第二设备200的测量的位置，使得处理单元300可以通过组合测量的相对位置和计算的相对取向来计算第一设备100相对于第二设备200的位置。
此外，在一些实施例中，第一设备100和第二设备200的相对位置可以由被包括在第二设备200中的单元来测量。在这样的实施例中，第一设备100相对于第二设备200的位置可以被传输到处理单元300，以便计算第一设备100相对于第二设备200的位置。
虽然处理单元300在图1中被示出为在第一设备100中，但是本发明的实施例不限于此。处理单元300可以位于***中的第二设备200或第三设备(图中未示出)中，而不是在第一设备100内。如果处理单元300位于第一设备100外部，则它可以向第一设备100传输控制信息。
在上述实施例中，第一取向测量单元110包括加速度计。加速度计给出倾角。在一些实施例中，可以用一个或多个附加传感器(例如罗盘)来补充加速度计，以给出相对于地球的另一角度。相对于地球的倾角已经是可以用于修改设备行为的一个角度。当从取向测量单元知道水平面(寻北仪或磁罗盘)中的角度时，相对于地球的完整取向是已知的。
在一些实施例中，第一取向测量单元110可以包括陀螺仪、数字倾斜仪等，而不是加速度计。在一些实施例中，第一取向测量单元110可以包括适于测量第一设备100相对于地球的取向的至少一个传感器。
在一些实施例中，第一位置测量单元120可以包括激光距离传感器或超声波传感器等。
在一些实施例中，第一通信单元130和/或第二通信单元230可以是红外接口、Wi-Fi接口、ZigBee接口等中的至少一个，而不是蓝牙接口。
在本发明的实施例中，第一设备100可以是以下中的任何一项：电动剃须刀、胡须修剪器、电动牙刷、吹风机、美容器具、或要与第二设备200结合使用的任何其他手持设备。例如，当第一设备100被实施为用以向用户的头发提供热气流的吹风机时，可以基于吹风机相对于第二设备200的取向来调节由吹风机提供的气流的温度和/或强度。如果检测到吹风机具有其直接指向用户头部的取向，则可以作为响应来减少吹风机的气流的温度。
在一些实施例中，第二设备200可以包括两个或更多个部件，每个部件由用户佩戴。在这样的实施例中，第二设备200可以包括在不同位置处的多个取向传感器(例如加速度计)。
在一些实施例中，第二设备200可以被实施为被包括在耳夹、头带、项链、手镯等内的取向跟踪设备，其可适于固定到用户的某个身体部位，使得第二设备的取向指示用户的身体部位的取向。第二设备可以是用户佩戴(或者附着或夹持到用户)的任何设备。在一些实施例中，第二设备可以由用户保持，只要用户将第二设备相对于其身体保持静止不动(例如，相对于相关的身体部位不动)。
或者，在一些实施例中，由用户佩戴的可以是第一设备，自由移动(并且例如基于取向调节其功能)的可以是第二设备。
应当理解，术语“包括(comprising)”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一个(a)”或“一个(an)”不排除多个。单个处理器可以实现权利要求中所述的若干项目的功能。在相互不同的从属权利要求中列举某些措施的事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制权利要求的范围。
虽然在本申请中已经将权利要求制定为特征的特定组合，但是应当理解，本发明的公开内容的范围还包括在本文中明确或隐含地公开的任何新颖特征或任何新颖特征组合或其任何概括，无论其是否与任何权利要求中所要求保护的本发明相关，也无论其是否减轻与母体发明相同的技术问题中的任何或全部。申请人特此通知，在本申请或其衍生的任何其他申请的起诉期间，可以对这些特征和/或特征组合制定新的权利要求。

Claims (11)

1.一种用于确定第一设备相对于用户的取向的***，包括：
第一设备(100)，包括第一取向测量单元(110)，所述第一取向测量单元(110)包括加速度计；
第二设备(200)，与所述用户相关联使得所述第二设备的取向指示所述用户的身体部位的取向，所述第二设备包括第二取向测量单元(210)，所述第二取向测量单元(210)包括加速度计；以及
处理单元(300)，被布置为通过将测量的所述第一设备相对于地球的所述取向与测量的所述第二设备相对于地球的所述取向相比较来计算所述第一设备相对于所述第二设备的取向；
其中所述第一设备还包括位置测量单元(120)，所述位置测量单元(120)被布置为测量所述第一设备相对于所述第二设备的位置；
其中所述***被布置为利用所述位置测量单元确定所述第一设备随着时间段的所述位置变化；确定由于随着时间的测量的所述位置变化引起的所述第一设备的加速度；并且从所述第一取向测量单元和所述第二取向测量单元的所述加速度计的加速度测量值中减去由于位置变化引起的加速度，以测量所述第一和第二设备相对于地球的所述取向；
其中所述处理单元被布置为通过执行所测量的所述第一设备相对于地球的所述取向和所测量的所述第二设备相对于地球的所述取向的几何减法来计算所述第一设备相对于所述第二设备的所述取向。
2.根据权利要求1所述的***，其中所述第一设备(100)被布置为基于第一设备相对于所述用户的所述取向来调节所述第一设备的功能。
3.根据权利要求1或2所述的***，其中所述第一设备(100)还包括第一通信单元(130)，并且所述第二设备(200)还包括第二通信单元(230)，其中所述第二通信单元被布置为将所测量的所述第二设备相对于地球的所述取向传输给所述第一通信单元。
4.根据权利要求1-2中的任一项所述的***，其中所述第一取向测量单元(110)还包括陀螺仪和数字倾斜仪中的至少一项，并且所述第二取向测量单元还包括陀螺仪、罗盘、寻北仪和数字倾斜仪。
5.根据权利要求1-2中的任一项所述的***，其中所述处理单元(300)位于所述第一设备(100)、所述第二设备(200)和第三设备中的至少一项中。
6.根据权利要求1-2中任一项所述的***，其中所述位置测量单元(120)包括电磁场传感器或激光距离传感器。
7.根据权利要求1-2中的任一项所述的***，其中所述第一设备(100)还被布置为基于所述第一设备相对于所述第二设备(200)的所述取向以及所述第一设备相对于所述第二设备的所述位置来调节所述第一设备的功能。
8.根据权利要求1-2中的任一项所述的***，其中所述第一设备(100)是包括以下中的任一项的个人器具：理发器、胡须修剪器、电动牙刷、吹风机、护肤装置。
9.根据权利要求1-2中的任一项所述的***，其中所述第一设备(100)是电动剃须刀。
10.根据权利要求1-2中的任一项所述的***，其中所述第一设备(100)是包括以下中的任一项的个人器具：清洁器具和美容器具。
11.根据权利要求1-2中的任一项所述的***，其中所述第二设备(200)被布置为由所述用户佩戴在身体部位上。
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