[0003] 本发明大体上涉及力测量技术，并且更具体地涉及一种用于测量力的便携式力测量设备。本发明的力测量技术可以并入用于与用户交互的许多不同的对象中，所述对象包括但不限于手持设备、或者围绕或靠近用户的促进与用户交互的对象。

[0004] 在个人或团体锻炼期间使用的装置可以是固定的或便携式的。固定装置可以配置为提供锻炼器械并且量化日常锻炼的各个方面，例如重复次数、燃烧的卡路里等。便携式装置通常包括相对于较大的固定装置少得多的功能，并且通常配置为监控参数(例如心率、燃烧的卡路里或在步行或跑步时所采取的步幅)而不提供用于锻炼的装置。用于测量力并且对该力进行无线传送的设备是已知的，所述设备例如配置为通过无线通信协议传输用户体重的电子浴室秤，然而，这些设备未被配置为测量和传输随时间变化的实时力(例如在用户的手掌之间挤压时的力)，也未被设计为用于在等长运动(isometric exercise)期间便携地、手持地使用。当进行常规锻炼不方便或不可行时，便携式锻炼设备是有用的。例如，航空旅行或其它长期的久坐活动可能会限制对标准器械的使用。对锻炼进行跟踪并记录的能力提供了附加的好处。例如，用户可以设置目标和表现目标。在医疗监控应用中，可以使用固定装置或便携式装置，以便跟踪性能并快速筛查潜在的健康问题。

[0024] 现在将参考附图来详细地描述本发明的实施方式，附图是作为说明性示例提供的，以便使本领域技术人员能够实践本发明。值得注意的是，下文的附图和示例并不意味着将本发明的范围限制于单个实施方式，而是可以通过互换所描述或示出的元件中的一些或所有元件来实现其它实施方式。在任何方便的情况下，在整个附图中将使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。在可以使用已知部件来部分或完全地实现这些实施方式的某些元件的情况下，将仅描述这些已知部件的对理解本发明所必需的部分，并且将省略对这些已知部件的其它部分的详细描述，以避免使本发明不清楚。在本说明书中，示出单个部件的实施方式不应被视为限制；而是，除非本文中另有明确说明，否则本发明旨在涵盖包括多个相同部件的其它实施方式，反之亦然。此外，申请人不意图将说明书或权利要求书中的任何术语赋予不常见或特殊的含义，除非明确阐述如此。此外，本发明包括本文中通过举例说明所引用的部件的当前和未来已知的等同物。通过阅读以下对实施方式的详细描述，其它和另外的方面和特征将是显而易见的，这些实施方式旨在说明而非限制本发明。

[0025] 如本文中使用的，除非上下文另有明确说明，否则单数形式的“一”、“一个”和“该”包括复数指代。如本文中使用的，两个或更多部分(或部件)“联接”的陈述应表示只要发生链接，则这些部分直接或间接地(即通过一个或多个中间部分或部件)联接在一起或一起操作。如本文中使用的，“直接联接”是指两个元件彼此直接接触。如本文中使用的，“固定地联接”或“固定”意味着两个部件联接成一体地移动，同时保持相对于彼此的恒定取向。如本文中使用的，除非上下文另有明确说明，否则术语“或”意指“和/或”。

[0026] 如本文中使用的，词语“一体”意味着部件被生产为单件或单元。也就是说，包括单独生产然后联接在一起作为一个单元的多个工件的部件不是“一体”部件或一体。如本文中使用的，两个或更多部分或部件彼此“接合”的陈述应意味着这些部分直接或通过一个或多个中间部分(或部件)施加彼此抵抗的力。如本文中使用的，术语“数量”应表示一个或大于一的整数(即，多个)。

[0027] 本文使用的方向性词语(例如但不限于，顶部、底部、左侧、右侧、上侧、下侧、前侧、后侧及其衍生词)涉及附图中所示的元件的取向，并且是除非在其中明确地叙述，否则不限制权利要求。

[0028] 图1A示出了根据本发明的一个或多个实施方式的力测量系统100，力测量系统100配置为测量力并与一个或多个远程设备102进行通信。在第一实施方式中，力测量系统配置为使用有线连接或经由使用无线通信协议的无线通信链路104将经处理的传感器输出信号传送至远程计算设备。在替选的实施方式中，力测量系统配置为使用力测量系统与云服务器之间的第一无线通信链路108以及云服务器与远程设备之间的第二无线通信链路110经由云服务器106将经处理的传感器输出信号传送至远程设备。本领域普通技术人员将容易认识到，前述实施方式不是限制性的，并且例如，在不脱离本发明的范围的情况下，有线连接可以代替任何无线链路，反之亦然。

[0029] 力测量系统100可以与在诸如个人移动设备或计算机、移动电话、平板电脑或其它个人计算设备之类的远程设备102上运行的远程应用一起操作。力测量设备与应用进行通信，它们一起可以作为组合系统来操作。力测量设备能够实时地将施加至设备的重复力转换成数字测量值，然后实时地与设备进行通信以便向用户提供关于用户正在施加至设备的力的信息。该系统配置为允许用户通过在力测量系统的外壳上施加力来与各种应用(例如，健身应用、游戏应用、物理治疗应用、生物测定应用、历史比较应用、消耗的卡路里应用、多用户体验应用和/或其它应用)进行交互(如下所述)。

[0030] 如图1B中所示出以及下面详细描述的，在操作中，该系统测量力并将测量值实时地传输至外部应用。用户通过将系统的相对的表面区域朝向彼此和/或在其它方向上按压来与力测量系统100的外部进行交互。例如，这可以是挤压动作和/或其它动作。用户可以使用身体部位(例如，使用一只手、使用双手、使用肘部和膝盖、使用双膝等)的任何变化、使用身体部位与固定表面(例如，墙、桌面等)和/或任何其它方法来压缩(例如，挤压)系统的表面。在一些实施方式中，力是由等长运动和/或由其它用户执行的活动引起的。这种力的施加导致力传递至设备内的压力传感器，例如(例如，高强度和/或其它)测力传感器。在下面描述的一个或多个实施方式中，各个测力传感器包括集成的应变仪，以便将应变转换成信号(例如电阻的微小变化)。

[0031] 在一些实施方式中，系统电路采用Wheatstone半桥应变仪(虽然其它力测量技术也在考虑之中)，该Wheatstone半桥应变仪配置为使得电路能够输出可测量的电压变化(基于应变仪在应变下的电阻变化)。紧密联接的几乎相同的第二应变仪与该测量仪正交配置，以便提供温度补偿。在一些实施方式中，系统固件使用两点线性校准来将从每个测力传感器读取的电压转换为力。聚合多个力值(例如，求和和/或其它聚合)以便确定设备所经受的总力。作为非限制性示例，在使用中，可以每100ms获得力测量值并且将结果传输至远程计算设备。该传输可以使用例如 低能耗( Low Energy，BLE)、WiFi、LAN、USB、或任何有线或无线传输方法或协议(包括任何标准的、定制的或专有的方法)来完成。
来自每个应变仪的电压被放大，然后由例如如下所述的系统的电子组件140(例如，由和/或利用包括印刷电路板的一个或多个方法形成，该印刷电路板包括微控制器单元(microcontroller unit，MCU))的模数转换器(analog-digital converter，ADC)来测量。

[0032] 图1B示出了图1A的力测量系统100的实施方式。该系统包括具有顶部外壳120和底部外壳125(术语“顶部”和“底部”仅为了方便而不旨在进行限制)和/或其它部件的壳体主体115，顶部外壳120和底部外壳125和/或其它部件配置为组装在一起和/或以其它方式彼此接合以便形成壳体主体115。壳体主体115可以为包含在其中的部件提供保护和/或机械支撑。例如，壳体主体115可以形成系统100的外壳。壳体主体115容纳一个或多个力传感器130、电子组件140、电池或其它电源150、框架160和用于通过光管170向用户提供信息的光源(未示出)。在一些实施方式中，系统100还可以装配有加速度计和/或陀螺仪(未示出)。在一些实施方式中，壳体主体具有115立方厘米或更小的体积尺寸。

[0033] 力传感器130依赖于和/或包括一种或多种力感测技术。适用的力感测技术可以包括但不限于力感测电阻器、使用应变仪的测力传感器、位移传感器(例如线性可变差动变压器(LVDT)设备、霍尔效应传感器和光学传感器)、压阻式传感器和/或压力传感器。测力传感器也可以称为力传感器。力传感器生成输出信号，该输出信号传输用于确定施加至外壳的力的力值的信息。该设备还包括电子组件140，电子组件140包括电子电路和固件和/或其它部件，该电子电路和固件和/或其它部件配置为促进来自一个或多个力传感器的力值的聚合(例如，求和)，以便确定施加在系统100的外壳(壳体主体115)上的总力。在一些实施方式中，电子组件140可以配置为使得由传感器收集的数据可以可选地被收集并传送至远程驻留(例如，驻留在图1A和图1B中所示的远程计算设备102上)的用于计算总力的软件。在由系统100上的固件执行计算的实施方式中，可以将所施加的总力传送至远程应用软件。

[0034] 如下面详细描述的，系统100的外表面区域(例如，外壳120和外壳125的表面)配置为通过平滑且没有尖锐边缘或夹伤点来增强用户对系统100的体验，以及提供对内部部件的保护。这些外表面由诸如工程塑料或弹性体的材料构造，这些材料具有承受用户施加的力、承受等长运动的周期性负荷特性、为电子部件提供防水/防汗屏障、承受标准清洁剂和化学品的能力，并且被密封得足以使外来物的进入不会损害内部部件。在一些实施方式中，弹性体与具有足够硬度的塑料部分共同模制以提供受限的外壳运动，而不会引入可能导致危险的尖角缺口(sharp-cornered gap)。

[0035] 图2A示出了包括外壳120和外壳125的壳体主体115的视图。正交笛卡尔(Cartesian)坐标系定义为该附图和随后的附图的参考系。正z方向200由基本上垂直于顶部外壳120的外表面的中心并且在图2A中向上指向的矢量限定；负z方向202相对设置，与正z方向200一起形成z轴203。正x方向204由垂直于z轴并与z轴相交的矢量限定，且指向图2A中的右侧，使得x轴和z轴位于图2A的页面的平面中；负x方向206相对设置，与正x方向204一起形成x轴207。正y方向208由与x轴和y轴正交并指向成进入图2A的平面的矢量限定；负y方向210相对设置，与正y方向208一起形成y轴211。如图2A所示，壳体主体115可以包括按钮或开关215、光管170的外部部分(图1B)、和/或一个或多个发光二极管(LED；未示出)或其它指示器、显示器或用户界面特征。

[0036] 壳体主体115至少包括(在该示例中，沿z轴203)彼此相对定位的顶部外壳120和底部外壳125，其中，这两个外壳包括响应于(例如)等长力和/或外壳的外表面区域上的其它力的施加(例如沿+z方向200/-z方向202)而可相对于彼此移动的形状。在一些实施方式中，附加的壳体主体部件可以包括可响应于其外表面上力(例如等长力)的施加而相对于彼此移动的符合人体工程学的形状。在一些实施方式中，顶部外壳和底部外壳可以附接至位于它们之间的带212，其中，用于附接的工具允许顶部外壳和底部外壳之间的相对运动；和/或顶部外壳和底部外壳可以附接至允许两个外壳之间的(例如沿z轴)相对运动的一个或多个其它壳体主体部件。符合人体工程学的壳体被设计为优化用户的舒适度和力测量的精确度。

[0037] 图2B示出了图2A的壳体主体115的顶部外壳120的侧视图220。该侧视图来自与图2A相同的视角，并且投影仰视图225具有在页面的平面中的x轴207和y轴211以及进入页面的正z方向200。至少部分地由顶部外壳的周边230限定一形状。在所描绘的实施方式中，该周边既不是圆形也不是椭圆形，而是平滑的连续曲线，该平滑的连续曲线限定了相对于沿y轴的最大尺寸235沿x轴伸长的人体工程学形状，沿y轴的最大尺寸235小于沿x轴的最大尺寸240。在一些实施方式中，设备几何形状可以为设计成接收来自用户的力的任何形状。例如，顶表面245可以是直的、平坦的、弯曲的、弓形的、圆顶形的、和/或具有一种或多种其它形状。

[0038] 参考图2B中所示的顶部外壳的侧视图220，壳体主体115的顶部外壳120具有凸出且平滑轮廓的外顶表面245，外顶表面245设计成使得对于位于顶部外壳的外表面上的大多数或所有的点对(pairs of points)，与第一点251处的表面相交且垂直的第一矢量250通常不平行于与第二点256处的表面相交且垂直的第二矢量255。

[0039] 图2C示出了图2A的壳体主体115的底部外壳125的侧视图260。该侧视图来自与图2A相同的视角，并且投影仰视图265具有在页面的平面中的x轴207和y轴211以及进入页面的z方向200。在该示例中，由周边270限定的形状基本上为顶部外壳的形状的镜像，并且相对于沿y轴的最大尺寸275沿x轴伸长，沿y轴的最大尺寸275小于沿x轴的最大尺寸280。

[0040] 参考图2C中所示的顶部外壳的侧视图260，壳体主体115的底部外壳125具有凸出且平滑轮廓的外底表面285，外底表面285设计成使得对于位于顶部外壳的外表面上的大多数或所有点对，与第一点291处的表面相交且垂直的第一矢量290通常不平行于与第二点296处的表面相交且垂直的第二矢量295。

[0041] 在一些实施方式中，顶部外壳和底部外壳可以附接至位于它们之间的带212，并在顶部外壳和底部外壳之间提供弹性连接，以便形成允许外壳之间的相对运动的壳体(例如，壳体主体115)。在一些实施方式中，带可以并入顶部外壳120或如图2C所示的底部外壳中。系统100还可以包括视觉指示器，以便向用户传输关于设备的操作的信息，该信息包括但不限于，无线连接的状态、机械启动和停止设备活动、以及用户控制，这些视觉指示器可以并入至壳体主体115的任何部分中。

[0042] 图3A示出了框架组件300，框架组件300包括力传感器130(图1B)和/或其它配置为生成输出信号并固定地附接至框架160的部件，所述输出信号传输与力相关的信息。在该示例中，力传感器130包括多个测力传感器303，每个测力传感器303使用应变仪309，其中，测力传感器在壳体主体的外围区域中被间隔开，以便提供力感测区域(也在图2B和图2C中示出)301。力感测区域301包括无论在力感测区域中接收力的位置如何聚合力的值(例如，如本文中描述的)都基本相同的区域。如图2B、图2C和图3A所示，力感测区域对应于由投影在顶表面和底表面上的、其中所施加的力可以被系统精确地聚合成测量值的测力传感器触摸点所限定的形状。在形状上，力感测区域可以对应于图2A的壳体主体115的一个或多个表面区域。例如，力感测区域可以对应于由图2B的顶部外壳周边230界定的顶表面区域245和/或由图2C的周边270限定的底表面区域285。

[0043] 各个测力传感器303包括悬臂梁312，每个悬臂梁312具有固定端315和自由端318。如图3A所示，测力传感器例如使用定位在锚定点321处的机械紧固件或锚固件172安装在框架160上。应变仪309和其它部件固定地附接至悬臂梁，从而形成使用安装螺钉和/或通过任何其它附接工具附接至框架160的测力传感器子组件324。在一些实施方式中，凹坑327位于测力传感器的自由端附近，从而提供精确的机械接触点，从该接触点将施加在力测量系统的外表面区域上的力传递至力传感器。与替选设计相比，所选择的设计方法以更低的成本、更小的尺寸和更大的有效面积提供了所要求的力感测精确度。施加至壳体主体的聚合力的值可以确定为在+/-1磅的精确度内和/或在+/-5％的线性度内。为了更好地确保设备的精确的力测量，可以通过形成超行程几何形状来保护力感测框架组件，以便限制在敏感结构上的应力。

[0044] 再次参考图1B中，图3A的框架160可以使用安装螺钉175(例如与下侧外壳中的螺钉凸台配合并且装配有用于偏置框架的弹簧180的带肩螺钉)附接至设备的底部外壳125，以便保持与测力传感器303接触，同时仍然允许框架组件300在粘合之前相对于底部外壳“浮动”。在一些实施方式中，在三个悬臂梁312中的每一个悬臂梁的末端处的凹坑327接触由底部外壳支撑的激活盘185。粘合剂和/或其它联接部件可以用于在与每个凹坑相邻的区域中将悬臂梁和激活盘联接。粘合剂使框架牢固地保持至底部外壳，并且允许在制造和组装时变化。框架被允许沿z轴203相对于底部外壳“浮动”、通过底部外壳安装螺钉和伴随的弹簧被限制在竖直平移中、并且通过键入到螺钉凸台中的一个或多个上而沿两个水平轴207、211物理地被约束。例如，顶部外壳120可以并入卡扣配合特征以便与框架上的互锁配合，从而将顶部外壳固定至框架。

[0045] 图3B示出了工业中通常可用的力传感器130(图1)的一部分。在一些实施方式中，一个或多个力传感器的设计可以包括结合有应变仪309的测力传感器303。测力传感器可以以各种可能的几何形状形成。也许最常见的是“W”形的测力传感器330，其例如具有位于中心的应变仪333，如图3B所示。图3B的示例实施方式不旨在进行限制。例如，一变型是“J”形，其基本上由W的一半组成。其它提供以拐点处为中心的正应变和负应变两者以提高精确度的可能的几何形状包括“U”形和“S”形(以更高的成本和更大的尺寸)。“I”几何形状(简单的弯曲梁)是最紧凑且成本最低的设计，但由于该几何形状提供单一的应变极性以及由于在支撑悬臂梁时的挑战，因此使用频率较低。

[0046] 在图3A中所示的示例中，测力传感器配置为Wheatstone半桥，该Wheatstone半桥具有安装在三个悬臂梁312中的每一个悬臂梁上的应变仪309。在一些实施方式中，力测量系统100可以包括具有附接的应变仪的悬臂测力传感器303(例如简单的“I”形悬臂测力传感器)，当施加力时，该应变仪与悬臂梁的尖端318的偏转成比例地改变阻力。所述设备还可以包括多个锚定点321，锚定点321并入框架几何结构中并将悬臂固定至框架160，用于甚至在更高的力水平下的更精确的测量并实现一致的拐点。多个测力传感器可以朝向外壳的外围被间隔开，从而提供大的有效区域，在该有效区域中，用户可以以精确的力感测(例如，力测量区域)施加力。还可以将测力传感器设计成使得该测力传感器的载荷点327尽可能靠近悬臂梁的尖端，从而提供大的有效(力测量)区域。

[0047] 当悬臂梁312的尖端318由于施加在诸如系统的顶表面120和底表面125的外表面区域上的力而偏转时，Wheatstone半桥电路输出可测量的电压变化。来自每个应变仪的该电压被放大，然后由模数转换器(analog to digital converter，ADC)测量。固件从非易失性存储器加载两点线性校准和皮重数据，并使用该数据将从每个测力传感器读取的电压转换为力值。对三个力值(每个测力传感器一个力值)进行聚合或矢量求和，以便确定设备所经受的总力。在使用时，电子组件140(包括一个或多个处理器)可以配置为使得力测量值以准连续的(quasi-continuous)方式(例如每100ms)获得，以便产生实时结果，该实时结果可以使用例如BLE传输至主机设备。该示例不旨在限制，因为本领域普通技术人员将认识到任何数量的可能的力信号收集算法(例如，不同的频率、不同的通信技术等)。

[0048] 半桥应变仪可以包括感测悬臂的伸长的至少一个有源压阻元件，以及用作温度补偿的参考以确保在整个温度范围内的精确力测量的至少一个其它相同的有源压阻元件。因此，一些实施方式还可以包括配置为提供温度补偿以增强聚合力的值的精确度的电路。使用这些设备中的一个或多个设备，则可以将力计算为多个应变仪读数的经校准的缩放总和(scaled sum)。例如，可以在制造期间使用简单的一次校准来校准该设备，以便确保所需的精确度。在一些实施方式中，该设备还可以具有力传感器重新校准能力。

[0049] 例如，电子组件140(例如，包括一个或多个处理器)可以配置为使得在称重容器的内容物时使用皮重，其中，容器首先称重为空，然后填充内容物。从全部重量中减去空重(empty weight)的结果将得到内容物的重量，同时丢弃容器的重量。该皮重的概念可以应用于本发明的一个或多个实施方式的载荷测量。例如，当已经刻意将设备置于没有外力的条件下时，可以将“无载荷”重量记录为零偏移值并存储在非易失性存储器中。通过从报告的力中减去调用的零偏移值来校正后续的测量值。因此，零偏移误差类似于要丢弃的“容器”载荷。可以通过斜率校正乘数(slope correction multiplier)来“校准”设备。可以通过将已知重量施加于设备并记录报告的重量来确定该乘数。通过将已知重量除以报告的重量，软件可以存储斜率校正乘数，该斜率校正乘数可以用于量化测量。由于该技术需要施加已知的可重复的重量，因此这可以作为例如初始校准的一部分来施加。

[0050] 在一些实施方式中，电子组件140(例如，所述一个或多个处理器)可以配置为使得零偏移校正和斜率乘数的线性校正技术的应用可以用于初始校准或如果设备遇到永久影响测量的状况用于随后的校准。

[0051] 图3C示出了根据本发明的一个或多个实施方式的框架160，并且取向成使得图2A的x轴207和y轴211基本上平行于页面的平面。仰视图350取向成使得图2A的正z方向200可以被取向成进入页面，而俯视图355取向成使得z方向指向页面外。在所示的实施方式中，框架的周边360的形状与顶部外壳的周边230和底部外壳的周边270的形状基本相同，但略小以便允许框架安装在壳体主体内。在一些实施方式中，框架可以包括狭槽或凹槽365，以便允许框架的一些部分弯曲，从而卡入底部外壳125或顶部外壳120中。在一些实施方式中，狭槽可以是L形的，以优化卡扣的保持力。

[0052] 框架160包括用于安装螺钉175的通孔370，螺钉175用于将框架附接至底部外壳和/或用于其它目的。这些孔可以配置为“滑动配合”的或开槽的或有间隙的，以便促进相对于顶部外壳和底部外壳的适当的成基准。在一些实施方式中，狭槽可以设计成与配合部分上的突起配合，以便固定或限制配合部分相对于框架的位置。框架还包括用于螺钉凸台375的孔和/或井(well)，以便在图3A的锚定点321处将框架锚固至底部外壳。框架可以包括用于保持电池或其它电源和/或特征385的电源井380，以便容纳电源的电连接件。框架可以具有支撑结构390，以便支撑悬臂梁并提供附加凸台，安装螺钉可以附接至该附加凸台中。框架还可以包括用于附接图1B的电子组件140(例如包括在印刷电路板(PCB)上的一个或多个处理器)的部件(未示出)。

[0053] 返回参考图1B，力测量系统100可以由电源150(例如电池)供电。电源可以是不可充电的或可充电的。如果是可充电的，则系统100可以装配有充电端口，例如通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)充电端口和/或其它充电端口。如果是不可充电的，则系统100可以为此装配有电池壳体，例如装配到可拆卸的电池壳体。在所示的示例中，电源是单个七号(AAA)电池，该电池由一对电池夹在狭槽380中固定就位(图3)。电池夹在电池槽的每一端固定地附接至框架160，并且使用例如焊料固定地连接至电子组件140。

[0054] 图1B的电子组件140可以包括印刷电路板(PCB)组件，该印刷电路板组件包含配置为支持无线数据传输(例如BLE)并且用作微处理器或MCU的一个或多个芯片组(例如，一个或多个处理器)。开关和一个或多个发光二极管(LED)和/或其它类型的光源可以提供用户反馈，并且也安装在PCB上。(一个或多个)光源可以是多色的，并且可以通过模制的光管光学地连接至设备的外壳。例如，同样安装在PCB上的开关可以通过带212上的弹性内部模制按钮接入。如图1B和图3A中进一步示出的，位于PCB下方(例如，在附图中所示的取向上，但这并不是限制性的)的是设备的测力传感器130、303和激活盘185。可以使用螺钉或其它工具将PCB组件安装至框架160，以便使其固定就位。在PCB组件和测力传感器所包括的应变仪之间存在电连接(未示出)。

[0055] 图4是示出根据本发明的一个或多个实施方式的电子电路的框图400。所示示例中的主要电子部件和子系统包括以下项：MCU/BLE芯片模块405，该MCU/BLE芯片模块配置为通过BLE无线通信协议来提供处理能力和通信两者；BLE天线410，该BLE天线配置为发送和/或接收数据；MUX(多路复用器)/PGA(可编程门阵列)/一个或多个ADC模块415，该MUX(多路复用器)/PGA(可编程门阵列)/一个或多个ADC模块配置为提供用于将应变仪阻力转换为数字力测量值的信号路径；(一个或多个)电源电路模块420，该(一个或多个)电源电路模块配置为将电池电压转换为电路所需的电压，并提供设备的开/关控制；瞬时开关425，该瞬时开关配置为提供开/关控制；重置定时器430，该重置定时器配置为解码按钮按下；RGB(红色/绿色/蓝色)LED模块435，该RGB(红色/绿色/蓝色)LED模块配置为提供红色、绿色和蓝色指示灯；闪存模块440，该闪存模块配置为持久地存储固件映像和其它编程数据，并且提供存储两个图像的能力，以防一个图像无效或被破坏(例如，由于固件更新失败)；例如JTAG(联合测试行动组)端口的编程/调试端口445，该编程/调试端口配置为提供对设备进行编程和输出调试数据的访问和/或能力。该电气电路可以整体或部分地并入电子组件140中，并由图1B中所示的电源150供电。电源和力传感器130电连接至电气电路。例如，力传感器可以实施为如图3A所示的应变仪测力传感器303。

[0056] 正如指出的，从图1A的力测量系统100到远程设备102的数据传输可以为有线的或无线的，以便使用BLE或其它无线传输技术来增强移动性。如果使用无线传输，则远程计算设备可以装配有适当的天线。例如，可以包括倒F天线。如果需要，可以修改天线几何形状以适应设备的机械约束。长度也可能需要调整以补偿PCB上的接地平面的大小。无线技术可以是现成的或是可定制的，使得该设备可以支持使用人机交互设备(HID)来兼容所设计的使用鼠标的游戏。例如，如果采用BLE将数据传输至主机设备，则BLE通信能力可以由具有参考设计的芯片组或预先认证的模块(例如德州仪器(Texas Instruments，TI)CC2640MCU/BLE芯片组)提供。本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用其它芯片组和/或无线通信协议。例如，所述电气电路可以安装在单个PCB上，从而消除可能不可靠的互连。

[0057] 用于系统100的固件配置为由MCU 405(所述一个或多个处理器)运行，该固件控制设备的操作，这可以包括但不限于：响应于按下按钮而开启和关闭电源；通过BLE或其它无线协议连接至远程计算设备；接收和/或聚合来自传感器输出信号的力信息，分析输出信号和/或将输出信号转换成电压信号，将实时力数据发送至远程设备；发出“异常情况”的信号，例如电量低；以及使用BLE或其它无线协议来下载并安装固件升级。固件例如可以在实时操作系统下作为单个任务操作。除其它方面以外，包括接收数据、按钮按下和定时过期的事件可以通过中断来发出信号。所述一个或多个处理器(MCU405)还可以配置有自动超时功能，以便保持电池充电寿命。

[0058] 图5是示出用户501如何与图1的力测量系统设备100交互的图500。在该图中，左列中的框表示硬件，中间列中的框表示硬件接口，右列中的框表示固件功能。如图5中所示，用户与所描述的设备在以下步骤中进行交互，所述步骤不需要按所示的顺序执行。在步骤505处，用户使用按钮(例如图2A的215)来开启设备或关闭设备。在步骤510处，用户将压力施加至设备的外表面区域(例如，图1B的顶部外壳120和底部外壳125)以便执行等长运动。在步骤515处，用户在电源耗尽时更换电源(例如图1B中的150)或为电源重新充电。在步骤520处，用户使用LED(例如图4的435)观察设备的状态。

[0059] 图6示出了用于利用力测量系统来测量力的方法600。该系统包括具有多个表面区域的壳体主体、一个或多个传感器、电源、包括一个或多个配置为执行机器可读指令的硬件处理器的电子组件、和/或其它部件。该机器可读指令包括使所述一个或多个处理器转换和/或放大与力相关的信息以便产生电压信号的指令，以及使得所述一个或多个处理器将经处理的传感器输出信号传送至未由壳体主体容纳的远程设备的指令。以下呈现的方法600的操作旨在是说明性的。在一些实施方式中，方法600可以利用未描述的一个或多个附加操作、和/或没有所讨论的一个或多个操作来完成。此外，图6中示出并在下文描述的方法
600的操作的顺序不旨在进行限制。例如，在一些应用中，可以期望在确定任何聚合力的值之前记录并存储零偏移皮重值和/或实施温度补偿。

[0060] 在一些实施方式中，方法600可以全部或部分地在一个或多个处理设备(例如，数字处理器、模拟处理器、设计用于处理信息的数字电路、设计用于处理信息的模拟电路、状态机和/或用于电子地处理信息的其它机构——包括如本文中描述的一个或多个处理器的MCU 405)中实现。处理设备可以包括响应于电子地存储在电子存储介质上的指令而执行方法600的一些或全部操作的一个或多个设备。处理设备可以包括通过硬件、固件和/或软件配置的被专门设计成用于执行方法600的一个或多个操作的一个或多个设备。

[0061] 在操作602处，通过容纳力传感器、电源和电子组件的壳体主体接收力。在一些实施方式中，力由与壳体主体115(例如在图2中示出并在本文中描述的)相同或相似的壳体主体接收。在一些应用中，力可以是如本文中描述的由用户在执行等长运动和/或其它力和/或锻炼时施加在壳体上的等长力。

[0062] 在操作604处，提供一个或多个力传感器以生成传输与力相关的信息的输出信号。该一个或多个力传感器可以与传感器130(如图1B中示出并在本文中描述的)相同或相似，并且可以采用如本文中描述的一种或多种力感测技术。在一些实施方式中，通过使用Wheatstone半桥电路结合应变仪测力传感器来生成所述信号，所述应变仪测力传感器与应变仪测力传感器303(如图3A和图3B中示出并在本文中描述的)相同或相似。

[0063] 在操作606处，提供与电子组件140(如图1B中示出并在本文中描述的)相同或相似的电子组件，该电子组件包括配置为执行机器可读指令的一个或多个处理器。电子组件可操作地联接至上面描述的一个或多个力传感器以及与电源150(图1B中示出并在本文中描述的)相同或类似的电源。在一些实施方式中，电子组件可以包括如本文中描述的PCB。在一些实施方式中，所述一个或多个处理器可以包括配置为经由BLE无线通信协议来提供处理能力和通信的MCU/BLE芯片模块405(如图4中示出并在本文中描述的)。

[0064] 在操作608处，提供实现温度补偿以便增强聚合力的值的精确度的电路。如本文中描述的，半桥应变仪可以包括感测悬臂的伸长的至少一个压阻元件，以及至少一个其它用作温度补偿的参考的名义上相同的压阻元件，以便确保在整个温度范围内的精确力测量。因此，一些实施方式可以包括使用参考压阻元件来提供温度补偿以便提高聚合力的值的精确度的方法。

[0065] 在操作610处，一个或多个处理器执行机器可读指令，使得该一个或多个处理器处理传感器输出信号以转换和/或放大与力相关的信息，以便产生电压信号。在一些实施方式中，可以使用Wheatstone半桥结合如本文中描述的应变仪测力传感器来产生电压信号。此外，在操作610处，该一个或多个处理器执行机器可读指令，使得该一个或多个处理器将经处理的传感器输出信号传送至未由壳体主体容纳的与远程计算设备102(如图1A中示出并在本文中描述的)相同或相似的远程计算设备。

[0066] 在操作612处，与远程计算设备102(如图1A中示出并在本文中描述的)相同或相似的远程计算设备通过处理所传送的传感器输出信号来确定聚合力的值。在一些实现方式中，聚合力的值可以通过对来自如本文中描述的多个单独的力传感器的力值进行求和来确定。

[0067] 在操作614处，将没有外力施加至壳体主体时记录的零偏移皮重值存储在与存储器440(如图4中示出并在本文中描述的)相同或相似的非易失性存储器中。稍后可以调用并使用该值以增强后续力测量的精确度。在一些实施方式中，如本文中描述的，从后续测量中减去零偏移皮重值。在一些实施方式中，如果部件随时间呈现机械或电气漂移，则可以将用户启用的去皮重功能构建至设备中以由用户要求来重置零偏移皮重值。

[0068] 在操作616处，将传输与施加在系统上的重复力有关的信息的信号实时地转换为数字测量值，并且(例如，通过远程计算设备)向用户提供关于施加至壳体主体的力的实时信息。例如，可以每100ms获取力测量值，并且将结果传输至如本文中描述的远程计算设备。该信息可以使用例如 低功耗(BLE)使用与405和410(如图4所示)提供的功能相似或类似的功能传输，或通过如本文中描述的另一连接来传输。

[0069] 在操作618处，通过力测量系统100(例如，如图1A和图1B中示出并在本文中描述的)的壳体主体的至少两个表面区域接收由用户在进行等长运动时施加的力。如上面描述的，锻炼相关的力可以根据时间来测量和/或传输至用户。该系统可以发送锻炼信息，例如与进行锻炼有关的目标、指令、参数或程序。锻炼信息可以是预编程的和/或是基于如由系统测量或输入至系统的数据所表示的用户表现的各个方面的。

[0070] 总之，本发明提供了一种具有力传感器的力测量设备，该力传感器包括但不限于围绕(用于测量施加至设备外部的力的)力测量设备的外围分布的测力传感器和应变仪。力测量设备包括用作壳体主体的外壳、壳体内的具有支持无线通信的硬件的电子组件、电源和围绕该设备的外围分布的一个或多个力传感器，其中，外壳能够将施加至该外壳的力传输至所述一个或多个力传感器。

[0071] 应当理解，并且本领域技术人员可以理解，上面描述的并且结合附图描述的一个或多个过程、子过程或过程步骤可以由硬件和/或软件执行。如果该过程由软件执行，则该软件可以驻留在合适的电子处理部件或系统(例如，一个或多个功能部件或模块)中的软件存储器(未示出)中。软件存储器中的软件可以包括用于实现逻辑功能(即，可以以诸如数字电路或源代码的数字形式或以诸如模拟电路或模拟源的模拟形式(例如模拟电信号、声音信号或视频信号)实现的“逻辑”)的可执行指令的有序列表，并且可以选择性地在任何计算机可读介质中实现，该计算机可读介质用于由以下项使用或与以下项结合：指令执行系统、装置或设备(例如基于计算机的系统、包含处理器的系统、或者可以选择性地从指令执行系统、装置或设备获取指令并执行指令的其它系统)。在本发明的上下文中，“计算机可读介质”是可以包含、存储或传送由指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合的程序的任何介质。计算机可读介质可以选择性地是，例如但不限于电子的、磁的、光的、电磁的、红外的或半导体系统、装置或设备。计算机可读介质的更具体的示例，但仍然是非详尽的列表，将包括以下内容：便携式计算机磁盘(磁性的)、RAM(电子的)、只读存储器“ROM”(电子的)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)(电子的)和便携式光盘只读存储器“CDROM”(光学的)。注意，计算机可读介质甚至可以是纸或合适打印程序的其它介质，因为程序可以通过例如纸张或其它介质的光学扫描被电子地捕获，然后被编译、解释或必要时以合适的方式以其它方式处理，然后存储在计算机存储器中。

[0072] 诸如功能部件或模块中的一者或多者的电子处理部件或系统可以彼此直接连接或者可以处于信号通信中。应当理解，本文中使用的术语“处于信号通信中”意味着两个或更多系统、设备、部件、模块或子模块能够经由在某种类型的信号路径上传播的信号而彼此通信。该信号可以是通信信号、电力信号、数据信号或能量信号，其可以将信息、电力或能量沿第一系统、设备、部件、模块或子模块和第二系统、设备、部件、模块或子模块之间的信号路径从第一系统、设备、部件、模块或子模块传输至第二系统、设备、部件、模块或子模块。信号路径可以包括物理连接、电连接、磁连接、电磁连接、电化学连接、光学连接、有线连接或无线连接。信号路径还可以包括在第一系统、设备、部件、模块或子模块和第二系统、设备、部件、模块或子模块之间的附加系统、设备、部件、模块或子模块。

[0073] 更一般地，诸如“通信”和“与……通信”的术语(例如，第一部件与第二部件“通信”(“communicates with”或“is in communication with”))在本文中用于指示两个或多个部件或元件之间的结构的、功能的、机械的、电气的、信号的、光学的、磁性的、电磁的、离子的或流体的关系。因此，一个部件被称为与第二部件通信的事实并不旨在排除以下可能性：在第一部件和第二部件之间存在附加部件和/或附加部件可操作地与第一部件和第二部件相关联或相接合。

[0074] 已经出于说明和描述的目的呈现了前述实现方式的描述。其不是详尽的，并且也不将要求保护的本发明限制于所公开的精确形式。根据上面的描述，修改和变型是可行的，或者可以从实践本发明获得修改和变型。权利要求及其等同物限定了本发明的范围。

[0075] 尽管已经参考特定示例性实施方式描述了本发明，但是对于本领域普通技术人员来说将显而易见的是，在不脱离本发明的更广泛的精神和范围的情况下，可以对这些实施方式进行各种修改和改变。因此，本说明书和附图应被视为说明性的而非限制性的。

[0076] 在权利要求中，位于括号内的任何附图标记不应被解释为限制该权利要求。“包括”或“包含”一词不排除权利要求中列出的元件(或步骤)之外的元件(或步骤)的存在。在列举了多个部件的设备权利要求中，这些部件中的多者可以由同一个硬件项实现。元件前面的词语“一”(“a”或“an”)不排除存在多个这种元件。在列举了多个部件的任何设备权利要求中，这些部件中的多者可以由同一个硬件项来体现。在相互不同的从属权利要求中叙述某些元件的仅有事实并不表示这些元件不能组合使用。

[0077] 尽管为了说明的目的已经基于当前被认为是最实用和优选的实施方式详细地描述了本专利申请，但是应当理解，这种细节仅用于该目的并且本专利申请不限于所公开的实施方式，相反，旨在覆盖落在所附权利要求的精神和范围内的修改和等同布置。例如，应当理解，本专利申请预期，在可能的范围内，任何实施方式的一个或多个特征可以与任何其它实施方式的一个或多个特征组合。