CN106853284A - 一种监控脚部运动的智能穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能跑步设备技术领域，具体是一种监控脚部运动的智能穿戴设备，其特征在于，包括穿戴后被踩在脚底的本体、信号处理模块、信号传输模块和显示模块；脚掌区和脚跟区的本体上均具有至少一个柔性薄膜压力传感器，所述信号处理模块接收柔性薄膜压力传感器的压力信号，并换算成显示信号后经信号传输模块传输到显示模块显示出来。本发明的穿戴设备可以是鞋垫、鞋或袜子，能够实时监测脚部的用力情况，同时具有计步功能，对采集到的一定时间段的压力信号进行分析，能够帮助客户调整不正确的行走、跑步姿势，有效预防“跑步膝”等运动劳损，指导使用者安全科学跑步。

Description

一种监控脚部运动的智能穿戴设备

技术领域

本发明涉及智能穿戴设备技术领域，尤其是一种监控脚部运动的智能穿戴设备。

背景技术

人们在日常工作中，久坐和久站都会带来诸如腰椎间盘突出，膝部、脚踝劳损等健康隐患，因此运动成为一种新潮流，市场上穿戴式运动产品也随之出现。但越来越多的人希望穿戴产品拥有健康、运动方面的智能功能，而传统跑鞋、鞋垫、袜子等穿戴式运动产品的技术创新也正遭遇着前所未有的瓶颈，大多数的智能跑鞋、鞋垫、袜子只停留在基础的计步功能上。

发明内容

本发明针对现有技术中传统智能穿戴设备功能单一，仅停留在计步功能上的问题，而研究设计一种能够实时监控脚底压力，协助改善跑步姿势，能够有助于指导使用者安全、科学跑步的监控脚部运动的智能穿戴设备。

本发明采用的技术方案是：

一种监控脚部运动的智能穿戴设备，其特征在于，包括穿戴后被踩在脚底的本体、信号处理模块、信号传输模块和显示模块；脚掌区和脚跟区的本体上均具有至少一个柔性薄膜压力传感器，所述信号处理模块接收柔性薄膜压力传感器的压力信号，并换算成显示信号后经信号传输模块传输到显示模块显示出来。

进一步地，所述穿戴设备还包括FPC电路板，所述柔性薄膜压力传感器通过FPC电路板与信号处理模块连接，所述信号传输模块为无线传输。

进一步地，脚掌区的本体上具有至少三个柔性薄膜压力传感器，分别由内至外依次分散，脚跟区的本体上具有至少三个柔性薄膜压力传感器，分别由内至外依次分散。

进一步地，所述本体上或本体周围还具有柔性温度传感器和电加热元件，当柔性温度传感器检测的温度小于设定的最小阈值时，电加热元件加热，当柔性温度传感器检测的温度达到设定的最大阈值时，电加热元件停止加热。

进一步地，所述穿戴设备还包括定位芯片，定位信息通过信号传输模块无线传输给移动APP，对穿戴者进行实时监控。

进一步地，所述穿戴设备还包括供电电池和电源管理模块，若在设定时间内柔性薄膜压力传感器没有信号输出，则电源管理模块切断供电。

进一步地，所述穿戴设备还包括对供电电池充电的充电模块，所述充电模块为USB接口、Type-C接口、磁吸接口或无线充电。

进一步地，所述穿戴设备为鞋垫，所述鞋垫包括橡胶材质的底层、EVA一次发泡成型或者橡胶材质的中间层以及防水防臭的表层；脚心部的中间层具有空腔，所述信号处理模块和信号传输模块放置在空腔内，所述表层为将柔性薄膜压力传感器和电路封装为一体的生物相容性高分子密封材料。

进一步地，所述穿戴设备为鞋，所述本体为鞋底，位于脚心部的鞋底上具有空腔，所述信号处理模块和信号传输模块均放置在空腔中，所述柔性薄膜压力传感器、信号处理模块和信号传输模块上方具有一层将其密封的生物相容性高分子密封材料。

更进一步地，所述穿戴设备为袜子，所述信号处理模块和信号传输模块集成到一U形弹性环上，U形弹性环固定在袜筒上，穿到脚上后U形弹性环套在脚踝上。

与现有技术相比，本发明显而易见地具有以下有益效果：

1、通过柔性薄膜压力传感器实时检测脚部所受压力情况，并将压力信号转化成显示信号后传输给显示模块显示出来，可以直观的观察运动时脚部用力情况，且可以实现计步功能，对采集到的一定时间段的压力信号进行分析，能够帮助客户调整不正确的行走、跑步姿势，有效预防“跑步膝”等运动劳损，指导使用者安全科学跑步。

2、采用可增强缓冲和鞋垫附着力的生物相容性材料(硅胶)来防滑，为用户提供舒适、无感和科学的运动体验。

3、能够实现自动加热，提高用户的舒适性，

4、柔性薄膜压力传感器使用纳米材料，灵敏度高，相应速度快，能灵敏准确的实现脚底压力信号的采集。

附图说明

图1是本发明实施例1鞋垫示意图；

图2是本发明实施例2鞋示意图；

图3是本发明实施例3袜子示意图；

图4是本发明实施例***图。

图中，1、柔性薄膜压力传感器，2、本体，3、信号处理模块，4、信号传输模块，5、显示模块，6、FPC电路板，7、柔性温度传感器，8、定位芯片，9、供电电池，10、电源管理模块，11、空腔，12、U形弹性环。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例1

本实施例中的智能穿戴设备为鞋垫，如图1所示，本体2即为鞋垫的底部，鞋垫分为底层、中间层和表层，底层为橡胶材质，中间层可为EVA一次发泡成型，也可为橡胶材质，脚心部的中间层具有一空腔11，信号处理模块3、信号传输模块4、供电电池9和电源管理模块10通过刚性材料封装后放在空腔11内，柔性薄膜压力传感器1共六个，设置在中间层的上表面，其中三个设置在脚掌区，由脚掌的内部至外部依次分散，在脚跟区的中间层上也设置三个柔性薄膜压力传感器1，由脚跟的内部至外部依次分散。中间层的上表面还具有FPC电路板6，柔性薄膜压力传感器1通过FPC电路板6与信号处理模块3连接，PFC电路板和柔性薄膜压力传感器1上方的中间层表面覆盖一层将其封装于一体的生物相容性高分子密封材料，防止传感器和电路因运动时鞋垫扯动而发生相对运动及损坏，同时起到防水作用。生物相容性高分子密封材料可为树脂、硅胶和聚氨酯等。生物相容性高分子密封材料外还覆盖一层透气除臭防水的面料，即为表层。鞋垫各层之间通过胶粘方式叠合于一体，整体具有防水功能。

鞋垫的侧外缘具有定位芯片8和柔性温度传感器7，鞋垫的本体2上还具有电加热元件，电加热元件铺设在中间层的上表面、下表面或嵌入到中间层内部。当柔性温度传感器7检测到鞋垫的温度小于设定的最小阈值时，电加热元件对鞋垫加热，直到柔性温度传感器7检测到鞋垫的温度达到设定的最大阈值时，电加热元件停止加热。定位芯片8采用无线跟踪技术对用户进行定位以防止老人、小孩迷路走丢。在穿戴本实施例鞋垫出门后，家人通过智能终端APP对穿戴者进行定位，随时掌握穿戴者的行踪。还可以设置安全范围，一旦用户在未知情况脱离范围，家人就可以接收到警报通知。

鞋垫还包括显示模块5，可以是手机智能终端APP。信号传输模块4一般为wifi、蓝牙、ZigBee、NFC和GPS等无线传输。

鞋垫还包括供电电池9和电源管理模块10，均和信号处理模块3一块设置在中间层的空腔11中，还具有给供电电池9充电的充电模块，充电模块可以是USB接口、Type-C接口、磁吸接口或无线充电，这些充电接口从鞋垫的侧外缘漏出，且若采用有线充电方式时在充电口设置有软盖。供电电池9可以是锂离子电池、纽扣电池或薄膜电池等，电源管理模块10在设定时间内没有接受到柔性薄膜压力传感器1的压力信号，电源管理模块10切断电路，以延长鞋垫的续航。

具体地，柔性薄膜压力传感器1用来监测脚部的受压情况，以确定用户的状态，当柔性薄膜压力传感器1检测的压力值不变时，判断用户处于非运动状态；当柔性薄膜压力传感器1检测到的压力处于交替循环变化时，判断用户处于运动状态。信号处理模块3将接收到的柔性薄膜压力传感器1的电信号进行整形、放大、滤波和A/D转换等处理，再通过烧录在模块里的算法把信号换算成显示信号，显示信号可以以不同颜色或者以数字形式表示，显示信号经信号传输模块4无线传输给手机终端APP显示出来。显示信号也可以通过手机、电脑或云平台等储存，储存的显示信号的数据便于训练师或专家基于大数据进一步分析研究运动习惯，制定科学合理的运动，训练规划。

根据柔性薄膜压力传感器1的交替受压，可对穿戴者计步，同时根据不同部位的柔性薄膜压力传感器1的受压大小的情况，分析足部和膝盖的受力情况，及时发现用户双脚用力不均、脚跟着地、内外翻等状况，并通过手机终端APP进行疲劳提醒，帮助用户调整行走、跑步姿势，有效防止“跑步膝”等运动损伤，指导使用者科学安全跑步。此外还可以制定个性化运动计划，并进行社交分享。

显示模块5主要设置在手机等智能终端APP，将接收到的实时监测脚部着地状况和步态信息等运动数据同步显示出来，同时上传到云端数据库。

柔性薄膜压力传感器1和柔性温度传感器7电极末端的连接端子可做成贴片或间距是2.54mm整数倍的公针铆接。若为贴片时，在贴片的背面设置补强层，再通过导电胶与信号处理模块3连接；若为公针铆接，直接将公针插在设置在信号处理模块3的母针里或者焊接在母针里以防止脱落。

根据需要还可以在鞋垫的脚掌部和脚跟部设置由两个以上采用双层电极形成压感点构成的一体式柔性薄膜压力传感器1阵列，其中阵列中各压感点独立工作。

实施例2

本实施例中的智能穿戴设备为鞋，如图2所示，本体2为鞋底，位于脚心部的鞋底上具有空腔11，信号处理模块3、信号传输模块4、供电电池9、电源管理模块10设置在空腔11中，充电模块的充电口可设置在鞋的外部侧面上，且充电口设置有将其密封的软盖。定位芯片8可设置在鞋底上，也可设置在鞋帮上。柔性温度传感器7一般设置在鞋内部的鞋底上，电加热元件设置在鞋底上，在鞋底的上层覆盖一层将其密封的生物相容性高分子密封材料，然后再覆盖一层防臭防水透气的面料。

根据需要在鞋底的脚掌部和脚跟部均设置多个柔性薄膜压力传感器1。柔性薄膜压力传感器1采用双层电极形成压感点结构，同时还可以由两个以上的压感点构成的一体式柔性薄膜压力传感器1阵列，其中阵列中各压感点独立工作。柔性薄膜压力传感器1包括柔性基底、电极层、压感层和衬底背面补强层，其中电极层形成于柔性基底表面并引出至少两条电极，压感层形成于电极层表面，压感层基于纳米材料超强的柔韧性和力学性能以及对外应力、应变有较好的响应度构筑出具有高灵敏度、宽检测限和高稳定性柔韧超薄的压力传感器。

显示模块5可以是智能手机终端APP，也可以是设置在鞋的外表面的显示屏，显示模块5的数据也可存储在放置在鞋上的内存中，可以将存储的数据通过数据线拷贝出来供训练师和专家分析指导。

实施例3

本实施例中的智能穿戴设备为袜子，如图3所示，柔性薄膜压力传感器1设置在袜子的底部，信号处理模块3、信号传输模块4、供电电池9和电源管理模块10集成到一个U形弹性环12上，且U形弹性环固定在袜筒上，穿到脚上后U形弹性环12套在脚踝上。

实施例4

本实施例中的智能穿戴设备为袜子，，柔性薄膜压力传感器1设置在袜子的底部，信号处理模块3、信号传输模块4、供电电池9和电源管理模块10可设置在袜筒的前侧，穿上袜子后，脚部给予信号处理模块3、信号传输模块4、供电电池9和电源管理模块10一个支撑。柔性薄膜压力传感器1通过融入到袜子上柔性导线与信号处理模块3电性连接。

上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种监控脚部运动的智能穿戴设备，其特征在于，包括穿戴后被踩在脚底的本体(2)、信号处理模块(3)、信号传输模块(4)和显示模块(5)；脚掌区和脚跟区的本体(2)上均具有至少一个柔性薄膜压力传感器(1)，所述信号处理模块(3)接收柔性薄膜压力传感器(1)的压力信号，并换算成显示信号后经信号传输模块(4)传输到显示模块(5)显示出来。

2.根据权利要求1所述的监控脚部运动的智能穿戴设备，其特征在于，所述穿戴设备还包括FPC电路板(6)，所述柔性薄膜压力传感器(1)通过FPC电路板(6)与信号处理模块(3)连接，所述信号传输模块(4)为无线传输。

3.根据权利要求1所述的监控脚部运动的智能穿戴设备，其特征在于，脚掌区的本体(2)上具有至少三个柔性薄膜压力传感器(1)，分别由内至外依次分散，脚跟区的本体(2)上具有至少三个柔性薄膜压力传感器(1)，分别由内至外依次分散。

4.根据权利要求1所述的监控脚部运动的智能穿戴设备，其特征在于，所述本体(2)上或本体(2)周围还具有柔性温度传感器(7)和电加热元件，当柔性温度传感器(7)检测的温度小于设定的最小阈值时，电加热元件加热，当柔性温度传感器(7)检测的温度达到设定的最大阈值时，电加热元件停止加热。

5.根据权利要求1所述的监控脚部运动的智能穿戴设备，其特征在于，所述穿戴设备还包括定位芯片(8)，定位信息通过信号传输模块(4)无线传输给移动APP，对穿戴者进行实时监控。

6.根据权利要求1所述的监控脚部运动的智能穿戴设备，其特征在于，所述穿戴设备还包括供电电池(9)和电源管理模块(10)，若在设定时间内柔性薄膜压力传感器(1)没有信号输出，则电源管理模块(10)切断供电。

7.根据权利要求6所述的监控脚部运动的智能穿戴装置，其特征在于，所述穿戴设备还包括对供电电池(9)充电的充电模块，所述充电模块为USB接口、Type-C接口、磁吸接口或无线充电。

8.根据权利要求1-7任一项所述的监控脚部运动的智能穿戴设备，其特征在于，所述穿戴设备为鞋垫，所述鞋垫包括橡胶材质的底层、EVA一次发泡成型或者橡胶材质的中间层以及防水防臭的表层；脚心部的中间层具有空腔(11)，所述信号处理模块(3)和信号传输模块(4)放置在空腔(11)内，所述表层为将柔性薄膜压力传感器(1)和电路封装为一体的生物相容性高分子密封材料。

9.根据权利要求1-7任一项所述的监控脚部运动的智能穿戴设备，其特征在于，所述穿戴设备为鞋，所述本体(2)为鞋底，位于脚心部的鞋底上具有空腔(11)，所述信号处理模块(3)和信号传输模块(4)均放置在空腔(11)中，所述柔性薄膜压力传感器(1)、信号处理模块(3)和信号传输模块(4)上方具有一层将其密封的生物相容性高分子密封材料。

10.根据权利要求1-7任一项所述的监控脚部运动的智能穿戴设备，其特征在于，所述穿戴设备为袜子，所述信号处理模块(3)和信号传输模块(4)集成到一U形弹性环(12)上，U形弹性环(12)固定在袜筒上，穿到脚上后U形弹性环(12)套在脚踝上。