一种基于肌电采集和云平台分析的多功能智能鞋垫制造技术

本发明专利技术公开了一种基于肌电采集和云平台分析的多功能智能鞋垫，包括导航模块、脚型及步态矫正模块、均匀热量模块、锂电池模块、云平台和上位机软件；通过采集足底压力及足底肌电等信号，鞋垫可实时监测足部肌肉和脚趾的运动信息，基于气囊设计对足底步态进行矫正；基于电生热原理，通过控制电刺激刺激强度和通风口开闭，实现足底的均匀热量分布，防止运动抽筋；基于北斗导航，通过电刺激产生智能鞋垫特定部位的震动，实现针对聋哑盲人及方向感较差人群的路径导航；通过与云平台和数据库相连，采用大数据深度挖掘算法，为足部患者进行高效康复医疗及运动员训练提供合理的方案；该鞋垫功能多，简单实用，可满足不同领域人群的需求，便于实际推广。

A Multifunctional Intelligent insole Based on EMG Acquisition and Cloud Platform Analysis

The invention discloses a multi-functional intelligent insole based on EMG acquisition and cloud platform analysis, which includes navigation module, foot shape and gait correction module, uniform heat module, lithium battery module, cloud platform and upper computer software. By collecting sole pressure and sole EMG signals, the insole can real-time monitor the movement information of foot muscles and toes, and design sole gait based on airbag. Based on the principle of electrothermal stimulation, uniform heat distribution of sole can be achieved by controlling stimulus intensity and opening and closing of ventilator to prevent sports cramps; based on Beidou navigation, the vibration of specific parts of intelligent insole can be generated by electrical stimulation to realize path navigation for deaf, mute and blind people and people with poor sense of direction; through connecting with cloud platform and database, large numbers are adopted. According to the depth mining algorithm, it provides a reasonable scheme for the foot patients to carry out efficient rehabilitation and athlete training; the insole has many functions, simple and practical, and can meet the needs of people in different fields, so it is easy to promote in practice.

【技术实现步骤摘要】
一种基于肌电采集和云平台分析的多功能智能鞋垫
本专利技术涉及智能鞋垫领域，特别涉及一种基于肌电采集和云平台分析的多功能智能鞋垫。
技术介绍
根据市场调研机构Technavio的最新数据，全球鞋垫市场将以7%的年复合增长率增长，到2021年市场价值将达36亿美元，鞋垫市场需求量非常大；随着人们生活水平越来越高，人们所需求的不再仅限于鞋垫本身，更注重于鞋垫的扩展功能，即智能鞋垫；目前市面上关于鞋垫的扩展功能有以下几种：医疗康复鞋垫、智能监测鞋垫、蓝牙通信鞋垫、北斗跟踪鞋垫、充电鞋垫、加热鞋垫、运动姿态判断鞋垫等。对于鞋垫的康复及运动捕捉功能，目前大多只能做到判断和评价，少有的几个用于训练的鞋垫只能做到间接提醒，而无法做到直接进行操作简单的训练，例如，已有的一种远程医疗模式下用于康复训练的智能鞋垫（中国专利技术专利CN108464832A），包括底端层、中间层和顶端层，该鞋垫实现了对患者的远程康复医疗功能，该智能鞋垫的不足之处为：鞋垫仅用于采集患者信息，传到医院系统，为以后的康复训练做指导，而无法实现在不用医生的指导下而直接进行康复训练。对于鞋垫的加热功能，目前只有无目的的加热，而不能去控制鞋垫的具体温度，例如，已有的一种可快速充电连接的智能鞋垫加热组件及智能加热鞋垫（中国技术专利CN207836886U），包括鞋垫加热控制模块及匹配所述鞋垫加热控制模块的充电线材模块等。该鞋垫实现了鞋垫可加热的功能，该智能鞋垫的不足之处为：此加热方式属于盲目加热，无法做到人为控制具体温度大小来满足不同领域的需求；目前市面上的智能鞋垫功能单一，功能集成性差，因此现有智能鞋垫只适用于特定的人群，而无法更为广泛地推广。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服已有技术的不足之处，公开了一种基于肌电采集和云平台分析的多功能智能鞋垫，集导航、脚型及步态矫正、均匀分布热量三个功能于一体，使用简便，可满足了不同领域人的需求。本专利技术的技术方案如下：本专利技术公开的一种基于肌电采集和云平台分析的多功能智能鞋垫结构包括导航模块、脚型及步态矫正模块、均匀热量模块、锂电子电池模块、云平台和上位机软件；所述导航模块、脚型及步态矫正模块、均匀热量模块分别实现导航、脚型及步态矫正和均热功能，且三个模块都采用嵌入式系统设计，功能独立、结构统一。所述导航模块包括北斗芯片、小型自动充放气气囊、震动片、蓝牙WIFI模块和控制电路；所述震动片的震动由电刺激仪实现；所述震动片贴在小型自动充放气气囊内侧近体侧；所述智能鞋垫的导航功能主要针对聋哑人群，可用于提示其左转、右转，提示方式有小型自动充放气气囊提醒和震动片提醒两种提示方式；所述控制电路控制北斗芯片信息传送、小型自动充放气气囊提醒方式与震动片提醒模式的选择与转换。所述脚型及步态矫正模块包括12个小型运动气囊、肌电采集器、足底压力采集器、姿态采集器、电子电路、蓝牙WIFI模块；所述小型运动气囊未启动时是一层薄膜，启动后鼓起，呈小球状，用于挤压肌肉；所述12个小型运动气囊分别位于人体足底7块肌肉和5个脚趾处（踇展肌、拇长屈肌腱、拇短屈肌、小趾展肌、趾短屈肌、小趾短屈肌、蚓状肌及5个脚趾）；所述肌电采集器由12个肌电传感器组成，用于实时监控肌肉状况，通过测定肌肉纤维收缩的波动幅度，并进行云平台分析，来判断身体部位的运动的生理数据；所述足底压力采集器采用压阻式柔性足底压力传感器，用于灵敏采集足底压力信号；所述姿态采集器采用九轴姿态传感器，用于全方位采集人体运动瞬时位置、加速度等运动参数，并与云平台相连进行大数据挖掘分析；所述电子电路和蓝牙WIFI模块实现数据采集控制、数据缓存、数据的无线发送接收和小型运动气囊充放气控制。所述均匀热量模块包括温度传感器、A/D和D/A转换器、嵌入式控制系统、电子电路和8个电刺激发热孔；所述嵌入式控制系统将采集的温度数字信息进行均值加权运算，实现对肌肉块温度的控制；所述8个电刺激发热孔位于脚型及步态矫正模块的小型运动气囊下，其中7个电刺激发热孔位于足底7块肌肉的小型运动气囊下，第8个电刺激发热孔通过导热薄铜片覆盖5个脚趾。所述锂电子电池模块是由微型锂电子电池组串联组成，为智能鞋垫提供充足的电能，并可实现快速充电。所述云平台包括数据库模块与运算单元模块，所述数据库模块用于储存患者的身体检测数据、医生的诊疗记录及其数据运算结果；所述运算单元模块从数据库读取所需数据进行运算进而建立病理模型，根据已知的疾病发病时的步态，构建相关病状的基础病理模型，可以对患有疾病导致步态不正常的患者进行匹配判别。所述上位机软件包括智能手机APP和PC机软件，用于方便设置和操作智能鞋垫的各功能模块，并方便与医院或训练机构进行远程连接。所述的一种基于肌电采集和云平台分析的多功能智能鞋垫的导航模块与脚型及步态矫正模块，其特征在于：所述导航模块与脚型及步态矫正模块通过蓝牙或WiFi无线传输方式与上位机通信；所述导航模块的提示功能选择在手机APP上进行，通过无线方式与导航模块进行通信，此外，用户的移动方位也通过无线方式传输到手机APP；所述脚型及步态矫正模块采集的数据，通过无线方式传输至上位机后进行云平台分析，将分析结果转化为指令，并采用无线方式传输到电子电路的接收器，控制小型运动气囊充放气；所述鞋垫通过肌电传感器监测足底肌电信号、通过足底压力传感器监测足底压力信号、通过姿态传感器监测运动，三者结合并送到云平台分析，综合实现对脚型及步态精确高效的矫正；所述均匀热量模块的嵌入式系统通过均值加权算法，对8个电刺激发热孔的温度进行单独控制及整体控制。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：基于肌电采集和云平台分析的多功能智能鞋垫，属于智能鞋垫
，包括导航模块、脚型及步态矫正模块、均匀热量模块、锂电子电池模块和上位机软件；该鞋垫集导航、脚型及步态矫正、均匀分布热量三个功能于一体，大大扩展了普通鞋垫的功能：在导航方面，通过鞋垫特定部位的地方震动来方便地提示左右转、前进与后退，实现不用语音提示的导航，尤其是对聋人进行导航；在脚型及步态矫正功能方面，通过实时监测足部七大肌肉以及五个脚趾的运动信息，采用气囊设计对动作进行脚型及步态矫正，结合云平台分析，可满足不同人群的实际需求，如对足部肌肉患者可进行直接康复医疗，对运动员实现足部肌肉以及运动姿态的矫正及训练，对普通人达到保健的目的；均匀分布热量功能还可有效防止运动抽筋；该鞋垫功能多，适用面广，操作简单便捷，便于推广。附图说明图1是所述基于肌电采集和云平台分析的多功能智能鞋垫分层结构图。图2是所述基于肌电采集和云平台分析的多功能智能鞋垫中层布局图。图3是所述基于肌电采集和云平台分析的多功能智能鞋垫外观布局图。图4是所述基于肌电采集和云平台分析的多功能智能鞋垫功能的实现简图。在图1至图4中：1—导航模块2—脚型及步态矫正模块3—均匀热量模块4—锂电子电池模块5—蓝牙模块6—鞋垫顶层保护层11—北斗模块12—小型运动气囊13—电刺激震动片21—小型自动充放气左气囊22—小型自动充放气右气囊23—肌电采集器24—足底压力采集器25—姿态采集器31—温度传感器32—嵌入式系统33—电子电路34—导管35—脚趾电刺激发热孔36—电刺激发热孔。具体实施方式下面结合附图及实施例进一步详细介绍本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术公开了一种基于肌电采集和云平台分析的多功能智能鞋垫，其结构包括导航模块、脚型及步态矫正模块、均匀热量模块、锂电子电池模块、云平台和上位机软件；所述导航模块、脚型及步态矫正模块、均匀热量模块分别实现导航、脚型及步态矫正和均热功能；其特征在于：所述导航模块包括北斗芯片、小型自动充放气气囊、震动片、蓝牙WIFI模块和控制电路；所述震动片的震动由电刺激仪实现；所述震动片贴在小型自动充放气气囊内侧近体侧；所述智能鞋垫的导航功能主要针对聋哑人群，可用于提示其左右转、前进与后退，采用小型自动充放气气囊提醒和震动片提醒两种提示方式；所述控制电路控制北斗芯片信息传送、小型自动充放气气囊提醒方式与震动片提醒模式的选择与转换；所述脚型及步态矫正模块包括12个小型运动气囊、肌电采集器、足底压力采集器、姿态采集器、电子电路、蓝牙WIFI模块；所述小型运动气囊未启动时是一层薄膜，启动后鼓起，呈小球状，用于挤压肌肉；所述12个小型运动气囊分别位于人体足底7块肌肉和5个脚趾处（踇展肌、拇长屈肌腱、拇短屈肌、小趾展肌、趾短屈肌、小趾短屈肌、蚓状肌及5个脚趾）；所述肌电采集器由12个肌电传感器组成，用于实时监控肌肉状况，通过测定肌肉纤维收缩的波动幅度，并进行云平台分析，来判断身体部位的运动的生理数据；所述足底压力采集器采用压阻式柔性足底压力传感器，用于灵敏采集足底压力信号；所述姿态采集器采用九轴姿态传感器，用于全方位采集人体运动瞬时位置、加速度等运动参数，并与云平台相连进行大数据挖掘分析；所述电子电路和蓝牙WIFI模块实现数据采集控制、数据缓存、数据的无线发送接收和小型运动气囊充放气控制；所述均匀热量模块包括温度传感器、A/D和D/A转换器、嵌入式控制系统、电子电路和8个电刺激发热孔；所述嵌入式控制系统将采集的温度数字信息进行均值加权运算，实现对肌肉块温度的控制；所述8个电刺激发热孔位于脚型及步态矫正模块的小型运动气囊下，其中7个电刺激发热孔位于足底7块肌肉的小型运动气囊下，第8个电刺激发热孔通过导热薄铜片覆盖5个脚趾；所述导航模块、脚型及步态矫正模块、均匀热量模块采用嵌入式系统，功能独立、结构统一。...

【技术特征摘要】
1.本发明公开了一种基于肌电采集和云平台分析的多功能智能鞋垫，其结构包括导航模块、脚型及步态矫正模块、均匀热量模块、锂电子电池模块、云平台和上位机软件；所述导航模块、脚型及步态矫正模块、均匀热量模块分别实现导航、脚型及步态矫正和均热功能；其特征在于：所述导航模块包括北斗芯片、小型自动充放气气囊、震动片、蓝牙WIFI模块和控制电路；所述震动片的震动由电刺激仪实现；所述震动片贴在小型自动充放气气囊内侧近体侧；所述智能鞋垫的导航功能主要针对聋哑人群，可用于提示其左右转、前进与后退，采用小型自动充放气气囊提醒和震动片提醒两种提示方式；所述控制电路控制北斗芯片信息传送、小型自动充放气气囊提醒方式与震动片提醒模式的选择与转换；所述脚型及步态矫正模块包括12个小型运动气囊、肌电采集器、足底压力采集器、姿态采集器、电子电路、蓝牙WIFI模块；所述小型运动气囊未启动时是一层薄膜，启动后鼓起，呈小球状，用于挤压肌肉；所述12个小型运动气囊分别位于人体足底7块肌肉和5个脚趾处（踇展肌、拇长屈肌腱、拇短屈肌、小趾展肌、趾短屈肌、小趾短屈肌、蚓状肌及5个脚趾）；所述肌电采集器由12个肌电传感器组成，用于实时监控肌肉状况，通过测定肌肉纤维收缩的波动幅度，并进行云平台分析，来判断身体部位的运动的生理数据；所述足底压力采集器采用压阻式柔性足底压力传感器，用于灵敏采集足底压力信号；所述姿态采集器采用九轴姿态传感器，用于全方位采集人体运动瞬时位置、加速度等运动参数，并与云平台相连进行大数据挖掘分析；所述电子电路和蓝牙WIFI模块实现数据采集控制、数据缓存、数据的无线发送接收和小型运动气囊充放气控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：任海川，段虎飞，王邦锋，李庆明，杨朝中，李世博，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41