基于压力传感阵列监测足部健康信息及运动状态的智能鞋制造技术

本发明专利技术公开了一种基于压力传感阵列监测足部健康信息及运动状态的智能鞋，包括鞋面、鞋底以及鞋舌，在所述鞋底内表面和所述鞋舌内表面分别设置有足底压力传感阵列和足背压力传感阵列，在所述鞋面、所述鞋底或者所述鞋舌上设置有与所述足底压力传感器阵列和所述足背压力传感器阵列交互连接的数据采集终端，所述数据采集终端内集成设置有电池及其管理模组与所述电池及其管理模组连接的主控电路板。该智能鞋利用高灵敏度的柔性离电子传感技术(FITS)，使用压力感应阵列来检测足背部压力脉搏信号和肌肉活动以及足底部运动状态和步态，此外，线性阵列允许免校准地捕获脉搏信号，并且还提供肌肉活动的空间参考。

Intelligent shoes based on pressure sensor array to monitor foot health information and movement status

The invention discloses an intelligent shoe for monitoring foot health information and movement state based on the pressure sensor array, which includes a vamp, sole and tongue. The inner surface of the sole and the inner surface of the tongue are respectively provided with a sole pressure sensor array and a back pressure sensor array, and the vamp, sole or tongue are provided with a sole pressure sensor array A data acquisition terminal is interactively connected with the foot back pressure sensor array. The data acquisition terminal is integrated with a battery and a main control circuit board connected with the battery and its management module. The intelligent shoe uses the high sensitive flexible off electronic sensor technology (fits), uses the pressure sensing array to detect the pressure pulse signal and muscle activity on the back of the foot, as well as the movement state and gait of the foot bottom. In addition, the linear array allows the pulse signal to be captured without calibration, and also provides the spatial reference of muscle activity.

【技术实现步骤摘要】
基于压力传感阵列监测足部健康信息及运动状态的智能鞋
本专利技术涉及智能穿戴设备
，特别涉及一种基于压力传感阵列监测足部健康信息及运动状态的智能鞋。
技术介绍
智能穿戴设备是应用穿戴式技术对日常穿戴进行智能化设计、开发出可以穿戴的设备的总称，如手表、手环、眼镜、服饰等。穿戴式智能设备时代的来临意味着人的智能化延伸，通过这些设备，人可以更好的感知外部与自身的信息，能够在计算机、网络甚至其它人的辅助下更为高效率的处理信息，能够实现更为无缝的交流。应用领域可以分为两大类，即自我量化与体外进化。具体地，如采用轻量化的手表、手环、配饰、鞋等形式，实现人体运动或户外数据如心率、脉搏、步频、气压、潜水深度、海拔等指标的监测、分析与服务。其中，脚是人体的末梢，也是心脏最远端，血管有问题，脚最先有感觉。人的足部足背正中最高点，轻轻摸，能感受到脉动。用于判定是否存在下肢的血管闭塞性脉管炎及其严重程度。平时能摸到这个足部的脉搏，证明我们的动脉血一直通到了足背部。可当走一段距离之后，再摸，反而摸不到这个脉搏，此时，就可能发生了轻度的动脉血管堵塞。足背动脉是胫前动脉的直接延续，经拇长伸肌腱和趾长伸肌腱之间前行，至第一跖骨间隙近侧，分为第一跖背动脉和足底深支和足底深支两终支。足背动脉位置表浅，在踝关节前方，内、外踝连接中点、拇长伸肌腱的外侧可触知其搏动，足部出血时可在该处向深部压迫足背动脉进行止血。摸足背动脉的方法又是能够及早发现足病的有效方法，因此，足部被认为是放置可穿戴设备的理想位置。然而，现有针对足部开展的技术仅关注于活动跟踪和机械接触力的测量。具体而言，加速度计以及压力鞋垫已经在一些智能鞋中使用，以用于运动期间计步，或检测步态周期的运动变化(例如，Nike+，AdidasMicropacer和UnderArmourFirstRun)。然而，对于理想的智能鞋来说，除了通过前述装置评估的运动信息之外，还应该从中连续收集和精确提取有价值的健康信息和肌肉活动。现有的手表手环、鞋等可穿戴设备采用的是光学测量原理(PPG)来监测心率数据，是间接的测量，容易收到外界环境光的影响，难以适应连续收集和精确的数据采集。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于压力传感阵列监测足部健康信息及运动状态的智能鞋，能够监测足部位置基于人体内外压力数据，从而分析获得人体健康信息以及足部运动状态结果。为实现上述目的，根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种基于压力传感阵列监测足部健康信息及运动状态的智能鞋，包括鞋面、鞋底以及鞋舌，在所述鞋底内表面和所述鞋舌内表面设置的采集足部位置内外压力数据的压力传感阵列，在所述鞋面、所述鞋底或者所述鞋舌上设置有与所述压力传感阵列交互连接的数据采集终端，所述数据采集终端内集成设置有电池及其管理模组与所述电池及其管理模组连接的主控电路板。进一步的，所述压力传感阵列包括足底压力传感阵列和足背压力传感阵列，所述足底压力传感阵列用于采集体重与运动产生的外部压力数据，所述足背压力传感阵列用于采集人体组织产生的内部脉搏和肌肉活动压力数据。进一步的，所述主控电路板设置有与所述足底压力传感阵列和所述足背压力传感阵列连接的模拟数据采集前端、所述模拟数据采集前端与一具有ADC组件的MCU处理器连接，所述MCU处理器连接一无线通信模组。优选地，所述无线通信模组是蓝牙及天线模组，也可以是其他无线通信器件，如WiFi模组、2G\3G\4G\5G通信模组等。进一步的，所述足背压力传感器阵列包括一足背柔性基板，在所述足背柔性基板上涂覆形成的若干FITS压力传感器件。优选地，足背柔性基板上设置2-10单元的FITS压力传感器件。进一步的，所述足底压力传感器阵列包括一足底安装基板，在所述足底安装基板上涂覆形成的若干FITS压力传感器件。优选地，足底安装基板上对应足底穴位设置FITS压力传感器件。进一步的，所述足背压力传感阵列通过压合粘接固定在鞋舌内表面，所述足底压力传感器阵列通过一体成型、粘接或者嵌套固定在所述鞋底内表面，所述足背压力传感阵列和所述足底压力传感阵列通过高柔性导线与所述数据采集终端连接。进一步的，所述足底压力传感阵列和所述足背压力传感阵列通过一体化编制在所述鞋面或者所述鞋舌内的导电纱线与所述数据采集终端连接。可选地，所述鞋面和所述鞋舌采用弹性面料制作而成。进一步的，所述数据采集终端包括终端底座和可分离盖板，所述终端底座通过一固定底板安装在所述鞋底、鞋舌或者鞋面上，所述终端底座和所述可分离盖板之间形成的空间安装所述电池和所述主控电路板。进一步的，所述电池及其管理模组设置在所述可分离盖板内，所述主控电路板设置在所述终端底座内，所述电池及其管理模组与所述主控电路板通过卡扣、磁极、螺钉连接；或者所述电池及其管理模组和所述主控电路板设置在所述可分离盖板，所述可分离盖板通过卡扣、磁极、螺钉与所述终端底座连接，使得所述主控电路板与所述压力传感器阵列信号交互。进一步的，所述FITS压力传感器件包括底层、顶层以及所述底层和所述顶层之间的环状间隔层，所述间隔层内在所述顶层内表面设置有离子层，所述底层上表面设置有电极层。本专利技术实施例提供的基于压力传感阵列监测足部健康信息及运动状态的智能鞋，将柔性离电子传感技术(FITS)设备集成到足底压力传感阵列和足背压力传感阵列，足底压力传感阵列和足背压力传感阵列具有极高的压力-电容灵敏度并且可以集成到可穿戴组件中，并且最优选地装配到运动鞋的鞋舌、鞋底内表面。FITS压力传感器件具有高灵敏度，出色的机械韧性和可靠的灵活性，这是由于超高界面电容和离子电子材料的快速极化导致。本专利技术公开的足底压力传感阵列和足背压力传感阵列由固态柔性离子涂层制成，其与导电电极阵列弹性接触，以实现高达1nF/mmHg的器件灵敏度，检测范围为1至200mmHg。利用如此高的灵敏度，在20mmHg的基线附近温和接触足部，可以检测到小的血压变化并且这些变化与来自足背动脉的每个心动周期相关，其也被称为足部脉搏波形。由于足底压力传感阵列和足背压力传感阵列的超薄且柔性构造的特性(厚度为100μm)，阵列可以以非常舒适的方式与背部区域接触。在收集脉搏波形之后，信号可以用来研究和分析关键的心血管参数，例如上行时间和增强指数，以及衍生的生命体征，例如心率(HR)和呼吸估计。特别是，本专利技术的足底压力传感阵列和足背压力传感阵列可以与标准的单导联心电图(ECG)实时比较。此外，具有多个感测单元的线性阵列覆盖背部的横向平面，使得捕获脉搏信号不需要何特殊的对准步骤，而动脉的位置也提供了对肌肉活动的空间解剖学参考。最后，以足够的分辨率收集肌肉反应以跟踪个体肌腱活动，为脚上动作分类，步态分析以及身体状态跟踪提供了高度集成的方式。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例的基于压力传感阵列监测足部健康信息及运动状态的智能鞋俯视结构图；图2为本专利技术实施例的基于压力传感阵列监测足部健康信息及运动状态的智能鞋主视结构图；图3为本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于压力传感阵列监测足部健康信息及运动状态的智能鞋，其特征在于，包括鞋面、鞋底以及鞋舌，在所述鞋底内表面和所述鞋舌内表面设置的采集足部位置内外压力数据的压力传感阵列，在所述鞋面、所述鞋底或者所述鞋舌上设置有与所述压力传感阵列交互连接的数据采集终端，所述数据采集终端内集成设置有电池及其管理模组与所述电池及其管理模组连接的主控电路板。

【技术特征摘要】
1.一种基于压力传感阵列监测足部健康信息及运动状态的智能鞋，其特征在于，包括鞋面、鞋底以及鞋舌，在所述鞋底内表面和所述鞋舌内表面设置的采集足部位置内外压力数据的压力传感阵列，在所述鞋面、所述鞋底或者所述鞋舌上设置有与所述压力传感阵列交互连接的数据采集终端，所述数据采集终端内集成设置有电池及其管理模组与所述电池及其管理模组连接的主控电路板。2.根据权利要求1所述的基于压力传感阵列监测足部健康信息及运动状态的智能鞋，其特征在于，所述压力传感阵列包括足底压力传感阵列和足背压力传感阵列，所述足底压力传感阵列用于采集体重与运动产生的外部压力数据，所述足背压力传感阵列用于采集人体组织产生的内部脉搏与肌肉活动压力数据。3.根据权利要求2所述的基于压力传感阵列监测足部健康信息及运动状态的智能鞋，其特征在于，所述主控电路板设置有与所述足底压力传感阵列和所述足背压力传感阵列连接的模拟数据采集前端、所述模拟数据采集前端与一具有ADC组件的MCU处理器连接，所述MCU处理器连接一无线通信模组。4.根据权利要求2所述的基于压力传感阵列监测足部健康信息及运动状态的智能鞋，其特征在于，所述足背压力传感器阵列包括一足背柔性基板，在所述足背柔性基板上涂覆形成的若干FITS压力传感器件。5.根据权利要求2所述的基于压力传感阵列监测足部健康信息及运动状态的智能鞋，其特征在于，所述足底压力传感器阵列包括一足底安装基板，在所述足底安装基板上涂覆形成的若干FITS压力传感器件。6.根据权利要求3所述的基于压力传感阵列监测足部健康信息及运动状...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘挺睿，汪晓阳，
申请(专利权)人：潘挺睿，汪晓阳，
类型：发明
国别省市：广东,44