基于柔性阵列压力传感器的数字跑鞋制造技术

本发明专利技术涉及基于柔性阵列压力传感器的数字跑鞋，其中电子器件为带有压力传感器的鞋垫和与其电连接的接口，鞋垫的前端、前掌两侧和后端处分别置有一只以上的压力传感器，压力传感器与接口电连接，用于将来自脚底的不同部位处的压力转换成电信号；信息采集传输部件包含左信息采集部件、右信息采集部件和信息中转部件，用于收集来自左、右跑鞋中电子器件的压力电信号，并对其进行中转发送；手持终端部件用于对来自信息采集传输部件的信号进行处理，以获得柔性阵列压力传感器的数字跑鞋于使用中的动态的步伐特征，该方法分无线实时监测实时分析或有线实时监测离线分析两种情况；本发明专利技术能深入了解运动员的步姿状态，为教练员制定训练计划提供可靠依据。

【技术实现步骤摘要】
基于柔性阵列压力传感器的数字跑鞋所属领域本专利技术涉及体育训练自动化领域，特别涉及基于柔性阵列压 力传感器的数字跑鞋。
技术介绍
在田径项目中，我国在女子中长跑和竞走、男子iio米高栏等小项上具有一定的基础，在多次奥运会和世界田径竞标赛上取得优良成绩。 但田径是欧美国家的传统项目，即便是在我国的强势小项目上，我们也谈不 上有多少优势，最多只能说具有世界先进水平，更别提众多的其它田径项目 了。目前田径科学化训练手段比较单一，除了常规的生理生化指标的监控、 专项能力锻炼与提高外，主要靠高速影像解析系统来获得训练过程的运动学 信息，以此评价分析运动技术，这种分析工作量巨大，需要离线实施，无法 做到实时便捷，而且受场景变化和标定系统的约東，只能釆用单点离散的办 法，获取局部过程信息。对于田径运动员运动过程中的步姿步态信息的实时获取，尚未见到特别 有效的方法，而运动员的步姿步态信息对评价运动员的技术水平及改进具有 重要的意义，因此迫切需要开发田径项目中步姿步态信息获取技术。基于柔 性阵列压力传感器的数字跑鞋，能实时检测、获取运动员进行田径项目训练 时的步姿步态信息，获得运动员在运动过程中的步数、时间、腾空状况等信 息。系统的核心技术是使用柔性阵列力/触觉传感器的数字跑鞋，来检测运 动员的着地状况，获得运动员运动过程中的步姿信息。对压力分布的检测较早的可见于足底压力分布测量技术。据文献记载，早在1882年Beely就完成 了足底压力分布测量研究。测量技术从最简单的直接复印技术一直发展到比 较先进的鞋内垫测量技术。美国Tekscan公司研制出一种经济、快速、精确、 高效、直观的压力分布测量系统，就是Tekscan压力分布测量系统的传感器 结构。Tekscan压力分布测量系统的独特之处在于其专利技术一一柔性薄膜 网格传感器。标准的Tekscan压力传感器由两片很薄的聚酯薄膜组成，其中一片薄膜 的内表面铺设若干行的带状导体，另一片薄膜的内表面铺设若干列的带状导 体。导体本身的宽度以及行间距可以根据不同的测量需要而设计。导体外表 涂有特殊的压敏半导体材料涂层。当两片薄膜合为一体时，大量的横向导体 和纵向导体的交叉点就形成了压力感应点阵列。当外力作用到感应点上时， 半导体的阻值会随外力的变化而成比例变化，由此来反映感应点的压力值。 即压力为零时，阻值最大，压力越大，阻值越小，从而可以反映出两接触面 间的压力分布情况。由于压力分布测量在工业、人体科学、行为科学等领域的应用价值越来 越为人类所认识和重视，引起了发达国家的重点关注，除上述的Tekscan夕卜， 还有美国SPI、比利时Rrscan等知名品牌在全世界占据了绝大部分巿场份额， 这些国外品牌价格十分昂贵，以鞋内垫检测系统为例，多数国外产品售价都 达到数万美元，国内业界很难承担。阿迪达斯国际经营管理有限公司于2006年3月21日向中国专利局递交 了专利技术专利"鞋和罩壳"，其申请号是200610065256.6 、公开号为 CN1839724A。该专利技术涉及一种供负重训练或健身应用的运动鞋，该运动鞋的 鞋底部件具有凹部用于可拆卸的方式容纳电子装置，容纳电子计步器、加速 计或速度传感器的罩壳，其中罩壳具有与鞋底中凹部形状相对应的形状。该 专利技术不仅能以可拆卸的方式把传感器组装在鞋底内和鞋底做成一体，而且也 能把全部电子装置，如计步器、加速计或速度传感器、MP3播放器或其它任 何适用的电子装置组装在鞋底内和鞋底做成一体。利用电缆或无线传输装置， 能够把附加的用户接口与上述电子装置连接起来，这样即使在操作时，也能 输入及读取测得的数据。根据国家专利局检索中心专利査新，未见到有针对于田径训练使用，可 获取步姿信息的训练鞋，所见到的皆为单纯的提供负重训练或健身应用。目 前国内体育竟技比赛中的训练迫切需要的是通过测量运动员在运动过程中 的步姿步态，获得运动员的步频、动作时序等技术参数，从而进行分析。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对目前国内外体育竟技训练的缺陷， 提出一种新型的基于柔性阵列压力传感器的数字跑鞋及检测方法。根据获得的步姿步态信息，提高运动员的训练水平。本专利技术的技术方案是 一种基于柔性阵列压力传感器的数字跑鞋，包括 左、右跑鞋和置于其内的电子器件，以及附于运动员人体上的信息釆集传输部件与电源，特别是(a) 左、右跑鞋为跑鞋，电子器件为跑鞋中置有的鞋垫和与其电连接 的接口，鞋垫的前端、前掌两侧和后端处分别置有一只以上的压力传感器， 压力传感器与接口电连接，用于将来自运动员脚底的不同部位处的压力转换 成电信号；(b) 信息采集传输部件包含左信息釆集部件、右信息采集部件和信息 中转部件，用于收集来自运动员跑鞋中电子器件的压力电信号，并对其进行 中转发送；左信息釆集部件与右信息釆集部件的构成相同，均由相互电连接的A/D 转换器、单片机、无线发射器和电源构成，其中，A/D转换器的型号为DS0703, 其输入端与接口、输出端与单片机的输入端电连接，单片机的输出端与无线 发射器电连接，无线发射器与信息中转部件无线电连接，以形成第一无线链 路，用于将运动员跑鞋不同部位的压力电信号转换成数字信息，并将其存储 和/或转发至信息中转部件；信息中转部件由无线接收发射器和与其电连接的电源组成，其中，无线 接收发射器的无线接收器与左信息采集部件、右信息采集部件的无线发射器 无线电连接，以形成第一无线链路，无线接收发射器的无线发射器与手持终 端部件的无线接收器无线电连接，以形成第二无线链路，用于实时地中转来 自左信息采集部件和右信息釆集部件的信息；(c) 基于柔性阵列压力传感器的数字跑鞋还包括手持终端部件，由相 互电连接的无线接收器、带有显示器的单片机MCU和按键组成，用于处理并 实时显示来自信息中转部件的信息，以获得运动员所穿跑鞋于使用中动态的 步伐特征，手持终端部件与上位计算机经第二线缆电连接，用于分析、处理 批量的数字信息。作为对现有技术的进一步改进，压力传感器为4~10只，其型号为 YLFS0701;接口为排针式插头或插座；左信息釆集部件与右信息釆集部件均配接有USB接口，用于经第一线缆直接与手持终端部件电连接；左信息采集部件与右信息釆集部件均经自粘带与左、右跑鞋的外侧面固定连接，信息中 转部件经自粘带固定连接在运动员手臂上。左信息采集部件与右信息釆集部件的构成相同，或由相互电连接的前置 放大器、无线发射器和电源构成，其中，前置放大器的输入端与接口、输出 端与无线发射器电连接，无线发射器与信息中转部件无线电连接，以形成第 一无线链路，用于将运动员左、右跑鞋不同部位的压力电信号转发至信息中 转部件。手持终端部件或由相互电连接的无线接收器、A/D转换器、带有显示器 的单片机MCU和按键组成，其中，A/D转换器的型号为DS0703，用于处理并 实时显示来自信息中转部件的信息。一种使用基于柔性阵列压力传感器的数字跑鞋的检测方法，特别是该 方法分无线实时监测实时分析或有线实时监测离线分析两种情况；无线实时监测实时分析是开启手持终端部件后进行初始化设置，完成 准备工作开始运动后，实时监测分析单个或多个运动员在单位距离的运动情 况并通过手持终端部件实时分析显示，得到运动员的运动参数；有线实时监测离线分析是连接手持本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于柔性阵列压力传感器的数字跑鞋，包括左、右跑鞋和置于其内的电子器件，以及附于运动员人体上的信息采集传输部件与电源，其特征在于：（ａ）所说左、右跑鞋为跑鞋（１），所说电子器件为跑鞋（１）中置有的鞋垫（１３）和与其电连接的接口（１ １），所说鞋垫（１３）的前端、前掌两侧和后端处分别置有一只以上的压力传感器（１４），所说压力传感器（１４）与所说接口（１１）电连接，用于将来自运动员脚底的不同部位处的压力转换成电信号；（ｂ）所说信息采集传输部件包含左信息采集部件（４ ）、右信息采集部件（３）和信息中转部件（６），用于收集来自运动员跑鞋（１）中电子器件的压力电信号，并对其进行中转发送；所说左信息采集部件（４）与右信息采集部件（３）的构成相同，均由相互电连接的Ａ／Ｄ转换器、单片机、无线发射器和电源构 成，其中，Ａ／Ｄ转换器的型号为ＤＳ０７０３，其输入端与接口（１１）、输出端与单片机的输入端电连接，单片机的输出端与无线发射器电连接，无线发射器与信息中转部件（６）无线电连接，以形成第一无线链路（５），用于将运动员跑鞋（１）不同部位的压力电信号转换成数字信息，并将其存储和／或转发至信息中转部件（６）；所说信息中转部件（６）由无线接收发射器和与其电连接的电源组成，其中，无线接收发射器的无线接收器与左信息采集部件（４）、右信息采集部件（３）的无线发射器无线电连接，以形成第一 无线链路（５），无线接收发射器的无线发射器与手持终端部件（８）的无线接收器无线电连接，以形成第二无线链路（９），用于实时地中转来自左信息采集部件（４）和右信息采集部件（３）的信息；（ｃ）所说基于柔性阵列压力传感器的数字跑鞋还包括手持 终端部件（８），所说手持终端部件（８）由相互电连接的无线接收器、带有显示器（７）的单片机ＭＣＵ和按键组成，用于处理并实时显示来自信息中转部件（６）的信息，以获得运动员所穿跑鞋（１）于使用中动态的步伐特征，手持终端部件（８）与上位计算机经第二线缆（１０）电连接，用于分析、处理批量的数字信息。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙怡宁，杨先军，周旭，杨新刚，撖涛，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]