CN100409780C - 鞋的智能系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种用于鞋子的智能系统，这种系统能根据所测得的鞋子的工作特性自动进行调节。这种智能系统包括一个或多个可调节元件，这些可调节元件与能根据传感器传来的信号来驱动可调节元件，以修正鞋的工作特性的机械装置联结。这种智能系统不需要人介入即可自动调节鞋的工作特性。

Description

鞋的智能系统

本申请是2003年3月10日提交的申请号为10/385,300的美国专利申请的部分连续申请，该专利的全文作为本申请的参考文献。本申请还要求2004年3月30日提交的申请号为60/557,902的美国临时专利申请的优先权，该专利申请的全文也作为本申请的参考文献。

技术领域

本发明一般地涉及各种鞋的智能系统，特别是，涉及改善鞋的工作特性的，自动化的自调节系统。

背景技术

传统的运动鞋具有鞋面和鞋底。在选择鞋底的材料时，通常要着眼于使鞋底达到最优良的工作特性，例如，要着眼于坚固性或者刚性。一般，鞋底都有一层夹层和一层外底，这两层中都具有弹性材料，以保护穿着者的脚和腿。一般鞋子的缺点是，其工作特性，例如其减震性能或者坚韧性都是不能调节的。因此，穿着者必须为特定的活动选择特定的鞋子。例如，当进行诸如跑步这样的，需要更好的减震性能的活动时，穿着者必须选择某一种鞋子，而当进行象打篮球这样的，需要在侧向移动时具有更大的刚性的活动时，穿着者就必须选择另一种鞋子。

有些鞋子的鞋底设计成能对其缓冲性能或者刚性进行调节。其中的许多鞋应用了可根据需要充气或者放气的活动气泡。这种鞋的缺点是其中某一个或若干个气泡会失效，这样就会使减震系统实际上不起作用。而且，许多使用这种活动气泡的鞋子，其鞋底的缓冲性能甚至都不能进行小范围的调节。常常，改变鞋底的缓冲性能要通过增压或减压，或者通过部分增压或部分减压来实现，这样，气泡往往会比穿着者的需要要大。换句话说，一般的气泡通常都不能进行微调。

许多设计成鞋底缓冲性能或刚性能够调节的鞋子还有一个缺陷，那就是它们只能进行手动调节。因此，为了调节这样的鞋子，穿着者必须中断他或她正在进行的特定的活动。还有许多鞋子需要穿着者部分拆开鞋子，重新组装鞋子，甚至需要更换鞋子的某一部分。此外，穿着者还可能对他或她能够进行的鞋子的调节量很有限而不满意。

已经设计出来了一些可以自动调节鞋底缓冲性能或刚性的鞋子。这些鞋子在穿鞋人的脚踩在地上的时候能测量出脚施加在鞋底上的力量或者压力。然而，经过调查和分析，发现仅仅测量压力或者力量是不够的，因为这种测量并未提供任何有关鞋子工作特性的信息。例如，如果事先不对穿鞋人在这一活动中所施加的正常压力进行调查研究，则测量压力并不能说明对于鞋底来说是过度受压还是承重不足。如果鞋底是过度受压或者承重不足，则说明鞋底并不适合这个穿鞋者的活动和需要。实际上，是让穿鞋者的身体去适应鞋子。如果有什么作用，也只是满足了一点点穿着者在生物力学上的需要。

总之，即使是设计成可以对鞋底的缓冲性能和刚性进行某种程度调节的那些鞋子，也还是存在着性能不能随穿着者的需要而改变的缺陷。特别是，这些鞋子不能在特定穿着者的生物力学需要的全部范围内可调，或者是不能感知穿着者的真正需要。结果，穿鞋者仍然必须以某种方式调整他(她)自己的身体来适应鞋子所提供的环境。

因此，需要有一种能感知穿鞋者的生物力学需要的鞋，这种鞋能自动调节鞋子的工作特性，例如，能调节鞋底所提供的缓冲性能和刚性，以满足穿着者的生物力学需要，并避免气泡缓冲或手动调节鞋子的缺点。

发明内容

本发明的目的是为各种鞋提供智能系统，这种智能系统不需要人工介入，就能随着鞋子所处的环境调节鞋子的特性。换句话说，这种鞋子是有适应性的。举例来说，这种智能系统可以持续地感知穿鞋者在生物力学上的需要，并随之把鞋子调整到最佳形态。这种智能系统包括一个传感系统，一个控制系统和一个驱动系统。

传感系统负责检测鞋的工作特性，并且将信号发送给控制系统。这种信号代表所测得的工作特性。控制系统负责处理信号，并确定，例如，鞋子的工作特性是处于可接受的范围之内，还是超出了预先确定的阈值。控制系统将与上述偏差有关的信号发送到驱动系统。驱动系统修正鞋子的特性，以获得最优的工作特性。

一方面，本发明涉及为某种鞋子设计的智能系统。这种系统包括一个控制系统，一个与控制系统连接的电源，一个可调节元件，以及一个与可调节元件连接的驱动器。驱动器根据控制系统发来的信号调节该可调节元件。

另一方面，本发明还涉及一种鞋，这种鞋包括一个与鞋底连接的鞋面，以及一个至少有一部分安装在鞋底内的智能系统。这一系统包括一个控制系统，一个与之连接的电源，一个可调节元件，以及一个与可调节元件连接的驱动器。这个驱动器根据控制系统发来的信号调节该可调节元件。

在以上所述装置的各个方面的实施例中，上述智能系统修正这种鞋的工作特性，例如，可压缩性、弹性、顺从性、弹性变形的性能、阻尼性能、储存能量的性能、缓冲性能、稳定性、舒适性、速率、加速度、抗冲击性、刚性、或者以上各种特性的组合。在一个实施例中，可调节元件至少可以进行平移、旋转、重新定向、修正运动范围等这些调节中的一种调节，或者多种调节的组合。这种智能系统可以包括一个用于限制可调节元件的运动范围的限制器。上述控制系统包括一个传感器和一条电路。传感器可以是压力传感器、压力变换器、霍耳效应传感器、应变仪、压电元件、测压元件、接近传感器、光传感器、加速计、霍耳元件或传感器、电容传感器、电感传感器、超声换能器或者接收器，无线电频率发射器和接收器、抗磁元件、或者巨型抗磁元件。在各种不同的装置中，上述驱动器可以是蜗杆驱动器、导向螺杆、旋转式致动器、线性致动器、齿轮传动装置、联杆机构，缆绳驱动装置、碰锁机构、基于压电材料的系统，基于形状记忆材料的系统，应用磁流变流体的系统，应用可充气气泡的系统，或者以上几种的组合。

在另一些实施例中，上述可调节元件至少有一部分设置在鞋的前脚部分，中间部位或者后跟部分中的至少一部分上。在一个实施例中，上述鞋子具有包括外底和夹层的鞋底，而可调节元件至少有一部分设置在夹层内。在各种不同的实施例中，上述可调节元件通常沿着纵向设置在鞋里，或者，也可以沿横向设置在鞋里，或者既有横向设置的也有纵向设置的。例如，可调节元件既可以设置成从鞋子的脚跟区域延伸到足弓区域，也可以从足弓区域延伸到脚尖区域，或者，从鞋子的脚尖区域一直延伸到鞋子的足跟区域。此外，可调节元件至少可以部分设置在侧面，或者中间部分，或者设置在鞋子的这两个部分上。

另一方面，本发明还涉及在鞋子使用过程中修正其工作特性的方法。这种方法包括以下步骤，监测鞋子的工作特性；产生一个改正的驱动信号；以及根据该驱动信号调节可调节元件，以修正鞋子的工作特性。在一个实施例中，要重复这些步骤，直到达到工作特性的阈值。

在以上所述的各个实施例中，产生信号的步骤还包括几个分步骤，如将测得的工作特性与所需要的工作特性相比较，得出一个差值，然后根据此差值输出一个经过校正的驱动信号放大值。在一个实施例中，上述经过校正的驱动信号有一个预先确定的放大值。而且，监测步骤还可以包括下列分步骤，即，用接近传感器测量磁体的磁场，在这个步骤中，磁体和传感器中至少有一部分放置于鞋底内部，而且在没有穿着的状态下，在垂直方向上互相隔开，并且在比较时，把所测得的磁场强度值与阈值进行比较。在一个实施例中，上述测量步骤包括取得压缩时不同的磁场测量值，并且将平均磁场测量值与阈值相比较。

在另一些实施例中，这种方法还可以包括用限制器限制可调节元件运动范围的步骤，而上述调节步骤还可以包括将限制器调节到预定的距离。调节步骤可以在鞋没有穿着的时候执行。在一个实施例中，当达到工作特性的阈值时，调节过程就中止。

在以上述及的所有本发明的各种实施例中，上述可调节元件可以是扩张元件、复合密度泡沫材料、骨架元件、复合密度板、或者是以上几种元件的组合。上述可调节元件可能表现出各向异性的性能。在一个实施例中，上述可调节元件可以是一个整体椭圆型的扩张元件。而且，这种系统还可以包括一个用于改变可调节元件的工作特性，或者使工作特性偏向某一方面的手动调节装置，或者，包括一个指示器，或者两者都包括。手动调节装置还可以改变工作特性的阈值。上述指示器可以是听觉指示器，也可以是视觉指示器，也可以是既是听觉的又是视觉的指示器。例如，这种指示器可以是一系列电子发光元件。

另一方面，本发明涉及一种用于测量鞋子内部压缩量的系统。这种系统包括一个至少有一部分放置在鞋底内部的传感器，以及一个大致与传感器对齐并与其隔开距离的磁体。传感器可以是霍耳效应传感器，接近传感器，霍耳元件或者传感器，电容传感器，感应传感器，超声波转换器和接收器，无线电频率发射器和接收器，磁抗元件，或者巨型磁抗元件。这种系统可以包括一个处理器。在一个实施例中，上述传感器测量由上述磁体所产生的磁场，然后处理器将磁场的测量值转换成距离测量值，这个距离测量值代表与某一特定的时间测量值相对应的鞋底的压缩量。处理器还可以把距离测量值转换成一种冲击值，一种表征加速度的值，一种代表最佳压缩量的值，和/或一个代表压缩力的值。

在以上各种不同的实施例中，这种智能系统还包括一个与传感器连接的驱动器，和一个与驱动器连接的可调节元件。这种系统可以包含一个限制器，用于限制上述可调节元件的运动范围。在一个实施例中，鞋子的工作特性是根据传感器发出的信号进行修正的。在一个实施例中，这种信号与鞋底的压缩量相对应。

另一方面，本发明还涉及一种改善鞋子舒适度的方法。这种方法包括下列步骤：提供一个鞋子的可调节的元件，以及确定一个冲击值，一个代表加速度的值，一个代表最佳压缩量的值，和/或一个代表压缩力的值。这种方法还可以包括这样一个步骤，在这个步骤中，根据冲击值、代表加速度的值、代表最佳压缩量的值，或者代表压缩力的值，来修正可调节的鞋子的工作特性。

另一方面，本发明还涉及一种在使用过程中修正鞋子的工作特性的方法。这种方法包含以下步骤：测量从一个至少有一部分放在鞋底内部的传感器所传送过来的传感器信号的步骤；以及确定鞋底是否受到压缩的步骤。这种方法还包括下列步骤：当确定鞋底受到压缩时便进入确定是否需要调整鞋底的步骤；以及在确定需要调整鞋底时，调整鞋底的步骤；其中该方法还包括以至少重复一次测量传感器信号的步骤，以获得多个的传感器信号的测量值，且上述确定鞋底是否受到压缩的步骤包括计算以前测得的多个传感器信号的平均值与当前测得的传感器信号值之间的差值。

在以上所述的各个方面的各种实施例中，上述方法还还包括下列步骤：接收穿鞋者输入的有关调整鞋底的信号的步骤；根据接收到的穿鞋者输入的信号，调整为鞋底设定的硬度；以及启动至少一个设置在鞋子上的电子发光元件，以显示鞋底所设定的硬度，这个发光元件，例如，可以是发光二极管或者是有机发光二极管。这种方法还包括根据接收到的穿鞋人所输入的数据，计算出压缩量的至少一个阈值。这个压缩量的至少一个阈值，可以是压缩量的下限阈值和/或上限阈值，可用以确定是否需要调整鞋底。

在一个实施例中，测量传感器信号的步骤还可以包括多次对传感器信号进行的采样。测量传感器信号的步骤还可以包括通过对许多传感器信号样本的子集进行平均而计算出传感器信号的平均值的步骤。

在另一实施例中，确定鞋底是否被压缩的步骤还可以包括在每一次获得一个新的传感器信号测量值时计算上述差值的步骤；和/或确定那些计算出来有差别的数量是否大于预先确定的常数的步骤。

在又一个实施例中，测量传感器信号值的步骤还包括测量鞋底里的压缩量。在一个这样的实施例中，确定是否需要调节鞋底的步骤，还包括确定所测得鞋底里的压缩量的最大值。

在另一个实施例中，上述确定是否需要调节鞋底的步骤，还包括确定这种鞋所踩的表面状况是否有变化。在一个实施例中，上述确定鞋子所踩的表面状况是否有变化的步骤，还包括确定在一段时间中第一参数是否有变化，而第二参数是否基本上没有变化。在另一个实施例中，在确定鞋子所踩的表面状况是否有变化的步骤中，还包括确定在全部时间内鞋底内的绝对压缩量是否有变化，而在全部时间内鞋底的压缩量的偏差实际上没有变化，或者相反，确定在全部时间内鞋底内的压缩量的偏差有变化，而在全部时间内鞋底的绝对压缩量基本上没有变化。

当穿着鞋子从一个坚硬的地面走到较松软的地面时，就可以确定鞋子工作的地面状况变化了。或者相反，当从松软的地面走到坚硬的地面上时，也可以确定鞋子工作的地面变化了。在有关实施例中，鞋子所踩的地面状况是否发生了变化，是在穿鞋的人走出了很多步之后才确定的。

在另一个实施例中，确定是否需要调节鞋底的步骤，包括确定鞋底的压缩量是否小于压缩量的下限阈值。在这种情况下，调节鞋底的步骤就是使鞋底变柔软。或者，在另一个实施例中，确定是否需要调节鞋底的步骤，包括确定鞋底的压缩量大于压缩量的上限阈值。在后一种情况下，调整鞋子的步骤就是使鞋底变硬。在一个实施例中，鞋底的调节是在穿鞋者走了很多步之后才执行的。

另外，调节鞋底的步骤还可以包括开动一台装在鞋底内的电动机。在这样的一个实施例中，上述方法还包括确定装在鞋底的电动机的状况。要确定电动机的状况可以包括对电池的电压取样，或者使用电位计，编码器，或者任何其他适当类型的测量装置。

另一方面，本发明还涉及一个用于修正鞋在穿着时的工作特性的控制器。这种控制器包括一个接收器、一个判断模块和一个发射器。接收器用来接收一部分被装在鞋底里的传感器所输出的第一信号。判断模块用于确定鞋底是否压缩了，以及鞋底是否需要调节。发射器用来发射调节鞋底的第二信号。其中该接收器用来接收多个的传感器输出第一信号的测量值。而且，上述确定鞋底是否受到压缩的步骤包括计算以前测得的多个传感器输出第一信号的平均值与当前测得的传感器输出第一信号值之间的差值。

另一方面，本发明涉及一种鞋，这种鞋具有连接在鞋底上的鞋面，以及一个至少有一部分安装在鞋底里的控制器。这种控制器具有接收从至少有一部分安装在鞋底里的传感器发出来的第一信号的装置，用于确定鞋底是否受到压缩的装置，用于确定鞋底是否需要调节的装置，以及用于发射用来调节鞋底的第二信号的装置。其中所述接收从至少有一部分安装在鞋底里的传感器发出来的信号的装置用来接收多个的传感器输出第一信号的测量值。而且，上述确定鞋底是否受到压缩的步骤包括计算以前测得的多个传感器输出第一信号的平均值与当前测得的传感器输出第一信号值之间的差值。

通过参阅以下的说明和与之配套的附图，以及权利要求书，就能对本发明的上述及其它目的，以及在下文中描述的优点和特点有很清楚的了解。此外，还应该理解，即在本文中描述的各种装置不是互相排斥的，而是可以进行不同的排列组合的。

附图说明

附图中，同样的标号通常是指在所有各附图中看到的同样的部分。而且，这些附图也没有严格的比例尺，其主要作用是强调说明本发明的原理。在下文中，参照附图附图描述了本发明的各种实施例，附图中：

图1是鞋子的局部分解后的示意立体图，鞋里具有按照本发明的一个实施例的智能系统；

图2A是图1所示的按照本发明的一个实施例的鞋底分解后的示意立体图；

图2B是图2A中的智能系统的放大了的示意侧视图，说明可调节元件的工作过程；

图3是按照本发明的可调节元件的另一个实施例的示意立体图；

图4A-4E是按照本发明的可调节元件的另一个实施例的示意侧视图；

图5A是图1中的鞋的示意侧视图，表示选择的内部元件；

图5B是图5A中所示的鞋的一部分放大后的示意图；

图6是图2A中所示鞋底的一部分的示意俯视图，为了说明智能系统所选择的内部元件，拿走了鞋底的一部分；

图7是图1中所示的按照本发明另一个实施例的鞋子的鞋底分解后的示意立体图；

图8A-8G是包含在图7中的按照本发明的鞋底的各种实施例中的各种元件的示意立体图；

图9是依照图7和8G中的本发明的一个实施例的鞋底夹层的示意仰视图；

图10是一种可与图7中的依照本发明一种实施例设计的鞋底一起使用的，供选择的扭力块的示意仰视图；

图11是依照本发明一个实施例，设置在图9中的图10中的供选择的扭力块的示意仰视图；

图12是鞋底夹层和图11中的可供选择的扭力块的示意仰视图，它还包括了按照本发明的一个实施例的附加的脚后跟泡沫塑料件；

图13是鞋底夹层和图11中的可供选择的扭力块的示意仰视图，它还包括了按照本发明的一个实施例的附加元件；

图14是图13中的鞋底夹层的示意仰视图，它还包括了按照本发明的一个实施例的附加的脚后跟泡沫塑料件；

图15是图14中的鞋底夹层的示意仰视图，它还包括了按照本发明的一个实施例的保护智能系统各种电子元件的外壳；

图16是鞋底的侧向示意立体图，它还包括依照本发明的一个实施例的一个蜂巢状的扩张元件和一个用户接口；

图17是图16中鞋底的示意侧视图；

图18是图16中依照本发明一个实施例的用户接口的放大后的侧向示意立体图；

图19是图16中依照本发明一个实施例的扩张元件的放大示意侧视图；

图20是图16中依照本发明一个实施例的扩张元件的示意立体图；

图21是依照本发明一个实施例的智能系统的框图；

图22是说明图1中的智能系统的一种运行模式的流程图；

图23是说明图1中的智能系统另一种运行模式的流程图；

图24是使用图1中的依照本发明一种实施例的智能系统来处理用户输入信息的方法的流程图；

图25是使用图1中的依照本发明一个实施例的智能系统来测量传感器信号的方法的流程图；

图26是使用图1中的依照本发明一个实施例的智能系统来确定鞋子的鞋底是否受到压缩的方法的流程图；

图27是使用图1中的依照本发明一个实施例的智能系统来监控传感器信号，以便检测鞋子鞋底的压缩量的方法的流程图；

图28是使用图1中的依照本发明一个实施例的智能系统来确定鞋子的鞋底是否需要调节的方法的流程图；

图29是用于左脚的鞋的图1中的智能系统的实施例的电路图；

图30是用于右脚的鞋的图1中的智能系统的实施例的电路图；

图31是一张表，其中列出了要接通图29中的若干种电子发光元件的组合时所需要的，图29中的微型控制器的某些管脚的输入/输出状态。

图32是一张表，其中列出了为驱动智能系统的电动机时，图29中微型控制器的某些管脚上所需要的的输出电压；

图33A是包括依照本发明的另一个实施例的智能系统的鞋子的示意侧视图；

图33B是图33A中的智能系统某一部分的示意立体图；

图34A是包括依照本发明的又一个实施例的智能系统的鞋子的示意侧视图；

图34B-34D是图34A中智能系统各个方向上的示意侧视图；

图35A是包括依照本发明的又一个实施例的智能系统的鞋子的示意侧视图；

图35B是经过了一系列调节的图35A中的智能系统的示意侧视图；

图36是描述可调节元件的一个特定实施例的工作特性的曲线图；

图37是描述在使用过程中修正鞋子工作特性的一个实施例的流程图。

图38A和图38B是描述图37中的方法的另一个实例的流程图；

图39是描述提供鞋子的舒适性的方法的一个实施例。

具体实施方式

下面，描述本发明的实施例。不过，应该指出，本发明并不局限于这些实施例，相反，需要强调的是，本发明也包括那些对于本领域普通技术人员来说是显而易见的改进方案。具体的说，本发明的目的并不局限于某种特定的工作特性，某种传感器的类型或者装置。另外，在附图中，只描述了一只左鞋或右鞋；然而，应该理解，左鞋和右鞋是互相对称的，因此图中的说明可同时适用于左鞋和右鞋。在某些特定的活动中，需要结构或工作特性各不相同的左鞋和右鞋，这时左、右鞋就不需要互相对称。

图1描述了一款鞋子100，它包括一个鞋面102，一个鞋底104，和一个智能系统106。智能系统106沿横向布置在这款鞋100的后跟部分108内。智能系统106也可以沿着鞋底104的长度安装于鞋的任何部位，实际上，它可以沿任何方向安装。在一个实施例中，智能系统106是用来调节鞋100的后跟部位的压缩性能的。在另一个实施例中，智能系统106可设置在鞋的前部109内，并且可以移动，使其与一条弯曲的线条对齐或不对齐，或者，也可以设计成能改变鞋子100的脱下性能。在又一个实施例中，鞋子100可以具有设置在多个部位上的多个智能系统106。智能系统106是一种自调节系统，用于调节鞋子100的一种或多种工作特性。下面，详细说明智能系统106的工作过程。

图2A是图1中鞋底104一部分的分解图。鞋底104包括一个鞋底夹层110，一个外底112a、112b，一块可供选择的下支撑板114，一块可供选择的上支撑板116，以及智能系统106。上、下支撑板有很多用途，包括用来将智能系统106固定在某个特定的方向。智能系统106安装在鞋底夹层110的空槽118中。在一个实施例中，鞋底夹层110是一种经过改造的传统夹层，其厚度在10mm到30mm不等，通常其后跟部分是20mm左右。智能系统106包括一个控制系统120和一个与电子线路相连的驱动系统130，两者的详细说明见下文。驱动系统130包括一个驱动器131和一个可调节元件124。控制系统120包括一个传感器122，例如一个接近传感器，一个磁铁123，以及电路(见图29-30)。这个实施例显示，传感器122安装在可调节元件124的下面，而磁铁123在垂直方向上与传感器122隔开距离。在这个特定的实施例中，磁铁123是一块裸钕钢磁铁，安装在可调节元件124的上方。传感器122和磁铁123的具体位置和间隔可根据具体用途而改变，以适合具体的应用情况，例如，为适应测量和调节鞋底的可压缩性能。在这个特定的实施例中，传感器122和磁铁123都置于与鞋子100会产生最大压缩的后跟部分108所对应的位置上。通常，这个位置处于穿鞋者的跟骨下。在这个实施例中，传感器122和磁铁123整体上处于鞋底104的侧面和中间面之间，并且是在穿鞋者脚背前方的大约25mm到45mm之间的位置上。

图2B表示智能系统106的一部分，特别是较详细地描述了驱动系统130。智能系统106一般密封在防水的外壳内。驱动系统130一般包括一个驱动器131，而驱动器131又包括一个电动机132和一个传动元件134；一个可调节元件124，而调节元件124又包括一个限制器128和一个扩张件126；以及一个挡块136。图中所示的特定的驱动器131的实施例是一个螺杆驱动装置，它由一台双向电动机132和一根构成传动元件134的螺杆组成。在一个实施例中，电动机132可以是一种用于模型飞机上的无线电控制的伺服电机。螺杆可以用普通钢，不锈钢，或者其他适合的材料制成。

电动机132以机械方式与传动元件134连接，它驱动元件134向箭头138所示的顺时针或逆时针方向转动。传动元件134用螺纹与限制器128啮合，同时，在横向固定了限制器128与扩张元件126的相对位置，如箭头140所示。由于限制器128用螺纹与传动元件134啮合，并且不能相对于电动机132和鞋子100转动，因此不需要任何动力来保持限制器的位置。在驱动系统130中有足够的摩擦力，在传动元件134上有足够精密的螺纹，来防止传动元件134在鞋后跟受到撞击时意外的转动。在一个实例中，当电动机132向顺时针方向驱动传动元件134时，限制器128便向扩张件126(向前)推进，而当电动机132向逆时针方驱动传动元件134时，限制器128便向远离扩张件126(向后)移动。或者，也可使用其他类型的驱动器。例如，驱动器131基本上可以是任何类型的旋转或线性致动器，齿轮传动链，联杆装置，或者它们的组合。

扩张元件126一般为圆筒型，具有长圆形或者长椭圆形的横截面，或者说，它可以具有若干段有不同中心点而半径相同的拱形壁，或者，可以是任何拱形壁的组合。扩张元件末端的弧形端部不一定是半圆形的。弧形端部的半径要根据具体的应用场合而变化，以便在受到垂直方向的压缩载荷时，控制扩张元件126纵向的扩张量。一般而言，弧形端部的半径越大，扩张元件在垂直压缩在和下的纵向扩张量就越大。扩张元件126有一个坚固的外壁142和一个可供选择的可压缩的泡沫塑料或其他弹性材料制成的芯子144。扩张元件126的大小，形状和所使用的材料都可以根据不同的应用场合来选择。在附图所示的实施例中，传动元件134穿过扩张元件126，并且与挡块136相连。挡块136防止扩张元件126向离开限制器128的方向运动。或者，挡块136也可以是空槽118的后壁。

可调节元件124的一般工作过程将通过应用的过程加以说明，在这种应用过程中，智能系统106根据所测得的参数，例如鞋底夹层110的压缩量，来调节鞋子100的缓冲性能。扩张元件126在受到箭头146所示的垂直压力时是可以压缩的。压缩时，扩张元件126会向水平(箭头148)方向扩张。限制器128用来控制这种动作。当水平方向的动作受到限制时，垂直方向的动作也同样会受到限制。扩张元件126有两种压缩模式，详见下文中对图36的描述。

智能系统106可以控制使用者加在鞋子100上的压缩量。在一个实例中，当穿着鞋子100的使用者大步在地面上行走时，所施加的垂直压力146通过鞋底104传递给扩张元件126。在与地面接触的过程中，压力146促使扩张元件126扩张，直到它碰到限制器128，从而控制鞋底104的压缩量。

在压缩过程中，控制系统120的感应部分会测量磁铁123的磁场强度。在附图所示的实施例中，传感器122安装在靠近鞋底夹层110的底部，而磁铁123安装在靠近鞋底夹层110的顶部。当鞋底夹层110受到压缩，磁铁123移动到靠近传感器122的位置上时，传感器122所测到的磁场强度就发生变化。智能系统可以这样来校准，即这种磁场强度可以转换成距离。因为，正是距离的改变显示了鞋底夹层110的压缩量。控制系统120根据距离的变化或者压缩量的测量值将信号输出给驱动系统130。

然后，驱动系统130根据从控制系统120接收到的信号修正鞋底夹层110的硬度和可压缩性。驱动系统130利用传动元件134作为主要的移动零件。下面，将参照图22-28所示的主要程序，详细某种数智能系统106的工作过程。

图3描述了依照本发明智能系统306的一个可供选择的实施例的一部分，特别是其驱动系统330。驱动系统330包括一个驱动器331和一个可调节元件324。可调节元件324包括一个扩张元件326和一个限制器328，与图2B所描述的类似。驱动器331包括一台电动机332和一个传动元件334，在本实施例中，还有一根缆绳327穿过一根中空的导向螺杆325。缆绳327穿过扩张元件326并且在末端绕成一个挡头336。限制器328是整体呈圆筒形的构件，安装在缆绳327上，可以滑动，并且在螺杆325和扩张元件326之间起支撑面的作用，具体的说，是一根连接在扩张元件326上的支撑臂339。另一跟类似的支撑臂安装在挡头336附近，以便沿着扩张元件326的长度分散载荷。在一个实施例中，电动机332是一种齿轮减速比为50∶1的8-10mm大小的微型电动机(pager motor)。缆绳327，螺杆325，限制器328和支撑臂339可以用聚合材料，普通钢，不锈钢或其他适当的材料制成。在一个实施例中，缆绳327用镀有减少摩擦力的表层的不锈钢材料制成，例如，杜邦公司(DuPont)以商标

出售的那种材料。

在工作过程中，缆绳327固定在驱动器331上，并且具有固定的长度。缆绳327穿过螺杆325，这样就决定了扩张元件326能够沿纵向伸长的量。例如，当一个垂直的压力施加到扩张元件326上时，元件326便沿着缆绳327向纵向扩张，直到碰到安装在扩张元件326和螺杆325末端之间的限制器328。电动机332使螺杆325转动，以改变缆绳327的长度，这样限制器328就能一直滑动到碰到螺杆325和扩张元件326。螺杆325根据控制系统的信号，可以相应地向着靠近或远离器件326的方向移动预定的距离。在一个实施例中，螺杆325可以移动大约0到20毫米的距离，通常是大约0到10毫米的距离。

在另一个实施例中，可调节元件324包括方向基本上互相平行的两台电动机332和两根缆绳327。两条缆绳327有助于使扩张元件326保持在相对于图3中的可调节元件324的纵轴线360呈方形。此外，也可以使用其他类型的扩张元件/限制器装置。例如，可以使用圆周型的或腹带型的限制器来替代直径型(diametral)或纵向型(longitudinal)的限制器。在工作过程中，驱动器331改变腹带的圆周长度以改变元件326的扩张程度，圆周越大，扩张程度就越大。其他可能使用的装置还包括形状记忆合金和磁流变流体。

图4A-4E表示另一种可调节元件，各自表示的都是处于未加载的状态。具体的说，图4A-4D表示扩张元件的几种可能的形状。图4A中，扩张元件426有两个横截面为普通椭圆型，并且形成一个单独元件的圆筒428。或者，圆筒的横截面的形状可以是任何直线和圆弧形状的组合，例如，是六边形或半圆形的组合。圆筒428有一道壁432和一对中空或填满泡沫塑料或其他材料的芯子434。图4B表示有两个分开的圆筒448的扩张元件446，这两个圆筒都具有普通的圆形横截面且相互连接在一起。每一个圆筒448都有一道壁452和一个芯子454。图4C表示包括两个如前所述的圆筒448的扩张元件466。在图4C中，扩张元件466具有包围着圆筒448的泡沫块468。泡沫块468可以替换芯子或者作为芯子的附加物。图4D表示扩张元件486的又一种实施例。扩张元件486有一个具有长扇形横截面的圆筒488。这个圆筒有一道壁492和一个芯子494。圆筒488包括一个第一弧形端部496和一个第二弧形端部498。第一弧形端部496要比第二弧形端部498的半径大很多，因而，在承重时，第一弧形端部有较大的水平位移。另外，任何圆筒的壁厚都可以改变，和/或圆筒可以沿着其长度呈斜坡状。在使用泡沫塑料芯子的扩张元件126的实施例中，不要让泡沫塑料的芯子紧贴在扩张元件126的壁上。让泡沫紧贴在外壁上可能会阻止扩张元件在水平方向上的扩张。

图4E表示另一种可调节元件410。可调节元件410有一个结构的柔性较好的气缸412和活塞414。气缸412的内部容积416的大小会随着活塞414在气缸412内沿着箭头418所示的移动而改变。活塞414根据控制系统120发来的信号，在驱动器131的驱动下作相应的直线移动。通过改变容积416，气缸412的可压缩量便产生变化。例如，当活塞414推进到气缸412内部时，容积就变小，同时圆筒内的压力增大；压力越大，气缸就越硬。虽然这个系统与充气的气泡有相似的地方，但还是有许多不同之处。例如，这个系统中，在调节容积416时，流体(如空气)的总量是恒定的。而且，气泡的性能主要是根据气泡内的压力而变化，而图4E中所描述的元件410则是把气缸的结构和内部压力结合起来使用。两者工作的基本原理不同。例如，充气的气泡，如气球，仅仅容纳空气，而没有结构上的支撑，而对于气缸来说，则和轮胎一样，可以利用空气来支撑起一个结构(如轮胎的胎壁)。而且，活塞414和驱动器131装置可以对可调节元件410的压力和可压缩性进行精确的调节。

图5A表示图1中鞋子100的侧视图。智能系统106一般安装在鞋子100的后跟部位108中。如图5A所示，智能系统106有一个带有限制器128和驱动器131的可调节元件124。图5A中还有一个使用者自装件500(见图5B)，它包括使用者自装按钮502，504，和一个指示器506。使用者可以设定鞋子100的压缩范围或其他工作特征的目标值，方法是通过向里压输入按钮502以增加目标值，或者压输入按钮504以减少目标值或压缩范围。在另一个实施例中，使用者自装件500可以安装在远离鞋子的地方。例如，手表，个人数字助理(PDA)，或其他外部设备既可以单独使用，也可以跟鞋子的用户自装件500结合使用，以使所设置的智能系统106有个性化的特性。例如，使用者可以通过按压手表上的按钮来调节智能系统106的各种特性。此外，智能系统106还可以有一个开关的按钮。

图5B是用户自装件506的详细说明图。例如，指示器506可能是一个或多个电子发光元件。在这个实施例中，指示器506是一系列安装在柔性电路(flex-circuit)中的电子发光元件，它能发光以显示所选择的压缩范围；但，这种指示器也可以显示鞋底夹层的硬度，或与鞋子100工作特性相关的其他信息。另外，指示器也可以是能发声的。

图6是图1的智能系统中可供选择的部件的一种可能的布置方式的俯视图。可调节元件124安装在鞋底夹层110的后跟部位108中，而扩张元件126设置在空槽118的侧面。驱动器131安装在扩张元件126的附近。与驱动器131相邻的是控制系统120。控制系统120有一个控制面板152，面板上装着一个微型控制器，以控制驱动器131和处理计算程序。此外，系统106还包括一个电源150，例如一个3.0V 1/2AA电池。电源150通过电线162或其他电子连接件如柔性电路(flexcircuit)为驱动器131和控制系统120供电。

智能系统106还具有磁铁123和排成一列的传感器122(图中未表示)，传感器安装在扩张元件126的下方，并且与控制系统120连接。磁铁123安装在扩张元件126上方，但是在内鞋底和/或衬垫之下。而且，整个智能系统106可以封装在一个塑料盒子里，以达到防水的效果。此外，系统106可以做成一个单独的模块，以方便鞋底104的制造，也可以预先安装在下支撑板114(图6未显示)上。在一个实施例中，系统106是可以拆卸的，从而使得系统106成为可以更换的。例如，鞋的外底112a，112b可以设计成(例如，安装铰链)能让系统从鞋底夹层110的空槽118中拆卸下来。

系统106还可包括一个接口160，用来下载智能系统106的数据，如下载到PDA或者其他外部处理器上。端口160可用以监控鞋子的性能。在另一个实施例中，数据可以传输(如通过无线电波)到使用者自带的有显示面板的设备上。例如，数据可以传输到手表或其他使用者戴着的设备上。根据所传输来的数据，使用者可以通过按压手表上的按钮来调节鞋子的某种性能，如上文所述的。这些调节的信息同时传回到系统106中，并由它来实现调节。

图7描表示图1中依照本发明另一个实施例的鞋子100的鞋底204的分解后的立体图。鞋底204包括一个鞋底夹层210，一个外鞋底212，一个可供选择的底层支撑片214，以及一个可供选择的上支撑板216。鞋底204的后跟部位208可以由泡沫塑料，如聚亚安酯(PU)或乙烯基醋酸纤维素(EVA)泡沫塑料制成，同时可以用来容纳一个扩张元件226。在一个实施例中，如图所示，扩张元件226的形状象一个蜂巢；但元件226也可以是普通的圆筒，横截面呈长圆形或普通的长椭圆形，或者，有若干段具有不同圆心但半径相同的拱形壁，或者它们的任何组合。电动机232也安装在鞋底204内，可用来调节扩张元件226。还可以设置一个包括用户输入按钮256的用户接口254，用来接收与调节鞋底204相关的输入信号。

图8A-8G表示各种组件的立体图，这些组件可能包括在鞋底204的各种实施例中。这些组件包括：电动机232(图8A)、扩张元件226(图8B)、可可供选择的底层支撑片214(图8C)、用户接口254和用户输入按钮256(图8D)、后跟部位208(可以由如PU或EVA泡沫塑料等制成)(图8E)、可可供选择的上支撑板216(图8F)、和鞋底夹层210(图8G)。

图9描表示图7和8G中的鞋底夹层210的仰视图。鞋底夹层210有一个用来接纳电源150(见图6)的开口257，和用于智能系统106的相关设备。鞋底夹层210中开口257的位置可以随着电源150的位置和鞋底204中的相关设备而变化。

图10是一种可供选择的扭力块258的仰视图，可用于图7中依照本发明一个实施例的鞋底204。扭力块258可以包括脚后跟处和腿骨处的开口264a，264b。这两个开口264可以为智能系统106提供各种组件用的清理口或者进出口。

图11是图10中的可供选择的扭力块258的仰视图，它安装在图9所述的依照本发明一个实施例的鞋底210上。扭力块258上的开口264b与鞋底夹层210中的开口257相对应，使用户可以接触到电源150和鞋底204上的相关设备。

图12是鞋底夹层210和图11中的可供选择的扭力块258的仰视图，还包括了依照本发明的一个实施例的附加的脚后跟泡沫塑料件266a，266b，266c。在图示的实施例中，包括三个脚后跟泡沫塑料件：(1)后端泡沫塑料件266a，它从鞋底夹层210的中部延伸到侧面；(2)中前端泡沫塑料件266b；和(3)侧前端泡沫塑料件266c。泡沫塑料件266的硬度可以根据特定的应用而改变。例如，侧前端泡沫塑料件266c可以比后端泡沫塑料件266a硬度高。为实现不同的功能，可选用不同材质特性的泡沫塑料件266a，例如，在走出一步的过程中，将脚引导到向外撇和向里撇之间的中性位置。关于缓冲垫和引导件的泡沫塑料件的使用，在6,722,058号美国专利和申请号为10/619,652的美国专利中有更为详细的描述，这里，引用这些专利作为本申请的参考资料。

图13是依照本发明一个实施例的鞋底夹层210和图11中可供选择的扭力块258的仰视图，图中包括了电动机232，和设置在延伸到鞋底夹层210和可供选择的扭力块258的开口257，264b中的电源150，用户接口254，以及扩张元件226。此外，扩张元件226也可以位于鞋底204的前脚区域，或者，安装在鞋底204上的任何部位。此外，鞋底204中扩张元件226的方位可以根据具体情况改变。例如，在一个实施例中，这种智能系统可能只设置在中部或侧面，用于提供可控的两种密度的鞋底，鞋底的一部分是能自动调节的。

图14是图13中鞋底夹层210的仰视图，它还具有图12中的依照本发明一个实施例的附加后跟泡沫塑料件266a，266b，266c。在图示的实施例中，扩张元件226埋在三块泡沫塑料件266a，266b，266c之间。

图15是依照本发明一个实施例的图14中鞋底夹层210的仰视图，它还具有一个将电源150和其它电子元件封罩起来的外壳270。外壳270也可以拆卸，以便用户能接触到电源150和其他电子设备。

图16是鞋底204的侧视立体图，它具有依照本发明一个实施例的蜂巢状的扩张元件226和用来改变智能系统106的设定值的用户接口254。在各种实施例中，鞋底204可以具有多个扩张元件226。缆绳(图中未表示)可以在中前部泡沫塑料件266b和侧前部泡沫塑料件266c之间延伸，也可以在后端泡沫塑料件266a之间延伸。各扩张元件226可以通过穿过其中的缆绳相互联结。用户接口254具有用以增加(+)和/或减少(-)智能系统106工作特性的按钮256，以及用以显示系统设定值的电子发光元件268。

图17是图16中鞋底204的侧视图，其中更加清楚地表示了扩张元件226。如图17所示，扩张元件226的形状象蜂巢；然而，元件226也可以是普通的圆筒形，具有长圆形或拉长的普通椭圆型横截面，或者，具有若干段圆心不同但半径相同的弧形壁，或者，是它们的任何组合。

图18是图16中用户接口254的放大侧视图，其中表示了用以增加(+)和/或减少(-)智能系统106工作特性的按钮256，以及用以显示依照本发明一种实施例的系统设定值的电子发光元件268。

图19是图16中的扩张元件226的放大侧视图，它表示了依照本发明一个实施例的扩张元件的蜂巢形状。此外，图中还表示了一根穿过扩张元件226中间的缆绳327。

图20是图16中依照本发明一个实施例的扩张元件226的立体图。扩张元件226有四道普通的垂直面侧壁272(每侧两道)，而一根水平杆274将每一边相邻的侧壁相互连接起来，从而形成了普通的蜂巢状结构。水平杆274一般设置在侧壁272之间的中心位置上。水平杆274提供了抵抗沿纵向的剪力的稳定性，而在某些情况下也可能受到张力。在一个实施例中，侧壁272具有普通的拱形；然而，侧壁272和水平杆274也可以是直线形，弧形，或其组合。扩张元件226也可以具有一根顶横杆276和一根底横杆278。

图21表示一个智能系统706的实施例的框图。智能系统706具有一个与控制系统720和驱动系统730联结的电源750。控制系统720包括一个控制器752，例如，一个或多个微处理器，和一个传感器722。传感器可以是接近传感器和磁性装置。在一个实施例中，控制器152是一种微型控制器，例如，Arizona州Chandler的微芯片技术公司生产的

牌微控制器。在另一个实施例中，控制器752是由Cypress半导体公司制造的微控制器。驱动系统730包括一个具有电动机732和传送件734的驱动器731，和一个可调节元件724。驱动器731和控制系统720在电气上相互联通。可调节元件72联结在驱动器731上。

驱动系统730还可以选择具有一个与控制系统720联结，或者作为其一部分的反馈系统754。反馈系统754可以显示可调节元件724的位置。例如，反馈系统754能计算电动机732转动的次数，或者限制器728(图中未表示)的位置。反馈系统754可以，例如，是线性电位计，指示器，线性传感器，或一对红外线二极管。

图22表示应用智能系统106的一种可能的运行程序。智能系统106测量在连续行走或跑步过程中鞋子的工作特性。在系统106开始运行前，它将在第一次通电或第一次接触地面后运行一个校正程序。例如，系统106会驱动可调节元件124，以确定限制器128的位置和/或检验限制器128的工作范围，即，完全打开或完全关闭的量程。在运行过程中，系统106测量鞋子的工作特性(步骤802)。在一个实施例中，测量的速度大约是300Hz到60KHz。控制系统120确定鞋子的工作特性是否已测量了至少三次(步骤804)或其他预设的次数。如果不是，系统106会采用其它性能测量程序，重复步骤802，直到满足步骤804的条件。测量了三次之后，系统106便计算最后三次性能测量的平均值(步骤806)。然后将平均的性能测量值与阈值相比较(步骤808)。在步骤810中，系统106要确定，性能测量平均值是否与阈值完全一致。如果性能测量平均值与阈值完全相等，系统106就返回步骤802，进行另一次性能测量。如果性能测量平均值基本上与阈值不相等，系统106就会发出一个校正驱动器信号给可调节元件124，以修正鞋子的工作特性。智能系统106在用户持续使用鞋子的过程中会不断重复整个运行程序，直到达到设定的阈值。在一个实施例中，系统106只是逐渐提高鞋子的性能，结果，使用者就没有感觉到鞋子的调节过程，因此使用者不用主动地去适应鞋子性能的改变。换句话说，系统106是让鞋子主动适应使用者，而不是要求使用者去适应鞋子。

通常，在具体应用时，系统106将采用一个鞋底夹层压缩量的最佳阈值(目标区域)，这一阈值是根据最佳的缓冲性能的测量值设定的。系统106测量每一步中鞋底夹层110的压缩量，并且计算最近三步的平均值。如果平均值大于阈值，那么就意味着鞋底夹层110已经过度压缩。在这种情况下，系统106会指示驱动器131向增加硬度的方向调节可调节元件124。如果平均值小于阈值，那么就意味着鞋底夹层110压缩不足。在这种情况下，系统106便指示驱动器131向降低硬度的方向调节可调节元件。这一调节程序一直持续进行到测量值在系统的目标阈值范围内为止。使用者可以修正这一目标阈值以增加或减少硬度。这种阈值的改变是对预先设定值的补偿。所有上述计算程序都由控制系统120进行计算。

在这种具体应用中，鞋底夹层110和可调节元件124的总高度大约为20mm。在测试中，无论鞋底夹层110本身的硬度如何，已经确定的鞋底夹层110的最佳压缩范围大约是9mm到12mm。在一个实施例中，与限制器128的调节范围相对应的垂直压缩量约为10mm。在一个实施例中，限制器128的分辨率小于或等于约0.5mm。在具备用户输入功能的系统106的实施例中，使用者可以将压缩量的范围改变为8mm到11mm，或者10mm到13mm。当然，大于3mm的范围以及更小或更大的范围极限都是允许的，并且都在本发明的范围内。

在跑步时，使用者的脚所迈的步伐很大，这一过程包括一个飞行位置的阶段(脚停留在空中)和一个站立位置的阶段(脚接触到地面)。在典型的大步走的过程中，飞行位置的阶段大约占整个走路过程的2/3。在站立位置的阶段，在正常情况下，使用者的身体与地面接触。在本发明的一个据月初实施例中，所有的测量程序都在站立位置的阶段中进行，所有的调节程序都在飞行位置的阶段中进行。调节程序之所以在飞行阶段进行，是因为鞋子以及可调节元件在这一阶段处于非承重状态，因而，与承重状态下相比能显著减少进行调节的电能。在大多数实施例中，鞋子都设计成电动机并不驱动可调节元件，因此，设定可调节元件的范围时，电动机的负荷较低。然而，在图33、34、35所描述的实施例中，可调节元件是移动的，详细的说明见下文。

在工作过程中，系统106感应到鞋子与地面接触了。当鞋子接触地面时，鞋底104被压缩，传感器122就会感应到磁铁123的磁场变化。当系统106感应到的磁场变化相当于大约2mm的压缩量时，就确定鞋子已经与地面接触。也是在这时，系统106将关闭驱动系统130的电源，以节约电能。在站立位置的阶段，系统106会感应到磁场的最大变化值，并将这一测量值转换成最大的压缩量。在另一个实施例中，系统106也测量站立位置阶段时间的长度，以确定鞋子的其他工作特性，如速度，加速度以及冲击(jerk)力等。

如果最大压缩量超过12mm，则意味着鞋底104过度压缩了，如果最大的压缩量小于9mm，则意味着鞋底104的压缩量低于正常值。例如，如果最大压缩量为16mm，表示鞋底104过度压缩，控制系统120便发出一个信号给驱动系统130，使可调节元件124更坚固。当鞋子处于飞行阶段，即压缩量少于2mm时，驱动系统130就开始运转。只要感应到压缩量在阈值范围内，系统106就会持续监控鞋子的工作特性，但不再次启动驱动系统130和可调节元件124。这样，就可以节省电能。

在另一个实施例中，智能系统106可以单独地应用于调节某种附加的工作特性，也可以综合应用于上文所描述的最佳鞋底夹层压缩特性。例如，系统106除了测量压缩量外，还可以测量到达最大压缩量的时间，恢复的时间，以及飞行阶段的时间。在考虑到外部因素，如地面的硬度，坡度和速度等情况下，这些变量可用于为用户确定最佳的设定值。考虑到地面情况的变化，达到最大压缩量的时间，是从脚后跟开始接触地面到鞋底达到最大压缩量所用的总的时间。使用在时间和压缩量曲线下方区域的值来确定最佳设定压缩量是有利的。实际上，这是一种测量鞋子所吸收的能量的方法。此外，飞行位置阶段(上文已说明)的时间也有助于确定最佳设定值。使用者迈步的频率可以从这个变量中计算出来。反过来，迈步的频率也可用来确定速度的变化，以及区分上山还是下山。

图23表示智能系统106能够执行的另一种可能的程序。具体的说，图23说明了在鞋子使用过程中修正其工作特性的方法2300的一个实施例。在方法2300的步骤2500中，智能系统106测量传感器122发来的信号，然后，智能系统106在步骤2600中确定鞋底104是否被压缩。在确定了鞋底104已经压缩之后，智能系统106紧接着在步骤2700中执行初始计算，以确定鞋底104是否需要调节。在步骤2800中，智能系统106进行附加的计算，以进一步或重新确定鞋底104是否需要调节。如果鞋底104需要调节，智能系统106便也在步骤2800中执行对鞋底104的调节。图25、26、27、28分别描述了实施方法2300中的步骤2500，2600，2700和2800的具体方法。

方法2300从给智能系统106供电起开始运行。例如，可以用电池作为电源150，并在步骤2304中装入智能系统106。一旦电池装入智能系统106，它就会在步骤2308中实行一个“启动”程序。例如，智能系统106可能以某种方式点亮指示器506的电子发光元件，以提示鞋子100的使用者智能系统106已经处于激活状态。当电池已经装入智能系统106中，而鞋子100的使用者却在之前关闭了智能系统106时(见下文)，使用者可以在步骤2312中通过按压一个或多个用户输入按钮502，504，接通智能系统106，并激活“启动”程序。

一旦智能系统106接通，它就为用户检查通过步骤2316输入的信息。在图23-28所描述的实施例中，使用者可以通过按压“+”按钮502表示希望增强鞋底104的硬度，或者通过按压“-”按钮504表示希望减小鞋底104的硬度(即增加鞋底104的柔软度)。如果从鞋子100的使用者接收到的用户的输入是在步骤2320中所确定的信息，智能系统106就会在步骤2400中处理用户输入的信息。然后，图24描述了方法2300中的步骤2400的具体实施方法。如果没有接收到用户输入的信息，智能系统106就在步骤2500中测量传感器122所发出的信号。

或者，方法2300也可以包括一个自我识别和用户分析/互动步骤2324。更具体的说，在步骤2324中，智能系统106会通过检测智能系统的下列多种参数进行自我识别，具体说，这些参数包括(但不限于)传感器状态和/或输出，电池电压，电动机方向，可能用于步骤2500的电压参数情况，以及是否有用户通过按钮502，504输入数据。此外，在步骤2324中，鞋子100的使用者可以读取从智能系统106发来的数据，或执行其他功能。在一个实施例中，可以用一个专用键来访问智能系统106。例如，在配备了各自的专用键后，销售商可以读取特定的数据，制造商可以在准备失效报告时读取其他有用的数据，而用户也可以用手动来调节智能系统106，例如，移动电动机132。智能系统106还能附加地或可供选择地跟踪或监测鞋子100使用者的运动特征，如，使用者走过的距离，步幅和/或位置等。在这种实施例中，这些信息可以在步骤2324中得到。

在一个实施例中，智能系统106会按照图23中箭头所示的方向循序运行方法2300中的各个步骤，每一个具体步骤都沿着已经执行的路径，或者并不依赖根据某些参数的特定值。此外，在一个特定的实施例中，智能系统106会以大约300Hz到400Hz的速率循序运行步骤2316、2320、2500、2324、2600、2700和2800。

在某些实施例中，智能系统106的微型控制器要执行图23-28中所描述的多个步骤。微型控制器可以包括，例如，一个用来接收表示从代表传感器122输出第一信号的接收器，一个用来确定鞋底104是否压缩以及鞋底104是否需要调节的确认模块，以及一个用来传输第二个信号以调节鞋底104的信号传输器。

更详细的说，如果智能系统106在步骤2320中确定用户已经输入了数据，它就会在步骤2400中对用户数据进行处理。请参阅图24，它描述了用来处理用户输入的方法2400的实施例，如果用户同时按压“+”按钮502和“-”按钮504，则如步骤2402所确定的，智能系统会在步骤2404中启动“关闭”程序。返回到图23，然后智能系统106在步骤2328中运行“关闭”程序。在一个实施例中，在运行“关闭”程序时，智能系统106用某种方式点亮指示器506上的电子发光件，提示鞋子100的用户智能系统106正在关闭。然后，智能系统106便在步骤2332中进入“关闭”或“沉睡”状态，直到用户再一次在步骤2312中将其激活。

请参阅图24，鞋子100的鞋底104可以有许多硬度设定值，而智能系统106可以根据收到到的用户的输入后，改变鞋底104的硬度设定值。但是，必须指出，当鞋底104的硬度设定值是用户可以调节的参数时，改变鞋底104的硬度设定值并不必然导致对鞋底104本身的调节(如，鞋底104的柔化和硬化)。鞋底104本身是否需要调节，部分取决于它的硬度设定值，同时也取决于其他许多变数，并且一直要等到下面所描述的步骤2700和2800中，才能最终确定。

在一个实施例中，鞋底104的硬度设定值的数量在5到20个之间。如果用户只按压“-”按钮504(在步骤2406中决定)，智能系统106便在步骤2408中确定，鞋底104目前的硬度设定值是否要向更柔软的设定值变化。如果是这样(即，如果当前鞋底104的硬度设定值不是设定在最柔软的值上)，智能系统106就在步骤2412中改变鞋底104的硬度设定值，使其达到更柔软的设定值。同样，如果用户只按压“+”按钮502(在步骤2414中决定)，智能系统106就在步骤2416中确定，鞋底104目前的硬度设定值是否要向更硬的设定值变化。如果是这样(即，如果鞋底104的硬度设定值不是设定在最硬的值上)，智能系统106便在步骤2420中将鞋底104的硬度设定值改变到一个更硬的设定值。

在步骤2412或是在步骤2420中调整了鞋底104的硬度设定值之后，智能系统106就根据接收到的用户输入的信号，在步骤2424或者步骤2428中计算至少一个新的压缩量阈值。在一个实施例中，智能系统106可以计算一个新的低压缩量阈值，和一个新的较高压缩量阈值。在计算每一个新的压缩量阈值时，都要考虑，例如，该压缩量阈值的原来的值，鞋底104的新的硬度设定值(在步骤2412或步骤2420中确定)，以及一个或多个常数。在一个实施例中，每一个压缩量阈值都被用来在步骤2800中确定鞋底104是否需要调节。

一旦执行了步骤2424或步骤2428，或者如果在步骤2408或步骤2416中确定，鞋底104的硬度设定值不主要改变，智能系统106就会在步骤2432中显示新的(目前的)鞋底104的硬度设定值。在一个实施例中，智能系统106会通过激活指示器506上的至少一个电子发光元件，以显示新的(目前的)鞋底104硬度设定值。一旦智能系统106确认“+”和“-”按钮502，504不再被按压了(在步骤2434中确定)，就会在步骤2436中通过阻断(如弱化)指示器506上的一个或多个被激活的电子发光元件，以结束新的(目前的)硬度设定值的显示。于是智能系统106就返回到图23中的步骤2316。

再回到图23，如果智能系统106在步骤2320中确定用户并没有输入信号，就在步骤2500中测量传感器122发出的感应信号。请参阅图25，它描述了测量传感器信号用的方法2500的一个具体实施例。智能系统106首先在步骤2504中设定执行图23-28中方法的许多步骤的微型控制器的指示钟(如，减慢该指示钟)，例如，设定为1MHz。微型控制器的指示钟设定为1MHz可以节约电池的电能，而且与此时从传感器122发出的信号中取样的速率没有任何关系。或者，微型控制器的指示钟也可设定为不同的频率，以节约电池的能量。

一旦微型控制器的指示时钟设定后，便在步骤2508中对从传感器122发来的信号取样。在一个实施例中，传感器122是一种霍耳效应传感器，它可以测量磁场强度，并输出一种代表磁场强度的模拟电压值。因此，在步骤2508的一个实施例中，对模拟电压取样，并且与基准电压相比较，并使用A/D转换器转换为数字值。这里所描述的这些实施例中，较小的数字值代表了较强的磁场，因而，就代表鞋底104较大的压缩量。

在步骤2508的具体实施方式中，首先打开在一个实施例中具有最大设定时间的传感器122。然后，打开在一个实施例中具有第二大设定时间的A/D转换器。接着，打开产生基准电压的电子设备。然后，对传感器122输出的模拟电压取样，并与基准电压相比较，并用A/D转换器转换成数字值。然后，关闭传感器122以节约电能。然后，关闭产生基准电压的电子设备，以节约电能，最后，关闭A/D转换器，以节约电能。在其它的实施例中，传感器122、A/D转换器和产生基准电压的电子设备的开关顺序可能不同，甚至基本上是完全同步地开和/或关。

一旦在步骤2508中对传感器122的信号取了样，便在步骤2512中使计数器“n₁”增值，这个计数器的初始设定为零，并且代表取样的数量。在步骤2508中对代表磁场强度的数字值取样，然后在步骤2516中将其保存在微型控制器的储存器中。

在步骤2520中，将计数器“n₁”与第一常数进行比较，以确定取样的数量是否大于该常数。如果大，则在步骤2524中把微型控制器的指示时钟重新设定为(例如)4MHz，而计数器“n₁”将从新设定为零。否则，就重复步骤2504，2508，2512，2516和2520。将第一个常数值设定为大于零时，智能系统106肯定会对传感器的信号进行多次取样。一般，第一常数的值在2到10之间。

在步骤2528中，确定传感器信号的测量值。在一个实施例中，传感器信号的测量值是由计算重复执行步骤2508过程中所取的传感器多个信号样本的平均值来确定的。在另一个实施例中，传感器信号的测量值是由，例如，在重复执行步骤2508的过程中所提取的传感器的多个样本信号的子集的平均值来确定的。在一个特定的实施例中，去掉最小和最大的传感器信号样本值，然后将剩下的样本值加以平均后，确定传感器信号的测量值。一旦在步骤2528中确定了传感器信号的测量值，就在需要时，执行自我识别和用户分析/互动的步骤2324。如图23所示，然后，智能系统106进入步骤2600。

图26描述了用于确定鞋子100的鞋底104是否压缩的方法2600的一个具体实施例。在图中所示的实施例中，只有当压缩量参数标志(“COMPFLAG”)设置为0，表示智能系统106还没有检测鞋底104的压缩量时，才执行方法2600。如果没有检测，参数“COMPFLAG”在最初设置为0。在步骤2604中，计数器的“FIRSTTIME”与第二常数进行比较。计数器的“FIRSTTIME”在步骤2500(见图23和25)每运行完一次(即每次传感器信号的测量值被确定)时会增加计数。如果计数器“FIRSTTIME”小于第二常数，则最近确定的传感器信号测量值(在图25的步骤2528中确定)在步骤2608中保存在微型控制器的储存器中，同时，不再执行方法2600的其他步骤。在一个实施例中，微型控制器应用一种实行先进先出(FIFO)规则的缓冲器来保存预先确定的一组传感器信号测量值，如10到30之间的值。在这种实施例中，一旦FIFO缓冲器存满，则每次存入FIFO缓冲器中的最新确定的传感器信号的测量值时，就把储存在FIFO缓冲器中的以前确定的传感器信号测量值清除掉。

如果计数器的“FIRSTTIME”大于第二常数，智能系统106就继续执行步骤2612。在一个实施例中，第二常数的值在15到30之间。在这种实施例中，在智能系统106进行到步骤2612之前，保证会多次执行步骤2500(即测量传感器信号的步骤)，以便获得许多传感器信号的测量值。

在一个实施例中，在步骤2612中计算之前多次获得的传感器信号测量值(每次在图25步骤2528中确定的传感器信号的测量值，以及在步骤2608中储存于微型控制器的储存器中的测量值)的平均值。不过，步骤2528中最近确定的传感器信号的测量值不包括在这一平均值的计算中。然后，在步骤2616中确定参数“valdiff”，它代表在步骤2612中计算出来的平均值与步骤2528中最近确定的传感器信号的测量值之间的差异。接着，在步骤2620中把参数“valdiff”与第三常数进行比较。如果参数“valdiff”大于第三常数，则最近获得的传感器信号的测量值与以前通过多次获得的传感器信号的测量值的平均值相比，至少小于第三常数的值，而且鞋底104已经开始压缩。在此情况下，智能系统106在步骤2624中增加一个计数值“n₂”，其初始值设为零。反之，如果参数“valdiff”小于第三常数，智能系统106就回到步骤2608，将最近获得的传感器信号测量值储存到微型控制器的储存器中，同时将计数器“n₂”重新设置为零。第三常量的值可以根据，例如，鞋底夹层的厚度，传感器的干扰和/或信号提取的速率(8bit或16bit)等而变化。例如，对于8bit的系统，第三常量的值可在2到16之间，而对于16bit的系统，则可在2到64之间。

在步骤2628中，把计数“n₂”与第四常数相比较。如果计数“n₂”大于第四常数，智能系统就据以确定，鞋底104受到压缩了，同时在步骤2632中将参数“COMPFLAG”设置为1。智能系统106同时在步骤2632中将参数“peak”设置为与最近确定的传感器信号的测量值相等，并且增加计数“STEP”的计数，其说明见下文。

在一个实施例中，选择步骤2628中的第四常数，以使步骤2620中的比较是真实的连续

的几次，该步骤(2620)在智能系统106确定鞋底104被压缩以及接着进行步骤2632之前进行。在一个实施例中，第四常数在2到5之间。例如，在第四常数为5的情况下，需要连续执行6次步骤2620，以使智能系统106确定鞋子100的鞋底104被压缩以及接着进行步骤2632。

在执行了步骤2608或2632后，或者当计数“n₂”不大于第四常数时，智能系统106便前进到步骤2700。

图27描述了方法2700的一个实施例，该方法用于完成初始计算，以确定鞋子100的鞋底104是否需要调节。在图示的实施例中，只有当参数“COMPFLAG”设定为1，即，意味着智能系统106检测到了鞋底104的压缩量时，才执行方法2700。换言之，方法2700只有当执行了方法2600时，才能完成步骤2632。在一个实施例中，在完成了步骤2632之后，在执行方法2700之前，又获得了另一个传感器信号的测量值(即，再次执行图25中的方法2500)。

在图27所示的实施例中，，智能系统106在每次重复方法2700的所有步骤时，首先在步骤2704中增加定时值。如果定时值大于所选择的最大值，则意味着方法2700中的步骤2712正在被连续地反复执行，此时智能系统106会接着在步骤2708中将参数“COMPFLAG”以及定时值同时设置为零。反之，若定时值小于所选择的最大值，智能系统就会继续执行步骤2712。

在步骤2712中，智能系统106在了解到鞋底104刚被压缩并可能被继续压缩的时，就确定所测得的鞋底104压缩量的最大值。具体的说，智能系统106在步骤2712中确定鞋底104的压缩量的实际峰值。在一个实施例中，智能系统106是通过确定鞋底104是否仍然被压缩来确定实际峰值的。更具体的说，智能系统106把最近获得的传感器信号的测量值与在图26的步骤2632中所确定的参数“peak”的值进行比较(这就是为什么在上述一个实施例中，在执行步骤2632之后，在完成方法2700之前，能获得传感器信号的另一个测量值)。如果最近获得的传感器信号的测量值小于参数“peak”的值(也就是说，鞋底104将继续受到压缩)，则将参数“peak”的值重新设定为最近获得的传感器信号的测量值，并获得新的传感器信号的测量值，一边与刚才重新设定的参数“peak”的值相比较。在一个实施例中，这种比较和所描述的后续步骤将继续进行，直到最近获得的传感器信号的测量值大于参数“peak”的值(表示鞋底104的压缩量较小)。如果最近获得的传感器信号的测量值确定连续多次大于参数“peak”的值(表示鞋底104扩张或收缩)，则参数“peak”的值真正代表鞋底104所测压缩量的最大值(或实际最大值)。反之，若最近获得的传感器信号的测量值不是确定连续多次大于参数“peak”的值(即最近获得的传感器信号的测量值小于参数“peak”的值)，则智能系统106就将参数“peak”的值设置为与最近获得的传感器信号的测量值(小于参数“peak”的值)相等，同时，提取新的传感器信号的测量值，以便和新设置的参数“peak”值相比较。然后，智能系统106便继续执行以上所述的步骤。

一旦确定了所测得的鞋底104压缩量的最大值，智能系统106便在步骤2716中确定，鞋子100在上面行走的地面状态是否发生了改变。在一个这样的实施例中，智能系统106计算鞋底104在一段时间内的绝对压缩量以及压缩量的偏差，或者这些量的近似值。

应该明了，在持续一段时间后，智能系统106会在步骤2712中计算多个“peak”值，每个值都代表在鞋底104中所测得的压缩量的最大值(即，智能系统106要对鞋子100使用者每一步计算其“peak”值)。这些“peak”值可以储存在微型控制器的储存器中，例如，储存在尺寸合适的FIFO缓冲器中。因此，短期平均peak值可以通过对一定数量的最近计算出的peak值进行平均，在步骤2716中求出。然后，可以从短期峰值平均值中减去在步骤2612中通过方法2600(见图26)中的各个步骤对最近的重复计算的平均值。在一个实施例中，上述差额代表鞋底104在一段时间里的绝对压缩量。

在步骤2712中最近计算出来的peak值的偏差(例如，一个标准的差值，或其近似值)也可以在步骤2716中进行计算，以代表鞋底104在一段时间内压缩量的偏差。在一个实施例中，这种计算包括计算出一个长期peak平均值，例如，通过使用比计算上述短期peak平均值更多数量的最近“peak”值进行平均后计算出来的值。然后长期平均peak值可用来与步骤2712中(计算peak值的偏差或近似值)确定的瞬时“peak”值相比较。或者，也可以选择在步骤2716中进一步计算多次峰值，用以优化或确定鞋底104的状态。

在计算出一段时间里鞋底104的绝对压缩量，和一段时间里鞋底104的压缩量的偏差值之后，智能系统106对这两个值进行比较，以确定使用鞋子的地面状态是否有变化。一般情况下，智能系统106能通过比较两个参数值来确定鞋子所使用的地面状态的变化；当地面状态发生变化时，有一个参数至少保持基本不变，而另一个参数则会改变。除了上述绝对压缩量和偏差量之外，上述参数还可以包括，例如，加速度的大小，压缩量的大小，触地方式以及压缩压力等。

一般，如果在一段时间里鞋底104的绝对压缩量减少，而鞋底104的压缩量的偏差没有变化，或者鞋底104的压缩量的偏差增大，而鞋底104的绝对压缩量不变化，就表示鞋子100的使用者从坚硬的地面(如石板路或沥青路)走到了松软的地面(如松软的林地)上。相反，在一段时间里鞋底104的绝对压缩量增加，而鞋底104的压缩量的偏差量没有变化，或者鞋底104的压缩量的偏差减少，而鞋底104的绝对压缩量不变化，就表示鞋子100的使用者从松软的地面走到了坚硬的地面上。有时，鞋底104在一段时间里的绝对压缩量，和鞋底104在一段时间里的压缩量的偏差都只有很小的变化，或者没有变化，这说明鞋子100所使用的地面状态很可能没有变化。因此，通过比较鞋底104在一段时间里的绝对压缩量和压缩量的偏差，智能系统106就可以确定鞋子100所使用的地面状态是否发生了变化，如果有变化，还可以确定变化的是什么。在一个实施例中，为了对鞋底104在一段时间里的绝对压缩量和压缩量的偏差进行比较，智能系统106要计算两个测量值的比率。

在一个具体的实施例中，智能系统106只确定鞋子100所使用的地面状态是否发生了变化，而如果有变化，则要在鞋子100的使用者行走了多步之后，才判断发生了怎样的变化，这种变化是在一开始还是在智能系统106最后做出此类确定之后发生的。例如，在一个实施例中，智能系统106一直要在鞋子的使用者行走15到30步之后才确定，这种变化是在一开始还是在智能系统106最后做出此类确定之后发生的。

在步骤2716中，智能系统106还把参数“COMPFLAG”的值重新设定为0。在确定了鞋子100所使用的地面状态是否有变化，以及将参数“COMPFLAG”的值重新设定为0之后，智能系统106会在步骤2720中，通过把计数器的“STEP”与第五常数值的比较，来确定鞋子100的使用者所走过的步数。如果计数器的“STEP”大于第五常数，就意味着鞋子100的使用者走过了一定的步数，于是智能系统106继续执行步骤2800。如果不是，则不对鞋底104进行调节。另一种方式是，智能系统106返回到图23中的步骤2316之前，进入步骤2724中的睡眠模式一段时间(如200到400毫秒)以节约电能。一般，第五常数的值在2到6之间。而且，在每次参数“COMPFLAG”增加到1时，计数器“STEP”都要增加计数(见图26的步骤2632)。

图28表示方法2800的一个实施例，该方法用来执行附加的计算，以确定鞋子100的鞋底104是否需要调节，如果需要调节，则对鞋底104进行调节。在步骤2804中，进行与图27中的步骤2720同样的比较。如果计数器“STEP”小于第五常数，智能系统106便回到图23中的步骤2316。另一方面，如果计数器“STEP”大于第五常数，则在步骤2808中调节在图27的步骤2716中确定的短期peak平均值，以便与图24中步骤2424或步骤2428所确定的一个或多个压缩量阈值相比较。在一个具体的实施例中，如果鞋子100所使用的地面状态最后变为坚硬的地面，则不调节短期peak平均值。另一方面，如果鞋子100所使用的地面状态最后变为松软的地面，就把短期peak平均值减少一个规定的量，从而使智能系统106认为，压缩量要比实际的大，从而促使将鞋子100的鞋底104变硬。这后一种调节等于在步骤2812和2832中改变压缩量阈值。

在步骤2812中，通过在步骤2808中确定的，用于短期peak平均值的经过调节(或未调节)的值，与在图24的步骤2424中或步骤2428中所确定的压缩量的下限阈值进行比较，从而确定鞋底104的压缩量是否小于压缩量的下限阈值。如果小于下限阈值，则在步骤2816中确定参数“softhard”是否为1，它意味着鞋子100的鞋底104刚被调硬过。若是，则计数器“STALL”在步骤2818中设置为0，同时在步骤2820中与第六常数相比较。若不是，计数器“STALL”不重新设定为0，而只是简单地在步骤2820中与第六常数相比较。若计数器“STALL”小于第六常数，则意味着在智能系统106试图后移电动机132以使鞋底104变松软时，没有按预先确定的连续数次数挡住电动机132，因而就在步骤2824中使电动机132后移，以使鞋底104变软。然后在步骤2828中把参数“softhard”设置为0，表示鞋子100的鞋底104刚通过后移电动机132调松软过。另一方面，如果在步骤2820中确定的计数器“STALL”的值大于第六常数，则意味着在智能系统106试图后移电动机132以使鞋底104变松软时，了按预先确定的连续数次数挡住了电动机132，因而不使电动机132后移。相反，智能系统106返回去执行图23的步骤2316。在一个实施例中，第六常数在3和10之间。

如果在步骤2812中确定鞋底104的压缩量大于图24中步骤2424或2428所确定的压缩量的下限阈值，则智能系统106就进入步骤2832。在步骤2832中，通过对在步骤2808中确定的经修正的(或未修正的)短期peak平均值，与在图24中步骤2424或2428所确定的压缩量的上限阈值进行比较，来确定鞋底104的压缩量是否大于压缩量的上限阈值。如果大，则在步骤2836中确定参数“softhard”是否为0，它意味着鞋子100的鞋底104刚被调松过。若是，则计数器“STALL”在步骤2838中设置为0，并在步骤2840中与第七常数进行比较。若不是，计数器“STALL”不重新设置为0，而只是简单地在步骤2840中与第七常数相比较。若计数器“STALL”小于第七常数，则意味着在智能系统106试图前移电动机132以使鞋底104变硬时，没有按预先确定的连续次数挡住电动机132，因而在步骤2844中将电动机132前移，以使鞋底104变硬。然后在步骤2848中把参数“softhard”设置为1，这意味着鞋子100的鞋底104刚通过前移电动机132被调硬过。另一方面，如果在步骤2840中确定的计数器“STALL”大于第七常数，则意味着在智能系统106试图前移电动机132以使鞋底104变硬时，按预先确定的连续次数阻挡了电动机132，因而电动机132不前移。相反，智能系统106返回去执行图23的步骤2316。在一个实施例中，第七常数在3和10之间。

如果在步骤2832中确定，鞋底104的压缩量小于在图24的步骤2424或2428中所确定的压缩量的上限阈值(这意味着鞋底104的压缩量在下限和上限阈值之间)，则智能系统106不移动电动机132来调节鞋底104，而是返回去执行图23中的步骤2316。

请参阅图2B，应该明了，在一个实施例中，象上述那样后移或前移电动机132，实际上就是开动电动机132向某一个方向转动，以驱动传动构件134往某一个方向运动(例如，顺时针或逆时针方向)。因此，用螺纹与传动构件134啮合在一起的限制器128便相对于扩张元件126向后或向前移动，如图2B中箭头140所示。这样，就能把鞋底104调松或调硬。

当电动机132在步骤2824或步骤2844中开始移动之后，将在步骤2852中第一次对向智能系统106供电的电池电压取样。电池电压会因为电动机132开始移动而降低。经过一段很短的时间后，例如，大约5到40毫秒，在步骤2856中第二次对电池电压取样。如果电动机132移动正常，则电池电压就会增加，于是第二次测得的电池电压大于第一次测得的电压值。另一方面，如果电动机132被阻挡，那么电池电压将会比电动机132最初开始移动时下降得更多，这样，第二次电池电压的样本就会小于第一次取得的电压样本。在步骤2860中，将第二次取得的电池电压样本与第一次取得的电压样本比较。如果电池电压的第二次样本小于第一次电压样本，则计数器“STALL”增加计数，并且因为电动机132被阻挡而在步骤2864中让它停止。另一方面，如果电池电压的第二次样本大于电压的第一次样本，由于电动机132可自由移动，在步骤2868中停止电动机之前，让电动机132移动一段时间(例如，少于300毫秒的时间)。

紧接着步骤2864或步骤2868，智能系统106返回到图23中的步骤2316，以进行下次重复执行方法2300的所有步骤。

图29表示使用于依照本发明的左鞋的智能系统106的电路2900的一个实施例。图30表示适用于依照本发明的右鞋的智能系统106的另一种电路2900’的实施例。如图所示，电路2900，2900’除了每一种电路2900，2900’所包含的0Ω跳线电阻器2904，2904’在数量和位置上各不相同之外，几乎在所有方面都相同。对于一条电路来说，当一根导线横跨另一根导线时，都需要使用0Ω跳线电阻器2904，2904’。而且，对于每条电路2900，2900’来说，其0Ω跳线电阻器2904，2904’在数量和位置上都互不相同，这是因为左鞋和右鞋中的电路2900，2900’的实际布局和方位都互不相同。不过，与左、右鞋子中0Ω跳线电阻器2904，2904’的数量和位置差异不一样，两条电路2900，2900’的电路连接方式却是相同的。因此，下面仅讨论适用于使用者左鞋内的智能系统106的电路2900。

在图29中，电子电路2900包括一个电源2906，一个调压器系统2908，一个传感系统2912，一个控制系统2916和一个致动系统2920。在图示的实施例中，电源2906是一个3.0V的电池，调压系统2908是一种升压直流-直流调压器系统，它使用的是California州Maxim Integrated Products ofSunnyvale公司生产的MAX1724升压DC/DC转换器。电源2906的3.0V的输入电压在MAX1724升压DC/DC转换器的输出端2924上调到更高的5.0V输出电压。不过，应该了解，在电路2900中也可以使用其他种类的电源和调压器系统。

传感系统2912有一个传感器2928(如线型霍耳效应比值传感器)和一个开关2932。控制器2916包括一个微型控制器2936(如Arizona州Chandler市的Microchip Technolog公司生产的PIC16F88微型控制器)，5个电子发光元件2940(如发光二极管)，和两个开关2944，2948。

调压器系统2908中的5.0V电压输出端2924连接在微型控制器2936的管脚15和16上，用以向微型控制器2936供电。微型控制器2936的管脚5和6接地，为微型控制器2936提供接地基准。微型控制器2936的管脚1的基准电压大约是1.0V；然而，这一基准电压可以通过选择适当大小的电阻器2952和2956(它们一起构成一个电压分配器)来改变。同样，微型控制器2936的管脚2的基准电压大约是3.0V；但，这一基准电压可以通过选择适当大小的电阻器2960和2964(它们一起构成一个电压分配器)来改变。

传感器2928对鞋子100的鞋底104中的现有磁场强度进行测量，同时在终端2968输出一个代表磁场强度的模拟电压。一般，传感器2928所输出的模拟电压大约在1.0V到2.5V之间。在一个实施例中，传感器2928在磁场强度较强时，也就是鞋底104中的压缩量较大时，输出较小的电压。传感器2928输出的模拟电压由微型控制器2936的管脚3接收，然后与其管脚1和2上现有的基准电压相比较，并利用A/D转换器由微型控制器将其转换为数字值。然后，然后由微型控制器2936利用这一数字值(在一个实施例中，由于磁场较强，也就是鞋底104中的压缩量较大，所以这个数字值较小)来执行上述方法2300。

如上所述，在一个实施例中，挨打开传感器2928，测量磁场强度，然后再关闭，以节约电能。具体的说，打开传感器2928后，微型控制器2936首先从管脚7输出一个低电压。这个低电压使得开关2932关闭，从而将调压器2908的5.0V输出端2924连接到传感器2928上，并向其供电。要关闭传感器2928，微型控制器2936便从管脚7输出一个高电压。这个高电压又使开关2932打开，从而断开调压器2908的5.0V输出端2924与传感器2928的连接，并将其关闭。在一个实施例中，开关2936是一种p-Channel MOSFET。

同样，为节约电能，微型控制器2936可以断开施加在管脚1和2上的基准电压。这需要微型控制器2936向其管脚9输出大约5.0V的电压。当要重新接通施加在管脚1和2上的基准电压时，微型控制器在其管脚9上输出的电压大约是0V。

5个电子发光元件2940为用户提供了可视化输出。例如，5个电子发光元件2940可以用来显示鞋底104当前设定的硬度/松软度。如图29所示，微型控制器2936的管脚17，18，19通过电阻器2972与5个电子发光元件2940连接。微型控制器2936根据执行上述方法2300所得到的结果，控制其管脚17，18，19上的输出/输入，用以打开或关闭一个或几个电子发光元件2940。图31中的表说明为打开若干个电子发光件2940的组合所需要的，微型控制器2936的管脚17，18，19上的输出/输入状态。状态“0”代表微型控制器2936在一个特定管脚上输出一个低电压；状态“1”代表微型控制器2936在一个特定管脚上输出一个高电压；而状态“Z”代表微型控制器在一个特定管脚上形成高的输入阻抗。

开关2944和2948分别连接在地面与微型控制器2936的管脚14和13之间。根据上述方法2300，用户可以关闭开关2944，将微型控制器2936的管脚14与地面连接，同时让开关2948打开着，以表示他希望将鞋底104的硬度设定得更坚硬些。同样，用户也可以关闭开关2948，把微型控制器2936的管脚13与地面连接，同时让开关2944打开着，这表示他希望将鞋底104的硬度设定得更松软些。如果用户同时关闭开关2944和2948，微型控制器2936就启动上述有关方法2300中的“关闭”程序。用户可以通过按压安装在鞋子100外面的按钮来关闭开关2944和2948中的任何一个开关。

致动系统2920包括晶体管电桥2976和2980，以及平行地连接的，带有电容器2984的电动机(图中未示)。在图29中的实施例中，晶体管电桥2976包括一个n-Channel MOSFET(包括控制极G1、电源极S1和栅极D1)和一个p-Channel MOSFET(包括控制极G2、电源极S2和栅极D2)。晶体管电桥2980也包括一个n-Channel MOSFET(包括控制极G1、电源极S1和栅极D1)和一个p-Channel MOSFET(包括控制极G2、电源极S2和栅极D2)。晶体管电桥2976的电源极S1和晶体管电桥2980的电源极S1接地。晶体管电桥2976的电源极S2和晶体管电桥2980的电源极S2连接在电源2906的正极上。晶体管电桥2976的控制极G1和晶体管电桥2980的控制极G2连接在微型控制器2936的管脚12上。晶体管电桥2976的控制极G2和晶体管电桥2980的控制极G1连接在微型控制器2936的管脚10上。晶体管电桥2976的栅极D1和晶体管电桥2980的栅极D2连接在电动机的电动机向后驱动的终端2988上。晶体管电桥2976的栅极D2和晶体管电桥2980的栅极D1连接在电动机的电动机向前驱动的终端2992上。

如图32中的表格所示，为使电动机向前移动，微型控制器2936向其管脚12输出一个高电压，并向其管脚10输出一个低电压。这样就打开了晶体管电桥2976的MOSFETs，而关闭了晶体管电桥2980的MOSFETs。结果，电动机向前驱动的终端2992与电源2906的正极连接，而电动机向后驱动的终端2988接地，从而使电动机向前移动。为使电动机向后移动，微型控制器2936向管脚12输出一个低电压，而向管脚10输出一个高电压。这样就关闭了晶体管电桥2976的MOSFETs，而打开了晶体管电桥2980的MOSFETs。结果，电动机向前驱动的终端2992接地，而电动机向后驱动的终端2988与电源2906的正极连接，从而使电动机向后移动。如果微型控制器2936同时在管脚10和12上输出高电压，或者同时输出低电压，则电动机停止并保持停顿状态。

电源2906的正极也连接在微型控制器2936的管脚20上。这样，微型控制器2936就能感应到电源正极的电压(例如，能感应到一个电池电压)，并能应用所感应到的电压执行上述方法2300的步骤。例如，如上所述，微型控制器2936能够通过所感应到的电压确定电动机是否被阻挡，如果是，则停止电动机。

微型控制器2936的管脚4是微型控制器2936的下方有效的重新设定管脚。它可以让微型控制器2936在测试/调试期间进行重新设定，但是却不能在鞋子100的使用者正在步行/跑步时使用。同样，微型控制器2936的管脚8和11也是在测试/调试期间使用，而不是在鞋子100的使用者正在步行/跑步时使用。具体的说，微型控制器2936的管脚8是一个数据管脚，它用来传输数据，而微型控制器2936的管脚11是一个时钟管脚。

此外，电路2900还包括很多测试触点2996(即从TP1到TP10的测试触点)，这些触点在测试/调试期间，以及当电源2906与电路2900的连接断开时使用，但，当鞋子100的使用者在步行/跑步时，却不使用。例如，测试触点TP1为微型控制器2936提供一个大约1.0V的基准电压；测试触点TP2为微型控制器2936提供一个大约3.0V的基准电压；测试插触点TP3从传感器2928向微型控制器2936提供模拟读数；测试触点TP4为微型控制器2936提供电源；测试触点TP5为电路2900提供基准地压；测试触点TP6微型控制器2936的时钟管脚11连接，测试触点TP9能让微型控制器2936进行重新设定。测试触点TP7，TP8和TP10可以在测试/调试期间将数据传输给微型控制器2936或从微型控制器2936输出数据。例如，在一个实施例中，测试触点TP7和TP8可以在测试/调试期间分别模拟开关2948和2944的开和关。

图33A和33B描述一种具有另一种智能系统1506的鞋子1500。鞋子1500包括一个鞋面1502，一个鞋底1504和智能系统1506。智能系统1506安装在鞋底1504的后跟部位1508。智能系统1506具有一个驱动器1531和一个由一个或多个同样元件构成的可调节元件1524。在图33B中详细描述了可调节元件1524，它包括两根双场强调谐杆1525，这两根双场强调谐杆根据经过校正的驱动器信号而转动，用以修正鞋子1500工作特性。双场强调谐杆1525是各向异性的，在第6807753号美国专利文献中有详细的说明，其中公开的资料都可以引用于本说明书。双场强调谐杆1525由电动机1532和传动元件1534驱动，用以使鞋底1504更硬或更软。传动元件1534大约在调谐杆1525侧面的中点与双场强调谐杆连接，例如，通过一根齿条和小齿轮，或螺杆与传动轮装置。

图34A表示具有另一种智能系统1606的鞋子1600。图34B-34D表示在各种工作状态下的可调节元件1624。鞋子1600包括一个鞋面1602，一个鞋底1604和智能系统1606。智能系统1606包括一个驱动器1631和一个可调节元件1624。可调节元件1624具有两块多密度板1625、1627。其中的一块板(在本实施例中是下层板1627)，能按照调整鞋子工作特性的修正驱动器信号，由驱动器1631驱动相对于另一块板(即此装置中的上层板1625)滑动(见箭头1680)。

板1625、1627由交替的不同密度的材料制成。具体的说，板1625、1627交替地由相对较软的条状材料1671和相对较硬的条状材料1673制成。板1625、1627不同密度部分的对准与否决定了鞋子的工作特性。在图34B中，较硬的材料1673互相对准，因此构成了一个较硬的可调节元件1624。在图34C中，不同密度材料1671，1673只有部分对准，因此构成一个较软的可调节元件1624。在图34D中，相对较硬的材料1673和相对较软的材料1671基本上对准，从而构成了可能是最软的可调节元件1624。

图35A和35B表示具有另一种智能系统1706的鞋子1700。鞋子1700包括一个鞋面1702，一个鞋底1704和智能系统1706。智能系统1706安装在鞋底1704的后跟部位1708中。智能系统1706包括一个驱动器1731(图中未表示，但与上文描述的类似)，和一个可调节元件1724。这种可调节元件1724是一种能相对于鞋底1704摇动的复合密度的后跟部分1726(见图35B中箭头1750)。摇动后跟部分1726，就能校正鞋子1700在后跟触地区域1782处的机械性能。后跟部分1726能在驱动器1731的驱动下围绕一个枢轴点1784摇动。

本文中的各种可调节元件的构件，可利用，例如，注塑成形或挤压，以及其他组合的机械加工工艺制成。挤压工艺可用来提供均匀的形状，例如单独一个整体的框架。然后，可使用插入模制法制成敞口空间所要求的几何形状，或者用以后的机械加工在所要求的部位形成敞口的空间。其他制造技术，还包括熔接或粘接附加器件。例如，圆筒448可以用液态环氧树脂或热熔粘接剂，如EVA，连接起来。除了用粘接剂粘接之外，也可以用溶剂来粘接各种器件，但要使用能方便地熔化各种器件，或者在起泡过程中将它们熔合在一起的溶剂。

各种器件可以用任何适当的，带有或不带加固材料的聚合材料或聚合材料的组合来制造。适当的材料包括：聚亚安酯，如热塑性聚亚安酯(TPU)；EVA；热塑性聚醚块状氨基化合物，如ElfAtochem公司出售的

牌；热塑性聚酯人造橡胶，如DuPont公司出售的

牌人造橡胶；热塑性人造橡胶，如Advanced Elastomer Systems，L.P公司出售的

牌人造橡胶；热塑性石蜡；尼龙，如尼龙12，它具有10％到30％或更多的玻璃纤维增强材料；硅；聚乙烯；乙缩醛；以及其它类似的材料。如果使用加固材料，可用合成玻璃或炭化石墨纤维，或者超芳族聚酸胺纤维，如DuPont公司出售的

牌纤维，或其他类似的方法制成。同时，聚合材料也可与其他材料一起使用，如天然或人造橡胶。也可以使用本技术领域的技术人员公知其他适当的材料。

在一个具体的实施例中，扩张元件126可由一种或多种不同密度的泡沫塑料，非泡沫聚合材料，和/或骨架构件制成。例如，圆筒可由带有一种泡沫状EVA芯子的45 Asker C的

4069或5050制成。在另一个实施例中，圆筒由不带内置泡沫芯子的

5556制成。扩张元件126的硬度大约在Asker C 40到70的范围内，通常在约Asker C 45到65之间，最好是Asker C 55左右。在另一个实施例中，调谐杆1525，多密度板1625，1627或上层和下层支撑板114，116可以涂敷抗摩擦层，例如漆，包括DuPont公司出售的Teflon材料或类似物质。各种器件可以按颜色编号以便向使用者提示系统的特定工作特性，而沿着鞋底的边缘部分可设置清洁口。各种器件的大小和形状都可以改变，以适应特定的应用。在一个实施例中，扩张元件126的直径大约在10mm到40mm之间，通常在20mm到30mm之间，最好在25mm左右。扩张元件126的长度可以在约50mm到100mm之间，一般为75mm到90mm之间，最好是85mm。

此外，扩张元件126可应用反向注射法进行整体制造，在这种方法中，圆筒2142本身为泡沫芯子144形成模具。这种方法比传统制造方式更为经济，因为不需要独立的芯子模具。扩张元件126也可以通过一种称为双重注塑的单独一个步骤来制造，它使用同时注射两种或更多种不同密度的材料来制造整体的气缸142和芯子144。

图36是可调节元件在两种不同设定条件下的工作特性曲线图(曲线A和B)。这个曲线图表示可调节元件在承重情况下，即在压缩时的变形总量。从曲线图可以看出，每条曲线A、B都有两种明显不同的坡度1802、1804、1806、1808。每条曲线的第一个坡度1802，1806一般代表可调节元件从第一次接触直到与限制器接触的过程。在这一阶段里，压缩的阻力来自在承重时压缩的结构外壁和可调节元件芯子的联合作用。每条曲线的第二个坡度1804，1808代表可调节元件在与限制器接触时的压缩过程。在这一阶段，可调节元件可能有很小的附加变形，这个附加的压力试图弯曲或使构件的外壁变形。

对于设定为A的情况(代表较硬的设定)，当施加在可调节元件上的压力大约为800N时，可调节元件大约变形6.5mm，其曲线上的对应部分为坡度1802。此时，可调节元件已碰到了限制器，并且只可能产生很小的附加变形。而坡度1804则表示，在可调节元件上所施加的附加压力为800N时，可调节元件只产生2mm左右的附加变形。对于设定为B的情况(它代表较软的设定)，当施加在可调节元件上的压力大约为800N时，可调节元件大约变形8.5mm，其曲线上的对应部分为坡度1806。此时，可调节元件已碰到了限制器，并且只可能产生很小的附加变形。而坡度1808则表示，当施加在可调节元件上的压力大约为800N时，可调节元件只产生2.5mm左右的附加变形。

图37是一种表示在鞋子使用期间调整其工作特性的方法的流程图。该方法包括监控鞋子的工作特性(步骤1910)，根据所监控到的工作特性产生一个正确的驱动器信号(步骤1920)，并且根据该驱动器信号调节可调节元件，来调整鞋子的工作特性(步骤1930)。在一个具体的实施例中，这些步骤可以重复进行，直到达到一个工作特性的阈值为止(步骤1940)。

图38A是延续监控程序1910的一个可能的实施例。如图所示，监控工作特性的程序包括使用一个近距传感器测量磁铁的磁场(子步骤2010)，以及比较磁场强度与阈值(子步骤2020)。另外，监控工作特性的程序也可以包括对磁场进行多次测量并计算这些测量值的平均值。然后，系统对平均的磁场测量值与阈值进行比较(可供选择的子步骤2030)。在必要情况下，系统将重复这些步骤(可供选择的子步骤2040)，直到磁场测量值完全与阈值相等，或其偏差在一个预先确定的范围内。

图38B是产生驱动器信号的步骤1920的一个实例的扩展。如图所示，产生正确的驱动器信号包括对所监控的工作特性与所预期的工作特性相比较(子步骤2050)，产生偏差值(子步骤2060)，并且根据偏差值输出修正驱动器信号的幅度(子步骤2070)。在一个实施例中，修正驱动器信号的大小具有预定的幅度，以便用这种预先确定的修正值来确定工作特性。通过这种方法，系统将逐渐改变鞋子的工作特性，而使得使用者比较不易觉察，因而不需要使用者去适应鞋子性能的变化。

图39是表示调节鞋子舒适性的方法的一种流程图。该方法包括提供一种可调节的鞋子(步骤2110)和确定一个冲击力的值(步骤2120)。冲击力代表在一定时间内加速度的变化量与时间的变化量之比(Δa/Δt)。冲击力值可以根据在已知时间内磁场的变化量，从距离的测量值获得。控制系统记录在一段时间内磁场的变化，并能够处理这些测量值以得出冲击力值。该方法可进一步包括根据急推力值来修正可调节鞋子的工作特性(可供选择的步骤2130)，例如，使急推力值保持在一个预先确定的最大值以下。

在描述了本发明的某些实施例之后，对于该技术领域的普通技术人员来说，以下事实是显而易见的，即，在不脱离本发明的发明构思和范围的条件下，可用于所有利用所公开的发明构思的其它实施例。因此，所描述的实施例仅仅是一种说明，本发明的保护范围不受实施例的限制。

Claims (28)

1. 一种在穿着状态下修正鞋的工作特性的方法，它包括：

测量一个从至少有一部分放在鞋子的鞋底内部的传感器所发出来的传感器信号；

确定鞋底是否受压缩；

当确定鞋底受到压缩后，确定是否需要调节鞋底；以及

在确定需要调节鞋底之后，调节鞋底；

其中该方法还包括以至少重复一次测量传感器信号的步骤，以获得多个的传感器信号的测量值；

其中上述确定鞋底是否受到压缩的步骤包括计算以前测得的多个传感器信号的平均值与当前测得的传感器信号值之间的差值。

2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还具有接收一个由穿鞋者输入的与鞋底的调节有关的信号的步骤。

3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，它还具有根据穿鞋者输入的信号，为鞋底设定的调节鞋底硬度的步骤。

4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，它还具有激发至少一个设置在鞋子上的电子发光元件，来显示为鞋底设定的硬度的步骤。

5. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，它还具有根据接收到的穿鞋者输入的信号，计算至少一个压缩量的阈值的步骤，这至少一个压缩量的阈值用来确定是否需要调整鞋底。

6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，上述至少一个压缩量的阈值包括一个压缩量的下阈值和一个压缩量的上阈值。

7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述测量传感器信号的步骤包括多次对传感器信号取样。

8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，上述测量传感器信号的步骤还包括对传感器信号的多次样本的子集进行平均后，为传感器信号计算平均值。

9. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述确定鞋底是否受到压缩的步骤，还具有每次获得所述传感器信号的新的测量值时计算所述差值。

10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，上述确定鞋底是否受到压缩的步骤，还包括确定计算差值的次数是否大于一个预先确定的常数。

11. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述测量传感器信号的步骤，还包括测量鞋底的压缩量，并且，确定是否需要调节鞋底的步骤，还包括确定测量鞋底压缩量的最大值。

12. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述确定是否需要调整鞋底的步骤，还包括确定鞋子所工作的表面状况是否有变化。

13. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，上述确定鞋子工作的表面状况是否有变化的步骤，还包括确定在某一时间段内第一参数是否有变化，以及第二参数是否基本上没有变化。

14. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，上述确定鞋子工作的表面状况是否有变化的步骤，还包括确定在某一时间段内鞋底压缩量的绝对值是否有变化，以及鞋底压缩量的偏差值是否基本上没有变化。

15. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，判断鞋子的工作的表面状况是否变化的步骤，还包括确定在某一时间段内鞋底压缩量的偏差值是否有变化，并且鞋底压缩量的绝对值是否基本上没有变化。

16. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，已经确定，上述鞋子工作的表面状况已经从坚硬的地面变换到柔软的地面。

17. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，已经确定，上述鞋子工作的表面状况已经从柔软的地面变换到坚硬的地面。

18. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，上述确定鞋子工作的表面状况是否变化，是在穿鞋人走了许多步之后才作出的。

19. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述确定鞋底是否需要调节的步骤，包括确定鞋底的压缩量小于压缩量的下阈值。

20. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述调节鞋底的步骤是使鞋底变软。

21. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述确定鞋底是否需要调节的步骤，包括确定鞋底的压缩量大于压缩量的上阈值。

22. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述调节鞋底的步骤是使鞋底变硬。

23. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述调节鞋底的步骤在穿鞋者走出若干步后才进行。

24. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述调节鞋底的步骤还包括启动位于鞋底里的一台电动机。

25. 如权利要求24所述的方法，其特征在于，它还包括确定位于鞋底里的电动机的状态的步骤。

26. 如权利要求25所述的方法，其特征在于，上述确定电动机状态的步骤包括对电池的电压取样。

27. 一种用于在鞋的使用过程中修正其工作特性的控制器，这种控制器包括下列各部分：

一个接收器，它用于接收从一个至少有一部分安装在鞋底里的传感器输出来的第一信号；

一个判断模块，它用于确定鞋底是否受到压缩，并确定鞋底是否需要调节；以及

一个发射器，它用于发出调整鞋底的第二信号；

其中所述接收器用于接收多个的传感器输出第一信号的测量值；

其中上述确定鞋底是否受到压缩的步骤包括计算以前测得的多个传感器输出第一信号的平均值与当前测得的传感器输出第一信号值之间的差值。

28. 一种鞋子，它有鞋面和鞋底，以及一个至少一部分安装在鞋底里的控制器，该控制器包括下列各种装置：

接收第一信号的装置，该信号是从一个至少一部分安装在鞋底里的传感器输出来的；

确定鞋底是否受到压缩，并且确定鞋底是否需要调节的装置；以及

用于发射对鞋底进行调节的第二信号的装置；

其中所述接收第一信号的装置用于接收多个的传感器输出第一信号的测量值；

其中上述确定鞋底是否受到压缩的步骤包括计算以前测得的多个传感器输出第一信号的平均值与当前测得的传感器输出第一信号值之间的差。

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