CN104337105A - 一种行走定位鞋 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种行走定位鞋，包括：所述鞋底内部的空腔；所述空腔内包括顺次连接的发电机，稳压电路，蓄电池，稳流电路，传感器，微处理器，以及无线通信模块；所述发电机用于采集行走动能，并将所述行走动能转化为电能；所述稳压电路用于将所述发电机转化的电能进行稳压处理；所述蓄电池用于存储所述转化的电能；所述稳流电路用于将所述蓄电池中存储的电能进行稳流处理；所述传感器用于收集并传递运动信号；所述微处理器用于接收所述运动信号，依据所述运动信号计算行人的行走位移信息；所述无线通信模块用于将所述行人的行走位移信息传导至连接的显示设备。本发明可以高效、准确地获取行人的行走位移信息。

Description

一种行走定位鞋

技术领域

本发明涉及鞋的技术领域，特别是涉及一种行走定位鞋。

背景技术

在导航系统中，最常见的是车载导航系统，随着科技的发展，越来越多的导航系统集成在移动终端上。这些导航系统都是基于全球卫星导航系统（如GPS）对行人的位置进行确定的，并匹配地图导航提高定位的精度。

然而GPS并不是任何地方都能进行定位，比如室内和干扰大的地方均不能定位，这时若要确定行人的位置则需要通过其他传感器计算行人的位置。目前honeywell公司的DMR4000是将MEMS惯性传感器置于人的腰上，推过航位推算计算出行人的位置。这种方案有一定的好处，但是它会随人的状态的不一样而带来很大的误差，同时它需要隔一段时间对设备进行充电，并且将传感器置于腰上，每次佩戴时都非常麻烦，若没有准确佩戴，导航误差会增大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种行走定位鞋，能够高效、准确地获取行人的行走位移信息，同时鞋子不影响人的正常行走、行走时的舒适性以及可靠性高。

为了解决上述问题，本发明公开了一种行走定位鞋，包括鞋面，鞋底和鞋带或鞋扣，所述行走定位鞋还包括：

所述鞋底内部的空腔；

所述空腔内包括顺次连接的发电机，稳压电路，蓄电池，稳流电路，传感器，微处理器，以及无线通信模块；

所述发电机用于采集行走动能，并将所述行走动能转化为电能；

所述稳压电路用于将所述发电机转化的电能进行稳压处理；

所述蓄电池用于存储所述转化的电能；

所述稳流电路用于将所述蓄电池中存储的电能进行稳流处理；

所述传感器用于收集并传递运动信号；

所述微处理器用于接收所述运动信号，依据所述运动信号计算行人的行走位移信息；

所述无线通信模块用于将所述行人的行走位移信息传导至连接的显示设备。

优选地，所述发电机包括：线圈，永磁体和永磁体运动轨迹固定棒；

其中，所述永磁体套住永磁体运动轨迹固定棒，线圈的中心通孔套住永磁体；所述永磁体在行走动能驱动作用下在永磁体运动轨迹固定棒上滑动，静止的线圈相对于运动的永磁体做相对运动时切割磁感线，产生磁通量的变化，进而产生电动势，电动势形成电压，继而产生电场力，在电场力的作用下，处于电场内的电荷发生定向移动，形成电流；

所述稳压电路包括：稳压控制微电路板和电线；

其中，所述电流经过电线传导给稳压控制微电路板进行稳压处理后，经过电线再传导给蓄电池进行储存；

所述稳流电路包括：稳流控制微电路板和电线；

其中，蓄电池输出的电流通过电线传导给稳流控制微电路板进行稳流处理后，将电流提供给传感器、微处理器、无线通信模块使用。

优选地，所述传感器包括：三轴加速度计，三轴陀螺仪，三轴磁强计，温度计，气压高度计；所述运动信号包括三轴加速度计收集的沿安装方向的三轴加速度信息，三轴陀螺仪收集的三轴角速率信息，三轴磁强计收集的磁强度信息，温度计收集的温度值，气压高度计收集的气压值。

优选地，所述微处理器包括姿态信息计算单元，航向调整单元，步长计算单元，以及位移计算单元，

所述姿态信息计算单元用于通过对所述三轴角速率信息采用四元数法进行积分得到姿态信息，所述姿态信息包括航向角、俯仰角和滚动角；

所述航向调整单元用于通过所述磁强度信息计算当前行走的航向角，利用所述当前行走的航向角修正所述姿态信息计算单元得到的航向角；

所述步长计算单元用于通过所述沿安装方向的三轴加速度信息计算每一步的步长以及俯仰角和滚动角，采用所述俯仰角和滚动角修正所述姿态信息计算单元得到的俯仰角和滚动角；

所述位移计算单元用于依据所述修正的姿态信息以及所述每一步的步长计算行人的行走位移信息。

优选地，所述微处理器还包括高度计算单元，用于依据所述气压值计算当前行走的高度信息。

优选地，所述无线通信模块还用于将所述高度信息以及温度值传导至连接的显示设备。

优选地，所述无线通信模块包括蓝牙单元以及Wi-Fi单元，所述蓝牙单元用于通过蓝牙将所述行人的行走位移信息传导至连接的显示设备中；所述Wi-Fi单元用于通过Wi-Fi将所述行人的行走位移信息传导至连接的显示设备中；所述显示设备安装有定制的应用程序，用于显示所述行人的行走位移信息。

优选地，所述行人的行走位移信息为人相对于起始点坐标的位移，所述起始点坐标通过所述显示设备获取得到。

优选地，所述鞋底还包括：空腔下面的耐磨材质防滑面及电路保护层，以及空腔上面的压力缓冲层。

优选地，所述压力缓冲层为气垫缓冲。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明是一种行走定位鞋，内置发电机，蓄电池，稳压电路，以及稳流电路，能够有效的尽量多的收集人在走动时多余的动能，通过发动机将所述多余的动能转换为电能送入蓄电池储存，能够提供源源不断的电源，不需要额外的充电，免去了充电的麻烦。

2、本发明是一种行走定位鞋，内置传感器，不需要外部其他设备提供的信号，完全依靠自身的传感器来采集用户的运动信号，进行运动信号解算，因此不受空间和环境的影响。

3、本发明的一种行走定位鞋，内置微处理器，通过微处理器采集传感器的运动信号，计算出脚当前的方位、步长和鞋内温度等位置信息，能为用户提供短时间内高精度的三维定位。

4、本发明不需要专门的GPS，只需要用户的手机或电脑等有导航功能，或用户手动输入用户的初始坐标就可以进行行人位置定位，并且获取得到行人行走的位移信息后可以通过在手机或电脑等设备上定制的APP显示出来，简单的APP能方便地集成在手机或电脑等设备中，使用非常方便。

5、本发明在鞋底设置了缓冲层和保护层，舒适性高，具有稳压电路、稳流电路，可靠性高。

附图说明

图1为本发明一种行走定位鞋的装置实施例1的内部电路结构框图；

图2为本发明一种行走定位鞋的装置实施例2的鞋底空腔内部构成结构框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1，示出了本发明一种行走定位鞋的装置实施例1的内部电路结构框图，具体可以包括：

顺次连接的发电机1，稳压电路2，蓄电池3，稳流电路4，传感器5，微处理器6，以及无线通信模块7；

所述发电机1用于采集行走动能，并将所述行走动能转化为电能；所述发电机1能够有效地收集人在走动时多余的动能并转化为电能，为行走定位鞋提供源源不断的电源，而不需要额外地供电，免去了充电的麻烦。

所述稳压电路2用于将所述发电机1转化的电能进行稳压处理，用以最大限度保证发电机1输给蓄电池3的电压稳定，从而保证蓄电池3不被烧坏（击穿），提高可靠性和安全性；

所述蓄电池3用于存储所述转化的电能；

所述稳流电路4用于将所述蓄电池3中存储的电能进行稳流处理，用以最大限度保证从蓄电池中出来的电流稳定，提高可靠性和安全性；

所述传感器5用于收集并传递运动信号；

所述微处理器6用于接收所述运动信号，依据所述运动信号计算行人的行走位移信息，用以实时的采集传感器5的运动信号，计算行人行走的位移，在短时间内为用户提供高精度的定位；

所述无线通信模块7用于在与显示设备连接时，将所述行人的行走位移信息传导至连接的显示设备，使用户方便地知道自己所在的具体位置。

本发明实施例的一种行走定位鞋，内置发电机1，稳压电路2，蓄电池3，稳流电路4，传感器5，微处理器6，以及无线通信模块7，可以将行人的行走动能转化为电能，维持行走定位鞋内部设备的供电，并且本发明的行走定位鞋完全依靠自身的传感器5来采集用户的运动信号，不需要外部其他设备提供的信号，因此其不受空间和环境的影响。另外，微处理器6获取到运动信号后，进行运动信号解算得到精准的行走位移信息显示给用户，为用户进行准确的位置定位。

参考图2，示出了本发明的一种行走定位鞋的装置实施例2的鞋底空腔内部构成结构框图，具体可以包括：

鞋面（图中未示出），以及，鞋底和鞋带或鞋扣（图中未示出）；

所述鞋底内部有空腔，空腔分为前、中、后，具体的，靠近脚趾的前空腔01，靠近脚跟的后空腔03，脚底板底下的中空腔02；空腔内包括顺次连接的位于后空腔03的发电机10，传感器14，微处理器15以及无线通信模块16，位于中空腔02的稳压电路11及稳流电路13，位于前空腔01的蓄电池12；

所述发电机10可以包括：线圈110，永磁体111和永磁体运动轨迹固定棒112；其中，所述永磁体111套住永磁体运动轨迹固定棒112，线圈110的中心通孔套住永磁体111，永磁体111在行走动能驱动作用下在永磁体运动轨迹固定棒112上滑动，静止的线圈110相对于运动的永磁体111做相对运动时切割磁感线，产生磁通量的变化，进而产生电动势，电动势形成电压，继而产生电场力，在电场力的作用下，处于电场内的电荷发生定向移动，形成电流；

所述稳压电路11包括：稳压控制微电路板和电线，所述电流经过电线传导给稳压控制微电路板进行稳压处理后，经过电线再传导给蓄电池12进行储存；其中，所述蓄电池12优选为锂电池；

所述稳流电路13包括：稳流控制微电路板和电线；所述蓄电池12输出的电流通过电线传导给稳流控制微电路板进行稳流处理后，将电流提供给传感器14、微处理器15、以及无线通信模块16使用。

所述传感器14可以包括低功耗的三轴加速度计141，三轴陀螺仪142，三轴磁强计143，温度计144，气压高度计145，用于收集并传递运动信号，所述运动信号可以包括三轴加速度计141收集的沿安装方向的三轴加速度信息，三轴陀螺仪142收集的三轴角速率信息，三轴磁强计143收集的磁强度信息，温度计144收集的温度值，气压高度计145收集的气压值。

所述微处理器15可以包括姿态信息计算单元151，航向调整单元152，步长计算单元153，以及位移计算单元154，

所述姿态信息计算单元151用于通过对所述三轴角速率信息采用四元数法进行积分得到姿态信息，所述姿态信息包括航向角、俯仰角和滚动角；

所述航向调整单元152用于通过所述磁强度信息计算当前行走的航向角，利用所述当前行走的航向角修正所述姿态信息计算单元151得到的航向角；

所述步长计算单元153用于通过所述沿安装方向的三轴加速度信息得到每一步的步长以及俯仰角和滚动角，采用所述俯仰角和滚动角修正所述姿态信息计算单元151得到的俯仰角和滚动角；

所述位移计算单元154用于依据所述修正的姿态信息以及所述每一步的步长计算行人的行走位移信息。另外，所述微处理器15还包括高度计算单元155，用于依据所述气压值计算当前行走的高度信息；

所述无线通信模块16包括蓝牙单元161以及Wi-Fi单元162，所述蓝牙单元161用于通过蓝牙将所述行人的行走位移信息、高度信息以及温度值传导至连接的显示设备中；所述Wi-Fi单元162用于通过Wi-Fi将所述行人的行走位移信息、高度信息以及温度值传导至连接的显示设备中；其中所述显示设备安装有定制的应用程序APP，用于显示所述行人的行走位移信息。

在具体实现中，所述鞋底还可以包括：空腔下面的耐磨材质防滑面及电路保护层，以及空腔上面的压力缓冲层。

其中，所述压力缓冲层优选为气垫缓冲；缓冲气垫接受来自人体重力产生的压力后，将压力通过压缩空气逐渐降低，提升鞋底的柔软度，提高了舒适性；所述耐磨材质防滑面通常为鞋底，作用为耐磨防滑；所述电路保护层作用为保护电路不挤压而降低整套电路的可靠性。

在具体实现中，所述空腔还可以有一个支撑装置，用以支撑空腔，以防空腔变形致使电路可靠性和安全性降低。

在目前的行人定位技术中，主要采用的是GPS，但是GPS有很大的局限性，它需要能接收到GPS卫星才能进行定位，同时它要至少接收到4颗卫星才能定位，因此它从开机到定位需用一定的时间，而且GPS在室内及干扰大的地方都不可以使用，这时行人就无法获得自己的具体位置，若在某些高危领域如消防，抢险救灾的情况下，救援人员就会变得比较危险。因此获得准确的行人位置，不仅对于个人来说比较需要的，对于某些特殊行业也是非常可贵的信息。本发明实施例通过将用于获取行人位置信息的内部电路置于行走定位鞋的鞋底，将人走时的多余的动能转换为电能，为行走定位鞋整个设备提供源源不断的电源，并通过采集用户实时的运动信息，准确的计算出来用户的行走位移信息，在短时间内为用户提供高精度的定位。作为本实施例的一种优选示例，所述行走定位鞋的工作过程如下：

当人行走时，左右两脚交替运动，永磁体111通过永磁体运动轨迹固定棒112固定在一个固定轨迹（垂直于水平面上下空间内），再加上永磁体111高度比永磁体运动轨迹固定棒112低，在人行走垂直于水平面上下空间内产生动能，驱动永磁体111做垂直于水平面上下空间运动，线圈110固定不动切割磁感线会使垂直于水平面上下空间内的磁通量变化，从而转化为电动势，由于人行走时连续动作，所以电动势会连续存在。

电动势产生后，电动势形成电压，继而产生电场力，在电场力的作用下，处于电场内的电荷发生定向移动，形成电流，电流通过电线流往稳压电路11，稳压电路11经过稳压处理后，将符合蓄电池12标准的电流输送往蓄电池12储存，不会造成蓄电池12因电压不稳定而烧坏。

蓄电池12输出的电流通过电线传导给稳流控制微电路板进行稳流处理后，将电流提供给传感器14、微处理器15、无线通信模块16使用。

所述传感器14与微处理器15采用电源连接线相连，其中所述传感器可以包括低功耗的三轴加速度计141，三轴陀螺仪142，三轴磁强计143，温度计144，气压高度计145，所述三轴加速度计141用于收集沿安装方向的三轴加速度信息，所述三轴陀螺仪142用于收集三轴角速率信息，所述三轴磁强计143用于收集磁强度信息，所述温度计144用于收集温度值，所述气压高度计145用于收集气压值。与GPS需要至少接收到4颗卫星以及在空旷地方才能定位不同，所述行走定位鞋采用自身的传感器获取运动信号，而不需要外界提供的其他信号，因此开机便可使用，无需等待时间，使用起来极其方便，不受空间和环境的影响。

姿态信息计算单元151通过对所述三轴角速率信息采用四元数法进行积分得到姿态信息，所述姿态信息包括航向角、俯仰角和滚动角；航向调整单元152通过所述磁强度信息计算当前行走的航向角，利用所述当前行走的航向角修正所述姿态信息计算单元151得到的航向角，步长计算单元153通过所述沿安装方向的三轴加速度信息计算每一步的步长以及俯仰角和滚动角，采用所述俯仰角和滚动角修正所述姿态信息计算单元151得到的俯仰角和滚动角；位移计算单元154依据所述修正的姿态信息以及所述每一步的步长计算行人的行走位移信息；高度计算单元155依据所述气压值计算当前行走的高度信息。具体而言，微处理器15通过实时接收传感器14的运动信号，经过软件滤波，去除没用的噪声后，将剩余的有用的三轴加速度信息进行比较，找出它们的最大值，次大值，最小值和次小值，通过这些值之间的时间关系计算出一步的步长；通过三轴角速率信息积分得到脚的姿态信息，若磁强计可用则可计算出方向来修正通过三轴角速率信息计算的航向角，通过姿态信息中修正的航向角，将步长进行分解，得到人实际的行走位移信息（例如，假设修正的当前行走航向角为a，步长是L，则行走的水平距离x和y为：

x=L*sin(a)；y=L*cos(a)），因此姿态信息是用来辅助行走位移信息的确定的，最终将得到的行走位移信息传输出去。其中，所述行走位移信息为人相对于初始点信息的位移，初始点信息是通过无线通信模块16连接手机或是电脑等显示设备来发送过来的，微处理器15接收到初始点信息后，在所述初始点信息上叠加新的行走位移信息得到定位结果，为用户提供短时间内高精度的三维定位。

蓝牙单元161和/或Wi-Fi单元162将位移行人的行走位移信息、高度信息、温度值等传导至连接的显示设备如手机，电脑等，显示设备就可以通过wifi或蓝牙接收到所述行人的行走位移信息、高度信息、温度值，并采用其定制的APP显示出来。其中，所述蓝牙单元161和/或Wi-Fi单元162为用户定制的单元。

同时，人在行走时，由于重力作用会产生向下的压力，由于空气具有良好的压缩性能，压力缓冲层为缓冲气垫，缓冲气垫接受来自人体重力产生的压力后，将压力通过压缩空气逐渐降低，提升鞋底的柔软度，提高了舒适性；同时电路保护层和支撑装置可以保护空腔内设备，提高电路的安全性，具有稳压电路和稳流电路，提高了电路的可靠性；再者所有设备都在鞋底空腔内，隔绝了可能产生不整洁、不简便、不美观视觉效果，使之看上去整洁、简便、美观。

本发明的行走定位鞋具有如下明显的优点：

1、本发明是一种行走定位鞋，内置发电机，蓄电池，稳压电路，以及稳流电路，能够有效的尽量多的收集人在走动时多余的动能，通过发动机将所述多余的动能转换为电能送入蓄电池储存，能够提供源源不断的电源，不需要额外的充电，免去了充电的麻烦。

2、本发明是一种行走定位鞋，内置传感器，不需要外部其他设备提供的信号，完全依靠自身的传感器来采集用户的运动信号，进行运动信号解算，因此不受空间和环境的影响。

3、本发明的一种行走定位鞋，内置微处理器，通过微处理器采集传感器的运动信号，计算出脚当前的方位、步长和鞋内温度等位置信息，能为用户提供短时间内高精度的三维定位。

4、本发明不需要专门的GPS，只需要用户的手机或电脑等有导航功能，或用户手动输入用户的初始坐标就可以进行行人位置定位，并且获取得到行人行走的位移信息可以通过在手机或电脑等设备上定制的APP显示出来，简单的APP能方便地集成在手机或电脑等设备中，使用非常方便。

5、本发明在鞋底设置了缓冲层和保护层，舒适性高，具有稳压电路、稳流电路，可靠性高。

以上对本发明所提供的一种行走定位鞋，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种行走定位鞋，其特征在于，包括鞋面，鞋底和鞋带或鞋扣，所述行走定位鞋还包括：

所述鞋底内部的空腔；

所述空腔内包括顺次连接的发电机，稳压电路，蓄电池，稳流电路，传感器，微处理器，以及无线通信模块；

所述发电机用于采集行走动能，并将所述行走动能转化为电能；

所述稳压电路用于将所述发电机转化的电能进行稳压处理；

所述蓄电池用于存储所述转化的电能；

所述稳流电路用于将所述蓄电池中存储的电能进行稳流处理；

所述传感器用于收集并传递运动信号；

所述微处理器用于接收所述运动信号，依据所述运动信号计算行人的行走位移信息；

所述无线通信模块用于将所述行人的行走位移信息传导至连接的显示设备。

2.如权利要求1所述的行走定位鞋，其特征在于：

所述发电机包括：线圈，永磁体和永磁体运动轨迹固定棒；

其中，所述永磁体套住永磁体运动轨迹固定棒，线圈的中心通孔套住永磁体；所述永磁体在行走动能驱动作用下在永磁体运动轨迹固定棒上滑动，静止的线圈相对于运动的永磁体做相对运动时切割磁感线，产生磁通量的变化，进而产生电动势，电动势形成电压，继而产生电场力，在电场力的作用下，处于电场内的电荷发生定向移动，形成电流；

所述稳压电路包括：稳压控制微电路板和电线；

其中，所述电流经过电线传导给稳压控制微电路板进行稳压处理后，经过电线再传导给蓄电池进行储存；

所述稳流电路包括：稳流控制微电路板和电线；

其中，蓄电池输出的电流通过电线传导给稳流控制微电路板进行稳流处理后，将电流提供给传感器、微处理器、无线通信模块使用。

3.如权利要求1所述的行走定位鞋，其特征在于，所述传感器包括：三轴加速度计，三轴陀螺仪，三轴磁强计，温度计，气压高度计；所述运动信号包括三轴加速度计收集的沿安装方向的三轴加速度信息，三轴陀螺仪收集的三轴角速率信息，三轴磁强计收集的磁强度信息，温度计收集的温度值，气压高度计收集的气压值。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述微处理器包括姿态信息计算单元，航向调整单元，步长计算单元，以及位移计算单元，

所述姿态信息计算单元用于通过对所述三轴角速率信息采用四元数法进行积分得到姿态信息，所述姿态信息包括航向角、俯仰角和滚动角；

所述航向调整单元用于通过所述磁强度信息计算当前行走的航向角，利用所述当前行走的航向角修正所述姿态信息计算单元得到的航向角；

所述步长计算单元用于通过所述沿安装方向的三轴加速度信息计算每一步的步长以及俯仰角和滚动角，采用所述俯仰角和滚动角修正所述姿态信息计算单元得到的俯仰角和滚动角；

所述位移计算单元用于依据所述修正的姿态信息以及所述每一步的步长计算行人的行走位移信息。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述微处理器还包括高度计算单元，用于依据所述气压值计算当前行走的高度信息。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述无线通信模块还用于将所述高度信息以及温度值传导至连接的显示设备。

7.如权利要求1-6任一权利要求所述的行走定位鞋，其特征在于，所述无线通信模块包括蓝牙单元以及Wi-Fi单元，所述蓝牙单元用于通过蓝牙将所述行人的行走位移信息传导至连接的显示设备中；所述Wi-Fi单元用于通过Wi-Fi将所述行人的行走位移信息传导至连接的显示设备中；所述显示设备安装有定制的应用程序，用于显示所述行人的行走位移信息。

8.如权利要求5所述的行走定位鞋，其特征在于，所述行人的行走位移信息为人相对于起始点坐标的位移，所述起始点坐标通过所述显示设备获取得到。

9.如权利要求1所述的行走定位鞋，其特征在于，所述鞋底还包括：空腔下面的耐磨材质防滑面及电路保护层，以及空腔上面的压力缓冲层。

10.如权利要求9所述的行走定位鞋，其特征在于，所述压力缓冲层为气垫缓冲。