CN104473650A - 一种基于柔性力敏传感器的运动能耗监测鞋及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于柔性力敏传感器的运动能耗监测鞋及其监测方法，通过采集足底压力分布信息获取用户的步频、步速等运动参数信息，结合性别、身高、下肢长度等人体属性参数，利用多元线性回归分析方法建立运动能耗模型，实现运动能耗的实时监测。运动能耗监测鞋包括安装有柔性力敏传感鞋垫的运动鞋和腕表。运动鞋内的柔性力敏传感鞋垫实时采集用户的足底压力分布信息并通过ZigBee无线方式传输给腕表，腕表将足底压力分布信息、年龄、身高以及下肢长度等参数代入运动能耗模型中，得到运动能耗信息，并对能耗信息进行存储和显示。本发明运动能耗监测鞋是一种成本低廉、易于穿戴、能耗计算准确且具有实时反馈功能的运动能耗监测设备。

Description

一种基于柔性力敏传感器的运动能耗监测鞋及其监测方法

技术领域

本发明涉及传感技术、运动生物力学、医疗卫生、康复医疗等领域，特别涉及一种基于柔性阵列压力传感器的运动能耗鞋及其监测方法。

背景技术

医学研究表明，人体营养过剩、能量代谢失衡是导致慢性代谢性疾病的一个重要原因，保持能量平衡是预防多种代谢综合症的基本前提。当摄入能量保持相对恒定时，人体能量平衡的本质就归结于寻找科学合理的个体运动形式和运动强度，维持人体总摄入和总消耗能量的平衡。因此个体日常体力活动的能量消耗测评成为现代健康管理和生物医学工程领域最重要的研究方向之一。

值得深思的是，虽然上世纪60年代就开展了基于身体加速度信息的运动能耗评测，并且直到今天这个方向仍是研究热点，开发了多种基于各种不同原理的运动能耗监测仪和计步器，但这些研究成果尚未真正成为指导普通大众科学健身、保持健康生活的生产力。研究成果更多地被用作科研采样的工具或面向高端人群，普通大众并未真正从中受益。这个现象看似不合理，但既然是客观存在就一定有其必然性。究其原因，我们认为有以下两点：第一，目前的能耗监测设备会给人的正常生产生活造成不便甚至限制(设备重量至少有几十克，且需放置在腰间或踝腕部位)、维护繁琐(功耗较大需经常更换电池)；第二，基于加速度信息的能耗模型可区分运动强度和运动模式，但难以对坡度、负重等因素进行建模分析。

以上不足制约了运动能量消耗测评方面的科学研究成果在全民健康领域真正发挥作用，也制约了预防医学、流行病理学等学科的发展。这里有两个关键的科学技术问题必须解决：(1)如何廉价便捷、对日常活动无干扰地获取个体体力运动的特征信息；(2)如何从这些运动特征信息中解析出实时能量消耗功率和总功。

现代运动生物力学应用影像测量、身体平衡测量、肌电测量、支撑反力测量及足底压力分布测量等方法，对人类行走时身体各部分，特别是下肢的运动和受力情况进行动态量化分析，这项研究逐渐发展为生物力学的一个特殊分支——步态分析。步态触觉特征信息包括由支撑相和摆动相等步态周期参数构成的时间信息；由步长、步宽、步频、步速、步向角等参数构成的空间信息；由地面支撑反力、水平剪切力、足底压力分布等参数构成的动力信息，还有关节摆动角度、人体重心加速度等。从完备性、重复性和唯一性等角度分析，步态触觉特征的时间信息、空间信息和动力信息在表征运动能量消耗特性方面要远远优于身体加速度信息，关键是能否找到便捷廉价且不干扰人体日常活动的信息采集方法。经对现有技术文献资料的检索发现，中国专利公开号为CN102727185A的发明专利公开了一种基于心率和加速度的运动能耗测量仪及测量方法,该发明建立基础能量消耗、心率和个性化参数的线性回归方程,利用加速度传感器测量运动加速度,进一步考虑不同方向的影响因素,结合体重在三个方向上分别实施对外做功计算,将心率和运动加速度有效结合,提升了测量精度，但实际使用中该发明会给人的正常生产生活造成不便甚至限制，干扰人体日常活动。

发明内容

本发明的技术解决问题：针对目前运动能耗测量的缺陷，提供一种基于柔性力敏传感器的运动能耗鞋及其监测方法，是一种成本低廉、易于穿戴、能耗计算准确且具有实时反馈功能的运动能耗监测设备。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

基于柔性力敏传感器的运动能耗监测鞋，其特征在于：包括安装有柔性力敏传感鞋垫的运动鞋和腕表。

所述运动鞋内放置所述柔性力敏传感鞋垫，穿在用户足部，用于采集用户足底压力分布信息。所述柔性力敏传感鞋垫包括柔性力敏传感器、信号调理电路、微控制器、ZigBee通讯模块、锂电池、电源管理模块和设备盒。微控制器对柔性力敏传感器进行扫描，调理电路对柔性力敏传感器输出信号进行滤波放大，接着微控制器对调理电路输出信号作A/D转换并对转换结果进行分析提取时间、步数、步频等步态信息，然后将步态信息数据通过ZigBee通讯模块发送给腕表；ZigBee通讯模块与微控制器之间采用SPI串行通讯方式连接；锂电池为系统提供电源，工作时间大于1000小时；电源管理模块为系统提供稳压、上电、断电和电池电量检测功能。

所述信号调理电路、微控制器、ZigBee通讯模块、锂电池和电源管理模块被封装在设备盒内部；设备盒内嵌在运动鞋底部；设备盒与柔性力敏传感器之间通过柔性引线连接。

所述柔性力敏传感器基于电阻式结构，上、下层柔性基材采用耐高温聚酯薄膜，并经过电晕处理以防止静电干扰，然后在基材上分层依次印刷导线银浆层、绝缘层、粘合丝印胶层以及应变电阻浆料层构成敏感层。上下敏感层组成网格状测量回路，压力敏感点位于网格的各个节点处。

所述柔性力敏传感器根据人体足底形状进行设计，并在步行运动过程中最大可能受压区域布置压力敏感点。根据足底压力分布的力量大小、区域和时序等信息可以获取步频、步速等信息，进而实现对运动能耗的监测。

所述柔性力敏传感鞋垫具有自动休眠和远程唤醒功能，在长时间没有数据传输或腕表关机的情况下自动进入休眠状态以降低功耗；柔性力敏传感鞋垫处于休眠状态时定时侦测腕表状态，若腕表开机则柔性力敏传感鞋垫被唤醒并重新进入待机状态。

所述腕表是由微控制器、FLASH存储器、ZigBee通讯模块、按键、LCD显示屏、USB接口、锂电池、电源管理模块和腕表外壳组成。腕表通过ZigBee通讯模块与运动能耗监测鞋实现数据和指令交互；微控制器将接收到的步态信息数据和人体属性参数代入运动能耗模型进行运动能耗评估并将运动能耗监测数据实时显示在LCD显示屏上；FLASH存储器用于离线存储人体属性参数、运动参数和运动能耗等信息；按键和LCD显示屏用来提供人机交互功能，按键可以提供开机、关机、模式切换、参数输入等功能，LCD显示屏可以显示：时间、步数、步频、步速、运动距离、运动能耗等运动参数和性别、年龄、身高和下肢长度等人体属性参数；USB接口提供数据上传和充电功能；锂电池为系腕表提供电源；电源管理模块为腕表提供稳压、上电、断电和电池电量检测功能。

所述腕表采用方便佩戴的电子手表样式，正面镶有1.5英寸LCD显示屏，一侧安装一个电源开关和一对控制按钮，另一侧配有一个USB插座和一个复位按键。

所述柔性力敏传感鞋垫与所述腕表之间采用ZigBee无线通信方式。

所述腕表内置FLASH存储器，能够实现运动能耗监测数据存储功能，并且能够通过USB接口上传到计算机。

基于多层次建模方法建立了所述基于柔性力敏传感器的运动能耗模型。所述多层次建模方法包括步速估测模型、坡度和负重状态估测模型以及基于柔性力敏传感器的运动能量消耗模型。

所述步速估测模型采用数字跑道测试得到的步速作为预估值的近似真值，将压力传感器鞋垫实测的步态生物力学参量和人体属性参数作为自变量，分别采用多元线性回归和支持向量非线性回归模型建立个体步速估测模型。

所述坡度和负重状态估测模型以足底压力分布的时间序列信息与坡度和负重高度相关性为基础，提取序列信息所包含的若干压力分布和步态周期参数，作为坡度与负重状态建模的自变量，设计一系列已知坡度的实验道路和负重情况，应用多元线性回归方程建立坡度和负重状态估测模型。

在步速估测模型、坡度和负重状态估测模型的基础上利用气体代谢仪作为运动能耗的标准测量设备测量不同步频、步速、坡度及负重条件下的单位时间单位质量能量消耗，并利用多元线性回归方法对测试数据进行分析，确定步频、步速、坡度及负重与运动能耗之间的关系，从而建立基于柔性力敏传感器的运动能量消耗模型。

将用户的年龄、性别、身高和下肢长度等人体属性参数以及实时获取的运动时间、步数、步频和步速等参数代入所述运动能耗模型以实现实时运动能耗监测。

所述基于柔性力敏传感器的运动能耗监测鞋的监测方法，具体实现为：用户穿上所述基于柔性力敏传感器的运动能耗监测鞋，佩戴好腕表并打开腕表电源开关；选择或输入姓名、年龄、性别、身高和下肢长度等个人信息，输入方式有两种：一是使用腕表按键输入，二是将腕表通过USB接口连接计算机，使用客户端软件输入；做好准备工作之后，用户按下开始按键，腕表发送开始命令给柔性力敏传感鞋垫；柔性力敏传感鞋垫中的微控制器开始以10毫秒间隔定时扫描柔性力敏传感器，并对经过滤波放大的柔性力敏传感器输出信号进行A/D转换，然后对转换结果进行分析并提取步数、步频和步速等运动参数；微控制器将运动参数和时间信息通过ZigBee通讯模块发送给腕表；腕表中的ZigBee通讯模块接收柔性力敏传感鞋垫发出的运动参数数据并转发给微控制器；微控制器将运动参数数据和用户人体属性参数数据一起代入所述运动能耗模型得到用户实时运动能耗信息；微控制器将用户姓名、年龄、性别、身高、下肢长度、运动时间、步数、步频、步速以及运动能耗、运动总能耗等信息显示在LCD显示屏上并存储到FLASH存储器。运动结束后，将腕表通过USB接口连接到计算机上，打开计算机客户端软件读取用户数据并更新用户数据库。

本发明相对于现有技术的优点在于：

(1)本发明所用柔性力敏传感器基于电阻式结构，采用耐高温聚酯柔性薄膜作为基材，根据人体足底形状进行设计，并在步行运动过程中最大可能受压区域布置压力敏感点，能够完整采集运动过程中的足底压力分布信息，从而满足运动能耗监测的需要。

柔性力敏传感鞋垫中的微控制器定时扫描柔性力敏传感器，柔性力敏传感器感受用户足底压力变化并输出信号，输出信号结果滤波、放大、A/D转换之后提取得到步数、步频和步速等运动参数；腕表将运动参数数据和用户人体属性参数数据一起代入所述运动能耗模型得到用户实时运动能耗信息，同时将用户年龄、性别、身高、下肢长度、运动时间、步数、步频、步速以及运动能耗、运动总能耗等信息显示在LCD显示屏上并存储到FLASH存储器。运动结束后，将腕表通过USB接口连接到计算机上，打开计算机客户端软件读取用户数据并更新用户数据库。

本发明所述的运动能耗监测鞋及其监测方法包括运动鞋、柔性力敏传感鞋垫和腕表，运动鞋和柔性力敏传感鞋垫的设计既方便用户使用又不干扰用户运动过程。本发明有望帮助普通大众通过一般意义上的体育锻炼和日常体力活动，即可实现身体能量均衡，保持健康的生活质量，对提高普通群体的运动效率和健康水平，推动全民健身运动的发展有重要的现实意义。

(2)本发明建立了运动能耗测评的多层次建模方法，其中包括步速估测模型、坡度和负重状态估测模型和基于柔性力敏传感器的运动能量消耗模型。

步速估测模型采用数字跑道测试得到的步速作为预估值的近似真值，将压力传感器鞋垫实测的步态生物力学参量和人体属性参数作为自变量，分别采用多元线性回归和支持向量非线性回归模型建立个体步速估测模型。

坡度和负重状态估测模型以足底压力分布的时间序列信息与坡度和负重高度相关性为基础，提取序列信息所包含的若干压力分布和步态周期参数，作为坡度与负重状态建模的自变量，设计一系列已知坡度的实验道路和负重情况，应用多元线性回归方程建立坡度和负重状态估测模型。

在步速估测模型和坡度和负重状态估测模型基础上利用气体代谢仪作为运动能耗的标准测量设备，测量不同步频、步速条件下的单位时间单位质量能量消耗，并利用多元线性回归方法对测试数据进行分析，确定步频、步速、坡度及负重与运动能耗之间的关系，从而建立基于柔性力敏传感器的运动能量消耗模型。

(3)本发明采用步态生物力学参数，研究人体运动能耗实时监测方法，建立兼顾运动参数、个体属性参数、道路状况和负重状况等因素综合作用的运动能量消耗模型，可估测瞬态功率、总功耗，必要时还可输出多种步态生物力学参数的时间序列，这种研究思路目前尚未见国内外有类似方法的报道。

附图说明

图1为本发明的柔性力敏传感器结构示意图；

图2为本发明的柔性力敏传感鞋垫组成框图；

图3为本发明的柔性力敏传感鞋垫安装示意图；

图4为本发明的腕表组成框图；

图5为本发明的腕表外观示意图；

图6为本发明的运动能耗监测鞋安装示意图；

图7为本发明的运动能耗模型建立过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的解释说明。

如图1中所示，为本发明的柔性力敏传感器101结构示意图。柔性力敏传感器基于电阻式结构，上、下层柔性基材103采用耐高温聚酯薄膜，并经过电晕处理以防止静电干扰，然后在基材上分层依次印刷导线银浆层、绝缘层、粘合丝印胶层以及应变电阻浆料层构成敏感层104。上下敏感层104组成网格状测量回路，压力敏感点102位于网格的各个节点处，通过银浆引线105输出信号。柔性力敏传感器101根据人体足底形状进行设计，并在步行运动过程中最大可能受压区域布置压力敏感点102。根据足底压力分布的力量大小、区域和时序等信息可以获取步频、步速等信息，进而实现对运动能耗的监测。

图2为柔性力敏传感鞋垫的组成框图，包括柔性力敏传感器101、信号调理电路201、微控制器202、ZigBee通讯模块203、锂电池205、电源管理模块204和设备盒206。微控制器202对柔性力敏传感器101进行扫描，信号调理电路201对柔性力敏传感器101输出信号进行滤波放大，接着微控制器202对信号调理电路201输出信号作A/D转换并对转换结果进行分析提取时间、步数、步频等步态信息，然后将步态信息数据通过ZigBee通讯模块203发送给腕表601；ZigBee通讯模块203与微控制器202之间采用SPI串行通讯方式连接；锂电池205为系统提供电源；电源管理模块204为系统提供稳定的工作电压，同时能够控制系统上电、断电和电池电量检测功能。信号调理电路201、微控制器202、ZigBee通讯模块203、锂电池205和电源管理模块204被封装在设备盒206内部.

图3为本发明的柔性力敏传感鞋垫安装示意图。设备盒206内嵌在运动鞋301底部；设备盒206与柔性力敏传感器101之间通过柔性银浆引线105连接。

图4为本发明的腕表601组成框图，腕表601主要由微控制器405、FLASH存储器406、ZigBee通讯模块404、按键403、LCD显示屏407、USB接口408、锂电池401、电源管理模块402和腕表外壳501组成。腕表601通过ZigBee通讯模块404与运动能耗监测鞋实现数据和指令交互；微控制器405将接收到的步态信息数据和人体属性参数代入运动能耗模型进行运动能耗评估并将运动能耗监测数据实时显示在LCD显示屏407上；FLASH存储器406用于存储离线存储人体属性参数、运动参数和运动能耗等信息；按键403和LCD显示屏407用来提供人机交互功能，按键403可以提供开机、关机、模式切换、参数输入等功能，LCD显示屏407可以显示：时间、步数、步频、步速、运动距离、运动能耗等运动参数和性别、年龄、身高和下肢长度等人体属性参数；USB接口408提供数据上传和充电功能；锂电池401为腕表601系统提供电源，电源管理模块402为腕表601提供稳压、上电、断电和电量检测功能。

图5为本发明的腕表601外观示意图，腕表601采用方便佩戴的电子手表样式，正面镶有1.5英寸LCD显示屏407，一侧安装一个电源开关504和一对控制按钮505、506，另一侧配有一个USB插座502及一个复位按键503。

运动鞋301与腕表601之间采用ZigBee无线通信方式。腕表601内置FLASH存储器，能够实现运动能耗监测数据存储功能，并且能够通过USB接口上传到计算机。

图6为本发明的运动能耗监测鞋安装示意图，运动鞋301内安装有柔性力敏传感鞋垫，穿在用户足部，用于采集用户足底压力分布信息。腕表601佩戴在用户腕部。

图7为本发明的运动能耗模型建立过程示意图，采用数字跑道测试得到的步速703作为预估值的近似真值，将压力传感器鞋垫实测的步态生物力学参量和人体属性参数701作为自变量，分别采用多元线性回归和支持向量非线性回归模型702建立个体步速估测模型704。

以足底压力分布的时间序列信息与坡度和负重高度相关性为基础，提取序列信息所包含的若干压力分布和步态周期参数701作为坡度与负重状态建模的自变量，设计一系列已知坡度的实验道路和负重情况706，应用多元线性回归方程705建立坡度和负重状态估测模型707。

在步速估测模型704和坡度和负重状态估测模型707基础上利用气体代谢仪作为运动能耗的标准测量设备测量不同步频、步速、坡度及负重709条件下的单位时间单位质量能量消耗708，并利用多元线性回归方法710对测试数据进行分析，确定步频、步速、坡度及负重与运动能耗之间的关系，从而建立基于柔性力敏传感器的运动能量消耗模型711。

基于柔性力敏传感器的运动能耗监测鞋的监测方法如下：

(a)用户穿上安装有柔性力敏传感鞋垫的运动鞋301，佩戴好腕表601并打开腕表601电源开关504；

(b)输入或选择个人年龄、性别、身高和下肢长度等人体属性参数，输入方式有两种：一是使用腕表601按键输入，二是将腕表601通过USB插座502连接计算机，使用客户端软件输入；

(c)按下开始按键，腕表601发送开始命令给柔性力敏传感鞋垫；

(d)柔性力敏传感鞋垫中的微控制器202开始以10毫秒间隔定时扫描柔性力敏传感器101，并对经过滤波放大的柔性力敏传感器输出信号进行A/D转换，然后对转换结果进行分析并提取步数、步频和步速等运动参数，最后将运动参数和时间信息通过ZigBee通讯模块203发送给腕表601；

(e)腕表601中的ZigBee通讯模块404接收柔性力敏传感鞋垫发出的运动参数数据并转发给微控制器405；

(f)腕表601中的微控制器405将运动参数数据和用户人体属性参数数据一起代入运动能耗模型711得到用户实时运动能耗信息；

(g)腕表601中的微控制器405将用户年龄、性别、身高、下肢长度、运动时间、步数、步频、步速以及运动能耗、运动总能耗等信息显示在LCD显示屏407上并存储到FLASH存储器406；

(h)运动结束后，将腕表601通过USB插座502连接到计算机上，打开计算机软件客户端读取用户数据并更新用户数据库。

实施例1

下面以用户首次使用本发明为例，对本发明的实施过程作进一步的举例说明。用户穿上安装有柔性力敏传感鞋垫的运动鞋301，佩戴好腕表601并打开腕表601电源开关504，此时柔性力敏传感鞋垫检测到腕表601开机之后自动切换到待机状态；用户利用腕表601右侧的一对控制按键505、506进行系统初始设置，主要设置用户的个人基本信息：姓名、性别、年龄、身高和体重等，完成系统初始化设置之后腕表601自动保存信息到FLASH存储器406；做好准备工作之后，用户按下开始按键505并开始运动；柔性力敏传感鞋垫不断检测、处理足底压力信息并实时发送给腕表601；腕表601将接收到的数据和用户人体属性参数数据一起代入运动能耗模型711得到用户实时运动能耗信息；用户可以通过查看LCD显示屏407实时了解当前运动的步频、步速、能耗等信息，并根据个人运动需求做实时调整；当结束本次运动时，腕表601可以显示本次运动的详细信息，如总时长、总步数、平均步频、平均步速以及总能耗等；用户若需要继续运动可以再次按下开始按键505，进入下一次监测过程；若结束运动则关闭腕表601电源开关504，柔性力敏传感鞋垫检测到腕表601关机之后自动计入休眠状态。需要说明的是，用户可以在每次运动结束后将腕表601通过USB插座502连接到计算机，通过计算机客户端可以读取历史运动数据，并根据前一次或前一阶段的运动能耗监测结果决定后续的运动计划，以期达到更好的运动效果。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于柔性力敏传感器的运动能耗监测鞋，其特征在于：包括安装有柔性力敏传感鞋垫的运动鞋和腕表；

所述运动鞋内安装有柔性力敏传感鞋垫，穿在用户足部，用于采集用户足底压力分布信息；所述柔性力敏传感鞋垫包括柔性力敏传感器、信号调理电路、微控制器、ZigBee通讯模块、锂电池、电源管理模块和设备盒；微控制器对柔性力敏传感器进行扫描，调理电路对柔性力敏传感器输出信号进行滤波放大，接着微控制器对调理电路输出信号作A/D转换并对转换结果进行分析提取时间、步数、步频的步态信息，然后将步态信息数据通过ZigBee通讯模块发送给腕表；ZigBee通讯模块与微控制器之间采用SPI串行通讯方式连接；锂电池为系统提供电源；电源管理模块为系统提供稳压、上电、断电和电量检测功能；

所述信号调理电路、微控制器、ZigBee通讯模块、锂电池和电源管理模块被封装在设备盒内部；设备盒内嵌在运动鞋底部；设备盒与柔性力敏传感器之间通过柔性引线连接；

所述腕表是由微控制器、FLASH存储器、ZigBee通讯模块、按键、LCD显示屏、USB接口、锂电池、电源管理模块和腕表外壳组成；腕表通过ZigBee通讯模块与柔性力敏传感鞋垫实现数据和指令交互；微控制器将接收到的步态信息数据和人体属性参数代入运动能耗模型进行运动能耗评估并将运动能耗监测数据实时显示在LCD显示屏上；FLASH存储器用于离线存储人体属性参数、运动参数和运动能耗信息；按键和LCD显示屏用来提供人机交互功能，按键可以提供开机、关机、模式切换、参数输入功能，LCD显示屏可以显示：时间、步数、步频、步速、运动距离、运动能耗等运动参数和性别、年龄、身高和下肢长度等人体属性参数；USB接口提供数据上传和充电功能；锂电池为腕表系统提供电源，电源管理模块为腕表提供稳压、上电、断电和电池电量检测功能。

2.根据权利要求1所述的一种基于柔性力敏传感器的运动能耗监测鞋，其特征在于：所述柔性力敏传感器基于电阻式结构，上、下层柔性基材采用耐高温聚酯薄膜，并经过电晕处理以防止静电干扰，然后在基材上分层依次印刷导线银浆层、绝缘层、粘合丝印胶层以及应变电阻浆料层构成敏感层；上下敏感层组成网格状测量回路，压力敏感点位于网格的各个节点处。

3.根据权利要求1所述的一种基于柔性力敏传感器的运动能耗监测鞋，其特征在于：所述柔性力敏传感器根据人体足底形状进行设计，并在运动过程中最大可能受压区域布置压力敏感点；根据足底压力分布的力量大小、区域和时序信息获取步频、步速信息，进而实现对运动能耗的监测。

4.根据权利要求1所述的一种基于柔性力敏传感器的运动能耗监测鞋，其特征在于：所述柔性力敏传感鞋垫具有自动休眠和远程唤醒功能，在长时间没有数据传输或腕表关机的情况下自动进入休眠状态以降低功耗；柔性力敏传感鞋垫处于休眠状态时定时侦测腕表状态，若腕表开机则柔性力敏传感鞋垫被唤醒并重新进入待机状态。

5.根据权利要求1所述的一种基于柔性力敏传感器的运动能耗监测鞋，其特征在于：所述腕表采用方便佩戴的电子手表样式，正面镶有LCD显示屏，一侧安装一个电源开关和一对控制按钮，另一侧配有一个USB插座和一个复位按键。

6.根据权利要求1所述的一种基于柔性力敏传感器的运动能耗监测鞋，其特征在于：所述柔性力敏传感鞋垫与所述腕表之间采用ZigBee无线通信方式。

7.根据权利要求1所述的一种基于柔性力敏传感器的运动能耗监测鞋，其特征在于：所述腕表内置FLASH存储器，能够实现运动能耗监测数据存储功能，并且能够通过USB接口上传到计算机。

8.根据权利要求1所述的一种基于柔性力敏传感器的运动能耗监测鞋，其特征在于：所述运动能耗模型是基于多层次建模方法建立；所述多层次建模方法包括步速估测模型、坡度和负重状态估测模型以及基于柔性力敏传感器的运动能量消耗模型；

所述步速估测模型采用数字跑道测试得到的步速作为预估值的近似真值，将压力传感器鞋垫实测的步态生物力学参量和人体属性参数作为自变量，分别采用多元线性回归和支持向量非线性回归模型建立个体步速估测模型；

所述坡度和负重状态估测模型以足底压力分布的时间序列信息与坡度和负重高度相关性为基础，提取序列信息所包含的若干压力分布和步态周期参数，作为坡度与负重状态建模的自变量，设计一系列已知坡度的实验道路和负重情况，应用多元线性回归方程建立坡度和负重状态估测模型；

在步速估测模型、坡度和负重状态估测模型的基础上利用气体代谢仪作为运动能耗的标准测量设备测量不同步频、步速、坡度及负重条件下的单位时间单位质量能量消耗，并利用多元线性回归方法对测试数据进行分析，确定步频、步速、坡度及负重与运动能耗之间的关系，从而建立基于柔性力敏传感器的运动能量消耗模型。

9.根据权利要求1所述的一种基于柔性力敏传感器的运动能耗监测鞋，其特征在于：将用户的年龄、性别、身高和下肢长度人体属性参数以及实时获取的运动时间、步数、步频和步速参数代入所述运动能耗模型以实现实时运动能耗监测。

10.一种基于柔性力敏传感器的运动能耗监测鞋的监测方法，其特征在于具体实现为：用户穿上所述基于柔性力敏传感器的运动能耗监测鞋，佩戴好腕表并打开腕表电源开关；选择或输入姓名、年龄、性别、身高和下肢长度的个人信息，输入方式有两种：一是使用腕表按键输入，二是将腕表通过USB接口连接计算机，使用客户端软件输入；做好准备工作之后，用户按下开始按键，腕表发送开始命令给柔性力敏传感鞋垫；柔性力敏传感鞋垫中的微控制器开始以一定时间间隔定时扫描柔性力敏传感器，并对经过滤波放大输入的柔性力敏传感器输出信号进行A/D转换，然后对转换结果进行分析并提取步数、步频和步速运动参数；微控制器将运动参数和时间信息通过ZigBee通讯模块发送给腕表；腕表中的ZigBee通讯模块接收柔性力敏传感鞋垫发出的运动参数数据并转发给微控制器；微控制器将运动参数数据和用户人体属性参数数据一起代入所述运动能耗模型得到用户实时运动能耗信息；微控制器将用户姓名、年龄、性别、身高、下肢长度、运动时间、步数、步频、步速、平均步频、平均步速以及运动能耗、运动总能耗信息显示在LCD显示屏上并存储到FLASH存储器；运动结束后，将腕表通过USB接口连接到计算机上，打开计算机客户端读取用户数据并更新用户数据库。