CN105455304A - 智能鞋垫系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能鞋垫系统，包括控制服务器、具有运动识别和控制功能的智能鞋垫以及为运动所服务的设备，所述控制服务器和智能鞋垫之间通过无线方式进行相互通讯，控制服务器的输出端连接各设备；所述智能鞋垫用于采集用户运动信息、识别用户运动类型，并传输给控制服务器；所述控制服务器根据智能鞋垫采集的信息和分析的结果，并结合预先设定的信息，激发相应设备工作。本发明功能丰富，能够通过鞋垫内置的功能模块对用户动作进行收集和识别，进而基于被识别的运动类型允许用户设定相关服务控制与激发条件，并当包含被识别动作的服务控制与激发条件满足时，控制相关设备为用户提供预先设定的服务。

Description

智能鞋垫系统

技术领域

本发明涉及物联网信息服务技术领域，特别是一种智能鞋垫系统。

背景技术

研究表明，长时间久坐会导致肥胖、高血压、高血脂等疾病，对人体造成的危害不容忽视，因此近年来，运动成为久坐一族的一种新潮流。鞋垫是运动过程中的必需品，随着物联网技术和科技的迅速发展，人们越来越青睐能够给自己的生活、工作、娱乐等多方面带来便利的智能产品，因此智能鞋垫也逐渐向电子化、智能化方向发展。

然而，作为一种智能可穿戴设备，目前智能鞋垫的功能基本局限于人体指标(如：温度、湿度、重量、脉搏等)的测量、加热除湿服务和简单告警，典型的产品如智能电加热鞋垫等；还有一种能够识别步态的鞋垫，如CN104082905A公开的多功能智能鞋垫，能够通过采集被测对象运动时的三轴加速度、三轴角速度以及脚步三个位置的压力信息来判断被测对象的脚步姿态以及协调性，从而发现不正确的步态，适用于跳舞爱好者、学走路的婴儿以及走路复健的患者使用。但是这些产品大多功能单一、无法满足人们对智能产品的要求。可见，如何通过技术对其进行改进，以发挥智能鞋垫的最大功能，进而更好地为人们的生活工作娱乐服务便显得刻不容缓。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种功能丰富、具有运动识别和控制功能的智能鞋垫系统，以满足人们的需求。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

智能鞋垫系统，包括控制服务器、具有运动识别和控制功能的智能鞋垫以及为运动所服务的设备，所述控制服务器和智能鞋垫之间通过无线方式进行相互通讯，控制服务器的输出端连接各设备；所述智能鞋垫用于采集用户运动信息、识别用户运动类型，并传输给控制服务器；所述控制服务器根据智能鞋垫采集的信息和分析的结果，并结合预先设定的信息，激发相应设备工作。

上述智能鞋垫系统，所述智能鞋垫包括信息采集模块、无线通信模块和主控模块，所述信息采集模块用于采集用户运动状态信息，信息采集模块的输出端连接主控模块的输入端，主控模块的输出端通过无线通信模块与控制服务器进行信息传输；所述主控模块根据运动状态信息进行运动类型识别，并接受、存储控制服务器发送的指令。

上述智能鞋垫系统，所述信息采集模块包括设置在鞋垫夹层中的用于采集鞋垫随运动在三维空间内的运动行为和方向的加速计、陀螺仪和地磁传感器，以及用于测量鞋垫与脚部的结合程度的光敏传感器和压力传感器；所述鞋垫夹层内还设置有用于对运动位置进行定位的GPS模块。

上述智能鞋垫系统，所述无线通信模块采用蓝牙模式、WiFi、2G制式、3G制式、4G制式或者3GPP制式传输协议。

上述智能鞋垫系统，所述智能鞋垫还包括与主控模块连接的用户反馈模块，所述用户反馈模块用于根据主控模块的指令向用户提供反馈。

上述智能鞋垫系统，所述智能鞋垫中的主控模块通过无线通信模块与与其相关联的其他智能鞋垫之间进行信息传输，控制相关联的智能鞋垫以主从模式或者合作模式进行信息传递和合作。

上述智能鞋垫系统，所述控制服务器以独立网络服务器形式或者手机App形式实现。

上述智能鞋垫系统，所述控制服务器包括相互通讯的用户运动行为存储模块和基于用户运动识别的控制模块；所述控制模块用于根据智能鞋垫传输的数据，并结合预先设定信息，激发与运动类型相关联的设备工作；所述用户运动行为存储模块用于实时记录并存储智能鞋垫采集的用户运动行为，并共控制模块调取、回放。

上述智能鞋垫系统，所述控制服务器还包括社交模块，所述社交模块根据用户设定的运动行为参数，查找与运动行为相匹配的其他用户，并向相关用户发出运动提醒。

上述智能鞋垫系统，所述控制服务器还包括用户标识模块，所述用户标识模块根据智能鞋垫采集的用户体征特征和/或运动特征建立用户识别机制，并形成对应于用户的唯一用户标识符。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明功能丰富，能够通过鞋垫内置的相关功能模块对用户动作进行收集和识别，进而基于被识别的运动类型允许用户设定相关服务控制与激发条件，并当包含被识别动作的服务控制与激发条件满足时，控制相关设备为用户提供预先设定的服务；当服务控制与激发条件发生变化时，控制相关服务发生相应调整和变化；从而满足人们的使用需求。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明所述系统启动相关服务设备的流程图；

图3为本发明所述系统启动反馈的流程图；

图4为本发明所述系统启动报警的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

参见图1，本发明提供一种智能鞋垫系统，能够对用户的运动状态进行识别，特别是腿/脚部运动，且能够基于识别结果对智能可穿戴设备以及周边环境和相关智能设备（如：智能手机、智能电视,、电脑、其他可穿戴或者智能家居、工作设备等）进行控制、管理，并对用户进行与运动相关的服务。智能鞋垫系统主要包括控制服务器、智能鞋垫以及为运动所服务的设备，控制服务器和智能鞋垫之间通过无线方式进行相互通讯，控制服务器的输出端连接各服务设备。

智能鞋垫具有运动识别和控制功能，用于采集用户运动信息，识别用户运动类型，并传输给控制服务器；同时还能够接受控制服务器发出的控制指令以及存储预设的动作指令，并根据控制指令和动作指令向用户反馈信息。具体包括信息采集模块、无线通信模块、主控模块和用户反馈模块，信息采集模块的输出端连接主控模块的输入端，主控模块的输出端通过无线通信模块与控制服务器进行信息传输，主控模块的输出端还连接用户反馈模块。

信息采集模块用于采集用户运动状态信息和用户体征信息，包括设置在鞋垫夹层中的加速计、陀螺仪、地磁传感器、光敏传感器、压力传感器、GPS模块以及用于采集用户体征信息的其他传感器。其中：加速计、陀螺仪和地磁传感器用于采集鞋垫随运动在三维空间内的运动行为和方向，具体地，加速计用于采集用户的运动速度，陀螺仪用于采集用户运动过程中发生偏转或倾斜的角速度，地磁传感器用于感应用户运动姿态的变化。光敏传感器和压力传感器用于测量鞋垫与脚部的结合程度，具体地，光敏传感器设置在鞋垫外沿用于测量用户的脚型，压力传感器用于感应运动过程中产生下压冲击力，同时也用于实时测量用户体重；例如，当压力接近0，而光敏传感器产生感应时，说明脚部脱离鞋垫；而当压力值逐渐变大，而光敏传感器感应消失，则说明脚部逐渐受力，用户开始站立。GPS模块用于对用户的运动位置进行定位。当然，信息采集模块中还可以包含设置在鞋垫中的其他传感器或功能采集器件。

主控模块中存储有标准的运动分类，结合信息采集模块传递的信息识别实际的运动类型。运动类别中包含但不限于以下情况：

行走：两腿交替向前，压力集中在脚上，平均前进速度小于6km/h。

快走：两腿交替向前，压力集中在脚上，平均前进速度在6km/h-8km/h之间。

奔跑：两腿交替向前，压力集中在脚上，平均前进速度在8km/h以上。

站立：压力集中在脚上，前后位移低于预设值。

坐：脚部压力低于站立时压力。

卧/躺：脚部压力接近0，双脚与地面成某个倾角。

乘车：处于坐，卧或站立姿势，以一定速度前进，双脚轻微运动无规律。

驾驶：处于坐姿，以一定速度前进，双脚或者右脚运动符合驾驶规律。

骑车：处于坐姿，以一定速度前进，双脚运动符合骑自行脚踏规律。

主控模块在运动类型识别过程中采用相似性算法，即将用户的运动行为和相关行为的标准采样数据做比较，寻找最相近的行为作为当前识别的用户运动类型。根据以上判定法则延伸，可以识别更多的用户运动类型；再结合用户对于判定结果认可的输入和经验数据积累，运动类型的判定会越来越准确。

无线通信模块采用蓝牙模式、WiFi、2G制式、3G制式、4G制式或者其他3GPP制式传输协议，实现智能鞋垫与控制服务器或其他相关联的设备之间的数据传输和远程控制。

主控模块通过无线通信模块实现与控制服务器的注册连接，将判断结果和信息采集模块采集的信息传输给控制服务器；控制服务器进行存储，并根据判断结果激发预先设定的、且与确定的运动类型相关的设备对用户进行服务。具体流程如图2所示。

主控模块还能够接受并存储预设动作指令以及控制服务器下发的动作指令，当侦测到用户动作与预设动作不一致时，提醒用户进行运动的实时纠错，或者通过其他方式对用户进行反馈。

用户反馈模块用于根据主控模块的指令向用户提供反馈。动作指令由一系列动作在三维空间的坐标以及每个动作延续的时间组成，动作指令可以是由实际动作经过信息采集模块采集生成，或由用户根据坐标直接输入生成。一个动作指令输入完成后，用户可以通过智能鞋垫的用户接口，启动相关动作指令，主控模块即开始自动比对信息采集模块采集的用户运动信息和动作指令，并通过智能鞋垫内置的用户反馈逻辑，向用户提供行动的实时纠错提醒和反馈功能。具体反馈流程如图3所示。

用户反馈模块可预先设定反馈方式，反馈方式包括震动、声音或其他可能的反馈输出对用户进行提示方式，每一种反馈方式又包含多种种类，例如震动的强度、震动持续时间的长短、震动的频率、震动幅度等。在反馈方式设定的过程中每一种类应设置与之相对应的运动类型。比如，用户设定了区域提醒，当智能鞋垫侦测到用户进入该区域时，即按照用户预先设定的震动模式向用户告警；又比如，在社交情景下，当用户的朋友或者搜寻的人进入预设距离时，即按照用户预先设定的震动模式通知用户；再比如，在危险预警开启的情况下，当鞋垫侦测或者服务器通知附近有危险存在时，即按照用户预先设定的震动模式通知用户等等。

智能鞋垫还具有基于运动识别的告警功能，即支持用户预先设定报警状态和报警条件，报警条件即是一个或一组可识别的运动，报警状态即该运动出现时的所进行的报警方式。智能鞋垫实时采集运动状态信息，并对运动类型进行识别，与报警条件进行比较，当两者一致时，即认为满足报警条件，即启动相应报警类型，具体报警流程如图4所示。例如：用户可以预先设定在某一给定频率连续3次跺左脚为危险，鞋垫发送危险告警给预先设定的电话号码，危险告警的信息中包含鞋垫所在的地理位置。再例如，智能鞋垫预设一组默认的危险情况，如挣扎（用户双脚无规律做高频踢动）和坠落（双脚或单脚快速垂直位移超过预设速度），当该类运动被监测到时，鞋垫执行用户设定相关的处理动作，例如：发送险告警给预先设定的电话号码。

智能鞋垫系统中可包含多双智能鞋垫，并可设定其中一双智能鞋垫设为主设备，其余智能鞋垫设定为从设备，在这种情况下，从设备接受并且执行主设备提供的指令。主设备智能鞋垫采集的用户运动状态被实时提供给从设备智能鞋垫，从设备智能鞋垫自动比对用户动作行为和实时输入的动作指令，并实现通过智能鞋垫内置的用户反馈逻辑，提供用户行动的实时纠错提醒和反馈功能。此种工作模式可用于集体运动、舞蹈的领舞或教练场景中。例如：当从设备采集的用户运动状态与教练或领舞者的主设备向其输入的动作指令出现偏差时，从设备通过智能鞋垫内置的用户反馈模块向从设备用户发出告警。

当然，主设备智能鞋垫也可以根据从设备智能鞋垫的行为，为自己设定反馈，此种工作模式为领队模式。当某个或者多个从设备智能鞋垫行为符合主设备智能鞋垫设定的反馈模式时，主设备智能鞋垫内置的用户反馈逻辑按预先设定产生告警。如，父母带子女外出的场景，父母可将自己的智能鞋垫设定为主设备，子女的智能鞋垫设置为从设备，主设备智能鞋垫的反馈条件设为：子女离开自己距离超过3米或者子女前进方向和自己不一致，当子女的从设备智能鞋垫产生上述行为时，主设备则会按预设方式产生反馈告警，告警反馈方式如：以某种方式震动，当子女离父母越远，震动越剧烈；当反馈条件不满足时，震动自动停止。

另外，两个或者多个智能鞋垫可以采用合作工作模式，即互以对方为监测目标，当对方行为满足预设反馈要求时，产生适当反馈。比如，一对情侣可以设定两个人产生完全一样的动作时，鞋垫产生相同的反馈，表示“心有灵犀”。

以上所述仅为本发明所述智能鞋垫的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则和精神之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均就包含在本发明的保护范围之内。

控制服务器通过无线网络与智能鞋垫进行通讯，为控制智能鞋垫并提供增强服务方式，具体到控制服务器的实现过程中，控制服务器可以以独立网络服务器形式或者手机App形式实现。

控制服务器包括用户运动行为存储模块、社交模块、用户标识模块和基于用户运动识别的控制模块，用户运动行为存储模块和控制模块之间相互通讯，控制模块的输出端分别连接社交模块和用户标识模块；各模块的具体工作原理如下所述。

控制模块用于根据智能鞋垫传输的数据，并结合预先设定信息，激发与运动类型相关联的设备工作。预先设定的信息是指用户可以设定在某种运动下自动激发的相关服务，即当该运动被检测到时，根据用户预先设定信息，激发相应服务。例如：当检测到用户跳舞时，根据用户设定信息，控制模块控制与之连接的被控设备自动播放某类舞曲，随着动作的变幻，改变舞曲节奏；或者，当监测到用户进行某种运动时，自动提供相关运动的信息，如：侦测到用户在骑行自行车，控制模块则可指定被控设备（如手机）提供定位、导航、时间、海拔、坡度、天气等服务信息。又例如：控制模块可根据智能鞋垫识别的用户动作，控制相关智能设备，如：根据用户跺脚控制智能电视换台、根据用户脚部动作开关照明、控制灯光明暗等。

用户运动行为存储模块用于实时记录并存储智能鞋垫采集的用户运动行为，并共控制模块调取、回放。回放的过程可支持实景动画重现用户运动过程，还可根据时间轴回放用户活动记录。对于多个智能鞋垫相关联组成的群组，用户运动行为存储模块提供基于群组的用户活动记录回放。比如，在前述智能鞋垫的领队模式或者合作模式中，家长/领队/情侣可以将相关智能鞋垫的运动记录下来，选择在地图上回放重现。

社交模块根据用户设定的运动行为参数，查找与运动行为相匹配的其他用户，并向相关用户发出运动提醒以及进行运动信息的自动发布。例如，广场舞大妈找到跳同类型舞蹈的舞伴，自行车骑行者找到其他的车友，足球爱好者找到其他球伴等。

用户标识模块根据智能鞋垫采集的用户体征特征和/或运动特征建立用户识别机制，并形成对应于用户的唯一用户标识符，该用户标识符可以作为用户身份识别和密码使用在任何需要身份认证的场合。例如：在基于用户运动识别的控制和服务场合，控制服务器通过智能鞋垫采集用户的体征特征和运动特征与存储的用户标识符相比较（即：用户体征特征和运动特征数据相比较），如果一致，认为该用户是合法用户，允许用户通过智能鞋垫系统享受相关用户运动识别的控制和服务；否则，认为该用户为非法用户，智能鞋垫控制服务器控制智能鞋垫拒绝为用户提供需要安全认证的服务。进一步的，用户标识模块可以作为一个通用的安全校验服务平台为其他各种互联网服务提供用户身份的验证。

其中，用户体征特征包括体重、脉搏、体温、脂肪、水分、肌肉含量等，这些指标适合快速为用户生成唯一的用户标识符。运动特征是指用户在特定运动的惯用姿势，比如：用户在行走时双脚的运动特征，用户奔跑时双脚的运动特征，坐、站立时的运动特征。

用户标识符生成可选择用户体征特征、运动特征或者两者的结合来建立，也可以是选择其中的一个子集来建立。当智能鞋垫采集的用户体征特征与控制服务器/智能鞋垫预先存储的相关数据差距超过预设范围时，认定当前用户不是合法用户。基于运动特征的用户标识符生成需要一定的周期，比如：一个月，或者更长时间。基于智能鞋垫的用户标识符建立在系统自动采集的用户体征特征和运动特征基础之上，具有不可替代和不可被窃取的特性，比现有的各类密码身份认证更加安全，而且更加方便。

本发明的控制服务器还可作为一个通用平台，支持任何应用的增强，可加载新的应用利用智能鞋垫采集的用户行为数据为用户提供增值服务。例如：通过提取用户脚部动作和外形特征，识别的用户脚型数据，为用户推荐合适的鞋子；根据用户行走时压力和步态特征，估计用户鞋子的磨损，在适当的时候提醒用户换鞋；根据用户的运动行为和相关的生理特征数据（如,心跳、脉搏等），建议用户增加或者减少运动量，或者变换运动姿势，以达到最好的运动效果。

具体应用于智能骑行（如，骑自行车，骑马等）过程中时，智能鞋垫可在控制服务器的配合下可以将任何普通的运动（如散步、跑步、舞蹈、骑行）增强为智能运动。在本例中，用户对骑行模式进行设定，如：骑行开始之后自动提供信息服务、用户骑行节奏的控制方式、当骑行速度和距离满足条件时自动发布寻找附近的骑友等；一旦设定完成，当智能鞋垫监测到用户骑行开始（即：用户双脚运动模式符合骑行模式），即开始相应的信息服务，如：定位、导航、时间、海拔、坡度、天气信息的提供，以及卡路里消耗、里程的计算，根据用户骑行节奏设定通过反馈适当震动提示用户正确的户骑行节奏等。

当控制服务器以手机App形式实现时，用户设定某种运动下自动激发的服务，该设定下发到智能鞋垫。当该运动被智能鞋垫监测到后发送给对应的手机（即基于用户运动识别的控制和服务的逻辑），手机激发相应服务。如果被控设备不是手机自身所具有的设备，则控制模块会生成对应设备/服务的激发命令并发送给相应的设备，如，智能电视、智能照明系统等。

Claims (10)

1.智能鞋垫系统，其特征在于：包括控制服务器、具有运动识别和控制功能的智能鞋垫以及为运动所服务的设备，所述控制服务器和智能鞋垫之间通过无线方式进行相互通讯，控制服务器的输出端连接各设备；所述智能鞋垫用于采集用户运动信息、识别用户运动类型，并传输给控制服务器；所述控制服务器根据智能鞋垫采集的信息和分析的结果，并结合预先设定的信息，激发相应设备工作。

2.根据权利要求1所述的智能鞋垫系统，其特征在于：所述智能鞋垫包括信息采集模块、无线通信模块和主控模块，所述信息采集模块用于采集用户运动状态信息，信息采集模块的输出端连接主控模块的输入端，主控模块的输出端通过无线通信模块与控制服务器进行信息传输；所述主控模块根据运动状态信息进行运动类型识别，并接受、存储、执行控制服务器发送的指令。

3.根据权利要求2所述的智能鞋垫系统，其特征在于：所述信息采集模块包括设置在鞋垫夹层中的用于采集鞋垫随运动在三维空间内的运动行为和方向的加速计、陀螺仪和地磁传感器，以及用于测量鞋垫与脚部的结合程度的光敏传感器和压力传感器；所述鞋垫夹层内还设置有用于对运动位置进行定位的GPS模块。

4.根据权利要求2所述的智能鞋垫系统，其特征在于：所述无线通信模块采用蓝牙模式、WiFi、2G制式、3G制式、4G制式或者3GPP制式传输协议。

5.根据权利要求2所述的智能鞋垫系统，其特征在于：所述智能鞋垫还包括与主控模块连接的用户反馈模块，所述用户反馈模块用于根据主控模块的指令向用户提供反馈。

6.根据权利要求2至5任一项所述的智能鞋垫系统，其特征在于：所述智能鞋垫中的主控模块通过无线通信模块与与其相关联的其他智能鞋垫之间进行信息传输，控制相关联的智能鞋垫以主从模式或者合作模式进行信息传递和合作。

7.根据权利要求1所述的智能鞋垫系统，其特征在于：所述控制服务器以独立网络服务器形式或者手机App形式实现。

8.根据权利要求7所述的智能鞋垫系统，其特征在于：所述控制服务器包括相互通讯的用户运动行为存储模块和基于用户运动识别的控制模块；所述控制模块用于根据智能鞋垫传输的数据，并结合预先设定信息，激发与运动类型相关联的设备工作；所述用户运动行为存储模块用于实时记录并存储智能鞋垫采集的用户运动行为，并共控制模块调取、回放。

9.根据权利要求7所述的智能鞋垫系统，其特征在于：所述控制服务器还包括社交模块，所述社交模块根据用户设定的运动行为参数，查找与运动行为相匹配的其他用户，并向相关用户发出运动提醒。

10.根据权利要求7所述的智能鞋垫系统，其特征在于：所述控制服务器还包括用户标识模块，所述用户标识模块根据智能鞋垫采集的用户体征特征和/或运动特征建立用户识别机制，并形成对应于用户的唯一用户标识符。