CN106370284A - 计算体重的智能型穿戴式装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种计算体重的智能型穿戴式装置及方法，包括一载具及一数据记录器，该载具安装着至少一脚跟压电组件、至少一脚掌压电组件、一中央控制模块、一电能转换模块、以及一储电模块，该脚跟压电组件及该脚掌压电组件在穿戴者行走过程受足部施力而产生脉冲信号，该中央控制模块包括一处理器及一无线传输单元，该多个脉冲信号经该处理器依一算法运算而得多个特征向量，再由该无线传输单元将该多个特征向量传输至该数据记录器，由该数据记录器与一远程数据库比对而计算出体重，另外该脉冲信号经由该电能转换模块转换后对该储电模块充电，达到自我发电永续量测的目的。

Description

计算体重的智能型穿戴式装置及方法

技术领域

本发明涉及一种计算体重的智能型穿戴式装置及方法的技术领域，尤其指一种能自主发电及能于行进中量测体重的设计。

背景技术

现代人工作忙碌，三高(高血糖、高血脂、高血压)情况愈来愈普遍，此会对健康造成严重的危害，俨然已成为现代人健康隐忧。造成三高的部份因素为肥胖所导致，因此自我良好体重管理，有助于降低疾病发生率。

网络通讯的发达，搭配创新实用设计，让各式各样穿载装置如雨后春笋般涌现，例如智能型手表、电子运动手环等，此类产品能为穿载者量测或记录平常、运动状态下的各项生理信息，透过网络储存至远程数据库，或对收集数据进行比对分析，方便穿载者更容易了解及进行管理自我健康状态。但该智能型手表、电子运动手环对所能收集的信息也有限制，例如无法量测或收集穿戴者的体重值。

可携式电子产品，通常都具有一电源供应单元(如电池)提供运作所需的电力，当电源耗尽，穿戴者就必须立即充电或更换电池，此为多数穿戴者的困扰。有鉴于此，本发明人思考是否能设计一穿戴式体重量测装置，使用统计动态量测数据的方式提升体重量测准确度，其所需电力自主发电供给，并能随时量测及计录体重。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种自主供电及能在行进中量测及计算体重的智能型穿戴式装置及方法。

本发明的次要目的是一种智能型穿戴式装置及方法，主要是接收多个压电组件的多个脉冲信号，多个脉冲信号经由演运法运算而得多个特征向量，利用多个特征向量配合云端数据库而计算出穿戴者最正确的体重值。

为达上述的目的，本发明包括一载具及一数据记录器，该载具安装着至少一脚跟压电组件、至少一脚掌压电组件、一中央控制模块、一电能转换模块、以及一储电模块，该脚跟压电组件在一穿戴者走行过程受其脚跟施压而输出一脉冲信号；该脚掌压电组件在该穿戴者走行走过程受其脚掌施压而输出一脉冲信号；该中央控制模块包括一处理器及一无线传输单元，该处理器电性连接该脚跟压电组件、该脚掌压电组件、以及该无线传输单元，该处理器接收该脚跟压电组件、该脚掌压电组件输出的该多个脉冲信号，经运算得多个特征向量，再经由该无线传输单元将该特征向量送出；该电能转换模块是电性连接至该脚跟压电件组件、该脚掌压电组件以及该储电模块，该电能转换模块接收该脚跟压电件组件及该脚掌压电组件的该多个脉冲信号，经转换为电能并对该储电模块充电；该储电模块供应各构件运作所需的电力；该数据记录器接收由该无线传输单元所发送的该多个特征向量。该数据记录器将该多个特征向量传输至一远程数据库作连接匹配，计算出该穿戴者的体重值。

再者，本发明为一种量测体重的方法，能在穿戴者行进中量测其体重，其步骤为：

由至少一脚跟压电组件与至少一脚掌压电组件，承受着一穿戴者行走过程中足部的施力而输出多个脉冲信号至一处理器；

该处理器接收该多个脉冲信号经一演运法运算而得多个特征向量，一无线传输单元将由该处理器接收的该多个特征向量传送至一数据记录器；以及

该数据记录器将该多个特征向量与一远程数据库作连接匹配，计算出该穿戴者的体重值。

本发明是利用多个压电组件在承受足部施压后，对应脚跟与脚掌位置分别输出相对的多个脉冲信号，该多个脉冲信号除了经运算、比对而计算出穿戴者的体重外，也能经由该电能转换模块对该储电模块充电，如此本发明计算体重的智能型穿戴式装置就能自主充电永续量测。

以下配合图式及组件符号对本发明的实施方式做更详细的说明，使熟习该项技艺者在研读本说明书后能据以实施。

附图说明

图1为本发明的分解图；

图2为本发明载具内各构件运作的方块图

图3为本发明计算体重的方法的流程图；

图4为本发明单一脉冲信号的示意图；

图5为60公斤的人行走过程中由多个压电组件所产生的多个脉冲信号图；

图6为90公斤的人行走过程中由多个压电组件所产生的多个脉冲信号图。

附图标记说明：

1-载具；11-脚掌区；12-足弓区；13-脚跟区；14-第一防水护层；15-第二防水护层；2-数据记录器；3-脚跟压电组件；4-脚掌压电组件；5-中央控制模块；51-处理器；52-无线传输单元；6-电能转换模块；7-储电模块；301、302、303：步骤。

具体实施方式

如图1为本发明的分解图，图2为部份构件运作的方块图。本发明计算体重的智能型穿戴式装置主要包括一载具1及一数据记录器2。该数据记录器2可为智能型手机、平板计算机等，具有能接收无线通信信号并与远程数据库作比对的能力。该载具1为一软板，安装着至少一脚跟压电组件3、至少一脚掌压电组件4、一中央控制模块5、一电能转换模块6、以及一储电模块7。该载具1可为一鞋垫、一鞋子的内底层或一袜子的脚底层，量测过程中必须与穿戴者的脚底板接触。

该载具1形状对应人体脚底足形，包括一脚掌区11、一足弓区12、以及一脚跟区13。在本实例中，该脚掌压电组件4具有三个，分布于该脚掌区11内的不同位置。该多个脚掌压电组件4在穿戴者走行过程，能受脚掌施压而输出多个脉冲信号。另外在本实施例中，该脚跟压电组件3具有一个，但并不以此为限，分布于该脚跟区13内。该脚跟压电组件3在穿戴者走行过程，能受脚跟施压而输出一脉冲信号。

该中央控制模块5包括有一处理器51及一无线传输单元52，现今技术已能整合成一芯片。该处理器51电性连接该脚跟压电组件3、该脚掌压电组件4、以及该无线传输单元52。该处理器51接收该脚跟压电组件3、该脚掌压电组件4的该多脉冲信号，经一算法运算得多个特征向量，经由该无线传输单元4将该多个特征向量传送至该数据记录器2。该特征向量包括一输出电压、一输出频率、以及一峰值电压。该数据记录器2与一远程数据库作连接，根据不同体重人在行走或跑步产生的脉冲波的振幅、波宽以及频率特性等，参考出厂时压电组件的校正参数，比对各项参数，最后计算出穿戴者的体重值。

该电能转换模块6、该储电模块7安装于该足弓区12内，因为此类构件体积较大，安装于足弓区12内能减少穿戴者脚底的不适。该储电模块7可为一充电电池，供应各构件运作所需的电力。该电能转换模块6电性连接至该脚跟压电组件3、该脚掌压电组件4、以及该储电模块7。该电能转换模块6接收该脚跟压电件组件3及该脚掌压电组件4的交流脉冲信号，经转换为直流电并对该储电模块7充电。如此一来，本发明的产品就能自主发电，不需额外的电力，为方便实用的设计。

再者，该载具1上下相对两面进一步可包括第一防水护层14及第二防水护层15，由此保护安装于该载具1处的电子组件，减少故障及损坏的机会。

接着就本发明计算体重的方法作一说明，图3所示，为本发明方法的流程图，其步骤为：

步骤301：由至少一脚跟压电组件与至少一脚掌压电组件，承受着一穿戴者行走过程中足部的施力而输出多个脉冲信号至一处理器；

步骤302：该处理器接收该多个脉冲信号经一演运法运算得多个特征向量，一无线传输单元将由该处理器所接收到的该多个特征向量传送至一数据记录器；以及

步骤303：该数据记录器将该多个特征向量与一远程数据库作连接匹配，计算出该穿戴者的体重值。

其中该处理器是以一算法将所获得的脉冲信号经计算得输出电压。如图4所示一脉冲信号的示意图；此为一压电组件受足部施压而产生一脉冲信号，该算法是将脉冲信号分割k个窗框编号，每个窗框长度为L，第i个压电组件的输出电压运算公式为：

L:窗框长度

k:窗框编号

V:编号第i个压电板的输出信号

T_k:窗框编号k的系统环境温度

V*:V信号的共轭复数

ADJ_i:压电组件出厂时对温度与电压校正参数表

q_i(k):第i个压电板在校正后,在时间窗框编号k的输出电压

该处理器会将所得的输出电压与脉冲信号其他信息整成而定义出一特征向量，该特征向量Q_i(k)为：

Q_i(k)＝[q_i(k),V_ikMAX,V_iFreq]

V_ikMAX:：编号第i个压电板在时间窗框编号k的峰值

V_iFreq:：电压编号第i个压电组件的输出信号频率

q_i(k):第i个压电板在校正后,在时间窗框编号k的输出电压

本实施例中，该数据记录器将多个特征向量与一远程数据库作连接匹配，比对事先建置的人体行走数据库参数：例如1.多个压电组件的输出压值；2.摆放位置；3.信号频率；4.峰值电压等信息，就能计算出穿戴者的体重值。

另外，本发明统计数据是可选择单脚模式或是双脚模式，根据不同模式下所获得多个特征向量，进而计算出穿戴者体重值。

如图5为60公斤的人行走过程中由多个压电组件所产生的多个脉冲信号图，如图6图为90公斤的人行走过程中由多个压电组件所产生的多个脉冲信号图。由数据可知，不同体重的人于行走就能产生不同的冲脉信号，所以当该数据库的建起时，必须针对不同体重的人在行走、跑步等状态，记录各项参数，建立一完整数据库，日后进行对比时能获得更正确的体重值。

综合以上所述，本发明计算体重的智能型穿戴式装置为一种能自我发电永续量测的设计，主要是利用多个压电组件作为信号输出及电力产生来源，在行进中(如步行或跑步中)量测及记录数据，透过特征向量配合远程数据库而计算出穿戴者正确的体重，所需电力为自主循环充电不需额外电源，为一种具创新实用的设计。另外本发明自我发电永续量测的设计，透过该数据记录器储存至远程数据库，所获得的大量数据，除了能有效监控体重，也能进行各项的分析，达到轻松地自我健康管理的目的。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施例的范围。即凡根据本发明申请专利范围所作的均等变化及修饰，皆为本发明的专利范围所涵盖。

Claims (8)

1.一种计算体重的智能型穿戴式装置，包括：

一载具，安装着至少一脚跟压电组件、至少一脚掌电组件、一中央控制模块、一电能转换模块、以及一储电模块；

该脚跟压电组件在一穿戴者走行过程受其脚跟施压而输出一脉冲信号；

该脚掌压电组件在该穿戴者走行过程受其脚掌施压而输出一脉冲信号；

该中央控制模块，包括一处理器及一无线传输单元，该处理器电性连接该脚跟压电组件、该脚掌压电组件、以及该无线传输单元，该处理器接收该脚跟压电组件与该脚掌压电组件的多个脉冲信号，经运算得多个特征向量，经由该无线传输单元将该多个特征向量传输出去；

该电能转换模块电性连接该脚跟压电件组件、该脚掌压电组件、以及该储电模块，该电能转换模块接收该脚跟压电件组件与该脚掌压电组件的该多个脉冲信号，经转换后并对该储电模块充电；

该储电模块供应各构件运作所需的电力；以及

一数据记录器，接收由该无线传输单元所传送的该多个特征向量。

2.根据权利要求1所述的计算体重的智能型穿戴式装置，其中该特征向量包括输出电压、输出频率、以及峰值电压。

3.根据权利要求1所述的计算体重的智能型穿戴式装置，其中该载具可为一鞋垫、一鞋内底层、或袜子的脚底层等其中一种。

4.根据权利要求1所述的计算体重的智能型穿戴式装置，其中该载具为一软板，该载具相对上下两面分别包括第一防水护层及第二防水护层。

5.根据权利要求1所述的计算体重的智能型穿戴式装置，其中该脚掌压电组件具有多个，对应于该脚掌的不同区域。

6.一种计算体重的方法，其步骤：

由至少一脚跟压电组件与至少一脚掌压电组件，承受着一穿戴者行走过程中足部的施力而输出多个脉冲信号至一处理器；

该处理器接收该多个脉冲信号经一演运法运算得多个特征向量，一无线传输单元将由该处理器所接收到的该多个特征向量传送至一数据记录器；以及

该数据记录器将该多个特征向量与一远程数据库作连接匹配，计算出该穿戴者的体重值。

7.根据权利要求6所述计算体重的方法，其中该特征向量包括输出电压、输出频率、以及峰值电压。

8.根据权利要求6所述计算体重的方法，其中该演运法是将第i个压电组件所获得的脉冲信号分割k个窗框编号，每个窗框长度为L，第i个压电组件的输出电压运算公式为：

$q_i\left(k\right)={\mathrm{ADJ}}_i(T_k,{\left\{\frac{1}{L}\underset{n=1}{\overset{L}{\Σ}}{V}_i(n+kL)V_i^{*}(n+kL)\right\}}^{0.5})$

L:窗框长度；

k:窗框编号；

V_i:编号第i个压电板的输出信号；

T_k:窗框编号k的系统环境温度；

V*:V信号的共轭复数；

ADJ_i:压电组件出厂时对温度与电压校正参数表；

q_i(k):第i个压电板在校正后,在时间窗框编号k的输出电压。