CN109106375B - 一种促进足部健康的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种促进足部健康的系统，该系统能够帮助用户清楚地了解儿童的走路步态，和/或了解儿童的平衡素质发育情况，用以帮助用户适时调整来促进儿童健康步态的形成。本系统包括鞋和终端，其中，所述终端用于根据所述数据传输芯片发出的信号获取所述传感数据，根据所述传感数据为穿戴所述鞋的用户提供小脑平衡训练功能、步态监测功能中的至少一种功能，所述小脑平衡训练功能用于输出所述用户的平衡感评估指标；所述步态监测功能用于对所述用户进行内外八字监测。

Description

一种促进足部健康的系统

技术领域

本发明涉及智能穿戴技术领域，尤其涉及一种促进足部健康的系统。

背景技术

行走是人体日常生活中重复最多的一种整体性运动，需要依靠人体的神经系统、肌肉系统以及骨骼系统等一系列复杂的协同动作才能完成。儿童行走步态与成人行走步态有很大的差异，具有以下特点：步频快，行走速度慢，步长短，站立相的时间长，躯干前倾，下肢关节运动范围小，关节无规律摆动，单足支撑时身体有时会出现后倾现象，平足接触地面，步幅宽度大，足跟触地时间长，步伐节奏无规律等。随着行走经验的增加以及身体形态发生的巨大变化，儿童的步态特征也逐渐发生着改变作为儿童自主位移动作发展的必要阶段。行走被认为是人类神经系统、肌肉组织、骨骼系统进一步成熟和儿童心理发展具有里程碑意义的动作。健康的行走步态能够在一定程度上保护膝关节，促进足部的肌肉健康发育，并促进儿童心理健康发展。及时纠正儿童的不良步态，对儿童的身心健康具有深远的意义。

影响儿童步态的因素：包括先天和后天两大因素，先天因素指的是父母遗传的固有因素，后天因素是指儿童周围的物质环境，同时也包括在动作学习过程中存在和接触到的其他人类活动。任何后天获得性行为，如步态，都是神经系统、身体的其他部分和所处的环境之间相互影响的结果。据统计，我国儿童从7岁开始，出现身体前倾的小学生比例达到32%左右，身体后倾的小学生大约占到4%，脚尖内收的小学生占比达到17%膝关节内收的占比达到15%，上述数据表明，步态异常现象在我国儿童中比较常见。

自19世纪30年代，国外研究者开始对儿童行走步态进行研究，这些研究都试图通过不同的动作控制理论以及动作分析手段来了解人类神经的生长及发育过程。而中国儿童足部健康受重视的程度较低，很多儿童出现了扁平足、内八、外八等问题，不及时纠正，后期会严重孩子身体健康成长甚至会导致一系列心理活动异常。

专利文献CN105476639A公开了一种用于八字脚检测及矫正的电子设备，通过内置的加速度传感器计算出脚尖和脚步前进方向夹角来检测是否有内八字或外八字现象，在计算夹角时采用多组数据取平均值的方式来保证检测结果有效。

专利文献CN103349395A公开了一种运动指标测量鞋垫及其对应的数据处理，运动指标测量鞋垫包括：压电传感器、主芯片、电源部分，主芯片由三轴加速度传感器、单片机、蓝牙发送模块组成，通过对采集到的三轴加速度数据和压电数据进行处理，计算出用户行走的里程、跑步的里程、最大速度、弹跳的高度、弹跳的频率。

目前市面上还没有一种产品，能够帮助用户清楚地了解儿童的走路步态、平衡素质发育情况等，用以随时监测并适时调整来促进儿童健康步态的形成。

发明内容

针对现有问题，本发明提供了一种促进足部健康的系统，该系统能够帮助用户清楚地了解儿童的走路步态，和/或了解儿童的平衡素质发育情况，用以帮助用户适时调整来促进儿童健康步态的形成。

本发明通过以下技术方案实现。

一种促进足部健康的系统，包括鞋和终端；

所述鞋包括鞋垫，所述鞋垫包括与鞋底接触的底层、与脚底接触的表层、和位于所述表层和底层之间的智能传感单元，所述智能传感单元包括运动传感器芯片和数据传输芯片，用于传感数据的采集、处理和传输，其中，所述传感数据包括足部运动的加速度数据和角速度数据；

所述终端用于根据所述数据传输芯片发出的信号获取所述传感数据，根据所述传感数据为穿戴所述鞋的用户提供小脑平衡训练功能、步态监测功能中的至少一种功能，其中，所述小脑平衡训练功能用于输出所述用户的平衡感评估指标；所述步态监测功能用于对所述用户进行内外八字监测。

较佳地，所述终端为用户提供小脑平衡训练功能包括：根据所述加速度数据，以及预先配置的加速度数据与平衡感评估指标之间的对应表，输出所述用户的平衡感评估指标；其中，所述预先配置的加速度数据与平衡感评估指标之间的对应表，通过输入样本进行机器学习的方式训练得到。

较佳地，所述终端为用户提供步态监测功能，包括：根据所述传感数据，采用惯性导航算法，确定用户足部姿态特征；将所述足部姿态特征上传至云端，由云端进行分析与识别，向用户返回内外八字监测结果。

较佳地，所述终端还根据所述传感数据，为所述用户提供倒退平衡训练功能、跑步训练功能、跳绳训练功能；其中，所述终端为用户提供倒退平衡训练功能包括：根据所述传感数据，确定用户当前走路状态是否为倒退走；如果用户当前走路状态为倒退走，统计倒退走的步数、时间、距离、平衡情况；所述终端为用户提供跳绳训练功能包括：通过最大抑制检测算法对所述传感数据进行处理，提取峰值变化特征；根据预设的波形跟踪方法和所述峰值变化特征，计算出用户的跳绳次数。

较佳地，所述运动传感器芯片采用6轴微机电系统MEMS传感器。

较佳地，所述6轴MEMS传感器中3轴用于采集运动加速度数据，另外3轴用于采集运动角速度数据。

较佳地，所述数据传输芯片，包括：蓝牙芯片。

较佳地，所述鞋还包括鞋面、鞋底和鞋后跟；所述鞋面边缘与上述鞋底接触部位设置有一层足弓垫，用于承托足弓；所述鞋后跟部位采用坚硬材质，控制后足外翻的幅度；上述鞋面的鞋头部位采用流线型圆头状，增加鞋内空间。

较佳地，所述鞋垫表层与脚弓接触部位设置一层与脚弓形状相适应的脚弓承托层，所述鞋垫底层的鞋跟部位下方设置一层形状与脚后跟相适应的脚后跟垫层，脚后跟下侧设置有缓震垫，形状自脚跟后缘延展至脚弓部位。

较佳地，所述鞋的外表面设置LED指示灯，用于指示所述终端和所述数据传输芯片的连接状态。

本发明实施例中，终端获取鞋内的运动传感器芯片采集的传感数据，根据传感数据为用户提供小脑平衡训练功能、步态监测功能，能够帮助用户清楚地了解儿童的走路步态、平衡素质发育情况等，促进儿童健康步态的形成。

附图说明

图1是本发明提供的一种促进足部健康的系统的结构示意图；

图2是本发明提供的终端的小脑平衡训练功能的流程示意图；

图3是本发明提供的终端的步态监测功能的流程示意图；

图4是本发明提供的终端的倒退平衡训练功能的流程示意图；

图5是本发明提供的终端的跳绳训练功能的流程示意图；

图6是本发明提供的鞋的结构示意图；

图7是本发明提供的鞋垫的结构示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节并结合附图对本发明进一步说明，以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受具体实施方式的限制。

如图1所示，本发明公开了一种促进足部健康的系统，包括鞋100和终端200；

鞋100包括鞋垫，鞋垫包括与鞋底接触的底层、与脚底接触的表层、和位于所述表层和底层之间的智能传感单元110，智能传感单元110包括运动传感器芯片111和数据传输芯片112，用于传感数据的采集、处理和传输，其中，所述传感数据包括足部运动的加速度数据和角速度数据；

所述终端200用于根据所述数据传输芯片发出的信号获取所述传感数据，根据所述传感数据为穿戴所述鞋的用户提供小脑平衡训练功能、步态监测功能中的至少一种功能，其中，所述小脑平衡训练功能用于输出所述用户的平衡感评估指标；所述步态监测功能用于对所述用户进行内外八字监测。

进一步地，为了提升小脑平衡训练功能、步态监测功能的准确性，充分利用大数据分析结果，终端200与云端300交互数据，由云端对小脑平衡训练功能、步态监测功能数据进行分析，再反馈给终端。

具体地，终端200为用户提供小脑平衡训练功能的流程如图2所示，包括：

S210、输入样本进行机器学习训练；

S220、加速度数据与平衡感评估指标对应表；

S230、获取智能传感单元采集的加速度数据；

S240、输出平衡感评估指标。

其中，训练样本由开发人员预先自行配置，样本数据包括加速度情况、平衡感情况；由于机器学习的算法属于公知技术，此处则不再对该算法进行赘述。

具体地，终端200为用户提供步态监测功能的流程如图3所示，包括：

S310、根据所述传感数据，采用惯性导航算法，确定用户足部姿态特征；

S320、将所述足部姿态特征上传至云端，由云端进行分析与识别，向用户返回内外八字监测结果。

本功能基于车规级的进口传感器数据特性以及小朋友特有的行走模型，采用先进的惯性导航算法，实时计算用户足部姿态、位置。正常行走与异常步态之间的差异通过云端的AI算法进行智能分析与识别，随着用户的增多，AI的识别能力和准确度将会通过自学习不断提升。具体地，内外八字监测采用的方式是比较用户的行走方向和航向的角度，角度越大，说明内八字越严重，角度越小，说明外八字越严重。走路水平角度即前脚掌内、外侧缘与纵轴形成的夹角，所测角度为 -5到5度之间显示为“步态正常”，超出该范围，则提示步态不健康，并根据偏移程度，判断为“轻度”、“中度”或“重度”的“内外八”步态异常，并根据异常程度提示需要调整或纠正步态。

进一步地，终端还根据所述传感数据，为所述用户提供倒退平衡训练功能、跑步训练功能、跳绳训练功能。其中，所述终端为用户提供倒退平衡训练功能的流程如图4所示，包括：

S410、终端根据数据传输芯片发出的信号获取所述传感数据；

S420、根据传感数据确定用户当前走路状态是否为倒退走，如果是，执行S430，否则，执行S440；

S430、统计倒退走的步数、时间、距离、平衡情况；

S440、丢弃相应的数据，不计入倒退走的步数、时间、距离、平衡情况。

如图5所示，所述终端为用户提供跳绳训练功能包括：

S510、终端根据数据传输芯片发出的信号获取传感数据；

S520、通过最大抑制检测算法对所述传感数据进行处理，提取峰值变化特征；

S530、根据预设的波形跟踪方法和所述峰值变化特征，计算出用户的跳绳次数。

较佳地，本发明采用6轴微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System, MEMS）传感器。优选地，采用博世运动传感器芯片BMI160。其中，3轴用于采集运动加速度数据，另外3轴用于采集运动角速度数据。此外，该芯片支持低功耗计步功能。

较佳地，本发明中的数据传输芯片，采用蓝牙芯片。优选地，采用Nordic低功耗蓝牙5.0芯片NRF52832，其具有安全、高性能、低功耗的特点。

较佳地，所述鞋的外表面设置LED指示灯，用于指示所述终端和所述数据传输芯片的连接状态。

如图6所示，本发明提供的鞋包括鞋面、鞋垫、鞋底和鞋跟。鞋面边缘与鞋底接触部位设置有一层足弓垫，用于承托足弓，减少疲劳；鞋后跟杯部位610采用坚硬材质，控制后足外翻的幅度，减少疲劳；鞋面的鞋头部位620采用流线型圆头状，增加鞋内空间，提高舒适度；鞋垫630由多层减震性高、舒适度好的材质压合而成，每个组成层称为鞋垫夹层。如图7所示，鞋垫包含自上而下共的五个鞋垫夹层，第一层710为位于足弓部位的足弓托垫，缓解足弓疲劳，第二层720与足弓托垫拼合为鞋垫整体状，用于接触脚底，脚后跟部加厚处理，平均分散脚后跟压力；第三层730为整个鞋垫的支撑层；第四层740位于脚后跟部位，用于吸震卸力，第五层750为聚氨酯（Thermoplastic Urethane, TPU）缓震垫。

以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，将鞋、传感技术和客户端APP功能相融合，可以对儿童的足部进行监测，能测试穿戴儿童是否存在扁平足、内八、外八等问题，还可以清楚了解儿童走路步态、日常活动总量以及平衡素质发育情况等，通过改变儿童在步态发育形成过程中足部所处的环境，随时监测并适时调整来促进儿童健康步态的形成。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种促进足部健康的系统，其特征在于，包括鞋和终端；

所述鞋包括鞋垫，所述鞋垫包括与鞋底接触的底层、与脚底接触的表层和位于所述表层和底层之间的智能传感单元，所述智能传感单元包括运动传感器芯片和数据传输芯片，用于传感数据的采集、处理和传输，其中，所述传感数据包括足部运动的加速度数据和角速度数据；

所述终端用于根据所述数据传输芯片发出的信号获取所述传感数据，根据所述传感数据为穿戴所述鞋的用户提供小脑平衡监测功能、步态监测功能中的至少一种功能，其中，所述小脑平衡监测功能用于输出所述用户的平衡感评估指标；所述步态监测功能用于对所述用户进行内外八字监测;

所述终端还根据所述传感数据，为所述用户提供倒退平衡训练功能、跑步训练功能、跳绳训练功能；其中，所述终端为用户提供倒退平衡训练功能包括：根据所述传感数据，确定用户当前走路状态是否为倒退走；如果用户当前走路状态为倒退走，统计倒退走的步数、时间、距离、平衡情况；所述终端为用户提供跳绳训练功能包括：通过最大抑制检测算法对所述传感数据进行处理，提取峰值变化特征；根据预设的波形跟踪方法和所述峰值变化特征，计算出用户的跳绳次数。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述终端为用户提供小脑平衡监测功能，包括：根据所述加速度数据，以及预先配置的加速度数据与平衡感评估指标之间的对应表，输出所述用户的平衡感评估指标；其中，所述预先配置的加速度数据与平衡感评估指标之间的对应表，通过输入样本进行机器学习的方式训练得到。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述终端为用户提供步态监测功能，包括：根据所述传感数据，采用惯性导航算法，确定用户足部姿态特征；将所述足部姿态特征上传至云端，由云端进行分析与识别，向用户返回内外八字监测结果。

4.如权利要求1至3任一项所述的系统，其特征在于，所述运动传感器芯片采用6轴微机电系统MEMS传感器。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述6轴微机电系统MEMS传感器中3轴用于采集运动加速度数据，另外3轴用于采集运动角速度数据。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据传输芯片，包括：蓝牙芯片。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述鞋还包括鞋面、鞋底和鞋后跟；所述鞋面边缘与上述鞋底接触部位设置有一层足弓垫，用于承托足弓；所述鞋后跟部位采用坚硬材质，控制后足外翻的幅度；上述鞋面的鞋头部位采用流线型圆头状，增加鞋内空间。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述鞋垫表层与足弓接触部位设置一层与足弓形状相适应的脚弓承托层，所述鞋垫底层的鞋跟部位下方设置一层形状与脚后跟相适应的脚后跟垫层，脚后跟垫层下侧设置有缓震垫，形状自脚跟后缘延展至足弓部位。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述鞋的外表面设置LED指示灯，用于指示所述终端和所述数据传输芯片的连接状态。

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