CN201929109U - 具有传感器、控制器和主动响应元件的鞋 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有传感器、控制器和主动响应元件的鞋。该高尔夫球鞋包括多个传感器、控制器和至少一个主动响应元件。传感器和控制器运作以快速地确定高尔夫球手是在步行还是在摆动高尔夫球杆。一旦被确定,控制器和主动响应元件快速改变鞋的特性。如果控制器确定高尔夫球手在步行,鞋提供柔软和有韧性的步行平台。如果控制器确定高尔夫球手在摆动,鞋自动变形或改变以提供稳固的击球平台。控制器检测各种预定条件例如穿着者脚的压力以确定高尔夫球手是在步行还是在摆动。主动响应元件为侧面调节器,其具有设置在鞋带区域内的上部支架和附接至鞋底侧面的下部支架,这些支架支撑多个电致伸缩聚合体带。
Description
技术领域
本发明涉及鞋,尤其涉及具有传感器、控制器和主动响应元件(active-response elements)的高尔夫球鞋。另外,本发明涉及根据选手是在步行或是摆动球杆而激活主动响应元件并改变鞋的特性的方法。
背景技术
高尔夫比赛包括长距离的步行和短时间的摆动高尔夫球杆以击打高尔夫球。因此,高尔夫球鞋必须实现这两种不同类型的具有相互冲突设计需求的动作。高尔夫球鞋通常包括连接至鞋底组件的鞋面。鞋底组件包括接触地面的鞋外底。当步行时,最希望鞋面和鞋外底是柔软和有韧性的,以便高尔夫球手的脚被舒服地支撑着。当鞋面上的鞋带被宽松地系上时鞋面会更加柔韧。通过选择具有这些特性的材料并且在鞋外底中限定出弯曲的沟和槽,鞋外底变得柔软且有韧性。
当摆动高尔夫球杆时,产生巨大的力使高尔夫球手的脚相对于鞋外底移动或者使鞋外底相对于地面移动。为了抵消这种趋向,需要鞋面和鞋外底不易变形并且稳固。当鞋面上的鞋带被紧系住以绷紧鞋面时,脚在鞋里的移动将被减少。当使用坚硬的材料制作时鞋外底更加稳固。这样,设计需求上的冲突就很明显地出现了。
对于这个难题已经提出了很多其它的解决方法。一个是为高尔夫球手在步行和摆动之间换鞋。这个解决方法不被看好,因为对高尔夫球手来说这需要太多的时间和精力。可选地,高尔夫球手可以在摆动之间调节他们的鞋带,例如在摆动时系紧鞋带而在步行时松开鞋带。这个解决方法也不被看好,因为这也需要高尔夫球手有足够的精力。大多数生产商在制作高尔夫球鞋时在步行和摆动之间进行了折衷处理,这样鞋在步行和摆动之间都可以使用良好。例如,Erickson和Robinson共同拥有的美国专利No.6,474,003公开了具有鞋垫系统的高尔夫球鞋,该鞋垫系统具有可变尺寸的后跟杯状物。
在Jacques的美国专利No.6,598,322中提出了另一个方法。该专利公开 了一种具有至少由一个纵长形状记忆合金元件形成的鞋带和电子电路的鞋。当电路被接通时,形状记忆合金变短并且把穿着者的脚周围的鞋面绷紧。这个电路通过在鞋后跟里的开关被接通,该开关通过高尔夫球手将两个后跟在一起撞击而开启。这是不理想的,因为需要高尔夫球手完成额外的“撞击”动作,而该动作不是在打高尔夫时正常完成的动作。一个额外的不正常的动作可能影响高尔夫球手的发挥。这个动作也会使高尔夫球手遭受嘲笑。可选地,Johnson的美国专利No.6,032,387公开了一种具有机械系紧和松开装置的鞋子,该装置必须手动操作。类似地,Bernier等的美国专利No.5,839,210公开了一种具有鞋拉紧装置的鞋,该装置也需要手动操作。
Bishop的美国专利No.5,918,502公开了性能增强的鞋。这个专利公开了鞋底中设有压电弹簧装置的鞋。步行或跑步施加第一个力,该力使弹簧变形并且产生电能,该电能被收集在电路中。当检测到比第一个力更大的第二个力时,例如当穿着者准备跳跃时,收集的电能被释放,其使弹簧变形并且将一个力传输到鞋底的底部以辅助该跳越动作。这种鞋不能满足高尔夫比赛和高尔夫球鞋的功能需求。此外,USGA规则禁止使用可以储能的鞋。
如美国专利No.6,059,674和6,106,417中公开的其它运动装置,例如网球和墙球球拍包含压电陶瓷纤维以改变它们的机械性能。这些球拍缓冲了从碰撞表面传向把手的震动。当压电纤维变形时,它们产生能量转换,反之亦然,当向压电纤维施加电压时,它们产生形变。当球撞击到球拍的绳线时,该撞击产生大约50V的电压,其来自位于球拍撞击表面附近的压电纤维。这种释放的电被把手中的接触面电路接收,该电路可以将释放的电放大7倍并且在5毫秒后将该释放的电反馈回去。该被放大的电可以使球拍偏斜高达1mm。由撞击引起的震动从而降低高达50%。因此,由撞击产生的震动被电路接收,放大并伴随着相位偏移被返还以抵消震动。
这种构思也被应用于滑雪橇,其中压电纤维被放置与滑雪橇纵轴成大约45°角。在一个实例中,施加到这些纤维上的800V的激励可以使滑雪橇扭曲大约1cm。这些球拍和滑雪橇都是自供电能的,不需要电池。
因此,在高尔夫球鞋领域中仍存在这样的需要:最大程度地满足步行和摆动的设计需求而不需要高尔夫球手完成任何额外的动作。
发明内容
据此,本发明提供了高尔夫球鞋,其可以区分步行和摆动高尔夫球杆。
本发明还提供了在穿着者步行时呈现第一系列特性而在穿着者摆动时呈现第二系列特性的高尔夫球鞋。第一系列特性表示为鞋的柔软/柔韧性,而第二系列特性表示为鞋的稳固性。
本发明所提供的具有传感器、控制器和主动响应元件的鞋的优点在于:能够最大程度地满足步行和摆动的设计需求而不需要穿着者完成任何额外的动作。
本发明涉及一种具有传感器、控制器和主动响应元件的鞋,其包括鞋面、至少一个主动响应元件、连接至鞋面以限定出用于容纳穿着者脚的鞋腔的鞋底,该鞋底具有至少一个传感器,并且优选为四个,以及一个可操作连接至传感器和主动响应元件的控制器。控制器确定穿着者是在步行还是在摆动以及穿着者何时在摆动,当穿着者摆动时,控制器将输出电流发送至主动响应元件。
当穿着者摆动时,主动响应元件将鞋从原始状态改变到暂时状态(transitory state),其中在原始状态下鞋呈现为第一系列特性,在暂时状态下鞋呈现为不同于所述第一系列特性的第二系列特性。
可选地,输出电流被传输到传感器,而传感器将输出电流传输到主动响应元件。主动响应元件可以包括鞋底调节器、鞋面调节器、鞋舌调节器或鞋带调节器。
第一系列特性表示步行,而第二系列特性表示摆动。当步行时,传感器产生的能量被收集。当摆动时,控制器将收集的能量转换为输出电流。当呈现为第二系列特性时,该鞋将比呈现为第一系列特性时更加稳固以摆动球杆,并且当鞋更稳固时穿着者的脚相对于鞋能够更少地移动。
如果传感器在预置时间间隔阈值内检测到改变的压力比预置摆动阈值更大,那么控制器发送所述输出电流。摆动阈值在大约70kPa到大约140kPa之间,并且优选为大约100kPa,并且时间间隔阈值大约为0.5秒。
本法明还公开了确定穿着者是在步行还是在摆动的方法和改变鞋从步行到摆动的特性的方法。
附图说明
附图构成了说明书的一部分,在理解这些附图时应与说明书相结合,在 不同视图中类似的参考数字用于表示类似的部分,这些附图中:
图1为本发明高尔夫球鞋的优选实施例的侧面透视图;
图2为示意性平面图,其示出了在图1中鞋的鞋外底内的各种传感器、控制器和主动响应元件;
图3是沿图2中线3-3所取的剖面图,其示出了鞋外底内的一个传感器;
图4为图1中的高尔夫球鞋的侧面透视图,其示出了在鞋面里的主动响应元件,其中另一个主动响应元件为了清楚而被省略;
图5为图4中的鞋的顶部平面图,其示出了在鞋面里的主动响应元件;
图6为透视图,其示出了在鞋面的舌部里的主动响应元件;
图7为图2中的传感器、控制器和主动响应元件之间关系的示意图;
图8为流程图,其示出了传感器、控制器和主动响应元件的运作;和
图9为传感器、控制器和主动响应元件之间替换关系的示意图;
图10为本发明的另一个优选实施例的示意性顶部平面图,该实施例包括了在鞋外底中的各种传感器和控制器;
图11为用于本发明的适合控制器的示意图;
图12为本发明的另一个优选实施例的侧面正视图,该实施例包括了在鞋面中的主动响应元件;和
图13为图12中所示实施例的示意性顶部平面图,该实施例包括了在鞋外底中的传感器、电子引线和控制器。
具体实施方式
参照图1,其示出了根据本发明的高尔夫球鞋10的一个实施例。其中右鞋或左鞋中的一只或两只可以使用本发明的特征。鞋10包括鞋面12和鞋底组件14。使用粘合剂、缝纫或其它常规材料和常规技术将鞋面连接至鞋底组件14。一旦被连接,鞋面12限定了鞋腔16以容纳穿着者的脚(未示出)。鞋腔16可以通过鞋面12的开口18进入。
作为参考目的,高尔夫球鞋10包括前端或趾端20,后端或后跟端22,和在前端20和后端22之间延伸的纵向轴L。参照图1和2,高尔夫球鞋10进一步包括中间边部24和侧面边部26。垂直于纵向轴L的横向轴T在中间边部24和侧面边部26之间延伸。当高尔夫球手步行时,他们的脚典型地沿纵向轴L移动。当高尔夫球手摆动时,他们的脚典型地沿横向轴T移动。
鞋面12优选由一层或多层常规材料形成,例如皮革、合成材料或它们的组合。如本领域普通技术人员所熟知的,这些材料被切割然后在脚形楦上被缝在一起而形成成品鞋面12。鞋面12优选包括鞋舌13a和鞋带13b,其允许开口18被扩大以允许穿着者的脚塞进鞋里。增大鞋带13b的紧度可以减小开口18并使鞋面12沿穿着者的脚绷紧。
参照图1-3,鞋底组件14包括可任选的中底30和鞋外底32。中底30为穿着者提供了缓冲,而鞋外底提供了侧面或横向的稳固性、纵向的柔韧性和耐用性从而使其可以承受与地面之间重复的接触。另外,鞋底组件14可以包括例如硬板、其它衬垫等等之类的其它部件。
中底30可以由常规材料形成,例如橡胶或乙烯-醋酸乙烯聚合物(EVA)。一旦中底30和鞋外底32连接在一起,中底30形成鞋底组件14的内部的、面向上的表面,该表面接触穿着者的脚。另一方面,鞋外底32形成鞋底的除了后跟部分34以外的与地面接触的底面。
鞋外底32可以由各种常规材料形成,例如皮革或各种合成材料(例如热塑性材料)。在这样的实施例中,鞋外底可以进一步包括固定的或可移去的金属或塑料。可选地,鞋外底32可以由所有热塑性材料制成,具有一体的用于附着摩擦力的突起,从而形成所谓的“无钉(spikeless)”鞋外底。
参照图2,鞋外底32包括经由导线40电连接至控制器38的压力传感器。参照图3,其示出压力传感器36模制在鞋外底32内部。传感器36也可以放置在中底30内或鞋面12内。
优选地,压力传感器36被放置在至少是穿着者脚的球形部分下面,穿着者脚的球形部分的横向侧,而最优选的是穿着者的第五跖骨的头部。传感器将机械能量转换为电能。例如,电致伸缩(或同义的,电活化的)聚合物或压电元件为适合的传感器材料。传感器36优选具有与鞋底基本相同的材料特性,以使得不被轻易察觉到。
电致伸缩聚合物产生能量。当穿着者行走一步,电致伸缩聚合物传感器被弯曲并且通过聚合物产生电压。适合的电致伸缩聚合物包括在美国专利No.6,433,465中公开的那些,其整体结合于此作为参考。其它适合的电致伸缩聚合物已经被SRI国际(Stanford,CA)测试和公开。其它电致伸缩材料包括可以从Applied Ceramics,Inc(Fremont,CA)获得的陶瓷制品。
为了舒适和最大化偏转,优选的电致伸缩聚合物应该具有高应变比率。 由此SRI已经开发了电极扩张并与聚合物接触的工艺,这样极大地增强了它们的耐用性和聚合物对规定电压输入静电聚合物变换器薄膜响应的可控性,所述薄膜可以沿平面内方向(in-plane directions)扩展或缩小以响应提供的电场或机械压力。这些变换器薄膜已经产生了高达100%的应变和高达100psi(磅/平方英寸)或更高的压力。优选的电致伸缩聚合物包括有机硅和丙烯酸类弹性体;尽管如此,所有的绝缘聚合物具有一些电致伸缩响应。适合的电致伸缩聚合物包括但不限于Hylomar HS3有机硅,NuSil CF19-2186有机硅,3M VHB 4910丙烯酸(acrylic),Deerfield聚氨酯PT6100S,Dow Corning Sylgard 186有机硅,Dow Corning含氟有机硅730,LaurentL 143HC含氟弹性体,Aldrich聚丁二烯(PBD)和异戊二烯天然橡胶。这些和其它适合的材料在下列文献中论述过:R.Kornbuth,R.Pelrine,J.Eckerle和J.Joseph的“Electrostrictive Polymer Artificial Muscle Actuators(电致伸缩聚合物人造肌肉激活器)”(出版日期未知)(可以通过网址 www.erg.sri.com/publications/7247-pa-98-032.pdf 获得),R.Pelrine,R.Kornbluth,J.Joseph,和S.Chiba的“Artificial Muscle for Small Robots(小型机器人的人造肌肉)”(出版日期未知)(可以通过网址 www.erg.sri.com/publications/10673-PA-00-087.pdf获得),以及R.Kornbluth,R.Pelrine,S.Shastri,R.Full和K.Meijer的“Artificial muscle Actuators for Exoskeletons(用于外骨骼的人造肌肉激活器)”(未知出版日期)(可以通过网址www.erg.sri.com/publications/433-PA-00-013.pdf获得)。这些参考文献被整体结合于此作为参考。
当穿着者的脚每次撞击地面而向压电元件施加力时,压电元件还产生脉冲电能。压电元件被广泛地使用并可通过商业途径得到。由传感器36产生的电脉冲、电压或电能经过导线40传输到控制器38。再次参考图2,其示出控制器38被放置在穿着者脚的后跟下面。更优选地,控制器38放置在鞋底组件的后跟部分34中的腔(未示出)内。尽管如此,可以意识到控制器可以放置在鞋的包括鞋外部的其它部分上。在优选的实施例中,控制器38是电子组件,其作为简单的中央处理单元起作用并包括调整电路,例如由幅度比较器电路控制的高通滤波器电路。控制器38可以进一步包括计时器。控制电路可以保持在具有大约为12cm2大小面积的电路板上。在图11中阐明了适合的并可在商业上获得的控制器的例子,其示出了被分离的输入信 号,在由比较器组合之前,一路通过高通滤波器(HP),另一路通过计时器和使能器(enabler)。比较器的输出传输到电驱动器然后到传感器。电驱动器优选为高电压、高频率装置,适于与压电传感器一起使用。控制器可以偏离鞋底放置,例如在鞋面12内。
参照图7,鞋10进一步包括至少一个主动响应元件42。以虚线示出另加的主动响应元件44。参照图1-2和4-6,适合的主动响应元件42和44包括一个或多个鞋底加强件或调节器46,侧面上部加强件或调节器48,鞋舌上部调节器50,和鞋带绷紧装置或调节器51。
参照图2,在本实施例中的鞋底调节器46优选包括多个对齐的压电纤维,其经由电线52电连接至控制器38。优选地,将鞋底调节器46对角地放置在鞋底上,并且更优选地,提供另一个鞋底调节器并放置在对角方向上。如图2中所示,鞋底调节器46包括两组在相反对角位置上对齐的压电纤维。适合的压电纤维包括由新泽西的Advanced Composites制造的压电陶瓷纤维。由于成对角排列,鞋底调节器46被构造为耐扭转和弯曲。对角方向上的纵向元件耐弯曲,而横向元件耐扭转。
在本实施例中,侧面上部调节器48包括连接到鞋面12上的由压电材料制成的衬垫。侧面上部调节器48经由电线53电连接至控制器38。图1的以虚线示出了侧面上部调节器48,表示侧面上部调节器48通常不在鞋面12的外部。侧面上部调节器48可以设置在鞋面12的外部或内部表面上或者设置在鞋面12的层之间。可选地,侧面上部调节器可以是外骨骼或在鞋面侧边上的开放网格,并且或者嵌入鞋面或在鞋面表面上。当被激活时,鞋底调节器46和上部调节器48变形而偏离平面(out-of-plane)以分别为鞋底和鞋面提供更多的稳固性。
参照图6,鞋舌上部调节器50包括多个夹在鞋舌13a的层之间的由电致伸缩聚合物形成的带50a-e。这些带50a-e经由导线(未示出)电连接至控制器38。带50a-e的结构和数量可以改变,并且本发明不局限于图6中所示出的。带50a-e的长度和横截面积由所需的通过激活产生的力来确定。
参照图4和5,在本实施例中鞋10的鞋脊部分中的鞋带调节器51包括多个带51a-d,其由夹在鞋面12的层之间的电致伸缩聚合物形成。带51a-d可操作地与鞋带13b相联系,使得带51a-d的移动改变鞋带13b中的张力。这些带51a-d也经由导线(未示出)电连接至控制器38。带51a-d的结构和 数量可以改变,并且本发明不局限于图4和5所示出的。例如,带51a-d(以及带50a-e)可以被电致伸缩聚合物的简单宽片替换。带50a-d的长度和横截面积由所需的通过激活产生的力来确定。例如,如果30-50牛顿的力对于最大张力来说是必需的,带的尺寸可以是3cm长和70mm的横截面积。当被激活时,鞋舌上部调节器50扩张而偏离平面(或弯曲)并且在鞋脊内的鞋带调节器51缩短以绷紧鞋10。
本发明的一个方面是区分步行运动和摆动运动。当高尔夫球手步行时,典型地,在大约2s的短时间间隔中行走一步。这个时间间隔被定义为收集时间间隔。收集时间间隔可以少于大约2s,也可以在大约1-2s之间。
高尔夫球手在摆动前典型地表现为姿势停顿。另外,当高尔夫球手摆动时,高尔夫球手的运动是快且有力的。根据经验测试,压力传感器36在穿着者第5个跖骨头部下面的放置(参见图2)能可靠地测量出与高尔夫摆动动作相关联的快速压力变化。
参照图8,在使用期间,穿着者把脚塞入鞋腔16(如图1所示)中并系紧鞋带13b以使得鞋在步行时令人感到舒服。当穿着者步行时,每次穿着者的脚撞击地面,传感器36(参见图2)将脉冲沿导线40传送至控制器38(步骤S1)。在步骤2中,控制器38确定脉冲是否在收集时间间隔内被接收。如果脉冲在收集时间间隔内被接收,控制器38识别出穿着者在步行,鞋在收集模式下。在收集模式下,来自传感器36的脉冲中的能量被收集(步骤S3)或用于为控制器38供应能量。另外,在收集模式下,主动响应元件42和44(参见图7)没有被激活。操作返回步骤S1,并且传感器36检测下一个脉冲。当收集活动没有发生时,收集的能量的一部分可以存储在电容器和/或二极管中以供控制器38使用。可选地,提供电池为控制器38和主动响应元件供应能量。
如果脉冲没有在收集时间间隔内被接收,控制器38识别出穿着者没有在步行,鞋改变为预撞击模式(pre-strike mode)。在预撞击模式下,来自传感器36的脉冲中的能量没有被收集。当收集没有被执行时,控制器38可以由存储的能量或由电池供应能量。
在接下来的步骤S4中,控制器38把接收到的脉冲量转换为频率。将这个频率与预置滤波器频率相比较。在一个实施例中,优选的预置滤波器频率大约为10Hz。更优选地,预置滤波器频率在大约2Hz和大约10Hz之间。如 果检测到的频率比预置滤波器频率小,操作返回步骤S1,并且传感器36等待检测下一个脉冲,以及主动响应元件42和44(参见图7)不被激活。在这种方式下,控制器38被设计成忽略力的小峰值,这些小峰值不作为摆动动作的表示。如果检测到的频率比预置滤波器频率更大,操作继续至步骤S5。
在步骤S5中,控制器38将检测到的脉冲量与先前检测到的脉冲量相比较,以确定脉冲之间在时间间隔内的量变。在一个实施例中,对一个体重大约为75kg的普通身材的高尔夫球手来说,预置摆动阈值量为大约100kPa。更优选地,对于体重在35kg到160kg之间的高尔夫球手来说,摆动阈值在大约70kPa和大约140kPa之间或更高。在一个实施例中,用于确定量变的优选的预置时间间隔阈值为大约0.5秒或更少。
如果量的改变比预置摆动阈值更大,而时间间隔比预置时间间隔阈值更少,控制器38识别出摆动动作正在发生,因为摆动以在短时间间隔内的压力增加为特征。结果,控制器38经由连接线发送输出电流以激活鞋底调节器46、侧面上部调节器48、鞋舌上部调节器50和鞋带调节器51的主动响应元件。
该输出电流导致鞋底调节器46变形而偏离平面或者弯曲并且有效增加了摆动时鞋外底32的稳定性,并且该输出电流使侧面上部调节器48也产生同样的效果。该输出电流也使得鞋舌调节器50的带50a-e弯曲,并且导致鞋带调节器带51a-d缩短以绷紧鞋带13b,并且最终绷紧鞋面12。结果,鞋底组件14和鞋面12在摆动期间将会更加稳固并且阻止穿着者的脚相对于鞋外底的移动。主动响应元件反应非常迅速,当开始向下摆动动作时,它们的激活就被启动并完成,以使得鞋在高尔夫球手向前摆动前呈现出稳固的击打平台(hitting-platform)的特性。变形至稳固平台的过程需要大约10微秒到大约0.1秒。在这之后,操作返回到步骤S1而传感器36等待检测下一个脉冲。当没有来自驱动器的输出被传感器接收时,调节器在大约5秒的时间中自动恢复(参见图11)。存储的能量足够用于几次摆动以用于练习的摆动,如果在练习摆动和实际摆动之间没有明显的停顿。一旦存在脉冲,那么鞋将为高尔夫球的摆动动作准备进行绷紧,并将一直保持直到传感器检测到步伐。如果练习的摆动足够快或足够接近于实际摆动,那么鞋会被激活。
如果量的改变比预置摆动阈值小和/或时间间隔比预置时间间隔阈值 大,控制器38识别出摆动动作没有发生。结果,控制器38不发送输出信号至主动响应元件而主动响应元件没有改变。因此,鞋的特性没有改变并且保持柔软/柔韧的步行平台的特性。操作返回到步骤S1,传感器36等待检测下一个脉冲。
为了触发主动响应元件,运动必须具有摆动动作的特征,这个运动在数量和时间间隔阈值被满足时发生,如步骤S5中所示的。典型地,摆动动作不会以在长时间内的压力的增加为特征,并且摆动动作也不会以短时间内维持的压力为特征。
根据上述描述,当高尔夫球手在步行且暂时停顿看另外一个高尔夫球手击球时,如果在停顿后迅速并以足够的力进行了第一步,从而满足数量和时间间隔阈值,即,几乎像高尔夫球手开始奔跑时,那么控制器38将仅向主动响应元件发出信号。如果这些条件都满足,鞋的特性将改变成稳固的击打平台以用于快速行走。这是令人满意的,因为在快速奔跑运动中支撑是很有用的。
也是根据上述描述,如果高尔夫球手在步行并暂时停顿看另一个高尔夫球手击球时,该高尔夫球手接下来进行了一个慢的或柔和的摆动,例如像绿地比赛,那么控制器将不会向主动响应元件发出信号。在这种情况下,鞋的特性将是柔软/柔韧的步行平台的特性。这是令人满意的,因为高程度的稳固性对柔和的摆动或对推杆是不必需的。
参照图9,在可选的实施例中,鞋外底包括压力传感器36、控制器38和主动响应元件42。在这个实施例中,压力传感器36将脉冲发送到控制器38。当控制器38确定摆动动作正在以使用先前论述过的阈值发生时,控制器38将输出信号传送回压力传感器36。传感器36将信号发送到主动响应元件42以激活主动响应元件42。在这个实施例中,传感器36用作传感器和激活器。将传感器36用作激活器会减少系统的成本。
图10涉及的是鞋外底132的另一个实施例,该鞋外底132具有多个传感器136a和136b以及控制器138。传感器136a、136b分别经由电线140a、140b与控制器138电连接。优选地,传感器136a、136b可以被反接以产生普通模式阻碍电路(common code rejection strategy)。当高尔夫球手步行时,脚沿着纵向方向L移动,并且两个传感器实际上将在同一时间经历压力峰值。当高尔夫球手摆动时,脚沿着横向方向T移动,并且传感器将在不同的 时间经历压力峰值。
优选地,压力传感器136a、136b放置在穿着者脚的球形部分下方。更优选地,压力传感器136a、136b放置在穿着者脚的球形部分侧边的下方。更优选地,压力传感器136a放置在穿着者的第五个跖骨头部的下方,而压力传感器136b放置在穿着者的第四个跖骨头部的下方。理想的是,压力传感器136b在横向上并均匀地与压力传感器136a分开。通常,只要传感器在横向上彼此分开,传感器136a和136b可以放置在任何两个跖骨头部的下方。用于传感器36的传感器也可用于压力传感器136a、136b。
当穿着者步行,穿着者的脚每次撞击地面时,每个传感器136a、136b(参见图7)沿电线140a、140b将脉冲发送到控制器138。在步行期间,控制器138将会比较来自每个传感器136a、136b的两个压力值。如果两个压力在预定的压力阈值内相似,脉冲将彼此抵消。结果,控制器138将识别出穿着者在步行。步行是在由箭头L1所示的纵向方向上的运动。控制器138不会发送输出信号至先前所述的主动响应元件。结果,主动响应元件不会被激活。传感器136a、136b将继续检测穿着者的运动,并且产生的能量如上所述那样被收集。
在摆动期间,控制器138将会比较来自每个传感器136a、136b的两个压力值。摆动是在由箭头T1所示的横向或侧边方向上的运动。当高尔夫球手步行时,沿着线L1的运动将使得两个传感器大致同时检测压力。由于它们被如上所述的反向连接,没有信号传输至控制器。当高尔夫球手摆动时,沿着线T1的运动将使得一个传感器先于另一个传感器检测压力。这个时间的转变阻止了信号彼此抵消,从而控制器可以识别两个截然不同的压力信号,并获知高尔夫球手正在摆动。接着,控制器138将输出信号传输至例如上面所述的那些主动响应元件,从而将鞋的特性从柔软/柔韧的步行平台改变为稳固的击打平台。然后,主动响应元件恢复,而传感器136a、136b将接下来继续检测穿着者的运动。
图12和13中示出本发明中的实施例,其中鞋200使用主动响应元件中的一个和侧面塑料片调节器202,该调节器202从鞋外底204延伸到鞋带区域206并且在穿着者的脚上施加大约30N的力进行绷紧。侧面塑料片调节器202使用上、下部支架208、210,以为多个电致伸缩聚合物带212a-f提供刚性和构架。如图13中所示,这些带212a-f经由导线216被电连接至控制器 214。下部支架210具有用于连接带212a-f的电终端。可以意识到的是,可以改变这些带的数量以及将它们连接到支架的方式。带212a-f的长度和横截面积由所需的通过激活产生的力来确定。除了侧面调节器202,可以使用其它适合的主动响应元件,例如如上所述的鞋底调节器或鞋舌上部调节器。
在本实施例中,典型地,侧面调节器202不位于鞋面的外部。侧面上部调节器202可以被设置在鞋面外部或内部的表面上或放置在鞋面材料层之间。可选地,侧面上部调节器可以是位于鞋面侧边上的外骨骼或开放网格,并且或者嵌入鞋面中,或者位于鞋面表面上。
图13示出了鞋200的底部218,其中多个嵌入的传感器220a-d,这里示出了四个,具有引线222,在引线222的末端具有与控制器214的接触器226相连接的连接器224。控制器214包括电子组件230,其容纳四个独立电路232。每一个电路被连接至嵌入鞋的鞋底的四个传感器220a-d中的一个。当没有压力施加给传感器时,每个传感器220a-d典型的输出频率大约为1MHz。当来自高尔夫球手的压力被施加给传感器时,每个传感器的频率由于施加的压力数量的直接作用而降低。这个数据被控制器计算,该控制器通过导线216响应侧面调节器,以使电致伸缩聚合物带212a-f在张力的作用下或者绷紧或者放松。因此,当高尔夫球手摆动球杆时,带212a-f的张力最大,而当高尔夫球手步行时,它们相应地放松。
尽管上面已经描述了本发明的多种实施方式,但可以理解的是这里所示出的本发明实施例的各种特征可以被单独使用或进行组合。例如,本发明的多个圆形突出物(multi-lobed)可以用于任何球形飞行物中。本发明也不局限于这里所描述过的特定优选实施例。
本申请是美国申请No.11/938,808的部分继续申请,该美国申请于2007年11月13日提出,为2004年3月1日提出的美国申请No.10/790,164,现在是美国专利7,310,895的分案申请,这两项申请都被整体结合于此作为参考。
Claims (8)
1.一种具有传感器、控制器和主动响应元件的鞋,包括:
具有鞋带的鞋面;
连接至所述鞋面以限定出用于容纳穿着者脚的鞋腔的鞋底;
多个嵌入所述鞋底的传感器,每个传感器具有多条引线,每条引线的末端具有连接器;
侧面调节器主动响应元件,具有设置在所述鞋带区域内的上部支架和附接至鞋底侧面的下部支架,这些支架支撑多个电致伸缩聚合体带;
控制器,与所述鞋底一体形成,并可操作地连接至所述传感器和所述侧面调节器主动响应元件,所述控制器确定穿着者是在步行还是在摆动,如果穿着者在摆动,那么所述控制器将输出电流发送至所述主动响应元件。
2.如权利要求1所述的鞋,其特征在于,所述传感器的数量是四个。
3.如权利要求2所述的鞋,其特征在于,所述控制器包括容纳四个独立电路的电子组件,每个电路连接至所述四个传感器中的一个。
4.如权利要求1所述的鞋,其特征在于,所述传感器是位于穿着者的脚的局部下面的压力传感器。
5.如权利要求1所述的鞋,其特征在于,每个传感器由压电材料制成。
6.如权利要求1所述的鞋,其特征在于,每个传感器由绝缘聚合物制成。
7.如权利要求6所述的鞋,其特征在于,每个传感器由有机硅或丙烯酸类弹性体制成。
8.如权利要求7所述的鞋,其特征在于,每个传感器由聚氨酯、含氟有机硅、含氟弹性体、聚丁二烯或异戊二烯制成。
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