CN205214339U - 一种智能鞋 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能鞋，该智能鞋包括：鞋体；感应模块，设置在鞋体上，包括摩擦发电界面，用户运动时受到挤压可产生电信号；信号处理模块，设置在鞋体上，与感应模块相连，可接收感应模块产生的电信号并累加计步；提醒模块，设置在鞋体上，与信号处理模块相连，当用户的运动步数累加到不同的预设值时，信号处理模块可控制提醒模块显示出对应的状态，以提醒用户；第一供电模块，设置在鞋体上，与提醒模块相连，包括摩擦发电界面，用户运动时受到挤压可产生电能，以为提醒模块供电。本实用新型中通过显示单元实现提醒功能，使用户可直观地了解运动状况并敦促用户进行更大的运动量，提升了用户体验。

Description

一种智能鞋

技术领域

本实用新型涉及穿戴式智能设备领域，尤其涉及一种基于摩擦发电原理制作的兼具记步、提醒功能的智能鞋。

背景技术

穿戴式智能设备，一般是指应用穿戴式技术对日常穿戴进行智能化设计、开发出可以穿戴的设备的总称，如眼镜、手套、手表、服饰及鞋等。而更广义的穿戴式智能设备包括功能全、尺寸大、可不依赖智能手机实现完整或者部分的功能，例如智能手表或智能眼镜等，以及只专注于某一类应用功能，需要和其它设备如智能手机配合使用，如各类进行体征监测的智能手环、智能首饰等。随着技术的进步以及用户需求的变迁，可穿戴式智能设备的形态与应用热点也在不断的变化。

同时，随着社会的不断发展，人们越来越注重身体健康，计步器也成为人们锻炼身体时的必需品。通常，计步器不仅能显示运动步数，还可以进一步计算运动距离，消耗热量等运动数据，使用户能按需求调节运动强度，达到更好的效果。现有技术中存在多种计步器，例如，基于振动传感器或加速度计的计步器，或者利用手机等移动设备的重力感应功能通过计步软件实现计步功能的计步器。

上述现有计步器一般都是穿戴于人体手腕、胳膊或躯干上，而且大都采用电池或外部充电式电源进行供电，一旦电源耗尽，计步功能就会出现中断，给用户的日常使用带来了极大的不便。此外，对于采用移动设备上的软件进行计步的计步器，准确性和可靠性也不高。同时，现有计步器还普遍缺少提醒功能，无法直观地使用户感知到已有的运动量并敦促用户进行更大的运动量。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于摩擦发电原理制作的兼具记步和提醒功能的智能鞋。

为实现上述目的，本实用新型的一种智能鞋的具体技术方案为：

一种智能鞋，包括：鞋体；感应模块，设置在鞋体上，包括摩擦发电界面，用户运动时受到挤压可产生电信号；信号处理模块，设置在鞋体上，与感应模块相连，可接收感应模块产生的电信号并累加计步；提醒模块，设置在鞋体上，与信号处理模块相连，当用户的运动步数累加到不同的预设值时，信号处理模块可控制提醒模块显示出对应的状态，以提醒用户；第一供电模块，设置在鞋体上，与提醒模块相连，包括摩擦发电界面，用户运动时受到挤压可产生电能，以为提醒模块供电。

本实用新型的智能鞋的优点在于：

1)本实用新型中根据摩擦发电机产生的电能完成计步，准确地反映了用户的运动情况，同时利用摩擦发电机产生的电能进行显示单元的供电，解决了因外接电池电量有限而导致使用受限的问题。

2)本实用新型中通过显示单元实现提醒功能，使用户直观地了解运动状况并敦促用户进行更大的运动量，提升了用户体验。

3)本实用新型中的计步系统体积小、重量轻，且直接设置在鞋体内部，为用户的使用带来了极大方便。

附图说明

图1为本实用新型的智能鞋的一实施例的原理图；

图2为本实用新型的智能鞋的一实施例的内部结构图；

图3为本实用新型的智能鞋的一实施例的外部结构图；

图4为本实用新型的智能鞋的另一实施例的原理图；

图5为本实用新型的智能鞋中的摩擦发电机的第一实施例的结构示意图；

图6为本实用新型的智能鞋中的摩擦发电机的第二实施例的结构示意图；

图7为本实用新型的智能鞋中的摩擦发电机的第三实施例的结构示意图；

图8为本实用新型的摩擦发电机中的摩擦发电界面上的点阵凸起的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型的一种智能鞋做进一步详细的描述。

如图1至图3所示，本实用新型的智能鞋包括：鞋体100，以及设置在鞋体100上的感应模块200、信号处理模块300和提醒模块400。其中，鞋体100可为现有普通的鞋体形式；感应模块200优选设置在鞋体100的底面上，包括摩擦发电界面，用户运动时受到挤压可产生电信号；信号处理模块300可设置在鞋体100的任一部位(如鞋底)，与感应模块200相连，可接收感应模块200产生的电信号并累加计步；提醒模块400优选设置在鞋体100的鞋面上，与信号处理模块300相连，当用户的运动步数累加到不同的预设值时，信号处理模块300可控制提醒模块400显示出对应的状态，以提醒用户。

进一步，本实用新型的智能鞋还可包括第一供电模块500。其中，第一供电模块500优选设置在鞋体100的底面上，与提醒模块400相连，包括摩擦发电界面，用户运动时受到挤压可产生电能，以为提醒模块400供电。

进一步，可选择的是，如图4所示，本实用新型的智能鞋上亦可包括第二供电模块。其中，第二供电模块也优选设置在鞋体100的底面上，与信号处理模块300相连，包括摩擦发电界面，用户运动时受到挤压可产生电能，以为信号处理模块300供电。或者，信号处理模块300也可直接采用外接电池供电的形式，以克服运动初期摩擦发电量不足导致信号处理模块无法正常工作的问题。

由此，本实用新型的智能鞋根据摩擦发电机产生的电能完成计步，准确地反映了用户的运动情况，同时利用摩擦发电机产生的电能进行显示单元的供电，解决了因外接电池电量有限而导致使用受限的问题。同时，通过显示单元实现提醒功能，使用户直观地了解运动状况并敦促用户进行更大的运动量，提升了用户体验。

具体来说，本实用新型中的感应模块200包括至少一个摩擦发电机。其中，优选的是，感应模块200中设置多个摩擦发电机，多个摩擦发电机以层叠方式和/或平铺方式设置在鞋体100上，且多个摩擦发电机之间通过串联和/或并联方式连接。

进一步，本实用新型中的摩擦发电机可为三层结构、四层结构或者五层结构，摩擦发电机至少包含构成摩擦发电界面的两个相对面，且具有至少两个电信号输出端。

进一步，如图5所示，其为本实用新型中的摩擦发电机的第一实施例。本实施例中，摩擦发电机为三层结构，包括：依次层叠设置的第一电极210、第一高分子聚合物绝缘层220、以及第二电极230。其中，第一电极210设置在第一高分子聚合物绝缘层220的第一侧表面上，第一高分子聚合物绝缘层220的第二侧表面与第二电极230相对设置。在上述结构中，第一高分子聚合物绝缘层220的第一侧表面与第一电极210之间相对固定，第一高分子聚合物绝缘层220的第二侧表面与第二电极230之间在受到按压或发生弯曲时接触摩擦并在第二电极230和第一电极210处感应出电荷。由此，本实施例中，第一高分子聚合物绝缘层220和第二电极230相对设置的两个面作为摩擦发电机400的摩擦发电界面，第一电极210和第二电极230分别作为摩擦发电机400的两个电信号输出端。

进一步，如图6所示，其为本实用新型中的摩擦发电机的第二实施例。本实施例中，摩擦发电机为四层结构，包括：依次层叠设置的第一电极210，第一高分子聚合物绝缘层220，第二高分子聚合物绝缘层240以及第二电极230。其中，第一电极210设置在第一高分子聚合物绝缘层220的第一侧表面上，第二电极230设置在第二高分子聚合物绝缘层240的第一侧表面上，第一高分子聚合物绝缘层220的第二侧表面与第二高分子聚合物绝缘层240的第二侧表面在受到按压或发生弯曲时接触摩擦并在第一电极210和第二电极230处感应出电荷。由此，本实施例中，第一高分子聚合物绝缘层220和第二高分子聚合物绝缘层240相对设置的两个面作为摩擦发电机400的摩擦发电界面，第一电极210和第二电极230分别作为摩擦发电机400的两个电信号输出端。

进一步，如图7所示，其为本实用新型中的摩擦发电机的第三实施例。本实施例中，摩擦发电机为五层结构，具体是在上述第二实施例的基础上增加了一个居间薄膜层，也即，包括：依次层叠设置的第一电极210、第一高分子聚合物绝缘层220、居间薄膜层250、第二高分子聚合物绝缘层240以及第二电极230。其中，第一电极210设置在第一高分子聚合物绝缘层220的第一侧表面上，第二电极230设置在第二高分子聚合物绝缘层240的第一侧表面上，居间薄膜层250设置在第一高分子聚合物绝缘层220的第二侧表面和第二高分子聚合物绝缘层240的第二侧表面之间。

应注意的是，居间薄膜层250为居间聚合物，其可以直接设置在第一高分子聚合物绝缘层220与第二高分子聚合物绝缘层240之间，且与第一高分子聚合物绝缘层220和第二高分子聚合物绝缘层240之间都不固定，这时，居间薄膜层250与第一高分子聚合物绝缘层220之间形成一个摩擦发电界面，与第二高分子聚合物绝缘层240之间形成另一个摩擦发电界面。或者，居间薄膜层250也可以与第一高分子聚合物绝缘层220或第二高分子聚合物绝缘层240中的一个相对固定，而与另一个接触摩擦，例如图6中所示，居间薄膜层250的第一侧表面固定在第一高分子聚合物绝缘层220的第二侧表面上，居间薄膜层250的第二侧表面与第二高分子聚合物绝缘层240的第二侧表面接触，此时，由于居间薄膜层250与第一高分子聚合物绝缘层220相对固定，因此，当该摩擦发电机400受到挤压时，第二高分子聚合物绝缘层240的第二侧表面与居间薄膜层250的第二侧表面接触摩擦并在第一电极210和第二电极440处感应出电荷。

另外，摩擦发电机还可以采用其他结构来实现，如同样为五层结构，只是采用居间电极层替换居间薄膜层，也即，摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极、第一高分子聚合物绝缘层、居间电极层、第二高分子聚合物绝缘层和第二电极。其中，第一电极设置在第一高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上，第二电极设置在第二高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上，居间电极层设置在第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面与第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表面之间。在这种方式中，通过居间电极层与第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层之间的摩擦产生静电荷，将在居间电极层与第一电极和第二电极之间产生电势差。由此，本实施例中，居间电极层与第一高分子聚合物绝缘层相对设置的两个面构成一组摩擦发电界面，居间电极层与第二高分子聚合物绝缘层相对设置的两个面构成另一组摩擦发电界面，第一电极和第二电极串联为摩擦发电机的一个电信号输出端，居间电极层作为摩擦发电机的另一个电信号输出端。

进一步，根据摩擦发电机的工作原理，在发电机工作的过程中，两个摩擦发电界面需要不断的接触摩擦和分离，而如果一直处于接触状态或者分离状态时，摩擦发电机则不能具有很好的输出性能。因此，为了能够制作出性能优异的摩擦发电机，在上述的实施例中，第一高分子聚合物绝缘层可采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜，第二高分子聚合物绝缘层可采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜。其中，第一高分子聚合物绝缘层的薄膜厚度为50μm至1000μm，第二高分子聚合物绝缘层的薄膜厚度为30μm至500μm。而且，优选的是，第一高分子聚合物绝缘层或第二高分子聚合物绝缘层为至少一个面上布设有凸点阵列的矩形薄膜。

具体来说，如图8所示，其为一个面上布设有凸点阵列的矩形薄膜的结构示意图。其中，矩形薄膜上的凸点阵列中的凸点高度为0.01～5mm，优选1.25mm，凸点间距为0.01～30mm，优选10mm。此外，矩形薄膜的两条长侧边处的最外侧凸点与长侧边边沿的距离相等，该距离为0.1～5mm，优选1mm；矩形薄膜的两条短侧边处的最外侧凸点与短侧边边沿的距离相等，该距离为0.1～5mm，优选1mm。

摩擦发电机还可以为拱形，例如：进一步地使构成摩擦发电界面的两个相对面中的至少一个向外拱起形成凸面(即：至少一个摩擦发电界面的中间部分朝向远离或接近另一摩擦发电界面的方向拱起)，由此在两个摩擦发电界面之间形成间隙，使两个摩擦发电界面在不受力的情况下能够自动弹起。除此之外，还可以在两个摩擦发电界面之间设置弹簧和/或垫片，从而进一步使得两个摩擦发电界面能够在不受力的情况下自动弹起，其中，弹簧和/或垫片既可以设置在两个摩擦发电界面的边角等位置，也可以设置在两个摩擦发电界面的中心位置。

进一步，本实用新型中的信号处理模块300主要是通过单片机及其外围电路实现累加记步的功能。例如：采用单片机中的AD转换模块或者比较器模块对每次输入单片机的信号进行处理，每采集到感应模块200产生的一个信号，单片机内部进行加一运算，同时，与设定的阈值L1，L2，L3进行比较，如果>L1，且<L2，则单片机控制绿灯亮；如果>L2，且<L3，则单片机控制黄灯亮；如果>L3，则单片机控制红灯亮。

进一步，本实用新型中的提醒模块400可选择为灯光元件(如LED灯)，当用户的运动步数累加到不同的预设值时，提醒模块可显示出不同颜色的灯光，如红色、黄色、绿色等；或者为屏幕元件(如LCD屏)，当用户的运动步数累加到不同的预设值时，提醒模块可显示出不同的文字或图案，如步数、等级等；或者为声音元件，当用户的运动步数累加到不同的预设值时，提醒模块可释放出不同的声音，如播报步数、等级、鼓励性语句等。

具体来说，本实用新型中的供电模块(第一供电模块和第二供电模块)也包括至少一个摩擦发电机。其中，优选的是，供电模块中设置多个摩擦发电机，多个摩擦发电机以层叠方式和/或平铺方式设置在鞋体上，且多个摩擦发电机之间通过串联和/或并联方式连接。此外，供电模块中的摩擦发电机的具体结构形式与感应模块中的摩擦发电机的具体结构形式相同，可参见上面的描述，此处不再赘述。

进一步，供电模块还包括储能装置，储能装置与摩擦发电机相连，可对摩擦发电机产生的电能进行存储。其中，储能装置包括：整流电路，滤波电路和储能元件。整流电路与摩擦发电机的输出端相连，将摩擦发电机输出的电信号进行整流处理；整流电路的两个输出端与滤波电路连接，整流电路将摩擦发电机输出的电信号进行整流处理后得到的单向脉动的直流电输出给滤波电路；滤波电路与储能元件连接，滤波电路将整流电路输出的单向脉动的直流电进行滤波处理而得到直流电信号输出给储能元件。

下面结合附图，对本实用新型的智能鞋的工作方式进行举例说明：

感应模块中的摩擦发电机作为传感器，用户行走或跑步过程中每运动一步都将会触发摩擦发电机产生电信号；信号处理模块接收该电信号并作计步累加，同时设定三个累计步数值L1、L2、L3，以便触发提醒模块；供电模块中的摩擦发电机作为换能器，将机械能转换成电能，以为提醒模块供电。

当行走步数达到第一个累计步数值L1时，信号处理模块将开关通道切换到提醒模块中的绿灯LED组，此时，供电模块中的摩擦发电机将会驱动绿灯闪亮；当行走步数达到第二个累计步数值L2时，信号处理模块将开关通道切换到提醒模块中的黄灯LED组，此时，供电模块中的摩擦发电机将会驱动黄灯闪亮；当行走步数达到第三个累计步数值L3时，信号处理模块将开关通道切换到提醒模块中的红灯LED组，此时，供电模块中的摩擦发电机将会驱动红灯闪亮。

由此，本实用新型的智能鞋通过行走不同的步数来显示不同颜色的LED灯，从而促进用户行走或跑步更多的步数。

以上借助具体实施例对本实用新型做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本实用新型的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本实用新型所保护的范围。

Claims (15)

1.一种智能鞋，其特征在于，包括：

鞋体；

感应模块，设置在鞋体上，包括摩擦发电界面，用户运动时受到挤压可产生电信号；

信号处理模块，设置在鞋体上，与感应模块相连，可接收感应模块产生的电信号并累加计步；

提醒模块，设置在鞋体上，与信号处理模块相连，当用户的运动步数累加到不同的预设值时，信号处理模块可控制提醒模块显示出对应的状态，以提醒用户；

第一供电模块，设置在鞋体上，与提醒模块相连，包括摩擦发电界面，用户运动时受到挤压可产生电能，以为提醒模块供电。

2.根据权利要求1所述的智能鞋，其特征在于，还包括第二供电模块，第二供电模块设置在鞋体上，与信号处理模块相连，包括摩擦发电界面，用户运动时受到挤压可产生电能，以为信号处理模块供电。

3.根据权利要求1所述的智能鞋，其特征在于，还包括外接电池，外接电池与信号处理模块相连，以为信号处理模块供电。

4.根据权利要求1所述的智能鞋，其特征在于，感应模块和第一供电模块设置在鞋体的鞋底上，用户运动时感应模块和第一供电模块可受到挤压；提醒模块设置在鞋体的鞋面上，用户运动时可观察到提醒模块的显示状态。

5.根据权利要求1或4所述的智能鞋，其特征在于，提醒模块为灯光元件，当用户的运动步数累加到不同的预设值时，提醒模块可显示出不同颜色的灯光；或者，提醒模块为屏幕元件，当用户的运动步数累加到不同的预设值时，提醒模块可显示出不同的文字或图案；或者，提醒模块为声音元件，当用户的运动步数累加到不同的预设值时，提醒模块可释放出不同的声音。

6.根据权利要求1至2中任一所述的智能鞋，其特征在于，感应模块和/或供电模块中包括至少一个摩擦发电机。

7.根据权利要求6所述的智能鞋，其特征在于，摩擦发电机为三层结构、四层结构或者五层结构，摩擦发电机至少包含构成摩擦发电界面的两个相对面，且具有至少两个电信号输出端。

8.根据权利要求7所述的智能鞋，其特征在于，摩擦发电机的摩擦发电界面由第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层相对设置而成，第一高分子聚合物绝缘层为PDMS薄膜，第二高分子聚合物绝缘层为PET薄膜。

9.根据权利要求8所述的智能鞋，其特征在于，第一高分子聚合物绝缘层的薄膜厚度为50μm至1000μm，第二高分子聚合物绝缘层的薄膜厚度为30μm至500μm。

10.根据权利要求9所述的智能鞋，其特征在于，第一高分子聚合物绝缘层或第二高分子聚合物绝缘层为至少一个面上布设有凸点阵列的矩形薄膜。

11.根据权利要求10所述的智能鞋，其特征在于，矩形薄膜的两条长侧边处的最外侧凸点与长侧边边沿的距离相等；矩形薄膜的两条短侧边处的最外侧凸点与短侧边边沿的距离相等。

12.根据权利要求11所述的智能鞋，其特征在于，矩形薄膜的两条长侧边处的最外侧凸点与长侧边边沿之间的距离为0.1～5mm；矩形薄膜的两条短侧边处的最外侧凸点与短侧边边沿之间的距离为0.1～5mm。

13.根据权利要求10所述的智能鞋，其特征在于，矩形薄膜上的凸点阵列中的凸点高度为0.01～5mm，凸点间距为0.01～30mm。

14.根据权利要求6所述的智能鞋，其特征在于，感应模块和/或供电模块中包括多个摩擦发电机，多个摩擦发电机以层叠方式和/或平铺方式设置在鞋体上，且多个摩擦发电机之间通过串联和/或并联方式连接。

15.根据权利要求6所述的智能鞋，其特征在于，供电模块还包括储能装置，储能装置与摩擦发电机相连，可对摩擦发电机产生的电能进行存储。