CN205923076U - 一种智能鞋 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及智能穿戴设备领域，具体而言涉及一种智能鞋,包括鞋体和智能芯，所述鞋体包括鞋面和鞋底，所述智能芯安装于所述鞋底内，所述智能芯包括处理器、电池模块、存储模块和用于实时采集运动数据的三轴加速度传感器，所述三轴加速度传感器和所述存储模块均与所述处理器耦合，所述电池模块分别与所述三轴加速度传感器、所述存储模块以及所述处理器耦合。该智能鞋一方面能检测现有可穿戴设备所能检测的所有运动数据；另一方面，通过减少硬件，从而减少了成本，使得结构更加简单；再加上采用先进的低功耗技术，使得智能鞋能连续工作一年以上甚至数年之久而不用充电，功能强大。

Description

一种智能鞋

技术领域

本实用新型涉及智能穿戴设备领域，具体而言涉及一种智能鞋。

背景技术

随着科技的飞速发展，可穿戴技术正作为一项重大的科技变革而兴起，越来越多的可穿戴设备开始进入人们的生活，在运动领域智能手环进一步推动了人们跑步的热情，智能手环可以检测使用者的步数、距离、卡路里等运动数据，有利于使用者了解自己的锻炼数据，从而做出合理的安排。

但是，智能手环作为一种额外佩戴物，并不能完全代替传统手表。如果我们同时佩戴手表和智能手环又会带来诸多不便，而且智能手环由于佩戴在手腕部，仅仅能检测使用者的基本运动数据，不能检测使用者在走路或跑步等运动时的步态信息或着地姿态，步态信息或着地姿态恰恰能反映出使用者的健康状况。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种智能鞋，以有效地改善上述问题。

本实用新型的实施例是这样实现的：

本实用新型实施例提供了一种智能鞋，包括鞋体和智能芯。所述鞋体包括鞋面和鞋底，所述智能芯安装于所述鞋底内，所述智能芯包括处理器、电池模块、存储模块和用于实时采集运动数据的三轴加速度传感器。所述三轴加速度传感器和所述存储模块均与所述处理器耦合，所述电池模块分别与所述三轴加速度传感器、所述存储模块以及所述处理器耦合。

在本实用新型较佳的实施例中，所述智能芯还包括无线传输装置，所述无线传输装置分别与所述处理器和所述电池模块耦合。

在本实用新型较佳的实施例中，所述智能芯还包括壳体，所述三轴加速度传感器、所述处理器、所述电池模块、所述无线传输装置和所述存储模块均置于所述壳体内。

在本实用新型较佳的实施例中，述无线传输装置为蓝牙传输模块。

在本实用新型较佳的实施例中，所述电池模块为纽扣电池。

在本实用新型较佳的实施例中，所述鞋体包括运动鞋、皮鞋或凉鞋。

在本实用新型较佳的实施例中，所述智能芯安装在所述鞋底的中间位置。

在本实用新型较佳的实施例中，所述鞋底设置有用于容纳所述智能芯的凹槽。

在本实用新型较佳的实施例中，所述凹槽的形状尺寸与所述智能芯的形状尺寸匹配。

在本实用新型较佳的实施例中，所述存储模块为闪存存储模块。

本实用新型提供的智能鞋，采用了集三轴加速度传感器、存储模块、处理器和电池模块于一体的智能芯来检测使用者的步态信息或着地姿态等运动数据。该智能鞋一方面能检测现有可穿戴设备所能检测的所有运动数据；另一方面，与现有技术采集信号时所用到的加速度传感器、陀螺仪和磁力计等元件相比，该智能鞋减少了陀螺仪和磁力计等硬件，从而减少了成本，使得结构更加简单；同时由于智能芯设置于鞋底内，使用者在使用时没有累赘感，再加上采用先进的低功耗技术，使得智能鞋能连续工作一年以上甚至数年之久而不用充电，功能强大。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型实施例而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1示出了本实用新型实施例提供的一种智能鞋的结构示意图。

图2示出了本实用新型实施例提供的智能芯的结构示意图。

图3示出了本实用新型实施例提供的电路板的模块示意图。

图4示出了本实用新型实施例提供的一种智能鞋的爆炸示意图。

图中，附图标记分别为：

智能鞋100，鞋面101，鞋底102，智能芯103，鞋体104，凹槽105，上表面1021，下表面1022，壳体1031，电路板1032，三轴加速度传感器10321，无线传输装置10322，处理器10323，存储模块10324，电池模块10325。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“耦合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了避免现有智能穿戴设备不能反应使用者在走路或者跑步等运动状态下的步态信息(内八字、外八字、足外翻、足内翻或常规步态)或着地姿态(前脚掌、脚后跟或常规姿态)的问题，请参阅图1，本实用新型实施例提供了一种智能鞋100，包括鞋体104和智能芯103。

所述鞋体104包括鞋面101和鞋底102。所述智能芯103安装于所述鞋底102内。其中所述智能鞋100的鞋体104可以有多种类型，具体而言可以是皮鞋、运动鞋、凉鞋、板鞋、休闲鞋、帆布鞋或者拖鞋等。

如图2所示，所述智能芯103包括壳体1031和电路板1032，所述电路板1032置于所述壳体1031内，所述壳体1031用于保护所述电路板1032，防止使用着在走路或者跑步等运动中，损坏所述电路板1032。所述壳体1031的形状可以有多种结构，具体而言可以是方形、圆形、棱形或其他形状。该壳体1031可以是由橡胶或者塑料等材料制成。

所述电路板1032上集成有图3所示的三轴加速度传感器10321、无线传输装置10322、处理器10323、存储模块10324和电池模块10325。于本实施例中，三轴加速度传感器10321、无线传输装置10322、处理器10323、存储模块10324和电池模块10325均为集成电路芯片，三轴加速度传感器10321、无线传输装置10322、处理器10323、存储模块10324和电池模块10325封装在同一个电路板1032上。当然，也可以是将无线传输装置10322和处理器10323封装在一个片上系统或系统集成芯片(systemonchip，SOC)上，再将该SOC芯片与三轴加速度传感器10321、存储模块10324和电池模块10325集成在电路板1032上。

另外，针对实际安装的需求，可以将上述的三轴加速度传感器10321、无线传输装置10322、处理器10323、存储模块10324和电池模块10325中的几个不同的模块集成在一个SOC芯片上，以实现低成本以及减小体积的目的，在此不做限定。

如图3所示，所述三轴加速度传感器10321、所述无线传输装置10322和所述存储模块10324均与所述处理器10323耦合。所述电池模块10325分别与所述三轴加速度传感器10321、所述无线传输装置10322、所述处理器10323以及所述存储模块10324耦合。

所述三轴加速度传感器10321用于实时采集走路或跑步等运动过程中的加速度数据。三轴加速度传感器10321是基于加速度的基本原理去实现工作的，加速度是个空间矢量，一方面，要准确了解物体的运动状态，必须测得其三个坐标轴上的分量；另一方面，在预先不知道物体运动方向的场合下，只有应用三维加速度传感器来检测加速度信号。该三轴加速度传感器10321具有体积小和重量轻特点，可以测量空间加速度，能够全面准确反映物体的运动性质。

处理器10323可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器10323可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本实用新型实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述处理器10323用于处理三轴加速度传感器10321实时采集的加速度数据，以得出使用者的运动数据。

例如，使用者在走路或跑步等运动情况下，三轴加速度传感器10321采集到的加速度数据呈现规律性变化，处理器10323根据该变化规律可以实时得出步数，进而根据一定时间内的步数得出步频，根据步频和步数得出步幅，步数乘以步幅得到距离，由距离和时间得出步速，再结合使用者的性别、年龄、体重等信息便能得出消耗的卡路里。步态和着地姿态由加速度数据结合以上得出的基本运动数据经过相应的算法融合解析得出。其中，所述的算法包括但不限于使用了单通道的快速独立成分分析(Fast Independent ComponentAnalysis，FastlCA)的方法，即对加速度判别轴的单维数据进行循环平移处理，构造出多维数据，然后通过FastICA对各成分进行分离，从而达到去噪的效果，提高了步数、步频、距离等功能的准确性。使用了隐马尔可夫模型模型(Hidden Markov Model，HMM)作为步态、着地姿态的模式分类器，准确的识别出内八字、外八字和常规步态的模式，以及准确的识别出前脚掌，脚后跟和常规姿态的着地姿态的模式。例如脚与前进方向的夹角，脚与地面的夹角等。通过这些角度信息，可以判断使用者的步态是否正常。例如，当脚与前进方向夹角超过8度则判定为不正常，可能存在内八字脚或外八字脚的问题。再例如，脚与地面的夹角超过5度则判定为不正常，可能存在足内翻或足外翻的问颗。

无线传输装置10322可以是WiFi(Wireless Fidelity)模块、ZigBee模块、或GPRS(General Packet Radio Service)模块，或其他无线传输模块。在本实施例中，无线传输装置10322优选为蓝牙传输模块。由于随着蓝牙技术由传统应用领域如手机、游戏机、耳机、便携电脑或汽车等向物联网、医疗等新领域的扩展，对低功耗的要求也越来越高，因此4.0版本的蓝牙传输模块强化了蓝牙在数据传输上的低功耗性能。因此，在本实施例中，所述蓝牙传输模块优选为蓝牙4.0传输模块。蓝牙4.0传输模块用于将处理器10323处理后的运动数据传送至外围设备，以便于使用者通过查阅外围设备上的运动数据，便能了解自己的运动信息和健康状况，从而帮助使用者做出合理的运动安排。具体地，使用者可以通过外围设置查看自己的运动数据包括：步数、距离、卡路里、步速、步频、步幅、步态(内八字、外八字或常规步态)或着地姿态(前脚掌、脚后跟或常规姿态)等。其中，所述外围设备包括但不限于手机、电脑等。

所述存储模块10324可以是但不限于随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read－Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read－Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read－Only Memory，EEPROM)，闪存(Flash Memory)等。其中，存储模块10324用于存储所述处理器10323处理过后的运动数据，该运动数据包括步数、距离、卡路里、步速、步频、步幅、步态或着地姿态等，防止数据丢失。在本实施例中，存储模块10324优选为闪存模块即Flash存储模块。

所述电池模块10325分别为所述三轴加速度传感器10321、所述无线传输装置10322、所述处理器10323以及所述存储模块10324提供电源。该电池模块10325可以是不可充电电池，例如，该不可充电电池为纽扣电池。也可以是可充电电池，例如可充电电池采用有线方式充电，比如：供电电池设置有有线充电接口，充电线连接有线充电接口和充电器，为供电电池供电；可充电电池也可以采用无线方式充电，比如：采用电磁感应方式、磁共振方式或者微波方式。

在本实施例中，由于采用的蓝牙4.0传输模块具有超低功耗，即使在纽扣电池供电的情况下，也能工作一年以上，甚至数年之久的特性，再加上智能鞋100的使用寿命有限，且为了高效利用智能芯103，该智能芯103与智能鞋100为活动设置的，因此选用不可充电的纽扣电池为供电电池。

本实用新型提供的智能鞋100的工作原理：三轴加速度传感器10321采集使用者在走路或者跑步等运动过程中的加速度数据；处理器10323处理该加速度数据得到具体的运动数据(如步数、距离、卡路里、步速、步频、步幅、步态或着地姿态)；无线传输装置10322将该运动数据传送至外围设备，以便使用者能够看见自己的运动信息；存储模块10324用于实时存储该运动数据，防止数据丢失；电池模块10325分别为所述三轴加速度传感器10321、所述无线传输装置10322、所述处理器10323以及所述存储模块10324提供电源。

为了更好地检测使用者在走路或者跑步等运动过程中的运动数据，将智能芯103安装于鞋底102的中间位置。如图4，在本实施例中，鞋底102包括上表面1021和下表面1022。所述鞋底102的上表面1021与鞋面101连接，其下表面1022与地面接触。

在鞋底102的上表面1021开设有凹槽105，此凹槽105用于容纳所述智能芯103，此凹槽105的形状可以有多种结构，具体而言可以是方形、圆形、棱形或其他形状。为了能更好地容纳所述智能芯103，提高测量精确度。此凹槽105的形状尺寸与所述智能芯103的形状尺寸匹配，以使凹槽105的容纳空间与智能芯的体积相近，智能芯能够与凹槽105的侧壁紧密接触，以使智能芯103能牢固地卡在此凹槽105中，有效避免了使用者在走路或者跑步等运动过程中，因为自身的晃动而造成数据不准确或者无法得出数据等问题。优选地，本实施例中，所述智能芯103以及与该智能芯103尺寸匹配的凹槽105的形状均为棱形。

在本实施例中，智能芯103安装于鞋底102的上表面1021的中间位置的凹槽105中，即鞋底102的上表面1021的与脚掌心相对应的位置处。该智能芯103安装于鞋底102的中间位置是为了更好地检测使用者在走路或者跑步等运动过程中的运动数据，特别对检测着地姿态而言，效果就更加明显。其中使用者在运动过程中的着地姿态与人体的重心以及脚的着力点密切相关，不同的着地姿态反应出不同的运动规律。具体而言，使用者在运动过程中的着地姿态包括：前脚掌先于脚后跟着地、仅前脚掌着地、仅脚后跟着地、脚后跟先于前脚掌着地、脚的右侧面先于脚的左侧面着地、脚的左侧面先于脚的右侧面着地、仅脚的右侧面着地、仅脚的左侧面着地或常规着地即前脚掌与脚后跟同时着地。

例如，取水平前进的方向为X轴，垂直于X轴的方向为Y轴，该X轴与Y轴位于水平面上，即水平方向，垂直于水平面的方向为Z轴，即竖直方向。当前脚掌先于脚后跟着地时，由于重心向前脚掌倾斜，三轴加速度传感器10321先检测到X正半轴方向的加速度，后检测到X负半轴方向的加速度，由此，可判定前脚掌先于脚后跟着地。水平加速度在收脚时减小，在迈步时增加。竖直方向的加速度在收脚时增加，在迈步时减小，当垂直方向上的加速度小于或者大于重力加速度g时，即可判定与水平面呈一定角度。当使用者在移动过程中，垂直和水平方向的加速度均与时间呈周期性变化。根据该变化规律变得得出使用者的着地姿态等运动数据。

综上所述，本实用新型提供的一种智能鞋，该智能鞋包括智能芯和鞋体，所述智能芯集三轴加速度传感器、蓝牙4.0传输模块、Flash存储模块、处理器和纽扣电池于一体。该智能芯通过减少陀螺仪和磁力计等硬件，调整结构，来获得使用者的步态信息或着地姿态等运动数据。一方面，由于硬件的减少、结构的优化，减少了使用成本；另一方面，由于智能芯集成在鞋底，使用者在使用时没有累赘感；同时采用先进的低功耗技术，使得智能鞋连续工作一年以上甚至数年之久而不用充电，功能强大。再加上三轴加速度传感器、蓝牙4.0传输模块、Flash存储模块、处理器和纽扣电池均内置于壳体内，使得该智能芯的使用寿命延长。另外该智能芯位于鞋底的与脚掌心相对应的凹槽内，既能提高测量精确度，又便于更换该智能芯。采用的蓝牙4.0传输模块能将处理后的运动数据传送至外围设备，以便于使用者通过查阅外围设备上的运动数据，便能了解自己的运动信息和健康状况，从而帮助使用者做出合理的运动安排。

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

Claims (8)

1.一种智能鞋，其特征在于，包括鞋体和智能芯，所述鞋体包括鞋面和鞋底，所述鞋底的中间位置设置有用于容纳所述智能芯的凹槽，所述智能芯包括处理器、电池模块、存储模块和用于实时采集运动数据的三轴加速度传感器，所述三轴加速度传感器和所述存储模块均与所述处理器耦合，所述电池模块分别与所述三轴加速度传感器、所述存储模块以及所述处理器耦合，其中，所述智能芯安装于所述鞋底的中间位置的所述凹槽内能检测使用者在运动过程中的着地姿态，所述中间位置与人体的脚掌心处对应。

2.根据权利要求1所述的智能鞋，其特征在于，所述智能芯还包括无线传输装置，所述无线传输装置分别与所述处理器和所述电池模块耦合。

3.根据权利要求2所述的智能鞋，其特征在于，所述智能芯还包括壳体，所述三轴加速度传感器、所述处理器、所述电池模块、所述无线传输装置和所述存储模块均置于所述壳体内。

4.根据权利要求2所述的智能鞋，其特征在于，所述无线传输装置为蓝牙传输模块。

5.根据权利要求1所述的智能鞋，其特征在于，所述电池模块为纽扣电池。

6.根据权利要求1所述的智能鞋，其特征在于，所述鞋体包括运动鞋、皮鞋或凉鞋。

7.根据权利要求1所述的智能鞋，其特征在于，所述凹槽的形状尺寸与所述智能芯的形状尺寸匹配。

8.根据权利要求1所述的智能鞋，其特征在于，所述存储模块为闪存存储模块。