CN208837955U - 智能足底穿戴装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于可穿戴装置技术领域，尤其涉及智能足底穿戴装置，所述步态参数采集和获取模块包括压力传感器单元和惯性传感器单元，所述压力传感器单元包括设置于鞋垫或鞋底的夹层中薄膜压力传感器，所述薄膜压力传感器独立于模块集成电路分别分布于鞋垫或鞋底的后跟部、足前掌部、足弓部、足趾部，或者上述多个部位中的至少两个，所述模块集成电路形成于鞋垫或鞋底的足弓部，本实用新型解决了现有的便携式的步态参数的获取和步态分析装置，存在实用性不好、结构复杂、获取参数不够丰富和准确等问题，具有结构简单、实用、监测全面且准确度高、稳定性高的特点、压力点分布科学且全面、节能降耗、使用寿命长的有益技术效果。

Description

智能足底穿戴装置

技术领域

本实用新型属于可穿戴装置技术领域，尤其涉及智能足底穿戴装置。

背景技术

步态分析(gait analysis)是一种通过观察或采集行走时人体的姿态，得出并分析步态参数的技术，常见的步态参数包括空间参数(步幅、步长、步宽等)，时间参数(站立/摆动期、单步时间、步频等)，以及这些参数的左右脚的对称性、长期数据的稳定性等。步态分析在体育运动、医疗康复等方面发挥着非常重要的作用，并得到了广泛的应用和研究。所以，发明一种便携、结构简单、低成本、步态参数获取实时、获取到的步态参数丰富多样的足底穿戴装置具有非常现实的意义。

传统的步态分析的设备和装置，一般都是大型医院和康复中心使用的三维步态分析仪器，这样的设备有以下缺点：需要占用较大场地面积，专业安装，成本费用高，测试使用不便等。近年来，伴随着科学技术的迅速发展，传感器技术和无线通信技术的微型化、低功率化、传输数据的稳定化等等，一些便携式的步态分析设备装置也得到了应用和发展。已经公开的专利多数使用单一或者较少的传感器采集步态参数，如申请号201510539926.2，201710013303.0，201520586219.4，201620354808.4，201310105338.9，201710207292.X，201620811826.0，仅使用压力传感器获取步态姿态参数，这样的装置获取到的步态参数不够丰富，特别对于步态的空间参数(如步长、步幅、步距等)获取难度较大。也有使用多个传感器的，如申请号201510971801.7，201620811275.8，201620679560.9，201710060095.X，同时采用了压力传感器和6轴的惯性传感器(三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器)，没有三轴地磁传感器。三轴地磁传感器，对于步态参数的计算，特别在水平方向的校准，非常有用，否则会影响步态数据获取和计算的准确性。此外，采用多传感器的发明方案，多数在设计上没有考虑生产制造的工艺难易程度(结构复杂)和使用者的实用性，或者说实用性不够好。例如，申请号201620679560.9和201611015679.7，运动传感器分别放置于鞋舌处和腿部，压力传感器在脚底，这些部件有些分散，需要额外的工艺设计和增加走线方可完成，结构复杂，增加了生产制造的工艺难度。如申请号201520908440.7，201520803403.X的发明，将数据采集控制电路放置于鞋垫的后跟位置，依照足部解剖学原理，人体足弓部位在正常行走时受力最小，足跟部位受力比较大，这样在用户长期行走使用过程中，装置容易被人体重力长期挤压而损坏，缩短使用寿命，实用性不好。再例如申请号201611015679.7，201610708083.9，穿戴主体穿戴位置在脚踝处或者腿部，需要额外增加设备工艺(不像鞋或者鞋垫，用户本来就需要，不是额外增加的设备)，实用性也不是很好。

综上所述，现有的便携式的步态参数的获取和步态分析装置，存在实用性不好、结构复杂、获取参数不够丰富和准确等问题。

实用新型内容

本实用新型提供智能足底穿戴装置，以解决上述背景技术中提出现有的便携式的步态参数的获取和步态分析装置，存在实用性不好、结构复杂、获取参数不够丰富和准确等问题。

本实用新型所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：智能足底穿戴装置，包括模块集成电路上的步态参数采集和获取模块，所述步态参数采集和获取模块包括压力传感器单元和惯性传感器单元，所述压力传感器单元包括设置于鞋垫或鞋底的夹层中薄膜压力传感器，所述薄膜压力传感器独立于模块集成电路分别分布于鞋垫或鞋底的后跟部、足前掌部、足弓部、足趾部，或者上述多个部位中的至少两个，所述模块集成电路形成于鞋垫或鞋底的足弓部。

进一步，所述薄膜压力传感器的平面面积为0.03平方厘米～7平方厘米，外形可为圆形，正方形或者其他任何形状。

进一步，所述薄膜压力传感器的布局方式为在鞋垫或鞋底的后跟部和足弓部的内外两侧分别设置一个薄膜压力传感器，其足前掌部按照跖骨的倾斜方向均匀设置薄膜压力传感器，其足趾部设置有均匀薄膜压力传感器。

进一步，所述鞋垫或鞋底的足前掌部按照跖骨的倾斜方向均匀设置三个薄膜压力传感器，或者按照跖骨的倾斜方向每一根跖骨分别相应设置一个薄膜压力传感器。

进一步，所述鞋垫或鞋底的足趾部按照趾骨的倾斜方向均匀设置三个薄膜压力传感器，或者按照趾骨的倾斜方向每一根趾骨分别相应设置一个薄膜压力传感器，或者仅在足大拇指部位放置一个薄膜压力传感器。

进一步，所述惯性传感器单元包括三轴加速度传感器，三轴陀螺仪传感器和三轴地磁传感器。

进一步，所述足底穿戴装置还包括电源模块，所述电源模块为整个系统提供供电的功能；所述电源模块的充电方式为采用有线充电或新能源充电方式充电。

进一步，所述足底穿戴装置具有低功耗模式，当该装置到达一定时间无人使用或收到睡眠命令后会进入低功耗模式，低功耗模式会降低电池电量的消耗，退出低功耗模式可由预置于鞋垫或者鞋底的夹层内的轻触开关触发，所述轻触开关经足踩、足部动作触发或通过薄膜压力传感器形成的触发。

进一步，所述足底穿戴装置还包括存储模块和无线收发模块，存储模块主要用于存储采集到的数据，无线收发模块主要用于对采集到的数据实现无线发送和对来自外界的控制命令实现无线接收，所述足底穿戴装置的数据可以不通过存储模块存储直接经无线收发模块实时传输。

进一步，所述足底穿戴装置还包括处理器模块，所述足底穿戴装置还包括处理器模块，所述步态参数采集和获取模块的压力传感器单元和惯性传感器单元分别连接于处理器模块，所述处理器模块分别连接于存储模块和无线收发模块，所述处理器模块供电连接于电源模块。

进一步，所述装置中没有设置信号压缩芯片。

本实用新型的有益效果为：

1、本专利采用所述步态参数采集和获取模块包括压力传感器单元和惯性传感器单元，所述压力传感器单元包括设置于鞋垫或鞋底的夹层中薄膜压力传感器，所述薄膜压力传感器独立于模块集成电路分别分布于鞋垫或鞋底的后跟部、足弓部、足前掌部、足趾部，所述模块集成电路形成于鞋垫或鞋底的足弓部，包括处理器模块、步态参数采集和获取的模块、电源模块、存储器模块和无线收发模块。其中，所述薄膜压力传感器的平面面积为0.03平方厘米～7平方厘米，其分布位置，按照人体足部解剖学原理分布在鞋垫或者鞋的鞋底的后跟部位、足弓部位、足前掌部位、足趾部位，由于处理器模块、步态参数采集和获取的模块、电源模块、存储器模块和无线收发模块的集成采用集成电路的方式，由于其集成性高，因此，结构简单且实用性好，模块集成电路形成于鞋垫或鞋底的足弓部，受力小，更能保证各模块元件的稳定工作，可延长产品的使用寿命，因此，装置稳定性高。由于采用了9轴的运动惯性传感器和薄膜压力传感器，依照人体足部解剖学原理设计和放置，能够准确的监测和反映出脚底各部位的受力情况和足部运动的姿态，获取的步态参数更加全面，准确度更高。综上所述，本装置具有结构简单、实用、监测全面且准确度高、稳定性高的特点。

2、本专利采用所述薄膜压力传感器的平面面积为0.03平方厘米～7平方厘米，外形可为圆形，正方形或者其他任何形状，所述薄膜压力传感器的布局方式为鞋垫或鞋底的后跟部和足弓部的内外两侧分别设置一个薄膜压力传感器，其足前掌部按照跖骨的倾斜方向均匀设置薄膜压力传感器，其足趾部设置均匀薄膜压力传感器，所述鞋垫或鞋底的足前掌部可以按照跖骨的倾斜方向均匀设置三个薄膜压力传感器，其也可以按照跖骨的倾斜方向每一根跖骨分别相应设置一个薄膜压力传感器，所述鞋垫或鞋底的足趾部可以按照趾骨的倾斜方向均匀设置三个薄膜压力传感器，其也可以按照趾骨的倾斜方向每一根趾骨分别相应设置一个薄膜压力传感器，其还可以仅在足大拇指部位放置一个，由于步态参数采集和获取模块，主要包含压力传感器单元和惯性传感器单元，其中压力传感器单元，主要由分布在鞋垫或者鞋底的多个薄膜压力传感器和压力传感器处理电路构成(包含放大电路和模数转化电路)。由于鞋垫或者鞋的底部的薄膜压力传感器的分布点位是正常人体足底受力的主要部位，其符合人体足部解刨学原理，相比足底均匀分布NXM的矩阵点位的方案，本专利的方案的薄膜压力的分布点较少而且更加科学，成本也较低(点位少)，更简单实用。

3、本专利采用所述足底穿戴装置还包括电源模块，所述电源模块为整个装置提供电源供给，电源可来自电池，其中电池可充电，充电方法可有线充电方式，也可无线充电方式；电源也可来自，其他能量的转化，如太阳能，风能，行走过程中动能的转化。特别的，考虑到可穿戴设备的功耗问题及使用的长久性，本发明还包括低功耗模式，到达一定时间无人使用或收到睡眠命令会进入低功耗模式，低功耗模式会降低电池电量的消耗，退出低功耗模式可由预置于鞋垫或者鞋底的夹层内的轻触开关触发，所述轻触开关经足踩或足部动作触发，也可以通过薄膜压力传感器形成的触发。由于电源的充电和低功耗模式的支持均采用灵活多样的处理方式，为使用者使用提供了更多的灵活性且新能源的利用具有节能降耗的效果。

4、本专利采用所述足底穿戴装置还包括存储模块和无线收发模块。存储模块，用来存储整个装置的计算机程序及运算的数据。至于步态参数采集和获取模块采集到的数据，也可以存于存储模块；如果考虑实时性，也可不存储在存储模块，直接通过无线收发模块发送给外部装置。无线收发模块：用来与外部进行无线通信，上传本发明所述的装置采集到的步态数据和参数，同时也可接收外部装置发给本发明所述装置的数据和命令。由于步态参数数据不经存储器存储，也没有数据压缩芯片的压缩，直接通过无线收发模块发送数据，保证了数据传输的实时性，用户体验更好。

5、本专利采用所述足底穿戴装置还包括处理器模块，所述处理器模块分别输入连接于步态参数采集和获取模块的压力传感器单元和惯性传感器单元，所述处理器模块分别连接于存储模块和无线收发模块，所述处理器模块供电连接于电源模块，所述处理器模块、步态参数采集和获取模块的压力传感器单元的压力传感器处理电路和惯性传感器单元、存储模块和无线收发模块以及电源模块分别集成于模块集成电路，由于上述结构构成的控制电路，考虑到足弓部位在人体正常行走过程中，受力最小或者不受力，故除压力传感器单元的薄膜压力传感器之外的其他单元和模块，均放置于鞋垫和鞋的鞋底的足弓部位处，因此，本装置不但集成度高，而且由于将集成的模块电路放置于受力较小的足弓部位处，因此，有效防止了模块电路的损害，从而提高了装置的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型智能足底穿戴装置的薄膜压力传感器分布的结构示意图；

图2是本实用新型智能足底穿戴装置的模块集成电路分布的结构示意图；

图3是本实用新型智能足底穿戴装置的模块电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型做进一步描述：

图中：1-模块集成电路，2-步态参数采集获取和模块，3-压力传感器单元，4-惯性传感器单元，5-薄膜压力传感器，6-鞋垫或鞋底，7-后跟部，8-足弓部，9-足前掌部，10-足趾部，11-电源模块，12-存储模块，13-无线收发模块，14-处理器模块。

实施例：

实施例一：如图1、2所示，智能足底穿戴装置，包括模块集成电路1上的步态参数采集和获取模块2，所述步态参数采集和获取模块2包括压力传感器单元3和惯性传感器单元4，所述压力传感器单元3包括设置于鞋垫或鞋底6的夹层中薄膜压力传感器5，所述薄膜压力传感器5独立于模块集成电路1分别分布于鞋垫或鞋底6的后跟部7、足前掌部9、足弓部8、足趾部10，或者上述多个部位中的至少两个，所述模块集成电路1形成于鞋垫或鞋底6的足弓部8。

所述薄膜压力传感器5的平面面积为0.03平方厘米～7平方厘米，外形可为圆形，正方形或者其他任何形状。

所述薄膜压力传感器5的布局方式为鞋垫或鞋底6的后跟部7和足弓部8的内外两侧分别设置一个薄膜压力传感器5，其足前掌部9按照跖骨的倾斜方向均匀设置薄膜压力传感器5，其足趾部10设置均匀薄膜压力传感器5。

所述鞋垫或鞋底6的足前掌部9按照跖骨的倾斜方向均匀设置三个薄膜压力传感器5。

所述鞋垫或鞋底6的足趾部10仅在足大拇指部位放置一个薄膜压力传感器5。

所述惯性传感器单元4包括三轴加速度传感器，三轴陀螺仪传感器和三轴地磁传感器。

所述足底穿戴装置还包括电源模块11，所述电源模块11为整个系统提供供电的功能。所述电源模块11的充电方式可以采用有线充电，或采用其他新能源充电方式充电。

所述足底穿戴装置还包括低功耗模式，到达一定时间无人使用或收到睡眠命令会进入低功耗模式，低功耗模式会降低电池电量的消耗，退出低功耗模式可由预置于鞋垫或者鞋底的夹层内的轻触开关触发，所述轻触开关经足踩或足部动作触发，也可以通过薄膜压力传感器5形成的触发。所述足底穿戴装置还包括存储模块12和无线收发模块13，存储模块12主要用于存储采集到的数据，无线收发模块13主要用于对采集到的数据实现无线发送和对来自外界的控制命令实现无线接收，所述足底穿戴装置的数据也可不通过存储模块12存储直接经无线收发模块13实时传输。

如图2、3所示，所述足底穿戴装置还包括处理器模块14，所述步态参数采集和获取模块2的压力传感器单元3和惯性传感器单元4分别连接于处理器模块14，所述处理器模块14分别连接于存储模块12和无线收发模块13，所述处理器模块14供电连接于电源模块11；所述处理器模块14、步态参数采集和获取模块2的压力传感器单元3的压力传感器处理电路和惯性传感器单元4、存储模块12和无线收发模块13以及电源模块11分别集成于模块集成电路1。

所述装置中没有设置信号压缩芯片。

实施例二：如图1、2所示，智能足底穿戴装置，包括模块集成电路1上的步态参数采集和获取模块2，所述步态参数采集和获取模块2包括压力传感器单元3和惯性传感器单元4，所述压力传感器单元3包括设置于鞋垫或鞋底6的夹层中薄膜压力传感器5，所述薄膜压力传感器5独立于模块集成电路1分别分布于鞋垫或鞋底6的后跟部7、足前掌部9、足弓部8、足趾部10，或者上述多个部位中的至少两个，所述模块集成电路1形成于鞋垫或鞋底6的足弓部8。

所述薄膜压力传感器5的平面面积为0.03平方厘米～7平方厘米，外形可为圆形，正方形或者其他任何形状。

所述薄膜压力传感器5的布局方式为鞋垫或鞋底6的后跟部7和足弓部8的内外两侧分别设置一个薄膜压力传感器5，其足前掌部9按照跖骨的倾斜方向均匀设置薄膜压力传感器5，其足趾部10设置均匀薄膜压力传感器5。

所述鞋垫或鞋底6的足前掌部9，按照跖骨的倾斜方向每一跖骨对应位置分别设置一个薄膜压力传感器5。

所述鞋垫或鞋底6的足趾部10，按照趾骨的倾斜方向每一趾骨对应位置分别设置一个薄膜压力传感器5。

所述惯性传感器单元4包括三轴加速度传感器，三轴陀螺仪传感器和三轴地磁传感器。

所述足底穿戴装置还包括电源模块11，所述电源模块11为整个系统提供供电的功能。所述电源模块11的充电方式可以采用有线充电，也可以采用其他新能源充电方式充电。

所述足底穿戴装置还包括低功耗模式，到达一定时间无人使用或收到睡眠命令会进入低功耗模式，低功耗模式会降低电池电量的消耗，退出低功耗模式可由预置于鞋垫或者鞋底的夹层内的轻触开关触发，所述轻触开关经足踩或足部动作触发，也可以通过薄膜压力传感器5形成的触发。所述足底穿戴装置还包括存储模块12和无线收发模块13，存储模块12主要用于存储采集到的数据，无线收发模块13主要用于对采集到的数据实现无线发送和对来自外界的控制命令实现无线接收。所述足底穿戴装置的数据也可不通过存储模块12存储直接经无线收发模块13实时传输。

如图2、3所示，所述足底穿戴装置还包括处理器模块14，所述处理器模块14分别输入连接于步态参数采集和获取模块2的压力传感器单元3和惯性传感器单元4，所述处理器模块14分别连接于存储模块12和无线收发模块13，所述处理器模块14供电连接于电源模块11；所述处理器模块14、步态参数采集和获取模块2的压力传感器单元3的压力传感器处理电路和惯性传感器单元4、存储模块12和无线收发模块13以及电源模块11分别集成于模块集成电路1。

所述装置中没有设置信号压缩芯片。

工作原理：

本专利通过所述步态参数采集和获取模块包括压力传感器单元和惯性传感器单元，所述压力传感器单元包括设置于鞋垫或鞋底的夹层中薄膜压力传感器，所述薄膜压力传感器独立于模块集成电路分别分布于鞋垫或鞋底的后跟部、足弓部、足前掌部、足趾部，所述模块集成电路形成于鞋垫或鞋底的足弓部，包含处理器模块、步态参数采集和获取的模块、电源模块、存储器模块和无线收发模块。其中，所述薄膜压力传感器的平面面积为0.03平方厘米～7平方厘米，外形可为圆形，正方形或者其他任何形状，其分布位置，按照人体足部解剖学原理分布在鞋垫或者鞋的鞋底的后跟部位、足弓部位、足前掌部位、足趾部位，由于处理器模块、步态参数采集和获取的模块、电源模块、存储器模块和无线收发模块的集成采用集成电路的方式，由于其集成性高，因此，结构简单且实用性好，模块集成电路形成于鞋垫或鞋底的足弓部，主体电路和装置放置于足弓部位，受力小，更能保证各模块元件的稳定工作，可延长产品的使用寿命，因此，装置稳定性高。由于采用了9轴的运动惯性传感器监和薄膜压力传感器，依照人体足部解剖学原理设计和放置，能够准确的监测和反映出脚底各部位的受力情况和足部运动的姿态，获取的步态参数监测更加全面，准确度更高。综上所述，本装置具有结构简单、实用、监测全面且准确度高、稳定性高的特点。本实用新型解决了现有的便携式的步态参数的获取和步态分析装置，存在实用性不好、结构复杂、获取参数不够丰富和准确等问题，具有结构简单、实用、监测全面且准确度高、稳定性高的特点、压力点分布科学且全面、节能降耗、使用寿命长的有益技术效果。

利用本实用新型的技术方案，或本领域的技术人员在本实用新型技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.智能足底穿戴装置，其特征在于，包括模块集成电路上的步态参数采集和获取模块，所述步态参数采集和获取模块包括压力传感器单元和惯性传感器单元，所述压力传感器单元包括设置于鞋垫或鞋底的夹层中薄膜压力传感器，所述薄膜压力传感器独立于模块集成电路分别分布于鞋垫或鞋底的后跟部、足前掌部、足弓部、足趾部，或者上述多个部位中的至少两个，所述模块集成电路形成于鞋垫或鞋底的足弓部。

2.根据权利要求1所述的智能足底穿戴装置，其特征在于，所述薄膜压力传感器的平面面积为0.03平方厘米～7平方厘米。

3.根据权利要求1所述的智能足底穿戴装置，其特征在于，所述薄膜压力传感器的布局方式为在鞋垫或鞋底的后跟部和足弓部的内外两侧分别设置一个薄膜压力传感器，其足前掌部按照跖骨的倾斜方向均匀设置薄膜压力传感器，其足趾部设置有均匀薄膜压力传感器。

4.根据权利要求3所述的智能足底穿戴装置，其特征在于，所述鞋垫或鞋底的足前掌部按照跖骨的倾斜方向均匀设置三个薄膜压力传感器，或者按照跖骨的倾斜方向每一根跖骨分别相应设置一个薄膜压力传感器。

5.根据权利要求3所述的智能足底穿戴装置，其特征在于，所述鞋垫或鞋底的足趾部按照趾骨的倾斜方向均匀设置三个薄膜压力传感器，或者按照趾骨的倾斜方向每一根趾骨分别相应设置一个薄膜压力传感器，或者仅在足大拇指部位放置一个薄膜压力传感器。

6.根据权利要求1所述的智能足底穿戴装置，其特征在于，所述惯性传感器单元包括三轴加速度传感器，三轴陀螺仪传感器和三轴地磁传感器。

7.根据权利要求1所述的智能足底穿戴装置，其特征在于，所述足底穿戴装置还包括电源模块，所述电源模块为整个系统提供供电的功能；所述电源模块的充电方式为采用有线充电或新能源充电方式充电。

8.根据权利要求1所述的智能足底穿戴装置，其特征在于，所述足底穿戴装置具有低功耗模式，当该装置到达一定时间无人使用或收到睡眠命令后会进入低功耗模式，低功耗模式会降低电池电量的消耗，退出低功耗模式可由预置于鞋垫或者鞋底的夹层内的轻触开关触发，所述轻触开关经足踩、足部动作触发或通过薄膜压力传感器形成的触发。

9.根据权利要求1所述的智能足底穿戴装置，其特征在于，所述足底穿戴装置还包括存储模块和无线收发模块，存储模块主要用于存储采集到的数据，无线收发模块主要用于对采集到的数据实现无线发送和对来自外界的控制命令实现无线接收，所述足底穿戴装置的数据可以不通过存储模块存储直接经无线收发模块实时传输。

10.根据权利要求9所述的智能足底穿戴装置，其特征在于，所述足底穿戴装置还包括处理器模块，所述步态参数采集和获取模块的压力传感器单元和惯性传感器单元分别连接于处理器模块，所述处理器模块分别连接于存储模块和无线收发模块，所述处理器模块供电连接于电源模块。