CN209594838U - 一种基于柔性压力传感器的运动健康监测鞋 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于柔性压力传感器的运动健康监测鞋，包括鞋底、设置在鞋底上的鞋帮及设置在鞋底与鞋帮之间的鞋垫，鞋垫包括包括减震层、设置在减震层上的抗菌层及设置在减震层与抗菌层之间的功能层，功能层包括包裹层和位于包裹层里的柔性传感器；鞋舌层设有一倒三角型硬件模块，硬件模块包括主控制器、无线发射模块和传感器模块；通过对足底受力情况动态采集而得到的数据，结合运动与健康数，进行足生物力学分析、运动稳定性分析、运动损伤分析并建立与临床医学、康复医学的联系，可以快速的对运动人群的运动损伤风险程度做出评估，解决了现有运动健康监测鞋功能单一无法为用户提供全方位监测的问题。

Description

一种基于柔性压力传感器的运动健康监测鞋

技术领域

本实用新型涉及运动鞋领域，具体涉及一种基于柔性压力传感器的运动健康监测鞋。

背景技术

部分运动员由于先天原因或训练受伤而导致步态异常，在做技术动作时下肢稳定性较差，大大增加了损伤的风险，影响到健康的同时也影响比赛成绩。步态异常造成的常见的下肢损伤如前掌疼痛(横弓塌陷)、足底筋膜炎、跟腱劳损、踝关节扭伤、膝关节损伤、胫骨损伤、髂胫束综合症，足底的局部压强过大以及足部的不规则运动(如过度内翻、外翻等)还会沿下肢的运动链向上传导，容易造成踝、膝、髋甚至腰的慢性损伤。

现有的运动健康监测鞋往往功能单一，不具备为用户提供全方位监测的功能，无法可以快速的对运动人群的运动损伤风险程度做出评估并制定损伤的预防和矫正方案。

实用新型内容

因此，针对上述问题，本实用新型提供了一种基于柔性压力传感器的运动健康监测鞋，通过对足底受力情况动态采集而得到的数据，结合运动与健康数据，进行足生物力学分析、运动稳定性分析、运动损伤分析及并建立与临床医学、康复医学的联系，可以快速的对运动人群的运动损伤风险程度做出评估。

为达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种基于柔性压力传感器的运动健康监测鞋，包括鞋底、设置在鞋底上的鞋帮及设置在鞋底与鞋帮之间的鞋垫，所述鞋帮包括鞋面、鞋舌层和鞋领口，所述鞋舌层后帮处设有一提拉带，所述鞋舌层上设有鞋带，所述鞋领口由透气双层网布层和位于透气双层网布层里的记忆海绵组成，所述记忆海绵的厚度为1cm-3cm，所述鞋面设置有太阳能薄膜电池，所述太阳能薄膜电池外侧设置有保护膜；

所述鞋垫包括减震层、设置在减震层上的抗菌层和设置在减震层与抗菌层之间的功能层，所述功能层包括包裹层和位于包裹层里的柔性传感器，所述鞋垫包裹层为薄型EVA，所述柔性传感器为全掌柔性织物压力传感器，所述全掌柔性织物压力传感器内置有复数个压力感应点；所述减震层前脚掌处厚度为0.4cm，后脚跟处厚度为0.5cm，所述减震层按照脚型设置为凹凸形状，以更好的贴合脚部足弓处及脚后跟处，减轻脚部压力；

所述鞋底包括弹性TPU中底、橡胶大底和嵌于弹性TPU中底和橡胶大底之间的3D抗扭转支撑片，所述橡胶大底由加厚橡胶部分和位于加厚橡胶中间的透明橡胶部分组成，所述透明橡胶部分上设有复数条防滑凸棱；所述3D抗扭转支撑片由底部支撑托和固定凸缘组成，所述底部支撑托嵌于弹性TPU中底和橡胶大底之间，所述固定凸缘嵌合于橡胶大底足弓部；所述弹性TPU中底的前掌部和后跟部设有两块记忆海绵，所述记忆海绵的厚度为2cm-3cm，所述记忆海绵面积与橡胶大底上的透明橡胶部分面积相同；

所述鞋舌层设有一倒三角型硬件模块，所述的硬件模块包括主控制器、无线发射模块和用于实时采集用户运动与健康数据的传感器模块，所述传感器模块和主控制器电连接，所述太阳能薄膜电池和柔性传感器均通过外围电路与主控制器相连接，所述无线发射模块与主控制器电连接。

进一步的改进是：所述的传感器模块包括用于计步的振动传感模块、心率传感器、温度传感器和加速度传感器中的至少一种。

进一步的改进是：所述运动与健康数据包括计步、卡路里消耗、心跳和温度中的至少一种。

进一步的改进是：所述鞋垫抗菌层由麻、棉纤维与丙纶负离子纳米纤维混合的非织造纳米负离子纺织品制成。

进一步的改进是：所述抗菌层上表面和减震层下表面均布设网状透气孔。

进一步的改进是：所述主控制器通过无线发射模块与客户端APP相连接并进行数据交互，将用户的运动与健康数据反馈给客户端APP并根据客户端APP的指令控制运动健康监测鞋硬件模块进行工作。

进一步的改进是：所述客户端APP包括数据库、健康状况诊断模块、运动效果评测模块、个体运动方案设计专家系统；所述数据库包括个人基本信息、疾病状况、运动信息。

进一步的改进是：所述客户端包括运动手环、移动手机、电脑终端中的至少一种。

进一步的改进是：所述主控制器为AT89C82单片机。

进一步的改进是：所述3D抗扭转支片由热塑性塑料3D打印制成。

通过采用前述技术方案，本实用新型的有益效果是：

一种基于柔性压力传感器的运动健康监测鞋，鞋垫采用多种天然材料并配以纳米复合材料制成，同时实现保暖、吸汗、防霉、除臭、抑菌、养脚等多功能，以保持足底健康，满足了现代人对运动健康的多方位需求；

本实用新型采用太阳能薄型电池给鞋体用电模块进行供电，环保节能，且抗压性强，适于长期使用；且设置柔性织物压力传感器，可以保证日常活动中的穿戴舒适度且测量精度极高，同时其良好的抗疲劳性能可以保证对于足部压力长期测量，且适合用户的长期穿着；

通过在弹性TPU中底和橡胶大底之间嵌入3D抗扭转支撑片，使运动健康监测鞋整体更稳定，监测所得数据更准确，同时也能降低用户运动过程中脚掌发生侧翻的情况发生；

通过柔性压力传感器获取足底各项参数，采集的用户运动数据(例如，步频，体温，心跳等)将显示于相应的APP软件，同时通过客户端分析软件，进行足生物力学分析、运动稳定性分析、运动损伤分析并建立与临床医学、康复医学的联系，可以快速的对运动人群的运动损伤风险程度做出评估，从而制定损伤的预防和矫正方案；且通过对足底、鞋底压力分布数据的动态采集，可以对鞋的生物力学性能进行改造，如缓冲性能、支撑强度、稳定性等，为运动员提供科学的选鞋建议，避免其因鞋不适带来不必要的损伤风险；同时，可依据压力测试数据制定个性化矫正方案，达到改善舒适度、增强耐力、提高竞技水平、预防运动损伤的目的，向运动群体提供改善身体健康的建议与策略；

监测者可以在手机、电脑等移动终端输入老年人或小孩身高体重信息，软件会自动设置合适的模式切换阈值，提高识别运动健康监测的准确性及可靠度，较其他市场现有运动监测鞋自由度和交互性更好。

附图说明

图1为本实用新型实施例的整体外观示意图；

图2为本实用新型实施例的鞋垫示意图；

图3为本实用新型实施例的鞋底着地面示意图；

图4为本实用新型实施例的橡胶大底结构示意图；

图5为本实用新型实施例的3D抗扭转结构示意图；

图6为本实用新型实施例的TPU中底结构示意图；

图7为本实用新型实施例的用电模块工作示意图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例来详细说明本实用新型的实施方式，借此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

本实用新型的实施例为：

参考图1-图7，一种基于柔性压力传感器的运动健康监测鞋，包括鞋底1、设置在鞋底1上的鞋帮2和设置在鞋底与鞋帮之间的鞋垫3，所述鞋帮2包括鞋面21、鞋舌层22和鞋领口23，所述鞋舌层后帮处设有一提拉带24，所述鞋舌层上设有鞋带25，所述鞋领口23包括透气双层网布层为位于透气双层网布层里的记忆海绵，所述记忆海绵的厚度为1cm-3cm；所述鞋面设置有太阳薄膜电池45，所述太阳薄膜电池外侧设置有保护膜。

所述鞋垫3包括包括减震层31、设置在减震层31上的抗菌层32和设置在减震层31与抗菌层32之间的功能层33，所述鞋垫抗菌层32采用麻、棉纤维与丙纶负离子纳米纤维混合生产的非织造纳米负离子纺织品制成，传统麻、棉鞋垫具有良好的吸湿透气性，麻鞋垫还能抑菌防臭，但是麻、棉纤维耐磨性相对较差；而化纤鞋垫吸湿透气性差，容易产生静电，对健康不利。用麻、棉纤维与丙纶长丝混合生产的非织造布鞋垫既具有麻、棉吸湿透气、抗菌抑菌的特性，同时还在一定程度上可降低成本。纳米材料对鞋的抗菌防臭作用十分显著，其机理在于：在纳米级颗粒的尺度已经接近原子的大小，因此纳米材料颗粒可以穿透细菌的细胞壁，从而达到杀死细菌的目的。同时纳米材料有很多微孔结构，可以将抗菌离子填充到纳米材料的微孔中缓慢释放，起到杀菌、防臭的作用。由于构成纳米材料的微粒具有特殊的表面效应和小尺寸效应，因此能够产生与常规材料不同的物理、化学性质，如具有高强度、高韧性、良好的导电和静电屏蔽效应，能够抗紫外线、吸收可见光和红外线、抗老化，具有很强的抗菌除臭功能和吸附能力等纳米材料属无机抗菌剂，不存在二次污染问题，对人体无毒害作用，因此负离子添加剂科技含量高，健康环保，而且造价低廉，具有持久抗菌性，有利于工业化大生产。

所述功能层33包括包裹层和位于包裹层里的柔性压力传感器44，所述鞋垫3包裹层为薄型EVA，所述柔性传感器44为全掌柔性织物压力传感器，所述全掌柔性织物压力传感器内置复数个压力感应点；所述减震层31前脚掌处厚度为0.4cm，后脚跟处厚度为0.5cm，按照脚型设计减震层31的凹凸形状，以更好的贴合脚部足弓处及脚后跟处，减轻脚部压力；所述抗菌层32上表面和减震层31下表面均布设网状透气孔。

所述鞋底1包括弹性TPU中底11、橡胶大底12和嵌于弹性TPU中底和橡胶大底之间的3D抗扭转支撑片13，所述橡胶大底由加厚橡胶部分121和位于加厚橡胶中间的透明橡胶部分122组成，所述透明橡胶部分上设有条防滑凸棱123；所述3D抗扭转支撑13片由底部支撑托131和固定凸缘132组成，所述底部支撑托131嵌于弹性TPU中底11和橡胶大底12之间，所述固定凸缘132嵌合于橡胶大底12足弓部；所述弹性TPU中底11的前掌部和后跟部设有两块记忆海绵111，所述记忆海绵的厚度为2cm-3cm，所述记忆海绵111面积与橡胶大底上的透明橡胶部分122面积相同；

所述鞋舌层设有一倒三角型硬件模块4，所述硬件模块包括主控制器41、无线发射模块42和用于实时采集用户的运动与健康数据的传感器模块43，所述传感器模块43和主控制器41电连接，所述太阳能薄膜电池44和柔性压力传感器45均通过外围电路与主控制器41相连接，所述无线发射模块42与主控制器41电连接。

所述主控制器41为AT89C82单片机，实现对健康监测鞋的整体程序控制，包括数据采集流程、采集数据的分析、转移到存储器或者传输到监测终端、系统电量监测；所述太阳能薄膜电池44为运动健康监测鞋所有工作模块供电。

所述的传感器模块43包括用于计步的振动传感模块、心率传感器、温度传感器和加速度传感器；所述运动与健康数据包括计步、卡路里消耗、心跳和温度。

所述主控制器41通过无线发射模块42与客户端APP5相连接并进行数据交互，用于将用户的运动与健康数据反馈给客户端APP5并根据客户端APP5的指令控制健康监测鞋硬件模块进行工作；所述客户端包括运动手环、移动手机、电脑终端；所述客户端APP5包括数据库51、健康状况诊断模块52、运动效果评测模块53、个体运动方案设计专家系统54，所述数据库包括个人基本信息单元56、疾病状况单元57、运动信息单元58。

健康状况诊断模块52会实时监测用户的运动与健康数据(温度、步频、心跳)，数据库51会实时存储监测所得的运动与健康数据，用户可通过客户端APP5查询这些数据，根据这些信息，用户可以调整自己的运动量。用户在通过客户端APP软件查看自己的运动和健康数据的同时，还能查看到自己的运动情况在好友之间的排名，并且运动效果评测模块53会通过APP软件向用户推送健康状况诊断和改善健康水平的策略与建议。

同时，个体运动方案设计专家系统54会将运动调整方案及时反馈给产品用户：通过对足底受力情况动态采集而得到的数据，结合运动与健康数据，个体运动方案设计专家系统54自动进行足生物力学分析、运动稳定性分析、运动损伤分析，并通过建立与临床医学、康复医学的联系，对运动人群的运动损伤风险程度做出评估，制定出损伤的预防和矫正方案反馈给产品用户；

优选的，本实用新型通过对足底、鞋底压力分布数据的动态采集，可以对鞋的生物力学性能进行改造，包括缓冲性能、支撑强度、稳定性，为运动员提供科学的选鞋建议，避免其因鞋不适带来不必要的损伤风险；同时，可依据压力测试数据制定个性化矫正方案，达到改善舒适度、增强耐力、提高竞技水平、预防运动损伤的目的。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于柔性压力传感器的运动健康监测鞋，包括鞋底、设置在鞋底上的鞋帮和设置在鞋底与鞋帮之间的鞋垫，其特征在于:所述鞋帮包括鞋面、鞋舌层和鞋领口，所述鞋舌层后帮处设有一提拉带，所述鞋舌层上设有鞋带，所述鞋领口由透气双层网布层和位于透气双层网布层里的记忆海绵组成，所述记忆海绵的厚度为1cm-3cm，所述鞋面设置有太阳能薄膜电池，所述太阳能薄膜电池外侧设置有保护膜；

所述鞋垫包括减震层、设置在减震层上的抗菌层和设置在减震层与抗菌层之间的功能层，所述功能层包括包裹层和位于包裹层里的柔性传感器，所述鞋垫包裹层为薄型EVA，所述柔性传感器为全掌柔性织物压力传感器，所述全掌柔性织物压力传感器内置有复数个压力感应点；所述减震层前脚掌处厚度为0.4cm，后脚跟处厚度为0.5cm，所述减震层按照脚型设置为凹凸形状，以更好的贴合脚部足弓处及脚后跟处，减轻脚部压力；

所述鞋底包括弹性TPU中底、橡胶大底和嵌于弹性TPU中底和橡胶大底之间的3D抗扭转支撑片，所述橡胶大底由加厚橡胶部分和位于加厚橡胶中间的透明橡胶部分组成，所述透明橡胶部分上设有复数条防滑凸棱；所述3D抗扭转支撑片由底部支撑托和固定凸缘组成，所述底部支撑托嵌于弹性TPU中底和橡胶大底之间，所述固定凸缘嵌合于橡胶大底足弓部；所述弹性TPU中底的前掌部和后跟部设有两块记忆海绵，所述记忆海绵的厚度为2cm-3cm，所述记忆海绵面积与橡胶大底上的透明橡胶部分面积相同；

所述鞋舌层设有一倒三角型硬件模块，所述的硬件模块包括主控制器、无线发射模块和用于实时采集用户运动与健康数据的传感器模块，所述传感器模块和主控制器电连接，所述太阳能薄膜电池和柔性传感器均通过外围电路与主控制器相连接，所述无线发射模块与主控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于柔性压力传感器的运动健康监测鞋，其特征在于：所述的传感器模块包括用于计步的振动传感模块、心率传感器、温度传感器和加速度传感器中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的一种基于柔性压力传感器的运动健康监测鞋，其特征在于：所述运动与健康数据包括计步、卡路里消耗、心跳和温度中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的一种基于柔性压力传感器的运动健康监测鞋，其特征在于：所述抗菌层上表面和减震层下表面均布设网状透气孔。

5.根据权利要求1所述的一种基于柔性压力传感器的运动健康监测鞋，其特征在于：所述主控制器通过无线发射模块与客户端APP相连接并进行数据交互，所述主控制器将用户的运动与健康数据反馈给客户端APP并根据客户端APP的指令控制运动健康监测鞋硬件模块进行工作。

6.根据权利要求5要求所述的一种基于柔性压力传感器的运动健康监测鞋，其特征在于：所述客户端包括运动手环、移动手机、电脑终端中的至少一种。

7.根据权利要求1要求所述的一种基于柔性压力传感器的运动健康监测鞋，其特征在于：所述主控制器为AT89C82单片机。

8.根据权利要求1要求所述的一种基于柔性压力传感器的运动健康监测鞋，其特征在于：所述3D抗扭转支片由热塑性塑料3D打印制成。