CN212307832U - 一种太极拳运动姿态检测鞋垫 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太极拳运动姿态检测鞋垫，包括两个鞋垫，每个鞋垫内均设置有电源、压力传感单元、微处理器、存储模块、无线传输装置。本实用新型可以实时采集太极拳训练者的足部受力情况数据，并传送至云端存储器，便于使用者查看；也可以将足部情况数据储存在单独存储设备中。

Description

一种太极拳运动姿态检测鞋垫

技术领域

本实用新型涉及可穿戴设备技术领域，，特别涉及一种太极拳运动姿态检测鞋垫。

背景技术

太极拳是国家大力提倡的全民养生运动，以其轻柔和缓的运行方式和显著的锻炼效果而被更多人所接受和欢迎。随着太极拳运动的推广，因其适合各个年龄和体质人群的特点，越来越多的人员加入到学习太极拳的大军中，但是能够传授、指导太极拳的老师却很难速成。目前多数太极教练并不是真正的传统太极修习者，对太极的体会和理解不深，在教学中往往会过于追求姿势美观、动作标准、功深架低，华其形而伤其骨，导致很多练习者用功不得其法，久而伤病，其中以膝关节损伤最为常见，严重的还有股骨头坏死、椎间盘损伤等问题，这大大影响了太极拳的声誉，制约了太极拳的推广。

此类问题本质上是由于教、学不得法而导致，但是合格的太极拳老师无法批量培养，而且尚未有专门针对太极拳训练过程中步态的检测设备。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种成本低廉、使用方便，能测定出不正确步态太极拳运动姿态检测鞋垫。包括两个鞋垫，分别为左脚鞋垫、右脚鞋垫，每个鞋垫内均设置有电源、压力传感单元、微处理器、无线传输装置；

所述压力传感单元的输出端与微处理器输入端连接，所述微处理器的输出端与无线传输装置连接；所述无线传输装置与外部移动终端通信连接；

所述压力传感单元用于采集使用者在太极拳训练过程中各个步态的鞋垫各压力传感器压力大小变化信息，其包括至少五个压力传感器；第五趾骨对应区、第三和第四趾骨区域、第一趾骨脚趾对应区、足跟外侧跟骨结节外侧对应区、足跟内侧跟骨结节内侧对应区均设置有压力传感器。

进一步的，第五趾骨对应区、第三和第四趾骨区域、第一趾骨脚趾对应区、足跟外侧跟骨结节外侧对应区、足跟内侧跟骨结节内侧对应区分别对应设置有第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器。

进一步的，每个鞋垫内还设置有存储模块，所述存储模块与对应微处理器连接。

进一步的，所述无线传输装置为蓝牙。

本实用新型的有益效果为：

1.本实用新型根据太极拳训练时对足部的受力要求设计压力传感器的安装位置，能精准的对训练者的步态进行测定，进而实现纠正的目的。

2.本实用新型成本低廉，结构简单，便于推广。

3.本实用新型鞋垫体积小，重量轻，将其置于鞋内，可随时测定使用者的太极拳步态，使得各类人都能够及时了解自身的足部情况，实用性强。

4.本实用新型借助智能终端，使用者可以实时看到自己的足部受力情况。

附图说明

图1为鞋垫上压力传感器的分布图。

图中：1.第一压力传感器，2.第二压力传感器，3.第三压力传感器， 4.第四压力传感器，5.第五压力传感器。

具体实施方式

下面结合附图1及具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。

本实用新型包括两个鞋垫，每个鞋垫内均设置有电源、压力传感单元、微处理器、无线传输装置。优选还设置存储模块。

鞋垫包括由纺织材料制成的外包层，所述压力传感单元夹在所述外包层中间，所述微处理器镶嵌于所述鞋体的底部或面部。所述鞋垫使用了纳米防水涂层方式进行防水处理。

所述电源与其他模块分别相连。该电源可以通过更换电池的方式进行补充，也可以通过电源线的方式进行充电。但更好的是通过无线充电单元以无线充电的方式进行充电，这样可以更自由、更实时、更方便的使用该可穿戴式智能系统。电源可以为纽扣电池，体积小且方便更换。

所述压力传感单元用于采集使用者在太极拳训练过程中各个步态的鞋垫各压力传感器压力大小变化信息，其包括至少五个压力传感器。压力传感器设置在鞋垫体上的压力测量点，当使用者行走时，受到压力的压力传感器向微处理器发送电压信号，因此，压力传感器的电压信号可反映使用者的脚底受力大小。

本实用新型中压力测量点依据足部骨骼分区来设置，在鞋垫体上与压力测量点对应的位置放置压力传感器。足部骨骼可分为第1 趾骨区、第2～5趾骨区、第1跖骨区、第2跖骨区、第3跖骨区、第4跖骨区、 第5跖骨区、足弓区、足跟内侧结节外侧对应区和足跟外侧结节外侧对应区等10个骨骼分区。在太极拳训练过程中，第五趾骨区、第三和第四趾骨区、第一趾骨脚趾区、足跟外侧跟骨结节外侧区、足跟内侧跟骨结节内侧区的压力变化相对较大，因此，本实用新型选在在上述五个骨骼区分别设置有一个压力测量点，优选方案是在上述五个骨骼分区分别设置1-2个压力测量点。

图1为本实用新型的一个具体实施例，在左足、右足的第五趾骨区、第三和第四趾骨区、第一趾骨脚趾区；足跟内侧跟骨结节内侧区、足跟外侧跟骨结节外侧区对应位置分别设置有一个压力测量点，在鞋垫上压力测量点对应位置布置压力传感器（分别为第一压力传感器1，第二压力传感器2，第三压力传感器3，第四压力传感器4，第五压力传感器5）。当鞋垫使用者作出对应的步态时，左足和右足上压力传感单元采集到对应鞋垫体上压力传感器的电压信号，将该压力信号的大小、相关关系进行分析，并与预先设置的标准模型中的压力设置关系进行对比，即可判断使用者动作是否规范。

微处理器用于采集压力传感单元的电压信号，并将采集的电压信号转换成数字信号，并能够控制信号采集。控制信号的采集是常规技术手段，本处仅是搭建了一个硬件平台，供工作人员设计自己的采样程序，不涉及方法的改进。

存储单元用于将微处理器输出的数字值进行存储。经过微处理器处理过的数据，可以暂时存储在存储单元中，也可以通过无线传输装置与外界的智能终端进行连接，进行实时的处理、分析、反馈和交互。

无线传输装置用于将微处理器输出的数字值传输给鞋垫数据处理系统。无线传输装置可以采用蓝牙与智能终端进行连接，也可以采用WIFI同时与多个智能终端进行连接或者直接上传到终端，另外还可以采用2.4G、5G或者Zigbee等其它无线标准。

为了更加深入的了解本实用新型的作用，下面对外界智能终端与本实用新型的交互过程进行举例说明。

智能终端上运行鞋垫数据处理系统，其包括第二无线传输装置、第二信号采集和处理装置、报警单元。

所述第二无线传输装置用于接收无线传输装置传输的数据，并传输给第二信号采集和处理装置，第二信号采集和处理装置内预先植入有太极拳各个步态的双足部受力模型，所述足部受力模型包括弓步受力模型、反手弓步受力模型、虚步受力模型、反式虚步受力模型、平行步受力模型、起势受力模块、搂膝拗步受力模型、反手搂膝拗步受力模型；第二信号采集和处理装置将两个鞋垫上的各个受力点压力取值情况与预先设置的足部受力模型比较，实现太极拳训练者步态正误的判断。

所述报警单元运行于智能终端上，所述报警单元用于实现对第二信号采集和处理装置发送的反馈数据进行包括对用户的展示、报警和反馈至其它功能模块进行数据再处理功能。

下面对各个受力模型及其报警条件进行说明。

1.弓步受力模型

标准弓步步态为：上体左转，左足向左前方迈出一步，成左弓步；同时两拳前后分开，左手心斜向上，右手按至右胯旁，两臂微屈。标该弓步左右足各占身体重量的50％。

正常情况:第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器所承受压力之和占左足所承受压力总和的30％-40％；第四压力传感器、第五压力传感器所承受压力之和占左足所承受压力总和的60％-70％。

对右足而言，第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器所承受压力之和占右足所承受压力总和的50％；第四压力传感器、第五压力传感器所承受压力之和占右足所承受压力总和的50％，并且第一压力传感器与第四压力传感器所承受压力之和（约为左足压力的60%）大于第三压力传感器与第五压力传感器所承受压力之和（约为右足压力的40％）。

报警条件如下：

左足的第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器所承受压力之和小于左足所承受压力的30％或者大于左足所承受压力40％；和/或

右足的第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器所承受压力之和大于右足所承受压力的55%或者小于45%，和/或第一压力传感器、第四压力传感器所承受压力之和小于第三压力传感器与第五压力传感器所承受压力之和。

1.反手弓步受力模型

所述反弓步受力模型中，各个压力传感器的压力分配为：左足、右足各占身体重量的50％；

对左足而言，第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器所承受压力之和占右足所承受压力总和；第四压力传感器、第五压力传感器所承受压力之和占右足所承受压力总和的50％，并且第一压力传感器与第四压力传感器所承受压力之和大于第三压力传感器与第五压力传感器所承受压力之和；

对右足而言，第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器所承受压力之和占右足所承受压力总和的30％-40％；第四压力传感器、第五压力传感器所承受压力之和占右足所承受压力总和的60％-70％；

报警条件包括：

左足的第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器所承受压力之和大于左足所承受压力的55%或者小于45%，和/或第一压力传感器、第四压力传感器所承受压力之和小于第三压力传感器与第五压力传感器所承受压力之和；和/或

右足的第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器所承受压力之和小于右足所承受压力的30％或者大于右足所承受压力40％。

4.虚步受力模型

做虚步时要求一腿屈膝下蹲，幅度应根据动作要求控制在90-150度之间，支撑身体约90%重心，另一腿向侧前方跨半步足尖或前足掌虚虚点地，支撑身体约10%的重量。

各个压力传感器的压力分配为：左足承重100%体重，右足不承重；左足的第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器所承受压力之和等于第四压力传感器、第五压力传感器所承受压力之和，第一压力传感器与第四压力传感器所承受压力之和等于第三压力传感器与第五压力传感器压力之和；

报警条件为：

右足承受的压力超过了左足承受压力的5%；和/或

左足的第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器所承受压力之和大于左足所承受压力之和的55%或者小于左足所承受压力之和的45%，和/或左足第一压力传感器与第四压力传感器所承受压力之和不等于第三压力传感器与第五压力传感器压力之和。

5.反式虚步受力模型

各个压力传感器的压力分配为：右足承重100%体重，左足不承重；右足的第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器所承受压力之和等于第四压力传感器、第五压力传感器所承受压力之和，第一压力传感器与第四压力传感器所承受压力之和等于第三压力传感器与第五压力传感器压力之和；

报警条件为：

左足承受的压力超过了右足承受压力的5%；和/或

右足的第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器所承受压力之和大于右足所承受压力之和的55%或者小于右足所承受压力之和的45%，和/或右足第一压力传感器与第四压力传感器所承受压力之和不等于第三压力传感器与第五压力传感器压力之和。

6.平行步受力模型

平行步时，全足掌着地，双足爪受力均匀，左足与右足受力大致均等，且足前区与足后区受力应是大致相同的。左足与右足受力情况相同.

各个压力传感器的压力分配为：

左足与右足受力情况相同；左足和右足均为第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器所承受压力之和等于第四压力传感器、第五压力传感器所承受压力之和，第一压力传感器与第四压力传感器所承受压力之和等于第三压力传感器与第五压力传感器压力之和；

报警条件为：

左足的第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器所承受压力之和小于左足承受压力的60%，或者第四压力传感器、第五压力传感器所承受压力之和大于左足承受压力的40%；和/或

右足的第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器所承受压力之和小于右足承受压力的60%，或者第四压力传感器、第五压力传感器所承受压力之和大于右足承受压力的40%。

7.起势受力模型

起势受力模型中，分为第一起势步态、第二起势步态、第三起势步态。

第一起势步态时，两足间距离与肩同宽．两足尖向正前方；两手自然下垂，轻贴两腿外侧。目视前方两手缓慢向前平举，与肩同宽、同高，手心向下，两肘微下垂。左足和右足受力结构相同：第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器所承受压力之和等于第四压力传感器、第五压力传感器所承受压力之和，第一压力传感器与第四压力传感器所承受压力之和等于第三压力传感器与第五压力传感器压力之和；

第二起势步态时，接上势，两手缓慢向前平举，与肩同宽、同高，手心向下，两肘微下垂。左足和右足承受压力结构相同：为第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器所承受压力之和小于第四压力传感器、第五压力传感器所承受压力之和；且第四压力传感器、第五压力传感器所承受压力之和与对应足所承受总压力的比值大于等于 60%，且小于等于75%；

第三起势步态时，两肩松沉，两肘松垂带动双臂下落，手心向下坐腕，落于腹前，然后恢复到步态一状态。左足和右足承受压力结构相同，均为第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器所承受压力之和等于第四压力传感器、第五压力传感器所承受压力之和；

第一起势步态、第二起势步态、第三起势步态的总时间小于5s；

报警条件为：

左足的第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器所承受压力之和等大于左足所承受总压力的55%，或者小于左足所承受总压力的45%，或者第一压力传感器与第四压力传感器所承受压力之和不等于第三压力传感器与第五压力传感器压力之和；和/或

右足的第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器所承受压力之和等大于右足所承受总压力的55%，或者小于右足所承受总压力的45%，或者第一压力传感器与第四压力传感器所承受压力之和不等于第三压力传感器与第五压力传感器压力之和；和/或

第一起势步态、第二起势步态、第三起势步态的总时间大于5s。

8.搂膝拗步步态模型

搂膝拗步步态模型包含4个步态，分别为第一搂膝拗步步态、第二搂膝拗步步态、第三搂膝拗步步态、第四搂膝拗步步态：

第一搂膝拗步步态中，右足压力为零，左足中第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器所承受压力之和等于第四压力传感器、第五压力传感器所承受压力之和，且第一压力传感器与第四压力传感器所承受压力之和等于第三压力传感器与第五压力传感器之和;第一搂膝拗步步态持续5秒；

第二搂膝拗步步态中，右足逐渐加力，左足逐渐减力，右足其中压力按预定幅度（如10%）增减，左足中第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器所承受压力之和等于第四压力传感器、第五压力传感器所承受压力之和,右足逐渐加力，按预定幅度（如10%）增减，直至左足压力减至和右足压力相等；第二搂膝拗步步态持续3秒；

第三搂膝拗步步态中，左足和右足承受压力结构相同，为弓步时的受力结构；第三搂膝拗步步态持续2秒；

第四搂膝拗步步态中，右足逐渐加力，左足逐渐减力，左足其中压力按预定幅度（如10%）增减，直到减为0，右足承受全部压力，右足中第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器所承受压力之和等于第四压力传感器、第五压力传感器所承受压力之和；

报警条件为：

第一搂膝拗步步态时右足压力为零或者持续时间大于5秒；和/或

第二搂膝拗步步态时左足所承受压力小于右足所承受压力，或者持续时间大于9秒；和/或

第三搂膝拗步步态时两足的受力与弓步受力模型不一致，或者持续时间大于11秒；和/或

第四搂膝拗步步态时左足的受力大于0，或者两足的受力结构与反式虚步受力模型不一致，或者持续时间大于16秒。

作为优选方式，鞋垫数据处理系统还可以将分析、处理后的数据信息及报警信息存储到云端，方便用户通过移动终端查看使用历史信息。

上述各处所述的压力按预定幅度增减，一般为10%，变化周期可以根据训练者的情况设定，一般来说，初学者变化较慢，时间可以设定得稍长，熟练后则可以设定得稍短，本实施例中为1秒。

本实用新型的使用方法为：

训练者穿上具有鞋垫功能单元的鞋垫，鞋垫功能单元、鞋垫数据处理系统保持通信。训练者跟随着音频和/或视频开始各个步态的训练，压力传感单元进行压力信号的采集，并实时传输给鞋垫数据处理系统，鞋垫数据处理系统测试过程与音视频中的教学过程保持一致，实时进行鞋垫功能单元内压力传感器所承受压力的分布情况，当与对应步态模型不一致时，报警单元可以通过语音、显示屏等进行报警，优选的，显示屏可以显示受力错误的压力传感器位置，使用者根据报警信息实时纠正，语音则可提示对应错误信息。

以上所述的，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于上述实施例的限制，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种太极拳运动姿态检测鞋垫，其特征在于，包括两个鞋垫，分别为左脚鞋垫、右脚鞋垫，每个鞋垫内均设置有电源、压力传感单元、微处理器、无线传输装置；

所述压力传感单元的输出端与微处理器输入端连接，所述微处理器的输出端与无线传输装置连接；所述无线传输装置与外部移动终端通信连接；

所述压力传感单元用于采集使用者在太极拳训练过程中各个步态的鞋垫各压力传感器压力大小变化信息，其包括至少五个压力传感器；第五趾骨对应区、第三和第四趾骨区域、第一趾骨脚趾对应区、足跟外侧跟骨结节外侧对应区、足跟内侧跟骨结节内侧对应区均设置有压力传感器。

2.如权利要求1所述的太极拳运动姿态检测鞋垫，其特征在于，第五趾骨对应区、第三和第四趾骨区域、第一趾骨脚趾对应区、足跟外侧跟骨结节外侧对应区、足跟内侧跟骨结节内侧对应区分别对应设置有第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器。

3.如权利要求1或2所述的太极拳运动姿态检测鞋垫，其特征在于，每个鞋垫内还设置有存储模块，所述存储模块与对应微处理器连接。

4.如权利要求1所述的太极拳运动姿态检测鞋垫，其特征在于，所述无线传输装置为蓝牙。

5.如权利要求1所述的太极拳运动姿态检测鞋垫，其特征在于，所述外部移动终端为手机或者电脑。

6.如权利要求1所述的太极拳运动姿态检测鞋垫，其特征在于，所述电源为纽扣电池。

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