ITFI20110128A1 - Scarpa computerizzata e sua fabbricazione. - Google Patents
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Description
“SCARPA COMPUTERIZZATA E SUA FABBRICAZIONEâ€
CAMPO DELL’INVENZIONE
La presente invenzione si riferisce ad una scarpa computerizzata ed alla sua fabbricazione.
STATO DELLA TECNICA
Sono note scarpe dotate di circuiteria elettronica; ad esempio sono note scarpe da bambino in cui la circuiteria elettronica controlla l’accensione in un gruppo di LED quando il bambino cammina.
SOMMARIO
Tuttavia, fino ad ora, la scarpa, soprattutto la “scarpa elegante†, à ̈ stata pensata come articolo da indossare.
La Richiedente ha ritenuto invece che l’integrazione nella scarpa di circuiterie elettroniche sofisticate possa essere di grande interesse in futuro. In particolare, à ̈ di grande interesse integrare nella scarpa una circuiteria elettronica che sia in grado di comunicare con altre apparecchiature elettroniche computerizzate (PC, computer palmari, telefoni cellulari, console di gioco, …).
Scopo generale della presente invenzione à ̈ quello di soddisfare tale bisogno.
Questo ed altri scopi sono raggiunti grazie alla scarpa avente le caratteristiche esposte nelle rivendicazioni qui annesse che formano parte integrante della presente descrizione.
In generale, la scarpa secondo la presente invenzione à ̈ dotata di suola, tacco e tomaia, nonché di una circuiteria elettronica; anche se i termini suola, tacco e tomaia sono tipici delle “scarpe eleganti†, elementi analoghi si ritrovano anche nelle “scarpe sportive†.
La circuiteria elettronica comprende almeno i seguenti componenti:
- un microprocessore con memoria per dati e programma,
- un primo sensore di pressione posto in detta suola in corrispondenza del avampiede e collegato a detto microprocessore,
- un secondo sensore di pressione posto in detta suola in corrispondenza del retropiede e collegato a detto microprocessore,
- un sensore accelerometrico collegato a detto microprocessore,
- un sensore giroscopico collegato a detto microprocessore,
- una interfaccia per comunicazione radio collegata a detto microprocessore; in cui detta scarpa comprende ulteriormente una batteria collegata a detta circuiteria elettronica ed atta a fornirgli alimentazione elettrica,
ed in cui detti componenti e detta batteria sono integrati in o associati a detta suola e/o tacco e/o tomaia.
Il sensore accelerometrico può essere vantaggiosamente tipo biassiale oppure triassiale.
Il sensore giroscopico può essere vantaggiosamente di tipo biassiale oppure triassiale.
L’interfaccia per comunicazione radio può essere vantaggiosamente per reti WPAN [Wireless Personal Area Network], in particolare di tipo BlueTooth o ZigBee.
Nel seguito verranno esposte caratteristiche tecniche vantaggiose della presente invenzione.
Detta circuiteria elettronica può comprendere ulteriormente una interfaccia per comunicazione seriale, in particolare USB.
Detta batteria à ̈ vantaggiosamente ricaricabile e detta circuiteria elettronica può comprendere ulteriormente un circuito di ricarica di batteria collegato in uscita a detta batteria e collegato in ingresso a detta interfaccia per comunicazione seriale.
Detta batteria à ̈ vantaggiosamente ricaricabile e detta circuiteria elettronica può comprendere ulteriormente un circuito di ricarica di batteria collegato in uscita a detta batteria e collegato in ingresso ad un induttore atto a ricevere energia elettrica per induzione.
Detta circuiteria elettronica può comprendere ulteriormente un terzo sensore di pressione posto in detta suola in corrispondenza del mesopiede e collegato a detto microprocessore.
Detto sensore accelerometrico può essere posto in detta suola in corrispondenza del avampiede.
Detto sensore giroscopico può essere posto in detta suola in corrispondenza del avampiede.
Detta circuiteria elettronica può comprendere una pluralità di sensori di pressione posti in detta suola e distribuiti secondo un schema predeterminato lungo la superficie di detta suola.
Uno oppure più oppure tutti di detti sensori possono essere fissati ad una prima scheda di circuito stampato.
Detta prima scheda può essere adiacente ad un soletto interno della scarpa. Uno o più di detti componenti possono essere fissati ad una seconda scheda di circuito stampato.
Detta seconda scheda può essere alloggiata in una cavità interna di detto tacco.
La scarpa può comprendere una terza scheda di circuito stampato che collega detta prima scheda e detta seconda scheda.
Detta batteria può essere alloggiata in una cavità interna di detto tacco.
La scarpa può comprendere un connettore elettrico, in particolare un connettore USB, posto esternamente a detta tomaia nella zona posteriore della scarpa.
Detta circuiteria elettronica può comprendere ulteriormente mezzi di memoria non-volatile che memorizzano un codice identificativo di scarpa. La memoria associata al microprocessore della scarpa può contenere codice di programma atto a causare la trasmissione di dati ricevuti da uno, più o tutti detti sensori attraverso detta interfaccia per comunicazione radio.
La memoria associata al microprocessore della scarpa può contenere codice di programma atto ad elaborare dati ricevuti da uno, più o tutti detti sensori ottenendo informazioni di movimento (umano), e a causare la trasmissione di dette informazioni attraverso detta interfaccia per comunicazione radio. La memoria associata al microprocessore della scarpa può contenere codice di programma atto a causare la trasmissione di un codice identificativo di scarpa attraverso detta interfaccia per comunicazione radio e/o attraverso detta interfaccia per comunicazione seriale.
La memoria associata al microprocessore della scarpa può contenere codice di programma atto a abilitare la trasmissione di dati e/o informazioni solo dopo che detto codice identificativo di scarpa e stato trasmesso ad un destinatario e ricevuto da detto destinatario.
La memoria associata al microprocessore della scarpa può contenere codice di programma atto a criptare dati e/o informazioni prima di causare la trasmissione di detti dati e/o informazioni attraverso detta interfaccia per comunicazione radio e/o attraverso detta interfaccia per comunicazione seriale.
La memoria associata al microprocessore della scarpa può contenere codice di programma atto a causare la ricezione di programmi e/o dati di configurazione da detta interfaccia per comunicazione seriale.
La scarpa può comprendere una pluralità di sensori e la memoria associata al microprocessore della scarpa può contenere codice di programma atto a impostare quali sensori di detta pluralità usare per trasmissione a distanza di dati, quali sensori di detta pluralità usare per elaborazione e trasmissione a distanza di informazioni di movimento (umano), quali sensori di detta pluralità non usare per trasmissione a distanza.
ELENCO DELLE FIGURE
Le caratteristiche tecniche della presente invenzione nonché i suoi vantaggi risulteranno chiari dalla descrizione che segue da considerare congiuntamente ai disegni qui annessi, che si riferiscono tutti al medesimo esempio di realizzazione, in cui:
Fig.1 mostra una tipica disposizione di sensori su una scheda di circuito stampato in un esempio di realizzazione della scarpa secondo la presente invenzione;
Fig.2 mostra una possibile disposizione e collegamento di schede di circuito stampato (in sigla PCB) in un esempio di realizzazione della scarpa secondo la presente invenzione;
Fig.3 mostra uno schema a blocchi molto semplificato della circuiteria elettronica di un esempio di realizzazione della scarpa secondo la presente invenzione;
Fig.4 mostra una vista in sezione di un esempio di realizzazione della scarpa secondo la presente invenzione;
Fig.5 mostra viste relative a soletto di montaggio, suola e tacco;
Fig.6 mostra viste relative al guscio ed alle zone circostanti della scarpa; e Fig.7 mostra viste relative alla forma di plastica.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
Sia tale descrizione che tali disegni sono da considerare solo a fini illustrativi e quindi non limitativi; pertanto, la presente invenzione potrà essere implementata secondo altre e diverse forme realizzative.
La scarpa secondo l’esempio di realizzazione delle figure integra al suo interno un sistema elettronico (dotato di sensori, sistema di trasmissione wireless, microprocessore, batteria, carica batteria) in grado di dialogare con diversi apparecchi elettronici tra cui: telefoni cellulari, computer palmari, computer tablet, PC portatili e fissi.
Questa scarpa permette di misurare determinate informazioni sia qualitative che quantitative e può essere utilizzata come strumento di interazione con gli apparecchi sopra elencati per applicazioni ludicoricreative.
Le possibili informazioni ottenibili dalla scarpa, o meglio dal suo sistema elettronico, sono: numero di passi eseguiti, quantità di calorie consumate, metri percorsi, livello di inclinazione del percorso effettuato, tipologia dell’appoggio del piede (e quindi postura), ecc. .
Inoltre, in ambito ludico-ricreativo, il sistema elettronico può essere usato per simulare: accelerazione o frenata durante la guida, movimenti del gioco del calcio (tiri, corsa, dribbling, palleggiare), movimenti di ballo, movimenti di sport vari (ginnastica, pattinaggio, sci, ciclismo, arti marziali, ecc. ).
Infine, in ambito commerciale, il sistema elettronico può essere utilizzato dal produttore e/o importatore/distributore e/o rivenditore, più in generale il fornitore, della scarpa per conoscere con precisione il “sell-out†del prodotto e per ottenere un contatto diretto con il cliente finale; questo può essere reso possibile ad esempio prevedendo che il cliente, per attivare le funzionalità elettroniche della scarpa, debba registrarsi ad un sito Internet; tale registrazione potrebbe avvenire, ad esempio, tramite un identificativo (o ID) memorizzato nel sistema elettronico della scarpa e trasmesso dalla calzatura, ad esempio, ad un telefono cellulare; tipicamente, il cliente dovrà aggiungere anche suoi dati personali.
Tale registrazione può fornire vantaggi sia al cliente che al fornitore:
• per il fornitore: avere informazioni altrimenti impossibili da ottenere: il “sell-out†preciso (modello, numero, colore, … ) applicato ai dati del cliente (nome, cognome, nazionalità , età , indirizzo e-mail, … ) ed al luogo d’acquisto; creare un database della clientela; offrire direttamente al cliente (senza intermediari) nuovi modelli, sconti per modelli in stock, ecc. ;
• per il cliente: attivare le funzionalità della scarpa, scaricare aggiornamenti da Internet, entrare in forum o social network, gareggiare con altri clienti; ecc. .
La scarpa secondo la presente invenzione si diversifica da ciò che esiste attualmente sul mercato in quanto non à ̈ una scarpa nella quale viene inserito un dispositivo elettronico, ma à ̈ una “scarpa elettronica†(ossia la circuiteria elettronica à ̈ integrata o parte integrante della stessa).
La scarpa à ̈ dotata di micro-processore e micro-sensori per rilevare il movimento e la pressione di contatto del piede; in questo modo, à ̈ possibile prevedere un insieme di possibilità ad oggi non presenti in nessuna scarpa comune, prima fra tutte l’interazione con apparecchi elettronici; tutta la circuiteria elettronica viene inserita durante la fase di produzione della scarpa, in modo da ottenere un oggetto unico.
Il sistema elettronico comprende:
• sensori per rilevare il movimento e la pressione di contatto del piede; • processore (più propriamente un microprocessore, più esattamente un microcontrollore) per l’acquisizione ed elaborazione dei segnali provenienti dai sensori;
• sistema di trasmissione wireless dei dati ad apparecchi elettronici che siano in grado di riceverli (PC, telefono cellulare, … );
• batteria al litio ricaricabile;
• dispositivo di sicurezza durante la ricarica della batteria.
Affinché la scarpa mantenga intatte le sue caratteristiche di comfort ed eleganza, per la realizzazione dei diversi PCB, ossia scheda di circuito stampato, (per la sua circuiteria elettronica) sono stati utilizzati diversi materiali: vetronite con spessore di 0.8mm, vetronite con spessore di 0.2mm, Kapton, fili di interconnessione di piccolo spessore, in modo da ottenere un sistema elettronico il più piccolo possibile.
Il microcontrollore scelto coniuga in maniera ottimale basso consumo ed elevata potenza di elaborazione dati; esso acquisisce dati da diversi sensori, elabora i segnali acquisiti attraverso particolari algoritmi e li trasforma in “GESTURE†(informazioni di movimento umano), e trasferisce queste informazioni ad un microchip di trasmissione.
Il dispositivo di trasmissione wireless à ̈ stato pensato per poter comunicare con diverse piattaforme software (Android, Apple iOS, Windows mobile, Windows, Linux) e quindi con diversi dispositivi elettronici (iPhone, telefoni cellulari, PC, ecc. ); i dati e le informazioni, codificati e criptati secondo opportuni algoritmi, sono trasmessi secondo opportuni protocolli. Sono state anche scritte particolari librerie da inserire sugli apparecchi elettronici per poter ricevere e decriptare e decodificare i segnali trasmessi.
La batteria a litio (ricaricabile) à ̈ stata scelta in modo tale da garantire una durata adeguata ed una ricarica veloce; essa può essere ricaricata attraverso una normale presa mini-USB collegata ad un PC (o un trasformatore di rete); in alternativa, à ̈ stato pensato di ricaricare la batteria attraverso un apposito tappetino per effetto induttivo.
Sono stati inseriti circuiti di protezione per evitare danni alla scarpa sia in fase di ricarica che in fase di normale utilizzo.
La presa mini-USB, che à ̈ associata ad un interruttore (ON/OFF), à ̈ posizionata direttamente sulla scarpa; presa ed interruttore sono inseriti in un cappuccio progettato in modo da renderlo un simbolo di design per la scarpa stessa.
Per quanto riguarda i sensori, sono stati utilizzati sensori MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) con cui à ̈ possibile avere dei dispositivi con bassi ingombri, robusti, economici e con un consumo di potenza limitato. In particolare, sono stati inseriti:
• sensori inerziali (un accelerometro triassiale ed un giroscopio biassiale) per permettere di rilevare gli spostamenti del piede nelle tre dimensioni;
• due sensori di pressione piezoresistivi per rilevare la pressione dell’avampiede e del tallone; questi sensori hanno la caratteristica di avere degli spessori molto sottili ideali per l’applicazione su una superficie simile alla suola di una scarpa.
I sensori sono associati alla soletta della scarpa mediante un PCB come mostrato in Fig.1.
La circuiteria elettronica vera e propria, indicata con “CE†nelle figure, à ̈ separata dai sensori e su una PCB detta “PCB CE†(in vetronite da 0.8 mm); la PCB dei sensori à ̈ indicata come “PCB soletta†(in vetronite da 0.2 mm) nelle figure; la “PCB CE†e la “PCB soletta†sono collegate tra loro da una “PCB connessione†(in vetronite da 0.2 mm).
La CE à ̈ inserita, grazie ad un particolare elemento di connessione (“PCB connessione†), all’interno del tacco in un apposito foro, come si comprende da Fig.2.
La batteria sarà inserita, a secondo del modello della scarpa, sotto o accanto la circuiteria elettronica vera e propria CE.
In Fig.3 Ã ̈ mostrato lo schema a blocchi del funzionamento di base del sistema elettronico.
Tale sistema elettronico ha il seguente funzionamento:
• i sensori di pressione sono utilizzati per ottenere informazioni sulla pressione del piede (pressione avanti, pressione dietro, camminata, … );
• i sensori inerziali sono utilizzati per ottenere informazioni sullo spostamento e sulla velocità con cui viene spostato il piede (alto, basso, destra, sinistra, … ).
Queste informazioni vengono acquisiste ed elaborate dal microcontrollore che le trasforma in particolari “GESTURE†(alfabeto che codifica il movimento del piede) e le invia al dispositivo di trasmissione, che tramite opportuno protocollo trasmetterà all’apparecchio elettronico di destinazione finale.
In particolare, il microcontrollore può decidere (a secondo dell’applicativo implementato) se inviare direttamente i dati ricevuti dai sensori (magari opportunamente “condizionati†) o le informazioni elaborate sulla base dei dati ricevuti dai sensori, in particolare le “GESTURE†.
In Fig.4 la disposizione strutturale dei vari componenti dell’esempio di realizzazione della scarpa à ̈ mostrata in modo molto dettagliato; si vede tra l’altro un cavo che va dal blocco CE al blocco USB e che potrebbe vantaggiosamente essere rimpiazzato con un PCB in Kapton.
Inoltre, l’invenzione si riferisce alle modifiche effettuate sul processo di produzione di una classica calzatura, in modo tale da permettere l’inserimento del sistema elettronico direttamente nella scarpa durante la fase di produzione senza danneggiare il sistema elettronico e modificarne le caratteristiche di comfort, design e bellezza.
Il sistema elettronico appena descritto, e più in generale la circuiteria elettronica e la batteria secondo la presente invenzione, à ̈ vantaggiosamente integrata in una scarpa; ciò può essere fatto per scarpe con diversi tipi di costruzione, in particolare quelli che vanno sotto i nomi di “MONTATO†, “IDEAL†, “TUBOLARE†, “STROBEL†, “VULCANIZZATA†, “GOODYEAR†.
Per l’integrazione perfetta di tutti i possibili componenti si modificano comunque solo alcuni passi della costruzione della scarpa; tali modifiche si comprendono meglio considerando le figure qui annesse, in particolare, Fig.5, Fig.6 e Fig.7.
Le seguito sono elencate e spiegate in modo sintetico tali modifiche
A) Forma di plastica: guardandola nella parte del tallone troviamo la piastra di ferro con un foro ovale al centro, dove al suo interno (nella plastica) ha un ulteriore foro di circa 1 cm di profondità e 1 cm di larghezza; il tutto à ̈ seguito da uno scasso, verso la fine del tacco, (direzione posteriore) di circa 4 mm di larghezza e 4 mm di profondità (vedi disegno forma plastica).
B) Nell’apposito alloggiamento della tomaia posizionare il guscio (di gomma o di plastica) e bloccarlo tramite impuntura; il guscio all'interno contiene un interruttore ON/OFF collegato al connettore USB, che a sua volta à ̈ da collegare tramite un cavo dotato (alla sua estremità ) di un connettore al blocco CE; per evitare che venga danneggiato durante la costruzione, praticare un taglio al centro del contrafforte da dove fuoriuscirà il cavo con il connettore in modo che quando andremo a fare la boetta non darà nessun fastidio alla costruzione tradizionale (vedi disegno tomaia).
C) Soletto di montaggio: praticare un taglio nella zona del tallone e un taglio nella zona della punta, ma non togliere il materiale (vedi disegno soletto di montaggio).
D) Suola: praticare uno foro nella zona del tallone di forma e dimensione uguale al taglio praticato nel soletto di montaggio (vedi disegno suola).
E) Tacco-zeppa: praticare uno scasso o incavo nella zona del tallone corrispondente a quello della suola e di profondità necessaria per alloggiare la PCB CE e batteria (vedi disegno tacco).
F) Soletta: applicare cartone che serve a contrastare il sensore, altrimenti troverebbe il foro del tacco.
G) procedimento di integrazione all’interno della scarpa:
1) bloccare la tomaio con guscio alla forma in plastica
2) posizionare il cavo con il connettore nell'apposito alloggiamento 3) bloccare il soletto di montaggio
4) fare il premontaggio della punta
5) fare le fiancate e la boetta, svetrare
6) togliere dal soletto di montaggio i pezzi di materiale che avevamo tagliato
7) dare il collante sia alla scarpa che alla suola
8) pressare, togliere la forma in plastica dalla scarpa
9) collegare il cavo preveniente dal guscio al blocco CE
10) dare del collante all'interno della scarpa inserire la soletta e pressare 11) inchiodare il tacco e se possibile cucire la tomaia alla suola con la “blackâ€
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Scarpa con suola, tacco e tomaia, dotata di un circuiteria elettronica, in cui la circuiteria elettronica comprende almeno i seguenti componenti: - un microprocessore con memoria per dati e programma, - un primo sensore di pressione posto in detta suola in corrispondenza del avampiede e collegato a detto microprocessore, - un secondo sensore di pressione posto in detta suola in corrispondenza del retropiede e collegato a detto microprocessore, - un sensore accelerometrico collegato a detto microprocessore, - un sensore giroscopico collegato a detto microprocessore, - una interfaccia per comunicazione radio collegata a detto microprocessore; in cui detta scarpa comprende ulteriormente una batteria collegata a detta circuiteria elettronica ed atta a fornirgli alimentazione elettrica, ed in cui detti componenti e detta batteria sono integrati in o associati a detta suola e/o tacco e/o tomaia.
- 2. Scarpa secondo la rivendicazione 1, in cui detta circuiteria elettronica comprende ulteriormente una interfaccia per comunicazione seriale.
- 3. Scarpa secondo la rivendicazione 2, in cui detta batteria à ̈ ricaricabile, in cui detta circuiteria elettronica comprende ulteriormente un circuito di ricarica di batteria collegato in uscita a detta batteria e collegato in ingresso a detta interfaccia per comunicazione seriale.
- 4. Scarpa secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta batteria à ̈ ricaricabile, in cui detta circuiteria elettronica comprende ulteriormente un circuito di ricarica di batteria collegato in uscita a detta batteria e collegato in ingresso ad un induttore atto a ricevere energia elettrica per induzione.
- 5. Scarpa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta circuiteria elettronica comprende ulteriormente un terzo sensore di pressione posto in detta suola in corrispondenza del mesopiede e collegato a detto microprocessore.
- 6. Scarpa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto sensore accelerometrico à ̈ posto in detta suola in corrispondenza del avampiede.
- 7. Scarpa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto sensore giroscopico à ̈ posto in detta suola in corrispondenza del avampiede.
- 8. Scarpa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta circuiteria elettronica comprende un pluralità di sensori di pressione posti in detta suola e distribuiti secondo un schema predeterminato lungo la superficie di detta suola.
- 9. Scarpa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente ulteriormente un connettore elettrico, in particolare un connettore USB, posto esternamente a detta tomaia nella zona posteriore della scarpa.
- 10. Scarpa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta circuiteria elettronica comprende ulteriormente mezzi di memoria nonvolatile che memorizzano un codice identificativo di scarpa.
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