TWI615128B - 用於鞋類之動態氣壓感測系統 - Google Patents

Description

用於鞋類之動態氣壓感測系統

本發明是有關一種用於鞋類之動態氣壓感測系統，特別是包含一種能夠應用於任何具有氣墊部位的鞋具內、且能夠進行分析出鞋具觸地期間的即時運動資訊、並可顯示於一使用者可接收的載具上之動態氣壓感測系統。

隨著穿戴式科技的進步，許多運動族群透過不同形式的佩戴方式(例如：手環式、腰間夾具等等)開始配戴各式感測器，透過感測器測量走路和跑步時的身體活動量也漸漸成為一種趨勢。

但不同的活動型態，身體各部位產生的加速度就不同，所以在測量身體活動量時要按照活動型態去決定感測器的放置位置，針對跑步為研究議題的研究中，放置於身體不同部位之感測器訊號來量測跑步之身體活動量，結果發現若以所有加速度之總合來看，位於腳踝之加速度數據與身體活動量有最高之相關性。除了加速度之外，足部受力也是非常重要的一項因子。

因此，若能夠於一鞋具上置放一動態氣壓感測裝置，該動態氣壓感測裝置能夠利用足底氣壓感測來得知活動過程中的足部受力變化，以足底氣壓變化評估足部與接觸表面的地面反作用力變化，透過這樣的方式能獲得精準的演算方式來評估身體活動量，除此之外，利用足底氣壓的動態變化協助，更能夠有效預防運動傷害。因此，本發明應為一最佳解決方案。

本發明係關於一種用於鞋類之動態氣壓感測系統，係能夠應用於任何具有氣墊部位的鞋具內，並以高擷取頻率的方式擷取數據後，再根據波形變化量及高度變化量來即時分析計算每一步的足部受力情形、避震相關能力、負荷量及動作型式，且更能夠將運算結果顯示於一使用者可接收的載具上，以進行即時運動資訊之提供與顯示。

本發明係關於一種用於鞋類之動態氣壓感測系統，係能夠透過一壓力感測模組感測出鞋具的即時氣壓變化，並透過即時氣壓變化則能夠進一步知道活動步數、活動過程中每分鐘的步頻。

一種用於鞋類之動態氣壓感測系統，係包含：一動態氣壓感測裝置，係能夠設置於一鞋具內，而該動態氣壓感測裝置係包含：至少一壓力感測模組，係用以偵測該鞋具的氣體壓力變化數據，而該氣體壓力變化數據係至少包含於一段持續時間下的氣體壓力波形；一處理模組，係與該壓力感測模組電性連接，用以控制該壓力感測模組進行運作，而該壓力感測模組能夠將鞋具的氣體壓力變化數據傳送至該處理模組，而該處理模組能夠藉由該氣體壓力變化數據，至少運算出於運動過程中的足部受力情形，其中該足部受力情形係藉由該氣體壓力波形中的峰值進行判斷分析；一傳輸模組，係與該處理模組電性連接，用以將該處理模組所運算後的結果傳輸出去；以及一使用者可接收的載具，係能夠接收該傳輸模組所傳輸之運算後的結果，並顯示以提供即時運動資訊。

更具體的說，所述處理模組更包含有一足部受力情形分析單元，該足部受力情形分析單元能夠擷取該鞋具觸地期間之氣體壓力波形中的峰值大 小，來進行計算將該鞋具觸地期間所得到撞擊負荷的最大作用力，用以判斷觸地過程中的足部受力情形。

更具體的說，所述處理模組更包含有一與該足部受力情形分析單元相連接之平均負荷率分析單元，該平均負荷率分析單元能夠擷取該鞋具觸地開始到該氣體壓力之峰值出現之間的時間差，並定義為一峰值發生時間，而該平均負荷率分析單元能夠進一步將該氣體壓力之峰值大小除以該峰值發生時間，則能夠取得該平均負荷率，該平均負荷率係為該鞋具觸地開始到該氣體壓力之峰值的斜率值。

更具體的說，所述處理模組更包含有一與該足部受力情形分析單元及該平均負荷率分析單元相連接之負荷量分析單元，該負荷量分析單元能夠透過該峰值發生時間及該氣體壓力之峰值大小，進行運算出該鞋具觸地開始到第一峰值過程中的曲線下面積，並用以藉由該曲線下面積來評估負荷量。

更具體的說，所述使用者可接收的載具係為一手持智慧型裝置，而該手持智慧型裝置能夠安裝有一應用程式，該應用程式能夠進行接收該傳輸模組所傳輸之運算後的結果，並進行顯示於該應用程式上，以由該應用程式提供即時運動資訊。

一種用於鞋具之動態氣壓感測系統，係包含一動態氣壓感測裝置，係能夠設置於一鞋具內，而該動態氣壓感測裝置係包含：至少一壓力感測模組，係用以偵測該鞋具的氣體壓力變化數據，而該氣體壓力變化數據係至少包含於一段持續時間下的氣體壓力波形；一處理模組，係與該壓力感測模組電性連接，用以控制該壓力感測模組進行運作，而該壓力感測模組能夠將鞋具的氣體壓力變化數據傳送至該處理模組；一傳輸模組，係與該處理模組電性連接， 用以將該處理模組所接收之氣體壓力變化數據傳輸出去；以及一使用者可接收的載具，係用以顯示提供即時運動資訊，該使用者可接收的載具係能夠接收該傳輸模組所傳輸之氣體壓力變化數據，並進行運算出於運動過程中的足部受力情形，而該足部受力情形係藉由該氣體壓力波形中的峰值進行判斷分析。

更具體的說，所述使用者可接收的載具係為一手持智慧型裝置，而該手持智慧型裝置能夠安裝有一應用程式，該應用程式能夠進行接收該傳輸模組所傳輸之氣體壓力變化數據，並藉由該氣體壓力變化數據，進行運算與顯示提供至少包該足部受力情形之即時運動資訊。

更具體的說，所述應用程式內更包含有一足部受力情形分析單元，該足部受力情形分析單元能夠擷取該鞋具觸地期間之氣體壓力波形中的峰值大小，來進行計算將該鞋具觸地期間所得到撞擊負荷的最大作用力，用以判斷觸地過程中的足部受力情形。

更具體的說，所述應用程式內更包含有一與該足部受力情形分析單元相連接之平均負荷率分析單元，該平均負荷率分析單元能夠擷取該鞋具觸地開始到該氣體壓力之峰值出現之間的時間差，並定義為一峰值發生時間，而該平均負荷率分析單元能夠進一步將該氣體壓力之峰值大小除以該峰值發生時間，則能夠取得該平均負荷率，該平均負荷率係為該鞋具觸地開始到該氣體壓力之峰值的斜率值。

更具體的說，所述應用程式內更包含有一與該足部受力情形分析單元及該平均負荷率分析單元相連接之負荷量分析單元，該負荷量分析單元能夠透過該峰值發生時間及該氣體壓力之峰值大小，進行運算出該鞋具觸地開始到第一峰值過程中的曲線下面積，並用以藉由該曲線下面積來評估負荷量。

1‧‧‧動態氣壓感測裝置

11‧‧‧壓力感測模組

12‧‧‧處理模組

121‧‧‧足部受力情形分析單元

122‧‧‧平均負荷率分析單元

123‧‧‧負荷量分析單元

132‧‧‧踩踏力量分析單元

14‧‧‧傳輸模組

2‧‧‧使用者可接收的載具

21‧‧‧應用程式

211‧‧‧足部受力情形分析單元

212‧‧‧平均負荷率分析單元

213‧‧‧負荷量分析單元

3‧‧‧鞋具

31‧‧‧氣墊區

[第1圖]係本發明用於鞋類之動態氣壓感測系統之整體架構示意圖。

[第2圖]係本發明用於鞋類之動態氣壓感測系統之動態氣壓感測裝置之內部架構示意圖。

[第3圖]係本發明用於鞋類之動態氣壓感測系統之動態氣壓感測裝置之處理模組之內部架構示意圖。

[第4圖]係本發明用於鞋類之動態氣壓感測系統之動態氣壓感測裝置之另一實施之使用者可接收的載具之內部架構示意圖。

[第5圖]係本發明用於鞋類之動態氣壓感測系統之動態氣壓感測裝置之實施應用示意圖。

[第6圖]係本發明用於鞋類之動態氣壓感測系統之動態氣壓感測裝置之氣體壓力分析示意圖。

有關於本發明其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚呈現。

請參閱第1~3圖，為本發明用於鞋類之動態氣壓感測系統之整體架構示意圖、動態氣壓感測裝置之內部架構示意圖及處理模組之內部架構示意圖，由圖中可知，該用於鞋類之動態氣壓感測系統係包含一動態氣壓感測裝置1及一使用者可接收的載具2，其中該動態氣壓感測裝置1係能夠置放於一鞋具的 氣墊區內，該動態氣壓感測裝置1係包含一壓力感測模組11、一處理模組12及一傳輸模組13，其中該壓力感測模組11係用以偵測該鞋具的氣體壓力變化數據，而該氣體壓力變化數據係至少包含於一段持續時間下的氣體壓力波形；而該處理模組12則是用以控制該壓力感測模組11進行運作，而該壓力感測模組11能夠將鞋具的氣體壓力變化數據傳送至該處理模組12，而該處理模組12係包含有一足部受力情形分析單元121、一平均負荷率分析單元122及一負荷量分析單元123，因此該處理模組12能夠藉由該氣體壓力變化數據，運算出於運動過程中的足部受力情形、平均負荷率及負荷量；其中該足部受力情形分析單元121能夠擷取該鞋具觸地期間之氣體壓力波形中的峰值大小，來進行計算將該鞋具觸地期間所得到撞擊負荷的最大作用力，用以判斷觸地過程中的足部受力情形；而該平均負荷率分析單元122能夠擷取該鞋具觸地開始到該氣體壓力之峰值出現之間的時間差，並定義為一峰值發生時間，而該平均負荷率分析單元122能夠進一步將該氣體壓力之峰值大小除以該峰值發生時間，則能夠取得該平均負荷率(該平均負荷率係為該鞋具觸地開始到該氣體壓力之峰值的斜率值)；而該負荷量分析單元123能夠透過該峰值發生時間及該氣體壓力之峰值大小，進行運算出該鞋具觸地開始到第一峰值過程中的曲線下面積，並用以藉由該曲線下面積來評估過程中的負荷量；而當運動過程中的足部受力情形、平均負荷率及負荷量運算出來之後，該處理模組12更能夠將所運算後的結果、透過該傳輸模組13傳輸至一使用者可接收的載具2上，以由該使用者可接收的載具2能夠顯示以提供即時運動 資訊；而該使用者可接收的載具2係能夠為一手持智慧型裝置，且該手持智慧型裝置能夠安裝有一應用程式21，該應用程式21則能夠顯示以提供即時運動資訊，然而如第4圖所示，該應用程式21亦能夠設置有一足部受力情形分析單元211、一平均負荷率分析單元212及一負荷量分析單元213，而該足部受力情形分析單元211、平均負荷率分析單元212及負荷量分析單元213之運作模式如上所述，故不再重覆贅述。

其中，若是該處理模組12及該應用程式21皆具有運算足部受力情形、平均負荷率及負荷量運算之能力，該處理模組12能夠選擇自行運算足部受力情形、平均負荷率及負荷量運算，或是將該鞋具的氣體壓力變化數據傳送至該應用程式21，以由該應用程式21進行運算；其中，若是僅有該處理模組12具有運算足部受力情形、平均負荷率及負荷量運算之能力，則由該處理模組12運算出足部受力情形、平均負荷率及負荷量運算後，再將其運算結果傳送給該應用程式21；若是僅有該應用程式21具有運算足部受力情形、平均負荷率及負荷量運算之能力，則由該處理模組12將鞋具的氣體壓力變化數據傳送至該應用程式21，以由該應用程式21進行運算。

而如第5圖所示，該動態氣壓感測裝置1係設置於一鞋具3之氣墊區31內，並透過該動態氣壓感測裝置1感測得到該鞋具3之氣體壓力變化數據，其中該氣體壓力變化數據係至少包含於一段持續時間下的氣體壓力波形，而該氣體壓力波形則如第6圖所示(由於當鞋具3觸地時、會擠壓該氣墊區31以造成壓力上升，但鞋具3不可能一直保持擠壓狀態，當鞋具3離地時、該氣墊區31則會 受到釋放而造成壓力下降，故會有氣體壓力波形的產生)

再由第6圖中可知，氣體壓力波形中係產生複數個峰值，其中當該鞋具3觸地開始到該氣體壓力之峰值出現之間的時間差(峰值發生時間)為46(x0.02秒)時，能夠得到氣體壓力之峰值大小為1.150(atm)，而為了要求出該鞋具3觸地期間所得到撞擊負荷的最大作用力，則必須再透過一轉換公式(F=△P*k+q=768N)，將最大氣體壓力推導出觸地過程中的足部受力情形，其中k常數隨使用者重量改變、q為定值(使用者體重以及環境溫度等條件，會影響氣壓的基準值，因此k與q會隨實際狀況而改變)，而△P則是峰值之氣體壓力大小-未受力時的氣體壓力基準值，以本實施例來看，△P=1.150atm-1.018atm=0.132atm(1.018atm為未受力時的氣體壓力基準值)，而取得△P後，能夠透過轉換公式(F=0.132atm*k+q，其中k為假設為700，q假設為675.6)，經過轉換後能取得該鞋具3在觸地期間受到地面反作用力768N(牛頓)的受力情形。

之後，能夠進一步將該氣體壓力之峰值大小除以該峰值發生時間(斜率算法)，則能夠取得該平均負荷率，該平均負荷率則是為該鞋具3觸地開始到該氣體壓力之峰值的斜率值，例如當氣體壓力之峰值大小為1.150(atm)、而峰值發生時間為46(x0.02秒)時，透過換算則能夠計算出平均負荷率為834.78N/s(目前舉例依據條件假設k為700，q為675.6，透過F=0.132atm*k+q的公式將1.150atm轉換為力量768N(牛頓)，在進行負荷率的計算，768N/(46*0.02s)=834.78N/s)，該參數意義為氣體壓力隨時間變化率，為評估鞋具避震效果的參數之一；之後，更能夠進行計算鞋具觸地開始到第一峰值過程中的曲線下面積，該曲線下面積則能夠用以評估人體在著地過程中的負荷量，例如當氣體 壓力之峰值大小為1.148(atm)、而峰值發生時間為45(x0.02秒)時，透過換算則能夠計算出負荷量為304.28N．s(目前舉例依據條件假設k為700，q為675.6，透過F=0.132atm*k+q的公式將氣體壓力(atm)轉換為力量(N牛頓)，再進行曲線下面積積分的計算，

，t1為鞋具觸地開始的時間點，t2為第一峰值發生的時間點)。

本發明所提供之用於鞋類之動態氣壓感測系統，與其他習用技術相互比較時，其優點如下：

(1)本發明能夠應用於任何具有氣墊部位的鞋具內，並以高擷取頻率的方式擷取數據後，再根據波型變化量及高度變化量來即時分析計算每一步的足部受力情形、避震相關能力及負荷量，且更能夠將運算結果顯示於一使用者可接收的載具上，以進行即時運動資訊之提供與顯示。

(2)本發明能夠透過一壓力感測模組感測出鞋具的即時氣壓變化，並透過即時氣壓變化則能夠進一步知道活動步數、活動過程中每分鐘的步頻。

(3)本發明能夠用以評估日常生活的負荷量，更能準確檢測運動過程中足部受力撞擊、足底壓力變化或著地型態等運動過程中的細節，後續將相關數據上傳雲端資料庫平台運算，集結不同使用者的運動資訊建立大數據資料庫，建立路跑系統，提供黃金配速曲線、學習跑步系統或是健行指標，提供給更多使用者，透過系統的學習增強運動表現。

本發明已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此一技術領域具有通常知識者，在瞭解本發明前述的技術特徵及實施例，並在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。

1‧‧‧動態氣壓感測裝置

2‧‧‧使用者可接收的載具

3‧‧‧鞋具

31‧‧‧氣墊區

Claims (5)

1. 一種用於鞋具之動態氣壓感測系統，係包含：一動態氣壓感測裝置，係能夠設置於一鞋具內，而該動態氣壓感測裝置係包含：至少一壓力感測模組，係用以偵測該鞋具的氣體壓力變化數據，而該氣體壓力變化數據係至少包含於一段持續時間下的氣體壓力波形；一處理模組，係與該壓力感測模組電性連接，用以控制該壓力感測模組進行運作，而該壓力感測模組能夠將鞋具的氣體壓力變化數據傳送至該處理模組，而該處理模組能夠藉由該氣體壓力變化數據，至少運算出於運動過程中的足部受力情形，其中該足部受力情形係藉由該氣體壓力波形中的峰值進行判斷分析，其中該處理模組更包含有一足部受力情形分析單元及一與該足部受力情形分析單元相連接之平均負荷率分析單元，該足部受力情形分析單元能夠擷取該鞋具觸地期間之氣體壓力波形中的峰值大小，來進行計算將該鞋具觸地期間所得到撞擊負荷的最大作用力，用以判斷觸地過程中的足部受力情形，而該平均負荷率分析單元能夠擷取該鞋具觸地開始到該氣體壓力之峰值出現之間的時間差，並定義為一峰值發生時間，而該平均負荷率分析單元能夠進一步將該氣體壓力之峰值大小除以該峰值發生時間，則能夠取得該平均負荷率，該平均負荷率係為該鞋具觸地開始到該氣體壓力之峰值的斜率值；一傳輸模組，係與該處理模組電性連接，用以將該處理模組所運算後的結果傳輸出去；以及一使用者可接收的載具，係能夠接收該傳輸模組所傳輸之運算後的結果，並顯示以提供即時運動資訊。
2. 如請求項1所述之用於鞋具之動態氣壓感測系統，其中該處理模組更包含有一與該足部受力情形分析單元及該平均負荷率分析單元相連接之負荷量分析單元，該負荷量分析單元能夠透過該峰值發生時間及該氣體壓力之峰值大小，進行運算出該鞋具觸地開始到第一峰值過程中的曲線下面積，並用以藉由該曲線下面積來評估負荷量。
3. 如請求項1所述之用於鞋具之動態氣壓感測系統，其中該使用者可接收的載具係為一手持智慧型裝置，而該手持智慧型裝置能夠安裝有一應用程式，該應用程式能夠進行接收該傳輸模組所傳輸之運算後的結果，並進行顯示於該應用程式上，以由該應用程式提供即時運動資訊。
4. 一種用於鞋具之動態氣壓感測系統，係包含：一動態氣壓感測裝置，係能夠設置於一鞋具內，而該動態氣壓感測裝置係包含：至少一壓力感測模組，係用以偵測該鞋具的氣體壓力變化數據，而該氣體壓力變化數據係至少包含於一段持續時間下的氣體壓力波形；一處理模組，係與該壓力感測模組電性連接，用以控制該壓力感測模組進行運作，而該壓力感測模組能夠將鞋具的氣體壓力變化數據傳送至該處理模組；一傳輸模組，係與該處理模組電性連接，用以將該處理模組所接收之氣體壓力變化數據傳輸出去；一使用者可接收的載具，係用以顯示提供即時運動資訊，該使用者可接收的載具係能夠接收該傳輸模組所傳輸之氣體壓力變化數據，並進行運算出於運動過程中的足部受力情形，而該足部受力情形係藉由該氣體壓力波形中的峰值進行判斷分析，而該使用者可接收的載具係為一手持智慧型裝置，該手持智慧型裝 置能夠安裝有一應用程式，該應用程式能夠進行接收該傳輸模組所傳輸之氣體壓力變化數據，並藉由該氣體壓力變化數據，進行運算與顯示提供至少包該足部受力情形之即時運動資訊，其中該應用程式內更包含有一足部受力情形分析單元及與該足部受力情形分析單元相連接之平均負荷率分析單元，該足部受力情形分析單元能夠擷取該鞋具觸地期間之氣體壓力波形中的峰值大小，來進行計算將該鞋具觸地期間所得到撞擊負荷的最大作用力，用以判斷觸地過程中的足部受力情形，而該平均負荷率分析單元能夠擷取該鞋具觸地開始到該氣體壓力之峰值出現之間的時間差，並定義為一峰值發生時間，而該平均負荷率分析單元能夠進一步將該氣體壓力之峰值大小除以該峰值發生時間，則能夠取得該平均負荷率，該平均負荷率係為該鞋具觸地開始到該氣體壓力之峰值的斜率值。
5. 如請求項4所述之用於鞋具之動態氣壓感測系統，其中該應用程式內更包含有一與該足部受力情形分析單元及該平均負荷率分析單元相連接之負荷量分析單元，該負荷量分析單元能夠透過該峰值發生時間及該氣體壓力之峰值大小，進行運算出該鞋具觸地開始到第一峰值過程中的曲線下面積，並用以藉由該曲線下面積來評估負荷量。