TWI756080B - 智慧自行車鞋 - Google Patents

Abstract

一種智慧自行車鞋包含一承壓單元、至少一力量感測單元，及一運動感測單元。該承壓單元可供使用者穿戴且供使用者踩踏。該等力量感測單元能量測感測位置的受力大小。該運動感測單元包括一運動感測器、一運算模組，及一無線模組。該運算模組接收資訊並進行運算再透過該無線模組發送至一介面單元。本發明藉由將該至少一力量感測單元與該運動感測安裝於可供穿戴的承壓單元，達成便於使用的功效。此外，可以透過該運算模組進行解算，從而直接而精準地得到多元化數據。

Description

智慧自行車鞋

本發明是有關於一種應用於自行車運動的量測裝置，特別是指一種智慧自行車鞋。

騎乘自行車時，騎乘者是透過雙腳踩踏踏板並帶動曲柄轉動，進而驅使輪胎轉動並帶動自行車本身與騎乘者一起向前移動。踩踏時會受到來自於輪胎與地面之間的摩擦力所形成的阻力，因此能產生充足的運動效果。又，為了衡量騎乘者在騎乘過程中的運動強度，市面上出現了各式可以量測踩踏功率的裝置。舉例來說，一種現有的踩踏功率量測裝置包含多個設置在曲柄外表面的應變規，以及一量測曲柄轉動速度的轉速計。透過該等應變規可以得知施加於曲柄的力矩大小，再搭配該轉速計所量測到的轉速進行計算，便能得知騎乘者在騎乘過程中的踩踏功率。踩踏功率較高，通常意味著騎乘者的運動強度較高。因此，有利於騎乘者或是教練掌握訓練狀況，而能協助訂定運動計劃。特別是在職業級的賽事之中，數據化的訓練資料可以為選手帶來明確的目標，有機會在賽場之外預先構築優勢。

然而，前述現有的踩踏功率量測裝置的缺點在於：應變規必須永久性地黏固於曲柄才能夠量測曲柄的應變，因此若要將應變規從曲柄移除則會使應變規損壞而無法再度使用。同一人若擁有多輛自行車，便必須在每一輛自行車皆安裝該現有的踩踏功率量測裝置。或者，必須在更換自行車時，將原本自行車的曲柄卸下並重新安裝在另一自行車，使用上相當麻煩。此外，以應變規進行表面量測時，容易受環境、機構、材料等因素影響而需要經常校正。校正完畢後，仍容易受到環境因素的影響而再度失去準確性。又，應變規使用時必須維持在通電狀態，本身的電阻較大耗電量高，容易導致整體裝置的續航力不足。

因此，本發明的目的，即在提供一種便於使用且可提供多元化數據的智慧自行車鞋。

於是，本發明智慧自行車鞋，適用於與一介面單元訊號連接。該智慧自行車鞋包含一承壓單元、至少一力量感測單元，及一運動感測單元。

該承壓單元可供使用者穿戴且供使用者踩踏。該至少一力量感測單元安裝於該承壓單元並界定出一感測位置且承受該使用者踩踏時所產生的一足部施力而量測該感測位置的受力大小並產生一施力資訊。該至少一力量感測單元為不會耗電且受力會發電 的壓電薄膜並根據該足部施力產生至少一施力資訊

該運動感測單元安裝於該承壓單元並與該至少一力量感測單元電性連接。該運動感測單元包括一用於感測三軸加速度與三軸角加速度並產生一運動資訊的運動感測器、一用於執行運算的運算模組，及一用於無線傳輸的無線模組。該運算模組接收該等施力資訊與該運動資訊並進行運算而產生一輸出資訊。該無線模組接收該輸出資訊並將該輸出資訊發送至該介面單元。

本發明的功效在於：藉由將該至少一力量感測單元與該運動感測安裝於可供穿戴的承壓單元，達成便於使用的功效。此外，由於該輸出資訊是根據該等施力資訊與該運動資訊運算而得到的，可以直接而精準地得到多元化數據。

1:承壓單元

2:力量感測單元

3:運動感測單元

31:運動感測器

32:運算模組

33:無線模組

9:介面單元

S1:施力資訊

S2:運動資訊

S3:輸出資訊

R:環繞路徑

F:施力於踏板的力道F

Ft:沿著切線方向施加的力道

Fr:沿著徑向施加的力道

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明智慧自行車鞋的一實施例的一結構示意圖；圖2是該實施例的一系統架構圖；圖3是分析踩踏於自行車的踏板時所施加的力道的一示意圖；及圖4是該實施例的另一變化態樣的一結構示意圖。

參閱圖1與圖2，本發明智慧自行車鞋的一實施例，適用 於與一介面單元9訊號連接。該智慧自行車鞋包含一承壓單元1、四力量感測單元2，及一運動感測單元3。

該承壓單元1可供使用者穿戴且供使用者踩踏。本領域的技術人員可以依據需求選用適當的元件做為該承壓單元1。舉例來說，該承壓單元1可以是一鞋子的鞋墊、一鞋子的中底或一鞋子的大底。又，在本實施例中該承壓單元1的數目為一，但只是舉例而言，在其他的變化例子中也可以是二、三或四以上。

該等力量感測單元2安裝於該承壓單元1並分別界定出各自的感測位置且承受該使用者踩踏時所產生的一足部施力而能量測各自的感測位置的受力大小。每一力量感測單元2根據該足部施力產生一施力資訊S1。本實施例中，該等力量感測單元2為不會耗電且受力會發電的壓電薄膜，使得本實施例能夠持久使用。詳細來說，壓電薄膜會因為受力而自行發電且發電電壓與所受的力成線性可計算。因此，可以藉由所產生的發電電壓大小來測知該足部施力的大小。但是此處只是舉例而言，該等力量感測單元2也可以是感壓薄膜，但是需要供電給感壓薄膜才能進行量測。又，在本實施例中該等力量感測單元2的數目為四，但只是舉例而言，在其他的變化態樣中也可以是一、二、三或五以上。

值得注意的是，在本實施例中該等力量感測單元2所分布的位置對應於使用者的前腳掌。此種設計的巧思在於：由於使用者 踩踏於自行車的踏板時，多半是透過前腳掌施力。因此，將該等力量感測單元2布置於腳跟處的實際效益其實不大。將該等力量感測單元2布置的區域限定在前腳掌不只不會影響準確度，還可以減少該等力量感測單元2的數量，有效減少製造成本。

此外，同時採用多個力量感測單元2可以分別界定出不同的感測位置。因此，當收到來自不同的力量感測單元2所產生的施力資訊S1時，便可以得知不同感測位置的受力情形，經由分析可得知主要施力位置與力量，以及各感測位置的施力變化進而調整踩踏施力方式。

該運動感測單元3安裝於該承壓單元1並與該等力量感測單元2電性連接。該運動感測單元3包括一用於感測三軸加速度與三軸角加速度並產生一運動資訊S2的運動感測器31、一用於執行運算的運算模組32，及一用於無線傳輸的無線模組33。該運算模組32接收該等施力資訊S1與該運動資訊S2並進行運算而產生一輸出資訊S3。該無線模組33接收該輸出資訊S3並將該輸出資訊S3發送至該介面單元9。

詳細來說，該運動感測器31具有一個三軸加速度計與一個三軸陀螺儀，因此可以感測到三軸加速度與三軸角加速度，使得該運動資訊S2含有三軸加速度資料與三軸角加速度資料。

本實施例中，該運算模組32為一單晶片微控制器 (microcontroller,MCU)，因此可以透過該等施力資訊S1與該運動資訊S2直接而精準地解算出多元化的數據資料。也就是說，該輸出資訊S3含有切線方向施力資料、徑向施力資料、踩踏頻率資料、踩踏功率資料...等等。但是該運算模組32也可以是其他具備運算能力的裝置，不應以此為限。

要說明的是，參閱圖3，由於踏板是沿著一環繞路徑R進行圓周運動。施力於踏板的力道F之中，只有沿著切線方向施加的力道Ft可以有效地轉化為力矩，沿著徑向施加的力道Fr則無助於自行車前進。因此，需要先將所量測到的該足部施力轉化為切線方向施力資料與徑向施力資料，再將切線方向施力資料轉化為力矩，最終再以力矩搭配踩踏頻率資料進行運算而得到踩踏功率資料。

本實施例中，該無線模組33為一藍芽傳輸模組，該介面單元9為一智慧型手機。但此處只是舉例而言，不應以此為限。舉例來說，該無線模組33也可以是一紅外線傳輸模組、一無線電模組、一近場通訊模組(Near Field Communication,NFC)...等等。該介面單元9也可以是一智慧型車錶、一智慧型手表或其他智慧型裝置。

如此一來，本實施例便可以搭配網際網路、應用程式(APP)或全球定位系統(GPS)使用，使得使用者在了解騎乘路線、騎乘距離、天候狀況等資訊的同時，也能同步了解即時的訓練數 據，例如：切線方向施力、徑向施力、踩踏頻率、踩踏功率...等等，或者截至目前為止的統計資料，例如：所消耗的卡路里、功能性閾值功率(FTP)...等等。

還要說明的是，本實施例中該運動感測單元3所設置的位置對應於使用者足弓中的內側縱弓(如圖1所示)。此種設計的巧思在於：一般來說，踩踏於平整的地面時，內側縱弓下方與地面之間會留有空隙。因此，相較於其他位置來說，將該運動感測單元3設置在前述空隙比較不會妨礙使用者行走，而且該運動感測單元3也比較不容易因為行走時的衝擊力而損壞。

又，在另一變化態樣中該運動感測單元3所設置的位置對應於使用者的足後踵(如圖4所示)。此種設計的巧思在於：當使用者欲取下該運動感測單元3或是更換其部件(例如更換電池)時較為容易。此外，許多種類的鞋子原本便在足後踵的位置設計有緩衝的部位，本實施例也可以埋設在前述緩衝的部位之中，防止因為行走時的衝擊力而損壞。

要特別強調的是，與先前技術相較，本實施例可供使用者穿戴，因此在騎乘不同的自行車或室內健身車時，皆能使用同一裝置而不需要拆卸或安裝，大幅提升便利性。此外，只要針對不同的自行車設定曲柄長度(踏板繞行的半徑大小)，便能直接而精準地解算出多元化的數據資料，讓使用者可以更仔細地了解運動情況。 又，可以將該等力量感測單元2與該運動感測單元3埋設於該承壓單元1內部，使得該等力量感測單元2與該運動感測單元3較不易受到環境因素干擾而能避免多次校調。

綜上所述，本發明智慧自行車鞋，藉由將該等力量感測單元2與該運動感測安裝於可供穿戴的承壓單元1，達成便於使用的功效。此外，由於該輸出資訊S3是根據該等施力資訊S1與該運動資訊S2運算而得到的，可以直接而精準地得到多元化數據，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

1:承壓單元

2:力量感測單元

3:運動感測單元

Claims (8)

1. 一種智慧自行車鞋，適用於與一介面單元訊號連接，該智慧自行車鞋包含：一承壓單元，可供使用者穿戴且供使用者踩踏；至少一力量感測單元，安裝於該承壓單元並界定出一感測位置且承受該使用者踩踏時所產生的一足部施力而能量測該感測位置的受力大小，該至少一力量感測單元為不會耗電且受力會發電的壓電薄膜並根據該足部施力產生至少一對應於該感測位置的施力資訊；及一運動感測單元，安裝於該承壓單元並與該至少一力量感測單元電性連接，該運動感測單元包括一用於感測三軸加速度與三軸角加速度並產生一運動資訊的運動感測器、一用於執行運算的運算模組，及一用於無線傳輸的無線模組，該運算模組接收該至少一施力資訊與該運動資訊並進行運算而產生一輸出資訊，該無線模組接收該輸出資訊並將該輸出資訊發送至該介面單元。
2. 如請求項1所述的智慧自行車鞋，其中，該承壓單元為一鞋子的鞋墊、一鞋子的中底或一鞋子的大底其中一者。
3. 如請求項1所述的智慧自行車鞋，其中，該運動感測單元所設置的位置對應於使用者足弓中的內側縱弓。
4. 如請求項1所述的智慧自行車鞋，其中，該運動感測單元所設置的位置對應於使用者的足後踵。
5. 如請求項1所述的智慧自行車鞋，其中，該運算模組所產生的輸出資訊含有切線方向施力資料。
6. 如請求項1所述的智慧自行車鞋，其中，該運算模組所產生的輸出資訊含有徑向施力資料。
7. 如請求項1所述的智慧自行車鞋，其中，該運算模組所產生的輸出資訊含有踩踏頻率資料。
8. 如請求項1所述的智慧自行車鞋，其中，該運算模組所產生的輸出資訊含有踩踏功率資料。

Images