TWI776367B - 足壓感測系統 - Google Patents

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Abstract

本發明目的在於提供一種足壓感測系統，其係位於一鞋底，該鞋底包括至少一第一層以及至少一第二層，所述足壓感測系統包括複數個感測器；複數個凸部；複數個連接部；至少一處理器；以及至少一儲存器，其中該至少一處理器與該至少一儲存器連接，並經組態以連接該複數個感測器；該複數個感測器係經組態形成該至少一第一層；及該複數個凸部及該複數個連接部係經組態形成該至少一第二層。如此一來，本足壓感測系統可利用凸部的對準設置來輔助感測器進行壓力檢測，故可獲得更準確的壓力讀數；並且，提升所述系統的資料有效性。

Description

足壓感測系統
本發明係為一種感測系統，特別係指一種用於足壓感測之感測系統。
近年來輔助步態矯正裝置的盛行，將感測器設置在鞋內部(或底部)的情形係愈來愈普遍，通常係透過感測器檢測人體足部的壓力量值來實現對矯正或檢測資訊的搜集。一般來說，所述資訊的精準度係與感測器的數量相關(即感測器數量愈多，將愈容易獲得接近人體實際步態的資訊)，但是基於成本考量，目前市售的相關產品大多僅利用設置於足後跟位置的單一個感測器來進行，因此，當使用者需要更完整的矯正或檢測資訊時(如輔助肢體障礙的人士進行步態訓練時)，前述的相關產品並無法確實地符合所需，而有待改善。
另外，雖然有少部份的產品會依使用者需求來進行感測器的設置，但是由於沒有相關配置邏輯(即作業規範)的產生，故無法普及化。而其中能夠被普及的產品通常係利用在鞋底佈滿感測器來達成，惟此類產品的成本較昂貴，亦非一般使用者能夠負擔。
為解決上述至少一問題，本發明部份實施例提出一種感測系統，特別係指一種用於足壓感測之感測系統，其具備可以即時且精準地對鞋底之壓力情形進行計算的優點。具體而言，其利用凸部的對準設置來輔助感測器進行壓力檢測，故可獲得更準確的壓力讀數；並且，提升所述系統的資料有效性。
本發明至少一實施例為一種足壓感測系統，其係位於一鞋底，該鞋底包括至少一第一層以及至少一第二層，所述足壓感測系統包括複數個感測器；複數個凸部；複數個連接部；至少一處理器；以及至少一儲存器，其中該至少一處理器與該至少一儲存器連接，並經組態以連接該些個感測器；該複數個感測器係經組態形成該鞋底的至少一第一層；及該複數個凸部及該複數個連接部係經組態形成位於該至少一第一層上方、下方的至少一第二層。
本發明至少一實施例的特徵在於所述足壓感測系統的分割程序。在部份情況下，為更準確定義需要計算的足底位置，所述系統更包括：複數個區域，其中任一該區域係分割自該至少一第一層及該至少一第二層，並至少包括任一該凸部及其對準的任一該感測器。
以上對本發明之簡述，目的在於對本發明之數種面向和技術特徵作一基本說明，發明簡述並非對本發明的詳細表述，因此其目的不在特別列舉本發明的關鍵性或重要元件，也不是用來界定本發明的範圍，僅為以簡明的方式呈現本發明之數種概念而已。
為能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖。
本發明係至少一實施例係關於一種感測系統，特別係指一種用於足壓感測之感測系統。
請參見圖1，圖1為本發明足壓感測系統部份實施例的示意圖。本實施例的足壓感測系統1係位於一鞋底2，並包括複數個感測器11；複數個凸部21；複數個連接部23；至少一處理器30以及至少一儲存器40，其中處理器30與儲存器40連接並經組態以連接該些個感測器11；該些個感測器11係經組態形成鞋底2的至少一第一層10；及該些個凸部21及該些個連接部23係經組態形成位於第一層10上方的至少一第二層20。
以下，為便於說明，將如圖1所示般，假定第二層20係位於第一層10的上方；惟除此組態外，本發明亦可基於實際需求而選擇將第二層20設在第一層10的下方；或第一層10的上方與下方(即當第二層20為複數個時)。
在圖1中，每個凸部21為對準至少一部份的感測器11，此時，所述的感測器11可以使用電阻式壓力感測器(如壓敏電阻或力敏電阻)、電容式壓力感測器(capacitive sensor)或應變規(strain gauge, SG)感測器中的任意者來提供觸及鞋底2之足底(Plantar)的壓力讀數，例如，可應用巨承科技股份有限公司的A201單點壓力感測器、麥思科技有限公司的A201薄膜型力量感測器。應注意的是，雖然在本實施例中僅使用壓力感測器，但是不限於此；在其他實際應用中，亦可以結合其他種類的感測器(諸如陀螺儀或加速度感測器)來輔助提供不同的的運動讀數，例如，步數計數、步行時間或其他檢測讀數。
除此之外，本案並不對前述感測器11的數量作限定，其具體數量可依照鞋底2的尺寸大小而靈活擇定。又，出於論述之目的，於下述實施例中，將假定感測器11為大於一個的任何數量，用於獲得所述足底於觸及鞋底2時在不同位置的壓力讀數。如此，處理器30僅要通過估計該些壓力讀數，即可獲得不同時間點的足底重心；及基於該些足底重心繪製路徑圖(如重心路徑圖)或提供評估參數(如重心偏移標準差及/或角度)。但此僅為一實例，且所述壓力讀數的用途不限於此。
如圖1所示，本實施例的處理器30係被配設於鞋底2內部或周圍；並經組態可藉由有線及/或無線連接一個以上的前述感測器11，用於獲得同一壓力施加在鞋底2不同位置時的不同檢測讀數(即壓力讀數)，其中對於處理器30的配設位置，亦不限於圖1所示之例，例如亦可將處理器30配設於鞋底2對應足底足弓的凹槽處。具體上，處理器30被設計成將基於感測器11輸出的至少一第一訊號，產生回應鞋底2之壓力情形的至少一第二訊號，此時，第一訊號係指感測器11藉由足底施加至鞋底2的壓力量值形成的電訊號；及第二訊號係將用於表示此電訊號對應的壓力讀數；並且，於處理期間，所述處理器30將可藉由組態而與儲存器40通訊儲存/擷取操作相關的資料(如壓力讀數或檢測讀數等)。需說明的是，儘管此處並未明確界定處理器30及儲存器40的型號和/或種類，但本領域中通常知識者將可容易理解圖1的處理器30可為任何處理器、控制器或其他為實現計算的組件組合或配置(諸如微控制器(microcontroller Unit, MCU)或微處理器(Central Processing Unit, CPU))；以及儲存器40可為任何型態的固定或可隨機移動儲存器，其係經組態以用於儲存處理器30可能需要操作的任何類型資訊；或者可能執行的一個或多個計算指示，諸如：揮發性(volatile)或非揮發性(non-volatile)、磁性、半導體、磁帶、光學、可移式、不可移式或上述元件之組合的儲存器。
另外，圖1的處理器30於實際應用時，係藉由與感測器11以有線及/或無線連接的設定來獲取第一訊號。例示性有線連接包括任何具備纜線(如銅線或電纜線)的實體通訊連接；又，例示性無線連接包括藍芽(Bluetooth® )、Wi-Fi、射頻(Radio frequency, RF)或紅外線(Infrared, IR)的虛擬通訊連接。且在操作中，感測器11供選擇地將第一訊號儲存至儲存器40及/或直接發送至處理器30，以形成第二訊號。
在圖1中，第二層20係位於由感測器11所形成的第一層10上，且在未施壓時(即足底未觸及鞋底2時)第二層20將可保持在不接觸第一層10的狀態；又在暫時施壓下(即在足底觸及鞋底2的情形下)，第二層20將可透過前述凸部21接觸到第一層10的感測器11。於本實施例中，凸部21的設置係對準感測器11中的壓力感測器11而進行，較佳地係以單個凸部21對準單個壓力感測器11來實現；並係藉由平坦狀之連接部23來與相鄰的其他凸部21連結。值得一提的是，於本發明的實際應用中，凸部21可由任何合適的材料或材料之組合來構成，例如但不限於聚氨酯(PU)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、或聚丙烯(PP)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、發泡聚乙烯(EPE)、發泡聚苯乙烯(EPS)等；此時，所述凸部21的構成硬度必須足夠使壓力感測器11輸出的第一訊號不低於一預設閾值，其中預設閾值可為用戶可程式化並配合感測器11中壓力感測器之靈敏度而被設計的數值，本發明並不加以限制。而與凸部21同樣地，除前述例示之材料外，連接部23亦可由其他適當的材料組成，例如但不限於三元乙丙橡膠(EPDM)、氯丁二烯橡膠(CR)、丁腈橡膠(NBR)等；並可根據實際應用情況藉由加工賦予其凹凸構造。
如前所述，當採用該些個材料形成如圖1所示的第二層20(即凸部21及連接部23的集合)時，可基於需求來設計第二層20的各個部位之柔軟度。例如，可使第二層20對應足底後跟的部位相對柔軟以增加使用舒適性；又例如，可使第二層20對應足底足弓的部位相對堅硬以增加使用支撐性。
需說明的是，圖1係假定各該凸部21及各該連接部23係為同平面設置，同時假定第二層20的一第一面S1及一第二面S2其中之一者為大致平坦。於此情形下，為求下述說明之簡化，在此定義圖1中凸部21與第一層10同向的表面為底面210B；及相向的表面為頂面210A，並假定所述頂面210A為平整，據此，即可藉由各該凸部21的頂面210A與各該連接部23齊平連接成第二層20，此時第二層20中的凸部21相對形成為下凸狀，並依其底面210B接觸前述的感測器11。然而，此僅為一個可能的設置，且凸部21及連接部23並非僅限於此，例如，當第二層20中的凸部21係相對形成為上凸狀時(即以底面210B作為與連接部23齊平連接的部位時)，將透過足底(Plantar)直接/間接壓制於其頂面210A，而使得其底面210B得以接觸感測器11。又例如，當第二層20中的凸部21係相對形成為上下凸狀時(即同時以頂面210A及底面210B與連接部23齊平連接時)，其底面210B將可同時藉由前述方式以確保與感測器11之間達成接觸。其中，此處所使用的「相對形成」意指凸部21相對於第二層20中為大致平坦者的面(第一面S1或第二面S2)；而凸出形成於另一面(第二面S2或第一面S1)；且其中各該凸部21的尺寸可依賴於相對形成的形狀而變化(如上凸狀的凸部尺寸大於下凸狀的凸部尺寸等)。
但是，前述說明僅為示例，並不限制本發明。例如各該凸部21及各該連接部23亦可配置於不同平面而更能增強凸部21壓制感測器11之準確性。
此外，本發明的凸部21可具有各種形狀(如圓形狀、橢圓形狀或矩形形狀)；並且，其可與連接部23一體成型為第二層20(例如是透過立體列印(3D列印))；或單獨成型後結合至連接部23形成所述第二層20。藉此，當僅有部份足底(如足底後跟)實際觸及鞋底2時，凸部21係作為輔助足底沒有實際觸及鞋底2的部份而使用，其中這裡的「足底觸及鞋底」意指第二層20基於足底的直接/間接壓制而觸及第一層10的動作集合。此時，組成第一層10的各該感測器11(壓力感測器11)將處於由凸部21或連接部23所壓制的壓力接觸狀態，並於此壓力接觸狀態下產生前述的第一訊號，而這個時候的第一訊號將可以更準確地表示足底壓力(plantar pressure)情形。且其中，於實際應用中，依前述方法(一體成型/單獨成型)，凸部21及/或連接部23亦可由複數個分離件來組成，並藉由在該些個分離件間充填氣體(如空氣(Air))來形成至少一氣部；及透過此氣部來輔助壓制第一層10的感測器11。如此，凸部21及/或連接部23將不僅限於實心構成，從而降低材料成本。
請再參見圖1，於本實施例中，各該感測器11(壓力感測器11)包括一感測面110，以為各該凸部21所對準，較佳地係以為各該凸部21的底面210B所對準；並且，於平面觀察時，感測面110的形狀係為圓形狀，但本發明並未限定於此，亦可係為多角、橢圓、矩形等任意的形狀。另外，承前述說明，感測面110的形狀亦可與凸部21同樣，如此，凸部21與感測面110間增大的接觸面積將可使足底施予鞋底2的壓力以更均勻的方式分佈於整個感測面110，達到在感測面110的壓力均勻。又另外，於上述描述中，所述感測面110的形狀亦可僅與凸部21的底面210B同樣，而於此情形下，凸部21之其他部位的形狀可為任意形狀，只要能使第一訊號不低於前述的預設閾值即可。
請參見圖2，圖2為本發明足壓感測系統1部份實施例的另一示意圖。在圖2中的各該感測器11(壓力感測器11)間係可為串聯及/或並聯，以視實際應用需求及設計調整前述第一訊號的產生基礎，如此，本實施例所使用的感測器11數量可比習知技術更少。具體地，當感測器11為並聯時(如力敏電阻(Force Sensing Resistor, FSR))，此基礎可以是各感測器11間的阻抗變化量；又當感測器11為串聯時(應變規(strain gauge, SG))，此基礎亦可以是各感測器11之壓力變化量的總合。此處的「實際應用需求及設計」包括完成根據獲得(檢測)的各該感測器11之電器特性(Electrical specification)決定採用串聯及/或並聯方式來進行的前置動作。
在應用上，前述第一層10及前述第二層20的分佈設計可依實際需要對應分割為複數個區域D，其中每個區域D至少包括一個凸部21及其對準的一個感測器11(壓力感測器11)；並且，當所述感測器11為複數時，該些個感測器11間係為串聯及/或並聯。值得一提的是，當第二層20係位於第一層10的上方與下方時，可設定在不同第二層20的各個區域D為完全不重疊、部份重疊或完全重疊，僅依感測器11的種類來調整之。應注意的是，這裡的「分佈設計」可基於使用者自身資訊來進行(如足底壓力中心(Center Of Pressure, COP)、淨空高度(foot clearance)或路徑與足底壓力中心前進偏移角度(Progression Angle, PA)；亦可基於大數據資料庫經訓練後的預測模型來進行；且，這裡的「區域D」數量亦可基於應用需求進行增減(如區域D的數量可介於2至16；較佳為4至16)，本發明並不加以限制。
又，在本發明的其他應用中，第一層10及/或第二層20的數量亦可為複數個，而於此情形時，第二層20可重疊在第一層10的上方、下方、或上方與下方。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍的基礎上，當可作各種的更動和潤飾。因此，本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
1:足壓感測系統 2:鞋底 10:第一層 20:第二層 S1:第一面 S2:第二面 D:區域 30:處理器 40:儲存器 11:感測器 110:感測面 21:凸部 23:連接部 210A:頂面 210B:底面
圖1為本發明足壓感測系統部份實施例的示意圖。
圖2為本發明足壓感測系統部份實施例的另一示意圖。
1:足壓感測系統
2:鞋底
10:第一層
20:第二層
S1:第一面
S2:第二面
30:處理器
40:儲存器
11:感測器
110:感測面
21:凸部
23:連接部
210A:頂面
210B:底面

Claims (9)

  1. 一種足壓感測系統，其位於一鞋底，該鞋底包括至少一第一層以及至少一第二層，且該足壓感測系統包括：複數個感測器，經組態以形成該至少一第一層；複數個凸部，與複數個連接部經組態以形成該至少一第二層；至少一處理器，其經組態以連接該複數個感測器，並基於來自任一該感測器的至少一第一訊號，產生回應該鞋底之壓力情形的至少一第二訊號；以及至少一儲存器，與該至少一處理器連接；其中該至少一第二層位於該至少一第一層的上方或下方；其中任一該凸部對準至少一部份的該複數個感測器；且任一該凸部係經由該複數個連接部與相鄰的該複數個凸部相接合。
  2. 如請求項1所述之足壓感測系統，其中當該至少一第二層為複數個時，該複數個第二層係分別位於該至少一第一層的上方與下方。
  3. 如請求項1所述之足壓感測系統，其中至少一部份的該複數個感測器係為壓力感測器，該壓力感測器具有一感測面，任一該凸部經組態以對準任一該感測面。
  4. 如請求項1所述之足壓感測系統，其中該至少一第二層包括一第一面以及一第二面，該複數個凸部經組態而凸出形成於至少一部份的該第一面或該第二面。
  5. 如請求項1所述之足壓感測系統，其中該至少一第一層與該至少一第二層對應分割為複數個區域，任一該區域至少包括任一該凸部及其對準 的任一該感測器。
  6. 如請求項3所述之足壓感測系統，其中任一該凸部更具有一頂面，當該至少一第二層受力時，該頂面與該感測面接觸。
  7. 如請求項3所述之足壓感測系統，其中任一該凸部更具有一底面，當該至少一第二層受力時，該底面與該感測面接觸。
  8. 如請求項3所述之足壓感測系統，其中任一該凸部的形狀對應於相同位置之任一該感測面的形狀。
  9. 如請求項5所述之足壓感測系統，其中任一該區域的該複數個感測器彼此以並聯或串聯的方式連接。
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