专利名称：一种竞走犯规检测鞋垫及方法
技术领域：
本发明涉及一种竞走犯规检测鞋垫及方法，可用于竞走运动员的日常训练中和比赛。
背景技术：
竞走主要有两个核心规则:(I)竞走运动员必须始终保持至少有一只脚与地面接触；(2)前腿从着地的一瞬间起直到垂直位置必须始终伸直，膝关节不能弯曲。竞走犯规判断难度大，如果在运动员的日常训练中加以检测仪器的辅助，能大大提高训练效率。目前市面上有专业的竞走检测设备，但价格昂贵，经济条件较差的运动员或运动队没有条件购买；而且，现有的竞走检测设备体积较大，不利于携带。因此，现有的竞走检测设备的推广受到限制。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种制作工艺简单、使用方便、价格低廉、易携带的竞走犯规检测鞋垫。为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案:—种竞走犯规检测鞋垫,包括:第一鞋垫体、第二鞋垫体、第一信号米集和处理模块、第二信号采集和处理模块、信息传输模块和报警模块，第一鞋垫体和第二鞋垫体上均布置有压力传感器，第一鞋垫体上的压力传感器与第一信号采集和处理模块相连，第二鞋垫体上的压力传感器与第二信号采集和处理模块相连，第一信号采集和处理模块和第二信号采集和处理模块通过信息传输模块进行信息交互，第二信号采集和处理模块还与报警模块相连。上述鞋垫体均为印刷电路板，该印刷电路板的基板为聚对苯二甲酸类(PET)塑料薄膜，其上的电路采用丝网印刷方式印刷。采用聚对苯二甲酸类(PET)塑料薄膜作为基板，是考虑到其优良的耐磨性和柔软度。压力传感器在鞋垫体上的位置根据竞走时足部的受力点进行设置，压力传感器的数量为3 6。压力传感器的具体布置方案为:在鞋垫体上与足部趾骨区和足跟区对应的区域分别设置至少I个压力传感器；压力传感器的布置优选方案为:在鞋垫体上与足部的第I趾骨区、第2 5趾骨区、足跟内测区和足跟外侧区对应的区域分别设置至少I个压力传感器。上述信号采集和处理装置均为MSP430G2553型号的单片机。上述信号传输模块为无线传输模块，进一步包括无线信号发生模块和无线信号接收模块。上述报警模块为光报警模块和/或声音报警模块。上述压力传感器，其组分包括单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑，其中，单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑的质量比为3.8:(0.8 I):(5 6)。所述的压力传感器具有优良的压阻性能和柔韧性，在满足电学性能的同时，可增加舒适度。一种采用上述竞走犯规检测鞋垫检测竞走犯规的方法，包括步骤:第一信号采集和处理模块采集第一鞋垫体上压力传感器的电压信号，并将采集的电压信号转换成数字信号；同时，第二信号采集和处理模块采集第二鞋垫体上压力传感器的电压信号，并将采集的电压信号转换成数字信号；第一信号采集和处理模块将压力传感器的数字信号通过信号传输模块传输给第二信号采集和处理模块；第二信号采集和处理模块将接收的数字信号与自己采集的压力传感器数字信号进行对比分析，判断运动员在该时刻是否犯规；若犯规，则通过报警模块进行报警提示。将本发明鞋垫用于竞走运动员鞋底，可方便快捷的检测出运动员的犯规行为。将本发明用于竞走运动员的日常训练中，可规范竞走运动员的动作，提供其技术水平。和现有的价格昂贵、不易携带的竞走犯规检测设备相比，本发明竞走犯规检测鞋垫价格低廉、结构简单、易携带，便于推广。
:图1为本发明的结构框图；图2为足部骨骼分区示意图；图3为本发明的具体实施示意图。图中，1-压力传感器。
具体实施例方式图1为本发明的结构框图。信息采集和处理模块用来采集布置在鞋垫体上的压力传感器的电压信号、并将采集到的电压值(模拟信号)转换成数字信号。信号传输模块进一步包括信号发射模块和信号接收模块，用来实现两个信息采集和处理模块之间的通信。报警模块可以为光报警器或/和声音报警器，其与两个信息采集和处理模块其中的一个相连。当运动员竞走犯规时，报警模块可通过光或/和声音进行竞走犯规提示，运动员可根据报警提示对竞走步伐做相应调整。压力传感器设置在鞋垫体上的压力测量点，当运动员竞走时，信息采集和处理模块可采集到受到压力的压力传感器的电压信号，压力传感器的电压信号可反映运动员脚底是否受力，因此，可根据压力传感器的电压信号来判断运动员脚底是否与地面接触，从而可判断竞走运动员是否犯规。如果竞走运动员双脚同时离地，则双脚脚底不受压力，因此，当双脚脚底在同一时刻均不受力时，可判断为犯规。竞走时，足跟部位压力峰值、踝关节外翻角度较大，即足底压力中心曲线在前后方向和内外方向的位移增大；而膝盖弯曲时，即近似正常跑步，足底压力中心曲线在前后方向和内外方向的位移不大，因此，可根据竞走时足底各部位压力峰值的位移来判断膝盖是否弯曲。本发明中第一鞋垫体和第二鞋垫体上的压力传感器根据足部骨骼分区来布置。首先，依据足部骨骼分区来设置压力测量点，然后在鞋垫体上与压力测量点对应的位置放置压力传感器。图2为足部骨骼分区示意图，足部骨骼可分为第I趾骨区、第2 5趾骨区、第I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、足跟内测区和足跟外侧区等10个骨骼分区。在竞走过程中，运动员必须始终有至少一只脚与地面接触，当两只脚同时离开地面时，即为竞走犯规。当脚掌完全着地时，受力点是大拇指、小拇指和脚后跟，因此，根据大拇指、小拇指和脚后跟处是否受力就可以判断脚掌是否完全着地。大拇指对应图2中的第I趾骨区，小拇指对应图2中的第2 5趾骨区，脚后跟对应图2中的足跟内测区和足跟外侧区。因此，本具体实施在足部的第I趾骨区、第2 5趾骨区、足跟内测区和足跟外侧区分别设置至少I个压力测量点，并在鞋垫上压力测量点对应位置布置压力传感器。当运动员竞走时，第一信号采集和处理模块采集到第一鞋垫体上受压压力传感器的电压信号，第二信号采集和处理模块采集到第二鞋垫体上受压压力传感器的电压信号，将第一信号采集和处理模块和第二信号采集和处理模块采集的同时刻的压力传感器信号进行对比，即可判断运动员在该时刻是否双脚同时离地，从而可判断运动员是否犯规。本发明的一种具体实施方案为:鞋垫体为印刷电路板，为了使用时的舒适度，该印刷电路板基板应采用具有优良的耐磨性和柔软度的材料制备，本具体实施中采用聚对苯二甲酸类(PET)塑料薄膜作为印刷电路板基板，其上的电路采用丝网印刷方式印刷。信号采集和处理模块为MSP430G2553型号单片机。下面将结合图3所示的具体实施例对本发明做进一步说明。图3中，左边的鞋垫体为鞋垫体A，右边的鞋垫体为鞋垫体B，鞋垫体A和鞋垫体B上与足部第I趾骨区、第2 5趾骨区、足跟内测区和足跟外侧区对应的位置分别布置有I个压力传感器，即，鞋垫体A和鞋垫体B上均布置4个压力传感器，见图3中鞋垫体上的黑点。鞋垫体A上的4个压力传感器均与单片机A相连通，鞋垫体B上的4个压力传感器均与单片机B相连通，单片机A和单片机B通过无线传输模块进行信息交互。单片机A将采集到的鞋垫体A上压力传感器的模拟信号转换成数字信号，并将4个压力传感器的数字信号利用无线传输模块发送至单片机B。同时，单片机B将采集到的鞋垫体B上的压力传感器的模拟信号转换成数字信号。当单片机B接收到单片机A发送的数字信号后，将接收到的4个数字信号与自己采集的4个数字信号进行比较分析，判断运动员在该时刻是否双脚同时离地。若判断出该时刻运动员双脚同时离地，则通过警示灯或蜂鸣器提示运动员动作不规范造成犯规。运动员可根据报警模块的提示调整自己的竞走动作。当运动员脚掌接触地面时，该脚的鞋垫上的4个压力传感器均感应到压力，此时压力传感器阻值在恒定范围内；当运动员单脚离开地面，脚底压力发生变化，压力传感器的阻值超出预定范围，从而向单片机输出电压信号。如果运动员双脚同时离地，则单片机A和单片机B会同时接收到压力传感器输出的电压信号，则可根据单片机A和单片机B是否同时接收到压力传感器的信号来判断运动员是否双脚同时离地。本发明所采用的压力传感器的优选方案为:所述的压力传感器，其组分包括单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑，其中，单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑的质量比为3.8: (0.8 I): (5 6)。压力传感器的制备方法如下:(I)按比例称量单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑、导电炭黑和丙酮，并将称好的单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑加入丙酮中得到前驱体，单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑、导电炭黑和丙酮的质量比为3.8:(0.8 1):(5 6):(4 6);(2)将所得前驱体在55 65°C温度下搅拌I小时；(3)将搅拌后的前驱体转移至载玻片或承载物上，压制成膜，经干燥、剥离，即得到压力传感器。由于单组份室温硫化硅橡胶容易固化，固化后的单组份室温硫化硅橡胶则会呈絮状分散在丙酮中，导致白炭黑和导电炭黑组分的分布不均匀，从而影响到复合压力传感器的性能，因此，一旦称好单组份室温硫化硅橡胶，就应该将其立刻加入丙酮助溶剂中。测试所得压力传感器的压阻性能和拉伸性能:1、压阻性能测试测试仪器:ITO树脂薄膜和万用表，ITO树脂薄膜是将ITO导电材料涂布在树脂薄膜上所制成的一面导电而另一面绝缘的透明材料。测试方法:将复合压力传感器裁成面积为4平方厘米的正方形待测薄片，利用两个ITO树脂薄膜的导电面夹住待测薄片，在上面放置底面积为4平方厘米的重量不同的重物，每次放置重物时，利用万用表测量ITO树脂薄膜两端的电阻，即可得到不同压力条件下，待测薄片的电阻。测试结果:压力为O时，压力传感器的电阻约730 750 Ω，压力每增加10kg，压力传感器的电阻约下降40 55Ω。导电炭黑加入量越多，压力传感器在压力为O时电阻越小。2、拉伸性测试测试仪器:万能电子拉力试验机。测试方法及结果:将复合压力传感器裁成长50mm、宽15mm、厚0.5mm的薄片置于测试仪器上，测得在弹性范围内，待测薄片的伸长量Ax与拉力F的关系:Ax=(8 8.2)F (I)其中，Λ X单位为mm，F的单位是N，导电炭黑加入量越多，式(I)中的比例系数越小。根据上述测试结果，可以明显看出，所得压力传感器在具有优良的压阻性能的同时，还具有优良的柔韧性，可以增加鞋垫的舒适度。
权利要求
1.一种竞走犯规检测鞋垫，其特征在于，包括: 第一鞋垫体、第二鞋垫体、第一信号采集和处理模块、第二信号采集和处理模块、信息传输模块和报警模块，第一鞋垫体和第二鞋垫体上均布置有压力传感器，第一鞋垫体上的压力传感器与第一信号采集和处理模块相连，第二鞋垫体上的压力传感器与第二信号采集和处理模块相连,第一信号米集和处理模块和第二信号米集和处理模块通过信息传输模块进行信息交互，第二信号采集和处理模块还与报警模块相连。
2.如权利要求1所述的竞走犯规检测鞋垫，其特征在于: 所述的第一鞋垫体和第二鞋垫体均为印刷电路板。
3.如权利要求2所述的竞走犯规检测鞋垫，其特征在于: 所述的印刷电路板的基板为聚对苯二甲酸类塑料薄膜，其上的电路采用丝网印刷方式印刷。
4.如权利要求1所述的竞走犯规检测鞋垫，其特征在于: 所述的压力传感器在鞋垫体上的位置根据竞走时足部骨骼分区的受力大小进行设置。
5.如权利要求4所述的竞走犯规检测鞋垫，其特征在于: 所述的布置在第一鞋垫体和第二鞋垫体上的压力传感器的数量均为3飞。
6.如权利要求1所述的竞走犯规检测鞋垫，其特征在于: 所述的信号采集和处理装置均为MSP430G2553型号的单片机。
7.如权利要求1所述的竞走犯规检测鞋垫，其特征在于: 所述的信号传输模块为无线传输模块。
8.如权利要求1所述的竞走犯规检测鞋垫，其特征在于: 所述的报警模块为光报警模块和/或声音报警模块。
9.如权利要求1所述的竞走犯规检测鞋垫，其特征在于: 所述的压力传感器，其组分包括单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑，其中，单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑的质量比为3.8: (0.8~1): (5~6)。
10.一种竞走犯规检测方法，其特征在于，包括步骤: 第一信号采集和处理模块采集第一鞋垫体上压力传感器的电压信号，并将采集的电压信号转换成数字信号；同时，第二信号采集和处理模块采集第二鞋垫体上压力传感器的电压信号，并将采集的电压信号转换成数字信号； 第一信号采集和处理模块将采集的压力传感器数字信号通过信号传输模块传输给第二信号采集和处理模块； 第二信号采集和处理模块将接收的压力传感器数字信号与自己采集的压力传感器数字信号进行对比分析，判断运动员在该时刻是否犯规；若犯规，报警模块进行报警提示。
全文摘要
本发明公开了一种竞走犯规检测鞋垫，包括第一鞋垫体、第二鞋垫体、第一信号采集和处理模块、第二信号采集和处理模块、信息传输模块和报警模块，第一鞋垫体和第二鞋垫体上均布置有压力传感器，第一鞋垫体上的压力传感器与第一信号采集和处理模块相连，第二鞋垫体上的压力传感器与第二信号采集和处理模块相连，第一信号采集和处理模块和第二信号采集和处理模块通过信息传输模块进行信息交互，第二信号采集和处理模块还与报警模块相连。本发明可方便快捷的检测出竞走运动员的犯规行为，将本发明用于竞走运动员的日常训练中，可规范竞走运动员的动作，提高其竞走水平。
文档编号A63B71/06GK103143156SQ201310105340
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者孙源, 郑斌, 农斌, 曾怡, 汪超琼, 郭闽年, 王倩, 王旭飞 申请人:武汉大学