智能运动地垫及其制备方法与流程

本发明涉及运动设备，特别是涉及一种智能运动地垫及其制备方法。

背景技术：

随着科学技术的迅猛发展和经济的全球化，人类社会的物质文化生活水平从整体上有了很大提高，人类的许多疾病得到了根治，健康状况大为改善。但是，现代生产和生活方式造成的体力活动减少和心理压力增大，对人类健康造成了日益严重的威胁。人们逐渐认识到，健康不仅是没有疾病和不虚弱，而且是在身体、心理和社会发展方面都保持完美的状态。人类比以往任何时候都更加关注自己的健康状况和生活质量。国民的健康对国家的发展、社会的进步和个人的幸福都至关重要，而体育课程又是增进国民健康的重要途径因此，世界各国都高度重视体育课程的改革。

而目前的体育课程设定却流于形式化和同质化，虽然越来越多的学校和家长都更加重视学生的体育课程，但是体育课程的实际效果，却很难通过类似文化课的考试成绩那样体现出来，而学生体质天生有差异，是否因体育课程而达到了提升也很难有明确和量化的数据记录。

目前能提供运动数据或者接受数据进行反馈的运动场实际产品在市场上尚未见到，更不用说量产。现有技术公开类似3d压力台结构的田径训练系统，但是其采用丝网印刷工艺制备的网状结构压感系统密度大，成本极高，且所提到的上下塑胶层仅仅起到了保护芯片的作用，并无法达到目前相关国家标准以及国际单项体联要求的运动地面的物理性能和运动性能，因此也无法在上面进行贴近实际比赛场地的训练，或者进行实际的比赛。此外，该现有技术采用纵横坐标模拟多路开关点阵方式获取的信号，存在如下四个缺点：1、该信号点阵采集后的信号由模拟多路开关控制，如多点同时接通，无法区别是哪一路信号；2、线束过多，影响跑道实际工作效果；3、当采集信号路数过多时，要求相应增加a/d数量，造成高昂成本，同时不利于数据管理；4、用来进行数据传输的现场总线标准不一，支持器件少，可用范围小，不利于标准化推广。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种结构简单，便于实际工业生产，且物理性能优异、数据监测准确的智能运动地垫。

一种智能运动地垫，包括依次层叠的缓冲层和面层；

所述缓冲层包括相对的第一表面和第二表面，所述缓冲层经所述第一表面贴合于所述面层；所述第一表面或所述第二表面设有凹陷部，以及埋设于所述凹陷部内的压力感应器；

所述面层，以重量份计，包括如下原料组成：

中的至少一种；所述无机填料为无机氧化物；所述有机填料为胶粉；

所述缓冲层，以重量份计，包括如下原料组成：

中的至少一种；所述无机填料为无机氧化物；所述有机填料为胶粉。

本发明的智能运动地垫，通过设置缓冲层和面层，并在所述缓冲层的其中一个表面设置凹陷部，将压力感应器埋设于所述凹陷部，以实现对在所述智能运动地垫上运动的人进行运动数据的采集。其中，在所述面层和所述缓冲层中，合理配伍各组分的基础上，采用未硫化橡胶天然橡胶、丁苯橡胶作为面层的基础橡胶，配合无机氧化物作为无机填料，胶粉作为有机填料，可使制得的面层具有适宜的柔软度，且可在面层的基础上，保证缓冲层适宜的韧性和支撑性，使其具有优异的冲击吸收、垂直形变、强度和扯断伸长率等物理性能，在形成缓冲对运动员进行保护的同时，对设有压力感性器的区域形成有效支撑，避免各压力感应器之间互相影响，保证运动数据监测的准确性。

另外，本发明的智能运动地垫通过设置凹陷部埋设所述压力感应器，结构简单，制造成本和难度低，避免了如现有技术采用印刷的方式进行感应器的铺设，在保证数据监测准确性的同时，简化了智能运动地垫的生产工艺，具有实际应用价值。

在其中一个实施例中，所述面层，以重量份计，包括如下原料组成：

所述缓冲层，以重量份计，包括如下原料组成：

在其中一个实施例中，所述面层或所述缓冲层中，所述无机填料为碳酸钙、二氧化钛、二氧化硅中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述面层或所述缓冲层中，所述未硫化橡胶为丁苯橡胶；所述无机填料为纳米级碳酸钙。

在其中一个实施例中，所述面层或所述缓冲层中，所述促进剂为选自促进剂d、促进剂dm、促进剂m、促进剂tmtd、促进剂dcp中的一种或几种。作为优选地，在所述面层中，所述促进剂为促进剂dm，在所述缓冲层中，所述促进剂为促进剂tmtd。

在其中一个实施例中，所述发泡剂为表面活性剂，或，质量比5:1-10的水和乳化剂的混合物，所述乳化剂选自阴离子乳化剂(如十二烷基磺酸钠)或非离子乳化剂(如烷基酚聚氧乙烯醚)。

本发明所述硫化剂或防老化剂可采用本领域的常规种类。所述硫化剂可如异氰酸酯；所述防老化剂可如酚类防老化剂、二氢化喹啉类防老剂。所述色粉的种类可根据需要进行常规选择。

在其中一个实施例中，所述压力感应器埋设于所述第二表面。相较于设置于所述面层和缓冲层之间(即所述第一表面)，将所述压力感应器埋设于所述第二表面，可避免缓冲层的变形对压力感应器的影响，同时还可借助缓冲层的缓冲作用，避免多个压力感应器之间的互相干扰，提高数据监测的准确性。

在其中一个实施例中，所述压力感应器为压电薄膜和/或压电电缆。采用的压电薄膜或压电电缆作为压力感应器，成本低、来源广泛，进一步降低了智能运动地垫的制造成本和难度。

在其中一个实施例中，所述压力感应器为压电电缆；所述第一表面或所述第二表面上，每1m*1～1.5m的区域内设置一条所述压电电缆；所述压电电缆的长度为50～100cm。优选所述压电电缆的长度为70～90cm。合理控制该智能运动地垫上的压力感应器的密度，能够获得较佳的数据监测效果，避免相邻区域之间的影响，同时进一步控制生产成本。

在其中一个实施例中，所述面层的厚度为2～8mm，所述缓冲层的厚度为5～15mm。合理设置各层厚度，可获得较佳的数据监测效果。

在其中一个实施例中，所述第二表面还设有缓冲凸起。以优化缓冲作用。

在其中一个实施例中，还包括数据监测系统；所述数据监测系统包括依次连接的信号收集装置、信号处理装置和信号传输装置；所述信号收集装置连接至所述压力感应器。与采用的所述压力感应器相对应的，一个压力感应器可对应一个数据传输线路，避免了现有技术中多路开关控制系统的设置，便于信号的区分和管理，且可对线路标准进行统一，优化地垫的工作效果，也有利于标准化推广。

在其中一个实施例中，所述信号收集装置通过数据线连接至所述压力感应器；所述面层的侧面设有道牙，所述道牙内部中空形成内腔，并设有连通至所述内腔的数据线入口和数据线出口；

所述数据线置于所述内腔，且一端经所述数据线入口连接至所述压力感应器，另一端经所述数据线出口连接至所述信号收集装置。

由此在进行大规模铺装时，可将各压力感应器的数据线汇总至所述内腔，使该智能运动地垫结构更为有序，便于数据的对应处理。

本发明还提供所述的智能运动地垫的制备方法，包括如下步骤：

(1)所述面层的制备：

将所述面层中的所述未硫化橡胶、无机填充料、有机填充料、矿物油、防老化剂、色粉混合后投入密炼机中，捏合10～20min后得面层混合胶料；

将所述面层混合胶料投入开炼机压延出片，得面层片状胶料，然后冷却至低于60℃；

将所述面层中的所述硫化剂、促进剂、发泡剂与所述面层片状胶料投入密炼机中，捏合1～5min，再使用压延设备连续压延，得所述面层；

(2)所述缓冲层的制备：

将所述缓冲层中的所述未硫化橡胶、无机填充料、有机填充料、矿物油混合后投入密炼机中，捏合15～25min后得缓冲层混合胶料；

将所述缓冲层混合胶料投入开炼机压延出片，得缓冲层片状胶料，然后冷却至低于60℃；

将所述缓冲层中的所述硫化剂、促进剂、发泡剂与所述缓冲层片状胶料投入密炼机中，捏合1～5min，再使用压延设备连续压延，得所述缓冲层；所述缓冲层包括相对的第一表面和第二表面；于所述第一表面或第二表面上压出所述凹陷部，并将所述压力传感器埋设于所述凹陷部；

(3)复合、硫化

将所述缓冲层经所述第一表面贴合于所述面层后，进行硫化成型，即得所述智能运动地垫。

在其中一个实施例中，所述硫化成型的温度为75～85℃。

上述智能运动地垫的制备方法，工艺简单，便于地垫的大规模生产应用。

附图说明

图1为本发明一实施例中智能运动地垫的主体结构示意图；

图2为图1中智能运动地垫的一视角的结构示意图；

图3为图1中智能运动地垫的又一视角的结构示意图；

图4为图1中智能运动地垫的再一视角的结构示意图；

图5为本发明又一实施例中智能运动地垫(压力感应器设置于第一表面)的结构示意图；

图6为本发明又一实施例中智能运动地垫(压力感应器设置于第二表面，且为“s”形)的结构示意图；

图7为本发明又一实施例中智能运动地垫(压力感应器设置于第一表面，且为“s”形)的结构示意图；

图8为本发明一实施例中数据监测系统的结构示意图；

图9为本发明一实施例中道牙设置的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

另外，在本发明实施例中，各原料均为市售，其中采用的促进剂购自广州诚邦化工科技有限公司；胶粉购自东莞海钰洋橡塑制品厂。

实施例1

本实施例一种智能运动地垫，如图1-3所示，其包括依次层叠的缓冲层200和面层100。缓冲层200包括相对的第一表面201和第二表面202，缓冲层200经第一表面201贴合于面层100。

如图4所示，在本实施例中，第二表面202设有凹陷部，压力感应器300埋设于该凹陷部内，压力感应器300为压电电缆。相较于设置于面层100和缓冲层200之间(即第一表面201上)，将压力感应器300埋设于第二表面202，可避免缓冲层200的变形对压力感应器300的影响，同时还可借助缓冲层200的缓冲作用，避免多个压力感应器300之间的互相干扰，提高数据监测的准确性。可理解，在其它实施例中，如图5所示，压力感应器300可设于第一表面201。压力感应器300也可为其它种类，如压电薄膜。

上述智能运动地垫，通过设置缓冲层200和面层100，并在缓冲层200的其中一个表面设置凹陷部，将压电薄膜和/或压电电缆作为压力感应器300埋设于所述凹陷部，以实现对在所述智能运动地垫上运动的人进行运动数据的采集。其中，采用的压电薄膜或压电电缆成本低、来源广泛，降低了智能运动地垫的制造成本和难度，通过设置凹陷部埋设压力感应器300，结构简单，避免了如现有技术采用印刷的方式进行感应器的铺设，简化智能运动地垫的生产工艺。

在本实施例中，在第二表面202上，每1m*1.22m的区域内设置一条压力感应器300(压电电缆)；压力感应器300的长度为80cm。合理控制该智能运动地垫上的压力感应器300的密度，能够获得较佳的数据监测效果，避免相邻区域之间的影响，同时进一步控制生产成本。

可理解，在其它实施例中，也可采用其它压力感应器密度设置，优选为每1m*1～1.5m的区域内设置一条压力感应器300，且压力感应器300的长度为50～100cm。压力感应器300的形状可根据需要进行任意设置，如在本实施例中，压力感应器300呈“5”字型设置。可理解在其它实施例中，如图6和7所示，也可采用“s”型设置。

在本实施例中，面层100的厚度为4mm，缓冲层200的厚度为9mm。合理设置各层厚度，可获得较佳的数据监测效果。可理解，在其它实施例中，根据需要，也可采用其它厚度设置，优选面层100的厚度为2～8mm，缓冲层200的厚度为5～15mm。此外，在本实施例中，第二表面202还设有缓冲凸起203。由此可优化缓冲作用，对在其上运动的人形成保护。

进一步地，如图8所示，在本实施例中，采用的数据监测系统400包括依次连接的信号收集装置401、信号处理装置402和信号传输装置403，信号收集装置401连接至压力感应器300。

与采用的压力感应器300相对应的，一个压力感应器可对应一个数据传输线路，每个区域内的电压信号可以信号带表示(id)，测量出的幅值信号统一发送到can总线，在后续软件上加以区分即可。传输总线可设置为两根(canh+canl)即可，多块智能运动地垫进行拼接时，只需往总线上加即可，无需额外增加硬件，由此避免了现有技术中多路开关控制系统的设置，便于信号的区分和管理，且可对线路标准进行统一，优化地垫的工作效果。

在人们运动时，脚步落地时给予面层100以压力，经过压力感应器300转化成电压信号，通过预埋的数据线等将信号传送至信号收集装置401，然后经过信号处理装置402进行数据处理，最后经信号传输装置传输到电脑或手机终端，使用软件对信号进行转化分析及储存，由此可得到运动时的相关数据，比如，固定距离上的精确速度，步幅、步频、每一步的压力等等，进而实现对运动效果的智能化管理。

在本实施例中，如图9所示，信号收集装置401通过数据线405连接至压力感应器300；面层100的侧面设有道牙500，道牙500内部中空形成内腔，并设有连通至所述内腔的数据线入口和数据线出口(图中未示出)；数据线405置于所述内腔内，且一端经所述数据线入口连接至压力感应器300，另一端经所述数据线出口连接至信号收集装置401。由此在进行大规模铺装时，可将数据线405汇总至所述内腔，使该智能运动地垫的结构更为有序，便于数据的对应处理。另外，在本实施例中，根据需要还可以包括供电装置，供电装置通过电线406连接至压力感应器300，以为压力感应器300提供电能，电线406也可一并置于所述内腔内。

在实际应用时，上述智能运动地垫可根据客户需求制作成相应尺寸，或在尺寸过大不便运输或安装时，制成若干小尺寸的智能运动地垫，运输至场地后再进行拼接形成智能运动场，尺寸和操作灵活，具有实际应用意义。

实施例2-4

本实施例为三种智能运动地垫，其结构同实施例1，以重量份计，采用的原料如表1所示：

表1

上述智能运动地垫的制备方法包括如下步骤：

(1)所述面层的制备：

将所述面层中的所述未硫化橡胶、无机填充料、有机填充料、矿物油、防老化剂、色粉混合后投入密炼机中，捏合15min后得面层混合胶料；

将所述面层混合胶料投入开炼机压延出片，得面层片状胶料，然后冷却至低于60℃；

将所述面层中的所述硫化剂、促进剂、发泡剂与所述面层片状胶料投入密炼机中，捏合3min，再使用压延设备连续压延，得所述面层；

(2)所述缓冲层的制备：

将所述缓冲层中的所述未硫化橡胶、无机填充料、有机填充料、矿物油混合后投入密炼机中，捏合20min后得缓冲层混合胶料；

将所述缓冲层混合胶料投入开炼机压延出片，得缓冲层片状胶料，然后冷却至低于60℃；

将所述缓冲层中的所述硫化剂、促进剂、发泡剂与所述缓冲层片状胶料投入密炼机中，捏合3min，再使用压延设备连续压延，得所述缓冲层；所述缓冲层包括相对的第一表面和第二表面；用相应的压花辊在所述缓冲层上每隔一段固定距离按照压力感应器的尺寸压出凹陷部及导线的位置，并转入传送带，在传送带上将压力感应器植入压好的凹陷部中；

(3)复合、硫化

将所述缓冲层经所述第一表面贴合于所述面层后，根据需要压出面层及缓冲层纹路(包括缓冲凸起)，通过硫化设备，加温至80℃，进行硫化成型，即得所述智能运动地垫。

实施例5-8

本实施例为四种智能运动地垫，其结构同实施例1，以重量份计，采用的原料如表2所示：

表2

上述智能运动地垫的制备方法类似实施例2-4。

对比例1

本对比例一种智能运动地垫的制备方法，其结构同实施例1，采用的原料和制备方法类似实施例4，区别在于：将所述未硫化硅橡胶替换为edpm橡胶。

对比例2

本对比例一种智能运动地垫的制备方法，其结构同实施例1，采用的原料和制备方法类似实施例4，区别在于：未采用所述有机填料。

实施例2-8所完成的运动地垫，可以满足国际田联iaaf相关标准，en14877相关标准，以及国标gb/t14833-2011，gb/t22517-2011以及gb/t19851.11-2005中相关物理性能要求，并且在安装完毕后，依然可以满足国际田联场地一级/二级的认证要求以及中国田协一类/二类场地验收的要求。也就意味着本发明所述的产品可以实际运动在高等级竞赛及训练的场地上。性能测试结果如表3所示：

表3

由实施例4所述运动地垫拼接形成的智能运动场的具体使用效果：

1、高抬腿及其他动作训练：智能运动场上可设置半圆区，在半圆区内标注出每个压力感应器300的埋放位置，每个学生可在埋放位置进行高抬腿联系，智慧运动场可准确记录下每个学生的步数，每一步落下的时间、步与步之间间隔的时间、每一步落下的力度等等，结合软件分析以及学生个人手环上的心率测试，可以为教师提供可靠的训练效果数据回馈，保证体能训练的数量和质量。

2、100米或者固定距离短跑：智能运动场可设置100米直道冲刺区，通过100米直道冲刺区内的压力感应器300可以准确地记录1-8道每一道学生从起跑到终点的时间，可以替代专业的田径计时系统，也解决了教师无法同时用秒表追踪多个学生的问题，提高了教学效率。同时也可记录与分析每一道学生在各段固定距离(例如每10米)的通过时间，可以为教师提供针对每个学生不同的教学方案，比如前程快，后程慢的学生的耐力问题，或者起跑慢的学生的起跑技术等等。

3、5分钟或者其他固定时间跑：智能运动场内的压力感应器300可以分道记录固定时间内的每一道学生的准确跑动距离，可以为教师提供准确的数据加以分析和比对，同时也可以分析学生在固定时间内的步频，力度变化，推导出相应的心理变化而加以辅导，有利于学生形成勇敢顽强和坚韧不拔的意志品质，促进学生在身体、心理和社会适应能力等方面健康、和谐地发展。

4、提供安全示警作用：智能运动场内的压力感应器300可以在运动者开始因过度疲劳或者受伤而导致运动数据不规律，比如步频混乱、力度强弱跳动、出现摔倒等重度冲击的情况下，及时为教师发出警示，以便尽快对学生进行帮助和救治。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。