具有传感器系统的鞋的制作方法
【专利说明】具有传感器系统的鞋
[0001]本申请是申请号为201280018983.0、申请日为2012年2月17日、发明名称为“具有传感器系统的鞋”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明大体涉及具有传感器系统的鞋，更具体地，涉及具有可操作性地连接到位于鞋中的通信端口的的力传感器组件的鞋。
【背景技术】
[0003]已知本文包含的具有传感器系统的鞋。传感器系统收集运动数据，其中数据能够被获取用于诸如分析目的的后续用途。在某些系统中，传感器系统比较复杂或只能通过某些操作系统才能够获取或使用数据。因而，不必要地限制了收集数据的用途。从而，虽然某些具有传感器系统的鞋提供许多优势特征，然而它们也具有某些限制。本发明寻求克服某几个限制和现有技术中的其他缺陷，并且提供迄今为止还不存在的新特征。
【发明内容】
[0004]本发明大体涉及具有传感器系统的鞋。本发明的一些方面涉及包括上部构件和鞋底结构的鞋类物品，且传感器系统连接到鞋底结构。传感器系统包括被设置为检测用户的脚施加在传感器上的力的多个传感器。
[0005]根据本发明的一方面，鞋还包括可操作性地连接到传感器的通信端口。在一种实施例中，通信端口被构造为用于传输关于被每个传感器检测到的力的数据，数据具有通用可读的格式。端口还可被构造为用于与电子模块连接以提供传感器与模块之间的通信。
[0006]根据本发明的另一方面，鞋可包括与传感器通信的电子模块，电子模块被构造为用于从传感器收集数据。模块可通过通信端口连接到传感器，且可位于鞋中的腔室中。在一种实施例中，模块还可被构造为用于传输数据到外部设备以做进一步处理。
[0007]根据本发明的另一方面，鞋可包括位于鞋底结构的井部，井部被构造为用于可去除地接收电子模块。井部可具有与传感器连接的且被构造为与模块通信的通信端口。
[0008]根据本发明的另一方面，传感器系统还包括多个传感器导线，传感器导线将传感器连接到端口和/或电子模块。导线可包括一根或多根用于提供从端口和/或模块到传感器的电源线。
[0009]根据本发明的另一个方面，传感器可为一种或多种不同传感器类型。在一种实施例中，传感器是力敏电阻传感器。在另一种实施例中，传感器包括两个电极和设置在两个电极间的力敏电阻材料。电极和该力敏材料可被设置在鞋底结构的不同构件上。
[0010]根据本发明的另一方面，本传感器系统包括位于鞋底结构的第一趾骨区域的第一传感器，位于鞋底结构的第一跖骨头部区域的第二传感器，位于鞋底结构的第五跖骨头部区域的第三传感器和位于鞋底结构后跟区域的第四传感器。
[0011]根据其它方面，插入件包含与内部气流系统相通的通气孔，其中通气孔允许空气从内部气流系统流到插入件外部。通气孔可与内部气流系统的一个或多个组件相通，且在一个示例中，可至少与内部气流系统的储气筒相通。
[0012]本发明的其他方面涉及一种插入构件，插入构件可包括上述传感器系统。插入构件适于被放置在与鞋底结构接触的位置，比如通过插入插入构件到鞋类物品和/或将插入构件形成为鞋类物品的一部分，比如鞋类物品的鞋底结构的一部分。例如，在其他构造中，插入件可为内底构件，中底的一部分，或适于以被插入到内底构件下方或上方的单独的构件。
[0013]根据本发明的一个方面，插入件形成为插入构件，插入构件包括适于与脚的跖骨部分接合的中央部分，从中央部分的前边缘延伸且适于与脚的第一趾骨接合的第一趾骨部分和从中央部分后边缘延伸且适于与脚后跟接合的后跟部分。中央部分具有从前边缘测量到后边缘的长度和垂直于长度测量的宽度，其中第一趾骨部分从中央部分的前边缘以伸长的方式延伸并且具有相对于中央部分宽度更窄的宽度和比第一趾骨部分的宽度更长的长度。后跟部分从中央部分的后边缘以伸长的方式延伸且具有比中央部分的宽度更窄的宽度和比后跟部分的宽度更长的长度。插入件还包括传感器系统，传感器系统包括连接到插入构件的多个力传感器和被构造为用于与电子设备通信的端口。至少一个力传感器位于中央部分上，至少一个力传感器位于第一趾骨部分上，至少一个力传感器位于后跟部分上，并且端口位于中央部分上。插入构件可具有外周边缘，外周边缘包括具有向外弯曲形状的前内边缘(frontmedialedge),具有向内弯曲形状的前外侧边缘(frontlateraledge)和各自具有至少一个向内弯曲边缘的后内边缘(rearmedialedge)和后外侧边缘(rearlateraledge)。
[0014]根据本发明的另一方面，插入件可包括柔性聚合物插入构件和传感器系统，该插入构件适于被布置为与鞋类物品的鞋底结构接触，该传感器系统包括连接到插入构件的多个力传感器和被构造为用于与电子设备通信的端口。插入构件具有完全地延伸穿过插入构件的厚度的多条缝隙，且缝隙位于靠近传感器系统中至少一个力传感器的位置。至少一条缝隙可从外周边缘向内延伸进入插入构件，和/或完全地位于插入构件中使得缝隙不与外周边缘接触。在一种实施例中，至少一个传感器具有内间隙，并且缝隙中的一条延伸进入内间隙。在另一种实施例中，插入构件包括其上具有电极和导线的第一层和其上具有力敏电阻材料的第二层。
[0015]根据本发明的另一方面，插入件可包括传感器系统，传感器系统包括连接到插入构件的多个力传感器和被构造为用于与电子设备通信的端口。力传感器中的至少一个包括力敏电阻材料片，具有连接到端口的第一导线的第一电极和具有连接到端口的第二导线的第二电极。力敏电阻材料片具有包括被间隙分开的第一裂片和第二裂片的多裂片结构。第一电极与第一裂片和第二裂片连接，第二电极与第一裂片和第二裂片连接。力敏材料片还可包括一个或多个与电极接触的附加裂片，比如被第二间隙与第一裂片隔开的第三裂片。力敏电阻材料还可包括一个或多个横跨间隙且连接第一裂片和第二裂片的狭窄桥接构件。电极还可各自地具有在第一裂片和第二裂片间的细长间隙上叠加的增大的空间，使得电极没有任何部分能够位于细长间隙中。
[0016]根据本发明的另一方面，插入件可包括插入构件，由层状构造中的连接到插入构件的表面的片状材料形成的图形层，片状材料上具有设计图形，和传感器系统，传感器系统包括连接到插入构件的多个力传感器和被构造为用于与电子设备通信的端口。
[0017]根据其他方面，插入件可包括柔性聚合物插入件和具有上述多个力传感器和端口的传感器系统。插入件的内部气流系统包括至少一个储气筒、在至少一个传感器上或周围的至少一个气室和从气室延伸到储气筒的至少一个通道，从而压缩传感器之一将导致空气从气室通过空气通道流到储气筒。多个气室可与相同的储气筒相通。此外，每个气室可具有多裂片结构，该结构包括一个或多个由细长的间隙隔开的增大裂片和延伸跨过间隙来连接裂片的一个或多个窄桥接接构件。插入件可由上述两层形成，从而储气筒、气室和通道均置于两层之间。
[0018]本发明的还有一些方面涉及脚部接触构件或具有上述传感器系统的鞋底结构的其它鞋底构件，包括与其连接的多个传感器。脚部接触构件或其他鞋底构件可被构造为用于插入到鞋类物品。在一种实施例中，鞋底构件可包括被构造为与设置在另一鞋底构件上的力敏材料连接的多个电极和传感器导线。
[0019]本发明的其他一些方面涉及包括带有上述传感器系统的鞋类物品的系统，电子模块连接到传感器系统，外部设备被构造为与电子模块通信。模块被构造为从传感器接收数据和传输该数据到外部设备，并且外部设备被构造为进一步处理该数据。
[0020]根据本发明的另一方面，系统还包括连接到外部设备的附件设备，其被构造为使得电子模块和外部设备之间能够通信。附件设备还可被构造为用于连接到第二外部设备以使得电子模块和该第二外部设备之间能够通信。
[0021]根据本发明的另一个方面，传输至外部设备的数据能够被用于一个或多个不同的应用中。这些应用能够包括将数据用作用于被外部设备执行的程序的控制输入信息，比如游戏程序或用于对运动员表现监测的其他程序中。运动员表现监测可包括监测一个或多个诸如速度、距离、侧向运动、加速度、跳跃高度、传递重量、脚着地方式、平衡、脚内翻或旋后、跑步时测量的滞空时间、侧切力、接触时间、压力中心、重量分布及/或影响力等的表现指标。
[0022]本发明还有一部分涉及上述带有传感器系统的鞋类物品的使用方法。这些方法包括从电子模块的传感器接收数据并从模块传输这些数据到远程外部设备以用于进一步处理，其可包括在一个或多个应用中的使用。这些方法还包括从传感器系统移除或断开第一电子模块并将第二模块连接于此，在此该第二模块被构造为用于不同的操作。这些方法还包括处理这些数据用于一个或多个应用和/或将这些数据用作外部设备的输入信息。本发明的其他方面还可包括用于执行一个或多个这些方法的特征和/或使用上述鞋类和系统的指示的计算机可读介质。
[0023]本发明的其他方面涉及包括至少两个鞋类物品的系统，每个具有上述传感器系统，电子模块连接在其上，每个电子模块被构造为用于将从传感器接收的通信到外部设备。系统可使用多个通信模式。在一种实施例中，每个模块单独与外部设备通信。在另一种实施例中，模块额外地或替换地被构造为彼此通信。在另一个实施例中，一个电子模块被构造为传输数据到另一个电子模块，且另一个电子模块被构造为从两个电子模块传输数据到外部设备。
[0024]在下列描述与附图中，可明显看出本发明的其它特征和优点。
【附图说明】
[0025]图1是鞋的侧视图
[0026]图2是图1中的鞋的相对侧视图
[0027]图3是包括传感器系统的实施例的鞋的鞋底的俯视图
[0028]图4是包括图3的传感器系统的鞋的侧横截面视图；
[0029]图5是包括图3的传感器系统的另一只鞋的侧横截面视图；
[0030]图5A是位于鞋类物品的鞋底中的井部的端口的实施例的侧横截面视图；
[0031]图5B是位于鞋类物品的鞋底中的井部的端口的第二实施例的侧横截面视图；
[0032]图5C是位于鞋类物品的鞋底中的井部的端口的第三实施例的侧横截面视图；
[0033]图f5D为第四个端口实施例的侧截面图，该端口位于鞋底井部中；
[0034]图5E为端口实施例的侧截面图，该端口位于鞋底井部中；
[0035]图6为电子模块实施例的示意图，该电子模块可配合传感器系统使用，与外部电子设备进行通信；
[0036]图7为鞋底的侧横截面图，包括图3中的传感器系统，且具有外部输出端口 ；
[0037]图8为鞋底的俯视图，包括另一使用力敏电阻(FSR)传感器的传感器系统实施例；
[0038]图9和图10中的示意图阐述了力敏电阻材料的特征；
[0039]图11-14为鞋底的侧截面分解图，包括多个使用力敏电阻(FSR)传感器的传感器系统实施例；
[0040]图15为鞋底的俯视图，包括另一使用分开电极和力敏电阻元件的传感器系统实施例；
[0041]图16-20为鞋底的侧截面分解图，包括多个使用分开电极和力敏电阻兀件的传感器系统实施例；
[0042]图21为一只鞋子的侧面图，包括另一处于鞋底的上部的传感器系统实施例；
[0043]图22为鞋底侧截面分解图，显示了两个电子模块的交换；
[0044]图23为图6中的电子模块与外部游戏设备进行通讯的示意图；
[0045]图24中的两只鞋子分别包括一个传感器系统，处于与外部设备的网状通信模式中；
[0046]图25中的两只鞋子分别包括一个传感器系统，处于与外部设备的“链环形”通信模式中；
[0047]图26中的两只鞋子分别包括一个传感器系统，处于与外部设备的独立通信模式中；
[0048]图27为构造传感器系统中使用的两组层的俯视图；
[0049]图28为包括传感器系统的插入构件组件的俯视图，使用了图27中的一组层；
[0050]图29中的俯视图为另一包括本发明涉及的传感器系统的插入构件实施例；
[0051]图30为图29所示左右成对插入构件的俯视图；
[0052]图31为图29传感器系统和一部分插入构件的放大视图；
[0053]图31A为图29中插入构件的气流系统的俯视图，其中传感器系统的传感器位置用虚线表示；
[0054]图32为图29传感器系统和一部分插入件的放大分解图；
[0055]图33为如图29所示传感器系统一起使用的插入构件的另一实施例的一部分的放大分解图；
[0056]图34中的俯视图为另一包括本发明涉及的传感器系统的插入构件实施例；
[0057]图35为图34所示左右成对插入构件的俯视图；以及
[0058]图36为图34中插入构件的气流系统的俯视图，其中传感器系统的传感器位置用虚线表示。
具体实施例
[0059]虽然本发明可以接受实施例的许多不同形式，本发明的最佳实施例其在附图中示出且将在此处被具体描述，应了解本公开被视为本发明的原理的范例并且不意在将本发明的大方面限定为示出和描述的实施例。
[0060]鞋类，比如鞋，在图1-2中通过举例示出且大致指定为参考标识100。鞋类100能够采取许多不同的形式，包括，例如，运动鞋类的不同类型。在一个实施例中，鞋100大体上包括可操作性地连接到通用通信端口 14的力传感器系统12。如以下将详细描述的，传感器系统12收集与鞋100的穿戴者相关的表现数据。通过连接到通用通信端口 14，多个不同用户能够获取表现数据用于多种不同的用途，以下将具体描述。
[0061]鞋类物品100在图1-2中备描绘成包括上部120和鞋底结构130。出于在以下描述中参考的目的，鞋类100可被分为3个大致区域:前脚区域111，足中段112和后跟区域113，如图1所示。区域111-113并非意在对鞋类100的进行严格区域划分。相反地，区域111-113意在表示在以下讨论中提供参考框架的鞋类100的大体区域。虽然区域111-113大体上应用到鞋类100，但是对区域111-113的参考也可具体地应用到上部120、鞋底结构130、或包括在上部120或鞋底结构130中和/或形成为上部120或鞋底结构130的一部分的独立部分。
[0062]如同在图1和2中进一步示出的，上部120被紧固到鞋底结构130且限定用于接受脚部的空位或腔室。出于参考的目的，上部120包括外侧(lateralside)121，相对的内侧(medialside) 122和鞋面或脚背区域123。外侧121定位为沿脚部的外侧(即，外部侧)延伸且大体上通过穿过各区域111-113。相似地，内侧122被定位为沿脚部的对立内侧(即，内部侧)延伸且大体上通过穿过各区域111-113。鞋面区域123被置于外侧121和内侧122之间以符合脚部的上部表面或脚背区域。在本示例中的鞋面区域123包括具有鞋带125的颈部124或其他以传统方式使用以改变上部120相对于脚部的尺寸的闭合机制，从而调整鞋类100的贴合。上部120还包括提供脚部进入上部120中的空位的通道的脚踝开口 126。可用多种材料构建上部120，包括用在鞋类上部的传统材料。因而，上部120可由例如一个或多个部分的皮革、合成皮革、自然或合成纺织品、聚合物片、聚合物泡沫、网眼纺织品、毛毡、非羊毛聚合物、或橡胶材料形成。上部120可由一个或多个这些材料形成，其中材料或部分缝制地或粘合地结合在一起，例如，通过传统已知且用于现有技术的方式。
[0063]上部120也可包括后跟元件(未示出)和脚趾元件(未示出)。后跟元件，当存在时，可向上且沿着后跟区域113的上部120的内表面延伸以提高鞋类100的舒适度。脚趾元件，当存在时，可位于前脚区域111且在上部120的外表面上以提供抗磨力，保护穿戴者的脚趾并帮助脚部定位。例如，在一些实施例中，后跟和脚趾元件的一个或两个可不存在，或后跟元件可被置于上部120的外表面上。虽然上述上部120的构造适用于鞋类100，在不脱离本发明的情况下，上部120可呈现出任何想要的传统的或非传统的上部结构。
[0064]鞋底结构130被紧固到上部120的下表面且可具有大体上传统的形状。鞋底结构130可具有多片结构，例如，一个包括中底构件131，外底132，和脚部接触构件133(其可为鞋垫、内底、内底构件、短袜、袜子等(见图4-5))。在图4-5示出的实施例中，脚部接触构件133是内底构件或鞋垫。用在这里的术语“脚部接触构件”不必指直接与用户的脚部接触，因为其他元件可妨碍直接接触。相反地，脚部接触构件形成鞋类物品的脚部接收腔室的内表面的一部分。例如，用户可穿着妨碍与脚部直接接触的袜子。作为另外一个例子，传感器系统12可被容纳在鞋类物品中，该鞋类物品被设计为套在鞋或其他鞋类物品上，比如为外部靴元件或鞋套。在这种物品中，鞋底结构的上部部分可被考虑为脚部接触构件，即使其并没有直接接触用户的脚部。
[0065]中底构件131可为冲击缓冲构件。例如，中底构件131可由聚合物泡沫材料形成，比如聚氨酯、乙基醋酸乙烯共聚物或其他材料(比如phylon、phylitE等)材料压缩以减小在走路、跑步、条约或其他活动期间的地面或其他接触表面反作用力。在根据本发明的一些示例结构中，聚合物泡沫材料可封装或包括不同元件，比如流体填充囊或调节器，其可提高舒适度、移动控制、稳定性和/或鞋类100的地面或其他接触表面反作用力衰减性质。在其他示例结构中，中底构件131可包括附加元件，附加元件压缩以减小地面或其他接触表面反作用力。例如，中底可包括柱型元件以辅助缓冲和吸收力。
[0066]在示例中的鞋类结构100的外底132被紧固至中底构件131的下表面且由抗磨材料形成，比如橡胶或柔性合成材料，比如聚胺酯，抗磨材料在走动或其他活动时与地面或其他表面接触。形成外底132的材料可由适合的材料形成和/或具有纹理以给予提高的附着摩擦力和抗滑力。外底132的结构和制造方法将在此后进一步讨论。脚部接触构件133 (其可为内底构件、鞋垫、短靴构件、士多宝、袜子等)典型地为薄的、可压缩的构件，其可被置于上部120的空位中和靠近脚部的下方表面(或者在上部120与中底构件131之间)以提高鞋类100的舒适度。在一些布置中，可缺少内底或鞋垫，在其他实施例中，鞋类100可具有位于内底或鞋垫顶部的脚部接触构件。
[0067]在图1和2中示出的外底132包括在外底132的一边或两边的多个切口或缝隙136。这些缝隙136可从外底132延伸到其上方部分或延伸到中底构件131。在一个布置中，缝隙136可从外底132的底表面延伸到外底132底部与外底132顶部之间的中点。在另一个布置中，缝隙136可从外底132的底部延伸到距离大于到外底132半程的一点处。在另一个布置中，缝隙136可从外底132的底部延伸到外底132与中底构件131相遇的点处。缝隙136可提供额外的柔性给外底132，且由此给予在穿戴者的脚弯曲的自然方向更多地弯曲。此外，缝隙136可帮助穿戴者提供附着摩擦力。应了解本发明的实施例可与其他类型和构造的鞋一起使用，以及其他类型的鞋类和鞋底结构。
[0068]图3-5为鞋100的示范性实施例，根据本发明，该鞋包括传感器系统12。传感器系统12包括力传感器组件成13，该力传感器组件具有多个传感器16，与传感器组件13进行通信的通信或输出端口 14(比如，通过导线进行电相连)。在图3所示实施例中，系统12具有四个传感器16，第一传感器16A位于鞋子大脚趾(第一趾骨)区，两个传感器16B-C均位于鞋子足前区，其中第二传感器16B位于第一跖骨区，第三传感器16C位于第五跖骨区，而第四传感器16D位于脚跟处。脚部的这些区域在运动过程中通常承受最大程度的压力。图27-28所示和下面描述的实施例使用了传感器16的类似配置。每个传感器16都用来探测用户脚部施加在各自传感器上的力。这些传感器通过传感器导线18与端口 14进行通信，传感器导线可为引线及/或适于通信的其它电导体或介质。比如，在一种实施例中，传感器导线18可为印刷在脚接触件133、中底131或鞋底结构130的其它部件(比如脚接触件133与中底131之间的层)上的电导介质。
[0069]传感器系统12的其他实施例可包括不同数量或构造的传感器16，比如以下描述并在图8、图11-21和