一种走姿训练的鞋垫的制作方法

本发明涉及一种训练行走姿态的智能装置，尤其涉及一种走姿训练的鞋垫。

背景技术：

随着生活水平的不断提高，人们对日常生活中走姿站姿也有了更高的追求。特别是礼仪培训学校与部队军训更是对个人的走姿与站姿提出了量化的要求，其中礼仪培训学校对学员站立时候身体与地面的角度以及站立过程中脚部是由脚尖还是脚跟受力都有明确的规范，同时，在行走过程中的步幅、步频、抬腿高度及行走姿势都亦有明确规定，使得培训学员在站立和行走过程中不仅姿态优美具有气质，同时能最大程度的保护脚部健康；部队军训更是对站姿、步幅、步频以及抬腿高度有更高的要求。

现在关于纠正脚掌姿势的方式主要有：靠直觉刻意改正，通过用户自身意识对走路姿势加以纠正，但是该方法使得用户必须实时用心与走路姿势，容易造成用户意识疲劳，并且数据难以量化，使得用户自身意识无法判断走路的情况是否是正确的，容易疏忽和出错；

找人设计专用鞋垫，通过专人负责记录用户行走脚掌受力情况，然后定制一种适合用户的专用鞋垫，但是价格较为昂贵，且不能矫正用户错误的行走姿势。

中国专利一种测定行走步态的智能鞋垫及方法(申请号：201310105338.9)中公布了，该智能鞋垫包括鞋垫体、布置在鞋垫体上的压力传感器、控制中心、信号传输单元和分析模块，控制中心通过模拟开关与压力传感器的一端依次相连，压力传感器的另一端则与控制中心直接相连，控制中心和分析模块通过信号传输单元进行信息交互。该专利仅完成了使用者在使用过程中脚部受力监测，不能实现使用在站立时姿态监测及建议，以及在行走过程中的走姿的监测及建议。

技术实现要素：

针对现有技术之不足，本发明提供了一种走姿训练的鞋垫，所述鞋垫功能模块包括压力传感单元、加速度传感单元、数据处理单元以及移动控制终端，

所述数据处理单元确定所述压力传感单元采集的模仿对象的压力信息和/或加速度传感单元采集的模仿对象的加速度信息作为一个或多个第一参数，而且还确定训练者在步姿训练过程中经由所述压力传感单元采集的压力信息和/或加速度传感单元采集的加速度信息作为一个或多个第二参数，在其中一个或多个所述第二参数不同于各自对应的第一参数的情况下，由移动控制终端将所述一个或多个第二参数与各自对应的所述第一参数的对比信息反馈给训练者。

根据一个优选的实施方式，所述数据处理单元完成鞋垫训练者第一个第二参数和第二个第二参数与模仿对象对应的第一个第一参数和第二个第一参数的比对，并将比对信息通过移动控制终端在同一界面以三维脚部图像模型分别显示训练者和模仿对象行走时落脚阶段足底受力先后顺序及抬脚阶段足底离地的先后顺序的方式反馈给鞋垫使用者。

根据一个优选的实施方式，所述数据处理单元基于所述压力传感单元采集的训练者在训练过程中抬脚阶段及落脚阶段鞋垫的所述压力传感单元各压力传感器压力大小变化信息完成鞋垫训练者足部各部位受力先后顺序分析，将所述训练者落脚阶段足底受力先后顺序确定为第一个第二参数，将所述训练者抬脚阶段足底离地的先后顺序确定为第二个第二参数。

根据一个优选的实施方式，所述数据处理单元基于所述压力传感单元采集的模仿对象在行走过程中抬脚阶段及落脚阶段鞋垫的所述压力传感单元各压力传感器压力大小变化信息完成模仿对象足部各部位受力先后顺序分析，将所述模仿对象落脚阶段足底受力先后顺序确定为第一个第一参数，将所述模仿对象抬脚阶段足底离地的先后顺序确定为第二个第一参数。

根据一个优选的实施方式，所述数据处理单元完成鞋垫训练者第三个第二参数与模仿对象对应的第三个第一参数的比对，并将比对信息通过移动控制终端的界面以在同一个三维立体坐标内显示训练者在训练过程中每一步抬腿时足部加速度方向和显示模仿对象在至少十步的行走过程中抬腿时足部加速度方向范围的方式反馈给训练者。

根据一个优选的实施方式，所述数据处理单元基于所述加速度传感单元采集的训练者在训练过程中每一步抬腿时足部加速度方向数据完成足部空中移动阶段足部运动方向信息分析，并将所述训练者抬腿时足部加速度方向确定为第三个第二参数。

根据一个优选的实施方式，所述数据处理单元基于所述加速度传感单元采集的模仿对象在在至少十步的行走过程中每一步抬腿时足部加速度方向数据完成足部空中移动阶段足部运动方向信息分析，并将所述模仿对象抬腿时足部加速度方向的范围确定为第三个第一参数。

根据一个优选的实施方式，所述模仿对象抬腿时足部加速度方向的范围包括加速度分解在X轴与Z轴平面内的与X轴夹角的范围、加速度分解在X轴与Y轴平面内的与Y轴夹角的范围和加速度分解在Y轴与Z轴平面内的与Z轴夹角的范围。

根据一个优选的实施方式，在其中一个或多个所述第二参数不同于各自对应的第一参数的情况下，还能够通过音频的方式将所述一个或多个第二参数与各自对应的所述第一参数的对比信息反馈给训练者。

根据一个优选的实施方式，所述鞋垫功能模块还包括：用于实现模数信号转换的分布式A/D采集模块、用于完成数据通信的通信单元、用于实现信号无线传输的信号传输单元、用于实现数模信号转换的分布式D/A输出模块以及用于反馈处理信息的震动器单元。

本发明具有以下优点：

本发明提出的这种走姿训练的鞋垫可以有效地帮助使用者改善站姿不雅观以及改善人们站姿及走姿的质量。此外，对于学走路的婴儿和走路复健患者而言，细微的脚步不协调及脚步不正常姿态很难被家长或医生发现，但如果不及时校正，这些错误的步行姿态将会成为习惯，很难再纠正，而采用本发明走姿训练的鞋垫可以及时发现行走过程中姿态不正确和不协调的情况，从而可降低行走时姿态错误的风险。

附图说明

图1是本发明的功能模块示意图；

图2是本发明的功能模块在鞋垫上的分布示意图；和

图3是本发明实施例中足部骨骼分区示意图。

附图标记列表

101：压力传感单元 102：加速度传感器单元

103：分布式A/D采集模块 104：通信单元

105：数据处理单元 106：信号传输单元

107：移动控制终端 108：震动器单元

109：分布式D/A输出模块 201：鞋垫

202：第一受力区域 203：第二受力区域

204：第一压力传感器 205：第二压力传感器

206：第三压力传感器 207：第四压力传感器

208：第五压力传感器 209：第六压力传感器

210：第七压力传感器 211：第八压力传感器

212：第一震动器 213：第二震动器

214：第三震动器 215：第四震动器

216：第五震动器 217：第六震动器

218：第七震动器 219：第八震动器

220：加速度传感器 221：数据采集处理单元

具体实施方式

下面结合附图和实施例进行详细说明。

图1示出了本发明鞋垫的功能模块，其中包括用于测量鞋垫不同部位压力大小的压力传感单元101、用于测量脚部运动时加速度大小及方向的加速度传感单元102、用于实现模数信号转换的分布式A/D采集模块103、用于完成数据通信的通信单元104、用于实现采集信号处理与反馈的数据处理单元105、用于实现信号无线传输的信号传输单元106、用于设置控制参数和接收反馈信息的移动控制终端107、用于实现数模信号转换的分布式D/A输出模块以及用于反馈处理信息的震动器单元108。

所述压力传感单元101包含多个压力传感器，且所述压力传感单元101中的传感器通过信号线与分布式A/D采集模块103相连。所述压力传感单元101用于测量鞋垫不同部位受到脚部的压力大小，并将采集到的压力模拟信号数据发送至分布式A/D采集模块103。所述加速度传感单元102包含多个加速度传感器，且所述加速度传感单元102中的加速度传感器通过信号线与分布式A/D采集模块103相连。所述加速度传感单元102用于测量脚部运动时加速度的大小及方向，并将采集到的加速度模拟信号数据发送至分布式A/D采集模块103。所述分布式A/D采集模块103与通信单元104相连。所述分布式A/D采集模块103将接受到压力传感单元101和加速度传感单元102传输的模拟信号转换为数字信号，并将所述数字信号传输至通信单元104。所述通信单元104与数据处理单元105相连。所述通信单元104将接收到的由分布式A/D采集模块发送的包含鞋垫各部位受到的压力数据信息和包含脚部运动时加速度数据信息发送至数据处理单元105。所述数据处理单元105与信号传输单元106相连。所述数据处理单元105用于实现对所接收到的包含鞋垫各部位受到的压力数据信息和包含脚部运动时加速数据信息进行处理，并将处理结果数据发送至信号传输单元106。所述信号传输单元106与移动控制终端无线相连。所述信号传输单元106将收集到的数据处理单元105发送的处理结果数据通过蓝牙等装置发送至移动控制终端107。

所述移动控制终端107将接受到的处理结果数据以列表和图像的形式展现给使用者。同时，所述移动控制终端107还可以以语音方式展示处理结果数据。所述列表内容包括压力传感单元101中各压力传感器对应的压力大小列表以及加速度传感单元102中各加速度传感器对应的加速度方向和加速度大小列表。所述图像内容为基于鞋垫形状显示出位于鞋垫上各部位压力传感器处压力大小和加速度传感器的加速度大小和方向。所述加速度方向分为以鞋垫指向方向为X轴正方向、以水平方向垂直于X轴方向指向鞋垫外侧为Y轴正方向以及以竖直向上方向为Z轴正方向。

鞋垫使用者可于移动控制终端107输入设置信息设置震动单元108中各震动器的压力震动阈值。即是，当对应震动器部位压力超过设定阈值时产生震动，提醒使用者该处的压力信息。所述设置信息由所述移动控制终端107无线传输至信号传输单元106，并由信号传输单元106将所述设置信息传输至数据处理单元105。所述数据处理单元105基于通信单元104传输的鞋垫各部位实时压力数据信息和移动控制终端107传输的设置信息完成数据处理，并将震动器单元108的震动命令信息发送至通信单元104，由通信单元104传输至分布式D/A输出模块109。由分布式D/A输出模块109将接受到的震动命令信息转换为模拟数据传输至对应震动器。

根据一个优选的实施方式，本发明鞋垫功能模块还包括电能模块，所述电能模块可以为充电电池或大容量电容。

根据一个优选的实施方式，所述电能模块具体还可以是，充电电池或大容量电容由设置在鞋垫内的人工动能充电装置在使用者行走过程中完成充电。所述人工动能充电装置可以是类似于手表的内的人工动能充电装置，从而实现对鞋垫内的电池进行充电，或者可以外接充电器进行充电。

根据一个优选的实施方式，所述电能模块还可以通过在鞋子或衣服表面设置电性连接充电电池的太阳能薄膜，从而实现利用太阳能薄膜给电池充电的目的。

根据一个优选的实施方式，在前述技术方案的基础上，鞋垫上还设置有电性连接数据处理单元105的GPS芯片。利用GPS讯号对小孩和老人的监控，保障安全。同时利用运动感应器和GPS，可计算使用者的习惯步速，更有效的改善电子地图计算步行需时。利用运动感应器和GPS，还可结合手机中的电子地图，增加盲人导航功能。

图2示出了本发明的鞋垫主要受力区域以及各功能模块在鞋垫上的分布情况，以右鞋垫为例，且左鞋垫在对应的位置处包含下述同样的探测器和功能模块。所示图中包括鞋垫201、承担脚拇指压力的第一受力区域202、承担前脚掌和脚跟压力的第二受力区域203、测量第1趾骨压力大小的第一压力传感器204、测量第2、3趾骨压力大小的第二压力传感器205、测量第1、2跖骨的压力大小的压力传感器207、测量第3、4跖骨的压力大小的压力传感器206、测量足弓部位压力大小的压力传感器208、测量足弓内侧部位压力大小的压力传感器209、测量足跟外侧部位压力大小的压力传感器210、测量足跟内侧部位压力大小的压力传感器211、用于反馈第1趾骨处压力大小信息的第一震动器212、用于反馈第2、3趾骨处压力大小信息的第二震动器213、用于反馈第3、4跖骨处压力信息的第三震动器214、用于反馈第1、2跖骨处压力信息的第四震动器215、用于反馈足弓部位压力信息的第五震动器216、用于反馈足弓内侧部位压力信息的第六震动器217、用于反馈足跟外侧部位压力信息的第七震动器218、用于反馈足跟内侧部位压力信息的第八震动器219、用于测量脚部运动时加速度大小和方向的加速度传感器220以及位于足弓内侧的数据采集处理单元221。其中，所述数据采集处理单元包括分布式A/D采集模块103、分布式D/A输出模块109、通信单元104、数据处理单元105和信号传输单元106。

基于人体足部生理结构，足部受力包含三大受力区即是拇指区域、前掌区域和足跟区域。所述鞋垫201包含两大受力区域为第一受力区域202和第二受理区域203。其中所述第一受力区域202即是对应足部拇指区域。所述第二受力区域203包含足部前掌受力区域和足跟受力区域。所述第一压力传感器204与数据采集处理单元221中分布式A/D采集模块通过数据线相连。所述第一压力传感器204用于测量第1趾骨处压力大小，并将所测的压力数据传输至分布式A/D采集模块。所述第二压力传感器205与数据采集处理单元221中分布式A/D采集模块通过数据线相连。所述第二压力传感器205用于测量第2、3趾骨处压力大小，并将所测的压力数据传输至分布式A/D采集模块。所述第三压力传感器206与数据采集处理单元221中分布式A/D采集模块通过数据线相连。所述第三压力传感器206用于测量第3、4跖骨处压力大小，并将所测的压力数据传输至分布式A/D采集模块。所述第四压力传感器207与数据采集处理单元221中分布式A/D采集模块通过数据线相连。所述第四压力传感器207用于测量第1、2跖骨处压力大小，并将所测的压力数据传输至分布式A/D采集模块。所述第五压力传感器208与数据采集处理单元221中分布式A/D采集模块通过数据线相连。所述第五压力传感器208用于测量足弓部位压力大小，并将所测的压力数据传输至分布式A/D采集模块。所述第六压力传感器209与数据采集处理单元221中分布式A/D采集模块通过数据线相连。所述第六压力传感器209用于测量足弓内侧部位压力大小，并将所测的压力数据传输至分布式A/D采集模块。所述第七压力传感器210与数据采集处理单元221中分布式A/D采集模块通过数据线相连。所述第七压力传感器210用于测量足跟外侧部位压力大小，并将所测的压力数据传输至分布式A/D采集模块。所述第八压力传感器211与数据采集处理单元221中分布式A/D采集模块通过数据线相连。所述第八压力传感器211用于测量足跟内侧部位压力大小，并将所测的压力数据传输至分布式A/D采集模块。

所述第一震动器212与数据采集处理单元221中分布式D/A输出模块相连。所述第一震动器212基于分布式D/A输出模块109将接受到的震动命令信息反馈出第1趾骨处受力大小信息。所述第二震动器213与数据采集处理单元221中分布式D/A输出模块相连。所述第二震动器213基于分布式D/A输出模块109将接受到的震动命令信息反馈出第2、3趾骨处受力大小信息。所述第三震动器214与数据采集处理单元221中分布式D/A输出模块相连。所述第三震动器214基于分布式D/A输出模块109将接受到的震动命令信息反馈出第3、4跖骨处受力大小信息。所述第四震动器215与数据采集处理单元221中分布式D/A输出模块相连。所述第四震动器215基于分布式D/A输出模块109将接受到的震动命令信息反馈出第1、2跖骨处受力大小信息。所述第五震动器216与数据采集处理单元221中分布式D/A输出模块相连。所述第五震动器216基于分布式D/A输出模块109将接受到的震动命令信息反馈出足弓处受力大小信息。所述第六震动器217与数据采集处理单元221中分布式D/A输出模块相连。所述第六震动器217基于分布式D/A输出模块109将接受到的震动命令信息反馈出足弓内侧处受力大小信息。所述第七震动器218与数据采集处理单元221中分布式D/A输出模块相连。所述第七震动器218基于分布式D/A输出模块109将接受到的震动命令信息反馈出足根外侧处受力大小信息。所述第八震动器219与数据采集处理单元221中分布式D/A输出模块相连。所述第八震动器219基于分布式D/A输出模块109将接受到的震动命令信息反馈出足根内侧处受力大小信息。

所述加速度传感器220处于鞋垫201上足弓内侧对应区域，并与数据采集处理单元221中分布式A/D采集模块103相连。所述加速度传感器220位于鞋垫201上足弓内侧对应区域有助于避免加速度传感器220在鞋垫使用者站立及行走过程中长期承受压力而损坏。所述加速度传感器220用于使用者在行走过程中测量脚部运动的加速度大小及其方向，并将测量结果传输至分布式A/D采集模块103。

所述数据采集处理单元221处于鞋垫201足弓内侧对应区域，所述数据采集处理单元221包括分布式A/D采集模块103、分布式D/A输出模块109、通信单元104、数据处理单元105和信号传输单元106。所述数据采集处理单元位于鞋垫201足弓内侧对应区域有助于避免加速度传感器220在鞋垫使用者站立及行走过程中长期承受压力而损坏。

实施例1

以本发明的鞋垫实现走姿训练为例。所述鞋垫完成使用者走姿训练过程包括：采集走姿模版数据、监测训练者走姿和反馈训练者走姿调整信息。

在本实施例中，将行走过程分为三个阶段：抬脚阶段、空中移动阶段和落脚阶段。本发明可基于压力传感单元101采集抬脚阶段及落脚阶段鞋垫各个压力传感器压力大小变化判断抬脚阶段及落脚阶段足部运动姿势。本发明可基于加速度传感单元102采集在行走过程中每一步抬腿时足部加速度大小和方向，其中所述行走过程中每一步抬腿时足部加速度的大小与步幅大小正相关，所述行走过程中每一步抬腿时足部加速度的方向可反映足部空中移动姿势。

本发明所述鞋垫可基于压力传感单元101采集模特走秀时抬脚阶段及落脚阶段鞋垫各个压力传感器压力大小变化信息、明星自然行走时抬脚阶段及落脚阶段鞋垫各个压力传感器压力大小变化信息以及士兵在齐步走或正步走时抬脚阶段及落脚阶段鞋垫各个压力传感器压力大小变化信息等不同使用对象不同行走模式下抬脚阶段及落脚阶段鞋垫各个压力传感器压力大小变化信息作为走姿压力变化模版数据。

本发明所述鞋垫可基于加速度传感单元102采集模特走秀时两鞋垫测得的每一步抬腿时足部加速度方向数据、明星自然行走时两鞋垫测得的每一步抬腿时足部加速度方向数据以及士兵在齐步走或正步走时两鞋垫测得的每一步抬腿时足部加速度方向数据等不同使用对象不同行走模式下两鞋垫测得的每一步抬腿时足部加速度方向数据作为走姿加速度方向模版数据。

所述数据处理单元105基于所述压力传感单元101测得的走姿压力变化模版数据分析得出模仿对象行走过程走抬脚阶段及落脚阶段足部各部位受力的先后顺序。例如，落脚阶段压力传感单元的压力传感器的受力先后顺序为第八压力传感器211、第七压力传感器210、第四压力传感器207、第一压力传感器204、第三压力传感器206、第五压力传感器208、第二压力传感器205。

所述数据处理单元105基于加速度传感单元102测得走姿加速度方向模版数据分析得出模仿对象行走过程足部空中移动阶段左右足部运动方向范围信息。例如，所述走姿加速度方向模版数据包括：走姿加速度分解在X轴与Z轴平面内的与X轴夹角的范围、走姿加速度分解在X轴与Y轴平面内的与Y轴夹角的范围、走姿加速度分解在Y轴与Z轴平面内的与Z轴夹角的范围。

训练者可基于移动控制终端107选择不同的走姿模版数据进行走姿训练，如模特走秀模式等。由所述压力传感单元101采集训练者在训练过程中抬脚阶段及落脚阶段鞋垫各压力传感器压力大小变化信息，并由数据处理单元105完成足部各部位受力先后顺序完成分析，同时由数据处理单元105完成鞋垫训练者足部各部位受力先后顺序与模仿对象足部各部位受力先后顺序的比对，将比对结果存储于移动控制终,107，并将比对结果展示于移动控制终端107，展示方式可以为在同一界面以三维脚部模型分别显示训练者和模仿对象行走时抬脚阶段及落脚阶段足底受力先后顺序。或通过音频等方式提醒训练者足部受力顺序区别，以便训练者掌握训练过程中抬脚阶段及落脚阶段足部受力信息并调整足部姿势。

由所述加速度传感单元102采集训练者在训练过程中每一步抬腿时足部加速度方向数据，并由数据处理单元105完成足部空中移动阶段左右足部运动方向信息分析，同时由数据处理单元105完成训练者左右足部空中运动方向是否处于模仿对象足部运动方向范围以内的判断，将判断结果存储于移动控制终端107，并将判断结果展示于移动控制终端107，展示方式可以为在同一个三维立体坐标内分别显示训练者在训练过程中每一步抬腿时足部加速度方向和模仿对象行走过程中抬腿时足部加速度方向范围，从而训练者可以直观的判断足部加速度方向是否与模仿对象相契合，或通过音频等方式提醒训练者足部运动方向与模仿对象足部运动方向的区别，以便训练者掌握训练过程中足部空中运动阶段足部方向息并调整足部运动姿势。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。