一种足部运动姿态的判断装置和方法与流程

本发明涉及智能穿戴设备领域，尤其涉及一种足部运动姿态的判断装置和方法。

背景技术：

时下跑步运动越来越受人们追捧，但是每个人适用的运动方法不同，错误的跑步姿势或者方法容易导致意外和身体的慢性损伤，所以指导分析个人跑步中存在问题并给出一个有效的跑步建议就变得尤为重要。

现有技术中的智能鞋垫主要用于精准计步、足部受力分析，以得到用户准确的运动数据和状态，但是，用户无法获知自己的运动姿势是否正确，以错误的姿势进行运动反而对身体不利。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种足部运动姿态的判断装置和方法，能够通过采集用户足底的压力变化，判断用户的运动姿态是否良好。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种足部运动姿态的判断装置，包括：智能鞋垫和智能终端，所述智能鞋垫与所述智能终端通信连接；

所述智能鞋垫用于采集人体的足部运动数据；所述智能终端用于分析和存储所述智能鞋垫采集到的足部运动数据；

所述智能鞋垫包括九轴传感器和多个压力传感器。

所述智能鞋垫上，对应拇趾的位置为第一压力区域，对应第一跖骨和第二跖骨的位置为第二压力区域，对应第三跖骨至第五跖骨的位置为第三压力区域，对应足跟内侧的位置为第四压力区域，对应足跟外侧的区域为第五压力区域；

多个压力传感器包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器和第五压力传感器，分别设置于第一压力区域、第二压力区域、第三压力区域、第四压力区域和第五压力区域；

所述九轴传感器设置于足弓对应的位置。

另一方面，本发明提供一种足部运动姿态的判断方法，采用上述的判断装置，

通过多个压力传感器和/或九轴传感器获取足部运动数据；

所述智能终端根据所述足部运动数据计算足部的运动参数，并根据所述运动参数判断运动姿态是否正确。

其中，若所述足部运动数据为多个压力传感器的值，则所述智能终端根据所述足部运动数据计算足部的运动参数，包括：

在一个步态周期中按照预设时间计算压力比值；

压力比值＝[(第二压力传感器的值+第四压力传感器的值)-(第三压力传感器的值+第五压力传感器的值)]/(第二压力传感器的值+第四压力传感器的值)。

相应的，根据所述运动参数判断运动姿态是否正确，包括：

若第一阈值≤压力比值≤第二阈值，则确定足部内旋正常；

若压力比值＜第一阈值，则确定出现足内翻；

若压力比值＞第二阈值，则确定出现足外翻。

其中，若所述足部运动数据为多个压力传感器的值，则所述智能终端根据所述足部运动数据计算足部的运动参数，还包括：

根据所述足部运动数据计算足底压力中心；

在智能鞋垫的平面上绘制足底压力中心的运动轨迹；

计算所述运动轨迹的轨迹长度和轨迹包络面积；

得到轨迹比值＝轨迹包络面积/轨迹长度。

相应的，根据所述运动参数判断运动姿态是否正确，包括：

根据所述轨迹比值，判断人体的平衡能力等级；

其中，所述平衡能力等级由低到高分别为第一等级、第二等级和第三等级；

若所述轨迹比值在预设范围内，则人体的平衡能力等级属于第二等级；

若所述轨迹比值小于预设范围，则人体的平衡能力等级属于第一等级；

若所述轨迹比值大于预设范围，则人体的平衡能力等级属于第三等级。

其中，若所述足部运动数据为九轴传感器的数据，则所述智能终端根据所述足部运动数据计算足部的运动参数，还包括：

根据所述九轴传感器的数据计算足轴角，所述足轴角为所述智能鞋垫长度方向上的中心线与前进方向的角度。

进一步的，根据所述运动参数判断运动姿态是否正确，包括：

根据所述足轴角判断足部为内八字脚或外八字脚；

根据足轴角的大小，若足轴角大于第三阈值，则确定运动姿态异常。

本发明的有益效果为：

本发明通过通信连接的智能鞋垫和智能终端，对用户的足底压力进行采集和分析，与预设的标准相比较可得知用户足部的运动姿态是否正确，用户可据此修正运动姿态，减少身体的损伤。

附图说明

图1是本发明实施例一中智能鞋垫的结构示意图。

图2是本发明实施例二提供的足部运动姿态的判断方法的流程图；

图3是本发明实施例二中静态足底压力中心的轨迹示意图；

图4是本发明实施例二中动态足底压力中心的轨迹示意图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

本实施例提供一种足部运动姿态的判断装置，适用于运动检测及分析，包括：智能鞋垫和智能终端，所述智能鞋垫与所述智能终端通信连接，所述智能鞋垫用于采集人体的足部运动数据；所述智能终端用于分析和存储所述智能鞋垫采集到的用户的足部运动数据。

人体足部跖骨共五块，由内侧向外侧依次为第一至第五跖骨。跖骨与足跟之间为足弓。

所述智能鞋垫包括九轴传感器和多个压力传感器。

如图1所示，所述九轴传感器16设置于足弓对应的位置。

所述智能鞋垫上，对应拇趾的位置为第一压力区域1，对应第一跖骨和第二跖骨的位置为第二压力区域2，对应第三跖骨至第五跖骨的位置为第三压力区域3，对应足跟内侧的位置为第四压力区域4，对应足跟外侧的区域为第五压力区域5。

多个压力传感器包括第一压力传感器11、第二压力传感器12、第三压力传感器13、第四压力传感器14和第五压力传感器15，分别设置于第一压力区域1、第二压力区域2、第三压力区域3、第四压力区域4和第五压力区域5。其中，第二压力区域2和第三压力区域3可分别设置一个或多个第二压力传感器12和第三压力传感器13，本实施例中，优选的将第二压力传感器12和第三压力传感器13分别设置2个。

图1为右脚的智能鞋垫，左脚的智能鞋垫为图1的水平镜像。

本实施例通过通信连接的智能鞋垫和智能终端，采集用户的运动参数，再配合相应的判断方法进行分析，可得知用户足部的运动姿态是否正确，用户可据此修正运动姿态，减少身体的损伤。

实施例二

本实施例提供一种足部运动姿态的判断方法，采用上述实施例的判断装置，采集并分析用户的足部运动数据，用于判断用户的足部运动姿态是否正确。

如图2所示，该判断方法包括如下步骤：

s21，通过多个压力传感器和/或九轴传感器获取足部运动数据。

一个完整的步态周期包括支撑相和摆动相，其中支撑相又依次包括足跟触地、前足触地、全足支撑和前足蹬地四个阶段。本实施例在全足支撑阶段获取用户的足部运动数据，所述足部运动数据为多个压力传感器的值。

s22，所述智能终端根据所述足部运动数据计算足部的运动参数，并根据所述运动参数判断运动姿态是否正确。

在一个步态周期中按照预设时间计算压力比值：

压力比值＝[(第二压力传感器的值+第四压力传感器的值)-(第三压力传感器的值+第五压力传感器的值)]/(第二压力传感器的值+第四压力传感器的值)。

若第一阈值≤压力比值≤第二阈值，则确定用户的足部内旋正常；若压力比值＜第一阈值，则确定用户出现足内翻；若压力比值＞第二阈值，则确定用户出现足外翻。

所述压力比值体现了全足支撑状态下，用户足部的受力是偏向内侧还是外侧，当用户的足部习惯性倾向一侧时应给予提醒，该运动姿态容易损伤脚踝，造成腿部骨骼变型等，并提示用户改正。

实施例三

本实施例在实施例二的基础上，同时还可以进行其他运动参数的计算。

s21，通过多个压力传感器和/或九轴传感器获取足部运动数据。

本实施例作为一项能力测试，用于测试用户的平衡能力，平衡能力通过足底压力中心来判断。足底压力中心分为静态足底压力中心和动态足底压力中心，静态足底压力中心用于判断身体平衡能力；动态足底压力中心用于判断运动过程中控制身体姿态的能力。

静态足底压力要求用户闭眼单腿站立、全足支撑，获取用户的足部运动数据，所述足部运动数据为多个压力传感器的值。图3是本发明实施例二中静态足底压力中心的示意图。如图3所示，曲线a是静态足底压力中心的轨迹。

动态足底压力中心在运动状态下获取。当九轴传感器中的三轴加速度计的值出现一定时间的较大波动，则确定用户进入运动状态，压力传感器开始采集足部运动数据。图4是本发明实施例二中动态足底压力中心的示意图。如图4所示，曲线b是动态足底压力中心的轨迹。

s22，所述智能终端根据所述足部运动数据计算足部的运动参数，并根据所述运动参数判断运动姿态是否正确。

根据所述足部运动数据计算用户的足底压力中心，即根据各压力传感器的值、通过受力分析计算足底压力中心的位置。在智能鞋垫的平面上绘制足底压力中心的运动轨迹；计算所述运动轨迹的轨迹长度和轨迹包络面积；得到轨迹比值＝轨迹包络面积/轨迹长度。轨迹长度和轨迹包络面积可参照现有技术中曲线的长度计算方法和曲线的包络面积计算方法进行计算。

根据所述轨迹比值，判断用户的平衡能力等级：所述平衡能力等级由低到高分别为第一等级、第二等级和第三等级。

若所述轨迹比值在预设范围内，则用户的平衡能力等级属于第二等级；若所述轨迹比值小于预设范围，则用户的平衡能力等级属于第一等级；若所述轨迹比值大于预设范围，则用户的平衡能力等级属于第三等级。等级的划分需要根据实际情况进行设定。

可根据用户的平衡能力等级向用户提供更有针对性的平衡能力训练，帮助用户提升肢体稳定性，减少运动中受伤的可能。

实施例四

本实施例在上述实施例的基础上，同时还可以进行其他运动参数的计算。

s21，通过多个压力传感器和/或九轴传感器获取足部运动数据。

九轴传感器包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计。本实施中，通过九轴传感器获取用户的足部运动数据，九轴传感器的数据包括加速度、旋转角度等。

s22，所述智能终端根据所述足部运动数据计算足部的运动参数，并根据所述运动参数判断运动姿态是否正确。

根据所述九轴传感器的数据计算足轴角，所述足轴角为所述智能鞋垫长度方向上的中心线与前进方向的角度；通过加速度计可知用户的前进方向，陀螺仪以智能鞋垫的长度中心线和宽度中心线建立直角坐标系，并由此可知足部转动的角度，进一步的可计算出足轴角。

根据所述足轴角判断用户为内八字脚或外八字脚。若足轴角位于前进方向的外侧，则判断用户为外八字脚，若足轴角位于前进方向的内侧，则判断用户为内八字脚。

并且，根据足轴角的大小，若足轴角大于第三阈值，则判断用户的运动姿态异常，内八过度或外八过度都是不良的运动姿态，应提醒用户更正。

实施例二至四通过通信连接的智能鞋垫和智能终端，采集用户的运动数据，进行分析和计算，判断用户的运动姿态是否正确，运动能力是否正常，作为用户运动的参考，指导用户以正确的方式进行锻炼，减小运动损伤，达到更好的运动效果。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。