帶膝關(guān)節(jié)損傷預(yù)警功能的智能跑鞋及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及穿戴式智能設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，更確切地說(shuō)涉及一種帶膝關(guān)節(jié)損傷預(yù)警功能的智能跑鞋及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]穿戴式智能設(shè)備是應(yīng)用穿戴式技術(shù)對(duì)日常穿戴進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)、開發(fā)出可以穿戴的設(shè)備的總稱，如眼鏡、手套、手表、服飾及鞋類，而鞋子幾乎是每一個(gè)人每天的必備生活物品之一，走路、跑步靠腳，更靠鞋。跑鞋是鞋子的一種，供人們?cè)谶\(yùn)動(dòng)時(shí)穿著。但目前的跑鞋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能單一，尚不能對(duì)人體在運(yùn)動(dòng)過程中的膝關(guān)節(jié)損傷進(jìn)行預(yù)警，而運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)的過程中由于運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)不正確，膝關(guān)節(jié)長(zhǎng)時(shí)間承受過高的負(fù)荷，容易導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)損傷，影響鍛煉熱情、縮短運(yùn)動(dòng)壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種帶膝關(guān)節(jié)損傷預(yù)警功能的智能跑鞋，該跑鞋具有膝關(guān)節(jié)損傷預(yù)警功能，避免運(yùn)動(dòng)員在跑步過程中損傷膝關(guān)節(jié)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種具有以下結(jié)構(gòu)的帶膝關(guān)節(jié)損傷預(yù)警功能的智能跑鞋，包括左跑鞋和右跑鞋;所述的左跑鞋和右跑鞋均包括鞋體，所述的智能跑鞋還包括控制模塊及預(yù)警模塊;所述的左跑鞋和右跑鞋的鞋體的前掌部均設(shè)有第一壓力傳感器，所述的左跑鞋和右跑鞋的鞋體的后跟部設(shè)有第二壓力傳感器;所述的左跑鞋和右跑鞋的第一壓力傳感器和第二壓力傳感器均與所述的控制模塊電連接，所述的預(yù)警模塊與所述的控制模塊電連接。
[0005]采用以上結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明的帶膝關(guān)節(jié)損傷預(yù)警功能的智能跑鞋，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0006]所述的左跑鞋和右跑鞋上的第一壓力傳感器用于檢測(cè)左跑鞋和右跑鞋的鞋體的前掌部的垂直地面反作用力值，所述的左跑鞋和右跑鞋上的第二壓力傳感器用于檢測(cè)左跑鞋和右跑鞋的鞋體的后跟部的垂直地面反作用力值，當(dāng)左跑鞋的第一壓力傳感器或第二壓力傳感器檢測(cè)到有垂直地面反作用力值信號(hào)出現(xiàn)時(shí)到左跑鞋的第一壓力傳感器和第二壓力傳感器的垂直地面反作用力值信號(hào)均消失時(shí)為左跑鞋的一腳步；當(dāng)右跑鞋的第一壓力傳感器或第二壓力傳感器檢測(cè)到有垂直地面反作用力值信號(hào)出現(xiàn)時(shí)到右跑鞋的第一壓力傳感器和第二壓力傳感器的垂直地面反作用力值信號(hào)均消失時(shí)為右跑鞋的一腳步;控制器根據(jù)第一壓力傳感器和第二壓力傳感器傳輸過來(lái)的數(shù)據(jù)可以得出人體運(yùn)動(dòng)時(shí)每一腳步的垂直負(fù)荷增長(zhǎng)率曲線，根據(jù)垂直負(fù)荷增長(zhǎng)率曲線得出平均垂直負(fù)荷增長(zhǎng)率，有文獻(xiàn)證實(shí)，平均垂直負(fù)荷增長(zhǎng)率與足部以及膝關(guān)節(jié)損傷緊密相關(guān)，其值越大，膝關(guān)節(jié)潛在損傷風(fēng)險(xiǎn)程度就越高，運(yùn)動(dòng)過程中長(zhǎng)時(shí)間過高的垂直負(fù)荷增長(zhǎng)率的累積會(huì)致使膝關(guān)節(jié)慢性損傷性風(fēng)險(xiǎn)的增大，而控制模塊可實(shí)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)損傷預(yù)警，從而可有效防止運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)的過程中損傷膝關(guān)節(jié)，糾正運(yùn)動(dòng)員錯(cuò)誤的運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)。
[0007]作為改進(jìn)，所述的鞋體的鞋底從上到下依次為鞋墊、鞋中底和鞋大底;所述的第一壓力傳感器和第二壓力傳感器均設(shè)于所述的鞋中底上。采用此種結(jié)構(gòu)后，第一壓力傳感器和第二壓力傳感器設(shè)置在鞋中底中為最佳實(shí)施方案，可避免人體在運(yùn)動(dòng)的過程中損壞壓力傳感器。
[0008]作為改進(jìn)，所述的控制模塊包括控制器及計(jì)時(shí)器;所述的計(jì)時(shí)器、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器和預(yù)警模塊均與所述的控制器電連接。采用此種結(jié)構(gòu)后，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)施方便。
[0009]作為改進(jìn)，所述的控制模塊還包括無(wú)線通信模塊，所述的無(wú)線通信模塊與所述的控制器電連接，所述的控制器通過無(wú)線通信模塊與無(wú)線智能移動(dòng)終端信號(hào)連接。采用此種結(jié)構(gòu)后，可以通過無(wú)線智能移動(dòng)終端來(lái)監(jiān)控運(yùn)動(dòng)員的體重和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并能保存數(shù)據(jù)，使用戶使用和監(jiān)控更加方便。
[0010]作為改進(jìn)，所述的控制模塊包括控制器及無(wú)線通信模塊;第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、無(wú)線通信模塊和預(yù)警模塊均與所述的控制器電連接;所述的控制器通過無(wú)線通信模塊與無(wú)線智能移動(dòng)終端信號(hào)連接。采用此種結(jié)構(gòu)后，控制器可將第一壓力傳感器和第二壓力傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸給無(wú)線智能移動(dòng)終端，在無(wú)線智能移動(dòng)終端內(nèi)得出垂直負(fù)荷增長(zhǎng)率曲線和平均垂直負(fù)荷增長(zhǎng)率曲線，這樣可簡(jiǎn)化左跑鞋和右跑鞋內(nèi)的結(jié)構(gòu)，通過無(wú)線智能移動(dòng)終端來(lái)監(jiān)控運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
[0011]作為改進(jìn)，所述的第一壓力傳感器和第二壓力傳感器均為柔性陣列式壓力傳感器。采用此種結(jié)構(gòu)后，柔性陣列式壓力傳感器材質(zhì)較柔軟，不會(huì)給運(yùn)動(dòng)員穿著跑鞋帶來(lái)不適感;數(shù)據(jù)采集點(diǎn)分布較多，采集數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確。
[0012]本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問題是，提供一種帶膝關(guān)節(jié)損傷預(yù)警功能的智能跑鞋的控制方法，該跑鞋具有膝關(guān)節(jié)損傷預(yù)警功能，避免運(yùn)動(dòng)員在跑步過程中損傷膝關(guān)節(jié)。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種具有以下步驟的帶膝關(guān)節(jié)損傷預(yù)警功能的智能跑鞋的控制方法，其特征在于:
[0014]人體垂直站立時(shí)，左跑鞋和右跑鞋鞋中底部分的第一壓力傳感器和第二壓力傳感器將采集到的足底壓力信息發(fā)送給控制模塊，控制模塊根據(jù)第一壓力傳感器和第二壓力傳感器發(fā)送過來(lái)的足底壓力信息獲得人體垂直站立時(shí)的體重；
[0015]人體運(yùn)動(dòng)時(shí)，左跑鞋或右跑鞋的第一壓力傳感器和第二壓力傳感器將每一腳步采集到的足底壓力信息實(shí)時(shí)地發(fā)送給控制模塊，所述的控制模塊根據(jù)實(shí)時(shí)的足底壓力信息可獲得實(shí)時(shí)的垂直地面反作用力值；
[0016]所述的控制模塊將獲得的人體垂直站立時(shí)的體重乘以重力加速度換算成人體垂直站立時(shí)的體重?fù)Q算值;所述的控制模塊根據(jù)人體垂直站立時(shí)的體重?fù)Q算的值、人體運(yùn)動(dòng)時(shí)每一腳步實(shí)時(shí)的垂直地面反作用力值和人體運(yùn)動(dòng)時(shí)每一腳步的時(shí)間得出垂直負(fù)荷增長(zhǎng)率曲線，根據(jù)垂直負(fù)荷增長(zhǎng)率曲線得出平均垂直負(fù)荷增長(zhǎng)率，在人體運(yùn)動(dòng)過程中當(dāng)所述的平均垂直負(fù)荷增長(zhǎng)率超出閾值且在一定行程S內(nèi)所述的平均垂直負(fù)荷增長(zhǎng)率超出閾值的次數(shù)累積超出一定數(shù)值M時(shí)，預(yù)警模塊發(fā)出預(yù)警信號(hào)。
[0017]采用以上結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明的帶膝關(guān)節(jié)損傷預(yù)警功能的智能跑鞋的控制方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0018]由于本發(fā)明的智能跑鞋的控制方法的控制模塊根據(jù)獲得的人體垂直站立時(shí)的體重、人體運(yùn)動(dòng)時(shí)每一腳步實(shí)時(shí)的垂直地面反作用力值和人體運(yùn)動(dòng)時(shí)每一腳步的時(shí)間得出垂直負(fù)荷增長(zhǎng)率曲線，根據(jù)垂直負(fù)荷增長(zhǎng)率曲線得出平均垂直負(fù)荷增長(zhǎng)率，在人體運(yùn)動(dòng)過程中當(dāng)所述的平均垂直負(fù)荷增長(zhǎng)率超出閾值且在一定行程S內(nèi)所述的平均垂直負(fù)荷增長(zhǎng)率超出閾值的次數(shù)累積超出一定數(shù)值M時(shí)，預(yù)警模塊發(fā)出預(yù)警信號(hào)，這樣，運(yùn)動(dòng)員能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)地糾正錯(cuò)誤的運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)或者停止超負(fù)荷的運(yùn)動(dòng)過程，如此便可有效地避免損傷膝關(guān)節(jié)，讓運(yùn)動(dòng)員能夠健健康康的運(yùn)動(dòng)。
[0019]作為改進(jìn)，所述的閾值為72BW/s。所述的S為10公里，所述的M為500。此種設(shè)計(jì)為最佳實(shí)施方案。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)過程中每一腳步的垂直負(fù)荷增長(zhǎng)率曲線圖。
[0021]圖2是本發(fā)明的帶膝關(guān)節(jié)損傷預(yù)警功能的智能跑鞋的右跑鞋的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖中所示:1、第一壓力傳感器，2、第二壓力傳感器，3、控制器，4、無(wú)線通信模塊，5、警示燈，a、平均垂直負(fù)荷增長(zhǎng)率。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0024]請(qǐng)參閱圖1所示，圖1為垂直負(fù)荷增長(zhǎng)率曲線。圖1中橫坐標(biāo)表示人體運(yùn)動(dòng)時(shí)每一腳步的支撐期(單位為S)，即表示人體運(yùn)動(dòng)時(shí)每一腳步所用的時(shí)間，為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)所取的值為每一腳步所用的時(shí)間的百分比。圖1中縱坐標(biāo)表示垂直地面反作用力值除以運(yùn)功員體重的換算值(單位為BW，BW為body weight的縮寫，表示垂直地面反作用力相對(duì)于體重的倍數(shù)。)，所述的運(yùn)動(dòng)員體重?fù)Q算的值=運(yùn)動(dòng)員體重*重力加速度(g = 9.8N/kg)，上述處理是為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，便于橫向比較。垂直負(fù)荷增長(zhǎng)率是評(píng)價(jià)膝關(guān)節(jié)潛在損傷風(fēng)險(xiǎn)的一項(xiàng)重要生物力學(xué)指標(biāo)，平均垂直負(fù)荷增長(zhǎng)率是垂直地面反作用力第一次達(dá)到峰值時(shí)對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)的值與相對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)的值之比(單位為BW/S)。
[0025]請(qǐng)參閱圖2所示，本發(fā)明帶膝關(guān)節(jié)損傷預(yù)警功能的智能跑鞋包括左跑鞋、右跑鞋、控制模塊及預(yù)警模塊;所述的左跑鞋和右跑鞋均包括鞋體。所述的左跑鞋和右跑鞋的鞋體的前掌部