CN203914881U - 智能鞋 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能鞋，包括鞋底和鞋帮，还包括用于采集鞋内的温度信号的微型温度传感器；用于采集鞋内的湿度信号的微型湿度传感器；用于采集运动时鞋底的压力信号的微型压力传感器；用于采集运动时鞋底的三维加速度信号的微型三维加速度传感器；用于接收所述温度信号、湿度信号、压力信号和三维加速度信号并发送出去的发射器；和用于向微型温度传感器、微型湿度传感器、微型压力传感器、微型三维加速度传感器和发射器供电的电源。该智能鞋能实时监测穿戴者的脚底温湿度、压力分配和速度变化等参数，提供可获知穿戴者的历史运动状态、卡路里消耗、运动效果等的信息来源。

Description

智能鞋

技术领域

本实用新型涉及一种鞋，特别涉及一种设有多种微型传感器的智能鞋。

背景技术

微型传感器是指尺寸微小的传感器，如敏感元件的尺寸从微米级到毫米级、甚至达到纳米级，主要采用精密加工、微电子以及微机电系统技术，实现传感器尺寸的缩小。

微型传感器是目前最为成功并最具实用性的微型机电器件，主要包括利用微型膜片的机械形变产生电信号输出的微型压力传感器和微型加速度传感器；此外，还有微型温度传感器、微型湿度传感器、磁场传感器、气体传感器等，这些微型传感器的面积大多在1mm2以下。

微型传感器的概念除了包含单一微型传感器之外，还涵盖集成的传感微型器和微型传感器系统。就集成的微型传感器而言，是指将微小的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在一块芯片上而形成的集成的传感器。就微型传感器系统而言，是指微型传感系统中不但包括微型传感器，还包括微型执行器，可以独立工作，甚至由多个微传感器组成传感器网络，或者可实现异地联网。

微型传感器以其体积小、重量轻、功耗低、性能好、易于批量生产、成本低和便于集成化和多功能化等特点，被广泛用于现代高科技领域，也包括很多民用领域，如环境与生态监测、健康监护、家庭自动化、以及交通控制等。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种设有多种微型传感器的智能鞋，使其能实时监测穿戴者的脚底温湿度、脚底压力分配、速度变化等参数。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种智能鞋，包括鞋底和鞋帮，还包括：

用于采集鞋内的温度信号的微型温度传感器；

用于采集鞋内的湿度信号的微型湿度传感器；

用于采集运动时鞋底的压力信号的微型压力传感器；

用于采集运动时鞋底的三维加速度信号的微型三维加速度传感器；

用于接收上述的温度信号、湿度信号、压力信号和三维加速度信号并发送的发射器；和

用于向微型温度传感器、微型湿度传感器、微型压力传感器、微型三维加速度传感器和发射器供电的电源。

本实用新型相对于现有技术而言，在鞋内安装一套由微型温度传感器、微型湿度传感器、微型压力传感器、微型三维加速度传感器组成的微型智能传感器组，可实时地对穿戴者的脚底温度、脚底湿度、脚底压力分配、和脚底的速度变化等参数进行监测，然后再通过发射器将所获得的穿戴者信息进行发送。

进一步地，本实用新型的智能鞋还可包含设于鞋内的层状鞋垫。可将上述微型温度传感器、微型湿度传感器、微型压力传感器、微型三维加速度传感器、发射器和电源等微型电子元器件设置于该层状鞋垫的两层之间，由此可避免在鞋底表面直接设置上述微型电子元器件时，穿戴者的脚底产生的异物感和不适感。并且在穿戴者脚部出汗液时，可将层状鞋垫从鞋中取出进行晾晒干燥，避免因脚部汗液使微型电子元器件的表面或者内部出现潮湿而影响传感器的功能。

进一步地，在本实用新型的智能鞋中，鞋底的上表面设有微型凹槽。可将上述微型温度传感器、微型湿度传感器、微型压力传感器、微型三维加速度传感器、发射器和电源等微型电子元器件设置于该微型凹槽中。微型凹槽的设置也可减少在鞋底表面直接放置微型传感器时，穿戴者的脚底产生的异物感和不适感，与将电子元器件设于层状鞋垫中相比，能更好地保证微型电子元器件的灵敏度。此外，微型凹槽的设置也有利于固定微型电子元器件的设置位置，使其避免因与穿戴者脚底之间的摩擦而产生滑动和变位。

进一步地，设于本实用新型的智能鞋中的微型电子元器件，可以是集成的传感器，也可以是各自独立设置的单一传感器。具体来说，上述微型温度传感器、微型湿度传感器、微型压力传感器、微型三维加速度传感器、发射器和电源可以封装在同一块芯片上，形成集成传感电路。或者上述微型温度传感器、微型湿度传感器、微型压力传感器、微型三维加速度传感器、发射器和电源可以为各自独立设置的微型电子元器件。

当设于智能鞋中的微型电子元器件为上述的集成传感电路时，该集成传感电路设于层状鞋垫中或设于鞋底表面的微型凹槽中。

更进一步地，该集成传感电路以硅胶外层封装。采用硅胶外层将集成传感电路进行封装，可有助于保证集成于同一块芯片上的各个微型电子元器件不会因脚底摩擦力而移位，从而保证集成传感电路的稳定性。

当设于智能鞋中的微型电子元器件为上述各自独立设置的单一电子元器件时，可将其分别设置于智能鞋中不同位置上。由于微型压力传感器和微型三维加速度传感器须利用微型膜片的机械形变而产生电信号输出，因此这两种微型传感器必须设于层状鞋垫或微型凹槽中，以保证人在运动时脚底的压力能使传感器中的微型膜片发生机械形变，从而产生传感信号；而微型温度传感器和微型湿度传感器这两种传感器，并不依赖于微型膜片的机械形变产生电信号，因此微型温度传感器、微型湿度传感器以及发射器、电源除了可设置于层状鞋垫中、鞋底的微型凹槽中，还可设置于该智能鞋的鞋帮上或其他任何位置。

优选地，设于本实用新型的智能鞋中的微型压力传感器的个数为2个，分别设于鞋底或鞋垫上与人体足部对应的足前掌区和足后跟区的位置。根据人体足底解剖学和人体运动学中对足底压力分配的研究结果，人在运动时，其足底各部位所承受的压力大小是不同的，选取足前掌区和足后跟区这两个足底区域分别设置微型压力传感器，并取这两个微型传感器所检测到的足底压力的平均值作为该时刻的足底压力值，使本实用新型的智能鞋所检测的足底压力信号更为准确。

优选地，设于本实用新型的智能鞋中的微型三维加速度传感器的个数为1个，设于鞋底或鞋垫上与人体足部对应的足前掌区的位置。根据人体运动学的分析，当人体以加速度向前运动时，仅以足前掌部位和地面接触，足中部位和足后跟部位并不与地面接触，而微型加速度传感器是利用微型膜片的机械形变产生电信号输出，因此如果将微型加速度传感器设置于足中部位或足后跟部位，会导致在人体加速向前使采集不到信号；因此将微型加速度传感器设于足前掌部位，能够保证该传感器始终采集到人体足底的加速度信号。

附图说明

图1是本实用新型的智能鞋中微型传感器的信号流向示意图；

图2是第一实施方式中的智能鞋的结构示意图；

图3是第六实施方式中的智能鞋的结构示意图；

图4是第七实施方式中所涉及的人体足部区域划分示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本实用新型的第一实施方式涉及一种智能鞋，其结构如附图2所示，该智能鞋包括鞋底1和鞋帮2，在鞋底1的上表面设有微型凹槽4，在微型凹槽4中设有集成传感电路5。该集成传感电路5为一块封装有不同的微型电子元器件的芯片，具体来说，该集成传感电路5包括：微型温度传感器11，用于采集鞋内的温度信号；微型湿度传感器12，用于采集鞋内的湿度信号；微型压力传感器13，用于采集运动时鞋底的压力信号；微型三维加速度传感器14，用于采集运动时鞋底的三维加速度信号；发射器15，用于接收上述各类型的微型传感器所检测到的温度信号、湿度信号、压力信号和三维加速度信号并发送；电源16，用于向上述微型温度传感器11、微型湿度传感器12、微型压力传感器13、微型三维加速度传感器14和发射器15供电。

本实施方式的智能鞋，在鞋内安装了一套由微型温度传感器11、微型湿度传感器12、微型压力传感器13、微型三维加速度传感器14、发射器15和电源16组成的微型智能传感器组，可实时地对穿戴者的脚底温度、脚底湿度、脚底压力分配、和脚底的速度变化等参数进行监测，并将所获得的关于穿戴者运动的各项信号进行发送。

本实施方式将上述微型温度传感器11、微型湿度传感器12、微型压力传感器13、微型三维加速度传感器14、发射器15和电源16封装于同一块芯片上，形成集成传感电路5，并在鞋底上表面设微型凹槽4，将该集成传感电路5设置与该微型凹槽4中，可减少在鞋底1的表面直接放置集成传感电路5时，穿戴者的脚底产生的异物感和不适感；还有利于固定集成传感电路5的设置位置，使其避免因与穿戴者脚底之间的摩擦而产生滑动和变位；此外，设置于微型凹槽4中的集成传感电路5，与人体足底直接接触，由此也保证了集成传感电路5的灵敏度。

为与本实用新型的智能鞋配套使用，可在特定区域例如宿舍、房间入口等处，安装匹配的信号接收设备。当本实用新型的智能鞋的穿戴者进入该区域时，智能鞋内的发射器15将本段时间内的信号上传至接收设备，接收设备将数据上报至后台系统，后台系统对这些数据进行分析，获知穿戴者此段时间内的生理状态和运动状态。根据这些数据，可获知穿戴者的历史运动状态、卡路里消耗、运动效果等参数，实现运动状态检测。该后台系统也可以直接将数据上传至手机APP中，通过手机APP获知穿戴者的生理状态和运动状态。该后台系统还可以采用高强度加密(最高至AES256)的方式进行数据传输和用户认证，确保数据安全。

本实用新型的第二实施方式所涉及的智能鞋，与第一实施方式不同之处在于，本实施方式的智能鞋还包含设于鞋内的层状鞋垫3，由微型温度传感器11、微型湿度传感器12、微型压力传感器13、微型三维加速度传感器14、发射器15和电源16组成的集成传感电路5则设于该层状鞋垫3的相邻两层之间。

将微型传感模块设于层状鞋垫的两层之间，可进一步地避免在鞋底表面直接设置微型电子元器件时，穿戴者的脚底产生的异物感和不适感。并且在穿戴者脚部出汗液时，可将设有集成传感电路5的层状鞋垫3从智能鞋中取出，进行晾晒和干燥，避免因脚部的汗液使微型电子元器件的表面或者内部出现潮湿而影响传感器的功能。

本实用新型的第三实施方式所涉及的智能鞋，在第一和第二实施方式的基础上，对上述微型温度传感器11、微型湿度传感器12、微型压力传感器13、微型三维加速度传感器14、发射器15和电源16组成的所述集成传感电路5采用硅胶外层封装。

采用硅胶外层将集成传感电路5进行封装，硅胶外层作为一种保护层，在不影响集成传感电路5的灵敏性的前提下，可有助于保证所集成于同一块芯片上的各个微型电子元器件不会因受到脚底的摩擦力而发生滑动或者移位，从而保持集成传感电路5的稳定性，由此延长本实用新型的智能鞋的使用寿命。

本实用新型的第四实施方式所涉及的智能鞋，其中的微型电子元器件并不是封装在同一块芯片上形成集成传感电路5，而是各自独立设置的单一电子元器件。就微型传感器的种类来说，也包括了微型温度传感器11，用于采集鞋内的温度信号；微型湿度传感器12，用于采集鞋内的湿度信号；微型压力传感器13，用于采集运动时鞋底的压力信号；微型三维加速度传感器14，用于采集运动时鞋底的三维加速度信号。上述这四种类型的微型传感器与发射器15、电源16，彼此独立地设置于本实施方式的智能鞋的鞋底1的上表面。与上述微型传感器、发射器和电源的总个数相对应的，在鞋底1的上表面设有相应个数的微型凹槽4，上述微型温度传感器11、微型湿度传感器12、微型压力传感器13、微型三维加速度传感器14、发射器15、电源16分别设置于独立的微型凹槽4中。

上述将各微型电子元器件独立设置于智能鞋的鞋底上表面的方式，使各个电子元器件独立工作，减少了电子元器件之间的相互干扰。当其中某一个电子元器件发生损坏时，可单独对损坏的电子元器件进行更换或者修理，可有效降低该智能鞋的修理成本。

本实用新型的第五实施方式所涉及的智能鞋，与第四实施方式不同之处在于，本实施方式的智能鞋还包含设于鞋内的层状鞋垫3，微型温度传感器11、微型湿度传感器12、微型压力传感器13、微型三维加速度传感器14、发射器15、电源16各自独立地设于该层状鞋垫3的相邻两层之间。

正如第三实施方式中所阐述的那样，将各种微型传感器和发射器15、电源16这些电子元器件设于层状鞋垫3的相邻两层之间，可更进一步地避免在鞋底表面直接放置电子元器件时，穿戴者的脚底产生的异物感和不适感。并且在穿戴者脚部出汗液时，可将层状鞋垫3从鞋中取出进行晾晒和干燥，避免因脚部的汗液使微型传感器的表面或者内部出现潮湿而影响传感器的功能。

本实用新型的第六实施方式所涉及的智能鞋，其结构如附图3所示，与第五实施方式不同之处在于，只有微型压力传感器13和微型三维加速度传感器14设置于鞋垫3中，而微型温度传感器11、微型湿度传感器12、发射器15和电源16是设于鞋帮2上。

由于微型温度传感器11、微型湿度传感器12、发射器15和电源16并不依赖于所承受的机械压力来产生信号，因此理论上可设于智能鞋中的任何部位。本实施方式将上述四种电子元器件设于鞋帮2上，尽量减少设于鞋底的电子元器件，可增加穿戴者的舒适感；同时上述设于鞋帮2上的微型温度传感器11、微型湿度传感器12、发射器15和电源16不会承受到不必要的足底压力、更避免了接触到可能出现的足底汗液，由此尽最大可能地减少智能鞋中所设置的微型电子元器件的使用损耗，确保本实施方式的智能鞋有较长的使用寿命。

本实用新型的第七实施方式所涉及的智能鞋，在第六实施方式的基础上，将微型压力传感器13的个数设为2个，这2个微型压力传感器13分别设于层状鞋垫3内与人体足部对应的足前掌区21和足后跟区22的位置；此外，微型三维加速度传感器14的个数为1个，设于层状鞋垫3内与人体足部对应的足前掌区21的位置。其中，足前掌区21和足后跟区22的位置示意图见附图4所示。

正如前面阐述的那样，根据人体足底解剖学和人体运动学中对足底压力分配的研究结果，人在运动时，其足底各部位所承受的压力大小是不同的，选取足前掌区和足后跟区这两个足底区域分别设置微型压力传感器，并取这两个微型传感器所检测到的足底压力的平均值作为该时刻的足底压力值，使本实用新型的智能鞋所检测的足底压力信号更为准确。设于本实施方式的智能鞋中的微型三维加速度传感器的个数为1个，设于鞋垫内与人体足部对应的足前掌区的位置。根据人体运动学的分析，当人体以加速度向前运动时，仅以足前掌部位和地面接触，足中部位和足后跟部位并不与地面接触，而微型加速度传感器是利用微型膜片的机械形变产生电信号输出，因此如果将微型加速度传感器设置于足中部位或足后跟部位，会导致在人体加速向前使采集不到信号；因此将微型加速度传感器设于足前掌部位，能够保证该传感器始终采集到人体足底的加速度信号。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (10)

1.一种智能鞋，包括鞋底(1)和鞋帮(2)，其特征在于，还包括：

用于采集鞋内的温度信号的微型温度传感器(11)；

用于采集鞋内的湿度信号的微型湿度传感器(12)；

用于采集运动时鞋底的压力信号的微型压力传感器(13)；

用于采集运动时鞋底的三维加速度信号的微型三维加速度传感器(14)；

用于接收所述温度信号、湿度信号、压力信号和三维加速度信号并发送出去的发射器(15)；和

用于向所述微型温度传感器(11)、微型湿度传感器(12)、微型压力传感器(13)、微型三维加速度传感器(14)和发射器(15)供电的电源(16)。

2.根据权利要求1所述的智能鞋，其特征在于，还包含设于鞋内的层状鞋垫(3)。

3.根据权利要求1所述的智能鞋，其特征在于，所述鞋底(1)的上表面设有微型凹槽(4)。

4.根据权利要求1-3任一项所述的智能鞋，其特征在于，所述微型温度传感器(11)、微型湿度传感器(12)、微型压力传感器(13)、微型三维加速度传感器(14)、发射器(15)和电源(16)封装在同一块芯片上，形成集成传感电路(5)。

5.根据权利要求1-3任一项所述的智能鞋，其特征在于，所述微型温度传感器(11)、微型湿度传感器(12)、微型压力传感器(13)、微型三维加速度传感器(14)、发射器(15)和电源(16)各自独立设置。

6.根据权利要求4所述的智能鞋，其特征在于，所述集成传感电路(5)设于所述层状鞋垫(3)中或所述微型凹槽(4)中。

7.根据权利要求4所述的智能鞋，其特征在于，所述集成传感电路(5)以硅胶外层封装。

8.根据权利要求5所述的智能鞋，其特征在于，所述微型压力传感器(13)和所述微型三维加速度传感器(14)设于所述层状鞋垫(3)中或所述微型凹槽(4)中；

所述微型温度传感器(11)、微型湿度传感器(12)、发射器(15)和电源(16)设于所述层状鞋垫(3)中、所述微型凹槽(4)中或所述鞋帮(2)上。

9.根据权利要求8所述的智能鞋，其特征在于，所述微型压力传感器(13)的个数为2个，分别设于鞋底(1)或鞋垫(3)上与人体足部对应的足前掌区(21)和足后跟区(22)的位置。

10.根据权利要求8所述的智能鞋，其特征在于，所述微型三维加速度传感器(14)的个数为1个，设于鞋底(1)或鞋垫(3)上与人体足部对应的足前掌区(21)的位置。