專利名稱：基于鞋的力傳感器和使用該傳感器的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適于包含在鞋中的力傳感器，該傳感器用于探測人腳向支撐表面施加的作用力，本發(fā)明還涉及適于接收并處理從這樣的傳感器接收到的信號的裝置。特別地，本發(fā)明涉及將這樣的設(shè)備用于體育訓(xùn)練和運(yùn)動員監(jiān)視的應(yīng)用中。
一種已知的鞋內(nèi)動態(tài)壓力測量系統(tǒng)是由Novel GmbH生產(chǎn)的系統(tǒng)，并且將其作為“足部(pedar)”系列在市場上銷售。參照Novel的互聯(lián)網(wǎng)站(http//www.novel.de/pedar.htm-2001年10月31日所看到的)，所呈現(xiàn)的是這樣一種系統(tǒng)它包含鞋墊形式的鞋內(nèi)傳感器，并且其尾部從每個鞋墊中延伸出來，以用來建立與監(jiān)視設(shè)備的有線連接。該系統(tǒng)所面向的應(yīng)用包含步法分析、康復(fù)評價、鞋的研究和設(shè)計、運(yùn)動應(yīng)用的場地測試以及長期負(fù)載監(jiān)視。重點在于實施準(zhǔn)確和可靠的壓力分布測量的能力，從而監(jiān)視鞋內(nèi)的腳的局部負(fù)載。一種計算機(jī)輔助校準(zhǔn)過程通過使用一種利用了均勻空氣壓力的方法，使得足部系統(tǒng)的所有傳感器都單獨(dú)地得到了校準(zhǔn)。
足部系統(tǒng)可以作為組件使用，其包含分析軟件和多個鞋墊，每個鞋墊都具有分布在鞋墊區(qū)域上的多個傳感器。該系統(tǒng)可以面向醫(yī)療和研究市場，而同樣地，其結(jié)構(gòu)和造價使得它并不十分適于運(yùn)動訓(xùn)練和運(yùn)動員監(jiān)視應(yīng)用的領(lǐng)域中的大規(guī)模市場商品化。
本發(fā)明的一個目的是提供一種傳感器，它可以位于鞋內(nèi)，并且適合在運(yùn)動訓(xùn)練和運(yùn)動員監(jiān)視應(yīng)用的領(lǐng)域中使用。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于探測人腳對支撐表面所施加的力的存在的傳感器，將所述傳感器設(shè)置為夾在腳和支撐表面之間并且因此受到力的作用，響應(yīng)于該力的作用，該傳感器發(fā)生電特性方面的變化，所述傳感器包含一種有彈力的可壓縮材料，具有第一表面和第二表面并且至少部分地容納一個或多個在該材料內(nèi)成形并定向的導(dǎo)電體，從而當(dāng)該可壓縮材料處于未受壓縮的狀態(tài)時，該第一和第二表面的間隔足夠大，使得該一個或多個導(dǎo)體不會延伸到同時橫跨在該第一和第二表面上，而當(dāng)該傳感器受到力的作用時，該可壓縮材料處于受壓縮狀態(tài)，并且該第一和第二表面之間的間隔減小，從而該一個或多個導(dǎo)體延伸到該第一和第二表面并且同時橫跨在該第一和第二表面上；以及與該第一和第二表面中的每個表面相鄰接的接觸部分，用于當(dāng)導(dǎo)電體延伸到該第一和第二表面或者該第一和第二表面中的一個表面的時候建立與該導(dǎo)電體的電連接。
因此，在一種設(shè)置中，壓縮該有彈力的可壓縮材料的動作(因此減小了其第一和第二表面之間的間隔)可以使得導(dǎo)電體中的一個或多個同時到達(dá)該第一和第二表面。如果發(fā)生了這種情況，那么該導(dǎo)電體或每個導(dǎo)電體將會在該彈性可壓縮材料的第一和第二表面之間提供具有較低電阻的路徑(與該導(dǎo)電體未延伸到橫跨該第一和第二表面時的情況相比較)，并且因此在與該第一和第二表面相鄰接的第一和第二接觸部分之間也提供了具有較低電阻的路徑。因此，當(dāng)在接觸部分處進(jìn)行測量的時候，施加力以壓縮該有彈力的可壓縮材料的動作使電特性發(fā)生變化，特別是電阻降低，從而提供了一種電開關(guān)的作用。將該壓縮力去除可以使得該彈性材料恢復(fù)到其未受壓縮的狀態(tài)。在某些情況中，施加引起壓縮的力可以使得一個或多個導(dǎo)電體突出到該第一和第二表面之外。
一個或多個導(dǎo)體可以包含不止一個部分，每個部分被設(shè)置為當(dāng)材料處于受壓縮狀態(tài)時聯(lián)合并且共同地同時向第一和第二表面延伸。因此，在處于未受壓縮狀態(tài)的可壓縮材料區(qū)域中，可以按照分離的方式設(shè)置一個或多個這樣的部分，這些部分從一個所述表面通向另一個所述表面。實際上，對于這樣一個導(dǎo)體來說，可以具有這樣一些部分這些部分同時向第一和第二表面延伸，但是當(dāng)可壓縮材料處于未受壓縮的狀態(tài)時，這些部分既不直接聯(lián)合，也不通過媒介部分聯(lián)合，而當(dāng)可壓縮材料處于受壓縮狀態(tài)時，這些部分聯(lián)合在一起。
一個或多個導(dǎo)體可以包含一個在可壓縮材料內(nèi)放置并定向從而基本上按照從第一表面到第二表面的方向延伸的導(dǎo)電元件，從而當(dāng)可壓縮材料處于未受壓縮的狀態(tài)時，第一和第二表面的間隔足夠大，使得該導(dǎo)電元件不會同時延伸到該第一和第二表面，而當(dāng)傳感器受到力的作用時，可壓縮材料處于受壓縮狀態(tài)，并且第一和第二表面之間的間隔減小，從而該導(dǎo)電元件同時延伸到該第一和第二表面。在這種情況下，這些導(dǎo)體所受到的壓縮程度小于可壓縮材料在緊鄰區(qū)域中所受到的壓縮程度，或者基本上根本不受壓縮。
導(dǎo)體可以是由金屬或具有金屬涂層的材料制成的。導(dǎo)體也可以是由傳導(dǎo)性聚合體材料制成的。
可選地，所述接觸部分中的至少一個接觸部分沉積在有彈力的可壓縮材料的第一或第二表面上。
所述接觸部分中的至少一個接觸部分可以是由導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電墨水或者導(dǎo)電聚合體制成的。
所述接觸部分中的至少一個接觸部分可以包含傳導(dǎo)織物材料。
該傳感器可以被分成多個傳感器區(qū)域并且可以探測在所述傳感器區(qū)域中的力的存在。
傳感器可以連接到處理裝置，該處理裝置用于接收并處理來自所述傳感器的信號。在這種情況下，可以通過無線通信裝置將傳感器連接到處理裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種包含該傳感器的鞋墊。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種包含該鞋墊的鞋。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種包含該鞋墊的鞋，并且該鞋墊是可以去掉的。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種包含該傳感器的鞋。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種可以連接到該傳感器的處理裝置，所述裝置配置為用于接收并處理來自該傳感器的信號，該裝置包含用于接收來自所述傳感器的信號的輸入裝置；用于根據(jù)處理指令處理信號的裝置；以及用于基于經(jīng)過處理的信號提供輸出數(shù)據(jù)的輸出裝置。
該輸出數(shù)據(jù)可以包含人腳對支撐表面所施加的力的表示，該表示是以從夾在腳和支撐表面之間的所述傳感器接收到的信號為基礎(chǔ)的。該輸出數(shù)據(jù)可以包含對用戶行進(jìn)距離的指示，用戶通過他們的腳對支撐表面施加力，并且該指示是以從夾在腳和支撐表面之間的所述傳感器接收到的信號為基礎(chǔ)的。該輸出可以是可視、可聽或可觸的表示形式。該輸出可以包含由所行進(jìn)的距離而得到的數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種包含該處理裝置和傳感器的技術(shù)特征的系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種包含該處理裝置和鞋墊的技術(shù)特征的系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種包含該處理裝置和鞋的技術(shù)特征的系統(tǒng)。
本發(fā)明的這些和其他方面出現(xiàn)在所附的權(quán)利要求中，將這些權(quán)利要求在此一并作為參考并且讀者現(xiàn)在以這些權(quán)利要求為參考。
現(xiàn)在，將參考附圖對本發(fā)明進(jìn)行描述，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明制造的傳感器的一個實施例處于第一狀態(tài)時的部分橫截面圖；圖2是圖1的傳感器處于第二狀態(tài)時的部分橫截面圖；圖3是平面圖，表示了傳感器的實施例；圖4表示了設(shè)備顯示屏上的圖像，該圖像用于顯示有關(guān)傳感器狀況的信息；圖5表示了包含傳感器的鞋，以及用于接收和處理從該傳感器接收到的信號并且將信息呈現(xiàn)給用戶的佩戴在手腕上的設(shè)備；圖6是可以連接到傳感器的處理裝置的示意圖；圖7是用于本發(fā)明的傳感器中的可選材料的部分橫截面圖；圖8是表示用于本發(fā)明的傳感器中的其他可選材料的部分橫截面圖；以及圖9是用于本發(fā)明的傳感器中的可選材料的部分橫截面圖。
應(yīng)該注意到，這些圖是示意性的并且不是按照比例繪制的。在這些圖中，為了清楚和方便，圖中部件的相對大小和比例被夸大或縮小地表示出來。
參考圖1，傳感器10的實施例的部分具有以導(dǎo)電織物材料層12的形式出現(xiàn)的下部接觸部分，該接觸部分與以彈性層14的形式出現(xiàn)的有彈力的可壓縮材料的第一表面13相鄰接并接觸。在力的作用下，該彈性材料層14因壓力而彎曲從而表現(xiàn)出彈性形變。彈性層14的第二表面15基本上與其第一表面13平行。與該彈性層第二表面15相鄰接并接觸的是以導(dǎo)電織物材料形式出現(xiàn)的第一上部接觸部分16。同樣也與該彈性層第二表面15相鄰接并接觸的是以導(dǎo)電織物材料形式出現(xiàn)的第二上部接觸部分17。第一上部接觸部分16和第二上部接觸部分17彼此相分離。下部和上部接觸部分的導(dǎo)電材料由“尼龍66”形成，對“尼龍66”進(jìn)行編織從而形成防破裂的纖維，并且該導(dǎo)電材料非電鍍地鍍有銅，也可以利用鍍有銀或鎳形式的導(dǎo)電材料。可以從Shieldex買到這種非電鍍纖維。
有彈力的可壓縮彈性層14通常是一種電絕緣彈性體，但是其包含多個以金屬絲18形式出現(xiàn)的導(dǎo)電體，這些金屬絲在彈性材料之內(nèi)基本上沿它們的長度方向從第一彈性層表面13延伸到第二彈性層表面15，即基本上橫跨了彈性層14的厚度。當(dāng)彈性材料處于未受壓縮狀態(tài)時，第一表面13和第二表面15之間的距離(在圖1中用“d”表示)大于金屬絲18的長度。因此，當(dāng)彈性材料處于未受壓縮狀態(tài)時，導(dǎo)電絲的長度不足以延伸到第二表面15，而與此同時該導(dǎo)電絲保持與第一表面13相接觸。但是，參考圖2，按照圖中所示的方向施加力(用“F”表示)從而將彈性層第二表面15推向彈性層第一表面13，這引起了有彈力的可壓縮材料的彈性層14彎曲，從而導(dǎo)致第一表面15和第二表面13之間間隔減小?？梢酝ㄟ^施加足夠的力“F”來減小彈性層14的第一表面13和第二表面15之間的間隔，從而使該間隔等于、甚至小于金屬絲18的長度。在這種狀態(tài)下，現(xiàn)在金屬絲18的長度足以同時從彈性層的第一表面13延伸到彈性層的第二表面15，并且因此分別地在彈性層的第一表面13和第二表面15之間提供了一條穿過彈性層14的低電阻路徑，這條路徑位于彈性層厚度降低處。所以，在施加了壓縮力的地方，彈性層的第一表面13和第二表面15之間的電阻分別地被降低了。
在圖1和2的設(shè)置中，通過夾在中間的導(dǎo)電的第一上部接觸部分16，將力F施加到彈性層14。如圖所示，當(dāng)將力F施加到第一上部接觸部分16時，第一上部接觸部分16和下部接觸部分12之間的彈性層14的厚度就減小了，直到在被壓縮的地方金屬絲18延伸到彈性層14的第一表面13和第二表面15并且使這兩個表面實現(xiàn)了電接觸，并且因此提供了相鄰的下部接觸部分12和相鄰的第一上部接觸部分16之間的電連續(xù)。去除施加的力“F”使得彈性層14恢復(fù)到它的未受壓縮(較厚的)狀態(tài)，在該狀態(tài)下，金屬絲18的長度不足以同時延伸到彈性層14的第一表面13和第二表面15，因而不提供這兩個表面之間的電連續(xù)。所以，在相鄰的下部接觸部分12和相鄰的第一上部接觸部分16之間沒有提供電連續(xù)。
可以理解，上面的描述是這樣一種電開關(guān)，它通常處于“開”位置，但是在施加了導(dǎo)致彈性層14壓縮的力的地方變到“閉”位置。
實施例中采用的彈性層14是載有金屬的彈性體，由WarthInternational，East Grinstead，Sussex，England(http//www.warth.co.uk，2001年11月5日所看到的)將其作為電磁屏蔽器件出售，并且其產(chǎn)品型號是SA8、NK2或SG8。這些產(chǎn)品是載有鎳、銀或鍍銀的鋁的彈性體。
金屬絲18以這樣一種方式定向和設(shè)置，從而使金屬絲互相之間通常沒有電接觸，并且除了在表面13和15之間的橫跨層14厚度的方向之外，金屬絲在層14之內(nèi)的任何方向上都不提供導(dǎo)電。所以，金屬絲18僅在層14發(fā)生壓縮的地方提供表面13和15之間的電連續(xù)，而在別的地方?jīng)]有這種電連續(xù)。這意味著可以提供多個開關(guān)，其中的每個開關(guān)使用同一個彈性層14的不同區(qū)域。這在圖1和2中表示了出來，其中第一開關(guān)包含下部接觸部分12、彈性層14和第一接觸部分16，并且已經(jīng)在上面對該開關(guān)的操作進(jìn)行了描述。第二開關(guān)以下部接觸部分12、彈性層14和第二上部接觸部分17的形式出現(xiàn)，該開關(guān)與第一開關(guān)的操作方式相同。所以，對于第二開關(guān)來說，將朝向下部接觸部分12的力F施加到上部接觸部分17，這導(dǎo)致夾在接觸部分12和17之間的彈性層14被壓縮。層14的厚度降低，使得接觸部分12和17之間借助于橫跨彈性層14的厚度延伸的金屬絲18實現(xiàn)了電連續(xù)。
因為導(dǎo)電部分12、15和17是纖維材料，所以可以以制衣或制鞋工業(yè)中常用的方式利用針和線縫合這些導(dǎo)電材料。而且，該彈性層14是一種可被針穿透的材料，這使得可以通過縫合處理將傳導(dǎo)部分12、15、17固定到該彈性層。
可以以傳導(dǎo)涂料或墨水的形式提供一個或多個導(dǎo)電部分12、15和17，通過適當(dāng)?shù)姆椒▽⒁粋€或多個導(dǎo)電部分12、15和17沉積在彈性層上，例如通過打印、噴涂或其他沉積技術(shù)。
為了實現(xiàn)與一個或多個導(dǎo)電部分的電連接，可以在彈性層(或獨(dú)立的器件)上提供從導(dǎo)電部分延伸到便于與其他器件建立電連接的區(qū)域的導(dǎo)電軌道。所以，可以在彈性層上方便的和/或不受壓縮力的區(qū)域中建立與其他器件的電連接。
可以在獨(dú)立的器件，例如彈性膜上提供一個或多個導(dǎo)電部分12、15或17。在這種情況下，可以在以傳導(dǎo)金屬片、傳導(dǎo)墨水或涂料的形式出現(xiàn)的膜上提供這些部分。該膜可以包含用于與每個導(dǎo)電部分建立電連接的傳導(dǎo)軌道。
圖3所示的以鞋墊30的形式出現(xiàn)的傳感器包含分布在鞋墊的區(qū)域上的多個傳感器部分，每個傳感器部分包含一個如以上參考圖1和2所描述的開關(guān)。圖3中表示了那些開關(guān)的第一和第二上部接觸部分16和17，并且總共提供了十八個上部接觸部分，也就是提供了十八個開關(guān)。下部接觸部分12對于每個開關(guān)是公用的。在使用中，人腳對鞋墊上的特定區(qū)域施加向下的壓力，這引起了適當(dāng)?shù)拈_關(guān)的操作。通過將這些傳感器區(qū)域中的每個區(qū)域都連接到處理裝置，可以監(jiān)視每個開關(guān)的打開和閉合情況，從而確定人腳的哪些部分以及在哪些時間段向地面施加壓力。
在一種模型設(shè)置中，兩個鞋墊中的每個都具有十八個傳感器區(qū)域(因此具有十八個開關(guān))，這些區(qū)域連接到基于使用了PIC(PIC16C76)的電路的探測器。每個傳感器區(qū)域(開關(guān))形成了分壓器的一部分，其輸出端被提供到探測器輸入端。探測器以預(yù)定的頻率監(jiān)視每個傳感器區(qū)域(開關(guān))，從而生成表示開關(guān)狀態(tài)的串行輸出信號，通過RS-232串行連接將該輸出信號傳輸?shù)奖銛y式處理設(shè)備，在這種情況下，該處理設(shè)備是Compaq iPAQ，其運(yùn)行利用Embedded Visua1 Basic 3.0編寫的軟件應(yīng)用程序。一種軟件應(yīng)用程序生成的鞋墊的圖像表示顯示了傳感器區(qū)域的相對位置，其中通過每個傳感器區(qū)域圖像表示的外表變化來指示與該傳感器相關(guān)的開關(guān)是打開的還是閉合的。這使得可以實時表示出哪些傳感器區(qū)域受到壓力作用，或者通過存儲從探測器接收到的信息，可以隨意“播放”傳感器區(qū)域負(fù)載的順序，并且按照操作人員選定的速度進(jìn)行分析。圖4中表示了這種圖像表示，其中圖像表示41代表對應(yīng)于左腳的傳感器，另一個圖像表示42代表對應(yīng)于右腳的傳感器。在給定的時刻，所受到的力足以使傳感器壓縮的傳感器部分用涂有陰影的傳感器43表示，而那些所受到的力不足以使傳感器壓縮的傳感器部分用未涂有陰影的部分44表示?？梢詫鞲衅鞯臓顟B(tài)作為時間的函數(shù)進(jìn)行顯示，可以將其實時地表示出來，或者通過重新調(diào)用存儲的傳感器數(shù)據(jù)文件用于后續(xù)的分析。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說很明顯的是，其他的傳感器表現(xiàn)形式，例如傳感器區(qū)域掃描頻率、傳感器區(qū)域的數(shù)量、每個傳感器區(qū)域的大小以及每個傳感器區(qū)域的位置的變化都是可能的。
在可選的傳感器設(shè)置中，可以將膜放置在彈性材料14的頂部，并且每個預(yù)設(shè)的接觸區(qū)域都對應(yīng)一個傳感器區(qū)域。接觸區(qū)域的數(shù)量可以比較大，例如幾百個左右，并且采用適當(dāng)?shù)膾呙杓夹g(shù)周期性地檢測每個接觸區(qū)域從而使之通過彈性材料14與下部接觸12之間電連續(xù)。
參考圖5，其中表示了在跑鞋50內(nèi)的鞋墊30。該傳感器鞋墊可以是鞋的固定部分，或者可以從該鞋中取出并用于另一只鞋?？蛇x擇地，當(dāng)傳感器鞋墊被穿壞的時候，可用另一只傳感器鞋墊來代替該傳感器鞋墊30。還可以將該傳感器鞋墊提供作為用于已知跑鞋的附件，這使得使用者在其他時間獲取的跑鞋中也可以使用這樣的傳感器鞋墊裝備?？梢蕴峁┒喾N傳感器鞋墊，設(shè)計每個傳感器鞋墊的傳感特性，使其更適用于特定的體育活動，其中例如對于走、跑或跳來說，使傳感器的開關(guān)閉合所需的理想的力是不同的。而且，也可以設(shè)計鞋傳感器鞋墊，以滿足不同體重范圍的人使用。
除了鞋墊的形式，還可以將鞋傳感器設(shè)置為構(gòu)成鞋整體所需的一部分，例如放置在鞋底內(nèi)，或者將其作為在鞋跟、鞋拱或鞋前部中的多個獨(dú)立分布的傳感器元件。
用于對從鞋傳感器獲取的信息加以利用的系統(tǒng)包含將鞋傳感器連接到位于鞋上的無線通信裝置51，該無線通信裝置用于與佩戴在手腕上的處理設(shè)備60進(jìn)行有關(guān)鞋傳感器區(qū)域狀態(tài)的信息的通信。從鞋的無線通信裝置51到處理設(shè)備60的通信由附圖標(biāo)記52表示，并且可以按照任意適用的無線通信協(xié)議實現(xiàn)這種通信，這些通信協(xié)議包含所謂的“藍(lán)牙”通信協(xié)議。處理設(shè)備利用從無線通信裝置51接收到的信息從而向用戶提供與其身體活動有關(guān)的信息，這些信息是基于由于用戶向地面施加力而使鞋傳感器所感測到的力。通過將用戶的步幅長度考慮在內(nèi)，該信息可以包含估計得到的行進(jìn)距離，以及基于該估計而計算的其他信息，例如平均速度?？梢岳蔑@示屏或指示燈將這些信息以可視的方式提供給用戶，還可以以音頻或合成語音的形式將這些信息以可聽到的方式提供給用戶，再或者以可觸信號的形式將信息提供給用戶，即手表發(fā)生振動。可以在特定事件發(fā)生時將這種信息提供給用戶，例如當(dāng)用戶已經(jīng)表演了一段特定的時間，或者已經(jīng)行進(jìn)了一段特定的距離的時候。
處理設(shè)備可以接收并處理來自其他傳感器的信息，選擇是否合并來自不止一個傳感器的信息從而對用戶活動實施分析。這些信息包含可以由步程計的加速度計提供的關(guān)于四肢運(yùn)動的信息，以及關(guān)于垂直運(yùn)動(加速度計)、心率以及用戶呼吸方式的信息。通過組合多于一個傳感器的測量結(jié)果，可以將這些信息的組合用于進(jìn)行更多種的數(shù)據(jù)分析選擇和/或用于提高所估計的用戶活動的準(zhǔn)確度。一個特殊的例子是可以改善通過系到跑鞋鞋帶上的步程計而獲得的數(shù)據(jù)，這種改善是因為利用鞋傳感器可以確定腳在地面上的時間以及腳底的不同區(qū)域何時在地面上。
該傳感器和裝置還可以用于步法分析和步法指導(dǎo)的過程中。用戶步法的信息對于提高他們選擇的活動中的效率和技巧是十分有效的，并且還可有助于防止受傷。特別地，該傳感器可以確定佩戴者的腳接觸地面的那些部分，以及確定那些部分對地面施加壓力的順序。這些數(shù)據(jù)提供了有關(guān)用戶的所謂“平足(pronation)”的分析，以及關(guān)于一個人是否表現(xiàn)出過度平足、不夠平足或是中等平足的信息，這些信息對于他們的訓(xùn)練和鞋的選擇是很有價值的。還可以將一個人的步法和平足的信息用于提高其他裝備的準(zhǔn)確度，例如提供數(shù)據(jù)的設(shè)備，其中該數(shù)據(jù)是以來自基于加速度計的步程計的測量結(jié)果為基礎(chǔ)的。
圖6表示了本發(fā)明的系統(tǒng)的組成部分，包含鞋傳感器10(對于每只腳可以有一個鞋傳感器)、每個鞋傳感器中的無線發(fā)射機(jī)51，以及處理裝置60。該處理裝置包含輸入端61、微處理器62、存儲器63、處理指令64、用戶輸入接口65以及輸出端66。將輸出端66用于在顯示屏66a上進(jìn)行顯示，通過聲頻轉(zhuǎn)換器66b發(fā)送或者作為用于可觸信號發(fā)生器66c的觸發(fā)器。在一種可選的設(shè)置中，可以將來自傳感器的信號存儲到存儲裝置中，例如通過設(shè)置在無線發(fā)射機(jī)51中的存儲器或者通過處理裝置60，以用于在以后對其進(jìn)行分析，這使得可以將傳感器連接到其他處理和分析設(shè)備，例如個人計算機(jī)，這可以提供更廣泛的分析能力。
如本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的那樣，處理裝置的各個元件可以包含在不同的組成部分中，并且與特定組成部分有關(guān)的特定功能的元件的表現(xiàn)形式不應(yīng)被理解為對本發(fā)明的范圍的限制。
在保持在本發(fā)明的范圍內(nèi)的同時，可以改變傳感器的一些方面，一個例子是圖7所示的彈性層的變化形式，彈性層14a具有基本上不與彈性層表面13和15垂直而是相對于該垂直方向傾斜的金屬絲18a。在圖8中，采用導(dǎo)體18b代替了金屬絲18或18a，每個導(dǎo)體都具有多種適合的輪廓中的一種，圖中表示了其中的三種輪廓。將每個導(dǎo)體設(shè)置為用于在彈性材料14的壓縮部分附近提供從彈性材料的第一表面13到第二表面15的電連續(xù)?？蛇x擇地，以及如圖8中所示，每個導(dǎo)電體18b可以依靠在彈性層14b的壓縮部分附近與一個或多個導(dǎo)電體18b接觸，從而聯(lián)合并建立從彈性層14b的一個表面13到另一個表面15的連接。
參考圖9，每個導(dǎo)電體18c可以包含不止一個部分18c’、18”、18，這些導(dǎo)電體被設(shè)置用于在材料處于受壓縮狀態(tài)時聯(lián)合并且共同地同時向第一表面13和第二表面15延伸。所以，在處于未受壓縮狀態(tài)的可壓縮層14的區(qū)域中，可以按照分離的方式設(shè)置一個或多個這樣的部分，如圖9中所示，這些部分從一個表面13通向另一個表面15。實際上，對于這樣一個導(dǎo)電體來說，可以具有這樣一些部分這些部分同時向第一表面13和第二表面15延伸，但是當(dāng)可壓縮材料處于未受壓縮狀態(tài)時，這些部分既不直接聯(lián)合，也不通過媒介部分聯(lián)合，而當(dāng)可壓縮材料處于受壓縮狀態(tài)時，這些部分聯(lián)合在一起。
可選地，通過提供從傳感器的導(dǎo)電部分延伸到鞋底傳感器或傳感器鞋墊的外圍區(qū)域的傳導(dǎo)軌道，使得在傳感器設(shè)備的外圍附近建立了電連接，而不是在每個單獨(dú)的傳感區(qū)域附近建立電連接，這可以提高制造和實現(xiàn)這種鞋或鞋墊的容易程度并且潛在地改善了可靠性。
在不對上述的實施例或變化形式產(chǎn)生限制的情況下，腳壓力傳感器的不同區(qū)域可以包含不同規(guī)格的彈性層，從而傳感器的特定區(qū)域需要施加更多或更少的力，以引起彈性層的相同壓縮量。腳壓力傳感器的一些區(qū)域?qū)τ谝粋€給定的壓力傳感器區(qū)域來說，可以具有比其他的傳感器區(qū)域更高的傳感器部分的密度。通過使傳感器部分更小可以獲得更高的密度。傳感器區(qū)域密度的增加使得可以更明確地指示傳感器的哪些區(qū)域受到力的作用。
總而言之，無論導(dǎo)體是否是以絲的形式出現(xiàn)，其壓縮程度都小于可壓縮材料在緊鄰區(qū)域中所受到的壓縮，或者導(dǎo)體基本上根本不受壓縮。
通常將彈性材料理解為電絕緣體，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，假設(shè)彈性材料的導(dǎo)電性一般低于導(dǎo)電體的導(dǎo)電性，那么從理論上來說傳感器就應(yīng)該可以進(jìn)行工作。
而且，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，對傳感器所采用的行和列尋址技術(shù)的特定設(shè)置以及適當(dāng)?shù)慕涌陔娐罚梢杂糜诖_定一個傳感器開關(guān)(傳感器部分)是電打開的還是電閉合的。
通過閱讀本公開文件，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其他的修改也是顯而易見的。這些修改可以包含其他特征，這些特征在鞋傳感器的設(shè)計、制造和使用中是已知的，這些修改還包含適用于處理從這樣的傳感器接收到的信息的處理裝置、適用于容納這樣的傳感器的鞋或鞋墊、運(yùn)動設(shè)備、運(yùn)動訓(xùn)練設(shè)備及其應(yīng)用中已知的其他特征，并且這些修改可以用于替代這里所描述的特征，或作為這些特征的補(bǔ)充。
權(quán)利要求
1.一種用于探測人腳對支撐表面所施加的力的存在的傳感器，所述傳感器被設(shè)置在腳和支持表面之間并因此受到力的作用，響應(yīng)于該力的作用，傳感器的電特性發(fā)生變化，所述傳感器包含有彈力的可壓縮材料，具有第一表面和第二表面并且至少部分地容納一個或多個在該材料內(nèi)成形并定向的導(dǎo)電體，從而當(dāng)該可壓縮材料處于未受壓縮的狀態(tài)時，該第一和第二表面之間的間隔足夠大，使得導(dǎo)體不會延伸到同時橫跨該第一和第二表面，而當(dāng)該傳感器受到力的作用時，該可壓縮材料處于受壓縮狀態(tài)，并且該第一和第二表面之間的間隔減小，使得一個或多個導(dǎo)體延伸到該第一和第二表面并且同時橫跨在該第一和第二表面上；以及與該第一和第二表面中的每個表面相鄰接的接觸部分，用于當(dāng)導(dǎo)電體延伸到該第一和第二表面或者該第一和第二表面中的一個表面時建立與導(dǎo)電體的電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述導(dǎo)體中的一個或多個導(dǎo)體可包含多于一個部分，將每個部分設(shè)置為在材料處于受壓縮狀態(tài)時聯(lián)合并且共同地同時延伸到該第一和第二表面。
3.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述導(dǎo)體中的一個或多個導(dǎo)體包含導(dǎo)電元件，該導(dǎo)電元件在材料內(nèi)放置并定向，從而基本上按照從第一表面到第二表面的方向延伸。
4.如權(quán)利要求1到3中任意一個或多個權(quán)利要求所述的傳感器，其中所述接觸部分中的至少一個接觸部分沉積在該有彈力的可壓縮材料的第一或第二表面上。
5.如權(quán)利要求1到4中任意一個或多個權(quán)利要求所述的傳感器，其中所述接觸部分中的至少一個接觸部分包含傳導(dǎo)性織物材料。
6.如權(quán)利要求1到5中任意一個或多個權(quán)利要求所述的傳感器，所述傳感器被分為多個傳感器區(qū)域，并且能夠探測所述傳感器區(qū)域中的力的存在。
7.如權(quán)利要求1到6中任意一個或多個權(quán)利要求所述的傳感器，所述傳感器可以連接到用于接收和處理來自所述傳感器的信號的處理裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的傳感器，其中該傳感器可以通過無線通信裝置連接到處理裝置。
9.一種鞋墊，所述鞋墊包含如權(quán)利要求1到8中任意一個或多個權(quán)利要求所述的傳感器。
10.一種鞋，所述鞋包含如權(quán)利要求1到8中任意一個或多個權(quán)利要求所述的傳感器。
11.一種鞋，所述鞋包含如權(quán)利要求9所述的鞋墊。
12.一種可以連接到如權(quán)利要求1到8中任意一個或多個權(quán)利要求所述的傳感器的處理裝置，所述裝置被配置用于接收和處理來自所述傳感器的信號，該裝置包含用于接收來自所述傳感器的信號的輸入裝置；用于根據(jù)處理指令處理信號的裝置；以及用于基于經(jīng)過處理的信號提供輸出數(shù)據(jù)的輸出裝置。
13.一種如權(quán)利要求12所述的處理裝置，其中所述輸出數(shù)據(jù)包含人腳對支撐表面所施加的力的表示，其中該表示是以從夾在腳和支撐表面之間的所述傳感器接收到的信號為基礎(chǔ)的。
14.一種如權(quán)利要求12或13所述的處理裝置，其中所述輸出數(shù)據(jù)包含對用戶的行進(jìn)距離的指示，用戶通過他們的腳對支撐表面施加力，并且該指示是以從夾在腳和支撐表面之間的所述傳感器接收到的信號為基礎(chǔ)的。
全文摘要
在鞋中提供的一種用于探測人腳對地面所施加的力的存在的傳感器，該傳感器夾在腳和地面之間的鞋底區(qū)域中。該傳感器包含放置在下部傳導(dǎo)纖維層(12)和多個上部傳導(dǎo)纖維層部分(16，17)之間的、由絕緣材料制成的有彈力的可壓縮彈性中間層(14)。該有彈力的彈性層包含多個從彈性層(14)的第一表面(13)延伸到第二表面(15)的嵌入式導(dǎo)電金屬絲(18)。在傳感器受到由于人體重量所引起的力“F”的壓縮區(qū)域中，彈性層(14)的厚度減小，并且因此金屬絲足夠長從而通過下部傳導(dǎo)纖維(12)和上部傳導(dǎo)纖維(16)之間的彈性層提供電連續(xù)。由一個系統(tǒng)對該電連續(xù)的出現(xiàn)進(jìn)行監(jiān)視和處理，從而提供用于體育訓(xùn)練和運(yùn)動員監(jiān)視應(yīng)用領(lǐng)域中的數(shù)據(jù)。
文檔編號A61B5/103GK1596083SQ02823773
公開日2005年3月16日 申請日期2002年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月29日
發(fā)明者J·發(fā)林頓, P·A·高赫, A·J·莫雷 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司