脚掌落地方式检测设备及方法、包括该设备的鞋垫和鞋

1.一种检测脚掌落地方式的设备，其特征在于，该设备包括脚下基体、分别设置在基体的前脚掌、中足以及脚跟三个部位上的三个传感器(101)、以及与各个传感器(101)电连接的控制单元(102)，根据每一次落地过程中各个传感器(101)测得的前脚掌、中足以及脚跟落地的时序以及计算得到的不同部位落地时间之差来确定落地方式，其中，三个传感器(101)中的一个设置在大拇趾的位置，另一个设置在脚掌后三分之一靠前内侧的位置，最后一个设置在后跟外侧，所述传感器(101)是力敏电阻传感器。
2.如权利要求1所述的检测脚掌落地方式的设备，其特征在于，控制单元(102)上还设有无线发射器(103)，该设备还包括设置在移动终端上的依次连接的无线接收器(104)、数据分析模块(105)以及结果输出模块(106)。
3.如权利要求1所述的检测脚掌落地方式的设备，其特征在于，还包括设置在脚下基体上的数据分析模块(105)和结果输出模块(106)。
4.如权利要求1所述的检测脚掌落地方式的设备，其特征在于，控制单元(102)设置于脚下基体的中足位置。
5.如权利要求1或4所述的检测脚掌落地方式的设备，其特征在于，控制单元(102)处配置有支架(107)。
6.如权利要求1所述的检测脚掌落地方式的设备，其特征在于，脚下基体为鞋垫或鞋底。
7.一种包括上述任一项权利要求所述的检测脚掌落地方式的设备的鞋垫。
8.一种包括上述任一项权利要求所述的检测脚掌落地方式的设备的鞋。
9.一种上述任一项权利要求所述的检测脚掌落地方式的设备的检测方法，其特征在于，该方法包括：
检测所设置的各个传感器中是否有传感器加载，如果有传感器加载则记录该传感器加载的时间；
重复上述步骤，直至检测到所有传感器的加载时间或直至从检测到第一个传感器加载时起经过预设时长；
对于所记录的各个传感器的加载时间进行两两之间的时间差计算，对于没有检测到加载时间的传感器则认为该传感器与第一个被检测到加载时间的传感器之间的时间差为预设时长，根据各个传感器的加载次序以及相互之间的时间差确定脚掌的落地方式；
输出脚掌落地方式的检测结果。
10.如权利要求9所述的检测方法，其特征在于，检测所设置的各个传感器中是否有传感器加载，如果有传感器加载则记录该传感器加载的时间之后，该方法还包括：
检测各个传感器中是否有传感器卸载，如果有传感器卸载则记载该传感器卸载的时间；
重复上述步骤，直至所有传感器都已经卸载，系统恢复为各个传感器均为零负荷的初始状态后等待进入下一个步态周期。
11.如权利要求9所述的检测方法，其特征在于，所述对于所记录的各个传感器的加载时间进行两两之间的时间差计算进一步包括：将所记录的各个传感器的加载时间无线发送给移动终端，移动终端收到加载时间的数据后对于所记录的各个传感器的加载时间进行两两之间的时间差计算。

脚掌落地方式检测设备及方法、包括该设备的鞋垫和鞋\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种用于检测脚部运动方式的智能设备及其检测方法还有包括该设备的鞋垫和鞋，尤其涉及一种检测脚掌落地方式的设备及其检测方法与包括该设备的鞋垫和鞋。\n背景技术\n[0002] 研究表明，经常进行跑步运动的人每年因跑步导致受伤的风险高达79％，而且跑步运动者的脚掌落地方式和受伤概率之间存在着明显的关联性。生物力学分析显示，与后跟或前脚掌落地相比，跑步运动者使用中足落地(或称为全掌落地)的跑法有较低的下肢负荷率，并对于减少甚至避免跑步伤病是更为有利的。然而，跑步运动者通过自我反馈来自行调节/改变跑姿现在还没有解决，前期的统计数据表明，多达三分之一的跑步运动者不能正确地判断自己跑步时的落地方式。\n[0003] 目前用来判定跑步运动者脚掌落地方式的两个重要指标是：脚着地指数(strike index)和脚着地角度(footstrike angle)，均需要昂贵的精密测量仪器，并且相关实验只局限于在室内环境进行。如需在户外环境获取这些数据，我们只能借助于高速摄影机来捕捉跑步运动者脚落地瞬间的影像进行粗略的定性研究。但此方法也只局限于分析整个跑步过程中的一小段过程，无法进行连续测量，效率低、精度差并且未必可以反映出测试者的整体表现。因此，我们需要一个能在户外连续测量且成本低、设计简单的新方案，一种能够为跑步运动者们提供检测自身跑步时脚掌落地方式的工具。\n发明内容\n[0004] 本发明要解决的技术问题是提出一种通过设置在脚底下不同部位的传感器出现的时间顺序及相互之间的时间差来确定脚掌落地方式的检测脚掌落地方式的设备及其检测方法与包括该设备的鞋垫和鞋。\n[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：\n[0006] 一方面，提供一种检测脚掌落地方式的设备。该设备包括脚下基体、分别设置在基体的前脚掌、中足以及脚跟三个部位上的至少三个传感器、以及与各个传感器电连接的控制单元。根据每一次落地过程中各个传感器测得的前脚掌、中足以及脚跟落地的时序以及计算得到的不同部位落地时间之差来确定落地方式。\n[0007] 对于上述检测脚掌落地方式的设备，控制单元上还设有无线发射器，该设备还包括设置在移动终端上的依次连接的无线接收器、数据分析模块以及结果输出模块。\n[0008] 上述检测脚掌落地方式的设备还包括设置在脚下基体上的数据分析模块和结果输出模块。\n[0009] 对于上述检测脚掌落地方式的设备，控制单元设置于脚下基体的中足位置。\n[0010] 对于上述检测脚掌落地方式的设备，控制单元处配置有支架。\n[0011] 对于上述检测脚掌落地方式的设备，传感器是力敏电阻传感器。\n[0012] 对于上述检测脚掌落地方式的设备，脚下基体为鞋垫或鞋底。\n[0013] 另一方面，提供一种包括上述检测脚掌落地方式的设备的鞋垫。\n[0014] 还有一方面，提供一种包括上述检测脚掌落地方式的设备的鞋。\n[0015] 最后，还提供一种上述检测脚掌落地方式的设备的检测方法。该方法包括：\n[0016] 检测所设置的各个传感器中是否有传感器加载，如果有传感器加载则记录该传感器加载的时间；\n[0017] 重复上述步骤，直至检测到所有传感器的加载时间或直至从检测到第一个传感器加载时起经过预设时长；\n[0018] 对于所记录的各个传感器的加载时间进行两两之间的时间差计算，对于没有检测到加载时间的传感器则认为该传感器与第一个被检测到加载时间的传感器之间的时间差为预设时长，根据各个传感器的加载次序以及相互之间的时间差确定脚掌的落地方式；\n[0019] 输出脚掌落地方式的检测结果。\n[0020] 对于上述检测方法，检测所设置的各个传感器中是否有传感器加载，如果有传感器加载则记录该传感器加载的时间之后，该方法还包括：\n[0021] 检测各个传感器中是否有传感器卸载，如果有传感器卸载则记载该传感器卸载的时间；\n[0022] 重复上述步骤，直至所有传感器都已经卸载，系统恢复为各个传感器均为零负荷的初始状态后等待进入下一个步态周期。\n[0023] 对于上述检测方法，所述对于所记录的各个传感器的加载时间进行两两之间的时间差计算进一步包括：将所记录的各个传感器的加载时间无线发送给移动终端，移动终端收到加载时间的数据后对于所记录的各个传感器的加载时间进行两两之间的时间差计算。\n[0024] 与现有技术相比，本发明技术方案主要的优点如下：\n[0025] 与现有的设备相比，该设备的优点在于成本低，逻辑简单且便于携带。跑步运动者可以不借助实验室的精密仪器也能够精确测量自身跑步时的落地方式。通过利用简单且价格低廉的智能设备，能够实时获取跑步时落地方式的检测数据并实时判别落地方式，跑步运动者可以在室外实时调整自己的训练方案。此外，本发明还提供了包括检测脚掌落地方式的设备的鞋垫和运动鞋。\n附图说明\n[0026] 图1是本发明实施例所述的检测脚掌落地方式的设备的俯视图；\n[0027] 图2是本发明实施例所述的检测脚掌落地方式的设备的俯视图及横切面视图；\n[0028] 图3是本发明实施例所述检测脚掌落地方式的设备的检测方法的流程图。\n具体实施方式\n[0029] 本发明实施例1的检测脚掌落地方式的设备设置在鞋垫中。如图1所示，检测脚掌落地方式的设备包括鞋垫基体、分别设置在鞋垫基体的前脚掌、中足以及脚跟三个部位上的至少三传感器101、以及与各个传感器101电连接的控制单元102。\n[0030] 控制单元102上还设有无线发射器103。实施例1的检测脚掌落地方式的设备还包括设置在外部移动终端上的依次连接的无线接收器104、数据分析模块105以及结果输出模块106。移动终端例如为手机、膝上电脑等。\n[0031] 其中，传感器101优选为力敏电阻传感器。无线发射器和无线接收器可以采用蓝牙模块，也可以采用wifi模块。\n[0032] 根据我们前期传感器101的位置及数量的研究，我们发现在鞋垫里只需三块传感器101便能够准确地判别三种不同的落地方式。这降低了制作成本及APP计算效率。当然，本发明也包括设置更多块传感器101的情况，只是比设置三块传感器101实现起来复杂一些。\n[0033] 图1示出了一双鞋垫内部结构的俯视图。传感器101的优选位置为其中一块设置在接近大拇趾的位置，另一块设置在脚掌后三分一靠前内侧即近足弓的位置，还有一块设置在近后跟外侧。其实际设置位置会随着鞋垫的大小不同而按比例调整。\n[0034] 传感器101所产生的信号会经导线传送至放于鞋垫内中足位置优选为足弓位置的控制单元102以判定加载和卸载的时间，然后再通过无线发射器103传送至附近的移动终端。具体来说，控制单元102包括微型处理器、计时器、无线发射器103和电池。移动终端上安装有相应的应用程序APP。讯号被移动终端接收后会先经过数据分析模块105运算，判别所属的落地方式，然后再经由结果输出模块106向用户发出提示。\n[0035] 图2示出了其中一只鞋垫的内部结构的俯视图及横切面视图。控制单元102包括微型处理器、计时器、无线发射器103和电池，设置于中足位置优选为足弓位置。微形处理器、计时器及电池会加配支架107作为支撑保护，以减轻用户脚落地时对电子组件造成的撞击。\n[0036] 每个传感器101的加载和卸载时间会通过嵌于鞋垫内的无线发射器103传送到移动终端中进行计算，从而能够判别落地方式。跑步运动者可通过移动终端的提示，实时获取自己每一步的落地方式信息，进而实时调整或保持自己的跑姿，达到改善跑步姿态的目的。\n通过三个固定在不同位置的传感器101测得跑步运动者的脚跟、中足与前掌落地的时序以及三者两两之间的时间差，从而将跑步运动者的每一次落地分类为三种落地方式之一。\n[0037] 本发明实施例2的检测脚掌落地方式的设备设置在鞋底中。如图1所示，检测脚掌落地方式的设备包括鞋底基体、分别设置在鞋底基体的前脚掌、中足以及脚跟三个部位上的至少三个传感器101、以及与各个传感器101电连接的控制单元102。控制单元102上还设有无线发射器103。实施例2的检测脚掌落地方式的设备还包括设置在外部移动终端上的依次连接的无线接收器104、数据分析模块105以及结果输出模块106。移动终端例如为手机、膝上电脑等。\n[0038] 实施例2是针对鞋垫与鞋底为一体成型的情况，其余的组成结构和处理方式都与实施例1的技术方案相同。\n[0039] 在实施例3中，本发明的检测脚掌落地方式的设备中没有无线发射器和无线接收器，数据分析模块和输出模块均设置在鞋垫或鞋底上，无需移动终端的配合。\n[0040] 如图3所示，上述检测脚掌落地方式的设备的检测方法的一个实施例包括如下步骤：\n[0041] 步骤S1，检测所设置的各个传感器101中是否有传感器加载，如果有传感器101加载则记录该传感器101加载的时间，流程分别进行到步骤S21和步骤S31；\n[0042] 步骤S21，是否检测到所有传感器101的加载时间，如果没有则进行到步骤S22，如果有则进行到步骤S23；\n[0043] 步骤S22，判断从检测到第一个传感器101加载时起是否经过预设时长，如果没有则返回步骤S1，如果经过了预设时长则进行到步骤S23；\n[0044] 步骤S23，对于所记录的各个传感器101的加载时间进行两两之间的时间差计算，对于没有检测到加载时间的传感器101则认为该传感器101与第一个被检测到加载时间的传感器101之间的时间差为预设时长，根据各个传感器101的加载次序以及相互之间的时间差确定脚掌的落地方式，流程进行到步骤S24；\n[0045] 步骤S24，输出脚掌落地方式的检测结果；\n[0046] 步骤S31，检测各个传感器101中是否有传感器卸载，如果有传感器101卸载则记载该传感器101卸载的时间，流程进行到步骤S32；\n[0047] 步骤S32，判断是否所有传感器101都已经卸载，如果是则进行到步骤S33，如果否则返回步骤S31。\n[0048] 步骤S33，系统恢复为各个传感器均为零负荷的初始状态后返回步骤S1，[0049] 在步骤S22和步骤S23中，若第一个传感器101加载后的一段预设时长(比如200毫秒)内仍然有一个或者多个传感器101未加载，则可以认为这个或者这些传感器101在该周期内不会加载，自动将这个传感器101或者这些传感器101与第一个加载的传感器101的加载时间差设置为预设时长，再进入上述逻辑判断落地方式。预设时长(比如200毫秒)可以根据实验获得的数据来确定。\n[0050] 以各个传感器均为零负荷为起始状态，各个传感器全部卸载后，系统恢复初始状态，等待进入下一个步态周期。\n[0051] 步骤S23进一步包括：将所记录的各个传感器101的加载时间无线发送给移动终端，移动终端收到加载时间的数据后对于所记录的各个传感器101的加载时间进行两两之间的时间差计算，对于没有检测到加载时间的传感器101则认为该传感器101与第一个被检测到加载时间的传感器101之间的时间差为预设时长，根据各个传感器101的加载次序以及相互之间的时间差确定脚掌的落地方式。