带膝关节损伤预警功能的智能跑鞋及其控制方法与流程

本发明属于智能跑鞋技术领域，更具体的说是涉及一种带膝关节损伤预警功能的智能跑鞋及其控制方法。

背景技术：

跑鞋是鞋子的一种，供人们在运动时穿着。因每个人的年龄、体质、健康状态等不同，不同人体适用不同的运动方案。同时，要求运动既不能过大也不能过小，因为过大会伤害健康，运动过小起不到锻炼作用。另外，人们在运动过程中，常常因为不知道自身所能承受的运动量，因一时兴起而超负荷运动，容易导致膝关节损伤，，影响锻炼热情、缩短运动寿命。但目前的跑鞋结构简单，功能单一，尚不能对人体在运动过程中的膝关节损伤进行预警。

因此，如何提供一种带膝关节损伤预警功能的智能跑鞋及其控制方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了带膝关节损伤预警功能的智能跑鞋及其控制方法，具有膝关节损伤预警功能，使得人们能够及时地发现问题，避免人们在跑步过程中损伤膝关节。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种带膝关节损伤预警功能的智能跑鞋，包括：鞋面和鞋底，所述鞋面连接在所述鞋底顶端，所述鞋底包括底面保护层、功能镶嵌层和脚面接触层，所述底面保护层、所述功能镶嵌层、所述脚面接触层由下至上依次连接；所述功能镶嵌层顶端设置有安装槽，所述安装槽内设置有智能控制组件，所述功能镶嵌层底端的前部与后部均设置有压力传感器，所述压力传感器与所述智能控制组件电性连接，所述智能控制组件用于接收所述压力传感器检测的压力数据，进行膝关节损伤预警。

优选的，所述智能控制组件包括中心控制模块、数据处理模块、预警模块和电源，所述数据处理模块、所述预警模块和所述电源均与所述中心控制模块电性连接。

优选的，所述智能控制组件还包括时钟模块，所述时钟模块与所述中心控制模块相连，确定预警模块的预警级别。

优选的，所述智能控制组件还包括三轴加速度传感器和gps定位模块，所述三轴加速度传感器通过数据处理模块与所述中心控制模块电性连接，用于检测足部的运动轨迹；所述gps定位模块与所述中心控制模块电性连接，用于对用户所处位置进行定位。

优选的，所述智能控制组件还包括方案设计模块，所述方案设计模块与所述中心控制模块电性连接，根据压力传感器检测的压力数据设计合理的运动方案，并且根据三轴加速度传感器检测的足部的运动轨迹，矫正用户的运动步态。

优选的，所述智能控制组件还包括无线传输模块，所述中心控制模块通过所述无线传输模块与移动终端及云服务器相连。

优选的，所述智能控制组件还包括数据存储模块，所述数据存储模块与所述数据处理模块相连，用于存储压力传感器检测的压力数据及三轴加速度传感器三轴加速度传感器检测的足部的运动轨迹。

一种带膝关节损伤预警功能的智能跑鞋的控制方法，人体垂直站立时，压力传感器将采集到的足底的压力数据发送给数据处理模块，数据处理模块经过处理后发送至中心控制模块，中心控制模块获得人体垂直站立时的体重；

人体运动时，压力传感器将每一脚步采集到的足底的压力数据发送给数据处理模块，数据处理模块经过处理后发送至中心控制模块，中心控制模块根据实时的足足底的压力数据获得实时的垂直地面反作用力值；

根据人体垂直站立时的体重和人体运动时的实时垂直地面反作用力值，得出平均垂直负荷增长率，在人体运动过程中当平均垂直负荷增长率超出阈值且在一定行程内平均垂直负荷增长率超出阈值的次数累积超出一定基准数值时，预警模块发出预警信号。

优选的，通过时钟模块进行时间统计，在一天内平均垂直负荷增长率超出阈值且在一定行程内平均垂直负荷增长率超出阈值的次数累积超出一定数值时，预警模块发出一级预警信号；三天内每天平均垂直负荷增长率超出阈值且在一定行程内平均垂直负荷增长率超出阈值的次数累积超出一定数值时，预警模块发出二级预警信号；一个星期内每天平均垂直负荷增长率超出阈值且在一定行程内平均垂直负荷增长率超出阈值的次数累积超出一定数值时，预警模块发出三级预警信号。

优选的，阈值设定为为72bw/s；一定行程设定为10公里，次数累积的基准数值设定为500。

本发明的有益效果在于：

本发明具有膝关节损伤预警功能，使得人们能够及时地发现问题，并及时地纠正错误的运动步态或者停止超负荷的运动过程，避免人们在跑步过程中损伤膝关节，让人们能够健健康康的运动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的鞋底结构分解图。

图2附图为本发明智能控制组件的结构示意图。

图3附图为本发明鞋底的仰视图。

图4附图为本发明的结构框图。

图5附图为本发明在运动过程中每一脚步的垂直负荷增长率曲线图。

其中，图中，

1-底面保护层；2-功能镶嵌层；3-脚面接触层；4-安装槽；5-智能控制组件；51-中心控制模块；52-数据处理模块；53-预警模块；54-电源；55-时钟模块；56-三轴加速度传感器；57-gps定位模块；58-方案设计模块；59-无线传输模块；60-数据存储模块；6-压力传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅附图1-4，本发明提供了一种带膝关节损伤预警功能的智能跑鞋，包括：鞋面和鞋底，鞋面连接在鞋底顶端，鞋底包括底面保护层1、功能镶嵌层2和脚面接触层3，底面保护层1、功能镶嵌层2、脚面接触层3由下至上依次连接；功能镶嵌层2顶端设置有安装槽4，安装槽4内设置有智能控制组件5，功能镶嵌层2底端的前部与后部均设置有压力传感器6，压力传感器6与智能控制组件5电性连接，智能控制组件5用于接收压力传感器6检测的压力数据，进行膝关节损伤预警。

其中，底面保护层1顶端设置有合金网层，提高底面保护层的强度，避免底面保护层被戳穿，从而提高了智能跑鞋的强度，并且底面保护层1底端设置有防滑纹路，防滑纹路横截面为三角形结构，增加防滑能力，避免出现滑倒的情况。

在另一种实施例中，功能镶嵌层2采用轻质高弹eva材料制成，拥有足够的支撑能力，能保证柔软和减震效果。

在另一种实施例中，脚面接触层3采用硬度25-35c、回弹性35％-45％范围的pu材料制成。

智能控制组件5包括中心控制模块51、数据处理模块52、预警模块53和电源54，数据处理模块52、预警模块53和电源54均与中心控制模块51电性连接。其中，预警模块53可为警示灯，警示灯设置于智能跑鞋鞋底的鞋尖部分，也可为小型振动器，还可以为声音报警器。电源54可采用可充电锂电池，也可采用纽扣电池。

智能控制组件5还包括时钟模块55，时钟模块55与中心控制模块51相连，确定预警模块53的预警级别。通过时钟模块55进行时间统计，与预警模块53共同作用，确定预警级别。

智能控制组件5还包括三轴加速度传感器56和gps定位模块57，三轴加速度传感器56通过数据处理模块52与中心控制模块51性连接，用于检测足部的运动轨迹；gps定位模块57与中心控制模块51电性连接，用于对用户所处位置进行定位。三轴加速度传感器56，将检测的足部的运动轨迹，经数据处理模块52处理后，发送至中心控制模块51，中心控制模块51根据接收的足部运动轨迹，识别人们的运动步态，当步态异常时，发出提醒信号，以提示用户运动步态异常，使其自主改变行走步态，从而达到矫正用户步态的作用。另外，三轴加速传感器56还能监测用户(尤其是老人或病人)体位是否正常，是否有昏倒或摔倒的情况，如通过移动终端或云服务器接收到的信息监测到不正常的摔倒，并通过gps定位模块57精确检测到用户的位置信息，人们可直接拨打求救电话，用户则能够得到距离最近的医院的及时救护。gps定位模块57的设置，还可以预防老年人走失。

智能控制组件5还包括方案设计模块58，方案设计模块58与中心控制模块51电性连接，根据压力传感器检测的压力数据设计合理的运动方案，并且根据三轴加速度传感器检测的足部的运动轨迹，矫正用户的运动步态，以避免对膝关节造成损伤。

智能控制组件还包括无线传输模块59，中心控制模块51通过无线传输模块59与移动终端及云服务器相连，以便人们能够清楚的看到可视化数据，且能够实现远程监测。其中，移动终端包括智能手机、智能手表等。

智能控制组件还包括数据存储模块60，数据存储模块60与数据处理模块52相连，用于存储压力传感器6检测的压力数据及三轴加速度传感器56检测的足部的运动轨迹，以便于后续数据的调取与查阅。

参阅附图5，一种带膝关节损伤预警功能的智能跑鞋的控制方法，人体垂直站立时，压力传感器将采集到的足底的压力数据发送给数据处理模块，数据处理模块经过处理后发送至中心控制模块，中心控制模块获得人体垂直站立时的体重；人体运动时，压力传感器将每一脚步采集到的足底的压力数据发送给数据处理模块，数据处理模块经过处理后发送至中心控制模块，中心控制模块根据实时的足足底的压力数据获得实时的垂直地面反作用力值；中心控制模块将获得的人体垂直站立时的体重乘以重力加速度换算成人体垂直站立时的体重换算的值；中心控制模块根据人体垂直站立时的体重换算的值、人体运动时每一脚步实时的垂直地面反作用力值和人体运动时每一脚步的时间得出垂直负荷增长率曲线，根据垂直负荷增长率曲线得出平均垂直负荷增长率a，a即为图3中所示斜线的斜率。在人体运动过程中当平均垂直负荷增长率超出阈值且在一定行程内平均垂直负荷增长率超出阈值的次数累积超出一定基准数值时，预警模块发出预警信号。

通过时钟模块进行时间统计，在一天内平均垂直负荷增长率超出阈值且在一定行程内平均垂直负荷增长率超出阈值的次数累积超出一定数值时，预警模块发出一级预警信号；三天内每天平均垂直负荷增长率超出阈值且在一定行程内平均垂直负荷增长率超出阈值的次数累积超出一定数值时，预警模块发出二级预警信号；一个星期内每天平均垂直负荷增长率超出阈值且在一定行程内平均垂直负荷增长率超出阈值的次数累积超出一定数值时，预警模块发出三级预警信号。人们可根据不同的预警等级，选择合理的调整方案，以降低对膝关节的损伤。

在另一种实施例中，阈值设定为为72bw/s；一定行程设定为10公里，次数累积的基准数值设定为500。

本发明具有膝关节损伤预警功能，使得人们能够及时地发现问题，并及时地纠正错误的运动步态或者停止超负荷的运动过程，避免人们在跑步过程中损伤膝关节，让人们能够健健康康的运动。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。