全自动气囊式鞋面系统以及穿、脱鞋和鞋面自适应方法与流程

本发明涉及可穿戴智能设备技术领域，更具体地说，涉及一种全自动气囊式鞋面系统。

背景技术：

鞋子问世以来人们发明了许多将足部固定在鞋面和鞋底之间的办法。如鞋带类各种绳带类捆绑固定，魔术贴等黏贴固定，和通过鞋面造型利用脚背和腿之间的天然角度来固定(如靴子)。

然而传统工业化量产鞋子的固定方式一直无法解决2个问题：首先生产鞋子必须用到鞋楦和国际通行的尺码换算方法。除非使用者的脚型长的和鞋楦一样，否则鞋面总有一些地方无法贴合使用者脚面。其次就是使用者的双脚会根据运动量的变化造成充血程度的的变化，也就是说双脚的大小一天24小时内是一直在变化中的。而传统鞋子不管任何固定方式都只能符合使用者某一时刻的鞋面松紧程度需求，当使用者的双脚发胀或者收缩时就需要调整。但传统鞋子要做此类调整非常麻烦所以大多数使用者就只能忍受这种不适的感觉。

因此，现有技术亟待有很大的进步。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述的缺陷，提供一种全自动气囊式智能鞋，包括气囊式鞋面，所述的气囊式鞋面的结构式：至少两气囊块，且气囊块之间相通，气囊收缩时，对脚部的施压位置为第一跖骨A脚背侧和内脚侧、第二跖骨B脚第三跖骨C脚第四跖骨D脚背侧、第五跖骨E脚背侧和外脚侧、内侧楔骨F和外侧楔骨G；气囊与充气、排气装置相连通，穿鞋时，充气装置向气囊充气，实现气囊与脚面的贴合，脱鞋时，排气装置启动，将气囊内气体排出；鞋上设有运动传感器和气压传感器，气压传感器与气囊相通，气压传感器用来检测气压内气压，运动传感器用来鞋子的运动状态；还包括处理器，处理器与气压传感器和运动传感器电连接；气压传感器和运动传感器通过无线网络与移动终端电连接，移动终端上设有控制智能鞋的应用程序，通过应用程序设置参数控制气囊的充气和排气来实现全自动穿鞋和脱鞋，同时，穿着的过程中，鞋面会跟随使用者脚部大小变化而自动调整，还包括电源，电源对系统供电。

所述的充气、排气装置、气压传感器以及气压传感器所安装的PCB电路板位于设备舱内，设备舱设在鞋面或者鞋底上。

设备舱内的结构是:壳体内安装有电磁泄压阀、隔膜式气泵和气压传感器，电磁泄压阀和隔膜式气泵通过导气装置与气囊相通，电磁泄压阀和隔膜式气泵通过导线连接气压传感器所在的PCB电路板，PCB电路板总线连接电源。

气囊式智能鞋分为左右两只，且两只鞋子呈镜像布局。

处理器与移动终端通过蓝牙通讯；左右两只鞋子内的处理器之间通过蓝牙通讯。

穿、脱鞋和鞋面自适应方法，

1)使用者可通过手持移动设备预设鞋子气囊加压的最高气压值。

2)自动穿鞋过程：

使用者将脚穿入鞋子，开始走路,人体正常迈步时左右脚分别落地，运动传感器侦测到使用者脚步，运动传感器向处理器发出信号，处理器接通气泵电路，气泵工作，气囊加压至预设最高气压值后停止，加压后的气囊将使用者的脚固定于鞋内；

3)一键脱鞋过程：

使用者通过手持终端发出指令，处理器接收信号，处理器连通电磁泄压阀电路，鞋面气囊排气，将使用者的脚释放；

4)气囊自动复位过程：

使用者在气囊没有排气时强行将脚从鞋内脱出，气压传感器接收到气囊内短时间内急剧降压信号并发送给处理器，处理器接收信号并连通电磁泄压阀电路，鞋面气囊排气；

5)鞋面自适应过程：

当使用者在穿着过程中，因生理原因产生脚部大小变化(如脚部充血发胀)，脚部大小变化引起气囊内压力与预设气压值产生差值，该压力差值被气压传感器测得并发送给处理器，当处理器得到气压差值小于预设气压值时连通气泵电路给气囊加压至预设气压值后停止，当处理器得到气压差值大于预设气压值时连通电磁泄压阀电路给气囊排气至预设气压值时停止；

6)鞋面气囊防误操作过程：

气囊为弹性材料制成，可向两侧膨胀，当鞋没有穿在实用者脚上时气囊充气，气囊向两侧膨胀测得气囊内气压上升第一速度；当鞋子穿在使用者脚上，脚面挤压了气囊一面，气囊只能向一侧膨胀，测得气囊上升第二速度；以上两个速度被提前写入系统内；当进入自动穿鞋过程时，气压传感器比对气压上升速度，其速度为速度接近于第二速度时，系统正常工作，气囊内气压上升至预设气压值时气泵停止工作；当使用者脚没有穿在鞋内时，如触发气泵加压，因气囊向两侧膨胀，气压传感器得到气压上升速度为第一速度；此时处理器断开气泵电路并接通，电磁泄压阀电路将气囊内空气排出。

具有以下有益效果：气囊主体通过气压传感器和运动传感器感知气囊主体的运动状态和气压值，通过比对MCU处理器内部预设数值决定气囊内加压或泄压，实现气囊自动化运作，也可以通过蓝牙芯片链接移动设备，对处理器中的数值进行手动设置以满足不同个体的需求。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2-1是本发明气囊覆盖覆盖区域足骨上面示意图；

图2-2是本发明气囊覆盖覆盖区域足骨下面示意图；

图3是图1的设备舱内部结构示意图。

图4是本发明的控制系统示意图。

图5-1是本发明气囊与控制部分自适应系统状态一原理图。

图5-2是本发明气囊与控制部分自适应系统状态二原理图。

具体实施方式

在本发明第一实施例中，全自动气囊式智能鞋，包括气囊式鞋面，所述的气囊式鞋面的结构式：气囊本体2包括至少两气囊块，且气囊块之间相通，气囊收缩时，对脚部的施压位置为第一跖骨A脚背侧和内脚侧、第二跖骨B第三跖骨C第四跖骨D脚背侧、第五跖骨E脚背侧和外脚侧、内侧楔骨F和外侧楔骨G气囊与充气、排气装置相连通，穿鞋时，充气装置向气囊充气，实现气囊与脚面的贴合，脱鞋时，排气装置启动，将气囊内气体排出；鞋上设有运动传感器和气压传感器，气压传感器与气囊相通，气压传感器用来检测气压内气压，运动传感器用来鞋子的运动状态；还包括处理器，处理器与气压传感器和运动传感器电连接；气压传感器和运动传感器通过无线网络与移动终端电连接，移动终端上设有控制智能鞋的应用程序，通过应用程序设置参数控制气囊的充气和排气来实现全自动穿鞋和脱鞋，同时，穿着的过程中，鞋面会跟随使用者脚部大小变化而自动调整。

所述的充气、排气装置、气压传感器以及气压传感器所安装的PCB电路板位于设备舱内，设备舱设在鞋面或者鞋底上。

带气囊本体2鞋身本体，连接在气囊本体上的设备舱2，和置于带气囊主体1鞋身本体2内部的运动传感器和蓝牙芯片，所述设备舱3内部安装隔膜式气泵7，电磁泄压阀6，气压传感器8，带有MCU处理器的PCB电路板，所述气囊主体1通过气压传感器8和运动传感器感知气囊主体1的运动状态和气压值，通过比对MCU处理器内部预设数值决定气囊内加压或泄压，实现气囊自动化运作。电磁泄压阀6与所述气压传感器8由导线9连接，所述电磁泄压阀6与所述隔膜式气泵7由导气装置5连接，所述鞋身本体2与所述带有MCU处理器的PCB电路板通过螺丝孔位10固定连接。所述运动传感器指的是侦测所述鞋身本体运动状态的设备。例如可以为陀螺仪或弹簧片。运动传感器和蓝牙芯片舱可以在鞋子本体的任何位置，如鞋面鞋底鞋垫鞋舌等，具体根据每次款式设计布局。

具体实施时，所述设备舱1可以为两个分体式壳体4，分为脚背设备舱和运动传感器和蓝牙芯片舱两个舱体，所述舱体之间用导线9连接。

具体实施时，所述设备舱1可为主机和子机，分别安置于左脚鞋子和右脚鞋子或者右脚鞋子和左边脚鞋子。

通过引入气囊式鞋面将传统的鞋面固定方式对脚背部的压力点由脚背转移至脚背两侧避开脚背部动脉血管区域。气囊的的压力位置转移到动脉两侧静脉位置。本发明将原先集中在脚背中间的压力区域通过气囊各处压力相等的原理平均分布到足部各个气囊覆盖的区域。彻底释放了脚背中间动脉区域的压力。

左脚鞋子含气囊主体内设有气囊设备舱主机，右脚鞋子同样设置。左脚鞋子含气囊主体与右脚鞋子含气囊主体通过蓝牙通讯，外接移动设备通过蓝牙设备与左边鞋子含气囊主体通讯。移动设备通过互联网与服务器连接。可以通过移动设备应用程序获取左脚鞋子含气囊主体、右脚鞋子含气囊主体运动状态。

全自动气囊式鞋面系统信息的传递路径：子机通过气压传感器和运动传感器收集本侧的运动状态数据和气囊内气压数据。运动传感器数据通过蓝牙发送给主机处理器做分析处理。子机的气囊内压力数据留在本侧处理器内作为本侧隔膜式气泵电机和电磁泄压阀启动或关闭的信号依据。主机通过蓝牙连接移动设备端APP和子机处理器。移动端APP可设置如隔膜式气泵启动信号规则和气囊内气压预设值等数据通过蓝牙将以上数据传输并存储在主机处理器中，主机气囊内气压预设值数据通过蓝牙拷贝在子机处理器中。同时主机处理器可通过蓝牙发送隔膜式气泵电机是否启动的信息到子机处理器，子机处理器执行这些信息。移动设备端的APP可以利用移动设备端的屏幕和输入功能在APP菜单界面上输入如气囊预设气压值和隔膜式气泵启动信号规则等信息，信息通过蓝牙传输并储存在主机处理器MCU的FLASH中备用。同时APP可以通过登录户账号将这些数据通过有线或无线网络备份到云端服务器中。每一次APP上设置数据的修改服务器端会自动备份并覆盖之前的数据。当使用者用一台另一台移动设备在APP上登录自己账号，服务器会通过有线或无线网络将使用者最后一次在服务器端储存的数据同步在登录的APP所在的移动设备端。移动设备端APP每次成功连接主机端蓝牙时移动设备端的设置数据也会通过蓝牙跟主机处理器同步一次。

气囊系统的防误操作系统：气压传感器可根据气囊内部压力变化数值来判定使用者是否将鞋子穿着在脚上或者没有，以此控制隔膜式气泵和电磁泄压阀的开启或关闭以实现全自动的鞋内没有脚气囊不充气并保持预设气压的目的。基本原理和流程如下：原理：气囊为弹性材料制成，气囊内腔在充气时时可以向两侧膨胀。当鞋面内没有足部时气囊向两侧膨胀。此时测得气囊内气压上升速度V₁，作为参考值存入处理器。当穿好鞋子，足部在鞋面内部时气囊内侧受脚面挤压，空间变小此时充气气压上升速度快于速度V₁标记为速度V₂。当处理器接收到启动隔膜式气泵电机信号时，隔膜式气泵电机启动给气囊充气，当气压传感器测得气囊内气压上升速度为或接近±10％为速度V₁时，处理器判定鞋内没有脚，此时处理器判定鞋内没有脚，给出信号停止充气并启动电磁泄压阀借由气囊本身的弹性材料产生的压力将气囊内空气排出后，电磁泄压阀关闭。当充气工程中气压传感器检测到气压上升速度大于速度V₁的10％判定为鞋内有脚，隔膜式气泵工作将气压充气至预设气压值停止。当气压传感器侦测到气压上升速度大于第二速度时，处理器判定气囊内有堵塞或故障，处理器给出信号，停止隔膜式气泵工作，打开电磁泄压阀排出空气。

自动穿鞋过程：使用者将脚穿入鞋子，开始走路。人体正常迈步时左右脚是分别落地的，那么设定主机产生的有效运动信号为S₁子机产生的运动信号为S₂，并通过蓝牙传给主机设备舱处理器。系统默认当主机接收并识别出交替产生1212或者2121，4步信号时主机启动隔膜式气泵给本侧气囊加压，同时通过蓝牙信号给子机处理器，子机处理器接收到主机发出的启动信号后，启动本侧隔膜式气泵电机给本侧气囊加压。同时两侧气压传感器启动监测气囊内气压，并实时传输数据通储存在处理器中的数据进行比对，当数据一致时即气囊已被加压到预设气压值(此处发生的为第2点内容)。处理器发出停止加压信号，隔膜式气泵停止工作。穿鞋过程完成。根据第1点整个系统的结构，启动充气的脚步信号可以在APP界面中修改，如需要走5步启动隔膜式气泵，那么主机处理器需要接收到12121或者21212这样的信号才启动隔膜式气泵。以此类推。但为避免误差可设置的最少步数为4步即1212或2121这样的信号。

鞋面气囊自适应：当完成上述第3点。气囊内压力已经到达预设气压值。气压传感器实时监测工作状态(也可设置成定时监测)处理器读取气压传感器侦测到的数值并和预设气压值进行比对。当脚部发胀，脚背对气囊的压力增加，导致气囊内气压上升，此时处理器内气压传感器传回的气压值大于预设气压值，处理器给电磁泄压阀通电，电磁泄压阀打开排出空气，直至气压传感器传回的气压值和预设气压值一致时处理器给电磁泄压阀断电。同理可知，当脚部收缩时，脚背对气囊的压力减小，导致气囊内压力减小。此时处理器比对到的是气压传感器传回的气压值低于预设气压值则处理器给隔膜式气泵电机通电，给气囊加压，直至处理器接收到气压传感器回传的气压值于预设气压值一致。处理器给隔膜式气泵断电。气泵停止工作。在处理器给隔膜式气泵通电时处理器内部不只是对比气压传感器传回的气压值，而且会比对气压上升的速度即气压上升的速度是否大于第2点中的第一速度的±10％且小于第2点中的第二速度。此处将在第5点详细说明。以上阐述了整个鞋面自适应的全部工作内容和处理器等各部件的工作原理和逻辑。气囊内的气压变化不止是在使用者脚部的发胀或收缩时会出现，也会因为热胀冷缩的原理环境温度的改变从而引起气囊内部气压的变化。因整逻辑建立在处理器内部对气压传感器传回的气囊内部气压值和预设值的比对从而产生动作。所以只要第3点步骤完成系统就进入此步骤即自适应工作状态。

脱鞋自动排气：本设计借由材料和特殊的结构，可以以特定的角度在气囊不排气的情况下将脚从鞋子里脱出。当脚从鞋子内脱出时气囊截面变化刚好和第2点中相反。气囊鞋面内侧脚背的压力消失气囊向两侧扩张，因气囊内部体积变化导致气囊内部压力变小。此时系统正在第4点逻辑下运行，处理器收到气压传感器监测到的气囊内气压小于预设气压值，处理器启动隔膜式气泵给气囊充气。因第4点中提到隔膜式气泵电机启动给气囊充气的同时，气压传感器同时还会监测气囊内气压上升速度。因此时脚已经从鞋面脱出，气囊鞋面内侧没有物体阻碍故气囊形状恢复到第2点第一张图的形状，故气压传感器得到的气压上升速度为速度1。根据第2点中提到的处理器逻辑，处理器将给隔膜式气泵断电，启动电磁泄压阀，通过气囊弹性材料的张力将气囊内空气排出。系统回到起始状态等待第2点中的状态被触发，进入新的一次循环。此处也可根据鞋子的设计和空间允许的情况在处理器附近设置按键式开关，单独控制电磁泄压阀。当按键开关被按动时处理器得到信号系统复位至第2点状态。同时按键开关给电磁泄压阀通电电磁泄压阀开启，借由气囊材料的弹性张力将空气从气囊内排出。按键开关可作为系统出现故障时的备用方案选择性安装。按键开关可以在鞋的任何位置如鞋底，鞋舌，鞋面等，根据实际设计美观要求安装并由导线和处理器以及电磁泄压阀连接。

系统供电：本系统由任何电池供电，包括可充电和不可充电电池。电池根据设计的需要安装在鞋子本体的任何区域。通过导线和设备舱内部电子器件相连。

本发明通过以上实施例的设计，可以做到气囊主体通过气压传感器和运动传感器感知气囊主体的运动状态和气压值，通过比对MCU处理器内部预设数值决定气囊内加压或泄压，实现气囊自动化运作，也可以通过蓝牙芯片链接移动设备，对处理器中的数值进行手动设置以满足不同个体的需求。