用于分析体育活动的系统和方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年3月15日提交的美国临时申请No. 61/801,235的优先 权且还要求均在2013年11月22日提交的美国专利申请No. 14/088, 048、14/088, 016、 14/088, 052和14/088,036的美国专利申请的优先权，这些申请以其全部内容通过引用合 并于此。
技术领域
[0003] 本发明通常涉及用于检测和监视体育活动和其它运动的系统、设备和方法，其可 以利用从并入到鞋类物品的传感器系统而来的数据输入。
【背景技术】
[0004] 已知的利用从体育活动收集的数据的系统。这种数据可被分析并以许多不同形式 和格式提供给用户，包括通过表现指标的指示。然而，用于收集这种体育活动的数据的传感 器系统和其它硬件存在困难，例如在构造、耐久性、准确性、灵敏性等方面。因而，尽管用于 监视和检测体育活动的某些系统具有许多有利特征，但是它们仍然具有某些缺陷。本发明 寻求克服现有技术的这些缺陷和其它缺陷，以提供之前不可用的新特征。
【发明内容】
[0005] 下文提供了本发明一些方面的一般描述以便提供对本发明的基本理解。该发明内 容不是本发明的广泛概括。不意图将识别关键或重要的本发明的要素或界定本发明的范 围。以下的内容仅仅以一般的形式给出了本发明的一些原理，以作为下文提供的更详细描 述的导读。
[0006] 本发明的通常方面涉及用于鞋类物品的传感器系统，包括定位为与鞋类物品的鞋 底构件接触的柔性插入构件、连接到插入构件且配置为用于与电子模块或其它装置通信的 端口和连接到插入构件的多个传感器。每一个传感器配置为使得传感器上的压力改变传感 器的电阻。多个引线连接到插入构件，以将传感器连接到端口。系统也可以包括连接到端 口的电子模块，其配置为用于从传感器收集数据和用于与外部装置通信。模块可以从端口 拆卸。
[0007] 本发明的一些方面涉及如上所述的传感器系统，每一个传感器包括第一层和第二 层，第一接触部位于第一层上且第二接触部位于第二层上，第二接触部大致对准第一接触 部。另外，通过将导线缝制到插入构件中形成引线，例如涂有导电制剂的尼龙线。在一个构 造中，传感器可以通过连结（例如粘接剂连结）连接到插入构件的外表面。在另一构造中 传感器也可以定位在插入构件内。
[0008] 根据一个方面，每一个传感器进一步包括从传感器延伸的连接垫，其中引线连接 到传感器的连接垫，例如通过将导线缝制到连接垫中。
[0009] 根据另一方面，端口包括多个端子，包括连接到每一个传感器的一个端子和连接 到电/地引线的两个额外端子，所述电/地引线连接到所有传感器，电阻器定位在两个额外 端子之间。
[0010] 根据进一步方面，系统包括连接到插入构件且配置为在其中接收电子模块的壳 体，其中端口具有在壳体中露出的接口，用于连接到电子模块。
[0011] 本发明的额外方面涉及如上所述的传感器系统，其中插入构件是柔性泡沫插入构 件，且其中传感器连结到插入构件的外表面。连结可以通过粘接剂连结实现。在该构造中， 传感器可以连接到插入构件的顶部或底部表面。系统可以合并如上所述的任何方面。
[0012] 本发明的通常方面还涉及用于鞋类物品的传感器系统，鞋类物品包括配置为形 成鞋类物品的鞋底结构一部分的鞋底构件、定位为接触鞋底构件的柔性插入构件、连接到 插入构件且配置为用于与电子模块或其它装置通信的端口，和连接到插入构件的多个传感 器。每一个传感器配置为使得传感器上的压力改变传感器的电阻。多个引线连接到插入构 件，以将传感器连接到端口。系统也可以包括连接到端口的电子模块，其配置为用于从传感 器收集数据和用于与外部装置通信。模块可以从端口拆卸。
[0013] 本发明的一些方面涉及如上所述的传感器系统，其中柔性插入构件是单个薄柔性 片，且其中每一个传感器包括第一层和第二层，第一接触部位于第一层上且第二接触部位 于第二层上，第二接触部大致对准第一接触部。每一个传感器通过连结材料连接到插入构 件的外表面，例如粘接剂连结材料。在一个构造下，引线可通过印刷在插入件的外表面上的 导电迹线形成。
[0014] 根据一个方面，电子模块包覆模制在鞋底构件中且完全地包含在鞋底构件中。系 统也可以包括外部连接件，其电连接到电子模块，其中外部连接件暴露到鞋底构件的外部 且可从鞋底构件的外部访问，以提供与电子模块的物理电连。在一种构造中，外部连接件可 以是尾部，其从鞋底构件的脚跟区域延伸。
[0015] 根据另一方面，鞋底构件围绕插入构件密封。另外，鞋底构件可以包括上和下隔膜 层，且插入构件可以层叠在上和下隔膜层之间。
[0016] 根据进一步的方面，每一个传感器的第一接触部包括两个电气分开的部分，引线 连接到两个电气分开部分每一个，且其中每一个传感器的第二接触部接合第一传感器的两 个电气分开部分中的两者。
[0017] 本发明的额外方面涉及如上所述的传感器系统，其中柔性插入构件包含在鞋底构 件中，使得鞋底构件在插入构件周围密封。系统可以合并如上所述的任何方面。
[0018] 根据一个方面，每一个传感器包括第一层和第二层，具有第一接触部位于第一层 上且第二接触部位于第二层上，第二接触部大致与第一接触部对准。插入构件可以是单个 薄柔性片，其在这种构造下，传感器连接到插入构件的外表面。另外，每一个传感器的第一 接触部可包括两个电气分开的部分，引线连接到两个电气分开部分每一个，使得中每一个 传感器的第二接触部接合第一传感器的两个电气分开部分两者，且其中引线通过形成在插 入构件的外表面上的导电迹线形成。
[0019] 本发明的通常方面还涉及用于鞋类物品的传感器系统，鞋类物品包括配置为形 成鞋类物品的鞋底结构一部分的鞋底构件、配置为接触鞋底构件的柔性插入构件、连接到 插入构件且配置为用于与电子模块或其它装置通信的端口，和连接到插入构件的多个传感 器。每一个传感器包括压电材料，且传感器每一个配置为使得传感器上的压力产生被端口 接收的电压。多个引线连接到插入构件，以将传感器连接到端口。系统也可以包括连接到 端口的电子模块，其配置为用于从传感器收集数据和用于与外部装置通信。模块可以从端 口拆卸。
[0020] 本发明的一些方面涉及如上所述的传感器系统，其中插入构件通过将插入构件层 叠到鞋底构件中连接到鞋底构件。在一个构造中每一个传感器可以连接到插入构件的外表 面。插入构件可以用各种材料制造，例如泡沫材料或织物材料。
[0021] 根据一个方面，插入构件包括聚合物片材料的顶部层和底部层，使得传感器定位 在顶部层和底部层之间。
[0022] 根据另一方面，电子模块包覆模制在鞋底构件中且完全地包含在鞋底构件中。系 统也可以包括外部连接件，其电连接到电子模块，其中外部连接件暴露到鞋底构件的外部 且可从鞋底构件的外部访问，以提供与电子模块的物理电连。另外，电子模块可以配置为用 于跨传感器产生电压，以造成压电材料的变形，以为用户提供触觉反馈。
[0023] 根据进一步方面，每一个传感器包括压电材料，在其相反表面上具有金属化部分， 其中引线连接到金属化部分。每一个传感器可以进一步包括围绕压电材料和金属化部分的 聚合物层。
[0024] 本发明的额外方面涉及如上所述的传感器系统，其中通过将导电丝缝制到插入构 件或鞋底构件中而形成引线。系统可以合并如上所述的任何方面。
[0025] 本发明的通常方面还涉及用于鞋类物品的传感器系统，包括配置为与鞋类物品的 鞋底结构连接的柔性插入构件、连接到插入构件且配置为用于与电子模块或其它装置通信 的端口和连接到插入构件多个传感器。每一个传感器包括电连接到端口的传感器材料条 带。每一个条带可以直接地连接到端口，或通过中间连接件连接到端口，以将传感器电连接 到端口。系统也可以包括连接到端口的电子模块，其配置为用于从传感器收集数据和用于 与外部装置通信。模块可以从端口拆卸。
[0026] 本发明的一些方面涉及如上所述的传感器系统，其中端口位于插入构件的中足区 域中，且第一多个传感器材料条带从中足区域延伸到插入构件的前足区域，第一多个条带 中的至少一些具有与第一多个条带中其它的不同的长度。另外，第二多个传感器材料条带 从中足区域延伸到插入构件的脚跟区域，第二多个条带中的至少一些具有与第二多个条带 中其它的不同的长度。
[0027] 根据一个方面，每一个传感器的传感器材料是配置为在变形时产生电压的压电材 料。电子模块可以配置为用于基于通过压电材料产生的电压从传感器收集数据。电子模块 可以另外配置为用于产生跨传感器的电压，以使得压电材料变形，以为用户提供触觉反馈。 进一步地，电子模块可以包括电源，且电子模块可以配置为用于利用通过压电材料产生的 电压以为电源充电。进一步，电子模块可以配置为用于基于变形的条带数量确定插入构件 的挠曲程度。在一种构造中，每一个传感器可以包括在其相反表面上具有金属化部分的压 电材料的条带，其中金属化部分提供用于电子连接的点。每一个传感器可以进一步包括围 绕压电材料和金属化部分的聚合物层。
[0028] 根据另一方面，第一多个条带中的至少一些相对于第一多个条带中其它的延伸的 具插入构件的中足区域更远，且其中第二多个条带中的至少一些相对于第二多个条带中其 它的延伸的距插入构件的中足区域更远。
[0029] 本发明的额外方面涉及如上所述的传感器系统，其中第一多个压电材料条带至少 部分地定位在插入构件的前足区域中，使得第一多个条带中的至少一些相对于第一多个条 带中其它的延伸得距插入构件的中足区域更远。第二多个压电材料条带至少部分地定位在 插入构件的脚跟区域中，使得第二多个条带中的至少一些相对于第二多个条带中其它的延 伸得距插入构件的中足区域更远。系统可以合并如上所述的任何方面。
[0030] 根据一个方面，第一多个条带中的至少一些相对于第一多个条带的其它的具有不 同长度，且其中第二多个条带中的至少一些相对于第二多个条带中其它的具有不同长度。
[0031] 本发明的其它方面涉及鞋类物品，其包括至少部分地限定脚接收腔室的鞋帮构 件、接合鞋帮构件的鞋底结构和如上所述连接到鞋底结构的传感器系统。传感器系统的插 入构件可以接收在脚接收腔室中。
[0032] 从以下说明书并结合以下附图可理解本发明的其它特征和优点。
【附图说明】
[0033] 为了更全面理解本发明，参考附随附图通过例子的方式描述本发明，其中：
[0034] 图1是鞋的侧视图；
[0035] 图2是图1的鞋的相反侧视图；
[0036] 图3是鞋的鞋底的俯视透视图（鞋帮被去除且脚接触构件被折向一边），其并入配 置为用于与本发明的一些方面结合使用的传感器系统的一个实施例；
[0037] 图4是图3的传感器系统和鞋底的俯视透视图，鞋的脚接触构件被去除且电子模 块被去除；
[0038] 图5是电子模块的一个实施例的示意图，其能用于传感器系统，与外部电子装置 通信；
[0039] 图6是图3的传感器系统的插入件的俯视图，其适于定位在用于用户右脚的鞋类 物品的鞋底结构中；
[0040] 图7是图6的插入件和相似的传感器系统的俯视图，其适于用在用于用户左脚的 鞋类物品的鞋底结构中；
[0041] 图8是图6插入件的分解透视图，且显示了四个不同层；
[0042] 图9是通过图3的传感器系统的部件形成的电路的一个实施例示意性电路；
[0043] 图10是一对鞋的示意图，其每一个含有传感器系统且与外部装置成网孔通信模 式；
[0044] 图11是一对鞋的示意图，其每一个含有传感器系统且与外部装置成"菊花链"通 信模式；
[0045] 图12是一对鞋的示意图，其每一个含有传感器系统且与外部装置成独立通信模 式；
[0046] 图13是显示了根据本发明一些方面针对传感器一个实施例的压力vs电阻的曲线 图。
[0047] 图14A是用于连接到电子模块的壳体和端口一个实施例的透视图，电子模块附接 到插入构件；
[0048] 图14B是图14A的壳体和端口的横截面视图；
[0049] 图15是根据本发明一些方面的模块的透视图；
[0050] 图16是图15的模块的侧视图；
[0051] 图17是鞋类物品的鞋底构件的另一实施例的俯视图，其并入与本发明一些方面 结合使用的传感器系统的一个实施例；
[0052] 图18A是图17示出的传感器系统部件的电子连接的系统的一个实施例的示意 图；
[0053] 图18B是图17示出的传感器系统部件的电子连接的系统的另一实施例的示意 图；
[0054] 图19是通过图17的传感器系统的部件形成的电路的一个实施例示意性电路；
[0055] 图20是鞋类物品的鞋底构件的另一实施例的俯视图，其并入与本发明一些方面 结合使用的传感器系统的一个实施例；
[0056] 图21是用于图20的传感器系统的插入件透视图；
[0057] 图22示出了图20的传感器系统的传感器，以及传感器功能的示意图；
[0058] 图23是可用于图20的传感器系统的插入件另一实施例的俯视图；
[0059] 图24是与本发明的一些方面结合使用的传感器系统的另一实施例的俯视图；
[0060] 图25是图24的传感器系统的传感器的示意图；
[0061] 图26是与本发明的一些方面结合使用的传感器系统的另一实施例的俯视图；
[0062] 图27是与本发明的一些方面结合使用的传感器系统的另一实施例的俯视图；且
[0063] 图28是图26的传感器系统的工作方法的示意图。
【具体实施方式】
[0064] 尽管本发明存在许多不同形式的实施例，但是本发明的优选实施例在附图中示出 且将在本文描述，应理解，本说明书被认为是本发明远离的例证而不应被认为是要将本发 明的范围限制为所示和所述的实施例。
[0065] 用于将传感器系统并入鞋类物品的传感器系统和结构的各种实施例在本文显示 和描述。应理解，每一个这种实施例可以利用针对其它实施例在本文所述的任何特征，以及 2012 年 2 月 22 日提交的美国专利申请 13/401，918、13/401，916 和 13/401，914 ;2012 年 2 月 17 日提交的美国专利申请 13/399, 778、13/399, 786、13/399, 916 和 13/399, 935 ;和 2009 年6月12日提交的美国专利申请12/483, 824和12/483, 828所述的任何特征，这些申请通 过引用合并于此。
[0066] 本文所述的传感器系统的实施例可以与鞋类物品结合使用，例如鞋，其显示为图 1-2的例子且通常标记为附图标记100。鞋100可采取许多不同形式，例如包括各种类型的 运动鞋。在一个示例性实施例中，鞋100通常包括操作地连接到通用通信端口 14的力和/ 或压力传感器系统12。如后文详述，传感器系统12收集与鞋100的穿戴者有关的表现数 据。通过连接到通用通信端口 14,多个不同使用者可访问用于如后文详述的许多不同用途 的表现数据。
[0067] 鞋类物品100显示在图1-2中，包括鞋帮120和鞋底结构130。为了在如下描述中 进行参照的目的，鞋1〇〇可以分为三个基本区域：前足区域111、中足区域112和脚跟区域 113,如图1所示。区域111-113不是要划分鞋100的确切区域。而是，区域111-113目的 是代表鞋100的大致区域，其在以下描述期间提供参考系。虽然区域111-113通常应用于 鞋100,但是对区域111-113的参照也可具体应用于鞋帮120、鞋底结构130或包括在鞋帮 120或鞋底结构130 -部分中和/或形成为其一部分的各个部件。
[0068] 进一步如图1和2所示，鞋帮120固定到鞋底结构130且限定用于接收脚的空穴 或腔室。为了参照的目的，鞋帮120包括外侧121(lateralside)、相反的内侧（medial side) 122和鞋面或脚背区域123。外侧121定位为沿脚的外侧延伸（即外部）且通常经过 每一个区域111-113。类似地，内侧122定位为沿脚的相反内侧延伸（即内部）且通常经过 每一个区域111-113。鞋面区域123定位在外侧121和内侧122之间，以对应于鞋帮表面 或脚的脚背区域。在示出的例子中，鞋面区域123包括具有鞋带125或其它期望的关闭件 机构的鞋口 124,其利用常规的方式来改变鞋帮120相对于脚的尺寸，由此调整鞋100的穿 着。鞋帮120还包括脚踝开口 126,其提供脚向鞋帮120中的空穴的进出。各种材料可以用 于构造鞋帮120,包括通常用于鞋帮的材料。因而，鞋帮120可以例如用皮革、人造皮革、天 然或合成织物、聚合物片材、聚合物泡沫、网孔织物、毛毡、非织造聚合物或橡胶材料的一个 或多个部分形成。鞋帮120可以用这些材料中的一种或多种形成，其中材料或其部分被缝 制或粘接连结在一起，例如以通常已知和本领域使用的方式。
[0069] 鞋帮120也可以包括脚跟元件（未示出）和脚趾元件（未示出）。脚跟元件在存 在时可以向上延伸且沿脚跟区域113中鞋帮120的内表面延伸，以增强鞋100的舒适性。脚 趾元件在存在时可以位于前足区域111中和鞋帮120的外表面，以提供耐磨性、保护穿戴者 的脚趾和有助于脚的定位。在一些实施例中，例如，脚跟元件和脚趾元件中之一或二者可以 不存在，或脚跟元件可以定位在鞋帮120的外表面上。虽然上述鞋帮120的构造适用于鞋 100,但是鞋帮120可以呈现任何期望的常规或非常规的鞋帮结构，而不脱离本发明。
[0070] 如图3所示，鞋底结构130固定到鞋帮120的下表面且可以具有通常的常规形状。 鞋底结构130可以具有多部件结构，例如包括中底131、外底132和脚接触构件133的鞋底 结构。脚接触构件133通常是薄的可压缩构件，其可以定位在鞋帮120中的空穴中且邻近脚 的下表面（或在鞋帮120和中底131之间），以增强鞋100的舒适性。在各种实施例中，脚 接触构件133可以是鞋垫、士多宝、内底构件、内靴元件、短袜等。在图3-4所示实施例中， 脚接触构件133是内底构件或鞋垫。在本文使用的术语"脚接触构件"不必直接暗示接触 用户的脚，因为其它元件会与直接接触干涉。而是，脚接触构件形成鞋类物品的脚接收腔室 的内表面的一部分。例如，用户可以穿着与直接接触部干涉的短袜。作为另一例子，传感 器系统12可以并入到设计为在鞋或其它鞋类物品上滑动的鞋类物品的，例如外靴元件或 鞋覆盖件。在这样的物品中，鞋底结构的鞋帮部分可以被认为是脚接触构件，即使其不直接 地接触用户的脚。在一些结构中，内底或鞋垫可以没有，而在其它实施例中，鞋100可以具 有定位在内底或鞋垫顶部上的脚接触构件。
[0071] 中底构件131可以是或包括冲击衰减构件，且在一些实施例中可以包括多个构件 或元件。例如，中底构件131可以用聚合物泡沫材料形成，例如聚亚安酯、醋酸乙烯乙酯或 其它材料（例如轻质材料、飞龙（phylite)等），其压缩以在步行、跑步、弹跳或其它活动期 间衰减地面或其它接触表面的反作用力。在根据本发明的一些示例性结构中，聚合物泡沫 材料可以包封或包括各种元件，例如流体填充的囊或减速件，其增强鞋100的舒适性、运动 控制性、稳定性、和/或地面或其它接触表面反应力衰减性能。在又一些示例性结构中，中 底131可以包括额外的元件，其压缩以衰减地面或其它接触表面反作用力。例如，中底131 可以包括柱类型的元件，以有助于缓冲和吸收力。
[0072] 在这种示出的示例性鞋结构100中外底132固定到中底131的下表面且用耐磨材 料形成，例如橡胶或柔性合成材料，例如聚亚安酯，其在走行或其它活动期间接触地面或其 它表面。形成外底132的材料可以用合适的材料制造和/或带有织纹，以赋予增强的牵引 力和抗滑性。图1和2和中底131所示的外底132显示为在外底132的任一侧或两侧包括 多个切口或防滑纹136,但是可以结合本发明使用具有各种类型的花纹、轮廓和其它结构的 许多其它类型的外底132。应理解，本发明的实施例可以结合其它类型和构造的鞋以及其它 类型的鞋类物品和鞋底结构使用。
[0073] 图1-4示出了并入根据本发明的传感器系统12的鞋100的示例性实施例，且图 3-8示出了传感器系统12的示例性实施例。传感器系统12包括插入构件37,其具有与之 连接的力和/或压力传感器组件13。应理解，插入构件37的使用是一个实施例，且包括不 同类型的传感器系统12的鞋类物品可以结合本文所述的一些方面来使用。还应理解，插入 件37可以具有许多不同构造、形状和结构，且包括不同数量和/或构造的传感器16,和不同 的插入结构或周边形状。
[0074] 插入构件37配置为被定位为接触鞋100的鞋底结构130,且在一个实施例中，插 入构件37配置为定位在脚接触构件133下方且在中底构件131顶部上方且为大致的面对 关系。传感器组件