一种智能轮滑训练鞋的设计的制作方法

本发明涉及体育运动用品领域，具体地说是一种智能轮滑训练鞋的设计。

背景技术：

轮滑是一项全身性运动，它能促进心脑血管系统和呼吸系统机能的改善和代谢作用的加强，例如促进心脑血管系统和呼吸系统机能的改善和代谢，能增强臂、腿、腰、腹等各处肌肉的力量和身体各个关节的灵活性，特别是对人平衡能力的掌握上有很大的帮助和协调。因此轮滑运动受到了广泛的欢迎，尤其是青少年。甚至有些2-3岁的儿童就开始接受轮滑训练。

虽然轮滑有诸多的优点，但是掌握轮滑运动技巧需要大量的训练，并且伴随一定的危险。原因主要在于：

1、现有轮滑运动鞋的滑轮过于灵活，初学者难以掌握平衡，因此经常摔跤，带来了安全隐患。即使有护具的保护，但护具是被动保护装置。

2、轮滑运动有一定的动作规范，初学者对动作掌握不够熟练，滑行过程中易出现动作失误，造成危险。

3、初学者对滑行力量掌握不够精确，一旦用力过大，速度突增，初学者难以驾驭，容易发生危险。

以上问题增加了轮滑学习的难度，并且给初学者的人身安全带来了风险。尤其轮滑初学者的主体是儿童和未成年少年。这类人群身体发育不完全，平衡能力和自我保护能力较差，更加容易在轮滑运动中受伤。本发明针对以上问题，设计一种智能轮滑训练鞋，其特征在于：鞋底设置有能够对滑轮施加阻力的执行器，使滑轮带有阻尼，阻尼强度可调。当滑轮阻尼调节到最小值，滑轮处于完全自由滑动状态，使用状态等同于普通轮滑鞋；当滑轮阻尼调节到最大值时，滑轮完全锁止，不能产生滑动，最大程度帮助使用者保持稳定。滑轮阻尼值可根据使用者需要在最大值与最小值之间任意改变，或自动调节。阻尼调节的优点在于,可以帮助使用者保持平衡和加大运动量。

其具体特征包括:

1.该轮滑训练鞋主要包括电池，控制器、传感器、执行器，其特征是：可以手动或自动调节轮滑鞋轮子受到的滑行阻力。

2.该轮滑训练鞋带有手动调节阻力旋钮。

3.该轮滑训练鞋带有电磁执行器。

4.该轮滑训练鞋带有压力传感器、陀螺仪和加速度传感器。

5.该轮滑训练鞋带有电力电子调压电路。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一套带有智能控制功能的轮滑训练鞋，可以保护轮滑运动者的安全，并辅助轮滑初学者掌握轮滑技巧。鞋子内置有各类传感器、控制器、执行器、记录设备以及电源等主要部件。

本发明技术方案为：

通过传感器采集运动者的姿态，并将姿态信息传输给控制器。控制器根据内置的程序算法，对姿态信息进行整理，判断运动者的状态和意图，并产生一定的控制命令，交由执行器执行命令动作。

所述发明包括以下单元：

1）传感器单元：传感器包括陀螺仪、压力传感器、加速度传感器等。陀螺仪用于检测运动者脚部的偏转角度。压力传感器为一组传感器，分布在鞋底的多个部位，检测运动者脚部的发力方向。陀螺仪和压力传感器一起，可以判断运动者的姿势是否符合轮滑运动的规范。当运动者动作不符合标准时，还要进一步判断是由于运动者方法不对造成的动作错误，还是由于发生了异常状况，运动者采取的应激反应。加速度传感器可以辅助判断运动者是否采取了应激反应。比如当运动者将要摔倒时，通常脚部会快速的移动，试图重新保持稳定，此时加速度传感器就会检测到加速度的异常变化。

2）控制器单元：控制器接收传感器信号，判断运动者的动作是否正确，如果动作正确，则解锁滑轮；如果错误则给出提示，知道运动者动作符合要求。

3）执行器单元：执行器接收控制器的命令，对滑轮进行解锁和锁止操作。执行器包括电磁驱动装置、滑轨和刹车片三部分。

4）电源单元：电源包括电池和变压电路两部分。电池提供能量给变压电路，变压电路将电池的恒定电压改变到适合传感器、控制器以及执行器需要的电压等级，供其使用。

5）传感器信号记录单元：将各个传感器的信号记录下来，用于事后分析。协助学习者改正姿势。

本发明原理是：通过对轮滑鞋上滑轮阻尼的控制，使学习者感知动作是否正确，辅助学习者掌握标准的轮滑技巧。并且由于动作错误时滑轮处于锁止状态，学习者可以很好的保持稳定，大大降低了学习者摔倒的风险，保护了学习者的人身安全。

本发明具有如下优点：

1、辅助初学者循序渐进提高平衡能力。初学者难以掌握平衡的关键在于滑轮过于灵活。因此本发明设计了滑轮阻尼连续可调功能，初学者可以根据自身情况，将滑轮阻尼调节到可以灵活的掌握平衡的程度。并且随着掌握平衡能力的提高，逐步减小滑轮阻尼，直至完全掌握平衡技巧。因此本发明可以帮助初学者循序渐进的提高平衡能力。

2、避免动作失误带来的风险。本发明可以自动监测初学者的动作姿态。当初学者动作不符合标准规范时，训练鞋自动将滑轮锁止，并语音提示初学者如何改正。因此当初学者轮滑动作错误时不会发生危险。

3、可调节的加速度限制。加速度过快时，初学者容易失去平衡。本发明设置有加速度限制调节旋钮，可将加速度限制在初学者能够接受的范围。当初学者用力过猛时，控制器会滑轮上自动施加阻尼，将加速度限制在设定值，避免意外发生。

附图说明

图1侧视图

图2俯视图

其中1是电池，2是压力传感器，3是控制器，4是压力传感器，5是压力传感器，6是开关旋钮面板，7是滑轨，8是陀螺仪传感器和加速度传感器，9是磁性刹车片，10是电磁铁，11是紧固螺丝，12是轮子，13是支架，14是鞋底，15是鞋垫，16是弹簧。

具体实施方式

该轮滑鞋有手动、自动、训练三种工作模式。下面结合附图说明每种工作模式的特点和具体实施方式。

1. 手动功能选择。将开关旋钮面板6中的模式选择开关拨到手动状态，控制器检测到手动状态被选中，进入休眠状态。使用者手动将磁性刹车片9向下压到合适的程度后，将紧固螺丝11旋紧，此时刹车片9和轮子12之间存在了一个恒定的压力，从而使12在转动过程中存在了一定阻尼。使用者可以根据需要调节9和12之间的压力，来调节阻尼的大小。手动模式主要应用在电池电量不足的情况下。

2. 自动功能选择。首先将紧固螺丝11旋到完全放松，然后将开关旋钮面板6中的模式选择开关拨到自动状态，控制器启动工作。使用者旋转6中的阻尼调节旋钮调节选择需要的阻尼的大小。控制器3根据旋钮的输入，调节电磁铁10的电流大小和极性。由于刹车片9是磁性的，所以9和10相互作用，使9沿着滑轨7向上或向下运动。9下面安装了弹簧16，弹簧16处于拉伸的状态。这样做的好处有两个，一是弹簧辅助电磁铁10将刹车片9向轮子12压紧，节省电力；另一个是当电池电量不足时，9和12之间默认是压紧的。

3. 训练模式选择。该模式下与自动模式一样，也需要将紧固螺丝11旋到完全放松。然后将开关旋钮面板6中的训练模式按键按下。此时电磁铁10的电流达到最大值，9和12间的摩擦力达到最大。此时控制器3采集传感器2、4、5、8的信号。根据传感器的信号分析使用者的滑行姿势和发力特点。使用者的姿势和发力特点越接近于标准姿势，电磁铁10的电流越小，刹车阻尼越小。以此帮助初学者快速掌握轮滑动作要领。

4. 保护模式。保护模式不需要单独开启，只要自动模式或训练模式被选中，保护模式自动启动。保护模式只针对于使用者即将摔倒的突发状况。使用者在摔倒前，通常伴随着脚步非正常的晃动和非正常的腿部姿势。控制器3通过采集传感器2、4、5、8的信号，监测使用者是否将要摔倒。当检测到使用者将要摔倒时，自动通过电磁铁10在刹车片9和轮子12之间施加一定的摩擦力，辅助使用者保持平衡。

5. 除手动模式外，刹车片9的压紧和放松都是平滑的，防止因急刹或急松带来的危险。