带膝关节损伤预警功能的智能跑鞋及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及穿戴式智能设备技术领域，更确切地说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】
[0002]穿戴式智能设备是应用穿戴式技术对日常穿戴进行智能化设计、开发出可以穿戴的设备的总称，如眼镜、手套、手表、服饰及鞋类，而鞋子几乎是每一个人每天的必备生活物品之一，走路、跑步靠脚，更靠鞋。跑鞋是鞋子的一种，供人们在运动时穿着。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，而运动员在运动的过程中由于运动姿势不正确，膝关节长时间承受过高的负荷，容易导致膝关节损伤，影响锻炼热情、缩短运动寿命。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是，提供一种带膝关节损伤预警功能的智能跑鞋，该跑鞋具有膝关节损伤预警功能，避免运动员在跑步过程中损伤膝关节。
[0004]本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的带膝关节损伤预警功能的智能跑鞋，包括左跑鞋和右跑鞋;所述的左跑鞋和右跑鞋均包括鞋体，所述的智能跑鞋还包括控制模块及预警模块;所述的左跑鞋和右跑鞋的鞋体的前掌部均设有第一压力传感器，所述的左跑鞋和右跑鞋的鞋体的后跟部设有第二压力传感器;所述的左跑鞋和右跑鞋的第一压力传感器和第二压力传感器均与所述的控制模块电连接，所述的预警模块与所述的控制模块电连接。
[0005]采用以上结构后，本发明的带膝关节损伤预警功能的智能跑鞋，与现有技术相比，具有以下优点:
[0006]所述的左跑鞋和右跑鞋上的第一压力传感器用于检测左跑鞋和右跑鞋的鞋体的前掌部的垂直地面反作用力值，所述的左跑鞋和右跑鞋上的第二压力传感器用于检测左跑鞋和右跑鞋的鞋体的后跟部的垂直地面反作用力值，当左跑鞋的第一压力传感器或第二压力传感器检测到有垂直地面反作用力值信号出现时到左跑鞋的第一压力传感器和第二压力传感器的垂直地面反作用力值信号均消失时为左跑鞋的一脚步；当右跑鞋的第一压力传感器或第二压力传感器检测到有垂直地面反作用力值信号出现时到右跑鞋的第一压力传感器和第二压力传感器的垂直地面反作用力值信号均消失时为右跑鞋的一脚步;控制器根据第一压力传感器和第二压力传感器传输过来的数据可以得出人体运动时每一脚步的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，有文献证实，平均垂直负荷增长率与足部以及膝关节损伤紧密相关，其值越大，膝关节潜在损伤风险程度就越高，运动过程中长时间过高的垂直负荷增长率的累积会致使膝关节慢性损伤性风险的增大，而控制模块可实现膝关节损伤预警，从而可有效防止运动员在运动的过程中损伤膝关节，纠正运动员错误的运动姿势。
[0007]作为改进，所述的鞋体的鞋底从上到下依次为鞋垫、鞋中底和鞋大底;所述的第一压力传感器和第二压力传感器均设于所述的鞋中底上。采用此种结构后，第一压力传感器和第二压力传感器设置在鞋中底中为最佳实施方案，可避免人体在运动的过程中损坏压力传感器。
[0008]作为改进，所述的控制模块包括控制器及计时器;所述的计时器、第一压力传感器、第二压力传感器和预警模块均与所述的控制器电连接。采用此种结构后，结构简单，实施方便。
[0009]作为改进，所述的控制模块还包括无线通信模块，所述的无线通信模块与所述的控制器电连接，所述的控制器通过无线通信模块与无线智能移动终端信号连接。采用此种结构后，可以通过无线智能移动终端来监控运动员的体重和运动状态，并能保存数据，使用户使用和监控更加方便。
[0010]作为改进，所述的控制模块包括控制器及无线通信模块;第一压力传感器、第二压力传感器、无线通信模块和预警模块均与所述的控制器电连接;所述的控制器通过无线通信模块与无线智能移动终端信号连接。采用此种结构后，控制器可将第一压力传感器和第二压力传感器检测的数据传输给无线智能移动终端，在无线智能移动终端内得出垂直负荷增长率曲线和平均垂直负荷增长率曲线，这样可简化左跑鞋和右跑鞋内的结构，通过无线智能移动终端来监控运动员的运动状态。
[0011]作为改进，所述的第一压力传感器和第二压力传感器均为柔性阵列式压力传感器。采用此种结构后，柔性阵列式压力传感器材质较柔软，不会给运动员穿着跑鞋带来不适感;数据采集点分布较多，采集数据较准确。
[0012]本发明要解决的另一技术问题是，提供一种带膝关节损伤预警功能的智能跑鞋的控制方法，该跑鞋具有膝关节损伤预警功能，避免运动员在跑步过程中损伤膝关节。
[0013]本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下步骤的带膝关节损伤预警功能的智能跑鞋的控制方法，其特征在于:
[0014]人体垂直站立时，左跑鞋和右跑鞋鞋中底部分的第一压力传感器和第二压力传感器将采集到的足底压力信息发送给控制模块，控制模块根据第一压力传感器和第二压力传感器发送过来的足底压力信息获得人体垂直站立时的体重；
[0015]人体运动时，左跑鞋或右跑鞋的第一压力传感器和第二压力传感器将每一脚步采集到的足底压力信息实时地发送给控制模块，所述的控制模块根据实时的足底压力信息可获得实时的垂直地面反作用力值；
[0016]所述的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值;所述的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，在人体运动过程中当所述的平均垂直负荷增长率超出阈值且在一定行程S内所述的平均垂直负荷增长率超出阈值的次数累积超出一定数值M时，预警模块发出预警信号。
[0017]采用以上结构后，本发明的带膝关节损伤预警功能的智能跑鞋的控制方法，与现有技术相比，具有以下优点:
[0018]由于本发明的智能跑鞋的控制方法的控制模块根据获得的人体垂直站立时的体重、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，在人体运动过程中当所述的平均垂直负荷增长率超出阈值且在一定行程S内所述的平均垂直负荷增长率超出阈值的次数累积超出一定数值M时，预警模块发出预警信号，这样，运动员能够及时地发现问题并及时地纠正错误的运动姿势或者停止超负荷的运动过程，如此便可有效地避免损伤膝关节，让运动员能够健健康康的运动。
[0019]作为改进，所述的阈值为72BW/s。所述的S为10公里，所述的M为500。此种设计为最佳实施方案。
【附图说明】
[0020]图1是运动员在运动过程中每一脚步的垂直负荷增长率曲线图。
[0021]图2是本发明的带膝关节损伤预警功能的智能跑鞋的右跑鞋的结构示意图。
[0022]图中所示:1、第一压力传感器，2、第二压力传感器，3、控制器，4、无线通信模块，5、警示灯，a、平均垂直负荷增长率。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0024]请参阅图1所示，图1为垂直负荷增长率曲线。图1中横坐标表示人体运动时每一脚步的支撑期(单位为S)，即表示人体运动时每一脚步所用的时间，为了统一标准，每个时间点所取的值为每一脚步所用的时间的百分比。图1中纵坐标表示垂直地面反作用力值除以运功员体重的换算值(单位为BW，BW为body weight的缩写，表示垂直地面反作用力相对于体重的倍数。)，所述的运动员体重换算的值=运动员体重*重力加速度(g = 9.8N/kg)，上述处理是为了统一标准，便于横向比较。垂直负荷增长率是评价膝关节潜在损伤风险的一项重要生物力学指标，平均垂直负荷增长率是垂直地面反作用力第一次达到峰值时对应的纵坐标的值与相对应的横坐标的值之比(单位为BW/S)。
[0025]请参阅图2所示，本发明带膝关节损伤预警功能的智能跑鞋包括左跑鞋、右跑鞋、控制模块及预警模块;所述的左跑鞋和右跑鞋均包括鞋体。所述的左跑鞋和右跑鞋的鞋体的前掌部