專利名稱：一種競走犯規(guī)檢測鞋墊及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種競走犯規(guī)檢測鞋墊及方法，可用于競走運動員的日常訓(xùn)練中和比賽。
背景技術(shù)：
競走主要有兩個核心規(guī)則:(I)競走運動員必須始終保持至少有一只腳與地面接觸；(2)前腿從著地的一瞬間起直到垂直位置必須始終伸直，膝關(guān)節(jié)不能彎曲。競走犯規(guī)判斷難度大，如果在運動員的日常訓(xùn)練中加以檢測儀器的輔助，能大大提高訓(xùn)練效率。目前市面上有專業(yè)的競走檢測設(shè)備，但價格昂貴，經(jīng)濟(jì)條件較差的運動員或運動隊沒有條件購買；而且，現(xiàn)有的競走檢測設(shè)備體積較大，不利于攜帶。因此，現(xiàn)有的競走檢測設(shè)備的推廣受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種制作工藝簡單、使用方便、價格低廉、易攜帶的競走犯規(guī)檢測鞋墊。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:—種競走犯規(guī)檢測鞋墊,包括:第一鞋墊體、第二鞋墊體、第一信號米集和處理模塊、第二信號采集和處理模塊、信息傳輸模塊和報警模塊，第一鞋墊體和第二鞋墊體上均布置有壓力傳感器，第一鞋墊體上的壓力傳感器與第一信號采集和處理模塊相連，第二鞋墊體上的壓力傳感器與第二信號采集和處理模塊相連，第一信號采集和處理模塊和第二信號采集和處理模塊通過信息傳輸模塊進(jìn)行信息交互，第二信號采集和處理模塊還與報警模塊相連。上述鞋墊體均為印刷電路板，該印刷電路板的基板為聚對苯二甲酸類(PET)塑料薄膜，其上的電路采用絲網(wǎng)印刷方式印刷。采用聚對苯二甲酸類(PET)塑料薄膜作為基板，是考慮到其優(yōu)良的耐磨性和柔軟度。壓力傳感器在鞋墊體上的位置根據(jù)競走時足部的受力點進(jìn)行設(shè)置，壓力傳感器的數(shù)量為3 6。壓力傳感器的具體布置方案為:在鞋墊體上與足部趾骨區(qū)和足跟區(qū)對應(yīng)的區(qū)域分別設(shè)置至少I個壓力傳感器；壓力傳感器的布置優(yōu)選方案為:在鞋墊體上與足部的第I趾骨區(qū)、第2 5趾骨區(qū)、足跟內(nèi)測區(qū)和足跟外側(cè)區(qū)對應(yīng)的區(qū)域分別設(shè)置至少I個壓力傳感器。上述信號采集和處理裝置均為MSP430G2553型號的單片機(jī)。上述信號傳輸模塊為無線傳輸模塊，進(jìn)一步包括無線信號發(fā)生模塊和無線信號接收模塊。上述報警模塊為光報警模塊和/或聲音報警模塊。上述壓力傳感器，其組分包括單組份室溫硫化硅橡膠、白炭黑和導(dǎo)電炭黑，其中，單組份室溫硫化硅橡膠、白炭黑和導(dǎo)電炭黑的質(zhì)量比為3.8:(0.8 I):(5 6)。所述的壓力傳感器具有優(yōu)良的壓阻性能和柔韌性，在滿足電學(xué)性能的同時，可增加舒適度。一種采用上述競走犯規(guī)檢測鞋墊檢測競走犯規(guī)的方法，包括步驟:第一信號采集和處理模塊采集第一鞋墊體上壓力傳感器的電壓信號，并將采集的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；同時，第二信號采集和處理模塊采集第二鞋墊體上壓力傳感器的電壓信號，并將采集的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；第一信號采集和處理模塊將壓力傳感器的數(shù)字信號通過信號傳輸模塊傳輸給第二信號采集和處理模塊；第二信號采集和處理模塊將接收的數(shù)字信號與自己采集的壓力傳感器數(shù)字信號進(jìn)行對比分析，判斷運動員在該時刻是否犯規(guī)；若犯規(guī)，則通過報警模塊進(jìn)行報警提示。將本發(fā)明鞋墊用于競走運動員鞋底，可方便快捷的檢測出運動員的犯規(guī)行為。將本發(fā)明用于競走運動員的日常訓(xùn)練中，可規(guī)范競走運動員的動作，提供其技術(shù)水平。和現(xiàn)有的價格昂貴、不易攜帶的競走犯規(guī)檢測設(shè)備相比，本發(fā)明競走犯規(guī)檢測鞋墊價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、易攜帶，便于推廣。


:圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為足部骨骼分區(qū)示意圖；圖3為本發(fā)明的具體實施示意圖。圖中，1-壓力傳感器。
具體實施例方式圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。信息采集和處理模塊用來采集布置在鞋墊體上的壓力傳感器的電壓信號、并將采集到的電壓值(模擬信號)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。信號傳輸模塊進(jìn)一步包括信號發(fā)射模塊和信號接收模塊，用來實現(xiàn)兩個信息采集和處理模塊之間的通信。報警模塊可以為光報警器或/和聲音報警器，其與兩個信息采集和處理模塊其中的一個相連。當(dāng)運動員競走犯規(guī)時，報警模塊可通過光或/和聲音進(jìn)行競走犯規(guī)提示，運動員可根據(jù)報警提示對競走步伐做相應(yīng)調(diào)整。壓力傳感器設(shè)置在鞋墊體上的壓力測量點，當(dāng)運動員競走時，信息采集和處理模塊可采集到受到壓力的壓力傳感器的電壓信號，壓力傳感器的電壓信號可反映運動員腳底是否受力，因此，可根據(jù)壓力傳感器的電壓信號來判斷運動員腳底是否與地面接觸，從而可判斷競走運動員是否犯規(guī)。如果競走運動員雙腳同時離地，則雙腳腳底不受壓力，因此，當(dāng)雙腳腳底在同一時刻均不受力時，可判斷為犯規(guī)。競走時，足跟部位壓力峰值、踝關(guān)節(jié)外翻角度較大，即足底壓力中心曲線在前后方向和內(nèi)外方向的位移增大；而膝蓋彎曲時，即近似正常跑步，足底壓力中心曲線在前后方向和內(nèi)外方向的位移不大，因此，可根據(jù)競走時足底各部位壓力峰值的位移來判斷膝蓋是否彎曲。本發(fā)明中第一鞋墊體和第二鞋墊體上的壓力傳感器根據(jù)足部骨骼分區(qū)來布置。首先，依據(jù)足部骨骼分區(qū)來設(shè)置壓力測量點，然后在鞋墊體上與壓力測量點對應(yīng)的位置放置壓力傳感器。圖2為足部骨骼分區(qū)示意圖，足部骨骼可分為第I趾骨區(qū)、第2 5趾骨區(qū)、第I跖骨區(qū)、第2跖骨區(qū)、第3跖骨區(qū)、第4跖骨區(qū)、第5跖骨區(qū)、足弓區(qū)、足跟內(nèi)測區(qū)和足跟外側(cè)區(qū)等10個骨骼分區(qū)。在競走過程中，運動員必須始終有至少一只腳與地面接觸，當(dāng)兩只腳同時離開地面時，即為競走犯規(guī)。當(dāng)腳掌完全著地時，受力點是大拇指、小拇指和腳后跟，因此，根據(jù)大拇指、小拇指和腳后跟處是否受力就可以判斷腳掌是否完全著地。大拇指對應(yīng)圖2中的第I趾骨區(qū)，小拇指對應(yīng)圖2中的第2 5趾骨區(qū)，腳后跟對應(yīng)圖2中的足跟內(nèi)測區(qū)和足跟外側(cè)區(qū)。因此，本具體實施在足部的第I趾骨區(qū)、第2 5趾骨區(qū)、足跟內(nèi)測區(qū)和足跟外側(cè)區(qū)分別設(shè)置至少I個壓力測量點，并在鞋墊上壓力測量點對應(yīng)位置布置壓力傳感器。當(dāng)運動員競走時，第一信號采集和處理模塊采集到第一鞋墊體上受壓壓力傳感器的電壓信號，第二信號采集和處理模塊采集到第二鞋墊體上受壓壓力傳感器的電壓信號，將第一信號采集和處理模塊和第二信號采集和處理模塊采集的同時刻的壓力傳感器信號進(jìn)行對比，即可判斷運動員在該時刻是否雙腳同時離地，從而可判斷運動員是否犯規(guī)。本發(fā)明的一種具體實施方案為:鞋墊體為印刷電路板，為了使用時的舒適度，該印刷電路板基板應(yīng)采用具有優(yōu)良的耐磨性和柔軟度的材料制備，本具體實施中采用聚對苯二甲酸類(PET)塑料薄膜作為印刷電路板基板，其上的電路采用絲網(wǎng)印刷方式印刷。信號采集和處理模塊為MSP430G2553型號單片機(jī)。下面將結(jié)合圖3所示的具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。圖3中，左邊的鞋墊體為鞋墊體A，右邊的鞋墊體為鞋墊體B，鞋墊體A和鞋墊體B上與足部第I趾骨區(qū)、第2 5趾骨區(qū)、足跟內(nèi)測區(qū)和足跟外側(cè)區(qū)對應(yīng)的位置分別布置有I個壓力傳感器，即，鞋墊體A和鞋墊體B上均布置4個壓力傳感器，見圖3中鞋墊體上的黑點。鞋墊體A上的4個壓力傳感器均與單片機(jī)A相連通，鞋墊體B上的4個壓力傳感器均與單片機(jī)B相連通，單片機(jī)A和單片機(jī)B通過無線傳輸模塊進(jìn)行信息交互。單片機(jī)A將采集到的鞋墊體A上壓力傳感器的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并將4個壓力傳感器的數(shù)字信號利用無線傳輸模塊發(fā)送至單片機(jī)B。同時，單片機(jī)B將采集到的鞋墊體B上的壓力傳感器的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。當(dāng)單片機(jī)B接收到單片機(jī)A發(fā)送的數(shù)字信號后，將接收到的4個數(shù)字信號與自己采集的4個數(shù)字信號進(jìn)行比較分析，判斷運動員在該時刻是否雙腳同時離地。若判斷出該時刻運動員雙腳同時離地，則通過警示燈或蜂鳴器提示運動員動作不規(guī)范造成犯規(guī)。運動員可根據(jù)報警模塊的提示調(diào)整自己的競走動作。當(dāng)運動員腳掌接觸地面時，該腳的鞋墊上的4個壓力傳感器均感應(yīng)到壓力，此時壓力傳感器阻值在恒定范圍內(nèi)；當(dāng)運動員單腳離開地面，腳底壓力發(fā)生變化，壓力傳感器的阻值超出預(yù)定范圍，從而向單片機(jī)輸出電壓信號。如果運動員雙腳同時離地，則單片機(jī)A和單片機(jī)B會同時接收到壓力傳感器輸出的電壓信號，則可根據(jù)單片機(jī)A和單片機(jī)B是否同時接收到壓力傳感器的信號來判斷運動員是否雙腳同時離地。本發(fā)明所采用的壓力傳感器的優(yōu)選方案為:所述的壓力傳感器，其組分包括單組份室溫硫化硅橡膠、白炭黑和導(dǎo)電炭黑，其中，單組份室溫硫化硅橡膠、白炭黑和導(dǎo)電炭黑的質(zhì)量比為3.8: (0.8 I): (5 6)。壓力傳感器的制備方法如下:(I)按比例稱量單組份室溫硫化硅橡膠、白炭黑、導(dǎo)電炭黑和丙酮，并將稱好的單組份室溫硫化硅橡膠、白炭黑和導(dǎo)電炭黑加入丙酮中得到前驅(qū)體，單組份室溫硫化硅橡膠、白炭黑、導(dǎo)電炭黑和丙酮的質(zhì)量比為3.8:(0.8 1):(5 6):(4 6);(2)將所得前驅(qū)體在55 65°C溫度下攪拌I小時；(3)將攪拌后的前驅(qū)體轉(zhuǎn)移至載玻片或承載物上，壓制成膜，經(jīng)干燥、剝離，即得到壓力傳感器。由于單組份室溫硫化硅橡膠容易固化，固化后的單組份室溫硫化硅橡膠則會呈絮狀分散在丙酮中，導(dǎo)致白炭黑和導(dǎo)電炭黑組分的分布不均勻，從而影響到復(fù)合壓力傳感器的性能，因此，一旦稱好單組份室溫硫化硅橡膠，就應(yīng)該將其立刻加入丙酮助溶劑中。測試所得壓力傳感器的壓阻性能和拉伸性能:1、壓阻性能測試測試儀器:ITO樹脂薄膜和萬用表，ITO樹脂薄膜是將ITO導(dǎo)電材料涂布在樹脂薄膜上所制成的一面導(dǎo)電而另一面絕緣的透明材料。測試方法:將復(fù)合壓力傳感器裁成面積為4平方厘米的正方形待測薄片，利用兩個ITO樹脂薄膜的導(dǎo)電面夾住待測薄片，在上面放置底面積為4平方厘米的重量不同的重物，每次放置重物時，利用萬用表測量ITO樹脂薄膜兩端的電阻，即可得到不同壓力條件下，待測薄片的電阻。測試結(jié)果:壓力為O時，壓力傳感器的電阻約730 750 Ω，壓力每增加10kg，壓力傳感器的電阻約下降40 55Ω。導(dǎo)電炭黑加入量越多，壓力傳感器在壓力為O時電阻越小。2、拉伸性測試測試儀器:萬能電子拉力試驗機(jī)。測試方法及結(jié)果:將復(fù)合壓力傳感器裁成長50mm、寬15mm、厚0.5mm的薄片置于測試儀器上，測得在彈性范圍內(nèi)，待測薄片的伸長量Ax與拉力F的關(guān)系:Ax=(8 8.2)F (I)其中，Λ X單位為mm，F(xiàn)的單位是N，導(dǎo)電炭黑加入量越多，式(I)中的比例系數(shù)越小。根據(jù)上述測試結(jié)果，可以明顯看出，所得壓力傳感器在具有優(yōu)良的壓阻性能的同時，還具有優(yōu)良的柔韌性，可以增加鞋墊的舒適度。
權(quán)利要求
1.一種競走犯規(guī)檢測鞋墊，其特征在于，包括: 第一鞋墊體、第二鞋墊體、第一信號采集和處理模塊、第二信號采集和處理模塊、信息傳輸模塊和報警模塊，第一鞋墊體和第二鞋墊體上均布置有壓力傳感器，第一鞋墊體上的壓力傳感器與第一信號采集和處理模塊相連，第二鞋墊體上的壓力傳感器與第二信號采集和處理模塊相連,第一信號米集和處理模塊和第二信號米集和處理模塊通過信息傳輸模塊進(jìn)行信息交互，第二信號采集和處理模塊還與報警模塊相連。
2.如權(quán)利要求1所述的競走犯規(guī)檢測鞋墊，其特征在于: 所述的第一鞋墊體和第二鞋墊體均為印刷電路板。
3.如權(quán)利要求2所述的競走犯規(guī)檢測鞋墊，其特征在于: 所述的印刷電路板的基板為聚對苯二甲酸類塑料薄膜，其上的電路采用絲網(wǎng)印刷方式印刷。
4.如權(quán)利要求1所述的競走犯規(guī)檢測鞋墊，其特征在于: 所述的壓力傳感器在鞋墊體上的位置根據(jù)競走時足部骨骼分區(qū)的受力大小進(jìn)行設(shè)置。
5.如權(quán)利要求4所述的競走犯規(guī)檢測鞋墊，其特征在于: 所述的布置在第一鞋墊體和第二鞋墊體上的壓力傳感器的數(shù)量均為3飛。
6.如權(quán)利要求1所述的競走犯規(guī)檢測鞋墊，其特征在于: 所述的信號采集和處理裝置均為MSP430G2553型號的單片機(jī)。
7.如權(quán)利要求1所述的競走犯規(guī)檢測鞋墊，其特征在于: 所述的信號傳輸模塊為無線傳輸模塊。
8.如權(quán)利要求1所述的競走犯規(guī)檢測鞋墊，其特征在于: 所述的報警模塊為光報警模塊和/或聲音報警模塊。
9.如權(quán)利要求1所述的競走犯規(guī)檢測鞋墊，其特征在于: 所述的壓力傳感器，其組分包括單組份室溫硫化硅橡膠、白炭黑和導(dǎo)電炭黑，其中，單組份室溫硫化硅橡膠、白炭黑和導(dǎo)電炭黑的質(zhì)量比為3.8: (0.8~1): (5~6)。
10.一種競走犯規(guī)檢測方法，其特征在于，包括步驟: 第一信號采集和處理模塊采集第一鞋墊體上壓力傳感器的電壓信號，并將采集的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；同時，第二信號采集和處理模塊采集第二鞋墊體上壓力傳感器的電壓信號，并將采集的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號； 第一信號采集和處理模塊將采集的壓力傳感器數(shù)字信號通過信號傳輸模塊傳輸給第二信號采集和處理模塊； 第二信號采集和處理模塊將接收的壓力傳感器數(shù)字信號與自己采集的壓力傳感器數(shù)字信號進(jìn)行對比分析，判斷運動員在該時刻是否犯規(guī)；若犯規(guī)，報警模塊進(jìn)行報警提示。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種競走犯規(guī)檢測鞋墊，包括第一鞋墊體、第二鞋墊體、第一信號采集和處理模塊、第二信號采集和處理模塊、信息傳輸模塊和報警模塊，第一鞋墊體和第二鞋墊體上均布置有壓力傳感器，第一鞋墊體上的壓力傳感器與第一信號采集和處理模塊相連，第二鞋墊體上的壓力傳感器與第二信號采集和處理模塊相連，第一信號采集和處理模塊和第二信號采集和處理模塊通過信息傳輸模塊進(jìn)行信息交互，第二信號采集和處理模塊還與報警模塊相連。本發(fā)明可方便快捷的檢測出競走運動員的犯規(guī)行為，將本發(fā)明用于競走運動員的日常訓(xùn)練中，可規(guī)范競走運動員的動作，提高其競走水平。
文檔編號A63B71/06GK103143156SQ201310105340
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者孫源, 鄭斌, 農(nóng)斌, 曾怡, 汪超瓊, 郭閩年, 王倩, 王旭飛 申請人:武漢大學(xué)