專利名稱：跑鞋三維測(cè)力鞋釘?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維力測(cè)力鞋釘，特別是一種能夠感測(cè)跑鞋鞋釘在空間中受到的力，并 在該空間中沿相互正交的三個(gè)方向分解的三維傳感器，屬傳感器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
人體運(yùn)動(dòng)時(shí)，在自身重力的作用下，足底受到一個(gè)地面的反作用力，這個(gè)力就是足底壓 力。當(dāng)人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，足底壓力和壓強(qiáng)分布都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。通過對(duì)人體在 靜止或動(dòng)態(tài)過程中的足底壓力和壓強(qiáng)分布的研究，可以揭示步態(tài)的運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)力性特征。 通過對(duì)不同狀態(tài)下的足底壓力參數(shù)進(jìn)行分析研究，可以揭示不同的足底壓力分布特征和模式 與人體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。為獲取短跑、跨欄等項(xiàng)目中運(yùn)動(dòng)員的步頻、支撐時(shí)間、騰空時(shí)間及用力 大小等技術(shù)參數(shù)，研究一種可用于同時(shí)測(cè)量鞋地間三維相互作用力的新型傳感鞋釘。
現(xiàn)階段，市場(chǎng)已有幾種足底壓力分布測(cè)量系統(tǒng)，如德國(guó)Novel公司的Pedar、美國(guó)Tekscan 公司的F-Scan、比利時(shí)Rsscan公司的insole和德國(guó)Medilogic公司的足底壓力測(cè)量系統(tǒng)等 等。上述測(cè)量系統(tǒng)所采用的傳感器技術(shù)各有千秋，主要采用了壓敏半導(dǎo)體傳感器技術(shù)、壓敏 電阻式傳感器技術(shù)和壓變電容式傳感器技術(shù)。具體產(chǎn)品中的傳感器陣列主要采用了網(wǎng)格狀布 置，以達(dá)到較大的有效測(cè)量面積。
上述己經(jīng)取得實(shí)際應(yīng)用的足底壓力測(cè)量領(lǐng)域的各類傳感器都局限于垂直于足底方向的一 維壓力，有關(guān)用于足底與鞋底、地面的切向方向壓力檢測(cè)的傳感器系統(tǒng)還不成熟。目前產(chǎn)品 的另 一個(gè)局限在與還不能勝任田徑運(yùn)動(dòng)員劇烈活動(dòng)狀態(tài)下足底三維壓力的測(cè)量。
本發(fā)明所提出的能夠?qū)⒆愕自诳臻g中所受到的力在該空間中沿固定角度的分解的鞋釘套 件，能夠同時(shí)測(cè)量鞋釘所承受的垂直方向的力以及足底所承受的切向方向的力，而且能夠獲 得運(yùn)動(dòng)員劇烈活動(dòng)狀態(tài)下足底的有效三維壓力數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種跑鞋三維測(cè)力鞋釘，能傳感三維力，用在跑鞋上能夠傳感足底在空間中 所受到的力在該空間中沿相互正交的三個(gè)方向的分解力。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種跑鞋三維測(cè)力鞋釘，包括一個(gè)鞋釘、測(cè)力薄膜及其引出導(dǎo)線，其特征在于
a. —個(gè)傳力三棱錐臺(tái)前端中心螺孔與所述鞋釘上端的螺柱旋配；
b. —個(gè)受力槽頂蓋作為所述傳力三棱錐臺(tái)的外殼，傳力三棱錐臺(tái)的三個(gè)錐側(cè)面與所述受 力槽頂蓋的內(nèi)腔三個(gè)錐側(cè)面相匹配；c. 所述傳力三棱錐臺(tái)頂部與受力槽頂蓋內(nèi)腔頂面之間留有空間，且受力槽頂蓋上有穿孔； 以便引出所述測(cè)力薄膜的導(dǎo)線；
d. 所述傳力二棱錐臺(tái)通過一個(gè)封裝擋板推壓而嵌入所述受力槽頂蓋中，并用螺栓旋入受 力槽頂蓋上的螺栓孔固定連接成為一個(gè)封閉整體；
e. 在所述傳力三棱錐臺(tái)的錐側(cè)面上粘貼所述測(cè)力薄膜，測(cè)力薄膜的連接導(dǎo)線從受力槽頂 蓋上穿孔中引出。
上述的傳力三棱錐臺(tái)錐側(cè)面上粘貼的測(cè)力薄膜共有三塊，沿三個(gè)錐側(cè)面均布，所述受力 槽頂蓋端面的穿孔為一個(gè)，穿孔的圓心即為受力槽頂蓋圓柱體中心，螺栓孔共三個(gè)沿圓周均 勻分布，而且三個(gè)螺栓孔對(duì)應(yīng)封裝擋板上的三個(gè)過孔。 h述的測(cè)力薄膜材料為高分子材料聚偏氟乙烯。
上述引出導(dǎo)線為低噪聲的導(dǎo)線。
上述鞋釘為標(biāo)準(zhǔn)跑鞋鞋釘。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性和顯著優(yōu)點(diǎn)-本發(fā)明提供的三維測(cè)力鞋釘體積小巧，重量輕；對(duì)鞋底擠壓所產(chǎn)生的維間干擾很小，可 以使得誤差積累減少，提高精度；每個(gè)鞋釘只要三路引線，便于鞋上安裝；而且前端不需生 產(chǎn)配套鞋釘，用標(biāo)準(zhǔn)跑鞋鞋釘即可方便更換。通過標(biāo)定三個(gè)錐側(cè)面上粘貼的測(cè)力薄膜的受力 情況，能得到垂直斜面的方向的力；又傳力三棱錐臺(tái)錐側(cè)面角度為已知，通過計(jì)算三個(gè)薄膜 受力參數(shù)進(jìn)而能夠感測(cè)鞋釘在空間中所受到的力在該空間中沿相互正交的三個(gè)方向的大小。


圖l是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例跑鞋三維測(cè)力鞋釘零件分解示意圖。圖中圖a為受力槽頂蓋剖
面圖，圖b為傳力三棱錐臺(tái)、封裝擋板和鞋釘?shù)慕M合圖，圖c為圖b的俯視圖。 圖2是傳力三棱錐臺(tái)的俯視圖。
圖3是圖2示例中傳力三棱錐臺(tái)的B-B剖視圖及鞋釘剖視圖。 圖4是受力槽頂蓋的仰視圖。 圖5是圖4示例中受力槽頂蓋的C-C剖視圖。 圖6是傳力三棱錐臺(tái)受力情況的力示意圖。 圖7是計(jì)算三棱臺(tái)受力角度示意圖。 圖8是測(cè)量三維力要確定的空間坐標(biāo)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下
4參見附圖1，本三維傳感器包括受力槽頂蓋1、傳力三棱錐臺(tái)2、封裝擋板3、鞋釘4、 均勻分布在受力槽頂蓋邊緣的二個(gè)螺栓孔5、受力槽頂蓋頂端留出的過線穿孔6、測(cè)力薄膜7 及其引出導(dǎo)線8。
上述傳力三棱錐臺(tái)2有可拆卸的鞋釘4，傳力三棱錐臺(tái)2前端中心有螺孔與鞋釘4上端 的螺栓旋配。
上述受力槽頂蓋1作為套殼與傳力三棱錐臺(tái)2的三個(gè)錐側(cè)面緊密結(jié)合，中間夾入測(cè)力薄 膜7。
上述受力槽頂蓋1頂部保持盈余，使傳力三棱錐臺(tái)2頂端不能與受力槽頂蓋1接觸，在 受力槽頂蓋l頂部留出穿孔4以便引出測(cè)力薄膜7的導(dǎo)線8。
上述用封裝擋板3將所述受力三棱錐臺(tái)2推壓嵌入受力槽頂蓋1中并用螺栓9旋入螺栓 孔5，固定成為一個(gè)封閉整體；
上述測(cè)力薄膜7材料為高分子材料聚偏氟乙烯。引出導(dǎo)線8為低噪聲的導(dǎo)線。
上述的傳力三棱錐臺(tái)2的生產(chǎn)用零件圖示于圖2和圖3。
上述的受力槽頂蓋1的生產(chǎn)用零件圖示于圖4和圖5。 2.受力理論分析
如附圖6所示三棱錐臺(tái)為正四面體切割一角而成，設(shè)定三維坐標(biāo)系中心點(diǎn)為底面正三角形中 心，Z軸為垂直底面方向，Y軸為過一個(gè)角頂點(diǎn)的直線方向。設(shè)定三棱錐臺(tái)2三個(gè)錐側(cè)面為
A、 B、 C面，垂直三個(gè)面方向所受力為&、 &、 &，與底面所成角度為9，如附圖7所示
平面B受力在X、 Y、 Z三個(gè)方向的分解:
平面C受力在X、 Y、 Z三個(gè)方向的分解:<formula>formula see original document page 5</formula>F" = —& * cos 61 cos 30° = _ ~^ K
?！?br> 3
平面A受力在X、 Y、 Z三個(gè)方向的分解:
3
F^c = & * cos Pcos 30° = f &
在底面中心受力在X、 Y、 Z方向的分力表達(dá)式 & = & + F狄+ & = f& + 0 —,c (當(dāng)A和C兩面受力相等時(shí)，合力為零)
6 = 6r + ^針+ "^ct = ^~ 、 + 々 A = & +會(huì)&
(最后X、 Y、 Z三個(gè)方向受力都可以用A、 B、 C三個(gè)面上受到的力來表示)
通過標(biāo)定受力三棱錐臺(tái)2三個(gè)錐側(cè)面上測(cè)力薄膜7受力，可以得到垂直作用在受力三棱 錐臺(tái)三個(gè)錐側(cè)面上的力大小，通過上述公式即可算出鞋釘所受到的三維力大小。使用三維測(cè) 力鞋釘時(shí)需要根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)時(shí)確定空間坐標(biāo)系位置，可參照附圖7所示空間坐標(biāo)系方向。
本發(fā)明最終目的是為跑鞋提供一種可以檢測(cè)足底三維受力情況的測(cè)力鞋釘，對(duì)運(yùn)動(dòng)員跑 步時(shí)候的足底受力情況進(jìn)行全面的了解，以區(qū)別以往的單向受力分析。
權(quán)利要求
1. 一種跑鞋三維測(cè)力鞋釘，包括一個(gè)鞋釘(4)、測(cè)力薄膜(7)、引出導(dǎo)線(8)、螺栓(9)，其特征在于a. 一個(gè)傳力三棱錐臺(tái)(2)前端中心螺孔與所述鞋釘(4)上端的螺柱旋配；b. 一個(gè)受力槽頂蓋(1)作為所述傳力三棱錐臺(tái)(2)的外殼，傳力三棱錐臺(tái)(2)的三個(gè)錐側(cè)面與所述受力槽頂蓋(1)的內(nèi)腔三個(gè)錐側(cè)面相匹配；c. 所述傳力三棱錐臺(tái)(2)頂部與受力槽頂蓋(1)內(nèi)腔頂面之間留有空間，且受力槽頂蓋(1)上有穿孔(6)；以便引出所述測(cè)力薄膜(7)的導(dǎo)線(8)；d. 所述傳力三棱錐臺(tái)(2)通過一個(gè)封裝擋板(3)推壓而嵌入所述受力槽頂蓋(1)中，并用螺栓(9)旋入受力槽頂蓋(1)上的螺栓孔(5)固定連接成為一個(gè)封閉整體；e. 在所述傳力三棱錐臺(tái)(2)的錐側(cè)面上粘貼所述測(cè)力薄膜(7)，測(cè)力薄膜(7)的連接導(dǎo)線(8)從受力槽頂蓋(1)上穿孔(6)中引出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的跑鞋三維測(cè)力鞋釘，其特征在于所述傳力三棱錐臺(tái)(2)錐側(cè)面上 粘貼的測(cè)力薄膜(7)，共有三塊，沿三個(gè)錐側(cè)面均布，所述受力槽頂蓋(1)端面的穿孔(6)為一個(gè)，穿孔(6)的圓心即為受力槽頂蓋(1)圓柱體中心；所述螺栓孔(5)共 有二個(gè)，沿圓周均勻分布，而且三個(gè)螺栓孔(5)對(duì)應(yīng)封裝擋板(3)上的三個(gè)穿孔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2所述的跑鞋三維測(cè)力鞋釘，其特征在于所述測(cè)力薄膜(7)材料為高 分子材料聚偏氟乙烯。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的跑鞋三維測(cè)力鞋釘，其特征在于所述引出導(dǎo)線(8)為低噪聲的導(dǎo) 線。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的跑鞋三維測(cè)力鞋釘，其特征在于所述鞋釘(4)為標(biāo)準(zhǔn)跑鞋鞋釘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種跑鞋三維測(cè)力鞋釘，它包括鞋釘、測(cè)力薄膜以及引出導(dǎo)線，一個(gè)傳力三棱錐臺(tái)前端旋配一個(gè)鞋釘，一個(gè)受力槽頂蓋內(nèi)腔三個(gè)錐側(cè)面與三棱錐臺(tái)的三個(gè)錐側(cè)面匹配，三棱錐臺(tái)的錐側(cè)面上粘貼測(cè)力薄膜，測(cè)力薄膜的引出導(dǎo)線從受力槽頂蓋頂端穿孔引出，三棱錐臺(tái)通過封裝擋板推壓嵌入受力槽頂蓋中，并用螺釘固緊成一體。本發(fā)明能傳感三維力，用在跑鞋上能夠傳感足底在空間中所受到的里在該空間中沿相互正交的三個(gè)方向的分解力。
文檔編號(hào)A43C13/04GK101518381SQ200910048329
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者嚴(yán)壯志, 劉書朋, 文 司, 斌 邵, 紅 顧 申請(qǐng)人:上海大學(xué)