專利名稱：智能矯形內(nèi)底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及矯形內(nèi)底(或鞋墊)，且更具體地涉及一種動態(tài)地產(chǎn)生個人足部 的壓力圖的內(nèi)底。
背景技術(shù)：
多年來大量努力已投入到在運(yùn)動性能和個人鍛煉需求方面。運(yùn)動員需要了解在他 們的日常訓(xùn)練中的變化的細(xì)節(jié)(ramifications)。例如，關(guān)于運(yùn)動員足底部上的壓力的信 息對于自行車運(yùn)動員是重要的，所述信息指示了循環(huán)節(jié)奏、力量和/或力和行進(jìn)的距離。對 于賽跑運(yùn)動員，獲知所施加的力量/力、平衡和對準(zhǔn)、由于奔跑的重復(fù)性壓縮導(dǎo)致的內(nèi)底磨 損、節(jié)奏和行進(jìn)的距離都是重要的參數(shù)。高爾夫球員希望知道他們在揮桿期間保持平衡。其他進(jìn)行鍛煉的個人希望得到對于他們的努力的成果的即刻的和累積的反饋。特 別地，他們可能希望得到關(guān)于行進(jìn)的距離、施加的能量、重量減輕和其他事情的信息?；加刑悄虿』蚱渌窠?jīng)退行性疾病的風(fēng)險(xiǎn)性個人可利用關(guān)于“熱點(diǎn)”上的連續(xù)壓 力的信息，以降低壓力潰瘍或腫疼的風(fēng)險(xiǎn)。患有平衡性疾病的其他個人也可使用平衡信息 來輔助他們運(yùn)動。在另一組應(yīng)用中，相同組的性能信息(力、平衡、節(jié)奏等)可控制例如視頻游戲控 制臺的娛樂系統(tǒng)中的虛擬替身，從而允許將身體移動轉(zhuǎn)換為虛擬移動。已存在用于測量由足部施加的壓力的多個方案。一些這樣的方案包含在如下的專 利中5，033，291(1991)Podollof 等人5，449，002 (1995) Goldman5，678，448 (1997) Fullen 等人5,875, 571 (1999) Huang6, 505, 522(2003)Wilssens6，807，869 (2004) Farringdon 等人7，191，644 (2007) Haselhurst 等人Podollof等人的專利公開了一種用于通過壓力敏感的電阻傳感器來測量足部壓 力分布的柔性觸覺傳感器。Goldman的專利公開了一種電容式生物反饋傳感器，所述傳感器與鞋集成在一起 且包括彈性聚氨酯電介質(zhì)。傳感器可放置在患者的鞋、靴子、護(hù)踝、拐杖手柄、輪椅等內(nèi)，以 提供生物反饋。Fullen的專利公開了一種用于連續(xù)測量施加到足部的力的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)是自含 式系統(tǒng)，它將力傳感器陣列在個人鞋內(nèi)定位在足部和鞋內(nèi)底之間。系統(tǒng)也公開了一種剛性 基板，所述基板要求待移除的部分，因此該結(jié)構(gòu)符合個人的足部。在Huang的專利中，內(nèi)底襯墊具有步進(jìn)計(jì)數(shù)裝置，所述步進(jìn)計(jì)數(shù)裝置具有流體袋 和流體壓力監(jiān)測器的形式。
WiIssens的專利公開了一種用于測量由三維物體生成的壓力分布的設(shè)備和方法， 以用于獲得所施加的總力。在Farringdon等人的專利中，基于鞋的力傳感器插入在足部和鞋底區(qū)域內(nèi)的底 部之間。傳感器是電阻傳感器，且具有中層，所述中層是由絕緣材料制成的彈性可壓縮彈性 的體彈性中層，所述中層包括嵌入的導(dǎo)電的金屬線。Haselhurst的專利公開了一種內(nèi)底壓力傳感器和私人信號器，它們用于對于非常 難于行走的對象的輔助性醫(yī)用治療?？刹鹦秲?nèi)底放置在鞋內(nèi)側(cè)，所述可移除內(nèi)底成比例地 感測肢體的下降接觸，而測量值傳送到接收器以用于分析。 前述專利代表了多個在足底上使用壓力或力感測的嘗試。然而，每個嘗試看似要 求了分開的元件以提供壓力測量值而典型地不帶有矯形裝置。合并了傳感器的主體不提供 任何其他功能。在此現(xiàn)有技術(shù)中，一些傳感器構(gòu)建在鞋自身內(nèi)，且因此不可在鞋與鞋之間轉(zhuǎn) 移。需要的是一種智能矯形內(nèi)底，所述內(nèi)底典型地形成足部的壓力圖，且適合于處理 這些圖，用于無線傳送到接收器和其他分析設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種映射足部壓力的集成式矯形內(nèi)底。本發(fā)明的另一個目的是提供一種映射足部壓力的矯形內(nèi)底，且所述內(nèi)底適于將壓 力圖處理為最終使用格式。實(shí)施本發(fā)明的最佳方式根據(jù)本發(fā)明的一個方面，智能矯形內(nèi)底包括用于接合鞋表面且限定用于個人足部 的矯形表面的下部。覆蓋件基本上與下部共同延伸，且位于中間的力傳感矩陣上方。下部、 覆蓋件和力傳感矩陣形成為集成的可拆卸鞋中底(inner sole)。處理器從源傳感矩陣接收 信號，以生成對應(yīng)于由足部施加的壓力的位置和輻度的輸出信號。這些信號可發(fā)送到遠(yuǎn)程 位置。


所附權(quán)利要求特別地指出且明確地要求了本發(fā)明的主旨。本發(fā)明的多種目的、優(yōu) 點(diǎn)和新穎特征將通過結(jié)合附圖閱讀如下的詳細(xì)描述更完全地顯見，在所述附圖中類似的附 圖標(biāo)記表示類似的零件，且各圖為圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的矯形件的底視分解透視圖；圖2是圖1的矯形件的頂視分解透視圖，圖中示出了下部、覆蓋件和中間的力傳感 矩陣；圖3是合并了本發(fā)明的系統(tǒng)的示意圖；并且圖4至圖6是由三個個人的足部生成的壓力圖的圖像。
具體實(shí)施例方式以上所述的美國專利No 7，392，559描述了不使用本發(fā)明的矯形插入件的構(gòu)造。 圖1和圖2描繪了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的智能矯形內(nèi)底10，所述內(nèi)底10帶有處于底層的踵部支撐(heel post)穩(wěn)定器11和足中部穩(wěn)定器12。矯形件13根據(jù)美國專利No 7，392，559構(gòu) 造且平放在穩(wěn)定器11和12頂上。內(nèi)底10也可以包括跖部支承件14和前腳支撐15。頂覆 蓋件16置于整個矯形內(nèi)底10上方。如圖中所示，矯形插入件自身具有一定的厚度，以允許 機(jī)加工。圖1和圖2也描繪了帶有集成式傳感器襯墊17的矯形內(nèi)底10，所述傳感器襯墊 17是提供了關(guān)于壓力的輻度和位置信息的電容式力傳感矩陣，以產(chǎn)生三維壓力圖。為集成 到內(nèi)底10內(nèi)，在圖1和圖2中的傳感器17優(yōu)選形成帶有嵌入的電容傳感器的陣列的柔性 觸覺傳感器。存在數(shù)個替代的實(shí)施例。在一些實(shí)施例中，第一和第二獨(dú)立薄層包含了導(dǎo)體 跡線，所述導(dǎo)體跡線典型地相互正交且平放在電介質(zhì)材料的相對側(cè)上。此薄層可包括導(dǎo)電 油墨跡線，所述導(dǎo)電油墨跡線位于聚氨酯或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)材料上，或位于 模制在聚氨酯、EVA或三氟碳酸丙烯酯(FPCB，trifluoropropolcarbonate)底層上的硅樹 脂上。其他構(gòu)造使用了離散傳感器元件，所述感器元件按策略地位于內(nèi)底內(nèi)用于監(jiān)測力 和平衡。導(dǎo)電的布、絲網(wǎng)或印刷表面的第一層可插入或施加到薄的可壓縮的例如EVA、硅樹 脂或聚氨酯的介電材料層上。在介電材料的相對側(cè)上的第二層包含了帶有電極的電路，在 所述電極處測量了壓力或力。第二層電極可使用柔性電路材料例如銅包覆的Kapton來構(gòu) 造，其中外部的銅被蝕刻去除，或者在Mylar膜上使用導(dǎo)電油墨印制方法來構(gòu)造。使用與用于內(nèi)底的材料相同的例如EVA的材料的一個優(yōu)點(diǎn)是傳感器自身的基準(zhǔn) 值能夠很好地指示例如EVA壓縮組的發(fā)泡材料的內(nèi)底隨時間和使用的磨損?？赡鼙仨氃趥?感器的介電層內(nèi)設(shè)計(jì)幾何結(jié)構(gòu)或圖案，以提供用于材料壓縮的空間，因此放大了電極之間 的變形的量。對于其中內(nèi)底的部件基于測量到的個人的解剖情況來選擇的模塊化內(nèi)底設(shè)計(jì)，傳 感器元件能夠放置在模塊化部件內(nèi)側(cè)，且提供傳感器元件到處理器21的電連接可使用子 母扣(snap button)或?qū)щ妿韺?shí)現(xiàn)。傳感器陣列的使用允許構(gòu)建帶有空間分辨率范圍的傳感器襯墊。雖然多達(dá)200個 或更多傳感器的任何范圍是可能的，但顯然嵌入到傳感器襯墊17內(nèi)的3個到20個傳感器 的分辨率就足夠了。導(dǎo)體20將傳感器襯墊17內(nèi)的傳感矩陣連接到處理器21，所述處理器21用于監(jiān)測 傳感器輸出且將所述輸出轉(zhuǎn)換為時間戳記的動態(tài)壓力圖所基于的數(shù)據(jù)包。根據(jù)本發(fā)明，處 理器21可嵌入到矯形件13內(nèi)。導(dǎo)體20也可將處理器21向外延伸為夾到個人的鞋的，例 如外部邊緣開口或個人身體的其他部分上，例如圍繞踝部。在本發(fā)明的在圖3中示出的優(yōu)選的形式中，帶有傳感器襯墊17和處理器21的內(nèi) 底10可包括在系統(tǒng)30內(nèi)，所述系統(tǒng)30帶有發(fā)送器22和天線23，所述天線23將數(shù)據(jù)無線 地發(fā)送以在包括接收器35和天線36的遠(yuǎn)程接收器系統(tǒng)34內(nèi)被接收。處理器37響應(yīng)于接 收到的信號產(chǎn)生用于顯示器38的輸出。此系統(tǒng)30具有即使當(dāng)個人鍛煉時也允許將數(shù)據(jù)動 態(tài)地收集在遠(yuǎn)程位置的優(yōu)點(diǎn)。替代地，處理器可具有充分的存儲量以收集數(shù)據(jù)，用于隨后按 需求下載。電池或由運(yùn)動驅(qū)動的發(fā)電機(jī)為處理器21和發(fā)送器22提供電力。例如，供電可包 括與處理器21集成的振動磁體發(fā)電機(jī)。
圖3的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)提供了配置系統(tǒng)和確定所傳送的信息方面的靈活性。例如，如 果發(fā)送器22能以藍(lán)牙方式工作，則現(xiàn)代的移動電話可形成圖3中的遠(yuǎn)程接收器系統(tǒng)34。遠(yuǎn) 程接收系統(tǒng)也可發(fā)送電子郵件或提供聽覺和/或觸覺提示?？砂l(fā)出不同的消息。簡化的文本消息或電子郵件可包括日期、活動水平和重量趨 勢。更具技術(shù)性的消息或電子郵件可包括活動水平、帶有與先前日期的情況的比較以及重 量趨勢隨過去數(shù)日或數(shù)周的量化。不同的聽覺或觸覺提示可取決于應(yīng)用向使用者提供實(shí)時反饋。對于高爾夫球員， 可使用這樣的反饋來指示其平衡太向前。對于糖尿病患者的反饋可指示過多的壓力已作用 于單足踵部過長時間。平衡受損的個人當(dāng)下樓梯行走時可受益于單足已實(shí)現(xiàn)可靠接觸的指
7J\ ο因?yàn)槿藗円话憧偸谴┬以诖穗A段期間進(jìn)行大部分活動，且因此智能內(nèi)底可放置 在不同的鞋內(nèi)，所以智能內(nèi)底的連續(xù)使用遠(yuǎn)比例如在現(xiàn)有技術(shù)發(fā)明中所述的帶有胸帶的脈 搏監(jiān)測器或鞋上特定的監(jiān)測裝置的其他活動監(jiān)測裝置更容易。將性能數(shù)據(jù)無線發(fā)送到遠(yuǎn)程主機(jī)的智能內(nèi)底也能夠用作控制器，以用于包括視頻 游戲控制臺、移動游戲裝置或移動電話的娛樂系統(tǒng)。先前列出的相同的信息，例如包括力節(jié) 奏或平衡可用于將使用者運(yùn)動轉(zhuǎn)換為替身的虛擬運(yùn)動。如將顯見的，例如圖1和圖2中示出的使用在例如圖3中示出的系統(tǒng)內(nèi)的內(nèi)底10 能夠產(chǎn)生例如在圖4至圖6中示出的那些圖像。這些圖是在動態(tài)活動期間截取的屏幕截圖。 清楚的是傳感器正在識別足部的壓力輻度和位置。因此，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的系統(tǒng)提供了映射出足部壓力的矯形內(nèi)底。所述矯形內(nèi)底 適于將這些壓力圖處理為用于在無線網(wǎng)絡(luò)上傳遞的格式，用于與包括移動電話的多種裝置 進(jìn)行通信且生成電子郵件消息。本發(fā)明已通過一定實(shí)施例的形式公開。將顯見的是，可對所公開的設(shè)備進(jìn)行許多 修改而不偏離本發(fā)明。例如，與內(nèi)底集成的傳感器襯墊17可以是數(shù)個形式之一。不同于電 容傳感器的其他傳感器，例如電阻傳感器可替代到內(nèi)底內(nèi)，前提是假定已知的問題可容許 使用此傳感器。因此，所附權(quán)利要求意圖覆蓋所有落入本發(fā)明的實(shí)際精神和保護(hù)范圍內(nèi)的 這樣的變化和修改。
權(quán)利要求
一種用于插入到個人鞋內(nèi)的智能矯形內(nèi)底，用于傳送表示由所述個人的足部施加在所述內(nèi)底上的壓力的輸出信號，所述內(nèi)底包括A)集成式結(jié)構(gòu)，所述集成式結(jié)構(gòu)包括i)下部，所述下部用于接合鞋表面且限定了用于所述個人的矯形件，和ii)傳感器襯墊裝置，所述傳感器襯墊裝置附著到所述下部，以介于所述下部與所述個人的足部中間，用于生成包含關(guān)于所述傳感器襯墊裝置上的壓力輻度和位置信息的信號陣列，B)處理器，所述處理器響應(yīng)于來自所述傳感器襯墊裝置的信號以生成相應(yīng)的輸出信號，和C)附接到所述處理器用于將所述輸出信號發(fā)送到遠(yuǎn)程位置的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能矯形內(nèi)底，其中所述傳感器襯墊裝置包括電容式力傳感 矩陣，所述電容式力傳感矩陣產(chǎn)生作用在所述內(nèi)底上的力的三維壓力圖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能矯形內(nèi)底，其中所述電容式力傳感矩陣包括可壓縮介電 材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能矯形內(nèi)底，其中將所述傳感器襯墊裝置形成為柔性觸覺 傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能矯形內(nèi)底，其中所述傳感器襯墊裝置包括嵌入的電容式 壓力傳感器陣列。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能矯形內(nèi)底，其中所述傳感器襯墊裝置包括嵌入的離散電 容式壓力傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能矯形內(nèi)底，其中所述力傳感矩陣包括多達(dá)200個壓力傳感位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能矯形內(nèi)底，其中所述力傳感矩陣包括3個至20個壓力傳感位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能矯形內(nèi)底，其中所述處理器將來自所述傳感器襯墊裝置 的信號轉(zhuǎn)換為附加時間戳記的數(shù)據(jù)包。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能矯形內(nèi)底，其中所述處理器嵌入在所述集成式結(jié)構(gòu)中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的智能矯形內(nèi)底，其中所述發(fā)送裝置嵌入在所述集成式結(jié)構(gòu)中。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能矯形內(nèi)底，所述智能矯形內(nèi)底另外包括疊置在所述下 部和所述傳感器襯墊裝置上的集成式覆蓋件。
13.一種用于提供關(guān)于足部上壓力的時間敏感信息的智能矯形內(nèi)底，包括A)集成式內(nèi)底結(jié)構(gòu)，所述集成式內(nèi)底結(jié)構(gòu)包括i)下部，所述下部用于接合鞋表面且限定了用于個人的矯形件， )覆蓋件，所述覆蓋件基本上與所述下部共同延伸，iii)傳感器襯墊裝置，所述傳感器襯墊裝置介于所述下部和所述覆蓋件中間且與其集 成，用于生成包含關(guān)于在所述傳感器襯墊裝置上的壓力輻度和位置信息的信號陣列，B)處理器，所述處理器響應(yīng)于來自所述傳感器襯墊裝置的信號，以生成相應(yīng)的輸出信號，C)附接到所述處理器用于發(fā)送無線輸出信號的裝置，和D)在遠(yuǎn)程位置處的接收裝置，用于接收所述無線輸出信號且顯示所述無線輸出信號的結(jié)果。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的智能矯形內(nèi)底，其中所述接收裝置包括 i)天線， )對于所述無線輸出信號的接收器，iii)顯示器，和 iv)處理器，所述處理器用于將從所述接收器接收到的無線輸出信號轉(zhuǎn)換為施加在所 述矯形內(nèi)底上的壓力顯示。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的智能矯形內(nèi)底，其中所述傳感器襯墊裝置包括電容式力傳 感矩陣，所述電容式力傳感矩陣產(chǎn)生作用在所述內(nèi)底上的力的三維壓力圖。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的智能矯形內(nèi)底，其中所述電容式力傳感矩陣包括可壓縮介 電材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的智能矯形內(nèi)底，其中將所述傳感器襯墊裝置形成為柔性觸 覺傳感器。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的智能矯形內(nèi)底，其中所述傳感器襯墊裝置包括嵌入的電容 式壓力傳感器陣列。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的智能矯形內(nèi)底，其中所述傳感器襯墊裝置包括嵌入的離散 電容式壓力傳感器。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的智能矯形內(nèi)底，其中所述處理器將來自所述傳感器襯墊裝 置的信號轉(zhuǎn)換為附加了時間戳記的數(shù)據(jù)包。
21.一種用于插入到個人鞋內(nèi)的智能矯形內(nèi)底組件，用于傳送表示所述個人的足部施 加在所述內(nèi)底上的壓力的輸出信號，所述內(nèi)底組件包括作為集成式結(jié)構(gòu)的矯形件和傳感 器襯墊，所述傳感器襯墊介于所述矯形件與所述個人足部中間，所述傳感器襯墊用于生成 關(guān)于所述傳感器襯墊上壓力輻度和位置的信息；以及處理器，所述處理器響應(yīng)于所述信息 生成發(fā)送到遠(yuǎn)程位置的相應(yīng)的輸出信號。
全文摘要
一種用于生成關(guān)于足上壓力的時間敏感信息的智能內(nèi)底。該內(nèi)底包括定制、半定制或一般尺寸的矯形部件。該矯形部件層壓有頂部覆蓋件和具有電容式壓力傳感器陣列的中間的壓力傳感器。信號處理設(shè)備可嵌入在內(nèi)底內(nèi)或與內(nèi)底一起就地放置在鞋的側(cè)面上。處理器也能夠連接到無線發(fā)送器，以將信息傳遞到遠(yuǎn)程站點(diǎn)。
文檔編號A43B7/28GK101951798SQ200980106102
公開日2011年1月19日 申請日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月11日
發(fā)明者大衛(wèi)·埃布爾斯, 格倫·D·欣肖, 耶·索恩 申請人:埃索萊斯有限責(zé)任公司