一種行走定位鞋的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種行走定位鞋，包括順次連接的發(fā)電機(jī)，穩(wěn)壓電路，蓄電池，穩(wěn)流電路，傳感器，微處理器，以及無線通信模塊；所述發(fā)電機(jī)用于采集行走動(dòng)能，并將所述行走動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能；所述蓄電池用于存儲(chǔ)所述轉(zhuǎn)化的電能；所述傳感器用于收集并傳遞運(yùn)動(dòng)信號(hào)，所述傳感器包括三軸加速度計(jì)，則所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)包括所述三軸加速度計(jì)收集的行走的每一步在三維坐標(biāo)系中各軸的分加速度值；所述微處理器用于依據(jù)所述每一步在三維坐標(biāo)系中各軸的分加速度值計(jì)算每一步的合加速度值，在所述多個(gè)合加速度值中選取特征值，依據(jù)所述特征值計(jì)算步長，依據(jù)所述步長確定行人的行走位移信息。本發(fā)明可以高效、準(zhǔn)確地獲取行人的步長信息，進(jìn)而得到行走位移信息。
【專利說明】一種行走定位鞋

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鞋的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種行走定位鞋。

【背景技術(shù)】
[0002] 在導(dǎo)航系統(tǒng)中，最常見的是車載導(dǎo)航系統(tǒng)，隨著科技的發(fā)展，越來越多的導(dǎo)航系統(tǒng) 集成在移動(dòng)終端上。這些導(dǎo)航系統(tǒng)都是基于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(如GPS)對(duì)行人的位置進(jìn)行 確定的，并匹配地圖導(dǎo)航提高定位的精度。
[0003] 然而GPS并不是任何地方都能進(jìn)行定位，比如室內(nèi)和干擾大的地方均不能定位， 這時(shí)若要確定行人的位置則需要通過其他傳感器計(jì)算行人的位置。目前honeywell公司的 DMR4000是將MEMS慣性傳感器置于人的腰上，通過航位推算計(jì)算出行人的位置。這種方案 有一定的好處，但是它會(huì)隨人的狀態(tài)的不一樣而帶來很大的誤差，同時(shí)它需要隔一段時(shí)間 對(duì)設(shè)備進(jìn)行充電，并且將傳感器置于腰上，每次佩戴時(shí)都非常麻煩，若沒有準(zhǔn)確佩戴，導(dǎo)航 誤差會(huì)增大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種行走定位鞋，能夠高效、準(zhǔn)確地獲取行人 的行走位移信息，同時(shí)鞋子不影響人的正常行走、行走時(shí)的舒適性以及可靠性高。
[0005] 為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種行走定位鞋，包括鞋面，鞋底和鞋帶或鞋 扣，所述行走定位鞋還包括：
[0006] 所述鞋底內(nèi)部的空腔；
[0007] 所述空腔內(nèi)包括順次連接的發(fā)電機(jī)，穩(wěn)壓電路，蓄電池，穩(wěn)流電路，傳感器，微處理 器，以及無線通信模塊；
[0008] 所述發(fā)電機(jī)用于采集行走動(dòng)能，并將所述行走動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能；
[0009] 所述穩(wěn)壓電路用于將所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化的電能進(jìn)行穩(wěn)壓處理；
[0010] 所述蓄電池用于存儲(chǔ)所述轉(zhuǎn)化的電能；
[0011] 所述穩(wěn)流電路用于將所述蓄電池中存儲(chǔ)的電能進(jìn)行穩(wěn)流處理；
[0012] 所述傳感器用于收集并傳遞運(yùn)動(dòng)信號(hào)，所述傳感器包括三軸加速度計(jì)，則所述運(yùn) 動(dòng)信號(hào)包括所述三軸加速度計(jì)收集的行走的每一步在三維坐標(biāo)系中各軸的分加速度值；
[0013] 所述微處理器用于依據(jù)所述每一步在三維坐標(biāo)系中各軸的分加速度值計(jì)算每一 步的合加速度值，在所述多個(gè)合加速度值中選取特征值，依據(jù)所述特征值計(jì)算步長，依據(jù)所 述步長確定行人的行走位移信息；
[0014] 所述無線通信模塊用于將所述行人的行走位移信息傳導(dǎo)至連接的顯示設(shè)備。
[0015] 優(yōu)選地，所述微處理器包括：
[0016] 時(shí)長獲取單元，用于獲取行人行走的每一步的時(shí)長t ;
[0017] 頻率獲取單元，用于獲取三軸加速度計(jì)的采樣頻率f ;
[0018] 合加速度值個(gè)數(shù)獲取單元，用于采用公式n=f*t計(jì)算每一步的合加速度值的個(gè)數(shù) η ；
[0019] 合加速度值獲取單元，用于采用公式+#2+m:計(jì)算所述η個(gè)合加速度值 a，其中，ax、ay和az分別為每一步在三維坐標(biāo)系中各軸的分加速度值；
[0020] 特征值選取單元，用于對(duì)所述η個(gè)合加速度值進(jìn)行排序，獲得所述η個(gè)合加速度值 中最大值和最小值，將所述η個(gè)合加速度值中最大值和最小值作為特征值；
[0021] 步長計(jì)算單元，用于采用公式step=(max(a)_min(a)) ~ (1/3)計(jì)算步長step,其 中，max (a)為合加速度值中的最大值，min (a)為合加速度值中的最小值。
[0022] 優(yōu)選地，所述傳感器還包括三軸陀螺儀，三軸磁強(qiáng)計(jì)，溫度計(jì)，氣壓高度計(jì)；所述 運(yùn)動(dòng)信號(hào)還包括所述三軸陀螺儀收集的三軸角速率信息，所述三軸磁強(qiáng)計(jì)收集的磁強(qiáng)度信 息，所述溫度計(jì)收集的溫度值，所述氣壓高度計(jì)收集的氣壓值；
[0023] 所述微處理器還包括姿態(tài)信息計(jì)算單元，航向調(diào)整單元，以及位移計(jì)算單元，
[0024] 所述姿態(tài)信息計(jì)算單元用于通過對(duì)所述三軸角速率信息采用四元數(shù)法進(jìn)行積分 得到姿態(tài)信息，所述姿態(tài)信息包括航向角；
[0025] 所述航向調(diào)整單元用于通過所述磁強(qiáng)度信息計(jì)算當(dāng)前行走的航向角，利用所述當(dāng) 前行走的航向角修正所述姿態(tài)信息計(jì)算單元得到的航向角；
[0026] 所述位移計(jì)算單元用于依據(jù)所述修正的航向角以及所述步長確定行人的行走位 移息。
[0027] 優(yōu)選地，所述微處理器還包括高度計(jì)算單元，用于依據(jù)所述氣壓值計(jì)算當(dāng)前行走 的高度信息。
[0028] 優(yōu)選地，所述無線通信模塊還用于將所述高度信息以及溫度值傳導(dǎo)至連接的顯示 設(shè)備。
[0029] 優(yōu)選地，所述無線通信模塊包括藍(lán)牙單元以及Wi-Fi單元，
[0030] 所述藍(lán)牙單元用于通過藍(lán)牙將所述行人的行走位移信息、高度信息以及溫度值傳 導(dǎo)至連接的顯示設(shè)備中；
[0031] 所述Wi-Fi單元用于通過Wi-Fi將所述行人的行走位移信息、高度信息以及溫度 值傳導(dǎo)至連接的顯示設(shè)備中；所述顯示設(shè)備安裝有定制的應(yīng)用程序，用于顯示所述行人的 行走位移信息、高度信息以及溫度值。
[0032] 優(yōu)選地，所述發(fā)電機(jī)包括：線圈，永磁體和永磁體運(yùn)動(dòng)軌跡固定棒；
[0033] 其中，所述永磁體套住永磁體運(yùn)動(dòng)軌跡固定棒，線圈的中心通孔套住永磁體；所述 永磁體在行走動(dòng)能驅(qū)動(dòng)作用下在永磁體運(yùn)動(dòng)軌跡固定棒上滑動(dòng)，靜止的線圈相對(duì)于運(yùn)動(dòng)的 永磁體做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)切割磁感線，產(chǎn)生磁通量的變化，進(jìn)而產(chǎn)生電動(dòng)勢，電動(dòng)勢形成電壓， 繼而產(chǎn)生電場力，在電場力的作用下，處于電場內(nèi)的電荷發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流；
[0034] 所述穩(wěn)壓電路包括：穩(wěn)壓控制微電路板和電線；
[0035] 其中，所述電流經(jīng)過電線傳導(dǎo)給穩(wěn)壓控制微電路板進(jìn)行穩(wěn)壓處理后，經(jīng)過電線再 傳導(dǎo)給蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)存；
[0036] 所述穩(wěn)流電路包括：穩(wěn)流控制微電路板和電線；
[0037] 其中，蓄電池輸出的電流通過電線傳導(dǎo)給穩(wěn)流控制微電路板進(jìn)行穩(wěn)流處理后，將 電流提供給傳感器、微處理器、無線通信模塊使用。
[0038] 優(yōu)選地,所述行人的行走位移信息為人相對(duì)于起始點(diǎn)坐標(biāo)的位移,所述起始點(diǎn)坐 標(biāo)通過所述顯示設(shè)備獲取得到。
[0039] 優(yōu)選地，所述鞋底還包括：空腔下面的耐磨材質(zhì)防滑面及電路保護(hù)層，以及空腔上 面的壓力緩沖層。
[0040] 優(yōu)選地，所述壓力緩沖層為氣墊緩沖
[0041] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0042] 1、本發(fā)明是一種行走定位鞋，內(nèi)置發(fā)電機(jī)，蓄電池，穩(wěn)壓電路，以及穩(wěn)流電路，能夠 有效的盡量多的收集人在走動(dòng)時(shí)多余的動(dòng)能，通過發(fā)動(dòng)機(jī)將所述多余的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能送 入蓄電池儲(chǔ)存，能夠提供源源不斷的電源，不需要額外的充電，免去了充電的麻煩。
[0043] 2、本發(fā)明是一種行走定位鞋，內(nèi)置傳感器，不需要外部其他設(shè)備提供的信號(hào)，完全 依靠自身的傳感器來采集用戶的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)信號(hào)解算，因此不受空間和環(huán)境的影 響。
[0044] 3、本發(fā)明的一種行走定位鞋，內(nèi)置微處理器，通過微處理器采集傳感器的運(yùn)動(dòng)信 號(hào)，準(zhǔn)確計(jì)算出腳的步長、航向角等信息，進(jìn)而為用戶提供短時(shí)間內(nèi)高精度的三維定位。
[0045] 4、本發(fā)明不需要專門的GPS，只需要用戶的手機(jī)或電腦等有導(dǎo)航功能，或用戶手動(dòng) 輸入用戶的初始坐標(biāo)就可以進(jìn)行行人位置定位，并且獲取得到行人行走的位移信息后可以 通過在手機(jī)或電腦等設(shè)備上定制的APP顯示出來，簡單的APP能方便地集成在手機(jī)或電腦 等設(shè)備中，使用非常方便。
[0046] 5、本發(fā)明在鞋底設(shè)置了緩沖層和保護(hù)層，舒適性高，具有穩(wěn)壓電路、穩(wěn)流電路，可 靠性高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0047] 圖1為本發(fā)明一種行走定位鞋的裝置實(shí)施例1的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)框圖；
[0048] 圖2為本發(fā)明一種行走定位鞋的裝置實(shí)施例2的鞋底空腔內(nèi)部構(gòu)成結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0049] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0050] 參考圖1，示出了本發(fā)明一種行走定位鞋的裝置實(shí)施例1的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)框圖，具 體可以包括：
[0051] 順次連接的發(fā)電機(jī)1，穩(wěn)壓電路2,蓄電池3,穩(wěn)流電路4,傳感器5,微處理器6,以 及無線通信模塊7 ;
[0052] 所述發(fā)電機(jī)1用于采集行走動(dòng)能，并將所述行走動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能；所述發(fā)電機(jī)1能 夠有效地收集人在走動(dòng)時(shí)多余的動(dòng)能并轉(zhuǎn)化為電能，為行走定位鞋提供源源不斷的電源， 而不需要額外地供電，免去了充電的麻煩。
[0053] 所述穩(wěn)壓電路2用于將所述發(fā)電機(jī)1轉(zhuǎn)化的電能進(jìn)行穩(wěn)壓處理，用以最大限度保 證發(fā)電機(jī)1輸給蓄電池3的電壓穩(wěn)定，從而保證蓄電池3不被燒壞(擊穿)，提高可靠性和安 全性；
[0054] 所述蓄電池3用于存儲(chǔ)所述轉(zhuǎn)化的電能；
[0055] 所述穩(wěn)流電路4用于將所述蓄電池3中存儲(chǔ)的電能進(jìn)行穩(wěn)流處理，用以最大限度 保證從蓄電池中出來的電流穩(wěn)定，提高可靠性和安全性；
[0056] 所述傳感器5用于收集并傳遞運(yùn)動(dòng)信號(hào)，所述傳感器5可以包括三軸加速度計(jì)，則 所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)可以包括所述三軸加速度計(jì)收集的行走的每一步在三維坐標(biāo)系中各軸的分 加速度值；
[0057] 所述微處理器6用于依據(jù)所述每一步在三維坐標(biāo)系中各軸的分加速度值計(jì)算每 一步的合加速度值，在所述多個(gè)合加速度值中選取特征值，依據(jù)所述特征值計(jì)算步長，依據(jù) 所述步長計(jì)算行人的行走位移信息，用以實(shí)時(shí)的采集傳感器5的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，準(zhǔn)確計(jì)算行人 的步長，進(jìn)而準(zhǔn)確確定行走的位移，在短時(shí)間內(nèi)為用戶提供1?精度的定位；
[0058] 所述無線通信模塊7用于在與顯示設(shè)備連接時(shí)，將所述行人的行走位移信息傳導(dǎo) 至連接的顯示設(shè)備，使用戶方便地知道自己所在的具體位置。
[0059] 本發(fā)明實(shí)施例的一種行走定位鞋，內(nèi)置發(fā)電機(jī)1，穩(wěn)壓電路2,蓄電池3,穩(wěn)流電路 4,傳感器5,微處理器6,以及無線通信模塊7,可以將行人的行走動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，維持行 走定位鞋內(nèi)部設(shè)備的供電，并且本發(fā)明的行走定位鞋完全依靠自身的傳感器5來采集用戶 的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，不需要外部其他設(shè)備提供的信號(hào)，因此其不受空間和環(huán)境的影響。另外，微處 理器6獲取到運(yùn)動(dòng)信號(hào)后，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)信號(hào)解算得到準(zhǔn)確的步長，進(jìn)而得到精準(zhǔn)的行走位移 信息顯示給用戶，為用戶進(jìn)行準(zhǔn)確的位置定位。
[0060] 參考圖2,示出了本發(fā)明的一種行走定位鞋的裝置實(shí)施例2的鞋底空腔內(nèi)部構(gòu)成 結(jié)構(gòu)框圖，具體可以包括：
[0061] 鞋面（圖中未示出），以及，鞋底和鞋帶或鞋扣（圖中未示出）；
[0062] 所述鞋底內(nèi)部有空腔，空腔分為前、中、后部分，具體的，靠近腳趾的為前空腔01， 靠近腳跟的為后空腔03,腳底板底下的為中空腔02 ;空腔內(nèi)包括順次連接的位于后空腔03 的發(fā)電機(jī)10,傳感器14,微處理器15以及無線通信模塊16,位于中空腔02的穩(wěn)壓電路11 及穩(wěn)流電路13,位于前空腔01的蓄電池12 ;
[0063] 所述發(fā)電機(jī)10可以包括：線圈110,永磁體111和永磁體運(yùn)動(dòng)軌跡固定棒112 ;其 中，所述永磁體111套住永磁體運(yùn)動(dòng)軌跡固定棒112,線圈110的中心通孔套住永磁體111， 永磁體111在行走動(dòng)能驅(qū)動(dòng)作用下在永磁體運(yùn)動(dòng)軌跡固定棒112上滑動(dòng)，靜止的線圈110 相對(duì)于運(yùn)動(dòng)的永磁體111做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)切割磁感線,產(chǎn)生磁通量的變化,進(jìn)而產(chǎn)生電動(dòng)勢， 電動(dòng)勢形成電壓，繼而產(chǎn)生電場力，在電場力的作用下，處于電場內(nèi)的電荷發(fā)生定向移動(dòng)， 形成電流；
[0064] 所述穩(wěn)壓電路11包括：穩(wěn)壓控制微電路板和電線，所述電流經(jīng)過電線傳導(dǎo)給穩(wěn)壓 控制微電路板進(jìn)行穩(wěn)壓處理后，經(jīng)過電線再傳導(dǎo)給蓄電池12進(jìn)行儲(chǔ)存；其中，所述蓄電池 12優(yōu)選為鋰電池；
[0065] 所述穩(wěn)流電路13包括：穩(wěn)流控制微電路板和電線；所述蓄電池12輸出的電流通 過電線傳導(dǎo)給穩(wěn)流控制微電路板進(jìn)行穩(wěn)流處理后，將電流提供給傳感器14、微處理器15、 以及無線通信模塊16使用。
[0066] 所述傳感器14可以包括低功耗的三軸加速度計(jì)141，三軸陀螺儀142,三軸磁強(qiáng)計(jì) 143,溫度計(jì)144,氣壓高度計(jì)145,用于收集并傳遞運(yùn)動(dòng)信號(hào)，所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)可以包括三軸 加速度計(jì)141收集的行走的每一步在三維坐標(biāo)系中各軸的分加速度值，三軸陀螺儀142收 集的三軸角速率信息，三軸磁強(qiáng)計(jì)143收集的磁強(qiáng)度信息，溫度計(jì)144收集的溫度值，氣壓 高度計(jì)145收集的氣壓值。
[0067] 所述微處理器15可以包括時(shí)長獲取單元150,頻率獲取單元151，合加速度值個(gè)數(shù) 獲取單元152,合加速度值獲取單元153,特征值選取單元154,步長計(jì)算單元155,姿態(tài)信息 計(jì)算單元156,航向調(diào)整單元157,位移計(jì)算單元158,高度計(jì)算單元159 ;
[0068] 所述時(shí)長獲取單元150用于獲取行人行走的每一步的時(shí)長t ;
[0069] 所述頻率獲取單元151用于獲取三軸加速度計(jì)的采樣頻率f ;
[0070] 所述合加速度值個(gè)數(shù)獲取單元152用于采用公式n=f*t計(jì)算每一步的合加速度值 的個(gè)數(shù)η ;
[0071] 所述合加速度值獲取單元153用于采用公式計(jì)算所述η個(gè)合加 速度值a，其中，ax、ay和az分別為每一步在三維坐標(biāo)系中各軸的分加速度值；
[0072] 所述特征值選取單元154用于對(duì)所述η個(gè)合加速度值進(jìn)行排序，獲得所述η個(gè)合 加速度值中最大值和最小值，將所述η個(gè)合加速度值中最大值和最小值作為特征值；
[0073] 所述步長計(jì)算單元155用于采用公式step= (max(a)-min(a)) ~ (1/3)計(jì)算步長 step，其中，max (a)為合加速度值中的最大值，min (a)為合加速度值中的最小值
[0074] 所述姿態(tài)信息計(jì)算單元156用于通過對(duì)所述三軸角速率信息采用四元數(shù)法進(jìn)行 積分得到姿態(tài)信息，所述姿態(tài)信息包括航向角；
[0075] 所述航向調(diào)整單元157用于通過所述磁強(qiáng)度信息計(jì)算當(dāng)前行走的航向角，利用所 述當(dāng)前行走的航向角修正所述姿態(tài)信息計(jì)算單元151得到的航向角；
[0076] 所述位移計(jì)算單元158用于依據(jù)所述修正的航向角以及所述步長確定行人的行 走位移信息；
[0077] 所述高度計(jì)算單元159用于依據(jù)所述氣壓值計(jì)算當(dāng)前行走的高度信息。
[0078] 所述無線通信模塊16包括藍(lán)牙單元161以及Wi-Fi單元162,所述藍(lán)牙單元161用 于通過藍(lán)牙將所述行人的行走位移信息、高度信息以及溫度值傳導(dǎo)至連接的顯示設(shè)備中； 所述Wi-Fi單元162用于通過Wi-Fi將所述行人的行走位移信息、高度信息以及溫度值傳 導(dǎo)至連接的顯示設(shè)備中；其中所述顯示設(shè)備安裝有定制的應(yīng)用程序APP，用于顯示所述行 人的行走位移信息、高度信息以及溫度值。
[0079] 在具體實(shí)現(xiàn)中，所述鞋底還可以包括：空腔下面的耐磨材質(zhì)防滑面及電路保護(hù)層， 以及空腔上面的壓力緩沖層。
[0080] 其中，所述壓力緩沖層優(yōu)選為氣墊緩沖；緩沖氣墊接受來自人體重力產(chǎn)生的壓力 后，將壓力通過壓縮空氣逐漸降低，提升鞋底的柔軟度，提高了舒適性；所述耐磨材質(zhì)防滑 面通常為鞋底，作用為耐磨防滑；所述電路保護(hù)層作用為保護(hù)電路不擠壓而降低整套電路 的可靠性。
[0081] 在具體實(shí)現(xiàn)中，所述空腔還可以有一個(gè)支撐裝置，用以支撐空腔，以防空腔變形致 使電路可靠性和安全性降低。
[0082] 在目前的行人定位技術(shù)中，主要采用的是GPS，但是GPS有很大的局限性，它需要 接收到GPS衛(wèi)星才能進(jìn)行定位，同時(shí)它至少接收到4顆衛(wèi)星才能定位，因此它從開機(jī)到定 位需用一定的時(shí)間，而且GPS在室內(nèi)及干擾大的地方都不可以使用，這時(shí)行人就無法獲得 自己的具體位置，若在某些高危領(lǐng)域如消防，搶險(xiǎn)救災(zāi)的情況下，救援人員就會(huì)變得比較危 險(xiǎn)。因此獲得準(zhǔn)確的行人位置，不僅對(duì)于個(gè)人來說比較需要的，對(duì)于某些特殊行業(yè)也是非常 可貴的信息。本發(fā)明實(shí)施例通過將用于獲取行人位置信息的內(nèi)部電路置于行走定位鞋的鞋 底，將人走時(shí)的多余的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，為行走定位鞋整個(gè)設(shè)備提供源源不斷的電源，并通 過采集用戶實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)信息，準(zhǔn)確的計(jì)算出來用戶的步長以及行走位移信息，在短時(shí)間內(nèi) 為用戶提供高精度的定位。作為本實(shí)施例的一種優(yōu)選示例，所述行走定位鞋的工作過程如 下：
[0083] 當(dāng)人行走時(shí)，左右兩腳交替運(yùn)動(dòng)，永磁體111通過永磁體運(yùn)動(dòng)軌跡固定棒112固定 在一個(gè)固定軌跡(垂直于水平面上下空間內(nèi)），再加上永磁體111高度比永磁體運(yùn)動(dòng)軌跡固 定棒112低，在人行走垂直于水平面上下空間內(nèi)產(chǎn)生動(dòng)能，驅(qū)動(dòng)永磁體111做垂直于水平 面上下空間運(yùn)動(dòng)，線圈110固定不動(dòng)切割磁感線會(huì)使垂直于水平面上下空間內(nèi)的磁通量變 化，從而轉(zhuǎn)化為電動(dòng)勢，由于人行走時(shí)連續(xù)動(dòng)作，所以電動(dòng)勢會(huì)連續(xù)存在。
[0084] 電動(dòng)勢產(chǎn)生后，電動(dòng)勢形成電壓，繼而產(chǎn)生電場力，在電場力的作用下，處于電場 內(nèi)的電荷發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流，電流通過電線流往穩(wěn)壓電路11，穩(wěn)壓電路11經(jīng)過穩(wěn)壓 處理后，將符合蓄電池12標(biāo)準(zhǔn)的電流輸送往蓄電池12儲(chǔ)存，不會(huì)造成蓄電池12因電壓不 穩(wěn)定而燒壞。
[0085] 蓄電池12輸出的電流通過電線傳導(dǎo)給穩(wěn)流控制微電路板進(jìn)行穩(wěn)流處理后，將電 流提供給傳感器14、微處理器15、無線通信模塊16使用。
[0086] 所述傳感器14與微處理器15采用電源連接線相連，其中所述傳感器可以包括低 功耗的三軸加速度計(jì)141，三軸陀螺儀142,三軸磁強(qiáng)計(jì)143,溫度計(jì)144,氣壓高度計(jì)145， 所述三軸加速度計(jì)141用于收集行走的每一步在三維坐標(biāo)系中各軸的分加速度值，所述三 軸陀螺儀142用于收集三軸角速率信息，所述三軸磁強(qiáng)計(jì)143用于收集磁強(qiáng)度信息，所述溫 度計(jì)144用于收集溫度值，所述氣壓高度計(jì)145用于收集氣壓值。與GPS需要至少接收到 4顆衛(wèi)星以及在空曠地方才能定位不同，所述行走定位鞋采用自身的傳感器獲取運(yùn)動(dòng)信號(hào)， 而不需要外界提供的其他信號(hào)，因此開機(jī)便可使用，無需等待時(shí)間，使用起來極其方便，不 受空間和環(huán)境的影響。
[0087] 實(shí)際上，由于人跨出一步的過程中方向和位置都會(huì)發(fā)生變化，三軸加速度計(jì)每個(gè) 時(shí)刻測量的分加速度值也會(huì)不同，因此人每行走一步可以有多個(gè)合加速度值(如起腳有一 個(gè)合加速度值，落腳有一個(gè)合加速度值)，合加速度值的個(gè)數(shù)取決于頻率獲取單元151獲取 的三軸加速度計(jì)的數(shù)據(jù)采樣頻率f (采樣頻率f為三軸加速度計(jì)每秒采集數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù))和時(shí) 長獲取單元150獲取的每一步時(shí)長t (時(shí)長t為行人行走每一步所需要的時(shí)間)，合加速度 值個(gè)數(shù)獲取單元152從頻率獲取單元151獲取數(shù)據(jù)采樣頻率f以及從時(shí)長獲取單元150獲 取時(shí)長t后，采用公式n=f*t計(jì)算每一步的合加速度值的個(gè)數(shù)n，例如走一步需要2s時(shí)間， 數(shù)據(jù)采樣頻率為50Hz，那么就會(huì)有100個(gè)合加速度值來反應(yīng)走一步過程中加速度的變化。
[0088] 三軸加速度計(jì)141將獲取的每一步在三維方向的分加速度值ax、ay和az記 錄在微處理器15的合加速度值獲取單元153中，合加速度值獲取單元153采用公式 α=φιχ2+αν2+αζ2計(jì)算所述η個(gè)合加速度值a ;通過檢測所述η個(gè)加速度值的變化特點(diǎn)可 以獲得加速度波形，從加速度波形中可以找出特征點(diǎn)（或特征值)，具體地，特征值選取單元 154對(duì)所述η個(gè)合加速度值進(jìn)行排序，獲得所述η個(gè)合加速度值中最大值max (a)和最小值 min (a)，或次大值max (a)和次小值min (a)，將所述η個(gè)合加速度值中最大值和最小值或次 大值和次小值作為特征值；步長計(jì)算單元155繼而采用公式step= (max(a)-min(a)) ~ (1/3) 計(jì)算步長step ;姿態(tài)信息計(jì)算單元156通過對(duì)所述三軸角速率信息采用四元數(shù)法進(jìn)行積分 得到姿態(tài)信息，所述姿態(tài)信息包括航向角；航向調(diào)整單元157通過所述磁強(qiáng)度信息計(jì)算當(dāng) 前行走的航向角，利用所述當(dāng)前行走的航向角修正所述姿態(tài)信息計(jì)算單元151得到的航向 角；位移計(jì)算單元158依據(jù)所述修正的航向角以及所述步長確定行人的行走位移信息；高 度計(jì)算單元159依據(jù)所述氣壓值計(jì)算當(dāng)前行走的高度信息。
[0089] 具體而言，微處理器15通過實(shí)時(shí)接收傳感器14的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過軟件濾波，去除 沒用的噪聲后，將剩余的有用的每一步在三維坐標(biāo)系中各軸的分加速度值進(jìn)行計(jì)算得到合 加速度值，所述合加速度值有多個(gè)，將所述多個(gè)合加速度值進(jìn)行比較，找出它們的最大值， 次大值，最小值和次小值，通過最大值，最小值或次大值，次小值進(jìn)一步計(jì)算步長；通過三 軸角速率信息積分得到腳的姿態(tài)信息，若磁強(qiáng)計(jì)可用則可計(jì)算出方向來修正通過三軸角速 率信息計(jì)算的航向角，通過姿態(tài)信息中修正的航向角，將步長進(jìn)行分解，得到人實(shí)際的行走 位移信息(例如，假設(shè)修正的當(dāng)前行走航向角為a，步長是L，則行走的水平距離X和y為： x=L*sin(a) ;y=L*C〇s(a))，因此姿態(tài)信息是用來輔助行走位移信息的確定的，最終將得到 的行走位移信息傳輸出去。其中，所述行走位移信息為人相對(duì)于初始點(diǎn)信息的位移，初始點(diǎn) 信息是通過無線通信模塊16連接手機(jī)或是電腦等顯示設(shè)備來發(fā)送過來的，微處理器15接 收到初始點(diǎn)信息后，在所述初始點(diǎn)信息上疊加新的行走位移信息得到定位結(jié)果，為用戶提 供短時(shí)間內(nèi)高精度的三維定位。
[0090] 藍(lán)牙單元161和/或Wi-Fi單元162將位移行人的行走位移信息、高度信息、溫度 值等傳導(dǎo)至連接的顯示設(shè)備如手機(jī)，電腦等，顯示設(shè)備就可以通過wif i或藍(lán)牙接收到所述 行人的行走位移信息、高度信息、溫度值，并采用其定制的APP顯示出來。其中，所述藍(lán)牙單 元161和/或Wi-Fi單元162為用戶定制的單元。
[0091] 同時(shí)，人在行走時(shí)，由于重力作用會(huì)產(chǎn)生向下的壓力，由于空氣具有良好的壓縮性 能，壓力緩沖層為緩沖氣墊，緩沖氣墊接受來自人體重力產(chǎn)生的壓力后，將壓力通過壓縮空 氣逐漸降低，提升鞋底的柔軟度，提高了舒適性；同時(shí)電路保護(hù)層和支撐裝置可以保護(hù)空腔 內(nèi)設(shè)備，提1?電路的安全性，具有穩(wěn)壓電路和穩(wěn)流電路，提1? 了電路的可罪性；再者所有設(shè) 備都在鞋底空腔內(nèi)，隔絕了可能產(chǎn)生不整潔、不簡便、不美觀視覺效果，使之看上去整潔、簡 便、美觀。
[0092] 本發(fā)明的行走定位鞋具有如下明顯的優(yōu)點(diǎn)：
[0093] 1、本發(fā)明是一種行走定位鞋，內(nèi)置發(fā)電機(jī)，蓄電池，穩(wěn)壓電路，以及穩(wěn)流電路，能夠 有效的盡量多的收集人在走動(dòng)時(shí)多余的動(dòng)能，通過發(fā)動(dòng)機(jī)將所述多余的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能送 入蓄電池儲(chǔ)存，能夠提供源源不斷的電源，不需要額外的充電，免去了充電的麻煩。
[0094] 2、本發(fā)明是一種行走定位鞋，內(nèi)置傳感器，不需要外部其他設(shè)備提供的信號(hào)，完全 依靠自身的傳感器來采集用戶的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)信號(hào)解算，因此不受空間和環(huán)境的影 響。
[0095] 3、本發(fā)明的一種行走定位鞋，內(nèi)置微處理器，通過微處理器采集傳感器的運(yùn)動(dòng)信 號(hào)，準(zhǔn)確計(jì)算出腳的步長，航向角等信息，進(jìn)而為用戶提供短時(shí)間內(nèi)高精度的三維定位。
[0096] 4、本發(fā)明不需要專門的GPS，只需要用戶的手機(jī)或電腦等有導(dǎo)航功能，或用戶手動(dòng) 輸入用戶的初始坐標(biāo)就可以進(jìn)行行人位置定位，并且獲取得到行人行走的位移信息可以通 過在手機(jī)或電腦等設(shè)備上定制的APP顯示出來，簡單的APP能方便地集成在手機(jī)或電腦等 設(shè)備中，使用非常方便。
[0097] 5、本發(fā)明在鞋底設(shè)置了緩沖層和保護(hù)層，舒適性高，具有穩(wěn)壓電路、穩(wěn)流電路，可 靠性高。
[0098] 以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種行走定位鞋，進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè) 例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的 方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方 式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1. 一種行走定位鞋，其特征在于，包括鞋面，鞋底和鞋帶或鞋扣，所述行走定位鞋還包 括： 所述鞋底內(nèi)部的空腔； 所述空腔內(nèi)包括順次連接的發(fā)電機(jī)，穩(wěn)壓電路，蓄電池，穩(wěn)流電路，傳感器，微處理器， 以及無線通信模塊； 所述發(fā)電機(jī)用于采集行走動(dòng)能，并將所述行走動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能； 所述穩(wěn)壓電路用于將所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化的電能進(jìn)行穩(wěn)壓處理； 所述蓄電池用于存儲(chǔ)所述轉(zhuǎn)化的電能； 所述穩(wěn)流電路用于將所述蓄電池中存儲(chǔ)的電能進(jìn)行穩(wěn)流處理； 所述傳感器用于收集并傳遞運(yùn)動(dòng)信號(hào)，所述傳感器包括三軸加速度計(jì)，則所述運(yùn)動(dòng)信 號(hào)包括所述三軸加速度計(jì)收集的行走的每一步在三維坐標(biāo)系中各軸的分加速度值； 所述微處理器用于依據(jù)所述每一步在三維坐標(biāo)系中各軸的分加速度值計(jì)算每一步的 合加速度值，在所述多個(gè)合加速度值中選取特征值，依據(jù)所述特征值計(jì)算步長，依據(jù)所述步 長確定行人的行走位移信息； 所述無線通信模塊用于將所述行人的行走位移信息傳導(dǎo)至連接的顯示設(shè)備。
2. 如權(quán)利要求1所述的行走定位鞋，其特征在于，所述微處理器包括： 時(shí)長獲取單元，用于獲取行人行走的每一步的時(shí)長t; 頻率獲取單元，用于獲取三軸加速度計(jì)的采樣頻率f; 合加速度值個(gè)數(shù)獲取單元，用于采用公式n=f*t計(jì)算每一步的合加速度值的個(gè)數(shù)η; 合加速度值獲取單元，用于采用公式+吁2切Z2計(jì)算所述η個(gè)合加速度值a，其 中，ax、ay和az分別為每一步在三維坐標(biāo)系中各軸的分加速度值； 特征值選取單元，用于對(duì)所述η個(gè)合加速度值進(jìn)行排序，獲得所述η個(gè)合加速度值中最 大值和最小值，將所述η個(gè)合加速度值中最大值和最小值作為特征值； 步長計(jì)算單元，用于采用公式step=(max(a)_min(a)) ~ (1/3)計(jì)算步長step，其中，max(a)為合加速度值中的最大值，min(a)為合加速度值中的最小值。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的行走定位鞋，其特征在于，所述傳感器還包括三軸陀螺儀， 三軸磁強(qiáng)計(jì)，溫度計(jì)，氣壓高度計(jì)；所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)還包括所述三軸陀螺儀收集的三軸角速率 信息，所述三軸磁強(qiáng)計(jì)收集的磁強(qiáng)度信息，所述溫度計(jì)收集的溫度值，所述氣壓高度計(jì)收集 的氣壓值； 所述微處理器還包括姿態(tài)信息計(jì)算單元，航向調(diào)整單元，以及位移計(jì)算單元， 所述姿態(tài)信息計(jì)算單元用于通過對(duì)所述三軸角速率信息采用四元數(shù)法進(jìn)行積分得到 姿態(tài)信息，所述姿態(tài)信息包括航向角； 所述航向調(diào)整單元用于通過所述磁強(qiáng)度信息計(jì)算當(dāng)前行走的航向角，利用所述當(dāng)前行 走的航向角修正所述姿態(tài)信息計(jì)算單元得到的航向角； 所述位移計(jì)算單元用于依據(jù)所述修正的航向角以及所述步長確定行人的行走位移信 肩、。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的行走定位鞋，其特征在于，所述微處理器還包括高度計(jì)算單 元，用于依據(jù)所述氣壓值計(jì)算當(dāng)前行走的高度信息。
5. 如權(quán)利要求4所述的行走定位鞋，其特征在于，所述無線通信模塊還用于將所述高 度信息以及溫度值傳導(dǎo)至連接的顯示設(shè)備。
6. 如權(quán)利要求5所述的行走定位鞋，其特征在于，所述無線通信模塊包括藍(lán)牙單元以 及Wi-Fi單元， 所述藍(lán)牙單元用于通過藍(lán)牙將所述行人的行走位移信息、高度信息以及溫度值傳導(dǎo)至 連接的顯示設(shè)備中； 所述Wi-Fi單元用于通過Wi-Fi將所述行人的行走位移信息、高度信息以及溫度值傳 導(dǎo)至連接的顯示設(shè)備中；所述顯示設(shè)備安裝有定制的應(yīng)用程序，用于顯示所述行人的行走 位移信息、高度信息以及溫度值。
7. 如權(quán)利要求1或2所述的行走定位鞋，其特征在于： 所述發(fā)電機(jī)包括：線圈，永磁體和永磁體運(yùn)動(dòng)軌跡固定棒； 其中，所述永磁體套住永磁體運(yùn)動(dòng)軌跡固定棒，線圈的中心通孔套住永磁體；所述永磁 體在行走動(dòng)能驅(qū)動(dòng)作用下在永磁體運(yùn)動(dòng)軌跡固定棒上滑動(dòng)，靜止的線圈相對(duì)于運(yùn)動(dòng)的永磁 體做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)切割磁感線，產(chǎn)生磁通量的變化，進(jìn)而產(chǎn)生電動(dòng)勢，電動(dòng)勢形成電壓，繼而 產(chǎn)生電場力，在電場力的作用下，處于電場內(nèi)的電荷發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流； 所述穩(wěn)壓電路包括：穩(wěn)壓控制微電路板和電線； 其中，所述電流經(jīng)過電線傳導(dǎo)給穩(wěn)壓控制微電路板進(jìn)行穩(wěn)壓處理后，經(jīng)過電線再傳導(dǎo) 給蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)存； 所述穩(wěn)流電路包括：穩(wěn)流控制微電路板和電線； 其中，蓄電池輸出的電流通過電線傳導(dǎo)給穩(wěn)流控制微電路板進(jìn)行穩(wěn)流處理后，將電流 提供給傳感器、微處理器、無線通信模塊使用。
8. 如權(quán)利要求1所述的行走定位鞋，其特征在于，所述行人的行走位移信息為人相對(duì) 于起始點(diǎn)坐標(biāo)的位移，所述起始點(diǎn)坐標(biāo)通過所述顯示設(shè)備獲取得到。
9. 如權(quán)利要求1所述的行走定位鞋，其特征在于，所述鞋底還包括：空腔下面的耐磨材 質(zhì)防滑面及電路保護(hù)層，以及空腔上面的壓力緩沖層。
10. 如權(quán)利要求9所述的行走定位鞋，其特征在于，所述壓力緩沖層為氣墊緩沖。
【文檔編號(hào)】A43B3/00GK104432933SQ201310432910
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】白鋒, 涂海峰 申請(qǐng)人:北京紅旗勝利科技發(fā)展有限責(zé)任公司