本發明涉及智能穿戴設備領域，尤其涉及一種足部運動姿態的判斷裝置和方法。

背景技術：

時下跑步運動越來越受人們追捧，但是每個人適用的運動方法不同，錯誤的跑步姿勢或者方法容易導致意外和身體的慢性損傷，所以指導分析個人跑步中存在問題并給出一個有效的跑步建議就變得尤為重要。

現有技術中的智能鞋墊主要用于精準計步、足部受力分析，以得到用戶準確的運動數據和狀態，但是，用戶無法獲知自己的運動姿勢是否正確，以錯誤的姿勢進行運動反而對身體不利。

技術實現要素：

本發明的目的在于提出一種足部運動姿態的判斷裝置和方法，能夠通過采集用戶足底的壓力變化，判斷用戶的運動姿態是否良好。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一方面，本發明提供一種足部運動姿態的判斷裝置，包括：智能鞋墊和智能終端，所述智能鞋墊與所述智能終端通信連接；

所述智能鞋墊用于采集人體的足部運動數據；所述智能終端用于分析和存儲所述智能鞋墊采集到的足部運動數據；

所述智能鞋墊包括九軸傳感器和多個壓力傳感器。

所述智能鞋墊上，對應拇趾的位置為第一壓力區域，對應第一跖骨和第二跖骨的位置為第二壓力區域，對應第三跖骨至第五跖骨的位置為第三壓力區域，對應足跟內側的位置為第四壓力區域，對應足跟外側的區域為第五壓力區域；

多個壓力傳感器包括第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第四壓力傳感器和第五壓力傳感器，分別設置于第一壓力區域、第二壓力區域、第三壓力區域、第四壓力區域和第五壓力區域；

所述九軸傳感器設置于足弓對應的位置。

另一方面，本發明提供一種足部運動姿態的判斷方法，采用上述的判斷裝置，

通過多個壓力傳感器和/或九軸傳感器獲取足部運動數據；

所述智能終端根據所述足部運動數據計算足部的運動參數，并根據所述運動參數判斷運動姿態是否正確。

其中，若所述足部運動數據為多個壓力傳感器的值，則所述智能終端根據所述足部運動數據計算足部的運動參數，包括：

在一個步態周期中按照預設時間計算壓力比值；

壓力比值＝[(第二壓力傳感器的值+第四壓力傳感器的值)-(第三壓力傳感器的值+第五壓力傳感器的值)]/(第二壓力傳感器的值+第四壓力傳感器的值)。

相應的，根據所述運動參數判斷運動姿態是否正確，包括：

若第一閾值≤壓力比值≤第二閾值，則確定足部內旋正常；

若壓力比值＜第一閾值，則確定出現足內翻；

若壓力比值＞第二閾值，則確定出現足外翻。

其中，若所述足部運動數據為多個壓力傳感器的值，則所述智能終端根據所述足部運動數據計算足部的運動參數，還包括：

根據所述足部運動數據計算足底壓力中心；

在智能鞋墊的平面上繪制足底壓力中心的運動軌跡；

計算所述運動軌跡的軌跡長度和軌跡包絡面積；

得到軌跡比值＝軌跡包絡面積/軌跡長度。

相應的，根據所述運動參數判斷運動姿態是否正確，包括：

根據所述軌跡比值，判斷人體的平衡能力等級；

其中，所述平衡能力等級由低到高分別為第一等級、第二等級和第三等級；

若所述軌跡比值在預設范圍內，則人體的平衡能力等級屬于第二等級；

若所述軌跡比值小于預設范圍，則人體的平衡能力等級屬于第一等級；

若所述軌跡比值大于預設范圍，則人體的平衡能力等級屬于第三等級。

其中，若所述足部運動數據為九軸傳感器的數據，則所述智能終端根據所述足部運動數據計算足部的運動參數，還包括：

根據所述九軸傳感器的數據計算足軸角，所述足軸角為所述智能鞋墊長度方向上的中心線與前進方向的角度。

進一步的，根據所述運動參數判斷運動姿態是否正確，包括：

根據所述足軸角判斷足部為內八字腳或外八字腳；

根據足軸角的大小，若足軸角大于第三閾值，則確定運動姿態異常。

本發明的有益效果為：

本發明通過通信連接的智能鞋墊和智能終端，對用戶的足底壓力進行采集和分析，與預設的標準相比較可得知用戶足部的運動姿態是否正確，用戶可據此修正運動姿態，減少身體的損傷。

附圖說明

圖1是本發明實施例一中智能鞋墊的結構示意圖。

圖2是本發明實施例二提供的足部運動姿態的判斷方法的流程圖；

圖3是本發明實施例二中靜態足底壓力中心的軌跡示意圖；

圖4是本發明實施例二中動態足底壓力中心的軌跡示意圖。

具體實施方式

為使本發明解決的技術問題、采用的技術方案和達到的技術效果更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施例的技術方案作進一步的詳細描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。

實施例一

本實施例提供一種足部運動姿態的判斷裝置，適用于運動檢測及分析，包括：智能鞋墊和智能終端，所述智能鞋墊與所述智能終端通信連接，所述智能鞋墊用于采集人體的足部運動數據；所述智能終端用于分析和存儲所述智能鞋墊采集到的用戶的足部運動數據。

人體足部跖骨共五塊，由內側向外側依次為第一至第五跖骨。跖骨與足跟之間為足弓。

所述智能鞋墊包括九軸傳感器和多個壓力傳感器。

如圖1所示，所述九軸傳感器16設置于足弓對應的位置。

所述智能鞋墊上，對應拇趾的位置為第一壓力區域1，對應第一跖骨和第二跖骨的位置為第二壓力區域2，對應第三跖骨至第五跖骨的位置為第三壓力區域3，對應足跟內側的位置為第四壓力區域4，對應足跟外側的區域為第五壓力區域5。

多個壓力傳感器包括第一壓力傳感器11、第二壓力傳感器12、第三壓力傳感器13、第四壓力傳感器14和第五壓力傳感器15，分別設置于第一壓力區域1、第二壓力區域2、第三壓力區域3、第四壓力區域4和第五壓力區域5。其中，第二壓力區域2和第三壓力區域3可分別設置一個或多個第二壓力傳感器12和第三壓力傳感器13，本實施例中，優選的將第二壓力傳感器12和第三壓力傳感器13分別設置2個。

圖1為右腳的智能鞋墊，左腳的智能鞋墊為圖1的水平鏡像。

本實施例通過通信連接的智能鞋墊和智能終端，采集用戶的運動參數，再配合相應的判斷方法進行分析，可得知用戶足部的運動姿態是否正確，用戶可據此修正運動姿態，減少身體的損傷。

實施例二

本實施例提供一種足部運動姿態的判斷方法，采用上述實施例的判斷裝置，采集并分析用戶的足部運動數據，用于判斷用戶的足部運動姿態是否正確。

如圖2所示，該判斷方法包括如下步驟：

s21，通過多個壓力傳感器和/或九軸傳感器獲取足部運動數據。

一個完整的步態周期包括支撐相和擺動相，其中支撐相又依次包括足跟觸地、前足觸地、全足支撐和前足蹬地四個階段。本實施例在全足支撐階段獲取用戶的足部運動數據，所述足部運動數據為多個壓力傳感器的值。

s22，所述智能終端根據所述足部運動數據計算足部的運動參數，并根據所述運動參數判斷運動姿態是否正確。

在一個步態周期中按照預設時間計算壓力比值：

壓力比值＝[(第二壓力傳感器的值+第四壓力傳感器的值)-(第三壓力傳感器的值+第五壓力傳感器的值)]/(第二壓力傳感器的值+第四壓力傳感器的值)。

若第一閾值≤壓力比值≤第二閾值，則確定用戶的足部內旋正常；若壓力比值＜第一閾值，則確定用戶出現足內翻；若壓力比值＞第二閾值，則確定用戶出現足外翻。

所述壓力比值體現了全足支撐狀態下，用戶足部的受力是偏向內側還是外側，當用戶的足部習慣性傾向一側時應給予提醒，該運動姿態容易損傷腳踝，造成腿部骨骼變型等，并提示用戶改正。

實施例三

本實施例在實施例二的基礎上，同時還可以進行其他運動參數的計算。

s21，通過多個壓力傳感器和/或九軸傳感器獲取足部運動數據。

本實施例作為一項能力測試，用于測試用戶的平衡能力，平衡能力通過足底壓力中心來判斷。足底壓力中心分為靜態足底壓力中心和動態足底壓力中心，靜態足底壓力中心用于判斷身體平衡能力；動態足底壓力中心用于判斷運動過程中控制身體姿態的能力。

靜態足底壓力要求用戶閉眼單腿站立、全足支撐，獲取用戶的足部運動數據，所述足部運動數據為多個壓力傳感器的值。圖3是本發明實施例二中靜態足底壓力中心的示意圖。如圖3所示，曲線a是靜態足底壓力中心的軌跡。

動態足底壓力中心在運動狀態下獲取。當九軸傳感器中的三軸加速度計的值出現一定時間的較大波動，則確定用戶進入運動狀態，壓力傳感器開始采集足部運動數據。圖4是本發明實施例二中動態足底壓力中心的示意圖。如圖4所示，曲線b是動態足底壓力中心的軌跡。

s22，所述智能終端根據所述足部運動數據計算足部的運動參數，并根據所述運動參數判斷運動姿態是否正確。

根據所述足部運動數據計算用戶的足底壓力中心，即根據各壓力傳感器的值、通過受力分析計算足底壓力中心的位置。在智能鞋墊的平面上繪制足底壓力中心的運動軌跡；計算所述運動軌跡的軌跡長度和軌跡包絡面積；得到軌跡比值＝軌跡包絡面積/軌跡長度。軌跡長度和軌跡包絡面積可參照現有技術中曲線的長度計算方法和曲線的包絡面積計算方法進行計算。

根據所述軌跡比值，判斷用戶的平衡能力等級：所述平衡能力等級由低到高分別為第一等級、第二等級和第三等級。

若所述軌跡比值在預設范圍內，則用戶的平衡能力等級屬于第二等級；若所述軌跡比值小于預設范圍，則用戶的平衡能力等級屬于第一等級；若所述軌跡比值大于預設范圍，則用戶的平衡能力等級屬于第三等級。等級的劃分需要根據實際情況進行設定。

可根據用戶的平衡能力等級向用戶提供更有針對性的平衡能力訓練，幫助用戶提升肢體穩定性，減少運動中受傷的可能。

實施例四

本實施例在上述實施例的基礎上，同時還可以進行其他運動參數的計算。

s21，通過多個壓力傳感器和/或九軸傳感器獲取足部運動數據。

九軸傳感器包括三軸加速度計、三軸陀螺儀和三軸磁力計。本實施中，通過九軸傳感器獲取用戶的足部運動數據，九軸傳感器的數據包括加速度、旋轉角度等。

s22，所述智能終端根據所述足部運動數據計算足部的運動參數，并根據所述運動參數判斷運動姿態是否正確。

根據所述九軸傳感器的數據計算足軸角，所述足軸角為所述智能鞋墊長度方向上的中心線與前進方向的角度；通過加速度計可知用戶的前進方向，陀螺儀以智能鞋墊的長度中心線和寬度中心線建立直角坐標系，并由此可知足部轉動的角度，進一步的可計算出足軸角。

根據所述足軸角判斷用戶為內八字腳或外八字腳。若足軸角位于前進方向的外側，則判斷用戶為外八字腳，若足軸角位于前進方向的內側，則判斷用戶為內八字腳。

并且，根據足軸角的大小，若足軸角大于第三閾值，則判斷用戶的運動姿態異常，內八過度或外八過度都是不良的運動姿態，應提醒用戶更正。

實施例二至四通過通信連接的智能鞋墊和智能終端，采集用戶的運動數據，進行分析和計算，判斷用戶的運動姿態是否正確，運動能力是否正常，作為用戶運動的參考，指導用戶以正確的方式進行鍛煉，減小運動損傷，達到更好的運動效果。

以上結合具體實施例描述了本發明的技術原理。這些描述只是為了解釋本發明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發明保護范圍的限制。基于此處的解釋，本領域的技術人員不需要付出創造性的勞動即可聯想到本發明的其它具體實施方式，這些方式都將落入本發明的保護范圍之內。