[发明专利]一种集成行走步态、环境信息感知及反馈功能的智能终端

说明书

本发明涉及一种集成行走步态、环境信息感知及反馈功能的智能终端，包括鞋主体，鞋主体上设有表面换能器、接触式拾音器和支撑电路元器件，表面换能器用于产生主动传感的振动信号和振动反馈，接触式拾音器用于检测表面换能器发出的特定频谱的振动信号在以人体为媒介传播后的回波信号，以及鞋主体与地面接触时的振动信号；支撑电路元器件分别连接表面换能器和接触式拾音器，用于根据回波信号中信号特定频率传递特性的变化，判断人体姿态的变化；根据鞋主体与地面接触时的振动信号判断行走路面的材质，从而根据人体姿态的变化和行走路面的材质控制表面换能器进行振动反馈。与现有技术相比，本发明具有感知参数更精细、结构更为紧凑和功能更强大等优点。

技术领域

本发明涉及行走步态信息感知及反馈技术领域，尤其是涉及一种集成行走步态、环境信息感知及反馈功能的智能终端。

背景技术

步态行走信息(例如足底压力分布、脚踝弯曲角度、足行进角、行走相位)以及环境感知对于膝关节炎病人、足下垂病人等的康复与检测，老年人的跌倒检测与预防至关重要。

目前的智能终端对于以上信息的感知主要以智能鞋的形式，而智能鞋的技术实现路线主要通过以下两种方式或其组合。第一是通过压力鞋垫的方式，例如基于压敏电阻阵列。该方法虽然精度高，但成本高昂，且需要根据脚的尺寸大小进行定制，无法通过简单算法调节使其具有普适性。第二是通过惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)。该方法能感知到信息有限且大多为大颗粒度信息(例如记步)，无法精细感知脚踝弯曲角度。以上两种方法面临共同的问题是无法感知外界环境信息，且无法为用户提供反馈。

公开号为CN112185063A的发明公开了一款基于鞋垫压力感测的跌倒预警与保护系统及方法，包括设置在鞋垫上的多个柔性压力传感器、蓝牙发射装置和第一单片机处理器，以及穿戴在患者身上的防护服，防护服上设置报警按钮、蜂鸣器、蓝牙接收装置、第二单片机处理器、安全气囊，多个柔性压力传感器与第一单片机处理器电连接，第一单片机处理器与蓝牙发射装置电连接，报警按钮、蓝牙接收装置均与第二单片机处理器电连接，第二单片机处理器输出端与蜂鸣器、蓝牙接收装置、安全气囊电连接，蓝牙发射装置、蓝牙接收装置无线连接。

该方案在鞋垫上设置了多个柔性压力传感器，并且设置当后掌和脚心压力变为0时触发安全气囊等装置。该专利所需压力传感器过多，且无法精准感知脚踝弯曲角度、感知外界环境等信息。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在感知到信息受限且无法提供反馈的缺陷，进而提供一种集成行走步态、环境信息感知及反馈功能的智能终端。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种集成行走步态、环境信息感知及反馈功能的智能终端，包括鞋主体，所述鞋主体上设有感知反馈单元和支撑电路元器件，所述感知反馈单元包括表面换能器和接触式拾音器，所述表面换能器用于产生主动传感的振动信号和振动反馈，所述接触式拾音器用于检测表面换能器发出的振动信号以人体为媒介传播后的回波信号，以及鞋主体与地面接触时的振动信号；

所述支撑电路元器件为具有供电和信号处理功能的模块，所述支撑电路元器件分别连接所述表面换能器和接触式拾音器，用于根据扫频信号频谱区分接触式拾音器采集的回波信号和鞋主体与地面接触时的振动信号，根据所述回波信号中信号特定频率传递特性的变化，判断人体姿态的变化；根据所述鞋主体与地面接触时的振动信号判断行走路面的材质，从而根据所述人体姿态的变化和行走路面的材质控制所述表面换能器进行振动反馈。

进一步地，所述感知反馈单元的数量为多个，多个所述感知反馈单元包括第一感知反馈单元、第二感知反馈单元和第三感知反馈单元，所述第一感知反馈单元包括第一表面换能器和第一接触式拾音器，所述第一表面换能器和第一接触式拾音器均位于所述鞋主体中与人体跟骨处相对应的区域；