TWI629012B

TWI629012B - 智慧鞋墊

Info

Publication number: TWI629012B
Application number: TW105105379A
Authority: TW
Inventors: 李育奇; 王茂駿; 春張; 緒斌王
Original assignee: 國立清華大學
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2018-07-11
Also published as: TW201729704A; US10327700B2; US20170238870A1

Abstract

本發明係揭露一種智慧鞋墊，其包含鞋墊本體、壓力感測器、溫度感測器、濕度感測器以及訊號收集器。壓力感測器、溫度感測器及濕度感測器形成於鞋墊本體之表面上，且與鞋墊本體於同一3D列印製程中製成。壓力感測器感測鞋墊本體與足部接觸之壓力訊號，溫度感測器與濕度感測器分別感測鞋墊本體之溫度訊號及濕度訊號。訊號收集器電性連接於壓力感測器、溫度感測器及濕度感測器，接收壓力訊號、溫度訊號及濕度訊號，並利用無線傳輸方式傳送至訊號接收器。

Description

智慧鞋墊

本發明是關於一種具有感測器之智慧鞋墊，特別是關於一種同時具有壓力、溫度及溼度感測器，並且可呈現足部壓力、溫度及溼度之狀態，進而提供健康照護建議之智慧鞋墊。

在現今社會中，一般人每天都會有相當多的時間穿著鞋子，不論外出、工作、運動等都有適當的鞋子可以搭配，除了美觀上之用途外，最主要還是以保護足部安全為最主要目的。例如走路、跑步、登山等不同活動，就會穿上不同機能的鞋子，讓雙腳於活動時能得到適當的協助與保護。同時，足部的狀態，尤其是腳底的狀態，往往能反映一個人的健康狀態，選擇正確的鞋實為生活中不可或缺的一部分。

然而，大部分的鞋子在穿上後都是較為密閉不通風的狀態，加上不論是行走或運動，腳部的動作也常會造成流汗而使濕氣上升，在持續的溫濕環境下容易造成細菌或黴菌的增長，而影響足部的健康。再者，每個人腳底形狀也有所不同，同樣的鞋子樣板不能適合所有人的腳型，若是長期穿著不合的鞋具，也可能造成足部變形或受力不均等問題。因此，許多人會在原有的鞋子內更換新的鞋墊，例如特殊材質或是特殊設計的鞋墊，以期都能改善上述問題。

不過，一般鞋墊僅能改善部分的問題，在長時間穿著鞋子時，一般人往往不會注意到鞋內溫度濕度的上升，也或者不會注意到足底壓力分佈的狀態是否正常，待真正發生問題時，往往已經造成健康的傷害而無法挽回。因此，本發明之發明人，針對上述問題設計一種智慧型鞋墊，已針對現有技術的缺失進行改善，進而增加產業上之實施利用。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種具有壓力、溫度及濕度感測器之智慧鞋墊，以解決習知之一般鞋墊無法同時獲得關於足部壓力、溫度及濕度狀態之問題。

根據本發明之一目的，提出一種智慧鞋墊，其包含鞋墊本體、壓力感測器、溫度感測器、濕度感測器以及訊號收集器。鞋墊本體是藉由3D列印方式製成。壓力感測器是藉由3D列印方式形成於鞋墊本體之表面上，感測鞋墊本體與足部接觸之壓力訊號。溫度感測器是藉由3D列印方式形成於表面上，感測鞋墊本體之溫度訊號。濕度感測器是藉由3D列印方式形成於表面上，感測鞋墊本體之溼度訊號。壓力感測器、溫度感測器及濕度感測器與鞋墊本體於同一3D列印製程中完成。訊號收集器是分別電性連接於壓力感測器、溫度感測器及濕度感測器，接收壓力訊號、溫度訊號及濕度訊號，並利用無線傳輸方式傳送至訊號接收器。

較佳地，壓力感測器可設置於鞋墊本體與足部接觸之位置，壓力感測器偵測足部施力於鞋墊本體時造成之電位變化，以獲得壓力訊號。

較佳地，溫度感測器及濕度感測器可設置於鞋墊本體未與足部接觸之位置，偵測鞋墊本體之溫度及溼度狀態，以獲得溫度訊號及溼度訊號。

較佳地，壓力感測器、溫度感測器及濕度感測器之厚度可分別為0.001~0.003mm。

較佳地，該壓力感測器、溫度感測器及濕度感測器之面積可分別為2~8mm²。

較佳地，壓力感測器、溫度感測器及濕度感測器之材質可包含金屬導電材料或壓電材料。

較佳地，訊號接收器可為手持行動裝置，於手持行動裝置之顯示器呈現壓力訊號、溫度訊號及濕度訊號之感測數值。

較佳地，手持行動裝置可包含健康管理應用程式，健康管理應用程式包含壓力訊號、溫度訊號及濕度訊號之臨界值，在感測之訊號超過臨界值時發出警告訊息。

較佳地，健康管理應用程式可連接於雲端伺服器，於預定時間上傳壓力訊號、溫度訊號及濕度訊號，儲存於雲端伺服器。

較佳地，雲端伺服器可包含壓力訊號、溫度訊號及濕度訊號對應之診斷建議，診斷建議回傳至手持行動裝置，於顯示器呈現以提供健康照護之建議。

承上所述，依本發明之智慧鞋墊，其可具有一或多個下述優點：

(1)此智慧鞋墊係藉由3D列印方式同時形成鞋墊本體以及表面上之壓力感測器、溫度感測器及濕度感測器，減少製作鞋墊之步驟並同時提升成品的品質。

(2)此智慧鞋墊之壓力感測器、溫度感測器及濕度感測器為微型之感測器，其厚度薄於習知之感測器，使得形成在鞋墊本體表面上不會在穿著時造成異物感，增加舒適性。同時也避免過於突出之感測器設置，在經過接觸摩擦後降低鞋墊之耐用程度。

(3)此智慧鞋墊能將感測到之壓力訊號、溫度訊號及濕度訊號傳送至訊號接收器，與臨界值比較是否異常而發出警告訊息。更可將資料上傳至雲端伺服器，與正常模型進行比對而得到對應之診斷建議，進而即時獲得適當的健康照護建議，有效提升智慧鞋墊之實用性。

10、20‧‧‧智慧鞋墊

11‧‧‧鞋墊本體

12‧‧‧表面

13、23‧‧‧壓力感測器

14、24‧‧‧溫度感測器

15、25‧‧‧濕度感測器

16、26‧‧‧訊號收集器

17‧‧‧導線

27‧‧‧感測器

30‧‧‧訊號接收器

31‧‧‧顯示器

32‧‧‧健康管理應用程式

33‧‧‧壓力分佈圖

34‧‧‧溫溼度數據

40‧‧‧雲端伺服器

41‧‧‧診斷建議

42‧‧‧正常模型

43‧‧‧感測結果

第1A、1B圖係為本發明智慧鞋墊之實施例之示意圖。

第2圖係為本發明包含智慧鞋墊之健康管理系統之方塊圖。

第3圖係為本發明包含智慧鞋墊之健康管理系統實施例之示意圖。

為利貴審查委員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

請參閱第1A圖，其係為本發明之智慧鞋墊之實施例之示意圖。如圖所示，本發明之智慧鞋墊10包含鞋墊本體11，鞋墊本體11可包含合成乙烯樹脂(EVA)、聚胺基甲酸脂(PU)等材質。鞋墊本體11之製作方式，是先將鞋墊本體11所需要之尺寸，包括長、寬及厚度等外型資訊之設計圖輸入3D列印機當中，並選擇鞋墊之材質後，由3D印表機已3D列印方式製成鞋墊本體11。由於每個人足部的大小及形狀皆有差異，因此利用3D列印方式，針對不同使用者腳型時，僅需調整圖檔尺寸，即能快速地完成客製化的設計。甚至可結合3D的掃描器，直接掃描使用者腳部，再轉換成符合3D印表機的設計圖檔，進一步節省量測尺寸及繪圖之時間。

接著，在鞋墊本體11之表面12上，可以設置多個感測器，其中包含壓力感測器13、溫度感測器14以及濕度感測器15。上述感測器係包含壓力、溫度及濕度的感測電路，同樣利用3D列印方式將其列印在鞋墊本體11之表面12上。壓力感測器13可利用足部與鞋墊本體11接觸時，感測電路電位變化，即電位差的大小來偵測壓力狀態，以取得壓力訊號，而溫度感測器14與濕度感測器15則可設置具有溫度係數及濕度係數之電阻，利用電阻值的變化來偵測溫度及濕度的變化，進而取得溫度訊號及濕度訊號。上述電路的材質可包含金屬導電材質或是壓電材料。由於上述感測電路是以3D列印方式形成於表面12上，因此在製作智慧鞋墊10時，壓力感測器13、溫度感測器14以及濕度感測器15可與鞋墊本體11於同一個3D列印製程中完成，此方式不但減少製造程序，也使製作品質，如感測器貼合程度提高。同時，壓力感測器13、溫度感測器14以及濕度感測器15均為微型化之電路結構，其厚度大約分別為0.001~0.003mm，每一感測器面積大約分別為2~8mm²，例如，較佳之實施例當中，每一個感測器之長度、寬度、厚度尺寸可為1mm×3mm×0.02mm。由於厚度明顯小於目前現有的感測器，因此即使形成鞋墊本體11之表面12上，於穿著時並不會有凸起之異物感，製作時也無須於鞋墊本體11設計凹槽來放置感測器，不論在舒適度及耐用度上均優於現有具感測裝置之鞋墊。

再者，壓力感測器13、溫度感測器14以及濕度感測器15可藉由導線17電性連接至訊號收集器16，訊號收集器16能接收壓力感測器13感測之壓力訊號，溫度感測器14感測之溫度訊號以及濕度感測器15感測之濕度訊號，並透過藍芽、WiFi、RFID等無線通訊方式傳送至訊號接收器。第1A圖中僅示出連接於壓力感測器13、溫度感測器14以及濕度感測器15的部分導線17，其他感測器亦可利用類似導線17連接至訊號收集器16。連接的導線17可與感測器同時於3D列印製程中形成於鞋墊本體11之表面12上，由於導線17也可與感測器具有類似之材質與厚度，因此形成於表面12上並不會造成穿著時的不適。

再次參閱第1A圖，壓力感測器13係設置於足部的腳趾、足前、族中及足跟區域，亦即足部直接與鞋墊本體11接觸的部分，其中，每個感測器之間的距離可間隔約5~15mm，壓力感測器13設置的數量則依據不同使用者鞋墊大小而調整，一般而言，數量約在15~25個之間。而溫度感測器14及濕度感測器15則設置於足部的足弓位置，亦即足部未直接與鞋墊本體11接觸的部分，偵測鞋子內部的溫濕度環境狀態，溫度感測器14及濕度感測器15設置數量不侷限於圖中的1個，也可如同壓力感測器13於一定間隔處設置多個溫度感測器14及濕度感測器15。

另外，壓力感測器13、溫度感測器14以及濕度感測器15的設置不侷限於第1A圖中所示的位置，例如溫度感測器14或濕度感測器15亦可設置於足前及足跟處，偵測足部與鞋墊本體11接觸位置的溫濕度。請參閱第1B圖，其係為本發明之智慧鞋墊之實施例之另一示意圖。如圖所示，實際鞋墊本體11上之感測器分佈位置可包含：主要溫度感測器14或濕度感測器15分佈在趾頭區、足弓區與少數在足跟，而壓力感測器13則散落在整個鞋面、主要為趾頭、蹠骨區、外側足弓與足跟區。但主要希望能夠透過不同的需求而能夠將感測器設計在鞋墊上的任意個地方。例如：認為足跟溫濕度變異不大，則上述圖中足跟區則無需設置溫度感測器14或濕度感測器15，全部放壓力感測器13即可。

請參閱第2圖，其係為本發明包含智慧鞋墊之健康管理系統之方塊圖。如圖所示，智慧鞋墊20可包含壓力感測器23、溫度感測器24以及濕度感測器25，其分別收集壓力訊號、溫度訊號及濕度訊號後傳送至訊號收集器26。訊號收集器26可為具有藍芽、WiFi、RFID等無線通訊模組的收發器，而壓力感測器23、溫度感測器24以及濕度感測器25則如同前述實施例可將各個感測電路於3D列印鞋墊時同時形成於鞋墊表面。訊號收集器26將感測的訊號以無線傳輸方式傳送到訊號接收器30，這裡的訊號接收器30可為手持行動裝置，例如智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦等，其藉由內建之無線通訊模組與訊號收集器26連接以接收各個感測訊號。同時，訊號接收器30可安裝健康管理應用程式32，其可將接收的壓力訊號、溫度訊號及濕度訊號，轉換成實際壓力、溫度及濕度的數值，並藉由顯示器31呈現相關的感測數值。因此，使用者只要隨時開啟健康管理應用程式32，即可得知智慧鞋墊20之即時狀態，也就是足部的即時狀態。

除此之外，健康管理應用程式32也可設定各種狀態之臨界值，例如壓力上限值、溫度上限值或是濕度上限值，又或者是在預定時間內超過一平均值。例如在接收到的訊號顯示足部壓力在預設的時間內超過壓力平均值時，於顯示器31顯示警告訊息，提醒使用者鞋墊長時間支撐足部壓力，需坐下或放鬆。而溫度的感測數值超過溫度上限值時，則通知使用者須拖鞋透氣。上述設定均為了避免長時間行走或施壓於足部，或者長時間穿鞋造成溫溼度上升而造成健康的問題。另外，由於訊號接收器30可為具有無線通訊模組之手持行動裝置，其健康管理應用程式32可藉由無線網路連接至雲端伺服器40，將壓力、溫度及濕度的數值上傳至雲端伺服器40，儲存於雲端的資料庫當中。同時，雲端伺服器對於感測結果設置對應的診斷建議41，當街收到訊號接收器30上傳的壓力訊號、溫度訊號及濕度訊號時，雲端伺服器可比對內建的模式規則，提供相應的診斷建議41，並回傳至訊號接收器30，於顯示器31上呈現。詳細說明於下列實施例中描述。

請參閱第3圖，其係為本發明包含智慧鞋墊之健康管理系統實施例之示意圖。如圖所示，智慧鞋墊20包含了與鞋墊一同以3D列印方式形成的多個感測器27，感測器27如同前述實施例包含壓力感測器、溫度感測器及濕度感測器，其詳細內容不再重複描述。感測器27所偵測到的壓力訊號、溫度訊號及濕度訊號，以無線傳輸方式傳送到訊號接收器30，在本實施例中，訊號接收器30為一智慧型手機，經由智慧型手機安裝的健康管理應用程式，將感測訊號轉換成實際壓力分佈圖33以及溫溼度數值34，呈現於智慧型手機的顯示器31上，以供使用者檢視。此時若是溫溼度數值34超過臨界值，例如濕度超過60%或是溫度超過25℃，則訊號接收器30利用手機鈴聲或震動通知使用者此警告訊息。

更進一步，訊號接收器30於定時將壓力分佈圖33及溫溼度數值34上傳至雲端伺服器40，除了在雲端儲存紀錄感測結果外，還可將即時的感測結果43與預先儲存的正常模型42進行比對，並依照對應的診斷建議，回傳至訊號接收器30，讓使用者能於即時獲得對於足部健康照護的建議。例如，左右腳壓力分佈圖不一致，可能是雙腳受力不均；單一區域(足前或足跟)壓力過高，則可能有拖行或步伐不一致，因此建議須調整行走姿勢以矯正步伐。由於足部問題的類型可有相當多，因此例如壓力分佈圖的類型也相當多，加上比對所需的處理運算，並不適合於一般手持行動裝置上執行，因而設計於雲端伺服器40進行運算後才將結果傳送至手持行動裝置呈現。例如，從蒐集到的壓力分布狀況能夠指出壓力中心位置(Central of pressure)，判斷使用者站立時是否中心偏移，若偏內側或外側就容易造成腳踝內翻或外翻的受傷狀況產生。又例如一般的正常人於行走時，最大壓力會發生在蹠骨區與足跟區，但若使用者有足部病變或是行走姿勢不良，容易造壓力轉移到足部內或外側(如外足弓區)，形成有較高的壓力區域(例如顯示為紅色)，判斷壓力的異常分佈能夠提示使用者其走路姿勢的平衡向右或向左偏移，導致壓力聚集。如若蒐集到如圖中所示之足底壓力分佈圖33，系統將會提出幾個建議如下：1.左右腳的腳趾頭使用度不佳，尤其是無名趾與小趾，會造成這樣的原因是因為使用者走路時，足傾向內側，造成後兩趾頭浮起無法接觸地面，走路平衡度也會變差。2.左腳大拇趾壓力略高，容易造成單點壓力，而造成雞眼等足部病變產生。由此提醒使用者調整及改善正確的行走姿勢，避免傷害持續加重。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

Claims

一種智慧鞋墊，其包含：一鞋墊本體，係藉由3D列印方式製成；一壓力感測器，係藉由3D列印方式形成於該鞋墊本體之一表面上，感測該鞋墊本體與一足部接觸之一壓力訊號；一溫度感測器，係藉由3D列印方式形成於該表面上，感測該鞋墊本體之一溫度訊號；一濕度感測器，係藉由3D列印方式形成於該表面上，感測該鞋墊本體之一溼度訊號，該壓力感測器、該溫度感測器及該濕度感測器與該鞋墊本體於同一3D列印製程中形成於該表面上；以及一訊號收集器，係分別電性連接於該壓力感測器、該溫度感測器及該濕度感測器，接收該壓力訊號、該溫度訊號及該濕度訊號，並利用無線傳輸方式傳送至一訊號接收器；其中該壓力感測器、該溫度感測器及該濕度感測器之厚度分別為0.001~0.003mm；其中該訊號接收器包含一健康管理應用程式，該健康管理應用程式連接於一雲端伺服器，於一預定時間上傳該壓力訊號、該溫度訊號及該濕度訊號，儲存於該雲端伺服器，並且設定壓力、溫度、濕度之一臨界值及預定時間內之一平均值，藉由比對預先儲存的正常模型，取得該壓力訊號、該溫度訊號及該濕度訊號對應之一診斷建議，將包含單一區域或整體分布之該診斷建議回傳至該訊號收集器以提供健康照護之建議。
如申請專利範圍第1項所述之智慧鞋墊，其中該壓力感測器係設置於該鞋墊本體與該足部接觸之位置，該壓力感測器偵測該足部施力於該鞋墊本體時造成之電位變化，以獲得該壓力訊號。
如申請專利範圍第1項所述之智慧鞋墊，其中該溫度感測器及該濕度感測器係設置於該鞋墊本體未與該足部接觸之位置，偵測該鞋墊本體之溫度及溼度狀態，以獲得該溫度訊號及該溼度訊號。
如申請專利範圍第1項所述之智慧鞋墊，其中該壓力感測器、該溫度感測器及該濕度感測器之面積分別為2~8mm²。
如申請專利範圍第1項所述之智慧鞋墊，其中該壓力感測器、該溫度感測器及該濕度感測器之材質包含金屬導電材料或壓電材料。
如申請專利範圍第1項所述之智慧鞋墊，其中該訊號接收器係為一手持行動裝置，於該手持行動裝置之一顯示器呈現該壓力訊號、該溫度訊號及該濕度訊號之一感測數值。
如申請專利範圍第6項所述之智慧鞋墊，其中該手持行動裝置包含該健康管理應用程式，該健康管理應用程式在感測之訊號超過該臨界值時發出一警告訊息。