一种轻量式气体自动循环的气垫鞋

技术领域

本发明涉及设计一种轻量式气体自动循环的气垫鞋，属于科技与制鞋领域。

背景技术

现在的中国人越来越向往自由、随意，不希望被约束。同时，改革开放以后，中国人逐渐富裕起来，不断地学会享受生活，不断地提高着生活质量，消费观念也逐渐在改变。运动鞋最近几年一直在时尚单品榜单前列，运动鞋与其它鞋比起来柔软，舒适，有弹性，具有缓解足部压力、保护足部、减缓对身体关节及脑部的冲击等功能，并且方便穿着，因此备受消费者欢迎。在快节奏的生活压力之下，鞋的舒适度被愈加放大的同时，人们更重视鞋对人体的健康功能。发展出更加舒适的鞋是时代的发展一项重大的需求，符合当下时代发展的潮流，而且随着科学技术的不断进步，今后鞋的发展也会不断向科技化方向靠拢，舒适化、轻便化的鞋品未来将会主宰市场。对此这里提出了一种量式气体自动循环的气垫鞋，鞋底设置有若干气体胶囊，气体在各气体胶囊之间流通，可实现气体从整体到局部的循环流动，气体的流动可使鞋底相应部分的气体胶囊有一定的伸缩，以提升减震效果，可使人在行走时更加舒适。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是通过设计一种轻量式气体自动循环的气垫鞋，属于科技与生活结合领域。该气垫鞋鞋底设置有三个区域，分别为前脚掌、脚弓、后脚掌，每个区域都设置有若干气体胶囊，其中在每个区域的气体胶囊之间设置有通气管道，可使每个区域的气体在各气体胶囊之间流通，每个区域之间设置有一处通气管道，通过连接区域的通气管道可实现气体在各区域之间流通，连接区域的通气管道可打开可关闭，以满足不同情况时气体的流通方向，通过气体的流通，使鞋底相应位置的气体胶囊充满气体或减少气体，以使人在行走时让脚感到更加舒适，轻便。

本发明采用的技术方案是：一种轻量式气体自动循环的气垫鞋，包括气体胶囊、前脚掌区域、脚弓区域、后脚掌区域、通气管道一、通气管道二、通气管道三、金属球、线圈、压力传感芯片、发电胶囊、蓄电池、单片机，通气管道二、通气管道三、压力传感芯片、发电胶囊、蓄电池和单片机连接，气垫鞋鞋底设置有三个区域，分别为前脚掌区域、脚弓区域、后脚掌区域，每个区域都设置有若干气体胶囊，其中在每个区域的气体胶囊之间设置有通气管道一，前脚掌区域和脚弓区域通过通气管道二连接，脚弓区域和后脚掌区域通过通气管道三连接，每个区域设置有压力传感芯片，通过检测受力情况来使单片机控制通气管道二和通气管道三打开或关闭，来使气体流入相应区域的胶囊，使鞋底整体产生收缩和膨胀的效果，在行走时能让脚感到更加舒适，轻便。

进一步的，气体胶囊为扁形胶囊状，采用橡胶材质制作，气垫鞋鞋底设置有前脚掌区域、脚弓区域、后脚掌区域，若干气体胶囊分别设置在三个区域内，呈矩阵形式排列，根据每个区域的大小和形状来设置相应数量的气体胶囊，鞋底平面内部的每个气体胶囊大小一致，而在鞋底平面，位于鞋底边缘的气体胶囊的大小形状会根据边缘的线型来改变，使鞋底边缘的气体胶囊不会超出鞋底边缘，使其排列美观；每个气体胶囊里充满有气体，鞋底无压力时，各气体胶囊内气体体积大小一致，每个区域内的气体胶囊之间连接有通气管道一，管道采用橡胶制作，管道直径小于气体胶囊直径，当某处的气体胶囊受到压力时，气体胶囊会有一定程度的压缩，导致该处气体胶囊的部分气体流入受压较小或不受压力的气体胶囊中，由于气体胶囊采用橡胶制作，有一定的伸缩性，所以在气体流入饱满的气体胶囊后，仍然可使其有一定的膨胀，通过气体在气体胶囊之间的循环流动，来使脚底更加舒适。

进一步的，前脚掌区域和脚弓区域通过通气管道二连接，脚弓区域和后脚掌区域通过通气管道连接，通过通气管道二和通气管道三可实现气体在区域之间流通，由于人在走路时，鞋底主要受力的位置为前脚掌区域和后脚掌区域，所以该两处区域受到压力时，气体会流入脚弓区域，而处的此时脚弓区域的气体胶囊配合气体的流动以及其本身的收缩，起到有效减震的作用。

进一步的，通气管道二和通气管道三中间分别为一个囊状空间，囊状空间两端通有管道分别连接到相应的两个区域内，两端的管道和囊状空间构成了连接区域的通气管道，该两处的囊状空间内部分别设有一个空心的金属球，金属球的直径小于气体胶囊的直径，大于两端管道的直径，两端的管道内壁设置有线圈，每处的线圈的通电情况都单独收单片机控制，线圈与蓄电池连接，当线圈通电后，两端分别产生相应磁性的磁场，当气体需要从一个区域进入另一个区域时，两端的线圈产生相同的磁场，金属求受到磁场的力相对且相等，使金属球能保持在气体胶囊中间，以保证气体能流通；当前脚掌区域压力大于脚弓区域，且气体不需要从前脚掌区域进入脚弓区域时，单片机控制线圈通电产生磁性不同的磁场，且产生的磁场要使金属球堵住靠近脚弓区域处的管口，可避免气体的压力方向与金属球的受力方向相反，从而使金属球的受力减小，造成气体流通的情况；同样，当其它区域之间出现上述情况时，单片机控制线圈通电产生的磁场要能使金属球堵住靠近压力较小的区域的管口；通过区域之间气体流动和各区域内气体胶囊之间气体流动，实现了气体从整体到局部的循环流动，能使气体胶囊在相应的情况下达到最佳的充气状态。

进一步的，压力传感芯片采用现有技术，采用电阻应变片压力传感器，分别位于脚底的三个区域，时刻检测脚底的压力，工作原理：应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。变化的数据通过有线传输到单片机，单片机以此来判断受到的压力大小，当受到的压力超过一定范围或没有超过一定范围时，单片机控制通气管道处的线圈通电，使其产生相应性质的磁场。

进一步的，发电胶囊有若干个，设置在鞋底的侧面，发电胶囊直径小于鞋底厚度，发电胶囊内壁绕有感应线圈，空间内部放有一个小金属磁球，当行走时，磁可在发电胶囊内左右晃动，晃动的时候，由于线圈缠绕在内壁上，相当于磁球在做切割磁感线运动，经过不停地切割磁感线，就会产生电流，机械能转化为电能，转化的电能储存在蓄电池内，蓄电池采用小型锂电池，蓄电多、体积小、重量轻，符合轻量型要求，蓄电池可供各用电装置用电。

进一步的，鞋底内部装有陀螺仪，陀螺仪和单片机连接，陀螺仪可对鞋子的移动进行感应测量，同时可对移动的鞋子进行加速度测量，从而根据测量的数据来判定其冲击力，由陀螺仪采集的数据以及传感器芯片)采集的数据来判断是否进行区域间的通气，通过两者的数据使检测更为精确，使气体胶囊达到最佳的伸缩效果。

进一步的，单片机用于连接传感器和接收传感器芯片信号，通过接收的压力传感芯片数据，单片机进行数据判断分析，分析完成后再生成指令信息，由单片机向各装置发出指令。

一种轻量式气体自动循环的气垫鞋，其控制方法包括如下步骤：

步骤1.人在行走时，脚落到地上，人的重量会对脚底产生压力，同时由于行走时一般是后脚掌先落地，所以脚底的每个部分受力不相同，压力传感芯片时刻检测前脚掌区域、脚弓区域、后脚掌区域的受力情况，并将受力的数据信息传送到单片机。

步骤2.单片机分析受力信息，判断受到的压力大小，当受到的压力超过一定范围或没有超过一定范围时，单片机控制通气管道处的线圈通电，使其产生相应性质的磁场。

步骤3.当气体需要从一个区域进入另一个区域时，单片机控制通电，使通气管道二或通气管道二的两端线圈产生相同的磁场，金属求受到磁场的力相对且相等，使金属球能保持在气体胶囊中间，以保证气体能流通；当气体不需要需要从一个区域进入另一个区域时，单片机控制线圈通电产生的磁场，使金属球堵住靠近压力较小的区域的管口。

步骤4.当区域内的部分气囊受到压力后，气体胶囊会有一定程度的压缩，导致该处气体胶囊的部分气体流入受压较小或不受压力的气体胶囊中，由于气体胶囊采用橡胶制作，有一定的伸缩性，所以在气体流入饱满的气体胶囊后，仍然可使其有一定的膨胀；通过区域之间气体流动和各区域内气体胶囊之间气体流动，实现了气体从整体到局部的循环流动，来使脚底感到更加舒适。

步骤5.行走时，发电胶囊内的磁球晃动，做切割磁感线运动，能产生电流，并将电能储存在蓄电池内，以供用电装置用电。

本发明的工作原理是：人在行走时，压力传感芯片时刻检测前脚掌区域、脚弓区域、后脚掌区域的受力情况，并将受力的数据信息传送到单片机，单片机分析受力信息，判断受到的压力大小，当受到的压力超过一定范围或没有超过一定范围时，单片机控制通气管道处的线圈通电，使其产生相应性质的磁场，当气体需要从一个区域进入另一个区域时，单片机控制通电，使通气管道二或通气管道二的两端线圈产生相同的磁场，金属求受到磁场的力相对且相等，使金属球能保持在气体胶囊中间，以保证气体能流通；当气体不需要需要从一个区域进入另一个区域时，单片机控制线圈通电产生的磁场，使金属球堵住靠近压力较小的区域的管口，当区域内的部分气囊受到压力后，气体胶囊会有一定程度的压缩，导致该处气体胶囊的部分气体流入受压较小或不受压力的气体胶囊中，通过区域之间气体流动和各区域内气体胶囊之间气体流动，实现了气体从整体到局部的循环流动，来使脚底感到更加舒适。

本发明的有益效果是：该气垫鞋采用智能检测智能控制的方式将气垫的充气效果达到最佳，使减震的效果达到最佳状态，鞋底设有三个区域，每个区域根据压力情况，可自动在各自区域内流通气体；采用压力传感芯片，重量轻，效果显著，可时刻检测鞋底每个区域受力情况，同时再根据检测的实际受力情况，依靠单片机控制通电来实现鞋底三个区域气体的流通，通过区域之间气体流动和各区域内气体胶囊之间气体流动，实现了气体从整体到局部的循环流动，气体的流动可使鞋底相应部分的气体胶囊有一定的伸缩，以提升减震效果，可使人在行走时更加舒适；在行走时发电胶囊可自动发电，无需对鞋子进行充电；整个过程为全自动化，无需人员操作，所采用装置材料重量轻，满足舒适、轻便的要求。

附图说明

图1为本发明的三棱鞋底结构示意图。

图2为本发明的连接区域的通气管道结构示意图。

图3为本发明的发电胶囊结构示意图。

图4为本发明的部分电路逻辑图。

图5为本发明的单片机控制逻辑图。

图中各标号为1-气体胶囊；2-前脚掌区域；3-脚弓区域；4-后脚掌区域；5-通气管道一；6-通气管道二；7-通气管道三；8-金属球；9-线圈；10-压力传感芯片；11-发电胶囊；1101-磁球；1102-感应线圈；12-单片机。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。

如图所示，一种轻量式气体自动循环的气垫鞋，包括气体胶囊1、前脚掌区域2、脚弓区域3、后脚掌区域4、通气管道一5、通气管道二6、通气管道三7、金属球8、线圈9、压力传感芯片10、发电胶囊11、单片机12、蓄电池，通气管道二6、通气管道三7、压力传感芯片10、发电胶囊11、蓄电池和单片机12连接，气垫鞋鞋底设置有三个区域，分别为前脚掌区域2、脚弓区域3、后脚掌区域4，每个区域都设置有若干气体胶囊1，其中在每个区域的气体胶囊1之间设置有通气管道一5，前脚掌区域2和脚弓区域3通过通气管道二6连接，脚弓区域3和后脚掌区域4通过通气管道三7连接，每个区域设置有压力传感芯片10，通过检测受力情况来使单片机12控制通气管道二6和通气管道三7打开或关闭，来使气体流入相应区域的胶囊，使鞋底整体产生收缩和膨胀的效果，在行走时能让脚感到更加舒适，轻便，发电胶囊11设置在脚的侧面，可在人行走时产生电量储存在蓄电池内，以供用电装置用电。

气体胶囊1为扁形胶囊状，采用橡胶材质制作，气垫鞋鞋底设置有前脚掌区域2、脚弓区域3、后脚掌区域4，若干气体胶囊1分别设置在三个区域内，呈矩阵形式排列，根据每个区域的大小和形状来设置相应数量的气体胶囊1，鞋底平面内部的每个气体胶囊1大小一致，而在鞋底平面，位于鞋底边缘的气体胶囊1的大小形状会根据边缘的线型来改变，使鞋底边缘的气体胶囊1不会超出鞋底边缘，使其排列美观；每个气体胶囊1里充满有气体，鞋底无压力时，各气体胶囊1内气体体积大小一致，每个区域内的气体胶囊1之间连接有通气管道一5，管道采用橡胶制作，管道直径小于气体胶囊1直径，当某处的气体胶囊1受到压力时，气体胶囊1会有一定程度的压缩，导致该处气体胶囊1的部分气体流入受压较小或不受压力的气体胶囊1中，由于气体胶囊1采用橡胶制作，有一定的伸缩性，所以在气体流入饱满的气体胶囊1后，仍然可使其有一定的膨胀，通过气体在气体胶囊1之间的循环流动，来使脚底更加舒适。

前脚掌区域2和脚弓区域3通过通气管道二6连接，脚弓区域3和后脚掌区域4通过通气管道三7连接，通过通气管道二6和通气管道三7可实现气体在区域之间流通，由于人在走路时，鞋底主要受力的位置为前脚掌区域2和后脚掌区域4，所以该两处区域受到压力时，气体会流入脚弓区域3，而处的此时脚弓区域3的气体胶囊1配合气体的流动以及其本身的收缩，起到有效减震的作用。

通气管道二6和通气管道三7中间分别设置有一个气体胶囊1，气体胶囊1两端通有管道分别连接到相应的两个区域内，两端的管道和气体胶囊1构成了连接区域的通气管道，该两处的气体胶囊1内部分别设有一个空心的金属球8，金属球8的直径小于气体胶囊1的直径，大于两端管道的直径，两端的管道内壁设置有线圈9，每处的线圈9的通电情况都单独收单片机12控制，线圈9与蓄电池连接，当线圈9通电后，两端分别产生相应磁性的磁场，当气体需要从一个区域进入另一个区域时，两端的线圈9产生相同的磁场，金属求受到磁场的力相对且相等，使金属球8能保持在气体胶囊1中间，以保证气体能流通；当前脚掌区域2压力大于脚弓区域3，且气体不需要从前脚掌区域2进入脚弓区域3时，单片机12控制线圈9通电产生磁性不同的磁场，且产生的磁场要使金属球8堵住靠近脚弓区域3处的管口，可避免气体的压力方向与金属球8的受力方向相反，从而使金属球8的受力减小，造成气体流通的情况；同样，当其它区域之间出现上述情况时，单片机12控制线圈9通电产生的磁场要能使金属球8堵住靠近压力较小的区域的管口；通过区域之间气体流动和各区域内气体胶囊1之间气体流动，实现了气体从整体到局部的循环流动，能使气体胶囊1在相应的情况下达到最佳的充气状态。

压力传感芯片10设置有三个，采用现有技术，采用电阻应变片压力传感器，分别位于脚底的三个区域，时刻检测脚底的压力，工作原理：应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。变化的数据通过有线传输到单片机12，单片机12以此来判断受到的压力大小，当受到的压力超过一定范围或没有超过一定范围时，单片机12控制通气管道处的线圈9通电，使其产生相应性质的磁场。

发电胶囊11有四个，在鞋子的侧面分别设置有两个，发电胶囊11直径小于鞋底厚度，发电胶囊11内壁绕有感应线圈1102，空间内部放有一个小磁球1101，当行走时，磁球1101可在发电胶囊11内左右晃动，晃动的时候，由于感应线圈1102缠绕在内壁上，相当于磁球1101在做切割磁感线运动，经过不停地切割磁感线，就会产生电流，机械能转化为电能，转化的电能储存在蓄电池内，蓄电池采用小型锂电池，蓄电多、体积小、重量轻，符合轻量型要求，蓄电池可供各用电装置用电。

鞋底内部装有陀螺仪，陀螺仪和单片机连接，陀螺仪可对鞋子的移动进行感应测量，同时可对移动的鞋子进行加速度测量，从而根据测量的数据来判定其冲击力，由陀螺仪采集的数据以及传感器芯片10采集的数据来判断是否进行区域间的通气，通过两者的数据使检测更为精确，使气体胶囊1达到最佳的伸缩效果。

单片机12用于连接传感器和接收传感器芯片信号，通过接收的压力传感芯片10数据，单片机12进行数据判断分析，分析完成后再生成指令信息，由单片机12向各装置发出指令。

如图所示，XTAL1，XTAL2，相接的电路为单片机12工作所必须的起震电路。RST相接的是单片机12开关，可通过按键控制整个电路的开关。与P0.0相接的是压力传感器，压力传感器由弹性元件和电阻应变片组成。当弹性元件受到压力时，其表面发生应变，粘贴在弹性元件表面得电阻应变片的电阻值将随着弹性元件的应变面而相应变化，通过测量电阻应变片的阻值变化，可以用来检测每个区域所受的压力。与P2.4相接的是通电线圈9，当线圈9通电后，金属球8受磁场影响发生运动，实现气体从整体到局部的循环流动。与P2.5，P2.6相接的是感应线圈1101，通电线圈9会产生磁场，磁球1101在胶囊内运动切割磁感线产生感应电流，将得到的电流储存在蓄电池内，可供歌电磁装置用电。电路描述：该轻量式气体自动循环的气垫鞋，在鞋垫的三个区域分别装有压力传感器，时刻检测脚底的压力，通过检测电阻应变片的阻值变化，来检测每个区域所受的压力，将压力数据传给单片机12，单片机12来判断所受压力大小，当受到的压力超过一定范围或没有超过一定范围时，单片机12控制通气管道处的线圈9通电，使其产生相应性质的磁场。通电线圈9产生不同的磁场使金属球8处于不同的位置，使得鞋垫实现了气体从整体到局部的流动，同时运动的磁球1101切割磁感线产生感应电流储存在蓄电池内。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和保护范围进行限定，在不脱离本发明构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应在本发明的保护范围之内。