一种智能足底按摩鞋

技术领域

本发明涉及一种智能足底按摩鞋，属于智能产品及保健产品技术领域。

背景技术

如今，随着生活水平的提高，人们越来越重视身体健康问题，人们的保健意识也越来越强。人的脚底有60多个穴位，6条经络起止于脚上，科学家还认为：人的脚底有成千上万个末梢神经，与大脑和心脏以及人体各脏器有着密切的联系，所以将脚称作人的“第二心脏”，可见脚的保健极其重要。纵观目前脚的保健方法，不外乎温水泡脚和足底按摩，而现在极快的生活节奏，似乎不允许人们把时间花在泡脚上，特别是年轻人。而对于足底的按摩，更多的是利用按摩垫、穿带有按摩钉的拖鞋和人工用手按摩，同样是需要人们花费大量时间和资金，且按摩效果均不理想，没有针对性。

该发明所涉及的智能足底按摩鞋，首先确定足底各个穴位的准确位置，在鞋底内部与足底穴位位置对应的位置安装磁流变液腔，利用腔内的磁流变液的工作实现对足底穴位的精准按摩；并且该种按摩鞋的外观和普通的外出鞋相似，能够在外出的时候穿着，使用户在行走同时就完成对足底的按摩大大节省了用户的时间；另外，用户还可以在移动端选择需要按摩的部位以及按摩力度，极具用户使用的个性化。

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由安装磁流变液储存仓、磁流变液腔的鞋底、温度传感器、压力陶瓷片、GPS、压电薄膜、单片机、无线通讯模块普通鞋面组成一种集足底按摩、足底温度监测、步数及步行速度于一体的智能足底按摩鞋。安装在足弓位置的磁流变液储存仓内储藏磁流变液，磁流变液圆柱腔分布在足底穴位的各个位置，利用磁流变液软硬变化过程对足底穴位进行精准按摩；温度传感器对足底的温度进行实时监测；GPS对用户实时位置进行定位；压电薄膜利用用户行走时对鞋底的压力产生电能以供给整个系统使用，无线通讯模块负责用户手机APP与单片机之间的信息传递，单片机根据信息控制整个系统部件的运行。

该发明采用的技术方案是：一种智能足底按摩鞋，包括：磁流变液、磁流变液储存仓、磁流变液通道、磁流变液腔、线圈、单片机、压电薄膜、超级电容、电控阀门、无线通讯模块；磁流变液储存仓通过磁流变液通道与磁流变液腔连接；线圈、压电薄膜和超级电容连接；超级电容、电控阀门、鞋端通讯模块和单片机连接；单片机控制足弓位置上磁流变液储存仓两端的电控阀门打开与否，由于人体对磁流变液储存仓的压力，磁流变液经磁流变液通道流向足底各个穴位所对的磁流变液腔内；超级电容向前掌的相应穴位所对应的磁流变液储存仓内的线圈通以相应强度的电流，线圈通电后产生磁流变液工作所需的磁场，磁流变液随着磁场的变化不断的变硬、变软，实现对前掌上不同穴位不同力度的精准按摩。

进一步的，该种智能足底按摩鞋的鞋底还安装有现有装置压力陶瓷片和GPS芯片；压电陶瓷片安装在鞋底前掌内部，用来统计用户的行走步数，用户行走时，会使压力陶瓷片震动和弯曲，压力陶瓷片震动、弯曲后会产生一个电信号，每产生一个电信号视作用户走了一步；安装在鞋底足弓位置，用于向用户提供自身的实时位置和移动距离，单片机根据GPS芯片提供的用户移动距离和时间计算出用户的步行速度。

进一步的，在该种智能足底按摩鞋鞋底内部安装有现有装置微型陀螺仪，该种陀螺仪一方面能够测定用户的移动方向，配合GPS芯片向用户提供更准确的运动轨迹，另一方面能够测定用户步行与跑步时的加速度，配合GPS芯片和压力陶瓷片测定用户的移动速度，给用户提供更准确的速度信息；陀螺仪与单片机连接，单片机接收压力陶瓷片、GPS芯片和陀螺仪的监测数据后分析计算出用户的移动方向及速度。

进一步的，磁流变液采用的是一种智能材料，由磁性颗粒、防沉降凝聚添加剂按照一定的比例悬浮于母液中配置而成；在未加磁场的情况下，磁流变液呈现牛顿流体状态，但是在施加磁场的一瞬间，它的黏性和塑性等流变特性会发生急剧性的变化，毫秒级内即可实现牛顿流体到非牛顿流体的转变呈半固态或固态，且这种转变是可逆的，从而产生磁流变现象；在该种智能足底按摩鞋中，流到磁流变液腔内的磁流变液在线圈产生的磁场中变硬后“抵触”足底穴位，磁场撤销后变软，利用磁流变液反复变软、变硬的过程以及足底对鞋底的压力实现对足底穴位的按摩。

进一步的，磁流变液储存仓为一个柔性材料制成的仓体，安装在鞋底足弓内部；该仓体一端朝向后跟，一端朝向前掌，两端分别安装有一个电控阀门，用来控制仓内磁流变液的流出与流入；单片机根据用户选择的按摩部位控制两端的电控阀门的打开与关闭；电控阀门总的工作方案有三种，即前掌阀门打开而后跟阀门关闭、前掌阀门关闭而后跟阀门打开、前掌和后跟的阀门交替打开与关闭；三种方案所对应的按摩部位分别为前掌和足弓、后跟、整个脚掌。

进一步的，磁流变液通道为柔性材料制成的管道，该种管道的直径依据磁流变液储存仓和磁流变液腔的尺寸而定，保证磁流变液在能够顺畅快速的在磁流变液储存仓和磁流变液腔内流动；两个电控阀门各连接一根总的磁流变液通道，之后的通道以树杈状连向各个穴位所对应的磁流变液腔。

进一步的，磁流变液腔采用柔性材料制成，整体外形为子弹头状，有尖的一头朝向足底；分布在鞋底内各个足底穴位所对应的位置；医学界确定的足底穴位有66个，即左右脚足底各分布33个穴位，在每只鞋底内部分布着33个磁流变液腔，各个磁流变液腔之间通过磁流变液通道互相连通；该种智能足底按摩鞋的磁流变液腔的个数不局限于现有的66个，根据用户需求，对于某些不重要的穴位，可取消该穴位下磁流变液腔的设立；对于比较重要的穴位，可将原先的一个磁流变液腔改为多于一个的小磁流变液腔同时针对一个穴位；对于新增的穴位，在新增穴位的鞋底位置增加相应的磁流变液腔即可；磁流变液腔的内部安装弹簧装的线圈，线圈通电后为腔内的磁流变液提供工作所需的磁场；每个腔内的线圈由一根特定的导线供电，单片机对每个线圈即每个磁流变液腔内磁流变液工作情况的单独控制，从而实现用户的个性化按摩；给线圈供电的导线依磁流变通道布置，单片机控制超级电容向每个线圈的供电强度来控制各个磁流变液腔内的磁流变液的工作强度，从而控制对各个穴位的按摩力度。

进一步的，压电薄膜为现有装置，采用压电效应发电，将用户行走时足底对鞋底的压力转化为电能；压电薄膜分布在前掌和后跟鞋底内磁流变液腔和磁流变液通道的空隙处，每块压电薄膜均与安装在鞋底足弓内部的超级电容连接，压电薄膜产生的电能均储存在超级电容中，超级电容再统一向该种智能足底按摩鞋上的其他用电原件供电。

进一步的，该种智能足底按摩鞋的鞋垫足弓位置还安装有温度传感器，用于实时监测用户足底的温度，以便用户清楚的掌握鞋内的温度后采取进一步的措施改善其舒适度。

进一步的，该种智能足底按摩鞋还配备有用户使用的APP、APP安装在用户的移动设备端，用于该种智能足按摩鞋上按摩服务、足底温度监测结果、步数、步行速度、实时位置的可视化，同时，用户可在APP上实现个性化服务的选择，即用户在APP上可以选择按摩的足底部位、具体的按摩穴位、按摩力度以及温度传感器、压力陶瓷片GPS芯片的工作与否；APP和鞋上各部件之间通过无线通讯模块实现信息传递与交流，安装在移动端的为鞋端通讯模块和移动端通讯模块，鞋端通讯模块和单片机连接，移动端通讯模块和APP连接；用户选择了相应的按摩区域、特定的按摩穴位以及按摩力度之后，单片机根据用户选择的服务信息控制电控阀门的打开与否、具体位置上线圈内电流的强度以达到用户所选择的服务状态。

在该种智能足底按摩鞋的系统电路图中，所采用得单片机型号为AT89C51。时钟电路中，晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号，通常一个系统公用一个晶振，以使各部分保持同步；两个谐振电容大小取决于晶振的负载电容值，作用是滤除干扰。

为了保障单片机运行，给单片机增加复位电路。复位电路有以下功能：上电复位可以对内部存储器进行复位；、同步内外的时钟信号；电压波动或不稳定时，复位电路给电路延时直到电路稳定；当程序出错时通过复位电路使单片机恢复正常运行状态。

所采用的超级电容器是一种具有超强储电能力的二次电源。当向电极充电时，电极表面电荷吸引周围电解质溶液中的异性离子，使这些离子附于电极表面形成双电荷层，由于两电荷层的距离非常小，再加上采用特殊的电极结构，使得电极表面积成万倍增加，从而产生极大的电容量。无线通信电路采用声表器件，电路稳定性显著提高。另外其频率稳定性与晶振大体相同，基频可达几百上千赫兹，与晶振相比其电路又十分简单。压电陶瓷片主要用于将机械能转换为电能，在这里压电陶瓷利用人的压力在表面产生放电现象，从而产生电能。

过程描述：该装置利用线圈产生磁场的强弱控制磁流变的状态从而实现足底按摩。鞋底装有温度传感器、GPS芯片，可实时采集温度、位置信息，并通过无线通信实现与手机客户端的交互通信，从而在客户端可控制该装置的按摩状态。

一种智能足底按摩鞋，其控制方法如以下步骤：

步骤一：用户在移动设备上选择需要按摩的部位，即前掌还是后跟，无线通讯装置将用户选择的服务信息传输至鞋上单片机处。

步骤二：单片机根据用户所选按摩服务控制两个电控阀门的打开与否，磁流变液储存仓内的磁流变受压后液流出电控阀门进入按摩位置的磁流变液腔内。

步骤三：单片机根据用户选择、调整的按摩力度相应的改变线圈内电流的大小，改变磁流变液的工作强度，从而达到用户想要的按摩力度。

步骤四：按摩位置和按摩力度均调整好之后，鞋子对用户足底进行持续的按摩，知道用户终止服务。

步骤五：在步骤四进行的同时，温度传感器、压力陶瓷片、GPS芯片、陀螺仪也开始工作，并通过无线通讯装置把实时工作结果反馈到用户APP界面上。

步骤六：如果用户穿着该智能按摩鞋处于行走或者跑步状态，压电薄膜工作产生电能并储存在超级电容内。

本发明的工作原理是：由安装磁流变液储存仓、磁流变液腔的鞋底、温度传感器、压力陶瓷片、GPS、压电薄膜、单片机、无线通讯模块普通鞋面组成一种集足底按摩、足底温度监测、步数及步行速度于一体的智能足底按摩鞋。安装在足弓位置的磁流变液储存仓内储藏磁流变液，磁流变液圆柱腔分布在足底穴位的各个位置，利用磁流变液软硬变化过程对足底穴位进行精准按摩；温度传感器对足底的温度进行实时监测；GPS对用户实时位置进行定位；压电薄膜利用用户行走时对鞋底的压力产生电能以供给整个系统使用，无线通讯模块负责用户手机APP与单片机之间的信息传递，单片机根据信息控制整个系统部件的运行。

与传统技术相比，该发明的有益效果是：1、在足底穴位所对应的鞋底位置内部安装磁流变液腔，利用磁流变液软硬变化对各个穴位实现精准按摩；2、磁流变液在工作时本身就具有吸能效应，能够吸收用户在行走时产生的有害能量，减少震动，提高鞋子的舒适度；3、该种智能足底按摩鞋能够用于外出穿着，丰富了用户的按摩时间；4、该种按摩鞋能够在用户穿着的任何时段完成按摩，无论行走、跑步还是站立，避免用户花大量时间啊按摩足底的问题；5、用户可在APP界面上选择自己需要按摩的穴位，实现按摩的个性化；6、通过控制线圈内电流强度的大小来控制磁流变液的工作强度，从而产生用户所需的按摩力度。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中鞋底的整体结构示意图；

图3为本发明中鞋底前掌结构示意图；

图4为本发明中鞋底后跟结构示意图；

图5为本发明中电控阀门与磁流变通道连接示意图；

图6为本发明的系统电路图；

图7为本发明的工作流程图；

图中各个标号为：1-磁流变液；2-磁流变液储存仓；3-磁流变液通道；4-磁流变液腔；5-线圈；6-单片机；7-压电薄膜；8-超级电容；9电控阀门；10-无线通讯模块；11-温度传感器；12-压力陶瓷片；13-GPS芯片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

一种智能足底按摩鞋，包括：磁流变液1、磁流变液储存仓2、磁流变液通道3、磁流变液腔4、线圈5、单片机6、压电薄膜7、超级电容8、电控阀门9、无线通讯模块10；磁流变液储存仓2通过磁流变液通道3与磁流变液腔4连接；线圈5、压电薄膜7和超级电容8连接；超级电容8、电控阀门9、鞋端通讯模块和单片机6连接；单片机6控制足弓位置上磁流变液储存仓2两端的电控阀门9打开与否，由于人体对磁流变液储存仓的压力，磁流变液经磁流变液通道3流向足底各个穴位所对的磁流变液腔4内；超级电容8向前掌的相应穴位所对应的磁流变液储存仓内的线圈通以相应强度的电流，线圈通电后产生磁流变液工作所需的磁场，磁流变液随着磁场的变化不断的变硬、变软，实现对前掌上不同穴位不同力度的精准按摩。

所述的，该种智能足底按摩鞋的鞋底还安装有现有装置压力陶瓷片12和GPS芯片13；压电陶瓷片12安装在鞋底前掌内部，用来统计用户的行走步数，用户行走时，会使压力陶瓷片震动和弯曲，压力陶瓷片震动、弯曲后会产生一个电信号，每产生一个电信号视作用户走了一步；安装在鞋底足弓位置，用于向用户提供自身的实时位置和移动距离，单片机根据GPS芯片13提供的用户移动距离和时间计算出用户的步行速度。

所述的，在该种智能足底按摩鞋鞋底内部安装有现有装置微型陀螺仪，该种陀螺仪一方面能够测定用户的移动方向，配合GPS芯片13向用户提供更准确的运动轨迹，另一方面能够测定用户步行与跑步时的加速度，配合GPS芯片13和压力陶瓷片12测定用户的移动速度，给用户提供更准确的速度信息；陀螺仪与单片机6连接，单片机接收压力陶瓷片、GPS芯片和陀螺仪的监测数据后分析计算出用户的移动方向及速度。

所述的，磁流变液1采用的是一种智能材料，由磁性颗粒、防沉降凝聚添加剂按照一定的比例悬浮于母液中配置而成；在未加磁场的情况下，磁流变液呈现牛顿流体状态，但是在施加磁场的一瞬间，它的黏性和塑性等流变特性会发生急剧性的变化，毫秒级内即可实现牛顿流体到非牛顿流体的转变呈半固态或固态，且这种转变是可逆的，从而产生磁流变现象；在该种智能足底按摩鞋中，流到磁流变液腔内的磁流变液在线圈产生的磁场中变硬后“抵触”足底穴位，磁场撤销后变软，利用磁流变液反复变软、变硬的过程以及足底对鞋底的压力实现对足底穴位的按摩。

所述的，磁流变液储存仓2为一个柔性材料制成的仓体，安装在鞋底足弓内部；该仓体一端朝向后跟，一端朝向前掌，两端分别安装有一个电控阀门9，用来控制仓内磁流变液1的流出与流入；单片机6根据用户选择的按摩部位控制两端的电控阀门9的打开与关闭；电控阀门9总的工作方案有三种，即前掌阀门打开而后跟阀门关闭、前掌阀门关闭而后跟阀门打开、前掌和后跟的阀门交替打开与关闭；三种方案所对应的按摩部位分别为前掌和足弓、后跟、整个脚掌。

所述的，磁流变液通道3为柔性材料制成的管道，该种管道的直径依据磁流变液储存仓1和磁流变液腔3的尺寸而定，保证磁流变液在能够顺畅快速的在磁流变液储存仓和磁流变液腔内流动；两个电控阀门9各连接一根总的磁流变液通道，之后的通道以树杈状连向各个穴位所对应的磁流变液腔。

所述的，磁流变液腔4采用柔性材料制成，整体外形为子弹头状，有尖的一头朝向足底；分布在鞋底内各个足底穴位所对应的位置；医学界确定的足底穴位有66个，即左右脚足底各分布33个穴位，在每只鞋底内部分布着33个磁流变液腔4，各个磁流变液腔之间通过磁流变液通道互相连通；该种智能足底按摩鞋的磁流变液腔4的个数不局限于现有的66个，根据用户需求，对于某些不重要的穴位，可取消该穴位下磁流变液腔4的设立；对于比较重要的穴位，可将原先的一个磁流变液腔改为多于一个的小磁流变液腔同时针对一个穴位；对于新增的穴位，在新增穴位的鞋底位置增加相应的磁流变液腔4即可；磁流变液腔4的内部安装弹簧装的线圈5，线圈通电后为腔内的磁流变液提供工作所需的磁场；每个腔内的线圈由一根特定的导线供电，单片机6对每个线圈即每个磁流变液腔内磁流变液工作情况的单独控制，从而实现用户的个性化按摩；给线圈5供电的导线依磁流变通道布置，单片机6控制超级电容向每个线圈的供电强度来控制各个磁流变液腔内的磁流变液的工作强度，从而控制对各个穴位的按摩力度。

所述的，压电薄膜7为现有装置，采用压电效应发电，将用户行走时足底对鞋底的压力转化为电能；压电薄膜7分布在前掌和后跟鞋底内磁流变液腔和磁流变液通道的空隙处，每块压电薄膜7均与安装在鞋底足弓内部的超级电容连接，压电薄膜产生的电能均储存在超级电容8中，超级电容8再统一向该种智能足底按摩鞋上的其他用电原件供电。

所述的，该种智能足底按摩鞋的鞋垫足弓位置还安装有温度传感器11，用于实时监测用户足底的温度，以便用户清楚的掌握鞋内的温度后采取进一步的措施改善其舒适度。

所述的，该种智能足底按摩鞋还配备有用户使用的APP、APP安装在用户的移动设备端，用于该种智能足按摩鞋上按摩服务、足底温度监测结果、步数、步行速度、实时位置的可视化，同时，用户可在APP上实现个性化服务的选择，即用户在APP上可以选择按摩的足底部位、具体的按摩穴位、按摩力度以及温度传感器11、压力陶瓷片12GPS芯片13的工作与否；APP和鞋上各部件之间通过无线通讯模块实现信息传递与交流，安装在移动端的为鞋端通讯模块和移动端通讯模块，鞋端通讯模块和单片机6连接，移动端通讯模块和APP连接；用户选择了相应的按摩区域、特定的按摩穴位以及按摩力度之后，单片机6根据用户选择的服务信息控制电控阀门的打开与否、具体位置上线圈内电流的强度以达到用户所选择的服务状态。

在该种智能足底按摩鞋的系统电路图中，所采用得单片机型号为AT89C51。时钟电路中，晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号，通常一个系统公用一个晶振，以使各部分保持同步；两个谐振电容大小取决于晶振的负载电容值，作用是滤除干扰。

为了保障单片机运行，给单片机增加复位电路。复位电路有以下功能：上电复位可以对内部存储器进行复位；、同步内外的时钟信号；电压波动或不稳定时，复位电路给电路延时直到电路稳定；当程序出错时通过复位电路使单片机恢复正常运行状态。

所采用的超级电容器是一种具有超强储电能力的二次电源。当向电极充电时，电极表面电荷吸引周围电解质溶液中的异性离子，使这些离子附于电极表面形成双电荷层，由于两电荷层的距离非常小，再加上采用特殊的电极结构，使得电极表面积成万倍增加，从而产生极大的电容量。无线通信电路采用声表器件，电路稳定性显著提高。另外其频率稳定性与晶振大体相同，基频可达几百上千赫兹，与晶振相比其电路又十分简单。压电陶瓷片主要用于将机械能转换为电能，在这里压电陶瓷利用人的压力在表面产生放电现象，从而产生电能。

过程描述：该装置利用线圈产生磁场的强弱控制磁流变的状态从而实现足底按摩。鞋底装有温度传感器、GPS芯片，可实时采集温度、位置信息，并通过无线通信实现与手机客户端的交互通信，从而在客户端可控制该装置的按摩状态。

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。