具有傳感器、控制器和主動響應元件的鞋的製作方法

2023-06-13 20:19:26

專利名稱：具有傳感器、控制器和主動響應元件的鞋的製作方法
技術領域：
本發明涉及鞋，尤其涉及具有傳感器、控制器和主動響應元件(active-response elements)的高爾夫球鞋。另外，本發明涉及根據選手是在步行或是擺動球桿而激活主動響應元件並改變鞋的特性的方法。
背景技術：
高爾夫比賽包括長距離的步行和短時間的擺動高爾夫球桿以擊打高爾夫球。因此，高爾夫球鞋必須實現這兩種不同類型的具有相互衝突設計需求的動作。高爾夫球鞋通常包括連接至鞋底組件的鞋面。鞋底組件包括接觸地面的鞋外底。當步行時，最希望鞋面和鞋外底是柔軟和有韌性的，以便高爾夫球手的腳被舒服地支撐著。當鞋面上的鞋帶被寬鬆地系上時鞋面會更加柔韌。通過選擇具有這些特性的材料並且在鞋外底中限定出彎曲的溝和槽，鞋外底變得柔軟且有韌性。當擺動高爾夫球桿時，產生巨大的力使高爾夫球手的腳相對於鞋外底移動或者使鞋外底相對於地面移動。為了抵消這種趨向，需要鞋面和鞋外底不易變形並且穩固。當鞋面上的鞋帶被緊系住以繃緊鞋面時，腳在鞋裡的移動將被減少。當使用堅硬的材料製作時鞋外底更加穩固。這樣，設計需求上的衝突就很明顯地出現了。對於這個難題已經提出了很多其它的解決方法。一個是為高爾夫球手在步行和擺動之間換鞋。這個解決方法不被看好，因為對高爾夫球手來說這需要太多的時間和精力。可選地，高爾夫球手可以在擺動之間調節他們的鞋帶，例如在擺動時繫緊鞋帶而在步行時鬆開鞋帶。這個解決方法也不被看好，因為這也需要高爾夫球手有足夠的精力。大多數生產商在製作高爾夫球鞋時在步行和擺動之間進行了折衷處理，這樣鞋在步行和擺動之間都可以使用良好。例如，Erickson和Robinson共同擁有的美國專利No. 6，474，003公開了具有鞋墊系統的高爾夫球鞋，該鞋墊系統具有可變尺寸的後跟杯狀物。在Jacques的美國專利No. 6，598，322中提出了另一個方法。該專利公開了一種具有至少由一個縱長形狀記憶合金元件形成的鞋帶和電子電路的鞋。當電路被接通時，形狀記憶合金變短並且把穿著者的腳周圍的鞋面繃緊。這個電路通過在鞋後跟裡的開關被接通，該開關通過高爾夫球手將兩個後跟在一起撞擊而開啟。這是不理想的，因為需要高爾夫球手完成額外的「撞擊」動作，而該動作不是在打高爾夫時正常完成的動作。一個額外的不正常的動作可能影響高爾夫球手的發揮。這個動作也會使高爾夫球手遭受嘲笑。可選地， Johnson的美國專利No. 6，032，387公開了一種具有機械系緊和鬆開裝置的鞋子，該裝置必須手動操作。類似地，Bernier等的美國專利No. 5，839，210公開了一種具有鞋拉緊裝置的鞋，該裝置也需要手動操作。Bishop的美國專利No. 5，918，502公開了性能增強的鞋。這個專利公開了鞋底中設有壓電彈簧裝置的鞋。步行或跑步施加第一個力，該力使彈簧變形並且產生電能，該電能被收集在電路中。當檢測到比第一個力更大的第二個力時，例如當穿著者準備跳躍時，收集的電能被釋放，其使彈簧變形並且將一個力傳輸到鞋底的底部以輔助該跳越動作。這種鞋不能滿足高爾夫比賽和高爾夫球鞋的功能需求。此外，USGA規則禁止使用可以儲能的鞋。如美國專利No. 6，059，674和6，106，417中公開的其它運動裝置，例如網球和牆球球拍包含壓電陶瓷纖維以改變它們的機械性能。這些球拍緩衝了從碰撞表面傳向把手的震動。當壓電纖維變形時，它們產生能量轉換，反之亦然，當向壓電纖維施加電壓時，它們產生形變。當球撞擊到球拍的繩線時，該撞擊產生大約50V的電壓，其來自位於球拍撞擊表面附近的壓電纖維。這種釋放的電被把手中的接觸面電路接收，該電路可以將釋放的電放大7 倍並且在5毫秒後將該釋放的電反饋回去。該被放大的電可以使球拍偏斜高達1mm。由撞擊引起的震動從而降低高達50%。因此，由撞擊產生的震動被電路接收，放大並伴隨著相位偏移被返還以抵消震動。這種構思也被應用於滑雪橇，其中壓電纖維被放置與滑雪橇縱軸成大約45°角。 在一個實例中，施加到這些纖維上的800V的激勵可以使滑雪橇扭曲大約1cm。這些球拍和滑雪橇都是自供電能的，不需要電池。因此，在高爾夫球鞋領域中仍存在這樣的需要最大程度地滿足步行和擺動的設計需求而不需要高爾夫球手完成任何額外的動作。
發明內容據此，本發明提供了高爾夫球鞋，其可以區分步行和擺動高爾夫球桿。本發明還提供了在穿著者步行時呈現第一系列特性而在穿著者擺動時呈現第二系列特性的高爾夫球鞋。第一系列特性表示為鞋的柔軟/柔韌性，而第二系列特性表示為鞋的穩固性。本發明所提供的具有傳感器、控制器和主動響應元件的鞋的優點在於能夠最大程度地滿足步行和擺動的設計需求而不需要穿著者完成任何額外的動作。本發明涉及一種具有傳感器、控制器和主動響應元件的鞋，其包括鞋面、至少一個主動響應元件、連接至鞋面以限定出用於容納穿著者腳的鞋腔的鞋底，該鞋底具有至少一個傳感器，並且優選為四個，以及一個可操作連接至傳感器和主動響應元件的控制器。控制器確定穿著者是在步行還是在擺動以及穿著者何時在擺動，當穿著者擺動時，控制器將輸出電流發送至主動響應元件。當穿著者擺動時，主動響應元件將鞋從原始狀態改變到暫時狀態(transitory state)，其中在原始狀態下鞋呈現為第一系列特性，在暫時狀態下鞋呈現為不同於所述第一系列特性的第二系列特性。可選地，輸出電流被傳輸到傳感器，而傳感器將輸出電流傳輸到主動響應元件。主動響應元件可以包括鞋底調節器、鞋面調節器、鞋舌調節器或鞋帶調節器。第一系列特性表示步行，而第二系列特性表示擺動。當步行時，傳感器產生的能量被收集。當擺動時，控制器將收集的能量轉換為輸出電流。當呈現為第二系列特性時，該鞋將比呈現為第一系列特性時更加穩固以擺動球桿，並且當鞋更穩固時穿著者的腳相對於鞋能夠更少地移動。如果傳感器在預置時間間隔閾值內檢測到改變的壓力比預置擺動閾值更大，那麼控制器發送所述輸出電流。擺動閾值在大約70kPa到大約140kPa之間，並且優選為大約 IOOkPa,並且時間間隔閾值大約為0. 5秒。[0018]本法明還公開了確定穿著者是在步行還是在擺動的方法和改變鞋從步行到擺動的特性的方法。
附圖構成了說明書的一部分，在理解這些附圖時應與說明書相結合，在不同視圖中類似的參考數字用於表示類似的部分，這些附圖中圖1為本發明高爾夫球鞋的優選實施例的側面透視圖；圖2為示意性平面圖，其示出了在圖1中鞋的鞋外底內的各種傳感器、控制器和主動響應元件；圖3是沿圖2中線3-3所取的剖面圖，其示出了鞋外底內的一個傳感器；圖4為圖1中的高爾夫球鞋的側面透視圖，其示出了在鞋面裡的主動響應元件，其中另一個主動響應元件為了清楚而被省略；圖5為圖4中的鞋的頂部平面圖，其示出了在鞋面裡的主動響應元件；圖6為透視圖，其示出了在鞋面的舌部裡的主動響應元件；圖7為圖2中的傳感器、控制器和主動響應元件之間關係的示意圖；圖8為流程圖，其示出了傳感器、控制器和主動響應元件的運作；和圖9為傳感器、控制器和主動響應元件之間替換關係的示意圖；圖10為本發明的另一個優選實施例的示意性頂部平面圖，該實施例包括了在鞋外底中的各種傳感器和控制器；圖11為用於本發明的適合控制器的示意圖；圖12為本發明的另一個優選實施例的側面正視圖，該實施例包括了在鞋面中的主動響應元件；和圖13為圖12中所示實施例的示意性頂部平面圖，該實施例包括了在鞋外底中的傳感器、電子引線和控制器。
具體實施方式
參照圖1，其示出了根據本發明的高爾夫球鞋10的一個實施例。其中右鞋或左鞋中的一隻或兩隻可以使用本發明的特徵。鞋10包括鞋面12和鞋底組件14。使用粘合劑、 縫紉或其它常規材料和常規技術將鞋面連接至鞋底組件14。一旦被連接，鞋面12限定了鞋腔16以容納穿著者的腳(未示出)。鞋腔16可以通過鞋面12的開口 18進入。作為參考目的，高爾夫球鞋10包括前端或趾端20，後端或後跟端22，和在前端20 和後端22之間延伸的縱向軸L。參照圖1和2，高爾夫球鞋10進一步包括中間邊部M和側面邊部沈。垂直於縱向軸L的橫向軸T在中間邊部M和側面邊部沈之間延伸。當高爾夫球手步行時，他們的腳典型地沿縱向軸L移動。當高爾夫球手擺動時，他們的腳典型地沿橫向軸T移動。鞋面12優選由一層或多層常規材料形成，例如皮革、合成材料或它們的組合。如本領域普通技術人員所熟知的，這些材料被切割然後在腳形楦上被縫在一起而形成成品鞋面12。鞋面12優選包括鞋舌13a和鞋帶13b，其允許開口 18被擴大以允許穿著者的腳塞進鞋裡。增大鞋帶13b的緊度可以減小開口 18並使鞋面12沿穿著者的腳繃緊。參照圖1-3，鞋底組件14包括可任選的中底30和鞋外底32。中底30為穿著者提供了緩衝，而鞋外底提供了側面或橫向的穩固性、縱向的柔韌性和耐用性從而使其可以承受與地面之間重複的接觸。另外，鞋底組件14可以包括例如硬板、其它襯墊等等之類的其它部件。中底30可以由常規材料形成，例如橡膠或乙烯-醋酸乙烯聚合物(EVA)。一旦中底30和鞋外底32連接在一起，中底30形成鞋底組件14的內部的、面向上的表面，該表面接觸穿著者的腳。另一方面，鞋外底32形成鞋底的除了後跟部分34以外的與地面接觸的底面。鞋外底32可以由各種常規材料形成，例如皮革或各種合成材料(例如熱塑性材料)。在這樣的實施例中，鞋外底可以進一步包括固定的或可移去的金屬或塑料。可選地， 鞋外底32可以由所有熱塑性材料製成，具有一體的用於附著摩擦力的突起，從而形成所謂的「無釘(spikeless)」鞋外底。參照圖2，鞋外底32包括經由導線40電連接至控制器38的壓力傳感器。參照圖 3，其示出壓力傳感器36模製在鞋外底32內部。傳感器36也可以放置在中底30內或鞋面 12內。優選地，壓力傳感器36被放置在至少是穿著者腳的球形部分下面，穿著者腳的球形部分的橫向側，而最優選的是穿著者的第五蹠骨的頭部。傳感器將機械能量轉換為電能。 例如，電致伸縮(或同義的，電活化的)聚合物或壓電元件為適合的傳感器材料。傳感器36 優選具有與鞋底基本相同的材料特性，以使得不被輕易察覺到。電致伸縮聚合物產生能量。當穿著者行走一步，電致伸縮聚合物傳感器被彎曲並且通過聚合物產生電壓。適合的電致伸縮聚合物包括在美國專利No. 6，433，465中公開的那些，其整體結合於此作為參考。其它適合的電致伸縮聚合物已經被SRI國際(Manford， CA)測試和公開。其它電致伸縮材料包括可以從Applied Ceramics, Inc (Fremont, CA)獲得的陶瓷製品。為了舒適和最大化偏轉，優選的電致伸縮聚合物應該具有高應變比率。由此 SRI已經開發了電極擴張並與聚合物接觸的工藝，這樣極大地增強了它們的耐用性和聚合物對規定電壓輸入靜電聚合物變換器薄膜響應的可控性，所述薄膜可以沿平面內方向 (in-plane directions)擴展或縮小以響應提供的電場或機械壓力。這些變換器薄膜已經產生了高達100%的應變和高達IOOpsi (磅/平方英寸)或更高的壓力。優選的電致伸縮聚合物包括有機矽和丙烯酸類彈性體；儘管如此，所有的絕緣聚合物具有一些電致伸縮響應。適合的電致伸縮聚合物包括但不限於Hylomar HS3有機矽，NuSil CF19-2186有機矽，3M VHB 4910 丙烯酸(acrylic)，Deerfield 聚氨酯 PT6100S，Dow Corning Sylgard 186有機矽，Dow Corning含氟有機矽730，LaurentL 143HC含氟彈性體，Aldrich聚丁二烯(PBD)和異戊二烯天然橡膠。這些和其它適合的材料在下列文獻中論述過R. Kornbuth, R.Pelrine, J. Eckerle 禾口 J. Joseph 的"Electrostrictive Polymer Artificial Muscle Actuators(電致伸縮聚合物人造肌肉激活器)」(出版日期未知)(可以通過網址www. erg. sri. com/publications/7247-pa-98-Q32. pdf 獲得)，R. Pelrine, R. KornbIuth, J. Joseph, 和S. Chiba的「Artificial Muscle for Small Robots (小型機器人的人造肌肉)」(出版日期未知)(可以通過網址 www. erg. sri. com/publications/10673-PA-00-Q87. pdf 獲得)， 以及 R. Kornbluth, R. Pelrine, S. Shastri, R. Full 和 K. Meijer 的"Artificial muscle Actuators for Exoskeletons (用於外骨骼的人造肌肉激活器)」(未知出版日期)(可以通過網址 www, erg, sri. com/publications/433-PA-00-Q13. pdf 獲得)。這些參考文獻被整體結合於此作為參考。當穿著者的腳每次撞擊地面而向壓電元件施加力時，壓電元件還產生脈衝電能。 壓電元件被廣泛地使用並可通過商業途徑得到。由傳感器36產生的電脈衝、電壓或電能經過導線40傳輸到控制器38。再次參考圖2，其示出控制器38被放置在穿著者腳的後跟下面。更優選地，控制器38放置在鞋底組件的後跟部分34中的腔(未示出)內。儘管如此， 可以意識到控制器可以放置在鞋的包括鞋外部的其它部分上。在優選的實施例中，控制器 38是電子組件，其作為簡單的中央處理單元起作用並包括調整電路，例如由幅度比較器電路控制的高通濾波器電路。控制器38可以進一步包括計時器。控制電路可以保持在具有大約為12cm2大小面積的電路板上。在圖11中闡明了適合的並可在商業上獲得的控制器的例子，其示出了被分離的輸入信號，在由比較器組合之前，一路通過高通濾波器(HP)，另一路通過計時器和使能器(enabler)。比較器的輸出傳輸到電驅動器然後到傳感器。電驅動器優選為高電壓、高頻率裝置，適於與壓電傳感器一起使用。控制器可以偏離鞋底放置， 例如在鞋面12內。參照圖7，鞋10進一步包括至少一個主動響應元件42。以虛線示出另加的主動響應元件44。參照圖1-2和4-6，適合的主動響應元件42和44包括一個或多個鞋底加強件或調節器46，側面上部加強件或調節器48，鞋舌上部調節器50，和鞋帶繃緊裝置或調節器 51。參照圖2，在本實施例中的鞋底調節器46優選包括多個對齊的壓電纖維，其經由電線52電連接至控制器38。優選地，將鞋底調節器46對角地放置在鞋底上，並且更優選地，提供另一個鞋底調節器並放置在對角方向上。如圖2中所示，鞋底調節器46包括兩組在相反對角位置上對齊的壓電纖維。適合的壓電纖維包括由新澤西的Advanced Composites 製造的壓電陶瓷纖維。由於成對角排列，鞋底調節器46被構造為耐扭轉和彎曲。對角方向上的縱向元件耐彎曲，而橫向元件耐扭轉。在本實施例中，側面上部調節器48包括連接到鞋面12上的由壓電材料製成的襯墊。側面上部調節器48經由電線53電連接至控制器38。圖1的以虛線示出了側面上部調節器48，表示側面上部調節器48通常不在鞋面12的外部。側面上部調節器48可以設置在鞋面12的外部或內部表面上或者設置在鞋面12的層之間。可選地，側面上部調節器可以是外骨骼或在鞋面側邊上的開放網格，並且或者嵌入鞋面或在鞋面表面上。當被激活時，鞋底調節器46和上部調節器48變形而偏離平面(out-of-plane)以分別為鞋底和鞋面提供更多的穩固性。參照圖6，鞋舌上部調節器50包括多個夾在鞋舌13a的層之間的由電致伸縮聚合物形成的帶50a_e。這些帶50a_e經由導線(未示出)電連接至控制器38。帶50a_e的結構和數量可以改變，並且本發明不局限於圖6中所示出的。帶50a_e的長度和橫截面積由所需的通過激活產生的力來確定。參照圖4和5，在本實施例中鞋10的鞋脊部分中的鞋帶調節器51包括多個帶 51a-d，其由夾在鞋面12的層之間的電致伸縮聚合物形成。帶51a-d可操作地與鞋帶1 相聯繫，使得帶51a_d的移動改變鞋帶1 中的張力。這些帶51a_d也經由導線(未示出) 電連接至控制器38。帶51a-d的結構和數量可以改變，並且本發明不局限於圖4和5所示出的。例如，帶51a_d(以及帶50a_e)可以被電致伸縮聚合物的簡單寬片替換。帶50a_d 的長度和橫截面積由所需的通過激活產生的力來確定。例如，如果30-50牛頓的力對於最大張力來說是必需的，帶的尺寸可以是3cm長和70mm的橫截面積。當被激活時，鞋舌上部調節器50擴張而偏離平面(或彎曲)並且在鞋脊內的鞋帶調節器51縮短以繃緊鞋10。本發明的一個方面是區分步行運動和擺動運動。當高爾夫球手步行時，典型地，在大約^的短時間間隔中行走一步。這個時間間隔被定義為收集時間間隔。收集時間間隔可以少於大約2s，也可以在大約1- 之間。高爾夫球手在擺動前典型地表現為姿勢停頓。另外，當高爾夫球手擺動時，高爾夫球手的運動是快且有力的。根據經驗測試，壓力傳感器36在穿著者第5個蹠骨頭部下面的放置(參見圖幻能可靠地測量出與高爾夫擺動動作相關聯的快速壓力變化。參照圖8，在使用期間，穿著者把腳塞入鞋腔16 (如圖1所示)中並繫緊鞋帶1 以使得鞋在步行時令人感到舒服。當穿著者步行時，每次穿著者的腳撞擊地面，傳感器36 (參見圖2、將脈衝沿導線40傳送至控制器38(步驟Si)。在步驟2中，控制器38確定脈衝是否在收集時間間隔內被接收。如果脈衝在收集時間間隔內被接收，控制器38識別出穿著者在步行，鞋在收集模式下。在收集模式下，來自傳感器36的脈衝中的能量被收集(步驟S3) 或用於為控制器38供應能量。另外，在收集模式下，主動響應元件42和44(參見圖7)沒有被激活。操作返回步驟Si，並且傳感器36檢測下一個脈衝。當收集活動沒有發生時，收集的能量的一部分可以存儲在電容器和/或二極體中以供控制器38使用。可選地，提供電池為控制器38和主動響應元件供應能量。如果脈衝沒有在收集時間間隔內被接收，控制器38識別出穿著者沒有在步行，鞋改變為預撞擊模式(pre-strike mode)。在預撞擊模式下，來自傳感器36的脈衝中的能量沒有被收集。當收集沒有被執行時，控制器38可以由存儲的能量或由電池供應能量。在接下來的步驟S4中，控制器38把接收到的脈衝量轉換為頻率。將這個頻率與預置濾波器頻率相比較。在一個實施例中，優選的預置濾波器頻率大約為10Hz。更優選地， 預置濾波器頻率在大約2Hz和大約IOHz之間。如果檢測到的頻率比預置濾波器頻率小， 操作返回步驟Si，並且傳感器36等待檢測下一個脈衝，以及主動響應元件42和44 (參見圖 7)不被激活。在這種方式下，控制器38被設計成忽略力的小峰值，這些小峰值不作為擺動動作的表示。如果檢測到的頻率比預置濾波器頻率更大，操作繼續至步驟S5。在步驟S5中，控制器38將檢測到的脈衝量與先前檢測到的脈衝量相比較，以確定脈衝之間在時間間隔內的量變。在一個實施例中，對一個體重大約為75kg的普通身材的高爾夫球手來說，預置擺動閾值量為大約lOOkPa。更優選地，對於體重在35kg到160kg之間的高爾夫球手來說，擺動閾值在大約70kPa和大約140kPa之間或更高。在一個實施例中， 用於確定量變的優選的預置時間間隔閾值為大約0. 5秒或更少。如果量的改變比預置擺動閾值更大，而時間間隔比預置時間間隔閾值更少，控制器38識別出擺動動作正在發生，因為擺動以在短時間間隔內的壓力增加為特徵。結果，控制器38經由連接線發送輸出電流以激活鞋底調節器46、側面上部調節器48、鞋舌上部調節器50和鞋帶調節器51的主動響應元件。該輸出電流導致鞋底調節器46變形而偏離平面或者彎曲並且有效增加了擺動時鞋外底32的穩定性，並且該輸出電流使側面上部調節器48也產生同樣的效果。該輸出電流也使得鞋舌調節器50的帶50a_e彎曲，並且導致鞋帶調節器帶51a_d縮短以繃緊鞋帶 13b，並且最終繃緊鞋面12。結果，鞋底組件14和鞋面12在擺動期間將會更加穩固並且阻止穿著者的腳相對於鞋外底的移動。主動響應元件反應非常迅速，當開始向下擺動動作時， 它們的激活就被啟動並完成，以使得鞋在高爾夫球手向前擺動前呈現出穩固的擊打平臺 (hitting-platform)的特性。變形至穩固平臺的過程需要大約10微秒到大約0. 1秒。在這之後，操作返回到步驟Sl而傳感器36等待檢測下一個脈衝。當沒有來自驅動器的輸出被傳感器接收時，調節器在大約5秒的時間中自動恢復(參見圖11)。存儲的能量足夠用於幾次擺動以用於練習的擺動，如果在練習擺動和實際擺動之間沒有明顯的停頓。一旦存在脈衝，那麼鞋將為高爾夫球的擺動動作準備進行繃緊，並將一直保持直到傳感器檢測到步伐。 如果練習的擺動足夠快或足夠接近於實際擺動，那麼鞋會被激活。如果量的改變比預置擺動閾值小和/或時間間隔比預置時間間隔閾值大，控制器38識別出擺動動作沒有發生。結果，控制器38不發送輸出信號至主動響應元件而主動響應元件沒有改變。因此，鞋的特性沒有改變並且保持柔軟/柔韌的步行平臺的特性。操作返回到步驟Si，傳感器36等待檢測下一個脈衝。為了觸發主動響應元件，運動必須具有擺動動作的特徵，這個運動在數量和時間間隔閾值被滿足時發生，如步驟S5中所示的。典型地，擺動動作不會以在長時間內的壓力的增加為特徵，並且擺動動作也不會以短時間內維持的壓力為特徵。根據上述描述，當高爾夫球手在步行且暫時停頓看另外一個高爾夫球手擊球時， 如果在停頓後迅速並以足夠的力進行了第一步，從而滿足數量和時間間隔閾值，即，幾乎像高爾夫球手開始奔跑時，那麼控制器38將僅向主動響應元件發出信號。如果這些條件都滿足，鞋的特性將改變成穩固的擊打平臺以用於快速行走。這是令人滿意的，因為在快速奔跑運動中支撐是很有用的。也是根據上述描述，如果高爾夫球手在步行並暫時停頓看另一個高爾夫球手擊球時，該高爾夫球手接下來進行了一個慢的或柔和的擺動，例如像綠地比賽，那麼控制器將不會向主動響應元件發出信號。在這種情況下，鞋的特性將是柔軟/柔韌的步行平臺的特性。 這是令人滿意的，因為高程度的穩固性對柔和的擺動或對推桿是不必需的。參照圖9，在可選的實施例中，鞋外底包括壓力傳感器36、控制器38和主動響應元件42。在這個實施例中，壓力傳感器36將脈衝發送到控制器38。當控制器38確定擺動動作正在以使用先前論述過的閾值發生時，控制器38將輸出信號傳送回壓力傳感器36。傳感器36將信號發送到主動響應元件42以激活主動響應元件42。在這個實施例中，傳感器36 用作傳感器和激活器。將傳感器36用作激活器會減少系統的成本。圖10涉及的是鞋外底132的另一個實施例，該鞋外底132具有多個傳感器136a和 136b以及控制器138。傳感器136a、136b分別經由電線140a、140b與控制器138電連接。 優選地，傳感器136a、136b可以被反接以產生普通模式阻礙電路(common code rejection strategy) 0當高爾夫球手步行時，腳沿著縱向方向L移動，並且兩個傳感器實際上將在同一時間經歷壓力峰值。當高爾夫球手擺動時，腳沿著橫向方向T移動，並且傳感器將在不同的時間經歷壓力峰值。優選地，壓力傳感器136a、136b放置在穿著者腳的球形部分下方。更優選地，壓力傳感器136a、136b放置在穿著者腳的球形部分側邊的下方。更優選地，壓力傳感器136a放置在穿著者的第五個蹠骨頭部的下方，而壓力傳感器136b放置在穿著者的第四個蹠骨頭部的下方。理想的是，壓力傳感器136b在橫向上並均勻地與壓力傳感器136a分開。通常， 只要傳感器在橫向上彼此分開，傳感器136a和136b可以放置在任何兩個蹠骨頭部的下方。 用於傳感器36的傳感器也可用於壓力傳感器136a、136b。當穿著者步行，穿著者的腳每次撞擊地面時，每個傳感器136a、136b (參見圖7)沿電線140a、140b將脈衝發送到控制器138。在步行期間，控制器138將會比較來自每個傳感器136a、136b的兩個壓力值。如果兩個壓力在預定的壓力閾值內相似，脈衝將彼此抵消。 結果，控制器138將識別出穿著者在步行。步行是在由箭頭Ll所示的縱向方向上的運動。 控制器138不會發送輸出信號至先前所述的主動響應元件。結果，主動響應元件不會被激活。傳感器136a、136b將繼續檢測穿著者的運動，並且產生的能量如上所述那樣被收集。在擺動期間，控制器138將會比較來自每個傳感器136a、136b的兩個壓力值。擺動是在由箭頭Tl所示的橫向或側邊方向上的運動。當高爾夫球手步行時，沿著線Ll的運動將使得兩個傳感器大致同時檢測壓力。由於它們被如上所述的反向連接，沒有信號傳輸至控制器。當高爾夫球手擺動時，沿著線Tl的運動將使得一個傳感器先於另一個傳感器檢測壓力。這個時間的轉變阻止了信號彼此抵消，從而控制器可以識別兩個截然不同的壓力信號，並獲知高爾夫球手正在擺動。接著，控制器138將輸出信號傳輸至例如上面所述的那些主動響應元件，從而將鞋的特性從柔軟/柔韌的步行平臺改變為穩固的擊打平臺。然後， 主動響應元件恢復，而傳感器136a、136b將接下來繼續檢測穿著者的運動。圖12和13中示出本發明中的實施例，其中鞋200使用主動響應元件中的一個和側麵塑料片調節器202，該調節器202從鞋外底204延伸到鞋帶區域206並且在穿著者的腳上施加大約30N的力進行繃緊。側麵塑料片調節器202使用上、下部支架208、210，以為多個電致伸縮聚合物帶提供剛性和構架。如圖13中所示，這些帶經由導線 216被電連接至控制器214。下部支架210具有用於連接帶的電終端。可以意識到的是，可以改變這些帶的數量以及將它們連接到支架的方式。帶的長度和橫截面積由所需的通過激活產生的力來確定。除了側面調節器202，可以使用其它適合的主動響應元件，例如如上所述的鞋底調節器或鞋舌上部調節器。在本實施例中，典型地，側面調節器202不位於鞋面的外部。側面上部調節器202 可以被設置在鞋面外部或內部的表面上或放置在鞋面材料層之間。可選地，側面上部調節器可以是位於鞋面側邊上的外骨骼或開放網格，並且或者嵌入鞋面中，或者位於鞋面表面上。圖13示出了鞋200的底部218，其中多個嵌入的傳感器220a_d，這裡示出了四個， 具有引線222，在引線222的末端具有與控制器214的接觸器2 相連接的連接器224。控制器214包括電子組件230，其容納四個獨立電路232。每一個電路被連接至嵌入鞋的鞋底的四個傳感器220a-d中的一個。當沒有壓力施加給傳感器時，每個傳感器220a-d典型的輸出頻率大約為1MHz。當來自高爾夫球手的壓力被施加給傳感器時，每個傳感器的頻率由於施加的壓力數量的直接作用而降低。這個數據被控制器計算，該控制器通過導線216響應側面調節器，以使電致伸縮聚合物帶在張力的作用下或者繃緊或者放鬆。因此，當高爾夫球手擺動球桿時，帶的張力最大，而當高爾夫球手步行時，它們相應地放鬆。儘管上面已經描述了本發明的多種實施方式，但可以理解的是這裡所示出的本發明實施例的各種特徵可以被單獨使用或進行組合。例如，本發明的多個圓形突出物 (multi-lobed)可以用於任何球形飛行物中。本發明也不局限於這裡所描述過的特定優選實施例。本申請是美國申請No. 11/938,808的部分繼續申請，該美國申請於2007 年11月13日提出，為2004年3月1日提出的美國申請No. 10/790, 164，現在是美國專利 7，310，895的分案申請，這兩項申請都被整體結合於此作為參考。
權利要求1.一種具有傳感器、控制器和主動響應元件的鞋，包括 具有鞋帶的鞋面；連接至所述鞋面以限定出用於容納穿著者腳的鞋腔的鞋底；多個嵌入所述鞋底的傳感器，每個傳感器具有多條引線，每條引線的末端具有連接器；側面調節器主動響應元件，具有設置在所述鞋帶區域內的上部支架和附接至鞋底側面的下部支架，這些支架支撐多個電致伸縮聚合體帶；控制器，與所述鞋底一體形成，並可操作地連接至所述傳感器和所述側面調節器主動響應元件，所述控制器確定穿著者是在步行還是在擺動，如果穿著者在擺動，那麼所述控制器將輸出電流發送至所述主動響應元件。
2.如權利要求1所述的鞋，其特徵在於，所述傳感器的數量是四個。
3.如權利要求2所述的鞋，其特徵在於，所述控制器包括容納四個獨立電路的電子組件，每個電路連接至所述四個傳感器中的一個。
4.如權利要求1所述的鞋，其特徵在於，所述傳感器是位於穿著者的腳的局部下面的壓力傳感器。
5.如權利要求1所述的鞋，其特徵在於，每個傳感器由壓電材料製成。
6.如權利要求1所述的鞋，其特徵在於，每個傳感器由絕緣聚合物製成。
7.如權利要求6所述的鞋，其特徵在於，每個傳感器由有機矽或丙烯酸類彈性體製成。
8.如權利要求7所述的鞋，其特徵在於，每個傳感器由聚氨酯、含氟有機矽、含氟彈性體、聚丁二烯或異戊二烯製成。
專利摘要本實用新型公開了一種具有傳感器、控制器和主動響應元件的鞋。該高爾夫球鞋包括多個傳感器、控制器和至少一個主動響應元件。傳感器和控制器運作以快速地確定高爾夫球手是在步行還是在擺動高爾夫球桿。一旦被確定，控制器和主動響應元件快速改變鞋的特性。如果控制器確定高爾夫球手在步行，鞋提供柔軟和有韌性的步行平臺。如果控制器確定高爾夫球手在擺動，鞋自動變形或改變以提供穩固的擊球平臺。控制器檢測各種預定條件例如穿著者腳的壓力以確定高爾夫球手是在步行還是在擺動。主動響應元件為側面調節器，其具有設置在鞋帶區域內的上部支架和附接至鞋底側面的下部支架，這些支架支撐多個電致伸縮聚合體帶。
文檔編號A43B3/26GK201929109SQ20102051822
公開日2011年8月17日 申請日期2010年6月28日 優先權日2009年6月26日
發明者史蒂文·E·比爾德, 德雷克·S·韋伯, 戈登·B·泰勒, 約翰·J·埃裡克森, 賈裡德·莫伊森, 道格拉斯·K·魯濱遜 申請人:阿庫施耐特公司