用于影响鞋的旋前性质的方法.pdf

本发明涉及一种用于影响鞋(1)特别是运动鞋的旋前性质的方法，其中，a)测量(2)至少一个对旋前性质关系重大的参数(φ，dφ/dt)，b)将测量的参数(φ，dφ/dt)输送给一个控制单元(3)，c)控制单元(3)将一个影响旋前性质的调节信号(S)发送到一个调节元件(4)并且d)调节元件(4)改变鞋(1)的一种对旋前性质关系重大的特性。为能改善地影响旋前性质，本发明设定，从一个基准时刻(tK)起，对一个参数(φ，dφ/dt)的一些按步骤a)测量的值进行处理，其中，由鞋(1)着地确定该基准时刻。

1.  用于影响鞋(1)特别是运动鞋的旋前性质的方法，其中
a)对至少一个对旋前性质关系重大的参数(φ，dφ/dt)进行测量(2)，
b)将测量的参数(φ，dφ/dt)输送给一个控制单元(3)，
c)控制单元(3)将一个影响旋前性质的调节信号(S)发送到一个调节元件(4)，并且
d)调节元件(4)改变鞋(1)的一种对旋前性质关系重大的特性，其特征在于，
从一个基准时刻(t_K)起，对一个参数(φ，dφ/dt)的一些按步骤a)测量的值进行处理，其中由鞋(1)着地确定该基准时刻。

2.  按照权利要求1所述的方法，其特征在于，用一个传感器(6)测定鞋(1)着地(5)，该传感器集成到鞋(1)中，并且在鞋(1)着地(5)时将一个表征着地的信号(S_K)发送到控制单元(3)。

3.  按照权利要求2所述的方法，其特征在于，将一个压力或力传感器用作传感器(6)，该压力或力传感器测量由鞋(1)的穿着者的脚施加到鞋(1)的鞋底(7)上的压力(p)或被施加的力(F)。

4.  按照权利要求2所述的方法，其特征在于，将一个加速度传感器用作传感器(6)，该加速度传感器可以测量在鞋(1)碰地时鞋(1)的加速度或减速度。

5.  按照权利要求2至4之一所述的方法，其特征在于，传感器(6)设置在鞋(1)的后跟区域中。

6.  按照权利要求2至5之一所述的方法，其特征在于，传感器(6)设置在鞋底(7)中，在穿着者的脚的底面和鞋底(7)的触地面(8)之间。

7.  按照权利要求6所述的方法，其特征在于，传感器(6)设置在鞋(1)的一个外底和一个中底之间。

8.  按照权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，如果探测到鞋(1)离地(5)，就结束对一个参数(φ，dφ/dt)的一些按照权利要求1的步骤a)测量的值的处理。

9.  按照权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，如果自基准时刻(t_K)起过了一段预定的时间，就结束对一个参数(φ，dφ/dt)的一些按照权利要求1的步骤a)测量的值的处理。

10.  按照权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在结束对一个参数(φ，dφ/dt)的一些按照权利要求1的步骤a)测量的值的处理之后，使调节元件(4)进入一个规定的位置或进入一个基准位置或零位置。

11.  按照权利要求1至10之一所述的方法，其特征在于，按照权利要求1的步骤a)连续不断地测量对旋前性质关系重大的参数(φ，dφ/dt)，特别是即使在鞋与地不存在接触的阶段也是如此。

12.  按照权利要求11所述的方法，其特征在于，控制单元(3)在考虑测量的参数数据(φ，dφ/dt)情况下将控制信号发到调节元件(4)，所述参数数据已在鞋(1)着地之前在一个规定的时段被测量过。

13.  按照权利要求1至12之一所述的方法，其特征在于，对旋前性质关系重大的参数是鞋(1)绕一个预定轴线(9)的转动(φ)或转动速度(dφ/dt)。

14.  按照权利要求13所述的方法，其特征在于，用一个设置在鞋上或鞋中的陀螺测量系统(2)对鞋(1)绕轴线(9)的转动(φ)或转动速度(dφ/dt)进行测量。

15.  按照权利要求13或14所述的方法，其特征在于，轴线(9)以其到地面上的投影相对于鞋(1)的一条纵轴线(L)具有一个在0°和45°之间特别是在0°和10°之间的角度。

16.  按照权利要求13至15之一所述的方法，其特征在于，沿纵轴线(L)方向看，轴线(9)相对于地面具有一个在0°和70°之间特别是在0°和10°之间的角度。

17.  按照权利要求1至16之一所述的方法，其特征在于，鞋(1)的对旋前性质关系重大的特性是在鞋(1)横向于鞋(1)的纵轴线(L)的宽度的一个规定区域内在穿着者的脚的底面和鞋底(7)的触地面(8)之间的鞋底(7)的厚度。

18.  按照权利要求1至16之一所述的方法，其特征在于，鞋(1)的对旋前性质关系重大的特性是在鞋(1)横向于鞋(1)的纵轴线(L)的宽度的一个规定区域内的鞋底(7)的弹簧刚度。

用于影响鞋的旋前性质的方法
技术领域
本发明涉及一种用于影响鞋特别是运动鞋的旋前性质的方法，其中
a)对至少一个对旋前性质关系重大的参数进行测量，
b)将测量的参数输送给一个控制单元，
c)控制单元将一个影响旋前性质的调节信号发送到一个调节元件，并且
d)调节元件改变鞋的一种对旋前性质关系重大的特性。
背景技术
在现有技术中已知一些集成到鞋特别是运动鞋中的系统，利用这些系统可以主动影响鞋的一种特性，以便影响旋前。这些系统以所述类型的方法运行。例如，可以影响鞋的弹簧或制动性质。为此对鞋的一定的运动状态进行测量并且借助一些可以影响的元件有目的地调节鞋的弹簧或制动特性。一种此类的解决方案例如公开在US 5 813 142中。
在上述文献中，设有一个用于测定在一个腔内的压力的传感器系统，该腔可流体加载地集成到鞋底内。根据测量的压力，一个控制装置安排将介质输入到流体腔内。
用一种这样的系统原则上也可以(这是很值得期待的)在鞋自身着地时对鞋的旋前调节作用施加影响。
旋前是脚绕着下踝关节的轴线的一种转动，在这种情况下外脚缘抬起而内脚缘下降。旋前亦称作向内转动或向内翻动
脚的正常旋前是一种自然的制动机理和在脚着地时的一种向内的自然运动。然而，在所谓的过度旋前时，脚缘强烈向内弯折并且因此对韧带、肌腱和关节加载。这种过度旋前可能有各种不同原因，例如，脚位不对、超重或过于疲劳。同样，奔跑新手中偶尔也出现过度旋前，因为脚的支撑系统锻炼得还不够。于是，在鞋上在中间区域可以看出严重磨损。
与旋前相对的机理(也称旋后)在奔跑中很少出现。在旋后时，负荷朝向相反的方向。这在跑鞋中通过侧面区域(也就是在外侧)较严重的磨损可以看出来。
因此，在现代运动鞋中，力求超越通过本身已知的加进鞋底的旋前支撑件实施一种对旋前的主动影响，可以采用一个系统，如同上文中描述的那样。
这些已知系统在需要时接通，并且如若必要，会长时间连续不断地运行，就是说在鞋的整个使用期间运行。因此，在整个接通期间，检测测量数据，在一个处理器中处理测量数据并作用到一个调节元件上。若脚在奔跑期间根本不触地，该系统也是主动的。
在这种情况下，一个问题是测量或确定实际上对旋前影响关系重大的数据，用其可以有效地对旋前施加影响。这些数据不能以简单方式脱离一般确定奔跑动力学的参数。
发明内容
在此，本发明的任务在于进一步创造一种开始所述类型的方法，致使能以改进的和较简单的方式确定对旋前测量重要的有关数据。数据确定和旋前影响应归因于一个改进的基准，以便由此实施改进的旋前调节。这在此用特别简单的方法是可能实现的。
通过本发明解决该任务的特征在于，从一个基准时刻起，对一个参数的一些按上述步骤a)测量的值进行处理，其中由鞋着地确定所述基准时刻。
在此基准时刻是鞋与地自身的接触时刻或取决于这一接触时刻。
优选用一个传感器测定鞋着地，该传感器集成到鞋中，并且在鞋着地时将一个表征着地的信号发送到控制单元。
可以将一个压力或力传感器用作传感器，它测量由鞋的穿着者的脚施加到鞋底上的压力或被施加的力。
作为备选方案，也可以将一个加速度传感器用作传感器，它可以测量在鞋着地时鞋的加速度或减速度。
根据一种另外的备选方案，传感器也可以是一种行程传感器，它测量鞋着地时的鞋底变形，由此可以确定初始触地。
传感器优选设置在鞋的后跟区域中。它可以设置在鞋底中，在穿着者的脚的底面和鞋底的触地面之间。传感器可以特别设置在鞋的外底和中底之间。
如果探测到鞋离地，就可以结束对一个参数的一些按上述步骤a)测量的值的处理。因此，基本上在鞋已与地接触的时段上实施测量数据的应用。
然而作为备选方案，也可选择，如果自基准时刻起过了一段预定的时间，就可以结束对一个参数的一些按上述步骤a)测量的值的处理。这里例如可以设定，按上述方法，从鞋与地的接触时刻起250ms实施数据的应用，并且接着结束对数据的处理。
在结束对一个参数的一些按上述步骤a)测量的值的处理之后，可以使调节元件进入一个基准位置或零位置或一般进入一个适当的或计算出的位置。
根据本发明，尽管测量值的处理不是连续不断地进行的，但是却可设定，按上述步骤a)连续不断地测量对旋前性质关系重大的参数，特别是即使在鞋与地不存在接触的阶段也是如此。这样，在持续输入测量值的情况下，为应用目的，只以一定的时间间隔存取这些测量值。
在这种情况下，按照本发明的一种进一步发展，可以设定，控制单元在考虑测量的参数数据的情况下将控制信号发到调节元件，所述参数数据已在鞋着地之前在一个规定的时段被测量过。如果这样连续不断地提出测量值，例如可以设定，在旋前调节时引入那些在鞋着地前已按10ms的时间间隔测量的值。
一个对旋前性质关系重大的参数可以是鞋绕一个预定的轴线的转动或转动速度。
在此可以用一个设置在鞋上或鞋中的陀螺测量系统对鞋绕轴线转动或转动速度进行测量。
在此轴线以其到地面上的投影相对于鞋的一条纵轴线优选具有一个在0°和45°特别是在0°和10°之间的角度。然而从纵轴线方向看，该轴线相对于地面可以具有一个在0°和70°之间特别是在0°和10°之间的角度。
鞋的对旋前性质关系重大的特性可以是在鞋横向于鞋的纵轴线的宽度的一个规定区域内在穿着者的脚的底面和鞋底的触地面之间的鞋底的厚度。然而也可能是，鞋的对旋前性质关系重大的特性是在鞋横向于鞋的纵轴线的宽度的一个规定区域内的鞋底的弹簧刚度。还可能是，鞋的对旋前性质关系重大的特性是在鞋底的上面和底面之间的角度位置。
利用所建议的鞋的造型或所述的用于影响旋前的方法，可以实现以改进的方式动用那些对旋前影响特别重要的测量值。适应鞋与地之间存在触地的时刻，于是对于触地的时间或对于一段规定的时间，在旋前调节范围内使用连续不断地测量的各参数值。
另外，还有一种节能的运行方式，如果只在一个迈步循环的一定阶段进行旋前调节。
在解释的意义中，鞋与地接触的时刻用作用于影响旋前的触发器。在此接触的信号可以例如激活旋前调节系统，然而在此情况下连续不断地进行参数测量。
附图说明
附图中示出了本发明的一个实施例。其中：
图1示意表示一个奔跑者在鞋着地前不久的穿着鞋的腿；
图2a用于探测鞋着地的传感器的测量值的关于时间的变化曲线；和
图2b用于影响旋前的系统的活动性即运行的关于时间的所属变化曲线。
具体实施方式
在图1中可以看出一位穿着鞋1的奔跑者的腿的下部区域。在一次迈步或一个迈步循环期间，鞋1在一定的时间上处在空中。然后它着地5并且在它再次抬起之前在地上滚翻。鞋1具有一个带有触地面8的鞋底7。附图表示了鞋1着地5之前不久的情况，即鞋1在这里仍处在飞行阶段。
鞋1配有一个用于影响鞋1的穿着者的脚的旋前的系统2、3、4、10。该系统包括至少一个能检测一个对旋前关系重大的参数的传感器。目前，鞋的转动速度dφ/dt作为一个角度φ的导数用作重要参数。测量绕一条轴线9的角速度dφ/dt，该轴线在一个角度下既相对于鞋1的纵轴线L倾斜，又相对于水平线倾斜。已证明合适的是，将一个陀螺测量仪(回转仪)用作为传感器2，它能提供一个与角速度成比例的信号。
这一信号(测量值)由传感器2传送给一个具有微处理器的控制单元3，在微处理器中存储有一种控制或调节算法。依据测定的测量值，控制单元3根据存储的算法将一个调节信号S发送到一个调节元件4，也就是发送到一个执行器，它能这样改变鞋1的对旋前重要的参数，以至于能够有针对性地对旋前施加影响。
在此特别设想一个调节元件4，它在鞋底7的一个侧面区域内可以改变鞋底7在脚在鞋底7上的贴立面与触地面8之间的有效厚度。因此，在碰地时或脚在地上滚翻时，脚或多或少地绕鞋1的纵轴线L倾翻。但一般也可设想一个对鞋的弹簧或制动特性施加影响的调节元件，这如同由现有技术已知的那样。
在此调节元件4从一个电池组10获得能量，以便能实施相应的调节运动。
重要的是，从一个基准时刻t_K起，对参数φ或dφ/dt的一些测量的值进行处理(就此参见图2b)，其中由鞋1着地确定该基准时刻。
为了测定这一基准时刻t_K，在鞋1中，也就是在其鞋底7内，优选在一个外底和一个中底之间设置一个传感器6。这个传感器可构成为压力传感器或力传感器，它能够测量在穿着者的脚和地5之间作用的力F(或压力p)。在飞行阶段，在鞋与地5之间不存在接触，以至于由传感器6测量的力基本上为零。可是，如果鞋在飞行阶段结束后碰在地5上，传感器6记录一个值。
传感器6的测量值作为接触信号S_K传输到控制单元3。一旦确定一个超过一个预定阈值S₀的信号值，就使用由传感器2测量的数据，以便借助系统2、3、4、10主动影响旋前。
这说明在图2a和图2b中。在图2a中，传感器6的测量值的变化曲线作为关于时间的函数示出。由此可见(性质上)在纵坐标上表示传感器信号的大小。一旦测量的力或测量的压力超过阈值S₀，就使用测量的数据。然而，数据测量本身可以持续不断地进行。
这示出在图2b中。在时刻t_K存在着超出阈值S₀，以至于开始使用测量值(在图2b中的测量值使用的阴影区域)。可是，如果传感器值再次降到一个小的预给定的值S_F(飞行阶段开始)，这也由控制单元3记录，于是结束测量值使用。
可是，旋前调节系统的调节运动大多在鞋的飞行阶段进行。根据本发明，在这段时间，根本没有测量数据被控制装置使用。
用于测定一个对旋前关系重大的参数的传感器2在这里构成为陀螺测量系统，它能够测量绕轴线9的角速度dφ/dt。轴线9在鞋中设置一个确定的位置，该位置对于确定鞋或穿着者的脚的旋前是特别决定性的。该轴线以其地面投影相对于鞋1的纵轴线L在一个大约0°至10°的角度情况下设置。若沿纵轴线L方向看，轴线9相对于水平线形成一个角度，该角度也在0°至10°范围内。传感器2设置在鞋1的侧面区域，而且在鞋上部的下面区域内。
如先前所述，传感器6优选设置在鞋1的一个外底和一个中底之间，而且直接设置在鞋1的后边缘(即在后面的边缘区域内)。
必要时存在的一些另外的传感器2没有示出，其中例如设想一个设置在足跖桥(Mittelfuβbrücke)后面的后跟区域的传感器，它构成为加速度传感器并且可以沿水平线方向和横向于纵轴线L方向测量一种加速度。这样，加速度传感器测量沿中心侧向方向(mediolaterale Richtung)的水平加速度。
一般来说，所建议的方法适用于影响特别是鞋后跟区域的运动范围和运动速度，就是说适用于影响旋前的范围和速度。
如上所述，可以用传感器6测定鞋1的初始着地。传感器信号的偏差(在图2中的时刻t_K)表明，鞋特别是后跟开始触地。相应地，测量值的压降(在图2中的时刻t_F)用信号表示出鞋的一次离地5。
为获得后跟运动的转动速度，陀螺测量系统2用于测量角速度dφ/dt。测定的最大值相应于最大旋前速度。
通过对由陀螺测量系统2测量的角速度dφ/dt信号进行积分，可以确定旋前的角度范围。相应地，通过对角速度信号φ关于时间的积分，可以确定(旋前)角度的变化曲线。旋前范围可以作为在最小和最大之间的差值给出。
也可以在时刻t_K后的一个预定的时段例如一个250ms的时段上实施测量值-应用。同样，也可以(如果连续不断地进行测量值检测)在测量值应用中动用在时刻t_K前已有的数据，例如在时刻t_K前10ms的时段内。
另外，还可以检测在迈许多步时这样收集的测量值，然后在旋前调节时作为平均值考虑。
所建议的方法优选应用在一个集成到鞋中的并且在那负责主动影响旋前性质的系统中，而原则上同样也可以将所建议的方法用于固定和移动测量，例如用于分析奔跑者的奔跑状态(例如在一个传送带上)。
附图标记一览表：
1            鞋
2            传感器(陀螺测量系统)
3            控制单元
4            调节元件
5            地
6            传感器
7            鞋底
8            触地面
9            轴线
10           能量源(电池组)
S            调节信号
S₀           阈值
S_K           用于鞋着地的信号
F            力
L            鞋的纵轴线
φ，dφ/dt   参数
φ           角度
dφ/dt       角速度
t_K           基准时刻