带动力减震系统的智能运动鞋

2007-05-29 10:02:21 来源: Randy Frank 网友评论 0 进入论坛
  •   Adidas公司里三个没有任何电子设备设计经验的工程师开始着手实施一个颇有点离谱的创意:将微控制器、电机和导螺杆,以及霍尔效应传感器植入运动鞋的鞋底。

Lockheed的Skunk工作小组在某个秘密地点制造出第一双如此设计的智能运动鞋,而之前该公司曾经设计制造了美国第一架喷气式战斗机XP-80。

Adidas 1型运动鞋参数表

项目时间 3年

重量 电池:6g;系统总重:40g;总重:400g

尺寸 减震元件:22mm厚;电机盒和电路:40.6 x 29.5 x 19 mm3(并非完全的矩形)

其他规格 压缩范围:1~10mm(可调整);精度:±0.1 mm;输入量:每秒采样1000次;电机扭矩:0.11 mN·m(1.1 g·cm);电池寿命:100小时

操作环境 湿度:可用于雨中跑步;冲击:最大4000N(可承受60kg~160kg的跑步者体重的三倍)

温度范围 系统在生产过程中经受了90℃的高温,可用于沙漠跑步(最高温度50℃)

该智能运动鞋系统包括一个8位工作频率为20Hz的微控制器(MCU),电机控制的导螺杆,霍尔效应传感器,以及特殊设计的塑性减震元件。它可以通过测量鞋底夹层中减震垫的压缩程度,在奔跑的过程中自动调整,从而保持理想的减震级别。电机以50∶1的传动比驱动一组齿轮,进而旋转导螺杆,牵引缆线,用于调节减震元件的可用空间。减震元件的特点在于每侧有两个同心壁,用于抵抗剪切力,提供稳定性。一只鞋底为24mm运动鞋的标准压缩尺度是10 mm,几乎是鞋底高度的50%。

测试设备:Adidas的工程师们用Instron公司的测试设备
来确定减震垫的强度的舒适程度,以及用于电机保护部分的机械强度。

电源管理的关键

设计小组的Christian DiBenedetto说,整个设计只有一个准则,那就是为了记录跑步者的跑步经历,而不是为了增加鞋子的重量或者高度。电池寿命是另外一个问题,“理想情况下,我们希望电池的寿命和运动鞋的寿命一样长,”DiBenedetto说,“但电池的期望寿命只有100小时。”

首先,设计小组必须找到一种精确测量鞋底夹层中减震垫压缩量的方法—— 一种实时的监测方法。在跑步者的脚触地25毫秒之后,减震垫将达到最大压缩程度。最后,他们在减震垫上部植入Allegro公司的线性霍尔传感器,在下部植入磁铁,实现了最初的设想。这个非接触传感装置的输出电压准确地记录了磁流量密度的变化,而磁流量密度与传感器距离磁铁的距离相关。这个传感器不仅能测量减震元件受压缩的程度,而且还可以测量达到最大压缩状态所需的时间——进而能够利用软件分辨特定的地面状况。

DiBenedetto说,就鞋的尺寸和成本来说,霍尔效应技术的应用很有意义,而且从电量消耗上说该技术更有价值。“我们考虑过使用其他的技术,但是霍尔效应方案让我们能够调整电量的分配。我们要保证感应线圈持续的电能供应,”DiBenedetto解释说。霍尔效应传感器同时也能满足重量方面的解释要求。

跑到最后:尽管他们没有任何关于如何在运动鞋中植入电子元件的设计经验,
Adidas的工程师们还是比他们最初设计的时间表提前了好几个月完成了预定的计划。
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本文来源:Randy Frank
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