和背景技术
本发明涉及一种设计用于为运动员在训练中提供瞬时反馈的设备。更具体而言，本发明涉及一种用于对足球选手所用的某些踢球技术与方法产生音频或其它可感觉的响应的装置。
比较没有经验的足球选手所面临的挑战之一就是需要发展正确的踢球技术。一般说来，缺少经验的选手需要克服两种倾向。第一种是依赖一只喜欢用的或较强的脚来踢球，通常为右脚。第二种倾向涉及接触足球的点。缺少经验的选手倾向于专门依赖于鞋子的趾部。教练以及其它指导员花费相当多的时间和努力来教导选手要更频繁地使用“弱”脚来踢球，并且教导他们更多使用更加有效的接触点从而获得更好的强度及准确性，例如(通常为鞋带区域)适合于向前用力踢球的脚的顶部，适合于侧向踢球的脚弓或脚背，以及当选手获得经验时，与脚弓相对的脚的“外部”。
已经提出使用各种装置来帮助足球选手发展更好的踢球技术。例如美国专利No.5,947,845(Canelas)与美国专利No.3,866,909(DeSantis)示出了直观地显示用于踢足球的鞋子的优选区域的标志。如果需要，也可对足球做出标志以便于显示踢球时的优选接触区域。
已经提出使用训练装置来提供音频反馈。美国专利No.5,433,437(Dudley)与美国专利No.4,711,043(Johnson等)公开了安装于足球鞋上并能够响应与足球接触而发出声音的装置。这种装置可以包括带有簧片哨子、圆顶形筒体以及弹性模制塑料发声器的空心球形物。这些装置具有能够提供瞬时反馈的优点。如果鞋子与足球之间的接触点与所需的位置，即安装装置的位置一致，则由球产生的压力将挤压装置并产生声音。如果接触点在其它地方，装置就不会产生声音。
尽管音频装置的瞬时反馈有益于教导踢球技术，但是这种装置从鞋子向外过分突出，因而有损于鞋子外观并且会将与球的接触点不适当地移离鞋子表面。这就易于将这些装置的实际位置，主要限制于这些专利中所示的脚的上部或鞋带区域。这些装置还在每种装置只能产生单种特征声音的意义上受限。同时，这些特征声音会遭受由于踢球时的各种用力角度及水平而产生的不合要求的矛盾。

参看附图，图1、2和3示出了一足球鞋16，具体而言为左鞋，其装备有根据本发明的一音频信号产生装置。该装置可方便地认为是一种压敏音频信号反馈系统，其带有下列部件：一个或更多压敏传感器、一接收来自各传感器的信号并且相应地产生一输出信号的控制电路；以及一接收来自控制电路的输出信号并根据该输出产生一声音的扬声器。
足球鞋16包括一上部18，其带有沿穿着鞋的选手的脚弓安放的一趾部20、一跟部22以及一脚背部24。上部固定于一鞋底26上，鞋底具有相当大的厚度，例如在鞋子长度上为1/2英寸(13mm)。鞋底可以包括沿底部形成的鞋钉，但在这些图中所示的鞋子没有鞋钉。上部的一部分具有鞋带，示于28处。
两传感器安装于鞋子16上：一传感器30位于脚背部或脚弓区域，而一传感器32位于鞋带区域上方的鞋子顶部，安装于一可伸长条带33或其它适用的支承件上。传感器30与32优选地为柔性膜片开关，其包括上面形成有薄导电电路图案的薄的、柔性聚酯或聚酰胺层。传感器的外形可以根据需要而定，或者如图所示约略为椭圆形、矩形或为其它几何形状。典型地，传感器的最长尺寸约为3厘米，但是此尺寸可以根据需要变化。传感器的厚度大约为几毫米或更少。因此，传感器不会从鞋子向外过度突出，并且不会显著改变鞋子的形状或外形。
传感器30与32适于对达到一预定的最小值或阈值的压力作出响应，相当于在踢球过程中与足球相接触所产生的压力。压力达到或超过该阈值就会关闭膜片开关。
如图2中所示，这种装置包括一嵌入于鞋底26中的控制电路34。鞋底包括一与跖球对应的前方区域36以及一跟部区域38。控制电路优选地在区域36与38之间的中部区域40处嵌入鞋底中，而远离鞋底的主承重区域。
如图4中所示，控制电路34可以以柔性电路板42的形式提供，柔性电路板42包括若干通过薄膜印刷电路而互相电联接起来的电路部件。这些部件包括一包括几节电池的电源44，其用来提供适当水平的能量，例如大约5伏特。这种电路的其它主要部件包括一微处理器46以及一声音重放电路48。
分别如50和52处的虚线所示，金属线或其它导电通路将传感器30和32连接于控制电路上。
一种适用的微处理器可从位于加利福尼亚州圣何塞市的Winbond电子公司得到，其标示为“W741E203”。微处理器可以一双列直插式封装(PDIP)的形式提供，其长度约为23mm、宽度约为8mm而厚度小于4mm。另外，微处理器可以一散装芯片的形式提供，从而大大减少了这一部件的尺寸。无论如何，微处理器都在很低的电流下工作，响应于接收当传感器/开关30与32其中之一关闭时所产生的信号而随机地选择若干或多个地址之一。微处理器输出为唯一与所选地址相对应的信号。
图5示出了一种包括二十引脚构型的双列直插式封装形式的微处理器46，其目前为优选方案。图6示出了另一种替代的“小外面封装”构型的微处理器46a，其也带有二十个引脚。
声音重放电路48的一种适用型式可从位于加利福尼亚圣何塞市的Winbond电子工业公司得到，其标示为“ISD 2560”。重放电路以半导体芯片的形式提供，其长度约为10mm、宽度约为5mm并且厚度为0.5mm。另外，重放电路以一“薄而小的外面封装”(TSOP)的形式提供，尺寸约为13mm×8mm×1mm。无论如何，重放电路48都易于并入控制电路中和嵌入鞋底26内，如图所示。图7示出了重放电路48的TSOP型式，其封装的每侧均带有14个引脚。
重放电路48存储有若干或多种不同的声音产生信号，一种不同的信号对应着每个来自微处理器46的输出，即每个地址。
如图2和3中所示，一扬声器54安装于鞋子的跟部22，并且通过由图2中的虚线所示的一电导体55电联接于控制电路上，更具体而言联接于声音重放电路上。适用的扬声器54可从Panasonic公司得到，其标示为“EASP3P127A”。这种扬声器重量为8克，其直径约为36mm，其厚度处于刚刚超过2mm至其中心处的大约4mm的范围。扬声器54根据从声音重放电路48所接收的电信号而产生音频信号。
图8为一电示意图，其示出了装置的主要部件的联接情况。传感器30和32、微处理器46以及声音重放电路48联接于电源44的正极端子与负极端子之间。正极端子具有4.5伏的偏压，而负极端子接地。传感器30与32以及可能提供的任意附加传感器均为并联联接，因此任一膜片开关关闭都会产生一来自扬声器54的音频输出。
微处理器46与重放电路48之间的连接包括八条用于将八位数字控制字码从微处理器并联传输至重放电路的数据线56。具体而言，线56连接于标记着RB0-RB3与RC0-RC3的微处理器端子上，并且用于为重放电路的端子A0-A7提供输入。一启用输入通过线路58由微处理器的端子RA2传送至重放电路的端子CE。重放线路60将微处理器46的端子RA1与重放电路48的输入端子P/R相联接。线路60可以用于记录功能中，将结合图17对此进行说明。一外部时钟62连接于微处理器的端子XIN和XOUT上，以供任选使用。
图9示意性地示出了与微处理器46和重放电路48的互相作用相关的某些内部部件。微处理器包括选择逻辑64，其可以采用硬连线，但更优选提供为存放于微处理器中的计算机程序的形式。微处理器的存储器66包括多个用于存储数字控制字码的寄存器68，其中每个控制字码与若干所需反馈声音中互不相同的一个相关联。选择逻辑优选地构制成按随机模式工作以便选择控制字码，但是也可构制成另一种替代选择模式，例如顺序模式。每个控制字码均为一8位数字字码，并且存放于寄存器68之一中。一输出寄存器70联接于存储器上，以便接收通过数据线路56传送至声音重放电路的一选定控制字码。
声音重放电路48包括一用于接收控制字码的输入寄存器72。控制字码用于选择与代表控制输出的数字数据相关联的多个地址74之一。在重放电路48的优选型式中，包含控制输出数据的数据寄存器单独与按顺序编号的地址相关联。由于一给定声音选择的控制输出数据通常占据一个以上的数据寄存器，因此与给定声音相关联的数据寄存器的顺序通常由其初始(编号最小)地址来确定，并且根据该地址选择。因此，尽管所使用的8位控制字码与256个可能地址相对应，但是实际上只使用一小部分可用的地址(例如十到二十个)来从微处理器的存储器66中进行选择(随机或其它方式)。
无论如何，一选择了特定地址就选定了与该地址相关联的一序列数据寄存器76。位于选定序列中的数据在77处被转化成模拟信号，其被提供至一模拟收发器78、至一平滑滤波器80然后提供至重放电路的一放大器82。放大器82的输出，即控制输出，为一模拟电信号。该模拟信号作为输入提供给扬声器54，扬声器54将模拟电控制输出转化成选定的声音。
这种装置的功能由图10中的流程图所示。
当踢足球造成膜片开关中的一个所受的压力足以将其关闭时，压力阈值阶段84的输出正确。否则，输出错误，并且没有信号提供给微处理器。
在接收到正确的输入时，处于阶段86的微处理器46对其地址中的一个进行随机选择，产生一与88处所示的选定地址相对应的信号。在阶段90，重放电路48产生一与选定地址相对应的模拟电信号作为其输出。如92处所示，电信号作为一输入提供给扬声器54，其可将电信号转化成音频输出以便产生选定的声音。
根据本发明，微处理器46与重放电路48协同使用以便选择有待于由扬声器54产生的各种各样的声音作为即时肯定反馈。这就通知选手在踢球的过程中，与球的接触产生于所需的接触点，或者另外产生于若干所需接触点之一处。这种声音可以包括短语如“好球”或“继续”，一段音乐短语或模拟的喧哗声，如欢呼声或掌声。这些替代声音随机选定，但在每种情况中，目的是在每个正确的踢球动作之后提供肯定的强化。
根据一替代实施例，这种装置可用于在一不正确的踢球动作之后提供一令人不快的声音作为“否定”的反馈。如图11中示意性所示，一压敏膜片开关形式的传感器94安装于足球鞋16的趾部20上。一包括传感器94的电路还包括电源44。然而，微处理器46与重放电路48并非该电路的一部分，而是如导电通路96所示，将传感器直接联接于一分离的重放电路98上。重放电路98的输出为一传送至扬声器54的电信号，该信号引起扬声器产生一不令人喜爱或否定的声音，例如模拟一蜂鸣声。
根据图12和13中所示的本发明的另一实施例，一套带或盖100，其与没有趾部和跟部的长袜相似，可拆除地固定于选手所穿鞋子的上方。套带100支持装置的所有部件，从而无须将任何部件永久安装于鞋子上，因而使得装置能够与常规型足球鞋一起使用。当套带或条带固定好时，其将传感器102与104定位于踢足球所需的接触点上，同时将一控制单元106与一扬声器108定位于在正常使用过程中比较不可能与足球接触的点上。这一实施例的有益之处在于其无需定制或专门构造特别的足球鞋，并且可从一只足球鞋转换至另一只。另一方面，如前述实施例中那样永久安装于足球鞋上的部件相对于鞋子固定住，从而可防止相对于鞋子发生移动。
图14示出了一种呈条带装置形式的替代实施例装置，其包括一形成一前环的段112以及一向后延伸的水平段114。段112支承着一膜片开关或其它靠近环顶的适用传感器116，并且支承着一靠近环底的控制电路118。这种结构的段114支承着一膜片开关120及一扬声器122。
条带装置110可以安装于具有夹板126的足球鞋124上，如图15中所示。段112的环沿前、后夹板之间的区域环绕着鞋子，沿鞋顶放置传感器116而沿夹板之间的鞋底放置控制电路118。同时，水平条带段114沿脚背部放置开关120，并且将扬声器122定位于最靠近跟部处，或一接近跟部的超出区域。条带装置110可以由弹性材料形成，其中环由永久闭合的条带段112形成，并通过在将其拉过鞋子124的趾部时拉伸条带而安装。
图16示出了另一种替代条带装置128，其中前方的条带130可以或可以不由一弹性材料形成，但无论如何不能形成一闭合环。相反，条带130具有自由端，通常位于鞋子132的侧面，利用闭合材料而可松脱地互相联接以便形成一闭合环。一水平条带134可形成一向后延伸的环，同前文一样在前方开口。条带装置128尤其适合与类似于具有一连续鞋底136的鞋子132的鞋子一起使用。为便于安装条带装置，鞋底136的一部分切开以便提供一槽道138，条带130通过其自由端之一以螺纹方式通过槽道138中，随后端部被固定于鞋子132的超出侧上。这样固定后，条带130就将传感器140定位于鞋子的顶部，而将控制电路142置于槽道内。条带134将传感器144设置在脚背部处，而将扬声器146设置在跟部或其附近，如前。
在图12-16的实施例中，有利的做法是将控制电路以及控制电路与传感器和扬声器之间的导电通路构制成一个或更多柔性印制电路。
图17示出了一种替代实施例控制电路148的一个记录特征，其包括按照先前所述方式联接的一微处理器150以及一声音重放电路152。微处理器和重放电路提供有附加部件，以便使得用户能够记录声音以供将来选择和重放。附加部件包括一用于将声音转化成模拟电信号的麦克风154。与每种输入声音相对应的模拟信号由麦克风提供给电路156，电路对信号取样以便产生代表模拟电信号的数字数据。数字数据存储于重放电路152的一个或更多数据寄存器158中。麦克风由一控制输入160启动，其还提供一送往微处理器150的输入162以便存储与进入数据相关联的地址，并提供一送往重放电路152的输入164以便将加入的地址与加入的数据相关联。
不管使用哪一实施例，都给予足球选手以即时反馈，鼓舞该选手改进他或她的踢球技术。由于各种声音供作肯定的反馈，因此选手对于改进技术的兴趣得以保持并提高。电路部件可以设置成将对鞋子的外观或性能的影响减至最小。