基于儿童足部数据分析的童鞋功能结构设计与实现

百检网 2022-02-10

  统计,目前我国16岁以下的儿童达3.8亿,约占我国总人口的四分之一,而且每年大约有2700万的新生儿降生。在这样一个庞大的市场潜力下,中国童鞋零售市场目前还处在起步阶段,整体特点是:散、乱、杂、差。散:销售渠道零散;乱:缺乏必要的市场规范;杂:没有专业的、自主的零售体系;差:造型落后、质量差、服务差。此外,很多儿童鞋从款式到材料,都是参照成人鞋来做的,相当一部分童鞋存在前跷过大、鞋底硬厚、鞋跟过高等问题。一双好的童鞋,不仅要保护脚免受外界侵害,而且要具有符合儿童脚部生长发育规律及生理机能特点的功能。因此,从事少年儿童鞋开发设计的技术人员要高度重视对这一特殊群体的研究。童鞋的生产技术及工艺基本是模仿成鞋技术来实施的,设计人员对儿童的脚部发育关注较少,加上孩子的错误穿着和不正确的动姿习惯,很多儿童的足部得不到一个较好的发育环境。使得儿童足部出现了这样那样的足部非正常发育前兆,或是轻微足病现象。

  的数据采集,分析异形鞋、高低鞋、大码鞋、扁平足鞋、脚内翻鞋、脚外翻鞋、外八脚鞋、内八脚鞋、X形脚鞋、0形脚鞋等矫正鞋的造型参数与生产工艺指标。

  二、压力测试及数学建模发育)压力测试及数据采集性化的体验过程,是人脚穿上鞋体,在满足人体对鞋类的基本需求之后,通过脚部触觉对外界对事物客体即鞋体的刺激通过神经系统传输人脑,人脑进行主观评价之后的知觉反映。这种知觉反映用一般性的语言描述,鞋底形体特征是否和脚底特征吻合,鞋底应该凸出的是否凸出,应该下凹的地方是否下凹,否则脚底就会受到约束或者松弛。鞋帮空间曲面是否和脚面空间曲面吻合,否则脚面就会约束或者松弛。这些特征从力学观点分析就是受力大小是否合适,因此本项目研究脚部特征的出发点之一就是研究脚部(非正常发育)的力学特征,建立脚部的力学模型,这种力学模型的直接利用就是应用在鞋楦和鞋垫、鞋底的形状设计上,进一步是帮样设计。

  承受压力的重要部位,不适宜或过大的脚部压力分布将会对人体产生不同程度的损害。因此,脚部压力分布是影响鞋类舒适性的一个重要因素,如何保持脚部各关键点压力适宜,即脚部压力分布舒适性也成为制鞋业关心的一个重要问题。根据力学传导机制,运用多刚体运动模型,将脚部简化为以脚跟为基点的多自由度运动链,建立脚部力学模型。

  静止状态下,水分蒸发约5~1.6g/h,在中等负载时为1.8~3.2g/h,在负载很重时为6~12g/h.其中40°/.的在行走过程中从脚与鞋的不严密部位排出,60%则留于鞋内。其中汗液是由水(占98%~99%)、氯化钠、硫等无机物和尿素、脂肪、蛋白质和不易挥发的脂肪酸等有机物组成。其中有机物在细菌的作用下分解后的产物呈酸性,使鞋袜被腐蚀,产生恶臭。而酸性分解产物对皮肤有一定的刺激作用,由此而引起生理上的不舒适感。脚部的汗腺主要分布在脚心及跖趾关节部位,其分布密度可达到300~350个/cm2.压力测试及数据采集比较**的如美国Tekscan公司生产的压力分布测量系统,其独特之处在于其专利技术一柔性薄膜网格状触觉压力传感器。这种传感器薄可达0.1mm,且柔性很好,因而为测量各种接触面之间的压力创造了更好的条件。目前,GM、Ford、Toyota、Honda、的人体压力测量系统。

  而德国Novel公司生产的Pedar-X足底压力测量系统通过测量足底压力的变化,在步态分析、技术动作分析、运动损伤等研究领域拥有广泛的研究前景。可针对不同运动项目,测量运动不同时段的足底压力分布状况,从而可以进一步分析动作特点、合理性以及与运动损伤的关系等。测量系统的测量量程、灵敏度、采样频率、数据存储量、测量精度、系统可靠性、系统稳定性、空间分辨率及力分辨率指标较高,尤其在重复测量性、精度上表现*为突出。Novel-Padar系统通过软件对不同的运动方式设置zui大量程。Novel-Pedar鞋塾内采用电容传感器,成人鞋垫中有99个传感器,通常鞋垫内传感器的密度为4个/cm2.系统采样频率100Hz、测量频率为20000个传感器/s.在线方式时,系统的采样时间为无限长,便携方式时,系统的采样时间为1h.系统轻便,不妨碍人的自然行走。动态数据实时测量,软件功能强大,人机界面良好。此外还有比利时RSSCAN(爱思康)公司也在从事运动鞋人体力学设计分析和运动鞋测试系统。

  三、个性化功能鞋(垫底)结构的设计辅助功能鞋关键技术内容主要有两个,一是垫底具有个性化记忆定型功能,二是有较强的针对性具体功能结构。

  能鞋(垫底)是通过典型脚型缺陷儿童的数据采集,分析现有的异形鞋、高低鞋、大码鞋、扁平足鞋、脚内翻鞋、脚外翻鞋、外八脚鞋、内八脚鞋、X形脚鞋、O形脚鞋等功能鞋的造型设计及实用生产。此辅助功能技术是针对“X”形脚和0形脚的特点,具有个性化设计的辅助功能鞋(垫底)。该结构上主要是由“足部个性化功能结构”及与垫底相配套而设计的鞋子组成“足部个性化功能结构”由“功能技术底”和“个性化记忆实体”二部分构成。

  计是根据儿童矫正对象脚底轮廓及脚型特点进行的,功能结构主要在于外踝或里踝的增高设计,针对“X”形脚和0形脚的特点,具有与其反向的作用力,经过一段时间的穿用,达到一定的辅助功能效果:“个性化记忆实体”安装在时,在“个性化记忆实体”上表面,会出现与本人足底形状相匹配的个性化脚底样定型,起到了更好的个性化功能。“个性化记忆实体”以纺织帆布包覆软木屑混胶填充物构成。

  作用。整鞋对儿童穿用辅助功能起到个性化及舒适、安全的作用。

  在童鞋的鞋底设计中,采用脚模测量,压力分布等逆向工程技术。在生产工艺上采用的定制难点的同时,克服了国内针对个性化功能鞋生产的理论技术参数与定制生产的工艺指标联系松散、效果不明显的问题。将快速定制技术引入儿童功能鞋的生产,形成了儿童功能鞋个性化生产的特殊模式。

  四、个性化功能鞋(垫底)结构的功能实现个性化功能鞋(垫底)结构的功能实现工作有理论研究工作和后期应用实践。理论研究主要是儿童足部现有技术研究、儿童裸足足底(非正常发育)及穿用常鞋的压力测试及数据采集,后期应用实现主要是“足部个性化功能结构”及与垫底相配套而设计的鞋子研究。

  研究工作包括三个方面,现有辅助功能技术研究、儿童足底(非正常发育)数学模型的建立和儿童穿用常鞋研究。三者都需要一定的实验基础,对于脚底可以采用现成的Pedar鞋垫压力系统等专业仪器进行数据采集。

  为了提高设计效率,缩短研究时间,合理考虑鞋底的工艺路线,采用并行工程设计技术。这种方法要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素,包括质量、成本、进度计划和用户要求。

  并行工程设计技术由:儿童鞋面个性化设计、个性化辅助功能结构设计、辅助功能技术研究、生产工艺制定等同时开展,并针对用户的不同需求,开展具体的有针对性的功能辅助设计。

  五、总结关注儿童健康成长是当今社会的重要话题。众所周知,儿童时期处于骨骼发育的关键时期,儿童穿鞋对其脚部发育的影响是非常大的,儿童处于生理、心理和认知成长发育时期,受外界影响很大。所以对于脚型不规整的儿童,在发育阶段zui容易采用非手术的方法进行矫正,具有十分重大的社会意义。

  (本文系温州市科技计划项目)(上接第27页)目前国内鞋类标准单位有轻工方面的制鞋标准委员会和化工部橡胶委的胶鞋委员会等等,导致鞋类标准归口较多,仅运动鞋就有国家标准又有化工部标准以及检验检疫行业标准等,而其中的指标内容又有些不一致,要求也不尽相同,大大浪费了人力物力。建议进步强化协调统一。建议我国鞋类方面的专家集中,形成标准审定组,对全国的标准统负责责。

  4、加大对专业鞋产品标准的研究及制订我国现有成鞋类标准还不是很丰富,尤其在专业运动鞋方面的标准细化的还不够,随着我国体育事业的不断发展,相关体育产业也会不断的发展壮大,体育运动的细化度将不断提高,专业运动鞋分类也越来越细。现有运动鞋标准体系方面,在专业运动鞋中还需进一步加快标准制订步伐,目前标准还缺少网球鞋、高尔夫鞋、保龄球鞋等等。

  5、发挥监管部门、检测机构、生产企业等多部门合作发挥多部门充分参与,发挥监管部门、检测机构、生产企业等多部门合作,由“政、检、企”多方联合制订的标准更能全面反映对产品质量的控制要求。

  出生,工程师,硕士,从事鞋类检测工作。)

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