CN105533917A - 基于后跟垫高的足部形态设计增高鞋垫的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于增高鞋垫涉及领域，提供一种基于后跟垫高的足部形态设计增高鞋垫的方法，包括以下步骤：(1)采用与制作增高鞋垫相同的材料制作楔形扫描用鞋垫，该扫描用鞋垫位于中足内侧下方的部位被掏空；(2)将扫描用鞋垫置于脚下，扫描后跟垫高时的足部三维图像；(3)后跟垫高时的足部三维图像导入三维设计软件中并建立三维坐标系，通过建立网格线确定设计点，(4)综合考虑足弓在运动时相对于静止站立时足弓最大高度处的下降量、根据已确定的设计点设计增高鞋垫足弓部分的上表面，根据足底形态设计增高鞋垫上表面的其他部位、根据鞋底上表面的形状设计增高鞋垫的下表面，连接增高鞋垫的上下表面，即完成增高鞋垫的设计。

Description

基于后跟垫高的足部形态设计增高鞋垫的方法

技术领域

本发明属于增高鞋垫设计领域，涉及采用与增高鞋垫材质相同的扫描用鞋垫将后跟垫高进行足部形态扫描并基于扫描得到的足部形态设计增高鞋垫的方法。

背景技术

传统的增高鞋垫的设计是以裸足形态为基础的，但在后跟垫高的情况下，相对于支撑面而言，足底大部分区域的高度会增加，使得后跟垫高时足弓高度大于裸足时的足弓高度，因而以裸足形态为基础设计的增高鞋垫存在中足与鞋垫的接触面积减小、前掌和后跟分担的载荷增大的问题，严重时会导致穿着者出现前掌和后跟疼痛。增高鞋垫的上表面的设计要符合后跟垫高时的足部形态才能保证穿着的舒适性。

为了获得后跟垫高时的足部形态，现有的做法是将脚视为刚体，把裸足的三维图绕跖趾关节旋转至后跟高与设计增高鞋垫的跟高一致即得到后跟垫高时的足部形态。但脚上除了有刚性较好的骨骼，还有肌肉、韧带和腱膜等弹性体，实际上脚并不是刚体。同时，增高鞋垫的加入会迫使脚处于跖屈状态，脚趾被地面传递的压力屈曲，引起足弓进一步升高[HicksJH.Journalofanatomy.1954,88:25-31]，当后跟垫得足够高时，甚至会使平足显现出高弓的特征，足部形态特征参数与跟高间的关系是非线性的[MakikoKouchi,EmikoTsutsumi.AnthropologicalScience.2000,108(4):331-343]，不同跟高时的足弓升高量需通过实验进行测定。因此，上述方法确定的后跟垫高时的足部形态并不准确，以此为依据设计的增高鞋垫会与实际情况出现较大偏差，为了克服该问题，需采用与实际穿着状态一致的足部形态为设计依据来进行增高鞋垫的设计。

用于制造鞋垫的材料绝大部分都是不透明的，将不透明的鞋垫在脚底进行扫描，鞋垫会遮住足底，致使扫描结果中的脚和鞋垫成为一个整体，无法观测足底形态。目前采用的方法是选用成品鞋跟垫在脚后跟部位进行扫描以获取后跟垫高时的足部形态[李鑫,王坤余,徐波,沈妮.站立状态下跟高对足部维长尺寸的影响.中国皮革.2013,(18):110-110,114]，该方法只遮住了脚后跟部分，对脚长、脚宽和围度等参数的测量很有效，但由于成品鞋跟多采用塑料或木材等较硬的材料制作，将成品鞋跟直接垫在足底进行扫描，会造成有鞋跟和无鞋跟交界处的足底出现较大形变。不仅如此，由于成品鞋跟的材质较硬，而制作增高鞋垫材料是具有可压缩性的，扫描时硬质成品鞋跟引起的足部形变量与实际穿着增高鞋垫时足部的形变量是不同的，因此该方法获取的足部形态仍然不够准确，以此为依据设计的增高鞋垫会也会与实际情况出现偏差。

在获取足部形态后，需要设计增高鞋垫的上表面，目前采用的方法是：首先根据足弓的最大高度确定增高鞋垫足弓部分的上表面的最大高度，然后以此为基础根据大致的足底形态凭经验光滑连接增高垫上表面的其余部分。但实际上，足底是较复杂的三维空间曲面，需要确定一系列的特征点的位置后才能较为准确地确定增高鞋垫上表面的形状，现有方法这样仅凭经验确定增高鞋垫上表面形状，没有客观数据的指导，操作的重复性差，容易造成设计出的增高鞋垫与实际足底情况出现偏差，影响穿着的舒适度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于后跟垫高的足部形态设计增高鞋垫的方法，以设计出更符合后跟垫高时足底实际情况的增高鞋垫，提高增高鞋垫穿着的舒适性。

本发明提供的基于后跟垫高的足部形态设计增高鞋垫的方法，包括以下步骤：

(1)制作扫描用鞋垫

扫描用鞋垫呈楔形，其长度从足部后跟延伸到跖趾关节，厚度从足部后跟端到跖趾关节端逐渐变薄，足部后跟端的厚度与增高鞋垫的跟高一致，跖趾关节端的厚度为0.5～1mm，该扫描用鞋垫位于中足内侧下方的部位被掏空以在扫描足部三维图像时不遮挡足弓，采用与制作增高鞋垫相同的材料制作扫描用鞋垫；

(2)扫描足部三维图像

受试者采用双腿站直的姿势，将扫描用鞋垫置于脚下，利用三维足部扫描仪扫描左脚和右脚在后跟垫高时的足部三维图像；

(3)建立三维坐标系、确定设计点

将后跟垫高时的足部三维图像导入三维设计软件中并建立三维坐标系：以所述三维图像中扫描用鞋垫底面所在平面为xy平面，扫描用鞋垫底面后跟端的中点为坐标原点，以坐标原点与第二趾的趾跟中点的连线为y轴，由坐标原点指向第二趾的趾跟中点方向为正，x轴位于xy平面上且垂直于y轴，由足部内侧指向外侧方向为正，z轴垂直于xy平面，由扫描用鞋垫的底面指向足底的方向为正；在中足内侧区域对应的xy平面上，每间隔3～5mm作平行于x轴和y轴的直线形成网格线，从各网格线的交点沿z轴正方向作xy平面的垂线，以所作垂线与足底面的交点为特征点，选取多个特征点作为设计点，测量并记录各设计点到xy平面的距离；

(4)设计增高鞋垫上表面及其他部位

假设足弓在运动时相对于静止站立时足弓最大高度处的下降量为d，0＜d≤5mm，将距离xy平面最远的设计点沿z轴负方向平移d，将其他设计点沿z轴负方向平移m，将平移后的各设计点连接形成光滑的曲面，该曲面即为增高鞋垫足弓部分的上表面，然后根据足底形态设计增高鞋垫上表面的其他部位、根据鞋底上表面的形状设计增高鞋垫的下表面，增高鞋的长度从足部后跟延伸到跖趾关节、厚度从足部后跟端到跖趾关节端逐渐变薄，其跟高与扫描用鞋垫后跟端的厚度一致、跖趾关节端的厚度为0.5～1mm，连接增高鞋垫的上下表面，即完成增高鞋垫的设计；

m的确定原则为：各设计点平移后仍然保持平移前的相对位置关系且平移后的各设计点能连接形成光滑的曲面，0≤m＜d。

上述方法中的步骤(4)中，采用至少3个不同的d值设计出至少3种增高鞋垫，制作出相应的增高鞋垫，放入鞋腔试穿，根据试穿舒适度得到优选的鞋垫设计方案；优选采用3～5个不同的d值。

上述方法的步骤(3)、(4)中，可采用各种三维设计软件进行增高鞋垫的设计，例如常用的三维设计软件DelcamPowerShape、Rhinoceros等。

上述方法的步骤(3)中，具体选择多少个特征点作为设计点根据实际设计增高鞋垫时所针对的脚形态进行确定，例如，根据脚的长短、肥瘦、足弓形态等来确定，而这些又与性别、年龄、足部是否存在畸形与病变等情况有关，选取的设计点的数量越多，设计的增高鞋垫足弓部分的上表面越准确，但随着设计点数量的增加，设计时数据处理的工作量和难度也会增加，综合上述各种因素考虑，要得到合适的增高鞋垫足弓部分的上表面，需要选取至少10个特征点作为设计点。

通常，正常的足部形态基本上是左右脚对称的，对于适用于这类左右脚基本对称的增高鞋垫的设计，在步骤(3)、(4)中可仅针对左脚或者右脚的足部三维图像进行增高鞋垫的设计，然后按照左右脚的对称关系得到另一只脚的增高鞋垫；对于左右脚足部形态不一致，需要专门定制增高鞋垫的情况而言，在步骤(3)、(4)中则分别根据左右脚的足部三维图像进行增高鞋垫的设计。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明提供了一种设计增高鞋垫的新方法，该方法通过对扫描用鞋垫进行改进，在扫描足部三维图像时获取到了准确度较高的后跟垫高时的足部形态，在此基础上，该方法通过在足部三维图像中建立坐标系，通过作网格线和垂线的方式寻找供设计增高鞋垫表面用的设计点，根据这些设计点并结合足弓在运动时相对于静止站立时的下降量综合确定增高鞋垫的上表面形状，由于获取的足部形态数据更为准确，增高鞋垫上表面的确定方法科学合理，因而本发明所述方法设计的增高鞋垫更加符合后跟垫高时的足部实际情况，穿着舒适性更好。

2.本发明所述方法充分考虑到了扫描用鞋垫的材质和形态对准确获取后跟垫高时的足部形态的影响，采用与制作增高鞋垫相同的材料制作扫描用鞋垫，由于二者材质相同，因而能保证扫描足部形态时与穿着增高鞋垫时的足部形变量的一致性，同时由于制作扫描用鞋垫的材质较软，因而在有无鞋垫的交界部位所引起的足部形变量不大，并且将扫描用鞋垫位于中足内侧下方的部位掏空，由于中足处扫描用鞋垫的垫高高度已经不太高，仅掏空位于中足内侧的部分，在扫描时不会引起大的足部形变，也不影响扫描时足弓形态的获取，因而本发明所述方法获取的足部形态更加准确，以此为基础设计的增高鞋垫与实际情况的偏差更小，穿着舒适度更好。

3.由于足弓的高度在运动的过程中会发生变化，而双脚站姿的足部形态与行走时的足部形态最为接近且稳定性好，因此本发明所述方法采用双脚站姿状态进行扫描获取足部形态，获取的足部形态与运动时的形态是接近的。在运动时，单支撑期的足部受力大于双脚站姿时的足部受力，会使足弓高度略低于双脚站姿，但现有的测试手段无法获取足弓在运动时的具体形变量。本发明所述方法根据经验估计足弓在运动时相对于静止站立时的下降量，将该下降量考虑到增高鞋垫上表面的设计中，使得增高鞋垫上表面的形态更符合运动时的足部形态，因而能够提高穿着舒适性。

4.本发明所述方法的准确性高、重复性好、可操作性强，可根据制作增高鞋垫的材料的特性、跟高变化、个体差异和足部病变等状态下的足底形态来设计增高鞋垫，对定制制作或者批量生产增高鞋垫的情况都适用。

5.本发明所述方法将足部三维扫描、生物力学分析、计算机三维辅助设计及计算机辅助制造整合应用于鞋垫的设计和制作中，可方便快速地对设计参数进行调整，而且整个过程中的数据均可电子存档，有助于日后再加工及改进等。

附图说明

图1是右脚扫描用鞋垫的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是扫描得到的左脚在后跟垫高时的足部三维图像；

图4是xy平面上的网格线示意图；

图5是1#、2#和3#增高鞋垫的试穿舒适度评分图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是，实施例只用于对本发明作进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据本发明的内容作出一些非本质的改进和调整进行具体实施，但这样的具体实施应仍属于本发明的保护范围。

以下以脚长为250mm、增高鞋垫跟高为25mm，专门定制增高鞋垫的情况为例，详细说明本发明所述基于后跟垫高的足部形态设计增高鞋垫的方法，步骤如下：

(1)制作扫描用鞋垫

根据受试者双足的足部形态，分别在Rhinoceros三维设计软件中建立左右脚的扫描用鞋垫的模型，扫描用鞋垫呈楔形，其长度从足部后跟延伸到跖趾关节，约为脚长的3/4，厚度从足部后跟端向跖趾关节端逐渐变薄，足部后跟端的厚度与增高鞋垫的跟高一致，为25mm，跖趾关节端的厚度为0.5mm，扫描用鞋垫的中足内侧部位被掏空，掏空范围仅限于不遮挡足弓，其中，右脚的扫描用鞋垫的结构示意图如图1和图2所示。以邵氏硬度为A32的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)发泡材料为原料采用雕刻机制作左、右脚扫描用鞋垫。

(2)扫描足部三维图像

标定infoot三维足部扫描仪(日本大阪I-Ware公司)，将步骤(1)制作的扫描用鞋垫置于受试者双脚下，受试者采用双腿站直的姿势，让体重均匀作用在双腿上，然后开启三维足部扫描仪通过三个激光摄像头从三个相互垂直的方向采集受试者左脚和右脚在后跟垫高状态下的三维图像，确认扫描结果清晰完整后保存数据，其中，扫描得到的左脚在后跟垫高时的足部三维图像如图3所示。

(3)建立三维坐标系、确定设计点

将左脚后跟垫高时的足部三维图像导入Rhinoceros三维设计软件中并建立三维坐标系：以三维图像中扫描用鞋垫底面所在平面为xy平面，扫描用鞋垫底面后跟端的中点为坐标原点，以坐标原点与第二趾的趾跟中点的连线为y轴，由坐标原点指向第二趾的趾跟中点方向为正，x轴位于xy平面上且垂直于y轴，由足部内侧指向外侧方向为正，z轴垂直于xy平面，由扫描用鞋垫的底面指向足底的方向为正；如图4所示，在中足内侧区域对应的xy平面上，每间隔5mm作平行于x轴和y轴的直线形成网格线，从各网格线的交点沿z轴正方向作xy平面的垂线，以所作垂线与足底面的交点为特征点，选取100个特征点作为设计点，测量并记录各设计点到xy平面的距离；

将右脚在后跟垫高时的足部三维图像导入Rhinoceros三维设计软件中，重复前述操作得到100个设计点及各设计点到xy平面的距离。

(4)设计增高鞋垫上表面及其他部位

假设足弓在运动时相对于静止站立时足弓最大高度处的下降量为d，将左脚三维图像中距离xy平面最远的设计点沿z轴负方向平移d，将其他设计点沿z轴负方向平移m，将平移后的各设计点连接形成光滑的曲面，该曲面即为增高鞋垫足弓部分的上表面，然后根据足底形态设计增高鞋垫上表面的其他部位、根据鞋底上表面的形状设计增高鞋垫的下表面，增高鞋垫的长度从足部后跟延伸到跖趾关节、厚度从足部后跟端到跖趾关节端逐渐变薄，其跟高为25mm、跖趾关节端的厚度为0.5mm，连接增高鞋垫的上下表面，即完成左脚增高鞋垫的设计；

m的确定原则为：各设计点平移后仍然保持平移前的相对位置关系且平移后的各设计点能连接形成光滑的曲面，0≤m＜d。

该步骤中，d分别取值3mm、4mm和5mm，分别设计出三双跟高为25mm的增高鞋垫。

(5)根据试穿舒适度确定最优设计方案

以邵氏硬度为A32的EVA发泡材料为原料，采用雕刻机将步骤(4)设计的三双鞋垫加工成型，将d分别取值3mm、4mm和5mm对应的增高鞋垫分别记作1#、2#和3#增高鞋垫，将1#、2#和3#增高鞋垫按照随机的顺序放入鞋腔中让受试者试穿，受试者穿上后在平地上步行15分钟左右，待适应后记住试穿感受，填写舒适度评分表，评分范围为0～10分，0分代表完全不舒服，10分代表非常舒服，结果如图5所示，由图5可知，2#增高鞋垫的舒适度最好，因此2#增高鞋垫为本实施例中的最优设计方案。

Claims (3)

1.基于后跟垫高的足部形态设计增高鞋垫的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)制作扫描用鞋垫

扫描用鞋垫呈楔形，其长度从足部后跟延伸到跖趾关节，厚度从足部后跟端到跖趾关节端逐渐变薄，足部后跟端的厚度与增高鞋垫的跟高一致，跖趾关节端的厚度为0.5～1mm，该扫描用鞋垫位于中足内侧下方的部位被掏空以在扫描足部三维图像时不遮挡足弓，采用与制作增高鞋垫相同的材料制作扫描用鞋垫；

(2)扫描足部三维图像

受试者采用双腿站直的姿势，将扫描用鞋垫置于脚下，利用三维足部扫描仪扫描左脚和右脚在后跟垫高时的足部三维图像；

(3)建立三维坐标系、确定设计点

将后跟垫高时的足部三维图像导入三维设计软件中并建立三维坐标系：以所述三维图像中扫描用鞋垫底面所在平面为xy平面，扫描用鞋垫底面后跟端的中点为坐标原点，以坐标原点与第二趾的趾跟中点的连线为y轴，由坐标原点指向第二趾的趾跟中点方向为正，x轴位于xy平面上且垂直于y轴，由足部内侧指向外侧方向为正，z轴垂直于xy平面，由扫描用鞋垫的底面指向足底的方向为正；在中足内侧区域对应的xy平面上，每间隔3～5mm作平行于x轴和y轴的直线形成网格线，从各网格线的交点沿z轴正方向作xy平面的垂线，以所作垂线与足底面的交点为特征点，选取多个特征点作为设计点，测量并记录各设计点到xy平面的距离；

(4)设计增高鞋垫上表面及其他部位

假设足弓在运动时相对于静止站立时足弓最大高度处的下降量为d，0＜d≤5mm，将距离xy平面最远的设计点沿z轴负方向平移d，将其他设计点沿z轴负方向平移m，将平移后的各设计点连接形成光滑的曲面，该曲面即为增高鞋垫足弓部分的上表面，然后根据足底形态设计增高鞋垫上表面的其他部位、根据鞋底上表面的形状设计增高鞋垫的下表面，增高鞋的长度从足部后跟延伸到跖趾关节、厚度从足部后跟端到跖趾关节端逐渐变薄，其跟高与扫描用鞋垫后跟端的厚度一致、跖趾关节端的厚度为0.5～1mm，连接增高鞋垫的上下表面，即完成增高鞋垫的设计；

m的确定原则为：各设计点平移后仍然保持平移前的相对位置关系且平移后的各设计点能连接形成光滑的曲面，0≤m＜d。

2.根据权利要求1所述基于后跟垫高的足部形态设计增高鞋垫的方法，其特征在于步骤(4)中采用至少3个不同的d值设计出至少3种增高鞋垫，制作出相应的增高鞋垫，放入鞋腔试穿，根据试穿舒适度得到优选的鞋垫设计方案。

3.根据权利要求1或2所述基于后跟垫高的足部形态设计增高鞋垫的方法，其特征在于步骤(3)中选取至少10个特征点作为设计点。