CN105996281B - 具有不稳定结构的功能性鞋具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有不稳定结构的功能性鞋具，包括左鞋(1)和右鞋，所述的左鞋(1)和右鞋的鞋底的鞋底大脚趾区域(1.1.2)的下表面设有凸块(2)，所述的凸块(2)由弹性材料制成；所述的鞋底大脚趾区域(1.1.2)的受力点与所述的凸块(2)的重心在同一条铅垂线上。该功能性鞋具有助于恢复人体足部大脚趾区域的抓地功能。

Description

具有不稳定结构的功能性鞋具

技术领域

本发明涉及鞋具，更确切地说涉及一种具有不稳定结构的功能性鞋具。

背景技术

人体足部具有支撑人体的作用，足部在人体运动过程中发挥着重要的作用。人体的足弓具有缓冲震动并提供行走跑跳势能的作用，能使机体进行正常的站立、行走、跑动和跳跃。脚趾位于足部的最前端具有抓地的作用。脚趾运动时积极的抓地作用能提升运动表现，降低足部跖骨区域冲击负荷；尤其是在行走和跑步支撑期足蹬离地面阶段，作用机理如图1所示，纵向的足可视作一条杠杆，杠杆的支点位于第一至第五跖骨头位置，动力来自与脚趾跖屈运动相关联的下肢各大小肌群（腓肠肌、趾长屈肌及踇长屈肌等），阻力是人体自身的重量。在蹬离地面阶段，脚趾的积极抓地动作不仅增大了原集中在跖骨头区域的支撑面积，降低了跖骨头区域的冲击负荷，而且通过下肢腓肠肌、趾长屈肌及踇长屈肌等肌群的快速作用，使脚趾抓地动作如弹射动作一样离开支撑点，从而提升跑步的运动表现。人体在行走时脚趾积极的抓地作用能够缓解前足负荷。而且还有研究表明，脚趾积极抓地动作能够刺激股四头肌和大腿后侧肌群的活动水平，从而提高行走支撑期内膝关节的稳定性。脚趾的抓地力量还与摔倒风险有关联，脚趾的抓地力量越小，摔倒的风险就越大，尤其在老年人群中表现较为明显。

鞋子对人体足部具有保护作用。随着人类社会的不断进步，鞋子的功能也越来越完善，但现代鞋具似乎对人体足部产生了过度的保护作用，甚至造成足部部分功能的抑制。人体足部长期受鞋子的束缚，其足形也会出现不同程度的变化，而最为常见的改变出现在前足和脚趾区。如图2中所示，脚形A和脚形C分别是长期穿着过度保护性鞋具的足形的脚背和脚底面观，该足形的脚趾和前足并拢且纤细。如图2中所示；脚形B和脚形D分别是自然状态下足形的脚背和脚底面观，自然足形的脚趾和前足是分开的，间距较大。足部形态与足部功能紧密相关，足形的改变可能会导致足部功能出现退行性的变化。长期穿着过度保护鞋具的人群大脚趾的并拢和足形的改变会使得人体足部的抓地力量减弱，膝关节稳定性降低，摔倒风险增高，不利于人的健康。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种具有不稳定结构的功能性鞋具，该鞋具有助于恢复人体足部大脚趾区域的抓地功能。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的具有不稳定结构的功能性鞋具，包括左鞋和右鞋，其特征在于：所述的左鞋和右鞋的鞋底的鞋底大脚趾区域的下表面设有凸块，所述的凸块由弹性材料制成；所述的鞋底大脚趾区域的受力点与所述的凸块的重心在同一条铅垂线上。

采用以上结构后，本发明的具有不稳定结构的功能性鞋具，与现有技术相比，具有以下优点：

由于本发明的具有不稳定结构的功能性鞋具的左鞋和右鞋的鞋底的下表面大脚趾区域设有凸块，所述的凸块能够给人体运动时创造不稳定的环境，这种不稳定环境能对大脚趾抓地机能产生刺激与训练作用，使大脚趾抓地功能增强，从而可有效地减少聚集于足前掌区域的负荷，并能够降低长期参与跑步锻炼或者运动训练而产生的跖骨疲劳性骨折和足底筋膜炎的发病几率，为日常健身锻炼和长期的运动训练提供有效的辅助训练工具。

作为改进，所述的凸块的硬度指数为5~90。采用此种结构后，此种凸块对大脚趾的刺激与训练的效果较好。

作为改进，所述的凸块的凸面为弧面，所述的弧面的中心点与所述的鞋底大脚趾区域的受力点在同一条铅垂线上。采用此种结构后，凸块对大脚趾的支撑比较稳定，人体在行走或跑步的过程中不会摔倒，而且走路时弧面与地面相切，当大脚趾抓稳了才不会摔倒，更加能训练大脚趾的抓地功能。

作为改进，所述的凸块与鞋底的连接面为圆形面，所述的圆形面的直径为2-5cm，所述的凸块的最大厚度为0.6-1.5cm。采用此种结构后，此种凸块对大脚趾的刺激与训练的效果较好。

作为改进，所述的圆形面的直径为4cm，所述的凸块的最大厚度为1cm。采用此种结构后，此种设计为最佳实施方案。

作为改进，所述的凸块与所述的鞋底一体成型。采用此种结构后，结构简单且可靠。

作为改进，所述的凸块与所述的鞋底之间可拆式连接。采用此种结构后，方便更换凸块，使用者可根据自身脚型和训练恢复的需要来选择凸块的尺寸和软硬程度，在凸块损坏的情况下也方便更换。

作为改进，所述的凸块靠近所述的鞋底的面上设有连接柱，所述的鞋底与所述的连接柱相对位置处设有插槽，所述的连接柱插接在所述的插槽内。采用此种结构后，凸块与所述的鞋底的连接结构简单且安装方便。

作为改进，所述的左鞋和右鞋均设有鞋垫，所述鞋垫的鞋垫大脚趾区域、前足内侧区域、前足中部区域和前足外侧区域均设有压力传感器，所述的左鞋和右鞋内均设有控制器和报警器；所述的鞋垫大脚趾区域、前足内侧区域、前足中部区域和前足外侧区域的压力传感器与相对应的控制器电连接，所述的控制器与相对应的报警器电连接。采用此种结构后，所述的鞋垫上的压力传感器可检测人体运动时相应区域的压力数值，压力数值可供使用者参考并选择最适合自己的不稳定结构鞋。

本发明要解决的另一技术问题是，提供一种具有不稳定结构的功能性鞋具的控制方法，该鞋子的控制方法有助于使用者选择最适合自己的具有不稳定结构的鞋具。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的具有不稳定结构的功能性鞋具的控制方法，具有以下步骤：

向所述的控制器输入使用者的体重；左鞋和右鞋分别穿在所述的使用者的左脚和右脚上；使用者进行慢跑；

所述的鞋垫大脚趾区域的压力传感器、前足内侧区域的压力传感器、前足中部区域的压力传感器和前足外侧区域的压力传感器分别将检测到的压力信息发送给所述的控制器；控制器根据接收到的压力信息分别获得使用者的大脚趾区域的压力值、前足内侧区域的压力值、前足中部区域的压力值和前足外侧区域的压力值；

所述的控制器将使用者的体重乘以重力加速度换算成使用者体重的压力值；所述的控制器将使用者的大脚趾区域的压力值、前足内侧区域的压力值、前足中部区域的压力值和前足外侧区域的压力值分别除以使用者体重的压力值得到使用者的大脚趾区域的压力值相对于体重压力值的倍数、前足内侧区域的压力值相对于体重压力值的倍数、前足中部区域的压力值相对于体重压力值的倍数和前足外侧区域的压力值相对于体重压力值的倍数；

当使用者的大脚趾区域的压力值相对于体重压力值的倍数超出0.8倍或前足内侧区域的压力值相对于体重压力值的倍数超出2倍或前足中部区域的压力值相对于体重压力值的倍数超出2倍或前足外侧区域的压力值相对于体重压力值的倍数超出1.6倍时，所述的报警器进行报警。

采用以上结构后，本发明的具有不稳定结构的功能性鞋具的控制方法，与现有技术相比，具有以下优点：

当人体运动时，所述鞋垫的大脚趾区域、前足内侧区域、前足中部区域和前足外侧区域的压力传感器会产生压力信号，如果这些压力信号进行数据处理之后的数值超出设定的范围时，报警器会进行报警，这样有助于使用者选择最适合自己的不稳定结构鞋，且更加有助于提高大脚趾的抓地机能，降低长期参与跑步锻炼或者运动训练而产生的跖骨疲劳性骨折和足底筋膜炎的发病几率。

附图说明

图1是人体在行走和跑步支撑期内足蹬离地面阶段的作用机理图。

图2是人体的变形后的足形和自然的足形的示意图。

图3是本发明具有不稳定结构的鞋子的左鞋的鞋底的结构示意图。

图4是本发明具有不稳定结构的鞋子的左鞋的鞋底的剖视结构示意图。

图5是图5中A部分的放大结构示意图。

图6是本发明具有不稳定结构的鞋子的左鞋的鞋垫的结构示意图。

图中所示:1、左鞋，1.1、鞋底，1.1.1、插槽，1.1.2、鞋底大脚趾区域，1.2、鞋垫，1.2.1、鞋垫大脚趾区域，1.2.2、前足内侧区域，1.2.3、前足中部区域，1.2.4、前足外侧区域，2、凸块，2.1、连接柱，2.1.1、柱体，2.1.3柱帽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请参阅图3所示，本发明具有不稳定结构的功能性鞋具包括左鞋1和右鞋。所述的左鞋1和右鞋的鞋底的下表面鞋底大脚趾区域1.1.2设有凸块2，所述的凸块2由弹性材料制成，本具体实施例中，所述的弹性材料为橡胶。所述的鞋底大脚趾区域1.1.2的受力点与所述的凸块2的重心在同一条铅垂线上。所述的鞋底大脚趾区域是指脚穿入鞋子内时鞋底上与大脚趾相对应的区域。所述的鞋底大脚趾区域的受力点是指穿着者的大脚趾对鞋底施力时鞋底相对应的受力点。

所述的凸块2的硬度指数HA为5-90。所述的凸块2的硬度指数HA的计算方法如下：

E=σ/ε (1)

E=(15.75+2.15HA)/(100-HA) (2)

公式(1)中E为橡胶材料的弹性模量，σ为单位面积承受的压强(MPa)，ε为材料在压强作用下产生的形变量(mm)。首先测试橡胶材料的弹性模量，方法如下：将所述橡胶材料制作成长宽高均为2cm的立方体小块，通过弹性模量测试仪(INSTRON AG Grove USA) 测得立方体小块随着压强σ产生的形变量ε，通过公式(1)计算得出橡胶材料弹性模量E，再根据测得的弹性模量，结合公式(2)计算得到橡胶材料的硬度指数HA。

所述的凸块2的凸面为弧面，所述的弧面的中心点与所述的鞋底大脚趾区域1.2.1的受力点在同一条铅垂线上。所述的凸块2与鞋底1.1的连接面为圆形面，所述的圆形面的直径为2-5cm，所述的凸块2的最大厚度为0.6-1.5cm。本具体实施例中，所述的圆形面的直径为4cm，所述的凸块2的最大厚度为1cm。

所述的凸块2设置在鞋底1.1的方式可以是以下几种方式：

一、凸块2与所述的鞋底1.1一体成型，此种设置方式，凸块2与鞋底1.1之间结构较稳定。

二、凸块2通过胶水固定在鞋底1.1上，此种设置方式，安装较方便。

三、凸块2与所述的鞋底1.1之间可拆式连接，此种设置方式，可根据使用者实际需要来更换凸块2，找到最适合自己的规格的凸块2。

请一并参阅图4和图5所示，凸块2与鞋底1.1之间的可拆式连接结构为：所述的凸块2靠近所述的鞋底1.1的面上设有连接柱2.1，所述的鞋底1.1与所述的连接柱2.1相对位置处设有插槽1.1.1，所述的连接柱2.1插接在所述的插槽1.1.1内。所述的连接柱2.1包括柱体2.1.1及柱帽2.1.2，所述的柱帽2.1.2的外径大于所述的柱体2.1.1的外径，所述的柱帽2.1.2为半球形。所述的插槽1.1.1的形状与所述的连接柱2.1的形状相匹配。

此种凸块2与鞋底1.1可拆式结构的具有不稳定结构的鞋具在不安装凸块2时可在插槽1.1.1上安装一个堵头，当做一双普通的鞋子来使用。鞋子也可以多备几个不同尺寸和不同硬度的凸块2，供使用者挑选。此种鞋子的通用性较好，使用者可以根据需要选择是否安装凸块2，挑选凸块2，更换凸块2（刚开始使用这种带不稳定结构的鞋具时与适应这种带不稳定结构的鞋具时对凸块的选用要求也不一样）。

请一并参阅图6所示，所述的左鞋1和右鞋的鞋底的内侧均设有鞋垫1.2，所述的鞋垫1.2的鞋垫大脚趾区域1.2.1、前足内侧区域1.2.2、前足中部区域1.2.3和前足外侧区域1.2.4均设有压力传感器，所述的左鞋1和右鞋内均设有控制器和报警器；所述的鞋垫1.2的鞋垫大脚趾区域1.2.1、前足内侧区域1.2.2、前足中部区域1.2.3和前足外侧区域1.2.4的压力传感器与相对应的控制器电连接，所述的控制器与相对应的报警器电连接。所述的压力传感器均为柔性阵列式压力传感器。所述的报警器为警示灯或声光报警器，该报警器分别设于左鞋和右鞋的鞋尖部分。

所述的左鞋1和右鞋内还可以设置无线通信模块，所述的无线通信模块与相对应的控制器电连接，所述的控制器通过相应的无线通信模块与无线智能移动终端信号连接。使用者通过察看无线智能移动终端上的信息可直观地看出左鞋1和右鞋上的凸块2是否与自身相匹配。

为了供使用者找到与自身相匹配的凸块2，本发明还提供一种具有不稳定结构的功能性鞋具的控制方法，具有以下步骤：

向所述的控制器输入使用者的体重（单位：kg），所述的控制器连接有输入模块，通过输入模块向控制器输入使用者的体重。也可以通过无线智能移动终端向控制器输入使用者的体重，操作更加方便。将左鞋和右鞋分别穿在所述的使用者的左脚和右脚上。使用者进行慢跑，慢跑的速度控制在2-3m/s。

所述的鞋垫大脚趾区域的压力传感器、前足内侧区域的压力传感器、前足中部区域的压力传感器和前足外侧区域的压力传感器分别将检测到的压力信息发送给所述的控制器；控制器根据接收到的压力信息分别获得使用者的大脚趾区域的压力值（单位N）、前足内侧区域的压力值、前足中部区域的压力值和前足外侧区域的压力值。

所述的控制器将使用者的体重乘以重力加速度(g=9.8N/kg)换算成使用者的体重的压力值（单位N）；所述的控制器将使用者的大脚趾区域的压力值、前足内侧区域的压力值、前足中部区域的压力值和前足外侧区域的压力值分别除以使用者的体重的换算值得到使用者的大脚趾区域的压力值相对于体重的压力值的倍数（单位为BW，BW为body weight的缩写）、前足内侧区域的压力值相对于体重的压力值的倍数、前足中部区域的压力值相对于体重的压力值的倍数和前足外侧区域的压力值相对于体重的压力值的倍数。

当使用者的大脚趾区域的压力值相对于体重压力值的倍数超出0.8倍或前足内侧区域的压力值相对于体重压力值的倍数超出2倍或前足中部区域的压力值相对于体重压力值的倍数超出2倍或前足外侧区域的压力值相对于体重压力值的倍数超出1.6倍时，所述的报警器进行报警。指示使用者穿着的左鞋1或右鞋上安装的凸块2的尺寸或者软硬度不适合自己，测试者可通过更换左鞋1或右鞋上的凸块2或者可通过直接更换左鞋1或右鞋来找到适合自己的鞋子。

控制器将鞋垫大脚趾区域的压力传感器检测到的压力信息、前足内侧区域的压力传感器检测到的压力信息、前足中部区域的压力传感器检测到的压力信息和前足外侧区域的压力传感器检测到的压力信息换算成使用者的大脚趾区域的压力值相对于体重压力值的倍数、前足内侧区域的压力值相对于体重压力值的倍数、前足中部区域的压力值相对于体重压力值的倍数和前足外侧区域的压力值相对于体重压力值的倍数，通过这种方式是为了统一标准，使其适合各种不同体重的使用者。

选取大脚趾区域、前足内侧区域、前足中部区域和前足外侧区域的数据有如下两方面原因：

一方面是出于体现鞋具的功能性考虑，当大脚趾抓地作用较显著时，大脚趾区域压力会显著增大，前足内侧和前足中部的压力会显著降低，前足外侧无显著变化。

另一方面是出于安全因素考虑，避免使用者选取较硬的凸块，较硬的凸块会导致足过度内翻，前足内侧和中部压力无明显变化，而前足外侧压力显著增大，易增加踝关节内翻扭伤的风险。

为了让使用者可以直观且更加准确地找到适合自己的不稳定结构功能性鞋具，压力传感器将检测到的信号传输给控制器，控制器进行信号处理之后通过无线通信的方式将信号传输给无线智能移动终端（手机/平板电脑），无线智能移动终端经数据处理后再直观地将数据显示在显示屏上，使用者通过察看显示屏上的信息，通过更换不同软硬度的凸块来找到适合自己的凸块或不稳定结构鞋具，使得大脚趾的抓地功能得到充分的刺激恢复，降低长期参与跑步锻炼或者运动训练而产生的跖骨疲劳性骨折和足底筋膜炎的发病几率。

Claims (8)

1.一种具有不稳定结构的功能性鞋具，包括左鞋（1）和右鞋，其特征在于：所述的左鞋（1）和右鞋的鞋底的鞋底大脚趾区域（1.1.2）的下表面设有凸块（2），所述的凸块（2）由弹性材料制成；所述的鞋底大脚趾区域（1.1.2）的受力点与所述的凸块（2）的重心在同一条铅垂线上；所述的凸块（2）的凸面为弧面，所述的弧面的中心点与所述的鞋底大脚趾区域（1.1.2）的受力点在同一条铅垂线上。

2.根据权利要求1所述的具有不稳定结构的功能性鞋具，其特征在于：所述的凸块（2）与鞋底的连接面为圆形面，所述的圆形面的直径为2-5cm，所述的凸块的最大厚度为0.6-1.5cm。

3.根据权利要求2所述的具有不稳定结构的功能性鞋具，其特征在于：所述的圆形面的直径为4cm，所述的凸块的最大厚度为1cm。

4.根据权利要求1所述的具有不稳定结构的功能性鞋具，其特征在于：所述的凸块（2）与所述的鞋底（1.1）一体成型。

5.根据权利要求1所述的具有不稳定结构的功能性鞋具，其特征在于：所述的凸块（2）与所述的鞋底（1.1）之间可拆式连接。

6.根据权利要求5所述的具有不稳定结构的功能性鞋具，其特征在于：所述的凸块（2）靠近所述的鞋底（1.1）的面上设有连接柱（2.1），所述的鞋底（1.1）与所述的连接柱（2.1）相对位置处设有插槽（1.1.1），所述的连接柱（2.1）插接在所述的插槽（1.1.1）内。

7.根据权利要求1或6所述的具有不稳定结构的功能性鞋具，其特征在于：所述的左鞋（1）和右鞋均设有鞋垫（1.2），所述鞋垫（1.2）的鞋垫大脚趾区域（1.2.1）、前足内侧区域（1.2.2）、前足中部区域（1.2.3）和前足外侧区域（1.2.4）均设有压力传感器，所述的左鞋（1）和右鞋内均设有控制器和报警器；所述的鞋垫大脚趾区域（1.2.1）、前足内侧区域（1.2.2）、前足中部区域（1.2.3）和前足外侧区域（1.2.4）的压力传感器与相对应的控制器电连接，所述的控制器与相对应的报警器电连接。

8.根据权利要求7的具有不稳定结构的功能性鞋具的控制方法，具有以下步骤：

向所述的控制器输入使用者的体重；左鞋和右鞋分别穿在所述的使用者的左脚和右脚上；使用者进行慢跑；

所述的鞋垫大脚趾区域的压力传感器、前足内侧区域的压力传感器、前足中部区域的压力传感器和前足外侧区域的压力传感器分别将检测到的压力信息发送给所述的控制器；控制器根据接收到的压力信息分别获得使用者的大脚趾区域的压力值、前足内侧区域的压力值、前足中部区域的压力值和前足外侧区域的压力值；

所述的控制器将使用者的体重乘以重力加速度换算成使用者体重的压力值；所述的控制器将使用者的大脚趾区域的压力值、前足内侧区域的压力值、前足中部区域的压力值和前足外侧区域的压力值分别除以使用者体重的压力值得到使用者的大脚趾区域的压力值相对于体重压力值的倍数、前足内侧区域的压力值相对于体重压力值的倍数、前足中部区域的压力值相对于体重压力值的倍数和前足外侧区域的压力值相对于体重压力值的倍数；

当使用者的大脚趾区域的压力值相对于体重压力值的倍数超出0.8倍或前足内侧区域的压力值相对于体重压力值的倍数超出2倍或前足中部区域的压力值相对于体重压力值的倍数超出2倍或前足外侧区域的压力值相对于体重压力值的倍数超出1.6倍时，所述的报警器进行报警。