CN107889452A

CN107889452A - 具有最佳低冲击弹簧，调整速度变化和智能护膝的大量能量回收鞋

Info

Publication number: CN107889452A
Application number: CN201680035140.XA
Authority: CN
Inventors: 布莱恩·瑞内克斯
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-04-16
Filing date: 2016-04-15
Publication date: 2018-04-06
Also published as: EP3282877A4; WO2016167847A3; WO2016167847A2; US20180220738A1; JP2018515305A; US10743611B2; CA2981623A1; AU2016247711A1; US20160302521A1; EP3282877A2; MX2017012299A

Abstract

一种基于增强脚跟提升的真正的未来的能量回收鞋，鞋的弹簧优化(减少40％脚的最大冲击)，实用的自动精确电子换速装置，新颖强劲的鞋冲击充电器，改进的滑轮电子驱动器，新型低冲击更坚固的弹簧(包括新材料如芳纶、光谱盾，和玻璃纤维)，新颖明显更强，更灵活，更坚韧的结构，和多个设计用于增强提升脚跟和防止脚趾过度下沉。这些设计要求的联动连接和两个改进的铰链——增强的自然铰链和连接嵌齿铰链。有一个旋转臂增强的优化弹簧，当它与连接嵌齿铰链结合，结果是在外层空间部署优化折叠式的阵列‑并给出了智能能源回收护膝。这些新功能承诺了一系列额外的应用程序如机器人、假肢、矫形器、弹簧、航空航天、汽车、防弹衣和地震改造。

Description

具有最佳低冲击弹簧，调整速度变化和智能护膝的大量能量回收鞋

背景

这个本发明，阐述在本CIP专利，公开了一系列未来优化鞋的特点。它增加了可供选择的设计，扩展和改进的能量回收，增强提升脚跟鞋的设计已透露在本发明者Rennex于2015年4月16号提交的母专利/总专利号USPTO 14/545,274。注意，任何引用这个母专利在这里简称为“母专利“。20世纪80年代以来，鞋子的重点是实现了大量的能量回收-这意味着，利用起跑时通过有效地连接鞋底储存的冲击能量来提升跑步者的重心向上和向前，以此有效地减少大量的新陈代谢消耗。简单地将弹簧安装在鞋底的任何地方只会降低能源成本的百分之几—，不管这些简单弹簧的恢复系数有多高。脚跟脚趾动作，脚踝和膝盖的行动，系列支持和时间的问题，使这种有效的耦合难以理解和实现。传统鞋，只具有简单的鞋底弹簧而不提供大量的能源回报。更重要的是，大量的能量回收需要加强脚跟的提升，这是本发明的目标。然而，简单的设计，以实现加强脚跟提升是复杂的。此文介绍的弹鞋跟设计很简单，既实用又便宜去制造。它们还克服了现有的技术设计的缺陷，加强脚跟提升和使用抗脚趾下沉机制或使用自动变速器。

这个发明的另外一个功能是利用低冲击弹簧去减少跑步者感受的最大度冲击力。这些最佳弹簧既可用于高性能能量回馈鞋，也可用于传统鞋。参考图1-3，图28-30的替代设计的目标是使获得最佳力曲线的能力更加坚固(其要求在鞋底压缩期间力曲线弯曲)。这是通过改变传播联动如何连接到弯曲弹簧来实现的。图31详细介绍有关修改的连接到弯曲弹簧铰链的细节，连杆的构造和弯曲弹簧参。参考图13和15，本发明专利的图32的替代设计的目标是通过在其侧面扩张来加载环形弹簧。图32详细介绍了如何建立联接和弹簧。值得留意，图47的连接嵌齿铰链可以用于图7-9的平行四边形的的拐角铰链,可以用于图13、15和32的联动铰链，可以用于图27和49的旋转臂连接点。

本专利申请图33-36的设计目标是用合并臂实施例去改变环形弹簧(图32)，让弹簧变得更坚韧和更耐用，由此术语更坚韧意味着新环形弹簧能够在破碎前吸收更多的能量。

这个目标是通过使外臂稍微弯曲和伸长的方式实现的-以这样一种方式，它们在全环弹簧压缩下合并。枢轴还有两种类型的改进。第一种具有增强的新颖的颈缩自然铰链，解决复合脆性问题与更灵活的基质材料。第二种是不使用自然铰链的连接嵌齿铰链。仍然可以根据鞋子所需要的小型联动尺寸而廉价地制造。这种设计称为合并臂内联环弹簧。这种设计的一个变体称为叠合层合梁，其类似正弦曲线，反向，当材料弯曲时，相邻的层压板会合并在一起。这两种设计的效果，合并的结构比添加两块独立的层压板会更强韧。这是因为合并压层结构转化成一个两倍厚的紧密粘结结构，而弹簧强度则是厚度的立方。如果与两个合并的层压材料比较，它的优势在于是遂单位重量力度增加了3倍。随着层压板的数量的增加，这种效益随着层压板的数量平方而变化。同时，由于凸出来的层压板，打比方，通过弯曲去吸收更多能量，这种结构会更加耐用。

此外，最佳性能要求对所有冲击力(运行速度)进行大的鞋底压缩。图26中的第一换档机构自动改变弹簧系统的刚度，使其始终接近于完全的鞋底压缩。有关额外的换档简单设计可在图37-44，和图46-48找到。这些包括了机械版本和电子驱动器版本。值得注意是，这些精确的转档设计是支持变化连续不断地出现在一个区间，而不象自行车和汽车使用的分离式的换挡变化。最值得注意的是图48，交叉同步滑轮自动驱动变速器的转档内部组装是非常容易生产和安装。换挡的精确度(等于挡数)可以提高到与图37和图38的理论上完全精确的挡数变化相等的程度。也有设计新颖的鞋冲击充电器-既为加强脚跟提升鞋和大脚跟旅行，和鞋子夹式设计。这些充电器是比现有设计更便宜，和它们提供更多电力。新的滑轮驱动器比现有技术的设计更轻，更便宜，更简化和更快速。本文描述的优化低冲击弹簧是更耐用和更强化。所有这些功能的总和是一种未来的跑步鞋/步行鞋，弹簧冲击力下降40％，所有步行/跑步速度能量回收约20％-这是由于有效弹簧强度(换挡)自动变化配有一个冲击式充电器的自动变速器。还有一个关于围绕四肢关节旋转的的最佳弹簧的变体。将此与电子变速器结合在一起可以用于制造更轻便和便宜的能量回收护膝。可以想象，这两个加强装置(智能能量回收护膝)中的每一个可以降低跑步的代谢能量成本达25％。因此，它们的组合能量回报可达50％。

发明概述

优化的鞋子发明包括许多实施例和两种方法，去优化人们的行走和跑步以及机器人，假肢和矫形应用的鞋履的性能和舒适性。首先，有几种版本的增强型提升脚跟鞋(在这里也称为弹跟鞋)，具有明显的能量回报-比传统鞋子要大得多。注意(为了纠正鞋子世界中所有常见的误解)，本发明中的能量回报是指降低代谢能量成本，而不仅仅是鞋底弹簧本身的恢复系数。也就是说，鞋底的能量就是把跑步者的重心推回到空中。这种能量回收是很难理解和很难实现。第二，为减少对脚的冲击，需要装配十个优化弹簧。第三，踝关节和膝关节配有转臂优化弹簧，连接嵌齿铰链作为很简单和坚实的铰链可用于外部的折叠排列，第四，把加强优化弹簧加入传统鞋子里。第五，有几个自动换挡装置改变鞋底弹簧的坚韧度-这可以让鞋底接近完全压缩-从而使性能和舒适度始终保持最佳的。这个改变鞋底弹簧坚韧度可以简称为”换档“装置便于理解。最佳的力曲线法，以尽量减少脚的影响，需要具有预加载恒定力曲线的最佳弹簧，它需要一种方式来计算，测量和调整特定的跑步或步行的特定用户的最佳的总鞋底能量。这种鞋子调整原理提供了一种方式去测量和调节鞋底能量通过精密切割的二维鞋底弹簧，在造鞋的过程中或者插入精密的二维弹簧–根据鞋底能量吸收在完全偏转时优化弹簧(本发明)和鞋底的厚度是呈线性的比例-这是有科学根据的。跑步者或步行者这里统称用户。

这三种弹跟鞋设计是保证几乎所有的脚冲击能量是在脚部冲击期间获取和储存，然后在提升脚跟期间，能量返回用于加强提升脚后跟。加强提升脚后跟是指在冲击期间，提升用户的脚后跟(不是脚趾头)距离比鞋底压缩的距离要大得多，增加两倍或者三倍。这个弹跟鞋的重点设计是鞋底结构以下和脚趾关节后面装有弹簧，在鞋底压缩时，这种鞋底结构是被完全压平。当跑步者的体重落在他的脚趾上时，这种设计保证储能用来尽大量地抬高和提升跑步者的脚跟的距离是远远大于鞋跟压缩的距离。加强提升脚跟在这里上下文是简称为“弹跟”。这是实现回收能量的最好方法。这些弹跟设计是简单，容易生产和融入新的鞋子设计。虽然有些专利声称他们的鞋底安装传统的弹簧具有能量回收能力，事实上这些技术发明并不具备加强加强提升脚跟和回收大量能量。弹跟的好处是由于小腿肌肉在脚跟提升期间提供脚后跟的距离比传统鞋弹簧提供的脚后跟压缩和延伸的距离几乎大三倍。对于传统的鞋子，脚跟弹簧只起到三分之一(通常少得多)的脚跟提升功能。因此，大多数鞋跟储存的冲击能量被浪费，是因为鞋跟的弹簧作用产生的不良耦合与用户鞋跟抬起时向前和向前的质量重心的加速有关。因为本发明的加强提脚后跟完成大部分提升脚后跟的工作，所以小腿肌肉可以省力。这样小腿消耗的代谢能量就大大减少了。因此，就有大量的能量回馈。这弹跟机制需要脚趾板连接脚踏板。其可压缩的鞋底比传统的鞋底可压缩更多的距离(最好是1至3英寸)，鞋底的脚踏板部份有四面。前侧和后侧在压缩期间向前倾斜并向前旋转，使得可压缩鞋底变平。在前两种型号的弹跟实施例中，前后侧是弯曲弹簧。在第三种发明的实施例，四个侧面形成向下并向前压缩的加载弹簧的平行四边形。

在图28-31中，扩展弯曲弹簧的联动专置与图1-3中的连接方式不同，这是以确保图1,2和3的能量返回鞋设计中最佳力曲线的可靠性。此外，还提供了制造弯曲弹簧及其扩展连杆的结构和连接方法的细节。这是指这三个图里的单面弯曲弹簧。图13和15的联动装置环形弹簧是修改了，图32阐述了更多细节以再次确保最佳恒定力曲线。一般来说，这个枢轴镜像半球弹簧，用于联动传播环形弹簧，作为一个枢轴环形弹簧，在图33-36中介绍了枢轴环形弹簧的变型，其特征在于合并层压板(臂)使得该弹簧明显地变得更坚韧(这就是，它吸收更多的能量而不断裂)和更强的。这种合并臂内连接环弹簧具有更强的力曲线。所以，当使用联动装置伸展使力曲线弯曲到零时，所产生的弹簧力曲线是更恒定的力曲线。这个合并叠层的构思也可以应用于覆盖合并板梁在其他区域里，例如有弹性，坚实，轻装结构的元素或者防弹衣。

有关加强提升脚跟的想法，2004年2月3号Rennex在美国专利号6,684,531的图21阐述了这个构思。但是，这个设计是很有差异兼不实用；此外，它还在脚趾处返回了一些足部的冲击能量。在本发明，几乎所有的冲击能量都加强了提升脚跟而实现了最大能量回收，这种设计是非常实用的。Freschi于2013年3月23号在美国专利申请号20140165428公开了平行4边形的加强提升鞋跟鞋子设计。它仅限于使用压缩弹簧连接平行四边形铰链的两个对角线的短对角。这是一个值得赞赏的简单发明，但是这个设计是有错误的。要产生实际效果，换挡(本作者已报告换挡功能在本专利和它的母专利号14/545,274)，穿鞋者必须往下伸手去调节平行四边形的对角长度，里面装有压缩弹簧。这减少了平行四边形的高度，由于鞋底的高度变得更小，从而大大地减少了鞋对能量的回收。要求穿鞋者必须经常停下和跪下去调节是不合理的。即使调整之后，调整要达到最大鞋底高度兼跑步者完全压缩鞋底时才会达到最佳能量回收。要不然的话，提升脚跟和相应的能量回收会大量地减少。同时，当冲击力太少而对平行4边形鞋底不能够完全压缩时，穿鞋者的脚趾会拖下而造成脚趾下沉，这就相当于在沙堆里跑步脚趾下沉的感觉。这是不可以接受的，除了用户必须经常跪下调节鞋子的麻烦，每次运行速度变化时，这种设计从没提供完全能量回收或者适用于其大部分鞋类冲击值范围的适当的脚趾升空动作。此外，Freschi的错误设计是无法根正的。相对比，本发明者的设计，在他的专利号14/545,274,和本专利，克服了这个设计的弱点。这就是，他们一开始就是攻克这些设计难题。在这个母专利申请号14/545,274公开的设计，本发明者运用了反脚趾下沉装置去自动避免过多的脚趾下沉。即使这个方法是自动的，与Freschi的设计截然不同(需跑步者停下和用手调整)，它的弱点是能量回收会随着鞋底的跑步距离减少而减少。在改善后的本专利设计，这个缺点不再出现了。图37-43阐述的自动换档功能保证了一步就可以完全压缩鞋底(精确的换挡设计)和行走几步内就可以实现机械换挡的设计。这样就解决脚趾下沉的问题，跑者也不需要用手去换挡。顺便一提，本专利的简化能量回收鞋设计也不需要防脚趾下沉的功能，因而简化了能量回收的本专利的鞋设计。总之，本专利发明者的能量回收鞋设计是完全不同于Freschi的设计，本专利的功能和实用性是更胜一筹。而且本发明是更轻盈和造价更便宜。

Rennex的美国专利申请号2005/0262725申请于2005年12月1号，在图9和12，预计了使用不同的弹簧连接压缩鞋底，例如平行四方形鞋底。这些包括压平的弯曲弹簧，V形(在它旁边)浮动铰链弹簧，弯曲的拉紧弹簧，和圆锥形弹簧，其是类似本专利的镜像弓弹簧。同时，1990年6月26号Rennex的美国专利号4,936,030，公开了平行四方形为基础的可压缩鞋底，虽然不是明显和容易发现。参考Rennex专利的图2和4，前面曲杆16和后面曲杆25的垂直臂，事实上是作为一个平行四边形的前后两侧。因为它没有铰接趾板，所以不可以用来做增强提升脚跟。2015年5月19号，Perenich的美国专利9032646公开了向后倾斜的平行四边形与平行四边形之间的各种张力弹簧铰链。虽然Perenich提到平行四边形可以往前压缩，他没有教导帮助提升鞋跟的知识。实际上，Rennex的两个刚才提到的专利完全地排除了Perenich的说法。此外，Perenich提到的弹簧完全不实用，因为它们太弱，并且它们对未压缩的鞋底厚度不可接受地增加。Perenich谈及平行四边形有可能前倾但是他没有教导前倾的原因。Perenich也没有谈及提升脚跟的想法，也没有谈及预防脚趾下沉的机制和利用换速器去预防脚趾下沉。最后，他设计的脚下的接地板是如此坚硬而不可能产生提升鞋跟的功能。这就是在他的设计里，脚趾和脚板区域必须一起全部扩展，这样就不可能弹跟了。他的设计也没有铰接趾板。没有提及加强提升脚跟和防脚趾下沉功能。根据以上原因，他的专利申请没有预计本发明的提跟，他的专利也不存在新的想法。2004年4月13号，Sugawara的美国专利号6,718,655公开了“V形铰链“，就是鞋子的后面是配有弹簧使之往上弯起(他的图21A和21B)，他的图25A和25B公开了两个V形铰链，以使脚趾和脚后跟向上弯起。这种提升脚跟方法是令人钦佩的，但存在实用性问题。首先，鞋垫要完全压平才起作用，要不然在起跑时鞋子会来回摆动关节导致脚趾下沉。这就是本发明提出防脚趾下沉的需要。另外一个缺点是他的弹簧末梢摩擦表面，弹簧的弯曲度也很短，这就限制了弹簧的强度。相比较，本发明的专利是使用大量的优化弹簧。

有关本发明的优化弹簧，管弹簧早在1998年10月20号，Luthi的美国专利号5,822,886公开了。其它的管弹簧发明也在2011年12月1号Keating的美国专利号2011/0289799和2011年6月16号Lucas的美国专利号2011/0138652也公开了。1989年11月，鞋里的椭圆形弹簧在Crowley的美国专利号4,881,329也公开了。其它鞋子的管弹簧也在Lindh的美国专利号4,910,884(1990年3月)，Simon的美国专利号5,102,107(1992年4月7号)，Hann的美国专利号7,788,824(2010年9月7号)，Nishiwaki的2项美国专利号7,779,558(2010年8月24号)和美国专利号2011/0138651(2011年6月16号)有所提及。鞋子的锥形弹簧在Cobley的美国专利号3,489,402(1970年1月)和McMahon的美国专利号4,342,158(1982年8月3号)已经公开了。Cobley阐述锥形弹簧内装橡胶是可以达到回弹率大于2的平方根，相比锥形弹簧没有配装橡胶的回弹率是等于2的平方根(回弹率公式是弹簧的高度除以弹簧臂厚度)。然而，这种回弹率的专利是过时了。McMahon描述了精深和很好的锥形弹簧用于鞋子的可能性。他也阐述了弹簧弯曲时的回弹率达到1-3。McMahon是第一个发明家使用弹性弹簧防止零回弹率，他的目标是有继续的线性力曲线而不是恒定力曲线。McMahon是个伟大的科学家和能量回收的鼻祖；他把能量回收鞋的概念介绍了本作者。他的锥形弹簧预料了本发明的镜像弓弹簧和最近用于鞋子类似的弹簧专利。但是他没有教导怎样才可以把锥形弹簧改造去实现本发明所阐述的最佳力曲线。

2011年6月16号，在Lucas为阿迪达斯(著名的弹簧翼片鞋)申请的美国专利2011/0138652，里面公开了多种翼形弹簧可以安装在鞋底。这种鞋底压缩量小，大约0.25英尺，这样可以允许很多的弯曲翼形弹簧安装在鞋底。但是，本发明的优势是运用小量的弹簧和加厚的鞋底可压缩到1-3英尺。以下原因是：这些小量的弹簧(通常是两个在本发明)是体轻兼容易生产。对于翼形弹簧鞋，弹簧的分布在整个鞋底的长度会减少能量回收因为后面的弹簧回收能量比较快，大部分的能量是浪费了是由于用户的重心的加速和弹簧的协调使弹簧的功能恶化，这是相对于使用两个弹簧的鞋子(一个弹簧装在鞋中间，另外一个弹簧装在鞋跟)-这是传统鞋的设计。这些评论是有关本发明在传统鞋子里使用优化弹簧。

2006年8月15号，Krstic的美国专利7,089,690公开了一个有趣和著名的双倾斜圆锥形弹簧，其斜度在圆锥形弹簧的锥体上部变化。实际上，第一锥段来自中心面作为一个间隔，这样就使到力曲线弯曲出现在Belleville弹簧的压缩早期。唯一可以导致弹跳效果(鞋底需要更加高的高度，打比方，即需要大于Belleville的金属弹簧相对小的高度)是要用兼容的材料像TPUs(热塑性聚氨酯)。这是因为当相对弹簧高度增加时，锥体的周长(在中心平面)必须沿圆周方向扩展(大概50％)。遗憾地是，这种TPU材料的量级是比镜像弓弹簧使用的玻璃纤维要弱(参考本发明的表格1-3和讨论)。此外，使用锥形部分的实际间隔件(对应于具有第一斜面的第一锥形部分)损害了其弹簧的压缩比。最后，圆周的张力元素是由于圆形构造，这样2维的优势(圆柱形的构造)镜像弹簧的优点没有实现。2维的优点是它可以通过准确地切割2维的弹簧就可以准确选择和更变鞋的总弹簧刚度。此外，这些2D弹簧的重量和使用的空间比圆形构造要强得多。

本发明使用2维弹簧和镜像弓弹簧的术语，图10阐述了2维圆锥形弹簧，它是一种圆柱形的设计，和圆锥形弹簧的圆周设计是有区别的。1870年6月28号，镜像弓弹簧在Eliot的美国专利号104,718公开了一种自动暂停弹簧。These have merged or pinched pivotsat the center.这些合并或者拧到枢轴的中心。1994年1月18号，Whatley的美国专利号5,279,051图4E现示了整体镜像弓弹簧。这是首次鞋子弹簧发明的先例。Perenich，2007年11月6日的美国专利7,290,354于2004年4月19日提交，最早相互参照为2002年11月21日。他在碳纤维制成的图16中显示出相反的板弹簧。他在2011年5月31日的美国7,950,166中也显示出相当的效果。这个本发明使用的拉力镜像弓弹簧的术语早在1986年9月16号Cohen的美国专利号4,611,412的图11首先显示。1985年1月8号，Lekhtman的美国专利号4,492,374首次展示了一个独立的张力元素，虽然这是显示在安装在脚下的和脚长度一致的巨大弹簧。这些弹簧的重量和厚度太大而不实用。1989年7月4号，Vorderer的美国专利号4,843,737用了螺旋弹簧安装1个小的拉力镜像弓弹簧在鞋跟，在图8，他公开了这种拉伸弹簧的平面弹性带。Vorderer的发明是非常重要因为它排除了Greene的夸张的说法。2006年3月21号，Lucas的美国专利号7,013,582(2003年7月15号申请)和2008年7月22号的美国专利号7,401,419，在他的图6显示了整体拉力镜像弓弹簧。值得注意的是，他报告了TPU材料的测量内部能量滞后值约为20％。他使用这种材料的弹簧的压缩比是很差的。

2014年7月29号，Greene的美国专利号8,789,293公开了“差异刚度冲击-衰减成员”的平面拉力弹簧成分，但是她的申明仅仅有关“冲击-衰减成员”的平面拉力弹簧成分是不正确的。在本发明的术语，我会把她的弹簧称为外展拉力镜像弓弹簧。这种弹簧看起来形似楔子的顶视图因为它的弹簧壁向外扩展。她的弹簧和Vorderer美国专利号4,843,737公开的带状拉力镜像弓弹簧是一样的，除了她的弹簧壁向外扩展之外。所以，她的弹簧是本发明图29的带状拉力镜像弓弹簧(标签292)的一个变体。她公开了刚度是随着弹簧的长度而改变，这原理是与本发明的2维弹簧的宽度(扩张)是相对应的。在她的图1A和1B，她只公开了镜像弓弹簧的边长是随着其长度改变的。这与刚提及的刚度跟随长度改变而改变是一致的。事实上，还有其它方法可以改变刚度的，没有教导下她不能允许提出申请。重述一遍，她的弹簧宽度和刚度是随着弹簧的长度而变化。这是她的专利新发明，但是这两种声明(宽度和刚度变化)是不能用来局促她的基本要求–这就是以上提及有关她的不正确的观点和Vorderer的专利。除此之外，Greene谈及张力元素可以弯曲和波动的，但是现有技术已有很多有关张力元素的例子。于是，她可以正确地表明她的刚度变化只适合于整体的单个的弹簧。事实上，在早期的专利，此处同样的互相参考引用的专利，2013年9月24号Greene的美国专利号8,539,696，她用差动刚度特性缩小了她的基本要求。这是比以上的美国专利号8,789,293更合理，但是它只可以用于单一的差异-刚度弹簧，这样，就可以用分开的弹簧去达到相应的效果和克服这个正确的专利声明。格林尼的专利是无效的，一个不明显的正当理由但与以下有关。2000年2月29号，Herr的美国专利号美国专利号6,029,374，在他的图25和29公开了使用1或多种刚度不同的弹簧在鞋的不同位置(同样的以下”多种刚度”的现有技术)。Herr公开的板簧是一种2维弹簧具有相同的横接面的形状横穿它的宽度。一个2D弹簧相当于并排放置的几个切片的2D弹簧。这样，Greene有关弹簧刚度随其弹簧长度变化而变化(或者随着我的2维弹簧宽度而变化)的声称是不可以取得专利权因为一个弹簧可以由并排的组合条集成–每1个组合条宽度都有稳定的刚度(她的长度)和每个组合条的刚度都不一致。因此，Greene这个观点有关弹簧刚度随着单一整体式的弹簧改变是不成立的。此外，Greene公开了她的专利申请也包括了分离弹簧。这种观点从Herr的角度来说是不正确的。事实上，这项发明的2D镜面拱弹簧制造更为方便，因为它们具有横跨弹簧(宽度)宽度的侧壁的恒定尺寸。要使刚度随着鞋的宽度变化，可以简单使用一个单独而且有不同的刚度的弹簧条分布在鞋宽。这刚度可以随着弹簧不同的形状，材料和侧壁厚度而变化。最后，2000年2月29号，Herr的美国专利号6,029,374公开的图25和29谈及了多种弹簧的不同刚度在不同的鞋位置。因此，

Greene有关锥形弹簧的刚度随着弹簧长度变化的申请是明显不可以专利的，因为1个弹簧可以有并排的组合条构成–每个具有跨越宽度恒定的刚度(她的长度)。此外，Greene没有谈及她的新发明，差异刚度变化，但是她拓宽了有关张力弹簧的理论，这就是凹形弹簧加入张力元素–完全被Vorderer的理论推翻了。这种情况下，Greene只可以申请她的新版张力镜像弓弹簧。

2014年5月13号，Smaldone的美国专利号8,720,085是2008年1月1号的Smaldone的美国专利号7,314,125的续篇。它是2004年9月27号申请的。她公开了一些特别设计的镜像张力的枢轴。她公开的普通张力镜像弓弹簧在Vorderer的角度来说是不正确的。唯一的新意是她公开了一个整体枢轴有一个口袋插座可以容纳一个平面张力元件。这设计有个缺点就是口袋的边缘撬起来像胡桃钳，这样很有可能要压碎平面张力元件。此外，因为他们使用的TPU类似平面材料非常兼容，很可能两端将通过。此外，她还公开了一种带张力元件，它环绕在镜面弓形弹簧部分上，充当张力元件。这样就不必要地占用了垂直空间。然而，这些新课题没有申请，所以这个专利没有禁止本发明的拉力镜像弓弹簧因为她的基本理论是不成立的。她的专利当然不能阻止以下的专利(1)其他方法持有张力元件，(2)其他张力元件，或(3)本发明的其他枢纽连接不同新的拉力镜像弓弹簧的拱形张力元件。

2012年7月24号，Aveni的美国专利号8,225,531公开了弹簧的独特设计，有些弹簧在特定的方向会产生剪切阻力。他的基本观点是在鞋的不同部位使用这些一个或多个不同刚度的弹簧。他的基本观点在以下谈及现有的不同刚度的弹簧是不正确的，这也包括不同刚度的剪切阻力弹簧安装在不同的鞋部位。他唯一的新发明是特别的剪切阻力弹簧，他就必须专门另外申请这种小专利。他也公开了这种特别的剪切阻力弹簧只在一个特定的方向会产生剪切阻力。事实上，在制鞋工业已经使用了其它的剪切阻力弹簧；本发明公开的所有的2维弹簧在其宽度上都会产生剪切阻力。因此，Aveni申请专利的任何剪切阻力弹簧是不成立的。他只可以申请他的具体设计是新颖的。本发明所有的增强的优化弹簧的功能和专利性是比Aveni的更胜一筹，他的专利不能反驳本发明。完整的现有的多种弹簧在不同部位和不同的刚度的专利标注如下：Rennex在1988年11月8号申请而于1990年6月26号获的美国专利号4,936,030公开了多种弹簧的位置在鞋子旁边和鞋底前后有不同的刚度(他提到用于控制前翻)；Miller于1995年6月7号申请而在1997年5月13号获的美国专利号5,625,963(他的专利6)；Miller于1995年6月7号申请而在1997年5月6号获的美国专利号5,628,128(他的专利3)；Healy于2000年2月24号申请而在2003年5月27号获的美国专利号6,568,102(他的专利7)；Crary于2001年1月22号申请而在2002年10月1号获的美国专利号6,457,261；Herr于2000年2月29获的美国专利号6,029,374；和Houser于2002年4月4号申请的美国专利号20020038522(这些弹簧有不同的方向)。这种现有技术将被称为“变化刚度”现有技术。其中，这些弹簧也包括Miller的剪切阻力弹簧。这些发明都出现在Aveni的专利之前。最后，Aveni于2006年7月21号申请而于2012年9月11号获的美国专利号8,261,469声称多种弹簧可以定向不同的角度。这个声称是明显和不应该允许的。事实上，Houser于2002年4月4号申请的美国专利号20020038522(比Aveni的2006年7月21号申请提前了)公开了弹簧可以定向不同的角度和不同的刚度。更重要的是，弹簧的位置和定向是必须和完全明显地表达出来。通过批准了这些专利，鉴定人现在防止其他发明家在将来的专利中引入有价值的，专利性强的弹簧，如果这些弹簧是可以定向不同的角度。更糟的是，这些申请追溯到与Houser之前获得的专利有冲突，其公开了弹簧的不同位置和定向。因此，追溯以前的弹簧定向在不同的角度也会被禁止了。这是错误的和肯定在法律上站不住。有很多的相互参照的专利(27)和专利申请导致了以上Greene,Smaldone和Aveni专利的讨论。这些是几乎同样的课题和数字图，因此有关专利有效性的结论同样适用。它们已列在本发明申请的信息公开表格里。

2014年4月29号，Klassen的美国专利号8,707,582公开了几个“切换联动”弹簧。2008年5月30号申请的专利是基于2007年9月6号的临时专利。请参照本发明的图19去看有关的配置。通常的想法是一对链接刚性链接的行动(或者4个链接如果是一对4角的链接)反对弹性元素的运动；它们的装置可能是压缩或者拉紧的。当切换连杆弹簧压平时，链接元件和弹性元件的相对力变得更加对准一直到垂直弹簧力变成零。这种基本设计在制鞋业是过时了。Klassen只指导了使用拉力弹性弹簧，但是本发明也教导了新的压缩弹性元素。Klassen的主要实施例是(意外的是，只有一个申请)为了圆形的装置。拉力元件是一个弹性环形物包着刚硬的反盆装备即使这拉力元件是不需要的。参考以前用于制鞋业Belleville弹簧(也过时了)，弹簧的圆周延伸在环形专配里是对锥形盘的压缩产生阻力。这就是由于圆周延伸的原因，Klassen需要径向槽装配，这就导致他的实施例制造难度大和费用高。在他的同一项专利里，有一个闸板防止弹簧触底并导致能量流失。参考Klassen的图9和10，他的使用闸板和其优势的观点是误导的，原因是以下。与运动的膝盖和踝关节作用相关的时间依赖力分布(从脚跟到脚趾)的分析-适用于本发明的能量返回-是非常涉及和复杂的。他的观点没有显示周密的分析，所以他的结论是错误的。冲击能量流失是劣势，而非优势。当它扩展到空中时，他的脚跟弹簧延迟的能量返回完全被浪费了。还有他分析的有关鞋跟弹簧加速跑者推回到空中是完全错误的。最后，为了中间阶段的站立期而把鞋跟或鞋底力变化为零是不必要的。弹跟鞋提供了几何限制使鞋底前后部分必须压缩和脚踏板保持水平，这样的延时是更加不必要的。相反，力曲线应该保持不变，或者在压缩时小量地增加。本发明的弹跟机构实际上与用于能量返回的膝盖和踝关节动作最佳地耦合，详情可在本发明图1-9找到。还有，Klassen的弹性环形材料是聚甲醛树酯是会导致能量流失。Klassen也公开了圆柱型结构的拨动连杆弹簧设计带有收缩的枢轴和链接(没有申请)。其中之一(Klassen图50-52)用了两环290作为拨动连杆弹簧的压缩元件。当环压缩时，弹簧被压平时会储存冲击能量。这是正确和有趣的设计，但是弹簧对鞋底的单位面积的强度是非常有限的，这是因为仅有小量的环是用于储存冲击能量。由于这些弹簧的高度是偏高而产生不好的压缩率。所以，Klassen提及的聚甲醛树酯材料不是最强的和会导致能量滞后流失化。最后，环压缩不是最佳的能量储存设计。另外的一个设计是他的图37-40，用了张力带作为弹性元件。这是他的专利最好的设计但是他没有申请。此外，即使力曲线是稳定的，但这不表明在鞋底的最后压缩时脚冲击能量是被吸收了，这对鞋底的应用是非常重要的。注意本发明的辅助弹簧继续储存鞋底冲击能量即使联动传播弹簧不再储存这能量。Klassen没有解释和谈及使用优化弹簧去减少最大冲击力，其减少是本发明的主要优势。同时，Klassen公开了同样的单片枢轴，口袋容器装着一个平面拉伸元件，就是Smaldone在2014年5月13号公开的美国专利号8,720,085。(参照上文有关评论Smaldone口袋容器的设计。)最后，Klassen的弹簧不如本发明提及的玻璃纤维或芳纶最佳弹簧那么强。他们的制造是很复杂和困难，他们强迫不能压缩的鞋底要离地更高。另外一个设计是Lekhtman 2010年9月9号的美国专利号2010/0223810公开了浮动铰链弹簧整体地连接鞋底。这跟本发明的卷曲V形弹簧很相似，但是浮动铰链弹簧在制鞋业是已经很旧了所以这个浮动铰链弹簧专利不能限制本发明用的卷曲V形弹簧。

在制造或调整鞋的刚度方面，发现了以下现有技术。Chu于2006年4月13号的美国专利有可调节的鞋跟弹簧。2012年8月7号，DiBenedetto的美国专利号8,234,798谈及鞋跟弹簧是被电动装置压缩源于是冲击感应传递到鞋里的微处理器。这个想法用压缩弹簧以增加它的硬度为创造更大的鞋子冲击是错误的，因为当压缩距离减少了，产生的损害是增加了跑者的脚腿压力。相对比，本发明的优化力曲线原理要求最大的压缩距离和同时自动“换挡”的功能。2008年3月13号，Lyden申请的美国专利号2008/0060220详细介绍了他为个人定制鞋子的基本原理，但是他的申请完全没有可行性和教育的细节，它也没有像本发明定义优化的原理。2011年3月3号，Nurse的美国专利号2011/0047816公开了基本原理去改变弹簧的强度和可调度，但是他没有说明这些材料是什么和如何改造这些材料或者在哪个基础上改变。Lyden的以上例子是尝试申请一个过于一般和明显的发明(功能)而没有下苦功去完成真正的设计发明。这样，这种尝试会阻止勤奋的发明家获得专利，尤其那些设计真正的新发明和传授新的知识。2006年8月10号，Wilkinson的美国专利号2006/0174515有个杠杆配有可移动的支点，它可以改变弹簧的硬度。这是值得表扬的发明但是不实用的设计。2011年11月15号，Lindqvist的美国专利号8,056,262公开了的片弹簧插入是有关可插入的盒状鞋弹簧。2010年9月28号，Weiss的美国专利号7,802,378插入了可压缩的中心，2010年6月1号，Meschan的美国专利号7,726,042插入了螺旋弹簧，和2011年8月30号，Leedy的美国专利号8,006,408插入了圆形插头的弹簧。2006年8月1号，Smaldone的美国专利号7,082,698公开了可插入的管状插入式弹簧。以上所说的弹簧都没有本发明的优化弹簧的优势，它们不能够同时或者自动转档–这就是改变鞋弹簧的硬度。有关自动感应转档的功能，2010年8月10号，Riley的美国专利号7,771,320公开了优化运动的鞋感应器。2010年2月18号，Berner的美国专利号2010/0037489公开了感应器是如何插入和安装在鞋里。这两种专利是授给了耐克。有关安装或者插入鞋里的感应器，以上的评论也可以应用在Lyden和Nurse的发明。这些尝试是阻止真正的发明家拥有实质教学内容获得专利。这个鞋感应器的使用在鞋制造业是明显过时了。有关鞋感应器使用于优化运动不在本文讨论范围。

以上讨论的现有弹簧强度不及本发明介绍的纤维玻璃和芳纶纤维最佳的弹簧，这些现有弹簧技术没有教导纤维玻璃和芳纶纤维最佳的弹簧(和光谱盾)是现在应用于鞋的最好材料，从强度来说。以上讨论的现有技术是局限于注射模塑材料像热塑性弹性体PEBAXX 5533。他们忽略了纤维玻璃(或者芳纶纤维，光谱盾)产品也可以大批量生产。本文图1-4证实了纤维玻璃(或者芳纶纤维，光谱盾)是本发明的首选弹簧材料。但是，其他材料带有柔韧性和抗弯强度的关键参数，类似于纤维玻璃的柔韧性和抗弯强度，也可以使用。这就是，柔韧性的关键参数是弹性元件的极限伸长率。其他合适的材料包括最好的材料可以用于本发明的弹簧。这些包括了芳纶纤维，光谱盾，碳纳米管复合材料含有高度的极限伸长率和蜘蛛丝的材料。实际上，最近有关芳纶纤维和光谱盾的非线性有限元分析给环形弹簧强度是：芳纶要比玻璃纤维强6.2倍，光谱盾比玻璃纤维强1.45倍。所以芳纶是本发明的优化弹簧的新首选材料。优化弹簧的另外一个问题是它也包含了一种弹簧总称弓弹簧。这种弹簧的每个臂首先是弯曲的，然后压缩时会变平和直。这些弯曲臂有多种排列的包括1边，2边(弓形)和镜形。但是，这些排列有同样的力曲线。弓形弹簧集中在一个圆柱几何体提供鞋宽很大的改进横向稳定性，和均匀地在鞋底分配弹簧的应变能。但是，在本发明的修改需要实现最佳的力曲线可以很容易应用到圆形几何体，这在鞋制造业里是很普通的技术。本文的另一个区别在于，拱形弹簧的臂可以根据材料、形状、锥度、连接方式和内部几何形状来改变，从而达到最佳的力曲线。简言之，在现有技术中，没有任何类似于本发明的增强的最佳拱形弹簧。

此外，改进的自动换挡设计显示了改善上述提升鞋跟的设计。这些消除了对图1-9早期鞋设计的反趾沉特点的需要。这里的电子自动变速器是非常便宜的，这种设计的一种方法提供精确的换速在变速变化范围内，变速可以在一步内完成。当然，术语“变挡”指的是改变鞋的有效弹簧强度，以使鞋底始终保持完全的压缩，仅仅是没有触底。这些变速的设计也可以用在传统的鞋里没有增强的提升脚跟。由于电子自动变速器是需要电力，两个新的电动鞋充电器披露-一个是增强鞋跟鞋加大鞋底压缩行程和另一个夹式版传统鞋最小鞋底行程。每一个方案都具有一个简单版本和一个加强版本，其中加强版本利用滑轮来增加发电机轴旋转的数量级。使这种滑轮工作的关键是管理滑轮线的倒带不会松弛。这里介绍一种新的方法来完成这一关键能力。这些增强的电动鞋充电器产生了更多的电力，价格比这些现有技术更低。因此，本专利改进的设计确保了未来的鞋实现真正的能量返回通过增强提升脚跟，和通过其恒力曲线弹簧对脚部的形成最小冲击。自动变速器会继续提供这些最佳功能，无论穿鞋者是快步地行走或跑步。

现有技术中也有本专利所说的足部冲击充电器。斯坦顿等人在2015年3月3日美国专利号8970054公开了足部冲击发电机，它的机制是局限在插入鞋垫的非常薄的水平空间。在脚受到冲击时，在一个非常小的鞋垫下陷处有一个非常复杂的机制去驱动发电机。这个专利和图表没有明显地解释这种机制是如何工作。然而，根据媒体的报道，很显然，这种机制是局限于一个非常小的水平空间，这使得制作很困难和制作费用高。这种约束也严重限制了电能的储存量。虽然有一个模糊的和未经证实的说法表明各个组件可以安置在不同的位置和方向，但是没有任何教学教导如何以及为什么要这样做。相比之下，本专利展示并清楚地解释了每一个部件的用途，从而优化了冲击发电机设计的简单性和实用性。Yeh的美国专利号7409784于2008年8月12日公开了一种局限于鞋跟的足部冲击发电机及其机制。一个垂直导向机架转动两个旋转齿轮以旋转发电机。这种鞋跟和鞋底设计是非常笨重并且不符合鞋跟鞋底设计标准。Le的美国专利号6255799于2001年7月3日公开了一种局限于鞋跟的足部冲击发电机及其机制。一个杠杆接头转动多个齿轮以旋转发电机。同样，这种鞋跟和鞋底设计是非常笨重并且不符合鞋跟鞋底设计标准。陈的美国专利号5495682于1996年3月5日也公开了在笨重的鞋跟机制转动多个齿轮以旋转发电机。

本发明公开了一种更简单、更强大的脚踏冲击发电机。本发明的加强的鞋跟提升鞋设计比传统鞋(大约0.25英寸)具有更大的鞋底旅行距离(1-3英寸)。在这种情况下，没有必要安装一个延伸到鞋底下面的杠杆，鞋底上的踏板运动(相对于地板来说)就会简单地旋转滑轮来转动发电机轴。滑轮和发电机共用同一根轴，滑轮直径很大，因为它位于脚跟外侧的地面高处。因此，由于滑轮直径与轴直径的大比例和鞋底大距离的行程和机械优势结合起来，这确保比现有技术可以产生更高速的发电机轴的旋转速度和获得更多的电力。本发明的第二冲击发电器是用于夹在传统鞋上。它现在需要一个杠杆安装在突出鞋底的下方，但有足够的空间去拉出滑轮电缆一英寸，这远远超过现有技术的鞋底(杠杆)的距离(大概0.2英寸)。因此，它产生的电能仍然比现有技术的冲击发电机大五到十倍。另一个优点是，只有一个滑轮是使用的。另外，滑轮比齿轮更便宜，更安静。最后，本专利的设计特点是大鞋底旅行。如上所述，在现有技术鞋冲击充电器中，鞋底中的任何笨重部件不必要地增加鞋底高度是不可取的。

图37和图38详述了精确的配置电子自动换挡功能的鞋设计。最佳弹簧强度的标准是鞋底完全压缩而不触底。因此，当脚的冲击发生变化时，有效的弹簧强度必须改变(换挡)。本文设计的自动换挡是非常精确地连续递增到整个范围，不只像汽车的几个挡数，打比方，电子产品的使用已简化了设计，但纯机械设计图所示在图39-42。机械和电子的方法都可以采取精确安装和不精确的安装方法(变挡只需几个挡数)。这些换挡设计都可用于高性能，能源回收设计具有增强提升脚跟的鞋设计和传统的鞋设计。图44显示了一个鞋子的冲击发电机，这例子证实了一或两英寸或更长途的鞋底旅行。在这种情况下，所有的元素都可以安装在鞋底以上。图45显示了一个传统鞋子的冲击发电机，在这种情况下最小的鞋底旅行距离是四分之一英寸。在这种情况下，杠杆必须稍微延伸到鞋底下面。使用一个小型而传统的电动发电机。这提供了目前最大能量的鞋冲击发电能量和减小了重量。这些设计不仅仅可用于鞋冲击还可以有其他更广泛的实用。这些设计不仅为上面提到的精确的自动电动变速器提供了充足的电能，而且还可以用于作为便携式电脑、移动电话、小型电池等有限的电功率设备的移动电源。图46的滑轮驱动器是对现有的驱动器的改进，但图48所示的自动交叉同步滑轮驱动齿轮变速器是本发明最实用的变速器。

附图说明

图1显示了联动传播弯曲弹簧弹跟鞋的示意性侧视图，它是本发明的第一实例的第一版本，具有增强的提升鞋跟以获得大量的能量返回。

图2显示了联动传播弯曲弹簧弹跟鞋在中间位置压缩时的侧视图。

图3显示了在联动传播弯曲弹簧弹跟鞋在脚趾离地时的侧视图。

图4显示了弯曲弹簧弹跟鞋的脚跟落地能量返回的侧视图，它是本发明的第一实例的第二版本，具有增强的后跟提升以获得可观的能量返回。

图5显示了弯曲弹簧弹跟能量返回鞋的中侧压缩侧视图。

图6显示的侧视图是有关脚趾离地的弯曲弹簧弹跟能量返回鞋。

图7显示了平行四边形弹跟鞋的脚跟落地的侧视图，这是本发明的第一实施例的第三版本，具有增强提升后跟以获得可观的能量返回。

图8显示了平行四边形鞋跟的中间位置压缩的侧视图。

图9显示了平行四边形弹跟鞋的脚趾离地的侧视图。

图10显示了镜像拱形弹簧和卷曲v形弹簧的侧视图。

图11显示一个预先加载卷曲弹簧和镜像弓弹簧的侧视图。

图12显示了弹簧的优化力曲线研究。

图13显示了一个内部联动镜像弓弹簧的侧视图。

图14显示联动传播弯曲弹簧的侧视图。

图15显示了一个单片镜像吊架联动的切断侧视图。

图16显示了风筝末端弯曲弹簧在不同压缩水平情况的侧视图。

图17显示了箭头、风筝末端和双连杆展开弯曲弹簧配置的侧视图。

图18显示一个整体张拉镜像弓弹簧侧视图。

图19显示了最佳的转矩提升配置的优化弹簧侧视图。

图20显示一张拉力带镜像弓弹簧的侧面视图。

图22显示了整体张拉联动结构的侧面视图。

图21显示了两个张拉联动结构的侧面视图。

图23是一个单片嵌套张联动弹簧的侧视图。

图24显示优化弹簧安装在一个传统鞋的侧视图和顶部视图。

图25显示了一个弹簧可能安装在鞋里的位置的顶部视图。

图26显示了鞋子“换挡”的示意图。

图27显示了张拉联动旋转臂弯曲弹簧的侧视图。

图28显示了修正的联动展开式弯曲弹簧弹跟鞋的侧面示意图。

图29显示了修正的联动展开式弯曲弹簧几乎完全压缩时弹跟鞋的侧面示意图。

图30描绘了修正的联动展开式弯曲弹簧弹跟鞋在脚趾离地时的侧面示意图。

图31显示了修改后的单边弯曲弹簧联动的详细侧视图。

图31A显示了未压缩的顶部链接弹簧部分的放大视图。

图31B显示了一个未压缩的底部链接弹簧部分的放大视图。

图31C显示压缩链接顶部链接弹簧部分的放大视图。

图31D显示了压缩底部链接弹簧部分的放大视图。

图32显示了修改后的联动传播环弹簧的侧视图。

图33显示了未压缩的合并臂内部联动环弹簧的侧面图。

图34显示了压缩合并臂内部联动环弹簧的侧面图。

图35显示了增强型自然铰链含无效选项的侧视图-用于合并臂内部联动环弹簧。

图36显示的重叠合并层合板梁侧视图。

图37显示了鞋的精确电子自动变速器示意图。

图38显示了精确的电子自动变速器的俯视图。

图39显示了机械自动变速器的部件的侧视图。

图40显示了关于鞋的机械自动变速器的设定、复位和释放棒配置的示意图。

图41显示了鞋的机械自动变速器的配置样本序列的侧面视图。

图42显示了各种方法，去装置鞋里的内部变速组件和装配到外部变速组件为机械自动变速器的俯视图。

图43显示了上述的脚的精密电子自动变速器的示意图。

图44显示了大型压缩鞋的冲击发电机的示意图。

图45显示了传统鞋用的夹式冲击发电机的示意图。

图46显示了一个改进的滑轮驱动器使用微型电动机的侧视图。

图47显示了连接嵌齿铰链的侧视图，这是一种避免使用钢轴和轴承的新颖方式。

图48显示了交叉同步滑轮驱动变速器的俯视图，它是自动的，这使双边的挡数同时变化，这是最简单的，最廉价和容易制造的。

图49显示了一个有关装配旋转臂的优化弹簧和齿轮变化，和智能护膝应用的侧视图和俯视图。

本发明的详细说明

图1,图2和图3描绘了联动展开式弯曲弹簧弹跟鞋脚跟落地、站立中期和脚趾之间离地的侧视图，其通过增强脚跟的提升，回收了大量的能量。这是本发明第一实施例的第一版本，那就是弹跟能量返回鞋(具有增强提升鞋跟的特色)。跑步冲击力产生的鞋底压缩是会受到弹簧系统的阻力。鞋底被压缩后，跑步者的脚趾重量压低鞋底的趾板而弹簧系统的组合和鞋底的平行四边形的几何结构导致鞋跟部提升到空中增强的距离，在脚跟落地和站立中期间，它增强的鞋跟提升距离是鞋跟压缩距离的两到三倍。

联动展开式弯曲弹簧弹跟鞋的基本结构(51)展示了联动伸展弯曲弹簧弹跟鞋底(73)，其中包括以下元素(其形成一个整体结构具有缩颈活动铰链的枢轴)。前踏板杆(67)是铰接到中踏板连杆(53)，其铰接到后方的弯曲弹簧(62)，其铰接到接地板板杆(57)是铰接前方的弯曲弹簧(60)完成了封闭四边联动的枢接两个前方踏板连杆(67)和中踏板连杆(53)通过前单顶四杆支点(61)。这些关键的连接也通过后边单顶3支点59、后底合并支点63，和前底枢65合并。尾板连接件55是中底板连杆53的整体连续件。这些各种活动铰链也可以通过使用轴和轴承的常规圆柱形铰链来实现-但是存在对设计不利的重量，空间，噪音和成本。轴和轴承由于负载力很大而使鞋底的高度更高，因此轴承直径较大。这些图显示了这些缩颈活动铰链的形状。它们被设计成允许各种元件的必要旋转，一个相对于另一个。在下文讨论的图25和表格1,2,3，和4，玻璃纤维复合材料比碳复合材料强10倍，比Pebax 5533强16倍-此处为二维弯曲弹簧压平。然而，芳纶的强度是玻璃纤维的6.35倍，而光谱盾的强度是玻璃纤维的1.49倍。因此，芳纶是(其次是光谱盾，然后是玻璃纤维)复合材料是优选的，因为其强度优势对应于轻质优势。因此，这些复合材料是图1的弹簧/连杆整体式联动的首选材料除了131的双联动之外，它们仅作为连杆而不是弹簧，在这种情况下，TPU材料更受青睐，因为它们可以注塑成型。通过使弹簧/连杆整体式联动部件的长度部分变厚，它们可以起到连接的作用。131的双联动可以用注射成型的材料如PELLETHANE或Pebax 5533。虽然后者发明了无轴枢，也就是连接嵌齿铰链920在图47是现在的首选。

双联动131将后曲弹簧62和前弯弹簧60展开，以便在鞋底压缩时伸直。这种联动和弯曲弹簧的组合在这里被称为内部联动单边弯曲弹簧，以下图14会详细讨论。只需在这里说明，联动展开的动作就可以弯曲这个鞋底弹簧系统的力曲线，图11和图12所示的最佳弹簧会进一步详细讨论。这些最佳的弹簧可以减少最大冲击力点可高达40％。顶部调节弹簧132控制和调节这种联动伸展的开始，可以最终使弹簧系统力曲线弯曲接近零。一个或多个可调整弹簧133允许所述总力曲线在接近完全鞋底压缩时保持近似恒定，因为前面和后面提到的内部联动单向弯曲弹簧的力曲线趋于零。

反趾沉机制74包括弹簧板52是固定连接梯停35。注意，当弹簧板52作为一个接地板连接57虚拟的延续，事实上它们都是独立的。这允许接地板连接57在脚跟提起时向上转动，如图3所示，而弹簧板52由于跑者脚趾离地给予的重力将保持固定在地面上。梯停35有阶梯步骤36在其前侧。前踏板杆67是通过脚趾弯曲弹簧69和脚趾合并枢轴弹簧71去铰接连接弹簧板52。趾板7是通过前单顶四杆枢轴61去铰接连接中间踏板连接53，它有趾停20固定连接到它的中段，这样趾停20向下伸出。鞋尖7是由趾板弹簧21连接到前面的踏板连杆67而朝上升。

参照图1在脚跟落地，图2在中间立场，和图3在脚趾离地，因此，联动伸展弯曲弹簧提跟弹鞋51功能如下。在脚受到冲击的过程中，联动传播弯曲弹簧提跟弹鞋底73压缩，后弯曲弹簧62和前弯曲弹簧60抵触接地板连接57由弯曲逐渐趋于扁平。顶部调节弹簧132(可选)迅速压缩，而逐步展开双联动131，从而拉直后弯弹簧62和前弯弹簧60。在规定的压缩，中间踏板连杆53开始负荷调节弹簧133，同时加载后弯曲弹簧62和前弯曲弹簧60，从而保持力曲线在余下的压缩时段是大致不变的。这种调整通过调整弹簧133是必须的，因为联动传播加载后弯曲弹簧62和前曲弹簧60通过双联动131产生了垂直力在双联动131和中踏板连杆53变成零，当它们变直时，双联动131作用的力学优势趋于无穷大。

另外，从压缩到中间立场，脚趾弹簧21保持趾板7要稍微转动前踏板连杆67以上这使趾停20不影响阶梯步骤36。因为脚趾弯曲弹簧69和前弯曲的弹簧60有同样的形状和支点，前踏板连杆67大致保持水平并与中踏板连杆53对齐。注意，脚趾弯曲弹簧69是足够坚固以维持这种对齐。其目的是尽量减少存储在脚趾弯曲弹簧69的压缩能量，以便最大的压缩能量存储在其他主要弹簧元件，这样可以提供能量去加强提升脚跟。

注意在图2中的最大压缩(这个例子不是完整的)，各种弹簧会被尽其所能地压缩(或压扁)。还有顶部的链接元素，包括前踏足板链接67是往前移动了。因此，趾停20已经停留在阶梯步骤36以上。同时，跑步者的脚在鞋上的总合力向量不断向前移动。当跑步者压下脚趾时，脚趾板7旋转下来以致趾停20撞击相邻的阶梯步骤36，从而脚趾板7不能向下移动。在脚跟提起时，当弹簧系统推动中踏板连杆53分开离接地板连接57时，只有鞋底后部的组件扩展。由于跑步者的重量是向上转移到顶板7，前弯弹簧60的顶部保持固定于弹簧板52，弹簧板52是固定在地上。然而，前弯曲弹簧60的后段是自由地卷起来。这导致跑步者的脚跟抬起以达到增强提升。那就是，几乎所有存储的冲击能量是用于脚跟。在脚趾离地时，鞋底回复原来的扩展配置，如图1所示，凭借弹簧系统各元素的扩展，包括脚趾弯曲的弹簧69重新定位弹簧板52，致使弹簧板52是与接地板连接57相邻和对齐。这种增强提升鞋跟是本发明所有版本的提跟弹鞋的基本功能之一。

注意，梯停35必须位于脚趾板7外面，这样它就不会影响它的压缩——同样适用于脚趾弯曲弹簧69和前弯弹簧60。同时，各种弹簧元件延伸到鞋的宽度。正如下文图25所讨论的传统鞋，这些弹簧元件非常坚固，所以它们不需要一直延伸到鞋的宽度上。在这种情况下，桥接板合并以上和固定地附联动传播弯曲弹簧提跟弹鞋底73去固定各种不同宽度弹簧系统部分的元素位置。同样的原理也用于的弹簧系统元素的底部。此外，由于联动展开弯曲弹簧弹跟鞋底73的顶部在其底端转化向前平移，任何在顶部和底部之间直接工作的弹簧都必须允许这个转化向前平移。这过程可以通过调整弹簧133达到，在它开始压缩之前，将它定位在稍微向后旋转的方向。这种特定类型的弹簧如图1所示是图10的镜像弓弹簧80。而且，当跑步或步行的冲击力几乎相同时，反脚趾沉机制74是不需要的，但脚跟弹出动作仍然发生。本例是包含在本发明的申请里。最后，对于这里的脚跟弹出实施例的任何版本，除了脚趾向下推的替代触发器可以旋转趾停20向下到冲击阶梯步骤36。这种替代触发器是脚跟提升的开始，它可以为没有脚趾肌肉的跑步机器人工作。一个位于接地板链接57底部的简单弹簧杆可以连接到趾板7的旋转动作，当后端接地板链接57的底部被抬起时，这会使趾板7向下旋转。

图4,5和图6描绘了脚跟冲击、中间位置压缩和脚趾离地的弯曲弹簧弹跟鞋50的侧视图，它是本发明的第一个实施例的第二版。前弯弹簧60和后弯弹簧62包括具有弹簧基座70的单片玻璃纤维(或芳纶或光谱盾)弹簧结构，它们连接起来，通过附加接地板5从而加强和保护与地面的接触。它也可能压制前弯曲弹簧60和后弯曲弹簧62的底部到接地板5，在这种情况下，它们不会形成单片弹簧结构。上述所有的元素都延伸到鞋的宽度或穿过较小的宽度，如图24所示，它讨论了传统鞋中使用的最佳弹簧。尽管如此，所有这些最佳的弹簧(弓弹簧，镜像弓弹簧，卷曲的v形弹簧下面要讨论的细节)可以被切片用于两个或两个以上的地点在鞋底的宽度。

前铰链64和后铰链66连接这些弯曲弹簧到脚踏板3。在脚跟落地时，这些弯曲弹簧压平，如图5所示，与脚踏板3向前移动和向下移动，就向着接地板5鞋面1连接到脚踏板3，这样可以让跑步者自由伸缩地她的脚趾。脚趾板7铰接连接到脚踏板3。趾停20是固定连接在脚趾板7的中部，趾停20延伸到略低于脚趾板7。脚趾平行四边形54包括以下要素：前脚趾链接68和前脚趾弯曲弹簧69。前弯弹簧60用作脚趾平行四边形54的后组件。这样的共享链接有可能增强提升脚跟。请注意，脚趾弯曲弹簧69的形状与前弯弹簧60的形状相同，以确保在压缩过程中，前脚趾连接68保持水平，以确保趾停20不过早地与梯阶36相啮合。弹簧板52作为脚趾平行四边形54的底部组件。请注意，虽然这个底部组件，弹簧板52，从接地板5分开，因此从后方脚趾平行四边形组件(前弯曲弹簧60)，压缩过程期间，弹簧板52和接地板5是坚固地朝地面压下，这两个组件就像是一个连续的刚硬组件。这意味着，脚趾平行四边形54作用像一个平行四边形。

与图1-3的弹跟鞋一样，对于图4-6的当前版本，防趾沉元件是位于两侧的脚趾板7外侧，如图25所示。梯停35与脚趾板7相邻，使得脚趾板7在鞋底压缩时可以自由下降。趾停20是位于邻近脚趾板7，这使趾停20是直接位于梯停20之上。脚趾弹簧21微弱地倾向于脚趾板弹簧7以致留在顶脚趾链接19之上。弹簧板52是固定在梯停35的底部，并延伸到前脚掌的底部，在鞋底压缩过程中保护前弯曲弹簧60离开地面。注意弹簧板52没有连接到地板5；这很重要，因为它允许弹簧板52在提升脚跟时分离接地板5。脚趾平行四边形54和梯停20是通过前铰链64和脚趾弹簧21铰接连接到脚踏板3和脚趾板7。

因此，第二防趾沉机制75包括脚趾弹簧21、脚趾板7、趾停20、脚趾平行四边形54和梯停35。它的目的是防止跑步者的脚趾下沉，尤其在鞋底未完全压缩的情况下和在脚趾离地时。如果脚趾被允许下沉，那就像在沙子里奔跑一样是令人非常反感的。因此，反脚趾下沉机制是本发明的关键性能。它的工作原理如下。在脚趾站立的上半过程(跑步者是脚后跟先落地)，脚跟和脚球(位于脚趾关节后)是共同分担脚的冲击。但是，脚趾是在脚趾离地时才加重的。在压缩过程中，脚趾弹簧21是足够坚固可防止趾停20向下旋转以撞击梯停35的最近的梯阶。梯停35的梯阶36被定位，使得只有当脚尖板7向下旋转到顶脚趾连接68以下时，趾停20撞击梯子阶梯36的最近梯阶，从而防止脚趾下沉。注意，这个方案只能用于在鞋底压缩过程中，踏板3朝着接地板5向前移动时。此外，第二防趾沉机制75允许跑步者利用他的脚趾奔跑，而不是用他的脚后跟跑。

图6显示了能量返回是如何实现的。首先，看图5显示的整个鞋底压缩。值得注意的是，前脚趾弯曲弹簧69在地面几乎持平。就在脚跟抬起前，用户的重量转移到脚趾板7，向下旋转，克服脚趾弹簧21的偏差，使趾停20撞击最近的梯步36去防止脚趾下沉。同时，由于压缩弹簧系统的作用，前铰链64防止了进一步向下移动。另外，顶趾链接68被一直推下去。并且，注意，脚趾板7已经停止，在这种情况下，从它下降至水平面时，由梯停35的底部阶梯步骤36。这个选项允许跑步者推高一点，从而稍微增加他的步幅。当然，底步低走也是可选的。在脚趾离地初时，跑步者的脚后跟也开始举起。这使得前弯弹簧60和后弯弹簧62卷曲起来，回到原来的未压缩形状。当这种情况发生时，只有跑步者的脚后跟是被推动到空中，因此，我们提高了脚跟提升和获得最佳的能量回馈。注意，所有的脚冲击能量都存储在两个弯曲的弹簧中，并且所有的冲击能量都被返回来提升脚跟。由于这种提跟力与跑步者小腿在脚趾离开时的动作平行，所以能量回馈是最优化的。此外，鞋跟的提升距离在鞋跟压缩时是大于鞋跟的偏转距离(两倍到三倍)。

可以使鞋底的厚度剖面变薄，因此厚度在前面有所降低。这可以通过增加前弯曲弹簧60相对于后弯曲弹簧62的曲率来实现，使脚踏板3向前移动相同的距离，以这样的方式使两个弹簧不会彼此约束脚跟压缩期间变平。然而，较薄的前脚掌厚度导致较少的鞋跟提升量。另外，图1-3的弯曲弹簧提跟鞋的厚度可以减少到1.5英寸或者甚至到1英寸。然而，脚跟提升力的量(和因此的能量返回)将更小。而且，最佳性能鞋的厚度可能更大-也许是三或四英寸。

如图1-3的版本，本发明的提跟鞋实例的第二版本，即图4-6的弯曲弹簧提跟弹簧鞋50具有优于第三版本的优点，来自图7-9的平行四边形弯曲弹簧鞋2，原因如下。图7-9的平行四边形具有两个功能。首先，当跑步者的重量从脚跟转移到脚趾时，它阻止了鞋底的跷跷板动作，因为跷跷板动作将减少能量回报。第二，平行四边形能够使能量返回所需的提升脚后跟(增强抬起脚跟)动作。然而，结果是，图1-3和图4-6的弯曲弹簧特征(弯曲弹簧)的版本都完成了这两个功能，在这种情况下，第二结构即脚平行四边形，是无关紧要的。也就是说，前后弯曲弹簧代替平行四边形的前后连杆。然而，这对弯曲弹簧允许一些跷跷板变形，但是这是可以忽略不计，因为消除了额外的平行四边形结构。即使如此，图4-6版本的缺点在于前弯曲弹簧60和后弯曲弹簧62提供了弹簧系统的所有阻力，并且这些是具有线性力曲线的线性弹簧(不像图1-3的版本)。然而，图1-6的设计缺点在于，它更难纳入自动变速器的功能，将在稍后讨论。

图7,8和图9描绘了脚跟离地，中期压缩，和脚趾离地的平行四边形弹跟鞋2，这是本发明的第一个实例的第三版本，即弹跟能量返回鞋。其鞋底基本结构特征是：脚下有向前倾斜的脚平行四边形4，匹配脚趾下方的前平行四边形6。这些平行四边形共享一个链接，这限制了它们的顶层链接压缩在一起。这些平行四边形的两种设计是可以使用和显示。整体联动40的复制本分别显示在脚跟撞击地面，全压缩和脚趾离地。这些复制本正好在全鞋的数字之上，它们的组件被分开标注，因为有许多组件靠近在一起。铰链联动42的图形是仅在脚跟撞击时才显示出来，表明所有铰链34都可以是常规的，也就是说，它们可以包括轴和轴承，其中的设计和结构显然是本领域的普通技术之一。然而，轴和轴承的使用有以下缺点。重量增加，所需的垂直空间增加了鞋底高度，施工更复杂，成本更高。

整体联动40的设计是具有挑战性的，因为枢轴和链接是单片连接。连杆在枢轴附近颈缩，这个颈缩向下的部分必须弯曲，这样在许多工作循环后它不会断裂。这意味着，由于枢轴材料必须非常灵活，所以要求连接材料坚固和刚性的要求受到妥协。在本发明中首次详细教导的一种解决方案是使用玻璃纤维(或芳纶或光谱盾)作为整体材料，并且改变厚度以从刚性连接部转变为柔性枢轴部分。由于整体联动40的组件没有作为弹簧使用，所以使用热塑性聚氨酯或类似材料具有相当的顺应性并且可以注塑成型也是可行的。PEBAX5533和Pellethane是例子。这些连接到枢轴连接的详细形状显示在整体联动40的绘图中。首先，让我们看看铰接联动42因为它是更容易理解。前平行四边形6包括顶部脚趾连接19，前脚趾连接18，底部脚趾链接17，和前链接28(这是与脚平行四边形4的共享链接)。所有这些连接是通过铰链34可铰接地连接。脚平行四边形4包括后连杆27、顶部连杆29、底部连杆30和前连杆28，这是与前平行四边形6的共享连杆。请注意，张力带302是一种弹簧，可以用来抵制前平行四边形6的压缩(尽管它对铰链施加太大的力)，并且只在这个视图中显示。由张力带302引起的力曲线变为零接近全压缩，所以一个辅助的线性弹簧(如压缩卷v-形弹簧在图7的平行四边形弹跟鞋2视图)可以用来实现最佳的弹簧的恒定的总力曲线，图13和12已讨论。接下来，看到整体联动40，后单连杆9经由底部后单枢轴16连接到底部单连杆12，底部后单枢轴16经由底部前单枢轴15连接到前单连杆10，其也连接到前单连杆10，其连接到顶部单连杆11通过顶部前单枢轴14。顶部单连杆11连接后单连杆9通过顶部后单枢轴13来完成巡回。前单连杆10也作为前平行四边形6的后面连接；它是通过脚趾底部后方单枢轴25连接到底部脚趾连接17。底部脚趾连接17通过脚趾底部前单枢轴24连接到前脚趾连接18，脚趾底部前单枢轴24也通过脚趾顶部前单枢轴22连接到顶部脚趾连接19，最终通过脚趾顶部后单枢轴23连接到前单连杆10-完成前平行四边形6的巡回。注意，前单连杆10的底部有一个三通连接。这就是显示两个枢轴的原因。整体连接40不是像铰链连接42一样的完美连接，而是足够好，而且容易大规模生产。

参照图7,8和9，平行四边形弹跟鞋2包括上述弹簧加载的整体连接40，它还包括第三个防沉趾机制8，该防趾沉机制还包括前平行四边形6。脚踏板3可以与顶部单连杆11相同，或者如果脚平行四边形4仅位于侧面上，则其可以是穿过鞋的宽度的桥板。对于接地板5和底部单连杆12也是如此。如图8所示，一个或多个菱形连接拉伸弹簧38，例如可以放置在脚平行四边形4的内部，使得这些弹簧在完全压缩时完全平坦化。也就是说，如图7所示，它们稍微向后倾斜，因此如图8所示，它们可以完全压缩。这些是如图11，图12和图21的讨论中所解释的最佳弹簧(其中它们被称为张力弯曲弹簧330，其是菱形连杆拉伸弹簧38的一个示例)。如果它们允许脚踏板3相对于接地板5向前平移，则也可以使用于本文所描述的任何其它最佳弹簧，例如图13的内部联动镜像拱形弹簧107(特别是如图15所示的整体版本)，或诸如图18的单片张紧的镜面拱形弹簧200，图20的张紧带镜面拱形弹簧292，或图22所示的两个例子。

正如在后面的图12中所解释的，对于优化的力曲线和各种优化弹簧的图形，这些弹簧通过在以后的压缩范围内产生恒定力曲线来减小最大冲击力。图10会详细讨论压缩弯曲v形-弹簧37满足这种前移要求是因为他们具有浮动铰链。如图17所示，其它弹簧例如可以使用图16的风筝末端弯曲弹簧144或箭头弯曲弹簧145可配置图17的浮动铰链。这些弹簧可以被定位在一个特定的位置，如图7-9所示，安装在特定的方向压缩定位器39。这些都足够坚固，以保持弹簧的位置，但是柔软且足够配合，在压缩时不能吸收很多能量。在离开弹跟鞋的讨论之前，重要的是要注意，对于特定类型的使用，不需要用抗脚跟下沉特征。也就是说，当冲击力总是相同的时候，弹簧系统的强度可以选择，使鞋底总是刚刚完全压缩在那个特定的冲击力上。然后就不需要用抗脚趾下沉的特色。一个例子可能是一个步行鞋，其冲击影响是不变的。另一个例子可能是慢跑鞋，用户慢慢以几乎相同的速度慢跑。该选项由本发明的权利要求所涵盖。

如图10-17所示的镜像拱形弹簧80和图12-17中的各种改制版本，只要中心顶部和底部略微凸起并且圆形，这些弹簧可以向前旋转，类似菱形联动拉弹簧38的图7-9，从图7中的向后倾斜转动到顶部顶点以完全压缩方式位于图8的底部顶点的正上方。然而，与后面讨论的最佳力曲线相比，镜面拱形弹簧80具有线性力曲线，因此不会实现减小冲击的优点。这里讨论的其它弹簧满足不同程度的最佳力曲线的要求会在本文稍后全面地解释。

关于其他更常规类型的弹簧，记住脚踏板3是基本相对于接地板5向前移动。这意味着传统的弹簧，如螺旋弹簧不起作用。实际上，如果弹簧的底部或顶部可以沿着相邻的表面滑动，则可以使用，但由于滑动摩擦，这将极为不利。铰链上的扭转弹簧会起作用，但由于鞋底必须压缩到很小的厚度，即四分之一英寸，所以这些弹簧太薄弱了。所有的弯曲弹簧和正弦弹簧可以在前对折铰链18与其平行四边形4中的相对的铰接顶点之间起作用张力，但是这些解决方案也非常弱即使它们是较强的弹簧，它们将在脚平行四边形4的链接组件施加太大的压缩力。使用图13中的菱形连杆拉簧36或内部连杆镜像拱形弹簧107更为理想。

请注意，脚平行四边形4可以优先仅位于鞋底的周边。在这种情况下，脚踏板3包括在脚的两侧和外侧的支撑元件，并且其底部包括延伸穿过鞋底中心的最小薄板。以这种方式，弹簧将直接抵制跑步者脚的鞋中心板。这最大限度地减小了脚平行四边形4的侧面元件的强度和重量要求。对于接地板5也可以这样做。脚底板3和接地板5的变型没有详细示出，但是对于本领域普通技术员是显而易见的。在这种情况下，脚平行四边形4的各种铰链也将优先仅位于鞋底的侧面。第三防脚趾沉机制8的功能与图1-3中的情况是几乎完全相同，尽管其结构略有不同。这在图9中可以看出，其中前平行四边形6在脚跟提升期间脚平行四边形6打开时保持压缩。

请注意，可以想像这应用在步行或跑步的冲击力是相当恒定-例如走路。在这种情况下，适当调整鞋底总是完全压缩时。适当调整的术语意味着选择或调节弹簧系统力，使得鞋底刚刚完全压缩。在这种情况下，不需要防脚趾沉机制。即使如此，这种没有防脚趾沉机制的弹跟鞋仍然是新颖和可专利的，因为它们仍然通过改进的恒力弹簧系统提供增强的脚后跟提升。另外，请注意，在脚趾板7之下安装一个弹簧是很容易，但是弹跟发明的主要目的是将几乎所有的足部冲击能量返回去增强提升脚后跟。任何脚趾的弹簧都会减损这个目标。这个设计目标的原因是，当这个脚趾弹簧起作用时，跑步者的重心主要是加速向上和向前移动，在这种情况下，脚趾弹簧对于能量回报的贡献是忽略不算的。

本发明的第二实例是一类新颖的弹簧，这里称为最佳弹簧是因为它们的力曲线被优化。这些可以是复杂的弹簧或弹簧系统。最佳弹簧类包括不同类型的弯曲弹簧和拱形弹簧。这些不同类型是为了优化鞋类和许多其他应用的力曲线-其中的优势是，在使用设备结构元件和/或设备元件的用户例如跑者，去最小化最大力(特别是当有冲击力时。优化标准是吸收最大的能量，即该力曲线以下的面积的位于力曲线的最大力点。如果弹簧的尺寸没有几何约束，则可以使用各种常规的弹簧来实现力曲线优化的弹簧或弹簧系统。然而，本发明的力曲线优化弹簧在整个弹簧的全压缩下实现最小厚度。它们还通过消除轴铰链或滑动摩擦元件来达到最小化摩擦损失。最后，它们通过使用玻璃纤维或任何另外的纤维增强复合材料(例如芳纶或光谱盾)来最小化内部能量的滞后损失，使其可以充分地弯曲或伸展。

拱形弹簧包括组件弯曲弹簧，如图4中的前弯曲弹簧60；这些弯曲的弹簧以这样的方式加载，使得它们在全弹簧压缩时完全平坦化。也就是说，这些弹簧可以压扁到其未压缩高度的最小百分比。完全压缩的厚度值可以容易地低至到未压缩厚度的几个百分比，例如5％。未压缩厚度与完全压缩厚度的比率在本文中称为压缩比。因此，对应于该5％的压缩比具有值20.这些元素弹簧被组合以构造各种类型的拱形弹簧和复杂的拱形弹簧。图10显示了镜面拱形弹簧80的示意性侧视图。可以从元素弯曲弹簧构建的可能配置的示例包括上拱形臂84，镜面拱形弹簧80和卷曲V形弹簧96，全部为图10。这些弹簧压扁至最小的完全压缩厚度。因此，它们比其他常规弹簧(例如诸如鞋弹簧应用的螺旋弹簧)具有很大的优点，其中对于未压缩的鞋底厚度有严格的限制。此外，它们使弹簧系统具有更多的用途。更详细地，鞋的目标是使鞋底的厚度最小化。通常，鞋里的常规弹簧，完全压缩的厚度可能是未压缩厚度的一半。使用拱形弹簧或基于拱形弹簧的复合弹簧，完全压缩的厚度可以是未压缩厚度的10％，例如，这意味着对于给定的期望弹簧偏转值，鞋底的厚度可以几乎减半。返回到图10，镜面拱形弹簧80包括上拱臂84，当从上下方向被负载表面90压缩时，该上拱臂84撞击下拱臂86。拱顶顶系绳88在上拱臂84和下拱臂86的末端连接弹簧顶端92。连接顶点94是上拱臂84和下拱臂86的另一顶点，在这种情况下，两臂伸缩并连接以这种方式使得镜面拱形弹簧80可以完全压缩。注意，镜面拱形弹簧80是可以修改和使用于这里谈及的弹跟鞋。弹跟鞋需要鞋底的顶表面，例如图7中的脚踏板3相对于底面向前移动，接地板4也在图7中。将此称为相对运动问题；它排除了使用大多数常规的弹簧，例如螺旋弹簧。然而，可以改变图10的镜面拱形弹簧80，使得其顶部和底部具有圆形形状，在这种情况下，只要滚动距离小，就可以简单地滚动以适应所述相对运动。镜面拱形弹簧80应该是最初定向(稍微向后滚动)，使其在完全压缩时对称加载-这意味着在顶点之间的线，当上拱臂84旋转地连接到下拱臂86达到完全鞋底压缩时，是水平的。这是幸运的，因为这种“滚动”镜面拱形弹簧特别容易插入到弹跟鞋底中，由于脚踏板相对于接地板的相对向前运动，所以常规弹簧是不起作用的。

拱形弹簧的另一个优点是可以沿着拱臂的长度改变厚度分布，使得在该臂的整个平坦区域上的应力能量密度是恒定的。这就是储能优化。第三个优点涉及到可以调节并由此优化拱臂的力曲线。在图10中注意到，镜面拱形弹簧80包括四个弯曲弹簧97，每个弯曲弹簧97在完全压缩下均平直到直板。这里，每个弯曲弹簧简称为弯曲弹簧。另外，顶部卷曲臂98仅仅是如图10所示的弯曲弹簧97的一个例子。注意，当组合多个单独的弯曲弹簧97以构造更精细的弹簧，例如图10的镜面拱形弹簧时，合力曲线具有与每个弯曲弹簧97相同的形状。这里使用的另一组合是卷曲的V形弹簧96。最后，镜面拱形弹簧80可以在中间(当从侧面观察时)分裂，空间有限时仅使用一半。这在本文中被称为单面镜面拱形弹簧。也可以改变每个弯曲弹簧97的结构和形状，以使力曲线更优化。更重要的是，参考许多附图，每个组件弹簧的几何构造可以改变以获得更优化的力曲线。

让我们回顾一下力曲线优化弹簧及其标准，即为该曲线上给定的最大冲击力点和最大化吸收能量(即力曲线下的面积)。这里介绍的拱形弹簧的另一个关键优点是，它们可以容易地预先加载，例如它们最终最大力的三分之一。图11示出了如何通过预先加载系绳106，容易地加载元件弯曲弹簧和镜面拱形弹簧的示意性侧视图。未预加载的弯曲弹簧102从其基部延伸，该基座可固定地附接到下部负载表面90到其上端，当其向下和向左移动时，该上端将撞击负载表面90的上部，以开始加载没预载的弯曲弹簧102。在预加负载表面103的预定负荷水平下，负载表面90的上面是被一个被预加载系绳106束缚。这防止上部负载表面90向上移动，同时允许顶部负载表面90向下移动以进一步加载预载的弯曲弹簧101。

以类似的方式，未预加载的镜面拱形弹簧104包括四个元件未预加载的弯曲弹簧102，其构造如图所示，以形成拱形弹簧类的镜面拱形弹簧类型。其顶部和底部表面将撞击上部和下部负载表面以开始被压缩。在预加载载荷表面103所示的预定的预加载水平下，上部和下部负载表面90被预加载系绳106束缚，以将预加载的镜像拱形弹簧105保持在所选择的预加载状态。在本文别处描述了将拱形弹簧的尖端保持紧密接触的各种方法。接下来，下文将显示预负载如何有助于优化力曲线。

图12显示了两种弹簧的力曲线-具有软(回归)力曲线的预加载的弹簧和线性弹簧。请注意，每个力曲线下的面积是弹簧吸收的能量。当弹簧被预加载时，所需的能量是被存储在最大力的较低值处。在图12中线性弹簧的力曲线的示例中，预加载降低了25％的反作用力。在非线性软弹簧的力曲线示例中，在存储相同的能量时，与没有预加载的线性弹簧相比，预加载的反作用力降低40％。结果是，可以沿着弹簧臂长度改变去形状，几何结构和减少厚度，以便接近或有时甚至实现最佳恒定力曲线。在图12所示的情况下，预加载起始于最大力值的约三分之一。然后它迅速增加约三分之一的总偏转；然后渐近地接近恒定的最大力值。因此，实现所需的优化力曲线的方法的第一部分是具备曲线上最大力的最小值，以预加载它。第二部分是改变弹簧的结构和形状，以达到更软和更恒定的力曲线。该方法的第三部分将在后面解释。它提出了确定要存储在鞋底中的最佳能量的需要，并且它指出，可以使用表格1,2和3来实现这种最佳的鞋底能量。另一个关键的见解是，因为力曲线是恒定的，这并不意味足部冲击能量仍然被最后部分的鞋底压缩吸收。事实上，对于本发明的各种联动传播和拱形拉伸或压缩弹簧，存储减少的冲击能量，通过简单地使用恒定力曲线下的面积作为压缩距离的函数来计算错误。在本发明的设计中的各种辅助弹簧确保了冲击能量的最佳量仍然被吸收并存储为达到全弹簧压缩时的能量返回。

参考表格1，对于鞋底(弹簧高度为半到三英寸)的尺寸状态，由玻璃纤维制成的镜面拱形弹簧比碳纤维弹簧强10.5倍，比注射成型材料制造的拱形弹簧强16倍的，注射成型材料是例如本发明提及的现有技术中提到的热塑性弹性体PEBAXX 5533。这一科学结论是需要进行一个非线性有限元素分析才能得出。值得注意的是，该结果并不明显，而且在现有技术中基于本发明人的广泛搜索还没有提到。因此，玻璃纤维(或现在更优选芳纶或光谱盾)在此称为用于弹跟鞋和常规鞋中的拱形和弯曲弹簧的基本材料。此外，本发明人没有发现任何现有技术，其公开了可铰接地连接(圆形或圆柱形几何形状)的两个面对的半球的基本弹簧结构，甚至提及玻璃纤维作为所选择的材料或者教导所需的科学数据证明玻璃纤维是鞋应用中的优异材料。可能有一些情况下，一个全面的陈述是“任何材料都可以用于任何元素”，但是这并没有教导任何具体的可以使用的东西。因此，它不会在诉讼中搁置。相反，这种现有技术完全集中于使用可注射成型塑料如热塑性弹性体PEBAXX 5533.而且，这些现有技术的弹簧不会压缩到本发明的拱形弹簧的最佳最小厚度，因为半球的侧面是如此庞大-因为材料对于弯曲应用来说是太弱了。然而，本发明人最新的非线性有限分析包括芳纶29，光谱盾和不锈钢302(全硬，基B)。请参考表格4，该表给出了导致表格1-4的非线性有限元研究中使用的机械参数。它还给出了各种材料的计算弹簧强度与玻璃纤维计算弹簧强度的比值。本研究表明，芳纶弹簧29的弹性强度比玻璃纤维强6.35倍，光谱盾的弹簧强度比玻璃纤维强1.49倍。这意味着，基于弹簧强度值，芳纶是本发明最佳弹簧的首选材料，而光谱盾比玻璃纤维强45％。这也意味着如果使用芳纶，则以下四段中的弹簧强度值乘以因子6.2。这使得鞋设计师在使弹簧重量几乎可以忽略的地方面具有很大的余地，并且在使用侧弹簧用于变速器设计的能力。总而言之，铰链环弹簧的弹性元件和本文中的弯曲弹簧应由弹性强的材料制成，这些材料最可能是具有高延伸极限，高拉伸强度的纤维复合材料，并且具有模量与拉伸强度相比不太高，从而使韧性(弹簧储存的能量)受损，其中非线性有限元分析表明，芳纶复合材料是优选的材料，因为它具有最高的环弹簧强度，其次是光谱盾复合材料，它的强度是芳纶的23％，其次是E玻璃纤维，其比例是芳纶的强度的16％，然后PEBAXX5533，其强度是芳纶的1％，PEBAXX 5533在现有技术的鞋弹簧中是被用作注射成型材料，这不是最佳的。纤维复合材料也是优选的，因为它们具有非常低的机械磁滞损耗约为1％～2％-与模塑材料比较时，例如热塑性聚氨酯的机械磁滞损耗约为20％至50％，(例如，pellethane 2363或PEBAX 5533)，其它与芳纶相似的材料具有柔韧性和弯曲强度的关键参数也可以使用，这些合适的材料包括Vectran，新型碳纤维复合材料和碳纳米管复合材料-两者具有高拉伸强度和高伸长率极限和由蜘蛛丝衍生的复合材料，只要这些新型材料可以低成本大批量生产。

表格1，表格2和表格3使用的弹簧强度结果，使用了以下材料的规格。ANSYS FEA模型使用的机械性能的“GC-70-UL：单向玻璃纤维层压板”E玻璃，是来自Gordon的复合材料。

(http://www.gordoncomposites.com/products/TDS/GC-70-UL.pdf)

当然，S玻璃的模量比E玻璃强大约20％，S玻璃的强度比E玻璃大约强30％。这表明，对于本文中的玻璃纤维制成的拱形弹簧，其强度可以比本发明的总结中提到的现有技术的PEBAX 5533制造的弹簧的强度高出二十倍。这非常重要！玻璃纤维鞋底弹簧比碳纤维复合材料强得多的原因是应变极限高于三倍(比碳纤维层压板或钛的应变极限值更高)，这种增加的应变极限是关键参数这个大小的制度。而现在，芳纶弹簧是强大得多。

图10中的卷曲v形-弹簧96是用于非线性有限元分析。该模型是用于计算表格1-4中的值。表格1的第一部分，是有关卷曲弹簧的报告以下参数。两个臂中的每一个，顶部的卷曲臂98和底部的卷曲臂100，是四分之一的一个特定的圆的半径。偏转d是等于半径的两倍减去臂厚度t的两倍。力f是80％的压缩。这些结果假定弹簧的宽度为一英寸。在完全压缩时，臂将完全平坦化。请注意，厚度值仅为半径值的5％，或偏差值的2.5％。因此，玻璃纤维复合材料的第一个显著优点是，它完全压缩的厚度是仅为偏转的5％是相对应于压缩比率值20。

这表明了复合弹簧由基本元素弯曲弹簧和由玻璃纤维制成的第一个优点。第二个显著的优点是与四种材料的相对弹簧载荷力值有关。玻璃纤维复合材料的弹簧载荷力是迄今为止最高的。它比碳纤维复合材料高出10.5倍；是钛的9.3倍；并且比PEBAX 5533的值高出16倍。因此，玻璃纤维是这些弹簧的首选材料。也就是说，第二个显著的优点是玻璃纤维更坚固。此外，考虑到密度的差异，这些玻璃纤维弹簧的弹簧重量比碳纤维弹簧轻12.3倍，比PEBAX 5533轻8.2倍。因此，第三个显著的优点是玻璃纤维更轻，因为弹簧宽度较小。注射成型材料的优点是它们便宜且易于制造，但是玻璃纤维弹簧或芳纶弹簧也可以廉价地大批量生产。再次，基于最近的研究，芳纶比玻璃纤维更为优先。

表格1显示了一个非常有趣的特征，这导致了另外一个方法去优化力曲线，这当然是应用于鞋和可能其他方面。详细检查显示，对于每种材料，力f与偏转d的比率以及臂厚度与偏转的比率在整个偏转范围内是恒定的。这是意料之中的，因为顶部卷曲臂98的行为就像悬臂或潜水板，它以四分之一圆的形状开始并弯曲(压缩)变平。因此，负载力与长度立方体上的厚度成正比，因此这两个负载力比是预计保持恒定的。同样，d与t的比例保持不变。

然而，参照的表1的第二部分有关弯曲弹簧，它对应于卷曲v形弹簧的顶部或底部半部分，注意到对于给定的挠度d，例如2度，力f是卷曲的v形弹簧的两倍(184磅相比92磅)。同样对于厚度t也是如此(0.096英寸与0.048英寸相比)。因此，弯曲的弹簧臂比卷曲弹簧臂厚，并且可加倍可完成的力。这就是弹跟鞋的弹簧系统(使用弯曲弹簧)是两倍强，所以比常规鞋(参见图24)的弹簧，例如镜像拱形弹簧(其相当于卷曲v形弹簧，为了这个论点的目的)轻两倍)。这是一个可能会令人惊讶的结论。请注意，对于这些卷曲的弹簧，将偏转增加10倍将使载荷力增加十分之一。然而，对于较小的偏转值，可以将十倍的弹簧适用于同一区域面积(脚印)。这意味着对于所有弹簧高度(～d)，可实现的每个面积的总力在整个偏转范围内是恒定的。这是一个重要的见解。假设力曲线是线性的，则在完全压缩时由弹簧储存的冲击能量是等于最大力乘以偏转的一半。因此，可吸收的可能能量是与偏转成线性比例。接下来，是怎样解释这个洞察和如何应用优化弹簧在跑步上的运作的关系？

跑步的冲击能量是被两个要素吸收：腿部和鞋底。以类似于串联的两个弹簧的方式，冲击能量是通过腿和鞋底的抵抗偏转来存储。对于串联的弹簧，当一个元件是很坚固时，更多的冲击能量则被另一个元件吸收。如果鞋底是非常刚硬，腿部必须吸收几乎所有的冲击能量，主要是在膝盖上。因此，鞋底中的偏转越大，鞋底中存储的能量越多，腿就不需要吸收太多的能量。然而，鞋底厚度的有限度，与膝盖和踝关节的联动动作把跑者推回到空中是有影响的，这使最佳配合的决定显得相当复杂。即使这样，如果唯一的鞋底偏转做得尽可能大，跑步的能量成本可能会大大降低，在这种情况下，跑步者将以更少的膝盖弯曲运行，这反过来又降低了能量储存在股四头肌。此外，如图12所讨论，通过优化力曲线，最大冲击力仍然可以比常规鞋的现有技术-具备线性弹簧且未被预加载的弹簧更小，并且弹簧通常只偏转约四分之一英寸。这种考虑，是为了最大化鞋底的厚度，因此，能量是存储在鞋底，这是最佳弹簧的第三个标准，以达到所需的最佳力曲线，其中力曲线上最大力的最小值，这已在上文图12讨论。

考虑到这些想法，确定跑步的冲击能量是有有道理的，然后改变鞋底的偏转以确定可以存储在鞋底中的最大能量，而不损害脚/脚踝运作和联接动作的时间的运行。通过确定最佳的鞋底能量，然后使用表格1来计算最佳偏转的简单运动，使用等式，弹簧工作等于线性弹簧的偏转平方的二分之一。如果弹簧力曲线是非线性的，则可以容易地确定力曲线并用于获得相同的结果。总的来说，优化力曲线的方法在以下图12讨论。必须确定要存储最佳能量在鞋底的弹簧中，并且必须使用诸如表格1的表1来确定实现该鞋底能量的最佳偏转-考虑到存储的能量是线性地依赖于本发明的最佳弹簧的偏转。

图13示出了内联动镜像拱形弹簧107的示意性侧视图。该弹簧被设计为具有开始线性并且然后弯曲成恒定的力曲线的最佳弹簧。实际上，其力曲线弯曲并最终变为零，但是容易引入辅助线性弹簧，由于刚刚提及的力曲线开始减小，开始被压缩的辅助线性弹簧-使得组合力曲线近似恒定直到完全压缩。首先，如图19所示，张紧的联动弹簧结构，特别是张紧的菱形弹簧282。垂直负载(由力负载箭头258示出)将垂直顶点256一起压缩。该运动通过侧顶点254由通用拉伸弹簧250抵抗。当四面联动252被压缩时，牵拉拉伸弹簧250所需的垂直力首先增加然后减小到零。也就是说，在完全压缩时，连杆是水平的，因此提供零垂直力。图13的设计实际上是基于图19的压缩菱形弹簧286，其中当由四面联动252被力负载箭头258所示的垂直载荷压缩时，该运动被通用压缩弹簧250抵抗，压缩弹簧250压缩固定锚272。同样，推动通用压缩弹簧274所需的垂直力首先增加然后减小到零。再次查看图13的内部联动镜像拱形弹簧107，让我们看看即使配置有所不同，同样的力曲线如何实现。

图13的侧视图显示出了本文提倡的增强最佳弹簧，即是包括以下元件的内联动镜像拱形弹簧107。负载表面90压缩单片反射弧108。镜面吊具联动装置115包括(顶部和底部)中心连杆113，中心连杆113通过角铰链120两侧的支点枢转地连接到大致垂直的连杆114，它们在两侧枢转地连接，以经由撞击铰链119到撞击连杆112。内连接部分弹簧117位于上中心连杆113和下中心连杆113之间，并且它们彼此间隔开，以提供恢复力，以在压缩过程中使中心连杆113保持水平。对于外部联动部分弹簧116也是如此。需要这种恢复力的的原因是镜面吊架连杆115的顶部和底部半部不稳定，这意味着该半连杆可能侧向偏移，使得一个相邻的拐角铰链将会高于另一个-如果外部联动部分弹簧116的负载位于中心连杆113的中心。

现在，记得图19的压缩菱形弹簧286有趣的洞察。整体镜像拱108起了图19的通用压缩弹簧274的作用。也就是说，它抵抗了镜像吊具联动115的向外延伸，好像它是一个压缩弹簧。而且，不是推压图19的固定锚固件272，它是将其推压到单片镜像拱形件108的整体枢轴上，这在图15详细地显示了整体式拱形铰链187。因此，对于图19的压缩菱形弹簧286如何是具有最佳力曲线的最佳弹簧，所有意见都适用于内联动镜像拱形弹簧107，其可通过以下方式甚至更优化：(1)外部联动部分弹簧116的动作，其通过镜像吊架联动115控制和调节整体式镜面拱108的初始扩展，并且借助于(2)内部联动部分弹簧117的作用，其阻止力曲线在完全压缩时变为零。也就是说，力曲线开始线性化，然后变为恒定到完全压缩。这使得将内部联动镜像拱形弹簧107作为完全最佳的弹簧(只要包括部分弹簧117)。压缩的内部联动镜像拱形弹簧109显示压缩过程中的行为。注意，所有元件在完全压缩时变平，以最大化压缩比。撞击式铰链119和拐角铰链120可以是具有轴和轴承的常规圆柱形铰链，但会优选图15的颈缩活动铰链或者图47的连接嵌齿铰链920。注意，简单的四边菱形联动装置是不能运作的，这是由于其扁平的长度小于上拱形110的扁平长度。因此，它需要额外的连杆(中心连杆113和冲击器连杆112)以完全扩展到上拱形110。

图14显示了内联动弯曲弹簧的各种构造的示意性侧视图。注意，第一双链接扩展弯曲弹簧122是联动扩展弯曲弹簧121的示例，其包括双重连杆131，双重连杆131又包括由双铰链126连接的两个双连杆125.双连杆131是通过弹簧铰链124的任何一侧铰接地连接到弯曲弹簧127，弯曲弹簧127从垂直方向向左倾斜。顶部调节弹簧132位于双铰链126和其相邻的载荷表面90之间。调节弹簧133被定位致使它是仅被负载表面90加载。该设计的目的是双重联动131扩展和拉直弯曲弹簧127，使得力曲线在部分压缩时弯曲。顶部调节弹簧132，和调节弹簧133是可选的，但用于实现更优化的力曲线。顶部调整弹簧132控制由负载表面90装载双铰链126的开始。调整弹簧133用于将总力曲线保持在大致恒定，因为刚好由于弯曲弹簧127的联动扩展而产生的力曲线在没有调节弹簧133的情况下开始变为零。当顶部负载表面90压缩时，最终双铰链126会高于顶部弹簧铰链124，此时加载的弯曲弹簧127扩展，使得力曲线将弯曲并且最终变为零(没有调节弹簧133)。纯扩展载荷的开始，在压缩的第一双链路扩展弯曲弹簧123的图有显示。还可以选择两个双连杆125的相对长度，并缩短弯曲弹簧127，使得只有双铰链126撞击顶部负载表面90(现在不使用顶部调节)。现在，弯曲弹簧127的顶端不接触顶部负载表面90，使得弯曲的弹簧127仅被加载在张力中，从而确保在实现全弹簧压缩时两个载荷表面之间的力弯曲并变为零。

联动扩展弯曲弹簧121的另一个版本的示例是第二双链接扩展弯曲弹簧135。这里，双联动131的部件连杆的长度和角度已经改变，在弹簧压缩时使得双铰链126提早撞击顶部负载表面90。这会使力曲线过早弯曲。两个双连杆125的总长度必须等于弯曲弹簧127的长度，使得所有元件在完全压缩时可以完全平坦化。第二双链接扩展弯曲弹簧135的两个表示显示，第一个在压缩开始处，第二个是双重铰链126撞击载荷表面90时。第二表示是压缩的第二双链接扩展弯曲弹簧136。在这种双连接版本和下一个三连杆版本中，顶部调节弹簧132和调节弹簧133未示出，但是它们可以用于更好地改善力曲线。当弯曲弹簧127被压缩成平坦化时，尖端路径130跟踪弯曲弹簧127的尖端的路径。

接下来的两个图表显示了包含三个链接的联动的两个版本。再次，当力曲线弯曲时，组件链接的长度和角度被改变以改变，并且示出了两个级别的压缩。第一三连杆扩展弯曲弹簧137包括由三个铰链129连接的三个三链接128。它也在压缩期间扩展弯曲弹簧127。可选的顶部调节弹簧132和调节弹簧133未示出，但是它们也可用于更好地改善力曲线。压缩的第一三连杆扩展弯曲弹簧138表示顶部三重铰链129撞击顶部载荷表面90的压缩。另外一种版本显示第二三连杆扩展弯曲弹簧139和压缩的第二三连杆扩展弯曲弹簧140，其中顶部三铰链129在压缩期间较早地撞击顶部负载表面90。这里的所有版本都可以组合在有关中心垂直线的镜像版本中，以形成拱形配置，反过来也可以反射到水平中心线以形成反射拱配置。

图15显示出切割整体式镜面展开联动183的剖视侧视图，其详细描绘了图13的镜面展开式联动115的整体式，下垂式活动铰链的版本。完整链接未显示出来以更好地观察枢轴部分，但是缺少的中心连接部分由波浪线表示。该缩写显示在本文中被称为切口。切割单片镜式吊架联动183包括整体式中心连杆185，其通过整体式角铰链182连接到单片大多垂直连杆186，其通过整体式撞击铰链181连接到整体式撞击连杆184，撞击单块拱形铰链187，其连接上拱110和下拱111(见图13)。如前面所述，用于诸如切割整体式镜片吊架联动183的连接件的优选材料是具有适当硬度的TPU，例如PEBAX或Pellethane，因为这些材料可以是注射成型或类似的材料。此外，本文中优选的和迄今为止最强的弯曲弹簧材料是芳纶，其次是光谱盾和玻璃纤维。或者，更优选地，可以使用图47的连接嵌齿铰链920。

图16显示出各种压缩水平的风筝末端弯曲弹簧144的示意性侧视图，包括第一级压缩风筝末端弯曲弹簧146，第二级压缩风筝末端弯曲弹簧147和完全压缩的风筝末端弯曲弹簧148。风筝末端弯曲弹簧144在负载表面90之间被压缩，使得顶部负载表面90相对于底部负载表面90自由地水平移动。实体初始部分152在其开始处(底部)可固定地附接到下部负载表面90。它形成了具有风筝末端部149的整体结构，其包括以下内容：内拱153，外拱154，风筝末端部149，弹簧末端151和可选顶点系绳150。这两个拱形成被压缩的镜面拱。鉴于空间限制，可选顶点系绳150仅在未压缩视图中显示。其首要目的是在压缩的初始阶段防止内拱153和外拱154移开。其第二个目的是预先加载风筝末端部分149。

风筝末端弯曲弹簧144的想法是，在压缩期间，风筝末端部分149的装载特性发生变化。最初，它相对于上部负载表面90倾斜地定向，在此期间，它主要通过弹簧末端151去承受弯曲载荷。然后，一级压缩风筝末端弯曲弹簧146的视图显示了风筝末端弯曲弹簧144已经逆时针旋转，使得上部负载表面90开始直接装载风筝末端部分149，此时负载变得主要是压缩而不是弯曲。恰好在这个压缩水平(在这个例子中为大约60％的第一级压缩风筝末端弯曲弹簧146)，固体初始部分152已经近似地变平。直到该偏转水平，风筝末端弯曲弹簧144的初始力曲线力主要是由于固体初始部分152的平坦化产生。然而，由于风筝末端部149的压缩，剩余的40％压缩风筝末端弯曲弹簧144的力曲线是可以减小斜率。在风筝末端部149压缩的第一部分中，它被倾斜地加载，使得它更硬。这在第三视图中可以看出-第二级压缩的风筝末端弯曲弹簧147。当完全压缩时，风筝末端部分149被更直接地装载，使得力曲线变软。这在第四视图中可以看出-完全压缩的风筝末端弯曲弹簧148。基于这些详细的考虑，很明显，风筝末端弯曲弹簧144的力曲线可以被设计成弯曲并变得显着更柔软(更偏离)。因此，就这样通过最小化最大冲击力来实现优化力曲线的目标。当然，弹簧末端151也可以可铰接地连接到顶部负载表面90，或者它可以如前面详细描述的那样被滚动地连接。另一个选择是使用可选顶点系绳150预加载风筝末端部分149。

图17显示了箭头，风筝末端和双链路扩展弯曲弹簧的配置示意图。首先，它示出未压缩的镜面风筝末端弯曲弹簧169的示意性侧视图。四个风筝末端弯曲弹簧144(从图16)的组合导致形成镜面风筝末端弯曲弹簧169。这种组合形成类似于图10的镜面拱形弹簧80的镜像拱形弹簧。因此，镜面风筝末端弯曲弹簧169的元件包括与风筝末端弯曲弹簧144相同的元件。因此，镜面风筝末端弯曲弹簧169包括上风筝末端拱172和下风筝末端拱173，每一个都包括实心拱中心部分170和末端风筝部分171。箭头弯曲弹簧145的示意性侧视图。这表明了另一种方法获得更优化的力曲线是通过利用在弯曲弹簧的末端处的结构，随着末端在压缩过程中旋转，它的载荷性质发生变化。箭头弯曲弹簧145包括固体初始部分152，其在其底部处牢固地附接到下部负载表面90，并且其一体地附接到箭头刚性末端158。内箭头臂156和外箭头臂157可固定地附接到箭头刚性末端158，并且这些是板簧。主要压缩的箭头弯曲弹簧159的视图显示了弹簧末端151最初撞击载荷表面90。然而，最终在压缩期间，箭头末端部分159逆时针旋转，使得外部箭头臂157和内部箭头臂156的尖端可实时撞击上部和下部负载表面90。在完全压缩时，固体初始部分152的弹簧作用与内部箭头臂156和外部箭头臂157的弹簧作用串联起来。由于串联弹簧的刚度相互添加，这意味着这两个弹簧作用的总和力是小于刚刚固定的初始部分152的力。因此，力曲线已经弯曲，并且如本文所定义的变的更优化。

从浮动铰链方面来说，风筝末端v形弹簧165的功能是类似于图10的卷曲v形弹簧96，这确保了顶部载荷表面90相对于底部载荷表面90是自由地向左侧平移-如由顶部载荷表面箭头168指示。并且，力曲线类似于风筝末端弯曲弹簧144的力曲线。图17还显示出风筝末端v形弹簧165的示意性侧视图，其包括顶部风筝末端弯曲弹簧162和底部风筝末端弯曲弹簧164，它们通过风筝末端v形弹簧顶点166连接起来。同样地，镜像连接扩展弯曲弹簧163是类似于卷曲的v形弹簧96，但是力曲线是类似于图14的连接扩展弯曲弹簧121的力曲线，其中它是由两个镜像部分组成。再次，这些力曲线比卷曲v形弹簧96的线性力曲线更优化(恒定力)。

图18显示了整体式拉紧的镜面拱形弹簧200的压缩和未压缩的示意性侧视图，其包括以下元件。内侧装载的拱形弹簧204是通过跨拱部分208而位于内部和在外部顶部加载的拱形弹簧206上拉动。这三个元件形成连续的整体结构，并且它们通过颈缩的活动铰链相互连接。此外，这个连续的单片结构的下半部分是上半部分的镜像，尽管内部拉力加载的卷曲v形弹簧220代替图中的内张力元件以示出替代版本。外顶装载拱形弹簧206包括延伸平坦部位224和外部尖端部位210。内侧装载的拱形弹簧204和外部顶部加载的拱形弹簧206的弯曲部分包括近似为四分之一圆形的部分。延伸的平坦部位224的延伸允许这些内部和外部拱形元件两者完全平坦化，而不会彼此干涉。虽然曲线形状不一定需要是四分之一圆，但这是确保必要的完全平坦化的方便方法。为了确保完全平坦化，另一个设置是外尖部间隔件218-从压缩的整体式拉紧镜面拱形弹簧202的视图中可以看出。注意，外尖部间隔物218的高度被夸大以便于观察，但是它将被最小化，使得所有拱形元件仅在完全压缩时触摸其长度。外部夹具216将镜像的外部尖端部分210夹紧到外部尖端间隔件218，并且内部夹具214将镜像的内部尖端部分212夹紧在一起。为了显示内部张力元件的另一种可能性，内部拉紧加载的卷曲v形弹簧220表示代替在结构的下半部分，并且在完全压缩时也完全平坦化。其镜像的一半是通过卷曲v顶端部分222连接。缩颈活动铰链是针对卷曲v顶端部分222，外部尖端部分210和内部尖端部分212而言。

图20显示了镜面拱形弹簧包括拉伸弹簧元件的另一种设计，在这种情况下，现有技术中的拉伸带是由类似TPU的材料制成的，然而，它具有20％至50％的能量滞后损失。然而，与图20的设计相比，图18的整体式张紧的镜面拱形弹簧200有两个明显的优点：即拉伸弹簧元件，内侧负载拱形弹簧204或图18的内部加载的卷曲V形弹簧220，可以由具有最小能量滞后损耗(～1％)的玻璃纤维(或芳纶或光谱盾)制成，并且拉伸弹簧元件之间的连接因此可以制成整体式-因为外部顶部加载的拱形弹簧206是更优选由玻璃纤维(或芳纶或光谱盾)制成，其比TPU样材料要强一个数量级。还应注意，所述拉伸弹簧元件是用于抵抗外顶部加载的拱形弹簧206的压缩，因此组合的弹簧作用更强。然而，当整个弹簧组件压缩时，拉伸弹簧元件的作用变得与外顶部加载的拱形弹簧206的作用更一致，使得这些相反的力(其直接与相对的负荷表面90之间的压缩相反)减小并最终变为零。因此，总力曲线减小，但是注意到它不会变为零，因为外顶部加载的拱形弹簧206的弯曲力仍然是反对压缩。因此，如果内拱和外拱的强度大致相同，则总弹簧刚度(总力曲线斜率)开始于外拱曲弹簧的两倍，然后刚度减少由于外拱元素。因此，图18的结论是，总力曲线可以是“半优化”，因为它不能变为水平。此外，本文所示的连接传播弯曲弹簧设计在图13,14,15,19,21,22,23和27-特别是图32是完全达到最佳的，因为“总力”对于联动传播拱形弹簧(或图27的弯曲弹簧)变为零，当辅助弹簧包括在弹簧系统里时，辅助弹簧可以用来使整个总力曲线保持恒定。这是因为不弯曲的连接对力曲线是没有贡献。

图19的讨论涉及最佳弹簧的目标，其可以充分地最小化运行最大的冲击力点。这些最佳弹簧是本发明的第二实施例。图19示出了各种配置的示意性侧视图，称为用于最佳弹簧的扭矩提升构造，其中张紧元件是用于抵抗连杆的压缩，使得弹簧张紧连杆组件的力曲线达到最佳，正如标准所定义，力曲线开始线性然后弯曲以保持基本上恒定不变，尽管它可以以较低的斜率继续增加。在张紧的菱形弹簧282中，垂直负载(由力负载箭头258显示)将垂直顶点256一起压缩。该运动通过侧顶点254由通用拉伸弹簧250抵抗。当四面联动252被压缩时，拉开拉伸弹簧250所需的垂直力先增加然后减小到零。也就是说，在完全压缩时，连杆是水平的，因此提供零垂直力。压缩菱形弹簧286包括被力负载箭头258显示垂直载荷压缩的四面联动252。该运动是被普通压缩弹簧250抵抗，压缩弹簧250压缩固定的锚杆272。再次，所需的垂直力去推动通用压缩弹簧274是首先增加然后减小到零。现在考虑基于不是连接的弹簧系统，而是基于镜像拱-来解释为什么这些系统是“半优化”。张紧的镜像拱弹簧284由负载表面90加载；它包括外部上拱形弹簧268，其通过枢轴连接260枢转地连接到其镜像，外部下拱形弹簧270。

类似地，内上拱形弹簧264经由枢轴连接件260枢转地连接到内下拱形弹簧266，枢轴连接件260通过线缆262将这些内部和外部镜像拱门连接在一起。由于这些连接，内部镜像拱形弹簧抵抗外部上拱形弹簧268与外部下拱形弹簧270的枢转连接件260的向外运动。这增加了压缩整个弹簧组件所需的力，超过由外部镜像拱形弹簧施加的垂直压缩力。实际上，总弹簧的刚度增加了大约一倍。线缆262只施加水平张力，当内拱镜弹簧接近完全平坦化时，线缆262水平张力变为零。这意味着内部镜像拱形弹簧的贡献变为零，所以总垂直弹簧力的斜率达到其初始值的一半。这使张紧的镜面拱形弹簧284“半优化”。这不如本文的联动传播弯曲弹簧系统一样好，因为它们的力曲线是接近恒定值，这是完全最优的，但是它仍然是一种线性力曲线弹簧的改进。注意，必须注意确保内部上拱形弹簧264和内部下拱形弹簧266仅通过线缆262水平地加载。如果这些内部拱形件通过其中心部分与外部拱形件的碰撞而被垂直地加载，则其力曲线的斜面将增加到其初始值或大约一倍，并且弹簧不再是“半优化”。如图所示，该设计的另一个问题是内拱的长度小于长度的外拱，这防止外拱完全压缩。

压缩分离的镜面拱形弹簧288通过分离外拱来解决完全压平的问题。它与张紧的镜面拱形弹簧284非常相似。它包括左半外拱弹簧278和右半外拱弹簧280，右半外拱弹簧280在其中心处也具有枢转连接件260，并且还经由线缆262连接到内镜镜拱，即内部上拱形弹簧264和内部下部拱形弹簧266。然而，注意左半外部拱形弹簧278和右半外部外部拱形弹簧280现在通过线缆262连接。垂直力由狭槽间隔件276施加，如力负载箭头所示。通过狭槽间隔件276中的纵向定向的狭槽来防止绳索262和开槽的间隔件276之间的干扰，其允许线缆262的通过。通过这些设置，分离的镜面拱形弹簧可以完全压缩和变平。它也有一个“半优化”力曲线。

图20显示了张紧带镜拱形弹簧292的示意性侧视图。这里，张力元件是张紧带302，其加载在左侧具有圆形末端弯曲臂296的示出的镜像拱形元件，并且在右侧的颈缩尖端弯曲臂298。这只是为了在这些镜像的拱形元素的尖端显示两个枢轴的两个选项。重要的是，这些尖端可以旋转90度而不会对弯曲的臂施加过大的应力。在压缩过程中，左侧的圆形尖端弯曲臂296和右侧的颈缩弯曲臂298，将它们的镜像沿着张力带302的末部垂直冲击。为了进一步防止张力带302在这些撞击尖端之间滑动，带端环306包围中空的矩形带固定销300，使得该组件不能挤压以拉过圆形尖端弯曲臂296的撞击尖端的镜像之间在左侧和颈缩弯曲的臂在右侧的空间。这似乎是用于附接的最简单的故障安全方法，使得张力带302不能挤压和拉动。这种方法既新颖又易于制造。在将组件与缝合线306紧密地紧固在一起之后，空心矩形带固定销300从侧面通过带端环304简单插入。压缩张紧带镜面拱形弹簧294的视图显示了由负载表面90完全压缩的弹簧组件。注意，缝合线306必须易于折叠。带环可容易制成注塑成型材料。

预加载缝合构造312的视图显示了如何制造缝合线306。垂直臂预加载孔308跨越圆形尖端弯曲臂296的中心顶部(或颈缩尖端弯曲臂298，如果使用了该版本)，并且同样用于张力带302中的带状预加载孔310。然后，缝合线306在其纵向中心处穿过张紧带镜像拱形弹簧292的宽度。只要可以为张力带302找到合适的材料，图22的设计似乎是用于张力元件附接的合适的解决方案。热塑性聚氨酯是足够坚固并拉伸所需的60％，但它们看来具有约20-50％的显要滞后损失。如果弹簧的能量返回不需要优化，那么这些TPU可以用于图20的设计。如果需要最佳能量返回，则图18的设计是优选的，因为它使用可弯曲的玻璃纤维的弯曲臂作为张力元素，其节能达98％至99％。也就是说，它们的滞后损耗只有1-2％。卢卡斯在2008年7月22日的美国专利7,401,419中显示了滞后损失的数字，似乎表明TPU的滞后损失为20-30％。文献中的其他数据表明这些材料的滞后损耗为40％。注意，弹簧系统需要预加载或保持就位的任何时候都可以使用预加载缝合构造312的技术。例如，参见图11，图13，图18或图21-23。

图21示出了两个张紧的联动结构的示意性侧视图。张紧联动弹簧320使用弯曲玻璃纤维的弯曲弹簧作为张力元件，张力带联动弹簧340使用张紧带302。张紧联动弹簧320包括四个四边形连杆322，其通过垂直铰链323和水平铰链324枢转地互连以形成菱形连接。负载表面90装载垂直铰链323。张力元件是由对称地布置在四个侧面上的张力弯曲弹簧330组成，其包括最初垂直定向的拉伸弹簧尖端332，其通过尖端线326互连。在布置中心的另一端，张力弯曲弹簧330经由铰链线328连接到水平铰链324，铰链线328通过张紧夹334夹紧到拉伸弯曲弹簧330上。铰链线328绕水平铰链324环绕以承受张力。如果水平铰链324使用轴，这种环路就很容易实现。在这种情况下，一条或多条纵向狭缝跨越四通道322的宽度被切割。然后铰链绳328的环被推动穿过这些槽，使得所描述的轴能被推动通过所述环路，这就轻易地实现了普通的张力连接。压缩张紧联动弹簧321的视图显示了拉伸弯曲弹簧330是如何被拉伸以在压缩期间拉直。这种设计是如本文多次定义的完全最优化的弹簧，只要使用辅助弹簧来防止总力曲线在接近完全压缩时变为零。请参见例图7。请注意，这些辅助弹簧的偏转距离部分高度，它们需要由负载表面直接加载。另外，请注意，在该图中使用拉伸弯曲弹簧330作为示例。张紧联动弹簧320是图7中用于菱形连接拉伸弹簧38的示例，但是也可以使用本文中的其它的许多的优化弹簧，优选地是整体构造。

图21中也示出了张紧带联动弹簧340。它使用与张紧联动弹簧320相同的四侧联动，而是使用张紧带302用于张力元件。压缩带张紧联动弹簧342的视图示出了压缩状态。刚刚给出的用于张紧联动弹簧320的说明解释了张紧带联动弹簧340的连接和功能。对于张力带302的图20给出的磁滞能量损失的警告也适用于此处，它是由TPU线材料制成的。图22示出了整体式张紧联动结构的示意性侧视图。这些类似于图21的设计，除了各种元件的连接是整体的，使用颈缩的活动铰链。单片拉紧联动弹簧350包括四面的菱形连杆，其包括通过整体式垂直缩颈顶点356连接的整体四边形联动354和整体式水平颈缩顶点358。整体结构继续连接水平颈缩顶点358到侧顶点连接部分370，其以合并意义分开以形成单片张力弯曲弹簧366，其通过整体式尖端连接部分368连接到它们的镜像图像。用于加强侧面连接的可选元件包括第一颈部限制件364，单片环360和固定销362。单片环360是连续链节/弹簧结构的一部分。固定销362从侧面穿过这些环，并且它们与第一颈部限制件364结合起来，以通过整体式拉伸弯曲弹簧366的作用承受施加在整体式水平颈缩顶点358上的相当大的压缩力。由于整体结构必须作为弹簧元件以及连接元件，玻璃纤维是优选的材料。这也适用于颈缩式活动铰链元件。压缩单片张紧联动弹簧352的视图示出了由负载表面90压缩的设计。

在本发明中，单片式张紧联动弹簧350是第二优选的张紧最佳弹簧，因为它可用于实现具有完全最佳力曲线的完全最佳弹簧。它具有弹簧元件的高能效(99％)，单片张力弯曲弹簧366，并且可以大量生产可插入任何鞋设计的弹簧，包括图1-9的弹后跟设计，只要其在压缩之前向后倾斜，以及如图24所示的常规鞋中。然而，再次强调，图13中的内部联动镜像拱形弹簧107，如图15的切割式单片镜式吊架联动183所示，是整体式的，这是本文最优选的最佳弹簧，因为这种内部联动撞击外部镜面拱形弹簧具有不需要张紧连接的明显实用优点。事实上，这种联动可以注射成型，结合外镜拱弹簧元件可以容易地由玻璃纤维制成(比TPU更强更轻的一个数量级)的事实使得整体版本的内部联动镜面拱形弹簧107明显胜出。同样，如图12所述，力曲线可以做到完全最佳，因为这种设计很容易预加载和辅助弹簧，以确保恒定的总力曲线接近完全压缩。

与图21的张紧带联动弹簧340的类似设计是图22的单片带张紧联动弹簧372，其以压缩状态示出，其压缩单片张紧带联动弹簧374的视图。单片四连杆354通过单片垂直缩小顶点356连接到它们的侧面镜像。侧面连接包括第二颈部约束件376，带端环304(和右侧的空心矩形带固定销300)对应的那些相同或相当于图20中的元件。类似地，侧面连接包括第三颈部约束件378，带端环304和在左侧的空心矩形带固定销钉300相对应于图20中相同或相当的元件。在这种设计中，可注塑材料诸如TPU(例如，Pellethane或PEBAX)是连接元件优选的制造材料，而玻璃纤维是弹簧元件优选的制造材料。这是在本文定义的完全最佳的弹簧，只要有如上所述并入的辅助弹簧。注意，整体式张紧联动弹簧350的单片侧枢转装置也可以与张紧带一起使用，正如用单片张紧带联动弹簧372所做的那样。基本上，张紧带302代替单片弯曲弹簧366，并且联动元件与弹簧张力元件是整体的-在这种情况下，两者都需要是更柔顺的材料，例如能量滞后损耗的TPU材料。

图23是整体嵌套张紧联动弹簧380的示意性侧视图，其非常相似于图22的单片拉伸联动弹簧350，除了使用两个嵌套的弯曲弹簧。侧顶连接部分370现在分叉成第一嵌套弯曲弹簧382和第二嵌套弯曲弹簧384，其每一个通过整体式尖端连接部分368枢转地连接到其镜像。否则，元件与图23相同，如同图22，讨论是一样的。嵌套弯曲弹簧的原因是弹簧系统可以更坚固，实际上是二或三倍。缺点是总弹簧高度较高，压缩度比较低。然而，鉴于本发明提倡的玻璃纤维弯曲弹簧的臂厚度如表1所示那样小(大约为0.05英寸到0.2英寸)，这个比例并不明显地变化。嵌套弹簧强度的增加对于图26的换档能力是重要的。

图24示出了传统鞋中的最佳弹簧的示意性侧视图和顶视图，其不具有用于增强提升脚跟部的弹跟鞋。在传统鞋子中使用最佳弹簧是本发明的第四个实施例，因为它可以用于所有鞋子中，从而为全人类提供显著降低最大冲击力的健康益处。恒厚鞋411包括可固定地连接到恒厚鞋底405的顶部鞋面1。恒厚鞋411包括可固定地连接到等厚鞋底405的顶部的鞋面1。一个或多个内连接镜像拱形弹簧107可以位于恒厚鞋底405和变厚鞋底407中，例如，对于侧内连接镜像拱形弹簧401也是如此，它们与内部联动镜像拱形弹簧107相同，除了它们围绕垂直方向旋转90度，在这种情况下，它们抵制脚板3对接地板5的向前平移。两个视图都具有脚尖403，使得恒厚鞋底405和变厚鞋底407可以在脚趾关节处铰接。在变厚鞋底407中，侧内连接镜面拱形弹簧401的特点是在其顶侧硬弹性体顶部以弥补鞋底高度与侧向内连接镜像拱形弹簧401的前侧到后侧的小差异。另一种可以使用的弹簧是镜面拱形弹簧80。然而，这具有线性力曲线。这里的新颖之处是使用最佳弹簧。在本发明中已经出现了许多最佳弹簧。本文所示的任何最佳弹簧是卷曲v形弹簧和镜面拱形弹簧的变体都可用于恒厚鞋底405或变厚鞋底407中因为它们可以垂直压缩。

如果鞋底厚(即鞋底行程较大)且厚度不变，如图1-9所示，脚趾下沉会有问题。这个问题可以有几个解决方法。不幸的是，弹跟鞋图中的防趾沉机制是无法使用，因为它需要脚踏板3相对于接地板5向前平移。使用变厚鞋底有帮助，或传统的脚趾止动件412可以位于脚趾板7下方，例如是鞋底高度的一半。这仅仅是针对等厚鞋底405而显示，但是也可以用于变厚鞋底407。此外，刚性弹簧可以用于脚趾板7的正前方。这两种情况下，当鞋底达到完全压缩时，跑步者的脚趾是向上弯曲的。使脚趾弯曲是可以忍受的，并且脚趾落地时绝对没有脚趾下沉。而且，实际上有一个好处是，脚趾可以在脚趾离地时从较高点推开。此外，使用图37-43的自动变速器，可以避免脚趾沉降问题。

配有最佳弹簧409的常规鞋的图24的俯视图示出了各种弹簧的可能位置(对应恒厚鞋411和变厚鞋413)。由于这里的最佳弹簧都是基于弯曲的弹簧元件，所以它们都可以被切成任何宽度。这意味着宽度可以全部穿过整个鞋子或者在一个或多个较小宽度的弹簧的任何组合。举个例子，内部联动镜像拱形弹簧107显示四个并列，然后三个并列。横向内部联动镜像拱形弹簧401也显示了。在零压缩下，这是沿着纵向定向的中心线接触踏板3和接地板5。镜面拱形弹簧80在脚趾板7下方显示，但它可以是任何最佳的弹簧。请注意，在图24中的鞋的弹簧组件中的任何组件弹簧，或者弹跟鞋的图1-9，或者鞋中换档的图26(和图37-43)中的任何组件弹簧，(1)可以位于脚下任何地方或脚周围的外部，(2)可以具有任何刚度值的力曲线，(3)可以任意角度定向。有关决定如何使用每个组件弹簧在组装中是取决于其结构优化，稳定性和功能问题(如旋内)的考虑。此外，这些部件弹簧可以容易地用桥接板固定在另一个部件上，这样它们就可以作为普通技术的一种明显方式插入鞋底。

本发明的第二和第四实施例的主要优点(第二个是最佳弹簧，第四个是它们在常规鞋中的使用)，其中最佳弹簧实施例包括本发明的最佳弹簧和构造这些最佳弹簧的方法，如图12所述，最大冲击力值降低了40％。本发明中公开的最佳弹簧是新颖的，和它们在任何鞋，常规鞋或弹跟鞋的用途也是新颖的。此外，对图11，图12和表格1(对于最佳的鞋底能量存储)解释的曲线上的最大力的最小值以实现期望的优化力曲线的方法也是新颖的，并且可以用以任何类型的鞋子，传统鞋和弹跟鞋。传统鞋子中的最佳弹簧还可以回收一些能量，但其回收能量效果是比不上前述的弹跟鞋。所有这些设计都可以预先加载。此外，许多这些设计可以以各种各样的组合使用-具有等效的最佳力曲线。并且，可以通过改变弹簧元件的形状，各种厚度轮廓，铰链装置，几何形状和构造来改进和优化每个设计。虽然可以使用各种材料来制造这些最佳弹簧，但用于大多数应用的弹簧元件的优选材料，并且必须用于鞋子，现在是芳纶，其次是光谱盾和玻璃纤维。正如上述讨论。

为了理解表2和表3中嵌套弹簧的条目，请考虑以下内容。例如，图23示出了单片嵌套的张紧连杆弹簧380。另外，注意，可以以相似的方式嵌套本文所述的所有最佳弹簧。由于拱形弹簧的所有变型的臂的厚度都很小(对于卷曲的v弹簧和镜面拱形弹簧为～1/16英寸；对于单面弯曲弹簧为～1.8英寸)，由于弹簧的弹性强度要求较大，因此嵌套弹簧的压缩比仍然很高。关于表2和表3中的弹簧强度的条目，假设嵌套弹簧是非嵌套弹簧的两倍。实际上，如果完成了两层以上的嵌套，它的强度可以增加一倍，但是代价是增加鞋底的完全压缩厚度。这些表格还显示，三种类型的鞋子的各种弹簧不必填满整个鞋底的宽度。例如，弯曲弹簧弹跟鞋的弹簧系统比所需的强2.8倍。这意味着仅需38％的鞋底宽度就可以使用-大概在任何一侧的18％和中间64％的宽度间隙。此外，两侧的弹簧强度也可以容易地变化(简单地通过改变一侧的弹簧宽度)来使弹簧强度不对称。

以同样的方式，上述步骤可以用于传统的鞋子，在这种情况下弹簧系统是所需要的三倍(在表2中示出为300％)。如果要嵌套弹簧，弹簧系统将需要更小的鞋底宽度。例如，对于弯曲弹簧弹跟鞋，仅约19％的鞋底宽度就可以使用一个水平的嵌套-任何一侧是9.5％。此外，鉴于弹簧材料是玻璃纤维，每个鞋子的弹簧重量是非常轻，对于弯曲弹簧提跟鞋是4盎司，而传统的鞋子是3.5盎司。很难找到偏转四分之一英寸以上的传统跑步鞋，即使是只有脚后跟偏转。使用这里描述的新的拱形弹簧，在整个鞋底上，鞋底2英寸的偏转是超过八倍，弹簧重量仅为3.5盎司。这是不寻常的。还要注意，作为仅在两侧定位狭窄弹簧的替代方案，该窄条形弹簧也可以位于中心区域。这将防止中心区域(横向)进入，这将允许更轻的脚踏板结构。当然，这些弹簧现用芳纶或光谱盾材料的是轻得多。

我们现在有本发明第四实施例所需的信息，在制造过程中，一种调整弹簧系统强度以满足个体用户要求的方法。虽然这种方法适用于鞋中使用的任何弹簧，但是这里描述的拱形弹簧是优选的，因为它们的强度可以通过切割成特定的宽度来精细地调整。换句话说，根据特定用户的要求，该方法可用于制造过程中提供特定固定弹簧强度。此外，鞋业公司可以制造具有特定最小弹簧强度的鞋，弹簧位于鞋底内两侧。然后将可变强度的附加弹簧插入鞋底的空置中心部分，以便根据个人需要调整鞋子。以这种方式，可以在有限的弹簧强度范围内批量生产标准鞋，然后可以出售弹簧插入件来调整个人的鞋子。这些插入物可以很容易地扣入鞋底的中心区域。或者，鞋主可以购买一系列的弹簧来覆盖不同的用途，如步行，慢跑，跑步或冲刺。或者，如果业主的体重变化很大，她可以简单地改变弹簧的中心，把她的鞋子调整到新的重量。各种指标可以用来调整用户的弹簧系统-首先，仅仅是他或她的体重，或者他的步态范围，如步行或慢跑，或力平台研究他或她的地面反作用力要求的结果。鞋店应该基于本文描述的弹簧调节方法为标准来实施。

包括在本发明的第二(最佳弹簧)实施例中的是在制造期间调整弹簧系统强度以满足个体用户的要求的方法。为了更好地了解如何调整弹簧系统，我们需要详细探讨这些弹簧的位置和优点。首先非常重要的一部分方法必须被理解。这里所述的鞋子发明，最好用于大饶度的鞋底(～1-3英寸)，比起大多数跑步的传统鞋子(饶度～1/8至3/8英寸)更好。请注意，为了实现任何鞋子的全部优点，在脚部冲击减少和能量返回方面，鞋底应完全偏转(例如，完全偏转2英寸)。再次，如果压缩鞋底底部没有或仅部分偏转，鞋将不能为用户提供减少冲击和能量回收的全部优点。不用说，传统的鞋子几乎没有为他们的用户提供上述的好处。

图25显示了鞋的可能的弹簧位置的示意性俯视图。特别地，它示出了弯曲弹簧的可能的脚下位置和面积尺寸用于精确调节最佳弹簧以及用于换档的第五实施例的侧部位置。即使如此，图25将用于描述本文所述的其它鞋的弹簧的位置，例如平行四边形脚跟鞋和常规鞋。弹簧位置有两种可能的位置-脚下(鞋底)和脚的两侧。鞋从前到后分为三个部分：脚趾部分400，前脚部分402和脚跟部分404。脚418是用于美国标准尺码8号鞋。因此，前弯曲弹簧410显示的标称宽度为4英寸，后弯曲弹簧408显示的标称宽度为3英寸。内弯曲弹簧412和外弯曲弹簧406的标称宽度为1英寸。内侧脚跟间隙416的边界限定了在行走或跑步过程中，空气中的足部(尤其是脚后跟)通过脚部时，具有鞋跟间隙的边界内的区域。基础插图414显示脚跟比前脚窄。脚趾铰链420限定显示前弯曲弹簧410的前边缘，并且其限定相邻的内弯曲弹簧412和相邻外弯曲弹簧406的前部。有三个表格提供用于优化鞋子弹簧系统强度的弹簧强度的数据：表格1.各种材料的弹簧强度与挠度的比较，表2.弹跟鞋和常规鞋的弹簧强度的总结，和表格3.鞋跟和常规鞋子的弹力强度的计算。

因此，对于图1-9的弹跟鞋，例如，考虑到图25，有4英寸的脚下弹簧宽度可从前脚掌部分402获得，3英寸的脚下弹簧宽度可从脚跟部分404获得。也就是说共有7英寸的脚下弹簧宽度。同时，从前脚掌部分402可以获得2英寸的侧弹簧宽度，并且从脚后跟部分404可以获得2英寸的侧弹簧宽度。如表2所示。用于弹跟鞋和常规鞋的弹簧强度优势的总结，例如弹簧宽度的值用于计算三种类型的鞋子的可用强度，即用于弯曲弹簧弹跟鞋，用于平行四边形弹跟鞋，以及用于常规鞋。这些弹簧强度计算是针对脚下弹簧和侧弹簧进行的。例如，表格中的第一个条目是弯曲弹簧弹跟鞋，它是使用弯曲弹簧(见图4-6)。对于这些弹簧进行了非线性有限元分析(fea)，以计算在1英寸宽的弹簧，2英寸挠度(高度)的弹簧可实现的最大弹簧强度为180磅。如表1-4所示，目前优选的材料是芳纶，其次是光谱盾和玻璃纤维。因此，可用于7英寸弹簧宽度的玻璃纤维弹簧的强度为1260磅，如表3所示。假设体重150磅的跑步者跑步时最大地面反作用力为3吉，则需要450磅的弹簧强度，可用力是2.8乘以450磅，或280％。以类似的方式，现有的弹簧强度可用于计算图7-9的平行四边形弹跟鞋，其使用卷曲v形弹簧96或上述滚动版本的镜面拱形弹簧80，并且对于使用镜面拱形弹簧80和卷曲v形弹簧96的组合的常规鞋。

表2的弹簧强度计算结果的总结在表3中显示。与齿轮变速有关的主题将在下文描述齿轮变化的段落中讨论。参考图7-9，对于可以使用三个卷曲v形弹簧弹簧96的平行四边形弹跟鞋，或者可以使用上述滚动版本的镜面拱形弹簧80，并且参考图25，从前脚部402的两个卷曲的v形弹簧96的每个可用弹簧宽度是4英寸，和从脚跟部分404的每个可用弹簧宽度是3英寸，总共11英寸。每英寸的弹簧宽度提供90磅，所以总弹簧强度是990磅，或所需的220％。与传统鞋类似的方式，参考图25和表2和表3，弹簧现在可以位于脚趾部分400的脚下和脚侧面。镜脚拱形弹簧80用于前足部分402，而卷曲v形弹簧96是用于脚趾部分400和脚后跟部分404。因此，前足部分402有4英寸的可用弹簧宽度，脚趾部分400和脚跟部分404有7英寸的可用弹簧宽度。这提供了总共1350磅的弹簧强度，所需要的300％。

本发明的第五实施例是一种在用户跑步或行走时自动改变鞋的弹簧刚度的结构和方法。这在本文中被称为鞋的“换档”的简短术语，因为该术语更容易理解。在图25的讨论中，我们已经看到侧弹簧可以位于鞋底之外的位置。使用显示前弯曲弹簧410和显示后弯曲弹簧408是不能实现挡数更换，因为它们在脚下。这意味着这些弹簧必须长期抵抗鞋底压缩。在侧面弹簧的情况下，是可以使它们脱开，使得跑步者的脚通过脚板3不会对其起反作用。因此，通过接合和分离这些侧面弹簧，可以改变鞋速度(有效刚度)。

考虑以下侧弹簧强度需要换档提高两倍的例子。基本上，这意味着总弹簧强度的三分之二需要由侧弹簧提供。总弹力为450磅(一个150磅跑步者为3吉)。因此，侧弹簧必须提供300磅的力。参考表3，这解释了在那里使用的300磅的值-侧弹簧必须支撑。再次注意，我们的弹簧力是弧形弹簧弹跟鞋和传统鞋子所需的弹簧力的2.4倍，是传统鞋子需要的弹簧力的1.8倍。值得注意的是，这些值通过弹簧嵌套会加倍到4.8倍和3.6倍。因此，这些使用玻璃纤维的弹簧使齿轮变速比是可以接受的，因为这些值超过上述的3倍。因此，现在我们知道我们有足够的弹簧强度，我们如何改变齿轮？图26示出了在鞋的一侧的三个视图中实现该目标的机制示意图。当然，这种机制在鞋的两侧，而变速必须在两侧同步。现在，芳纶或光谱盾比玻璃纤维获得更好的效果。

图26显示了变速侧弹簧组件450的侧视图，俯视图和正视图，并且显示了压缩换挡侧弹簧组件452的侧视图和前视图。如图25所示，这些位于两侧的鞋边限制内。弹簧框架458牢固地附接到踏板3的侧面；它向上延伸和牢固地连接到朝外侧面延伸的驱动轴468。三个驱动杆472经由杆孔460可旋转地连接到驱动轴468，并且这些驱动杆472从驱动轴468下垂。直接位于每个驱动杆472的下面，有安装在接地板5顶部的侧面镜面拱形弹簧462，其包括通过拱形弹簧枢轴464彼此可旋转地连接的上半部和下半部。例如，1英寸宽的弹簧可以切成三个宽度为1/3英寸的弹簧。锁孔466位于杆孔460上方的驱动杆472的顶部，并且其垂直于其定向。

压缩换挡侧弹簧组件452显示了三个侧镜像拱形弹簧462中，有两个被压缩的构造，而第三个侧镜像弓形弹簧462已经被分离，并且因此未被压缩。换句话说，已经选择了特定的总弹簧强度，其对应于已经选择的特定齿轮。特别地，两个外部驱动杆472已经向下驱动它们下面的两个外部压缩的镜像拱形弹簧476。注意，压缩的镜像拱形弹簧476仅仅是被压缩的侧面镜像拱形弹簧462。同时，内部驱动杆472已经脱开，使得其侧面镜面拱形弹簧462未被压缩。在组装压缩换挡侧弹簧组件452的顶视图和侧视图中显示了分离方法。

壳体480牢固地连接到弹簧框架458的顶部，并且其容纳长度驱动器482，其继续向前和向后移动轴杆478。三个锁定轴470，每个都配有一个驱动杆472。每个锁定轴470以交错的长度牢固地附接到轴杆478，当轴杆478向前和向后移动时，使得它们中的每一个在不同的时间穿过其相应的锁定孔466(在驱动杆472中)。当锁定轴470进入锁定孔466时，驱动杆472不能从侧面镜像拱形弹簧462的方式转动，在这种情况下，驱动杆472将侧面镜像拱形弹簧462向下驱动到压缩镜像拱形弹簧476的压缩状态。否则驱动杆472自由旋转到旋转驱动杆474的构造，在这种情况下，其侧面镜像拱形弹簧462不被压缩。也就是说，没有变速。

该变速机制的其它元件是微处理器484和力传感器486.这些元件是电连接到长度驱动器482。这些元件仅以俯视图和侧视图示出。微处理器484控制长度驱动器482的运动以便改变齿轮，并且其可以位于多个位置，但是可能将它安装在靠近壳体480的弹簧框架458上。鞋子电源488还可以位于壳体480内。力传感器486位于接地板5的底部，使其能够测量跑步或步行的地面反作用力。换档方法如下：其功能是将总弹簧强度保持在鞋底偏转最大化的水平。微处理器484具有查看表，其查看测量的力并向长度驱动器482发送信号以移动到最佳齿轮(相当于啮合的驱动杆472的最佳数量)选择下一步的位置。请记住，啮合的驱动杆472是对应于压缩的镜像拱形弹簧476。所示的具有三个侧面弹簧的示例可以允许以下齿轮。最弱的齿轮(总弹簧强度)将是脚下弹簧的强度，例如1吉。然后，每个单独的侧弹簧可以增加0.7吉，在这种情况下，四个齿轮将为1吉，1.7档，2.4吉和3.1吉。从表2和表3可以看出，通过本文所述的拱形弹簧的各种组合，有很大的强度去实现这些弹簧强度。因此，齿轮变化为四级冲击力而允许鞋底完全压缩，并且在一系列行驶冲击力上自动优化鞋的性能。

图27显示了张紧联动器旋转臂弯曲弹簧的示意性侧视图。也就是说，它示出了本发明的第三实施例的用于旋转臂接头的最佳弹簧的示意性侧视图。张力连杆旋转臂弯曲弹簧500包括顶臂510，其通过臂铰链514铰接地连接到底臂512。压缩镜像双联动弯曲弹簧516可铰接地连接到底臂512和顶臂510，并且其包括镜像双联动131，包括弯曲弹簧127，其可铰接地连接到顶部臂510(例如)并且可铰接地连接到两个双连杆125其中的一个。两个双连杆125是铰接地连接到双铰链126，另一个双连杆125是铰接地连接到弯曲弹簧127的另一端，在铰链弹簧127的另一端可铰接地连接到顶臂510。调整弹簧133拴臂铰链514通过调整系绳504，它是通过臂绳508通过一条卷曲的V臂系在上臂510的。请参见图10的卷曲v形弹簧96。也可以使用本文中提及任何其他卷曲v型版本的最佳弹簧。弯曲的拱形枢轴518连接镜像弯曲弹簧127。图15中的整体拱形铰链187可以用于这里以及具有轴和轴承的常规铰链。压缩镜像双联动弯曲弹簧516的视图显示了双重联动131已被压缩，使得镜面双重铰链撞击，从而双重联动131伸展弯曲弹簧127以抵制顶臂510对底臂512的折叠有关臂铰链514。此外，调节弹簧133现在接合顶臂510和底臂512以防止由张紧的连杆旋转臂弯曲的弹簧500(抵制臂铰链514的折叠)施加的扭矩变为零。调整系绳504防止调节弹簧133在压缩期间从臂铰链514滑离。因此，扭矩力曲线可以变得恒定，如同图14中的力曲线对于第一双连杆扩展弯曲弹簧122保持恒定的方式。这里的各种最佳弹簧的优点也适用于张紧连杆旋转臂弯曲弹簧500。对于折叠臂所需的给定能量，最大扭矩值被最小化。这减少了装置上的磨损，并且其最大限度地减少了踝关节或膝关节的运动中的冲击力-一般为矫形器，假肢，机器人和机制。

类似于图26的变速能力的方式，多个张紧连杆旋转臂弯曲弹簧500可以并排设置为扭矩元件，使得一个或多个可以接合或脱开，改变齿轮为了用弹簧抵制折叠装置(即张紧连杆旋转臂弯曲弹簧500)。同样，可以使用传感器来确定弹簧抵抗的折叠装置何时有接合的阻力元件。对于诸如踝关节或膝关节的应用，当跑步者的脚不与地面接触时，所有弯曲弹簧127必须在摆动阶段期间分离。微处理器使用该传感器信息来确定这些阻力元件何时应该在足部冲击之前重新接合，并且有多少被重新接合。如果折叠接头在脚部冲击之前并不总是拉直相同的量，则可以结合棘轮装置。也就是说，膝盖在脚跟接触地面时可能会更加弯曲。或者更实际地，这些弹簧只有在跑步者的膝盖已经稍微弯曲之后才能接合。图26的变速装置的改型可以由本领域普通技术人员制造，并且图26的变速装置的所有特征可以适用于张紧连杆旋转臂弯曲弹簧500的变速应用。而且，图37-42的变速器设计可以适用于图27的旋转臂接头的最佳弹簧。图37和38的精确电自动变速器设计对于机器人应用的是非常有价值的，节能是机器人耗尽能源之前增加机器人的范围是关键。类似地，图44和45的冲击发电机可用于扩展该范围。最后，图46和48的滑轮驱动器可能最适用于改变旋转臂设计的“挡数”，图47显示了在这方面的最佳铰链。

这种变速(有效弹簧强度)类似于人类大脑招募变量的肌肉纤维去作用于人体的关节，因为力水平变化。

图28,29和30描绘了修改后的联动传播弯曲弹簧弹跟鞋的脚跟触地，中间姿势和脚趾离地的示意性侧视图，其提供增强的脚后跟抬高-这又提供了大量能量回报。而且，图1-3中的弹簧联动系统包括双联动131和前弯曲弹簧60和后弯曲弹簧62-现在被修改后的连杆传播/弯曲弹簧联动521替代，其中包括以下元件：顶部传播链接520，底部传播链接522，传播链接枢轴524，前部单顶端3链接枢轴526，未压缩的顶部链接到弹簧连接528，压缩的顶部链接到弹簧连接530，未压缩的底部链接到弹簧连接532，压缩底部链接到弹簧连接534，以及用于前弯曲弹簧60和后弯曲弹簧62的两个修正的联动弯曲弹簧540。有两个等效的修正的传播/弯曲弹簧联动521-一个在前面，一个在后面。图28-30示出修正的联动弯曲弹簧540及包括顶部扩展连杆520，底部扩展连杆522和扩展连杆枢轴524的联动装置，当联动传播弯曲弹簧弹跟鞋底73压缩时拉直(如图29所示)，然后如图30所示，在脚趾离地过程中，这些联动元件展开到其原始配置。

图28-30的新弹簧联动系统确保了中脚板连接53和末端脚板连接55对接地板连接57之间的垂直载荷力仅仅扩展到前弯曲弹簧60或者后弯曲弹簧62，现在是指定的修改后连接弯曲弹簧540在这两种情况下-因为他们的建设变得更加复杂。如果不是这种情况，则力曲线将变得更加线性。注意，当连接扩展弯曲弹簧弹跟鞋73完全压缩时，由顶部扩展链接520和底部扩展链接522(垂直于前弯曲弹簧60的两端之间的线)施加的力的分量变为零。这是使其力曲线弯曲的条件-也就是说，其斜率减小到零然后变为负值。正如图1-3详细说明，辅助弹簧例如调节弹簧133也被结合在一起，使得组合的弹簧系统的力曲线可以接近恒定的力曲线。这提供了最佳的力曲线-以最小化组合弹簧系统的最大力。关于图1-3的弹簧联动系统，它仍然应该提供最佳的力曲线，但是双联动131的长度必须非常仔细地选择-足够大以确保扩展力支配力曲线。而且，如果这些长度太大，这会影响压缩比。图28-30的改进使设计更加坚固。

关于该设计如何起到增强脚后跟提升和防止脚趾下沉的作用的解释与先前提供的图1-3的说明相同。顶部扩展链接520通过扩展连接枢轴524枢转地连接到底部扩展链路522，链接枢轴514是颈缩。对于未压缩和压缩构造，连接到弹簧的连接如图28和图29所示，即未压缩顶部连接到弹簧连接528，压缩的顶部连接到弹簧连接530，未压缩的底部连接到弹簧连接532和压缩底部连接到弹簧连接534。这些连接弹簧连接的细节在图31中示出为放大视图。修改的单面弯曲弹簧连杆的细节。通过其组成部分-内层弯曲弹簧部分542和弯曲弹簧544的连续环外层示出了来自图28-30的修订的联动弯曲弹簧540的详细构造。首先要注意的是，修改联动弯曲弹簧540的一种方式是首先使内层弯曲的弹簧部分542，然后将其插入弯曲弹簧544的连续环外层中。以这种方式，连接环的弯曲弹簧544外层的接头可以远离其顶部或底部，并且端环附件是最坚固的。在图31A中。未压缩的顶部连接到弹簧连接，顶部扩展连接件520的末端与弯曲弹簧544的连续环外层的顶端环554交错(跨越其宽度)，使得(经由滑动的枢轴杆546在顶部扩展连杆520的端部中的侧面通孔，以及通过弯曲弹簧544的连续环外层的顶端环554)，顶部扩展连杆520将经修改的联动弯曲弹簧540的顶端推离经修改的底端联动弯曲弹簧540(即弯曲的弹簧被拉直)。注意，弯曲弹簧544的连续环外层在其顶层和底端由其外层形成。在这些层组合在一起的位置处具有弯曲弹簧544的连续环外层的一部分(顶端弯曲部分558)，其包裹和分解围绕顶部缠绕形式548，因为修正的联动弯曲弹簧540变得更加未压缩(更弯曲)。图31C。压缩顶部连接弹簧连接显示了顶端弯曲部分558如何变平，这是因为修正的连接弯曲弹簧540在顶部扩展链接520和底部扩展链接522的相反力而在扩展动作下压缩(变得更直)，这是在弯曲弹簧544的连续环外层的顶部和底部环段部分。该设计的关键要求是限制顶端弯曲部分558在完全非压缩状态与全压缩之间弯曲的程度。顶部缠绕形式548的半径越大，这种弯曲就越不大。此外，顶端弯曲部558越薄，那么其可以弯曲而不破裂的疲劳循环就越多。其薄度的限制是其拉伸强度必须足够大以承受顶部扩展连杆520的末端在完全压缩时的拉动。增加顶端弯曲部分558的疲劳循环次数的第三种方法是在该玻璃纤维复合材料中引入更柔性或塑料或橡胶基质材料。这是可行的，因为复合元件主要在张力(全压缩)下被承受压力，并且由于玻璃纤维复合材料在弯曲中尤其是在张力下更强。弯曲和张力的这些条件可以看出是通过链接末端力箭头550相对于弯曲弹簧末端力箭头552的相反方向施加的。同样的考虑也适用于图31B。未压缩的底部连接到弹簧连接在图31D中。压缩底部连接到弹簧连接-用于连接到弹簧连接的底端枢转。在这种情况下，可以看到底端弯曲部分560稍微围绕底部包裹形式549弯曲，然后在完全压缩下拉直–这是压缩的顶端连接到弹簧连接件530的情况(图中29)。此外，这里播放的链接是连接到底末端环路556的底部扩展链接522，因此这些链接也必须被交织。请注意，此段落中的所有这些元素都可以延伸过鞋的宽度的至少一部分。另外，参见图28，请注意，底部扩展连杆522现在用作鞋底平行四边形结构的前侧和后侧，而中脚板连杆53用作顶侧，而底板连杆57用作底侧。显然，这四边之间需要一个可铰接的连接。因此，在前后方面，修正的连接传播/弯曲弹簧联动装置536是经由连杆枢轴连接件536连接在顶部至中间的台板连接件53上，这是扩展连杆枢轴524的向上延伸部分延伸至中脚板连杆53。并且在前后方面，修正的链接传播/弯曲弹簧联动装置521是通过环绕形式附件538在底部连接到接地板连接件57上，该附件538是底部绕环形式549向下延伸到接地板连接件57。This is also true for rearmono top 3-link pivot 63.这些附件可以以各种方式用缝合或胶水或机械手段制造–很容易的方式。总之，这些细节使得图28-31的联动弹簧系统能承受足够大数量的疲劳工作周期。注意，关于图1，前单顶部4连杆枢轴61现在被改变为前单顶部3链节枢轴526，因为修正的链接传播/弯曲弹簧联动装置521正在执行相对于中脚板连杆53和接地板连杆57的必要的枢转。这对于后单顶部3连杆枢轴63也是如此。

图32示出了用于未压缩状态(内部联动镜像拱形弹簧107)和压缩状态(压缩内部联动镜像拱形弹簧109)的修正的联动展开环形弹簧561的示意性侧视图。图13的唯一变化是，现在的中心连杆113经由交织的中心连杆负载元件562推动负载表面90(在顶部和底部)，其相对于多层复合环564交织，现在轮到构成上拱形110和下拱111。中心链接负载力箭头570表示该垂直力。重要的是，负载表面90现在不直接作用在上拱顶110的顶部或者抵制下拱111的底部，从而确保垂直载荷力曲线(由于仅仅是镜面吊架连杆115的作用而扩展单片镜像108)不是线性的。相反，它弯曲然后减少。现在，负载表面90现在通过交织的中心连杆负载元件562直接作用于中心连杆113(在顶部和底部)-仅用于扩展包括上拱形110和下拱形111的环形弹簧。图13中的内连接部分弹簧117在图32中未示出，仅仅是为了简化该描述。当然，它们将包括在图32中，并且它们将位于上中心连杆113和下中心连杆113之间。或者，它们可以位于内连杆镜面拱形弹簧107附近。它们的目的是增加总合力曲线是因为内连接部分弹簧和内联动镜面拱形弹簧107，由于内联动镜面拱形弹簧107开始减小缘故，总合力曲线保持大致恒定。当然，负载表面90和中心连杆113之间的间距也将被最小化。

图32中的另一个注意事项是多层结构显示为多层复合环564.如图13和15的详细描述，优选的材料是玻璃纤维，因为它具有最高的拉紧极限，基于候选材料的非线性有限元素的研究，它具有十倍强的数量级。即使如此，在疲劳失效前，必须采用新措施来最大化枢轴(压缩)工作环节的数量。表1-3的非线性有限元素的研究表明，完全可以适应鞋所需的整体多层复合环564的弯曲量。然而，水平侧处(枢轴位置)的弯曲量需要额外的措施来防止疲劳失效。在弹簧压缩期间，更柔性的环绕冲击部分566缠绕在撞击杆连杆112的圆柱形圆形表面上。这种缠绕的直径限制了更加灵活的环绕冲击部分566必须如何在完全压缩时弯曲。减少弯曲疲劳的另一种方法是在更柔软的环绕冲击部分566里降下层，如颈缩自然铰链572所示。最后，如上所述，也可以在该部分的该玻璃纤维复合材料中引入更柔性或塑料或橡胶基质材料。其它更柔性基质的候选物包括聚氨酯弹性体，硅氧烷弹性体，甚至尼龙。这种设计是可行的，因为在完全压缩下，更柔软的环绕冲击部分566主要在张力下受到压力，并且玻璃纤维复合材料在弯曲和特别是在压力下更强。如上所述，图32和图13中的联动装置将优选地由图15的切出单片镜相展开连杆183代替。图13，图15，图28，图29，图30，图31和图32的设计的非常显著的优点是在这些联动扩展的弯曲弹簧系统的枢轴的构造中消除了轴和轴承。这样可以很大程度上简化和减轻其结构。当与图13的内部联动部分弹簧117组合时，结果是最佳的恒力弹簧，它是容易制造因为不需要轴或轴承用于联动枢轴。这种最佳弹簧可用于工业中的大量应用。应用这鞋子里，它将减少最大力量高达40％，显著提高鞋子舒适度，和大大减少受伤。此外，对于工业应用，设备的寿命会增加。而且，使用玻璃纤维增加强度的“数量级”会导致变得更轻。最后，这些最佳的弹簧可以廉价地制造。当然，芳纶-其次是光谱盾-比玻璃纤维更有利。

本申请的图33-36的柔性/坚硬实施例的设计目标是以这样的方式去修改图32的环形弹簧，使它变得更强和更坚韧，此术语坚韧的意思是新弹簧环能够在破坏前吸收更多的能量。一个关键的激励事实是弯曲或直(跳板)板的弯曲强度随着厚度的变化而变化。因此，这里的激励目标是使用几何来有效的是板加厚。这个目标是通过叠层来实现的，其弹簧的相邻臂在中立的非压缩状态下是彼此分开的，如图33所示。然而，这些臂在压缩期间逐渐合并。每个臂的厚度最大化，使其在完全弹簧压缩时几乎不能完全平坦化，并且仍然保持可承受的压力水平。用Si来称呼环形弹簧的这个单臂全压缩时的最大强度。对于两个独立和分离的臂环弹簧，其组合的全压缩强度为2Si。注意，每当板弯曲时，一侧处于张力状态，另一侧处于压缩状态，并且在中心附近存在中立的平面，其不处于张力或压缩状态。对于环形弹簧的情况，当环弹簧压缩时，外表面的层在压缩中逐渐增加，并且内部的层逐渐变得更加张开。在所示的两个臂中的每个臂内，即内拱臂609和外拱臂611都是这样。柔性/坚固结构的基本大意是单独的双臂(或多臂)结构(在这种情况下一个环)在压缩期间转变到一个单臂结构的厚度是每个臂的两倍。注意，每个臂都具有自己的最大厚度，用于对应环形弹簧平坦化的弯曲，但是每个臂可以比融合更多地弯曲。双重厚度的环形弹簧长时间在完全压缩下会“紧张”(断裂)。但是，由于两臂完全压缩完全合并，所以在合并时不会破裂(而且弯曲更多)。结果是，在完全压缩时，合并的弹簧强度是双宽臂的强度，其标称是单宽臂的八倍，即强度Si。因此，图33的完全压缩的合并臂的强度与简单的两个合并臂的强度比为8Si/2Si＝4。也就是说，该比率随着层压板(臂)的平方而变化。因此，如果存在三个层压体，则通过感应，弹簧强度比为3的平方＝9，例如这是通过感应，n层的这个比率是n平方。当然，如果弹簧可能被进一步压缩，它会断裂，但是它不能被压扁，因为它已经变平了。实际上，在该弹簧中存储更多的应力能量。因此，它也更加坚韧。注意，在这种结构中使用稍薄的臂可能是有利的，当它们完全合并时，臂可以弯曲更多。

因此，如下介绍合并臂内联动弹簧600的制造。首先，请注意，在本文图32已经讨论了内部联动镜像拱形弹簧107的基本部件和功能。因此，我们将仅讨论图33的变化。现在环弹簧特征包括上部多臂拱形602和下部多臂拱形604，其通过其中一侧的增强自然铰链606枢转地连接。每一个上部多臂拱形602和下部多臂拱形604包括内拱臂609和外拱臂611。外拱臂611向外伸出并与内拱臂609分离，使得其足够长，使得上部多臂拱形602和下部多臂拱形604在完全弹簧压缩时合并，如图34所示的部分压缩，已经有大量的合并。也就是说，间臂空隙614已经很大程度地收缩。注意，在间臂空隙614的一侧或两侧的相邻表面上的可选的空隙脊616，用于防止内拱臂609和外拱臂611的相邻表面的滑动。这用于使合并臂内部联动弹簧600的力曲线更难。或者，也可选地，低摩擦涂层可以代替空隙脊616，以通过在合并期间允许这些相邻表面滑动来使所述的力曲线变得更柔软。

增强的自然铰链606的细节在图35的放大的示意性侧视图示出，即是显示未压缩状态的图35A和显示压缩状态的图35B。也就是说，图35A示出了图35A未被压缩的增强的自然铰链618的分解图，图35B示出了图35B压缩的增强的天然铰链620的分解图-如图33和图34所示。因此，增强的自然铰链606包括外连续铰链层612是外拱臂611的子层的内部延伸，并且在内拱臂609和外拱臂611的相邻末端之间的区域中部分地折叠。连接上部多臂拱形602与下部多臂拱形604的另一个子层是内部连续铰链层610，其是内拱臂609的最里层的其中一个子层。如也可以看出观察图35B的压缩状态，冲击连杆112沿着第一内部连续铰链层610撞击(由撞击器载荷力箭头568所示的方向)，然后撞击外部连续的铰链层612，在此期间，这两个环绕撞击连杆112。由于外部连续铰链层612是位于该冲击的外侧，所以其延伸更多，除了其更长的事实。以这种方式，内部连续铰链层610和外部连续铰链层612共享抵抗这种冲击的载荷，而不会使后者被拉伸更多并且断裂。一个计算表明，仅是这两层的拉伸强度足够大可以抵抗碰撞力而不破裂。在这里使用更薄的层的原因是玻璃纤维本来是易碎的，但是包裹的层越薄，它就不容易脆弱。另一种可采取的措施实际上是在枢轴附近除去内部连续铰链层610和外部连续铰链层612的玻璃纤维基体，在这种情况下，它们甚至不那么脆弱。或者，它们可以用更软的橡胶基质浸渍(注入)以防止其磨损。同时，这两层延伸到围绕合并臂内联动环弹簧600，因此，在环弹簧主体和枢轴区域上的连接元件之间的张力的连接上没有问题。再次强调，这种连续的连接，以及制定枢纽要素的规定，解决了制造枢轴部分的艰巨问题，即使在大量的工作周期内也不会破裂。此外，铰链护套608可以可选地在枢轴附近粘合到合并臂内联动弹簧600的外侧和内侧，以防止磨损并防止灰尘和污垢进入增强自然铰链606的内部区域。还要注意，这些放大图显示了在合并期间的间臂空隙614和空隙脊616。在图32的讨论中解释了镜像吊具联动装置115和冲击连杆112的行为。最后，图33-35所示的枢轴的改进也可用于图13，15和32的环形弹簧，这些包括图35的增强的自然铰链606和图32的更柔软的环绕冲击部分566。此外，现在用于弹簧的优选纤维复合材料是芳纶。

图35C描绘了图35A的环形弹簧的左上象限，在三个选择的未压缩状态下，用于在内拱臂609和外拱臂611之间产生空隙。它还描述了在后期空隙选项634在未压缩和几乎完全压缩状态下的上半部分，用于在内拱臂609和外拱臂611之间创建空隙。图33和34所示的选项是中间空隙选项622，其中中间空隙628在中间和相邻内拱臂609和外拱臂611的表面在两端接触。在顶部空隙选项624中，顶部空隙630位于象限的顶部，并且在侧面空隙选项621中，侧面空隙626位于象限的侧面。后期空隙选项634(显示后期空隙632)的想法是延迟内拱臂609与外拱臂611的合并，直到合并臂内连杆环弹簧600几乎完全压缩-如压缩后期空隙选项636所示。该延迟是通过精炼两个臂的曲线的形状来实现。这里的优点是，更多的能量被吸收了在合并发生之前，这就是内拱臂609和外拱臂611弯曲过程(就其大部分长度而言，正如该合并臂内连杆环弹簧600完全压缩一样)。再次，与所有这些空隙选项的情况一样，对于合并的臂长度的部分，弯曲强度(和相应的负载能力)大大增加-与立方体的厚度成比例。也就是说，如果使用两个叠层臂，则增加八倍。可以使用更多的n号叠层板，在这种情况下，这种增加是n的立方。当然，一旦合并完成，长度的一部分不能弯曲得更多，但它仍然是很强有力。请注意，这些每一个选项将给出稍微不同的力曲线，并且选项的选择取决于应用。总之，这种合并方法，使结构更加灵活和更强壮，提供了非常大的增强的能量吸收，和很大地提高了全压缩的强度。

图36示出了叠合连续叠层梁668(其是未压缩的)和压缩的叠合连续叠层梁670的示意性侧视图。它被称为梁，但是也可以称为压缩板，或者可以设定其在压缩或未压缩状态下弯曲。它也可能以各种方式加载。此外，初始和/或最终设定可以涉及弯曲或压缩的某些组合。基本大意是与图33-35的实施例相同。叠合连续叠层梁668包括两个连续叠层梁672，一个彼此上下起伏，并且相对于彼此偏移，使得上部的最高点面向下部的最低点。此外，上一个的最低点是位于较低点的最高点之上，就像它们是相差180度相位。每个连续叠层梁672包括重复部分，它们是叠合梁部分651，并且其中的每一个在完全压缩下转变成压缩的叠合梁部分650。下部和上部连续叠层梁672可在层间连接部分678处彼此固定地连接，这与每个上部叠层梁部分651的最低点是相对的。每个叠层梁部分651包括两层或多层，这种情况下是三层。在图中很难看到这一点，但是解释清楚地表明，每个叠层可以使用两个或更多个合并层，并且这些层逐渐分开。绘制连接叠层梁部分651的最低边缘的假想结构直线。每个相邻层逐渐地从所述构造线向上进一步向上延伸-使得每个层在未压缩状态下在每个凸起的中心处进一步与其邻近部分分离。当叠合连续叠层梁668压缩成压缩的叠合连续叠层梁670时，每个层与其邻近部分合并。这是一个合并动作。另一个是每两个连续叠层梁672的合并，使得当它们被完全压缩时，组合的梁用作具有六层宽度的单个梁。由于梁的强度随着厚度的增加而成立方增加，所以该全宽直梁的强度是6的立方，这是单层宽梁的强度是等于一个梁的强度乘以216。与六个独立层的梁的强度比较是层数，六的平方或就是36。这n平方比(这里为n＝6)是与图33-35的实施例的情况是相同的。请注意，每层弯曲的量远远大于六倍宽度的单个梁可以弯曲的量。因此，在六层之间存储更多的应力能量，并且由于叠合连续叠层梁668转变为压缩的叠合连续叠层梁670，因此，所得到的压缩梁比单层宽度的六倍的简单梁更坚固。注意，对于两个层压板(每个包括三层)的梁的强度的比较，比值是二的平方，或者是四。最后，重叠的配置确保了没有薄弱的接缝，对于比如防弹衣等应用，这是非常重要的考虑因素。图36的顶部显示了镜像叠加连续叠层梁674，其压缩到镜像压缩叠加连续叠层梁676.该构造仅仅是叠合连续叠层梁668的组合镜像。因此，上面的评论适用于此，因为结构压缩到“直”的压缩状态。根据其实用性，这种层压板的数量可以无限地增加-相应地增加梁的强度和韧性。还要注意，对于图36的设计而言，合并发生在与图35C所示的后期合并无效选项相似的方式，并且这种“延迟”可以被增强，以允许结构在完全压缩时变得极端强力和坚固之前吸收更多的能量。这对于防弹衣等应用是很好的。此外，整体结构可以很好地弯曲。叠合的叠层结构可以放置在人造模具周围垂直运行，从而没有弱点。此外，这种结构可以用来构造梁的腹板和凸缘，这样就可以伸缩，并且以类似的方式可以对于其它典型类型的梁进行相同的操作。

图37显示了对于未压缩和压缩的鞋底状态的侧电动变速组件680的示意性侧视图-对于最大有效弹簧强度的情况和对于部分有效弹簧强度(～1/3)的情况。图26有一个电子变速器，但图37的设计是一个明显的改进。首先，我们将解释全弹簧强度(变速)配置677和压缩全弹簧强度(变速)配置678(图37下半部分所示)的全弹簧强度配置。该设计被称为侧电动变速组件680，并且在图37中有四种构造。它优先位于跑步鞋的外侧，但也可以位于内侧。用于换挡的任何弹簧不能位于跑步者的脚下，因为不可能使弹簧脱离以降低有效的弹簧强度。脚踏板3和接地板5定义未压缩的鞋底厚度。斜坡696可固定地附接到接地板5。环形弹簧708是本发明的图32所示的弹簧类型的通用名称，如修改的联动弯曲弹簧540或如图13所示的，作为内部联动镜像拱形弹簧107。环形弹簧708可固定地连接到斜坡696，并且其顶部向后倾斜。(图37中的右侧是鞋的后侧)。杠杆柱692底部的水平部分，其在柱引导件694内向前和向后滑动，其通过接地板附件695可固定地附接到接地板5。这就是“挡数”是如何改变。杠杆688绕杠杆铰链706向下转动，杠杆铰链706是位于杠杆柱692的顶部。杠杆棘轮690是位于杠杆688的底部。末端杠杆扣700可通过足够坚固的卡架704旋转地连接到杠杆688的末端，使得末端杠杆扣700不接合杠杆棘轮690，除非杠杆688通过脚踏板3向下移动在脚部冲击期间从其水平位置向下拉动。末端杠杆扣700与脚踏板棘轮691(脚踏板3的底部)接合，以便脚踏板3被完全压缩时的向下运动始终向下拉动杆688的末端(这是变速优化的目标)。注意，有一个阻止杠杆688向上旋转超过水平的止挡(未示出)，并且有一个弹簧(未示出)，其在脚冲击之后将杠杆688偏压回水平。接合弹簧螺栓686可固定地附接到环形弹簧708的顶部，并且其延伸跨越其宽度。环形弹簧枢轴710可铰接地连接到环形弹簧708的顶部和底部两半。注意，接合弹簧螺栓686连接到的环形弹簧的顶部已经顺时针旋转，使得从该顶部到环形弹簧708中心的直径结构线垂直于斜面696的表面。这种倾斜和这种斜坡的原因是，当环形弹簧708被压缩时，使杠杆688(弧)的末端的动作与接合弹簧螺栓686的直线运动更好地一致对准。移动杠杆扣702通过卡架704去旋转地连接接合弹簧螺栓686到杠杆棘轮690上，由于卡架704是足够坚硬，以便当杠杆柱692在运行循环的非冲击阶段中来回移动时，将卡架704定位成接合杠杆棘轮690。电驱动器698的壳体通过接地板附件695固定地连接到接地板5。电驱动器698的可移动部分可固定地连接到杠杆柱692的底部，杠杆柱杆692的底部来回移动以改变挡数。

因此，变速是如下进行的。杠杆柱692的驱动水平运动(前进和后退)仅在脚处于半空中并且当末端杠杆扣700和移动杠杆扣702与其相应的棘齿脱离时才能摆动自由实现。请注意，使用术语棘轮是因为它是熟悉的。然而，棘轮表面通常意味着相对运动仅允许在一个方向上。为了本专利申请的目的，这种相对运动是不允许在任何一方向上，因此也可以使用三角形的齿形。在这里，允许这种相对运动，因为这两个卡扣在摆动阶段被从“棘轮齿”移开。对于图37中的底部两个子图，杠杆柱692已经移动，使得移动杠杆扣702位于杠杆688的末端。这是对应于环弹簧被完全压缩时的最强的挡数-如图显示压缩的全弹簧强度(挡数)构造678，其中移动杆扣702已经向下拉动接合弹簧螺栓686到完全压缩环形弹簧708。对于顶部两个子图，杠杆柱692已经向前移动，使得移动杆扣702更接近杠杆铰链706-如图显示局部弹簧强度(挡数)构造679和压缩的局部弹簧强度(挡数)构造681。现在，尽管杠杆688已被拉下，由于移动杠杆扣702是位于杠杆688的上方，所以移动杠杆扣702的运动要小得多。因此，环形弹簧708被压缩得更少。这是对应于较弱的有效弹簧强度(挡数)的弹簧强度的三分之一。这说明了变速器的本质。

图38示出了精密电动变速器实施例的侧面，前面和顶部的三个示意图。前视图示出了如何定位各个部件，以便在鞋底压缩期间不会彼此干扰。俯视图示出了侧面电动自动变速组件680的大致位置。如果使用同步器组件682来将杠杆元件部件的位置从属于其外部的位置，则可以在内部不需要电致动器698。图42示出了机械自动变速器如何进行这种从动操作的示例，但是也可以将类似的设计用于精确的电动变速器实施例。这节省了成本以及电驱动器698占用的侧面空间，这在鞋的内部尤其重要。图38还表明，接地板侧突片684必须从接地板的主体延伸去支持侧面的电动自动变速组件680。用于内部鞋跟间隙416的边界显示了鞋的内侧有足够的空间用于侧面电动自动变速组件680。

这个刚刚描述的汽车变速器的一个非常重要的方面是它的精确性，它是不同于汽车或自行车的变速器等大多数例子。而不是具有三个或四个挡数，它有一个明显的挡数是对应于杠杆柱692运动范围的每个位置。也就是说，每个位置是对应于一个明显的有效弹簧强度(挡数)-在设备的分辨率内，取决于棘轮齿之间的距离或电子执行器的距离分辨率(以较小者为准)。而且，这种变速是在每一步之后实现的，以致它是实时有效的。侧电动变速组件680以下列方式与以下附加部件协同工作。这些部件是微处理器，一个位于接地板5底部的冲击传感器，以及一个发电机(将在图44和45中进一步描述)。微处理器具有一个查找表，为每个鞋子的冲击力给出杠杆杆692的正确位置。基于上一步骤，冲击传感器测量上一步的最大冲击力。各种位置装置诸如激光测距仪或电位计可以使用来测量杠杆杆692的位置。脚趾离地时，只要瞬间冲击力为零，这些数据是通过导线发送到微处理器。然后，微处理器将该数据点发送到电子执行器，以将杠杆杆692移到对应于最后冲击力的最佳位置。而且，电子执行器使其在摆动阶段进行移动，使得在下一步，将完全压缩鞋底而不会触底反弹–这是最佳的挡数标准。电力是由电池或具有大容量的发电机或小电池的发电机提供。最后两个选项是有吸引力的，因为它们不需要包括电池。在图44和45的讨论中给出了可行的发电机的设计。对于本领域普通技术人员来说，完成该设计的详细电路是直接且显而易见的。

图39-41示出了机械自动换档实施例的各种元件，顺序和构造的示意性侧视图。图42示出了它的示意性俯视图，特别强调了各种数量的接合弹簧片768是如何被齿条螺栓812接合，以及前侧齿条722的的侧视图其变速运动是如何被转换成齿条螺栓812的直接变速运动。基本大意是利用或利用鞋子冲击能量的一小部分来移动小螺栓以改变鞋的有效弹簧强度。记住，“变档”的标准是，随着鞋的冲击力的变化，改变有效的弹簧强度，使得鞋底几乎完全地压缩而没有触底反弹。事实上，与图37和38的电子解决方案相比，机械解决方案需要更复杂的设计，但是其优点是不需要电池和/或发电机。机械自动齿轮776使用元件来测量鞋底压缩量(0-100％)的量(距离)-谨慎的量-例如。四个部门各占25％。它包括正组件778和负装组件780，两者都随着脚踏板3上下移动。正组件778包括以下元件：负棘爪引导件734，棘爪复位弹簧744，负扣738，棘爪架737，负棘爪736，棘爪弹簧742，复位弹簧745，棘爪延伸部741和脚踏板安装件773。负爪引导件734和复位弹簧745都经由脚踏板安装件773安装到脚板3上。如将在图40中解释，杆770旋转负爪736和正棘爪750通过在其中的每一个上撞击棘爪延伸部741。然后将其从相应的卡扣(负扣738和正扣751)分离，以便它们可以移动到更换齿轮。棘爪引导件734包含负扣738。当棘爪复位弹簧744从负棘爪引导件734的左端延伸到负棘爪736的偏压爪安装件737当棘爪736脱离负扣件738时。负棘爪736被安装在棘爪安装件737。当棘爪安装件737最终向右移动重新接合时，棘爪弹簧742偏压负棘爪736以顺时针旋转以重新啮合负扣738。

正棘爪引导件748可固定地附接到棘爪安装件737，并且其包含两个正扣751。它还包含棘爪复位弹簧744，其在正棘爪750复位之后将棘爪安装件737偏压回右侧。因此，用于正棘爪750的棘爪座737在正棘爪引导件748上来回移动。铰链移动器730在移动器引导件729中来回移动，该引导件729可固定地附接到正棘爪750的棘爪架737。正棘爪引导件748还包含棘爪复位弹簧744，其从正棘爪引导件748的右端延伸到正棘爪750的棘爪安装件737，使得铰链移动器730可以相对于正棘爪750的棘爪安装件737前后移动。可旋转的螺栓销接合件731可旋转地附接在铰链移动器730的左端。其具有用于销衔接器弹簧727的垂直延伸部，以将可旋转的螺栓销接合件731向上偏置以使其与齿条销723脱离-当杆770升高释放延伸，如图40所示。当正棘爪750的棘爪座737和负棘爪736的棘爪座737已经通过其相关联的杆770的动作定位时，结果是设定弹簧764已经被设定成可移动的螺栓销接合件731接合到正确的位置，为下一步设置档次。然而，由于当前接合的弹簧片768和图42的齿条螺栓812之间的摩擦力，鞋子在离地升空时才能发生这种运动。也就是说，当这种摩擦阻止齿条螺栓812移到换档时，它也防止前侧齿条722移动。为了避免混淆(对于这种过于复杂的机械结构)，请注意，图39-41中的前侧齿条722的视图仅显示了从前侧齿条722垂直向上延伸的齿条销723的特征，前侧齿条722向前和向后换档。前侧齿条722的另一特征或方面是，其作为齿轮在其侧面上具有齿，以旋转滑轮小齿轮806，滑轮小齿轮806又驱动齿条螺栓812。从前向运动转换为侧向运动的原因是限制机械自动变速776向侧面延伸的距离。也就是说，图39-41所示的机械自动变速776的部件在前向方向上占据了大约两个半英寸，而在侧面方向仅占约四分之一英寸。因此，变速运动仍然需要转换成齿条螺栓812的侧向运动，以通过接合和分离弹簧片768来变速。

快速回顾，正棘爪750和负棘爪736来回移动以将(设定弹簧764)设定在正确的扩张或收缩水平，使得其将前侧齿条722移动到正确位置，使得正确数量的弹簧片768接合在下一步。图39中的正组件778和负组件780示出了如何正确地移动正棘爪750和负棘爪736以进行换档。负组件780用于降低有效强度。该变化是通过弯曲杠杆720和杆770来实现的，该杆被安装在杆772上，杆772牢固地安装在地板5上，并可从地板5向上延伸。杆770被构造成使其在一个方向上是刚硬的，但是在另一个方向上是可以弯曲的。.实现这一点的一个方法是，是用一个薄的刚性板支撑一个有弹性的薄板，这样弹性部分可以稍微延伸一点。而且，两个板彼此不连接，除了它们附接到杆772之外。在图39中的两个并排负组件780的示例中，在左侧，负组件780在鞋底压缩时向下移动穿过杆770。杆770撞击弯曲杠杆720的短边，使得其逆时针旋转。这导致弯曲杠杆720的长端撞击棘爪安装件737的顶部的尖端上，并将其向右移动并经过负扣738，从而阻止其向左移动，如图中右方的负组件780所示。现在复位弹簧745和固定弹簧764都被延长。注意，复位弹簧745是用于在摆动杠阶段将负棘爪736返回到其中立位置。此外，弯曲杠杆720安装在弯曲的柱719上，该弯曲的柱719是从负棘爪引导件734的垂直延伸。

正组件778用于增加有效的弹簧强度。在两个“并排”之下的负组件778，有两个正组件778，一个在另一个之上。看着顶部的一个，当它向上移动(当脚踏板3向上移动时)，弯曲杠杆720的短边被杆770撞击。这使得弯曲杠杆720旋转，这使得其长边撞击在棘爪安装座737里的图示的销钉，并将其向左移动，如下正组件778所示。现在正扣751防止正棘爪750向右移动，并且棘爪复位弹簧744已被延长，同时复位弹簧745已被缩短。取决于脚踏板3是否被足够地压缩，另一根杆770会使正棘爪750再次向左移动。这将在以下图40的讨论中进一步解释。基本上，取决于脚板压缩的量，有效弹簧的强度可以减小(用于最小压缩)，不变或增加(如果压缩底部反弹)。而且，这是因为固定弹簧764的长度变化通过负棘爪736和正棘爪750的位置保持在适当的位置，直到在摆动时，固定弹簧764最终经由齿条销钉723去移动前端齿条722。现在，弯曲杠杆720安装在弯曲柱719上，该弯曲柱719是来自正棘爪引导件748的垂直延伸部。

在图39的底部有两个x2正组件782，一个在另一个之上。当正棘爪引导件748上只有一个正扣751时，使用x2正组件782(x2代表2)，在这种情况下，正棘爪750必须移动的距离是两倍。在这种情况下，有效的弹簧强度总是降低，除非脚踏板3的压缩成为底部反弹-在这种情况下，有效弹簧强度增加。因此，不存在有效弹簧强度不变的情况。除了使用两倍大小的x2弯曲杠杆774之外，移动和保持正棘爪750的位置的方式是完全类似于前一段所述的方式。弯曲杠杆720在弯曲柱719上安装(两倍高)，该弯曲柱719是来自加上正棘爪引导件748的垂直延伸部。对于弯曲杠杆720或x2弯曲杠杆774的所有这些用途，从弹簧柱725拉出的弯曲弹簧718将使这些弯曲杠杆返回到其预冲击位置。

图40示出了用于旋转各种弯曲杠杆720或x2弯曲杠杆774以实现换挡的杆770的位置的若干配置。注意，杆770是在柔性板位于顶部或底部的方向上取决于它们是否在鞋底压缩或鞋底膨胀期间撞击两种弯曲杠杆。在典型的杆770的放大视图中，刚性杆薄板769在一侧上；弹性杆薄板771位于另一侧，它稍长一些。它弯曲使得它不沿一个方向旋转弯曲杠杆720，但是它被刚性杆形薄板769支撑，使得它在垂直方向上移动时旋转弯曲杠杆774。在图40的右下部分显示了杆770向上或向下触发的放大视图。“设定减号”箭头及其指定意味着杆770旋转弯曲杠杆720或x2弯曲杠杆774，而脚踏板3正在压缩(向下移动)-反之亦然，”设定加号”也是如此。杆770的两个部件是刚性杆薄板769和柔性杆薄板771，其弯曲使弯曲杠杆774不为两个垂直方向之一的脚踏板3而旋转(其中弯曲杠杆774正在移动)。杆770没有标注在图40的左侧，因为它们是显而易见，与其放大图相同。

释放/复位组件775示出了杆770是如何旋转可旋转螺栓销接合器731(左侧)和负棘爪736或正棘爪750(右侧)的释放延伸部739的细节。当脚踏板3刚刚开始压缩时，这种释放/复位只是在脚部冲击下发生，其目的是通过它们的复位弹簧将可旋转螺栓销接合器731和负棘爪736以及正棘爪750复位到它们的中立位置，复位弹簧是棘爪复位弹簧744，复位弹簧745和固定弹簧764。向下箭头732表示棘爪安装件737向下移动(和脚踏板3)穿过杆770。参见图40右上部分的细节，在脚部冲击下，杆770通过释放延伸部分739去旋转可旋转的螺栓销接合器731，从而与前端齿条722的齿条销钉723脱离接触。在该释放之后，销衔接器弹簧727使得可旋转的螺栓销接合器731与在其下方的齿条销723接合。同时，杆770旋转负棘爪736和正棘爪750，使得它们的组件可以通过分别脱离负扣738和正扣751而返回到其中性构造。冲击/复位配置788，负杆配置786，正杆配置784以及简单正/负配置783显示了棘爪元件如何和在何处设置为使前端齿条722前后移动到“换挡”。左侧显示了脚踏板3压缩的百分比值。如上所述，复位/释放发生在脚底冲击(影响/复位配置788)。负设置，其中负棘爪736如果移动到左侧(图39)，发生了小量的压缩(负杆配置786)-特别是在下降时。然后有两个选项，正杆配置784的更复杂的选项，或者简单正/负配置783的简单选项。让我们先看一下简单的选项。只有当完全压缩时，正棘爪向左移动-参见图39的x2正组件782。然后它移动距离是我的负棘爪736的距离的两倍-在这种情况下，有效的弹簧强度增加。也就是说，如果没有实现完全压缩，则有效弹簧的强度增加。因此，在每一步之后只有两个变速选项-增加或减少有效的弹簧强度，以便随着鞋的冲击力的变化而保持鞋底接近全压缩。为了保持更接近全压缩的最佳状态，正杆配置784提供了更多的档数。从图39可以看出，有两个位置，正棘爪750可以改变。如果它仅移动到第一正棘爪751，则不存在“挡数”改变，因为正棘爪750的正运动由负棘爪736的负运动消除。这对应于唯一的压缩接近满。仔细研究加号杖配置784将显示，当仅压缩到50％，67％和85％的按压时，杖770的位置就不会发生齿轮变化。只有当100％的完全压缩时，可以通过杆770在加号杆配置784的左侧的动作再次向左移动加爪750，定位成旋转加上棘爪750第二次。现在，左边有一个净运动，这样有效的弹簧强度就会增加。通过具有位于脚下方的全部弹簧强度的一半的弹簧强度来实现对应于加号杆配置784的配置。然后，三个弹簧片768位于鞋的两侧。每个相应的切片对是整个弹簧强度的六分之一。因此，您将有一个步行装备，一个慢跑装备，一个跑步装备和冲刺的齿轮。注意，当脚踏板3在鞋底扩张向上移动时，这些正动作都会发生。而且，在摆动阶段，当鞋在半空中和前向齿条722自由移动时，图42的齿条螺栓812是自由地接合更多，更少或相同数量的弹簧片768。

图41示出了在一个示例性顺序示意性侧视图，在一步期间(半空的鞋底压缩加半空中的摆动阶段)，有效弹簧强度是被一个弹簧片768而增加了。也就是说，图39的机械式自动变速齿轮776的变化被示为五个鞋底压缩状态。诚然，这是一个非常复杂的设计，希望这将有助于读者明白一步循环中的一个换挡。整个循环被称为机械自动换挡序列790。以下换挡设置步骤的一侧提供了简短的描述：复位/冲击配置792，空档配置794，负/正组配置796，空中/移动机架配置798，和第二冲击/复位配置800。复位/冲击构造792显示了在冲击时，如图40所示，可旋转的螺栓销接合件731被提升(通过其杆770)，并且两个负棘爪736和正棘爪750都通过它们的杆770脱开。而且，三个相关的弹簧-棘爪复位弹簧744，复位弹簧745和固定弹簧764-现在处于其中性长度。中性配置794显示了可旋转的螺栓销接合器731已经与最近的齿条销723重新接合，并且用于负棘爪736和正棘爪750的棘爪弹簧742现在将它们各自地抵靠负棘爪引导件734和正棘爪引导件748。负/正组合配置796首先显示负棘爪736已经被移动到右侧以接合负扣738，如图40的正杆配置784所示。另外，正棘爪750已被移动两次以接合最左侧的负扣751，如在图40的负杆配置786中示出-由于鞋底已经触底。这意味着，向前齿条722需要移动左侧以添加一个弹簧片768。负棘爪736和正棘爪750的运动的结果是压缩了固定弹簧764。鞋子一旦在半空中，则前侧齿条722可以通过固定弹簧764自由地向左移动–距离是与相邻的齿条销钉723之间的距离相对应。然后，有效的弹簧强度随着一对在鞋的任何一侧上的弹簧片768的数量而增加。第二冲击/复位构造800对应于复位/冲击构造792，因为上述元件已经在冲击下复位，除了已经添加了一对弹簧片之外，加上前侧齿条722已经向左移动。请注意，当前侧齿条722处于其范围的任一端时，它不会进一步移动，但是一旦它需要在其范围内移动，它就会移动。

图42示出了三种设计的俯视图，从而将鞋内侧的“换档”同步到鞋的外侧的档位变化。这些是双滑轮设计801，双机架设计803和镜像从属联动设计805。这是左脚，所以左侧是鞋的外面。脚418被示出并且鞋包围它。脚418搁在脚踏板3上。可以直接在脚下安装一些弹簧，但这些弹簧不能用于换挡，因为它们不能脱开。任何一侧都示出三个弹簧片768，并且它们可以被分离。这种从属动作对于精确的变速器(例如图37和38)和机械变速器(图39-42)都可以完成。双滑轮设计801假设有一个机械变速器。其一些部件的大致位置显示在脚部418的左侧(外侧)。棘爪/导向组件814与弹簧片768相邻并位于其内部。杆组件816恰好在棘爪/引导组件814的内部，和脚平行四边形4的外部。滑轮小齿轮806安装到脚踏板3上，并且它被驱动以通过前端齿条722旋转。其旋转然后驱动外部交叉齿条802前后移动以接合和分离脚部418的内侧上的弹簧片768。前端齿条722和外交叉齿条802在其侧面上具有齿轮齿以实现齿条和小齿轮的能力。十字架引导件818引导外部交叉架802的侧向运动，并且其被安装到脚踏板3并恰好在脚踏板3的下方。滑轮线810围绕脚部418的外侧上的滑轮小齿轮806延伸围绕到脚418内侧的滑轮小齿轮806，将其转动以驱动十字架804内部以接合和脱离脚418内侧的弹簧片768。双滑轮/小齿轮从动齿轮836包括刚刚提到的元件，它们位于脚踏板3的正下方。该插入件示出了双齿条和小齿轮819的细节。对于具有双齿条/小齿轮从动齿轮834的双机架设计803，仅显示了机架和小齿轮，但是鞋的外侧上的其他部件与双滑轮设计801相同。外交叉齿架802由小齿轮822在十字齿条引导件818中驱动。注意，中心小齿轮824被定位由交叉引导件818驱动，并且它又驱动第二个交叉引导件818内的十字架820内的偏移，以接合和分离脚部418的内侧上的弹簧片768。可能这三种设计中最好的是镜像从属联动设计805，其具有镜像从属联动装置830。再次，外部交叉架802是由小齿轮822驱动(在交叉引导件818内)。但是现在它可以铰接地连接到左侧的一个镜像的从属连接件826。它们都在它们的底端可铰接地连接到另一个，并且连接枢轴被限制在从属导向件828中垂直移动。结果，外部连杆832被从动地向侧面与外部交叉架802协调移动。注意，这些将足部内侧的从属换档到足部外侧的换档的方法显然可以适用于图37和38的精确的电子变速器。

注意，图39-42的机械式自动变速器可以适用于图36和37的精确电动自动换挡器的接近，除了前端机架726的纵向运动是由机械自动换挡器的部件所驱动。类似地，图39-42的机械式自动变速器的方法也可以用电子驱动器来实现，该电子驱动器使齿条螺栓812侧向移动以接合和分离弹簧片768。另外，图37-43的自动变速器可用于传统的鞋子以及增强提高脚后跟的高性能能量返回鞋。它们也可以用于其他类型的鞋子，例如Freschi的美国申请专利号20140165428的鞋子来完成他的换速，这是由手工完成的。

图43示出了上述脚踏式精密电子自动变速器843的示意性前视图和示意性侧视图。这仅仅是图37和38的侧面电动自动变速组件680的修改，除了变速器位于跑步鞋的顶部。在这里，鞋子基本上是图8-7-9的平行四边形鞋1，使用常规枢轴用于平行四边形的变型。然而，也可以使用其他版本的弹脚跟鞋，尽管不是方便。简述，这是平行四边形的元件。脚踏板3通过铰链34可铰接地连接到顶部脚趾连杆19。后连杆27和前连杆28通过铰链34可铰接地连接到脚踏板3，并且经由铰链34连接到底部连杆30。底部连杆30是接地板5的一部分。前脚趾连杆18通过铰链34可铰接地连接到顶部脚趾连杆19，并通过铰链34连接到脚踏板3。脚趾板7通过铰链34连接到脚踏板3。铰链式连接件42包括这些刚刚描述的元件。鞋面1可固定地连接到脚板3上。

以上脚部精密电子自动变速器843有两个支架，可以将其定位在前脚掌之上。第一个是接地板支撑件838，其从接地板向上延伸并穿过鞋上部1的顶部，以支撑斜面696和柱导向件694。脚板支撑件840从底板向上任何一边延伸，并且然后向后延伸，以提供水平元件，其底部具有脚踏板棘爪691，其拉下去接合弹簧螺栓686。虽然可以在任何一侧上装有驱动器，但是应该优选地安装一个在中心位置的驱动器位于斜坡696的中心间隙。驱动器杆842延伸到任一侧上的杠杆柱692，使其前后移动以换速。利用这种顶部位移，顶部电动换速组件843的功能与图37和38的侧面电动自动换速组件680相同。优点就是不需要在脚的两侧安装该装置，并且只需要一个中心定位的弹簧吸收冲击能量。

图44示出了位于脚跟外侧的整体的冲击充电器的示意性后视图和示意性侧视图。基本大意是使用鞋子冲击来旋转对电池充电的小型化发电机。用于这种充电的电路在本领域中是旧的，并且对于本领域普通技术人员来说是显而易见的，因此本文的讨论集中在本文的充电器设计使用的微型发电机和轴的旋转的最佳机制。对于本发明的高性能鞋，存在一英寸或两英寸或更多英寸的鞋底的压缩行程。在这种情况下，不需要将冲击力吸收机制延伸到鞋底(接地板)的底部以下，冲击机制可以融入鞋底结构。此外，接地板5和脚踏板3都需要一个小的突出部分，其突出部向侧面稍微延伸一点使得整个冲击充电器的元件不会干扰鞋底的压缩。简单整体式冲击充电器869及其压缩版本，压缩简单整体式冲击充电器868都有显示。压缩意味着脚踏板3已经向下移动触摸到接地板5。未压缩状态的后视图示出了以下旋转元件如何位于发电机863的发电机轴864上，该发电机轴864可固定地容纳在发动机滑轮支架862中，其通过支撑柱845可固定地安装在接地板5上。发电机轴864延伸到右侧，通过飞轮847，然后再通过单向离合器/倒带弹簧组件865和发电机双滑轮861。飞轮847可固定地安装在发电机轴864上，但是发电机双滑轮861通过单向离合器/倒带弹簧组件865安装在发电机轴864上，从而使发电机轴864只能跟随着脚踏板侧发电机滑轮线867旋转的方向，在鞋底压缩期间，当脚踏板拉下脚踏板侧发电机滑轮线867时。当然，脚踏板侧滑轮线867是固定在脚踏板3上。然而，当发电机双滑轮861在另一个方向上旋转时，它通过单向离合器/倒带弹簧组件865脱离发电机轴864。

这使得飞轮847在鞋底扩展时以及鞋在半空中摆动阶段时可以自由地继续旋转发电机轴864。注意，单向离合器/倒带弹簧组件865在图中示意性地示出了，但是对于本领域的普通技术人员来说，其细节是显而易见的。侧视图示出了在鞋底压缩期间，脚踏板3是如何拉下脚踏板侧发电机滑轮线867。它还显示了鞋底脚踏板侧发电机滑轮线867如何在鞋底压缩期间扩展简单发条弹簧871(安装在简单柱870上)。然后，在鞋底扩张期间，发条弹簧871回拉，以使发电机双滑轮861旋转到另一方向。这是可能的，因为发电机双滑轮861中实际上有两个滑轮-两个滑轮线中的每一个都有一个滑轮。注意，它们每一个都固定地附接到发电机双滑轮861，以便在相反的方向上旋转。还要注意的是，飞轮847和发电机轴864连续旋转并产生电力。在每个步骤中，这种旋转被推送并因此增加电能。由于对于本发明的增强型提脚跟鞋来说，脚踏板3具有足够的行程，所以可以实现这种简单的设计而不需要额外的机械优势。对于所示规模尺寸，发电机轴864是每一步旋转三次。

然而，如果希望产生更多的电力，则必须添加额外的机构以提供必要的机械优势。这在图44的下半部分中示出，具有增强的整体式冲击充电器844和压缩的增强型整体式冲击充电器841。这里，发电机组件846是安装在支撑柱845上，就像上面的简单整体冲击充电器869一样。但是现在额外的机械优势机组包括：卷绕杠杆848，杠杆辊849，充电器齿轮双滑轮850，内齿轮双滑轮851，卷绕支撑852，卷绕滑轮854，反向卷绕滑轮855，卷曲杠杆延伸部856，齿轮卷绕线857，齿轮反向卷绕线858，发电机卷绕线859，发电机逆向卷绕线860和拉紧弹簧872.卷绕杠杆848可铰接地连接到脚踏板3，稍微在脚跟外侧，使得其可自由旋转而不干扰鞋子。

充电器齿轮双滑轮850是固定地附接到内齿轮双滑轮851，使得它们一起旋转，并且它们的轴可旋转地安装在可固定在接地板5上的卷绕支撑852。脚踏板3的向下运动导致卷绕杠杆848的底端通过杠杆辊849去撞击接地板5。这样使得卷绕杠杆848逆时针旋转直到差不多水平方向。齿轮卷绕线857连接到卷绕杠杆848的直的部分的顶部，使得其通过卷绕滑轮854逆时针旋转内齿轮双滑轮851(通过其沟槽)，优化卷绕杠杆848拉动的方向。齿轮反向卷绕线858是连接到卷曲杠杆延伸部856的顶部，并且绕着反向卷绕滑轮855绕过内齿轮双滑轮851的另一个沟槽，与齿轮卷绕线857的方向相反。再次，反向卷绕滑轮855的位置被选择去优化卷曲杠杆延伸部856的顶部的拉动方向，因为它在鞋底扩张时顺时针旋转内齿轮双滑轮851。因此，齿轮卷绕线857和齿轮反向卷绕线858相反的的牵引-协调旋转内齿轮双滑轮851在两个方向上，从而防止这些滑轮线的松弛。拉紧弹簧872拉动和/或推动卷绕滑轮854和反向卷绕滑轮855的全部作用都用于拧紧总线长度以防止松弛。当然，首先调整这些元件的尺寸，使得每条线的拉伸长度大致相同。这两个滑轮的运动需要一个加载弹簧的轨道，因为有限的空间这没有显示在附图。或者，可以使用这些线系统中的刚性拉伸弹簧元件来保持它们的拉紧。发电机卷绕线859和发电机逆反向卷绕线860附接到并占据充电器齿轮双滑轮850的两个沟槽，以便提供相反的拉力旋转发电机组846的发电器双滑轮861-如图44的俯视图所详述的用于压缩简单整体式冲击充电器868。唯一的区别在于，实现双向旋转的相反的拉力现在可以通过发电机卷绕线859和发电机逆向卷绕线860来实现。否则，发电机组件846的元件以与上述的方式一样起相同作用。现在的区别是，由于充电器齿轮双滑轮850和内齿轮双滑轮851提供的机械优势，发电机组件864现在是每步旋转30次，而不是三次。当然，这种机械优点可以通过改变各种滑轮的尺寸来调节。因此，图44的冲击充电器为图37和38的侧电动自动变速组件680的电驱动器698，以及用户可能携带的任何其它便携式电子设备提供足够的电力。

图45示出了夹式冲击充电器874的示意性侧视图和底视图。顶视图示出了夹式冲击充电器874，底视图示出了增强的夹式冲击充电器898。这两个实施例适用于任何鞋子或靴子具有小于半英寸的鞋底压缩。这个要求基本上适用于所有常规的鞋子。并且，该实施设计可以夹到任何鞋子或靴子上。它也可以用于行走机器人。不同于图44的实施例，该实施例要求元件延伸到鞋底下方。这是使夹线892有足够的行程以适当旋转发电机轴864的唯一方法。由于传统鞋的底部不是非常厚，通常不会压缩很大，所以在图45中仅示出了接地板5，这就是传统鞋的鞋底。鞋底896也代表这个脚跟鞋底。发电机组件与图44中相同。因此，夹式冲击充电器874包括以下元件：夹镫876，夹片878，外镫支撑880，夹柱882，夹式杠杆884，夹式重定向滑轮886，夹线892，反向夹线894，鞋底896和夹式杠杆轴898。它们位于鞋跟的外侧，尽可能远离后方，而不会伸出鞋跟后面。夹柱882可固定地附接到外镫支撑880(如底视图所示)，并且其左臂容纳夹式重定向滑轮886，在鞋子冲击期间，夹式重定向滑轮886重新定向夹线892当它被夹式杠杆884拉下时去旋转发电机组件846的发电机轴864。与图44类似，反向夹线894扩展简单的卷绕弹簧871(附接到夹镫876)，使得其可以在鞋底扩展期间重绕发电机组件846的内齿轮双滑轮851。底部视图显示夹镫876围绕和夹住鞋底896的脚跟。夹镫876对于比图45底部的夹式增强冲击充电器888较长。夹镫876的任何一侧上有夹片878-以防止夹镫876在脚跟冲击期间向上移动，相对于鞋底896来说。夹镫876的围绕后跟的部分是柔性的，使得它牢固地抓住鞋跟后部。可以很容易地从夹镫876的侧面并加一个带子(未示出)围绕在踝关节的前面，以更好地将其附接到鞋跟上。夹镫876(未示出)内侧上的尖锐突起部分可以增强对鞋跟的紧抓。注意，止动件(未示出)是结合在夹式杠杆884与外镫支撑880(通过夹式杠杆轴898)的铰接连接中-以限制夹式杠杆884的向下旋转。外镫支撑880是夹镫876的刚性向上的延伸，并且夹柱882附接到其上以容纳发电机组件846。发电机组件846用于发电的功能与图44所述的相同。

夹式增强型冲击充电器888在图45的底部显示在鞋子冲击之前的那一刻。它是非常相似图44的增强型整体式冲击充电器844，除了卷绕杠杆848现在延伸到鞋底的水平面之下，但是它仅延伸较短的距离，例如，一英寸。除此之外，充电元件的定位基本相同。由于卷绕杠杆848的上端较长，例如，2英寸，结果仍然是旋转内齿轮双滑轮851，每步三十次。另外的不同之处在于支撑柱845和卷绕支撑852现在可以固定地连接到外镫支撑880上。

再次，与现有技术的鞋式电动充电器相比，发电机组846的旋转发电机轴864的机械优势产生了更多的旋转次数，从而产生更多的电功率。这是由于使用齿轮滑轮，并且通过解决在脚跟提升期间，卷绕杠杆848向后旋转时防止滑轮线松弛的问题。这种解决方案-对于这种旋转的每个方向使用单独的滑轮线-是新颖的，并且当具有强大的机械优势时，它是唯一的途径。夹式实施例的另一个优点是它们可以容易地移除当不需要电力时。而且，它们可以用在任何现有的鞋子上。最后，图44和45的冲击充电器可以容易地被修改并适用于任何上下或前后反复运动(不仅仅是用于鞋子或靴子)的应用中，很容易地产生电力。而且，这些冲击式充电器还可以为移动电话，笔记本电脑，照明灯，热能等任何其他电力需求的电池充电。另外一种选择是在电容器中存储足够的电量，以便不需要电池。

图46是滑轮驱动器900的示意性侧视图，它是图37的电驱动器698的替代。与传统线性驱动器相比的优点是它仅需要两个滑轮和一个微型电动机。因此，它更便宜，更轻，和更快。而且，由于滑轮可以定位远离图37的电驱动器698的其它元件，所以用于换速器的整个侧面配置可以安排得更窄。在这种情况下仅涉及驱动器滑轮线914的宽度，这是可以忽略的。于是，滑轮驱动器900包括滑轮驱动器900，发动机牵引滑轮902，相对滑轮904，叉形线扣906，第一滑轮驱动器柱908，第二滑轮驱动器柱910，驱动发动机912，驱动器滑轮线914，柱引导件694，柱692和发动机轴913。发动机牵引滑轮902可固定地附接到的第一滑轮驱动器柱908，其已经牢固地附接到接地板5。并且，相对滑轮904可固定地附接的第二滑轮驱动器柱910，它已牢固地附接到接地板5。驱动器滑轮线914绷紧地围绕和延伸这两个滑轮。驱动发动机912是双向的。驱动发动机912安装在第一滑轮驱动器柱908上，并且其发动机轴913可用作固定在发动机牵引滑轮902的轴。叉形线扣906固定地连接到驱动器滑轮线914和支柱692。因此，当发动机轴913由驱动发动机912沿任一方向转动时，其通过驱动器滑轮线914去前后拉动叉形线扣906，并经由柱引导件694沿着柱692引导。根据图37和38的讨论，这就是“变速”。此外，根据这个讨论，上述组件-即微处理器和冲击传感器-还配有用于柱692沿着柱引导件694的位置装置。当微处理器计算柱692的下一个位置时，它将信号发送到驱动发动机912向右转，当到达下一个位置时，微处理器可选地使用位置装置的实时信号来停止驱动器。再次，用于如何切换驱动发动机912的方向以及如何阻止它的电路在本领域中是陈旧的技术。滑轮驱动器900也可以用于这里的其它电子变速器，例如图43的上述脚踏式精密电子自动变速器843或者一个可能的电子变速器以接合侧面弹簧片。

图47示出了连接嵌齿铰链920的各种描绘的示意性侧视图。直到对准图示922显示反向，在左侧示出了两个齿轮端链接932和连接嵌齿铰链920，然后部分旋转到中间，然后对齐右边。也就是说，在顶部齿轮端链接932的圆端上的齿轮931与底部齿轮端链接932的齿轮931啮合。轴连交叉环936把顶部缆线轴934与底部缆线轴934连接，使得无论连接嵌齿铰链920上的负载如何，两个齿轮端链接932保持啮合。

也就是说，它起到一个实用的铰链的作用即使旋转轴承内没有传统的主轴旋转。即使可以使用简单的环路或者连接到每个电缆轴934的单个电缆，在这两种情况中的每一种情况下，电缆和电缆轴934之间不可避免地发生摩擦。为了防止两个齿轮端链接932横向相对运动(进入纸张)，可以将简单的止动件附接到每个齿轮端链接932上以防止横向相对运动。这些未示出，但是对于本领域来说是显而易见的。然而，对于轴连交叉环936是没有摩擦，因为当电缆随着轴在顶侧旋转时，电缆自然地随着轴在底侧旋转，因为环被交叉。注意，电缆轴934可固定地安装在齿轮端链接932中。另外，如环缝绘图926所示，需要环缝944使得轴连交叉环936与齿轮端链接932的交叉部分交叉。这仅仅描绘在环缝绘图926中，但是应该理解，在所有齿轮端链接932中都需要环缝944。另外，在一定意义上，轴连交叉环936的通过侧面也必须相互交叉。齿轮盖绘图928示出了可以将齿轮931安装在连杆上作为第一齿轮盖940或作为第二齿轮盖942。以这种方式，可以选择用于连杆和齿轮的最佳材料，其中齿轮由更硬或更重的材料制成。停止和抓住绘图930示出了以直线构造将连接嵌齿铰链920锁定的方式。这里连接嵌齿铰链920被限制在一个方向上折叠。停止功能是通过只需要齿轮931在一侧来实现的。另一方面的功能，在顶部和底部的两个连接件上都是止动件929，它们彼此相撞以防止在另一个方向上折叠。为了将顶部和底部齿轮端链接932锁定，使彼此直接相对并且完全展开，旋转抓臂948可固定到下部齿轮端链接932，当其展开完成时，旋转抓臂948旋转以接合固定在顶部齿轮端链接932的旋转锁扣946。挡簧950偏转以接合锁扣946，因为旋转抓臂948在展开期间向上滑动锁扣946。对于本领域普通技术来说，使其释放或者不释放这种捕捉动作是非常明显的。撞击铰链绘图924示出了撞击链接938如是如何被设计成通过在其另一端上并入两个圆形的齿轮端部933来铰链地接合镜像齿轮端链接932。该版本的铰链可以用于图13的撞击铰链119或图15的整体式撞击铰链181。而且，连接嵌齿铰链920可用于图13的拐角铰链120或图15的整体角铰链182，以及许多用于这里设计的铰链-例如平行四边形铰链不推广使用传统的轴和用于连接铰链的旋转轴承。还要注意的是，停止和抓住绘图930的铰链可以用于这里的图27的臂铰链514。这种组合对于可折叠阵列用于火箭到太空是特别有吸引力的，因为在完全折叠的情况下，由图27的折叠张紧连杆旋转臂弯曲弹簧502的折叠力转到零。其他的优点是，首先是连接嵌齿铰链920是最简单而坚固，而第二个优点是阵列将通过旋转抓臂948而保持锁定在完全展开的位置。最后，可以改变连接嵌齿铰链920的元件的宽度。基本上，齿轮端链接932可以是任何宽度的板，在圆端配有齿轮931。然后可以加入与设计可能需要的任意数量的交叉的环缝944。

图48示出了位于脚部418两侧的交叉同步滑轮驱动变速器960的示意性顶视图，其中同步线在脚部418下方延伸。这是最可行的变速器，因为它简单地接合弹簧片768而不是利用本文中图37和38的更复杂的精确齿轮变速机制。它还延伸了图46的滑轮驱动的想法，不仅是驱动变速，而且使脚两侧的变速同步。由于可以通过配有许多弹簧片768来配有很多齿轮，所以可以接近图37和38的理想的精确齿轮变化。此外，现在可以通过选择任何数量的弹簧切片768来直接改变到期望的档位-从一步到一步。因此，交叉同步滑轮驱动的变速器960被描绘为第一档配置962的左侧，其中没有接合弹簧片768；作为右侧的第三档配置964，其中示出了与三个弹簧片768接合。同步发动机977是附接到脚外到接地板5(未示出，但是类似于图46所示的驱动器发动机912)。并且，其发动机轴913可固定地附接在同步滑轮974。同步滑轮线988延伸围绕同步滑轮974，并且在其底侧向前延伸到第二滑轮(水平外侧)978。在该初始线部分外线卡扣984将同步滑轮线988连接到后梯形链接972的后端。这就是弹簧片768的接合如何被驱动，因为后梯形链接972的前端被推出侧边。同步滑轮线988的底部在第二滑轮(水平外侧)978周围继续被重新定向，仅在脚底板3下方稍微通过并向后延伸，然后被第三滑轮(水平内侧)980重新向前定位，以继续绕过第四滑轮(水平内侧)982，其朝向后方，通过，并且几乎不在脚板3下方，由第五滑轮(水平外侧)983直接向后重新定向，之后由第六滑轮(升高线)976向上重定向，使得其可以在同步滑轮974的顶部上升和缠绕，以最终完成电路。注意，在该部分中，在第三滑轮(水平内侧)980和第四滑轮(水平内侧)982之间，内部线路卡扣986连接后梯形链接972的后端，以使滑轮线988同步。还要注意，这个脚下交叉部分确保外线卡扣984的向前运动与外线卡扣984的向前运动同步。这就是内齿轮换档与外齿轮换档同步。同步滑轮线988的自由脚下运动是由脚踏板3底部的意大利面管或沟槽确保。

第三齿轮配置964示出了外部梯形联动装置973和内部梯形联动装置975的动作。前梯链接970和后梯链接972通过梯形铰链971铰接地连接。前梯链接970和后梯链接972受到侧向导向件966和前向导向件968的限制，使得梯形铰链971向外侧延伸，同步滑轮线988向外移动线扣984和内线扣986向前。前梯链接970和后梯链接972在结构上被加强，使得它们足够强以压缩弹簧片768。此外，一个刚硬板可以结合在弹簧片768的顶部，使得它们的顶部(中心)部分被压缩。注意，外梯形联动装置973的设计现在不需要接合螺栓在脚踏板3下延伸。这减小了各种侧组件的宽度。它还允许使用弹簧片768在脚踏板3的水平面上方延伸(如果希望侧面弹簧更高，则需有一些明显的框架)。还要注意，脚的外侧只需要一个同步发动机977，这减小了脚内侧的装置宽度。当然，可以使用具有自己的同步发动机977的单独变速器(没有滑轮线在脚下穿过)，但是这将是不利的。与精确换档的情况一样，使用相同或类似的电子部件。现在，位置传感器读取外线卡扣984的位置，而力传感器486告知微处理器484需要多少个弹簧片768用于下一步。并且同步发动机977的驱动然后去移动外线卡扣984(经由同步滑轮线988)所需的位置。有许多微型发动机选择可用于同步发动机977-从发动机到步进电机到伺服电机(价格随之上涨)。然而，由于对位置精度的要求不是很苛刻，所以可以用更便宜的解决方案。例如，可以使用便宜的电动机去提供实时的位置更新使微处理器484的信号把外线卡扣984的运动停止在期望的位置上。本领域普通技术员可以显而易见地确定最佳电动机。注意，正如在该讨论中所提及，交叉同步滑轮驱动变速器960可以容易地适应图27的旋转臂设计。变速器元件不安装在脚的两侧，它们现在安装在旋转臂的两侧-并且这些元件将以完全相同的方式运作。这个想法是在下一文段展示。假体，矫形器和机器人的应用是显而易见的。并且，这种有效弹簧强度的变化去抵抗铰链的臂的旋转是完全相似人的肌肉力量的变化，例如在跑步或举重。

图49示出了具有最佳弹簧和变速的旋转肢体的组件的示意性侧视图和俯视图。具有最佳弹簧和变速的旋转联合组件979是显示在右下方的折叠构造中，和配有最佳弹簧和变速的旋转联合组件的展开组件969显示其为展开式构造(直线)。变速组件994是显示在右上角。它是旋转以示出其附接到以相同角度定向的旋转上连接板983的顶部。最后，左视图显示了变速最佳弹簧护膝996，其应用是非常好，因为变速能力允许不只是变速而且可以在摆动阶段中关闭弹簧阻力，使得跑者可以自由弯曲她的膝盖。当然，图49的发明适用于工业机制中的旋转臂的任何接头以及矫正或机器人应用。再次，从图27的旋转臂接头的详细讨论中，由于恒定的扭矩曲线，扭矩水平被最小化。这减少了用户和机器人等机器用户使用的磨损和能量成本。这里的目标是将图46和48的变速器并入图27的最佳旋转臂接头。问题在于将变速元件安装在哪里以及在哪里装载弹簧。答案是将变速器元件放在旋转的上连接板983的顶部，以便我们可以移动可移动的撞击板981侧向以接合可变数量的未拉伸的切片弯曲弹簧993。注意，在开始之前，将连接元件称为板，因为它们必须足够宽以适应未拉伸的切片弯曲弹簧993，其被定位旁边横过组件的宽度。因此，旋转上连接板983和旋转下连接板985折叠旋转撞击铰链987。这种折叠是被以下的连接抵制。旋转的上连接板983通过可动的撞击板981去铰链地连接旋转的下连接板985，撞击板981通过旋转撞击铰链987撞击上部和下部未拉伸的切片弯曲弹簧993。这些被配置为右半部如图所示的环形弹簧，用于内部联动镜像拱形弹簧107-修正后在图32中用更灵活的环绕冲击部分566，用于顶部和底部半部(半环弹簧)之间的铰链。旋转的上连接板983的另一端和旋转的下连接板985可铰接地连接到顶部肢体板988和下肢板989-与肢体铰链990相隔很短的距离-在未拉伸的上端和下端的相同铰链位置与切片弯曲弹簧993连接。目标是使该连接撞击半环弹簧的中心环，以便将这些弹簧的上半部和下半部伸直，这些弹簧现在称为拉伸切片弯曲弹簧992。注意，这里的连动传播弯曲弹簧的常见特征是，当所有连接和弹簧元件是直并且对准时，有关肢体铰链990的扭矩的曲线首先增加，然后当它弯曲全部折叠时，其曲线变为零。为了实现恒定的转矩曲线，当该扭矩曲线弯曲并开始减小时，中心调节弹簧991开始抵抗折叠，使得当接近全折叠(弹簧压缩)时，组合的扭矩曲线变得近似恒定。因此，中心调节弹簧991的尺寸和定位使得其在部分折叠时开始抵抗折叠。注意，用于旋转链接中具有最佳弹簧和变速979的组件中的两个拉伸的切片弯曲弹簧992与变速组件994接合，而一个延伸的切片弯曲弹簧992未被接合-在这种情况下，它们简单地旋转并折叠而不抵制折叠。这些显示为虚线。

变速组件994可固定地附接到旋转的上连接板983的顶部，并且其包括可移动的撞击板981是通过旋转的撞击铰链987铰接地连接，撞击铰链987加入撞击轴959。可移动撞击板981沿撞击轴959滑动去改变速度-如图46和48所示以简单的方式进行的。驱动器发动机912安装在旋转的上连接板983的顶部，并且其发动机轴913是固定地附接到发动机牵引滑轮902，发动机牵引滑轮902利用驱动器滑轮线914来移动线/冲击器附件995，其固定在驱动器滑轮线914。十字板重定向滑轮997位置线/撞击器附件995处于正确的位置，以沿着撞击轴959来回移动可动撞击板981以接合和分离拉伸的切片弯曲弹簧992和未拉伸的切片弯曲弹簧993。转档最佳弹簧的护膝996显示了用于跑步或行走的护膝的应用。大腿作为上肢板988，小腿用作下肢板989，运动员的膝盖用作肢体铰链990。填充肢体箍998用于附加在旋转的上连接板983和旋转的下连接板985到简单腿965的上下肢。注意，具有最佳弹簧和变速的旋转连接的组件979也可以位于简单腿965旁边，而不是在后面。可选的前膝带963防止填充肢体箍998从跑步者的膝盖滑离，这也使得袖口的力对简单腿965的表面更加正常化，并且增加了对折叠的阻力。辅肢联动999包括硬连杆，并且其具有与跑步者腿部相同的连接和膝关节。它通过简单脚967在底部支持。因此，它防止低位填充肢体箍998通过袖口支撑961向下滑动，该袖口支撑961将低位填充肢体箍998固定地附接到辅肢联动999的下部。也降低了跑步者膝盖的负荷。与图46和48中相同的电子部件用于选择正确数量的未拉伸的切片弯曲弹簧993，以确保随着载荷力的变化而实现正确的折叠量。这些包括一个微处理器，一个力传感器(或甚至是一个加速计)，电路，一个查找表用于选择下一步接合适当数量的弹簧，电源和电池。与鞋子应用的主要区别在于，当跑步者的脚处于半空时，所有这些弹簧必须在摆动阶段分开。因此，一旦脚提升到半空中，力传感器会通知微处理器使所有这些弹簧脱离。现在，使用关于脚在空中停留多长时间的数据，微处理器然后指示正确数量的弹簧在足部冲击之前接合。非常值得注意的是，刚刚描述的智能护膝可以并且应该与图48和图7-9的优化的，变速的，冲击充电的鞋，增强的提跟鞋一起使用。可以想到，这两个改进(增强鞋和增强护膝)中的每一个可以降低跑步25％的代谢能量消耗。因此，它们的组合能量回报可以是50％。此外，图44的冲击充电器可以为图49的驱动器发动机912提供动力。该设计的一个缺点是，在起跑期间，跑步者的腿必须直线地延伸以使其弹簧脱离。解决这个问题的方法是对部件进行尺寸，使膝盖弯曲时弹簧力为零。此外，弹簧可以被附接，使得它们延伸到侧面而不是向后延伸，以使其更容易坐下。

在这里众多的不同设计模式里，将未来鞋的各种功能喜爱组合在一起是有意义的。变速的重要性导致对图7,8和9的弹跟鞋的选择。变速器消除了对第三防脚趾下沉机制8的需要。现在，为铰链34和其它铰链的喜爱设计的是图47所示的连接嵌齿铰链920，它们坚固且便宜和容易制造，并且避免了钢轴和轴承。第二选择是向下缩小的枢轴，例如顶部后单枢轴13，顶部前单枢轴14，底部前单枢轴15和底部后单枢轴16。相等的向下缩小的铰链也可以使用用于前平行四边形6。该解决方案的难度是在于必须开发合适的材料以获得铰链弯曲的高疲劳占空比。最后，使用常规的钢轴和轴承的铰链是个可能性，因为当鞋弹簧在平行四边形的顶面和底面之间产生作用时，即脚踏板3和底板5，施予这些平行四边形铰链的力是最小的。或者，我们可以使用图47的连接嵌齿铰链，似乎没有任何缺点。我们有基本的平行四边形鞋。最喜欢的弹簧是图32的修正的联动展开弹簧，它是与辅助弹簧一起使用以实现恒定力曲线的最佳低冲击弹簧。这种经修改后的联动展开弹簧将具有圆形的顶部和底部，使得它可以向前倾斜，因为脚踏板3在鞋底压缩期间朝接地板5向前平移。自动变速器是用于防趾沉功能。记住，最佳的鞋底压缩只需要几乎完全压缩。这是最佳合规性和最佳能量回报所必需的。变速器的选择是图48的交叉同步滑轮驱动变速器960，其简单且可行，并且可以在一步内实现鞋底的全部压缩。第二种选择可以是图37和38的精密电动换档器，尽管这使得设计更加复杂。这些变速器需要弹簧在鞋的外部和内部。为了减小这些侧组件的宽度，这些弹簧必须非常坚固。表格1-4的讨论报道，即使使用玻璃纤维，这里的环形弹簧也足够强大，但是使用光谱盾会更坚固，和使用芳纶会使强度加强六倍。这种坚固弹簧的发现和意识是新颖的。由于这些变速器是电子的，因此它们需要电池或脚踏式充电器。图44显示了最佳设计：简单整体式冲击充电器869和增强型整体式冲击充电器844(如果您想要产生更多数量级的电力)。值得注意的是，喜欢的变速器和喜欢的冲击充电器的宽度和重量是足够小以将它们一起安装在脚的两侧。特别地，所有这些组件都是简单，便宜，轻便并且易于组装。因此，这种未来鞋的整体设计在市场上是可行的。

参考前面表格1,2,3和4的弹簧强度的讨论，非线性特征(有限元分析)研究显示出弹簧强度的以下比较。首先，请注意，表格4不在本专利的美国专利商标局专利申请14/545,274的专利申请中。在表格1中，对于厚度为2英寸的环形弹簧，玻璃纤维(E玻璃)是最强的，弹簧强度为92磅。这对应于表格1的第一部分，总弹簧厚度d为2英寸，当考虑到弹簧臂厚度从弹簧厚度减去时，尽管有3％的小调整。请注意，环形弹簧的强度值增加了一倍，因为卷曲弹簧模型是等效于镜像拱形(环形弹簧)配置的一半。参考表格1，其他三种材料的弹簧比为：碳纤维为0.10，钛为0.11，PEBAXX 5533为0.06。也就是说，玻璃纤维弹簧的强度是十到十六倍更强。在本专利提交之前，另外三种材料的非线性特性研究表明：芳纶29复合材料，光谱盾和不锈钢301(全硬，基础B)-具有非常有趣的结果。参考表格4，芳纶29弹簧强度比玻璃纤维弹簧强度高6.2倍。光谱盾弹簧强度比玻璃纤维弹簧强度高1.45倍，不锈钢的强度是玻璃纤维强度的0.03。芳纶是明显的赢家，因此本发明最佳弹簧的可能的复合材料包括芳纶，光谱盾和玻璃纤维。然而，这些研究指出了本发明的最佳弹簧的弹簧强度的伸长极限的重要性。在这种情况下，报道了一些碳纤维和碳纳米管材料，以及可能使用的具有高延伸极限值的蜘蛛丝材料。虽然这些奇异的材料还不能以合理价格大批量生产。注意在芳纶和光谱盾的比较中，主要区别在于芳纶模量要小得多(10.2msi与17.4msi比较)。因此，选择弹簧材料的另一个因素是模量应该更低-考虑到拉伸应变值是可比的。金属明显地不合适，注塑成型材料如PEBAXX 5533几乎一样糟糕。值得注意的是，这些可注射成型材料是现有技术中的鞋弹簧的材料。因此，这里的芳纶，光谱盾和玻璃纤维的选择是新颖的和可专利的。这种知识是非线性有限元分析的结果，因此不明显。它们在现有技术中也没有提及。其他具有适当的模量，拉伸强度和拉伸应变值(伸长极限)的新型材料也将是适当的。作为碳纤维复合材料，和碳纳米管复合材料或丝绸复合材料等具有高伸长极限值的候选材料也可适用于本发明的最佳弹簧的专利。最后，这里的图33-36的合并臂结构是这里的最佳弹簧的重要候选。

总之，本发明的优化鞋类发明包括很多真正的未来鞋所需要的能力。这些功能包括增强的后跟提升可能达到20％的能量回报，一个最佳的弹簧系统可以减少其最大的鞋子冲击力多达40％，并具有1％的滞后能量损失。有多种增强的脚跟提升理念和防止过度的脚趾下沉的设计。这些需要与铰链连接。有两种基本类型的新型铰链，它们不需要常规的轴和旋转轴承。第一种是增强的新型自然铰链，其解决了复合脆性与更灵活的基体材料的问题。第二种类型是连接嵌齿铰链不使用自然铰链，但仍然可以廉价地制造-即使在鞋中需要小型的连接。值得注意的是，这种连接嵌齿铰链可以用于图27的旋转臂的最佳弹簧，以提供最简单但坚固的铰链用于外部的折叠阵列。有一个鞋子自动电子变速器在其范围内精确运作，并且针对每一步进行了优化-以确保能量回报永远最大化。而且，有一个自动交叉同步滑轮驱动的变速器，使两侧的换挡同步，并接近完全精确的换档器的精确度。值得注意的是，最后一个变速器是简单，便宜和实用地制造。这些变速设计也可以应用于围绕膝盖或肘关节的旋转肢体，并且它们导致智能能量返回护膝。还有一种新颖的滑轮驱动器，其比现有技术更轻，更便宜，更简单和更快。对于增强的脚跟提升能量返回鞋和常规鞋(即所有鞋)，都有新颖的更强大的鞋子冲击充电器。这些可以为变速器的电子驱动器供电，或者可以为诸如移动电话或笔记本电脑等其他便携式设备充电。作为这里所述的弹簧创新的一个分支，有弹性和强力的新型增强弹簧和结构元件。这些在破坏前能量吸收能力是非常强，而在全压缩时，它们的强度要大好几倍。最后，这些产品非常轻，而且它们的设计足够简单，从而可以廉价地生产。此外，轻型和简单的低冲击弹簧在工业上有广泛的应用，其灵活/坚固结构的分拆理念在工业领域如航天和防弹衣具有潜在的应用。对于踝关节和膝关节，有一个旋转臂增强最佳弹簧。总之，这些新颖的功能在广泛的应用中是具有实用价值，例如机器人，假肢，矫形器，弹簧，航天，汽车，防弹衣和地震改造。

有两种方法可以优化用于人员和机器人，假肢和矫形应用的的鞋履的性能和舒适度。有一个最佳的力曲线方法来最小化脚部冲击，这需要具有预加载恒定力曲线的最佳弹簧和用于计算，测量和调整特定用户对于特定类型的跑步或步行的最佳的鞋底总能量的方法。鞋子调整方法提供了基于理论和实践的科学分析，以确定鞋底吸收的最佳能量。基于本发明的优化弹簧在完全挠曲时吸收的鞋冲击能量与鞋底厚度成线性比例的事实，在制造鞋子期间，2维鞋底弹簧的精确切片使得可以提供弹簧用于这个精确计算的鞋子对特定个人的冲击能量。最后，本文公开的本发明的各种设计可以组合或变化多样，本专利中所涵盖的设计在许多领域的普通技术是显而易见。

表格1：各种材料的弹簧强度与挠度的比较

d＝以英寸为单位的偏差；f＝加载力(磅)：t＝以英寸为单位的厚度假设弹簧宽度为一英寸。

卷曲V弹簧的第一部分

第二部分：为弯曲的弹簧(卷曲v形弹簧底部的一半)

表格2：弹跟鞋和传统鞋的弹簧强度综述

这是以一个150磅的跑步者和3吉(450磅)作为最大的地面反作用力为猜想：弹簧材料是玻璃纤维，鞋底的偏转是标称2英寸

表格3：弹跟鞋弹簧强度和传统鞋弹簧强度的计算

这是一个150磅的跑步者和3古(450磅)作为最大地面反作用力为猜想；弹簧材料是玻璃纤维，鞋底偏转是标称2英寸。

表格4：全压缩下镜像卷曲弹簧的非线性有限元分析使用的材料力学参数。

(这里报告了弹簧臂在弹簧全部变平时的厚度，并且在完全压缩时给出弹簧强度，表格1给出了玻璃纤维，碳纤维，PEBAXX 5533和钛的结果。)

三种材料的弹簧强度比值是相同的高度(d)。

表格1的检验表明，弹簧强度F，结果与弹簧高度d呈线性关系，弹簧臂厚度为t，因此，如果您知道d，t和F这一组的值，则可以计算对{d，t}任何值的强度值，也就是说，简单地乘以未知t值与已知t值的比值乘以已知f，可得到未知f，同样对于d(镜像卷曲弹簧厚度d＝2r，其中r是四分之一圆形卷曲弹簧的半径，还要注意的是较链环是相当于两个镜像卷曲弹簧，所以其弹簧强度是表格1所示的镜面卷曲弹簧的两倍。

为三种新材料计算了下列数值{d，t，F}

Claims

1.在描述了本发明之后，这里所要求受到专利保护的是新的专利描述

一种用于人类和机器人步行和跑步的完整的能量回收鞋，其中人类的应用包括正常人的使用，假肢，机器人和矫形器，其中站立周期被分为压缩期和扩张期，其中穿戴和使用鞋的实体被称为用户，其中所述扩张期包括脚跟提升期和脚趾离地期，其中所述的优化鞋包括弹跟鞋(也称为增强提升脚跟鞋)，其包括一个可压缩鞋底其包括

一个脚踏板也称为p-顶在所述的可压缩鞋底的上侧的脚踏板，其中所述脚踏板包括前脚部分和脚后跟部分，

一个脚趾板通过一个脚趾铰链铰接到所述脚踏板，

一个称为p底的接地板在所述可压缩的鞋底下侧，其中所述可压缩鞋底也以说是包括一个称为p结构的通用前倾类似平行四边形的结构，其包括四个p元件，它们是

所述p顶部，

所述p底部，

一个作为通用前侧的p前部，

一个作为通用后侧的p后部，以及

p型枢轴，其中所述p型元件通过四个所述p轴枢(可铰接地)相连，其中所述可压缩鞋底还包括

一个脚趾平行四边形还包括

一个脚趾-p-前部，

一个脚趾-p-后部，

一个脚趾-p-顶部和

一个脚趾-p-底部与所述p型铰链相互连接，其中所述脚趾-p-顶部是与所述的趾板相同且所述趾p型后部与所述p型前部相同；

一个弹簧系统，该弹簧系统阻止所述p结构的鞋底压缩，它存储压缩时的冲击能量，并且它允许所述脚踏板在所述的p结构的鞋底压缩期间相对于所述接地板的向前运动，以及

一个弹跟机制也被称为增强后跟提升机制，

其中所述p型铰链是优选地包括了传统的有轴铰链，颈缩的天然铰链和连接嵌齿铰链的组合，其每个类型可以用于包括零的任何数量的所述p型铰链，其中所述连接嵌齿铰链包括

两个嵌齿末端铰链在它们的圆形末端配有嵌齿轮，其所述的铰链末端铰链相对于彼此旋转(折叠)，

固定在所述圆形末端部的中心的电缆轴，以及

一个将所述两个嵌齿末端铰链的所述的轴紧固连接的狭缝线缆，其中，所述嵌齿末端铰链可以是所述p型元件或所述中心铰链，其中所述圆形端部中的环形狭缝被切割，以允许所述狭缝电缆与所述圆形端部的实心部分交叉，以使所述嵌齿末端铰链旋转时允许所述狭缝线缆自由移动，其中所述弹簧系统不包含直接作用于所述p型铰链之间的弹簧，因为这将在所述p型铰链上施加撤消应力，并且因为这将防止所述弹簧系统的有效承载强度的自动改变-两者都将防止所述的完成优化鞋被优化，

其中所述弹簧系统包括直接弹簧，其直接作用于所述脚踏板和所述接地板之间，并且允许脚踏板相对于所述接地板的向前运动源于平行四边形的作用，其中该负载减小了所述p铰链上的负载，其所述弹脚后跟的机构功能如下，在所述脚后跟提升期的开始期间，所述用户的重量压住所述脚趾板其也压住所述p前部，即使所述弹簧系统用于p扩展所述p结构时，其中该p扩张用于向上提升所述用户的脚后跟增加的距离，所述增加的距离明显地大于所述压缩阶段期间的所述脚后跟部分的压缩距离(其所述增强距离在此称为增强提升脚后跟)，其中所述弹跟机制的目标是通过所述增强的脚后跟提升来实现的，其中所述弹跟机制与跑步和步行的小腿肌肉动作并行地提供能量返回以增强所述用户的弹跳回到扣中，其中这种能量返回是远远大于仅有简单弹簧的传统鞋的能量返回-其并不具有所述弹跟机制，其中这种能量返回大大降低了行走和跑步的代谢能量成本，其中所述弹簧系统不直接和对角地在相对的所述p型铰链之间作用，因为这样的作用防止了所述的防止脚趾下陷的正常工作。

2.如权利要求1所述的完整的能量回收鞋，其中，包括脚趾离地时可防止脚趾下沉的能力，在所述压缩期间所述可压缩鞋底仅部分压缩的情况下，其中所述脚趾下沉意味着在脚趾离地时所述脚趾板的前部大大地下沉，这对于所述用户来说是令人反感的，因为它类似于在沙子中行走或跑步，并且步幅长度是令人烦恼地减少，其中所述防脚趾下沉的能力是可选地并且优选地包括一个自动换档器逐步改变所述弹簧系统的有效负载强度，使得所述可压缩鞋底几乎完全不压缩每一步，其中，由于在一个步内完全压缩所以这就防止了脚趾下陷，其中所述的自动换挡器包括十字同步滑轮驱动的换挡器，该换挡器包括

与所述脚踏板牢固地连接的横向导向件，

与所述脚踏板牢固地连接前向导向件，

一个梯联动包括一个通过铰链可铰接到后梯连杆的前梯连杆，其中在所述梯联动的两侧是彼此的反射图像，其中远离所述前梯和后梯的连杆的末端具有铰链，其是被所述前导向件限制在前后方向上移动，其中所述梯铰链是被限制在通过所述侧向导向件在侧向方向上移动，

一个或多个弹簧片定位在所述前导向件的适当高度处的外面，从而当所述梯联动收缩时，所述前后梯连杆都向外移动以接合逐渐多于所述弹簧片的顶部-通过改变所述弹簧系统的有效弹簧强度来改变挡数，

一个位于脚后跟外侧的同步发动机，其是固定在所述脚踏板上，

一个所述同步发动机的电动机轴，

一个固定在所述发动机轴上的同步滑轮，

一个同步滑轮线，

一个外线卡扣固定地连接在所述用户脚的外侧将所述同步滑轮线与所述后梯杆的底铰链，其中所述同步滑轮的底部(并且这指示所述同步发电机的高度位置)刚好低于所述脚踏板的下方使得所述同步滑轮线可以恰好纵横交错在所述脚踏板下方，

一个内线卡扣固定地连接所述用户脚的内侧的所述同步滑轮线与所述后梯连杆的底部铰链，

一个跨鞋线配置允许所述同步滑轮线路通过所述外线卡的前面和(在所述纵横交错脚踏板下面之后)去穿过所述内线卡扣的前面从而所述后梯连杆的后端在所述脚的内侧和外侧的运动彼此相依(同步)，其所述后梯连杆的后端在两侧的运动确定了所述弹簧片的接合数量，使得在所述脚的两侧换挡是同步的，其中所述交叉鞋线配置包括多个重定向滑轮，确保内外挡数变化同步，

一个所述脚踏板上的捕捉位置传感器，

一个位于所述接地板底部的冲击力传感器，

一个靠近所述同步发动机的微处理器，

一个控制上述电子设备的电路，以及

一个电源，其中所有这些电子设备都是电连接的，其中所述冲击力传感器在步行中测量最大冲击力，并将其发送到所述微处理器，然后使用查找表来确定所述弹簧片的适当数量，以至于在下一步中几乎没有完全的鞋底压缩,其中所述微处理器向所述同步发电机发出信号以使所述内部和外部线路移动适当的距离，使得所述梯形铰链侧向移动以接合适当数量的所述弹簧片，以在下一个步骤中具有最佳几乎完全的鞋底压缩，其中该换挡是自动连续的，其中所述弹簧片的数量确定挡数的数量，因此确定所述挡数变化的精确度，其中所述电源是一个电池但其优选是冲击充电器，其在每一步使用脚冲击来产生所述电力，其中所述电源包括简单的冲击式充电器，所述冲击式充电器包括：

所述的脚踏板

所述的接地板

一个简单的杆

一个支撑柱坚固地连接到所述的接地板，

一个发电机滑轮支撑牢固地连接在所述的简单的支柱上，

一个简单卷绕弹簧附加在所述的简单的杆，和

一种发电机组件，其包括

一个单向离合器/倒带弹簧组件

一个发电机双滑轮，其包括用于两条线的第一滑轮和第二滑轮，

一个小型发电机，

一个发电机轴，

一个固定在发电机轴上的飞轮，

一个电池，

一个安装在所述脚踏板上并连接到所述发电机双滑轮的所述第一滑轮上的脚踏板侧发电机滑轮线，以便当所述脚踏板向下压缩时沿第一滑轮方向旋转，

弹簧侧发电机滑轮线连接着所述简单的卷绕弹簧的一侧和另一侧的所述发电机的双滑轮的第二滑轮，其中当所述脚踏板拉所述脚踏板侧发电机的滑轮线去旋转所述发电机的双滑轮在第一滑轮的方向，其中所述弹簧侧发电机滑轮线延伸所述简单的卷绕弹簧-这反过来去旋转所述的发电机双滑轮在第二滑轮方向，在鞋底扩张时所述脚踏板向上移动，其中这两个对立的拉扯防止在这两个滑轮线的任何松懈，其中相反的拉扯称为对立双滑轮防松装置，其基本思想是优化对足部冲击去旋转微型发电机给蓄电池充电，该电容器可以用来代替电池，其中说微型发电机是固定地安置在所述发电机滑轮的支撑，其中所述发电机轴可旋转地支承所述发电机双滑轮，所述飞轮和所述单向离合器/卷绕弹簧组件，其中所述发电机双滑轮经由所述单向离合器/卷绕弹簧组件安装在所述发电机轴上使得当所述脚踏板在鞋底压缩期间向下拉所述脚踏板侧发电机滑轮线时，所述发电机轴仅在所述第一滑轮方向上转动，其中当所述发电机双滑轮在所述第二滑轮方向上旋转时，所述发电机双滑轮通过所述单向离合器/卷绕弹簧组件脱离所述发电机轴，其中，所述飞轮自由地继续旋转所述发电机轴以产生电能当鞋底伸展时和鞋在半空中处于摆动阶段时，其中每一步都增加该旋转，其中，所述脚踏板具有足够的鞋底行程，使得其可以使用所述简单的整体式冲击式充电器而没有任何额外的机械优点，并且所述简单的整体式冲击充电器可以与所述鞋底结构成一体。

3.如权利要求2所述的完整的优化鞋，其中，所述冲击充电器包括增强的整体式冲击充电器，其包括一个或多个双滑轮，每个双滑轮还包括彼此固定连接的第一滑轮和第二滑轮，其中它们共享相同的轴使得它们一起旋转，其中所述增强的整体式冲击充电器包括：

所述的脚踏板，

所述的接地板，

所述的支撑柱坚固地连接到所述的接地板

所述的发电机组件安装在所述的发电机的滑轮支撑上，

一个额外的机械利益机制，包括

一个发电机滑轮支撑牢固地连接到所述的支撑柱，

一个卷绕杠杆，其通过一个杠杆轴铰接地安装在所述脚踏板上，稍微在脚跟的外侧，

一个卷曲的杠杆延伸部，其是所述的卷绕杆顶部的卷绕延伸，

一个所述卷绕杆的低端上的杠杆辊，其允许所述低端在其围绕所述杠杆轴旋转的同时沿其正在冲击的表面滚动，

一个充电器装置双滑轮，

一个内装置双滑轮，其固定地连接在所述充电装置双滑轮上并共用相同的轴；

一个牢固地连接到所述接地板上的卷绕支架，

一个安装在所述卷绕支架上的卷绕滑轮，

一个安装在所述卷绕支架上的反卷绕滑轮，

一个装置卷绕线，

一个装置反转卷绕线，

一个发电机卷绕线，

一个发电机反向卷绕线，和

一种装置去保持所述装置卷绕线，所述装置反向卷绕线，所述发电机卷绕线和所述发电机反向卷绕线紧固，其中，所述充电器装置双滑轮固定地连接到所述内装置双滑轮以便它们一起旋转，并且它们的共用轴可旋转地安装在固定地连接到所述接地板的所述卷绕支架上，其中，所述脚踏板的向下运动使得所述卷绕杆的底端通过所述卷绕杠杆辊撞击所述接地板，使得所述卷绕杠杆逆时针旋转直到其达到最终几乎水平，于是所述装置卷绕线被所述顶部以使所述内装置双滑轮旋转，其中所述装置卷绕线连接到所述卷绕杠杆的直顶部，使得其经由所述卷绕滑轮逆时针旋转所述内装置双滑轮(通过所述第一滑轮)，通过所述卷绕杠杆优化拉动的方向，其中，所述装置反转卷绕线连接到所述卷曲的杠杆延伸的顶部，并且所述反转卷绕线围绕所述反转卷绕滑轮绕与所述内装置双滑轮的所述第二滑轮-在与所述装置卷绕线其中，所述反卷绕滑轮的位置被选择为去优化所述卷曲的杠杆延伸的顶部的拉动方向，因为其在所述鞋底的扩张期间顺时针旋转所述内装置双滑轮，其中所述的相反的牵引，所述装置卷绕线和所述装置反向卷绕线–协调所述内装置双滑轮在两个方向上旋转，作为防止这些滑轮线中松弛的第一措施，其中所述保持拉紧所述每一个装置卷绕线提供所需的额外所需措施完全防止这种松弛，其中这些元件的尺寸被调整使得每条线的拉伸长度大致相同，其中所述发电机卷绕线和所述发电机反向卷绕线连接并占据所述充电器装置双滑轮的所述第一滑轮和所述第二滑轮，以提供相反的拉力以旋转所述发电机组件的所述发电机双滑轮，其中实现两个旋转方向的这些相反的拉力是通过所述发电机卷绕线和所述发电机反向卷绕线完成的，其中所述发电机组件的元件以与之前相同的方式起作用，其中每一步所述发电机轴旋转更多一个数量级-由于所述附加的机械效益机构提供的额外的机械效益，所述附加的机械效益机构包括所述充电器装置双滑轮和所述内装置双滑轮，其中所述增强的整体式冲击充电器提供充足的电力，其中这些各种双滑轮上的这些相反的拉力是所述相对的双滑轮防松弛装置的实例。

4.如权利要求1所述的完整的优化鞋，其中所述弹簧系统包括调节的联动展开的铰接环形弹簧，其包括联动展开的铰接环形弹簧和用于调节力曲线的一个或多个辅助弹簧，其中所述联动展开的铰接环形弹簧包括

包括一个镜像半环部分的铰接环形弹簧，

一个环铰链在所述铰链环弹簧的任何一侧上连接所述半环部分，

一个包括镜像的部分的内部联动，以及

一个负载机构用于镜像负载表面以加载所述联动展开铰接环形弹簧，其中所述顶部负载表面是所述脚踏板和所述底部负载表面是所述接地板，其中所述负载机构包括交叉的中心链接负载元件是固定在所述顶部负载表面和所述底部负载表面，其中所述交叉的中心连杆负荷元件相对于所述铰接的环形弹簧的顶部和底部部分以这样的方式负载力可以直接传递到所述内部联动(从而传递到所述环形铰链)而不接触所述铰链环弹簧的顶部和底部，其中这种布置确保所述联动展开的铰接的环形弹簧的力曲线首先升高，然后弯曲，然后随着所述内部联动的连杆对齐而减小到零，其中这是因为所述顶部负载表面和所述底部负载表面不直接撞击所述铰接环弹簧的顶部或底部(这将使所述铰接环弹簧的所述第一力曲线成直线)，其中所述环形铰链优选是天然铰链，在这种情况下，所述铰链环形弹簧是整体式的，其中所述内部连杆加载所述铰链式环形弹簧，并且该加载仅发生在所述环形铰链而不是所述铰链环形弹簧的顶部或底部，其中所述联动展开的铰接的环形弹簧的力曲线首先增加然后弯曲，最终在完全展开时变为零，其中所述辅助弹簧提供辅助力曲线并且定尺寸和定位在所述脚踏板和所述接地板之间以接收它们的负荷，当所述可压缩鞋底已经部分压缩到所述联动展开铰接环形弹簧的力曲线弯曲并开始减小时刻，其中所述辅助弹簧的强度和厚度被选择使得(对于所述联动展开铰接环形弹簧和所述辅助弹簧来说)合并力曲线在后面的鞋底压缩部分变得近似恒定，其中所述内部联动包括

中间的链接反映在每边和顶部和底部，

大多数垂直的链接反映在每边和顶部和底部，

撞击器连杆位于相对的所述环形铰链之间的所述铰接的环形弹簧的中间，

连接所述大多数垂直连杆与所述中心连杆的拐角铰链，而且

撞击铰链连接所述大多数垂直连杆和所述的撞击链接，其中所述拐角铰链和所述撞击铰链可以是传统的带有轴承的金属轴铰链，但是自然铰链是优选-而所述连接嵌齿铰链对于小尺寸范围的鞋底弹簧是最优选的，其中所述辅助弹簧定位在反映的所述中心连杆之间，或者它们可以位于所述联动展开铰接环形弹簧的外部，其中所述撞击器连杆向外推压所述环形铰链以使所述联动展开铰接环形弹簧变平，其中，所述辅助弹簧是优选主铰链环弹簧的较小的模型，在这种情况下，所述调节后的铰链联动展开式铰链环形弹簧的所有元件在完全压缩下变平，以使其初始高度与其完全压缩高度的压缩比最大化，其中主要的所述铰接环形弹簧可选地包括一个或多个彼此嵌套的铰接环形弹簧，其中所述联动展开式铰接式环形弹簧的强度通过添加每个附加的嵌套式铰接式环形弹簧显著增加因为其厚度稍微减少，其中所述铰接环弹簧的顶部和底部是圆形的，以允许所述脚踏板相对于所述接地板向前运动，其中所述铰接的环形弹簧在鞋底压缩开始之前被定向向后倾斜，使得其在全部的鞋底压缩时垂直地取向。

5.如权利要求4所述的完整的优化鞋，其中所述环铰链包括多层复合材料环和增强天然铰链，其中所述增强天然铰链在所述环铰链上方和下方延伸一小段距离，使得它们作为弹簧压缩时环绕所述的撞击链接，其中可以使用一种或多种以下方法的来使所述增强的天然铰链更加柔韧，使得其能够承受大量的弯曲占空比而不会由于疲劳而破裂，其中第一种方法是增加所述冲击链接的圆形端部的半径，其中第二种方法(参照更柔性的环绕冲击部分)将增加所述矩阵的塑性或挠性，其中第三种方法是减少层数，其中第四种方法根本不使用树脂或基质-可选择用橡胶浸渍物保护“裸露层”，其中第五种方法是将铰链护套粘附到内外部的所述增强的天然铰链以保护其免受灰尘和磨损，其中第六种方法是使减少数量的外层逐渐变长——以便当它们环绕所述冲击链接时它们不会破裂。

6.如权利要求4所述的完整的优化鞋，其中，所述铰接环形弹簧的弹性元件是由弹性强的材料制成，这些材料最可能是具有高延伸极限的纤维复合材料，具有高拉伸强度，与其拉伸强度相比并不那么高，从而使得韧性(储存的弹簧能量)受到损害，其中非线性有限元分析表明芳纶复合材料是首选材料，因为它提供了最高的环弹簧强度-其次是光谱复合材料，是芳纶强度的23％，其次是芳纶强度16％的E型玻璃纤维，其次是芳纶强度1％的PEBAXX5533，其中现有技术的鞋式弹簧使用可注射模制的材料，例如PEBAXX 5533，其远非最佳，其中纤维复合材料也是优选的，因为它们具有非常低的机械滞后损失-约为1-2％，与注射模制的材料的机械滞后损失20-50％比较，例如热塑性聚氨酯(例如pellethane 2363或PEBAX5533))，其中可以使用具有与芳纶类似的用于柔性和弯曲强度的关键参数的任何其他材料，其中其他适当的材料包括Vectran，新型碳纤维复合材料和碳纳米管复合材料-都具有高拉伸强度和高的伸长率极限值，以及来自蜘蛛丝的复合材料-只要这些新材料可以以低成本批量生产。

7.如权利要求4所述的完整的优化鞋，其中所述联动展开式铰接环形弹簧还包括合并臂铰接式环形弹簧，

一个上多臂拱，

一个低多臂拱，其中这些臂通过任何一侧上的增强的天然铰链铰接地连接，其中这些多臂拱中的每一个包括两个或更多个相邻拱臂，所述两个或更多相邻拱臂相对于另一相邻拱臂彼此凸出和分离，其中所述相邻拱臂在所述合并臂联动展开的铰接环形弹簧的完全压缩的过程中逐渐彼此合并，其中所述相邻拱臂之间的空间被称为臂间空隙，所述臂间空隙在压缩过程中和臂间合并过程中减少尺寸，其中强度和韧性(指的是吸收了多少冲击能量)都大大增强，因为在压缩过程中所述相邻弓臂的弯曲显着增强，并且由于弯曲元件的有效强度随着由于其厚度的立方，并且数量n合并的相邻拱臂的厚度是每个相邻拱臂的厚度的n倍，其中任选地可能增加或减小所述相邻拱臂之间的摩擦，其中存在用于所述臂间空隙的形状的多种策略，以改变所述合并臂联动展开式铰接环形弹簧的力曲线，诸如延迟所述臂间空隙的合并。

8.一种调节式联动展开铰接环形弹簧，其包括一个联动展开铰接环形弹簧和一个或多个用于调节力曲线的辅助弹簧，其中所述联动展开铰接式环形弹簧包括：

一个铰接环形弹簧包括反射半环部分，

一个所述铰链环弹簧的两侧上的环铰链连接所述半环部分，

一个包含反射的部分的内部联动，以及

一个负载机构，用于反射负载表面以加载所述联动展开的铰接的环形弹簧，其中所述负载机构在顶部和底部都包括交叉的中心连杆负载元件，所述交叉的中心连杆负载元件固定地连接到所述顶部负载表面并且连接到所述底部负载表面，其中所述交叉的中心连杆负荷元件相对于所述铰接的环形弹簧的顶部和底部部分以这样的方式负载力可以直接传递到所述内部联动(从而传递到所述环形铰链)而不接触所述铰链环弹簧的顶部和底部，其中这种布置确保所述联动展开的铰接的环形弹簧的力曲线首先升高，然后弯曲，然后随着所述内部连杆的连杆对齐而减小到零，其中这是因为所述顶部负载表面和所述底部负载表面不直接撞击所述铰接环形弹簧的顶部或底部(这将使所述铰接环形弹簧的所述第一力曲线成线性)，其中所述环形铰接优选地是天然的铰链，在这种情况下，所述铰接环弹簧是整体式的，其中所述内部联动装载所述铰接式环形弹簧，并且该载荷仅发生在所述环形铰链处，而不发生在所述铰接式弹簧的顶部或底部，其中，首先扩大铰链环弹簧然后弯曲，最终在全面展开的时候达到零点，其中所述辅助弹簧提供辅助力曲线是尺寸设置和定位在所述脚踏板和所述接地板之间，在当所述可压缩鞋底部分地压缩到所述联动展开式铰接环弹簧的力曲线弯曲和开始减小时接收它们的负载，其中所述辅助弹簧的强度和厚度被选择使得(对于所述联动展开的铰接的环形弹簧和所述辅助弹簧来说)合并力曲线在后面的鞋底压缩时变得近似恒定，其中所述内部联动包括

中间的链接反映在每边和上下，

大多数的垂直链接反映在顶部和底部的每一边

撞击器连杆位于所述铰接的环形弹簧的中间，其位于相对的所述环形铰链之间

拐角铰链连接所述大多数垂直连杆与所述中心连杆，

拐角铰链连接大多数垂直连杆和所述撞击式铰链，其所述拐角铰链和所述撞击式铰链优选地包括传统的有柄铰链，颈缩式天然铰链和连接嵌齿铰链的组合，其颈缩式天然铰链和连接嵌齿铰链–其每一类都可以用于任何数量的所述拐角铰链以及包括零的所述撞击铰链，其中，所述连接嵌齿铰链包括

两个嵌齿末端铰链在他们的圆端上的铰链，其中所述末端铰链相对于彼此旋转(折叠)，其中所述末端铰链可以是所述撞击器连杆或所述大多数垂直连杆或所述中心连杆，

可固定地连接在所述圆形端部的中心的电缆轴，以及

所述两个所述嵌齿末端铰链的所述轴紧固地连接有狭缝电缆，其中在所述圆端部切割环形狭缝，以允许所述狭缝电缆与所述圆端部的实心部分交叉，当所述齿轮端连杆旋转时以允许所述狭缝电缆的自由移动，其中所述辅助弹簧定位在反射的所述中心连杆之间，或者它们可以位于所述联动展开式铰接环形弹簧的外部，其中所述冲击连杆向外推压所述环铰链以使所述联动展开式铰接环形弹簧变平，其中所述辅助弹簧优选的是所述主铰接环形弹簧的较小模形，在此情况下，所述调节联动展开式铰接环形弹簧的所有元件在完全压缩下使其初始高度的压缩比最大化到其完全压缩的高度，其中主要的所述铰接的环形弹簧可可选地包括一个或多个彼此嵌套的铰接的环形弹簧，其中通过增加每个附加的嵌套的铰接的环形弹簧来显著地增加所述联动展开的铰接的环形弹簧的强度，因为其厚度是其中所述调节的联动展开式铰接环形弹簧可以用于各种各样的弹簧应用，包括传统的鞋子和增强的后跟提升鞋。

9.如权利要求8所述的调整式联动展开式铰接环形弹簧，其中所述环形铰链包括多层复合材料环和增强天然铰链，其中所述增强天然铰链在所述环形铰链上方和下方延伸一段小距离，使得它们环绕所述撞击器随着弹簧压缩而进行，其中可以使用一种或多种的以下方法中来使所述增强的自然铰链更加柔韧，从而使其能够承受大量的弯曲的工作周期而不会由于疲劳而断裂，其中第一种方法是增加所述撞击器的圆端部的半径，其中第二种方法(参考更柔韧的环绕式撞击器部分)是为了增加模型的可塑性或灵活性，其中第三种方法是减少层数，其中第四种方法根本不使用树脂或基质-可选择用橡胶浸渍保护“裸露的层”，其中第五种方法是将铰链护套粘附到所述增强天然铰链的内部和外部以保护它免受灰尘和磨损，第六种方法是减少层数的外层逐渐加长-以便它们不会因为环绕所述冲击链接而断裂。

10.如权利要求8所述的调整式联动展开的铰接环形弹簧，其中所述铰接环形弹簧的弹性元件是最可能由具有高伸长极限的纤维复合材料的高弹性材料制成，具有高拉伸强度，与拉伸强度相比，其模量不高，从而使得韧性(储存的弹簧能量)受损，其中非线性有限元分析表明，芳纶复合材料是优选的材料，因为它提供了最高的环弹簧强度-其次是光谱盾构复合材料的强度是芳纶的23％，其次是e-玻璃纤维，其强度是芳纶的16％，之后是PEBAXX5533，其强度是芳纶的1％，其中现有技术的鞋式弹簧使用可注射模制的材料，例如PEBAXX5533，其远非最佳，其中纤维复合材料也是优选的，因为它们具有非常低的机械滞后损失——约为1-2％与可注射模制的材料的20-50％的机械滞后损失相比(例如热塑性聚氨酯(例如pellethane 2363或PEBAX 5533))，其中可以使用具有与芳纶类似的用于柔性和弯曲强度的关键参数的任何其他材料，其中其他适当的材料包括Vectran，新型碳纤维复合材料和碳纳米管复合材料，两者具有高拉伸强度和高延伸极限值，以及由蜘蛛丝衍生的复合材料，前提是这些新型材料可以低成本批量生产。

11.一种合并臂的弯曲弹簧，其包括一个或多个相邻的柔性层，在它们之间具有层间空隙，使得所述相邻的柔性层首先接触，然后与相邻的相邻层分离，然后再次接触在一起，其中当所述合并臂弯曲弹簧弯曲，所述相邻的柔性层合并，并且所述层间空隙消失，其中，当将所述合并臂弯曲弹簧与具有相等厚度的固体材料的固体弹簧进行比较时，能够吸收明显更多的能量，并且有可能实现更多地弯曲而不断裂，其中当所述相邻柔性层的构造朝向弯曲的外侧时，所述层间空隙具有逐渐更大的宽度，其中所述合并臂进一步弯曲包括合并臂铰接环形弹簧其包括

一个上多臂拱

一个下多臂拱，其中这些都是通过增强自然铰链两边铰接连接，其中每个这些多臂弓包括两个或多个相邻的拱臂，从邻近的弓臂凸出和分离，所述相邻的拱臂逐渐融合彼此在充分压缩过程中融合联动传播所述臂铰接环弹簧，其中相邻拱臂的空间被称为臂间空隙其在臂间合并压缩过程中减少尺寸的大小，其中的强度和韧性(指多少冲击能量吸收)大大增强因为有明显增强的伸缩在所述的相邻拱臂压缩过程中和由于有效强度一个弯曲的元素作为其厚度的立方和厚度N合并相邻的拱臂是n次相邻的拱臂的厚度，其选择可能增加或减少所述相邻拱臂的之间的摩擦，其中，对于所述臂间空隙的形状有多种策略，以改变所述合并臂联动展开铰链环弹簧的力曲线，例如延迟所述臂间空隙的合并。

12.如权利要求11所述的合并臂弯曲弹簧，其中诉述的增强自然铰链包括

一个或多个内拱臂，

一个或多个内连续铰链层，

一个或多个外拱臂，

一个或多个外部连续铰链层，以及

在外侧和/或内侧上的铰链护套，其中所述相邻的拱臂现在包括例如所述内拱臂和所述外拱臂中的每一个是包括多个层片的复合层压件，其中所述内拱臂中的所述层片中的一个是所述内连续铰接层和所述外拱臂中的所述层片中的一个是所述外连续的铰接层–这意味着这些是延伸到所述合并臂联动展开的铰接环形弹簧周围的层的延续，其中目标是实现用于所述进一步增强的天然铰链的弯曲的高疲劳工作循环，其中通过使用两层来缠绕所述冲击链节来减小厚度是一种改进，增加所述外部连续铰链层的长度是第二改进，结合所述铰链护套以保护和封闭所述进一步增强的天然铰链是第三改进，和不使用模型或更柔性的基质材料(例如橡胶材料)是第四种改进，其中所述内部连续铰链层和所述外部连续铰链层可以任选地包括更多层，只要这些增加的层仍然足够柔韧。

13.如权利要求11所述的合并臂弯曲弹簧，其包括一个所述合并叠片梁包括两个或更多个相邻的连续的合并叠片，所述合并叠片是波状的并且是重复的，其中当它们的数量是两个时，例如它们彼此偏移，上面的最高点面对下面一个的最低点，其中上面一个的最低点是位于下面一个的最高点之上——就好像它们是180度异相一样，其中每个相邻的连续合并层压板在被加载时变平和合并，其中各种构造和类型的合并加载是可能的，其中所述多个相邻的连续合并层压板梁可以是弯曲的，使得它们在加载下弯曲或者它们可以是平坦或稍微弯曲，使得它们大多在负载下变平和压缩，或者它们可以围绕如防弹衣的情况那样包围空间，使得它们主要压缩，但在负载下也稍微弯曲，其中由于重叠构造而没有弱接缝，其中任何数量的相邻连续的合并层压材料可以以类似的方式组合，其中强度和韧度(指的是吸收了多少冲击能量)是大大地增强，因为在压缩过程中所述相邻拱臂的弯曲显著增强，并且因为弯曲元件的有效强度取决于其厚度立方体，并且邻近拱臂合并的数量n的厚度是每个相邻的连续合并层合物的厚度的n倍。

14.用于用户的通用换档器——用于鞋，假肢鞋，矫形鞋或机器人脚，包括

一个脚踏板

一个接地板，

一个可压缩的鞋底，和

一个换档弹簧系统，其中所述通用换档器包括：

一个侧面弹簧部分包括一个或多个侧面弹簧，其所述侧面弹簧不直接位于所述脚踏板的下面，使得它们能够在鞋底压缩过程中脱离而不被压缩，

所述可压缩鞋底的脚下弹簧部分包括一个或多个足底弹簧，这些弹簧在鞋底压缩期间必然总是被压缩，

用于接合或脱离所述侧部弹簧的侧部弹簧接合和脱离机构，其中所述使用者可以是人类或机器人，其中人类应用是正常的，矫形器和假肢，其中所述侧部弹簧必须在使用者两侧平衡，并且一种方式是在使用者的脚的两侧使用侧面弹簧，其中，换档是相当于改变所述弹簧系统的有效强度，其中所述侧面弹簧接合和脱离机构包括一个或两个侧面设置机构和两个侧面可更换弹簧系统，其中所述侧面可变弹簧系统必须位于所述使用者脚的两侧以平衡穿过所述使用者脚的弹力，其中所述侧换挡设定机构可位于两侧，但优选仅位于外侧以减小体重，以减少装置在内侧的侧面突起，并降低装置的成本-在这种情况下，需要同步器机构来将所述侧面可更换弹簧系统的设置从属于所述使用者的脚的内侧以在所述使用者的脚的外侧设定所述侧齿轮设定机构。

15.如权利要求14所述的通用换挡器，其中，可选地并且优选地包括自动换挡器，以逐步地改变所述弹簧系统的有效载荷强度，使得所述可压缩鞋底几乎不会在每一步完全压缩，其中这防止了脚趾凹陷，因为在一步内完全压缩，其中所述自动换档器包括交叉同步滑轮驱动的换档器，其包括：

坚固地连接到所述脚踏板的侧向引导件，

坚固地连接到所述脚踏板的前导向件，

一个梯铰链包括一个前梯连杆可通过梯铰链铰接地连接到一个后梯连杆，其中在所述梯连杆的两侧具有彼此反射的图像，其中远离所述前梯和后梯端部的链节具有铰链，其所述铰链被所述前导向件限制在前后方向上移动，其中所述梯铰链被所述侧向导向件限制在侧向方向上移动，

一个或多个弹簧片定位在所述前导向件的适当高度处，从而当所述梯联动收缩时，然后所述前后梯连杆都向外移动以接合逐渐多于所述弹簧片的顶部-以通过改变所述弹簧系统的有效弹簧强度来变挡，

一个位于脚跟外侧的同步发电机和固定在所述脚踏板上，

一个所述同步电动机的电动机轴，

一个固定在所述电机轴上的同步滑轮，

一个同步滑轮线，

一个外线卡扣固定连接到所述同步滑轮线和所述的后梯连杆的底部铰链在所述用户的脚的外侧上，其中所述的同步滑轮的底部(和这决定了所述同步发电机的高度位置)在所述脚踏板的下方使所述同步滑轮线能够在所述脚踏板下方纵横交错，

一个内线卡扣将所述同步滑轮线固定连接在所述使用者脚的内侧上的所述后梯连杆的底铰链上，

允许所述同步滑轮线经过所述外线卡扣和(在所述脚踏板下方一些交叉之后)经过所述内线卡扣的前方经过，从而所述后梯链接的后端的运动在所述脚的内侧和外侧相互啮合(同步)，其中所述后侧梯的后端在两侧上的连接的运动决定多少个所述弹簧片接合，使得所述装置在所述两侧脚是同步的，其中，所述跨足线配置包括多个重定向滑轮以确保内外专置变化是同步的，

一个在所述脚踏板上的捕获位置传感器，

一个在所述接地板的底部上的冲击力传感器，

一个所述同步发电机附近的微处理器，

一个控制上述电子设备的电路，以及

一个电源，其中所有这些电气设备是电连接的，其中所述冲击力传感器在一个步骤中测量最大冲击力，并且将其发送到所述微处理器，然后使用查找表来确定所述弹簧片的适当数量以便在下一步骤中几乎完全鞋底压缩，其中所述微处理器发信号通知所述同步发电机以使所述内外线卡扣移动到适当的距离，使得所述梯铰链侧向移动以接合适当数量的所述弹簧片在下一步以达到几乎没有完全的鞋底压缩，其中该变速是连续自动的，其中，所述弹簧片的数量决定挡数的数量，从而确定所述换档的精度，其中所述电源可以是电池，但是优选地是冲击充电器，其使用足部冲击以在每一步中产生所述电力。

16.如权利要求14所述的通用换挡器，其中，所述使用者是具有机器人脚的机器人，其中所述侧向弹簧可选地包括位于所述机器人脚的中心区域中的中央区段，其中这是因为所述机器人脚可以分成多个区段其不完全和连续地覆盖所述机器人脚，这对于人脚不是这样，其中所述机器人脚的所述可压缩鞋底然后可以被压缩而不会使所述位于中心的部分被压缩。

17.如权利要求14所述的通用换挡器，其中，所述侧向弹簧和所述脚踏弹簧是2维弹簧，其中所述2维弹簧在其宽度上是均匀的，其中所述2维弹簧的弹簧强度与它们的宽度成线性比例，其中所述2维弹簧可以被非常精确地选择，其中所述二维弹簧可以围绕轴旋转其宽度从一侧延伸到另一侧，其中所述二维弹簧可以在垂直于所述轴的任何平面中切片，其中所述二维平面也被称为切片，其中换挡的一种方法是切割所述外部弹簧，并与所述侧部弹簧接合/分离机构接合和分离它们。

18.如权利要求17所述的优化的鞋子，其中所述通用换挡器包括精确的电子自动换挡器，其中所述侧挡数设定机构包括精确的自动侧挡数设定机构，并且所述侧面可换簧片系统包括精确的自动侧面可更换弹簧系统，其中自动侧挡数设定机构包括

一个固定连接在所述接地板上的电子驱动器，

一个微处理器，

一个所述微处理器的程序中的查找表，

一个附接到所述接地板的底部的力传感器，

一个位置传感器，和

一个电源，其中所述电子元件通过电线连接，其中所述微处理器和所述位置传感器附接到所述接地板的向上延伸部分，其中所述精确自动侧面可更换弹簧系统包括

一个杠杆柱，

一个杠杆铰链，

所述脚踏板和所述脚踏板的底面上的一个脚踏板棘轮，

一个杠杆通过所述杠杆铰链铰接地连接到所述杠杆柱的顶部，其中所述杠杆水平地取向，除非所述脚踏板在鞋底压缩过程中将其向下旋转，

一个杠杆棘轮，它是所述杠杆下侧的齿形表面，

一个可固定地连接在所述接地板上并且在所述接地板上纵向延伸的导向柱，以便所述杠杆柱被向前和向后滑动，

一个主弹簧，优选地是所述带有所述环形铰链的所述调节的联动展开铰接的环形弹簧，其中所述主弹簧向后倾斜并且在其底部固定地连接到所述斜坡，

一个接合弹簧螺栓，连接在所述调节后的联动展开的铰接环形弹簧的倾斜的向后顶部，

一个可固定地连接到所述接地板上的斜坡，其中所述主弹簧是固定地连接到所述斜坡并向后倾斜，

一个坚硬的配电变压器，

一个端杆锁扣，它通过所述卡扣支架可旋转地连接到所述杆的端部，其中，所述端杆锁扣在其顶侧上具有齿，并且其位于所述脚踏板棘爪的正下方，并通过脚板棘爪当所述踏脚板在脚后跟撞击时开始压缩时以便由所述脚踏板接合和拉下，

一个移动杆锁扣，它通过所述锁扣保持器可旋转地连接到所述锁紧弹簧螺栓上，从而只有当所述锁杆被所述杠杆拉下时，所述杠杆才能被所述脚踏板棘爪拉下，和

可选的同步器组件，用于将所述使用者的脚内侧的换档从属于所述使用者的脚外侧的换档；在这种情况下，所述精确的自动侧杠杆设定机构仅在所述使用者的脚的外侧需要，其中换档是按如下方式完成的：首先，所述力传感器记录一个步骤中的最大冲击力，并且将该值连同由所述位置传感器测量的所述杆柱的位置一起传送给所述微处理器，其中所述微处理器然后使用所述查找表来计算所述杠杆柱的适当的下一个位置以确保完全的鞋底压缩，其中-在紧随脚趾离地之后的摆动阶段中，所述微处理器将所述信号发送到所述电子驱动器以将所述杠杆柱移动到其所述正确的下一个位置，其中所述杆柱的位置决定所述杆的旋转向下拉动到所述接合弹簧螺栓上以压缩所述主弹簧多远，这就是如何设置有效的挡数，其中这种设置与所述杠杆柱的定位一样精确，其中所述杠杆柱是移动到摇摆期当所述主弹簧上没有力的情况下以及当所述端杠杆卡扣与其各自的棘爪保持分离，其中所述斜坡的所述斜面被调节以确保所述杆拉动所述接合弹簧螺栓的端部的旋转运动最佳地与作为所述脚踏板的所述接合弹簧螺栓的运动对于所述后跟流行鞋稍微向前和向下移动或者向下用于常规鞋，其中所述电源由电池或冲击充电器提供，电容器或一个小电池。

19.如权利要求18所述的优化的鞋子，其中，精确的电子自动换挡器包括一个上述脚部精确的电子自动换挡器其包括

一个接地板支持

一个脚踏板支持，和

一个驱动器杆，其中所述精确的自动侧面可更换弹簧系统和所述精确的自动侧面可更换弹簧系统现在通过所述接地板支撑件位于所述用户的脚的上方，其所述接地板支撑件从所述接地板向上延伸并穿过所述用户的脚的顶部去支撑所述斜坡和所述导柱，其中所述脚踏板支撑件在任一侧上从所述脚踏板向上延伸，然后向后延伸以提供沿着其底侧具有所述脚踏板棘轮的水平元件，以便拉下所述接合弹簧螺栓，其中所述致动器棒横跨使所述使用者的足部前后左右移动所述杠杆杆-以换挡，其中所述上述脚精密电子自动换挡器的功能与所述精确电子自动换挡器的功能相同，其优点是不需要在所述脚的两侧的所述精确的电子自动换挡器，而只需要一个居中定位的所述主弹簧。

20.如权利要求17所述的优化的鞋子，其中所述通用换挡器包括机械自动换挡器，该机械自动换挡器包括机械自动换挡其包括，

侧切片弹簧组件，其中所述侧面弹簧被切片成也是所述2维弹簧的两个或更多个切片弹簧，

一个附连到所述脚踏板的正组件，

一个附连到所述脚踏板的负组件，

一个释放/重置组件，

一个连接到所述脚踏板的棘爪/导向组件，

一个坚固地连接到所述接地板并从所述底接地板向上延伸的棒组件，

一个齿条和小齿轮组件，其包括：

一个前架，

所述前架上的机架销，

一个双齿条和小齿轮，

一个可旋转的螺栓销接合器，和

一个机架螺栓，其目标是在当前步骤中制造压缩标记，该压缩标记表示所述脚踏板在多大程度上压缩，从而增加或减少或保持所述压缩-接合的所述切片弹簧的接合切片数量以抵抗所述并且在鞋底的扩张期间吸收和返回所述的冲击能量，其中，当接合的所述切片弹簧没有被压缩时，在下一个摆动阶段中改变或者不改变所述接合的切片数量，从而在下一个步将会有一个更加优化的鞋底压缩在所述脚踏板刚好几乎不完全压缩，其中所述齿条螺栓侧向移动以接合和脱离所述切片弹簧，其中所述正组件起作用以增加所述接合片数，使得所述鞋底压缩较少，所述负组件起作用以减小所述接合片数，使得更多所述压缩，其压缩标记由所述掣爪/导引组件和所述杖组件构成，其中所述掣爪/导引组件包括弯曲杆和正爪和负爪，所述正爪和负爪沿正导向器和负导向器移动以改变整套弹簧的长度，其中所述棒组件包括位于特定位置的棒以安装所述压缩标记，其中当所述脚踏板压缩到一定压缩距离时，所述弯曲杆转动和所述负爪或所述正爪移动以改变并保持所述弹簧的长度，其中保持所述设定弹簧的长度是必要的，因为所述前置齿条不能被所述设定弹簧移动直到所述下一个摆动阶段，其中所述释放/复位组件释放所述正爪，所述负爪和所述设定弹簧仅在所述鞋底压缩的开始时，使得所述机械自动换档器被重置为中性配置，以开始确定所述当前步骤的所述压缩标记，其中在所述下一个摆动阶段期间，由于所述可旋转的螺栓销接合器与所述前架上的齿条销啮合，所述前齿条被所述固定弹簧移动，其中所述双齿条和小齿轮将所述前齿条的纵向运动转换成侧向运动，其中所述释放/重置组件还在所述鞋底压缩开始时脱离所述可旋转的螺栓销接合器，其中所述机械自动换挡器具有与所述切割弹簧的所述增量对应的几个分立的挡数在结合的切片数子。

21.一种通用冲击充电器，其将任何冲击力转换为存储的电力，其中所述通用冲击充电器包括鞋冲击充电器以将用户的脚对地面的冲击力转换成储存的电力，其中所述鞋冲击充电器包括

一个带发电机轴的微型发电机，

一个使用所述冲击力旋转所述发电机轴的旋转机构，

一个用于存储电力的电能存储系统，

一个电传输系统，用于将由所述旋转机构产生的所述电力传输到所述电存储系统，

一个控制所述电力传输到所述存储系统的控制电路，其中所述存储的电力被用于驱动变速器以改变所述鞋的有效弹簧强度，使其总是几乎没有全部的鞋底压缩，其中所述存储的电力可用于充电或运行任何其他电子设备，如手机或暖脚器。

22.如权利要求21所述的通用撞击充电器，其特征在于，所述鞋冲击充电器包括一个简单的整体式冲击充电器，它位于脚跟的外面和包括，

一个脚踏板，

一个接地板，

一个简单的柱子

一个坚固地连接到所述接地板上的支撑柱，

一个坚固地连接到所述简单柱子的发电机滑轮支架，

一个连接到所述简单柱子的简单的卷绕弹簧，

所述旋转机构包括

一个发电机组件，其包括：

一个单向离合器/卷绕弹簧组件，

一个发电机双滑轮，包括用于两行的第一滑轮和第二滑轮

所述小型化的发电机，

所述发电机轴，

一个可固定安装在发电机轴上的飞轮，

所述电存储系统包括电池，

一个安装在所述脚踏板上并安装在所述发电机双滑轮的所述第一滑轮上的底板侧发电机滑轮线，以便当所述脚踏板被向下压缩时沿第一滑轮方向旋转，

一个侧弹簧发电机滑轮线连接于所述简单卷绕弹簧在一侧，和在另一侧连接于所述发电机双滑轮的所述第二滑轮，其中当所述脚踏板拉动所述脚踏板侧发电滑轮线以朝向所述发电机双滑轮的第一滑轮方向旋转时，那么所述弹簧侧滑轮线拉伸所述简单的卷绕弹簧，所述简单的卷绕弹簧随着所述脚踏板在鞋底扩张期间向上移动而收缩以在所述所述发电机双滑轮的第二滑轮方向上旋转，其中这两个相对的拉力防止这两个滑轮线中的任何松弛，其中这种相反的拉力被称为相对的双滑轮防松弛装置，其中基本思想是优化使用脚部冲击来旋转所述小型化的发电机以向电池冲电，其中所述小型发电机可固定地容纳在所述发电机滑轮支架上，其中所述发电机轴可转动地支承所述发电机双滑轮，所述飞轮和所述单向离合器/卷绕弹簧组件，其中，所述发电机双滑轮通过所述单向离合器/卷绕弹簧组件安装在所述发电机轴上，使得当所述脚踏板在鞋底期间向下拉所述脚踏板侧发电滑轮线时，所述发电机双滑轮带仅在所述第一滑轮方向上转动所述发电机轴其中当所述发电机双滑轮在所述第二滑轮方向上旋转时，其通过所述单向离合器/卷绕弹簧组件与所述发电机轴脱离，其中，所述飞轮自由地继续旋转所述发电机轴并且当鞋底扩张时以及当鞋在空中处于摆动阶段时继续发电，其中在每个步骤中都增加了这种旋转，其中对于具有较大鞋底压缩行程的鞋，可以使用所述简单的整体化冲击式充电器而没有任何额外的机械优势，并且使其成为鞋底结构的组成部分。

23.如权利要求22所述的优化的鞋，其简单的整体式冲击充电器包括增强型整体式冲击充电器，其包括一个或多个双滑轮，每个双滑轮还包括彼此固定连接的第一滑轮和第二滑轮，它们一起旋转，其中所述增强型整体冲击充电器包括：

所述脚踏板，

所述接地板

一个支撑柱坚固地连接到所述接地板上，

所述发电机组件安装在所述发电机滑轮支架上，

一个额外的机械利益机制，包括

一个滑轮支架坚固地连接到所述支撑柱，

一个卷绕杆，它通过一个杠杆轴铰接地安装在所述脚踏板上，稍微在脚跟外侧，

一个卷曲的杆延伸部，其是所述卷绕杆顶部的卷曲延伸部，

所述卷绕杆的下端上的杠杆辊，其允许所述下端在其围绕所述杠杆轴旋转的同时沿其正在冲击的表面滚动，

一个充电器装置双滑轮，

一个内装置双滑轮，其固定地连接在所述充电装置双滑轮上并共用同一轴；

一个卷绕支架固定地连接到所述接地板上，

一个安装在所述卷绕支架上的卷绕滑轮，

一个安装在所述卷绕支架上的反卷绕滑轮，

一个装置卷绕线，

一个装置反转卷绕线，

一个发电机卷绕线

一个发电机反转卷绕线，和

使所述装置的每个卷绕线，所述装置反向卷绕线，所述发电卷绕线和所述发电机卷绕线各自保持紧固的装置的方式，其中，所述充电器装置双滑轮固定地连接到所述内部装置双滑轮，从而它们一起旋转，并且它们的共用轴可旋转地安装在固定地连接到所述接地板上的所述卷绕支架上，其中所述接地板的向下运动使所述卷绕杠杆的底端通过所述杠杆滚筒撞击所述接地板，使得所述卷绕杠杆逆时针方向旋转直到最终几乎水平，于是所述装置卷绕线被所述卷绕杆的顶部拉动以旋转所述内装置双滑轮，其中所述装置卷绕线连接到所述卷绕杠杆的直部分的顶部，使得其旋转所述内装置双滑轮(通过其所述第一滑轮)逆时针方向-经由所述卷绕滑轮，所述卷绕滑轮优化所述卷绕杆的拉动方向，其中所述装置反向卷绕线连接到所述卷曲的杆延伸部的顶部，并且围绕所述反向卷绕滑轮绕过所述内装置双滑轮的所述第二滑轮在与由所述装置卷绕线所引起的相反的方向上，其中，所述反卷绕滑轮的位置被选择为优化所述卷曲的杆延伸部的顶部的拉动方向，因为其在所述鞋底扩张期间顺时针旋转所述内装置双滑轮，其中所述装置卷绕线和所述装置反转卷绕线–合作以在两个方向上旋转所述内装置双滑轮-作为第一措施防止这些滑轮线中的任何松弛，

其中所述保持拉紧每个所述装置卷绕线的装置提供完全防止这种松弛所需的任何附加的所需措施，其中这些元件的尺寸被调整成使得每条线的拉伸长度大致相同，其中所述发电机卷绕线和所述发电机的所述反向卷绕线连接并占据所述充电器装置双滑轮的所述第一滑轮和所述第二滑轮，以便提供相反的拉力以旋转所述发电机组件的所述发电机双滑轮，其中所述相反的拉力实现所述相反方向是利用所述发电线和所述发电机逆转线实现的，其中所述发电机组件的元件以与之前相同的方式起作用，其中由于所述附加的机械效益机构提供的额外的机械效益包括充电器装置双滑轮和内装置双滑轮，所述发电机轴每一步地旋转是增加一个数量级以上，其中所述增强型整体式冲击充电器提供充足的电力，其中所述各种双滑轮上的所述相反的拉力是所述相对的双滑轮防松弛装置的实例。

24.如权利要求21所述的通用撞击充电器，其中所述鞋冲击充电器包括夹式脚冲击充电器包括，

一个鞋底，

一个夹镫

一个夹片

一个外镫支撑

所述旋转机构包括发电器组件，

一个单向离合器/卷绕弹簧组件，

一个发电机双滑轮，包括用于两行的第一滑轮和第二滑轮，

所述小型化的发电机，

所述发电机轴，

一个固定安装在所述发电机轴上的飞轮，和

所述电存储系统包括电池，其中所述鞋冲击充电器还包括：

一个夹柱

一个夹式杠杆

一个所述夹式杠杆的夹式杠杆轴

所述夹持杆的下端上的夹持杠杆辊，其允许所述下端在其围绕所述夹持杆轴旋转的同时沿着其正在冲击的表面滚动，

一个夹式重定向滑轮

一个夹线

一个反向夹线，和

一个鞋底，其中所述夹式冲击充电器定位在鞋跟的外侧-尽可能靠后而不会伸出鞋跟的后面，其中所述夹式固定柱固定地连接到所述外镫支撑和其左臂从其顶部向前延伸以容纳所述夹持式重定向滑轮，所述夹式重导向滑轮重定向所述夹持线当它被前端所述夹持杆向下拉动时，以旋转所述发电机组装的所述发电机轴在鞋子碰撞期间，其中，所述卡扣线的另一端围绕所述发电机双滑轮的所述第一滑轮缠绕，以在所述卡扣杆在所述卡扣线上向下拉时逆时针旋转，其中所述反向卡扣线缠绕所述第二滑轮当所述使用者的脚后跟在脚趾离开的过程中抬起时，当所述简单的卷绕弹簧(附接到所述夹持蹬形件)收缩时，所述发电机双滑轮的滑轮顺时针旋转，因为所述夹持杠杆是顺时针旋转的，通过鞋跟冲击逆时针旋转到水平更长，其中所述夹持箍圈包裹并夹持所述鞋底的鞋跟，其中所述夹持蹬形件在任一侧上具有夹持片，以防止所述夹持蹬形件在脚跟撞击期间相对于所述鞋底向上移动，并且所述夹持箍形件围绕脚跟后部缠绕，其中所述夹式箍筋是柔性的，因此可以牢固地夹住鞋跟的背部，其中可以很容易地在所述使用者的踝部的前部从所述箍带的边缘围绕带子以更好地附接所述夹持箍筋连接到鞋跟，其中所述夹持柱是所述夹持箍筋的刚性向上延伸部分，并且所述夹持柱容纳所述发生器组件，其中所述发生器组件的功能是通过旋转所述发电机轴产生电力，其中基本思想是优化脚部冲击的使用以旋转所述发电机轴以给所述电池充电，其中所述小型发电机可固定地容纳在所述外镫支撑上，其中所述发电机轴可旋转地支撑所述发电机双滑轮，以及所述单向离合器/卷绕弹簧组件，其中所述发电机双滑轮通过所述单向离合器/卷绕弹簧组件安装在所述发电机轴上，从而当所述发电机轴仅在第一滑轮方向上转动时所述夹扣杆在单次冲击期间向下拉所述夹扣线，其中，当所述发电机双滑轮沿第二滑轮方向旋转时，所述夹扣杆经由所述单向离合器/卷绕弹簧组件与所述发电机轴脱离，其中这使得所述飞轮自由地继续旋转所述发电机轴，并且当所述鞋底扩张时以及当所述鞋处于摆动阶段时处于空气中时产生电力，其中在每个步骤中这个旋转被增大。

25.如权利要求24所述的优化的鞋，其中所述夹式冲击充电器包括所述增强型夹式冲击充电器以增加额外的机械优势机构以增加在每个步骤中产生的电力量，其中所述增强型夹式冲击充电器包括

增强的卷绕杆，其中在所述杆轴上方的部分的长度可选地更长地增加所述附加机械利益机构的机械优点，

一个坚固地连接到所述外镫支撑的卷绕支撑件

一个安装在所述卷绕支架上的卷绕滑轮，

一个安装在所述卷绕支撑的反卷绕滑轮，

一个所述增强型卷绕杆的增强的夹紧杆轴将其可旋转地连接到所述外镫支撑，

一个卷曲的杠杆延伸部，其是所述增强的卷绕杠杆的顶部的卷曲延伸部，一个所述增强型卷绕杆的下端上的增强杠杆辊，其允许下端在其围绕所述增强的夹持杆轴旋转的同时沿着其所撞击的表面滚动，

一个通过其轴可旋转地安装在所述卷绕支架上的充电器装置双滑轮，

一个内装置双滑轮，

一个装置卷绕线，

一个装置逆向卷绕线，

一个发电机卷绕线

一个发电机逆向卷绕线

使所述装置的每个卷绕线，所述装置反向卷绕线，所述发电卷绕线和所述发电机卷绕线各自保持紧固的装置的方式，其中，所述充电器装置双滑轮固定地连接到所述内部装置双滑轮，从而它们一起旋转，并且它们的共用轴可旋转地安装在固定地连接到所述卷绕支架上，其中所述鞋底的向下运动使所述卷绕杠杆的底端通过所述杠杆滚筒撞击地板，使得所述增强卷绕杠杆逆时针方向旋转直到最终几乎水平，于是所述装置卷绕线被所述增强卷绕杆的顶部拉动以旋转所述内装置双滑轮，其中所述装置卷绕线连接到所述增强卷绕杆的直部分的顶部，使得其顺时针旋转所述内装置双滑轮-通过所述卷绕滑轮使所述增强卷绕杆的拉动方向最佳化，其中，所述卷绕反向卷绕线连接到所述卷曲杆延伸部的顶部，并且其围绕所述反向卷绕滑轮绕过所述内装置双滑轮的第二滑轮-所述装置卷绕线所引起的相反的方向，其中所述反向卷绕滑轮的位置被选择为优化所述拉动方向的所述卷曲的杠杆延伸部的顶部当其在鞋底展开期间顺时针旋转所述内部装置双滑轮时，其中所述装置卷绕线和所述装置反向卷绕线的相反的牵拉合作使所述内齿轮双滑轮以相反的方向旋转，作为防止这些滑轮线中的任何松弛的第一措施，其中所述保持拉紧的装置所述装置卷绕线提供了完全防止这种松弛所需的任何额外的所需措施，其中这些元件的尺寸被调整为使得每条线的拉伸长度大致相同，其中所述发电卷绕线和所述发电卷绕线连接并占据所述充电器装置双滑轮的所述第一滑轮和所述第二滑轮，以提供相反的拉力以旋转所述发电机组件的所述发电机双滑轮，其中实现两个旋转方向的这些相反的拉力是通过所述发电机卷绕线和所述发电机反向卷绕线完成的，其中所述发电机组件的元件以与之前相同的方式起作用，其中每一步所述发电机轴旋转更多一个数量级-由于所述附加的机械效益机构提供的附加的机械效益，所述附加的机械效益机构包括所述充电器装置双滑轮和所述内装置双滑轮，其中所述增强型整体冲击充电器由于所述附加的机械优势而提供更多的电功率机制。

26.一种组合式张紧连杆旋转臂弯曲弹簧系统，包括张紧连杆，旋转臂弯曲弹簧和抗折叠辅助弹簧，其中所述张紧连杆旋转臂弯曲弹簧包括：

一个顶臂

一个底臂，其中所述旋转臂是所述顶臂和所述底臂，

连接所述上臂和所述下臂的臂铰链，以及

一对连接展开的弯曲弹簧，其形成镜像结构并且抵抗围绕所述臂铰链的折叠，其中所述抗弯折叠辅助弹簧也抵抗折叠在所述臂铰链上，但是仅在部分折叠之后，其中每个所述连接展开弯曲的弹簧包括

一个弯曲的拱形铰链，

一个弯曲的弹簧在中心端通过所述弯曲的拱形铰链铰接连接，

一对反射的双联动机构，每个联动机构包括两个双连杆，两个双连杆通过一个末端的弹簧铰链相互连接，其自由端可铰接地连接到所述弯曲弹簧的自由端，其中所述反射弯曲弹簧还铰接地连接(相同的自由端)至所述顶部和底部臂，其中所述弹簧铰链在手臂折叠期间相互冲击，其中-在折叠过程中-所述反射的所述吊具连杆起作用来矫直反射的所述弯曲弹簧，其中所述负载折叠的扭矩曲线被称为扭矩曲线，并且在所述负载折叠期间，所述负载折叠的扭矩首先增加然后弯曲并且变为零，其中，由所述抗弯折叠辅助弹簧施加的抵抗所述负载折叠的扭矩随着所述扭矩曲线减小以使组合的扭矩曲线大致恒定，其中各种旋转臂铰链，所述臂铰链，所述弯曲拱臂铰链和所述弹簧铰链，优选地包括传统的颈缩的自然铰链和连接嵌齿铰链-其每一类可以用于包括数字零的任何数量的所述旋转臂铰链，其中所述绑定的连接嵌齿铰链包括

在它们的圆形端部上具有铰链的两个连接嵌齿铰链端部连杆，其中所述铰链端部连杆相对于彼此旋转(折叠)

以及可固定地连接在所述圆形端部的中心的电缆轴，和

将两个所述铰链连杆的所述轴紧固连接的狭缝线缆，其中在所述圆形端部中切割环形狭缝以允许所述狭缝电缆与所述圆形端部的实心部分交错，以当所述铰链端部连杆旋转时允许所述狭缝电缆自由移动，其中所述铰链端部连杆可以被称为旋转臂或所述双连杆。

27.如权利要求26所述的组合的旋转臂弯曲弹簧系统的张紧连杆，其包括所述组合式张紧连杆包括变速旋转臂弯曲弹簧系统，所述旋转臂弯曲弹簧系统还包括接收循环加载的旋转齿轮变换组件，并且还包括电驱动器和控制系统，其电驱动器包括

一个电动机，

一个电机轴，

一个固定在所述电机轴上的滑轮，

两个十字盘重新导向滑轮，

一条滑轮线，

在线/冲击器附件，和

一个电源，其中所述控制系统包括

一个微处理器，

一个所述微处理器的程序中的查找表，

一个测量先前的负载力的力传感器，以及

一个电源，其中所述弯曲弹簧被切成两个或更多个切片弹簧，从而可以接合任意数量的所述切片弹簧以改变所述旋转臂弯曲弹簧系统的有效弹簧强度，其中所述控制系统的元件通过电线或经由无线装置连接，其中所述两个双联动装置现在包括

一对对角链板，

一个可移动的冲击板，和

冲击轴，其中所述对角连杆是彼此的反射图像，其中所述可动冲击板通过所述冲击轴与所述两个对角连接板共用，其中所述电子驱动器可固定地连接到顶部所述对角连接板上，其中所述可动撞击板可自由地在所述撞击轴上滑动，其中这种滑动导致可变数量的所述弹簧片被接合，其中所述线/撞击器附件将所述可动撞击板与所述滑轮线连接，

其中，所述横板重新导向滑轮定位所述线/撞击器附件，使得其能够移动所述可动撞击板以接合所需数量的所述切片弹簧，其中所述微处理器接收来自所述力传感器的先前负载力的通信，并且其使用所述查找表来计算期望的所述有效弹簧力，其中然后指示所述发动机旋转以移动所述滑轮线和所述线/撞击者附件以选择期望的所述有效弹簧强度。

28.根据权利要求27所述的组合的旋转臂弯曲弹簧系统的张紧连杆，所述变速旋转臂弯曲弹簧系统包括智能膝盖支架，该膝盖支架还包括有衬垫的肢体套囊，其中简单的腿，简单的膝盖和简单的脚被用于表示对应于所述智能护膝的腿，其中所述单腿的上肢现在用作所述上臂，所述单腿的膝盖现在用作所述臂铰链，并且所述单腿的小腿现在用作所述其中所述控制系统以与所述变速旋转臂弯曲弹簧系统相同的方式起作用，其中对于步行或跑步的附加要求是，当所述简单的脚不与地面接触时，所述简单的膝盖必须能够自由地在摆动阶段弯曲，其中所述微处理器现在指示所述发动机立即脱离所述切片的弹簧当一旦脚趾脱离地面时，其中所述微处理器使用来自所述力传感器和所述查找表的先前负载力来计算最佳的下一个档位变化并且指示所述电机脱离正确数量的所述切片弹簧用于下一个步骤，其中所述带衬垫的袖口位于所述上腿和所述下腿上，并且它们用于将所述切片弹簧和所述对角连接板连接到所述上腿和所述下腿，其中，所述智能膝盖支架可选地包括：

一个辅助腿联动装置，

一个袖口支撑，和

所述辅助腿连接件通过具有上腿连杆和膝连杆以及小腿连杆来模仿腿，从而有助于减少其中所述袖带支撑件将所述下腿连杆附接到所述下衬垫肢体袖带，所述下衬垫袖带袖带又将负载力传递到所述变速旋转臂弯曲弹簧系统，其中所述大腿连杆将所述负载力直接传递至所述上衬垫的肢体袖带，所述上衬垫的肢体袖带用于减小所述单膝上的负载力-即是，在使用者的膝盖上，其中所述单腿可以开始稍微折叠而相对笔直在所述单腿完全或几乎完全展开之前，在开始装载之前确保所述切片弹簧在脚趾离开后不久被卸载。

29.如权利要求4所述的完全优化的鞋子，所述调整后的联动展开的铰接环形弹簧的长度和宽度可以是任何尺寸，可以在脚下或脚的外侧或脚的上方的任何位置和方向。

30.一种优化的传统鞋，其中包括

一个可压缩的鞋底，

所述可压缩鞋底的上侧上的顶部负载表面被称为脚踏板，

在所述可压缩鞋底的下侧上的称为接地板的底部负载表面，其中这意味着没有增强的脚后跟提升机构以在所述脚后跟提升期间将所述脚后跟部分提升一段距离，所述鞋跟部分在单一压缩期间被压缩，其中所述可压缩鞋底进一步包括优化的弹簧系统，所述优化的弹簧系统包括抵抗压缩的一个或多个优化的弹簧，其存储压缩的冲击能量，并且其特征在于具有最佳的力曲线，其中所述最优力曲线的力曲线优化目标是针对给定的所述最大值(即力曲线下的面积)最大化所吸收的能量的量其中所述最佳弹簧系统的部件被预加载，使得在最佳弹簧压缩开始时的力是预定值(例如在全弹簧压缩时的力值的三分之一)，其中由所述优化的弹簧系统完成的功能是在力相对于弹簧偏转的曲线下面的区域，其中所述功是用最大力点值的减小值与最大力值点预加载并且与线性力曲线相比较，其中所述预加载通过诸如系绳或诸如结构约束的物理限制来实现，其中所述最优力曲线的第一标准是预加载所述弹簧系统，并且所述最佳力曲线的第二标准是创建几何形状，使得力曲线的斜率在整个所述鞋底压缩过程中减小或甚至接近零。

31.根据权利要求30所述的优化的常规鞋，其中所述优化的弹簧可以位于所述优化的常规鞋中的任何位置，可以以任何方式定向，并且可以具有足够小的宽度，以便在任何位置分布在所述可压缩鞋底的宽度或长度上，其中所述优化的弹簧可以以任何角度取向，其中所述优化的弹簧系统的强度可以在所述可压缩鞋底的宽度和长度两者上变化，其中所述可压缩鞋底可以具有恒定的厚度或渐缩的厚度，其中所述优化的弹簧可以是可插入的或永久连接的。

32.如权利要求30所述的优化的常规鞋，其特征在于，所述优化的弹簧包括调节的连杆展开的铰接的环形弹簧，其包括连杆展开的铰接的环形弹簧和用于力曲线调节的一个或多个辅助弹簧，其中所述连接展开的铰接的环形弹簧包括

包括镜像半环部分的铰接环形弹簧，

所述铰链环弹簧的两侧上的环铰链连接所述半环部分，

包括水平和垂直镜像的象限部分的内部联动，和

负载机构，用于镜像负载表面以加载所述连杆展开式铰接环形弹簧，其中所述顶部负载表面是所述接地板，并且所述底部负载表面是所述接地板，其中所述负载机构包括交错的中心链接负载元件，所述交错的中心连杆负载元件相对于所述铰接的环形弹簧的顶部和底部部分交错，使得负载力可以传递到所述内部连杆从而到达所述环铰链)而不接触所述铰接环弹簧的顶部和底部，其中这种布置确保所述连杆展开的铰接的环形弹簧的力曲线首先升高，然后弯曲，然后随着所述内部连杆的连杆对齐而减小到零，其中这是因为所述顶部负载表面和所述底部负载表面不直接撞击所述铰接环弹簧的顶部或底部(这将使得所述铰接环弹簧的所述第一力曲线成直线)，其中所述环铰接件优选是天然铰链，在这种情况下，所述铰接环弹簧是整体式的，

其中所述内部连杆加载所述铰接的环形弹簧，并且该加载仅发生在所述环形铰链处而不是在所述铰接的环形弹簧的顶部或底部处，其中所述连接展开式铰接的环形弹簧的力曲线首先增加，然后弯曲到其中所述辅助弹簧提供辅助力曲线，并且所述辅助弹簧的尺寸和位置在所述踏板和所述底板之间，以便当所述可压缩鞋底部分地压缩到所述连杆机构的力曲线的点时，扩展铰接的环形弹簧已经弯曲并开始减小，其中所述辅助弹簧的强度和厚度被选择为使得(所述连接展开式铰接的环形弹簧和所述辅助弹簧的)组合力曲线变得近似恒定为鞋底后部压缩，其中所述内部连接包括：

中间的链接镜像在每边和上下，

大多数垂直的链接在每边和顶部和底部镜像，

在所述铰接的环形弹簧的中间位于相对的所述环形铰链之间的撞击器连杆，

连接所述大多数垂直连杆与所述中心连杆的拐角铰链，

其中所述拐角铰链和所述撞击铰链可以是传统的带有轴承的金属轴铰链，但是优选自然铰链-而铰链齿形铰链对于小尺寸范围的弹簧是最优选的，其中所述辅助弹簧定位在镜像的所述中心连杆之间，或者它们可以位于所述连杆展开式铰接环形弹簧的外部，其中所述撞击器连杆向外推压所述环形铰链以将所述连杆展开式铰接环形弹簧，其中所述辅助弹簧优选地是主铰接环形弹簧的较小形式，在这种情况下，所述调节的连接展开式铰接环形弹簧的所有元件在完全压缩下变平，以使其初始高度与其完全压缩高度的压缩比最大化，所述铰接的环形弹簧可选地包括一个或多个彼此嵌套的铰接的环形弹簧，其中通过增加每个附加的嵌套的铰接的环形弹簧，所述连接展开式铰接的环形弹簧的强度显着增加，因为其厚度仅略微减小其中所述连杆展开的铰接的环形弹簧是2维弹簧，因为它们在其宽度上均匀地构造。

33.如权利要求32所述的优化的常规鞋，其特征在于，所述连接展开式铰接环形弹簧包括多层复合材料环和增强天然铰链，其中所述增强天然铰链在所述环形铰链上方和下方延伸一小段距离，使得它们环绕所述撞击器其中一个或多个以下方法可用于使所述增强的自然铰链更加柔性，使得其能够承受大量的弯曲占空比而不会由于疲劳而断裂，其中第一种方法是增加所述冲击链节的圆形端部的半径，其中所述第二方法(参考更柔性的环绕冲击部分)将增加所述基体的塑性或挠性，其中第三种方法是减少层数，其中第四种方法根本不使用树脂或基质-可选择用橡胶浸剂保护“裸露层”，其中第五种方法是将铰链在所述增强天然铰链的内部和外部护套以保护其免受灰尘和磨损，其中第六种方法是使减少数量的层中的外层逐渐变长-以便当它们环绕所述撞击物时它们不会破裂链接。

34.如权利要求32所述的优化的常规鞋，所述铰接环形弹簧的弹性元件由弹性强度高的材料制成，所述材料最有可能是具有高伸长极限的纤维复合材料，具有高拉伸强度，与拉伸强度相比不高，从而使得韧性(储存的弹簧能量)受到损害，其中非线性有限元分析表明，凯夫拉尔复合材料是优选的材料，因为它提供了最高的环弹簧强度-接着是光谱屏蔽复合材料，其为芳纶强度的23％，其次是芳纶强度的16％的E型玻璃纤维，其次是芳纶强度为1％的PEBAXX5533，其中现有技术中的鞋弹簧使用可注射成型的材料，如PEBAXX 5533远非最佳，其中纤维复合材料也是优选的，因为它们具有非常低的机械滞后损失-约为1-2％，而对于诸如热塑性聚氨酯(例如pellethane 2363或PEBAX 5533)的可注射模制材料为约20-50％其中也可使用具有与芳纶类似的柔性和弯曲强度的关键参数的任何其他材料，其中适当的材料包括Vectran，新型碳纤维复合材料和碳纳米管复合材料-均具有高拉伸强度和高值的伸长极限，以及来源于蜘蛛丝的复合材料-只要这些新型材料可以以低成本批量生产。

35.如权利要求32所述的优化的常规鞋，其特征在于，所述连接展开的铰接环形弹簧还包括合并臂铰接环形弹簧，

一个上部的多臂拱，

下部多臂拱，所述下部多臂拱通过任一侧上的增强天然铰链可铰接地连接到所述上部多臂拱，其中这些多臂拱中的每一个包括两个或更多个相邻拱臂，所述两个或更多个拱臂彼此向外凸出和分离，其中所述相邻拱形臂在所述合并臂连接展开式铰接环形弹簧的全部压缩过程中逐渐彼此合并，其中所述相邻拱形臂之间的空间被称为臂间空隙，所述臂间空隙减小在压缩期间的臂间合并期间，其中强度和韧度(指的是吸收了多少冲击能量)基本上得到增强，因为在压缩期间所述相邻弓臂的弯曲显着增强，并且由于弯曲元件的有效强度随着其厚度立方而变化，并且厚度n个合并的相邻拱形臂中的每一个是每个相邻拱形臂的厚度的n倍，其中任选地可以增加或减小所述相邻拱形臂之间的摩擦，其中存在多种用于所述臂间形状的策略以改变所述合并臂连接展开式铰接环形弹簧的力曲线，例如延迟所述臂间空隙的合并。

36.用于人的鞋，假肢，矫形器和机器人的弹簧系统的最佳力曲线方法，其中所述最佳力方法进一步包括

确定最佳用户鞋底能量的第一装置，其中在鞋冲击期间吸收的总冲击能量是用户鞋底能量和用户腿部能量的总和，其中如果鞋底更厚，则更多的相对冲击能量可以存储在用户鞋底中或者如果鞋底被设计成用于最佳的能量返回，其中所述使用者的脚底能量被定义为全部鞋底压缩，其中所述使用者鞋底能量被弹簧系统吸收，并且

第二装置，用精确的调整方法调整所述用户的鞋底能量，使得其相对值增加，同时所述用户腿部能量对于给定的所述吸收的总冲击能量减小-这对应于运行的代谢能量的减少，其中最大值可以在全弹簧压缩下吸收的单位面积的鞋能量与所述全弹簧压缩的挠曲值成线性比例-在这种情况下，必须使鞋底的厚度最大化，并且必须通过科学研究确定这个最大厚度是用户仍然可以舒适而有效地走路和跑步。

37.如权利要求36所述的最佳力曲线方法，所述精确调整方法包括精确制造装置，以通过简单地切割2维弹簧来实现所述最佳鞋底能量的精确值，其中所述2维弹簧在其宽度上均匀，其中所述弹簧强度二维弹簧由它们的宽度确定，使得所述精确的制造手段容易通过精确的切片来实现，其中对于给定的鞋尺寸，对于不同所述使用者的一定范围的所述用户能量值，可以具有多个所述弹簧强度。

38.如权利要求37所述的最佳力曲线方法，所述精确调整方法还包括制造可从所述调谐弹簧系统移除并插入所述调谐弹簧系统的可变形的所述二维弹簧，其中所述二维弹簧易于制造为可变弹簧。

39.如权利要求36所述的最佳力曲线方法，其特征在于，所述精确调整方法还包括测量跑步或步行的地面反作用力的撞击力测量装置，其中所述撞击力测量装置还包括使用者的体重，使用者的步态范围和测力结果来自测力平台测试。

40.如权利要求36所述的最佳力曲线方法，所述精确调整方法还包括自动换档机构，其中术语自动换档机构意味着在每一步之后重置所述弹簧系统的有效弹簧刚度，以便接近完全压缩当所述鞋底的冲击力变化时，所述可压缩的鞋底在连续的基础上。

41.如权利要求36所述的最佳力曲线方法，所述弹簧系统包括位于脚下或脚外的任何位置的一个或多个部件弹簧的组件，其中每个所述部件弹簧具有其自己不同的刚度值和力曲线，如何在组件中使用每个部件弹簧取决于结构优化，稳定性和诸如内转的功能性问题的考虑，其中所述部件弹簧可以通过桥接板彼此保持在一起以形成可插入筒。

42.一种用于人类和机器人行走和跑步的优化的鞋子，其中用于人的应用包括正常人使用，修复术，机器人和矫形器，其中站立期被分成压缩期和扩张期，其中佩戴和使用的实体所述鞋被称为使用者，其中所述扩张期包括后跟升高期和脱发期，其中所述优化的鞋包括后跟流行鞋(也称为增强后跟鞋)，其包括可压缩鞋底包含

还在所述可压缩鞋底的上侧上称作p顶部的足板，其中所述足板包括前脚部分和脚后跟部分，

通过脚趾铰链可铰接地连接于所述脚踏板的脚趾铰链，

在所述可压缩鞋底的下侧也称为p底部的底板，其中所述可压缩鞋底还可以被描述为包括被称为p结构的通用前倾平行四边形状结构，该p结构包括四个p元件，

所述p顶部，

所述p底部，

一个作为通用前侧的p前部，

一个作为通用后侧的p后部，以及

一个脚趾平行四边形还包括

一个脚趾-p-前部，

一个脚趾-p-后部，

一个脚趾-p-顶部和

一个由所述p形枢轴相互连接的趾p底，其中所述趾p形顶部与所述趾板相同并且所述趾p形后部与所述p形前部相同，

弹簧系统，所述弹簧系统抵抗所述p结构的单独压缩并且存储压缩的冲击能量，

弹跟鞋机制-也被称为弹跟鞋的提升机制，和

在所述脚趾脱落期间防止所述脚趾板的前部下沉的防脚趾凹陷能力，其中，在所述脚趾断开期间，所述防脚趾凹陷能力防止在所述可压缩鞋底仅部分地其中所述脚趾下沉是指所述脚趾板的前端在所述脚趾脱落期间基本下沉，这对于所述使用者来说是令人讨厌的，因为它类似于在沙中行走或跑步，并且步幅被令人烦恼地减小，其特征在于，所述脚后跟机构的功能如下，其中在所述脚后跟升起期间的开始期间，所述使用者的重量压住压住所述p前部的所述脚趾板，即使在所述弹簧系统用于p扩展所述p脚时，结构，其中该p扩张用于向上提升所述使用者的脚后跟增加的距离，所述增加的距离显着大于所述压缩阶段期间所述脚后跟部分的压缩距离(所述增强距离在此称为增强后跟升高)，其中所述脚后跟机构的目标是通过所述增强的脚后跟升高来实现的，其中所述脚后跟机制与小腿肌肉的跑步和行走动作平行，以提供比传统的鞋大得多的能量返回，其中所述能量返回的意义在于，运行的代谢能量成本显着降低，其中所述弹簧系统不直接和对角地在相对的所述p轴之间作用因为这样的行为阻止了所述防脚趾工作正常。

43.如权利要求42所述的优化的鞋子，其特征在于，所述弹簧系统的弹性元件由弹性强的材料制成，这些材料最有可能是具有高伸长极限，高拉伸强度和不高的模量与拉伸强度相比，使得韧性(储存的弹簧能量)受到损害，其中非线性有限元分析表明，芳纶复合材料是优选的材料，因为它提供了最高的环弹簧强度-其次是芳纶强度23％的光谱盾复合材料，其次是与芳纶强度16％的E型玻璃纤维，其次是与芳纶强度1％的PEBAXX 5533，其中现有技术中的鞋用弹簧使用可注射成型的材料，例如远离PEBAXX 5533最佳，其中纤维复合材料也是优选的，因为它们具有非常低的机械滞后损失-约为1-2％，而对于诸如热塑性聚氨酯(例如pellethane 2363或PEBAX 5533)的可注射模制材料为约20-50％其中也可使用具有与芳纶类似的柔性和弯曲强度的关键参数的任何其他材料，其中适当的材料包括Vectran，新型碳纤维复合材料和碳纳米管复合材料-均具有高拉伸强度和高值的伸长极限，以及来源于蜘蛛丝的复合材料-只要这些新型材料可以以低成本批量生产。

44.如权利要求42所述的优化鞋子，所述防脚趾下沉能力包括优选为自动换挡器的换挡器，以确保所述弹簧系统的有效弹簧强度连续地改变，使得对于每一步骤，所述可压缩鞋底几乎不能其中术语“落底”意味着所述有效弹簧强度太弱而不能吸收该特定步骤的跑步或步行的全部冲击能量，其中只要所述可压缩鞋底完全压缩，则不存在所述压缩其中所述增强的后跟提升随着单独压缩的减小而逐渐显着减小，这意味着所述能量返回也被减少，其中所述冲击能量连续地变化，使得所述有效弹簧强度必须连续地改变以确保完全鞋底压缩，全面增强后跟，充分的能量回报。

45.如权利要求42所述的优化鞋子，其特征在于，所述防脚趾下沉能力包括防脚趾机构，

一个脚趾平行四边形，

一个梯停

在任一侧的所述趾板的底部上有一个脚趾止动件

一个脚趾弹簧，其中所述脚趾平行四边形包括

一个顶端的顶端脚趾链接，

一个正面的前脚趾链接，

在后面的后脚趾链接，和

其中所述梯子止挡部在其前侧上还具有梯子台阶，其中所述梯子梯级的形状遵循在压缩(向前和向下)期间偏离所述脚趾铰链的轨道的路径，其中所述防趾沉降机构的功能如下-在压缩所述可压缩鞋底的过程中，所述趾部弹簧弱偏压所述趾板以保持在所述趾部连接件上方，直到所述使用者刚好在开始所述踵部提升期间上述脚趾挡板撞击最近的所述梯子阶梯，从而防止脚趾下沉，其中，这种防止可以发生在所述可压缩鞋底的任何和所有水平的部分压缩，其中所述使用者也可以自由地在他或她的脚趾上运动而不会过度所述脚趾下沉。

46.如权利要求45所述的优化的鞋子，其特征在于，所述的后跟鞋包括一个平行四边形的鞋跟鞋，

所述前倾平行四边形状结构的所有侧面都是连杆，即所述p形顶部，所述p形底部，所述p形前部和所述p形后部的平行四边形结构，

所述脚趾平行四边形结构优选地是单片的，

所述弹簧系统，

所述弹跟机制，和

所述防脚趾能力，其中所述平行四边形结构包括

用于所述p前部的前部单片链接，

用于所述p后部的后部整体式连杆，

所述足板用作所述p形顶部并且具有所述p形枢轴的更后部的延伸部(其提供所述后弯曲弹簧的顶部和所述中间足板连杆之间的连接)，以及

所述接地板的所述p-底板，其中所述接地板连杆与所述前单体连杆和所述后单体连杆之间的连接的所述P形枢轴是简单合并的整体式枢轴，其中所述前单体式连杆和所述后单体式连杆都颈缩并且(靠近它们的端部)变成水平的以便与所述底板连接件合并，并且同样用于连接到所述底板，其中具有轴和轴承的传统的有轴铰链也可以用于所有这些合并的整体式枢轴，其中所述整体式一般的脚趾平行四边形类结构包括

底部脚趾链接，

前脚趾链接，

顶尖脚趾链接，和

(其与所述前单连杆一样并且相同)，其中所述连杆的共享是所述增强后跟提升的要求，其中整体式铰链优先用于所述平行四边形后跟连杆的所有连杆的连接，尽管传统的带有轴和轴承的有轴铰链也可以使用，其中所述传统的有轴铰链保证当脚的冲击从所述用具的脚后跟移动到脚趾时，所述可压缩鞋底不会发生摇摆，其中所述弹簧系统包括一个或多个增强的优化弹簧，其允许所述顶部负载表面相对于所述底部负载表面向前平移，并且可用于实现所述弹簧系统的恒定力曲线。

47.如权利要求44所述的优化的鞋子，其特征在于，它还包括一个完全优化的鞋子，因为它包括一个改变齿轮的装置和一个驱动齿轮改变的装置，其中所述的平行四边形结构包括所述前倾的平行四边形状结构的所有侧面都是连杆-即所述p形底部，所述p形底部，所述p形前部和所述p形后部的平行四边形结构，其中所述自动换档器包括交叉同步滑轮致动的换档器，其包括：

坚固地连接到所述脚踏板的侧向引导件，

坚固地连接到所述脚踏板的前导向件

包括通过梯子铰链可铰接地连接到后梯子连杆的前梯子连杆，其中在所述梯子连杆的两侧具有彼此镜像的图像，其中远离所述前梯子的梯子铰链的端部和所述后梯链节具有铰链，所述铰链被所述前导向件限制为在前后方向上移动，其中所述梯铰链被限制为由所述侧向导向件在侧向方向上移动，

一个或多个弹簧片定位在所述前导向件的适当高度处，从而当所述梯连杆收缩时，所述前后梯连杆都向外移动以接合逐渐多于所述弹簧片的顶部-以通过改变所述弹簧系统的有效弹簧强度来改变挡数

位于脚后跟外侧的同步电机，固定在所述脚踏板上，

所述同步电动机的电动机轴，

一个固定在所述电机轴上的同步滑轮，

同步滑轮线，

所述同步滑轮的底部(并且这决定了所述同步马达的高度位置)在所述用户的脚的外侧上固定地连接所述同步滑轮线和所述后梯连杆的底部铰链，使所述同步滑轮线能够在所述踏板下方交错，

一个内线锁扣将所述同步滑轮线固定连接在所述使用者脚的内侧上的所述后梯连杆的底铰链上，

允许所述同步滑轮线经过所述外线卡扣和(在所述脚踏板下方一些交叉之后)经过所述内线卡扣的前方经过，从而所述后梯链接的后端的运动在所述脚的内侧和外侧相互啮合(同步)，其中所述后侧梯子的后端在两侧上的连接的运动决定多少个所述弹簧片接合，使得所述齿轮在所述两侧脚是同步的，其中，所述跨足线配置包括多个重定向滑轮以确保内外齿轮变化是同步的，

在所述脚踏板上的捕获位置传感器，

在所述接地板的底部上的冲击力传感器，

控制上述电子设备的电路，以及

一个电源，其中所有这些电子设备是电连接的，其中所述冲击力传感器在一个步骤中测量最大冲击力，并且将其发送到所述微处理器，然后使用查找表来确定所述弹簧片的适当数量，以便在下一个步骤中几乎不完全鞋底压缩，其中所述微处理器发信号通知所述同步发动机使所述内外线移动适当的距离，下一步使得所述梯子铰链横向移动以接合正确数量的所述弹簧片以具有最佳几乎没有完全的鞋底压缩，其中该变速是连续自动的，其中，所述弹簧片的数量决定挡数的数量，并由此确定所述换档的精度，其中所述电源可以是电池，但是优选地是冲击充电器，其使用足部冲击以在每个步骤期间产生所述电力，其中所述电力源包括简单的冲击充电器，

所述脚踏板，

所述接地板，

一个简单柱，

坚固地连接到所述接地板上的支撑柱

坚固地连接到所述简单柱的发电机滑轮支架

连接到所述简单柱上的简单的卷绕弹簧，和

发电机组件，其包括：

一个单向离合器/卷绕弹簧组件，

一个发电机双滑轮，包括用于两行的第一滑轮和第二滑轮，

一个小型发电机，

一个发电机轴，

一个可固定安装在发电机轴上的飞轮

一个电池

弹簧侧发电机滑轮线连接着所述简单的卷绕弹簧的一侧和另一侧的所述发电机的双滑轮的第二滑轮，其中当所述脚踏板拉所述脚踏板侧发电机的滑轮线去旋转所述发电机的双滑轮在第一滑轮的方向，其中所述弹簧侧发电机滑轮线延伸所述简单的卷绕弹簧-这反过来去旋转所述的发电机双滑轮在第二滑轮方向，在鞋底扩张时所述脚踏板向上移动，其中这两个相对的牵引件防止这两个滑轮线中的任何松弛，其中这种相反的牵引被称为相对双滑轮防松弛装置，其中基本思想是优化脚部冲击的使用以旋转小型化的发电机来充电其中所述小型发电机可固定地容纳在所述发电机滑轮支架上，其中所述发电机轴可旋转地支承所述发电机双滑轮，所述飞轮和所述单向离合器/卷绕弹簧组件，其中所述发电机双滑轮经由所述单向离合器/卷绕弹簧组件安装在所述发电机轴上，使得当所述脚踏板在鞋底向下拉所述脚踏板侧发电机皮带轮线时期间，所述发电机轴仅在所述第一滑轮方向上转动所述发电机轴其中当所述发电机双滑轮沿所述第二滑轮方向旋转时，通过所述单向离合器/回卷弹簧组件从所述发电机轴脱离，当所述鞋底扩张时以及当所述鞋子处于空中摇摆阶段时，这使得所述飞轮自由地继续旋转所述发电机轴以产生电力，其中在每一步骤中该旋转增大，其中所述脚踏板的鞋底充足的旅行使得可以使用所述简单的整体式冲击式充电器而没有任何额外的机械优势，并且所述简单的整体式冲击式充电器可以与所述鞋底结构成一体。

48.如权利要求44所述的优化的鞋，其所述的弹跟鞋包括弯曲的弹簧弹跟鞋包括，

一个整体的通用平行四边形的结构

一个整体的通用脚趾平行四边形的结构以及所述反脚趾下沉结构，其中所述单体通用平行四边形状结构包括：

用于所述p前部的前部弯曲弹簧，

用于所述p后部的后弯曲弹簧，

用作所述p形顶部的中间脚踏板连杆，其服务于所述p形枢轴的后顶部的延伸部分，用于所述后部弯曲弹簧的顶部与所述中间脚踏板连杆之间的连接；以及

所述p-底部的接地板连杆，其中用于所述接地板连杆与所述前部弯曲弹簧和所述后部弯曲弹簧之间的连接的所述p-枢轴仅仅是所述合并整体式枢轴，其中所述前部弯曲弹簧和所述后部弯曲弹簧弯曲变成水平的以便与所述接地板连接件合并，其中相同的合并整体式枢轴用于前弯曲弹簧与所述后弯曲弹簧和所述底板连接件之间的连接，其中所述有轴铰链和轴承也可用于与所述接地板的这些连接，其中所述整体式通用脚趾平行四边形状结构包括所述弯曲弹簧平行四边形状结构，其中所述弯曲弹簧式弹跟鞋的力曲线是线性的，其中其构造是最简单的。

49.如权利要求44所述的优化的鞋，所述的弹跟鞋包括一个联动展开的弯曲的弹簧弹跟鞋，

一个整体的通用平行四边形结构，

一个整体的通用脚趾平行四边形结构，

所述说自动换档器，和

一个或多个辅助p型弹簧，其中所述整体式通用平行四边形状结构包括：

用于所述p-前部的前部双联动展开弹簧，其可以可选地作为p-张紧带

用于所述p-后部的后部双联动展开弹簧，其可以可选地是p-张紧带，

所述p顶部的中间脚踏板连杆，

所述接地板的所述接地板连杆，以及

一个末端脚踏板链接，

其中所有所述连杆通过所述单体式铰链的单体式颈缩式活铰链相互连接，其中每个所述双连杆展开弹簧包括所述双联动机构和所述弯曲弹簧，其中所述辅助p型弹簧首先包括一个或多个所述顶部铰接部分弹簧，其位于所述顶部连杆铰链和所述顶部负载表面之间，并且它们还包括一个或多个所述调节弹簧位于所述前部和后部吊具联动附近，以便直接装载在所述顶部负载表面和所述底部负载表面,其所述上连杆铰链部分弹簧控制和调节所述弯曲弹簧的初始展开，其中在所述连杆展开的所述弯曲弹簧上的垂直压缩力的力曲线称为p力曲线，并且在压缩时首先增大然后弯曲变成零，其中所述上连杆铰链部分弹簧的力随着所述p力曲线减小而增大，从而使组合的p力曲线近似恒定，这满足所述增强最优弹簧系统的要求，其中所述第二辅助p形弹簧优选是所述卷曲v形弹簧，在这种情况下，所述内部连杆镜面拱形弹簧的所有元件在完全压缩下变平，以使其初始高度与其完全压缩高度的压缩比最大化，其中所述单体通用脚趾平行四边形结构包括

一个前脚踏板链接，

一个脚趾弯曲的弹簧，

一个在底部的弹簧板，和

一个后趾弯曲弹簧，其与所述前部双联动展开弹簧的所述弯曲弹簧中的是相同的，所以这是所述单体式通用平行四边形状结构和所述整体式通用脚趾平行四边形状结构之间的共享p元件，并且此共享是让所述增强后跟提升是可能的，其中所述整体式通用脚趾平行四边形状结构的p-前部和后部元件的特征在所述弯曲弹簧充当结构连杆以及弹簧元件以组合功能，其中所述可压缩鞋底有一些跷跷板摇摆，但与除了弹簧系统之外不需要另外的平行四边形的优点相比，这是可以忽略不计的。

50.如权利要求49所述的优化的鞋，其联动展开弯曲弹簧鞋包括一个修正的联动展开弯曲弹簧鞋其包括，

一个顶部传播链接，

一个底部传播链接，

一个扩展的链接枢轴，

一个前单顶部3连杆枢轴，

一个顶部链接到弹簧连接，

一个底部链接到弹簧的连接，

所述前弯曲弹簧，和

所述后弯曲弹簧，

其中所述顶部扩展连杆通过所述扩展连杆枢轴可枢转地连接到所述底部扩展连杆，其中所述后部弯曲弹簧和所述前部弯曲曲线在其顶端处通过所述顶部连杆-弹簧枢转地连接到所述顶部扩展连杆连接，并且所述后弯曲弹簧和所述前弯曲曲线均通过所述下连杆-弹簧连接在其底端处枢转地连接到所述底部扩展连杆，

其中所述展开连杆枢轴包括连杆枢转连结件，所述连杆枢转连结件是所述展开连杆附件的向上延伸部分并且可固定地连接到所述脚踏板，其中所述顶部连杆到弹簧连接件包括

一个枢轴杆，

一个顶部环绕形式，

一个顶端循环

一个底端环路，

一个顶端弯曲部分，

一个底端弯曲部分，和

所述修改后的联动弯曲弹簧，其中所述修正的联动弯曲弹簧既用于所述前弯曲弹簧又用于所述后弯曲弹簧，其中所述修正的联动弯曲弹簧包括内层片弯曲弹簧部分和弯曲弹簧的连续外层外层片，其中所述内层曲面弹簧部分构造是在所述曲面弹簧的连续圈外层内，其中所述曲面弹簧的连续圈外层在所述修正的连杆弯曲弹簧的顶部和底部被拉到一起以形成所述顶端弯曲部分和所述底端弯曲部分,其中所述顶端弯曲部分围绕所述顶部缠绕形式弯曲，然后打开以形成所述顶端环，其中所述顶部缠绕形式减小所述顶端弯曲部分在压缩循环过程中必须弯曲的锐度，并且所述底端弯曲部分围绕所述底部缠绕形式弯曲，然后打开以形成所述底端环，其中所述底部缠绕形式减小了所述底端弯曲部分在压缩循环过程中必须弯曲的锐度，其中所述顶部扩展连杆的端部与所述顶端环交错，使得所述枢轴杆可以从侧面穿过所述顶端环和所述顶部扩展连杆中的孔，从而使所述顶部去推其中所述顶部扩展连杆，其底部扩展连杆的端部与所述底部端环交错，使得所述枢轴杆能够从侧面穿过所述底部端环和所述底部环中的一个孔使所述底部扩展连杆使所述底部扩展连杆推抵所述底部端环，所述修正的联动展开弯曲弹簧的力曲线增大，然后弯曲变负，

其所述辅助p型弹簧作用在所述脚踏板和所述接地板之间的尺寸被设计成开始以增加的力作用，以便补偿所述修正后的双联动弹簧的减小力，使得总联合力曲线在整个修正后的双联动展开弹簧的压缩的后期部分变得近似恒定，其中所述底部展开连杆实际上充当前部的所述p前部和所述后部的所述p后部，其中由于唯一的所述前脚踏板的接触和所述前后脚弯曲弹簧的顶端通过所述展开连杆枢轴(即不存在直接接触或冲击)，其中该负载力仅作用于展开所述前弯曲弹簧和所述后弯曲弹簧-从而确保所述总合力c曲线近似不变。

51.一个最佳的弹簧系统，其中包括

一套增强的最佳拱形弹簧，其进一步包括一组增强拱形弹簧，每个拱形弹簧由一种或多种拱形弹簧类型构成，

其中所述最佳弹簧系统具有最佳力曲线，其中所述最佳力曲线的力曲线优化目标是使对于给定的所述最大力的吸收能量的量(即力曲线下的面积)最大化其中实现所述最佳力曲线的一种方式是改变弹簧结构和形状以实现更柔和的力曲线，其中所述一组增强的弓形弹簧在它们具有所述最优化其中所述增强拱形弹簧的弹性元件由最有可能是具有高延伸极限的纤维复合材料的弹簧强度材料制成，具有高拉伸强度，并且其弹性模量与拉伸强度使得韧性(储存的弹簧能量)受到损害，其中非线性有限元分析表明，凯夫拉尔复合材料是首选材料，因为它提供了最高的环弹簧强度-其次是Spectra Shield复合材料，其强度是芳纶的23％，其次是E-玻璃纤维强度是芳纶的16％，其次为PEBAXX 5533，其强度是芳纶的1％，其中现有技术的鞋弹簧使用可注射模制的材料，例如PEBAXX 5533，其远非最佳，其中纤维复合材料也是优选的，因为它们具有非常低的机械滞后损失约为1-2％，而注塑材料例如热塑性聚氨酯(例如pellethane 2363或PEBAX 5533约为20-50％),其中也可使用具有与芳纶类似的柔性和弯曲强度的关键参数的任何其他材料，其中适当的材料包括Vectran，新型碳纤维复合材料和碳纳米管复合材料-均具有高拉伸强度和高值伸长极限的复合材料和由蜘蛛丝衍生的复合材料-只要这些新型材料可以以低成本批量生产，其中每个所述弓形弹簧类型代表不同取向的元素弯曲弹簧的组合，其中所述元素弯曲弹簧也被称为一个弯曲的臂，它是一个弯曲的弹簧，它在完全压缩的情况下基本上与平板平齐，其中所述弯曲臂(水平的并且近似平行于相邻的基础载荷表面)的端部称为基础端，所述相对于相邻的尖端载荷表面大致垂直或对角线的弯曲臂是t其中，所述基本弯曲弹簧在完全压缩时的完全压缩厚度是所述弯曲臂的厚度，其中所述基本弯曲弹簧的近似形状是四分之一圆，其中所述基本弯曲弹簧的基本弹簧高度近似为所述四分之一圆的半径，其中所述基本完全压缩厚度基本上小于所述基本弹簧其中所述第一拱形弹簧类型简单地为所述基本弯曲弹簧，其中所述末端负载表面相对于所述基本弯曲弹簧的基本负载表面水平地自由平移。

52.如权利要求51所述的最佳弹簧系统，所述增强最佳拱形弹簧被预加载以改进所述最佳力曲线，其中在最佳弹簧压缩开始时的力是预定值(例如全力弹簧压缩)，其中由所述弹簧系统完成的功是在力相对于弹簧偏转的曲线下面的面积，其中与最大力值点相比，所述功以最大力值点的减小的值被吸收，没有预加载，其中这种改进适用于所述最佳力曲线和线性力曲线，其中，由于预加载的改进与由于恒定力曲线的改进无关，因此改进适用于所述最佳力曲线，并且两种改进的组合也适用于所述最优力曲线，其中，所述预加载通过诸如系绳之类的物理约束或诸如结构约束，其中所述最佳弹簧系统的第一标准是预加载所述最优弹簧系统，并且所述最佳弹簧系统的第二标准是产生几何结构，使得所述最佳力曲线的斜率在整个所述鞋底压缩过程中减小或者甚至变得近似恒定。

53.如权利要求52所述的最佳弹簧系统，所述最佳弹簧系统包括一组增强拱形弹簧，每一个拱形弹簧由一个或多个拱形弹簧类型构成，其中每个所述拱形弹簧类型表示不同取向的基本弯曲弹簧的组合，所述的曲面弹簧也称为曲臂，是一种在完全压缩的情况下基本上平板于平板的曲面弹簧，其中，所述第一弧形弹簧为所述弧形弹簧，所述曲臂的端部为水平并且近似平行于相邻的基本负载表面)称为基端，并且所述弯曲臂的与相邻的尖端负载表面大致垂直或对角的端部是末端，其中所述基本弯曲弹簧在完全压缩时的完全压缩厚度是所述弯曲臂的厚度，其中所述基本弯曲弹簧的近似形状是圆形的四分之一，尽管所述曲率可能略微不同，其中，所述基本弯曲弹簧的元素弹簧高度所述基本弯曲弹簧近似为所述四分之一圆的半径，其中所述基本完全压缩厚度基本上小于可能的十倍至二十倍的基本弹簧高度，其中所述第一拱形弹簧类型简单地称为元素弯曲弹簧，其中所述尖端负载表面相对于所述基础负载表面水平地自由平移。

54.如权利要求53所述的最佳弹簧系统，所述最佳弹簧系统包括多个所述拱形弹簧类型中的一个，其中所述第二所述拱形弹簧类型被称为拱形弹簧，其中两个所述拱形弹簧被组合以形成拱形，其中所述基本弯曲弹簧的左侧是所述基本弯曲弹簧的右侧的镜像，所述基本弯曲弹簧绕相对的所述基端的连接处的竖直线构造，其中所述拱中心位于所述相对的基端所述基弧形弹簧连接，其中第三所述弧形弹簧类型被称为镜面弧形弹簧，在这种情况下，所述上拱形下拱形弹簧围绕在所述上拱形弹簧的相对所述末端的正下方的水平线镜像,其中所述上，下拱形弹簧的所述拱形中心通过其相邻的镜像负载表面而被加载，使得所述相对的所述末端在所述镜像拱形弹簧完全变平时水平地向外移动，其中所述镜像负载表面不会水平地平移而在所述弹簧压缩期间它们彼此垂直并且直接朝向彼此移动，其中第四所述拱形弹簧类型被称为滚动镜面拱形弹簧，在这种情况下，所述镜面拱形弹簧的顶部和底部具有圆形形状，在该情况下所述滚动镜面拱形弹簧在由两个相对于彼此水平平移的表面加载时可以略微滚动，其中所述第五种所述拱形弹簧类型被称为半镜面拱形弹簧，在该情况下所述镜面拱形弹簧被切入当从侧面看时，通过其中心的一半沿竖直线一半，其中第六所述拱形弹簧类型被调用在这种情况下，所述元素弯曲弹簧与其镜像(也称为倒置的所述元素弯曲弹簧)结合，以形成所述卷曲的V形弹簧，所述V形弹簧看起来像在其侧面转动的字母V，其每个臂是卷曲成弧形弹簧的形状其中所述第七种所述拱形弹簧类型被称为嵌套拱形弹簧，其中一种或多种所述拱形弹簧类型嵌套在另一种拱形弹簧类型中以在一个或多个嵌套层级处形成嵌套拱形弹簧，其中所述基础单元所述拱形弹簧相对于彼此在垂直方向上偏移，使得当所述嵌套拱形弹簧完全压缩时，每个所述拱形弹簧沿其整个长度大致水平，其中所述嵌套拱形弹簧的总弹簧强度增加尽管所述嵌套拱形弹簧在完全压缩时的厚度增加，但是所有的上述拱形弹簧类型和由它们构成的更复杂的变化都具有与力曲线相似的力曲线和行为所述元件弯曲弹簧的构造-除非所述更复杂的变化包括连接。

55.如权利要求54所述的最佳弹簧系统，其特征在于，

弹簧元件

联动元件，和

其中所述弹簧元件和所述连杆元件通过铰链彼此连接，其中一个或多个所述铰链是包括轴和轴承的常规圆柱形铰链。

56.如权利要求53所述的最佳弹簧系统，其特征在于，所述弹簧系统包括由所述弓形弹簧构成的增强型最佳弹簧系统，其中所述增强型最佳弹簧系统被设计为优化诸如鞋类的装置的力曲线，其中有利的是使最大力其特征在于，所述力曲线优化弹簧的力曲线优化目标是在所述使用者，所述弹簧系统的结构元件上以及所述弹簧系统内的装置上的力曲线上(特别是当存在冲击力时)为了使给定的所述最大力点所吸收的能量的量(即力曲线下的面积)最大化，其中实现期望的优化的力曲线的方法的第一部分是预加载其弹簧系统，并且第二部分是改变弹簧结构和形状以便实现更柔和，更恒定的力曲线，其中这些改变与具有线性力曲线的弹簧系统相比，力曲线可以将所述最大力值减小25％至大约40％，其中存在两类增强的最佳弹簧系统，即增强的完全最佳弹簧系统，其中力曲线变为在后一部分压缩过程中大致恒定，即增强的部分最佳弹簧系统，其中力曲线的斜率在压缩的后一部分减小到其初始值的大约一半，其中所述最佳力曲线的第一标准是预加载所述弹簧系统，并且所述最佳力曲线的第二标准是创建几何形状，使得力曲线的斜率在后者的所述鞋底压缩过程中减小或甚至接近于零其中，当进行非线性有限元分析以确定所述弯曲臂在制造所述弯曲臂的材料的应力极限内的最大可允许厚度(以及因此最大可能的力)时，所吸收的总能量(每个所述拱形弹簧的每单位面积的工作量与全挠曲值成线性比例，所述全挠曲值是完全压缩时的挠曲，从而通过简单地选择相应的所述全挠曲值就可以容易地实现特定的总能量-改变所述单位面积吸收总能量(完成功)的一种方式是改变所述全偏转值，其中运行的冲击能量通过所述可压缩鞋底以鞋底压缩能量的压缩和通过所述使用者的腿以腿部压缩能量的压缩来吸收，其中用于所述鞋底压缩能量的优化的第三标准是确定通过实验确定最佳鞋底压缩能量，然后通过选择相应的特定所述偏转值来实现所述最佳鞋底压缩能量，其中一个或多个所述铰链是颈缩式活铰链，其允许相邻的所述连杆元件之间的连续整体结构和所述弹簧元件。

57.如权利要求56所述的最佳弹簧系统，所述增强型最佳弹簧系统包括调节的连杆展开式铰接环形弹簧，其包括连杆展开铰接式环形弹簧和用于力曲线调节的一个或多个辅助弹簧，其中所述连接展开式铰接环形弹簧包含

包括镜像半环部分的铰接环形弹簧，

所述铰链环弹簧的两侧上的环铰链连接所述半环部分，

包含镜像的部分的内部链接，以及

负载机构，用于镜像负载表面以加载所述连杆展开式铰接环形弹簧，其中所述顶部负载表面是所述底板，并且所述底部负载表面是所述底板，其中所述负载机构包括交错的中心链接负载元件，到所述顶部负载表面和所述底部负载表面，其中所述交错的中心连杆负载元件相对于所述铰接的环形弹簧的顶部和底部部分以这样的方式插入，使得负载力可以直接传递到所述内部连杆(并由此连接到所述环形铰链)而不接触所述铰接的环形弹簧的顶部和底部，其中这种布置确保所述连杆展开的铰接的环形弹簧的力曲线首先升高，然后弯曲，然后随着所述内部连杆的连杆对齐而减小到零，其中这是因为所述顶部负载表面和所述底部负载表面不直接撞击所述铰接环弹簧的顶部或底部(这将使所述铰接环弹簧的所述第一力曲线成直线)，其中所述环铰接件优选是天然铰链，在这种情况下，所述铰接环弹簧是整体的，其中所述内部连杆负载所述铰接的环形弹簧，并且该负载仅在所述环形铰链处而不是在所述铰接的环形弹簧的顶部或底部处发生，其中用于所述连接展开式铰接的环形弹簧的力曲线首先增大然后弯曲在全面铺开的时候，其中所述辅助弹簧提供辅助力曲线，并且在所述压板和所述底板之间的尺寸和尺寸设置成当所述可压缩鞋底部分地压缩到所述连杆展开式铰接环弹簧的力曲线弯曲的点时接收它们的负载，开始减小，其中所述辅助弹簧的强度和厚度被选择成使得(对于所述连杆展开的铰接的环形弹簧和所述辅助弹簧来说)的合力曲线在后面的单独压缩时变得近似恒定，其中所述内部连接包括

中心链接反映在每一面和顶部和底部，

大多数垂直的链接反映在顶部和底部的每边，

连接所述大多数垂直连杆与所述中心连杆的拐角铰链，

其中所述拐角铰链和所述撞击铰链可以是具有轴承的传统金属轴铰链，但是优选自然铰链-而所述铰链齿条铰链对于小尺寸范围的其中所述辅助弹簧定位在镜像的所述中心连杆之间，或者它们可以位于所述连杆展开式铰接环形弹簧的外部，其中所述撞击连杆向外推压所述环形铰链以将所述连杆展开式铰接环其中所述辅助弹簧优选地是主铰接环形弹簧的较小形式，在这种情况下，所述调节的连接展开式铰接环形弹簧的所有元件在完全压缩下变平，以使其初始高度与其完全压缩高度的压缩比最大化，其中主要的所述铰接的环形弹簧可以可选地包括一个或多个彼此嵌套的铰接的环形弹簧，其中通过增加每个附加的嵌套的铰接的环形弹簧来显着增加所述连接展开的铰接的环形弹簧的强度，因为其厚度是其中所述铰接环弹簧的顶部和底部是圆形的，以允许所述脚踏板相对于所述底板的向前运动，其中所述铰接环形弹簧在鞋底压缩开始之前被定向为向后倾斜，在鞋底完全压缩下垂直取向。

58.如权利要求57所述的最佳弹簧系统，其特征在于，所述环铰链包括多层复合材料环和增强天然铰链，其中所述增强天然铰链在所述环铰链上方和下方延伸一小段距离，使得它作为弹簧进行压缩，其中可以使用以下方法中的一种或多种来使得所述增强的自然铰链更加柔韧，使得其能够承受大量的弯曲占空比而不会由于疲劳而断裂，其中第一种方法是增加所述冲击链路的圆形端部的半径，其中第二种方法(参照更柔韧的环绕式撞击器部分)是为了增加基质的塑性或挠性，其中第三种方法是减少层片的数量，其中第四种方法是不使用树脂或基质完全可以选择用橡胶浸渍保护“裸露的层”，其中第五种方法是将铰链护套粘附到所述增强天然铰链的内侧和外侧以防止灰尘和磨损，其中第六种方法就是让层数减少的层数逐渐变长-这样，当他们环绕着这些冲击链接时，它们就不会破裂。

59.如权利要求56所述的最佳弹簧系统，所述增强型最佳弹簧系统包括第二增强型完全最佳弹簧系统，该第二增强型完全最佳弹簧系统也称为连杆展开弯曲弹簧系统，其包括连杆展开弯曲弹簧和一个或多链接展开弯曲弹簧包括

包括两个或三个连杆的第二吊具联动，

第二个弯曲的弹簧，和

其中所述连杆通过所述连杆铰链彼此枢转地连接并且在任一端通过弹簧铰链连接到所述第二弯曲弹簧的端部，其中，所述连杆中的所述顶部连杆被称为顶部连杆，并且所述连杆连接到其中包括所述第二吊具连杆的所述连杆的总长度等于所述第二弯曲弹簧的长度，使得所述连杆展开曲线弹簧在完全压缩时能够完全展平，其中所述顶部连杆铰链接触所述上连杆铰链在接触压缩距离处的顶部负载表面，其中所述接触压缩距离可通过改变所述第二撑杆连杆的连杆的长度来调节，其中所述第二辅助弹簧包括位于所述顶部连杆铰链和顶部负载表面之间的上部顶部连杆铰链部分弹簧和位于所述顶部连杆铰链和所述顶部负载表面之间的调节弹簧与所述第二撑杆连接件相邻，以便直接装载在所述顶部负载表面和所述底部负载表面之间，其中所述顶部连杆铰链部分弹簧控制和缓和所述第二弯曲弹簧的初始展开，其中，所述连接展开曲线弹簧上的压缩力称为第二力曲线，在压缩过程中先增大然后弯曲变为零，其中所述上连杆铰链部分弹簧的力随着所述第二力曲线减小而增加，从而使组合的第二力曲线大致恒定，这满足所述增强的完全最佳弹簧系统的要求，其中所述第二辅助弹簧优选地被称为在这种情况下，所述内部联动装置的所有元件在完全压缩的情况下镜面拱形弹簧变平，以使其初始高度与其完全压缩高度的压缩比最大化。

60.如权利要求56所述的最佳弹簧系统，所述增强型最佳弹簧系统包括第三增强型完全最佳弹簧系统，其包括组合式单片张紧镜像弯曲弹簧，其包括单片张紧镜像弯曲弹簧和一个或多个第三辅助弹簧，所述顶部负载表面和所述底部负载表面部分压缩，其中所述单片张紧镜像弯曲弹簧包括外部四连杆机构，所述外部四连杆机构定向成类似于菱形，并且还包括整体式地在顶部和底部通过整体竖直颈缩顶点连接的四个整体式四连杆机构，并且在两侧由整体式水平颈缩连接机构连接，以及双镜面卷曲V形弹簧拉伸元件，其还包括四个单片拉伸弯曲弹簧，每个单片拉伸弯曲弹簧均通过侧顶点连接单片式连接到整体式水平颈缩顶点，并且每个弯曲向上(或向下)接近垂直以经由所述单片竖直颈缩顶点连接到其中心处的镜像，其中所述单片式水平颈缩顶点还可选地包括

第一颈缩克制，

一个整体的循环，和

其中所述单体环是所述单体四连杆和所述侧顶点连接之间的整体连续体，并且所述保持销从侧面穿过所述单体环，其中所述第一颈缩约束物包围所述单体环以加强其扣留由所述侧顶点和所述单体四连杆经由所述整体式水平颈缩顶点施加的相当大的力，其中用于拉开所述双镜像卷曲V形弹簧拉伸元件所需的垂直力的第三力曲线首先增大，然后减小至零，其中由所述第三辅助弹簧施加的垂直力随着所述第三力曲线减小而增加，以使组合的第三力曲线近似恒定，从而满足所述增强的完全最佳弹簧系统的要求，其中所述第三辅助弹簧优选地为所述镜面拱弹簧，在这种情况下，所述组合的整体张紧镜像弯曲弹簧的所有元件在完全压缩下变平，以使其初始高度与其完全压缩高度的压缩比最大化。

61.如权利要求56所述的最佳弹簧系统，其特征在于，所述增强型最佳弹簧系统包括第四增强型完全最佳弹簧系统，其包括组合的带式张紧连杆弹簧，该弹簧包括带式张紧连杆弹簧和一个或多个第四辅助弹簧，顶部负载表面和所述底部负载表面部分压缩，其中所述带式张紧连接包括

一个象菱形一样的四连杆机构，它还包括四个四连杆，四个四连杆在上下方向用垂直铰链连接，在两侧用水平铰链连接，

带两端带环末端的张力带，和

一个轴，其中，所述带端环和所述四端连接件(在它们连接到所述水平铰链的地方附近)被开槽，以便一个穿过另一个地插入，使得所述轴可以插入穿过所述水平铰链，从而连接所述四边形连接到所述张紧带，其中用于拉开所述张紧带所需的垂直力的第四力曲线首先增加，然后减小到零，其中，由所述第四辅助弹簧施加的垂直力随着所述第四力曲线减小而增大，以使组合的第四力曲线近似恒定，从而满足所述增强的完全最佳弹簧系统的要求，其中所述第四辅助弹簧优选地为所述镜面拱弹簧，在这种情况下，所有元件都表示组合的带张紧的联动弹簧在全压缩时变平，以使其初始高度与其完全压缩的高度的压缩比最大化。

62.如权利要求56所述的最佳弹簧系统，所述增强最佳弹簧系统包括第五增强部分最佳弹簧系统，该弹簧系统被称为单片张紧镜像弹簧

外部顶部加载的拱形弹簧，其包括顶部延伸的拱形部和底部延伸的拱形部，每个拱形部在其中心处包括延伸的平坦部分，以及外部末端部分，在所述外部末端部分处，

在上半部上的内侧加载的拱形弹簧，其通过内部末端部分和经由拱间部分在两端连接到所述外部末端部分，

在下半部上的一对内部张紧加载的卷曲V形弹簧，其通过内部卷曲V形弹簧末端部分在中心处彼此连接，并且经由所述内部末端部分和通孔连接到任一端上的所述外部末端部分所述的拱间部分，和

一对外部顶端垫片，它们将所述外部尖端部分隔开，使得所述外部顶部承载的拱形弹簧能够完全展平而不与所述内侧承载拱形弹簧或所述内部承载弹簧的弹簧形成干涉，其中所述通过外夹具将外尖端部分夹持到所述外尖端垫片，并且所述内尖端部分通过所述内夹具夹紧到它们镜像的所述内尖端部分，其中，所述内侧承载的拱形弹簧和所述内部张力所述卷边弹簧相当于内拉力元件，可代替另一卷边弹簧，在此只提及所述内侧面卷簧弹簧的进一步说明,

其中所述内侧装载的拱形弹簧经由所述拱间部分位于所述外部顶部装载的拱形弹簧的内部并且被拉动，其中这三个元件形成连续的整体结构并且它们通过颈缩的活动铰链相互连接，其中该第五力曲线的斜率-对于所需的垂直压缩力既弯曲所述外部顶部负载拱形弹簧又将所述内部侧部负载拱形拉开-在压缩的后一部分期间减小到其初始值的大约一半，所述增强的部分最佳弹簧系统的要求，其中所述带张紧连杆弹簧的所有元件在完全压缩下变平，以最大化其初始高度与其完全压缩高度的压缩比。

63.如权利要求56所述的最佳弹簧系统，其特征在于，所述增强最佳弹簧系统包括第六增强部分最佳弹簧系统，该系统包括张紧带镜面拱形弹簧，

在任一端具有第二带端环的第二张力带，

一对镜面带拱，每个拱形拱都包括中心拱形部分和弓形尖端，拱形尖端通过所述第二张紧带撞击它们的镜像拱形尖端，

第二个带固定销，和

一对带枢轴，其中所述第二带保持销从侧面穿过所述第二带端环而滑动，以防止第二带端环滑动通过压缩所述第二张紧带的所述拱端，其中，第六力曲线-对于所需的垂直压缩力，弯曲所述镜像带拱并拉伸所述第二张力带-在后面的压缩部分期间减小到其初始值的大约一半，这满足所述增强的部分最佳弹簧系统的要求，其中所述张紧带镜面拱形弹簧的所有元件在完全压缩下变平，以使其初始高度与其完全压缩高度的压缩比最大化。

64.如权利要求56所述的最佳弹簧系统，其特征在于，所述连杆展开弯曲弹簧系统包括第七增强完全最佳弹簧系统，其包括组合张紧连杆旋转臂弯曲弹簧系统，所述弯曲弹簧系统包括旋转臂弯曲弹簧和第七辅助弹簧的张紧连杆，所述张紧连杆旋转臂弯曲弹簧包括

一个顶臂

一个底臂，其中所述旋转臂是所述顶臂和所述底臂

一个连接所述上臂和所述下臂的臂铰链，以及

一对所述链接展开弯曲弹簧彼此镜像以形成类似于所述卷曲V形弹簧的结构，其中所述第七辅助弹簧位于所述顶臂和所述底臂之间，以便当它们接合时其中在一端上，所述弹簧铰链在镜像位置铰接地连接到所述上臂和所述下臂，其中在另一端上，所述弹簧铰链可铰接地彼此连接和冲击，其中这些所述第二弯曲弹簧优选地通过弯曲的拱形枢轴来实现，所述弯曲的拱形枢轴是颈缩的活动铰链，其中当所述顶部连杆铰链中的镜像连杆铰链通过所述顶臂和所述底臂围绕所述臂铰链的负载折叠而彼此碰撞时，所述镜像的所述吊具连杆矫直镜像的所述第二弯曲弹簧，其中所述装载的扭矩曲线折叠被称为第一扭矩曲线，并且在所述负载折叠期间，所述第一扭矩曲线首先增大然后弯曲并且变为零，其中，由所述第七辅助弹簧施加的抵抗所述负载折叠的扭矩随着所述扭矩曲线减小而增加，以便使得组合扭矩曲线近似不变，其中所述第七辅助弹簧优选地是所述卷曲V形弹簧，在这种情况下，所述组合的张紧连杆的所有元件在完全压缩的情况下使旋转臂弯曲弹簧系统变平坦，以最大化其压缩比初始高度到完全压缩的高度。

65.如权利要求56所述的最佳弹簧系统，其特征在于，所述增强型最佳弹簧系统包括第八增强型部分最佳弹簧系统，所述第八增强型部分最佳弹簧系统包括端部精磨弯曲弹簧，其基部主要是水平的，并且所述固体初始部分向上弯曲以便所述元素弹簧高度的实心部分刚性地或整体地附接到所述刚度改变的旋转端部分，其中所述弯曲的端部细化的弯曲弹簧在其底部被所述底部负载表面和在其顶部由相对于所述底部负载表面水平自由平移的所述顶部负载表面，其中在所述弹簧压缩的初始部分期间，所述弹簧偏转主要是由于所述固体初始部分变平的，其中在所述弹簧压缩的后一部分期间，所述弹簧偏转主要是由于所述刚度改变旋转的压缩和变平其中所述刚度改变的旋转端部分的刚度可独立地被参数化为较弱，其中在所述弹簧压缩的所述初始部分期间，所述端部细化的弯曲弹簧的压缩力曲线主要由于所述固体初始部分变平，之后所述力曲线变软，从而满足所述增强的部分最佳弹簧系统的要求。

66.如权利要求65所述的最佳弹簧系统，所述端部精制弹簧系统包括第九增强部分最佳弹簧系统，其包括风筝端弯曲弹簧，其中所述刚度改变旋转端部包括风筝端部分(在下部顶点)将所述固体初始部分向上分成两个风筝拱臂，所述两个风筝拱臂在所述元素弹簧高度顶部的上顶点处的风筝顶端处重新结合，以形成风筝臂镜像拱，当风筝臂中心所述风筝手臂沿着两个所述风筝手臂的中心之间的风筝中心线直接加载，其中所述风筝端部分具有在所述下顶点和所述上顶点之间的顶点轴线，其中所述顶点轴线在所述弹簧压缩开始时主要垂直取向(尽管可能略微对角)，其中所述顶点轴线旋转到完全其中在所述弹簧压缩的所述初始部分期间，所述风筝端部区段的弯曲刚度是足够的，使得其在所述弹簧压缩的所述初始部分中仅略微或完全不弯曲，其中所述风筝端部区段在后者部分当所述顶点轴旋转时，使所述风筝端变得更加直接地沿着所述风筝线中心加载，使得压缩所述风筝端部分所需的力减小，其中所述风筝端弯曲弹簧的压缩力曲线在所述弹簧压缩的初始部分期间迅速增加，主要是由于所述固体初始部分的变平，而在后一部分压缩期间的力曲线主要是由于所述风筝的压缩其可被独立地参数化为较弱，使得在压缩的后部，力曲线弯曲变得更柔软，这符合所述增强的部分最佳弹簧系统的要求，其中所述风筝端弯曲弹簧也可用于构造所述一组拱形弹簧结构例如用于所述卷曲的V形弹簧-以与它们如何构造用于所述基本弯曲的弹簧相似的方式。

67.如权利要求65所述的最佳弹簧系统，端部精磨弹簧包括第十增强部分最佳弹簧系统，其包括箭头弯曲弹簧，其中所述刚度改变旋转端部包括箭头头端部分，固体初始部分和箭头弯曲弹簧，其端部固定地连接到所述刚性末端的末端，其中所述箭头弯曲弹簧在其连接点处平行于所述刚性端，其中所述箭头弯曲弹簧在延伸到其箭头端时远离所述刚性端弯曲，其中所述箭头弯曲弹簧可以在一侧或两侧其中所述箭头弯曲弹簧在弹簧压缩开始时不与其相邻的负载表面接触，但其尖端在所述弹簧压缩的后一部分期间撞击其相邻的负载表面，使得所述箭头弯曲弹簧当所述刚性端已经旋转到水平时，在完全压缩的情况下完全压缩并压扁所述刚性端，其中所述箭头形弯曲弹簧的压缩力曲线在所述弹簧压缩的所述初始部分期间迅速增加，这主要是由于所述固体初始部分的变平，而在后一部分压缩期间的力曲线主要是由于所述箭头的压缩其可以被独立地参数化为较弱的，使得在压缩的后部，力曲线弯曲变得更柔软，这符合所述增强的部分最佳弹簧系统的要求，其中所述箭头弯曲弹簧可以用于构造所述例如用于所述卷曲的V形弹簧的拱形弹簧构造的组合，以类似于它们如何构造用于所述元素弯曲弹簧的形式。

68.如权利要求56所述的最佳弹簧系统，所述增强的最佳弹簧系统构造成处于多边结构中，其中每一边优选为楔形，以使弹簧力最大。

69.如权利要求57所述的优化的鞋，其特征在于，所述内部联动镜像弓形弹簧系统也被称为调整的联动-张开铰接的环形弹簧，其包括合并臂联动-展开的铰接环形弹簧，

一个上部的多臂拱门，

下臂的多臂，其中这些臂在任一侧经由所述增强的天然铰链铰接地连接，其中这些多臂拱中的每一个包括两个或多个相邻拱臂，所述两个或多个相邻拱臂彼此相邻拱臂伸出并彼此分离，其中所述相邻拱形臂在所述合并臂连接展开的铰接环形弹簧的完全压缩过程中逐渐彼此合并，其中所述相邻拱形臂之间的空间称为臂间空隙，手臂在压缩过程中合并，其中强度和韧度(指的是吸收了多少冲击能量)基本上得到增强，因为在压缩期间所述相邻弓臂的弯曲显着增强，并且由于弯曲元件的有效强度随着其厚度立方而变化，并且厚度n个合并的相邻拱形臂中的每一个是每个相邻拱形臂的厚度的n倍，其中任选地可能增加或减小所述相邻拱形臂之间的摩擦，其中存在多种用于所述臂间形状的策略以改变所述合并臂连接展开的铰接环弹簧的力曲线，例如延迟所述臂间空隙的合并，其中所述辅助弹簧也可以可选地与所述合并臂连接展开的铰接的环形弹簧使整个弹簧压缩结束时的组合力曲线恒定，从而获得最佳的恒定力曲线。

70.如权利要求69的优化的鞋，其中所述增强的天然铰链包括另外的增强的天然铰链，

一个或多个内弓臂，

一个或多个内部连续铰链层，

一个或多个外拱臂，

一个或多个外部连续铰链层，

铰链护套在外侧和/或内侧，其中所述相邻的拱臂现在包括例如，所述内弓臂和所述外弓臂中的每一个是包括多个层片的复合层压件，其中所述内弓臂中的所述层片中的一个是所述内连续铰接层并且所述外弓臂中的所述层片中的一个是所述外层连续的铰接层-意味着这些是延伸到所述合并臂连接展开的铰接环形弹簧周围的层的延续，其中目标是实现用于弯曲所述进一步增强的天然铰链的高疲劳工作循环，其中通过使用两层来缠绕所述冲击链节来减小厚度是一种改进，增加所述外部连续铰链层的长度是第二改进，结合所述铰链护套以保护和封闭所述进一步增强的天然铰链是第三改进并且不使用矩阵或更柔性的基质材料(例如橡胶状材料)是第四种改进，其中所述内部连续铰链层和所述外部连续铰链层可以可选地包括更多层，条件是这些增加的层仍然足够柔韧。

71.包括两个或多个相邻的连续的合并叠层的叠置的连续合并叠层梁，所述叠置的叠合是起伏的和重复的，其中当它们的数量是两个时，例如它们相对于彼此偏移，使得上面一个的最高点朝向较低的一个，其中上部的最低点在下部的最高点之上-好像它们是180度的异相，其中每个相邻的连续的合并层压板在加载时展平并合并，其中所述多种结构和类型的合并载荷是可能的，其中所述多个相邻的连续合流层合梁可以是弯曲的，使得它们在载荷作用下弯曲，或者它们可以是平的或稍微弯曲的，使得它们在载荷下大部分变平和压缩，就像防弹衣的情况一样，它们主要是压缩的，而且在装载时也稍微弯曲，其中由于重叠的结构而没有弱的接缝，其中任何数量的相邻连续的合并层压材料可以以类似的方式组合，其中强度和韧度(指的是吸收了多少冲击能量)基本上被增强，因为在压缩过程中所述相邻拱臂的弯曲显着增强，并且因为弯曲元件的有效强度取决于其厚度立方体，并且邻近拱臂合并的数量n的厚度是每个相邻的连续合并层合物的厚度的n倍。

72.如权利要求14所述的优化的鞋，其特征在于，所述通用换挡器包括电子自动换挡器，所述换挡器具有对应于所述接合片数的增量的少数所述离散齿轮，其中所述电子自动换挡器包括

侧切片弹簧组件，其中所述侧弹簧被切片成也是所述2维弹簧的两个或更多个切片弹簧，以及

连接到所述接地板上的电子组件，

一个固定连接在所述接地板上的电子驱动器，

微处理器，

所述微处理器的程序中的查找表，

附接到所述接地板的底部的力传感器，

一个横向位置传感器，和

一个电源，其中这些各种电子元件通过电线连接，其中所述电子自动换挡器还包括：

齿条和小齿轮组件，其包括：

一个前架，

所述前架上的机架销，

一个双齿条和小齿轮，

一个可旋转的螺栓销接合器，和

其中所述齿条螺栓侧向运动以接合和脱离所述切片弹簧，其中所述齿轮变换如下实现-首先所述力传感器记录一个步骤期间的最大冲击力，并且该值与所述微处理器一起被传送到所述微处理器由所述横向位置传感器测量的所述机架螺栓的位置，其中所述微处理器然后使用所述查找表来计算对应于所述切片弹簧的正确的切片啮合数量的所述机架螺栓的适当的下一个位置，以确保所述全部鞋底压缩，其中在摆动阶段中-刚好在脚趾关闭之后-所述微处理器将信号发送到所述电子致动器，以在所述下一个步骤中移动使所述齿条螺栓移动的所述前端齿条啮合所述切片啮合数量的所述切片弹簧以完全鞋底压缩，其中所述双齿条和小齿轮将所述前端的纵向运动使所述机架螺栓横向运动。

73.如权利要求14所述的优化的鞋子，其中所述侧向弹簧接合和分离机构包括电子致动器，所述电子致动器包括滑轮致动器，

固定地连接到所述接地板的第一滑轮驱动器柱，

固定地连接到所述接地板的第二滑轮驱动器柱，

发电机牵引滑轮，固定地连接到所述第一滑轮驱动器柱，

以及可固定地连接到所述第二滑轮驱动器柱的相对的滑轮，

连接所述发电机牵引滑轮和所述相对滑轮的滑轮线，

一个可分离地固定在所述滑轮上的叉形绳索固定装置，它固定地连接在必须移动以换挡的装置元件上

双向驱动器发电机，其发电机轴也是所述发电机牵引滑轮的轴，其中所述双向驱动器发电机接收电子信号以将所述装置元件移动到适当位置，以确保所述可压缩鞋底在所述用户的下一步骤。

74.如权利要求1所述的完全优化的鞋子，所述鞋子还包括智能护膝，所述智能护膝包括组合的张紧连杆旋转臂弯曲弹簧系统，所述弯曲弹簧系统包括旋转臂弯曲弹簧的张紧连杆和抗弯折辅助弹簧，包含

一个顶臂

一个底臂，其中所述旋转臂是所述顶臂和所述底臂，

连接所述上臂和所述下臂的臂铰链，以及

一个弯曲的拱形铰链，

弯曲的弹簧在中心端通过所述弯曲的拱形铰链铰接连接，

一对双连杆机构，每个连杆机构包括两个双连杆，两个双连杆通过一端的弹簧铰链相互连接，其自由端可铰接地连接到所述弯曲弹簧的自由端，其中所述镜像弯曲弹簧还铰接地连接相同的自由端)至所述顶部和底部臂，其中所述弹簧铰链在手臂折叠期间相互冲击，其中(在折叠期间)镜像的所述吊具连杆起作用以使镜像的所述弯曲弹簧变直，其中所述负载折叠的扭矩曲线被称为扭矩曲线，并且在所述负载折叠期间，所述负载折叠的扭矩首先增加然后弯曲并且变为零，其中，由所述抗弯折叠辅助弹簧施加的抵抗所述负载折叠的扭矩随着所述扭矩曲线减小以使组合的扭矩曲线大致恒定，其中各种旋转臂铰链(例如所述臂铰链，所述弯曲拱铰链和所述弹簧铰链)优选地包括传统的有颈缩的自然铰链铰链和绑定的齿形铰链-其每一类可以用于包括数字零的任何数量的所述旋转臂铰链，其中所述绑定的齿形铰链包括

在它们的圆形端部上具有齿轮的两个齿轮端部连杆，其中所述齿轮端部连杆相对于彼此旋转(折叠)

以及可固定地连接在所述圆形端部的中心的电缆轴

所述两个所述齿轮端部链节的所述轴紧固地连接有狭缝电缆，其中所述圆形端部中的环形狭缝被切割以允许所述狭缝电缆与所述圆形端部的实心部分交错，以允许所述狭缝电缆的自由移动为所述齿轮端连杆旋转，其中所述齿轮端连杆可以是所述旋转臂或所述双连杆。

75.如权利要求74所述的完整优化的鞋，其特征在于，所述组合的张紧连杆旋转臂弯曲弹簧系统还包括齿轮变换旋转臂弯曲弹簧系统，其还包括接收循环加载的旋转齿轮变换组件，并且还包括电子致动器和控制系统其中所述电子致动器包括：

一台发电机，

一个发电机轴，

一个固定在所述电机轴上的滑轮，

两个十字盘重新导向滑轮，

一条滑轮线，

在线/撞击器附件，和

电源，其中所述控制系统包括

微处理器，

所述微处理器的程序中的查找表，

测量先前的负载力的力传感器，以及电源，其中所述弯曲弹簧被切成两个或更多个切片弹簧，从而可以接合任意数量的所述切片弹簧以改变所述旋转臂弯曲弹簧系统的有效弹簧强度，

其中所述控制系统的这些元件通过电线或经由无线装置连接，其中所述两个双联动装置现在包括对角联动板和由所述两个对角联动板通过冲击轴共享的可动冲击板，其中所述电动致动器固定地连接到顶部所述对角连接板上，其中所述可动的撞击板在所述撞击轴上自由地侧向滑动，

其中所述滑动导致可变数量的所述弹簧片被接合，其中所述线/撞击器附件将所述可动撞击板与所述滑轮线连接，其中所述横板重新导向滑轮将所述线/撞击器附件定位成使得其可移动所述可移动撞击板撞击板以接合所需数量的所述切片弹簧，其中所述微处理器接收来自所述力传感器的先前负载力的通信，并且其使用所述查找表来计算期望的所述有效弹簧力，其中然后指示所述马达旋转以移动所述滑轮线和所述线/撞击者附件以选择期望的所述有效弹簧强度。

76.如权利要求75所述的完全优化的鞋，其特征在于，所述换挡旋转臂弯曲弹簧系统包括智能护膝，所述智能护膝还包括衬垫肢体袖带，其中使用简单腿，简单膝盖和简单脚来表示对应于其中所述单腿的上肢现在用作所述上臂，所述单腿的膝盖现在用作所述臂铰链，并且所述单腿的小腿现在用作所述下臂，其中所述控制系统的作用与所述变速旋转臂弯曲弹簧系统完全相同，其中对于步行或跑步的附加要求是，当所述简单的脚不与地面接触时，所述简单的膝盖必须能够自由地在摆动阶段弯曲，其中所述微处理器现在指示所述马达一旦地面就立即脱离所述切片的弹簧其中，所述带衬垫的袖带位于所述上腿和所述下腿上，并且它们用于将所述切片弹簧和所述对角连接板连接到所述上腿和所述下腿，其中，所述智能膝盖支架可选地包括

一个辅助腿联动

一个袖口支撑，和

所述辅助腿连接件通过具有上腿连杆和膝连杆以及小腿连杆来模仿腿，从而有助于减少其中所述箍支撑件将所述下腿连杆附接到所述下衬垫肢体箍带，所述下衬垫肢体箍带又将所述负载力传递到所述变速旋转臂弯曲弹簧系统，其中所述大腿连杆将负载力直接传递到所述上部有衬垫的肢体袖带用于减小所述简单膝盖上的负载力-也就是在使用者的膝盖上，其中可能使所述智能膝盖支架开始稍微弯曲而不是笔直，以确保所有所述切片弹簧不能在断开之后立即加载所述可移动的撞击板，使得所有的所述弹簧可以脱离。