CN108497620A - 一种多功能仿生足球鞋底 - Google Patents

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    • A43C15/161—Studs or cleats for football or like boots characterised by the attachment to the sole

Abstract

本发明公开了一种多功能仿生足球鞋底，包括鞋底，鞋底具有足跟部、足弓部和前脚掌部，足跟部的底面粘接有仿若干个第二趾根端趾垫鞋钉、仿第三趾根端趾垫鞋钉和仿第四趾根端趾垫鞋钉，前脚掌部粘接有若干个仿第二趾尖端趾垫鞋钉，仿第三趾尖端趾垫鞋钉和仿第四趾尖端趾垫鞋钉。各鞋钉底面分布有仿雉鸡足底纹理花纹，所述的仿雉鸡足底纹理花纹是由圆形花纹结构和锯齿形花纹结构组合而成，圆形花纹结构均匀分布在两个相邻锯齿形花纹结构之间。该仿生足球鞋底能够提高整个鞋底抓地、加速、变向等综合效果，增强鞋钉在草地运动的抓地和附着性能,从而改善足球鞋的增速防滑性能。

Description

一种多功能仿生足球鞋底
技术领域
本发明属于工程仿生技术领域，具体涉及一种多功能仿生足球鞋底。
背景技术
足球运动中，需要根据场上情况，做出加速、急停、转向以及切向等动作，为了充分发挥各动作,足球鞋的鞋底需要设置鞋钉，使得足球鞋具有较好的附着摩擦力和抓地力。足球鞋的鞋钉能够嵌入足球场地如草地、人造草坪等并防止足球鞋打滑。在材质上，鞋钉可以采用金属鞋钉、复合材料鞋钉、塑料鞋钉等，鞋钉可以与鞋底一体注塑成型，也可以单独制造鞋钉，然后再组装到鞋底上。在形状上，足球鞋鞋钉经常采用圆柱或者锥柱形，也有采用三角形，长条形或者其他多边形。
众所周知，鞋底的设计对鞋子整体的舒适度和功能有较大影响。随着研究的深入，足球鞋必将要通过改善鞋底结构提高附着和变向性能。因此，如何使足球鞋能在草地、人造草坪中正常的使用，提高附着、变向和加速等性能是一个急需解决的问题。
雉鸡脚强健，善于奔跑，也很有力，特别是在灌丛中奔走极快，也善于藏匿。雉鸡栖息于低山丘陵、农田、地边、沼泽草地，以及林缘灌丛和公路两边的灌丛与草地中，善于急停和变向。研究发现，雉鸡足趾的尖端趾垫有重要的蹬地作用，根端趾垫起到附着和承重作用。对雉鸡的尖端和根端趾垫进行提取，应用到足球鞋鞋底上将会提高足球鞋在草地中行走的加速和变向特性，对雉鸡足底的纹理进行提取，应用到足球鞋鞋钉的花纹上将会提高足球鞋在草地中行走的附着性能和抓地能力。
发明内容
本发明基于工程仿生学原理，以与地面直接接触的尖端和根端趾垫的形貌特点为仿生原型，结合雉鸡足底的纹理特点，本发明具有良好的附着、变向、加速等性能。
从雉鸡高速奔跑过程可以看出，尖端趾垫是最先接触草地的部位，随着运动的进行，根端趾垫与草地接触，增大与草地的接触面积，为雉鸡奔跑提供更大推力，同时雉鸡足底的纹理结构也可以防止滑移，增强抓地能力，发挥了类似于足球鞋鞋钉的作用。
从雉鸡的尖端和根端趾垫的结构可以看出，雉鸡趾垫有两个典型结构特征，包括顶部曲面和两侧曲面。其中，顶部曲面近似于一个球冠面，触地时首先对草地产生压实作用，在蹬力作用下在该曲面上可以形成向前的合力，有利于增大推力。底部两侧曲面，表面光滑，并具有特殊的圆弧结构，可以使趾垫平滑的进入草地，减小对草地的扰动。
根据雉鸡趾垫和足底纹理结构及作用特点，采用逆向工程技术，根据工程仿生设计原理与方法，设计出一种多功能仿生足球鞋底，使用本发明在草地中奔跑时能有效提高附着和变向等能力，进而有效改善在草地中的运动效率和稳定性。
本发明的仿生原理：
本发明基于雉鸡第二、三和四趾的尖端和根端趾垫的顶部曲面及两侧曲面，根据尺寸关系，设计出前掌部和足跟部的仿生鞋钉。根据雉鸡足底纹理特点，将锯齿形和圆形结构以不同尺寸分别组合成第二、三和四趾的尖端和根端趾垫的花纹，其中，第二、三和四趾的尖端趾垫的花纹尺寸结构相同，第二、三和四趾的根端趾垫的花纹尺寸结构相同。
本发明包括鞋底，鞋底具有足跟部、足弓部和前脚掌部，足跟部的底面粘接有仿若干个第二趾根端趾垫鞋钉、仿第三趾根端趾垫鞋钉和仿第四趾根端趾垫鞋钉，前脚掌部粘接有若干个仿第二趾尖端趾垫鞋钉，仿第三趾尖端趾垫鞋钉和仿第四趾尖端趾垫鞋钉。仿第二趾根端趾垫鞋钉、仿第三趾根端趾垫鞋钉、仿第四趾根端趾垫鞋钉、仿第二趾尖端趾垫鞋钉，仿第三趾尖端趾垫鞋钉和仿第四趾尖端趾垫鞋钉的底面分布有仿雉鸡足底纹理花纹，所述的仿雉鸡足底纹理花纹是由圆形花纹结构和锯齿形花纹结构组合而成，圆形花纹结构均匀分布在两个相邻锯齿形花纹结构之间。仿第二趾尖端趾垫鞋钉、仿第三趾尖端趾垫鞋钉和仿第四趾尖端趾垫鞋钉的数量之比为3：4：3，仿第二趾根端趾垫鞋钉、仿第三趾根端趾垫鞋钉和仿第四趾根端趾垫鞋钉的数量之比为1：1：1。
所述的仿第二趾尖端趾垫鞋钉，仿第三趾尖端趾垫鞋钉和仿第四趾尖端趾垫鞋钉的花纹尺寸结构相同。
所述的仿第二趾根端趾垫鞋钉、仿第三趾根端趾垫鞋钉和仿第四趾根端趾垫鞋钉的花纹尺寸结构相同。
本发明的有益效果：
本发明的仿生可增大与草地的接触面积，降低鞋底前行滑移，提高附着、变向等能力。
附图说明
图1为本发明的立体图。
图2为本发明的主视图。
图3为本发明的第二趾尖端趾垫鞋钉的俯视图。
图4为图3中的A—A向剖视图。
图5为本发明的第二趾尖端趾垫鞋钉的左视图。
图6为本发明的第三趾尖端趾垫鞋钉的俯视图。
图7为图6中的B—B向剖视图。
图8为本发明的第三趾尖端趾垫鞋钉的左视图。
图9为本发明的第四趾尖端趾垫鞋钉的俯视图。
图10为图9中的C—C向剖视图。
图11为本发明的第四趾尖端趾垫鞋钉的左视图。
图12为本发明的第二趾根端趾垫鞋钉的俯视图。
图13为图12中的D—D向剖视图。
图14为本发明的第二趾根端趾垫鞋钉的左视图。
图15为本发明的第三趾根端趾垫鞋钉的俯视图。
图16为图15中的E—E向剖视图。
图17为本发明的第三趾根端趾垫鞋钉的左视图。
图18为本发明的第四趾根端趾垫鞋钉的俯视图。
图19为图18中的F—F向剖视图。
图20为本发明的第四趾根端趾垫鞋钉的左视图。
图21为本发明的第二、三、四趾尖端趾垫鞋钉花纹的主视图。
图22为本发明的第二、三、四趾根端趾垫鞋钉花纹的主视图。
其中：1—圆形花纹结构，2—钉锯齿形花纹结构，3—仿第二趾根端趾垫鞋钉，4—仿第三趾根端趾垫鞋钉，5—足跟部，6—仿第四趾根端趾垫鞋钉，7—足弓部，10—仿第四趾尖端趾垫鞋钉，11—仿第三趾尖端趾垫鞋钉，12—前掌部，13—仿第二趾尖端趾垫鞋钉，14—仿第二趾尖端趾垫鞋钉的顶部弧面曲线，15—仿第三趾尖端趾垫鞋钉的顶部弧面曲线，16—仿第四趾尖端趾垫鞋钉的顶部弧面曲线，17—仿第二趾根端趾垫鞋钉的顶部弧面曲线，18—仿第三趾根端趾垫鞋钉的顶部弧面曲线，19—仿第四趾根端趾垫鞋钉的顶部弧面曲线。
具体实施方式
如图1至图22所示，本发明包括鞋底，鞋底具有足跟部5、足弓部7和前脚掌部12，足跟部5的底面粘接有仿若干个第二趾根端趾垫鞋钉3、仿第三趾根端趾垫鞋钉4和仿第四趾根端趾垫鞋钉6，前脚掌部12粘接有若干个仿第二趾尖端趾垫鞋钉13，仿第三趾尖端趾垫鞋钉11和仿第四趾尖端趾垫鞋钉10。仿第二趾根端趾垫鞋钉3、仿第三趾根端趾垫鞋钉4、仿第四趾根端趾垫鞋钉6、仿第二趾尖端趾垫鞋钉13，仿第三趾尖端趾垫鞋钉11和仿第四趾尖端趾垫鞋钉10的底面分布有仿雉鸡足底纹理花纹，所述的仿雉鸡足底纹理花纹是由圆形花纹结构1和锯齿形花纹结构2组合而成，圆形花纹结构1均匀分布在两个相邻锯齿形花纹结构2之间。仿第二趾尖端趾垫鞋钉13、仿第三趾尖端趾垫鞋钉11、仿第四趾尖端趾垫鞋钉10的数量之比为3：4：3，仿第二趾根端趾垫鞋钉3、仿第三趾根端趾垫鞋钉4、仿第四趾根端趾垫鞋钉6的数量之比为1：1：1。
所述的仿第二趾尖端趾垫鞋钉13，仿第三趾尖端趾垫鞋钉11和仿第四趾尖端趾垫鞋钉10的花纹尺寸结构相同。
所述的仿第二趾根端趾垫鞋钉3、仿第三趾根端趾垫鞋钉4和仿第四趾根端趾垫鞋钉6的花纹尺寸结构相同。
所述的足跟部5内侧设置两个仿雉鸡第二趾根端趾垫鞋钉3，足跟部5外侧设置两个仿第四趾根端趾垫鞋钉6，足跟部5中部设置两个仿第三趾根端趾垫鞋钉4。
所述的前掌部12内侧设置三个仿第二趾尖端趾垫鞋钉13，前掌部12外侧设置三个仿第四趾尖端趾垫鞋钉10，前掌部12中部设置仿第三趾尖端趾垫鞋钉
所述鞋底对应脚背内侧的一侧为内侧，对应脚背外侧的一侧为外侧，
所述的仿第二趾根端趾垫鞋钉3、仿第三趾根端趾垫鞋钉4、仿第四趾根端趾垫鞋钉6、仿第二趾尖端趾垫鞋钉13，仿第三趾尖端趾垫鞋钉11和仿第四趾尖端趾垫鞋钉10高度L2，宽度L3；
仿第二趾尖端趾垫鞋钉13，仿第三趾尖端趾垫鞋钉11和仿第四趾尖端趾垫鞋钉10的圆形花纹结构1和锯齿形花纹结构2底部距离鞋钉底部的长度L1，圆角的半径R3，圆形花纹结构1的半径R1,锯齿形花纹结构2的宽度L12,锯齿形花纹结构2夹角θ1，两相邻锯齿形花纹结构2的间距L11。
仿第二趾尖端趾垫鞋钉的顶部弧面曲线14，仿第二趾尖端趾垫鞋钉1两侧底面的半径R2，仿第二趾尖端趾垫鞋钉1长度L4；
仿第三趾尖端趾垫鞋钉的顶部弧面曲线15，仿第三趾尖端趾垫鞋钉11两侧底面的半径R4，仿第三趾尖端趾垫鞋钉11长度L5；
仿第四趾尖端趾垫鞋钉的顶部弧面曲线16，仿第四趾尖端趾垫鞋钉10两侧底面的半径R5，仿第四趾尖端趾垫鞋钉10长度L6。
仿第二趾根端趾垫鞋钉3、仿第三趾根端趾垫鞋钉4和仿第四趾根端趾垫鞋钉6的圆形花纹结构1和锯齿形花纹结构2底部距离鞋钉底部的长度L7，圆角的半径R8，圆形花纹结构1的半径R6,锯齿形花纹结构2的宽度L14,锯齿形花纹结构2夹角θ1，两相邻锯齿形花纹结构2的间距L13。
仿第二趾根端趾垫鞋钉的顶部弧面曲线17，仿第二趾根端趾垫鞋钉3两侧底面的半径R7，仿第二趾根端趾垫鞋钉3长度L8，仿第三趾根端趾垫鞋钉的顶部弧面曲线18，仿第三趾根端趾垫鞋钉4两侧底面的半径R9，仿第三趾根端趾垫鞋钉4长度L9，仿第四趾根端趾垫鞋钉的顶部弧面曲线19，仿第四趾根端趾垫鞋钉6两侧底面的半径R10，仿第四趾根端趾垫鞋钉6长度L10，以下的尺寸单位是mm,
L2＝13.12，L3＝8.00；
L1＝10.00，R3＝2.00，R1＝0.40，L12＝0.15，θ1＝120°，L11＝2.26；
R2＝87.09，L4＝12.06，R4＝84.36，L5＝14.90，R5＝50.68，L6＝10.29；
L7＝7.98，R8＝1.00，R6＝0.48，L14＝0.18，θ1＝120°，L13＝2.71；
R7＝97.80，L8＝25.21，R9＝64.13，L9＝27.51，R10＝75.46，L10＝22.94。
仿第二趾尖端趾垫鞋钉13的顶部弧面曲线14满足：y＝-0.0266x2+0.3183x+0.0202；其中：0＜x＜12.06。
仿第三趾尖端趾垫鞋钉11的顶部弧面曲线15满足：y＝-0.024x2+0.3639x+0.0119；其中：0＜x＜14.90。
仿第四趾尖端趾垫鞋钉10的顶部弧面曲线16满足：y＝-0.0268x2+0.275x+0.0003；其中：0＜x＜10.29。
仿第二趾根端趾垫鞋钉3的顶部弧面曲线17满足：y＝-0.026x2+0.6569x+0.0898；其中：0＜x＜25.21。
仿第三趾根端趾垫鞋钉4的顶部弧面曲线18满足：y＝-0.0217x2+0.601x+0.1211；其中：0＜x＜27.51。
仿第四趾根端趾垫鞋钉6的顶部弧面曲线19满足：y＝-0.0235x2+0.5428x+0.0821；其中：0＜x＜22.94。

Claims (5)

1.一种多功能仿生足球鞋底，其特征在于：包括鞋底，鞋底具有足跟部(5)、足弓部(7)和前脚掌部(12)，足跟部(5)的底面粘接有仿若干个第二趾根端趾垫鞋钉(3)、仿第三趾根端趾垫鞋钉(4)和仿第四趾根端趾垫鞋钉(6)，前脚掌部(12)粘接有若干个仿第二趾尖端趾垫鞋钉(13)，仿第三趾尖端趾垫鞋钉(11)和仿第四趾尖端趾垫鞋钉(10)；仿第二趾根端趾垫鞋钉(3)、仿第三趾根端趾垫鞋钉(4)、仿第四趾根端趾垫鞋钉(6)、仿第二趾尖端趾垫鞋钉(13)，仿第三趾尖端趾垫鞋钉(11)和仿第四趾尖端趾垫鞋钉(10)的底面分布有仿雉鸡足底纹理花纹，所述的仿雉鸡足底纹理花纹是由圆形花纹结构(1)和锯齿形花纹结构(2)组合而成，圆形花纹结构(1)均匀分布在两个相邻锯齿形花纹结构(2)之间。
2.根据权利要求1所述的一种多功能仿生足球鞋底，其特征在于：所述的仿第二趾尖端趾垫鞋钉(13)、仿第三趾尖端趾垫鞋钉(11)、仿第四趾尖端趾垫鞋钉(10)的数量之比为3：4：3；所述的仿第二趾根端趾垫鞋钉(3)、仿第三趾根端趾垫鞋钉(4)、仿第四趾根端趾垫鞋钉(6)的数量之比为1：1：1。
所述的仿第二趾尖端趾垫鞋钉(13)，仿第三趾尖端趾垫鞋钉(11)和仿第四趾尖端趾垫鞋钉(10)的花纹尺寸结构相同。
3.根据权利要求1所述的一种多功能仿生足球鞋底，其特征在于：所述的仿第二趾根端趾垫鞋钉(3)、仿第三趾根端趾垫鞋钉(4)和仿第四趾根端趾垫鞋钉(6)的花纹尺寸结构相同。
4.根据权利要求1所述的一种多功能仿生足球鞋底，其特征在于：所述的足跟部(5)内侧设置两个仿雉鸡第二趾根端趾垫鞋钉(3)，足跟部(5)外侧设置两个仿第四趾根端趾垫鞋钉(6)，足跟部(5)中部设置两个仿第三趾根端趾垫鞋钉(4)；所述的前掌部(12)内侧设置三个仿第二趾尖端趾垫鞋钉(13)，前掌部(12)外侧设置三个仿第四趾尖端趾垫鞋钉(10)，前掌部(12)中部设置仿第三趾尖端趾垫鞋钉。
5.根据权利要求1所述的一种多功能仿生足球鞋底，其特征在于：所述的仿第二趾根端趾垫鞋钉(3)、仿第三趾根端趾垫鞋钉(4)、仿第四趾根端趾垫鞋钉(6)、仿第二趾尖端趾垫鞋钉(13)，仿第三趾尖端趾垫鞋钉(11)和仿第四趾尖端趾垫鞋钉(10)高度L2，宽度L3；仿第二趾尖端趾垫鞋钉(13)，仿第三趾尖端趾垫鞋钉(11)和仿第四趾尖端趾垫鞋钉(10)的圆形花纹结构(1)和锯齿形花纹结构(2)底部距离鞋钉底部的长度L1，圆角的半径R3，圆形花纹结构(1)的半径R1,锯齿形花纹结构(2)的宽度L12,锯齿形花纹结构(2)夹角θ1，两相邻锯齿形花纹结构(2)的间距L11；仿第二趾尖端趾垫鞋钉(13)的顶部弧面曲线(14)，仿第二趾尖端趾垫鞋钉1两侧底面的半径R2，仿第二趾尖端趾垫鞋钉1长度L4；仿第三趾尖端趾垫鞋钉(11)的顶部弧面曲线(15)，仿第三趾尖端趾垫鞋钉(11)两侧底面的半径R4，仿第三趾尖端趾垫鞋钉(11)长度L5；仿第四趾尖端趾垫鞋钉(10)的顶部弧面曲线(16)，仿第四趾尖端趾垫鞋钉(10)两侧底面的半径R5，仿第四趾尖端趾垫鞋钉(10)长度L6；仿第二趾根端趾垫鞋钉(3)、仿第三趾根端趾垫鞋钉(4)和仿第四趾根端趾垫鞋钉(6)的圆形花纹结构(1)和锯齿形花纹结构(2)底部距离鞋钉底部的长度L7，圆角的半径R8，圆形花纹结构(1)的半径R6,锯齿形花纹结构(2)的宽度L14,锯齿形花纹结构(2)夹角θ1，两相邻锯齿形花纹结构(2)的间距L13；仿第二趾根端趾垫鞋钉(3)的顶部弧面曲线(17)，仿第二趾根端趾垫鞋钉(3)两侧底面的半径R7，仿第二趾根端趾垫鞋钉(3)长度L8，仿第三趾根端趾垫鞋钉(4)的顶部弧面曲线(18)，仿第三趾根端趾垫鞋钉(4)两侧底面的半径R9，仿第三趾根端趾垫鞋钉(4)长度L9，仿第四趾根端趾垫鞋钉(6)的顶部弧面曲线(19)，仿第四趾根端趾垫鞋钉(6)两侧底面的半径R10，仿第四趾根端趾垫鞋钉(6)长度L10，以下的尺寸单位是mm；
L2＝13.12，L3＝8.00；
L1＝10.00，R3＝2.00，R1＝0.40，L12＝0.15，θ1＝120°，L11＝2.26；
R2＝87.09，L4＝12.06，R4＝84.36，L5＝14.90，R5＝50.68，L6＝10.29；
L7＝7.98，R8＝1.00，R6＝0.48，L14＝0.18，θ1＝120°，L13＝2.71；
R7＝97.80，L8＝25.21，R9＝64.13，L9＝27.51，R10＝75.46，L10＝22.94。
仿第二趾尖端趾垫鞋钉的顶部弧面曲线(14)满足：y＝-0.0266x2+0.3183x+0.0202；其中：0＜x＜12.06；
仿第三趾尖端趾垫鞋钉的顶部弧面曲线(15)满足：y＝-0.024x2+0.3639x+0.0119；其中：0＜x＜14.90；
仿第四趾尖端趾垫鞋钉的顶部弧面曲线(16)满足：y＝-0.0268x2+0.275x+0.0003；其中：0＜x＜10.29；
仿第二趾根端趾垫鞋钉的顶部弧面曲线(17)满足：y＝-0.026x2+0.6569x+0.0898；其中：0＜x＜25.21；
仿第三趾根端趾垫鞋钉的顶部弧面曲线(18)满足：y＝-0.0217x2+0.601x+0.1211；其中：0＜x＜27.51；
仿第四趾根端趾垫鞋钉的顶部弧面曲线(19)满足：y＝-0.0235x2+0.5428x+0.0821；其中：0＜x＜22.94。
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张俊竹;: "结构仿生设计原理在展示设计中的应用" *
王运利;刘夺奎;张莹;: "智能纺织品及其在不同领域中的应用" *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109043732A (zh) * 2018-10-15 2018-12-21 泉州百奥尼克运动装备科技有限公司 一种具有附着和耐磨功能的仿生鞋底
CN109043732B (zh) * 2018-10-15 2024-01-16 泉州百奥尼克运动装备科技有限公司 一种具有附着和耐磨功能的仿生鞋底

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