CN112129645B - 整鞋步态仿真设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整鞋步态仿真设备，包括有管理控制系统、机器人、腿部支撑部件、楦头及地面仿真模块，本发明通过机器人支撑腿部支撑部件，腿部支撑部件再连接楦头，由楦头套系鞋子的模式，机器人能够模拟人的多种行动或运动方式，提供多样的测试方式，同时鞋子和楦头能够依据测试的对象进行调整和使用，能够模拟多种运动环境，既能满足不同鞋型的测试需求，又能满足不同人群的测试需求，特别是针对专业的运动员，具有更好地适应性。

Description

整鞋步态仿真设备

技术领域

本发明涉及鞋子，尤指一种针对鞋子进行耐折测试和耐磨测试的整鞋步态仿真设备。

背景技术

在制鞋领域，耐折测试和耐磨测试是测试鞋的质量和适用性的两个重要指标，特别是在运动鞋领域已成为主要指标。耐折测试国际上一般要求在模仿人正常行走的情况下，连续屈挠从4万次到50万次以上而达到指定的指标。耐磨测试要求经一定的测试时间，考查外底的磨痕长度来衡量外底的耐磨性能。除此之外鞋的适用性成为当今鞋型设计的主要课题，其中在行走中，脚前掌的压力和脚踝与鞋的压力是影响舒适度的主要因素。

如专利申请201610382822.X公开了一种鞋底耐磨能力测试装置及其应用，属于检测设备领域。所述鞋底耐磨能力测试装置，包括实验台底座，其前端设置有摩擦实验装置，两组摩擦实验装置间隔安装，并在实验台底座的两端分别安装控制其运动的驱动电机、联轴器和扭矩传感器；位于实验台底座上安装有可调节高度的支架，支架上装有脚部模拟装置，所述脚部模拟装置的液压伸缩杆和弹性装置输出端连接脚模型装置，所述脚模型装置位于摩擦实验装置的顶部。该专利申请杠杆原理将将行走时脚的复杂运动分为三段，模拟人走路时脚的运动规律，导致测试过程复杂，控制繁琐，不易为人们所接受。

又如专利申请202010034471.X公开了一种基于柔性传感器的运动鞋功能测试机器人系统，包括地台，所述地台的中部上表面设置有跑步机，且地台的侧面安装有支架，所述支架的上端设置有气撑杆，且支架通过气撑杆与电机驱动器相互连接，所述电机驱动器的下端设置有机械腿，且机械腿的连接处设置有柔性传感器本体。该基于柔性传感器的运动鞋功能测试机器人系统，通过电机驱动器和机械腿的使用，使该装置能够模拟出人在奔跑的样子，之后便可将运动鞋套在机械脚的外侧，使机械脚能够在跑步机的上表面跑动，而当受到压力时，会通过机械腿将压力传输到柔性传感器本体，从而检测到力度的大小，使该装置能够将得到的数据传输到电脑的内部，方便操作人员的记录。

但是，由于机械脚是固定的，且对鞋楦的无适应性的需求，因此，该专利申请的测试手段只有跑步的动作，测试动作单一，且仅仅能够实现固定鞋底的耐磨性试验，无法根据不同鞋型进行耐磨试验，也无法针对人脚的行为模式进行针对性试验，特别是不同的人其行走方式不同，耐磨的部位不同，与机械脚的平整或固定鞋底所形成的磨损部位差别是非常大的，上述专利申请的测试所形成的数据只能是粗略的、不准确的并不能满足实际的测试需要。

发明内容

缘此，鉴于现有鞋底测试存在的问题，本发明之主要目的在于提供一种整鞋步态仿真设备，该仿真设备能够模拟多种测试环境、多种行动或运动动作，有效地对鞋底进行耐磨、耐折测试，为鞋子的制作或生产提供真实可靠的依据。

本发明之另一个目的在于提供一种整鞋步态仿真设备，该仿真设备能够满足多种鞋型和款式，并能够结合人们的实际步态实现仿真测试，提高了测试的准确性和可靠性。

基于此，本发明是这样实现的：

一种整鞋步态仿真设备，包括有管理控制系统、机器人、腿部支撑部件、楦头及地面仿真模块，

所述管理控制系统提供对系统测试的运动姿态规划，并显示运动中的实时采集数据；可根据实际测试情况，提供重力，步长，落地角度，脚面内外倾等相关参数；所述管理控制系统至少对机器人进行管理和控制，以实现模拟人运动的仿真功能；

所述机器人，前端连接有腿部支撑部件，在管理控制系统的控制下，用以模仿人类走路、跑步及其它的运动姿态；

所述腿部支撑部件，用以仿真小腿功能部分，主要起支撑和连接作用，一段连接于机器人，另一端则连接于楦头；

所述楦头，用以仿真足部，由软性硅胶或弹簧部件和硬性硅胶组合而成，被测试的鞋子套设在楦头上，以实现鞋子的耐折测试或耐磨测试；

所述地面仿真模块，位于楦头的下方，对应于楦头设置，用于模拟运动的真实环境，以便于实现对鞋子的测试。

机器人通过一个腿部支撑部件连接楦头，而不是直接通过固定的机械脚穿鞋，使得楦头可以依据需要而进行更换，便于进行不同款式、不同鞋型的测试，同时楦头也可以依据具体的脚形进行设计，满足个性化的需求，特别是针对运动员的特殊需求；地面仿真模块，可以通过更换的具体的模拟环境的方式模拟多种的测试环境，克服了现有跑步机的单纯模拟跑步动作的缺陷。

所述管理控制系统可以通过计算机或者服务器来实现。

进一步，所述管理控制系统还可连接有外部数据采集系统，针对有特殊要求的测试，可用外部的数据采集系统，获取相关人员运动姿态信息，定制机器人步行运动姿态，达到仿真测试目的。

进一步，所述腿部支撑部件的两端连接处加有弹性减震部件，即腿部支撑部件与机器人的连接处，腿部支撑部件与楦头的连接处都设置有弹性减震部件。

更进一步，所述弹性减震部件，包括但不限于弹簧、橡胶件、乳胶件。

更进一步，所述腿部支撑部件包括有连接件、减震弹簧、支撑体、衔接件及减震胶垫，其中，连接件用以与机器人连接，连接件下方固定有减震弹簧，减震弹簧的下部则固定连接有支撑体，支撑体的底部具有减震胶垫，且同时伸出有衔接件，衔接件能插设于楦头中，衔接件连接楦头，减震胶垫则起到了减震和缓冲的作用。

进一步，所述楦头，楦头上对应于脚底和脚踝的位置设置有压力传感器，所述压力传感器通过有线或无线的方式连接于管理控制系统，可以将采集到的数据传给管理控制系统。

更进一步，所述楦头是由30％软性硅胶或弹簧部件和硬性硅胶组合而成，30％软性硅胶或弹簧部件构成软性部分，软性部分设置在楦头对应于脚掌的弯曲处，便于进行弯折测试。

进一步，所述地面仿真模块是由运动马达和地面摩擦模块组成。运动马达收到计算机管理系统命令与机器人运动配合模仿人运动的真实环境。地面摩擦模块可根据实际要测试的环境进行更换，以满足不同测试环境的要求。

更进一步，所述地面仿真模块包括有运动马达、马达转轴和地面摩擦模块，运动马达伸出有马达轴，马达轴上具有螺纹，通过螺纹连接于地面摩擦模块。可以通过控制运动马达的转速可以精确控制摩擦模块的前后运动速度和距离与机器人运动配合模仿人运动的真实环境。

本发明所实现的仿真设备，具有以下几个主要特点。

1、使用机器人系统完全模仿人类走路，及跑步等运动姿态。

2、提供人体重力仿真。

3、地面摩擦模块模仿运动时的地面如普通地面，马路，跑道，混凝土等，并可根据用户需求而更换。

4、测试鞋内的楦头由柔性高的硅胶或弹簧部件(模仿脚前掌弯折)和硬度高的硅胶(模仿足部其它部位)组合而成。即提供足够支撑力，也提供弯折的仿真。

5、在楦头脚踝处和脚底提供压力传感器，实时提供足部压力值给管理控制系统。

6、管理控制系统提供定制数据输入功能，可根据用户需求，规划不同的运动姿态，特别是可以对专业运动人员的特殊要求提供测试定制。

本发明所具备的有益效果如下：

本发明通过机器人支撑腿部支撑部件，腿部支撑部件再连接楦头，由楦头套系鞋子的模式，机器人能够模拟人的多种行动或运动方式，提供多样的测试方式，同时鞋子和楦头能够依据测试的对象进行调整和使用，能够模拟多种运动环境，既能满足不同鞋型的测试需求，又能满足不同人群的测试需求，特别是针对专业的运动员，具有更好地适应性。

而且，本发明能够结合人们的实际步态实现仿真测试，提高了测试的准确性和可靠性。

附图说明

图1为本发明所实现仿真设备系统框架图。

图2为本发明所实现仿真设备组装示意图。

图3为本发明所实现机器人侧视图。

图4为本发明所实现机器人立体图。

图5为本发明所实现腿部支撑部件的结构示意图。

图6为本发明所实现的楦头的结构示意图。

图7为本发明所实现的地面仿真模块的结构示意图。

图中：1管理控制主机，2显示器，3机器人，31底盘，32转盘，33旋转支撑体，34上臂，35前臂，连接部36，控制电机37；4腿部支撑部件，41支撑体，42连接件，43减震弹簧，44减震胶垫，45衔接件；5楦头，51硬性部分一，52软性部分，53硬性部分二，54插孔；6地面摩擦模块，61运动马达，62马达轴，63地面摩擦模块。

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明的具体实现作进一步地描述。

申请人发现，鞋子的耐磨性是与人的行为习惯密切相关的，譬如人走路是外八字，则鞋底的外侧磨损多，内侧磨损少；走路和跑步对鞋子的磨损部位也是不一样的，因此，要对鞋底进行耐磨性测试以及耐折测试，就要考虑到上述情况，不能单纯对一个部位进行测试，也不能从一个动作完成整体测试。

特别是针对某些人(例如运动员等)定制的鞋，不仅要满足穿着的要求，还要适应当事人的脚部，因此，要针对性地进行适应性耐磨和耐折测试，才能满足实际需要。

图1所示，为本发明所实现的整鞋步态仿真设备的结构框图，图中所示，正规的仿真测试设备包括有几个部分，外部数据采集系统、计算机管理控制系统，机器人系统、腿部支撑部件、可弯曲智能楦头及地面仿真模块，结合图2所示，为本发明所实现的物理结构示意图，图中所示，计算机管理控制系统即管理控制主机1及显示器2，机器人系统及工业机器人3，腿部支撑部件为4、可弯曲智能楦头即楦头5，地面仿真模块为6。

其中，所述管理控制系统可以通过计算机或者服务器来实现，故又称为计算机管理控制系统。计算机管理控制系统，这部分是软件与硬件的结合，拥有人机交互界面，人机交互界面通过显示器2进行显示，以显示实时采集的数据。管理控制主机1提供对系统测试的运动姿态规划，显示器2显示运动中的实时采集数据，比如足部压力值，迈步长度，角度，以及速度等。例如，重力由机器人提供向下压力，通过楦头上的压力传感器测出压力值，转换成重力值。

可以在该系统中预存有几种常用运动姿态的动作规划。测试人员可根据实际测试情况，提供重力，步长，落地角度，脚面内外倾等相关参数，进行调整。针对有特殊要求的测试，可用外部数据采集系统，获取相关人员运动姿态信息，定制机器人步行运动姿态，达到仿真测试目的。

外部数据采集系统，针对有特殊要求的测试，可用外部的数据采集系统，获取相关人员运动姿态信息，定制机器人步行运动姿态，达到仿真测试目的。这部分是对系统的一个补充。可以使用市场上已经有的传感器动态采集系统获取的人的运动数据，以文件形式提供给管理控制主机1。管理控制主机1使用通用的csv文件格式输入数据，可方便与其他系统交换数据。

机器人通过一个腿部支撑部件连接楦头，而不是直接通过固定的机械脚穿鞋，使得楦头可以依据需要而进行更换，便于进行不同款式、不同鞋型的测试，同时楦头也可以依据具体的脚形进行设计，满足个性化的需求，特别是针对运动员的特殊需求；地面仿真模块，可以通过更换的具体的模拟环境的方式模拟多种的测试环境，克服了现有跑步机的单纯模拟跑步动作的缺陷。

结合图3、图4所示，所述机器人系统也就是机器人3，采用工业6轴机器人，可模仿人的腿部运动姿态，并提供运动中的负载重量模拟，由计算机管理控制系统提供运动姿态规划。其前端连接有腿部支撑部件4，在控制管理系统的控制下，用以模仿人类走路、跑步及其它的运动姿态。

机器人3包括有底盘31、转盘32、旋转支撑体33、上臂34、前臂35、连接部36及控制电机37，机器人的结构为现有结构，在此不再赘述。在一种具体应用中，可以采用IRB6640工业机器人。

所述腿部支撑部件，用以仿真小腿功能部分，主要起支撑和连接作用，一段连接于机器人，另一端则连接于楦头；所述腿部支撑部件的两端连接处加有弹性减震部件，即腿部支撑部件与机器人的连接处，腿部支撑部件与楦头的连接处都设置有弹性减震部件。

所述弹性减震部件，包括但不限于弹簧、橡胶件、乳胶件。

结合图5所示，所述腿部支撑部件包括有连接件42、减震弹簧43、支撑体41、衔接件45及减震胶垫44，其中，连接件42用以与机器人连接，连接件42下方固定有减震弹簧43，减震弹簧43的下部则固定连接有支撑体41，支撑体41一般为圆柱形，支撑体41的底部具有减震胶垫44，减震胶垫44用以进行缓冲和减震。支撑体41的底部同时伸出有衔接件45，衔接件45能插设于楦头5设置的插孔中，通过衔接件45连接楦头5。

这样，可以随时对楦头5进行更换，从而保证测试时，能够对多种鞋型、不同款式进行测试。

所述楦头5，用以仿真足部，结合图6所示，楦头5是由30％软性硅胶或弹簧部件和硬性硅胶组合而成，30％软性硅胶或弹簧部件构成软性部分，其余为硬性部分，如图所示，楦头的前端为硬性部分一51，软性部分52设置在楦头对应于脚掌的弯曲处，便于进行弯折测试，脚掌部分是硬性部分二53。硬性部分二53的上部具有一插孔54，该插孔54用以与衔接件45连接(通常插孔内壁有螺纹，衔接件45上也设置螺纹，二者匹配，以完成衔接件45和楦头的连接)。被测试的鞋子会套设在楦头上，由楦头5带动与地面仿真模块为6产生互动，以实现鞋子的耐折测试或耐磨测试。

所述楦头5，可以依据脚形进行设计和制作，以满足人们的个性化需求，特别是针对运动员的脚部进行适应性设计，针对性地进行测试，从而制作出满足其需要的鞋子。

为了便于进行测试，还可以在楦头上对应于脚底和脚踝的位置设置压力传感器，所述压力传感器通过有线或无线的方式连接于管理控制主机1，可以将获取的数据传给管理控制主机1。

所述地面仿真模块，位于楦头的下方，对应于楦头设置，用于模拟运动的真实环境，以便于实现对鞋子的测试。所述地面仿真模块是由运动马达和地面摩擦模块组成。运动马达收到计算机管理系统命令与机器人运动配合模仿人运动的真实环境。地面摩擦模块可根据实际要测试的环境进行更换，以满足不同测试环境的要求。

结合图7所示，所述地面仿真模块6包括有运动马达61、马达轴62和地面摩擦模块63，运动马达61伸出有马达轴62，马达轴62上有螺纹，通过螺纹连接于地面摩擦模块63。运动马达61收到计算机管理控制系统命令后产生转动，马达轴62则带动地面摩擦模块63进行前后运动，由此可以通过控制运动马达61的转速可以精确控制摩擦模块的前后运动速度和距离与机器人运动配合模仿人运动的真实环境。

为了能够模拟多种运动环境，地面摩擦模块可根据实际要测试的环境进行更换，例如普通地面，马路，跑道，混凝土路面、石子路等状况。

本发明所实现的仿真设备，具有以下几个主要特点。

1、使用机器人系统完全模仿人类走路，及跑步等运动姿态。

2、提供人体重力仿真。

3、地面摩擦模块模仿运动时的地面如普通地面，马路，跑到，混凝土等，并可根据用户需求而更换。

4、测试鞋内的楦头由柔性高的硅胶或弹簧部件(模仿脚前掌弯折)和硬度高的硅胶(模仿足部其它部位)组合而成。即提供足够支撑力，也提供弯折的仿真。

5、在楦头脚踝处和脚底提供压力传感器，实时提供足部压力值给控制管理系统。

6、控制管理系统提供定制数据输入功能，可根据用户需求，规划不同的运动姿态，特别是可以对专业运动人员的特殊要求提供测试定制。

总之，本发明通过机器人支撑腿部支撑部件，腿部支撑部件再连接楦头，由楦头套系鞋子的模式，机器人能够模拟人的多种行动或运动方式，提供多样的测试方式，同时鞋子和楦头能够依据测试的对象进行调整和使用，能够模拟多种运动环境，既能满足不同鞋型的测试需求，又能满足不同人群的测试需求，特别是针对专业的运动员，具有更好地适应性。

而且，本发明能够结合人们的实际步态实现仿真测试，提高了测试的准确性和可靠性。

以上所述乃是本发明之具体实施例及所运用之技术原理，若依本发明之构想所作之改变，其所产生之功能作用仍未超出说明书及图式所涵盖之精神时，均应在本发明之范围内。

Claims (2)

1.一种整鞋步态仿真设备，其特征在于该仿真设备包括有管理控制系统、机器人、腿部支撑部件、楦头及地面仿真模块，

所述管理控制系统提供对系统测试的运动姿态规划，并显示运动中的实时采集数据；

所述管理控制系统连接有外部数据采集系统，能够利用外部的数据采集系统，获取相关人员运动姿态信息，定制机器人步行运动姿态，达到仿真测试目的；

所述管理控制系统至少对机器人进行管理和控制，以实现模拟人运动的仿真功能；

所述机器人，前端连接有腿部支撑部件，在管理控制系统的控制下，用以模仿人类走路、跑步及其它的运动姿态；

所述腿部支撑部件，用以仿真小腿功能部分，主要起支撑和连接作用，一段连接于机器人，另一端则连接于楦头；

所述腿部支撑部件的两端连接处加有弹性减震部件，即腿部支撑部件与机器人的连接处，腿部支撑部件与楦头的连接处都设置有弹性减震部件；所述弹性减震部件，包括弹簧、橡胶件、乳胶件；所述腿部支撑部件包括有连接件、减震弹簧、支撑体、衔接件及减震胶垫，其中，连接件用以与机器人连接，连接件下方固定有减震弹簧，减震弹簧的下部则固定连接有支撑体，支撑体的底部具有减震胶垫，且同时伸出有衔接件，衔接件能插设于楦头中，衔接件连接楦头；

所述楦头，用以仿真足部，由软性硅胶和硬性硅胶组合而成，或由弹簧部件和硬性硅胶组合而成，被测试的鞋子套设在楦头上，以实现鞋子的耐折测试或耐磨测试；

所述楦头上对应于脚底和脚踝的位置设置有压力传感器，所述压力传感器通过有线或无线的方式连接于管理控制系统，能够将采集到的数据传给管理控制系统；所述楦头是由30％软性硅胶和硬性硅胶组合而成，或由弹簧部件和硬性硅胶组合而成，30％软性硅胶或弹簧部件构成软性部分，软性部分设置在楦头对应于脚掌的弯曲处，便于进行弯折测试；

所述地面仿真模块，位于楦头的下方，对应于楦头设置，用于模拟运动的真实环境，以便于实现对鞋子的测试。

2.如权利要求1所述的整鞋步态仿真设备，其特征在于所述地面仿真模块包括有运动马达、马达转轴和地面摩擦模块，运动马达伸出有马达轴，马达轴上具有螺纹，通过螺纹连接于地面摩擦模块。