基于儿童双足步态特征比对分析的个性化鞋垫设计

　　基于儿童双足步态特征比对分析的个性化鞋垫设计12李再冉孙天赦毛伟锋（温州职业技术学院，浙江温州325003）通过压力测试分析技术及行走步态特征数据，得出儿童双足行走步态比对模型，研发一种双足个性化鞋垫结构，为童鞋功能研发提供。

　　刖言在国内，有关专家基于对儿童脚型基本规律的研究，通过测量脚长、跖围等儿童足部数据，对童鞋设计给出了基础建议，这些建议对童鞋的常规参数设计具有一定价值。如建议在设计小童鞋时，应有一定的较为明显的前跷，以防止脚在行进中戳地，并可以随着年龄增大适应降低到合理前跷，其次认为儿童的鞋跟不宜过高，鞋底不宜过厚、过硬，以免影响儿童的行进和足部发育。一双好的童鞋，不仅是保护脚部免受外界侵害，更重要的是符合足部生长发育规律及个性化生理机能的特点。

　　目前，虽然国内童鞋的研发与生产已经初步形成固有模式，但基本上是模仿成人鞋技术来实施的。

　　由于研发人员对儿童的足部发育关注较少，加上孩子的错误穿着和不正确的动姿习惯等，很多儿童的足部出现了这样那样的异型现象。

　　当前，国内外改善个性化穿鞋舒适性的研究方法，主要是借助足底压力测试分析方法，通过在鞋内添加鞋垫或改变鞋底形状及改变各部位的材料，以改善足底压力分布，提高鞋的穿着舒适性。

　　对于童鞋的研发应该掌握儿区域性脚型特征（基础性的足部长度、围度等数据）以及足底压力数据以外，还需要重视个体左右足的步态特征数据，如：背屈角度、跖屈角度等。由于儿童足部发育及个性化步态特征等原因，足底中轴线与行走（站立）方向形成固定范围的夹角，增强了身体各部位的协调机能，如：随着身体活动范围的增大，身体的平衡性能提高；行走发力面积的增大及各关节活动角度的足弓示意图减小，足部运动更加省力。

　　1儿童双足步态特征研究1.1研究基础足底部位负荷着全部身体重量，是人体保持直立姿态的重要支撑点，其主要结构包括：骨骼、关节、足弓、肌肉、皮肤等，在不同的步态特征中起到支撑体重、身体平衡、传递运动、吸收震荡和杠杆联动等作用。在运动过程中，关节的作用尤为重要，主要由踝关节、跗骨间关节、跗跖关节、跖趾关节构成足部联动体。踝关节的全范围活动约45，负重时约40，其中：背屈的正常范围为2030，跖屈的正常范围为3050（如所示）。

　　通过试验得知，常态儿童着鞋步行的踝关节活动范围约26跖屈16，正常赤脚步行只需平均4跖屈。踝关节旋转轴由内踝向外踝倾斜，其内侧端与小腿轴线交角为6888在足底中线水平面上交角为68.5.99跖趾关节作为一个整体来看，其横轴是斜行的，与足纵轴交角为50°~70°，5个跖趾关节的连线是呈弧形，步行时，体重负荷分散在各跖骨头上。此外，拇趾的跖趾关节活动度很大，从3090足弓是儿童足部发育关键结构，其包括：内侧纵弓、外侧纵弓和横弓（如所示），其主要功能是使重力从踝关节经距骨向前分散到跖骨小头，向后传向跟骨，以保证直立时足底支撑的稳固性。当身体跳跃或从高处落下着地时，足弓弹性起着重要的缓冲震荡的作用。

　　足部的生物力学结构不单是个静态站立的支柱基础，还是适应人体活动的机械装置，其基本功能为维持人体的平衡和稳定性。正常人在静态站立时，足底受力可以简化为3点负不同足弓足底重，即在跟骨、第1跖骨头和第5跖骨头3点组成的负重面上，由于儿童足部结构处于发育期，故3点负重〃表现并不明显。

　　1.2足底压力测试分析在鞋类技术研发领域，应用足底压力测试分析对设计进行指导是比较普遍的，较为**的有美国Tekscan公司生产的压力分布测量系统，这种传感器薄可达0.1mm，具有较好的柔性，可以方便的测试足部与接触面之间的压力。

　　项目主要采用的是比利时RSSCAN（爱思康）公司研发的人体力学设计分析和足底测试系统。

　　通过试验测试系统（如所示），压力值分别按红、黄、绿、蓝4个梯度递减，其中，红色的区域分布在足跟部位和前掌第1跖趾部位，说明该区域为压力集中部位。

　　在测试过程中，上述红色的区域会出现不舒适的可能性往往大于其他部位。据此来判断鞋垫不同材料和结构变化时的足底压力分布特征，从而帮助改进鞋品的舒适性能。

　　按照骨性分布特点（如所示），将每只足部足底不同的区域进行划分，并且测量得到每个部位的具体压力值及其随时间变化的规律，以此判断足部在整个与地面接触的过程中压力是如何在足底分布的，配合穿鞋时的压力分布状态，对鞋垫对于舒适性改良效果进行评价。

　　1.3步态特征数据测试与分析为了解决由步态特征所带来的个性化足部变化，我们针对儿童裸足试验对象进行步态特征数据采集。试验对象选择条件为：女童；复加条件为：有穿过满帮鞋经历。

　　试验过程：每位试验对象通过行走动作，分别采集20次左、右足的踝关节屈度（如所示）和纵轴度（如所示）等步态特征关键数据，并对关键数据进行建模分析。

　　同时，采集部分负重时的踝关节屈度和纵轴度变化数据。

　　在试验中，采集踝关节屈度关键数据是对双足足部（行走）步态特征采集的一部分，分别采集后跟着地、后跟离地、足尖离地等数据，该试验采用高速摄影技术来实现。采集纵轴度关键数据是通过双足足部（行走）着地足印，测量足底中线与身体前时方向的夹角数据（如表1所示），同进还可以取得步长等相关数据。

　　行走运动是踵心转移的过程，踵心点的移动与足部动作有着直接关系，将上述试验数据进行分析，得出由每位试验者行走步态数据变化规律。

　　2设计分析与功能实现在童鞋的鞋底设计中，采用压力分析、脚模测量、步态特征分析等逆向工程技术。在生产工艺上克服了功能鞋生产的定制难点。将快速定制技术引入儿童功能鞋的生产，形成功能鞋个性化生产的特殊模式。见。

　　关键技术内容主要具有个性化记忆定I对支撑足和辅助足i功能。在结构上主I化功能结构"及与寒的鞋组成。对于支的功能，可以对左；独设计，从而，形月的个注化功能鞋垫。

　　3结束语发育阶段，足部若之影响曰后骨架的发1部结构异常会造成i者甚至造成长短腿2（如脊椎侧弯）。

　　；化鞋垫功能设计I两个，是鞋底组功能，二是有针庄行个性化设计的要是由"足部个性圭垫相配套而设计I足和辅助足运动t足的鞋垫进行单￡适合使用者双足肌肉尚处于成型I生异常，定会I与成长。尤其足I盆不平衡，严重5脊椎曲度的变化心理和认知成长P向很大。针对儿式分析及行走步态L童双足行走步态圭类部件设计提供匡，对于鞋类个性具有十分重大的（下转第156 0190 2607页）儿童处于生理发育时期，受外界I童双足足部压力测i：特征数据，推导出比对模型，为儿童I数据支撑及理论依主化设计与研发工作，b调和法则c对比法则e主从法则f适合法则g适合法则肌理再造在皮包设计中的应用法则实例空、磨砂、拉伸或卷曲等手法。灵活地综合运用多种设计手法可以使皮包形态表情更加丰富、独特，加强视觉和触觉感染力。

　　如加法与减法的结合运用使肌理有强烈的对比效果，加法与变形的结合运用使得肌理更加精致细腻，减法与变形的结合运用则使肌理更显高贵典雅。在对肌理进行综合再造设计时应充分考虑工艺技术，在满足审美需求的同时也要注重功能的实用性（如）。

　　2肌理再造的应用法则经肌理再造后的皮革面料既可用于局部点缀，起到画龙点睛的装饰效果，又可贯穿应用于皮包的整体造型中，以改变原本单一的视觉效果，呈现多样化的造型风格。

　　在皮包设计中合理运用肌理再造，可使原本单调无奇的款式变得独特（上接第120页）