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基于客户定制和传感技术的鞋腔内压力及温湿度测试系统的研究

张亚文  
【摘要】:近年来,鞋类的舒适性一直都是人们所关注的话题,并且随着人们的生活水平不断提高,对鞋靴舒适性的要求也越来越高。影响鞋类舒适性的因素有很多方面,其中最主要的为以下两方面:其一是鞋楦是否合脚,其二是鞋腔内温湿度的变化。人体步态和足底压力的研究推动了医疗康复和运动领域的发展。足底压力的研究对人体足部疾病的预防和诊断带来了积极作用,在运动和医疗领域越来越受到人们的肯定与重视。因此,本课题主要基于客户定制和传感技术对鞋腔内压力、温湿度测试系统进行了研究。目前制鞋领域的竞争越来越激烈,为了适应市场需求,鞋靴的制作必须在舒适性和风格等方面满足消费者的需求,所以有必要开发一个能够快速改变鞋楦风格的CAD鞋楦设计系统,从而实现客户化大规模定制,同时降低公司的成本。本课题提出的鞋楦制作系统,可以根据个人的喜好快速改变鞋楦的造型,不需要任何物理设计,最终实现客户定制。本课题基于Arduino开发板技术设计了一款智能温湿度测试装置,它可以无线传输数据。本文主要利用它对运动鞋和皮鞋的鞋腔内温度和湿度进行测试。通过测试三种不同运动状态(静坐、慢走、慢跑)来获取鞋腔内温度和湿度连续变化数值,处理分析数据发现:当人穿皮鞋或者运动鞋静坐时,鞋腔内的温度变化趋势是先上升然后几乎保持不变;鞋腔内的湿度变化趋势是先快速上升然后缓慢上升趋于稳定。两种鞋内温度和湿度变化趋势大致相同。模拟人正常走路状态下时,运动鞋和皮鞋的鞋腔内的温度是先缓慢上升,然后温度达到稳定值,运动鞋和皮鞋内湿度在运动过程中是先上升后下降,停止运动休息时湿度是有上升趋势的。走路时皮鞋的鞋腔内的温度和相对湿度大于运动鞋鞋腔内温度和湿度。跑步时,运动鞋鞋腔内的温度和湿度都是先迅速上升,然后缓慢上升。综合分析发现运动越剧烈,温度和湿度上升越快,它们的变化值越大。为了研究足底压力的分布情况,本课题开发了一种3d打印技术与布拉格光纤光栅传感技术(fiberbragggrating,简称fbg)相结合的足底压力测试系统。利用3d打印技术制作传感单元,并将该传感单元组合后形成最终的足底压力测试系统,该系统具有制作工艺简单、分辨率高、多路复用、成本低等优点。利用该足底压力测试系统研究学生背负荷载变化对足底压力分布的影响以及模拟孕妇增重过程对足底压力分布的影响。研究发现:当人背部载荷增加时由于人身体向后倾斜,导致足跟压力变大,足弓压力几乎不变,第一跖骨和第四跖骨压力变小;当人腹部载荷增加时,足跟和第四跖骨压力变大,足弓、第一跖骨压力几乎不变。无论是背部载荷增加还是腹部载荷增加,足跟部位的压力都会增加;背部载荷增加时,第四跖骨压力减小,腹部载荷增加时,第四跖骨压力增加。所以无论学生和孕妇选择鞋时,保护脚跟部位尤为重要。


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