基于人性化的保健鞋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析研究

楊瀾+慶振華

摘 要：探討了現(xiàn)有保健鞋的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)足部相關(guān)穴位及其與人身體健康的相關(guān)性，創(chuàng)新性地將壓電晶片應(yīng)用于保健鞋上，在鞋膛底設(shè)計(jì)了一種壓電裝置，以此產(chǎn)生電信號并作用于足部穴位，對穴位產(chǎn)生刺激，從而達(dá)到保健的功效。

關(guān)鍵詞：人性化；保健鞋；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；壓電晶片

中圖分類號：TS943.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.11.088

文章編號：2095-6835（2016）11-0088-01

隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步和產(chǎn)品的更新，人們的保健觀念在不斷增強(qiáng)。家庭保健儀設(shè)計(jì)必須以人為核心，滿足使用者的需求，以人性化設(shè)計(jì)為導(dǎo)向。本文以家用保健鞋為研究對象，分析現(xiàn)有家用保健鞋的設(shè)計(jì)方法。在保健鞋人性化設(shè)計(jì)研究中，結(jié)合目前市場中的產(chǎn)品，論證保健鞋人性化設(shè)計(jì)的必要性，創(chuàng)新性地提出一種新型保健鞋的設(shè)計(jì)方法，并闡述該類產(chǎn)品的工作原理、結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)。

1 問題的提出

目前，市場上已有的足底按摩器、足底按摩鞋等采用凸模按摩的方法對足底穴位進(jìn)行壓迫刺激。這種方法在人自然行走的情況下就能達(dá)到保健的功效，易被人們接受。

電極法將電信號作用于人體，同樣可以對人體穴位進(jìn)行刺激，達(dá)到比凸模按摩法更好的保健效果。但目前的電極法依賴于由電子電路組成的電子按摩儀等電子儀器，在保健鞋上迄今未得到有效的應(yīng)用。

自然界中的一些物質(zhì)，比如石英、鈦酸鋇等，在受到外力作用后，不僅幾何尺寸發(fā)生變化，而且內(nèi)部極化，表面有電荷出現(xiàn)，形成電場。當(dāng)外力去除后，又重新恢復(fù)到原來狀態(tài)。我們將這種現(xiàn)象稱為“壓電效應(yīng)”，將具有壓電效應(yīng)的材料稱為“壓電材料”。那么，究竟壓電材料能否對人體穴位進(jìn)行刺激并應(yīng)用于按摩儀？為了解決這個(gè)問題，設(shè)計(jì)了壓電足療保健鞋。

2 保健鞋原理分析

壓電足療保健鞋是一種通過對人體足部相關(guān)穴位的刺激達(dá)到強(qiáng)身健體目的的保健鞋。按照中醫(yī)理論，足部相關(guān)穴位與人的身體健康密切相關(guān)，尤其是涌泉穴，位于足底（腳趾除外）第二、第三趾縫與腳跟成一直線上三分一與下三分二的交匯點(diǎn)，為足少陰腎經(jīng)的起點(diǎn)，具有清熱、醒神、交濟(jì)心腎的功能，且與耳、發(fā)有相當(dāng)密切的關(guān)系。刺激該穴位，可以強(qiáng)體健身、消除疲勞、增長身高，對于腎虛、腰酸、肢冷、精力減退、陽瘺、脫發(fā)、少白發(fā)、夜尿以及老年癡呆等病癥能達(dá)到很好的預(yù)防和輔助治療功效。

常見的壓電材料有兩類，即壓電單晶體和多晶壓電陶瓷。本設(shè)計(jì)中的壓電晶片采用壓電系數(shù)較大的多晶壓電陶瓷，比如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等。為了收集壓電材料表面產(chǎn)生的電荷，可以在壓電晶片的兩個(gè)工作面上蒸鍍金履帶膜，構(gòu)成正、負(fù)兩個(gè)電極。當(dāng)壓電晶片受到外力作用時(shí)，兩個(gè)極板上會(huì)積聚數(shù)量相等、極性相反的電荷，形成電場。如果施加于晶片的外力不變，積聚在極板上的電荷又無泄漏，那么在外力持續(xù)作用期間，電荷量保持不變。外力消除后，電荷隨之消失。實(shí)驗(yàn)證明，在極板上積聚的電荷量Q與作用力F成正比，即：

Q=DF. （1）

式（4）中：D為壓電常數(shù)。

使用時(shí)，同日常穿鞋一樣。當(dāng)有行走動(dòng)作時(shí)，腳跟部位壓迫鞋膛底，從而帶動(dòng)加壓凸輪，并通過壓桿軸使加壓凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)動(dòng)的加壓凸輪對壓桿、壓電晶片產(chǎn)生壓力，由此形成壓電電荷并作用于足部穴位。

3 保健鞋的結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)

該保健鞋鞋膛底的下方設(shè)有空腔，空腔中放有壓電裝置。壓電裝置由壓電晶片、加壓凸輪、壓桿、復(fù)位簧和電信號輸出導(dǎo)線構(gòu)成。壓電裝置受力端加壓凸輪的頂部抵于足跟部位的鞋膛底上，加壓凸輪的輪緣抵靠在壓桿的一端，壓桿的另一端通過復(fù)位簧抵于壓電晶片上；輸出導(dǎo)線連接在壓電晶片正極與負(fù)極間，電極設(shè)置在鞋膛底的表面，且位于足底相關(guān)的穴位上。圖1所示為保健鞋壓電裝置結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)論

本文創(chuàng)新性地提出了一種新型保健鞋的人性化設(shè)計(jì)方法。該設(shè)計(jì)方法利用人本身在行走、踏步或屈伸時(shí)腳跟部向下的壓力，通過壓桿使壓電晶片受壓變形，從而產(chǎn)生電荷，以此作為電極信號作用于足部穴位，對穴位產(chǎn)生刺激，達(dá)到保健的功效。與已有的方法相比，該方法具有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用方便、效果好等優(yōu)點(diǎn)，易被人們接受。

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〔編輯：劉曉芳〕