基于人性化的保健鞋结构的设计与分析研究

杨澜+庆振华

摘 要：探讨了现有保健鞋的设计方法，根据足部相关穴位及其与人身体健康的相关性，创新性地将压电晶片应用于保健鞋上，在鞋膛底设计了一种压电装置，以此产生电信号并作用于足部穴位，对穴位产生刺激，从而达到保健的功效。

关键词：人性化；保健鞋；结构设计；压电晶片

中图分类号：TS943.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.11.088

文章编号：2095-6835（2016）11-0088-01

随着社会的发展、科技的进步和产品的更新，人们的保健观念在不断增强。家庭保健仪设计必须以人为核心，满足使用者的需求，以人性化设计为导向。本文以家用保健鞋为研究对象，分析现有家用保健鞋的设计方法。在保健鞋人性化设计研究中，结合目前市场中的产品，论证保健鞋人性化设计的必要性，创新性地提出一种新型保健鞋的设计方法，并阐述该类产品的工作原理、结构组成及特点。

1 问题的提出

目前，市场上已有的足底按摩器、足底按摩鞋等采用凸模按摩的方法对足底穴位进行压迫刺激。这种方法在人自然行走的情况下就能达到保健的功效，易被人们接受。

电极法将电信号作用于人体，同样可以对人体穴位进行刺激，达到比凸模按摩法更好的保健效果。但目前的电极法依赖于由电子电路组成的电子按摩仪等电子仪器，在保健鞋上迄今未得到有效的应用。

自然界中的一些物质，比如石英、钛酸钡等，在受到外力作用后，不仅几何尺寸发生变化，而且内部极化，表面有电荷出现，形成电场。当外力去除后，又重新恢复到原来状态。我们将这种现象称为“压电效应”，将具有压电效应的材料称为“压电材料”。那么，究竟压电材料能否对人体穴位进行刺激并应用于按摩仪？为了解决这个问题，设计了压电足疗保健鞋。

2 保健鞋原理分析

压电足疗保健鞋是一种通过对人体足部相关穴位的刺激达到强身健体目的的保健鞋。按照中医理论，足部相关穴位与人的身体健康密切相关，尤其是涌泉穴，位于足底（脚趾除外）第二、第三趾缝与脚跟成一直线上三分一与下三分二的交汇点，为足少阴肾经的起点，具有清热、醒神、交济心肾的功能，且与耳、发有相当密切的关系。刺激该穴位，可以强体健身、消除疲劳、增长身高，对于肾虚、腰酸、肢冷、精力减退、阳瘘、脱发、少白发、夜尿以及老年痴呆等病症能达到很好的预防和辅助治疗功效。

常见的压电材料有两类，即压电单晶体和多晶压电陶瓷。本设计中的压电晶片采用压电系数较大的多晶压电陶瓷，比如钛酸钡、锆钛酸铅等。为了收集压电材料表面产生的电荷，可以在压电晶片的两个工作面上蒸镀金履带膜，构成正、负两个电极。当压电晶片受到外力作用时，两个极板上会积聚数量相等、极性相反的电荷，形成电场。如果施加于晶片的外力不变，积聚在极板上的电荷又无泄漏，那么在外力持续作用期间，电荷量保持不变。外力消除后，电荷随之消失。实验证明，在极板上积聚的电荷量Q与作用力F成正比，即：

Q=DF. （1）

式（4）中：D为压电常数。

使用时，同日常穿鞋一样。当有行走动作时，脚跟部位压迫鞋膛底，从而带动加压凸轮，并通过压杆轴使加压凸轮转动；转动的加压凸轮对压杆、压电晶片产生压力，由此形成压电电荷并作用于足部穴位。

3 保健鞋的结构组成及特点

该保健鞋鞋膛底的下方设有空腔，空腔中放有压电装置。压电装置由压电晶片、加压凸轮、压杆、复位簧和电信号输出导线构成。压电装置受力端加压凸轮的顶部抵于足跟部位的鞋膛底上，加压凸轮的轮缘抵靠在压杆的一端，压杆的另一端通过复位簧抵于压电晶片上；输出导线连接在压电晶片正极与负极间，电极设置在鞋膛底的表面，且位于足底相关的穴位上。图1所示为保健鞋压电装置结构。

4 结论

本文创新性地提出了一种新型保健鞋的人性化设计方法。该设计方法利用人本身在行走、踏步或屈伸时脚跟部向下的压力，通过压杆使压电晶片受压变形，从而产生电荷，以此作为电极信号作用于足部穴位，对穴位产生刺激，达到保健的功效。与已有的方法相比，该方法具有设计结构简单、成本低、使用方便、效果好等优点，易被人们接受。

参考文献

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〔编辑：刘晓芳〕