关于中标院对运动鞋舒适性研究的内容概述(CNIS)-20110505.doc

关于中标院对运动鞋舒适性研究的内容概述1.鞋类舒适性概述所谓鞋类的舒适性是指人脚穿鞋后，鞋子具有满足人体要求并排除任何不舒适因素的性能，是物理上、生理上、心理上的多元因素相互作用而形成的一种状态。人类懂得穿鞋护足已有几万年的历史，但真正开始对鞋子舒适性的科学研究仅有十几年的历史，特别是在鞋类的舒适性评估和检测方面，由于舒适性影响因素很多，而且其中还包括有很多的主观因素，因此研究难度很大。由于世界人口的分布越来越复杂，在诸如脚的尺码、人体重量、穿着环境等方面的差异越采越大，因此还需要进一步的研究，以便为研发更舒适的鞋类提供可靠数据，这不仅关系到鞋类的最终用途，并将作为对鞋穿用的适宜气候、条件等因素的评估基础。随着世界人口的增加、人类生活水平的提高，鞋类的需求也日益增长。与此同时，人类的制鞋技术也发展的越来越精细。因此，从不同的观点出发，对鞋类的各项性能进行多种综合性分析是一项有意义也有必要的工作。可以从不同方面开展这项工作，如消费者(男人、女人、儿童等)、鞋类型(长靴、运动鞋、皮鞋等)、最终用途(轻便、竞技运动、安全等)。在不同类型的活动中，要想达到一种理想的步态需要穿着适合的鞋类。举例来说，鞋垫的主要功能在于均匀分布足底压力，而大部分的人部认为它的主要功能是吸收、缓 中撞击，这可能影响人们列鞋的正确选择。一双舒适的鞋必须要具备一些基本特征，其中主要包括：自由的足趾运动，柔韧的鞋面，良好的适脚性，足够的高度，无过度前旋，与脚表面的良好接触，吸湿性，温度调节功能，合适的足底压力分布，低重量。这在一定程度上解释了为什么鞋类制造是一项复杂的工作。通过现代技术，如测力台(撞击力吸收)、压力鞋垫(足底压力分布)、足部扫描仪、摄影测量系统和红外运动捕捉系统等，人类能够获得很多运动鞋性能方面的重要信息。2.研究基础我院通过与多个高校的合作，掌握了大量鞋的性能指标测试方法和方案，例如，不同的跑步鞋（多威与体大牌）在不同的表面（人工草皮、橡胶、胶粒橡胶和木板）上的运动情况；耐克和李宁篮球鞋在不同篮球动作（急停跳投、急停变向和急停后转身）中运动学和动力学指标的情况；慢跑鞋在不同跑步速度下的各项运动学和动力学指标；nike鞋在膝关节易损伤动作中对人体下肢的影响等等。这些大量的测试使我们了解到了运动鞋在人体活动过程中起到了相当大的辅助作用，也让我们熟悉并掌握了鞋的各项指标测试方法和实验流程，为我们今后的实验研究打下了扎实的基础。总之，设计科学的运动鞋性能检测系统在全民健身方面和竞技体育方面都有重要意义，如果运动鞋舒适性的质量监测与评价系统建立完善，将为中国运动鞋制造业的发展提供的新思路。3.我院对鞋舒适性的研究能力以我院现有的设备和数据能够在以下几个方面对鞋的舒适性进行研究：3.1运动鞋楦尺寸的设计楦型设计对鞋舒适性的影响较大，楦的设计是以足各部位数据为基础的，从鞋类设计的角度讲，属于第一位的。楦型设计的好坏，直接影响成鞋的美观及舒适性。标准化研究院拥有德国力克公司三维扫描仪，通过多年来对人体尺寸的测量，采集了大量的中国人足部尺寸数据，能够为鞋楦的设计提供准确和可靠的数据支持。足长、足宽、足围和足高等最基本的足部数据指标都将为鞋楦的设计提供参考。例如，跖趾关节是承受人体重量和劳动负荷的主要部位之一，又是行走时发生弯曲的关键部位，楦跖围尺寸安排是否合理，将影响穿着舒适性及鞋的使用寿命。跖围小，将限制跖趾关节的活动，使人在运动中产生不适；跖围大，脚在鞋内产生移动，也不利于人的运动。而且，标准化研究院通过近几年的尺寸测量和数据分析，积累了许多这方面的经验，可以帮助乔丹公司做过的一些测试数据，我院可以帮助其进行数据有效性的检验，以便获得更为准确可靠的参数数据。3.2压力测试or运动生物力学测试（足底压力鞋垫，鞋帮鞋面、足跟帮面、高帮踝部等压力传感器，鞋底与地面之间压力，运动捕捉系统，表面肌电）人类自从开始了直立行走以来，由于体重的原因，足底就承受的比身体其他部位都大得多的压力。尽管这是不可避免的，但采用一些比较有效的方法是可以改善局部压力过大引起的不适。人在快走或跑步时，将承受更大的冲击力，脚底也因此承受着很大的压强，如果某个部位的压强大到超出一定范围，可能会引发伤痛或产生不舒适的感觉，所以脚底各部位所承受的压力，对鞋的舒适性有着重要影响，也就是说鞋的舒适度还取决于施加和分布于脚和鞋之间的压力或压强。因此，在鞋的舒适性研究过程中，足底压力通常被列为一个重要的研究内容。基于测得的压力分布情况，可以通过设计鞋垫的3D形状，达到使压力更均匀的效果，也可以通过在鞋垫局部适度增减厚度、增大脚与鞋垫的接触面积、为高弓足设计足弓支撑垫、采用柔性易变形的材料、改变楦底曲面等方法，适度分散压力。很多专项体育运动鞋的鞋垫就是根据该项运动的足底压力特征设计的。2002年，ABNT(巴西技术标准委员会)对鞋舒适度进行了一系列的规范量化， 于是巴西成为世界上首个制定鞋类舒适度标准(NBRs 1483414840)的国家。其中，NBR 14836就是关于足底压力方面的内容。中国标准化研究院拥有世界上先进的Novel pedar-X足底压力测试系统,10多双不同号码足底压力鞋垫，可以实时的持续的采集运动过程中足底压力的数据。其中能够采集到的数据包括压力、压强、接触面积、接触时间和压力中心线等多个常用的生物力学指标。但是一直以来，各界学者一致关注足底压力的研究，却忽视了鞋的帮面对足的四周以及足背的影响，我院还拥有一些针对小面积部位的压力传感器用来测量鞋帮、鞋面和足跟帮面等位置对足的压力，从而全面的研究鞋对足的各个部位的压力情况，而不仅仅局限在对足底压力的单一方面研究。此外，我院还拥有大量的运动生物力学仪器，其中包括Kistler测力台、Vicon红外光电运动捕捉系统、Noraxon16导表面肌电仪和h/p/cosmos多功能跑步机等。其中测力台、红外光电运动捕捉系统和表面肌电仪三个仪器可以同步进行测试和数据采集，对受试者穿着运动鞋在不同运动条件下的动力学、运动学和肌电等数据指标进行采集和分析。3.3鞋腔内温湿度运动鞋影响脚体生理舒适性的因素较多，其中主要的就是鞋腔内的温度和湿度。(1)湿度：在鞋舒适性所包含的众多指标当中，湿舒适性是其中一个很重要的指标。在一定温度的条件下，人脚对湿度的感受是舒适性的首要问题之一。人脚在鞋腔中，由于脚体温度，脚体的毛孔与表面想外界挥发湿气或者排汗，因此运动鞋鞋腔湿度来自两个方面：一是排汗，二是挥发的湿气。排汗和士气的挥发会打破原有的平和，导致鞋腔湿气对脚体舒适性产生影响。鞋的湿舒适性与人的嬉康和日常生活息息相关，穿着透湿性不好的鞋会造成如脚气、鸡眼、关节炎等诸多疾病， 给人的工作和日常生活带来诸多不便。影响鞋腔内湿度，保持脚体干爽的主要因素包括：鞋材料的吸汗和排汗效果、鞋材料的防水效果、鞋材料的透气效果和鞋结构的通风效果。(2)温度：人体具有一定的温度，所以对温度感受有一定的适宜范围，同样脚体也对温度感受有适宜的范围。人脚体温度一般低于人体温度10-12.正常情况下处在20-25时，感觉比较舒适。当脚体感受外界的温度大雨或者低于承受的范围时，会产生不舒适感影响鞋腔温度的因素除了脚体运动产生的热量外，还取决于运动鞋鞋材料的导热速率、鞋材料的热容量、鞋材料的空间结构和鞋的结构特点等。温度和湿度两者有存在着相辅相成的关系，鞋内温度越高，脚体易排汗，导致湿度的增加；而湿度增加，气体不易流通，又加速了鞋内温度的升高。总之，温度和湿度互相影响，只有找到一个很好的平衡点才能使人穿着运动鞋感到舒适。现在常用的检验鞋材料温湿度的标准有：QBT18111993皮革透水汽性试验方法、ISO 17699：2003鞋类-鞋面、衬里试验方法-水气渗透性和吸水性、ISO 22649：2003鞋类-内底、鞋垫的测试方法-吸水性和解吸附性、GBT 390311-2005鞋类内底、衬里和内垫试验方法、GBT 4689211996皮革吸水性测定方法、GBT 166411996成鞋动态防水 性能试验方法和GBT 3903172008鞋类帮面试验方法-防水性能。以上这些检验标准都是在实验室环境下对鞋材料进行的测试，并不能完全说明人在穿着运动鞋运动过程中鞋内温湿度的变化情况，所以缺乏一定的实用性。我院将在近期采购一批能够放置于鞋内的温湿度传感器，能够实时的记录人在运动过程中，鞋腔内的温度湿度变化情况，从而真实的反应运动过程中鞋腔对脚体的温湿度影响。例如，将足底压力传感器和温湿度传感器置于运动鞋内，让受试者穿着运动鞋在h/p/cosmos多功能跑步机慢跑30分钟，同时记录足底压力情况和温湿度变化情况，并让受试者主观感受的调查表，从主观和客观两个方面评价，建立对穿着运动鞋运动过程中的舒适性进行全面的评价体系。简要的技术路线图如下：简要技术路线图测试鞋样品主观评价客观评价建 立 运 动 鞋 舒 适 性 综 合 评 价 体 系测 试 数 据 综 合 分 析压力测试心理评价温湿度测试肌肉疲劳评价运动学动力学测试指导样品鞋的修改4.我院运动生物力学设备列表仪器名称采集数据指标备注1Novel Pedar-x足底压力测试鞋垫压力、压强、接触面积、接触时间、压力中心线（COP）等10双压力鞋垫2Vicon红外光电运动捕捉系统关节坐标、速度、角度、角速度等12个红外光电摄像头3Kistler测力台XYZ方向力值、摩擦力等4块测力台4Noraxon表面肌电仪肌电均值、积分肌电、肌电振幅等16导5h/p/cosmos多功能运动跑步机可调节坡度6Max-气体代谢仪呼吸频率、肺通气量、耗氧量、CO2产生量、心率、呼吸商、氧脉搏及代谢当量等监控运动过程中各项生理指标7Novel 鞋面鞋帮压力传感器压力、压强、接触面积、接触时间、压力中心线（COP）等内外踝、足后帮、鞋面等8温湿度传感器近期购买5.正式测试实验设计对所提供的样品鞋进行多个性能指标的测试，检验样品鞋对正常人的各种常速步态参数的影响情况。5.1 运动学、动力学和足内压力分布综合测试分析5.1.1采用仪器：Kistler测力台、Vicon红外光电运动捕捉系统和足底压力鞋垫等各部位压力传感器。5.1.2测试过程：（1）在样品鞋内放置压力鞋垫、足背和足跟的部位的压力传感器。（2）在受试者身上粘贴Marker标志点，标志点位置如下：左右肩、左右肘、左右腕、左右股骨大转子、左右膝关节、左右内外踝、左右脚尖和脚跟（同样水平面高度）。在样品鞋上粘贴标志点，位置如下：左右侧大拇指趾跖关节处（内侧鞋前弯曲处）、左右侧小拇指趾跖关节处（外侧鞋前弯曲处）、左右鞋尖和鞋跟处。注：每个鞋上的4个标志点应在同样的水平面高度。（3）受试者裸足在10米的跑道（中间放置Kistler测力台）上进行正常的行走，用Kistler和Vicon数据采集软件采集受试者正常行走过程中的运动学和动力学数据指标，测试3次。摘除受试者足上的标志点，让其穿上放有压力传感器的样品鞋进行再此进行上述测试过程，测试3次。5.1.3指标选取运动学指标：步幅长度、步频步速、支撑时间摆动时间、关节坐标、关节角度、关节运动速度和样品鞋前部弯曲角度等多项指标。比较受试者裸足和穿着样品鞋在正常行走过程中，各项指标的异同，探讨样品鞋对受试者正常步态的影响情况。动力学指标：XYZ方向力值、摩擦力、地面最大垂直反作用力，力的作用时间，变化率等等。主要研究受试者穿着样品鞋后，地面对下肢的支撑发作用力情况。例如着地时地面最大垂直反作用力过大的话，可见对受试者后跟的压力过大，影响受试者舒适性，所以应对鞋后跟的缓冲进行调整。压力指标：各部位各分区的最大压力、压强、冲量、接触面积和接触时间，足底压力中心的轨迹等。主要研究鞋与足之间的作用情况，和以往其他研究最大的不同就是，此次测试不但只测了足底压力情况，还对足背足跟以及足的四周进行压力分布测试，全面考虑了样品鞋对足部各个部位的压力作用情况，从而对足的舒适性进行多方面的评价。5.2 跑步机、表面肌电和温湿度综合测试分析5.2.1 采用仪器：h/p/cosmos多功能运动跑步机、Noraxon表面肌电仪和温湿度传感器。5.2.2 测试过程：（1）将跑步机设置好两种不同模式，一、正常行走步速0.8-1m/s；二、慢跑速度2-2.5m/s。（2）将温湿度传感器放置在样品鞋内。（3）为受试者粘贴表面肌电电极片，选取肌肉如下：小腿三头肌内外侧、股直肌和臀大肌。（4）跑步机调制正常行走步速（0.8-1m/s），受试者穿着样品鞋适应1-2分钟后开始正式测试，采集温湿度数据和表面肌电数据，测试20-30分钟。受试者休息15分钟。跑步机调制慢跑速度（2-2.5m/s），受试者穿着样品鞋适应1-2分钟后开始正式测试，采集温湿度数据和表面肌电数据，测试20-30分钟