基于人性化的保健鞋結構的設計與分析研究

楊瀾+慶振華

摘 要：探討了現有保健鞋的設計方法，根據足部相關穴位及其與人身體健康的相關性，創新性地將壓電晶片應用于保健鞋上，在鞋膛底設計了一種壓電裝置，以此產生電信號并作用于足部穴位，對穴位產生刺激，從而達到保健的功效。

關鍵詞：人性化；保健鞋；結構設計；壓電晶片

中圖分類號：TS943.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.11.088

文章編號：2095-6835（2016）11-0088-01

隨著社會的發展、科技的進步和產品的更新，人們的保健觀念在不斷增強。家庭保健儀設計必須以人為核心，滿足使用者的需求，以人性化設計為導向。本文以家用保健鞋為研究對象，分析現有家用保健鞋的設計方法。在保健鞋人性化設計研究中，結合目前市場中的產品，論證保健鞋人性化設計的必要性，創新性地提出一種新型保健鞋的設計方法，并闡述該類產品的工作原理、結構組成及特點。

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行壓迫刺激。這種方法在人自然行走的情況下就能達到保健的功效，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行刺激，達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用。

自然界中的一些物質，比如石英、鈦酸鋇等，在受到外力作用后，不僅幾何尺寸發生變化，而且內部極化，表面有電荷出現，形成電場。當外力去除后，又重新恢復到原來狀態。我們將這種現象稱為“壓電效應”，將具有壓電效應的材料稱為“壓電材料”。那么，究竟壓電材料能否對人體穴位進行刺激并應用于按摩儀？為了解決這個問題，設計了壓電足療保健鞋。

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穴位的刺激達到強身健體目的的保健鞋。按照中醫理論，足部相關穴位與人的身體健康密切相關，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，為足少陰腎經的起點，具有清熱、醒神、交濟心腎的功能，且與耳、發有相當密切的關系。刺激該穴位，可以強體健身、消除疲勞、增長身高，對于腎虛、腰酸、肢冷、精力減退、陽瘺、脫發、少白發、夜尿以及老年癡呆等病癥能達到很好的預防和輔助治療功效。

常見的壓電材料有兩類，即壓電單晶體和多晶壓電陶瓷。本設計中的壓電晶片采用壓電系數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生的電荷，可以在壓電晶片的兩個工作面上蒸鍍金履帶膜，構成正、負兩個電極。當壓電晶片受到外力作用時，兩個極板上會積聚數量相等、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，那么在外力持續作用期間，電荷量保持不變。外力消除后，電荷隨之消失。實驗證明，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。

使用時，同日常穿鞋一樣。當有行走動作時，腳跟部位壓迫鞋膛底，從而帶動加壓凸輪，并通過壓桿軸使加壓凸輪轉動；轉動的加壓凸輪對壓桿、壓電晶片產生壓力，由此形成壓電電荷并作用于足部穴位。

3 保健鞋的結構組成及特點

該保健鞋鞋膛底的下方設有空腔，空腔中放有壓電裝置。壓電裝置由壓電晶片、加壓凸輪、壓桿、復位簧和電信號輸出導線構成。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位簧抵于壓電晶片上；輸出導線連接在壓電晶片正極與負極間，電極設置在鞋膛底的表面，且位于足底相關的穴位上。圖1所示為保健鞋壓電裝置結構。

4 結論

本文創新性地提出了一種新型保健鞋的人性化設計方法。該設計方法利用人本身在行走、踏步或屈伸時腳跟部向下的壓力，通過壓桿使壓電晶片受壓變形，從而產生電荷，以此作為電極信號作用于足部穴位，對穴位產生刺激，達到保健的功效。與已有的方法相比，該方法具有設計結構簡單、成本低、使用方便、效果好等優點，易被人們接受。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕