智能高跟鞋的設計

喻亞萍

摘 要：高跟鞋作為目前時尚界的寵兒，一直以來頗受女性消費者的喜愛。高跟鞋可以修飾女性身體曲線，改善女性身體比例，使其顯得更加優雅和自信，然而高跟鞋對女性健康也有著非常明顯的損害，可能造成扁平足、踝關節扭傷、腰背酸痛等疾病。因此，設計一款兼顧了美感和舒適性的智能高跟鞋尤為重要。高跟鞋相關的美感和舒適度的評價可以通過分析多個指標，建立評價體系來定量確定。本文綜合分析了各個高跟鞋參數，建立體系，并結合AHP法建立數學模型給出了評價方式，利用MATLAB 曲線擬和工具箱分析了對高跟鞋的結構穿著者舒適度和美感的影響。運用力矩平衡原理建立模型研究與人體相適應的高跟鞋的結構特征。并且設計一款可以智能調節 的智能高跟鞋。

關鍵詞：AHP法 黃金分割率 力矩平衡原理 智能調節

首先高跟鞋的舒適度及美感的評價是一個多層次，多指標的過程，涉及到高跟鞋高度，跟型，款式，材料，顏色等五個大的方面。因此本文提出了合適的評價準則和指標，利用AHP法初步確定了各個準則層指標的權重，構建準則層對目標層的成對比較矩陣。然后運用層次分析法計算出準則層對于目標層最終的權重。即可得出高跟鞋跟高和款式對舒適度和美觀度的影響是直接且明顯的，高跟鞋跟型和顏色的影響是次要的，高跟鞋材料的影響較小。即對于高跟鞋的影響中，舒適度的權重稍微大于美觀度的權重。即女性在選擇高跟鞋的時候更側重于舒適度，其次是注重美觀度，這顯然與實際情況是相符合的。與此同時，我們參考了中國鞋網發布的關于女性選擇高跟鞋時所關注的一些指標和偏愛度，發現其與我們的出來的結論較為相符，可見評價是有客觀性和有效性的。

然后我們以一個人為例，身高169cm，黃金分割系數0.6，體重為53kg。以此為基礎進行建模。高跟鞋的結構對美感和舒適度的影響主要體現在高跟鞋的高度以及傾斜角度上，因此我們畫出高跟鞋的近似結構并且對其進行受力分析，根據豎直方向受力平衡、力矩平衡原理可以得到力與高度以及傾斜角的關系，再根據MATLAB作圖進行分析，即可得出高跟鞋結構對舒適度和美感的影響。即前腳掌受力隨傾斜角度的增大而增大，傾斜角度接近180度的時候，前腳掌所承受的力非常大，不在人體可承受范圍之內，這與實際相符。在角度較小的時候，前腳掌受力的增加較慢，即曲線的斜率較小，前腳掌所承受的力也比較小，會讓人比較舒適。在角度較大的時候，前腳掌的受力的增加較快，即曲線的斜率較大。我們由曲線可以看出，在正弦值為0.5，即角度為30度時，前腳掌受力較小，增加較平緩，且在人體可承受范圍之內。因此得出適合于該人的高跟鞋的傾斜角度。當然，這只是個例，想把此款智能高跟鞋的設計適應于更多的人以及應用的更加廣泛，還需要對此模型進行推廣。

根據查閱資料可知，一般女人身高在150cm到180cm范圍內，黃金分割系數在0.58到0.6范圍內。這兩個條件可以作為限制范圍。然后可以找出身高、黃金分割系數與跟高的關系，根據其具體的身高、黃金分割系數來確定其高跟鞋跟高；又由于跟高與角度的關系，又可得出身高、黃金分割系數與角度的關系，同理，也可以根據其具體的身高、黃金分割系數來確定其高跟鞋角度。高跟鞋的跟高與角度代表著高跟鞋的結構。因此可以通過分析人的身高、黃金分割系數來確定所要推薦的高跟鞋高度，并且以此來研究與人體體態相適應的（滿足特定舒適性和美感要求）高跟鞋結構特征。若知道某人身高與黃金比例系數，即可求得推薦的高跟鞋跟高，然后通過智能高跟鞋的調節作用，調節智能高跟鞋使其既滿足舒適度，又滿足美觀感。這樣可以將同一款智能高跟鞋通過一定的算法得出設計參數，并通過調節智能高跟鞋的參數，使它可以適合更多的女性，與此同時，也擴大了智能高跟鞋的適用人群。使得同一雙鞋子可以根據穿著者的身高來調節鞋子的高度，并且兼顧美感和舒適度。

最后，根據前邊所得數據以及查閱資料文獻可以設計一款集調節溫度、高度、顏色花紋和識別運動狀態于一體的智能高跟鞋。首先這款鞋子的傾斜角度以及鞋跟跟高可以通過穿著者的身高進行調節。其次該款鞋子運用了藍牙、無線充電裝置、傳感器、無線芯片和馬達等智能設備，并通過這些設備來調控高跟鞋，使高跟鞋能夠完成調節溫度、高度、顏色花紋和識別運動狀態等功能。調節溫度、高度方面：該款鞋子在底部搭配了一對加熱鞋墊，同時在鞋跟配備了可調節高度（4-6CM）的機械式鞋跟[3]?？梢哉{節溫度以及鞋跟高度。在調節顏色花紋方面：這款高跟鞋有黑白兩種款式，在鞋面上集成了柔性電子墨水屏[4]。顯示屏從鞋面兩個側邊延伸到鞋子的頭部，分別環繞半周，從而達到調節顏色的目的。但是因為電子墨水屏的限制，鞋子只能夠顯示黑白灰三種顏色。識別運動狀態方面：該款高跟鞋內置英特爾Curie模塊（英特爾高度集成的適用于可穿戴設備的芯片），能夠提供包括計算、運動傳感器，低功耗藍牙、電池充電以及優化傳感器數據分析的模式匹配等功能，還可以快速精確地識別不同的動作。這款高跟鞋雖然功能較多，但是由于使用了各種芯片，集成電路，傳感器，使得高跟鞋的質量比較重，我們接下來會重點減輕高跟鞋的重量。

參考文獻：

[1]姜啟源 謝金星 葉俊，數學模型第四版，北京，高等教育出版社，2010.8.

[2]人名不詳.道客巴巴

[2012-02-16].http：//www.doc88.com/p-092900229037.html

[3]人名不詳.環球網

[2017-01-10].http：//smart.huanqiu.com/wear/2017-01/9926931.html

[4]Kevin.騰訊網

[2015-03-23].http：//digi.tech.qq.com/a/20150323/010929.htm