[发明专利]一种仿生缓震鞋中底

说明书

一种仿生缓震鞋中底属工程仿生技术领域，本发明中前掌缓震单元置于鞋中底的凹坑Ⅰ中，且前掌缓震单元中下板的下面与鞋中底中凹坑Ⅰ的底面固接；后跟缓震单元置于鞋中底的凹坑Ⅱ中，且后跟缓震单元中下框架的基板Ⅵ底面与鞋中底中凹坑Ⅱ的底面固接，鞋垫固接于鞋中底中基板的上表面；本发明从高速重载情况下鸵鸟下肢尤其是足部不受损伤获得启发，基于鸵鸟下肢缓震机理，通过工程仿生学技术，将鸵鸟足跖趾关节结构特征和第三趾足垫材料与结构组装特征应用到鞋中底的仿生设计中，可有效提升鞋底缓震性能，且稳定人体的足部，减小受伤概率，实现鞋底缓震和稳定支撑的统一。

技术领域

本发明属于工程仿生技术领域，具体涉及一种根据鸵鸟足触地时跖趾关节运动姿态和第三趾足底的足垫内部缓冲材料与结构的鞋仿生缓震鞋中底。

背景技术

人在运动时由于鞋底的缓震性能，地面对人体的冲击力将得到有效的缓冲，可使下肢肌群退让性工作适当减少，有利于保护下肢。鞋底由内底、中底、外底三部分构成，其缓震技术的核心在于中底。现有缓震设计大多聚焦于后跟区域的缓震，但是鞋底的前脚掌部分对跑、跳等运动有很大影响，未来应该重点考虑。现有的鞋缓震主要从材料和结构出发，采用减震性能的中底材料，或是特殊的物理结构进行变形吸能缓震。单纯的材料缓震不能响应高频的冲击，并且存在材料的耐用度和寿命问题；单纯结构缓震的稳定支撑性存在一定缺陷。因此在有限的中底厚度空间上，尤其是较薄鞋前掌，从结构和材料耦合角度入手成为一种行之有效的手段，有效缓震的同时还能保持鞋底稳定的支撑。

自然界中动物在长期演化中进化出优越的结构或功能，能够应用到与人相关的领域。成年非洲鸵鸟在150kg以上体重下，保持55km/h左右的速度，能持续奔跑超30min，在高速重载下奔跑受到巨大的地面冲击力，而自身尤其是足部不受损伤，作为与地直接接触的足部，鸵鸟足的缓震性能无疑是优越的。有研究发现并证明鸵鸟足趾下覆盖有厚厚的足垫，能够形变来抵消触地时的巨大冲击力。不仅如此，鸵鸟足独特结构特别是跖趾关节结构特征和运动姿态，也起到了缓冲减震的作用。

发明内容

本发明提供了一种结构与材料耦合仿生的鞋缓震中底，从鸵鸟高速重载情况下，而鸵鸟下肢尤其是足部不受损伤获得启发，基于鸵鸟足缓震机理，采用工程仿生学原理，将鸵鸟足跖趾关节结构特征和第三趾足垫材料与结构组装特征应用到仿生缓震中底设计上，可有效提升鞋的缓震性能，且稳定人体的足部减小受伤概率，实现鞋底缓震和稳定支撑的统一。

本发明设计思路来源于鸵鸟足的运动姿态和第三趾的足垫，足跖趾关节结构特征和第三趾足垫材料与结构组装特征，设计仿生缓震鞋中底。鸵鸟是趾行动物，触地部位处分布有足垫，对足垫缓冲机理进行分析，发现这种优异的缓震特性是源于足垫的材料和结构以及相互组装关系，足垫由外层皮肤、内层趾垫以及中间层筋膜三个部分组成，足垫整体呈现外层包覆内层，材料硬度由外层至内层由硬到软的结构与材料组装特征。被足垫弱化的地面反力继续向上传递，鸵鸟的行走奔跑姿态相当于人“踮起脚尖”运动，鸵鸟跖趾关节的骨骼结构改变了触地时地面反力向上传递的方向，弱化了冲击。向上传递的地面反力通过肌腱的拉伸吸收进一步削减，从而发挥了跖趾关节的缓冲减震作用。基于鸵鸟足缓震性能综合分析，借鉴跖趾关节通过结构组合调整实现高效的卸力，缓震单元设计采用硬质材料将作用力传递软质材料，通过材料的弹性变形作用吸收冲击能量，同时为了提升结构稳定性，将缓震单元设计为硬质材料紧密包裹软质材料的结构。

本发明由鞋中底A、前掌缓震单元B、后跟缓震单元C和鞋垫D组成， 其中前掌缓震单元B置于鞋中底A的凹坑Ⅰ2中，且前掌缓震单元B中下板10的下面与鞋中底A中凹坑Ⅰ2的底面固接； 后跟缓震单元C置于鞋中底A的凹坑Ⅱ3中，且后跟缓震单元C中下框架22的基板Ⅵ39底面与鞋中底A中凹坑Ⅱ3的底面固接；鞋垫D固接于鞋中底A中基板1的上表面。