智能高跟鞋的设计

喻亚萍

摘 要：高跟鞋作为目前时尚界的宠儿，一直以来颇受女性消费者的喜爱。高跟鞋可以修饰女性身体曲线，改善女性身体比例，使其显得更加优雅和自信，然而高跟鞋对女性健康也有着非常明显的损害，可能造成扁平足、踝关节扭伤、腰背酸痛等疾病。因此，设计一款兼顾了美感和舒适性的智能高跟鞋尤为重要。高跟鞋相关的美感和舒适度的评价可以通过分析多个指标，建立评价体系来定量确定。本文综合分析了各个高跟鞋参数，建立体系，并结合AHP法建立数学模型给出了评价方式，利用MATLAB 曲线拟和工具箱分析了对高跟鞋的结构穿着者舒适度和美感的影响。运用力矩平衡原理建立模型研究与人体相适应的高跟鞋的结构特征。并且设计一款可以智能调节 的智能高跟鞋。

关键词：AHP法 黄金分割率 力矩平衡原理 智能调节

首先高跟鞋的舒适度及美感的评价是一个多层次，多指标的过程，涉及到高跟鞋高度，跟型，款式，材料，颜色等五个大的方面。因此本文提出了合适的评价准则和指标，利用AHP法初步确定了各个准则层指标的权重，构建准则层对目标层的成对比较矩阵。然后运用层次分析法计算出准则层对于目标层最终的权重。即可得出高跟鞋跟高和款式对舒适度和美观度的影响是直接且明显的，高跟鞋跟型和颜色的影响是次要的，高跟鞋材料的影响较小。即对于高跟鞋的影响中，舒适度的权重稍微大于美观度的权重。即女性在选择高跟鞋的时候更侧重于舒适度，其次是注重美观度，这显然与实际情况是相符合的。与此同时，我们参考了中国鞋网发布的关于女性选择高跟鞋时所关注的一些指标和偏爱度，发现其与我们的出来的结论较为相符，可见评价是有客观性和有效性的。

然后我们以一个人为例，身高169cm，黄金分割系数0.6，体重为53kg。以此为基础进行建模。高跟鞋的结构对美感和舒适度的影响主要体现在高跟鞋的高度以及倾斜角度上，因此我们画出高跟鞋的近似结构并且对其进行受力分析，根据竖直方向受力平衡、力矩平衡原理可以得到力与高度以及倾斜角的关系，再根据MATLAB作图进行分析，即可得出高跟鞋结构对舒适度和美感的影响。即前脚掌受力随倾斜角度的增大而增大，倾斜角度接近180度的时候，前脚掌所承受的力非常大，不在人体可承受范围之内，这与实际相符。在角度较小的时候，前脚掌受力的增加较慢，即曲线的斜率较小，前脚掌所承受的力也比较小，会让人比较舒适。在角度较大的时候，前脚掌的受力的增加较快，即曲线的斜率较大。我们由曲线可以看出，在正弦值为0.5，即角度为30度时，前脚掌受力较小，增加较平缓，且在人体可承受范围之内。因此得出适合于该人的高跟鞋的倾斜角度。当然，这只是个例，想把此款智能高跟鞋的设计适应于更多的人以及应用的更加广泛，还需要对此模型进行推广。

根据查阅资料可知，一般女人身高在150cm到180cm范围内，黄金分割系数在0.58到0.6范围内。这两个条件可以作为限制范围。然后可以找出身高、黄金分割系数与跟高的关系，根据其具体的身高、黄金分割系数来确定其高跟鞋跟高；又由于跟高与角度的关系，又可得出身高、黄金分割系数与角度的关系，同理，也可以根据其具体的身高、黄金分割系数来确定其高跟鞋角度。高跟鞋的跟高与角度代表着高跟鞋的结构。因此可以通过分析人的身高、黄金分割系数来确定所要推荐的高跟鞋高度，并且以此来研究与人体体态相适应的（满足特定舒适性和美感要求）高跟鞋结构特征。若知道某人身高与黄金比例系数，即可求得推荐的高跟鞋跟高，然后通过智能高跟鞋的调节作用，调节智能高跟鞋使其既满足舒适度，又满足美观感。这样可以将同一款智能高跟鞋通过一定的算法得出设计参数，并通过调节智能高跟鞋的参数，使它可以适合更多的女性，与此同时，也扩大了智能高跟鞋的适用人群。使得同一双鞋子可以根据穿着者的身高来调节鞋子的高度，并且兼顾美感和舒适度。

最后，根据前边所得数据以及查阅资料文献可以设计一款集调节温度、高度、颜色花纹和识别运动状态于一体的智能高跟鞋。首先这款鞋子的倾斜角度以及鞋跟跟高可以通过穿着者的身高进行调节。其次该款鞋子运用了蓝牙、无线充电装置、传感器、无线芯片和马达等智能设备，并通过这些设备来调控高跟鞋，使高跟鞋能夠完成调节温度、高度、颜色花纹和识别运动状态等功能。调节温度、高度方面：该款鞋子在底部搭配了一对加热鞋垫，同时在鞋跟配备了可调节高度（4-6CM）的机械式鞋跟[3]。可以调节温度以及鞋跟高度。在调节颜色花纹方面：这款高跟鞋有黑白两种款式，在鞋面上集成了柔性电子墨水屏[4]。显示屏从鞋面两个侧边延伸到鞋子的头部，分别环绕半周，从而达到调节颜色的目的。但是因为电子墨水屏的限制，鞋子只能够显示黑白灰三种颜色。识别运动状态方面：该款高跟鞋内置英特尔Curie模块（英特尔高度集成的适用于可穿戴设备的芯片），能够提供包括计算、运动传感器，低功耗蓝牙、电池充电以及优化传感器数据分析的模式匹配等功能，还可以快速精确地识别不同的动作。这款高跟鞋虽然功能较多，但是由于使用了各种芯片，集成电路，传感器，使得高跟鞋的质量比较重，我们接下来会重点减轻高跟鞋的重量。

参考文献：

[1]姜启源 谢金星 叶俊，数学模型第四版，北京，高等教育出版社，2010.8.

[2]人名不详.道客巴巴

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

[3]人名不详.环球网

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

[4]Kevin.腾讯网

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