CN114403550A - 基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测方法及***，在受试者穿戴待测鞋且自然站立的情况下对待测鞋进行力学检测，因此能够采集到人体自然状态下鞋底的力学数据，进一步，由于根据采集到的数据计算了鞋底的剪切力分布情况以及区域性剪切比例系数，因此可以有效获取鞋底不同区域的剪切比例系数，这一系数能够真实地表征鞋底的防滑性能。如上所述，与现有技术中的方法相比，本发明的方法可以有效提升鞋底防滑性能测试的真实性，拓展了鞋防滑性能的设计思路。

Description

基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测方法及***

技术领域

本发明属于鞋底检测技术领域，具体涉及一种基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测方法及***。

背景技术

鞋的防滑性能是评价鞋有效性的一个重要指标，鞋底的防滑性能与鞋底-地面接触平面内的水平剪切作用力密切相关。比如，鞋底不同纹路设计会造成鞋与地面剪切力作用上的差异。因此，在鞋的性能测试中，都需要对鞋底进行防滑性能检测。

国标GB/T 3903.6-2005中阐述了鞋类通用试验方法-防滑性能检测，具体通过水平牵拉施加了25公斤砝码的鞋子，来测试鞋的动摩擦系数，并且将动摩擦系数作为评价鞋子防滑性能的标准。专利申请公布号CN112137240 A的专利公布了一种鞋底防滑检测装置包括有：底板；推动组件，安装在底板上，通过推动的方式提供动力；升降组件，安装在推动组件上，通过转动的方式进行升降；夹紧组件，安装在升降组件上，通过转动的方式进行夹紧，其通过推动组件能够对鞋底进行防滑性检测。但是，在现实中，由于人体足底在解剖结构上存在区域性差异，可造成足底施加在鞋底上的作用力存在区域性的分布，因此单纯的加载获得单一的鞋底摩擦系数并不能完全反映鞋在人运动下真实的防滑能力。此外，该专利并未提出客观的参数来评价鞋底防滑性能。

因此，提出一种基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测方法，并设计人体自然状态下的鞋底防滑检测***，是亟待需解决的技术性问题。

发明内容

本发明是为解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测分析方法，并设计人体自然状态下的鞋底防滑检测***，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，受试者穿戴待测鞋站立于鞋底防滑性能检测装置的可动平台的载置面上，该载置面上设置有力学传感器，其中，所述力学传感器与所述待测鞋的鞋底接触的平面部分为检测表面；

步骤S2，所述鞋底防滑性能检测装置驱动所述可动平台运动，使所述载置面发生平移或旋转，从而模拟测试环境并进行测试；

步骤S3，在测试时间内，通过所述力学传感器采集所述检测表面的力学数据；

步骤S4，根据采集到的所述力学数据，计算所述检测表面的剪切力分布情况以及区域性剪切比例系数，用于表征所述待测鞋的鞋底防滑性能。

本发明提供的基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测方法，还可以具有这样的技术特征，其中，所述力学数据包括三维合力、三维合力矩以及垂直分布压力和压力中心。

本发明提供的基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测方法，还可以具有这样的技术特征，其中，所述三维合力包括垂直方向合力以及水平方向合力，所述三维合力矩包括垂直方向力矩，所述检测表面内的任意点(x_i，y_i)处的所述水平方向合力的分量为：

f_xi＝f_zi(F_x/F_z)

f_yi＝f_zi(F_y/F_z)

式中，f_xi、f_yi分别为(x_i，y_i)点处组成水平方向合力F_x、F_y的分量，所述垂直方向合力矩的分量为：

|f_mi|＝|f_zi|(|M|/∑|f_zi|d_i)

式中，d_i为点(x_i，y_i)到所述压力中心的距离，f_mi×d_i为(x_i，y_i)点处组成所述垂直方向合力矩的分量，对于所述检测表面内任意给定区域A，该区域A的剪切力为：

F_xA＝∑f_xi-∑|f_mi| sinθ_i

F_yA＝∑f_yi+∑|f_mi| cosθ_i

式中，θ_i为所述区域A内各个测量点中心与所述压力中心之间的夹角，所述区域性剪切比例系数根据以下公式计算：

R_shear＝F_A/BW

式中，F_A是区域性剪切力，包括所述剪切力F_xA、F_yA，BW是所述受试者的体重。

本发明提供的基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测方法，还可以具有这样的技术特征，其中，所述鞋底防滑性能检测装置为六自由度运动平台。

本发明提供的基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测方法，还可以具有这样的技术特征，其中，所述力学传感器为压变式传感器。

本发明提供的基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测方法，还可以具有这样的技术特征，其中，所述力学传感器的传感器检测面的表面材质可更换，用于模拟多种不同接触界面。

本发明提供了一种基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测***，其特征在于，包括：

鞋底防滑性能检测装置，具有可动平台，受试者穿戴待测鞋站于所述可动平台的载置面上，该载置面上设置有力学传感器，所述力学传感器与所述待测鞋的鞋底接触的平面部分为检测表面；

检测装置驱动模块，用于驱动所述可动平台运动，使所述载置面发生平移或旋转，从而模拟测试环境并进行测试；

力学数据采集模块，用于在测试时间内，通过所述力学传感器采集所述检测表面的力学数据；以及

力学数据分析模块，用于根据采集到的所述力学数据，计算所述检测表面的剪切力分布情况以及区域性剪切比例系数，用于表征所述待测鞋的鞋底防滑性能。

发明作用与效果

根据本发明的基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测方法及***，在受试者穿戴待测鞋且自然站立的情况下对待测鞋进行力学检测，因此能够采集到人体自然状态下鞋底的力学数据，进一步，由于根据采集到的数据计算了鞋底的剪切力分布情况以及区域性剪切比例系数，因此可以有效获取鞋底不同区域的剪切比例系数，这一系数能够真实地表征鞋底的防滑性能。如上所述，与现有技术中的方法相比，本发明的方法可以有效提升鞋底防滑性能测试的真实性，拓展了鞋防滑性能的设计思路。

附图说明

图1是本发明实施例中基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测方法的流程图；

图2是本发明实施例中鞋底防滑性能检测装置的结构图；

图3是本发明实施例中鞋底防滑性能检测装置的使用状态示意图；

图4是本发明实施例中载置面的典型运动与位姿示意图；

图5是本发明实施例中鞋与地面区域性剪切力计算示意图；

图6是本发明实施例中检测获得鞋底剪切比例系数分布图；

图7是本发明实施例中基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测***的结构框图。

附图标记：

鞋底防滑性能检测装置10；可动平台11；支撑板111；载置板112；力学传感器13；传感器检测面13a；驱动机构12；支架121；驱动电机122；推杆123；鞋底防滑性能检测***20；检测装置驱动模块21；力学数据采集模块22；力学数据分析模块23；控制模块24；待测鞋40。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明的基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测方法及***作具体阐述。

在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

<实施例>

图1是本实施例中基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测方法的流程图。

如图1所示，本实施例的基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测方法具体包括如下步骤：

步骤S1，受试者穿戴待测鞋站立于鞋底防滑检测装置的可动平台的载置面上，该载置面上设置有力学传感器，其中，力学传感器与待测鞋的鞋底接触的平面部分为检测表面。

图2是本实施例中鞋底防滑性能检测装置的结构图。

如图2所示，本实施例的鞋底防滑性能检测装置10包括一个可动平台11、驱动该可动平台11运动的驱动机构12以及力学传感器13。

可动平台11包括层叠设置的支撑板111以及载置板112，支撑板111和载置板112通过多个固定件固定连接，其中，载置板112呈圆形板状，其上表面即为载置面，力学传感器13设置在载置板112的中部，用于在可动平台11运动过程中、即测试过程中采集相应的力学数据。力学传感器13朝上露出的方形表面为其传感器检测面13a。本实施例中，力学传感器13为压变式传感器，在测试前需较零。

驱动机构12包括支架121、设置在支架121上的多个驱动电机122以及多个可伸缩的推杆123。本实施例中，驱动电机121以及推杆122的数量均为六个，六个驱动电机121以两个一组的方式分布设置在正三角形的三个顶点位置处，推杆123均为一端可转动地安装在一个驱动电机122的输出端，另一端可转动地安装在支撑板111的下方，且推杆123均倾斜地设置。

本实施例的驱动机构12可驱动可动平台11沿六个不同方向进行移动或旋转，也即鞋底防滑性能检测装置10为一个六自由度运动平台。

图3是本实施例中鞋底防滑性能检测装置的使用状态示意图。

如图3所示，受试者穿戴待测鞋40站在鞋底防滑性能检测装置10的载置板112上，待测鞋40的鞋底位于传感器检测面13a的范围内，并与传感器检测面13a压接，传感器检测面13a上与鞋底接触的平面部分即为检测表面，也即检测表面为鞋底形状的平面。

此外，传感器检测面13a上还可以设置特定材质的表面材料，并可以更换不同材质的表面材料，从而模拟多种不同的接触界面，本实施例中，对表面材料的材质不作限定。

步骤S2，鞋底防滑性能检测装置驱动其可动平台运动，使可动平台的载置面发生平移或旋转，从而模拟测试环境并进行测试；

图4是本实施例中载置面的典型运动与位姿示意图。

如图4所示，驱动机构12可以驱动可动平台11进行多种不同运动，包括进行左右旋转(即沿图2中Y轴进行旋转)、前后旋转(即沿图2中X轴进行旋转)以及水平运动(即沿图2中X轴或Y轴进行水平移动)，从而使可动平台11的载置面相应运动。本实施例中，驱动机构12驱动可动平台11沿图1中Y轴方向水平移动，即向受试者的前方运动，移动速度为100mm/s，位移为15mm。

步骤S3，在测试时间内，通过力学传感器采集检测表面的力学数据，力学数据包括三维合力、三维合力矩以及垂直分布压力。

即通过力学传感器13采集在运动过程中上述检测表面的力学数据。

步骤S4，根据步骤S3采集的力学数据，计算检测表面的剪切力分布情况以及区域性剪切比例系数，用于表征待测鞋的鞋底防滑性能。

图5是本发明实施例中鞋与地面区域性剪切力计算示意图。

如图5所示，具体地，通过测量获得检测表面上的垂直方向合力(F_z)、水平方向合力(F_x、F_y)、垂直方向的力矩(M)以及垂直分布力(f_zi)和压力中心(center of pressure，COP)COP_x和COP_y。

对于鞋底内(也即上述检测表面内)的任意点(x_i，y_i)处的上述水平方向合力的分量的计算公式为：

f_xi＝f_zi(F_x/F_z)

f_yi＝f_zi(F_y/F_z)

式中，f_xi、f_yi分别为(x_i，y_i)点处组成水平方向合力F_x、F_y的分量。

上述垂直方向合力矩的分量的计算公式为：

|f_mi|＝|f_zi|(|M|/∑|f_zi|d_i)

式中，d_i为该点与COP之间的距离，f_mi×d_i为(x_i，y_i)点处组成垂直方向上合力矩M的分量。

对于鞋底内任意给定区域A，该区域A的剪切力F_xA、F_yA的计算公式为：

F_xA＝∑f_xi-∑|f_mi|sinθ_i

F_yA＝∑f_yi+∑|f_mi|cosθ_i

式中，θ_i为该区域A内各个测量点中心与COP之间的夹角。

本实施例中还提出一种剪切比例系数，作为鞋底防滑性能的指标，其具体计算公式如下：

R_shear＝F_A/BW

式中，R_shear是剪切比例系数(ratio of the shear force)，F_A是区域性剪切力(regional shear force)，包括上述的F_xA、F_yA，BW是受试者的体重(body weight)。

图6是本发明实施例中检测获得鞋底剪切比例系数分布图，图6示出了前后方向(即沿图1中X轴方向)水平力最大时，鞋底所受到的剪切比例系数分布情况。从图6可以看出，鞋底剪切比例系数呈区域性的分布。

本实施例还提供一种基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测***。

图7是本实施例中基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测***的结构框图。

如图7所示，基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测***20包括上述的鞋底防滑性能检测装置10、检测装置驱动模块21、力学数据采集模块22、力学数据分析模块23以及控制模块24。

其中，检测装置驱动模块21采用上述步骤S2的方法驱动鞋底防滑性能检测装置10的可动平台11的载置面进行平移或旋转，从而模拟测试环境；力学数据采集模块22采用上述步骤S3的方法采集检测表面的力学数据；力学数据分析模块23采用上述步骤S4的方法对力学数据采集模块22采集得到的力学数据进行计算分析，从而得到检测表面的剪切力分布情况以及区域性剪切比例系数，用于表征所述待测鞋的鞋底防滑性能；控制模块24用于对上述鞋底防滑性能检测装置10、检测装置驱动模块21、力学数据采集模块22、力学数据分析模块23的工作进行控制。

实施例作用与效果

根据本实施例提供的基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测方法及***，在受试者穿戴待测鞋且自然站立的情况下对待测鞋进行力学检测，因此能够采集到人体自然状态下鞋底的力学数据，进一步，由于根据采集到的数据计算了鞋底的剪切力分布情况以及区域性剪切比例系数，因此可以有效获取鞋底不同区域的剪切比例系数，这一系数能够真实地表征鞋底的防滑性能。如上所述，与现有技术中的方法相比，本发明的方法可以有效提升鞋底防滑性能测试的真实性，拓展了鞋防滑性能的设计思路。

实施例中，受试者穿戴待测鞋站于鞋底防滑性能检测装置的载置面上，鞋底防滑性能检测装置驱动载置面沿水平方向向前移动，带动受试者移动，并通过设置在载置面上的力学传感器在移动过程中进行力学检测，得到力学数据，进一步根据力学数据计算得到鞋底剪切比例系数分布，从而得到了能够真实表征鞋底防滑性能的剪切比例系数分布。

上述实施例仅用于举例说明本发明的具体实施方式，而本发明不限于上述实施例的描述范围。

在上述实施例中，驱动机构12驱动可动平台11向前水平移动进行测试，实际上如上文以及图4所示，驱动机构12也可以驱动可动平台11沿其他方向水平移动、或进行一定角度范围内的旋转，并进行上述测试。

在上述实施例中，力学传感器13为压变式传感器，在替代方案中，力学传感器13也可以采用其他类型的力学传感器。

Claims (7)

1.一种基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，受试者穿戴待测鞋站立于鞋底防滑性能检测装置的可动平台的载置面上，该载置面上设置有力学传感器，其中，所述力学传感器与所述待测鞋的鞋底接触的平面部分为检测表面；

步骤S2，所述鞋底防滑性能检测装置驱动所述可动平台运动，使所述载置面发生平移或旋转，从而模拟测试环境并进行测试；

步骤S3，在测试时间内，通过所述力学传感器采集所述检测表面的力学数据；

步骤S4，根据采集到的所述力学数据，计算所述检测表面的剪切力分布情况以及区域性剪切比例系数，用于表征所述待测鞋的鞋底防滑性能。

2.根据权利要求1所述的基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测方法，其特征在于：

其中，所述力学数据包括三维合力、三维合力矩以及垂直分布压力和压力中心。

3.根据权利要求2所述的基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测方法，其特征在于：

其中，所述三维合力包括垂直方向合力以及水平方向合力，

所述三维合力矩包括垂直方向力矩，

所述检测表面内的任意点(x_i，y_i)处的所述水平方向合力的分量为：

f_xi＝f_zi(F_x/F_z)

f_yi＝f_zi(F_y/F_z)

式中，f_xi、f_yi分别为(x_i，y_i)点处组成水平方向合力F_x、F_y的分量，

所述垂直方向合力矩的分量为：

|f_mi|＝|f_zi|(|M|/∑|f_zi|d_i)

式中，d_i为点(x_i，y_i)到所述压力中心的距离，f_mi×d_i为(x_i，y_i)点处组成所述垂直方向合力矩的分量，

对于所述检测表面内任意给定区域A，该区域A的剪切力为：

F_xA＝∑f_xi-∑|f_mi|sinθ_i

f_yA＝∑f_yi+∑|f_mi|cosθ_i

式中，θ_i为所述区域A内各个测量点中心与所述压力中心之间的夹角，

所述区域性剪切比例系数根据以下公式计算：

R_shear＝F_A/BW

式中，F_A是区域性剪切力，包括所述剪切力F_xA、F_yA，BW是所述受试者的体重。

4.根据权利要求1所述的基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测方法，其特征在于：

其中，所述鞋底防滑性能检测装置为六自由度运动平台。

5.根据权利要求1所述的基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测方法，其特征在于：

其中，所述力学传感器为压变式传感器。

6.根据权利要求1所述的基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测方法，其特征在于：

其中，所述力学传感器的传感器检测面的表面材质可更换，用于模拟多种不同接触界面。

7.一种基于区域性剪切比例系数的鞋底防滑性能检测***，其特征在于，包括：

鞋底防滑性能检测装置，具有可动平台，受试者穿戴待测鞋站于所述可动平台的载置面上，该载置面上设置有力学传感器，所述力学传感器与所述待测鞋的鞋底接触的平面部分为检测表面；

检测装置驱动模块，用于驱动所述可动平台运动，使所述载置面发生平移或旋转，从而模拟测试环境并进行测试；

力学数据采集模块，用于在测试时间内，通过所述力学传感器采集所述检测表面的力学数据；以及

力学数据分析模块，用于根据采集到的所述力学数据，计算所述检测表面的剪切力分布情况以及区域性剪切比例系数，用于表征所述待测鞋的鞋底防滑性能。

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