Как Напольные Силовые Платформы Оценивают Обувь? Количественная Оценка Характеристик Подошвы И Биомеханики Походки

Встроенные в грунт силовые платформы являются основным инструментом для биомеханического анализа, поскольку они точно измеряют силу реакции опоры (GRF), возникающую при каждом контакте стопы с поверхностью. Эти устройства фиксируют кинетические данные с высокой частотой по вертикальной, передне-задней и медиально-латеральной плоскостям, предоставляя объективные метрики, необходимые для количественной оценки амортизации, устойчивости и энергоэффективности при проектировании обуви.

Разлагая мгновенные ударные нагрузки на конкретные механические векторы, силовые платформы позволяют исследователям выделять характеристики различных конструкций подошв обуви. Эти точные данные устраняют разрыв между статическими свойствами материалов и динамической производительностью человека, гарантируя, что обувь оптимизирована как для безопасности, так и для отталкивания.

Разложение силы реакции опоры (GRF)

Чтобы понять характеристики обуви, необходимо сначала понять силы, действующие на тело. Силовые платформы не просто измеряют вес; они раскладывают движение на три отдельные составляющие.

Трехмерный сбор данных

Силовые платформы синхронно записывают механические данные в трех критических направлениях: вертикальном (вверх/вниз), передне-заднем (вперед/назад) и медиально-латеральном (из стороны в сторону).

Этот многомерный подход имеет решающее значение, поскольку походка не является чисто вертикальной; она включает в себя сложные тормозные и стабилизирующие силы, которые простые датчики давления не могут обнаружить.

Высокочастотный кинетический анализ

Датчики внутри этих плат работают на высоких частотах для улавливания быстрых изменений силы.

Это позволяет разлагать мгновенные ударные нагрузки, показывая, как сила резко возрастает в момент касания пяткой земли, по сравнению с тем, как она рассеивается во время фазы опоры.

Преобразование данных о силе в характеристики подошвы

Основная польза этих данных заключается в оценке того, как конкретные материалы и геометрия подошвы взаимодействуют с землей.

Оптимизация амортизации

Анализируя компонент вертикального давления GRF, инженеры могут оценить амортизирующие свойства обуви.

Высокие пиковые вертикальные силы указывают на плохую амортизацию, что направляет перепроектирование промежуточных подошв для лучшего поглощения ударов и снижения нагрузки на пользователя.

Оценка сопротивления скольжению и сцепления

Сдвиговые силы — особенно в передне-заднем и медиально-латеральном направлениях — являются ключевыми показателями сцепления.

Силовые платформы измеряют трение, возникающее при торможении и отталкивании, позволяя дизайнерам оптимизировать рисунок протектора для сопротивления скольжению в рабочей обуви и тактических ботинках.

Возврат энергии и обратная связь по материалам

Данные силовых плат показывают эффективность передачи энергии во время фазы отталкивания шага.

Анализируя волновые формы силы, исследователи могут определить, сколько энергии материал промежуточной подошвы «возвращает» пользователю, а сколько теряется, что критически важно для снижения утомляемости.

Анализ походки и устойчивости

Помимо самой обуви, силовые платформы оценивают, как обувь влияет на биомеханику человека-носителя.

Траектории центра давления (COP)

Необработанные механические данные используются для расчета центра давления (COP) по мере его перемещения по стопе во время шага.

Отслеживание этой траектории помогает исследователям оценить динамическую устойчивость, определяя, вызывает ли конструкция обуви опасный изгиб стопы внутрь или наружу.

Количественная оценка устойчивости при высокоударных маневрах

Во время динамических движений, таких как приземление после прыжка или боковые шаги, тело подвергается экстремальным вращательным силам.

Силовые платформы фиксируют эти моменты для оценки торсионной жесткости и амортизации ударов, предоставляя данные, жизненно важные для снижения риска травм связок.

Понимание компромиссов

Хотя силовые платформы являются золотым стандартом для кинетических измерений, их использование требует понимания контекста их работы.

Ограничение «прицеливания»

Поскольку эти платформы встроены в грунт, испытуемые должны приземляться точно на платформу, чтобы сгенерировать данные.

Это иногда может приводить к «прицеливанию», когда субъект изменяет свою естественную походку, чтобы убедиться, что он наступает на датчик, что потенциально искажает данные о естественных моделях ходьбы.

Лабораторные и реальные условия

Данные силовых плат обычно собираются в контролируемых лабораторных условиях.

Хотя это обеспечивает высокую точность и повторяемость, это может не полностью имитировать непредсказуемый рельеф или переменные условия поверхности, встречающиеся в реальных сценариях.

Сделайте правильный выбор для своей цели

Конкретные метрики, которым вы отдаете приоритет в данных силовых плат, должны зависеть от конечного применения обуви.

Если ваш основной фокус — безопасность и защита: Отдавайте приоритет данным о сдвиговых силах в передне-заднем направлении для максимального сопротивления скольжению и торможения.
Если ваш основной фокус — спортивные результаты: Сосредоточьтесь на механике отталкивания и волновых формах обратной связи по энергии, чтобы минимизировать потребление энергии и максимизировать скорость.
Если ваш основной фокус — предотвращение травм: Анализируйте пики вертикальных ударов и медиально-латеральную устойчивость, чтобы убедиться, что конструкция подошвы эффективно гасит удары и поддерживает здоровье связок.

Объективное измерение силы превращает дизайн обуви из субъективного искусства в точную инженерную дисциплину.

Сводная таблица:

Категория метрики	Измеряемые данные	Преимущество конструкции обуви
Вертикальная GRF	Ударные нагрузки и пики давления	Оптимизирует амортизацию и поглощение ударов
Сдвиговые силы	Передняя-задняя и медиально-латеральная сила трения	Улучшает сопротивление скольжению и рисунок протектора
Траектория COP	Путь движения центра давления	Улучшает динамическую устойчивость и предотвращает травмы
Кинетические волновые формы	Передача энергии во время отталкивания	Максимизирует возврат энергии и снижает утомляемость пользователя

Повысьте стандарты своей обуви с 3515

Точное проектирование лежит в основе каждой производимой нами пары. Являясь крупномасштабным производителем, обслуживающим дистрибьюторов и владельцев брендов, 3515 предлагает комплексные производственные возможности для всех типов обуви. Наша флагманская серия рабочей обуви основана на строгих биомеханических данных, обеспечивающих максимальную защиту и производительность.

От рабочей и тактической обуви до уличной обуви, тренировочных кроссовок и формальной обуви — мы предоставляем производственный опыт в больших объемах, который вам нужен, чтобы лидировать на рынке. Узнайте, как наше техническое превосходство может продвинуть ваш бренд вперед — свяжитесь с нами сегодня!

Ссылки

Tamaya Van Criekinge, Ann Hallemans. A full-body motion capture gait dataset of 138 able-bodied adults across the life span and 50 stroke survivors. DOI: 10.1038/s41597-023-02767-y

Эта статья также основана на технической информации из 3515 База знаний .