军警是国家和人民的钢铁长城,他们分布于祖国的大江南北,执行各类任务,因为职业的特殊性导致了他们的运动量远远超过常人,所以他们对鞋子的要求更高。军警皮靴是军警出任务时的必要装备,它不仅要能够保护足部不受伤害,还要符合人机工程学设计原理,让军警在长期穿着过程中更为舒适与省力,以提高任务完成效率。鞋垫作为鞋子的功能组件,在穿着过程中起着重要的作用。本课题拟在现有军警皮靴鞋垫的基础上,对材料参数与足底压力数据之间的关系进行研究,并测量与行走相关的下肢肌肉信号变化,用更为客观、准确的数据指导符合人机工效学的三维鞋垫制作,以提高军警皮靴的穿着舒适度。本研究包括四部分。第一部分对鞋垫缓冲材料物理参数进行筛选。测量足-地界面与足-鞋界面的压力分布情况,分析结果表明前掌、后跟部位为足底压力集中部位,军警皮靴改变了足底压力分布状况,设计缓冲材料筛选办法。对缓冲材料进行测试,通过正交分析法得到最佳缓冲材料物理参数。第二部分应用光学三维扫描仪扫描标准脚型并用Geomagic软件建模。在Ortho MODEL软件中对足部模型进行三维鞋垫初步设计,根据鞋垫设计要求用Delcam Powershape三维设计软件继续调整,制作出符合实验要求的三维鞋垫模型。第三部分将三维鞋垫模型导入Ortho MILL软件中生成NC路径,通过控制数控系统操作三轴雕刻机加工制作出三维鞋垫基垫,并与筛选出的缓冲材料相结合,制作出实验用三维军警皮靴鞋垫。第四部分对三维鞋垫进行实验测试,对穿着改进鞋垫的足底压力数据、s EMG数据以及主观舒适性进行实时记录与数据分析。研究结果表明:(1)根据人机工程学进行足部扫描、建模设计的三维鞋垫更符合足底的形状。(2)相对于原有鞋垫,垫有改进后的三维鞋垫有效降低了行走过程中的足底压强峰值和压力时间积分,足底压力分散效果明显。其中硬度为Shore-A50°、厚度为5mm的基垫与硬度为Shore-A28°、厚度为3mm的硅胶垫组合成的三维鞋垫均衡足底压力效果较明显并能提高行走过程中的稳定性。(3)对s EMG信号分析得出穿着三维鞋垫能使肌肉的运动更稳定。通过对s EMG的时域与频域分析可知,三维鞋垫可有效降低肌肉的IEMG、MF,说明为了维持行走的原肌张力,募集较少的肌纤维,降低肌肉放电频率就可满足运动要求。与原鞋垫相比,在做相同运动量的行走训练时,穿着三维鞋垫需要募集的发力肌肉更少且更集中、肌肉运动更有规律。