工业设计专业毕业设计+开题报告+文献综述 -鞋底暖脚器设计

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（20__届）本科毕业设计鞋底暖脚器设计 摘要随着社会、科技的发展，人们对生活的质量越来越看重，但是社会的发展却慢慢导致了能源的不断枯竭和地球环境的不断恶化，所以我们要提倡生产绿色环保低碳的产品。现在市面上的鞋子琳琅满目，一般都能满足我们基本的需求，可是往往在寒冷的冬天对每一个人都是一种“折磨”，特别是现在的学生。由于学习压力很重，很多学生都希望把更多的时间用于学习。所以他们平时都很少活动，基本上长时间都坐在课桌前学习。由于寒冷的天气，加上中国大部分学校的教室都没有安装空调，很多学生脚上都会冰冷，甚至生冻疮。所以为他们设计一款暖脚器显得十分重要。关键词：低碳，环保，暖脚器，节能，设计 Thedesignoffoot-warmerAbstractAsthedevelopmentofsocietyandtechnology,peopleareIncreasingemphasisonthequalityoflife.However,thedevelopmentofsocietyhasgraduallyledtothecontinuousdepletionofenergyandthedeterioratingglobalenvironment,soweshouldpromotetheproductionofgreenproductsoflow-carbon. Varioustypesofshoesavailableinthemarketnowcangenerallymeettheneedsofourbasic,butthecoldweatherinwinterforeveryoneisakindof"torture",especiallyforstudents.Duetotheveryheavypressure,Manystudentswantmoretimeforlearning.Theyusuallyhaveverylittleactivity,basicallyforalongtimesittingatthedeskstudy.Duetothecoldweather,andmostschoolsinChinaarenothaveair-conditionedinclassrooms,manystudent'sfeetwillbecold,orevengetchilblains.therefore,todesignafootwarmerwasveryimportantKEYWORDS:Lowcarbon,environmentalprotection,energysaving,warmfeetdevice,designⅡ 目录摘要IAbstractII目录III1绪论11.1概述11.2暖脚器的市场分析21.2.1暖脚器的市场背景21.2.2暖脚器的市场现状21.2.3暖脚器的发展趋势31.3暖脚器的分析51.3.1现有暖脚器51.3.2现有暖脚器的缺点和不足91.3.3拟采用的方案92设计定位112.1设计定位112.2目标人群分析112.3消费者需求分析132.4设计难点133暖脚器方案设计153.1草图方案153.2三维建模及说明154设计分析194.1造型分析194.2色彩分析194.3材料分析194.4人机分析194.5功能分析204.6使用方法205总结与展望21参考文献22致谢24附录25附录零件图Ⅱ 鞋底暖脚器设计1绪论1.1概述面对世界能源危机，我国当前正逢能源高消耗期来临，石油资源将会在一代人的时间内枯竭。它的蕴藏量不是无限的，容易开采和利用的储量已经不多，剩余储量的开发难度越来越大，到一定限度就会失去继续开采的价值。在世界能源消费以石油为主导的条件下，如果能源消费结构不改变，就会发生能源危机。煤炭资源虽比石油多，但也不是取之不尽的。代替石油的其他能源资源，除了煤炭之外，能够大规模利用的还很少。太阳能虽然用之不竭，但代价太高，并且在一代人的时间里不可能迅速发展和广泛使用。其他新能源也如是。因此，人类必须估计到，非再生矿物能源资源枯竭可能带来的危机，从而将注意力转移到新的能源结构上，尽早探索、研究开发利用新能源资源。否则，就可能因为向大自然索取过多而造成严重的后果，以至使人类自身的生存受到威胁[1]。自2003年以来,低碳经济的概念的提出，我国经济的发展就提出了应遵循“低能耗、低污染、低排放”[2]。由于冬天和夏天温差较大，寒冷的冬天气温很低，人们的身体被厚厚的棉衣包裹着，身体感觉并不是怎么的冷。但是恐怕大多数人都会感到冻脚。    俗话说：“脚是人体的第二个心脏。如果双脚感到冰冷，麻木，势必会造成全身血液循环不畅，严重影响人们大脑思维的灵敏度和灵活性，不管干什么事情都会没有心情。寒从脚下起，病由寒处生。冬天寒冷，在没有暖气或空调的房间里经常会感觉到脚冷，尤其是在工作、学习或坐着看电视时。特别是高中生，学业负担重，不管天有多冷都要雷打不动的起床上课。课余时间少,锻炼身体的时间也少，久坐必然会脚冷。现在的保暖措施有很多，据了解电热暖脚器、USB暖脚器这两种最受大众喜爱。电热暖脚器将热量储存起来然后慢慢释放出来，以达到保温效果；USB暖脚器是一直需要外部电源提供能量，使得温度保持在40°左右。它们虽然能满足人们的基本保暖要求。可是也有不足的地方，它们都需要外部电源进行供电，都不够低碳环保。人在走路时，腿就会因抬起而具有对地面的重力势能，如果能把这些能量利用起来，我们就可以得到很多本来流失了的或者说是做无用功了的能源。通过能量转换，我们可以设想如果我们把每天对鞋子的压力转换成电能存储起来，然后在寒冷的冬天释放这些能量，积少成多，让我们把对于能量、环保在小细节上引起大家的重视，这样更让我们拥有环保意识和节能观念。17 鞋底暖脚器设计现在的人户外活动越来越少，忙碌的人们没有时间没有空间，对于运动很多人都需要刻意的提醒和安排，鞋底暖脚器的设计在一定程度上下意识的提醒了人们去锻炼身体，而且鞋底暖脚器的使用有利于身体的血液循环，在满足舒适的基础上具有一定的保健功能。1.2暖脚器的市场分析1.2.1暖脚器的市场背景解放前，大多数农家都有火盆，是冬日取暖不可缺少的器物。旧时，物质文明落后，加之农民生活素来清苦，冬日无防寒设备，就用火盆取暖。随着中国市场经济的形成，“优生优育”国策的落实，农村人口的城镇化，使得中国的家庭结构日趋小型化，人们的住房条件发生了质的变化，居室装修很普遍[3]。在冬季，用煤火取暖形成的室内污染，人们已无法接受。近年来，随着科技发展生活水平的提高，冬天的保暖措施也越来越多。在于对脚部的保暖，除了在鞋子本身的面料的改进外，出现了各种保暖鞋：棉鞋、电热保暖鞋、电热雪地靴……人们对于生活的质量要求越来越高，对舒适度的要求也越来越高，生活水平提高了购买力也随着提高了，近年来在冬季，用于足部保暖的商品越来越有市场。暖脚产品几乎成了人们在冬季的生活必需品，在整个鞋子市场中占有了一定的市场份额。1.2.2暖脚器的市场现状暖脚器这个概念是在近几年才开始受到关注，属于一个新兴朝阳产业，但同时也是脚保暖产品发展的必然趋势，具有很大的市场前景。随着现在人们对足部保暖的重视，保暖鞋在鞋子市场中算是越来越高了，因为就整个鞋子行业来说，其种类相当的多，比如运动鞋、高跟鞋、拖鞋、凉鞋、鞋子等等，保暖鞋作为新兴行业发展速度是相当得快的。虽然鞋子市场的竞争是相当激烈，保暖鞋只作为鞋子市场中的一个后起之秀，它的生命力和竞争力却是相当的强。伴随着其市场的慢慢形成，保暖鞋呈现出一下几方面的特征：（1）保健17 鞋底暖脚器设计 随着人们自我保健意识的不断增强,人们已越来越重视自己的身心健康。2003年，国家统计局在全国十大城市做了一项调查，调查结果表明，在五年前,人们最向往的生活是经济富裕,而五年后的今天,人们最向往的生活转变为更偏重于身体健康、心情舒畅[4]。随着社会经济的发展,人们追求健康的方式也越来越丰富,对健康的认识也越来越深刻。“健身去”正在成为人们常挂在嘴上的一句话。体育场爆满,体育用品热销,健身房越开越多,健康项目越来越丰富，花钱买健康,用时间换健康,健康消费已经成为人们消费的新时尚。目前，人们追求健康的途径主要有健康饮食、休闲健身、治病预防两不误等方式。健康是人类永恒的话题，人一生当中最大的拥有就是生命，最大的享受就是健康，追求健康，应该成为一种习惯，也贵在坚持[5]。英国一项新研究显示，即使在60岁之后，人也可以通过采取健康的生活方式来减少患心脏病和糖尿病的风险，追求健康永不为晚[6]。可见人们对健康的热衷已经远远超过了年龄的界限。可以说追求健康生活已经成为现代人们的一种业余爱好，在繁忙的工作后，来一段健康小操，让自己精力充沛，迎接美好的每一天。人的健康是生命运动的过程，是一种积极的、动能追求。暖脚器，是一种用于人体脚、腿部位按摩保健和防冷御寒的日用电子保健装置，所以它在功能上除了保暖之外还应该具有一定的保健功能。一般暖脚器能产生对人体脚足部位进行按摩保健、加热、保温、理疗、促进血液循环、改善关节炎症状等多种功能和良好效果。（2）方便目前市场上的保暖鞋基本有两种：USB暖脚器和电热暖脚器。USB暖脚器因为电源连接线的束缚，因此使用者不能随意的移动，只能限制在房间内固定的区域内。随后出现了带电池的可充电式电热保暖鞋，电热暖脚器虽然可以脱离电源，但是时间久了就要去充电；在使用方便的这个方面上是暖脚器一直在改进的方向。（3）安全暖脚器需要是与电有关的产品，在安全方面需要特别的注意，要使产品能发挥它的基本功能又要保证它对使用者的安全性。（4）环保17 鞋底暖脚器设计“低碳生活”是一种简单、简约、俭朴和町持续的生活方式，目前市场上的鞋子基本没有考虑到这个问题，似乎感觉保暖鞋不用考虑低碳环保的问题。尽管暖脚器市场有着较好的发展前景、商机无限，但当前的无相关标准、仿冒伪劣产品的出现、管理不规范等因素却成为了行业快速发展的绊脚石。保暖鞋和普通鞋相比，不仅外观上要求美丽大方，在技术方面的要求更高，确保其安全性。严格打击仿冒伪劣产品，防止其混乱市场，降低暖脚器的安全性和使用寿命。1.2.3暖脚器的发展趋势随着我国经济的飞速发展，人们对生活品味的不断上升，自我保健意识的加强，暖脚器呈现出广阔的市场前景。暖脚器近5年来的发展走势，整体呈上升趋势。可以说，暖脚器的发展潜力还是很大的，只是时机还不够成熟。在未来的几年里，暖脚器有四大发展趋势：（1）美观的暖脚器：在琳琅满目的商品面前，首先映入消费者大脑的是它的外观，产品不光在性能方面要有所突破，而且已经越来越认识到产品外观的重要性，因为对于普通消费者而言，在产品性能相差无几的情况下，产品外观设计是否出色是决定消费者购买的重要因素，曾经就有个产品设计师说过“产品的外观和细节是给消费者的第一直观感受，如果这点处理好，对于消费者的购买有很大帮助”。从中我们不难看出产品外观对于消费者消费的决定作用。（2）舒适的暖脚器：不管是怎样的设计，我们更多的是要形式追随功能，鞋子穿在脚上，首先考虑的是它的舒适度。目前国内外生产的鞋子虽然有耐穿性能的评价标准，但却没有舒适度评价标准，企业在生产时也没有可参照的依据。“目前消费者之所以很难买到一双真正意义上合脚的鞋，主要是生产环节无标可循造成的”，徐波说，我国目前并没有相关的鞋类舒适度和安全性的指标评价，目前已有的指标是对耐穿性进行评价。而鞋类的舒适度和安全性指的是针对一类人群的不同需求。例如，婴儿鞋主要功能是保暖。 目前国内不少鞋企对所生产鞋子的形状、尺寸大小缺乏一个可参考的依据，鞋企要生产一种款式的鞋子，大部分都是试生产一双，找人试穿，觉得合适就进行批量生产。但这种传统生产方式所带来的弊病很多。如果成都鞋企生产的鞋到上海、东北等地销售，就不一定适合当地人穿。17 鞋底暖脚器设计  据介绍，消费者长期穿不合脚的鞋子会造成扁平足、拇指外翻等情况，儿童长期穿不合脚的鞋子会严重影响脚部发育，甚至会出现畸形。 企业生产某一款鞋时也不知道怎样才能确保鞋子能满足消费者对舒适度的需求，更多的是注重鞋子的款式、颜色和是否耐穿。“我们也希望鞋类产品的国家标准中能有关于舒适度的相关规定。”一鞋企负责人说。 成都市质检院相关负责人称，对鞋子进行力学分析，提高舒适度的相关技术规则目前已经受到国内专家和国家标准化委员会的重视，并有专家和企业提出在国家标准中增加“舒适度”方面的技术参考，如果国内企业和专家普遍建言，“舒适度”有望纳入国标。 据称，目前国内已经有一些品牌鞋生产公司对不同消费者足部特征和运动着力情况进行力学分析，通过3D技术采样后，输入计算机系统进行全方面分析，再根据分析结果设计鞋[7]。（3）方便的暖脚器：不限场地的限制，随心所欲的使用，将是人们理想的使用状态。（4）环保型暖脚器：在这个节能的时代，低碳环保的产品是最符合时代的要求的，低碳生活是一种非常环保、文明的生活方式。节水、节电、节油、节气，可以帮助我们将低碳生活变为现实，暖脚器也将进入低碳的行列，把平时没有注意的其他动力加以利用，操作方便简单，而且安全舒适。1.3鞋底暖脚器的分析1.3.1现有暖脚器（一）暖脚器的种类现在市场上流行的暖脚器有各式各样的，但总结下基本有以下两类：电热暖脚器、USB暖脚器。1．电热暖脚器电热暖脚器（见图1-2），它由金属壳体、底座、电热元件和装饰外罩构成。壳体放置在底座上，壳体侧面设有电器元件盒，盒内装有电源插孔、温控元件和指示灯。电热元件采用电热管，环置在壳体内，电热管的两个电极置入元件盒内，作为电源插头的电极柱。壳内及电热元件的周围填注石蜡储热保温。也可在壳体底面增加一网孔板，并在板与壳体底面之间的端头固定一个微型风机，这种暖脚器则为冬暖夏凉的暖凉脚器[8]。17 鞋底暖脚器设计此种暖脚器是将热量先储存起来，然后热量慢慢释放出来，已达到保温效果，热量有个衰减的过程。电热保暖鞋（见图1-2）即可以充电、发热的鞋子,并有控制开关,可以控制鞋内的发热温度.还要有充电插孔，要用专用充电器充电,要是没有专用的充电器,可用相同插口的手机充电器充电,但是充电时间会比用原装充电器要久,还可能会有充不满的现象,这种鞋一般都是白天用晚上充电,一个晚上足可以把电池充满.电热保暖鞋一般有分高温和恒温档，可以调节温度，鞋里面最好是羊毛的,这样保暖效果会更好.电热保暖鞋到热天的时候不用了,应该把鞋充满电放在阴凉干燥的地方,每隔4-5个月要充一次电,并检查一下功能是否正常,不正常要退回厂家维修,一般厂家是免费维修的。温控保暖鞋采用移动能源输入电量，硅胶或碳纤维材料输出热量的方式为脚底供暖，鞋子内部处于烘干状态，除汗除臭。(1)使用高档的头层皮成型结合专业制鞋技术制造；(2)智能温控开关：微电子智能控温技术，通过控制开关调节温度，1-3档发热片表面温度从低到高分别达42°C、56°C、70°C，鞋内温度维持在30-50°C；(3)充电插口：自主研发优质耐用的充电端口、可同时对一双鞋子充电，充电过程指示灯显示红色，充满电显示绿色，充电端口防水设计，经久耐用；(4)锂离子电池：选用优质锂离子电池，容量高，待机时间9-16小时，防爆技术加持久动力，安全系数高，实用性强；(5)智能发热系统：采用目前世界上优质硅胶材料做成的高级发热片，柔软又有韧性，抗拉力抗压力；(6)充电器：保暖鞋专用充电器，通过3C、CE、UL等认证，可以对两只鞋同时充电。　(7)防水能力强，如遇到雨水侵袭或浸泡，应彻底晾干后使用[9]。2．USB暖脚器USB暖脚器（见图1-3）采用远红外碳纤维发热，利用电能，以半导体碳基材料为发热体，将电能转换为以远红外线为主的热能，远红外发热体所产生的5μm—15μm的远红外辐射线（这种波长的远红外线是人体及一切生物所必需的）[10]17 鞋底暖脚器设计，更容易对人们的皮肤和细胞组织产生共振，能渗透到皮肤及皮下组织深处，从而产生温热效应，改善血液循环，扩张毛血管，排除微循环障碍，长期使用，能起到活血、通络、促进新陈代谢，使脚部皮肤细腻、延缓衰老。USB暖脚器需要通过USB连接，需要外部电源一直提供能量，使得鞋子内的温度保持在40°左右，高于人体温3°左右。图1-2电热保暖鞋图1-1电热暖脚器图1-3USB暖脚器17 鞋底暖脚器设计（二）鞋子发电在物理课上我们学过能量既不能产生也不能消失，能量转换是指从一种形式转化为另一种形式或是从一个物体转移到另一个物体，除了宇宙大爆炸可以使能量消失[11]。人在走路时，腿就会因抬起而具有对地面的重力势能，那么怎样利用这些能量呢？下面是已有的一些研究成果：1.新概念绿色发电环保鞋设计通过社会需求调查与科学实验设计了绿色发电环保鞋，旨在挖掘生产生活中的潜在能源，节约资源，方便人们在户外活动时（尤其在电源网络遭受破坏的灾区环境）的夜间照明、搜寻定位和对小功率用电器（手机、MP3、MP4、iPod音乐播放器等）的实时充电。本装置主要由压力发电模块、倍压模块、整流稳压模块，电能储蓄模块、电能传输模块、照明模块、充电模块、信号发射与接收模块、电压绝缘模块和重力缓冲模块组成。利用人行走过程中脚部上下位移的变化使线圈切割磁感线将重力做功转化为电能，实现夜间照明和对小功率用电器的充电。也可通过信号发射与接收装置，对被困人员进行搜救。该装置绝缘模块保护人体不受电压影响，缓冲气垫置于鞋底，让人们在活动时更加舒适、安全、便捷。当人们行走或者跑步时，作用于地面的挤压力和反作用力会对鞋底产生上下起伏的位移，利用这种上下起伏的位移，带动永磁铁上下移动，使固定线圈内的软磁体不断改变磁极而达到切割线圈以产生电能的压力发电器。装配上倍压模块、整流滤波模块、可充电电池、发光元件、开关、小型插口，然后安装在鞋子上做成绿色发电环保鞋。再在鞋子里安装上信号发射装置，当人们遇到地震、洪涝等灾害时，便可即时发出求救信号，以便搜救人员进行搜救。只要人们在行走，便有电能产生。若每天步行5公里，则在这一周左右的时间里，所产生的电能便能够充满一块容量为1050mAh的手机电池。鞋内磁力缓冲装置，让人在活动中更加舒适[12]~[18]。2．会发电的鞋子17 鞋底暖脚器设计发条收音机的发明者特雷沃尔·贝利斯想出了对行走时产生的能量加以利用的办法。他最新发明的装置将被放置在鞋子内，当使用者行走时，它能为移动电话或掌上电脑提供电力。他已在专利局为这种装置进行了专利注册。这一发明在发展中国家有着巨大的应用潜力，这意味着如果制造商采纳这种技术，在今后５年里贝利斯将能获得大笔收入。发展中国家的移动电话市场一直由于电力供应的问题而受到制约。该装置对环境无害的特性也可能使它得到推广。像往常一样，贝利斯是在睡梦中获得这个创意的。他说：“一天早晨我醒来时，我脑子里得出了基本的构想。不过发明是１％的灵感加９９％的汗水。一直到实用产品推向市场时，这个过程才算结束。”贝利斯请来Ｑｄｏｓ创新技术事务所的约翰·蒙蒂思和巴里·詹姆斯帮忙，两人都是经验丰富的专利发明人。经过３个晚上的攻关之后，３人研究出了使这一设想切实可行的方法[19]。1.3.2现有暖脚器的优点和不足（一）现有的暖脚器设计的优点根据对实体店和网上店铺的调查，研究发现目前市场上所销售的暖脚器的优点有以下几点：第一：起热快。因为是由外部电源提供电量产热所以会让你的双脚马上就会感到温暖;第二：新颖时尚，款式多样。发热装置在鞋底，鞋面就可以有很多不同的设计，卡通的，时尚的可以根据不同的人群进行设计。（二）暖脚器设计存在的问题虽然已有的暖脚器有很多优点但是也存在有很多的缺点和不足：第一：使用不便。一般都要依靠外部电源来供电。使用场所受到限制；第二：操作麻烦。过程需要多个步骤；第三：不够低碳环保。需要外部电源供电；第四：保健功能有待改进。只是单纯的让脚暖和起来了，个体没有参与健身过程；第五：不够安全。直接接触电源，安全性有待改进。1.3.3拟采用的方案“低碳环保生活”(low-carbonlife)的呼声越来越高，如何更好的利用能源已经成为我们关注的重要内容，暖脚器的设计也是一样，要突破常规改变能量来源方式。人在走路时候，腿就会因抬起而具有对地面的重力势能，自然落下时这部分重力势能就白白浪费掉了。我们一天走的路很很多，浪费掉的能量也是很大的，这个暖脚器就是要利用这部分机械能。根据人走路能产生势能用电能的形式储存起来，鞋内有温度记量器，当鞋内温度低于一定值的时候散发热量来维持一个恒温状态。这样就可以起到保暖效果，而且可以提醒大家要保持一定的运动时间，因为生命在于运动。17 鞋底暖脚器设计这种鞋一般比较适合坐在教室上课的学生，以及长期坐在办公室的人使用。只要每次走上几十分钟，或者原地踏步或扭动，产生能量后，就可以维持半天甚至全天的保暖效果，因为，人体是可以产生热量的。人体产生热量的同时，需要外界提供的能量就少了，保温的功能更大，这样就能维持脚的温暖了。通过这种方法设计的暖脚器使用方便，不需要依靠外部电源来供电。使用时不受场所限制；操作简单，预先设定好需要的温度，它就会自动控制温度，不会因为温度太高让脚感到不舒服，具有一定的保健功能，而且也让个体身体动起来，本身也是个健身过程。17 鞋底暖脚器设计2设计定位2.1设计定位“低碳”、“环保”是现在社会的主旋律。我们设计的产品一定要考虑它的可持续性。目前市场上的暖脚器或保暖鞋采用的都是普通的方式，在环保方面做的不足，所以本设计的目标定位是低碳环保的暖脚器。现在的儿童学业压力越来越大，学习的时间占据了他们一天大部分的时间，缺少运动锻炼，特别是高中生，面临着高考的压力，很多学生的生活是所谓的“三点一线”。在寒冷的冬天，只有课间十分钟休息时间，而且往往作业多的没得休息，“寒从脚起”，寒冷是的同学们无法专心学习，有些人还因为寒冷生冻疮。他们是需要被关注的。上了年纪的人随着身体机能慢慢下降，在寒冷的冬天特别怕冷，他们需要锻炼，但是是要强度低的锻炼方式，他们不会使用太复杂的操作的产品，最好使用的产品带有保健功能，他们是社会中弱势群体，需要我们去关注和呵护，让他们在身心上都感到温暖和关怀。关心老年人的今天就是关心我们的明天。所以本设计将定位在学生和老人这两个年龄段，根据他们的特点，设计出一款操作方便，功能到位，安全性高，保健作用强的低碳环保性暖脚器。2.2目标人群分析（一）老年人“十二五”期间，中国人口老龄化将提速，出现老年人口第一次增长高峰：60岁以上老人“十一五”期间（2006-2010）年均净增480万，而“十二五”期间为800万左右；到2015年，老年人口总量突破2亿，占总人口比例超过15%——中国将既是一个人口大国，也是一个老年人数居世界首位的“老龄人口大国”。对他们的关注不仅是关爱，还有很多有潜力的产业，不仅因为老年人口数量增加会带来消费总需求的增长，更因为受惠于改革开放，如今老年人的收入和储蓄已有显著增加。根据中国老龄科学研究中心调查，当前城市老年人中42.8%拥有储蓄存款，2010年我国老年人口消费规模将超过1.4万亿元。中国老年市场购买力分析：（1）购买力购买力是以收入来作保证的，老年人的经济收入状况是决定老年市场规模和容量的关键因素。老年人经济收入的主要来源是子女或亲属供养、老年人离、退休金和劳动收入以及社会保险和救济。以城市老年人为例：17 鞋底暖脚器设计l.领取退休金的人数占有相当的比例，1999年我国离退休人员退休金总额达2068亿元。据估计，2000年我国离退休人员约为6000万人，离退休金再加上老年人再就业收入和子女赡养费，可用于购买老年用品和服务的支出可达到4000亿元人民币。到2010年，仅退休金一项就将增加到8383亿元，2020年为28145亿元，2030年为73219亿元。2.有相当一部分老年人退休后又重新找到工作，我国城市60-65岁的老年人口中约有45%的人还在业，他们除有退休金之外，还有另外的收入。3.一部分老年人或多或少从子女那里得到一部分赡养费。4.一部分老年人拥有一定的储蓄，据中国老龄科学研究中心的一项调查，城市老年人中有42.8%的人拥有储蓄存款。并且随着我国经济的发展，老年人的收入将呈不断增长之势。老年人收入的不断提高，为老龄产业的发展开辟了广阔的空间。（2）购买欲望1.随着社会进步和经济收入的提高，老年人正在逐步抛弃“重积蓄、轻消费”、“重子女、轻自己”的传统观念，花钱买健康，花钱买潇洒正成为现代老人的时尚追求。2.现在的老年人多数是在物质和精神生活相对贫乏的五、六十年代度过他们的青春年华，一直没有机会满足各种人皆有之的生活追求。因此，当他们从繁忙的工作和家庭负担中解脱出来后，就会喷发出强烈的补偿要求，希望自己的晚年生活能过得幸福、充实、绚丽多姿。从这一意义上讲，老年人有比青年人更强烈的购买欲望。3.和中青年相比，大多数老年人已上无赡养父母的责任，下无抚养子女的义务。因而可倾其所有来满足自己的需求，使老年人相对有限的经济收入，最大限度地转化为现实购买力，其边际消费倾向明显高于中青年消费者。由上可见，由于我国老年人口基数大，老年人的经济收人逐年在增加和具有强烈购买欲望，我国老年市场具有不可估量的开发潜力[20]。（二）高中生据了解，我国现有4341.9万高中生（普通高中、成人高中、中等职业教育）2006年数据“十五”期间，我国高中阶段教育规模迅速扩大，毛入学率明显提高；高中阶段毛人学率达到52.7%，普通高中在校生年平均增长14.93%[21]。虽然他们没有购买力，但是处于这个阶段的孩子的需求最能让家长达到，为了缓解高考的压力，家长们会尽量满足孩子的合理要求。2.3消费者需求分析17 鞋底暖脚器设计在寒冷环境中，人体的足部由于处于最远离心脏的地方，流到这里的血液的热量最少，使得足部温度成为人体最低的温区,而从寒冷的足部回流到心脏的静脉血液又把寒冷带会心脏,增加心脏的负担。人如果长时间处于这样一种状态，能量消耗会很大，抵抗力也会明显下降，所以自古以来就有“寒从脚起”的说法。虽然现在的鞋材的保温性能不断在改善，人体的运动本身也会产生一些热量，但是在人的储存热量不足，运动减少，环境温度更低（零度一直到零下20～30度）时如果没有主动的额外的热量补充的话，人的足部就会开始感到刺痛，长生冻疮，严重的会冻伤。众所周知我国是人口最多的国家，除了华南地区广东、广西、福建、海南几个省外绝大部分地区在冬天都会感受到寒冷，特别是儿童和老人更需要足部的保暖。因此鞋底暖脚器拥有无数的潜在消费群。2.4设计难点在这个过程中，对暖脚器的工作原理研究是具有一定难度的，因为暖脚器的内部构造和发热装置很复杂，本设计的暖脚器结构与现有的结构不一样，将尚未加以利用的绿色能源，在节约能源的同时实现低排放，打破了利用太阳能等绿色发电的常规方法，而运用压力发电。里面有很多机械电气之类的知识，需要重新研究和请教别人，以做出可能实现的电路线路图。在参考已有的设计的基础上，设计出合理的方案。17 鞋底暖脚器设计3鞋底暖脚器方案设计3.1草图方案图3-1外观这是鞋子的外观（见图3-1所示），它与一般鞋子的区别在于它的底部，它有一个温度显示屏和一个开关按钮，使用者预先设定好温度它就可以自动控制了。其他的都与一般鞋子类似。图3-2内部结构图这是鞋子底部的内部结构图（见图3-2所示），有压杆，弹簧，开关，电热丝，马达，变速齿轮组，温度控制器等组成。图3-3鞋底暖脚器盒子17 鞋底暖脚器设计这个是鞋子发电外部盒子装置（见图3-3所示），主要用于固定内部零件。图3-4原理图这个是鞋底暖脚器的原理图（见图3-4所示）。人在走路的时候会对鞋子有一定的压力，鞋子底部装有压杆，人在走路的时候对压杆的作用，带动齿轮组，并通过变速齿轮加速马达的转速，通过马达产生电让电热丝发热，中间连接一个开关，控制电路。3.2三维建模及说明在本设计的三维数字建模中运用3Dmax软件建模，并用其配套的VR进行渲染，通过对其渲染环境进行设置，调整各个参数，进行渲染。最后使用Photoshop、Coreldraw等平面软件进行后期处理得效果图，得到的最终效果图如下个图所示：17 鞋底暖脚器设计图3-5鞋底暖脚器盒子效果图一（如图3-5所示）为安装了鞋底暖脚器的鞋子。与普通鞋子的区别在于它的底部的显示装置和开关。图3-6鞋底暖脚器装置效果图二（如图3-6所示）为鞋底暖脚器装置。他是隐藏在鞋子里面的，主要发挥功能的装置。17 鞋底暖脚器设计图3-7鞋底暖脚器装置内部图效果图三（如图3-7所示）为鞋底暖脚器装置内部图。内部结构的大图明确的表达了各个零件之间组合。图3-8鞋底暖脚器装置内部爆炸图效果图四（如图3-8所示）为鞋底暖脚器装置内部图爆炸图。17 鞋底暖脚器设计图3-9马达图3-10变速齿轮效果图五（如图3-9所示）为鞋底暖脚器装置内部的马达，它将利用切割磁感线原理进行发电。效果图六（如图3-10所示）为鞋底暖脚器装置内部的变速齿轮，通过它主要提高了切割磁感线的次数，从而提高鞋子暖脚器的工作效率。17 鞋底暖脚器设计4设计分析4.1造型分析本设计在造型设计方面采用传统的鞋底样式，这样可以与更多的鞋型相结合，不仅能使产品更广泛的应用在现实生活中，更能符合现代的人们对于多样性和个性方面的选择。在细节部分，鞋子的内侧有一个开关和一个小型的显示屏，开关控制整个发热电路的开启和关闭。小型显示屏显示使用者预先设定的温度，当鞋内的温度高于这个温度的时候，电路自动断开，使得鞋子内部不会过于热，从而产生不适之感，如果直接控制开关的话，就要经常开开关关，不方便使用。所以有一个自动控制温度是有必要的。在这个温度显示器上还有两个触摸的两个键，可以预先设定温度的高低。鞋底的前端装上电热丝，像小型的电热毯一样，能温暖整个脚掌，分散出来的热量均匀，足部感到舒适，且有保健功能。整个暖脚器的设计，还提醒了人们坐久了要经常起来运动运动。要有锻炼的意识，生命在于运动。4.2色彩分析本设计主要设计鞋底，由于设计的结构和原理基本是内部的，而且鞋底的颜色需要搭配鞋面的颜色，可以视情况而定。所以在色彩方面不需要太多的设计。4.3材料分析在材料方面，鞋底采用普通鞋子的鞋底，内部装有小型发电机，变速齿轮组以提高电压（从而提高功率），成品的发电装置完全可以放在旅游鞋的鞋底，或普通皮鞋的鞋底。小发电机、变速齿轮、电阻丝等价格低廉，所以产品的成本并不高。本设计挖掘出了人类社会生产、生活领域中尚未加以利用的绿色能源，在节约能源的同时实现低排放，符合当今社会对绿色、节能、低碳产品的新要求。打破了利用太阳能等绿色发电的常规方法，而运用压力发电。充分考虑到环保节能等方面因素的同时，力求开辟绿色发电新途径，降低投入成本。4.4人机分析37 鞋底暖脚器设计本设计中，鞋底内部结构中利用弹簧不仅能使传动杆上下运动，而且可以缓冲人在走路的时候地面给于的反作用力，让人感觉到更加的舒适。此暖脚器一般工作的时候能让鞋子达到40°以上，刚好温暖人的足部，当温度达到预先设定的时候，会自动控制关闭制热效果，不需要人为操作，不会影响使用者在做其他的事情。4.5功能分析人的下肢离心脏最远，血液不易到达，因此寒冷最先侵袭下肢。在鞋底装上本次设计的暖脚器主要功能在于对足部的保暖功能，在寒冷的冬天，高中生没有时间去锻炼身体，往往会出现手脚冰冷的情况；上了年纪的老人由于身体机能的衰弱，特别怕冷，所以鞋底暖脚器对他们的帮助是很大的，其次它还具有一定的保健功能。生命在于运动，这个暖脚器的设计，还提醒了人们要运动运动。要提高锻炼身体的意识。4.6使用方法鞋底暖脚器顾名思义是鞋子的一部分，安装在鞋子底部，在寒冷的冬天我们穿上有此装置的鞋子，预先设定好鞋子底部的温度，温度范围在35℃到50℃然后正常的行走活动就可以，此时鞋子就会根据走路的时候人脚对鞋子的压力产生热量，保持鞋子内部的温暖。37 鞋底暖脚器设计5总结与展望高中生群体和老年人群体都是需要被关注的特殊群体，高中生学习压力最重，身心都需要被重视。老年人更是需要被照顾呵护的。且这两个全体的人数庞大，具有一定的市场需求。本文在工业设计学科一定的基础背景下，运用工业设计基本理论和电工技术基本知识对压力发电工作原理，鞋底暖脚器的可行性、实用性、人机进行研究。从对市场上暖脚器和保暖鞋的现状进行分析开始，了解了产品的基本情况及市场需求，分析市场中现有产品设计中存在的缺点与不足，并提出改进方案。在此基础上绘制出草图方案，进过分析优化方案，从而进行数字建模，最后对自己所设计的产品进行了综合分析。本设计创意新颖。打破了利用太阳能等绿色发电的常规方法，而运用压力发电。充分考虑到环保节能等方面因素的同时，力求开辟绿色发电新途径，降低投入成本。而且对保护环境有利：利用了人体能，我们就可以少用其它能源，如一次性电池。同时本产品的使用不增加环境负担：发电装置、齿轮传动、稳压等装置都是一体的，安在铁盒里，不易损坏，在鞋穿坏后可以回收。此外，本次设计虽在一定程度上满足了前期所设定的目标，但还是存在着一些欠缺，有待于进一步的深入与改进。在装置的大小上有待进一步研究。37 鞋底暖脚器设计参考文献[1]百度百科.能源危机[OL].（2011-01-06）http://baike.baidu.com/view/25178.htm[2]XIE,LowCarbonEconomyandEnergyTechnologiesforaLowCarbonFuture[J].EnergySourcesPartA:Recovery,Utilization&EnvironmentalEffects,2010-01,31（18）：1593-1597[3]百度百科.火盆[OL].（2010-6-23）.http://baike.baidu.com/view/1392044.htm[4]卢自润.追求健康享受生命[J].现代养生，2003，（02）：1[5]李晓霞.追求健康当成为一种习惯——健康保健系列谈[J].养生大世界,2007,(09):52-53[6]马丽.研究显示：追求健康永不为晚[EB/OL].（2007-01-10）.http://scitech.people.com.cn/GB/5264821.html.[7]四川新闻网.鞋子舒服吗?川大教授建议定鞋子“舒适度”标准[OL].（2010-11-29）http://www.qiucinews.com/jiaoyu/content/2010-11/29/content_62746.htm[8]陈独愚.节能电热暖脚器[P].中国:91214450.1991-11-27[9]余晖.温控保暖鞋技术特征[OL].（2010-10-16）http://www.enetbase.com/content/100179482.htm[10]百度百科.USB保暖鞋[OL].（2010.12.21）http://baike.baidu.com/view/3002488.htm[11]百度百科.能量转换[OL].（2010-12-22）http://baike.baidu.com/view/813398.htm[12]陈康.百度文库新概念绿色发电环保鞋设计说明书[OL].（2010-10-05）http://wenku.baidu.com/view/6f18270d4a7302768e9939ea.html37 鞋底暖脚器设计[13]秦曾煌.电工技术[M].高等教育出版社，2009[14]王兆安.黄俊.电力电子技术[M].机械工业出版社，2000[15]冯玉生.李宏.电力电子变流装置典型应用实例[M].机械工业出版社，2008.3[16]夏德钤.自动控制理论[M].机械工业出版社，2000.5[17]冯嘉雪.发展可再生能源：优化中国能源结构的必然选择[J].产经网-中国工业报，2004，7（7）：257[18]顾树华，张希良，王革华.能源利用与可持续发展[M].北京能源出版社，2001[19]会发电的鞋子[OL].(2000-01-09)http://www.cetin.net.cn/cetin2/servlet/cetin/action/HtmlDocumentAction?baseid=1&docno=75451[20]中国老年市场购买力分析[OL].（2011.05.12）http://info.beauty.hc360.com/2006/05/25114519070.shtml[21]百度百科.高中生[OL].http://baike.baidu.com/view/148068.htm37 鞋底暖脚器设计37 鞋底暖脚器设计文献综述鞋底暖脚器设计一、前言寒从脚下起，病由寒处生。冬天寒冷，在没有暖气或空调的房间里经常会感觉到脚冷，尤其是在工作、学习或坐着看电视时。特别是高中生，学业负担重，不管天有多冷都要雷打不动的起床上课。课余时间少,锻炼身体的时间也少，久坐必然会脚冷。在中国有空调的教室不多，那么有一款暖脚器是很有必要的了。暖脚器，是一种用于人体脚、腿部位按摩保健和防冷御寒的日用电子保健装置；它主要由PTC发热元件、散热板相互配置连接组成。应用该装置，能产生对人体脚足部位进行按摩保健、加热、保温、理疗、促进血液循环、改善关节炎症状的多种功能和良好效果。现在市场上流行的暖脚器大概有电热暖脚器、USB暖脚器这两种。这两种暖脚器虽然都可以给脚提供温暖保暖措施，但是它们都需要外部电源进行供电。前者是将热量储存起来然后慢慢释放出来，以达到保温效果；后者是一直需要外部电源提供能量，使得温度保持在40°左右。“绿色环保节能低碳”是现在生活的主旋律，我们设计的产品不仅要能满足他的功能要求更要考虑到能源、环保等方面的因素。所以我的研究是要设计一款新型节能暖脚器。二、主题（一）暖脚器市场分析1.暖脚器的发展图1-1火盆解放前，大多数农家都有火盆（见图1-1），是冬日取暖不可缺少的器物。旧时，物质文明落后，加之农民生活素来清苦，冬日无防寒设备，就用火盆取暖。随着中国市场经济的形成，“优生优育”国策的落实，农村人口的城镇化，使得中国的家庭结构日趋小型化，人们的住房条件发生了质的变化，居室装修很普遍。在冬季，用煤火取暖形成的室内污染，人们已无法接受[1]。科技的发展提高了人们的生活水平，工业设计的发展和电脑辅助设计加快了时代的步伐[2]。渐渐地暖脚器也出现了多种多样。通过改变正常的思维方式，站在客户角度换位思考，设计要符合需要[3]。37 鞋底暖脚器设计2．暖脚器的种类现在市场上流行的暖脚器有各式各样的，但总结下基本有以下两类：电热暖脚器、USB暖脚器。（1）电热暖脚器电热暖脚器（见图1-2），它由金属壳体、底座、电热元件和装饰外罩构成。壳体放置在底座上，壳体侧面设有电器元件盒，盒内装有电源插孔、温控元件和指示灯。电热元件采用电热管，环置在壳体内，电热管的两个电极置入元件盒内，作为电源插头的电极柱。壳内及电热元件的周围填注石蜡储热保温。也可在壳体底面增加一网孔板，并在板与壳体底面之间的端头固定一个微型风机，这种暖脚器则为冬暖夏凉的暖凉脚器[4]。此种暖脚器是将热量先储存起来，然后热量慢慢释放出来，已达到保温效果，热量有个衰减的过程。（2）USB暖脚器USB暖脚器（见图1-3）采用远红外碳纤维发热，利用电能，以半导体碳基材料为发热体，将电能转换为以远红外线为主的热能，远红外发热体所产生的5μm—15μm的远红外辐射线（这种波长的远红外线是人体及一切生物所必需的），更容易对人们的皮肤和细胞组织产生共振，能渗透到皮肤及皮下组织深处，从而产生温热效应，改善血液循环，扩张毛血管，排除微循环障碍，长期使用，能起到活血、通络、促进新陈代谢，使脚部皮肤细腻、延缓衰老。USB暖脚器需要通过USB连接，需要外部电源一直提供能量，使得鞋子内的温度保持在40°左右，高于人体温3°左右。图1-2电热暖脚器图1-3USB暖脚器（二）鞋子发电在物理课上我们学过能量既不能产生也不能消失，能量转换是指从一种形式转化为另一种形式或是从一个物体转移到另一个物体，除了宇宙大爆炸可以使能量消失[5]。37 鞋底暖脚器设计人在走路时，腿就会因抬起而具有对地面的重力势能，那么怎样利用这些能量呢？下面是已有的一些研究成果：1.新概念绿色发电环保鞋设计通过社会需求调查与科学实验设计了绿色发电环保鞋，旨在挖掘生产生活中的潜在能源，节约资源，方便人们在户外活动时（尤其在电源网络遭受破坏的灾区环境）的夜间照明、搜寻定位和对小功率用电器（手机、MP3、MP4、iPod音乐播放器等）的实时充电。本装置主要由压力发电模块、倍压模块、整流稳压模块，电能储蓄模块、电能传输模块、照明模块、充电模块、信号发射与接收模块、电压绝缘模块和重力缓冲模块组成。利用人行走过程中脚部上下位移的变化使线圈切割磁感线将重力做功转化为电能，实现夜间照明和对小功率用电器的充电。也可通过信号发射与接收装置，对被困人员进行搜救。该装置绝缘模块保护人体不受电压影响，缓冲气垫置于鞋底，让人们在活动时更加舒适、安全、便捷。当人们行走或者跑步时，作用于地面的挤压力和反作用力会对鞋底产生上下起伏的位移，利用这种上下起伏的位移，带动永磁铁上下移动，使固定线圈内的软磁体不断改变磁极而达到切割线圈以产生电能的压力发电器。装配上倍压模块、整流滤波模块、可充电电池、发光元件、开关、小型插口，然后安装在鞋子上做成绿色发电环保鞋。再在鞋子里安装上信号发射装置，当人们遇到地震、洪涝等灾害时，便可即时发出求救信号，以便搜救人员进行搜救。只要人们在行走，便有电能产生。若每天步行5公里，则在这一周左右的时间里，所产生的电能便能够充满一块容量为1050mAh的手机电池。鞋内磁力缓冲装置，让人在活动中更加舒适[6]~[12]。2．会发电的鞋子发条收音机的发明者特雷沃尔·贝利斯想出了对行走时产生的能量加以利用的办法。他最新发明的装置将被放置在鞋子内，当使用者行走时，它能为移动电话或掌上电脑提供电力。他已在专利局为这种装置进行了专利注册。这一发明在发展中国家有着巨大的应用潜力，这意味着如果制造商采纳这种技术，在今后５年里贝利斯将能获得大笔收入。发展中国家的移动电话市场一直由于电力供应的问题而受到制约。该装置对环境无害的特性也可能使它得到推广。像往常一样，贝利斯是在睡梦中获得这个创意的。他说：“一天早晨我醒来时，我脑子里得出了基本的构想。不过发明是１％的灵感加９９％的汗水。一直到实用产品推向市场时，这个过程才算结束。”贝利斯请来Ｑｄｏｓ创新技术事务所的约翰·蒙蒂思和巴里·詹姆斯帮忙，两人都是经验丰富的专利发明人。37 鞋底暖脚器设计经过３个晚上的攻关之后，３人研究出了使这一设想切实可行的方法。　　最终他们注册了两项专利。第一个办法是采用压电装置。石英类材料在弯曲或受压时会释放电力，把它们一层层叠起来，它们在受到脚的踏压时能产生足以给电池充电的电压和电流。　　第二个办法是采用安装在鞋子内的螺旋状线圈系统，它驱使液体以很高的压力流向一个发电结构，从而产生电力。从鞋子里拉出的电线可以顺裤腿直接与移动电话机相连。该技术还可以用来为掌上电脑提供电力。　　企业界的最初反应是积极的。诺基亚公司发言人上周说：“我对此感到很惊讶。如果它可行的话，这听起来很不错。”苹果计算机公司也对此表示了热情。该公司发言人说：“我们喜欢别出心裁，使我们的产品能够在异常环境中使用的技术都会受到欢迎[13]。”（三）能量收集1．压电效应压电效应（见图1-4），是某些特殊的材料中机械能与电能相互转化的现象。根据转化方向的不同，压电效应可以分为正压电效应和逆压电效应两种。某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷，当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象[14]。图1-4压电效应2．节能:助推能量采集37 鞋底暖脚器设计众多低功率工业传感器和控制器正在寻求以非传统能源作为主要或补充性供电源。利用现成的物理电源(例如，热电发生器或热电堆、压电或机电装置和光伏器件)来产生电力的换能器正在成为许多应用的适配电源。通过仅使用收集到的能量，众多无线传感器、远程监视器和其他低功率应用正在稳步成为接近“零”功率的设备(常被有些人称为“微功率”)。尽管自2000年初，能量采集就出现了，但是最近的技术发展已经推动其达到了可商业应用的程度。简言之，2010年，我们为能量采集的“增长”阶段做好了准备。利用能量采集技术开发的自动化传感器应用已在欧洲出现，这表明增长阶段也许已经开始。得到商业上的接受尽管能量采集的概念已经出现很多年，但是在真实环境中的系统部署一直很缓慢，原因是复杂度高和成本昂贵。尽管如此，仍然有一些市场采用了能量采集系统，包括了交通运输基础设施、无线医疗设备、轮胎压力检测以及楼宇自动化。就楼宇自动化而言，有了人体感应传感器、恒温器和光开关等，系统就用不着通常需要的电源或控制线路，而是使用能量采集系统了[15]。3．道路减速带发电道路减速带发电装置，包括减速带、弹簧、马达、发电机和蓄电池。所述弹簧设置于减速带正下方，并且该减速带与马达连接，所述马达与发电机相连接，所述发电机又与蓄电池连接，所述蓄电池再与地面路灯相连接。当车辆经过减速带时，该减速带被挤压而下沉，导致对马达做功，从而带动发电机发电，电能又通过蓄电池储存起来，晚上可以为小区的路灯供电照明。而且，减速带的下沉，还减小了车辆的颠簸，既使乘客舒服又能够不损坏车身装备；减速带下方设置的弹簧可以帮助减速带恢复到地面。这种设计很巧妙，它利用了车辆对减速带的压力，把这种“破环力”通过设计变成了“有利力”。这种方式值得我们去借鉴。三、总结（一）现有的暖脚器设计的优点根据研究发现目前市场上所销售的暖脚器的优点有以下几点：第一：起热快。因为是外部电源提供电量所以会让你的双脚马上就会感到温暖;第二：新颖时尚，款式多样。发热装置在鞋底，鞋面就可以有很多不同的设计，卡通的，时尚的可以根据不同的人群进行设计。37 鞋底暖脚器设计（二）暖脚器设计存在的问题虽然已有的暖脚器有很多优点但是也存在有很多的缺点和不足：第一：使用不便。一般都要依靠外部电源来供电。使用场所受到限制；第二：操作麻烦。过程需要多个步骤；第三：不够低碳环保。需要外部电源供电；第四：保健功能有待改进。只是单纯的让脚暖和起来了，个体没有参与健身过程；第五：不够安全。直接接触电源，安全性有待改进。（三）暖脚器设计的发展趋势“低碳环保生活”(low-carbonlife)的呼声越来越高，如何更好的利用能源已经成为我们关注的重要内容，暖脚器的设计也是一样，要突破常规改变能量来源方式。未来的暖脚器会更环保，在操作方面更加的简单，使用的场所更广，更安全，时尚与健康结合更完美！四、参考文献[1]百度百科.火盆[OL].（2010-6-23）.http://baike.baidu.com/view/1392044.htm[2]Smock.Doug.MakeYouOwnShoes[J].DesignNews,2009-05-01,64（5）：42-46[3]Barger.TheresaSullivan.MunroShoes--MadeinAmerica[J].SaturdayEveningPost,2009-05,281(3)：30-33[4]陈独愚.节能电热暖脚器[P].中国:91214450.1991-11-2737 鞋底暖脚器设计[5]百度百科.能量转换[OL].（2010-12-22）http://baike.baidu.com/view/813398.htm[6]陈康.百度文库新概念绿色发电环保鞋设计说明书[OL].（2010-10-05）http://wenku.baidu.com/view/6f18270d4a7302768e9939ea.html[7]秦曾煌.电工技术[M].高等教育出版社，2009[8]王兆安.黄俊.电力电子技术[M].机械工业出版社，2000[9]冯玉生.李宏.电力电子变流装置典型应用实例[M].机械工业出版社，2008.3[10]夏德钤.自动控制理论[M].机械工业出版社，2000.5[11]冯嘉雪.发展可再生能源：优化中国能源结构的必然选择[J].产经网-中国工业报，2004，7（7）：257[12]顾树华，张希良，王革华.能源利用与可持续发展[M].北京能源出版社，2001[13]会发电的鞋子[OL].(2000-01-09)http://www.cetin.net.cn/cetin2/servlet/cetin/action/HtmlDocumentAction?baseid=1&docno=75451[14]百度百科.压电效应[OL].（2010-12-26）http://baike.baidu.com/view/249682.htm[15]TonyArmstrong.节能:助推能量采集[OL].（2010-03-03）http://www.qikan.com.cn/Article/jrdz/jrdz201003/jrdz20100306.html开题报告鞋底暖脚器设计一、选题的背景、意义不同的时代有着自己独特的生活方式和理念，每个时代的人们都追求符合当时时代的生活最高境界。随着社会的发展，人们的客观生活质量已经达到了一定的水平，物质条件对人们生活质量的影响已经逐渐弱化，而生活满意度则成为衡量人们生活质量的重要指标[1]。37 鞋底暖脚器设计随着地球环境的不断恶化，寒冷的冬天对每一个人都是一种“折磨”，特别是现在的学生。由于学习压力很重，很多学生都希望把更多的时间用于学习。所以他们平时都很少活动，基本上长时间都坐在课桌前学习。由于寒冷的天气，加上中国大部分学校的教室都没有安装空调，很多学生脚上都会冰冷，甚至生冻疮。所以为他们设计一款暖脚器显得十分重要。现在的保暖措施有很多，据了解电热暖脚器、USB暖脚器这两种最受大众喜爱。电热暖脚器将热量储存起来然后慢慢释放出来，以达到保温效果；USB暖脚器是一直需要外部电源提供能量，使得温度保持在40°左右。它们虽然能满足人们的基本保暖要求。可是也有不足的地方，它们都需要外部电源进行供电。然而现在我国很多地方出现了拉闸限电等情况，能源问题越来越突出，能源危机迫在眉睫。在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题[2]。自2003年以来,低碳经济的概念的提出，我国经济的发展就提出了应遵循“低能耗、低污染、低排放”[3]。由此看来，研究一款新型节能环保暖脚器前景还是非常广阔的。二、相关研究的最新成果及动态（一）现有的暖脚器现在市场上流行的暖脚器有各式各样的，但总结下基本有以下两类：电热暖脚器、USB暖脚器。1．电热暖脚器电热暖脚器（见图1-2），它由金属壳体、底座、电热元件和装饰外罩构成。壳体放置在底座上，壳体侧面设有电器元件盒，盒内装有电源插孔、温控元件和指示灯。电热元件采用电热管，环置在壳体内，电热管的两个电极置入元件盒内，作为电源插头的电极柱。壳内及电热元件的周围填注石蜡储热保温。也可在壳体底面增加一网孔板，并在板与壳体底面之间的端头固定一个微型风机，这种暖脚器则为冬暖夏凉的暖凉脚器[4]。此种暖脚器是将热量先储存起来，然后热量慢慢释放出来，已达到保温效果，热量有个衰减的过程。2．USB暖脚器USB暖脚器（见图1-3）采用远红外碳纤维发热，利用电能，以半导体碳基材料为发热体，将电能转换为以远红外线为主的热能，远红外发热体所产生的5μm—15μm的远红外辐射线（这种波长的远红外线是人体及一切生物所必需的）[5]37 鞋底暖脚器设计，更容易对人们的皮肤和细胞组织产生共振，能渗透到皮肤及皮下组织深处，从而产生温热效应，改善血液循环，扩张毛血管，排除微循环障碍，长期使用，能起到活血、通络、促进新陈代谢，使脚部皮肤细腻、延缓衰老。USB暖脚器需要通过USB连接，需要外部电源一直提供能量，使得鞋子内的温度保持在40°左右，高于人体温3°左右。图1-3USB暖脚器图1-2电热暖脚器（二）人们追求更加健康的生活随着人们自我保健意识的不断增强,人们已越来越重视自己的身心健康。2003年，国家统计局在全国十大城市做了一项调查，调查结果表明，在七年前,人们最向往的生活是经济富裕,而七年后的今天,人们最向往的生活转变为更偏重于身体健康、心情舒畅[6]。随着社会经济的发展,人们追求健康的方式也越来越丰富,对健康的认识也越来越深刻。“健身去”正在成为人们常挂在嘴上的一句话。体育场爆满,体育用品热销,健身房越开越多,健康项目越来越丰富，花钱买健康,用时间换健康,健康消费已经成为人们消费的新时尚。目前，人们追求健康的途径主要有健康饮食、休闲健身、治病预防两不误等方式。健康是人类永恒的话题，人一生当中最大的拥有就是生命，最大的享受就是健康，追求健康，应该成为一种习惯，也贵在坚持[7]。英国一项新研究显示，即使在60岁之后，人也可以通过采取健康的生活方式来减少患心脏病和糖尿病的风险，追求健康永不为晚[8]。37 鞋底暖脚器设计可见人们对健康的热衷已经远远超过了年龄的界限。可以说追求健康生活已经成为现代人们的一种业余爱好，在繁忙的工作后，来一段健康小操，让自己精力充沛，迎接美好的每一天。人的健康是生命运动的过程，是一种积极的、动能追求[9]。暖脚器具有对人体脚足部位进行按摩保健、加热、保温、理疗、促进血液循环、改善关节炎症状的多种功能和良好效果。将暖脚器与运动结合起来，将会带来意想不到的效果。（三）能量收集1．道路减速带发电道路减速带发电装置，包括减速带、弹簧、马达、发电机和蓄电池。所述弹簧设置于减速带正下方，并且该减速带与马达连接，所述马达与发电机相连接，所述发电机又与蓄电池连接，所述蓄电池再与地面路灯相连接。当车辆经过减速带时，该减速带被挤压而下沉，导致对马达做功，从而带动发电机发电，电能又通过蓄电池储存起来，晚上可以为小区的路灯供电照明。而且，减速带的下沉，还减小了车辆的颠簸，既使乘客舒服又能够不损坏车身装备；减速带下方设置的弹簧可以帮助减速带恢复到地面[10]。2．鞋子发电例子在物理课上我们学过能量既不能产生也不能消失，能量转换是指从一种形式转化为另一种形式或着是从一个物体转移到另一个物体上，除了宇宙大爆炸可以使能量消失[11]。发条收音机的发明者特雷沃尔·贝利斯想出了对行走时产生的能量加以利用的办法。他最新发明的装置将被放置在鞋子内，当使用者行走时，它能为移动电话或掌上电脑提供电力。最终他们注册了两项专利。第一个办法是采用压电装置。石英类材料在弯曲或受压时会释放电力，把它们一层层叠起来，它们在受到脚的踏压时能产生足以给电池充电的电压和电流。第二个办法是采用安装在鞋子内的螺旋状线圈系统，它驱使液体以很高的压力流向一个发电结构，从而产生电力。从鞋子里拉出的电线可以顺裤腿直接与移动电话机相连。该技术还可以用来为掌上电脑提供电力[12]。还有另一个鞋子发电设计：通过社会需求调查与科学实验设计了绿色发电环保鞋，旨在挖掘生产生活中的潜在能源，节约资源，方便人们在户外活动时（尤其在电源网络遭受破坏的灾区环境）的夜间照明、搜寻定位和对小功率用电器（手机、MP3、MP4、iPod37 鞋底暖脚器设计音乐播放器等）的实时充电。本装置主要由压力发电模块、倍压模块、整流稳压模块，电能储蓄模块、电能传输模块、照明模块、充电模块、信号发射与接收模块、电压绝缘模块和重力缓冲模块组成。利用人行走过程中脚部上下位移的变化使线圈切割磁感线将重力做功转化为电能，实现夜间照明和对小功率用电器的充电。也可通过信号发射与接收装置，对被困人员进行搜救。该装置绝缘模块保护人体不受电压影响，缓冲气垫置于鞋底，让人们在活动时更加舒适、安全、便捷。当人们行走或者跑步时，作用于地面的挤压力和反作用力会对鞋底产生上下起伏的位移，利用这种上下起伏的位移，带动永磁铁上下移动，使固定线圈内的软磁体不断改变磁极而达到切割线圈以产生电能的压力发电器。装配上倍压模块、整流滤波模块、可充电电池、发光元件、开关、小型插口，然后安装在鞋子上做成绿色发电环保鞋。再在鞋子里安装上信号发射装置，当人们遇到地震、洪涝等灾害时，便可即时发出求救信号，以便搜救人员进行搜救。只要人们在行走，便有电能产生。若每天步行5公里，则在这一周左右的时间里，所产生的电能便能够充满一块容量为1050mAh的手机电池。鞋内磁力缓冲装置，让人在活动中更加舒适[13]~[17]。这几种设计都很巧妙，道路减速带发电利用了车辆对减速带的压力，把这种“破环力”通过设计变成了“有利力”。鞋子发电则是将浪费的能量加以利用，提高了效率，节省了能源。这些方式值得我们去借鉴和学习。三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、难点及预期达到的目标（一）课题的研究内容“低碳环保生活”(low-carbonlife)的呼声越来越高[18]，如何更好的利用能源已经成为我们关注的重要内容，暖脚器的设计也是一样，要突破常规改变能量来源方式。根据研究发现目前市场上所销售的暖脚器的优点有：一，起热快。因为是外部电源提供电量所以会让你的双脚马上就会感到温暖；二，新颖时尚，款式多样。发热装置在鞋底，鞋面就可以有很多不同的设计，卡通的，时尚的可以根据不同的人群进行设计。虽然已有的暖脚器有很多优点但是也存在有很多的缺点和不足：第一：使用不便。一般都要依靠外部电源来供电。使用场所受到限制；第二：操作麻烦。过程需要多个步骤；第三：不够低碳环保。需要外部电源供电；37 鞋底暖脚器设计第四：保健功能有待改进。只是单纯的让脚暖和起来了，个体没有参与健身过程；第五：不够安全。直接接触电源，安全性有待改进。对于这些不足进行我的设计。人在走路时候，腿就会因抬起而具有对地面的重力势能，自然落下时这部分重力势能就白白浪费掉了。我们一天走的路很很多，浪费掉的能量也是很大的，这个暖脚器就是要利用这部分机械能。根据人走路能产生势能用电能的形式储存起来，鞋内有温度记量器，当鞋内温度低于一定值的时候散发热量来维持一个恒温状态。这样就可以起到保暖效果，而且可以提醒大家要保持一定的运动时间，因为生命在于运动。这种鞋一般比较适合坐在教室上课的学生，以及长期坐在办公室的人使用。只要每次走上几十分钟，或者原地踏步或扭动，产生能量后，就可以维持半天甚至全天的保暖效果，因为，人体是可以产生热量的。人体产生热量的同时，需要外界提供的能量就少了，保温的功能更大，这样就能维持脚的温暖了。（二）技术路线暖脚器设计的一般过程如下：(1)选定课题，制定设计计划；(2)进行市场调研，搞清现有产品的特点和优缺点和特定用户的需求，如分类及技术特点、操作特点、产品优缺点等，分析人、产品、环境等关系，确定产品的设计定位，完成可行性论证报告；(3)进行概念设计，草图设计、初步确定造型方案、完成草模制作；(4)完成产品设计，了解现有的生产工艺，完成产品的数字模型和工程图、产品效果图、模型制作、版面制作和设计说明书。（三）设计难点在这个过程中，对暖脚器的工作原理研究是具有一定难度的，因为暖脚器的内部构造和发热装置很复杂，而且我要设计的暖脚器结构与现有的结构不一样，要参考已有的设计，更需要自己去研究探索。需要了解原理，做出合理的方案。（四）预期达到的目的1、文献综述一篇2、翻译每篇2000单词以上的相关外文资料两篇3、开题报告一篇37 鞋底暖脚器设计4、设计草图方案10个以上5、计算机辅助设计效果图6、工程图7、模型8、高120厘米，宽 90厘米竖构图毕业设计展版一幅JPG格式，精度150 bpi 以上。图面上应以简体中文和英文标出院校名称、作品名称、作者名称、指导教师名称。9、设计报告书10、毕业设计展版11、毕业设计答辩幻灯四、论文详细工作进度和安排1、在2010年12月13日前完成市场调研，并完成文献综述初稿。2、在2010年12月27日前完成相关外文资料的翻译、开题报告初稿。3、在2011年1月9日前完成外文资料翻译、文献综述、开题报告。4、在2011年2月28日前完成设计草图。5、在2011年3月14日前优化并确定设计方案。6、在2011年3月28日前完成计算机辅助设计效果图初稿。7、在2011年4月11日前完成计算机辅助设计效果图定稿。8、在2011年4月18日前完成产品工程图。9、在2011年5月9日前完成设计报告书初稿、模型制作。10、在2011年5月16日前完成设计报告书定稿、毕业设计展版制作。11、在2011年5月19日前完成毕业设计答辩幻灯资料。五、主要参考文献37 鞋底暖脚器设计[1]任娜.生活质量主观指标研究——一项关于城市居民生活质量的调查[D].湖北：武汉大学社会学专业，2005[2]百度百科.能源[OL].（2010.12.19）http://baike.baidu.com/view/21312.htm[3]XIE,LowCarbonEconomyandEnergyTechnologiesforaLowCarbonFuture[J].EnergySourcesPartA:Recovery,Utilization&EnvironmentalEffects,2010-01,31（18）：1593-1597[4]陈独愚.节能电热暖脚器[P].中国:91214450.5,1991-11-27[5]百度百科.USB保暖鞋[OL].（2010.12.21）http://baike.baidu.com/view/3002488.htm[6]卢自润.追求健康享受生命[J].现代养生，2003，1（02）：01[7]李晓霞.追求健康当成为一种习惯——健康保健系列谈[J].养生大世界,2007,(09):52-53[8]马丽.研究显示：追求健康永不为晚[OL].（2007-01-10）http://scitech.people.com.cn/GB/5264821.html.[9]郑万翔.道路减速带发电装置[P].中国:200920066462,2009-01-05[10]发明与革新.会发电的鞋子[OL].(2000-01-09)http://www.cetin.net.cn/cetin2/servlet/cetin/action/HtmlDocumentAction?baseid=1&docno=75451[11]田珊.体育运动与人的健康素质初探[J].体育与科学,2003-03，24（2）:01[12]秦曾煌.电工技术[M].高等教育出版社，2009[13]王兆安.黄俊.电力电子技术[M].机械工业出版社，2000[14]冯玉生.李宏.电力电子变流装置典型应用实例[M].机械工业出版社，2008.3[15]夏德钤.自动控制理论[M].机械工业出版社，2000.5[16]冯嘉雪.发展可再生能源：优化中国能源结构的必然选择[J].产经网-中国工业报，2004，7（7）：257-258[17]顾树华,张希良,王革华.能源利用与可持续发展[M].北京能源出版社，200137