| формула изобретения
1. обувь с аккумулированием энергии, создаваемой при ее использовании, включающая связанные между собой подошву и задник с элементами, фиксирующими положение ноги в обуви, а также пластинчатую пружину, отличающаяся тем, что подошва и задник обуви образуют пластинчатую пружину, при этом исходный угол между подошвой и задником, являющихся плечами пружины, больше 90°.
2. обувь по п.l, отличающаяся тем, что подошва и задник, образующие пружину, выполнены из упругого полимерного материала.
3. обувь по п.l, отличающаяся тем, что исходный угол между плечами пружины выбирается в зависимости от ее свойств, а также назначения обуви и физических возможностей пользователя.
4. обувь по п.l, отличающаяся тем, что поперечное сечение пружины выполнено постоянным по длине.
5. обувь по п.l, отличающаяся тем, что поперечное сечение пружины выполнено переменным по длине.
6. обувь по п.l, отличающаяся тем, что упругие свойства и жесткость пружины постоянны по длине и ширине.
7. обувь по п.l, отличающаяся тем, что упругие свойства и жесткость пружины переменны по длине и ширине.
8. обувь по п.l, отличающаяся тем, что пружина имеет участки с с-образным поперечным сечением для частичного охвата ноги.
9. способ перемещения в обуви с аккумулированием энергии посредством поочередного опирания ног на опорную поверхность с одновременным деформированием пружины и перемещения ног с использованием энергии от освобождения пружины, отличающийся тем, что первичное приземление производят на носочную часть стопы ноги, а деформирование пружины осуществляют при последующем опускании пяточной части.
10. способ перемещения в обуви с аккумулированием энергии по п. 9, отличающийся тем, что деформирование пружины ведут до полного опирания ноги на опорную поверхность.
заменяющий лист (правило 26)
11. способ перемещения в обуви с аккумулированием энергии по п. 9, отличающийся тем, что деформирование пружины ведут до частичного опирания ноги на опорную поверхность.
12. способ перемещения в обуви с аккумулированием энергии посредством поочередного опирания ног на опорную поверхность с одновременным деформированием пружины и перемещения ног с использованием энергии от освобождения пружины, отличающийся тем, что до контакта ноги с опорной поверхностью осуществляют предварительное частичное деформирование пружины за счет воздействия на нее мышц ноги, первичное приземление производят на носочную часть стопы ноги, а деформирование пружины осуществляют при последующем опускании пяточной части.
13. способ прыжка или стартового рывка при беге в обуви с аккумулированием энергии посредством принудительного деформирования пружины и последующего отталкивания ног от опорной поверхности с использованием мышечных усилий и энергии от освобождения пружины, отличающийся тем, что перед отталкиванием производят несколько колебательных движений с частичным сжатием и последующим расслаблением пружины, а отталкивание для прыжка производят в момент максимального сжатия пружины.
14. способ прыжка или стартового рывка при беге в обуви с аккумулированием энергии, отличающийся тем, что колебательные движения осуществляют с постепенным увеличением частоты и амплитуды.
заменяющий лист (правило 26) |
обувь с аккумулированием энергии, создаваемой при движении, способы перемещения, прыжка или стартового рывка при беге в такой обуви.
изобретение относится к обуви для повседневного использования, к спортивной обуви, в том числе к обуви для бега, прыжков, катания на коньках, лыжах, велосипеде и др., к обуви, используемой в качестве средства реабилитации для восста- новления работоспособности мышц ног. кроме того, данное изобретение относится к любым способам перемещения человека, требующим отталкивания стопы от опорной поверхности (ходьба, бег, прыжки, бег на коньках или на лыжах, езда на велосипеде и т.д.).
обычная обувь служит для защиты ног человека от внешних воздействий. в соответствии с назначением она содержит достаточно плотную и прочную подошву и связанный с ней верх, обеспечивающий удержание обуви на ноге и защищающий при необходимости ногу от воздействия окружающей среды. задняя часть верха в большинстве видов обуви снабжается жесткими вставками, образующими задник. форма выполнения подошвы и верха в зависимости от назначения обуви может быть различной (см. большая советская энциклопедия, далее бэс. обувь. http://slovari.vandex.ru/dict/bse/article/00054/16400.htm?te xt=%D0%BE%D0%Bl%Dl %83%D0%B2%D 1 %8C).
указанная обувь не оказывает заметного влияния на способ перемещения человека. при ходьбе человек поднимает одну ногу, опираясь в этот момент на вторую, переносит поднятую ногу вперед и опускает ее на опорную поверхность (землю). далее процесс повторяется (см. бсэ. ходьба. http://slovari.vandex.ru/dict/bse/article/00086/96200.htm?te xt=%Dl%85%D0%BE%D0% B4%D 1 %8C%D0%B 1 %D0%B0V
одной из особенностей способа перемещения человека по сравнению с боль- шинством других млекопитающих является характер осуществления контакта ноги с опорной поверхностью. человек при переносе веса на другую ногу сначала опирается на пяточную часть ступни и затем переносит нагрузку на всю ступню.
недостатком такого способа перемещения при ходьбе является нерациональное расходование энергии. гравитационная составляющая при каждом шаге полностью теряется. недостаточно эффективно работают органы тела, имеющие возможность частичного аккумулирования энергии, например ахиллесово сухожилие и го- леностопный сустав и др.
большинство животных перемещается другим способом. первичное касание опорной поверхности (земли) у них осуществляется носочной (передней) частью ноги (лапы), то есть голеностопный сустав работает на скручивание, сухожилия растягиваются, аккумулируя энергию, а затем происходит выделение энергии и дополни- тельное отталкивание ноги (лапы), осуществляющей следующий шаг или прыжок.
у человека первичное опирание на пальцы и плюснину ноги происходит только иногда, например, при беге.
известно большое количество разнообразных приспособлений для повышения эффективности перемещения человека, основанных на аккумулировании энергии деформируемым при ходьбе упругим элементом и выделении ее при возврате этого элемента в исходное положение.
известна обувь, преимущественно для занятий спортом, включающая устройство поддержки, выполненное в виде охватывающего голень ботинка и вспомогательной системы из подпружиненных спиральными винтовыми пружинами рычагов, основной из которых установлен вблизи пятки ботинка с возможностью поворота и продольного смещения относительно этой оси, причем его основная часть выходит вниз относительно подошвы ботинка (см. патент RU N°2238125, приоритет 27.04.1998 GB).
при перемещении пользователь обуви поднимает ногу и ботинок таким обра- зом, чтобы он и выступающий рычаг не касались земли, затем при движении ботинка вниз основной рычаг, первым соприкасаясь с землей, поворачивается, преодолевая действие пружины, спиральная винтовая пружина деформируется, запасая энергию, которая будет содействовать в дальнейшем движению ботинка в направлении вверх.
недостатком указанной обуви и способа перемещения в ней является значи- тельная сложность конструкции и неудобство способа передвижения, в частности связанное с необходимостью поднимания обуви на значительную высоту.
похожий принцип использован при создании конструкции приспособления по патенту US N°6840893, приоритет 29.04.2002). данное устройство также основано на
использовании пружин, деформирующихся при опускании ноги на опорную поверхность, и возвращающих энергию при подъеме ноги.
однако конструкция также очень громоздка и неприемлема для использования в повседневной жизни. известна обувь в виде высокого ботинка, снабженного приспособлением для усиления прыгучести, содержащим опорный элемент, обеспечивающий надежную фиксацию ступни, и связанный с ним с возможностью поворота охватывающий икру элемент, причем узел поворота располагается на одной оси с голеностопным суставом. оба элемента связаны между собой пружиной растяжения (см. патент DE Jчs4038511, приоритет 03.12.1990).
недостатки этого технического решения аналогичны другим аналогам: сложность конструкции, неудобство эксплуатации, невозможность использования в повседневной жизни. способ перемещения в такой обуви требует значительных усилий, специальных навыков и хорошо развитой координационной системы. в качестве прототипа выбрана обувь с приспособлением для увеличения прыгучести. прототип включает опорную платформу, выполненную в виде обуви, фиксирующей положение ступни, задняя часть которой связана посредством вертикального элемента с элементом фиксации приспособления на икре ноги. нижняя часть опорной платформы посредством рычага шарнирно связана с нижней частью дуго- образной (лукообразной) пластинчатой пружины. верхняя часть пружины жестко соединена с элементом фиксации приспособления на икре. нижняя опорная часть дугообразной пластинчатой пружины снабжена накладкой с радиальной износоустойчивой поверхностью (см. патент US N°6840893, приоритет 17.07.2003).
в качестве прототипа для заявляемых способов перемещения выбран способ, осуществляемый при использовании обуви-прототипа (см. патент US N°6840893, приоритет 17.07.2003). перемещение человека в данной обуви с приспособлением осуществляется путем поочередного подъема и опускания ног пользователя. при опускании ноги дугообразная пружина сгибается, ее нижний конец приближается к опорной платформе. при подъеме ноги пружина высвобождается и толкает закреп- ленную в приспособлении ногу вперед и вверх.
использование дугообразной пружины позволило уйти от винтовых пружин, что повысило эффективность аккумулирования энергии и надежность работы устройства.
однако характер приземления ноги с приспособлением не только не изменился, но и стал более выраженным: первичная опора на заднюю часть ноги и быстрый перенос массы тела на всю ступню.
в качестве прототипа для способа прыжка или стартового рывка при беге вы- бран тот же способ, что и для способа передвижения (см. патент US N°6840893, приоритет 17.07.2003).
рывок при осуществлении прыжка или в момент старта при беге в обуви с аккумулированием энергии осуществляется посредством принудительного деформирования пружины и последующего отталкивания ног от опорной поверхности с исполь- зованием энергии от освобождения пружины.
работа голеностопного сустава и ахиллесова сухожилия не влияет на эффективность прыжков. деформирование пружины осуществляется только за счет массы человека.
кроме того, использование обуви с таким приспособлением сопряжено со следующими недостатками:
- значительная сложность конструкции обуви, оснащенной указанным механизмом;
- невозможность использования для повышения эффективности процесса обычной ходьбы, сложность использования в повседневной жизни; - процесс передвижения требует подъема ног на значительную высоту;
- процесс передвижения требует значительных усилий, специальных навыков и хорошей координации движения.
кроме того, такую обувь невозможно использовать для других видов передвижения, например, для бега на коньках, лыжах и др. задачей настоящего изобретения является создание простой, удобной в эксплуатации обуви для широкого использования в быту, спорте, медицине и др., позволяющей эффективно использовать как массу пользователя, так и его мышечную энергию для накапливания (аккумулирования) энергии и передачи этой энергии для толчка ноги. кроме того, задачей настоящего изобретения является обеспечение изменения характера перемещения пользователя за счет первичного приземления не на пяточную часть ступни, а на носочную часть, что позволяет более эффективно использо-
вать физические возможности человека, в частности обеспечить эффективную работу голеностопного сустава и ахиллесова сухожилия.
еще одной задачей является повышение эффективности перемещения, осуществления рывка при прыжках или стартового рывка при беге за счет предварительно- го сжатия пружин усилием мышц.
еще одной задачей является расширение области применения обуви с аккумулированием энергии, в частности использование такой обуви для бега на коньках, лыжах, при езде на велосипеде и др.
указанные задачи решаются за счет того, что в обуви с аккумулированием энергии, создаваемой при ее использовании, включающей связанные между собой подошву и задник с элементами, фиксирующими положение ноги в обуви, а также пластинчатую пружину, согласно изобретению, подошва и задник обуви образуют пластинчатую пружину, при этом исходный угол между подошвой и задником, являющихся плечами пружины, больше 90°. в обуви подошва и задник, образующие пружину, выполнены из упругого полимерного материала.
исходный угол между плечами пружины выбирается в зависимости от ее свойств, а также назначения обуви и физических возможностей пользователя.
поперечное сечение пружины может быть выполнено постоянным или пере- менным по длине.
упругие свойства и жесткость пружины могут быть постоянными или переменными по длине и ширине.
пружина может иметь участки с с-образным поперечным сечением для частичного охвата ноги. в способе перемещения в обуви с аккумулированием энергии посредством поочередного опирания ног на опорную поверхность с одновременным деформированием пружины и перемещения ног с использованием энергии от освобождения пружины, согласно изобретению, первичное приземление производится на носочную часть стопы ноги, а деформирование пружины осуществляют при последующем опускании пяточной части.
деформирование пружины ведут до полного или частичного опирания ноги на опорную поверхность.
в способе перемещения в обуви с аккумулированием энергии и с исходным углом пружины более 180° посредством поочередного опирания ног на опорную поверхность с одновременным деформированием пружины и перемещения ног с использованием энергии от освобождения пружины, согласно изобретению, при от- сутствии контакта ноги с опорной поверхностью осуществляют частичное деформирование пружины до угла не более 180° за счет мышц ноги, первичное приземление производят на носочную часть стопы ноги, а дальнейшее деформирование пружины осуществляют при последующем опускании пяточной части.
в способе рывка при прыжке или беге в обуви с аккумулированием энергии посредством принудительного деформирования пружины и последующего отталкивания ног от опорной поверхности с использованием мышечных усилий и энергии от освобождения пружины, согласно изобретению перед отталкиванием производят несколько колебательных движений с частичным сжатием и последующим расслаблением пружины, а отталкивание для прыжка производят в момент максимального сжатия пружины.
колебательные движения осуществляют с постепенным увеличением частоты и амплитуды.
таким образом, заявляемое изобретение основано на использовании массы тела, а также энергии от работы мышц для принудительного уменьшения угла между плечами плоской пружины, представляющей собой подошву и задник обуви до угла, приближающегося к 90°, при этом последующее высвобождение пружины оттолкает ногу пользователя вперед и вверх.
в зависимости от потребностей исходный угол между плечами пластинчатой пружины может быть различным. при пользовании такой обувью людьми консерва- тивными и не очень физически крепкими целесообразно использовать относительно небольшой исходный угол. для молодежи и тренированных людей угол может быть больше. тинэйджеры полюбят более экстремальные варианты с углами, приближающимися к 180°. для тренировки спортсменов, а также для экстремальных движений исходный угол может быть больше 180°. но в этом случае в момент одевания заявляемой обуви на ногу (до опирания ногу в обуви на опорную поверхность) осуществляют первичное принудительное деформирование пружины за счет воздействия на нее усилий мышц, причем после такого предварительного сжатия угол между плечами должен быть не более 180°.
величина исходного угла зависит также от характеристик пружины: ее упругости и жесткости, то есть от материала, из которого изготовлены подошва и задник обуви, от геометрии пружины и др. чем пружина жестче, тем меньшим углом можно обеспечить получение необходимого эффекта. в зависимости от массы человека и силы мышц возможно перемещение с максимальной деформацией пружины до полного опирания на стопу, а при недостатке массы - с частичной деформацией пружины и частичным опиранием на стопу. при использовании заявляемой обуви можно значительно повысить эффективность прыжков и стартовых рывков при беге. для этого перед прыжком или рыв- ком нужно выполнить ритмичное «pacкaчивaниe» преимущественно в вертикальной плоскости за счет напряжения мышц, например периодического ритмичного сгибания и разгибания ног. раскачиванием может осуществляться с постепенным увеличением частоты и амплитуды колебаний, а начало перемещения необходимо осуществлять при максимальном сжатии пружины. таким путем можно получить эффект резонанса.
внешний вид заявляемой обуви очень необычен. в отличие от обычной обуви, задник изначально не перпендикулярен подошве, угол между ними является переменным и в исходном положении может быть значительно больше 90°. дополнительным условием является требование о надежной фиксации ноги в такой обуви. фиксация может быть обеспечена формой выполнения верха обуви (высокий ботинок, сапог), а может быть обеспечена использованием специальных фиксирующих элементов, например ремешков в зоне голени и стопы.
форма обуви обуславливает и характер перемещения в ней. при отрыве от опоры угол между подошвой и задником за счет высвобождения пружины увеличи- вается. направление ступни приближается к направлению голени. поэтому приземление ноги идет на носок и только потом ступня опускается до полного или частичного контакта подошвы с опорной поверхностью. при полном контакте угол между подошвой и задником приближается к традиционным 90°. это позволяет более эффективно использовать физические возможности человека, в частности полностью использовать его массу и обеспечить эффективную работу голеностопа и ахиллесова сухожилия.
указанное выполнение делает обувь легкой, простой и удобной в эксплуатации, позволяющей эффективно использовать массу пользователя и работу его мышц
для накапливания (аккумулирования) энергии и передачи этой энергии для отталкивания ног. такая обувь может быть использована как в быту, причем разными категориями пользователей, так и для занятий спортом. ее можно использовать для разработки голеностопного сустава после травм и др. очень важной особенностью за- являемой обуви является то, что она может использоваться в качестве ботинок для бега на коньках или лыжах. в такой обуви можно кататься на велосипеде. такую обувь целесообразно использовать везде, где требуется приложение усилий со стороны стопы.
проведенные патентные исследования показали, что заявляемые обувь и спо- соб перемещения соответствуют критерию «нoвизнa» и «изoбpeтaтeльcкий уровень)).
обувь может быть изготовлена промышленным или кустарным способом, следовательно соответствует критерию ((промышленная применимость)).
сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен внешний вид обуви, одетой на ногу человека, в момент первичного касания опорной поверхности с исходным углом пружины немногим более 90°; на фиг. 2 - то же положение ноги в обуви, но с исходным углом пружины значительно большим, чем 90°; на фиг.з - положение ноги в обуви с максимально деформированной пружиной (угол меньше 90°), также варианты вида сзади; на фиг. 4 - вид обуви с частичным охватом пружиной нижней части голени и части стопы; на фиг. 5 - внешний вид обуви (без ноги) при угле 180°; на фиг 6 - внешний вид обуви (без ноги) при угле более 180°.
заявляемая обувь включает подошву 1 и задник 2, образующие деформируемую пластинчатой пружину 3, а также связанный с ними верх 4 обуви. в обуви без размещенной в ней ноги пользователя исходный угол между подошвой 1 и задником 2, по существу являющимися плечами указанной пластинчатой пружины 3, всегда больше 90°, причем указанный угол может быть даже больше, чем 180° (см. фиг. 6).
конструкция обуви обеспечивает при взаимодействии с ногой уменьшение угла между подошвой 1 и задником 2 (плечами пластинчатой пружины 3).
пружина 3 может быть выполнена из упругих полимерных материалов. форма заявляемой обуви в зависимости от назначения может быть различной.
это может быть теплая зимняя обувь в виде ботинок или сапог, а может быть облегченная летняя, например, в виде сандалий или кроссовок (на чертежах не показаны).
верх 4 может иметь обычную для закрытой обуви форму, но при этом он должен обеспечивать возможность изменения угла между подошвой 1 и задником 2 в достаточно широких пределах. для этого он может быть выполнен из эластичного материала или может содержать в зонах, подверженных растяжению и сжатию, легко деформируемые вставки 5, например гофрированные.
верх 4 обуви может представлять собой или включать фиксирующие элементы 6, обеспечивающих надежное удержание ноги в обуви. фиксирующий элемент 6 может быть выполнен в виде охватывающего голень, голеностоп, или стопу ремня, завязки, упругой ленты и т.д. (см. фиг.l, 2 и 3). к элементам 6 фиксации может быть отнесен также элемент, предотвращающий смещение ноги за пределы подошвы 1. это может быть жесткий носок ботинка или загнутая вверх накладная пластина на подошве 1 (см. фиг. 1 и 2).
исходный угол между плечами пружины: подошвой 1 и задником 2 больше 90°. максимально возможный угол может быть до 220° и даже больше (см. фиг. 6), при этом обувь с углом более 180° целесообразно использовать в спорте или для тренировок, поскольку при этом до начала движения уже в момент обувания придется прикладывать определенные мышечные усилия для первичного предварительного сжатия пружины, чтобы исключить обратный угол, поскольку иначе нога просто не разместится в обуви. такие же усилия необходимы при любом отрыве ноги от опор- ной поверхности.
кроме того, использование такой обуви (фиг. 6) сопряжено с определенным риском и поэтому требует специальных навыков.
жесткость пружины может быть постоянной по всей длине, а может быть переменной, например, материал пружины может иметь различные характеристики по длине.
пружина из подошвы 1 и задника 2 может иметь по длине одинаковое поперечное сечение.
в других вариантах выполнения размер и форма сечения по длине пружины могут быть различными, например, для увеличения жесткости пружины в опреде- ленных зонах площадь сечения можно увеличить.
возможно выполнение пружины с частичным охватом ноги. в этом случае пружина может иметь в некоторых зонах с-образное сечение (см. фиг. 4).
возможны и другие варианты выполнения пружины.
величину жесткости пружины можно выбирать в зависимости от назначения: «мягкaя» пружина 3 для обуви повседневного назначения и более жесткая пружина 3 для спортивной обуви.
целесообразно обеспечить возможность перегиба стопы. выполнить это мож- но за счет выполнения пружины «пoдoшвa-зaдник» с двумя зонами перегиба: одна в пяточной части обуви, а вторая в зоне окончания пальцев ноги (на чертежах не показано).
при использовании жестких пружин необходимо предусмотреть изгиб под пятку, как показано на фиг. 5 и 6. способ передвижения в заявляемой обуви осуществляется следующим образом. человек выбирает обувь с наиболее подходящим характеристиками пружины (углом между подошвой 1 и задником 2, являющихся плечами пружины и жесткостью) и одевает ее. стопа ноги в свободном состоянии (не опирающаяся на землю) ориентирована в направлении, приближающемуся к направлению голени. при обуви с углом 180° направление стопы в свободном состоянии (без опоры) совпадает с направлением голени. при обуви с углом более 180° направление стопы совпадает с направлением голени за счет того, что усилием мышц уже в момент обувания человек частично преодолевает действие пружины, приближая угол к 180° (см. фиг. 6).
далее человек встает на опорную поверхность (землю). при этом пружина «пoдoшвa-зaдник» в обуви деформируются с приближением угла между плечами к 90°. затем человек начинает перемещение, поднимая одну ногу, продолжая опираться на другую ногу. при подъеме ноги пружина освобождается с увеличением угла между плечами пружины между подошвой 1 и задником 2 до исходного, одновременно отталкивая ногу вперед и вверх. далее эта нога опускается до опорной по- верхности. поскольку пружина 3 максимально развернута, то нога касается опорной поверхности не пяткой, а носком и только потом нога, преодолевая действие пружины, деформирует (сжимает) ее до угла, стремящегося к 90° (фиг. 3).
при большой массе человек при ходьбе опирается на всю поверхность стопы. при малой массе человека ее воздействия не хватит для полного сжатия пружины и он будет двигаться, опираясь только на часть стопы, например, двигаться «нa цыпоч- кax».
при использовании обуви с исходным углом пружины более 180°, как уже описывалось выше, пользователь сначала в процессе обувания за счет напряжения
мышц деформирует пружину до угла примерно равного 180° и только потом начинает движение. при этом мышцы его постоянно напряжены для того, чтобы поддерживать угол между плечами пружины в пределах, допускаемых физиологическими особенностями стопы. интересные возможности предоставляет такая обувь прыгунам. они могут подготовить свое тело к прыжку и совершить его в оптимальный момент, что значительно увеличит эффективность прыжка. для этого пользователь проводит предварительное «pacкaчивaниe»: частичное сжатие и расслабление пружины за счет воздействия мышц, например за счет сгибания и разгибания ног, с постепенным увели- чением амплитуды и частоты колебаний. при максимальном сжатии пружины он прыгает. при этом возможно возникновение и использование эффекта резонанса.
эти же действия можно осуществлять при подготовке к бегу, особенно при беге на короткие дистанции. раскачивание обеспечит более мощный рывок при старте. в заявляемой обуви можно сидеть, стоять, ходить медленным или быстрым шагом, бегать, прыгать. кроме того, на основе заявляемой обуви можно изготавливать обувь для лыж, коньков и др.
проведенные испытания подтвердили, что при правильном подборе исходного угла пружины (угла между подошвой 1 и задником 2) и обеспечении возможности деформирования верха 4 заявляемая обувь удобна для любых категорий пользователей, а скорость перемещения значительно возрастает. при этом затрачиваемые пользователем усилия на перемещение с деформированием пружины практически не отличаются от усилий, затрачиваемых на перемещение в обычной обуви.
приведенные примеры не носят исчерпывающего характера и возможно при- менение различных конфигураций и модификаций реализации изобретения без отклонения от его сути, сформулированной в предлагаемых пунктах формулы и определяемой ими.