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专利号: 2023104950430
申请人: 合肥工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种裸足矫形器的设计方法,其基于用户的下肢模型设计出匹配的踝足矫形器,其特征在于,所述踝足矫形器包括外骨架、镂空衬垫;所述外骨架用于对用户裸足进行半包式的硬性支撑;所述镂空衬垫置于外骨架与用户裸足之间,用于缓冲;

所述裸足矫形器的设计方法,包括以下步骤:

步骤一,获取所述下肢模型,将所述下肢模型分割出基部;其中,所述基部包括所述下肢模型的脚掌、脚后跟、脚踝、及腿肚;

步骤二,将所述基部背离脚面的一侧构建出基础曲面,并继续向背离脚面的一侧衍生出基础实体和衬垫占用部;所述基础实体包含衬垫占用部;再将基础实体去除衬垫占用部后得到骨架实体;

步骤三,对所述骨架实体进行受力仿真测试;若所述受力仿真测试通过,所述骨架实体即用于制作踝足矫形器的外骨架;否则,则返回步骤二,调整衍生参数,得到新的骨架实体;

步骤四,对基础曲面进行均匀网格化,并继续向背离脚面的一侧衍生出镂空的衬垫模型;所述衬垫模型用于制作踝足矫形器的镂空衬垫。

2.根据权利要求1所述的裸足矫形器的设计方法,其特征在于,所述下肢模型的构建方法包括以下步骤:S1,从不同角度对用户裸足进行拍摄,得到多角度的裸足照片;

S2,基于多角度的所述裸足照片进行照片对齐,并得到初始点云数据;

S3,删除初始点云数据中具有高重建不确定性的点,删除初始点云数据中不需要的稀疏点;

S4,创建密集点云数据,删除密集点云数据中不需要的密集点;

S5,构建并导出网格文件,并基于网格文件构建出下肢模型。

3.根据权利要求2所述的裸足矫形器的设计方法,其特征在于,S1中,对用户裸足进行点标记,作为进行照片对齐的约束点。

4.根据权利要求2所述的裸足矫形器的设计方法,其特征在于,S2中,在进行照片对齐之前,先对所述裸足照片进行预处理;

所述预处理的方法包括:

S2.1,剔除对焦模糊、光线差的裸足照片;

S2.2,制作裸足照片的蒙版图,并将蒙版图作为照片对齐的作用对象。

5.根据权利要求2所述的裸足矫形器的设计方法,其特征在于,S5中,对下肢模型进行减量处理,降低点云数量至点云阈值。

6.根据权利要求1所述的裸足矫形器的设计方法,其特征在于,步骤一中,将所述下肢模型分割出基部的方法包括:将所述下肢模型与三维坐标系对齐;其中,令所述下肢模型的脚底所处平面为x轴、y轴所在的XY面;令所述下肢模型的脚后跟到脚尖的方向为y轴;令XY面上垂直于y轴的方向为x轴;令垂直于x轴、y轴的方向为z轴,并使所述下肢模型的小腿与z轴平行;

在y轴、z轴所在的YZ面上构建自定义切割区域,并将自定义切割区域沿着x轴移动,将基部从下肢模型分割下来;其中,所述自定义切割区域的边界线包括:横向切割线一,其与y轴平行、并对应于腿肚位置设置;

纵向切割线二,其对应位于所述腿肚背离脚面的一侧;

横向切割线三,其对应位于所述脚掌背离脚面的一侧;以及曲线切割线四,其对应从腿肚边缘经过脚踝并延伸到脚面和脚掌中间。

7.根据权利要求1所述的裸足矫形器的设计方法,其特征在于,步骤二包括:确定所述基部背离脚面的一侧的边界线,形成基础曲面;

基于基础曲面向背离脚面的一侧衍生出厚度为L1的基础实体、厚度为L2的衬垫实体;

其中,L1>L2。

8.根据权利要求1所述的裸足矫形器的设计方法,其特征在于,步骤三中,骨架实体包括用于半包脚部的骨架部一、用于半包腿肚的骨架部二;

所述受力仿真测试包括:

选定骨架实体的材料,对骨架部一进行承重测试,对骨架部一、骨架部二的连接处进行弯折测试;

当使骨架部一发生断裂的承重值大于预设阈值一、且使骨架部一、骨架部二的连接处发生断裂的弯折力值大于预设阈值二,则测试通过。

9.根据权利要求4所述的裸足矫形器的设计方法,其特征在于,步骤四包括:将所述基础曲面生成蜂窝状网格;

拓宽蜂窝状网格的构造线,修改蜂窝状网格的格点大小,得到最佳的镂空处理网格;

基于最佳的镂空处理网格向背离脚面的一侧生成实体,得到衬垫模型。

10.一种裸足矫形器设计系统,其特征在于,使用了如权利要求1‑9中任一项所述的裸足矫形器的设计方法;

所述裸足矫形器的设计系统包括:

模型获取模块,其用于获取下肢模型;

模型分割模块,其用于将所述下肢模型分割出基部;

实体生成模块,其用于将所述基部背离脚面的一侧构建出基础曲面,并继续向背离脚面的一侧衍生出基础实体和衬垫占用部,将所述基础实体去除衬垫占用部后得到骨架实体;

骨架实体测试模块,其用于对所述骨架实体进行受力仿真测试;

衬垫模型生成模块,其用于对基础曲面进行均匀网格化,并继续向背离脚面的一侧衍生出镂空的衬垫模型。