一种基于有限元力学分析的鞋垫制作系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于有限元力学分析的鞋垫制作系统，具有这样的特征，包括数据收集部、鞋垫建模部、有限元力学分析部、通信部、检索判断部、鞋垫制作部以及控制部，其中，数据收集部用于收集人体足部数据和个人基本信息数据，鞋垫建模部对人体足部数据预处理并创建足部和鞋垫三维数字化模型，有限元力学分析部对足部和鞋垫三维数字化模型进行有限元分析，得到人体足部模型仿真模拟数据并处理，检索判断部用于检索并判断鞋垫三维模型是否合适，鞋垫制作部根据判断结果制作鞋垫，本发明专利技术的基于有限元力学分析的鞋垫制作系统能够制作出符合人体足部生物力学特点的鞋垫，对足底压力进行改善，给人们提供更加健康安全、科学合理的个性化鞋垫。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种鞋垫制作系统，具体涉及一种基于有限元力学分析的鞋垫制作系统。
技术介绍
流行病学调查显示，我国脚部疾病发病率高，每两个人中就有一个患有脚疾，成年人患病比例高达75％，老年人患病比例更是高达86％，而大部分的脚疾都是由鞋的不合适引发的。不合适的鞋使脚部肌肉长期处于不正常的紧张状态，这被认为是损伤脚部肌肉、肌腱，导致脚疾发生的主要原因。比较常见的脚疾有足癣、过敏、高足弓、足底筋膜炎等表层疾病，更为严重的，像足底溃疡、糖尿病足、跟痛症等，这些足部疾病扰乱了我们的日常生活，使生活品质降低，更有甚者危及到我们的健康和生命。人的足部结构比较复杂，从力学解剖的角度来看，足踝部以26块骨骼为框架，而且骨骼结构与错综复杂的韧带、跖腱膜、肌肉肌腱等软组织形成了稳定的关节结构和足弓结构。脚的主要功能是，起到支撑承重、吸收震荡、传递运动和杠杆平衡的作用，是人实现行走、站立以及跳跃的基础。鞋垫在足与鞋之间起着重要的连接作用，合适的鞋垫不光可以为足部提供健康的环境，还可以起到预防、辅助治疗和矫正足部疾病的
作用。随着社会现代化程度和物质水平的提高，人们对生活品质有了更高的要求，对量身定做的个性化设计服务的需求也日益增强。但是，现今的定制鞋垫相关服务仅局限在鞋垫与脚的几何尺寸匹配上，不能够真正的反映人体足部与鞋垫的接触作用关系，无法直观的判定鞋垫对足底压力均布作用是否有效。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能够根据人体足部数据和个人基本信息数据制作出符合人体足部生物力学特点的鞋垫制作系统。本专利技术提供了一种基于有限元力学分析的鞋垫制作系统，具有这样的特征，包括数据收集部、鞋垫建模部、有限元力学分析部、通信部、检索判断部、鞋垫制作部以及控制部，其中，数据收集部用于收集人体足部数据和个人基本信息数据，鞋垫建模部对人体足部数据进行预处理，然后创建足部三维数字化模型，再根据该足部三维数字化模型创建鞋垫三维数字化模型，有限元力学分析部对足部三维数字化模型与鞋垫三维数字化模型进行有限元分析后得到足部与鞋垫间的接触作用关系和人体足部模型仿真模拟数据，然后对人体足部模型仿真模拟数据进行处理，通信部用于和外部设备或服务器通信，检索判断部通过通信部与服务器连接，用于检索人体足部模型仿真模拟数据与人体自身特点相匹配的最优化指标，并由此最优化指标判断鞋垫三维数字化模型是否合适，当判断为是时，控制部控制鞋垫制作部并根
据鞋垫三维数字化模型制作出鞋垫，当判断为否时，控制部控制鞋垫三维数字化模型返回有限元力学分析部并进行重新分析，鞋垫制作部用于在控制部控制下根据检索判断部的判断结果制作出鞋垫，控制部用于控制数据收集部、鞋垫建模部、有限元力学分析部、通信部、检索判断部以及鞋垫制作部，有限元力学分析部包括：前处理单元，用于处理所述足部三维数字化模型与鞋垫三维数字化模型并转化为有限元模型；数值模拟单元，赋予有限元模型不同材料属性，设置边界与接触类型后，施加载荷进行数值模拟计算，得到人体足部仿真模拟数据；以及后处理单元，用于处理人体足部仿真模拟数据，输出生物力学参数。在本专利技术提供的基于有限元力学分析的鞋垫制作系统中，还可以具有这样的特征：其中，个人基本信息数据包括年龄、身高以及体重。在本专利技术提供的基于有限元力学分析的鞋垫制作系统中，还可以具有这样的特征：其中，数据收集部具有医学影像设备或三维足部激光扫描仪，用于获取所述人体足部数据。在本专利技术提供的基于有限元力学分析的鞋垫制作系统中，还可以具有这样的特征：其中，鞋垫建模部的建模方法为图像分割建模或逆向工程建模。在本专利技术提供的基于有限元力学分析的鞋垫制作系统中，还可以具有这样的特征：其中，服务器为云服务器。在本专利技术提供的基于有限元力学分析的鞋垫制作系统中，还可以具有这样的特征：其中，足部三维数字化模型包括：足部骨骼模型、
软组织模型、韧带模型以及筋膜模型。在本专利技术提供的基于有限元力学分析的鞋垫制作系统中，还可以具有这样的特征：其中，鞋垫制作部具有3D打印单元或热塑性固型单元，用于在控制部的控制下进行鞋垫制作。在本专利技术提供的基于有限元力学分析的鞋垫制作系统中，还可以具有这样的特征：其中，生物力学参数包括足底压力参数、应力参数以及应变参数。专利技术的作用与效果根据本专利技术所涉及的基于有限元力学分析的鞋垫制作系统，因为数据收集部能够收集人体足部数据和个人基本信息数据，鞋垫建模部能够根据人体足部数据创建足部三维数字化模型，并根据该足部三维数字化模型创建鞋垫三维数字化模型，有限元分析部能够对足部三维数字化模型和鞋垫三维数字化模型进行有限元分析得到足部与鞋垫间的接触作用机理和人体足部仿真模拟数据，并对人体足部仿真模拟数据进行处理，检索判断部能够检索人体足部仿真模拟数据与人体自身特点相匹配的最优化指标并进行判断，鞋垫制作部能够对合适的鞋垫三维数字化模型进行制作，所以，本专利技术的基于有限元力学分析的鞋垫制作系统能够制作出符合人体足部生物力学特点的鞋垫，对足底压力进行改善，给人们提供更加健康安全、科学合理的个性化鞋垫。附图说明图1是本专利技术实施例中基于有限元力学分析的鞋垫制作系统网络的框图；图2是本专利技术实施例中基于有限元力学分析的鞋垫制作系统的结构框图；图3是本专利技术实施例中鞋垫建模部中鞋垫的制作过程示意图；图4是本专利技术实施例中有限元力学分析部中足底压力分布分区图；图5是本专利技术实施例中有限元力学分析部中足底压力云图；以及图6是本专利技术实施例中基于有限元力学分析的鞋垫制作系统的动作流程图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本专利技术的基于有限元力学分析的鞋垫制作系统作具体阐述。图1是本专利技术实施例中基于有限元力学分析的鞋垫制作系统网络的框图。如图1所示，基于有限元力学分析的鞋垫制作系统网络100包括：基于有限元力学分析的鞋垫制作系统10和通过通信网络20与该基于有限元力学分析的鞋垫制作系统10通讯相连的云服务器30。图2是本专利技术实施例中基于有限元力学分析的鞋垫制作系统的结构框图。如图2所示，基于有限元力学分析的鞋垫制作系统包括数据收集
部11、鞋垫建模部12、有限元力学分析部13、通信部14、检索判断部15、鞋垫制作部16以及控制以上各部运行的控制部17。数据收集部11具有医学影像设备(图中未标出)，医学影像设备通过扫描获取计算机断层扫描图像序列等人体足部数据，数据收集部11同时收集年龄、身高以及体重这些人体基本信息数据，此外，数据收集部11还可以为三维足部激光扫描仪，采用三维足部激光扫描仪进行足部扫描获取人体足部数据，在本实施例中，医学影像设备为核磁共振仪(MRI)，它的扫描参数为：电压为220KV，电流为220mA，层厚为0.625mm，像素为512*512。鞋垫建模部12对数据收集部11收集的人体足部计算机断层扫描图像序列进行图像预处理，并提取感兴趣区域进行边界分割和区域填充操作，之后运用算法进行图像建模，创建足部三维数字化模型，此外，鞋垫建模部12还可以采用逆向工程进行建模。图3是本专利技术实施例中鞋垫建模部中鞋垫的制作过程示意图。如图3所示，首先鞋垫建模部12将扫描图像序列a经过边界分割、区域填充、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于有限元力学分析的鞋垫制作系统，根据人体足部数据和个人基本信息数据制作出符合人体足部生物力学特点的鞋垫，其特征在于：包括数据收集部、鞋垫建模部、有限元力学分析部、通信部、检索判断部、鞋垫制作部以及控制部，其中，所述数据收集部用于收集所述人体足部数据和所述个人基本信息数据，所述鞋垫建模部对所述人体足部数据进行预处理，然后创建足部三维数字化模型，再根据该足部三维数字化模型创建鞋垫三维数字化模型，所述有限元力学分析部对所述足部三维数字化模型与所述鞋垫三维数字化模型进行有限元分析后得到足部与鞋垫间的接触作用关系和人体足部模型仿真模拟数据，然后对所述人体足部模型仿真模拟数据进行处理，所述通信部用于和外部设备或服务器通信，所述检索判断部通过所述通信部与所述外部设备或所述服务器连接，用于检索所述人体足部模型仿真模拟数据与人体自身特点相匹配的最优化指标，并由该最优化指标判断所述鞋垫三维数字化模型是否合适，当判断为是时，所述控制部控制所述鞋垫制作部并根据所述鞋垫三维数字化模型制作出鞋垫，当判断为否时，所述控制部控制所述鞋垫三维数字化模型返回所述有限元力学分析部并进行重新分析，所述鞋垫制作部用于在控制部的控制下根据所述检索判断部的判断结果制作出鞋垫，所述控制部用于控制所述数据收集部、所述鞋垫建模部、所述有限元力学分析部、所述通信部、所述检索判断部以及所述鞋垫制作部，所述有限元力学分析部包括：前处理单元，用于处理所述足部三维数字化模型与所述鞋垫三维数字化模型并转化为有限元模型；数值模拟单元，赋予所述有限元模型不同材料属性，设置边界与接触类型后，施加载荷进行数值模拟计算，得到所述人体足部仿真模拟数据；以及后处理单元，用于处理所述人体足部仿真模拟数据，输出生物力学参数。...

【技术特征摘要】
1.一种基于有限元力学分析的鞋垫制作系统，根据人体足部数据和个人基本信息数据制作出符合人体足部生物力学特点的鞋垫，其特征在于：包括数据收集部、鞋垫建模部、有限元力学分析部、通信部、检索判断部、鞋垫制作部以及控制部，其中，所述数据收集部用于收集所述人体足部数据和所述个人基本信息数据，所述鞋垫建模部对所述人体足部数据进行预处理，然后创建足部三维数字化模型，再根据该足部三维数字化模型创建鞋垫三维数字化模型，所述有限元力学分析部对所述足部三维数字化模型与所述鞋垫三维数字化模型进行有限元分析后得到足部与鞋垫间的接触作用关系和人体足部模型仿真模拟数据，然后对所述人体足部模型仿真模拟数据进行处理，所述通信部用于和外部设备或服务器通信，所述检索判断部通过所述通信部与所述外部设备或所述服务器连接，用于检索所述人体足部模型仿真模拟数据与人体自身特点相匹配的最优化指标，并由该最优化指标判断所述鞋垫三维数字化模型是否合适，当判断为是时，所述控制部控制所述鞋垫制作部并根据所述鞋垫三维数字化模型制作出鞋垫，当判断为否时，所述控制部控制所述鞋垫三维数字化模型返回所述有限元力学分析部并进行重新分析，所述鞋垫制作部用于在控制部的控制下根据所述检索判断部的
\t判断结果制作出鞋垫，所述控制部用于控制所述数据收集部、所述鞋垫建模部、所述有限元力学分析部、所述通信部、所述检索判断部以及所述鞋垫制作部，所述有限元力学分析部包括：前处理单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：章浩伟，李磊，刘颖，安孝梅，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31