一种下肢辅具翻滚形状仿生设计方法技术

本发明专利技术公开了一种下肢辅具翻滚形状仿生设计方法。该翻滚形状仿生设计方法包括：获取从脚后跟接触力板到对侧脚后跟接触力板，足底地面反作用力的压力中心位置数据和下肢关节标记位置数据；基于下肢关节标记位置数据构建下肢局部坐标系；将压力中心位置数据拟合到局部坐标系中，得出下肢局部部位的翻滚坐标，将整个支撑相翻滚坐标拟合的圆弧作为下肢局部部位翻滚形状；所述下肢局部部位为足部、踝

【技术实现步骤摘要】
一种下肢辅具翻滚形状仿生设计方法


[0001]本专利技术涉及生物医学工程领域，尤其涉及一种下肢辅具翻滚形状仿生设计方法。

技术介绍

[0002]对于下肢残障的人士(诸如代偿老年人、伤病人和残疾人等人群)而言，使用下肢辅具是其实现正常出行的主要方式。对于使用下肢辅具的使用者来说，合理的下肢辅具设计结构会给使用者带来良好的使用体验，在实现行走功能的同时还能有舒适的行走体验，这是目前下肢辅具设计所追求的目标。
[0003]然而，是否能够给使用者带来舒适的行走体验，这在很大程度上是取决于下肢辅具能否实现良好的足底翻滚功能，对于使用者而言，下肢辅具的良好足底翻滚功能不仅能够提供行走的稳定性，同时还能够降低步行能耗。
[0004]目前的问题在于：
[0005]由于目前还没有合理有效的下肢局部部位翻滚形状仿生设计方法，因此，目前还没有形成一种评估和仿生设计假肢、矫形器和足部辅具翻滚形状的科学和有效的方法，传统的下肢辅具翻滚形状设计往往仅由专业矫形师按照经验手工制作多副辅具，通过反复修正，才能确定最适合临床患者的设计。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种下肢辅具翻滚形状仿生设计方法，该翻滚形状仿生设计方法能够合理准确地确定下肢局部部位翻滚形状，为评估和仿生设计假肢、矫形器和足部辅具翻滚形状提供了有效的技术支撑。
[0007]为了实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种下肢辅具翻滚形状仿生设计方法，包括：
[0009]获取从脚后跟接触力板到对侧脚后跟接触力板，足底地面反作用力的压力中心位置数据和下肢关节标记位置数据；
[0010]基于下肢关节标记位置数据构建下肢局部坐标系；
[0011]将压力中心位置数据拟合到局部坐标系中，得出下肢局部部位的翻滚坐标，将整个支撑相翻滚坐标拟合的圆弧作为下肢局部部位翻滚形状。
[0012]进一步地，
[0013]所述基于下肢关节标记位置数据构建下肢局部坐标系，其具体为，基于下肢关节标记位置数据构建下肢足部的足基坐标系；
[0014]所述将压力中心位置数据拟合到局部坐标系中，得出下肢局部部位的翻滚坐标，将整个支撑相翻滚坐标拟合的圆弧作为下肢局部部位翻滚形状，其具体为，将压力中心位置数据拟合到足基坐标系中，得出下肢足部的翻滚坐标，将整个支撑相足翻滚坐标拟合的圆弧作为足翻滚形状。
[0015]进一步地，所述将压力中心位置数据拟合到足基坐标系中，得出下肢足部的翻滚
坐标，其具体实现的方法包括：
[0016]根据所述压力中心位置数据和下肢关节标记位置数据来计算确定压力中心至踝关节中心距离、大脚趾至踝关节中心距离、大脚趾至压力中心距离以及脚后跟至大脚趾距离；
[0017]在足基坐标系中预先定义第一足基预定义角和第二足基预定义角；
[0018]根据压力中心至踝关节中心距离、大脚趾至踝关节中心距离、大脚趾至压力中心距离以及脚后跟至大脚趾距离来计算第一足基预定义角和第二足基预定义角的角度；
[0019]基于压力中心至踝关节中心距离以及第一足基预定义角和第二足基预定义角的角度，计算得出足翻滚坐标。
[0020]进一步地，
[0021]所述基于下肢关节标记位置数据构建下肢局部坐标系，其具体为，基于下肢关节标记位置数据构建下肢踝
‑
足部的踝
‑
足基坐标系；
[0022]所述将压力中心位置数据拟合到局部坐标系中，得出下肢局部部位的翻滚坐标，将整个支撑相翻滚坐标拟合的圆弧作为下肢局部部位翻滚形状，其具体为，将压力中心位置数据拟合到踝
‑
足基坐标系中，得出下肢踝
‑
足部的翻滚坐标，整个支撑相踝
‑
足翻滚坐标拟合的圆弧作为踝
‑
足翻滚形状。
[0023]进一步地，所述将压力中心位置数据拟合到踝
‑
足基坐标系中，得出下肢踝
‑
足部的翻滚坐标，其具体实现的方法包括：
[0024]根据压力中心位置数据和踝关节标记位置数据来计算确定压力中心至踝关节中心距离；
[0025]在踝
‑
足基坐标系中预先定义第一踝足基预定义角、第二踝足基预定义角和第三踝足基预定义角；
[0026]根据压力中心、踝关节中心以及膝关节中心的坐标数据来计算第一踝足基预定义角、第二踝足基预定义角和第三踝足基预定义角的角度；
[0027]基于压力中心至踝关节中心距离以及第三踝足基预定义角的角度，计算得出踝
‑
足翻滚坐标。
[0028]进一步地，
[0029]所述基于下肢关节标记位置数据构建下肢局部坐标系，其具体为，基于下肢关节标记位置数据构建下肢膝
‑
踝
‑
足部的膝
‑
踝
‑
足基坐标系；
[0030]所述将压力中心位置数据拟合到局部坐标系中，得出下肢局部部位的翻滚坐标，将整个支撑相翻滚坐标拟合的圆弧作为下肢局部部位翻滚形状，其具体为，将压力中心位置数据拟合到膝
‑
踝
‑
足基坐标系中，得出下肢膝
‑
踝
‑
足部的翻滚坐标，整个支撑相膝
‑
踝
‑
足翻滚坐标拟合的圆弧作为膝
‑
踝
‑
足翻滚形状。
[0031]进一步地，
[0032]所述将压力中心位置数据拟合到膝
‑
踝
‑
足基坐标系中，得出下肢膝
‑
踝
‑
足部的翻滚坐标，其具体实现的方法包括：
[0033]根据压力中心位置数据和踝关节标记位置数据来计算确定压力中心至踝关节中心距离；
[0034]在膝
‑
踝
‑
足基坐标系中预先定义第一膝踝足基预定义角、第二膝踝足基预定义角
和第三膝踝足基预定义角；
[0035]根据压力中心、踝关节中心以及髋关节中心的坐标数据来计算第一膝踝足基预定义角、第二膝踝足基预定义角和第三膝踝足基预定义角的角度；
[0036]基于压力中心至踝关节中心距离以及第三膝踝足基预定义角的角度，计算得出膝
‑
踝
‑
足翻滚坐标。
[0037]进一步地，所述获取从脚后跟接触力板到对侧脚后跟接触力板，足底地面反作用力的压力中心位置数据和下肢关节标记位置数据，其具体实现的方法包括：
[0038]实验在运动分析研究实验室进行，该实验室配备了两个记录960Hz数据的力平台和一个记录100Hz数据的八摄像头运动分析系统，力和运动数据随后以100Hz同步；
[0039]根据的Helen Hayes标记组，将红外反射标记贴在受试者下肢关节位置上；
[0040]受试者步行在6.1米长的走道上，由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种下肢辅具翻滚形状仿生设计方法，其特征在于：包括：获取从脚后跟接触力板到对侧脚后跟接触力板，足底地面反作用力的压力中心位置数据和下肢关节标记位置数据；基于下肢关节标记位置数据构建下肢局部坐标系；将压力中心位置数据拟合到局部坐标系中，得出下肢局部部位的翻滚坐标，将整个支撑相翻滚坐标拟合的圆弧作为下肢局部部位翻滚形状。2.根据权利要求1所述一种下肢辅具翻滚形状仿生设计方法，其特征在于：所述基于下肢关节标记位置数据构建下肢局部坐标系，其具体为，基于下肢关节标记位置数据构建下肢足部的足基坐标系；所述将压力中心位置数据拟合到局部坐标系中，得出下肢局部部位的翻滚坐标，将整个支撑相翻滚坐标拟合的圆弧作为下肢局部部位翻滚形状，其具体为，将压力中心位置数据拟合到足基坐标系中，得出下肢足部的翻滚坐标，将整个支撑相足翻滚坐标拟合的圆弧作为足翻滚形状。3.根据权利要求2所述一种下肢辅具翻滚形状仿生设计方法，其特征在于：所述将压力中心位置数据拟合到足基坐标系中，得出下肢足部的翻滚坐标，其具体实现的方法包括：根据所述压力中心位置数据和下肢关节标记位置数据来计算确定压力中心至踝关节中心距离、大脚趾至踝关节中心距离、大脚趾至压力中心距离以及脚后跟至大脚趾距离；在足基坐标系中预先定义第一足基预定义角和第二足基预定义角；根据压力中心至踝关节中心距离、大脚趾至踝关节中心距离、大脚趾至压力中心距离以及脚后跟至大脚趾距离来计算第一足基预定义角和第二足基预定义角的角度；基于压力中心至踝关节中心距离以及第一足基预定义角和第二足基预定义角的角度，计算得出足翻滚坐标。4.根据权利要求1所述一种下肢辅具翻滚形状仿生设计方法，其特征在于：所述基于下肢关节标记位置数据构建下肢局部坐标系，其具体为，基于下肢关节标记位置数据构建下肢踝
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足部的踝
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足基坐标系；所述将压力中心位置数据拟合到局部坐标系中，得出下肢局部部位的翻滚坐标，将整个支撑相翻滚坐标拟合的圆弧作为下肢局部部位翻滚形状，其具体为，将压力中心位置数据拟合到踝
‑
足基坐标系中，得出下肢踝
‑
足部的翻滚坐标，整个支撑相踝
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足翻滚坐标拟合的圆弧作为踝
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足翻滚形状。5.根据权利要求4所述一种下肢辅具翻滚形状仿生设计方法，其特征在于：所述将压力中心位置数据拟合到踝
‑
足基坐标系中，得出下肢踝
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足部的翻滚坐标，其具体实现的方法包括：根据压力中心位置数据和踝关节标记位置数据来计算确定压力中心至踝关节中心距离；在踝
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足基坐标系中预先定义第一踝足基预定义角、第二踝足基预定义角和第三踝足基预定义角；根据压力中心、踝关节中...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文明，陈浩，陈立，马昕，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：