面向大批量定制的个性化医疗护具设计方法研究

发布时间：2020-05-24 06:24

【摘要】：传统的医疗护具在设计时往往根据顾客的性别、身高、体重等不同,将护具根据使用部位和人体几何参数按一定规律设置为不同型号。但是这种通过设定型号大小生产出来的护具会出现与顾客实际身体部位不能完全贴合的情况,导致护具在使用过程中起到的保护和帮助康复作用不理想。而且医疗护具一般需要长时间佩戴,这种由于个体形态差异带来的不舒适感给使用者造成了很大的困扰。因此,实现医疗护具的个性化设计生产成为了近年来医疗护具的一个研究热点。在个性化医疗护具的设计中,不仅仅需要考虑每个顾客身体各部位尺寸、特征不同产生的个体差异,也需要考虑设计周期及经济成本问题。所以,如何高效地设计个性化医疗护具成为了医疗护具企业急需解决的难题。本文把逆向工程技术在人体数据采集和模型三维重建方面的优势和变形设计能快速实现产品定制的优势相结合,提出一种面向大批量定制的个性化医疗护具设计方法及流程。先结合人体的特征参数,重建人体三维模型,根据人体数据构建出护具的特征模板,再通过修改护具特征模板中的特征参数得到护具模板数据库,最后利用数据库里的护具特征模板与顾客人体特征进行变形匹配得到个性化护具。该方法可实现大批量定制下的个性化医疗护具设计,提高企业的设计生产效率,为企业在同行业的竞争中取得优势。本文在护具的特征模板和模板数据库构建的研究中,通过分析不同曲面逆向建模方法的适用情况,利用基于曲面拟合的非规则特征曲面建模技术快速地得到人体的三维数据模型,在此基础上,结合人体特征参数,设计出护具的特征模板。研究了基于草图特征约束的参数化设计方法,通过修改护具特征模板中的特征参数,构建护具模板数据库。在对医疗护具个性化设计的研究中,提出了基于变形技术的个性化医疗护具设计方法。通过顾客的人体特征参数查找护具模板数据库,得到相对应的护具特征模板,利用特征约束的最小化曲面弯曲能变形技术,对护具特征模板中的特征参数进行基于顾客人体特征参数的变形,得到个性化医疗护具模型。最后,把个性化医疗护具模型与顾客的人体模型进行比较,验证了护具的贴合度。
【图文】：

数字图像,大批量定制,关键技术

图 2-1 大批量定制关键技术Fig.2-1 Key technologies of mass customization医疗护具的变形设计方法状、数字图像或者实体模型拓扑改变为另一程[25]。这个过程强调的是如何将原模型进行系是一样的。在数学中，变形可以看作是一变形物体是定义域中的点集，，变形后的物体映射关系。在力学中，变形的过程就是物体的不同关键点就在于变形应用的原理和过程设计中，由于方法手段过于简单，设计者不

参数曲线,变形方法,曲线曲面,控制顶点

础的变形技术研究更关注隐式曲面和细分曲面等方面的表示方法研究，同时还有追求细致逼真的基于轴线驱动等的变形方法研究[24]。而现有的工业产品设计系统则多建立在参数曲线曲面的纯数学理论基础上，通过插值、拟合、逼近等手段形成关键理论体系，所以更专注于如 NURBS 曲线曲面和 B 样条条曲线曲面的变形方法研究。1984 年，Barr[26]第一次提出将变形的概念引入到几何造型的领域中，提出了整体与局部的变形方法，目的是模拟力学中的变形手段，实现物体的拉伸、均匀张缩以及弯曲等变形，并给出了详细的变形数学描述。在 Barr 提出变形方法后，1986 年，Sederberg 和 Parry[27]提出了自由变形(Free-Form Deformation，简称为 FFD)方法。该法的主要思想是：将待变形模型的整体或局部嵌入到一个三变量张量积 Bezier 体的参数控制网格中，该控制框架受到外力影响时会引起控制顶点发生位移而导致待变物体的变形，相当于计算模型上任意一点(x,y,z)在相应的控制网格中的坐标(u,v,w)，进而通过交互编辑 Bezier 体的控制顶点将变形传递到模型上得到变形结果的过程。图 2-2 为采用 FFD 技术实现电话听筒效果的变形过程。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH77;TP311.13

【相似文献】