【摘要】：傳統(tǒng)的醫(yī)療護具在設(shè)計時往往根據(jù)顧客的性別、身高、體重等不同,將護具根據(jù)使用部位和人體幾何參數(shù)按一定規(guī)律設(shè)置為不同型號。但是這種通過設(shè)定型號大小生產(chǎn)出來的護具會出現(xiàn)與顧客實際身體部位不能完全貼合的情況,導致護具在使用過程中起到的保護和幫助康復作用不理想。而且醫(yī)療護具一般需要長時間佩戴,這種由于個體形態(tài)差異帶來的不舒適感給使用者造成了很大的困擾。因此,實現(xiàn)醫(yī)療護具的個性化設(shè)計生產(chǎn)成為了近年來醫(yī)療護具的一個研究熱點。在個性化醫(yī)療護具的設(shè)計中,不僅僅需要考慮每個顧客身體各部位尺寸、特征不同產(chǎn)生的個體差異,也需要考慮設(shè)計周期及經(jīng)濟成本問題。所以,如何高效地設(shè)計個性化醫(yī)療護具成為了醫(yī)療護具企業(yè)急需解決的難題。本文把逆向工程技術(shù)在人體數(shù)據(jù)采集和模型三維重建方面的優(yōu)勢和變形設(shè)計能快速實現(xiàn)產(chǎn)品定制的優(yōu)勢相結(jié)合,提出一種面向大批量定制的個性化醫(yī)療護具設(shè)計方法及流程。先結(jié)合人體的特征參數(shù),重建人體三維模型,根據(jù)人體數(shù)據(jù)構(gòu)建出護具的特征模板,再通過修改護具特征模板中的特征參數(shù)得到護具模板數(shù)據(jù)庫,最后利用數(shù)據(jù)庫里的護具特征模板與顧客人體特征進行變形匹配得到個性化護具。該方法可實現(xiàn)大批量定制下的個性化醫(yī)療護具設(shè)計,提高企業(yè)的設(shè)計生產(chǎn)效率,為企業(yè)在同行業(yè)的競爭中取得優(yōu)勢。本文在護具的特征模板和模板數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的研究中,通過分析不同曲面逆向建模方法的適用情況,利用基于曲面擬合的非規(guī)則特征曲面建模技術(shù)快速地得到人體的三維數(shù)據(jù)模型,在此基礎(chǔ)上,結(jié)合人體特征參數(shù),設(shè)計出護具的特征模板。研究了基于草圖特征約束的參數(shù)化設(shè)計方法,通過修改護具特征模板中的特征參數(shù),構(gòu)建護具模板數(shù)據(jù)庫。在對醫(yī)療護具個性化設(shè)計的研究中,提出了基于變形技術(shù)的個性化醫(yī)療護具設(shè)計方法。通過顧客的人體特征參數(shù)查找護具模板數(shù)據(jù)庫,得到相對應(yīng)的護具特征模板,利用特征約束的最小化曲面彎曲能變形技術(shù),對護具特征模板中的特征參數(shù)進行基于顧客人體特征參數(shù)的變形,得到個性化醫(yī)療護具模型。最后,把個性化醫(yī)療護具模型與顧客的人體模型進行比較,驗證了護具的貼合度。
【圖文】：

圖 2-1 大批量定制關(guān)鍵技術(shù)Fig.2-1 Key technologies of mass customization醫(yī)療護具的變形設(shè)計方法狀、數(shù)字圖像或者實體模型拓撲改變?yōu)榱硪怀蘙25]。這個過程強調(diào)的是如何將原模型進行系是一樣的。在數(shù)學中，變形可以看作是一變形物體是定義域中的點集，，變形后的物體映射關(guān)系。在力學中，變形的過程就是物體的不同關(guān)鍵點就在于變形應(yīng)用的原理和過程設(shè)計中，由于方法手段過于簡單，設(shè)計者不

礎(chǔ)的變形技術(shù)研究更關(guān)注隱式曲面和細分曲面等方面的表示方法研究，同時還有追求細致逼真的基于軸線驅(qū)動等的變形方法研究[24]。而現(xiàn)有的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)則多建立在參數(shù)曲線曲面的純數(shù)學理論基礎(chǔ)上，通過插值、擬合、逼近等手段形成關(guān)鍵理論體系，所以更專注于如 NURBS 曲線曲面和 B 樣條條曲線曲面的變形方法研究。1984 年，Barr[26]第一次提出將變形的概念引入到幾何造型的領(lǐng)域中，提出了整體與局部的變形方法，目的是模擬力學中的變形手段，實現(xiàn)物體的拉伸、均勻張縮以及彎曲等變形，并給出了詳細的變形數(shù)學描述。在 Barr 提出變形方法后，1986 年，Sederberg 和 Parry[27]提出了自由變形(Free-Form Deformation，簡稱為 FFD)方法。該法的主要思想是：將待變形模型的整體或局部嵌入到一個三變量張量積 Bezier 體的參數(shù)控制網(wǎng)格中，該控制框架受到外力影響時會引起控制頂點發(fā)生位移而導致待變物體的變形，相當于計算模型上任意一點(x,y,z)在相應(yīng)的控制網(wǎng)格中的坐標(u,v,w)，進而通過交互編輯 Bezier 體的控制頂點將變形傳遞到模型上得到變形結(jié)果的過程。圖 2-2 為采用 FFD 技術(shù)實現(xiàn)電話聽筒效果的變形過程。
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH77;TP311.13

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本文編號：2678591