[发明专利]一种基于足弓活体骨惯量主轴的足弓杆系结构构建方法

摘要

本发明提供一种基于足弓活体骨惯量主轴的足弓杆系结构构建方法，基于足弓活体骨的质心按照特定转动顺序求解活体骨的惯量主轴；根据足弓活体骨的质心和惯量主轴建立三维直角坐标系；在建立的三维直角坐标系中选定六个沿三个坐标轴的最大、最小标示点；按照特定转动逆向顺序反转六个标示点；连接六个点，形成足弓活体骨的杆件结构；联接7块跗骨5块跖骨的杆件结构构成足弓杆件体系；形成足静力学、动力学分析和足部穿戴物结构优化计算的新方法，有了杆件结构就有了足的力学模型，根据需要就可以进行力学分析。

主权项

一种基于足弓活体骨惯量主轴的足弓杆系结构构建方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取足弓活体骨的三维模型；S2：将得到的足弓活体骨的三维模型分割成多个体积微元的集合，然后根据每个体积微元在图像中的坐标和密度得到足弓活体骨三维模型的质心；S3：分别建立坐标原点在足弓活体骨质心上的第一三维直角坐标系；S4：将足弓活体骨依次沿第一三维直角坐标系的x、y、z轴转动，依次得到相应的惯量矩；S41：将足弓活体骨沿第一三维直角坐标系中的x轴转动α，得到足弓活体骨各体积微元相对于x轴的第一惯量矩；S42：将足弓活体骨沿第一三维直角坐标系中的y轴转动β，得到足弓活体骨各体积微元相对于y轴的第二惯量矩；S43：将足弓活体骨沿第一三维直角坐标系中的z轴转动γ，得到足弓活体骨各体积微元相对于z轴的第三惯量矩；S5：根据得到的第一惯量矩、第二惯量矩和第三惯量矩得到足弓活体骨各体积微元的惯量积；S6：重复步骤S4‑S5，当得到的足弓活体骨各体积微元惯量积为零时，以惯量积为零时的足弓活体骨的主轴作为惯量主轴；S7：根据得到的足弓活体骨的质心和惯量主轴，建立第二三维直角坐标系；S8：在所述活体骨相对所述三维直角坐标系中分别取得6个标示点，标记6个坐标点分别为(xmax,0,0),(xmin,0,0),(ymax,0,0),(ymin,0,0),(zmax,0,0),(zmin,0,0)；S9：分别将6个坐标点沿第二三维直角坐标系的z、y、x转动‑γ、‑β、‑α；S10：以杆件形式连接(xmax,0,0)与(xmin,0,0)，以杆件形式连接(ymax,0,0)与(ymin,0,0)，以杆件形式连接(zmax,0,0)与(zmin,0,0)，得到基于惯量主轴的足弓活体骨杆件结构；S11：连接足弓活体骨的杆件结构，构成足弓活体骨杆系结构；(上述基于惯量主轴的足弓杆系结构构建方法的有益效果在于：本发明涉及的基于惯量主轴的足弓杆系结构构建方法中，基于足弓活体骨的质心按照特定转动顺序求解活体骨的惯量主轴；根据足弓活体骨的质心和惯量主轴建立三维直角坐标系；在建立的三维直角坐标系中选定六个沿三个坐标轴的最大、最小标示点；按照特定转动逆向顺序反转六个标示点；连接六个点，形成足弓活体骨的杆件结构；联接7块跗骨5块跖骨的杆件结构构成足弓杆件体系；形成足静力学、动力学分析和足部穿戴物结构优化计算的新方法，有了杆件结构就有了足的力学模型，根据需要就可以进行力学分析，如鞋的舒适性分析，分析篮球中锋鞋的舒适性，模拟一个脚转动载荷，可以发现跖趾关节下应设计成圆状，减小摩擦力以便于转动；上述方法在用于足弓这样的复杂结构中相比现有的利用有限元方法，具有更高的可靠性)。