脊柱康复调整专用鞋垫制作系统的制作方法
【专利摘要】一种脊柱状态检测及康复调整专用鞋垫制作系统，其特征在于系统包括粘贴在人体的系列标志点、双目相机、支撑相机的三脚架、以及脚底平衡闭环调整系统；在人体后背脊柱两侧髂肌点粘贴两个标志点，在尾椎尖点及腿部粘贴标志点，双目相机采集上述标志点的三维坐标，为腿部形态分析系统提供分析数据；脚底平衡闭环调整系统包括足底压力传感器阵列层、足底高度调整升降棒阵列，高度调节螺杆阵列，高度调节电机阵列；最终使踩在上面的足底高度产生变化，导致腿部高度平衡。调节螺杆阵列的高度值，即为左右脚需要垫的鞋垫不同位置的高度。将此值送入鞋垫制作三坐标数控铣床机床，利用三坐标铣床铣出左右鞋垫。该鞋垫即为个性化调整鞋垫。
【专利说明】脊柱康复调整专用鞋垫制作系统
【技术领域】:
[0001]本发明涉及一种康复器材制作系统，具体涉及到脊柱康复用专用鞋垫制作系统领域。
【背景技术】:
[0002]脊柱侧弯往往体现到两条腿的长度差异。在手法调整脊柱形态治疗过程中，往往需要利用鞋的左右脚高度和脚前后不同，来强制调整两条腿的状态，经过一段时间的强制纠正，骨骼肌逐渐强化后，再撤掉两脚高低不同的治疗鞋。当前对于这类专业治疗鞋，大多数是按照高度差异分成几档，按照医生经验，评估大致应该垫多厚的鞋垫，然后再选择相应的高度差异档内的鞋，使两腿大致平衡。很显然这种方式给患者垫的鞋垫只能是大致符合的鞋垫，而且档位越多精度越好，但鞋子的种类也就需要制作越多，反之，如果档位划分粗，虽然鞋的种类少了，但对患者病情的符合度差了。随着信息技术的发展，本发明提供了精准的个性化鞋垫制作系统，根据患者脊柱弯曲情况，定制个性化治疗鞋垫。
【发明内容】
:
[0003]本发明针对现有技术中的不足，给出了一种能够精确测量两腿高度差异、前后脚差异的检测系统，根据检测数据，自动制作相应形态的鞋垫数控加工系统。
[0004]一种脊柱康复调 整专用鞋垫制作系统，其特征在于系统包括粘贴在人体后背的系列标志点、双目相机、支撑相机的三脚架、以及脚底平衡闭环调整系统；
[0005]被测人体粘贴标志点方法为:首先在人体脊柱两侧髂肌点粘贴两个标志点，在尾椎尖点粘贴标志点，在尾椎尖点的标志点上方两个髂肌点连线与脊柱交点下方，沿脊柱再粘贴辅助标志点；在左右腿部环跳穴位置分别粘贴标志点；左右膝窝分别粘贴标志点；在左右脚跟上部分别粘贴标志点；
[0006]三脚架用于支撑双目相机；双目相机采集上述后背标志点的三维坐
[0007]标，为腿部形态分析系统提供分析数据；
[0008]脚底平衡闭环调整系统16包括足底压力传感器阵列层21、足底高度调整升降棒阵列18，高度调节螺杆阵列20，高度调节电机阵列19 ;足底压力传感器阵列层21获得足底不同位置的压力信号；高度调节电机阵列接收到高度调节信号后，转换为转子旋转角度并带动高度调节螺杆阵列20转动，高度调节螺杆阵列20旋转将带动高度调节升降棒阵列18的升降运动；最终使踩在上面的足底高度产生变化，导致腿部高度平衡。
[0009]两腿不平衡检测方法如下:两侧髂肌点粘贴的两个标志点与地面高度差异为左右脚不平衡高度差；两侧髂肌点粘贴的两个标志点与尾椎尖点的标志点之间构成两条直线；正常人某一髂肌点与尾椎尖点的标志点夹角基本是个确定值；当人脚掌前后高度不平衡的时候，该角度将与正常状态产生差异；该差异即为脚掌前后的高度差异。
[0010]计算左右脚高度差及前后脚掌高度差步骤如下:
[0011](I)读取标志点三维坐标[0012](2)将两侧髂肌点粘贴的两个标志点与尾椎尖点的标志点构建髂肌平面三角形；计算该平面二角形的法矢；
[0013](3)计算两侧髂肌点粘贴的两个标志点与地面高度差，得到左右脚所需垫鞋垫的
高度差；
[0014](4)计算髂肌平面三角形法矢与水平面之间的夹角，与正常值相减后，获得差异角度；
[0015](5)根据(4)中获得的差异角度及脚长，计算脚掌前后的高度差，计算公式为:高度差=脚长*差异角度，单位为弧度；
[0016](6)输出左右脚高度差及前后脚掌高度差。
[0017]调整垫的高度获得方法为经过一系列节拍闭环伺服控制调整后，脚底平衡闭环调整系统的足底压力传感器阵列不同位置的压力平衡，两侧髂肌点粘贴的两个标志点距离地面高度也将逐渐平衡，髂肌三角平面的法矢也将与正常值趋近；此时，脚底平衡闭环调整系统内的调节螺杆阵列的高度值，即为左右脚需要垫的鞋垫不同位置的高度；将此值送入鞋垫制作三坐标数控铣床机床，利用三坐标铣床铣出左右鞋垫；该鞋垫即为个性化调整鞋垫。
【专利附图】
【附图说明】:
[0018]图1为被测人体 标志点粘贴方法
[0019]图1中:标志点1、2为粘贴在人体后背脊柱两侧髂肌点的标志点。在尾椎尖点粘贴标志点3,在标志点3上方1、2点连线与脊柱交点下方,沿脊柱再粘贴辅助标志点4、5。4、5的位置要求并不严格，但需沿脊柱粘贴。在左右腿部环跳穴位置分别粘贴标志点6、9。左右膝窝分别粘贴标志点7、10。在左右脚跟上部分别粘贴标志点11、8，12为人体中线。
[0020]图2为整套系统结构示意图。系统含被测人体13、双目立体测量相机14、支撑相机的三脚架15、左右脚高度分析系统软件以及脚底平衡闭环调整系统16。
[0021]图3为脚底平衡闭环调整系统16结构示意图正视图。
[0022]图4为脚底平衡闭环调整系统16结构示意图侧视图。
[0023]脚底平衡闭环调整系统16由足底压力传感器阵列层21、足底高度调整升降棒阵列18，高度调节螺杆阵列20，高度调节电机阵列19组成。
【具体实施方式】:
[0024]参见图1~4可见，本发明实施方式之一是系统由被测人体13、双目立体测量相机14、支撑相机的三脚架15、左右脚高度分析系统软件以及脚底平衡闭环调整系统16组成。如图1所示，被测人体粘贴标志点方法下:首先在人体后背脊柱两侧髂肌点粘贴标志点1、2，在尾椎尖点粘贴标志点3，在标志点3上方1、2点连线与脊柱交点下方，沿脊柱再粘贴辅助标志点4、5。4、5的位置要求并不严格，但需沿脊柱粘贴。在左右腿部环跳穴位置分别粘贴标志点6、9。左右膝窝分别粘贴标志点7、10。在左右脚跟上部分别粘贴标志点11、8。
[0025]双目立体测量相机放置在距离人体后背一定距离的位置，采集标志点三维空间坐标。三脚架15用于支撑双目相机14。双目相机可以采集上述后背标志点的三维坐标，送入腿部形态分析系统。
[0026]正常人的髂肌标志点1、2距离地面高度应基本相同，当骨盆产生侧旋的时候，标志点1、2与地面高度将产生差异，此差异值即为左右脚需要垫起鞋垫的高度差。髂肌平面的角点1、2与3之间构成直线1-3、2-3。正常人直线1-3与水平面的夹角基本是个确定值。当人脚掌前后高度不平衡的时候，该角度将与正常状态产生差异。该差异即为脚掌前后需垫脚垫的高度差异。
[0027]腿部形态分析系统是用于计算两腿高度差异(含脚掌前后高度差异)的系统软件。腿部高度差异检测软件流程如下:
[0028]( I)读取标志点三维坐标
[0029](2)将标志点1、2、3构建髂肌平面三角形。计算该平面三角形的法矢。
[0030](3)计算标志点1、2与地面高度差，得到左右脚所需垫鞋垫的高度差。
[0031](4)计算髂肌平面三角形法矢与水平面之间的夹角，与正常值相减后，获得差异角度。
[0032](5)根据(4)中获得的差异角度及脚长，计算脚掌前后的高度差，计
[0033]算公式为:高度差=脚长*差异角度(单位为弧度)
[0034](6)输出左右脚高度差及前后脚掌高度差。
[0035]脚底平衡闭环调整系统16的组成如图3所示。脚底平衡闭环调整系统16由足底压力传感器阵列层21、足底高度调整升降棒阵列18，高度调节螺杆阵列20，高度调节电机阵列19。高度调节电机阵列接收到高度调节信号后，转换为转子旋转角度并带动高度调节螺杆阵列20，转动，高度调节螺杆阵列20旋转将带动高度调节升降棒阵列18的升降运动。最终使踩在上面的足底高度产生变化，导致腿部高度平衡。
[0036]人体双腿高度差异，将导致足底不同部位的压力差异，当人足部踩上脚底平衡闭环调整系统16后，16上的足底压力传感器获得足底不同位置的压力信号，将足底不同位置的压力差异，作为调整量送入脚底平衡闭环调整系统16中的高度调整阵列18、19、20以控制足底不同位置的高度。足底不同位置的高度闭环调整，将导致髂肌平面三角的顶点1、2距离地面的高度差逐渐趋近于相同，也将导致髂肌平面法矢逐渐趋近于正常值。
[0037] 经过一系列节拍闭环伺服控制调整后，脚底平衡闭环调整系统16的足底压力传感器阵列不同位置的压力将大致平衡，髂肌三角平面两个角点1、2距离地面高度也将逐渐平衡，髂肌三角平面的法矢也将与正常值趋近至足够精度。此时，脚底平衡闭环调整系统16内的调节螺杆阵列20的高度值，即为左右脚需要垫的鞋垫不同位置的高度。将此值送入鞋垫制作三坐标数控铣床机床，利用三坐标铣床铣出左右鞋垫。该鞋垫即为个性化调整鞋垫。
【权利要求】
1.一种脊柱康复调整专用鞋垫制作系统，其特征在于系统包括粘贴在人体腰部以下的系列标志点、双目相机、支撑相机的三脚架、以及脚底平衡闭环调整系统； 被测人体粘贴标志点方法为:首先在人体髂肌点粘贴两个标志点，在尾椎尖点粘贴标志点，在尾椎尖点的标志点上方两个髂肌点连线与脊柱交点下方，沿脊柱再粘贴辅助标志点；在左右腿部环跳穴位置分别粘贴标志点；左右膝窝分别粘贴标志点；在左右脚跟上部分别粘贴标志点； 三脚架用于支撑双目相机；双目相机采集上述标志点的三维坐标，为腿部形态分析系统提供分析数据； 脚底平衡闭环调整系统包括足底压力传感器阵列层、足底高度调整升降棒阵列，高度调节螺杆阵列，高度调节电机阵列；足底压力传感器阵列层获得足底不同位置的压力信号；高度调节电机阵列接收到高度调节信号后，转换为转子旋转角度并带动高度调节螺杆阵列转动，高度调节螺杆阵列旋转将带动高度调节升降棒阵列的升降运动；最终使踩在上面的足底高度产生变化，导致腿部高度平衡。
2.应用如权利要求1所述的脊柱康复调整专用鞋垫制作系统的方法，其特征在于，两腿不平衡检测方法如下:两侧髂肌点粘贴的两个标志点与地面高度差异为左右脚不平衡高度差；两侧髂肌点粘贴的两个标志点与尾椎尖点的标志点之间构成两条直线；正常人某一髂肌点与尾椎尖点的标志点夹角基本是个确定值；当人脚掌前后高度不平衡的时候，该角度将与正常状态产生差异；该差异即为脚掌前后的高度差异。
3.应用如权利要求1所述的脊柱康复调整专用鞋垫制作系统的方法，其特征在于，计算左右脚高度差及前后脚掌高度差步骤如下: (1)读取标志点三维坐标 (2)将两侧髂肌点粘贴的两个标志点与尾椎尖点的标志点构建髂肌平面三角形；计算该平面二角形的法矢； (3)计算两侧髂肌点粘贴的两个标志点与地面高度差，得到左右脚所需垫鞋垫的高度差; (4)计算髂肌平面三角形法矢与水平面之间的夹角，与正常值相减后，获得差异角度； (5)根据(4)中获得的差异角度及脚长，计算脚掌前后的高度差，计算公式为:高度差=脚长*差异角度，单位为弧度； (6)输出左右脚高度差及前后脚掌高度差。
4.应用如权利要求1所述的脊柱康复调整专用鞋垫制作系统的方法，其特征在于，调整垫的高度获得方法为经过一系列节拍闭环伺服控制调整后，脚底平衡闭环调整系统的足底压力传感器阵列不同位置的压力平衡，两侧髂肌点粘贴的两个标志点距离地面高度也将逐渐平衡，髂肌三角平面的法矢也将与正常值趋近；此时，脚底平衡闭环调整系统内的调节螺杆阵列的高度值，即为左右脚需要垫的鞋垫不同位置的高度；将此值送入鞋垫制作三坐标数控铣床机床，利用三坐标铣床铣出左右鞋垫；该鞋垫即为个性化调整鞋垫。
【文档编号】A61B5/107GK103961197SQ201410146643
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月13日 优先权日:2014年4月13日
【发明者】刘晓民 申请人:北京工业大学