本發(fā)明涉及鞋墊生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域，尤其是涉及一種智能化鞋墊3D打印系統(tǒng)及打印方法。
背景技術(shù)：
隨著生活水平的不斷提高，以及我國老齡化社會的到來，人們的健康管理意識更趨成熟和重視。而腳痛、腳跟疼痛、膝蓋酸痛是困擾人們的多發(fā)常見病，根據(jù)US Public Health Services(美國公眾健康中心)調(diào)查結(jié)果顯示，87％的人口足部有不正常的現(xiàn)象。腳是人的地基，當(dāng)腳底無法平衡支撐身體重量，就會連帶影響到膝蓋，臀部，骨盤，脊椎，頸椎等部位的平衡，進(jìn)而壓迫這些部位的肌肉神經(jīng)以致造成疼痛狀況。日積月累，一些足骨、脊椎、頸椎等問題便積勞成疾，成為難于治愈的頑癥，諸如腰椎間盤突出、膨出、滑脫、腰椎骨質(zhì)增生及其導(dǎo)致的坐骨神經(jīng)痛、下肢酸麻脹痛、行走受限及臥床不起；頸椎病、頸椎突出、頸椎膨出、頸椎骨質(zhì)增生；腰椎頸椎骨質(zhì)增生、膝關(guān)節(jié)增生、腳根增生及骨性關(guān)節(jié)炎。
而為了治療這些疾病，不僅需要投入的大量時間和經(jīng)濟(jì)成本，而且還會給病人及家屬帶來嚴(yán)重的精神折磨。因此，解決上述疾病的關(guān)鍵在于預(yù)防，這需要我們更加關(guān)注足部健康。眾所周知，合適的鞋子和鞋墊對足部保健起到至關(guān)重要的作用，因此如何制造符合人體生物力學(xué)的鞋墊，是相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員努力解決的問題。
現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)出現(xiàn)了少量的保健鞋墊的生產(chǎn)方法，其原理是利用足底壓力測量裝置測量出足部受力狀況，然后由專業(yè)的醫(yī)師根據(jù)壓力參數(shù)指定鞋墊生產(chǎn)方案，再交由專業(yè)的生產(chǎn)技師制造個性化鞋墊。其缺點(diǎn)是，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)難度大，對相關(guān)人員的經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)水平要求較高。因此，成本很高，無法在大范圍內(nèi)推廣普及。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)自動化測量，利用3D打印技術(shù)直接打印生產(chǎn)鞋墊的智能系統(tǒng)及方法。
本發(fā)明提供的智能化鞋墊3D打印系統(tǒng)，包括：
壓力取樣裝置，用于采集足部不同位置的壓力數(shù)據(jù)；
3D掃描裝置，用于掃描足部圖像，取得足部的三維模型數(shù)據(jù)；
主控系統(tǒng)，所述主控系統(tǒng)分別與壓力取樣裝置和3D掃描裝置電性連接，所述主控系統(tǒng)將壓力取樣裝置獲取的壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為3D打印機(jī)能夠識別的鞋墊硬度數(shù)據(jù)，將3D掃描裝置獲取的三維模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為3D打印機(jī)能夠識別的鞋墊形狀數(shù)據(jù)；
3D打印機(jī)，所述3D打印機(jī)與主控系統(tǒng)電性連接，3D打印機(jī)根據(jù)主控系統(tǒng)輸出的鞋墊硬度數(shù)據(jù)和鞋墊形狀數(shù)據(jù)打印鞋墊。
進(jìn)一步地，所述壓力取樣裝置包括用于檢測在靜態(tài)下足部不同位置壓力數(shù)值的靜態(tài)取樣裝置，以及用于檢測在動態(tài)下足部不同位置壓力數(shù)值的動態(tài)取樣裝置。
進(jìn)一步地，所述靜態(tài)取樣裝置為足底壓力板，所述動態(tài)取樣裝置為設(shè)有多個壓力測量裝置的電子鞋墊。
此外，本發(fā)明還提供一種智能化鞋墊3D打印方法，包括如下步驟：
步驟一，由壓力取樣裝置采集足部不同位置的壓力數(shù)據(jù)；
步驟二，由3D掃描裝置掃描足部圖像，取得足部的三維模型數(shù)據(jù)；
步驟三，由主控系統(tǒng)將壓力取樣裝置獲取的壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為3D打印機(jī)能夠識別的鞋墊硬度數(shù)據(jù)，將3D掃描裝置獲取的三維模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為3D打印機(jī)能夠識別的鞋墊形狀數(shù)據(jù)；
步驟四，由3D打印機(jī)根據(jù)主控系統(tǒng)輸出的鞋墊硬度數(shù)據(jù)和鞋墊形狀數(shù)據(jù)來打印鞋墊。
進(jìn)一步地，所述步驟一中，由靜態(tài)取樣裝置采集人體在靜止站立狀態(tài)下，足部不同位置的壓力數(shù)據(jù)；由動態(tài)取樣裝置采集在走路及跑步狀態(tài)下，足部不同位置的壓力數(shù)據(jù)。
進(jìn)一步地，所述步驟一中，將腳部劃分為若干區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)設(shè)置至少一個壓力取樣點(diǎn)。
進(jìn)一步地，在所述步驟三中，主控系統(tǒng)計(jì)算出每個區(qū)域內(nèi)的所有的壓力取樣點(diǎn)取得壓力數(shù)值的平均值，根據(jù)平均值的數(shù)值大小將對應(yīng)區(qū)域劃分至不同階層，相同階層的區(qū)域其鞋墊硬度數(shù)據(jù)相同，不同階層的區(qū)域其鞋墊硬度數(shù)據(jù)不相同。
進(jìn)一步地，將腳部劃分為后足跟部、內(nèi)足弓部、橫足弓部、外足弓部以及前腳掌部，其中后足跟部設(shè)置一個壓力取樣點(diǎn)，內(nèi)足弓部設(shè)置六個壓力取樣點(diǎn)，橫足弓部設(shè)置三個壓力取樣點(diǎn)，外足弓部設(shè)置三個壓力取樣點(diǎn)，前腳掌部設(shè)置三個壓力取樣點(diǎn)。
進(jìn)一步地，在所述步驟三中，根據(jù)平均值的數(shù)值大小將對應(yīng)區(qū)域劃分至六個不同階層，其中第一階層的壓力數(shù)值為0-1000,第二階層的壓力數(shù)值為1001-2000,第三階層的壓力數(shù)值為2001-3000,第四階層的壓力數(shù)值為3001-4000,第五階層的壓力數(shù)值為4001-5000,第五階層的壓力數(shù)值為5000以上。
進(jìn)一步地，在所述步驟四中，3D打印機(jī)通過選擇不同的打印材料、或者不同的材料分布密度、或者不同的材料厚度來調(diào)整鞋墊硬度。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的智能化鞋墊3D打印系統(tǒng)，由壓力取樣裝置采集足部不同位置的壓力數(shù)據(jù)，由3D掃描裝置取得足部的三維模型數(shù)據(jù)，再經(jīng)過主控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理，使3D打印機(jī)能夠根據(jù)足部的不同位置的壓力值，打印鞋墊各個位置的硬度，根據(jù)3D掃描裝置獲取的三維模型數(shù)據(jù)打印鞋墊形狀，因此，能夠針對不同用戶的足部情況，為用戶制定符合自身人體生物力學(xué)的鞋墊，實(shí)現(xiàn)保健或者疾病預(yù)防及治療功能。由于該智能化鞋墊3D打印系統(tǒng)采用主控系統(tǒng)智能、自動的將壓力取樣裝置以及3D掃描裝置獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成鞋墊形狀和硬度，生產(chǎn)效率高，對相關(guān)人員的經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)水平要求低，能夠廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，或者保健運(yùn)動領(lǐng)域。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明提供的智能化鞋墊3D打印系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖。
附圖標(biāo)記：
1-壓力取樣裝置；2-3D掃描裝置；3-主控系統(tǒng)；
4-3D打印機(jī)；11-靜態(tài)取樣裝置；12-動態(tài)取樣裝置。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
圖1為本發(fā)明提供的智能化鞋墊3D打印系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖。
參閱圖1，本發(fā)明提供一種智能化鞋墊3D打印系統(tǒng)，包括：
壓力取樣裝置1，用于采集足部不同位置的壓力數(shù)據(jù)；
3D掃描裝置2，用于掃描足部圖像，取得足部的三維模型數(shù)據(jù)；
主控系統(tǒng)3，所述主控系統(tǒng)3分別與壓力取樣裝置1和3D掃描裝置2電性連接，主控系統(tǒng)3將壓力取樣裝置1獲取的壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為3D打印機(jī)4能夠識別的鞋墊硬度數(shù)據(jù)，將3D掃描裝置2獲取的三維模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為3D打印機(jī)4能夠識別的鞋墊形狀數(shù)據(jù)；
3D打印機(jī)4，3D打印機(jī)4與主控系統(tǒng)3電性連接，3D打印機(jī)4根據(jù)主控系統(tǒng)3輸出的鞋墊硬度數(shù)據(jù)和鞋墊形狀數(shù)據(jù)打印鞋墊。
本發(fā)明提供的智能化鞋墊3D打印系統(tǒng)，由壓力取樣裝置1采集足部不同位置的壓力數(shù)據(jù)，由3D掃描裝置2取得足部的三維模型數(shù)據(jù)，再經(jīng)過主控系統(tǒng)3的數(shù)據(jù)處理，使3D打印機(jī)4能夠根據(jù)足部的不同位置的壓力值，打印鞋墊各個位置的硬度，根據(jù)3D掃描裝置2獲取的三維模型數(shù)據(jù)打印鞋墊形狀，因此，能夠針對不同用戶的足部情況，為用戶制定符合自身人體生物力學(xué)的鞋墊，實(shí)現(xiàn)保健或者疾病預(yù)防及治療功能。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，由于該智能化鞋墊3D打印系統(tǒng)采用主控系統(tǒng)3智能、自動的將壓力取樣裝置1以及3D掃描裝置2獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成鞋墊形狀和硬度，生產(chǎn)效率高，對相關(guān)人員的經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)水平要求低，能夠廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，或者保健運(yùn)動領(lǐng)域。
在本實(shí)施例中，壓力取樣裝置1包括用于檢測在靜態(tài)下足部不同位置壓力數(shù)值的靜態(tài)取樣裝置11，以及用于檢測在動態(tài)下足部不同位置壓力數(shù)值的動態(tài)取樣裝置12。通過采集靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)能夠更全面、更準(zhǔn)確的反應(yīng)足部受力狀況，設(shè)計(jì)的鞋墊更加符合人體生物力學(xué)，穿著更加健康。
具體來說，靜態(tài)取樣裝置11為足底壓力板，足底壓力板上設(shè)置多個壓力傳感器，分別采集不同區(qū)域的壓力值。動態(tài)取樣裝置12為設(shè)有多個壓力測量裝置的電子鞋墊，電子鞋墊可采用現(xiàn)有技術(shù)中存在的動態(tài)檢測裝置，如申請?zhí)枮镃N201610024649.6的在先發(fā)明公開了一種基于PVDF的鞋內(nèi)置動態(tài)足底壓力傳感器，即能夠用于此實(shí)施例中。
此外，本發(fā)明還提供一種智能化鞋墊3D打印方法，包括如下步驟：
步驟一，由壓力取樣裝置1采集足部不同位置的壓力數(shù)據(jù)；
步驟二，由3D掃描裝置2掃描足部圖像，取得足部的三維模型數(shù)據(jù)；
步驟三，由主控系統(tǒng)3將壓力取樣裝置1獲取的壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為3D打印機(jī)4能夠識別的鞋墊硬度數(shù)據(jù)，將3D掃描裝置2獲取的三維模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為3D打印機(jī)4能夠識別的鞋墊形狀數(shù)據(jù)；
步驟四，由3D打印機(jī)4根據(jù)主控系統(tǒng)3輸出的鞋墊硬度數(shù)據(jù)和鞋墊形狀數(shù)據(jù)來打印鞋墊。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明還提供的智能化鞋墊3D打印方法，能夠針對不同用戶的足部情況，為用戶制定符合自身人體生物力學(xué)的鞋墊，實(shí)現(xiàn)保健或者疾病預(yù)防及治療功能；具有生產(chǎn)效率高，對相關(guān)人員的經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)水平要求低等優(yōu)點(diǎn)，能夠廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，或者保健運(yùn)動領(lǐng)域。
在步驟一中，由靜態(tài)取樣裝置11采集人體在靜止站立狀態(tài)下，足部不同位置的壓力數(shù)據(jù)；由動態(tài)取樣裝置12采集在走路及跑步狀態(tài)下，足部不同位置的壓力數(shù)據(jù)。
通過采集靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)能夠更全面、更準(zhǔn)確的反應(yīng)足部受力狀況，設(shè)計(jì)的鞋墊更加符合人體生物力學(xué)，穿著更加健康。
具體來說，在步驟一中，將腳部劃分為后足跟部、內(nèi)足弓部、橫足弓部、外足弓部以及前腳掌部五個區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)設(shè)置至少一個壓力取樣點(diǎn)，取樣點(diǎn)的數(shù)量根據(jù)不同區(qū)域的受力狀況不同而不同，其中后足跟部設(shè)置一個壓力取樣點(diǎn)，內(nèi)足弓部設(shè)置六個壓力取樣點(diǎn)，橫足弓部設(shè)置三個壓力取樣點(diǎn)，外足弓部設(shè)置三個壓力取樣點(diǎn)，前腳掌部設(shè)置三個壓力取樣點(diǎn)。
上述分區(qū)方法和取樣的布置方法能夠較全面的反應(yīng)足底受力狀況，但是本發(fā)明的分區(qū)方法和取樣的布置方法并不局限于此，也可劃分更多的區(qū)域，設(shè)置更多的取樣點(diǎn)，以獲得更加準(zhǔn)確的壓力數(shù)值；同樣，也可在此基礎(chǔ)上，減少若干部分區(qū)域的劃分，減少取樣點(diǎn)的數(shù)量，以降低成本。
在步驟三中，主控系統(tǒng)3計(jì)算出每個區(qū)域內(nèi)的所有的壓力取樣點(diǎn)取得壓力數(shù)值的平均值，根據(jù)平均值的數(shù)值大小將對應(yīng)區(qū)域劃分至不同階層，相同階層的區(qū)域其鞋墊硬度數(shù)據(jù)相同，不同階層的區(qū)域其鞋墊硬度數(shù)據(jù)不相同。
具體來說，根據(jù)平均值的數(shù)值大小將對應(yīng)區(qū)域劃分至六個不同階層，其中第一階層的壓力數(shù)值為0-1000,第二階層的壓力數(shù)值為1001-2000,第三階層的壓力數(shù)值為2001-3000,第四階層的壓力數(shù)值為3001-4000,第五階層的壓力數(shù)值為4001-5000,第五階層的壓力數(shù)值為5000以上。
階層數(shù)量越多，對鞋墊硬度的控制越精確，對3D打印機(jī)4的加工精度要求也越高，生產(chǎn)成本也越高。根據(jù)平均值的數(shù)值大小將對應(yīng)區(qū)域劃分至六個不同階層中的一個，是綜合考慮成本和效果的結(jié)果。
在本實(shí)施例的步驟四中，3D打印機(jī)4通過選擇不同的打印材料、或者不同的材料分布密度、或者不同的材料厚度來調(diào)整鞋墊硬度，也可將三種處理方法選擇結(jié)合使用。
最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。