1.本发明涉及人体模型取型方法领域，具体讲是一种小腿模型的取型设备及其取型方法。
背景技术：2.人体小腿的形态在运动中、步态中、极限运动中等多种多样，精确获取不同时刻的小腿形态模型，对进一步研发相应的腿部辅具、腿部矫形器、小腿康复设备等有重要的参考价值。目前针对小腿模型的取型方法，方法多种多样。大致分几种：第一、医学方法建模。利用ct、mri等影像学切片扫描数据，数据格式为dicom格式文件，通过第三方软件，进行小腿轮廓的提取，进而生成小腿模型。但这种取模方法从预约-挂号-扫描-数据提取-处理-模型获得，其时间较长需要三天左右，成本高并且也受扫描场地的限制，射线对患者也有一定的伤害。扫描时患者也需保持静止，否则影响扫描效果；第二、光栅、激光扫描建模。此种扫描设备有较大的设备，比如infoot设备，人体站立在一个长方形盒子里面，通过周围光学的采集进行负重扫描。还有一种扫描设备是手持的扫描设备，通过红光或蓝光光栅对目标体进行手持扫描，利用自带的软件系统，进行小腿模型的构建。但这两种扫描方法，缺点是扫描对象必须静止不动，稍微晃动就会造成模型模糊而无法使用，且很容易丢点造成模型的精确很差，满足不了一些行业较高的精度要求。
3.以上设备都可以获得小腿轮廓的数据模型，但共同点是获取时间较长，且只能获得静止时刻的小腿模型，而步态中小腿形态的每时刻状态无法获得，对制作辅具、矫形器或特种情况下的小腿康复设备有较大难度。
技术实现要素：4.本发明的目的在于提供一种小腿模型的取型设备及其取型方法，以解决上述背景技术中提出获取时间较长，且只能获得静止时刻的小腿模型，而步态中小腿形态的每时刻状态无法获得，对制作辅具、矫形器或特种情况下的小腿康复设备有较大难度的问题。
5.本发明的技术方案是：一种小腿模型的取型设备，包括有转盘，所述转盘的下端设置有支撑动力机构，所支撑动力机构a5包括转轴b1、齿轮机构、电机、电机输出轴、涡轮机构，其中电机输出轴连接涡轮机构，涡轮机构与齿轮机构啮合，形成蜗轮蜗杆传动机构驱动转轴转动，转轴与转盘固定连接，在支撑动力机构的驱动下，转盘实现匀速转动；所述转盘的一侧设置有3d采集相机。
6.所述3d采集相机安装在升降机构上端。还具有固定结构，用于辅助支撑或固定人体，通过轴承固定在天花板或者天轨结构上，位于人体上方，所述固定结构上设置绑带。
7.还包括有图像处理设备(a4)，所述3d采集相机与像搜集处理设备(a4)电性连接。在扫描采集时按以下步骤：
8.s1：配合取型的对象站在转盘中心位置，以不同运动姿态或受力状态对腿部进行摆位；
9.s2：调整3d采集相机，使其对焦s1的待采集对象；启动旋转台使转盘携带对象匀速转动，启动3d采集相机，使得3d采集相机至少绕待采集对象一周，实现对腿部形态一周的扫描，获得外形轮廓点云数据；
10.s3：计算拼合s2中获取的小腿外形点云数据，获得完整的外形轮廓；
11.s4:根据小腿外形点云数据进行小腿模型重构。
12.本发明通过改进在此提供一种小腿模型的取型设备及其取型方法，与现有技术相比，具有如下改进及优点：
13.本发明主要用于小腿部的外形轮廓获得，整体小腿模型的获得，一台3d相机位置固定于扫描对象的合适高度后，对扫描对象不同时刻的腿部形态s1进行一键式快门扫描，对小腿部一周的数据点进行采集收集，然后通过采集算法中的点云拼接合成，对扫描的小腿周围数据点进行拼接合成，从而形成目标对象的最终数据重构，可用于评估小腿在不同运动姿态或受力状态下的腿部形态，也可用于小腿部的护具设计或小腿假肢接受腔的设计开发等诸多工况，不限于涉及的应用类型。采集时，对人体状态的干扰较小，能够快速准确的采集下肢外形轮廓，同时扫描区域重叠度低，冗余小，拼接效率高。
附图说明
14.下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释:
15.图1本发明的取型设备的工作流程；
16.图2扫描过程稿示意图；
17.图3支撑和动力机构内部结构示意图。
18.附图标记说明：a1-转盘；a2-待采集对象；a3-3d采集相机；a4-图像处理设备；a5-支撑动力机构；a6-升降机构；a1转盘；b1转轴；b2-齿轮机构；b3-涡轮机构；b4-电机；b5-外接导线；b6-输出轴。
具体实施方式
19.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
20.应注意到：附图中的字母和数字仅表示叙述时方便性而设定的，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
21.本技术主要用于小腿部的外形轮廓获得。如图1所示，一台3d相机s2位置固定于扫描对象的合适高度后，对扫描对象不同时刻的腿部形态s1进行一键式快门扫描，通过采集算法s3，对小腿部一周的数据点进行采集收集，然后通过采集算法s3中的点云拼接合成s4，对扫描的小腿周围数据点进行拼接合成，从而形成目标对象的最终数据重构s5，可用于评估小腿在不同运动姿态或受力状态下的腿部形态，也可用于小腿部的护具设计或小腿假肢接受腔的设计开发等诸多工况，不限于涉及的应用类型。
22.一种小腿模型能的取型设备包括：旋转台和扫描机构，其中旋转台包括转盘a1和支撑动力机构a5，支撑动力机构a5包括转轴b1、齿轮机构b2、电机b4、电机输出轴b6、涡轮机构b3、外接导线b5，其中电机b4的输出轴b6连接涡轮机构b3，涡轮机构b3与齿轮机构b2啮合，形成横向与纵向的蜗轮蜗杆传动机构，从而驱动转轴b1转动，转轴b1与转盘a1下端中间固定连接，实现匀速转动。旋转台通过外接导线b5供电。扫描机构位于转盘外部一侧，包括
升降机构a6和3d采集相机a3，升降机构a6用于调整3d采集相机的高度，使其对焦区域覆盖待扫部位。
23.具体实施如下，待扫描个体站立于转盘a1之上的中心位置，此位置对应3d采集相机a3调试好的合适焦距范围，为了更高质量的获得扫描数据。根据目标对象a2的小腿长短，可调节3d采集相机a3的升降机构a6，实现3d采集相机镜头的可视范围和对焦目的。采集方式不影响人体的姿态和负荷，可同时实现单腿站立或双腿站立的小腿腿部扫描，也可对人体施加相应的负荷，甚至对于部分体育运动姿态也能够实现采集。此扫描也可用于小腿截肢患者，当单侧小腿截肢后，可利用健侧小腿的扫描数据，利用a4的电脑扫描数据进行“镜像”数据匹配，用于患侧小腿的模型原型，通过微调修正或3d打印，即可用于假肢或小腿矫形器的制作，大大提高工作效率。此扫描用途包括但不局限于此，例如还可以针对同一人不同姿态或负荷工况下的采集，获取变形量等。
24.为了实现需求者站立于转盘a1时的匀速转动和扫描数据连续性，本技术提供的转盘a1与转轴b1相连，可实现b1轴转动时，转盘a1跟着转动，实现匀速的目的。相应的b1转轴下部连接齿轮机构b2，与电机b4的输出轴b6和涡轮机构b3连接，形成横向与纵向的蜗轮蜗杆传动机构。当外接导线b5通电后，带动电机b4工作，从而实现蜗轮蜗杆的传动，进而实现转盘a1的匀速转动，这样患者站立于转盘a1之上，可实现匀速转动和扫描数据的连续获取，以实现有效的数据获取。
25.优选的，还设置有固定结构，固定结构上设置绑带，可通过绑带固定人体腰背部，或者直接抓握固定结构，避免摆位后的身体在转动下不稳发生摔倒。固定结构位于人体上方，可通过轴承固定在天花板或者天轨结构上，避免影响3d相机采集视野。在人体随转盘旋转时，固定结构通过轴承结构顺应旋转。尽管人体位于转盘中心，角速度较小，固定结构有利于人体更好的维持姿态和工况。
26.在采集扫描时，人体随旋转台至少转动一周，使得3d采集相机至少绕待采集对象一周(360
°
)，由于通过转盘旋转使得相机环绕一周的时间大大降低，降低了下肢动作姿态的时间稳定性要求，同时由于扫描机构不干扰下肢，下肢可在自然状态时摆位动作，采集的状态更加贴近真实情况。具体的采集过程是：
27.s1：配合取型的对象站在转盘中心位置，以不同运动姿态或受力状态对腿部进行摆位；
28.s2：调整3d采集相机，使其对焦s1的待采集对象；启动旋转台使转盘携带对象匀速转动，启动3d采集相机，使得3d采集相机至少绕待采集对象一周，实现对腿部形态一周的扫描，获得外形轮廓点云数据；
29.s3：计算拼合s2中获取的小腿外形点云数据，获得完整的外形轮廓；
30.s4:根据小腿外形点云数据进行小腿模型重构。
31.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种小腿模型的取型设备，其特征在于：包括有转盘(a1)，所述转盘(a1)的下端设置有支撑动力机构(a5)，所支撑动力机构(a5)包括转轴b1、齿轮机构(b2)、电机(b4)、电机输出轴(b6)、涡轮机构(b3)，其中电机输出轴(b6)连接涡轮机构(b3)，涡轮机构(b3)与齿轮机构(b2)啮合，形成蜗轮蜗杆传动机构驱动转轴(b1)转动，转轴(b1)与转盘(a1)固定连接，在支撑动力机构(a5)的驱动下，转盘(a1)实现匀速转动；所述转盘(a1)的一侧设置有3d采集相机(a3)。2.根据权利要求1所述的取型设备，其特征在于：所述3d采集相机(a3)安装在升降机构(a6)上端。3.根据权利要求1所述的取型设备，其特征在于：还具有固定结构，用于辅助支撑或固定人体，通过轴承固定在天花板或者天轨结构上，位于人体上方，所述固定结构上设置绑带。4.根据权利要求3所述的取型设备，其特征在于：还包括有图像处理设备(a4)，所述3d采集相机(a3)与像搜集处理设备(a4)电性连接。5.一种小腿模型的取型方法，包括权利要求1至4任意一项所述的取型设备，其特征在于：包括以下步骤：s1：配合取型的对象站在转盘中心位置，以不同运动姿态或受力状态对腿部进行摆位；s2：调整3d采集相机，使其对焦s1的待采集对象；启动旋转台使转盘携带对象匀速转动，启动3d采集相机，使得3d采集相机至少绕待采集对象一周，实现对腿部形态一周的扫描，获得外形轮廓点云数据；s3：计算拼合s2中获取的小腿外形点云数据，获得完整的外形轮廓；s4:根据小腿外形点云数据进行小腿模型重构。
技术总结本发明的一种小腿模型的取型设备及其取型方法，包括旋转台和扫描机构，旋转台包括转盘和下端设置的支撑动力机构，电机的输出轴连接涡轮机构，涡轮机构与齿轮机构啮合，形成蜗轮蜗杆传动机构，从而驱动转轴转动，转轴与转盘下端中间固定连接，实现匀速转动，转盘的一侧设置有3D采集相机，本发明可用于获取小腿在不同运动姿态或受力状态下的腿部外形轮廓，用于小腿部的护具设计或小腿假肢接受腔的设计开发等。开发等。开发等。
技术研发人员：郭俊超 王亚伟 王振泽 樊瑜波
受保护的技术使用者：国家康复辅具研究中心
技术研发日：2022.07.22
技术公布日：2022/11/1
