專利名稱:人體不同負(fù)荷下足部三維形貌測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型屬于三維形貌測(cè)量儀器,特別適合于測(cè)量足部在不同負(fù)荷下的三維形貌。
背景技術(shù):
目前,公知的足部三維形貌測(cè)量儀器采用3個(gè)CCD攝像機(jī)組成的視覺系統(tǒng)。由于足部形狀的復(fù)雜性,會(huì)發(fā)生遮擋,有些部位容易漏檢。而且,公知的足部三維形貌測(cè)量儀器沒有足部負(fù)荷檢測(cè)功能,只能測(cè)量足部無負(fù)荷或兩足平衡站立半負(fù)荷情況下的足部三維形貌,不能測(cè)量人體在全負(fù)荷以及幾倍體重負(fù)荷下足部三維形貌的變化情況。因此,不能滿足制鞋行業(yè)需測(cè)量人體在特定負(fù)荷下的足形作為設(shè)計(jì)鞋的依據(jù)的要求,也不能為判斷足形畸形疾病以及足形矯正提供可靠的數(shù)據(jù)。
實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的足部三維形貌測(cè)量儀器無法測(cè)量人體足部在各種不同負(fù)荷下的三維形貌,以及由于CCD視覺傳感器數(shù)量和分布位置等原因造成的測(cè)量盲區(qū),本實(shí)用新型提供一種適合于測(cè)量足部在不同負(fù)荷下的三維形貌的裝置,該測(cè)量裝置可以測(cè)量足部在無負(fù)荷、半負(fù)荷、全負(fù)荷以及幾倍體重負(fù)荷下足部三維形貌,而且實(shí)現(xiàn)了足底、足面360度無盲區(qū)測(cè)量,為制鞋業(yè)和足形畸形矯正提供可靠的數(shù)據(jù)。
本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是人體不同負(fù)荷下足部三維形貌測(cè)量裝置,通過激光線掃描方式獲取足部三維形貌,其特征在于,所述測(cè)量裝置包括足部支撐及負(fù)荷測(cè)量單元、所述足部支撐及負(fù)荷測(cè)量單元包括測(cè)量足支撐及壓力傳感器單元、左足支撐及壓力傳感器單元、右足支撐及壓力傳感器單元;視覺傳感器單元,所述視覺傳感器單元包括多個(gè)線激光器和CCD攝像機(jī),其中,所述的多個(gè)線激光器光平面在同一平面,在所述線激光器形成的光平面兩側(cè),用兩個(gè)與光平面成預(yù)定角度的CCD攝像機(jī)組成一組測(cè)量單元,在足部周圍共設(shè)有多組測(cè)量單元;這樣就解決了單CCD攝像機(jī)在足部某些位置存在測(cè)量盲區(qū)問題,可以采集包含足底和足面360度的閉合環(huán)線;一維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),所述視覺傳感器單元固定在所述一維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上;
電機(jī)控制單元,用于控制所述一維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的電機(jī);用于采集圖像信號(hào)的CCD圖像同步采集單元,以及利用軟件程序處理獲取的圖像信號(hào),從而提取特征參數(shù)、建立足部三維模型的計(jì)算機(jī)。
在本實(shí)用新型中,所述CCD圖像同步采集單元包括同步信號(hào)發(fā)生器和采用64位總線的多路圖像采集卡,所述同步信號(hào)發(fā)生器的輸出端與所述CCD攝像機(jī)的同步輸入信號(hào)連接,所述CCD攝像機(jī)的視頻輸出端與所述的多路圖像采集卡的視頻輸入端相連接。
在本實(shí)用新型中,所述電機(jī)控制單元包括用于驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器,以及通過電纜與所述伺服驅(qū)動(dòng)器相連的運(yùn)動(dòng)控制器,所述運(yùn)動(dòng)控制器通過串行口RS232與所述計(jì)算機(jī)連接。
在本實(shí)用新型中,所述一維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)、絲杠、直線導(dǎo)軌、滑塊和運(yùn)動(dòng)平臺(tái),所述伺服電機(jī)與所述絲杠通過連軸器連接,與絲杠相連接的傳動(dòng)螺母固定在所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)下方的中央位置,所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)下方兩端各固定兩個(gè)滑塊,所述滑塊均支撐在所述直線導(dǎo)軌上。
在本實(shí)用新型中,所述測(cè)量足支撐及壓力傳感器單元包括用于支撐測(cè)量足的玻璃平板,以及位于所述玻璃平板下面兩端的用于測(cè)量足部負(fù)荷的壓力傳感器。
在本實(shí)用新型中,所述左足支撐及壓力傳感器單元包括左足支架,以及位于所述左足支架下的用于測(cè)量足部負(fù)荷的壓力傳感器。
在本實(shí)用新型中,所述右足支撐及壓力傳感器單元包括右足支架,以及位于所述右足支架下的用于測(cè)量足部負(fù)荷的壓力傳感器。
本實(shí)用新型提供了一種適合于測(cè)量足部在無負(fù)荷、半負(fù)荷、全負(fù)荷以及幾倍體重負(fù)荷下三維形貌的裝置,而且實(shí)現(xiàn)了足底、足面360度無盲區(qū)測(cè)量,為制鞋業(yè)和足形畸形的發(fā)現(xiàn)及矯正提供可靠數(shù)據(jù)。
圖1是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
其中,1為測(cè)量主單元,2為左足支撐及壓力傳感器單元,3為右足支撐及壓力傳感器單元,4為電器電路單元,5為足負(fù)荷顯示單元,6為計(jì)算機(jī)。
圖2是所述測(cè)量主單元的A向視圖;其中,7.測(cè)量主單元基座,8.伺服電機(jī),9.電機(jī)支座,10.絲杠支座,11.左直線導(dǎo)軌,12.右直線導(dǎo)軌,13.絲杠,14.足前部支架,15.足后部支架,16.第一壓力傳感器,17.第二壓力傳感器,18.第三壓力傳感器,19.運(yùn)動(dòng)平臺(tái),20.左視覺傳感器支架,21.右視覺傳感器支架,22.第一線激光器,23.第二線激光器,26.第一CCD攝像機(jī),27.第二CCD攝像機(jī),28.第三CCD攝像機(jī),29.第四CCD攝像機(jī),34.足支撐玻璃平板。
圖3是所述測(cè)量主單元的B向視圖;其中,7.測(cè)量主單元基座,8.伺服電機(jī),9.電機(jī)支座,10.絲杠支座,11.左直線導(dǎo)軌,14.足前部支架,15.足后部支架,17.第二壓力傳感器,18.第三壓力傳感器,19.運(yùn)動(dòng)平臺(tái),21.右視覺傳感器支架,22.第一線激光器,23.第二線激光器,25.第四線激光器,28.第三CCD攝像機(jī),29.第四CCD攝像機(jī),32.第七CCD攝像機(jī),33.第八CCD攝像機(jī),34.足支撐玻璃平板,35.第三直線導(dǎo)軌滑塊,36.第四直線導(dǎo)軌滑塊。
圖4是本實(shí)用新型的實(shí)施例的電路連接原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
本實(shí)用新型所述的人體不同負(fù)荷下足部三維形貌測(cè)量裝置的一個(gè)典型實(shí)施例包括足部支撐及負(fù)荷測(cè)量單元、視覺傳感器單元、一維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、電機(jī)控制單元、用于采集圖像信號(hào)的CCD圖像同步采集單元,以及利用軟件程序處理獲取的圖像信號(hào),從而提取特征參數(shù)、建立足部三維模型的計(jì)算機(jī)。
足部支撐及負(fù)荷測(cè)量單元包括測(cè)量足支撐及壓力傳感器單元、左足支撐及壓力傳感器單元、右足支撐及壓力傳感器單元。測(cè)量足支撐及壓力傳感器單元包括用于支撐測(cè)量足的玻璃平板,以及位于所述玻璃平板下面兩端的用于測(cè)量足部負(fù)荷的壓力傳感器。左足支撐及壓力傳感器單元包括左足支架,以及位于所述左足支架下的用于測(cè)量足部負(fù)荷的左足壓力傳感器。右足支撐及壓力傳感器單元包括右足支架,以及位于所述右足支架下的用于測(cè)量足部負(fù)荷的右足壓力傳感器。
視覺傳感器單元包括四個(gè)線激光器和八個(gè)CCD攝像機(jī),其中,所述四個(gè)線激光器光平面在同一平面,在所述線激光器形成的光平面兩側(cè),用兩個(gè)與光平面成預(yù)定角度的CCD攝像機(jī)組成一組測(cè)量單元,在足部周圍共設(shè)有四組測(cè)量單元。
在圖1中,測(cè)量主單元1主要包括視覺傳感器單元、一維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和測(cè)量足支撐及壓力傳感器單元。一維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)視覺傳感器單元做一維掃描運(yùn)動(dòng),利用電器電路單元4內(nèi)的CCD圖像同步采集單元同步采集8個(gè)CCD攝像機(jī)在足部同一切面位置的圖像數(shù)據(jù)。通過計(jì)算機(jī)6中存儲(chǔ)的軟件提取8個(gè)CCD攝像機(jī)掃描線,并將8個(gè)CCD攝像機(jī)的數(shù)據(jù)融合在一個(gè)坐標(biāo)下,產(chǎn)生各個(gè)切面由點(diǎn)云數(shù)據(jù)組成的閉合線,提取足部特征參數(shù)并建立足部三維模型。測(cè)量足支撐及壓力傳感器單元、左足支撐及壓力傳感器單元2、右足支撐及壓力傳感器單元3和足負(fù)荷顯示單元5完成測(cè)量足和非測(cè)量足的負(fù)荷測(cè)量與顯示。
一維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)8、絲杠13、直線導(dǎo)軌、滑塊和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)19。伺服電機(jī)8與絲杠13通過連軸器連接,與絲杠13相連接的傳動(dòng)螺母固定在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)19下方的中央位置,運(yùn)動(dòng)平臺(tái)19下方兩端各固定兩個(gè)滑塊,滑塊均支撐在直線導(dǎo)軌上,如圖2和圖3所示。
在圖2和圖3中,第一線激光器22、第二線激光器23、第三線激光器24(未畫出)和第四線激光器25的光束在足表面形成一個(gè)閉合環(huán)線。第一CCD攝像機(jī)26、第二CCD攝像機(jī)27獲取足部左上側(cè)包含激光器條紋的圖像,第三CCD攝像機(jī)28、第四CCD攝像機(jī)29獲取足部右上側(cè)包含激光器條紋的圖像,第五CCD攝像機(jī)30(未畫出)、第六CCD攝像機(jī)31(未畫出)獲取足部左下側(cè)包含激光器條紋的圖像,第七CCD攝像機(jī)32、第八CCD攝像機(jī)33獲取足部右下側(cè)包含激光器條紋的圖像,通過4組CCD攝像機(jī),可以采集包含足底和足面360度的閉合環(huán)線。采用計(jì)算機(jī)64位總線圖像采集卡同步采集8個(gè)CCD攝像機(jī)在足部同一切面的圖像。第一線激光器22、第三線激光器24、第一CCD攝像機(jī)26、第二CCD攝像機(jī)27、第五CCD攝像機(jī)30(未畫出)和第六CCD攝像機(jī)31(未畫出)通過左視覺傳感器支架20固定在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)19上,第二線激光器23、第四線激光器25、第三CCD攝像機(jī)28、第四CCD攝像機(jī)29、第七CCD攝像機(jī)32和第八CCD攝像機(jī)33通過右視覺傳感器支架21固定在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)19上。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)19通過伺服電機(jī)8、絲杠13、左直線導(dǎo)軌11、右直線導(dǎo)軌12、第三直線導(dǎo)軌滑塊35、第四直線導(dǎo)軌滑塊36、第一直線導(dǎo)軌滑塊37(未畫出)、第二直線導(dǎo)軌滑塊38(未畫出)組成的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)做平移運(yùn)動(dòng),從而獲得足部從腳趾到腳跟的各個(gè)切面的掃描圖像。
CCD圖像同步采集單元包括同步信號(hào)發(fā)生器和采用64位總線的多路圖像采集卡,如圖4所示。在圖4中,CCD電源與8個(gè)CCD攝像機(jī)的直流電源輸入端相連,同步信號(hào)發(fā)生器與8個(gè)CCD攝像機(jī)的同步信號(hào)輸入端相連;激光器電源與4個(gè)線激光器的直流電源輸入端相連。電機(jī)控制單元包括用于驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器和運(yùn)動(dòng)控制器。計(jì)算機(jī)通過串行口RS232與運(yùn)動(dòng)控制器相連,伺服驅(qū)動(dòng)器分別與運(yùn)動(dòng)控制器和伺服電機(jī)相連。左足壓力傳感器、測(cè)量足壓力傳感器、右足壓力傳感器的輸出端分別與負(fù)荷測(cè)量顯示電路相連。負(fù)荷測(cè)量顯示電路通過計(jì)算機(jī)的USB接口和計(jì)算機(jī)連接。計(jì)算機(jī)通過串行口RS232發(fā)送指令到運(yùn)動(dòng)控制器,通過運(yùn)動(dòng)控制器控制伺服驅(qū)動(dòng)器,使伺服電機(jī)做勻速旋轉(zhuǎn),并帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)做勻速直線運(yùn)動(dòng);4個(gè)線激光器在激光器電源作用下,發(fā)出波長為635nm的紅光,形成光掃描平面;8個(gè)CCD攝像機(jī)在同步信號(hào)發(fā)生器的作用下,產(chǎn)生同步的視頻圖像,并通過采用64位總線的8路圖像采集卡將8個(gè)CCD攝像機(jī)的圖像采集并存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī);負(fù)荷測(cè)量顯示電路完成測(cè)量足和非測(cè)量足的負(fù)荷測(cè)量與顯示,并將測(cè)量結(jié)果通過USB接口輸入到計(jì)算機(jī)。
權(quán)利要求1.人體不同負(fù)荷下足部三維形貌測(cè)量裝置,通過激光線掃描方式獲取足部三維形貌,其特征在于,所述測(cè)量裝置包括足部支撐及負(fù)荷測(cè)量單元、所述足部支撐及負(fù)荷測(cè)量單元包括測(cè)量足支撐及壓力傳感器單元、左足支撐及壓力傳感器單元、右足支撐及壓力傳感器單元;視覺傳感器單元,所述視覺傳感器單元包括多個(gè)線激光器和CCD攝像機(jī),其中,所述的多個(gè)線激光器光平面在同一平面,在所述線激光器形成的光平面兩側(cè),用兩個(gè)與光平面成預(yù)定角度的CCD攝像機(jī)組成一組測(cè)量單元,在足部周圍共設(shè)有多組測(cè)量單元;一維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),所述視覺傳感器單元固定在所述一維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上;電機(jī)控制單元,用于控制所述一維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的電機(jī);用于采集圖像信號(hào)的CCD圖像同步采集單元,以及利用軟件程序處理獲取的圖像信號(hào),從而提取特征參數(shù)、建立足部三維模型的計(jì)算機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體不同負(fù)荷下足部三維形貌測(cè)量裝置,其特征是所述CCD圖像同步采集單元包括同步信號(hào)發(fā)生器和采用64位總線的多路圖像采集卡,所述同步信號(hào)發(fā)生器的輸出端與所述CCD攝像機(jī)的同步輸入信號(hào)連接,所述CCD攝像機(jī)的視頻輸出端與所述的多路圖像采集卡的視頻輸入端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體不同負(fù)荷下足部三維形貌測(cè)量裝置,其特征是所述電機(jī)控制單元包括用于驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器,以及通過電纜與所述伺服驅(qū)動(dòng)器相連的運(yùn)動(dòng)控制器,所述運(yùn)動(dòng)控制器通過串行口RS232與所述計(jì)算機(jī)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體不同負(fù)荷下足部三維形貌測(cè)量裝置,其特征是所述一維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)、絲杠、直線導(dǎo)軌、滑塊和運(yùn)動(dòng)平臺(tái),所述伺服電機(jī)與所述絲杠通過連軸器連接,與絲杠相連接的傳動(dòng)螺母固定在所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)下方的中央位置,所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)下方兩端各固定兩個(gè)滑塊,所述滑塊均支撐在所述直線導(dǎo)軌上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體不同負(fù)荷下足部三維形貌測(cè)量裝置,其特征是所述測(cè)量足支撐及壓力傳感器單元包括用于支撐測(cè)量足的玻璃平板,以及位于所述玻璃平板下面兩端的用于測(cè)量足部負(fù)荷的壓力傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體不同負(fù)荷下足部三維形貌測(cè)量裝置,其特征是所述左足支撐及壓力傳感器單元包括左足支架,以及位于所述左足支架下的用于測(cè)量足部負(fù)荷的壓力傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體不同負(fù)荷下足部三維形貌測(cè)量裝置,其特征是所述右足支撐及壓力傳感器單元包括右足支架,以及位于所述右足支架下的用于測(cè)量足部負(fù)荷的壓力傳感器。
專利摘要人體不同負(fù)荷下足部三維形貌測(cè)量裝置,屬于三維形貌測(cè)量儀器。本實(shí)用新型公開了一種人體不同負(fù)荷下足部三維形貌測(cè)量裝置,包括足部支撐及負(fù)荷測(cè)量單元、視覺傳感器單元、一維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、電機(jī)控制單元、CCD圖像同步采集單元和計(jì)算機(jī)。多個(gè)線激光器的光束在足表面形成一個(gè)閉合環(huán)線,多個(gè)CCD攝像機(jī)無盲區(qū)同步采集足底和足面的圖像,一維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)視覺傳感器單元做勻速運(yùn)動(dòng),獲得足部在各個(gè)切面的二維圖像。通過軟件提取各個(gè)CCD攝像機(jī)掃描線,將多個(gè)CCD攝像機(jī)的數(shù)據(jù)融合在一個(gè)坐標(biāo)下,產(chǎn)生各個(gè)切面的閉合線,得到足部在不同負(fù)荷下的特征參數(shù)及三維模型。此測(cè)量裝置可以用于制鞋業(yè)、體育運(yùn)動(dòng)以及足部畸形矯正等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)A43D1/02GK2865565SQ200520136580
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2005年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月31日
發(fā)明者王伯雄, 鄭秀媛, 劉國忠, 羅秀芝, 史輝, 王瑞 申請(qǐng)人:清華大學(xué)