CN112053616A - 一种肢体仿真模型及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种肢体仿真模型及其应用，属纺织服装技术领域。该肢体仿真模型，包括仿真肢体和操作平台，所述仿真肢体与操作平台通过连接组件连接；所述仿真肢体包括仿骨骼部件、仿肌肉层、仿脂肪层、仿皮肤层；所述仿骨骼部件包括前段骨架和后段骨架，所述前段骨架和后段骨架之间通过活动连接件一连接，前段骨架、后段骨架的外侧包裹仿脂肪层，所述仿脂肪层内设有仿肌肉层，所述仿脂肪层外侧包裹仿皮肤层；活动连接件一的外侧设有折叠管；所述折叠管与仿皮肤层相连。本发明提出的肢体仿真模型主要用于服装舒适性测试，可完成膝部或肘部关节的活动，且可模拟肢体在运动状态下的膨胀、皮肤绷紧、散热出汗、围度变化、形态变化以及肌肉硬度变化。

Description

一种肢体仿真模型及其应用

技术领域

本发明属纺织服装技术领域，特别是涉及一种肢体仿真模型及其应用。

背景技术

伴随着社会快速发展，人们的生活水平不断提高，消费者对于服装的舒适性也提出了更高的要求。服装舒适性包括热湿舒适性、感觉舒适性及压力舒适性等。压力舒适性在烧伤疤痕防治、美体塑形、提升人体运动机能等方面都有积极的效果。热湿舒适性直接影响到人体的健康状况和心理感受。

假人法作为舒适性测试的手段之一，可以节省用人成本，且不存在个体差异，同时可避免受试者荷尔蒙变化等因素对结果的影响。目前，常见的假人模型多为制衣或展示用硬质模台，很少有采用软质材料制成的假人模型，并且，现有模型很难实现膝部或肘部关节的运动，以及对于活动中肢体围度变化和肌肉软硬程度的模拟。

发明内容

本发明提供一种肢体仿真模型及其应用，该模型可完成膝部或肘部关节的活动，且可模拟肢体在运动状态下的膨胀、皮肤绷紧、散热出汗、围度变化、形态变化以及肌肉硬度变化。

本发明提出一种肢体仿真模型，包括仿真肢体和操作平台，所述仿真肢体与操作平台通过连接组件连接；

所述仿真肢体包括仿骨骼部件、仿肌肉层、仿脂肪层、仿皮肤层；所述仿骨骼部件包括前段骨架和后段骨架，所述前段骨架和后段骨架之间通过活动连接件一连接，前段骨架、后段骨架的外侧包裹仿脂肪层，所述仿脂肪层内设有仿肌肉层，所述仿肌肉层的两端分别与前段骨架或后段骨架的两端相连，所述仿脂肪层外侧包裹仿皮肤层；活动连接件一的外侧设有折叠管；所述折叠管与仿皮肤层相连。

进一步地，所述仿骨骼部件由硬质材料构成。

进一步地，所述仿脂肪层由压弹材料构成；

优选的，所述压弹材料包括聚氨酯海绵、聚乙烯醇海绵；

所述仿脂肪层内设有导液管一。

进一步地，所述仿肌肉层包括气囊、气囊保护布袋、保护层，所述气囊保护布袋位于气囊的外侧；所述气囊上设有直通接头；所述保护层设于仿骨骼部件和气囊保护布袋之间；所述囊保护布袋的两端分别与前段骨架或后段骨架的两端相连；

充介质后的气囊为橄榄型囊状结构；

所述气囊为热塑性聚氨酯布、硅胶或橡胶。

进一步地，所述仿皮肤层包括仿表皮层和仿真皮层，仿表皮层和仿真皮层上设有用于排除液体的透气排液微孔；

仿表皮层采用高弹薄膜材料；

仿真皮层采用高弹性材料。

进一步地，所述仿皮肤层、仿脂肪层、仿肌肉层、仿骨骼部件之间设有传感器，所述传感器包括压力传感器、温度传感器、湿度传感器等，根据实际测试需求进行选择并安装放置。

进一步地，所述操作平台包括支撑箱，所述支撑箱内设有储液箱、数据采集装置，所述支撑箱外表面设有充气测压装置；

所述储液箱通过管路与导液管一相连通，所述导液管一与所述储液箱之间设有集成转换盒；储液箱内液体通过导液管一将液体流至透气排液微孔；

所述数据采集装置通过导线与传感器电连接；

所述充气测压装置包括充气机构、压力表，所述充气机构通过导液管二与直通接头相连；所述充气机构上设有放气阀门；

所述充气机构为充气球；

所述气囊内充气体或液体。

进一步地，所述仿真肢体与操作平台通过连接组件固定；所述连接组件包括角铁、活动连接件二；所述角铁通过活动连接件二将支撑箱与仿真肢体进行对位固定。

进一步地，所述活动连接件二、活动连接件一包括螺钉和螺母的组合、铰链机构或万向轴机构。

本发明还提出上述任一项所述的肢体仿真模型在服装舒适性测试中的应用。

本发明具有以下优势：

(1)本发明提出的肢体仿真模型，可完成膝部或肘部关节的活动，且可模拟肢体在运动状态下的膨胀、皮肤绷紧、散热出汗、围度变化、形态变化以及肌肉硬度变化。

(2)本发明中仿肌肉层内设橄榄型囊状结构的气囊，可通过调节充气或充液量，从而模拟人体在运动过程中肢体肌肉在收缩运动中产生的硬度和形态变化及对肢体围度所产生的影响。

(3)本发明中仿皮肤层分为仿表皮层和仿真皮层，仿表皮层和仿真皮层上设有用于排除液体的透气排液微孔，模拟人肢体毛孔透气出汗的情况，实现服装舒适性的细化准确测试。

(4)本发明中当气囊冲充液体时，通过控制液体的温度，模拟调节肢体温度。

(5)本发明中仿骨骼部的前段骨架和后段骨架之间活动连接，可模拟活动关节，使得对肢体不同屈度进行模拟。气囊的两端分别与前段骨架和后段骨架连接，随着气囊充气膨胀，气囊的围度增加，长度变短，拉动前段骨架和后段骨架，从而实现对肢体运动的模拟。

(6)本发明中仿肌肉层、仿脂肪层、仿皮肤层等采用软材料构成，各层组织的厚度和形状以及肢体尺寸等可根据生产或教学需求灵活调整。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例提供的仿真肢体和操作平台的结构示意图；

图2是本发明实施例所述的仿真肢体结构示意图；

图3是本发明实施例中仿骨骼部件的结构示意图；

图4是本发明实施例中除保护层外的仿肌肉层的结构示意图；

图5是本发明实施例中仿皮肤层与仿脂肪层间的结构示意图；

图6是本发明实施例提供操作平台结构示意图。

图中：1仿骨骼部件；1.1前段骨架；1.2后段骨架；2仿肌肉层；2.1.1气囊保护袋；2.1.2气囊；2.1.3直通接头；2.2保护层；3仿脂肪层；3.1导液管一；3.2集成转换盒；4仿皮肤层；4.1透气排液微孔；4.2仿表皮层；4.3仿真皮层；4.4折叠管；5操作平台；5.1角铁；5.2充气测压装置；5.2.1压力表；5.2.2充气机构；5.2.3放气阀门；5.2.4导液管二；5.3支撑箱；5.4数据采集装置；5.5储液箱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例及附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件或者也可以存在居中的元件。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1～6所示，本发明提出了一种肢体仿真模型，包括仿真肢体和操作平台5，所述仿真肢体与操作平台5通过连接组件连接；

所述仿真肢体包括仿骨骼部件1、仿肌肉层2、仿脂肪层3、仿皮肤层4；所述仿骨骼部件1包括前段骨架1.1和后段骨架1.2，所述前段骨架1.1和后段骨架1.2之间通过活动连接件一连接，前段骨架1.1、后段骨架1.2的外侧包裹仿脂肪层3，所述仿脂肪层3内设有仿肌肉层2，所述仿肌肉层2的两端分别与前段骨架1.1或后段骨架1.2的两端相连，所述仿脂肪层3外侧包裹仿皮肤层4；活动连接件一的外侧设有折叠管4.4；所述折叠管4.4与仿皮肤层4相连。

所述仿骨骼部件1由硬质材料构成。所述硬质材料包括铁、钢、木。硬质材料制备得到的仿骨骼部件1，可作为每条肢体的“骨骼”起到支撑作用。

如图2～3所示，所述仿骨骼部件1的尺寸和形状参考人体结构数据进行设计，仿骨骼部件1包括前段骨架1.1和后段骨架1.2。前段骨架1.1和后段骨架1.2分别模拟上肢的大臂和小臂或下肢的大腿和小腿。

如图3所示，所述前段骨架1.1和后段骨架1.2可以为槽状结构。便于置管置线等。

所述活动连接件一包括螺钉和螺母的组合、铰链机构或万向轴机构。例如，所述铰链机构可以为合页。所述万向轴机构可以为万向接轴。活动连接件一主要使得前段骨架1.1和后段骨架1.2活动相连，使得仿骨骼部件1可以具有类似“膝盖”的活动功能。

所述仿脂肪层3由压弹材料构成。所述压弹材料包括聚氨酯海绵、聚乙烯醇(PVA)海绵。具体而言，仿脂肪层3由压弹材料按人体脂肪层厚度、肢体结构轮廓测试需求进行调节裁剪并粘制成型。所述仿脂肪层3内设有导液管一3.1(图5)。

如图4所示，所述仿肌肉层2包括气囊2.1.2、气囊保护布袋2.1.1、保护层2.2，所述气囊保护布袋2.1.1位于气囊2.1.2的外侧；所述气囊2.1.2上设有直通接头2.1.3；所述保护层2.2设于仿骨骼部件1和气囊保护布袋2.1.1之间。所述囊保护布袋2.1.1的两端分别与前段骨架1.1或后段骨架1.2的两端相连。所述气囊2.1.2为热塑性聚氨酯(TPU)布、硅胶或橡胶。

本发明实施例中，所述气囊可以充气体，也可以充液体。当气囊充液体时，还可通过控制液体的温度，模拟调节肢体温度。

充介质后的气囊2.1.2为橄榄型囊状结构。充气后的气囊2.1.2与气囊保护布袋2.1.1形状相匹配。当气囊充气体或液体时，通过调整充气量或充液量，橄榄型囊状结构可模拟人体肌肉层的膨胀收缩，使得外形尺寸发生改变(横向直径减小，纵向缩短)，进而使外部包裹的各层绷紧(变硬)，仿真肢体的围度尺寸与形态随之发生改变，从而实现对人体运动状态下皮肤放松或绷紧、肢体围度、形态、肌肉软硬度等状态变化的仿生模拟。

进一步地，充气后的气囊可分别对大腿前外侧肌群、内侧肌群及大腿后侧肌群、小腿后侧肌群进行仿生模拟，根据肌肉群数量，匹配气囊个数。所述气囊至少为一个。具体根据测试需要而定。

本发明实施例中，气囊的两端分别与前段骨架和后段骨架连接，随着气囊充气膨胀，气囊的围度增加，长度变短，拉动前段骨架和后段骨架，使得前段骨架和后段骨架之间的角度发生改变，从而实现对肢体运动的模拟。如图2所示，所述保护层2.2为高密压弹材料，具体可以为高密度硬质聚氨酯海绵、TPE或PVC等加工的发泡材料、EPS泡沫板等。保护层2.2具备较高的硬度，可对静态位肌肉进行模拟，同时保护仿肌肉层及其内部结构，防止频繁操作硬质的仿骨骼部件1对仿肌肉层造成损坏。

如图5所示，所述仿皮肤层4包括仿表皮层4.2和仿真皮层4.3，仿表皮层4.2和仿真皮层4.3上设有用于排除液体的透气排液微孔4.1。所述折叠管4.4与仿表皮层4.2、仿真皮层4.3缝合连接。

仿表皮层4.2采用高弹薄膜材料。高弹薄膜材料的具体制备方法可通过文献(孙宝才，高弹性薄膜及其复合产品，《纺织科学研究》)记录方法获得。

仿真皮层4.3采用高弹性材料。所述高弹性材料可以为硅胶、塑胶、橡胶等。

所述仿皮肤层4、仿脂肪层3、仿肌肉层2、仿骨骼部件1之间设有传感器，所述传感器包括压力传感器、温度传感器、湿度传感器等。具体而言，传感器也可以设置在仿皮肤层4外，或各层组织之间。压力传感器、温度传感器、湿度传感器的设置主要为了获取相应部位的压力、温度、湿度等数值信息。

如图1、6所示，所述操作平台5包括支撑箱5.3，所述支撑箱5.3内设有储液箱5.5、数据采集装置5.4，所述支撑箱5.3外表面设有充气测压装置5.2。

所述储液箱5.5通过管路与导液管一3.1相连通，所述导液管一3.1与所述储液箱5.5之间设有集成转换盒3.2；储液箱5.5内液体通过导液管一3.1流至透气排液微孔4.1，从而实现模仿出汗。

具体而言，仿真皮层4.3与仿脂肪层3之间可以设有空腔，储液箱5.5内液体(以气态或液态)通过导液管一3.1流入集成转换盒3.2，然后再通过导液管一3.1经空腔流至透气排液微孔4.1，透过仿皮肤层将液体排出，从而实现模仿出汗的过程。所述导液管一3.1上连有输送泵用于将储液箱5.5内液体输送至透气排液微孔4.1。

所述数据采集装置5.4通过导线与传感器连接；

所述充气测压装置5.2包括充气机构5.2.2、压力表5.2.1，所述充气机构5.2.2通过导液管二5.2.4与直通接头2.1.3相连；所述充气机构5.2.2上设有放气阀门5.2.3。需要指出，导液管二、导液管一等均不对管中所通介质进行限定，可以通气体，也可以通液体。

如图1所示，所述充气机构5.2.2由外接气源或外接液源提供介质。所述外接气源包括充气球、气泵或打气筒；所述外接液源包括液泵。也即，所述充气机构5.2.2可以充液体或气体。当对充气机构充液体时，还可通过调节液体的温度，适当调节肢体的温度。

如图6所示，所述仿真肢体与操作平台5通过连接组件固定；所述连接组件包括角铁5.1、活动连接件二；所述角铁5.1通过活动连接件二将支撑箱5.3与仿真肢体进行对位固定。所述活动连接件二包括螺钉和螺母的组合、万向轴机构。所述万向轴机构可以为万向接轴。

具体地，所述角铁5.1通过活动连接件二(螺钉和螺母)将支撑箱5.3与仿骨骼部件1的前段骨架1.1进行对位固定，通过调节到合适紧度，使其稳固且可动；或采用万向轴机构等固定形式，实现肢体多方向移动。

本发明还提出肢体仿真模型在服装舒适性测试中的应用。该仿真肢体可以测试热湿舒适性、感觉舒适性及压力舒适性等。本发明肢体仿真模型可调节软体下肢假人制作简单，成本更加低廉，可广泛应用于院校教学或企业产品开发测试。

本发明仿真肢体模型具体使用过程中包括：根据实验目的调整仿真肢体模型前段骨架和后段骨架的夹角以模拟屈腿、坐、蹲等肢体动作的弯曲状态。仿脂肪层的具体材料、厚度等可依据肢体结构轮廓测试需求进行调节裁剪并粘制成型，包覆在仿肌肉层结构的外部，仿皮肤层塑造外围轮廓，按肢体各围度尺寸要求进行裁剪并缝制成型。

同时，根据测试需求，在仿皮肤层4、仿脂肪层3、仿肌肉层2、仿骨骼部件1之间找到合适位置放置合适(压力或温度、湿度等)的传感器，以获取相应部位的(压力或温度、湿度等)参数信息，传感器的安放位置和数量可以根据实际需求进行设计。

将待测服装穿套于仿真肢体模型上之后，将其与操作平台进行固定，调节到合适紧度，保证仿真肢体模型在稳定的状态下实现动态活动。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

Claims (10)

1.一种肢体仿真模型，包括仿真肢体和操作平台(5)，所述仿真肢体与操作平台(5)通过连接组件连接；

所述仿真肢体包括仿骨骼部件(1)、仿肌肉层(2)、仿脂肪层(3)、仿皮肤层(4)；所述仿骨骼部件(1)包括前段骨架(1.1)和后段骨架(1.2)，所述前段骨架(1.1)和后段骨架(1.2)之间通过活动连接件一连接，前段骨架(1.1)、后段骨架(1.2)的外侧包裹仿脂肪层(3)，所述仿脂肪层(3)内设有仿肌肉层(2)，所述仿肌肉层(2)的两端分别与前段骨架(1.1)或后段骨架(1.2)的两端相连，所述仿脂肪层(3)外侧包裹仿皮肤层(4)；活动连接件一的外侧设有折叠管(4.4)；所述折叠管(4.4)与仿皮肤层(4)相连。

2.根据权利要求1所述的肢体仿真模型，其特征在于：

所述仿骨骼部件(1)由硬质材料构成。

3.根据权利要求1所述的肢体仿真模型，其特征在于：

所述仿脂肪层(3)由压弹材料构成；

优选的，所述压弹材料包括聚氨酯海绵、聚乙烯醇海绵；

所述仿脂肪层(3)内设有导液管一(3.1)。

4.根据权利要求1所述的肢体仿真模型，其特征在于：

所述仿肌肉层(2)包括气囊(2.1.2)、气囊保护布袋(2.1.1)、保护层(2.2)，所述气囊保护布袋(2.1.1)位于气囊(2.1.2)的外侧；所述气囊(2.1.2)上设有直通接头(2.1.3)；所述保护层(2.2)设于仿骨骼部件(1)和气囊保护布袋(2.1.1)之间；所述囊保护布袋(2.1.1)的两端分别与前段骨架(1.1)或后段骨架(1.2)的两端相连；

充介质后的气囊(2.1.2)为橄榄型囊状结构；

所述气囊(2.1.2)为热塑性聚氨酯布、硅胶或橡胶。

5.根据权利要求1所述的肢体仿真模型，其特征在于：

所述仿皮肤层(4)包括仿表皮层(4.2)和仿真皮层(4.3)，仿表皮层(4.2)和仿真皮层(4.3)上设有用于排除液体的透气排液微孔(4.1)；

仿表皮层(4.2)采用高弹薄膜材料；

仿真皮层(4.3)采用高弹性材料。

6.根据权利要求1所述的肢体仿真模型，其特征在于：

所述仿皮肤层(4)、仿脂肪层(3)、仿肌肉层(2)、仿骨骼部件(1)之间设有传感器，所述传感器包括压力传感器、温度传感器、湿度传感器等，根据实际测试需求进行选择并安装放置。

7.根据权利要求3和5所述的肢体仿真模型，其特征在于：

所述操作平台(5)包括支撑箱(5.3)，所述支撑箱(5.3)内设有储液箱(5.5)、数据采集装置(5.4)，所述支撑箱(5.3)外表面设有充气测压装置(5.2)；

所述储液箱(5.5)通过管路与导液管一(3.1)相连通，所述导液管一(3.1)与所述储液箱(5.5)之间设有集成转换盒(3.2)；储液箱(5.5)内液体通过导液管一(3.1)将液体流至透气排液微孔(4.1)；

所述数据采集装置(5.4)通过导线与传感器电连接；

所述充气测压装置(5.2)包括充气机构(5.2.2)、压力表(5.2.1)，所述充气机构(5.2.2).通过导液管二(5.2.4)与直通接头(2.1.3)相连；所述充气机构(5.2.2)上设有放气阀门(5.2.3)；

所述充气机构(5.2.2)为充气球；

所述气囊内充气体或液体。

8.根据权利要求1所述的肢体仿真模型，其特征在于：

所述仿真肢体与操作平台(5)通过连接组件固定；所述连接组件包括角铁(5.1)、活动连接件二；所述角铁(5.1)通过活动连接件二将支撑箱(5.3)与仿真肢体进行对位固定。

9.根据权利要求8所述的肢体仿真模型，其特征在于：

所述活动连接件二、活动连接件一包括螺钉和螺母的组合、铰链机构或万向轴机构。

10.权利要求1～9任一项所述的肢体仿真模型在服装舒适性测试中的应用。

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