CN2865565Y - 人体不同负荷下足部三维形貌测量装置 - Google Patents
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Abstract
人体不同负荷下足部三维形貌测量装置，属于三维形貌测量仪器。本实用新型公开了一种人体不同负荷下足部三维形貌测量装置，包括足部支撑及负荷测量单元、视觉传感器单元、一维运动机构、电机控制单元、CCD图像同步采集单元和计算机。多个线激光器的光束在足表面形成一个闭合环线，多个CCD摄像机无盲区同步采集足底和足面的图像，一维运动机构带动视觉传感器单元做匀速运动，获得足部在各个切面的二维图像。通过软件提取各个CCD摄像机扫描线，将多个CCD摄像机的数据融合在一个坐标下，产生各个切面的闭合线，得到足部在不同负荷下的特征参数及三维模型。此测量装置可以用于制鞋业、体育运动以及足部畸形矫正等领域。
Description
技术领域
本实用新型属于三维形貌测量仪器，特别适合于测量足部在不同负荷下的三维形貌。
背景技术
目前，公知的足部三维形貌测量仪器采用3个CCD摄像机组成的视觉系统。由于足部形状的复杂性，会发生遮挡，有些部位容易漏检。而且，公知的足部三维形貌测量仪器没有足部负荷检测功能，只能测量足部无负荷或两足平衡站立半负荷情况下的足部三维形貌，不能测量人体在全负荷以及几倍体重负荷下足部三维形貌的变化情况。因此，不能满足制鞋行业需测量人体在特定负荷下的足形作为设计鞋的依据的要求，也不能为判断足形畸形疾病以及足形矫正提供可靠的数据。
实用新型内容
为了克服现有的足部三维形貌测量仪器无法测量人体足部在各种不同负荷下的三维形貌，以及由于CCD视觉传感器数量和分布位置等原因造成的测量盲区，本实用新型提供一种适合于测量足部在不同负荷下的三维形貌的装置，该测量装置可以测量足部在无负荷、半负荷、全负荷以及几倍体重负荷下足部三维形貌，而且实现了足底、足面360度无盲区测量，为制鞋业和足形畸形矫正提供可靠的数据。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：
人体不同负荷下足部三维形貌测量装置，通过激光线扫描方式获取足部三维形貌，其特征在于，所述测量装置包括：
足部支撑及负荷测量单元、所述足部支撑及负荷测量单元包括测量足支撑及压力传感器单元、左足支撑及压力传感器单元、右足支撑及压力传感器单元；
视觉传感器单元，所述视觉传感器单元包括多个线激光器和CCD摄像机，其中，所述的多个线激光器光平面在同一平面，在所述线激光器形成的光平面两侧，用两个与光平面成预定角度的CCD摄像机组成一组测量单元，在足部周围共设有多组测量单元；这样就解决了单CCD摄像机在足部某些位置存在测量盲区问题，可以采集包含足底和足面360度的闭合环线；
一维运动机构，所述视觉传感器单元固定在所述一维运动机构上；
电机控制单元，用于控制所述一维运动机构中的电机；
用于采集图像信号的CCD图像同步采集单元，以及
利用软件程序处理获取的图像信号，从而提取特征参数、建立足部三维模型的计算机。
在本实用新型中，所述CCD图像同步采集单元包括同步信号发生器和采用64位总线的多路图像采集卡，所述同步信号发生器的输出端与所述CCD摄像机的同步输入信号连接，所述CCD摄像机的视频输出端与所述的多路图像采集卡的视频输入端相连接。
在本实用新型中，所述电机控制单元包括用于驱动伺服电机的伺服驱动器，以及通过电缆与所述伺服驱动器相连的运动控制器，所述运动控制器通过串行口RS232与所述计算机连接。
在本实用新型中，所述一维运动机构包括伺服电机、丝杠、直线导轨、滑块和运动平台，所述伺服电机与所述丝杠通过连轴器连接，与丝杠相连接的传动螺母固定在所述运动平台下方的中央位置，所述运动平台下方两端各固定两个滑块，所述滑块均支撑在所述直线导轨上。
在本实用新型中，所述测量足支撑及压力传感器单元包括用于支撑测量足的玻璃平板，以及位于所述玻璃平板下面两端的用于测量足部负荷的压力传感器。
在本实用新型中，所述左足支撑及压力传感器单元包括左足支架，以及位于所述左足支架下的用于测量足部负荷的压力传感器。
在本实用新型中，所述右足支撑及压力传感器单元包括右足支架，以及位于所述右足支架下的用于测量足部负荷的压力传感器。
本实用新型提供了一种适合于测量足部在无负荷、半负荷、全负荷以及几倍体重负荷下三维形貌的装置，而且实现了足底、足面360度无盲区测量，为制鞋业和足形畸形的发现及矫正提供可靠数据。
附图说明
图1是本实用新型的一个实施例的示意图。
其中，1为测量主单元，2为左足支撑及压力传感器单元，3为右足支撑及压力传感器单元，4为电器电路单元，5为足负荷显示单元，6为计算机。
图2是所述测量主单元的A向视图；
其中，7.测量主单元基座，8.伺服电机，9.电机支座，10.丝杠支座，11.左直线导轨，12.右直线导轨，13.丝杠，14.足前部支架，15.足后部支架，16.第一压力传感器，17.第二压力传感器，18.第三压力传感器，19.运动平台，20.左视觉传感器支架，21.右视觉传感器支架，22.第一线激光器，23.第二线激光器，26.第一CCD摄像机，27.第二CCD摄像机，28.第三CCD摄像机，29.第四CCD摄像机，34.足支撑玻璃平板。
图3是所述测量主单元的B向视图；
其中，7.测量主单元基座，8.伺服电机，9.电机支座，10.丝杠支座，11.左直线导轨，14.足前部支架，15.足后部支架，17.第二压力传感器，18.第三压力传感器，19.运动平台，21.右视觉传感器支架，22.第一线激光器，23.第二线激光器，25.第四线激光器，28.第三CCD摄像机，29.第四CCD摄像机，32.第七CCD摄像机，33.第八CCD摄像机，34.足支撑玻璃平板，35.第三直线导轨滑块，36.第四直线导轨滑块。
图4是本实用新型的实施例的电路连接原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本实用新型做进一步说明。
本实用新型所述的人体不同负荷下足部三维形貌测量装置的一个典型实施例包括：足部支撑及负荷测量单元、视觉传感器单元、一维运动机构、电机控制单元、用于采集图像信号的CCD图像同步采集单元，以及利用软件程序处理获取的图像信号，从而提取特征参数、建立足部三维模型的计算机。
足部支撑及负荷测量单元包括测量足支撑及压力传感器单元、左足支撑及压力传感器单元、右足支撑及压力传感器单元。测量足支撑及压力传感器单元包括用于支撑测量足的玻璃平板，以及位于所述玻璃平板下面两端的用于测量足部负荷的压力传感器。左足支撑及压力传感器单元包括左足支架，以及位于所述左足支架下的用于测量足部负荷的左足压力传感器。右足支撑及压力传感器单元包括右足支架，以及位于所述右足支架下的用于测量足部负荷的右足压力传感器。
视觉传感器单元包括四个线激光器和八个CCD摄像机，其中，所述四个线激光器光平面在同一平面，在所述线激光器形成的光平面两侧，用两个与光平面成预定角度的CCD摄像机组成一组测量单元，在足部周围共设有四组测量单元。
在图1中，测量主单元1主要包括视觉传感器单元、一维运动机构和测量足支撑及压力传感器单元。一维运动机构带动视觉传感器单元做一维扫描运动，利用电器电路单元4内的CCD图像同步采集单元同步采集8个CCD摄像机在足部同一切面位置的图像数据。通过计算机6中存储的软件提取8个CCD摄像机扫描线，并将8个CCD摄像机的数据融合在一个坐标下，产生各个切面由点云数据组成的闭合线，提取足部特征参数并建立足部三维模型。测量足支撑及压力传感器单元、左足支撑及压力传感器单元2、右足支撑及压力传感器单元3和足负荷显示单元5完成测量足和非测量足的负荷测量与显示。
一维运动机构包括伺服电机8、丝杠13、直线导轨、滑块和运动平台19。伺服电机8与丝杠13通过连轴器连接，与丝杠13相连接的传动螺母固定在运动平台19下方的中央位置，运动平台19下方两端各固定两个滑块，滑块均支撑在直线导轨上，如图2和图3所示。
在图2和图3中，第一线激光器22、第二线激光器23、第三线激光器24(未画出)和第四线激光器25的光束在足表面形成一个闭合环线。第一CCD摄像机26、第二CCD摄像机27获取足部左上侧包含激光器条纹的图像，第三CCD摄像机28、第四CCD摄像机29获取足部右上侧包含激光器条纹的图像，第五CCD摄像机30(未画出)、第六CCD摄像机31(未画出)获取足部左下侧包含激光器条纹的图像，第七CCD摄像机32、第八CCD摄像机33获取足部右下侧包含激光器条纹的图像，通过4组CCD摄像机，可以采集包含足底和足面360度的闭合环线。采用计算机64位总线图像采集卡同步采集8个CCD摄像机在足部同一切面的图像。第一线激光器22、第三线激光器24、第一CCD摄像机26、第二CCD摄像机27、第五CCD摄像机30(未画出)和第六CCD摄像机31(未画出)通过左视觉传感器支架20固定在运动平台19上，第二线激光器23、第四线激光器25、第三CCD摄像机28、第四CCD摄像机29、第七CCD摄像机32和第八CCD摄像机33通过右视觉传感器支架21固定在运动平台19上。运动平台19通过伺服电机8、丝杠13、左直线导轨11、右直线导轨12、第三直线导轨滑块35、第四直线导轨滑块36、第一直线导轨滑块37(未画出)、第二直线导轨滑块38(未画出)组成的运动机构做平移运动，从而获得足部从脚趾到脚跟的各个切面的扫描图像。
CCD图像同步采集单元包括同步信号发生器和采用64位总线的多路图像采集卡，如图4所示。在图4中，CCD电源与8个CCD摄像机的直流电源输入端相连，同步信号发生器与8个CCD摄像机的同步信号输入端相连；激光器电源与4个线激光器的直流电源输入端相连。电机控制单元包括用于驱动伺服电机的伺服驱动器和运动控制器。计算机通过串行口RS232与运动控制器相连，伺服驱动器分别与运动控制器和伺服电机相连。左足压力传感器、测量足压力传感器、右足压力传感器的输出端分别与负荷测量显示电路相连。负荷测量显示电路通过计算机的USB接口和计算机连接。计算机通过串行口RS232发送指令到运动控制器，通过运动控制器控制伺服驱动器，使伺服电机做匀速旋转，并带动运动平台做匀速直线运动；4个线激光器在激光器电源作用下，发出波长为635nm的红光，形成光扫描平面；8个CCD摄像机在同步信号发生器的作用下，产生同步的视频图像，并通过采用64位总线的8路图像采集卡将8个CCD摄像机的图像采集并存储到计算机；负荷测量显示电路完成测量足和非测量足的负荷测量与显示，并将测量结果通过USB接口输入到计算机。
Claims (7)
1.人体不同负荷下足部三维形貌测量装置，通过激光线扫描方式获取足部三维形貌，其特征在于，所述测量装置包括：
足部支撑及负荷测量单元、所述足部支撑及负荷测量单元包括测量足支撑及压力传感器单元、左足支撑及压力传感器单元、右足支撑及压力传感器单元；
视觉传感器单元，所述视觉传感器单元包括多个线激光器和CCD摄像机，其中，所述的多个线激光器光平面在同一平面，在所述线激光器形成的光平面两侧，用两个与光平面成预定角度的CCD摄像机组成一组测量单元，在足部周围共设有多组测量单元；
一维运动机构，所述视觉传感器单元固定在所述一维运动机构上；
电机控制单元，用于控制所述一维运动机构中的电机；
用于采集图像信号的CCD图像同步采集单元，以及
利用软件程序处理获取的图像信号，从而提取特征参数、建立足部三维模型的计算机。
2.根据权利要求1所述的人体不同负荷下足部三维形貌测量装置，其特征是：所述CCD图像同步采集单元包括同步信号发生器和采用64位总线的多路图像采集卡，所述同步信号发生器的输出端与所述CCD摄像机的同步输入信号连接，所述CCD摄像机的视频输出端与所述的多路图像采集卡的视频输入端相连接。
3.根据权利要求1所述的人体不同负荷下足部三维形貌测量装置，其特征是：所述电机控制单元包括用于驱动伺服电机的伺服驱动器，以及通过电缆与所述伺服驱动器相连的运动控制器，所述运动控制器通过串行口RS232与所述计算机连接。
4.根据权利要求1所述的人体不同负荷下足部三维形貌测量装置，其特征是：所述一维运动机构包括伺服电机、丝杠、直线导轨、滑块和运动平台，所述伺服电机与所述丝杠通过连轴器连接，与丝杠相连接的传动螺母固定在所述运动平台下方的中央位置，所述运动平台下方两端各固定两个滑块，所述滑块均支撑在所述直线导轨上。
5.根据权利要求1所述的人体不同负荷下足部三维形貌测量装置，其特征是：所述测量足支撑及压力传感器单元包括用于支撑测量足的玻璃平板，以及位于所述玻璃平板下面两端的用于测量足部负荷的压力传感器。
6.根据权利要求1所述的人体不同负荷下足部三维形貌测量装置，其特征是：所述左足支撑及压力传感器单元包括左足支架，以及位于所述左足支架下的用于测量足部负荷的压力传感器。
7.根据权利要求1所述的人体不同负荷下足部三维形貌测量装置，其特征是：所述右足支撑及压力传感器单元包括右足支架，以及位于所述右足支架下的用于测量足部负荷的压力传感器。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20070207 Termination date: 20131231 |