一种基于仿生超材料和数据驱动的定制化鞋底设计方法技术

本发明专利技术提供了一种基于仿生超材料和数据驱动的定制化鞋底设计方法，包括：对定制对象的足部进行建模，得到足部模型，足部模型中至少包括足部各个点位的压力参数；对足底进行区域划分，得到多个足底区域，并基于足部各个点位的压力参数确定每个足底区域的目标弹性张量；基于每个足底区域的目标弹性张量，设计每个足底区域对应的仿生超材料元胞；其中，仿生超材料元胞用于指示制作鞋底的仿生超材料的结构参数；基于多个足底区域对应的仿生超材料元胞，制作得到定制化鞋底；本发明专利技术将足底划分为多个区域，并通过每个足底区域的足底压力确定每个足底区域的鞋底材料的目标弹性张量设计得到定制化鞋底，使得定制对象足部受力均匀化，提升了鞋底舒适性。提升了鞋底舒适性。提升了鞋底舒适性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于仿生超材料和数据驱动的定制化鞋底设计方法


[0001]本专利技术涉及鞋底设计领域，特别是涉及一种基于仿生超材料和数据驱动的定制化鞋底设计方法。

技术介绍

[0002]人的足部主要由踝关节，脚跟，足弓，脚趾等组成。足部兼顾人体的负重和运动功能。研究发现，不合脚的鞋子会增加足部的压力，从而引发不适感甚至足部疾病。此外，足底连结着人体的12条经络中，最为重要的其中6条：即脾经、胃经、膀胱经、肾经、肝经及胆经。故有：“足底是反映全身的镜子”之说。足底处在人体末端，因远离心脏而供血不足，故反复刺激按摩足底则可促进血液流畅，加强人体心脏泵的作用。同时，年龄增长、糖尿病以及高弓足等足部畸形会引起足底压力异常相关的足跟痛、跖痛症、足底溃疡等一系列足部疾病。
[0003]相关技术中，已经实现了通过具有负泊松比的力学超材料制作定制化鞋底，利用负泊松比材料在单轴压力(拉力)作用下发生横向收缩(膨胀)的特殊力学性质，实现鞋底局部变形与脚掌几何形貌进行匹配，为穿戴者提供良好的舒适性。然而，目前基于力学超材料的鞋底设计使用的是类似绗架的拓扑结构，一般通过几种超材料元胞的组合实现鞋底设计，无法与定制对象的脚型进行精准匹配且实现受力均匀化。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种基于仿生超材料和数据驱动的定制化鞋底设计方法，以解决相关技术中鞋底设计无法与定制对象的脚型精准匹配且实现受力均匀化的问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0006]一种基于仿生超材料和数据驱动的定制化鞋底设计方法，包括：
[0007]对定制对象的足部进行建模，得到足部模型，所述足部模型中至少包括足部各个点位的压力参数；
[0008]对足底进行区域划分，得到多个足底区域，并基于所述足部各个点位的压力参数，确定每个所述足底区域的目标弹性张量；
[0009]基于所述每个足底区域的所述目标弹性张量，设计每个所述足底区域对应的仿生超材料元胞；其中，所述仿生超材料元胞用于指示制作鞋底的仿生超材料的结构参数；
[0010]基于多个所述足底区域对应的仿生超材料元胞，制作得到所述定制化鞋底。
[0011]进一步地，所述基于所述每个足底区域的目标弹性张量，设计每个所述足底区域对应的仿生超材料元胞，包括：
[0012]根据元胞数据库以及所述元胞数据库中仿生超材料元胞对应的弹性张量，构建数据驱动模型；其中，所述元胞数据库包括多个所述仿生超材料元胞的结构数据；
[0013]基于所述数据驱动模型和所述每个足底区域的目标弹性张量，设计每个所述足底区域对应的仿生超材料元胞。
[0014]进一步地，所述基于多个所述足底区域对应的仿生超材料元胞，制作得到所述定制化鞋底，包括：
[0015]采用径向分布函数连接多个所述仿生超材料元胞，得到定制化鞋底模型；
[0016]根据所述定制化鞋底模型进行3D打印，得到所述定制化鞋底。
[0017]进一步地，在所述采用径向分布函数连接多个所述仿生超材料元胞，得到定制化鞋底模型之后，所述方法还包括：
[0018]步骤1，对所述定制对象的足部以及所述定制化鞋底进行有限元分析，以获取所述定制化鞋底的平均接触应力以及每个所述足底区域的接触应力；
[0019]步骤2，将所述鞋底每个所述足底区域的接触应力与所述平均接触应力相比较，以对与所述平均接触应力差值大于应力阈值的所述足底区域对应的仿生超材料元胞进行更新；
[0020]步骤3，采用更新后的所述仿生超材料元胞重新得到所述定制化鞋底；
[0021]步骤4，重复上述步骤1
‑
3，直至所述定制化鞋底的每个足底区域的接触应力与平均接触应力的差值小于等于所述应力阈值。
[0022]进一步地，所述对足底进行区域划分，得到多个足底区域，并基于所述足部各个点位的压力参数确定每个所述足底区域的目标弹性张量，包括：
[0023]根据足底轮廓，采用网格对所述足底轮廓进行区域划分，以得到多个所述足底区域；
[0024]基于每个所述足底区域中所包括的点位的所述压力参数，确定每个所述足底区域的平均压力值；
[0025]基于每个所述足底区域的所述平均压力值，确定每个所述足底区域对应的所述目标弹性张量。
[0026]进一步地，所述根据元胞数据库以及所述元胞数据库中仿生超材料元胞对应的弹性张量，构建数据驱动模型，包括：
[0027]将所述仿生超材料元胞作为训练样本训练第一预设模型，得到生成模型；
[0028]并基于所述仿生超材料元胞以及对应的所述弹性张量训练第二预设模型，得到预测模型；
[0029]将所述生成模型和所述预测模型耦合，得到所述数据驱动模型。
[0030]进一步地，所述基于所述数据驱动模型和所述每个足底区域的目标弹性张量，设计每个所述足底区域对应的仿生超材料元胞，包括：
[0031]采用随机向量输入所述数据驱动模型，以得到仿生超材料元胞以及所述仿生超材料元胞的弹性张量；
[0032]基于所述目标弹性张量与所述仿生超材料元胞的弹性张量的差值，对所述随机向量进行更新，以得到所述目标弹性张量对应的仿生超材料元胞。
[0033]进一步地，所述元胞数据库建立步骤包括：
[0034]采用CT扫描获取目标对象的松质骨结构数据；
[0035]将所述松质骨结构数据转换为三维矩阵；
[0036]将所述三维矩阵作为所述仿生超材料元胞的结构数据存储，以建立所述元胞数据库。
[0037]进一步地，所述对定制对象的足部进行建模，得到足部模型，所述足部模型中至少包括足部各个点位的压力参数，包括：
[0038]通过3D扫描仪获取所述定制对象的足部点云数据；
[0039]基于所述足部点云数据，对所述定制对象进行足部建模得到所述定制对象的足部几何模型，并将所述定制对象足部与鞋底建模得到有限元模型；
[0040]基于所述几何模型和所述有限元模型，获取所述足部各个点位的压力参数。
[0041]本专利技术的另一目的在于提出一种基于仿生超材料和数据驱动的定制化鞋底设计装置，以解决相关技术中鞋底设计无法与定制对象的脚型精准匹配且实现受力均匀化的问题。
[0042]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0043]一种基于仿生超材料和数据驱动的定制化鞋底设计装置，包括：
[0044]建模模块，用于对定制对象的足部进行建模，得到足部模型，所述足部模型中至少包括足部各个点位的压力参数；
[0045]确定模块，用于对足底进行区域划分，得到多个足底区域，并基于所述足部各个点位的压力参数确定每个所述足底区域的目标弹性张量；
[0046]设计模块，用于基于所述每个足底区域的所述目标弹性张量，设计每个所述足底区域对应的仿生超材料元胞；其中，所述仿生超材料元胞用于指示制作鞋底的仿生超材料的结构参数；
[0047]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于仿生超材料和数据驱动的定制化鞋底设计方法，其特征在于，所述方法包括：对定制对象的足部进行建模，得到足部模型，所述足部模型中至少包括足部各个点位的压力参数；对足底进行区域划分，得到多个足底区域，并基于所述足部各个点位的压力参数，确定每个所述足底区域的目标弹性张量；基于所述每个足底区域的所述目标弹性张量，设计每个所述足底区域对应的仿生超材料元胞；其中，所述仿生超材料元胞用于指示制作鞋底的仿生超材料的结构参数；基于多个所述足底区域对应的仿生超材料元胞，制作得到所述定制化鞋底。2.根据权利要求1所述的基于仿生超材料和数据驱动的定制化鞋底设计方法，其特征在于，所述基于所述每个足底区域的目标弹性张量，设计每个所述足底区域对应的仿生超材料元胞，包括：根据元胞数据库以及所述元胞数据库中仿生超材料元胞对应的弹性张量，构建数据驱动模型；其中，所述元胞数据库包括多个所述仿生超材料元胞的结构数据；基于所述数据驱动模型和所述每个足底区域的目标弹性张量，设计每个所述足底区域对应的仿生超材料元胞。3.根据权利要求1所述的基于仿生超材料和数据驱动的定制化鞋底设计方法，其特征在于，所述基于多个所述足底区域对应的仿生超材料元胞，制作得到所述定制化鞋底，包括：采用径向分布函数连接多个所述仿生超材料元胞，得到定制化鞋底模型；根据所述定制化鞋底模型进行3D打印，制作得到所述定制化鞋底。4.根据权利要求3所述的基于仿生超材料和数据驱动的定制化鞋底设计方法，其特征在于，在所述采用径向分布函数连接多个所述仿生超材料元胞，得到定制化鞋底模型之后，所述方法还包括：步骤1，对所述定制对象的足部以及所述定制化鞋底进行有限元分析，以获取所述定制化鞋底的平均接触应力以及每个所述足底区域的接触应力；步骤2，将所述鞋底每个所述足底区域的接触应力与所述平均接触应力相比较，以对与所述平均接触应力差值大于应力阈值的所述足底区域对应的仿生超材料元胞进行更新；步骤3，采用更新后的所述仿生超材料元胞重新得到所述定制化鞋底模型；步骤4，重复上述步骤1
‑
3，直至所述定制化鞋底的每个足底区域的接触应力与平均接触应力的差值小于等于所述应力阈值。5.根据权利要求1所述的基于仿生超材料和数...

【专利技术属性】
技术研发人员：李想，丁一，严子铭，洪杨，刘晓文，
申请(专利权)人：海南师范大学，
类型：发明
国别省市：