经胫骨假肢动态承窝设计与RPL物联网路由协议优化研究

### 经胫骨假肢动态承窝设计与RPL物联网路由协议优化研究 #### 经胫骨假肢动态承窝设计 1. **扫描阶段** - 使用MetraScan 3D进行3D扫描，其扫描速度为每秒180万个测量值，通过15条横向激光，体积精度在0.025毫米 - 0.064毫米之间。 - 该设备经过校准，符合ISO 17025的VDI/VDE 2634规定，调整后可接收残肢信号。 - 为完美获取图像，需涂抹白色粉末，并让残肢长时间保持静止。毛发去除可在建模过程中通过软件完成。 - 扫描得到*.IGS格式的数字文件，可直接用于承窝设计。 2. **建模阶段** - **图像转换**：使用Centro de Diseño y Metrología（设计与计量中心）授权的SolidWorks 2013版本，将扫描得到的“壳状”图像转换为实体。通过对另一侧腿部进行结构近似，可确定残肢和缺失肢体的总重量。 - **结构设计** - 承窝的结构设计包括一个硬铝底座，底座上有四个碳纤维支撑，这些支撑采用曲线有机设计，能完全适应患者另一侧腿部，保证整体的协调性。 - 硬铝底座配有一个金字塔形适配器系统，包含假肢的管道或框架。外部支撑有间距为5毫米的调节孔，可轻松适应残肢的物理结构。 - 承窝下部有一个专门设计的支撑，由柔性热塑性弹性体（TPE）组成，根据CAD模拟得到的重量和力值计算得出，用于吸收用户施加的冲击力和直接力。 - **耦合系统设计**：在设计支撑患者全部重量的刚性结构后，使用外部衬垫设计耦合系统，以平滑与残肢的接触。这些衬垫在上下部分和中间部分有5毫米的精确锁扣，可完全调整承窝。同时，根据力和材料抗性测试的分析结果，确定原型设计和资源的可行性。 3. **结果与讨论** - **生物力学要求**：适配残肢的承窝必须符合生物力学标准，通过控制残肢解剖区域的加载和卸载区域的力，调节支撑应与加载区域的尺寸相匹配，以完全控制作用在承窝上的旋转、牵引、弯曲和扭转力。 - **悬挂系统**：悬挂系统旨在将残肢固定在承窝内，可采用解剖学方式（通过骨骼结构固定）或被动真空方式（使用阀门）。无论哪种方式，都需考虑残肢与动态承窝之间的界面，以实现完全贴合。调节支撑应位于残肢后部、胫骨内侧、胫骨和腓骨之间的骨间区域以及腓骨下部，主要控制旋转运动。 - **模拟验证**：在设计和后续分析阶段，需对承窝在动态和静态阶段的机制进行验证，确保所有部件（内部和外部）都能正确配合，不产生重叠或结构缺失的冲突。模拟前需明确位移角度，以符合建议的背屈和跖屈要求。设定提交扭矩为980 N.m，每段490 N（约100 kg），正位移+15°，负位移 - 15°。 - **技术流程** - 验证限制条件。 - 验证影响模型的载荷和力的紧固和方向。 - 分析关节结果。 - 分析力的应用（已知和未知）。 - 分析输出组件的轨迹。 - 分析张力。 - 分析变形。 - 分析载荷传递。 - 分析结果将通过三个最相关的图像展示，实际研究结果显示，构建的承窝无干扰，符合设计参数，支撑衬垫因材料特性会发生变形。 下面是承窝设计流程的mermaid流程图： ```mermaid graph LR A[扫描阶段] --> B[建模阶段] B --> C[结果与讨论] A --> A1[涂抹白色粉末] A --> A2[保持残肢静止] A --> A3[扫描得到数字文件] B --> B1[图像转换] B --> B2[结构设计] B --> B3[耦合系统设计] C --> C1[生物力学要求] C --> C2[悬挂系统] C --> C3[模拟验证] C --> C4[技术流程] ```