足踝護具產品研究與設計

緒論 001

第1章 足踝運動損傷與護具設計相關技術 003
1.1 足踝運動與損傷 003
1.2 基於人體運動生物力學的產品設計 005
1.3 逆向工程和曲面造型 006
1.4 基於人體形態尺寸的可穿戴產品設計 008
1.5 服裝壓力 009
1.5.1 服裝壓力的影響 009
1.5.2 服裝壓力理論 010
1.5.3 服裝壓力測量 012
1.6 足踝護具類型及設計 018

第2章 足踝組織結構及模型重構分析 023
2.1 人體足踝解剖學結構 023
2.1.1 骨骼 023
2.1.2 韌帶 025
2.1.3 肌肉與肌腱 027
2.1.4 其他組織 029
2.2 足踝關節運動及生物力學 029
2.2.1 足踝主要關節 029
2.2.2 人體基準面及足踝關節運動 030
2.2.3 足踝生物力學 034
2.3 人體掃描與NURBS 曲面重構 035
2.3.1 人體掃描及應用研究 035
2.3.2 NURBS 曲面重構理論 037

第3章 足踝數位化模型構建 040
3.1 足踝外部形態尺寸與踝形態區域 040
3.1.1 樣本選擇與資料獲取 040
3.1.2 足踝特徵點及尺寸測量 041
3.1.3 踝形態區域 045
3.2 足踝模型曲面重構 047
3.2.1 局部均勻分佈的特徵截面線重構方法 048
3.2.2 踝形態區域曲面型值點提取 048
3.2.3 基於NURBS 插值的踝形態曲面重構 049
3.2.4 中、後足外部形態模型 052
3.3 足踝骨骼模型構建 052
3.3.1 樣本與設備 052
3.3.2 足踝骨骼模型構建 053
3.3.3 距骨形態特徵 055
3.4 足踝肌腱分佈尺寸測量及肌肉線模型 056
3.4.1 肌腱分佈 056
3.4.2 肌腱分佈尺寸測量 057
3.4.3 足踝外在肌肉線模型 057
3.5 足踝數位化模型 059

第4章 踝外部區域變化特徵與形態分類 061
4.1 踝外部區域動態尺寸分析及形態變化特徵 061
4.1.1 足踝動態尺寸 061
4.1.2 踝表面形態變化特徵 062
4.2 特徵點的統一化處理 065
4.3 基於特徵尺寸的踝外部區域形態分類 066
4.3.1 特徵尺寸相關性與類型劃分 067
4.3.2 內外踝突出點的位置及距離尺寸 070
4.3.3 踝形態最小臨近再聚類方法 071

第5章 足踝關節運動模擬與力學分析 074
5.1 距骨形態與足踝關節運動學理論分析 074
5.1.1 距骨形態與足踝關節運動 074
5.1.2 運動軌跡數學模型 075
5.2 足踝關節運動角度模擬與動捕測量 079
5.2.1 足踝關節運動模擬 079
5.2.2 關節角度的動捕測量 081
5.2.3 運動模擬與動作捕捉測量對比分析 083
5.3 足踝力學模型與分析 084
5.3.1 足底支撐結構 084
5.3.2 足踝關節支撐的臨界位置 085
5.3.3 肌力模型 086
5.3.4 足踝生物力學測量與分析 088

第6章 踝護具設計方法 092
6.1 考慮舒適性的彈性護踝設計方法 092
6.1.1 彈性護踝模型及型值點曲率 093
6.1.2 彈性護踝壓力與最大壓力位置 095
6.1.3 關鍵特徵曲線形態與壓力分析 096
6.1.4 考慮舒適性壓力的彈性護踝設計 100
6.2 基於足踝ROM 約束的半剛性護踝設計 104
6.2.1 運動類型與半剛性護踝設計方法 104
6.2.2 韌帶尺寸變化與ROM 約束 105
6.2.3 半剛性護踝設計 108

第7章 踝護具關鍵參數實驗測試與用戶體驗 111
7.1 彈性護踝壓力測試與分析 111
7.1.1 足踝圍線方向的切片模型 111
7.1.2 彈性織物壓力測試方法 112
7.1.3 測試資料與結果分析 113
7.1.4 彈性護踝的主觀評價 114
7.2 半剛性護踝設計分析與測試實驗 116
7.2.1 半剛性護踝有限元分析 116
7.2.2 半剛性護踝測試實驗 118
7.2.3 半剛性護踝的主觀評價 122
7.3 足踝護具的組合使用 123

附錄 足踝特徵點及樣本尺寸測量原始資料 124
參考文獻 156