基于逆向工程的人工膝关节建模设计

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1、第10卷第16期2010年6月科学技术与工程V01．10No．16June20101671—1815(2010)16—3883—04ScienceTechnologyandEngineering@2010Sci．Tech．Engng．基于逆向工程的人工膝关节建模设计吴迎春张国亮(成都航空职业技术学院，成都610021；四川大学制造科学与工程学院，成都610053)摘要为了较好地反映人体自身膝关节的生物形态，必须设计出符合国内病患者需求的临床人工膝关节，基于逆向工程技术对国外人工膝关节产品实施反求，提出快速去除噪音点的具体实现方法和原理，进而生成准确度和光顺度较好的人工

2、膝关节假体曲面，最后生成人工膝关节假体模型，为人工膝关节的国产化奠定了基础。关键词人工膝关节逆向工程噪音点中图法分类号Tit391．79；文献标志码A目前，随着科技的不断发展，对于重度膝关节提出改进设计方案，以便设计出符合国内病患者需炎而言，实施人工全膝关节置换术被认为是减轻病求的产品，并为人工膝关节的国产化提供一定的依痛，并最大限度恢复患者行动能力的最有效、最成据。逆向工程已经在生活的各个方面得到了广泛功的手术之一_lJ，但现在国内的人工膝关节假体研的应用，但在人工关节假体，尤其是人工膝关节假究和产品制造水平明显落后于国外同类产品。在体的反求研究方面，相关的研究工作

3、还处在初步阶实施人工膝关节置换术时，所用到的产品大多是从段，黄雪梅等以接触式方法测得的点数据为基国外进口的标准型号，不能满足国内病患者需求。础，对人工膝关节假体实施了反求，在其反求过程另外，由于人类膝关节的特殊结构(在冠状面上，股中，作者提出了调整三坐标测量仪的角度，从而在骨和胫骨以相同的半径匹配，而在矢状面上，为顺一次定位的基础上获得完整点数据的测量方法，这利地完成膝关节在屈曲时的“滚后”动作，股骨的股使得最后的建模过程变得比较简单，但作者并未说髁关节面弯曲半径前后不同)，以及人类膝关节在明人工膝关节定位和装夹的方法，另外，作者只是三维空间中同时具有6个自由度，因此

4、，设计出与人在文中提到可以用人机交互的方式去除点云数据体膝关节病变破坏前完全相同的替代膝关节几乎中的噪音点，但并未提出去除噪音点的具体实现方是不可能的。从而，只能根据对人体膝关节的正常法和原理。解剖和运动学机制的认识与研究，设计出尽量模拟人体膝关节的功能替代物l2J。这使得人工膝关节1逆向工程与人工膝关节测量技术的工作表面将不同于一般的产品，它的形状独特、曲面复杂，自行设计膝关节曲面必须经过多次的设逆向工程(ReverseEngineering，简称RE)通常又称反求工程，与传统意义上的单纯“仿制”不同，计和实验。为此，本文着重讨论如何采用逆向工程技术对现有的国外进口

5、人工膝关节假体进行反逆向工程技术综合应用计算机技术、工业设计技术、生产工程学以及材料工程学等相关专业知识进求，在下一步的研究工作中对人工膝关节配合曲面行系统地分析研究，进而在原有三维实体模型的基2010年3月l8日收到础上，快速研发和制造高技术水平的新产品。逆向第一作者简介：吴迎春(1972一)，女，工程师，硕士，成都航空职业工程技术分为模拟式逆向工程技术和数字化逆向技术学院教师，研究方向：CAD／CAE／CAM。E-mall：cd．wuych@ya-工程技术，利用模拟式逆向工程技术反求三维模型hoo．corn．cn。时，无法建立数字化的工件尺寸图档，也无法做任388

6、4科学技术与工程1O卷何的外形修改，而利用数字化逆向工程技术反求三方法通常有以下三种：维模型时，可以根据3D数字化仪器快速、准确地测1)先把点云数据拟合成曲线，再把曲线拟合成出实体曲面的外形轮廓点数据，然后使用逆向工程曲面。软件构建曲面，建立数字化的工件尺寸图档，从而2)直接把点云数据分块拟合成子曲面，再把子为下一步对人工膝关节配合曲面作出改进设计时曲面合并成一张曲面。提供依据J。因此，本文采用数字化逆向工程技术3)基于原形的几何特征和约束，建立约束数学对人工膝关节配合曲面实施反求。模型，然后根据点云数据拟合曲面。三维实体模型的逆向工程测量主要有接触式方法1)主要适用

7、于点云数据量不大(如三坐标和非接触式两大类。接触式测量具有较高的测量测量数据)，且点云数据呈有序排列的情况；方法2)精度，但测量速度较慢，非接触式测量具有很高的主要适用于点云数据量大(如激光测量数据)，且点测量速度，但测量精度较差．7_。目前常用的非接云数据呈有序排列或散乱排列的情况；方法3)主要触式测量方法是激光测量，其测量过程是利用光学适用于产品原形的几何形状较规则，并且产品原形方法进行的，但对表面反光或全黑的物体都不适合大多仅由单一曲面组成，而无复合曲面。由于本文用光学方法进行测量。此外为了获取较高的测量讨论的人工膝关节配合曲面在数据采集时，采