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定制手套设计用人体手部仿生结构

项目分类:通用机械零部件 发布时间:2022-01-21 ID:514744
  • 定制手套设计用人体手部仿生结构
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  在劳保防护、运动装备、特种穿戴类产品的开发流程中,精准的人体手部仿生基准结构是所有设计落地的核心前提,这套手部结构完全参照成年男性手部的真实生理比例构建,覆盖从腕部截断端到五根手指指尖的全部外轮廓曲面,每一处指节的凸起弧度、指腹的饱满度、虎口的开合角度、手掌掌心的自然凹陷弧度都做了写实还原,没有做艺术化夸张处理,完全匹配真实人体手部的体表特征。

  从实际应用场景来看,该结构可直接作为各类手套产品开发的公模基准,不管是日常劳作的棉纱劳保手套、防滑耐磨的丁腈浸胶手套,还是冬季保暖的加绒手套、户外运动的骑行防滑手套、触屏操作的导电手套,甚至是医疗康复用的固定护具、工业操作的防切割防护手套,都可以依托这个手部基准结构做曲面偏移、厚度预留、功能分区设计。以往很多手套设计在打样阶段频繁出现指位偏移、掌围过紧、虎口活动受限、腕部收口卡压等问题,本质上是前期参考的手部基准结构比例失真,没有还原真实手部在自然放松状态下的曲面特征,这套结构完全规避了这类问题,指节处的自然粗细过渡、指甲部位的微凸轮廓都做了精准还原,设计师在做手套版型设计时,可以直接在该结构表面做曲面包覆,预留不同面料对应的厚度余量,比如针织面料预留1-2mm的弹性余量,皮革面料预留2-3mm的装配余量,橡胶防护类面料预留3-4mm的形变余量,大幅减少打样阶段的反复修模次数。

  从设计思路上看,该结构采用整体一体化曲面构建,没有拆分零散的零件特征,完全聚焦于手部外轮廓的形面精度,腕部的截断位置设置在腕横纹上方20mm处,这个截断位置刚好匹配绝大多数手套的腕部收口边界,不会因为截断位置过高或过低影响手套腕部结构的设计参考。五根手指的比例严格遵循真实人体手部的尺寸关系,中指为手部最长手指,长度约为掌长的五分之四,食指与无名指长度基本持平,小指长度略短于无名指,拇指自然外展角度设置为35度,完全匹配手部自然放松状态下的姿态,没有做伸直或握拳的极端姿态,这种自然姿态下的结构最适合作为手套设计的通用基准,不管是做全指手套还是半指手套,都可以直接在对应指节位置做截断处理,不需要额外调整手指姿态。

  在安装边界与尺寸适配层面,该结构的整体掌宽设置为90mm,对应成年男性M码手部的通用尺寸,掌长从腕部截断端到中指指尖为190mm,拇指长度为65mm,食指长度为78mm,无名指长度为76mm,小指长度为60mm,所有尺寸均参照国标成年人手部号型标准设置,设计师可以根据具体的产品定位,对整体结构做等比例缩放,适配女性尺码、青少年尺码甚至儿童尺码的手套设计需求。结构表面没有添加多余的纹理或特征,保持光滑连续的曲面状态,方便设计师根据不同的产品需求添加对应的防滑纹理、透气孔位、加固贴片等结构,比如在掌心易磨损区域做加厚结构参考,在指关节位置做褶皱余量设计,在指尖位置做触屏功能区的结构预留。

  在实际的结构验证环节,依托该手部模型可以直接做手套的穿戴干涉模拟,检测手套在手指弯曲、握拳、捏取等不同动作姿态下的贴合度,提前发现面料牵拉过紧、活动余量不足的问题,相比传统的平面打版方式,依托三维仿生手部结构做设计,能将手套的版型适配精度提升40%以上,减少打样过程中的面料浪费与周期损耗。对于做特种手套开发的场景,比如耐高温手套、防刺穿手套、绝缘手套这类有特殊厚度要求的产品,还可以在该结构基础上叠加不同功能层的结构参考,从内层面料接触层到中间防护层再到外层面料层,逐层做厚度偏移验证,确保多层结构叠加之后,手指依然保有足够的活动空间,不会因为层厚过大导致手指无法正常弯曲握持。

  另外,该结构的形面连续性达到G2级别,没有尖锐的棱角或曲面断层,不管是做后续的3D打印手板验证,还是做注塑模具的型腔加工,都可以直接提取外表面作为模具型腔的基准面,不需要额外做曲面修复处理,大幅缩短后续的工装开发周期。很多设计人员在做手部相关穿戴产品开发时,往往会忽略腕部的截面形状,该结构的腕部截断截面为适配腕部骨骼的椭圆形,长轴为70mm,短轴为50mm,刚好匹配腕部的自然围度,方便设计师做腕部收口的松紧带、魔术贴等固定结构的尺寸设计,避免出现腕部收口过松滑落、过紧卡压影响血液循环的问题。

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