ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДІВ МАТЕМАТИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ДЛЯ ПІДВИЩЕННЯ ТОЧНОСТІ ТРИВИМІРНОГО ПРОЄКТУВАННЯ РУКАВИЧОК
DOI:
https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2025.4.2.5Ключові слова:
біомеханічне моделювання, кінематика кисті, скінченно-елементний аналіз, параметрична реконструкція, антропометричні дані, цифровий двійник, адаптивна геометрія, локальні деформації.Анотація
Актуальність дослідження зумовлено зростанням вимог до високоточного тривимірного проєктування рукавичок, необхідністю адекватного відтворення складної морфології кисті та її біомеханічної поведінки під час руху, що потребує впровадження новітніх математичних і числових методів моделювання, які здатні забезпечити адаптивність і прогнозованість цифрових прототипів. Метою статті є наукове обґрунтування використання математичних методів моделювання для підвищення точності 3D-проєктування рукавичок шляхом узгодженого врахування анатомічних параметрів кисті, властивостей матеріалів та особливостей рухів пальців. У роботі застосовано методи числового прогнозування локальних деформацій, аналізу механічних властивостей еластомерів та побудови цифрових біомеханічних моделей системи «кисть–рукавичка». Використано прийоми порівняльного аналізу, цифрової реконструкції та концепцію інтегрованого параметричного проєктування. Встановлено, що точність цифрових моделей значною мірою залежить від якості синхронізації геометричних, матеріальних та кінематичних параметрів. Доведено ефективність поєднання статичної та динамічної антропометрії для формування адаптивної геометрії рукавичок. Виявлено головні проблеми реконструкції мікрогеометрії міжфалангових зон, моделювання комбінованих деформацій та узгодження нелінійних властивостей матеріалів із цифровою формою. Узагальнено, що застосування комплексних математичних методів дозволяє зменшити похибки в моделюванні, оптимізувати товщину та жорсткість матеріалу, забезпечити стабільну посадку виробу та підвищити його функціональну надійність у різних сферах застосування. Перспективи подальших досліджень вбачаються у вдосконаленні моделей поведінки м’яких тканин у динаміці, розширенні бази антропометричних даних, розробленні мультифізичних симуляцій для моделювання теплових і контактних ефектів, а також у створенні стандартизованих цифрових протоколів віртуального випробування рукавичок наступного покоління.
Посилання
Joshi A., Li R., Wu Y., Zhang M., Song G. Analysis of glove local microclimate properties for various glove types and fits using 3D scanning method. Heliyon. 2024. Vol. 10, № 1. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e23596
Zhang Y., Xie H., Newton M. A. A. Enhancing assistive technology design: Biomechanical finite element modeling for grasping strategy optimization in exoskeleton data gloves. Medical Engineering & Physics. 2025. Vol. 137. Article 104308. DOI: https://doi.org/10.1016/j.medengphy.2025.104308
Szkudlarek J., Zagrodny B., Zarychta S., Zhao X. 3D hand scanning methodology for determining protective glove dimensional allowances. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2023. Vol. 20, № 3. Article 2645. DOI: https://doi.org/10.3390/ijerph20032645
Lee S. M., Park J. Ergonomic glove pattern drafting method for hand assistive devices: considering 3D hand dimensions and finger mobility. Fashion and Textiles. 2024. Vol. 11, № 31. DOI: https://doi.org/10.1186/s40691-024-00397-5
Ishak M. I., Sikam M. D. J., Wan Draman W. N. A. Mechanical Design and Analysis of Medical Gloves Remover. Malaysian Journal of Ergonomics (MJEr). 2023. Vol. 5. P. 47–55. DOI: https://doi.org/10.58915/mjer.v5i1.362
Wang X., Cheng Y., Zheng H., Li Y., Wang C. Design and optimization of actuator for multi-joint soft rehabilitation glove. Industrial Robot: The International Journal of Robotics Research and Application. 2021. Vol. 48, № 6. P. 877–890. DOI: https://doi.org/10.1108/IR-02-2021-0036
Leite C., Byvshev P., Mauranen H., Xiao Y. Simulation-driven design of smart gloves for gesture recognition. Scientific Reports. 2024. Vol. 14, № 1. Article 14873. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-65069-2
Seo S. W., Jung W. S., Kim Y. 3D hand motion generation for VR interactions using a haptic data glove. Multimodal Technologies and Interaction. 2024. Vol. 8, № 7. Article 62. DOI: https://doi.org/10.3390/mti8070062
Rincón-Becerra O., García-Acosta G. Estimation of anthropometric hand measurements using the ratio scaling method for the design of sewn gloves. Dyna. 2020. Vol. 87, № 215. P. 146–155. DOI: https://doi.org/10.15446/dyna.v87n215.87984
Yu J., Luo L., Zhu W., Li Y., Xie P., Zhang L. A Novel Low-Pressure Robotic Glove Based on CT-Optimized Finger Joint Kinematic Model for Long-Term Rehabilitation of Stroke Patients. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 2024. Vol. 32. P. 53–62. DOI: https://doi.org/10.1109/TNSRE.2023.3337827
Gong T., Ma K., Liu Z., Yang T., Xu Q., Li L. A Hand Rehabilitation Device Based on Magnetorheological Three-Dimensional Soft Actuators TPU Exoskeleton. In: Proceedings of the 2024 China Automation Congress (CAC). Qingdao, China, 2024. P. 4218–4223. DOI: https://doi.org/10.1109/CAC63892.2024.10865009
He X., Shi X. L., Wu X., Li C., Liu W. D., Zhang H., Chen Z. G. Three-dimensional flexible thermoelectric fabrics for smart wearables. Nature Communications. 2025. Vol. 16, № 1. Article 2523. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-57889-1
Thomas P. M. Three-dimensional soft tissue simulation in orthognathic surgery. Atlas of the Oral and Maxillofacial Surgery Clinics of North America. 2020. Vol. 28, № 2. P. 73–82. URL: https://www.oralmaxsurgeryatlas.theclinics.com/article/S1061-3315(20)30005-6/abstract (дата звернення: 13.11.2025)
Sun X., Liu X., Yang X., Song B. Computer-aided three-dimensional ceramic product design. Computer-Aided Design and Applications. 2021. Vol. 19, № S3. P. 97–107. DOI: https://doi.org/10.14733/cadaps.2022.S3.97-107
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.






