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| 電機驅(qū)動的牙弓曲線發(fā)生器(wss1) |
| 2013年1月8日 |
電機驅(qū)動的牙弓曲線發(fā)生器，在自動排牙機內(nèi)，如果能夠事先構(gòu)造出牙弓曲線，或者牙弓曲線按比例擴展的平移曲線，將給自動排牙帶來極大的便利，因此，構(gòu)造能夠生成牙弓曲線的牙弓曲線發(fā)生器就顯得十分必要。 本發(fā)明組成包括：U形彈簧板(1)，所述的具有一組鉸接點(2)的U形彈簧板(1)與機架連接，所述的U形彈簧板通過鉸接點分別與一組二維運動平臺連接。 本實用新型應(yīng)用于牙齒矯形中牙弓曲線的生成和全口義齒排牙操作。 1．一種電機驅(qū)動的牙弓曲線發(fā)生器，其組成包括：U形彈簧板，其特征是：所述的具有一組鉸接點的U形彈簧板與機架連接，所述的U形彈簧板通過鉸接點分別與一組二維運動平臺連接。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機驅(qū)動的牙弓曲線發(fā)生器，其特征是：所述的二維平臺由兩個一維運動平臺組成，所述的兩個一維運動平臺垂直，所述的一維運動平臺具有步進(jìn)電機，所述的步進(jìn)電機通過聯(lián)軸器與螺旋桿連接，所述的螺旋桿與滑臺體I連接，所述的滑臺體I上固定連接鉸支體，帶動牙弓曲線發(fā)生器變形的圓柱銷就插在所述的鉸支體的銷孔內(nèi)，所述的滑臺體1分別與兩個光軸導(dǎo)軌連接，所述的滑臺體I安裝在底座體上，所述的底座體與另一個一維運動平臺的滑臺體II連接，所述的二維平臺安裝在底板上。 電機驅(qū)動的牙弓曲線發(fā)生器技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以實現(xiàn)自動化、機械化、計算機化的電機驅(qū)動的牙弓曲線發(fā)生器。
背景技術(shù)：
頜弓曲線或牙弓曲線人類口腔內(nèi)的天然牙列全部喪失后，就形成了無牙頜。當(dāng)牙列喪失后，患者的頜面形態(tài)發(fā)生了變化，發(fā)音和咀嚼功能也受到嚴(yán)重影響。為恢復(fù)無牙頜患者的頜面形態(tài)及生理功能，保護(hù)頜面組織和下頜關(guān)節(jié)的健康，需要及時地為患者進(jìn)行全口義齒的修復(fù)。
實際的頜弓、牙弓曲線的幾何形態(tài)很不規(guī)則，難以用數(shù)學(xué)表達(dá)式準(zhǔn)確的描述。為了簡化對頜弓、牙弓描述，同時考慮到牙弓和頜弓在垂直方向上的彎曲變化比較小，故可以用頜弓和牙弓在頜平面上的投影，即頜弓和牙弓在平面形態(tài)來近似地表示頜弓和牙弓。然后在排牙時對其在垂直方向的變化給予補償即可。平面形態(tài)的頜弓和牙弓稱為頜弓曲線或牙弓曲線。
自動排牙機自動排牙利用自動排牙機排牙相當(dāng)于快速培養(yǎng)和造就了一批****口腔修復(fù)醫(yī)療專家和技術(shù)員。自動排牙機不但比口腔醫(yī)療專家更精確地以數(shù)字的方式操作，同時還能避免專家因疲勞、情緒、疏忽等原因造成的失誤。這將使全口義齒的設(shè)計與制作進(jìn)入到既能滿足無牙頜患者的個體生理功能及美觀需求，又能達(dá)到規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、自動化、工業(yè)化的水平，從而大大提高其制作效率和質(zhì)量。
開發(fā)和研制準(zhǔn)確和高效全口義齒制作系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義和良好的應(yīng)用前景。自動排牙機實際上是一套計算機輔助設(shè)計、機器人輔助操作的全口義齒制作系統(tǒng)，從而替代經(jīng)驗豐富的牙科醫(yī)生和技師在全口義齒制作中的大部分工作，實現(xiàn)定量排牙，確保義齒質(zhì)量，提高工作效率，降低生產(chǎn)成本的目的。
在自動排牙機內(nèi)，如果能夠事先構(gòu)造出牙弓曲線，或者牙弓曲線按比例擴展的平移曲線，將給自動排牙帶來極大的便利，因此，構(gòu)造能夠生成牙弓曲線 的牙弓曲線發(fā)生器就顯得十分必要。
發(fā)明內(nèi)容：
本發(fā)明的目的是提供一種給方便自動排牙的的牙弓曲線發(fā)生器。
上述的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)：
電機驅(qū)動的牙弓曲線發(fā)生器，其組成包括：U形彈簧板，所述的具有一組鉸接點的U形彈簧板與機架連接，所述的U形彈簧板通過鉸接點分別與一組二維運動平臺連接。
所述的電機驅(qū)動的牙弓曲線發(fā)生器，所述的二維平臺由兩個一維運動平臺組成，所述的兩個一維運動平臺垂直，所述的一維運動平臺具有步進(jìn)電機，所述的步進(jìn)電機通過聯(lián)軸器與螺旋桿連接，所述的螺旋桿與滑臺體I連接，所述的滑臺體I上固定連接鉸支體，帶動牙弓曲線發(fā)生器變形的圓柱銷就插在所述的鉸支體的銷孔內(nèi)，所述的滑臺體1分別與兩個光軸導(dǎo)軌連接，所述的滑臺體I安裝在底座體上，所述的底座體與另一個一維運動平臺的滑臺體II連接，所述的二維平臺安裝在底板上。
本發(fā)明的有益效果：
1．本發(fā)明實現(xiàn)了自動化的全口義齒制作過程中的排牙操作，提高了排牙效率和質(zhì)量。電機驅(qū)動的牙弓曲線發(fā)生器是多操作機排牙機器人系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，牙弓曲線的獲得正是通過它的變形得到的。由彈性可變形材料來獲得牙列的牙弓曲線，極大的減少了獲取牙弓曲線所需要的自由度數(shù)目，也就提高了電機驅(qū)動的牙弓曲線發(fā)生器的便捷性，同時方便實現(xiàn)對其的控制。
2．本發(fā)明可以實現(xiàn)任意的曲線形狀，這樣也就可以應(yīng)用到牙齒的矯正以及全口義齒的制作等領(lǐng)域。
牙弓曲線是與牙列相切的一條理想曲線。牙弓曲線的擬合和生成在輔助矯正設(shè)計和模擬排牙試驗中有較重要的意義，因為患者的牙弓形態(tài)往往不正常，需要設(shè)計新的牙弓曲線，由于傳統(tǒng)的牙弓曲線獲得方法是由手工用一段有彈性的細(xì)鋼絲強迫通過各牙齒來獲得的，所以具有很大的隨機性，會帶來很多人為因素引起的誤差，通過電機驅(qū)動的牙弓曲線發(fā)生器實現(xiàn)牙弓曲線的獲得，實現(xiàn)了牙弓曲線獲得的定量化、標(biāo)準(zhǔn)化和自動化，提高了牙弓曲線獲得的效率和精 度。
附圖說明：
附圖1是本發(fā)明牙弓曲線發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡圖。
附圖2是二維平面移動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖3是附圖2的俯視圖。
附圖4是附圖2的側(cè)視圖。
附圖5是U形彈簧板曲線與牙弓曲線的關(guān)系。由附圖可以看出，牙弓曲線是U形彈簧板曲線向曲線內(nèi)側(cè)偏置一個固定距離而得到的。
附圖6是牙弓曲線合擬合曲線的比較圖，他們之間的差就是系統(tǒng)基本偏差。
具體實施方式：
實施例1：
電機驅(qū)動的牙弓曲線發(fā)生器，其組成包括：U形彈簧板l，所述的具有一組鉸接點的U形彈簧板1與機架連接，所述的U形彈簧板通過鉸接點分別與一組二維運動平臺2連接。
所述的電機驅(qū)動的牙弓曲線發(fā)生器，所述的二維平臺由兩個一維運動平臺組成，所述的兩個一維運動平臺垂直，所述的一維運動平臺具有步進(jìn)電機4，所述的步進(jìn)電機4通過聯(lián)軸器5與螺旋桿6連接，所述的螺旋桿6與滑臺體I 3連接，所述的滑臺體I上固定連接鉸支體7，帶動牙弓曲線發(fā)生器變形的圓柱銷就插在所述的鉸支體的銷孔10內(nèi)，所述的滑臺體I 3分別與兩個光軸導(dǎo)軌連接，所述的滑臺體I 3安裝在底座8上，所述的底座8與另一個一維運動平臺的滑臺體II連接。
實施例2：
1．機械結(jié)構(gòu)U形彈簧板上有5個控制點，中間點位置固定不動，其余4個點對稱布置在中間點的兩側(cè)，分別由4個二維運動平臺驅(qū)動，實現(xiàn)在水平面內(nèi)一定范圍的任意位置。通過合理控制和驅(qū)動U形彈簧板上的4個點，就可以獲得針對某一患者的全口義齒牙弓曲線。 ．14個手姿機構(gòu)按牙型號排列在U形彈簧板上，可以沿切向滑動，實現(xiàn)手姿 機構(gòu)沿切向的位置調(diào)整。將14個操作機分別安裝在彈性材料上，操作機可以在上面進(jìn)行滑動，以適應(yīng)不同人的牙弓長度。只需要改變彈性材料上的幾個點就可以改變曲線的形狀，使其逼近真正的牙弓曲線。系統(tǒng)還包括步進(jìn)電機驅(qū)動器、運動控制卡、關(guān)節(jié)極限位置檢測及反饋元件、計算機系統(tǒng)等。
2．彈簧板的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型目標(biāo)函數(shù)：優(yōu)化的目的是使彈簧板的變形后的曲線與牙弓曲線之間誤差值最小，即：w(X)-min (1)設(shè)計變量：一般來說，設(shè)計變量越少，優(yōu)化也就越簡單，所以設(shè)計變量必須慎重的選擇。這有兩種方法：其一是消去某些設(shè)計變量，首先要求最終要考慮的那些變量，經(jīng)過仔細(xì)選擇的這些變量，經(jīng)過自己選擇的這些變量可揭示出指導(dǎo)下一步設(shè)計的信息。其二是采用共同的設(shè)計變量，用不同的設(shè)計變量來定義每個單元往往是不必要或甚至不希望的。實際的約束可能要求一些單元具有一個或幾個共同的設(shè)計變量。
用彈簧板擬合牙弓曲線，定義彈簧板變形后形成的曲線與牙弓曲線之間的誤差作為計算誤差，有很多因素影響著這個誤差值的大小，比如，擬合點的個數(shù)和坐標(biāo)、彈簧板的材料、受力以及尺寸形狀等等。我們這里的計算考慮一些理想情況，彈簧板的各個部分的受力均勻，材料一定，再根據(jù)以上原則，選定擬合點的個數(shù)n、坐標(biāo)x1和y1(1≤i≤n)作為設(shè)計變量：
約束函數(shù)：性能約束也稱為功能約束，是根據(jù)設(shè)計對象應(yīng)滿足的功能要求而建立的約束條件。對于結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題，性能約束主要可考慮對結(jié)構(gòu)強度、剛度及振動模態(tài)應(yīng)滿足的要求。本問題中只計算形狀的問題，所以無需定義性能約束。
邊界約束：邊界約束約束又稱區(qū)間約束，它規(guī)定了設(shè)計變量的取值范圍。
本課題中，需要排14顆牙，再加上一個不動點原點外，共15個點，因此定義3≤n≤15；根據(jù)口腔醫(yī)師的統(tǒng)計，人類的牙弓寬度的****值是52mm所以確定橫坐標(biāo)的取值范圍是一26≤xi≤26(1≤i≤n)．
綜上所述，彈簧板擬合牙弓曲線優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型為w(n，x，y)-min i∈[1，n] (2)系統(tǒng)還包括步進(jìn)電機驅(qū)動器、運動控制卡、關(guān)節(jié)極限位置檢測及反饋元件、計算機系統(tǒng)等。
工作過程：
當(dāng)步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動時帶動與電機相連的螺栓桿轉(zhuǎn)動，通過螺紋副帶動其上的滑臺體沿Y方向移動，同時滑臺體帶動整個上層移動機構(gòu)沿Y方向移動，其上的鉸支體通過圓柱銷牽動牙弓曲線發(fā)生器沿Y方向變形；同理當(dāng)步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動時，牙弓曲線發(fā)生器沿X方向變形，這樣通過控制步進(jìn)電機就能使牙弓曲線發(fā)生器變形成需要的牙弓曲線。
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