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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電機，所述的步進電機通過聯(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重影響。為恢復無牙頜患者的頜面形態(tài)及生理功能，保護頜面組織和下頜關(guān)節(jié)的健康，需要及時地為患者進行全口義齒的修復。
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)學表達式準確的描述。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于快速培養(yǎng)和造就了一批****口腔修復醫(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，又能達到規(guī)范化、標準化、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電機，所述的步進電機通過聯(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、標準化和自動化，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電機4，所述的步進電機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行滑動，以適應不同人的牙弓長度。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)學模型目標函數(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、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)學模型為w(n，x，y)-min i∈[1，n] (2)系統(tǒng)還包括步進電機驅(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：
當步進電機轉(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；同理當步進電機轉(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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