JPH05303327A - Medical cutting simulation device - Google Patents

Medical cutting simulation device

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Publication number
JPH05303327A
JPH05303327A JP4136094A JP13609492A JPH05303327A JP H05303327 A JPH05303327 A JP H05303327A JP 4136094 A JP4136094 A JP 4136094A JP 13609492 A JP13609492 A JP 13609492A JP H05303327 A JPH05303327 A JP H05303327A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
handpiece
orientation
simulation device
medical cutting
cutting simulation
Prior art date
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Pending
Application number
JP4136094A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sadami Tsutsumi
定美 堤
Toshiaki Ikeda
利昭 池田
Kazuo Nishikawa
和夫 西川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
J Morita Manufaturing Corp
Original Assignee
J Morita Manufaturing Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by J Morita Manufaturing Corp filed Critical J Morita Manufaturing Corp
Priority to JP4136094A priority Critical patent/JPH05303327A/en
Publication of JPH05303327A publication Critical patent/JPH05303327A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Dental Tools And Instruments Or Auxiliary Dental Instruments (AREA)
  • Instructional Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide the simulation device which is adapted to acquirement of the technique of a cutting medical treatment using a hand piece. CONSTITUTION:The relative position to an object B to be cut, the direction, etc., of a hand piece A are detected by a position detecting means C and are successively stored, and momentary values of the position and the direction and the locus of the hand piece A are displayed on a display means or the motion of the hand piece A is limited by a limiting means G or the hand piece A is driven by a driving means J to reproduce the motion preliminarily stored in a storage means D in accordance with stored data. Thus, various uses such as comparison and examination between the motion of the hand piece due to a trainer and that due to a trainee are possible, and a great effect is obtained in the training of cutting technique.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、歯科や耳鼻科等にお
ける切削治療を修得するための医療用切削シミュレーシ
ョン装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a medical cutting simulation device for acquiring cutting treatment in dentistry, otolaryngology and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】医療教育の目的は医学的知識と医療技術
の修得にあり、特に医療技術については、治療や手術手
技を説明した文章と図や写真などの平面画像によるテキ
ストを用いた講座、あるいは人体模型を用いた実習など
が教育カリキュラムに組み込まれている。しかし、臨床
熟練者の技術を文章で正確に表現することは無理である
し、図や写真などを併用しても技術を正確に伝承させる
ことは困難であり、受け取る側の理解度にも個人差があ
る。又、医療行為は非定形的で動的な技術であって、常
に患者からフィードバックされる種々の情報により変化
する性質を持つものとしてとらえるべきである。歯科や
耳鼻科等の治療における歯や骨の切削についても例外で
はなく、人体模型を用いた実習には限界があり、臨床熟
練者の技術を伝承する手段としては十分とは言えない。
2. Description of the Related Art The purpose of medical education is to acquire medical knowledge and medical technology. Especially for medical technology, a course using texts explaining treatments and surgical procedures and texts with planar images such as diagrams and photographs, Alternatively, training using a human body model is incorporated into the curriculum. However, it is impossible to accurately describe the skills of clinical experts in sentences, and it is difficult to pass on the skills accurately even when using diagrams and photographs together, and it is difficult for the recipient to understand individually. There is a difference. Also, medical treatment is an atypical and dynamic technique, and should always be regarded as having a property of changing according to various information fed back from the patient. The cutting of teeth and bones in dentistry and otolaryngology is not an exception, and there is a limit to practical training using a human body model, and it cannot be said to be sufficient as a means for transmitting the skills of clinical experts.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】この発明はこの点に着
目し、ハンドピースを用いて行う切削治療技術の修得に
適したシミュレーション装置を提供し、臨床熟練者の技
術を容易に伝承できるようにすることを課題としてなさ
れたものである。
In view of this point, the present invention provides a simulation device suitable for mastering the cutting treatment technique using a handpiece so that the technique of a clinical expert can be easily handed down. The task was to do.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
めに、この出願に係る医療用切削シミュレーション装置
の第1の発明においては、切削具を備えたハンドピース
と、このハンドピースの被切削物に対する相対的な位置
及び向きを検出する位置検出手段と、検出されたハンド
ピースの位置及び向きを逐次記憶する記憶手段と、記憶
手段に記憶されたハンドピースの位置及び向きの瞬時値
及び/又は軌跡を表示する表示手段、とを備えている。
又、上記の装置において、被切削物に対するハンドピー
スの相対的な位置及び向きの変化速度を逐次算出すると
共に、検出又は算出されつつある位置及び向き若しくは
変化速度をあらかじめ記憶手段に記憶させたハンドピー
スの位置及び向き若しくはその変化速度と比較し、両者
の差があらかじめ設定された限界値を超えた場合に報知
または表示する報知手段を設けている。
In order to achieve the above object, in a first invention of a medical cutting simulation device according to the present application, a handpiece including a cutting tool, and a cut piece of the handpiece. Position detection means for detecting the relative position and orientation of the object, storage means for sequentially storing the detected position and orientation of the handpiece, and instantaneous values of the position and orientation of the handpiece stored in the storage means and / or Or display means for displaying the trajectory.
Further, in the above-mentioned device, a hand that sequentially calculates the changing speed of the relative position and orientation of the handpiece with respect to the object to be cut and stores the detected position or orientation or the changing speed of the handpiece in advance in the storage means. There is provided a notifying means for comparing the position and direction of the piece or the changing speed thereof and notifying or displaying when the difference between the two exceeds a preset limit value.

【0005】又第2の発明においては、切削具を備えた
ハンドピースと、このハンドピースをその位置及び向き
を自由に変化できるように保持する多関節アームと、ハ
ンドピースの被切削物に対する相対的な位置及び向きを
検出する位置検出手段と、検出されたハンドピースの位
置及び向きを逐次記憶する記憶手段と、被切削物に対す
るハンドピースの相対的な位置及び向きの変化速度を逐
次算出すると共に、検出又は算出されつつあるハンドピ
ースの位置及び向き若しくはその変化速度とあらかじめ
記憶手段に記憶させたハンドピースの位置及び向き若し
くはその変化速度とを比較し、両者の差があらかじめ設
定された限界値を超えた場合に多関節アームの動きを拘
束してハンドピースの位置及び向きの変化を制限する拘
束手段、とを備えている。上記の拘束手段は、検出又は
算出されつつあるハンドピースの位置及び向き若しくは
その変化速度とあらかじめ記憶手段に記憶させたハンド
ピースの位置及び向き若しくはその変化速度とを比較
し、両者の差に応じて拘束力を変化させるように構成す
ることができる。
In the second invention, a handpiece provided with a cutting tool, an articulated arm for holding the handpiece so that its position and orientation can be freely changed, and a relative position of the handpiece with respect to the object to be cut. Position detecting means for detecting a specific position and orientation, a storage means for sequentially storing the detected position and orientation of the handpiece, and a change speed of the relative position and orientation of the handpiece with respect to the workpiece are sequentially calculated. At the same time, the position and orientation of the handpiece that is being detected or calculated, or the rate of change thereof, is compared with the position and orientation of the handpiece, which is stored in advance in the storage means, or the rate of change thereof, and the difference between the two is set to a preset limit. Restraint means for restraining the movement of the multi-joint arm to limit the change in the position and orientation of the handpiece when the value is exceeded, There. The restraint means compares the position and orientation of the handpiece, which is being detected or calculated, or the changing speed thereof with the position and orientation of the handpiece, which is stored in advance in the storage means, or the changing speed thereof, and determines the difference between the two. Can be configured to change the binding force.

【0006】又第3の発明においては、切削具を備えた
ハンドピースと、このハンドピースをその位置及び向き
を自由に変化できるように保持する多関節アームと、ハ
ンドピースの被切削物に対する相対的な位置及び向きを
検出する位置検出手段と、検出されたハンドピースの位
置及び向きを逐次記憶する記憶手段と、あらかじめ記憶
手段に記憶させたハンドピースの位置及び向き若しくは
その変化速度を再現するように上記多関節アームを駆動
する駆動手段、とを備えている。
According to the third aspect of the invention, a handpiece provided with a cutting tool, an articulated arm that holds the handpiece so that its position and orientation can be freely changed, and the handpiece relative to the object to be cut. Position detecting means for detecting a specific position and orientation, a storage means for sequentially storing the detected position and orientation of the handpiece, and a position and orientation of the handpiece stored in advance in the storing means or a changing speed thereof. Drive means for driving the multi-joint arm.

【0007】上記の各発明において、位置検出手段とし
ては、ハンドピースに取り付けられた磁気又は音波の発
生源と、この発生源の位置を測定する測定部とで構成さ
れた非接触位置検出装置が採用可能である。又、ハンド
ピースを多関節アームで保持する場合には、多関節アー
ムの各関節に設けられた回転角度センサとこれら回転角
度センサの出力値からハンドピースの位置及び向きを算
出する演算部とで位置検出装置を構成することができ
る。又、上記の多関節アームとしては、ハンドピースホ
ルダーをその位置及び向きを自由に変化できるように多
関節アームの先端に設け、このハンドピースホルダーで
ハンドピースを保持すると共に、ハンドピースホルダー
までの重量を実質的に打ち消すためのバランス手段を備
えたものが採用可能である。
In each of the above inventions, the position detecting means is a non-contact position detecting device which is composed of a magnetic or acoustic wave source attached to the handpiece and a measuring section for measuring the position of the source. Can be adopted. When the handpiece is held by the multi-joint arm, a rotation angle sensor provided at each joint of the multi-joint arm and a calculation unit that calculates the position and orientation of the handpiece from the output values of these rotation angle sensors. A position detecting device can be configured. Further, as the above-mentioned articulated arm, a handpiece holder is provided at the tip of the articulated arm so that the position and direction of the handpiece holder can be freely changed, and the handpiece holder holds the handpiece. It is possible to employ a device having a balance means for substantially canceling the weight.

【0008】本装置が歯科用の場合には、被切削物とし
て歯牙模型、顎模型、咬合模型等の歯科模型が用いられ
る。この歯科模型は実体模型であってもよいが、その形
状データをあらかじめ記憶手段に記憶させておき、2次
元若しくは3次元の画像として表示手段に表示したもの
とすることもできる。この画像による模型の場合、表示
手段として頭部搭載型ディスプレイの使用が可能であ
る。又これらの画像による模型の場合には、ハンドピー
スが所定の切削位置に来た時に、ハンドピースの動きに
対応して表示手段に表示された歯科模型の画像から被切
削部位が消去されるように構成することができる。
When this device is for dentistry, a dental model such as a tooth model, a jaw model, or an occlusal model is used as the object to be cut. This dental model may be a physical model, but its shape data may be stored in advance in the storage means and displayed on the display means as a two-dimensional or three-dimensional image. In the case of a model based on this image, a head mounted display can be used as the display means. Further, in the case of the model based on these images, when the handpiece reaches the predetermined cutting position, the cut part is erased from the image of the dental model displayed on the display means in correspondence with the movement of the handpiece. Can be configured to.

【0009】更に第4の発明においては、切削具又は切
削具と同一形状の接触子を備えたハンドピースと、この
ハンドピースをその位置及び向きを自由に変化できるよ
うに保持する多関節アームと、ハンドピースの基準点に
対する絶対的な位置及び向きを検出する位置検出手段
と、ハンドピースに加わる外力を検出する外力検出手段
と、検出されたハンドピースの位置及び向き並びに外力
を逐次記憶すると共に被切削物の形状データを記憶する
記憶手段と、この記憶手段に記憶された被切削物の形状
を2次元若しくは3次元の画像として表示する表示手段
と、ハンドピースの位置及び向き並びに外力の変化速度
を逐次算出すると共に、検出又は算出されつつあるハン
ドピースの位置及び向き並びに外力若しくはこれらの変
化速度とあらかじめ記憶手段に記憶させたハンドピース
の位置及び向き並びに外力若しくはこれらの変化速度と
を比較し、両者の差があらかじめ設定された限界値を超
えた場合に多関節アームの動きを拘束してハンドピース
の位置及び向きの変化を制限する拘束手段、とを備えて
いる。
Further, in the fourth invention, a handpiece provided with a cutting tool or a contact having the same shape as that of the cutting tool, and a multi-joint arm for holding the handpiece so that its position and orientation can be freely changed. Position detecting means for detecting an absolute position and orientation of the handpiece with respect to a reference point, external force detecting means for detecting an external force applied to the handpiece, and sequentially storing the detected position and orientation of the handpiece and external force. Storage means for storing shape data of the object to be cut, display means for displaying the shape of the object to be cut stored in the storage means as a two-dimensional or three-dimensional image, position and orientation of the handpiece, and changes in external force The speed is calculated sequentially, and the position and orientation of the handpiece that is being detected or calculated and the external force or the changing speed of these are calculated in advance. The position and orientation of the handpiece and the external force or their changing speeds stored in the memory are compared, and when the difference between the two exceeds a preset limit value, the movement of the articulated arm is restrained and the handpiece Restraining means for limiting changes in the position and orientation of the.

【0010】上記の拘束手段は、検出又は算出されつつ
あるハンドピースの位置及び向き若しくはその変化速度
とあらかじめ記憶手段に記憶させたハンドピースの位置
及び向き若しくはその変化速度とを比較し、両者の差に
応じて拘束力を変化させるように構成することができ
る。又上記の装置において、あらかじめ記憶手段に記憶
させたハンドピースの位置及び向き若しくはその変化速
度を再現するように多関節アームを駆動する駆動手段を
設けることができる。
The restraint means compares the position and orientation of the handpiece, which is being detected or calculated, or the changing speed thereof, with the position and orientation of the handpiece, which is stored in advance in the storage means, or the changing speed thereof, and both It can be configured to change the binding force according to the difference. Further, in the above-mentioned device, it is possible to provide a driving means for driving the articulated arm so as to reproduce the position and direction of the handpiece stored in the storage means in advance or the changing speed thereof.

【0011】更に上記の装置において、位置検出手段と
しては、ハンドピースに取り付けられた磁気又は音波の
発生源と、この発生源の位置を測定する測定部とで構成
された非接触位置検出装置が採用可能であり、又、多関
節アームの各関節に設けられた回転角度センサとこれら
回転角度センサの出力値からハンドピースの位置及び向
きを算出する演算部とで位置検出装置を構成することが
できる。又、上記の多関節アームとしては、ハンドピー
スホルダーをその位置及び向きを自由に変化できるよう
に多関節アームの先端に設け、このハンドピースホルダ
ーでハンドピースを保持すると共に、ハンドピースホル
ダーまでの重量を実質的に打ち消すためのバランス手段
を備えたものが採用可能である。
Further, in the above-mentioned device, as the position detecting means, a non-contact position detecting device composed of a magnetic or acoustic wave source attached to the handpiece and a measuring section for measuring the position of the source is provided. The position detection device can be adopted, and the position detection device can be configured by a rotation angle sensor provided at each joint of the multi-joint arm and a calculation unit that calculates the position and orientation of the handpiece from the output values of these rotation angle sensors. it can. Further, as the above-mentioned articulated arm, a handpiece holder is provided at the tip of the articulated arm so that the position and direction of the handpiece holder can be freely changed, and the handpiece holder holds the handpiece. It is possible to employ a device having a balance means for substantially canceling the weight.

【0012】本装置が歯科用の場合には、被切削物とし
て歯牙模型、顎模型、咬合模型等の歯科模型が用いられ
る。この歯科模型は実体模型のほか、2次元若しくは3
次元の画像として表示手段に表示したものとすることも
できる。この画像による模型の場合、表示手段として頭
部搭載型ディスプレイの使用が可能である。又これらの
画像による模型の場合には、ハンドピースが所定の切削
位置に来た時に、ハンドピースの動きに対応して表示手
段に表示された歯科模型の画像から被切削部位が消去さ
れるように構成することができる。
When the device is for dentistry, a dental model such as a tooth model, a jaw model, or an occlusal model is used as the object to be cut. This dental model is a two-dimensional or three-dimensional model in addition to the physical model.
It may be displayed on the display means as a three-dimensional image. In the case of a model based on this image, a head mounted display can be used as the display means. Further, in the case of the model based on these images, when the handpiece reaches the predetermined cutting position, the cut part is erased from the image of the dental model displayed on the display means in correspondence with the movement of the handpiece. Can be configured to.

【0013】更に第5の発明においては、接触子を備え
たハンドピースと、接触子の先端が被切削物に接触した
時の被切削物に対する接触子先端の相対的な位置を検出
する位置検出手段と、検出された接触子先端の位置を逐
次記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された接触子先
端の位置の瞬時値及び/又は軌跡を表示する表示手段、
とを備えている。
Further, in the fifth invention, a handpiece provided with a contactor, and position detection for detecting the relative position of the contactor tip with respect to the workpiece when the tip of the contactor contacts the workpiece. Means, storage means for sequentially storing the detected contact tip position, and display means for displaying an instantaneous value and / or locus of the contact tip position stored in the storage means,
It has and.

【0014】図1はこの発明の装置の基本的な構成を総
合的に示す図である。Aはハンドピース、Bは被切削
物、Cは位置検出手段、Dは記憶手段、Eは表示手段、
Fは報知手段、Gは拘束手段、Hは多関節アーム、Jは
駆動手段であり、Kは報知手段Fや拘束手段Gを作動さ
せるためにデータを比較する比較手段、Lは外力検出手
段、Mは以上の各手段や装置全体の動作を制御するCP
Uである。A1はハンドピースAの先端に備えられてい
る切削具又は切削具と同一形状の接触子、H1はハンド
ピースHの関節、H2は多関節アームHの先端に設けら
れたハンドピースホルダーであり、多関節アームHが使
用される場合にはハンドピースAはこのホルダーH2
保持される。なお、図1は各発明における主要な構成要
素をすべて示しており、発明の内容に応じて上記の各構
成要素が組み合わされるので、発明によっては一部の構
成要素は不要となる。
FIG. 1 is a diagram schematically showing the basic construction of the apparatus of the present invention. A is a handpiece, B is an object to be cut, C is position detection means, D is storage means, E is display means,
F is an informing means, G is a restraining means, H is an articulated arm, J is a driving means, K is a comparing means for comparing data in order to operate the informing means F and the restraining means G, L is an external force detecting means, M is a CP that controls the operation of each of the above means and the entire device
U. A 1 is a cutting tool provided at the tip of the handpiece A or a contact having the same shape as the cutting tool, H 1 is a joint of the handpiece H, and H 2 is a handpiece holder provided at the tip of the multi-joint arm H. When the articulated arm H is used, the handpiece A is held by this holder H 2 . It should be noted that FIG. 1 shows all the main constituent elements in each invention, and the constituent elements described above are combined according to the content of the invention, so that some constituent elements are unnecessary according to the invention.

【0015】[0015]

【作用】ハンドピースの被切削物に対する相対的な位置
と向きを検出して逐次記憶し、記憶されたデータにより
ハンドピースの位置と向きの瞬時値及び/又は軌跡を表
示することにより、切削作業時のハンドピースの動きを
再現表示して、理想的な場合とそうでない場合、例えば
指導者と受講者のハンドピースの操作を比較検討するこ
とができる。又、ハンドピースの動きをあらかじめ記憶
手段に記憶させたものと比較して、報知手段により両者
の差が限界値を超えた場合に報知したり、拘束手段によ
り両者の差が大きくならないように動きを制限したり、
駆動手段によりあらかじめ記憶手段に記憶させたハンド
ピースの動きを再現したりすることができる。
Operation: The relative position and orientation of the handpiece with respect to the object to be cut are detected and sequentially stored, and the instantaneous value and / or locus of the position and orientation of the handpiece are displayed by the stored data to perform the cutting work. It is possible to reproduce and display the movement of the handpiece at the time, and to compare and examine the operation of the handpiece of the instructor and the student in the ideal case and the non-ideal case. Also, comparing the movement of the handpiece with that stored in advance in the storage means, the notification means notifies when the difference between the two exceeds a limit value, and the restraint means prevents the difference between the two from increasing. To limit
The drive means can reproduce the movement of the handpiece stored in the storage means in advance.

【0016】以上の構成により、指導者によるハンドピ
ースの動きを受講者に理解させ、所要の技術を修得させ
ることが容易となる。この場合、ハンドピースを保持す
る多関節アームとしてバランスアームを用いることによ
り、ハンドピースの重量のみを手に感じながら自然な状
態でハンドピースを操作することができる。特に、歯科
治療においては歯を切削することが多いが、被切削物を
歯科模型とすることにより歯の切削技術の修得に効果が
ある。
With the above structure, it becomes easy for the trainee to understand the movement of the handpiece by the instructor and to acquire the required technique. In this case, by using the balance arm as the articulated arm that holds the handpiece, it is possible to operate the handpiece in a natural state while feeling only the weight of the handpiece. In particular, teeth are often cut in dental treatment, but the use of a dental model as the object to be cut is effective in acquiring the tooth cutting technique.

【0017】被切削物を画像上の模型として表示手段に
再現表示するようにしたものでは、コンピュータグラフ
ィックスと組み合わせることによってより高度なシミュ
レーション装置が得られる。特に近年急速に発展しつつ
あるマン・マシンインターフェース、例えば人工現実感
用の頭部搭載型ディスプレイを使用することにより、効
果的なシミュレーションを行うことができる。上記の頭
部搭載型ディスプレイはHMD(Head Mounted Display)
と略称されているもので、3次元的な架空空間に被検部
の立体画像を映し出し、あたかも現実の患部を診療して
いるような臨場感あふれる擬似体験を通して医療技術を
体得することが可能となる。歯科の場合には、ハンドピ
ースの動きに対応して表示手段に表示された歯科模型の
画像から被切削部位が消去されることによって、現実に
即した切削技術の修得が可能となる。
In the case where the object to be cut is reproduced and displayed as a model on the image on the display means, a more sophisticated simulation device can be obtained by combining it with computer graphics. Particularly, by using a man-machine interface which has been rapidly developing in recent years, for example, a head mounted display for artificial reality, effective simulation can be performed. The above head mounted display is HMD (Head Mounted Display)
It is abbreviated as “3D virtual space” and it is possible to acquire medical technology through a three-dimensional imaginary space in which a three-dimensional image of the subject is projected and the experience is realistic as if treating a real affected area. Become. In the case of dentistry, it is possible to acquire a cutting technique in a realistic manner by deleting the part to be cut from the image of the dental model displayed on the display means in correspondence with the movement of the handpiece.

【0018】又、接触子を備えたハンドピースを用いて
被切削物に対する接触子先端の相対的な位置を検出し、
これを記憶して表示するようにしたものでは、被切削物
の形状を測定することができる。従って、本装置をまず
3次元形状の測定装置として利用して例えば任意の形状
の歯牙模型の形状データを取り込み、その後でこのデー
タに基づいて歯牙模型の画像を表示再現して切削動作に
移るというような操作が可能となるのである。
Further, the relative position of the tip of the contact with respect to the object to be cut is detected by using a handpiece equipped with the contact,
With this, which is stored and displayed, the shape of the object to be cut can be measured. Therefore, this device is first used as a three-dimensional shape measuring device, for example, to take in shape data of a tooth model of an arbitrary shape, and after that, based on this data, an image of the tooth model is displayed and reproduced to start the cutting operation. Such an operation becomes possible.

【0019】[0019]

【実施例】以下、図示の実施例について説明する。ま
ず、被切削物を実際に切削することを前提とした第1乃
至第3の発明において、被切削物として歯科模型が使用
される実施例について述べる。図2は実施例の装置のブ
ロック図であり、1はハンドピース、1aは切削具、2
は位置センサ、3は外部メモリ、4は表示部、5は報知
部、6は拘束/駆動機構、7は圧力センサ、8はフート
スイッチ、9はキーボード、10はハンドピース作動回
路、11は表示部4を作動させるためのビデオ信号発生
器、12は報知部5を作動させるための報知部作動回
路、13は拘束/駆動機構6を作動させるためのアーム
作動回路、14はコンピュータ、15は多関節アーム、
16は歯科模型である。この図2も図1と同様に実施例
の装置の構成を総合的に示しており、発明に応じて各構
成要素の仕様や組み合わせが適宜選択される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The illustrated embodiments will be described below. First, an embodiment in which a dental model is used as the object to be cut in the first to third inventions on the assumption that the object to be cut is actually cut will be described. FIG. 2 is a block diagram of the apparatus of the embodiment, 1 is a handpiece, 1a is a cutting tool, and 2 is a cutting tool.
Is a position sensor, 3 is an external memory, 4 is a display unit, 5 is a notification unit, 6 is a restraint / driving mechanism, 7 is a pressure sensor, 8 is a foot switch, 9 is a keyboard, 10 is a handpiece operating circuit, and 11 is a display. A video signal generator for activating the section 4, 12 is an announcing section operating circuit for operating the announcing section 5, 13 is an arm operating circuit for operating the restraint / drive mechanism 6, 14 is a computer, and 15 is many. Articulated arm,
16 is a dental model. Similar to FIG. 1, this FIG. 2 also comprehensively shows the configuration of the apparatus of the embodiment, and the specifications and combinations of the respective components are appropriately selected according to the invention.

【0020】上記のコンピュータ14は、CPUのほ
か、内部メモリや入出力ポートを備えており、フートス
イッチ8やキーボード9からの指令信号、あるいは各メ
モリのデータなどに応じて所定の制御プログラムに従っ
て装置全体の動作を制御するものである。位置センサ2
は、例えば多関節アーム15の各関節に組み込まれたロ
ータリーエンコーダのような回転角度センサを備えたも
ので、ハンドピース1、すなわち切削具1aの位置や向
きは、位置センサ2の検出信号に基づいてコンピュータ
14で演算することによって算出される。
The computer 14 includes an internal memory and an input / output port in addition to the CPU, and operates according to a predetermined control program in accordance with a command signal from the foot switch 8 or the keyboard 9 or data in each memory. It controls the whole operation. Position sensor 2
Is provided with a rotation angle sensor such as a rotary encoder incorporated in each joint of the multi-joint arm 15, and the position and orientation of the handpiece 1, that is, the cutting tool 1a is based on the detection signal of the position sensor 2. It is calculated by computing in the computer 14.

【0021】なお、この位置センサ2としては上述のよ
うな回転角度センサではなく非接触式のものを使用する
こともできる。これはハンドピース1に磁気又は音波な
どの発生器を取り付け、磁気や音波を測定して発生器の
位置を検出するものであり、例えば特公平3−6145
1号公報に開示されているような磁気式のものが利用可
能である。この場合には位置検出の目的で多関節アーム
を使用する必要はないので、アームを駆動しない仕様で
あればフレキシブルアームを使用し、あるいはハンドピ
ースを直接手で持つようにすることができる。
As the position sensor 2, a non-contact type sensor may be used instead of the rotation angle sensor as described above. This is to attach a generator of magnetic or acoustic waves to the handpiece 1 and measure the magnetic or acoustic waves to detect the position of the generator. For example, Japanese Patent Publication No. 3-6145.
A magnetic type as disclosed in Japanese Patent Publication No. 1 can be used. In this case, since it is not necessary to use the multi-joint arm for the purpose of position detection, if the arm is not driven, a flexible arm can be used or the handpiece can be held directly by hand.

【0022】表示部4は、検出されたハンドピース1の
位置及び向き、歯科模型16の形状やその他のデータを
数字で、あるいは画像として表示するものである。通
常、この表示部には図2に例示したようなCRTディス
プレイ4aが使用されるが、前述したように頭部搭載型
ディスプレイ4bを使用することもできる。なお、必要
に応じてデータや画像をハードコピーとして出力するプ
リンターを表示部4に設けることもできる。報知部5
は、例えばブザーやスピーカーを備えていて各種の情報
を信号音や音声で報知するものであるが、そのほか光や
振動によって報知するなど他の機能を備えることもでき
る。
The display unit 4 displays the detected position and orientation of the handpiece 1, the shape of the dental model 16 and other data by numbers or as an image. Normally, the CRT display 4a as illustrated in FIG. 2 is used for this display portion, but as described above, the head mounted display 4b can also be used. A printer that outputs data or an image as a hard copy may be provided in the display unit 4 if necessary. Notification unit 5
For example, a buzzer or a speaker is provided to notify various kinds of information by a signal sound or a voice, but other functions such as notification by light or vibration may be provided.

【0023】又、拘束/駆動機構6は、ハンドピース1
の動きを既にメモリに記憶されたものと比較して両者の
差があらかじめ設定されている限界値を超えた場合に、
関節にブレーキを掛けて多関節アーム15の動きを制限
したり、関節を駆動してあらかじめメモリに記憶させた
ハンドピースの動きを再現したりするものである。圧力
センサ7は、ハンドピース1と歯科模型16との間に作
用する外力を検出して切削時の押し付け力を検出するも
のである。この拘束/駆動機構6と圧力センサ7につい
ては具体的な構成の例を後述する。
Further, the restraint / driving mechanism 6 includes the handpiece 1
If the difference between the two and the one already stored in the memory exceeds the preset limit value,
The joint is braked to limit the movement of the multi-joint arm 15, or the joint is driven to reproduce the movement of the handpiece stored in the memory in advance. The pressure sensor 7 detects an external force acting between the handpiece 1 and the dental model 16 to detect a pressing force during cutting. Examples of specific configurations of the restraint / driving mechanism 6 and the pressure sensor 7 will be described later.

【0024】次に、図3により多関節アーム15の一例
を説明する。図において、21は基台、22は基台21
に固定された支柱、23乃至28は軸受部、29及び3
0はアーム、31はハンドピースホルダー、32及び3
3はカウンターバランスである。
Next, an example of the articulated arm 15 will be described with reference to FIG. In the figure, 21 is a base and 22 is a base 21.
Fixed to the column, 23 to 28 are bearings, 29 and 3
0 is an arm, 31 is a handpiece holder, 32 and 3
3 is a counter balance.

【0025】支柱22に固定された軸受部23は軸受部
24を水平な面に沿って回転可能なように支持してお
り、軸受部24には垂直な面に沿って回転可能なように
2本のアーム29が取り付けられ、その先端は軸受部2
5に回転可能に取り付けられて平行リンクを構成してい
る。同様に軸受部25には垂直な面に沿って回転可能な
ように2本のアーム30が取り付けられ、その先端は軸
受部26に回転可能に取り付けられて平行リンクを構成
している。又、軸受部26には垂直な面に沿って回転可
能なように軸受部27が取り付けられ、この軸受部27
には水平な面に沿って回転可能なように軸受部28が取
り付けられ、更に軸受部28には軸受部27の回転方向
に対して直交する垂直な面に沿って回転可能なようにハ
ンドピースホルダー31が取り付けられている。
The bearing portion 23 fixed to the column 22 supports the bearing portion 24 so as to be rotatable along a horizontal surface, and the bearing portion 24 is arranged so as to be rotatable along a vertical surface. The arm 29 of the book is attached, and the tip thereof is the bearing portion 2
5 is rotatably attached to form a parallel link. Similarly, two arms 30 are attached to the bearing portion 25 so as to be rotatable along a vertical surface, and the tips thereof are rotatably attached to the bearing portion 26 to form a parallel link. A bearing portion 27 is attached to the bearing portion 26 so as to be rotatable along a vertical surface.
A bearing portion 28 is attached to the bearing portion 28 so as to be rotatable along a horizontal surface. Further, the bearing portion 28 is attached to the handpiece so as to be rotatable along a vertical surface orthogonal to the rotation direction of the bearing portion 27. A holder 31 is attached.

【0026】すなわち、多関節アーム15は6個の関節
15aを持つ6自由度のアームとなっているのであり、
ハンドピースホルダー31に保持されたハンドピース1
は一定の範囲で自由に動かすことができる。各軸受部2
3〜28にはそれぞれロータリーエンコーダ23a〜2
8aが設けられており、それぞれの回転角度θ1〜θ6
コンピュータ14に入力して演算することによって、任
意の点を原点として設定された座標上におけるハンドピ
ース1の位置と方向が検出される。
That is, the multi-joint arm 15 is an arm with six degrees of freedom having six joints 15a.
Handpiece 1 held by handpiece holder 31
Can move freely within a certain range. Each bearing 2
3 to 28 include rotary encoders 23a to 2a, respectively.
8a is provided, and the position and direction of the handpiece 1 on the coordinates set with the arbitrary point as the origin are detected by inputting and calculating the respective rotation angles θ 1 to θ 6 into the computer 14. It

【0027】一方、カウンターバランス32はアーム2
9から先の構成部材の全重量とバランスするようにアー
ム29の1本を反対側に延長して取り付けられ、又カウ
ンターバランス33はアーム30から先の構成部材の全
重量とバランスするようにアーム30の1本を反対側に
延長して取り付けられており、バランス調整のために取
り付け部はねじ構造となっている。従って、ハンドピー
スホルダー31までの重量が実質的に打ち消され、ハン
ドピース1の重量のみを手に感じながら自然な状態で操
作することが可能となるのであり、必要に応じてハンド
ピース1の重量も含んだ状態でバランスさせることもで
きる。なお、多関節アームはスプリングを用いた方式の
バランスアームとすることもできる。
On the other hand, the counter balance 32 is the arm 2
One arm 29 is extended and attached to the opposite side so as to balance with the total weight of the components from 9 onwards, and the counter balance 33 has an arm to balance with the total weight of the components from the arm 30 onwards. One of 30 is extended and attached to the opposite side, and the attaching portion has a screw structure for balance adjustment. Therefore, the weight up to the handpiece holder 31 is substantially cancelled, and it becomes possible to operate the handpiece 1 in a natural state while feeling only the weight of the handpiece 1, and if necessary, the weight of the handpiece 1. It can be balanced with the inclusion of. The articulated arm may be a balance arm using a spring.

【0028】次に、図4〜9により拘束/駆動機構6の
実施例を説明する。図4は電磁クラッチ方式の例であ
る。図において、41は軸受部、42はシャフト、43
はシャフト42に固定されたアーム、44はロータリー
エンコーダ、45はシャフト42の他端に固定された磁
性材料からなる摩擦板、46はこの摩擦板45に対向し
て配置された電磁石、46aは電磁石のコイル、47は
電磁石46を摩擦板45から離れる方向に付勢するスプ
リングである。すなわち、コイル46aに通電されると
電磁石46が摩擦板45に吸引され、シャフト42がロ
ックされて関節15aはその時の角度で固定される。図
5はソレノイド方式の例を示したもので、(a)はソレノ
イド48でブレーキシュー49を押し引きしてシャフト
42に制動を掛けるようにしたもの、(b)はソレノイド
48でベルト50を引いて制動を掛けるようにしたも
の、(c)はソレノイド48で爪51を押し引きし、シャ
フト42に固定されたギヤ52に係合させて制動を掛け
るようにしたもの、をそれぞれ示している。
Next, an embodiment of the restraint / drive mechanism 6 will be described with reference to FIGS. FIG. 4 shows an example of the electromagnetic clutch system. In the figure, 41 is a bearing portion, 42 is a shaft, and 43.
Is an arm fixed to the shaft 42, 44 is a rotary encoder, 45 is a friction plate made of a magnetic material fixed to the other end of the shaft 42, 46 is an electromagnet arranged facing the friction plate 45, and 46a is an electromagnet. The coil 47 is a spring that biases the electromagnet 46 away from the friction plate 45. That is, when the coil 46a is energized, the electromagnet 46 is attracted to the friction plate 45, the shaft 42 is locked, and the joint 15a is fixed at the angle at that time. FIG. 5 shows an example of the solenoid system. (A) is a solenoid 48 for pushing and pulling the brake shoe 49 to brake the shaft 42, and (b) is a solenoid 48 for pulling the belt 50. FIG. 3C shows that the solenoid 48 presses and pulls the claw 51 to engage the gear 52 fixed to the shaft 42 to apply the braking.

【0029】以上は単に制動力をオンオフするタイプで
あるが、図6〜8は制動力を変化できるようにした例で
ある。図6はモータ方式の例であって、ブレーキシュー
55をホルダー56で回転しないように保持し、モータ
57の出力軸58のねじ部をブレーキシュー55に螺合
してある。このため、モータ57が作動して出力軸58
が回転するとブレーキシュー55が軸方向に移動し、シ
ャフト42との摩擦による制動力が変化するのである。
図7はシリンダ方式の例を示したものである。61は空
気や油などの流体圧力で作動するシリンダ、62はシリ
ンダのピストン61aの出力軸に固定された作動板であ
り、この作動板62をシャフト42の端面に固定された
摩擦板63に対向配置し、作動油などの流体を制御して
作動板62を押し引きすることにより制動力を変化させ
るのである。
The above is a type in which the braking force is simply turned on and off, but FIGS. 6 to 8 are examples in which the braking force can be changed. FIG. 6 shows an example of a motor system in which a brake shoe 55 is held by a holder 56 so as not to rotate, and a screw portion of an output shaft 58 of a motor 57 is screwed into the brake shoe 55. As a result, the motor 57 operates and the output shaft 58
When is rotated, the brake shoe 55 moves in the axial direction, and the braking force due to friction with the shaft 42 changes.
FIG. 7 shows an example of the cylinder system. Reference numeral 61 is a cylinder operated by fluid pressure such as air or oil, 62 is an operating plate fixed to the output shaft of a piston 61a of the cylinder, and this operating plate 62 is opposed to a friction plate 63 fixed to the end surface of the shaft 42. The braking force is changed by arranging and controlling the fluid such as hydraulic oil to push and pull the operating plate 62.

【0030】又、図8はゴムアクチュエータ方式の例で
ある。65は球状のゴムアクチュエータ、66は作動板
62を摩擦板63の方向に付勢するスプリングであり、
図7と同様にシャフト42に固定された摩擦板63に作
動板62を対向配置し、この作動板62をゴムアクチュ
エータ65で押し引きするようになっている。すなわ
ち、ゴムアクチュエータ65に流体が供給されるとアク
チュエータ65が丸くなり、作動板62は鎖線のように
摩擦板63から離れる方向に引き戻されるが、アクチュ
エータ65から流体が抜けると実線のようにスプリング
66で作動板62が摩擦板63の方向に付勢されるので
あり、アクチュエータ65への流体の供給圧力を加減す
ることにより制動力が変化するのである。
FIG. 8 shows an example of a rubber actuator system. Reference numeral 65 is a spherical rubber actuator, 66 is a spring for urging the operating plate 62 toward the friction plate 63,
Similar to FIG. 7, the operating plate 62 is arranged opposite to the friction plate 63 fixed to the shaft 42, and the operating plate 62 is pushed and pulled by the rubber actuator 65. That is, when the fluid is supplied to the rubber actuator 65, the actuator 65 becomes round and the actuating plate 62 is pulled back in the direction away from the friction plate 63 as shown by the chain line, but when the fluid comes out from the actuator 65, the spring 66 as shown by the solid line. The actuating plate 62 is urged toward the friction plate 63, and the braking force is changed by adjusting the supply pressure of the fluid to the actuator 65.

【0031】図9は制動力を変化させると共に駆動力も
発生させるようにした例である。すなわち、制動力を生
ずる部分の機構は図6と同様であるが、ここでは図6に
おけるロータリーエンコーダ44の代わりにロータリー
エンコーダ69aを内蔵したモータ69を設けてある。
従って、モータ69が作動するとシャフト42が回転し
てこれに固定されたアーム43が回転し、ロータリーエ
ンコーダ69aの検出信号から所定の角度だけ回転した
ことが検出されるとその角度で停止する。又、モータ5
7が作動して出力軸58が回転するとブレーキシュー5
5が移動し、シャフト42との摩擦による制動力が変化
するのである。
FIG. 9 shows an example in which the braking force is changed and the driving force is also generated. That is, the mechanism of the portion that produces the braking force is the same as that in FIG. 6, but here, a motor 69 having a built-in rotary encoder 69a is provided instead of the rotary encoder 44 in FIG.
Therefore, when the motor 69 operates, the shaft 42 rotates and the arm 43 fixed thereto rotates, and when it is detected from the detection signal of the rotary encoder 69a that the shaft 43 has rotated by a predetermined angle, it stops at that angle. Also, the motor 5
7 is operated and the output shaft 58 rotates, the brake shoe 5
5 moves, and the braking force due to friction with the shaft 42 changes.

【0032】このような拘束/駆動機構6を装置の仕様
に応じて所望の機能を有するものを適宜選択することに
より、関節15aの動きを制限して多関節アーム15の
形状変化を停止させたり、既にメモリに記憶させたハン
ドピースの動きを再現したりすることができるのであ
る。なお、上述した拘束/駆動機構6は各関節15aに
それぞれ分散して設ける構成の例であり、例えば各関節
15a用の小形モータを軸受部23かこれに近い軸受部
24に集中して設け、各軸受部との間を細いワイヤベル
トで連結するなど、他の方式を採用することもできる。
By appropriately selecting such a restraining / driving mechanism 6 having a desired function in accordance with the specifications of the apparatus, the movement of the joint 15a is restricted and the shape change of the multi-joint arm 15 is stopped. , The movement of the handpiece already stored in the memory can be reproduced. The restraint / driving mechanism 6 described above is an example of a configuration in which the joints 15a are separately provided, and for example, small motors for the joints 15a are provided in the bearing portion 23 or the bearing portion 24 close thereto in a concentrated manner. Other methods, such as connecting the bearings with a thin wire belt, may be used.

【0033】次に圧力センサ7について説明する。図1
0はハンドピース1の先端部分を示したものである。1
bは切削具1aが取り付けられた回転子、1cはベアリ
ングであり、この回転子1bとハンドピース1の本体の
間に歪ゲージ7aを複数個設けてある。従って、切削具
1aが歯科模型に接触して切削状態になるとその時の押
し付け力に応じた応力が歪ゲージ7aに加わり、それら
の検出信号をコンピュータ14に入力して演算すること
によって押し付け力が検出される。なお、このような圧
力センサを使用せず、切削具1aが歯科模型に接触した
時の回転音の変化をマイクで拾って接触を検出すること
も可能である。
Next, the pressure sensor 7 will be described. Figure 1
Reference numeral 0 indicates the tip portion of the handpiece 1. 1
Reference numeral b denotes a rotor to which the cutting tool 1a is attached, 1c denotes a bearing, and a plurality of strain gauges 7a are provided between the rotor 1b and the body of the handpiece 1. Therefore, when the cutting tool 1a comes into contact with the dental model and is in a cutting state, stress corresponding to the pressing force at that time is applied to the strain gauge 7a, and the pressing force is detected by inputting these detection signals to the computer 14 for calculation. To be done. Instead of using such a pressure sensor, it is possible to detect the change by picking up a change in the rotation sound when the cutting tool 1a comes into contact with the dental model with a microphone.

【0034】以上のような各部の動作をはじめ、装置全
体の動作は前述したようにコンピュータ14によって制
御される。この制御のためのプログラムは装置の仕様に
応じて所定の機能を実現するように作成されるものであ
る。次に、これらの細かい点は省略して制御の基本的な
手順について図11及び図12により説明する。まず、
ステップS1で既知の歯科模型16の形状と使用される
ハンドピース1の切削具1aを含む先端の形状が入力さ
れ、指導者データの取り込みか否かが判定され、そうで
あればステップS2に、そうでなければステップS11
に進む。ステップS2ではハンドピース1がスタート位
置にあるか否かが判定され、否であればハンドピースが
持ち上げられて操作が開始される状態であると判定さ
れ、更にハンドピース1が回転しているか否かが判定さ
れる。そして否であればその旨報知されて回転するまで
待機し、回転していればステップS3に進む。
The operation of the entire apparatus including the operation of each section as described above is controlled by the computer 14 as described above. The program for this control is created so as to realize a predetermined function according to the specifications of the device. Next, the basic procedure of control will be described with reference to FIGS. 11 and 12 while omitting these detailed points. First,
In step S1, the shape of the known dental model 16 and the shape of the tip including the cutting tool 1a of the handpiece 1 to be used are input, and it is determined whether or not the teacher data is taken in. If so, in step S2, Otherwise, step S11
Proceed to. In step S2, it is determined whether or not the handpiece 1 is at the start position, and if not, it is determined that the handpiece is lifted and the operation is started, and whether or not the handpiece 1 is rotating. Is determined. If not, the fact is notified, and the process stands by until it rotates, and if it is rotating, the process proceeds to step S3.

【0035】ステップS3では再度ハンドピース1がス
タート位置にあるかが判定され、否であれば各関節15
aの角度が入力されてハンドピース1の先端の位置と方
向が演算されて記憶される。この手順は次のステップS
4でハンドピース1の先端、つまり切削具1aが歯科模
型16に接触していると判定されるまで繰り返し行わ
れ、その結果が逐次記憶される。ステップS4で接触し
ていると判定された場合には、その時の各関節の角度か
らハンドピース1の先端の位置と方向が演算されて記憶
されるが、この手順は次のステップS5でハンドピース
1の先端が歯科模型16の表面よりも内側に位置してい
ると判定されるまで繰り返し行われ、その結果が逐次記
憶される。
In step S3, it is determined again whether or not the handpiece 1 is at the start position. If not, each joint 15
The angle a is input and the position and direction of the tip of the handpiece 1 are calculated and stored. This procedure is the next step S
It is repeated until the tip of the handpiece 1, that is, the cutting tool 1a is in contact with the dental model 16 in 4, and the results are sequentially stored. If it is determined in step S4 that the handpiece 1 is in contact, the position and direction of the tip of the handpiece 1 are calculated and stored from the angles of the joints at that time. This procedure is performed in the next step S5. The process is repeated until it is determined that the tip of No. 1 is located inside the surface of the dental model 16, and the results are sequentially stored.

【0036】ステップS5でハンドピース1の先端が歯
科模型16の表面よりも内側に位置していると判定され
ると、上述と同様にハンドピース1の先端の位置と方向
が演算されて記憶され、ハンドピース1の先端が歯科模
型16の表面よりも外側に出るまでこの手順が繰り返さ
れてその結果が逐次記憶される。又、ハンドピース1の
先端が歯科模型16の表面よりも外側に出たということ
は、切削作業が終了したとみなされるのでステップS4
に戻り、ここでハンドピース1の先端が歯科模型16に
接触していなければステップS3に戻り、ハンドピース
1がスタート位置にあれば作業が終了したと判定され、
ステップS6に進んでハンドピース1は停止する。
When it is determined in step S5 that the tip of the handpiece 1 is located inside the surface of the dental model 16, the position and direction of the tip of the handpiece 1 are calculated and stored as described above. , The procedure is repeated until the tip of the handpiece 1 goes outside the surface of the dental model 16, and the results are sequentially stored. If the tip of the handpiece 1 is outside the surface of the dental model 16, it is considered that the cutting work has been completed, and thus the step S4 is performed.
If the tip of the handpiece 1 is not in contact with the dental model 16 here, the process returns to step S3. If the handpiece 1 is at the start position, it is determined that the work is completed,
Proceeding to step S6, the handpiece 1 is stopped.

【0037】一方、ステップS1からステップS11に
進んだ場合には、ハンドピース1がスタート位置にある
か否かが判定され、否であればハンドピース1が回転し
ているか否かが判定され、否であればその旨報知されて
回転されるまで待機し、回転していればステップS12
に進む。ここではステップS3と同様な手順でハンドピ
ース1の先端の位置と方向が演算されて記憶されるが、
この手順は次のステップS13でハンドピース1の先端
が歯科模型16の表面よりも内側に位置していると判定
されるまで繰り返され、その結果が逐次記憶される。ス
テップS13ではステップS5と同様な手順でハンドピ
ース1の先端の位置と方向が演算されて記憶され、更に
その結果が表示されるが、この手順は次のステップS1
4で切り込み量があらかじめ設定されている深さ以内で
あると判定されている間は繰り返され、その結果が逐次
記憶され、又表示される。
On the other hand, when the process proceeds from step S1 to step S11, it is determined whether or not the handpiece 1 is at the start position, and if not, it is determined whether or not the handpiece 1 is rotating. If not, the user is informed of that fact and stands by until it is rotated, and if it is rotating, step S12.
Proceed to. Here, the position and direction of the tip of the handpiece 1 are calculated and stored in the same procedure as in step S3.
This procedure is repeated until it is determined in the next step S13 that the tip of the handpiece 1 is located inside the surface of the dental model 16, and the results are sequentially stored. In step S13, the position and direction of the tip of the handpiece 1 are calculated and stored in the same procedure as in step S5, and the result is displayed. This procedure is performed in the next step S1.
While it is determined in 4 that the cutting amount is within the preset depth, the process is repeated, and the result is sequentially stored and displayed.

【0038】ステップS14で切り込み量が設定値に達
したと判定されると、その旨が報知されると共に拘束/
駆動機構6が作動して関節15aの動きが拘束され、そ
れ以上深く削ることが防止される。この手順は、切削予
定個所全域について切削が行われ、次のステップS15
で設定切削量を削り終ったと判定されるまで繰り返され
るが、削り終ったと判定されるとその旨が報知されると
共に表示されてステップS12に戻り、ハンドピース1
がスタート位置にあれば作業が終了したと判定され、ス
テップS16に進んでハンドピース1は停止する。以上
は、指導者によるハンドピースの動きと受講者のそれと
を検出してそれぞれ記憶する手順を中心としたものであ
るが、更にこの検出結果を利用して両者の比較検討を行
い、あるいは、拘束/駆動機構6をステップS14で作
動させるだけでなくそれ以前のステップでもこれを作動
させたり、位置の表示もステップS13だけでなく開始
から終了まで行うなど、種々の応用が可能である。
If it is determined in step S14 that the cut amount has reached the set value, the fact is notified and the constraint / restriction is performed.
The drive mechanism 6 is actuated to restrain the movement of the joint 15a and prevent further cutting. In this procedure, cutting is performed on the entire planned cutting area, and the next step S15
The process is repeated until it is determined that the set cutting amount has been cut. However, when it is determined that the cutting has been finished, the fact is displayed and the process returns to step S12, and the handpiece 1
If is at the start position, it is determined that the work is completed, the process proceeds to step S16, and the handpiece 1 is stopped. The above is centered on the procedure of detecting the movement of the handpiece by the instructor and that of the student and memorizing it respectively.Furthermore, using this detection result, a comparative examination of the two is carried out, or restraint is performed. / Various applications are possible, such as operating the drive mechanism 6 not only in step S14 but also in previous steps, and displaying the position not only in step S13 but also from start to finish.

【0039】次に、実体模型などの被切削物を実際には
切削せず、被切削物を画像上の模型として表示部4に表
示すると共に、ハンドピース1もその動きに応じて表示
部4に表示することを前提とした第4の発明の実施例に
ついて述べる。この場合の装置のブロック図も第2図を
流用できるが、内容は若干異なるものとなる。例えば、
切削具1aはこれと同じ形状の接触子と置き換えること
ができるし、表示部4は必須である。又、報知部5から
は回転音を出力すると共に、例えば接触子1aが被切削
物に接触し、あるいは切削している状態になった時に回
転音を低下させると共に切削音を発生させるなど、音を
変化させることにより臨場感を与えるようにしてもよ
い。
Next, the object to be cut such as a physical model is not actually cut, but the object to be cut is displayed as a model on the image on the display unit 4, and the handpiece 1 is also displayed on the display unit 4 according to the movement. An embodiment of the fourth invention based on the premise of displaying on the screen will be described. The block diagram of the apparatus in this case can also be diverted from FIG. 2, but the contents are slightly different. For example,
The cutting tool 1a can be replaced with a contactor having the same shape, and the display unit 4 is essential. In addition to outputting a rotation sound from the notification unit 5, the rotation sound is reduced and a cutting sound is generated when, for example, the contact 1a comes into contact with or cuts an object to be cut. You may give a sense of presence by changing the.

【0040】この実施例では、ハンドピース1の先端、
つまり切削具又は接触子1aが被切削物、例えば歯牙模
型に実際には接触せず、切削具又は接触子1aには外力
が作用しない。このため、圧力センサ7も図10のもの
では役に立たないので、例えば図13のような構成が採
用される。すなわち、図のようにハンドピース1は自在
継手31aを介してハンドピースホルダー31に保持す
るようにし、軸方向の応力を検出する歪ゲージ7b及び
7cと、軸に垂直な方向の応力を検出する歪ゲージ7d
及び7eとを自在継手31aとハンドピースホルダー3
1の間に設けてある。従って、データ上で切削具又は接
触子1aが被切削物に接触し、あるいは切削している状
態になった時には多関節アームの動きを拘束し、ハンド
ピースホルダー31とハンドピース1との間に応力を発
生させてこれを外力として検出するのである。
In this embodiment, the tip of the handpiece 1,
That is, the cutting tool or the contact 1a does not actually contact the object to be cut, for example, the tooth model, and no external force acts on the cutting tool or the contact 1a. For this reason, the pressure sensor 7 of FIG. 10 is also useless, and therefore the configuration as shown in FIG. 13 is adopted. That is, as shown in the figure, the handpiece 1 is held on the handpiece holder 31 via the universal joint 31a, and the strain gauges 7b and 7c for detecting the stress in the axial direction and the stress in the direction perpendicular to the axis are detected. Strain gauge 7d
7e and universal joint 31a and handpiece holder 3
It is provided between 1 and 1. Therefore, when the cutting tool or the contact 1a is in contact with the object to be cut or is in the cutting state on the data, the movement of the multi-joint arm is restrained, and the movement between the handpiece holder 31 and the handpiece 1 is restricted. A stress is generated and this is detected as an external force.

【0041】以下、この実施例の制御の基本的な手順を
図14により説明する。なお、被切削物として歯科模型
が用いられるものとして記述する。まず、ステップS2
1でモード設定をし、既知の歯科模型16の形状データ
と使用されるハンドピース1の切削具又は接触子1aを
含む先端の形状データとが入力され、歯科模型16の形
状が表示部4に表示される。次いでステップS22でフ
ートスイッチのオン/オフ信号が入力され、更に各関節
15aの角度が入力されてハンドピース1の先端の位置
と方向が演算されて記憶される。
The basic control procedure of this embodiment will be described below with reference to FIG. Note that a dental model is used as the object to be cut. First, step S2
1, the mode setting is performed, and the shape data of the known dental model 16 and the shape data of the tip of the handpiece 1 including the cutting tool or the contactor 1a are input, and the shape of the dental model 16 is displayed on the display unit 4. Is displayed. Next, in step S22, an ON / OFF signal of the foot switch is input, and further, the angle of each joint 15a is input, and the position and direction of the tip of the handpiece 1 are calculated and stored.

【0042】ステップS23では切削具又は接触子1a
が歯科模型16に接触する位置にあるか否かが判定さ
れ、接触位置にあればステップS25に進み、その位置
になければ更にフートスイッチ8のオンオフが判定さ
れ、オンであればステップS24に進み、オンでなけれ
ばステップS22に戻ってその手順が繰り返される。ス
テップS24では再度切削具又は接触子1aが歯科模型
16に接触する位置にあるか否かが判定され、接触位置
にあればステップS25に進み、その位置になければス
テップS22に戻ってその手順が繰り返される。ステッ
プS25では拘束/駆動機構6が作動して関節15aの
動きが拘束され、歯科模型16に接触した感触がハンド
ピース1を持つ手に与えられる。次のステップS26で
再度フートスイッチ8のオンオフが判定され、オンであ
ればステップS27に進み、オンでなければステップS
23に戻ってその手順が繰り返される。
In step S23, the cutting tool or contactor 1a
Is in a position where it contacts the dental model 16, and if it is in the contact position, the process proceeds to step S25. If it is not in that position, it is further determined whether the foot switch 8 is on or off, and if it is on, the process proceeds to step S24. , If not on, the procedure returns to step S22 and the procedure is repeated. In step S24, it is determined again whether or not the cutting tool or the contactor 1a is in a position to contact the dental model 16, and if it is in the contact position, the process proceeds to step S25, and if it is not in the position, the process returns to step S22 to perform the procedure. Repeated. In step S25, the restraint / drive mechanism 6 is activated to restrain the movement of the joint 15a, and the feel of contact with the dental model 16 is given to the hand holding the handpiece 1. In the next step S26, it is determined whether the foot switch 8 is on or off again, and if it is on, the process proceeds to step S27, and if it is not on, the process proceeds to step S27.
Returning to 23, the procedure is repeated.

【0043】ステップS27では図13に示した構成に
よる圧力センサ7の検出信号が入力され、これに基づい
て切削スピードが演算される。そしてステップS28で
は切削スピードに対応する外力が演算され、これに対応
した力で関節15aの動きに制動が掛けられ、ハンドピ
ースを歯科模型16に押し付けながら切削している感触
がハンドピース1を持つ手に与えられる。更に、次のス
テップS29ではステップS27で求められた切削スピ
ードに応じて単位時間当たりのハンドピース1の移動量
が演算され、ハンドピースの位置とその変化量とに応じ
て歯科模型16の画像から該当する被切削部位を消去す
る演算が行われ、ステップS30でハンドピース1の画
像と被切削部位が消去された後の歯科模型16の画像が
表示される。そしてステップS24に戻って以上の手順
が繰り返されるのである。
In step S27, the detection signal of the pressure sensor 7 having the configuration shown in FIG. 13 is input, and the cutting speed is calculated based on this. Then, in step S28, an external force corresponding to the cutting speed is calculated, the movement of the joint 15a is braked by the force corresponding to the external force, and the handpiece 1 has a feeling of cutting while pressing the handpiece against the dental model 16. Given to the hand. Further, in the next step S29, the movement amount of the handpiece 1 per unit time is calculated according to the cutting speed obtained in step S27, and from the image of the dental model 16 according to the position of the handpiece and the change amount thereof. The calculation for erasing the corresponding cut portion is performed, and in step S30, the image of the handpiece 1 and the image of the dental model 16 after the cut portion are deleted are displayed. Then, returning to step S24, the above procedure is repeated.

【0044】上述の実施例からも理解できるように、こ
の発明の装置によればハンドピース1の切削具又は接触
子1aの先端の位置を逐次検出しているので、切削具又
は接触子1aを被切削物の表面に満遍なく接触させるこ
とにより、被切削物の形状を測定することができる。従
って、本装置は特に構成を変えることなくそのままで3
次元形状の測定装置としても利用できるのであり、例え
ば任意の形状の歯牙模型の形状データを取り込み、その
後でこのデータに基づいて歯牙模型の画像を表示再現し
て切削動作に移るというような操作が可能となるのであ
る。
As can be understood from the above-described embodiments, the position of the tip of the cutting tool or the contact 1a of the handpiece 1 is successively detected according to the apparatus of the present invention, so that the cutting tool or the contact 1a is By making uniform contact with the surface of the object to be cut, the shape of the object to be cut can be measured. Therefore, this device can be used as it is without changing the configuration.
It can also be used as a three-dimensional shape measuring device.For example, the operation of taking in the shape data of a tooth model of an arbitrary shape, displaying and reproducing the image of the tooth model based on this data, and moving to the cutting operation can be performed. It will be possible.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明は、ハンドピースの被切削物に対する相対的な位置と
向きなどを検出して逐次記憶し、記憶されたデータによ
りハンドピースの位置と向きの瞬時値や軌跡を表示した
り、ハンドピースの動きを制限したり、ハンドピースを
駆動してあらかじめ記憶手段に記憶させた動きを再現し
たりできるようにしたものである。従って、例えば切削
作業時のハンドピースの動きを指導者と受講者について
比較検討し、あるいは指導者によるハンドピースの動き
を再現するなど、種々の使い方ができるシミュレーショ
ン装置が得られ、歯科や耳鼻科等における切削技術の教
育に大きな効果が得られる。又、この装置により歯科模
型などの形状を測定することも可能となる。
As is apparent from the above description, the present invention detects and sequentially stores the relative position and orientation of the handpiece with respect to the object to be cut, and stores the position of the handpiece based on the stored data. It is possible to display the instantaneous value of the direction and the trajectory, limit the movement of the handpiece, and drive the handpiece to reproduce the movement stored in the storage means in advance. Therefore, a simulation device that can be used in various ways, such as comparing and examining the movement of the handpiece during cutting work between the instructor and the learner, or reproducing the movement of the handpiece by the instructor, can be obtained. A great effect can be obtained in the education of cutting technology. In addition, it becomes possible to measure the shape of a dental model or the like with this device.

【0046】又、表示手段に被切削物の画像を表示する
場合には、コンピュータグラフィックスとの組み合わせ
が可能となり、特に、表示手段として頭部搭載型ディス
プレイを使用することにより大きな効果が得られる。こ
の場合には、熟練者の技法を画面に再現してそれを模倣
することで、最適な診療ポジション、術野の確保、治療
部位へのアクセス、治療器具の取り扱いなど、非定型で
動的な医療行為をあたかもマン・ツー・マンのような状
態でしかも臨場感のある擬似体験を通して修得すること
ができる。又実際の治療に先立ってシミュレーションを
行い、病巣や血管の位置などを確認すると共に施術中に
起こり得る種々のトラブルを事前に検討することも可能
となり、効率よく安全な施術を行うことが容易となる。
Further, in the case of displaying the image of the object to be cut on the display means, it is possible to combine with computer graphics, and in particular, a great effect can be obtained by using the head mounted display as the display means. .. In this case, by reproducing the technique of a skilled person on the screen and imitating it, it is possible to perform atypical and dynamic operations such as securing the optimal medical position, securing the operative field, accessing the treatment site, and handling the treatment instrument. You can learn medical practice in a one-on-one condition and through a realistic experience. In addition, it is possible to perform a simulation prior to the actual treatment to confirm the location of lesions and blood vessels, and to examine in advance various problems that may occur during the treatment, making it easy to perform efficient and safe treatment. Become.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の基本的な構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of the present invention.

【図2】この発明の実施例の装置のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of an apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図3】実施例の装置における多関節アームの斜視図で
ある。
FIG. 3 is a perspective view of an articulated arm in the apparatus of the embodiment.

【図4】実施例の装置における拘束/駆動機構の一例を
示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a restraint / drive mechanism in the apparatus of the embodiment.

【図5】拘束/駆動機構の他の例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing another example of the restraint / driving mechanism.

【図6】同じく拘束/駆動機構の他の例を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing another example of the restraint / drive mechanism.

【図7】同じく拘束/駆動機構の他の例を示す図であ
る。
FIG. 7 is a view showing another example of the restraint / drive mechanism.

【図8】同じく拘束/駆動機構の他の例を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing another example of the restraint / drive mechanism.

【図9】同じく拘束/駆動機構の他の例を示す図であ
る。
FIG. 9 is a view showing another example of the restraint / drive mechanism.

【図10】実施例の装置における圧力センサの構成を示
す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of a pressure sensor in the apparatus of the embodiment.

【図11】実施例の制御手順のフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart of a control procedure of the embodiment.

【図12】同じく実施例の制御手順のフローチャートで
ある。
FIG. 12 is a flowchart of the control procedure of the embodiment.

【図13】他の実施例の装置における圧力センサの構成
を示す断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the configuration of a pressure sensor in an apparatus of another embodiment.

【図14】同実施例の制御手順のフローチャートであ
る。
FIG. 14 is a flowchart of a control procedure of the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ハンドピース 1a 切削具又は接触子 2 位置センサ 4 表示手段 4b 頭部搭載型ディスプレイ 5 報知部 6 拘束/駆動機構 7 圧力センサ 14 コンピュータ 15 多関節アーム 15a 関節 16 歯科模型 31 ハンドピースホルダー 32 カウンターバランス 44 ロータリーエンコーダ 1 Handpiece 1a Cutting tool or contactor 2 Position sensor 4 Display means 4b Head mounted display 5 Notification section 6 Restraint / drive mechanism 7 Pressure sensor 14 Computer 15 Multi-joint arm 15a Joint 16 Dental model 31 Handpiece holder 32 Counterbalance 44 rotary encoder

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ハンドピースを用いて行う切削治療を実
習するための医療用切削シミュレーション装置であっ
て、 切削具を備えたハンドピースと、このハンドピースの被
切削物に対する相対的な位置及び向きを検出する位置検
出手段と、検出されたハンドピースの位置及び向きを逐
次記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶されたハンドピ
ースの位置及び向きの瞬時値及び/又は軌跡を表示する
表示手段、とを備えたことを特徴とする医療用切削シミ
ュレーション装置。
1. A medical cutting simulation device for practicing cutting treatment using a handpiece, the handpiece including a cutting tool, and the relative position and orientation of the handpiece with respect to an object to be cut. A position detecting means for detecting, a storage means for sequentially storing the detected position and orientation of the handpiece, a display means for displaying an instantaneous value and / or trajectory of the position and orientation of the handpiece stored in the storage means, A medical cutting simulation device comprising:
【請求項2】 被切削物に対するハンドピースの相対的
な位置及び向きの変化速度を逐次算出すると共に、検出
又は算出されつつある位置及び向き若しくは変化速度を
あらかじめ記憶手段に記憶させたハンドピースの位置及
び向き若しくはその変化速度と比較し、両者の差があら
かじめ設定された限界値を超えた場合に報知または表示
する報知手段を設けた請求項1記載の医療用切削シミュ
レーション装置。
2. A handpiece in which the relative position and orientation change speed of the handpiece with respect to the object to be cut are sequentially calculated, and the position and orientation or change speed being detected or calculated are stored in advance in the storage means. The medical cutting simulation device according to claim 1, further comprising an informing unit that compares the position and the direction or the changing speed thereof and informs or displays when the difference between them exceeds a preset limit value.
【請求項3】 ハンドピースを用いて行う切削治療を実
習するための医療用切削シミュレーション装置であっ
て、 切削具を備えたハンドピースと、このハンドピースをそ
の位置及び向きを自由に変化できるように保持する多関
節アームと、ハンドピースの被切削物に対する相対的な
位置及び向きを検出する位置検出手段と、検出されたハ
ンドピースの位置及び向きを逐次記憶する記憶手段と、
被切削物に対するハンドピースの相対的な位置及び向き
の変化速度を逐次算出すると共に、検出又は算出されつ
つあるハンドピースの位置及び向き若しくはその変化速
度とあらかじめ記憶手段に記憶させたハンドピースの位
置及び向き若しくはその変化速度とを比較し、両者の差
があらかじめ設定された限界値を超えた場合に多関節ア
ームの動きを拘束してハンドピースの位置及び向きの変
化を制限する拘束手段、とを備えたことを特徴とする医
療用切削シミュレーション装置。
3. A medical cutting simulation device for practicing cutting treatment using a handpiece, comprising: a handpiece provided with a cutting tool, and the position and orientation of the handpiece being freely changeable. A multi-joint arm held by, a position detection means for detecting the relative position and orientation of the handpiece with respect to the workpiece, and a storage means for sequentially storing the detected position and orientation of the handpiece,
The speed of change of the relative position and orientation of the handpiece with respect to the object to be cut is sequentially calculated, and the position and orientation of the handpiece being detected or calculated or the speed of change thereof and the position of the handpiece stored in advance in the storage means. And a direction or a changing speed thereof, and when the difference between the two exceeds a preset limit value, the movement of the articulated arm is restrained to restrain the change in the position and the orientation of the handpiece, and A medical cutting simulation device comprising:
【請求項4】 拘束手段が、検出又は算出されつつある
ハンドピースの位置及び向き若しくはその変化速度とあ
らかじめ記憶手段に記憶させたハンドピースの位置及び
向き若しくはその変化速度とを比較し、両者の差に応じ
て拘束力を変化させるように構成された請求項3記載の
医療用切削シミュレーション装置。
4. The restraint means compares the position and orientation of the handpiece, which is being detected or calculated, or the changing speed thereof with the position and orientation of the handpiece, which is stored in advance in the storing means, or the changing speed thereof, and both The medical cutting simulation device according to claim 3, wherein the restraining force is changed according to the difference.
【請求項5】 ハンドピースを用いて行う切削治療を実
習するための医療用切削シミュレーション装置であっ
て、 切削具を備えたハンドピースと、このハンドピースをそ
の位置及び向きを自由に変化できるように保持する多関
節アームと、ハンドピースの被切削物に対する相対的な
位置及び向きを検出する位置検出手段と、検出されたハ
ンドピースの位置及び向きを逐次記憶する記憶手段と、
あらかじめ記憶手段に記憶させたハンドピースの位置及
び向き若しくはその変化速度を再現するように上記多関
節アームを駆動する駆動手段、とを備えたことを特徴と
する医療用切削シミュレーション装置。
5. A medical cutting simulation device for practicing cutting treatment performed using a handpiece, comprising: a handpiece including a cutting tool, and a position and orientation of the handpiece that can be freely changed. A multi-joint arm held by, a position detection means for detecting the relative position and orientation of the handpiece with respect to the workpiece, and a storage means for sequentially storing the detected position and orientation of the handpiece,
A medical cutting simulation device comprising: a driving unit that drives the multi-joint arm so as to reproduce the position and direction of the handpiece or the changing speed thereof stored in advance in the storage unit.
【請求項6】 位置検出手段が、ハンドピースに取り付
けられた磁気又は音波の発生源と、この発生源の位置を
測定する測定部とで構成された非接触位置検出装置であ
る請求項1乃至5のいずれかに記載の医療用切削シミュ
レーション装置。
6. The non-contact position detecting device according to claim 1, wherein the position detecting means is composed of a magnetic or acoustic wave source attached to the handpiece and a measuring unit for measuring the position of the source. 5. The medical cutting simulation device according to any one of 5.
【請求項7】 位置検出手段が、ハンドピースを保持し
た多関節アームの各関節に設けられた回転角度センサと
これら回転角度センサの出力値からハンドピースの位置
及び向きを算出する演算部とで構成された位置検出装置
である請求項1乃至5のいずれかに記載の医療用切削シ
ミュレーション装置。
7. The position detecting means comprises a rotation angle sensor provided at each joint of a multi-joint arm holding the handpiece, and an arithmetic unit for calculating the position and orientation of the handpiece from the output values of these rotation angle sensors. The medical cutting simulation device according to any one of claims 1 to 5, which is a configured position detection device.
【請求項8】 ハンドピースホルダーがその位置及び向
きを自由に変化できるように多関節アームの先端に設け
られ、このハンドピースホルダーでハンドピースが保持
されると共に、多関節アームにはハンドピースホルダー
までの重量を実質的に打ち消すためのバランス手段が備
えられている請求項1乃至5のいずれかに記載の医療用
切削シミュレーション装置。
8. A handpiece holder is provided at the tip of an articulated arm so that its position and orientation can be freely changed. The handpiece holder holds the handpiece, and the articulated arm has a handpiece holder. 6. The medical cutting simulation device according to claim 1, further comprising a balance means for substantially canceling the weights up to.
【請求項9】 被切削物が歯牙模型、顎模型、咬合模型
等の歯科模型である請求項1乃至5のいずれかに記載の
医療用切削シミュレーション装置。
9. The medical cutting simulation device according to claim 1, wherein the object to be cut is a dental model such as a tooth model, a jaw model, or an occlusal model.
【請求項10】 歯科模型の形状データがあらかじめ記
憶手段に記憶されており、歯科模型が2次元若しくは3
次元の画像として表示手段に表示されるように構成され
た請求項9記載の医療用切削シミュレーション装置。
10. The dental model shape data is stored in advance in the storage means, and the dental model is two-dimensional or three-dimensional.
The medical cutting simulation device according to claim 9, wherein the medical cutting simulation device is configured to be displayed as a three-dimensional image on the display means.
【請求項11】 表示手段が頭部搭載型ディスプレイで
ある請求項10記載の医療用切削シミュレーション装
置。
11. The medical cutting simulation device according to claim 10, wherein the display means is a head-mounted display.
【請求項12】 ハンドピースが所定の切削位置に来た
場合に、ハンドピースの動きに対応して表示手段に表示
された歯科模型の画像から被切削部位が消去されるよう
に構成された請求項10又は11記載の医療用切削シミ
ュレーション装置。
12. The cut part is erased from the image of the dental model displayed on the display means in correspondence with the movement of the handpiece when the handpiece reaches a predetermined cutting position. Item 10. A medical cutting simulation device according to item 10 or 11.
【請求項13】 ハンドピースを用いて行う切削治療を
実習するための医療用切削シミュレーション装置であっ
て、 切削具又は切削具と同一形状の接触子を備えたハンドピ
ースと、このハンドピースをその位置及び向きを自由に
変化できるように保持する多関節アームと、ハンドピー
スの基準点に対する絶対的な位置及び向きを検出する位
置検出手段と、ハンドピースに加わる外力を検出する外
力検出手段と、検出されたハンドピースの位置及び向き
並びに外力を逐次記憶すると共に被切削物の形状データ
を記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶された被切
削物の形状を2次元若しくは3次元の画像として表示す
る表示手段と、ハンドピースの位置及び向き並びに外力
の変化速度を逐次算出すると共に、検出又は算出されつ
つあるハンドピースの位置及び向き並びに外力若しくは
これらの変化速度とあらかじめ記憶手段に記憶させたハ
ンドピースの位置及び向き並びに外力若しくはこれらの
変化速度とを比較し、両者の差があらかじめ設定された
限界値を超えた場合に多関節アームの動きを拘束してハ
ンドピースの位置及び向きの変化を制限する拘束手段、
とを備えたことを特徴とする医療用切削シミュレーショ
ン装置。
13. A medical cutting simulation device for practicing cutting treatment using a handpiece, comprising: a handpiece provided with a cutting tool or a contactor having the same shape as the cutting tool; An articulated arm that holds the position and orientation so that they can be changed freely, position detection means that detects the absolute position and orientation of the handpiece with respect to a reference point, and external force detection means that detects the external force applied to the handpiece, A storage unit that sequentially stores the detected position and orientation of the handpiece and external force and also stores the shape data of the workpiece, and the shape of the workpiece stored in the storage unit as a two-dimensional or three-dimensional image. The display means for displaying, the position and orientation of the handpiece, and the rate of change of the external force are sequentially calculated, and the hand being detected or being calculated. Position and direction of the handpiece and external force or the changing speed thereof, and the position and direction of the handpiece and the external force or these changing speeds stored in the storage means in advance are compared, and the difference between the two values is set to a preset limit value. Restraint means for restraining the movement of the multi-joint arm to limit the change in the position and orientation of the handpiece when exceeding,
A medical cutting simulation device comprising:
【請求項14】 拘束手段が、検出又は算出されつつあ
るハンドピースの位置及び向き若しくはその変化速度と
あらかじめ記憶手段に記憶させたハンドピースの位置及
び向き並びに外力若しくはこれらの変化速度とを比較
し、両者の差に応じて拘束力を変化させるように構成さ
れた請求項13記載の医療用切削シミュレーション装
置。
14. The restraint means compares the position and orientation of the handpiece, which is being detected or calculated, or the changing speed thereof with the position and orientation of the handpiece and the external force or the changing speed thereof, which are stored in advance in the storage means. The medical cutting simulation device according to claim 13, wherein the restraining force is changed according to the difference between the two.
【請求項15】 あらかじめ記憶手段に記憶させたハン
ドピースの位置及び向き若しくはその変化速度を再現す
るように多関節アームを駆動する駆動手段を設けた請求
項13記載の医療用切削シミュレーション装置。
15. The medical cutting simulation device according to claim 13, further comprising drive means for driving the articulated arm so as to reproduce the position and direction of the handpiece or the changing speed thereof stored in advance in the storage means.
【請求項16】 位置検出手段が、ハンドピースに取り
付けられた磁気又は音波の発生源と、この発生源の位置
を測定する測定部とで構成された非接触位置検出装置で
ある請求項13乃至15のいずれかに記載の医療用切削
シミュレーション装置。
16. The non-contact position detecting device according to claim 13, wherein the position detecting means is composed of a magnetic or acoustic wave source attached to the handpiece and a measuring section for measuring the position of the source. 15. The medical cutting simulation device according to any one of 15.
【請求項17】 位置検出手段が、多関節アームの各関
節に設けられた回転角度センサとこれら回転角度センサ
の出力値からハンドピースの位置及び向きを算出する演
算部とで構成された位置検出装置である請求項13乃至
15のいずれかに記載の医療用切削シミュレーション装
置。
17. A position detecting means, wherein the position detecting means is composed of a rotation angle sensor provided at each joint of the multi-joint arm, and a calculation section for calculating the position and orientation of the handpiece from the output values of these rotation angle sensors. The medical cutting simulation device according to any one of claims 13 to 15, which is a device.
【請求項18】 ハンドピースホルダーがその位置及び
向きを自由に変化できるように多関節アームの先端に設
けられ、このハンドピースホルダーでハンドピースが保
持されると共に、多関節アームにはハンドピースホルダ
ーまでの重量を実質的に打ち消すためのバランス手段が
備えられている請求項13乃至15のいずれかに記載の
医療用切削シミュレーション装置。
18. A handpiece holder is provided at the tip of an articulated arm so that its position and orientation can be freely changed. The handpiece holder holds the handpiece, and the articulated arm has a handpiece holder. 16. The medical cutting simulation device according to claim 13, further comprising a balance means for substantially canceling the weight up to.
【請求項19】 表示手段に表示される被切削物が歯牙
模型、顎模型、咬合模型等の歯科模型である請求項13
乃至15のいずれかに記載の医療用切削シミュレーショ
ン装置。
19. The object to be cut displayed on the display means is a dental model such as a tooth model, a jaw model, or an occlusal model.
16. The medical cutting simulation device according to any one of 1 to 15.
【請求項20】 表示手段が頭部搭載型ディスプレイで
ある請求項19記載の医療用切削シミュレーション装
置。
20. The medical cutting simulation device according to claim 19, wherein the display means is a head-mounted display.
【請求項21】 ハンドピースが所定の切削位置に来た
場合に、ハンドピースの動きに対応して表示手段に表示
された歯科模型の画像から被切削部位が消去されるよう
に構成された請求項19又は20記載の医療用切削シミ
ュレーション装置。
21. When the handpiece reaches a predetermined cutting position, the cut portion is erased from the image of the dental model displayed on the display means in correspondence with the movement of the handpiece. Item 21. The medical cutting simulation device according to item 19 or 20.
【請求項22】 ハンドピースを用いて行う切削治療を
実習するための医療用切削シミュレーション装置であっ
て、 接触子を備えたハンドピースと、接触子の先端が被切削
物に接触した時の被切削物に対する接触子先端の相対的
な位置を検出する位置検出手段と、検出された接触子先
端の位置を逐次記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶さ
れた接触子先端の位置の瞬時値及び/又は軌跡を表示す
る表示手段、とを備えたことを特徴とする医療用切削シ
ミュレーション装置。
22. A medical cutting simulation device for practicing cutting treatment using a handpiece, comprising a handpiece having a contactor, and a contact piece when the tip of the contactor contacts an object to be cut. Position detection means for detecting the relative position of the contact tip to the cutting object, storage means for sequentially storing the detected position of the contact tip, and an instantaneous value of the position of the contact tip stored in the storage means and And / or a display unit that displays a trajectory, and a medical cutting simulation device.
JP4136094A 1992-04-27 1992-04-27 Medical cutting simulation device Pending JPH05303327A (en)

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