CN107205795A - 用于牙外科手术的机器人装置 - Google Patents

Abstract

机器人系统包括基部，着陆臂，工作臂，和一个或多个传感器。着陆臂从基部延伸并且被配置用于联接到患者嘴内的固定结构，以建立用于机器人系统的原点。工作臂从基部延伸并且被配置用于与一个或多个工具接合，以在嘴中安装牙种植体的过程中使用。所述一个或多个传感器用于监控着陆臂和/或工作臂的位置并且生成位置数据，所述位置数据被用于建立患者嘴的至少一部分的术后虚拟三维模型。

Description

用于牙外科手术的机器人装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年6月2日提交的美国临时申请No.62/170,038和于2014年12月9日提交的No.62/089,580的权益，这些申请中的每一个都被整体以引用方式并入本文。

发明领域

本公开总体上涉及机器人系统及其使用方法。更具体地，本公开涉及使用机器人系统来i)自动执行各种牙科过程和/或(ii)监控手动执行的牙科过程，从而产生机器人系统的位置数据，所述位置数据在建立被修改的三维模型时可使用，所述被修改的三维模型用于研发最终的和/或临时性牙科假体(例如，牙冠、基台等)。

背景技术

用人工牙体对部分或完全无牙颌患者进行牙体修复典型地开始于切开患者的齿龈来暴露下面的骨头。牙种植体形式的人工牙根被植入下颌骨中进行骨整合。牙种植体一般包括螺纹孔，其被配置为接收用于保持其上面的配合部件(例如，临时性牙齿假体、永久性基台、永久性牙冠等)的保持螺丝。在植入牙种植体之后，覆盖牙种植体的牙龈组织被缝合并且随着骨整合过程的继续而愈合。

一旦骨整合过程完成，齿龈组织被重新打开暴露出牙种植体的端部。愈合部件或愈合基台被紧固到牙种植体的暴露端以允许齿龈组织在其周围愈合。应注意愈合基台可在安装了种植体之后、骨整合之前快速放置在牙种植体上，因而，对于一些情况来说，骨整合步骤和齿龈愈合步骤组合成了一个步骤过程。

在这之后的某一点，开始设计将要附接到牙种植体的永久性部件。永久性部件典型地被称为假齿(例如，永久性基台加附接于其上的牙齿形状的永久性牙冠)。设计和制造这些永久性部件需要技艺精湛的个体与患者嘴的模型协作以设计美观且功能适当(例如，相邻牙齿之间的配合等)的部件。

虽然用于设计永久性部件的模型典型地是由患者嘴的印模制成的物理模型，但是近年来，设计被附接到手动安装的牙种植体的永久性部件包括使用计算机和患者嘴的虚拟三维模型。为了精确地设计以计划的方式(即，以计划的旋转定向和计划的咬合垂直高度)与手动安装的牙种植体相配合的永久性部件，与手动安装的牙种植体的位置和旋转定向有关的精确细节必须已知并且引入虚拟三维模型内。

为了获得此信息，现有的系统已经使用了扫描基台，扫描基台在短时间内代替愈合基台并且要求对患者嘴进行口内扫描以获得所需的数据来建立虚拟三维模型。愈合基台用扫描基台代替即便是持续短时间也具有缺点，比如，增加了患者的不舒服性，必须执行另外的手术，破坏齿龈愈合过程等。

然而，一些其它现有的系统使用编码的愈合基台，在上面具有可扫描特征(例如，标记)，所述特征当被扫描和解译时提供与下面的牙种植体的位置和定向有关的必要信息，用于建立虚拟三维模型，而不需要移除愈合基台和在患者的嘴中放置单独的扫描基台。虽然这些系统不要求移除愈合基台来建立虚拟三维模型，但它们仍要求口内扫描步骤，而这需要昂贵的口内扫描设备。本公开旨在解决这些和其它的需求。

发明内容

根据一些实施方式，在包括于患者嘴中安装牙种植体的牙外科手术过程中使用的机器人系统包括基部；具有第一端和第二端的着陆臂，着陆臂的第一端被联接到基部，着陆臂的第二端被配置用于联接到患者嘴内的固定结构，以建立用于机器人系统相对于患者嘴的原点，着陆臂的第二端相对于基部具有至少六个自由度；具有第一端和第二端的工作臂，工作臂的第一端从基部延伸，工作臂的第二端被配置用于与一个或多个工具联接以在牙外科手术过程中使用，工作臂的一部分相对于基部具有至少六个自由度并且是可移动的用于(i)在患者嘴内的骨头上形成开口和(ii)在所形成的开口中安装牙种植体；以及用于监控着陆臂和工作臂的位置的一个或多个传感器，所述一个或多个传感器生成位置数据，所述位置数据被用于建立患者嘴的至少一部分的术后虚拟三维种植体水平模型。

根据一些实施方式，在于患者嘴中安装牙种植体的过程中所用的机器人系统包括基部；着陆臂，其从基部延伸并且被配置用于联接到患者嘴内的固定结构，以建立用于机器人系统相对于患者嘴的原点；工作臂，其从基部延伸并且被配置用于与一个或多个工具联接以在安装牙种植体的过程中使用，工作臂的至少一部分是可移动的用于在患者嘴中安装牙种植体；和监控着陆臂和工作臂的位置的一个或多个传感器，所述一个或多个传感器生成位置数据，所述位置数据被用于建立患者嘴的至少一部分的虚拟模型。

根据一些实施方式，建立患者嘴的至少一部分的术后虚拟模型的方法包括将刚性着陆构件附接到患者嘴内的固定位置处，其中嘴包括在牙外科手术过程中使用机器人系统安装的牙种植体；获得在其中具有刚性着陆构件的患者嘴的术前虚拟模型；将机器人系统的着陆臂联接到患者嘴中的刚性着陆构件，从而建立用于患者嘴的原点；作为牙外科手术的一部分，移动被联接到牙种植体驱动工具的机器人系统工作臂的至少一部分，以将牙种植体安装到患者嘴中；在牙外科手术过程中监控着陆臂和工作臂的位置，以生成与牙种植体驱动工具相对于所建立的原点的位置有关的位置数据；以及基于获得的术前虚拟模型和所生成的位置数据建立患者嘴的至少一部分的术后虚拟模型。

根据一些实施方式，使用机器人系统自动剔除患者嘴中的牙槽骨的方法包括将刚性着陆构件附接到患者嘴内的固定位置；获得在其中具有刚性着陆构件的患者嘴的剔除前虚拟模型；将机器人系统的着陆臂联接到患者嘴中的刚性着陆构件，以建立用于患者嘴的原点；制定相对于所建立的原点自动地移动骨切割工具以剔除患者嘴中的牙槽骨的一部分的计划；将骨切割工具附接到机器人系统的工作臂；以及通过经由机器人系统的工作臂自动移动骨切割工具来执行所制定的计划，从而根据所制定的计划剔除患者的嘴中的牙槽骨，使患者的嘴中的牙槽骨的暴露脊部被充分加宽以进行钻削并且将牙种植体接收于其中。

根据一些实施方式，使用机器人系统在患者嘴中安装牙种植体的方法包括制定在患者嘴中安装牙种植体的计划，所制定的计划包括(i)第一子计划，用第一工具剔除嘴中的骨头的暴露部分，从而制造骨头的被充分加宽的部分，以便将牙种植体接收于其中，(ii)第二子计划，用第二工具在骨头的被充分加宽的部分中形成开口或凹口，以便接收牙种植体，和(iii)第三子计划，用第三工具将牙种植体安装在开口内；通过将机器人系统的着陆臂联接到患者的嘴中的刚性着陆构件来建立用于患者的嘴的原点；以及通过下述执行计划：(A)按照第一子计划，将第一工具联接到机器人系统的工作臂，并且通过移动工作臂的至少一部分剔除患者的嘴中骨头的暴露部分，(B)按照第二子计划，将第二工具联接到机器人系统的工作臂，并且通过移动工作臂的至少一部分在患者的嘴中的骨头上形成开口，以及(C)按照第三子计划，将第三工具和牙种植体联接到机器人系统的工作臂，并且通过移动工作臂的至少一部分将牙种植体安装到患者嘴中的骨头上的开口内。

根据一些实施方式，使用机器人系统剔除患者嘴中的牙槽骨的方法包括通过将机器人系统的着陆臂联接到患者的嘴中的刚性着陆构件来建立用于患者的嘴的原点；确定无形的边界壁被建立在患者嘴中的预定位置周围；将骨切割工具联接到机器人系统的工作臂；并且移动机器人系统的工作臂的至少一部分以剔除患者的嘴中的牙槽骨；在移动过程中，通过防止机器人系统的工作臂移动至致使骨切割工具被移动经过所述确定的无形的边界壁来自动实施所述确定的无形的边界壁；在移动过程中监控着陆臂和/或工作臂的位置，以生成与骨切割工具相对于所建立的原点的位置有关的位置数据。

根据一些实施方式，使用机器人系统自动地准备患者嘴中的牙齿以接收定制牙冠的方法包括将刚性着陆构件附接到在患者嘴内的固定位置；获得在其中具有刚性着陆构件的患者嘴的成形前虚拟三维模型；将机器人系统的着陆臂联接到患者的嘴中的刚性着陆构件，以建立用于患者的嘴的原点；制定下述计划：相对于所建立的原点自动移动一个或多个工具以成形患者嘴中的牙齿，以便接收定制牙冠；以及响应于机器人系统的工作臂与所述一个或多个工具中的至少一个相联接，通过按照所制定的计划自动地移动工作臂的至少一部分来实施所制定的计划，从而成形患者嘴中的牙齿使牙齿基本上按照所制定的计划成形。

根据一些实施方式，使用机器人系统准备患者嘴中的牙齿以接收定制牙冠的方法包括将刚性着陆构件附接到患者的嘴内的固定位置；获得在其中具有刚性着陆构件的患者嘴的成形前虚拟模型；确定无形的边界壁被建立在嘴中将要成形的牙齿周围；将机器人系统的着陆臂联接到患者嘴中的刚性着陆构件，因而建立用于患者的嘴的原点；响应于机器人系统的工作臂与成形工具相联接，手动移动工作臂的至少一部分，以成形患者嘴中的牙齿；通过防止工作臂移动至致使成形工具的切割部分移动到所确定的无形的边界壁外面来自动实施所确定的可见边界壁；在移动过程中监控着陆臂和/或工作臂的位置，以生成与成形工具的切割部分相对于所建立的原点的位置有关的位置数据；并且基于获得的成形前虚拟模型和所生成的位置数据来建立患者嘴的至少一部分的术后虚拟模型。

根据一些实施方式，使用机器人系统准备患者嘴中的牙齿以接收定制牙冠的方法包括将机器人系统的着陆臂联接到患者的嘴，因而建立用于患者的嘴的原点；响应于机器人系统的工作臂与成形工具相联接，手动移动工作臂的至少一部分以成形患者的嘴中的牙齿；在移动过程中监控着陆臂和/或工作臂的位置，以生成与成形工具的切割部分相对于所建立的原点的位置有关的位置数据；以及至少部分地基于所生成的位置数据来建立患者嘴的至少一部分的成形后虚拟模型。

根据一些实施方式，使用机器人系统修改作为混合型假体的、将与患者嘴中的多个牙种植体联接的假牙的方法包括将第一刚性着陆构件附接到患者的嘴内的固定位置；将第二刚性着陆构件附接到该假牙；获得在其中具有第一刚性着陆构件和假牙的患者嘴的术前虚拟模型；从患者嘴移除上面附接着第二刚性着陆构件的假牙；通过将机器人系统的着陆臂联接到患者的嘴中的第一刚性着陆构件来建立用于患者的嘴的原点；使用被联接到牙种植体驱动工具的机器人系统工作臂将所述多个牙种植体安装在患者的嘴中；在该安装过程中监控着陆臂和/或工作臂的位置，以生成与牙种植体驱动工具相对于所建立的原点的位置有关的位置数据；基于获得的术前虚拟模型和所生成的位置数据来建立患者嘴的至少一部分的术后虚拟模型；至少部分地基于该术后虚拟模型，制定自动修改假牙使假牙能够与所安装的所述多个牙种植体联接的计划；将机器人系统的着陆臂联接到附接在假牙上的第二刚性着陆构件；以及使用被联接到钻头工具的机器人系统工作臂、通过制造多个孔来修改假牙，使假牙能够作为混合型假体与被安装的多个牙种植体联接。

根据一些实施方式，使用机器人系统将假牙修改到混合型假体内的方法包括获得在其中具有假牙的患者嘴的术前虚拟模型；从患者的嘴去除假牙；使用机器人系统控制的第一工具将多个牙种植体安装在患者的嘴中；在安装过程中监控第一工具的位置以生成位置数据；基于所获得的术前虚拟模型和生成的位置数据建立患者的嘴的至少一部分的术后虚拟模型；以及至少部分地基于该术后虚拟模型，使用机器人系统控制的第二工具通过在假牙中制造多个孔来修改假牙，使假牙作为混合型假体能够与被安装的多个牙种植体联接。

根据一些实施方式，使用机器人系统修改作为混合型假体的、将与患者嘴中的多个牙种植体联接的假牙的方法包括获得其中具有假牙的患者嘴的第一虚拟模型；从患者的嘴去除假牙；将第一刚性着陆构件附接到患者的嘴内的固定位置；获得在其中具有第一刚性着陆构件的患者嘴的第二虚拟模型；在患者嘴外面将第二刚性着陆构件附接到假牙；获得上面附接着第二刚性着陆构件的假牙的第三虚拟模型；通过将机器人系统的着陆臂联接到患者的嘴中的第一刚性着陆构件来建立用于患者的嘴的原点；使用被联接到牙种植体驱动工具的机器人系统工作臂将所述多个牙种植体安装在患者的嘴中；在该安装过程中监控着陆臂和工作臂的位置，以生成与牙种植体驱动工具相对于所建立的原点的位置有关的位置数据；基于获得的第二虚拟模型和所生成的位置数据来建立患者嘴的至少一部分的第四虚拟模型；至少部分地基于第一、第三、和第四虚拟模型，制定自动修改假牙使假牙能够与所安装的所述多个牙种植体联接的计划；将机器人系统的着陆臂联接到附接在假牙上的第二刚性着陆构件；以及使用被联接到钻头工具的机器人系统工作臂、通过制造多个孔来修改假牙，使假牙作为混合型假体能够与被安装的多个牙种植体联接。

根据一些实施方式，在制造用于附接到安装在患者嘴中的牙种植体的永久性假体过程中使用的患者特异性临时性假体(PSTP)的制造方法包括通过将机器人系统的着陆臂经由固定结构联接到PSTP坯体来建立用于PSTP坯体的原点；使用被联接到雕刻工具的机器人系统工作臂来修改PSTP坯体，使PSTP坯体变成具有适于附接到安装在患者嘴中的牙种植体的类似齿形状的PSTP；在修改过程中监控着陆臂和工作臂的位置，以生成与雕刻工具相对于所建立的原点的位置有关的位置数据；以及至少部分地基于所生成的位置数据，建立PSTP的至少一部分的虚拟模型。

根据一些实施方式，在制造用于附接到安装在患者嘴中的牙种植体的永久性假体过程中使用的患者特异性临时性假体(PSTP)的制造方法包括通过将机器人系统的着陆臂经由固定结构联接到PSTP坯体来建立用于PSTP坯体的原点；使用被联接到雕刻工具的机器人系统工作臂来修改PSTP坯体，使PSTP坯体变成具有适于附接到安装在患者嘴中的牙种植体的类似齿形状的PSTP；在修改过程中监控着陆臂和工作臂的位置，以生成与雕刻工具相对于所建立的原点的位置有关的位置数据；至少部分地基于所生成的位置数据，建立PSTP的至少一部分的虚拟模型；将PSTP附接到患者嘴中的牙种植体；允许PSTP周围的齿龈组织在患者嘴中愈合；响应于在患者嘴中包围PSTP的愈合的齿龈组织满足临界值，利用所建立的虚拟模型制造永久性假体，作为PSTP的复制；响应于在患者的嘴中包围PSTP的愈合的齿龈组织不满足临界值：(i)物理地修改PSTP，(ii)扫描被修改的PSTP，以获得被修改的PSTP的至少一部分的被修改的虚拟模型，以及(iii)利用获得的被修改的虚拟模型制造永久性假体，作为被修改的PSTP的复制。

使用机器人系统自动地在患者的下颌骨中制造凹口以便在其中接收牙种植体的方法包括将刚性着陆构件附接到患者嘴内的固定位置。在其中具有刚性着陆构件的患者嘴的术前虚拟模型被获得。机器人系统的着陆臂被联接到患者的嘴中的刚性着陆构件，因而建立用于患者的嘴的原点。用于相对于所建立的原点自动地移动多个手术工具中的两个或更多个的计划被制定出来，以在患者的下颌骨中制造凹口。所述多个手术工具中的第一个被附接到机器人系统的工作臂。所制定的计划的第一部分通过经由机器人系统的工作臂自动地移动所述多个手术工具中的所述第一个而执行，由此按照所制定的计划开始在患者的下颌骨中制造凹口。表示实施所制定的计划的所述第一部分所需的力矩或力中的至少一个的数据被从机器人系统的一个或多个传感器接收。所制定的计划的第二部分被基于接收到的数据进行修改。所制定的计划的被修改的第二部分通过经由机器人系统的工作臂自动地移动多个手术工具中的第二个而执行，由此按照被修改的计划在患者的下颌骨完成凹口。

使用机器人系统的方法包括制定计划，用于相对于所建立的用于机器人系统的原点使多个手术工具中的一个或多个自动移动以在患者嘴中执行手术过程。所述多个手术工具中的第一个被附接到机器人系统的工作臂。所制定的计划的第一部分被执行。在执行所制定的计划的第一部分的过程中，数据被从机器人系统的一个或多个传感器接收。所制定的计划的第二部分基于接收到的数据被修改。

本公开的其它方面在本领域内的普通技术人员阅读了在下面参考附图给出的各种实施方式的描述之后将变得显而易见，下面提供了附图的简要说明。

附图说明

本公开内容的前述和其它优势在阅读了下面的详细描述以及参考附图之后将变得显而易见。

图1是根据本公开的一些实施方式的具有工作臂和着陆臂的机器人系统的立体图；

图2是图1的机器人系统的工作臂与手术工具相联接的一部分的立体图；

图3是图1的机器人系统的着陆臂的一部分的立体图；

图4是与图1的机器人系统一起使用的、用于与患者的嘴联接的刚性着陆构件的立体图；

图5是正在联接到患者嘴的图4的刚性着陆构件以及用于扫描患者嘴的扫描仪的立体图；

图6是图1的机器人系统的着陆臂正在与联接到患者嘴的刚性着陆构件联接的立体图；

图7是工作臂和所联接的手术工具正在使用在患者嘴中进行手术的立体图；

图8A是根据本公开的一些实施方式被联接到机器人系统工作臂的手术工具撞到无形的障碍壁的示意性立体图，

图8B是覆盖在图7的立体图上面的图8A的示意性立体图，示意出根据本公开的一些实施方式无形的障碍壁在手动执行手术过程期间的用法；和

图9示意出根据本公开的一些实施方式在图1的机器人系统的显示装置上显示的患者嘴的被修改的虚拟三维模型或术后虚拟三维模型。

虽然本公开具有各种修改和替代性形式，特殊的实施例已经以例子的形式在附图中示出并且在这里进行了详细描述。然而，应理解本公开不意于限制于被公开的特殊形式。相反，本公开用于覆盖落在附属权利要求限定的本发明的实质和范围内的所有修改、等效内容、和替代。

具体实施方式

参考图1，本公开的机器人系统100可以各种方式用来执行各种外科和/或非外科手术。一旦机器人系统100被登记(register)到患者10并且被载入了预先确定的手术计划，机器人系统100就能够自动地执行一个或多个手术过程或其部分。通过自动地，指机器人系统可以在没有来自人的打断或输入的情况下(例如，除登记机器人系统100，载入预先确定的手术计划，以及在一些实施方式中按开始按钮之外)执行手术过程或其部分。

另外，机器人系统100可以进行手动操纵，例如，被口腔科医生用来执行一个或多个手术过程。使用机器人系统100手动执行手术过程与没有机器人系统100执行手动过程相比对外科医生有帮助，因为在通常时间较长的手术期间，机器人系统100支撑外科医生使用的工具(例如，工具155和联接于其上的手术工具刀头132)的重量。此外，机器人系统100可被配置为通过防止外科医生以与用于该手术的总体计划或概要不符的方式移动机器人系统100的手术工具刀头132来为外科医生提供帮助。例如，在进行手术之前可能建立了无形的障碍壁(例如，在图8A和8B中示出的无形的障碍壁450)和/或区域，这样机器人系统100防止以使手术工具刀头132移动超过无形的障碍壁/区域450(例如，进入神经、错误的牙齿、患者嘴的下唇瓣、患者的脸颊等内)的方式手动操纵工具155和联接于其上的工具刀头132。此外，机器人系统100可以实施触觉反馈，以向机器人系统100的手动使用者400(图7，8A，8B)提示使用者400(例如，外科医生)正在试图将手术工具移动到容许工作空间(例如，超过无形的障碍壁/区域450)之外。例如，机器人系统100可使工具155振动和/或制造可听到的噪音，指示外科医生400正在试图将工具155和联接于其上的手术工具刀头132移动超过用于特定手术的预定界限(参考图8A和8B)。此外，与不使用机器人系统100的外科医生相比，机器人系统100可以通过提高外科医生可操作的分辨率来提高外科医生的逼真性。也就是说，与外科医生不使用机器人系统100可以移动手术工具的精确度和增量大小相比，使用机器人系统100，外科医生可以以更高的精确度和相对更小的增量(即更高的分辨率)移动联接于其上的手术工具。

此外，在机器人系统100的手动操纵过程中，机器人系统100可以监控机器人系统100的运动并且生成表示所执行的过程的位置数据集。也就是说，机器人系统100可以跟踪/遵循工具155和/或联接于其上的手术工具刀头132(或至少手术工具刀头132的末端部分)采用的路径并且记录表示所追踪的路径的数据。这样，利用所使用的手术工具刀头132的几何结构知识和为患者10的嘴12和/或机器人系统100建立的原点O，(参考图4和8B)，可确定最终患者情形(例如，在手术过程中修改的患者10嘴12的至少一部分的术后虚拟三维模型326，如图9中示出)。例如，如果机器人系统100被用于去除骨头，则机器人系统100收集的位置数据将表示去骨工具刀头132相对于在该手术过程中建立的嘴的原点O(例如，这与患者10嘴12中的骨头有关)物理地移动/去往到什么地方，并且可以用于生成患者10嘴12的至少一部分的术后虚拟三维模型(类似于图9中示出的术后虚拟三维模型326)，图解出去除的骨头。此虚拟三维模型被如此制造，而不必须对患者10进行术后口内扫描-使患者10免于此增加的扫描步骤。

机器人系统100的其它细节和机器人系统100的用法在下面各部分中进行了描述。虽然本发明被分成了包括具有被描述的元件的各实施方式的这些部分，但在任何部分和/或任何实施方式中包含的任何部分和/或任何元件可以与在这里描述的任何其它部分和/或任何其它实施中的任何部分和/或任何元件进行组合和/或修改。

机器人系统100的构成和总体操作

如图1中所示，机器人系统100包括基部120，工作臂140，和着陆(grounding)臂160。基部120也可称为用于在其中容置着多个元件的柜体，被容置于其中的元件中的至少一些被联接到一起来执行一个或多个功能/操作。基部120搁置在地表面105(例如，牙科手术室的地板)上。基部120可被固定到地表面105或相对于地表面105可移动。在实施方式中，当基部120相对于地表面105可移动时，基部120的底侧包括一个或多个脚轮或滚子(未示出)。作为基部120搁置在地表面105上和/或被联接到地表面105的替代或附加，基部可被联接到墙壁表面107(例如，牙科手术室的墙壁)。优选地，基部120被安装到地表面105和/或墙壁107，以帮助防止机器人系统100在使用过程中翻倒。

基部120容置着和/或被联接到/关联到计算机121，显示装置122，输入装置124a，124b，手术工具托盘130，和存储抽屉135。计算机121与显示装置122，输入装置124a，124b，工作臂140和着陆臂160通信连接。计算机121可包括控制器，处理器，存储器装置，通信装置(例如，无线、有线等)，它们被配置用于运行/执行一个或多个软件程序(例如，机器人系统控制软件程序，牙科手术计划软件程序，基台设计软件程序，牙冠设计软件程序等)。计算机121被特别地编程和改进，用于控制和/或跟踪/追踪机器人系统100的工作臂140和/或着陆臂160。替代性地，计算机121可以是能够执行特定软件以控制和/或跟踪机器人系统100的工作臂140和/或着陆臂160的通用计算机。

输入装置124a，124b被示出为在操作计算机121的过程中使用的键盘和鼠标。另外的输入装置可被使用，比如操纵杆、无线或有线电子笔、覆盖在显示装置122上的触摸屏、脚踏板等

手术工具托盘13在其中存储着用于在各种手术(例如，截骨创建，种植体植入，骨剔除，牙冠制备，探针探查/机械感测，假牙修改，临时修复整形，基台整形等)中使用的多个手术工具或手术工具刀头132。虽然仅示出了四个手术工具刀头132，但任何数量的手术工具刀头132可包括在手术工具托盘130中(例如，一个手术工具刀头，两个手术工具刀头，十个手术工具刀头，三十个手术工具刀头等)。手术工具刀头132可包括钻头工具(例如，用于在骨头中制造凹口和/或开口)，攻丝工具(例如，为了在骨头凹口/开口中制造螺纹)，牙种植体驱动工具，旋转铣削工具，锯工具，探针工具，机械感测工具刀头，手术刀/刀工具，或者它们的任何组合。在一些实施方式中，基部120将多个手术工具托盘130存储在其中一个存储抽屉135中。在这样的实施方式中，根据使用机器人系统100正在执行的手术，使用者(例如，口腔科医生，临床医生，牙科助理医师等)将手术工具托盘130中的正确一个连接到基部120并且将任何其它的手术工具托盘130放回到存储抽屉135中，用于将来使用和/或进行清洗。手术工具托盘130上的手术工具132被以已知的方式布置，使得机器人系统100可使工作臂140自动地移动和拾取手术工具刀头132中的预期一个。在一些实施方式中，为了避免机器人系统100拾取错误的手术工具刀头132，手术工具托盘130被设计为使得手术工具托盘130仅能够以一个定向与基部120连接。此外，在一些实施方式中，每个手术工具刀头132被设计成只与手术工具托盘130上的一个已知位置联接。而其它实施方式中，机器人系统100的操作者使工作臂140与手术工具刀头132中的预期一个手动联接。

工作臂140具有从基部120延伸的第一端141a和第二相反端141b，所述第二相反端141b被配置用于通过工具155与手术工具刀头132之一联接，以在进行手术时使用。在第一和第二端141a，b之间，工作臂140包括通过多个柔性关节构件150联接到一起的多个刚性臂构件145。刚性臂构件145中的每一个可具有固定的长度或能够具有可变的长度，比如，具有伸缩性构造(未示出)。此伸缩性构造为机器人系统100提供了增加的灵活性，以在手术进行过程中到达距基部120更远的地方。如图示，工作臂140被经由柔性关节构件150中的一个直接联接到基部120，但工作臂140也可以经由刚性臂构件145中的一个直接联接到基部120。刚性臂构件145可由多种材料制成，比如钛、塑料、钢或它们的任何组合。

柔性关节构件150中的每一个被配置用于将刚性臂构件145中的一个配合到刚性臂构件145中的另一个或配合到基部120。柔性关节构件150中的每一个在其中包括一个或多个电机，用于致使被配合到柔性关节构件150的那些刚性臂构件145相对运动。例如，柔性关节构件150中的每一个包括伺服电机、旋转电机等。这样，响应于来自计算机121的命令，例如用于自动执行预先计划的手术过程的命令，柔性关节构件150可使刚性臂构件145中的一个相对于被联接到同一柔性关节构件150的刚性臂构件145中的另一个旋转/枢转。根据柔性关节构件150中电机的数量和/或类型，此相对旋转/枢转可以是一维的、两维的或三维的。也就是说，刚性臂构件145中的一个可被致使相对于刚性臂构件145中的另一个前后旋转/枢转(例如，俯仰)，相对于刚性臂构件145中的另一个左右旋转/枢转(例如，摇摆)，和/或相对于刚性臂构件145中的另一个侧向旋转/枢转(例如，滚动)。

如图所示，工作臂140包括四个刚性臂构件145和四个柔性关节构件150。如上所述，四个柔性关节构件150中的每一个具有能够旋转/枢转配合于其上的刚性臂构件145的能力，工作臂140的第二端141b和/或工具155能够以至少六个自由度(例如，三个旋转自由度和三个平移自由度)相对于基部120移动。设想包括在工作臂140中的刚性臂构件145和柔性关节构件150的数量可不同。当刚性臂构件145和柔性关节构件150的数量减少时，工作臂140的灵活性也降低。类似地，当刚性臂构件145和柔性关节构件150的数量增加时，工作臂140的灵活性也升高。例如，可包括附加的精细调节柔性关节构件150，其具有相对较小的运动范围，以将工具155和联接于其上的手术工具刀头132精确地放置在患者10嘴12中的预期位置。特别地，在一些实施方式中，手术工具刀头132可被放置为偏离预期目标小于0.5毫米的误差幅度。在一些其它实施方式中，手术工具刀头132可被放置为偏离预期目标小于0.1毫米的误差幅度。

除柔性关节构件150中的每一个在其中包括一个或多个电机之外，柔性关节构件150中的每一个包括用于感测联接于其上的刚性臂构件145之间的相对位置关系的一个或多个传感器。也就是说，例如，柔性关节构件150中的每一个包括一个或多个传感器，其可以确定相对于原点位于柔性关节构件150中心处的X-Y-Z空间来说联接于其上的两个刚性臂构件145之间的相对角位置关系。因此，响应于机器人系统100的使用者移动其中一个刚性臂构件145，被联接到手动移动的刚性臂构件145的柔性关节构件150的一个或多个传感器被配置用于感测该运动并且产生代表该刚性臂构件145相对于柔性关节构件150的原点和/或相对于机器人系统100和/或患者10嘴12的原点O的新位置的数据。此数据被(无线地和/或通过线)传输到计算机121进行处理。对于另一个例子来说，响应于操作者400(图7)手动移动工作臂140的第二端141b和/或工具155使刚性臂构件145中的一些或所有相对于基部120移动，柔性关节构件150中的每一个产生数据，该数据被传输到计算机121以进行处理。计算机121被配置用于运行跟踪软件程序和/或算法，所述跟踪软件程序和/或算法能够处理来自柔性关节构件150中的每一个的数据，以确定工作臂140的第二端141b(或任何工具155和/或联接于其上的手术工具刀头132的任何部分)相对于为机器人系统100和/或为患者10嘴12所建立的一个或多个原点，O，的位置。这样，机器人系统100能够跟踪工作臂140的运动。

着陆臂160具有从基部120延伸的第一端161a和第二相反端161b，第二相反端161b被配置用于与刚性着陆构件200联接(图4)，以建立用于机器人系统100和/或用于患者10嘴12的原点，O。在第一和第二端161a，b之间，着陆臂160包括通过多个柔性关节构件170联接到一起的多个刚性臂构件165。刚性臂构件165与刚性臂构件145相同或类似，并且柔性关节构件170与这里描述的柔性关节构件150相同或类似。

现在参考图2，详细示出了工作臂140的第二端141b。具体地，示出了通过柔性关节构件150联接的两个刚性臂构件145a，b的一部分。刚性臂构件145b具有与柔性关节构件150联接的第一端146a和与联结器147联接的第二端146b。联结器147被刚性附接到刚性臂构件145b的第二端146b并且被设计用于在其中可移除地接收工具155的一部分。如图2中所示，工具155是用于旋转手术工具刀头132a的钻或驱动工具。将工具155联接到联结器147可以是纯机械和/或电的。也就是说，工具155与联结器147的联接可包括通过联结器147向工具155供电或工具155可以是自供电的(例如，经由一个或多个一次性的和/或可再充电的电池)。联结器147和工具155之间的连接可以是压配合连接、卡扣连接、螺纹连接、磁性连接、摩擦连接、舌槽式连接，以及它们的任何组合，使得工具155被以已知的且可重复的方式可拆除地且牢固地联接到联结器147。在一些实施方式中，工具155与工作臂140的联接建立了通信连接，使工具155能够通过工作臂140与计算机121通信，使得工具155的身份被公开给计算机121。这样，计算机知晓了所需要的工具155的身份和大小和形状，以精确地跟踪工具155和联接于其上的手术工具刀头132的运动。替代性地，工作臂140被设计成只与单一工具155连接，从而对工具155的识别不再必须。但在其它替代性实施方式中，机器人系统100在进行手术之前执行检查，以确认正确的工具155被联接到工作臂140。

在一些实施方式中，工具155包括多个按钮156。按钮156可被编程和/或可以是可编程的，用于开始工具155的操作(例如，开始/ON按钮)，用于终止工具155的操作(例如，停止/OFF按钮)，用于反向工具155的旋转(例如，前/后旋转)等。一个或多个灯(例如，LED)可被包括在工具155中，并且被定位成与每一个按钮156相邻用以指示该按钮156是否被激活。在一些实施方式中，工具155包括释放按钮或机构157，其在帮助从工具155移除手术工具刀头132a时使用。在其它实施方式中，手术工具刀头132a可简单地被拉出工具155，而不必须按释放按钮157。

现在参考图3，详细示出了着陆臂160的第二端161b。特别地，刚性臂构件165a的一部分通过柔性关节构件170联接到着陆探针180。着陆探针180具有与柔性关节构件170联接的第一端180a和被设计为以可移除且可重复的方式与刚性着陆构件200(图4)联接的第二端180b。如图3中所示，着陆探针180的第二端180b包括一对被偏压的锁定支撑件182a，b。锁定支撑件182a，b被远离着陆探针180的第二端180b的中心轴线，YC，向外偏压。因此，锁定支撑件182a，b可被朝向中心轴线，YC，向内迫压，以允许着陆探针180的第二端180b以可移除且可重复的方式滑到刚性着陆构件200的接收孔222(图4)内。

使用刚性着陆构件200将机器人系统100登记到患者10的嘴12

参考图4，刚性着陆构件200被示出为包括本体205和联接柱220。本体205包括第一腿部207a和第二腿部207b，它们通过之间的基部209联接到一起。基部具有上表面209a和底表面209b。从基部209的上表面209a大致向上突伸的是联接柱220。本体205和联接柱220可以是附接在一起的两个单独且不同的零件，或者它们可被一体地形成为单体部件。联接柱220在其中包括接收孔222，当将机器人系统100的着陆臂160着陆式连接(ground)到患者10的嘴12(例如，当刚性着陆构件200被安装在患者10的嘴12中)时，接收孔222接收穿过的着陆探针(grounding probe)180的第二端180b。接收孔222具有中心轴线XC，用于机器人系统100和/或患者10嘴12的原点O可沿所述中心轴线建立。在一些实施方式中，原点O被沿着中心轴线XC建立在接收孔的中心处。在一些替代性实施方式中，原点O建立在沿着中心轴线XC的任一点处，例如，在接收孔222的任一端开口处。

第一腿部207a包括接收紧固件230(例如，外科牙螺丝，牙螺栓等)的带螺纹通孔208。虽未示出，第二腿部207b也可以包括与带螺纹通孔208相同或类似的带螺纹通孔，用于在其中接收紧固件230和/或另一紧固件(未示出)。虽然刚性着陆构件200被示出为具有特殊形状和大小，但还设想用于刚性着陆构件200的各种其它形状、大小和布置，使得刚性着陆构件200可被附接到患者10的嘴12并且提供用于将着陆探针180以可移除且可重复的方式联接于其上的装置。

根据一些实施方式，为了将机器人系统100登记到患者10的嘴12并且建立用于在使用机器人系统100的手术过程中使用的原点O，刚性着陆构件200被安装到患者10的嘴12内。如图5中所示，患者10的嘴12包括牙齿14，下颌骨16，和软组织18(例如，齿龈组织)，牙齿14a被选择为与刚性着陆构件200联接。如图6中所示，嘴12还包括手术部位20(例如，用于接收牙种植体、永久性基台、和永久性牙冠的部位)，其中牙齿14b和14c与手术部位20相邻地定位。

虽然刚性着陆构件200被附接到牙齿14a，但刚性着陆构件200也可以被附接到嘴12中的任何其它牙齿14和/或附接到患者10的下颌骨16。为了将刚性着陆构件200附接到牙齿14a，刚性着陆构件200被放置在牙齿14a上。具体地，例如，刚性着陆构件200被定位于患者10的嘴12中，使得(i)基部209的底表面209b被大致定位成与牙齿14a的咬合面相邻，(ii)第一腿部207a被大致定位成与牙齿14a的舌侧表面相邻，并且(iii)第二腿部207b被大致定位成与牙齿14a的颊面相邻，如图5中所示。刚性着陆构件200被如此定位之后，紧固件230被螺纹旋入第一腿部207a的带螺纹通孔208内，以将刚性着陆构件200抵靠着牙齿14a刚性地锁定在位。在一些实施方式中，紧固件230被拧紧使得紧固件230不刺穿牙齿14a，软组织18，和/或下颌骨16。然而，在一些替代性实施方式中，紧固件230刺穿牙齿14a，软组织18，下颌骨16，或它们的任何组合。

刚性着陆构件200附接到牙齿14a之后，利用扫描仪/相机300对患者10的嘴12进行扫描，如图5中所示。根据正在计划使用机器人系统100实施的手术类型，对嘴12的扫描可以是使用口内扫描仪的口内表面扫描，使用CT扫描仪的CT扫描(比如，锥形束计算机断层(CBCT)扫描仪，也已知为牙科CBCT扫描仪)，或它们的组合。在刚性着陆构件200存在的情况下对嘴12进行扫描允许生成患者10的嘴12的术前三维虚拟模型325(图1)。此虚拟模型可用于制定手术计划和/或用于设计将要配合到安装在患者10嘴12中的牙种植体的部件。特别地，虚拟模型325包括虚拟的刚性着陆构件200'(图1)，其被用于建立在进行手术时由机器人系统100使用的坐标系统的原点O。

扫描嘴12之后，机器人系统100被着陆式连接到患者10的嘴12。具体地，通过将着陆探针180的第二端180b定位和/或滑动到刚性着陆构件200的联接柱220的接收孔222内，着陆探针180的第二端180b被与刚性着陆构件200配合。第二端180b被滑动直到锁定支撑件182a，b滑动穿过接收孔222并且超出接收孔222并且被远离中心轴线YC向外偏压(图3)，使得着陆探针180不能轻易从接收孔222移除。在一些实施方式中，触觉反馈被使用用来指示着陆探针180与刚性着陆构件200完全接合并且被正确地定位于其内。例如，当着陆探针180完全接合时，锁定支撑件182a，b可卡接入位，制造出听得到的声音和/或振动喀嚓声。

通过轻易地移除，意思是使着陆探针180从其与刚性着陆构件200的接合中移离，锁定支撑件182a，b需要通过被朝向中心轴线YC向内压而致动，以允许着陆探针180滑出接收孔222。替代性地，着陆探针180可通过下述从其与刚性着陆构件200的接合中移离：通过以足以克服锁定支撑件182a，b的偏压力的力拉动着陆探针180，致使锁定支撑件182a，b被朝向中心轴线YC向内迫移，并且允许着陆探针180从与刚性着陆构件200的接合中移离。

如图6中最佳示出的，着陆探针180的第二端180b的长度，L180b，被设计为使得，一旦着陆探针180被与刚性着陆构件200的联接柱220正确地接合，着陆探针180就不再具有任何或具有非常小的平移游隙。这意味着当着陆探针180与刚性着陆构件200接合时着陆探针180不能沿着中心轴线YC侧向地滑动和/或移动(例如，平移)。然而，着陆探针180被允许在接收孔222内围绕着中心轴线YC旋转。基于刚性着陆构件200在患者10嘴12中的位置，着陆探针180和刚性着陆构件200之间的这种连接帮助机器人系统100保持在已知的原点，O。

机器人系统100被经由刚性着陆构件200和着陆探针180(被联接到机器人系统100的着陆臂160)着陆式连接到患者10的嘴12之后，机器人系统100即准备好自动地实施预先计划的过程和/或允许操作者400执行由机器人系统100跟踪/追踪的手动和/或半手动的过程。在使用机器人系统100自动实施/执行预先计划的过程的实例中，此预先计划的过程必须首先进行计划，例如，使用牙外科手术计划软件程序，如在下面的部分中描述的。

计划由机器人系统100自动实施的手术计划

如上面讨论的，在其中存在刚性着陆构件200的情况下对患者10的嘴12进行扫描。由该扫描(例如，口内表面扫描，CT扫描，牙科CBCT扫描，X射线扫描，它们的组合等)产生的扫描数据被输入和/或发送至执行和/或运行牙外科手术计划软件程序的计算机121，或另一计算机。如图1中所示，手术计划软件程序被设计为在显示装置122上显示患者10嘴12的至少一部分的术前三维虚拟模型325。虚拟嘴12'的术前三维虚拟模型包括虚拟牙齿14'，虚拟软组织18'，虚拟手术部位20'，虚拟刚性着陆构件200'，并且在进行牙科CBCT扫描和/或X-射线扫描的一些实施方式中还有虚拟骨头16'(例如，下颌骨)，这些与真实的患者10嘴12中的牙齿14，软组织18，手术部位20，刚性着陆构件200，和骨头16对应。

根据将在患者10的嘴12中进行的手术类型，牙外科手术计划软件程序被设计用于，自动地和/或利用来自操作者的某一输入(例如，图7中示出的操作者400)地，制定使用被附接到机器人系统100工作臂140的工具155上的手术工具刀头132中的一个或多个自动执行预期过程的手术计划。特别地，牙外科手术计划软件程序被设计用于开发使工作臂140相对于着陆臂160(例如，相对于着陆探针180的第二端180b)进行的指令和/或运动集，其中着陆臂160被定位在相对于患者10嘴12中的刚性着陆构件200的已知位置(例如，在图4中示出的沿着中心轴线XC建立的原点O)。所开发的指令集包括在手术过程中使用的一个工具或多个工具的类型和/或大小的说明。所开发的指令集还包括当使用多个工具时使用这些工具的顺序。例如，如果预期的手术是截骨创建，则所开发的指令包括使用哪个或哪些手术钻头工具132。特别是，在示例性截骨创建中，指令可引导机器人系统100首先使用具有第一直径和第一长度的第一手术钻头工具132来开始该手术(例如，在下颌骨中制造初始凹口/开口)，然后是使机器人系统100切换到具有第二(例如，相对较大)直径和第二长度(例如，与第一长度相同或不同)的第二手术钻头工具132的指令，以继续该手术(例如，扩大在下颌骨中制造的凹口/开口的直径)等。随后的指令可包括使机器人系统100切换到手术攻丝工具132，在先前于下颌骨中制造的凹口/开口中攻螺纹(例如，制造螺纹)。在一些实施方式中，外科手术系统100自动地并且不需要操作者输入地将手术工具刀头132切换到工具155；并且在一些替代性实施方式中，从手术工具刀头132到工具155，操作者手动地进行附接和拆卸。

通过牙外科手术计划软件程序进行的手术计划的制定可在接收扫描数据(例如，术前虚拟三维模型325)之后完全自发地进行，或者此制定可以包括来自操作者的某一输入。例如，牙外科手术计划软件程序可要求来自操作者的输入，比如所计划的手术的类型(例如，截骨创建，种植体植入，骨剔除等)，待植入种植体的预期中心轴线的位置和定向(例如，用于避开嘴12中的神经和/或避开嘴12中的低密度骨头区域)，待植入种植体的制造商，待植入种植体的大小等。

一旦手术计划利用牙外科手术计划软件程序制定出来，机器人系统100准备好使用手术工具刀头132中的一个或多个执行/实施手术计划了。在一些实施方式中，控制工作臂140和着陆臂160的计算机121还执行和运行手术计划软件程序。在这样的实施方式中，制定的手术计划被自动载入并且准备好被机器人系统100自动实施，例如，响应于操作者按下显示装置122上的开始按钮。在不同的计算机执行/运行牙外科手术计划软件程序的替代性实施方式中，所制定的手术计划需要被发送到和/或载入到机器人系统100内。

如图7中所示，手术计划开始之后，工作臂140相对于着陆臂160移动到位(例如，至少部分地移动到患者10的嘴12内)并且开始在手术部位20处使用手术工具刀头132中的一个或多个自动地执行该过程。

定义用于限制机器人系统100的运动的无形的障碍壁/区域450

如这里讨论的，不同于使机器人系统100自动执行手术过程，机器人系统100可被手动地使用，使得操作者400(图7，8A，8B)致使工作臂140和所附接的手术工具刀头132相对于患者10移动。在这样的实施方式中，无形的障碍壁/区域450可在进行该过程之前建立。如图8A中所示，出于示意性目的，无形的障碍壁/区域450在没有患者10嘴12的情况下被示出，而图8B示意出覆盖在患者10的嘴12上的同一无形的障碍壁/区域450。

作为手术计划的一部分，无形的障碍壁/区域450可使用在这里描述的手术计划软件程序建立和/或生成。在这样的实施方式中，对于由操作者使用(例如，手动地操纵)机器人系统100来执行的半手动程序来说，当手术工具刀头132位于患者10附近和/或被定位在患者10的嘴12内时，无形的障碍壁/区域450建立了用于工作臂140、特别是用于联接于其上的手术工具刀头132的边界。这样，无形的障碍壁/区域450可帮助防止操作者(例如，口腔科医生)将工具155移动至致使手术工具刀头132和/或工作臂140的任何部分(例如，包括工具155)与患者10的嘴12干涉。

通过干涉，例如，意思是工作臂140撞到正在执行的程序涉及不到的患者10牙齿14。对于另一个例子来说，通过干涉，意思是手术工具刀头132被移动(例如，竖直地上和/或下，侧向等)到患者10的下颌骨16内太远，例如使用机器人系统100执行半手动程序、比如截骨创建时。这样，当操作者400通过手动地移动工作臂140而手动地进行截骨创建时，提供有无形的障碍壁/区域450的机器人系统100允许操作者400在无形的障碍壁/区域450的边界内根据需要移动手术工具刀头132(例如，竖直地上和/或下，侧向等)，但是，如果操作者400试图将手术工具刀头132移动到无形的障碍壁/区域450外面和/或穿过它，机器人系统100主动防止此运动，例如，利用柔性关节构件150中的电机。例如，如图8A和8B中所示，操作者400正在试图使手术工具刀头132在箭头方向A(例如，相对于图8B的定向向下)上移动穿过无形的障碍壁/区域450。然而，因为外科手术系统100主动地实施(enforce)了无形的障碍壁/区域450，所以外科手术系统100致使工作臂140、工具155、手术工具刀头132、或它们的任何组合振动(例如，触觉反馈)，提示操作者正在试图使手术工具132移动经过无形的障碍壁/区域450，这是不允许的。使用此无形的障碍壁/区域450可用于例如允许操作者(例如，牙外科医生)执行自由形式的(free-form-shaped)骨切开术，其中操作者被允许雕刻(sculpt)(例如，竖直地上和/或下以及侧向地移动外壳旋转铣削工具132)截骨-与使用仅沿着单一中心轴线竖直移动的一套阶梯式钻头不同。这样，操作者可根据所接收的触觉反馈和/或其它信息(例如，在手术过程中用于保持预期的或预设的钻削速度所需的力矩水平，在手术过程中用于推进手术工具刀头132所需的力水平等)来实时地手动修改/更新手术计划。

虽然无形的(看不到的)障碍壁/区域450被示出为具有开放的顶部，但替代性的无形的障碍壁/区域可在所有侧面上具有无形的壁/无形的表面，使得工作臂140的至少一部分(例如，手术工具刀头132的末端)在使用机器人系统100执行的整个手术过程中被完全包围在无形的障碍壁/区域中。这样，无形的障碍壁/区域可以延伸到患者10的嘴12外面。其中，此无形的障碍壁/区域可以帮助防止工作臂140的一部分撞到患者10的脸或头或胸。

无形的障碍壁/区域450在图8A和8B中以虚线示出了，用于表示在手术过程中所述无形的障碍壁/区域450对机器人系统100的操作者来说实际上是在患者10的嘴12中看不到的。然而，在一些实施方式中，在手术过程中，无形的障碍壁/区域450的虚拟展现可以显示在显示装置122和/或另一显示装置上。例如，无形的障碍壁/区域450的虚拟展现可以相对于患者嘴12的虚拟模型(例如，术前三维虚拟模型325)显示。对于另一个例子来说，无形的障碍壁/区域450的虚拟展现可以相对于患者10的嘴12的视频直播显示。对于又另一例子，无形的障碍壁/区域450的虚拟展现可以相对于患者10的嘴12的图片显示。无形的障碍壁/区域450的虚拟展现的显示允许操作者相对于患者10的嘴12看到无形的障碍壁/区域450，这可以帮助操作者执行和/或监控/监督该过程。

使用机器人系统100监控/追踪半手动程序

机器人系统100可用于执行半手动程序。通过半手动意思是指机器人系统100允许机器人系统100的操作者400(图7，8A，8B)相对于患者10的嘴12手动地操纵/移动工作臂140来执行一过程，同时保持一定水平的控制。例如，机器人系统100通过支撑其自身的重量和/或监控/感测工作臂140和着陆臂160相对于所建立的原点O(图8B)的位置而保持对工作臂140和着陆臂160的控制。

如这里讨论的，工作臂140包括多个柔性关节构件150并且着陆臂160包括多个柔性关节构件170，其中柔性关节构件150，170中的每一个包括在确定工作臂140的至少一部分(例如，手术工具刀头132的末端，等)和/或着陆臂160(例如，着陆探针180的末端)的位置时使用的一个或多个传感器。例如，当操作者400移动工具155(图8B)时，柔性关节构件150，170中的传感器记录数据，该数据被传输地计算机121以进行处理。计算机121运行/执行机器人控制软件，该软件接收来自传感器的数据并且处理该数据，以确定工作臂140的至少一部分(例如，手术工具刀头132的末端)相对于所建立的原点O(图8B)的位置。

例如，如图8B中所示，用于机器人系统100的原点O被建立为沿着联接柱220的接收孔222的中心轴线XC并且沿着着陆探针180第二端180b的中心轴线YC的中心点。替代性地，原点O可建立在相对于刚性着陆构件200的任何位置，因为，当刚性着陆构件200被安装在嘴12中时，以已知的并且被记录(例如，如这里描述的，在刚性着陆构件200存在的情况下对嘴12进行扫描的过程中知晓并记录的)的方式刚性着陆构件200相对于患者10嘴12的剩余部分是固定的。

当操作者400执行半手动程序时，机器人系统100利用柔性关节构件150，170中的传感器跟踪/追踪工作臂140的每一项运动(例如，特别是追踪手术工具刀头132末端的每一项运动)，从而产生与工作臂140(和手术工具刀头132)的位置有关的数据，并且此数据被存储在计算机121或另一计算机和/或存储器装置中。计算机121可执行和/或运行三维建模软件(例如，与在这里其它地方描述的牙外科手术计划软件程序相同或不同的软件程序)，所述三维建模软件被编程以生成患者10嘴12的至少一部分的被修改的或术后虚拟三维模型326(图9)。术后虚拟三维模型326基于(i)嘴12的术前三维虚拟模型325(图1)和(ii)在手术过程中收集的与工作臂140的位置有关的数据。特别地，三维建模软件被设计成使用患者10嘴12的术前三维虚拟模型325并且基于使用机器人系统100所执行的程序而修改术前三维虚拟模型325。这样，虚拟嘴12'的所述至少一部分的术后三维虚拟模型326包括虚拟牙齿14'，虚拟软组织18'，虚拟手术部位20'，虚拟刚性着陆构件200'，并且在进行了CT扫描(例如，牙科CBCT扫描)的一些实施方式中还包括虚拟骨头16'(例如，下颌骨)，它们都存在于术前三维虚拟模型325中。然而，根据该过程以及在同一过程中收集的数据，术后三维虚拟模型326还包括手术部位20'处的修改。

例如，如图9中所示，如果操作者400使用手术钻头工具132创建截骨，同时机器人系统100跟踪该过程，那么对工作臂140的位置的跟踪生成表示在手术过程中使用的手术钻头工具132相对于患者10嘴12中的软组织18和下颌骨16相对于刚性着陆构件200(以及所建立的原点O)的位置的数据。这样，三维建模软件能够确定出手术钻头工具132如何与术前三维虚拟模型325干涉，以及如何基于该干涉通过去除其一些部分来更新术前三维虚拟模型325，以生成在软组织18'中和/或在骨头16'中包括虚拟开口或凹口25'的术后三维虚拟模型326。也就是说，手术钻头工具132的干涉表示将用手术钻头工具132钻削和/或去除材料而生成图示的虚拟开口或凹口25'。这样，三维建模软件能够通过去除与在手术过程中实际上从患者10嘴12去除的材料对应的材料而修改术前三维虚拟模型325。结果生成的是患者10嘴12的被修改的三维虚拟模型或术后三维虚拟模型326，其绘示了患者10嘴12中的术后情形(例如，具有被去除的软组织和/或下颌骨材料)。因此，操作者400不必须对患者10的嘴12进行术后扫描来获取术后患者情形。患者10被免于此额外扫描步骤。

此外，对于另一个例子来说，如图9中所示，如果操作者400使用种植体驱动工具132植入牙种植体，同时机器人系统100追踪该过程，那么对工作臂140的位置的追踪生成表示种植体驱动工具相对于刚性着陆构件200(以及所建立的原点O)的位置(以及因此联接于其上的牙种植体的位置)的数据。这样，三维建模软件能够确定出种植体驱动工具(以及联接于其上的牙种植体)如何与术前三维虚拟模型325干涉和/或是如何相对于其移动的，并且基于此干涉更新术前三维虚拟模型325，以生成术后三维虚拟模型326，该术后三维虚拟模型326包括以下述位置和定向植入在虚拟开口或凹口25'中的虚拟牙种植体30'，所述位置和定向与使用机器人系统100安装在患者10嘴12中的实际牙种植体的位置和定向相对应。因此，操作者400不必须进行患者10嘴12的术后扫描以获取包括安装于其中的牙种植体的位置和定向的术后患者情形。患者10被免于此额外扫描步骤。

在使用机器人系统100进行的半手动和/或手动程序(过程)中追踪/监控工作臂140和/或着陆臂160的位置可被用于生成患者10嘴12的至少一部分的各种被修改的虚拟三维模型或术后虚拟三维模型，除在这里描述的以及在图9中示出的那些之外。例如，被修改的虚拟三维模型或术后虚拟三维模型可在使用机器人系统进行常规的牙科牙齿准备之后、在使用机器人系统100成形临时性假体之后、在使用机器人系统100修改假牙之后等自动地生成，例如，通过运行三维建模软件的计算机121生成。各种其它手动/半手动程序、比如在这里其他地方描述的程序可如上所述进行追踪/监控，用于生成位置数据，所述位置数据在生成被修改的虚拟三维模型或术后虚拟三维模型时使用以避免术后扫描(例如，术后口内表面扫描，术后牙科CBCT扫描等)。

机器人系统100的示例性用法

本公开的机器人系统100可被用于自动地、手动地、或自动手动组合地执行各种过程。机器人系统100可执行的过程的一个例子是截骨创建。截骨的创建使用联接到机器人系统100的一个或多个手术钻头工具132执行，用于在患者10下颌骨16中形成适于在其中接收牙种植体的凹口和/或开口。另外，在一些实施方式中，截骨的创建还使用联接到机器人系统100的一个或多个外科攻丝工具132在先前于患者10下颌骨16中形成的适于在其中接收牙种植体的凹口/开口中制造螺纹。机器人系统100可执行的过程的第二例子是安装牙种植体。安装牙种植体使用联接到机器人系统100的种植体驱动工具132执行，用于将牙种植体安装在患者10下颌骨16上的开口中。机器人系统100可执行的过程的第三例子是执行牙槽骨切除术。牙槽骨切除术使用联接到机器人系统100的骨剔除/去除工具132执行，用于从患者10的下颌骨16去除骨头材料。机器人系统100可执行的过程的第四例子是执行牙槽骨整形术。牙槽骨整形术被如下进行：使用联接到机器人系统100的外科骨整形工具(bonecontouring tool)132整形患者10下颌骨16的一部分的轮廓。机器人系统100可执行的过程的第五例子是进行牙冠制备。牙冠制备的进行被如下进行：使用一个或多个外科牙钻头工具132和/或牙科剔除工具钻头132去除牙齿的一些部分(例如，咬合侧部分)，使牙齿适于在其上接收定制牙冠。机器人系统100可执行的过程的第六例子是修改假牙以用作混合型假体的一部分。混合型假体包括与一个或多个基台或柱体结合的被修改的假牙。典型地，被修改的假牙经由所述一个或多个基台或柱体联接到牙种植体，基台或柱体附接到相应的牙种植体中。机器人系统100可被用于通过在假牙中、在与安装在患者10嘴中的牙种植体的中心轴线直接对应的位置处精确地钻孔来帮助被修改的假牙的制造，所述牙种植体使用机器人系统100进行安装。这样，当所述一个或多个基台或柱体被附接到牙种植体时，在假牙上钻的孔与基台或柱体配合(即，对齐)并且可被结合于其上以制造混合型假体。机器人系统100可执行的过程的第七例子是制造暂时性修复体。暂时性修复体的制造通过如下进行：使用一个或多个剔刀和/或雕刻工具刀头132去除牙齿坯体的一些部分，使牙齿坯体被雕刻成具有用于附接到被安装的牙种植体的解剖齿形状。

设想上述七个例子中的任一个和下面公开的实施方式中的任一个可以在没有或具有很少来自操作者的输入(例如，除了选择开始过程按钮)的情况下通过载入了手术计划的机器人系统100自动地执行，或通过操作者400手动地和/或半手动地执行，操作者400手动操纵机器人系统100的工作臂140，工作臂140被无形的障碍壁/区域450约束或不受其约束。还设想来自下述实施方式中的任一个的任何元件和/或步骤可被去掉和/或用在其它公开的实施方式中的任一个中的任何其它公开的元件代替。

根据本文公开的思想的第一实施方式，机器人系统100被用于将牙种植体安装在患者10嘴12中。机器人系统100包括基部120，着陆臂160，工作臂140，和一个或多个传感器。着陆臂160具有第一端161a和第二端161b。着陆臂160的第一端161a被联接到基部120并且着陆臂160的第二端161b被配置用于联接到患者10嘴12中的固定结构，用于相对于患者10嘴12建立用于机器人系统100的原点O。在这样的实施方式中，着陆臂160的第二端161b相对于基部120具有至少六个自由度。工作臂140具有第一端141a和第二端l41b。工作臂140的第一端141a从基部120延伸并且工作臂140的第二端141b被配置用于与手术工具132中的一个或多个联接以在患者10嘴12中安装牙种植体的过程中使用。工作臂140的一部分相对于基部120具有至少六个自由度并且是可移动的，以(i)在患者10嘴12中的骨头16上形成开口，并且(ii)在形成的开口中安装牙种植体。所述一个或多个传感器(例如，柔性关节构件150，170中的传感器)监控着陆臂160和工作臂140的位置并且产生位置数据，所述位置数据被用于建立患者10嘴12的至少一部分的术后虚拟三维种植体水平模型(例如，图9的模型326)。

在第一实施方式中，术后虚拟三维种植体水平模型是在不使用联接到安装于患者10嘴12中的牙种植体的扫描基台的情况下建立的。此外，工作臂140的可移动部分(i)是通过机器人系统100的操作者400可手动移动的，(ii)是可通过机器人系统100的一个或多个电机(例如，柔性关节构件150，170中的电机)自动移动的，或(iii)两者。在患者10的嘴12中的固定结构是一个或多个牙齿，下颌骨，刚性着陆构件200，或它们的任何组合。

根据本文公开的思想的第二实施方式，建立患者10嘴12的至少一部分的术后虚拟三维模型326(图9)的方法包括将刚性着陆构件200附接到患者10嘴12内的固定位置处，其中嘴12包括在牙外科手术过程中使用机器人系统100安装的牙种植体。本方法还包括获得在其中具有刚性着陆构件200的患者10嘴12的术前虚拟三维模型325(图1)。本方法还包括将机器人系统100的着陆臂160联接到患者10的嘴12中的刚性着陆构件200，从而建立用于患者10嘴12的原点O(图8B)。本方法还包括，作为牙外科手术的一部分，移动(例如，自动地或手动地，或自动手动组合式地)被联接到牙种植体驱动工具132的机器人系统100工作臂140的至少一部分，以将牙种植体安装到患者10的嘴12中。本方法还包括在牙外科手术过程中监控着陆臂160和工作臂140的位置，以生成与牙种植体驱动工具132相对于所建立的原点O的位置有关的位置数据，并且基于获得的术前虚拟三维模型325(图1)和所生成的位置数据建立患者10嘴12的至少一部分的术后虚拟三维模型326(图9)。

在第二实施方式中，建立术后虚拟三维模型326(图9)是在不使用被联接到所安装的牙种植体的扫描基台的情况下进行的。此外，此建立包括将患者10的嘴12的术前虚拟三维模型325修改成包括安装在患者10嘴12中的牙种植体的虚拟模型的至少一部分(例如，图9中示出的虚拟牙种植体30')。在第二实施方式的一些形式中，本方法还包括在移动之前确定无形的边界壁/区域450(图8A和8B)被建立用于将被安装在患者10嘴12中的牙种植体的预定位置(例如，图6和7中示出的手术部位20)周围，并且在移动过程中通过防止机器人系统100的工作臂140移动至致使牙种植体安装到所确定的无形的边界壁/区域450外面而自动地实施该确定的无形的边界壁/区域450。

根据本文公开的思想的第三实施方式，使用机器人系统100自动剔除患者10嘴12中的牙槽骨的方法包括将刚性着陆构件200附接到患者10嘴12内的固定位置(例如，图6中示出的牙齿14a)。本方法还包括获得在其中具有刚性着陆构件200的患者10嘴12的剔除前虚拟模型(例如，与图1中示出的术前三维虚拟模型325相同或类似)。本方法还包括将机器人系统100的着陆臂160联接到患者10嘴12中的刚性着陆构件200，以建立用于患者10的嘴12的原点O(图8B)。本方法还包括制定相对于所建立的原点O自动地移动骨切割工具132以剔除患者10嘴12中的牙槽骨的一部分的计划。本方法还包括将骨切割工具132附接到机器人系统100的工作臂140并且通过经由机器人系统100的工作臂140自动移动骨切割工具132来执行所制定的计划，从而根据所制定的计划剔除患者10的嘴12中的牙槽骨，使患者10的嘴12中的牙槽骨的暴露脊部被充分加宽以进行钻削并且将牙种植体接收于其中。

根据本文公开的思想的第四实施方式，使用机器人系统100在患者10的嘴12中安装牙种植体的方法包括制定在患者10的嘴12中安装牙种植体的计划。所制定的计划包括(i)第一子计划，用第一工具132(例如，外科剔骨刀)剔除嘴12中的骨头的暴露部分，从而制造骨头的被充分加宽的部分，以便将牙种植体接收于其中，(ii)第二子计划，用第二工具132(例如，外科钻头工具)在骨头的被充分加宽的部分中形成开口或凹口，以便接收牙种植体，和(iii)第三子计划，用第三工具132(例如，种植体驱动工具)将牙种植体安装在开口内。本方法还包括通过将机器人系统100的着陆臂160联接到患者10的嘴12中的刚性着陆构件200来建立用于患者10的嘴12的原点O(图8B)。此计划通过下述执行：(1)按照第一子计划，将第一工具132联接到机器人系统100的工作臂140，并且通过移动工作臂140的至少一部分(例如，通过移动图2中示出的工具155)剔除患者10的嘴12中骨头的暴露部分，(2)按照第二子计划，将第二工具132联接到机器人系统100的工作臂140，并且通过移动工作臂140的至少一部分在患者10的嘴12中的骨头16上形成开口(图7)，以及(3)按照第三子计划，将第三工具132和牙种植体联接到机器人系统100的工作臂140，并且通过移动工作臂140的至少一部分将牙种植体安装到患者10嘴12中的骨头16上的开口内。

在第四实施方式中，本方法可还包括在安装牙种植体的过程中监控着陆臂160和工作臂140的位置，以生成与下述有关的位置数据：(i)牙种植体相对于所建立的原点O的位置(ii)第三工具132相对于所建立的原点O的位置，或(iii)(i)和(ii)两者。此外，本方法可还包括基于获得的术前虚拟模型325和所生成的位置数据建立患者10嘴12的至少一部分的术后虚拟三维模型(例如，与图9中示出的被修改的虚拟三维模型或术后虚拟三维模型326相同或类似)，其中所述嘴12的至少一部分包括牙种植体。在第四实施方式中，建立术后虚拟三维模型在不使用被联接到安装的牙种植体的扫描基台的情况下进行。

根据本文公开的思想的第五实施方式，使用机器人系统100剔除患者10的嘴12中的牙槽骨的方法包括通过将机器人系统100的着陆臂160联接到患者10的嘴12中的刚性着陆构件200来建立用于患者10的嘴12的原点O(图8B)。本方法还包括确定无形的边界壁/区域450被建立在患者10嘴12中的预定位置(例如，图6和7中示出的手术部位20)周围。本方法还包括将骨切割工具132联接到机器人系统100的工作臂140，并且移动(例如，手动地移动)机器人系统100的工作臂140的至少一部分以剔除患者10的嘴12中的牙槽骨。在移动过程中，本方法还包括通过防止机器人系统100的工作臂140移动至致使骨切割工具132被移动经过所述确定的无形的边界壁/区域450来自动实施所述确定的无形的边界壁/区域450。本方法还包括在移动过程中监控着陆臂160和/或工作臂140的位置，以生成与骨切割工具132相对于所建立的原点O的位置有关的位置数据。

根据本文公开的思想的第六实施方式，使用机器人系统100自动地准备患者10嘴12中的牙齿以接收定制牙冠的方法包括将刚性着陆构件200附接到在患者10的嘴12内的固定位置(例如，图5中示出的牙齿14a)，并且获得带有刚性着陆构件200的患者10嘴12的成形前虚拟三维模型(例如，与术前三维虚拟模型325相同或相似)。本方法还包括将机器人系统100的着陆臂160联接到患者10的嘴12中的刚性着陆构件200，以建立用于患者10的嘴12的原点O(图8B)。本方法还包括制定下述计划：相对于所建立的原点O自动移动一个或多个工具132以成形患者10的嘴12中的牙齿，以便接收定制牙冠。响应于机器人系统100的工作臂140与所述一个或多个工具132中的至少一个相联接，本方法还包括通过按照所制定的计划自动地移动工作臂140的至少一部分(例如，图2中最佳示出的工具155)来实施所制定的计划，从而成形患者10的嘴12中的牙齿使牙齿基本上按照所制定的计划成形。

在第六实施方式中，本方法可还包括基于所制定的计划设计所述定制牙冠，使用制造机制造所设计的定制牙冠，和将制造的定制牙冠附接到准备的牙齿。

根据本文公开的思想的第七实施方式，使用机器人系统100准备患者10的嘴12中的牙齿以接收定制牙冠的方法包括将刚性着陆构件200附接到患者10的嘴12内的固定位置(例如，图5中示出的牙齿14a)，并且获得在其中具有刚性着陆构件200的患者10嘴12的成形前虚拟三维模型(例如，与术前三维虚拟模型325相同或类似)。本方法还包括确定无形的边界壁/区域450被建立在嘴12中将要成形的牙齿的周围。本方法还包括将机器人系统100的着陆臂160联接到患者10的嘴12中的刚性着陆构件200，因而建立用于患者10的嘴12的原点O。响应于机器人系统100的工作臂140与成形工具132相联接，本方法还包括手动移动工作臂140的至少一部分(例如，在图2中最佳示出的工具155)，以成形患者10的嘴12中的牙齿。本方法还包括通过防止工作臂140移动至致使成形工具132的切割部分移动到所确定的无形的边界壁/区域450外面来自动实施所确定的可见边界壁/区域450。本方法还包括在移动过程中监控着陆臂160和/或工作臂140的位置，以生成与成形工具132的切割部分相对于所建立的原点O的位置有关的位置数据。本方法还包括基于获得的成形前虚拟模型和所生成的位置数据来建立患者10嘴12的至少一部分的术后虚拟三维模型(例如，类似于图9中示出的术后虚拟三维模型326)，其中所述嘴12的至少一部分包括被成形的牙齿。

在第七实施方式中，建立成形后虚拟模型是在手动移动后不扫描嘴的情况下进行的。此外，所确定的无形的边界壁/区域450允许手动移动工作臂140的至少一部分以成形牙齿，同时保持牙齿的会聚式轴壁成角度设置(convergent axial wall angulation)并且允许沿牙齿长轴的手动上下运动，以允许制造遵循着患者10嘴12中牙龈缘轮廓的牙冠缘。此外，成形前虚拟三维模型可从下述得来：CT扫描过程中生成的扫描数据，口内表面扫描过程中生成的扫描数据，对患者嘴的至少一部分的印模的表面扫描过程中生成的扫描数据，对患者10嘴12的至少一部分的物理模型的表面扫描过程中生成的扫描数据，或它们的任何组合。

根据本文公开的思想的第八实施方式，使用机器人系统100修改作为混合型假体的、将与患者10嘴12中的多个牙种植体联接(例如，经由被结合到修改过的假牙的基台或柱体)的假牙的方法包括获得其中具有假牙的患者10嘴12的第一虚拟模型。本方法还包括从患者10的嘴12去除假牙并且将第一刚性着陆构件(例如，刚性着陆构件200)附接到患者10的嘴12内的固定位置(例如，图5中示出的牙齿14c)。该方法还包括获得在其中具有第一刚性着陆构件的患者10嘴12的第二虚拟模型，以及在患者10的嘴12外面将第二刚性着陆构件附接到假牙。该方法还包括获得上面附接着第二刚性着陆构件的假牙的第三虚拟模型。本方法还包括通过将机器人系统100的着陆臂160联接到患者10的嘴12中的第一刚性着陆构件(例如，刚性着陆构件200)来建立用于患者10的嘴12的原点O(图8B)。本方法还包括使用被联接到牙种植体驱动工具132的机器人系统100工作臂140将所述多个牙种植体安装在患者10的嘴12中，并且在该安装过程中监控着陆臂160和/或工作臂140的位置，以生成与牙种植体驱动工具132相对于所建立的原点O的位置有关的位置数据。本方法还包括基于获得的第二虚拟模型和所生成的位置数据来建立患者10嘴12的至少一部分的第四虚拟模型。至少部分地基于第一、第三、和第四虚拟模型，本方法包括制定自动修改假牙使假牙能够与所安装的所述多个牙种植体联接(例如，经由多个基台或柱体，所述多个基台或柱体被结合到与所安装的牙种植体配合的修改过的假牙)的计划。本方法还包括将机器人系统100的着陆臂160联接到附接在假牙上的第二刚性着陆构件。本方法还包括使用被联接到钻头工具132的机器人系统100工作臂140、通过在假牙中制造多个孔来修改假牙。孔被制造在假牙中的特定位置处，使得被附接到牙种植体的基台或柱体与这些孔对齐，从而被修改的假牙可结合到所述基台或柱体并且形成混合型假体。混合式假体的其它细节、假牙、和对在混合型假体中使用/作为混合型假体使用的假牙的修改可在公布的美国专利文献No.2014-0272797中找到，该专利被整体以引用方式并入本文。

根据本文公开的思想的第九实施方式，在制造用于附接到安装在患者嘴中的牙种植体的永久性假体过程中使用的患者特异性临时性假体(PSTP)的制造方法包括通过将机器人系统100的着陆臂160经由固定结构联接到PSTP坯体来建立用于PSTP坯体的原点。本方法还包括使用被联接到雕刻工具132的机器人系统100工作臂140来修改PSTP坯体，使PSTP坯体变成具有适于附接到安装在患者10嘴12中的牙种植体的类似齿形状的PSTP。该方法还包括在修改过程中监控着陆臂160和/或工作臂140的位置，以生成与雕刻工具132相对于所建立的原点的位置有关的位置数据。至少部分地基于所生成的位置数据，本方法还包括建立PSTP的至少一部分的虚拟三维模型并且将PSTP附接到患者10嘴12中的牙种植体。该方法还包括允许PSTP周围的齿龈组织(例如，图6和7中示出的软组织18)在患者10的嘴12中愈合。响应于在患者10嘴12中包围PSTP的愈合的齿龈组织满足临界值，本方法还包括利用建立的虚拟模型制造永久性假体，作为PSTP的复制。然而，响应于在患者10的嘴12中包围PSTP的愈合的齿龈组织不满足临界值，本方法还包括(i)物理地修改PSTP，(ii)扫描被修改的PSTP，以获得被修改的PSTP的至少一部分的被修改的虚拟模型，以及(iii)利用获得的被修改的虚拟模型制造永久性假体，作为被修改的PSTP的复制。PSTP的其它细节、固定装置、和PSTP用于制造和/或设计永久性部件的用法可在公开的美国专利文献No.2014-0080095和2014-0080092中找到，这两者都被整体以引用方式并入本文。

根据本文公开的思想的第十实施方式，机器人系统100被用于切开(例如，去除和/或切割)患者10的嘴12中的软组织(例如，齿龈组织)。此切开包括将切割工具132(例如，外科手术刀工具)联接到机器人系统100的工作臂140。使用机器人系统自动切开软组织18可导致软组织修改，这与使用例如组织环切刀或徒手雕刻手术刀(freehand scalpel)进行徒手(free-hand)切割相比更加可预测和/或更加可靠。此外，与徒手切割相比，使用被联接到外科手术刀工具132的机器人系统100切开软组织可以加快软组织的愈合和/或更加美学地愈合软组织。在一些实施方式中，软组织可使用机器人系统100切开以建立放置牙种植体的位置。在一些实施方式中，软组织可使用机器人系统100切离出来以在嘴内的其它区域(例如，在组织移植时使用)中使用。

根据本文公开的思想的第十一实施方式，如这里描述地，在利用刚性着陆构件将机器人系统100登记到患者的嘴之后，机器人系统100被用于跟踪在下颌骨16(图5)中钻削的凹口/开口(例如，在截骨创建过程中)的位置，此凹口/开口随后被用理想化骨移植材料填充。此移植材料被允许与下颌骨材料融合并且患者被允许进行康复愈合(例如，持续六个月)。在进行了充分量的恢复愈合之后，患者可以返回来在移植材料的位置处安装牙种植体。例如通过将刚性着陆构件重新附接到患者的嘴、与先前安装的相同的精确位置处，机器人系统100被重新登记到患者的嘴。替代性地，在恢复愈合阶段期间刚性着陆构件被留在患者的嘴中。在这种替代性实施方式中，刚性着陆构件可具有使刚性着陆构件不与患者的咀嚼功能相干涉的大小和形状。例如，此刚性着陆构件可以是从患者的下颌骨部分地突伸出来而不显著影响患者的咀嚼功能的外科手术螺丝。当机器人系统100被用于制造用移植材料填充的凹口/开口时，机器人系统100知晓理想化骨移植材料的位置(例如，通过在初始钻削的过程中追踪工作臂140相对于在患者嘴中建立的原点的运动)，并且可被预先编程以自动地钻削理想化骨移植材料的位置，以便将牙种植体植入其中。因为期望的是将牙种植体安装到理想化骨移植材料内、而非周围相对较软的下颌骨材料内，所以此第十一实施方式帮助操作者进行牙种植体的植入，同时在进行骨移植后不必须对患者的嘴进行CT扫描。

本公开的一些部分描述了患者嘴的一部分的术后虚拟模型可在不对患者的嘴进行术后扫描的情况下进行。然而，在一些替代性实施方式中，可以进行术后口内表面扫描以捕捉软组织信息，但不使用被附接到安装的种植体的扫描构件(例如，可扫描的愈合基台，扫描盖帽等)。此表面扫描可与已经被在手术跟踪过程中获得的数据修改了的、患者嘴的术前CT扫描结合，来建立术后虚拟模型。也就是说，这里描述的术后虚拟模型可进一步通过与术后的口内表面扫描相结合而进行修改，例如用于提高术后虚拟模型中的软组织的精确度。利用骨头/硬组织信息和软组织信息建立虚拟模型的其它细节可在美国专利No.8,651,858中找到，该专利被整体以引用方式并入本文。

本公开的一些部分描述了使用机器人系统100剔除或雕刻患者10的嘴12中的下颌骨16的一些部分。重要的是请注意此雕刻是在三维上进行的，因为骨头可以在X-Y平面中和/或在Z-轴方向上去除。骨头可以被去除的非限制性例子是在预期植入牙种植体的地方去除骨头的窄脊部。此骨头的去除将产生更宽的脊部(例如，足够量的修复体空间)，其与窄脊部相比更有利于钻孔以接收牙种植体。此外，对骨头的剔除或雕刻可用于操纵患者10嘴12中的咬合垂直高度(VDO)，用于根据所设计/预期的将要安装在患者嘴中的修复体部件(例如，牙种植体，基台，牙冠等)的堆叠高度来提供足够量的修复体空间。因此，在一些实施方式中，机器人系统100被用于剔除骨头(例如，牙槽嵴骨)，使得VDO被操控为使所安装的部件(例如，牙种植体，基台，牙冠等)正确地适配在患者10的嘴12内。特别地，使所安装的牙冠的咬合面与患者10嘴12中的对置牙齿/牙齿的咬合面配合。

本公开的一些部分描述了各种手术工具132。除所描述的工具132之外，各种各样的其它工具132可与机器人系统100的工作臂140联接并且以与在这里描述的方式相同或类似的方式使用。例如，探针工具132(例如，具有金属球部或钩部的工具)可被联接到工作臂140，用于在检查牙齿和齿龈组织之间的凹坑时使用。机器人系统100可使用探针工具132确定此凹坑的长度和/或深度。此外，探针工具132可被用作机械感测探针来寻找患者10的嘴12中的结构(例如，刚性着陆构件200，牙齿，齿龈组织，腭等)的位置。例如，机器人系统100的这种用法可以在下述情况下使用：口腔外科医生不使用机器人系统100的工作臂140而执行手动程序、然后想要用机器人系统100数字化地捕获对患者10的嘴12进行的任何修改时使用。在这种情景下，操作者(例如，口腔外科医生)可以使用具有被联接到工作臂140的机械感测探针的机器人系统100来感测嘴12中的任何变化。此外，机械感测可被用于确定嘴12中的硬结构、比如牙齿和骨头，和/或机械感测可被用于确定软组织轮廓和/或特殊部位处软组织的深度。

本公开的一些部分描述了使用机器人系统100在患者10的下颌骨16中进行截骨的创建。重要的是请注意由机器人系统100实施的、用于执行截骨创建过程的手术计划至少部分地基于与在手术部位20处、患者10的下颌骨16的质量(例如，密度)相关的信息进行，该信息典型地得自CT扫描(例如，牙科CBCT扫描)和/或X-射线扫描。其确定可通过牙外科手术计划软件程序自动执行和/或由操作者手动执行并且输入到牙外科手术计划软件程序中。手术部位20处的骨质典型地被归结为四类骨头中的一类或多类，这四类包括类型I、类型II、类型III、或类型IV，其中类型I最致密，类型IV最不致密。因此，被确定为在具有类型I骨头的手术部位20中需要牙种植体的患者10中，手术计划可包括使机器人系统100在下颌骨16中制造正好尺寸(right-size)的凹口/开口然后用手术攻丝工具132攻丝该凹口/开口的指令。通过正好尺寸的凹口/开口，意思是所制造的凹口/开口的直径和/或用于进行截骨创建的最终钻头工具132的直径约等于将安装于其中的牙种植体的最小直径。对于另一个例子来说，被确定为在具有类型IV骨头的手术部位20中需要牙种植体的患者10中，手术计划可包括使机器人系统100在下颌骨16中制造过小尺寸(under-size)的凹口/开口而不攻丝该凹口/开口的指令。通过过小尺寸的凹口/开口，意思是所制造的凹口/开口的直径和/或用于进行截骨创建的最终钻头工具132的直径小于将安装于其中的牙种植体的最小直径。

在一些实施方式中，机器人系统100包括在预期手术(例如，截骨创建)的执行过程中生成数据的一个或多个传感器，所述数据在实时地(例如，在手术已经在进行过程中-已经开始实施)修改/更新手术计划时使用。传感器可包括本文中其它地方描述的传感器(例如，被联接到刚性臂构件145的柔性关节构件150中的传感器)，被联接到工具155的一个或多个力矩传感器，被联接到工具155的一个或多个力传感器，被联接到工具155的一个或多个速度传感器等。当执行用于截骨创建的手术计划时，机器人系统100初始使用具有第一直径的第一手术钻头工具132在下颌骨16中开始制造凹口/开口。机器人系统100，当它利用第一手术工具钻头工具132钻削下颌骨16时，监控传感器产生的数据，来确定下颌骨16比初始确定的更致密还是更不致密。基于该手术过程中的所述数据和/或所述确定(例如，在使用第一手术钻头工具132钻削的过程中)，手术计划可被机器人系统100实时地自动修改/更新，和/或可提示操作者允许所建议的修改。例如，如果机器人系统100确定来自传感器(例如，力矩传感器，力传感器等)的数据表示以所计划的速率(例如，2000RPM)旋转第一手术钻头工具132所需的力矩和/或将第一手术钻头工具132推进到下颌骨16内所需的力小于预期的(例如，基于先前确定的类型I骨头)，机器人系统100则可改变或建议改变手术计划，因为实际的牙齿情况显示与初始确定的不同。也就是说，需要的小于预期的力矩/力表示正在被钻削的下颌骨16不是类型I骨头，而是类型II骨头。在那种情况下，手术计划可被改变，例如通过不攻丝被制造的凹口/开口和/或通过改变最终手术钻头工具132以制造过小尺寸的凹口/开口，而不是如初始对于类型I的下颌骨所计划的正好尺寸的凹口/开口。手术计划的修改可还包括在截骨创建过程中使用的阶梯状手术钻头工具132的数量的变化。例如，如果初始的手术计划命令调来三个单独的阶梯型手术钻头工具132用于钻削类型IV骨头，而在手术过程中机器人系统100确定患者实际上具有类型II骨头(例如，基于来自力矩和力传感器的数据等)，外科手术系统100可自动地在进行过程中实时修改/更新手术计划，以增加第四中级手术钻头工具132。可以基于所监控到的来自力矩和力传感器和/或其它传感器的数据对手术计划进行各种其它修改。总而言之，机器人系统100可以基于实时数据在具有或不具有操作者输入的情况下修改/更新预先计划的手术计划。这些修改的例子包括(1)改变在执行所制定的计划时被机器人系统使用的力矩(例如，被施加于手术钻头工具、手术攻丝工具，等)的预先计划值；(2)改变在执行所制定的计划时被机器人系统使用(例如，被施加于手术钻头工具、手术攻丝工具等)的转速的预先计划值；(3)改变在执行所制定的计划时被机器人系统使用(例如，被施加于手术钻头工具、手术攻丝工具等)的力的预先计划值；(4)改变在执行所制定的计划时被机器人系统使用的所述多个手术工具的预先计划数量(例如，四个手术钻头工具，而不是两个手术钻头工具)。这些修改意于增加所安装的牙种植体的相对初始稳定性(例如，抵抗由咀嚼力引起的运动)，并且这对于牙种植体和种植体假体来说可以提升增加的可靠性以及整体耐受性。

虽然本公开已经参考一个或多个特殊的实施例和实施方式进行了描述，但本领域内的那些技术人员将认识到在不偏离本公开的实质和范围的情况下可以对其进行许多修改。这些实施例和实施方式以及它们的显而易见的变异中的每一者都被设想成落在由下面的权利要求中阐明的本发明的实质和范围内。

替代性实施方式

实施方式1.一种机器人系统，在包括于患者嘴中安装牙种植体的牙外科手术过程中使用，所述机器人系统包括：基部；具有第一端和第二端的着陆臂，着陆臂的第一端被联接到基部，着陆臂的第二端被配置用于联接到患者嘴内的固定结构，用于建立所述机器人系统相对于患者嘴的原点，着陆臂的第二端相对于基部具有至少六个自由度；具有第一端和第二端的工作臂，工作臂的第一端从基部延伸，工作臂的第二端被配置用于与一个或多个工具联接以在牙外科手术过程中使用，工作臂的一部分相对于基部具有至少六个自由度并且是可移动的用于(i)在患者嘴内的骨头上形成开口和(ii)在所形成的开口中安装牙种植体；以及用于监控着陆臂和工作臂的位置的一个或多个传感器，所述一个或多个传感器生成位置数据，所述位置数据被用于建立患者嘴的至少一部分的术后虚拟三维种植体水平模型。

实施方式2.实施方式1的机器人系统，其中，所述术后虚拟三维种植体水平模型是在不使用扫描基台的情况下建立的，所述扫描基台被联接到安装于患者嘴中的牙种植体。

实施方式3.实施方式1的机器人系统，其中，所生成的位置数据被用于将患者嘴的术前虚拟模型修改为包括在牙外科手术过程中安装在患者嘴中的牙种植体的虚拟三维模型的至少一部分。

实施方式4.实施方式1的机器人系统，其中，所述一个或多个工具包括钻头工具，牙种植体驱动工具，旋转铣削工具，锯工具，探针工具，外科手术刀工具，或它们的任何组合。

实施方式5.实施方式1的机器人系统，其中，所述一个或多个传感被电地联接到机器人系统的一个或多个处理器并且被物理地安装到着陆臂，工作臂，或两者。

实施方式6.实施方式1的机器人系统，其中，所述工作臂的可移动部分是(i)可由机器人系统的操作者手动移动的，(ii)可通过机器人系统的一个或多个电机自动移动的，或(iii)两者。

实施方式7.实施方式1的机器人系统，其中，所述患者嘴内的固定结构是一个或多个牙齿，下颌骨，或两者。

实施方式8.一种在于患者嘴中安装牙种植体的过程中使用的机器人系统，所述机器人系统包括：基部；着陆臂，其从基部延伸并且被配置用于联接到患者嘴内的固定结构，以建立所述机器人系统相对于患者嘴的原点；工作臂，其从基部延伸并且被配置用于与一个或多个工具联接以在安装牙种植体的过程中使用，工作臂的至少一部分是可移动的以在患者嘴中安装牙种植体；以及用于监控着陆臂和工作臂的位置的一个或多个传感器，所述一个或多个传感器生成位置数据，所述位置数据被用于建立患者嘴的至少一部分的虚拟模型。

实施方式9.实施方式8的机器人系统，其中，所述虚拟模型是在不使用扫描基台的情况下建立的，所述扫描基台被联接到安装于患者嘴中的牙种植体。

实施方式10.实施方式8的机器人系统，其中，所生成的位置数据被一个或多个处理器用来将患者嘴的虚拟模型修改为包括所安装的牙种植体的虚拟模型的至少一部分。

实施方式11.实施方式8的机器人系统，其中，响应于工作臂与钻头工具相联接，工作臂的所述至少一部分能够进一步移动以在患者嘴内的骨头上形成用于在其中接收牙种植体的开口。

实施方式12.实施方式8的机器人系统，其中，所述机器人系统的一个或多个处理器被配置用于按照预先计划的安装过程控制工作臂的运动以自动地将牙种植体安装在患者嘴中，其中在自动安装过程中工作臂被联接到牙种植体驱动工具。

实施方式13.实施方式12的机器人系统，其中，所述一个或多个处理器中的至少一个被配置用于按照预先计划的安装过程控制工作臂的运动以自动地去除患者下颌骨的一部分，形成用于接收牙种植体的凹口，其中在去除过程中工作臂被联接到钻头工具。

实施方式14.实施方式8的机器人系统，其中，着陆臂的末端相对于基部具有至少六个自由度，并且其中所述一个或多个工具的被联接到工作臂的末端相对于基部具有至少六个自由度。

实施方式15.实施方式8的机器人系统，其中，工作臂的所述至少一部分可通过机器人系统的一个或多个处理器自动移动。

实施方式16.实施方式8的机器人系统，其中，所述一个或多个工具包括钻头工具，牙种植体驱动工具，旋转铣削工具，锯工具，探针工具，外科手术刀工具，或它们的任何组合。

实施方式17.一种建立患者嘴的至少一部分的术后虚拟模型的方法，其中嘴包括在牙外科手术过程中使用机器人系统安装的牙种植体，所述方法包括将刚性着陆构件附接到患者嘴内的固定位置处；获得在其中具有刚性着陆构件的患者嘴的术前虚拟模型；将机器人系统的着陆臂联接到患者嘴中的刚性着陆构件，从而建立用于患者嘴的原点；作为牙外科手术的一部分，移动被联接到牙种植体驱动工具的机器人系统工作臂的至少一部分，以将牙种植体安装到患者嘴中；在牙外科手术过程中监控着陆臂和工作臂的位置，以生成与牙种植体驱动工具相对于所建立的原点的位置有关的位置数据；以及基于获得的术前虚拟模型和所生成的位置数据建立患者嘴的至少一部分的术后虚拟模型。

实施方式18.实施方式17的方法，其中，建立术后虚拟模型在不使用扫描基台的情况下进行，所述扫描基台被联接到安装的牙种植体。

实施方式19.实施方式17的机器人系统，其中，所述建立包括将患者嘴的术前虚拟模型修改为包括安装在患者嘴中的牙种植体的虚拟模型的至少一部分。

实施方式20.实施方式17的方法，其中，工作臂被联接到着陆臂。

实施方式21.实施方式17的方法，其中，工作臂和着陆臂两者都被电子地联接到机器人系统的一个或多个处理器。

实施方式22.实施方式17的方法，还包括：在移动之前确定无形的边界壁被建立在用于将要安装在患者嘴中的牙种植体的预定位置周围，并且在移动过程中通过防止机器人系统的工作臂移动至致使牙种植体安装到所确定的无形的边界壁外面而自动地实施该确定的无形的边界壁/区域。

实施方式23.一种使用机器人系统自动剔除患者嘴中的牙槽骨的方法，所述方法包括：将刚性着陆构件附接到患者嘴内的固定位置；获得在其中具有刚性着陆构件的患者嘴的剔除前虚拟模型；将机器人系统的着陆臂联接到患者嘴中的刚性着陆构件，以建立用于患者嘴的原点；制定相对于所建立的原点自动地移动骨切割工具以剔除患者嘴中的牙槽骨的一部分的计划；将骨切割工具附接到机器人系统的工作臂；以及通过经由机器人系统的工作臂自动移动骨切割工具来执行所制定的计划，从而根据所制定的计划剔除患者的嘴中的牙槽骨，使患者的嘴中的牙槽骨的暴露脊部被充分加宽以进行钻削并且将牙种植体接收于其中。

实施方式24.使用机器人系统在患者嘴中安装牙种植体的方法，所述方法包括制定在患者嘴中安装牙种植体的计划，所制定的计划包括(i)第一子计划，用第一工具剔除嘴中的骨头的暴露部分，从而制造骨头的被充分加宽的部分，以便将牙种植体接收于其中，(ii)第二子计划，用第二工具在骨头的被充分加宽的部分中形成开口，用于接收牙种植体，和(iii)第三子计划，用第三工具将牙种植体安装在开口内；通过将机器人系统的着陆臂联接到患者的嘴中的刚性着陆构件来建立用于患者的嘴的原点；以及通过下述执行计划：按照第一子计划，将第一工具联接到机器人系统的工作臂，并且通过移动工作臂的至少一部分剔除患者的嘴中骨头的暴露部分；按照第二子计划，将第二工具联接到机器人系统的工作臂，并且通过移动工作臂的至少一部分在患者的嘴中的骨头上形成开口；以及按照第三子计划，将第三工具和牙种植体联接到机器人系统的工作臂，并且通过移动工作臂的至少一部分将牙种植体安装到患者嘴中的骨头上的开口内。

实施方式25.实施方式24的方法，还包括在安装牙种植体的过程中监控着陆臂和工作臂的位置，以生成与下述有关的位置数据：(i)牙种植体相对于所建立的原点O的位置(ii)第三工具相对于所建立的原点的位置，或(iii)(i)和(ii)两者

实施方式26.实施方式25的方法，还包括基于获得的术前虚拟模型和所生成的位置数据建立患者的嘴的至少一部分的术后虚拟模型，所述嘴的至少一部分包括牙种植体。

实施方式27.实施方式26的方法，其中，建立术后虚拟模型在不使用扫描基台的情况下进行，所述扫描基台被联接到安装的牙种植体。

实施方式28.实施方式26的方法，其中，所述建立包括将患者嘴的术前虚拟模型修改为包括安装在患者嘴中的牙种植体的虚拟模型的至少一部分。

实施方式29.实施方式24的方法，其中，第一工具，第二工具，和第三工具的联接不需要操作者介入而通过机器人系统自动地执行。

实施方式30.实施方式24的方法，其中，上述剔除，形成，和安装不需要操作者介入而通过机器人系统自动地执行。

实施方式31.实施方式24的方法，其中，(i)按照第一子计划移动工作臂的至少一部分，(ii)按照第二子计划移动工作臂的至少一部分，和(iii)按照第三子计划移动工作臂的至少一部分中的一个或多个包括手动地移动工作臂的至少一部分。

实施方式32.实施方式24的方法，还包括在进行上述制定之前：将刚性着陆构件附接到患者的嘴内的固定位置并且获得在其中具有刚性着陆构件的患者嘴的术前虚拟模型。

实施方式33.一种使用机器人系统剔除患者嘴中的牙槽骨的方法，所述方法包括通过将机器人系统的着陆臂联接到患者的嘴中的刚性着陆构件来建立用于患者的嘴的原点；确定无形的边界壁被建立在患者嘴中的预定位置周围；将骨切割工具联接到机器人系统的工作臂；移动机器人系统的工作臂的至少一部分以剔除患者的嘴中的牙槽骨；在移动过程中，通过防止机器人系统的工作臂移动至致使骨切割工具被移动经过所述确定的无形的边界壁来自动实施所述确定的无形的边界壁；以及在移动过程中监控着陆臂和/或工作臂的位置，以生成与骨切割工具相对于所建立的原点的位置有关的位置数据。

实施方式34.实施方式33的方法，还包括基于产生的位置数据建立患者嘴的至少一部分的虚拟模型。

实施方式35.实施方式33的方法，其中，牙槽骨被剔除，使患者的嘴中的牙槽骨的暴露脊部被充分加宽以进行钻削并且将牙种植体接收于其中。

实施方式36.实施方式33的方法，还包括将刚性着陆构件附接到患者的嘴内的固定位置。

实施方式37.实施方式33的方法，还包括接收在其中具有刚性着陆构件的患者嘴第一虚拟模型。

实施方式38.使用机器人系统自动地准备患者嘴中的牙齿以接收定制牙冠的方法，所述方法包括将刚性着陆构件附接到患者嘴内的固定位置；获得在其中具有刚性着陆构件的患者嘴的成形前虚拟模型；将机器人系统的着陆臂联接到患者的嘴中的刚性着陆构件，以建立用于患者的嘴的原点；制定下述计划：相对于所建立的原点自动移动一个或多个工具以成形患者的嘴中的牙齿，以便接收定制牙冠；以及响应于机器人系统的工作臂与所述一个或多个工具中的至少一个相联接，通过按照所制定的计划自动地移动工作臂的至少一部分来实施所制定的计划，从而成形患者的嘴中的牙齿使牙齿基本上按照所制定的计划成形。

实施方式39.实施方式38的方法，还包括基于所制定的计划设计定制牙冠。

实施方式40.实施方式39的方法，还包括使用制造机制造所设计的定制牙冠。

实施方式41.实施方式40的方法，还包括将制造的定制牙冠附接到准备的牙齿。

实施方式42.实施方式39的方法，其中，上述设计在上述实施之前发生。

实施方式43.实施方式38的方法，还包括在实施过程中监控着陆臂和工作臂的位置以生成与所述一个或多个工具中的所述至少一个相对于建立的原点的位置有关的位置数据。

实施方式44.实施方式43的方法，还包括基于获得的成形前虚拟模型和生成的位置数据建立患者嘴的至少一部分的成形后虚拟模型，所述嘴的至少一部分包括成形的牙齿。

实施方式45.实施方式44的方法，还包括基于患者嘴的至少一部分的成形后虚拟模型设计定制牙冠。

实施方式46.实施方式45的方法，还包括使用制造机制造设计的定制牙冠。

实施方式47.实施方式46的方法，还包括将制造的定制牙冠附接到所准备的牙齿。

实施方式48.实施方式44的方法，其中，建立成形后虚拟模型是在实施之后不扫描嘴的情况下进行。

实施方式49.一种使用机器人系统准备患者嘴中的牙齿以接收定制牙冠的方法，所述方法包括将刚性着陆构件附接到患者的嘴内的固定位置；获得在其中具有刚性着陆构件的患者嘴的成形前虚拟模型；确定无形的边界壁被建立在嘴中将要成形的牙齿周围；将机器人系统的着陆臂联接到患者的嘴中的刚性着陆构件，因而建立用于患者的嘴的原点；响应于机器人系统的工作臂与成形工具相联接，手动移动工作臂的至少一部分，以成形患者嘴中的牙齿；通过防止工作臂移动至致使成形工具的切割部分移动到所确定的无形的边界壁外面来自动实施所确定的可见边界壁；在移动过程中监控着陆臂和工作臂的位置，以生成与成形工具的切割部分相对于所建立的原点的位置有关的位置数据；并且基于获得的成形前虚拟模型和所生成的位置数据来建立患者嘴的至少一部分的成形后虚拟模型。所述嘴的至少一部分包括成形的牙齿。

实施方式50.实施方式49的方法，其中，建立成形后虚拟模型是在手动地移动之后不扫描嘴的情况下进行。

实施方式51.实施方式49的方法，其中，所确定的无形的边界壁允许手动移动工作臂的至少一部分以成形牙齿，同时保持牙齿的会聚式轴壁成角度设置并且允许沿牙齿长轴的手动上下运动，以允许制造遵循着患者嘴中牙龈缘轮廓的牙冠缘。

实施方式52.实施方式49的方法，其中，成形前虚拟模型从下述得来：牙科CBCT扫描过程中生成的扫描数据，口内表面扫描过程中生成的扫描数据，对患者嘴的至少一部分的印模的表面扫描过程中生成的扫描数据，对患者嘴的至少一部分的物理模型的表面扫描过程中生成的扫描数据，或它们的任何组合。

实施方式53.一种使用机器人系统准备患者嘴中的牙齿以接收定制牙冠的方法，所述方法包括将机器人系统的着陆臂联接到患者的嘴，因而建立用于患者的嘴的原点；响应于机器人系统的工作臂与成形工具相联接，手动移动工作臂的至少一部分以成形患者嘴中的牙齿；在移动过程中监控着陆臂和工作臂的位置，以生成与成形工具的切割部分相对于所建立的原点的位置有关的位置数据；以及至少部分地基于所生成的位置数据来建立患者嘴的至少一部分的成形后虚拟模型。

实施方式54.实施方式53的方法，其中，建立成形后虚拟模型是在手动地移动之后不扫描嘴的情况下进行。

实施方式55.实施方式53的方法，还包括接收在其中具有刚性着陆构件的患者嘴的成形前虚拟模型，患者嘴的至少一部分的成形后虚拟模型也基于接收到的患者嘴的成形前虚拟模型。

实施方式56.一种使用机器人系统修改将与患者嘴中的多个牙种植体联接的假牙的方法，所述方法包括：将第一刚性着陆构件附接到患者的嘴内的固定位置和将第二刚性着陆构件附接到该假牙；获得在其中具有第一刚性着陆构件和假牙的患者嘴的术前虚拟模型；从患者嘴移除上面附接着第二刚性着陆构件的假牙；通过将机器人系统的着陆臂联接到患者的嘴中的第一刚性着陆构件来建立用于患者的嘴的原点；使用被联接到牙种植体驱动工具的机器人系统工作臂将所述多个牙种植体安装在患者的嘴中；在该安装过程中监控着陆臂和/或工作臂的位置，以生成与牙种植体驱动工具相对于所建立的原点的位置有关的位置数据；基于获得的术前虚拟模型和所生成的位置数据来建立患者嘴的至少一部分的术后虚拟模型；至少部分地基于该术后虚拟模型，制定自动修改假牙使假牙能够与所安装的所述多个牙种植体联接的计划；将机器人系统的着陆臂联接到附接在假牙上的第二刚性着陆构件；以及使用被联接到钻头工具的机器人系统工作臂通过在假牙中制造多个孔来修改假牙，使所述多个孔中的每一个与安装的所述多个牙种植体中的对应一个的中心轴线对准。

实施方式57.实施方式56的方法，还包括将柱体附接到被安装的牙种植体中的每一个，柱体从牙种植体延伸，使得响应于被修改的假牙被定位于患者的嘴中，每个柱体的一部分突伸穿过假牙上的所述多个孔中的相应一个。

实施方式58.实施方式57的方法，还包括将被修改的假牙结合到柱体，从而建立混合型假体，其中所述多个孔中的每一个的直径被设计尺寸成使得，响应于被修改的假牙被安装在患者嘴中，柱体中的每一个紧密适配在所述多个孔中的相应一个内。

实施方式59.一种使用机器人系统将假牙修改到混合型假体内的方法，所述方法包括：获得在其中具有假牙的患者嘴的术前虚拟模型；从患者的嘴去除假牙；使用机器人系统控制的第一工具将多个牙种植体安装在患者的嘴中；在安装过程中监控第一工具的位置以生成位置数据；基于所获得的术前虚拟模型和生成的位置数据建立患者的嘴的至少一部分的术后虚拟模型；以及至少部分地基于该术后虚拟模型，通过使用机器人系统控制的第二工具在假牙中制造多个孔来修改假牙，使假牙能够作为混合型假体与被安装的多个牙种植体联接。

实施方式60.实施方式59的方法，其中，第一工具是牙种植体驱动工具并且第二工具是钻头工具。

实施方式61.一种使用机器人系统修改作为混合型假体的、将与患者嘴中的多个牙种植体联接的假牙的方法，所述方法包括：获得其中具有假牙的患者嘴的第一虚拟模型；从患者的嘴去除假牙；将第一刚性着陆构件附接到患者的嘴内的固定位置；获得在其中具有第一刚性着陆构件的患者嘴的第二虚拟模型；在患者嘴外面将第二刚性着陆构件附接到假牙；获得上面附接着第二刚性着陆构件的假牙的第三虚拟模型；通过将机器人系统的着陆臂联接到患者的嘴中的第一刚性着陆构件来建立用于患者的嘴的原点；使用被联接到牙种植体驱动工具的机器人系统工作臂将所述多个牙种植体安装在患者的嘴中；在该安装过程中监控着陆臂和工作臂的位置，以生成与牙种植体驱动工具相对于所建立的原点的位置有关的位置数据；基于获得的第二虚拟模型和所生成的位置数据来建立患者嘴的至少一部分的第四虚拟模型；至少部分地基于第一、第三、和第四虚拟模型，制定自动修改假牙使假牙能够与所安装的所述多个牙种植体联接的计划；将机器人系统的着陆臂联接到附接在假牙上的第二刚性着陆构件；以及使用被联接到钻头工具的机器人系统工作臂通过制造多个孔来修改假牙，使假牙能够作为混合型假体与被安装的多个牙种植体联接。

实施方式62.在制造用于附接到安装在患者嘴中的牙种植体的永久性假体过程中使用的患者特异性临时性假体(PSTP)的制造方法，所述方法包括通过将机器人系统的着陆臂经由固定结构联接到PSTP坯体来建立用于PSTP坯体的原点；使用被联接到雕刻工具的机器人系统工作臂来修改PSTP坯体，使PSTP坯体变成具有适于附接到安装在患者嘴中的牙种植体的类似齿形状的PSTP；在修改过程中监控着陆臂和工作臂的位置，以生成与雕刻工具相对于所建立的原点的位置有关的位置数据；以及至少部分地基于所生成的位置数据，建立PSTP的至少一部分的虚拟模型。

实施方式63.实施方式62的方法，还包括至少部分地基于所建立的PSTP的至少一部分的虚拟模型来设计永久性假体。

实施方式64.实施方式62的方法，其中，固定装置包括与PSTP坯体的对应非旋转特征联接的非旋转特征。

实施方式65.一种在制造用于附接到安装在患者嘴中的牙种植体的永久性假体过程中使用的患者特异性临时性假体(PSTP)的制造方法，所述方法包括：通过将机器人系统的着陆臂经由固定结构联接到PSTP坯体来建立用于PSTP坯体的原点；使用被联接到雕刻工具的机器人系统工作臂来修改PSTP坯体，使PSTP坯体变成具有适于附接到安装在患者嘴中的牙种植体的类似齿形状的PSTP；在修改过程中监控着陆臂和工作臂的位置，以生成与雕刻工具相对于所建立的原点的位置有关的位置数据；至少部分地基于所生成的位置数据，建立PSTP的至少一部分的虚拟模型；将PSTP附接到患者嘴中的牙种植体；允许PSTP周围的齿龈组织在患者的嘴中愈合；响应于在患者嘴中包围PSTP的愈合的齿龈组织满足临界值，利用所建立的虚拟模型制造永久性假体，作为PSTP的复制；响应于在患者嘴中包围PSTP的愈合的齿龈组织不满足临界值：(i)物理地修改PSTP，(ii)扫描被修改的PSTP，以获得被修改的PSTP的至少一部分的被修改的虚拟模型，以及(iii)利用获得的被修改的虚拟模型制造永久性假体，作为被修改的PSTP的复制。

实施方式66.一种使用机器人系统自动地在患者的下颌骨中制造凹口用于在其中接收牙种植体的方法，所述方法包括：将刚性着陆构件附接到患者嘴内的固定位置；获得在其中具有刚性着陆构件的患者嘴的术前虚拟模型；将机器人系统的着陆臂联接到患者嘴中的刚性着陆构件，由此建立用于患者的嘴的原点；制定相对于所建立的原点自动地移动多个手术工具中的两个或更多个以在患者的下颌骨中制造凹口的计划；将所述多个手术工具中的第一个附接到机器人系统的工作臂；通过经由机器人系统的工作臂自动地移动所述多个手术工具中的所述第一个而执行所制定的计划的第一部分，由此按照所制定的计划开始在患者的下颌骨中制造凹口；从机器人系统的一个或多个传感器接收表示实施所制定的计划的所述第一部分所需的力矩或力中的至少一个的数据；基于接收到的数据修改所制定的计划的第二部分；通过经由机器人系统的工作臂自动地移动多个手术工具中的第二个来执行所制定的计划的被修改的第二部分，由此按照被修改的计划在患者的下颌骨完成凹口。

实施方式67.实施方式66的方法，其中，所述多个手术工具中的第一个是具有第一直径的第一手术钻头工具并且所述多个手术工具中的第二个是具有大于第一直径的第二直径的第二手术钻头工具。

实施方式68.实施方式66的方法，其中，所述多个手术工具中的第一个是手术钻头工具并且所述多个手术工具中的第二个是外科攻丝工具。

实施方式69.一种使用机器人系统的方法包括：制定计划，用于相对于所建立的用于机器人系统的原点使多个手术工具中的一个或多个自动移动以在患者嘴中执行手术过程；将所述多个手术工具中的第一个附接到机器人系统的工作臂；执行所制定的计划的第一部分；在执行所制定的计划的第一部分的过程中，从机器人系统的一个或多个传感器接收数据；并且基于接收到的数据修改所制定的计划的第二部分。

实施方式70.实施方式69的方法，还包括：将刚性着陆构件附接到患者的嘴内的固定位置；获得在其中具有刚性着陆构件的患者嘴的术前虚拟模型；以及将机器人系统的着陆臂联接到患者嘴中的刚性着陆构件，以建立用于患者的嘴的原点。

实施方式71.实施方式69的方法，其中，执行所制定的计划的第一部分包括经由机器人系统的工作臂自动地移动所述多个手术工具中的第一个。

实施方式72.实施方式69的方法，其中，接收到的数据表示被施加到所述多个手术工具中的第一个上的、用于实施所制定的计划的第一部分所需的力矩或力中的至少一个。

实施方式73.实施方式69的方法，还包括执行所制定的计划的被修改的第二部分。

实施方式74.实施方式73的方法，其中，执行所制定的计划的被修改的第二部分包括经由机器人系统的工作臂自动地移动所述多个手术工具中的第二个。

实施方式75.实施方式74的方法，其中，所述多个手术工具中的第一个是具有第一直径的第一手术钻头工具并且所述多个手术工具中的第二个是具有大于第一直径的第二直径的第二手术钻头工具。

实施方式76.实施方式69的方法，其中，所述修改在所制定的计划的执行过程中实时地进行。

实施方式77.实施方式69的方法，其中，所述修改包括当执行所制定的计划的第二部分时改变机器人系统使用的力矩的预先计划值。

实施方式78.实施方式69的方法，其中，所述修改包括当执行所制定的计划的第二部分时改变机器人系统使用的所述多个手术工具中的一个的预先计划转速。

实施方式79.实施方式69的方法，其中，所述修改包括当执行所制定的计划的第二部分时改变机器人系统使用的力的预先计划值。

实施方式80.实施方式69的方法，其中，所述修改包括当执行所制定的计划时改变机器人系统使用的所述多个手术工具的预先计划的数量。

Claims (22)

1.一种机器人系统，在包括于患者嘴中安装牙种植体的牙外科手术过程中使用，所述机器人系统包括：

基部；

具有第一端和第二端的着陆臂，着陆臂的第一端被联接到基部，着陆臂的第二端被配置用于联接到患者嘴内的固定结构，用于建立所述机器人系统相对于患者嘴的原点，着陆臂的第二端相对于基部具有至少六个自由度，

具有第一端和第二端的工作臂，工作臂的第一端从基部延伸，工作臂的第二端被配置用于与一个或多个工具联接以在牙外科手术过程中使用，工作臂的一部分相对于基部具有至少六个自由度并且是可移动的用于(i)在患者嘴内的骨头上形成开口和(ii)在所形成的开口中安装牙种植体；以及

用于监控着陆臂和工作臂的位置的一个或多个传感器，所述一个或多个传感器生成位置数据，所述位置数据被用于建立患者嘴的至少一部分的术后虚拟三维种植体水平模型。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述术后虚拟三维种植体水平模型是在不使用扫描基台的情况下建立的，所述扫描基台被联接到安装于患者嘴中的牙种植体。

3.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所生成的位置数据被用于将患者嘴的术前虚拟模型修改为包括在牙外科手术过程中安装在患者嘴中的牙种植体的虚拟三维模型的至少一部分。

4.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述一个或多个工具包括钻头工具，牙种植体驱动工具，旋转铣削工具，锯工具，探针工具，外科手术刀工具，或它们的任何组合。

5.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述一个或多个传感被电地联接到机器人系统的一个或多个处理器并且被物理地安装到着陆臂，工作臂，或两者。

6.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述工作臂的可移动部分是(i)可由机器人系统的操作者手动移动的，(ii)可通过机器人系统的一个或多个电机自动移动的，或(iii)两者。

7.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述患者嘴内的固定结构是一个或多个牙齿，下颌骨，或两者。

8.一种在于患者嘴中安装牙种植体的过程中使用的机器人系统，所述机器人系统包括：

基部；

着陆臂，其从基部延伸并且被配置用于联接到患者嘴内的固定结构，以建立所述机器人系统相对于患者嘴的原点；

工作臂，其从基部延伸并且被配置用于与一个或多个工具联接以在安装牙种植体的过程中使用，工作臂的至少一部分是可移动的以在患者嘴中安装牙种植体；

用于监控着陆臂和工作臂的位置的一个或多个传感器，所述一个或多个传感器生成位置数据，所述位置数据被用于建立患者嘴的至少一部分的虚拟模型。

9.根据权利要求8所述的机器人系统，其中，所述虚拟模型是在不使用扫描基台的情况下建立的，所述扫描基台被联接到安装于患者嘴中的牙种植体。

10.根据权利要求8所述的机器人系统，其中，所生成的位置数据被一个或多个处理器用来将患者嘴的虚拟模型修改为包括所安装的牙种植体的虚拟模型的至少一部分。

11.根据权利要求8所述的机器人系统，其中，响应于工作臂与钻头工具相联接，工作臂的所述至少一部分能够进一步移动以在患者嘴内的骨头上形成用于在其中接收牙种植体的开口。

12.根据权利要求8所述的机器人系统，其中，所述机器人系统的一个或多个处理器被配置用于按照预先计划的安装过程控制工作臂的运动以自动地将牙种植体安装在患者嘴中，其中在自动安装过程中工作臂被联接到牙种植体驱动工具。

13.根据权利要求12所述的机器人系统，其中，所述一个或多个处理器中的至少一个被配置用于按照预先计划的安装过程控制工作臂的运动以自动地去除患者的下颌骨的一部分，从而形成用于接收牙种植体的凹口，其中在去除过程中工作臂被联接到钻头工具。

14.根据权利要求8所述的机器人系统，其中，着陆臂的末端相对于基部具有至少六个自由度，并且其中所述一个或多个工具的被联接到工作臂的末端相对于基部具有至少六个自由度。

15.根据权利要求8所述的机器人系统，其中，工作臂的所述至少一部分可通过机器人系统的一个或多个处理器自动移动。

16.根据权利要求8所述的机器人系统，其中，所述一个或多个工具包括钻头工具，牙种植体驱动工具，旋转铣削工具，锯工具，探针工具，外科手术刀工具，或它们的任何组合。

17.一种建立患者嘴的至少一部分的术后虚拟模型的方法，其中嘴包括在牙外科手术过程中使用机器人系统安装的牙种植体，所述方法包括：

将刚性着陆构件附接到患者嘴内的固定位置处；

获得在其中具有刚性着陆构件的患者嘴的术前虚拟模型；

将机器人系统的着陆臂联接到患者嘴中的刚性着陆构件，从而建立用于患者嘴的原点；

作为牙外科手术的一部分，移动被联接到牙种植体驱动工具的机器人系统工作臂的至少一部分，以将牙种植体安装到患者嘴中；

在牙外科手术过程中，监控着陆臂和工作臂的位置，以生成与牙种植体驱动工具相对于所建立的原点的位置有关的位置数据；以及

基于获得的术前虚拟模型和所生成的位置数据建立患者嘴的至少一部分的术后虚拟模型。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，建立术后虚拟模型在不使用扫描基台的情况下进行，所述扫描基台被联接到安装的牙种植体。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述建立包括将患者嘴的术前虚拟模型修改为包括安装在患者嘴中的牙种植体的虚拟模型的至少一部分。

20.根据权利要求17所述的方法，其中，工作臂被联接到着陆臂。

21.根据权利要求17所述的方法，其中，工作臂和着陆臂两者都被电子地联接到机器人系统的一个或多个处理器。

22.根据权利要求17所述的方法，还包括：

在移动之前，确定无形的边界壁被建立在用于将安装在患者嘴中的牙种植体的预定位置周围；以及

在移动过程中，通过防止机器人系统的工作臂移动至致使牙种植体被安装到所确定的无形的边界壁外面而自动地实施所确定的无形的边界壁。