CN107714203B - 一种等角度划分的正畸弓丝弯制顺序规划方法 - Google Patents

Abstract

一种等角度划分的正畸弓丝弯制顺序规划方法，它涉及正畸弓丝弯制技术领域，本发明根据患者的个性化正畸弓丝曲线，基于正畸弓丝曲线成形控制点信息集、成形控制点的机器人运动信息集，结合机器人弯制正畸弓丝的特点，得出一种等角度划分的正畸弓丝弯制顺序规划方法。技术要点为：根据患者的个性化正畸弓丝曲线，将正畸弓丝曲线成形控制点信息集M、成形控制点的机器人运动信息集N输入正畸弓丝弯制系统中；划分个性化正畸弓丝曲线；排列已划分的均分域。

Description

一种等角度划分的正畸弓丝弯制顺序规划方法

技术领域

本发明专利涉及一种等角度划分的正畸弓丝弯制顺序规划方法，属于正畸弓丝弯制技术领域。

背景技术

错颌畸形是危及人体健康的第三大口腔疾病，呈现较高的发病率，现代口腔医学中，固定矫治是一种常用且有效的正畸治疗手段，而正畸弓丝的弯制是固定矫治技术的关键，近年来，深受数字化制造技术的影响，传统的口腔制造加工工艺正发生革命性变化，口腔正畸领域也受益于数字化技术，正畸矫治器中弓丝的加工正在向数字化发展。

在目前口腔正畸弓丝弯制机器人(CN103892929A)弯制正畸弓丝的过程中，由于机器人结构的限制，为了提高机器人弯制正畸弓丝的效率及弯制精度，需要提前规划正畸弓丝成形控制点的弯制顺序，而正畸弓丝具有形状复杂，弯制点数目多的特点，现有的正畸弓丝成形控制点弯制顺序规划方法多以单个成形控制点为目标，规划效率低，规划周期长，获得提高成形控制点弯制顺序规划效率的方法是实现高效的正畸弓丝数字化弯制的必要前提，目前正畸弓丝弯制技术领域缺少正畸弓丝弯制顺序规划的方法，难以实现高效的正畸弓丝数字化弯制。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种等角度划分的正畸弓丝弯制顺序规划方法，解决目前正畸弓丝弯制技术领域缺少正畸弓丝弯制顺序规划的方法的问题，进而实现高效的正畸弓丝数字化弯制。

本发明为解决上述问题所采取的方案为：一种等角度划分的正畸弓丝弯制顺序规划方法，

其特征在于：所述方法的具体实现过程为：

步骤一、数据导入：

医生根据患者有i个成形控制点的个性化正畸弓丝曲线，输入个性化正畸弓丝曲线成形控制点信息集M＝{m₁,m₂,m₃,…,m_i}，m_i＝(u_i,v_i,w_i)′为每个个性化正畸弓丝曲线成形控制点的坐标，每一个正畸弓丝曲线成形控制点m_i均对应一个成形控制点机器人运动信息单元n_i，所以输入的成形控制点的机器人运动信息集为N＝{n₁,n₂,n₃,…,n_i}，n_i表示机器人在弯制该点时的成形控制点坐标及弯制角度，n_i＝(u_i,v_i,w_i,α_i)′，u_i、v_i、w_i为该成形控制点m_i的坐标，α_i为机器人作用在成形控制点m_i上的弯制角度，将正畸弓丝曲线成形控制点信息集M、成形控制点的机器人运动信息集N输入到导入正畸弓丝弯制系统中；

步骤二、等角度划分个性化正畸弓丝曲线：

个性化正畸弓丝曲线两端点坐标为m_s(u_s,v_s,w_s)，m_e(u_e,v_e,w_e)，以弓丝曲线两端点的中点

为圆心，以β为划分角度，在个性化正畸弓丝曲线所在平面内，将个性化正畸弓丝曲线均分为a个均分域，

因此，个性化正畸弓丝曲线的均分域信息集为A＝{a₁,a₂,a₃,…,a_a}；

步骤三、正畸弓丝曲线坐标变换：

将个性化正畸弓丝曲线成形控制点信息集中各成形控制点的坐标m_i＝(u_i,v_i,w_i)′中的u_i赋值为0，即令u_i＝0，获得正畸弓丝转换曲线M′；

步骤四、计算均分域内控制点个数，将各均分域降序排列：

计算个性化正畸弓丝转换曲线上每个均分域(a₁,a₂,a₃,…,a_a)内控制点个数b，获得控制点个数信息集B₁＝{b₁,b₂,...,b_a}，比较各均分域内控制点个数b，得到b₂＞b₄＞…＞b_a，则以控制点个数b为指标将a个均分域降序排列，得到降序均分域信息集为A₁＝{a₂,a₄,…,a_a}，进而得到个性化正畸弓丝曲线成形控制点坐标降序矩阵M₁＝{m₂,m₄,...,m_a}和机器人运动降序信息集N₁＝{n₂,n₄,...,n_a}，以一个i＝6、a＝3的个性化正畸弓丝曲线为例，即该个性化正畸弓丝曲线有6个成形控制点，并被划分为3个均分域，则该个性化正畸弓丝曲线成形控制点坐标矩阵M＝{m₁,m₂,m₃,m₄,m₅,m₆}，机器人运动信息集N＝{n₁,n₂,n₃,n₄,n₅,n₆}，均分域信息集为A＝{a₁,a₂,a₃}，设a₁均分域内的成形控制点为m₁，则a₁对应的b₁＝1，设a₂区域内的成形控制点为m₂、m₃，则a₂对应的b₂＝2，设a₃区域内的成形控制点为m₄、m₅、m₆，则a₃对应的b₃＝3，则以各区域内控制点个数b为指标获得的降序均分域信息集为A₁＝{a₃,a₂,a₁}，个性化正畸弓丝曲线成形控制点坐标降序矩阵为M₁＝{m₄,m₅,m₆,m₂,m₃,m₁}，机器人运动降序信息集N₁＝{n₄,n₅,n₆,n₂,n₃,n₁}；

步骤五、获得最终弯制点弯制顺序：

输出最终弯制点弯制顺序M₁＝{m₂,m₄,...,m_a}、N₁＝{n₂,n₄,...,n_a}，程序结束。

本发明的有益效果为：

1、本发明在执行等角度划分个性化正畸弓丝曲线的过程中，只需确定划分角度和划分圆心便可以利用本方法在个性化正畸弓丝曲线所在平面内对正畸弓丝曲线进行划分，区域划分效率高。

2、本发明采用等角度划分的方法将复杂的个性化正畸弓丝曲线划分为多段曲线，先对各段曲线进行排序处理，相对于以单个成形控制点为目标的规划方法，减少了排序目标的数目，提高了正畸弓丝弯制顺序规划的效率。

3、本发明通过采集各划分区域内控制点的个数，以各区域的控制点个数为指标，对各区域降序处理，降低了正畸弓丝弯制顺序规划方法的复杂程度。

4、本发明运用步骤三中坐标变换的方法，将三维的正畸弓丝曲线转化为二维平面上的正畸弓丝曲线，降低了正畸弓丝弯制顺序规划方法的运算量，提高了正畸弓丝弯制顺序规划方法的规划速度。

5、本发明提出的一种等角度划分的正畸弓丝弯制顺序规划方法，包括患者数据导入、个性化正畸弓丝曲线的划分、划分区域内控制点个数的计算、将各区域降序排列的步骤，能够快速地将不同的个性化正畸弓丝曲线分割，降序处理，得到成形控制点弯制顺序，为实现高效的正畸弓丝的数字化弯制提供了必要支持。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1为一种等角度划分的正畸弓丝弯制顺序规划方法流程图；

图2为个性化正畸弓丝成形控制点分布示意图；

图3为等角度划分个性化正畸弓丝曲线示意图；

图4为个性化正畸弓丝坐标转换示意图。

具体实施方式

为使本发明专利的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明专利，但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明专利的范围，此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明专利的概念。

如图1、图2、图3、图4所示，本具体实施方式采用以下技术方案：一种等角度划分的正畸弓丝弯制顺序规划方法，所述方法的具体实现过程为：

步骤一、数据导入：

医生根据患者有i个成形控制点的个性化正畸弓丝曲线，输入个性化正畸弓丝曲线成形控制点信息集M＝{m₁,m₂,m₃,…,m_i}，m_i＝(u_i,v_i,w_i)′为每个个性化正畸弓丝曲线成形控制点的坐标，每一个正畸弓丝曲线成形控制点m_i均对应一个成形控制点机器人运动信息单元n_i，所以输入的成形控制点的机器人运动信息集为N＝{n₁,n₂,n₃,…,n_i}，n_i表示机器人在弯制该点时的成形控制点坐标及弯制角度，n_i＝(u_i,v_i,w_i,α_i)′，u_i、v_i、w_i为该成形控制点m_i的坐标，α_i为机器人作用在成形控制点m_i上的弯制角度，将正畸弓丝曲线成形控制点信息集M、成形控制点的机器人运动信息集N输入到导入正畸弓丝弯制系统中；

步骤二、等角度划分个性化正畸弓丝曲线：

个性化正畸弓丝曲线两端点坐标为m_s(u_s,v_s,w_s)，m_e(u_e,v_e,w_e)，以弓丝曲线两端点的中点

为圆心，以β为划分角度，在个性化正畸弓丝曲线所在平面内，将个性化正畸弓丝曲线均分为a个均分域，

因此，个性化正畸弓丝曲线的均分域信息集为A＝{a₁,a₂,a₃,…,a_a}；

步骤三、正畸弓丝曲线坐标变换：

将个性化正畸弓丝曲线成形控制点信息集中各成形控制点的坐标m_i＝(u_i,v_i,w_i)′中的u_i赋值为0，即令u_i＝0，获得正畸弓丝转换曲线M′；

步骤四、计算均分域内控制点个数，将各均分域降序排列：

计算个性化正畸弓丝转换曲线上每个均分域(a₁,a₂,a₃,…,a_a)内控制点个数b，获得控制点个数信息集B₁＝{b₁,b₂,...,b_a}，比较各均分域内控制点个数b，得到b₂＞b₄＞…＞b_a，则以控制点个数b为指标将a个均分域降序排列，得到降序均分域信息集为A₁＝{a₂,a₄,…,a_a}，进而得到个性化正畸弓丝曲线成形控制点坐标降序矩阵M₁＝{m₂,m₄,...,m_a}和机器人运动降序信息集N₁＝{n₂,n₄,...,n_a}，以一个i＝6、a＝3的个性化正畸弓丝曲线为例，即该个性化正畸弓丝曲线有6个成形控制点，并被划分为3个均分域，则该个性化正畸弓丝曲线成形控制点坐标矩阵M＝{m₁,m₂,m₃,m₄,m₅,m₆}，机器人运动信息集N＝{n₁,n₂,n₃,n₄,n₅,n₆}，均分域信息集为A＝{a₁,a₂,a₃}，设a₁均分域内的成形控制点为m₁，则a₁对应的b₁＝1，设a₂区域内的成形控制点为m₂、m₃，则a₂对应的b₂＝2，设a₃区域内的成形控制点为m₄、m₅、m₆，则a₃对应的b₃＝3，则以各区域内控制点个数b为指标获得的降序均分域信息集为A₁＝{a₃,a₂,a₁}，个性化正畸弓丝曲线成形控制点坐标降序矩阵为M₁＝{m₄,m₅,m₆,m₂,m₃,m₁}，机器人运动降序信息集N₁＝{n₄,n₅,n₆,n₂,n₃,n₁}；

步骤五、获得最终弯制点弯制顺序：

输出最终弯制点弯制顺序M₁＝{m₂,m₄,...,m_a}、N₁＝{n₂,n₄,...,n_a}，程序结束。

以上显示和描述了本发明专利的基本原理和主要特征和本发明专利的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明专利不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明专利的原理，在不脱离本发明专利精神和范围的前提下，本发明专利还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明专利范围内。本发明专利要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种等角度划分的正畸弓丝弯制顺序规划方法，其特征在于：所述方法的具体实现过程为：

步骤一、数据导入：

医生根据患者有i个成形控制点的个性化正畸弓丝曲线，输入个性化正畸弓丝曲线成形控制点信息集M＝{m₁,m₂,m₃,…,m_i}，m_i＝(u_i,v_i,w_i)′为每个个性化正畸弓丝曲线成形控制点的坐标，每一个正畸弓丝曲线成形控制点m_i均对应一个成形控制点机器人运动信息单元n_i，所以输入的成形控制点的机器人运动信息集为N＝{n₁,n₂,n₃,…,n_i}，n_i表示机器人在弯制该点时的成形控制点坐标及弯制角度，n_i＝(u_i,v_i,w_i,α_i)′，u_i、v_i、w_i为该成形控制点m_i的坐标，α_i为机器人作用在成形控制点m_i上的弯制角度，将正畸弓丝曲线成形控制点信息集M、成形控制点的机器人运动信息集N输入到导入正畸弓丝弯制系统中；

步骤二、等角度划分个性化正畸弓丝曲线：

个性化正畸弓丝曲线两端点坐标为m_s(u_s,v_s,w_s)，m_e(u_e,v_e,w_e)，以弓丝曲线两端点的中点

为圆心，以β为划分角度，在个性化正畸弓丝曲线所在平面内，将个性化正畸弓丝曲线均分为a个均分域，

因此，个性化正畸弓丝曲线的均分域信息集为A＝{a₁,a₂,a₃,…,a_a}；

步骤三、正畸弓丝曲线坐标变换：

将个性化正畸弓丝曲线成形控制点信息集中各成形控制点的坐标m_i＝(u_i,v_i,w_i)′中的u_i赋值为0，即令u_i＝0，获得正畸弓丝转换曲线M′；

步骤四、计算均分域内控制点个数，将各均分域降序排列：

计算个性化正畸弓丝转换曲线上每个均分域(a₁,a₂,a₃,…,a_a)内控制点个数b，获得控制点个数信息集B₁＝{b₁,b₂,...,b_a}，比较各均分域内控制点个数b，得到b₂＞b₄＞…＞b_a，则以控制点个数b为指标将a个均分域降序排列，得到降序均分域信息集为A₁＝{a₂,a₄,…,a_a}，进而得到个性化正畸弓丝曲线成形控制点坐标降序矩阵M₁＝{m₂,m₄,...,m_a}和机器人运动降序信息集N₁＝{n₂,n₄,...,n_a}，以一个i＝6、a＝3的个性化正畸弓丝曲线为例，即该个性化正畸弓丝曲线有6个成形控制点，并被划分为3个均分域，则该个性化正畸弓丝曲线成形控制点坐标矩阵M＝{m₁,m₂,m₃,m₄,m₅,m₆}，机器人运动信息集N＝{n₁,n₂,n₃,n₄,n₅,n₆}，均分域信息集为A＝{a₁,a₂,a₃}，设a₁均分域内的成形控制点为m₁，则a₁对应的b₁＝1，设a₂区域内的成形控制点为m₂、m₃，则a₂对应的b₂＝2，设a₃区域内的成形控制点为m₄、m₅、m₆，则a₃对应的b₃＝3，则以各区域内控制点个数b为指标获得的降序均分域信息集为A₁＝{a₃,a₂,a₁}，个性化正畸弓丝曲线成形控制点坐标降序矩阵为M₁＝{m₄,m₅,m₆,m₂,m₃,m₁}，机器人运动降序信息集N₁＝{n₄,n₅,n₆,n₂,n₃,n₁}；

步骤五、获得最终弯制点弯制顺序：

输出最终弯制点弯制顺序M₁＝{m₂,m₄,...,m_a}、N₁＝{n₂,n₄,...,n_a}，程序结束。

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