CN109875702B - 一种人手弯制正畸弓丝运动模型建立方法 - Google Patents

Abstract

一种人手弯制正畸弓丝运动模型建立方法，它涉及正畸弓丝弯制技术领域。本发明依据正畸医师在弯制正畸弓丝过程中，正畸医师手的变化规律，分析人手弯制正畸弓丝的各项参数，将人手弯制正畸弓丝运动简化为正畸钳的运动，便于对弯制运动进行参数化表达，完成一种人手弯制正畸弓丝运动模型的建立，为仿人手正畸弓丝弯制机器人的设计以及人手和弯丝机器人之间的运动映射模型提供理论基础。

Description

一种人手弯制正畸弓丝运动模型建立方法

技术领域：

本发明专利涉及一种人手弯制正畸弓丝运动模型建立方法，属于正畸弓丝弯制技术领域。

背景技术：

在口腔正畸治疗方面，佩戴正畸弓丝是目前比较主流的方法，而目前正畸弓丝的弯制主要以正畸医师手工弯制为主，因为人手的灵活性好，医生通过两手的配合可以顺利完成各种复杂的弯制运动。

随着机器人技术和计算机技术的快速发展和在正畸领域的应用，用于正畸弓丝弯制的机器人先后出现，目前市场上以关节式弯丝机器人和直角坐标式弯丝机器人居多，但都受制于其机械结构，导致许多种类的特殊功能曲无法弯制，人手能够灵活弯制各种类型的特殊功能曲，因此设计一种仿人手弯制正畸弓丝运动的机器人尤为重要，为了设计出仿人手弯制正畸弓丝运动的正畸弓丝弯制机器人，首先需要分析人手弯制正畸弓丝运动，并且建立人手弯制正畸弓丝运动模型。

发明专利内容

针对上述问题，本发明提出一种人手弯制正畸弓丝运动模型建立方法，将人手弯制正畸弓丝运动简化为正畸钳的运动，为仿人手弯制正畸弓丝运动的正畸弓丝弯制机器人的设计提供参考，进而实现正畸弓丝机器人弯制，本发明为解决上述问题所采取的方案为：

一种人手弯制正畸弓丝运动模型建立方法，所述方法的具体实现过程为：

步骤一：

简化人手结构的功能特征模型，确定正畸弓丝上弯制点和夹紧点的坐标位置，进而确定简化人手结构的功能特征模型与正畸弓丝的相对位置关系，具体为在正畸弓丝坐标系O_iXYZ下，人手弯制正畸弓丝运动轨迹，即简化人手结构的功能特征模型的轨迹，在XO_iY平面内参数化表示，简化人手结构的功能特征模型包括主要代替关键手指控制正畸弓丝进行弯制动作的钳Ⅰ和主要代替正畸钳负责弯制点的夹紧的钳Ⅱ，钳Ⅰ的轨迹的特征参数由第i个弯制点的弯制角度α_i和弯制圆弧曲率半径r_i表示；钳Ⅱ的轨迹的特征参数由相邻两个弯制点在正畸弓丝上的距离表示，在第i+1个弯制点处，由人手弯制正畸弓丝运动轨迹特征参数：第i个弯制点到第i+1个弯制点在正畸弓丝上的距离l_(i，i+1)、弯制角度α_i+1和弯制圆弧曲率半径r_i+1表示的特征模型为

步骤二：

以人手弯制正畸弓丝的每步弯制运动为一个单元，基于人手弯制正畸弓丝运动轨迹模型，确定弯折的角度，获得正畸弓丝的空间姿态信息，建立人手弯制正畸弓丝单元运动模型PointA_i＝[l_(i-1,i),α_i,r_i,λ_i]，在正畸弓丝坐标系下O_iXYZ下，α_i表示弯制点A_i的弯制成形角度，l_(i-1，i)表示第i-1个弯制点到第i个弯制点在正畸弓丝上的距离，r_i代表弯制圆弧的曲率半径，λ_i表示正畸弓丝的弯制表面即O_iXY平面或O_iYZ平面或O_iXZ平面；

步骤三：

将弯制正畸弓丝第二序列曲的多个弯制点的人手弯制正畸弓丝运动单元模型，利用集合来表示，集合中弯制点顺序是按照手工弯制成形的弯制点顺序进行排列的，弯制点的集合表示为HandA＝(PointA₀，PointA₁，PointA₂，…)，A表示第二序列曲的类型，A₀表示第二序列曲第一个弯制点；HandA表示第二序列曲A的人手弯制正畸弓丝运动轨迹信息集。

本发明的有益效果为：

1、本发明分析和总结了人手弯制正畸弓丝时正畸弓丝夹紧点和弯制点的特点，进而确定简化人手结构的功能特征模型与正畸弓丝的相对位置关系，便于将人手弯制正畸弓丝的运动在直角坐标系下进行表达。

2、本发明将人手弯制正畸弓丝运动的关键手指简化为两只正畸钳的运动，简化了人手的结构，进而简化了后续正畸弓丝弯制机器人的结构形式，便于用简单的机械结构代替复杂的人手的弯制运动。

3、本发明将第二序列曲的弯制离散化为多个弯制点的集合，便于对正畸弓丝进行数字化表达，便于将正畸弓丝参数输入到机器人中，实现正畸弓丝弯制机器人化。

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为人手弯制正畸弓丝运动模型建立方法示意图；

图2为第i+1个点弯制过程示意图；

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所示，本具体实施方式采用以下技术方案：一种人手弯制正畸弓丝运动模型建立方法，所述方法的具体实现过程为：

步骤一：

简化人手结构的功能特征模型，确定正畸弓丝上弯制点和夹紧点的坐标位置，进而确定简化人手结构的功能特征模型与正畸弓丝的相对位置关系，具体为在正畸弓丝坐标系O_iXYZ下，人手弯制正畸弓丝运动轨迹，即简化人手结构的功能特征模型的轨迹，在XO_iY平面内参数化表示，简化人手结构的功能特征模型包括主要代替关键手指控制正畸弓丝进行弯制动作的钳Ⅰ和主要代替正畸钳负责弯制点的夹紧的钳Ⅱ，钳Ⅰ的轨迹的特征参数由第i个弯制点的弯制角度α_i和弯制圆弧曲率半径r_i表示；钳Ⅱ的轨迹的特征参数由相邻两个弯制点在正畸弓丝上的距离表示，在第i+1个弯制点处，由人手弯制正畸弓丝运动轨迹特征参数：第i个弯制点到第i+1个弯制点在正畸弓丝上的距离l_(i，i+1)、弯制角度α_i+1和弯制圆弧曲率半径r_i+1表示的特征模型为

步骤二：

以人手弯丝的每步弯制运动为一个单元，基于人手弯丝运动轨迹模型，确定弯折的角度，获得正畸弓丝的空间姿态信息，建立人手弯丝单元运动模型PointA_i＝[l_(i-1,i),α_i,r_i,λ_i]，在正畸弓丝坐标系下O_iXYZ下，α_i表示弯制点A_i的弯制成形角度，l_(i-1,i)表示第i-1个弯制点到第i个弯制点在正畸弓丝上的距离，r_i代表弯制圆弧的曲率半径，λ_i表示正畸弓丝的弯制表面即O_iXY平面或O_iYZ平面或O_iXZ平面；

步骤三：

将弯制正畸弓丝第二序列曲的多个弯制点的人手弯制正畸弓丝运动单元模型，利用集合来表示，集合中弯制点顺序是按照手工弯制成形的弯制点顺序进行排列的，弯制点的集合表示为HandA＝(PointA₀，PointA₁，PointA₂，…)，A表示第二序列曲的类型，A₀表示第二序列曲第一个弯制点；HandA表示第二序列曲A的人手弯制正畸弓丝运动轨迹信息集。

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)

1.一种人手弯制正畸弓丝运动模型建立方法，其特征在于：所述方法的具体实现过程为：

步骤一：

简化人手结构的功能特征模型，确定正畸弓丝上弯制点和夹紧点的坐标位置，进而确定简化人手结构的功能特征模型与正畸弓丝的相对位置关系，具体为在正畸弓丝坐标系O_iXYZ下，人手弯制正畸弓丝运动轨迹，即简化人手结构的功能特征模型的轨迹，在XO_iY平面内参数化表示，简化人手结构的功能特征模型包括主要代替关键手指控制正畸弓丝进行弯制动作的钳Ⅰ和主要代替正畸钳负责弯制点的夹紧的钳Ⅱ，钳Ⅰ的轨迹的特征参数由第i个弯制点的弯制角度α_i和弯制圆弧曲率半径r_i表示；钳Ⅱ的轨迹的特征参数由相邻两个弯制点在正畸弓丝上的距离表示，在第i+1个弯制点处，由人手弯制正畸弓丝运动轨迹特征参数：第i个弯制点到第i+1个弯制点在正畸弓丝上的距离l_(i，i+1)、弯制角度α_i+1和弯制圆弧曲率半径r_i+1表示的特征模型为

步骤二：

以人手弯制正畸弓丝的每步弯制运动为一个单元，基于人手弯制正畸弓丝运动轨迹模型，确定弯折的角度，获得正畸弓丝的空间姿态信息，建立人手弯制正畸弓丝单元运动模型Point A_i＝[l_(i-1,i),α_i,r_i,λ_i]，在正畸弓丝坐标系下O_iXYZ下，α_i表示弯制点A_i的弯制成形角度，l_(i-1，i)表示第i-1个弯制点到第i个弯制点在正畸弓丝上的距离，r_i代表弯制圆弧的曲率半径，λ_i表示正畸弓丝的弯制表面即O_iXY平面或O_iYZ平面或O_iXZ平面；

步骤三：

将弯制正畸弓丝第二序列曲的多个弯制点的人手弯制正畸弓丝运动单元模型，利用集合来表示，集合中弯制点顺序是按照手工弯制成形的弯制点顺序进行排列的，弯制点的集合表示为HandA＝(Point A₀，Point A₁，Point A₂，…)，A表示第二序列曲的类型，A₀表示第二序列曲第一个弯制点；HandA表示第二序列曲A的人手弯制正畸弓丝运动轨迹信息集。

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