CN111272322B - 一种十字双滑块式正畸微种植体测力装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种十字双滑块式正畸微种植体测力装置及使用方法，它涉及正畸力测量领域，X方向滑台通过螺钉连接在Y方向滑台的Y方向移动平台上，Z方向主动滑台通过螺钉连接Y方向滑台的左侧，Z方向从动滑台通过螺钉连接Y方向滑台的右侧，十字双滑块机构的左端连接Z方向主动滑台的Z方向主动移动平台，十字双滑块机构的右端连接Z方向从动滑台的Z方向从动移动平台，正畸力测量机构连接在X方向滑台的X方向移动平台上。本发明可以自动模拟出口腔牙颌畸形矫正时的位置关系，并且可以适应不同患者的个异性牙槽，从而通过六维力传感器计算出口腔牙颌畸形矫正过程中产生的正畸力和正畸力矩，使得医生在为不同患者设计特定的支抗和矫正计划前得到数据参考。

Description

一种十字双滑块式正畸微种植体测力装置及使用方法

技术领域

本发明涉及一种十字双滑块式正畸微种植体测力装置及使用方法，属于正畸力测量装置领域。

背景技术

口腔牙颌畸形对于患者的面部外观以及美观程度都有着较大程度上的影响，所以现阶段采用口腔畸形矫正术的患者也越来越多。常规的口腔牙颌矫正方法是口外弓的方法，口外弓方法采用一个弓形的金属装置从口内的矫治器附件连接到口外，再利用橡皮筋连接戴在颅部或者颈部的头帽，从而实现将口外的力量作用于口内，来移动牙齿或者进行颌骨矫形。口外弓加强支抗虽然效果明显，但是由于使用条件的限制以及外形的不美观所以没有得到患者的广泛接受。微种植体支抗技术正逐渐获得人们的青睐。所谓微种植体支抗是通过在口腔内种植微种植体，通过种植体利用橡皮圈来拉动希望移动的牙齿，由于该技术具有手术植入部位广泛、操作简单、创伤小及手术费用低等优点，正越来越多的应用于临床。

稳定的微种植体支抗是制定矫正计划和矫正成功的基础，因而支抗控制是口腔正畸治疗中的关键问题。微种植体的材料，形状以及所受的力与力矩是科研工作者比较关注的问题。常用的种植体的材料主要是钛，涂层也以钛或钛合金为基材。种植体的形状也多为螺钉形状。但是微种植体的不同植入深度、角度、方向、位置等因素以及相同微种植体与不同橡皮圈的配合，并且不同患者的牙槽形状具有个异性，这些因素的改变都会呈现出不同的拉力和力矩。就目前看来缺少专用的仪器对正畸力和正畸力矩进行测量，使得测量过程复杂，测量结果误差大。

基于上述情况，本发明可以在三维空间上模拟微种植体与待矫正部位的空间几何关系，并且可以适应不同患者的牙槽模型。从而通过六维力传感器测量正畸过程中产生的力和力矩。保证了支抗植入的质量，以便为不同患者制定最稳定的和最适合他们的治疗方案。

发明内容

针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种十字双滑块式正畸微种植体测力装置及使用方法。

本发明是这样实现的：本发明的一种十字双滑块式正畸微种植体测力装置及使用方法，它包含X方向滑台、正畸力测量机构、Z方向主动滑台、十字双滑块机构、Z方向从动滑台、Y方向滑台，所述的X方向滑台包括X方向移动平台，所述的正畸力测量机构包括方向转台、传感器支架、六维力传感器，所述的方向转台包括旋紧螺丝，所述的Z方向主动滑台包括Z方向主动移动平台，所述的十字双滑块机构包括电机支架、十字双滑块架、双滑块上连杆、双滑块下连杆、双滑块驱动曲柄、双滑块驱动电机、牙槽模型、十字滑块组、牙槽滑块，所述的十字滑块组包括十字滑块I、十字滑块II，所述的Z方向从动滑台包括Z方向从动移动平台，所述的Y方向滑台包括Y方向移动平台，所述的X方向滑台通过螺钉连接在Y方向滑台的Y方向移动平台上，Z方向主动滑台通过螺钉连接Y方向滑台的左侧，Z方向从动滑台通过螺钉连接Y方向滑台的右侧，十字双滑块机构的左端连接Z方向主动滑台的Z方向主动移动平台，十字双滑块机构的右端连接Z方向从动滑台的Z方向从动移动平台，正畸力测量机构连接在X方向滑台的X方向移动平台上。从而在三维空间上模拟出矫正时微种植体与牙槽的位置关系。所述的十字双滑块机构中电机支架上承载双滑块驱动电机，双滑块驱动电机连接双滑块驱动曲柄一端，并且双滑块驱动曲柄另一端通过轴承连接在双滑块上连杆上，双滑块上连杆的一端通过轴承连接十字滑块I的上端，双滑块上连杆的另一端通过轴承连接十字滑块II的上端，十字滑块组安装在十字双滑块架的滑槽内，十字滑块组可以在十字双滑块架滑槽内滑动，十字双滑块架通过螺钉连接电机支架，十字滑块I下端通过轴承连接双滑块下连杆的一端，十字滑块II下端通过轴承连接双滑块下连杆的另一端，双滑块下连杆连接牙槽滑块，牙槽滑块滑槽连接于牙槽模型轨道，牙槽模型通过螺钉连接十字双滑块架，并且双滑块驱动曲柄和双滑块下连杆上都有开槽设计从而适应不同患者的个异性类椭圆牙槽外形。

作为优选，所述的双滑块驱动曲柄和双滑块下连杆上都有开槽设计，方便改变双滑块驱动曲柄的长度以及双滑块下连杆与牙槽滑块连接点的位置，这样就可以适应不同患者的牙槽形状，更为准确的模拟矫正关系。

作为优选，所述的正畸力测量机构的方向转台下端通过螺钉连接在X方向滑台的移动平台上，方向转台上端依次连接传感器支架，六维力传感器，方向转台上装有旋紧螺丝，旋紧螺丝控制着方向转台与传感器支架配合的松紧程度。

作为优选，所述的Z方向主动滑台使用丝杠滑台结构，并且采用电机驱动，Z方向从动滑台使用光杆滑台机构作为从动。

作为优选，所述的双滑块十字架采用C型滑槽结构，使得十字滑块组在十字双滑块架中运动顺畅，同时挖空十字双滑块架下面与十字滑块组对应部分，目的是为了使十字滑块组可以穿过十字双滑块架4-2的上面和下面并分别与双滑块上连杆和下连杆相连。

作为优选，所述的双滑块驱动电机通过双滑块驱动曲柄和双滑块上连杆使得十字滑块组滑动，十字滑块组与双滑块十字架的配合方式为间隙配合。

作为优选，所述的牙槽滑块设计成滚子模型，牙槽模型具有内轨道设计，并且牙槽滑块可以在牙槽模型内顺畅的滚动。

本发明的有益效果为：

(1)本装置采用三维电动工作台定位系统，它主要由三个直线滑台组成，分别控制着X，Y，Z三个坐标方向，因此它可以准确无误的快速模拟矫正过程中的空间位置关系。

(2)在十字双滑块机构中，通过改变双滑块驱动曲柄的长度以及双滑块驱动曲柄与双滑块上连杆连接点的位置就可以用十字双滑块机构模拟出不同患者口腔内部牙床相近的椭圆形状，增加了本装置的适用性。

(3)正畸力测量机构的方向转台的旋紧螺丝旋出时，可以改变六维力传感器在X，Y平面上与X方向滑台的夹角，六维力传感器方位确定时再将旋紧螺丝旋进，以固定六维力传感器方位，精确模拟正畸过程位置关系。

(4)采用滚子型的牙槽滑块来模拟牙齿模型，牙槽滑块可以在牙槽模型轨道内顺畅的移动，减少了牙槽滑块在水平移动过程中产生的震动，减少了牙槽滑块与轨道之间的摩擦力，保证了本测量装置测量数据的准确性。

(5)本装置通过单片机控制，医生可以输入微种植体和牙槽模型的位置关系，装置自动模拟出矫正的位置关系，减少了人工调整带来的误差，从而计算出矫正过程中的正畸微种植体的受力。

(6)十字双滑块机构中的牙槽模型是可以更换的，这样就保证了可以为不同患者的牙床外形进行模拟。

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为本发明结构总体示意图。

图2为本发明结构后视图。

图3为本发明中十字双滑块机构局部剖视图。

图4为本发明中双滑块曲柄连杆结构示意图。

图5为本发明中十字双滑块机构示意图。

图6为本发明中正畸力测量机构爆炸视图。

图7为本发明中牙弓弓形变化趋势图。。

图中：1、X方向滑台；1-1、X方向移动平台；2、正畸力测量机构；2-1、方向转台；2-1-1、旋紧螺丝；2-2、传感器支架；2-3、六维力传感器；3、Z方向主动滑台；3-1、Z方向主动移动平台；4、十字双滑块机构；4-1、电机支架；4-2、十字双滑块架；4-3、双滑块上连杆；4-4、双滑块下连杆；4-5、双滑块驱动曲柄；4-6、双滑块驱动电机；4-7、牙槽模型；4-8、十字滑块组；4-8-1、十字滑块I；4-8-2、十字滑块II；4-9、牙槽滑块；5、Z方向从动滑台；5-1、Z方向从动移动平台；6、Y方向滑台；6-1、Y方向移动平台。

具体实施方式

为使本发明的目的、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。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的概念。

实施例1：

如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本发明的实施方式采用以下技术方案；一种十字双滑块式正畸微种植体测力装置，它包含X方向滑台1、正畸力测量机构2、Z方向主动滑台3、十字双滑块机构4、Z方向从动滑台5、Y方向滑台6，其特征在于：所述的X方向滑台1包括X方向移动平台1-1，所述的正畸力测量机构2包括方向转台2-1、传感器支架2-2、六维力传感器2-3，所述的方向转台2-1包括旋紧螺丝2-1-1，所述的Z方向主动滑台3包括Z方向主动移动平台3-1，所述的十字双滑块机构4包括电机支架4-1、十字双滑块架4-2、双滑块上连杆4-3、双滑块下连杆4-4、双滑块驱动曲柄4-5、双滑块驱动电机4-6、牙槽模型4-7、十字滑块组4-8、牙槽滑块4-9，所述的十字滑块组4-8包括十字滑块I4-8-1、十字滑块II4-8-2，所述的Z方向从动滑台5包括Z方向从动移动平台5-1，所述的Y方向滑台6包括Y方向移动平台6-1，所述的X方向滑台1通过螺钉连接在Y方向滑台6的Y方向移动平台6-1上，Z方向主动滑台3通过螺钉连接Y方向滑台6的左侧，Z方向从动滑台5通过螺钉连接Y方向滑台6的右侧，十字双滑块机构4的左端连接Z方向主动滑台3的Z方向主动移动平台3-1，十字双滑块机构4的右端连接Z方向从动滑台5的Z方向从动移动平台5-1，正畸力测量机构2连接在X方向滑台1的X方向移动平台1-1上。

进一步的，所述的十字双滑块机构4中电机支架4-1上承载双滑块驱动电机4-6，双滑块驱动电机4-6连接双滑块驱动曲柄4-5一端，并且双滑块驱动曲柄4-5另一端通过轴承连接在双滑块上连杆4-3上，双滑块上连杆4-3的一端通过轴承连接十字滑块I4-8-1的上端，双滑块上连杆4-3的另一端通过轴承连接十字滑块II4-8-2的上端，十字滑块组4-8安装在十字双滑块架4-2的空槽内，并且十字滑块组4-8可以在十字双滑块架4-2空槽内滑动，十字滑块I4-8-1下端通过轴承连接双滑块下连杆4-4的一端，十字滑块II4-8-2下端通过轴承连接双滑块下连杆4-4的另一端，双滑块下连杆4-4连接牙槽滑块4-9，牙槽滑块4-9滑动连接于牙槽模型4-7轨道，牙槽模型4-7通过螺钉连接十字双滑块架4-2，十字双滑块架4-2通过螺钉连接电机支架4-1。

进一步的，所述的正畸力测量机构2的方向转台2-1下端通过螺钉连接在X方向滑台1的移动平台1-1上，方向转台2-1上端依次连接传感器支架2-2，六维力传感器2-3，方向转台2-1上装有旋紧螺丝2-1-1，旋紧螺丝2-1-1控制着方向转台2-1与传感器支架2-2配合的松紧程度。

进一步的，所述的十字双滑块架4-2采用C型滑槽结构，使得十字滑块组4-8在十字双滑块架4-2中运动顺畅，同时挖空十字双滑块架4-2下面与十字滑块组4-8对应部分，目的是为了使十字滑块组4-8可以穿过十字双滑块架4-2的上面和下面并分别与双滑块上连杆和下连杆相连。

进一步的，所述的双滑块驱动电机4-6通过双滑块驱动曲柄4-5和双滑块上连杆4-3为十字滑块组4-8的滑动提供动力，十字滑块组4-8与十字双滑块架4-2的配合方式为间隙配合。

进一步的，所述的牙槽滑块4-9设计成滚子模型，牙槽模型4-7具有内轨道设计，并且牙槽滑块4-9可以在牙槽模型4-7内顺畅的滚动。

实施例2：

根据实施例1中所述的装置，当装置用于不同患者的牙槽模型时，十字双滑块机构4也需要根据牙槽模型做出调整，当患者的牙槽模型弓高D小，弓宽W大时需要减少双滑块驱动曲柄(4-5)的长度并且增大牙槽滑块(4-9)与双滑块下连杆(4-4)中点的距离；当患者的牙槽模型弓高D大，弓宽W小时需要增加双滑块驱动曲柄(4-5)的长度并且减少牙槽滑块(4-9)与双滑块下连杆(4-4)中点的距离，根据十字双滑块机构4的性质，通过改变双滑块驱动曲柄(4-5)的长度以及双滑块下连杆(4-4)与牙槽滑块(4-9)连接点的位置，这样就可以适应不同患者的牙槽形状，提高本装置的适用性。

实施例3：

根据实施例1中所述的装置，当待矫正部位位于牙槽的左侧，正畸力测量机构2与牙槽滑块4-9应保持同侧，X方向滑台1的X方向移动平台1-1控制六维力传感器2-3到达X方向指定位置，Y方向滑台6的Y方向移动平台6-1控制六维力传感器2-3到达装置左侧Y方向的指定位置，牙槽模型4-7通过Z方向主动滑台3的Z方向主动移动平台3-1和Z方向从动滑台5的Z方向从动移动平台5-1实现牙槽模型在Z方向上位置的改变，双滑块驱动电机4-6通过驱动双滑块驱动曲柄4-5做圆周运动，双滑块驱动曲柄4-5通过双滑块上连杆4-3为十字滑块组4-8在十字双滑块架4-2中滑动提供动力，十字滑块组4-8的滑动又将动力传递给双滑块下连杆4-4，双滑块下连杆4-4连接着牙槽滑块4-9，这样就使牙槽滑块4-9可以在牙槽水平面内适应牙槽的类椭圆外形，并且牙槽滑块4-9可以滚动到牙槽模型4-7左侧的指定矫正位置，通过旋出方向转台2-1上的旋紧螺丝2-1-1，可以改变六维力传感器2-3在X、Y平面上与X方向滑台的夹角，当六维力传感器2-3与牙槽滑块4-9位置关系确定时，再将旋紧螺丝(2-1-1)旋进，确定了待矫正部位位于牙槽的左侧时种植体与待矫正牙齿的空间位置关系。

实施例4：

根据实施例1中所述的装置，当待矫正部位位于牙槽的右侧，正畸力测量机构2与牙槽滑块4-9应保持同侧，X方向滑台1的X方向移动平台1-1控制六维力传感器2-3到达X方向指定位置，Y方向滑台6的Y方向移动平台6-1控制六维力传感器2-3到达装置右侧Y方向的指定位置，牙槽模型4-7通过Z方向主动滑台3的Z方向主动移动平台3-1和Z方向从动滑台5的Z方向从动移动平台5-1实现其在Z方向上位置的改变，双滑块驱动电机4-6通过驱动双滑块驱动曲柄4-5做圆周运动，双滑块驱动曲柄4-5通过双滑块上连杆4-3为十字滑块组4-8在十字双滑块架4-2中滑动提供动力，十字滑块组4-8的滑动又将动力传递给双滑块下连杆4-4，双滑块下连杆4-4连接着牙槽滑块4-9，这样就使牙槽滑块4-9可以在牙槽水平面内适应牙槽的类椭圆外形，并且牙槽滑块4-9可以滚动到牙槽模型4-7右侧的指定矫正位置，通过旋出方向转台2-1上的旋紧螺丝2-1-1，可以改变六维力传感器2-3在X,Y平面上与X方向滑台的夹角，当六维力传感器2-3与牙槽滑块4-9位置关系确定时，再将旋紧螺丝(2-1-1)旋进，确定了待矫正部位位于牙槽的右侧时种植体与待矫正牙齿的空间位置关系。

本装置具体实施方式的工作原理为：当需要对微种植体支抗力进行测量时，先通过X方向滑台1，Y方向滑台6，Z方向主动滑台3，Z方向从动滑台5以及正畸力测量机构2模拟出牙槽模型与微种植体的空间位置关系，改变双滑块驱动曲柄的长度以及双滑块下连杆与牙槽滑块连接点的位置，这样就可以适应不同患者的牙槽形状，然后通过十字双滑块机构4模拟不同患者的牙槽，在三维空间上模拟了种植支抗情况下微种植体与待矫正牙齿的空间关系，然后在牙槽滑块4-9与六维力传感器2-3之间连接正畸时所使用的橡皮圈，通过正畸力测量机构2测量出此状态下力和力矩，从而计算出微种植体支抗情况下微种植体和待矫正牙齿的受力情况。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明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的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明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范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种十字双滑块式正畸微种植体测力装置，它包含X方向滑台(1)、正畸力测量机构(2)、Z方向主动滑台(3)、十字双滑块机构(4)、Z方向从动滑台(5)、Y方向滑台(6)，其特征在于：所述的X方向滑台(1)包括X方向移动平台(1-1)，所述的正畸力测量机构(2)包括方向转台(2-1)、传感器支架(2-2)、六维力传感器(2-3)，所述的方向转台(2-1)包括旋紧螺丝(2-1-1)，所述的Z方向主动滑台(3)包括Z方向主动移动平台(3-1)，所述的十字双滑块机构(4)包括电机支架(4-1)、十字双滑块架(4-2)、双滑块上连杆(4-3)、双滑块下连杆(4-4)、双滑块驱动曲柄(4-5)、双滑块驱动电机(4-6)、牙槽模型(4-7)、十字滑块组(4-8)、牙槽滑块(4-9)，所述的十字滑块组(4-8)包括十字滑块I(4-8-1)、十字滑块II(4-8-2)，所述的Z方向从动滑台(5)包括Z方向从动移动平台(5-1)，所述的Y方向滑台(6)包括Y方向移动平台(6-1)，所述的X方向滑台(1)通过螺钉连接在Y方向滑台(6)的Y方向移动平台(6-1)上，Z方向主动滑台(3)通过螺钉连接Y方向滑台(6)的左侧，Z方向从动滑台(5)通过螺钉连接Y方向滑台(6)的右侧，十字双滑块机构(4)的左端连接Z方向主动滑台(3)的Z方向主动移动平台(3-1)，十字双滑块机构(4)的右端连接Z方向从动滑台(5)的Z方向从动移动平台(5-1)，正畸力测量机构(2)连接在X方向滑台(1)的X方向移动平台(1-1)上，从而在三维空间上模拟出矫正时微种植体与牙槽的位置关系；所述的十字双滑块机构(4)中电机支架(4-1)上承载双滑块驱动电机(4-6)，双滑块驱动电机(4-6)连接双滑块驱动曲柄(4-5)一端，并且双滑块驱动曲柄(4-5)另一端通过轴承连接在双滑块上连杆(4-3)上，双滑块上连杆(4-3)的一端通过轴承连接十字滑块I(4-8-1)的上端，双滑块上连杆(4-3)的另一端通过轴承连接十字滑块II(4-8-2)的上端，十字滑块组(4-8)安装在十字双滑块架(4-2)的滑槽内，十字滑块组(4-8)可以在十字双滑块架(4-2)滑槽内滑动，十字双滑块架(4-2)通过螺钉连接电机支架(4-1)，十字滑块I(4-8-1)下端通过轴承连接双滑块下连杆(4-4)的一端，十字滑块II(4-8-2)下端通过轴承连接双滑块下连杆(4-4)的另一端，双滑块下连杆(4-4)连接牙槽滑块(4-9)，牙槽滑块(4-9)滑槽连接于牙槽模型(4-7)轨道，牙槽模型(4-7)通过螺钉连接十字双滑块架(4-2)，并且双滑块驱动曲柄(4-5)和双滑块下连杆(4-4)上都有开槽设计从而适应不同患者的个性化类椭圆牙槽外形。

2.根据权利要求1所述的一种十字双滑块式正畸微种植体测力装置，其特征在于：所述的正畸力测量机构(2)的方向转台(2-1)下端通过螺钉连接在X方向滑台(1)的X方向移动平台(1-1)上，方向转台(2-1)上端依次连接传感器支架(2-2)，六维力传感器(2-3)，方向转台(2-1)上装有旋紧螺丝(2-1-1)，旋紧螺丝(2-1-1)控制着方向转台(2-1)与传感器支架(2-2)配合的松紧程度。

3.根据权利要求1所述的一种十字双滑块式正畸微种植体测力装置，其特征在于：所述的Z方向主动滑台(3)使用丝杠滑台结构，Z方向从动滑台(5)使用光杆滑台机构。

4.根据权利要求1所述的一种十字双滑块式正畸微种植体测力装置，其特征在于：装置启动后，双滑块驱动电机(4-6)驱动双滑块驱动曲柄(4-5)做圆周运动，双滑块驱动曲柄(4-5)通过双滑块上连杆(4-3)为十字滑块组(4-8)在十字双滑块架(4-2)中滑动提供动力，十字滑块组(4-8)的滑动又带动双滑块下连杆(4-4)，双滑块下连杆(4-4)连接着牙槽滑块(4-9)，通过改变双滑块驱动曲柄(4-5)的长度以及双滑块下连杆(4-4)与牙槽滑块(4-9)连接点的位置使得牙槽滑块(4-9)适应在X，Y平面内不同患者的牙槽的类椭圆外形，并且牙槽滑块(4-9)在牙槽模型(4-7)内滚动，进一步模拟矫正的部位；六维力传感器(2-3)通过X方向滑台(1)的X方向移动平台(1-1)到达X方向指定位置，六维力传感器(2-3)通过Y方向滑台(6)的Y方向移动平台(6-1)到达Y方向指定位置，通过旋出方向转台(2-1)上的旋紧螺丝(2-1-1)来旋转传感器支架(2-2)从而改变六维力传感器(2-3)在X，Y平面上与X方向滑台(1)的夹角，当六维力传感器(2-3)的方向确定时，再将旋紧螺丝(2-1-1)旋进，以固定六维力传感器方位，牙槽模型(4-7)通过Z方向主动滑台(3)的Z方向主动移动平台(3-1)和Z方向从动滑台(5)的Z方向从动移动平台(5-1)实现牙槽模型(4-7)在Z方向上位置的改变；通过牙槽滑块(4-9)和六维力传感器(2-3)分别模拟待矫正牙齿和微种植体，这样就为不同的患者在三维空间上模拟了种植支抗情况下微种植体与待矫正牙齿的空间位置关系，在牙槽滑块(4-9)和六维力传感器(2-3)之间连接正畸时所用的不同材质的橡皮圈，进而进行正畸力和正畸力矩的测量，从而计算出微种植体支抗情况下微种植体和待矫正牙齿的受力情况。

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