CN111724667A - 颞下颌关节运动仿真的姿态控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种颞下颌关节运动仿真的姿态控制装置，包括姿态控制组件，姿态控制组件包括基座、横滚角电机、俯仰角电机、偏航角电机和用于连接实物仿真模型的下支撑板，下支撑板连接横滚角电机的输出轴，横滚角电机通过第一连接件垂直连接俯仰角电机的输出轴，俯仰角电机设于第二连接件上，第二连接件设有偏航角电机，偏航角电机与俯仰角电机垂直设置，第二连接件由偏航角电机带动绕基座转动；该种颞下颌关节运动仿真的姿态控制装置，能够实现颞下颌关节运动的多角度实物运动仿真，使运动更准确直观地展示，能够为口腔医师的诊断提供更有效可靠的基础。

Description

颞下颌关节运动仿真的姿态控制装置

技术领域

本发明涉及一种颞下颌关节运动仿真的姿态控制装置。

背景技术

颞下颌关节紊乱症是较为常见的口腔疾病之一，对颞下颌关节运动进行实物仿真，能够辅助医学生对该项疾病的学习与理解。但是目前对颞下颌关节运动进行实物仿真的自由度太低，导致仿真效果不理想。其主要原因在于目前缺乏对实物模型进行多自由度的姿态控制，使得难以有效实现实物仿真目的。

因此，如何实现多自由度的姿态控制，进而为有效的实物仿真提供基础，是在颞下颌关节运动仿真的姿态控制装置的设计与生产过程中应当予以考虑并解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种颞下颌关节运动仿真的姿态控制装置，如何实现多自由度的姿态控制，解决现有技术中存在的自由度太低，导致仿真效果不理想的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种颞下颌关节运动仿真的姿态控制装置，包括姿态控制组件，姿态控制组件包括基座、横滚角电机、俯仰角电机、偏航角电机和用于连接实物仿真模型的下支撑板，下支撑板连接横滚角电机的输出轴，横滚角电机通过第一连接件垂直连接俯仰角电机的输出轴，俯仰角电机设于第二连接件上，第二连接件设有偏航角电机，偏航角电机与俯仰角电机垂直设置，第二连接件由偏航角电机带动绕基座转动。

进一步地，还包括电机零位位置检测组件，电机零位位置检测组件包括第一U型槽光电传感器、第二U型槽光电传感器和第三U型槽光电传感器，第一U型槽光电传感器用于检测横滚角电机的零位位置，第二U型槽光电传感器用于检测俯仰角电机的零位位置，第三U型槽光电传感器用于检测偏航角电机的零位位置。

进一步地，第一连接件设有第一U形槽光电传感器，横滚角电机的输出轴设有检测用转板，检测用转板嵌入第一U形槽光电传感器的检测槽内，且检测用转板设有第一检测用缝隙，第二连接件设有第二U形槽光电传感器，第一连接件由俯仰角电机带动伸入或移出第二U形槽光电传感器的检测槽，第二连接件的底部设有第三U型槽光电传感器，基座设有检测用探头，检测用探头嵌入第三U形槽光电传感器的检测槽内，检测用探头设有第三检测用缝隙。

进一步地，还包括控制模块，控制模块分别连接横滚角电机、俯仰角电机、偏航角电机和电机零位位置检测组件，控制模块与上位机通信。

进一步地，基座设于竖向移位组件上，竖向移位组件包括竖向滑轨、竖向支板、竖向电机、竖向丝杆和竖向滑块，姿态控制组件设于竖向滑块上，竖向丝杆螺纹穿过竖向滑块的中部，竖向滑块设于竖向滑轨上，竖向滑轨的两端分别设有竖向支板，且竖向丝杆的两端分别活动连接竖向滑轨的两端的竖向支板，竖向电机的输出轴连接竖向丝杆的端部，竖向电机设于竖向支撑板上，竖向支撑板设于竖向滑轨上。

进一步地，竖向移位组件设于纵向移位组件上，纵向移位组件包括纵向滑轨、纵向支板、纵向电机、纵向丝杆和纵向滑块，竖向移位组件设于纵向滑块上，纵向丝杆螺纹穿过纵向滑块的中部，纵向滑块设于纵向滑轨上，纵向滑轨的两端分别设有纵向支板，且纵向丝杆的两端分别活动连接纵向滑轨的两端的纵向支板，纵向电机的输出轴连接纵向丝杆的端部，纵向电机设于纵向支撑板上，纵向支撑板设于纵向滑轨上。

进一步地，纵向移位组件的两端分别设有横向移位组件，横向移位组件包括横向滑轨、横向支板、横向电机、横向丝杆和横向滑块，竖向移位组件设于横向滑块上，横向丝杆螺纹穿过横向滑块的中部，横向滑块设于横向滑轨上，横向滑轨的两端分别设有横向支板，且横向丝杆的两端分别活动连接横向滑轨的两端的横向支板，横向电机的输出轴连接横向丝杆的端部，横向电机设于横向支撑板上，横向支撑板设于横向滑轨上。

进一步地，实物仿真模型包括上颌模型和下颌模型，上颌模型设于下颌模型的上方。

进一步地，实物仿真模型还包括模型固定架，模型固定架包括上定位板和下定位板，上颌模型设于上定位板上，下颌模型设于下定位板上，上定位板设于定位组件上，下定位板设于下支撑板上。

进一步地，定位组件包括底框、上支撑板、上定位螺栓和上定位螺母，底框的两端分别设有上支撑板，上支撑板采用倒L形上支撑板，上支撑板设有上通孔，上定位板设有上定位孔，上定位螺栓穿过上通孔与上定位孔并由上定位螺母固定。

本发明的有益效果是：该种颞下颌关节运动仿真的姿态控制装置，能够实现颞下颌关节运动的多角度运动仿真，使运动更准确直观地展示，能够为口腔医师的诊断提供更有效可靠的基础。进一步设置横向移位组件、纵向移位组件、竖向移位组件分别实现横向方向、纵向方向、竖向方向的三维运动控制，进而实现更有效理想的运动仿真。

附图说明

图1是本发明实施例颞下颌关节运动仿真装置的结构示意图；

图2是实施例颞下颌关节运动仿真装置的立体结构示意图；

图3是实施例中实物仿真模型的说明示意图；

图4是实施例中姿态控制组件的结构示意图；

图5是实施例颞下颌关节运动仿真装置的另一立体结构示意图；

图6是实施例中姿态控制组件的另一结构示意图；

图7是实施例中姿态控制组件和定位组件的结构示意图；

图8是实施例中姿态控制组件和竖向移位组件的结构示意图；

图9是实施例中竖向移位组件和定位组件的结构示意图；

图10是实施例颞下颌关节运动仿真装置的使用流程示意图；

其中：1-横向移位组件，2-纵向移位组件，3-竖向移位组件，4-定位组件，5-姿态控制组件，6-上颌模型，7-下颌模型，8-上定位板，9-下定位板，10-U形支架；

11-横向滑轨，12-横向支板，13-横向电机，14-横向丝杆，15-横向滑块，16-横向支撑板；

21-纵向滑轨，22-纵向支板，23-纵向电机，24-纵向丝杆，25-纵向滑块，26-纵向支撑板；

31-竖向滑轨，32-竖向支板，33-竖向电机，34-竖向丝杆，35-竖向滑块，36-竖向支撑板；

41-底框，42-上支撑板，43-上通孔；

51-基座，52-横滚角电机，53-俯仰角电机，54-偏航角电机，55-第一U型槽光电传感器，56-第二U型槽光电传感器，57-第三U型槽光电传感器，58-第一连接件，59-第二连接件，510-下支撑板，511-下通孔，512-检测用探头，513-检测转板，514-第一检测用缝隙，515-第二检测用缝隙。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例

一种颞下颌关节运动仿真装置，如图1和图2，包括横向移位组件1、纵向移位组件2、竖向移位组件3、实物仿真模型、用于支撑实物仿真模型的定位组件4和用于移动实物仿真模型的姿态控制组件5，如图3，实物仿真模型包括上颌模型6、下颌模型7和模型固定架，上颌模型6设于下颌模型7的上方，36模型固定架包括上定位板8和下定位板9，上颌模型6设于上定位板8上，下颌模型7设于下定位板9上，上定位板8设于定位组件4上，下定位板9设于姿态控制组件5上，姿态控制组件5设于用于实现姿态控制组件5竖向移动的竖向移位组件3上，竖向移位组件3设于用于实现竖向移位组件3纵向移动的纵向移位组件2上，纵向移位组件2设于用于实现纵向移位组件2横向移动的横向移位组件1上。

该种颞下颌关节运动仿真装置，通过设置实物仿真模型，能够实现颞下颌关节运动的有效的多角度仿真，从而为口腔医师的诊断提供可靠基础。实物仿真模型的上颌模型6、下颌模型7分别通过模型固定架实现定位，上颌模型6由定位组件4支撑定位，下颌模型7通过下定位板9由姿态控制组件5实现姿态运动控制，分别由横向移位组件1、纵向移位组件2、竖向移位组件3分别实现横向方向、纵向方向、竖向方向的三维运动控制，进而实现下颌模型7相对于上颌模型6的相对运动，实现运动仿真。

如图4和图6，实施例还提供一种颞下颌关节运动仿真的姿态控制装置，包括姿态控制组件5，姿态控制组件5包括基座51、横滚角电机52、俯仰角电机53、偏航角电机54和用于连接实物仿真模型的下支撑板510，下支撑板510连接横滚角电机52的输出轴，横滚角电机52通过第一连接件58垂直连接俯仰角电机53的输出轴，俯仰角电机53设于第二连接件59上，第二连接件59设有偏航角电机54，偏航角电机54与俯仰角电机53垂直设置，第二连接件59由偏航角电机54带动绕基座51转动。

该种颞下颌关节运动仿真的姿态控制装置，结构设计合理，能够实现颞下颌关节运动的多角度实物运动仿真，使运动更准确直观地展示，能够为口腔医师的诊断提供更有效可靠的基础。

姿态控制组件5中，通过设置下支撑板510，实现对下颌模型7的固定。具体为，通过下支撑板510与下定位板9的连接，下颌模型7设于下定位板9上，实现下支撑板510对下定位板9与下颌模型7的固定，进而实现下颌模型7随下支撑板510同步运动的目的，从而在姿态控制组件5带动下支撑板510运动的同时，实现下颌模型7相对上颌模型6的运动。

姿态控制组件5中，实现下颌模型7在横滚角方向、俯仰角方向、偏航角方向的旋转运动的过程具体为，通过横滚角电机52来实现下支撑板510的横滚角方向的运动控制，下支撑板510连接下定位板9，下颌模型7设于下定位板9上，从而横滚角电机52通过带动下支撑板510的运动，实现下颌模型7在横滚角方向的旋转运动。通过俯仰角电机53来实现第一连接件58的俯仰角方向的运动控制，横滚角电机52设于第一连接件58上，从而俯仰角电机53通过带动第一连接件58的运动，实现下颌模型7在俯仰角方向的旋转运动。通过偏航角电机54来实现第二连接件59的偏航角方向的运动控制，俯仰角电机53设于第二连接件59上，从而偏航角电机54通过带动第二连接件59的运动，实现下颌模型7在偏航角方向的旋转运动。

通过设置姿态控制组件5，由俯仰角电机53、横滚角电机52、偏航角电机54来实现六自由度的颞下颌关节运动仿真，相对于传统方案，姿态控制组件5能够实现更完整更接近颞下颌关节运动的仿真，更贴合人体实际状况，从而使得实物仿真模型能够更真实直观展示运动。

姿态控制组件5还包括电机零位位置检测组件，电机零位位置检测组件包括第一U型槽光电传感器55、第二U型槽光电传感器56和第三U型槽光电传感器57，第一U型槽光电传感器55用于检测横滚角电机52的零位位置，第二U型槽光电传感器56用于检测俯仰角电机53的零位位置，第三U型槽光电传感器57用于检测偏航角电机54的零位位置。

通过第一U形槽光电传感器55、第二U形槽光电传感器56和第三U形槽光电传感器57实现对横滚角电机52、俯仰角电机53、偏航角电机54三个姿态角电机的零位位置检测，进一步将发送信号至控制模块，用于横滚角电机52、俯仰角电机53、偏航角电机54三个姿态角电机的实现零位位置的调整。

在一个实施方式中，姿态控制组件5的下支撑板510通过检测用转板513连接横滚角电机52的输出轴，第一连接件58设有第一U形槽光电传感器55，检测用转板513设于第一U形槽光电传感器55的检测槽中，检测用转板513设有第一检测用缝隙514，检测用转板513随横滚角电机52的输出轴转动，在第一U形槽光电传感器55的检测光线能够穿过第一检测用缝隙514时，第一U形槽光电传感器55发送确认零位位置信号给控制模块；第一连接件58优选采用U形，第一连接件58设有安装槽，俯仰角电机53带动第一连接件58在俯仰角方向做旋转运动，横滚角电机52位于安装槽内，第一连接件58的侧部设有第一连接孔，第一连接件58在第一连接孔处通过法兰联轴器连接俯仰角电机53。

在一个实施方式中，第二连接件59包括底板、设于底板两端的两个立板和设于底板底部的侧板，底板连接偏航角电机54，偏航角电机54带动第二连接件59在偏航角方向做旋转运动，其中，一侧的立板设有俯仰角电机53，第一连接件58位于两个立板之间，另一侧立板上沿则附有用于检测俯仰角电机53的零位位置的第二U形槽光电传感器56。俯仰角电机53的输出轴转动进而带动第一连接件58转动，在第一连接件58转动至第二U形槽光电传感器56的检测槽内时，第二U形槽光电传感器56发送确认零位位置信号给控制模块。

在一个实施方式中，基座51包括一L形连接件，L形连接件用于竖向移位组件3和姿态控制组件5的偏航角电机54连接，L形连接件包括水平部和竖直部，水平部连接竖直部的端部，水平部和竖直部共同形成L形，L形连接件的水平部设有一个圆孔和四个连接孔用于使用法兰联轴器和偏航角电机54的输出轴相连接，L形连接件的竖直部设有两排共四个通孔，用于与竖向移位组件3固定。基座51的端部设有检测用探头512，检测用探头512设于L形连接件的水平部的前沿，检测用探头512设有一第三检测用缝隙515，在基座由偏航角电机54的输出轴转动时，检测用探头512随基座转动，在检测用探头512的第三检测用缝隙进入第三U形槽光电传感器57的检测槽内后，在第三U形槽光电传感器57的检测光线穿过第三检测用缝隙515后，第三U形槽光电传感器57发送偏航角电机54处于零位位置的信号给控制模块。

如图4和图6，下支撑板510设有下通孔511和下定位螺栓，下定位板9设有下定位孔，下定位螺栓穿过下通孔511与下定位孔并由下定位螺母固定。能够实现下定位板9与下支撑板510的可拆卸安装，便于安装、拆卸或更换。

如图3，实物仿真模型的模型固定架还可以进一步包括U形支架10，U形支架10的两端分别通过连接螺栓和连接螺母连接上定位板8和下定位板9，从而在仿真前未安装实物仿真模型时，便于对上定位板8和下定位板9连接与定位，保持上颌模型6和下颌模型7的初始零位相对姿态，在需要进行仿真安装时，拆卸U形支架10后，再对下颌模型7相对上颌模型6的运动进行仿真控制。

如图2和图5，定位组件4包括底框41、上支撑板42、上定位螺栓和上定位螺母，底框41的两端分别设有上支撑板42，上支撑板42采用倒L形上支撑板42，上支撑板42设有上通孔43，上定位板8设有上定位孔，上定位螺栓穿过上通孔43与上定位孔并由上定位螺母固定。

通过设置定位组件4，实现对上颌模型6的固定。通过上支撑板42与上定位板8连接，上颌模型6设于上定位板8上，由上支撑板42实现上定位板8和上颌模型6的固定。通过上定位螺栓和上定位螺母实现上支撑板42与上定位板8可拆卸连接，便于安装、拆卸或更换。

如图2、图8和图9，基座51设于竖向移位组件3上。竖向移位组件3包括竖向滑轨31、竖向支板32、竖向电机33、竖向丝杆34和竖向滑块35，姿态控制组件5设于竖向滑块35上，竖向丝杆34螺纹穿过竖向滑块35的中部，竖向滑块35设于竖向滑轨31上，竖向滑轨31的两端分别设有竖向支板32，且竖向丝杆34的两端分别活动连接竖向滑轨31的两端的竖向支板32，竖向电机33的输出轴连接竖向丝杆34的端部，竖向电机33设于竖向支撑板36上，竖向支撑板36设于竖向滑轨31上。

通过设置竖向移位组件3，实现对姿态控制组件5和下颌模型7在竖向方向的运动。具体为，通过竖向电机33带动竖向丝杠转动，进而竖向滑块35由竖向丝杆34带动在竖向滑轨31上移动。姿态控制组件5设于竖向滑块35上，从而姿态控制组件5和下颌模型7随竖向滑块35在竖向方向上运动。

如图2和图7，纵向移位组件2包括纵向滑轨21、纵向支板22、纵向电机23、纵向丝杆24和纵向滑块25，竖向移位组件3设于纵向滑块25上，纵向丝杆24螺纹穿过纵向滑块25的中部，纵向滑块25设于纵向滑轨21上，纵向滑轨21的两端分别设有纵向支板22，且纵向丝杆24的两端分别活动连接纵向滑轨21的两端的纵向支板22，纵向电机23的输出轴连接纵向丝杆24的端部，纵向电机23设于纵向支撑板26上，纵向支撑板26设于纵向滑轨21上。

通过设置纵向移位组件2，实现对竖向移位组件3、姿态控制组件5和下颌模型7在纵向方向的运动。具体为，通过纵向电机23带动纵向丝杠转动，进而纵向滑块25由纵向丝杆24带动在纵向滑轨21上移动。竖向移位组件3设于纵向滑块25上，从而竖向移位组件3、姿态控制组件5和下颌模型7随纵向滑块25在纵向方向上运动。

如图2和图5，纵向移位组件3的两端分别设有横向移位组件1，横向移位组件1包括横向滑轨11、横向支板12、横向电机13、横向丝杆14和横向滑块15，竖向移位组件3设于横向滑块15上，横向丝杆14螺纹穿过横向滑块15的中部，横向滑块15设于横向滑轨11上，横向滑轨11的两端分别设有横向支板12，且横向丝杆14的两端分别活动连接横向滑轨11的两端的横向支板12，横向电机13的输出轴连接横向丝杆14的端部，横向电机13设于横向支撑板16上，横向支撑板16设于横向滑轨11上。

通过设置横向移位组件1，实现对纵向移位组件2、竖向移位组件3、姿态控制组件5和下颌模型7在横向方向的运动。具体为，通过横向电机13带动横向丝杠转动，进而横向滑块15由横向丝杆14带动在横向滑轨11上移动。纵向移位组件2设于横向滑块15上，从而纵向移位组件2、竖向移位组件3、姿态控制组件5和下颌模型7随横向滑块15在横向方向上运动。

如图2和图5，定位组件4与横向移位组件1均设于操作台面上，或定位组件4设于横向移位组件1上，通过定位组件4实现对上颌模型6的支撑固定后，便于通过姿态控制组件5来实现对下颌模型7的运动，进而实现下颌模型7相对上颌模型6的相对运动。横向移位组件1与纵向移位组件2优选垂直设置，竖向移位组件3优选分别与横向移位组件1、纵向移位组件2垂直设置。在姿态控制组件5中，横滚角电机52、俯仰角电机53和偏航角电机54优选相互垂直设置。

实施例还包括控制模块，控制模块分别连接横向移位组件1、纵向移位组件2、竖向移位组件3和姿态控制组件5，控制模块与上位机通信。该装置，通过上位机与控制模块通信，实现对横向移位组件1、纵向移位组件2、竖向移位组件3和姿态控制组件5的运动控制，能够使得自动化程度更高，进而高效地辅助口腔医师诊断患者的颞下颌关节紊乱症。

实施例装置能够高效地实现颞下颌关节运动的六自由度的仿真模拟，能够真实完整地再现颞下颌关节的运动，且运动过程自动化程度较高，利于使用。

如图10，该种颞下颌关节运动仿真装置的使用过程优选采用如下步骤，

S1、制作实物仿真模型，在制作上颌模型6和下颌模型7后，U形支架10将连接上颌模型6的上定位板8和连接下颌模型7的下定位板9分别连接，保持上颌模型6和下颌模型7的初始零位的相对姿态。

S2、安装实物仿真模型，将上定位板8与定位组件4的上支撑板42连接，再将控制模块与上位机进行通讯连接，上位机通过向控制模块发送指令控制姿态控制组件5调整实物仿真模型的下颌模型7在零位位置后，将下定位板9与姿态控制组件5的下支撑板510进行连接，并拆卸U形支架10，完成实物仿真模型的上颌模型6与定位组件4、下颌组件和姿态控制组件5的安装。

其中，调整实物仿真模型的下颌模型7在零位位置，具体为：

S21、通过横滚角电机52和第一U型槽光电传感器55实现下颌模型7在横滚角方向的零位位置的调整。由上位机发送指令给控制模块，使横滚角电机52以极低转速带着检测用转板，在第一U型槽光电传感器55的检测槽内旋转，在第一U型槽光电传感器55的检测光线能够完全通过检测用转板的第一检测用缝隙并进入第一U型槽光电传感器55的另一侧感光元件，从而第一U型槽光电传感器55导通，并发送信号给控制模块，进而控制模块在收到信号后，发送指令使横滚角电机52停止转动，到达横滚角方向的零位位置；

S22、通过俯仰角电机53和第二U型槽光电传感器56实现下颌模型7在俯仰角方向的零位位置的调整。上位机发送指令，控制俯仰角电机53以极低转速使得第二连接件59朝第二U形槽光电传感器56的检测槽位置旋转，在第二连接件59一端上沿进入第二U形槽光电传感器56的检测槽并遮挡检测光线时，第二U形槽光电传感器56闭合，第二U形槽光电传感器56发送信号给控制模块，进而控制模块在收到信号后，发送指令使俯仰角电机53停止转动，到达俯仰角方向的零位位置；

S23、通过偏航角电机54和第三U型槽光电传感器57实现下颌模型7在偏航角方向的零位位置的调整。上位机发送指令给控制模块，使偏航角电机54以极低转速带动基座以及基座上的检测用探头512朝第三U形槽光电传感器57的检侧U形槽位置旋转，直至第三U形槽光电传感器57的检测光线穿过检测用探头512的第三检测用缝隙并进入第三U形槽光电传感器57的另一侧感光元件，从而第三U形槽光电传感器57导通，第三U形槽光电传感器57发送信号给控制模块，进而控制模块在收到信号后，发送指令使偏航角电机54停止转动，到达偏航角方向的零位位置；

S24、上位机发送指令给控制模块，使横向电机13、纵向电机23、竖向电机33运动，调整定位组件4的位置，使得下定位板9同姿态控制组件5的下支撑板510的连接孔对齐，此时位置控制模块的两个横向电机13、一个纵向电机23、一个竖向电机33到达零位位置，然后，将下定位板9与姿态控制组件5的下支撑板510由螺栓、螺母进行连接，将连接上定位板8与下定位板9的U形支架10拆除。

S3、上位机依据下颌运动轨迹数据，发送指令给控制模块，控制模块控制姿态控制组件5、横向移位组件1、纵向移位组件2、竖向移位组件3，带动实物仿真模型的下颌模型7运动，使得下颌模型7相对上颌模型6运动，实现对颞下颌关节运动的模拟验证。

实施例中，上位机可以通过已有的下颌各个时刻的运动矩阵，运算变换得到下颌运动的各个时刻位姿，包括平移控制量和旋转控制量，之后上位机发送控制指令，将各控制量写入控制模块中，控制模块控制电机带动装置运动。上位机中优选采用如下步骤来运算变换得到下颌运动的各个时刻位姿：

S31、上位机输入n个变换矩阵，M_i为第i时刻的下颌相对第0时刻下颌位姿的运动变换矩阵，其中，i＝1、2、3…n，解算第i时刻各个电机的输入控制量，具体为：

S311、下颌模型7的固定点dp的齐次坐标为P₀，过该固定点dp的水平面为基准姿态平面，设立坐标系。令P₀点为坐标原点；过P₀点且指向上颌模型6位置的水平横向作为x轴，正方向为指向下颌模型7方向；过P₀点且垂直于x轴的水平横向作为y轴，正方向为满足右手螺旋定则的x轴正向右侧方向；过P₀点且垂直于基准姿态平面的直线为z轴，正方向为垂直向上方向。

S312、由于横滚角电机52控制下颌模型7运动为在横滚角方向旋转，则第i时刻相对于第0时刻该位置的姿态变换矩阵A_i0可表示为：

其中，φ_i为第i时刻绕横滚角方向旋转角度；

由于俯仰角电机53控制下颌模型7运动为在俯仰角方向旋转，则第i时刻相对于第0时刻该位置的姿态变换矩阵A_i1可表示为：

其中，θ_i为第i时刻绕俯仰角方向旋转角度；

由于偏航角电机54控制下颌模型7运动为在偏航角方向旋转，则第i时刻相对于第0时刻该位置的姿态变换矩阵A_i2可表示为：

其中，ψ_i为第i时刻绕偏航角方向旋转角度；

则第i时刻，下颌模型7的姿态变换矩阵为E_i＝A_i2A_i1A_i0，由于已知第i时刻的运动变换矩阵M_i且其中包含了旋转分量R_i，由R_i＝E_i可求得第i时刻相对第0时刻绕横滚角旋转角度φ_i，绕俯仰角旋转角度θ_i，绕偏航角旋转角度ψ_i；

S313、第0时刻下颌模型7固定点dp的齐次坐标为P₀，第i时刻下颌模型7固定点dp的齐次坐标为P_i＝(x_i,y_i,z_i，1),则可计算第i时刻下颌模型7固定点dp的齐次坐标为P_i＝M_i*P₀；

计算第i时刻，传导至竖向移位组件3的位移量为：

d_i0＝z_i-tsinθ_i

其中，t为俯仰角控制电机的电机轴心至下颌模型7固定点dp的距离，θ_i为绕俯仰角旋转角度；

计算第i时刻，传导至纵向移位组件2的位移量为：

d_i1＝y_i-tcosθ_isinψ_i

其中，t为俯仰角控制电机的电机轴心至下颌模型7固定点dp的距离，θ_i为绕俯仰角旋转角度，ψ_i绕偏航角旋转角度；

计算第i时刻，传导至横向移位组件1的位移量为：

d_i2＝x_i-(t-tcosθ_icosψ_i)

其中，t为俯仰角控制电机的电机轴心至下颌模型7固定点dp的距离，θ_i为绕俯仰角旋转角度，ψ_i绕偏航角旋转角度；

此时，可得到第i时刻控制向量c_i＝(φ_i,θ_i,ψ_i,d_i0,d_i1,d_i2)；

S314、对n个控制向量做三次样条插值运算，得到插值运算结果，做为最终解算的运动数据；

S32、将由步骤S31解算得到的运动数据通过串口通讯发送至控制模块，控制模块将数据存储于存储器内；

S33、在上位机发送开始运动指令时，控制模块使用中断方式读取各电机运动控制量，分别设定横滚角电机52、俯仰角电机53和偏航角电机54三轴姿态电机的目标旋转角度，以及横向电机13、纵向电机23和竖向电机33三轴位置控制的目标位移量，所有电机分别转动，带动下颌模型7相对上颌模型6运动。

该种颞下颌关节运动仿真装置，能够高效地实现颞下颌关节运动的六自由度的仿真模拟，能够简洁真实完整地再现颞下颌关节的运动，更有助于医师对于颞下颌关节紊乱疾病的初期诊断，同时，使用该装置时，在完成准备工作后，只需在上位机输入运动数据，进而由控制模块控制各组件中的各电机驱动完成整个运动过程，运动过程中不需要人工手动参与，自动化程度较高，利于使用。

Claims (10)

1.一种颞下颌关节运动仿真的姿态控制装置，其特征在于：包括姿态控制组件，姿态控制组件包括基座、横滚角电机、俯仰角电机、偏航角电机和用于连接实物仿真模型的下支撑板，下支撑板连接横滚角电机的输出轴，横滚角电机通过第一连接件垂直连接俯仰角电机的输出轴，俯仰角电机设于第二连接件上，第二连接件设有偏航角电机，偏航角电机与俯仰角电机垂直设置，第二连接件由偏航角电机带动绕基座转动。

2.如权利要求1所述的颞下颌关节运动仿真的姿态控制装置，其特征在于：还包括电机零位位置检测组件，电机零位位置检测组件包括第一U型槽光电传感器、第二U型槽光电传感器和第三U型槽光电传感器，第一U型槽光电传感器用于检测横滚角电机的零位位置，第二U型槽光电传感器用于检测俯仰角电机的零位位置，第三U型槽光电传感器用于检测偏航角电机的零位位置。

3.如权利要求2所述的颞下颌关节运动仿真的姿态控制装置，其特征在于：第一连接件设有第一U形槽光电传感器，横滚角电机的输出轴设有检测用转板，检测用转板嵌入第一U形槽光电传感器的检测槽内，且检测用转板设有第一检测用缝隙，第二连接件设有第二U形槽光电传感器，第一连接件由俯仰角电机带动伸入或移出第二U形槽光电传感器的检测槽，第二连接件的底部设有第三U型槽光电传感器，基座设有检测用探头，检测用探头嵌入第三U形槽光电传感器的检测槽内，检测用探头设有第三检测用缝隙。

4.如权利要求2所述的颞下颌关节运动仿真的姿态控制装置，其特征在于：还包括控制模块，控制模块分别连接横滚角电机、俯仰角电机、偏航角电机和电机零位位置检测组件，控制模块与上位机通信。

5.如权利要求1-4任一项所述的颞下颌关节运动仿真的姿态控制装置，其特征在于：基座设于竖向移位组件上，竖向移位组件包括竖向滑轨、竖向支板、竖向电机、竖向丝杆和竖向滑块，姿态控制组件设于竖向滑块上，竖向丝杆螺纹穿过竖向滑块的中部，竖向滑块设于竖向滑轨上，竖向滑轨的两端分别设有竖向支板，且竖向丝杆的两端分别活动连接竖向滑轨的两端的竖向支板，竖向电机的输出轴连接竖向丝杆的端部，竖向电机设于竖向支撑板上，竖向支撑板设于竖向滑轨上。

6.如权利要求5所述的颞下颌关节运动仿真的姿态控制装置，其特征在于：竖向移位组件设于纵向移位组件上，纵向移位组件包括纵向滑轨、纵向支板、纵向电机、纵向丝杆和纵向滑块，竖向移位组件设于纵向滑块上，纵向丝杆螺纹穿过纵向滑块的中部，纵向滑块设于纵向滑轨上，纵向滑轨的两端分别设有纵向支板，且纵向丝杆的两端分别活动连接纵向滑轨的两端的纵向支板，纵向电机的输出轴连接纵向丝杆的端部，纵向电机设于纵向支撑板上，纵向支撑板设于纵向滑轨上。

7.如权利要求6所述的颞下颌关节运动仿真的姿态控制装置，其特征在于：纵向移位组件的两端分别设有横向移位组件，横向移位组件包括横向滑轨、横向支板、横向电机、横向丝杆和横向滑块，竖向移位组件设于横向滑块上，横向丝杆螺纹穿过横向滑块的中部，横向滑块设于横向滑轨上，横向滑轨的两端分别设有横向支板，且横向丝杆的两端分别活动连接横向滑轨的两端的横向支板，横向电机的输出轴连接横向丝杆的端部，横向电机设于横向支撑板上，横向支撑板设于横向滑轨上。

8.如权利要求1-4任一项所述的颞下颌关节运动仿真的姿态控制装置，其特征在于：实物仿真模型包括上颌模型和下颌模型，上颌模型设于下颌模型的上方。

9.如权利要求8所述的颞下颌关节运动仿真的姿态控制装置，其特征在于：实物仿真模型还包括模型固定架，模型固定架包括上定位板和下定位板，上颌模型设于上定位板上，下颌模型设于下定位板上，上定位板设于定位组件上，下定位板设于下支撑板上。

10.如权利要求9所述的颞下颌关节运动仿真装置，其特征在于：定位组件包括底框、上支撑板、上定位螺栓和上定位螺母，底框的两端分别设有上支撑板，上支撑板采用倒L形上支撑板，上支撑板设有上通孔，上定位板设有上定位孔，上定位螺栓穿过上通孔与上定位孔并由上定位螺母固定。

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