CN112790886A - 一种自动化口腔扫描的机器人系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化口腔扫描的机器人系统，包括下颚托架、扫描机器人以及安装在扫描机器人上的光学扫描仪，下颚托架的内壁固定连接有橡胶垫，下颚托架的表面固定连接有额头定位板，下颚托架活动连接在扫描机器人的表面，下颚托架与扫描机器人的连接处设有调节支架，扫描机器人由机架主体、手臂和显示器组成，机架主体的一侧表面固定连接由显示器，机架主体的另一侧表面设有活动连接的手臂，手臂的端部固定连接有光学扫描仪。本发明使用机器人代替医生对患者的口腔内部进行扫描，利用机器人操作的准确性和一致性来自动进行扫描，并减轻牙医的繁琐和重复性工作，节省牙医的时间从而用于更专业的任务，且操作简单，可以由牙医助理完成。

Description

一种自动化口腔扫描的机器人系统和方法

技术领域

本发明涉及口腔牙齿扫描技术领域，具体为一种自动化口腔扫描的机器人系统和方法。

背景技术

机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般来说，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。

直到目前，由于口腔牙齿的特殊环境，牙医通常对牙齿进行光学扫描以生成牙齿的3D图像，该图像可用于构造牙齿替代物。但是现有扫描仪器均为手持操作，在移动中的由于人体手腕的抖动无法快速精准的对焦，扫描的光束需要兼顾到每一颗牙齿，然后将图像融合拼接在一起形成完整口腔图片。

但现实中牙医必须在扫描过程中观察视频监控器，这样就分散了她/他的注意力，使其无法保持所需的扫描参数距离，即扫描头的角度方向；牙医必须花费宝贵的时间来完成手动重复性工作，反复扫描不清晰的拼接处，效率低下且浪费。为此，需要设计一种新的技术方案给予解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动化口腔扫描的机器人系统和方法，解决了现有技术中牙医手动对患者口腔进行扫描操作不便以及效率较低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种自动化口腔扫描的机器人系统，包括下颚托架、扫描机器人以及安装在扫描机器人上的光学扫描仪，所述下颚托架的内壁固定连接有橡胶垫，所述下颚托架的表面固定连接有额头定位板，所述下颚托架活动连接在扫描机器人的表面，所述下颚托架与扫描机器人的连接处设有调节支架，所述扫描机器人由机架主体、手臂和显示器组成，所述机架主体的一侧表面固定连接由显示器，所述机架主体的另一侧表面设有活动连接的手臂，所述手臂的端部固定连接有光学扫描仪，所述光学扫描仪与显示器通过数据线进行数据连接，所述扫描机器人内还植入有用于机器驱动手臂的逻辑程序。

作为上述技术方案的改进，所述机架主体的内部设有处理单元、控制单元、存储单元、显示单元、串口单元、输入单元以及供电单元，所述处理单元分别与控制单元、存储单元、显示单元、串口单元和输入单元电性连接，所述供电单元分别为处理单元、控制单元以及光学扫描仪提供电能。

作为上述技术方案的改进，所述显示单元和输入单元分别与显示器相连接，所述显示器内集成有与输入单元相连接的触控模块。

作为上述技术方案的改进，所述操作手臂为多节伸缩的电动伸缩杆，所述手臂与机架主体的连接处设有横向移动的直线电机以及旋转的伺服电极，所述电动伸缩杆、直线电机和伺服电机分别与控制单元相连接。

作为上述技术方案的改进，所述串口单元采用RS通信协议进行数据传输，所述手臂的驱动模块均通过串口单元分别与控制单元相连接。

作为上述技术方案的改进，所述调节支架包括导向滑轨、滑套以及定位卡扣，所述导向滑轨包括两个且呈纵向平行固定连接在扫描机器人的表面，所述导向滑轨的表面设有滑动连接的滑套，所述滑套的侧壁设有插接连接的定位卡扣，所述滑套的表面与下颚托架固定连接。

作为上述技术方案的改进，所述导向滑轨的侧壁开设有均匀分布的定位槽，所述定位卡扣与定位槽插接连接。

一种自动化口腔扫描的机器人的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：

1)患者坐姿并将下颚置于下颚支架的表面且张开；

2)执行机器人程序从初始位置移动并将扫描仪引入患者口腔中；

3)医生手动启动扫描仪并按下初始定位按钮；

4)手动启动扫描仪，扫描头会扫描当前用户牙弓，按照下牙弓弧度进行多角度完整扫描，扫描过程无需手动干预，当程序检测到下颚最后牙齿，即停止扫描并提示完成；

5)扫描图像实时显示在机器显示器上，并最终保存3D牙齿模型；

6)扫描牙齿上鄂牙齿，扫描头翻转即可继续扫描，扫描过程同4)所示；

7)当医生操作结束按钮，将扫描仪从口腔回到原始位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明使用机器人代替医生对患者的口腔内部进行扫描，利用机器人操作的准确性和一致性来自动进行扫描，并减轻牙医的繁琐和重复性工作，节省牙医的时间从而用于更专业的任务，且操作简单，简单培训即可，可以由牙医助理完成。

2、本发明通过在扫描机器人的表面固定连接有下颚托架，并配合活动连接的调节支架，可以在患者以任何姿势坐着的情况下进行，以提供最大的舒适度避免因为抖动带来的模糊。

3、本发明通过在下颚托架的内部固定连接有橡胶垫，提高患者使用时的舒适度，且下颚托架上方的额头定位板，使患者口腔呈水平分布，方便手臂伸入口腔内，同时便于对口腔的内部进行扫描。

附图说明

图1为本发明所述自动化口腔扫描的机器人结构示意图；

图2为本发明所述下颚托架结构示意图；

图3为本发明所述自动化口腔扫描的机器人系统结构示意图；

图4为本发明所述自动化口腔扫描的机器人使用方法流程图。

图中：下颚托架-1，扫描机器人-2，光学扫描仪-3，橡胶垫-4，额头定位板-5，调节支架-6，机架主体-7，手臂-8，显示器-9，处理单元-10，控制单元-11，存储单元-12，显示单元-13，串口单元-14，输入单元-15，供电单元-16，触控模块-17，电动伸缩杆-18，直线电机-19，伺服电极-20，导向滑轨-21，滑套-22，定位卡扣-23，定位槽-24。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种自动化口腔扫描的机器人系统，包括下颚托架1、扫描机器人2以及安装在扫描机器人2上的光学扫描仪3，所述下颚托架1的内壁固定连接有橡胶垫4，所述下颚托架1的表面固定连接有额头定位板5，所述下颚托架1活动连接在扫描机器人2的表面，所述下颚托架1与扫描机器人2的连接处设有调节支架6，所述扫描机器人2由机架主体7、手臂8和显示器9组成，所述机架主体7的一侧表面固定连接由显示器9，所述机架主体7的另一侧表面设有活动连接的手臂8，所述手臂8的端部固定连接有光学扫描仪3，所述光学扫描仪3与显示器9通过数据线进行数据连接，所述扫描机器人2内还植入有用于机器驱动手臂8的逻辑程序。

进一步改进地，所述机架主体7的内部设有处理单元10、控制单元11、存储单元12、显示单元13、串口单元14、输入单元15以及供电单元16，所述处理单元10分别与控制单元11、存储单元12、显示单元13、串口单元14和输入单元15电性连接，所述供电单元16分别为处理单元10、控制单元11以及光学扫描仪3提供电能，通过在机架主体7的内部设有相互配合的各种模块单元，方便在机器人的内部形成完整的电路系统，从而便于机器人进行正常工作。

进一步改进地，所述显示单元13和输入单元15分别与显示器9相连接，所述显示器9内集成有与输入单元15相连接的触控模块17，通过在显示器9的内部集成有与输入单元15相连接的触控模块17，配合显示器9能够实现屏幕表面触控的操作，方便医生直接在显示器9的表面查看3D模型并进行各种操作，提高使用的方便性。

进一步改进地，所述操作手臂8为多节伸缩的电动伸缩杆18，所述手臂8与机架主体7的连接处设有横向移动的直线电机19以及旋转的伺服电极20，所述电动伸缩杆18、直线电机19和伺服电机分别与控制单元11相连接，通过采用多节伸缩的结构设计，并配合连接处的直线电机19、伺服电机，方便对操作手臂8的伸缩、平移和转动进行控制，从而便于对患者口腔内的各个位置充分扫描，提高口腔内3D模型的精准度。

进一步改进地，所述串口单元14采用RS485通信协议进行数据传输，所述手臂8的驱动模块均通过串口单元14分别与控制单元11相连接，通过采用技术相对成熟的RS485通信技术作为信号传输，极大的保证了信号传输的稳定性和高效性。

进一步改进地，所述调节支架6包括导向滑轨21、滑套22以及定位卡扣23，所述导向滑轨21包括两个且呈纵向平行固定连接在扫描机器人2的表面，所述导向滑轨21的表面设有滑动连接的滑套22，所述滑套22的侧壁设有插接连接的定位卡扣23，所述滑套22的表面与下颚托架1固定连接，利用导向滑轨21、滑套22和定位卡扣23组成调节之间，方便对下颚托架1的高度进行调节，方便不同身材的患者使用，提高下颚托架1使用通用性和方便性。

进一步改进地，所述导向滑轨21的侧壁开设有均匀分布的定位槽24，所述定位卡扣23与定位槽24插接连接，通过在导向滑轨21的表面开设有均匀分布的定位槽24，方便配合插接连接的定位卡扣23对下颚托架1的位置进行固定，提高下颚托架1的稳定性。

一种自动化口腔扫描的机器人的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：

1)患者坐姿并将下颚置于下颚支架的表面且张开；

2)执行机器人程序从初始位置移动并将扫描仪引入患者口腔中；

3)医生手动启动扫描仪并按下初始定位按钮；

4)手动启动扫描仪，扫描头会扫描当前用户牙弓，按照下牙弓弧度进行多角度完整扫描，扫描过程无需手动干预，当程序检测到下颚最后牙齿，即停止扫描并提示完成；

5)扫描图像实时显示在机器显示器上，并最终保存3D牙齿模型；

6)扫描牙齿上鄂牙齿，扫描头翻转即可继续扫描，扫描过程同4)所示；

7)当医生操作结束按钮，将扫描仪从口腔回到原始位置。

本发明使用机器人代替医生对患者的口腔内部进行扫描，利用机器人操作的准确性和一致性来自动进行扫描，并减轻牙医的繁琐和重复性工作，节省牙医的时间从而用于更专业的任务，且操作简单，简单培训即可，可以由牙医助理完成；通过在扫描机器人2的表面固定连接有下颚托架1，并配合活动连接的调节支架6，可以在患者以任何姿势坐着的情况下进行，以提供最大的舒适度避免因为抖动带来的模糊。

本发明在使用时，患者以坐姿位于扫描机器人2处，将下颚放置在下颚托架1的表面且张开，额头定位板5配合下颚托架1能够保证患者以正确的姿势进行口腔内部扫描，机器人执行内置的逻辑程序从初始位置移动并将扫描仪引入患者口腔中，医生手动启动扫描仪并按下初始定位按钮，扫描头会扫描当前用户牙弓，按照下牙弓弧度进行多角度完整扫描，扫描过程无需手动干预，当程序检测到下颚最后牙齿，即停止扫描并提示完成，扫描图像实时显示在机器显示器9上，并最终保存3D牙齿模型，医生通过显示器9进行查看，并控制扫描头翻转即可继续扫描上鄂牙齿，扫描完成后，医生操作结束按钮，将扫描仪从口腔回到原始位置。

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，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种自动化口腔扫描的机器人系统，包括下颚托架(1)、扫描机器人(2)以及安装在扫描机器人(2)上的光学扫描仪(3)，其特征在于：所述下颚托架(1)的内壁固定连接有橡胶垫(4)，所述下颚托架(1)的表面固定连接有额头定位板(5)，所述下颚托架(1)活动连接在扫描机器人(2)的表面，所述下颚托架(1)与扫描机器人(2)的连接处设有调节支架(6)，所述扫描机器人(2)由机架主体(7)、手臂(8)和显示器(9)组成，所述机架主体(7)的一侧表面固定连接由显示器(9)，所述机架主体(7)的另一侧表面设有活动连接的手臂(8)，所述手臂(8)的端部固定连接有光学扫描仪(3)，所述光学扫描仪(3)与显示器(9)通过数据线进行数据连接，所述扫描机器人(2)内还植入有用于机器驱动手臂(8)的逻辑程序。

2.根据权利要求1所述的一种自动化口腔扫描的机器人系统，其特征在于：所述机架主体(7)的内部设有处理单元(10)、控制单元(11)、存储单元(12)、显示单元(13)、串口单元(14)、输入单元(15)以及供电单元(16)，所述处理单元(10)分别与控制单元(11)、存储单元(12)、显示单元(13)、串口单元(14)和输入单元(15)电性连接，所述供电单元(16)分别为处理单元(10)、控制单元(11)以及光学扫描仪(3)提供电能。

3.根据权利要求2所述的一种自动化口腔扫描的机器人系统，其特征在于：所述显示单元(13)和输入单元(15)分别与显示器(9)相连接，所述显示器(9)内集成有与输入单元(15)相连接的触控模块(17)。

4.根据权利要求2所述的一种自动化口腔扫描的机器人系统，其特征在于：所述操作手臂(8)为多节伸缩的电动伸缩杆(18)，所述手臂(8)与机架主体(7)的连接处设有横向移动的直线电机(19)以及旋转的伺服电极(20)，所述电动伸缩杆(18)、直线电机(19)和伺服电机分别与控制单元(11)相连接。

5.根据权利要求2所述的一种自动化口腔扫描的机器人系统，其特征在于：所述串口单元(14)采用RS485通信协议进行数据传输，所述手臂(8)的驱动模块均通过串口单元(14)分别与控制单元(11)相连接。

6.根据权利要求1所述的一种自动化口腔扫描的机器人系统，其特征在于：所述调节支架(6)包括导向滑轨(21)、滑套(22)以及定位卡扣(23)，所述导向滑轨(21)包括两个且呈纵向平行固定连接在扫描机器人(2)的表面，所述导向滑轨(21)的表面设有滑动连接的滑套(22)，所述滑套(22)的侧壁设有插接连接的定位卡扣(23)，所述滑套(22)的表面与下颚托架(1)固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种自动化口腔扫描的机器人系统，其特征在于：所述导向滑轨(21)的侧壁开设有均匀分布的定位槽(24)，所述定位卡扣(23)与定位槽(24)插接连接。

8.根据权利要求1-7所述的一种自动化口腔扫描的机器人的使用方法，其特征在于：所述使用方法包括以下步骤：

1)患者坐姿并将下颚置于下颚支架的表面且张开；

2)执行机器人程序从初始位置移动并将扫描仪引入患者口腔中；

3)医生手动启动扫描仪并按下初始定位按钮；

4)手动启动扫描仪，扫描头会扫描当前用户牙弓，按照下牙弓弧度进行多角度完整扫描，扫描过程无需手动干预，当程序检测到下颚最后牙齿，即停止扫描并提示完成；

5)扫描图像实时显示在机器显示器上，并最终保存3D牙齿模型；

6)扫描牙齿上鄂牙齿，扫描头翻转即可继续扫描，扫描过程同4)所示；

7)当医生操作结束按钮，将扫描仪从口腔回到原始位置。

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