CN114767302A - 口腔机器人的控制方法、装置和电子设备 - Google Patents
口腔机器人的控制方法、装置和电子设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114767302A CN114767302A CN202210683260.8A CN202210683260A CN114767302A CN 114767302 A CN114767302 A CN 114767302A CN 202210683260 A CN202210683260 A CN 202210683260A CN 114767302 A CN114767302 A CN 114767302A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- data
- coordinate system
- robot
- oral
- sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 65
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 98
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 11
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 10
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 4
- 210000000214 mouth Anatomy 0.000 abstract description 23
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000004053 dental implant Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 210000004513 dentition Anatomy 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000802 evaporation-induced self-assembly Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 230000036346 tooth eruption Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
- A61C8/00—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools
- A61C8/0089—Implanting tools or instruments
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/30—Surgical robots
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
- A61B34/74—Manipulators with manual electric input means
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
- A61B2034/2046—Tracking techniques
- A61B2034/2065—Tracking using image or pattern recognition
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Surgery (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Public Health (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Robotics (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
本发明提供了一种口腔机器人的控制方法、装置和电子设备。其中，该方法包括：通过传感器采集口腔机器人在传感器坐标系下的力数据和力矩数据；获取口腔机器人在传感器坐标系下的重力数据和重力矩数据；确定传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据；将传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据转换为口腔机器人的钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据；基于钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据控制口腔机器人。可以将口腔机器人受到的力进行分解并转换为钻头坐标系，精准化地将口腔机器人受到的力直线约束在了一维的钻头坐标系平面，安全性较高，可以使口腔机器人的拖动效果更加柔顺，方便操作者使用更小的力拖动机器人到达预定的工作位置。
Description
技术领域
本发明涉及口腔机器人技术领域，尤其是涉及一种口腔机器人的控制方法、装置和电子设备。
背景技术
在口腔机器人种植牙的过程中，需要医师手动拖动机械臂进行移动，牵引机械臂到相关患处，在上述过程中机械臂需要满足一定的受力关系以及力的分解关系才可以轻易得被医师拖动。其中，在种植牙手术术中导航阶段，医师需要用手按压提拉机械臂末端牙机头工具，在此过程中，机械臂需要将受到的力分解到只存在与平行于牙机头的钻针方向，这样机械臂才可以在这个方向上进行单一维度的运动，并且运动也能保持是在手的提拉下顺势而进行的直线运动。
然而，现有的口腔机器人并没有自动分解受力的功能，需要医师手动拖动口腔机器人才可以调整受力。上述由医师手动控制口腔机器人的进行运动地方式，机器人控制的精细程度和安全性都较低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种口腔机器人的控制方法、装置和电子设备，可以提高机器人控制的精细程度和安全性。
第一方面，本发明实施例提供了一种口腔机器人的控制方法，应用于口腔机器人的控制器，口腔机器人中设置有传感器，方法包括：通过传感器采集口腔机器人在传感器坐标系下的力数据和力矩数据；获取口腔机器人在传感器坐标系下的重力数据和重力矩数据；基于传感器坐标系下的力数据、力矩数据、重力数据和重力矩数据确定传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据；将传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据转换为口腔机器人的钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据；基于钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据控制口腔机器人。
在本申请较佳的实施例中，上述传感器包括力传感器和力矩传感器；上述通过传感器采集口腔机器人在传感器坐标系下的力数据和力矩数据的步骤，包括：通过力传感器采集口腔机器人在传感器坐标系下的力数据；通过力矩传感器采集口腔机器人在传感器坐标系下的力矩数据。
在本申请较佳的实施例中，上述获取口腔机器人在传感器坐标系下的重力数据和重力矩数据的步骤，包括：确定口腔机器人在世界坐标系下的重力数据和重力矩数据；基于口腔机器人在世界坐标系下的重力数据和重力矩数据确定口腔机器人在传感器坐标系下的重力数据和重力矩数据。
在本申请较佳的实施例中，上述基于传感器坐标系下的力数据、力矩数据、重力数据和重力矩数据确定传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据的步骤，包括：将传感器坐标系下的力数据减去传感器坐标系下的重力数据，得到传感器坐标系下的外力数据；将传感器坐标系下的力矩数据减去传感器坐标系下的重力矩数据，得到传感器坐标系下的外力矩数据。
在本申请较佳的实施例中，上述将传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据转换为口腔机器人的钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据的步骤，包括：确定口腔机器人的传感器坐标系与口腔机器人的钻头坐标系的转换关系；基于转换关系将传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据转换为口腔机器人的钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据。
在本申请较佳的实施例中，上述基于钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据控制口腔机器人的步骤，包括：确定口腔机器人的移动方向；其中，钻头坐标系包括三个坐标轴，移动方向与钻头坐标系的目标坐标轴方向一致；将钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据分解为钻头坐标系下的各个坐标轴的外力数据和外力矩数据；将钻头坐标系下的其他坐标轴的外力数据和外力矩数据消除；其中，其他坐标轴为钻头坐标系下的各个坐标轴中除了目标坐标轴之外的坐标轴；基于钻头坐标系下的目标坐标轴的外力数据和外力矩数据控制口腔机器人沿着移动方向移动。
在本申请较佳的实施例中，上述口腔机器人的移动方向包括移动正方向和移动负方向；上述基于钻头坐标系下的目标坐标轴的外力数据和外力矩数据控制口腔机器人的步骤，包括：当口腔机器人移动至指定深度，基于钻头坐标系下的目标坐标轴的外力数据和外力矩数据控制口腔机器人沿着移动负方向移动。
第二方面，本发明实施例还提供一种口腔机器人的控制装置，应用于口腔机器人的控制器，口腔机器人中设置有传感器，装置包括：力数据和力矩数据获取模块，用于通过传感器采集口腔机器人在传感器坐标系下的力数据和力矩数据；重力数据和重力矩数据获取模块，用于获取口腔机器人在传感器坐标系下的重力数据和重力矩数据；外力数据和外力矩数据计算模块，用于基于传感器坐标系下的力数据、力矩数据、重力数据和重力矩数据确定传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据；钻头坐标系转换模块，用于将传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据转换为口腔机器人的钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据；口腔机器人开控制模块，用于基于钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据控制口腔机器人。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，该存储器存储有能够被该处理器执行的计算机可执行指令，该处理器执行该计算机可执行指令以实现上述口腔机器人的控制方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现上述的口腔机器人的控制方法。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例提供的一种口腔机器人的控制方法、装置和电子设备，可以通过传感器采集口腔机器人在传感器坐标系下的力数据和力矩数据，获取口腔机器人在传感器坐标系下的重力数据和重力矩数据，确定传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据之后，将传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据转换为口腔机器人的钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据，并且基于钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据控制口腔机器人。该方式中，可以将口腔机器人受到的力进行分解并转换为钻头坐标系，精准化地将口腔机器人受到的力直线约束在了一维的钻头坐标系平面，安全性较高，可以使口腔机器人的拖动效果更加柔顺，方便操作者使用更小的力拖动机器人到达预定的工作位置。
本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。
为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种口腔机器人的控制方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种口腔机器人的传感器坐标系和钻头坐标系的示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种口腔机器人的控制方法的流程图；
图4为本发明实施例提供的一种口腔机器人的控制装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，在口腔机器人种植牙的过程中，需要医师手动拖动机械臂进行移动，牵引机械臂到相关患处，在上述过程中机械臂需要满足一定的受力关系以及力的分解关系才可以轻易得被医师拖动。其中，在种植牙手术术中导航阶段，医师需要用手按压提拉机械臂末端牙机头工具，在此过程中，机械臂需要将受到的力分解到只存在与平行于牙机头的钻针方向，这样机械臂才可以在这个方向上进行单一维度的运动，并且运动也能保持是在手的提拉下顺势而进行的直线运动。
然而，现有的口腔机器人并没有自动分解受力的功能，需要医师手动拖动口腔机器人才可以调整受力。上述由医师手动控制口腔机器人的进行运动地方式，机器人控制的精细程度和安全性都较低。基于此，本发明实施例提供的一种口腔机器人的控制方法、装置和电子设备，具体提供了一种口腔手术机器人的手动拖动与直线打孔的运动控制方法，可以提高机器人控制的精细程度和安全性。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种口腔机器人的控制方法进行详细介绍。
实施例一：
本发明实施例提供一种口腔机器人的控制方法，应用于口腔机器人的控制器，口腔机器人的可以用于口腔手术，也可以称为口腔手术机器人。口腔机器人可以利用图像、图形技术来获取生成患者的口腔软硬组织计算机模型，通过三维激光扫描测量系统来获取患者口腔的几何参数，通过软件完成全口义齿人工牙列的计算机辅助统计。
口腔机器人的控制器可以为MCU（Microcontroller Unit，微控制单元）或者CPU（Central Processing Unit，中央处理器）等相关芯片，口腔机器人中可以设置有传感器，本实施例中的传感器用于采集力的相关数据，传感器可以包括力传感器和力矩传感器。
基于上述描述，参见图1所示的一种口腔机器人的控制方法的流程图，该口腔机器人的控制方法包括如下步骤：
步骤S102，通过传感器采集口腔机器人在传感器坐标系下的力数据和力矩数据。
通过传感器可以采集传感器受到的力和力矩，即力数据和力矩数据，传感器可以将采集的力数据和力矩数据发送至控制器。传感器采集的力数据和力矩数据是在传感器坐标系下的力数据和力矩数据。
参见图2所示的一种口腔机器人的传感器坐标系和钻头坐标系的示意图，如图2所示，传感器坐标系和钻头坐标系的坐标轴方向是根据实际场景设定，其中，钻头坐标系的一个坐标轴的方向可以与口腔机器人打钻方向一致。
以钻头坐标系中Y坐标轴的方向与口腔机器人打钻方向一致为例，本实施例中的目的是将传感器坐标系的力和力矩转换为钻头坐标系的力和力矩，然后钻头坐标系中X和Z方向的力，只保留Y方向的力，这样更加可控。
步骤S104，获取口腔机器人在传感器坐标系下的重力数据和重力矩数据。
传感器采集的力除了受到外力影响之外，还会受到口腔机器人的重力数影响，因此，可以获取口腔机器人的重力数据和重力矩数据，并将口腔机器人的重力数据和重力矩数据转换为传感器坐标系下的重力数据和重力矩数据。
步骤S106，基于传感器坐标系下的力数据、力矩数据、重力数据和重力矩数据确定传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据。
之后，可以将传感器坐标系下的力数据、力矩数据分别减去传感器坐标系下的重力数据和重力矩数据，就可以得到传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据。
步骤S108，将传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据转换为口腔机器人的钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据。
之后，如图2所示，可以将传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据转换为钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据，从而完成了力的分解和转换，从而方便对口腔机器人进行控制。
步骤S110，基于钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据控制口腔机器人。
本实施例中可以基于钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据控制口腔机器人，具体地，可以消除部分坐标轴上的力，从而控制口腔机器人沿着指定坐标轴发力，保证口腔机器人的机械臂在手动牵引下不会被移动到其他位置；还可以超过边界保护的区域进行力的控制，保证口腔机器人的机械臂不会超过打磨边界。
本发明实施例提供的一种口腔机器人的控制方法，可以通过传感器采集口腔机器人在传感器坐标系下的力数据和力矩数据，获取口腔机器人在传感器坐标系下的重力数据和重力矩数据，确定传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据之后，将传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据转换为口腔机器人的钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据，并且基于钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据控制口腔机器人。该方式中，可以将口腔机器人受到的力进行分解并转换为钻头坐标系，精准化地将口腔机器人受到的力直线约束在了一维的钻头坐标系平面，安全性较高，可以使口腔机器人的拖动效果更加柔顺，方便操作者使用更小的力拖动机器人到达预定的工作位置。
实施例二：
本实施例提供了另一种口腔机器人的控制方法，该方法在上述实施例的基础上实现，本实施例中使用了下述基本概念：
，力矩等于力乘以长度（二维）。重力作用下的力矩向量
（三维），其中，
：重力力臂向量，
：力向量，
：力矩向量。
基于上述描述，参见图3所示的另一种口腔机器人的控制方法的流程图，该口腔机器人的控制方法包括如下步骤：
步骤S302，通过传感器采集口腔机器人在传感器坐标系下的力数据和力矩数据。
具体地，本实施例中的传感器包括力传感器和力矩传感器，可以通过力传感器采集口腔机器人在传感器坐标系下的力数据；通过力矩传感器采集口腔机器人在传感器坐标系下的力矩数据。
其中，可以使用TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议）通讯，采集传感器收集的力以及力矩数据。
力传感器数值：
；力矩传感器数值：
。其中，下文中做的
格式的意思为欧拉角对应旋转矩阵的逆，转为相应的欧拉角。
步骤S304，获取口腔机器人在传感器坐标系下的重力数据和重力矩数据。
具体地，可以确定口腔机器人在世界坐标系下的重力数据和重力矩数据；基于口腔机器人在世界坐标系下的重力数据和重力矩数据确定口腔机器人在传感器坐标系下的重力数据和重力矩数据。
计算重力在传感器上力/力矩分量的贡献，可以进行传感器在世界坐标系下的姿态的逆变换：假设重力
，重力在世界坐标系下的3*1矩阵
。
坐标轴在x方向旋转的旋转矩阵
；坐标轴在y方向旋转的旋转矩阵
；坐标轴在z方向旋转的旋转矩阵
。
坐标轴在rx方向旋转的旋转矩阵
；坐标轴在ry方向旋转的旋转矩阵
；坐标轴在rz方向旋转的旋转矩阵
。
其中，本实施例中的c（t）代表cos（t），s（t）代表sin（t），此后不再赘述。
此外，还可以将欧拉旋转角到矩阵 (逆欧拉角转换为rx，ry，rz矩阵)：
。
由
可得姿态矩阵：
。
点乘力以及旋转的矩阵，得到重力在传感器末端的力，重力矩阵
。
步骤S306，将传感器坐标系下的力数据减去传感器坐标系下的重力数据，得到传感器坐标系下的外力数据；将传感器坐标系下的力矩数据减去传感器坐标系下的重力矩数据，得到传感器坐标系下的外力矩数据。
假设重力力臂为
，叉乘重力力臂以及之前求出的末端力(x,y,z)。重力力矩矩阵
，可以计算外力对传感器产生的力
。计算外力对传感器产生的力矩
。
步骤S308，将传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据转换为口腔机器人的钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据。
计算外力在牵引点的力和力矩力:手持点坐标系在世界坐标系下的姿态的逆变换，已知传感器的工具坐标系（传感器坐标系）
，一般手持点的工具坐标系（钻头坐标系）
，可得转换关系
{
计算出传感器到手持点的姿态变换：由
可知传感器到手持点的姿态矩阵：
。
由上可得手持点到传感器的姿态矩阵：
。
由上代入欧拉角转矩阵公式，可得：
。
外力在手持点的力等于外力对传感器产生的力点乘传感器到手持点的姿态欧拉角：
已知外力在sensor坐标系下的力臂长度
，在传感器坐标系下的扭矩为：
。
在传感器坐标系下外力的分扭矩为
。
步骤S310，基于钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据控制口腔机器人。
其中，已知手持点的力转化到传感器平衡掉重力的力
以及力矩
可以控制传感器进行移动。
本发明实施例提供的上述方法，可以将传感器的受力判断点由传感器末端移动至手持柄的末端，通过手持柄末端的力的分解算出传感器末端的受力情况，数据进行处理。效果使得手持传感器机械臂拖动效果更加柔顺，方便操作者使用更小的力拖动机器人到达预定的工作位置。
具体地，可以确定口腔机器人的移动方向；其中，钻头坐标系包括三个坐标轴，移动方向与钻头坐标系的目标坐标轴方向一致；将钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据分解为钻头坐标系下的各个坐标轴的外力数据和外力矩数据；将钻头坐标系下的其他坐标轴的外力数据和外力矩数据消除；其中，其他坐标轴为钻头坐标系下的各个坐标轴中除了目标坐标轴之外的坐标轴；基于钻头坐标系下的目标坐标轴的外力数据和外力矩数据控制口腔机器人沿着移动方向移动。
假设当前机器人工具在世界坐标系下的位置为
，单位时间内机械臂的位移为
，持点的力转化到传感器平衡掉重力的力
以及力矩
与在控制器中输出的形式
存在正比例关系，即目标点可以表示为
。
当直线控制时，机器人若想在z方向移动，输出时，可以将
即为
。
其中，口腔机器人的移动方向包括移动正方向和移动负方向；当口腔机器人移动至指定深度，基于钻头坐标系下的目标坐标轴的外力数据和外力矩数据控制口腔机器人沿着移动负方向移动。
口腔机器人可以存在深度保护功能，当口腔机器人移动至指定深度，需要进行力的控制，保证机械臂不会超过打磨边界。
当直线模式控制时，机器人若想在z的正方向移动，不向z的负方向移动。设目标点的位置为
，起始点的位置为
，当前点的位置为
。
当向正方向移动时
，当向负方向移动时
。
当向正方向时，由位置控制单一维度直线拖动技术可知，
，当向负方向时，由位置控制单一维度直线拖动技术可知，
，由此可以达到机器人若想在z的正方向移动，不向z的负方向移动的目的。
本发明实施例提供的上述方法的优势主要体检在精准化，以及更为安全可控2个方面，精准化为机械臂直线约束在了一维平面，不会使得股钻打磨过程中，钻头偏离骨表面或者打滑。更为可控体现在下述两个方面：（1）力即使没有顺着打钻的方向，有其他方向的分力，机械臂也会屏蔽其他方向上的分力，只保留打钻方向的力，保证机械臂在手动牵引下不会被移动到其他位置。（2）机械臂存在深度保护功能，可以在超过边界保护的区域进行力的控制，保证机械臂不会超过打磨边界。
实施例三：
对应于上述方法实施例，本发明实施例提供了一种口腔机器人的控制装置，应用于口腔机器人的控制器，口腔机器人中设置有传感器，参见图4所示的一种口腔机器人的控制装置的结构示意图，该口腔机器人的控制装置包括：
力数据和力矩数据获取模块41，用于通过传感器采集口腔机器人在传感器坐标系下的力数据和力矩数据；
重力数据和重力矩数据获取模块42，用于获取口腔机器人在传感器坐标系下的重力数据和重力矩数据；
外力数据和外力矩数据计算模块43，用于基于传感器坐标系下的力数据、力矩数据、重力数据和重力矩数据确定传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据；
钻头坐标系转换模块44，用于将传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据转换为口腔机器人的钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据；
口腔机器人开控制模块45，用于基于钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据控制口腔机器人。
本发明实施例提供的一种口腔机器人的控制装置，可以通过传感器采集口腔机器人在传感器坐标系下的力数据和力矩数据，获取口腔机器人在传感器坐标系下的重力数据和重力矩数据，确定传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据之后，将传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据转换为口腔机器人的钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据，并且基于钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据控制口腔机器人。该方式中，可以将口腔机器人受到的力进行分解并转换为钻头坐标系，精准化地将口腔机器人受到的力直线约束在了一维的钻头坐标系平面，安全性较高，可以使口腔机器人的拖动效果更加柔顺，方便操作者使用更小的力拖动机器人到达预定的工作位置。
上述传感器包括力传感器和力矩传感器；上述力数据和力矩数据获取模块，用于通过力传感器采集口腔机器人在传感器坐标系下的力数据；通过力矩传感器采集口腔机器人在传感器坐标系下的力矩数据。
上述重力数据和重力矩数据获取模块，用于确定口腔机器人在世界坐标系下的重力数据和重力矩数据；基于口腔机器人在世界坐标系下的重力数据和重力矩数据确定口腔机器人在传感器坐标系下的重力数据和重力矩数据。
上述外力数据和外力矩数据计算模块，用于将传感器坐标系下的力数据减去传感器坐标系下的重力数据，得到传感器坐标系下的外力数据；将传感器坐标系下的力矩数据减去传感器坐标系下的重力矩数据，得到传感器坐标系下的外力矩数据。
上述钻头坐标系转换模块，用于确定口腔机器人的传感器坐标系与口腔机器人的钻头坐标系的转换关系；基于转换关系将传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据转换为口腔机器人的钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据。
上述口腔机器人开控制模块，用于确定口腔机器人的移动方向；其中，钻头坐标系包括三个坐标轴，移动方向与钻头坐标系的目标坐标轴方向一致；将钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据分解为钻头坐标系下的各个坐标轴的外力数据和外力矩数据；将钻头坐标系下的其他坐标轴的外力数据和外力矩数据消除；其中，其他坐标轴为钻头坐标系下的各个坐标轴中除了目标坐标轴之外的坐标轴；基于钻头坐标系下的目标坐标轴的外力数据和外力矩数据控制口腔机器人沿着移动方向移动。
上述口腔机器人的移动方向包括移动正方向和移动负方向；上述口腔机器人开控制模块，用于当口腔机器人移动至指定深度，基于钻头坐标系下的目标坐标轴的外力数据和外力矩数据控制口腔机器人沿着移动负方向移动。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的口腔机器人的控制装置的具体工作过程，可以参考前述的口腔机器人的控制方法的实施例中的对应过程，在此不再赘述。
实施例四：
本发明实施例还提供了一种电子设备，用于运行上述口腔机器人的控制方法；参见图5所示的一种电子设备的结构示意图，该电子设备包括存储器100和处理器101，其中，存储器100用于存储一条或多条计算机指令，一条或多条计算机指令被处理器101执行，以实现上述口腔机器人的控制方法。
进一步地，图5所示的电子设备还包括总线102和通信接口103，处理器101、通信接口103和存储器100通过总线102连接。
其中，存储器100可能包含高速随机存取存储器（RAM，Random Access Memory），也可能还包括非不稳定的存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口103（可以是有线或者无线）实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。总线102可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
处理器101可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器101中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器101可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器100，处理器101读取存储器100中的信息，结合其硬件完成前述实施例的方法的步骤。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现上述口腔机器人的控制方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
本发明实施例所提供的口腔机器人的控制方法、装置和电子设备的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和/或装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种口腔机器人的控制方法，其特征在于，应用于口腔机器人的控制器，所述口腔机器人中设置有传感器，所述方法包括：
通过所述传感器采集所述口腔机器人在传感器坐标系下的力数据和力矩数据；
获取所述口腔机器人在所述传感器坐标系下的重力数据和重力矩数据；
基于所述传感器坐标系下的力数据、力矩数据、重力数据和重力矩数据确定所述传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据；
将所述传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据转换为所述口腔机器人的钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据；
基于所述钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据控制所述口腔机器人。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传感器包括力传感器和力矩传感器；通过所述传感器采集所述口腔机器人在传感器坐标系下的力数据和力矩数据的步骤，包括：
通过所述力传感器采集所述口腔机器人在传感器坐标系下的力数据；
通过所述力矩传感器采集所述口腔机器人在传感器坐标系下的力矩数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述口腔机器人在所述传感器坐标系下的重力数据和重力矩数据的步骤，包括：
确定所述口腔机器人在世界坐标系下的重力数据和重力矩数据；
基于所述口腔机器人在世界坐标系下的重力数据和重力矩数据确定所述口腔机器人在所述传感器坐标系下的重力数据和重力矩数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述传感器坐标系下的力数据、力矩数据、重力数据和重力矩数据确定所述传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据的步骤，包括：
将所述传感器坐标系下的力数据减去所述传感器坐标系下的重力数据，得到所述传感器坐标系下的外力数据；
将所述传感器坐标系下的力矩数据减去所述传感器坐标系下的重力矩数据，得到所述传感器坐标系下的外力矩数据。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据转换为所述口腔机器人的钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据的步骤，包括：
确定所述口腔机器人的传感器坐标系与所述口腔机器人的钻头坐标系的转换关系；
基于所述转换关系将所述传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据转换为所述口腔机器人的钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据控制所述口腔机器人的步骤，包括：
确定所述口腔机器人的移动方向；其中，所述钻头坐标系包括三个坐标轴，所述移动方向与所述钻头坐标系的目标坐标轴方向一致；
将所述钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据分解为所述钻头坐标系下的各个坐标轴的外力数据和外力矩数据；
将所述钻头坐标系下的其他坐标轴的外力数据和外力矩数据消除；其中，所述其他坐标轴为所述钻头坐标系下的各个坐标轴中除了所述目标坐标轴之外的坐标轴；
基于所述钻头坐标系下的目标坐标轴的外力数据和外力矩数据控制所述口腔机器人沿着所述移动方向移动。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述口腔机器人的移动方向包括移动正方向和移动负方向；
基于所述钻头坐标系下的目标坐标轴的外力数据和外力矩数据控制所述口腔机器人的步骤，包括：
当所述口腔机器人移动至指定深度，基于所述钻头坐标系下的目标坐标轴的外力数据和外力矩数据控制所述口腔机器人沿着所述移动负方向移动。
8.一种口腔机器人的控制装置，其特征在于，应用于口腔机器人的控制器，所述口腔机器人中设置有传感器，所述装置包括：
力数据和力矩数据获取模块，用于通过所述传感器采集所述口腔机器人在传感器坐标系下的力数据和力矩数据；
重力数据和重力矩数据获取模块，用于获取所述口腔机器人在所述传感器坐标系下的重力数据和重力矩数据；
外力数据和外力矩数据计算模块，用于基于所述传感器坐标系下的力数据、力矩数据、重力数据和重力矩数据确定所述传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据；
钻头坐标系转换模块，用于将所述传感器坐标系下的外力数据和外力矩数据转换为所述口腔机器人的钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据；
口腔机器人开控制模块，用于基于所述钻头坐标系下的外力数据和外力矩数据控制所述口腔机器人。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现权利要求1至7任一项所述的口腔机器人的控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现权利要求1至7任一项所述的口腔机器人的控制方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210683260.8A CN114767302B (zh) | 2022-06-17 | 2022-06-17 | 口腔机器人的控制方法、装置和电子设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210683260.8A CN114767302B (zh) | 2022-06-17 | 2022-06-17 | 口腔机器人的控制方法、装置和电子设备 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114767302A true CN114767302A (zh) | 2022-07-22 |
| CN114767302B CN114767302B (zh) | 2022-11-01 |
Family
ID=82420733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210683260.8A Active CN114767302B (zh) | 2022-06-17 | 2022-06-17 | 口腔机器人的控制方法、装置和电子设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114767302B (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105583824A (zh) * | 2016-01-26 | 2016-05-18 | 清华大学 | 力控牵引和摆位的多自由度机械臂控制装置及其控制方法 |
| CN107708937A (zh) * | 2015-06-22 | 2018-02-16 | 三菱电机株式会社 | 校准装置以及使用该校准装置的机器人系统 |
| CN108453740A (zh) * | 2018-04-10 | 2018-08-28 | 珞石（山东）智能科技有限公司 | 一种工业机器人协作交互方法及系统 |
| CN108789363A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-11-13 | 雅客智慧（北京）科技有限公司 | 一种基于力传感器的直接拖动示教系统及方法 |
| CN109141433A (zh) * | 2018-09-20 | 2019-01-04 | 江阴市雷奥机器人技术有限公司 | 一种机器人室内定位系统及定位方法 |
| CN112309560A (zh) * | 2020-09-27 | 2021-02-02 | 深圳精匠云创科技有限公司 | 远程种植牙方法、服务器及存储介质 |
| CN113558771A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-10-29 | 杭州柳叶刀机器人有限公司 | 机器人平面限位控制方法、装置和手术机器人 |
| CN113855286A (zh) * | 2021-09-24 | 2021-12-31 | 四川锋准机器人科技有限公司 | 一种种植牙机器人导航系统及方法 |
| CN114224488A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-03-25 | 杭州钉灵科技有限公司 | 基于状态捕捉的口腔种植机器人控制系统及其操作方法 |
-
2022
- 2022-06-17 CN CN202210683260.8A patent/CN114767302B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107708937A (zh) * | 2015-06-22 | 2018-02-16 | 三菱电机株式会社 | 校准装置以及使用该校准装置的机器人系统 |
| CN105583824A (zh) * | 2016-01-26 | 2016-05-18 | 清华大学 | 力控牵引和摆位的多自由度机械臂控制装置及其控制方法 |
| CN108453740A (zh) * | 2018-04-10 | 2018-08-28 | 珞石（山东）智能科技有限公司 | 一种工业机器人协作交互方法及系统 |
| CN108789363A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-11-13 | 雅客智慧（北京）科技有限公司 | 一种基于力传感器的直接拖动示教系统及方法 |
| CN109141433A (zh) * | 2018-09-20 | 2019-01-04 | 江阴市雷奥机器人技术有限公司 | 一种机器人室内定位系统及定位方法 |
| CN112309560A (zh) * | 2020-09-27 | 2021-02-02 | 深圳精匠云创科技有限公司 | 远程种植牙方法、服务器及存储介质 |
| CN113558771A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-10-29 | 杭州柳叶刀机器人有限公司 | 机器人平面限位控制方法、装置和手术机器人 |
| CN113855286A (zh) * | 2021-09-24 | 2021-12-31 | 四川锋准机器人科技有限公司 | 一种种植牙机器人导航系统及方法 |
| CN114224488A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-03-25 | 杭州钉灵科技有限公司 | 基于状态捕捉的口腔种植机器人控制系统及其操作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114767302B (zh) | 2022-11-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3831331A1 (en) | Systems and methods for determining orthodontic treatments | |
| CN106725936B (zh) | 一种基于云技术的牙科3d打印系统 | |
| US10339649B2 (en) | Method and system for hybrid mesh segmentation | |
| CN111768497B (zh) | 一种头部动态虚拟模型的三维重建方法、装置及系统 | |
| US20100291505A1 (en) | Haptically Enabled Coterminous Production of Prosthetics and Patient Preparations in Medical and Dental Applications | |
| JP7018399B2 (ja) | 施術支援システム、施術支援方法及び施術支援プログラム | |
| JP2008110203A (ja) | 歯の口内走査に基づいたインタラクティブな歯列矯正ケアシステム | |
| JP2008110203A6 (ja) | 歯の口内走査に基づいたインタラクティブな歯列矯正ケアシステム | |
| CN113052902B (zh) | 牙齿治疗监测方法 | |
| KR101953622B1 (ko) | 이종의 구강 이미지 정합방법 | |
| CN114767302B (zh) | 口腔机器人的控制方法、装置和电子设备 | |
| CN111265316B (zh) | 一种模拟佩戴矫治器的牙齿模型受力分析方法及装置 | |
| EP3216419B1 (en) | Method for digital designing a dental restoration | |
| CN117116413B (zh) | 一种口腔种植优化方法、系统和存储介质 | |
| WO2024032706A1 (zh) | 配准点确定以及配准方法、装置、设备、介质和程序产品 | |
| WO2024077837A1 (zh) | 虚拟人的驱动方法、装置、存储介质和电子设备 | |
| KR20210005916A (ko) | 시각 마킹을 위한 덴쳐 플레이트 및 그 제작 방법 | |
| US11318004B2 (en) | Dental device designed to measure dental arch parameters, and develop an algorithm and method for determining ideal positions of dental implants in edentulous patients | |
| Adaškevičius et al. | Evaluation of dental arch form using 3D dental cast scanning technology | |
| KR102193807B1 (ko) | 하악 운동 감지 센서를 포함하는 기록 변환 시스템 및 이를 이용한 하악 운동의 기록 변환 방법 | |
| CN113925633B (zh) | 一种车针辅助导航及预警方法、装置、手术机器人 | |
| KR102648909B1 (ko) | 구강 스캐너의 정확도 향상을 위한 물리적 좌표계 연동 장치 및 방법 | |
| JP4172772B2 (ja) | 根管模型製造装置 | |
| EP4198903A1 (en) | Panoramic tomographic images | |
| CN211702257U (zh) | 一种牙科用口腔扫描装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |