专利名称：电机驱动的牙弓曲线发生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可以实现自动化、机械化、计算机化的电机驱动的牙弓曲 线发生器。
背景技术：
颌弓曲线或牙弓曲线
人类口腔内的天然牙列全部丧失后，就形成了无牙颌。当牙列丧失后，患 者的颌面形态发生了变化，发音和咀嚼功能也受到严重影响。为恢复无牙颌患 者的颌面形态及生理功能，保护颌面组织和下颌关节的健康，需要及时地为患 者进行全口义齿的修复。
实际的颌弓、牙弓曲线的几何形态很不规则，难以用数学表达式准确的描 述。为了简化对颌弓、牙弓描述，同时考虑到牙弓和颌弓在垂直方向上的弯曲 变化比较小，故可以用颌弓和牙弓在颌平面上的投影，即颌弓和牙弓在平面形 态来近似地表示颌弓和牙弓。然后在排牙时对其在垂直方向的变化给予补偿即 可。平面形态的颌弓和牙弓称为颌弓曲线或牙弓曲线。
自动排牙机自动排牙
利用自动排牙机排牙相当于快速培养和造就了一批高级口腔修复医疗专家 和技术员。自动排牙机不但比口腔医疗专家更精确地以数字的方式操作，同时 还能避免专家因疲劳、情绪、疏忽等原因造成的失误。这将使全口义齿的设计 与制作进入到既能满足无牙颌患者的个体生理功能及美观需求，又能达到规范 化、标准化、自动化、工业化的水平，从而大大提高其制作效率和质量。
开发和研制准确和高效全口义齿制作系统具有重要的现实意义和良好的应 用前景。自动排牙机实际上是一套计算机辅助设计、机器人辅助操作的全口义 齿制作系统，从而替代经验丰富的牙科医生和技师在全口义齿制作屮的大部分 工作，实现定量排牙，确保义齿质量，提高工作效率，降低生产成本的目的。
在自动排牙机内，如果能够事先构造出牙弓曲线，或者牙弓曲线按比例扩 展的平移曲线，将给自动排牙带来极大的便利，因此，构造能够生成牙弓曲线的牙弓曲线发生器就显得十分必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种给方便自动排牙的的牙弓曲线发生器。 上述的目的通过以下的技术方案实现
电机驱动的牙弓曲线发生器，其组成包括U形弹簧板，^述的具有一组铰 接点的U形弹簧板与机架连接，所述的U形弹簧板通过铰接点分别与一组二维 运动平台连接。
所述的电机驱动的牙弓曲线发生器，所述的二维平台由两个一维运动平台 组成，所述的两个一维运动平台垂直，所述的一维运动平台具有步进电机，所 述的步进电机通过联轴器与螺旋杆连接，所述的螺旋杆与滑台体I连接，所述 的滑台体I上固定连接铰支体，带动牙弓曲线发生器变形的圆柱销就插在所述 的铰支体的销孔内，所述的滑台体I分别与两个光轴导轨连接，所述的滑台体
i安装在底座体上，所述的底座体与另一个一维运动平台的滑台体n连接，所
述的二维平台安装在底板上。 本发明的有益效果
1. 本发明实现了自动化的全口义齿制作过程中的排牙操作，提高了排牙效 率和质量。电机驱动的牙弓曲线发生器是多操作机排牙机器人系统中的关键部 分，牙弓曲线的获得正是通过它的变形得到的。由弹性可变形材料来获得牙列 的牙弓曲线，极大的减少了获取牙弓曲线所需要的自由度数目，也就提高了电 机驱动的牙弓曲线发生器的便捷性，同时方便实现对其的控制。
2. 本发明可以实现任意的曲线形状，这样也就可以应用到牙齿的矫正以及 全口义齿的制作等领域。
牙弓曲线是与牙列相切的一条理想曲线。牙弓曲线的拟合和生成在辅助矫 正设计和模拟排牙试验中有较重要的意义，因为患者的牙弓形态往往不正常， 需要设计新的牙弓曲线，由于传统的牙弓曲线获得方法是由手工用一段有弹性 的细钢丝强迫通过各牙齿来获得的，所以具有很大的随机性，会带来很多人为 因素引起的误差，通过电机驱动的牙弓曲线发生器实现牙弓曲线的获得，实现 了牙弓曲线获得的定量化、标准化和自动化，提高了牙弓曲线获得的效率和精度。
附图1是本发明牙弓曲线发生器结构简图。 附图2是二维平面移动机构的结构示意图。
附图3是附图2的俯视图。 附图4是附图2的侧视图。
附图5是U形弹簧板曲线与牙弓曲线的关系。由附图可以看出，牙弓曲线 是U形弹簧板曲线向曲线内侧偏置一个固定距离而得到的。
附图6是牙弓曲线合拟合曲线的比较图，他们之间的差就是系统基本偏差。
具体实施例方式
实施例l:
电机驱动的牙弓曲线发生器，其组成包括U形弹簧板l,所述的具有一组
铰接点的u形弹簧板1与机架连接，所述的u形弹簧板通过铰接点A别与一组
二维运动平台2连接。
所述的电机驱动的牙弓曲线发生器，所述的二维平台由两个一维运动平台
组成，所述的两个一维运动平台垂直，所述的一维运动平台具有步进电机4，所 述的步进电机4通过联轴器5与螺旋杆6连接，所述的螺旋杆6与滑台体I 3 连接，所述的滑台体I上固定连接铰支体7，带动牙弓曲线发生器变形的圆柱销 就插在所述的铰支体的销孔10内，所述的滑台体I 3分别与两个光轴导轨连 接，所述的滑台体I 3安装在底座8上，所述的底座8与另一个一维运动平台 的滑台体II连接。
实施例2:
1.机械结构
U形弹簧板上有5个控制点，中间点位置固定不动，其余4个点对称布置在 中间点的两侧，分别由4个二维运动平台驱动，实现在水平面内一定范围的任 意位置。通过合理控制和驱动U形弹簧板上的4个点，就可以获得针对某一患 者的全口义齿牙弓曲线。
14个手姿机构按牙型号排列在U形弹簧板上，可以沿切向滑动，实现手姿机构沿切向的位置调整。将14个操作机分别安装在弹性材料上，操作机可以在 上面进行滑动，以适应不同人的牙弓长度。只需要改变弹性材料上的几个点就 可以改变曲线的形状，使其逼近真正的牙弓曲线。
系统还包括步进电机驱动器、运动控制卡、关节极限位置检测及反馈元件、 计算机系统等。
2.弹簧板的优化数学模型
目标函数优化的目的是使弹簧板的变形后的曲线与牙弓曲线之间误差值 最小，即
『(X) "> min (1)
设计变量 一般来说，设计变量越少，优化也就越简单，所以设计变量必 须慎重的选择。这有两种方法其一是消去某些设计变量，首先要求最终要考 虑的那些变量，经过仔细选择的这些变量，经过自己选择的这些变量可揭示出 指导下一步设计的信息。其二是采用共同的设计变量，用不同的设计变量来定 义每个单元往往是不必要或甚至不希望的。实际的约束可能要求一些单元具有
一个或几个共同的设计变量。
用弹簧板拟合牙弓曲线，定义弹簧板变形后形成的曲线与牙弓曲线之间的 误差作为计算误差，有很多因素影响着这个误差值的大小，比如，拟合点的个 数和坐标、弹簧板的材料、受力以及尺寸形状等等。我们这里的计算考虑一些 理想情况，弹簧板的各个部分的受力均匀，材料一定，再根据以上原则，选定 拟合点的个数"、坐标、，口力(1 ^ Z ^ ")作为设计变量。
约束函数性能约束也称为功能约束，是根据设计对象应满足的功能要求 而建立的约束条件。对于结构优化问题，性能约束主要可考虑对结构强度、刚 度及振动模态应满足的要求。本问题中只计算形状的问题，所以无需定义性能 约束。
边界约束边界约束约束又称区间约束，它规定了设计变量的取值范围。 本课题中，需要排14颗牙，再加上一个不动点原点外，共15个点，因此定义
3S"S15;根据口腔医师的统计，人类的，弓宽度的最大值是52mm,所以
确定横坐标的取值范围是—26 2 x' s 26(1 & s ")。.综上所述，弹簧板拟合牙弓曲线优化问题的数学模型为
<formula>formula see original document page 7</formula>
系统还包括步进电机驱动器、运动控制卡、关节极限位置检测及反馈元件、 计算机系统等。
工作过程
当步进电机转动时带动与电机相连的螺栓杆转动，通过螺纹副带动其上的 滑台体沿Y方向移动，同时滑台体带动整个上层移动机构沿Y方向移动，其上 的铰支体通过圆柱销牵动牙弓曲线发生器沿Y方向变形；同理当步进电机转动 时，牙弓曲线发生器沿X方向变形，这样通过控制步进电机就能使牙弓曲线发 生器变形成需要的牙弓曲线。
权利要求
1.一种电机驱动的牙弓曲线发生器，其组成包括U形弹簧板，其特征是所述的具有一组铰接点的U形弹簧板与机架连接，所述的U形弹簧板通过铰接点分别与一组二维运动平台连接。
2. 根据权利要求l所述的电机驱动的牙弓曲线发生器，其特征是所述的 二维平台由两个一维运动平台组成，所述的两个一维运动平台垂直，所述的一 维运动平台具有步进电机，所述的步进电机通过联轴器与螺旋杆连接，所述的 螺旋杆与滑台体I连接，所述的滑台体I上固定连接铰支体，带动牙弓曲线发 生器变形的圆柱销就插在所述的铰支体的销孔内，所述的滑台体I分别与两个 光轴导轨连接，所述的滑台体I安装在底座体上，所述的底座体与另一个一维 运动平台的滑台体II连接，所述的二维平台安装在底板上。
全文摘要
电机驱动的牙弓曲线发生器，在自动排牙机内，如果能够事先构造出牙弓曲线，或者牙弓曲线按比例扩展的平移曲线，将给自动排牙带来极大的便利，因此，构造能够生成牙弓曲线的牙弓曲线发生器就显得十分必要。本发明组成包括U形弹簧板(1)，所述的具有一组铰接点(2)的U形弹簧板(1)与机架连接，所述的U形弹簧板通过铰接点分别与一组二维运动平台连接。本实用新型应用于牙齿矫形中牙弓曲线的生成和全口义齿排牙操作。
文档编号A61C13/00GK101584608SQ200810064578
公开日2009年11月25日 申请日期2008年5月23日 优先权日2008年5月23日
发明者姜金刚, 张永德, 段铁群, 王振波 申请人:哈尔滨理工大学