一种基于手工弯制的弓丝弯制机器人及其弯制规划方法与流程

本发明专利涉及一种基于手工弯制的弓丝弯制机器人及其弯制规划方法，属于正畸弓丝弯制技术领域。

背景技术：

错颌畸形已成为世界三大口腔疾病之一，固定矫治即佩戴正畸弓丝是一种常用且有效的正畸治疗手段，正畸弓丝的弯制是固定矫治技术的关键，正畸专科医师往往需要较长时间的弓丝弯制训练，才能达到高标准正畸治疗水平，并且随着数字化制造技术的影响，传统的口腔制造加工工艺正发生革命性变化，口腔正畸领域也受益于数字化技术，正畸矫治器中弓丝的加工正在向自动化发展，有必要设计一种用于正畸弓丝弯制的机器人。

使用正畸弓丝机器人弯制正畸弓丝是一个自动化的弯制过程，需要弓丝弯制机器人对个性化的正畸弓丝自动生成弯制程序。因此，个性化正畸弓丝形态的机器人弯制运动规划研究，是实现个性化正畸弓丝形态数字化模型自动生成弓丝弯制机器人的弯制运动程序的关键，然而正畸弓丝的弯制是一个复杂的过程，其过程中任何一步出现问题，都会导致弯制失败，实现个性化正畸弓丝形态的机器人弯制运动规划是很困难的。但正畸医生利用手工弯制策略却能够顺利地实现个性化正畸弓丝的弯制，且目前的手工弯制策略是由正畸医师们不断优化、提高其弯制效率得到的，因此，研究医生手工弯制正畸弓丝策略并将其融入个性化正畸弓丝形态的机器人弯制运动规划中是实现正畸弓丝自动化弯制的基础。

发明专利内容：

针对上述问题，本发明提出一种弓丝弯制机器人及其基于手工弯制的弯制规划方法，以解决目前由于缺少弓丝弯制机器人、正畸弓丝弯制点弯制规划方法而无法实现正畸弓丝自动化弯制的问题。

一种基于手工弯制的弓丝弯制规划方法，本方法应用于一种基于手工弯制的弓丝弯制机器人；

本发明为解决上述问题所采取的方案为：一种基于手工弯制的弓丝弯制规划方法，所述方法的具体实现过程为：

步骤一、建立正畸弓丝弯制点直角坐标系：

在正畸弓丝弯制过程中，以弓丝第i个弯制点为原心oi，以第i个弯制点到第i+1个弯制点的弓丝直线段为x轴，以第i个点的弓丝弯制表面作为xioiyi面，根据第i-1个弯制点、第i个弯制点、第i+1个弯制点建立右手定则的正畸弓丝弯制点直角坐标系oixiyizi(i≥1)，第i-1个弯制点、第i个弯制点、第i+1个弯制点的坐标分别为(xi-1，yi-1，zi-1)、(xi，yi，zi)、(xi+1，yi+1，zi+1)。

步骤二、建立手工弯丝单元运动模型：

根据手工弯制正畸弓丝的运动轨迹特征，以人手在每一个弯制点上的弯制动作为一个单元，建立手工弯丝单元运动模型pointai＝[l(i-1,i),αi,ri,λi]，在正畸弓丝弯制点直角坐标系oixiyizi下，pointai表示弯制点ai的坐标(xi，yi，zi)，ri代表需弯制圆弧的曲率半径αi表示弯制点ai处需弯制的角度l(i,i+1)表示第i个弯制点到第i+1个弯制点在正畸弓丝上的长度，对于第i个弯制点到第i+1个弯制点中间为直线段的正畸弓丝对于第i个弯制点到第i+1个弯制点中间为圆弧段的正畸弓丝λi表示正畸弓丝的弯制表面即选择在哪个表面进行弯制，当zi+1＝zi＝0时，pointai处的弯制表面为xoy，当yi+1＝yi＝0时，pointai处的弯制表面为xoz，当xi+1＝xi＝0时，pointai处的弯制表面为yoz。

步骤三、建立机器人弯制点极坐标系：

正畸弓丝弯制点直角坐标系下的弯制点(xi-1，yi-1，zi-1)、(xi，yi，zi)、(xi+1，yi+1，zi+1)需转化为机器人弯制点圆柱坐标系下的坐标，由基于手工弯制的弓丝弯制机器人实现正畸弓丝弯制，即以第i-1、i、i+1个弯制点构建弯制第i个弯制点的机器人弯制过程的正畸弓丝三维姿态的机器人弯制点圆柱坐标系oi-ρiθizi，以第i个弯制点为原点o，以第i个点到第i+1个弯制点的直线方向为θ＝0的位置，以第i-1、i、i+1个弯制点为确定弯制平面为极坐标系oiρiθi所在的平面；推导出正畸弓丝弯制点直角坐标系oixiyizi下的坐标转成机器人弯制点圆柱坐标系oi-ρiθizi下的坐标变换公式，如式1所示，实现两坐标系下相同弯制点坐标的转换。

步骤四、机器人弯丝运动信息集获取：

由于一种基于手工弯制的弓丝弯制机器人拥有两个末端弯制执行器即钳ⅰ和钳ⅱ，在弯制过程中钳ⅰ和钳ⅱ均可以分别实现开合和夹紧两种功能，因此两个末端弯制执行器不同夹紧和开合状态的组合，对弓丝的操作状态是不同的，因此，以机器人每步弯制动作作为一个单元，机器人弯丝运动单元参数模型中包含两个末端执行器4种组合状态，即钳ⅰ夹紧和钳ⅱ夹紧，实现弯制操作；钳ⅰ夹紧和钳ⅱ开合，钳ⅰ开合和钳ⅱ夹紧，实现夹紧点位置调整；钳ⅰ开合和钳ⅱ开合，实现机器人运动到初始位置。

在第i个弯制点机器人弯丝运动单元参数模型，如式2所示：

式中，bendδai的含义为：在第i个弯制点的弯制运动，机器人各个自由度的移动距离或转动的角度，以及实现弯制动作所旋转的角度。¹openi/¹closei表示钳ⅰ在第i个弯制点的开合或夹紧状态，δ¹βi表示第i个弯制点钳ⅰ绕z轴旋转的角度，δ¹li表示第i个弯制点钳ⅰ沿圆柱坐标系oi-ρiθizi下极轴ρ平移的距离，δ¹λi表示第i个弯制点丝旋转的角度，²open/²close表示第i个弯制点钳ⅱ的开合或夹紧状态，δ²βi表示第i个弯制点钳ⅱ绕z轴旋转的角度，δ²li表示钳ⅱ沿z轴平移的距离。

根据机器人弯制点圆柱坐标系oi-ρiθizi下正畸弓丝弯制点的弯丝运动信息推导出机器人弯丝运动信息，推导公式如式3所示。

式中，g(αi+1)表示弯制角度为αi+1时的回弹角度值，g(αi+1)可由经验值获得，h是钳ⅱ沿z轴方向移动的距离，由式3可以推导得出第i个弯制点处机器人弯丝运动单元参数模型bendδai，记录各弯制点处的机器人弯丝运动单元参数模型bendδai(i≥1)，得到机器人弯丝运动单元模型信息集robotδa，robotδa＝(bendδa0,bendδa1,...,bendδai)，robotδa即为机器人弯制方法的弯制顺序。

本发明的有益效果为：

1、本发明以手工弯制正畸弓丝的弯制策略为依据，实现正畸弓丝弯制点的弯制规划，由于手工弯制策略是由正畸医师们多年以来反复验证、优化形成的，因此以手工弯制策略为依据的规划方法产生的弯制顺序更加合理、弯制效率更高。

2、本发明提取了包括弯制圆弧的曲率半径、弯制的角度、弯制点间正畸弓丝上的长度、正畸弓丝的弯制表面的四项弯制正畸弓丝重要参数，充分考虑了影响正畸弓丝弯制精度的因素，能够保证根据本方法所弯制正畸弓丝的成形质量。

3、本发明以每个弯制点为一个需要规划的单元，将复杂的正畸弓丝分割成若干个单元，简化了弯制规划流程，提高了弯制规划方法的规划效率。

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为一种基于手工弯制的弓丝弯制规划方法流程图；

图2为正畸弓丝弯制点直角坐标系示意图；

图3为正畸弓丝弯制点极坐标系示意图；

图4为一种基于手工弯制的弓丝弯制机器人结构总体示意图；

图5为钳ⅰ结构轴侧图；

图6为钳ⅰ夹头分解示意图；

图7为钳ⅱ结构轴侧图；

图8为钳ⅱ内部结构示意图；

图9为钳ⅱ分解示意图；

图10为柱坐标系转台内部结构示意图；

图11为一种基于手工弯制的弓丝弯制机器人主体外壳示意图；

图12为一种基于手工弯制的弓丝弯制机器人圆柱坐标系建立简图。

图中：1、钳ⅰ；2、钳ⅱ；3、柱坐标系转台；4、机器人主体外壳；5、弓丝；1-1、钳ⅰ丝杠导轨滑台；1-2、钳ⅰ丝杠；1-3、钳ⅰ旋转主动齿轮；1-4、钳ⅰ锥形夹头；1-4-1、夹头外壳；1-4-2、夹头夹芯；1-4-3、夹头主轴；1-5、钳ⅰ夹紧被动齿轮；1-6、钳ⅰ夹紧主动齿轮；1-7、挡圈；1-8、弹簧；1-9、拨叉；1-10、推杆；1-11、钳ⅰ直线电机推杆；1-12、滑动挡圈；1-13、钳ⅰ夹紧电机；1-14、钳ⅰ旋转被动齿轮；1-15、钳ⅰ支架；1-16、钳ⅰ旋转电机；1-17、钳ⅰ丝杠电机；1-18、钳ⅰ丝杠螺母；1-19、钳ⅰ旋转主轴；1-20、钳ⅰ夹紧主轴；1-21、送丝入口；2-1、钳ⅱ可动钳口；2-1-1、可动楔形滑块；2-2、钳ⅱ固定钳口；2-3、夹紧滑块；2-3-1、夹紧楔形滑块；2-4、钳ⅱ直线电机推杆；2-5、直线电机；2-6、钳ⅱ旋转被动齿轮；2-7、钳ⅱ外壳；2-8、钳ⅱ丝杠；2-9、钳ⅱ丝杠电机；2-10、钳ⅱ丝杠螺母；2-11、钳ⅱ旋转主动齿轮；2-12、钳ⅱ旋转电机；2-13、复位弹簧；3-1、转台电机；3-2、转台主动齿轮；3-3、转台；3-4、转台被动齿轮；4-1、底座；4-2、环形拉门；4-3、环形外壳；4-4、主体支撑；4-5、外壳支柱；4-6、连接底盘；4-7、外壳顶部；5、正畸弓丝。

具体实施方式：

为使本发明专利的目的、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专利，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专利的范围，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专利的概念。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12所示，本具体实施方式采用以下技术方案：

所述的一种基于手工弯制的弓丝弯制机器人，由钳ⅰ1、钳ⅱ2、柱坐标系转台3、机器人主体外壳4四部分组成，其特征在于：所述钳ⅰ1中的钳ⅰ丝杠导轨滑台1-1通过螺栓与柱坐标系转台3中转台3-3的相连接，柱坐标系转台3的转台3-3通过螺栓与机器人主体外壳4内部的连接底盘4-6相连接，钳ⅱ2通过螺栓连接固定在机器人主体外壳4外部的外壳顶部4-7；所述的钳ⅰ1，它包括：钳ⅰ丝杠导轨滑台1-1、钳ⅰ丝杠1-2、钳ⅰ旋转主动齿轮1-3、钳ⅰ锥形夹头1-4、夹头外壳1-4-1、夹头夹芯1-4-2、夹头主轴1-4-3、钳ⅰ夹紧被动齿轮1-5、钳ⅰ夹紧主动齿轮1-6、挡圈1-7、弹簧1-8、拨叉1-9、推杆1-10、钳ⅰ直线电机推杆1-11、滑动挡圈1-12、钳ⅰ夹紧电机1-13、钳ⅰ旋转被动齿轮1-14、钳ⅰ支架1-15、钳ⅰ旋转电机1-16、钳ⅰ丝杠电机1-17、钳ⅰ丝杠螺母1-18、钳ⅰ旋转主轴1-19、钳ⅰ夹紧主轴1-20、送丝入口1-21，钳ⅰ丝杠1-2通过轴孔装配安装在钳ⅰ丝杠导轨滑台1-1中，钳ⅰ丝杠螺母1-18与钳ⅰ丝杠1-2通过螺纹相连接，钳ⅰ丝杠电机1-17通过钳ⅰ丝杠导轨滑台1-1安装在钳ⅰ丝杠1-2的末端，以驱动钳ⅰ丝杠1-2的绕钳ⅰ丝杠电机1-17的电机轴旋转，使得钳ⅰ丝杠螺母1-18实现沿钳ⅰ丝杠1-2的轴向左右移动，钳ⅰ支架1-15的下底面通过螺栓与钳ⅰ丝杠螺母1-18相连接，钳ⅰ旋转电机1-16通过钳ⅰ支架1-15与钳ⅰ旋转主动齿轮1-3完成装配，以驱动钳ⅰ旋转主动齿轮1-3绕钳ⅰ旋转电机1-16的电机轴旋转，钳ⅰ旋转被动齿轮1-14、钳ⅰ夹紧被动齿轮1-5和钳ⅰ锥形夹头1-4均安装在钳ⅰ旋转主轴1-19上，钳ⅰ旋转主轴1-19为空心轴，其中钳ⅰ旋转被动齿轮1-14安装在钳ⅰ支架1-15内部，与钳ⅰ旋转主动齿轮1-3相啮合，形成一对啮合齿轮，钳ⅰ夹紧被动齿轮1-5和钳ⅰ锥形夹头1-4安装在钳ⅰ支架1-15外部，送丝入口1-21位于钳ⅰ旋转主轴1-18的左侧，正畸弓丝5通过送丝入口1-21穿过钳ⅰ旋转主轴1-19的内部，可以将待弯制的正畸弓丝5送至位于钳ⅰ旋转主轴1-19末端的钳ⅰ锥形夹头1-4，完成机器人的送丝环节，其中钳ⅰ锥形夹头1-4由夹头外壳1-4-1、夹头夹芯1-4-2、夹头主轴1-4-3组成，夹头外壳1-4-1通过螺纹与夹头主轴1-4-3相连接，夹头夹芯1-4-2位于旋转夹头外壳1-4-1和夹头主轴1-4-3的中间，当顺时针旋转夹头外壳1-4-1时，夹头外壳1-4-1与夹头主轴1-4-3之间的空间缩小，此时夹头夹芯1-4-2受到夹头外壳1-4-1的挤压，使得夹头夹芯1-4-2保持夹紧状态，以实现对正畸弓丝5的夹紧，反之，逆时针旋转夹头夹芯1-4-2实现了对正畸弓丝5的松开；钳ⅰ夹紧被动齿轮1-5与钳ⅰ夹紧主动齿轮1-6相啮合，形成一对啮合齿轮，钳ⅰ夹紧电机1-13通过螺纹连接安装在钳ⅰ支架1-15的上顶面，钳ⅰ夹紧电机1-13的主轴与钳ⅰ夹紧主轴1-20相连接，以驱动钳ⅰ夹紧主轴1-20绕轴向旋转，拨叉1-9、滑动挡圈1-12、弹簧1-8、挡圈1-7和钳ⅰ夹紧主动齿轮1-6通过轴孔装配从左至右依次的被安装在钳ⅰ夹紧主轴1-20上，拨叉1-9通过螺栓与滑动挡圈1-12相连接，弹簧1-8被镶嵌在滑动挡圈1-12和挡圈1-7中，挡圈1-7通过螺栓与钳ⅰ夹紧主动齿轮1-6相连接，钳ⅰ夹紧主轴1-20远离电机主轴方向的末端设有轴肩，用于限定钳ⅰ夹紧主轴1-20上已装配零件的位置，推杆1-10末端安装有钳ⅰ直线电机推杆1-11，推杆1-10与推杆1-10垂直下方的拨叉1-9相连接，钳ⅰ直线电机推杆1-11安置在钳ⅰ夹紧电机1-13上，当钳ⅰ直线电机推杆1-11推动或拉回推杆1-10时，与推杆1-10相连接的拨叉1-9可带动滑动挡圈1-12、弹簧1-8、挡圈1-7和钳ⅰ夹紧主动齿轮1-6沿钳ⅰ夹紧主轴1-20轴向左右移动，进而控制钳ⅰ夹紧主动齿轮1-6与钳ⅰ夹紧被动齿轮1-5的啮合情况，另外，钳ⅰ夹紧电机1-13可驱动钳ⅰ夹紧被动齿轮1-5绕钳ⅰ夹紧主轴1-20旋转，从而控制了与钳ⅰ夹紧被动齿轮1-5相连的钳ⅰ锥形夹头1-4的顺时旋转或逆时旋转，最终实现了对正畸弓丝5的夹紧与松开。

进一步的，所述的钳ⅱ2，它包括：钳ⅱ可动钳口2-1、可动楔形滑块2-1-1、钳ⅱ固定钳口2-2、夹紧滑块2-3、夹紧楔形滑块2-3-1、钳ⅱ直线电机推杆2-4、直线电机2-5、钳ⅱ旋转被动齿轮2-6、钳ⅱ外壳2-7、钳ⅱ丝杠2-8、钳ⅱ丝杠电机2-9、钳ⅱ丝杠螺母2-10、钳ⅱ旋转主动齿轮2-11、钳ⅱ旋转电机2-12、复位弹簧2-13，以钳ⅱ可动钳口2-1垂直向下为参考方向，钳ⅱ丝杠电机2-9安装在钳ⅱ外壳2-7的顶部，以驱动钳ⅱ丝杠2-8，其中钳ⅱ丝杠2-8与钳ⅱ丝杠螺母2-10通过螺纹连接配合，通过钳ⅱ丝杠电机2-9驱动钳ⅱ丝杠2-8可以实现钳ⅱ丝杠螺母2-10沿钳ⅱ丝杠2-8轴线方向上下移动；直线电机2-5、钳ⅱ旋转被动齿轮2-6、钳ⅱ旋转主动齿轮2-11以及钳ⅱ旋转电机2-12均安装在钳ⅱ丝杠螺母2-10内，其中钳ⅱ旋转电机2-12与钳ⅱ旋转主动齿轮2-11通过轴孔配合相连接，钳ⅱ旋转主动齿轮2-11与钳ⅱ旋转被动齿轮2-6相啮合，形成一对啮合齿轮，以实现钳ⅱ旋转被动齿轮2-6的旋转，另外，直线电机2-5通过轴孔配合被安装在钳ⅱ旋转被动齿轮2-6中，钳ⅱ直线电机推杆2-4安装在直线电机2-5中，在直线电机2-5和钳ⅱ旋转被动齿轮2-6的作用下，钳ⅱ直线电机推杆2-4即可实现绕钳ⅱ旋转被动齿轮2-6的轴线进行旋转，又可沿钳ⅱ旋转被动齿轮2-6的轴线进行平移；夹紧滑块2-3通过螺栓连接固定在钳ⅱ直线电机推杆2-4上，夹紧滑块2-3上装有夹紧楔形滑块2-3-1，而钳ⅱ可动钳口2-1上装有可动楔形滑块2-1-1，当钳ⅱ直线电机推杆2-4被直线电机2-5推出时，夹紧楔形滑块2-3-1与可动楔形滑块2-1-1发生挤压，推动钳ⅱ可动钳口2-1向钳ⅱ固定钳口2-2方向移动，实现了钳ⅱ2对正畸弓丝5的夹紧，当钳ⅱ直线电机推杆2-4被直线电机2-5拉回时，夹紧楔形滑块2-3-1与可动楔形滑块2-1-1发生分离，复位弹簧2-13将钳ⅱ可动钳口2-1推离钳ⅱ固定钳口2-2，实现了钳ⅱ2对正畸弓丝5的松开。

进一步的，所述的柱坐标系转台3包括：转台电机3-1、转台主动齿轮3-2、转台3-3、转台被动齿轮3-4，转台电机3-1通过轴孔装配与转台主动齿轮3-2相连接，以驱动转台主动齿轮3-2绕转台电机3-1的电机轴旋转，转台主动齿轮3-2与转台被动齿轮3-4相啮合，形成一对啮合齿轮，转台3-3与转台被动齿轮3-4通过螺栓连接相互固定，以实现转台被动齿轮3-4带动转台3-3绕转台3-3中心旋转。

进一步的，所述的机器人主体外壳4包括：底座4-1、环形拉门4-2、环形外壳4-3、主体支撑4-4、外壳支柱4-5、连接底盘4-6、外壳顶部4-7，连接底盘4-6通过螺栓连接安装在机器人主体外壳4的内部，外壳顶部4-7通过螺栓连接安装在机器人主体外壳4的外部，通过环形拉门4-2可实现机器人主体外壳4的开合，以保护操作人员与基于手工弯制的弓丝弯制机器人；主体支撑4-4和外壳支柱4-5用于支撑机器人主体外壳4。

进一步的，当自动送丝任务完成时，需要基于手工弯制的弓丝弯制机器人完成弓丝弯制任务的具体实施方式为：首先，根据弯制弓丝的类型有所不同，因此，正畸弓丝机器人的具体实施顺序可能有所差异，本实施方式主要对于该正畸弓丝机器人的弯制功能进行附加说明；自动送丝任务执行完成后，开始执行弓丝弯制任务，此时，正畸弓丝5被安置在钳ⅰ旋转主轴1-19中且已送至正畸弓丝机器人的工作区域内，钳ⅰ1的钳ⅰ锥形夹头1-4对于正畸弓丝5处于松开状态，钳ⅱ2对于正畸弓丝5处于夹紧状态，在弯制弓丝的过程中，需要将钳ⅰ1的钳ⅰ锥形夹头1-4调整为夹紧且旋转的状态，因此，首先控制钳ⅰ直线电机推杆1-11将推杆1-10推出，经过拨叉1-9、滑动挡圈1-12、弹簧1-8和挡圈1-7之间的力传递，使得钳ⅰ夹紧主动齿轮1-6与钳ⅰ夹紧被动齿轮1-5处于啮合状态，此时，启动钳ⅰ夹紧电机1-13使得钳ⅰ夹紧主动齿轮1-6逆时针旋转，与钳ⅰ夹紧主动齿轮1-6外啮合的钳ⅰ夹紧被动齿轮1-5顺时针旋转，使得与钳ⅰ夹紧被动齿轮1-5相固定的钳ⅰ锥形夹头1-4同样处于顺时针旋转状态，进而夹头外壳1-4-1与夹头主轴1-4-3之间的空间缩小，此时夹头夹芯1-4-2受到夹头外壳1-4-1的挤压，使得夹头夹芯1-4-2保持夹紧状态，以实现对正畸弓丝5的夹紧，为机器人绕弯弯制弓丝做准备，此时，启动钳ⅰ旋转电机1-16且按逆时针方向旋转，驱动钳ⅰ旋转主动齿轮1-3与相外啮合的钳ⅰ旋转被动齿轮1-14，使得钳ⅰ旋转主轴1-19按顺时针旋转，实现了正畸弓丝5在弯制过程中可绕自身旋转，因此，钳ⅰ夹紧电机1-13和钳ⅰ旋转电机1-16的启动，使得钳ⅰ1实现了对正畸弓丝5的旋转和夹紧，此时，根据不同弯制需求，对于钳ⅰ1的控制顺序有可能存在不同，当发生正畸弓丝弯制过程中干涉现象时，通过启动柱坐标系转台3中的转台电机3-1以驱动转台主动齿轮3-2和相外啮合的转台被动齿轮3-4，进而旋转转台3-3，可实现钳ⅰ1整体机构绕旋转中心旋转0°至360°，完成了对正畸弓丝5的灵活弯制，另外，如需要沿正畸弓丝5送丝方向的平移时，可启动钳ⅰ丝杠电机1-17，以驱动钳ⅰ丝杠1-2，完成钳ⅰ1整体机构沿正畸弓丝5方向的平移，因此，在基于手工弯制的弓丝弯制机器人完成弯制任务时，钳ⅰ1可实现对正畸弓丝5的旋转和夹紧，另外钳ⅰ1也可实现绕旋转中心旋转以及沿正畸弓丝5送丝方向的平移，提高了弯制的灵活性，在钳ⅰ1整体机构作用下，可实现正畸弓丝5的进给和位姿的调整；在弯制过程中，钳ⅱ2除了能够完成对正畸弓丝5的夹紧，还能通过启动钳ⅱ旋转电机2-12，驱动钳ⅱ旋转主动齿轮2-11与相外啮合的钳ⅱ旋转被动齿轮2-6，以实现钳ⅱ可动钳口2-1和钳ⅱ固定钳口2-2整体旋转，当发生正畸弓丝弯制过程中干涉现象时，设定钳ⅱ可动钳口2-1和钳ⅱ固定钳口2-2整体机构的旋转角度，避免了钳ⅰ1和钳ⅱ2发生碰撞，完成对正畸弓丝5上某一弯制点的弯制；因此，结合送丝任务中钳ⅱ2的执行方式，钳ⅱ2可实现沿正畸弓丝5垂直方向的移动以及对于正畸弓丝5的夹紧和松开，通过设定旋转角度可避免弓丝弯制过程中的干涉现象；

综上，所述的基于手工弯制的弓丝弯制机器人中的钳ⅰ1可实现正畸弓丝5的进给和位姿的调整，其中的钳ⅱ2可实现正畸弓丝5的夹紧，同时用于避免正畸弓丝弯制过程中干涉现象，在钳ⅰ1和钳ⅱ2相互配合下，钳ⅱ2通过钳ⅱ可动钳口2-1和钳ⅱ固定钳口2-2对正畸弓丝5的夹紧，再通过钳ⅰ1对正畸弓丝5位姿的调整，可使得正畸弓丝5绕钳ⅱ可动钳口2-1和钳ⅱ固定钳口2-2完成弯制，进而使弓丝成形。

一种基于手工弯制的弓丝弯制规划方法，本方法应用于一种基于手工弯制的弓丝弯制机器人；

一种基于手工弯制的弓丝弯制规划方法，所述方法的具体实现过程为：

步骤一、建立正畸弓丝弯制点直角坐标系：

在正畸弓丝弯制过程中，以弓丝第i个弯制点为原心oi，以第i个弯制点到第i+1个弯制点的弓丝直线段为x轴，以第i个点的弓丝弯制表面作为xioiyi面，根据第i-1个弯制点、第i个弯制点、第i+1个弯制点建立右手定则的正畸弓丝弯制点直角坐标系oixiyizi(i≥1)，第i-1个弯制点、第i个弯制点、第i+1个弯制点的坐标分别为(xi-1，yi-1，zi-1)、(xi，yi，zi)、(xi+1，yi+1，zi+1)，通过正畸弓丝弯制点直角坐标系的建立，能够对步骤二手工弯丝单元运动模型中的各参数进行参数化表达。

步骤二、建立手工弯丝单元运动模型：

根据手工弯制正畸弓丝的运动轨迹特征，以人手在每一个弯制点上的弯制动作为一个单元，建立手工弯丝单元运动模型pointai＝[l(i-1,i),αi,ri,λi]，在正畸弓丝弯制点直角坐标系oixiyizi下，pointai表示弯制点ai的坐标(xi，yi，zi)，ri代表需弯制圆弧的曲率半径αi表示弯制点ai处需弯制的角度l(i,i+1)表示第i个弯制点到第i+1个弯制点在正畸弓丝上的长度，对于第i个弯制点到第i+1个弯制点中间为直线段的正畸弓丝对于第i个弯制点到第i+1个弯制点中间为圆弧段的正畸弓丝λi表示正畸弓丝的弯制表面即选择在哪个表面进行弯制，当zi+1＝zi＝0时，pointai处的弯制表面为xoy，当yi+1＝yi＝0时，pointai处的弯制表面为xoz，当xi+1＝xi＝0时，pointai处的弯制表面为yoz，通过弯丝单元运动模型能够确定正畸弓丝各弯制点的弯制参数：需弯制圆弧的曲率半径、需弯制的角度、第i个弯制点到第i+1个弯制点在正畸弓丝上的长度、选择在哪个表面进行弯制，并对个弯制点的弯制参数在在正畸弓丝弯制点直角坐标系oixiyizi下进行参数化表达，为步骤三、步骤四将正畸弓丝弯制参数转化为机器人弯制动作参数进行准备。

步骤三、建立机器人弯制点极坐标系：

正畸弓丝弯制点直角坐标系下的弯制点(xi-1，yi-1，zi-1)、(xi，yi，zi)、(xi+1，yi+1，zi+1)需转化为机器人弯制点圆柱坐标系下的坐标，由基于手工弯制的弓丝弯制机器人实现正畸弓丝弯制，即以第i-1、i、i+1个弯制点构建弯制第i个弯制点的机器人弯制过程的正畸弓丝三维姿态的机器人弯制点圆柱坐标系oi-ρiθizi，以第i个弯制点为原点o，以第i个点到第i+1个弯制点的直线方向为θ＝0的位置，以第i-1,i,i+1个弯制点为确定弯制平面为极坐标系oiρiθi所在的平面；推导出正畸弓丝弯制点直角坐标系oixiyizi下的坐标转成机器人弯制点圆柱坐标系oi-ρiθizi下的坐标变换公式，如式1所示，实现两坐标系下相同弯制点坐标的转换。

通过机器人弯制点圆柱坐标系oi-ρiθizi的建立，能够实现正畸弓丝弯制点位置在机器人弯制点圆柱坐标系下的表达，利用坐标转换公式，可将正畸弓丝弯制点直角坐标系oixiyizi下的坐标转成机器人弯制点圆柱坐标系oi-ρiθizi下的坐标，为步骤四机器人弯制运动信息的获取及求解做准备。

步骤四、机器人弯丝运动信息集获取：

由于基于手工弯制的弓丝弯制机器人拥有两个末端弯制执行器即钳ⅰ和钳ⅱ，在弯制过程中钳ⅰ和钳ⅱ均可以分别实现开合和夹紧两种功能，因此两个末端弯制执行器不同夹紧和开合状态的组合，对弓丝的操作状态是不同的，因此，以机器人每步弯制动作作为一个单元，机器人弯丝运动单元参数模型中包含两个末端执行器4种组合状态，即钳ⅰ夹紧和钳ⅱ夹紧，实现弯制操作；钳ⅰ夹紧和钳ⅱ开合，钳ⅰ开合和钳ⅱ夹紧，实现夹紧点位置调整；钳ⅰ开合和钳ⅱ开合，实现机器人运动到初始位置。

在第i个弯制点机器人弯丝运动单元参数模型，如式2所示：

式中，bendδai的含义为：在第i个弯制点的弯制运动，机器人各个自由度的移动距离或转动的角度，以及实现弯制动作所旋转的角度。¹openi/¹closei表示钳ⅰ在第i个弯制点的开合或夹紧状态，δ¹βi表示第i个弯制点钳ⅰ绕z轴旋转的角度，δ¹li表示第i个弯制点钳ⅰ沿圆柱坐标系oi-ρiθizi下极轴ρ平移的距离，δ¹λi表示第i个弯制点丝旋转的角度，²open/²close表示第i个弯制点钳ⅱ的开合或夹紧状态，δ²βi表示第i个弯制点钳ⅱ绕z轴旋转的角度，δ²li表示钳ⅱ沿z轴平移的距离。

根据机器人弯制点圆柱坐标系oi-ρiθizi下正畸弓丝弯制点的弯丝运动信息推导出机器人弯丝运动信息，推导公式如式3所示。

式中，g(αi+1)表示弯制角度为αi+1时的回弹角度值，g(αi+1)可由经验值获得，h是钳ⅱ沿z轴方向移动的距离，由式3可以推导得出第i个弯制点处机器人弯丝运动单元参数模型bendδai，记录各弯制点处的机器人弯丝运动单元参数模型bendδai(i≥1)，得到机器人弯丝运动单元模型信息集robotδa，robotδa＝(bendδa0,bendδa1,...,bendδai)，robotδa即为机器人弯制方法的弯制顺序，基于手工弯制的弓丝弯制机器人可依据机器人弯制方法弯制顺序robotδa内的弯制参数运动，对正畸弓丝进行自动化弯制。

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