义齿饰面瓷涂覆机器人的制作方法

本实用新型涉及一种义齿饰面瓷的涂覆机器人。

背景技术：

目前，金属烤瓷义齿或双层全瓷义齿的制备过程为：首先采用浇铸法或机械加工法制作金属或陶瓷材质的底冠，然后在底冠上涂覆饰面瓷并烧结成型。而饰面瓷涂覆主要由工人手工完成，手工涂覆不仅效率低，且其涂覆质量很大程度上会受到人为因素的影响，从而影响义齿整体的强度、断裂韧度等，导致其质量不稳定，次品率比较高，使用寿命降低，给部分患者造成更大的痛苦。

技术实现要素：

有鉴于目前义齿饰面瓷制作过程中自动化程度偏低而造成质量不稳定的缺陷，本实用新型提出一种义齿饰面瓷涂覆机器人，以实现义齿饰面瓷的自动涂覆，从而提高义齿饰面瓷涂覆的质量稳定性。

依据本实用新型的实施例，提供一种义齿饰面瓷涂覆机器人，包括：

机体，为立式结构；

工作台，设置在机体下部；

义齿夹具，设置在工作台上；

多自由度机械臂，该多自由度机械臂的座端安装在机体上部；

激光扫描器和涂覆喷头，并列安装在多自由度机械臂的末端。

上述义齿饰面瓷涂覆机器人，可选地，所述工作台至少具有一个自由度，且不多于两个自由度。

可选地，所述工作台的自由度为转动自由度；

相应地，所述工作台包括：

外平台，通过第一转轴总成安装在机体上，而具有第一转动自由度，第一转轴总成的轴线在水平面内；

内平台，通过第二转轴总成安装在外平台上，而具有第二转动自由度，第二转轴总成的轴线与第一转轴总成的轴线正交；

相应地，义齿夹具安装在内平台上。

可选地，所述多自由度机械臂为混联式多自由度机械臂，且该混联式多自由度机械臂配置为：

静平台，构成所述座端，且该静平台的上表面平置在机体上；

并联单元，配有多个，并均置在静平台的下表面边缘；

动平台，构成所述末端，而联集并联单元的尾端；

其中，并联单元含有一个关节而形成并联单元内的并联臂的串联。

可选地，通过所述关节串联的并联臂中位于上面的并联臂短于位于下面的并联臂。

可选地，位于下面的并联臂为一对，而形成二级并联结构。

可选地，所述涂覆喷头包括：

壳体，提供容腔，以容置涂料；

涂覆压力部件，位于所述壳体内，并作用于所述容腔，提供出料压力；

喷嘴，连接于所述容腔。

可选地，所述壳体为圆柱形壳体，且该壳体包括通过管螺纹连接的上壳体和下壳体；

在壳体内设有一以壳体为缸体的活塞，以及驱动活塞的动力装置，该活塞与下壳体间用于确定出所述容腔。

可选地，所述活塞为空心结构，而具有内置腔，且该活塞的下壁设有过孔；

提供一搅拌器，该搅拌器的搅拌桨叶位于容腔内，动力部分位于内置腔内，搅拌轴则与过孔回转密封配合而用于连接动力部分与搅拌桨叶。

可选地，容腔的下端为锥形腔部；

相应地，活塞提供与所述锥形腔部适配的锥形头；

搅拌桨叶配置为下端具有锥面且上表面为平面的螺旋桨，该螺旋桨的中心通过弹簧连接在搅拌轴的下端。

依据本实用新型的实施例，借鉴3D打印技术，提供激光扫描器对义齿待喷涂面进行扫描，确定饰面瓷待涂覆结构后通过多自由度机械臂驱动涂覆喷头完成涂覆，由于喷涂全程由设备自动完成，减少了人为因素对喷涂质量的影响，从而使得义齿饰面层的制作质量稳定性比较好。

附图说明

图1为一实施例中一种义齿饰面瓷涂覆机器人主视结构示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为一种涂覆喷头活塞复位结构示意图（因图相对较小，为了不影响结构表达，没有绘制剖面线）。

图4为相应于图3的活塞下行到止点的结构示意图。

图中：1.并联机构，2.涂覆喷头，3.激光扫描器，4.义齿夹具，5.翻转平台，6.机体。

11.静平台，12.步进电机，13.机械臂，14.动平台。

131.并联臂，132.关节，133.并联臂，134.连接杆。

21.步进电机，22.丝母丝杠机构，23.内壳体，24.连接杆，25，步进电机，26.搅拌总成，27.壳体。

221.丝杠，222.螺母座。

261.搅拌轴，262.拉伸弹簧，263.螺旋桨。

271.上壳体，272.下壳体。

51.外平台，52.内平台。

具体实施方式

需要说明的是，3D打印技术已经产业化，其所打印对象的模型一般通过两种途径获得，一种是设计人员设计的产品结构，即为模型，基于产品结构，调用3D打印的驱动程序生成进行打印。另一种是现场扫描，基于扫描所产生的产品结构进行建模，生成模型，调用驱动程序完成打印。

本实用新型中义齿饰面瓷涂覆机器人是3D打印技术的第二种使用，即先通过激光扫描器进行进行义齿待涂覆表面的扫描，生成产品结构，在基于产品结构调用打印驱动程序，基于建模进行打印。

3D打印技术已经比较成熟，关于其如何建模，简而言之，就是产生产品结构，这在机械加工技术中早已经产生，例如上世纪八九十年代，采用Pro-E绘图，绘图过程就可以理解为建模过程，绘图员只需要调用相关的指令绘图即可，其他都是黑盒。产品结构出现后，可以自动生成加工程序，由数控机床完成加工，这与3D打印技术的第一种建模方式比较类似。3D打印技术与较早的机加工的区别仅在于一个是通过切削生成产品轮廓，另一个是通过逐层喷涂生成产品轮廓。

可以理解的是，提供给3D打印的扫描仪是3D扫描仪，例如EinScan-S3D扫描仪，可以进行结构复杂物件的3D扫描。

关于3D打印和3D扫描技术都已经是比较成熟的技术，相对于人工涂覆，或许会把开发的重点落在3D打印的精度上，实际上3D打印精度已经比较高，所形成的表面比较光洁。

关于本实用新型，是对具体机械结构所提出的改进，而不涉及如前所述的3D打印和3D扫描技术的改进，而只是对这两项技术的直接应用。

首先参见说明书附图1所示的一种义齿饰面瓷涂覆机器人，该机器人整体上是立式结构，立式结构是与卧式结构并列的一种结构，立式结构多用于工件相对固定的工件的加工，卧式结构多用于待加工部分是回转体的工件的加工。

相对而言，义齿饰面瓷主要在义齿的齿冠部分，齿根部可以被图中所示义齿夹具4的装夹，比较适合于立式结构。

相应地，义齿饰面瓷涂覆机器人的机体6应是立式结构，图中机体6具有座部，座部可以是移动式底盘结构，也可以静态的座部。

立式结构表现为在座部上需要有向上延伸的部分，如图1中的左半部分，向上延伸的部分再向一侧悬伸构成安装部，如图1的上部，这是此类机床的一般结构，在此不再赘述。

涂覆机器人的工作台一般构造在机体6的座部上，或者安装在基体6的座部上，如图1中所示的翻转平台5，相应地，此类工作台通常在下，并提供一个相对水平的工作台面。

相对而言，如图1和图2中所示的工作台是翻转平台5，翻转平台5的状态不限于固定的水平面，而是通过两个正交的转轴安装在底座上，可以进行姿态的调整。

可以理解的是，实用新型的实施例并不限于采用前段所提及的翻转平台5，也可以采用水平工作台，并且在3D打印领域，打印对象所在的工作台面普遍是水平工作台。

提供一义齿夹具4，将该义齿夹具4安装在所述工作台上，关于义齿夹具4也属于比较成熟的技术，在于即便是手工涂覆，也需要对义齿进行可靠的装夹，需要专门的工装，即夹具。

相对而言，3D打印基本上是直接生成相应的轮廓，而对于义齿，则具有基体，要在基体上生长饰面瓷，对于3D打印机的喷涂头，通常只需要水平面内的两个自由度，即正交的两个移动自由度。对于需要在非平面基体上制作出饰面瓷层，则还需要第三个自由度，以对义齿的侧面进行涂覆。

因此，图1中的机械臂13为多自由度机械臂，机械臂13的自由度采用两种方式确定，如果工作台为水平的固定的工作台，则机械臂13的自由度数不少于3个，如果工作台为如图1和2所示的翻转平台5，则机械臂13的自由度数不少于两个。

机械臂13的座端安装在机体6的上部，即图1中机体6上部向右悬伸的部分。

进而，提供一台激光扫描器3和涂覆喷头2，其中激光扫描器3用于扫描义齿待涂覆部分的轮廓，而涂覆喷头2则用于喷涂饰面瓷涂料。

图1中可见，激光扫描器3和涂覆喷头2都需要具有相对复杂的运动路径，因此，两者都需要安装在机械臂13的末端，通过机械臂13的驱动，而使末端具有位姿调整，而能够满足义齿的扫描和饰面瓷的涂覆。

在图1中，激光扫描器3和涂覆喷头2并列安装在多自由度机械臂的末端。

在图1中，动平台14基于连接杆133可以具有一个绕连接杆133旋转的自由度，可以用于调换激光扫描器3和涂覆喷头2的位置，以确定当前工作的部件，激光扫描器3工作状态时，激光扫描器3位于义齿侧，涂覆喷头2位于远离义齿侧，当涂覆喷头2处于工作状态时，旋转动平台14一百八十度，使激光扫描器3位于义齿侧，涂覆喷头2位于远离义齿侧。

一般而言，只要自由度数足够，单纯使用多自由度的机械臂13就可以完成义齿的扫描和涂覆，但机械臂13的自由度数越多，设计制造难度就越高，尤其是多自由度机械臂的程控会过于复杂。有鉴于此，在本实用新型的实施例中，采用将自由度数配置给不同的部件，从而减少单个部件的自由度数，而减轻机械臂13的负担。

具体地，相对于例如3D打印的水平的工作台，所述工作台采用可以翻转的工作台，从而可以让义齿的侧面向上或者与水平面成一定角度，从而满足扫描和涂覆的顺利进行。

相对而言，配置给工作台的一个或者两个自由度，并不会显著的增加工作台的设计难度，并且在图2中，所提供的翻转工作台5仅由转轴提供，工作参数易于设定，并且即便是配置两个转轴，也不同于机械臂的自由度，其两个自由度完全可以在平台面上设计。

由于机械臂13的自由度数相对较少，从而累积误差相对较小，涂覆程序也相对简单。

可以理解的是，由于传统的3D打印主要是平面打印，换言之，工作台平移的自由度并没有意义，因此，加以配合的，工作台需要有转动的自由度，具体地，参见说明书附图2，所述工作台包括：

外平台51，通过第一转轴总成安装在机体6上，而具有第一转动自由度，第一转轴总成的轴线在水平面内。

所谓第一转轴总成，其包括转轴部分和支撑转轴的轴承座部分，以及驱动转轴的驱动部分，相对而言，对于例如3D打印等设备，其用于驱动例如喷涂头的电机通常是步进电机或者伺服电机，以获得所需的驱动精度，转轴的驱动部分也采用伺服电机或者步进电机。

进而配置内平台52，该内平台通过第二转轴总成安装在外平台51上，而具有第二转动自由度，第二转轴总成的轴线与第一转轴总成的轴线正交。

相对而言，内平台52和外平台51大体构建成一个万向节结构，从而具有多角度调整能力。

相应地，义齿夹具4安装在内平台52上。

对于机械臂，应用较多的是基于串联结构的机械臂，这类机械臂如果长度比较长，则其每个小臂的刚度要求会比较高，尤其是座端部分，否则会影响其精度，有鉴于此，所述多自由度机械臂为混联式多自由度机械臂。

所谓混联，是指机械臂13延伸出的臂含有并联部分和串联部分，其中的并联部分用于提高机械臂13的整体刚度，串联部分则用于提供机械臂13的最大延伸范围。

混联机械臂是近些年出现的机械臂，图1中所示的并联机构1，可参见如中国专利文献CN104644267B所公开的混联五自由度微创外科手术机械臂，中国专利文献CN105835086A所公开的混联式6自由度力反馈机械臂，中国专利文献CN107081760A公开的基于平动并联机构的六自由度机械臂且该混联式多自由度机械臂等均属于混联式机械臂，其在靠近左端的臂部普遍采用并联结构，可以大幅提高机械臂的自身刚度，从而使机械臂的控制精度更高。

在图1所示的结构中，机械臂13配置为：

静平台11，在图中位于机械臂13的上端，机械臂13整体上是一种下垂状态，静平台11构成机械臂13的座端。

作为混联机械臂，机械臂13也应配有并联单元，显然是有多个，如图1中所示的3个，将这三个并联单元均置在静平台11的下表面边缘。

相应地，并联的终点是图1中所示的动平台14，其构成机械臂13的末端，机械臂13的末端是机械臂位姿的控制对象，基于并联，而需要联集并联单元的尾端。

其中，并联单元含有一个关节132而形成并联单元内的并联臂131与并联臂132的串联。

图1中，通过所述关节132串联的两个并联臂，位于上面的并联臂131短于位于下面的并联臂133，藉此可以有效的减小空间占用。

进一步地，位于下面的并联臂133为一对，而形成二级并联结构。

关于义齿饰面瓷涂覆机器人，其再一个重点是其涂覆喷头结构，该涂覆喷头结构的一些实施例可参见说明书附图3和4，从图中可见，其至少应当包括用于容纳饰面瓷粉涂料的容腔，并且该容腔 一方面可以通过容积变化而将相应涂料挤出，也可以采用例如气动方式，将涂料压出。

在图3所示的结构中，主结构是一个外壳体27，其提供所述容腔，以容置涂料，该涂料即有饰面瓷粉混合给定的液体而成。

如前所述，需要动力将涂料喷出或者压出，因此需要提供涂覆压力部件，将其设置在所述外壳体27内，并作用于所述容腔，提供出料压力。

相应地，涂料需要通过喷嘴喷出，因此喷嘴与容腔需要连通。

在图3所示的结构中，外壳体27为圆柱形壳体，且该壳体包括通过管螺纹连接的上外壳体271和下外壳体272，两者装配后形成一个柱形腔体，用于通过自体构建一个缸体结构，以简化整体结构。

进而，在外壳体27内设有一以外壳体27为缸体的活塞，如图3中所示的内壳体23，内壳体23具有外柱面，该外柱面与外壳体27的内柱面配合，从而导引于外壳体27。

活塞需要动力装置，动力装置采用机械动力，易于控制其行程。

在图3所示的结构中，采用精度非常高的丝母丝杠机构22作为驱动图中内壳体23的动力装置。在外壳体27内腔上部设有一隔板，该隔板作为支架用于安装原动件，如图3中所示的步进电机21，该步进电机21输出连接丝杠221，而在内壳体23上装有螺母座222，该螺母座222与丝杠221构成丝母丝杠机构22。

进而活塞与下外壳体272之间即确定出所述容腔。

另外，关于内壳体23，并不必然是完全封闭的壳体，在于，其构成活塞，基本技术条件是其至少包含能够封接外壳体27的部分即可，因此，内壳体23的上端可以开放，仅提供用于安装螺母座222的支架即可。

在图3所示的结构中，构成所述活塞的内壳体23为空心结构，而具有内置腔，内壳体23的下壁设有过孔。

提供一搅拌器，该搅拌器的搅拌桨叶位于容腔内，如图3中所示的螺旋桨263，动力部分位于内置腔内，如图3中所示的步进电机25。进而，提供一根搅拌轴261，改搅拌轴261则与过孔回转密封配合而用于连接动力部分与搅拌桨叶。

藉此条件，涂料的制备可以在容腔内完成，而减少暴露的时间，延长涂料的可操作时间。

需要说明的是，搅拌器与内壳体23间不能固定连接，而需要安装在外壳体27上，在图3所示的结构中，步进电机25通过连接杆24安装在隔板上，从而在内壳体23上下运动时，不会干涉内壳体23，以及涂料的喷出。

参见说明书附图3，图中，容腔的下端为锥形腔部，在搅拌完毕后，利于涂料的上料。

相应地，内壳体23提供与所述锥形腔部适配的锥形头，利于涂料被充分的压出。

在图3所示的结构中，搅拌桨叶配置为下端具有锥面且上表面为平面的螺旋桨263，该螺旋桨263的中心通过弹簧，如图3中所示的拉伸弹簧262连接在搅拌轴261的下端。

该种结构，受搅拌轴261转动所产生离心力的影响，拉伸弹簧262失稳，而使螺旋桨263与搅拌轴261不再同轴，而形成比较强的搅拌功能，当搅拌轴261停止转动，离心力消失，螺旋桨263又回到图3中所示的位置。

螺旋桨263的锥面与锥形腔部出口（连通喷嘴的口）处锥度相同，利于将涂料充分压出，具体可见于附图4。

基于前述的义齿饰面瓷涂覆机器人的涂覆方法是：

1）将义齿底冠固定于义齿夹具4上。

2）步进电机12电机驱动机械臂13运动，并联机构1带动激光扫描器3在xy平面（水平面）内按照S型路线扫描义齿底冠，同时翻转平台5绕x、y轴周期性翻转，使激光扫描器3从各个角度对义齿形状进行全覆盖扫描，采集形状轮廓表面大量点云的坐标数据，并将数据传到控制器。

3）控制器接收到点坐标数据后，将激光扫描器3坐标变换为涂覆喷头2出口处的坐标，从而得到涂覆喷头2的运动坐标轨迹，此轨迹使涂覆喷头2沿y方向行走一遍之后，沿x方向进给1mm，同时调整z方向（竖直方向）高度使得喷头出口与义齿底冠表面的距离始终保持在2mm，且通过调整翻转平台5的翻转角度使涂覆喷头垂直于y方向相邻两个点连线，即涂覆时保持涂覆喷头与义齿底冠表面垂直。

4）将涂覆喷头2的下壳体272拆下，放入瓷粉与给定的专用液，然后将下壳体272与上壳体271连接紧固。

5）步进电机25启动，对瓷粉与专用液进行搅拌，待混合均匀成粉浆之后，步进电机25停止。

6）步进电机21工作，带动内壳体23向下运动并挤压粉浆使之从下方的挤出口缓慢挤出。同时，并联机构1与翻转平台5按照给定的轨迹进行联动，将粉浆涂覆于义齿底冠表面。

7）当涂覆喷头2的内壳体23运动至图4所示位置时，拉伸弹簧262开始受力压缩，此时内壳体23继续向下运动，将残余粉浆挤出。