一種牙科種植三自由度操作頭機構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種牙科種植三自由度操作頭機構(gòu)，屬于外科醫(yī)療器械領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]口腔種植是目前修復(fù)牙缺失最有效的方法。口腔種植學(xué)的關(guān)鍵是如何在病人的牙槽突內(nèi)選擇合適的位置和角度植入一個種植體，該種植體與頒骨結(jié)合。近30年來，隨著計算機輔助種植系統(tǒng)(CAI)的發(fā)展，尤其是CT技術(shù)在口腔種植領(lǐng)域的應(yīng)用，解決了常規(guī)二維透視成像技術(shù)所固有的影像失真、重疊等問題，從三維立體圖像精確判斷全口牙床位置、牙槽骨深度、重要的神經(jīng)血管以及上頒竇位置，使得醫(yī)生在實際骨空間找出最佳的種植角度，避開危險區(qū)域。術(shù)前規(guī)劃和術(shù)中操作是完成手術(shù)的兩大步驟:利用CT掃描數(shù)據(jù)，ColumbiaScientific Inc.在1988年開發(fā)了 3D牙科軟件，隨后商業(yè)軟件SMPLANT投入使用。隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，快速成型(RP)技術(shù)將虛擬的醫(yī)學(xué)圖像和口腔的實際環(huán)境結(jié)合起來，幫助醫(yī)生準(zhǔn)確地在預(yù)先規(guī)劃好的路徑上面完成手術(shù)操作。RP技術(shù)與計算機輔助規(guī)劃結(jié)合的的方法提供了術(shù)前的精確方案設(shè)計，開環(huán)地為術(shù)中準(zhǔn)備種植方案，但是沒有形成閉環(huán)。IGI (Image-guided navigat1nal implantology)引入視覺傳感器，幫助醫(yī)生實時獲取手術(shù)信息，準(zhǔn)確把握種植的距離和角度誤差。但是醫(yī)生在狹小空間操作牙鉆很不方便，尤其對于需要種植后牙的情況。并且，手術(shù)醫(yī)生的水平參差不齊，如果操作稍有不當(dāng)，會影響病人的健康，影響長期的美觀效果。目前的研宄成果存在不夠智能、可操作性不強等問題。
[0003]隨著機器人輔助外科系統(tǒng)的發(fā)展，利用機器人的高精準(zhǔn)度和可重復(fù)性操作的特點，發(fā)明了一種牙科種植三自由度操作頭機構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提出了一種三自由度串聯(lián)種植操作頭機構(gòu)，幫助醫(yī)生完成種植窩洞制備的操作。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0006]一種牙科種植三自由度操作頭機構(gòu)，它包括進給運動單元組件、旋轉(zhuǎn)運動單元組件、升降運動單元組件、壓力傳感器采集單元組件、視覺位置采集單元組件和牙鉆組件共6個組件組成。它們之間的位置連接關(guān)系是:進給運動單元組件位于整個操作頭機構(gòu)的最下部，旋轉(zhuǎn)運動單元組件通過力傳感器支撐件11與進給運動單元組件軸連接，壓力傳感器采集單元組件通過預(yù)緊板18上面的直線導(dǎo)軌19連接，升降運動單元組件通過預(yù)緊板18上的通孔進行螺紋連接，整個升降運動單元位置偏上，視覺位置采集單元組件通過螺紋與升降運動單元組件連接，牙鉆組件通過升降運動單元組件上的種植頭固定塊16連接。
[0007]所述的進給運動單元組件包括燕尾槽底座1、進給組件絲杠2、直線運動導(dǎo)軌3、T型滑塊4、直流電機5、進給組件嚙合齒輪6、進給組件軸端擋板7和進給電機法蘭擋板8，其間關(guān)系是:燕尾槽底座I與進給組件軸端擋板7和進給電機法蘭擋板8通過螺紋連接；進給組件絲杠2與T型滑塊4組成絲杠傳動，直流電機5通電轉(zhuǎn)動，通過進給組件嚙合齒輪6帶動絲杠轉(zhuǎn)動，T型滑塊4和直線運動導(dǎo)軌3組成導(dǎo)軌-滑塊連接。該燕尾槽底座I為矩形塊狀結(jié)構(gòu)件，用于固定進給組件絲杠2、安裝直線運動導(dǎo)軌3和支撐整個操作頭；該進給組件絲杠2是一種市購普通絲杠，用于和T型滑塊4下部的螺母配合傳遞直線運動；該直線運動導(dǎo)軌3是兩根平行安裝的市購普通導(dǎo)軌，用于約束T型滑塊4只產(chǎn)生沿導(dǎo)軌方向的平移運動，該T型滑塊4為T字型結(jié)構(gòu)件，用于帶動其以上部分沿直線運動導(dǎo)軌3方向運動，并且與力傳感器支撐件11組成轉(zhuǎn)動連接；該直流電機5是市購有刷直流電機，帶有減速器以及編碼器，用于為進給組件嚙合齒輪6轉(zhuǎn)動提供扭矩；該進給組件嚙合齒輪6為傳動比為1:1的直齒輪對，用于傳遞扭矩；該進給組件軸端擋板7是打有通孔的板狀結(jié)構(gòu)件，用于對進給組件絲杠2軸端固定；該進給電機法蘭擋板8是打有通孔的板狀結(jié)構(gòu)件，用于對直流電機5的固定和進給組件絲杠2的軸端固定。
[0008]所述的旋轉(zhuǎn)運動單元組件包括T型滑塊4、旋轉(zhuǎn)組件直流電機9、電機法蘭10、力傳感器支撐件11，其間的關(guān)系是T型滑塊4與力傳感器支撐件11通過轉(zhuǎn)軸連接，電機法蘭10將旋轉(zhuǎn)組件直流電機9固定在力傳感器支撐件11。該旋轉(zhuǎn)組件直流電機9為市購有刷直流電機，帶有高減速比的減速器以及編碼器，用于為力傳感器支撐件11的轉(zhuǎn)動提供扭矩；該電機法蘭10是打有通孔的板狀結(jié)構(gòu)件，用于固定直流電機9 ;該力傳感器支撐件11是L型的結(jié)構(gòu)件，用于安裝力傳感器以及產(chǎn)生轉(zhuǎn)動；該T型滑塊4是T型狀結(jié)構(gòu)件，一端與力傳感器支撐件11固接，另一端與進給運動單元組件連接。
[0009]所述的升降運動單元組件包括直流電機5、升降組件嚙合齒輪12、升降組件絲杠13、升降組件滑塊14、升降燕尾槽15和種植頭固定塊16，其間的關(guān)系是:升降燕尾槽15與力傳感器支撐件11通過升降組件滑塊14連接，升降組件絲杠13和升降組件滑塊14組成絲杠傳動；該升降組件嚙合齒輪12為傳動比為1:1的直齒輪對，較進給組件嚙合齒輪6相比直徑偏小，用于傳遞扭矩；該升降組件絲杠13是一種市購普通絲杠，用于和升降組件滑塊14配合傳遞運動；該升降組件滑塊14是燕尾型普通滑塊，用于與升降組件絲杠13配合傳遞運動以及連接力傳感器支撐件11 ;該升降燕尾槽15為長條形空心立方體結(jié)構(gòu)件，用于安裝升降組件絲杠13以及為升降組件滑塊14提供移動平臺；該力傳感器支撐件11為一端燕尾型一端凹型的塊狀結(jié)構(gòu)件，用于連接牙鉆加持塊21 ;該直流電機5是市購有刷直流電機。
[0010]所述的壓力傳感器采集單元組件包括力傳感器支撐件11、力傳感器17、預(yù)緊板18、直線導(dǎo)軌19和力傳感器采集盒23，其間的關(guān)系是:力傳感器17螺紋固定在力傳感器支撐件11上，預(yù)緊板18與力傳感器支撐件11通過兩根平行的直線導(dǎo)軌連接，安裝過程中力傳感器受到預(yù)定的正壓力，用于提前施加一定的正壓力，方便操作過程中測量正負方向的力；該直線導(dǎo)軌19是一種市購的普通導(dǎo)軌，平行安裝，用于約束力傳感器支撐件11，限制力傳感器受力的方向；該預(yù)緊板18是L狀結(jié)構(gòu)件；該力傳感器采集盒23是盒狀件，它能夠以較高頻率采集壓力傳感器受到的壓力，并且通過它能夠?qū)崟r傳輸?shù)接嬎銠C當(dāng)中進行處理。
[0011]所述的視覺位置采集單元組件包括視覺采集板20，其通過螺紋連接在升降運動單元組件中的種植頭固定塊16上，用來在其上制作雙目相機可以識別的標(biāo)記圖案，經(jīng)過處理能夠獲取到牙鉆末端鉆頭的位姿，該位姿信息作為反饋信息調(diào)節(jié)鉆頭位姿。該視覺采集板20是T型狀結(jié)構(gòu)件。
[0012]所述的牙鉆組件包括牙鉆夾持塊21，牙鉆22，其間的關(guān)系是牙鉆夾持塊21依靠摩擦力緊固牙鉆22，該牙鉆夾持塊21為一側(cè)燕尾型的方形結(jié)構(gòu)件，另一側(cè)輪廓曲面和牙鉆之間部位吻合，用于夾持住牙鉆，該牙鉆22為市購標(biāo)準(zhǔn)牙鉆，用于在病人牙床骨上制備種植窩洞。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0014]1.該機構(gòu)代替醫(yī)生徒手進行種植窩洞的制備，大大降低了醫(yī)生的勞動強度；
[0015]2.該機構(gòu)的剛度大，負載能力大大超過種植力，工作空間合理并且結(jié)構(gòu)本體緊湊，通過精密的電機控制策略，可以完成高精度的操作；
[0016]3.通過視覺反饋和力覺反饋，有效地保障了手術(shù)的準(zhǔn)確性和安全性，快速地提高了牙科種植操作的穩(wěn)定性和安全性。
【附圖說明】
[0017]圖1為牙科種植三自由度操作頭機構(gòu)整體圖
[0018]圖2為進給運動單元組件
[0019]圖3為旋轉(zhuǎn)運動單元組件
[0020]圖4為升降運動單元組件
[0021 ] 圖5為壓力傳感器采集單元組件
[0022]圖6為視覺位置采集單元組件
[0023]圖7為牙鉆組件
[0024]圖8為力傳感器采集盒
[0025]圖中，1、燕尾槽底座，2、進給組件絲杠，3、直線運動導(dǎo)軌，4、T型滑塊，5、直流電機，6、進給組件嚙合齒輪，7、進給組件軸端擋板，8、進給電機法蘭擋板，9、旋轉(zhuǎn)組件直流電機，10、電機法蘭，11、力傳感器支撐件，12、升降組件嚙合齒輪，13、升降組件絲杠，14、升降組件滑塊，15、升降燕尾槽，16、種植頭固定塊，17、力傳感器，18、預(yù)緊板，19、直線導(dǎo)軌，20、視覺采集板，21、牙鉆加持塊，22、牙鉆，23、力傳感器采集盒。
【具體實施方式】
[0026]見圖1-8，下面結(jié)合附圖，對發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的說明。
[0027]本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)如圖1至圖7所示。
[0028]—種牙科種植三自由度操作頭機構(gòu)由進給運動單元組件、旋轉(zhuǎn)運動單元組件、升降運動單元組件、壓力傳感器采集單元組件、視覺位置采集單元組件和牙鉆組件組成。燕尾槽底座I中間部位放置進給組件絲杠2，T型滑塊4和進給組件絲杠2完成螺紋連接，組成螺旋