傳動，再將T型滑塊4平穩(wěn)放置在直線運動導(dǎo)軌3上。利用進給組件軸端擋板7、進給電機法蘭擋板8約束進給組件絲杠2軸向定位，調(diào)整前后同軸之后，用螺釘將其固定在燕尾槽底座I。
[0029]進給組件嚙合齒輪6和對應(yīng)的軸采用過盈配合方式連接，直流電機5的旋轉(zhuǎn)可以帶動進給組件嚙合齒輪6轉(zhuǎn)動，從而帶動進給組件絲杠2的旋轉(zhuǎn)，在螺旋傳動的作用下T型滑塊4可在直線運動導(dǎo)軌3上面滑動。旋轉(zhuǎn)組件中，旋轉(zhuǎn)組件直流電機9通過螺釘將其固定在電機法蘭10上，在將以上兩個部件用螺釘固定在力傳感器支撐件11上，其中，電機輸出軸上面為D型軸，與T型滑塊4上的D型孔過盈配合，該電機配有大減速比的減速器，能夠低速轉(zhuǎn)動輸出較大扭矩，從而帶動力傳感器支撐件11之上的部件。升降組件中直流電機5的旋轉(zhuǎn)可以帶動升降組件嚙合齒輪12轉(zhuǎn)動，從而帶動升降組件絲杠13的旋轉(zhuǎn)，在螺旋傳動的作用下升降組件滑塊14可在升降燕尾槽15光滑表面滑動，種植頭固定塊16與升降組件滑塊14螺紋固定，實現(xiàn)升降運動，與種植頭固定塊16連接的直流電機5用于產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)矩，通過螺旋傳動作用擠壓牙鉆加持塊21側(cè)面，從而將牙鉆組件固定在種植頭固定塊16上面。壓力傳感器組件中，直線導(dǎo)軌19的平行安裝，保證了力傳感器收到單一方向的壓力，通過預(yù)緊板18的預(yù)緊作用，使得力傳感器在初始階段具有固定的壓力讀數(shù)，在制備種植窩洞的過程中，鉆頭受到的軸向壓力傳導(dǎo)到力傳感器上面，經(jīng)過力傳感器采集盒23的高頻率采集，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C。視覺采集組件中視覺采集板20上面可以選擇粘貼紙質(zhì)打印標記圖案或直接在其上一次打印完成，該視覺采集板20在雙目視覺視野下，采集到標記圖案在三維空間的位姿，計算機能夠求解出鉆頭在三維空間的位姿，達到視覺伺服控制的作用。
[0030]本發(fā)明按照下述方式工作:該牙科種植三自由度操作頭機構(gòu)首先到達一個初始位置，該初始位置能夠滿足所述機構(gòu)經(jīng)一定運動到達術(shù)前規(guī)劃位置的要求。雙目視覺采集標記圖案的位姿信息，算出和術(shù)前規(guī)劃的位姿偏差，在計算機當中計算出進給方向、升降方向和旋轉(zhuǎn)的運動參數(shù)，同時，電機的編碼器將檢測到的直流電機5和旋轉(zhuǎn)組件直流電機9的位置和速度信號反饋到計算機，將給定信號和反饋信號通過閉環(huán)控制算法運算后，發(fā)給直流電機，電機帶動相應(yīng)傳動裝置，最后牙鉆鉆頭運動到術(shù)前規(guī)劃位置，接著升降運動單元組件單獨工作，按照指定的鉆孔深度，實現(xiàn)種植操作。
[0031]以上參照附圖對本發(fā)明的描述是示意性的，沒有限制性，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該能夠理解，在實際實施中，本發(fā)明中各構(gòu)件的形狀和布局方式均可能發(fā)生某些改變；而在本發(fā)明的啟示下，其他人員也可以做出與本發(fā)明相似的設(shè)計或?qū)Ρ景l(fā)明做出修改以及某個構(gòu)件的等同替換。特別需要指出的是，只要不脫離本發(fā)明的設(shè)計宗旨，所有顯而易見的改變以及具有等同替換的相似設(shè)計，均包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種牙科種植三自由度操作頭機構(gòu)，其特征在于: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；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； 所述的進給運動單元組件包括燕尾槽底座(I)、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￠)、進給組件軸端擋板(7)和進給電機法蘭擋板(8)，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)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)軌方向的平移運動型滑塊(4)為T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； 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)和力傳感器支撐件(11)，Τ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； 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)，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)是有刷直流電機； 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)，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當中進行處理； 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； 所述的牙鉆組件包括牙鉆夾持塊(21)和牙鉆(22)，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)為標準牙鉆，用于在病人牙床骨上制備種植窩洞。
【專利摘要】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；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。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，幫助醫(yī)生完成種植窩洞制備的操作。
【IPC分類】A61C8-02
【公開號】CN104739528
【申請?zhí)枴緾N201510145514
【發(fā)明人】李陽, 胡磊, 李長勝, 王利峰, 趙璐
【申請人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月30日