[发明专利]一种正畸弓丝弯制机器人及弯丝运动映射模型建立方法

说明书

一种正畸弓丝弯制机器人及弯丝运动映射模型建立方法，它涉及正畸弓丝弯制技术领域。本发明通过分析和总结人手弯丝运动和机器人弯丝运动的共有特点即正畸弓丝的弯制都是由若干个弯制运动单元组成，机器人末端的执行器与人手操控的正畸钳具有相同的运动轨迹来实现弯制操作，建立弯丝运动映射模型。通过模型的建立，为仿人手正畸弓丝弯制机器人结构的设计提供指导，对正畸弓丝的数字化弯制具有重要意义。

技术领域：

本发明专利涉及一种正畸弓丝弯制机器人及弯丝运动映射模型建立方法，属于正畸弓丝弯制技术领域。

背景技术：

正畸弓丝在牙齿矫正方面有着广泛的应用，而目前正畸弓丝的弯制主要以正畸医师手工弯制为主，因为人的灵活性好，医生通过两手的配合可以顺利完成各种复杂的弯制运动。

近些年来，机器人技术在正畸治疗方面的应用越来越多，为了能让机器人像人手一样灵活弯制各种正畸弓丝，需要分析人手弯制正畸弓丝的运动将人手弯丝轨迹特征用模型表示，并且分析和建立机器人弯丝的模型，将人手弯丝和机器人弯丝之间建立运动映射模型，有助于机器人按照人手弯制正畸弓丝的过程完成正畸弓丝的弯制，方便后续对正畸弓丝弯制机器人的控制。

发明专利内容

针对上述问题，本发明提出一种正畸弓丝弯制机器人及弯丝运动映射模型建立方法，本发明为解决上述问题所采取的方案为：

一种弯丝运动映射模型建立方法，本方法应用于一种正畸弓丝弯制机器人；

一种弯丝运动映射模型建立方法，所述方法的具体实现过程为：

步骤一、建立人手弯丝的轨迹特征模型坐标系：

在正畸弓丝坐标系O_iX_iY_iZ_i的X_iO_iY_i平面内，以离散的几何单元在二维平面内，建立弯制过程中正畸弓丝的数学模型。将正畸弓丝看成若干个直线段、圆弧段的几何单元的排列组合，直线段、圆弧段的表达式分别为L₁、L₂、…和M₁、M₂、…，则弯制过程中正畸弓丝未成形部分的弯制后形态的表达式为f＝f{L₁，L₂，M₁，...}，函数f{L₁，L₂，M₁，...}表示L₁、M₁、L₂等几何单元的首尾顺次连接，在进行坐标变换计算时需要将f转换成坐标点矩阵的形式。因此，在几何单元的数字化表达上也采用坐标点的形式，直线段L_i的长度表达用两个端点坐标表示L_i＝(x_i+1-x_i，y_i+1-y_i，z_i+1-z_i)，圆弧段的表达是利用微分的原理将连续的圆弧曲线转化成离散的有限若干点的形式，由此得出在第i+1个弯制点处的人手弯丝运动轨迹特征模型的坐标矩阵[F_i+1]为：

式中，M_i+1为将弓丝圆弧段以t＝n·Δt(0＜t＜θ_i+1)分成n个点(t表示局部圆弧段，Δt表示圆弧上被划分的每个小圆弧段)，n个点的坐标矩阵为[M_i+1]；

步骤二、建立机器人弯丝的轨迹特征模型的坐标系：