一种球形正畸弓丝弯制机器人及使用方法技术

本发明专利技术公开了一种球形正畸弓丝弯制机器人及使用方法，涉及正畸弓丝弯制领域，它包括底座支架、送丝机构、角度调整机构、弓丝夹紧机构以及弯丝机械臂，底座支架主要是起支撑作用，送丝机构将弓丝连续的送入到角度调整机构，角度调整机构将送丝机构送来的弓丝进行位置和姿态的调整，从而避免在弓丝弯制中自身的干涉，弓丝夹紧机构将弓丝固定夹紧，弯丝机械臂是整个机器人的主体部分，弯丝机械臂采用球坐标系，运动灵活，避免干涉，本发明专利技术可以实现对于弓丝弯制的多功能曲的弯制，包括第一序列曲和第二序列曲，并且实现了在一根弓丝上弯制多个曲，实现了整根弓丝的弯制，采用球坐标系与并联机构的组合，既保证了弯制的灵活性，也保证了机器人的刚度。

A spherical orthodontic bowwire bending robot and its application

The invention discloses a spherical orthodontic bow wire bending robot and its application method, which relates to the field of orthodontic bow wire bending. It includes a base bracket, a wire feeding mechanism, an angle adjusting mechanism, a bow wire clamping mechanism and a wire bending manipulator. The base bracket mainly plays a supporting role. The wire feeding mechanism continuously feeds the bow wire into an angle adjusting mechanism, and the angle adjusting mechanism delivers the wire feeding mechanism. The bending mechanism fixes and clamps the bow wire. The bending manipulator is the main part of the whole robot. The bending manipulator uses spherical coordinate system to move flexibly and avoid interference. The present invention can realize multi-functional bending of the bow wire, including the first sequence bending and the second sequence bending. The bending of the whole bow wire is realized. The combination of spherical coordinate system and parallel mechanism ensures the flexibility of bending and the rigidity of the robot.

【技术实现步骤摘要】
一种球形正畸弓丝弯制机器人及使用方法
本专利技术属于口腔正畸治疗设备领域，特别是一种涉及一种球形正畸弓丝弯制机器人及使用方法。
技术介绍
错颌畸形是一种牙齿排列不齐、上下牙弓间的牙颌关系异常、颌骨大小形态位置异常等症状的口腔疾病，严重危害人类的身心健康。佩戴矫正弓丝是错颌畸形最为常见和有效的治疗方法。弯制成形的正畸弓丝通过对粘结在牙齿上的托槽施加正畸力，使牙齿移动达到矫正的作用，其中正畸弓丝精准的弯制成形是矫正治疗的关键。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。因此，设计一种用于正畸弓丝弯制的机器人是很有必要的。对于正畸弓丝弯制机器人已有部分公开的专利，但目前设计的装置仍然存在着尚未解决的问题。例如，专利技术专利授权公告号为CN103892929B以及技术专利授权公告号为CN203898469U所述的口腔正畸弓丝弯制机器人均采用直角坐标式运动方式，主要是以直角坐标三个方向的移动为基础，增加部分自由度补充完成相应的弯丝操作，进而完成整个正畸弓丝弯制机器人运动方案的设计，但在实际弯制过程中，由于已成形部分具有一定的空间结构，使得送丝旋转过程中会占据较大的空间范围，使得正畸弓丝弯制机器人容易发生干涉现象，阻碍弯制过程，另外，上述两种直角坐标式正畸弓丝弯制机器人的所采用的弯曲模具无法夹紧正畸弓丝，因此，正畸弓丝弯制机器人在弯曲过程中，使得弯曲模具夹头处与正畸弓丝之间存在弯制间隙，弯制间隙会导致正畸弓丝变形处出现滑移翘曲的现象，进而降低了正畸弓丝弯制机器人弯制正畸弓丝的质量，使得正畸弓丝弯制机器人无法弯制得到理想的正畸弓丝。由于直角坐标式正畸弓丝弯制机器人的结构限制，使得在弯制过程中容易干涉现象和滑移翘曲的现象，导致直角坐标式正畸弓丝弯制机器人只能弯制第一序列曲和个别第二序列曲，其无法满足医生和患者对所有第二序列曲的弯制要求。同样的，技术专利授权公告号为CN204562423U的直角坐标型正畸弓丝弯制机器人虽然能够通过改变正畸弓丝弯制角度曲率半径，实现对T形曲的弯制，但直角坐标式与绕弯弯制相结合的正畸弓丝弯制机器人仍然无法避免直角坐标式结构的局限性，使得正畸弓丝弯制机器人无法超越人手弯制，无法突破正畸弓丝弯制机器人的关键技术难题。类似的专利还有授权公告号为CN205324558U的一种用于正畸弓丝弯制机器人的弯制装置，该专利通过电机的正反转实现了对正畸弓丝的夹紧和进给，但该弯制装置结构复杂，且只能实现正畸弓丝的夹紧和松开，无法弯制复杂的序列曲，该专利相比上述两种直角坐标式的正畸弓丝弯制机器人功能有限，应用范围较小。综合分析已有的正畸弓丝弯制机器人仅能实现第一序列弓形的弯制和少数简单第二序列曲的弯制，而牙科弯丝技师根据多年临床经验可以灵巧弯制诸如欧米茄曲、T型曲、泪滴曲、匣形曲等具有特殊形状的弓丝用于临床治疗，另外，牙科弯丝技师可以根据不同患者的实际情况，弯制个性化的正畸弓丝，个性化的正畸弓丝需要包含一种或多种第二、第三序列的特殊功能曲，结构复杂程度不同、包含第二、第三序列曲的种类和数目多样，而且在弯制个性化的正畸弓丝时，弯丝空间狭小，使得正畸弓丝机器人在弯制过程中容易产生干涉问题，因此，制约了正畸弓丝机器人技术的发展。另外，在实际弓丝弯制过程中，直角坐标式正畸弓丝弯制机器人的所采用的弯曲模具无法夹紧正畸弓丝使得弯制过程中，产生弯制间隙，导致了滑移翘曲现象的发生，此类弯制方式也导致已弯制的正畸弓丝处于悬臂梁状态，影响了正畸弓丝弯制机器人的弯制精度，通过对比上述已有的直角坐标式的正畸弓丝机器人，设计了一种球形正畸弓丝弯制机器人。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术要解决的技术问题是提供一种球形正畸弓丝弯制机器人及使用方法。本专利技术的一种球形正畸弓丝弯制机器人，它包括底座支架、送丝机构、角度调整机构、弓丝夹紧机构和弯丝机械臂，送丝机构通过螺栓连接在底座支架的左侧的外部，角度调整机构通过螺栓固定在底座支架的左侧的内部，弓丝夹紧机构固连在角度调整机构的顶部，弯丝机械臂位于底座支架的左右两侧的中间部分，并且通过轴承连接在底座支架上。作为优选，所述的送丝机构包括送丝机构机架、送丝电机、主动压辊、被动压辊和送丝外壳，送丝外壳通过螺栓固连在送丝机构机架上，送丝电机通过螺栓固连在送丝机架上，主动压辊与送丝电机通过轴固定连接，被动压辊通过轴连接在送丝机构机架，送丝电机与主动压辊通过联轴器固定连接，送丝电机旋转带动主动压辊旋转，从而带动被动压辊转动，靠主动压辊和被动压辊之间的摩擦力将弓丝送入角度调整机构内。作为优选，所述的角度调整机构包括角度调整平台I、角度调整平台II、角度调整平台III、角度平台II直线电机、角度平台III直线电机，角度调整平台I的正面有四个凹球关节，并且四个凹球关节分别与四个角度平台II直线电机的左端凸球关节配合连接，角度调整平台II的反面有四个凹球关节，并且四个凹球关节分别与四个角度平台II直线电机的右端凸球关节配合连接，以此构成I级并联平台，角度调整平台II的正面有四个凹球关节，并且四个凹球关节分别与四个角度平台III直线电机的左端凸球关节配合连接，角度调整平台III的反面有四个凹球关节，并且四个凹球关节分别与四个角度平台III直线电机的右端凸球关节配合连接，以此构成II级并联平台，因此角度调整平台I、角度平台II直线电机、角度调整平台II、角度平台III直线电机、和角度调整平台III构成了两个并联机构串联在一起的角度调整机构，角度调整机构将送丝机构送来的弓丝进行位置和姿态的调整，从而避免在弓丝弯制中自身的干涉。作为优选，所述的弓丝夹紧机构包括夹紧头外壳、分离式夹头、电磁铁内圈、电磁铁外圈、电磁铁底座和柔性软管，在角度调整平台III的末端固定连接夹紧头外壳，电磁铁底座、电磁铁外圈、分离式夹头和夹紧头外壳它们在同一条轴线上，电磁铁外圈固连在电磁铁底座上，电磁铁内圈嵌在电磁铁外圈的内部，电磁铁内圈与分离式夹头的端部接触但不挤压，夹紧头外壳和分离式夹头相互接触但不挤压，当电磁铁外圈通电后，在磁力的作用下，电磁铁内圈被推向夹紧头外壳方向运动，由力的传递作用，分离式夹头被电磁铁内圈推向夹紧头外壳方向，又由于夹紧头外壳与分离式夹头的锥面相互接触，从而分离式夹头夹紧，柔性软管的一端固定连接到电磁铁底座，另一端固定连接到送丝机构支架，并且起到保护和支撑弓丝的作用。作为优选，所述的弯丝机械臂包括球形外壳、弧形导轨、弧形滑块、大臂、小臂、关节旋转舵机弓丝机械手、弯丝钳旋转电机、弯丝钳旋转主动齿轮、弯丝钳旋转被动齿轮、弯丝钳旋转外壳、弯丝钳夹紧电机、弯丝钳夹紧凸轮、活动钳柄、固定钳柄、球形外壳被动齿轮、球形外壳主动齿轮、球形外壳旋转电机，球形外壳旋转电机带动球形外壳被动齿轮，球形外壳被动齿轮与球形外壳主动齿轮相啮合，球形外壳主动齿轮与球形外壳通过焊接方式固定连接，从而使得球形外壳可沿轴向旋转，弧形导轨沿球形外壳的内表面的经线方向固定，弧形滑块与弧形导轨配合滑动，弧形滑块与大臂通过焊接方式固定，小臂与大臂可沿轴向滑动，小臂的末端与弓丝机械手相连接，通过关节旋转电机控制弓丝机械手相对小臂完成转动，弯丝钳转动电机带动弯丝钳旋转主动齿轮、弯丝钳旋转主动齿轮与弯丝钳旋转被动齿轮啮合，从而带动弯丝钳旋转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种球形正畸弓丝弯制机器人，它包括底座支架（1）、送丝机构（2）、角度调整机构（3）、弓丝夹紧机构（4）和弯丝机械臂（5），其特征在于：所述的送丝机构（2）通过螺栓连接在底座支架（1）的左侧的外部，角度调整机构（3）通过螺栓固定在底座支架（1）的左侧的内部，弓丝夹紧机构（4）固连在角度调整机构（3）的顶部，弯丝机械臂（5）位于底座支架（1）的左右两侧的中间部分，并且通过轴承连接在底座支架（1）上；所述的送丝机构（2）包括送丝机构机架（2‑1）、送丝电机（2‑2）、主动压辊（2‑3）、被动压辊（2‑4）和送丝外壳（2‑5），送丝外壳（2‑5）通过螺栓固连在送丝机构机架（2‑1）上，送丝电机（2‑2）通过螺栓固连在送丝机架（2‑1）上，主动压辊（2‑3）与送丝电机（2‑2）通过轴固定连接，被动压辊（2‑4）通过轴连接在送丝机构机架（2‑1），送丝电机（2‑2）与主动压辊（2‑3）通过联轴器固定连接，送丝电机（2‑2）旋转带动主动压辊（2‑3）旋转，从而带动被动压辊（2‑4）转动，靠主动压辊（2‑3）和被动压辊（2‑4）之间的摩擦力将弓丝送入角度调整机构（3）内；所述的角度调整机构（3）包括角度调整平台I（3‑1）、角度调整平台II（3‑2）、角度调整平台III（3‑3）、角度平台II直线电机（3‑4）、角度平台III直线电机（3‑5），角度调整平台I（3‑1）的正面有四个凹球关节，并且四个凹球关节分别与四个角度平台II直线电机（3‑4）的左端凸球关节配合连接，角度调整平台II（3‑2）的反面有四个凹球关节，并且四个凹球关节分别与四个角度平台II直线电机（3‑4）的右端凸球关节配合连接，以此构成I级并联平台，角度调整平台II（3‑2）的正面有四个凹球关节，并且四个凹球关节分别与四个角度平台III直线电机（3‑5）的左端凸球关节配合连接，角度调整平台III（3‑3）的反面有四个凹球关节，并且四个凹球关节分别与四个角度平台III直线电机（3‑5）的右端凸球关节配合连接，以此构成II级并联平台，因此角度调整平台I（3‑1）、角度平台II直线电机（3‑4）、角度调整平台II（3‑2）、角度平台III直线电机（3‑5）、和角度调整平台III（3‑3）构成了两个并联机构串联在一起的角度调整机构（3），角度调整机构（3）将送丝机构（2）送来的弓丝进行位置和姿态的调整，从而避免在弓丝弯制中自身的干涉。...

【技术特征摘要】
1.一种球形正畸弓丝弯制机器人，它包括底座支架（1）、送丝机构（2）、角度调整机构（3）、弓丝夹紧机构（4）和弯丝机械臂（5），其特征在于：所述的送丝机构（2）通过螺栓连接在底座支架（1）的左侧的外部，角度调整机构（3）通过螺栓固定在底座支架（1）的左侧的内部，弓丝夹紧机构（4）固连在角度调整机构（3）的顶部，弯丝机械臂（5）位于底座支架（1）的左右两侧的中间部分，并且通过轴承连接在底座支架（1）上；所述的送丝机构（2）包括送丝机构机架（2-1）、送丝电机（2-2）、主动压辊（2-3）、被动压辊（2-4）和送丝外壳（2-5），送丝外壳（2-5）通过螺栓固连在送丝机构机架（2-1）上，送丝电机（2-2）通过螺栓固连在送丝机架（2-1）上，主动压辊（2-3）与送丝电机（2-2）通过轴固定连接，被动压辊（2-4）通过轴连接在送丝机构机架（2-1），送丝电机（2-2）与主动压辊（2-3）通过联轴器固定连接，送丝电机（2-2）旋转带动主动压辊（2-3）旋转，从而带动被动压辊（2-4）转动，靠主动压辊（2-3）和被动压辊（2-4）之间的摩擦力将弓丝送入角度调整机构（3）内；所述的角度调整机构（3）包括角度调整平台I（3-1）、角度调整平台II（3-2）、角度调整平台III（3-3）、角度平台II直线电机（3-4）、角度平台III直线电机（3-5），角度调整平台I（3-1）的正面有四个凹球关节，并且四个凹球关节分别与四个角度平台II直线电机（3-4）的左端凸球关节配合连接，角度调整平台II（3-2）的反面有四个凹球关节，并且四个凹球关节分别与四个角度平台II直线电机（3-4）的右端凸球关节配合连接，以此构成I级并联平台，角度调整平台II（3-2）的正面有四个凹球关节，并且四个凹球关节分别与四个角度平台III直线电机（3-5）的左端凸球关节配合连接，角度调整平台III（3-3）的反面有四个凹球关节，并且四个凹球关节分别与四个角度平台III直线电机（3-5）的右端凸球关节配合连接，以此构成II级并联平台，因此角度调整平台I（3-1）、角度平台II直线电机（3-4）、角度调整平台II（3-2）、角度平台III直线电机（3-5）、和角度调整平台III（3-3）构成了两个并联机构串联在一起的角度调整机构（3），角度调整机构（3）将送丝机构（2）送来的弓丝进行位置和姿态的调整，从而避免在弓丝弯制中自身的干涉。2.根据权利要求1所述的一种球形正畸弓丝弯制机器人，其特征在于：所述的弓丝夹紧机构（4）包括夹紧头外壳（4-1）、分离式夹头（4-2）、电磁铁内圈（4-3）、电磁铁外圈（4-4）、电磁铁底座（4-5）和柔性软管（4-6），在角度调整平台III（3-3）的末端固定连接夹紧头外壳（4-1），电磁铁底座（4-5）、电磁铁外圈（4-4）、分离式夹头（4-2）和夹紧头外壳（4-1）它们在同一条轴线上，电磁铁外圈（4-4）固连在电磁铁底座（4-5）上，电磁铁内圈（4-3）嵌在电磁铁外圈（4-4）的内部，电磁铁内圈（4-3）与分离式夹头（4-2）的端部接触但不挤压，夹紧头外壳（4-1）和分离式夹头（4-2）相互接触但不挤压，当电磁铁外圈（4-4）通电后，在磁力的作用下，电磁铁内圈（4-3）被推向夹紧头外壳（4-1）方向运动，由力的传递作用，分离式夹头（4-2）被电磁铁内圈（4-3...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜金刚，闵兆伟，黄致远，张永德，钱伟，陈厚鋆，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23