一种基于力反馈信息的辅助种牙系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于力反馈信息的辅助种牙系统及方法，系统包括：机器人控制器、机械臂、力传感器、口腔种植机、力传感器采集器和工控机；口腔种植机在机械臂的带动下进行牙齿钻孔操作；力传感器用于实时采集口腔种植机的钻孔力；所述力传感器采集器用于读取所述力传感器实时采集的钻孔力，并发送给所述工控机；所述工控机根据所述力传感器实时采集的钻孔力向所述机器人控制器发送相应的指令，以使所述机器人控制器对所述机械臂进行控制以实现钻孔进给速度的调整。本发明专利技术根据力传感器的反馈信息自动控制机械臂的进给速度，以实现安全可靠的自动钻孔。

【技术实现步骤摘要】
一种基于力反馈信息的辅助种牙系统及方法
本专利技术涉及医疗机器人
，具体涉及一种基于力反馈信息的辅助种牙系统及方法。
技术介绍
传统牙科种植手术中医生手持种植机人为地控制钻孔进给，经验丰富的口腔科医生可以根据钻孔时手部的感觉来确定进给速度和力度等信息。人的骨质按相对密度可分为骨密质和骨松质：骨密质的质地致密，抗压抗扭曲性很强，主要分布于骨的表面；骨松质的质地稀疏，呈海绵状，主要分布于骨的内部。不同人骨质不一样，且骨量与骨结构在生长期有较大变化，在成年期保持相对静止，到老年期有所退化，因此在钻孔过程中钻头受力情况与其所处的骨质结构密切相关，钻孔力的变化大致如图1所示：(1)电钻进给遇到第一层皮质壁(主要由密质骨组成)时，受到阻力变大，钻孔力会逐渐增大，当突破第一层皮质壁进入松质骨时，由于阻力变小，钻孔力会骤降；(2)钻头进入松质骨后阻力比钻第一层时小，钻孔力会维持在一个比较稳定的水平上下波动；(3)继续进给遇到第二层皮质壁后阻力又增大，钻孔力随之增大，当钻穿时，钻孔力会骤降。在机器人辅助的牙科种植手术中，由于不像传统牙科种植手术中那样有口腔科医生的手动干预，因此需要提供一种智能控制系统，以保证机器人辅助种牙过程中的安全性和可靠性。
技术实现思路
针对现有技术中在种牙钻孔过程中没有用到力传感器反馈信息，一般都是直接设置一个恒定的进给速度，不够安全和智能的缺陷，本专利技术提供一种基于力反馈信息的辅助种牙系统及方法，本专利技术根据力传感器的反馈信息自动控制机械臂的进给速度，以实现安全可靠的自动钻孔。为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种基于力反馈信息的辅助种牙系统，包括：机器人控制器、机械臂、力传感器、口腔种植机、力传感器采集器和工控机；其中，所述口腔种植机在所述机械臂的带动下进行牙齿钻孔操作；所述力传感器设置在所述机械臂与所述口腔种植机之间，用于在所述口腔种植机进行牙齿钻孔操作的过程中，实时采集所述口腔种植机的钻孔力；所述力传感器采集器用于读取所述力传感器实时采集的钻孔力，并发送给所述工控机；所述工控机根据所述力传感器实时采集的钻孔力向所述机器人控制器发送相应的指令，以使所述机器人控制器对所述机械臂进行控制以实现钻孔进给速度的调整。进一步地，所述工控机根据所述力传感器实时采集的钻孔力向所述机器人控制器发送相应的指令，以使所述机器人控制器对所述机械臂进行控制以实现钻孔进给速度的调整，包括：所述工控机根据所述力传感器实时采集的钻孔力，计算每个控制周期内的钻孔力均值f，并判断所述钻孔力均值f是否满足第一条件δ1＜f＜δ2，若是，则向所述机器人控制器发送用于指示降低所述机械臂钻孔进给速度的第一指令；其中，δ1为第一钻孔力阈值，δ2为第二钻孔力阈值；相应地，所述机器人控制器在接收到所述第一指令后，控制所述机械臂降低钻孔进给速度；所述工控机还用于在判断所述钻孔力均值f不满足第一条件δ1＜f＜δ2时，继续判断所述钻孔力均值f是否满足第二条件f≥δ2，若是，则向所述机器人控制器发送用于指示所述机械臂进行提拉操作后再次进行钻孔给进的第二指令；相应地，所述机器人控制器在接收到所述第二指令后，控制所述机械臂进行提拉操作后再次进行钻孔给进。进一步地，在开始进行牙齿钻孔操作前，所述工控机接收用户输入的初始钻孔进给速度，并将所述初始钻孔进给速度发送给所述机器人控制器，以使所述机器人控制器根据所述初始钻孔进给速度控制所述机械臂带动所述口腔种植机开始进行牙齿钻孔操作。进一步地，所述工控机用于实时判断钻孔深度是否达到目标深度，若是，则向所述机器人控制器发送用于指示所述机械臂停止钻孔的第三指令；所述机器人控制器在接收到所述第三指令后，控制所述机械臂停止钻孔操作。进一步地，所述每个控制周期的长度为30～50ms。第二方面，本专利技术还提供了一种基于力反馈信息的自动辅助种牙方法，包括：实时获取口腔种植机在牙齿自动钻孔操作过程中的钻孔力；根据实时获取的钻孔力调整牙齿自动钻孔操作过程中的钻孔进给速度。进一步地，所述根据实时获取的钻孔力调整牙齿自动钻孔操作过程中的钻孔进给速度，包括：根据实时获取的钻孔力，计算每个控制周期内的钻孔力均值f，并判断所述钻孔力均值f是否满足第一条件δ1＜f＜δ2，若是，则控制降低自动钻孔操作过程中的钻孔进给速度；其中，δ1为第一钻孔力阈值，δ2为第二钻孔力阈值；若判断所述钻孔力均值f不满足第一条件δ1＜f＜δ2，则继续判断所述钻孔力均值f是否满足第二条件f≥δ2，若是，则控制所述口腔种植机进行提拉操作后再次进行钻孔操作。进一步地，所述方法还包括：实时判断钻孔深度是否达到目标深度，若是，则控制所述口腔种植机停止钻孔操作。第三方面，本专利技术还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第二方面所述基于力反馈信息的自动辅助种牙方法的步骤。第四方面，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第二方面所述基于力反馈信息的自动辅助种牙方法的步骤。由上述技术方案可知，本专利技术提供的基于力反馈信息的辅助种牙系统，包括机器人控制器、机械臂、力传感器、口腔种植机、力传感器采集器和工控机；所述口腔种植机在所述机械臂的带动下进行牙齿钻孔操作；所述力传感器设置在所述机械臂与所述口腔种植机之间，用于在所述口腔种植机进行牙齿钻孔操作的过程中，实时采集所述口腔种植机的钻孔力；所述力传感器采集器用于读取所述力传感器实时采集的钻孔力，并发送给所述工控机；所述工控机根据所述力传感器实时采集的钻孔力向所述机器人控制器发送相应的指令，以使所述机器人控制器对所述机械臂进行控制以实现钻孔进给速度的调整。可见，本专利技术根据力传感器的反馈信息自动控制机械臂的进给速度，可以实现安全可靠的自动钻孔，进而可以提高手术的可靠性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是在钻孔过程中钻头受力情况与其所处的骨质结构的关系示意图；图2是本专利技术一实施例提供的基于力反馈信息的辅助种牙系统的结构示意图；图3是力传感器设置位置的细节放大图；图4是本专利技术另一实施例提供的基于力反馈信息的自动辅助种牙方法的一种流程图；图5是本专利技术另一实施例提供的基于力反馈信息的自动辅助种牙方法的完整流程图；图6是本专利技术又一实施例提供的电子设备的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术一实施例提供了一种基于力反馈信息的辅助种牙系统，参见图2，该系统包括：机器人控制器1、机械臂2、力传感器3、口腔种植机4、力传感器采集器6和工控机7；图中的5表示患者；其中，所述口腔种植机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于力反馈信息的辅助种牙系统，其特征在于，包括：机器人控制器、机械臂、力传感器、口腔种植机、力传感器采集器和工控机；其中，所述口腔种植机在所述机械臂的带动下进行牙齿钻孔操作；所述力传感器设置在所述机械臂与所述口腔种植机之间，用于在所述口腔种植机进行牙齿钻孔操作的过程中，实时采集所述口腔种植机的钻孔力；所述力传感器采集器用于读取所述力传感器实时采集的钻孔力，并发送给所述工控机；所述工控机根据所述力传感器实时采集的钻孔力向所述机器人控制器发送相应的指令，以使所述机器人控制器对所述机械臂进行控制以实现钻孔进给速度的调整。

【技术特征摘要】
1.一种基于力反馈信息的辅助种牙系统，其特征在于，包括：机器人控制器、机械臂、力传感器、口腔种植机、力传感器采集器和工控机；其中，所述口腔种植机在所述机械臂的带动下进行牙齿钻孔操作；所述力传感器设置在所述机械臂与所述口腔种植机之间，用于在所述口腔种植机进行牙齿钻孔操作的过程中，实时采集所述口腔种植机的钻孔力；所述力传感器采集器用于读取所述力传感器实时采集的钻孔力，并发送给所述工控机；所述工控机根据所述力传感器实时采集的钻孔力向所述机器人控制器发送相应的指令，以使所述机器人控制器对所述机械臂进行控制以实现钻孔进给速度的调整。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述工控机根据所述力传感器实时采集的钻孔力向所述机器人控制器发送相应的指令，以使所述机器人控制器对所述机械臂进行控制以实现钻孔进给速度的调整，包括：所述工控机根据所述力传感器实时采集的钻孔力，计算每个控制周期内的钻孔力均值f，并判断所述钻孔力均值f是否满足第一条件δ1＜f＜δ2，若是，则向所述机器人控制器发送用于指示降低所述机械臂钻孔进给速度的第一指令；其中，δ1为第一钻孔力阈值，δ2为第二钻孔力阈值；相应地，所述机器人控制器在接收到所述第一指令后，控制所述机械臂降低钻孔进给速度；所述工控机还用于在判断所述钻孔力均值f不满足第一条件δ1＜f＜δ2时，继续判断所述钻孔力均值f是否满足第二条件f≥δ2，若是，则向所述机器人控制器发送用于指示所述机械臂进行提拉操作后再次进行钻孔给进的第二指令；相应地，所述机器人控制器在接收到所述第二指令后，控制所述机械臂进行提拉操作后再次进行钻孔给进。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在开始进行牙齿钻孔操作前，所述工控机接收用户输入的初始钻孔进给速度，并将所述初始钻孔进给速度发送给所述机器人控制器，以使所述机器人控制器根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王利峰，刘洪澎，沈晨，
申请(专利权)人：雅客智慧北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11