一种人手弯制正畸弓丝运动轨迹特征模型建立方法技术

一种人手弯制正畸弓丝运动轨迹特征模型建立方法，它涉及正畸弓丝弯制技术领域。本发明专利技术依据正畸医师在弯制正畸弓丝过程中，正畸弓丝的姿态和正畸钳的开合动作以及人手的运动轨迹等信息等，模仿人手弯丝运动的过程，首先建立正畸弓丝弯制过程中三维姿态的坐标系，其次在局部坐标系下对人手弯制正畸弓丝运动轨迹进行数学表达，接着求解局部坐标系到基坐标系的坐标变换矩阵，最后将局部坐标系下的人手弯制正畸弓丝运动轨迹变换成基坐标系下的人手弯制正畸弓丝运动轨迹，完成一种人手弯制正畸弓丝运动轨迹特征模型建立，为仿人手正畸弓丝弯制机器人的设计以及人手和弯丝机器人之间的运动映射模型提供理论基础。

A Method for Establishing the Trajectory Characteristic Model of Hand Bending Orthodontic Arch Wire

A method for establishing the trajectory characteristic model of hand bending orthodontic archwire is presented, which relates to the field of orthodontic archwire bending technology. According to the information of orthodontic arch wire's posture, opening and closing action of orthodontic forceps and movement track of human hand during bending orthodontic arch wire by orthodontists, the present invention imitates the process of human hand's bending wire movement. Firstly, the coordinate system of three-dimensional posture in the bending process of orthodontic arch wire is established, and secondly, the human hand is bended under the local coordinate system. The trajectory of orthodontic archwire is expressed mathematically, then the coordinate transformation matrix from local coordinate system to base coordinate system is solved. Finally, the trajectory of orthodontic archwire is transformed from the trajectory of manual bending under local coordinate system to the trajectory of orthodontic archwire in base coordinate system, and a characteristic model of the trajectory of orthodontic archwire is completed. The model provides a theoretical basis for the design of the hand-like orthodontic bow-wire bending robot and the motion mapping model between the hand and the wire-bending robot.

【技术实现步骤摘要】
一种人手弯制正畸弓丝运动轨迹特征模型建立方法
：本专利技术专利涉及一种人手弯制正畸弓丝运动轨迹特征模型建立方法，属于正畸弓丝弯制

技术介绍
：错颌畸形已成为世界三大口腔疾病之一，有着较高的发病率，目前治疗错颌畸形的主要方法为佩戴正畸弓丝，而目前正畸弓丝的弯制主要以正畸医师手工弯制为主，其原因主要是人手具有极大的灵活性，通过两手的配合可以完成各种复杂的运动。随着机器人技术和计算机技术的快速发展和在正畸领域的应用，用于正畸弓丝弯制的机器人先后出现，目前市场上以关节式弯丝机器人和直角坐标式弯丝机器人居多，但都受制于其机械结构，导致许多种类的特殊功能曲无法弯制，人手能够灵活弯制各种类型的特殊功能曲，因此将人手弯制正畸弓丝的运动进行数字化表达并设计一种仿人手弯制正畸弓丝运动的机器人尤为重要，要设计仿人手弯制正畸弓丝运动的正畸弓丝弯制机器人，首先就需要分析人手弯制正畸弓丝运动，并且建立人手弯制正畸弓丝运动模型。专利技术专利内容：针对上述问题，本专利技术提出一种人手弯制正畸弓丝运动轨迹特征模型建立方法，为分析人手弯丝运动、将人手弯制正畸弓丝的运动进行数字化表达和设计仿人手弯丝运动的正畸弓本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人手弯制正畸弓丝运动轨迹特征模型建立方法，其特征在于：所述方法的具体实现过程为：步骤一、建立正畸弓丝弯制过程三维姿态坐标系：在正畸弓丝弯制过程中，以弓丝在第i个弯制点为圆心Oi，以第i个弯制点到第i+1个弯制点的弓丝直线段为X轴，以第i个点的弓丝弯制表面作为XiOiYi面，根据第i‑1个弯制点、第i个弯制点、第i+1个弯制点建立右手定则的正畸弓丝坐标系OiXiYiZi(i≥1)，基坐标系O0XYZ则表示当前弯制过程中，正畸弓丝三维空间形态的坐标系；第i‑1个弯制点、第i个弯制点、第i+1个弯制点的坐标分别为(xi‑1，yi‑1，zi‑1)、(xi，yi，zi)、(xi+1，yi+1，z...

【技术特征摘要】
2018.06.16 CN 20181062470781.一种人手弯制正畸弓丝运动轨迹特征模型建立方法，其特征在于：所述方法的具体实现过程为：步骤一、建立正畸弓丝弯制过程三维姿态坐标系：在正畸弓丝弯制过程中，以弓丝在第i个弯制点为圆心Oi，以第i个弯制点到第i+1个弯制点的弓丝直线段为X轴，以第i个点的弓丝弯制表面作为XiOiYi面，根据第i-1个弯制点、第i个弯制点、第i+1个弯制点建立右手定则的正畸弓丝坐标系OiXiYiZi(i≥1)，基坐标系O0XYZ则表示当前弯制过程中，正畸弓丝三维空间形态的坐标系；第i-1个弯制点、第i个弯制点、第i+1个弯制点的坐标分别为(xi-1，yi-1，zi-1)、(xi，yi，zi)、(xi+1，yi+1，zi+1)，使正畸弓丝可以在正畸弓丝坐标系下参数化表示；步骤二、在局部坐标系下对人手弯制正畸弓丝运动轨迹进行数学表达：在正畸弓丝坐标系OiXiYiZi的XiOiYi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Li的长度表达用两个端点坐标表示Li＝(xi+1-xi，yi+1-yi，zi+1-zi)，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制正畸弓丝运动轨迹特征模型的坐标矩阵[Fi+1]为：式中，Mi+1为将弓丝圆弧段以t＝n·Δt(0＜t＜θi+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[Mi+1]；步骤三、求局部坐标系到基坐标系的坐标变换矩阵：正畸弓丝坐标系OiXiYiZi，第一步经过平移得...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜金刚，霍彪，马雪峰，张永德，左思浩，闵兆伟，
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