[发明专利]一种基于力反馈信息的辅助种牙系统及方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及医疗机器人技术领域，具体涉及一种基于力反馈信息的辅助种牙系统及方法。

背景技术

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。

发明内容

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，本发明提供一种基于力反馈信息的辅助种牙系统及方法，本发明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，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明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；