[发明专利]一种种牙钻孔控制系统及方法

说明书

本发明提供了一种种牙钻孔控制系统及方法，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种牙钻孔操作；力传感器设置用于在口腔种植机进行种牙钻孔操作的过程中，实时采集口腔种植机的钻孔力；工控机根据力传感器实时采集的钻孔力计算钻孔进给速度以及电机转速，使机器人控制器对机械臂进行控制以实现钻孔进给速度的调整，以及使电机控制器对口腔种植机上的电机进行控制以实现电机转速的调整。本发明根据力传感器反馈钻孔力信息自动控制机械臂的钻孔进给速度和电机转速，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，具体涉及一种种牙钻孔控制系统及方法。

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

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种种牙钻孔控制系统及方法，本发明根据力传感器反馈钻孔力信息自动控制机械臂的钻孔进给速度和电机转速，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，本发明提供了一种种牙钻孔控制系统，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种牙钻孔操作；

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种牙钻孔操作的过程中，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计算第一钻孔进给速度以及第一电机转速，并将得到的第一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对所述机械臂进行控制以实现钻孔进给速度的调整，以及将得到的第一电机转速发送给所述口腔种植机上的电机控制器，以使所述电机控制器对所述口腔种植机上的电机进行控制以实现电机转速的调整。

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计算第一钻孔进给速度以及第一电机转速，并将得到的第一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对所述机械臂进行控制以实现钻孔进给速度的调整，以及将得到的第一电机转速发送给所述口腔种植机上的电机控制器，以使所述电机控制器对所述口腔种植机上的电机进行控制以实现电机转速的调整，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，并确定所述钻孔力均值f对应的模糊力度级别；