[发明专利]紧凑的牙科机器人系统

说明书

提供了一种用于执行牙科手术的机器人机械手系统(300)和方法。机器人机械手系统(300)包括被配置为执行牙科手术的机器人机械手(305)；多个电机(315)；被配置为至少致动机器人机械手(305)的腱‑鞘传递系统(310)；被配置为监控牙科手术的成像系统(371,372)；以及耦合到多个电机(315)的被配置为控制用于执行牙科手术的机器人机械手(305)的运动的控制系统(320)。机器人机械手系统(300)可以用于牙科钻孔程序，并且其尺寸和工作空间比传统的机器人牙科钻孔系统小两倍。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年1月31日提交的美国临时申请No.62/799,460的权益，该申请以其全部内容，包括任何表格、图或附图，通过引用包含于此。

背景技术

牙齿问题在日常生活中很常见，如果患者不能及时得到适当的治疗，会非常严重和痛苦，影响生活质量和全身健康[4]。

然而，全球牙科劳动力短缺，使得大多数患者无法及时治疗。因此，已经提出将机器人应用于牙科程序。由于大多数牙科程序完全依赖于牙医的手动技能，机器人通过可控运动不仅可以提高牙科程序的效率，还可以通过防止人为错误来提高治疗效果[6]。

用于牙科的机器人一般可分为两类[7,8]，一类用于通过模拟人类在牙科治疗期间的反应进行训练[9-12]，而另一类用于辅助牙科程序[13-16]。对于后一种，已经针对不同的牙科程序提出了多种设计[17,18]，其中最先进的是Neocis公司发布的Yomi和开发的牙科机器人[19]。Yomi去年获得FDA批准，主要用于种植牙手术。利用其导航系统，Yomi能够为牙医提供物理指导，以精确定位需要修复的牙齿。提出的牙科机器人[19]已经执行了种植牙手术的临床试验，其中机器人机械手能够自动定位龋齿。

这两种机械手都是从目前的工业机械手改造而来的，这些机械手的尺寸和工作空间太大，无法用于牙科应用[20]。

设计用于牙科应用的机器人系统的一个主要挑战是不可避免的腱伸长最终会带来振动，尤其是在需要精度和稳定性时这将会影响性能。由于关节连接之间的柔顺性，在机器人操作期间通常会发生不希望的振动，特别是对于具有多个自由度的机械手。对于需要精度的任务，需要额外的时间等待振动减弱，这会限制末端执行器处的力和位置控制[21]。对于机械加工和钻孔程序来说，情况变得更糟，其中，如果最低固有频率没有足够高于负载振动频率，则振动负载可能会激发共振。

发明内容

本领域一直需要机器人系统的改进的设计和技术，以减轻牙医的负担，提高牙科程序的效率，并减少治疗期间的人为错误。

本发明的实施例涉及用于执行牙科手术的机器人机械手系统和方法。

根据本发明的实施例，一种用于执行牙科手术的机器人机械手系统可以包括被配置为执行牙科手术的机器人机械手；多个电机；被配置为至少致动机器人机械手的腱-鞘传递系统；被配置为监控牙科手术的成像系统；耦合到多个电机的被配置为控制用于执行牙科手术的机器人机械手的运动的控制系统。机器人机械手包括多个机械臂、连接多个机械臂中的相邻机械臂的多个关节、以及设置在机械臂的远端处的末端执行器。腱-鞘传递系统可以被配置为将多个电机连接到多个关节。多个关节可以包括两个转动关节、两个圆柱关节和一个具有两个交叉关节的腕关节。此外，机器人机械手被配置为具有多个运动自由度。机器人机械手系统还可以包括耦合到控制器的用于远程操作的触觉反馈装置。触觉反馈装置可以被配置为向控制系统实时提供触觉反馈装置的端部位置，使得机器人机械手被配置为通过电机以与触觉反馈装置的轨迹相同的轨迹移动。此外，成像系统可以包括多个图像捕获装置。