[发明专利]一种口腔种植机器人的末端执行器及柔顺控制方法

说明书

一种口腔种植机器人的末端执行器，包括六维力传感器、直线进给机构、闭环步进电机驱动器和直线位移传感器，直线进给机构中，闭环步进电机与滚珠丝杠通过联轴器连接，滑块安装于滚珠丝杠上，夹持机构通过螺栓与滑块连接，夹持机构夹持种植手机，两者之间安装橡胶垫；进给过程中，步进电机输出轴回转，通过滚珠丝杠转化为直线位移带动滑块运动，滑块带动夹持机构与种植手机进行运动，直线进给机构侧方装一直线位移传感器，传感器一端抵住滑块以测量滑块与传感器间的相对距离，滑块和传感器整体安装于法兰上方，法兰连接于六维力传感器上。以及提供一种口腔种植机器人的柔顺控制方法。本发明提高窝洞精度、使机器人运动相对更加灵活。

技术领域

本发明涉及口腔种植机器人技术领域，尤其是一种用于口腔种植机器人的沿种植窝洞轴向单一自由度进给的末端执行器及其柔顺控制方法。

背景技术

牙齿的缺失会影响人的咀嚼，发音，容貌以及消化等功能，严重降低患者的生活质量，而种植修复是修复牙齿缺失的一个重要手段，被称为是继乳牙、恒牙后的人类“第三幅牙齿”。

种植牙指的是一种以植入骨组织内的下部结构(种植体)为基础来支持、固位上部牙修复体的缺牙修复方式。它采用人工材料(如金属、陶瓷等)制成种植体(一般类似牙根形态)，经手术方法植入组织内(通常是上下颌)并获得骨组织牢固的固位支持，通过特殊的装置 (基台与中心螺钉)和连接方式支持上部的牙修复体。相对于传统牙齿修正方法，种植牙有着非常突出的优点：(1)具有较好的稳定性，种植牙不会像普通活动假牙一样在吃饭或说话时可能发生脱落造成堵住气管或食道的危险；(2)人工牙根深植于牙槽骨内，对牙槽骨有功能性刺激，能保护牙槽骨结构，避免其萎缩；(3)种植义齿通过基桩上的固位装置，将上部义齿固定，有良好的固位和稳定作用可增加舒适感，有很好的咀嚼力；(4)人工植牙可以有较长的使用寿命，另外外型美观，就像天然牙齿一般，说话时面部表情更加自然。

种植体的植入精度是评价种植牙修复的重要评价标准，研究表明，种植体的实际植入颌骨的位置与术前规划的方案偏差过大时，无法满足患者原本的咬合关系，从而导致植入的种植体在日常生活中，因长期咀嚼出现应力遮挡造成骨严重吸收从而导致种植体过早脱落或应力集中出现的种植体机械断裂等一系列并发症。决定种植牙手术精度的最关键因素在于窝洞制备的精度，制备高质量的窝洞是口腔种植界不断追求的目标。目前临床上完成窝洞制备环节的导航方法主要有静、动态导航引导以及自由手种植牙三种方式。而这三种方式都需要医生手持工具进行操作，普遍存在手容易存在不自主抖动、颌骨钻孔振动、在口腔狭小空间内不舒适内操作导致疲劳且视野不佳等问题，致使口腔种植手术缺乏必要的稳定性。

相对于人手，机器人具有更高的精确性、稳定性以及可重复性，目前机器人在医疗领域有着非常广泛的应用，如应用于普通外科、胸外科、泌尿外科等的Da Vinci手术机器人系统，用于骨科的天玑骨科手术机器人系统等。在口腔种植领域，手术机器人的应用也得到了较深入的研究，如美国的YOMI牙科手术机器人系统获得了FDA批准，我国空军军医大学赵铱民团队研发的完全自主式机器人也于2017年获得了临床应用。随着人工智能技术与机器人技术的不断发展与结合，手术机器人在口腔种植领域的应用或许将越来越广泛。但由于手术机器人在口腔种植领域的应用时间不长，在一些关键问题上仍需突破。