正畸弓丝的三维数学模型及弯制算法研究

发布时间：2017-08-17 14:16

  本文关键词：正畸弓丝的三维数学模型及弯制算法研究

  更多相关文章： 三维建模 Bezier曲线 控制点规划 上位机控制系统 口腔正畸弓丝

【摘要】：随着生活水平的不断提高,人们对健康和美提出了更高的要求。健康、整齐的牙齿不仅能给人留下深刻又美好的印象,更能提高咀嚼的能力、维持消化系统的健康。大多数的矫正弓丝是由医生凭经验手工弯制而成,效率低、劳动强度大且精度差是其主要的缺点,而利用机器人替代医生完成枯燥的弯制工作对提高效率与精度等大有裨益。本文立足于临床实际需求,基于口腔牙颌结构,建立正畸弓丝三维数学建模方法,结合正畸弓丝弯制机器人的结构特点,对弓丝弯制的算法进行研究,以提高弯制的精度与效率。提出了正畸弓丝三维数学建模的方法。基于弓丝与托槽之间的结构关系,建立牙位标识和牙弓曲线标识,以确定模型构建时所需关键参数;比较常见的几种曲线构造方式及特点,构建了基于Bezier空间曲线的正畸弓丝模型的数学表达式和控制点的选取方案;借助MATLAB研发出基于Bezier曲线的牙位曲线生成系统,依据该系统进行三维数学建模显示及验证。建立了正畸弓丝的弯制算法。以手工弯制弓丝的工艺为基础,并对现有的正畸弓丝弯制机器人运动及弯制方式进行分析,对弯制算法中弓丝成形方法的选用、弯制成形控制节点及节点处曲线角度进行了规划方法的构建。搭建了正畸弓丝弯制机器人控制系统。通过几种常见软件开发工具的分析及对比,确定应用Lab VIEW开发的基于PMAC卡的正畸弓丝弯制机器人上位机系统,通过Ethernet网口向PMAC多轴运动控制卡发送动作指令以完成所指定的正畸弓丝弯制等任务。以一例患者的口腔参数为例,采用国产不锈钢方弓丝在所开发的控制系统中进行弯制实验;对所得实验结果进行测量及与理想数据的对比,分析得到误差的来源并提出了减小误差的方案。本文通过正畸弓丝三维数学模型及弯制算法的理论和实验研究,为快速准确地建立弓丝三维模型提供了科学依据。通过开发的控制系统,机器人能够精准、高效的完成弓丝的弯制等任务,极大提高了弓丝的成形质量,降低了医生的劳动强度,推动了口腔正畸学领域的发展,为患者造福。
【关键词】：三维建模 Bezier曲线 控制点规划 上位机控制系统 口腔正畸弓丝
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R783.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题的研究背景及意义10-12
• 1.2 正畸弓丝的三维数学模型国内外研究现状12-14
• 1.3 正畸弓丝的弯制算法国内外研究现状14-16
• 1.4 课题来源与本文主要研究内容16-18
• 1.4.1 课题来源16
• 1.4.2 本文主要研究内容16-18
• 第2章 正畸弓丝三维数学建模18-29
• 2.1 引言18
• 2.2 正畸弓丝模型标识的建立18-20
• 2.2.1 牙位标识的建立18-19
• 2.2.2 牙弓曲线标识的建立19-20
• 2.3 弓丝曲线部分数学模型的建立20-26
• 2.3.1 曲线模型的选择20-22
• 2.3.2 曲线表达式的建立22-23
• 2.3.3 曲线控制点的选取23-25
• 2.3.4 控制点选取方案的比较25-26
• 2.4 正畸弓丝三维数学建模显示26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 正畸弓丝弯制算法研究29-40
• 3.1 引言29
• 3.2 弓丝弯制机器人弯制方式分析29-31
• 3.2.1 弓丝弯制机器人结构简介29-30
• 3.2.2 弓丝弯制机器人运动分析30
• 3.2.3 弓丝弯制成形原理分析30-31
• 3.3 弓丝弯制算法的研究31-39
• 3.3.1 弓丝曲线成形方式的选用31-33
• 3.3.2 弯制成形控制节点规划33-34
• 3.3.3 控制节点的角度规划34-38
• 3.3.4 弓丝弯制过程的规划38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 控制系统软件设计40-53
• 4.1 引言40
• 4.2 软件开发工具的选择40-42
• 4.3 控制系统软件的总体设计42
• 4.4 控制系统软件的功能模块设计42-52
• 4.4.1 用户界面的设计42-45
• 4.4.2 数据运算模块的建立45
• 4.4.3 三维模型显示模块的设计45-46
• 4.4.4 以太网通信模块的设计46-51
• 4.4.5 弯制控制模块的设计51-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 弓丝弯制实验及结果分析53-63
• 5.1 引言53
• 5.2 弓丝弯制实验平台的组成53-54
• 5.3 正畸弓丝弯制实验54-59
• 5.3.1 实验前的准备54-55
• 5.3.2 实验用例的选定55-58
• 5.3.3 正畸弓丝弯制实验58-59
• 5.4 实验结果及误差分析59-61
• 5.4.1 实验结果测量59-60
• 5.4.2 实验结果误差分析60-61
• 5.5 本章小结61-63
• 结论63-64
• 参考文献64-69
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文69-70
• 致谢70

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3 朱红，，马炳岿，杜辉;正畸弓丝材料的研究进展[J];材料工程;1996年07期

4 吴永生;美学正畸新材料──透明光纤弓丝临床初试[J];口腔正畸学;1996年01期

5 牛艳萍;弓丝就位器[J];口腔正畸学;1997年02期

6 潘向东;潘晨;;正畸弓丝的规范应用[J];中国保健营养;2012年12期

7 汪松,王丽,段银钟;节段弓丝技术在矫治前牙畸形中的应用[J];河南大学学报(医学科学版);2004年01期

8 张剑,白丁,辜岷,康娜;垂直曲、水平曲对弓丝转矩性能影响的比较研究[J];四川大学学报(医学版);2004年03期

9 邵胜;樊新民;王林;赵春洋;曹荣;胡芳;陈文静;;彩色正畸不锈钢弓丝着色工艺研究[J];口腔医学;2006年06期

10 邓颖惠;;节段弓丝在矫治牙性畸形中的应用研究[J];临床和实验医学杂志;2007年03期

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1 张剑;白丁;辜岷;康娜;;垂直曲对弓丝转矩性能的影响研究[A];第四军医大学口腔医院2004第七届全国口腔正畸学术会议论文汇编[C];2004年

2 李洪;李淑娴;马宗民;;“摇椅形”弓丝矫治开鉭畸形的生物力学研究[A];第七届全国生物力学学术会议论文集[C];2003年

3 刘侃;唐国华;曹惠菊;;正畸弓丝在模拟牙矫治实验中的性能测定[A];中华口腔医学会成立大会暨第六次全国口腔医学学术会议论文汇编[C];1996年

4 张伶军;;不同正畸矫治弓丝的性能比较研究[A];FDI、CSA临床口腔进展学术会议论文汇编[C];1999年

5 潘晓婧;刘斌;;临床治疗时间对镍钛弓丝腐蚀性研究[A];中华口腔医学会口腔材料学专业委员会第七次全国口腔材料学术交流会论文汇编[C];2011年

6 宁毅;张陆红;程晓林;;多loops弓丝在正畸临床的应用[A];第五次全国口腔正畸学术会议论文汇编[C];1997年

7 赵林琪;宋春艳;;多Loops弓丝配合下颌鉭垫在前牙反鉭临床应用的体会[A];FDI、CSA临床口腔进展学术会议论文汇编[C];1999年

8 厉松;王邦康;罗颂椒;秦晓桐;胡长华;;不同托槽与弓丝之间动态摩擦力的研究[A];第四军医大学口腔医院2004第七届全国口腔正畸学术会议论文汇编[C];2004年

9 张玉华;梁甲兴;;托槽—弓丝—结扎丝结构摩擦力的研究[A];第四军医大学口腔医院2004第七届全国口腔正畸学术会议论文汇编[C];2004年

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1 记者衣晓峰 靳万庆 通讯员李建辉;口腔矫治有了新型弓丝结扎钳[N];中国中医药报;2003年

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1 孙钦凤;Pd理论在正畸弓丝弯制中的应用研究[D];山东大学;2015年

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9 步捷;常用正畸镍钛弓丝机械性能的研究[D];山东大学;2007年

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本文编号：689443