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专利号: 202010485676X
申请人: 哈尔滨理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 医学或兽医学;卫生学
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于弯制点角距比和的正畸弓丝变半径圆域划分方法,其特征在于:所述方法的具体实现过程为:步骤一、变半径圆域划分数据导入及正畸弓丝曲线转换:

根据患者有i个弯制点的正畸弓丝曲线,计算并输入正畸弓丝曲线弯制点信息集T={t1,t2,t3,...,ti},ti=(xi,yi,zi)′为每个正畸弓丝曲线弯制点的坐标,在每个弯制点ti上机器人执行不同的弯制运动,每一个正畸弓丝曲线弯制点ti均对应一个弯制点机器人弯制信息单元ri,输入弯制点的机器人弯制信息集为R={r1,r2,r3,...,ri},ri=(xi,yi,zi,αi)′表示机器人在弯制该点时的弯制点坐标及弯制角度,αi为机器人作用在弯制点ti上的弯制角度;

将个性化正畸弓丝曲线成形控制点信息集中各弯制点的坐标ti=(xi,yi,zi)′中的zi赋值为0,即令zi=0,获得正畸弓丝曲线转换平面正畸弓丝曲线T′;

步骤二、圆域限制参数的设定

定义单位圆域,用符号a0表示,单位圆域表示以正畸弓丝曲线上任意一个弯制点tj为圆心、以lj为半径的仅包含一个弯制点tj的圆域;定义单位圆域弯制点密度,用符号 表示,单位圆域弯制点密度 是对正畸弓丝曲线上单个弯制点与相邻弯制点间紧密程度的量化描述,规定 其中公式中的数值1表示单位圆域中的一个弯制点,lj表示弯制点tj与其距离最近的弯制点之间的直线距离,j的取值范围为1≤j≤i;定义圆域弯制点个数,用符号表示,圆域弯制点个数 为半径为 的圆域an内的弯制点个数;定义弯制点角距比,用符号E表示,弯制点角距比是对单个弯制点的弯制复杂程度的量化描述,第i个弯制点的弯制点角距比规定 特别地,由于第一个弯制点t1无需弯制,规定弯制点t1的弯制点角距比E1=0;定义圆域弯制点角距比和,用符号 表示, 是对划分圆域an所划分的弯制点整体弯制复杂程度的量化描述, 表示正畸弓丝曲线上第n个变半径划分圆域an内的所有弯制点的弯制点角距比之和,当变半径划分圆域an内的弯制点分别为时,规定 αm为作用在弯制点tm处的弯制角

度, 表示作用在弯制点tm处弯制距离,即弯制点tm-1与tm之间曲线段的长度,m的取值范围为 q表示正畸弓丝曲线上已完成变半径圆域划分的圆域内的所有弯制点个数,即 未进行圆域划分时q=0,即q的初始值为q=0,q的取值范围为0

≤q≤i,将圆域弯制点密度 圆域弯制点角距比和 和圆域弯制点个数 统称为圆

域限制参数,分别对圆域限制参数的上限值进行限定,设定 的上限值Qmax,设定 的上限值为ρmax,设定 的上限值(∑E)max,在整个圆域划分过程中Qmax、ρmax和(∑E)max恒为常数,特别地Qmax=5,针对所取的具有特殊弯制点密集程度的正畸弓丝曲线,按照 计算正畸弓丝曲线上每个弯制点的单位圆域弯制点密度 即 表示第一个弯制点t1的单位圆域弯制点密度,其中,lj表示弯制点tj与其距离最近的弯制点之间的直线距离,当j的取值范围为1<j<i, 当j=1时 当j=i时分别表示线段tjtj+1、tj-1tj、t1t2、ti-1ti的长度,通过比较可取出 中的最大值 对条件进行验证,具体为:存在 成立,说明满足在正畸弓丝曲线弯制点信息集T={t1,t2,t3,...,ti}内的弯制点最大单位圆域弯制点密度不大于所设定的单位圆域弯制点密度的上限值 则正畸弓丝曲线上每个弯制点都符合单位圆域弯制点密度 小于等于单位圆域弯制点密度的上限值 可知在所取的包含i个弯制点的正畸弓丝曲线上,在弯制点个数的限制条件下,无论划分后的圆域上有任意数量的弯制点,划分后的圆域依然能保证圆域弯制点的密集程度在可接受的范围内,能够满足弯制系统对弯制点密度的要求,因此在满足上述要求的一类正畸弓丝曲线的圆域划分的过程中无需考虑弯制点密度因素的影响,则本方法仅以圆域弯制点个数 和圆域弯制点角距比和 为依据对划分圆域进行限制,跳转至步骤三;

步骤三、确定划分圆域的半径和圆心:

划分圆域以弯制点tq+1为起始点进行,分别取弯制点tq+1与 之间的直

线段,依次记为线段 将线段 中长度最

大的线段记为 即 分别

表示线段 的长度,则在正畸弓丝曲线上即将生成的第n个划

分圆域an的圆心为线段 的中点,半径为线段 长度的一半 此时恰好有两个弯制点落到圆域边界线上,且新生成的圆域an刚好能划分步骤三中预先规定的弯制点规定圆域边界线所截的正畸弓丝曲线段上的所有弯制点被该圆

域所划分,当生成的圆域边界线通过弯制点时,则该弯制点也被圆域所划分,已被划分的弯制点所在的正畸弓丝曲线段将不会再被其他圆域划分; 的初始值为 n的初始值为n=1,即首次划分第1个圆域a1时预先规定圆域划分到的弯制点刚好达到上限值,此时所能划分到的弯制点分别为t1、t2、t3、t4、t5,且t1为划分圆域a1的起始点;

步骤四、定义合理角距比弯制圆域:

按照 计算以直线段 的中点为圆心,以 为半径的划分圆域an

的圆域弯制点角距比和 判断是否存在

具体为:

如果 成立,说明以直线段 的中点为圆心,以 为半径的划分圆域

的圆域弯制点角距比和 没有超过所设定的圆域弯制点角距比和上限值(∑E)max,则将以直线段 的中点为圆心,以 为半径的包含正畸弓丝曲线段的划分圆域定义为合理角距比弯制圆域an,计算正畸弓丝曲线上所有已被合理角距比弯制圆域划分的弯制点个数q,跳转至步骤五;

如果 不成立,且存在 说明此时划分圆域的圆域弯制点个数不少

于1个,则继续减少圆域弯制点的个数进行圆域划分,令 计算正畸弓丝曲线上所

有已被合理角距比弯制圆域划分的弯制点个数q,跳转至步骤三;

如果 不成立,且存在 说明此时划分圆域的圆域弯制点个数仅为1

个,将以tq+1为圆心,以弯制点tq+1与相邻弯制点tq+2之间直线距离的一半 为半径生成的包含正畸弓丝曲线段的划分圆域定义为合理角距比弯制圆域an,则该合理角距比弯制圆域an上仅包含一个弯制点tq+1,计算正畸弓丝曲线上所有已被合理角距比弯制圆域划分的弯制点个数q,跳转至步骤五;

步骤五、判断是否继续进行圆域划分:

判断正畸弓丝曲线上所有已被合理角距比弯制圆域划分的弯制点个数q是否与弯制点个数i相等,具体为:

如果正畸弓丝曲线上所有已被合理角距比弯制圆域划分的弯制点个数q与弯制点个数i不相等,则继续进行圆域划分,令n=n+1,即表示对下一个圆域进行划分,此时,若i-q≥5,说明剩余未被划分的弯制点个数不少于5个,则令 即进行下一个圆域的首次划分时预先规定圆域能划分到的弯制点刚好达到上限值,跳转至步骤三;

若i-q<5且i-q≠1,说明此时正畸弓丝曲线上剩余未被划分的弯制点少于5个但超过1个,则令 即进行下一个圆域的首次划分时令圆域能划分到的弯制点个数为正畸弓丝曲线上剩余未被划分的弯制点个数,跳转至步骤三;

若i-q<5且i-q=1,说明此时正畸弓丝曲线上剩余未被划分的弯制点只有最后1个弯制点ti,将以ti为圆心,以ti-1与ti之间直线距离的一半 为半径生成的包含正畸弓丝曲线段的划分圆域定义为合理角距比弯制圆域an,则该合理角距比弯制圆域an上仅包含一个弯制点ti,跳转至步骤六;

如果正畸弓丝曲线上所有已被合理角距比弯制圆域划分的弯制点个数q与弯制点个数i相等,说明所有的弯制点均已被合理角距比弯制圆域划分,输出合理角距比弯制圆域信息集合A1={a1,a2,...,an},跳转至步骤六;

步骤六、输出最终弯制顺序

计算每个合理角距比弯制圆域(a1,a2,...,an)的圆域弯制点角距比和 获得圆域弯制点角距比和信息集 比较各合理角距比弯制圆域的圆域弯制点角距比和,假设得到 其中 表示第s个合理角距比弯制

圆域的圆域弯制点角距比和,1≤s≤n,以圆域弯制点角距比和 为指标将n个圆域降序排列,得到降序合理角距比弯制圆域信息集为A1={a3,a2,...,as},在任何一个弯制圆域内,以单位弯制点密度 为指标对圆域所划分的弯制点进行降序排列,将降序单位弯制点密度所对应弯制点的顺序定义为该圆域弯制点的弯制顺序,进而得到正畸弓丝曲线成形控制点坐标矩阵T1={t7,t6,t5,...,tm}和机器人弯制信息集R1={r7,r6,r5,...,rm},其中tm表示第s个合理角距比弯制圆域中单位弯制点密度最小的弯制点,输出最终弯制点弯制顺序T1={t7,t6,t5,…,tm}、R1={r7,r6,r5,...,rm},程序结束。