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专利号: 2020104860337
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:

1.一种用于正畸弓丝弯制顺序规划的空间变半径球域划分方法,其特征在于:所述方法的具体实现过程为:

步骤一、变半径球域划分数据导入:

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;

步骤二、球域限制参数的设定

定义球域弯制点个数,用符号 表示,球域弯制点个数 为半径为 的球域an内的弯制点个数;定义球域弯制点密度,用符号 表示,球域弯制点密度 是球域an内 个弯制点在半径为 的球域空间内紧密程度的量化描述,规定 球域弯制点密3

度 的单位为个/mm , 为正畸弓丝曲线上第n个变半径划分球域an的半径值;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j个弯制点的弯制点角距比规定 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;定义球域弯制点角距比和,用符号 表示, 是对划分球域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个变半径划分球域an内的所有弯制点的弯制点角距比之和,当变半径划分球域an内的弯制点分别为时,规定 αj为作用在弯制点tj处的弯制角度,表示作用在弯制点tj处弯制距离,即弯制点tj‑1与tj之间曲线段的长度,j的取值范围为q表示正畸弓丝曲线上已完成变半径球域划分的球域内的所有弯制点个数,即 未进行球域划分时q=0,即q的初始值为q=0,q的取值范围为0≤q≤i,将球域弯制点密度 球域弯制点角距比和 和球域弯制点个数 统称为球域限制参数,分别对球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,在整个球域划分过程中Qmax、ρmax和(∑E)max恒为常数,其中Qmax=5,跳转至步骤三;

步骤三、确定划分球域的半径和球心:划分球域以弯制点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,则在空间正畸弓丝曲线上即将生成的第n个划分球域an的球心为线段 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球域边界面上,且新生成的球域an刚好能划分步骤三中预先规定的弯制点规定球域边界面所截的空间正畸弓丝曲线段上的所有弯制点被该球域所划分,当生成的球域边界面通过弯制点时,则该弯制点也被球域所划分,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球域划分; 的初始值为 n的初始值为n=1,即首次划分第1个球域a1时预先规定该球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为划分球域a1的起始点;

步骤四、定义合理弯制球域:

按照 计算以直线段 的中点为球心,以 为半径的划分球域an的球域弯制点密度 按照 计算以直线段 的中点为球心,以 为半径的划分球域an的球域弯制点角距比和 判断是否存在 且具体为:

如果 成立且 成立,说明以直线段 的中点为球心,以 为半径的划分球域的球域弯制点密度 没有超过所设定的球域弯制点密度上限值ρmax且球域弯制点角距比和 没有超过所设定的球域弯制点角距比和上限值(∑E)max,则将以直线段 的中点为球心,以 为半径的包含正畸弓丝曲线段的划分球域定义为合理弯制球域an,计算正畸弓丝曲线上所有已被合理弯制球域划分的弯制点个数q,跳转至步骤五;

如果 不成立或 不成立,且存在 说明此时划分球域的球域弯制点个数不少于1个,则继续减少球域弯制点的个数进行球域划分,令 计算正畸弓丝曲线上所有已被合理弯制球域划分的弯制点个数q,跳转至步骤三;

如果 不成立或 不成立,且存在 说明此时划分球域的球域弯制点个数仅为1个,将以tq+1为球心,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空间正畸弓丝曲线段的划分球域定义为合理弯制球域an,则该合理弯制球域an上仅包含一个弯制点tq+1,计算空间正畸弓丝曲线上所有已被合理弯制球域划分的弯制点个数q,跳转至步骤五;

步骤五、判断是否继续进行球域划分:判断空间正畸弓丝曲线上所有已被合理弯制球域划分的弯制点个数q是否与弯制点个数i相等,

具体为:

如果空间正畸弓丝曲线上所有已被合理弯制球域划分的弯制点个数q与弯制点个数i不相等,则继续进行球域划分,令n=n+1,即表示对下一个球域进行划分,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 即进行下一个球域的首次划分时预先规定球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Qan=i‑q,即进行下一个球域的首次划分时令球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为球心,以ti‑1与ti之间直线距离的一半 为半径生成的包含空间正畸弓丝曲线段的划分球域定义为合理弯制球域an,则该合理弯制球域an内仅包含一个弯制点ti,跳转至步骤六;

如果正畸弓丝曲线上所有已被合理弯制球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弯制球域划分,输出合理弯制球域信息集合A1={a1,a2,...,an},跳转至步骤六;

步骤六、输出最终弯制顺序

计算每个合理弯制球域(a1,a2,...,an)的球域弯制点密度 获得球域弯制点密度信息集 比较各合理弯制球域的球域弯制点密度,假设得到则以球域弯制点密度 为指标将n个球域降序排列,从而得到降序合理弯制球域信息集为A1={a3,a1,...,as},规定在任何一个弯制球域,以每个弯制点角距比E为指标对每个球域所划分的弯制点进行降序排列,将降序弯制点角距比所对应弯制点的顺序定义为该球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,t8,...,tm}和机器人弯制信息集R1={r7,r8,...,rm},其中tm表示第s个合理弯制球域中弯制点角距比最小的弯制点,输出最终弯制点弯制顺序T1={t7,t8,...,tm}、R1={r7,r8,...,rm},程序结束。