3D義齒磨削機器人系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著計算機及逆向工程的廣泛應(yīng)用，CAD/CAM技術(shù)被引入口腔修復(fù)領(lǐng)域，陶瓷義齒制作變?yōu)楝F(xiàn)實，義齒制作的質(zhì)量、效率大大提高，使得傳統(tǒng)的牙齒修復(fù)技術(shù)產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。義齒修復(fù)體磨削機器人系統(tǒng)是口腔CAD/CAM系統(tǒng)的重要組成部分，論文以義齒修復(fù)體磨削成型技術(shù)為研究對象，系統(tǒng)研究了3D義齒磨削機器人系統(tǒng)平臺的設(shè)計、3D數(shù)據(jù)處理及建模、刀具軌跡規(guī)劃及插補算法等相關(guān)理論、方法及關(guān)鍵技術(shù)。
　　在系統(tǒng)分析牙齒曲面加工工藝方案的基礎(chǔ)上，設(shè)計了3D義

2、齒磨削機器人本體及其控制系統(tǒng)。根據(jù)牙齒修復(fù)體的曲面形狀特點，及快速磨削成型的需要，設(shè)計了基于雙磨針并行擺動磨削的機器人機構(gòu)，系統(tǒng)可實現(xiàn)5-DOF運動，金剛石磨針可對包括陶瓷材料在內(nèi)的多種材質(zhì)的義齒修復(fù)體成型磨削。設(shè)計了計算機加運動控制卡的開放式控制系統(tǒng)，并根據(jù)機器人學(xué)理論對系統(tǒng)進行了運動學(xué)建模，確定了系統(tǒng)工作空間及各關(guān)節(jié)運動參數(shù)。
　　針對義齒修復(fù)體3D模型掃描數(shù)據(jù)中的脈沖噪聲問題，采用相鄰點方向角判別法確定了脈沖噪聲點，并利用樣

3、條插值法進行了消除。由于一次掃描數(shù)據(jù)的不完整性，采用二次掃描方法，并根據(jù)ICP算法進行拼接處理。針對傳統(tǒng)ICP算法點到點配準存在的建模精度問題，提出了點集與線段集最小距離迭代的改進ICP配準算法，實現(xiàn)了兩次測量的點云數(shù)據(jù)的配準，并對疊加點數(shù)據(jù)進行了裁減和拼接處理。對處理后的點云數(shù)據(jù)進行了三角網(wǎng)格劃分，建立了牙齒曲面三角片形式的多面體模型，完成了直接驅(qū)動磨削加工的STL格式3D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及存儲。
　　根據(jù)磨削機器人系統(tǒng)的機構(gòu)特點及牙齒

4、曲面形狀特點，給出了雙磨針并行磨削無干涉刀具路徑規(guī)劃方法，使兩個磨針加工時速度不相互影響，磨削路徑不產(chǎn)生干涉。研究了多面體模型的數(shù)據(jù)存儲及快速搜索方法，將四叉樹理論引入刀具軌跡計算過程，提出了滿格PR四叉樹劃分法，提高了STL格式義齒多面體模型刀位點(CLP)計算時刀具投影區(qū)三角片的搜索效率，加快了刀具軌跡生成速度。在此基礎(chǔ)上分別研究了錐形磨針、平底磨針和球形磨針三種磨削刀具進行牙齒曲面磨削時的刀具軌跡生成算法。論文還對點云數(shù)據(jù)直接驅(qū)動

5、磨削加工的刀具軌跡生成算法進行了研究。
　　論文研究了牙齒曲面磨削時的刀具軌跡插補算法，根據(jù)義齒磨削機器人系統(tǒng)的機構(gòu)特點，進行了變形Zigzag刀具路徑規(guī)劃，提出了展平-彎曲B樣條曲線插補算法，算法保證了刀具運動軌跡位于圓弧驅(qū)動面上，實現(xiàn)了徑向進給速度的自適應(yīng)控制，既保證了插補精度，又避免了磨削振動。
　　最后選擇四種典型牙齒（磨齒、切齒、臼齒和門齒）形狀，進行了牙齒曲面磨削實驗。通過掃描得到的點云數(shù)據(jù)，按照論文研究的相關(guān)技