牙体预备机器人备牙轨迹规划及实验研究

龋齿作为人类三大重要防治疾病之一,严重影响了人们的口腔健康。牙体修复是治疗龋齿的重要手段,牙体预备是口腔修复龋齿的必要治疗环节。传统牙体预备依赖于医生手工操作并结合丰富的临床经验,需要对患龋牙齿进行大量的重复的微细调整。针对上述情况提出采用机器人辅助医生实现牙体预备可有效地提高备牙质量和口腔治疗的效果。通过分析医生预备过程的操作特点,确定后牙全冠预备的具体需求,明确牙体预备机器人的设计要求;利用曲面映射关系构造曲面片的约束条件进而确定预备体曲面上的型值点,并依据牙齿之间的相邻关系和功能将功能尖斜面分为3个曲面,基于NURBS曲面完成了3个曲面的插值;根据曲面的型值点和曲面片特征,基于等参数法实现了牙体预备机器人的备牙轨迹规划。设计并研制了牙体预备机器人的虚拟样机和物理样机,并进行了牙体预备实验研究,各个特征点在XYZ方向上的最大的相对定点误差分别为0.23、0.15和0.97 mm,系统误差的置信区间均稳定在0.3 mm以内。在不同方向下的各个特征点的随机误差相关性较弱,验证了备牙轨迹规划方法的正确性和机器人牙体预备的可行性。