新型口腔训练机器人的构造装置、原理及优势探讨
摘要
目的：口腔训练机器人、构造装置、原理、创新
Dentaltrainingrobotstructure,theoryandinnovation
结果：成为合格口腔医生的临床培训
结论：让口腔学生在真正行医前学会照顾患者的反应，懂得如何确保患者的安全。具有特别临床使用价值。
作者单位哈工大口腔产业研究院常亮邮编
正达医疗设备厂郑令相王猛邮编
关键词口腔训练机器人构造、装置、原理、创新
Dentaltrainingrobotstructure,theoryandinnovation
当代医疗领域的创新层出不穷，口腔训练机器人是在研发一款新的产品，设计目的是帮助口腔实习医生在临床培训中用最温柔的方式给患者进行治疗。口腔训练机器人洁白的牙齿上都安有传感器，当牙科实习医生的设备接触到口腔训练机器人虚拟的神经时，它就会适时地叫喊出声。还可以模仿出现实中病人在治疗过程中产生的眼睛和舌头生理反应。这种机器人将可用于实习牙科医生的临床培训。
一口腔训练机器人构造装置
人类下颌系统主要由上下颌、肌肉和颞下颌关节构成.下颌由若干开口肌和闭口肌交替驱动，相对上颌在3维空间内做复杂的周期性张合运动.下颌运动的驱动肌肉主要包括咬肌、颞肌、翼状肌，呈两两对称分布.在人体生理活动中，它参与并且完成语言、咀嚼、呼吸、吞咽等重要的生理功能。这种口腔训练机器人，基于数字化下颌运动虚拟机械仿生原理设计出来的。口腔训练机器人组成（口腔训练机器人结构示意图1，2，3）。包括：舵机、连杆、上颌块12、水平定位块6，所述的上颌块12的顶面连接隔板11，所述的隔板11的顶面连接舵机Ⅱ14，所述的舵机Ⅱ14上连接舵机连杆Ⅲ21，所述的舵机连杆Ⅲ21的顶端连接连接短轴Ⅱ22，所述的连接短轴Ⅱ22连接连杆Ⅰ19，所述的连杆Ⅰ19连接连接短轴Ⅰ16，所述的连接短轴Ⅰ16与所述的连接短轴Ⅱ22之间连接弹簧18，所述的连接短轴Ⅰ16连接舵机连杆Ⅰ19，所述的舵机连杆Ⅰ19通过连接柱Ⅰ10连接舵机Ⅰ7，所述的舵机Ⅰ7的背面通过L形固定架板13连接所述的隔板11，所述的舵机Ⅱ14与所述的隔板11均穿过舵机连杆Ⅱ17，所述的舵机连杆Ⅱ17的顶端连接连接柱Ⅱ20，所述的舵机连杆Ⅱ17的底端连接铅垂定位块9，所述的铅垂定位块9的底端开有铅垂定位块凹槽23，所述的铅垂定位块凹槽23内插入所述的连接短轴Ⅱ22与水平定位块6，所述的水平定位块6开有水平定位块凹槽24，所述的水平定位块凹槽24内装入所述的连接短轴Ⅱ22，所述的铅垂定位块9与所述的连接短轴Ⅱ22、所述的水平定位块6、连杆套26通过定位主轴5相连接，所述的定位主轴5穿过所述的水平定位块凹槽24与所述的铅垂定位块凹槽23，所述的连杆套26通过连接轴27连接所述的连杆Ⅱ1，所述的水平定位块6通过螺钉4连接在支撑板8上，所述的支撑板8连接在所述的上颌块12上，所述的舵机Ⅰ7的下方连接支撑轴2，所述的支撑轴2的顶端连接在所述的隔板11的底面上，所述的支撑轴2通过紧定螺钉3连接支撑杆28。
所述的口腔训练机器人，所述的舵机Ⅱ14与舵机Ⅲ25对称设置。
这种口腔训练机器人，其组成包括：舵机、USB接口、串口TTL，所述的USB接口或串口TTL将信号传递给可编程逻辑控制器PLC，所述的可编程逻辑控制器PLC输出脉冲宽度调制PWM的信号传递给所述的舵机。
二口腔训练机器人原理和创新结果
口腔训练机器人一种具有仿生颞下颌关节的机器人，包括机器人数值化机械本体结构和控制系统两部分，在充分研究人类颞下颌关节的结构、功能及其运动形式的基础上，提出采用点接触高副结构设计仿生颞下颌关节，并采用PLC并联机构的仿下颌运动训练机器人。为实现口腔训练机器人高仿生性要求，基于数字化下颌运动虚拟机械仿生原理提出一种新型仿下颌运动训练机器人.首先，针对人类下颌系统驱动肌肉的分布不对称、作用力方向不同以及与上下颌连接点不共面的生物力学特性，建立基于PLC并联机构的仿下颌运动机器人.其次，推导其运动学反解方程和雅可比矩阵，并进行工作空间、奇异值、灵活度等运动性能分析，以验证机构设计的可行性.最后，在建立的虚拟样机平台上进行下颌运动仿真实验，对仿下颌运动机器人的轨迹及驱动系统进行分析，并与人类下颌真实运动进行比较.结果证明该仿下颌运动机器人能满足人类下颌运动轨迹真实性的要求.。
1此口腔训练机器人已经获得中国知识产权局颁发专利证书，弥补国内外空白的缺陷，提供模拟真人参数化智能仿头模口腔训练机器人，该口腔训练机器人操作便捷，直观逼真的展现了下颌运动各种解剖形态及牙齿咬合面接触的咬合解剖关糸，解决了口腔教学实际应用的教学实习训练问题。
2.口腔训练机器人适用于：口腔內科.囗腔外科.修复科.正畸科，医院.囗腔门诊学员实习橾做。
3.口腔训练机器人通过控制软件同时调控舵机，模拟真人下颌全约束复合运动，实现多角度开口、闭口、左侧移、右侧移和下颌前伸颗道斜度组合运动轨迹，实现全模拟使用更逼真，效果更全面。
4口腔训练机器人原理技术：
人体口腔下颌运动是最频繁的部位之一，在运动中完成咀嚼、吞咽、语言、表情等口腔功能活动。下颌运动与咀嚼系统的健康状况密切相关，可以通过下颌运动的特征对相关疾病作分析诊断及判断治疗方案，因此下颌运动的参数有着特别的临床意义。此外，在对于义齿的制造研究开发上，需要人体下颌运动的模拟数据，尤其是牙齿咬合面各部位的磨损程度，咀嚼时的运动轨迹，以便设计制作更加舒适耐用的义齿。让牙科实习医生和口腔医学院校学生在临床实践中更好的感受患者的痛苦，而不是仅仅将注意力集中在技术评价上。
图1口腔训练机器人结构示意图
图2口腔训练机器人结构示意图
图3口腔训练机器人结构示意图
三口腔训练机器人优势小结
口腔训练机器人由哈工大口腔产业研究院常亮博士和正达医疗设备厂口腔机器人项目组，一起研发了这款新型口腔训练机器人，常亮博士说：“我们的目的是，训练口腔医生在临床实践中更好的感受患者的痛苦，而不是仅仅将注意力集中在技术评价上。”科学发展一日千里，口腔机器人进入到口腔诊所中已经不是很遥远的事情了。
“口腔病人”机器人，它被用来帮助口腔实习医生在临床培训中更好地了解病人的疼痛。这个医学仿真机器人被用在口腔医学院校临床培训中，是非常好的训练口腔医学学生教学工具。通过了解“口腔训练机器人”病人的感觉，进而练出好技术。关键是我们能在不伤及病人的情况下了解他们何时疼痛。”“口腔病人”机器人能教会学生如何与病人交流，治疗技巧固然重要，了解病人感受也十分重要。这样会快速培养更多合格牙科医生。