一种手机钻头标定装置及方法与流程

1.本发明涉及医疗技术领域，具体涉及一种手机钻头标定装置及方法。


背景技术：

2.牙齿的缺失会影响人的咀嚼、发音、容貌，严重降低患者的生活质量，而种植牙是修复牙齿缺失的一个重要手段。种植牙手术需要利用种植手机在牙槽上钻孔来满足后续种植体植入的要求，是口腔种植牙手术中非常重要的一环。
3.对于种植牙手术来说精度控制非常重要，很可能因为一个较小的误差就导致手术失败，因此手术器械的标定是很关键的一个步骤。牙科种植手机其外形不规则，且加工和装配过程存在误差，根据图纸中的尺寸来确定手术器械末端的位置可能不准确，而使用传统的测量方法也很难获取准确的位置关系。
4.专利号为cn 109077822 b的专利公开了一种基于视觉测量的牙科种植手机标定系统及方法，该发明能够获得较为准确的牙科种植手机末端的钻头在牙科种植手机光学标记坐标系中的位置标定结果，但是该发明结构复杂，标定方法较繁琐。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服上述背景技术中描述的现有手机钻头标定装置及方法的缺点，提供一种装置简单、实用，且标定方法简单、准确的手机钻头标定装置及方法。
6.为实现以上目的，本发明采用以下技术方案予以实现：一种手机钻头标定装置，包括标定装置、相机、手机头、手机固定装置、钻头、末端阵列、标定探针。
7.其中，所述标定装置的顶部可插入到所述手机头中并固定；所述手机固定装置用于将所述手机钻头标定装置固定在机械臂上；所述相机通过探测所述末端阵列可以计算所述相机与所述末端阵列之间的空间位置关系；所述标定探针上端具有阵列特征，所述相机通过探测该阵列可以计算所述相机与所述标定探针上的阵列之间的空间位置关系；所述标定装置和所述钻头的长度已知。
8.进一步地，所述标定装置的顶部结构为种植手机钻头标准接口结构，所述标定装置的顶部可以通过标准接口插入到所述手机头中，并利用所述手机头内部的卡槽固定。
9.进一步地，所述标定装置顶部、底部和底部侧面设置有锥形凹槽特征，且锥形凹槽深度已知。
10.进一步地，所述标定装置顶部凹槽的底面点和底部凹槽的底面点之间的连线为所述标定装置的中心轴线。
11.进一步地，所述标定装置底部侧面的锥形凹槽的底部到中心轴线的距离已知。
12.进一步地，所述手机头通过结构件与所述末端阵列装配在一起。
13.本发明还提供了一种手机钻头标定方法，其特征在于，包括：
用所述标定探针的针尖，点在所述标定装置顶部的锥形凹槽底面点，确定所述钻头尖端在空间内的具体位置；用所述标定探针的针尖，点在所述标定装置底部的锥形凹槽底面点，确定所述钻头偏转的角度；用所述标定探针的针尖，点在所述标定装置底部侧边的锥形凹槽底面点，验证标定是否成功。
14.作为预选，所述用所述标定探针的针尖，点在所述标定装置顶部的锥形凹槽底面点，确定所述钻头尖端在空间内的具体位置，包括：用所述标定探针的针尖，点在所述标定装置顶部的锥形凹槽底面点；所述相机通过探测所述标定探针上的阵列计算所述相机与所述标定探针上的阵列之间的空间位置关系；计算所述标定探针针头的空间位置，即所述标定装置顶部的锥形凹槽的底面点在所述相机视场角内的空间位置；所述相机通过探测所述末端阵列，计算所述末端阵列在所述相机视场角内的空间位置；计算所述末端阵列与所述标定装置顶部锥形凹槽的底面点的相对空间位置；所述钻头没有凹槽，为平面，可以得知所述钻头代替所述标定装置装配到所述手机头后，其顶面中心点为目前探测到的所述标定装置顶部的锥形凹槽的底面点在所述标定装置的中心轴线上相应地抬高锥形凹槽深度；已知所述钻头的长度，可以计算出使用所述钻头时，所述钻头尖端在所述相机视场角内的空间位置，即通过标定确定了所述钻头尖端在空间内的具体位置。
15.进一步地，所述用所述标定探针的针尖，点在所述标定装置底部的锥形凹槽底面点，确定所述钻头偏转的角度，包括：用所述标定探针的针尖，点在所述标定装置底部的锥形凹槽底面点；所述相机通过探测所述标定探针上的阵列计算所述相机与所述标定探针上的阵列之间的空间位置关系；计算所述标定探针针头的空间位置，即所述标定装置底部的锥形凹槽的底面点在所述相机视场角内的空间位置；通过所述标定装置顶部凹槽的底面点和底部凹槽的底面点的位置可计算出所述标定装置的中心轴线的空间位置；所述钻头装配到所述手机头后的中心轴线与所述标定装置的中心轴线重合，通过此标定，可以计算后续进行种植牙时，所述钻头的偏转角度。
16.进一步地，所述用所述标定探针的针尖，点在所述标定装置底部侧边的锥形凹槽底面点，验证标定是否成功，包括：用所述标定探针的针尖，点在所述标定装置底部侧边的锥形凹槽底面点，进行所述标定装置中心轴线的二次确认；由于所述标定装置底部侧边的锥形凹槽底面点到中心轴线的距离设计上已知，所述相机通过计算并确认实际测出来的所述标定装置中心轴线与所述标定装置底部侧边的锥形凹槽中心底部的距离是否在容许误差范围内，若在范围内，则标定成功；否则，则标定
失败，需重新标定。
17.本发明提供了一种手机钻头标定装置及方法，该装置包括标定装置、相机、手机头、手机固定装置、钻头、末端阵列、标定探针。该发明通过所述标定装置的顶部凹槽，结合所述相机和所述标定探针，确定顶部凹槽中心底部点的空间位置，将其与所述末端阵列位置关联起来，通过凹槽深度换算成种植钻头工作尖端的空间位置，从而通过该标定装置和方法将种植钻头尖端的空间位置与所述末端阵列关联起来，消除所述手机头与所述末端阵列固定中间结构件的加工误差、组装误差。另外，本发明通过所述标定装置的顶部凹槽、底部凹槽和底部侧面凹槽，结合所述相机和所述标定探针，可以实际探测出所述钻头装配后的轴线空间位置，从而计算后续机械臂带动整体手机头和末端运动时种植钻头的角度偏转。
附图说明
18.下面将参考附图来描述本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果。
19.图1是本发明实施例标定装置底部结构示意图；图2是本发明实施例标定装置顶部结构示意图；图3是本发明实施例标定装置在某一角度下的侧面剖视图；图4是本发明实施例标定装置在另一角度下的侧面剖视图；图5是本发明实施例钻头的结构示意图；图6是本发明实施例标定探针的结构示意图；图7是本发明实施例标定探针针尖点到标定装置的顶部锥形凹槽底面点的示意图；图8是本发明实施例标定探针针尖点到标定装置的底部锥形凹槽底面点的示意图；图9是本发明实施例标定探针针尖点到标定装置的底部侧面锥形凹槽底面点的示意图；附图标记说明：1.标定装置；2.相机；3.手机头；4.手机固定装置；5.钻头；6.末端阵列；7.标定探针；101.底部锥形凹槽；102.顶部锥形凹槽；103.底部侧面锥形凹槽；701.阵列。
具体实施方式
20.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“装配”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一
体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明的标定装置和方法进行详细描述。
24.如图1-9所示，本发明提供了一种手机钻头标定装置，该装置包括标定装置1、相机2、手机头3、手机固定装置4、钻头5、末端阵列6、标定探针7。
25.其中，所述标定装置1的顶部可插入到所述手机头3中并固定；所述手机固定装置4用于将所述手机钻头标定装置固定在机械臂上；所述相机2通过探测所述末端阵列6可以计算所述相机2与所述末端阵列6之间的空间位置关系；所述标定探针7上端具有阵列特征，所述相机2通过探测该阵列可以计算所述相机2与所述标定探针7上的阵列之间的空间位置关系；所述标定装置1和所述钻头5的长度已知。
26.作为一种可选的实施方式，所述标定装置1的顶部结构为种植手机钻头标准接口结构。
27.作为一种可选的实施方式，所述标定装置1的顶部可以通过标准接口插入到所述手机头3中，并利用所述手机头3内部的卡槽固定。
28.图1是本发明标定装置1的底部结构示意图，图2是本发明标定装置1的顶部结构示意图。
29.如图1和图2所示，所述标定装置1的底部具有锥形凹槽101特征，其底面点记为e，顶部具有锥形凹槽102特征，其底面点记为f，底部侧面设置有锥形凹槽103特征，其底面点记为g。
30.图3是本发明标定装置1在某一角度下的侧面剖视图。
31.如图3所示，所述标定装置1的总长度为c，所述标定装置1的锥形凹槽深度为a。
32.作为一种可选的实施方式，所述标定装置1的顶部锥形凹槽101的底面点e和底部锥形凹槽102的底面点f之间的连线为所述标定装置1的中心轴线。
33.图4是本发明标定装置1在另一角度下的侧面剖视图。
34.如图4所示，所述标定装置1的底部侧面锥形凹槽103的底面点g到中心轴线的距离为d。
35.图5是本发明钻头5的结构示意图，如图5所示，所示钻头5长度为b。
36.图6是本发明实施例标定探针7的结构示意图。
37.如图6所示，所述标定探针7的底端具有针头特征，顶端具有阵列701特征，且所述针头与所述阵列701的相对位置关系已知。
38.作为一种可选的实施方式，所述手机头3通过结构件与所述末端阵列6装配在一起。
39.作为一种可选的实施方式，所述手机钻头标定装置整体通过所述手机固定装置4固定在机械臂上。
40.本发明还提供了一种手机钻头标定方法，该方法包括：用所述标定探针7的针尖，点在所述标定装置1的顶部锥形凹槽101的底面点e，确
定所述钻头5的尖端在空间内的具体位置；用所述标定探针7的针尖，点在所述标定装置1的底部锥形凹槽102的底面点f，确定所述钻头5偏转的角度；用所述标定探针7的针尖，点在所述标定装置1的底部侧边锥形凹槽103的底面点g，验证标定是否成功。
41.如图7所示，所述用所述标定探针7的针尖，点在所述标定装置1的顶部锥形凹槽101的底面点e，确定所述钻头5的尖端在空间内的具体位置，包括：用所述标定探针7的针尖，点在所述标定装置1的顶部锥形凹槽101的底面点e；所述相机2通过探测所述标定探针7上的阵列701计算所述相机2与所述标定探针7上的阵列701之间的空间位置关系；计算所述标定探针7针头的空间位置，即所述标定装置1的顶部锥形凹槽101的底面点在所述相机2视场角内的空间位置；所述相机2通过探测所述末端阵列6，计算所述末端阵列6在所述相机2视场角内的空间位置；计算所述末端阵列6与所述标定装置1的顶部锥形凹槽101的底面点e的相对空间位置；所述钻头5没有凹槽，为平面，可以得知所述钻头5代替所述标定装置1装配到所述手机头3后，其顶面中心点为目前探测到的所述标定装置1的顶部锥形凹槽101的底面点在所述标定装置1的中心轴线上相应地抬高锥形凹槽深度a；已知所述钻头5的长度为b，可以计算出使用所述钻头5时，所述钻头5的尖端在所述相机2视场角内的空间位置，即通过标定确定了所述钻头5的尖端在空间内的具体位置。
42.如图8所示，所述用所述标定探针7的针尖，点在所述标定装置1的底部锥形凹槽102的底面点f，确定所述钻头5偏转的角度，包括：用所述标定探针7的针尖，点在所述标定装置1的底部锥形凹槽102的底面点f；所述相机2通过探测所述标定探针7上的阵列701计算所述相机2与所述标定探针上的阵列701之间的空间位置关系；计算所述标定探针7针头的空间位置，即所述标定装置1的底部锥形凹槽102的底面点在所述相机2视场角内的空间位置；通过所述标定装置1的顶部锥形凹槽101的底面点和底部锥形凹槽102的底面点f的位置可计算出所述标定装置1的中心轴线的空间位置；所述钻头5装配到所述手机头3后的中心轴线与所述标定装置1的中心轴线重合，通过此标定，可以计算后续进行种植牙时，所述钻头5的偏转角度。
43.如图9所示，所述用所述标定探针7的针尖，点在所述标定装置1的底部侧边锥形凹槽103的底面点g，验证标定是否成功，包括：用所述标定探针7的针尖，点在所述标定装置1的底部侧边锥形凹槽103的底面点g，进行所述标定装置1中心轴线的二次确认；所述标定装置1的底部侧边锥形凹槽103的底面点g到中心轴线ef的距离为d，所述相机2通过计算并确认实际测出来的所述标定装置1中心轴线ef与所述标定装置1的底部侧边锥形凹槽103中心底面点g的距离是否在容许误差范围内，若在范围内，则标定成功；否
则，则标定失败，需重新标定。
44.本发明提供了一种手机钻头标定装置及方法，该装置包括标定装置、相机、手机头、手机固定装置、钻头、末端阵列、标定探针。该发明通过所述标定装置的顶部凹槽，结合所述相机和所述标定探针，确定顶部凹槽中心底部点的空间位置，将其与所述末端阵列位置关联起来，通过凹槽深度换算成种植钻头工作尖端的空间位置，从而通过该标定装置和方法将种植钻头尖端的空间位置与所述末端阵列关联起来，消除所述手机头与所述末端阵列固定中间结构件的加工误差、组装误差。另外，本发明通过所述标定装置的顶部凹槽、底部凹槽和底部侧面凹槽，结合所述相机和所述标定探针，可以实际探测出所述钻头装配后的轴线空间位置，从而计算后续机械臂带动整体手机头和末端运动时种植钻头的角度偏转。
45.虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。