正畸弓丝的三维数学模型及弯制算法研究

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1、工学硕士学位论文正畸弓丝的三维数学模型及弯制算法研究魏春阁哈尔滨理工大学2015年3月工学硕士学位论文正畸弓丝的三维数学模型及弯制算法研究硕士研究生：魏春阁导师：张永德申请学位级别：工学硕士学科、专业：机械电子工程所在单位：机械动力工程学院答辩日期：2015年3月授予学位单位：哈尔滨理工大学DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringResearchonThreeDimensionalMathematicalModelandBendingAlgorithmofOrthodonticArchwireCandidate：WeiChun

2、geSupervisor：ZhangYongdeAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MechatronicEngineeringDateofOralExamination：March,2015University：HarbinUniversityofScienceandTechnology哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《正畸弓丝的三维数学模型及弯制算法研究》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中

3、除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将由本人承担。作者签名：日期：年月日哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书《正畸弓丝的三维数学模型及弯制算法研究》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以

4、公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密□，在5年解密后适用授权书。不保密(请在以上相应方框内打√)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日正畸弓丝的三维数学模型及弯制算法研究摘要随着生活水平的不断提高，人们对健康和美提出了更高的要求。健康、整齐的牙齿不仅能给人留下深刻又美好的印象，更能提高咀嚼的能力、维持消化系统的健康。大多数的矫正弓丝是由医生凭经验手工弯制而成，效率低、劳动强度大且精度差是其主要的缺点，而利用机器人替代医生完成枯燥的弯制工作对提高效率与精度等大有裨益。本文立足于临床实际需求，基于口腔牙颌结构，建立正畸弓丝三维数学建模方法，结合正畸弓丝弯制机器

5、人的结构特点，对弓丝弯制的算法进行研究，以提高弯制的精度与效率。提出了正畸弓丝三维数学建模的方法。基于弓丝与托槽之间的结构关系，建立牙位标识和牙弓曲线标识，以确定模型构建时所需关键参数；比较常见的几种曲线构造方式及特点，构建了基于Bezier空间曲线的正畸弓丝模型的数学表达式和控制点的选取方案；借助MATLAB研发出基于Bezier曲线的牙位曲线生成系统，依据该系统进行三维数学建模显示及验证。建立了正畸弓丝的弯制算法。以手工弯制弓丝的工艺为基础，并对现有的正畸弓丝弯制机器人运动及弯制方式进行分析，对弯制算法中弓丝成形方法的选用、弯制成形控制节点及节点处曲线角度进行了规划方

6、法的构建。搭建了正畸弓丝弯制机器人控制系统。通过几种常见软件开发工具的分析及对比，确定应用LabVIEW开发的基于PMAC卡的正畸弓丝弯制机器人上位机系统，通过Ethernet网口向PMAC多轴运动控制卡发送动作指令以完成所指定的正畸弓丝弯制等任务。以一例患者的口腔参数为例，采用国产不锈钢方弓丝在所开发的控制系统中进行弯制实验；对所得实验结果进行测量及与理想数据的对比，分析得到误差的来源并提出了减小误差的方案。本文通过正畸弓丝三维数学模型及弯制算法的理论和实验研究，为快速准确地建立弓丝三维模型提供了科学依据。通过开发的控制系统，机器人能够精准、高效的完成弓丝的弯制等任务，

7、极大提高了弓丝的成形质量，降低了医生的劳动强度，推动了口腔正畸学领域的发展，为患者造福。关键词三维建模；Bezier曲线；控制点规划；上位机控制系统；口腔正畸弓丝ResearchonThreeDimensionalMathematicalModelandBendingAlgorithmofOrthodonticArchwireAbstractWiththecontinuousdevelopmentoflivingstandardofthepeople,whichresultpeopleputforwardhigherrequi