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申请/专利权人：东南大学;南京凝动数字科技有限公司

摘要：本发明提供一种颞下颌关节运动仿真装置，包括横向移位组件、纵向移位组件、竖向移位组件、实物仿真模型、用于支撑实物仿真模型的定位组件和用于移动实物仿真模型的姿态控制组件，实物仿真模型包括上颌模型、下颌模型和模型固定架，上颌模型设于下颌模型的上方，模型固定架包括上定位板和下定位板，上颌模型设于上定位板上，下颌模型设于下定位板上，上定位板设于定位组件上，下定位板设于姿态控制组件上；该种颞下颌关节运动仿真装置，能够实现颞下颌关节运动的多角度实物运动仿真，使运动更准确直观地展示，能够为口腔医师的诊断提供更有效可靠的基础。

主权项：1.一种颞下颌关节运动仿真装置，其特征在于：包括横向移位组件、纵向移位组件、竖向移位组件、实物仿真模型、用于支撑实物仿真模型的定位组件和用于移动实物仿真模型的姿态控制组件，实物仿真模型包括上颌模型、下颌模型和模型固定架，上颌模型设于下颌模型的上方，模型固定架包括上定位板和下定位板，上颌模型设于上定位板上，下颌模型设于下定位板上，上定位板设于定位组件上，下定位板设于姿态控制组件上，姿态控制组件设于用于实现姿态控制组件竖向移动的竖向移位组件上，竖向移位组件设于用于实现竖向移位组件纵向移动的纵向移位组件上，纵向移位组件设于用于实现纵向移位组件横向移动的横向移位组件上；姿态控制组件包括基座、横滚角电机、俯仰角电机、偏航角电机和用于连接下定位板的下支撑板，下支撑板连接横滚角电机的输出轴，横滚角电机通过第一连接件垂直连接俯仰角电机的输出轴，俯仰角电机设于第二连接件上，第二连接件设有偏航角电机，偏航角电机与俯仰角电机垂直设置，第二连接件由偏航角电机带动绕基座转动，基座设于竖向移位组件上；姿态控制组件还包括电机零位位置检测组件，电机零位位置检测组件包括第一U型槽光电传感器、第二U型槽光电传感器和第三U型槽光电传感器，第一U型槽光电传感器用于检测横滚角电机的零位位置，第二U型槽光电传感器用于检测俯仰角电机的零位位置，第三U型槽光电传感器用于检测偏航角电机的零位位置；第一连接件设有第一U形槽光电传感器，横滚角电机的输出轴设有检测用转板，检测用转板嵌入第一U形槽光电传感器的检测槽内，且检测用转板设有第一检测用缝隙，第二连接件设有第二U形槽光电传感器，第一连接件由俯仰角电机带动伸入或移出第二U形槽光电传感器的检测槽，第二连接件的底部设有第三U型槽光电传感器，基座设有检测用探头，检测用探头嵌入第三U形槽光电传感器的检测槽内，检测用探头设有第三检测用缝隙；还包括控制模块，控制模块分别连接横向移位组件、纵向移位组件、竖向移位组件和姿态控制组件，控制模块与上位机通信；上位机采用如下步骤来运算变换得到下颌运动的各个时刻位姿：S31、上位机输入n个变换矩阵，Mi为第i时刻的下颌相对第0时刻下颌位姿的运动变换矩阵，其中，i＝1、2、3…n，解算第i时刻各个电机的输入控制量，具体为：S311、下颌模型的固定点dp的齐次坐标为P0，过该固定点dp的水平面为基准姿态平面，设立坐标系；S312、由于横滚角电机控制下颌模型运动为在横滚角方向旋转，则第i时刻相对于第0时刻位置的姿态变换矩阵Ai0表示为：其中，φi为第i时刻绕横滚角方向旋转角度；由于俯仰角电机控制下颌模型运动为在俯仰角方向旋转，则第i时刻相对于第0时刻位置的姿态变换矩阵Ai1表示为：其中，θi为第i时刻绕俯仰角方向旋转角度；由于偏航角电机控制下颌模型运动为在偏航角方向旋转，则第i时刻相对于第0时刻位置的姿态变换矩阵Ai2表示为：其中，ψi为第i时刻绕偏航角方向旋转角度；则第i时刻，下颌模型的姿态变换矩阵为Ei＝Ai2Ai1Ai0，由于已知第i时刻的运动变换矩阵Mi且其中包含了旋转分量Ri，由Ri＝Ei可求得第i时刻相对第0时刻绕横滚角旋转角度φi，绕俯仰角旋转角度θi，绕偏航角旋转角度ψi；S313、第0时刻下颌模型固定点dp的齐次坐标为P0，第i时刻下颌模型固定点dp的齐次坐标为Pi＝xi,yi,zi，1,则可计算第i时刻下颌模型固定点dp的齐次坐标为Pi＝Mi*P0；计算第i时刻，传导至竖向移位组件的位移量为：di0＝zi-tsinθi，其中，t为俯仰角控制电机的电机轴心至下颌模型固定点dp的距离，θi为绕俯仰角旋转角度；计算第i时刻，传导至纵向移位组件的位移量为：di1＝yi-tcosθisinψi，其中，t为俯仰角控制电机的电机轴心至下颌模型固定点dp的距离，θi为绕俯仰角旋转角度，ψi绕偏航角旋转角度；计算第i时刻，传导至横向移位组件的位移量为：di2＝xi-t-tcosθicosψi，其中，t为俯仰角控制电机的电机轴心至下颌模型固定点dp的距离，θi为绕俯仰角旋转角度，ψi绕偏航角旋转角度；此时，可得到第i时刻控制向量ci＝φi,θi,ψi,di0,di1,di2；S314、对n个控制向量做三次样条插值运算，得到插值运算结果，做为最终解算的运动数据；S32、将由步骤S31解算得到的运动数据通过串口通讯发送至控制模块，控制模块将数据存储于存储器内；S33、在上位机发送开始运动指令时，控制模块使用中断方式读取各电机运动控制量，分别设定横滚角电机、俯仰角电机和偏航角电机三轴姿态电机的目标旋转角度，以及横向电机、纵向电机和竖向电机三轴位置控制的目标位移量，所有电机分别转动，带动下颌模型相对上颌模型运动。

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