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专利号: 2021114853480
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于柔性六维力传感器的牙齿矫正正畸力测量装置,其特征在于,包括柔性六维力传感器(10)、托槽(8)和蓝牙模块(9),柔性六维力传感器(10)通过生物医用胶连剂粘贴在牙齿表面,柔性六维力传感器(10)顶部安装有托槽(8),托槽(8)底面与六维力传感器顶面形状适配,在托槽(8)表面设置有与柔性六维力传感连接的蓝牙模块(9)。

2.根据权利要求1所述的一种基于柔性六维力传感器的牙齿矫正正畸力测量装置,其特征在于:所述柔性六维力传感器包括由上至下依次设置的柔性凸台(1)、PTFE薄膜(2)、FPCB柔性印刷电路板(5)和柔性底座(6);柔性凸台(1)为四棱台状结构,底面四个边角位置均设置有方形凸块,柔性底座(6)顶面设置有与柔性凸台(1)的方形凸块适配的十字结构,柔性凸台(1)底部与柔性底座(6)顶部凹凸互锁组成榫卯结构;FPCB柔性印刷电路板(5)为与柔性底座(6)顶面嵌合的层状折叠结构,层状折叠结构中间镂空形成四个倒U型凸起,在FPCB柔性印刷电路板(5)上表面布置有十二个柔性传感单元(3),十二个柔性传感单元分别粘贴于四个凸起的顶面和两侧面,十二个柔性压阻传感单元(3)通过贴附于FPCB柔性电路板(5)上表面的PTFE薄膜(2)进行封装;

PTFE薄膜(2)在四个边角表面设置有与柔性传感单元厚度一致的海绵垫(4)。

3.根据权利要求1所述的一种基于柔性六维力传感器的牙齿矫正正畸力测量装置,其特征在于:所述步骤S2的六维力具体为:以柔性凸台顶面中心为原点构建三维坐标系,六维力分别为Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz,Fx、Fy分别为柔性凸台在x轴和y轴方向上受到的横向力,Fz为柔性凸台顶面在z轴方向上受到的正压力,My、Mz为柔性凸台在x轴和y轴方向上受到的扭矩力,Mx为柔性凸台在z轴方向上受到的扭矩力。

4.根据权利要求1所述的一种基于柔性六维力传感器的牙齿矫正正畸力测量装置,其特征在于:在每个柔性压阻传感单元对应的FPCB柔性电路板(5)位置处镀有插值电极,所有插值电极的其中一条引线集成至柔性压阻传感单元正面的上接口处,所有插值电极的另一条引线集成至柔性压阻传感单元背面的下接口处。

5.采用权利要求1~4任一所述装置的一种牙齿矫正正畸力测量方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1:通过扫描仪对测试者的口腔进行扫描生成牙齿三维模型,采用牙齿三维模型模拟牙齿矫正过程确定每颗牙齿矫正所需的理想正畸力;

S2:通过机械测试系统对柔性六维力传感器施加六维力进行校准,数据采集器通过与柔性六维力传感器的上下接口相连采集输出的校准电压信号;

S3:在每颗牙齿表面通过生物医用胶连剂粘贴柔性六维力传感器,在柔性六维力传感器顶部安装托槽(8),在托槽(8)表面安装与柔性六维力传感连接的蓝牙模块(9),相邻牙齿之间的托槽(2)通过穿过托槽(2)的矫正弓丝(7)连接;

S4:矫正弓丝(7)通过柔性六维力传感器将正畸力施加至牙齿上,柔性六维力传感器上的压阻传感单元通过蓝牙模块(9)输出电压信号;

S5:根据步骤S4输出的电压信号计算牙齿受到的实际正畸力;

S6:将步骤S5计算得到的实际正畸力与步骤S1的理想正畸力进行比较,根据实际正畸力与理想正畸力的差值调整弓丝(7)改变正畸力;

S7:重复步骤S4~S6,直至实际正畸力与理想正畸力之间的差值小于阈值。

6.根据权利要求5所述的牙齿矫正正畸力测量方法,其特征在于:所述步骤S5具体为:通过正交并联六维力传感器静态标定算法对步骤S2的六维力与校准电压信号进行计算获取六维力与校准电压信号之间的映射关系矩阵,根据映射关系矩阵和步骤S4输出的电压信号计算得到六维力传感器受到的作用力,即牙齿受到的实际正畸力。

7.根据权利要求5所述的牙齿矫正正畸力测量方法,其特征在于:所述步骤S5具体为:通过步骤S2对柔性六维力传感器进行多次校准,将施加的六维力和对应的校准电压信号作为样本集,将样本集分为训练集和测试集输入DNN深度神经网络进行训练,将步骤S4输出的电压信号输入训练后的DNN深度神经网络,输出得到六维力传感器受到的作用力,即牙齿受到的实际正畸力。

8.根据权利要求5所述的牙齿矫正正畸力测量方法,其特征在于:所述蓝牙模块(9)与六维力传感器上下接口的引线连接,通过蓝牙模块(9)对牙齿上多个六维力传感器输出的电压信号进行同时采集,并将采集的电压信号传输至上位机进行步骤S5的处理。