DE19708266A1

DE19708266A1 - Computer controlled system with microrobot especially for cleaning teeth

Info

Publication number: DE19708266A1
Application number: DE19708266A
Authority: DE
Inventors: Albert Schumann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 1998-09-03

Abstract

The computer controlled cleaning system uses a microrobot (1), which moves computer controlled on the teeth. Each millimetre of a tooth surface is monitored, and finest liquid jets from two micro guns (8) are used to clean the teeth. The robot is designed on the basis of fine mechanics and micro system engineering. An image recording and transmission unit (7) is provided for the control of the microrobot. The microrobot is connected to a supply and control unit (2) across light wave conductors and micro gun hoses. The supply and control unit which approximately weights 300 g is position at a band around the neck. The cable is connected to a PC. A specifically developed programme packet (4) is provided with the PC. The lighting, the image screen and the guns of the microrobot are controlled and driven by hydraulic micro cylinders (16).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein prinzipiell neues System computergesteuerter Hydroreinigung und Pflege der Zähne. Die Arbeitseinheit des Systems ist der Zähnereinigungs- und -pflegemikroroboter, nachstehend im Text wird er gekürzt ZRP-Mikroroboter bezeichnet.The invention relates to a fundamentally new system computer controlled hydro cleaning and care of the teeth. The working unit of the system is the teeth cleaning and -care micro-robot, shortened in the text below ZRP micro-robot called.

Bis heute werden die Zähne meistens mittels Zahnbürste mit Zahncreme/gel gereinigt - manuell und elektrisch. Es werden auch verschiedene Mundwasserspülungen für die Zähnereini gung genutzt. Als weitere Methoden/Mittel sind noch einige spezielle Vorrichtungen für Zähne- und Munddusche bekannt. Die Qualität aller diesen bekannten Reinigungs- und Pflege verfahren ist aber unzureichend. Ein klarer Beweis für die mangelhafte Qualität der Reinigung und Pflege unserer Zähne sind die sehr verbreiteten und häufigen Probleme, welche fast jeder Mensch mit den Zähnen hat. Diese Probleme sind eigentlich direkte Folgen der unzureichenden Pflegequalität der Zähne. Die hohen Kosten für die Zahnpflege und besonders für die zahnärztliche Behandlung sind ebenfalls ein Hinweis auf die starke Verbesserungsbedürftigkeit der Zahnpflege.To date, the teeth are mostly brushed with a toothbrush Toothpaste / gel cleaned - manually and electrically. It will also various mouthwashes for the teeth used. Other methods / means are a few special devices for teeth and oral irrigator known. The quality of all these well-known cleaning and care but the procedure is inadequate. A clear proof of that poor quality of cleaning and care of our teeth are the very common and common problems which almost everyone has their teeth. These are problems actually direct consequences of the insufficient quality of care the teeth. The high cost of dental care and especially for dental treatment are also an indication of the strong need for improvement of the Dental care.

Wie unzureichend die heutigen Verfahren der Zahnreinigungs- und -pflege überhaupt sind, wird erst nach dem Vergleich mit den Möglichkeiten für Reinigung und Pflege der Zähne, welche das neue System bietet, deutlich.How Inadequate Today's Dental Cleaning Techniques and maintenance are only after the comparison with the possibilities for cleaning and caring for the teeth, which the new system offers, clearly.

Das erfindungsgemäße System der Zahnreinigung- und pflege durch den ZRP-Mikroroboter gewährleistet eine ideale tägliche Reinigung der Zähne. Die Reinigung erfolgt mittels einem oder zwei sehr feinen Flüssigkeitsstrahlen. Die Zähnereinigung wird vom PC videoüberwacht. Der Prozeß wird dabei anhand eines Bildes mit ca. zehnfacher Vergrößerung kontrolliert, so daß jedes auch noch so kleine Fremdparti kel garantiert aufgespürt und weggespült wird.The system of teeth cleaning and care according to the invention by the ZRP micro robot ensures an ideal daily teeth cleaning. The cleaning is done by one or two very fine jets of liquid. The Teeth cleaning is video-monitored by the PC. The process is going using an image with approx. ten times magnification controlled so that every little part, no matter how small guaranteed to be tracked down and washed away.

Der PC steuert den Durchmesser des Flüssigkeitsstrahles (im Bereich ca. 0,05-0,5 mm) und mittels Druckregelung auch die Stärke des Flüssigkeitsstrahles. Neben optimaler Reinigung erfolgt gleichzeitig auch eine tägliche Kontrolle des Zahnzustandes in einer Qualität und Sorgfältigkeit, zu der kein Zahnarzt in der Lage ist. Millimeter für Millimeter wird die gesamte Zähneoberfläche überprüft, jede noch so winzige Veränderung gegenüber dem früheren Zustand wird sofort registriert.The PC controls the diameter of the liquid jet (in Range approx. 0.05-0.5 mm) and also pressure control Strength of the liquid jet. In addition to optimal cleaning there is also a daily check of the Tooth condition in a quality and care to which no dentist is able to. Millimeter for millimeter the entire surface of the teeth is checked, no matter how tiny change from the previous state registered immediately.

Auf den Zeichnungen Seite 1 ist der ZRP-Mikroroboter stark vergrößert im Maßstab 10 : 1 in der Seitenansicht darge stellt. In dem Kästchen unten rechts ist der ZRP-Mikro roboter zum Vergleich auch in realer Größe dargestellt. Um die Zeichnung nicht übermäßig kompliziert zu machen, habe ich bei der Darstellung angenommen, daß die zwei unsichtbaren Beine des ZRP-Mikroroboters genau von den zwei sichtbaren Beinen verdeckt werden. (Dasselbe gilt auch für die Zeichnungen Seite 3, Fig. 1).In the drawings page 1, the ZRP microrobot is greatly enlarged in the scale 10: 1 in the side view Darge. The ZRP micro-robot is also shown in real size for comparison in the box at the bottom right. In order not to make the drawing excessively complicated, I assumed that the two invisible legs of the ZRP micro-robot are exactly covered by the two visible legs. (The same applies to the drawings on page 3, Fig. 1).

Der ZRP-Mikroroboter wird aus zwei Modulen zusammengesetzt:
The ZRP micro robot is composed of two modules:

1. The upper part, shown separately on drawings on page 2.
2. The supporting platform with four independently of each other Movable legs, separately on drawings on page 3 shown.

Die Mitte des Oberteiles bildet die Bildaufnahmeeinheit (7), bestehend aus einem ummantelten Lichtfaserstrang mit einem Objektiv. Das Bild (die Umgebung des ZRP-Mikroro boters) wird über die Lichtfaser an die Minivideokamera geleitet, welche in der Versorgungs- und Steuerungseinheit (2) untergebracht ist. (Siehe Zeichnungen Seite 4). Über der Bildaufnahmeeinheit (7) befindet sich ein weiterer, kleine rer Lichtfaserstrang (8), welcher die Beleuchtung der Umgebung vor dem ZRP-Mikroroboter sichert. Die Lichtquelle befindet sich in der Versorgungs- und Steuerungseinheit (2) von dort wird das Licht über die Lichtfaser zum ZRP-Mikro roboter geleitet. Beiderseits von dem Lichtfaserstrang (8) sind zwei Wasser/Flüssigkeitsspritzen (6) positioniert. The center of the upper part is the image recording unit ( 7 ), consisting of a coated fiber optic strand with a lens. The image (the surroundings of the ZRP-Mikroro boters) is sent via the optical fiber to the mini video camera, which is housed in the supply and control unit ( 2 ). (See drawings on page 4). Another, smaller optical fiber strand ( 8 ) is located above the image recording unit ( 7 ), which secures the illumination of the surroundings in front of the ZRP micro-robot. The light source is located in the supply and control unit ( 2 ), from where the light is directed to the ZRP micro-robot via the optical fiber. Two water / liquid syringes ( 6 ) are positioned on either side of the optical fiber strand ( 8 ).

Von den zwei Flüssigkeitsspritzen (6) soll eine für besonders feine Flüssigkeitsstrahle mit höherem Druck und die andere für weniger feine Flüssigkeitsstrahle mit geringerem Druck aufgebaut werden. Die Wasser/Flüssigkeits spritzen haben einen Außendurchmesser von etwa 1 min, das Objektiv der Bildaufnahmeeinheit von etwa 3 mm. Wie auf den Zeichnungen Seite 1 und 2 zu sehen ist, können die Düsen der Wasserspritzen mittels zwei hydraulischen Zylinder (16), welche unter den Wasser/Flüssigkeitsspritzen installiert sind, genau ausgerichtet, gesteuert werden. Auf Zeichnungen Seite 2, Fig. 3 sind die Wasser/Flüssigkeits spritzen (6) und die hydraulischen Zylinder (16) in der Standardposition dargestellt, auf Zeichnungen Seite 1 sind die Düsen der Wasserspritzen mittels hydraulische Zylinder (über Seile) angezogen und nach unten ausgerichtet. Unter dem Objektiv der Bildaufnahmeeinheit (7) ist das Verbindungsteil (9) mittels eines Scharniers mit Achse beweglich angeordnet. Das Verbindungsteil ist einfach ein hohles Röhrchen, welches auf dem Mittelstift (18) der Plattform aufgesetzt wird. Direkt hinter dem Verbindungs teil befindet sich ein zusätzlicher hydraulischer Zylinder, welcher die Höhenausrichtung des gesamten Oberteiles regelt. Da das Oberteil auf dem Mittelstift (18) der Platt form drehbar aufgesetzt wird, kann auch die Ausrichtung des Oberteiles nach rechts-links mittels einem zusätzlichen hydraulischen Zylinder direkt gesteuert werden.Of the two liquid syringes ( 6 ), one should be set up for particularly fine liquid jets with higher pressure and the other for less fine liquid jets with lower pressure. The water / liquid syringes have an outer diameter of about 1 min, the lens of the image recording unit of about 3 mm. As can be seen in the drawings on pages 1 and 2, the nozzles of the water sprays can be precisely controlled by means of two hydraulic cylinders ( 16 ), which are installed under the water / liquid sprayers. On drawings page 2, Fig. 3, the water / liquid syringes ( 6 ) and the hydraulic cylinders ( 16 ) are shown in the standard position, on drawings page 1 the nozzles of the water syringes are tightened by means of hydraulic cylinders (via ropes) and oriented downwards . The connecting part ( 9 ) is movably arranged under the lens of the image recording unit ( 7 ) by means of a hinge with an axis. The connecting part is simply a hollow tube which is placed on the center pin ( 18 ) of the platform. An additional hydraulic cylinder is located directly behind the connecting part, which regulates the height alignment of the entire upper part. Since the upper part is rotatably placed on the central pin ( 18 ) of the platform, the alignment of the upper part to the left and right can also be controlled directly by means of an additional hydraulic cylinder.

Der untere Teil des ZRP-Mikroroboters - die Plattform mit vier Beinen ist auf den Zeichnungen Seite 3 in Sicht von vorn und von oben dargestellt. Das tragende und zusammen haltende Element der Plattform ist der Plattformboden (10), etwa 4 × 4 mm groß. Die Plattform und der ZRP-Mikroroboter als ganzes können sich selbständig mittels vier hydraulisch angetriebenen Beine bewegen. Auf den Zeichnungen Seite 3, Fig. 3a, 3b und 3c sind verschiedene mögliche Positionen eines Beines abgebildet um die große Bewegungsfreiheit der Beine und damit auch des ZRP-Mikroroboters zu veranschau lichen. Darüberhinaus (nicht auf den Zeichnungen darge stellt) kann sich jedes Bein nach rechts-links um etwa bis zu 50° drehen. Die wesentlichen Bauteile der Beine sind:
The lower part of the ZRP microrobot - the platform with four legs is shown in the drawings on page 3, viewed from the front and from above. The supporting and holding element of the platform is the platform floor ( 10 ), approximately 4 × 4 mm in size. The platform and the ZRP micro-robot as a whole can move independently using four hydraulically driven legs. In the drawings page 3, Fig. 3a, 3b and 3c different possible positions of a leg are shown in order to illustrate the great freedom of movement of the legs and thus also of the ZRP microrobot. In addition (not shown on the drawings), each leg can turn right-left by up to 50 °. The main components of the legs are:

- Leg base ( 15 ). The leg is rotatably attached to the platform floor ( 10 ) by means of the leg base.
- upper leg ( 14 )
- lower leg ( 13 )
- Ball ( 12 ) at the lower end of the lower leg ( 13 ) which connects the lower leg to the suction cup ( 11 ) so that the suction cup can move freely around the ball and thus adjust its position to the surface.
- Suction cup ( 11 ) made of sufficiently soft, flexible plastic or rubber. The ZRP microrobot is sucked onto the tooth surface by means of a suction cup and can move completely safely over the teeth in any position (even with the legs pointing upwards / the top part pointing down).
- Three hydraulic cylinders ( 16 ). A cylinder ensures that the leg rotates from left to right by up to about 50 °. (For the two right legs (when viewed from the front) these cylinders are on the platform floor. The hydraulic cylinders for the two left legs are arranged above them). The second hydraulic cylinder is installed between the leg base and the upper leg. The third hydraulic cylinder is located between the upper and lower leg.

Alle hydraulische Zylinder für den ZRP-Mikroroboter, (ins gesamt 16) können und sollen völlig gleich gebaut werden, etwa 2 mm lang, außen ∅ etwa 0,7-0,8 mm, innen ∅ etwa 0,3 mm, konstruktiv einer Minispritze ähnlich. Die hydraulischen Zylinder werden über flexible Mikroschläuche betätigt.All hydraulic cylinders for the ZRP micro robot, (ins total 16) can and should be built completely the same, about 2 mm long, outside ∅ about 0.7-0.8 mm, inside ∅ about 0.3 mm, similar in construction to a mini syringe. The hydraulic cylinders are made using flexible micro hoses operated.

Wie auf Zeichnungen Seite 3, Fig. 2 dargestellt, werden alle Mikroschläuche hinter der Plattform zu einem geordne ten Strang gebündelt. Der Mikroschläuchestrang + zwei Lichtfaserstränge + zwei Wasser/Flüssigkeitsspritzen schläuche verbinden den ZRP-Mikroroboter mit der Versor gungs- und Steuerungseinheit (2). Die Stränge brauchen nicht länger als ca. 30 cm sein. Der Durchmesser aller Stränge und Schläuche zusammengebündelt wird etwa 3 mm betragen.As shown in the drawings on page 3, Fig. 2, all of the micro tubes behind the platform are bundled into one ordered strand. The micro tubing line + two optical fiber lines + two water / liquid spray hoses connect the ZRP micro robot to the supply and control unit ( 2 ). The strands do not need to be longer than approx. 30 cm. The diameter of all strands and tubes bundled together will be about 3 mm.

Die zweite wichtigste Komponente des computergesteuerten Systems für die Zahnreinigung- und pflege ist die Versor gungs- und Steuerungseinheit (2), schematisch abgebildet auf Zeichnungen Seite 4. Konstruktiv als ein geschlossenes Kästchen aufgebaut, beinhaltet die Versorgungs- und Steuerungseinheit:
The second most important component of the computer-controlled system for dental cleaning and care is the supply and control unit ( 2 ), shown schematically on drawings on page 4. Constructively constructed as a closed box, the supply and control unit contains:

- Container with liquid for tooth cleaning and care.
- Valves, including valve control and liquid container for the actuation of the hydraulic cylinders
- Mini pumps for both hydraulic systems
- Mini video camera to record the surroundings of the ZRP micro-robots for digital processing of the video images, control of movements and work of the ZRP micro-robots via the PC.
- Light source for illuminating the area in front of the ZRP micro robot
The mini video camera and the light source can also be positioned outside the supply and control unit, in the immediate vicinity of the PC.

Die Versorgungs- und Steuerungseinheit (2) kann an einem um den Hals gelegten Band, etwa unter dem Kinn plaziert werden, so wie auf Zeichnungen Seite 4 dargestellt.The supply and control unit ( 2 ) can be placed on a band around the neck, for example under the chin, as shown in the drawings on page 4.

Die Versorgungs- und Steuerungseinheit ist mittels Kabel mit dem PC verbunden, die Arbeit dieser Einheit wird von dem PC aus gesteuert.The supply and control unit is by cable connected to the PC, the work of this unit is carried out by controlled from the PC.

Über den PC, welcher die dritte wesentliche Komponente des Systems für Zahnreinigung- und pflege ist, erfolgt auch die Kommunikation mit dem Anwender des Systems.Via the PC, which is the third essential component of the System for tooth cleaning and care is also done Communication with the user of the system.

Die vierte und wohl die in der Entwicklung aufwendigste Komponente des Systems für Zähnereinigung- und pflege ist ein spezielles Softwarepaket. Es soll ein lernfähiges Programmpaket sein, welches nach einigen Lerndurchgängen die optimale Wege und Strategien für die Reinigung und Pflege der Zähne einer konkreter Person ermittelt, so das danach der Prozeß weitgehend automatisch und schnell (innerhalb 3-6 Minuten) ablaufen wird.The fourth and probably the most complex to develop Component of the system for teeth cleaning and care is a special software package. It should be a learnable Program package, which after a few learning runs the optimal ways and strategies for cleaning and Care of the teeth of a specific person is determined after that the process is largely automatic and fast (within 3-6 minutes) will expire.

Während des Zähnereinigungs- und pflegeablaufes können die Menschen durchaus auch Lesen, Schreiben, sich Fernseh programme anschauen oder eine Arbeit am PC erledigen. Durch Anwendung des neuen Systems für die Zahnreinigung- und pflege wird eine praktisch ideale tägliche Reinigung der Zähne, auch eine genaueste Kontrolle des Zustandes der Zähne sichergestellt. Dadurch wird den Zahnerkrankungen sehr effizient vorgebeugt.During the teeth cleaning and care process, the People also read, write, watch TV Watch programs or do a work on the PC. By using the new system for tooth cleaning- and care becomes a practically ideal daily cleaning of the teeth, also a very precise control of the condition of the Teeth ensured. This will make the dental diseases prevented very efficiently.

Darüber hinaus wird das erfindungsgemäße System mit dem ZRP-Mikroroboter mit Sicherheit auch weitere Funktionen der Zahnbehandlung übernehmen können, wie z. B.:
In addition, the system according to the invention with the ZRP microrobot will certainly also be able to take on other dental treatment functions, such as, B .:

- drug treatment of teeth and teeth meat,
- laser beam treatments,
- Apply protective coatings to the upper teeth surface, cementing of fine tooth defects and much more.

Das Niveau der Zahngesundheit der Bevölkerung kann mit Hilfe des computergesteuerten Systems mit dem ZRP-Mikro roboter für tägliche Zahnreinigung- und -pflege mindestens um den Faktor 10 verbessert werden. Die Häufigkeit der Zähneerkrankungen wird entsprechend um das zehnfache reduziert. Die Anwendung des neuen Systems mit dem ZRP-Mikroroboter ermöglicht eine ganz große Veränderung im Gesundheitszustand der Menschen: gesunde Zähne im Laufe des ganzen Lebens werden zur Normalität, nicht zu einer sehr seltenen Ausnahme, wie es heute ist.The level of dental health of the population can be reduced Help of the computer controlled system with the ZRP micro robots for daily tooth cleaning and care at least be improved by a factor of 10. The frequency of Dental disease is ten times as high reduced. The application of the new system with the ZRP micro robot enables a very big change in Human health: healthy teeth over the course of the of life become normal, not very much rare exception as it is today.

Claims

1. Computer-controlled system with a microrobot for daily care and cleaning, also for therapeutic treatments of the teeth, characterized in that the working unit of the system is a microrobot ( 1 ), which moves computer-controlled on the teeth, controls every millimeter of the tooth surface and by means of finest liquid jets from two micro syringes ( 8 ) cleans the teeth. The microrobot is built on the basis of precision mechanics and microsystem technology and has lighting ( 8 ) and the image acquisition and transmission unit ( 7 ), which secures the computer control of the microrobot based on video surveillance, digital image processing and analysis.

2. Computer-controlled system with a microrobot for daily care and cleaning, also for therapeutic treatments of the teeth according to claim 1, characterized in that the microrobot has a rat movement apparatus with legs driven by means of hydraulic microcylinders ( 16 ). The lighting, the image recording unit and the syringes of the microrobot are also controlled and driven by means of hydraulic micro cylinders ( 16 ).

3. Computer-controlled system with a microrobot for daily care and cleaning, also for therapeutic treatments of the teeth according to claims 1 and 2, characterized in that the microrobot adheres to the surface of the teeth by means of suction cups ( 11 ).

4. Computer-controlled system with a microrobot for daily care and cleaning, also for therapeutic treatments of the teeth according to claims 1, 2 and 3, characterized in that a supply and control unit ( 2 ) is interposed between the microrobot and the PC, which the Valves of the hydraulic microcylinder with control, the valves with control for the water / liquid syringes and the pumps, also the containers with tooth cleaning liquid, as well as with liquid for the hydraulic microcylinders.