[發(fā)明專利]一種仿下頜運動機(jī)器人

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210116186.8
• 申請日: 2012-04-19
• 公開（公告）號: CN102626348A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 叢明;劉同占;溫海營;徐衛(wèi)良;杜婧
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: A61C11/00
• 分類號: A61C11/00;A61C19/045
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于仿生機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種仿下頜運動機(jī)器人。

背景技術(shù)

仿下頜運動機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)90年代初期，是一類可以模擬人類下頜運動行為，再現(xiàn)人類下頜運動和力的機(jī)器人。它是集機(jī)構(gòu)學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)、感知系統(tǒng)、運動控制、生物力學(xué)及機(jī)械電子學(xué)等多項技術(shù)于一體的工程科學(xué)，可直接應(yīng)用于牙科學(xué)、食品科學(xué)、生物力學(xué)等學(xué)科研究領(lǐng)域。

國內(nèi)在仿下頜運動機(jī)器人領(lǐng)域的研究很少，本專利申請者曾提出一種擬人化的柔索驅(qū)動冗余并聯(lián)咀嚼機(jī)器人，該機(jī)構(gòu)采用柔索驅(qū)動，具有較好的柔順性。國外研究開展的較早，在機(jī)構(gòu)設(shè)計、關(guān)節(jié)驅(qū)動、運動學(xué)分析與控制等領(lǐng)域取得了一些研究成果，但在機(jī)構(gòu)的仿生性方面存在不足。美國專利US6120290公開了一種下頜運動模擬器，該機(jī)構(gòu)包括六條運動支鏈，支鏈下端與固定平臺上的電機(jī)相連，上端與末端執(zhí)行器(下頜平臺)相連，通過電機(jī)轉(zhuǎn)動實現(xiàn)下頜平臺的運動，由于該機(jī)構(gòu)的支鏈與固定平臺和下頜平臺的連接點在一個平面上，沒有考慮人類下頜系統(tǒng)肌肉的生物力學(xué)特性，不能真實仿生下頜的運動學(xué)功能。

目前的仿下頜運動機(jī)器人大部分只考慮了上下頜運動，沒有考慮下頜系統(tǒng)驅(qū)動肌肉的生物力學(xué)特征，只能實現(xiàn)部分咀嚼功能，以致不能全面真實地再現(xiàn)下頜運動功能和咀嚼環(huán)境，無法準(zhǔn)確地模擬人類下頜系統(tǒng)的生物力學(xué)特征。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對人類下頜系統(tǒng)驅(qū)動肌肉存在分布不對稱、作用力方向不同以及與上下頜的連接點不共面的生物力學(xué)特性，基于機(jī)械仿生原理，提出一種基于6-PSS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的仿下頜運動機(jī)器人。與同類機(jī)器人相比較，該機(jī)器人可真實再現(xiàn)人類下頜運動功能和咀嚼環(huán)境，滿足運動軌跡真實性和咬合力度合理性要求，解決仿生性不高的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

該仿下頜運動機(jī)器人包括靜平臺、六個驅(qū)動裝置、六條運動支鏈和下頜平臺。

所述靜平臺，包括電機(jī)支撐板、上平臺支撐板、下平臺支撐板、定長桿。六根定長桿根據(jù)驅(qū)動肌肉與上頜連接點位置分布，定長桿兩端分別與上平臺支撐板和下平臺支撐板采用內(nèi)六角螺釘固定連接，電機(jī)支撐板上有螺紋孔，與上平臺支撐板連接，靜平臺用于支撐和承載整個機(jī)器人的重量。

所述六個驅(qū)動裝置，包括電機(jī)、聯(lián)軸器、滾珠絲杠、絲杠螺母、關(guān)節(jié)連接塊、工作臺、墊塊、滑塊、導(dǎo)軌、圓錐滾子軸承和軸承座。電機(jī)固定在電機(jī)支撐板上，并通過聯(lián)軸器與絲杠連接；滾珠絲杠的下軸頭通過兩個圓錐滾子軸承和絲杠下軸頭螺母與絲杠軸承座固定連接，絲杠軸承座通過螺釘固定在靜平臺的定長桿上；絲杠螺母與工作臺通過內(nèi)六角螺釘固定連接，工作臺通過墊塊與導(dǎo)軌上的滑塊固定連接，導(dǎo)軌固定連接在定長桿上；工作臺上的關(guān)節(jié)連接塊與運動支鏈的球面軸承的柄軸固定連接，電機(jī)驅(qū)動運動支鏈實現(xiàn)下頜平臺的運動。

所述六條運動支鏈，包括關(guān)節(jié)軸承、導(dǎo)向軸、連接板、連桿。所述關(guān)節(jié)軸承，包括固定座和柄軸。運動支鏈與驅(qū)動裝置連接端由兩個關(guān)節(jié)軸承分別與兩個導(dǎo)向軸螺紋連接，兩個導(dǎo)向軸之間采用連接板通過螺紋結(jié)構(gòu)連接，連接板中心有螺紋孔，用于與連桿的連接；所述連桿，上端與連接板中心孔螺紋連接，下端與關(guān)節(jié)軸承螺紋連接。運動支鏈與下頜平臺連接端通過關(guān)節(jié)軸承的柄軸與下頜關(guān)節(jié)連接塊螺紋連接。

所述下頜平臺，包括下頜關(guān)節(jié)連接塊和下頜機(jī)構(gòu)。所述下頜機(jī)構(gòu)，代表機(jī)器人的下頜運動平臺；所述下頜關(guān)節(jié)連接塊，是連接運動支鏈與關(guān)節(jié)軸承柄軸的部件，通過螺紋結(jié)構(gòu)安裝在下頜機(jī)構(gòu)上。

將六個驅(qū)動裝置和六條運動支鏈通過相同的方式組裝，共同連接機(jī)器人的靜平臺和下頜平臺，完成仿下頜運動機(jī)器人的組裝。

本發(fā)明的效果和益處是：

1、本發(fā)明設(shè)計思想來源于人類下頜肌肉驅(qū)動系統(tǒng)的原型，運動支鏈作用力方向以及與上、下頜連接點位置與下頜肌肉的生物力學(xué)特征相一致，可真實再現(xiàn)人類下頜運動軌跡。

2、本發(fā)明提出的6-PSS仿下頜并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其運動支鏈對下頜的作用力在肌肉力作用線方向上，作用點位于肌肉在下頜的連接點上，機(jī)構(gòu)設(shè)計仿生程度更高。

3、本發(fā)明綜合考慮高仿生性和機(jī)構(gòu)設(shè)計可行性要求，推導(dǎo)出機(jī)構(gòu)中各支鏈與上下頜機(jī)構(gòu)的連接作用點以及支鏈桿長，機(jī)構(gòu)具有良好的運動性能。

4、本發(fā)明針對下頜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)空間較小的特點，將驅(qū)動裝置安裝在固定平臺上，整體機(jī)構(gòu)相對簡單，機(jī)構(gòu)運動支鏈具有良好的動態(tài)特性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的側(cè)視圖。

圖3是本發(fā)明的靜平臺結(jié)構(gòu)圖。

圖4是本發(fā)明的驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)圖。