[發(fā)明專利]一種具有仿生顳下頜關(guān)節(jié)的冗余驅(qū)動咀嚼機(jī)器人

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310602874.X
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103610506A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 叢明;王貴飛;溫海營;杜婧;徐衛(wèi)良
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: A61C13/38
• 分類號: A61C13/38
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

1.一種具有仿生顳下頜關(guān)節(jié)的冗余驅(qū)動咀嚼機(jī)器人，其特征在于：

該咀嚼機(jī)器人包括1:1顱骨模型（I）、上頜靜平臺（Ⅱ）、仿生顳下頜關(guān)節(jié)（Ⅲ）、六組驅(qū)動裝置（Ⅳ）、六條PUS支鏈（Ⅴ）和下頜動平臺（Ⅵ），仿生顳下頜關(guān)節(jié)（Ⅲ）采用點(diǎn)接觸高副結(jié)構(gòu)形式，咀嚼機(jī)器人具有四個自由度六個驅(qū)動，符合人體下頜系統(tǒng)的冗余特性。

2.如權(quán)利要求1所述的具有仿生顳下頜關(guān)節(jié)的咀嚼機(jī)器人，其特征在于：

1:1顱骨模型（I）是以健康成年人顱骨的CT掃描為依據(jù)加工的，包括上頜骨模型（1）和下頜骨模型（2）；上頜骨模型（1）固定在上頜靜平臺（Ⅱ）上，下頜骨模型固定在下頜動平臺（Ⅵ）上；

上頜靜平臺（Ⅱ）包括下支撐板（3）、上支撐板（4）、等長立柱（5）、上頜骨模型安裝座（6）；六根等長立柱（5）的兩端分別與下支撐板（3）和上支撐板（4）采用銷定位、內(nèi)六角螺釘固定的方式連接，六根等長立柱（5）的安裝位置根據(jù)咀嚼肌作用線方向與咀嚼肌作用點(diǎn)位置確定；上頜骨模型安裝座（6）由豎直板一（61）、豎直板二（62）、水平板（63）、上彎板（64）組成，采用螺釘固定在上支撐板（4）上；下支撐板（3）通過地腳螺栓固定在實(shí)驗(yàn)平臺上；

仿生顳下頜關(guān)節(jié)（Ⅲ）包括關(guān)節(jié)面安裝板（7）、兩個仿生關(guān)節(jié)面（8）、兩個仿生髁狀突（9）；關(guān)節(jié)面安裝板（7）通過螺釘固定在水平板（63）上；仿生關(guān)節(jié)面（8）的曲面是通過對健康成年人顳下頜關(guān)節(jié)面的尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到的，兩個仿生關(guān)節(jié)面（8）安裝在關(guān)節(jié)面安裝板（7）的兩側(cè)；仿生髁狀突（9）上端可沿仿生關(guān)節(jié)面（8）運(yùn)動，下端通過螺紋連接固定在下頜動平臺（（Ⅵ）上；

驅(qū)動裝置（Ⅳ）包括電機(jī)（10）、聯(lián)軸器（11）、滾珠絲杠（12）、絲杠螺母（13）、工作臺（14）、連接板（15）、滑塊（16）、導(dǎo)軌（17）、角接觸球軸承（18）和軸承座（19）；電機(jī)（10）固定在上支撐板（4）上，通過聯(lián)軸器（11）與滾珠絲杠（12）連接；滾珠絲杠（12）的下軸頭通過兩個角接觸球軸承（18）和軸承座（19）固定連接，軸承座（19）通過螺釘固定在等長立柱（5）上；絲杠螺母（13）與工作臺（14）通過螺釘固定連接，工作臺（14）通過連接板（15）與導(dǎo)軌（17）上的滑塊固定連接，導(dǎo)軌（17）固定在等長立柱（5）上；

PUS支鏈（Ⅴ）包括斜塊（20）、關(guān)節(jié)連接塊（21）、萬向節(jié)（22）、連桿（23）、球副（24）；斜塊（20）通過螺釘固定連接在工作臺（14）上，從而將PUS支鏈（Ⅴ）與驅(qū)動裝置（Ⅳ）連接；關(guān)節(jié)連接塊（21）將斜塊（20）和萬向節(jié)（22）固定連接；連桿（23）一端設(shè)有銷孔，一端加工有螺紋，分別與萬向節(jié)和球副連接；

下頜動平臺（Ⅵ）包括六個球副安裝塊（25）、左側(cè)板（26）、中間板（27）、下彎板（28）、右側(cè)板（29）；左側(cè)板（26）和右側(cè)板（29）通過銷、內(nèi)六角螺釘對稱安裝在中間板（27）兩側(cè)，下彎板（28）固定在中間板（27）上平面；六個球副安裝塊（25）通過螺釘對稱固定在左側(cè)板（26）和右側(cè)板（29）上，其分布根據(jù)咀嚼肌肉與下頜骨的連接位置確定；球副（24）固定在球副安裝塊（25）上，從而將PUS支鏈（Ⅴ）與下頜動平臺（Ⅵ）連接；左側(cè)板（26）和右側(cè)板（29）的頂部和側(cè)面分別設(shè)有螺紋孔，分別用于安裝兩個仿生髁狀突（9）和下頜骨模型（2）；下彎板（28）和上彎板（64）的相對位置，是機(jī)器人安裝和調(diào)試的重要參數(shù)；驅(qū)動裝置（Ⅳ）通過PUS支鏈（Ⅴ）驅(qū)動下頜動平臺（Ⅵ）的運(yùn)動；

將驅(qū)動裝置（Ⅳ）和PUS支鏈（Ⅴ）以相同方式組裝成六組，并通過角接觸球軸承（18）與上頜靜平臺（Ⅱ）相連，通過球副安裝塊（25）與下頜動平臺（Ⅵ）相連，完成具有仿生顳下頜關(guān)節(jié)的咀嚼機(jī)器人的組裝。

3.如權(quán)利要求1或2所述的咀嚼機(jī)器人，其特征在于：所述的咀嚼機(jī)器人的控制系統(tǒng)包括上位機(jī)控制模塊、串口通信、網(wǎng)絡(luò)化可編程控制器、傳感模塊和伺服控制器，該控制系統(tǒng)具有示教、食品評估、義齒測試三種工作模式；上位機(jī)控制模塊內(nèi)嵌針對三種工作模式的控制程序，并具有基于GUI的人機(jī)交互界面，進(jìn)行工作模式的選擇和控制參數(shù)的調(diào)整；串口通信用于上位機(jī)控制模塊與網(wǎng)絡(luò)化可編程控制器間的數(shù)據(jù)傳輸；網(wǎng)絡(luò)化可編程控制器接收上位機(jī)控制模塊發(fā)出的控制指令，并輸出高速脈沖給伺服控制器，還負(fù)責(zé)傳感模塊信號的讀入與輸出；傳感模塊采集機(jī)器人咀嚼力和位置信息；伺服控制器實(shí)現(xiàn)對伺服電機(jī)的閉環(huán)控制。