仿下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的樣機(jī)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在人體生理活動(dòng)中，下頜系統(tǒng)擔(dān)任著食物咀嚼、語言表達(dá)及表情控制等重要生理功能。人體下頜由肌肉驅(qū)動(dòng)，以顳下頜關(guān)節(jié)作為聯(lián)結(jié)關(guān)節(jié)，相對(duì)上頜執(zhí)行開閉、前后、側(cè)方等功能運(yùn)動(dòng)。仿下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)器人是集機(jī)構(gòu)學(xué)、生物力學(xué)、機(jī)械電子學(xué)及運(yùn)動(dòng)控制等多項(xiàng)技術(shù)于一體的工程科學(xué)，其研究成果在口腔醫(yī)學(xué)和食品科學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。例如可用于義齒材料磨損實(shí)驗(yàn)、義齒疲勞壽命測(cè)試和醫(yī)學(xué)教學(xué)等。
　　為了實(shí)現(xiàn)人體下頜的運(yùn)動(dòng)，本文根據(jù)人體下頜運(yùn)動(dòng)的冗余特性和機(jī)械仿生原理

2、，基于帶有點(diǎn)接觸高副的6PUS-2HP的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，提出一種新型的四自由度的冗余驅(qū)動(dòng)的仿下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)器人。
　　首先，簡(jiǎn)述選題背景及研究意義，分別介紹仿下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)器人和冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀，提出論文的主要工作和研究?jī)?nèi)容。
　　其次，根據(jù)人體下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)理進(jìn)行顳下頜關(guān)節(jié)仿生數(shù)據(jù)的采集和肌肉設(shè)計(jì)參數(shù)的收集，確定顳下頜關(guān)節(jié)在下頜中的位置，確定咬肌、顳肌、翼外肌在下頜的插入點(diǎn)位置以及肌肉作用線的長(zhǎng)度，并對(duì)顳骨關(guān)節(jié)面曲線進(jìn)行擬合。

3、　　接著，根據(jù)仿生設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)選用的6PUS-2HP機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)。對(duì)六自由度6PUS機(jī)構(gòu)建立了運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，由于本文的四自由度6PUS-2HP機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解和軌跡是基于傳統(tǒng)的六自由度的6PUS機(jī)構(gòu)進(jìn)行求解和規(guī)劃，因此6PUS機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型對(duì)于本文機(jī)器人的設(shè)計(jì)尤為重要。
　　然后，采用虛擬仿真軟件Adams，對(duì)仿下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的6PUS-2HP機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)。根據(jù)關(guān)節(jié)零件的運(yùn)動(dòng)范圍，對(duì)仿下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行零件的選型，對(duì)

4、樣機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。并且，采用可編程控制器PEC6A00對(duì)仿下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件和軟件的設(shè)計(jì)。
　　隨后，采用Adams對(duì)四自由度六驅(qū)動(dòng)的仿下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行軌跡規(guī)劃。在約束機(jī)器人兩側(cè)顳下頜關(guān)節(jié)的髁狀突始終與顳骨關(guān)節(jié)面接觸的前提下，求解六個(gè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)脈沖。
　　最后，在仿下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的樣機(jī)上進(jìn)行下頜功能運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究。分別模擬人體的開閉運(yùn)動(dòng)、前后運(yùn)動(dòng)、側(cè)方運(yùn)動(dòng)，結(jié)果證明該仿下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)器人