CN110368117B - 一种四自由度咀嚼机器人及监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及仿生机器人技术、运动控制系统技术以及虚拟仪器技术领域，具体是指一种四自由度咀嚼机器人及监控系统。本发明将口腔上下颌模型倒置安装，采取下颌转动咬合，上颌咀嚼的运动方式，最终实现了上颌平台的XY轴方向复合运动以及下颌平台XY轴旋转运动，有效减轻了结构耦合，并通过组合运动实现了对于咀嚼运动的模拟，具有原理仿生性高、可达空间更为自由、运动控制精度高的特点。

Description

一种四自由度咀嚼机器人及监控系统

技术领域

本发明涉及仿生机器人技术、运动控制系统技术以及虚拟仪器技术领域，具体是指一种四自由度咀嚼机器人及监控系统。

背景技术

人类咀嚼运动是由下颌骨、咀嚼肌群、颞下颌关节和上颌骨等组织结构组成的，通过咀嚼肌群收缩完成的运动，它在空间具有6个自由度，并可以简化为多种运动模式的周期性运动过程。基于口腔咬合特性和运动轨迹，开发符合口腔环境的仿生咀嚼机器人，对于辅助口腔医学或进行食品科学检测具有重要意义。咀嚼机器人的开发涉及到如仿生学、空间机构学、控制工程和电子信息技术等众多学科。

仿生咀嚼机器人通过模拟人体咀嚼咬合特性和运动轨迹，可以替代真实人体口腔环境进行相关的科学实验，其仿生程度和测量精度都十分优秀。在口腔医学领域，目前临床上测试假牙修复材料，通常使用的是大型力学实验机，通过垂直方向的循环挤压运动，进而模拟咬碎食物等咀嚼运动，以测试义齿材料性能。这种施压方式没有考虑人体咀嚼运动中生物力学特性和上下颌特殊结构的影响，在仿生程度上有很大不足。

通过咀嚼机实现人类下颌运动过程，不仅在假牙修复材料试验(如树脂材料的疲劳寿命检测、磨损情况试验等)而且也在食品科学领域(如食品的质地检测、咀嚼效率及口感评估测试)、口腔医学领域中(如咬合关节的修复、关节变形状况以及咀嚼活动应力分布研究)等方面有广泛应用价值。

目前国内在仿生咀嚼运动机器人领域的研究较少，针对现有口腔医学领域和食品科学领域对于口腔咀嚼仿生机器人的需求，开发一款多自由度仿生咀嚼机器人十分必要。201310602874.X公开了一种具有仿生颞下颌关节的冗余驱动咀嚼机器人，包括机器人的机械结构和控制系统，其控制系统具有三种模式。此设备虽然能够模拟下颌咀嚼，具有仿生性较高特点，但机械结构过于复杂，运动不够稳定，由于存在下颚六个自由度的驱动，运动过程中存在奇异位形点，不利于全方位模拟口腔咀嚼运动轨迹；没有考虑待测食品的安置问题，导致实用性较低，实际的食品检测评估以及口腔保健试验等应用中，难以实现仿真下颌咀嚼运动。

CN108717818A公开了一种多自由度口腔运动模拟机器人，其包括底板、XY工作平台、上颌动平台支柱、上颌动平台、下颌固定板、下颌动平台支柱、下颌动平台、直线驱动装置和微型压力传感器。本发明的多自由度口腔运动模拟机器人在使用时，可以控制XY工作平台使下颌动平台获得在水平面内的两个运动自由度，并且通过三个直线驱动装置和鱼眼杆端关节轴承为下颌动平台提供矢状轴、冠状轴和垂直轴三个方向的旋转自由度，可以模拟矢状轴、冠状轴和垂直轴三个方向的旋转和移动，再现人类真实的咀嚼运动轨迹。但由于鱼眼杆端关节轴承的存在，咬合时运动不够稳定，具体表现为在咬合时随着食物破碎，下颚会出现晃动，咬合存在下颚多自由度的旋转的情况，不能达到想要模拟的真实口腔咀嚼运动轨迹的目的。

因此，上述201310602874.X一种具有仿生颞下颌关节的冗余驱动咀嚼机器人及CN108717818A一种多自由度口腔运动模拟机器人均存在咀嚼咬合运动控制不稳定，难以实现仿真下颌咀嚼运动的技术问题。

发明内容

本发明专利为了解决上述专利机械结构过于复杂，多连杆并联平台机械结构耦合过于严重的问题，设计了一种四自由度仿生咀嚼机器人结构，简化了多自由度并联结构，将口腔上下颌模型倒置安装，采取下颌转动咬合，上颌咀嚼的运动方式，最终实现了上颌平台的XY轴方向复合运动以及下颌平台XY轴旋转运动，有效减轻了结构耦合，通过组合运动实现了对于咀嚼运动的模拟，具有可达空间更为自由，运动控制精度更高的特点。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种四自由度咀嚼机器人，包括上颚平台及下颚平台，上颚平台包括X轴直线运动机构，X轴直线运动机构上安装有Y轴直线运动机构，Y轴直线运动机构包括上颚座，下颚平台包括下颚支撑装置，下颚支撑装置包括可绕X轴旋转、绕Y轴旋转的下颚座，下颚座两侧设有下颚驱动装置，下颚驱动装置包括下颚直线运动机构，下颚直线运动机构运动件上设有万向节，下颚座两侧面设有球形铰链连接座，球形铰链连接座上安装有球形铰链，球形铰链与万向节通过拉杆连接。

作为一种优选的方式，X轴直线运动机构包括滑动基座及X轴轴承座，滑动基座上安装有可沿X轴方向滑动的X轴移动基座，X轴轴承座上安装有X轴向的X轴滚珠丝杠，X轴移动基座上设有螺纹通孔，X轴移动基座通过螺纹通孔安装在X轴滚珠丝杠上，Y轴直线运动机构包括Y轴轴承座，Y轴轴承座与X轴移动基座固定连接，上颚座安装在X轴移动基座上，Y轴轴承座上安装有Y轴轴向的Y轴滚珠丝杠，上颚座上设有螺纹通孔，上颚座通过螺纹通孔安装在Y轴滚珠丝杠上，X轴滚珠丝杠与X轴伺服电机连接，Y轴滚珠丝杠与Y轴伺服电机连接。

作为一种优选的方式，下颚直线运动机构包括升降轴承座，升降轴承座上安装有第一滚珠丝杠，第一滚珠丝杠上安装有升降套筒，升降套筒设有螺纹通孔与第一滚珠丝杠配合，万向节安装在升降套筒上。

作为一种优选的方式，下颚支撑装置还包括升降立板，升降立板两端安装有升降底板及升降顶板，升降底板及升降顶板上安装有轴线互相平行的升降滑杆及第二滚珠丝杠，第二滚珠丝杠上安装有升降座，升降座上设有与第二滚珠丝杠配合的升降螺纹通孔、与升降滑杆配合的升降滑槽、用于下颚座旋转的旋转柱3205b，升降座通过升降螺纹通孔安装在第二滚珠丝杠上，旋转柱3205b上安装有旋转座，旋转座上设有旋转轴孔与旋转座配合，旋转座两端设有翻转支柱，翻转支柱上安装有翻转座，下颚座与翻转座固定连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明将口腔上下颌模型倒置安装，采取下颌转动咬合，上颌咀嚼的运动方式，最终实现了上颌平台的XY轴方向复合运动以及下颌平台XY轴旋转运动，有效减轻了结构耦合，通过组合运动实现了对于咀嚼运动的模拟，具有可达空间更为自由，运动控制精度更高的特点；

(2)本发明针对人类上下颌的结构、功能及其复合运动形式，通过对正常人类咀嚼运动时咀嚼肌生理特征及运动过程中咀嚼肌收缩原理运动分析，建立咀嚼肌和上下颌三维模型，最终建立设计了仿生咀嚼机器人模型，其咀嚼运动驱动原理仿生性和样机的外形真实程度都有很大提高；

(3)本发明设计的基于合成运动方式设计的仿生咀嚼机器人机构是一种新型的机构形式，减轻了传统并联机械结构的强耦合特点，实现了简易、直接和高精度的位置控制；

(4)本发明的控制系统具有示教、咀嚼和咬合三种控制模式，可实现仿生咀嚼机器人在多个领域的应用，对于不同领域，进行特殊控制算法设计，达到最优实验效果；

(5)本发明采用模糊控制理论对神经网络的输入进行预处理，结合了模糊控制理论鲁棒性强和非线性控制等优点，可以避免神经网络因输人量过大而导致的神经元对输入敏感性下降的缺点，同时根据下颌平台的实际位姿情况，使输出层神经元的输出状态与PID控制模块的参数Kp、Ki和Kd相对应，通过神经网络的自我学习以及模糊逻辑的处理，实现加权系数的调整，从而达到转动平台位姿控制最精确的PID参数控制目的，并最终实现对于整体下颌平台的冠状轴和矢状轴控制过程。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的结构示意图。

图2为本发明具体实施方式的正视图。

图3为本发明具体实施方式的左视图。

图4为本发明具体实施方式上颚平台的结构示意图。

图5为本发明具体实施方式上颚平台中X轴直线运动机构的结构示意图。

图6为本发明具体实施方式上颚平台中Y轴直线运动机构的结构示意图。

图7为本发明具体实施方式下颚平台的机构示意图。

图8为本发明具体实施方式下颚平台的左视图。

图9为本发明具体实施方式下颚平台中下颚驱动装置的结构示意图。

图10为本发明具体实施方式下颚平台中下颚支撑装置的结构示意图。

图11为本发明具体实施方式下颚平台中下颚支撑装置旋转座的结构示意图。

图12为本发明具体实施方式下颚平台中下颚支撑装置升降座的结构示意图。

图13为本发明具体实施方式控制系统原理图。

图14为本发明具体实施方式神经网络模糊控制原理图。

图15为本发明具体实施方式上位机控制界面图。

其中，1底座，

2上颚平台，

21X轴直线运动机构，2101滑动基座，2102X轴轴承座，2103X轴移动基座，2104X轴滚珠丝杠，2105X轴伺服电机，

22Y轴直线运动机构，2201Y轴轴承座，2202上颚座，2203Y轴滚珠丝杠，2204Y轴伺服电机，

3下颚平台，

31下颚驱动装置，3101第一滚珠丝杠，3102升降套筒，3103升降轴承座，3104万向节，3105拉杆，3106球形铰链，

32下颚支撑装置，3201下颚座，3202球形铰链连接座，3203翻转座，3204旋转座，3204a旋转轴孔，3204b翻转支柱，3205升降座，3205a升降螺纹通孔，3205b旋转柱，3205c升降滑槽，3206第二滚珠丝杠，3207升降底板，3208升降立板，3209升降顶板，3210升降滑杆，

4顶板，5立柱，6触摸屏。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。值得注意的是，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例，且实施方式所述的“X轴”、“Y轴”仅为区分机构，“X轴”、“Y轴”可以理解为常见的互相垂直的X轴Y轴，也可以理解为非互相垂直的“X轴”、“Y轴”，能保证具有X轴Y轴驱动方向即可。

实施例1：

参见图1～3，一种四自由度咀嚼机器人，包括上颚平台2及下颚平台3，上颚平台2及下颚平台3主要目的在于形成被仿生的口腔上颚及下颚，两者均包括对应驱动装置及模拟咬合用的上颚座2202及下颚座3201，上颚座2202及下颚座3201均安装有对应用于咬合的牙齿模型(图中未示出)，牙齿模型具体可采用假牙直接用螺栓连接、胶水粘结或焊接的方式固定在上颚座2202及下颚座3201上。一般的，为了便于装置集成，上颚平台2安装在底座1上，下颚平台3安装在立柱5上，立柱5上方连接顶板4，底座1、立柱5、顶板4机构仅为安装集成上颚平台2及下颚平台3，此外上颚平台2及下颚平台3还可以其他形式安放，如直接固定在附属建筑物或其他构件上等。

其中上颚平台2主要包括了X轴直线运动机构21及Y轴直线运动机构22，X轴直线运动机构21及Y轴直线运动机构22的作用为提供上颚平台2的二维平面运动，两者可以为常见的直线运动机构，如液压缸、气压缸、滚珠丝杠、齿轮齿条等本领域技术人员熟知的直线运动机构，为了保证本发明具有较高的精度控制，参见图5及图6，本实施例X轴直线运动机构21及Y轴直线运动机构22采用滚珠丝杠的直线运动机构。

上颚平台2具体结构参见图4～6，本实施例X轴直线运动机构21包括滑动基座2101及X轴轴承座2102，滑动基座2101上安装有可沿X轴方向滑动的X轴移动基座2103，X轴轴承座2102上安装有X轴向的X轴滚珠丝杠2104，X轴移动基座2103上设有螺纹通孔，X轴移动基座2103通过螺纹通孔安装在X轴滚珠丝杠2104上，具体地，为了防止X轴移动基座2103跟随X轴滚珠丝杠2104转动，X轴移动基座2103与滑动基座2101采用Z字型燕尾槽配合实现导向功能，当然也可以采用滑杆配合的方式。

Y轴直线运动机构22包括Y轴轴承座2201，Y轴轴承座2201与X轴移动基座2103固定连接，上颚座2202安装在X轴移动基座2103上，Y轴轴承座2201上安装有Y轴轴向的Y轴滚珠丝杠2203，上颚座2202上设有螺纹通孔，上颚座2202通过螺纹通孔安装在Y轴滚珠丝杠2203上，具体地，为了防止上颚座2202跟随Y轴滚珠丝杠2203转动，上颚座2202与X轴移动基座2103采用Z字型燕尾槽配合实现导向功能，当然也可以采用滑杆配合的方式，此外，为了便于自动控制X轴滚珠丝杠2104、Y轴滚珠丝杠2203转动，X轴滚珠丝杠2104与X轴伺服电机2105连接，Y轴滚珠丝杠2203与Y轴伺服电机2204连接。

工作时，X轴伺服电机2105带动X轴滚珠丝杠2104转动，通过螺纹通孔与X轴滚珠丝杠2104配合的X轴移动基座2103沿X轴移动，Y轴伺服电机2204再带动Y轴滚珠丝杠2203转动，通过螺纹通孔与Y轴滚珠丝杠2203配合的上颚座2202沿Y轴移动，最终上颚座2202在X轴移动基座2103的配合下实现X轴、Y轴的二维移动过程。

下颚平台3具体结构参见图7～8，下颚平台3包括下颚支撑装置32及下颚驱动装置31，下颚支撑装置32的目的在于提供可绕X轴旋转、绕Y轴旋转的下颚座3201以便形成正咬合、侧咬合两种咬合方式，下颚驱动装置31的目的在于为下颚座3201提供正咬合、侧咬合的驱动力。

下颚支撑装置32具体结构参见图9，本实施例下颚支撑装置32还包括升降立板3208，升降立板3208两端安装有升降底板3207及升降顶板3209，升降立板3208、升降底板3207及升降顶板3209的目的在于形成升降机构的安装空间，以便调整可绕X轴旋转、绕Y轴旋转下颚座3201的高度，实现调整下颚座3201与上颚座2202间的咬合空间；升降底板3207及升降顶板3209上安装有轴线互相平行的升降滑杆3210及第二滚珠丝杠3206，第二滚珠丝杠3206上安装有升降座3205，升降座3205具体结构参见图12，升降座3205上设有与第二滚珠丝杠3206配合的升降螺纹通孔3205a、与升降滑杆3210配合的升降滑槽3205c、用于下颚座3201旋转的旋转柱3205b，升降座3205通过升降螺纹通孔3205a安装在第二滚珠丝杠3206上，升降螺纹通孔3205a与第二滚珠丝杠3206用于提供高精度的升降控制，升降滑槽3205c与升降滑杆3210配合用于限制升降座3205防止其随第二滚珠丝杠3206转动，保证升降座3205仅具有垂直升降运动；此外，旋转柱3205b上安装有旋转座3204，旋转座3204上设有旋转轴孔3204a与旋转座3204配合，旋转座3204与旋转柱3205b使得下颚座3201具有绕Y轴的旋转自由度，并在旋转座3204两端设有翻转支柱3204b，翻转支柱3204b上安装有翻转座3203，翻转座3203结构具体参见图11，下颚座3201与翻转座3203固定连接，翻转支柱3204b与翻转座3203轴孔配合使得下颚座3201具有绕X轴的旋转自由度，最终实现了下颚座3201绕X轴旋转、绕Y轴旋转并配合上颚座2202形成正咬合、侧咬合两种咬合方式的目的。

下颚驱动装置31具体结构参见图10，下颚驱动装置31包括下颚直线运动机构，直线运动机构直接安装在立柱5上，还可在立柱5上安装限位开关，防止升降件过度位移，下颚直线运动机构的目的在于提供拉动下颚座3201翻转、旋转的驱动力，下颚直线运动机构可以采用液压缸、气压缸、滚珠丝杠、齿轮齿条等本领域技术人员熟知的直线运动机构，为了保证直线运动具有较高的精度控制，本实施例采用滚珠丝杠直线运动机构，具体下颚直线运动机构包括升降轴承座3103，升降轴承座3103上安装有第一滚珠丝杠3101，第一滚珠丝杠3101上安装有升降套筒3102，升降套筒3102设有螺纹通孔与第一滚珠丝杠3101配合，万向节3104安装在升降套筒3102上，升降套筒3102上设有万向节3104，下颚座3201两侧面设有球形铰链连接座3202，球形铰链连接座3202上安装有球形铰链3106，球形铰链3106与万向节3104通过拉杆3105连接。

工作时，伺服电机带动第一滚珠丝杠3101转动，第一滚珠丝杠3101上的升降套筒3102沿轴线上下运动，进而通过拉杆3105、万向节3104、球形铰链3106为下颚座3201绕X轴转动或绕Y轴转动提供动力。正咬合时，需在同一位置同步升降上颚座2202两侧的升降套筒3102，即通过拉杆3105可拉动上颚座2202连接的翻转座3203绕X轴转动进行正咬合；侧咬合时，首先需将上颚座2202两侧的升降套筒3102置于不同高度，使得上颚座2202通过旋转柱3205b预先呈现绕Y轴转动的倾斜状态，然后再同步升降上颚座2202两侧的升降套筒3102，通过拉杆3105可拉动上颚座2202连接的翻转座3203绕X轴转动进行侧咬合。

实施例2：

本实施例为针对实施例1设计具体控制系统。

参照图13，一种咀嚼机器人的控制系统，包括上位机、用于数据信息传送的串口通信、用于控制的MCU主控芯片、用于采集机器人咀嚼力和空间位置信息的传感器模块和用于控制各驱动伺服电机的伺服电机运动控制器，该控制系统具有示教、咀嚼、咬合三种工作模式。上位机监控界面通过LabView软件开发了上位机监控模块，内嵌了对应三种工作模式的控制算法，并具有基于GUI(图形用户接口)的人机交互界面，生成可执行程序，可进行工作模式的选择和控制参数的调整，此外，上位机也可以替代为设置在顶板上的触摸板。串口通信模块用于上位机监控模块与主控芯片间的数据传输。主控芯片负责人接收上位机控制模块发出的控制指令，解析相关命令并配置电机控制参数，输出控制型号给运动控制器，同时还通过ADC采样对于传感模块信号进行读入并进行检测。传感器模块用于采集机器人咀嚼力和空间位置信息，运动控制器实现对伺服电机的闭环控制。

本实施例提供三种控制模式：

示教模式，首先采集实际的人体口腔运动轨迹，然后将运动轨迹路线导入Adams软件，通过运动学反解，得到各电机驱动链的位置参数。根据采集的咀嚼轨迹不同，规划不同路径，最终通过人的咀嚼演示教学机器人。示教模式主要面向仿生咀嚼运动模拟，采用轨迹规划方式控制机器人的运动路径，可以精确模拟人类下颌的咀嚼运动。

咀嚼模式，针对食品科学领域，机器人需要对不同质地的食品进行机械特性测试，而且在咀嚼过程中咀嚼力会随着食品的变化而变化，因此在咀嚼模式下，采用自适应控制方法实现机器人的协调稳定控制。

咬合模式，在咬合模式下，需要进行长时间多次循环的咬合运动，测试义齿修复材料的性能，对机器人的可靠性具有很高的要求，因此采用可同时控制力和位置的柔顺控制方法，在加载压力时进行力控制以提高仿生性能。

实施例3：

本实施例针对实施例1下颌转动平台冠状轴和矢状轴两轴转动咬合轨迹跟踪控制，本实施例机械结构与实施例1相同，控制系统与实施例2部分相同，此处仅指出本实施例控制系统与实施例2不同的之处。

一种基于神经网络模糊PID的仿生咀嚼机器人，主要还包括内嵌于上位机的神经网络模糊PID控制模块，神经网络模糊PID控制模块主要包括：用于处理伺服电机驱动误差的PID控制模块、用于对神经网络输入进行预处理的模糊化模块、以及自我学习的神经网络模块，具体神经网络模糊PID控制模块原理图参见图14。

具体操作步骤：

1、首先通过Adams仿真平台导入机械结构，为下颌转动平台输入预先采集的人体下颌咬合曲线，通过导入Adams软件进行逆运动学反解仿真，得到各个机械关节的运动位置信息和速度信息，然后将目标位置作为期望值，上位机通过串口将目标位置发送至主控芯片，主控芯片驱动电机运动；

2、通过MPU6050传感器采集转动平台位姿状况，并将相应数据发送至主控芯片，主控芯片通过串口通信将位置传输至上位机，利用Labview联合MATLAB实时反解出两下颚驱动装置的相应反馈位置，然后基于反馈位置和目标位置的误差，通过神经网络模糊PID控制模块，对伺服电机产生相应的控制作用；

神经网络模糊PID控制模块控制步骤具体如下：

2.1、基于反馈位置和目标位置的误差，通过模糊化模块的模糊推理，建立连杆跟踪误差量与PID控制系统参数之间的关系，基于模糊规则调整误差以产生控制作用，模糊化模块的输入为速度跟踪误差e和速度误差变化率ec，输出是模糊处理调整后的误差；

2.2、神经网络模块将模糊处理后的误差作为输入，利用神经网络的自我学习对加权系数初值进行调整，再由系统的运行状态调整PID控制模块的参数Kp、Ki和Kd，其中Kp表示比例调节系数、Ki表示积分调节系数、Kd表示微分调节系数，从而达到性能指标最优化的PID参数，并实现对于整体下颌转动平台的冠状轴和矢状轴控制过程。

本实施例采用模糊控制理论对神经网络的输入进行预处理，结合了模糊控制鲁棒性强和非线性控制等优点，可以避免神经网络因输人量过大而导致的神经元对输入敏感性下降的缺点，同时根据下颌平台的实际位姿情况，使输出层神经元的输出状态与PID控制模块的参数Kp、Ki和Kd相对应，通过神经网络的自我学习以及模糊逻辑的处理，实现加权系数的调整，从而达到转动平台位姿控制最精确的PID参数控制目的，并最终实现对于整体下颌平台的冠状轴和矢状轴控制过程。

如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种四自由度咀嚼机器人，包括机械结构及控制系统，其特征在于：

所述机械结构包括上颚平台（2）及下颚平台（3），所述上颚平台（2）包括X轴直线运动机构（21），所述X轴直线运动机构（21）上安装有Y轴直线运动机构（22），所述Y轴直线运动机构（22）包括上颚座（2202），所述下颚平台（3）包括下颚支撑装置（32），所述下颚支撑装置（32）包括可绕X轴旋转、绕Y轴旋转的下颚座（3201），所述下颚座（3201）两侧设有下颚驱动装置（31），所述下颚驱动装置（31）包括下颚直线运动机构，所述下颚直线运动机构运动件上设有万向节（3104），所述下颚座（3201）两侧面设有球形铰链连接座（3202），所述球形铰链连接座（3202）上安装有球形铰链（3106），所述球形铰链（3106）与万向节（3104）通过拉杆（3105）连接；

所述控制系统包括上位机、用于数据信息传送的串口通信、用于控制的MCU主控芯片、用于采集机器人咀嚼力和空间位置信息的传感器模块、用于控制各驱动伺服电机的伺服电机运动控制器，所述上位机内包括神经网络模糊PID控制模块，所述神经网络模糊PID控制模块包括用于处理伺服电机驱动误差的PID控制模块、用于对神经网络输入进行预处理的模糊化模块、以及自我学习的神经网络模块；

所述X轴直线运动机构（21）包括滑动基座（2101）及X轴轴承座（2102），所述滑动基座（2101）上安装有可沿X轴方向滑动的X轴移动基座（2103），所述X轴轴承座（2102）上安装有X轴向的X轴滚珠丝杠（2104），所述X轴移动基座（2103）上设有螺纹通孔，所述X轴移动基座（2103）通过螺纹通孔安装在X轴滚珠丝杠（2104）上，所述Y轴直线运动机构（22）包括Y轴轴承座（2201），所述Y轴轴承座（2201）与X轴移动基座（2103）固定连接，所述上颚座（2202）安装在X轴移动基座（2103）上，所述Y轴轴承座（2201）上安装有Y轴轴向的Y轴滚珠丝杠（2203），所述上颚座（2202）上设有螺纹通孔，所述上颚座（2202）通过螺纹通孔安装在Y轴滚珠丝杠（2203）上，所述X轴滚珠丝杠（2104）与X轴伺服电机（2105）连接，所述Y轴滚珠丝杠（2203）与Y轴伺服电机（2204）连接。

2.根据权利要求1所述的一种四自由度咀嚼机器人，其特征在于：所述下颚直线运动机构包括升降轴承座（3103），所述升降轴承座（3103）上安装有第一滚珠丝杠（3101），所述第一滚珠丝杠（3101）上安装有升降套筒（3102），所述升降套筒（3102）设有螺纹通孔与第一滚珠丝杠（3101）配合，所述万向节（3104）安装在升降套筒（3102）上。

3.根据权利要求1~2任一项所述的一种四自由度咀嚼机器人，其特征在于：所述下颚支撑装置（32）还包括升降立板（3208），所述升降立板（3208）两端安装有升降底板（3207）及升降顶板（3209），所述升降底板（3207）及升降顶板（3209）上安装有轴线互相平行的升降滑杆（3210）及第二滚珠丝杠（3206），所述第二滚珠丝杠（3206）上安装有升降座（3205），所述升降座（3205）上设有与第二滚珠丝杠（3206）配合的升降螺纹通孔（3205a）、与升降滑杆（3210）配合的升降滑槽（3205c）、用于下颚座（3201）旋转的旋转柱（3205b），所述升降座（3205）通过升降螺纹通孔（3205a）安装在第二滚珠丝杠（3206）上，所述旋转柱（3205b）上安装有旋转座（3204），所述旋转座（3204）上设有旋转轴孔（3204a）与旋转座（3204）配合，所述旋转座（3204）两端设有翻转支柱，所述翻转支柱（3204b）上安装有翻转座（3203），所述下颚座（3201）与翻转座（3203）固定连接。

4.根据权利要求1~2任一项所述的一种四自由度咀嚼机器人，其特征在于：所述PID控制模块对Kp、Ki 、Kd进行调节，其中Kp表示比例调节系数、Ki表示积分调节系数、Kd表示微分调节系数，所述模糊化模块输入为速度跟踪误差e和速度误差变化率ec，所述神经网络模块输出层神经元的输出状态与PID控制模块的参数Kp、Ki 和Kd相对应。

5.根据权利要求1~2任一项所述的一种四自由度咀嚼机器人，其特征在于：所述上位机搭载有上位机监控模块，所述上位机监控模块内嵌有示教、咀嚼、咬合三种工作模式，所述上位机安装有用于实现示教、咀嚼、咬合三种工作模式的多点控制软件。

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